一种磁场下高产热效率的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磁场下高产热效率的磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将表面活性剂加入到有机溶剂中，充分搅拌得到分散均匀的悬浊液；将还原剂和可溶性铁盐加入上述悬浊液中，充分搅拌至全部溶解；(2)将步骤(1)中配制的溶液倒入密闭加热容器中，进行热反应；(3)通过离心或磁吸的方法将反应液中的沉淀分离，用乙醇及去离子水反复洗涤，真空干燥，所得黑色固体即为最终产品。本方法发制备的单分散纳米颗粒饱和磁化强度值高(～90emu/g)，溶胶稳定性好，在磁场下有极高的产热效率，比吸收率(SAR)可达到～8000W/g以上，能实现低颗粒浓度下的高效升温，同时，该方法工艺简单，成本低廉，易于实现规模化制备，将在磁性材料的纳米生物医学领域得到广泛应用。

A method of preparation of iron oxide nanoparticles with high yield and heat efficiency under magnetic field

【技术实现步骤摘要】
一种磁场下高产热效率的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法
本专利技术属于金属氧化物纳米材料制备工艺
，具体来说是一种磁场下高产热效率的无机氧化铁纳米颗粒的制备方法。
技术介绍
四氧化三铁是一种重要的金属氧化物，俗称氧化铁黑，黑铁，是一种具有磁性的反尖晶石结构的黑色晶体，又称磁性氧化铁。当四氧化三铁颗粒直径达到纳米级别，其与具有相同组成的体相材料有显著的性能差异，比如巨大的比表面积，量子尺寸效应，能形成磁性流体，易于表面功能化等等，因此纳米四氧化三铁颗粒在生物医学领域得到广泛的应用。基于磁性纳米颗粒在磁场中的热效应，纳米磁热疗已成为近年来人们针对恶性肿瘤治疗的一种新型的治疗手段。纳米磁热疗是通过植入或介入的方式将磁性纳米颗粒均匀分布于肿瘤组织内，在外部交变磁场下的作用下，产生磁感应产热效应在病灶区域内快速形成高于42℃的高温治疗区，从而选择性地杀死癌细胞。相比传统的热疗方式，磁热疗具有靶向性强，对正常组织损伤小，治疗效率高，治疗时间短，介质一次植入可重复治疗等众多优点，目前，在德国，日本和美国均有临床成功案例。肿瘤磁热疗中应用的磁性纳米颗粒的磁感应产热能力一般用比吸收率(SAR)来表示，在一定的交变磁场条件下，SAR与颗粒的饱和磁化强度值，颗粒的单分散性，磁溶胶的稳定性以及颗粒的磁滞曲线的面积有直接的关系。纳米磁热介质一般采用生物相容性较高的超顺磁四氧化三铁颗粒，但这类磁性颗粒普遍存在颗粒粒径小，磁化强度值低，无磁滞面积，磁感应产热能力差(SAR低于～1000w/g)的缺点，临床试验中使用浓度极高(～100mg/ml)，会引起一些不良反应。另一方面对于尺寸较大的磁性纳米颗粒，虽具有相对较强的磁饱和强度、很大的磁滞面积，但由于颗粒之间很强的磁偶极相互作用使得磁溶胶体系不稳定，容易发生凝聚和沉淀，也会大大减小磁感应升温能力。因此，如果通过简单有效的合成方法，制备具有优良磁学性能且具有高磁感应产热能力的磁性纳米颗粒是肿瘤磁热治疗中亟待解决的关键问题。近二十年来，关于四氧化三铁合成方法的研究很多，其中化学方法主要包括水相合成法(共沉淀法，水热法)和有机相合成法(溶胶-凝胶法，反胶束法，微乳液聚合法，热分解法)。其中，水相法合成的纳米颗粒具有较好的水溶性，适于生物医学应用，大部分商用的磁性纳米颗粒都是用该方法合成的，但该方法制备的颗粒普遍存在单分散性较差，形貌不规则，粒径分布宽等缺点，制约了其在肿瘤磁热领域的应用；有机相合成法所制备的颗粒单分散性高，形貌一致，尺寸均一，但颗粒表面往往为油酸、油胺等疏水基团，几乎不溶于水；同时，这类合成方法条件苛刻，可重复性较差，成本较高，产量低，不利于规模化生产，且颗粒尺寸往往小于30nm，饱和磁化强度值较低，磁感应升温性能同样受到很大的限制。专利200810115106.0报道了一种水溶性纳米四氧化三铁的制备方法，利用丙烯酰胺凝胶原位生成纳米四氧化三铁，通过凝胶聚合网络的降解在颗粒表面形成亲水性的包覆层，提高了纳米颗粒的水溶性和贮存稳定性，但该方法工艺路线复杂，合成的颗粒粒径较小(～10nm)，饱和磁化强度值低，不适用于纳米磁热疗。专利CN104306970合成了一种葡聚糖包覆的四氧化三铁纳米颗粒，制备方法简单，成本低廉，但颗粒有效直径达到～90nm时，磁饱和强度仅为26emu/g，且通过SEM观察，制备的颗粒团聚严重，必定会严重影响颗粒的磁热升温性能。专利200310106498.1制备了一种高磁感应生温能力的肿瘤磁热疗用氧化铁磁粉，采用亚铁盐的水溶液与氢氧化钠进行沉淀反应，通过调控亚铁盐浓度得到不用粒径范围的氧化铁磁粉，但该专利结论与绝大部分文献报道的结论明显相悖，且未给出相对具体的磁热升温数据。专利CN106399226A提供了一种靶向超顺磁纳米探针的制备方法，首先通过两步有机相高温热分解制备粒径在10-20nm的磁性纳米颗粒，再通过复杂的化学合成方法得到双亲性聚合物PMA，然后将溶于氯仿的纳米颗粒及聚合物混合，旋蒸，得到水溶性磁性颗粒，再用EDC/NHS的方法连接靶向抗体，得到最终产物。该方法制备的纳米颗粒粒径均一，稳定性良好，饱和磁化强度值较高，但与大部分的有机热分解方法类似，都需要极其复杂的合成过程，势必带来产量低下，结果不易重复，成本较高等一系列问题，阻碍临床转化应用。综上所述，目前大多数磁性纳米颗粒的合成方法均无法解决磁热应用中存在的纳米颗粒磁感应升温效率较差的问题，且针对该问题的研究也相对较少，至今尚无非常成功的实例。因此，如何通过简单易行的合成方法，制备出一种适用于肿瘤磁热疗的水溶性磁性纳米颗粒作为高效的磁热介质，既具有较高的饱和磁化强度值，尺寸均一，单分散性好，同时具有较好的溶胶分散性，从而具有高磁感应产热性能是解决当前磁热中存在问题的有效策略。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题和上述需求，本专利技术的目的在于提供一种磁场下高产热效率的磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，该方法将水热合成与有机相合成的方法有机结合，采用廉价易得的原料，通过简单的一步溶剂热法，合成了一种水溶性良好的单分散磁性纳米颗粒，其饱和磁化强度值高，溶胶稳定性好，在磁场下升温性能优异，同时，该方法工艺简单，成本低廉，易于规模化制备，将在磁性材料的纳米生物医学领域得到广泛的应用。本专利技术提供的一种四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，技术方案如下：1)将表面活性剂加入有机溶剂中，充分搅拌得到分散均匀的悬浊液；将还原剂和可溶性铁盐加入上述悬浊液中，充分搅拌至全部溶解；2)将步骤1)中配制的溶液倒入密闭加热容器中，在180-260℃进行热处理，反应时间为8～72h，制备四氧化三铁纳米颗粒；3)通过离心或磁吸的方法将反应液中的沉淀分离，用乙醇及去离子水反复洗涤，真空干燥，所得黑色固体即为最终产品。上述方法中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠，聚乙二醇(PEG)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇(PVA)中的一种或几种；表面活性剂总添加量占总体积的2％～5％(w/v)。上述方法中，所述可溶性铁盐为三价铁的卤化物、硫酸盐、硝酸盐及柠檬酸铵盐，例如六水合三氯化铁，硫酸铁，硝酸铁及柠檬酸铁铵盐等，可溶性铁盐浓度为0.1～0.2mol/L.上述方法中，还原剂为醋酸钠，还原剂与铁盐的摩尔比为2.5～5.0:1。上述方法中，有机溶剂为乙二醇，一缩二乙二醇，丙三醇，正丁醇、叔丁醇中的一种或几种。不同粒径的磁性纳米颗粒的制备可以选择不同的溶剂组合和配比。当单纯使用乙二醇为溶剂时，所得纳米颗粒粒径在150～200nm；当使用乙二醇与一缩二乙二醇的混合溶剂体系且体积比为1:2.0～5.0时，所得纳米颗粒粒径在40～70nm。上述方法中，通过一步溶剂热法所制备磁性纳米颗粒尺寸可调，粒径在30-300nm之间，成分为四氧化三铁，饱和磁化强度值～90emu/g。颗粒的大小可以通过有机溶剂的配比实现调控。热处理的方法为溶剂热法或微波热法，反应温度为180～260℃，反应时间为8～72h。上述方法中，所述最终产品为直径30～300nm的实心球形纳米颗粒，成分为四氧化三铁，饱和磁化强度值～90emu/g。上述方法中，所述最终产品为直径40-70nm磁性四氧化三铁颗粒，其产热效率(SAR)达到～8000W/gFe。升温性能测定：将制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场下高产热效率的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将表面活性剂加入到有机溶剂中，充分搅拌得到分散均匀的悬浊液；将还原剂和可溶性铁盐加入上述悬浊液中，充分搅拌至全部溶解；(2)将步骤(1)中配制的溶液倒入密闭加热容器中，进行热反应；(3)通过离心或磁吸的方法将反应液中的沉淀分离，用乙醇及去离子水反复洗涤，真空干燥，所得黑色固体即为最终产品。

【技术特征摘要】
1.一种磁场下高产热效率的四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将表面活性剂加入到有机溶剂中，充分搅拌得到分散均匀的悬浊液；将还原剂和可溶性铁盐加入上述悬浊液中，充分搅拌至全部溶解；(2)将步骤(1)中配制的溶液倒入密闭加热容器中，进行热反应；(3)通过离心或磁吸的方法将反应液中的沉淀分离，用乙醇及去离子水反复洗涤，真空干燥，所得黑色固体即为最终产品。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇中的一种或几种；所述表面活性剂总添加量占溶液总体积的2％～5％(w/v)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙二醇，一缩二乙二醇，丙三醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凌云，谢文升，高飞，高琴，郭振虎，王丹，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11