孙汉文          1,2  余家会        1 张春富        1     谢雷东          1    侯铮迟        1徐冬梅      1姚思德    1
                    1（中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800）
                            2（德州学院 德州 253023）
    磁性高分子纳米微球的应用涉及细胞分离、免疫诊断和靶向药物等，由于其在外界磁场作用下，可以方便、快速地与介质分离，已经成为纳米材料合成关注的热点之一[1 。聚 N-异丙基丙烯酰胺 （N-isopropylacrylamide，NIPAM）纳米凝胶不但具有温度敏感性，而且具有最低临界溶解温度特性（Lower critical solution temperature，LCST）。在此最低临界温度以下的纳米凝胶能充分地被水溶涨，形成均相体系，而当温度超过其 LCST 时则表现为疏水性，并与周围的分散介质产生相分离[4]。PNIPAM 的这种独特的转变行为，使之在生物大分子的浓缩、药物的靶向释放、免疫技术、细胞学研究、蛋白质抗体抗原固定等领域具有广泛的应用前景[5]。利用辐射化学方法将温敏特性的 PNIPAM 包覆 Fe3O4，制备具有磁导向的 Fe3O4复合纳米粒子不仅化学稳定性好，分散性和储存稳定性也好；而且在合成中由于不采用任何引发剂和乳化剂，既简化了纯化工艺，又使样品不具有任何生物毒性。本工作就单体浓度、交联剂浓度、不同光照时间及体系温度等对纳米粒子粒径的影响进行了探索，用扫描电子显微镜（SEM）对 PNIPAM 包覆 Fe3O4磁导向纳米粒子的形貌进行了表征，并对相关的化学反应机理进行了讨论。
1 实验材料和方法
1.1      试剂和仪器
       N，N’-亚甲基双丙烯酰胺（Methylenebisacryl-amide，MBA），化学纯，购自中国医药（集团）上海试剂公司；N?异丙基丙烯酰胺（N?Isopropylacr-ylamide，NIPAM），购自东京化成工业株式会社；三次重蒸水（自制）；Fe3O4纳米粒子（上海应用物理研究所放射性药物研究中心提供）；使用上海试剂四厂昆山分厂浓度为 38% HCl（分析纯）和三次重蒸水配制 1mol dm? HCl 溶液。    
       英国马尔文 MARLVEN 公司 Zetasizer 3000HS型动态激光光散射仪（PCS）用于纳米粒子的粒径测定；通过改变动态 PCS 的测试温度并使被测复合纳米粒子溶液体系的温度和设定温度一致，测试复合纳米粒子粒径随温度的变化；LEO1530VP 型场发射 SEM 用于纳米粒子的形貌分析。
1.2      PNIPAM 包覆 Fe3O4的纳米粒子制备
       在三口石英烧瓶中，分别加入一定量的NIPAM、MBA 和三蒸水，搅拌均匀后加入一定量的 Fe3O4溶液，通纯 N2脱氧 30min 后开始紫外光在线辐照，辐照一定时间后，制得的样品经三次磁分离洗涤后用三蒸水重新分散，磁导向 PNIPAM/Fe3O4 复合纳米粒子制备完成。
1.3   PCS 和 SEM 样品的制备
    制备好的复合纳米粒子用磁铁进行分离并用三次重蒸水反复洗涤 3 次以除去复合粒子表面未反应的 NIPAM 单体，而后在 1mol dm3 HCl 中浸泡 24h， 除去未被包覆的 Fe3O4，最后用三次重蒸水洗至中性，加入一定量三次重蒸水重新分散，控制复合纳米粒子浓度可进行 PCS 粒径测定，将复合纳米粒子溶液滴在单面抛光硅片上，于 35℃真空烘干 10h 后进行 SEM 测定。
2 结果和讨论
    取 30mL 的制备样品，经过磁铁分离后并加入三次重蒸水反复分离洗涤三次。而后加入 20mL1 mol dm3 HCl，经 24h 不发生溶解，溶液在溶解前后均呈棕色，置于外加磁场作用下仍有磁感应现象发生；另取 30mL 的反应前样品，经磁分离并且加入三次重蒸水反复分离洗涤三次，而后加入20mL 1 mol dm3 HCl，9h 后溶液完全溶解，溶液颜色由棕色变为黄色，在外加磁场下无任何磁感应现象发生。以上对比实验表明，PNIPAM 确实已经对Fe3O4 发生了包覆形成复合纳米粒子，而且由于包覆层发生交联，在 1mol dm3 HCl 中经 24h 不发生溶解。
    PCS 测试表明，在辐射化学法包覆前的 Fe3O4的平均粒径为 22.8nm，所有经 PNIPAM 包覆的Fe3O4 复合纳米粒子的平均粒径均大于 22.8nm，这也进一步证实 PNIPAM 对 Fe3O4发生了包覆。
2.2   交联剂MBA浓度对复合纳米粒子粒径的影响
    在水溶液反应体系过程中，NIPAM 的浓度为54.5mmol dm3 ，Fe3O4 浓度为 8.6mmol dm3 ，辐照时间不变，改变交联剂 MBA 的浓度。产物经磁分离和三次重蒸水洗涤后，用 PCS 检测 PNIPAM 包覆Fe3O4 复合纳米粒子粒径的变化，结果见图 1。从图1 中可以看出，随着交联剂 MBA 浓度的增大，纳米粒子的粒径在不断减小。这是因为交联剂使复合纳米粒子壳层中的 NIPAM 在辐射聚合中发生了交联，交联剂 MBA 的浓度越大，则 PNIPAM 的交联 度越高，交联度越高的 PNIPAM 在水中的溶涨度就 越小，以 PCS 测得的粒径就越小。原理上交联度越 高的 PNIPAM 对 Fe3O4的包覆就越好，所以交联剂的使用在 Fe3O4 复合纳米粒子的包覆制备中是必需 的。

3 结论
      以磁性 Fe3O4 微粒为核，采用辐照方法在水溶液体系中合成了磁导向 PNIPAM 包覆的 Fe3O4复合纳米粒子。研究表明，该复合纳米粒子粒径和NIPAM 单体浓度、交联剂 MBA 浓度、辐照时间、体系温度等因素相关。制备的 PNIPAM 包覆 Fe3O4磁导向纳米粒子化学稳定性好，具有高的吸水溶涨能力和最低临界溶解温度特性。
致谢 感谢上海交通大学药学院的魏晓慧老师在PCS 粒径测试和中国科学院上海应用物理研究所核分析研究室何绥霞老师在 SEM 形貌测试过程给予的帮助。