磁性纳米二氧化硅表面修饰及其应用

摘要

磁性纳米粒子是一类智能型的纳米磁性材料，兼具纳米材料和磁性材料的双重特性，如颗粒尺寸小、比表面积大、磁响应性、磁致热性等，并且由此派生出许多固体材料不具备的重要特殊性质，如超顺磁性、磁流体等，利用这些特性磁性纳米粒子已经被广泛应用于催化、磁存储、生物医学及生态环境等领域。然而，由于生产条件和技术水平的限制，制备出的磁性纳米粒子大多存在粒径大、磁响应性弱、稳定性差等缺点，大大限制了其在生物医学等高端领域的应用。近几年来，随着纳米科学技术的发展与突破，制备磁性纳米粒子的方法越来越多样化、理论越来越完善，为高质量超顺磁性纳米粒子的制备及其在细胞分离、靶向药物、磁共振成像、磁热疗等生物医学领域的应用奠定了坚实的基础。
　　本文对磁性纳米粒子的制备方法、性能和在各领域的应用进行了简要综述。首先，介绍了磁性纳米粒子超顺磁性产生的条件和机理，表征超顺磁性的重要参数；其次，列举了磁性Fe3O4纳米粒子的三种主要制备方法：化学共沉淀法、水热法和热解羰基前驱体法，总结并对比了三种制备方法的机理和各自的优缺点；第三，介绍了如何运用St?ber法和反相微乳液法对磁性Fe3O4纳米粒子进行SiO2的包覆，并且解释了SiO2包覆磁性Fe3O4纳米粒子的目的和意义；最后，介绍了磁性纳米粒子在磁流体、磁共振造影剂、催化剂、靶向药物、磁热疗等领域的应用情况。采用热解羰基前驱体法制备磁性Fe3O4纳米粒子，以水、TritonX-100/正丁醇、环己烷的反相微乳液作为纳米反应器，在磁性 Fe3O4纳米粒子的表面包覆一层SiO2，并用氨基硅烷偶联剂对其表面进行氨基化，然后，通过酰胺键在其表面接枝上具有荧光效应的罗丹明B。采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、动态光散射仪（DLS）、振动样品磁强计（VSM）、热重分析仪（TGA）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、荧光分光光度计（FS）等表征仪器对磁性纳米粒子的结构和性能进行了表征。分别考察了罗丹明 B-EDA和磁性Fe3O4@SiO2@罗丹明B对Fe3+选择性检测的性能。
　　本研究主要内容包括：⑴采用热解羰基前驱体法制备磁性Fe3O4纳米粒子。以FeCl3为铁源，油酸为配体，制备出前驱体油酸铁。以十八烯为溶剂，在320℃条件下回流反应制备出磁性Fe3O4纳米粒子。制备出的磁性Fe3O4纳米粒子为立方晶系，平均粒径约18nm，饱和磁化强度为35.7emu/g，矫顽力为零，能分散在环己烷等有机溶剂中，表现出优异的单分散性和超顺磁性。⑵水、Triton X-100/正丁醇、环己烷反相微乳液的配制。研究了反相微乳中水核液滴的大小与微乳液外观的关系，结果表明由于水相与油相对光的折射率不同，导致不同状态下微乳液的微观有所不同，随着水核的粒径由大变小，微乳液依次呈现乳白色、蓝白色、灰色半透明和澄清透明四种典型状态。重点研究了水与表面活性剂体积比对微乳液的水核粒径的影响，结果表明微乳液的形成需要加入较大量的表活性剂，且表面活性剂的加入量越大形成微乳液的水核就越小。⑶磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子的制备。以反相微乳液为纳米反应器，通过氨水催化TEOS的水解缩合反应，在磁性Fe3O4纳米粒子的表面包覆了一层非晶态SiO2，制备出了核壳结构的磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子，壳层SiO2的平均厚度约10nm。⑷罗丹明B与乙二胺的反应生成罗丹明B衍生物对Fe3+具有良好的选择识别性，其最低检检测限达到0.375μM，络合比为1：2。⑸罗丹明B通过氨基硅烷偶联剂成功接枝到磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子的表面，平均每个磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子的表面大约接枝上670个罗丹明B分子，制备出的磁性荧光多功能纳米粒子能实现对Fe3+的选择性识别。

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第1章 文献综述

1.1 前言

1.2磁性Fe3O4纳米粒子的制备方法

1.3磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子的制备

1.4磁性纳米材料及应用

1.5本论文的构想

1.6本论文的主要研究内容

第2章 磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子的制备

2.1实验内容

2.2实验药品

2.3实验仪器

2.4实验步骤

2.5样品的表征

2.6结果与讨论

2.7本章小结

第3章 基于罗丹明B的铁离子荧光探针的研究

3.1背景介绍

3.2实验内容

3.3实验药品

3.4实验仪器

3.5实验步骤

3.6样品的表征

3.7结果与讨论

3.8本章小结

第4章 磁性Fe3O4@SiO2@罗丹明B荧光探针的研究

4.1背景介绍

4.2实验药品

4.3实验仪器

4.4实验步骤

4.5样品的表征

4.6结果与讨论

4.7本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢