專利名稱：一種以t4噬菌體為模板制備鐵納米磁性粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁記錄材料領(lǐng)域，具體涉及一種以Τ4噬菌體為模板制備小粒徑且同 時(shí)具有鐵磁性的鐵納米粒子的方法。
背景技術(shù)：
過渡金屬鐵(Fe)納米粒子具有尺寸小、單磁疇結(jié)構(gòu)、矯頑力高等特性，用它制作 的磁記錄材料具有穩(wěn)定性好、圖象清晰、信噪比高、失真度小等優(yōu)點(diǎn)，正是由于這些，使得納 米磁性材料在高密度磁記錄材料領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，需要 記錄的信息量也不斷增加，因此，對(duì)磁記錄材料的要求越來越高，要求記錄材料高性能化， 特別是記錄高密度化。而作為磁記錄單位的納米磁性粒子，它的大小必須滿足以下要求① 顆粒的長(zhǎng)度應(yīng)遠(yuǎn)小于記錄波長(zhǎng)；②粒子的寬度(如可能，長(zhǎng)度也包括在內(nèi))應(yīng)遠(yuǎn)小于記錄深 度；③一個(gè)單位的記錄體積中，應(yīng)盡可能有更多的磁性粒子。綜上，作為磁記錄材料的納米 粒子，要滿足尺寸盡量小但仍保持鐵磁性的要求。因此，探究一種能夠制備出小尺寸且具有 鐵磁性的Fe納米粒子的制備方法便成為人們的研究熱點(diǎn)，也成為信息行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。近 年來，人們利用不同的方法制備了 Fe納米磁性粒子，最常用的是用有機(jī)金屬化合物的熱解 法。該方法選用有機(jī)金屬化合物作為前驅(qū)物，在高溫下(通常在180 300°C范圍內(nèi))熱降 解得到金屬納米顆粒。例如，Sheng Peng等發(fā)表在《JACS》(JACS，2006，128，10676 10677) 和 Dorothy Farrell 等發(fā)表在《物理化學(xué)》(J. Phys. Chem. B，2005，109，13409 13419)的 文章中都報(bào)道了用鐵的有機(jī)化合物Fe(CO)5為前驅(qū)體，熱降解制備了 Fe納米粒子，產(chǎn)品的 粒徑較小，粒子間距控制的也較好。但該方法所用原料大多為有毒害的有機(jī)溶劑，且合成條 件需要高溫環(huán)境，因此是一種環(huán)境不友好的合成路線。人們還采用鐵的油酸鹽作前驅(qū)體經(jīng) 熱降解得到Fe納米粒子，但制備的粒子形貌不規(guī)則，粒徑相對(duì)較大，不具有鐵磁性的特性， 這就限制了 Fe納米粒子在磁記錄材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服常規(guī)制備方法的不足，本發(fā)明提供一種以T4噬菌體為模板制備Fe納米 磁性粒子的方法。該方法制備工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高，制備出的Fe納米粒子具有粒徑小、在T4 噬菌體表面排布規(guī)則、分散度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)制備出的Fe納米粒子具有磁化過程不可逆、 有磁滯現(xiàn)象、矯頑力高等鐵磁性的特點(diǎn)，因此，所得產(chǎn)品滿足高密度磁記錄材料的要求。而 且該方法直接采用自然界存在的生物納米結(jié)構(gòu)為模板，原料來源廣泛，培育簡(jiǎn)單，從而大大 降低了生產(chǎn)成本，所用原料也無毒害，是一種環(huán)境友好的制備方法。本發(fā)明采用高度對(duì)稱的納米級(jí)生物體為模板，利用其自身的結(jié)構(gòu)特征，以及其表面 蛋白質(zhì)高度的分子識(shí)別能力，根據(jù)過渡金屬正離子與氨基酸羧基負(fù)離子具有分子間作用力的 原理，在其表面控制生長(zhǎng)納米粒子，由于生物體的空間限域作用及其結(jié)構(gòu)特征，可以有效的對(duì) 納米粒子的合成進(jìn)行精確調(diào)控，從而得到預(yù)期尺寸大小，單分散的Fe納米磁性粒子。為了獲得粒徑較小且具有鐵磁性的Fe納米粒子，本發(fā)明采用天然型的T4噬菌體為模板，在其表面控制合成Fe納米粒子。T4噬菌體是一種浸染大腸桿菌的烈性噬菌體，以 大腸桿菌為宿主細(xì)胞，十分便于培養(yǎng)。而大腸桿菌是人和許多動(dòng)物腸道中最主要且數(shù)量最 多的一種細(xì)菌，一般不致病，故采用T4噬菌體為模板，具有材料來源廣泛，可重復(fù)性高等優(yōu) 點(diǎn)。本發(fā)明所用T4噬菌體呈二十面體對(duì)稱結(jié)構(gòu)，衣殼長(zhǎng)約60nm，橫徑約50nm，由于在其表面 含有多種氨基酸，為在其表面控制合成Fe納米粒子提供了許多結(jié)合位點(diǎn)，且特定結(jié)合位點(diǎn) 呈規(guī)則的重復(fù)性分布，故制備的納米粒子具有很好的分散性。又因?yàn)槠浔砻嫱黄鸬牡鞍踪|(zhì) 的空間限域作用，控制了合成的納米粒子的大小，使制備的納米粒子大小均勻且粒徑很小。 可見由于T4噬菌體其自身的結(jié)構(gòu)特征，使其成為制備Fe納米磁性粒子的良好模板。本發(fā)明首先利用大腸桿菌培育T4噬菌體，經(jīng)過多次離心，將純凈T4噬菌體富集起 來，后與Fe的氯化物溶液共孵化，使得鐵的正離子吸附到T4衣殼表面蛋白質(zhì)氨基酸羧基負(fù) 離子的活性位點(diǎn)上，然后通過離心，還原處理，在T4噬菌體衣殼表面就形成了排布規(guī)則、粒 徑較小、具有鐵磁性的Fe納米粒子。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟(1) T4噬菌體的擴(kuò)增培養(yǎng)與提純首先在預(yù)先培育的50ml，濃度為10 15mg/ml的大腸桿菌懸浮液中接入T4噬菌 體菌種，在37 °C下，以100 150r/min的速度搖床培養(yǎng)8 15h。將含有大腸桿菌殘殼和T4 噬菌體的懸浮液在4 10°C下，以4000 6000r/min的速度分別離心三次，每次離心15 20min，均去掉沉淀，取上清液。最后將較純的T4噬菌體液在4 10°C，40000 45000r/ min下超速離心2. 5 3h，去掉上清液，將T4噬菌體沉淀斑分散到2ml去離子水中。(2)以T4噬菌體為模板制備Fe納米磁性粒子取300 500ul富集后的T4噬菌體液，用lmol/1的NaOH調(diào)節(jié)pH值到8. 5 9. 0， 于4 10°C，60 110r/min下?lián)u床孵化3 5h。取300 500ul濃度為5 IOmM的FeCl3 溶液加入到上述預(yù)處理的T4噬菌體液中，混合均勻，于4 10°C，60 llOr/min下?lián)u床孵 化12 20h。然后于4 10°C，40000 45000r/min下超速離心2. 5 3h，去掉上清液， 將沉淀收集分散到300 500ul的去離子水中。然后逐滴加入新配制的75 120ul，濃度 為5 IOmM的NaBH4還原劑溶液，即得到規(guī)則排布于T4噬菌體衣殼表面、小粒徑且具有鐵 磁性的Fe納米粒子。所述的Fe納米磁性粒子具有以下結(jié)構(gòu)特征均勻的分布于T4噬菌體衣殼外表面， 其排布規(guī)則，高度分散，粒徑較小，尺寸為1. 5 4. Onm。本發(fā)明的有益效果是直接采用天然的T4噬菌體為模板，培育簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)前不需 進(jìn)行任何特殊處理，經(jīng)過與鐵的氯化物溶液共孵化，然后經(jīng)離心、還原處理，即可獲得規(guī)則 排布于T4噬菌體衣殼表面、小粒徑且具有鐵磁性的Fe納米粒子。與常規(guī)的用鐵的有機(jī)化合 物作前驅(qū)體熱降解制備出的Fe納米粒子相比，本發(fā)明得到的Fe納米粒子具有分布更加均 勻、粒徑較小等優(yōu)點(diǎn)，關(guān)鍵是在小粒徑下仍保持很好的鐵磁性，滿足磁記錄材料對(duì)納米磁性 粒子的要求。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，環(huán)保高效，且模板來源廣泛易得，成本低廉， 易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。


下面結(jié)合

和實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
圖1是以T4噬菌體為模板制備的Fe納米磁性粒子的低倍數(shù)TEM圖；圖2是以Τ4噬菌體為模板制備的Fe納米磁性粒子的高倍數(shù)TEM圖；圖3是以Τ4噬菌體為模板制備的Fe納米磁性粒子的EDS圖； 圖4是以Τ4噬菌體為模板制備的Fe納米磁性粒子的磁滯回線曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一1. Τ4噬菌體的擴(kuò)增培養(yǎng)與提純首先在預(yù)先培育的50ml，濃度為10mg/ml的大腸桿菌懸浮液中接入T4噬菌體菌 種，在37°C下，以lOOr/min的速度搖床培養(yǎng)8h。將含有大腸桿菌殘殼和T4噬菌體的懸浮 液在4°C下，分別以4000、5000、6000r/min的速度依次離心，每次離心15min，均去掉沉淀， 取上清液。最后將較純的T4噬菌體液在4°C，45000r/min下超速離心2. 5h，去掉上清液，將 T4噬菌體沉淀斑分散到2ml去離子水中。2.以T4噬菌體為模板制備Fe納米磁性粒子取300ul富集后的T4噬菌體液，用lmol/1的NaOH調(diào)節(jié)pH值到8. 5，于4°C，60r/ min下?lián)u床孵化3h。取300ul濃度為5mM的FeCl3溶液加入到上述預(yù)處理的T4噬菌體液 中，混合均勻，于4°C，60r/min下?lián)u床孵化20h。然后于4°C，45000r/min下超速離心2. 5h， 去掉上清液，將沉淀收集分散到300ul的去離子水中。然后逐滴加入新配制的75ul，濃度為 5mM的NaBH4還原劑溶液，即得到規(guī)則排布于T4噬菌體衣殼表面、小粒徑且具有鐵磁性的Fe 納米粒子。其透射電鏡圖片見圖1。實(shí)施例二1. T4噬菌體的擴(kuò)增培養(yǎng)與提純首先在預(yù)先培育的50ml，濃度為12mg/ml的大腸桿菌懸浮液中接入T4噬菌體菌 種，在37°C下，以130r/min的速度搖床培養(yǎng)12h。將含有大腸桿菌殘殼和T4噬菌體的懸浮 液在10°C下，分別以4000、5000、6000r/min的速度依次離心，每次離心17min，均去掉沉淀， 取上清液。最后將較純的T4噬菌體液在10°C，42100r/min下超速離心3h，去掉上清液，將 T4噬菌體沉淀斑分散到2ml去離子水中。2.以T4噬菌體為模板制備Fe納米磁性粒子取400ul富集后的T4噬菌體液，用lmol/1的NaOH調(diào)pH值到8. 5，于10°C，90r/ min下?lián)u床孵化4h。取400ul濃度為IOmM的FeCl3溶液加入到上述預(yù)處理的T4噬菌體液 中，混合均勻，于10°C，90r/min下?lián)u床孵化12h。然后于10°C，42100r/min下超速離心3h， 去掉上清液，將沉淀收集分散到400ul的去離子水中。然后逐滴加入新配制的120ul，濃度 為6mM的NaBH4還原劑溶液，即得到規(guī)則排布于T4噬菌體衣殼表面、小粒徑且具有鐵磁性 的Fe納米粒子。透射電鏡下觀察其形貌見圖2。實(shí)施例三1. T4噬菌體的擴(kuò)增培養(yǎng)與提純首先在預(yù)先培育的50ml，濃度為15mg/ml的大腸桿菌懸浮液中接入T4噬菌體菌 種，在37°C下，以150r/min的速度搖床培養(yǎng)15h。將含有大腸桿菌殘殼和T4噬菌體的懸浮 液在6°C下，分別以4000、5000、6000r/min的的速度依次離心，每次離心20min，均去掉沉淀，取上清液。最后將較純的T4噬菌體液在6°C，40000r/min下超速離心3h，去掉上清液，將T4噬菌體沉淀斑分散到2ml去離子水中。2.以T4噬菌體為模板制備Fe納米磁性粒子取500ul富集后的T4噬菌體液，用lmol/1的NaOH調(diào)節(jié)pH值到9. 0，于6°C，IlOr/ min下?lián)u床孵化5h。取500ul濃度為IOmM的FeCl3溶液加入到上述預(yù)處理的T4噬菌體液 中，混合均勻，于6°C，110r/min下?lián)u床孵化18h。然后于6°C，40000r/min下超速離心3h， 去掉上清液，將沉淀收集分散到500ul的去離子水中。然后逐滴加入現(xiàn)配制的90ul，濃度為 IOmM的NaBH4還原劑溶液，即得到規(guī)則排布于T4噬菌體衣殼表面、小粒徑且具有鐵磁性的 Fe納米粒子。圖1、2為以T4噬菌體為模板制備的Fe納米粒子的TEM圖，從圖中可以看到，底部 類似球形的灰色暗影為T4噬菌體，在每個(gè)噬菌體衣殼外表面均勻分布了一層Fe納米粒子， 粒徑較小，尺寸為1. 5 4. Onm,粒子分布規(guī)則，證明了以T4噬菌體為模板對(duì)Fe納米粒子的 制備在形貌和大小上具有高度可控性，說明了該方法的高效性。圖3為以T4噬菌體為模板制備Fe納米磁性粒子的EDS圖，是電子束打在如圖1、2 所呈現(xiàn)的T4噬菌體和金屬粒子的組合結(jié)構(gòu)上，從圖中可以看到Cu、C、0、Fe的峰，其中Cu、C 主要是來自制樣時(shí)所用的銅網(wǎng)。O主要是來自T4噬菌體本身，還有一部分O是來自水。此 夕卜，從圖中我們可以看到Fe的能譜峰的存在，說明以T4噬菌體為模板成功的制備出了 Fe 納米粒子。圖4為以T4噬菌體為模板制備得到的Fe納米磁性粒子的磁滯回線曲線，檢測(cè)溫 度為100K。從圖中可以看出，以T4噬菌體為模板制備的Fe納米粒子具有磁化過程不可逆、 易磁化到飽和、有磁滯現(xiàn)象等鐵磁性的特性。其矯頑力約5640e，剩磁約34emU/g，飽和磁性 約151emu/g。說明以T4噬菌體為模板制備的Fe納米粒子具有鐵磁性，這使得其在磁記錄 材料方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種以T4噬菌體為模板制備鐵納米磁性粒子的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)T4噬菌體的擴(kuò)增培養(yǎng)與提純首先在預(yù)先培育的50ml，濃度為10～15mg/ml的大腸桿菌懸浮液中接入T4噬菌體菌種，在37℃下，以100～150r/min的速度搖床培養(yǎng)8～15h，將含有大腸桿菌殘殼和T4噬菌體的懸浮液在4～10℃下，以4000～6000r/min的速度分別離心三次，每次離心15～20min，均去掉沉淀，取上清液，最后將較純的T4噬菌體液在4～10℃，40000～45000r/min下超速離心2.5～3h，去掉上清液，將T4噬菌體沉淀斑分散到2ml去離子水中；(2)以T4噬菌體為模板制備Fe納米磁性粒子取300～500ul富集后的T4噬菌體液，用1mol/l的NaOH調(diào)節(jié)pH值到8.5～9.0，于4～10℃，60～110r/min下?lián)u床孵化3～5h，取300～500ul濃度為5～10mM的FeCl3溶液加入到上述預(yù)處理的T4噬菌體液中，混合均勻，于4～10℃，60～110r/min下?lián)u床孵化12～20h，然后于4～10℃，40000～45000r/min下超速離心2.5～3h，去掉上清液，將沉淀收集分散到300～500ul的去離子水中，然后逐滴加入新配制的75～120ul，濃度為5～10mM的NaBH4還原劑溶液，即得到規(guī)則排布于T4噬菌體衣殼表面、小粒徑且具有鐵磁性的Fe納米粒子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁記錄材料領(lǐng)域的以T4噬菌體為模板制備鐵納米磁性粒子的方法。該方法利用生物體固有的結(jié)構(gòu)特征及其分子識(shí)別功能，將富集得到的T4噬菌體與鐵的氯化物溶液經(jīng)過共孵化、離心、還原處理，即可獲得粒徑小、分散度高、在T4噬菌體衣殼表面排布規(guī)則的鐵納米粒子，且制備出的鐵納米粒子具有磁化過程不可逆、矯頑力高等鐵磁性的特點(diǎn)，使得該方法制備得到的鐵納米粒子在高密度磁記錄材料領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。而且該方法直接以自然界存在的生物納米結(jié)構(gòu)為模板，制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和且對(duì)環(huán)境友好，又由于生物模板具備可自身繁殖，形貌重復(fù)性高等特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01F1/047GK101817091SQ201010161190
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者侯莉, 孫紅敬, 高發(fā)明 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)