磁性高分子微球的制备及应用

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[ 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 。
[ 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/
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
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,
[ 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] 。 体粒的一种类型, 是
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.
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
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
[ 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,
[ 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
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。
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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
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。
[ 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
[ 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
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
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