磁性微粒制備方法及應(yīng)用研究

西安思源學(xué)院 楊宏偉

一、概論

磁性微粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：微粒的一端具有磁性，在磁場的作用下產(chǎn)生隨動，另一端是功能親和層，不同的工作任務(wù)其功能基是不同的，如磁性麼粒，功能基就是硅酸鹽類磨料，在磁場中形成磁刷，對被加工實(shí)施光整加工；又如磁性靶向藥物定向移動技術(shù)，就是利用磁性微粒在磁場中定向移動實(shí)現(xiàn)對病灶的探測甚至治療。對磁性微粒的研究是一種超前戰(zhàn)略眼光的新工藝、新方法。

磁性微粒制備的總體思路為：將粒徑不同的磁性粒子與有機(jī)或無機(jī)粘性物（功能基）復(fù)合形成的一種磁性材料，它具備磁效應(yīng)的同時，與不同的功能基搭配從而形成了不同的功能效應(yīng)。磁力強(qiáng)弱取決于磁性微粒的粒徑尺寸，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景具體選擇。

本文主要介紹磁性微粒的制取方法和幾種典型應(yīng)用實(shí)例，充分體現(xiàn)該微粒研究的必要性和技術(shù)的先進(jìn)性。

二、磁粒制備技術(shù)分析

（一）包埋法

利用超聲波把反應(yīng)制得的液態(tài)磁性微粒均勻分散在高分子材料中，再對含有磁粒的高分子材料進(jìn)行一系列工藝處理即得原始磁性微粒。這些工藝包括：霧化處理、絮凝處理、沉積處理、液體蒸發(fā)四個工藝流程。此法工藝流程比較成熟，制備的磁粒性能穩(wěn)定。

該法制備的磁性微粒磁性較高，為了達(dá)到外殼功能層和磁芯的緊密結(jié)合，實(shí)驗(yàn)室常常采用稀鹽酸對外殼進(jìn)行清洗，再把清洗過的空殼和苯胺基體一并溶解在氨水中，即刻進(jìn)行超聲振動，再加入適量的FeCl2·4H2O和 FeCl3·6H2O水溶液，在常溫下攪拌10小時，使其充分混合，不久將會看見稠絮狀的生成物，對這種產(chǎn)物進(jìn)行過濾、洗劑、干燥處理，便可制得聚苯胺與Fe3O4的混合微粒，即磁性微粒。實(shí)驗(yàn)室測得這種微粒場強(qiáng)為8.32emu/g,比普通微粒磁性都要大。

包埋法技術(shù)要領(lǐng)為：利用分子之間產(chǎn)生的范德華力使得磁粒與高分子材料緊密結(jié)合，這種外殼功能基和磁芯聚合形成的共價鍵，結(jié)合牢固，外力難以破壞使之分離，因此性能穩(wěn)定，可靠性高。

（二）溶液聚合法

此法是在溶劑中進(jìn)行的，參與反應(yīng)的各單體在一定的條件下聚合生成新的產(chǎn)物，若新產(chǎn)物溶于溶劑則稱為溶液聚合，若不溶于溶劑則稱之為沉淀聚合，對沉淀物進(jìn)行沉淀、過濾、洗劑、干燥工藝處理可得制品。常用制備方法如下：乳液聚合法、分散聚合法。

1.乳液聚合法：聚甲基丙烯酸縮水甘油酯為本方法制備的磁性微粒，磁粒粒徑70--80納米，粒徑均勻，磁性強(qiáng)度大，是生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)磁性微粒最佳選擇。

制備流程如下：先期制備6納米的羧甲基葡聚糖磁性氧化鐵粒子，把甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)作為單體，以烷基酚聚氧乙烯醚磺酸鈉為乳化劑，在一定條件下對各反應(yīng)物進(jìn)行乳化聚合，最后經(jīng)過過濾、洗劑、干燥處理，可得到性能穩(wěn)定的磁性微粒---聚甲基丙烯酸縮水甘油酯。

2.分散聚合法：采用此法制備的磁性微粒分布較窄，主要應(yīng)用于傳感器、儀器儀表、離子打印等方面。 其工藝過程如下：把溶解在有機(jī)溶劑中的各單體，在穩(wěn)定劑參與下，聚合形成不溶性的聚合物而分散在連續(xù)相中，對其進(jìn)行后處理，既得粒徑為0.5--10微米、穩(wěn)定性好的微粒。單體的分散是借高濃度的分散劑和攪拌進(jìn)行的，制得的膠乳微粒粒徑較小。缺點(diǎn)是磁分離較難。

（三）溶劑熱法

以水熱法為基礎(chǔ)，把參與反應(yīng)的介質(zhì)換成了有機(jī)溶劑，而反應(yīng)的機(jī)理基本雷同。其主要反應(yīng)過程如下：把一種或幾種單體溶解在有機(jī)溶劑中，在溶液臨界條件下，反應(yīng)物分散在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)活躍，反應(yīng)即刻進(jìn)行，并伴隨有產(chǎn)物不斷生成。反應(yīng)過程可以通過液體濃度或液體臨界條件得以控制。

該法流程短、簡操作、產(chǎn)能高、成本低，是制備磁性微粒的最佳方案。

三、磁性磨粒應(yīng)用

（一）在精密機(jī)械加工方面應(yīng)用

磁力研磨 (Magnetic Abrasive Finishing，簡稱MAF) 加工技術(shù)，該方法是光整加工范疇研發(fā)的一種新工藝、新技術(shù)。它是利用作用于磨具和工件之間的外加磁場力吸引磁性磨粒 ，形成“柔性磁刷”，磁刷可長可短，可粗可細(xì)，尤其對內(nèi)溝槽、窄縫、死角這些常規(guī)方法難以加工部位進(jìn)行磨削以改善工件表面質(zhì)量。

該法具有較好的柔性、自適應(yīng)性、自銳性、可控性。溫升小、無變質(zhì)層、加工質(zhì)量高、效率高和工具無需進(jìn)行磨損補(bǔ)償、無需修形等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、模具、汽車、軸承、半導(dǎo)體和航空等制造行業(yè)。

（二）在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面應(yīng)用

近年來，醫(yī)學(xué)界在臨床上對病灶分析、檢測，甚至治療時，采用了一種新型的微觀技術(shù)，即納米級的磁性微粒和生物醫(yī)學(xué)工程的探測裝置有效搭接，可實(shí)現(xiàn)對諸如細(xì)胞分離、蛋白質(zhì)分離、固定酶、靶向藥物定向移動及生化檢測等高新技術(shù)的應(yīng)用。

其技術(shù)要領(lǐng)是：把磁性微粒作為工程上的微小要素，并使微粒的磁感應(yīng)層和生化親和層緊密結(jié)合，在外加磁場作用下，迅速、定向移動，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)生化功能要求。

這種方法已廣泛應(yīng)用于細(xì)胞分離、放射免疫、蛋白酶免疫測定、病原體檢測和核酸純化。

作為新型醫(yī)學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，渴望給人類生命健康帶來更多的福音。

（三）在環(huán)保節(jié)能領(lǐng)域方面應(yīng)用

工業(yè)上凈化水常常利用基聚丙烯酸磁性微粒(NDMP)吸附水中雜質(zhì)的。通過懸浮聚合、氨化處理、烷基化處理，可制備基聚丙烯酸磁粒(NDMP)磁性微粒，再采用硅烷偶聯(lián)劑對磁性微粒Fe3O4進(jìn)行表面修飾，即可投入使用。

四、結(jié)語

磁性微粒作為新型材料已經(jīng)被許多行業(yè)認(rèn)可，并日趨受到重視。磁性微粒的制備方法主要有：包埋法、單體聚合法、熱溶劑法及化學(xué)沉淀法。其特征主要有：磁力可控制性好、磁性穩(wěn)定、磁性微粒粒徑均勻等優(yōu)點(diǎn)。目前該微粒在機(jī)械精密加工領(lǐng)域、在生物醫(yī)藥化學(xué)領(lǐng)域、在物理學(xué)研究領(lǐng)域引起了強(qiáng)烈的反響，發(fā)揮著越來越大的作用。

磁性微粒的研究領(lǐng)域正在向更高、更深層次拓展。目前磁粒在醫(yī)學(xué)方面主要攻克的技術(shù)難點(diǎn)就是毒性過大引起生物體中毒問題、磁粒結(jié)構(gòu)不對稱對磁學(xué)性質(zhì)影響等問題，這些都是磁性微粒將來需要研究攻克的重點(diǎn)和方向，相信隨著這些難題的解決、技術(shù)的日益成熟將會為人類福祉做出更大貢獻(xiàn)。