聚合物/四氧化三铁磁性纳米复合材料

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超顺磁性纳米粒子和聚合物/超顺磁性纳米粒子复合材料引起了许多领域科学家的兴趣,这是由于其在纳米电子装置、磁存储、体外细胞的分离、磁共振成像、免疫检测以及药物靶向释放等方面具有广泛的应用前景。Fe3O4磁性纳米粒子具有制备工艺简单、价格低廉、饱和磁性强度高等特性,同时对人体不产生毒副作用,无免疫原性,可随人体代谢排出体外,并易穿过各种生理屏障到达指定位置,因此成为超顺磁性纳米粒子中的热门研究对象。Fe3O4磁性纳米粒子通常利用共沉淀法、热分解法及超声分解法来制备。磁性纳米粒子之间存在强的相互作用并具有高的比表面能,导致粒子在溶液中不稳定,容易聚集。因此,一些带有功能基的小分子表面活性剂及大分子聚合物已被用于稳定磁性纳米粒子,使其在载液中能稳定存在,亦称为“磁流体”。稳定剂的性质以及稳定剂与磁性纳米粒子作用力强弱决定了磁性纳米粒子在载液中的稳定性以磁流体的应用前景。   在本研究课题中,利用原子转移自由基聚合制备了一系列带有不同功能基的均聚物,并用它们来稳定Fe3O4磁性纳米粒子,实验结果表明聚(甲基)丙烯酸甘油酯能较好地稳定Fe3O4磁性纳米粒子,使粒子稳定地存在于水溶液中,形成稳定的磁流体。聚(甲基)丙烯酸甘油酯稳定的磁流体在10%NaCl、10%CaCl2或pH=2-14的水溶液中都能稳定存在,长时间放置不会影响其稳定性。我们推测这可能是由于聚(甲基)丙烯酸甘油酯的1,2-二羟基能与Fe3O4磁性纳米粒子表面形成多个五元环的结构。   磁性纳米复合材料在细胞分离、分类、免疫测定、药物靶向、固定化酶、催化剂分离等诸多领域的应用要求粒子表面带有不同的功能基或具有生物相容性。我们通过原子转移自由基聚合合成了一系列含有聚(甲基)丙烯酸甘油酯的嵌段共聚物,用嵌段共聚物对磁性纳米粒子表面进行改性,利用聚(甲基)丙烯酸甘油酯链段与Fe3O4表面相互作用,而另一链段游离在水溶液中,这样Fe3O4表面带有羧基、胺基或生物相容性的聚合物,适用于不同的应用要求。   粒径大小可控的聚合物/Fe3O4磁性纳米粒子复合物具有不同的物理化学性质和应用前景。我们发明了一种用不同接枝密度的聚合物来制备Fe3O4磁性纳米粒子的粒径可控的聚合物/Fe3O4磁性纳米粒子复合材料的新方法。通过改变聚合物接枝密度,Fe3O4磁性纳米粒子的粒径在一定的范围内可控。制备粒径可控的Fe3O4磁性纳米粒子和用稳定剂对其稳定一步完成。这是一种合成粒径可控、尺寸均一、纯度高、稳定性好的聚合物/Fe3O4磁性纳米粒子复合材料的新方法,并且此复合材料表面较均匀地分布生物相容性的聚乙二醇。   利用溶液多肽法合成聚乙二醇-寡聚天门冬氨酸杂化聚合物并用其来稳定Fe3O4磁性纳米粒子,制备生物相容性的聚合物/Fe3O4磁性纳米粒子复合材料,这是由于聚乙二醇是已知聚合物中对蛋白质或细胞吸附最小的聚合物,并被FDA批准的极少数能作为体内注射药用的合成聚合物之一。聚天门冬氨酸具有环境友好的特性,能被生物酶降解,并且其侧基为羧基,能与Fe3O4磁性纳米粒子表面相互作用。实验结果表明,当杂化聚合物中天门冬氨酸的数目不小于3个时,其稳定的Fe3O4磁性纳米粒子在生理的pH值下稳定存在。   细胞实验表明,聚乙二醇-寡聚天门冬氨酸/Fe3O4磁性纳米粒子复合材料对老鼠的OCTY细胞的贴壁和细胞形态没有太大的影响。随着复合材料在培养基中浓度的增加,其对OCTY细胞的毒性的影响也逐渐增大,但即使复合物的浓度为400ug/ml,仍有90%以上的细胞存活。这些都表明聚乙二醇单甲醚-寡聚天门冬氨酸/Fe3O4磁性纳米粒子复合材料具有生物相容性。
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