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硼酸基功能化磁性纳米颗粒的制备、表征及应用

作　者: 成文凯
导　师: 钟国伦
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 吸附自组装疏水作用硼酸基团功能化磁性纳米颗粒牛血清白蛋白
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文论证了油酸分子在Fe304磁性纳米颗粒表面的吸附状态,并且首次采用两亲性小分子4-乙烯基苯硼酸在单层油酸包覆的Fe304磁性纳米颗粒的自组装和原位聚合的方法成功制备了硼酸基功能化磁性纳米颗粒,还对其应用进行了初步的研究。首先,以化学共沉淀法为基础得到了单层油酸包覆的Fe304磁性纳米颗粒。通过FT-IR、TGA、XPS等分析并论证了油酸分子在Fe304磁性纳米颗粒表面的吸附状态。油酸分子可以在磁性纳米颗粒表面形成双层、单层包覆结构。双层包覆结构的红外谱图中有1710cm-1特征峰,热失重曲线有两个失重阶段,分别对应于化学吸附层和物理吸附层的油酸。单层包覆结构的红外谱图中无1710cm-1特征峰,热失重曲线只有一个失重阶段,对应于化学吸附层的油酸。单层包覆结构的油酸含量约为10%,粒径约为10nm,饱和磁化强度为59emu/g。然后,利用疏水作用诱导的分子自组装与原位聚合相结合的方法首次制备了硼酸基功能化磁性纳米颗粒。单层油酸包覆的Fe304磁性纳米颗粒表面为油酸的疏水长链,两亲性小分子4-乙烯基苯硼酸的一端也为疏水烷基。两者之间的疏水作用使得4-乙烯基苯硼酸在颗粒表面发生自组装,适当的条件下再引发自组装的单体聚合,便得到了表面带硼酸基团的功能化磁性纳米颗粒。对自组装的各种影响因素进行考察。用FT-IR、TGA、TEM、VSM等对功能化磁性纳米颗粒进行表征。结果表明：在最优的条件下所制备的硼酸基功能化磁性纳米颗粒有着很好的分散性、稳定性以及超顺磁性。颗粒表面包覆的聚合物含量约为25.86%,粒径约为14nm,饱和磁化强度为43emu/g。最后,对硼酸基功能化磁性纳米颗粒的应用进行了初步的研究。功能化磁性纳米颗粒表面具有丰富的硼酸基团,因此可以用于牛血清白蛋白(BSA)等生物大分子的吸附。功能化磁性纳米颗粒对BSA分子的吸附受到溶液pH、吸附时间以及BSA初始浓度等因素的影响。在最优的吸附条件下,功能化磁性纳米颗粒对牛血清白蛋白的吸附量为135μg/mg,这体现了分子自组装制备功能化磁性纳米颗粒的优越性。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-12
缩写符号清单  12-13
1 文献综述  13-30
  1.1 引言  13
  1.2 磁性纳米材料的性质  13-15
    1.2.1 小尺寸效应  13
    1.2.2 表面效应  13-14
    1.2.3 量子尺寸效应  14
    1.2.4 宏观量子隧道效应  14
    1.2.5 磁性能  14-15
  1.3 磁性纳米材料的制备  15-16
    1.3.1 化学共沉淀法  15
    1.3.2 热分解法  15
    1.3.3 微乳液法  15-16
    1.3.4 水热/溶剂热法  16
    1.3.5 溶胶-凝胶法  16
    1.3.6 超声波法  16
  1.4 磁性纳米材料的表面修饰  16-17
  1.5 分子自组装  17-24
    1.5.1 分子自组装  17
    1.5.2 分子自组装的分类  17-22
      1.5.2.1 氢键作用诱导的分子自组装  18
      1.5.2.2 静电作用诱导的分子自组装  18-19
      1.5.2.3 疏水作用诱导的分子自组装  19-20
      1.5.2.4 π-π堆积作用诱导的分子自组装  20-21
      1.5.2.5 环境诱导的分子自组装  21-22
    1.5.3 分子自组装的影响因素  22-24
      1.5.3.1 分子识别的影响  22
      1.5.3.2 介质环境的影响  22-24
      1.5.3.3 外界条件的影响  24
  1.6 自组装制备功能磁性纳米材料的应用  24-28
    1.6.1 蛋白质分离与纯化  24-25
    1.6.2 靶向药物输送  25-26
    1.6.3 核磁共振成像  26
    1.6.4 免疫分析  26-27
    1.6.5 催化剂  27-28
  1.7 本文的研究思路及研究内容  28-30
    1.7.1 研究思路  28
    1.7.2 研究内容  28-30
2 油酸在Fe_3O_4颗粒表面的吸附及单层包覆结构的制备  30-40
  2.1 前言  30-31
  2.2 实验部分  31-33
    2.2.1 化学试剂  31
    2.2.2 实验仪器  31-32
    2.2.3 实验方法  32-33
    2.2.4 表征方法  33
  2.3 结果与讨论  33-38
    2.3.1 油酸在磁性纳米颗粒表面的吸附  33-34
    2.3.2 傅立叶变换红外光谱分析  34-35
    2.3.3 热失重分析  35-36
    2.3.4 X光电子能谱分析  36-37
    2.3.5 形貌与粒径分析  37
    2.3.6 磁性能分析  37-38
  2.4 本章小结  38-40
3 分子自组装与原位聚合制备硼酸基功能化磁性纳米颗粒  40-60
  3.1 前言  40-41
  3.2 实验部分  41-43
    3.2.1 化学试剂  41
    3.2.2 实验仪器  41-42
    3.2.3 实验方法  42
    3.2.4 表征方法  42-43
  3.3 结果与讨论  43-59
    3.3.1 两亲性小分子的自组装  43-45
    3.3.2 自组装影响因素的考察  45-56
      3.3.2.1 分散介质的影响  45-48
      3.3.2.2 组装时间的影响  48-49
      3.3.2.3 组装温度的影响  49-51
      3.3.2.4 单层油酸包覆的Fe_3O_4浓度的影响  51-54
      3.3.2.5 单体浓度的影响  54-56
    3.3.3 傅立叶变换红外光谱分析  56
    3.3.4 热失重分析  56-57
    3.3.5 形貌与粒径分析  57-58
    3.3.6 磁性能分析  58-59
  3.4 本章小结  59-60
4 硼酸基功能化磁性纳米颗粒对牛血清白蛋白的吸附研究  60-71
  4.1 前言  60-61
  4.2 实验部分  61-63
    4.2.1 化学试剂  61
    4.2.2 实验仪器  61-62
    4.2.3 实验方法  62-63
      4.2.3.1 pH缓冲溶液的配制  62
      4.2.3.2 BSA紫外可见吸收波长的确定  62-63
      4.2.3.3 BSA标准曲线的绘制  63
      4.2.3.4 功能化磁性纳米颗粒对BSA的吸附  63
  4.3 结果与讨论  63-70
    4.3.1 BSA的紫外可见吸收光谱  63-64
    4.3.2 BSA的标准曲线  64-65
    4.3.3 功能化磁性纳米颗粒对BSA吸附条件的优化  65-68
      4.3.3.1 溶液pH的影响  65-66
      4.3.3.2 吸附时间的影响  66-67
      4.3.3.3 BSA初始浓度的影响  67-68
    4.3.4 功能化磁性纳米颗粒对BSA的吸附机理  68-70
  4.4 本章小结  70-71
5 总结与展望  71-73
  5.1 论文总结  71-72
  5.2 建议和展望  72-73
参考文献  73-83
作者简历  83

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