專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磁性四氧化三鐵納米粒子及其制備方法、應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及-
域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
磁性四氧化三鐵納米粒子(FNPs)是一種應(yīng)用廣泛地應(yīng)用于組織成像，基因靶 向，蛋白富集和生物傳感器。最近報(bào)道了納米四氧化三鐵具有類(lèi)似過(guò)氧化氫酶和Fenton 試劑的性質(zhì)，其催化活性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，受溫度和PH等影響小，結(jié)果表明了其性質(zhì)要優(yōu) 于天然存在的酶(Gao LZ, Zhuang J, Nie L, et al. Nature Nanotechnology. 2007 S印;2(9) 577-83)。已被應(yīng)用于過(guò)氧化氫和葡萄糖的檢測(cè)(Zhuang J, Zhang JB, Gao LZ, et al. Materials Letters. 2008 Sep 15；62 (24)3972-4; Wei H, Wang Ε. Anal Chem. 2008 Mar 15; 80 (6) : 2250-4) 0已有文獻(xiàn)報(bào)道，具有類(lèi)酶性質(zhì)的納米四氧化三鐵可 以催化還原過(guò)氧化氫(hang LH, Zhai YM, Gao N, et al. Electrochem Commun. 2008 0ct;10(10) :1524-6)，并可以檢測(cè)其含量的納米材料。此時(shí)，納米顆粒通常和導(dǎo)電聚合物復(fù) 合，如鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)或聚苯胺(Polyaniline)等。來(lái)加快FNPs電 子傳遞的速度及催化效率。活性氧，包括· O2-，OH ·，·0_，Η02·及H2O2等，是由生物體新陳代謝產(chǎn)生的副產(chǎn) 品，其與機(jī)體細(xì)胞的許多功能活動(dòng)及各種疾病密切相關(guān)，如癌、腫瘤、動(dòng)脈硬化、糖尿病、 心腦血栓及衰老等(陳瑗；周玫.自由基醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與病理生理.北京人民衛(wèi)生出版社. 2002:12-3)。在有機(jī)組織中，許多酶包括超氧化物歧化酶(S0D)，能夠催化清除損害活性氧 自由基。同時(shí)，活性氧也在機(jī)體的先天免疫能力方面也發(fā)揮了重要作用?；钚匝鮼?lái)源于循 環(huán)單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞中，并作用于革蘭陰性細(xì)菌外膜的不飽和脂肪酸，使其發(fā)生脂質(zhì) 過(guò)氧化反應(yīng)，并破壞組織結(jié)構(gòu)。在活性氧中，過(guò)氧化氫(H2O2)是最穩(wěn)定的物質(zhì)，并且可以通過(guò) 水分子通道擴(kuò)散穿過(guò)生物膜引起蛋白質(zhì)氧化而遭到破壞，細(xì)胞內(nèi)的H2O2主要是通過(guò)SOD或 者過(guò)渡態(tài)金屬離子催化·02_歧化反應(yīng)而生成，其機(jī)理如如下式a。H2O2對(duì)機(jī)體的損傷是通 過(guò)Fenton試劑反應(yīng)生成破壞性極強(qiáng)的活性O(shè)H ·，機(jī)理如下式MYamazaki I，Piette LH, Grover TA. J Biol Chem. 1990 Jan 15;265(2)652-9; Lucas MS, Dias Μ, Sampaio A, et al. Water Res. 2007 Mar;41 (5) : 1103-9)。因此，生理?xiàng)l件下的過(guò)氧化氫濃度和· O2_ 和OH ·等活性氧的形成和分解密切相關(guān)。
-O2- + -O2-——> H2O2 +O2(a)
F^+ + H2O2 ^* Fe3+ + OH + OH" (b)傳統(tǒng)的高度靈敏的電化學(xué)生物傳感器檢測(cè)過(guò)氧化氫的報(bào)道。他們都在使用基于固 定化氧化還原蛋白，特別是細(xì)胞色素C，其很容易被氧自由基還原，并產(chǎn)生一個(gè)典型的催化 電流。這些基于蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的生物傳感器穩(wěn)定差，受溫度和PH影響較大，同時(shí)準(zhǔn)備過(guò)程 也是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種磁性四氧化三鐵納米粒子及其制備方法，以及其在電化學(xué)傳感 器上的應(yīng)用。本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子，吸附在電沉積納米金粒子的玻碳電極上，各種 粒徑的磁性四氧化三鐵納米粒子在納米金簇表面都有較明顯的氧化還原峰，且峰電流大小 關(guān)系為10 nm>100 nm>400 nm。本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的磁性四氧化三鐵納米粒子的粒徑為10、 IOOnm或400 nm，且形成花簇狀。本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的磁性四氧化三鐵納米粒子的晶體結(jié)構(gòu)2 θ 值在10° 80°的范圍內(nèi)，峰位置所對(duì)應(yīng)的2 θ值分別為220，311，400，422，511和400， 它的飽和磁矩為60.8 emu g_l。本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的磁性四氧化三鐵納米粒子可應(yīng)用于電 化學(xué)傳感器。本發(fā)明一個(gè)更優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的磁性四氧化三鐵納米粒子可檢測(cè)過(guò)氧 化氫。過(guò)氧化氫響應(yīng)的線性范圍為0. 15 6. 1 μ M，最低檢測(cè)限為50 ηΜ。本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的磁性四氧化三鐵納米粒子的制備方法 包括取粒徑約為10 nm的20 yL 1 mg/mL的納米四氧化三鐵溶液至于平板玻璃上，并用 已沉積納米金的磁性玻碳電極將FNPs磁性吸附在電極表面。本發(fā)明另一個(gè)的技術(shù)方案中，研究所述的磁性四氧化三鐵納米粒子的粒徑大小 對(duì)過(guò)氧化氫檢測(cè)的影響。本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子可應(yīng)用于過(guò)氧化氫(H2O2)的檢測(cè)。通過(guò)結(jié)合電 沉積金納米粒子(GNPs)和磁性FNPs的技術(shù)，構(gòu)建了一種檢測(cè)過(guò)氧化氫(H2O2)的電化學(xué)傳 感器。此電化學(xué)傳感器采用三電極系統(tǒng)玻碳電極(GCE，Φ =4. 0 mm)為工作電極，飽和甘汞 電極(SCE)為參比電極，鉬絲為對(duì)電極。GCE表面先沉積GNPs，后吸附磁性FNPs。采用本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子構(gòu)建的電化學(xué)傳感器對(duì)過(guò)氧化氫響應(yīng)的線 性范圍為0.15 6. ΙμΜ，檢測(cè)限為50 ηΜ。此檢測(cè)方法檢測(cè)限低，靈敏度高。本發(fā)明研究三種不同粒徑的磁性四氧化三鐵納米粒子對(duì)過(guò)氧化氫檢測(cè)的影響。 納米材料的性質(zhì)往往與其本身的粒徑有密切的關(guān)系，本發(fā)明探究了三種不同粒徑的納米四 氧化三鐵的電化學(xué)性質(zhì)，選擇了 10，100，400 nm三種不同的粒徑來(lái)考察其電化學(xué)行為。本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子的粒徑大小對(duì)過(guò)氧化氫檢測(cè)有一定影響。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明納米顆粒越小，其氧化還原活性越高，峰電流越強(qiáng)，體現(xiàn)了納米顆粒的小尺寸效應(yīng)。


圖1是本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子的XRD和VSM圖。圖2是FNPs/GNPs/GCE復(fù)合電極在過(guò)氧化氫存在的條件下，隨著H2O2濃度的升高， 峰電流逐漸減小的循環(huán)伏安圖。圖3是三種不同粒徑的磁性四氧化三鐵納米粒子修飾的玻碳電極電化學(xué)行為的 循環(huán)伏安圖，其中掃速為100mV/S。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 不同粒徑的磁性四氧化三鐵納米粒子的合成。不同粒徑(10，100，400 nm)納米四氧化三鐵的合成是按照文獻(xiàn)方法合成的，三種 不同粒徑大小的納米粒子用兩種方法合成，大致合成步驟如下。(1)1.35 g FeCl3 ·6Η20在40 mL乙烯乙二醇形成透明的溶液，其次加入3. 6 g醋 酸鈉和1.0 g聚乙二醇。該混合后攪拌30分鐘，然后將此溶液密封在一個(gè)聚四氟乙烯的不 銹鋼高壓鍋(50 mL)。該高壓鍋是加熱和200 °C維持24小時(shí)，反應(yīng)完畢后冷卻至室溫。黑 色的產(chǎn)物用乙醇洗滌數(shù)次，并在60 °C下干燥6小時(shí)，合成粒徑為100 nm。(2)將 0. 97 gFeS04 · 7H20，1. 89 gFeCl3 · 6H20 和一定質(zhì)量的尿素(0 2 g)溶解 于20 mL水中分散成溶液，在不斷攪拌和氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下，將此混合溶液在水浴鍋中緩慢 加熱到90 °C;再逐滴加入16 mL 3.5 mol L-I的濃氨水并劇烈攪拌，反應(yīng)約1小時(shí)，出現(xiàn)黑 色懸濁液。最后用去離子水洗滌6次，無(wú)水乙醇洗滌2次，并收集不同離心速率下的產(chǎn)物。 將此沉淀物放入35 °C的鼓風(fēng)干燥箱中烘干5小時(shí)，合成粒徑為10 nm和400 nm。
取粒徑約為10 nm的20 yL 1 mg/mL的納米四氧化三鐵溶液至于平板玻璃上，并用已 沉積納米金的磁性玻碳電極將FNPs磁性吸附在電極表面。可以看出通過(guò)磁性吸附后FNPs 形成團(tuán)簇狀。XRD實(shí)驗(yàn)表明了 FNPs的晶體結(jié)構(gòu)。如圖1所示，2 θ值在10° 80°的范 圍內(nèi)，峰位置所對(duì)應(yīng)的2 θ值分別為(220 )，( 311)，( 400 )，( 422 )，( 511)和(400 )，從這些衍 射數(shù)據(jù)可以看出，成功合成了氧化鐵磁性粒子。圖1中的VSM圖可以看出FNPs的飽和磁矩 為60. 8 emu g_l，說(shuō)明其磁性較強(qiáng)。實(shí)施例2 本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子應(yīng)用于過(guò)氧化氫的檢測(cè)。通過(guò)結(jié)合電沉積GNPs和磁性FNPs的技術(shù)，構(gòu)建了一種檢測(cè)過(guò)氧化氫(H2O2)的電 化學(xué)傳感器。本發(fā)明電化學(xué)傳感器采用三電極系統(tǒng)玻碳電極(GCE，Φ =4.0 mm)為工作 電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉬絲為對(duì)電極。GCE表面先沉積GNPs，后吸附磁性 FNPs。利用FNPs的電化學(xué)活性，并利用其能將過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)化成羥基自由基的活性，阻礙 其本身在納米金原子上電子傳遞過(guò)程。當(dāng)FNPs/GNPs/GCE復(fù)合電極在沒(méi)有過(guò)氧化氫存在的條件下，從圖2的循環(huán)伏安 圖看出，四氧化三鐵不顯示任何的催化活性。當(dāng)體系中加入H2O2時(shí)，氧化峰和還原峰的電 流均比空白溶液時(shí)的電流有明顯的降低，而且隨著H2O2濃度的升高，峰電流逐漸減小。當(dāng) H2O2濃度從0.15 μ M升高到6.1 μ M時(shí)，氧化峰電流從8. 94 μ A降低到3. 21 μΑ，且 呈線性關(guān)系。線性方程為1= 8.843 -0.864C (I/μ Α，C/μ M)，r=0. 994。過(guò)氧化氫的最 低檢測(cè)限為50 nM,比之前報(bào)道基于GCE電極的H2O2的酶?jìng)鞲衅饕?Zhang H, Zou X, Han D. Anal Lett. 2007;40(4)661-76; Yabuki S, Fujii S. Microchim Acta. 2009 Jan ； 164 (1-2) 173-6; Lin H, Cheng HM, Miao XP, et al. Electroanal. 2009 Dec;21(23)2602-6)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子構(gòu)建的電化學(xué)傳感器對(duì)過(guò)氧化氫 響應(yīng)的線性范圍為0. 15 6. 1 μ M，過(guò)氧化氫的最低檢測(cè)限為50 nM。本發(fā)明磁性四氧化三 鐵納米粒子可以降低過(guò)氧化氫的檢測(cè)的檢出限，提高檢測(cè)靈敏度。實(shí)施例3不同粒徑的磁性四氧化三鐵納米粒子對(duì)H2O2檢測(cè)的影響納米材料的性質(zhì)往往與其本身的粒徑有密切的關(guān)系，本發(fā)明探究了三種不同粒徑的納 米四氧化三鐵的電化學(xué)性質(zhì)，選擇了 10，100，400 nm三種不同的粒徑來(lái)考察其電化學(xué)行為。 如圖3所示，各種粒徑的FNPs在納米金簇表面都有較明顯的氧化還原峰，且峰電流大小關(guān) 系為10 nm>100 nm>400 nm，納米顆粒越小，其氧化還原活性越高，峰電流越強(qiáng)，這也體現(xiàn) 了納米顆粒的小尺寸效應(yīng)。推測(cè)納米顆粒越小，其比表面積越大。包裹的有電活性的Fe2+/ Fe3+越多，且有更多的納米金接近其氧化還原中心，故其氧化還原峰電流也越大。本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子具有穩(wěn)定性和電活性。如將其表面包裹一層 導(dǎo)電聚合物(殼聚糖、聚醚酰亞胺、聚乙二醇等)，這樣就可以將其表面功能化，可以修飾如 DNA，核酸適配體，抗體等，利用納米四氧化三鐵作為電化學(xué)的信號(hào)標(biāo)記物，還可以應(yīng)用于其 他小分子或者蛋白質(zhì)電化學(xué)檢測(cè)。在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單 獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的 范圍。
權(quán)利要求
一種磁性四氧化三鐵納米粒子，吸附在電沉積納米金粒子的玻碳電極上，其特征在于，各種粒徑的磁性四氧化三鐵納米粒子在納米金簇表面都有較明顯的氧化還原峰，且峰電流大小關(guān)系為10 nm>100 nm>400 nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性四氧化三鐵納米粒子，其特征在于，所述的磁性四氧化 三鐵納米粒子的粒徑為10、IOOnm或400 nm，且形成花簇狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性四氧化三鐵納米粒子，其特征在于，所述的磁性四氧化 三鐵納米粒子的晶體結(jié)構(gòu)2 θ值在10° 80°的范圍內(nèi)，峰位置所對(duì)應(yīng)的2 θ值分別為 220，311，400，422，511 和 400，它的飽和磁矩為 60. 8 emu g_l。
4.權(quán)利要求1所述的磁性四氧化三鐵納米粒子在電化學(xué)傳感器上的應(yīng)用。
5.權(quán)利要求4所述的磁性四氧化三鐵納米粒子的應(yīng)用可檢測(cè)過(guò)氧化氫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性四氧化三鐵納米粒子的應(yīng)用，其特征在于，過(guò)氧化氫響 應(yīng)的線性范圍為0. 15 6. 1 μ M，最低檢測(cè)限為50 ηΜ。
7.權(quán)利要求1所述的磁性四氧化三鐵納米粒子的制備方法包括取粒徑約為10nm的 20 UL 1 mg/mL的納米四氧化三鐵溶液至于平板玻璃上，并用已沉積納米金的磁性玻碳 電極將FNPs磁性吸附在電極表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性四氧化三鐵納米粒子及其制備方法，以及其在電化學(xué)傳感器上的應(yīng)用。本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子可應(yīng)用于過(guò)氧化氫(H2O2)的檢測(cè)，采用本發(fā)明磁性四氧化三鐵納米粒子構(gòu)建的電化學(xué)傳感器對(duì)過(guò)氧化氫響應(yīng)的線性范圍為0.15~6.1μM，檢測(cè)限為50nM。
文檔編號(hào)G01N27/26GK101975808SQ201010510120
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者于加石, 周?chē)?guó)亮, 孟書(shū)涵, 宋威廉, 王曉岑, 郭紫嫣 申請(qǐng)人:上海市七寶中學(xué)