（工业催化专业论文）多重敏感复合微球的制备及性能研究.pdf

摘要 摘要 本文结合f e 3 0 4 、n 异丙基丙烯酰胺( n t p a m ) 和壳聚糖的特性，制备了具有磁敏、 温敏和p h 敏感性能的多敏性复合微球，并进一步考察了牛血清蛋白( b s a ) 在复合微球 中的吸附效果。 ( 1 ) 用共沉淀法制备了f e 3 0 4 磁性纳米粒子，并对其用油酸进行表面改性，继而采 用沉淀聚合法制备了壳聚糖磁性微球。考察沉淀剂浓度、乳化剂种类、f e 3 0 4 的改性等 条件对制备微球的影响。研究结果表明，在适宜条件下，可以制得平均粒径为1 5 0n n l 、 单分散性好且磁性明显的壳聚糖磁性微球。 ( 2 ) 在壳聚糖磁性微球的基础上通过乳液聚合法制备了多重敏感的的f e 3 0 4 壳聚糖 - n i p a m 复合微球。通过考察制备过程中多个因素对合成微球的影响，优化实验条件得 到平均粒径为4 0 0n l i l 的分布均匀、分散性良好的复合微球。通过s e m 、t e m 、f t i r 、 x r d 、t g 等对其进行了结构表征。其温敏、p n 、磁性敏感性能研究结果表明其多重敏 感性能良好。以粒径分析仪检测得出复合微球在水中的最低相转变温度( l c s t ) 为3 l9 c 。 在不同的p h 值的缓冲溶液中的l c s t 从2 8 。c 变化到3 2 。c 。磁性测试表明复合微球具 有超顺磁性，在交变磁场中复合微球可升温至4 5 。c 。 ( 3 ) 使用紫外可见分光光度计考察了b s a 在复合微球中的吸附效果，通过正交实 验考察温度、p h 变化、b s a 浓度及时间对吸附的影响。结果表明p h 值对吸附的影响 程度最大，且呈现温敏特征。最佳吸附条件为t = 4h ，p h = 4 9 ，t = 2 09 c ，b s a 初始 浓度1 0m g m l 1 。通过吸附动力学考察该条件下平衡吸附量6 2 2m g g - 1 。吸附平衡浓度 与吸附量之间的关系符合l a n g m u i r 吸附等温方程。 关键词：多重敏感；四氧化三铁；n i p a m a b s t r a c t a b s tr a c t m u l t i s e n s i t i v ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e sw e r ef a b r i c a t e dv i ae m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n o ff e 3 0 4 ，c h i t o s a na n dn i s o p r o p y l a c r y l a m i d e 烈i p h m ) ，t h e nt h ea d s o r p t i o no fb o v i n e s e r u ma l b u m i n ( b s a ) w a ss t u d i e d ( 1 ) t h ef e 3 0 4n a n o p a r t i c l e sw e r ep r e p a r e db yc o - p r e c i p i t a t i o nm e t h o da n dm o d i f i e db y o l e i ca c i d c h i t o s a n m a g n e t i cm i c r o s p h e r e s w e r et h e n p r e p a r e db yp r e c i p i t a t i o n p o l y m e r i z a t i o nm e t h o d t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h ec o n c e n t r a t i o no ft h ep r e c i p i t a n t ，t h e t y p eo fe m u l s i f i e ra n dt h em o d i f i c a t i o no ft h ei r o no x i d ea r et h em o s te f f e c t i v ep a r a m e t e r sf o r t h ep r e p a r a t i o no ft h em i c r o s p h e r e s t h es e m ，f t i ra n dd l sr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e m i c r o s p h e r e sa r eu n i f o r m l yd i s t r i b u t e da n dt h ed i a m e t e ri sa b o u t15 0n n l t h em a g n e t i ct e s t s h o w st h em i c r o s p h e r e sa r em a g n e t i cs e n s i t i v e ( 2 ) t h ec h i t o s a nm a g n e t i cm i e r o s p h e r e st h e nw e r ee m b e d d e di nn i p a mt op r e p a r et h e m u l t i s e n s i t i v ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e sv i ae m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n t h em a g n e t i c ，t h e r m o a n dp hs e n s i t i v ep r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e sw e r ei n v e s t i g a t e d f r o mt h e m a g n e t o m e t e rm e a s u r e m e n t sd a t a , t h ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e sa l s oh a v es u p e r p a r a m a g n e t i c p r o p e r t ya sw e l lf i t sf a s tm a g n e t i cr e s p o n s e t h ee l e c t r o m a g n e t i c a l l yi n d u c e dh e a t i n gs h o w s t h a tt h ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e sc o u l db eh e a t e du pt o4 5 。ci na na l t e r n a t i n ge l e c t r o m a g n e t i c f i e l d t h es i z eo ft h ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e ss h o w e ds e n s i t i v et op ha n dt e m p e r a t u r e i ti s f o u n dt h a tt h el o w e rc r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e ( l c s t ) o ft h ec o m p o s i t em i e r o s p h e r e si s 2 9 。ci nw a t e r , a n dt h el c s tc h a n g e sf r o m2 8 。ct o3 2 。ci np hr a n g ef r o m4 7t o7 4 ( 3 ) t h ec o m p o s i t em i c r o s p h e r e sw e r el o a d e d 州mb r o v i n es e r u ma l b u m i n ( b s a ) a s m o d e ld r u gb ya d s o r p t i o n t h ea d s o r p t i o nc o n d i t i o n ss u c ha sp h ，t e m p e r a t u r e ，c o n c e n t r a t i o n o fb s aw e r ei n v e s t i g a t e db yo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t ，a n dt h ea d s o r p t i o nk i n e t i c sw a s d i s c u s s e d t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h ea d s o p t i o ni sp ha n dt h e r m os e n s i t i v e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eq u a n t i t yo fi m m o b i l i z a t i o ni so v e r6 2 2m g 分1 i tc o n f i r m st h e p o t e n t i a la p p l i c a t i o n so ft h e s em i c r o s p h e r e sf o r t h et a r g e t e dd e l i v e r yo fd r u g s k e y w o r d s ：m u l t i s e n s i t i v em i c r o s p h e r e s ；i r o no x i d e ；n i p a m 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明 确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：挛绣 7 ，o 分年7 月f7 日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其他指定机构送交论文的纸质版和 电子版，有权将学位论文用于非营利目的的少量复制并允许论文进入 学校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检 索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密 后适用本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( u 作者签名：专易日期：z 彳年7 月 多日 新虢小十嗍沙符7 月加 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 智能敏感体系概述 刺激响应型材料是结构、物理和化学性质( 如相态、形状、表面能、反应速率、渗 透速率或识别性能等) 可以随外界环境( 热、磁场、p h 值、光、电流等刺激信号) 改变而 变化的一类智能材料【啦! 。这类材料在基础研究中有着重要意义，它们形成的纳米或者 微米尺度的智能体系如凝胶、微球、胶囊等也有重要应用价值。在外界温度、p h 值、 粒子强度等因素的调控下，将其用于药物输送系统，可以调节药物的释放，减少药物的 用量，达到高效治疗以及低毒副作用的效果，实现药物使用的最优化【3 4 】。 根据响应环境因素的多少，智能敏感体系分为单一敏感智能体系、双重敏感智能体 系或多重敏感智能体系。单一敏感智能体系根据响应环境的不同可分为温敏敏感、p h 敏感、电场敏感、光敏感性、压敏和磁场敏感等。双重敏感根据响应环境的不同又可分 为温度、p h 敏感；热、光敏感；磁性、热敏；p h 、离子刺激敏感等。本章概述了敏感 材料在温敏、磁敏以及p h 敏感方面的应用和制备方法，并进一步给出了本论文设计及 主要内容。 1 1 1 单一敏感体系 1 1 1 1 磁性敏感体系 在磁性材料中，f e 3 0 4 与同类磁性材料c o 、n i 、氮化铁等相比具有高的氧化稳定性 以及较低的毒性，所以常被选为磁性高分子复合微球中的磁性颗粒。纳米磁性f e 3 0 4 是 一种重要的尖晶石型铁氧体，是目前所发现主要的具有强磁性，高居罩点的氧化物磁性 材料。由于其粒径小，比表面积大，具有很高的磁敏感性，表面可修饰上各种生物活性 基团，使它在颜料，磁流体，医药，催化，电子等领域得到了广泛的应用【5 】。近年来， 纳米f e 3 0 4 在医学方面正在逐步扮演重要角色，其作为磁性纳米药物载体在生物体内利 用外加磁场，使药物在病变部位富集，减小正常组织的药物暴露，提高药物的疗效。利 用磁靶向技术进行肿瘤的磁栓塞治疗、热疗等的研究也在进一步深入【6 7 】。 粒径小于1 5n m 的f e 3 0 4 纳米粒子具有超顺磁性，即在没有外界磁场作用时，没有 磁性；而存在外界磁场作用时，则极易被磁化；外界磁场撤销后，又会在极短时间内退 磁，没有磁滞现象，矫顽力为零【8 】。这一性能使磁靶向给药系统作为一种理想的给药方 第一章文献综述 式而广泛应用- t - n 中瘤治疗中【9 1 。美国m i t 研究组【1 0 】将铁磁体“种植”在凝胶内，当施加 磁场时铁磁体发热，使周围凝胶温度升高诱发溶胀或收缩从而进行释药考察。 1 1 1 2 温度敏感体系 自1 9 7 5 年美国麻省理工学院田中丰一教授发现聚酰胺类物质可因温度改变而发生 相转变以来【i ，用于制备温敏微球的高分子材料被广泛研究，其中对于n 异丙基丙烯 酰胺( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ，n i p a m ) 的研究最为深入。其特征表现为当温度升高至特定 温度3 2o c 后，聚合物n i p a m 溶液的溶解度突然下降，发生相分离而从水溶液中沉淀 出来，这一特定温度称为最低临界相变温度( l c s t ) 1 2 】。n i p a m 溶液的透光率随着温度 的升高在l c s t 处出现急剧的下降，溶液由澄清变为浑浊，当温度冷却至3 lo c 时，溶 液回复澄清状态。这是因为在水溶液中，n i p a m 分子中存在两种作用力【1 3 】：分子中 羰基和亚胺基- n h c 亲水基团与周围水分子的氢键作用力( 亲水作用力) ；分子中的异 丙基c h ( c h 3 h 疏水基团间的疏水缔合作用( 疏水作用力) 。低温时氢键起主要作用，表 现为n i p a m 溶于水；温度升高时，氢键被破坏，疏水力逐渐起主要作用，当达到l c s t 以上时，聚合物分子链与水发生相分离，导致聚合物的析出。其过程如图1 1 所示【1 4 1 。 其中，温度升高对疏水基团的影响表现在两方面：一方面随温度升高，聚合物溶液体系 的嫡增加，疏水基团的缔合作用增强；另一方面，水分子的热运动加剧，使水与疏水基 团的作用发生变化。总的结果是n i p a m 大分子内及分子间疏水作用加强，形成疏水层， 水分子从溶剂化层排出，表现为相变，此时高分子由疏松的线团结构变为紧密的胶粒状 结构，即发生c o i l g l o b u l e 转变，从而产生温敏性f 1 5 】。 实际应用时，还需进一步调节l c s t ，且由其单体制备的水凝胶机械性能较差，限 制了其在药物载体方面的应用。故常采用其与其他物质结合得到适合的l c s t 及机械性 能的聚合物【l6 1 。当n i p a m 分子链中通过共聚合、加入盐或大分子引入其它单体结构单 元时【1 7 】，亲水作用力与疏水作用力的相对大小会发生变化，其l c s t 也会发生变化【1 引。 一般说来，与亲水性的共聚单体如丙烯酸( a a c ) 等聚合可以升高共聚物的l c s t ，与疏 水性的共聚单体如丙烯腈( a n ) 等聚合则降低共聚物的l c s t 1 9 2 0 1 。制备温敏微凝胶的原 料n i p a m 虽有一定的毒性，但聚合产物无毒【2 1 1 ，使其在医药方面的应用日益广泛。y i n g 等【2 2 】制成了聚氟亚乙烯- n i p a m 共聚物温敏聚合物膜，其平衡溶胀率随温度的升高而降 低，可以控制药物渗透释放。马晓梅等【2 3 】制成了n i p a m 凝胶，研究了极性链的增减对 凝胶相变温度的影响。 2 第一章文献综述 图1 1n i p a m 温敏示意图 1 1 1 3p h 敏感体系 p h 敏感材料是其高分子结构中含有大量易水解或质子化的基团羧基，羟基或者氨 基，当外界p h 变化时，这些基团的解离程度相应改变，使高分子网络的交联点增多或 减少，从而引起体系溶胀或收缩显示p h 敏感性能【2 4 1 。其中壳聚糖以其良好的生物相容 性而受到广泛研究。壳聚糖( c h i t o s a n ，c s ) 是虾、蟹和昆虫壳骨架中提取物甲壳素的脱 乙酰产物，是自然界中唯一的碱性多糖。壳聚糖具有生物相容性好、易生物降解、无毒、 环境友好等特性，从而在医学领域的应用具有重要意义。壳聚糖作为药物载体可以控制 药物释放、延长药物疗效，改善药物的稳定性和改变给药途径；还可以大大加强制剂的 靶向给药能力，近年来其在靶向给药输送方面的应用受到人们的关注【2 5 2 6 1 。 壳聚糖是一种带正电荷的天然多糖，只能溶于稀酸中，且溶解度亦不大。通过改性 可较好地解决壳聚糖的溶解性、稳定性和加工性等问题。壳聚糖分子内存在羟基、氨基 等官能团为改性提供了方便，有利于和其他含有氧和氮的化合物共混形成较强的分子间 作用力。通过引入不同性质的官能团，可得到不同性能和功效的壳聚糖衍生物2 7 2 8 1 。例 如，通过引入羧基c o o h 可使壳聚糖的水溶性得到很大的改善，使原来在中性和碱性 条件下不溶解的壳聚糖，在任何p h 范围内都能溶解【2 9 1 。这一特性拓宽了壳聚糖的应用 领域，提高了它的应用价值。壳聚糖加入交联剂后可制备具有p h 敏感性的智能水凝胶， 在生物医药领域具有较广阔的应用前景【3 0 , 3 1 】。姚康德等【3 2 1 以壳聚糖作为聚阳离子组分制 备了p h 敏感性聚电解质配合物，结果证明具有很好的p h 刺激敏感性。 1 1 2 双重多重敏感体系 随着研究工作的开展，发现单一敏感智能体系在很多场合不能满足需求，导致双重 敏感智能体系不断出现。比如磁性和温度敏感智能材料的复合，针对癌症的磁致热疗实 3 第一章文献综述 验均达到了良好的效果【3 3 】。磁性和p h 敏感材料的复合，制备出的复合微球具有良好的 释药性能。温度敏感和p h 敏感凝胶的制备，在蛋白质与缩氨酸和药物释放方面取得了 可喜成绩【3 4 】。 磁敏与温敏体系：a n g 等【3 5 1 用磁化的n i p a m f e 3 0 4 体系进行癌症的热疗实验，达 到了较好的效果。s h a m i m 等【3 6 】通过种子聚合制备出用n i p a m 包裹用巯基丙酸改性的 f e 3 0 4 的核壳结构，检测得出其双敏性能，并进行蛋白质吸附的测试。汪长春等【3 7 】在前 人的基础上成功地将f e 3 0 4 s i 0 2 纳米粒子包埋在交联的温敏性n i p a m 中，获得了同时 具有超顺磁性和温敏特性的双功能磁性温敏高分子复合微球。他们认为，这种微球有望 用于药物输送和生物分离等领域。k h a n 3 8 1 制备了n i p a m a a c 包裹的f e 3 0 4 复合粒子， 粒径约1 0 0 n i n 。 温敏与p h 敏感体系：c a i 等【3 9 】用辐射聚合通过层层吸附得到了壳聚糖n i p a m 凝胶， 且检测其溶胀性能受环境的影响。a l v a r e z l o r e n z o 等【4 0 】制备了壳聚糖- n i p a m 的i p n 半 互穿网络体系并以为模型药物检测了其释药性能。褚良银等【4 1 】制备了交联结构的 n i p a m a a c 凝胶如图1 2 所示，其溶胀比随反应物配比的不同而不同。z h a n g 等【4 2 1 制 备了苯乙烯二甲基氨甲基丙烯酸乙酯( p d m a e m a ) 结合的温敏与p h 敏感微球，其敏感 性能如图1 3 所示，其粒径随着温度与p h 的变化而发生变化。 匿 磁敏与p h 敏感体系：w u 等【4 3 】合成了具有p h 敏感和磁敏感的壳聚糖f e 3 0 4 聚丙 烯酸( c s f e 3 0 4 p a a ) 聚合物微球如图1 4 所示，首先壳聚糖与f e 3 0 4 通过电荷吸引产生 自聚合，然后与p a a 聚合，得到粒径为3 5 0n n l 的双敏微球。陈胜掣4 4 1 合成了磁性壳聚 糖- 聚丙烯酸微球并测定了其热稳定性，并迸一步研究了其对蛋白质的吸附作用。j i a 等 【4 5 1 通过乳液聚合用壳聚糖与铁离子制备了复合微球。 4 。忙c ”j 等鼗 ? 图1 3p d m a e m a 微球的敏感性特征 罔1 4c s f e w op a a 合成机理尉 双嚷敏感智能体系取得k 足进步的叫，将多种智能敏感材料复含在一起达到多币 挣的多重敏感体系也h 盏成为研究的热点。火。r 多重被感体系，g o h y 等报道了具自 温敏、p h 敏感、离了强度敏感的乙烯噼昵蚪氖乙垸结合5 p 难阿烯酸环氧己烷 ( p 2 v p b - p e oa n dp m a a - b p e o ) 聚合物汗长春等报道了几仃温被、口h 敏感以及光 敏的氧化许改性f e m on i p a m 碲蚴q ( f e m 0n i p a m c d t e ) 复合微球，其结构为分敞 h = 良好的粒狰15 0n m 的复合做球立_ i l 纠i5 所示，其一 c d t e 为一戈光阼物质，考察结粱硅 示复俞微球j l 自多再啦感特陛。多咀敏感体系往来柬儿r 内必将成为研究热点而受到更 多的关注。 硒暖醒壹疆殂i i 叠薯 图1 5f e 卅0n i p a m - c d t e 微球的s e m 图片 = 彳 ，拳 文￥ 圆一 一、m， 一一、蘩击卅燕 第一章文献综述 1 2 磁性高分子复合微球的应用 磁性高分子微球是指通过适当方法使高分子微球与具有一定磁性的无机物形成表 面具有特殊功能团的微球，这种磁性微球具有两个显著特点：一是其具有超顺磁性，二 是其具有高分子粒子的特性，可以对其表面进行化学修饰从而赋予其表面多种具有生物 活性的功能团( 如o h ，c o o h ，- n h 2 等) 。这些特征使更易形成多重敏感体系，因此受 到人们越来越多的关注。其在蛋白质分耐4 引，药物释控【4 9 1 ，细胞分离【5 0 1 ，肿瘤热疗【s l 】 等领域有广泛的应用。 1 2 1 蛋白质分离 磁性聚合物微球用于蛋白质分离是近十年的研究成果。其原理如图1 6 所示5 2 1 ：磁 性聚合物微球吸附蛋白质的能力在l c s t 附近呈突跃式变化，在高温时吸附蛋白质，低 温时微球溶胀而使蛋白质释放。用这种微球吸附的蛋白质，解吸下来后蛋白质变性小， 能保持高的生物活性。因此，把这种微球用于蛋白质分离是非常有用的。 丁小斌等【硼制备了热敏性的磁性温敏苯乙烯微球( f e 3 0 9 p ( s t - n i p a m ) ) ，将其用于人 血清白蛋f 刍( h s a ) 的吸附解吸研究，其结果表明该微球具有简便、快捷的磁分离特性。 b h a t t a r a i 等酬制备了壳聚糖与聚乙二醇( p e g ) 接枝的凝胶体系，并通过对b s a 模型药物 的释放研究，验证了其缓释性能。 t ) l c s t 咿g o o 艄譬竺：o + i “- + 0o 、t ；r m 。d t ( i g s t 图1 6 蛋白质在磁性温敏微球( t m p ) 中的分离示意图 1 2 2 药物释控 药物输鳓( d r u gd e l i v e r ys y s t e m ，d d s ) 就是将药物或者其它生物活性物质和载体 材料结合在一起使药物通过扩散等方式在一定的时间内，以某一速率释放到环境中或者 6 是输送到特定靶l ：【纵，对机体健埭产佳作川”】。磁胜高分f 复合微球凼表脚富含各种 功能基和大景的表i 厨乜荷，凼此易与子种t 物分子进行偶联。其释曲包括挤压_ 1 = ，开 笑控制模式，脉冲作用释放模式，微泉作j 1 j 释放模式等。 磁性载体药物在休内的分敞机理如剖17 所示：磁性微球从动脉管汴八细胞然后 通过淋巴管转移到淋巴结处，进入噬细胞，从而分散j 。细胞体系，进而影响细胞活性， 达到秆拌的h 的。 磁性高分了聚合微球药物找体的研究片向是向智能化进 r ，如在磁性 ，汾r 微球中 导入荧光材料，r ，j 以川j 细胞的杯皑干丌追踪，以及免疫分析，川时还可以庶j h 到药物钡 域，如 含荧光材料的靶m 曲物存磁场的作川f 通过荧光村； _ l 的特陡进选定位。 r a m a n a n 等聚川辅刺聚合法以光敏交联剂聚己醉阿烯睃酯( p e g d a ，p o l v f e t h y l e n e g l y c 0 1 ) d i a c r y l a l e ) 1 - 泓敬性的n i p a m 为原料合成纳米水f 疑腔，进而形成h 网络纠i 构 ( i p n ) ，斤以b s a 为模，弘药物水研宄该体系性质由于政体系c p 的n 1 p a m 时温脞敏感， 可1 故约以寅现约物的温被控释，可p e g d a 则刈光敏堪n h _ j 体内定位。二聚合物 的粒径为1 0 0m n 【i t 载曲量最大】_ _ _ 叫仃徽叫丝的缓释敛粜，凡在3 7 。c ( l c s t 咀上1 叫 的释药述率比2 5 。c ( l c s t 以下) 时婪帙，早温敏释放模刊。 蕊 荔襞棼 圈1 7 磁性载体药物在体内分散示意图 123 肿瘤热疗 近年求，鹿h | j 。舯蝴淆，的磁靶热，n 0 越了人们越术越多的天7 l - 。将肿撕j ，u 热 争4 1 。c 4 6 。c ，可使痈细胞受热：町死广，此种温度范俐治疗恶性肿精的玎法称为热疗 第一章文献综述 ( h y p e r t h e r m i a ) 5 7 1 。j o r d a n 等【5 8 】提出磁流体热疗( m a 髓e t i cf l u i dh y p e r t h e r m i a ，m f h ) i 搠, 点。j o r d a n 等将磁流体注入c 3 h 大鼠乳腺癌移植瘤瘤内，经交变磁场局部照射，磁性 微粒吸收能量升温至4 7o c ，结果肿瘤得到有效控制。磁热治疗特别适于那些难以进行 加热的部位的肿瘤治疗，如脑瘤的治疗。如果在磁性纳米粒上加载抗肿瘤药物，利用化 疗功能，抗肿瘤效果更为理想。 磁性热疗原理如图1 8 所示【s 9 】，磁性载体药物首先通过药物传递系统( d m gd e l i v e r y s y s t e m ( d d s ) ) 被注射入并定位于肿瘤组织，然后通过磁共振感应( m a g n e t i cr e s o n a n c e i m a g i n g ( m r i ) ) 进行分析，待其均匀定位后，体外开始施加交变磁场或进行微波照射， 此时位于肿瘤血管的磁性载体一方面对肿瘤组织加热，另一方面栓塞血管使肿瘤组织血 液缓慢、散热困难、热量聚集，肿瘤组织温度升高。同时，化疗药物从载体中释放出来， 浓集在加热肿瘤部位，达到靶向治疗的目的。 热疗的主要问题是要将热限制于癌灶，不损伤正常组织。这一目标可通过将磁性材 料导入癌灶，利用低频交变磁场中的磁滞生热原理来实现【6 6 】。在低频交变电磁场( 1 0 0r i m ) 多1 0 0 0 倍以上【6 1 】。磁场能转换成热能的大小主要取决于 磁场频率和磁性粒子的性质，其典型特征是比吸收率( s p e c i f i cp o w e ra d s o r p t i o nr a t e ， s a r ) ，即单位时间单位质量将能量转换成热能的量，以铁w g - 1 计，磁材的s a r 越高， 其热效应越好。杜益群掣5 7 】用化学共沉淀法制备用于肿瘤磁流体热疗的f e 3 0 4 磁性纳米 粒子并对其进行表征，得出不同浓度的磁流体在交变磁场下可升温至3 7o c - 5 6o c 。 秘嘲胁瞄瓣， 图1 8 热疗示意图 第一章文献综述 1 3 磁性高分子复合微球的制备 1 3 1 四氧化三铁的制备 目前纳米f e 3 0 4 的制备主要依赖于化学制备方法，又可分为均相制备法和非均相制 备法，其中均相制备方法包括共沉淀法和高温分解法，非均相制备方法有微乳液法、溶 胶凝胶法、超声化学法、激光分解法和电化学沉淀法等【6 2 】。其中化学共沉淀法是制备 f e 3 0 4 纳米粒子的经典方法之一，其原理是f e 2 + 和f e 3 + 离子在碱性条件下水解制得 f e 3 0 4 沉淀，反应方程式为：凡2 + + 2 f e 3 + + 8 0 h 一= f e 3 0 4 + 4 h 2 0 。 根据反应热力学，在f e 2 + 和f e 3 + 摩尔比为o 5 的情况，为了确保f e 3 0 4 的完全沉 淀，必须在没有氧气下控制溶液p h 在9 1 4 之间，否则f e 3 0 4 按反应式 4 凡3 q + d 2 + 18 h 2 0 = 1 2 f e ( o h ) 3 氧化为f e ( o h ) 3 。常见除氧气方法是通氮气。m u r b e 等【6 3 1 研究了温度与p h 值对f e 3 0 4 粒径的影响。程海斌【“1 等人采用改进共沉淀法制得的 纳米f e 3 0 4 复合粒子能在更宽的p h 值范围内稳定分散。 1 3 2 四氧化三铁的表面修饰 f e 3 0 4 纳米粒子由于具有较高的比表面积，粒径小，存在大量不饱和键，化学活性 高，具有强烈的团聚倾向。所以许多学者通过在f e 3 0 4 粒子生成后加入表面活性剂进行 表面修饰以达到减少团聚的目的，增强粒子的分散性。同时，适当表面修饰还可以调节 磁性纳米粒子与其他材料的相容性和反应特性，使粒子更容易为聚合物所包裹从而赋予 其特殊的功能。如加入具有功能基团的生物活性高分子，将会大大拓宽纳米粒子的应用 领域范围，特别是在生物工程领域，更显示其独特的优越性。此外，通过适当的表面修 饰还能够减弱磁性双极的相互作用，可以提高磁性粒子的稳定性与抗氧化性能【6 5 1 。磁 性纳米粒子的表面修饰可分为以下几类：采用有机小分子修饰粒子表面，如油酸， 柠檬酸等；采用有机高分子修饰粒子表面；采用无机小分子如s i 0 2 等修饰粒子 表面；其他无机纳米材料修饰粒子表面【6 6 1 。q i a n gl a n 等【6 7 1 使用油酸包裹f e 3 0 4 并检 测了不同的p h 环境对制备的影响，得到了粒径均匀分散良好的f e 3 0 4 纳米粒子。 1 3 3 磁性高分子复合微球的制备 磁性高分子微球的结构分为核壳式，共混式以及夹心式等。其制备方法主要有共混 包埋法，化学转化法，单体聚合法等【6 8 】。 共混包埋法是运用机械搅拌、超声分散等方法使f e 3 0 4 粒子均匀分散于高分子溶液 9 第一章文献综述 中，通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等方法使高分子包裹在磁性粒子表面而得到磁性高分 子微球【6 9 1 。由于磁性f e 3 0 4 粒子为亲水性颗粒，所以其表面与亲水性高分子之间存在一 定的亲和力，把磁性粒子浸泡于这些高分子的溶液中，再经过乳化等处理过程，就可以 在磁性粒子表面形成高分子壳层。余艺华等【7 0 】以壳聚糖为包裹材料包埋自制的磁流体， 制备了具有核壳结构的磁性毫微粒，并偶联色素配基c i b a c r o nb l u e3 g a ( 偶联量1 4 5 l u n 0 1 m l 。1 ) 得到了一种新型亲和磁性毫微粒。 化学共沉淀法也称原位法是聚合物溶液中直接加入铁盐溶液利用功能基进行反应 【_ 7 1 】。利用二价铁盐和三价铁盐按一定比例混合，将高分子微球浸泡在混合盐溶液中， 然后加入碱性溶液进行化学反应而得到。高分子材料既作分散剂又作包埋剂。p i c h 等【7 2 】 先通过单体聚合反应得到聚苯乙烯( p s ) 乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯( a a e m ) 颗粒的分 散剂，再把配制好的f e 3 + , f e 2 + 溶液加入p s a a e m 颗粒的分散剂中，然后滴加n h 3 h 2 0 ， f e 3 0 4 粒子在p s a a e m 表面沉积，制得p s a a e m 为核心、f e 3 0 4 粒子为壳层的磁性微 球。 共混包埋法和化学共沉淀法制得的磁性微球存在颗粒大小难以控制、粒度分布宽、 形状不规则、颗粒的磁性不均匀等缺点。而采用单体聚合法制备的磁性高分子微球基本 上可克服以上缺点。 单体聚合法是指在磁性粒子和有机单体存在的条件下，根据不同的聚合方式加入引 发剂、表面活性剂、稳定剂等物质聚合制备磁性高分子微球【6 引。迄今为止，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、乳液聚合( 包括无皂乳液聚合、 种子聚合) 和辐射聚合等【7 3 1 。单体聚合法的关键是如何改善无机粒子与有机单体之间的 相容性，确保单体的聚合反应在磁性粒子表面顺利进行，提高包埋效率。 分散聚合法是指通过一种溶于有机溶剂( 或水) 的单体聚合生成不溶于该溶剂的聚 合物，并形成稳定的分散体系的聚合方式。运用分散聚合法制各磁性聚合物微球的优势 在于可合成大粒径、单分散的磁性聚合物微球。孙宗华掣7 4 】利用分散聚合法，在磁流 体存在下，以乙醇水为分散介质，合成了含有羧基、羟基等不同表面功能基的磁性聚 合物微球，并进一步制备了温敏性磁性聚苯乙烯n 异丙基丙烯酰胺( p ( s t n i p a m ) ) 微球。 乳液聚合法制备磁性聚合物微球是近几年用的较多的一种方法。其机理用均相成核 理论来解释如图1 9 所示【7 5 】：引发剂在水相中分解成初级过硫酸铵自由基后，与溶解在 水相中的单体聚合，聚合至临界链长后，低聚物自由基便从水相中沉淀出来而形成核， l o 口i m 挤墟 形成基本仞级粒子。山1 这些核在水棚- p 是小稳j 的，多个核将棚虹聚集成较稳定的成 长微粒成k 微粒吸附乳化刹而稳定 7 。往磁陛聚台物的制帑过科中，经表衙洒性剂 处理历的f e ，o 一微粒具何良好的亲油性，它。j 北聚单体构成分散柑分散于水相中，加入 定毋助乳化剂后搅拌乳化后 j 发剂过硫酸铵引发聚台。l i n 等m 1 通过无皂乳液聚合合 成r 以壳策粘n i p a m 为棱，p 堪- 阿烯酸甲牡内烯酸甲酯( m m a m a a ) 为壳的具有温度 手p h 被感的复合微球，一划其敏感肚能 【i 载约+ 陆能进 rr 研究。使川乳液聚介的优点 足厄机磁陛微粒能够均匀地分救于浆台物微球一hi l - 4 制备越龠爷较人的馓球体系。 在实际应川r 一，矍制符符合实验和j 、l k 应用的磁悱求合物微蛛， 拦婴解决川题是 f 【】fr 使啦胜粒，oo 聚合物复合，州解决磁性牲j - 和聚介物容肚柚题。解决方法 二要有 ，种把磁4 盹粒了用尤机分了劬s i o z 包裹，然后修饰其表面接j ：烈键，蛀后采f j 睥 体策台捩得磁眭聚合物微球m l ；川油酸等表向活性剂进行亲油盹修饰，然后采用单 体聚合例；秉用亲水性单体如硫接厶酸聚合。 14 课题的提出与主要研究内容 141 课题的提出 第一章文献综述 关于功能性敏感材料，目前研究热点之一是改进制备方法，研制具有良好生物相容 性和生物降解性的智能水凝胶和微球，如使用等离子接枝、辐射接枝、微波技术【7 8 1 。 热点之二是将多种敏感性能溶于一体，比如温度敏感性能、p h 敏感性能、磁敏感性能 之间的相互结合【7 9 , 8 0 】。 从文献可知，国内外关于功能性敏感材料的研究在温度敏感和p h 敏感材料方面居 多，磁敏感、离子强度敏感等材料方面相对较少；研究体系中对于敏感性凝胶相对集中， 而关于敏感性微球的报道较少。其中，针对壳聚糖、n i p a m 体系的研究相对比较活跃； 关于f e 3 0 4 在医学上的磁疗方面的应用研究也有不少报道。在此基础上我们提出了具有 温敏、p h 敏感以及磁敏的多重敏感磁性复合微球体系。本体系结合f e 3 0 4 、n i p a m 和 壳聚糖的特性，利用壳聚糖分子内的o h 和- n h 2 活性基团与n i p a m 和f e 3 0 4 结合而制 备复合磁敏、温敏和p h 敏感性能的多重敏感性能材料，以期达到多重控释效果。 1 4 2 课题的主要研究内容 本文的研究目的是利用现代合成技术探索制各磁性聚合微球的新方法，并对制备的 微球进行结构表征，对微球结构与性能的关系展开深入研究。 ( 1 ) 选择合适的方法制备纳米尺寸的磁性f e 3 0 4 微粒，并对其进行表面处理，用于制 备磁性高分子复合微球。 ( 2 ) 采用乳液聚合技术制备f e 3 0 4 壳聚糖- n i p a m 复合微球，考察复合微球制备过程 中的关键工艺参数的变化对微球性能的影响，对各种制备工艺进行优化。 ( 3 ) 对制备的复合微球进行结构表征，研究微球的微观结构。然后进行磁性、温敏、 p h 敏感性能研究。对所制各的磁性高分子复合微球的性质，如粒径和粒径分布，磁含 量、磁敏感性等进行表征，并探讨磁性高分子复合微球结构与性能的关系。 ( 4 ) 对磁性高分子复合微球进行初步的应用研究。以牛血清蛋白b s a 为模型药物测 试其在微球中的吸附效果。 参考文献 【1 】 q i uyp a r kke n v i r o n m e n t s e n s i t i v eh y d r o g e l sf o rd r u gd e l i v e r y 【j 】a d v d r u g d e l i v e r r e v ， 2 0 0 1 ，5 3 ：3 2 1 3 3 9 【2 】j e o n gb ，k i ms w , b a ey h t h e r m o s e n s i t i v es o l - g e lr e v e r s i b l eh y d r o g e l s j 】a d v d r u g d e l i v e r r e v ，2 0 0 2 ，5 4 ：3 7 - 5i 1 2 第一章文献综述 【3 】 g a l a e vi y , m a t t i a s s o nb s m a r t p o l y m e r sa n dw h a tt h e yc o u l dd oi nb i o t e c h n o l o g ya n dm e d i c i n e 叨t i b e t c h ，1 9 9 9 ，1 7 ：3 3 5 - 3 4 0 【4 】d e t l e fm s ，t h o m a ss r t h e r m o s e n s i t i v em a g n e t i cp o l y m e rp a r t i c l e sa sc o n t a c t l e s sc o n t r o l l a b l e d r u gc a r r i e r s 【j 】j m a g n m a g n m a t e r ，2 0 0 6 ，3 0 2 ：2 6 7 - 2 7 1 【5 】 b a r e n t s zj o ，f u t t e r e rj j ，t a k a h a s h is u s eo fu l t r a s m a l ls u p e r p a r a m a g n e t i ci r o no x i d ei nl y m p h n o d em r i m a g i n gi np r o s t a t ec a n c e rp a t i e n t s 【j 】e u r j r a d i 0 1 ，2 0 0 7 ，6 3 ：3 6 9 - 3 7 2 【6 】l i uh h us h ，l i uhe ta 1 m a g n e t i c s e n s i t i v eb e h a v i o ro fi n t e l l i g e n tf e r r o g e l sf o rc o n t r o l l e d r e l e a s e o fd r u g 【j 】l a n g m u i r , 2 0 0 6 ，2 2 ：5 9 7 4 - 5 9 7 8 【7 】 k a t ze ，w i l l n e ri i n t e g r a t e dn a n o p a r t i c l e - b i o m o l e c u l eh y b r i ds y s t e m s ：s y n t h e s i s ，p r o p e r t i e s ，a n d a p p l i c a t i o n s j 】a n g e w c h e m i n t e d ，2 0 0 4 ，4 3 ：6 0 4 2 6 1 0 8 【8 】h o n gj ，x ud m ，y uj h ，e ta 1 f a c i l es y n t h e s i so fp o l y m e r - e n v e l o p e du l t r a s m a us u p e r p a r a m a g n e t i c i r o no x i d ef o