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磁性高分子微球的制备及对生物物质的吸附和应用研究

作　者: 王健
导　师: 冯玉杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 磁性微球 免疫磁性微球 吸附细胞 吸附牛血清白蛋白 磁分离酶联免疫法
分类号: Q64
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


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3050μm,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56μm,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。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-17
第1章 绪论  17-36
  1.1 磁性微球的结构和组成  17-19
    1.1.1 磁性微球的结构  17-18
    1.1.2 磁性材料的组成  18-19
    1.1.3 骨架材料的组成  19
  1.2 磁性微球的制备方法  19-24
    1.2.1 原位合成法  20-21
    1.2.2 无皂乳液聚合法  21
    1.2.3 微乳液聚合法  21-22
    1.2.4 分散聚合法  22-23
    1.2.5 悬浮聚合法  23
    1.2.6 原子转移自由基聚合法  23-24
  1.3 磁性微球的应用  24-33
    1.3.1 生物分离  24-27
    1.3.2 固定化酶和细胞  27-28
    1.3.3 免疫检测  28-33
    1.3.4 有机和生物化学合成  33
  1.4 研究意义和研究内容  33-36
第2章 实验试剂、设备及方法  36-49
  2.1 实验试剂  36-38
  2.2 实验设备  38
  2.3 分析仪器及测试方法  38-41
    2.3.1 晶体结构分析  38
    2.3.2 表面形貌分析  38-39
    2.3.3 表面基团分析  39
    2.3.4 表面羧基含量的测定  39
    2.3.5 表面氨基含量的测定  39-40
    2.3.6 粒径大小及分布  40
    2.3.7 蛋白含量的测定  40
    2.3.8 磁性能分析  40-41
  2.4 实验原理和方法  41-49
    2.4.1 磁性微球的制备原理  41-45
    2.4.2 磁分离酶联免疫技术  45-49
第3章 壳聚糖磁性微球的制备与性能  49-70
  3.1 制备壳聚糖磁性微球的工艺路线  49-50
  3.2 Fe_3O_4 磁性纳米粒子的制备  50-55
    3.2.1 铁离子总浓度对产物性能的影响  52-53
    3.2.2 沉淀剂浓度对产物性能的影响  53-54
    3.2.3 铁盐和沉淀剂比例(Fe~(3+)+Fe~(2+))/NH_3·H_2O 对产物性能的影响  54
    3.2.4 反应温度对产物性能的影响  54-55
  3.3 Fe_3O_4 磁性纳米粒子的表征  55-58
    3.3.1 Fe_3O_4 磁性纳米粒子的形貌  55-57
    3.3.2 Fe_3O_4 磁性纳米粒子的表面基团  57
    3.3.3 Fe_3O_4 磁性纳米粒子的磁性能  57-58
  3.4 壳聚糖磁性微球的制备  58-62
    3.4.1 交联剂的种类和用量对壳聚糖磁性微球性能的影响  58-60
    3.4.2 反应体系的pH 值对壳聚糖磁性微球性能的影响  60-61
    3.4.3 壳聚糖与Fe_3O_4 的质量比对壳聚糖磁性微球性能的影响  61
    3.4.4 搅拌速度对壳聚糖磁性微球粒度大小的影响  61-62
  3.5 壳聚糖磁性微球的性能表征  62-64
    3.5.1 壳聚糖磁性微球的形貌特征  62-63
    3.5.2 壳聚糖磁性微球的表面基团  63-64
  3.6 壳聚糖磁性微球用于酵母固定和酒精发酵  64-69
    3.6.1 壳聚糖磁性微球用于酵母固定  64-67
    3.6.2 磁性固定化酵母用于酒精发酵  67-69
  3.7 本章小结  69-70
第4章 聚苯乙烯磁性微球的制备与表征  70-82
  4.1 聚苯乙烯磁性微球的制备  70-78
    4.1.1 超声分散对聚合反应的影响  71-73
    4.1.2 升温法和滴入法对磁性微球形态的影响  73-74
    4.1.3 反应物用量对磁性微球粒径的影响  74-77
    4.1.4 搅拌速度对磁性微球粒径和粒子形态的影响  77-78
  4.2 聚苯乙烯磁性微球的性能表征  78-81
    4.2.1 聚苯乙烯磁性微球的形貌  78-79
    4.2.2 聚苯乙烯磁性微球的表面基团  79-80
    4.2.3 聚苯乙烯磁性微球的磁性能  80-81
  4.3 本章小结  81-82
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  82-92
  5.1 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球的制备  82
  5.2 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球的性能表征  82-85
    5.2.1 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球的形貌  82-83
    5.2.2 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球表面活性基团  83-85
    5.2.3 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球的磁响应性能  85
  5.3 聚苯乙烯/丙烯酸磁性微球连接蛋白的规律  85-91
    5.3.1 BSA 初始浓度对吸附效果的影响  86-88
    5.3.2 吸附时间对吸附效果的影响  88
    5.3.3 离子强度对吸附效果的影响  88-89
    5.3.4 BSA 的洗脱及磁性微球的重复使用性能  89-91
  5.4 本章小结  91-92
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  92-111
  6.1 聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的制备  92
  6.2 聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的性能表征  92-95
    6.2.1 聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的形貌  92-93
    6.2.2 聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球表面活性基团的检测及分析  93-94
    6.2.3 聚苯乙烯/丙烯酰胺磁性微球的磁响应性能  94-95
  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  95-100
    6.3.1 不同类型磁性微球连接抗体效果的比较  95-96
    6.3.2 磁性微球用量和抗体用量对抗体连接效率的影响  96-98
    6.3.3 反应温度和时间对抗体连接效率的影响  98-99
    6.3.4 直接法与交联法的比较  99-100
    6.3.5 封闭液浓度对封闭效果的影响  100
  6.4 免疫磁性微球在检测人血清白蛋白中的应用  100-106
    6.4.1 试剂配制  101
    6.4.2 免疫磁性微球的制备  101
    6.4.3 HRP-HSA 标准曲线的绘制  101-102
    6.4.4 免疫磁性微球工作浓度的确定  102-103
    6.4.5 磁分离酶联免疫竞争法测定HSA 流程  103-104
    6.4.6 磁分离酶联免疫竞争法最适检测范围和检测限  104-105
    6.4.7 磁分离酶联免疫竞争法的精密度的验证  105-106
  6.5 免疫磁性微球在检测大肠杆菌中的应用  106-110
    6.5.1 免疫磁性微球的制备  107
    6.5.2 磁分离酶联免疫直接法测定大肠杆菌流程  107
    6.5.3 酶标抗体工作浓度的确定  107-108
    6.5.4 磁分离酶联免疫直接法检测范围和检测限  108-109
    6.5.5 离子强度对磁分离酶联免疫直接法的影响  109-110
  6.6 本章小结  110-111
结论  111-113
参考文献  113-123
攻读学位期间发表的学术论文  123-125
致谢  125-126
个人简历  126

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中图分类: > 生物科学 > 生物物理学 > 生物电磁学
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