单分散磁性核/壳结构纳米复合材料的可控制备与性能研究

Research demonstrates that monodisperse nanomaterials which differ from the traditional block matertials break through the agglomeration problems of nanoscale powders persecuted the materials researchers in a long term. Among them, after being functionalized with biological molecules, superparamagnetic monodisperse core/shell nanocomposites with diameter less than 30 nm have a broad prospect applications in the biomedical domain, especially being used as carriers for drug delivery and contrast agents for magnetic resonance imaging, et al, which is one of the most active research field in material and medical science. This project aims to explore and develop a new liquid synthesis method of monodisperse core/shell structure nanomaterials, to realize the controllable synthesis of its structure, size, morphology and composition. The essential issue is to research the dynamic rules of monodisperse nanocrystals. According to core/shell structure nanomaterials, the best synthetic conditions of heterogeneous coating procedure will be studied in detail. Three dimensional (3D) orderly superlattice structure will be obtained through the chemical essembly method and the assemble mechanism of this super ordered structures should be studied more clearly. Furthermore, research on the relationship of structure and surface properties of monodisperse core/shell nanomaterials and exploration the corresponding excellent physical and chemical properties are still the important contents in this project. It can be foreseeable that this work will play a positive role for its application in biomedical domain as a genetic carrier and make a material foundation.

团聚问题是长期以来困扰材料科学领域的难题之一，单分散纳米材料解决了这一问题并显示出与传统块体材料不同的性质。其中，粒径小于30纳米的超顺磁性单分散核/壳结构复合材料在生物医学领域具有广泛的应用前景，其表面经生物分子功能化后，可作为靶向药物载体、核磁共振成像剂等，是目前材料科学和医学学科研究领域中最为活跃的方向之一。本课题旨在探索与发展单分散磁性核/壳结构纳米材料的液相合成新方法，实现其结构、尺寸、形貌、组成的可控合成，核心问题是研究单分散纳米晶形成的动力学规律，针对核/壳复合结构纳米材料，研究其实现异质包覆的最佳合成条件；通过化学组装方法，获得具有三维(3D)有序的超晶格，并探索其自组装机理；探寻单分散核/壳结构纳米材料的结构与表面特性的关联，发掘单分散磁性核/壳结构纳米材料优异的物理化学性质。本工作将为该类材料作为基因载体在生物医学领域的应用奠定材料学基础，并起到积极的推动作用。

单分散磁性纳米材料以其独特的物理化学特性及巨大的应用前景已引起国内外材料科技工作者的广泛关注，并成为当前国际纳米科技研究中的前言课题之一。长期以来，纳米材料的团聚一直是伴随并制约其广泛应用的瓶颈。与传统的体相材料及纳米材料相比，单分散纳米材料的成功合成解决了困扰材料科学工作者的团聚问题，特别是组装后的二维或三维单分散纳米材料具有特殊的物理性能。磁性材料在生物医学领域有重大应用，如可以作为抗癌药物载体、显影剂等，这一应用要求材料具有磁性，粒径均一且生物相容性好的特性。因此，开展单分散磁性纳米材料的可控合成、结构调变、异质包覆、二维或三维自组装机理研究、复合材料表面性质与磁学性能的关联等方面的研究具有重要科学意义和实际应用价值。.立项以来，各项工作按计划进行，顺利开展。项目成员组成结构合理，在纳米材料制备、磁性能表征等领域有深入研究和长期工作经验。项目负责人旨在开展单分散磁性核/壳结构纳米复合材料的基础研究，为其生物医学领域的应用奠定材料学基础。重点完成了以下几个方面的研究内容：各向异性金属镍单质的制备，包括各向异性镍单质纳米颗粒的制备和四角星形镍单质的制备及磁性研究；单分散铁镍合金的制备；中空多面体铁酸镍的制备及磁性研究；单分散硫化物的合成与其发光性能研究；磁性核/壳结构复合纳米材料的制备，包括20nm二氧化硅颗粒的制备以及磁性复合结构纳米材料的制备。深入探讨了单分散磁性纳米颗粒二维单分散排列规律，揭示了磁性纳米材料形貌、尺寸与其物理性能之间的关联。.项目取得了一些重要结果，但在执行过程中还存在许多不足，如摊子铺的太大，研究的泛而不精，致使许多研究未能达到理想的结果。这还需要后续花更多的时间做更深入的研究。