一种镓酸锌纳米纤维材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料制备研究领域，具体涉及一种镓酸锌纳米纤维材料的制备方法。本发明专利技术采用的是溶胶凝胶、静电纺丝和热处理烧结相结合的制备方法。纳米纤维直径约在100nm。采用静电纺丝法制备，制备的镓酸锌纳米纤维具有一维晶体结构，纯度高，可控性好，具有很好近红外发光性能，在生物体内成像、药物基因载体等领域有很好的应用前景。本发明专利技术的制备方法设备简单，且具有工艺条件容易控制，成本低廉，产量大，易于工业化生产等优点。

Preparation method of gallium zinc nanofiber material

The invention relates to the research field of nanometer material preparation, in particular to a preparation method of zinc gallate nanofiber material. The invention adopts a preparation method combining sol-gel, electrostatic spinning and heat treatment sintering. The diameter of nanofibers is about 100nm. Zinc gallate nanofibers prepared by electrospinning have one-dimensional crystal structure, high purity, good controllability and good near-infrared luminescence properties. They have good application prospects in bioimaging, drug gene carriers and other fields. The preparation method has the advantages of simple equipment, easy control of process conditions, low cost, large output and easy industrialization production.

【技术实现步骤摘要】
一种镓酸锌纳米纤维材料的制备方法
本专利技术属于无机纳米纤维材料
，涉及一种镓酸锌纳米纤维材料的制备方法。
技术介绍
无机纳米药物载体系统相对于有机纳米药物载体系统，具有多方面的优势，例如其具有精确可调控的形貌尺寸，可以选择性的聚集在病灶部位；化学稳定好，可以较长时间在体内循环，延长治疗时间和效果；具有独特的光学、磁学、电学、声学等特征，用于生物组织成像或者外界刺激响应的智能药物载体系统。通常，通过掺杂可以显著提高无机发光系统的光学性能。目前多数的掺杂发光系统多是用稀土元素(例如镧系、锕系)的上转换发光体系，而稀土元素的本征毒性不能忽略，非稀土元素掺杂(例如过渡金属)的优势就显现出来了。过渡金属元素Cr3+是铬是人体必需的微量元素，它是正常生长发育和调节血糖的重要元素。Cr3+掺杂的ZnGa2O4材料激发后可产生更高纯度和亮度的近红外光发射，同时由于ZnGa2O4具有良好的生物形容性被广泛应用于生物材料领域，基于ZnGa2O4的生物医学材料包括成像和治疗等都是一个非常具有前景的研究方向。智能局部药物载体系统(例如在病症部位贴上一层纳米纤维膜)是一种有前途的药物传输治疗策略。它是将与常规的给药系统相比，局部给药系统可以保持较低的全身药物浓度，避免药物全身循环的带来的副作用，同时确保长时间在病灶部位的治疗药物剂量，避免传统给药系统的反复多次给药，改善治疗效果。这种镓酸锌纳米纤维在携带药物后贴在病症部位，一方面提高可以提高给药量，另一方面可以响应外部激发光，提供持续的、可控的和可编程的药物释放，达到治疗效果。静电纺丝技术基于溶胶凝胶，利用高压静电场形成的库仑力对纺丝液进行拉伸和喷射，从而被拉伸的纺丝液在空气中迅速干化形成纳米纤维。静电纺丝方法设备简单、技术灵活、适用材料范围广，制得的纤维连续、长径比大、直径可控、产量高，因此在制备微纳米纤维领域有着优异的发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种镓酸锌纳米纤维材料及其制备方法，结合溶胶凝胶法，采用先进的高压静电纺丝设备，制备出尺寸均一、具有极高长径比的纳米纤维。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种镓酸锌纳米纤维材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将2mL去离子水、6mL乙醇溶液和3mLDMF的混合均匀，室温下磁力搅拌半个小时，搅拌速度为300-500rpm，形成均一稳定的溶液1。(2)将0.475g硝酸镓(Ga(NO3)3·xH2O)、0.279g硝酸锌(Zn(NO3)3·6H2O)和0.002g硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解到溶液1中，室温下搅拌1h，得到稳定的溶液2。(各种金属离子的摩尔比为Zn:Ga:Cr＝1:1.995:0.005，即Cr3+的掺杂量为0.5％)(3)称量0.7gPVP加入溶液2中，搅拌3h，得到均匀的前驱体溶液。(4)利用平板收集的静电纺丝装置，将前驱体溶液制成镓酸锌纳米纤维，其中，喷丝头与接收基板的距离为15cm，供料速度为0.15-0.2mL/h，纺丝电压为8-10kV。(5)将收集的镓酸锌纳米纤维在37℃烘箱干燥。(6)将步骤(5)处理后的钛酸锶纳米纤维放入管式炉中，以10℃/min的升温速率升温至800℃，保温6小时后退火，形成镓酸锌纳米纤维，室温下干燥保存。本专利技术通过改变溶胶凝胶制备参数调控电纺前驱体的稳定性，从而调控所收集的镓酸锌纳米纤维的尺寸和形貌。本专利技术采用单轴电纺的简单装置，在电纺过程中溶剂挥发，同时在烧结过程中作为助纺剂的PVP反应完全后即可得到纯相的一维镓酸锌纳米纤维。较高温的热处理后得到结晶性能良好的晶体材料。采用简单的基于溶胶凝胶的静电纺丝法，制备了纯度高、结构稳定的具有一维晶体结构的镓酸锌纳米纤维。本专利技术的静电纺丝镓酸锌纳米纤维方法设备简单，成本低廉，纤维直径均一，可规模化生产。附图说明图1为电纺过程中利用高速相机拍摄的形成稳定射流的泰勒锥。图2为利用溶胶凝胶法、静电纺丝和烧结后制备的0.5％Cr3+掺杂镓酸锌(ZnGa2O4：Cr)纳米纤维的SEM、TEM照片以及EDC元素分析能谱，分别对应图2中的a,b,c图。图3为该0.5％Cr3+掺杂镓酸锌纳米纤维的XRD图谱，与标准卡片PDF#38-1024的立方相ZnGa2O4相吻合。图4为该0.5％Cr3+掺杂镓酸锌纳米纤维的激发光谱和发射光谱。(a)图为696nm发射光监测下的激发光谱；(b)为560nm的激发光下的发射光谱。图5为该0.5％Cr3+掺杂镓酸锌纳米纤维MTT细胞毒性实验，细胞存活率均在90％以上。具体实施方式以下结合附图以及具体实例进一步说明本专利技术。实例1：探究助纺剂PVP用量对电纺前驱体溶液稳定性的影响(1)将2mL去离子水、6mL乙醇溶液和3mLDMF的混合均匀，室温下磁力搅拌半个小时，搅拌速度为300-500rpm，形成均一稳定的溶液1。(2)将0.475g硝酸镓(Ga(NO3)3·xH2O)、0.279g硝酸锌(Zn(NO3)3·6H2O)和0.002g硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解到溶液1中，室温下搅拌1h，得到稳定的溶液2。(各种金属离子的摩尔比为Zn:Ga:Cr＝1:1.995:0.005，即Cr3+的掺杂量为0.5％)(3)分别称量0.5g、0.6g、0.7g和0.8gPVP加入溶液2中，搅拌3h，得到均匀的前驱体溶液1,2,3和4。(4)利用平板收集的静电纺丝装置，将前驱体溶液1,2,3和4分别制成镓酸锌纳米纤维，其中，喷丝头与接收基板的距离为15-20cm，调节供料速度为0.1-0.5mL/h，调节纺丝电压为7-15kV。挑选能够进行稳定电纺参数进行后续实验。实例1结论：在静电纺丝过程中，溶液的浓度和粘度对纺丝的直径和形貌有着决定性影响。当PVP加入量较小时，粘度过低，无法形成连续性纺丝；当PVP的加入量过大事，粘度过大，高分子溶液的应力松弛时间更长，这将影响到射流的分裂。只有合适的加入量才能稳定电纺，这个时候PVP的加入量为0.7g。实例2：探究溶剂各成分比例对电纺前驱体溶液稳定性的影响(1)将去离子水、乙醇溶液和DMF按表一中的参数分别混合均匀，室温下磁力搅拌半个小时，搅拌速度为300-500rpm，形成均一稳定的溶液1。(2)将0.475g硝酸镓(Ga(NO3)3·xH2O)、0.279g硝酸锌(Zn(NO3)3·6H2O)和0.002g硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解到溶液1中，室温下搅拌1h，得到稳定的溶液2。(各种金属离子的摩尔比为Zn:Ga:Cr＝1:1.995:0.005，即Cr3+的掺杂量为0.5％)(3)称量0.7gPVP加入溶液2中，搅拌3h，得到均匀的前驱体溶液。(4)利用平板收集的静电纺丝装置，将前驱体溶液制成镓酸锌纳米纤维，其中，喷丝头与接收基板的距离为15-20cm，调节供料速度为0.15-0.4mL/h，调节纺丝电压为7-12kV。挑选能够进行稳定电纺参数进行后续实验。表一实验组PVP乙醇DMF去离子水2-10.7g3ml3ml5ml2-20.7g4ml4ml3ml2-30.7g5ml4ml2ml2-40.7g5ml5ml1ml2-50.7g6ml3ml2ml2-60.7g6ml2ml3ml2-70.7g7ml2ml2ml实例2结论：在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镓酸锌纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将2mL去离子水、6mL乙醇溶液和3mLDMF的混合均匀，室温下磁力搅拌半个小时，形成均一稳定的溶液1。(2)将0.475g硝酸镓(Ga(NO3)3·xH2O)、0.279g硝酸锌(Zn(NO3)3·6H2O)和0.002g硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解到溶液1中，室温下搅拌1h，得到稳定的溶液2。(3)称量0.7gPVP加入溶液2中，搅拌3h，得到均匀的前驱体溶液。(4)利用平板收集的静电纺丝装置，将前驱体溶液制成镓酸锌纳米纤维，其中，喷丝头与接收基板的距离为15cm，供料速度为0.15‑0.2mL/h，纺丝电压为8‑10kV。(5)将收集的镓酸锌纳米纤维在烘箱中干燥。(6)将步骤(5)处理后的钛酸锶纳米纤维放入管式炉中，以一定的升温速率升温至800℃，保温6小时后退火，形成镓酸锌纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种镓酸锌纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将2mL去离子水、6mL乙醇溶液和3mLDMF的混合均匀，室温下磁力搅拌半个小时，形成均一稳定的溶液1。(2)将0.475g硝酸镓(Ga(NO3)3·xH2O)、0.279g硝酸锌(Zn(NO3)3·6H2O)和0.002g硝酸铬(Cr(NO3)3·9H2O)溶解到溶液1中，室温下搅拌1h，得到稳定的溶液2。(3)称量0.7gPVP加入溶液2中，搅拌3h，得到均匀的前驱体溶液。(4)利用平板收集的静电纺丝装置，将前驱体溶液制成镓酸锌纳米纤维，其中，喷丝头与接收基板的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩高荣，覃论，李翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33