（分析化学专业论文）磁性纳米颗粒的制备及其在ecoli+o157∶h7核酸检测中的应用.pdf

“ ； 轧 s y n t h e s i so fm a g n e t i c n a n o p i a r t i c l esa n da p p l i c a t i o n 烈 t h ed e t e c t i o no fec d z zo15 7 ：h 7 n u c l e i ca c i d ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro fs c i e n c e b y h el e i s u p e i s e db y p r o h en o n 2 y u e v ， s c h o o lo fp u b l i ch e a l t h s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j u n e2 0 1 0 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：委磊 日期：碰：笸：孑 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：j 氢磊 导师签名：日期：多加f ，y 中文摘要 中文摘要 论文题目：磁性纳米颗粒的制备及其在e c d f f0 1 5 7 ：h 7 核酸检测中的应用 硕十研究生：何磊 导师姓名：何农跃 学校名称：东南大学 磁性纳米粒子( m a g l l e t i cn a i l o p a n i c l e s ，m n p s ) 作为一种新型的功能材料在近儿十年来 得到了充分的发展。特别是磁性复合粒子，它具有尺寸较小、比表面积大、表面活性高、生 物相容性和流体稳定性好、比饱和磁化强度高及在外磁场作用下快速响应等优良特性。目前， 在生物医学领域中应川j 泛，给功能材料的研发带来了新的发展方向，也为生物分离利检测 方法提出了新的思路。另外，化学发光具有安全、灵敏度高，线性范同宽等特点，为病原体 检测提供了一个良好的平台。本论文的主要内容是以不同的方法制备磁性纳米粒子并以 e c d ，f0 1 5 7 ：h 7 和e c d ，f0 1 5 7 ：h 1 9 为检测对象，结合磁分离技术、化学发光、p c r 双重扩增的 优点，建立了快速、灵敏和实用的多靶点检测新技术。具体内容包括： 1 以亚麻酸为改性剂的磁性纳米颗粒的制备 传统细微乳液聚合法制备磁性纳米颗粒的过程中，一般采用油酸为改性荆。在实验中我 们发现，通过油酸( 0 1 e i ca c i d ，o a ) 和y 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷 ( 丫- m e t h a c d ，l o x ) ，p r o p y l t r i m e t h o x y s i l a n e ，m p s ) 作为f e 3 0 4 表面改性剂时，与甲基丙烯酸甲 酯( m e m y l m e t h a c d ，l a t e ，m m a ) 聚合耗时长，聚合过程中f e 3 0 4 破乳团聚严重，有结块产生， 包埋有单体的磁性颗粒产率低，而且修饰过程中有毒性。0 【亚麻酸( 0 【l i n o l e n i ca c i d ，l n a ) 比o a 多两个双键，更容易聚合，只需要5h 聚合时间，且无毒无害。我们首次用l n a 同时作 为f e 3 0 4 表面改性剂和与m m a 的交联剂，成功合成了聚甲基丙烯酸甲酯 ( p o l y m e t h y l m e t h a c 聊a t e ，p m m a ) 包埋的m n p 卜- p m m ( l n f e 3 0 4 ) m n p s ，并在其表面 上修饰s i 0 2 ，得剑了s i 0 2 “p m m a ，i n a f e 3 0 4 ) m n p s 。由结果可知。制备山的m n p s 具有明 显的核壳结构，平均直径为5 0 0 啪，且为圆颗粒，火小比较均一，具有超顺磁性，饱和磁化 强度为1 7 3 7 4 锄吨。 2 软模板法制备s i 0 2 f e 3 0 4 磁性纳米颗粒 以改进的软模板法制备f e 3 0 4 微球并制备山了磁含量较高的s i 0 2 f e 3 0 4 复合磁性颗粒。研 究了反应时间和反应物对产物形貌的影响。结果表明，反应时间为1 2h 和反应物为n h 4 a c 时 得到的产物形貌均匀且表面光滑，平均粒径约为3 0 0n m ，饱和磁化强度为7 8 5 0 5 锄u 儋。 s i 0 2 f e 3 0 4 磁性纳米颗粒的粒度范围为4 0 0 5 0 0n m ，且为圆颗粒，大小比较均一，具有超顺 磁性，饱和磁化强度为4 3 2 7 4 锄u 儋。 i 东南人学顶二i j 学位论文 3 基于m n p s 和化学发光检测较长双链d n a 的条件优化 以e c o 矗0 1 5 7 的特征基冈为检测对象，设计了一种新的基于磁分离、p c r 扩增和化学发 光的核酸检测方法：将编码0 1 5 7 抗原基冈帕e 的探针修饰同定在自制m n p s 上。通过掺入生 物素标记单体，利刚p c r ( p o l y m e r a s ec h a i nr c t i o n ) 对样本d n a 进行标记扩增，扩增的c i n a 片段与修饰在m n p s 上的探针杂交后，在外磁场下分离除去非特异性吸附片段，与修饰有a l p 的链亲合素( a l p s n 印t a v i d i n ，a l p s a ) 结合，洗涤后加入a m p p d ，通过读取化学发光强 度，实现e c d ，f0 1 5 7 的快速分析鉴定。实验最佳条件为：s a 修饰m n p s 的最佳浓度为lm m ： 探针固定在m n p s 上的最佳时间为1 2h ：杂交最佳时间为3 0m i n ；每m gm n p s 上结合4 0 0p m o l 探针时化学发光值最高。 4 基于磁性纳米颗粒富集、生物素信号放大和化学发光的d n a 检测新方法的建立及应用 以e c d ，f0 1 5 7 ：h 7 的特征基冈为检测对象，在3 中所述方法的基础上引入多重p c r 扩增， 方法如下：分别将编码0 1 5 7 抗原基因咖e 的探针和h 7 鞭毛抗原基聊f c 的探针修饰i 矧定在 m n p s 上。通过掺入生物素标记单体，利用多重p c r ( m u l t i p l e xp o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n ) 对样本d n a 进行标记扩增，扩增的d n a 片段分别与修饰在上述两种m n p s 上的探针杂交后， 实验过程同3 所述，实现了同时对e c d 以0 1 5 7 ：h 72 个靶点的快速分析鉴定。 关键词；磁性纳米颗粒，化学发光，e c d ，f0 1 5 7 ：h 7 ，多重p c r ，d n a 杂交 a b s t r a c t a b s t r a c t t i t l e ：s y n t h e s i so fm a g n e t i cn a l l o p a n i c l e sa n da p p l i c a t i o ni nt h ed e t e c t i o no f 叵c d ，f0 1 5 7 ：h 7 n u c l e i ca c i d m a s t c r ：l e ih e s u p e i s o r ：n o n g ”eh e n a m eo ft h eu n i v e r s i t y ：s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a san e wk i n do ff u n c t i o n a lm a t 耐a l ，m a g n e t i cp a r t i c l e s ( m n p s ) h a v eb e e nd e v e l o p e d q u i c k l yi nr e c e n ty e a r s e s p e c i a l l yt h ep a r t i c l e sp o s s e s s i n gs o m ee x c e l l e n tc h a r a c t 耐s t i c s ，s u c ha s s m a ns i z e ，g r e a ts p e c i f i cs u r f a c ea r c a ，h i 曲s u r f a c ca c t i v i t y ，g o o db i o c o m p a t i b i l i t ya n dn u i d s t a b i l i z a t i o n ，h i g hm a g n e t i cs a t u r a t i o na n dm a g n e t i c a l l yr e s p o n s i v e s of a r ，m ea p p l i c a t i o n so f m n p si nb i o m e d i c a lf i e l d1 e a dt oan e wi d e a f o rb i o s 印a r a t i o na n dd e t e c t i o n i na d d i t i o n ， c h e m i l u m i n e s c e n c e ，w h i c hi ss a f e ，s e n s i t i v e ，a n dh a saw i d el i n e a rr a n g e ，a n ds oo n ，i sr e g a r d e da s ap o w e r m l t o o lf o rp a t h o g e nd e t e c t i o np r e s e n t ly h e r e i n ，t h em n p sw e r ep r e p a r e dw i t hd i f f e r e n t m e t h o d sc o m b i n i n gt h em e t so fc h e m i l u m i n e s c e n c e ，d o u b l ep c ra n dm a g n e t i cs 印a r a t i o n ，w e d e v e l o p e ds o m en e wa p p r o a c h e s t od e t e c te c d 厅0 1 5 7 ：h 7a n d 点i c o ，f0 1 5 7 ：h 1 9q u i c k l y ， s e n s i t i v e l ya n dp r a c t i c a b ly t h em a i nc o n t e n t sa r ca sf o l l o w s ： 1 p 托p a 豫t i o no fm n p sf r o mm o n o i a y e rl i i i o l e n i c a c i dm o d i f i e df e 3 0 4n a n o p a r t i c l e sv i a m i l l i e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n i i ls o m ep r e v i o u sr 印o n s ，o l e i ca c i d ( o a ) a n dy 锄e t h a c r y l o x y p r o p y l t r i m e t h o x y s i l a n e ( m p s ) a r e u s u a l l y u s e da s m o d i f y i n ga g e n t s t om o d i f yf e 3 0 4 b u tt h ep o l y m e r i z a t i o nw i t h m e t h y l m e t h a c r y l a t e ( m m a ) i st i m e c o n s u m i n ga n dc a nf o 册m a n yp o l y - m m a ( p m m a ) m i c r o s p h e r e si n t 1 1 e p r o d u c t i o n ，m o r c o v e r m a n yo l e i c a c i d c o a t e df e 3 0 4( o a f e 3 0 4 )o r 丫m p s - c o a t e df e 3 0 4 ( m p s f e 3 0 4 ) n 觚o p a r t i c l e sb r e a km e 锄u l s i o nt oa g g l o m e 豫t e ，l e a d i n gt ot h e l o wp r o “c t i v i t yo fp m m m l n m e 3 0 4 ) m n p s a l i n o l 朗i ca c i d ( l n a ) h a st h 雠u n s a t u m t e d d o u b l eb o n d sw i t l lw h i c hi tc a np o l y m 蒯笳m o r ce 弱i l ya n dq u i c k l ym 柏o a ，弱w e l la sl n ai sf e e f 蛔c o n t a m i n a t i o n l n aw 懿f i r s t l yu s e d 舔m o d i 研n ga g ta i l dc r o s sl i n k i i l ga g e n tt 0 s y n t h e s i z ep m m a ( u 、i r ：3 0 4 ) m n p s a n dt h e n ，m er e s u l t i n gm n p s w e r cc o a t e dw i ms i l i c a ， f o 肌i n gs i 0 2 ( p m ma in f e 3 0 4 ) m n p s i tw 硒s h o w e dt h a t t l l ed i 锄e t e ro ft h ec o r c - s h e l l s t r u c t u r em n p sw a sc o n t r o l l e da ta b o u t5 0 0 砌t h em n p sw e r es p h e r i c a lp a r t i c l e sa n dh a d s u p e 叩a r a m a g n e t i ce f f e c t ； t l l es a t u r a t i o n m a g n e t i z a t i o nw a s 1 7 3 7 4e m l l g t h et i m eo f 东南人学硕j ：学位论文 p o l 舯e d z a t i o nw a sa b o u t5h 2 s y n t l i e s i so fs i 0 2 f e 3 0 4n a n o p a r t i c l e sb ys o f tt e m p i a t em e t h o d s i 0 2 肌3 0 4n a i l o p a r t i c l e sw e r ep r 印a 同w i t hm ei m p r 0 v e ds o nt e | t l p l a t em e t h o d t l l ee f f c c t s o ft e m p e r a t i l r ea n dr e a c t a n t so nt h em o 叩h 0 1 0 9 yo fp r o d u c tw e r ea l s os t u d i e d i ti sr e v e a l e dt h a tl2 ha n dn h 4 cw e r es u i t a b l ef o rt h es ) ，i l t h e s i so fm ep a m c l e sw i t l lu n i f o mm o 印h o l o g ya n dh i 曲 d i s p c r s i o na ta na v e r a g es i z ea b o u t3 0 0 姗t h ep r o d u c to b t a i n e de x h i b i t saf e r r o m a g n e t i c b e h a v i o rw i t hs a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o nv a l u eo f7 8 5 0 5e m u g i tw a ss h o w e dt h a tt h es i z eo f s i 0 2 f e 3 0 4n a n 叩a n i c l 船w e r e4 0 0 - 5 0 0n m n en a n 叩a n i c l w e r e 印h 两c a lp a n i c l e sa n dh a d s u p e r p a r a m a g n e t i ce f 话c t ；t h es a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o nw a s4 3 2 7 4e n l “g 3 t h ed e t e c t i o nm e t h o do p t i m i z a t i o no fl o n g e rd n ab a s e do nc a r b o x y l a t i o nm n p sa n d c h e m n u m i n e s c e n c ea s s a y an o v e lm e t h o dh a sb e e ne s t a b l i s h e dh e r cm r o u g hm ed e t e c t i o no fc h e m i l u m i n e s c e n ts i g n a l s o fd n ah y b r i d i z a t i o nb a s e do np c ra n d 【n p sf o rec d ，fol5 7d e t e c t i o n 5 啪i n o - m o d i 6 e d s p e c i f i cj ! 二陋ep r o b ew e r ei m m o b i l i z e do nt h es u 嘞c eo fs i l a n i z e dm n p s t h ep r o b ew a su s e dt o c a p t u r ct h es y n t h e t i cb i o t i n - d u t p - l a b e l c dd n af r a g m e n t s ，h i c hw e r eo b t a i n e db yp o l y m e r a s e c h a i nr e a c t i o n ( p c r ) t h e nm e s ec o m p l e x e sw e r eb o n d e dw i t hs t r c p t a v i d i n m o d i 6 e da l k a l i n e p h o s p h a t a s e ( a l p s a ) f i n a l l yt h ec h 锄i l u m i n e s c e n ts i g n a l sw e r ed e t e c t e db ya d d i n ga m p p d t h ec h e m i l u m i n e s c e n ti n t e n s i t yr e a c h e dm eh i g h e s tu n d e rt i l ec o n d i t i o n sa sf o l l o w s ，lm mo f s u c c i n i ca i l h y d r i d e ( s a ) w a su s e dt or e a c tw i t h 锄i n o m n p sf o rs u p p l ym ec a r b o x y lo nt h e m n p ss u 曲c e ；4 0 0p m o la m i n o - p r o b ew e r ec o v a l e n t l yi m m o b i l i z e do n1m gc a r b o x y l a t e dm n p s f o r1 2h ，a n dh y b r i d i z e dw i mt a 昭e td n af i o r3 0m i n 4 e s t a b u s h m e n ta n da p p u c a t i o no fan e wc h e m n u m i n e s c e n td n ad e t e c t i o nm e t h o db a s e d m n p sa n ds i g n a la m p h 6 c a t i o nb yb i o t i n am e t h o dh 嬲b e e ne s t a b l i s h c dh e r em 1 o u g ht h ed e t e c t i o nb a s c do nn m l t i p l e xp c ra i l dt h e m e t h o dw h i c hw a sa p p l i e di i l3f o rec d 以ol5 7 ：h 7d e t e c t i o n 5 锄i n o - m o d i f i e ds p e c i f i c 巧彻 p r o b e 锄d cp r o b ew e r ei m m o b i l i z e do nt l l e 跚嘞c eo fs i l a i l i z e dm n p ss 印a r a t e l y n l ep r o b e s w e r eu s e dt 0c a p t u r em es ”t h e t i cb i o t i n - d u t p - l a b e l c dd n af r a g m e n t sw h i c hw e r eo b t a i n e db y m u l t i p l e xp o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n ( p c r ) t h e nn e x tp r o c e d u r ew 懿t h es 锄ea sm e t h o di n3 k e y w o r d s ：m a g n e t i cn a i l o p a n i c l e s ，c h e m i l u m i n e s c c e ，ec d 以o l5 7 ：h 7 ，m u l t i p l e xp c r ，d n a h y b r i d i z a t i o n i v 目录 目录 中文摘要_ i a b s t r a ( 玎。i i i 第一章绪论1 1 1 前言1 1 2 磁性纳米颗粒的制备及表面修饰2 1 2 1 磁性纳米颗粒的制备一2 1 2 2 磁性纳米颗粒的表面修饰5 1 3 磁性纳米颗粒与生物分子的偶联方法8 1 3 1 表面氨基化偶联8 1 3 2 表面羧基化偶联9 1 3 3 表面醛基化偶联j 9 1 3 4 表面巯基化偶联9 1 4e c d ，f0 1 5 7 ：h 7 的分子生物学检测方法9 1 4 1 实时荧光p c r 技术1 0 1 4 2 基冈芯片技术l o 1 5 化学发光分析技术在核酸分析中的虑朋1 0 1 5 1 化学发光均相核酸探针技术1 0 1 5 2 化学发光异相核酸探针技术1 1 1 5 3 化学发光s o u t h e m 和n o r n l 锄印迹杂交技术1 2 1 6 本研究的目的和意义1 2 1 6 1 现有细微乳液法制备m n p s 的方法改进1 2 1 6 2 改进的软模扳法制备s i 0 2 f e 3 0 4 1 2 1 6 3 基于m n p s 富集、生物素放大和化学发光的核酸检测新方法的建立1 3 参考文献l3 第二章细微乳液法制备s i 0 2 包被聚合物m n p s 1 8 2 1 前言18 2 2 实验材料与方法19 2 2 1 实验试剂与仪器1 9 2 2 2 试验方法2 0 2 3 实验结果与讨论2 l 2 3 1p m m a ( o a f e 3 0 4 ) 和p m m a ( l n f e 3 0 4 ) 的制备2l 2 3 2s i 0 2 包被m n p s 的透射电镜图2 2 v 东南大学硕j ? 学位论文 2 3 3s i 0 2 包被m n p s 的扫描电镜照片2 3 2 3 4s i 0 2 包被m n p s 的f t i r 光谱图2 3 2 3 5s i 0 2 包被m n p s 的磁滞回归曲线2 4 2 4 本章小结2 4 参考文献2 5 第三章软模板法制备s i 0 2 f e 3 0 4 磁性纳米颗粒2 7 3 1 前言2 7 3 2 实验材料与方法_ 2 7 3 2 1 实验材料2 7 3 2 2 方法2 8 3 3 实验结果与讨论_ 2 9 3 3 1f e 3 0 4 磁性纳米颗粒2 9 3 3 2 反应时间对产物形貌和大小的影响2 9 3 3 3 反应物对产物形貌和人小的影响3 0 3 3 4s i 0 2 包被m n p s 的电镜图。3 2 3 3 5 磁性纳米颗粒的粒径分析3 2 3 3 6 磁性纳米颗粒的兀 i r 光谱图3 3 3 3 7 磁性纳米颗粒的磁滞同归曲线3 4 3 4 本章小结3 4 参考文献3 5 第四章基予磁分离和化学发光的e c d 矗0 1 5 7 ：h 7 双重p c r 检测方法研究3 7 4 1 前言3 7 4 2 实验材料与方法3 8 4 2 1 实验材料3 9 4 2 2 实验方法4l 4 3 结果与讨论4 4 4 3 1 扩增序列的凝胶电泳图片4 4 4 3 2 最佳羧基化浓度修饰实验4 6 4 3 3 最佳探针修饰浓度实验4 7 4 3 4 最佳探针修饰时间实验4 7 4 3 5 最佳杂交时间的实验4 8 4 3 6 以两种复合颗粒为载体检测咖e 特异性片段的效果比较。4 8 4 3 7 基丁羧基化m n p s 的化学发光法在双重扩增检测中的应用4 9 4 4 本章小结5 0 v i 目录 4 4 1 基于磁分离和化学发光的核酸检测新方法的建立5 0 4 4 2 基丁m n p s 和化学发光检测e c d ，f0 1 5 7 的条什优化5 0 4 4 3 基于m n p s 的化学发光法在双重扩增检测中的虑h j 5 0 参考文献5l 第五章总结与展望5 3 附匀之5 4 致谢：5 6 v l i 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 进入2 l 世纪以来，感染性疾病仍然是危害人类健康的重人隐患。w h o 宣布近3 0 年来， 新发现了2 9 种新病原体。自从p r i o n 被确定为疯牛病和人类c j 等病的病原体，肯定了蛋白质 颗粒可成为病原体以米，造成感染性疾病的微生物种类日益复杂，常见病原微生物的威胁不 仅没有消除，而且出现了一些耐药性菌株，如葡萄球菌、肠球菌、铜绿假单胞菌、人肠杆菌 等，加之一些新病原体的出现，给临床诊断和治疗带米了很人的凼难。1 9 8 2 年，关国首次暴 发了由大肠杆菌0 1 5 7 ：h 7 引起的出血性肠炎【l 】。1 9 9 6 年，由食物引起的0 1 5 7 型人肠杆菌出血 性肠炎在日本人规模流行。波及3 6 个都道府，发病l 万多人，并造成1 2 人死亡。2 0 0 3 年s a r s 引起了全球性灾难和恐慌。2 0 0 5 年猪链球菌造成危害。接着又发生禽流感爆发、牛炭疯感染 人类事件和2 0 0 9 年全世界范围内流行的甲型h l n l 流感病毒等出现次数越米越频繁。同时， h i v 在世界范围内肆虐，s t d 病原微生物尚在蔓延。鼠疫和霍乱弧菌0 1 3 9 型有可能成为世界 范同的人流行。严峻的现实向病原微生物的检测和诊断提山了更高的要求一更准确、更快速 的检出与监测病原体。人类与病原微生物进行着不断的斗争，人们也应用现代的生物科学技 术及时诊断和检测病原微生物，降低其对人畜的危害。因此，研究和发展各种病原微生物的 检测技术，准确、快捷地确认与检测病原体，对感染性疾病的治疗和预后有重要意义。 近年来，在生物化学和生物医学工程领域中发展起来种新的分离技术一磁性分离技 术。磁性分离( m a g i l e t i cs e p a r a t i o n ) 就是依据物质的磁性差异，在磁场作用力的驱动- 卜， 把磁性组分从非磁性组分混合物中分离出来的一种分离技术。而磁分离技术通常使用的载体 为磁珠( m a 朗以cb c a d s ) 或磁性纳米颗粒( m a 印e t i cn a i l o p a n i c l 岱，m n p s ) 。m n p s 具有制备方法 简单、小粒径、超顺磁性、可重复使用、操作简单等特性，再加上其生物安全性好，易于修 饰，可以通过表面修饰连接上多种功能基团，从而可以进行纳米颗粒与生物活性物质( 如蛋 白【2 】、维生索【3 】、d n a 【4 】) 偶联，这些生物活性物质可在反应介质中进一步识别相应的特异 性物质，再利用磁性纳米颗粒的独特性能，从而达到分离或检测的目的。因此，磁性纳米颗 粒这些年来被广。泛应用于生物医药研究领域。 在信号检测方面，化学发光检测技术彻底避免了荧光信号分析背景高，易淬灭的缺点，而且 在检测灵敏度、特异性、准确度及精密度方面又均可与同位素标记分析技术相媲美，并且化学发 光生物分析中不涉及放射性同位素防护和污染物处理及标记物衰变等问题，操作安全，方法 更加简便、快速，具有巨人的潜力，正成为生物分析研究与发展的最重要领域。 本章m n p s 的制备、表面修饰和生物应用、e ，f0 1 5 7 ：h 7 的检测方法、及化学发光的应 用等方面对国内外研究t ：作进行综述，为综合运用上述前沿技术，从而建立新的e c 洲 东南人学硕j ：学位论文 0 1 5 7 ：h 7 和e c 础0 1 5 7 ：h 1 9 检测技术打下理论基础。 1 2 磁性纳米颗粒的制备及表面修饰 磁性纳米材料是2 0 世纪8 0 年代山现的一种新型材料。纳米磁性材料的发现使材料性能发 生了质的飞跃。磁性材料进入纳米微晶态时具有高磁导率、低损耗、高饱和磁化强度等优异 性能，当其尺寸达剑某一临界尺寸或者临界尺寸之下时表现山超顺磁性，能对外加磁场具有 快速响应，冈此其能广泛应用。但是，纳米尺度的磁性粒子本身不稳定。为减小高比表面积 带来的高表面能，它们相互间会趋于团聚【5 6 1 ，特别是裸露的金属纳米粒子，化学活性很高， 在空气中极易被氧化从而导致粒子磁性和分散性的降低。所以通过一定的化学方法对金属纳 米粒子表面进行修饰和保护处理，是提高磁性粒子性能、拓展其应用的重要研究方向1 7 8 j 。 1 2 1 磁性纳米颗粒的制备 磁性纳米颗粒的制备方法主要有物理方法和化学方法【9 】。物理方法制备纳米颗粒一股 采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是h j 物理方法制备的样晶一般产品纯度低、 颗粒分布不均匀，易被氧化，且很难制备出1 0n m 以下的纳米颗粒，所以在i ：业生产利试验 中很少被采纳。化学方法主要有共沉淀法、凝胶溶胶法、微乳液法、水解法、水热法等。 采用化学方法获得的纳米颗粒的粒子一般质量较好，制备的磁性颗粒形状、粒释易丁控制， 操作方法较为容易，生产成本也较低，是目前研究、生产中主要采用的方法【1 1 1 4 1 。 1 2 1 1 化学共沉淀法 共沉淀方法是制备磁性f e 3 0 4 纳米颗粒的经典方法之一【1 5 】。共沉淀法是在包含两种或两 种以上金属离子的可溶性盐溶液中，加入适当的沉淀剂，使金属离子均匀沉淀或结品出米， 再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米颗粒。共沉淀法有两种：一种是m a s s a r t 水解法l l6 i ，即 将一定摩尔比的三价铁盐与二价铁盐混合液直接加入到强碱性水溶液中，铁盐在强碱性水溶 液中瞬间水解结晶形成磁性铁氧体纳米粒子。另一种为滴定水解法【1 7 】，是将稀碱溶液滴加 到一定摩尔比的三价铁盐与二价铁盐混合溶液中，使混合液的p h 值逐渐升高，当达到6 7 时 水解生成磁性f e 3 0 4 纳米粒子。 共沉淀法是目前最普遍使用的方法，其反应原理是【l s 】： f e 2 + + 2 f e 3 + + 8 0 h f e 3 0 4 + 4 h 2 0 在共沉淀方法中，影响磁性f c 3 0 4 颗粒的磁性和粒径的因素较多，如铁盐的类型、沉淀 剂的种类及加入方式，以及反应液的p h 值、离子强度、表面活性刺浓度、熟化温度等都有 影响。目前，已有较多的文献对磁性f e 3 0 4 颗粒进行了研究，如j i a n g 等【l 州用共沉淀法合成了 窄分布的f e 3 0 4 纳米粒子，并在其表面包覆了高分子，考察了其生物特性。t h a p a 等【2 0 j 利用简 单而义具应用前景的沉淀法合成了f e 3 0 4 纳米粒子，发现当粒子的粒径在l on m 以_ 卜时饱和磁 2 化强度得 用环己烷 貌及粒径 图1 1f e 3 0 4 纳米颗粒的n 猢图。a ：1 2 5 姗o l lf e 2 + 和1 4 7m o l 几二正丙胺；b ：1 5m m o l lf e 2 + 和1 4 7m o l l 二正丙胺；c ：2 5m m o 儿f e 2 + 和1 4 7m o l l 二正丙胺。d ，e ，f 是分别于与a ，b ，c 纳米颗粒的粒径分布酬2 1 1 共沉淀法的特点为产品纯度高、反应温度低、颗粒均匀、粒径小、分散性也好。但此法 对于多组分来说，要求各组分具有相同或相近的水解或沉淀条件，因而工艺具有一定的局限 性。 1 2 1 2 水热溶剂热法 该法是指高温、高压下、在水溶液或非水溶媒中进行有关化学反应的总称。此法使得通 常难溶或不溶的物质溶解、反应、重结晶而得到理想的产物。 水热熔剂热法制备磁性纳米颗粒有以下优点： ( 1 ) 在制备无机材料中能耗相对较低、 适用性广，它既可以得到超微粒子，也可得到尺寸较大的单晶体，还可以制备无机陶瓷薄膜； ( 2 ) 所用原料较便宜，反应在液相快速对流中进行，产率高、物相均匀、纯度高、晶型好、 粉料易分散、形貌和粒径可控；( 3 ) 水热熔剂热过程中，通过对反应温度、压力、处理时 间、溶液成分、p h 值的调节和前驱物、矿化剂的选择，可以有效地控制反应和晶体生长特 性： ( 4 ) 反应在密闭的容器中进行，可控制反应气氛而形成适合的氧化还原反应条件，获 得其它手段难以取得的亚稳相【2 2 1 。 鉴于以上原因，水热熔剂热合成法逐渐成为制备纳米材料的一种常用方法。例如杨华 等人【2 3 1 利用此法制备纳米f e 3 0 4 粒子。d a 衲n gc h 锄等用此法制得了中f e 2 0 3 纳米粒子。由 于近年来，空心结构的f e 3 0 4 磁性微球引起了人们的广泛关注，而模板法是制备空心结构材 料的一种有效途径。如：y u 等和w a n g 等【2 6 1 分别采用十二烷胺( d o d e c y l 姗i l l e ，d d a ) 和l ，6 3 东南大学硕士学位论文 己二胺为表面活性剂，以形成的胶束作为软模板制备出了f e 3 0 4 空心磁性微球，但这类软模 板往往需要借助大量的有机物质，容易形成污染。h u 觚g 等【2 7 】以亲水修饰后的聚苯乙烯 o l y g 忉煳e ，p s ) 球为硬模板，通过沉积一煅烧制备出了f e 3 0 4 介孔微球。这种硬模板方法易 于推广，具有普遍性且相对容易控制，但缺点是需要经历多步复杂操作。因此，探寻一种相 对环保且简单快捷的方法成为制备空心结构f e 3 0 4 材料的重要研究内容。 气泡作为一类新的软模板被用于制备空心结构材料，最早用于制备z n s e 空心结构微球， 借助水合肼分解产生的n 2 气泡作为团聚模板，形成z n s e 空心结构微珂2 8 1 。d g 等【2 9 1 报道了 以f e c l 3 6 h 2 0 和n a a c 为反应物，乙二醇为溶剂热反应介质制备f e 3 0 4 实心微球的方法。h u 【3 0 j 等研究了以f e c l 3 6 h 2 0 和n l a c 为反应物，乙二醇为溶剂热反应介质制备f e 3 0 4 空心微球的