基于金属纳米粒子的超高磁响应性复合微球的制备研究

随着生物技术的快速发展，对蛋白质和核酸等天然生物分子快速分离技术的需求变得日益迫切，而磁分离技术就成了目前公认的最佳解决方案之一。要实现磁分离，其技术瓶颈就是如何制备超高磁响应性的功能复合微球。本申请围绕如何获得超高磁响应性复合功能微球这一核心科学问题，基于具有极高磁饱和强度的金属纳米粒子(Fe,Co,Ni等)，以单分散聚丙烯腈微球为模板，设计制备两个系列的含稳定金属纳米粒子的磁性复合微球，并实现其表面的功能化。本研究的特色及创新点是解决了金属纳米粒子环境稳定性差的问题，一步实现金属纳米粒子的生成、稳定、分散和包覆，不但避免了金属纳米粒子的氧化劣化，还高效获得磁饱和强度(Ms)超过130 emu/g的磁性复合微球，远远超过了纯Fe3O4磁性粒子磁饱和强度的理论极限(≈80 emu/g)，为磁性分离技术开辟了新的发展空间。

在本项目支持下，我们发展了三个系列的磁性复合微球的全新制备技术，并对他们的潜在应用进行了研究，主要结果综述如下：（1）以DVB交联的聚丙烯腈微球为模板，使用溶胀络合技术，通过聚丙烯腈微球的氰基络合钴，在温和的条件下制备得到了高钴含量的Co(II)@PAN络合微球。将Co(II)@PAN络合微球在氮气气氛下高温热解，得到钴碳复合微球，最高的钴含量在71 wt%。使用相同的条件，也能得到铁碳复合微球。金属纳米粒子被包埋在碳球内部，受到保护不被氧化。制备得到的钴（铁）复合微球最高磁饱和强度可达161 emu/g，而且剩磁几乎为零，矫顽力仅为0.012KOe，具超顺磁性，这说明我们制备得到的复合微球具有高磁响应性和零磁滞的优点，是卓越的软磁性材料。（2）采用水热制备技术，发展了一种制备磁性空心纳米粒子簇的方法，该磁性纳米粒子簇磁饱和强度高、结构规整、壳层有贯穿空隙及内腔，非常适合用于药物载体。实验结果表明，该材料可以负载高达20.2%的紫杉醇，MTT抗肿瘤实验结果表明该载有紫杉醇的纳米磁性粒子簇具有优良的抗肿瘤效果。（3）以聚谷氨酸为稳定剂，我们制备了一种全新的介孔磁性纳米粒子簇，该粒子簇具有优异的结构性能，如大的比表面积（136 m2/g）和孔体积（0.57 cm3/g）、优异的胶体稳定性、良好的生物相容性和弱酸可降解性，因此非常适合作为药物载体。实验结果表明该材料可以负载大量的抗肿瘤药物紫杉醇，最高可达35.0 wt %，MTT实验结果证明了其优异的抗肿瘤效果。结合材料自身的优良特性（如大的比表面积、优异的胶体稳定性、良好的生物相容性、和弱酸可降解性），该材料在药物载体方面具有极大地应用前景。