P(St-co-MAA)-Fe3O4@SiO2 pH磁性微球的制備與性能研究

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(1.衡陽師范學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖南 衡陽 421008；2.衡陽師范學(xué)院 湖南省功能金屬有機(jī)材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽 421008)

聚合物磁性復(fù)合微球既有無機(jī)磁性粒子的磁性能，也有高分子材料的生物相容性，最重要的是該類微球可以與親和素、抗體等有生物活性的物質(zhì)連接實(shí)現(xiàn)生物載體功能，所以聚合物復(fù)合磁性微球可以廣泛應(yīng)用在蛋白質(zhì)測定、靶向藥物監(jiān)測、免疫測定等醫(yī)療領(lǐng)域。還在化工生產(chǎn)中有良好前景，主要應(yīng)用在橡膠和磁性塑料等領(lǐng)域，可用作無機(jī)-有機(jī)的填充材料。其制備方法有許多種,主要分為物理包埋法[1-5]和單體聚合法[6-9]等。

相對聚合法，包埋法是最早應(yīng)用于磁性聚合物微球的制備。它的基本原理就是借助氫鍵、范德華力以及螯合作用使磁性微粒與大分子物質(zhì)結(jié)合。單體聚合法是根據(jù)不同的聚合方法選擇性添加引發(fā)劑、表面活性劑以及穩(wěn)定劑的方法。主要有：懸浮聚合[7]、分散聚合[8]、乳液聚合[9]等。由于制備的產(chǎn)品具有粒徑小，分散性好，易再官能化等優(yōu)點(diǎn)，目前在磁性粒子表面接枝聚合制備磁性高分子微球的方法目前應(yīng)用最廣泛。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試驗(yàn)所需的試驗(yàn)試劑：FeCl2·4H2O、FeCl3·2H2O、丙烯酸、正硅酸乙酯(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，3-(甲基丙稀酰氧)丙基三甲氧基硅烷和牛血清蛋白(北京華威銳科化工有限公司)，苯乙烯、2,2-偶氮二異丁腈和聚乙烯吡咯烷酮(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，試劑均為分析純。

實(shí)驗(yàn)所用儀器：紫外可見分光光度計(jì)(UV2501PC)，日本島津公司；紅外光譜儀(FTIR-8700)，日本島津公司；振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM7407)，美國 Lake Shore 公司；熱分析儀(STA449C)，德國耐馳公司。

1.2 Fe3O4的制備

按照文獻(xiàn)5的方案制備Fe3O4粒子。

1.3 Fe3O4@SiO2制備及表面修飾

在150 mL單口燒瓶中加入Fe3O4粒子、80 mL無水乙醇、4 mL氨水(25%)，并超聲分散40 min；然后加入1.2 mL正硅酸乙酯，室溫反應(yīng)6 h制備Fe3O4@SiO2。

稱取0.3g Fe3O4@SiO2，之后依次加入0.5g MPS、40 mL乙醇溶液以及10 mL蒸餾水，超聲分散1 h，最后滴加2 mL氨水，于70℃油浴鍋中反應(yīng)24 h制備表面雙鍵化修飾的磁性粒子。

1.4 P(St-co-MAA)-Fe3O4@SiO2微球的制備

稱取0.2 g偶氮二異丁腈、0.4 g聚乙烯吡咯烷酮，6mL苯乙烯、0.2 mL丙烯酸，60 mL無水乙醇分散在三頸燒瓶中，反應(yīng)4h后加入表面雙鍵化修飾的磁性粒子，之后繼續(xù)反應(yīng)5h。反應(yīng)溫度為70℃，共反應(yīng)9 h。反應(yīng)結(jié)束經(jīng)離心、洗滌和干燥得到產(chǎn)品。

1.5 吸附實(shí)驗(yàn)

首先在洗滌干凈的數(shù)只離心試管中分別移入1 mL 磁性聚合物微球懸浮液、2 mL BSA溶液，其次加入磷酸緩沖溶液將溶液體積調(diào)整到5.0 mL；最后磁力攪拌，室溫孵化3.0 h。之后，離心分離收集上清液。微球用2 mL緩沖溶液洗滌，離心并收集上清液，重復(fù)洗滌2次。

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性聚合物微球的表觀性能

圖1 左邊為磁場作用下的P(St-co-MAA)-Fe3O4@SiO2微球，右邊為撤銷磁場后的磁性聚合物微球

從圖1可以知道，制備的磁性微球具有強(qiáng)烈的磁性，在外加磁場的存在下能很快沉降下來，具有良好的油溶性，能很好地分散在乙醇溶液中。此外，圖1右圖還顯示出撤離磁場后磁性微球又再次均勻分散于水溶液中，由此證明，所制備的磁性微球具有超順磁性。

2.2 磁性微球的磁性能分析

從圖2中可以得到，經(jīng)過包覆SiO2，飽和磁化強(qiáng)度值(Ms)有所下降(由于包覆的無機(jī)SiO2對磁性微球有一定的屏蔽作用)，磁性變?nèi)?圖c)，最終產(chǎn)物的磁性下降趨勢減弱(圖a和b)。在外加磁鐵的作用下，最終產(chǎn)物能夠與蛋白質(zhì)溶液在30s內(nèi)分離開。

(a) P(St-co-MAA) -Fe3O4@SiO2微球，(b)雙鍵化修飾的Fe3O4@SiO2粒子，(c)Fe3O4@SiO2， (d) Fe3O4

2.3 紅外光譜

從圖3(a)可知，1707.00 cm-1左右為雙鍵的伸縮振動(dòng)峰，很明顯是油酸中C=O的吸收峰，該峰證明產(chǎn)物已被油酸修飾。1317.38 cm-1以及上下100 cm-1差距之間可能是C-O鍵，由于C=O鍵(油酸中的羧基含有)收縮震動(dòng)引起；574.79 cm-1為Fe-O鍵振動(dòng)吸收峰，是Fe3O4的標(biāo)識。分析圖3(b)可知：445.56 cm-1可能是Si-O鍵收縮震動(dòng)產(chǎn)生，981.77 cm-1可能是Si-O鍵彎曲振動(dòng)產(chǎn)生，證明成功制備了Fe3O4@SiO2粒子。分析圖3(c)紅外可知：1712.79 cm-1峰左右為碳碳雙鍵(MPS中的C=C)特征吸收峰，故該產(chǎn)品成功包裹上MPS。分析圖3(d)可知，1734 cm-1的羰基C=O伸縮振動(dòng)吸收峰，1492 cm-1,1452 cm-1和1600 cm-1為芳環(huán)骨架伸縮振動(dòng)吸收峰，通過這些吸收峰可以證明成功合成了P(St-co-MAA)-Fe3O4@SiO2微球。

(a)為Fe3O4粒子，(b)為Fe3O4@SiO2粒子，(c)為雙鍵化修飾的Fe3O4@SiO2粒子，(d)為P(St-co-MAA)-Fe3O4@SiO2微球

圖3 紅外光譜圖

2.4 SEM電鏡分析

圖4 P(St-co-MAA)-Fe3O4@SiO2 微球 SEM圖

從圖4可知：成功合成了磁性聚合物微球，該微球呈球形，表面較光滑，粒徑分布在0.87～3.97μm之間，粒徑分散性一般。此外，部分粒子呈現(xiàn)出團(tuán)聚現(xiàn)象。

2.5 蛋白質(zhì)吸附性測試

將一定量的磁性微球加入到不同濃度的BSA溶液中，孵化一定時(shí)間，計(jì)算微球表面的BSA吸附量，圖5所示。從圖5中可知，開始時(shí)，隨著蛋白質(zhì)濃度的增大，微球表面負(fù)載的蛋白質(zhì)增多；當(dāng)BSA濃度為1.5時(shí)，微球表面吸附接近于飽和；此后繼續(xù)增大BSA濃度，微球表面的BSA負(fù)載量增加很少，達(dá)到了吸附飽和。

圖5 BSA 在微球上的吸附情況

3 結(jié)論

首先制備出分散性能較好的Fe3O4，然后在Fe3O4表面包裹一層SiO2，之后在SiO2層上引入碳碳雙鍵，并用分散聚合方法制備出磁性能較強(qiáng)的微球。并將制備的功能化磁性微球用于蛋白質(zhì)的吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，成功制備了磁性聚合物微球，且能用于蛋白質(zhì)的負(fù)載應(yīng)用。