（食品科学专业论文）磁性淀粉微球形成机理及其应用动力学研究.pdf

摘 要摘 要 磁性生物凝胶是一类性能优良的功能高分子材料， 它在医学、 酶学、 生物学、分子生物学以及催化化工、 环境监测及治理等方面有着极其重要的用途。 磁性高分子是以合成高分子或生物高分子为载体， 通过吸附和包埋磁性粒子， 形成具有磁性的功能高分子材料，可以在磁场作用下被磁力控制、定位、定向移动和测定。由于合成高分子活性基团 较少， 影响 其捕捉铁离子的能力， 难于提高 其磁性， 而且生物降 解性能和生物相容性差， 在许多情况下妨碍其在生物医学和生物材料中的应用，因 此， 磁性生物高分子在近年来受到国内外医学界广泛重视。 本文研究了以生物高分子高链玉米淀粉为原料， 利用淀粉改性技术对其交联和梭甲基化改性， 引入捕捉铁离子的活性基团， 对其性质、 结构及生物降解性能作了系统研究;采用不同的磁化工艺在生物高分子中引入磁性粒子， 对磁性淀粉中磁性粒子的生成、 大小、分布和磁化效果进行了研究; 利用喷雾干燥技术，制备功能性磁性药物微球，并对其结构、性能及其在磁场中动力学运动作了详细研究。 采用b r a b a n d e 粘度测定 仪和o l y m p u s v a n o x b h s - 2 型多功能光学显微镜等分析手段对链淀粉含量 5 0 % 和 7 0 %的高链玉米淀粉及其交联和交联狡甲基化淀粉的结构和性质进行了表征和分析， 结果表明， 普通玉米淀粉结构与含链淀粉5 0 % 和7 0 % 高链玉米淀粉结构不同;高链淀粉比 普通淀粉难糊化， 高链改 性淀粉糊化受p h值影响较大， 受温度影响较小;淀粉的冻融稳定性、透光率、溶解度、 膨胀度和粘度受链淀粉的含量和改性的影响，但是， 链淀粉含量超过5 0 % 时， 则链淀粉含量对淀粉的膨胀度和溶解度影响不大;改性淀粉性质的影响因素中，影响粘度主要因素是交联反应，影响透明度、溶解度和膨胀度主要因素是狡甲 基化改性; 一氯乙酸用量、 反应时乙醇浓度及碱性条件都会影响高链淀粉及其交联淀粉的狡甲基化改性效果， 制备狡甲基化改性淀粉的最佳工艺是在p h值为1 0 的6 0 % 的乙 醇浓度介质中 按一氯乙酚淀粉质量比 为5 5 % 进行取代反应。 采用i n - v i t ro模型消化和微生物降解实验方法，检测高链玉米淀粉及其改性淀粉消化性能和生物降解性能， 结果发现， 玉米淀粉及其改性淀粉的消化规律和生物降解规律一致，影响其消化性能及其降解性能主要因素是链淀粉含量， 其次是改性:从消化和微生物降 解实验结果来看， 用作磁性微球载体的最好的材料是含链淀粉5 0 %的交联玉米淀粉，其次是含链淀粉7 0 %的交联玉米淀粉。 采取四种不同的磁化工艺在高链玉米淀粉及其改性淀粉中引入磁性粒子， 采用扫描电 镜、 x 一 射线衍射仪、古埃磁天平等测试手段进行分析，结果表明， 制备磁性淀粉的最佳工艺为氧化磁化法，其形成的磁粒大小和分布均匀，对淀粉形状和结构破坏较小，可形成纳米级( 1 1 . 1 6 n m -3 1 .2 6 n m ) 的超顺磁性淀粉。 根据淀粉的 磁性化效果及抗消化和华南理工大学博士学位论文降 解试验表明， 链淀粉含量7 0 % 的 交联磁性淀粉比 其它磁性淀粉更适宜作微球载体。 采用喷雾干燥工艺制备的微球其粒径可达微米级， 表面结构致密， 能很好地包裹功能物质， 微球中功能物质乙酞水杨酸自 然释放率小。 通过模拟胃酸环境对磁性微球进行酸法试验表明， 溶液中的酸只能与磁性微球表层及次表层磁性物质反应， 使表层和次表层磁性物质消失，分布在微球内部的7 8 % 磁性物质不受胃酸影响。 磁性微球在磁场中动力学运动实验表明， 磁场中所有的磁性淀粉乙酸水杨酸微球在磁场力的作用下， 都沿着磁力方向向磁极面移动， 达到靶向效果。 越靠近磁极面磁力越大，磁性淀粉乙酞水杨酸微球移动越快， 远离磁极面磁力越小，磁性淀粉乙酞水杨酸微球移动也越慢。关键词: 高链淀粉:改性;降解;磁化;微球;运动ab s t r a c tabs t ract ma g n e t i c b i o l o g i c a l g e l i s a s p e c i e s o f f u n c t i o n a l p o l y m e r m a t e r i a l w i t h e x c e ll e n tc a p a b i li t y , w h i c h h a s a g re a t i m p o rt a n t a p p li c a t i o n i n m e d i c i n e , e n z y m o l o g y , b i o l o g y ,m o l e c u l a r b i o l o g y , c a t a l y t i c i n d u s t ry , e n v i r o n m e n t a l m o t o r i n g a n d m a n a g e m e n t , e t c .ma g n e t i cp o l y m e r i s a f u n c t i o n a l p o l y m e r m a t e r i a l w i th m a g n e t i s m , p ro d u c e d b y t h e a d s o r p t i o n a n de m b e d m e n t o f m a g n e t i c p a r t ic l e b y t a k i n g s y n t h e s i z e d a n d b i o l o g i c a l p o l y m e r a s t h e c a r r i e r .i t c a n b e c o n t r o ll e d , o r i e n t a t e d , o r i e n t a t e d m o v e d a n d d e te r m i n e d b y m a g n e t i c f o r c e i nm a g n e t i c fi e l d . i t i s h a r d t o e n h a n c e t h e m a g n e ti s m o f s y n t h e s i z e d p o l y m e r b e c a u s e t h e re i sl e s s a c t i v e g r o u p i n i t , w h i c h w i ll a ff e c t i t s c a p a b i li ty o f c a t c h i n g i r o n h y d r o n i u m , a l s os y n t h e s iz e d p o l y m e r h a s w o r s e b i o d e g r a d a b i li ty a n d b i o c o m p a t ib i li ty , a s a r e s u l t , a t m a n yc o n d i ti o n s , i t s a p p li c a t i o n h a s b e e n re s t r i c t e d i n b i o m e d i c i n e a n d b i o m a t e r i a l . t h e r e f o r e ,m a g n e t i c b i o l o g i c a l p o l y m e r h a s g o t g r e a t a t t e n t i o n f r o m d o m e s t i c a n d o v e r s e a s m e d i c i n efi e l d i n r e c e n t y e a r s . t a k i n g h i g h a m y l o s e c o rns t a r c h a s t h e r a w m a t e r i a l , m o d i fi e d s t a r c h w a s p r e p a r e d b yc r o s s - li n k i n g a n d c a r b o x y l - m e th y l a t i o n , a n d t h e p r o p e r t i e s , s t r u c tu r e s a n d d i g e s t i b i l i ty o f h i g ha m y l o s e c o r n s t a r c h a n d m o d i fi e d s t a r c h w e r e s t u d i e d s y s t e m i c a l l y i n t h i s d i s s e r t a t i o n . u s i n gh i g h a m y l o s e c o r n s t a r c h a s t h e s u b s t i t u t e f o r s y n t h e s i z e d p o ly m e r , t h e m o d i fi e d h i g h a m y l a s ec o rn s t a r c h w as m a g n e t i z e d b y d i ff e r e n t m a g n e t i z a t i o n p r o c e s s e s , a n d t h e c re a t i o n , s i z e ,d i s t r i b u t i n g a n d s u s c e p t i b i li ty o f t h e m a g n e t i c p a r t ic l e s i n m a g n e t i c s t a r c h w e r es t u d i e d .ma g n e t i c d ru g m i c ro s p h e r e w i t h s p e c i a l u s e i n t h e m o d e rn m e d i c i n e fi e l d w a sp r e p a r ed b y s p r a y d r y i n g t e c h n o l o g y , a n d i t s s t r u c t u r e , p a r t i c u l a t e s i z e a n d d i s t r i b u t i n g ,d y n a m i c m o v e m e n t i n m a g n e t i c fi e l d w e re s t u d i e d d e t a i l e d l y . t h e p r o p e r t i e s o f h i g h a m y l o s e c o r n s t a r c h c o n t a i n e d 5 0 % a n d 7 0 % a m y l o s e a n dm o d i fi e d s t a r c h w e r e d e t e r m i n e d b y b r a b a n d e r a m y l o g r a p h , e t c . t h e re s u l t s i n d i c a t e d t h ef r e e z e - t h a w s t a b i l i ty , l u m i n o u s n e s s , s o l u b i li t y , d i l a t a t i o n a n d v i s c o s i ty o f s t a r c h w e r ei n fl u e n c e d b y a m y l o s e c o n t e n t a n d c ro s s - li n k i n g a n d c a r b o x y l - m e t h y l a t i o n . b u t a m y l o s ec o n t e n t h a d li t t l e i n fl u e n c e o n d i l a t a t i o n a n d s o l u b i li t y w h e n a m y l o s e c o n t e n t e x c e e d e d 5 0 % .t h e d e c i s i v e i n fl u e n c i n g f a c t o r o f v i s c o s i ty i n c a r b o x y l - m e th y l a t i o n w as c r o s s - li n k i n gr e a c t i o n . c a r b o x y l - m e t h y l a t i o n w as t h e m a i n i n fl u e n c i n g f a c t o r o f s o l u b i l i ty a n d s w e l l i n gc a p a c i ty i n m o d i fi c a t i o n o f h i g h c o n t e n t a m y l o s e s t a r c h . t h e s t r u c t u r e a n d g e l a t i n i z a t i o n p ro p e r ty o f d i ff e re n t a m y l o s e c o n t e n t w e r e a n a l y z e dw i t h a n o l y m p u s v a n o x b h s - 2 m u l t i - f u n c t i o n o p t i c m i c r o s c o p e , a n d th e re s u l t s w e r e a sii i华南理工大学博士学位论文f o l l o w s . t h e s t r u c t u r e o f o r d i n a ry c o rns t a r c h w a s d i ff e r e n t fr o m t h e h i g h a m y l o s e ;g e l a t i n i z a t i o n t e m p e r a t u r e a n d p h v a l u e o f s t a r c h w e re a ff e c t e d d e e p l y b y a m y l o s e c o n t e n t ,b u t h a d l i t t l e d i ff e re n c e b e t w e e n t h e g e l a ti n i z a t io n o f h i g h c o n t e n t a m y l o s e s t a r c h c o n t a i n e d5 0 % a n d 7 0 % a a m y l o s e ; 四 v a l u e h a d m u c h m o r e e ff e c t t h a n t e m p e r a t u r e o n t h e g e l a t i n i z a t i o no f h i g h c o n t e n t a m y l o s e c r o s s - l i n k e d s t a r c h . mo n o c h l o r o a c e t i c a c i d c o n s u m p t i o n , a l c o h o l c o n c e n t r a t i o n a n d p h v a l u e i n fl u e n c e d t h es t a r c h c a r b o x y l - m e t h y l a t i o n . wh e n a l c o h o l c o n c e n t r a t i o n w a s 6 0 % , p h v a l u e 1 0 ,m o n o c h l o r o a c e t i c a c i d/ s t a r c h m ass r a t i o 5 5 % , t h e c a r b o x y l - m e th y l a t i o n o f h i g h a m y l o s ec r o s s - l i n k e d c o rns t a r c h h a d t h e b e s t r e s u l t . wi t h t h e i n - v i t r o d i g e s t i b i li t y m o d e l a n d b i o d e g r a d a t i o n e x p e r i m e n t , t h e d i g e s t i b i l i t ya n d b i o d e g r a d a b i l i ty o f h i g h a m y l o s e c o rn s t a r c h a n d i t s m o d i fi e d s t a r c h w e r e d e t e c te d . t h er e s u l t s i n d i c a t e d t h a t d i g e s t i b i li t y a n d b i o d e g r a d a b i li t y o f b o t h c o rns t a r c h a n d m o d i fi e d s t a r c hs h o w e d c o n s i s t e n c y , w h i c h w a s r e l a t e d t o t h e a m y l o s e c o n t e n t b u t w a s n o t l i n e a r w i t h i t .c r o s s - li n k i n g a n d c a r b o x y l - m e t h y l a t i o n a f f e c t e d t h e d i g e s t i b i l i ty a n d b i o d e g r a d a b i l i t y o fc o rn s t a r c h , a n d a m y l o s e / a m y l o p e c t i n r a t i o w a s t h e m a i n i n fl u e n c i n g f a c t o r , s t a r c hm o d i f i c a ti o n t o o k t h e s e c o n d p l a c e . t h e re s u l t s o f d i g e s t i b i li ty a n d b i o d e g r a d a t i o ne x p e r i m e n t s s h o w e d t h a t c r o s s - li n k e d c o rns t a r c h c o n t a i n e d 5 0 % a m y l o s e w a s t h e b e s tm i c r o s p h e re w a ll m a t e r i a l , c r o s s - li n k e d c o rns t a r c h c o n t a i n e d 7 0 % a m y l o s e t o o k t h e s e c o n dp l a c e . a f t e r f u r th e r m a g n e ti z e d b y f o u r d i ff e r e n t m a g n e ti z a ti o n p r o c e s s e s o f h i g h a m y l o s ec o rns t a r c h a n d m o d i fi e d s t a r c h , t h e p r o d u c t s w e r e a n a l y z e d b y s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y ,x - r a y d i f fr a c t o m e t e r , g u o y m a g n e ti c b a l a n c e , e t c . t h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e b e s tp r e p a r a ti o n p r o c e s s f o r m a g n e ti c s t a r c h w as o x i d a ti o n m e t h o d f o r m a g n e ti z i n g , a n d t h em a g n e ti c p a r ti c l e s f o r m e d 勿 t h e m e t h o d h a d e q u a l i ty i n s i z e a n d d i s tr i b u ti n g , s t a r c h s h a p ea n d s t r u c t u r e h a d t h e l e s s e r b r e a k a g e , a n d t h e s u p e r p a r a m a g n e ti c s t a r c h w i t hn a n o m e t e r s c a l e ( 1 1 . 1 6 n m -3 1 .2 6 n m ) c a n b e p re p a r e d . t h e m a g n e ti z a ti o n e ff e c t o f s t a r c h , d i g e s ti b i li ty a n d d e g r a d a t i o n e x p e r i m e n t s s h o w e dt h a t a s t h e m i c r o s p h e r e w a ll m a t e r i a l , m a g n e ti c c r o s s - li n k e d s t a r c h c o n t a i n e d 7 0 % a m y l o s eh a d m o re a d v a n t a g e s t h e o t h e r k i n d s o f m a g n e ti c s t a r c h . mi c r o s p h e r e p r e p a r e d b y s p r a y d r y i n g p r o c e s s h a d m i c r o n c l a s s d i a m e te r , c o m p a c ts u r f a c e s t r u c t u r e , a n d c a n p a c k c o re m a t e r i a l s c o m m e n d a b l y , s o c o re m a t e r i a l i n m i c r o s p h e r e( a s p i r i n ) h a s a l o w n a t u r a l r e l e a s e r a ti o . b y s i m u l a ti n g t h e g as t ri c a c i d i c c i r c u m s t a n c e , t h ea c i d i c e x p e r i m e n t o f m i c r o s p h e r e h a d b e e n c a r r i e d o u t , a n d t h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e a c i di n s o l u ti o n c a n o n l y re a c t e d w i t h t h e m a g n e ti c m a t e ri a l s i n t h e s u r f a c e a n d h y p o - s u r f a c e o fm i c r o s p h e re t o m a k e t h e m d i s a p p e a r i n g , b u t h a d li t t le e ff e c t o n 7 8 p e r c e n t o f th e i n n e ri vab s t r a c tm a g n e t i c m a t e r i a l s i n m i c r o s p h e re . e x p e r i m e n t s o n t h e d y n a m i c s m o v e m e n t o f m i c r o s p h e r e i n m a g n e t i c fi e l d s h o w e d t h a t ,o n th e e f f e c t o f m a g n e t i c f o r c e , a l l m a g n e t i c a s p i r i n m i c ro s p h e re w i ll m o v e t o t h e m a g n e t i cp o l a r a l o n g t h e d i r e c t i o n o f m a g n e t i c f o r c e , a n d t h e t a r g e t e d e f f e c t h a d b e e n r e a c h e d . t h ec l o s e r t o t h e p o l a r , t h e b i g g e r m a g n e ti c f o r c e , a n d t h e q u i c k e r m o v e m e n t s p e e d o f m a g n e t i ca s p i r i n m i c ro s p h e r e , v i c e v e r s a .k e y w o r d s : h ig h a m y l o s e s t a r c h ; d e n a t u r a li z a ti o n ; d e g r a d a ti o n ;而c r o s p h e re;mo v e me n tv 华南理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由 本人承担。作者签名日 期 :办 甲 年 月 甲 日东叮|.，秒 久尸、多学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。 本人授权华南理工大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口， 在一 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不 保 密ed . ( 请在以上相应方框内打 “ 4 7) )作 者 签 名 :垦 户 lv -导师签名:降 州于日 期 :a e v -* 月 : 瘫日 期: a 年 6 月kf日第一章 绪 论第一章 绪 论1 . 1 高分子磁性微球概述 高分子磁性微球是一类性能优良 的功能高分子材料， 是以合成高分子 ( 例如聚乙烯醇、聚苯乙 烯等) 或生物高分子 ( 例如淀粉、 琼脂、 蛋白 质等)为载体，通过吸附和包埋氧化铁、四氧化三铁或其他磁性粒子，形成具有磁性的功能高分子材料。高分子磁性微球可以在磁场作用下快速分离， 还容易被磁力控制、 定位、 定向、 移动和测定11 . 刀 。 制备磁性微球的磁核主要是四氧化三铁等金属氧化物， 壳层主要由两类物质组成， 一类是合成高分子，主要有聚乙烯11 1 、聚苯乙烯、聚丙烯酞胺、聚乙烯醇、硝化纤维及聚乙烯醇缩丁醛等，另一类是生物高分子，主要有明胶、白蛋白、聚乳酸、淀粉、藻酸钙i4 1等。因此， 高分子磁性微球也可根据材料的性质， 把它分类为可生物降解与不可生物降解两类。 高分子磁性微球具有磁响应性和微球特性， 使其在生物、 医学及其它许多领域有广阔应用前景。 作为生物和医学诊断系统中使用的磁性粒子必须具有生物活性、 亲和性或反应活性， 在溶液中必须是可悬浮， 如此才能被输送到生物和反应系统中去。高分子包埋超顺磁性氧化铁制备的磁性毫微粒既可通过高分子上的活性基团连接具有生物活性的物质， 又能通过热运动保持其在溶液中的稳定性， 并且能够在磁场中不被永久磁化5 1当磁性粒子晶体直径小于3 0 m n( 通常称为纳米级) 时， 则具有超顺磁性u ， 称为超顺磁性纳米粒子。 超顺磁性是指当铁磁性粒子的体积减少到磁能小于热能时， 热运动引起的磁畴随机起伏， 使磁性微粒的行为和顺磁性粒子一样， 此时微粒呈现铁磁性， 称为超顺磁性o f 。超顺磁性具有较强的磁响应，在磁场中具有较强的磁性，当外加磁场消失后，超顺磁材料磁性很快消失u ，这一点同顺磁性材料相似，区别在于超顺磁性微粒的磁矩要大得多。高分子磁性微球是核壳式结构的微小胶囊， 其核心部位是超细磁粉，被高分子材料严密包裹凹 ，核心部位赋予微球以分离功能，外层高分子功能基团赋予微球载体功能， 这种磁性微球的应用基础是依据本身具有的特性和流体可被磁力控制、定位、定向、 移动与变性所产生的结果。 高分子磁性微球的壳层与磁核的结合主要是通过范德华力、氢键、配位键的作用，高分子借助于这些作用力，牢牢地束缚于金属氧化物晶体表面，形成坚实的球状结构。1 . 2 高分子磁性微球研究进展 自 从b l a k e m o r e .r .p 1 9 7 5 年发现磁性细菌， 提出 生物磁性纳米粒子的 作用后11 0 1 ，生物磁性纳米粒子在生物科学、医学领域，尤其是生物分子 ( 细胞)分离、药物传递和靶一 一 一 一 * w 1 -竺 望 魁 望 塑 二 一 一向运动、 核酸排序和药物治疗方面得到快速发展1 1 ” 。 聚合物磁性粒子是s o 年代中期才发展起来的一项免疫学和生物医学新技术 13 1 ， 它涉及到材料科学、生物医学和免疫学等多个学科， 需要多学科的密切配合。 近年来， 磁性高分子的特殊功能和广阔的应用前景越来越受到人们的重视， 这种新型的赋形剂具有价格低廉、易于工业化生产、活性药物装载量大、 绝大多 数药 物可达到表观 零级控制 释放。1 9 7 9 年m o s b a c h 和s c h r o d e r 提出磁性靶向药物概念u 淀 粉一 o c h 2 0 0 0 h + n a c i + h 2 o 在反应过程中，淀粉首先与氢氧化钠作用生成淀粉氧负离子，然后与一氯乙酸的c - c l 极 性 键 作 用， 发 生s n 2 亲 核 取 代 反 应， c - c 1 键断 裂， 将 梭甲 基团 引 入淀 粉 分 子中 ，其反应历程为: 淀粉一 o h + o h 一 b淀粉一 。 一 + h 2 o淀 粉一 。 一 十 c l - c h , - c o o 1 、淀 粉一 。 . . . c h 2 c i - c 口 口 一 。淀粉一 o一 c h, c o o 一 + c l - 由反应历程看到， 淀粉梭甲基化得到的产物是阴离子型高分子电解质化合物， 若用酸洗，可转化为游离酸型结构， 其离解常数为1 x 1 0 -4 - 4 x 1 0 - 5 。 淀 粉 分子中 每 个脱 水 葡萄 糖 单 位 上的q、 c ， 和c , 经基 都能 发 生 毅甲 基 化反 应， 曾有人用h - n m r 方法测定，发现它们被取代的比例为7 . 3 : 1 : 3 . 9 ，可见梭甲 基化优先发生 在c z 经 基 上。 也 有 实 验 表明， 随 着 梭甲 基化 取 代 度的 增大，c , 轻基 被取 代的 比 例 增大 速度较c , 、c , 快。 淀粉狡甲基化， 其结果是在淀粉分子链上引入了 梭甲基， 梭甲基为强极性基团， 在碱性条件下可离解为阴离子基团，在高分子磁性化过程中极易吸附铁离子。1 . 4 关于高分子磁性微球中磁性粒子引入方法 目 前，国内外科技人员制备磁性微球主要采取悬浮聚合磁化法、 反相悬浮再生磁化法、 滴定水解及m a s s a r t 水解磁化法、高能球磨磁化法和包埋磁化法。 普遍运用的合成方法是滴定水解及m a s s a r t 水解磁化法， 即将稀碱氢氧化钠溶液加入到亚铁和三价的铁混合液中制备成四氧化三铁磁性粒子四。到 1 9 8 2年， b o u t o n n e f首次采用微乳悬浮磁化法制备纳米磁性颗粒。1 . 4 . 1 悬浮聚合磁化法 悬浮聚合磁化法是通过对磁性粒子表面进行处理，使其在悬浮液能与壳材料相互聚合包埋， 制备磁性高分子磁性材料。 万惠文等m 对超细y - f e 2 0 3 粉界面进行处理， 使其能很好地分散在苯乙 烯和二乙烯基苯的单体中，以 聚乙 烯醇为分散剂， 过氧化苯甲酞为引发剂， 采用悬浮聚合法，并结合超声波技术可合成粒径为 i i i 。左右，且具有超顺磁华南理工大学博士学位论文t和强的蛋白吸咐能力的聚合物磁性粒子。饶微等5 11通过对超细粉表面的改造，实现了其与有机单体分子的复合，改变条件，可以得到不同粒径分布的磁珠，其分布呈标准的正态分布，分布范围窄，9 0 % 以上的粒子直径差异在 1 - 2 p; 磁珠由超细磁粉核心、高分子材料层、化学功能基团层组成。1 . 4 . 2 反相悬浮再生磁化法 反相悬浮再生磁化法由s t a m b e r g 等5 2 1提出的一种高分子磁性材料的 方法。 李欣等53 1把泵油和氯苯作分散介质，油酸钾作分散剂，采用悬浮包埋技术制备了粒径小于 3 0 011 m 的超顺磁性珠状纤维素。 k l a u s w o r m u t h 1 1利用反相悬浮再生磁化法在反相乳状液中进行聚合化制得超顺磁性胶乳。 w a n g l e i 等利用反相微乳液一步法成功地制得磁性聚合物纳米微球，微球粒径在 1 0 0 n m 左右，并且均一性较好。1 . 4 . 3 滴定水解及m a s s a r t 水解磁化法 ( 也叫共沉淀磁化法) m a s s a rt 水 解 磁 化 法 【” 是 指 将 摩 尔比 为2 : 1 的 三 价 铁 盐( f e 3 + ) 与 二 价 铁 盐( 甜+ )混合溶液直接加入到高分子材料强碱性的水溶液中， 在不断搅拌分散时， 铁盐在强碱性水溶液中瞬间水解结晶形成四氧化三铁 ( f e 3 0 4 ) 纳米晶体， 被高分子材料包埋。滴定水解 磁 化 法 57 , ， 是 将 稀 碱 溶 液 滴 加 到 摩尔 比 为2 : 1 的 三 价 铁( f e 3 + ) 与 二 价 铁 盐( f e 2 + )和高分子材料混合溶液中，使铁盐溶液的p h值逐步升高，达到6 - 7时，水解生成四氧化三铁 ( f e 3 0 4 ) 纳米晶体。该法制得的磁粒粒径分布比较宽。 邱星屏5 9 1采用滴定水解及m a s s a r t 水解磁化法分别制得直径在8 n m左右球形的f e 3 0 4 磁性纳米粒子。 李民 勤16 01等用共沉淀磁化法将一定量的葡聚糖、 三氯化铁和二氯化铁溶于一定量的水中， 搅拌下滴加一定浓度的氨水制备出具有超顺磁性的葡聚糖磁性毫微粒。1 . 4 . 4 高能球磨磁化法 高能球磨磁化法是指把过一定目 筛的四氧化三铁( f e 3 0 4 ) 与粉末状高分子材料按一定比例混合后在研钵中研磨均匀， 然后放入球磨机在空气中研磨而制得的高分子磁性材料的一种方法。陈春霞等6 1】将过2 0 0目 的化学纯四氧化三铁 ( f e 3 0 4 )与微米级无机高分子材料聚氯乙烯粉末按1 0 : 1 的比例混合后， 在球径8 二转速为2 0 0 r / m i n 的球磨机中球磨，制得平均粒径为 l o a m 的聚合物一氧化铁纳米复合材料。1 . 4 . 5 包埋磁化法 包埋磁化法是将磁性粒子分散于高分子溶液中， 通过喷雾干燥、絮凝、沉积、蒸发等手段制得磁性高分子微球的一种方法。 d e k k e r 6 2 1将磁性粒子悬浮于聚乙烯亚胺 ( p e i )溶液中， 通过过滤， 干燥处理得到外包p e i 的磁性微球; c u y p e r 等10 佣磷脂处理纳米级的磁性粒子，制得磁性脂质体微球;g u p t a等u 将磁性粒子与牛血清清蛋白 和棉籽油进第一章 绪 论行超声处理， 然后加热至1 0 5 - 1 5 0 0c ， 得到外包牛血清清蛋白的磁性微球; 采用类似的方法，还可制得c e l l u l o s e - f e 3 0 4 n y l o n - f e 3 0 4 p o l y a c r y l a m i d e - f e 3 0 4 等磁性微球。而 j o s e p h s o n + 利用含轻基的磁性粒子进行加热脱水，得到硅烷化的磁性微球。一般而言， 包埋磁化法得到的磁性微球其磁性粒子 ( 磁核) 与外壳层的结合主要通过范德华力和氢键， 磁粒表面的金属离子与高分子链的鳌合作用以及磁性粒子表面功能基与高分子壳层功能基形成的共价键。利用包埋磁化法制备磁性微球，方法简单，容易操作。1 . 5 功能性磁性高分子微球制备方法 从目 前研究的情况看，功能性磁性高分子微球一般为核/ 壳式结构:由功能性材料组成核， 磁性高分子材料组成壳层;或者将磁性高分子材料作为核，功能性材料作为壳层。除此之外， 也可做成夹心结构，即外层、内 层为磁性高分子材料，中间层为功能性材料阅。 制备功能性磁性微球的基本步骤为:首先将功能物质分散成细粒或溶液， 然后再加入高分子磁性材料， 通过喷雾干燥、 蒸发等手段得到功能性磁性高分子微球。 在细分被包封的功能物质，若功能物质为液态，而微球所用介质也为液态，则可应用乳化方法，即可采用机械搅拌、 超声震动或其他手段， 总之最终要使功能物质分散成小球体。 如果制备微球所用的介质为气体， 则可应用喷雾干燥法制备功能性磁性微球。 如若功能物质为固态， 可将其研磨成粉末并过筛， 亦可将其先制备成溶液， 然后按照纯液态功能物质方式形成小液滴，制备成功能性磁性高分子微球。1 . 6 高分子磁性微球的应用 高分子磁性微球是一种性能优良的功能材料，它在生物亲和色谱测定、精细化工、环境监测、污水处理、固定化酶、靶向药物、免疫分析、细胞分离、化妆品等方面有广阔的应用前景。 磁性载体可用高分子生物材料或无机聚合体制备，因其高抗剪切、热稳定性、 抗溶剂和生物分解， 使得其容易制备磁性微球及产品贮荐时间长从而在制备磁性微球中得到普遍应用。由于无机材料制备的磁性微球其表面官能团活性的局限性， 使得其在制备中受到制约。 而生物聚合物制备的磁性微球由于其表面官能团可被修饰使得其有特殊用途。生物高分子材料主要有淀粉、蛋白 质、 聚酞胺糖酶、 脱乙酞壳多糖、葡聚糖、琼脂糖等，由于其有许多重要的生物特性 ( 例如生物可降解、生物相容性、生物活性) 和化学特性 ( 聚阳离子、水凝胶、含有o h和n h 2 活性基团等) ，生物高分子磁性微球具有合成高分子磁性微球无法具有的用途，其在污水处理、色谱分析、酶固定化、靶向药物方面得到广泛应用， 对生物高分子磁性微球的研究已成为新型生物材料领域的研究热点。尤其是磁性微球的磁效应，即当磁性四氧化三铁晶体直径小于3 0 n m时具有超顺磁性， 在磁场中有较强磁性， 没有磁场时磁性很快消失，生物高分子磁性微球能够华南理工大学博士学位论文在磁场中不被永久磁化，以及具有生物相容性，在人体内安全无毒， 可降解，不与人体组织器官产生免疫抗原性使其在靶向药物中具有无可比拟的优势。 根据微球的磁性及其大小不同，微胶囊的用途也不一样，纳米级磁性胶囊可用于 m r n a分离和靶向药物传递，而微米级可用于细胞分离6 71 近几年来， 学者们在利用高分子磁性微球制备新型磁性肥料方面取得可喜成绩“6 9 1强磁性肥料是根据磁场生物效应而制成的一种物理肥料， 它不被植物所吸收， 施于植物的根部，由磁性微粒的剩磁在植物根部周围产生一弱的诱导磁场， 改变植物生长的物理环境， 促进作物的生长7 0 1 ， 有明显的 增产效果7 1 1 。 汪致善等利用高分子磁性材料作载体，制备植物所需要的磁性高分子微量元素肥料， 取得较好的增产效果。 现代农业的发展已经证实， 微量养分对植物的生长发育具有极重要的作用， 如果植物缺乏某些微量元素会出现各种病变。 微量元素参与植物的新陈代谢， 在土壤中施用微量元素可补土壤中的微量元素的缺乏，起到平衡施肥作用。但施放过量微量元素对植物的生长会有抑制作用，因此微量元素缓释及靶向释放对提高肥效具有极其重要的作用， 高分子磁性微球可通过微生物对生物高分子分解来控制微量元素的释放。1 . 7 立项背景、 研究意义及主要研究内容 生物相容性和生物降解性能是生物医药学和生物材料学非常重要的因素。 目 前国内外研究的 磁性高分子载体大多数采用合成高分子， 如聚苯乙 烯、 聚乙 烯醇、 聚乙二醇等，人工合成高分子活性基团较少， 生物降解性能和生物相容性差， 在许多情况下妨碍其在生物医学和生物材料中的应用。 而淀粉、蛋白 质等天然高