專利名稱：一種水基磁性液體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水基Fe3O4磁性液體的制備方法。
背景技術(shù)：
所謂磁性液體，是指吸附有表面活性劑的納米磁性顆粒在載液中高度分散而形成的膠體體系。主要由納米磁性顆粒、表面活性劑和載液組成。其工藝技術(shù)可以從以下幾點(diǎn)分類描述一、制備方法磁性液體的制備方法主要有機(jī)械研磨法、化學(xué)共沉淀法、熱分解法、火花電蝕法、還原法及真空蒸度法等，其中化學(xué)共沉淀法是目前最普遍的使用方法。
二、磁性顆粒載液主要有水或水溶液、碳?xì)浠衔?、有機(jī)硅油全氟化液體等作為磁性顆粒的載液。根據(jù)磁性液體不同用途選用相應(yīng)的載液，用在機(jī)械密封、揚(yáng)聲器上阻尼等多為油基類磁性液體，而應(yīng)用到醫(yī)藥上的磁性液體則一般是以水為載液。
三、水基藥用磁性液體表面活性劑，即相關(guān)表面改性劑目前有采用聚乙二醇、氨基酸類、聚丙烯酸類、聚丙烯酰胺和多糖類等同時(shí)具有生物功能性和親水性類表面改性劑，來改性Fe3O4磁顆粒使其能在水溶液中穩(wěn)定分散且具有與蛋白質(zhì)、基因、細(xì)胞連接等醫(yī)用功能。目前存在的不足之處是這些水基磁性液體的磁性偏弱，及效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種磁性強(qiáng)，效率高的水基磁性液體及其制備方法。
本發(fā)明采用了殼聚糖的衍生物——羧甲基殼聚糖作為表面活性劑合成Fe3O4磁性顆粒水基磁性液體。采用具有生物相容性的羧甲基殼聚糖來制備水基磁性液體以用于作為特殊治療和診斷的藥物載體，從而拓寬了磁性液體在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。我國(guó)具有豐富的甲殼質(zhì)資源，且殼聚糖在醫(yī)藥和食品保健等應(yīng)用上有著眾多優(yōu)越性，而殼聚糖的衍生物——羧甲基殼聚糖除了保留了殼聚糖原有的優(yōu)越性外，因其上有新的官能團(tuán)，有著更加獨(dú)特的功能，且能作為良好的改性劑制備水基Fe3O4磁性液體，充分利用這種天然高分子并對(duì)其進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此種磁性液體同時(shí)含有氨基和羧基等活性基團(tuán)，便于與蛋白質(zhì)、基因或細(xì)胞等進(jìn)行連接，從而適于作磁性載體材料，并可望用作磁靶向藥物載體，能廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
本發(fā)明是采用化學(xué)共沉淀法制備納米Fe3O4磁性顆粒，并采用羧基殼聚糖作為表面活性劑在合成Fe3O4磁性顆粒的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行表面改性方法制備以水為載液的水基磁性液體。化學(xué)共沉淀法制備四氧化三鐵磁性顆粒的化學(xué)反應(yīng)式為。
為達(dá)到發(fā)明的目的，采取了以下的制備技術(shù)方案1.納米顆粒的合成與改性采用化學(xué)共沉淀法合成納米Fe3O4顆粒，并采用合成Fe3O4顆粒與改性Fe3O4顆粒同步進(jìn)行的方案。分別將三氯化鐵與二氯化鐵或硫酸亞鐵配制成鹽溶液，按一定比例兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液。稱取定量的羧甲基殼聚糖溶解于氨水中后，將鐵鹽混合溶液注入其中于水浴條件下反應(yīng)。
改性方案本發(fā)明所使用的改性方案是一個(gè)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢杂袃煞N改性方案，一是合成磁顆粒的同時(shí)加入表面活性劑使合成與改性同步進(jìn)行，二是先合成磁性顆粒之后再加入表面活性劑進(jìn)行改性。采用第二種方案羧甲基殼聚糖不能在Fe3O4粒子形成良好的包覆層，在水溶液中的穩(wěn)定性效果沒有第一種方案好。為此本發(fā)明主要是采用合成磁顆粒的同時(shí)加入表面活性劑使合成與改性同步進(jìn)行的方案，即合成時(shí)同時(shí)加入表面活性劑，制備出的磁性液體效果較好，羧甲基殼聚糖能在Fe3O4粒子形成良好的包覆層，在水溶液中穩(wěn)定。一般是將三氯化鐵配成質(zhì)量濃度為60％～70％的水溶液，將二氯化鐵或硫酸亞鐵配制成濃度為15％～30％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液。將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比在1∶5～1∶30范圍內(nèi)配成溶液，最佳為1∶15，在50～100℃的水浴條件下，較佳溫度為90℃左右，高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量比在1∶1～1∶6范圍內(nèi)，1∶1、1∶2效果較佳。反應(yīng)初期攪拌速度在900～1200轉(zhuǎn)/分鐘范圍內(nèi)，反應(yīng)后期攪拌速度在300～800轉(zhuǎn)/分鐘范圍內(nèi)。制備磁性液體的總計(jì)時(shí)間在沒有通氮?dú)獾臈l件下，可在30mint～60mint范圍內(nèi)波動(dòng)，但最佳時(shí)間為40mint左右，如通氮?dú)鈼l件時(shí)間可以增長(zhǎng)到2h以上，有氮?dú)獾谋Ｗo(hù)磁性顆粒不容易被氧化。本發(fā)明還可以在超聲的條件下制備磁性液體，使Fe3O4磁性顆粒能夠在溶液中更好的分散，增強(qiáng)穩(wěn)定性，從而改善磁性液體的效果。
2.磁性液體的純化在合成水基磁性液體后需要對(duì)液體做進(jìn)一步的純化處理。
離心——反應(yīng)完畢將磁性液體取出，采用離心機(jī)高速離心四個(gè)小時(shí)以上去除沒有改性好的和尺寸大于20nm的納米Fe3O4磁性顆粒；這些顆粒由于表面沒有被羧甲基殼聚糖包覆，易發(fā)生團(tuán)聚，不能在水溶液中穩(wěn)定存在。因此磁性液體經(jīng)離心處理后，不穩(wěn)定的納米Fe3O4磁性顆粒便沉淀到溶液的底部，而能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定均勻分散在溶液中的納米Fe3O4磁性顆粒便被保留在溶液中。
超濾——可以采取超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖，以便更好的和基因、蛋白質(zhì)連接。濾膜級(jí)別則根據(jù)羧甲基殼聚糖的分子量進(jìn)行選擇。
本發(fā)明具有如下效果本發(fā)明所制備的水基磁性液體能與細(xì)胞、蛋白質(zhì)或基因進(jìn)行連接，磁性液體飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)1.6～2.5emμ/g，磁顆粒的平均粒徑為10nm左右，平均水動(dòng)力半徑為50nm左右，可在PH4～10范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，適用作細(xì)胞、蛋白質(zhì)、基因的磁性載體，并有望用作磁靶向藥物載體等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。以上數(shù)據(jù)的測(cè)定方法為水基磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)定，磁顆粒的直徑采用透射電鏡和X射線衍射進(jìn)行測(cè)定，水動(dòng)力直徑采用激光光散射儀進(jìn)行測(cè)定。


圖1羧甲基殼聚糖在納米Fe3O4顆粒表面形成吸附層結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明磁性液體的透射電鏡照片；圖3本發(fā)明磁性液體的磁滯回線圖；圖4本發(fā)明磁性液體的紅外吸收光譜。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
所謂磁性液體，是指吸附有表面活性劑的納米磁性顆粒在載液中高度分散而形成的膠體體系。主要由納米磁性顆粒、表面活性劑和載液組成，本發(fā)明所公開的一種水基磁性液體，其納米磁性顆粒采用Fe3O4顆粒，表面活性劑為羧甲基殼聚糖，載液為水，羧甲基殼聚糖在納米Fe3O4顆粒表面形成吸附層結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。本發(fā)明采用化學(xué)共沉淀法來制備水基磁性液體，優(yōu)選的方案是采用磁性顆粒合成與改性同步進(jìn)行的化學(xué)共沉淀法制備水基磁性液體。本發(fā)明的磁性液體的透射電鏡照片如圖2所示，圖3為磁性液體的磁滯回線圖，紅外吸收光譜如圖4所示。
實(shí)施例1將FeCl3·6H2O配成質(zhì)量濃度為66.6％的水溶液，將FeSO4·7H2O配制成濃度為21.9％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液，將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為范圍內(nèi)配成溶液，羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為1∶5。在90℃左右的水浴條件下高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量為1∶1，反應(yīng)時(shí)間控制在30分鐘左右，反應(yīng)初期攪拌速度為1200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)后期攪拌速度為650轉(zhuǎn)/分鐘。反應(yīng)完畢將磁性液體取出進(jìn)行離心分離不穩(wěn)定的顆粒，得穩(wěn)定的磁性液體，穩(wěn)定磁液體中的鐵含量為3.504mg/ml，最后將制得的穩(wěn)定水基磁性液體進(jìn)一步采用超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖，最后穩(wěn)定磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.24emμ/g。
實(shí)施例2將FeCl3·6H2O配成質(zhì)量濃度為66.6％的水溶液，將FeSO4·7H2O配制成濃度為21.9％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液，將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為范圍內(nèi)配成溶液，羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為1∶10。在90℃左右的水浴條件下高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量為2∶1，在有氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下進(jìn)行反應(yīng)，反映時(shí)間控制在2個(gè)小時(shí)以上。反應(yīng)初期攪拌速度為1200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)后期攪拌速度為650轉(zhuǎn)/分鐘。反應(yīng)完畢將磁性液體取出進(jìn)行離心分離不穩(wěn)定的顆粒，得穩(wěn)定的磁性液體，穩(wěn)定磁液體中的鐵含量為2.679mg/ml，最后將制得的穩(wěn)定水基磁性液體進(jìn)一步采用超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖，最后穩(wěn)定磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.43emμ/g。
實(shí)施例3
將FeCl3·6H2O配成質(zhì)量濃度為66.6％的水溶液，將FeSO4·7H2O配制成濃度為21.9％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液，將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為范圍內(nèi)配成溶液，羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為1∶15。在90℃左右的水浴條件下高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量為3∶1，同時(shí)在有氮?dú)獗Ｗo(hù)和超聲條件下進(jìn)行反應(yīng)，反映時(shí)間控制在2個(gè)小時(shí)以上。反應(yīng)初期攪拌速度為1000轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)后期攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分鐘。反應(yīng)完畢將磁性液體取出進(jìn)行離心分離不穩(wěn)定的顆粒，得穩(wěn)定的磁性液體，穩(wěn)定磁液體中的鐵含量為2.991mg/ml，最后將制得的穩(wěn)定水基磁性液體進(jìn)一步采用超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖，最后穩(wěn)定磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.62emμ/g。
實(shí)施例4將FeCl3·6H2O配成質(zhì)量濃度為66.6％的水溶液，將FeSO4·7H2O配制成濃度為21.9％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液，將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為范圍內(nèi)配成溶液，羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為1∶20。在60℃左右的水浴條件下高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量為4∶1，反應(yīng)時(shí)間控制在30分鐘左右，反應(yīng)初期攪拌速度為1200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)后期攪拌速度為650轉(zhuǎn)/分鐘。反應(yīng)完畢將磁性液體取出進(jìn)行離心分離不穩(wěn)定的顆粒，得穩(wěn)定的磁性液體，穩(wěn)定磁液體中的鐵含量為2.885mg/ml，最后將制得的穩(wěn)定水基磁性液體進(jìn)一步采用超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖，最后穩(wěn)定磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.50emμ/g。
實(shí)施例5將FeCl3·6H2O配成質(zhì)量濃度為66.6％的水溶液，將FeSO4·7H2O配制成濃度為21.9％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液，將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為范圍內(nèi)配成溶液，羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為1∶25。在80℃左右的水浴條件下高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量為5∶1，反應(yīng)時(shí)間控制在30分鐘左右，反應(yīng)初期攪拌速度為1200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)后期攪拌速度為650轉(zhuǎn)/分鐘。反應(yīng)完畢將磁性液體取出進(jìn)行離心分離不穩(wěn)定的顆粒，得穩(wěn)定的磁性液體，穩(wěn)定磁液體中的鐵含量為2.833mg/ml，最后將制得的穩(wěn)定水基磁性液體進(jìn)一步采用超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖，最后穩(wěn)定磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.32emμ/g。
實(shí)施例6將FeCl3·6H2O配成質(zhì)量濃度為66.6％的水溶液，將FeSO4·7H2O配制成濃度為21.9％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液，將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為范圍內(nèi)配成溶液，羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比為1∶30。在95℃左右的水浴條件下高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量為5∶1，反應(yīng)時(shí)間控制在30分鐘左右，反應(yīng)初期攪拌速度為1200轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)后期攪拌速度為650轉(zhuǎn)/分鐘。反應(yīng)完畢將磁性液體取出進(jìn)行離心分離不穩(wěn)定的顆粒，得穩(wěn)定的磁性液體，穩(wěn)定磁液體中的鐵含量為2.833mg/ml，最后將制得的穩(wěn)定水基磁性液體進(jìn)一步采用超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖，最后穩(wěn)定磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.16emμ/g。
實(shí)施例7本實(shí)施例是采用第二種制備方案，即先合成磁性顆粒之后再加入表面活性劑進(jìn)行改性。其特征在于包括以下幾個(gè)步驟①將FeCl3·6H2O配成質(zhì)量濃度為21.3％的水溶液，將FeCl2·4H2O配成質(zhì)量濃度為9.1％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝2∶1配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液；②將鐵鹽混合溶液在水浴鍋中預(yù)熱5分鐘后，在攪拌鐵鹽混合溶液的條件下注入摩爾數(shù)為Fe3+摩爾數(shù)5倍的濃氨水使反應(yīng)進(jìn)行；水浴溫度控制在75℃左右、攪拌速度控制在400轉(zhuǎn)/分鐘、反應(yīng)時(shí)間控制在30分鐘。
③反應(yīng)結(jié)束后將合成出來的磁性液體進(jìn)行磁坐沉降，待磁顆粒被磁力吸附沉降下來后倒出上層清液，然后在加蒸餾水反復(fù)清洗數(shù)次，用蒸餾水洗滌磁顆粒約5～6次以便去除Cl-、NH4+等影響磁顆粒穩(wěn)定分散的雜質(zhì)離子，然后將磁性液體超聲處理，即得到在水中穩(wěn)定分散的磁性顆粒。
④將一定量的羧甲基殼聚糖配成水溶液，加入步驟③制備好的穩(wěn)定磁性液體中，將混合液調(diào)節(jié)為酸性PH＝4.7，于水浴鍋中反應(yīng)，水浴溫度控制在50℃左右、攪拌速度控制在200轉(zhuǎn)/分鐘、反應(yīng)時(shí)間控制在30分鐘，水基磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度為0.30emμ/g。
實(shí)施例8本實(shí)施例是采用第二種制備方案，即先合成磁性顆粒之后再加入表面活性劑進(jìn)行改性，基本步驟如實(shí)施例7所示，區(qū)別在于在步驟④中將混合液調(diào)節(jié)為中性PH＝7.2，于水浴鍋中反應(yīng)，水基磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度為0.82emμ/g。
實(shí)施例9本實(shí)施例是采用第二種制備方案，即先合成磁性顆粒之后再加入表面活性劑進(jìn)行改性，基本步驟如實(shí)施例7所示，區(qū)別在于在步驟④中將混合液調(diào)節(jié)為堿性PH＝9.2，于水浴鍋中反應(yīng)，水基磁性液體的飽和磁化強(qiáng)度為0.57emμ/g。
權(quán)利要求
1.一種水基磁性液體，包括磁性顆粒、表面活性劑和載液，其特征是所述的表面活性劑為羧甲基殼聚糖。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的水基磁性液體的方法，其特征是采用化學(xué)共沉淀法制備水基磁性液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備水基磁性液體的方法，其特征是采用磁性顆粒合成與改性同步進(jìn)行的化學(xué)共沉淀法制備水基磁性液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3述制備水基磁性液體的方法，其特征在于包括以下步驟①將三氯化鐵配成質(zhì)量濃度為60％～70％的水溶液，將二氯化鐵或硫酸亞鐵配制成濃度為15％～30％的水溶液，按Fe2+∶Fe3+＝1∶1.5～2配比將兩種溶液混合配成鐵鹽混合溶液；②將羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比在1∶5～1∶30范圍內(nèi)配成溶液，在50～100℃的水浴條件下高速攪拌使羧甲基殼聚糖溶解于氨水，同時(shí)注入Fe2+、Fe3+混合液，控制羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量比在1∶1～6∶1范圍內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間控制在30～60分鐘之間；③反應(yīng)完畢將磁性液體取出進(jìn)行離心分離不穩(wěn)定的顆粒，得穩(wěn)定的磁性液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3述制備水基磁性液體的方法，其特征是制得穩(wěn)定的水基磁性液體后，進(jìn)一步采用超濾辦法去除磁性液體中存在的沒有被磁性顆粒所吸附的游離態(tài)羧甲基殼聚糖。
6.根據(jù)權(quán)利要求3述制備水基磁性液體的方法，其特征是在步驟②中反應(yīng)初期攪拌速度在900～1200轉(zhuǎn)/分鐘范圍內(nèi)，反應(yīng)后期攪拌速度在300～800轉(zhuǎn)/分鐘范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3述制備水基磁性液體的方法，其特征是羧甲基殼聚糖與合成后的Fe3O4質(zhì)量比最佳為1∶1或1∶2，羧甲基殼聚糖與25％氨水的質(zhì)量比最佳為1∶15。
8.根據(jù)權(quán)利要求3述制備水基磁性液體的方法，其特征是步驟②還可以在有氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下進(jìn)行反應(yīng)，反映時(shí)間控制在2個(gè)小時(shí)以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3述制備水基磁性液體的方法，其特征是可以在超聲條件下制備磁性液體。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備磁性液體的方法，其特征是所述方法分成以下兩個(gè)步驟第一步先通過化學(xué)共沉淀法合成穩(wěn)定分散的磁性顆粒，再進(jìn)行第二步表面改性反應(yīng)的方法制備水基磁性液體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水基Fe
文檔編號(hào)H01F1/44GK1702782SQ20051003476
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者沈輝, 孫啟鳳, 徐雪青 申請(qǐng)人:中山大學(xué)