磁性納米粒子

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1、Fe3O4@SiO2@PMMA納米微球合成及其應(yīng)用納米磁性材料不僅具有磁性材料的特性還具有納米材料特有的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和體積效應(yīng)以及一些生物特性。近年來，納米磁性材料因其特性，備受關(guān)注，其在藥物運(yùn)載以及細(xì)胞分離等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。與數(shù)據(jù)庫聯(lián)用的基質(zhì)輔助的激光解吸/離子化質(zhì)譜（MALDI-ToFMS）用以標(biāo)記多肽圖譜是近年最常用的生物體蛋白質(zhì)分析方法。盡管時間質(zhì)譜對于微量的蛋白質(zhì)或者多肽具有很靈敏的響應(yīng)，但是這并不能滿足實際分析測試的要求，因為這些蛋白質(zhì)/多肽不僅僅是濃度很低，其質(zhì)譜信號很容易受到外界干擾，在制備樣品過程中痕量的污染也會造成很大的誤差。磁性納米材料是近來發(fā)展起來

2、的一種用于標(biāo)記待測蛋白質(zhì)的新材料。因為其強(qiáng)大的磁性性質(zhì)可以被用來于標(biāo)靶蛋白質(zhì)結(jié)合并實現(xiàn)其與主體溶液的分離納米磁性材料目前主要被應(yīng)用于富集痕量蛋白質(zhì)/多肽。例如，C8改性的納米磁性粒子，目前已經(jīng)被應(yīng)用于多肽的富集于分離。目前已經(jīng)合成除了具有高度有序的介孔結(jié)構(gòu)的磁性硅膠納米微球，并利用其于尺寸選擇性用于分離生物體蛋白質(zhì)。盡管在使用磁性納米粒子富集生物蛋白/多肽的領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些成就，但是設(shè)計合成具有特定孔結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)的具有一定功能的磁性納米粒子仍然是目前的一個研究熱點(diǎn)。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是在工業(yè)上很經(jīng)常用到的一種聚合物材料。近來的研究表明PMMA具有很好的生物相容性，可以吸附

3、很多蛋白質(zhì)/多肽，這以性質(zhì)可以被用于蛋白質(zhì)/多肽的富集。所以，合成表面用PMMA修飾的磁性納米粒子是開發(fā)快速富集蛋白質(zhì)/多肽材料的一個熱門方向。本文將介紹一種雙層核殼結(jié)構(gòu)的磁性納米粒子Fe3O4@SiO2@PMMA。利用溶液-凝膠和水相自由基聚合的方法合成的這種納米粒子可以被用于蛋白質(zhì)的質(zhì)譜分析。具體的合成過程為（圖1），首先，利用溶液-凝膠合成具有核殼結(jié)構(gòu)的Fe2O4@SiO2納米微球，在Fe3O4微球上附著一層無定型太的SiO2。然后用3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）修飾Fe2O4@SiO2納米微球表面。MPS是一種可聚合的硅烷偶聯(lián)劑。最后再用制得的Fe3O4@SiO

4、2-MPS納米微球與甲基丙烯酸甲酯（MMA）進(jìn)行水相自由基聚合從而得到Fe3O4@SiO2@PMMA這一具有雙層核殼結(jié)構(gòu)的磁性納米微球。圖一由于Fe3O4@SiO2@PMMA納米微球具有強(qiáng)磁性核心以及可PMMA這一有機(jī)疏水外殼可與蛋白質(zhì)/多肽發(fā)生吸附，其可以被應(yīng)用于蛋白質(zhì)的快速磁性分離以及富集過程。事實上Fe3O4@SiO2@PMMA納米微球所具有的某些特性對于蛋白質(zhì)的質(zhì)譜分析具有很大的意義。Fe3O4納米微球的TEM照片顯示其具有球形的外形，平均直徑為170納米左右（圖二a）。高分辨率TEM照片顯示了每個磁性納米微球還有許多更小的微球組成（圖二b）。Fe3O4@SiO2的TEM照片顯

5、示了黑色的Fe3O4微球核心外部附著了一層厚度為35nm的灰色的SiO2外殼（圖三）。Fe3O4@SiO2@PMMA的TEM照片顯示了Fe3O4@SiO2@PMMA納米微球具有很好的分散度，其平均直徑為270nm（圖四）。圖二圖三圖四SEM照片表明Fe3O4@SiO2微球具有很好的球形外形，其平均直徑為240nm（圖五a）。當(dāng)聚合了PMMA后得到的Fe3O4@SiO2@PMMA微球的直徑略微的變大（圖五b），外形也有一些不規(guī)則的變化趨勢。圖五值得注意的是，在整個合成過程中，在Fe3O4表面覆蓋一層SiO2是很有必要的，因為SiO2涂層可以使其在使用有機(jī)硅烷修飾磁性核心時更加容易與有效，

6、同時在Fe3O4@SiO2@PMMA微球的實際應(yīng)用中可以起到保護(hù)磁性Fe3O4核心的作用。粒子的磁性特征在300K條件下使用超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）測量。Fe3O4@SiO2和Fe3O4@SiO2@PMMA的磁化值（magnetizationvalues）分別為49.5和36.7emug-1。由于納米粒子的尺寸效應(yīng)，兩種粒子都表現(xiàn)出了超順磁性質(zhì)（圖六）。Fe3O4@SiO2和Fe3O4@SiO2@PMMA粒子懸濁液的穩(wěn)定性很好，在靜置8h后沒有發(fā)生明顯的聚沉。這是因為納米微粒都帶是電負(fù)性的，由于電荷互斥從而使懸濁液穩(wěn)定。這一穩(wěn)定的分散特性使其具有很高的吸附表面積。而另一方面來說

7、，由于具有很高的順磁性的核心，這些粒子在外加磁場的作用下又可以很迅速的從其分散液中分離出來。這兩方面的性質(zhì)使這一納米粒子可以用于蛋白質(zhì)的快速富集于分離。圖六a）Fe3O4@SiO2；b）Fe3O4@SiO2@PMMA使用Fe3O4@SiO2@PMMA微球分離蛋白質(zhì)有一下幾個方面的優(yōu)勢：1）最主要的優(yōu)點(diǎn)在于Fe3O4@SiO2@PMMA微球可以有效的吸附富集多肽和蛋白質(zhì)，這些被吸附在微球上的目標(biāo)物質(zhì)可以被直接用于質(zhì)譜分析而不受任何干擾。2）第二