CN116038653B - 一种以微藻为模板的磁性微米机器人及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以微藻为模板的磁性微米机器人，包括模板，所述模板外包裹有磁性纳米粒子，所述磁性纳米粒子外包裹有聚多巴胺。本发明提供一种以微藻为模板的磁性微米机器人的制备方法，操作简单，磁性更强，并保持了微藻原本几何形态，通过静电吸附作用将包裹聚多巴胺的磁性纳米粒子附着在微藻表面，使得微藻表面磁性纳米粒子包覆更加均匀且包覆厚度可控。

Description

一种以微藻为模板的磁性微米机器人及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性微米机器人技术领域，特别是涉及一种以微藻为模板的磁性微米机器人及其制备方法。
背景技术
微型机器人是指特征尺寸小于1毫米的机器人，它们在各种生物医学、传感和环境保护应用中作为一种有前途的多功能载体具有很大的潜力，例如可用于微创手术、靶向药物递送、伤口愈合、肿瘤治疗、细胞操纵、重金属检测、污染物降解等，因此受到国内外研究者的广泛关注，近年来发展非常迅速。微型机器人作为体内给药的平台或载体，一方面，微型机器人的生物相容性至关重要；另一方面，微型机器人的重构对于其适应复杂微环境及执行任务具有重要意义。
天然生物模板具有良好的生物相容性和精致结构的固有优势，有望为磁性微型机器人的制备提供新的机遇。微藻作为一种自然资源，并且具有丰富的自体荧光色素、易于功能化的表面以及良好生物相容性和生物降解性等特点，它们形状多样，有螺旋状、球状，三角状，椭圆状或星状，以及其它不规则形状等，这些特性使它们具有作为理想天然生物材料用于生物医学领域的优越性。因此，开发一种基于微藻为模板的磁性微米机器人的制备方法具有重要意义。
Yan等人提出了通过三个步骤演示生物模板合成：前体沉积，退火处理和还原处理。在螺旋藻表面沉积磁铁矿前体，然后进行退火处理和还原处理，最终获得纳米结构的多孔中空磁性微螺旋。但是，他们使用反应条件复杂，一步合成磁化螺旋藻的时间相对较长，并且化学共沉积方法得到的磁性粒子易于团聚，磁性相对较弱。因此，有待研究一种成本低，且能够快速、大批量制备磁性微藻微纳米机器人的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种以微藻为模板的磁性微米机器人及其制备方法，解决制备时反应条件复杂，使用有害化学试剂等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种以微藻为模板的磁性微米机器人及其制备方法，包括模板，所述模板外包裹有磁性纳米粒子，所述磁性纳米粒子外包裹有聚多巴胺。
优选的，所述模板为螺旋藻(SP)、小球藻(Ch)和四尾栅藻(Sq)中的一种或多种。
一种以微藻为模板的磁性微米机器人的制备方法：
S1、制备磁性纳米粒子：取FeCl3·6H2O加入乙二醇中，磁力搅拌至完全溶解，再向上述溶液加入三水乙酸钠粉末和聚乙二醇，搅拌得到棕黄色溶液，将棕黄色溶液在200℃下加热，待自然冷却至室温后，用磁铁收集黑色产物，依次用去离子水和乙醇洗涤，得到Fe3O4磁性纳米粒子，磁饱和值大于80emu/g；
S2、包裹聚多巴胺(PDA)：取S1中的Fe3O4磁性纳米粒子加入Tris-HCl缓冲溶液中，在冰水浴中超声并机械搅拌，将多巴胺盐酸盐倒入上述溶液中，在冰水浴中持续超声并机械搅拌，反应完成后用去离子水离心洗涤得到Fe3O4@PDA粒子；
S3、制备磁性微米机器人：取S2中的Fe3O4@PDA粒子制得Fe3O4@PDA溶液，取微藻溶液，在机械搅拌的环境下，将Fe3O4@PDA溶液逐滴加入微藻溶液中，混合均匀后，得到磁性微米机器人。
优选的，S1中，棕黄色溶液于水热合成反应釜中200℃加热10h。
优选的，S2中，取Tris-HCl溶于去离子水中，用稀盐酸将上述溶液调至pH＝8.5，得到Tris-HCl缓冲溶液。
优选的，S3中，用稀盐酸将去离子水的pH调至2.0，向其中加入Fe3O4@PDA粒子，机械搅拌并且冰水浴超声30min至粒子分布均匀，得到Fe3O4@PDA溶液。
因此，本发明采用上述成分的一种以微藻为模板的磁性微米机器人及其制备方法，其有益效果为：
1、常温常压下，通过静电吸附作用将包裹聚多巴胺的磁性纳米粒子附着在微藻表面，使得微藻表面的磁性纳米粒子包覆更加均匀且包覆厚度可控；
2、表面包裹聚多巴胺可以有效避免磁性纳米粒子团聚，使得磁性纳米粒子的磁性更强；
3、利用溶剂热法制备Fe3O4磁性粒子，该方法相比于化学共沉积法，一般不需高温烧结即可直接得到高磁饱和值结晶粉末，避免了磁性纳米粒子微粒团聚；
4、制备时操作简单，模板适用于多种微藻，并且保持了微藻原本的几何形态，具有良好的生物相容性及生物降解性；
5、制备时无需使用高危害的化学试剂且反应条件简单，绿色无污染，反应迅速，生产装置简单，可用于磁性微米机器人的大批量生产。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种以微藻为模板的螺旋藻磁性微米机器人性能图；
图2是本发明一种以微藻为模板的小球藻磁性微米机器人性能图；
图3是本发明一种以微藻为模板的四尾栅藻磁性微米机器人性能图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例1
S1、制备磁性纳米粒子：取1.35gFeCl3·6H2O加入40mL乙二醇中，磁力搅拌至完全溶解，再向上述溶液加入3.6g三水乙酸钠粉末和1.0g聚乙二醇(Mn＝10000)，搅拌得到棕黄色溶液。
将棕黄色溶液倒入聚四氟乙烯衬套内，组装好反应装置后，将水热合成反应釜置于加热器内，在200℃下加热10小时。待自然冷却至室温后，用磁铁收集黑色产物，依次用去离子水和乙醇洗涤2次，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
S2、包裹聚多巴胺(PDA)：取0.0788gTris-HCl溶于50mL去离子水中，用稀盐酸将上述溶液调至pH＝8.5，得到Tris-HCl缓冲溶液。
取0.1gS1中的Fe3O4磁性纳米粒子加入Tris-HCl缓冲溶液中，在冰水浴中超声1h，并以300rpm/s进行机械搅拌，使得Fe3O4磁性纳米粒子均匀分散。
将0.02g多巴胺盐酸盐倒入上述溶液中，在冰水浴中持续超声3h，并以300rpm/s进行机械搅拌，反应完成后用去离子水离心洗涤3次，得到Fe3O4@PDA粒子。
S3、制备磁性微米机器人：取30mL去离子水，用稀盐酸将去离子水的pH调至2.0，向其中加入0.03gFe3O4@PDA粒子，机械搅拌并且冰水浴超声30min至粒子分布均匀，得到Fe3O4@PDA溶液。
取30mL螺旋藻(SP)溶液，在机械搅拌的环境下，将Fe3O4@PDA溶液逐滴加入螺旋藻溶液中，混合均匀后，得到SP@Fe3O4@PDA磁性微米机器人。
如图1所示，a为螺旋藻的光学显微镜图片；b-d为螺旋藻、SP@Fe3O4@PDA磁性微米机器人、SP@Fe3O4@PDA磁性微米机器人在水中均匀分散后被磁铁吸引后的光学图片；e-h为螺旋藻、磁性螺旋藻及螺旋藻、磁性螺旋藻局部放大的扫描电镜图；i为磁性螺旋藻中C、N、Fe、O元素的映射分布。
实施例2
S1、制备磁性纳米粒子：取1.35gFeCl3·6H2O加入40mL乙二醇中，磁力搅拌至完全溶解，再向上述溶液加入3.6g三水乙酸钠粉末和1.0g聚乙二醇(Mn＝10000)，搅拌得到棕黄色溶液。
将棕黄色溶液倒入聚四氟乙烯衬套内，组装好反应装置后，将水热合成反应釜置于加热器内，在200℃下加热10小时。待自然冷却至室温后，用磁铁收集黑色产物，依次用去离子水和乙醇洗涤2次，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
S2、包裹聚多巴胺(PDA)：取0.0788gTris-HCl溶于50mL去离子水中，用稀盐酸将上述溶液调至pH＝8.5，得到Tris-HCl缓冲溶液。
取0.1gS1中的Fe3O4磁性纳米粒子加入Tris-HCl缓冲溶液中，在冰水浴中超声1h，并以300rpm/s进行机械搅拌，使得Fe3O4磁性纳米粒子均匀分散。
将0.02g多巴胺盐酸盐倒入上述溶液中，在冰水浴中持续超声3h，并以300rpm/s进行机械搅拌，反应完成后用去离子水离心洗涤3次，得到Fe3O4@PDA粒子。
S3、制备磁性微米机器人：取30mL去离子水，用稀盐酸将去离子水的pH调至2.0，向其中加入0.03gFe3O4@PDA粒子，机械搅拌并且冰水浴超声30min至粒子分布均匀，得到Fe3O4@PDA溶液。
取30mL小球藻(Ch)溶液，在机械搅拌的环境下，将Fe3O4@PDA溶液逐滴加入小球藻溶液中，混合均匀后，得到Ch@Fe3O4@PDA磁性微米机器人。
如图2所示，a为小球藻的光学显微镜图片；b-d为小球藻、磁性小球藻及磁性小球藻局部放大的扫描电镜图；e为磁性小球藻中C、N、Fe、O元素的映射分布。
实施例3
S1、制备磁性纳米粒子：取1.35gFeCl3·6H2O加入40mL乙二醇中，磁力搅拌至完全溶解，再向上述溶液加入3.6g三水乙酸钠粉末和1.0g聚乙二醇(Mn＝10000)，搅拌得到棕黄色溶液。
将棕黄色溶液倒入聚四氟乙烯衬套内，组装好反应装置后，将水热合成反应釜置于加热器内，在200℃下加热10小时。待自然冷却至室温后，用磁铁收集黑色产物，依次用去离子水和乙醇洗涤2次，得到Fe3O4磁性纳米粒子；
S2、包裹聚多巴胺(PDA)：取0.0788gTris-HCl溶于50mL去离子水中，用稀盐酸将上述溶液调至pH＝8.5，得到Tris-HCl缓冲溶液。
取0.1gS1中的Fe3O4磁性纳米粒子加入Tris-HCl缓冲溶液中，在冰水浴中超声1h，并以300rpm/s进行机械搅拌，使得Fe3O4磁性纳米粒子均匀分散。
将0.02g多巴胺盐酸盐倒入上述溶液中，在冰水浴中持续超声3h，并以300rpm/s进行机械搅拌，反应完成后用去离子水离心洗涤3次，得到Fe3O4@PDA粒子。
S3、制备磁性微米机器人：取30mL去离子水，用稀盐酸将去离子水的pH调至2.0，向其中加入0.03gFe3O4@PDA粒子，机械搅拌并且冰水浴超声30min至粒子分布均匀，得到Fe3O4@PDA溶液。
取30mL四尾栅藻(Sq)溶液，在机械搅拌的环境下，将Fe3O4@PDA溶液逐滴加入四尾栅藻溶液中，混合均匀后，得到Sq@Fe3O4@PDA磁性微米机器人。
如图3所示，a为四尾栅藻的光学显微镜图片；b-d为四尾栅藻、磁性四尾栅藻的及其尾巴放大扫描电镜图；e为磁性四尾栅藻中C、N、Fe、O元素的映射分布。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种以微藻为模板的磁性微米机器人，其特征在于：包括模板，所述模板外包裹有磁性纳米粒子，所述磁性纳米粒子外包裹有聚多巴胺；
所述模板为螺旋藻、小球藻和四尾栅藻中的一种或多种；
上述的一种以微藻为模板的磁性微米机器人的制备方法：
S1、制备磁性纳米粒子：取FeCl3·6H2O加入乙二醇中，磁力搅拌至完全溶解，再加入三水乙酸钠粉末和聚乙二醇，搅拌得到棕黄色溶液，将棕黄色溶液在200℃下加热，待自然冷却至室温后，用磁铁收集黑色产物，依次用去离子水和乙醇洗涤，得到Fe3O4磁性纳米粒子，磁饱和值大于80emu/g；
S1中，棕黄色溶液于水热合成反应釜中200℃加热10h；
S2、包裹聚多巴胺：取S1中的Fe3O4磁性纳米粒子加入Tris-HCl缓冲溶液中，在冰水浴中超声并机械搅拌，倒入多巴胺盐酸盐后在冰水浴中持续超声并机械搅拌，反应完成后用去离子水离心洗涤得到Fe3O4@PDA粒子；
S2中，取Tris-HCl溶于去离子水中，用稀盐酸将Tris-HCl水溶液调至pH＝8.5，得到Tris-HCl缓冲溶液；
S3、制备磁性微米机器人：取S2中的Fe3O4@PDA粒子制得Fe3O4@PDA溶液，取微藻溶液，在机械搅拌的环境下，将Fe3O4@PDA溶液逐滴加入微藻溶液中，混合均匀后，得到磁性微米机器人；
S3中，用稀盐酸将去离子水的pH调至2.0，向其中加入Fe3O4@PDA粒子，机械搅拌并且冰水浴超声30min至粒子分布均匀，得到Fe3O4@PDA溶液。
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