一种用于核磁共振纳米超材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及纳米材料及其应用技术领域，更具体地说，涉及一种用于核磁共振纳米超材料及其制备方法与应用。

背景技术

核磁共振纳米超材料的制备方法是纳米科技领域的一项创新研究，借鉴了多个领域的技术进展。这项技术的背景可以追溯到纳米粒子合成和自组装、超材料的光学和电磁性质以及核磁共振成像技术的发展。通过将纳米粒子有序排列或组装成超材料，可以实现精确控制的磁性、电性和光学性质，这在医学成像、传感器技术和材料科学等领域具有广泛应用前景。这项技术的不断演进和创新为纳米超材料的制备提供了新的可能性，将继续推动材料科学和纳米技术的发展。

当前用于核磁共振纳米超材料制备的技术虽然已经取得了显著进展，但仍存在一些不足之处。首先，制备过程通常相对复杂和昂贵，涉及多个步骤和高度专业化的设备，限制了其广泛应用和可扩展性。其次，纳米粒子的组装和排列仍然面临挑战，控制粒子之间的间距和形态对于实现所需的性质至关重要。此外，目前的核磁共振纳米超材料往往对外部磁场非常敏感，需要特殊的实验条件，限制了其在实际应用中的灵活性。最后，纳米材料的稳定性和长期性能的问题也需要更多的研究，以其在不同环境下的可靠性。因此，未来的研究需要着重解决这些问题，以推动核磁共振纳米超材料的进一步发展和广泛应用。

公布号为CN107412790A的中国专利申请文献，公开了一种核磁共振纳米材料的制备方法。该核磁共振纳米材料，包括无水氯化钙5.45-5.65mg、十二水磷酸氢二纳10.5-10.9mg、聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯28-32mg、钆喷酸4.5-5.5mg、柠檬酸纳4.2-5.2mg，该专利通过共沉淀法制备聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的负载钆喷酸磷酸钙纳米粒，该纳米载药系统EPR效应将磁共振造影剂钆靶向递送至肿瘤部位，以达到特异性成像效果，组织特异性和空间分辨率好同时减少药物在正常组织的蓄积，从而减轻毒副作用。但该专利的纳米材料制备过程复杂，纳米材料的稳定性、长期性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有的制备过程通常相对复杂和昂贵的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明提出的第一方面提出一种用于核磁共振纳米超材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛酸钡，钛酸钙和ZnO溶于有机溶剂中，在一定温度下搅拌，过滤，静置，获得金属纳米粒子溶液；(以促使金属纳米粒子的形成)

(2)向步骤(1)获得的溶液中滴加表面活性剂CTAB，搅拌，反应，离心，去除上清液，获得修饰后的纳米粒子溶液；(对纳米粒子进行修饰)

(3)将步骤(2)获得的溶液滴在一个基底材料上，通过控制温度调整溶剂的挥发速率，形成一个均匀的薄膜；再进行热处理，即得。

说明：通过调整溶剂的挥发速率，使得金属纳米粒子逐渐靠近并自组装成有序结构。随着溶剂的挥发，金属纳米粒子在基底上逐渐排列成有序的薄膜结构。选择挥发速率适中的溶剂，以确保有足够的时间进行纳米粒子的自组装。通过添加适当的表面修饰剂，调控纳米粒子的相互作用力，促进有序排列。溶剂挥发速率：控制溶剂挥发速率，使金属纳米粒子在自组装过程中能够有序排列。

有益效果：本发明通过选用一定比例的钛酸钡，钛酸钙和ZnO制得的金属纳米粒子溶液，并对其进行修饰，通过控制温度调整溶剂的挥发速率，形成一个均匀的纳米超材料薄膜，制备方法简单、成本较低。

优选的，所述步骤(1)中钛酸钡，钛酸钙和ZnO的摩尔比为0.5-2:0.5-2：0.005-0.02。

优选的，所述步骤(1)中钛酸钡，钛酸钙和ZnO的摩尔比为1:1：0.01。

优选的，所述步骤(1)中有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或多种。

优选的，所述步骤(1)中一定温度具体为60-100℃，搅拌的时间为10-14小时。

优选的，所述步骤(1)中一定温度具体为80℃，搅拌的时间为12小时。

优选的，所述步骤(2)中表面活性剂CTAB的质量浓度为1％。

优选的，所述步骤(2)中反应的温度为140-180℃，反应的时间为10-14小时。

优选的，所述步骤(2)中反应的温度为160℃，反应的时间为12小时。

优选的，所述步骤(3)中基底材料选自硅基底、石英玻璃、陶瓷中的一种。

优选的，所述步骤(3)中控制温度在40℃～60℃。

优选的，所述步骤(3)中热处理的温度为500-700℃，热处理的时间为3-5小时。

本发明的第二方面提出采用上述制备方法制得的用于核磁共振纳米超材料粒子。

本发明的第三方面提出上述纳米超材料粒子在核磁共振中的应用。

本发明的优点在于：

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过选用一定比例的钛酸钡，钛酸钙和ZnO制得的金属纳米粒子溶液，并对其进行修饰，通过控制温度调整溶剂的挥发速率，形成一个均匀的纳米超材料薄膜，制备方法简单、成本较低。引入了可调谐多孔支撑材料，允许更精确地控制纳米粒子的位置和间距，从而提高了精确性和可控性。

(2)传统制备方法可能涉及多个步骤和大量试错，导致资源和时间的浪费。新方法通过优化算法和实验条件，提高了制备效率，减少了资源消耗。

(3)以往的方法可能难以制备具有多种性质的核磁共振纳米超材料。创新点引入了多功能性，允许制备不仅在磁性上有特点，还可能具有光学、电学等多种性质，从而扩展了应用领域。

(4)传统方法可能受限于所用材料的种类和性质。创新点拓宽了材料选择范围，使得更多不同类型的核磁共振纳米超材料可以制备，满足不同领域的需求。

(5)传统方法可能使用大量的溶剂和能源，不够环保。新方法在设计中可能采用可持续的材料和绿色制备方法，有助于减少环境影响。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的纳米超材料的实物图；

图2为本发明实施例1中金属纳米粒子在基底上排列成有序的薄膜结构微观图；

图3为本发明实施例1制得的纳米超材料应用于核磁共振的实验实物图；

图4为未使用纳米材料的核磁共振成像图；

图5为使用本发明实施例1的纳米超材料后的核磁共振成像图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种用于核磁共振纳米超材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取钛酸钡(1mol，233.19g)，钛酸钙(1mol，135.94g)和ZnO(0.01mol，0.814g)溶于175.17ml乙醇，在80℃下进行搅拌12小时后，过滤，静置2小时以促使金属纳米粒子的形成，获得金属纳米粒子溶液；

(2)向步骤(1)获得的溶液中滴加73.24g质量分数为1％的表面活性剂CTAB(对纳米粒子进行修饰)，搅拌，160℃反应12小时，离心，去除上清液，获得修饰后的纳米粒子溶液；

(3)将步骤(2)获得的溶液滴在石英玻璃(基底材料)上，通过控制温度在50℃来调整溶剂的挥发速率，使得金属纳米粒子逐渐靠近并自组装成有序结构，形成一个均匀的薄膜；再进行600℃热处理4小时，即得。

制得的纳米超材料的实物图如图1所示；金属纳米粒子在基底上排列有序的微观图如图2所示；制得的纳米超材料应用于核磁共振的实验实物图如图3所示；未使用纳米材料的核磁共振成像图如图4所示；而图5为使用本实施例的纳米超材料后的核磁共振成像图。可以看出，使用了本实施例的纳米超材料后，可以看到边缘信噪比得到提升。

实施例2：

一种用于核磁共振纳米超材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取钛酸钡(0.5mol)，钛酸钙(0.5mol)和ZnO(0.005mol)溶于150ml乙醇，在60℃下进行搅拌14小时后，过滤，静置2小时以促使金属纳米粒子的形成，获得金属纳米粒子溶液；

(2)向步骤(1)获得的溶液中滴加65g质量分数为1％的表面活性剂CTAB(对纳米粒子进行修饰)，搅拌，140℃反应14小时，离心，去除上清液，获得修饰后的纳米粒子溶液；

(3)将步骤(2)获得的溶液滴在硅基底上，通过控制温度在60℃来调整溶剂的挥发速率，使得金属纳米粒子逐渐靠近并自组装成有序结构，形成一个均匀的薄膜；再进行500℃热处理5小时，即得。

实施例3：

一种用于核磁共振纳米超材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取钛酸钡(2mol)，钛酸钙(2mol)和ZnO(0.02mol)溶于190ml乙醇，在100℃下进行搅拌10小时后，过滤，静置2小时以促使金属纳米粒子的形成，获得金属纳米粒子溶液；

(2)向步骤(1)获得的溶液中滴加85g质量分数为1％的表面活性剂CTAB(对纳米粒子进行修饰)，搅拌，180℃反应10小时，离心，去除上清液，获得修饰后的纳米粒子溶液；

(3)将步骤(2)获得的溶液滴在硅基底上，通过控制温度在40℃来调整溶剂的挥发速率，使得金属纳米粒子逐渐靠近并自组装成有序结构，形成一个均匀的薄膜；再进行700℃热处理3小时，即得。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。