磁性微球的制备及其生物分离应用

磁性微球的制备及其生物分离应用

1.磁性微球的概述2.磁性微球的结构和特性3.磁性微球的制备4.磁性微球作为分离载体在生物分离中的应用5.展望1.磁性微球的概述

磁性微球是由磁性粒子与各种含活性功能基团的材料复合而成的具有一定磁性及特殊表面结构的粒子。磁性微球的研究于20世纪70年代，国内在20世纪80年代以来日渐活跃。通过共聚合和表面改性，磁性微球表面可被赋予多种活性功能基团，如-COOH、-COH、-NH2

等，也可共价结合酶、细胞、抗体等生物活性物质。1.磁性微球的概述

因为具有磁性，磁性微球可在外加磁场的作用下方便地被定位、导向和分离，有学者因此将其形象地称为动力粒子(Dynabead)。作为新型功能材料，磁性微球在生物、医学(生物大分子分离、靶向药物等)、细胞学(细胞标记、细胞分离等)和环境工程(废水处理等)等领域有着广阔的应用前景。2.磁性微球的结构和特性2.1磁性微球的结构根据无机磁性纳米粒子与提供活性功能基团的材料形成的方式不同，可分为四种不同的结构类型，即核壳型，包括磁性核或磁性壳型(图A，B)，混合型(图C)，和多层型(图D)。2.磁性微球的结构和特性2.2磁性微球的主要特性相对于普通磁性颗粒材料，磁性微球具有良好的表面效应和体积效应，具体反映在其比表面积激增，微球官能团密度和选择性吸附能力增大，吸附平衡时间大大缩短；其次，它具有很好的选择性磁响应性，当磁性四氧化三铁晶体的粒径小于30nm时，具有超顺磁性，从而可以避免在使用中粒子之间发生磁性团聚；2.磁性微球的结构和特性第三，它的物理化学性质稳定，具备一定的机械强度和化学稳定性，能耐受一定浓度的酸碱溶液和微生物的降解，其内含的磁性物质不易被氧化、磁性能不易下降，并且具有一定的生物相容性，不会对生物体造成明显的伤害；第四，磁性微球表面本身具有或通过表面改性带有多种活性的功能基团(如-OH，-COOH，-NH2

等)，可连接生物活性物质(如核酸、酶等)，也可以偶联特异性分子(如特异性配体、抗体、抗原等)来专一性的分离生物大分子。3.磁性微球的制备3.1磁性微球制备的材料磁性微球由无机磁性材料与各种提供活性功能基团的材料复合制备而成。目前无机磁性微粒的种类很多，较常用的有金属合金(Fe，Co，Ni)、氧化铁(γ-Fe2O3

，Fe3O4)、铁氧体(CoFe2O4

，BaFe12019)、氧化铬(Cr02)和氮化铁(Fe4N)等，其中Fe3O4(Magnetite)是应用最多的磁性颗粒，它很容易在水溶液中通过共沉淀或氧化共沉淀制备，其粒度、形状和组成可以根据调节反应条件得到控制。常用提供活性功能基团的材料主要可以分为三类：天然生物大分子材料、合成高分子材料和无机物材料(见表1)。3.磁性微球的制备天然生物大分子材料合成高分子材料无机物材料淀粉，纤维素及其衍生物，葡聚糖，壳聚糖，琼脂糖，明胶，血清白蛋白，磷脂类聚乙二醇（PEG），聚乙烯醇(PVA)，聚丙烯酸，聚苯乙烯，硅烷衍生物，聚乙烯亚胺SiO2，Au表1制备磁性微球常用的提供活性功能基团材料Table1.Materialwithfunctionalgroupsiscommonlyusedinpreparationofmagneticmicrosphere3.磁性微球的制备3.2磁性微球制备方法a.共沉淀法b.共混包埋法c.单体聚合法(悬浮聚合、分散聚合和乳液聚合)d.界面沉淀法

3.磁性短微球筑的制扫备悬浮碧聚合雨法与其进他方侵法相屿比，姿悬浮众聚合低法具旗有以口下优歉点：源操作衬简单直安全罢，成抄本低谜；颗茅粒大很小可惩控制通在较或小范熊围；去产品乳后处剂理简挡单，愤纯度触高，劳可进宣行大薄批量即生产救等。3.磁性植微球就的制法备例如这：悬晚浮聚篇合法摩制备千苯乙惰烯磁酱性微闪球试剂唐：三续氯化齐铁(F晨e3+)、硫尊酸亚素铁(F塑e2+)、氢陕氧化虏钠、兆苯乙访烯、旋过氧认化苯啄甲酰哭（BP伴O）(引发件剂)、3-甲基讯丙烯坚酰氧森基丙放基三池甲氧单基硅跪烷（3-借MP村S）（欲偶联饺剂）崇、甲开苯、浮甲醇渔、无猫水乙牺醇等质等；3.磁性除微球纳的制集备聚苯域乙烯叫磁性票微球溉的制桃备过若程如津图所绘示：Fe3O4纳米届粒子原的制呢备采尤用共宋沉淀哪法，前即Fe2+与Fe3+按摩昼尔比1:妖2的比似例混霸合，初氮气隶保护盗下，烛以Na姻OH作碱标液滴扰加入近铁盐点溶液撇中，赤晶化2h。Fe2++2予Fe3++8伏OH-=F竭e3O4+4堂H2O3.磁性锡微球径的制昏备硅烷喂偶联派剂3-坐MP纯S在醇宇／醋败酸条栗件下译水解日，3-择MP染S的-O托CH3基团凉水解偏生成-O约H基团划，其-O峡H基团巨与Fe3O4表面中的-O色H基团得反应版，使系含有稍双键骄的硅姜烷偶滋联剂3-烘MP乱S健接再到磁终性粒圈子表猾面，识即生呆成3-伏MP赴S修饰卫的Fe3O4微球家。在BP芳O引发水剂作酸用下搞，苯梢乙烯墨单体错在3-强MP炸S修饰蚕的Fe3O4微球通表面谋发生吸聚合专反应巧，形启成以节聚苯规乙烯秒为壳渐，Fe3O4粒子警为核胶的聚臭苯乙页烯磁巴性微景球。4.磁性国微球偷作为惜分离惯载体骂在生溜物分拢离中携的应烛用由于携磁性是微球突粒径盘小，这比表悔面积锅大，挑故而疗偶联嚷容量惊大，填悬浮献稳定探性好桶，便猪于高晶效地固与目业标产迷物偶弱联；泼又因脱其具吊有超旗顺磁荐性，伸在外背磁场湾的作戴用下著固液混相的小分离热十分歪简单肺，可议省去顿离心跪、过狂滤等巴繁杂顽操作躲，节突省时姨间。丝式因此切，在炸细胞叨分离雁、分漂类，雀蛋白膀质提撤纯和浩核酸垫分离清等领剂域有惠着广羡泛的郑应用枣前景钻。4.磁性斑微球职作为热分离质载体令在生叹物分辟离中寒的应桨用1、细掩胞分寨离在磁厉性微沉球表构面接食上具息有生篇物活赞性的保吸附粥剂或赞其它匆配基响（如吗抗体承、外腿源凝嘱结素泻等）笛，利泄用它畅们与魂目标彻细胞净的特器异性庭结合财，借悲助外糟磁场柏的作章用，浙可以诞很方耕便、可快速轰的对胡细胞塞进行裕分离队、分雕类。荷与常小用的物细胞勺分离夫方法头相比摇，具过有简群单、握快捷株、高止效和争安全教等特溉点。锁下图愈是磁帖性微穗球分供离细朵胞原瞧理的化示意民图。图2用磁豪性微怨球分破离细坏胞Fi惩g2砍.端Ce丙ll罢ul缝ar策i货so参la何ti担on秋b系y画us象in盛g叫ma推gn兰et木icmi更cr渴os膀ph古er犯e4.磁性赤微球领作为久分离昆载体侮在生串物分蔽离中鞋的应菊用磁性尖微球提微球右分离摸细胞委主要吹有两者种方证式：卫一种馅是直斤接从疑细胞久混合储液中齐分离巩出靶味细胞赏的方智法，花称为灾正相瞒分离须或正例相选披择(忙po役si袭ti前ve匀s钞el惩ec疏ti瓣on笑)；另颗一种枪是利御用磁饼性微岁球除出去无激关细经胞，公使靶捧细胞位富集浸纯化筝的方舒法，凳称为津负相界分离芒或负贡相选僵择(永ne孙ga包ti春ve茂s选el跃ec要ti僵on触)4.磁性引微球扇作为鞠分离斑载体储在生则物分阅离中厌的应智用2.蛋白窄质分优离纯究化磁性诸微球渡的粒秃径小酷，比尊表面再积大恶，表共面含历有活幅性基折团，命故偶纺联容跌量大讯，它舱能够公共价菊结合辣能被挂目标副蛋白尿质识料别和身可逆刘结合朱的配尖基，踩然后有，将栏磁性宇微球啄直接疫放入悼含有蛙目标妙蛋白油质的来混合要溶液科中，威待目腿标蛋挂白质荒与磁背性微伤球紧骑密结毙合后丧，利锦用外泛部磁鸦场对棕其进敞行分乌离。钓整个讲分离蹦过程剪不需理对混穗合溶息液的pH值、偿温度宅、离增子强叨度和株介电梦常数钩进行热调整叠，从标而避裹免了考传统孝分离搜过程怎中蛋击白质湖的损竹失。4.磁性勇微球隔作为慕分离步载体得在生烂物分啄离中杀的应村用3.核酸孝分离例：搁以羧哲基修迟饰的备磁性婶纳米惭粒子锤作为宁固相倍载体截，从急样品稼中富甚集靶慎细胞愈和从脂细胞墓裂解炸液中春吸附DN枣A。采列用这续种方裁法，筛吸附越在纳枯米磁挎珠表忍面上乓的DN收A不用骆洗脱英就可区以直张接作赌为靶锤基因居用作PC淘R扩增劝的模热板，错从而虑大大躺简化阅了从的靶细疾胞富瓶集到奥靶基乡丰因扩泛增的跳全过肿程。意该方周法快共速简浸便，裙不使树用有心毒试电剂和民离心瓶操作摩，便欧于用假来构米建快捞速、冒高通矛量核感酸制界备的垦生物循芯片谦。磁性怠微球屋在生奴物分非离中窜具有径极大住的应费用前筑景,辰目前凯国外圣已经幅开发绝出相矛关产讯品,慢但价扫格昂跌贵,谊国内马这方柜面研狸究仍厘处于取实验暖性阶息段。墓因此恶,开客发出毁粒度鹊均匀击、磁窄响应吸性强啊、稳副定性辨好和偏表面展富含胸活性享功能泥基团巷的磁举性微逮球具陆有很冶大的低市场慢前景夸。对