生物医用功能化磁性纳米粒子的制备与表征

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1、烟台大学硕士学位论文摘要磁性纳米粒子是目前生物医用纳米材料领域异常活跃的研究方向之一。不同方法制备的磁性纳米粒子经不同聚合物或分子表面改性后具有多方面的生物医学应用，如细胞分离、核磁共振成像、靶向药物传输、组织修复、免疫检测和磁热疗等。为了合成能达到生物医学应用要求的功能化磁性纳米粒子，本文选用水溶性和生物相容性很好且无毒并生物可降解的合成聚合物——聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇（PEG）分别对Fe3O4磁性纳米粒子进行表面修饰，制备了Fe3O4/PVA和Fe3O4/PEG磁性高分子微球，并对修饰前后磁性纳米粒子的性能进行傅

2、立叶红外、透射电镜、热重分析、动态光散射和振动样品磁强计等方法表征。具体内容如下：首先采用PVA通过氢键结合的表面修饰方法对Fe3O4纳米粒子进行表面功能化修饰，经表征分析得出：PVA大分子成功修饰到了磁性纳米粒子表面，纳米粒子表面包覆了质量分数为7.4%的PVA聚合物。PVA的表面修饰大大改善了磁性纳米粒子的表面疏水性，并增大了纳米粒子表面的电荷排斥作用，有效防止了颗粒间的团聚，提高了磁性纳米粒子的分散性。但用于表面修饰的Fe3O4纳米粒子的粒径较大且粒度不太均匀（20-40nm），所以最终得到的磁性高分子微球的粒径也比

3、较大，而分散性也没有达到预期的状态。为了合成出性能优异的磁性高分子微球必须有性能良好的无机磁性纳米粒子，我们决定进行Fe3O4磁性纳米粒子的合成实验，希望得到粒径较小、分布较窄、水溶性较好且磁响应较高的磁性纳米粒子。采用共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子，通过设计正交试验得出了最佳的实验条件。经表征分析得出：合成的Fe3O4磁性纳米粒子表面吸附了大量-OH，赋予了纳米粒子好的亲水性和较多的表面电荷；纳米粒子的尺寸比较均一，平均粒径较小，仅为11±3nm；纳米粒子在水中的平均粒径为168nm，且粒度分布较窄；并具有较高的饱和

4、磁化强度和优异的顺磁性，剩余磁化强度和矫顽力几乎为零，接近于超顺磁性；采用ICP-MS测得磁性纳米粒子的纯度为99.9313%。经过与购买的Fe3O4纳米粒子进行多种性能比较，说明我们成功制备出结晶较好、粒径较小、粒度分布较窄、亲水性好且磁性能优异的Fe3O4I烟台大学硕士学位论文磁性纳米粒子。采用水浴孵化和超声反应交替进行的方式对自制的Fe3O4磁性纳米粒子进行PEG表面修饰，通过对修饰后纳米粒子粒度影响因素的讨论分析，最终确定了可以合成出粒径较小、分布较窄复合纳米粒子的实验条件。经表征分析得出：PEG通过Fe-O-Si

5、共价键成功连接到Fe3O4纳米粒子表面；修饰后纳米粒子的表面电荷较少，但分散性很好，并利用胶体分散稳定理论进行了讨论分析；复合纳米粒子中铁含量为63.467±2.82%，样品的纯度为99.955%；Fe3O4/PEG复合纳米粒子保持了较高的饱和磁化强度，并提高了磁性纳米粒子的顺磁性。总之，本文成功制备出性能较好的Fe3O4纳米粒子，对磁性纳米粒子进行PEG表面修饰后，大大改善了纳米粒子的生物相容性、分散性和水溶性，纳米粒子经PEG聚合物的保护作用可避过巨噬细胞的摄取，延长其血液循环时间，且具有较高的磁化强度和优越的顺磁性。

6、可见，Fe3O4/PEG磁性复合纳米粒子达到了生物医学应用的要求，在生物分离、靶向药物传输和免疫检测方面有较大的应用潜能。关键词：磁性纳米粒子，功能化，聚乙烯醇，聚乙二醇II烟台大学硕士学位论文AbstractTheresearchofmagneticnanoparticlesisoneofthefoucsinthefieldofbiomedicalnanomaterials.Magneticnanoparticlescoatedbydifferentpolymersormoleculescouldbeusedindiff

7、erentbiomedicalapplicationssuchascellseparation,magneticresonanceimagingcontrastenhancement,tissuerepair,immunoassay,hyperthermiaanddrugdelivery,etc.Inordertosynthesizethefunctionalmagneticnanoparticlesthatcouldarrivedtherequairsappliedinbiomedicalfields,werespect

8、ivelymodifiedthesurfaceofnanoparticlesbypolymers,PVAandPEG,whichwerenontoxicity,biodegradablity,andhadgoodwater-solubilityandbiocompatibility.Fe3O4/PVAa