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材料科学
新型磁性纳米功能材料的制备与性能研究
近年来,人们从多学科交叉的角度出发,开发出很多新型的磁性纳米功能材料。其中,磁性靶向药物载体、磁流体、磁性复合纳米材料是较为突出的门类并成为研究中的热点。虽然这几种磁性纳米功能材料的研究正在不断深化,其应用领域也在不断扩展,但仍然存在一些问题值得深入探索。在磁性靶向药物载体方面,如何选取合适的支撑材料以及探索恰当的方法、途径制备性能优异,用途广泛的新型磁性靶向药物载体仍是当前研究中面临的主要问题。在磁流体和磁性纳米复合材料方面,如何实现磁性纳米颗粒在载液和聚合物基质的均匀分散以制备性质稳定、性能优异的磁性纳米功能材料仍是研究中的首要问题和难点。基于以上几点,本文着重设计和开发出了几种新型表面β-环糊精功能化的Fe_3O_4磁性纳米颗粒,并研究了它们作为磁性靶向药物载体应用方面的相关性能;以可聚合表面活性剂马来酸单十八酯对Fe_3O_4磁性纳米颗粒进行表面修饰,将颗粒均匀分散于苯乙烯单体中制备了可聚合磁流体,经本体聚合制备了聚苯乙烯/ Fe_3O_4磁性复合纳米材料,研究了可聚合磁流体和磁性复合纳米材料的相关性能。这些研究不仅为新型磁性纳米功能材料的制备和研究提供了新思路、新方法和新途径,而且还拓宽了其相关应用领域。本文所做的主要研究工作和结果如下: 合成了羧基取代度分别为1.2和7.3的羧甲基-β-环糊精,并分别在水介质和DMF介质中制备了羧甲基-β-环糊精修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒。利用TEM、FTIR、XRD、DLS、TG等手段对制备颗粒的结构、形态和成分进行了表征并对其相关性能进行了研究。结果表明,以取代度为1.2的羧甲基-β-环糊精在水介质中对Fe_3O_4磁性纳米颗粒修饰效果较为理想,在此条件下制备的羧甲基-β-环糊精修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒为近球形,粒径在10~15nm之间,修饰上的羧甲基-β-环糊精约占颗粒总重的8.2%,颗粒为超顺磁性,质量比饱和磁化强度为68.7emu/g,在水中的分散稳定性良好,优化条件下对药物姜黄素的载药量和包封率分别为21.7μg /mg和43.4%。在体外释药实验中,载药颗粒在4小时内具有较强的药物突释效应,随后呈现长达26小时以上的药物缓释状态。 将羧甲基-β-环糊精修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒分散于β-环糊精的碱性水溶液中,以环氧氯丙烷为交联剂,通过在羧甲基-β-环糊精修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒表面进行的交联反应制备得到了交联β-环糊精聚合物/Fe_3O_4复合纳米颗粒。利用TEM、SEM、FTIR、XRD、DLS、TG等手段并对制备的颗粒进行了表征并对其相关性能进行了研究。结果表明,制备的交联β-环糊精聚合物/Fe_3O_4复合纳米颗粒为典型的核壳结构,近球形,粒径在20~40nm之间,颗粒中形成壳结构的交联β-环糊精聚合物约占颗粒总重的28.0%,颗粒为超顺磁性,质量比饱和磁化强度为52.0emu/g,在水中具有良好的分散稳定性。与羧甲基-β-环糊精修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒相比,交联β-环糊精聚合物/Fe_3O_4复合纳米颗粒对于药物姜黄素的载药量和包封率均明显提高,优化条件下的载药量和包封率分别达到了86.9μg/mg和72.4%,载药后的颗粒具有较好的药物释放性能。 采用末端带有可反应性环氧基的硅烷偶联剂γ-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷(GTMS)对Fe_3O_4磁性纳米颗粒进行表面修饰,然后通过一定条件下β-环糊精羟基与修饰到Fe_3O_4磁性纳米颗粒表面环氧基的化学反应将β-环糊精接枝到GTMS修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒的表面,制备得到了β-环糊精接枝GTMS修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒。利用TEM、FTIR、XRD、DLS、TG等手段对制备的颗粒进行了表征并对其相关性能进行了研究。结果表明,制备的超顺磁性β-环糊精接枝GTMS修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒为近球形,粒径在10~15nm之间,接枝上的β-环糊精约占颗粒总重的2.2%,质量比饱和磁化强度为67.5 emu/g,在水中具有良好的分散稳定性,优化条件下对药物阿霉素的载药量和包封率分别为5.7μg/mg和47.5%。在体外释药实验中,载药后的颗粒在释药初期具有较强的突释效应,随后呈现长时间的药物缓释状态。 合成了丁烯二酸单酯化β-环糊精(MAH-β-CD),采用带有可聚合双键基团的硅烷偶联剂γ-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷(MPS)对Fe_3O_4磁性纳米颗粒进行表面修饰,通过在MPS修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒表面进行的丁烯二酸单酯化β-环糊精与丙烯酸(AA)之间的自由基共聚反应,制备了P(MAH-β-CD-co-AA)/Fe_3O_4复合纳米颗粒。利用TEM、FTIR、XRD、DLS、TG等手段并对制备的颗粒进行了表征并对其相关性能进行了研究。结果表明,制备的P(MAH-β-CD-co-AA)/Fe_3O_4复合纳米颗粒为近球形,粒径约在10~15nm之间。接枝上的P(MAH-β-CD-co-AA)共聚物约占颗粒总重的21.2%,在水中的分散稳定性良好,颗粒为超顺磁性,质量比饱和磁化强度为60.0emu/g。与β-环糊精接枝GTMS修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒相比,优化条件下P(MAH-β-CD-co-AA)/Fe_3O_4复合纳米颗粒对药物阿霉素的载药量和包封率有较明显的提高,分别达到了93.8μg/mg和78.2%。在体外释药实验中,载药后的颗粒在4小时内具有较强的突释效应,随后呈现长时间的药物缓释状态。 合成了可聚合表面活性剂马来酸单十八酯,并用其对Fe_3O_4磁性纳米颗粒进行表面修饰。将马来酸单十八酯修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒采用直接转移法由水相分散到苯乙烯单体中,制备了苯乙烯基可聚合磁流体,分别研究了可聚合磁流体的形态、结构、稳定性、流变性和磁性能。通过可聚合磁流体的本体聚合制备了聚苯乙烯/Fe_3O_4磁性纳米复合材料,分别研究了复合材料的形态、结构、热稳定性和磁性能。结果表明,粒径为7nm左右的马来酸单十八酯修饰Fe_3O_4磁性纳米颗粒在磁流体和磁性纳米复合材料中分散均匀,没有产生明显的团聚现象。制备的苯乙烯基磁流体稳定性良好,磁流变效应明显,是符合弱Bingham模型的非牛顿流体,具有典型的超顺磁性。在聚苯乙烯/Fe_3O_4磁性纳米复合材料制备过程中,修饰于Fe_3O_4磁性纳米颗粒表面的马来酸单十八酯和苯乙烯之间发生了共聚反应。与相似条件下聚合得到的纯聚苯乙烯相比,聚苯乙烯/Fe_3O_4磁性纳米复合材料的热稳定性有所提高,是典型的超顺磁性材料。
博士论文
《华南理工大学》 2010年博士论文

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