磁性高分子微球的制备及应用

作者简介:吴颉,1978年生,硕士研究生,研究方向为高分子材料化学。

开发与应用

磁性高分子微球的制备及应用

吴　颉　王　君　景晓燕　张密林

(哈尔滨工程大学化学工程系,哈尔滨　150001)

摘　要　

本文对新型功能材料磁性高分子微球的组成、制备方法、应用及其发展前景进行了

简要介绍。

关键词　磁性高分子微球,磁性载体,固定化酶

The preparation and utilization of magnetic microspheres

Wu Jie Wang J un Jing Xiaoyan Zhang Milin

(Department of Chemical Engineering ,Harbin Engineering University ,Harbin 150001)Abstract The composition ,preparation ,application and development prospect of magnetic microspheres are re 2

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K ey w ords magnetic microspheres ,magnetic carrier ,immobilized enzyme

磁性高分子微球是最近发展起来的一种新型功

能高分子材料。它兼具磁性粒子和高分子粒子的特性,既可方便地从介质中分离,又可对其表面进行修饰从而赋予其表面多种功能团。因为其具有优异的特性,得以广泛地应用于精细化工、生物医学、生物工程学、细胞学等诸多领域。近年来适应不同要求的磁性高分子微球已成为一个新的研究热点。本文就磁性高分子微球的制备及应用作简要介绍。

1　磁性高分子微球的制备

111　组成材料

目前制备的磁性高分子微球主要有核-壳式结构和壳-壳-核结构。核-壳式结构中,核既可为

磁性材料,也可由聚合物组成,壳则相应为聚合物或无机物。通过单体共聚可以在磁性微球表面载上一定的功能团,实现磁性微球的表面功能化。如果单体共聚反应困难或表面无功能团,则可通过功能团

的转化得到所需的功能团。

制备磁性微球通常应用的磁性物质有:纯铁粉、羰基铁、磁铁矿、正铁酸盐、铁钴合金等,尤以Fe 3O 4磁流体居多。与磁性材料结合的高分子材料中天然高分子材料有壳聚糖、明胶、纤维素等,合成高分子材料最常用的是聚丙烯酰胺(PAM )和聚乙烯醇(PVA )。其中天然高分子材料因具有价廉易得、生物相容性好、可被生物降解等优点,得到了广泛的研究和应用。112　制备方法

磁性高分子微球的制备方法主要有包埋法、单体聚合法、化学转化法、生物合成法等。11211　包埋法

包埋法是运用机械搅拌、超声分散等方法使磁性粒子均匀悬浮于高分子溶液中,通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等手段制得磁性高分子微球。磁性粒子表面与亲水性高分子之间存在一定的亲和力,所以

第30卷第8期

化工新型材料

Vol 130No 182002年8月

N EW CHEMICAL MA TERIAL S

Aug.2002

若把磁性粒子浸泡于这些高分子的溶液中,再经过乳化等处理过程,就可以在磁性粒子表面形成高分子壳层。为了增加微球的稳定性,可用交联剂交联高分子壳层等进行稳定化处理。天然高分子磁性微球均采用这种方法制备。该法简单易行,但制得的磁性微球粒径难于控制,形状不规则,在细胞分离等领域的应用受到限制。安小宁等采用壳聚糖包埋磁粉,经戊二醛修饰、环氧氯丙烷交联制得高磁性壳聚糖微粒,并将其共价结合卵清粘蛋白得到磁性亲和吸附剂,应用于胰蛋白酶的亲和纯化[1]。

11212　单体聚合法

单体聚合法是先将磁性粒子、单体、引发剂、稳定剂等的混合液通过均化器分散均匀,再在适当的条件下进行聚合以制备核-壳式磁性高分子微球的方法。聚合方法主要有:悬浮聚合、分散聚合、乳液聚合(包括无皂乳液聚合,种子聚合)等。因为很多有机单体疏水性很强,难以与磁核的亲水表面紧密结合,所以往往要对磁微球表面进行预处理,使其表面具有一定的疏水性,或者适当改变聚合体系的有机组成,以利于聚合的进行。所制备的磁微球粒径分布范围宽,难以形成均匀包裹的高分子微球。Noguchi等用乳液聚合法制备了磁性高分子微球,讨论了影响颗粒大小的因素及磁微球完全被包裹的条件[2]。邱广明以聚乙二醇修饰的磁性氧化铁粒子作为聚合种子投入乙醇/水分散介质中,进行丙烯醛和苯乙烯的共聚,得到了微米级的磁性复合微球,并考察了磁性种子(Fe3O4-PEG)、丙烯醛、苯乙烯、引发剂和分散介质对共聚体系和复合微球形成的影响[3]。

11213　化学转化法

化学转化法是指先合成均一的多孔有机聚合物微球,微球中含有-Cl、-CHO、-NO2、-OH等官能团,均匀地分布于微球的表面和孔洞中,然后将一定浓度的Fe2+和Fe3+渗透到微球的内部与上述基团作用而被固定,再升高p H值使Fe2+和Fe3+在孔中形成Fe3O4。此法操作简便,所制备的磁性微球粒径和磁性都具有高度的均一性,但对聚合物微球的要求比较严格。Manchium制备了多孔的聚苯乙烯微球,用上述方法处理后得到了粒径均匀、悬浮性好的磁微球[4]。

11214　生物合成法

自然界中存在一些向磁微生物。如小螺菌细胞中铁含量极高,为干燥菌体的318%,比一般的微生物铁含量高100倍。它们都单畴晶体,有超常磁性。向磁微生物在沿着地球磁力线移动时可以在体内合成生物膜包被的超微磁粒体,如将其由向磁微生物中分离,就可以大量地生产粒径均匀的天然磁微球。细菌磁性粒子具有形状小、均匀、机体适应性好的特点。如果药物释放装置采用向磁性细菌合成的磁性微粒,就可得到更好的治疗效果。另外细菌内的磁性微粒为蛋白质和脂膜所包裹,利用这种膜可以使天然磁微球应用于人造磁微球难以达到的药物释放、分离、计量等目的。目前向磁性细菌尚处于基础研究阶段,有待于进一步研究[5]。

此外,人们还将一些新的方法用于制备磁微球。如S1Avivi用两种新型声化学方法合成了磁性蛋白微球,一种以水为溶剂,另一种以萘烷为溶剂,并对其性质进行了讨论[6]。张津辉利用Co60γ射线辐射聚合制备了胺基、羟基、羧基、醛基四种类型的磁性微球,并在免疫分析中得到了初步应用[7]。

2　磁性高分子微球的应用

磁性高分子微球因为具有磁性,在磁场作用下可定向运动到特定部位,或迅速从周围介质中分离出来。这些性能使其具有极广阔的应用前景,因而在生化分离、靶向制剂、固定化酶、免疫分析、催化研究等方面都得到了广泛的应用。

211　细胞分离

磁性高分子微球作为不溶性载体,可在其表面接上具有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物质,利用它们与特定细胞的特异性结合,在外加磁场的作用下将细胞分离、分类并对其种类、数量分布进行研究。如把单克隆抗体与磁性微球结合可将磁微粒直接地连接到肿瘤细胞上,利用外加磁场就可将结合的肿瘤细胞与未结合的正常骨髓细胞分离开。现在能结合抗体的磁性微球有铁蛋白、胶体钴及含磁多聚复合物。铁蛋白和胶体钴分离所需磁场强度较强,含磁多聚复合物则可较易地从细胞液中分开。英国、美国已将这一技术应用于临床。比起常用的细胞分离方法来,磁性微球分离法简便、快速、高效,在这一领域显示出了引人注目的应用前景。

Kato等利用磁微球从人体外周血中分离出造血细胞CD34+[8]。Lauva用固定有肝硫酯的磁性胶体粒子从血液中分离红细胞[9]。

212　靶向制剂

磁性药物微球是磁性药物制剂的一种类型,是

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