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嘉峪檢測網 2018-08-15 10:14
導讀
今天將為大家介紹磁共振檢測技術中重要組成部分納米粒子的構造及其制備方法。
納米粒子的構造
磁性納米粒子通過表面共聚和表面改性的方法，能與有機物或高分子聚合物或無機材料相結合形成磁性復合微球 。它既具有磁性 ,又具有表面活性基團，能進一步和細胞 、酶 、蛋白質 、抗體及核酸等多種生物分子偶聯 。
納米粒子結構
核-殼
磁性材料為核，外面包裹有機物、無機材料或高分子聚合物。
夾層
也稱殼-核-殼結構，即中間為磁性材料，內層和外層均為有機物、無機材料或高分子聚合物。
殼-核
有機物、無機材料或高分子聚合物為核，外面包裹磁性材料。
核-殼結構模型
以最為常見的核-殼結構為例介紹納米粒子的各部分組成。
核心
由磁性物質組成，如γ-Fe2O3、Fe3O4，使納米粒子具備順磁性或超順磁性。
外層
由有機物、無機材料或高分子聚合物包裹，降低納米粒子表面能，提高納米粒子的分散性，同時適當的表面包覆或分子修飾還可以調節納米粒子的生物相容性和反應特性。
功能
基團
表面覆蓋有大量的基團，如-COOH、-NH2、-SH、-OCH3等，能進一步和細胞、酶、蛋白質、抗體及核酸等多種生物分子偶聯。
磁性納米粒子的合成
目前，國內外制備磁性納米粒子的方法有很多種，不同方法制備出來的納米粒子的性能和適用范圍大不相同。根據文獻報道，制備納米粒子的方法主要有：沉淀法、熱分解法、水熱法、微乳液法、溶膠-凝膠法等。下面以Fe3O4納米粒子的制備為例進行介紹。
沉淀法
原理
方法：將鐵鹽和亞鐵鹽（或者一定比例的其它過渡金屬鹽）按一定比例配成溶液，選用適當的堿性沉淀劑（如NaOH、NH3·H2O）進行共沉淀，在一定的工藝條件（ pH、溫度等）下制備出磁性納米粒子。根據溶液中含有鐵離子的種類，沉淀法可以分為共沉淀法、氧化沉淀法以及還原沉淀法。
優點
反應時間短、設備工藝簡單、原料成本低、成核易控制、適合工業生產，而且制備得到粒子粒徑一般較小，表面便于進行功能化修飾。
缺點
制備過程受到多種條件限制，制備得到的納米粒子容易出現團聚、不純、氧化、磁性降低等現象。
水熱法
方法：利用水熱反應合成物質，再經分離和熱處理制備納米粒子的一種方法。主要包括：1) 微波水熱法; 2) 超臨界水熱合成; 3) 反應電極埋弧法。
優點
制備所得納米粒子純度高、分散性好、晶形好、大小可控、晶粒發育完整。
缺點
操作復雜，對設備要求高，成本也比較高。
熱分解法
方法：在高沸點的有機溶劑中加熱分解鐵的有機配合物（如Fe(CO)5，Fe(acac)3），油酸鐵等）來制備磁性納米粒子。
優點
納米粒子分散性好、粒徑分布窄、尺寸和形貌都可控制。
缺點
制備所得的納米粒子通常只溶于有機溶劑，環境友好性較差，同時有機金屬前驅體價格較高，造成生產成本高，不適合大批量的工業生產。
溶膠-凝膠法
方法：以凝膠為基質，通過對其重結晶，生長出高度分散的納米顆粒，即通常是將1:2 摩爾比的Fe2+、Fe3+溶液混合，再加入適量有機酸來調節溶液的 pH值緩慢蒸發從而形成凝膠制得溶膠，干燥，再在真空條件、200-400℃ 下焙燒，制得粒度分布均勻的磁性 納米粒子。
優點
反應溫度低，納米粒子粒徑小且分布窄，產物純度高。
缺點
凝膠化過程慢、合成周期長，生產成本比較高且干燥時容易開裂。
微乳液法
方法：利用水、油和表面活性劑三元體系形成的微乳液或反相膠束作為反應場所制備納米粒子。
優點
納米粒子分散性好、粒徑小。
缺點
制備過程復雜，所需成本高。
其他方法
除上述方法外，納米粒子的制備方法還有水解法、有機物模板法、多元醇法以及微波輔助超聲化學法等。
總結
1
納米粒子的結構包括核-殼結構、殼-核-殼結構、殼-核結構，其中核-殼結構最為常見。
2
共沉淀法合成過程最為簡單；熱分解法和微乳液法則比較容易控制粒子的粒徑以及形貌；水熱法和溶膠-凝膠法制備的納米粒子純度較高，且分散性較好。
來源：紐邁分析
