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磁性殼聚糖納米粒子的制備及其應(yīng)用

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磁性殼聚糖納米粒子的制備及其應(yīng)用

 

Chitosan coated Fe3O4 Magnetic Nanoparticles 或者CA@Fe3O4nanoparticles的制備方法及應(yīng)用介紹

磁性高分子材料是將含有磁性的金屬或金屬氧化物(如鐵、鉆、鎳及其氧化物)粒子嵌合到高分子材料表面或者包埋在高分子材料中,而形成的具有特殊功能團和特殊結(jié)構(gòu)的磁性復(fù)合材料。磁性高分子材料具有高分子材料的功能基團特性。例如,可以通過接枝、共聚、交聯(lián)或表面改性等化學(xué)修飾在高分子材料上引入多種具有化學(xué)活性的功能基團(如-NH2、-COOH-CHO-OH等),而這些功能基團又容易通過發(fā)生酰基化、羥基化和酯化等反應(yīng)與其他物質(zhì)結(jié)合,利于改性;同時可以通過氫鍵、共價鍵或靜電引力等作用力與藥物、抗體、酶、細胞和催化劑等活性物質(zhì)結(jié)合,同時由于含有磁性物質(zhì)而具有磁性,其在外來磁場作用下可以迅速定向的運動,因此在外加磁場的作用下,能夠迅速同其他物質(zhì)分離。

磁性高分子納米粒子作為一種新型的磁性高分子材料,因其同時兼具高分子納米粒子的眾多特性(如表面能性質(zhì)和體積效應(yīng))和磁響應(yīng)性,而受到廣泛研究。而天然高分子材料(如殼聚糖chitosan、淀粉等),由于其含量豐富、易得、無毒、具有生物相容性和生物可降解性,并且含有豐富的功能基團。因此,磁性高分子納米粒子在生物醫(yī)學(xué)、生物分離、磁靶向給藥、固定化酶、免疫分析及測定、生物化學(xué)及分離純化、分析傳感器等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

殼聚糖(chitosanCS)是甲殼素的脫乙?;a(chǎn)物,是基本單元為(2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖)的線性陽離子聚合物。殼聚糖分子主鏈結(jié)構(gòu)中同時存在大量的羥基(-OH)和性質(zhì)活潑的氨基(-NH2),因此可以進行相應(yīng)的修飾、接枝、活化和螯合作用。

殼聚糖能通過N-?;?、烷基化、季銨化、接枝共聚和交聯(lián)等反應(yīng),制備多種衍生物;也可在酸性條件下,讓氨基質(zhì)子化后帶正電荷,使其可與許多帶負電的聚合物(如蛋白質(zhì),核酸)等通過靜電相互作用形成配合體。這些衍生物和配合體在某些生物環(huán)境中可以進行自組裝,負載各種藥物、蛋白質(zhì)和核酸等,在體內(nèi)進行輸送、緩釋和基因治療。

  

磁性殼聚糖納米粒子的制備方法:

   ①乳化交聯(lián)法是應(yīng)用的制備磁性殼聚糖納米粒子的方法。其主要步驟是:首先,將改性的磁性納米粒子分散于殼聚糖、表面活性劑和分散介質(zhì)的溶液中,攪拌或乳化形成乳液;然后,加入交聯(lián)劑(如戊二醛或乙二醛)交聯(lián)殼聚糖,從而將磁性納米粒子包裹于殼聚糖的網(wǎng)格狀中。

②噴霧干燥法是通過機械作用,將殼聚糖和磁性物質(zhì)混合物,分散成霧狀的微粒,然后與熱空氣接觸,瞬間將大部分水除去,從而使殼聚糖和磁性物質(zhì)形成固體顆粒。

③包埋法是將磁性納米粒子分散于殼聚糖的溶液中,通過霧化、絮凝、沉積、蒸發(fā)和交聯(lián)等方法得到磁性殼聚糖納米膠囊。

④模板法是較為常用的一種方法。制備粒徑均一的模版,然后在模版上逐層負載殼聚糖和磁性粒子,zui后制備成核殼結(jié)構(gòu)的磁性殼聚糖納米粒子,可用于制備磁性納米粒子的模版有:二氧化硅微球、膠團、碳酸鈣、聚合物粒子和聚苯乙烯納米微球等。

⑤沉淀生成法是將磁性顆粒均勻地分散于殼聚糖酸性溶液中,再通過注射器或其他手段混合溶液滴加入堿性溶液中;或?qū)⒅苽浯判晕镔|(zhì)的原料分散于殼聚糖的水溶液中,再將混合液加入堿液中,在堿液中通過化學(xué)反應(yīng)生成磁性粒子,從而得到磁性殼聚糖顆粒。

磁性殼聚糖納米粒子的應(yīng)用:

①磁性殼聚糖納米粒子作為固定化酶的載體有以下優(yōu)點:使酶固定于載體上,大大提高了酶的穩(wěn)定性;殼聚糖具有良好的生物相容性,酶與殼聚糖結(jié)合后,能夠改善酶的生物相容性,提高其免疫活性;磁性殼聚糖納米粒子具有磁性,酶固定于納米粒子上后,能夠通過外加磁場進行回收,簡化生產(chǎn),能夠使酶多次重復(fù)使用提率,適合大規(guī)模連續(xù)化操作;殼聚糖上的功能基團能夠同多種酶進行反應(yīng),因此可以將多種反應(yīng)酶固定化于同一磁性粒子上。

②磁性殼聚糖納米粒子應(yīng)用于細胞分離。磁性殼聚糖納米粒子分離細胞的主要方式有:負相分離,即利用磁性微球分離無關(guān)細胞,使留下的靶細胞純化;正相分離,即直接從細胞混合液中分離出靶細胞,使之純化。其優(yōu)點有:可以根據(jù)不同的細胞,對殼聚糖進行改性,更加準確快捷,將目標細胞從原樣中分離出來;由于不存在電場,而只存在外磁場。因此,樣品中的離子或帶電溶質(zhì)不會受到電場的干擾;磁性分離過程溫和,不會破壞細胞。

③磁性殼聚糖納米粒子在無水處理中的應(yīng)用。殼聚糖作為一種生物相容性和環(huán)境友好型的材料,其在自然界中可以降解,且其主鏈中含有大量的功能基團,可以和多種重金屬離子及染料發(fā)生作用,達到降低污水中濃度的目的。而磁性殼聚糖納米粒子,由于具有磁響應(yīng)性更易于分離,因此可以實現(xiàn)多種重金屬離子的回收再利用。

④磁性殼聚糖納米粒子在給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用。殼聚糖作為一種生物相容性和生物可降解的材料,并且能夠在體內(nèi)通過溶解酶而分解不會在體內(nèi)殘留。而殼聚糖本身含有大量的氨基,在不同的pH值溶液中,其主鏈的聚集狀態(tài)發(fā)生變化,可以實現(xiàn)智能給藥。又由于在外界磁場的作用下,使載有藥物磁性納米粒子定位于一定的部位,從而使藥物局部集中,達到、*和低毒的效果。

⑤磁性殼聚糖納米粒子在分子成像中的應(yīng)用。磁性殼聚糖的分子成像技術(shù)是基于MRI成像技術(shù)。

 

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