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磁性殼聚糖納米粒子的制備及其應用

Chitosan coated Fe3O4 Magnetic Nanoparticles 或者CA@Fe3O4nanoparticles的制備方法及應用介紹

磁性高分子材料是將含有磁性的金屬或金屬氧化物（如鐵、鉆、鎳及其氧化物）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團和特殊結構的磁性復合材料。磁性高分子材料具有高分子材料的功能基團特性。例如，可以通過接枝、共聚、交聯或表面改性等化學修飾在高分子材料上引入多種具有化學活性的功能基團（如-NH₂、-COOH、-CHO和-OH等），而這些功能基團又容易通過發生酰基化、羥基化和酯化等反應與其他物質結合，利于改性；同時可以通過氫鍵、共價鍵或靜電引力等作用力與藥物、抗體、酶、細胞和催化劑等活性物質結合，同時由于含有磁性物質而具有磁性，其在外來磁場作用下可以迅速定向的運動，因此在外加磁場的作用下，能夠迅速同其他物質分離。

磁性高分子納米粒子作為一種新型的磁性高分子材料，因其同時兼具高分子納米粒子的眾多特性（如表面能性質和體積效應）和磁響應性，而受到廣泛研究。而天然高分子材料（如殼聚糖chitosan、淀粉等），由于其含量豐富、易得、無毒、具有生物相容性和生物可降解性，并且含有豐富的功能基團。因此，磁性高分子納米粒子在生物醫學、生物分離、磁靶向給藥、固定化酶、免疫分析及測定、生物化學及分離純化、分析傳感器等領域有重要應用。

殼聚糖（chitosan，CS）是甲殼素的脫乙酰化產物，是基本單元為（2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖）的線性陽離子聚合物。殼聚糖分子主鏈結構中同時存在大量的羥基（-OH）和性質活潑的氨基（-NH₂），因此可以進行相應的修飾、接枝、活化和螯合作用。

殼聚糖能通過N-酰基化、烷基化、季銨化、接枝共聚和交聯等反應，制備多種衍生物；也可在酸性條件下，讓氨基質子化后帶正電荷，使其可與許多帶負電的聚合物（如蛋白質，核酸）等通過靜電相互作用形成配合體。這些衍生物和配合體在某些生物環境中可以進行自組裝，負載各種藥物、蛋白質和核酸等，在體內進行輸送、緩釋和基因治療。

磁性殼聚糖納米粒子的制備方法：

   ①乳化交聯法是應用最為廣泛的制備磁性殼聚糖納米粒子的方法。其主要步驟是：首先，將改性的磁性納米粒子分散于殼聚糖、表面活性劑和分散介質的溶液中，攪拌或乳化形成乳液；然后，加入交聯劑（如戊二醛或乙二醛）交聯殼聚糖，從而將磁性納米粒子包裹于殼聚糖的網格狀中。

②噴霧干燥法是通過機械作用，將殼聚糖和磁性物質混合物，分散成霧狀的微粒，然后與熱空氣接觸，瞬間將大部分水除去，從而使殼聚糖和磁性物質形成固體顆粒。

③包埋法是將磁性納米粒子分散于殼聚糖的溶液中，通過霧化、絮凝、沉積、蒸發和交聯等方法得到磁性殼聚糖納米膠囊。

④模板法是較為常用的一種方法。制備粒徑均一的模版，然后在模版上逐層負載殼聚糖和磁性粒子，最后制備成核殼結構的磁性殼聚糖納米粒子，可用于制備磁性納米粒子的模版有：二氧化硅微球、膠團、碳酸鈣、聚合物粒子和聚苯乙烯納米微球等。

⑤沉淀生成法是將磁性顆粒均勻地分散于殼聚糖酸性溶液中，再通過注射器或其他手段混合溶液滴加入堿性溶液中；或將制備磁性物質的原料分散于殼聚糖的水溶液中，再將混合液加入堿液中，在堿液中通過化學反應生成磁性粒子，從而得到磁性殼聚糖顆粒。

磁性殼聚糖納米粒子的應用：

   ①磁性殼聚糖納米粒子作為固定化酶的載體有以下優點：使酶固定于載體上，大大提高了酶的穩定性；殼聚糖具有良好的生物相容性，酶與殼聚糖結合后，能夠改善酶的生物相容性，提高其免疫活性；磁性殼聚糖納米粒子具有磁性，酶固定于納米粒子上后，能夠通過外加磁場進行回收，簡化生產，能夠使酶多次重復使用提高效率，適合大規模連續化操作；殼聚糖上的功能基團能夠同多種酶進行反應，因此可以將多種反應酶固定化于同一磁性粒子上。

②磁性殼聚糖納米粒子應用于細胞分離。磁性殼聚糖納米粒子分離細胞的主要方式有：負相分離，即利用磁性微球分離無關細胞，使留下的靶細胞純化；正相分離，即直接從細胞混合液中分離出靶細胞，使之純化。其優點有：可以根據不同的細胞，對殼聚糖進行改性，更加準確快捷，將目標細胞從原樣中分離出來；由于不存在電場，而只存在外磁場。因此，樣品中的離子或帶電溶質不會受到電場的干擾；磁性分離過程溫和，不會破壞細胞。

③磁性殼聚糖納米粒子在無水處理中的應用。殼聚糖作為一種生物相容性和環境友好型的材料，其在自然界中可以降解，且其主鏈中含有大量的功能基團，可以和多種重金屬離子及染料發生作用，達到降低污水中濃度的目的。而磁性殼聚糖納米粒子，由于具有磁響應性更易于分離，因此可以實現多種重金屬離子的回收再利用。

④磁性殼聚糖納米粒子在給藥系統中的應用。殼聚糖作為一種生物相容性和生物可降解的材料，并且能夠在體內通過溶解酶而分解不會在體內殘留。而殼聚糖本身含有大量的氨基，在不同的pH值溶液中，其主鏈的聚集狀態發生變化，可以實現智能給藥。又由于在外界磁場的作用下，使載有藥物磁性納米粒子定位于一定的部位，從而使藥物局部集中，達到高效、速效和低毒的效果。

⑤磁性殼聚糖納米粒子在分子成像中的應用。磁性殼聚糖的分子成像技術是基于MRI成像技術。