专利名称：一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法及其在DNA分离纯化中的应用，属于磁性复合材料和生物分离材料制备技术领域。
背景技术：
DNA的分离纯化在基因工程、生物学、医学和遗传学等领域具有十分重要的地位。 DNA的分离纯化技术总体上可以分为两类无外加磁场辅助和有外加磁场辅助，即无磁分离和有磁分离。无磁分离的方法有多种，在众多文献和专利中都有描述(N·拉马苏步拉曼彦中国专利=DNA纯化方法和纯化的DNA. CN 1390229A, 2003年1月8日)，如苯酚-氯仿-异戊醇法、氯化铯-乙啡啶溴化物密度梯度离心法、色谱法、多级层析法、树脂吸附法、 硅氧化物或硅酸盐吸附法、交叉流动式离心分离法和相分离法等。上述分离方法各有优缺点，在此不一一赘述。有磁分离是利用磁性复合纳、微米颗粒对DNA的特异性吸附作用，在外加磁场辅助下将目标DNA从细胞裂解液中分离出来，是近年来发展迅速的一类DNA纯化技术；与无磁分离相比，它具有操作方便、快捷、污染少、易于实现自动化操作等诸多优势。国内外关于有磁分离的相关文献和专利，其差异性主要体现在使用不同的磁性复合纳、微米颗粒。磁性复合微球(又称为磁珠)是一种由磁性材料和非磁性材料复合而成的具有球形或类球形结构的新型功能材料。其磁性成分主要是铁、钻、镍，或者它们的氧化物及合金等；非磁性材料可以是合成高分子(如聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸、聚苯胺、聚吡咯等)或天然高分子(壳聚糖、淀粉、蛋白质、葡聚糖、琼脂糖等)，也可以是无机材料如二氧化硅、二氧化钛等。磁性复合微球根据其结构特点大致可以分为四种类型核-壳式、壳-核式、弥散式和夹心式。考虑到磁性无机粒子在化学稳定性、生物相容性和表面修饰等方面存在诸多缺陷，目前研究较多的是磁性成分在内、非磁性成分在外的核-壳式结构的复合微球。核-壳式磁性高分子微球将核的磁性和不同高分子壳层独特的物理和化学性能、 电学和光学性能有机地结合起来，在有机催化、生物传感、药物缓释、免疫分析及蛋白质和 DNA分离纯化等领域有着广泛的应用(王柯敏等中国专利采用氨基化二氧化硅壳磁性纳米颗粒快速抽提纯化DNA的方法.CN 1421455A，2003年6月4日；戴红莲等中国专利一种核/壳型聚氨酯磁性复合微球及其制备方法和用途.CN 1966097A，2007年5月23日； 王晓川等中国专利一种应用于蛋白质分离纯化的纳米磁性复合微球的制备方法.CN 101519482A，2009年9月2日；钱浩等中国专利一种嗜硫性磁性复合微球的制备方法和用此微球分离免疫球蛋白G的方法.CN 101279246A,2007年12月观日；成国祥等中国专利分子印迹磁性复合微球及其悬浮聚合制备方法.CN 1390863A,2003年1月15日；程杨等中国专利一种高磁性负载导电高分子的重金属吸附剂及其制备方法.CN 101708463A, 2009 年 11 月 23 日；Ugelstad 等美国专利Process for preparing magnetic polymer particles[P], US 47744265，1988 年 9 月 27 日)。
其中，表面富含氨基的磁性复合纳、微米颗粒以其良好的生物相容性和表面可接枝性，在核酸分离、药物载体和废水处理等领域受到了广泛关注(CN 1421455A ；CN 1966097A ；CN 101708463A ；CN 101071669A)。王柯敏等公开了一种利用氨基化SiO2包被 Fe3O4复合纳米颗粒快速抽提纯化DNA的方法(CN 1421455A)，该方法不需用苯酚-氯仿抽提除去核酸溶液中的蛋白质，简化了操作步骤，提高了分离效率，免去了酚-氯仿对环境的污染和对人体的损害。戴红莲等公开了一种铁氧体-二氧化硅-聚氨酯磁性复合微球的制备方法(CN 1966097A)，并使其结合不同药物，用于靶向治疗。程杨等公开了一种 !^e3O4-SiO2-聚吡咯重金属离子吸附剂及其制备方法(CN 101708463A)，该种吸附剂具有性质稳定、吸附速率快、可再生的特点，对污水中的重铬酸根离子有较好的吸附性能。目前表面富含氨基的核-壳式磁性高分子微球的制备均采用聚合物接枝和异相聚合的方法。聚合物接枝法是指将铁盐溶液或磁流体分散在聚合物的溶液中，利用磁核表面羟基和聚合物链上活性基团之间的化学作用(氢键或缩合)，形成聚合物包被磁核的复合物；这种方法制备的磁性复合微球分散性较差、核-壳式结构特征不明显。异相聚合法通常可以分为两类一步法原位聚合和分步法界面聚合。一步法原位聚合是指将纳米级磁流体、表面活性剂和聚合物单体均勻混合后再引发聚合，采用乳液聚合或分散聚合法得到聚合物包被狗304、γ-Fe2O3、铁酸盐(MC^Fe2O3)或狗丄0、附铁磁性纳米粒子的复合物。分步法界面聚合是指先用交联剂(如3-氨丙基三乙(或甲)氧基硅烷等)或表面活性剂(如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、吐温-80等)将磁核表面修饰，使单体在磁核表面吸附、成核、生长(CN 101708463A ；CN 1966097A ；S. Xuan 等Synthesis of Fe3O4Opolyaniline core/shell microspheres with well-defined blackberry-like morphology [J]. J. Phys. Chem. C2008,112，18804-18809.)。异相聚合法能够得到质量较高的核-壳式磁性复合微球，但制备过程中需加入交联剂和/或表面活性剂；这不仅提高了生产成本，而且环境并不友好。因此，如何简化制备过程、降低生产成本， 获得磁响应性高、分散性好、颗粒尺寸分布窄、表面功能化的复合微球，仍然是一项富有挑战性的课题。
发明内容
针对以上技术现状，本发明目的之一是提供一种制备过程简单、样品磁响应性高、 颗粒尺寸分布窄、分散性好、表面富含氨基的核-壳式磁性高分子微球的制备方法；本发明的另一目的是将所制备的复合微球用于分离、纯化DNA。一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法，其特征在于a.将铁氧体类纳/微米球形或类球形原料磁球置于盛有0. 05-0. 15mol/L的质子酸水溶液的容器中，超声分散5-10min，0-l(TC密封静置12h，磁吸分离除去质子酸水溶液， 得到质子化磁球，其中原料磁球的质量(g)与质子酸溶液的体积(mL)之比为1 200-600;b.往上述盛有质子化磁球的容器中加入重新蒸馏的含氨基单体和极性有机溶剂， 超声分散5-lOmin，在0-10°C密封静置12_Mh，其中原料磁球和含氨基单体的质量比为 1-2 1，原料磁球的质量(g)和极性有机溶剂的体积(mL)之比为1 100-300;c.将单体物质的量的1-2倍的氧化剂溶解在0. 05-0. 15mol/L质子酸水溶液中， 质子酸水溶液的体积(mL)与原料磁球的质量(g)之比为200-400 1，再将其缓慢滴加至b步骤所得体系，滴加时间为30-60min，超声分散5-lOmin，在零度到室温范围内，机械搅拌或超声辅助机械搅拌反应l_12h，得悬浮液；d.悬浮液经磁吸分离，所得固体在室温到50°C范围内、0. 08-0. IMI^a真空度条件下干燥，得表面富含胺基或质子化氨基的磁性导电聚合物微球。其中步骤a中所述质子酸是指盐酸、硫酸或硝酸。其中步骤b中含氨基单体分子为苯胺或吡咯，或分子式I所示苯胺的衍生物，或分子式II所示吡咯的衍生物；
权利要求
1.一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法，其特征在于a.将铁氧体类纳/微米球形或类球形原料磁球置于盛有0.05-0. 15mol/L的质子酸水溶液的容器中，超声分散5-10min，0-l(TC密封静置12h，磁吸分离除去质子酸水溶液，得到质子化磁球，其中原料磁球的质量(g)与质子酸溶液的体积(mL)之比为1 200-600 ；b.往上述盛有质子化磁球的容器中加入重新蒸馏的含氨基单体和极性有机溶剂， 超声分散5-lOmin，在0-10°C密封静置12_Mh，其中原料磁球和含氨基单体的质量比为 1-2 1，原料磁球的质量(g)和极性有机溶剂的体积(mL)之比为1 100-300 ；c.将含氨基单体物质的量的1-2倍的氧化剂溶解在0.05-0. 15mol/L质子酸水溶液中， 质子酸水溶液的体积(mL)与原料磁球的质量(g)之比为200-400 1，再将其缓慢滴加至 b步骤所得体系，滴加时间为30-60min，超声分散5-lOmin，在零度到室温范围内，机械搅拌或超声辅助机械搅拌反应l_12h，得悬浮液；d.悬浮液经磁吸分离，所得固体在室温到50°C范围内、0.08-0. IMI^a真空度条件下干燥，得表面富含胺基或质子化氨基的磁性导电聚合物微球。
2.根据权利要求1所述一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法，其特征在于步骤a中所述质子酸是指盐酸、硫酸或硝酸。
3.根据权利要求1所述一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法，其特征在于步骤b中含氨基单体分子为苯胺或吡咯，或分子式I所示苯胺的衍生物，或分子式II所示吡咯的衍生物；
4.根据权利要求1所述一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法，其特征在于步骤b中极性有机溶剂是指分析纯的甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或乙腈。
5.根据权利要求1所述一种核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法，其特征在于当含氨基单体为苯胺或苯胺衍生物单体时，上述步骤c中的氧化剂指双氧水、氯酸钠、碘酸钾、过硫酸铵或过硫酸钾；当含氨基单体为吡咯或吡咯衍生物单体时，上述步骤c中的氧化剂指水合氯化铁、双氧水、氯酸钠、碘酸钾、过硫酸铵或过硫酸钾。
6.一种根据权利要求1所述的核-壳式磁性导电聚合物微球的制备方法制备的微球在 DNA分离纯化中的应用，其特征在于a.将磁性导电聚合物微球用0.5-3mol/L的氨水在室温、搅拌下脱掺杂l_48h，抽滤、水洗得固体，固体经真空干燥得脱掺杂的磁性聚合物微球；b.取脱掺杂的磁性聚合物微球，用70%(ν/ν)乙醇溶液消毒后，转移至一无菌离心管中，依次加入DNA粗提液和DNA结合液，摇勻，室温下放置10-60min待DNA在磁球表面吸附；磁场下收集磁球，用70% (ν/ν)乙醇溶液洗涤磁球，磁分离、弃上清液，将吸附DNA的磁球在室温下放置使乙醇挥发；其中脱掺杂磁性聚合物微球质量(mg)与DNA粗提液体积(uL)之比为1 4-12 ；DNA结合液是pH为8的Tris-HCl缓冲液或pH为7的磷酸盐缓冲液；DNA 粗提液和DNA结合液的体积之比为1 8-25;c.往步骤b盛有吸附DNA的磁球的无菌离心管中加入DNA解吸液，摇勻，室温下放置 10-60min待DNA解吸，磁场下收集上清液，并将其转移至另一无菌离心管中；其中DNA解吸液是指2-3mol/L的NaCl溶液或pH为9_11的TE缓冲溶液，pH为9_11的TE缓冲溶液是指由10mmol/L Tris-HCl和lmmol/L EDTA溶液组成的混合溶液；DNA粗提液和DNA解吸液的体积之比为1 5-10 ；d.将步骤c中收集的上清液取样，用紫外分光光度计测定其260和^Onm处的吸光值， 计算DNA的浓度和纯度，并在1. 0 % (w/v)琼脂糖凝胶的TAE缓冲溶液中进行电泳分析；TAE 缓冲溶液是指由40mmol/L Tris、20mmol/L HAc和lmmol/L EDTA组成的pH为8. 0的混合溶液，琼脂糖凝胶用0. 5ug/mL的溴乙啡啶溶液着色。
全文摘要
以铁氧体(Fe3O4，γ-Fe2O3，MFe2O4；M＝Fe，Co，Ni，Mn等)纳、微米球形或类球形颗粒为核，先使磁核表面羟基质子化，利用质子化羟基和单体苯胺、吡咯或它们的衍生物分子之间的静电和氢键作用，使磁核在复合之前与单体分子充分结合；氧化聚合反应过程中，单体分子被控制在磁核表面成核、生长，制备了磁响应性高、分散性好的核-壳式磁性导电聚合物微球。利用含氨基磁性聚合物微球在近中性溶液中荷正电，而组织或细胞裂解液中的DNA分子荷负电的特点，将所制备的磁性复合微球应用于在外加磁场辅助下的DNA分离与纯化。
文档编号C08G73/02GK102174195SQ201110002419
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者姜海辉, 盖利刚, 韩小云, 马万勇 申请人:山东轻工业学院