磁性壳聚糖纳米粒子的制备及其应用

磁性壳聚糖纳米粒子的制备及其应用

Chitosan coated Fe3O4 Magnetic Nanoparticles 或者CA@Fe3O4nanoparticles的制备方法及应用介绍

磁性高分子材料是将含有磁性的金属或金属氧化物（如铁、钻、镍及其氧化物）粒子嵌合到高分子材料表面或者包埋在高分子材料中，而形成的具有特殊功能团和特殊结构的磁性复合材料。磁性高分子材料具有高分子材料的功能基团特性。例如，可以通过接枝、共聚、交联或表面改性等化学修饰在高分子材料上引入多种具有化学活性的功能基团（如-NH₂、-COOH、-CHO和-OH等），而这些功能基团又容易通过发生酰基化、羟基化和酯化等反应与其他物质结合，利于改性；同时可以通过氢键、共价键或静电引力等作用力与药物、抗体、酶、细胞和催化剂等活性物质结合，同时由于含有磁性物质而具有磁性，其在外来磁场作用下可以迅速定向的运动，因此在外加磁场的作用下，能够迅速同其他物质分离。

磁性高分子纳米粒子作为一种新型的磁性高分子材料，因其同时兼具高分子纳米粒子的众多特性（如表面能性质和体积效应）和磁响应性，而受到广泛研究。而天然高分子材料（如壳聚糖chitosan、淀粉等），由于其含量丰富、易得、无毒、具有生物相容性和生物可降解性，并且含有丰富的功能基团。因此，磁性高分子纳米粒子在生物医学、生物分离、磁靶向给药、固定化酶、免疫分析及测定、生物化学及分离纯化、分析传感器等领域有重要应用。

壳聚糖（chitosan，CS）是甲壳素的脱乙酰化产物，是基本单元为（2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖）的线性阳离子聚合物。壳聚糖分子主链结构中同时存在大量的羟基（-OH）和性质活泼的氨基（-NH₂），因此可以进行相应的修饰、接枝、活化和螯合作用。

壳聚糖能通过N-酰基化、烷基化、季铵化、接枝共聚和交联等反应，制备多种衍生物；也可在酸性条件下，让氨基质子化后带正电荷，使其可与许多带负电的聚合物（如蛋白质，核酸）等通过静电相互作用形成配合体。这些衍生物和配合体在某些生物环境中可以进行自组装，负载各种药物、蛋白质和核酸等，在体内进行输送、缓释和基因治疗。

磁性壳聚糖纳米粒子的制备方法：

   ①乳化交联法是应用的制备磁性壳聚糖纳米粒子的方法。其主要步骤是：首先，将改性的磁性纳米粒子分散于壳聚糖、表面活性剂和分散介质的溶液中，搅拌或乳化形成乳液；然后，加入交联剂（如戊二醛或乙二醛）交联壳聚糖，从而将磁性纳米粒子包裹于壳聚糖的网格状中。

②喷雾干燥法是通过机械作用，将壳聚糖和磁性物质混合物，分散成雾状的微粒，然后与热空气接触，瞬间将大部分水除去，从而使壳聚糖和磁性物质形成固体颗粒。

③包埋法是将磁性纳米粒子分散于壳聚糖的溶液中，通过雾化、絮凝、沉积、蒸发和交联等方法得到磁性壳聚糖纳米胶囊。

④模板法是较为常用的一种方法。制备粒径均一的模版，然后在模版上逐层负载壳聚糖和磁性粒子，zui后制备成核壳结构的磁性壳聚糖纳米粒子，可用于制备磁性纳米粒子的模版有：二氧化硅微球、胶团、碳酸钙、聚合物粒子和聚苯乙烯纳米微球等。

⑤沉淀生成法是将磁性颗粒均匀地分散于壳聚糖酸性溶液中，再通过注射器或其他手段混合溶液滴加入碱性溶液中；或将制备磁性物质的原料分散于壳聚糖的水溶液中，再将混合液加入碱液中，在碱液中通过化学反应生成磁性粒子，从而得到磁性壳聚糖颗粒。

磁性壳聚糖纳米粒子的应用：

①磁性壳聚糖纳米粒子作为固定化酶的载体有以下优点：使酶固定于载体上，大大提高了酶的稳定性；壳聚糖具有良好的生物相容性，酶与壳聚糖结合后，能够改善酶的生物相容性，提高其免疫活性；磁性壳聚糖纳米粒子具有磁性，酶固定于纳米粒子上后，能够通过外加磁场进行回收，简化生产，能够使酶多次重复使用提率，适合大规模连续化操作；壳聚糖上的功能基团能够同多种酶进行反应，因此可以将多种反应酶固定化于同一磁性粒子上。

②磁性壳聚糖纳米粒子应用于细胞分离。磁性壳聚糖纳米粒子分离细胞的主要方式有：负相分离，即利用磁性微球分离无关细胞，使留下的靶细胞纯化；正相分离，即直接从细胞混合液中分离出靶细胞，使之纯化。其优点有：可以根据不同的细胞，对壳聚糖进行改性，更加准确快捷，将目标细胞从原样中分离出来；由于不存在电场，而只存在外磁场。因此，样品中的离子或带电溶质不会受到电场的干扰；磁性分离过程温和，不会破坏细胞。

③磁性壳聚糖纳米粒子在无水处理中的应用。壳聚糖作为一种生物相容性和环境友好型的材料，其在自然界中可以降解，且其主链中含有大量的功能基团，可以和多种重金属离子及染料发生作用，达到降低污水中浓度的目的。而磁性壳聚糖纳米粒子，由于具有磁响应性更易于分离，因此可以实现多种重金属离子的回收再利用。

④磁性壳聚糖纳米粒子在给药系统中的应用。壳聚糖作为一种生物相容性和生物可降解的材料，并且能够在体内通过溶解酶而分解不会在体内残留。而壳聚糖本身含有大量的氨基，在不同的pH值溶液中，其主链的聚集状态发生变化，可以实现智能给药。又由于在外界磁场的作用下，使载有药物磁性纳米粒子定位于一定的部位，从而使药物局部集中，达到、*和低毒的效果。

⑤磁性壳聚糖纳米粒子在分子成像中的应用。磁性壳聚糖的分子成像技术是基于MRI成像技术。

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