纖維球的技術(shù)論文(2)
纖維球的技術(shù)論文篇二
纖維素磁性微球研究進(jìn)展
摘?要 纖維素磁性微球是一種生物相容性好、環(huán)境友好的纖維素功能化材料。關(guān)于纖維素磁性微球的研究已引起人們的廣泛關(guān)注。本文在目前存在磁性微球制備方法的基礎(chǔ)上，探討了磁性微球的特性指標(biāo)和特征參數(shù)，論述了纖維素磁性微球的功能化應(yīng)用，并對纖維素磁性微球的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞 纖維素磁性微球;特征參數(shù);未來展望
中圖分類號 TQ352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0224-02
隨著高分子材料的多元化發(fā)展，高分子與磁性物質(zhì)結(jié)合誕生的高分子磁性微球已逐漸應(yīng)用于生物工程、醫(yī)藥運(yùn)載、化學(xué)化工、環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。高分子磁性微球(簡稱磁性微球)是通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)或物理方法使有機(jī)高分子材料與無機(jī)磁性材料結(jié)合形成的具有一定磁性及特殊結(jié)構(gòu)的一種功能材料。這種復(fù)合致使材料既擁有磁性材料尤其是順磁性材料的特性，又兼有高分子材料易加工和改性、柔韌的性能，同時具有無機(jī)材料的高密度和高力學(xué)性能和生產(chǎn)成本低、能耗少、無污染等優(yōu)點(diǎn)。這就使得高分子磁性微球的研究和發(fā)展呈現(xiàn)出誘人廣闊的前景。
根據(jù)高分子磁性微球中高分子的來源，可以把磁性微球分為合成高分子磁性微球和天然高分子磁性微球。合成中的鉸鏈分子主要有：聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯(PGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等，天然中常用的物質(zhì)有：纖維素、明膠和生物性高分子物質(zhì)，如：蛋白質(zhì)，糖蛋白，膠原蛋白等，此外還有對天然高分子進(jìn)行改性來作為磁性微球中的高分子基質(zhì)。而常用的無機(jī)磁性粒子主要有：Fe3O4、Fe2O3、Pt、Ni、Co等。
纖維素磁性微球以其環(huán)境友好、原材料來源豐富、生物相容性好逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注。本文在查閱一定量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，了解到纖維素磁性微球的制備方法主要有溶膠-凝膠轉(zhuǎn)相法、反相懸浮包埋法、靜電噴射法、原位共沉淀法、反相懸浮聚合法、生物發(fā)酵法等，然而關(guān)于纖維素磁性微球的特性和應(yīng)用的研究相對比較缺乏。本文探討了纖維素磁性微球的特性指標(biāo)，并對纖維素磁性微球的應(yīng)用進(jìn)行了簡介，最后對纖維素的未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
1 纖維素磁性微球的特征和特性指標(biāo)
據(jù)目前查閱文獻(xiàn)，有關(guān)纖維素磁性微球特性指標(biāo)的研究很少，但歸納起來纖維素磁性微球的特性指標(biāo)主要有三個：磁含量、磁響應(yīng)性、磁滲漏，蛋白質(zhì)的吸附性，耐酸堿性。衡量某特定纖維素磁性微球是否符合特定環(huán)境，基本上可以用著三個參數(shù)進(jìn)行表征。
1.1 磁含量、磁響應(yīng)性、磁滲漏
磁含量、磁響應(yīng)性、磁滲漏是對纖維素磁性微球磁性方面的表征參數(shù)。磁含量主要是指纖維素磁性微球中無機(jī)磁性粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這個指標(biāo)不僅可以直接影響制出纖維素磁性微球的粒徑，還會影響所得粒徑的磁滯回線。磁響應(yīng)性可以通過在外磁場作用下，磁性微球會被感應(yīng)產(chǎn)生一附加電場，這種外加磁場與自身感應(yīng)磁場的疊加產(chǎn)生磁效應(yīng)用磁化強(qiáng)度來表征;也可以通過在外加磁場作用下，到達(dá)指定地點(diǎn)的纖維素磁性微球占纖維素磁性微球的百分?jǐn)?shù);還可以測定纖維素磁性微球的磁化率和沉降速度間接地體現(xiàn)磁性微球的磁響應(yīng)時間。磁滲漏主要指磁性會隨著無機(jī)磁性粒子從纖維素磁性微球的孔洞中流出而減小的現(xiàn)象。磁含量、磁響應(yīng)性這三者是有密切關(guān)系的，隨著磁含量的增加，磁響應(yīng)性會變得更加優(yōu)良。磁滲漏的出現(xiàn)也必會導(dǎo)致磁含量的減小。
磁含量的多少、磁響應(yīng)性、磁滲漏一般是由最初加入無機(jī)磁性粒子的比例、制備工藝等因素決定的，這些特征參數(shù)直接關(guān)系到磁性微球磁性能。孫丹等以1.5g磁流體、若干質(zhì)量纖維素為原料用反相懸浮包埋技術(shù)制出了纖維素磁性微球，并用原子發(fā)射光譜法單位質(zhì)量微球中鐵元素的含量，得出纖維素磁性微球的磁含量為(3.83±0.29)%。此微球磁含量相對比較低，磁響應(yīng)性也相對比較差。但在酸性環(huán)境下得出了磁滲漏為(0.139±0.06)‰，表現(xiàn)出了良好的耐酸性能。喻發(fā)全[8]等用靜電噴射技術(shù)制得了纖維素磁性微球，發(fā)現(xiàn)磁含量的多少直接影響了纖維素磁性微球的粒徑。
1.2 蛋白質(zhì)吸附性
蛋白質(zhì)的吸附性反應(yīng)了纖維素磁性微球?qū)Φ鞍踪|(zhì)的吸附性能，體現(xiàn)了纖維素磁性微球與蛋白質(zhì)的結(jié)合能力。其主要衡量方法是采用ELISA法測定剩余抗體量，通過差量法進(jìn)而求出纖維素磁性微球吸附抗體的吸附率。
王龍用與CBD-ProA(橋聯(lián)劑)充分結(jié)合的纖維素磁性微球和抗體進(jìn)行吸附試驗(yàn)，以兔lgG作為抗體來源，采用ELISA法和差量法，研究了六種不同粒徑的吸附抗體能力。并且研究發(fā)現(xiàn)纖維素磁性微球的粒徑為5.82 ?m時，其吸附性能最佳。
1.3 耐酸堿性
耐酸堿性是指纖維素磁性微球在酸堿環(huán)境下的穩(wěn)定性，通常是以纖維素磁性微球在酸堿環(huán)境下的破壞情況來衡量。耐酸堿性可以通過檢測磁性微球在酸堿情況下纖維素磁性微球被破壞后釋放出的無機(jī)磁性粒子的質(zhì)量或者纖維素微球的質(zhì)量。
梁鴻霞自制了大孔形纖維素磁性微球離子交換樹脂，并準(zhǔn)確稱取0.0500 g大孔形纖維素磁性陽離子交換樹脂于25 ml容量瓶中，分別加入不同濃度的HCl(NaOH、NaCl)溶液定容，并用鄰二氮菲分光光度法測定溶液中的鐵含量。如表1。從表中可以看出，陽離子交換樹脂的耐堿性很好，對中性鹽溶液穩(wěn)定性也很好，但耐酸性很差，這主要是因?yàn)樗隳芷茐臒o機(jī)磁性粒子。
2 纖維素及其衍生物磁性微球的應(yīng)用
纖維素磁性微球由于其具有良好的生物相容性和超強(qiáng)的磁性廣泛應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測、藥物運(yùn)輸、抗體吸附、細(xì)胞分離等領(lǐng)域。改性后的纖維素磁性微球使纖維素磁性微球的某一方面性質(zhì)得到加強(qiáng)，可以應(yīng)用于特定的環(huán)境。
2.1 纖維素磁性微球的應(yīng)用
纖維素磁性微球是近年來發(fā)展的廣泛用于藥物載體、水質(zhì)監(jiān)測、生物活性配體等的磁性材料。纖維素磁性微球在外部磁場環(huán)境下能夠快速富集，這就為實(shí)現(xiàn)免疫分析分離及靶向給藥提供了可能。纖維素磁性微球具有良好的生物相容性，且能與蛋白質(zhì)等發(fā)生吸附作用，這就為磁性微球生物活性配體功能提供了基礎(chǔ)。
2.1.1 纖維素磁性微球在水質(zhì)檢測中的應(yīng)用
水質(zhì)是影響人類健康的一個重要自然因素，水質(zhì)中的微生物對人類健康也有著重大的影響，因此，檢測水中的微生物就變得舉足輕重。纖維素磁性微球與特定抗體連接的功能化微球就可用于微生物的檢測。Skjerve E等用免疫磁性技術(shù)從乳制品中分離出沙門氏菌，其檢測限為1×102個細(xì)菌。
2.1.2 纖維素磁性微球在生物工程中的應(yīng)用
纖維素磁性微球在生物工程方面有廣泛的應(yīng)用，白鋼等以纖維素磁性微球?yàn)檩d體，利用其和金黃色葡萄球菌蛋白A的配合作用，進(jìn)而結(jié)合了抗L-半胱氨酸脫巰基抗體。這種功能化的微球?qū)τ诤琇-半胱氨酸脫巰基抗原的分離和吸附具有重要的意義。曹宇等把IFN α-2b發(fā)酵群體裂解液加入到含有纖維素免疫磁性微球的玻璃容器中，4℃緩慢震蕩反應(yīng)過夜;將反應(yīng)溶液置于磁性分離裝置上吸附固定磁性微球，再用0.1M甘氨酸-鹽酸緩沖液(pH=2.5)解離未被吸附的IFN α-2b，分離磁性微球并解吸即可得到了純化的IFN α-2b溶液。
2.2 纖維素衍生物磁性微球的應(yīng)用
纖維素衍生物磁性微球主要是為了對纖維素磁性微球進(jìn)行改性，在保持纖維素磁性微球優(yōu)良性質(zhì)的基礎(chǔ)上，提高磁性微球某一方面的特性。纖維素衍生物磁性微球的種類比較多，各有優(yōu)點(diǎn)，下面僅簡單介紹丙烯酸酯纖維素復(fù)合微球、重氮樹脂/纖維素復(fù)合磁性微球、環(huán)氧氯丙烷修飾后纖維素磁性微球、羧甲基纖維素/甲殼素加入磁性納米粒子粉末、羥乙基纖維素磁性微球、環(huán)糊精改性纖維素微球。
丙烯酸酯類具有可降解的分子結(jié)構(gòu)，改性纖維素后具有優(yōu)良的加工、力學(xué)性能及可調(diào)控性。陳日清等用丙烯酸酯和纖維素在含有無機(jī)磁性粒子的溶液中進(jìn)行反相懸浮聚合，制得了丙烯酸酯纖維素磁性微球。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3O4磁性粒子不會和丙烯酸酯交聯(lián)，二者之間僅是簡單的包裹，而微晶纖維素和丙烯酸酯卻發(fā)生了交聯(lián)，顯著提高了磁性微球的耐溶劑型和力學(xué)強(qiáng)度。
朱咸浩等采用靜電自組裝技術(shù)制備了重氮樹脂/羧甲基纖維素鈉磁性微球，該過程主要分為重氮樹脂的制備、羧甲基纖維素鈉與重氮樹脂的自組裝。生成的復(fù)合磁性微球是一個多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其耐酸、堿和有機(jī)溶劑性與纖維素磁性微球相比顯著增強(qiáng)。
萬軍民等采用環(huán)氧氯丙烷作為交聯(lián)劑將環(huán)糊精接枝在纖維素上來對水中的無機(jī)重金屬離子進(jìn)行富集。環(huán)氧氯丙烷修飾的纖維素磁性微球一般是用環(huán)氧氯丙烷作為活化劑，進(jìn)步一為了引入各種功能集團(tuán)。
Cui等用自組裝的方法制備了羧甲基纖維素/殼聚糖磁性微球，這種多相的微球不僅賦予了它藥物運(yùn)輸?shù)墓δ?，而且允許在外磁場作用下進(jìn)行靶向定位。
張密林等制得了羥乙基纖維素磁性微球，并用戊二醛作為交聯(lián)劑，能固定生物中的各種酶，這將有利于對傳統(tǒng)釀酒業(yè)、食品發(fā)酵業(yè)的革新。
3 展望
近年來，在纖維素磁性微球的制備、性能研究及應(yīng)用等方面雖然取得了一定的進(jìn)展，但纖維素磁性微球尚處于研究試驗(yàn)階段，有些問題還需要進(jìn)一步研究解決。未來的研究可能從以下幾個方面展開。
1)纖維素磁性微球的理論研究：纖維素磁性微球的吸附機(jī)理、結(jié)構(gòu)的探討都尚不明朗，溫度等外界環(huán)境對纖維素磁性微球穩(wěn)定性、吸附性等因素的影響尚存在許多疑問。這些理論還有廣闊的研究空間。
2)纖維度磁性微球的應(yīng)用領(lǐng)域：纖維素磁性微球應(yīng)用截至目前已十分廣泛，但主要都是生物醫(yī)藥領(lǐng)域，其他領(lǐng)域的應(yīng)用卻少之又少。因此對纖維素磁性微球進(jìn)行改性添加功能性基團(tuán)，制造功能性纖維素磁性微球，以擴(kuò)展纖維素磁性微球的應(yīng)用領(lǐng)域很有必要。
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作者簡介
高俊民(1990—)，男，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2009級材料化學(xué)1班。
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