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聚合物基无机纳米复合材料的结 构设计和性能研究----结课作业
1
生物医用功能化磁性纳米粒子
主要内容
1、引言
2、研究进展 3、制备方法 4、应用及现状 5、展望
2
引言
随着科学技术的发展，人类的认知领域由宏观世界逐渐发 展到微观世界，从而形成了一门新的科学技术——纳米科 学技术。纳米科学技术包括纳米材料、纳米器件、纳米结 构设计和加工组装、纳米机器以及相应的检测表征技术和 方法，因此“纳米”不仅仅局限于狭义的空间尺度上的意 义，而是一种全新的思维方式和认识方法、研究手段和应 用技术。
8
图1-2AOT/正己烷反相微乳液体系结构
微乳法制备纳米粒子的最大优点就是当纳米粒子合成后，体系能够
立即为粒子提供表面活性剂，钝化粒子的表面，不会发生纳米粒子团聚， 使其分散性得到保障。其缺点也很明显，由于电解质的加入会导致微乳 液体系的不稳定性，因此反应试剂的浓度不可能很高，一次合成制备的 纳米粒子产量很低；同时由于微乳液体系是热力学稳定体系，粒子的提 取及后处理过程复杂；而且微乳液法合成的Fe3O4磁性纳米粒子通常只 溶于有机溶剂，在医学领域的应用受到限制，通常需要在Fe3O4表面修 饰上亲水分子，使其溶于水方能应用于生物医学领域。
以FeCl2与表面活性剂十二烷基磺酸钠（sodium dodecanesulphonate， SDS）反应生成的Fe(DS)2作为反应前体，通过控制SDS 的浓度和反应 温度可以合成3.7～11.6 nm的Fe3O4粒子。Gupta 等在表面活性剂丁二 酸-2-乙基己基磺酸钠(AOT)溶于正己烷中形成W/O 反相微乳液体系， Fe2+和Fe3+盐溶于反相微液滴的亲水核中，在N2存在下，加入NaOH得 到直径较小（<15 nm）、高分散的氧化铁磁性纳米粒子。
将纳米材料应用于医学领域形成的纳米生物医学就是由纳 米科学、生物学和医学交叉结合形成的，这种结合尽管才 十来年的历史，但已取得了许多令人鼓舞的成就，使得纳 米生物医学技术己成为纳米科技领域最引人注目、最有生 命力的发展方向之一。其中，磁性纳米材料是近年来研究 较多的生物医学无机功能纳米材料。
3
制备方法
干法具有工艺流程短，产品质量高，粒子超细、均匀、 分散性好等特点，但其技术难度大，对设备的结构及 材质要求高，一次性投资也大。
5
共沉 淀法共沉淀法制备纳米 Fe3O4因其操作简 单，成本低廉，且能大规模生产等优点 而被广泛采用。
其反应原理为： Fe2++ 2Fe3+ + 8OH- → Fe3O4 +4H2O
通常是把 Fe2+和Fe3+的盐溶液以 一定的比例混合后，用过量的NH4OH 或NaOH图在1-1惰共沉性淀法气制备氛磁、性纳一米粒定子示温意图度和 PH
6
溶胶凝胶 法 溶胶-凝胶方法（Sol-Gel）是日本 科学家 Sugimoto 等于上世纪90 年代 发展起来的一种液相制备单分散金属 氧化物颗粒的新工艺。
9
金属有机前驱体 热分解法
金属有机前驱体（organometallic precursor）分解法，顾名思义，就是从 金属有机前驱体出发，利用各种能量输 入方法，使得其发生化学反应分解，从 而获得所需要的磁性纳米粒子。利用有 机溶液的高沸点性，使分散在油相中的 金属有机前驱体在高温下分解，并结晶 成核生长，通过控制原料浓度、反应时 间以及投入的晶核大小可以方便控制粒 子粒径、形状和晶型，通过表面键合有 10
研究现状
磁性纳米粒子的应用非常广泛，在 磁记录材料、磁性液体、传感器、催化、 永磁材料、颜料、雷达波吸波材料以及生 物医药领域有着广阔的应用前景。近年来， 合成和表征纳米尺度材料的进展使科学家 能在分子或细胞水平上够理解和掌握纳米 材料（如：纳米线、纳米纤维、纳米粒子、 纳米带和纳米管）和生物实体（核酸、蛋 白质和细胞）之间的相互作用。单分散磁
其基本原理是：以高度浓缩的金属 醇盐凝胶为基质，通过对其溶解-再 结晶（Sol-Gel 过程）处理，生长出 高度单分散的金属氧化物颗粒。在40 ℃，强力搅拌下，将Fe(NO3)3溶于聚 乙二醇中制得溶胶，升温继续反应转 7
微乳液 法
微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米颗粒的有效方法，它是 由热力学稳定、透明的水滴在油中(W/O)或油滴在水中(O/W)形成的单分 散体系，其微结构的粒径为5~70nm，在微观结构方面可分为O/W型、 双连续型和W/O（反相胶束）型3 种，是表面活性剂分子在油/水界面形 成的有序组合体。微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇 类)、油(通常为烃类)和水(或水溶液)组成。在此体系中，两种互不相溶 的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其 大小可控制在纳米级范围，反应物在体系中反应生成固相粒子。
12
改性方法
方 法
物理改性
通过吸附、涂敷、包覆等物理手 段对微粒表面进行改性，如表面吸 附和表面沉积法。利用紫外线、等 离子射线等对粒子进行表面改性也 属于物理修饰。物理修饰方法对于 生物医学用磁性纳米粒子的表面改 性不太适用，修饰分子与颗粒间的 物理作用结合力比较弱，不稳定， 而且诸多生物医学应用对磁性纳米来自百度文库粒子都有特殊的要求，不只是防止 团聚。所以，磁性纳米粒子的表面 修饰多采用化学修饰方法。
制备方法
干法 共沉淀法 溶胶-凝胶法 微乳液法 金属有机前驱体热分解法
水热法
4
干法
干法常以铁的配合物如五羰基合铁[Fe(CO)5]或二茂 铁[FeCP2]为原料，在比较剧烈的条件下，使原料分解 制得产物。例如，以N2为载体，将Fe(CO)5，从蒸发室 导入温度高达600 ℃的燃烧室，同时喷入高流速空气， Fe(CO)5 与空气迅速混合发生剧烈的氧化反应，产物经 骤冷、分离得到超细粒子。所得产物粒径为5~10 nm， 比表面积150 m2/g、热稳定性和分散性良好的无定型透 明氧化铁。
水热法
水热法是指在高压釜里的高温、高压反 应环境中，采用水作为反应介质，使得通 常难溶或不溶的物质溶解、反应、重结晶 而得到理想的产物。 Fan 等在高压釜内放入1.39 g FeSO4、 1.24 g Na2S2O3、14 ml蒸馏水，缓慢滴 加10ml 1.0 mol/L NaOH 溶液，不断搅拌， 反应温度为140 ℃，12 h后冷却至室温， 得到黑灰色沉淀，经过滤，热水和无水乙 醇洗涤，在70 ℃真空干燥4 h，得到50 11
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生物医用功能化磁性纳米粒子
主要内容
1、引言
2、研究进展 3、制备方法 4、应用及现状 5、展望
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引言
随着科学技术的发展，人类的认知领域由宏观世界逐渐发 展到微观世界，从而形成了一门新的科学技术——纳米科 学技术。纳米科学技术包括纳米材料、纳米器件、纳米结 构设计和加工组装、纳米机器以及相应的检测表征技术和 方法，因此“纳米”不仅仅局限于狭义的空间尺度上的意 义，而是一种全新的思维方式和认识方法、研究手段和应 用技术。
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图1-2AOT/正己烷反相微乳液体系结构
微乳法制备纳米粒子的最大优点就是当纳米粒子合成后，体系能够
立即为粒子提供表面活性剂，钝化粒子的表面，不会发生纳米粒子团聚， 使其分散性得到保障。其缺点也很明显，由于电解质的加入会导致微乳 液体系的不稳定性，因此反应试剂的浓度不可能很高，一次合成制备的 纳米粒子产量很低；同时由于微乳液体系是热力学稳定体系，粒子的提 取及后处理过程复杂；而且微乳液法合成的Fe3O4磁性纳米粒子通常只 溶于有机溶剂，在医学领域的应用受到限制，通常需要在Fe3O4表面修 饰上亲水分子，使其溶于水方能应用于生物医学领域。
以FeCl2与表面活性剂十二烷基磺酸钠（sodium dodecanesulphonate， SDS）反应生成的Fe(DS)2作为反应前体，通过控制SDS 的浓度和反应 温度可以合成3.7～11.6 nm的Fe3O4粒子。Gupta 等在表面活性剂丁二 酸-2-乙基己基磺酸钠(AOT)溶于正己烷中形成W/O 反相微乳液体系， Fe2+和Fe3+盐溶于反相微液滴的亲水核中，在N2存在下，加入NaOH得 到直径较小（<15 nm）、高分散的氧化铁磁性纳米粒子。
将纳米材料应用于医学领域形成的纳米生物医学就是由纳 米科学、生物学和医学交叉结合形成的，这种结合尽管才 十来年的历史，但已取得了许多令人鼓舞的成就，使得纳 米生物医学技术己成为纳米科技领域最引人注目、最有生 命力的发展方向之一。其中，磁性纳米材料是近年来研究 较多的生物医学无机功能纳米材料。
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制备方法
干法具有工艺流程短，产品质量高，粒子超细、均匀、 分散性好等特点，但其技术难度大，对设备的结构及 材质要求高，一次性投资也大。
5
共沉 淀法共沉淀法制备纳米 Fe3O4因其操作简 单，成本低廉，且能大规模生产等优点 而被广泛采用。
其反应原理为： Fe2++ 2Fe3+ + 8OH- → Fe3O4 +4H2O
通常是把 Fe2+和Fe3+的盐溶液以 一定的比例混合后，用过量的NH4OH 或NaOH图在1-1惰共沉性淀法气制备氛磁、性纳一米粒定子示温意图度和 PH
6
溶胶凝胶 法 溶胶-凝胶方法（Sol-Gel）是日本 科学家 Sugimoto 等于上世纪90 年代 发展起来的一种液相制备单分散金属 氧化物颗粒的新工艺。
9
金属有机前驱体 热分解法
金属有机前驱体（organometallic precursor）分解法，顾名思义，就是从 金属有机前驱体出发，利用各种能量输 入方法，使得其发生化学反应分解，从 而获得所需要的磁性纳米粒子。利用有 机溶液的高沸点性，使分散在油相中的 金属有机前驱体在高温下分解，并结晶 成核生长，通过控制原料浓度、反应时 间以及投入的晶核大小可以方便控制粒 子粒径、形状和晶型，通过表面键合有 10
研究现状
磁性纳米粒子的应用非常广泛，在 磁记录材料、磁性液体、传感器、催化、 永磁材料、颜料、雷达波吸波材料以及生 物医药领域有着广阔的应用前景。近年来， 合成和表征纳米尺度材料的进展使科学家 能在分子或细胞水平上够理解和掌握纳米 材料（如：纳米线、纳米纤维、纳米粒子、 纳米带和纳米管）和生物实体（核酸、蛋 白质和细胞）之间的相互作用。单分散磁
其基本原理是：以高度浓缩的金属 醇盐凝胶为基质，通过对其溶解-再 结晶（Sol-Gel 过程）处理，生长出 高度单分散的金属氧化物颗粒。在40 ℃，强力搅拌下，将Fe(NO3)3溶于聚 乙二醇中制得溶胶，升温继续反应转 7
微乳液 法
微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米颗粒的有效方法，它是 由热力学稳定、透明的水滴在油中(W/O)或油滴在水中(O/W)形成的单分 散体系，其微结构的粒径为5~70nm，在微观结构方面可分为O/W型、 双连续型和W/O（反相胶束）型3 种，是表面活性剂分子在油/水界面形 成的有序组合体。微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇 类)、油(通常为烃类)和水(或水溶液)组成。在此体系中，两种互不相溶 的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其 大小可控制在纳米级范围，反应物在体系中反应生成固相粒子。
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改性方法
方 法
物理改性
通过吸附、涂敷、包覆等物理手 段对微粒表面进行改性，如表面吸 附和表面沉积法。利用紫外线、等 离子射线等对粒子进行表面改性也 属于物理修饰。物理修饰方法对于 生物医学用磁性纳米粒子的表面改 性不太适用，修饰分子与颗粒间的 物理作用结合力比较弱，不稳定， 而且诸多生物医学应用对磁性纳米来自百度文库粒子都有特殊的要求，不只是防止 团聚。所以，磁性纳米粒子的表面 修饰多采用化学修饰方法。
制备方法
干法 共沉淀法 溶胶-凝胶法 微乳液法 金属有机前驱体热分解法
水热法
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干法
干法常以铁的配合物如五羰基合铁[Fe(CO)5]或二茂 铁[FeCP2]为原料，在比较剧烈的条件下，使原料分解 制得产物。例如，以N2为载体，将Fe(CO)5，从蒸发室 导入温度高达600 ℃的燃烧室，同时喷入高流速空气， Fe(CO)5 与空气迅速混合发生剧烈的氧化反应，产物经 骤冷、分离得到超细粒子。所得产物粒径为5~10 nm， 比表面积150 m2/g、热稳定性和分散性良好的无定型透 明氧化铁。
水热法
水热法是指在高压釜里的高温、高压反 应环境中，采用水作为反应介质，使得通 常难溶或不溶的物质溶解、反应、重结晶 而得到理想的产物。 Fan 等在高压釜内放入1.39 g FeSO4、 1.24 g Na2S2O3、14 ml蒸馏水，缓慢滴 加10ml 1.0 mol/L NaOH 溶液，不断搅拌， 反应温度为140 ℃，12 h后冷却至室温， 得到黑灰色沉淀，经过滤，热水和无水乙 醇洗涤，在70 ℃真空干燥4 h，得到50 11