[发明专利]用两端带羧基的直链亲水聚合物包被纳米磁芯制备微纳米磁性材料的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，为自由基聚合制备高分子核壳型复合材料的技术，所得材料可用于生物亲和磁力分离、磁标记检测及磁力输送，具体如磁标记免疫层析、磁分离免疫检测、磁分离筛选混合物组合库、磁分离筛选混合物中相互作用蛋白、磁靶向给药等。 

发明的技术背景 

基于磁芯包被技术制备的微纳米超顺磁性颗粒表面连接可反应基团后可固定化生物大分子、配体或半抗原等物质，包括酶、核酸片段、抗体、抗原、半抗原等，用于痕量或微量物质的磁力分离富集实现超高灵敏度分析、磁力分离复合物筛选配体混合物、磁力pull-down筛选相互作用蛋白、磁标记免疫分析和磁共振增强显影等。用于生物领域的亚微米磁性颗粒要求表面亲水且非特异性结合低、含通过长链连接臂伸向外表面的足够多可反应基团用于固定化生物分子并有效发生生物亲和作用、悬浮稳定性好且超顺磁性强而易于磁分离、基本不含会被有机溶剂提取的杂质、耐酸碱浸蚀能力强，且不同应用可能还有特殊要求。 

制备满足上述生物医药应用要求的磁性微纳米颗粒即Magnetic submicron particles(以下缩写为MSP)，目前最常用的策略是先制备含Fe₄O₃的磁流体，然后用亲水物质包被以降低非特异性结合，最后再添加带有所需连接臂的可反应基团用于固定化生物分子。 

磁流体指吸附有分散剂的磁性微粒且在液体中高度分散而形成稳定的胶体体系。磁流体的制备方法有物理法和化学法，例如研磨法、微乳液法、超声波法、气相沉积法、水热合成法、溶胶凝胶法、溶剂蒸发法、热分解法及化学沉淀法等。其中，化学沉淀法制备条件温和而广泛应用。用三价铁和二价铁溶液在剧烈搅拌下滴加碱的过程中生成四氧化三铁，在一定分散剂作用下搅拌析出，并经陈化可得磁流体。通过优化碱滴加速度、机械搅拌速度、分散剂量和陈化时间，所得纳米或亚微米磁流体可具备超顺磁性和可控的沉降速度。 

MSP主要制备方法为磁流体物理吸附包埋法和单体共价聚合包被法。物理吸附包埋法是将磁流体分散在高分子溶液中，通过雾化、絮凝、沉积、蒸发、乳化等复合过程制得MSP；其MSP粒径分布宽且不易控制、壳层中混有很多杂质。单体共价聚合包被法是指在磁流体和可共价聚合单体存在下，加入引发剂、催化剂等通过聚合反应而成的核/壳式MSP。共价包被磁流体外壳为高分子聚合物并分成疏水性和亲水性两类，其中亲水聚合物主要是聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇等合成聚合物，及葡聚糖、壳聚糖等天然聚合物。这些聚合物的单体通过共价聚合包被磁流体、聚合包被时诱发磁芯共沉淀、与磁芯配位等方式可制备核/壳型MSP(Horak，D.，et al.J.Sep.Sci.2007；30，1751-1772；Lu A H，et al，Angew Chem Int Ed2007；46：1222-1244；Dresco P.A.，et al.Langmuir 1999；15：1945-1951)。 

最常用且所得MSP化学组成稳定的是单体共价聚合包被磁流体的方法。据共价聚合包被磁流体所用单体的性质，制备MSP的方法又分成两类：(1)用疏水单体在水包油微乳体系自由基聚合包被磁流体，通过亲水材料进行表面修饰提高生物相容性，再经复杂过程生成带有连接臂的可反应基团以固定化生物分子；(2)用生物相容性亲水聚合物在油包水微乳体系包被磁流体，经表面修饰生成带所需连接臂的可反应基团以固定化生物分子。显然，此两类MSP制备工艺都繁杂，容易带来杂质，且伴随较高的成本和很长的制备时间。 

将用生物相容性好的亲水性单体共价聚合包被磁流体和添加带长链连接臂的可反应基团合二为一，通过一步聚合反应制备基本满足所有要求的MSP是更理想的制备方法(Lin，P.C.，et al.Anal Chem 2007；79：3401-3408；Khng H P，et al.Biotech Bioeng，1998；60：419-424.)。聚乙二醇(PEG)是理化性质稳定且亲水的非离子型聚合物，用其单甲醚的马来酸单酯为单体聚合包被磁流体可制备生物相容性好的磁性微球[Gupta A K，et al.IEEE Trans NanoBioSci 2004；3：66-73.]，但其表面没有可反应基团无法固定化生物分子；通常认为这种条件下来自马来酸的羧基被包埋在亲水外壳中不能暴露在表面。所以，需特殊的设计策略才能实现通过一步聚合反应制备基本满足所有要求的MSP，从而用于生物医药领域的磁标记、磁力分离与输送。 

理论上，一步法制备表面亲水、有带连接臂可反应基团的MSP可采用如下策略：