摘要 摘要 磁性靶向藥物已成為當前抗癌研究的熱點 其中磁性靶向藥物載體材料的 制備是極其關鍵的 其性能的優劣直接影響來藥物的載藥量 包封率及其在體 內的靶向性 緩釋性能 本文以阿霉素為模型藥物 f e 3 0 4 為磁核材料 明膠為 載體材料 通過乳化交聯法制備了阿霉素磁性明膠微球 并利用x 射線粉末衍 射儀 透射電鏡 掃描電鏡 傅立葉紅外光譜儀 粒度分析儀等對產物的晶型 純度 形貌 粒度分布等進行了測試和表征 以f e c l 2 和f e c l 3 為原料利用化學共沉淀法制備f e 3 0 4 納米粒子 以產物得 純度和顆粒尺寸作為評價指標 通過單因素實驗確定f e 3 0 4 納米粒子的最佳制備 條件為 以n h 4 0 h 作為堿源 以p e g 4 0 0 0 作為乳化劑 f e 2 f e 3 的摩爾比為 1 1 5 p h 值為1 0 乳化時間為3 0 m i n 反應溫度為5 0 轉速為1 0 0 0 r m i n 最佳制備條件下產物結晶狀態良好 無團聚 粒徑主要分布于5 n m 2 0 n m 利用乳化交聯法制備磁性明膠復合微球 采用單因素及正交實驗對磁性明 膠復合微球的制備條件進行優化 確定其最佳制備條件為 s p a n 8 0 與t w e e n 8 0 以0 3 0 7 的比例形成復配乳化劑 選擇戊二醛作為交聯劑 明膠溶液濃度1 0 攪拌速度為1 0 0 0 r m i n 乳化劑用量為3 水油相比為1 1 0 乳化時間為3 0 m i n 乳化溫度為6 0 最佳條件下制備的產物透射電鏡表明f e 3 0 4 粒子已經被明膠 復合成球體 粒子成球性好 成球率高 大小較均勻 無粘連 紅外測試表明 該復合微球是由明膠和f e 3 0 4 共同組成 激光散射粒度分析表明該產物平均粒徑 為1 8 p m 通過微球的磁吸附率 產率及形態等特性的檢測 以及用紫外分光光度法 測定藥物微球的載藥量和包封率確定出阿霉素與明膠的最佳投料比為1 1 5 最 佳投藥比下藥物微球的載藥量3 4 2 包封率為7 7 5 4 平均回收率為9 9 7 8 采用透析法測定阿霉素磁性明膠微球的體外釋放規律 表明了該藥物微球有明 顯的緩釋作用 關鍵詞 靶向藥物 磁性微球 乳液聚合法 制備 表征 a b s t r a c t a b s t r a c t m a g n e t i ct a r g e t i n gd r u gh a sn o wb e c o m eah o tr e s e a r c ho na n t i c a n c e r t h ed r u g l o a d i n g e n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c y i nt a r g e t i n gt h eb o d ya n d s u s t a i n e d r e l e a s e p r o p e r t i e s w e r ea f f e c t e dd i r e c t l y b yt h em a g n e t i ct a r g e t i n gd r u gc a r r i e rm a t e r i a l w h i c ht h ep r e p a r a t i o ni sc r u c i a l i nt h i sp a p e r t h ea d r i a m y c i nd o x o r u b i c i nm a g n e t i c g e l a t i nm i c r o s p h e r e sw e r ep r e p a r e db yt h ee m u l s i o nc r o s s l i n k e dm e t h o dw h i c ht h e a d r i a m y c i nd o x o r u b i c i na sam o d e ld r u g t h ef e 3 0 4a sn u c l e a rm a g n e t i cm a t e r i a l s a n dt h e g e l a t i na s c a r t i e rm a t e r i a l a n dt h e c o n f i g u r a t i o n s i z ed i s t r i b u t i o n c o m p o s i t i o n e n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c y a s w e l la st h er e l e a s eo fi nv i t r o c h a r a c t e r i z a t i o no ft h em i c r o s p h e r e sw e r et o k e na n dt e s t e db ys e m t e m f t i r d l s x r d t h em a g n e t i cm a t e r i a lf e 3 0 4w a ss y n t h e s i z e db yc h e m i c a l c o p r e c i p i t a t i o n r e a c t i o nf r o mf e c l 2a n df e c l 3 t o o kt h ep a r t i c l es i z ea n dt h ep u r i t yo ff e 3 0 4a s c r i t e r i a t h eo p t i m a lp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e db ys i n g l ef a c t o rt e s t t h e o p t i m a lp r e p a r a t i o nc o n d i t i o nw e r ed e t e r m i n e da sf o l l o w s t h en h a o ha sab a s et o t h ea l k a l is o u r c e t h ep e g 4 0 0 0a se m u l s i f i e r t h er a t i oo ff e 2 f e w a s2 3 t h ep h v a l u ew a s10 t h er e a c t i o nt i m ew a s3 0 m i n t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s 5 0 c a n dt h es t i r r i n gr a t ew a s10 0 0 r m i n t h ef e 3 0 4n a n o p a r t i c l e sp r e p a r e d f r o mt h eo p t i m a l p r e p a r a t i o nc o n d i t i o nw e r ed i s p e r s i v ea n dh a v ef i n es c r y s t a l s t r u c t u r ea n dn a r r o ws i z e d i s t r i b u t i o nm a i n l yi nt h er a n g eo f5 n ma n d2 0 n m t h ec o m p o s i t em a g n e t i cg e l a t i nm i c r o s p h e r e sw e r ep r e p a r e db yt h ee m u l s i o n c r o s s l i n k e dm e t h o d t h eo p t i m a lp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e db ys i n g l e f a c t o rt e s t a n dt h eo p t i m a lp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e da sf o l l o w s t h e c o n c e n t r a t i o no fg e l a t i ns o l u t i o nw a s10 t h es t i r r i n gr a t ew a s10 0 0 r m i n t h e e m u l s i f i e r d o s a g e i s3 t h er a t i o o fw a t e r o i li s1 10 t h e g l u t a r a l d e h y d ea s c r o s s l i n k i n ga g e n t t h er e a c t i o nt i m ew a s3 0 m i n t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s6 0 t h ec o m p o s i t em a g n e t i c g e l a t i nm i c r o s p h e r e sw e r ep r e p a r e df r o mt h eo p t i m a l p r e p a r a t i o nc o n d i t i o nw e r er e g u l a r n oa d h e s i o n s t h ed i s p e r s i v i t ya n df l u i d i t yw e r e p e r f e c t t h ei n f r a r e dt e s ts h o w e dt h a tt h ef e 3 0 4n a n o p a r t i c l e sw e r ec o a t e db yt h e i i a b s t r a c t g e l a t i n t h ed l st e s ts h o w e dt h a tt h ea v e r a g es i z eo fc o m p o s i t em a g n e t i cg e l a t i n m i c r o s p h e r e sw e r e18 i r t m t h eo p t i m a lr a t i oo fa d r i a m y c i nd o x o r u b i c i na n dg e l a t i nw e r e1 15w h i c hw e r e d e t e r m i n e db yt h ea b s o r p t i o nr a t e t h ey i e l dc h a r a c t e r i s t i c sa n dp a t t e r n s a sw e l la st h e e n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c ya n dd r u g l o a d e dt h a tt e s t e db yt h eu s i n go fu v m si n p r e p a r a t i o no fa d r i a m y c i nd o x o r u b i c i nm a g n e t i cg e l a t i nc o m p o s i t em i c r o s p h e r e s t h ed r u g l o a d i n go ft h eo p t i m a lr a t i ow a s3 4 2 t h ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c yw a s 7 7 5 4 a n dt h ea v e r a g er e c o v e r yw a s9 9 7 8 t h ev i t r or e l e a s eo fa d r i a m y c i n d o x o r u b i c i nm a g n e t i cg e l a t i nc o m p o s i t em i c r o s p h e r e sw a sd e t e r m i n e db yt h ed i a l y s i s w h i c hs h o w e dt h a tt h es l o w r e l e a s ee f f e c to ft h ed r u gm i c r o s p h e r e sw a ss i g n i f i c a n t k e yw o r d s t a r g e t i n gd r u g m a g n e t i cm i c r o s p h e r e s e m u l s i o nc r o s s l i n k e dm e t h o d p r e p a r a t i o n t o k e n i i i 學位論文獨創性聲明 學位論文獨創性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工 作及取得的研究成果 據我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地 方外 論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果 也不包含 為獲得直昌太堂或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料 與 我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確 的說明并表示謝意 學位論文作者簽名 手寫 喙住芡簽字日期 加薩 工月2 占日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解直昌太堂有關保留 使用學位論文 的規定 有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁 盤 允許論文被查閱和借閱 本人授權直昌太堂可以將學位論文的全 部或部分內容編入有關數據庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描 等復制手段保存 匯編本學位論文 同時授權中國科學技術信息研究 所將本學位論文收錄到 中國學位論文全文數據庫 并通過網絡向 社會公眾提供信息服務 保密的學位論文在解密后適用本授權書 導師簽名 簽字日期 揪 1 瑚 第1 章文獻綜述 第1 章文獻綜述 1 1 磁性靶向給藥系統 1 1 1 磁性靶向藥物的定義 磁性靶向藥物 是利用天然的或合成的高分子材料將磁性納米粒子 固體或 液體藥物包覆而成的具有靶向性的磁性藥物 應用于體內后 在外加磁場的作 用下 可在體內定向移動 靶向特定的腫瘤細胞或生物分子并緩慢釋放藥物 從一定意義上講 磁性靶向藥物實現了醫療工作者內科用藥外科化的理想 因 此 僅從用藥方法上講 磁性靶向藥物是一次重大革新 1 1 2 磁性靶向藥物的組成 磁性靶向藥物由磁性材料 骨架材料 藥物載體 及藥物三部分組成 第一部分 磁性材料 磁性材料為磁性靶向藥物提供磁性 同時也起藥物 載體作用 常用的磁性材料有f e 3 0 4 磁粉 純鐵粉 鐵磁流體 羥基鐵 正鐵鹽 酸 磁赤鐵礦等 作為磁性藥物毫微粒所用的磁性材料粒度越小越好 一般直 徑在1 0 3 0 n m 同時要求具有良好的磁響應和靈敏度 在外加磁場作用下能定向 移動和集中 固定在腫瘤部位 其中f e 3 0 4 因制備簡單 性質穩定 磁響應性強 靈敏度高 整個療程所用的載體含鐵量不超過貧血病人的常規補鐵總量 除部 分被人體利用外 其余的磁性粒子可通過皮膚 膽汁 腎臟等安全排除體外 獲得粒徑為納米級 磁響應性強的f e 3 0 4 磁性粒子是實現藥物磁導向的先決條 件 第二部分 藥物 磁性靶向藥物中的藥物也必須具備一定特性 1 不與骨 架材料和磁性材料起化學反應 2 半衰期短 需頻繁給藥 如阿霉素 l 2 順鉑 3 4 1 5 氟尿嘧啶 5 1 胰島素 6 7 等 半衰期小于1 h 或大于2 4 h 不宜用于制備磁性 靶向藥物毫微粒 3 齊l j 量小 藥效平穩 溶解度好 例如米托蒽醌1 8 9 l 平陽霉 素 1 0 劑量大 藥效劇烈 溶解度差的藥物不宜用于制備磁性毫微粒 4 藥物 劑量不需要精密調節 像降壓藥 抗心率失常藥 組胺藥 抗精神失常藥等需 要精密調節藥物劑量的藥物也不宜用于磁性毫微粒的制備 已與磁性材料制備 第1 章文獻綜述 成微球的抗腫瘤藥物有 阿霉素 絲裂霉素c 甲氨碟呤 米托葸醌 順鉑 平 陽霉素 氟尿嘧啶等 它們都具有水溶性且不與磁性材料起化學反應 其中以 阿霉素應用最廣泛 第三部分 骨架材料 骨架材料是用來支撐磁性材料和藥物的 首先應具 有良好的生物相容性 不會引起免疫反應 能夠在體內逐步降解清除 同時必 須具備一定的通透性 能夠使被包覆的藥物釋放出來 骨架材料都是一些高分 子材料 氨基酸聚合物類 聚多糖類以及其它高分子材料 氨基酸聚合物類又 可分為天然的和合成的兩類 天然氨基酸聚合物有各種白蛋白 球蛋白 明膠 等 合成類的主要有多肽 例如聚賴氨酸和聚谷氨酸等 聚多糖類有葡聚糖 殼聚糖 阿拉伯膠等 還有一些根據一定要求人工合成的高分子材料 如乙基 酸纖維素 聚乙烯亞胺 聚乙烯醇的共聚物 聚丙烯醇 有機硅高分子 聚苯 乙烯類 聚乳酸及其共聚物 聚己內酯及其共聚物等 國內外現在大多采用的 是白蛋白 葡聚糖 殼聚糖 聚乳酸以及聚苯乙烯類等 1 1 3 主要載體介紹 磁性藥物的載體如表1 1 所示 自美國學者w i d d e r 報道制備磁性白蛋白 微球以來 d e v i n e n i 等 1 2 1 3 1 不斷改進藥物和磁性粒子的結合 其中有采用氨基乙 醇 聚乙二醇 p e g 中性葡聚糖或陽離子氨基葡聚糖制備磁性粒子一化療藥 物復合物的方法 所攜帶的藥物有氨甲碟呤 阿霉素 絲裂霉素等 l u b b e i l 引 a e x i o u 等 1 5 1 采用鐵磁流體作為藥物的載體 y a n a s e 等1 1 6 采用陽離子脂質體等制 備磁性脂質體作為化療藥物的載體 v i r o o n c h a t a p a n 等 1 7 首次提出了熱敏磁性脂 質體 在外磁場作用下將藥物輸送到靶部位 通過高頻電磁場和激光脈沖加熱 使藥物從脂質體中釋放 2 0 0 0 年f e r x 公司r u d g e 等 1 8 將金屬鐵和活性碳混合 在球磨機中制成磁性微球 2 第1 章文獻綜述 磁性紅血球 磁性白蛋白微球 磁性乙基纖維素微膠囊 磁性乳膠 磁性淀粉微球 磁性聚烷基丙烯酸脂納米粒 磁性脂質體 鐵磁流體 磁性葡聚糖 鐵碳復合物 z i m m e m a n nu p i l w a tc w i d d e rj k k a t ot n e m o t o r a k i m o t om m o r i m o t oy m o s b a c hk l b r a h i m aa k i w a d a h b a b i n c o v am s h i n k a im v i r o o n c h a t a p a ne b a b i n c o v am b a b i n e ep y a n a s e m b u l t ej w k u b o t l u b b e a s a l e x i o u s p u l f e rs k g a l l oj m r u d g es r k u r t zt l 可 可 不可 可 可 可 可 7 可 可 泡狀 微粒 微粒 微粒 微粒 微粒 微粒 微粒 微粒 微粒 目前制備的藥物的載體主要有 磁性蛋白微球 磁性脂質體和鐵磁流體 制備的主要方法 熱固化法等制備磁性蛋白微球 逆相蒸發法等制備磁性脂質 體 化學吸收綁定法制備鐵磁流體復合物 磁性藥物注射方式通常采用動脈 靜脈注射 口服 最初的藥物載體材料多數是非生物降解材料 如聚苯乙烯 二乙氨乙基纖 維素 聚丙烯酰胺 聚丙烯酸酯類等 用這類載體材料制備納米粒類工藝較簡 單 但載體毒性較大 其在體內又不能降解 滯留時間長 對人體正常生理功 能有一定影響 故已不多用 目前使用較多的是天然或合成的生物降解材料 白蛋白 球蛋白 明膠等氨基酸聚合物作為載體材料因為容易團聚 很難達到 納米級 而且載藥量低 從而限制它們在磁性靶向給藥系統中的應用 目前研 究中較多都是采用聚多糖類高分子材料作為載體材料 殼聚糖和明膠更是現在 的研究熱點 特別是明膠 不僅具有良好的生物相溶性和生物可降解性 且具 3 他力 昭躬跖鴝舛鱷卯鰓鯽 92 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 o 9 0 9 0侉侈侈侈侈侈侉侈抄侈侈侈侈加侈拋侈撕 第1 章文獻綜述 有多種生物活性 1 2 磁性微球的主要特性 1 2 1 小尺寸效應 相對于普通磁性顆粒材料 磁性微球具有良好的表面效應和體積效應 具體 反映在其比表面積激增 微球官能團密度和選擇性吸附能力增大 吸附平衡時間 大大縮短 1 9 磁性納米微球的磁核尺寸一般為2 0 n m 左右 而磁性納米微球的粒 徑一般在0 1 1 5 p m 之間 根據不同的需要 即可以選擇不同的微球粒徑 例 如7 1 2 9 m 粒徑的微球具有明顯的肺部靶向效應 而平均直徑小于1 岬的磁性 白蛋白納米微粒 則可以進入組織間隙并被靶細胞 腫瘤細胞 吞噬 從而可 以在細胞 亞細胞 水平供藥 而在栓塞中 則要求粒徑稍微大一些 比如1 0 3 0 1 t m 的磁性明膠微球已經被證實對狗的腎動脈栓塞具有良好效果 此外 由于 磁性載體具有高的選擇吸附能力 所以它們的載藥能力也較大 一般隨著微球 粒徑的減小 其載藥量和藥物的包埋率也都提高 1 2 2 磁響應性 磁性微球具有很好的選擇性磁響應性 當磁性四氧化三鐵晶體的粒徑小于 3 0 n m 時 具有超順磁性 從而可以避免在使用中粒子之間發生磁性團聚 利用磁 性納米微球的磁響應性 在外加磁場作用下 磁性納米微球可以方便的進行分 離和磁性導向 比如用免疫磁性微球從骨髓中分離癌細胞 用絲裂霉素一聚碳 酸酯磁性微球對人裸鼠肝模型進行靶向治療 磁性微球中磁核的含量是反映微 球磁響應性的一個重要參數 磁核含量為微球總重量2 0 5 0 為最佳 對于 載藥的磁性納米微球 應用磁性的靶向過程就是血管內血流對微粒的推力和磁 鐵產生的磁力的競爭過程 當磁力大于毛細管的推力時 磁性載體則被截留在 靶部位 已經證明 在血流速率為0 5 5 0 1 c m s 的血管處 在0 8 t 的外磁場下 就足以使含有2 0 的磁性載體全部滯留在靶器官中 當作為磁核的金屬氧化物 粒子的直徑小于3 0 n m 時 具有超順磁性 即在磁場中有強磁性 沒有磁場時磁 性很快消失 從而使磁性納米微球能夠在磁場中不被永久磁化 因此在機體內 既安全又易于控n t 2 0 1 4 第1 章文獻綜述 1 2 3 生物相容性和生物降解性 在生物工程中 尤其是生物醫學領域中 生物相容性和生物降解性是磁性 載體在生物及醫學中應用的重要方面 磁性納米微球的結構中的殼層 大都使 用生物高分子如多聚糖 蛋白質等具有良好的生物相容性 它們在人體內安全無 毒 并且可生物降解 載體與藥物或基因片段等定向進入靶細胞之后 表層的 載體被生物降解 芯部的藥物釋放出來發揮療效 避免了藥物在其它組織中釋 放 從而提高藥物療效 這在靶向藥物中尤其重要 磁性納米微球的磁核 可 以很方便的通過人體自然排出 而不會影響人的健康 2 0 1 2 4 功能基團特性 由于磁性微粒表面包覆有高分子材料 而生物高分子帶有多種具有反應活 性的功能基團 如一c h o 一o h c o o h 一n h 2 就可連接具有生物活性 的物質 如藥物d n a r n a 免疫蛋白 生物酶等 同時也可在顆粒表面偶聯 特異性的靶向分子 如特異性配體 單克隆抗體等 通過靶向分子與細胞表面 特異性受體結合 在細胞攝粒作用下進入細胞內 實現安全有效的用作靶向性 藥物基因治療 細胞表面標記 同位素標記等 2 0 1 1 2 5 理化性質 磁性微球的物理化學性質穩定 具備一定的機械強度和化學穩定性 能耐受 一定濃度的酸堿溶液和微生物的降解 其內含的磁性物質不易被氧化 磁性能不 易下降 并且具有一定的生物相容性 不會對生物體造成明顯的傷害 磁性微球表 面本身具有或通過表面改性帶有多種活性的功能基團 如 o h c o o h n h 2 等 可連接生物活性物質 如核酸 酶等 也可以偶聯特異性分子 如特異性配體 抗 體 抗原等 來專一性的分離生物大分子 l 9 1 3 磁性微球的制備方法 磁性微球是一種廣泛使用的有機固相合成和生物分子固定化的載體 固定 化的生物分子通常在生物醫學與生物工程的研究和實踐中用作親和分離分析的 配基 亦可作為生物反應的催化劑或藥物 由于磁性微粒徑一般很小 比表面 積大 故而偶聯容量較高 懸浮穩定性亦較好 便于各種反應高效而方便地進 行 又因其具有順磁性 在外磁場的作用下固液相的分離十分簡單 可省去離 5 第1 章文獻綜述 心 過濾等繁雜操作 并可在磁場作用下定位 2 1 1 c u y p e r 2 2 等用磷脂處理納米 級的磁性粒子 制得磁性脂質體微球 d e k k e r 2 3 將磁性粒子懸浮于聚乙烯亞胺 p e i 溶液中 通過過濾 干燥處理得到外包p e i 的磁性微球 h a s e g a m a 2 4 等利 用葡聚糖制得了葡聚糖磁性微球 g u p t a 2 5 等用牛血清清蛋白和棉籽油對磁性粒 子進行處理 得到外包牛血清蛋白的磁性微球 磁性無機物微球則主要是通過 無機鹽類共沉淀法來制備的 c h e nq i e 2 6 等通過f e c l 3 6 h 2 0 與m g c l 2 6 h 2 0 在 n a o h 溶液中共沉淀制得具有超順磁性的m g f e 2 0 4 的納米微粒 k u z n e t s o v 2 7 j 等 制得了超順磁性的f e c 微球 制備磁性微球的方法很多 主要根據磁性微球 的結構來區分 有以下幾種 1 3 1 共沉淀法 共沉淀法是在生成磁性物質 f e 3 0 4 或f e 2 0 3 的同時產生磁性高分子微球的 制備方法 即先將高分子物質溶解 然后依次加入f e 2 和h 2 0 2 或f e 2 和f e 攪拌的同時滴加堿性溶液 通過氧化沉淀或共沉淀反應 這樣磁性物質一產生 就被包裹 形成核一殼磁性微球 國內的孫敏莉等 2 8 利用此法合成平均粒徑在 2 0 0 n m 左右的d e a e 一葡聚糖磁性微球 d e a e 葡聚糖對磁性納米粒子實現了良 好的包覆 并且微球的球形度好 國外的l e e 等 2 9 通過在聚乙烯醇 p v a 的水溶 液中溶解鐵鹽 然后用共沉淀法 形成穩定分散的p v a 包裹的磁性納米顆粒 h o n d a 等 3 0 先將殼聚糖的溶液和含鐵鹽與亞鐵鹽溶液在激烈攪拌下混合均勻 然后加氨水恒溫靜置 經過反應處理后制得殼聚糖磁性納米微球 共沉淀法的優點是制備方法簡單 避免了制取磁流體或均勻分散磁粒子的相 關處理 制得的磁性微球粒徑較小 幾b i n 到幾百個n m 比表面積大 缺點是磁 性微球大小不均勻 磁響應性較差 操作時需要較強的外加磁場 1 3 2 噴霧干燥法 在一定壓力下把熱明膠溶液通過噴嘴噴出 形成的霧狀液滴蒸發掉水分而 形成微球 調節壓力 溫度和噴嘴進出口的直徑可以得到不同大小的產品 此 法制得的微球直徑比較均勻 h u a n g t 3 l j 等用此法制得了直徑為1 4 m 的明膠一 殼聚糖復合微球 發現明膠的比例對產品大小 形狀和表面形態有顯著影響 b o n f e r o n i 3 2 等則制備了直徑小于1 0 1 x m 的明膠一卡拉膠復合微球 但產品彼此粘 連 球形也較差 王強斌 3 3 1 等將納米磁流體分散在聚丙烯腈的n n 二甲基甲酰 6 第1 章文獻綜述 胺 d m f 溶液中 混合均勻后進行噴霧 得到外形規整 粒徑分布較窄 磁含量約 1 5 的聚丙烯腈磁性微球 得到的磁性微球可作為固定化酶的載體 1 3 3 包埋法 包埋法制備磁性微球主要是通過范德華力 氫鍵 配位鍵和共價鍵等作用 將水溶性高分子物質纏繞在無機磁性顆粒表面 形成聚合物包被的磁性微球 安 小寧掣3 4 用殼聚糖直接包埋磁粉制備出高磁性的殼聚糖微球 并研究了包埋磁粉 使用的殼聚糖與磁粉用量的比例對磁性殼聚糖微粒磁性的影響 結果表明 磁性 殼聚糖微粒的磁性與殼聚糖的用量成反比 采用此法制備磁性微球優點是方法 簡單 微球表面不需要化學修飾就含有活性功能基團 可以直接偶聯所需的配基 缺點是制備的磁性微球大小難以控制 粒度分布寬 形狀不規則 不同微球磁性物 質的含量相差很大 而且殼層中易混有雜質 因此用于免疫測定和細胞分離時受 到很大的限制 如張密林 3 5 等報道了用羥基纖維素對磁性微球進行改性 制備 羥基纖維素的磁性微粒 邱廣亮 3 6 1 等采用乳化復合技術制各出粒徑為2 0 一 3 0 0 n m 的具有磁核的瓊脂糖復合微球 1 3 4 單體聚合法 單體聚合法包括分散聚合 乳液聚合 懸浮液聚合三種 是將磁性粒子用 表面改性劑 偶聯劑 引發劑等處理后分散到含有聚合物單體的溶劑中進行聚 合反應 通常以磁性粒子為活性中心進行單體聚合 該法的特點是制得的高分 子微球磁響應性強 形狀較規則 大部分成圓球狀 且粒度分布較均勻 但是其粒徑 較大 疏水性單體聚合生成的磁性微球表面一般不含功能活性基團 需要通過表 面化學改性才能帶上活性基團 1 3 4 1 乳液聚合法 乳液聚合法是將金屬鹽和一定的沉淀劑形成微乳狀液 在較小的微區內控 制膠粒成核和生長 經過熱處理后得到納米粒子 該法的特點是可以通過調整 微乳液的組成和結構 實現對粒子尺寸 形態 結構乃至物性的人為調控 制 得的粒子分散性好 另外該方法還具有實驗裝置簡單 操作方便 能耗低 應 用領域廣等優點 3 7 1 劉雪奇 3 8 1 以苯乙烯 s t n n 烯酸為共聚單體 以氧化苯甲酰 b p o 為引發劑 用分散聚合法制得了含羥基的磁性物質為核 高分子為殼的復 合微球 微球粒徑大約在l 5 9 m 核心f e 3 0 4 1 0 n m 左右 分散聚合法對于合成大 7 第l 章文獻綜述 粒徑 單分散的磁性高分子具有較大優勢 胡書春 i 用聚7 醇 p e g 處理f e 3 0 4 磁流體 然后加入聚合反應的引發劑過硫酸鉀 k p s 充分攪拌后靜置 溶脹 然 后分散到苯乙烯 s t 單體與穩定劑 分散劑的混合溶劑中制成乳化體系 進行乳液 聚合制得磁性物質為核高分子為殼的復合微球 乳液聚合可在提高聚合速率的 同時提高分子量 聚合產物的粒徑小 o 0 5 一0 2 1 t m 比常見懸浮聚合法制得的產 物的粒徑 5 0 2 0 0 肛m 要小得多 1 3 4 2 懸浮聚合法 懸浮聚合和乳液聚合類似 將磁流體加入到高分子單體中 不加乳化劑的情 況下 借助高速攪拌的作用將單體分散成小液滴 單體在小液滴中反應 得到磁性 高分子微球 王勝林 4 0 等采用懸浮聚合法制備了聚苯乙烯磁性微球 將f e 3 0 4 磁性粒子用一種復合分散劑進行表面處理后分散到苯乙烯中 從而形成苯乙烯磁 流體 在磁流體中加入引發劑單體二乙烯基苯 d v b 然后將磁流體分散在水中 經過高速剪切乳化 形成穩定的微懸浮液 在穩定的溫度下發生聚合反應 最后過 濾分離 得到包覆良好的磁性微球 乳液聚合與懸浮聚合法得到的磁性微球的粒徑不同 采用乳化交聯法可得到 納米級的磁性微球 而懸浮聚合法得到的磁微球一般為微米級 乳液聚合法制各 磁性微球過程中需加入乳化劑 因此 需要進行洗滌 熱處理等一些后續的處理 采用不同的聚合方法 可制備不同粒徑的磁性微球 1 3 5 界面沉積法 界面沉積法可用于制備核殼型和多層型磁性微球 f u r u s a w a 等 4 l 的方法是預 先制備一種表面含有某種功能基團 如 s 0 3 c o o 的聚合物乳膠粒 與納米磁性 顆粒均勻混合 通過加入電解質或者調節p h 值使聚合物膠粒與磁性顆粒表面攜 帶的電荷相反 磁性顆粒借助靜電吸引而沉積在聚合物乳膠粒表面形成包覆層 形成b 型磁性微球 如果以此乳膠粒為種子進行乳液聚合 表面再包覆一層聚合 物 就可以形成d 型結構的磁性聚合物微球 也有些學者則采用先制備磁性顆粒 然后通過靜電吸附在磁性顆粒的表面沉積一層物質而形成a 型磁性微球 界面 沉積法制備的微球 磁含量均一 粒度可控 均勻 但是制備過程復雜 8 第1 章文獻綜述 1 4 磁性微球的應用 由于磁性高分子微球具有磁性 在磁場作用下可定向運動到特定部位 或 迅速從周圍介質中分離出來具有磁響應性和不同的表面功能性 因此自7 0 年代 中期以來 磁性高分子微球在許多領域的應用研究也日益增多 下面就磁性高 分子微球在部分領域的最新應用進展做一簡介 1 4 1 固定化酶 固定化酶是指利用物理吸附或化學結合法將自由酶固定到載體上以提高酶 的操作穩定性和反復回收利用酶的技術 m u n k o 4 2 制備了纖維素等三種磁性粒 子 用于凝乳化蛋白酶的固定化 研究了不同殼層 不同磁核及粒徑對酶的活性及 固定量的影響 t o r c h i l i n l 4 3 等進行了磁性交聯葡聚糖作為固定化載體的研究工 作 b e n d i l i e n e 4 4 等制備了磁性殼聚糖微球用作固定化載體 酶被固定在這種載 體上之后 可以很容易地用磁性裝置從反應的混合液中分離回收 由于生物高分 子具有很多官能團 如 n h 2 c 0 0 h o h 等 酶分子可通過物理吸附 交聯 共價偶合等方式固定在磁性微球表面 磁性生物高分子微球固定化酶有以下優 點 易于將酶與底物和產物分離 提高酶的生物相容性和免疫活性 提高酶的穩定 性 操作簡便 可降低成本 1 4 2 細胞分離 有效的細胞分離是臨床和免疫學的基本而重要的步驟 磁性微球在細胞分 離中的應用之一是血液中紅細胞的分離 另一種應用是在臨床進行自身骨髓移 植時用于清除骨髓中已轉移的癌細胞 異體骨髓移植時清除骨髓中的t 細胞等 康繼超 4 5 等用物理吸附和化學鍵共價結合的方法 將抗人膀胱癌單克隆抗體連接 到預先制備的聚苯乙烯磁性微球表面 構建了能特異地與靶細胞結合并賦予其磁 響應性的免疫磁性微球 i m m u n o m a g n e t i cm i c r o s p h e r e si m m s 用于從骨髓中分離 癌細胞 實驗證明 所構建的i m m s 可有效地和靶細胞結合 用i m m s 從動物骨 髓中分離癌細胞的初步實驗表明 i m m s 可有效清除癌細胞 而骨髓細胞僅有很少 量的損失 j h u n uc h a t t e r j e e t 4 6 用血凝素修飾聚苯乙烯磁微球和白蛋白微球 用于 紅細胞的分離 用血凝素修飾聚苯乙烯微球和白蛋白微球后 其具有良好的結合 紅細胞的能力 白蛋白微球與合成的聚合物微球相比較更具優勢 因為經白蛋 白微球分離后的紅細胞能重新注射進入病人的體內 9 第1 章文獻綜述 1 4 3 免疫測定 免疫測定的目的是確定溶液中免疫活性分子 如抗原 抗體的濃度 研究 者利用磁性高分子微球比表面積大 易分離 表面可功能化等優點將其用于免 疫測定 例如用于氨甲蝶呤 甲狀腺素 催乳激素 地谷新等的放射免疫測定 r i a 內質醇 氫化可的松 的熒光免疫測定 f i a i g e 的酶免疫測定 e i a v b l 2 的非放射免疫測定 n o n r i a 等 與傳統方法相比 它們具有特異性好 靈敏度高 準確性好的優點 如用抗免i g g p s 磁性微球對苯甲酸胺的測定效果 增加近4 0 倍 將磁性微球用于免疫電化學發光分析 對食品和環境水樣中的大 腸桿菌和沙門氏傷寒菌進行了快速準確的測定 利用硅烷化正鐵鹽進行放射性 免疫測定1 4 7 j 1 4 4 磁控栓塞 磁性藥物微球是磁性藥物制劑的一種類型 是靶向給藥系統的新劑型 在 磁性納米粒子表面涂覆高分子 再與蛋白質相結合 以這種磁性納米粒子作為 藥物的載體 然后靜脈注射到動物體內 在外加磁場下通過納米微粒的磁性導 航 使其移向病變部位 就可達到定向治療的目的 惠旭輝等 4 8 用自制的聚甲 基丙烯酸甲酯 p m m a 磁性微球血管內栓塞效果及對血細胞的影響進行研究 術中栓塞觀察 注射磁性微球后均有磁栓固位于磁控處股動脈管腔內 形成灰 黑色栓塞 栓塞以下動脈搏動消失 顏色蒼白 磁栓1 5 分鐘斷磁 磁栓無脫落 及移位 股動脈下段血供無再通 c o r d u l a t 4 9 等通過實驗證明使用多種聚合物基 體材料可以提高不同種磁性微球的性能 磁性雜化物如聚糖一聚乳酸 硅一聚 苯乙烯 硅一聚糖 聚糖一聚腈基丙烯酸烷基酯 聚糖一聚苯乙烯顆粒 通過 動力學研究測試了其固定蛋白質的能力 這些性能的提高導致了磁性微球在藥 理學 分子生物化學和生物醫藥學的新型應用 1 4 5 有機和生化合成 近幾年來 組合化學因能快速合成巨大的化合物庫 用以滿足生物學測試 的要求 因此得以迅猛發展 從而使固相有機合成技術得以復興 而以磁性微 球為載體的固相有機合成技術 不僅可充分發揮固相合成的優勢 而且在反應 完成后 可迅速地將目標產物從剩余反應物 副產物及溶劑中方便地分離出來 且不影響產物的性質與純度 c h a n g t 5 0 j 等合成了一種新型的高分子磁球 利用i r 1 0 第1 章文獻綜述 x r d s e m 測定了其對乳化劑的吸收和沉積 證明了此種微球具有良好的熱敏 性 s u c h o l e i k i 5 1 等分別制備了具有高濃度懸垂功能基和具有親水性表面的復合 磁性微球 并將該復合磁性微球用于核苷酸 多肽 單糖 多糖的合成 該微 球外層為低度交聯的p s 殼體 內部為含有f e 3 0 4 磁粒的高度交聯p s 核 由于 內外交聯度的不同 既保證了在各種有機溶劑 二甲基甲酰胺 d m f 二甲基 亞砜 d m s o 等 中的充分溶脹 又可確保磁粒不損失 1 4 6 環境 食品生物檢測 以磁性微球為基礎的免疫磁性分離 i m s 技術不但廣泛應用于醫學 生物 學的各個領域 而且在環境和食品衛生檢測方面的應用也初見端倪 沙門氏菌 是引起食物中毒最常見的菌屬之一 曾有報道用免疫磁性分離技術從乳及乳制 品 肉類和蔬菜中分離出沙門氏菌 其檢測限為每克l 1 0 2 個細菌 免疫磁分 離技術可快速將目標微生物從樣品中分離出來 如果和其它檢驗方法 如酶聯 免疫吸附分析 e l i s a 多聚酶鏈式反應 p c r 熒光免疫分析 f i a 電子 化學發光 e c l 相結合 則可數倍地提高分離效率和檢測極限 如用以免疫磁 性微球為固相載體的e c l 技術探測土壤中的b a n t h r a c i s 孢子 y a n g 5 2 1 等合成 了一種表面含酮類的電化學加成磁性高分子微球 其可以與胺反應 隨著其表 面胺類衍生物的減少其檢測性也逐漸降低 張津輝 5 3 等在磁流體存在的條件下 采用6 0 c oy 射線源 于常溫下輻照引發聚合水溶性的丙烯酰胺和烯丙胺 制得 了具有良好理化性能的磁性微球 并將其用于固相放射免疫分析及微量蛋白質 親合富集 收到了較好的效果 1 4 7 靶向藥物 目前醫藥學研究的熱點 磁性納米粒子表面涂覆高分子材料后 外部再與 蛋白質結合 將這種載有高分子和蛋白的磁性納米粒子作為藥物的載體 注射 到生物體內 在外加磁場的作用下 通過納米粒子的磁性導向性使藥物更方便 地移向病變部位 增強其對病變組織的靶向性 有利于提高藥效 達到定向治 療的目的 從而改變目前放療和化療中正常細胞和癌細胞統統被殺死的狀況 動物臨床實驗證實 f e 3 0 4 磁性納米粒子是應用于這種技術的最有前途的載體 它在治療結束后可以通過人體肝臟和脾臟自然排泄 u r sh 擻f e l i 5 3 1 在磁性微球 上標定1 32 放射錸 r e 18 8 磁性載體是由金屬鐵和活性炭組成 由于磁性載體 第1 章文獻綜述 m t c 能有效靶向到腫瘤部位 所以r e m t c 能集中對腫瘤部位輻射治療 減小了 對周圍組織和器官的輻射 m u n i y a n d ys a r a v a n a n l 5 4 制備了用于治療關節炎的二 氯苯二磺酰鈉凝膠磁性微球 二氯苯二磺酰鈉是一種抗炎和止痛藥 能用來治療 關節炎 由于生理半衰期短 需要持續頻繁的注射以維持其治療效果 需要緩釋以 長期維持其濃度 同時這種藥物具有很強的副作用 如胃潰瘍 腸胃出血 過敏 性反應等 制備凝膠磁性微球靶向藥物到需要的部位 實驗表明此微球的藥物釋 放超過1 8 天 采用超聲波能加快藥物的釋放 1 5 磁性藥物微球的表征方法 1 5 1 磁性藥物微球的形貌表征 磁性靶向藥物毫微粒的形貌通常可由透射電鏡 環境掃描電鏡來表征 透射電鏡 t e m 是以電子束透過樣品經過聚焦與放大后所產生的物像 投 射到熒光屏上或照相底片上進行觀察 透射電鏡的分辨率為0 1 0 2 n m 放大 倍數為幾萬 幾十萬倍 透射電鏡照片不但可以直接給出藥物毫微粒顆粒大小 和形狀 而且還可以給出樣品內部的超微結構 掃描電鏡 s e m 是用極細的電子束在樣品表面掃描 將產生的二次電子 用特制的探測器收集 形成電信號運送到顯像管 在熒光屏上顯示物體 細胞 組織 表面的立體構像 可攝制成照片 掃描電鏡樣品用戊二醛等固定 經脫 水和臨界點干燥后 再于樣品表面噴鍍薄層金膜 以增加二波電子數 1 5 2 粒徑及粒徑分布 磁性靶向藥物毫微粒粒徑及粒徑分布通常可用沉淀法 電超聲和光散射法 進行測試 沉降法粒度分析方法 5 5 是通過顆粒在液體中沉降速度來測量粒度分 布的方法 主要有重力沉降式和離心沉降式兩種光透沉降粒度分析方式 適合 毫微粒粒度分析的主要有離心式分析方法 常用的沉降法存在著檢測速度慢 重復性差 對非球形粒子誤差大 不適用于混合物料 動態范圍窄等缺點 電超聲粒度測量范圍為5 1 0 9 m 其測試原理為當聲波在樣品內部傳導時 通過測試聲波衰減譜 計算衰減值與粒度的關烈5 6 1 激光光散射法 5 7 5 8 1 是利用激光遇到粒子時發生散射特性來工作 它通過測定 溶液中大分子或膠體質點的平動擴散系數 從而得知其大小或流體力學半徑 1 2 第1 章文獻綜述 測試原理是當分散體系的質點小于光的波長時 將產生散射光 散射光的強度 與質點大小和分布u 質點形狀以及兩相的折射率有關 通常顆粒小 散射角大 顆粒大 散射角小 據此 利用光散射技術可測定質點的大小和分布 測定的 粒徑范圍為幾個納米到五個微米之間 激光光散射法能夠準確得到粒子的分布 及各種平均粒徑 是測定納米粒子大小和粒徑分布的理想工具 1