磁性纳米粒子的制备、表征和应用

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磁性纳米粒子作为一种重要的纳米材料,以其特殊的物理、化学、热学和机械学性质,在科学的各个领域具有广阔的应用前景,如:高密度信息储存、润滑油、光吸收材料、固定化酶、靶向药物、控制释放、核磁共振、DNA和细胞分离技术等,因而引起人们的广泛关注,成为了纳米科学的研究热点之一。本论文先采用不同方法合成了一系列超顺磁性的MnFe2O4/SiO2复合纳米粒子,对其进行表征,比较了不同合成方法的优劣,并进一步探索了实验条件。本论文接着拓展了MnFe2O4/SiO2纳米粒子的应用,我们将荧光染料和磁性纳米粒子共同包埋在SiO2壳层中,制备了同时具有超顺磁性和发荧光的双功能纳米粒子,再通过氨基硅烷的修饰作用,将该双功能纳米粒子与万古霉素结合,所得到的生物功能化的纳米粒子表现出很好的对大肠杆菌的识别和磁性分离能力。 本论文分为四章,分别为:1、绪论;2、反相胶束法结合微乳液法制备超顺磁MnFe2O4/SiO2纳米粒子;3、热解法结合改良的Stober法制备MnFe2O4/SiO2纳米粒子;4、超顺磁/荧光双功能纳米粒子的制备、表征和应用。 论文第一章为绪论,先概述了纳米科学的发展,纳米粒子的独特的性质,然后重点介绍了磁性纳米粒子的基本知识、制备方法及其在生物医学上的应用。同时,也着重阐述了本文的选题背景、目的和研究设想。由于SiO2壳层独特的优良性质,本论文选择制备核壳结构的SiO2磁性纳米粒子,并对其进行深入研究。 论文第二章为反相胶束法结合微乳液法制备超顺磁MnFe2O4/SiO2纳米粒子。由于MnFe2O4尖晶石是一种很好的磁性材料,有很低的磁各向异性和高矫顽力,本论文工作选择MnFe2O4纳米粒子作为磁性复合纳米粒子的磁核。本章采用反相胶束法合成超顺磁性MnFe2O4纳米粒子,并用微乳液法在其表面包裹SiO2。对合成的MnFe2O4/SiO2纳米粒子进行表征,结果发现:由于作为磁心的MnFe2O4纳米粒子亲水性较差,油溶性也不好,SiO2包裹效果不理想。我们改良了实验方法,对MnFe2O4纳米粒子先进行表面改性,再包裹SiO2,制备了分散性、磁性较好的MnFe2O4/SiO2纳米粒子。 论文第三章为热解法结合改良的Stober法制备MnFe2O4/SiO2纳米粒子。实验先采用热解法合成了尺寸均一、分散性好、磁性强、溶于油相的MnFe2O4纳米粒子。实验接着用改良的Stober法在热解法合成的MnFe2O纳米粒子表面包裹SiO2,同样获得了尺寸较均一,分散性、磁性较好的MnFe2O4/SiO2纳米粒子。比较上一章的合成方法,我们得出:该方法更适合用于制备MIlFe2O4/SiO2纳米粒子。我们也进一步研究了实验条件对纳米粒子尺寸的影响。 论文第四章为超顺磁/荧光双功能纳米粒子的制备、表征和应用。磁性纳米粒子因其良好的超顺磁性和表面易功能化等特点十分引人注目,但本身不具标记功能,而用于标记的荧光探针又不具分离功能。为了拓展磁性纳米粒子的应用范围,我们在上两章实验的基础上,在SiO2壳层中同时包裹磁性纳米粒子和荧光染料,制备了具有磁性和荧光的双功能纳米粒子,并对该纳米粒子进行表征。结果表明:该双功能纳米粒子磁性强、光稳定性高、分散性好、尺寸均匀,且用万古霉素修饰的该双功能纳米粒子表现出对很好的对大肠杆菌的识别和磁性分离能力。 本论文的创新点在于: 一、选择Mnfe2O4纳米粒子作为磁性复合纳米粒子磁核,该种磁性材料有低的磁各向异性和高矫顽力。且当粒子尺寸小于20nm时,MnFe2O4纳米粒子在室温下具有超顺磁性,是理想的磁核材料。 二、在用反相胶束法结合微乳液法制备超顺磁MnFe2O4/SiO2纳米粒子时,改良了实验方法,通过对亲水性较差的MnFe2O4纳米粒子的表面改性,改善了SiO2的包裹效率,获得了分散性、磁性较好的MnFe2O4/SiO2纳米粒子。 三、将联吡啶钌和MnFe2O4磁性纳米粒子同时包裹在SiO2壳层,制备了磁性、分散性较好,尺寸均一的双功能纳米粒子。并用万古霉素使之生物功能化,制备的纳米粒子表现出良好的生物活性。
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