磁性高分子微球的制备及应用

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[ 4] 的磁微球 。
1. 2. 4 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 3. 8 % , 比一般的微生
第8 期
吴颉等: 磁性高分子微球的制备及应用
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靶向给药系统的新剂型。在磁性纳米粒子表面涂覆 高分子, 再与蛋白质相结合。以这种磁性纳米粒子 作为药物的载体, 然后静脉注射到动物体内, 在外加 磁场下通过纳米微粒的磁性导航, 使其移向病变部 位, 就可达到定向治疗的目的。动物临床实验证实, 带有磁性的纳米微粒是发展这种技术的最有前途的 对象。 W i dder 等人在 1986 年制成一种磁性白蛋白微 球, 使其在外磁场的引导下集中于治疗部位, 缓慢释 放药物。实验研究表明, 未加磁场控制时, 肝脏代谢 脾脏代谢45 % ; 施加磁场控制时, 肝脏代谢仅 40 % , 脾脏代谢 10 % 。这说明磁控制可减轻化疗药 5%, Anderson 等联合应用免 疫磁性微球和化学分离法从正常骨髓中清除 CAMA 结果表明免疫磁性分离后运用 -1 乳 腺 癌 细 胞, 10 P m l 的 4 - ~C 清除残余的癌细胞可获得 4 ~5 g/
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 )
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 磁性高分子微球,磁性载体,固定化酶
The preparati on and utilizati on of magnetic m icros pheres
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。
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。
Fra Baidu bibliotek
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化工新型材料
第3U 卷
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
W u Jie W ang Jun Ji ng X i aoyan Zhang M ili n
(Depart ment of Che m ical Engi neeri ng , Harbi n Engi neeri ng Uni versit y , Harbi n 150001 )
The compositi on , applicati on and develop ment prospect of magnetic m icrospheres are repreparati on , magnetic m icrospheres , magnetic carrier , i mmobilized enzy me
[ 5] 研究阶段, 有待于进一步研究 。
1. 2. 2 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。 讨 NOguchi 等用乳液聚合法制备了磁性高分子微球, 论了影响颗粒大小的因素及磁微球完全被包裹的条
磁性高分子微球的制备
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
[ 16 ] 用于蔗糖的水解 。A. G. Anshits 等用磁性微球和 煤胞 [ 空心煤粒 (胞) ] 制备了一种新型玻 cenosp here , [ 17 ] 璃态催化剂, 用于甲烷的氧化 。另外磁微球还可
作为基质与氧化锆、 镁铝水滑石等进行自组装, 制备
[ 18 ] 如磁性固体酸等固体催化剂 。
[ 7] 微球, 并在免疫分析中得到了初步应用 。
! 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。 ! " # 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 [ 9] 。 体粒子从血液中分离红细胞 ! " ! 靶向制剂 磁性药物微球是磁性药物制剂的一种类型, 是
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 (Fe 3 0 4 - 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
[ 3] 响 。
1. 2. 3 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 - C l、 - CH0 、 - N0 2 、 - 0 H 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 Fe 2 + 和 Fe 3 + 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 Fe 2 + 和 Fe 3 + 在孔 中形成 Fe 3 0 4 。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。M anchi u m 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
第30 卷第8 期 2002 年8 月
化 工 新 型 材 料 NE W CHEM I CAL MATERI ALS
Vol. 30 No. 8 Aug 2002
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开发与应用
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!!!!!!!!!" 摘 要 简要介绍。 关键词 Abstract Key words
vie wed i n t his article.
[ 11 ] 个对数级的癌细胞清除率 。 [ 10 ] 物对脏器的毒副作用 。
催化剂在磁场的作用下进行旋转, 一方面避免了具 有高比表面能的纳米粒子间的聚集。同时, 每个具 有磁性的催化剂颗粒在磁场的作用下可在反应体系 中进行旋转, 起到搅拌作用, 这样可以增大反应中催 化剂间的接触面积, 提高催化效率。S i nan 等以戊二 醛交联法将转化酵素固定于磁性聚乙烯醇微球上,
2 . 5 化工分离 磁性离子交换树脂具有可以用于大面积动态交 换与吸附的优点, 因而大量用于化工分离过程。磁 性树脂具有许多一般的离子交换树脂所不具备的优 点。只要在流体出口处设置适当的磁场, 树脂即可 被收集, 以便再生并循环使用, 因此可以用来处理各 种含有固态物质的液体, 使矿场废水中微量贵金属 的富集, 生活和工业污水的无分离净化等应用得到 实现。如果使磁性树脂带永磁, 则它会在湍流的剪 切应力下分散, 在平流的状态下凝聚, 精确设计管理 道的形状和尺寸, 便可达到回收和循环使用磁性树 脂的目的。华南理工大学的吴雪辉等在这方面作了 大量的研究, 制备了磁性阳离子交换树脂和磁性阴
[ 19 ] 离子交换树脂 。南开大学高分子化学研究所的
Rusetski 和 Ruuge 将 右旋糖苷与磁性载体结合, 制备了包有右旋糖苷的
[ 12 ] 磁性高分子微球, 并用其作为药物载体 。
2 . 3 固定化酶 运用磁性高分子微球作为结合酶的载体, 具有 以下优点: d有利于固定化酶从反应体系中分离和 回收, 操作简便。对于双酶反应体系, 当一种酶的失 活较快时, 就可以用磁性材料来固载另一种酶, 回收 后反复使用, 降低成本; i磁性载体固载酶放入磁场 稳定的流动床反应器中, 可以减少持续反应体系中 的操作, 适合于大规模连续化操作; @ 利用外部磁场 可以控制磁性材料固定化酶的运动方式和方向, 替 代传统 的 机 械 搅 拌 方 式, 提高固定化酶的催化效 i de M unko 将cell ulose - fe 3 0 4 、 pol yacr yla m fe 3 0 4 、 Nylon - fe 3 0 4 等磁性微球用于凝乳化蛋白酶 的固定, 详细考查了不同壳层、 不同磁核及粒径对酶 Yoshi moto 等在用过氧化 氢还原三价铁离子合成 fe 3 0 4 磁流体时, 以O 、 。二羧甲基聚乙二醇作分散剂, 然后用 N - 羟基琥珀 酰亚胺法活化磁性微球, 将微球和脂肪酶或 L - 天 门冬酰胺酶的磷酸缓冲液混合后, 室温下搅拌 1h , 得到的磁性固定化酶很容易从反应混合物中回收,
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 3 0 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。 1. 2 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。 1. 2. 1 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
[ 1] 吸附剂, 应用于胰蛋白酶的亲和纯化 。
物铁含量高1UU 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
[ 2] 件 。邱广明以聚乙二醇修饰的磁性氧化铁粒子作
此外, 人们还将一些新的方法用于制备磁微球。 如 S. Avi vi 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
[ 6] 其性质进行了讨论 。张津辉利用 CO 6U ! 射线辐射
聚合制备了胺基、 羟基、 羧基、 醛基四种类型的磁性
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