国家大学生创新性计划典型案例_国家大学生创新性计划

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资源加工与生物工程学院

国家大学生创新实验计划项目典型案例（1）

磁性核/壳结构纳米材料的控制合成、结构及性能研究

项目负责人：无机 0502班 李伟

“磁性核/壳结构纳米材料的控制合成、结构及性能研究”课题是由中南大学资源加工与生物工程学院无机非金属材料科学与工程专业0502班的李伟同学主持另有4位同班同学参与申请并受国家资助的国家大学生创新性实验计划项目。指导老师刘小鹤副教授主要从事纳米材料、生物材料、吸波材料及电源材料方面的研究工作。近年来，先后主持国家自然科学基金青年科学基金、湖南省科技计划重点项目、湖南省自然科学基金等6项科研课题，在《Journal of Physical Chemistry C》、《Chemistry导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点，以及良好的生物相容性和一定生物医学功能，可结合各种功能分子，如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等，因而在靶向药物、酶的固定化、免疫测定、细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。

大二期间，课题组长李伟在刘老师的指导下能够运用液相化学反应控制合成技术，制备一些粒径均匀分布的不同形貌的铁氧体纳米材料，如球形和圆饼形四氧化三铁纳米粒子，粒径在10-200nm范围内调控。另外，在粒子的表面处理方面也取得了突破性进展，能够使四氧化三铁纳米粒子稳定地分散在某一溶剂中，不发生团聚。

二、项目成员组成、分工及老师指导

课题小组由无机0502班的5名同学组成。组长李伟和组员程莹莹具有实践基础，所以主要负责纳米磁性材料的制备；陈跃具有很强的理论分析能力，负责纳米磁性材料的结构及性能的研究；张国庆擅长文献检索及资料的整理总结，负责包覆技术；卢家亿有很强的想象和创造能力，负责包覆结构的测试。每个人各有分工，每个环节相互配合，使得小组的竞争力大大加强。

指导老师刘小鹤老师是一个工作认真、学术态度严谨、具有创造性思维的科研工作者。他努力培养学生，对我们寄予很高的期望，同时也向我们提出更高的要求，并对我们的工作给予重点支持和倾心指导。在他的指导下，我们的课题小组工作有条不紊地进行，并有了初步的可喜的成果。

三、项目的创新点与特色

该项目的创新之处主要表现在以下三个方面：

(一)此项目是以液相合成技术为基础，结合高温高压、溶胶凝胶与模板限制等技术手段，发展一套制备磁性核/壳结构纳米材料的新技术。以液相合成技术为基础，结合高温高压、表面活性剂辅助等技术手段，制备纳米尺度的单分散Co3O4、Fe3O4、γ-Fe2O3，并在此基础上制备其他单分散磁性纳米材料，如MnFe2O4、ZnFe2O4、CoFe2O4以及Mn-ZnFe2O4、Ni-ZnFe2O4等磁性材料。

(二)揭示磁性核/壳结构纳米材料的形成机制与规律性，提出新的反应与生长理论模型。通过研究工艺参数对于磁性材料的结构、尺度、形貌和物性

能够有效地抑制产物的氧化过程；不同于采用水热法以水做溶剂低沸点的限制，利用有机溶剂的高沸点，使得一些在低温下无法反应的物质可以在有机溶剂中得到分解或反应。采用该法制备的单分散磁性纳米晶具有粒度分布均

一、比表面积大、纯度高、表面活性高且易于修饰且环境友好等特点。目前申请人已熟练掌握了高温热分解法的反应机理，有望采用该方法在制备其他具有独特性质的纳米材料方面取得更大突破。

图2.热分解法制备的单分散四氧化三铁TEM照片

(3)采用适当的表面包覆技术，对上述制得的单分散Fe3O4纳米粒子表面包碳处理，使其表面具有易于与siRNA表达质粒偶联的基团。通过荧光显微镜监测发现偶联复合物的细胞转染效率达到20%以上，相关工作正在进行中。

五、收获与体会

经过认真的分析和细致的讨论，我们选择了这个课题。不仅满足了我们大学生学以致用的迫切要求，更主要的是这个课题具有重大意义，攻克癌症不再只是幻想，纳米磁性材料为我们提供了可行的方法和手段。有幸被选中的我们很兴奋，因为在大学本科阶段可以有这样一个机会让我们参与其中，贡献自己的聪明才智，并为人类健康的进步做些积极的工作，这将是很有意义的事情。于是，暑假期间，我们就开始查阅文献，关注国内外进展和发展动态，并寻找可行方法，经分析比较后选择几个优化方案，做了一些相关的实验后，最终确定一种最优方案。接下来准备药剂，调试实验设备。我们专业已经拥有可供无机化学合成研究工作用的常规反应釜、高压反应釜、真空惰性气体保护系统、及可实现温度控制的电加热马弗炉、管式炉、真空干燥箱等多台设备，同时还有红外光谱仪，紫外可见