磁性纳米复合材料的设计合成及其在医学诊断和有机催化领域中的应用

作     者：汪志义 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪宝堆

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：磁共振成像造影剂 比色生物检测 MnFe2O4纳米粒子 三维介孔杂化框架 Fe3O4@Cu2O-rGO 

摘      要：二元金属氧化物磁性纳米复合材料是一类重要的具有特殊的物理化学性质的无机功能性材料。在生物分子磁性分离、酶反应、药物载体,核磁共振成像和有机催化等领域引起了极大的关注。近年来,磁性纳米材料领域一个重要的研究课题是通过磁性材料的设计出具有多重功能的复合杂化纳米材料。本论文的研究集中在金属氧化物磁性纳米材料的可控合成,功能化组装和在双模式T1和T2磁共振成像造影剂,喹喔啉及其衍生物的催化合成和比色生物检测中的应用,包括如下三个研究工作：1.在油酸体系中,利用乙酰丙酮铁(111)和乙酰丙酮锰(II)作为前驱体,通过油相热分解法合成了成功的制备出碟状的(18 nm),球形的(16 nm)和立方的(27nm)三种形貌和粒度均一的单分散的MnFe2O4纳米粒子。同时还发现纳米粒子的磁性及其磁共振性质与其形貌和尺寸具有紧密的联系。这些MnFe2O4纳米粒子,在与钆和叶酸共价修饰后,对T1成像的亮信号的增强和T2成像的暗信号的减弱是同步的。体外磁共振成像实验还表明合成的多功能的Gd:FA-DTPA-PEG-DIB-MnFe2O4纳米复合物能够在体外对叶酸过度表达的肿瘤细胞进行靶向的T1和T2双模式磁共振成像,并且T1和T2磁共振成像有显著的提高。实验结果明确的显示这种合成多功能的Gd:FA-DTPA-PEG-DIB-MnFe2O4纳米复合物的方法对于特定的肿瘤细胞的高精度的T1和T2磁共振成像具有重要的意义。2.在油胺和二苯醚的混合体系下,利用乙酰丙酮铁(Ⅲ)和乙酰丙酮铜(Ⅱ)作为前驱体,通过油相热分解法合成了成功的制备出单分散的核壳结构Fe3O4@Cu2O纳米晶。以共价层层组装的方法与功能化的氧化石墨烯片层通过组装形成一类三维介孔杂化框架磁性纳米材料Fe3O4@Cu2O-rGO。此材料在邻苯二胺和端炔类化合物合成喹喔啉及其衍生物的有机反应中表现出极高的活性,选择性高(99%)和耐久性好的特性。3.通过油相热分解的方法,合成了4 nm的MnFe2O4纳米粒子。结合前面制备的16 m,18 nm和27 nm三种不同尺寸的MnFe2O4纳米粒子,通过功能化修饰上DBI-PEG-NH2以提高其水溶性。修饰后的MnFe2O4纳米粒子在H202溶液的存在下显示出了其催化TMB(3,3’,5,5’-四甲基联苯胺)的显色反应的固有的类过氧化氢酶活性。动力学测试展示了其不同水平的类过氧化氢酶活性水平。催化活性顺序为：4nm球形纳米粒子18 nm碟型纳米粒子27 m类立方型的纳米粒子16nm球型纳米粒子。修饰后的纳米粒子在被叶酸标记后,能在细胞内实现低毒的对Hela细胞发生特异性的催化反应。