壳聚糖包覆磁性纳米粒子的制备和表征以及蛋白质吸附特性_马云辉
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Span 钠和盐酸购于国药集团化学试剂有限公司， 80 、 四水氯化亚铁、 油酸、 冰醋酸、 环氧氯丙烷和氨 水购于西陇化工有限公司； 所有试剂中 Span 80 6H2 O，FeCl2· 为 CP 级， 其余均为 AＲ 级． FeCl3· 4H2 O，油酸（ C17 H33 COOH ） ，NH3· H2 O 均为分析 纯，购于广东汕头西陇化工有限公司，KMnO4 为 分析纯，购于上海国药集团化学试剂有限公司． 实验中用水均为二次去离子水． X 射线衍射仪（ XＲD） ，D8 Advance 型，德国 布鲁克公 司； 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 （ FTIＲ ） ， 8400S 型，日本岛津公 司； 热 重 分 析 仪 （ TGA ） ， DTG60H 型，日 本 岛 津 公 司； 扫 描 电 子 显 微 镜 （ SEM） ，LEO 1530 型， 德国 LEO 公司； Zeta 电位 分析仪，Zeta sizer Nano 型，美国马尔文公司； 振 Lake Shore 7410 型，美国 动样品磁强计 （ VSM ） ， Lake Shore 公司． 1. 2
磁性纳米材料因具有超顺磁性的独特性质 ， 能够在磁场作用下快速聚集、 定位和分离， 故要的潜在应用价值． 如在环境工程中，
2+ 2+ 2+ 用 于 废 水 中 重 金 属 离 子 （ Hg 、Cu 、Cr
径约为 98 nm 的壳聚糖磁性纳米颗粒固定酿酒酵
第 11 期 2013 年 11 月
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ACTA POLYMEＲICA SINICA
No． 11 Nov． ， 2013
壳聚糖包覆磁性纳米粒子的制备和表征 以及蛋白质吸附特性
＊ 马云辉 陈 国 ＊ 赵 珺 （ 华侨大学化工学院 厦门 361021 ）
*
摘
要
制备了一种壳聚糖包覆的磁性纳米粒子 ，并对其进行了表征和蛋白吸附特性研究 ． 首先通过共沉
4H2 O 4. 4 g 溶于 10 mL 去离子水中， 称取 FeCl2· 过滤，取 7. 5 mL 加入三口烧瓶． 剧烈搅拌条件 下，快速加入 18 mL 浓氨水（ 25% ，W / V ） ，1 min 70 ℃ 下继续快速搅拌 后，逐滴加入 4. 66 g 油酸， 1 h． 反应结束得黑色溶胶状物质，利用外磁场将 所得颗粒从反应体系中分离． 用工业酒精洗涤 2 次去除多余的油酸，再用去离子水洗涤至 pH = 7 左右． 然 后 加 入 160 mL 浓 度 为 10 mg / mL 的 KMnO4 溶液，超声波清洗仪超声振荡 8 h，磁分 离后用去离子水洗涤 3 次，得到磁流体． 或洗涤 之后，真空冷冻干燥 40 h，得表面修饰有羧基的 COOH） ． 磁性纳米粒子（ MNP壳聚糖包覆是取 2 g 上述制得的羧基磁性纳 米粒子超声分散于 150 mL 去离子水中，加入浓 度为 0. 5 g /100mL 的壳聚糖溶液 50 mL，搅匀后 超声分散 10 min，磁分离去除上清液． 颗粒用去 离子水洗涤两次，再加入 250 mL 去离子水超声 分散 10 min． 将重新分散的溶液转移至 500 mL 的圆底烧瓶中，升温至 60 ℃ ，快速搅拌下加入 甲醛 2 mL， 反应 2 h 后升温至 80 ℃ ， 加入环氧氯
［12 ， 13 ］
． 结合磁性
性纳米粒子并用于 BSA 的吸附研究，当 pH 值为 4 时，最大吸附量为 110 mg / g． 本文利用表面羧 基磁性纳米粒子
［19 ］
材纳米颗粒在磁场作用下易分离的性质和壳聚糖 良好生物相容性的特点，制备壳聚糖包覆的磁性
［14 ］ 纳米颗粒必将有着广泛用途． 如 Peng 等 以石
对含氨基壳聚糖的吸附作用，
自组装后用环氧氯丙烷交联，获得了具优良分散 特性和宽 pH 稳定 性 的 壳 聚 糖 包 覆 磁 性 纳 米 粒 子，并对其进行了表征．
蜡为分散相， 戊二醛为交联剂， 采用两相法制备直
* 20130225 收稿， 20130322 修稿； 国家自然科学基金（ 基金号 20906035 ） 和中央高校基本科研业务费（ 项目号 JBJX1002 ） 资助项目． Email： chenguo@ hqu． edu． cn ＊ ＊通讯联系人， doi： 10. 3724 / SP． J． 1105. 2013. 13073 1369
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实验部分
试剂与仪器 壳聚糖、 甲醛、 六水氯化铁、 高锰酸钾、 氢氧化
丙烷 320 μL，并用 NaOH 调 pH 至 12 左右， 反应 3 h． 反应结束后，磁分离产品，去离子水洗涤 2 次，加入 150 mL 的 HCl （ 4% ） 溶液，浸泡 3 ～ 4 h 后磁分离，再加入 150 mL 的 NaOH （ 5% ） 溶液浸 泡 7 ～ 8 h． 磁分离后得到壳聚糖包覆磁性纳米粒 CS） ，用去离子洗涤至 pH = 7 左右，重 子（ MNP4℃ 下保存备用． 新分散于去离子水中， 1. 3 磁性纳米粒子的表征 用 TEM 观察磁性纳米颗粒的表面形貌及粒 径大小，用 FTIＲ 分析粒子的表面官能团，热重 分析仪测量磁性纳米粒子的表面包覆的化合物的 比例； 用 XＲD 测量颗粒的晶体结构，用磁性样品 振动仪分析磁性纳米颗粒的磁性，zeta 电位分析 仪分析颗粒在水中的稳定性． 1. 4 磁性纳米粒子吸附 BSA HCl 用 pH = 6. 0 浓度为 0. 05 mol / L 的 Tris缓冲液配置不同浓度牛血清白蛋白 （ BSA ） 溶液， 加入壳聚糖包覆磁性纳米粒子， 测定不同时间溶 液中 BSA 的浓度．
Fig． 2
SEM image of chitosan coated Fe3 O4
CS 的过程中， 性． 这也进一步说明在制备 MNP粒子中的 Fe3 O4 核没有受到破坏．
nanoparticles （ MNPCS）
COOH 和 MNPCS 的 XＲD 谱 图 3 为 MNP35. 5° ， 43. 1° ， 图． XＲD 的 衍 射 峰 2 θ 在 30. 4° ， 57. 0° 和 63. 0° ，依 次 对 应 尖 晶 石 结 构 Fe3 O4 的 ［ 220］ ， ［ 311］ ， ［ 400］ ， ［ 511］ 440］ 和［ 晶面，这些 衍射峰与标准的 Fe3 O4 谱图中相应的峰基本一 致，表明其内核是二价铁和三价铁混合氧化态的 化合物，无其它杂质衍射峰存在． 由此可知在壳 聚糖自组装和交联的的制备过程中 ，磁性纳米粒 子中的 Fe3 O4 磁核没有被进一步氧化， 且其晶体 结构基本未发生变化，粒子物相仍为反式尖晶石 结构的 Fe3 O4 ，峰形窄且尖锐，晶体完整． 根据谢 Kλ ，式中 λ 为 X 射线波长； K 为峰 乐公式 D = βcosθ 形因子； D 为晶体的平均粒径； θ 为 Bragg 衍射 角； β 为半峰宽． K 值取决于几个因素， 如果峰形 不确定． 其值一般取 0. 89 ， 计算可得到磁核中的 粒子尺寸约为 8. 7 nm． 图 4 为振动样品磁强计 （ VSM ） 在室温 25 ℃
［10 ］
［11 ］ ［6 ］ 、 生物传感器 和磁共振成像
吸附在 Fe3 O4 的表面，制得大小不一，直径约为 8 ～ 9 nm 的壳聚糖磁性颗粒，用于纤溶酶原激活 物的运输． 研究粒子的 BSA 吸附特性可推断粒子 对酶和蛋白等的吸附量，评估磁性纳米粒子的吸
［18 ］ 附特性． Wang 等 制得 10 ～ 20 nm 的壳聚糖磁
COOH） ，然后通过静电相互作用将壳聚糖自组装在 MNP淀法制备了表面羧基功能化的磁性纳米粒子 （ MNPCOOH 粒子表面，在甲醛保护氨基的情况下 ， 利用环氧氯丙烷交联粒子表面壳聚糖上的羟基 ，交联完成后脱 CS ） ． 分 别 使 用 扫 描 电 子 显 微 镜 去氨基保护剂，制 得 表 面 富 含 氨 基 的 壳 聚 糖 包 覆 磁 性 纳 米 粒 子 （ MNP（ SEM） 、 X 射线衍射仪（ XＲD） 、 傅里叶变换红外光谱仪 （ FTIＲ） 、 热重分析仪（ TGA） 、 震动样品磁强计（ VSM） 和 zeta 电位仪等对制得的 MNPCS 进行表征． 结果表明， 壳聚糖成功地被包裹在磁性纳米颗粒表面 ． 颗粒可完 Fe3 O4 磁核能抵抗 0. 1 mol / L 的 HCl 溶液腐蚀． MNPCS 颗 全分散于 pH = 1 ～ 14 的水溶液中， 形成均匀溶胶， 粒直径为 10 ～ 20 nm，饱和磁化值为 50. 05 emu / g，剩磁和矫顽力近似为零 ，具有明显的超顺磁性． 制得的磁 性纳米粒子吸附 BSA 时呈明显的 S 型等温吸附特性，单层吸附量约为 300 mg / g． 关键词 磁性纳米颗粒，亲水性，壳聚糖包覆，磁流体
［19 ］
壳聚糖包覆磁性纳米粒子的制备 羧基磁性纳米粒子制备参照本实验室之前方 ． 精 确 称 取 FeCl3·6H2 O 8. 1 g 溶 于 142. 5
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结果与讨论
壳聚糖包裹羧基磁性纳米粒子机理 图 1 给出了壳聚糖包裹羧基磁性纳米粒子的
法 mL 去离子水，在三口烧瓶中搅拌加热至 70 ℃ ．
2+ ［15 ］ 母并用于 Cu 的吸附去除试验． Pan 等 先将
壳聚糖吸附在 Fe3 O4 纳米颗粒表面，然后用三聚 磷酸钠交联壳聚糖，得到粒径约为 30 nm 的壳聚 D糖磁性 纳 米 颗 粒 并 用 于 β牛 乳 糖 的 固 定 化． Kaewsaneha 等［16］ 用 不 同 分 子 量 的 壳 聚 糖 包 裹 Fe3 O4 磁性 纳 米 颗 粒 后 用 于 固 定 异 硫 氰 酸 荧 光 素，并指出这种固定化的荧光素可以用于细胞标
［17 ］ 记． Chen 等 直接将不同分子量的壳聚糖直接
等）
［1 ， 2 ］
和有机染料
［3 ］
