駱東升, 王新靈(上海交通大學化學化工學院,上海200240)
超順磁Fe3O4@PDA核-殼結構納米粒子的制備及表征
駱東升, 王新靈
(上海交通大學化學化工學院,上海200240)
利用多元醇高溫熱解法和溶液氧化法制備超順磁四氧化三鐵聚多巴胺核-殼結構納米粒子(Fe3O4@PDA)。采用X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、動態光散射(DLS)、傅里葉轉換紅外光譜(FT-IR)和熱重分析(TG)等對Fe3O4@PDA的結構、形貌和組成進行表征。采用綜合物性測試系統(PPMS)對樣品的磁性能進行表征。結果表明:Fe3O4@PDA的尺寸可以通過氨水與多巴胺的物質的量之比和反應時間進行調控;當Fe3O4@PDA中Fe3O4的質量分數約為5%時,具有超順磁性,磁飽和強度為3.8 emu/g,比理論值高出36%。
超順磁;四氧化三鐵;聚多巴胺;核-殼結構
磁性四氧化三鐵納米粒子(Fe3O4)具有良好的生物相容性、生物可降解性、磁操控和磁熱效應等優異性能,并能夠顯著縮短質子的橫向弛豫時間,因此在腫瘤磁熱療、藥物靶向輸送、磁共振成像、物質分離等領域有著重要的應用[1-3]。當磁性Fe3O4納米粒子的尺寸小于單磁疇的臨界尺寸[4-6]時,Fe3O4納米粒子將具有超順磁性,即同時具有較大的磁飽和強度和被磁化后去掉磁場無剩磁[2,7]。超順磁Fe3O4納米粒子可以避免團聚,穩定地分散在液相中,并且可以被細胞溶酶體分解成可吸收組分,作為一種理想的納米生物醫學材料,已被美國食品藥品監督管理局批準可應用于人體[8]研究中。但是由于超順磁Fe3O4納米粒子的尺寸較小,導致其形貌和結構不穩定,在水中或潮濕的空氣中容易被氧化而腐蝕,因而在生物醫藥領域的應用受到限制[9-10]。因此,通過簡單快速的方法對超順磁Fe3O4納米粒子進行表面修飾或者用聚合物等材料對其進行包覆,可以提高其性能、拓展應用范圍。
二氧化硅(SiO2)和聚合物材料是常見的納米粒子包覆材料。利用SiO2包覆納米粒子具有包覆層的厚度易調控、復合納米粒子分散性好的優點,但同時也存在反應條件嚴苛、粒子的形貌不規則和尺寸大小不均勻的缺點[11-13]。利用聚合物包覆納米粒子的方法主要有單體聚合法和聚合物包埋法。Zhong等[14]以聚苯乙烯為包覆層利用單體聚合法制得的復合磁性微球具有較好的磁響應能力,其缺點是復合磁性微球的尺寸偏大且粒徑分布較寬。Gu等[15]以聚甲基醚聚乙二醇丙烯酸酯-g-聚甲基丙烯酸(PPEGMEA-g-PMAA)為包覆層,利用聚合物包埋法制得的核-殼結構磁性微球,其形貌不規則,粒徑分布寬,磁響應能力也較弱。
聚多巴胺(Polydopamine,PDA)由多巴胺(Dopamine,DA)在含氧堿性溶液[10]、酶[16]以及催化劑或強氧化劑等條件下生成具有高反應活性的醌類化合物后再經過一系列復雜的反應自聚所得[17]。PDA是一種具有黏附性、光學性能、電導性、與金屬離子螯合、氧化還原性、生物相容性和生物可降解性等優異性能的聚合物材料。其豐富的羰基、氨基、羥基和兒茶酚基團具有良好的親水性和化學反應活性,能夠方便地進行活性分子、特異性基團和抗腫瘤藥物的修飾和負載。例如,在堿性條件下兒茶酚基團能被氧化成醌,醌能夠與巰基或氨基發生席夫堿反應或邁克爾加成反應[18]。含巰基或氨基的分子與PDA發生反應非常容易,不需要苛刻的條件或復雜的設備,在室溫和堿性條件下通過簡單地混合就能實現PDA的功能化。更重要的是這種交聯反應發生在水中并且能夠保持相當好的穩定性。以上研究表明,PDA作為一種新材料引起了科學家廣泛關注和持續研究[19]。
利用PDA化學修飾Fe3O4可以將具有特異性識別功能的分子和抗癌藥物負載到復合材料上,由于Fe3O4具有磁共振成像、磁靶向和磁熱治療等功能,而特異性識別功能的基團和抗癌藥物具有主動靶向和化學治療的功能,這樣就能得到集診斷、多重靶向和治療等功能于一體的新型生物醫用納米材料[20]。此外,還可以利用Fe3O4@PDA中PDA的還原性將Ag和Au等元素負載在核-殼結構納米粒子表面應用于催化,也可以將PDA進一步碳化制得碳吸附材料,可見Fe3O4@PDA將會成為一個極具發展潛力的多功能應用平臺。但目前利用PDA包覆超順磁Fe3O4形成核-殼結構納米粒子復合材料的研究尚鮮見報道。本文利用多元醇高溫熱解法合成超順磁Fe3O4納米粒子,利用溶液氧化法合成PDA,通過兩步法制備超順磁Fe3O4@ PDA核-殼結構納米粒子,簡單方便地制得粒子間不產生黏結、親水性、結構穩定、尺寸均一、分散性好的超順磁Fe3O4@PDA核-殼結構納米粒子,并研究了反應條件與納米粒子結構和性能之間的關系。
1.1試劑
鹽酸多巴胺(DA·HCl):分析純,常州亞邦制藥有限公司,溶于去離子水后DA·HCl解離得到DA,直接使用;乙酰丙酮鐵(Fe(acac)3)、三乙二醇(TREG):分析純,阿達瑪斯試劑有限公司;乙酸乙酯、乙醇:分析純,上海凌峰化學試劑有限公司;氨水(NH3·H2O):質量分數為25%~28%,上海凌峰化學試劑有限公司;磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、溴化鉀:分析純,國藥集團化學試劑有限公司。
1.2儀器
X射線衍射(XRD)譜:用德國Bruker公司D8 Advance型X射線衍射儀測試得到;透射電子顯微鏡(TEM)照片:用日本電子公司JEM-2100F型場發射透射電子顯微鏡得到,TEM的能量分布譜(TEM-EDS)也由此儀器測試得到;掃描電子顯微鏡(SEM)照片:用日本日立公司S-2150型掃描電子顯微鏡得到,SEM的能量分布譜(SEM-EDS)也由此儀器測試得到;動態光散射粒徑分布圖(DLS):用英國Malvern公司ZS90型動態光散射儀測試得到,以水為分散劑,掃描角度為90°,在25℃下測定;磁滯回線:采用美國Quantum Design公司PPMS-9T(EC-Ⅱ)型綜合物性測試系統測試得到,測試溫度為300 K,磁場增強步長50 Oe/s,磁場強度為-20 000~20 000 Oe;熱重分析(TG):用美國TA Instruments公司Q5000IR型熱重分析儀測試得到,測試的溫度范圍為室溫~1 000℃;傅里葉轉換紅外光譜(FT-IR):用日本島津公司Perkin Elmer Paragon 1000型傅里葉轉換紅外光譜儀測試得到。
1.3 四氧化三鐵納米粒子的制備
親水性超順磁四氧化三鐵納米粒子(Fe3O4)通過多元醇高溫熱解法合成[21]。稱取707 mg Fe(acac)3,通過機械攪拌將其均勻分散到60 m L TREG中。攪拌過程中緩慢通入N2以除去反應容器和TREG中的氧氣。待Fe(acac)3分散均勻后,將反應溫度緩慢上升到180℃,并維持此溫度45 min。緊接著增大加熱功率將溫度迅速升至278℃,并在此沸騰溫度下繼續反應45 min。反應結束后讓反應體系自然冷卻到室溫,得到黑色液態膠體狀懸浮液。將60 m L乙醇-乙酸乙酯的混合溶液(體積比為1/2)作為沉淀劑加入到反應體系中,充分攪拌后通過超速離心法分離得到Fe3O4。繼續用乙醇-乙酸乙酯的混合溶液清洗3次后,將Fe3O4分散在去離子水中,并于4℃條件下保存,備用。
1.4PDA納米粒子的制備
利用溶液氧化法制備PDA納米粒子[10]:首先,將1.5 m L氨水、40 m L乙醇和90 m L去離子水放入250 m L的三頸圓底燒瓶中,室溫下攪拌30 min;然后,將500 mg DA·HCl溶解到10 m L去離子水中形成溶液并將其緩慢滴加到反應液中,控制攪拌速率,以攪拌槳能夠帶動液面但不形成明顯漩渦為宜,室溫下反應30 h后結束反應,用高速離心法收集PDA,并用去離子水清洗3次;最后,將PDA放在45℃的真空干燥箱中干燥24 h后取出,在4℃條件下密封干燥保存。
1.5Fe3O4@PDA核-殼結構納米粒子的制備
超順磁Fe3O4@PDA的制備與PDA的制備方法類似。首先,將1.5 mL氨水、40 mL乙醇和90 m L去離子水放入250 mL的三頸圓底燒瓶中,室溫下攪拌30 min;緊接著將Fe3O4的水相分散液滴加到上述溶液中并超聲處理15 min,再將500 mg DA·HCl溶解到10 mL去離子水中形成溶液并將其緩慢滴加到反應液中,控制攪拌速率,室溫下反應30 h后結束反應,用高速離心法收集產物,并用去離子水清洗3次;待清洗干凈后利用強力磁鐵分離得到對磁場具有快速響應能力的核-殼結構納米粒子Fe3O4@PDA;最后,將Fe3O4@PDA放在45℃的真空干燥箱中干燥24 h后取出,在4℃條件下密封干燥保存。其合成路線圖如圖1所示。

圖1 Fe3O4@PDA核-殼結構納米粒子的合成路線圖Fig.1 Synthesis routes of Fe3O4@PDA core-shell nanoparticles
2.1Fe3O4的形貌和粒徑分析
圖2是Fe3O4的透射電子顯微鏡照片和動態光散射粒徑分布圖。從圖2(a)可知,Fe3O4為形貌規則的球形,通過軟件統計得到Fe3O4的粒徑在8.9 nm左右。從圖2(b)可知,Fe3O4的平均粒徑為12 nm左右,比TEM照片的統計結果稍微偏大。這主要是因為TEM測得的是Fe3O4在干態下的粒徑,DLS測得的是Fe3O4在濕態下的粒徑,由于Fe3O4表面存在穩定劑TREG,使得其流體力學體積變大。根據Woo和Zhang的報道[5-6],本文制得的Fe3O4的粒徑小于單磁疇的臨界尺寸。
2.2Fe3O4的組成和結構分析
圖3(a)是Fe3O4和TREG的紅外光譜圖。從圖中可以看出,由于Fe3O4納米粒子表面存在穩定劑TREG,使得Fe3O4和TREG兩者的紅外光譜比較相近[22],597 cm-1處的吸收峰是Fe3O4表面Fe-O鍵的特征吸收峰[21];3 390 cm-1處的特征峰歸屬于受氫鍵影響的羥基的伸縮振動峰,2 869 cm-1處的特征峰歸屬于C-H的伸縮振動峰,1 637 cm-1處的次強峰歸屬于C-C的伸縮振動峰,1 062 cm-1處的特征峰歸屬于C-O-C的伸縮振動峰。

圖2 Fe3O4的透射電子顯微鏡照片(a)和動態光散射粒徑分布圖(b)Fig.2 TEM image(a)and DLS size distribution(b)of Fe3O4
圖3(b)是Fe3O4的在氮氣氛圍下的熱失重曲線,其熱失重過程分為2個階段:第1階段在40~210℃,此階段中失去的質量屬于物理吸附的水、乙醇和乙酸乙酯,質量損失約為4%;第2階段在210~450℃,此階段中失去的質量屬于穩定劑TREG的揮發和降解,質量損失約為8%。

圖3 Fe3O4和TREG的紅外光譜圖(a)以及Fe3O4在氮氣氛圍下的熱重曲線(b)Fig.3 FT-IR spectra of Fe3O4and TREG(a)and TG curve(b)of Fe3O4in N2(b)
圖4(a)是Fe3O4的透射電子顯微鏡能譜。在0.7、6.4 ke V和7.1 ke V處的特征峰歸屬于Fe元素,在0.5 ke V處的特征峰歸屬于O元素,其余特征峰歸屬于測試儀器引入的元素。通過TEM-EDS測得的Fe元素和O元素的質量百分數分別為71.6%和28.4%,而理論計算得到的Fe元素和O元素的質量百分數分別為72.4%和27.6%,理論計算和測試結果基本相符。

圖4 Fe3O4的透射電子顯微鏡能譜(a)和X射線衍射譜圖(b)Fig.4 TEM-EDS spectrum(a)and XRD spectrum(b)of Fe3O4
圖4(b)是Fe3O4的X射線衍射譜圖。圖中各個晶體特征峰與標準晶態Fe3O4卡片(JCPDS No.19-0629)中的數據相符,說明合成了結晶性好、面心立方結構的Fe3O4納米粒子晶體。
2.3Fe3O4的分散性和磁性能
圖5是Fe3O4分散在水相中30 d后的光學照片。經過30 d的靜置后,分散液依舊沒有出現分層,表明Fe3O4在水相中具有較好的分散性。根據Cai等[21]的報道,Fe3O4分散在水相中形成的分散液在4℃條件下儲存數月之后仍能保持分散穩定。

圖5 Fe3O4分散在水相中30 d的光學照片Fig.5 Photograph of Fe3O4dispersing in water for 30 d
圖6是Fe3O4在300 K條件下的磁滯回線。從圖中可知,Fe3O4的磁飽和強度為56.2 emu/g,具有較高的磁飽和強度。此外,Fe3O4在300 K的磁滯回線及其原點附近的局部放大圖都表明:Fe3O4的磁滯回線均經過原點并且曲線基本保持重合,沒有磁滯現象,矯頑力和剩磁均為零,具有超順磁性。

圖6 Fe3O4在300 K條件下的磁滯回線(a)及其原點附近的局部放大圖(b)Fig.6 Hysteresis loop of Fe3O4at 300 K(a)and enlarged view near the origin(b)
2.4PDA和Fe3O4@PDA的形貌和粒徑分析
圖7是PDA和Fe3O4@PDA的透射電子顯微鏡照片。PDA為形貌規則的納米球,粒徑小于300 nm。由于Fe3O4和PDA的電子密度不同,相應的電子束穿透能力也不同,能夠明顯地觀察到深黑色的Fe3O4在淺灰色的PDA內部,形成以Fe3O4團簇為核的核-殼結構納米球Fe3O4@PDA,其形貌不如PDA規則,粒徑略微增大,但仍在300 nm左右。

圖7 PDA(a)和Fe3O4@PDA(b)的透射電子顯微鏡照片Fig.7 TEM images of PDA(a)and Fe3O4@PDA(b)
圖8是PDA和Fe3O4@PDA的動態光散射粒徑分布圖。從圖8可知,PDA的粒徑分布較窄,平均粒徑為275 nm;Fe3O4@PDA的分布也較窄,但比PDA略寬,平均粒徑為301 nm。在DA聚合包覆Fe3O4的反應過程中,Fe3O4會形成團簇,這些團聚體的形態不穩定,有的呈球狀,有的呈棒狀。DA自聚形成的PDA外殼包覆在Fe3O4內核外,內核的不規則性會導致Fe3O4@PDA納米球尺寸比相同反應條件下的PDA納米球要大,形貌規整性下降,粒徑分布變寬。

圖8 PDA(a)和Fe3O4@PDA(b)的動態光散射粒徑分布圖Fig.8 DLS size distributions of PDA(a)and Fe3O4@PDA(b)
2.5PDA和Fe3O4@PDA的組成和結構分析
圖9是PDA和Fe3O4@PDA的紅外光譜圖。由于Fe3O4在Fe3O4@PDA中的含量較少且PDA具有較強的紅外吸收,導致PDA和Fe3O4@PDA的紅外吸收光譜比較相似,主要呈現PDA的特征吸收峰:3 376、3 231 cm-1處的吸收峰歸屬于O-H和N-H的伸縮振動;1 626、1 286 cm-1處的吸收峰歸屬于C=O和C-O的伸縮振動;1 511 cm-1處的吸收峰歸屬于C=N和C=C。

圖9 PDA和Fe3O4@PDA的紅外光譜圖Fig.9 FT-IR spectra of PDA and Fe3O4@PDA
圖10(a)為PDA和Fe3O4@PDA在氮氣氛圍下的熱失重曲線,兩者比較相似:熱失重第1階段的溫度范圍是40~160℃,質量損失屬于PDA表面物理吸附的水分,其中PDA的質量損失約為6%,Fe3O4@PDA的質量損失約為9%;熱失重第2階段的溫度從160℃開始,主要為PDA的降解,當溫度上升到800℃時,PDA和 Fe3O4@PDA仍舊分別保留45%和48%的質量,表明制備得到的PDA和Fe3O4@PDA均具有較好的熱穩定性。

圖10 PDA和Fe3O4@PDA分別在氮氣(a)和氧氣(b)氛圍下的熱失重曲線Fig.10 TG curves of PDA and Fe3O4@PDA in N2(a)and O2(b)
圖10(b)為Fe3O4@PDA在氧氣氛圍下的熱失重曲線。從圖中可知,當溫度上升到600℃后,Fe3O4@PDA的熱失重曲線保持平穩,剩余的質量百分比約為5%。在氧氣氛圍下高溫煅燒,PDA完全分解,剩余的質量屬于由Fe3O4氧化得到的Fe2O3。
圖11(a)是PDA掃描電子顯微鏡能譜。通過比較Fe3O4、PDA和Fe3O4@PDA的元素組成可知,PDA僅含有C、N、O元素。圖11(b)是Fe3O4@PDA的透射電子顯微鏡能譜。由圖11(b)可知,Fe3O4@PDA中同時出現了分別屬于Fe3O4和PDA的元素(C、O、Fe),其余特征峰歸屬于測試儀器引入的元素。

圖11 PDA的掃描電子顯微鏡能譜(a)和Fe3O4@PDA的透射電子顯微鏡能譜(b)Fig.11 SEM-EDS pattern of PDA(a)and TEM-EDS pattern of Fe3O4@PDA(b)
圖12是PDA和Fe3O4@PDA的X射線衍射譜圖。如圖12所示,PDA在23°和40°附近出現寬而強的特征峰。Fe3O4@PDA的譜圖中出現歸屬于PDA的特征峰,23°處的特征峰移至25°并且特征峰變寬;30°、35°、43°、53°、57°和63°處出現歸屬于Fe3O4的特征峰,特征峰的位置幾乎不發生變化。Fe3O4@PDA的譜圖中同時出現PDA和Fe3O4的特征峰,說明在制備核-殼結構納米粒子的過程中Fe3O4的結構沒有被破壞,達到了利用PDA修飾并保護Fe3O4的目的。

圖12 PDA(a)和Fe3O4@PDA(b)的X射線衍射譜圖Fig.12 XRD patterns of PDA(a)and Fe3O4@PDA(b)
2.6納米粒子的尺寸調控
圖13(a)是PDA的粒徑與n(NH4OH)/n(DA)之間的關系。從圖13(a)可知,隨著n(NH4OH)/n(DA)的增加,PDA的粒徑不斷減小。當n(NH4OH)/n(DA)較小時,通過增加氨水能夠顯著減小PDA的粒徑,隨著n(NH4OH)/n(DA)不斷增大,其對PDA的粒徑的影響逐漸減小。當n(NH4OH)/n(DA)在11左右時,可以制得粒徑在250 nm左右的納米粒子,與Ai等[10]報道的結果相符。
圖13(b)是PDA的粒徑與反應時間的關系。DA在堿性條件下能夠迅速發生聚合,從宏觀上看顏色快速從黃色透明變為深棕色,15 min之后變為黑色不透明。從圖13(b)可知,反應3 h后PDA的粒徑就達到了150 nm左右,繼續反應27 h,PDA的粒徑達到265 nm左右。由此可知,納米粒子在反應前期尺寸迅速增大,之后的時間里納米粒子的尺寸增大放緩,這主要是DA轉化率的增加和PDA納米球的形貌變得更加規則、粒徑分布變窄所致。由于Fe3O4@PDA的尺寸也主要取決于PDA殼層的厚度,因此通過DA聚合時的反應條件來控制納米粒子尺寸的方法同樣適用于Fe3O4@PDA的尺寸調節。

圖13 PDA的粒徑與氨水/多巴胺物質的量之比(a)和反應時間(b)的關系Fig.13 Diameters of PDA with different n(NH4OH)/n(DA)(a)and reaction time(b)
2.7Fe3O4@PDA的分散性和磁性能
圖14是Fe3O4@PDA分散在不同p H的PBS溶液中靜置1 h后的光學照片。Fe3O4@PDA在酸性和弱堿性的PBS溶液中都保持了較好的分散穩定性,分散均勻,沒有產生明顯的沉淀。PDA表面有大量的酚羥基,Ho等[23]報道,當環境的p H在3以上時,PDA表面將攜帶負電荷,形成相互排斥的靜電作用,有利于Fe3O4@PDA在水相中的分散穩定性。

圖14 Fe3O4@PDA分散在不同p H的PBS溶液中的光學照片Fig.14 Photographs of Fe3O4@PDA dispersing in PBS solution with different p H values
圖15是Fe3O4@PDA在300 K下的磁滯回線。從圖中可知,Fe3O4@ PDA的磁飽和強度為3.8 emu/g,而根據熱失重分析可知Fe3O4@PDA中Fe3O4的質量分數約為5%。

圖15 Fe3O4@PDA在300 K下的磁滯回線(a)及其原點附近的局部放大圖(b)Fig.15 Hysteresis loop of Fe3O4@PDA at 300 K(a)and enlarged view near the origin(b)
由“相同磁性材料的磁飽和強度與其質量成正比”的關系計算得到Fe3O4@PDA的理論磁飽和強度為2.8 emu/g,所以實際測試得到的結果比理論值高出36%。這種差別出現的原因是,當超順磁Fe3O4納米粒子之間的距離小于其單疇尺寸時,相鄰納米粒子之間會產生電磁耦合效應,其結果是材料的磁飽和強度增大;不同數量的超順磁Fe3O4納米粒子聚集狀態導致磁飽和強度增大的倍數也會不同。上述特征為核-殼結構超順磁Fe3O4納米粒子的應用創造了有利條件:只需較小的納米粒子濃度即可滿足應用所需要的性能要求。
圖16是Fe3O4@PDA在磁場作用下的行為。在沒有外界磁場作用時,Fe3O4@PDA能均勻地分散在水相中,并保持較好的穩定性;當存在外界磁場時,Fe3O4@PDA能夠迅速地做出響應,在30 min內便聚集到磁鐵一側;當Fe3O4@PDA聚集在磁鐵一側后移去磁鐵并振蕩樣品瓶,Fe3O4@PDA便能夠重新均勻穩定地分散。

圖16 Fe3O4@PDA在磁場作用下的行為Fig.16 Behavior of Fe3O4@PDA under an external magnetic field
(1)利用多元醇高溫熱解法和溶液氧化法制備以超順磁四氧化三鐵納米粒子為核、以聚多巴胺為殼的核-殼結構納米粒子Fe3O4@PDA。
(2)Fe3O4@PDA納米粒子的尺寸為300 nm左右,大小可以通過氨水與多巴胺的物質的量之比和反應時間進行調控,Fe3O4的質量分數約為5%。
(3)Fe3O4@PDA納米粒子具有超順磁性、較好的水相分散性和磁響應性,磁飽和強度為3.8 emu/g,比理論值高出36%。
[1] LAURENT S,FORGE D,PORT M,et al.Magnetic iron oxide nanoparticles:Synthesis,stabilization,vectorization,physicochemical characterizations,and biological applications[J].Chemical Reviews,2008,108(6):2064-2110.
[2] LEE N,HYEON T.Designed synthesis of uniformly sized iron oxide nanoparticles for efficient magnetic resonance imaging contrast agents[J].Chemical Society Reviews,2012,41(7):2575-2589.
[3] REDDY L H,ARIAS J L,NICOLAS J,et al.Magnetic nanoparticles:Design and characterization,toxicity andbiocompatibility,pharmaceutical and biomedical applications[J].Chemical Reviews,2012,112(11):5818-5878.
[4] ZHENG Y,CHENG Y,BAO F,et al.Synthesis and magnetic properties of Fe3O4nanoparticles[J].Materials Research Bulletin,2006,41(3):525-529.
[5] WOO K,HONG J,CHOI S,et al.Easy synthesis and magnetic properties of iron oxide nanoparticles[J].Chemistry of Materials,2004,16(14):2814-2818.
[6] ZHANG L,DOU Y H,GU H C.Sterically induced shape control of magnetite nanoparticles[J].Journal of Crystal Growth,2006,296(2):221-226.
[7] ROSEN J E,CHAN L,SHIEH D B,et al.Iron oxide nanoparticles for targeted cancer imaging and diagnostics[J]. Nanomedicine:Nanotechnology,Biology and Medicine,2012,8(3):275-290.
[8] JUNG C W,JACOBS P.Physical and chemical properties of superparamagnetic iron oxide MR contrast agents:Ferumoxides,ferumoxtran,ferumoxsil[J].Magnetic Resonance Imaging,1995,13(5):661-674.
[9] CHEONG S,FERGUSON P,FEINDEL K W,et al.Simple synthesis andfunctionalization of iron nanoparticles for magnetic resonance imaging[J].Angewandte Chemie,2011,123(18):4292-4295.
[10] AI K,LIU Y,RUAN C,et al.Sp2 C-dominant N-doped carbon sub-micrometer spheres with a tunable size:A versatile platform for highly efficient oxygen-reduction catalysts[J].Advanced Materials,2013,25(7):998-1003.
[11] DENG Y,QI D,DENG C,et al.Superparamagnetic high-magnetization microspheres with an Fe3O4@SiO2core and perpendicularly aligned mesoporous SiO2shell for removal of microcystins[J].Journal of the American Chemical Society,2008,130(1):28-29.
[12] DU G H,LIU Z,XIA X,et al.Characterization and application of Fe3O4/SiO2nanocomposites[J].Journal of Sol-gel Science and Technology,2006,39(3):285-291.
[13] ZHU L,PAN D,DING L,et al.Mixed hemimicelles SPE based on CTAB-coated Fe3O4/SiO2NPs for the determination of herbal bioactive constituents from biological samples[J].Talanta,2010,80(5):1873-1880.
[14] ZHONG W,LIU P,SHI H G,et al.Ferroferric oxide/polystyrene(Fe3O4/PS)superparamagnetic nanocomposite via facile in situ bulk radical polymerization[J].Express Polym Lett,2010,4(3):183-187.
[15] GU L,SHEN Z,FENG C,et al.Synthesis of PPEGMEA-g-PMAA densely grafted doublehydrophilic copolymer and its use as a template for the preparation of size-controlled superparamagnetic Fe3O4/polymer nano-composites[J].Journal of Materials Chemistry,2008,18(36):4332-4340.
[16] KOBAYASHI S,MAKINO A.Enzymatic polymer synthesis:An opportunity for green polymer chemistry[J].Chemical Reviews,2009,109(11):5288-5353.
[17] DELLA VECCHIA N F,AVOLIO R,ALFèM,et al.Building-block diversity in polydopamine underpins a multifunctional eumelanin-type platform tunable through a quinone control point[J].Advanced Functional Materials,2013,23(10):1331-1340.
[18] XU L Q,YANG W J,NEOH K G,et al.Dopamine-induced reduction and functionalization of graphene oxide nanosheets [J].Macromolecules,2010,43(20):8336-8339.
[19] LIU Y,AI K,LU L.Polydopamine and its derivative materials:Synthesis and promising applications in energy,environmental,and biomedical fields[J].Chemical Reviews,2014,114(9):5057-5115.
[20] HU M,MI B.Enabling graphene oxide nanosheets as water separationmembranes[J].Environmental Science& Technology,2013,47(8):3715-3723.
[21] CAI W,WAN J.Facile synthesis of superparamagnetic magnetite nanoparticles in liquid polyols[J].Journal of Colloid and Interface Science,2007,305(2):366-370.
[22] WAN J,CAI W,MENG X,et al.Monodisperse water-soluble magnetite nanoparticles prepared by polyol process for highperformance magnetic resonance imaging[J].Chemical Communications,2007(47):5004-5006.
[23] HO C C,DING S J.The p H-controlled nanoparticles size of polydopamine for anti-cancer drug delivery[J].Journal of Materials Science:Materials in Medicine,2013,24(10):2381-2390.
Synthesis and Characterization of Superparamagnetic Fe3O4@PDA Core-Shell Structure Nanoparticles
LUO Dong-sheng, WANG Xin-ling
(School of Chemistry and Chemical Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China)
Superparamagnetic Fe3O4@PDA core-shell structure nanoparticles were synthesized via polyol thermo decomposition and solution oxidation.The structure,morphology and component were characterized by X-Ray Diffraction(XRD),Transmission Electron Microscopy(TEM),Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FT-IR),and Thermogravimetric Analysis(TG),etc.The magnetic properties of the samples were measured using physical properties measurement system(PPMS).Results showed that the size of Fe3O4@PDA could be controlled by adjusting the molar ratio of ammonia to DA and reaction time.When the mass fraction of Fe3O4in Fe3O4@PDA was about 5%,Fe3O4@PDA was superparamagnetic and the saturation magnetization was 3.8 emu/g,which was 36%higher than the theoretical value.
superparamagnetic;Fe3O4;polydopamine;core-shell structure
O63
A
1008-9357(2016)02-0172-010DOI: 10.14133/j.cnki.1008-9357.2016.02.005
2016-02-29
國家自然科學基金(20974061)
駱東升(1991-),男,浙江紹興人,碩士生,主要從事生物醫用材料的研究。E-mail:don.dongsheng.luo@gmail.com
王新靈,E-mail:xlwang@sjtu.edu.cn