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研究生： 洪翌純
論文名稱： 製備不同粒俓鐵鈷柰米粒子及其在MRI T2顯影的應用
指導教授： 陳家俊
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 102
中文關鍵詞： 鐵鈷
論文種類： 學術論文
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    • 本篇論文選用Fe(CO)5和Co(acac)2作為金屬前驅物，trioctylphosphine、oleic acid及oleyl amine作為界面活性劑，透過多元醇還原Co(acac)2與熱裂解Fe(CO)5的方式，可製備出FeCo奈米粒子。利用穿透式電子顯微鏡（TEM）、能量分散光譜儀（EDX）、粉末X-ray繞射儀（XRD）和超導量子干涉儀（SQUID）鑑定其尺寸、結構、元素組成和磁性。藉由反應參數的調控（如反應時間、反應溫度、金屬前驅物比例和還原劑的量等），試圖對FeCo奈米粒子的生成機制能有進一步的了解並控制奈米粒子尺寸，由實驗結果可以得知，我們所合成的FeCo奈米粒子粒徑的成核與成長符合古典成核理論，因此改變金屬前驅物的比例與還原劑的量，而使單體濃度改變，或增加反應時間，讓單體持續提供粒子成長，進而控制FeCo奈米粒子的尺寸。磁性方面，由測量不同粒徑（9 nm、15 nm、20 nm、25 nm和30 nm） FeCo奈米粒子的飽和磁化率來了解磁性與粒徑大小的關係，發現15 nm在室溫下（300 K）的飽和磁化量最高（73.1 emu/g)，而大於15 nm的FeCo奈米粒子在室溫下的飽和磁化率驟降，這是因為FeCo奈米粒子表面氧化層及結構相變化所造成。但不同粒徑的FeCo奈米粒子在10 % H2(g)、700 °C下退火後，在室溫下（300 K）的飽和磁化量皆有提昇，且粒徑與磁性呈現正相關。
    生物應用方面，我們利用O-(2-(3-mercaptopropionylamino)ethyl)
    -o'-methyl-PEG來修飾FeCo奈米粒子轉為水相，轉相後的FeCo奈米粒子在核磁共振顯影皆有T2顯影增強效果，其中15 nm的FeCo奈米粒子有最好的T2顯影效果。

    總目錄…………………………………………………………………I 圖目錄…………………………………………………………………IV 表目錄…………………………………………………………………VII 中文摘要………………………………………………………………IX 英文摘要………………………………………………………………XI 第一章：緒論…………………………………………………………1 1-1 磁性奈米材料簡介………………………………………………1 1-1-1 磁性的來源……………………………………………………1 1-1-2 磁性物質的分類………………………………………………3 1-1-3 磁滯曲線………………………………………………………7 1-1-4 磁性奈米粒子的特性…………………………………………9 1-2 磁性奈米材料的生物應用………………………………………19 1-3 鐵鈷合金（FeCo）的化學合成方法及成核理論………………23 1-3-1鐵鈷合金（FeCo）的化學合成方法……………………………23 1-3-2奈米粒子的成核理論…………………………………………25 第二章：實驗部份………………………………………………………31 2-1 研究動機與目的…………………………………………………31 2-2 實驗裝置…………………………………………………………33 2-3 實驗儀器…………………………………………………………34 2-4 實驗設計及流程…………………………………………………36 2-5 FeCo奈米粒子之合成……………………………………………38 2-5-1 實驗藥品………………………………………………………38 2-5-2 製備鐵鈷FeCo奈米粒子實驗步驟……………………………39 2-5-3 FeCo奈米粒子的退火…………………………………………40 2-6 FeCo-PEG奈米粒子之合成……………………………………41 2-6-1 實驗藥品………………………………………………………41 2-6-2 PEG修飾FeCo奈米粒子之實驗步驟…………………………42 2-7 FeCo-PEG奈米粒子對細胞毒性測試…………………………43 2-8 核磁共振顯影檢測………………………………………………45 第三章 結果與討論…………………………………………………46 3-1 FeCo奈米粒子之合成與鑑定…………………………………46 3-1-1 FeCo奈米粒子的形貌…………………………………………48 3-1-2 FeCo奈米粒子的結構分析……………………………………49 3-1-3 FeCo奈米粒子的元素組成分析………………………………50 3-2 反應系統之參數控制……………………………………………52 3-2-1 反應時間效應…………………………………………………53 3-2-2 反應溫度效應…………………………………………………58 3-2-3 還原劑添加量之效應…………………………………………65 3-2-4 前驅物比例效應………………………………………………69 3-2-5 FeCo奈米粒子均勻成長與飽和磁化率之關係………………82 3-3 FeCo奈米粒子的生物應用………………………………………88 3-3-1 FeCo-PEG奈米粒子的表面鍵結分析…………………………89 3-3-2 FeCo奈米粒子之細胞毒性測試………………………………91 3-3-3 FeCo奈米粒子T2的分析………………………………………96 第四章：結論…………………………………………………………100 第五章：未來展望……………………………………………………101 參考文獻………………………………………………………………102 圖目錄 圖1-1 鐵磁性材料之磁滯曲線…………………………………………9圖1-2 磁性粒子的磁區分佈…………………………………………10圖1-3 單磁區與多磁區的尺寸與能量關係圖………………………11圖1-4 矯頑磁力與磁性奈米粒子之粒徑關係………………………12圖1-5 熱能與磁晶異向性能對於磁矩方向的影響…………………13圖1-6 超順磁性材料之磁滯曲線……………………………………14圖1-7 CoFe合金的形成機制…………………………………………25圖1-8 LaMer圖…………………………………………………………26圖1-9 奈米粒子生成機制……………………………………………27圖1-10 反應時間與奈米粒子大小的關係……………………………29圖1-11 反應時間與奈米粒子大小的關係……………………………30圖2-1 合成磁性奈米粒子之實驗裝置圖……………………………33圖2-2 實驗與儀器鑑定流程圖………………………………………37圖2-3 細胞毒性配置圖……………………………………………… 44圖3-1 FeCo奈米粒子形成機制……………………………………… 46圖3-2 FeCo奈米粒子修飾PEG機制圖………………………………47圖3-3 FeCo奈米粒子之TEM圖………………………………………48圖3-4 FeCo奈米粒子之粒徑分佈……………………………………48圖3-5 FeCo之XRD繞射圖……………………………………………49圖3-6 FeCo的元素組成分析圖………………………………………50圖3-7 不同反應時間下所合成出的FeCo奈米粒子之TEM影像以及 粒徑分佈圖……………………………………………………55圖3-8 反應時間與FeCo奈米粒子平均粒徑關係圖…………………56圖3-9不同反應溫度下形成之FeCo奈米粒子之TEM影像…………59圖3-10 220 °C下反應時間2小時形成之FeCo奈米粒子之影像……61圖3-11 220 °C下反應之FeCo奈米粒子的元素組成分析圖…………62圖3-12 310 °C下反應之FeCo奈米粒子的元素組成分析圖…………63圖3-13不同還原劑添加量下生成之FeCo奈米粒子之TEM影像…66圖3-14 不同前驅物比例下生成之FeCo奈米粒子之TEM影像……70圖3-15 Fe /Co＝4/3之FeCo奈米粒子的元素組成分析圖………… 72圖3-16 Fe /Co＝8/1之FeCo奈米粒子的元素組成分析圖………… 73圖3-17 反應參數對粒徑影響…………………………………………76圖3-18 調整反應參數之最佳化之FeCo奈米粒子之TEM圖………77圖3-19 9 nm的FeCo奈米粒子之元素組成分析圖………………… 79圖3-20 15 nm的FeCo奈米粒子之元素組成分析圖…………………80圖3-21不同粒徑大小FeCo奈米粒子室溫（300K）之磁滯曲線圖… 83圖3-22 不同粒徑大小的FeCo之XRD繞射圖………………………84 圖3-23 退火後不同粒徑大小FeCo奈米粒子室溫（300K）之磁滯曲 線圖……………………………………………………………86圖3-24 轉相前後的FeCo溶液………………………………………88圖3-25 FT-IR光譜圖…………………………………………………90圖3-26 MTT作用機制…………………………………………………91圖3-27 不同粒徑大小施加不同濃度FeCo的MTT細胞存活率……94圖3-28 核磁共振顯影之T2影像-1……………………………………97圖3-29 核磁共振顯影之T2影像-2……………………………………97 表目錄 表1-1 磁性材料CGS制單位……………………………………………3表1-2 磁性物質的分類…………………………………………………7表1-3 多磁區範圍和單磁區範圍與矯頑場的關係…………………12表1-4 磁性奈米微粒的磁特性………………………………………18表3-1 由EDX分析測得之FeCo奈米粒子之元素含比……………50表3-2 反應參數列表…………………………………………………52表3-3 Co(acac)2和Fe(CO)5與定量界面活性劑及還原劑在240 °C，不 同反應時間下製備的粒徑大小…………………………………55表3-4 Co(acac)2和Fe(CO)5與定量界面活性劑及還原劑在不同反應溫 度反應30分鐘下製備的粒徑大小……………………………59表3-5 由EDX分析測得之220 °C下反應的FeCo奈米粒子元素含量 比………………………………………………………………62表3-6 由EDX分析測得之310 °C下反應的FeCo奈米粒子元素含量 比………………………………………………………………63表3-7 不同反應溫度與FeCo合金中元素百分比的關係……………64表3-8 Co(acac)2和Fe(CO)5與定量界面活性劑及不同量還原劑，在240 °C反應30分鐘下製備的粒徑…………………………………66表3-9 Co(acac)2和Fe(CO)5不同比例與定量界面活性劑及還原劑，在 240 °C反應30分鐘下製備的粒徑……………………………71表3-10由EDX分析測得Fe /Co＝4/3之FeCo奈米粒子元素含量…72表3-11由EDX分析測得Fe /Co＝8/1之FeCo奈米粒子元素含量…73表3-12 不同前驅物比例與FeCo合金中元素百分比的關係………74表3-13 FeCo奈米粒子製備的實驗數據………………………………75表3-14調整反應參數之最佳化的反應數據…………………………78表3-15 由EDX分析測得之9 nm的FeCo奈米粒子元素含量比……79表3-16 由EDX分析測得之15 nm的FeCo奈米粒子元素含量比…80表3-17由EDX分析測得之不同粒徑大小的FeCo奈米粒子之元素含 量比……………………………………………………………81表3-18 不同粒徑大小FeCo奈米粒子室溫（300 K）之飽和磁化率…83 表3-19 不同粒徑大小FeCo奈米粒子室溫（300K）退火前後在室溫 下之飽和磁化率………………………………………………87表3-20 不同粒徑大小施加不同濃度FeCo的MTT細胞存活率……95表3-21 MRI訊號強度…………………………………………………98

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