通過鐵鹽催化的ATRP方法制備磁性-近紅外熒光納米材料及其應用探究.pdf

1、原子轉移自由基聚合(ATRP)自提出以后被廣泛地應用于各種材料的制備。除了制備純粹的有機高分子聚合物材料以外,ATRP也經(jīng)常用于材料的表面修飾,從而得到各種不同的雜化材料。磁性/熒光雙功能納米材料由于性能上的優(yōu)勢近年來受到人們廣泛的研究。盡管制備這種雙功能納米材料已經(jīng)有較多的方法報導,但是想要得到性能優(yōu)異的、能夠有實際應用的材料仍然比較困難。本論文提出了通過鐵鹽催化的ATRP方法制備磁性/近紅外熒光的雙功能納米材料。ATRP的應用不僅使

2、材料的表面修飾過程更為方便,而且增加了材料的穩(wěn)定性,主要研究內(nèi)容及結論如下:
　　(1)在ATRP的發(fā)展過程中,過渡金屬催化劑一直是研究的熱點之一。從ATRP提出到現(xiàn)在,有各種各樣的金屬催化劑見于報導。在眾多的金屬催化劑中,最具特色的且最吸引人的當屬鐵鹽催化劑,這主要是因為鐵鹽相對于其它的金屬催化劑來說具有更低的毒性,在制備生物材料方面具有天然的優(yōu)勢。但是相比最常用的兩種ATRP催化劑銅和釕金屬絡合物來說,鐵鹽的活性較低,單體的適

3、用面較窄,尤其在是在催化親水性或者功能性單體方面。親水性聚合物在生物醫(yī)藥領域具有良好的應用前景,因此我們志在尋找適用于親水性單體的ATRP聚合的鐵鹽催化劑。本文第四章中,首次發(fā)現(xiàn)了適用于水相中親水性單體PEGMA的ATRP聚合的鐵鹽催化體系。使用的催化劑、配體以及還原劑分別是氯化高鐵(FeCl3·6H2O),三-(3,6-二氧雜庚基)胺(TDA-1)及抗壞血酸(AsAc)。聚合行為符合一級動力學特征,通過擴鏈反應證實了聚合的“活性”特征

4、。聚合物的分子量隨著轉化率線性增長,分子量分布維持在較低的水準(<1.5)。鐵鹽催化劑體系的成功開發(fā)對下一步進行材料表面修飾進而制備生物相容性較好的磁性/近紅外熒光雙功能納米材料具有很大的意義,給下一步的工作打下了很好的基礎。
　　(2)利用磁性/熒光于一體的材料可以同時進行核磁共振成像和熒光檢測,集合了兩種檢測技術高空間分辨率和高靈敏度的優(yōu)勢,在生物醫(yī)藥領域具有很好的應用前景。而近紅外熒光在生物體內(nèi)應用體現(xiàn)出的非侵性、強穿透能力

5、、以及低背景干擾等優(yōu)點可以進一步提升這類材料的性能。另外通過ATRP完成材料的修飾具有較多的優(yōu)勢:首先可以選擇不同的單體,豐富了材料的性能;其次通過表面引發(fā)可以得到接枝密度比較大的聚合物刷,而且在材料表面引入ATRP引發(fā)劑非常地方便;最后通過ATRP修飾之后得到的材料穩(wěn)定性很好。本論文第五章中,利用鐵鹽催化的AGET ATRP完成了對氧化鐵納米粒子的表面修飾,進而制備出了磁性/近紅外熒光雙功能納米材料。在四氧化三鐵表面固定ATRP引發(fā)劑

6、以后,選擇單體PEGMA和GMA進行共聚。在得到聚合物修飾的材料以后將合成的近紅外有機染料通過化學反應接枝到材料中。通過MTT方法證明了材料具有比較好的生物相容性,材料在細胞水平上以及活體中的雙模式成像能力得到了證實。
　　(3)多功能納米粒子結合了多種功能主體的優(yōu)勢,性能上得到了很大的提升,其應用前景更加廣闊。因此,此類材料的開發(fā)研究是目前的研究的熱點之一。本論文第六章中,通過利用上面得到的鐵鹽催化體系在材料表面進行親水性單體P