2023年磁性高分子微球的制备及作用

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1、磁性高分子微球简介

近20年来，磁性高分子微球的讨论十分活跃，已从最容易的高分子包裹磁性材料进展到多种类型的组成方式。本文按照磁性高分子微球的结构类型将其分成三类见图1，但是，组成磁性微球的基本材料仍然是磁性物质和高分子材料。磁性物质包括Fe3O4、rFe2O3、Pt、Ni、Co等，其中Fe3O4使用最多;高分子材料包括合成高分子材料和自然 高分子材料。合成高分子材料常用的有苯乙烯共聚物、聚酯类、聚酰胺类高分子;自然 高分子材料常用的有明胶、白蛋白、纤维素和各种聚糖。此外，近年来有人为了电磁方面的应用，讨论了一些导电性的磁性高分子微球[4，5]，聚吡咯、聚苯胺等导电聚合物也可用来制备磁性微球。磁性高分子微球的性质不仅与组成材料的性质有关，还与制备办法有关。因此，制备办法的讨论非常重要。通常不同类型的磁性高分子微球其制备办法也有所不同。

2、磁性高分子微球的制备办法

21a型磁性高分子微球的制备办法a型磁性高分子微球是一种容易的核壳微球，其制备办法有两种分类法:一种是按照磁性物质与磁性微球的形成次序分，有一步法和二步法;另一种是常规分法，有包埋法和单体聚合法。这两种分法的交错部分在于包埋磁性物质可采纳一步法或二步法，而单体聚合包裹则大多采纳二步法。

211一步法

一步法又称共沉淀法，是指在生成磁性物质Fe3O4或Fe2O3的同时产生磁性高分子微球的制备办法，即先将高分子物质溶解，然后依次加入Fe2+和H2O2或FeCl2和FeCl3溶液，搅拌的同时滴加碱性溶液提高pH值，这样磁性物质一产生就被包裹形成核壳磁性高分子微球。邱广亮[6]等采纳这种办法制备了纳米级磁性明胶微粒，并用于纤维素酶的固定化。一步法的优点是制备办法容易，避开了制取磁流体或匀称簇拥磁粒子的相关处理，制得的磁性微球粒径较小、表面积大。缺点是磁性微球大小不匀称、磁响应性较弱。

212二步法

二步法通常是先制备Fe3O4微粒子或直接购买Fe3O4粉末，然后将其与聚合物或高分子单体溶液混合作用制得磁性高分子微球。目前制备磁性高分子微球普遍采纳二步法。Emir[7]等先制取Fe3O4，接着将Fe3O4粉末和壳聚糖倒入簇拥剂中反应，同时加入交联剂戊二醛，通过控制反应条件得到无孔的粒径在100~250m之间的壳聚糖微球。因为一步法制得的Fe2O3PANI复合微球室温电导率和磁化率都较低，且结构和性质难以控制，Dengs[4]试验小组经改进，采纳二步法合成了电磁性Fe3O4交联聚苯胺复合粒子，粒径在30~40nm之间，讨论表明，控制Fe含量和掺杂程度可提高饱和磁化率与导电性。

213包埋法和单体聚合法

这两种办法宫月平[8]等阐述得很全面，在此不再赘述详细的办法，只介绍最新的讨论成绩。在包埋过程中，采纳交联剂交联高分子层可增强磁性微球的稳定性，但通常化学交联的磁性微球大小不匀称且有聚拢，粒径分布较宽且球形不规章。为了解决这些问题，Chatterjee[9]等采纳热固化包埋法合成了人血清蛋白磁性微球，粒径分布、球形都有所改善，微球更簇拥。Harris[10]等采纳亲水性三段式共聚物PEOCOOHPEO包覆Fe3O4纳米粒子得到磁性微球簇拥体系，讨论了PEO长度对微球簇拥稳定性的影响。Chang[11]等将磁粒子羟基化后与甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷衔接，再与异丙基丙烯酰胺接枝共聚得到核壳磁性高分子微球。DengY[12]等用反相微乳液聚合合成了聚丙烯酰胺磁性微球。Kondo[13]采纳两步无乳化剂乳液聚合制得热敏性PStNIPAMMAA磁性微球。Zhang[14]用簇拥聚合的办法制备聚苯乙烯烯丙醇磁性微球，将其与CuPcCoCl4反应后得到一种具有良好光电导性的磁性微球。

2.2b型磁性高分子微球的制备办法

b型磁性高分子微球分为两类见图1b1，b2，主要有两种制备办法。

221界面沉积法

界面沉积法可用来制备b1和b2类型的磁性高分子微球。它通常是先分离制取聚合物胶体粒子和无机物粒子，通过加入电解质、调整pH值或其他方式使聚合物胶体粒子和磁性粒子表面带上相反性质的电荷，因为静电作用，两者混合后磁性粒子被吸附在聚合物胶体粒子表面形成包覆层，得到b2型磁性微球。假如以此乳胶粒子为种子举行乳液聚合，可制得夹心式结构b1型的磁性高分子微球。SauzeddeF[15，16]试验组用这种办法制备了三种夹心式的亲水性磁性高分子微球。因为界面沉积法制备的磁性高分子微球粒径主要由最初的高分子微粒的大小打算，故其粒径易于控制，大小匀称，磁全都性强。

222非电性沉积法

非电性沉积法也称化学沉积法或EPS法，用于制备b2型的磁性高分子微球。详细做法是先制得表面带功能团的微球，在微球表面引入贵金属离子Pd2+，接着将金属离子还原成0价得到活化的聚合物微球，最后化学还原过渡金属离子使其沉淀在聚合物微球表面。这种沉积不是由静电作用引起的，是一种非电性沉积。WangYanmei等[17]以Pd激活PStAA微球，将Ni和Co沉积在其表面得到核壳型的PStAANi和PStAACo磁性微球，他认为化学沉积是表面功能团引发的。这种办法制得的磁性高分子微球，粒子大小由高分子微粒的大小和过渡金属离子的浓度打算，粒径匀称，但微球表面不太光洁。

23C型磁性高分子微球制备办法

C型磁性高分子微球由溶胀法也

称化学转化法制取，该法是Ugelstad在1979年创立的。此法通过溶胀大孔的、表面及孔内含多种官能团NO2，OH，CHO的聚合物粒子，让一定浓度的磁性金属离子渗透到大孔中去，然后利用碱性试剂或转变温度使金属离子转化为磁性氧化物，再利用交联剂或其它办法封闭孔道。在封孔之前，可通过反复渗透和中和来调节磁含量达到所需水平。采纳此法制备的磁性聚合物微球单簇拥性好，磁含量可控，磁均一性强。溶胀法是目前制备磁性聚合物微球的最好办法，已商业化，但操作程序繁琐。张梅等[18]用此法制备出磁性较强、磁分布匀称的强酸树脂、磁性磺化微球等。康继超[19]也用二步溶胀法制取了单簇拥、大粒径的磁性聚苯乙烯微球。除了以上介绍的制备办法，有些讨论还尝试了新的办法制备磁性高分子微球。Burke[20]在氨和聚合物簇拥剂存在下热分解FeCO5得到聚合物金属壳核纳米微球。Avivi[21]等用超声化学法制备了磁性牛血清蛋白微球，粒径分布窄，但微球表面不光洁，有Fe2O3粒子聚拢。此外，为了满足生物医学应用对磁性高分子微球性质的要求，经常需要对其表面举行修饰。这样不仅保持了磁性高分子微球生物降解性，而且提高了强度，改善了球形，可用作靶向药物的载体。

3、磁性高分子微球的生物医学应用

因为磁性高分子微球的特别性质，使其在生物医学领域的应用十分广泛。磁性微球的高分子外壳的表面多样性使它可以通过各种化学反应与生物活性物质中的配基偶联，从而识别相应的抗原或抗体、核酸等，最后在外加磁场中举行分别。正是因为磁性高分子微球的顺磁性，使它在磁场中定向移动，达到分别或靶向的目的。

3.1固定化酶

游离酶在生物化学和生物医学方面的应用往往不尽人意，而将酶固定在磁性载体上则有诸多的优势。这是由于酶固定在磁性高分子微球上后，其热稳定性、存放稳定性和操作稳定性都得到提高;固定化酶再生性好，使用效率高;可用于延续生产，降低生产成本;可在外加磁场作用下迅速分别，适于大规模延续化操作。Akgo[22]用羰基二咪唑CDI活化的磁性聚乙烯醇微球来固定转化酶。Arica[23]等将环六亚甲基二胺HMDA衔接在聚异丙烯酸甲酯PMMA磁性微球表面，用CDI或CNBr激活后用于共价结合葡糖淀粉酶。Rittich[24]采纳三氯三嗪法将脱氧核糖核酸酶固定在磁性纤维素微球和磁性聚HEMAEDMA微球上，用来降解染色体和质体DNA。BlkovZ等[2]用磁性PHEMAEDMA微球的酰肼衍生物固定半乳糖氧化酶，被定向固定的酶表现出很高的存储活性和对环境的低敏感性。磁性载体的性质对固定化酶的应用非常重要，它必需满足一定的

条件:①无毒;②可生物相容;③能够提供足够大的表面积，使酶反应顺当举行，降低酶反应基质和产物的簇拥限制;④具有一定的机械强度。

3.2细胞分别

有效的细胞分别是临床免疫应用最基本最重要的一步。在磁性高分子微球表面接上具有生物活性的吸附剂或配基，然后与目标细胞结合，加上外磁场将细胞分别、分类，即磁性细胞分别，是一种有效的细胞分别办法。此法具有操作容易迅速、分别纯度高、保留细