本发明专利技术涉及一种基于磁性人工细胞的温度开关型催化剂及其制备方法。所述的催化剂以α-Fe2O3磁性材料为人工细胞的核，在核表面负载具有催化活性的金纳米粒子以提供催化活性，以聚(N-乙烯基吡啶)温度敏感材料作为细胞壁并起到温度开关的作用。因此，所得到催化剂具有人工细胞结构和温度控制开关。本发明专利技术所得到催化剂可应用于仿生催化等领域，且易于回收重复利用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于磁性人工细胞的温度开关型催化剂，该催化剂不仅具有催化活性，且具有温度开关性能和磁性能。
技术介绍
人工细胞也称为生物微胶囊，它是指用半透性薄膜固定了某些具有生物活性物质的微胶囊，由于半透性的微胶囊膜起到了细胞膜的作用，微胶囊的形态和功能酷似细胞，故称之为“人工细胞”。加拿大McGill大学Chang首次提出人工细胞的概念，并运用具有半渗透性薄膜的微胶囊固定活体组织取得成功，从此开辟了人工细胞这一全新的研究领域。1980年加拿大多伦多大学的Lim和Sun专利技术了海藻酸-聚赖氨酸-海藻酸(Alginate-Polylysine-Alginate, APA)微胶囊，并用于包埋胰岛细胞取得成功，标志着人工细胞的研究进入了一个新的阶段。此后，医学界开始尝试以微胶囊作为基因重组细胞的免疫隔离和运载工具，利用重组细胞的代谢产物调节机体生理功能，治疗相关疾病。传统人工细胞的研究多用于组织工程与药物负载领域，其外层人造细胞膜多为半透膜物质，起到对胞内外物质的过滤筛分作用。近年来，以聚(N-异丙基丙烯酰胺)为代表的温敏性材料在生物医学工程与仿生材料等领域受到了广泛的重视，将其作为细胞膜用于制备人工细胞可以模仿生物细胞在某些场合的应激变化。磁性材料修饰聚合物微球是一类很重要的功能性聚合物微球，可以广泛的应用于医学、药学和催化领域。例如可以做成固体磁性催化剂用于液相体系内的合成反应，反应结束后，通过简单的磁性分离即可将催化剂从反应体系中分离出来，且分离效率极高，不需要离心等辅助分离手段，且能耗极低。将纳米级的贵重金属粒子固载于磁性聚合物微球表面，不仅可应用贵重金属粒子的高催化活性，避免这些金属粒子的团聚，还可以提高反应结束后的分离与收集效率，降低反应成本。因此，本专利所述仿生催化剂是使用磁性a-Fe2O3作为人工细胞的细胞核，在细胞核表面负载金纳米粒子作为 催化活性中心，以具备温度敏感特性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)为细胞膜，构筑了一种全新的催化剂，这种催化剂具有良好地温度开关特性，即当温度升高时，聚(N-异丙基丙烯酰胺)细胞膜将逐渐收缩，并封闭其内部孔道，使磁性细胞核表面的金纳米粒子与反应体系无法接触，催化过程被延缓；当温度降低时，聚(N-异丙基丙烯酰胺)细胞膜逐渐膨胀，其内部孔道逐渐打开，细胞核表面的金纳米粒子将与反应体系充分接触，催化反应被加速。所述催化剂具有磁性，可在磁场作用下分离。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的主要技术问题是通过提供具有温度开关特性和催化活性的人工细胞作为催化剂的制备方法。这种方法采用在磁性a-Fe2O3为细胞核，在核表面负载金纳米粒子作为催化活性中心，以温度敏感材料聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)为外层细胞膜，采用刻蚀的方法得到人工细胞的内部空腔，使本专利技术所述催化剂同时具有温度开关特性和催化活性。( 二)技术方案本专利技术的技术方案是:在水相中使用三氯化铁和NaOH溶液反应，所得沉淀通过高温煅烧得到磁性的a-Fe2O3粒子。通过硅烷偶联剂使粒子表面氨基功能化。在水中使用柠檬酸钠还原氯金酸得到金纳米粒子(AuNPs)的水分散液。在乙醇/水体系中，将金纳米粒子水分散液与氨基功能化的a -Fe2O3粒子混合，利用金纳米粒子与a -Fe2O3粒子表面氨基之间的相互作用，将金纳米粒子自组装于a-Fe2O3粒子表面，得到金纳米粒子修饰的C1-Fe2O3粒子(a -Fe203/AuNPs)。然后，通过水解正硅酸乙酯(TEOS)，得到SiO2包裹的a -Fe2O3/AuNPs粒子(a -Fe203/AuNPs/Si02)。使用硅烷偶联剂在3102表面引入双键，再以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体，引发a -Fe203/AuNPs/Si02粒子的表面双键进行聚合，得到聚(N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)包裹的 a-Fe203/AuNPs/Si02 粒子(a-Fe203/AuNPs/Si02/PNIPAM)。使用HF刻蚀掉a -Fe203/AuNPs/Si02/PNIPAM粒子的SiO2中间层以后，得到具有磁性、温敏性和催化活性的a -Fe203/AuNPs//PNIPAM人工细胞。(三)有益效果本专利技术所述的温度敏感型催化剂与常规催化剂相比，具有如下独特效果:催化剂的催化核心被温度敏感材料所包裹，从而实现通过温度控制催化效果的开关。催化剂具有磁性的内核，因此可以通过外加磁场作用从反应体系中分离出来。(四)具体反应过程本专利技术所述的催化剂拥有人工细胞的结构，即以磁性Q-Fe2O3为内核(人工细胞核)，以温度敏感材料PNIPAM为人工 细胞膜，以金纳米粒子作为催化反应活性中心并负载于a -Fe2O3内核表面。本专利技术所述的温度开关型催化剂的制备方法包括以下步骤:1.制备氨基修饰的磁性a -Fe2O3粒子:三氯化铁和NaOH溶液反应得到沉淀，再将得到的沉淀加入适量NaOH溶液中，混合均匀后，转移至高压反应釜中，160°C下反应16h得到C1-Fe2O3粒子。将得到的粒子溶于乙醇中，加入适量的3-氨丙基二乙氧基硅烷(APTS)，常温震荡24h，即可得到氨基修饰的磁性a -Fe2O3 粒子。2 制备金纳米粒子:在经二次水煮沸过的烧杯中加入二次水和贵重金属盐(例如氯金酸)溶液，搅拌下加热至亚沸腾状态，迅速加入柠檬酸钠溶液，继续加热至沸腾，保持沸腾30min后停止加热。离心后将得到的金纳米粒子(AuNPs)分散于二次水中。3.制备金纳米粒子修饰的磁性a-Fe2O3粒子(a-Fe203/AuNPs):将步骤I中制备的氨基修饰磁性a -Fe2O3粒子溶于乙醇，逐滴加入步骤2制备的AuNPs水分散液，于超声下分散20min后再常温下至于摇床中水平震荡24h，即可得到a -Fe203/AuNPso4.制备 SiO2 包裹的 a -Fe2O3AuNPs 粒子(a -Fe203/AuNPs/Si02)及其表面双键修饰:将步骤3中制备a -Fe203/AuNPs粒子溶于乙醇-水溶液中，超声分散20min，然后加入表面活性剂、体积分数为25% 28%氨水和正硅酸乙酯(TEOS)，反应3 8h后，加入3-(甲基丙烯酰胺)丙基三甲氧基硅烷(MPS)，继续反应24h，产物经清洗干燥后得到双键修饰的 a-Fe203/AuNPs/Si02 粒子。5.制备 PNIPAM 包裹的 a -Fe203/AuNPs/Si02 粒子(a -Fe203/AuNPs/Si02/PNIPAM)将步骤4中制备的双键修饰的a -Fe203/AuNPs/Si02粒子，引发剂，单体，交联剂混合于溶剂中，使用蒸馏沉淀聚合法得到a -Fe203/AuNPs/Si02/PNIPAM粒子。6.a-Fe203/AuNPs/Si02/PNIPAM 粒子的刻蚀将步骤5中制备的a -Fe203/AuNPs/Si02/PNIPAM粒子超声分散于氢氟酸(HF)溶液中，浸泡I 3h，刻蚀掉SiO2中间层，即可得到具有人工细胞结构的温度开关型催化剂a -Fe203/AuNPs//PNIPAM 粒子。所述的表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)中的一种。所述的贵重金属盐包括氯金酸、醋酸金。所述的氨水占乙醇水溶液的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于磁性人工细胞的温度开关型催化剂，其特征在于使用磁性α?Fe2O3作为人工细胞的细胞核，在细胞核表面负载金纳米粒子作为催化活性中心，以具备温度敏感特性的聚(N?异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)为细胞膜和温度开关。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：代昭，刘霖，杨秋凤，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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