專利名稱：一種核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米材料技術領域，特別涉及一種核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料及其制備方法和將該磁性納米復合材料應用于磁共振造影劑。
背景技術：
鐵酸鹽納米材料具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)、溫和的飽和磁場和較好的鐵磁性等性質(zhì)，所以廣泛應用于藥物靶向、催化反應、吸附分離等，成為本領域的研究熱點。而磁性納米復合材料，由于其晶粒間的交換耦合相互作用，呈現(xiàn)出明顯的剩磁增強效應和單相鐵磁性特征。理論研究表明:磁性納米復合材料可兼具硬磁性相的高矯頑力和軟磁性相的高飽和磁化強度，從而實行很高的磁能積。相比單一納米粒子，納米復合磁性材料的磁性能更為優(yōu)異。所以，近年來，不少學者通過添加不同元素，比如:Cu、Al、Ti等，來改善納米復合磁性材料的微結構、進而提高材料的磁性能，但效果都不太理想，致使這類材料的磁能積遠低于理論值。究其原因:一方面，理論上計算模型過于簡單；另一方面，實驗上難以制備出晶粒細小、均勻的納米晶磁體。1973 年，Lauterbur 首次將磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)應用于人體診斷以來，這一技術在生物、醫(yī)學等領域已得到迅速發(fā)展和廣泛應用。磁共振成像利用生物體不同組織在外磁場影響下產(chǎn)生不同的共振信號來成像，信號的強弱取決于組織內(nèi)水的含量和水分子中質(zhì)子的弛豫時間。此技術已廣泛應用于人體的頭部、神經(jīng)系統(tǒng)、腹部及血管的造影，對檢測組織壞死、局部缺血和各種惡性病變特別有效，并能進行早期診斷，監(jiān)測人體循環(huán)系統(tǒng)的代謝。據(jù)統(tǒng)計，目前世界上MRI檢查約30%為增強檢查，即需要使用磁共振成像造影劑。作為藥物被應用于人體的MRI造影劑除了應滿足藥物的基本要求、具有生物適應性、水溶性好和自身有足夠的穩(wěn)定性外，還應滿足高弛豫率、毒副作用低、靶向性等特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種核殼結構磁性納米復合材料，該材料的粒徑均勻、分散性及水溶性好、穩(wěn)定性高、毒副作用低，可用于磁共振造影劑。本發(fā)明的另一個目的是提供上述核殼結構磁性納米復合材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):—種核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料，其特征在于:該納米復合材料以CoFe2O4為核，其外面包裹鐵酸鹽類殼層，材料粒徑為5-20nm之間。優(yōu)選的，所述鐵酸鹽類殼層為MnFe2O4殼層或ZnFe2O4殼層。一種上述核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其步驟包括:(I)將乙酰丙酮合鋅和乙酰丙酮合鐵或是將乙酰丙酮合錳和乙酰丙酮合鐵溶于有機溶劑中，超聲混合后再加入CoFe2O4納米粒子和1，2-十六烷二醇，磁力攪拌后得到混合液。所述混合液中的乙酰丙酮合鋅或乙酰丙酮合錳、乙酰丙酮合鐵、有機溶劑CoFe2O4納米粒子及1，2-十六燒二醇的加入配比為l_2mmol:l-4mmol:20mL:60-90mg:8-13mmoL.優(yōu)選的，所述有機溶劑由油酸、油胺和芐醚組成，其中油酸、油胺和芐醚的體積比為 1-3:1-3:10 ；(2)在惰性氣體氛圍中，將混合液進行升溫反應，冷卻反應液。具體是先將混合液升溫至280°C _320°C后保持0.5-2小時，再將反應液冷卻至室溫。優(yōu)選的，所述惰性氣體為氮氣；(3)向反應液中加入無水乙醇并進行離心分離，冷凍干燥即得樣品。即向反應液中加入反應液體積的2-4倍的無水乙醇后進行離心分離，然后再向離心分離的產(chǎn)物中加入無水乙醇和正己烷，再次進行離心分離。所述無水乙醇和正己烷的體積比為1-3:1。將上述制備方法中得到的樣品，即核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料進行水溶性改善，具體方案為將樣品溶于正己烷中，再加入多巴胺攪拌8-20小時。該樣品、正己烷和多巴胺的加入配比為l_4mg:10mL:16mg。上述水溶性改善后的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料可用于制備磁共振造影劑中。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:1、本發(fā)明所得到的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料是以CoFe2O4為核，Mn`Fe2O4或ZnFe2O4為殼層，材料的粒徑在5_20nm之間，粒徑均勻、水溶性好、毒副作用小，適合生物應用。2、所述核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備工藝簡單、反應可控性強、原材料易得。3、所述核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料可用作磁共振成像檢測中的T2造影劑，造影效果好。


圖1是實施例1中制得的CoFe2O4納米粒子的電鏡圖。圖2是實施例1中制得的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料的電鏡圖。圖3是實施例2中制得的核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料的電鏡圖。圖4是實施例1中制得的CoFe2O4納米粒子的EDX圖譜。圖5是實施例1中制得的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料的EDX圖譜。圖6是實施例2中制得的核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料的EDX圖譜。圖7是實施例1中制得的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料水溶性改善前后的對比圖。圖8是實施例1中制得的經(jīng)水溶性改善后的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料的磁共振造影劑的T2加權成像圖。圖9是實施例2中制得的經(jīng)水溶性改善后的核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料的磁共振造影劑的T2加權成像圖。圖10是實施例1中制得的經(jīng)水溶性改善后的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料對HeLa細胞的MTT毒性測試圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步說明:實施例1核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料的制備(I) CoFe2O4納米粒子的制備:將Immol乙酰丙酮合鈷的前驅體和2mmol乙酰丙酮合鐵的前驅體溶于20mL由油酸、油胺和芐醚組成的有機溶劑中，其中有機溶劑中的油酸為2mL、油胺為2mL、芐醚為20mL，超聲混合20分鐘，使得加入的前驅體和有機溶劑混合均勻；再加入IOmmol的1，2-十六烷二醇，磁力攪拌混合液；將混合液抽真空后通入氮氣，反應體系在氮氣保護下，于20分鐘內(nèi)升溫至200°C反應2小時，再在20分鐘內(nèi)升溫至300°C反應I小時。移除熱源，體系冷卻至室溫,將50mL無水乙醇加入反應液中后離心分離(其中離心轉速為12000rpm，離心時間為lOmin)，然后再在上述分離的產(chǎn)物中加入無水乙醇和正己烷離心分離，反復離心分離6次；最后將沉淀冷凍干燥10小時，最終得到CoFe2O4納米粒子。(2)核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料的制備:將Immol乙酰丙酮合錳和2mmol乙酰丙酮合鐵的前驅體溶于由油酸、油胺和芐醚組成的20mL有機溶劑中，其中有機溶劑中的油酸為2mL、油胺為2mL、芐醚為20mL，超聲混合15分鐘，使得加入的前驅體和有機溶劑混合均勻；再加入IOmmol的1，2-十六烷二醇和步驟(I)中制得的CoFe2O4納米粒子84mg,磁力攪拌混合液；將混合液抽真空后通入氮氣，反應體系在氮氣保護下，于30min內(nèi)將混合液升溫至300°C，保持I小時。反應結束后，移除熱源，將反應液冷卻至室溫，向反應液中加入50mL無水乙醇，離心分離(其中離心轉速為12000rpm，離心時間為8min)，然后再在上述分離的產(chǎn)物中加入無水乙醇和正己烷離心分離(其中，無水乙醇和正己烷的體積比為2:1)，反復離心分離5次；最后將沉淀物冷凍干燥9小時，最終得到樣品。(3)將步驟(2)中 得到的樣品進行水溶性改善，即取IOmg樣品加入50mL正己烷中，再加入SOmg多巴胺后攪拌10小時，即得水溶性磁共振造影劑。實施例2核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料的制備(I) CoFe2O4納米粒子的制備方法同實施例1。(2)核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料的制備:將Immol乙酰丙酮合鋅和2mmol乙酰丙酮合鐵的前驅體溶于由油酸、油胺和芐醚組成的20mL有機溶劑中，其中有機溶劑中的油酸為2mL、油胺為2mL、芐醚為20mL，超聲混合18分鐘，使得加入的前驅體和有機溶劑混合均勻；再加入IOmmol的1，2-十六烷二醇和步驟(I)中制得的CoFe2O4納米粒子84mg,磁力攪拌混合液；將混合液抽真空后通入氮氣，反應體系在氮氣保護下，于30min內(nèi)將混合液升溫至300°C，保持I小時。移除熱源，將反應液冷卻至室溫，向反應液中加入50mL無水乙醇，離心分離(其中離心轉速為12000rpm，離心時間為8min)，然后再在上述分離的產(chǎn)物中加入無水乙醇和正己烷離心分離(其中，無水乙醇和正己烷的體積比為2:1)，反復離心分離5次；最后將沉淀物冷凍干燥9小時，最終得到樣品。(3)將步驟(2)中得到的樣品進行水溶性改善，即取IOmg樣品加入50mL正己烷中，再加入SOmg多巴胺后攪拌10小時，即得水溶性磁共振造影劑。性能表征(I)粒徑測試
將實施例1中制得的CoFe2O4納米粒子、核殼結構鐵酸猛磁性納米復合材料及實施例2中制得的核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料進行粒徑測試，具體分別為圖1、圖2及圖3所示，從圖中可以看出，所合成的磁性納米復合材料的粒徑均勻，分散性好，粒徑為5-20納米之間。(2)元素組成測試將實施例1中制得的CoFe2O4納米粒子、核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料及實施例2中制得的核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料進行EDX圖譜檢測，其檢測結果分別為圖
4、圖5及圖6所示，從圖中可以看出CoFe2O4納米粒子中Fe元素和Co元素比接近2:1，核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料中含有Co、Fe、Mn等元素，核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料中含有Co、Fe、Zn等元素證明材料制備成功。(3)水溶性測試將實施例1中制得的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料進行水溶性改善前后的照片對比圖，如圖7所示，未經(jīng)過水溶性改善前，核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料不能溶于水，能溶于正己烷的有機相中，見圖7a。經(jīng)過水溶性改善的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料能溶于水中，見圖7b。經(jīng)過水溶性改善后，該磁性納米復合材料完全溶于水中，而且在外加磁場的作用下會發(fā)生聚集，如圖7c所示，說明該鐵酸錳磁性納米復合材料水溶性改性成功。(4)磁共振成像測試將實施例1中制得的經(jīng)過水溶性改善后的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料的磁共振造影劑的T2加權成像圖，具體如圖8所示，該圖是由0.5T的磁共振成像儀測試而得，具體參數(shù)為TR/TE=4000/60ms，選層厚度為0.6mm,譜寬SW=50KHz，接收機增益RG=3。由圖8可見:隨著造影劑中Fe3+濃度的逐漸增加，MRI的T2信號逐漸變暗，橫向馳豫率r2達到44.367Fe (mmol) Hs—1,說明該種磁性納米復合材料是一種很好的T2造影劑。圖9是實施例2中制得的經(jīng)過水溶性改善后的核殼結構鐵酸鋅磁性納米復合材料的磁共振造影劑的T2加權成像圖，從圖中可見，隨著造影劑中的Fe3+濃度的逐漸增加，MRI的T2信號也是逐漸變暗,橫向馳豫率r2達到11.864Fe (mmol ) ,說明這種納米復合材料也是一種很好的T2造影劑，可用于MRI成像中。(5)毒性測試將實施例1中制得的經(jīng)過水溶性改善后的核殼結構鐵酸錳磁性納米復合材料的配制成濃度分別為5mg/mL、25mg/mL、100mg/mL、200mg/mL,和HeLa細胞共同孵育12小時和24小時，同時以PBS溶液作為空白對照組，計算細胞成活率，具體如圖10所示，從圖中的實驗數(shù)據(jù)可知，該鐵酸錳磁性納米復合材料的濃度相同的情況下，12和24小時孵育時間所得的HeLa細胞存活率差異性很小。而且當材料濃度為200 μ g/mL的時候，細胞的存活率都在80%左右，Hela細胞在該濃度下孵育48小時的存 活率也有80%以上，說明該材料對細胞的毒性很小，適合生物應用。
權利要求
1.一種核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料,其特征在于:該納米復合材料以CoFe2O4為核，其外面包裹鐵酸鹽類殼層，材料粒徑為5-20nm之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料，其特征在于:所述鐵酸鹽類殼層為MnFe2O4殼層或ZnFe2O4殼層。
3.一種如權利要求1或2所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其步驟包括: (1)將乙酰丙酮合鋅/錳和乙酰丙酮合鐵溶于有機溶劑中，超聲混合后再加入CoFe2O4納米粒子和1，2- 十六烷二醇，磁力攪拌后得到混合液； (2)在惰性氣體氛圍中，將混合液進行升溫反應，冷卻反應液； (3)向反應液中加入無水乙醇并進行離心分離，冷凍干燥。
4.根據(jù)權利要求3所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:所述有機溶劑由油酸、油胺和芐醚組成，其中油酸、油胺和芐醚的體積比為1-3:1-3:10。
5.根據(jù)權利要求3所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述混合液中的乙酰丙酮合鋅/錳、乙酰丙酮合鐵、有機溶劑、CoFe2O4納米粒子及 1，2-十六燒二醇的配比為 l-2mmol: 1 -4mmo1:20mL:60_90mg:8_13mmol。
6.根據(jù)權利要求3所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，將混合液先升溫至280°C _320°C后保持0.5-2小時，最后將反應液冷卻至室溫。
7.根據(jù)權利要求3所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，向反應液中加入反應液體積的2-4倍的無水乙醇后進行離心分離，然后再向離心分離的產(chǎn)物中加入無水乙醇和正己烷，再次進行離心分離；所述無水乙醇和正己烷的體積比為1-3:1。
8.根據(jù)權利要求3所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:將步驟(3)得到的樣品溶于正己烷中，再加入多巴胺攪拌8-20小時。
9.根據(jù)權利要求8所述的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法，其特征在于:所述樣品、正己燒和多巴胺的加入配比為l_4mg:10mL:16mg。
10.權利要求8或9的核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料的制備方法所得的產(chǎn)物在磁共振造影劑中的應用。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米材料技術領域，特別涉及一種核殼結構鐵酸鹽類磁性納米復合材料及其制備方法和將該磁性納米復合材料應用于磁共振造影劑，該納米復合材料以CoFe2O4為核，其外面包裹鐵酸鹽類殼層，材料粒徑為5-20nm之間。制備方法為將乙酰丙酮合鋅/錳和乙酰丙酮合鐵溶于有機溶劑中，超聲混合后再加入CoFe2O4納米粒子和1,2-十六烷二醇，磁力攪拌后得到混合液；在惰性氣體氛圍中，將混合液進行升溫反應，冷卻反應液；向反應液中加入無水乙醇并進行離心分離，冷凍干燥即得樣品。所述納米材料的粒徑均勻、水溶性好、毒副作用小，可用作磁共振成像檢測中的T2造影劑，造影效果好。而且該材料的制備工藝簡單、反應可控性強。
文檔編號A61K49/06GK103083688SQ20131003481
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權日2013年1月30日
發(fā)明者楊仕平, 李向遠, 胡鶴, 王亞培, 孫金, 于超, 王俊 申請人:上海師范大學