磁致型形状记忆聚合物的制备(附件)
本论文利用四氧化三铁磁性纳米颗粒作为添加物，制备具有磁致型形状记忆功能的纳米复合材料。首先采用化学共沉淀法合成了平均粒径为10nm的Fe3O4磁性纳米颗粒；随后制备了一系列不同含量的Fe3O4纳米颗粒/c-PCL复合材料，纳米复合材料由交联聚（ε-己内酯）（c-PCL）和Fe3O4纳米颗粒组成，使用过氧化苯甲酰（BPO）作为引发剂，最后实现了具有线性分子结构的PCL中的交联反应，并对复合材料的凝胶含量，力学性能，热力学性质和形状记忆效应进行了研究。研究表明，该复合材料可以在热水或交变磁场中显示出优异的形状记忆性能，在医学领域具有潜在的应用价值。关键词 四氧化三铁纳米颗粒；聚已内酯；复合纳米材料
目 录
1 绪论 2
1. 1 定义 2
1. 2 分类 2
1.3应用 4
2.磁性纳米颗粒 6
2.3 磁性纳米颗粒的应用 8
2.3.1 靶向药物 8
2.3.2 细胞分离和免疫分析 8
2.3.3 基因治疗 9
2.3.4环境保护 9
2.3.5 磁记录材料 9
2.3.6磁性转染 10
3.复合纳米材料 10
3.1 复合纳米材料的定义 10
3.2 复合纳米材料的制备 10
3.2.1物理方法 10
3.2.2化学方法 10
3.3 复合纳米材料的应用 11
4 Fe3O4磁性纳米颗粒的制备与表征 11
4.1 实验试剂及仪器 11
4.1.1 实验试剂 11
4.1.2 实验仪器 12
4.2 Fe3O4磁性纳米颗粒的制备 12
4.3结果分析与表征 13
4.3.1红外表征(FTRI) 13
4.3.2 X射线衍射 14
4.3.3 改性Fe3O4磁性纳米颗粒的TEM表征 14
5 磁致型形状记忆聚合物制备与回复分析 15
5.1 实验试剂及实验仪器 15
5.2 实验方法 16
5.3回复分析 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结论 22
致谢 23
1 绪论
1. 1 定义
形状记忆聚合物[1]，是一种智能材料，这种材料能够随环境的变化（如磁场，化学反应，热）而改变，当受到这些刺激时，材料内部能够进行自我调节（如形态），从而恢复到初始状态的聚合物。在生物医疗领域有着重要的价值。
1. 2 分类
形状记忆聚合物可分为：热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物等。
1. 2.1 热致型SMP
形状记忆聚合物可分为热固性和热塑性两大类[2] 。最早观察这种材料的人是日本的石田正雄，也是最早研究的一类，热致型形状记忆聚合物因为其内部的两相互相排斥。成型条件需要固定相提供，而成品的外形变化需要可逆相。
热固性形状记忆聚合物通过将聚合物温度控制到大于其熔点（Tm）并加入交联剂，然后在模具中进行交联反应以确定初始外形，在结晶之后，获得第一次形状，化学交联结构是固定相并且结晶相是可逆相。当温度大于Tm时，可逆相熔化并软化，它可以制成任意外形，用于在外力的作用下保持外力，并且利用冷却使其定型，可以通过使分子链沿着外力的方向取向并冷冻而获得变形的形状。
热塑性形状记忆聚合物是以物理交联方式形成固定相和可逆相的聚合物链。 当温度超过Tg时，可逆相链的内部结构发送变化，固定相保持不变，接着用外力可以让SMP形状发生变化，当其保持冷却后。可逆相定型变化为不容易变化的外形，这是一种可变的形式。当温度加热高于到Tg时，可逆相软化，固相不变，可逆相分子链内部结构被激活，并在固定相的恢复应力下逐渐达到热力学平衡，即宏观表达式返回到其原始状态。
图11关于热固性形状记忆聚合物的回复情况[3]
图12关于热塑性形状记忆聚合物的回复情况[3]
1.2.2电致型SMP
电致型SMP是热致型形状记忆高分子材料与具有导电性能物质[4]（如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等）的复合材料。我们所知的碳纳米管就是电致型的SMP，原理是利用外端电流让材料的温度升高，从而达到形状变化的目的。
1.2.3磁致型SMP
像电致型[5]形状记忆聚合物一样，这种形状记忆聚合物的外部利用外端磁场的作用，就是利用磁场让材料的温度上升，使材料形状恢复。
一种典型的形状记忆循环[6]是通过将材料加热到玻璃化转变温度以上使得材料的内部运动增加，通过一定的作用力使材料发生变化，冷却后材料内应力不变，在交流磁场的作用诱导磁性颗粒产生热量让材料温度升高，当温度达到材料中可逆相的软化温度，产生高弹形变，未完成的可逆形变在内应力的驱使下完成，从而诱导材料形状回复。
以下几个因素[7] 对磁致型形状记忆复合材料的性能的影响。
1.磁性颗粒的大小以及填充量.
2.磁性颗粒的超顺磁性强弱.
图13关于磁致型SMP的回复情况[8]
1.3应用
1.3.1基本应用
航空、航天的外部组件，生物研究，医疗设备，方面很有价值。如SMP材料小型化和变形后，通过微导管植入体内，达到精确地点后，恢复其原始设定形状。
1.3.2磁致型形状记忆聚合物在生物医学工程上的应用
磁致型形状记忆聚合物允许磁性颗粒通过磁场将热传递到聚合物基质中，通过实现形状恢复功能，采用居里温度调节材料进行加热的最高温度。引发温暖刺激，恢复原有形状，获得治疗功效。这种材料非常使用，加热后不会给生物带来危险，加热不会和生物直接结合，会有一个循序渐进的过程，所以可以用于各种医疗外端机器，如用到的一些外科手术等，提高温度让这种聚合物外部的形态发生改变，就可以非常便利的将其纳入生物内，之后在加磁场的刺激下加热，变为了最开始的形态，就可以完成治病的效果。这类形状记忆物在苏医学工程上有着极高的价值。
1.3.3 磁致型形状记忆聚合物在药物缓释中的应用
Xiao用形状记忆聚已内酯作为药物载体，加人聚癸二酸酐，用溶液铸膜法合成了一种具有生物降解性的形状记忆复合材料[9]。在人体吸取药物的时候，我们通常发现，不能对药物的吸收和药物的释放速度以及作用时间有着非常明却的控制和有效的发挥其药效的作用，为了避免这种情况发生，如何既能保证药物的治疗，又能保证载体的安全可靠性，我们的这种磁致型形状记忆聚合物就可以很好的解决这样的问题，当利用这种材料作为的药物的载体时，磁致型形状记忆聚合物就可以控制药物作用的时间，药物在生物体内释放的速度，并且能保证生物血液中药物浓度的稳定，通过这种材料的利用，和一些简要的操作，就能很好的达到治疗的效果，既能保证实用性，又能达到生物所需性，应用前景巨大。
目 录
1 绪论 2
1. 1 定义 2
1. 2 分类 2
1.3应用 4
2.磁性纳米颗粒 6
2.3 磁性纳米颗粒的应用 8
2.3.1 靶向药物 8
2.3.2 细胞分离和免疫分析 8
2.3.3 基因治疗 9
2.3.4环境保护 9
2.3.5 磁记录材料 9
2.3.6磁性转染 10
3.复合纳米材料 10
3.1 复合纳米材料的定义 10
3.2 复合纳米材料的制备 10
3.2.1物理方法 10
3.2.2化学方法 10
3.3 复合纳米材料的应用 11
4 Fe3O4磁性纳米颗粒的制备与表征 11
4.1 实验试剂及仪器 11
4.1.1 实验试剂 11
4.1.2 实验仪器 12
4.2 Fe3O4磁性纳米颗粒的制备 12
4.3结果分析与表征 13
4.3.1红外表征(FTRI) 13
4.3.2 X射线衍射 14
4.3.3 改性Fe3O4磁性纳米颗粒的TEM表征 14
5 磁致型形状记忆聚合物制备与回复分析 15
5.1 实验试剂及实验仪器 15
5.2 实验方法 16
5.3回复分析 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结论 22
致谢 23
1 绪论
1. 1 定义
形状记忆聚合物[1]，是一种智能材料，这种材料能够随环境的变化（如磁场，化学反应，热）而改变，当受到这些刺激时，材料内部能够进行自我调节（如形态），从而恢复到初始状态的聚合物。在生物医疗领域有着重要的价值。
1. 2 分类
形状记忆聚合物可分为：热致型形状记忆聚合物、光致型形状记忆聚合物、磁致型形状记忆聚合物等。
1. 2.1 热致型SMP
形状记忆聚合物可分为热固性和热塑性两大类[2] 。最早观察这种材料的人是日本的石田正雄，也是最早研究的一类，热致型形状记忆聚合物因为其内部的两相互相排斥。成型条件需要固定相提供，而成品的外形变化需要可逆相。
热固性形状记忆聚合物通过将聚合物温度控制到大于其熔点（Tm）并加入交联剂，然后在模具中进行交联反应以确定初始外形，在结晶之后，获得第一次形状，化学交联结构是固定相并且结晶相是可逆相。当温度大于Tm时，可逆相熔化并软化，它可以制成任意外形，用于在外力的作用下保持外力，并且利用冷却使其定型，可以通过使分子链沿着外力的方向取向并冷冻而获得变形的形状。
热塑性形状记忆聚合物是以物理交联方式形成固定相和可逆相的聚合物链。 当温度超过Tg时，可逆相链的内部结构发送变化，固定相保持不变，接着用外力可以让SMP形状发生变化，当其保持冷却后。可逆相定型变化为不容易变化的外形，这是一种可变的形式。当温度加热高于到Tg时，可逆相软化，固相不变，可逆相分子链内部结构被激活，并在固定相的恢复应力下逐渐达到热力学平衡，即宏观表达式返回到其原始状态。
图11关于热固性形状记忆聚合物的回复情况[3]
图12关于热塑性形状记忆聚合物的回复情况[3]
1.2.2电致型SMP
电致型SMP是热致型形状记忆高分子材料与具有导电性能物质[4]（如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等）的复合材料。我们所知的碳纳米管就是电致型的SMP，原理是利用外端电流让材料的温度升高，从而达到形状变化的目的。
1.2.3磁致型SMP
像电致型[5]形状记忆聚合物一样，这种形状记忆聚合物的外部利用外端磁场的作用，就是利用磁场让材料的温度上升，使材料形状恢复。
一种典型的形状记忆循环[6]是通过将材料加热到玻璃化转变温度以上使得材料的内部运动增加，通过一定的作用力使材料发生变化，冷却后材料内应力不变，在交流磁场的作用诱导磁性颗粒产生热量让材料温度升高，当温度达到材料中可逆相的软化温度，产生高弹形变，未完成的可逆形变在内应力的驱使下完成，从而诱导材料形状回复。
以下几个因素[7] 对磁致型形状记忆复合材料的性能的影响。
1.磁性颗粒的大小以及填充量.
2.磁性颗粒的超顺磁性强弱.
图13关于磁致型SMP的回复情况[8]
1.3应用
1.3.1基本应用
航空、航天的外部组件，生物研究，医疗设备，方面很有价值。如SMP材料小型化和变形后，通过微导管植入体内，达到精确地点后，恢复其原始设定形状。
1.3.2磁致型形状记忆聚合物在生物医学工程上的应用
磁致型形状记忆聚合物允许磁性颗粒通过磁场将热传递到聚合物基质中，通过实现形状恢复功能，采用居里温度调节材料进行加热的最高温度。引发温暖刺激，恢复原有形状，获得治疗功效。这种材料非常使用，加热后不会给生物带来危险，加热不会和生物直接结合，会有一个循序渐进的过程，所以可以用于各种医疗外端机器，如用到的一些外科手术等，提高温度让这种聚合物外部的形态发生改变，就可以非常便利的将其纳入生物内，之后在加磁场的刺激下加热，变为了最开始的形态，就可以完成治病的效果。这类形状记忆物在苏医学工程上有着极高的价值。
1.3.3 磁致型形状记忆聚合物在药物缓释中的应用
Xiao用形状记忆聚已内酯作为药物载体，加人聚癸二酸酐，用溶液铸膜法合成了一种具有生物降解性的形状记忆复合材料[9]。在人体吸取药物的时候，我们通常发现，不能对药物的吸收和药物的释放速度以及作用时间有着非常明却的控制和有效的发挥其药效的作用，为了避免这种情况发生，如何既能保证药物的治疗，又能保证载体的安全可靠性，我们的这种磁致型形状记忆聚合物就可以很好的解决这样的问题，当利用这种材料作为的药物的载体时，磁致型形状记忆聚合物就可以控制药物作用的时间，药物在生物体内释放的速度，并且能保证生物血液中药物浓度的稳定，通过这种材料的利用，和一些简要的操作，就能很好的达到治疗的效果，既能保证实用性，又能达到生物所需性，应用前景巨大。
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