CN117907593A - 一种功能化纳米磁珠的制备方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功能化纳米磁珠的制备方法及其产品，所述制备方法包括：将铁盐与碱混合，得到磁核；将葡聚糖进行功能化反应，得到功能化葡聚糖；将磁核与功能化葡聚糖混合，超声，分选，即得。本发明所述方法可以得到粒径在纳米尺度的纳米颗粒，该颗粒表面包被带有功能基团的多糖分子。通过多糖分子的亲水性，纳米颗粒可以稳定在分散在水系溶液中。
Description
技术领域
本发明属于免疫磁珠技术领域，涉及一种功能化纳米磁珠的制备方法及其产品。
背景技术
磁珠是近年发展起来并已广泛应用于生物医学领域的一种新型多功能材料。磁珠的结构通常由具有磁性的内核及核外的包裹层(贵金属，高分子，无机氧化物，多糖等)组成。由于磁核对外磁场的响应，在磁场作用下能够快速集聚从而在分散的溶液中快速、完全分离。在取消磁场作用后，又能再次快速分散。一般地，功能化纳米磁珠应用于生物、医学及食品领域需要满足几个条件：①粒径小且大小均一；②悬浮稳定性要好；③具有高磁响应性；④生物相容性好。
由于不同的反应方式，磁性纳米颗粒的制备方法一般有：共沉淀法、微乳液法、前驱体热分解法、水热法、溶胶-凝胶法等。不经任何修饰的Fe3O4磁核在溶液中极易团聚、稳定性不高且易被氧化。因此在实际应用时需要对磁核进行表面包被以及改性，使磁珠能够保持化学性质稳定，具有良好的生物相容性；同时根据使用的需求，磁珠需要在分散溶剂中具备良好的悬浮性。目前常用的表面修饰方法有表面钝化、聚合物包覆、贵金属包覆以及二氧化硅包覆等。通过包覆修饰的磁性颗粒可形成一种核-壳式结构。SiO2因具有无毒性、良好的化学稳定性、光学透明性、生物相容性及抗分解能力强等特点成为一种理想的包覆材料，所以使用硅烷化试剂进行二氧化硅包覆是一种比较常用的包覆方法。在对磁性纳米颗粒进行SiO2包覆的报道中，溶胶-凝胶法是目前应用最为普遍也是较为成功的方法。但是很多研究得到的Fe3O4@SiO2复合微粒并不理想，磁性核团聚较严重，影响进一步的应用。现行市面上的磁珠，通常在悬浮稳定性和高磁响应性之间存在矛盾。为了实现高磁响应性通常会选择粒径大的磁珠，而粒径大会相应的导致悬浮稳定性较差，且对目标产物的吸附能力低。而通过增加高分子包覆层来提高其吸附能力，这样非磁性物质的含量增加，必然导致磁含量降低，即磁响应性降低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种功能化纳米磁珠的制备方法及其产品。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，一种功能化纳米磁珠的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将铁盐与碱混合，得到磁核；将葡聚糖进行功能化反应，得到功能化葡聚糖；
(2)将磁核与功能化葡聚糖混合，超声，分选，即得。
通过上述制备方法制备的磁核，粒径为微米级别，且本发明创造性地发现将葡聚糖预先进行功能化，再与磁核混合，可以提高磁珠的稳定性。
优选地，所述铁盐包括二价铁盐和三价铁盐。
优选地，所述二价铁盐与三价铁盐的摩尔质量比为(1-3):(1-2)。
其中(1-3)中的具体点值均可选择1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.6、2.8、3等，(1-2)中的具体点值均可选择1、1.2、1.4、1.6、1.8、2等，上述数值范围内其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述铁盐与碱的质量比为(1-2):(1-3)。
其中(1-3)中的具体点值均可选择1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.6、2.8、3等，(1-2)中的具体点值均可选择1、1.2、1.4、1.6、1.8、2等，上述数值范围内其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述铁盐与碱混合在无氧环境下进行。
优选地，所述混合的温度为60-90℃，时间为0.5-2h。
所述温度可以选择60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃、80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃等，所述时间可以选择0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2h等，上述数值范围内其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，铁盐与碱混合后还包括磁力吸附和洗涤。
优选地，所述功能化葡聚糖包括羧基化葡聚糖或氨基化葡聚糖。
优选地，所述羧基化葡聚糖由下述方法制得：将葡聚糖水溶液与硼氢化钠和氢氧化钠混合，再与氯乙酸钠溶液和氢氧化钠混合，透析，冷冻干燥，即得。
优选地，所述葡聚糖、氢氧化钠和氯乙酸钠的质量比为(1-10):(0.1-1):(5-20):(0.5-5)。
其中(1-10)中的具体点值均可选择1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等，(0.1-1)中的具体点值均可选择0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1等，(5-20)中的具体点值均可选择5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、7、18、19、20等，(0.5-5)中的具体点值均可选择0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5等，上述数值范围内其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述氨基化葡聚糖由下述方法制得：将葡聚糖与二甲基亚砜混合，再与氰基硼氢化钠、己二胺依次混合，透析，冷冻干燥，即得。
优选地，所述葡聚糖、二甲基亚砜、氰基硼氢化钠和己二胺的质量比为(1-5):(40-100):(0.5-2):(0.05-0.5)。
其中(1-5)中的具体点值均可选择1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5等，(40-100)中的具体点值均可选择40、50、60、70、80、90、100等，(0.5-2)中的具体点值均可选择0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2等，(0.05-0.5)中的具体点值均可选择0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5等，上述数值范围内其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，磁核与功能化葡聚糖的质量比为(1-10):(1-100)。
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优选地，所述超声的功率为200-2000W，时间为10s-60min。
所述功率可以选择200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W、900W、1000W、1200W、1400W、1600W、1800W、2000W等，时间可以选择10s、20s、30s、40s、50s、1min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min等，上述数值范围内其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述的功能化纳米磁珠的制备方法制备得到的磁珠。
所述磁珠可以应用于对目标产物标记、示踪或分离中。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述方法可以得到粒径在纳米尺度的纳米颗粒，该颗粒表面包被着带有功能基团的多糖分子。通过多糖分子的亲水性，纳米颗粒可以稳定在分散在水系溶液中。本发明发现将葡聚糖预先进行功能化，再与磁核混合，可以提高磁珠的稳定性。
附图说明
图1是磁核粒径分布结果图。
图2是羧基葡聚糖与葡聚糖的红外光谱对照图。
图3是氨基葡聚糖与葡聚糖的红外光谱对照图。
图4是实施例1制备的磁珠的粒径分布结果图。
图5是实施例1制备的磁珠的电位分布结果图。
图6是实施例1制备的磁珠的电位分布结果图。
图7是实施例1和对比例1制备磁珠混匀后静置半小时的对比图。
图8是实施例1和对比例1制备磁珠混匀后紧贴放置在同一块磁铁相同面两侧静止2分钟的对比图。
图9是实施例1和对比例1制备磁珠混匀后紧贴放置在同一块磁铁两侧静止2分钟的对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备例1
本制备例提供一种磁核，所述磁核由下述方法制得：
(1)用分析天平称取90.1g FeCl3·6H2O置于500mL烧杯中，量取500mL超纯水倒入烧杯中，搅拌使其溶解。
(2)溶解后倒入烧瓶中，搅拌(速度300转/分钟)，烧瓶分别连接真空泵和氮气气路。
(3)打开真空泵开关，排出反应体系中的空气后停止真空泵运行；然后向反应体系通入氮气。
(4)重复步骤(3)两次。
(5)最后保持反应体系与氮气联通。
(6)称取40.5g FeCl2·4H2O加入500mL烧杯中，量取450mL超纯水使其溶解。
(7)向步骤(2)中烧瓶倒入溶解后的FeCl2·4H2O液体，然后实施步骤(3)三次。
(8)保持反应体系与氮气联通；取恒压漏斗安装在烧瓶上，加320mL浓氨水倒入漏斗中。
(9)旋转恒压漏斗阀门，使氨水滴入三口烧瓶。
(10)待氨水加完；将冷凝装置安装在烧瓶上，开启冷凝。
(11)打开恒温浴锅，温度设置为90℃，保持一小时。关闭加热，将冷却至室温的三口烧瓶中样品全部转移至烧杯中。
(12)使用磁铁对烧杯中液体进行磁性吸附，待磁核全部吸附后，将上清液小心倒出。将烧杯从磁铁上取下，加入超纯水搅拌均匀。
(13)重复步骤(12)，直至上清液pH＝7。
(14)将步骤(13)中清洗干净的磁核转移至广口瓶中储存，即得微米磁核。
制备例2
本制备例提供一种羧基化葡聚糖，所述羧基化葡聚糖由下述方法制得：
(1)10g葡聚糖(平均分子量为40k)溶解在40mL水中，搅拌1小时；
(2)加入硼氢化钠溶液(0.3g溶解在1.6mL)和氢氧化钠溶液(1g溶解在1.5mL水中)，搅拌15分钟后加入氯乙酸钠溶液(4.5g溶解在40mL水中)和氢氧化钠溶液(4g溶解在10mL水中)；
(3)升温加热到90℃，保持1小时；
(4)冷却，用1M的盐酸中和至pH＝7；
(5)将样品放在分子量40K的透析袋中，在磷酸盐缓冲液中进行透析24小时，以去除盐以及小分子量的杂质；
(6)使用真空干燥机对样品进行冻干。
制备例3
本制备例提供一种氨基化葡聚糖，所述氨基化葡聚糖由下述方法制得：
(1)2g葡聚糖(平均分子量为40k)加入40g二甲亚砜，搅拌1小时；
(2)1g氰基硼氢化钠加入步骤(1)的溶液中，继续室温搅拌24小时；
(3)0.3g己二胺(HMDA)加入上述反应体系，并保持室温搅拌24小时；
(4)将改性后的葡聚糖放在分子量40K的透析袋中，在磷酸盐缓冲液中进行透析24小时，以去除盐及小分子量的杂质；
(5)使用真空干燥机对样品进行冻干。
实施例1
本实施例提供一种功能化纳米磁珠，所述功能化纳米磁珠由下述方法制得：
(1)取1.0g制备例1所述磁核分散在500mL的磷酸盐缓冲液中；
(2)将磁核分散液放置在超声破碎仪(500W)中，开启超声，处理20分钟；超声过程中需保持体系温度低于60度；
(3)将500mL溶解有1g制备例2所述羧基化葡聚糖的磷酸盐缓冲液缓慢的加入磁核分散液中；
(4)持续超声30分钟；超声过程中需保持体系温度低于60度；
(5)停止超声，将样品取出，放入离心机，设置2000g，10分钟进行离心处理；
(6)离心后，小心收集上清，通过美天旎的分选器和分选柱对上清进行磁性清洗；
(7)使用磷酸盐缓冲液收集分选柱中的葡聚糖磁珠，即得。
实施例2
本实施例提供一种功能化纳米磁珠，所述功能化纳米磁珠由下述方法制得：
(1)取1.0g制备例1所述磁核分散在500mL的磷酸盐缓冲液中；
(2)将磁核分散液放置在超声破碎仪(500W)中，开启超声，处理10分钟；超声过程中需保持体系温度低于60度；
(3)将500mL溶解有2g制备例3所述氨基化葡聚糖的磷酸盐缓冲液缓慢的加入磁核分散液中；
(4)持续超声30分钟；超声过程中需保持体系温度低于60度；
(5)停止超声，将样品取出，放入离心机，设置2000g，10分钟进行处理；
(6)离心后，小心收集上清，通过美天旎的分选器和分选柱对上清进行磁性清洗；
(7)使用磷酸盐缓冲液收集分选柱中的葡聚糖磁珠，即得。
对比例1
本对比例提供一种功能化纳米磁珠，所述功能化磁珠由下述制备方法制得：
(1)用分析天平分别称取9.02g FeCl3·6H2O和30g葡聚糖(平均分子量为40K)置于500mL烧杯中，量取500mL超纯水倒入烧杯中，搅拌使其溶解。
(2)溶解后倒入三口烧瓶(1L)中，搅拌(速度300转/分钟)，烧瓶分别连接真空泵和氮气气路。
(3)打开真空泵开关，排出反应体系中的空气后停止真空泵运行；然后向反应体系通入氮气。
(4)重复步骤(3)两次。
(5)最后保持反应体系与氮气联通。
(6)称取4.03g FeCl2·4H2O加入500mL烧杯中量取450mL超纯水使其溶解。
(7)向步骤(2)中烧瓶倒入溶解后的FeCl2·4H2O液体，然后实施步骤(3)三次。
(8)保持反应体系与氮气联通；取恒压漏斗安装在烧瓶上，加320mL浓氨水倒入漏斗中。
(9)旋转恒压漏斗阀门，使氨水滴入三口烧瓶。
(10)待氨水加完，将冷凝装置安装在烧瓶上，开启冷凝。
(11)打开恒温浴锅，温度设置为90℃，保持一小时。关闭加热，将降至室温的三口烧瓶中液体倒入烧杯中。
(12)将样品放入离心机，设置2000g，10分钟进行处理。
(13)离心后，小心收集上清，通过美天旎的分选器和分选柱对上清进行磁性清洗。
(14)使用磷酸盐缓冲液收集分选柱中的葡聚糖磁珠。
(15)加入硼氢化钠溶液(0.3g溶解在1.6mL)和氢氧化钠溶液(1g溶解在1.5mL水中)，搅拌15分钟后加入氯乙酸钠溶液(4.5g氯乙酸钠溶解在40mL水中)和氢氧化钠溶液(4g氢氧化钠溶解在10mL水中)。
(16)升温加热到90℃，保持1小时。
(17)冷却，用1M的盐酸中和至pH＝7。
(18)将样品放在分子量40K的透析袋中，在磷酸盐缓冲液中进行透析24小时，以去除盐以及小分子量的杂质，即得。
测试例1
粒径分析
对制备例1制备得到的磁核进行粒径分析，结果如图1所示，制备的磁核粒径为微米级别，并且粒径分布比较宽，主要粒径分布在2微米到60微米之间。
对制备例2制备得到的羧基化葡聚糖与葡聚糖的红外光谱进行比较，结果如图2所示，羧基化葡聚糖谱图中，由于受到C＝O双键的影响，O-H在3000左右的吸收峰强度得到加强。在1700-1600之间出现了很强的C＝O吸收峰。
对制备例3制备得到的氨基化葡聚糖与葡聚糖的红外光谱进行比较，结果如图3所示，氨基葡聚糖在3400-3300之间出现了N-H的强吸收峰，并且N-H在1700-1590也出现了吸收峰。在1100-1000之间出现了强烈的C-N的吸收峰；
对实施例1制备得到的功能化纳米磁珠进行粒径分析，结果如图4所示，经过超声后，磁核的粒径从微米级降低为纳米级别，并且其分布大部分集中在30-100nm之间。
对实施例1制备得到的功能化纳米磁珠进行zeta电位检测，结果如图5所示，羧基磁珠表面电位为-20至-30mV，证明经过超声后，磁核被羧基葡聚糖包被并稳定的分散在水中，表面具有丰富的羧基。
对实施例2制备得到的功能化纳米磁珠进行zeta电位检测，结果如图6所示，其表面电位为+20至+30mV，证明磁核在超声打散后，被溶液中的氨基葡聚糖包被，表面由于具有氨基而呈现出正电位。
测试例2
稳定性分析
将等量的实施例1和对比例1葡聚糖磁珠悬液混匀，在同一环境中静置300min，结果如图7所示，由图7可知，通过本发明所述方法制备得到的磁珠悬液未发生沉降，但对比例1所述方法制备得到的磁珠悬液发生了明显沉降。
将等量的实施例1和对比例1葡聚糖磁珠悬液混匀，同时按照对称角度紧贴放置在同一块磁铁(5000GS)相同面两侧静置2min，结果如图8所示，由图8可知，通过本发明所述方法制备得到的磁珠悬液仍保持稳定，但对比例1所述方法制备得到的磁珠悬液被磁铁明显吸附。
将等量的实施例1和对比例1葡聚糖磁珠悬液混匀，同时紧贴放置在同一块磁铁(5000GS)两侧静置2min，结果如图9所示，由图9可知，通过本发明所述方法制备得到的磁珠悬液仍保持稳定，但对比例1所述方法制备得到的磁珠悬液被磁铁明显吸附。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种功能化纳米磁珠的制备方法及其产品，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将铁盐与碱混合，得到磁核；将葡聚糖进行功能化反应，得到功能化葡聚糖；
(2)将磁核与功能化葡聚糖混合，超声，分选，即得。
2.根据权利要求1所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述铁盐包括二价铁盐和三价铁盐；
优选地，所述二价铁盐与三价铁盐的摩尔质量比为(1-3):(1-2)。
3.根据权利要求1或2所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述铁盐与碱的质量比为(1-2):(1-3)；
优选地，所述铁盐与碱混合在无氧环境下进行。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为60-90℃，时间为0.5-2h。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，铁盐与碱混合后还包括磁力吸附和洗涤。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述功能化葡聚糖包括羧基化葡聚糖或氨基化葡聚糖；
优选地，所述羧基化葡聚糖由下述方法制得：将葡聚糖水溶液与硼氢化钠和氢氧化钠混合，再与氯乙酸钠溶液和氢氧化钠混合，透析，冷冻干燥，即得；
优选地，所述葡聚糖、硼氢化钠、氢氧化钠和氯乙酸钠的质量比为(1-10):(0.1-1):(5-20):(0.5-5)。
7.根据权利要求6所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述氨基化葡聚糖由下述方法制得：将葡聚糖与二甲基亚砜混合，再与氰基硼氢化钠、己二胺依次混合，透析，冷冻干燥，即得；
优选地，所述葡聚糖、二甲基亚砜、氰基硼氢化钠和己二胺的质量比为(1-5):(40-100):(0.5-2):(0.05-0.5)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，磁核与功能化葡聚糖的质量比为(1-10):(1-100)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的功能化纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为200-2000W，时间为10s-60min。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的功能化纳米磁珠的制备方法制备得到的磁珠。
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