磁性微球的制备及其生物分离应用剖析.ppt

* * * * 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 。 3. 磁性微球的制备 SiO2，Au 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 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 无机物材料 合成高分子材料 天然生物大分子材料 制备磁性微球常用的提供活性功能基团材料 Material with functional groups is commonly used in preparation of magnetic microsphere 3. 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. 磁性微球的制备 悬浮聚合法 与其他方法相比，悬浮聚合法具有以下优点：操作简单安全，成本低；颗粒大小可控制在较小范围；产品后处理简单，纯度高，可进行大批量生产等。 3. 磁性微球的制备 例如：悬浮聚合法制备苯乙烯磁性微球 试剂：三氯化铁(Fe3+)、硫酸亚铁(Fe2+)、氢氧化钠、苯乙烯、过氧化苯甲酰（BPO）(引发剂)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（3-MPS）（偶联剂）、甲苯、甲醇、无水乙醇等等； 3. 磁性微球的制备 聚苯乙烯磁性微球的制备过程如图所示： 4. 磁性微球作为分离载体在生物分离中的应用 由于磁性微球粒径小，比表面积大，故而偶联容量大，悬浮稳定性好，便于高效地与目标产物偶联；又因其具有超顺磁性，在外磁场的作用下固液相的分离十分简单，可省去离心、过滤等繁杂操作，节省时间。因此，在细胞分离、分类，蛋白质提纯和核酸分离等领域有着广泛的应