磁性二氧化硅填料、磁性亲和填料及制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及磁性纳米材料技术领域，具体涉及一种磁性二氧化硅填料的制备方法。该制备方法以多孔高分子聚合物微球为模板，原位引入Fe3O4磁性纳米粒子，并进行硅源的溶胶‑凝胶反应，再将磁性Fe3O4原位氧化成γ‑Fe2O3，经高温煅烧后制备出磁性二氧化硅填料磁性二氧化硅微球。这种方法制备得到的磁性二氧化硅填料磁性二氧化硅微球粒径和孔径可控，磁性粒子为γ‑Fe2O3，并且均匀分散在二氧化硅的骨架结构中。本发明专利技术进一步地将磁性二氧化硅填料付诸应用，通过对磁性二氧化硅填料进行肝素修饰，制备磁性亲和填料，可用于分离纯化抗凝血酶III。

Magnetic silica filler, magnetic affinity filler, preparation method and Application

The invention relates to the technical field of magnetic nanomaterials, in particular to a preparation method of magnetic silica filler. The preparation method is based on porous polymer microspheres as template, in situ introduction of Fe3O4 magnetic nanoparticles, and the sol gel reaction of silicon source, then the magnetic Fe3O4 was oxidized in-situ to gamma Fe2O3, and magnetic silica microspheres filled with magnetic silica microspheres were prepared by calcining at high temperature. The particle size and pore size of the magnetic silica microspheres prepared by this method are controllable. The magnetic particles are gamma Fe2O3 and uniformly dispersed in the framework of silica. The magnetic silica filler is further applied to prepare magnetic affinity filler by heparin modification of the magnetic silica filler, which can be used for separation and purification of antithrombin III.

【技术实现步骤摘要】
磁性二氧化硅填料、磁性亲和填料及制备方法和用途
本专利技术涉及磁性纳米材料
，具体涉及一种磁性二氧化硅填料的制备方法及制得的磁性二氧化硅填料，还涉及一种包含该磁性二氧化硅填料的磁性亲和填料及其制备方法和用途。
技术介绍
多孔二氧化硅具有比表面积高、机械强度高、稳定性好、生物相容性好和易修饰等特点。磁性纳米粒子可在外部磁场的作用下从液相分离或者针对性运输到特定部位，在吸附分离、化学催化和定向给药等领域有广泛应用，但由于其稳定性差和易团聚等缺点，应用受到一定限制。将多孔二氧化硅和磁性纳米粒子相互结合制备出复合材料，可以克服这些缺点，同时多孔二氧化硅和磁性纳米粒子的优点将会有效地结合在一起，从而具有更加广泛的实用价值。尤其是多孔磁性二氧化硅微球可作为新兴的磁性亲和色谱分离填料，在生物医药领域具有重大的应用价值。通常，亲和色谱分离所用的填料是以多糖为基体的微球，存在机械强度差、易变形、分离流速低等缺点，多孔磁性二氧化硅微球填料则解决了这一难题。目前制备出的多孔磁性二氧化硅微球主要是核壳结构，最主要的制备方法是，先制备出磁性纳米粒子核，再在其表面进行二氧化硅溶胶-凝胶化反应，在溶胶-凝胶过程中加入表面活性剂即可制备出多孔磁性二氧化硅。Deng等人(J.Am.Chem.Soc.2008,130,28-29)制备出超顺磁性的磁性二氧化硅复合微球，以Fe3O4粒子为核，在酸性条件下以原硅酸四乙酯(TEOS)为硅源进行溶胶-凝胶化，在Fe3O4粒子表面均匀包裹一层无孔二氧化硅，从而能防止磁性粒子团聚。在此基础上，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为软模板剂，TEOS为硅源，氨水为碱，进行第二步的溶胶-凝胶化，即可生成Fe3O4@nSiO2@CTAB/SiO2复合微球。再通过溶剂萃取的方式除去CTAB，即可得到介孔二氧化硅壳层,制备出约390nm的Fe3O4@nSiO2@mSiO2复合微球可用来快速高效吸附溶液中的微囊藻毒素。Gai等人(Adv.Funct.Mater.2010,20,1166–1172)以类似的两步包硅法制备出多孔核壳结构的磁性二氧化硅材料，并对其进行荧光修饰，从而制备出多功能材料，用于布洛芬药物的缓释。Valdés-Solís等人(Chem.Mater.2009,21,1806-1814)利用基于纳米铸造的方法制备出多孔磁性二氧化硅复合材料。其方法是先制备出多孔二氧化硅材料(如SBA-15)，然后将铁盐沉积到二氧化硅的孔内，再加入乙二醇对其进入浸润。浸润之后将样品于氮气氛围下450℃煅烧2h，使铁盐生成磁性氧化铁，从而制备出多孔磁性二氧化硅材料。其中磁性纳米粒子分布在整个二氧化硅基体材料上，并由部分磁性纳米粒子团聚在一起。目前制备的磁性二氧化硅微球具有以下缺点：大都粒径只有几百纳米左右，其粒径和孔径不可控，并且结构大都是核壳结构，磁性纳米粒子并非均一分散在二氧化硅的骨架结构中；磁性粒子大都是Fe3O4，需提前制备，较麻烦，且不耐高温，易氧化，磁性易消失。因此，制备出粒径和孔径可控、均匀分散、磁性稳定的磁性二氧化硅填料磁性二氧化硅微球，是本领域的重难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种磁性二氧化硅填料，该填料的磁性粒子均匀分散，磁性稳定，可用于制备具有分离纯化用途的磁性亲和填料。因此，在第一方面，本专利技术提供一种磁性二氧化硅填料的制备方法，该方法包括以下步骤：对多孔高分子聚合物微球进行磺酸化处理；将磺酸化的多孔高分子聚合物微球与包含Fe3+和Fe2+的铁源接触以吸附Fe3+和Fe2+，该铁源中的Fe3+:Fe2+摩尔比＝2:1，吸附完成后加入氨水，原位生成磁性Fe3O4/高分子聚合物微球；将硅源加入到该磁性Fe3O4/高分子聚合物微球中，进行溶胶-凝胶化反应，得到磁性Fe3O4/高分子聚合物/二氧化硅复合微球；用氧化剂将该磁性Fe3O4/高分子聚合物/二氧化硅复合微球中的磁性Fe3O4原位氧化成γ-Fe2O3，得到γ-Fe2O3/高分子聚合物/二氧化硅复合微球；将该γ-Fe2O3/高分子聚合物/二氧化硅复合微球进行高温煅烧，除去作为模板的该高分子聚合物，得到该磁性二氧化硅填料。具体地，该多孔高分子聚合物微球为聚苯乙烯类或聚丙烯酸缩水甘油酯类或其衍生物的微球。优选地，该多孔高分子聚合物微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球、聚苯乙烯/二乙烯苯微球、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/乙二醇二甲基丙烯酸酯微球。优选地，该多孔高分子聚合物微球的粒径从3μm到50μm，孔径从2nm到200nm。对于聚苯乙烯/二乙烯苯微球和聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/乙二醇二甲基丙烯酸酯微球，二乙烯苯或者乙二醇二甲基丙烯酸酯的交联度为5-80％，即二乙烯苯单体占聚苯乙烯/二乙烯苯微球的摩尔比为5-80％，或者乙二醇二甲基丙烯酸酯单体占聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/乙二醇二甲基丙烯酸酯微球的摩尔比为5-80％。具体地，该磺酸化处理用浓硫酸或亚硫酸盐进行。优选地，该亚硫酸盐为亚硫酸钠。具体地，该硅源为四烷氧基硅烷。优选地，该硅源为原硅酸四乙酯。具体地，该磁性Fe3O4/高分子聚合物微球与该硅源的质量比为1:0.5-15。具体的，该氧化剂为硝酸铈铵。具体地，该高温煅烧以1-10℃/min的速度从室温升至500-600℃，并在500-600℃下保持2-20h。在第二方面，本专利技术提供一种磁性二氧化硅填料，该磁性二氧化硅填料通过通过本专利技术第一方面的制备方法制备得到，是一种单分散性、多孔的纳米填料。在第三方面，本专利技术提供一种肝素修饰的磁性亲和填料，该肝素修饰的磁性亲和填料包括本专利技术第二方面的磁性二氧化硅填料和与该磁性二氧化硅填料结合的肝素。在第四方面，本专利技术提供本专利技术第三方面的磁性亲和填料，该制备方法主要包括以下步骤：用3-氨丙基三乙氧基硅烷对该磁性二氧化硅填料进行氨基化处理，得到氨基化的磁性二氧化硅填料；使该氨基化的磁性二氧化硅填料在氰基硼氢化钠存在下与肝素钠进行反应，得到该肝素修饰的磁性亲和填料；优选地，该制备方法包括以下具体步骤：将该磁性二氧化硅填料真空干燥，超声分散于无水甲苯中，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，回流反应10-24h，经过滤洗涤和干燥，得到氨基化的磁性二氧化硅填料，将肝素钠溶于浓度为0.1-0.5mol/L的磷酸氢二钾溶液中，加入干燥后的该氨基化的磁性二氧化硅填料，超声分散，再加入氰基硼氢化钠，加热回流8-15h，经过滤洗涤和抽干后，加入碳酸钠溶液，超声混匀，加入乙酸酐，0℃反应20-40min，再加入乙酸酐，室温反应20-40min，过滤，用水充分洗涤，干燥后得到该磁性亲和填料。在第五方面，本专利技术提供本专利技术第三方面的磁性亲和填料或者根据本专利技术第四方面的制备方法制备得到的磁性亲和填料用于分离纯化抗凝血酶III的用途。优选地，该抗凝血酶III为人血浆中的人抗凝血酶III。本专利技术的有益效果：本专利技术的磁性二氧化硅填料的制备方法以多孔高分子聚合物微球为模板，原位引入Fe3O4磁性纳米粒子，并进行硅源的溶胶-凝胶反应，再将磁性Fe3O4原位氧化成γ-Fe2O3，经高温煅烧后制备出磁性二氧化硅填料磁性二氧化硅微球。这种方法制备得到的磁性二氧化硅填料的磁性粒子为γ-Fe2O3，并且均匀分散在二氧化硅的骨架结构中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性二氧化硅填料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对多孔高分子聚合物微球进行磺酸化处理；将磺酸化的多孔高分子聚合物微球与包含Fe

【技术特征摘要】
1.一种磁性二氧化硅填料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对多孔高分子聚合物微球进行磺酸化处理；将磺酸化的多孔高分子聚合物微球与包含Fe3+和Fe2+的铁源接触以吸附Fe3+和Fe2+，所述铁源中的Fe3+:Fe2+摩尔比＝2:1，吸附完成后加入氨水，原位生成磁性Fe3O4/高分子聚合物微球；将硅源加入到所述磁性Fe3O4/高分子聚合物微球中，进行溶胶-凝胶化反应，得到磁性Fe3O4/高分子聚合物/二氧化硅复合微球；用氧化剂将所述磁性Fe3O4/高分子聚合物/二氧化硅复合微球中的磁性Fe3O4原位氧化成γ-Fe2O3，得到γ-Fe2O3/高分子聚合物/二氧化硅复合微球；将所述γ-Fe2O3/高分子聚合物/二氧化硅复合微球进行高温煅烧，除去作为模板的所述高分子聚合物，得到所述磁性二氧化硅填料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔高分子聚合物微球为聚苯乙烯类或聚丙烯酸缩水甘油酯类或其衍生物的微球；优选地，所述多孔高分子聚合物微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球、聚苯乙烯/二乙烯苯微球、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/乙二醇二甲基丙烯酸酯微球；优选地，所述多孔高分子聚合物微球的粒径从3μm到50μm，孔径从2nm到200nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磺酸化处理用浓硫酸或亚硫酸盐进行；优选地，该亚硫酸盐为亚硫酸钠。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅源为四烷氧基硅烷，优选原硅酸四乙酯；所述磁性Fe3O4/高分子聚合物微球与所述硅源的质量比为1:0.5-15。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何洁，陈继伟，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44