四氧化三铁磁性纳米粒子

Fe3O4磁性纳米子粒 报告人 樊青波组员 王华 王欣 磁性纳米粒子是指粒度在 100 之间的具有磁性的粒子 既具有量子尺寸效应 表面效应 小尺寸效应及宏观量子隧道效应等纳米粒子的特点 同时还具有不同于常规纳米材料的特性 例如 当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时 粒子进入超顺磁性状态 无矫顽力和剩磁 即粒子在磁场作用下能迅速被磁化 撤去外磁场后无剩磁 这种开 关磁性转换行为对于磁性分离来说是一种特殊的优点 也是磁性粒子的一种最简单的应用 一 磁性纳米粒子的特性 二 Fe3O4的结构和性质 纯净的四氧化三铁是黑色固体 图1 1 因为其特殊的晶体结构以及Fe元素作为过渡金屈元素所具有的特性 故而具有磁性 Fe3O4是由Fe2 Fe3 O2 通过离子键而组成的复杂离子晶体 离子间的排列方式与尖晶石构型相仿 Fe3O4属于反尖晶石构型 即1 2的Fe3 在四面体空隙中 而Fe2 和其余1 2Fe3 离子在八面体空隙中 故其构型可用Fe Fe Fe O4来表示 因为晶体中含有交替排列着的Fe2 和Fe3 电子很容易因电场影响从Fe2 转移到Fe3 因而四氧化三铁具有较高的导电性 三 Fe3O4的制备 1 沉淀法 1 1沉淀法的影响因素 考虑了pH Fe2 和Fe3 物质的量比 总铁盐浓度 温度 搅拌速度对产物的影响 在固定反应温度80 Fe3 Fe2 的摩尔比为1 1 搅拌速度为1000r min 溶液中总铁盐的浓度为0 25mol L表1pH的影响 在固定反应温度为80 Fe3 Fe2 摩尔比为1 1 搅拌速度为1000r min 沉淀pH为9 10 分析了总铁盐的浓度对产物尺寸的影响 表2总铁盐浓度的影响 在固定反应温度为80 搅拌速度为1000r min 沉淀pH为9 10 铁盐总浓度0 25mol L研究分析了Fe3 Fe2 摩尔比为对产物尺寸的影响 表3Fe3 Fe2 摩尔比 搅拌速度为1000r min 沉淀pH为9 10 铁盐总浓度0 25mol L Fe3 Fe2 摩尔比1 1研究了反应温度为对产物尺寸的影响 表4反应温度 溶液中铁盐溶液浓度为0 25mol L 沉淀pH为9 10 Fe2 和Fe3 摩尔比为1 1的条件下 温度为80 考察了搅拌速度对产物尺寸的影响 表5搅拌速度 2 溶胶凝胶法 表面覆盖了Fe3O4壳的C Fe3O4芯壳纳米纤维 四 Fe3O4磁性纳米粒子的应用 Fe3O4纳米粒子在生物方面的应用 Fe3O4因其具有稳定的物料性质 与生物体能较好的相容 强度较高 且具有磁性 目前 医学领域常采用超顺磁性的铁氧化物纳米粒子来制备MRI的造影剂 当这种造影剂进入活体后能够被活体组织有效的吸收 通过比较不同组织部位的响应信号的差异 就能准确定位出活体的病灶位置 在靶向药物载体方面 磁性靶向纳米药物载体在负载药物的组分后通过外加磁场的作用可以直达病灶 减少了药物对其他器官组织的副作用 同时还可以提高药效增强治疗作用 纳米四氧化三铁靶向药物的制备及其抗肿瘤活性的研究 图6自由基在引发肿瘤中的作用 槲皮素是一种很强的抗氧剂 可有效清除体内的氧自由基 这种抗氧化作用可以阻止细胞的退化和衰老 阻止癌症的发生 研究表明槲皮素的抑制作用主要来自于邻苯环的结构以及共辄双键的结构 这种结构具有消除自由基的能力 2 磁性纳米四氧化三铁靶向药物的制备 2 1四氧化三铁 槲皮素复合纳米材料的合成Fe2 的外层电子排布为3d64s04p0 Fe3 的外层电子排布为3d54s04p0 在纳米四氧化三铁的内部 存在很多Fe2 和Fe3 它们的4s和4p都是空轨道 槲皮素分子中的羟基氧原子的外层电子排布为2p6 除和苯环及氢原子相连的两个电子 还剩一个孤对电子 因此槲皮素羟基上的氧原子活化后 可以提供孤对电子给Fe2 和Fe3 的空轨道 形成配位键结合 Fe2 或者Fe3 的4s和4p轨道都是空轨道 能够接受孤对电子对 从而与两个氧原子结合 反应机理 图13槲皮素分子与Fe3O4的化学反应 实验过程 称取一定量的二水合槲皮素 溶解在100mL甲醇中 充分溶解后 再加入一定量的纳米Fe3O4 滴入少量氨水 使pH大于7 超声震荡 使其充分分散后 水浴至一定的温度 机械搅一定的时间 反应结束后 迅速取下圆底烧瓶 反应物倒入烧杯 用磁场分离即可得到Fe3O4 槲皮素纳米复合物 用去离子水多次洗涤产物 直至洗液pH为7 50 C真空干燥 槲皮素中 酚羟基的伸缩振动在3403cm 1左右 1662cm 1处是羟基的伸缩振动 是苯环的弯曲振动640cm 1左右 在产物的红外光谱图中 3403cm 1附近也存在一个吸收峰 是由于酚羟基伸缩振动而产生的 虽然位置并未产生明显的漂移但是吸收峰明显变弱 说明纳米Fe3O4与槲皮素不是物理混合 而可能是槲皮素的3和4位与纳米Fe3O4产生化学键合 另外产物与Fe3O4相比 590cm 1处的Fe3O4特征吸收减弱很大 也证明了表面连接了槲皮素而不是物质的物理混合 2 2测试与表征 图14Fe3O4 槲皮素复合纳米粒子的红外光谱图 图15Fe3O4 槲皮素复合纳米粒子的SEM图 3 四氧化三铁 槲皮素 多巴胺复合纳米材料的制备 多巴胺具有多巴胺D2受体可以与多巴胺联合作用 相互作用起到抑制肿瘤细胞 同时很强的水溶性 引入多巴胺后可显著提高药物水溶性 本研究在前面获得的Fe3O4 槲皮素纳米复合物基础上 引入多巴胺 既可提高药物的靶向性 也能提高药物的水溶性 3 1实验原理Fe2 的外层电子排布为3d64s04p0 Fe3 的外层电子排布为3d54s04p0 在纳米Fe3O4的内部 存在很多Fe2 和Fe3 它们的4s和4p都是空轨道 尽管与槲皮素形成了配位 但多余的空轨道仍可与多巴胺中的具有sp3电子对的N电子进一步形成配位键 5 2制备取15mL去离子水 加入40mg多巴胺盐酸盐配成溶液 与10mL浓度为10mM的三羟甲基氨基甲烧溶液充分混合后 加入20mL乙醇 将20mgFe3O4 槲皮素复合纳米粒子加入其中 超声分散10min 搅拌20h 产物用强力磁铁进行分离后 以去离子水冲洗多次直至洗液的pH为7 再以无水乙醇洗漆 最后真空干燥后研磨 图18四氧化三铁 槲皮素 多巴胺复合纳米粒子的红外光谱图 5 3 1产物的水溶性由于槲皮素为黄色物质 而纳米Fe3O4为黑色物质 两者均难溶于水 因此Fe3O4 槲皮素纳米复合物为难溶于水的棕色固体 但是通过在Fe3O4 槲皮素纳米复合物负载具有水溶性的多巴胺后 由于多巴胺为白色物质 得到的产物Fe3O4 槲皮素 多巴胺纳米复合物具有良好的水溶性 颜色依旧为棕色 从颜色上可以粗判断所得产物可能为预期产物 5 3测试与表征 图17四氧化三铁 槲皮素 多巴胺复合纳米粒子的水溶性 6 体外抗肿瘤活性研究 选用A549 人肺腺癌细胞 MDA MB 231 人乳腺癌细胞 PC3 人前列腺癌细胞 用DMSO溶解后 加入PBS 配成1000ug mL的溶液或均匀的混悬液 然后用含DMSO的PBS 稀释 样品Q为槲皮素 MDQ 1和MDQ 2分别为四氧化三铁 槲皮素 多巴胺复合纳米材料两个批次样品 经过接种细胞 培养细胞 呈色 比色的步骤 最终观察细胞的存活率 槲皮素与磁性纳米四氧化三铁靶向体系