專利名稱：一種磁性纖維素微球及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性纖維素微球及其制備方法和用途，屬于高分子化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二十一世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)已趨向于可再生的原料以及環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的 過(guò)程與方法。纖維素是地球上最豐富的、可以再生的天然資源之一，具有價(jià)廉、 可降解并對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染等特點(diǎn)，因此世界各國(guó)都十分重視對(duì)纖維素的研究與 開發(fā)。纖維素是由纖維素二糖重復(fù)單元通過(guò)P- (1—4) -D-糖苷鍵連接而成的 線形高分子，每個(gè)脫水葡萄糖單元上的羥基位于C-2、 C-3和C-6位置，具有典型 的伯醇和仲醇的反應(yīng)性質(zhì)，鄰近的仲羥基表現(xiàn)為典型二醇結(jié)構(gòu)?？梢越?jīng)過(guò)一系列 的化學(xué)改性，制取不同用途的功能高分子材料。磁性高分子微球是指內(nèi)部含有磁 性金屬或金屬氧化物的超細(xì)粉末而具有磁響應(yīng)性的高分子微球。它是近二十年來(lái) 發(fā)展起來(lái)的一種新型功能高分子材料。磁性高分子可通過(guò)共聚、表面改性等化學(xué) 反應(yīng)在微球表面引入多種反應(yīng)性功能基團(tuán)，而具有特定反應(yīng)性，可通過(guò)共價(jià)鍵來(lái) 結(jié)合酶、抗體、細(xì)胞等生物活性物質(zhì)。磁性高分子微球具有一定的磁響應(yīng)性，因 而具有良好的操作性能和生產(chǎn)性能。
生物高分子微球是指以生物高分子為材料制備的表面連接有特殊功能基團(tuán) 的磁性高分子微球。生物高分子磁性微球與化學(xué)合成高分子磁性微球相比具有無(wú) 毒、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，可作應(yīng)用于食品、生物工程、環(huán)境科學(xué)以及化工生產(chǎn) 等不同領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種磁性纖維素微球及其制備方法和用途。本發(fā)明以 纖維素為基材，以鐵鈷鎳類超順磁性的無(wú)機(jī)物粒子磁流體，以堿/尿素水溶液或 堿/硫脲的水溶液為溶劑，采用直接包埋法制備磁性纖維素溶液，然后用常溫溶 膠凝膠轉(zhuǎn)相(Sol-Gel)法制備較高磁響應(yīng)的磁性纖維素微球。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種纖維素磁性微球，表面呈多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積為100 450m7g，孔徑為200 800nm，粒徑為1 600ym。
上述磁性纖維素微球的制備工藝可分為以下兩個(gè)步驟磁性纖維素溶液的制
備和磁性纖維素微球的制備。
磁性纖維素溶液的制備向堿/尿素水溶液或堿/硫脲的水溶液中加入含鐵鈷
鎳類超順磁性的無(wú)機(jī)物粒子后冷凍至-12 -5"C，然后加入纖維素，以200 1000r/min攪拌溶解纖維素后，低速離心脫泡和除雜質(zhì)得磁性纖維素溶液，根據(jù) 不同應(yīng)用領(lǐng)域，也可加入一些交聯(lián)劑。
磁性纖維素微球的制備將磁性纖維素溶液分散于含乳化劑或復(fù)合乳化劑的 有機(jī)溶劑中，200 1000r/min攪拌至液滴分散均勻后，在相同攪拌速度常溫固 化1-10hr成形，加入稀酸至溶液體系至中性使纖維素再生形成微球,靜置分層 上層為有機(jī)溶劑，下層為水相，纖維素顆粒沉淀在下層。傾倒出的上層有機(jī)相可 直接循環(huán)使用。然后除去水相，得到磁性纖維素微球，將磁性纖維素微球用蒸餾 水傾析洗滌數(shù)次后用10%乙醇水溶液浸泡洗滌3 5次后放入含20%乙醇的二次蒸 餾水中在0 5'C或冷凍干燥保存。所用有機(jī)溶劑為煤油、變壓器油、泵油、200' 汽油、透平油等礦物油或液體石蠟，或者它們中的兩種或兩種以上組成的混合有 機(jī)溶劑，其體積為磁性纖維素溶液體積的5-12倍。所用乳化劑或復(fù)合乳化劑為 用于制備油包水乳液的乳化劑，其體積為有機(jī)溶劑體積的0.5 10%，其中乳化 劑或復(fù)合乳化劑為Twin-80、 Span-80、油酸或油酸鉀，或者它們中的兩種或兩種 以上組成的混合乳化劑。
與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明的創(chuàng)新如下
本發(fā)明以纖維素為基材，以鐵鈷鎳類超順磁性的無(wú)機(jī)物粒子為磁流體，以堿 /尿素或硫脲的水溶液為溶劑，采用直接包埋法制備磁性纖維素溶液，然后用常 溫溶膠凝膠轉(zhuǎn)相(Sol-Gel)法制備了較高磁響應(yīng)的磁性纖維素微球。磁性微粒 表面呈多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積為100 450m7g，孔徑在200 800nm，粒徑在 1 600um，且粒徑、孔徑和包埋率可控。表面功能基團(tuán)為羥基，無(wú)其它殘留基 團(tuán)，便于表面衍生化轉(zhuǎn)化為其它功能基團(tuán)。磁性纖維素溶液和磁性微球的制備都 是物理過(guò)程，未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。整個(gè)制備工藝簡(jiǎn)潔，耗時(shí)短，對(duì)設(shè)備要求不高， 便于工業(yè)化生產(chǎn)。所用有機(jī)溶劑可重復(fù)使用。無(wú)殘留其它基團(tuán)和其它試劑，保持 了纖維素微球的潔凈。產(chǎn)品微球有良好的流動(dòng)性能和機(jī)械性能，用途廣泛，此磁性纖維素微球可用于生物蛋白質(zhì)的分離純化，同時(shí)由于纖維素?zé)o毒和生物相容性 好，所以在作為酶或其它生物材料的載體、血液凈化吸附劑和熒光微球探針更有 優(yōu)勢(shì)。而且產(chǎn)品廢棄后可在自然條件下降解，有利于環(huán)境保護(hù)。


附圖為本發(fā)明實(shí)施例l制得的磁性纖維素微球的掃描電鏡全貌圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例l
在NaOH/尿素水溶液中加入包埋率計(jì)量的磁性Fe粒子后冷凍至-12°C，然 后加入纖維以200 1000r/min劇烈攪拌溶解纖維素后，低速離心脫泡和除雜質(zhì) 得磁性纖維素溶液。在配有冷凝回流裝置和恒溫水浴的500ml三口燒瓶中加入 300ml煤油和變壓器油(體積比為1:1)混合溶劑，和30克Twin-80/Span-80 (質(zhì) 量比為l:l)復(fù)合乳化劑，200 1000r/min攪拌均勻后，緩慢加入上述制備的纖 維素溶液60ml,在45min內(nèi)加入完畢，控制攪拌速度為200r/min，常溫下乳化 30min。保持相同的條件繼續(xù)預(yù)固化lhr，隨后滴加10%鹽酸酸化至pH為中性使 纖維素再生。停止攪拌，靜置分層，上層為有機(jī)溶劑，下層為水相，纖維素磁性 顆粒沉淀在下層。傾倒出上層有機(jī)相，然后除去水相得磁性纖維素微球顆粒，將 磁性纖維素微球用蒸餾水傾析洗滌數(shù)次后用10%乙醇水溶液浸泡洗滌3~5次后 放入含20%乙醇二次蒸餾水中在0-5X:保存。制得的纖維素微球平均粒徑為 450um，平均孔徑為800nm，比表面積為450m7g。本實(shí)施例制得的磁性纖維素微 球的掃描電鏡全貌圖如圖1所示。 實(shí)施例2
在NaOH/硫脲水溶液中加入包埋率計(jì)量的磁性Fe203粒子后冷凍至-5"C，然 后加入纖維以200 1000r/min劇烈攪拌溶解纖維素后，低速離心脫泡和除雜質(zhì) 得磁性纖維素溶液。在配有冷凝回流裝置和恒溫水浴的500ml三口燒瓶中加入 300ml泵油和透平油(體積比為l:l)混合溶劑，和9克油酸/油酸鉀(質(zhì)量比為 1:1)復(fù)合乳化劑，200 1000r/min攪拌均勻后，緩慢加入上述制備的纖維素溶 液50ml，在30min內(nèi)加入完畢，控制攪拌速度為600r/min，常溫下乳化30min。 保持相同的條件繼續(xù)預(yù)固化6hr，隨后滴加10%鹽酸酸化至pH至中性使纖維素再生。停止攪拌，靜置分層，上層為有機(jī)溶劑，下層為水相，纖維素磁性顆粒沉 淀在下層。傾倒出上層有機(jī)相，它可直接循環(huán)使用，除去水相得磁性纖維素微球 顆粒，將得到的磁性纖維素微球用蒸餾水傾析洗滌數(shù)次后用10%乙醇水溶液浸泡 洗滌3~5次后放入含20%乙醇二次蒸餾水中在0 5。C保存。制得的纖維素微球平 均粒徑為300um，平均孔徑為800nm，比表面積為300m7g 實(shí)施例3
在LiOH/尿素水溶液中加入包埋率計(jì)量的磁性Fe304粒子后冷凍至-12°C， 然后加入纖維以200 1000r/min劇烈攪袢溶解纖維素后，低速離心脫泡和除雜 質(zhì)得磁性纖維素溶液。在配有冷凝回流裝置和恒溫水浴的500ml三口燒瓶中加入 300ml 200#油和液體石蠟(體積比為1:1 )混合溶劑，和3克Span-80乳化劑，200 1000r/min攪拌均勻后，緩慢加入上述制備的纖維素溶液30ml，在15min內(nèi)加 入完畢，控制攪拌速度為1000r/min，常溫下乳化30min。保持相同的條件繼續(xù) 預(yù)固化10hr，隨后滴加10。/。鹽酸酸化至pH為中性使纖維素再生。停止攪拌，靜 置分層，上層為有機(jī)溶劑，下層為水相，纖維素磁性顆粒沉淀在下層。傾倒出上 層有機(jī)相，它可直接循環(huán)使用，除去水相得磁性纖維素微球微球，將所得磁性纖 維素微球用蒸餾水傾析洗滌數(shù)次后用10%乙醇水溶液浸泡洗滌3~5次后放入含 20。/。乙醇二次蒸餾水中在0 5'C保存。制得的磁性纖維素微球平均粒徑為lum， 平均孔徑為200nm，比表面積為450m7g。 實(shí)施例4
在LiOH/硫脲水溶液中加入包埋率計(jì)量的磁性鐵鈷合金粒子后冷凍至-5t:， 然后加入纖維以200 1000r/min劇烈攪拌溶解纖維素后，低速離心脫泡和除雜 質(zhì)得磁性纖維素溶液。在配有冷凝回流裝置和恒溫水浴的500ml三口燒瓶中加入 300ml液體石蠟和3克Span-80，攪拌均勻后，緩慢加入上述制備的纖維素溶液 30ml，在15min內(nèi)加入完畢，控制攪拌速度為200r/min，常溫下乳化30min。保 持相同的條件繼續(xù)預(yù)固化6hr，隨后滴加10%鹽酸酸化至PH接近7使纖維素再 生。停止攪拌，靜置分層，上層為有機(jī)溶劑，下層為水相，纖維素磁性微球沉淀 在下層。傾倒出上層有機(jī)相，它可直接循環(huán)使用，除去水相得磁性纖維素微球， 將所得磁性纖維素顆粒用蒸餾水傾析洗滌數(shù)次后用10%乙醇水溶液浸泡洗滌3~5 次后放入含20%乙醇二次蒸餾水中在0 5'C保存。制得的磁性纖維素微球平均粒徑為300um，平均孔徑為800nm，比表面積為350m7g。 實(shí)施例5在NaOH/尿素的水溶液中加入包埋率計(jì)量的磁性鐵鎳合金粒子后冷凍至-12 'C，然后加入纖維以200 1000r/min劇烈攪拌溶解纖維素后，低速離心脫泡和 除雜質(zhì)得磁性纖維素溶液。在配有冷凝回流裝置和恒溫水浴的500ml三口燒瓶中 加入300ml液體石蠟和6克Span-80和2克油酸鉀，200 1000r/min攪拌均勻 后，緩慢加入上述制備的纖維素溶液50ml，在30min內(nèi)加入完畢，控制攪拌速 度為200r/min，常溫下乳化30min。保持相同的條件繼續(xù)預(yù)固化2hr，隨后滴加 10y。鹽酸酸化至PH接近7使纖維素再生。停止攪拌，靜置分層，上層為有機(jī)溶 劑，下層為水相，纖維素磁性顆粒沉淀在下層。傾倒出上層有機(jī)相，它可直接循 環(huán)使用，除去水相得磁性纖維素微球顆粒，將所得磁性纖維素顆粒用蒸餾水傾析 洗滌數(shù)次后用10%乙醇水溶液浸泡洗滌3~5次后放入含20%乙醇二次蒸餾水中 在0 5'C保存。制得的磁性纖維素微球平均粒徑為lum，平均孔徑為800nm，比 表面積為450m7g。 實(shí)施例6在NaOH/尿素水溶液中加入包埋率計(jì)量的磁性鐵鈷鎳合金粒子后冷凍至-12 °C，然后加入纖維以200 1000r/min劇烈攪拌溶解纖維素后，低速離心脫泡和除 雜質(zhì)得磁性纖維素溶液。在配有冷凝回流裝置和恒溫水浴的500ml三口燒瓶中加 入300ml液體石蠟和6克Span-80和2克油酸鉀，攪拌均勻后，緩慢加入上述制備的 纖維素溶液60ml，在60min內(nèi)加入完畢，控制攪拌速度為800r/min，常溫下乳化 30min。保持相同的條件繼續(xù)預(yù)固化4hr,隨后滴加10。/。鹽酸酸化至PH接近7使纖 維素再生。停止攪拌，靜置分層，上層為有機(jī)溶劑，下層為水相，纖維素磁性顆 粒沉淀在下層。傾倒出上層有機(jī)相，它可直接循環(huán)使用，除去水相得磁性纖維素 微球，將磁性纖維素微球用蒸餾水傾析洗滌數(shù)次后用10%乙醇水溶液浸泡洗滌 3~5次后放入含20%乙醇二次蒸餾水中在0~51:保存。制得的磁性纖維素微球平均 粒徑為100um，平均孔徑為800nm，比表面積為200m7g。上述直接包埋法制備的磁性纖維素微球有廣泛的用途，此微球可用于生物蛋 白質(zhì)的分離純化，使特定的蛋白質(zhì)吸附在磁性微球顆粒上后，外加磁場(chǎng)即可將吸 附蛋白質(zhì)后的磁性微球與其他雜蛋白分開，然后將磁性微球上的蛋白質(zhì)洗脫下來(lái)。此微球也可采用包埋法、吸附法、共價(jià)偶聯(lián)法用于酶或其它生物材料和熒光 物質(zhì)的固定，制備酶或其它生物材料的載體和熒光磁性微球探針。此微球用于癌 癥的治療顯示很好的靶向性。此發(fā)明制備的磁性微球主載體為纖維素，由于纖維 素良好的生物相容性和穩(wěn)定的物化性質(zhì)，且表面富含羥基，便于處理以滿足不同 用途。
權(quán)利要求
1. 一種磁性纖維素微球，表面呈多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積為100～450m2/g，孔徑為200～800nm，粒徑為1～600μm。
2. —種權(quán)利要求1所述磁性纖維素微球的制備方法其特征在于包括以下步驟(1) 向堿/尿素水溶液或堿/硫脲的水溶液中加入含鐵鈷鎳類超順磁性的無(wú)機(jī)物 粒子后冷凍至-12 -5'C，然后加入纖維素，劇烈攪拌溶解纖維素后，低速離心 脫泡和除雜質(zhì)得磁性纖維素溶液；(2) 將磁性纖維素溶液分散于含乳化劑或復(fù)合乳化劑的有機(jī)溶劑中，恒速攪拌 至液滴分散均勻后，在相同攪拌速度常溫固化l-10hr成形，加入稀酸至溶液體 系為中性使纖維素再生形成微球，靜置分層，倒出上層溶劑，然后過(guò)濾即得磁性 纖維素微球。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述磁性纖維素微球的制備方法其特征在于鐵鈷鎳類超 順磁性的無(wú)機(jī)物粒子為Fe、 Fe20:,、 Fe:A或鐵鈷鎳合金粒子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述磁性纖維素微球的制備方法其特征在于有機(jī)溶劑為煤油、變壓器油、泵油、200"汽油、透平油等礦物油或液體石蠟，或者它們中的兩 種或兩種以上組成的混合有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑體積為磁性纖維素溶液體積的 5-12倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述磁性纖維素微球的制備方法其特征在于所用乳化劑或復(fù)合乳化劑為用于制備油包水乳液的乳化劑，其體積為有機(jī)溶劑體積的0.5 10%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述磁性纖維素微球的制備方法其特征在于乳化劑或復(fù)合乳化劑為Twin80、 Span-80、油酸或油酸鉀，或者它們中的兩種或兩種以上組成 的混合乳化劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述磁性纖維素微球的制備方法其特征在于攪拌速度為 200 1000r/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述磁性纖維素微球的制備方法其特征在于將得到的微球 纖維素磁性用大量去離子水或少量乙醇傾析洗滌，得到潔凈的磁性纖維素微球。
9. 權(quán)利要求1所述磁性纖維素微球在生物蛋白質(zhì)的分離純化，以及制備酶或其它生物材料的載體和熒光磁性微球探針中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性纖維素微球及其制備方法，該磁性纖維素微球表面呈多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，比表面積為100～450m²/g，孔徑為200～800nm，粒徑為1～600μm。所述磁性纖維素微球以纖維素為基材，以鐵鈷鎳類超順磁性的無(wú)機(jī)物粒子為磁流體，以堿/尿素或硫脲的水溶液為溶劑，采用直接包埋法制備磁性纖維素溶液，然后用常溫溶膠凝膠轉(zhuǎn)相法制備了較高磁響應(yīng)的磁性纖維素微球。本發(fā)明所用有機(jī)溶劑可重復(fù)使用，無(wú)殘留其它基團(tuán)和其它試劑，保持了纖維素微球的潔凈，整個(gè)制備工藝簡(jiǎn)潔，耗時(shí)短，對(duì)設(shè)備要求不高，便于工業(yè)化生產(chǎn)，且制得的磁性纖維素微球有良好的流動(dòng)性能和機(jī)械性能，用途廣泛。
文檔編號(hào)G01N21/00GK101274985SQ20081004767
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者劉石林, 周金平, 張俐娜, 羅曉剛 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)