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
技術領域：
本發明涉及一種磁性纖維素微球及其制備方法和用途，屬于高分子化學領域。
背景技術：
二十一世紀科學與技術已趨向于可再生的原料以及環境友好、可持續發展的 過程與方法。纖維素是地球上最豐富的、可以再生的天然資源之一，具有價廉、 可降解并對環境不產生污染等特點，因此世界各國都十分重視對纖維素的研究與 開發。纖維素是由纖維素二糖重復單元通過P- (1—4) -D-糖苷鍵連接而成的 線形高分子，每個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性質，鄰近的仲羥基表現為典型二醇結構。可以經過一系列 的化學改性，制取不同用途的功能高分子材料。磁性高分子微球是指內部含有磁 性金屬或金屬氧化物的超細粉末而具有磁響應性的高分子微球。它是近二十年來 發展起來的一種新型功能高分子材料。磁性高分子可通過共聚、表面改性等化學 反應在微球表面引入多種反應性功能基團，而具有特定反應性，可通過共價鍵來 結合酶、抗體、細胞等生物活性物質。磁性高分子微球具有一定的磁響應性，因 而具有良好的操作性能和生產性能。
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 的磁性高分子微球。生物高分子磁性微球與化學合成高分子磁性微球相比具有無 毒、生物相容性好等優點，可作應用于食品、生物工程、環境科學以及化工生產 等不同領域。
發明內容
本發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。本發明以 纖維素為基材，以鐵鈷鎳類超順磁性的無機物粒子磁流體，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 膠凝膠轉相(Sol-Gel)法制備較高磁響應的磁性纖維素微球。
為實現本發明目的，本發明所采用的技術方案如下
一種纖維素磁性微球，表面呈多孔蜂窩狀結構，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
鎳類超順磁性的無機物粒子后冷凍至-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得磁性纖維素溶液，根據 不同應用領域，也可加入一些交聯劑。
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合乳化劑的 有機溶劑中，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。傾倒出的上層有機相可 直接循環使用。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。所用乳化劑或復合乳化劑為 用于制備油包水乳液的乳化劑，其體積為有機溶劑體積的0.5 10%，其中乳化 劑或復合乳化劑為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。
與已有技術相比較，本發明的創新如下
本發明以纖維素為基材，以鐵鈷鎳類超順磁性的無機物粒子為磁流體，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 溫溶膠凝膠轉相(Sol-Gel)法制備了較高磁響應的磁性纖維素微球。磁性微粒 表面呈多孔蜂窩狀結構，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。表面功能基團為羥基，無其它殘留基 團，便于表面衍生化轉化為其它功能基團。磁性纖維素溶液和磁性微球的制備都 是物理過程，未發生化學反應。整個制備工藝簡潔，耗時短，對設備要求不高， 便于工業化生產。所用有機溶劑可重復使用。無殘留其它基團和其它試劑，保持 了纖維素微球的潔凈。產品微球有良好的流動性能和機械性能，用途廣泛，此磁性纖維素微球可用于生物蛋白質的分離純化，同時由于纖維素無毒和生物相容性 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 優勢。而且產品廢棄后可在自然條件下降解，有利于環境保護。
附圖為本發明實施例l制得的磁性纖維素微球的掃描電鏡全貌圖。
具體實施例方式
以下結合具體的實例對本發明的技術方案作進一步說明。 實施例l
在NaOH/尿素水溶液中加入包埋率計量的磁性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 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 量比為l:l)復合乳化劑，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預固化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。 實施例2
在NaOH/硫脲水溶液中加入包埋率計量的磁性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 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(質量比為 1:1)復合乳化劑，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預固化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。傾倒出上層有機相，它可直接循環使用，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 實施例3
在LiOH/尿素水溶液中加入包埋率計量的磁性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 預固化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 層有機相，它可直接循環使用，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。 實施例4
在LiOH/硫脲水溶液中加入包埋率計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 持相同的條件繼續預固化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。傾倒出上層有機相，它可直接循環使用，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。 實施例5在NaOH/尿素的水溶液中加入包埋率計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預固化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。傾倒出上層有機相，它可直接循 環使用，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。 實施例6在NaOH/尿素水溶液中加入包埋率計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預固化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。傾倒出上層有機相，它可直接循環使用，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 白質的分離純化，使特定的蛋白質吸附在磁性微球顆粒上后，外加磁場即可將吸 附蛋白質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洗脫下來。此微球也可采用包埋法、吸附法、共價偶聯法用于酶或其它生物材料和熒光 物質的固定，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定的物化性質，且表面富含羥基，便于處理以滿足不同 用途。
權利要求
1. 一種磁性纖維素微球，表面呈多孔蜂窩狀結構，比表面積為100～450m2/g，孔徑為200～800nm，粒徑為1～600μm。
2. —種權利要求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機物 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合乳化劑的有機溶劑中，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，然后過濾即得磁性 纖維素微球。
3. 根據權利要求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 順磁性的無機物粒子為Fe、 Fe20:,、 Fe:A或鐵鈷鎳合金粒子。
4. 根據權利要求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溶劑，有機溶劑體積為磁性纖維素溶液體積的 5-12倍。
5. 根據權利要求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合乳化劑為用于制備油包水乳液的乳化劑，其體積為有機溶劑體積的0.5 10%。
6. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 權利要求1所述磁性纖維素微球在生物蛋白質的分離純化，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用。
全文摘要
本發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構，比表面積為100～450m<sup>2</sup>/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機物粒子為磁流體，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相法制備了較高磁響應的磁性纖維素微球。本發明所用有機溶劑可重復使用，無殘留其它基團和其它試劑，保持了纖維素微球的潔凈，整個制備工藝簡潔，耗時短，對設備要求不高，便于工業化生產，且制得的磁性纖維素微球有良好的流動性能和機械性能，用途廣泛。
文檔編號G01N21/00GK101274985SQ20081004767
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月12日 優先權日2008年5月12日
發明者劉石林, 周金平, 張俐娜, 羅曉剛 申請人:武漢大學