单分散磁性Fe3o4(共18页)

1、单分散(fnsn)磁性Fe3O4BSA 核壳纳米(n m)颗粒的合成和表征a 中国(zhn u)长春吉林大学化学学院b 中国长春吉林农业大学资源与环境学院集 锦单分散Fe3O4BSA核壳纳米颗粒的合成Fe3O4BSA纳米粒子的球形直径大约为35nmFe3O4BSA核壳纳米颗粒为超顺磁性BSA在Fe3O4BSA中的反应条件图形抽象文章信息文章历史： 2013年5月14号收到Receivedin revised form 15 August 2013 2013年8月15号接受修订后的表格 2013年8月29号上线关键字： 牛血清白蛋白 单分散 磁 核纳米(n m)颗粒 超顺磁性摘要(zhiyo)在

2、本文(bnwn)中，磁性Fe3O4的牛血清白蛋白的核壳纳米粒子具有窄粒子（Fe3O4BSA）合成了的粒度分布可以通过透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）表明，Fe3O4BSA的核壳纳米粒子的球形形态是良好的单分散的，它的直径约为35 nm。由傅里叶变换红外光谱（FTIR）得数据表明在Fe3O4BSA的核壳纳米粒子中BSA的存在。diffraction衍射（XRD）表明，Fe3O4纳米粒子的晶体结构是不变的复合材料。通过振动样品磁将Fe3O4BSA的核壳纳米粒子的超顺磁特性随着约56.43 emu / g的饱和磁化强度值而确定。此外，热重分析（TGA）表明，BSA在Fe3O4BSA含量

3、核壳纳米粒子达38.2%左右。 2013 Elsevier B.保留所有权利。引言 在过去的十年中，由于其优异的物理和化学性质，磁纳米粒子已经引起了人们的关注，如它的超顺磁性，分散性好，毒性低和良好的生物相容性等。除了传统的光学、电学和磁学中的应用，磁性纳米粒子还广泛应用于磁辅助生物催化、生物医学、分离和小分子药物或基因输送等。具有整合或调节Fe3O4纳米粒子的功能，通过物理或化学方法在Fe3O4纳米粒子的表面改进高分子材料来制备通用核壳纳米磁等复合材料。通常，用高分子材料中认为蛋白质或多肽作为保护层被认为是一个最有前途的材料。磁性纳米颗粒因其具有优越的生物相容性和亲水性，它们通常用来制作磁性

4、蛋白质纳米粒子。 到目前为止，磁性纳米粒子包蛋白有许多方法，包括热变性，化学方法等。在众多方法中，共价固定因为其简单的实验过程，越来越多的研究都使用这种方法。Wang等人通过吸收BSA上磁壳聚糖纳米粒合成磁性纳米粒子的合成蛋白。Yu等人已经完成了二氧化硅包覆氧化铁磁性固定化牛血清白蛋白纳米颗粒等试验。刘等人通过戊二醛甲醛的方法将BSA的共价固定化到氨基硅烷改性的二氧化硅磁性支架上。 在这项研究中，我们(w men)试图固定(gdng)BSA水性Fe3O4BSA纳米(n m)粒子与1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC）（3-dimethylaminepropyl）直接结合的援助

5、方式来完成。同时，在不同的实验因素下Fe3O4BSA的核壳纳米粒子的制备进行详细讨论。包括搅拌速度，pH值和重量比（BSA / Fe3O4）。此外，Fe3O4BSA形成机制核壳纳米粒子的推断。*通讯作者：吉林大学化学学院 电话：+ 86 431 85168470；传真：+ 86 431 85168470。电子邮件 :崔xj（X。崔）2013 Elsevier B.V. All rights reserved.2013 Elsevier B.V.保留所有权利。 HYPERLINK /10.1016/j.colsurfa.2013.08.044 /10.1016/j.colsurfa.2013.0

6、8.044Z. Li et al.。/胶体与表面：物化法。工程方面，436（2013）114511512.材料与方法2.1、材料四水合氯化亚铁（FeCl24H2O 99%）和铁六水三氯化铁（FeCl26H 2O， 99%）均购自天津光复化学试剂公司（天津，中国）。氨水（NH 4OH，25%，北京化学试剂COM公司，中国），柠檬酸钠（C 6H5Na3 O7，99%，北京化工试剂公司，中国），1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC）（3-dimethylaminepropyl）和牛血清白蛋白（BSA）是从上海博鳌生化技术购买OGY（上海，中国）。磷酸盐缓冲液（PBS）是我们自己制备

7、。所有其他化学品的分析级和应用无需进一步纯化。2.2. 合成2.2.1合成(hchng)的水基Fe3O4纳米(n m)粒子 gnanaprakash等人通过(tnggu)化学共沉淀法制备一个简单的水基Fe3O4纳米粒子。简单来说，一定量的FeCl6H2O和FeCl3 24H2O（2:1摩尔比）以及100毫升去离子水加入250毫升三颈烧瓶同时通入氮气在恒定的室温下搅拌，然后快速调整PH值（30秒内）到10,5分钟后再80水溶条件下，将10 ml 0.5 mol-1的柠檬酸耐水溶液滴加到上述溶液中，这种方法在文献报道可以成功获得。搅拌35 min后，混合溶液自然冷却至室温。颗粒通过高速离心收集并用

8、去离子水反复冲洗，直到pH值是大约7。最后，将得到的颗粒分散在100毫升去离子水超声（图1path I)。图1 合成的Fe3O4BSA的核壳纳米粒子示意图2.2.2 Fe3O4BSA的核壳纳米粒子的合成 在图二所示为用于合成的Fe3O4BSA的核壳纳米粒子总体原理图。首先，适量BSA和EDC溶解在50毫升PBS中，然后，在Fe3O4磁性水溶液注入BSA溶液。之后，在20C水浴中快速机械搅拌直接结合到牛血清白蛋白水基Fe3O4纳米粒子。24小时后，去离子水洗涤尽可能去除未反应的BSA，最后，在室温Fe3O4BSA核壳纳米粒子干燥成粉末。一系列用于制备(zhbi)Fe3O4BSA反应(fnyng)

9、条件在表1所列的。此外，热重分析和动态光散射用来记录在不同(b tn)的条件下牛血清白蛋白含量和粒径在不同的条件下获得的产品。结果也列在表1中。表1 样品Fe3O4BSA的核壳纳米颗粒在不同反应条件下制备及其测量数字BSA（g）Fe3O4(g）搅拌（转）PBS（PH）BSA含量（%）Fe3O4BSA颗粒尺寸（nb）10.060.104006.31.61 1.5038.7 1.120.060.105006.321.181.3243.7 1.030.060.106006.323.891.7447.9 1.240.060.107006.330.611.9752.0 1.350.060.108006.

10、330.241.1851.7 1.160.060.109006.330.370.8752.3 0.970.060.107006.818.981.16 39.1 0.980.060.107007.212.500.6329.8 0.790.060.107007.611.120.8326.7 0.7100.060.107008.08.03 0.1424.4 1.0110.040.107006.321.470.4844.4 0.5120.080.107006.334.991.5254.2 1.5130.120.107006.337.831.7756.2 1.3140.160.107006.337.98

11、1.0656.2 1.0150.200.107006.337.801.4356.0 1.22.3 测量X射线衍射（XRD）的数据被记录在Rigaku Dmax2550衍射。傅里叶变换红外光谱光谱（FTIR）KBr粉末压片记录的在4004000厘米-1，在Nicolet仪器研究系列5%的傅立叶变换红外光谱仪。用动态光散射记录颗粒的尺寸分布，得到在200 kV acceleratingvoltage一日立H-800透射显微镜利用透射电子显微镜（TEM）研究纳米颗粒的显微照片。TEM样品制是纳米颗粒分散在水中通过超声处理，并下降到无定形碳包覆铜网。然后，颗粒能在室温下干燥成空气中形成一层非晶碳薄膜涂

12、覆的样品来保护它。热重分析（TGA）的进行是在氮气中，在100900C用PYRIS 1TGA（珀金埃尔默）10C/min升温速率。通过振动样品磁强计 (VSM, Lake Shore7410)在室温下测定样品性质。图2。TEM图像（一）和粒度(l d)分布（B）水基Fe3O4纳米粒子的TEM图像(t xin)；（c）和（d）的粒度分布的Fe3O4BSA的核壳纳米(n m)粒子Z. Li et al.。/胶体与表面：物化法。工程方面，436（2013）114511513 结果与讨论3.1 TEM图像(t xin)和Fe3O4BSA核壳纳米(n m)粒子的尺寸分布coreshell nanopar

13、ticles对水基Fe3O4纳米(n m)粒子和Fe3O4BSA核壳纳米粒子的尺寸和形貌分别用TEM和DLS测量进行了表征。如图2A所示，得到的水基Fe3O4纳米粒子具有一些聚集形貌呈球形，平均尺寸约为15 nm。涂层壳白蛋白后，得到的Fe3O4BSA核壳纳米粒子仍然是球形，大小增加到约35 nm（图2c），这表明BSA在水基Fe3O4纳米粒子成功的固定化且BSA的壳的厚度约为10 nm。为了进一步确认Fe3O4纳米粒子和Fe3O4BSA核壳纳米粒子的粒度分布，采用动态光散射测量与相应的结果在图2b和d所示。水基Fe3O4粒子和Fe3O4BSA核壳纳米粒子的平均大小分别为21nm和50 nm，

14、这是TEM一致的结果。值得注意的是，Fe3O4BSA核壳纳米粒子的分散性明显，其中可能是由于BSA的优异的亲水性能引起。3.2 FTIR光谱为了证实的Fe3O4BSA核壳纳米粒子的组成，用红外光谱分析是用来观察纯BSA的组成，水基Fe3O4和Fe3O4BSA核壳纳米粒子的组成结果如图3所示。，BSA在1644和1525厘米1是由于弯曲振动吸附的酰胺I（NH 2）和酰胺II（NH）的特征吸收峰分别为【30,31】。可以发现Fe3O4的特征吸收峰在576cm-1【32,33】。COO伸缩振动的柠檬酸在Fe3O4纳米粒子的表面，所以曲线吸收峰在1618 cm1。如图3c所示，BSA和Fe3O4所有的

15、特征吸收峰可以在Fe3O4BSA核壳纳米粒子的红外光谱发现。由于水基Fe3O4的影响，酰胺I发生转变一点是1636cm1。很明显，结果表明在磁性蛋白复合材料存在BSA和Fe3O4纳米粒子。 图3。红外光谱(gungp)：（一）纯牛血清白蛋白；（b）水基Fe3O4纳米(n m)粒子；（c）Fe3O4BSA核壳纳米(n m)粒子。3.3 XRD图谱XRD的水基Fe3O4纳米粒子Fe3O4BSA核壳纳米粒子，如图4所示。水基Fe3O4纳米粒子的特征衍射峰在30.2，35.7，43.3，53.6，57.2和62.6对应 2 2 0， 3，1 1，0 4 0，2 4 2，1 1 5 和 4 4，0 晶面

16、.除了 35 。它可以可见，Fe3O4BSA核壳纳米粒子与水基Fe3O4一致纳米颗粒的XRD图，和水基Fe 3 O 4纳米粒子比较，强度虽然减弱一点，这可能是由于BSA的壳在Fe3O4纳米粒子的表面涂层引起，在以上分析的基础上，论证了固定BSA对Fe3O4纳米粒子结构无影响。图4。XRD图谱(tp)：（一）水基Fe3O4纳米(n m)粒子；（b）Fe3O4BSAcoreshell nanoparticles.核壳纳米(n m)粒子3.4 磁性Fe3O4BSA核壳纳米粒子的磁性特征的VSM测量。如图5所示Fe3O4BSA核壳纳米颗粒的磁化曲线现场扫描没有检测到的矫顽力，这表明了Fe3O4BSA核

17、壳纳米粒子超顺磁性。Fe3O4BSA核壳纳米粒子的饱和磁化强度值为56.43 emu/g，这是由于BSA壳的存在低于水基Fe3O4纳米粒子（73.15 emu/g）。此外，可以进一步观察通过分离分散过程的外部磁场观察Fe3O4BSA核壳纳米粒子磁性，如图所示5II。短时间外加磁场下Fe3O4BSA核壳纳米粒子在水溶液中能在溶液中定向运动或分离。一旦外部磁铁被删除，微微晃动可再分散的。 根据上述分离分散过程中的结果和磁化曲线，我们可以得出这样的结论：Fe3O4BSA核壳纳米粒子具有优秀磁性能。图5。VSM磁化(chu)曲线（I）：（a）水基Fe3O4纳米(n m)粒子和（b）Fe3O4BSA核壳

18、纳米(n m)粒子照片（II）关于磁检测Fe3O4BSA核壳纳米粒子在水溶液中：（c）Fe3O4BSAcoreshell nanoparticles.核壳纳米粒子被分散到水溶液和（D）的定向移动管理在外加磁场作用下。Z. Li et al.。/胶体与表面：物化法。工程方面，436（2013）114511513.5 热重分析热重分析法研究在复合纳米粒子与BSA的相关内容在图6中显示相应的结果。从TGA数据上看Fe3O4BSA核壳纳米粒子的两个明显的边坡能被观察到。第一个坡在100170C范围内出现，这可能与纳米颗粒物理吸附的水的损失含量约为1.1%。之后，Fe3O4纳米粒子表面的吸附层开始逐渐分

19、解，210C至830。C和重量大幅减少，超过830C（IV），体重不再变化，这表明BSA已经完全分解。100900C的温度范围Fe3O4BSA核壳纳米粒子的绝对重量损失约40.4%。由于绝对重量损失的水基Fe3O4纳米粒子为2.2%，这是负责物理吸附的水的损失的柠檬酸层，可以得出结论，血清白蛋白含量占Fe3O4BSA核壳纳米粒子为38.2%左右。图6。TGA曲线(qxin)：（一）水基Fe3O4纳米(n m)粒子；（b）Fe3O4BSA核壳纳米(n m)粒子3.6 反应条件的影响3.6.1 搅拌速度的影响如表1所示，搅拌速率的对BSA和平均含量的Fe3O4BSA核壳纳米粒子的粒径影响很大。当反

20、应时间固定为24 h，400700转的范围，随着搅拌速度的增加，BSA和Fe3O4BSA核壳纳米粒子的平均粒径纳米颗粒明显增加。然而，当搅拌速率超过700转，BSA和粒径含量没有明显改变。显然，当搅拌速率增加，反应物接触充分，从而导致绑定of BSA onto water-based Fe 3 O 4 nanoparticles more effective. AsBSA在水基Fe3O4纳米粒子更有效，因此，搅拌速率高于700 rpm时蛋白质含量高。3.6.2 pH值的影响由于Fe3O4纳米粒子溶解时pH值小于6，所以合成的Fe3O4BSA核壳纳米粒子pH值范围6.38。BSA和Fe3O4BS

21、A核壳纳米颗粒的平均粒径的内容记录在表1所列，当前的的变化趋势曲线在图8中。通过这两个趋势曲线，我们可以分析了pH值的影响如下：当pH值逐渐增大，Fe3O4BSA核壳纳米颗粒中血清白蛋白含量减少（图8A）。近似的，当pH值的增加，平均粒径也出现明显减少（图8B）。在一般情况下，EDC实验中，小于7的适当PH如果系统是弱碱性的，EDC的活性会下降，这将不利于Fe3O4BSA核壳纳米粒子的合成。因此，BSA结合水基Fe3O4纳米粒子优异的pH值应为6.3左右时。3.6.3 BSA / Fe3O4芯壳纳米(n m)颗粒比的影响(yngxing)BSA / Fe3O4的重量(zhngling)比是不同

22、的时候，血清白蛋白的含量和Fe3O4BSA核壳纳米粒子的平均粒度会改变。表1展示了血清白蛋白的含量和Fe3O4BSA核壳纳米的平均粒度重量比分别为0.4, 0.6, 0.8, 1.2,1.6 和2.0.时的结果。当BSA / Fe3O4重量比在0.4到 1.2时，蛋白质的含量从21.47%上升到37.83%（图9a），平均颗粒尺寸从44.4 nm增大到56.2 nm（图10）。此外，两者含量的变化与牛血清白蛋白粒径为轻度的比例进一步增加，因为excessive BSA could not be catalyzed to react when the dosage of DC was fixed

23、 36,39. Therefore, the optimum ratio of BSA/Fe 3 O 4过量的BSA不能催化反应时，DC的剂量是固定的。因此，BSA / Fe3O4的最佳比值为1.2左右。图7 Fe3O4BSA核壳纳米粒子的不同的搅拌速度制备的趋势曲线：（一）蛋白质的含量和粒径（B）。Z. Li et al.。/胶体与表面：物化法。工程方面，436（2013）1145图8 Fe3O4BSA核壳纳米粒子在不同(b tn)pH值制备的趋势曲线：（一）蛋白质的含量和粒径（B）。图9 Fe3O4BSA核壳纳米(n m)粒子的BSA / Fe3O4不同比例制备(zhbi)的趋势曲线：（一

24、）蛋白质的含量和粒径（B）the range of 400700 rpm (Fig. 7a and b). However, when the stir-3.7 Fe3O4BSA的核壳纳米颗粒的形成机制Fe3O4BSA核壳纳米颗粒可能的形成过程可以通过两个部分详细讨论。首先，通过化学制备水基Fe3O4纳米粒子的共沉淀技术。由于羧酸的化学吸附，柠檬酸层位于Fe3O4纳米颗粒的表面，使一水分散形成个稳定的结构。其次，BSA溶液中基Fe3O4磁流体具有良好的分散性质，且水基Fe3O4磁流体具有良好的分散性，由于质子化的表面的大量的赖氨酸BSA的稳定性有地区作为聚阳离子可以通过盐桥和柠檬酸的相互作用4

25、1,42。这是盐桥相互作用，是负责的吸附BSA分子的。此外，（NH 2，OH和COOH）功能组在EDC的存在在Fe3O4的表面上的BSA发生分子交联，其可以修改蛋白质的羧基上略带酸性pH值，随后，BSA分子结合在一起形成一个初步的外层。更多自由BSA分子吸附在BSA多层膜的Fe3O4纳米粒子外面，因为EDC的存在形成了一个壳包裹的Fe3O4纳米粒子为核心。BSA壳随BSA分子的厚度增加，最后，Fe3O4白蛋白纳米粒与核心壳的结构。 HYPERLINK / l # o 收藏结果 4 结论On the whole, F总体上，Fe3O4BSA的核壳纳米粒子的窄粒径分布通过固定化制备了BSA在柠檬酸

26、盐稳定存在的Fe3O4纳米粒子的EDC。在Fe3O4BSA的核壳纳米粒子对BSA的内容是通过调整反应条件来提高了质量。制备的Fe3O4BSA的核壳纳米粒子的路线简单，很好的控制，并可能适用于其他磁性蛋白纳米粒子的合成。致谢(zh xi)这项工作(gngzu)是由美国国家自然科学基金为中国(zhn u)资助（编号21104023和21106052），为中国PR高等学校博士学科点和吉林大学中央高校基本科研提供专项科研基金（20090061120078号）和特殊基金（200903132号）。摘要1 X.Y. Sun, S.S. Yu, J.Q. Wan, K.Z. Chen, Facile graf

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