免疫磁性分离技术是利用抗原抗体的高度特异性识别作用,使抗体(或抗原)固定于免疫磁性微球(IMMS)表面,形成固相抗体/抗原的复合物,经外磁场作用后,复合物被滞留,磁性微球载抗原/抗体复合物与其他组分分离,从而达到分离目的。由于磁性微球代替其他固相载体用于免疫分离,不仅简单易行,而且特异性高,损失小,还可将免疫分离与富集结合为一体。因此它在医学、生物分离、食品卫生检测、环境检测等诸多领域展现了广阔的研究与应用前景。
磁性微球的制备原理与方法
1、包埋法
包埋法是将磁性粒子分散于高分子聚合物溶液中,通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等手段得到磁性聚合物微球。Gupta 等将磁性粒子与牛血清清蛋白和棉籽油进行超声处理,然后加热至 105~150℃,得到外包牛血清白蛋白的磁性微球;一般而言,包埋法得到的磁性微球其磁性粒子(磁核)与外壳层的结合主要通过范德华力(包括氢键)、磁粒表面的金属离子与聚合物链的螯合作用以及磁性粒子表面功能基与聚合物壳层功能基形成的共价键。利用包埋法制备磁性微球方法简单,但所得的粒子粒径分布宽、形状不规、粒径不易控制、壳层中难免混杂一些诸如乳化剂之类杂质,用于免疫测定、细胞分离等领域会受到很大的限制。
2、单体聚合法
单体聚合法是在磁性粒子和单体存在下,加入引发剂、稳定剂等聚合而成的核-壳结构磁性聚合物微球。迄今为止,单体聚合法合成磁性微球的方法主要有:悬浮聚合、乳液聚合(包括无皂乳液聚合、种子聚合)、分散聚合等。单体聚合法成功的关键在于确保单体的聚合反应在磁粒表面顺利进行。一般而言,磁性粒子为亲水性,对于亲水性单体如戊二醛,单体易接近磁性粒子,但对于大多数油性单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲脂等,据核反应则难以在磁粒表面顺利进行。适当改进悬浮聚合的有机相组成,或对磁性粒子进行表面处理,可使单体在磁粒表面顺利聚合。
悬浮聚合法具有微球粒径分布宽、粒径较大、固载量小、并有不含磁性物质空白球的缺点,但作为固定化酶的载体,有利于保持酶的活性,而且磁响应性也较强。目前来说,采用乳液聚合法难以制备出粒径大于 1μm的磁性聚合物微球,而当磁性聚合物微球用于细胞分离、固定化载体领域时,为了能在磁场下快速分离,多希望磁性聚合物微球粒径大于 1μm。
分散聚合法是指一种溶于有机溶剂(或水)的单体,通过聚合生成不溶于该溶剂的聚合物,而且形成胶态稳定分散体系的聚合方式,这对于合成大粒径、单分散性的磁性聚合物微球具有得天独厚的优势,同时,该方法向微球表面引入功能基团很方便。
3、共沉淀法
共沉淀法是指二价与三价铁离子在碱性条件下沉淀生成 Fe3O4 或利用氧化-还原反应生成 Fe3O4 的同时,利用聚合物材料(例如聚乙二醇、葡聚糖等)做分散剂,得到外包聚合物的磁性微球。共沉淀法得到的磁性微球通常粒径较小( 10nm~100nm),因而具有较大比表面积和固载量。但其含磁量低,磁响应性较弱,操作时需要较强的外加磁场。
4、化学沉淀法
化学沉淀法是指将一定浓度的磁性金属阳离子渗透和交换到大孔树脂中去,然后利用化学反应使金属离子转化为磁性金属氧化物,使之均匀分布在聚合物的孔结构中,渗透和转化步骤可反复进行;另一种方法是将树脂硝化,然后在酸的存在下,用硝酸将金属(如铁)氧化成金属氧化物,但这样得到的磁性微球仅限于树脂表面。
该方法操作简便,树脂中磁性分布均匀,磁含量容易控制,但对树脂的要求比较严格。例如用一定比例的二价和三价铁离子溶液浸泡阳离子交换树脂,然后将树脂置于碱性溶液中,使铁离子转化为Fe3O4,这两步操作可以反复进行。