CN101380559A - Fe3O4表面改性方法及制备聚合苯乙烯磁性微球的方法 - Google Patents
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Abstract
一种Fe3O4表面改性方法及制备聚合苯乙烯磁性微球的方法，属于生物技术领域。本发明的目的是通过对Fe3O4表面进行改性处理，然后制备磁性微球的方法。本发明采用改进的共沉淀法制备单分散亲油性Fe3O4粒子，再采用改性后的Fe3O4制备聚合苯乙烯磁性微球也就是分散聚合法制备包覆高分子苯乙烯聚合物的超顺磁性免疫微球。本发明实现制备出分散均匀、粒径大小可控、包覆严密、磁性强、表面功能团含量高的超顺磁性微球。
Description
技术领域：
本发明属于生物技术领域。
背景技术：
磁性微球是近年发展起来的一种新型功能材料，磁球内部含有一个磁核，因此在外界磁场的作用下，磁球能够方便的和底液分离，它具有高分子微球的特性：如可通过共聚、表面改性等化学反应在微球表面引入多种反应性功能基团(-COOH、-NH2、-CHO等)，使磁球能偶联酶、细胞、抗体、核酸等生物活性物质，并能在磁场下实现分离，使传统昂贵、费时、费事的免疫分析过程变得简便、快捷，且成本低廉。磁性高分子微球的“在外界磁场存在下能定向运动”的特殊性能使其在细胞分离、固定化酶、免疫诊断、肿瘤靶向治疗、DNA分离及核酸杂交等领域有着广泛的应用前景。
现有技术中磁性微球主要是通过高分子包埋法和单体聚合法制得。利用包埋法制备磁性微球，方法简单，但得到的粒子粒径分布宽，形状不规则，壳层中会混杂一些乳化剂之类的杂质，因而用于免疫测定、细胞分离等领域会受到很大的限制。单体聚合法合成磁性微球的方法主要有：悬浮聚合、分散聚合和辐射聚合等，单体聚合法成功的关键在于确保单体的聚合反应在磁性粒子表面顺利进行。一般而言，磁性粒子为亲水性，对于亲水性单体聚合容易在粒子表面进行，而对于疏水性单体则要通过改进悬浮聚合的有机组成，或对磁性粒子表面进行改性，可使疏水性单体聚合在粒子表面进行。
磁性微球是80年代中期才发展起来的一项生物学与化学合成相结合的新技术，它涉及到无机化学、有机化学、材料科学、生物医学和免疫学等多个学科，学要多学科的密切配合，目前世界上只有法国、德国、美国、日本等少数国家掌握了生产这种高分子磁性材料的技术，我国目前各领域应用这种磁性材料多依赖进口，价格昂贵，很难普及应用。国内近几年也有不少研究者进行这方面的研究，并获得该领域的专利权，但经过仔细分析和实验发现国内发明合成的磁性微球存在一些不足：(1)团聚严重，分散性未解决好。(2)磁性微球的粒径分布不均匀，难以制备分布均匀稳定的微球悬液。(3)磁性微球表面的高分子层包覆不够严密，耐酸碱性不够好，同时也会使实验的特异性降低。(4)磁性微球表面的功能团含量很低达不到提高灵敏度的目的，这些不足都不利于磁性微球在生物医学等领域的应用。
发明内容：
本发明的目的是通过对Fe3O4表面进行改性处理，然后制备磁性微球的方法。
本发明Fe3O4表面改性方法是：
a、首先采用化学共沉淀法制备具有磁响应性的无机Fe3O4粒子；
b、采用改进的共沉淀法制备单分散亲油性Fe3O4粒子：
①将含有油酸钠的NaOH加入四口反应瓶；
②再将三氯化铁、氯化亚铁和柠檬酸溶于含有浓盐酸的水中，0.22um膜过滤，得铁液；
③上述两种液体各通氮除氧15分钟，升温至60℃～80℃，然后将铁液缓慢滴加到NaOH溶液中，滴加完毕后调节PH值为7.5～11，反应持续20～60分钟，取出冷却静置，在磁场作用下用乙醇和水洗，最后干燥磨得磁粉即为改性后的Fe3O4。
本发明在铁液滴加到含有油酸钠的NaOH溶液中时，磁粒生成瞬间即对其进行分散和表面改性，改性后的磁粒经过醇洗和干燥彻底脱离水环境，其中柠檬酸的用量是0.05-0.2摩尔/升，油酸钠的用量是0.02-0.05摩尔/升。
本发明用改性后的Fe3O4制备聚合苯乙烯磁性微球的方法是：将改性后的Fe3O4磁粉溶于苯乙烯，加入SDS，通氮搅拌分散15分钟，加入二乙烯基苯，过氧化苯甲酰混合，超声分散50-90分钟，使之形成分散很好的磁流体，加水至四口反应瓶置于磁力搅拌加热套上通氮除氧15分钟，将分散好的磁流体转入四口瓶中，磁粒搅拌300-600rpm，升温至60℃-80℃，引发聚合反应15-30分钟，在缓慢滴加功能单体甲基丙烯酸或者丙烯酰胺，再聚合4-8小时即可制得带有-COOH或者-NH2的超顺磁性微球，最后充分水洗微球即可。
本发明所述的铁液中Fe2+和Fe3+的摩尔比为1：2，加入NaOH与Fe3+摩尔比为5:1，油酸钠与Fe3+摩尔比为1:6，柠檬酸与Fe3+摩尔比为1:4。
本发明中的磁粉与苯乙烯的质量体积比为1：10-1：20，交联剂二乙烯基苯占单体比为1：50-1：100，引发剂过氧化苯甲酰占单体比为1：30-1:50，乳化剂占单体比为1：10-1：20，功能单体甲基丙烯酸或者丙烯酰胺占单体比1：5-1：10。
本发明实现制备出分散均匀、粒径大小可控、包覆严密、磁性强、表面功能团含量高的超顺磁性微球。其具体优点在于：
(1)在制备Fe3O4磁性粒子的同时实现了对其分散及表面改性处理，使其表面形成单层亲油性包覆，使无机亲水性Fe3O4转变为有机亲油性Fe3O4，非常好地解决了超顺磁性纳米颗粒的分散性和与亲油性烯类单体溶液的相容性问题。
(2)经过干燥处理Fe3O4磁性粒子彻底脱离水环境，更有利于其与苯乙烯的亲和，提高苯乙烯在其表面的聚合反应效率，分散聚合前将乳化剂与磁流体进行预搅拌分散，使磁性粒子具有很好的分散性，在将乳化好的磁流体与引发剂进行超声分散，使磁性粒子表面吸附足够的引发剂分子，有效的控制了反应在磁性粒子表面进行，从而避免了磁性粒子在聚合反应过程中容易出现的团聚，沉降和液相分离等现象。
(3)利用该发明得到的磁粒，具有超顺磁性，粒子分散均匀，粒径范围可控，化学性质稳定，在0.1MHCl和0.1NaOH溶液中浸泡两周基本无变化，且制备方法简单可行，可完全满足生物医学等领域的应用。
附图说明：
图1是本发明显微镜下观察结果；
图2是现有磁粉显微镜下观察结果。
具体实施方式：
本发明Fe3O4表面改性方法是用改进的共沉淀法制备单分散亲油性Fe3O4粒子：
将500ml含有4.56g油酸钠的2M NaOH加入四口反应瓶，再将16g三氯化铁、10g氯化亚铁和4.2g柠檬酸溶于含有5ml浓盐酸的300ml水中，0.22um膜过滤，以上两种液体各通氮除氧15分钟，升温至60℃-80℃，将铁液缓慢滴加至NaOH溶液中，滴加完毕后调节PH值为7.5-11，反应持续20-60分钟，整个过程中机械搅拌速度为7000-10000rpm，反应结束后，取出冷却静置，在磁场作用下用乙醇和水洗，最后干燥研磨得磁粉。
本发明的铁液中Fe2+和Fe3+的摩尔比为1：2，加入NaOH与Fe3+摩尔比为5:1，油酸钠与Fe3+摩尔比为1:6，柠檬酸与Fe3+摩尔比为1:4。
本发明采用改性后的Fe3O4制备聚合苯乙烯磁性微球也就是分散聚合法制备包覆高分子苯乙烯聚合物的超顺磁性免疫微球：将上述磁粉5g溶于50ml苯乙烯(经减压蒸馏)，加入SDS 2g，通氮搅拌分散15分钟，加入二乙烯基苯0.5ml，过氧化苯甲酰1g混合，超声分散50-90分钟，使之形成分散很好的磁流体，加200ml水至四口反应瓶置于磁力搅拌加热套上通氮除氧15分钟，将分散好的磁流体转入四口瓶中，磁粒搅拌300-600rpm，升温至60℃-80℃，引发聚合反应15-30分钟，在缓慢滴加功能单体甲基丙烯酸10ml或者丙烯酰胺10g，再聚合4-8小时即可制得带有-COOH或者-NH2的超顺磁性微球，最后充分水洗微球即可。
本发明磁粉与苯乙烯的质量体积比为1：10-1：20(v/v)，交联剂二乙烯基苯占单体比为1：50-1：100(v/v)，引发剂过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰占单体比为1：30-1:50(v/v)，乳化剂SDS占单体比为1：10-1：20(w/v)，功能甲基丙烯酸或者丙烯酰胺占单体比1：5-1：10(v/v)，其中单体均是指苯乙烯，并且均是与苯乙烯质量体积比。
试验1：
称取本发明表面改性处理好的磁粉5g溶于50ml苯乙烯，用300W功率超声30分钟，将超声好的磁流体，取50ul均匀的涂在载玻片上，与普通显微镜下观察，可见磁粒均匀分散。放大倍数为160倍(图1)。
称取现有没有经过表面改性处理好的磁粉5g溶于50ml苯乙烯，用300W功率超声30分钟，将超声好的磁流体，取50ul均匀的涂在载玻片上，与普通显微镜下观察，可见磁粒团聚，不能均匀分散。放大倍数为160倍(图2)。
试验2：
取两个小玻璃瓶，分别加入经过表面改性处理后合成的聚苯乙烯磁球和未经过表面改性处理后合成的聚苯乙烯磁球5ml(含1g磁球)，放置1个月后观察发现前者仍呈均匀分散状态，而后者则大部分都沉淀下来。
试验3
取两个小玻璃瓶，分别加入经过表面改性处理后合成的聚苯乙烯磁球5ml(含1g磁球)，用磁力架洗涤，弃去上清，再分别加入0.1MHCl和0.1NaOH溶液5ml，混合均匀，浸泡两周后观察发现两瓶中的聚苯乙烯磁球仍具有很好的顺磁性，且仍呈均匀分散状态。
Claims (5)
1、一种Fe3O4表面改性方法，其特征是：
a、首先采用化学共沉淀法制备具有磁响应性的无机Fe3O4粒子；
b、采用改进的共沉淀法制备单分散亲油性Fe3O4粒子：
①将含有油酸钠的NaOH加入四口反应瓶；
②再将三氯化铁、氯化亚铁和柠檬酸溶于含有浓盐酸的水中，0.22um膜过滤，得铁液；
③上述两种液体各通氮除氧15分钟，升温至60℃～80℃，然后将铁液缓慢滴加到NaOH溶液中，滴加完毕后调节PH值为7.5～11，反应持续20～60分钟，取出冷却静置，在磁场作用下用乙醇和水洗，最后干燥磨得磁粉即为改性后的Fe3O4。
2、根据权利要求1所述的Fe3O4表面改性方法，其特征是：在铁液滴加到含有油酸钠的NaOH溶液中时，磁粒生成瞬间即对其进行分散和表面改性，改性后的磁粒经过醇洗和干燥彻底脱离水环境，其中柠檬酸的用量是0.05-0.2摩尔/升，油酸钠的用量是0.02-0.05摩尔/升。
3、用权利要求1改性后的Fe3O4制备聚合苯乙烯磁性微球的方法，其特征是：将改性后的Fe3O4磁粉溶于苯乙烯，加入SDS，通氮搅拌分散15分钟，加入二乙烯基苯，过氧化苯甲酰混合，超声分散50-90分钟，使之形成分散很好的磁流体，加水至四口反应瓶置于磁力搅拌加热套上通氮除氧15分钟，将分散好的磁流体转入四口瓶中，磁粒搅拌300-600rpm，升温至60℃-80℃，引发聚合反应15-30分钟，在缓慢滴加功能单体甲基丙烯酸或者丙烯酰胺，再聚合4-8小时即可制得带有-COOH或者-NH2的超顺磁性微球，最后充分水洗微球即可。
4、根据权利要求1所述的Fe3O4表面改性方法，其特征是：所述的铁液中Fe2+和Fe3+的摩尔比为1：2，加入NaOH与Fe3+摩尔比为5:1，油酸钠与Fe3+摩尔比为1:6，柠檬酸与Fe3+摩尔比为1:4。
5、根据权利要求3所述的改性后的Fe3O4制备聚合苯乙烯磁性微球的方法，其特征是：磁粉与苯乙烯的质量体积比为1：10-1：20，交联剂二乙烯基苯占单体比为1：50-1：100，引发剂过氧化苯甲酰占单体比为1：30-1:50，乳化剂占单体比为1：10-1：20，功能甲基丙烯酸或者丙烯酰胺占单体比1：5-1：10。
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