磁性微球在生化领域中的应用
磁性微球在生化领域中的应用
酶、 细胞 、 抗体等生物活性物质 ， 进而可以结合各种功
能物质 ， 物质 同时具 有多 种功 能 ； 然 ， 使 显 所有 应用 于 生物 医学 体 系 中的磁 性 微 粒 一 般 均具 有 核 壳 或 类 似 核壳结 构 。其 核心 具有 磁性 ， 外层 具 有识 别或 键合 作 用 的官 能 团 的功 能 化层 。根 据 材料 组 成 可 将 磁 性 核 的壳层 功 能化 材料 分 为 ， 机 和有机 功能 化材 料 。一 无
ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｅ ｄ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｆ ｌ ．Ｔｈ ｓａ ｔｃｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｅ ｍａ ｎ ｔｃ ｍｉｒ ｓ ｈ ｒ ｓｉ ｉｌ ｇｃ ｅ ａ ａｉ ｎ，ｅ ｚ ｍｅ ｉ ｉ ｉ ｒｉｌ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｐ ｌｃ ｔ ｆｔ ｇ ｅ ｉ ｃ ｏ ｐ ｅ ｅ ｎ ｂ ｏｏ ｉａ ｓ ｐ ｒ ｔｏ ｏ ｈ ｌ ｎｙ ｉ ｍｍｏ ｉｉａ ｉｎ，ｄ ｕ ａ ｇ ｔ ｇ，ａ ｄ ｏｈ ｒｆｅｄ ．Ａｓ ｐ ｏ ｌ ｔ ｄ ｈｅ ｍａ ｎｅｉ ｃ ｏ ｐ ｅ ｅ ｈ ｅ ｐ ｎ ｎ ｆｐ ｅ ａ ａ ｂ ｌ ｔｏ ｚ ｒ ｇ ｔｒ ｅｉ ｎ ｎ ｔｅ ｌｓ ｉ ｅ ｐｅ ｓｕ ｙ ｔ ｇ ｔｃ ｍｉ ｒ ｓ ｈ ｒ ｓｔ ｅ ｄ ｅ ｅ ｉ ｇ ｏ ｒ ｐ ｒ — ｔｏ ｎ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｗｉ ｅ ｄ ｔ ｅ ｏ ｕ ｉｎ ｒ ｄ ａ ｃ ｓ，ａ ｄ ｃ ｍｍｅｃ ａｉ ｔ ｎ ｏ ｒ ｍｉｉ ｇ ｆ ｔ ｒ ｉｎ ａ ｄ ａ ｐ ｉａｉ ｆｔｃ ｎ ｌｇ ｌ ｌ ａ ｏ ｒ ｖ ｌ ｔ ａ ｙ ａ ｖ ｏ ｌ ｏ ｎ ｅ ｎ ｏ ｒ ｉ ｚ ｉ ｆａ ｐ ｏ ｓｎ ｕ ｕ ｅ． ｌａ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｍａ ｎｅｉ ｃｏ ｐ ｅ ｅ ｂ ｏ ｈ ｍｉ ａ ｅ ｄ ｓ ｐｅ ｐ ｒ ｍａ ｅ ｉ ｅ ａ ｉｒ ｙ ｒｓ ｇ ｔｃ ｍｉｒ ｓ ｈ ｒ ｓ ｉｃ ｅ ｃ ｌｆ ｌ ｕ ｒ ａ ａ ｇ ｔｃ ｂ ｈ ｖ ｏ ｉ ｎ
磁性微粒及其在生物医药领域的应用
磁性微粒及其在生物医药领域的应用李淑娟(延安大学西安创新学院医学系，陕西西安710100)摘要：磁性微粒具有超顺磁性、较高的比表面积、可修饰功能基团等特性。
因此，将抗原／抗体、酶、核酸／寡核苷酸、小分子药物等固定在其表面，可用于生物医学研究领域。
关键词：磁性微粒：生物医药：应用。
磁性微粒是指磁性纳米粒子与无机或有机分子结合形成的可均匀分散于一定基液中具有高度稳定性的胶态复合材料。
由于磁性微粒具有磁响应性，成本低、能耗少、无污染等特点，人们在磁性微粒表面或通过磁性微粒表面的功能基团(如氨基、羧基、巯基、环氧乙烷等)将酶、抗体、寡核苷酸等生物活性物质进行固定，可进一步用于酶的固定化【11、靶向药物载体12J、细胞分选删、免疫检测|4J及蛋白与核酸的分离纯化、杂交检测等领域纠。
1磁性微粒的特征首先，磁性微粒具有超顺磁性，遵循库仑定律，可以被外界磁场所调控，进而保证了磁性微粒在外加磁场中反复操作而不改变其磁学性质，使其在下游得到了更好的应用；其次，磁性微粒具有表面效应，随着粒径的减小，其比表面积迅速增加，微粒表面吸附能力也随之增强，从而使其表面生物活性物质固定量大幅度提高；再次，磁性微粒具有表面可修饰性，其表面可引入氨基、羧基、巯基等功能基团或功能化后与特定无机物质如胶体金、量子点等复合，然后通过共价或物理吸附作用将酶、抗体、细胞、核酸及寡核苷酸等固定在表面，进而应用于生物和医学研究领域；另外，磁性微粒还具有生物相容性及可降解性，因而作为磁共振成像(M砌)和结合外加磁场的靶向给药系统已经在临床诊断和治疗中得到了较好的应用州。
2磁性微粒的种类．磁性微粒的核心组成是纳米磁性粒子(包括铁的氧化物、金属铁、钻、镍及正铁酸盐等)，也称磁流体。
将磁流体与其它性质材料的基质相互作用，便形成磁性复合微粒(简称磁性微粒、磁性微球、磁珠等)。
磁性微粒分类方法很多，按其结构不同，可分为简单结构、核壳结构、夹心结构；磁性微粒的核心组成一磁流体为纳米无机材料，按照与其复合的材料组成不同，可分为无机／有机磁性微粒和无机，无机磁性微粒。
磁性纳米微球研究及其在法医学中的应用
磁性纳米微球研究及其在法医学中
的应用
磁性纳米微球是一种由多孔铁氧体或其他金属-氧化物形成的磁性微粒，它们可以通过外加磁场来控制自身的运动，并且具有较强的光学、电学和热学性能。
磁性纳米微球在法医学中的应用主要是分析和诊断人体血液样本中的尸检标记物，以及检测死亡原因等。
此外，磁性纳米微球还可用于对死者的DNA进行检测，以及检测死者身上留有的痕迹物质等。
这种微粒通常是由多孔铁氧体或其他金属-氧化物形成的，具有较好的磁性特性，可以通过外加磁场来控制其运动。
当磁性纳米微球接触到人体样本时，可以检测出尸检标记物，以及检测死亡原因等。
此外，磁性纳米微球还可以用于检测死者身上留有的痕迹物质，以及对死者的DNA进行检测等。
磁性纳米微球在法医学中的应用可以帮助法医准确、快速地分析出死者肉体上留有的痕迹物质，检测出死亡原因，以及检测死者身上留有的痕迹物质等。
此外，磁性纳米微球还可以用于检测死者的DNA，以及对死者的血液样本进行检测等。
磁性纳米微球在法医学中的应用不仅可以准
确检测出死亡原因，而且还可以提供有效的证据来帮助调查组更好地完成调查工作。
磁性纳米材料在生物医学领域的应用
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一、简介
1.2 磁性微球的特性
大比表面
超顺磁性
生物相容性
功能基特性
随着微球的细化， 在外加磁场作 其粒径达到纳米级 用下软磁性高 时，其比表面激增， 分子微球可产 微球表面官能团密 生磁性，并做 度及选择性吸附能 定向移动，磁 力变大，达到吸附 场去出后磁性 平衡的时间大大缩 消失，由此可 短，粒子的分散稳 方便地进行分 离和磁性导向。 定性也大大提高。
传统的蛋白质分离方法有盐析、有机溶剂沉淀法、膜分离技 术和层析技术等，改变溶液的pH值、介电常数、温度或者是离子 强度等因素。 Herdt等利用羧基修饰的吸附 /解离速度快的核壳型 (FeO/PPA) 磁性纳米颗粒与 Cu-亚氨基二乙酸 (IDA) 共价交联，通过Cu 与组氨 酸较强的亲和能力实现了组氨酸标记蛋白的选择性分离
磁性纳米材料在生物医学领域的应用
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简介 在生物分离方面的应用 在核磁共振成像（MRI）中的应用
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在靶向给药中的应用
在靶向热疗中的应用
一、简介
1.1 磁性微球结构
A.B 核壳型 C.混合型 D.多层型
磁性微球由载体微球和配基结合而成。理想的磁性微球为均匀的 球形、具有超顺磁性及保护性壳的粒子。
物理导向———利用外加磁场，使磁性药物载体在病变部位富集，减小正常
组织的药物暴露，降低毒副作用，提高药物的疗效。
磁珠的原理及应用
磁珠的原理及应用磁珠是一种具有磁性的微小颗粒，通常由硅胶或聚合物材料制成。
它们在生物医学和生物技术领域有广泛的应用。
磁珠的原理是借助磁性来实现其应用。
下面将详细介绍磁珠的原理和应用。
1.磁珠的原理：磁珠的原理是基于磁性材料的特性。
磁珠通常由含有铁、镍、钴等元素的磁性元素制成。
这些元素具有磁性，并且可以通过外界的磁场来控制其运动。
磁性元素与其他成分通过化学方法或物理方法结合在一起，形成稳定的微球状颗粒。
磁珠通常具有比细胞或蛋白质颗粒小得多的尺寸，因此可以在生物样本中进行有效的分离和纯化。
2.磁珠的应用：(1)分离和纯化：磁珠可以被用于从复杂混合物中分离目标组分。
通过在目标组分表面上标记特定的抗体、蛋白质或配体，磁珠可以与目标分子结合，并通过外加的磁场来分离出来。
这一技术在生物学研究和临床诊断中非常常见，可以用于细胞的分离、DNA/RNA的纯化、蛋白质的纯化等。
(2)生物染色和分析：磁珠可以被用于在生物样本中标记和染色目标分子，例如细胞、DNA/RNA或蛋白质。
通过在磁珠表面上固定染色剂或荧光标记物，可以实现对特定分子的检测和定量分析。
这种方法在细胞成像和分析、分子生物学实验等领域广泛应用。
(3)化学反应和合成：磁珠可用作催化剂的载体，用于化学反应和合成。
通过将催化剂固定在磁珠表面，可以实现对反应的控制和分离。
这种方法在有机合成、催化反应和环境保护等领域有广泛的应用。
(4)生物传感器：利用磁珠的磁性特性和表面功能化修饰，可以制备出具有高灵敏度和选择性的生物传感器。
磁珠生物传感器可以用于检测生物标志物、环境污染物、食品安全等。
这种技术有望在医学诊断、环境监测和食品检测等领域得到广泛应用。
总之，磁珠作为一种具有磁性的微小颗粒，在生物医学和生物技术领域有广泛的应用。
通过利用磁珠的磁性特性，可以实现对生物样本的分离、纯化、染色和分析等。
另外，磁珠还可以用于催化反应和合成，并制备成高灵敏度和选择性的生物传感器。
磁性高分子微球的制备及作用
磁性高分子微球的制备及作用1、磁性高分子微球简介近20年来，磁性高分子微球的研究非常活跃，已从最简单的高分子包裹磁性材料发展到多种类型的组成方式。
本文根据磁性高分子微球的结构类型将其分成三类(见图1)，但是，组成磁性微球的基本材料仍然是磁性物质和高分子材料。
磁性物质包括Fe3O4、r-Fe2O3、Pt、Ni、Co等，其中Fe3O4使用最多;高分子材料包括合成高分子材料和天然高分子材料。
合成高分子材料常用的有苯乙烯共聚物、聚酯类、聚酰胺类高分子;天然高分子材料常用的有明胶、白蛋白、纤维素和各种聚糖。
此外，近年来有人为了电磁方面的应用，研究了一些导电性的磁性高分子微球[4，5]，聚吡咯、聚苯胺等导电聚合物也可用来制备磁性微球。
磁性高分子微球的性质不仅与组成材料的性质有关，还与制备方法有关。
因此，制备方法的研究十分重要。
通常不同类型的磁性高分子微球其制备方法也有所不同。
2、磁性高分子微球的制备方法2•1a型磁性高分子微球的制备方法a型磁性高分子微球是一种简单的核壳微球，其制备方法有两种分类法:一种是根据磁性物质与磁性微球的形成次序分，有一步法和二步法;另一种是常规分法，有包埋法和单体聚合法。
这两种分法的交叉部分在于包埋磁性物质可采用一步法或二步法，而单体聚合包裹则大多采用二步法。
2•1•1一步法一步法又称共沉淀法，是指在生成磁性物质(Fe3O4或Fe2O3)的同时产生磁性高分子微球的制备方法，即先将高分子物质溶解，然后依次加入Fe2+和H2O2或FeCl2和FeCl3溶液，搅拌的同时滴加碱性溶液提高pH值，这样磁性物质一产生就被包裹形成核壳磁性高分子微球。
邱广亮[6]等采用这种方法制备了纳米级磁性明胶微粒，并用于纤维素酶的固定化。
一步法的优点是制备方法简单，避免了制取磁流体或均匀分散磁粒子的相关处理，制得的磁性微球粒径较小、表面积大。
缺点是磁性微球大小不均匀、磁响应性较弱。
2•1•2二步法二步法通常是先制备Fe3O4微粒子(或直接购买Fe3O4粉末)，然后将其与聚合物或高分子单体溶液混合作用制得磁性高分子微球。
磁性微球的生物医学进展
磁性微球的生物医学进展1、磁性微球的制备磁性微球的制备方法较多，不同类型的磁性微球制备方法不同。
大致可分为物理法和化学法。
物理法有喷雾干燥、热处理法和冷冻凝聚法。
化学法有乳液聚合法、悬浮聚合法、分散聚合法、自组装法和生物合成法等。
1.1喷雾干燥法喷雾干燥法是将磁流体分散在基体材料的溶液中，利用喷雾干燥制得磁性微球。
王强斌等〔7〕将纳米磁流体分散在聚丙烯腈的N , N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，混合均匀后进行喷雾，得到外形规整、粒径分布较窄、磁含量约15% 的聚丙烯腈磁性微球，得到的磁性微球可作为固定化酶的载体。
1.2热处理法热处理法是将蛋白质分散在磁流体中，在超声激烈搅拌下加热，使蛋白质稳定，可得到蛋白质包覆的磁性微球。
Jchatterjee等〔8〕采用此法得到了分散性良好的人血清白蛋白（HSA）磁性微球。
将HSA加入到磁流体中，然后将混合液倒入棉子油中，先在低温（4 C ）下高速超声搅拌，然后加热到130 C，同时保持高速的搅拌，持续一定时间，然后冷却洗涤。
得到的磁性微球分散良好，稳定性较化学交联蛋白质得到的磁性微球更好。
1.3冷冻凝聚法冷冻凝聚法是将磁流体分散在基体材料中，再加入液体石蜡，搅拌。
低温冷却后加入有机溶剂搅拌、过滤、洗涤可得到包覆Fe3O4的磁性微球。
张胜〔9〕等利用冷冻法制备了包裹超微Fe3O4和平阳霉素的明胶磁性微球。
此微球具有较好的靶向性和缓释性。
1.4乳液聚合法乳液聚合法是将磁流体分散在高分子单体中，加入乳化剂，高速搅拌剪切乳化。
同时高分子单体在乳液滴中发生聚合反应，形成了磁性颗粒均匀分散的磁性高分子微球。
谢钢〔10丨采用乳液聚合法制备了PS（聚苯乙烯）/Fe3O4复合微球，并研究了不同的分散稳定剂对所制备的复合磁性微球的影响。
悬浮聚合和乳液聚合类似，将磁流体加入到高分子单体中，不加乳化剂的情况下，借助高速搅拌的作用将单体分散成小液滴，单体在小液滴中反应，得到磁性高分子微球。
磁性微球在生物学中的应用
磁性微球在生物学中的应用一、磁性微球在核酸纯化上的应用核酸是现代生物学、医学研究中的重要课题。
核酸作为遗传信息的携带者，是基因表达的物质基础，除了在生物体正常的生长、发育、和繁殖等生命活动中具有十分重要的作用外，它与生命的异常情况，如肿瘤发生、放射损伤、遗传疾病等也有密切关系。
因此核酸是现代生物学、医学研究中的重要课题。
无论是进行核酸结构与功能的研究，还是进行基因工程、蛋白质工程，首先需要对核酸进行分离纯化。
超顺磁性磁性微球是细胞分离、鉴定，基因分析，细菌和病毒的病原体诊断，核酸分离分析，蛋白质纯化的一个有效手段。
通过寡聚核苷酸[Oligo（dT）]序列或链霉亲和素等将DNA 和RNA连接磁性微球表面已开发了许多应用。
1、DNA/RNA结合蛋白分离在基因表达中，蛋白质也是一个重要角色，然而与DNA/RNA特异性结合得蛋白质通常寿命都很短，且含量少，链霉亲和素修饰的磁珠可用来提取分离DNP/RNP。
结合有生物素的DNA或RNA序列与链霉亲和素修饰的磁珠相互作用，蛋白质识别了这些序列，就可在几分钟内结合到固定化DNA/RNA上，这种方法已被用来分离转录因子，限制性内切酶，复制蛋白等。
2、mRNA分离在研究基因表达中，结合免疫磁性细胞分离和基于磁珠分离后进行逆转录（Reverse transcription）及聚合酶链反应（Polymerase chain reaction，RT-PCR）扩增，是一种强有力的手段。
典型哺乳动物一个细胞中只有大约10pg的RNA，而mRNA则仅占总RNA的1－5%。
传统的mRNA分离技术含有总RNA纯化，即基于Oligo（dT）-纤维素亲和色谱柱的PolyA+RNA选择，此过程费时并费力。
因此，Oligo（dT）25磁性微球被用于从复杂溶菌液中提取mRNA。
Poly（A）-tail是mRNA序列上普遍存在的一段碱基，因此磁珠表面只需要有Oligo（dT）25序列，就可以有效地与mRNA上的Poly（A）-tail 杂交，这种杂交非常迅速，在1－2分钟内就可完成，能有效地除去rRNA，tRNA以及其他RNA，且有70－100％的回收率。
默克Estapor(二)2024
默克Estapor（二）引言概述:在此文档中，我们将进一步介绍默克Estapor（二）的特性、优势和应用领域。
Estapor（二）是一种高品质的磁性微球，具有广泛的应用潜力。
本文将分为五个部分，详细讨论Estapor（二）在生物医药、生物分析、生物传感和诊断、生物制造和纳米技术等领域的应用。
正文:一、生物医药应用:1. Estapor（二）在药物传递系统中的应用2. Estapor（二）在肿瘤治疗中的应用3. Estapor（二）在基因治疗中的应用4. Estapor（二）在体外诊断中的应用5. Estapor（二）在细胞和组织工程中的应用二、生物分析应用:1. Estapor（二）在蛋白质分析中的应用2. Estapor（二）在核酸分析中的应用3. Estapor（二）在细胞分析中的应用4. Estapor（二）在代谢物分析中的应用5. Estapor（二）在药物筛选和高通量筛选中的应用三、生物传感和诊断应用:1. Estapor（二）在免疫传感中的应用2. Estapor（二）在核酸传感中的应用3. Estapor（二）在细胞传感中的应用4. Estapor（二）在生化传感中的应用5. Estapor（二）在临床诊断中的应用四、生物制造应用:1. Estapor（二）在酶工程中的应用2. Estapor（二）在蛋白质工程中的应用3. Estapor（二）在抗体工程中的应用4. Estapor（二）在代谢工程中的应用5. Estapor（二）在工业生物技术中的应用五、纳米技术应用:1. Estapor（二）在纳米颗粒制备中的应用2. Estapor（二）在纳米材料表征中的应用3. Estapor（二）在纳米荧光标记中的应用4. Estapor（二）在纳米生物传感器中的应用5. Estapor（二）在纳米催化剂中的应用总结:默克Estapor（二）作为高品质的磁性微球，在生物医药、生物分析、生物传感和诊断、生物制造和纳米技术等领域都具有重要的应用价值。
磁性纳米粒子在生物医学中的应用与研究
磁性纳米粒子在生物医学中的应用与研究随着纳米科技的发展，磁性纳米粒子作为一种新型的生物医学材料，已经受到越来越多的关注。
磁性纳米粒子具有生物相容性好、药物释放控制性强、生物成像能力强等优点，在生物医学领域的应用非常广泛。
本文将从磁性纳米粒子的基础性能、生物相容性等方面，详细介绍其在生物医学中的应用与研究现状。
一、磁性纳米粒子的基础性能磁性纳米粒子通常是由磁性金属氧化物如Fe3O4、γ-Fe2O3等组成的。
正因为其尺度小、表面活性高的特点，能够作为药物载体、探针和影像制剂等在生物医学中得到广泛应用。
磁性纳米粒子具有很强的超顺磁性，在外磁场的作用下能够快速定向，同时对人体组织没有伤害性。
这些优良的性能使得磁性纳米粒子在生物医学中被广泛关注。
二、磁性纳米粒子的生物相容性在生物医学应用中，磁性纳米粒子的生物相容性是十分重要的一项指标。
具体而言，这包括纳米粒子对细胞毒性的影响、生物安全性以及长期的生物学效应等方面。
研究表明，纳米粒子的界面化学性质对其生物相容性有很大的影响。
一些研究者通过改变纳米粒子表面的羧酸、胺基或磷酸等化学基团来改善其生物相容性。
同时，合理的制备工艺也是提高纳米粒子生物相容性的重要因素之一。
三、磁性纳米粒子在药物载体中的应用作为一种新型的药物载体，磁性纳米粒子的应用前景广阔。
可以通过控制纳米粒子的尺寸、表面性质等来调节其吸附、螯合、包埋药物的能力，从而实现药物的良好释放性能。
此外，纳米粒子在靶向治疗方面也有广泛应用。
通过修改纳米粒子的表面，可以使其与特定的细胞或组织具有亲和性，从而实现药物的局部治疗和减少其他器官的不必要的影响。
四、磁性纳米粒子在生物成像中的应用磁性纳米粒子在生物成像中的应用是其最为突出的优点之一。
具体而言，这主要体现在磁共振成像（MRI）方面，并且可以成为影像诊断发展的一个重要方向。
研究表明，磁性纳米粒子可以改善MRI的增强效果，提高影像信噪比并且减少伤害性。
同时，在分子影像学、肿瘤生物学、神经科学等领域，也有着很好的应用前景。
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do i:10.3969/j .iss n.1002-154X .2010.06.013磁性微球在生化领域中的应用冯国栋 赵卫星(宝鸡文理学院化学化工系,陕西宝鸡721013)摘 要 磁性微球作为一种新型功能材料,在生物工程等领域有着广泛的应用前景,着重介绍了磁性微球在生物分离、固定化酶、靶向药物等领域的应用。
随着人们对磁性微球研究的不断深入,必将引起制备和应用技术的革命性进步,并且实现商业化具有广阔的前景。
关键词 磁性微球 生化领域 超顺磁性收稿日期:2010-06-03基金项目:宝鸡文理学院科研资助项目(ZK09135)作者简介:冯国栋(1980～),男,讲师,硕士,研究方向:磁性材料。
Magneti c M i crospheres i n the Fi eld of Appli cati on of Bi oche m i calFeng Guodong Zhao W eixing(Depart m ent of Che m istry and Che m ical Engineering,Baoji University of A rts and Science,Shanxi Baoji,721013)Abstract Magnetic m icr os pheres,as a ne w functi onal material,has a wide range of app licati ons in the bi ol ogicalengineering field .This article intr oduces the app licati on of the magnetic m icr os pheres in bi ol ogical separati on,enzy me i m mobilizati on,drug targeting,and other fields .A s peop le study the magnetic m icr os pheres the deepening of p repara 2ti on and app licati on of technol ogy will lead t o rev oluti onary advances,and commercializati on of a p r o m ising future .Keywords magnetic m icr os pheres bi oche m ical field super para magnetic behavi or 磁性微球的研究始于20世纪70年代末,磁性微球是指通过适当的方法使有机高分子与无机磁性纳米粒子结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的复合微球,是一种新型材料。
因其具有磁性,可在外加磁场的作用下方便地被定位、导向和分离,有学者因此将其形象地称为动力粒子;同时,磁性微球既具有有机高分子材料的易加工和柔韧性,又具有无机材料的高密度和高力学性能以及生产成本低、能耗少、无污染等特点;至于结构特征尺寸属于纳米范畴的磁性微球,则具有大的比表面积和显著的界面效应和量子效应。
而磁性微球的磁性仅仅是其性能的一部分,真正将其应用于生物医学领域还必须根据研究和应用需求将其通过共聚、表面改性等化学反应在微球表面引入多种反应性功能基(如:—OH 、—COOH 、—CHO 、—NH 2、—SH 等)外,也可以通过共价健来结合酶、细胞、抗体等生物活性物质,进而可以结合各种功能物质,使物质同时具有多种功能;显然,所有应用于生物医学体系中的磁性微粒一般均具有核壳或类似核壳结构。
其核心具有磁性,外层具有识别或键合作用的官能团的功能化层。
根据材料组成可将磁性核的壳层功能化材料分为,无机和有机功能化材料。
一般磁性微球按结构可分为3类(见图1):一是核为磁性,壳为非磁性的核/壳式结构(A ),二是核为非磁性,壳层为磁性的核/壳式结构(B );三是内外层皆为非磁性,中间层为磁性的夹心式结构(C )。
图1 常见的磁性微球结构F i g.1 The s truc tu re o f the comm o nm agne ti c m i c r o sp he re—54—第24卷第6期2010年6月 化工时刊Chem i ca l I ndu s try Ti m e s Vo l .24,No.6J un.6.2010而应用最为广泛的磁性微球材料是将磁性粒子进一步功能化,这种功能化的磁性粒子可以实现对目标物的选择性结合。
表1给出了磁性粒子功能化常见的材料。
其中大体分为天然生物大分子材料、合成高分子材料和无机物材料3种类型。
表1 制备磁性微球常用的提供活性功能基团的高分子材料Ta b l e 1 M a te ri a ls w ith func ti o na l g r o up is comm o n l y u se d i n p rep a ra ti o n o f m agne ti c m i c r o sp he re天然生物大分子材料合成高分子材料无机材料淀粉[1],纤维素及其衍生物[2],葡聚糖[3],壳聚糖[4～6]聚乙二醇[11],聚乙烯醇[12]Si O 2[18],Au[19]琼脂糖[7],明胶[8].聚丙烯酸[13],聚苯乙烯[14,15]血清蛋白[9],磷脂[10]类硅烷衍生物[16],聚乙烯亚胺[17] 所制备的功能化磁性微球材料主要目的在于提供活性功能基团如—OH 、—NH 2、—COOH 和—CONO 2等官能团。
当微球带有—OH 、—NH 2、—COOH 等功能基团时,它易与特定的分子相结合。
功能化超顺磁性磁性微球是细胞分离、鉴定,基因分析,细菌和病毒的病原体诊断,固定化酶,靶向给药,蛋白分离与DNA 提纯的一个有效手段,并有着广泛的应用前景。
1磁性微球在生化领域中的应用1.1 细胞分离在磁性微球表面接上如抗体、外源凝结素等具有生物活性的吸附剂或其它配基,利用它们与目标细胞的特异性结合,借助外磁场的作用,可以很方便、快速的对细胞进行分离、分类。
Molday 等[20]是采用磁性微球分离细胞的先驱,他将表面含羧基的磁性聚合物微球用荧光染料做标记,在其表面偶联抗体或外源凝集素,对血红细胞进行成功的分离。
与常见的细胞分离方法相比,磁性微球分离细胞具有简单、快捷、高效、安全等特点。
图2 磁性微球分离细胞原理的示意图[21]F i g.2 S chem a tic d iag ram o f the iso la ti o n o f ce ll by u s i ng m agne tic m ic r o sp he re s 磁性微球分离细胞主要有两种方式[22]:一种是直接从细胞混合液中分离出靶细胞的方法,称为正相分离或正相选择;Naume 等[23]就采用的正相分离法,他们用CD56单抗和羊抗鼠的I gG 修饰的磁性单分散微球分离了高纯度且保留NK 和LAK 活性的CD56+细胞,污染细胞含量低于3%,其活力大于91%。
另一种是利用磁性微球除去无关细胞,使靶细胞富集纯化的方法,称为负相分离或负相选择。
Gar 2lie 等[24]用抗CD3/抗CD28单克隆抗体包被的磁性微球培养T 细胞,结果表明该方法可获得大量T 细胞,为目前癌症的细胞免疫疗法提供了一个先进的手段。
1.2 固定化酶固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。
生物高分子例如酶分子等都具有很多官能团如—NH 2、—COOH 、—OH 等,固定化酶是指通过物理吸附、交联、共价偶合等方式将酶固定在磁微球的表面,以提高酶的操作稳定性和反复回收利用酶的技术。
酶是一种生物蛋白质,目前常用的酶分离方法存在的问题是酶在分离后很容易失活,影响到它的催化活性。
用磁性微球分离酶可以很好地保持它的活性和稳定性,同时也使得体系中酶的回收更加方便,提高了酶的使用效率。
邱广明[25]等采用碳化二亚胺法在磁性微球表面固定中性蛋白酶,制备活性高达700U /g;并且在缓冲溶液pH 值为6.0、离子强度较高时,固定化酶的活性最高。
邱广亮[26]等通过研究合成了具有磁响应性聚乙二醇微球,并以此为载体,固定化了α-淀—64—化工时刊 20101Vo l 124,No.6 论文综述《Re vi ew s 》粉酶。
在最适合条件下,固定化酶的活性达34000 U/g(干胶),并且该固定化酶对酸、碱、热的稳定性大大增强,其操作稳定性也大大增加。
磁性载体的性质对固定化酶的应用很重要,它必须满足一定的条件:①无毒;②可生物相容;③能够提供足够大的表面积,使酶反应顺利进行,降低酶反应基质和产物的分散限制;④具有一定的机械强度。
1.3 靶向给药磁靶向给药系统(Magnetie Targeted D rugs Deliv2 ery Syste m,简称MT DS)是近年来研究的一种新的靶向给药系统[27],目前国内外研究尚处于起步阶段。
该系统是利用药物载体的pH敏、热敏、磁性等特点,通过对磁性微球表面功能化,作为药物载体,在外加磁场的作用下,将药物载至预定区域(靶位),使所含药物得到定位释放,集中到病变部位发生作用[28],从而具有高效、速效和低毒的特点。
日本的Sako等制成海绵铁颗粒(30μm),治疗肝癌、肾癌等。
后来人们发现将化疗药物和磁性材料一起包封于载体材料中,进人体内后在外磁场作用下使微球聚集于病变部位,可提高靶区内的药物浓度,从而提高疗效,减少用药剂量,降低全身毒副作用。
Mori m ot o Y等通过动物实验发现,在没有磁场的作用下,药物主要集中在肝脏,而在磁场作用下,静脉注射磁性微球达到外界放有磁场的肺部,动脉注射磁性微球到达肺部。
1.4 蛋白质分离纯化传统的蛋白质分离方法如盐析、膜分离技术、有机溶剂沉淀法和层析技术等,一般是通过改变溶液的离子强度、介电常数、pH值、温度等因素来达到分离蛋白质的目的,操作过程过于繁琐,对目标蛋白的损失很大[29]。
磁性微球的粒径小,比表面积大,表面可修饰大量活性基团,所以偶联容量大,它能够作为被目标蛋白质识别和可逆结合的配基,将磁性微球直接放入含有目标蛋白质的混和溶液中,待目标蛋白质与磁性微球紧密结合后,利用外部磁场对其进行分离。
整个分离过程不需对混和溶液的离子强度、介电常数、pH值、温度进行调整,从而避免了传统分离过程中蛋白质的损失。
Odabasi[30]采用以亲和染料配基共价结合的聚(2-羟基乙基甲酸)磁性微球,从人血浆中吸附血清白蛋白(HS A),并分别研究了修饰前后磁性微球对血清白蛋白(HS A)的吸附。