專利名稱：氨基功能化的水溶性四氧化三錳納米磁性粒子的制備方法
技術領域：
本發明涉及納米材料領域，涉及一種納米磁性粒子的制備方法，具體涉及一種氨基功能化的水溶性四氧化三錳納米材料的制備方法。
背景技術：
磁性納米材料(magnetic nanomaterials)作為納米材料的一種在信息化、自動化、機電一體化、國防和國民經濟的方方面面緊密相關。磁性納米材料通過表面修飾和功能化后，在磁學、生物和醫藥等領域，特別是在超高密度信息存儲、生物分子識別、藥物傳輸等方面具有誘人的應用前景。引起了國內外的廣泛重視而成為研究的熱點。核磁共振成像技術(MRI)是目前少有的對人體沒有任何傷害的安全、快速、準確的臨床診斷方法，因為它的無創性和多層面的斷層功能，但核磁共振成像的主要弱點是靈敏度低。所以在臨床MRI中，30%以上的診斷須用核磁共振成像造影劑，來縮短成像時間、 提高成像對比度和清晰度。生化及醫學等領域對磁性納米粒子的物理、化學及藥理性質如化學組成、粒度大小、磁功能、晶體結構、吸附性、表面形貌、溶解性及毒性都有嚴格的要求。 因此要實現磁性納米粒子在這些生化及醫學等領域的應用，必須滿足一下幾個條件一、單分散性，二、具有較好的磁學性能，三、具有水溶性和活性官能團。但是目前的制備單分散的納米粒子多是油溶性的，因此要實現這些要求，必須進一步進行表面改性。目前進行表面修飾的主要手段有二氧化硅包覆、有機聚合物包覆和配體交換等方法。二氧化硅包覆雖然具有較好的分散性，但工藝比較復雜；有機聚合物包覆，容易團聚，而且不是很穩定；配體交換的方法可以很好的解決以上兩種方法的缺陷，但是配體交換的效率一直是一個難以解決的問題。因此以上的方法都不太適合擴大生產。磁共振造影劑種類很多，通常可分為順磁性造影劑、錳磁性造影劑和超順磁性造影劑。超順磁性造影劑由于其在人體內分布具有特異性、使用劑量少、安全、毒副作用小以及用途廣泛等優點，已成為目前研發的熱點。制備超順磁性造影劑的關鍵在于如何制備出磁性能優異(高飽和磁化強度和初始磁化率)的超順磁性材料，以及在此基礎上對磁性納米粒子表面進行修飾，得到低毒性，并具有較好的穩定性、水溶性、生物相容性和活性官能團的磁性納米材料。目前生物兼容性錳酸鹽類磁性納米粒子制備過程比較復雜，而且不能大批量制備，極大的限制了這類材料在該領域的應用。
發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術中的不足，提出一種氨基功能化的水溶性四氧化三錳納米磁性粒子的制備方法，解決現有磁性納米粒子不能同時具有較好的磁學性能、 單分散性、水溶性和活性官能團的問題。本發明是通過如下技術方案實現的 一種氨基功能化的水溶性四氧化三錳磁性納米粒子的制備方法，包括以下步驟(1)稱取二價錳鹽和6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸和三乙胺在室溫下分散在溶劑中，攪拌20 30小時，得到黑褐色油狀6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體；所述溶劑為按1 (0.5 2)體積比混合的二氯甲烷和無水乙醇；所述二價錳鹽選自氯化錳、醋酸錳或硝酸錳；二價錳離子、6_(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸及三乙胺的摩爾比為1 (1 5) (1 10);(2)將步驟(1)所得到的6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體溶解于苯醚中，氮氣氛或惰性氣體氛保護和攪拌狀態下以梯度加熱的方式將溫度以5°C /min逐級地提升至120 140°C，穩定1 1. 5h，再將溫度以5°C /min提升至158 173°C，穩定 4 5h，得到6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性四氧化三錳納米粒子；所述惰性氣體氛為氦氣氛、氖氣氛和氬氣氛；(3)將得到的油溶性四氧化三錳納米粒子分散于溶劑中，加入脫氨基保護試劑，回流4 5個小時，得到表面有機配體是6-氨基己酸的是氨基功能化的四氧化三錳磁性納米粒子；所述溶劑為氯仿、乙醇、二氯甲烷中的一種或兩種按任意比組成的混合物與水組成的混合液，混合液中水的體積比為1/5 1/4 ；所述脫氨基保護劑優選水合胼，與得到6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性四氧化三錳納米粒子的質量比為5 1 1 5，優選1 1 1 5。本發明以6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳為前驅體，是以6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳為前驅體，通過高溫熱解得到的Mn3O4磁性納米粒子，該納米粒子表面與6-(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸上的羧基配位，使1，3- 二氧代異吲哚啉部分向外，具有親油性；為了使該材料在生物領域中應用，通過脫氨基保護的方法，將 6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸有機配體上的鄰苯二甲酸脫去，得到表面具有氨基活性官能團的Mn3O4磁性納米粒子，該納米粒子可以很好的分散于水中，并且具有很好的生物相容性。該方法中，油溶性的Mn3O4納米核制備時，由于是在無水無氧的條件下進行的，所以加熱條件下用氮氣排水的這一步很重要，溫度應加熱到120 140°C，在此溫度范圍內， 水以蒸汽的狀態更好被排除干凈再將溫度以5°C /min提升至158 173°C，4 5小時后反應結束，原子重新組裝成核、結晶，形成Mn3O4納米粒子。本發明制得的Mn3O4納米磁性粒子形貌主要以球形為主，平均尺寸在8-lOnm的范圍內表現為的順磁性；所制備的磁性納米粒子同時具有較好的磁學性能、單分散性、水溶性和活性官能團，而且合成方法簡單，方便大規模合成生產。
圖1是本發明中的有機配體6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的結構示意圖。 圖2是本發明中合成氨基功能化的水溶性四氧化三錳的合成路線圖。圖3是本發明實施例1合成的表面有機配體是6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基) 己酸的四氧化三錳的TEM圖。圖4是本發明實施例1合成的表面有機配體是6-氨基己酸的四氧化三錳的TEM 圖。
圖5是本發明實施例1合成的四氧化三錳在氨基脫保護前后的XRD圖。圖6是本發明實施例1合成的四氧化三錳在氨基脫保護前后的IR圖。圖7是本發明實施例1合成的四氧化三錳在氨基脫保護前后在溶劑中的分散情況。圖8是本發明實施例1合成的表面有機配體是6_(1，3- 二氧代異吲哚啉_2_基) 己酸的四氧化三錳在25°C的磁滯回線圖。圖9是本發明實施例1合成的表面有機配體是6-氨基己酸的四氧化三錳在25°C 的磁滯回線圖。圖10是本發明實施例1合成的表面有機配體是6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基) 己酸的四氧化三錳和表面有機配體是6-氨基己酸的四氧化三錳在濃度為0. 57mM、l. 15mM、 2. 31mM、4. 63mM、9. 26mM下所測得核磁共振的I\、T2值和由此擬合出的核磁共振弛豫率值分別為 T1 = 1. 23s-1 和 r2 = 2. 93s-1。圖11是本發明實施例1合成的表面有機配體是6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基) 己酸的四氧化三錳和表面有機配體是6-氨基己酸的四氧化三錳在濃度為0. 57mM、l. 15mM、 2. 31mM、4. 63mM、9. 26mM下的I\、T2核磁共振成像灰度圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。這些實施例應理解為僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。在閱讀了本發明記載的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的范圍。實施例1 稱取IOOmmol (13. Ig)的六氨基己酸和IOOmmol (14. 8g)的鄰苯二甲酸酐于IOOml 單頸燒瓶內，加空氣冷凝管在170°C加熱4小時，冷卻至室溫，用二氯甲烷稀釋，用20g的無水硫酸鎂干燥一夜，抽濾除去無水硫酸鎂，將得到的清液旋轉蒸發，得白色固體粉末6-(1， 3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸。稱取MnCl2 ·4Η20(0·6β，3πιπιο1)和 6_(1，3_ 二氧代異吲哚啉 _2_ 基)己酸(1. 6g, 6mmol)放入IOOml圓底燒瓶中，然后加入20ml 二氯甲烷和20ml無水乙醇中，在室溫，磁力攪拌條件下加入3ml三乙胺，攪拌24小時。每次IOml水，洗滌三次，通過旋轉蒸發儀，將濾液蒸干，得到黑褐色油狀物，即為6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體。放入真空干燥箱干燥12h。將所得到的6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體，溶解于20ml苯醚， 倒入IOOml的三頸燒瓶中，在磁力攪拌的條件下，首先加熱到1401用N2排去反應液中的水分，加熱lh，然后升溫至160°C，N2保護，反應4. 5h。冷卻至室溫，離心分離，用無水乙醇多洗幾次，得到黑色物質，真空干燥。該黑色物質即是表面為6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基) 己酸配位的油溶性的Mn3O4納米粒子。其TEM圖如圖3所示。 稱取6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性的Mn3O4納米粒子0. 6g 分散于35ml 二氯甲烷、20ml乙醇和15ml水中，攪拌條件下加入20ml水合胼，4小時后反應停止。黃褐色Mn3O4納米粒子全部有下層的有機相轉移到了上層得水相。離心分離，乙醇洗滌幾次。即可得到氨基功能化的水溶性Mn3O4納米粒子。其TEM圖如圖4所示，所得四氧化三錳粒子的平均直徑為8 lOnm。本實施例中合成的四氧化三錳在氨基脫保護前后的XRD圖如圖5所示，從圖上可以清楚的看到脫保護前后晶形沒有發生明顯的變化；兩者的IR圖如圖6所示，從圖上和純有機配體的對比可以看到，得到的四氧化三錳表面的有機配體和設計的思路是一致的。本實施例中合成的四氧化三錳在氨基脫保護前后的分散情況如圖7所示，從圖中可以看出，在脫保護前，如圖中A所示，其在二氯甲烷中具有較好的單分散性，在脫保護后， 如圖中B所示，其在水溶液中具有較好的單分散性。本實施例合成的表面有機配體是6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的四氧化三錳和表面有機配體是6-氨基己酸的四氧化三錳的在25 0C的磁滯回線圖如圖8和圖 9所示，由圖可見所得到的納米粒子表現出較好的順磁性，磁化率分別達到0. 366emu/g和 0. 367emu/g,脫氨基保護前后的飽和磁化率變化不大。本實施例合成的表面有機配體是6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的氧化錳脫保護后6-氨基己酸氧化錳的ri、r2弛豫率如圖10所示，由圖可見所得到的納米粒子有很高的弛豫率其值達到 T1 = 1. 23s-1 · mT1，r2 = 2. 93s"1 · mT1。本實施例合成的表面有機配體是6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的氧化錳脫保護后6-氨基己酸的氧化錳核磁共振成像效果如圖11所示，由圖示可明顯看出即使在納米粒子很低的濃度下，其1\、T2核磁共振成像效果都非常好。實施例2:稱取IOOOmmol (131g)的六氨基己酸和IOOmmol (148g)的鄰苯二甲酸酐于IOOOml
單頸燒瓶內，加空氣冷凝管在170°C加熱4小時，冷卻至室溫，用二氯甲烷稀釋，用IOOg的無水硫酸鎂干燥一夜，抽濾除去無水硫酸鎂，將得到的清液旋轉蒸發，得白色固體粉末6-(1， 3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸。稱取MnCl2 · 4H20(6g，30mmol)和 6_ (1，3_ 二氧代異吲哚啉 _2_ 基)己酸(16g， 60mmol)放入IOOml圓底燒瓶中，然后加入IOOml 二氯甲烷和200ml無水乙醇中，在室溫，磁力攪拌條件下加入30ml三乙胺，攪拌24小時。每次IOOml水，洗滌三次，通過旋轉蒸發儀， 將濾液蒸干，得到黑褐色油狀物，即為6- (1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體。 放入真空干燥箱干燥12h。將所得到的6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體，溶解于200ml苯醚，倒入IOOOml的三頸燒瓶中，在磁力攪拌的條件下，首先加熱到140°C用N2排去反應液中的水分，加熱lh，然后升溫至160°C，N2保護，反應4. 5h。冷卻至室溫，離心分離，用無水乙醇多洗幾次，得到黑色物質，真空干燥。該黑色物質即是表面為6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性的Mn3O4納米粒子。 稱取6_(1，3- 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性的Mn3O4納米粒子6g分散于IOOml 二氯甲烷、200ml乙醇和150ml水組成的混合液中，攪拌條件下加入200ml水合胼，4小時后反應停止。黃褐色Mn3O4納米粒子全部有下層的有機相轉移到了上層得水相。 離心分離，乙醇洗滌幾次。即可得到氨基功能化的水溶性Mn3O4納米粒子，在水溶液中具有較好的單分散性。實施例2與實施例1結果無明顯區別，表明此方法可以產業化推廣。
權利要求
1.氨基功能化的水溶性四氧化三錳磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將二價錳鹽和6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸和三乙胺在室溫下分散在溶劑中，攪拌20 30小時，得到6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體；所述溶劑為按1 (0. 5 2)體積比混合的氯仿和無水乙醇；所述二價錳鹽選自氯化錳、醋酸錳或硝酸錳)；二價錳離子、6_(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸及三乙胺的摩爾比為1 (1 5) (1 10);(2)將步驟(1)所得到的6-(1，3_二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳前驅體溶解于苯醚中，氮氣氛或惰性氣體氛保護和攪拌狀態下以梯度加熱的方式將溫度以5°C /min逐級地提升至120 140°C，穩定1 1. 5h，再將溫度以5°C /min提升至158 173°C，穩定4 5h，得到6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性四氧化三錳納米粒子；(3)將得到的油溶性四氧化三錳納米粒子分散于溶劑中，加入脫氨基保護試劑，回流 4 5個小時，得到表面有機配體是6-氨基己酸的是氨基功能化的四氧化三錳磁性納米粒子；所述溶劑為氯仿、乙醇、二氯甲烷中的一種或兩種按任意比組成的混合物與水組成的混合液，混合液中水的體積比為1/5 1/4。
2.權利要求1所述的氨基功能化的水溶性四氧化三錳磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，所述的二價錳離子、6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸及三乙胺的摩爾比為 1 (2 4) (5 10)。
3.權利要求1所述的氨基功能化的水溶性四氧化三錳磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體氛為氦氣氛、氖氣氛或氬氣氛。
4.權利要求1所述的氨基功能化的水溶性四氧化三錳磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，所述脫氨基保護劑為水合胼。
5.權利要求4所述的氨基功能化的水溶性四氧化三錳磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，水合胼與6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性四氧化三錳納米粒子的質量比為5 1 1 5。
6.權利要求5所述的氨基功能化的水溶性四氧化三錳磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，水合胼與6-(1，3_ 二氧代異吲哚啉-2-基)己酸配位的油溶性四氧化三錳納米粒子的質量比為1 1 1 5。
全文摘要
本發明公開了一種大規模合成氨基功能化的水溶性四氧化三錳納米粒子的方法，該方法首先以苯醚為溶劑，高溫熱解6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸合錳，得到表面配體是6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸的油溶性的磁性納米粒子，然后用水合肼脫去6-(1，3-二氧代異吲哚啉-2-基)己酸上的鄰苯二甲酸酐，將油溶性的納米粒子轉變為氨基功能化的水溶性的納米粒子。由于這種油溶性的四氧化三錳納米粒子可以通過簡單的熱解大量制備，而氨基的去保護又很容易進行，因此可以簡單的實現氨基功能化的水溶性四氧化三錳的大規模制備。這種制備方法對設備的要求很低，所需原料價格低廉，副產物無公害。
文檔編號C01G45/02GK102320664SQ20111029862
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者代安濤, 安璐, 張崇琨, 楊仕平, 胡鶴, 黃國勝 申請人:上海師范大學