γ-FeO/SiO复合材料的溶胶-凝胶过程研究：不同铁盐前体物的影响

摘要

具有超顺磁效应的氧化铁纳米颗粒经过适当的表面修饰在生物医药领域具有很强的应用潜力，如：组织修复、免疫检测、生物解毒、靶向给药和细胞及蛋白质分离等。对以上应用的研究已经成为磁性微球应用的研究热点。要满足以上应用，就要求磁性纳米颗粒具有较高的饱和磁化强度、生物相容性以及颗粒表面可以修饰或带有某些功能基团，也就是说这些颗粒的表面为了可以进一步功能化，为了能进一步带有某些活性分子必须在颗粒表面构建很薄的一层有机聚合物、无机金属（如金）或无机氧化物（如SiO2）。其中SiO2得到了广泛研究。磁性氧化铁颗粒表面包覆硅层伎表面结合大量硅烷键从而不仅可以很容易和乙醇、硅烷偶连剂结合，促使生成分散性好的非水溶液分散体系，阻止颗粒团聚，还可以为共价键配体提供理想的结合地点。在氧化铁/SiO2的制备方法中，常用的有共沉淀法，溶胶-凝胶法，微乳液法和水热合成法。其中溶胶-凝胶法已被证明是制备这些磁性纳米复合材料的有效方法。用这种方法氧化铁磁性纳米粒子嵌入到一个惰性，无机透明耐高温硅胶基质中，形成氧化铁/SiO2复合材料微球。
　　 目的：本论文采用溶胶-凝胶法制备γ-Fe2O3/SiO2复合材料，研究了溶胶-凝胶过程中各种制备工艺条件对产物的影响，其中以不同的铁盐前体物的影响为主线，探讨各种工艺条件下，以柠檬酸铁，氯化铁，硝酸铁为铁盐前体物的实验条件下γ-Fe2O3/SiO2复合材料的生成情况，最终确定溶胶-凝胶法制备γ-Fe2O3/SiO2复合材料的最佳的铁盐前体物和制备工艺，以期合成的γ-Fe2O3/SiO2复合材料应用于靶向药物传输。
　　 方法：柠檬酸铁（用柠檬酸调节pH）或氯化铁（用盐酸调节pH）或硝酸铁（用硝酸调节pH）、不同量的无水乙醇和水（介质）和不同含量的原硅酸四乙酯（TEOS）通过搅拌形成溶胶，溶胶经室温的胶凝过程形成凝胶，凝胶研磨成粉末经400℃高温烧结形成γ-Fe2O3/SiO2复合材料。在上述的溶胶-凝胶过程中，主要考察了原硅酸四乙酯的含量、介质中无水乙醇和水的比例、不同的胶凝温度和胶凝时容器的开口面积S和体积V的比值（S/V）等工艺条件对最终产物的影响。
　　 结果：以硝酸铁为铁盐前体物的溶胶-凝胶过程研究表明：随TEOS的含量含量增加，胶凝时间缩短。即使当TEOS的含量很小时（1——2mL/30mL），产物中也只有极少量的γ-Fe2O3生成，且产物的结晶度差，产物的平均粒度小。随着TEOS的量增加γ-Fe2O3的衍射峰消失，说明以硝酸铁为铁源时倾向于生成无定型的产物。在不同胶凝温度的影响的研究中发现，较低的胶凝温度有助于γ-Fe2O3相的生成。实验中还发现，溶胶介质对产物的物相也有一定的影响。介质中水的含量增多有助于α-Fe2O3物相的生成，随醇含量的增大，产物趋向于无定型态；
　　 以氯化铁为铁盐前体物的溶胶-凝胶过程研究结果表明：首先，以氯化铁为原料倾向于生成α-Fe2O3/SiO2的颗粒。当初始溶液中TEOS含量为2ml/30mL时，产物的XRD谱图中出现尖锐的代表α-Fe2O3的特征衍射峰，表明这种条件下SiO2基质中生成的是结晶良好的α-Fe2O3。随初溶液中TEOS的增加，最终产物中SiO2基质中生成α-Fe2O3的粒度减小，结晶度减小。其次，改变胶凝温度的实验发现，适当的提高胶凝温度使得最终样品中倾向于生成较大颗粒，结晶度较好，形成结晶良好的α-Fe2O3相。再者，氯化铁为原料倾向于生成的α-Fe2O3/SiO2的颗粒的晶相和结晶度几乎不随介质中水、醇比的改变而改变。而较小的S/V有利于γ-Fe2O3相的生成。
　　 以柠檬酸铁为铁盐前体物的溶胶-凝胶过程研究结果表明：首先，柠檬酸铁为原料倾向于生成γ-Fe2O3/SiO2的颗粒。其次，初始溶液中TEOS量的大小很大程度上影响SiO2基质中γ-Fe2O3的结晶度。随初始溶液中TEOS的增加，最终产物中SiO2基质中生成γ-Fe2O3的粒度减小，结晶度减小。溶胶-凝胶的胶凝温度对产品中Fe2O3的晶相有影响，适当的提高胶凝温度使得最终样品中倾向于生成较大颗粒，结晶良好的γ-Fe2O3相。
　　 结论：
　　 1、以硝酸铁为前体物时倾向于生成无定型的产物，但较少的TEOS量、较低的胶凝温度和增加介质中水的含量促使生成晶化产物。
　　 2、以氯化铁为原料倾向于生成α-Fe2O3/SiO2的颗粒，较少的TEOS含量、较高的胶凝温度和较小的S/V有助于生成较大的γ-Fe2O3的晶相。
　　 3、柠檬酸铁是溶胶-凝胶法制备γ-Fe2O3/SiO2的颗粒的最佳前体物，溶胶-凝胶过程影响产物的最终的晶相。形成γ-Fe2O3的机理可能是由于柠檬酸根离子总能提供还原Fe3O4的还原试剂。此条件下形成的γ-Fe2O3/SiO2复合微球的溶解实验、磁化性质、表面电位测定、平均粒径测定结果表明随凝胶介质中TEOS含量的增多，形成了不同Si层厚度的微球。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一部分 硝酸铁为前体物的溶胶—凝胶过程研究

前言

材料与方法

结果

附图

附表

讨论

小结

参考文献

第二部分 氯化铁为前体物的溶胶—凝胶过程研究

前言

材料与方法

结果

附图

附表

讨论

小结

参考文献

第三部分 柠檬酸铁为前体物的溶胶—凝胶过程研究

前言

材料与方法

结果

附图

附表

讨论

小结

参考文献

结论

综述 磁性纳米微球在医药上的应用和研究进展

致谢

个人简历