“新工科”背景下生物制药专业多学科交叉融合的探索研究——以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例

“新工科”背景下,多学科交叉融合已成为生物制药专业教学育人的新方式,对培养“明德求真,弘药济世”的卓越应用型工程人才具有重要意义。本文将以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例,顺应教育部“三全育人”的战略要求,在调动学生科研的积极性和主动性的同时,探索生物制药与有机化学之间的联系,挖掘多学科交叉融合的独特优势,提高学生的科学探究能力和实验操作能力。

Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)磁性吸附剂的制备及其对Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ)的吸附性能

稀土资源的开采伴随着稀土离子排放,对水资源造成了严重污染。吸附法是处理水相稀土离子污染的一种高效技术,磁性吸附剂能够加速固液分离,具有较大的研究价值。本研究以FeCl_(3)·6H_(2)O、甘醇、醋酸钠、聚乙二醇(PEG2000)等为原料,采用溶剂热法在200℃的条件下制备粒径约为230 nm的Fe_(3)O_(4)磁性纳米颗粒,将其加入正硅酸乙酯中,利用氨水水解聚合,即可形成粒径约为300 nm的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)磁性吸附剂材料。此复合材料为核壳结构,包含Fe_(3)O_(4)和SiO_(2)两种晶型结构。SiO_(2)的包覆未对Fe_(3)O_(4)物相结构产生较大影响,在包覆的同时能够显现出一定的磁性性能。此复合材料对Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ)的最大吸附容量分别达到10.03 mg/g和5.25 mg/g。

改性共沉淀法纳米CoFe_(2)O_(4)的制备及其吸附性能

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性共沉淀法制备了纳米磁性CoFe_(2)O_(4)材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和粒度及电位分析仪等对材料进行了表征,探讨了CTAB加入量对材料形貌、晶型及吸附性能的影响。结果表明,CTAB的加入使得材料粒径变小,对孔雀石绿的吸附性能明显提高,且其具有良好的重复使用性和磁性可回收性。通过吸附热力学、动力学研究表明,制备材料对孔雀石绿的吸附过程符合Freundlich模型和伪二阶动力学模型,吸附过程自发进行且放热降温有利于吸附反应进行。

CoFe_2O_4纳米颗粒的共沉淀法制备及其磁性能

采用共沉淀法制备了CoFe2O4纳米颗粒,运用XRD、TEM和VSM测试手段,研究了煅烧温度对CoFe2O4的结构、形貌以及磁性能的影响。结果表明:CoFe2O4纳米颗粒的粒径大小均匀;煅烧前与经200℃和600℃煅烧的CoFe2O4纳米颗粒晶粒度分别约为15,20和30nm;CoFe2O4纳米颗粒的粒径、Ms、Mr和Hc随着煅烧温度的升高而增大。当煅烧温度为600℃时,Ms约为67A·m2·kg–1,Hc为4.67×107A·m–1。

自燃烧法制备CoFe_2O_4纳米颗粒及其磁性研究

用柠檬酸自燃烧法制备出CoFe_2O_4纳米粉末,对燃烧产物在不同温度下热处理,用扫描电镜(SEM),x射线光电子能谱(XPS),红外吸收谱(IR)对燃烧产物进行形貌,成分以及化学键分析,用x射线衍射(XRD)对燃烧产物及热处理产物进行晶体结构分析,结果显示燃烧产物为CoFe_2O_4纯相,尺寸在40～80nm之间,且有较高的分散性和低的团聚。用振动样品测磁计(VSM)在室温下测量了燃烧产物及热处理产物的磁滞回线,发现测得的比饱和磁化强度(Ms),矫顽力(Hc)以及剩磁比(Mr/Ms)均强烈依赖于热处理温度,Ms随热处理温度升高而增大,而样品的Hc与Mr/Ms均当热处理温度为400℃时达到最大,并且Hc达到了3180Oe。

磁性g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)光催化剂的制备及其性能研究

采用超声低温煅烧法制备了一种可回收的磁性复合光催化材料g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等对样品进行了表征。以罗丹明B(RhB)为代表性污染物,探究了g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)的光催化性能。结果表明:g-C_(3)N_(4)与CoFe_(2)O_(4)复合质量比为3∶1时g-C_(3)N_(4)/CoFe_(2)O_(4)表现出最佳的光催化活性,重复使用5次后对RhB降解率仍能达到92%,表现出良好的使用稳定性。在外部磁场的作用下,可将其进行有效的分离回收。光催化降解机理研究表明,·OH和·O_(2)^(-)是光催化降解RhB的主要活性物种。

不同磁场下水热制备CoFe_2O_4纳米颗粒及其磁性能的研究

以Co(NO3)2·6H2O,Fe(NO3)3·9H2O,NaOH为原料,在不同外加磁场条件下进行水热处理,分别制备了颗粒尺寸为几纳米到20 nm的CoFe2O4纳米颗粒,通过XRD,TEM和振动样品磁强计对其晶体形貌和宏观磁性能进行表征。结果表明,采用水热法制备的CoFe2O4可获得纯度较高晶粒生长完整的CoFe2O4磁性纳米微粒,稳恒磁场条件对晶格常数,磁性能有较大的影响。当稳恒磁场在一定范围内时,随着稳恒磁场的增加,磁性颗粒的粒径增大,样品室温下的饱和磁化强度逐渐增大。但是当稳恒磁场超出一定范围时,随着稳恒磁场的减小,磁性颗粒的粒径减小,样品室温下的饱和磁化强度逐渐减小。

反相微乳液法制备超顺磁性核壳Fe_3O_4@SiO_2纳米颗粒

分别用一步法和两步法在Tritonx-100/正己醇/环己烷/水反相微乳液体系中,以纳米Fe_3O_4粒子为核,利用正硅酸乙酯在碱性条件下水解制备纳米Fe_3O_4@SiO_2纳米颗粒。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM和VSM对复合颗粒的晶体结构、结合状态、表面形貌、微观特征和磁学特性进行了表征。结果表明,2种方法制备的Fe_3O_4核均为尖晶石结构,SiO_2壳均为无定形结构;复合颗粒呈球形,且团聚在一起;相比较而言,一步法分散性较两步法要好;两者都具有超顺磁性,在室温、外场为1T时磁化强度分别为23emu/g、11emu/g。

联合应用磁性纳米Fe_3O_4颗粒和5溴汉防己甲素对柔红霉素诱导的K562/A02细胞凋亡效应的影响(英文)

本研究探讨磁性纳米Fe3O4颗粒[MNP(Fe3O4)]和5溴汉防己甲素(5-BrTet)联合治疗慢性髓系白血病的潜在可能性。采用流式细胞术、Wright染色和光学显微镜检测细胞凋亡情况;采用Western blot法检测细胞BCL-2和BAX表达水平。结果表明:MNP(Fe3O4)或5-BrTet与柔红霉素(DNR)联用对K562/A02细胞有细胞毒作用,而联合应用MNP(Fe3O4)和5-BrTet可协同促进DNR诱导K562/A02细胞凋亡,且细胞出现典型的凋亡形态改变,同时可见BCL-2表达下调,BAX表达上调。结论:MNP(Fe3O4)或5-BrTet联合DNR均能有效促进K562/A02细胞凋亡,两者联合应用作用增强,其机制可能与BCL-2表达下调及BAX表达上调有关。

磁性Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的生物合成及其在提高采收率中的应用

纳米Fe_(3)O_(4)具有独特的性质,如超顺磁性、尺寸小和低毒性,且易在外磁场下分离,近几年来在石油开发领域受到广泛的关注。本文综述了磁性Fe_(3)O_(4)纳米颗粒(NPs)的生物合成及其在提高采收率(EOR)的应用,首先介绍了微生物、植物提取液和动物合成磁铁矿:微生物的合成主要包括两个过程,一是对金属离子的吸附,二是还原矿化作用;植物提取液的合成依赖水溶性的一些代谢物,如多酚、生物碱和柠檬酸等的作用;动物体中也发现了磁铁矿,可以感应地磁场从而判断方向。然后阐述了Fe_(3)O_(4)NPs的EOR机理和应用:Fe_(3)O_(4)NPs可以将油滴包裹形成稳定的乳液,降低界面张力,改变润湿性,通过增加驱替流体的黏度和降低重油的黏度来提高波及效率以及楔形结构产生分离压力。在此作用下,总结了磁性Fe_(3)O_(4)在EOR方面的应用。

Co_(1-x)Zn_xFe_2O_4纳米颗粒的结构和磁性

用聚乙烯醇(PVA)溶胶-凝胶法制备出Co1-xZnxFe2O4纳米微粉,用X射线衍射(XRD)研究了铁氧体纳米颗粒的结构,发现纳米颗粒的晶格常数随Zn含量的变化情况和块体材料相似,是一种非单调变化关系,并且纳米颗粒的晶格常数比块体材料的普遍偏大。同时我们还利用振动样品磁强计(VSM)测量了宏观磁性随锌含量的变化,发现饱和磁化强度Ms随x的变化和块体材料的变化趋势一致,而矫顽力随Co2+离子的含量增加基本呈上升趋势。

非均相活化剂磁性纳米CoFe_(2)O_(4)的制备及其活性评价

采用溶胶-凝胶法制备了磁性纳米铁酸钴(CoFe_(2)O_(4))固体颗粒,并采用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和振动样品磁强计对样品进行表征分析.以磁性纳米CoFe_(2)O_(4)颗粒活化过硫酸盐氧化去除水中四环素为探针反应,评价CoFe_(2)O_(4)颗粒的活化性能.结果表明,600℃焙烧温度下制备出的固体颗粒,其活性较高,颗粒表面金属离子浸出率较低;优化温度下制备的CoFe_(2)O_(4)颗粒在较宽的pH值范围(4.4~9.0)内均具有较高活性;控制实验条件PDS_(0)1g/L,CoFe_(2)O_(4)1g/L,TCH_(0)50mg/L,20℃,pH_(0)4.4,反应4h后TCH去除率达到82.0%.CoFe_(2)O_(4)颗粒循环重复利用10次后仍保持较高的活性和结构稳定性,而且因其特殊的磁性能便于回收利用.

磁性CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合纳米材料对环丙沙星的光催化降解研究

制备一种可回收的磁性复合纳米光催化材料CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4),并对其表面形貌、元素和化学组成、比表面积、官能团特征和晶体结构进行表征与分析。以环丙沙星(CIP)为代表性污染物,在不同温度(300℃,400℃和500℃)和复合比例(CoFe_(2)O_(4):g-C_(3)N_(4)=10%,20%和40%,w/w)条件下,考察磁性CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合纳米材料的光催化降解能力。结果表明,在优化的制备条件下,投加0.9 g/L CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)时,对10 mg/L CIP(pH=6.6)的120分钟光降解率可以达到75.1%±0.1%。在外加磁场作用下,该纳米材料可实现快速分离回收。经过5次循环回收利用后,光催化能力仍能达到最初效率的90%以上,表现出较好的稳定性。荧光发射光谱图显示,CoFe_(2)O_(4)/g-C_(3)N_(4)复合纳米材料中的电子‒空穴复合速率显著降低,可以提高其对CIP的光催化效果。

固相烧结法制备的Co_3O_4和Fe_2O_3磁性纳米颗粒

采用一种纳米颗粒的新型制备方法,即固相烧结方法,成功制备出单分散的Co_3O_4和Fe_2O_3磁性纳米颗粒。利用金属前驱体粉末混合在NaCl介质中高温下分解金属原子在NaCl颗粒上聚集长大,在空气中烧结氧化形成纳米颗粒。NaCl介质既作为纳米粒子成核和长大的基底,又作为隔离介质防止纳米颗粒在高温加热过程中出现烧结团聚现象。在制备过程中除了金属前驱体和NaCl,没有其他试剂使用。通过XRD、TEM、VSM等对制备出的Co_3O_4和Fe_2O_3纳米颗粒进行了物相结构和成分、微观形貌及磁性能的表征。结果表明,制备出的Co_3O_4和Fe_2O_3纳米颗粒颗粒尺寸小,结晶性好,且尺寸分布均匀。

锐钛矿型TiO_2/MnFe_2O_4核壳结构复合纳米颗粒的制备及其光催化特性

采用柠檬酸盐前驱体技术，合成了粒径约为20～70nm的尖晶石结构MnFe2O4纳米颗粒，用聚乙烯亚胺（PEI）对MnFe2O4纳米颗粒进行表面处理后，以异丙醇钛为前驱物，采用sol—gel法在纳米MnFe2O4表面包覆锐钛矿型TiO2纳米层形成核壳结构。利用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）和振动样品磁强计等测试手段对样品的结构、形貌、粒径以及磁学性能等进行了表征。采用罗丹明B的光催化降解反应对所制催化剂的活性进行了评价。结果表明，核壳结构TiO2／MnFe2O4复合纳米颗粒的光催化活性随着壳层厚度的增加而增强，当达到一定厚度以后，其催化活性不随壳层厚度的增加而改变。复合颗粒中TiO2含量达到30wt％，反应时间4h时，TiO2／MnFe2O4磁性光催化剂对罗丹明B的光降解率达到100％，与纯TiO2纳米粉体的催化活性相当，且光催化活性稳定，是一种便于回收、可重复使用的高效光催化剂。

小粒径Co_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4纳米颗粒及超顺磁性研究

利用水解法制备了Co0.8Zn0.2Fe2O4纳米颗粒,其平均粒径小于5 nm左右,通过VSM和穆斯堡尔谱对其进行了测量,证实了其室温磁性显示出完全的超顺磁性,运用Langevin函数,很好地拟合了磁滞回线并得到磁性颗粒粒径和Ms,大小和测量值基本吻合。

Fe_3O_4磁性纳米颗粒的制备及性能表征

以Fe_2(SO_4)_3·6H_2O,FeSO_4·4H_2O和NH_3·H_2O为原料,采用化学共沉淀法制备Fe_3O_4磁性纳米颗粒,并通过XRD、FTIR、TEM和VSM手段,研究了反应温度对其结构、形貌和磁性能的影响。结果表明:制备的Fe_3O_4磁性纳米颗粒表面包裹了一层有机物质,呈球形,大小均匀,平均粒径在13nm左右,分散性好,饱和磁化强度Ms最大值可达53.38A·m^2·kg^(–1),且反应温度70℃时其磁性能最佳。

CoFe_(2)O_(4)@Zeolite催化剂活化过一硫酸盐对甲基橙的强化降解:性能与机理

采用共沉淀水热法制备了CoFe_(2)O_(4)@Zeolite(CFZ),并将其用于活化过一硫酸盐(PMS)降解合成染料。综合表征表明,组成多孔壳层的CoFe_(2)O_(4)纳米颗粒均匀地覆盖在Na-A沸石上。CFZ的比表面积为107.06 m^(2)/g,是原始沸石比表面积的3倍。CFZ的饱和磁化强度为29.0 A·m^(2)·kg^(–1),可以进行有效磁分离。催化降解实验表明,CFZ/PMS体系对甲基橙(MO)的去除率远远高于单独使用CFZ或PMS。在最佳条件([MO]=50 mg/L、[PMS]=1.0 mmol/L、0.2 g/L CFZ、pH 8和T=25℃)下,MO去除率可达到97.1%。实验研究了pH、PMS用量、CFZ用量、MO浓度以及共存阴离子等因素对CFZ催化性能的影响。活性氧粒子淬灭实验表明,1O2和O_(2)^(•–)在降解过程中起主导作用。CFZ具有良好的回收性能,5次循环后MO去除效率仅下降2.4%。本文还详细讨论了CFZ/PMS体系的催化降解机理。

葡聚糖包裹的超顺磁性Fe_3O_4纳米颗粒用于MRI造影剂的研究

目的探讨葡聚糖包裹的超顺磁性Fe_3O_4纳米颗粒(dextran-coated superparamagnetic iron oxides nanoparticles,dextrarr/SPlONP)作为间质注射的MRI造影剂的可行性。方法应用界面共沉淀法,制备dextran/SPIONP,用透射电镜、能谱分析、X射线衍射、红外光谱测试、热重分析等方法对dextran/SPlONP的大小、磁性能等进行表征,并研究葡聚糖对SPlONP的影响。然后,将dextran/SPIONP稀释成不同剂量,兔舌粘膜下问质注射后的不同时间段,切取前哨淋巴结,行核磁共振波谱分析,确定dextran/SPIONP的最适剂量和最佳检测时间。结果dextran/SPION的平均直径为6～9nm,其表征与经典的共沉淀法制备的颗粒一致,具有超顺磁性,葡聚糖是影响SPIONP饱和磁化强度的主要因素。dextran/SPIONP用于间质注射的最适剂量为含铁量20μmol,最佳检测时间为注射后24h。结论用界面共沉淀法制备的dextran/SPIONP是一种适用于间质注射的MRI造影剂。

Fe_(3)O_(4)磁性纳米颗粒催化电化学降解土霉素的研究

本研究以Fe_(3)O_(4)作为催化剂,活化过氧化二硫酸盐电化学氧化体系,改善土霉素(OTC)的降解为主要内容。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征,证明水热法成功制备了150 nm左右的Fe_(3)O_(4)磁性纳米颗粒。通过对比实验证明,同时加入Fe_(3)O_(4)与施加电流时表现出优秀的OTC降解能力,经证明在过硫酸盐(PDS)浓度为4.0 mmol·L^(-1),溶液初始pH值为7,电流密度j为30 mA·cm^(-2),Fe_(3)O_(4)磁性纳米颗粒用量为0.1 g·L^(-1),初始OTC浓度为70 mg·L^(-1)的条件时,60 min内OTC降解率可达88.75%,一级动力学模拟曲线的速率常数可以达到0.06069。此外,Fe_(3)O_(4)连续循环5次后,依然具有良好的稳定性。Fe_(3)O_(4)与电流的存在分别可以促进SO_(4)^(·-)和·OH的生成。经自由基猝灭实验证明,SO_(4)^(·-)和·OH均负责抗生素降解。