磁性微球的制备及其生物分离应用省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖PPT课件.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁性微球制备及其生物分离应用,1,.,磁性微球概述,2,.,磁性微球结构和特征,3,.,磁性微球制备,4.,磁性微球作为分离载体在生物分离中应用,5,.,展望,1/20,1.,磁性微球概述,磁性微球是由磁性粒子与各种含活性功效基团材料复合而成含有一定磁性及特殊表面结构粒子。磁性微球研究于,20,世纪,70,年代，国内在,20,世纪,80,年代以来日渐活跃。经过共聚合和表面改性，磁性微球表面可被赋予各种活性功效基团，如,-COOH,、,-COH,、,-NH,2,等，也可共价结合酶、细胞、抗体等生物活性物质。,2/20,1,.,磁性微球概述,因为含有磁性，磁性微球可在外加磁场作用下方便地被定位、导向和分离，有学者所以将其形象地称为动力粒子,(Dynabead),。作为新型功效材料，磁性微球在生物、医学,(,生物大分子分离、靶向药品等,),、细胞学,(,细胞标识、细胞分离等,),和环境工程,(,废水处理等,),等领域有着辽阔应用前景。,3/20,2.,磁性微球结构和特征,2.1,磁性微球结构,依据无机磁性纳米粒子与提供活性功效基团材料形成,方式不一样，可分为四种不一样结构类型，即核壳型，包含磁性核或磁性壳型,(,图,A,，,B),，混合型,(,图,C),，和多层型,(,图,D),。,4/20,2.,磁性微球结构和特征,2.2,磁性微球主要特征,相对于普通磁性颗粒材料，磁性微球含有良好表面效应和体积效应，详细反应在其比表面积激增，微球官能团密度和选择性吸附能力增大，吸附平衡时间大大缩短；,其次，它含有很好选择性磁响应性，当磁性四氧化三铁晶体粒径小于,30nm,时，含有超顺磁性，从而能够防止在使用中粒子之间发生磁性团聚；,5/20,2.,磁性微球结构和特征,第三，它物理化学性质稳定，具备一定机械强度和化学稳定性，能耐受一定浓度酸碱溶液和微生物降解，其内含磁性物质不易被氧化、磁性能不易下降，而且含有一定生物相容性，不会对生物体造成显著伤害；,第四，磁性微球表面本身含有或经过表面改性带有各种活性功效基团,(,如,-OH,，,-COOH,，,-NH,2,等,),，可连接生物活性物质,(,如核酸、酶等,),，也能够偶联特异性分子,(,如特异性配体、抗体、抗原等,),来专一性分离生物大分子。,6/20,3.,磁性微球制备,3.1,磁性微球制备材料,磁性微球由,无机磁性材料,与各种,提供活性功效基团材料,复合制备而成。当前无机磁性微粒种类很多，较惯用有金属合金,(Fe,，,Co,，,Ni),、氧化铁,(-Fe,2,O,3,，,Fe,3,O,4,),、铁氧体,(CoFe,2,O,4,，,BaFe,12,0,19,),、氧化铬,(Cr0,2,),和氮化铁,(Fe,4,N),等，其中,Fe,3,O,4,(Magnetite),是应用最多磁性颗粒，它很轻易在水溶液中经过共沉淀或氧化共沉淀制备，其粒度、形状和组成能够依据调整反应条件得到控制。惯用提供活性功效基团材料主要能够分为三类：天然生物大分子材料、合成高分子材料和无机物材料,(,见表,1),。,7/20,3.,磁性微球制备,天然生物大分子材料,合成高分子材料,无机物材料,淀粉，纤维素及其衍生物，,葡聚糖，壳聚糖，琼脂糖，明胶，,血清白蛋白，磷脂类,聚乙二醇（,PEG,），聚乙烯醇,(PVA),，,聚丙烯酸，聚苯乙烯，,硅烷衍生物，聚乙烯亚胺,SiO,2,，,Au,表,1,制备磁性微球惯用提供活性功效基团材料,Table,1,.Material with functional groups is commonly used in preparation of magnetic microsphere,8/20,3.,磁性微球制备,3.2,磁性微球制备方法,a.,共沉淀法,b.,共混包埋法,c.,单体聚正当,(,悬浮聚合,、分散聚合和乳液聚合,),d.,界面沉淀法,9/20,3.,磁性微球制备,悬浮聚正当,与其它方法相比，悬浮聚正当含有以下优点：操作简单安全，成本低；颗粒大小可控制在较小范围；产品后处理简单，纯度高，可进行大批量生产等。,10/20,3.,磁性微球制备,比如：悬浮聚正当制备苯乙烯磁性微球,试剂：三氯化铁,(Fe,3+,),、硫酸亚铁,(Fe,2+,),、氢氧化钠、苯乙烯、过氧化苯甲酰（,BPO,）,(,引发剂,),、,3-,甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（,3-MPS,）（偶联剂）、甲苯、甲醇、无水乙醇等等；,11/20,3.,磁性微球制备,聚苯乙烯磁性微球制备过程如图所表示：,Fe,3,O,4,纳米粒子制备采取共沉淀法，即,Fe,2+,与,Fe,3+,按摩尔比,1:2,百分比混合，氮气保护下，以,NaOH,作碱液滴加入铁盐溶液中，晶化,2h,。,Fe,2+,+2Fe,3+,+8OH,-,=Fe,3,O,4,+4H,2,O,12/20,3.,磁性微球制备,硅烷偶联剂,3-MPS,在醇醋酸条件下水解，,3-MPS,-OCH,3,基团水解生成,-OH,基团，其,-OH,基团与,Fe,3,O,4,表面,-OH,基团反应，使含有双键硅烷偶联剂,3-MPS,健接到磁性粒子表面，即生成,3-MPS,修饰,Fe,3,O,4,微球。在,BPO,引发剂作用下，苯乙烯单体在,3-MPS,修饰,Fe,3,O,4,微球表面发生聚合反应，形成以聚苯乙烯为壳，,Fe,3,O,4,粒子为核聚苯乙烯磁性微球。,13/20,4.,磁性微球作为分离载体在生物分离中应用,因为磁性微球粒径小，比表面积大，故而偶联容量大，悬浮稳定性好，便于高效地与目标产物偶联；又因其含有超顺磁性，在外磁场作用下固液相分离十分简单，可省去离心、过滤等繁杂操作，节约时间。所以，在细胞分离、分类，蛋白质提纯和核酸分离等领域有着广泛应用前景。,14/20,4.,磁性微球作为分离载体在生物分离中应用,1,、细胞分离,在磁性微球表面接上含有生物活性吸附剂或其它配基（如抗体、外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，借助外磁场作用，能够很方便、快速对细胞进行分离、分类。与惯用细胞分离方法相比，含有简单、快捷、高效和安全等特点。下列图是磁性微球分离细胞原理示意图,。,图,2,用磁性微球分离细胞,Fig2.Cellular isolation by using magnetic microsphere,15/20,4.,磁性微球作为分离载体在生物分离中应用,磁性微球微球分离细胞主要有两种方式：一个是直接从细胞混合液中分离出靶细胞方法，称为正相分离或正相选择,(positive selection),；另一个是利用磁性微球除去无关细胞，使靶细胞富集纯化方法，称为负相分离或负相选择,(negative selection),16/20,4.,磁性微球作为分离载体在生物分离中应用,2.,蛋白质分离纯化,磁性微球粒径小，比表面积大，表面含有活性基团，故偶联容量大，它能够共价结合能被目标蛋白质识别和可逆结合配基，然后，将磁性微球直接放入含有目标蛋白质混合溶液中，待目标蛋白质与磁性微球紧密结合后，利用外部磁场对其进行分离。整个分离过程不需对混合溶液,pH,值、温度、离子强度和介电常数进行调整，从而防止了传统分离过程中蛋白质损失,。,17/20,4.,磁性微球作为分离载体在生物分离中应用,3.,核酸分离,例：以羧基修饰磁性纳米粒子作为固相载体，从样品中富集靶细胞和从细胞裂解液中吸附,DNA,。采取这种方法，吸附在纳米磁珠表面上,DNA,不用洗脱就能够直接作为靶基因用作,PCR,扩增模板，从而大大简化了从靶细胞富集到靶基因扩增全过程。该方法快速简便，不使用有毒试剂和离心操作，便于用来构建快速、高通量核酸制备生物芯片。,18/20,磁性微球在生物分离中含有极大应用前景,当前国外已经开发出相关产品,但价格昂贵,国内这方面研究仍处于试验性阶段。所以,开发出粒度均匀、磁响应性强、稳定性好和表面富含活性功效基团磁性微球含有很大市场前景。对于怎样提升生物大分子在磁性微球表面结合效率和专一性,以及扩展其应用范围等将是今后该领域研究重点。相信很快未来,生物磁性微球分离技术深入完善和发展将有力地促进整个生化分离技术进步。,5.,展望,19/20,Thank You,制作人：彭艳杰,20/20,