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磁性荧光复合纳米粒子的制备与性能表征

作　者: 丁永玲
导　师: 刘福田
学　校: 济南大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: Fe3O4纳米颗粒 ZnSe@ZnS核壳量子点磁性荧光复合纳米颗粒壳聚糖磁性壳聚糖载药微球载药量包封率
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着纳米技术的发展，磁性材料和发光量子点纳米晶因其优良的特性，在生物医学领域具有广泛应用，因此如果将磁性和荧光相结合，集分离和标记功能于一体，通过一定的物理化学工艺制备出多功能磁性荧光纳米复合材料，使其作为荧光探针的同时，还具有良好的磁靶向性。基于此，本课题采用具有核磁共振造影剂作用的超顺磁性Fe₃O₄为磁核提供磁性，以颜色可调、高发光效率的核-壳结构的ZnSe@ZnS量子点提供荧光，制备磁性荧光复合纳米颗粒；同时将制备的磁性纳米颗粒与抗肿瘤药物结合，经天然高分子聚合物壳聚糖包覆，可得到磁性壳聚糖载药微球。这种新型的复合纳米材料不仅拓展了其生物医学应用潜力，还能有效克服磁性四氧化三铁纳米粒子易被氧化、量子点对周围环境的敏感性及生物毒性等问题，使两种纳米粒子的应用范围进一步扩大。本论文采用共沉淀法制备ZnSe量子点，以谷胱甘肽为稳定剂，得到高发光强度、水溶性、稳定的ZnSe量子点；通过X射线衍射分析、透射电镜分析、紫外可见吸收光谱和荧光光谱分析得到最佳制备工艺参数为：当反应溶液的温度为90℃，pH值为12，反应时间为1h，Zn/Se/GSH摩尔比为1:0.4:1.2时，所制备ZnSe量子点的发光性能最好，而且制备的ZnSe量子点具有良好的稳定性；用自然光进行辐照，有利于提高量子点的荧光强度和量子产率。以制备的ZnSe核量子点为基础，采用外延生长法，利用硫脲在高温下易分解的特征，在ZnSe量子点表面沉积一层宽带隙量子点ZnS壳层，制备了ZnSe@ZnS核壳量子点。考察了反应溶液的pH值、反应时间等对核壳结构ZnSe@ZnS量子点发光性能的影响。研究结果表明：ZnSe@ZnS核壳量子点粒径分布窄，平均粒径尺寸为3.6nm，由于量子尺寸效应，量子点的荧光光谱和吸收光谱都发生明显的红移；当温度为100℃，pH为10.5，反应时间为2h时，最有利于Zn2+和S2-的结合，得到的ZnSe@ZnS核壳量子点发光性能最好；经ZnS修饰后，ZnSe@ZnS量子点的量子产率得到很大提高，从23%上升到62.8%，同时荧光寿命也明显延长，显示出良好的荧光稳定性。通过溶剂热法制备的Fe₃O₄磁性纳米粒子，具有良好的结晶性、单分散性，平均粒径为10-15nm。由于有Fe₃O₄磁性纳米粒子的团聚现象严重，我们通过盐酸进行表面改性，研究结果表明：经盐酸修饰所得到Fe₃O₄-H3O+的磁性纳米颗粒在水中具有有良好的分散性，且盐酸浓度为0.03M时，纳米颗粒的分散性最好。通过扩散双分子层对其机理进行了研究，所制备的磁性纳米颗粒在室温下仍然具有良好的超顺磁性。为了得到磁性荧光复合纳米颗粒，采用化学键合机理将ZnSe@ZnS量子点引入到Fe₃O₄磁性纳米粒表面，得到了磁性荧光纳米复合粒子Fe₃O₄-QDs。首先通过APTES（3-氨基丙基三乙氧基硅烷）修饰Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子，得到氨基修饰的Fe₃O₄@SiO₂核壳量子点，并通过活化剂（EDC-NHS）与量子点相连。利用XRD、吸收光谱、荧光光谱及TEM等测试手段研究复合纳米微粒的结构及发光性能。研究结果表明：这种复合粒子Fe₃O₄-QDs的饱和磁化强度和荧光强度略有降低，室温下具有超顺磁性。天然大分子壳聚糖常被用作抗肿瘤药物的载体。本论文用壳聚糖高聚物包覆氟尿嘧啶（广谱抗肿瘤药）和磁性纳米颗粒，制备了磁性壳聚糖微球，并对其载药量及缓释效果进行了深入研究，实验考察了交联剂的量及交联时间对载药微球的形貌及缓释性能的影响，通过建立标准吸收曲线，对药物载体的载药量和包封率进行测定。研究结果表明：在不同pH值的缓冲溶液中，载药微球均对药物具有良好的缓释效果，其中pH=2，药物的释放速率最快；反应24h后，pH=2的释药速率接近100%；微球的载药量为S1＝8.8%；包封率为S2＝41.1%。当交联剂用量增加和原料摩尔比n（CS）: n（5-Fu）)的增大时，载药微球的释药速率变慢。研究表明：水溶性壳聚糖微球是一种很有潜力的抗肿瘤缓释控制材料。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-12
第一章绪论  12-28
  1.1 生物荧光标记材料及应用  12-16
    1.1.1 半导体量子点及其核壳结构的制备  12-13
    1.1.2 量子点的制备方法  13-15
    1.1.3 量子点的生物医学应用  15-16
  1.2 磁性纳米材料的制备及应用  16-22
    1.2.1 磁性纳米材料的基本性质  16-18
    1.2.2 磁性纳米材料的制备方法  18-19
    1.2.3 磁性纳米粒子在生物医学中的应用  19-22
  1.3 磁性荧光复合颗粒及载药体系  22-26
    1.3.1 磁性荧光纳米复合颗粒的制备  22-24
    1.3.2 磁性荧光纳米颗粒的应用  24-26
  1.4 本论文研究的主要内容  26-28
第二章实验方案设计与研究方法  28-36
  2.1 实验步骤  28-29
    2.1.1 ZnSe 量子点的制备方法  28
    2.1.2 ZnSe@ZnS 核壳量子点的制备方法  28
    2.1.3 Fe_3O_4磁性纳米粒子的合成  28-29
    2.1.4 Fe_3O_4@SiO_2@ZnSe@ZnS 荧光磁性双功能复合纳米颗粒的制备  29
    2.1.5 磁性壳聚糖载药微球的制备  29
  2.2 实验试剂原料及仪器  29-32
    2.2.1 实验试剂原料  29-31
    2.2.2 实验仪器  31-32
  2.3 表征方法  32-36
    2.3.1 形貌及结构表征  32-33
    2.3.2 磁性能测试  33-34
    2.3.3 荧光性能测试  34-36
第三章 ZnSe@ZnS 核壳纳米粒子的制备及表征  36-50
  3.1 实验步骤  36-37
    3.1.1 ZnSe 量子点的制备  36-37
    3.1.2 ZnSe@ZnS 量子点的制备  37
  3.2 结果与讨论  37-48
    3.2.1 ZnSe 量子点制备工艺参数的确定  37-42
    3.2.2 ZnSe@ZnS 量子点制备工艺参数的确定  42-48
  3.3 本章小结  48-50
第四章多功能磁性纳米复合微粒的制备及性能研究  50-74
  4.1 实验步骤  50-52
    4.1.1 Fe_3O_4磁性纳米微粒的制备  50-51
    4.1.2 Fe_3O_4@SiO_2核壳纳米微粒的制备  51
    4.1.3 Fe_3O_4@SiO_2@ZnSe@ZnS 磁性荧光纳米粒子  51-52
    4.1.4 磁靶向纳米药物载体的制备  52
  4.2 实验结果表征与分析  52-72
    4.2.1 Fe_3O_4@SiO_2磁性纳米颗粒的制备工艺参数的确定  52-60
    4.2.2 Fe_3O_4@SiO_2@ZnSe@ZnS 磁性荧光复合纳米微粒的结果与表征  60-62
    4.2.3 磁靶向纳米药物载体的制备及工艺参数的确定  62-72
  4.3 本章小结  72-74
第五章结论与展望  74-76
参考文献  76-84
致谢  84-85
附录  85-86

磁性荧光复合纳米粒子的制备与性能表征

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