磁性高分子微球的制备及对生物物质的吸附和应用研究

摘要

磁性微球是指含有磁性金属或金属氧化物（如 Fe、Co、Ni及其氧化物）的超细粉末而具有磁响应性的高分子微球。它除了具有磁性还具有高分子的特性，微球表面能引入多种活性基团来结合酶、细胞、抗体等生物活性物质。这些特性使其在环境工程和生物技术领域中具有良好的应用前景。
　　为了充分显示磁性微球迅速、简便的分离特点，微球本身应具有较高的磁响应性、较均匀的粒径和较丰富的表面活性基团。本文研究工作主要围绕着磁性微球的制备、表征以及初步应用展开：以悬浮交联聚合法和改进的微乳液聚合法制备了不同类型的磁性微球；然后利用扫描电镜、X–射线衍射仪、振动样品磁强仪、傅立叶变换红外光谱仪等对产物性能进行表征；最后在磁性微球表面连接生物活性物质并进行初步应用。取得的结果主要有以下几个方面：
　　采用化学沉淀法制备 Fe3O4颗粒，通过优化铁盐浓度、沉淀剂浓度以及沉淀剂与铁盐比例和反应温度等工艺条件，制备了大小均匀、晶体结构完整的Fe3O4颗粒，粒径大约20nm，具有较强的磁响应性，比饱和磁化强度为54.95emu/g，矫顽力为7.53Oe。
　　采用悬浮交联聚合法制备壳聚糖磁性微球，通过优化交联剂的种类和用量、反应体系的pH值、壳聚糖与Fe3O4颗粒加入量的比值以及搅拌速度等因素，制备了球形的、大小均匀的壳聚糖磁性微球，微球粒径为30～50μm，生物相容性好，磁响应性强。以酵母细胞为例，通过溶胀-吸附法，用壳聚糖磁性微球固定化酵母，考察壳聚糖磁性微球与细胞的结合能力。并用所制备的磁性固定化酵母进行乙醇发酵，通过发酵醪液的酒精度考察磁性固定化酵母发酵的效果和重复使用性能。
　　以苯乙烯为单体，过氧化苯甲酰为引发剂，十二烷基硫酸钠为乳化剂，乙醇/水为分散介质，采用改进的微乳液聚合法制备了聚苯乙烯磁性微球，考察了超声分散对聚合反应的影响，升温法和滴入法对微球形态的影响，通过优化乳化剂的用量、Fe3O4颗粒的用量、引发剂的用量及搅拌速度等工艺参数，制备了球形的、大小均匀的聚苯乙烯磁性微球，磁性微球内部 Fe3O4晶型保持完好，粒径为5～6μm，具有较强的磁响应性，比饱和磁化强度为34.93emu/g，矫顽力为7.28Oe。
　　以丙烯酸为功能基单体，聚苯乙烯磁性微球为骨架，制备了含有羧基的聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球，磁性微球形状为规则的球形，大小均匀，粒径为5-8μm，表面含有羧基，电导滴定法测得表面羧基含量为0.1031 mmol/g，具有较强的磁响应性，比饱和磁化强度为29.26emu/g，矫顽力为9.07Oe。用制备的聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球连接蛋白，测定了聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球对牛血清白蛋白的吸附性能，考察了吸附时间和溶液离子强度对吸附效果的影响，选择了合适的洗脱剂洗脱磁性微球，并考察了其重复使用的性能。
　　以丙烯酰胺为功能基单体，聚苯乙烯磁性微球为骨架，制备了含有氨基的聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球，磁性微球形状为规则的球形，大小均匀，粒径为5-8μm，表面含有氨基，电导滴定法测得表面氨基含量为0.25mmol/g，具有较强的磁响应性，比饱和磁化强度为29.81emu/g，矫顽力为10.67Oe。用聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球连接抗体制成免疫磁性微球，考察了结合条件对抗体连接到磁性微球上的影响。用自制的免疫磁性微球结合酶联免疫法建立了简便、快速的磁分离酶联免疫竞争法检测人血清白蛋白的方法，确定了免疫磁性微球的合适工作浓度，最适检测范围和检出限，并测定试验系统误差对试验结果的影响。用自制的免疫磁性微球建立了磁分离酶联免疫直接法检测水中大肠杆菌的浓度，确定了免疫磁性微球和酶标抗体的合适工作浓度，最适检测范围和检出限，并测定了溶液的离子强度对该检测方法的影响。

目录

磁性高分子微球的制备及对生物物质的 吸附和应用研究

PREPARATION OF MAGNETIC POLYMER MICROSPHERES AND STUDY ON ADSORPTION AND APPLICATION OF BIOACTIVE SUBSTANCE

摘要

Abstract

Contents

第1章绪论

1.1 磁性微球的结构和组成

1.2 磁性微球的制备方法

1.3 磁性微球的应用

1.4 研究意义和研究内容

第2章实验试剂、设备及方法

2.1 实验试剂

2.2 实验设备

2.3 分析仪器及测试方法

2.4 实验原理和方法

第3章壳聚糖磁性微球的制备与性能

3.1 制备壳聚糖磁性微球的工艺路线

3.2 Fe3O4 磁性纳米粒子的制备

3.3 Fe3O4 磁性纳米粒子的表征

3.4 壳聚糖磁性微球的制备

3.5 壳聚糖磁性微球的性能表征

3.6 壳聚糖磁性微球用于酵母固定和酒精发酵

3.7 本章小结

第4章聚苯乙烯磁性微球的制备与表征

4.1 聚苯乙烯磁性微球的制备

4.2 聚苯乙烯磁性微球的性能表征

4.3 本章小结

第5章聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球的制备及对牛血清 白蛋白的吸附性能

5.1 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球的制备

5.2 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球的性能表征

5.3 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球连接蛋白的规律

5.4 本章小结

第6章聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的制备及在免疫 检测的应用

6.1 聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的制备

6.2 聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的性能表征

6.3 结合条件对抗体连接到聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的影响

6.4 免疫磁性微球在检测人血清白蛋白中的应用

6.5 免疫磁性微球在检测大肠杆菌中的应用

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理

致谢

个人简历