一種磁珠的制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于磁性材料制備技術領域，尤其涉及一種磁珠的制備方法及應用。
【背景技術】
[0002] 對于常規方法合成的磁性納米粒子，通常表現出以下兩方面的顯著特征。第一，表 現出超順磁性或近似超順磁性（剩磁較少或極少），有利于在磁場作用下從分散的溶液中 聚積而分離，同時也有利于取消磁場作用后再次分散到溶液中，而實現對分離組分的分析， 上述特征特別有利于自動化分離與分析；第二，粒徑（指用TEM表征的非水合粒徑）較小， 通常在10-100nm，每個粒子在強磁場作用下，表現出較小的磁力，從分散的溶液中分離時間 長、分離不完全，從而導致分析速度慢、分析靈敏度降低。
[0003] 為了利用上述優點（超順磁性或近似超順磁性）和克服上述缺點（分離時間長、 分離不完全），必須將多個磁性納米粒子組裝成為一個粒徑更大的磁珠（為了下述表達的 方便，磁性納米粒子即指未連接的、小粒徑的、納米尺度的粒子，磁珠即指連接后的、大粒徑 的粒子）。一個磁珠的磁力即由多個磁性納米粒的磁力加和，使磁珠的磁力遠大于磁性納 米粒子，在磁場作用下能夠快速集聚從而在分散的溶液中快速、完全分離。同時，由于磁珠 是由磁性納米粒子組裝而成，即保留了磁性納米粒子的超順磁性或近似超順磁性，在取消 磁場作用后即可實現磁珠的再次快速分散。對于生物分離與分析使用的磁珠，其實還有另 一個重要的要求，在溶液中必需具有良好的懸浮穩定性，否則不能與被分離組分在一定的 反應時間內、且在懸浮狀態下進行快速、完全反應。因此，對于一個性能卓越的生物分離與 分析使用的磁珠必須具備三方面的條件，其一，強磁力，最好在1-2分鐘內在常用的強磁鐵 (釹鐵硼磁鐵）作用下，實現分散在溶液中的磁珠的快速、完全分離；其二，超順磁性或近似 超順磁性，使磁珠在較弱外力作用下（如振搖、液體流動）再次快速分散；其三，良好的懸浮 穩定性，在水溶液中至少30分鐘內能夠懸浮穩定，不發生沉降。
[0004] 對于現行的磁珠，通常在強磁力和懸浮穩定性間存在矛盾。為了獲得強磁力，必須 提高磁珠中磁性納米粒子的數量，但是磁珠的體積往往會快速增大，導致懸浮穩定性降低， 同時也導致磁珠對捕獲對象的空間位阻增大，捕獲能力降低。磁珠體積快速增大的主要因 素，一方面是磁性納米粒的積聚，另一方面是用于固載磁性納米粒的非磁性組分的化學聚 積。前者是不能回避的，因此，解決磁珠快速增大的唯一辦法即是降低后者在磁珠中的含 量，即提高磁珠的磁含量（磁含量即為磁珠中磁性物質（磁性納米粒）的含量）。現行的 商品化磁珠，包括醫用磁珠，大多數均是高分子聚合物磁珠，包括均聚物和共聚物磁珠。常 用的合成高分子包括聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯比咯烷酮、聚乳 酸、聚乙烯醇以及他們的共聚物等。常用的制備方法包括包埋法、分散聚合法、乳液聚合法 和活性聚合法等。這些方法均是在有機聚合單體發生聚合反應的過程中，將磁性納米粒包 覆在高分子微球之中，從而使一個高分子磁珠中固載多個磁性納米粒。為了讓磁性納米粒 穩定地固載，必須要求磁珠中的每一個磁性納米粒均要有足夠的高分子包覆層，這樣即導 致了磁珠中非磁性物質含量的增加，即磁含量較低。除了高分子磁珠外，事實上，還有無機 材料磁珠。采用水解有機硅氧烷的方法制備Si02包覆的磁珠，制備方法主要包括反相微乳 法、氣溶膠高溫分解法和溶膠凝膠法等。在保證磁力的前提下，這類磁珠的磁含量更低。上 述兩類磁珠，均是在制備非磁性微球的過程中通過包覆（包括物理包覆和基于化學鍵固載 的包覆）固載磁性納米粒，這是不可避免地增加非磁性物質的含量，從而降低制備磁珠的 磁含量，這是一個內在的固有矛盾，難于從方法上避免。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提出一種磁珠的制備方法，該制備方法利用交聯劑的活潑基團和 磁性納米粒子的表面功能基團之間的化學反應所形成的化學鍵，將多個磁性納米粒子連接 起來，制備出高磁含量的磁珠。
[0006] 為達此目的，本發明采用以下技術方案：
[0007] 發明提供了一種磁珠的制備方法，首先制備表面功能化的磁性納米粒子，然后采 用交聯劑將至少兩個表面功能化的磁性納米粒子連接起來，制備出磁含量為70% -98%的 磁珠。
[0008] 作為一種優選方案，所述表面功能化的磁性納米粒子的粒徑為5-250nm，所述表面 功能化的磁性納米粒子為表面修飾的磁性納米粒子或包埋大分子的磁性納米粒子或表面 固載大分子的磁性納米粒子。
[0009] 作為一種優選方案，所述表面功能化的磁性納米粒子的表面功能基團為羥基或羧 基或氨基或醛基或巰基中的一種或幾種。
[0010] 作為一種優選方案，所述交聯劑采用含有活潑基團的大分子物質，所述活潑基團 為羥基或羧基或醛基或巰基或氨基中的一種或幾種。
[0011] 作為一種優選方案，所述大分子物質為聚合物或嵌段聚合物或蛋白質或DNA或多 肽或多糖中的一種或幾種。
[0012] 作為一種優選方案，所述磁珠的粒徑至少為所述磁性納米粒子粒徑的2倍，具體 為 200nm-50 y m。
[0013] 作為一種優選方案，所述磁珠為球形或不規則形。
[0014] 作為一種優選方案，所述磁珠在溶液中的完全分離時間為lmin-6min。
[0015] 本發明還提供了 一種如上任一所述的磁珠的制備方法制得的磁珠在生物醫藥分 析與分離的應用，將所述磁珠直接加入生物樣品中，利用電荷相互作用進行目標物的磁性 快速捕獲分離與分析；
[0016] 或者首先在所述磁珠上偶聯捕獲試劑，再進行目標物的磁性快速捕獲分離與分 析。
[0017] 作為一種優選方案，所述捕獲試劑為抗體或適體。
[0018] 本發明的有益效果為：
[0019] 本發明提供了一種磁珠的制備方法，本發明利用交聯劑的活潑基團和磁性納米粒 子的表面功能基團之間的化學反應所形成的化學鍵，將多個磁性納米粒子連接起來，制備 出高磁含量（70% -98% )的磁珠。本發明制備方法簡單，制備產率高，磁珠粒徑大小可控； 在制備磁珠中固載相同量的磁性納米粒，即每個磁珠具有相同磁力的前提下，本發明制備 的磁珠的磁含量更高，體積更小，表面電荷豐富，表面親水性更強，懸浮穩定性更好，解決了 現有磁珠特別是醫用磁珠磁含量低的問題，也克服了現有磁珠為了實現快速分離，極大地 增加磁珠體積而導致懸浮穩定性降低的問題。
[0020] 本發明還提供了一種上述的磁珠的制備方法制得的磁珠在生物醫藥分析與分離 的應用，將所述磁珠直接加入生物樣品中，利用電荷相互作用進行目標物的磁性快速捕獲 分離與分析；或者首先在所述磁珠上偶聯捕獲試劑，再進行目標物的磁性快速捕獲分離與 分析。對于被捕獲組分生物反應特別是免疫反應來說，本發明制得的小體積磁珠所導致的 空間位阻顯著降低，捕獲能力和分析檢測靈敏度提高，能夠更好地用于生物醫藥分離與分 析，特別適用于生物體液或反應液中細胞、細菌、病毒、DNA/RNA、蛋白質等的分離以及基于 化學發光、電化學發光和熒光的臨床生化快速自動化檢測。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明實施例一的PEI交聯磁珠的熱失重曲線圖；<