一种介孔磁性高分子复合球及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物材料领域，涉及一种介孔磁性高分子复合球。
技术背景
[0002]超顺磁性纳米颗粒因其具有超顺磁性、良好的生物相容性、单分散性、粒径均一、表面易于功能化等特点，被广泛应用于磁共振显影、生物分离(细胞分离、蛋白分离等)、药物传递系统、磁热疗及基因治疗等生物医学方面。由于超顺磁性纳米颗粒的粒径很小，在用于生物分离时，在磁场作用下产生的磁作用力也很小，需要在很强的磁场下或作用很长时间才能达到较好的分离效果。目前，有部分研究者通过将超顺磁性纳米颗粒与聚合物混合制成复合微球，来增加其在磁场作用下产生的磁作用力，使分离效率得到了提高。
[0003]目前虽然有不少采用无机材料或高分子材料包裹超顺磁性纳米颗粒形成复合微球的报道，但由于包覆材料的遮蔽作用，使得复合微球的磁含量和比饱和磁化强度都较低，降低了其磁响应性，从而限制了其应用。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供了一种介孔磁性高分子复合球，该复合微球具有很高的磁含量和比饱和磁化强度，且制备条件温和，产品稳定性好，便于推广应用。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现:
一种介孔磁性高分子复合球，包括超顺磁性纳米颗粒和水溶性高分子包覆层，所述水溶性高分子包覆层包裹所述超顺磁性纳米颗粒，经乳化交联后，大量的所述超顺磁性的纳米颗粒紧密堆积形成球状，所述复合球具有介孔结构。在所述复合微球中水溶性高分子或其单体首先包裹超顺磁性纳米颗粒形成纳米小球，再由所述纳米小球紧密堆积成复合球，并经聚合物交联或单体聚合对复合球进行稳定，得到具有介孔结构的复合球。所述介孔结构不仅有利于提高复合球的磁含量和比饱和磁化强度，还可以为某些蛋白或活性因子提供相应的结合位点，从而将其用于相应物质的选择性吸附和分离。
[0006]作为可选方式，在上述介孔磁性高分子复合球中，所述水溶性高分子包覆层为羧化壳聚糖(CMCS)、壳聚糖、纤维素、聚丙烯酰胺中的至少一种，或以丙烯酸、丙烯胺、丙烯酸二甲氨基乙酯中的至少一种为单体形成的聚合物。
[0007]作为可选方式，在上述介孔磁性高分子复合球中，所述复合球的平均粒径范围为500~600nm,介孔的平均孔径为40~50nm。
[0008]作为可选方式，在上述介孔磁性高分子复合球中，所述超顺磁性纳米颗粒可以是四氧化三铁，Y-三氧化二铁等具有超顺磁性纳米粒子中的至少一种，还可以是掺有如锰，钴或锌等金属元素以提高比饱和磁化强度的铁氧磁性纳米粒子中的至少一种。
[0009]作为可选方式，在上述介孔磁性高分子复合球中，所述超顺磁性纳米颗粒为Fe304磁性纳米粒子，优选粒径为4nm?20nm。
[0010]作为可选方式，在上述介孔磁性高分子复合球中，所述复合球形状规整、粒径均匀、单分散性良好，比饱和磁化强度在60 emu g 1以上，磁含量在85%以上，所述超顺磁性纳米颗粒均匀分布在所述介孔磁性高分子复合球中。
[0011]介孔的磁性复合球通常是通过模板法来制备，但是模板法需要移除模板，操作繁琐，且模板不易除去。所以，一系列非模板法被提出，Zhang等(ACS Appl.Mater.1nterfaces2013, 5，614 - 621)结合了溶剂热法与高温煅烧方法，制备出介孔的Y _Fe203纳米团簇，但是该制备方法需要高温操作，反应条件不温和。Ma等(ACS Nano, 2012，6，3179-3188)先通过溶胶凝胶法制备出磁性胶体纳米晶团簇，再经过水热处理得到以Fe304为核，Ti02为壳的介孔Fe304@mTi02微球。但其制备过程繁琐，且需要高温操作。提出一种简易的反应条件温和的制备方法来合成出介孔的复合球是一项有意义的工作。
[0012]因此，本发明还提供了一种制备上述介孔磁性高分子复合球的方法，包括以下步骤:
(1)将超顺磁性纳米颗粒分散在水中制成悬浮液；
(2)将水溶性高分子的水溶液或水溶性单体的水溶液与步骤(1)中制备的超顺磁性纳米颗粒悬浮液共同搅拌，使所述水溶性高分子或水溶性单体包覆到超顺磁性纳米颗粒表面，得到纳米粒子悬浮液；
(3)将步骤(2)中得到的纳米粒子悬浮液加入到液体石蜡中，对混合液进行匀浆分散；
(4)向步骤(3)中得到的匀浆液中加入交联剂或引发剂:当步骤(2)中加入的是水溶性高分子的水溶液时，加入交联剂，对水溶性高分子进行交联，当步骤(2)中加入的是水溶性单体的水溶液时，加入引发剂，引发单体聚合；形成介孔磁性高分子复合球。
[0013]作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤(2)中水溶性高分子或水溶性单体与超顺磁性纳米颗粒的质量比为1:1~1:2。
[0014]作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤(3)中所述的液体石蜡中含有司盘80 (span80),通过加入司盘80可以使乳化形成的液滴更均勻。所述司盘80的体积百分含量为 5%~60%。
[0015]作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤(3)中所述匀浆分散的条件为2000rpm_6000rpm，5_20min。
[0016]作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤(4)中的交联或聚合反应的条件为:60°C，lOOOrpm转速下搅拌反应4h。
[0017]作为可选方式，在上述制备方法中，包括以下步骤:
(1)将超顺磁性纳米颗粒分散在水中制成浓度为10mg/ml的悬浮液；
(2)将5-50ml浓度为5mg/ml水溶性高分子的水溶液或水溶性单体的水溶液与5_50ml步骤(1)中制备的超顺磁性纳米颗粒悬浮液共同搅拌6-20小时，使所述水溶性高分子或水溶性单体包覆到超顺磁性纳米颗粒表面，得到纳米粒子悬浮液；
(3)将200ul-lml步骤(2)中得到的纳米粒子悬浮液加入到含有l_6ml司盘80的10-20ml液体石蜡中的液体石蜡中，对混合液进行匀浆分散，匀浆分散的条件为:2000rpm-6000rpm，5_20min ；
(4 )向步骤(3 )中得到的匀浆液中加入25-125mg交联剂或引发剂:当步骤(2 )中加入的是水溶性高分子的水溶液时，加入交联剂，对水溶性高分子进行交联，当步骤(2)中加入的是水溶性单体的水溶液时，加入引发剂，引发单体聚合；交联或聚合反应的条件为:60°C，lOOOrpm转速下搅拌反应4h,形成介孔磁性高分子复合球。
[0018]作为可选方式，在上述制备方法中，所述交联剂为京尼平或戊二醛，优选京尼平；所述引发剂为过硫酸铵(APS)或过硫酸钠。
[0019]本发明还提供了一种所述介孔磁性高分子复合球的应用，其特征在于，将其用于分离蛋白质。
[0020]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0021 ] 本发明的有益效果:
1、本发明所述复合微球具有很高的磁含量和比饱和磁化强度，且制备条件温和，产品稳定性好，便于推广应用。
[0022]2、本发明所述复合微球的制备方法先将超顺磁性纳米粒子表面包覆一层水溶性高分子或单体，再将其滴加到油相液体石蜡中，在剧烈的搅拌力作用下将其乳化成油包水的杂化液滴，然后加入交联剂或引发剂稳定乳化系统，逐渐形成介孔的磁性高分子复合球。所述聚合物交联或单体聚合反应在低温条件下(60°C左右)即可进行，其余步骤均可在室温下进行，反应条件温和，设备要求低，操作十分简单，且原料价廉，易大规模生产。
[0023]【附图说明】:
图1为本发明实施例1中所述介孔CMCS/Fe304复合球的制备方法示意图。
[0024]图2为本发明实施例1中制备的样品的粒径、形貌表征结果图，其中A为Fe304纳米粒子的TEM照片；B为Fe304@CMCS纳米粒子的TEM照片；C为CMCS / Fe304复合球的SEM照片，其左上角插入的图片为复合球表面形貌的放大图；D*CMCS / Fe304复合球的T