本發(fā)明涉及超順磁性納米顆粒的制備領(lǐng)域，具體地說是一種油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，對納米材料的研究已引起了多種研究領(lǐng)域的廣泛興趣。鐵的氧化物中，F(xiàn)e₃O₄和γ-Fe₂O₃具有磁性，而如α-Fe₂O₃等鐵的其他氧化物則不具有磁性，因此通常所說的磁性材料一般指Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃。其中，磁性納米Fe₃O₄具有良好的耐候性、耐光性、磁性和對紫外線具有良好的吸收和屏蔽效應，是一種重要的無機材料，更被廣泛研究。同時，當磁性納米粒子的粒徑小到一定程度時，由于磁各向異性能減小，在熱能的作用下，顆粒磁矩將在各易磁化方向隨機取向，使之表現(xiàn)出超順磁性，即剩余磁化強度和矯頑力均為零。磁性納米Fe₃O₄在粒徑小于30nm時，具有獨特的磁學性質(zhì)，如超順磁性和高飽和磁化強度等，在靶向藥物載體、磁共振成像、細胞和生物分子分離、免疫檢測等生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。但是磁性納米Fe₃O₄存在著容易氧化的問題，容易從納米Fe₃O₄氧化為納米Fe₂O₃，顏色從純黑色轉(zhuǎn)化為褐色，磁性能下降。

目前制備超順磁性納米Fe₃O₄的方法主要有共沉淀法和水熱法。共沉淀法是指，把含一定配比Fe²⁺和Fe³⁺的鹽溶液，用過量的堿溶液高速攪拌并進行沉淀反應，制得納米氧化鐵顆粒。并且，制備得到的納米氧化鐵通常尺寸分布較寬，產(chǎn)品多樣，分散性不佳，包括有磁性的Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃以及非磁性的Fe₂O₃，影響顆粒粒徑和磁性能的因素較多，容易團聚，而且磁性低。同時，在制備過程中由于Fe²⁺在空氣中容易被氧化成Fe³⁺而使原料的比例發(fā)生變化，制備過程需要在氮氣保護下進行，步驟相對較為繁瑣，不適合工業(yè)應用。

水熱法是在特制的密閉反應容器里，采用水溶液作為反應介質(zhì)，通過對反應容器高溫加熱創(chuàng)造一個高壓環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解、反應并重結(jié)晶，再經(jīng)分離和熱處理得到納米粒子。該方法制備磁性納米材料有兩個優(yōu)點，一是相對高的溫度有利于提高磁性能；二是在封閉容器中反應產(chǎn)生相對高壓環(huán)境避免了組分的揮發(fā)，有利于制備高純度產(chǎn)物和保護環(huán)境。但是水熱法要求的反應條件苛刻，不容易控制，操作起來相對難度，而且工藝設(shè)備要求高。除此之外，制備出的納米粒子不容易洗滌而且產(chǎn)率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄的制備方法，該制備方法結(jié)合了共沉淀法和水熱法，避免了氮氣保護，而且反應條件溫和，得到的納米Fe₃O₄磁性好，分散性好。

一方面，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

1)在空氣中，向二價鐵鹽的水溶液中加入氨水，然后攪拌使溶液變成黑色，得到黑色Fe₃O₄顆粒；

2)向步驟1)中加入油酸，混合均勻后在60～130℃下加熱反應3～5小時，即可得到所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄。

優(yōu)選的，所述步驟2)中，加入油酸后，將混合液置于密閉的反應釜中，所述加熱反應在密閉的反應釜中進行。

在密閉的反應釜中反應會隔絕空氣中的氧氣，不用加熱到高溫即可得到磁性好，而且純度高的黑色超順磁性納米Fe₃O₄。在一些實施方式中，本發(fā)明也可以在非密閉的容器中進行，可以得到深棕色的超順磁性納米氧化鐵。

優(yōu)選的，所述步驟1)中，二價鐵鹽的水溶液中二價鐵鹽濃度為0.1～0.5g/mL，更優(yōu)選為0.5g/mL。

二價鐵鹽可以為FeCl₂·4H₂O、FeSO₄·7H₂O或其他可以在水中電離的二價鐵鹽。

優(yōu)選的，所述步驟1)中，氨水的質(zhì)量濃度為25～28％，加入量為二價鐵鹽水溶液體積的10～100％。

優(yōu)選的，所述步驟1)中，加入氨水后的攪拌時間為20～90分鐘。

氨水的加入量和氨水加入后的攪拌時間可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識進行調(diào)整，氨水可以過量，但是需要保證有部分二價鐵離子氧化為三價鐵離子，溶液中同時存在二價鐵離子和三價鐵離子即可。由于二價鐵離子為淺綠色，三價鐵離子為棕黃色，產(chǎn)物為黑色，可以通過肉眼判斷產(chǎn)物顏色進行攪拌時間的調(diào)整。

優(yōu)選的，所述步驟2)中，加入的油酸與二價鐵鹽的質(zhì)量比為(0.07～0.15):1，最優(yōu)選為0.07:1。

所述油酸的作用主要為表面活性劑，增加產(chǎn)物超順磁性納米Fe₃O₄的疏水性，使超順磁性納米Fe₃O₄更穩(wěn)定，產(chǎn)物尺寸更均勻，并且可以分散在有機溶劑中，不易團聚，得到穩(wěn)定的油酸包裹納米粒子。

優(yōu)選的，所述步驟2)中，加熱反應的溫度為90～100℃。

加熱條件下，二價鐵離子、三價鐵離子、氧化鐵顆粒與油酸在氨水中可以反應或者重結(jié)晶生成油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄。反應時間可以根據(jù)反應溫度進行調(diào)整，例如反應溫度高，則反應時間可以減少。本發(fā)明優(yōu)選為在90～100℃條件下加熱反應3～5小時。

優(yōu)選的，所述步驟2)中，加熱反應完成后，得到的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄用去離子水和乙醇交替洗滌各1～3次，磁分離后分散在有機溶劑中。

用去離子水和乙醇交替洗滌超順磁性納米Fe₃O₄可以去除沒有反應完全的鐵離子和油酸，得到更純凈的超順磁性納米Fe₃O₄。同時，由于超順磁性的納米Fe₃O₄表面包裹有一層油酸，重復用水或乙醇洗滌容易過多洗去油酸層，并且洗滌難度大。而交替洗滌則有利于保留納米Fe₃O₄表面的油酸層，同時能夠洗凈其他未反應的原料。其交替洗滌的次數(shù)可以根據(jù)超順磁性納米Fe₃O₄的量進行調(diào)整，本發(fā)明優(yōu)選為2～3次。同時有機溶劑可以采用極性或非極性溶劑，根據(jù)下一步需要對超順磁性納米Fe₃O₄進行的處理而定。

另一方面，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種上述任一項方法制備得到的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄。

所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄的平均粒徑可以根據(jù)原料中二價鐵鹽質(zhì)量濃度以及與油酸的比例進行控制，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，不同的參數(shù)(如二價鐵鹽的質(zhì)量濃度和二價鐵鹽/油酸質(zhì)量比等)對油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄的尺寸有影響。低質(zhì)量濃度的二價鐵鹽利于Fe₃O₄晶體的生長，而油酸則可以限制Fe₃O₄納米顆粒晶體的生長。原料二價鐵鹽與油酸的比例越大，形成的超順磁性納米Fe₃O₄數(shù)量越少，粒徑越大；而原料二價鐵鹽與油酸的比例越小，形成的超順磁性納米Fe₃O₄數(shù)量越多，粒徑越小。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種上述的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄在免疫磁珠制備中的應用，所述應用包括如下步驟：將所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄外層包覆一層具有活性基團的有機高分子材料或者無機非金屬材料，得到核殼結(jié)構(gòu)的磁性微球，然后將所述磁性微球通過活性基團與免疫配基偶聯(lián)，即可得到所述免疫磁珠。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本領(lǐng)域的常識，對上述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄進行如葡聚糖或者二氧化硅等包裹，得到核殼結(jié)構(gòu)的納米Fe₃O₄磁性微球，納米Fe₃O₄為磁性內(nèi)核，外殼層可以通過物理或化學的方法修飾上氨基、羧基或環(huán)氧基等活性基團，然后將所述納米Fe₃O₄磁性微球通過活性基團與例如抗體或蛋白等免疫配基偶聯(lián)，即可得到所述免疫磁珠。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了一種結(jié)合了水熱法和共沉淀法的優(yōu)點，制備超順磁性納米Fe₃O₄的方法，同時克服了水熱法需要高溫高壓的缺陷和共沉淀法需要氮氣保護的缺陷，適合于工業(yè)生產(chǎn)。得到的超順磁性納米Fe₃O₄為純黑色，說明納米Fe₃O₄的純度高，同時納米Fe₃O₄為近似球形，晶體結(jié)構(gòu)好，具有超順磁性和高的飽和磁化強度，適用于制備免疫磁珠。本發(fā)明的油酸包裹超順磁性納米Fe₃O₄的制備方法簡單、成本低，得到的油酸包裹超順磁性納米Fe₃O₄大小均一、尺寸分布窄、磁性強、穩(wěn)定性好，而且產(chǎn)品純凈、收率高、易分離，具有很強的實用性。

附圖說明

圖1為實施例1的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 1的TEM圖100nm標尺圖；

圖2為實施例1的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 1的TEM圖50nm標尺圖；

圖3為實施例1的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 1的XRD圖；

圖4為Fe₃O₄@SiO₂磁性微球1的SEM圖；

圖5為Fe₃O₄@SiO₂磁性微球1的TEM圖；

圖6為本發(fā)明Fe₃O₄以及Fe₃O₄@SiO₂的磁化曲線，

其中a線為實施例5的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 5的磁化曲線，b線為實施例2的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 2的磁化曲線，c線為Fe₃O₄@SiO₂磁性微球2的磁化曲線。

具體實施方式

以下通過具體實施例來進一步說明本發(fā)明：下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。

實施例1

(1)在空氣中，將7g FeCl₂·4H₂O加入到50mL去離子水中，得到濃度為0.14g/mL的FeCl₂水溶液。向50mL FeCl₂水溶液中加入氨水30mL，攪拌20min后，顏色逐漸變?yōu)闇\綠色，再變深綠色，最后變?yōu)楹谏?/p>

(2)向步驟(1)中加入1.1g油酸，混合均勻后將混合液置于密閉的反應釜中，在110℃下加熱反應4小時，然后用去離子水和乙醇交替洗滌各兩次，磁分離后分散在正己烷中，即可得到黑色的所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 1，粒徑為12.0±3.26nm，平均粒徑12nm。

實施例2

(1)在空氣中，將10g FeCl₂·4H₂O加入到100mL去離子水中，得到濃度為0.10g/mL的FeCl₂水溶液。向100mL FeCl₂水溶液中加入氨水10mL，攪拌60min后，顏色逐漸變?yōu)闇\綠色，再變深綠色，最后變?yōu)楹谏?/p>

(2)向步驟(1)中加入1g油酸，混合均勻后將混合液置于密閉的反應釜中，在60℃下加熱反應5小時，然后用去離子水和乙醇交替洗滌各兩次，磁分離后分散在辛己烷中，即可得到黑色的所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 2，平均粒徑8nm。

實施例3

(1)在空氣中，將50g FeCl₂·4H₂O加入到100mL去離子水中，得到濃度為0.50g/mL的FeCl₂水溶液。向100mLFeCl₂水溶液中加入氨水50mL，攪拌90min后，顏色逐漸變?yōu)闇\綠色，再變深綠色，最后變?yōu)楹谏?/p>

(2)向步驟(1)中加入5g油酸，混合均勻后將混合液置于密閉的反應釜中，在90℃下加熱反應5小時，然后用去離子水和乙醇交替洗滌各三次，磁分離后分散在正辛烷中，即可得到黑色的所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 3，平均粒徑20nm。

實施例4

(1)在空氣中，將50gFeCl₂·4H₂O加入到100mL去離子水中，得到濃度為0.50g/mL的FeCl₂水溶液。向100mLFeCl₂·H₂O水溶液中加入氨水50mL，攪拌60min后，顏色逐漸變?yōu)闇\綠色，再變深綠色，最后變?yōu)楹谏?/p>

(2)向步驟(1)中加入3.5g油酸，混合均勻后將混合液置于密閉的反應釜中，在100℃下加熱反應4小時，然后用去離子水和乙醇交替洗滌各三次，磁分離后分散在正己烷中，即可得到黑色的所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 4，平均粒徑18nm。

實施例5

(1)在空氣中，將50gFeCl₂·4H₂O加入到100mL去離子水中，得到濃度為0.50g/mL的FeCl₂水溶液。向100mLFeCl₂·H₂O水溶液中加入氨水100mL，攪拌90min后，顏色逐漸變?yōu)闇\綠色，再變深綠色，最后變?yōu)楹谏?/p>

(2)向步驟(1)中加入5g油酸，混合均勻后在130℃下加熱反應2小時，然后用去離子水和乙醇交替洗滌各三次，磁分離后分散在正己烷中，即可得到深棕色的所述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄5，平均粒徑25nm。

通過上述實施例1～5可以看出，本發(fā)明方法制備得到的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄尺寸分布窄，而且顏色為純黑色，說明純度高，磁性好，穩(wěn)定性高。

將實施例1得到的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 1進行透射電子顯微鏡(TEM)檢測，結(jié)果如圖1和圖2所示，可以看出，油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄的形貌好，為近似球形的形貌，而且尺寸分布窄。從圖2還可以看出，超順磁性納米Fe₃O₄的外層還包裹著一層油酸。

將實施例1得到的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 1進行X射線檢測(XRD)，結(jié)果如圖3所示，可以看出，圖譜中Fe₃O₄晶體的特征衍射峰很明顯，基本沒有雜質(zhì)。經(jīng)分析對比，其主要衍射峰與標準衍射粉末卡片ICSD 20-596的Fe₃O₄特征衍射峰吻合，分別對應Fe₃O₄的(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面位置，為立方反尖晶石相結(jié)構(gòu)。說明油酸包裹的Fe₃O₄晶體結(jié)構(gòu)沒有改變，產(chǎn)物為Fe₃O₄。

將上述油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 1～5用stober法進行硅烷化包裹，得到核殼結(jié)構(gòu)的Fe₃O₄@SiO₂磁性微球1～5。

將所述核殼結(jié)構(gòu)的Fe₃O₄@SiO₂磁性微球1進行掃描電子顯微鏡(SEM)檢測，結(jié)果如圖4所示，可以看出，通過本發(fā)明的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄制備得到的Fe₃O₄@SiO₂磁性微球大小均一，尺寸分布窄。

將所述核殼結(jié)構(gòu)的硅烷化氨基磁珠1進行透射電子顯微鏡(TEM)檢測，結(jié)果如圖5所示，可以看出，通過本發(fā)明的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄制備得到的Fe₃O₄@SiO₂磁性微球，內(nèi)核包覆有多個磁性微球，外殼層分界明顯，說明穩(wěn)定性好，不易團聚。

為了對其磁性進一步表征，在常溫27℃下測定了在一定外加磁場條件下對實施例5的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 5(線a)、實施例2的油酸包裹的超順磁性納米Fe₃O₄ 2(線b)以及Fe₃O₄@SiO₂磁性微球2(線c)的磁化強度，其曲磁滯回線如圖6所示。從圖6可以看出，剩余磁化強度為0，在加熱反應溫度較高的實施例5中，飽和磁化強度為35.5emu/g，在加熱反應溫度較低的實施例2中，飽和磁化強度為26.1emu/g，磁性好，且溫度越高，飽和磁化強度越高。而包裹了SiO₂的核殼結(jié)構(gòu)的Fe₃O₄@SiO₂磁性微球2，飽和磁化強度為24.1emu/g。說明本發(fā)明的納米Fe₃O₄在包裹了SiO₂時，飽和磁化強度與未包裹SiO₂相差不大。

對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明實施例原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明實施例的保護范圍。