一种单分散性磁性聚多巴胺微球的制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及磁性材料合成技术领域，尤其涉及一种单分散性磁性聚多巴胺微球的制备方法及其应用。


背景技术：

2.磁性复合微球作为一种新型纳米材料，其是由磁性的无机纳米颗粒与聚合物复合而成的尺寸在几百纳米到几微米左右的杂化磁性颗粒，是体外诊断中应用最为广泛的一种基础材料。一方面，在此材料的基础上通过在其表面引入功能化基团，与抗体、抗原或核酸等生物分子发生偶联，可实现对目标物的高灵敏度的定量检测；另一方面，由于此磁性复合微球可以简单通过外界磁场进行操控，因此可以实现快速、自动化以及多通量的高效率检测。
3.磁性复合微球具备的这些特性使其被广泛应用于核酸提取、细胞分离、免疫诊断、环境检测等诸多领域。然而，实现高效率的检测对磁性复合微球的微观结构具有非常高的要求，如颗粒的粒径大小、磁响应性大小、表面的孔隙率、分散稳定性、生物相容性等。当前，聚合物磁性微球大多采用分散聚合法、种子聚合法、悬浮聚合法等，这些方法所制备的磁性微球大多具有粒径分布不均、磁含量低、表面功能基团少等缺点。其中，种子聚合法制备的磁性微球相互之间容易团聚成块，这样就造成了比较面积下降、单位面积上可用于吸附的功能基团减少，导致测量误差大、背景值高，灵敏度低等问题。
4.因此，发展一种新型的可实现粒径分布均匀、磁响应性高、表面功能基团丰富的磁性微球的制备方法是迫切的需求。
5.如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种单分散性磁性聚多巴胺微球的制备方法及其应用，该方法具有简单易控、产品可重复性好、易于批量生产，且所制备的磁性聚多巴胺微球具有良好生物相容性、单分散性、低沉降率和高灵敏的磁响应性等优点。
7.为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种单分散性磁性聚多巴胺微球的方法，包括以下步骤：
8.步骤一，制备四氧化三铁磁芯：将无水氯化铁、聚苯乙烯磺酸-马来酸共聚物钠盐(pssma)、无水乙酸钠、氢氧化钠溶解在乙二醇和超纯水的混合溶液中，常温搅拌1小时，并转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，通过高温反应后清洗干燥得到fe3o4磁芯。
9.步骤二，制备核壳结构磁芯聚多巴胺微球：将所得到的fe3o4磁芯分散在乙醇和超纯水的混合溶剂中，并加入多巴胺单体、均三甲苯、f127以及浓氨水混合后，通过超声波辅助合成，反应结束后清洗干燥得到单分散性磁性聚多巴胺微球。
10.优选的，步骤一中制备fe3o4磁芯的加热温度在190-195℃，反应时间为6-7小时。
11.优选的，所述氯化铁在溶液中的质量百分比为1.0-1.3％。
12.优选地，所述乙酸钠在溶液中的质量百分比为6.0％。
13.优选地，所述pssma在溶液中的质量百分比为2％，氢氧化钠在溶液中的质量百分比为1.2％。
14.优选地，所述乙二醇与超纯水混合液的体积比为267:1。
15.优选地，所述制备的fe3o4磁芯为单分散性纳米球且粒径在100
±
5nm。
16.优选地，所述清洗的条件为磁性分离后将沉淀物用超纯水清洗。
17.优选地，所述步骤二制备磁性聚多巴胺微球中所述fe3o4磁芯分散于混合溶剂中无水乙醇与超纯水的体积比为1:1。
18.优选地，所述fe3o4磁芯、均三甲苯、f127和多巴胺单体的质量比为10:2:5:1.5。
19.优选地，所述超声波反应功率为150-200w，反应时间为10-15min。
20.优选地，所述滴加入浓氨水反应的反应条件为以1-3滴/s的速率滴加浓氨水，加入的总量是总溶剂的质量比为6.0％。
21.优选地，所述反应搅拌速率为1000-1100转/min，搅拌反应时间为1-1.5小时。
22.优选地，所述清洗的条件为磁性分离后将黑色沉淀物用超纯水清洗。
23.为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种单分散磁性聚多巴胺微球，其由上述的制备方法所制得的。
24.本发明的第三目的是提供一种单分散性磁性聚多巴胺微球的应用，所述单分散磁性聚多巴胺微球应用于核酸提取、蛋白提取或蛋白纯化。
25.优选的，所述单分散磁性聚多巴胺微球可直接应用于核酸提取、蛋白提取或蛋白纯化。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.(1)、本发明所制备的磁性聚多巴胺微球具有粒径均匀、分散性好、沉降率低的特点，在核酸或蛋白的提取过程中，能够保证磁性微球与提取物充分接触，进而增强提取效果，此外，所制备的磁性微球在聚多巴胺外壳的包裹下能够避免内核四氧化三铁被氧化，在实验操作过程中任能保持高的磁化强度，因而，在外加磁场情况下磁响应性非常快，可以实现快速分离提取物，达到快速分离和提取的目的，提高效率。
28.(2)、通过运用超声波辅助合成的方法制备的磁性聚多巴胺微球，其表面具有多种功能团如氨基、酚羟基等，对核酸、蛋白、多肽等生物分子具有特异性的吸附，与目前市场上其他方法合成的磁性微球相比，该方法制备的磁性微球不需要再对其表面进行功能化修饰，可以直接利用其表面的功能团与核酸或蛋白或多肽分子进行化学键合，实现分离和提取的目的。
29.3、本发明的方法合成步骤比较简单，只需要两步法即可合成用于核酸或蛋白提取的磁性微球，对仪器设备要求简单，所需的合成试剂价格都普遍比较低，因而适合大规模生产。
附图说明
30.图1为本发明实施例1所制备的fe3o4磁芯的透射电子显微镜照片。
31.图2为本发明实施例1所制备的磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda的透射电子显微镜照片。
32.图3为本发明实施例1所制备的fe3o4磁芯和磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda的表面电荷zeta电位示意图。
33.图4为本发明实施例1所制备的fe3o4磁芯和磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda的室温下的饱和磁化强度曲线图。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.本发明提供了一种单分散性磁性聚多巴胺微球的制备方法及其应用，其通过溶剂热的方法先合成四氧化三铁(fe3o4)磁芯，再将磁芯与多巴胺单体、均三甲苯、表面活性剂f127以及氨水混合反应，通过超声波辅助的方法合成单分散性的具有核壳结构的磁性聚多巴胺微球。
36.上述单分散性磁性聚多巴胺微球的制备方法包括以下步骤：
37.步骤1，采用高温溶剂热的磁芯fe3o4纳米颗粒：
38.将65mg无水氯化铁、3.0g的无水乙酸钠和1.0gpssma溶解在40ml的乙二醇溶剂的锥形瓶中，通过超声促进溶解并搅拌，接着加入150μl的超纯水，继续搅拌1小时后加入0.6g的氢氧化钠粉末，继续搅拌1小时后转移到50ml的聚四氟乙烯的高压反应釜中。置于预加热到190-195℃的烘箱中，反应9～10小时；反应结束后自然冷却到室温，产品通过外加磁铁分离，并用无水乙醇和超纯水清洗，冷冻干燥收集产物。
39.所述无水氯化铁、无水乙酸钠、pssma、乙二醇皆为制备常用的化学原料，均可直接从试剂网上订购。
40.所述反应的最佳温度为190～195℃，反应时间为9～10小时，搅拌速率为7000转/min。所述得到的磁芯fe3o4纳米球直径约为100
±
3nm。
41.步骤2，采用超声波辅助原位聚合的方法，将多巴胺分子聚合到磁芯fe3o4纳米球的表面，得到单分散性的磁性聚多巴胺fe3o4@pda微球：
42.称取100mg的上述制备的磁芯fe3o4纳米球分散到15ml的乙醇和15ml的超纯水混合溶液中，加入200μl均三甲苯、500mg的f127和150mg的多巴胺，在150～200w的超声波仪器中反应10～15min，接着以1000～1100转/min的搅拌速率常温下搅拌，0.9ml的浓氨水以1～3滴/s的速率滴加入，继续反应1～1.5小时。反应结束后通过外加磁铁吸附分离，并用超纯水清洗，冷冻干燥得到黑色粉末状产物。
43.所述均三甲苯、f127、多巴胺皆为制备常用的化学原料，均可直接从试剂网上订购。
44.所述反应超声波功率为150-200w，反应时间为10-15min，滴加浓氨水的量为0.9ml，加入速率为1-3滴/s，搅拌速率为1000-1100转/min，反应时间为1-1.5小时。
45.所述得到的单分散性磁性聚多巴胺微球的直径约为190
±
6nm。
46.上述制备方法得到的单分散性磁性聚多巴胺微球，包括磁芯fe3o4纳米颗粒和其表面的聚多巴胺外壳。
47.所述磁芯fe3o4纳米球直径为100
±
3nm，磁性聚多巴胺fe3o4@pda微球直径为190
±
6nm。
48.上述制备得到的磁性聚多巴胺微球可以作为核酸、蛋白等分离和提取的应用。
49.本发明的单分散性磁性聚多巴胺微球的制备方法，其合成原料价格低廉且制备工艺简单、易于大规模生产；利用本发明制备方法得到的磁性聚多巴胺微球具有良好的单分散性和稳定性、良好的生物相容性以及磁性分离速度快且分离条件温和的优点。
50.下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。
51.实施例1
52.(1)制备磁芯fe3o4纳米球
53.将65mg无水氯化铁、3.0g的无水乙酸钠和1.0gpssma溶解在40ml的乙二醇溶剂的锥形瓶中，通过超声促进溶解并搅拌，接着加入150μl的超纯水，继续搅拌1小时后加入0.6g的氢氧化钠粉末，继续搅拌1小时后转移到50ml的聚四氟乙烯的高压反应釜中，置于预加热到190～195℃的烘箱中，反应9～10小时，反应结束后自然冷却到室温，产品通过外加磁铁分离，并用无水乙醇和超纯水清洗，冷冻干燥收集产物。
54.(2)制备单分散性磁性聚多巴胺fe3o4@pda微球
55.称取100mg的上述制备的磁芯fe3o4纳米球分散到15ml的乙醇和15ml的超纯水混合溶液中，加入200μl均三甲苯、500mg的f127和150mg的多巴胺，在150～200w的超声波仪器中反应10～15min，接着以1000～1100转/min的搅拌速率常温下搅拌，0.9ml的浓氨水以1～3滴/s的速率滴加入，继续反应1～1.5小时，反应结束后通过外加磁铁吸附分离，并用超纯水清洗，冷冻干燥得到黑色粉末状产物。
56.结构与性能表征：
57.1、磁芯fe3o4纳米球的形貌表征
58.图1是实施例1制备的磁芯fe3o4纳米球的透射电子显微镜照片，结果表明，图中能够清晰看出合成的fe3o4纳米球是单分散性的，直径为100
±
3nm，尺寸分布均匀。
59.2、磁性聚多巴胺fe3o4@pda微球的形貌表征
60.图2是实施例1制备的磁性聚多巴胺fe3o4@pda微球透射电子显微镜照片。结果表明，图中能够清晰看出合成的磁芯fe3o4纳米球表面被均匀包裹上一层聚多巴胺(pda)的外壳，呈现典型的核壳式结构；微球是呈现单分散性的，直径为190
±
6nm，外层pda厚度为45
±
3nm。
61.3、fe3o4磁芯和磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda微球的表面电荷测定
62.图3是实施例1制备的fe3o4磁芯和磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda微球的表面电荷测定。通过马尔文zeta电位仪测试结果表明，所制备的fe3o4磁芯表面带负电荷，为-9.4ev；所制备的磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda微球的表面也带负电，为-25ev。
63.4、和磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda的室温下的饱和磁化强度测试
64.图4是实施例1制备的fe3o4磁芯和磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda微球在室温下的饱和磁化强度测试，结果表明：fe3o4磁芯在室温下的饱和磁化强度为97emu g-1
，磁性聚多巴胺微球fe3o4@pda微球的饱和磁化强度为46emu g-1
，说明两种材料对磁场具有高度响应性。
65.本发明提供了一种单分散性磁性聚多巴胺微球的合成方法及其应用。首先所述的磁芯fe3o4纳米球是采用高温溶剂热的方法制备的，其具有单分散性和尺寸分布均一的特点。其次，通过超声波辅助表面原位聚合的方法，将多巴胺聚合到fe3o4纳米球的表面，增加
了其水溶性，以及表面功能化基团。通过化学键合可实现对核酸、蛋白的分离和提纯。最后，本发明的合成工艺稳定性好、制备效率高、生成成本低且环保，所得的磁性微球具有单分散性、低沉降率、粒径均一以及磁性分离速度快且分离条件温和的优点。
66.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，任何在此基础上，对其中配方和工艺的局部变动，都应在本发明的保护范围之内。