高分子磁性微球的研究進(jìn)展

郭衛(wèi)強(qiáng)，焦艷華

（杭州師范大學(xué)生物醫(yī)藥與健康中心，浙江 杭州 311121）

高分子磁性微球的研究進(jìn)展

郭衛(wèi)強(qiáng)，焦艷華

（杭州師范大學(xué)生物醫(yī)藥與健康中心，浙江 杭州 311121）

綜述了磁性高分子微球的最新研究進(jìn)展，并介紹了高分子磁性微球制備方法中比較經(jīng)典的幾種，并比較了他們各自的優(yōu)勢和不足。并對高分子磁性微球的研究方向的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

納米磁性；磁性微球；高分子微球

高分子磁性微球是指通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ褂袡C(jī)高分子與無機(jī)磁性顆粒(粒徑在10~100nm)結(jié)合起來形成的具有一定磁性的高分子微球。在精細(xì)化工、環(huán)境監(jiān)測、固定化酶、靶向藥物、免疫分析、細(xì)胞分離、化妝品等方面,高分子磁性微球有廣闊的應(yīng)用前景。目前，研制適應(yīng)不同要求的磁性高分子微球正是科研學(xué)者努力的重要方向。

磁性高分子微球按照結(jié)構(gòu)可以分為4類（圖1）：（1）內(nèi)核為磁性材料，殼為聚合物的核/殼式結(jié)構(gòu)；（2）以高分子材料為核、磁性材料作為殼層的核/殼式結(jié)構(gòu)；（3）內(nèi)層、外層皆為高分子材料，中間層是磁性材料的夾心式結(jié)構(gòu)；（4）微球整體為高分子材料，磁性物質(zhì)混雜其中的結(jié)構(gòu)。目前，研究和應(yīng)用比較多的是前面的2種微球形態(tài)。

高分子磁性微球的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下4個(gè)特性上：（1）表面積效應(yīng)和體積效應(yīng)，由于微球的粒徑非常小，導(dǎo)致其表面積與體積的比值急劇增大，從而使其表面能大大增加，在很多反應(yīng)中表現(xiàn)出常規(guī)試劑不曾有的表面活性[1]。（2）超順磁效應(yīng)，由于磁性材料的加入，磁性材料的超順磁性也成功地引入到了高分子材料中。（3）生物兼容性，磁性高分子微球在生物工程，特別是生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用有一個(gè)重要的條件就是要有生物兼容性。多數(shù)生物高分子如多聚糖，蛋白質(zhì)類具有良好的生物兼容性[2]。它們在人體內(nèi)安全無毒，可降解，不與人體組織器官產(chǎn)生免疫原性，這種性質(zhì)在靶向藥物中尤其重要。(4)功能基特性，生物高分子有多種活性功能基團(tuán)，如—OH，—COOH，—CHO，—NH2，—SH等可連接具有生物活性的物質(zhì)，如免疫蛋白、生物酶等[3]。

2 高分子磁性微球的制備

在制備高分子磁性微球之前，必須制備納米磁性粒子。目前用的比較多的方法是化學(xué)共沉淀法[4~8]，水熱法[9~12]，溶膠法熱解法[13~15]，以及其他方法。高分子微球的制備主要是通過包埋法，單體聚合法，原位法，將有機(jī)材料和磁性材料結(jié)合在一起，從而得到兼具二者優(yōu)點(diǎn)的材料。

2.1 包埋法

包埋法是運(yùn)用機(jī)械攪拌、超聲分散等方法使磁性粒子均勻懸浮于高分子溶液中，通過霧化、絮凝、沉積、蒸發(fā)等手段制得磁性高分子微球。磁性粒子表面由于有大量的羥基存在，與親水性高分子之間存在一定的親和力，所以把磁性粒子浸泡于這些高分子的溶液中，再經(jīng)過乳化等處理過程，就可以在磁性粒子表面形成高分子殼層。在此過程中，使用交聯(lián)劑對高分子殼層進(jìn)行穩(wěn)定化處理，更可以進(jìn)一步增加高分子磁性微球的穩(wěn)定性。天然高分子磁性微球均采用這種方法制備。

Gupta等[16]將磁性粒子與牛血清蛋白和棉籽油進(jìn)行超聲處理，然后加熱，得到外包牛血清蛋白的磁性微球。Menager等[17]將雙分子層磷脂膜包覆在納米Fe3O4顆粒表面制成80nm的磁性脂質(zhì)體。李欣等[18]將纖維素與γ-Fe2O3混合成磁性粘膠液，采用反相懸浮包埋法制得毫米級磁性珠狀纖維素。

包埋法制備磁性高分子微球的優(yōu)點(diǎn)在于條件簡單，易于進(jìn)行，但是制備所得的磁性粒子粒徑分布寬，形狀不規(guī)則，粒徑不易控制，而且包覆的殼層中難免會(huì)有些乳化劑之類的雜質(zhì)，用于免疫測定、細(xì)胞分離等領(lǐng)域會(huì)受到很大限制。由于磁性材料一般為親水性顆粒，所以包埋的高分子一般也要為親水性分子，否則很難將磁性微粒完全包裹。這在一定程度上限制了包埋法的應(yīng)用[19]。

2.2 單體聚合法

單體聚合法是在磁性粒子和有機(jī)單體共同存在的條件下，根據(jù)不同的聚合方式加入引發(fā)劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑等物質(zhì)聚合制備磁性高分子微球的方法。簡單來說單體聚合又可以分為懸浮聚合、乳液聚合，以及輻射聚合，化學(xué)聚合和生物合成法。

Noguchi等[20]用乳液聚合法制備了磁性高分子微球，討論了影響顆粒大小的因素及磁微球完全被包裹的條件。邱廣明等[21]在磁流體存在下,以聚乙二醇(w=4000)為分散劑,乙醇/水為分散介質(zhì),進(jìn)行苯乙烯-丙烯酸-二乙烯基苯的分散聚合,合成具有磁核的聚苯乙烯微球，并考察了磁流體、聚乙二醇、分散介質(zhì)和丙烯酸對微球磁響應(yīng)性和粒徑的影響，合成了粒徑為1~10μm的磁性高分子微球。Avivi 等[22]通過紫外光照射的方法合成了一系列磁性微球，這種磁性微球中添加了氧化鐵粉并且包裹在牛血清清蛋白（BSA）上，這種微球由BSA與鐵蛋白質(zhì)或是BSA與鐵鹽化合物合成，通過TEM和SEM可以觀察到顆粒呈球形，尺寸分布為一系列微米級的高斯分布。通過化學(xué)分析，計(jì)算得到氧化鐵的含量為39%~42%。

應(yīng)該說高分子磁性微球的制備方法中，單體聚合應(yīng)用得最多，但是在制備過程中磁性粒子易被聚合物排斥在外，經(jīng)常造成磁核裸露在外的問題。有報(bào)道稱在乳液聚合的過程中加入高比例的交聯(lián)劑可以改善這種現(xiàn)象[23]，但這個(gè)問題仍然未得到完美解決。

2.3 原位法

原位法是Ugelstad等創(chuàng)立的一種制備混合結(jié)構(gòu)型單分散超順磁性高分子微球的有效方法。這種方法已經(jīng)不是嚴(yán)格按照分步的過程來制備高分子磁性微球，而是直接將單分散的高分子材料投入到二價(jià)和三價(jià)鐵溶液中，在堿性條件下，讓磁性粒子在高分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部生長，然后得到高分子磁性微球。

在制備的過程中，可根據(jù)聚合物微球所具有的不同功能基以不同的方法來制備磁性高分子微球。如含－ NH2、－ NH －、－ COOH等基團(tuán)，可直接加入合適比例的二價(jià)和三價(jià)鐵鹽溶液，使聚合物微球在鐵鹽溶液中溶脹、滲透，升高pH值，可得到鐵的氫氧化物，最后升溫至適當(dāng)?shù)臏囟?，即可得到含有Fe3O4微粒的磁性高分子微球。

Wang等利用納米磁性Ziegler-Natta催化劑，通過在納米磁性微粒表面上進(jìn)行原位配位聚合制備了新型的磁性聚乙烯納米復(fù)合材料。

這種方法的優(yōu)勢是制得粒子粒徑均一，但磁含量受粒徑大小影響很大。當(dāng)選用小粒徑的聚合物微球時(shí)，高分子結(jié)構(gòu)所吸收的鐵鹽的水溶液少，因此磁含量少。

3 展望

近年來，高分子磁性微球的相關(guān)研究取得了巨大的進(jìn)步和豐碩的成果，我們可以發(fā)現(xiàn)高分子磁性材料正越來越多地應(yīng)用在標(biāo)記和分離DNA[24]、蛋白質(zhì)[25]、細(xì)菌和其他生物組分[26~27]等領(lǐng)域，同時(shí)也被應(yīng)用于磁共振成像(MRI)、磁性細(xì)胞溶解技術(shù)、藥物靶向輸送[28]等重要領(lǐng)域。

但是我們也應(yīng)該看到仍有許多方面需要我們努力，例如：（1）如何探索新的磁性納米顆粒的制備方法,以及對傳統(tǒng)方法的改進(jìn)；（2）如何提高磁性微球中功能基團(tuán)的含量,提高磁性微球的磁含量；（3）如何保持高分子磁性微球上結(jié)合的生物大分子具有最大的活性和穩(wěn)定性。

隨著研究的不斷深入，我們有理由相信這些問題必將得到完善的解決；在不遠(yuǎn)的未來，高分子磁性微球必將在科學(xué)研究領(lǐng)域和人們的日常生活發(fā)揮重要的作用。

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Research Progress of Polymer Magnetic Microsphere

GUO Wei-qiang, JIAO Yan-hua
（Research Center of Biomedicine and Health， Hangzhou Normal University， Hangzhou 311121， China）

Progress of polymer magnetic microspheres preparation was reviewed and summarized. Several signif i cant methods were introduced， and advantage and the disadvantage of each other were compared in this paper. Trends and directions of the researches about magnetic macromolecular microsphere were also prospected.

nano-magnetism; magnetic microsphere; macromolecular microsphere

TM 27

A

1671-9905(2012)07-0040-03

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21005025); 浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究資助項(xiàng)目(2010C33132)

郭衛(wèi)強(qiáng)(1986-)，男，碩士研究生，河北邢臺人?，F(xiàn)從事納米磁性材料的合成和改性研究

焦艷華(1976-)，女，副教授，湖北孝感人，現(xiàn)從事生物診斷試劑的合成及應(yīng)用方面的研究，Email：yhjiao@hznu.edu.cn

2012-04-27