磁珠分离技术摘要：主要介绍了磁珠分离技术的基本概念，基本原理还有它的特点。

磁珠分离技术中应用最广泛的是免疫磁珠分离技术，这里详细说明了免疫磁珠分离技术的结构以及有由它的结构决定的它的一些重要特性，以及免疫磁珠分离技术的制备原理和方法。

并且详细说明了免疫磁珠分离技术的重要应用，为帮助同学了解记忆，例举了一些该技术的应用实例。

基本概念：磁珠是一种包被有生物活性基团的功能化载体, 可分散于基液中形成磁性液体材料, 它兼有液体的流动性和固体磁性颗粒材料的双重特点, 从而使固一液相的分离变得十分方便快捷。

磁珠法的出现和应用,给生命科学的研究提供了一种新式的手段和武器, 也给大、中学生对的直观认识提供了一个简捷、客观的实验途径。

其中最常用的事免疫磁珠技术。

原理：利用人工合成的内含铁成分，可被磁铁磁力所吸引，外有功能基团，可结合活性蛋白质(抗体)的磁珠，作为抗体的载体。

当磁珠上的抗体与相应的微生物或特异性抗原物质结合后，则形成抗原-抗体-磁珠免疫复合物，这种复合物具有较高的磁响应性，在磁铁磁力的作用下定向移动，使复合物与其他物质分离，而达到分离、浓缩、纯化微生物或特异性抗原物质的目的。

特点:应用于磁分离技术的磁性载体微球应具备以下特点: 粒径比较小, 比表面积较大, 具有较大的吸附容量; 物理和化学性能稳定, 具有较高的机械强度, 使用寿命长; 具有可活化的反应基团, 以用于亲和配基的固定化; 粒径均一, 能形成单分散体系; 悬浮性好, 便于反应的有效进行。

载体微球有纳米级、微粒级的, 纳米级的载体微球与微粒级的载体微球相比具有以下优点: 尺寸小, 扩散速度快, 悬浮稳定性好; 比表面积大, 偶联容量大; 超顺磁性, 能快速实现磁性粒子的分散与回收。

免疫磁珠(Immonumagnetic beads，IMB简称磁珠)，由载体微球和免疫配基结合而成。

载体微球的核心部分为金属小颗粒(Fe304，Fe203)，是一种磁性高且较稳定的磁性材料，核心外包裹一层高分子材料(如聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚乙烯亚胺)，最外层是功能基层，如羟基(．OH)，氨基(．NH2)，醛基(-CHO)，羧基(一COOH)。

由于载体微球表现物理性质不同，可共价结合不同的免疫配基(如酶、细胞、抗体、抗原、DNA、RNA等生物活性物质。

理想的免疫磁珠为一般粒径较小，均匀的球形，具有保护性壳及超顺磁性的粒子，其结构为：核心为磁性材料，核心外层包裹高分子材料，最外层为免疫配基。

形成免疫磁珠的关键是磁性载体，按照其结构的不同可分为三种：(1)壳一核结构，即将高分子材料作为核，外面包裹磁性材料。

(2)壳．核．壳结构，中间为磁性材料，内层和外层为高分子材料。

(3)核．壳结构，磁性材料为核外面包裹高分子材料。

作为免疫磁珠载体的磁性微球主要是核壳式结构为最多。

磁性材料多为Fe，Ni，Co等过渡金属特定晶型的氧化物。

目前应用最广泛的是铁及其氧化物(Fe，Fe304，Fe203等)。

磁性微球是内部含有纳米磁性颗粒、外部为高分子壳层作为载体的复合材料，其广泛应用于生物分子固定化和有机固相合成，在生物工程和生物医学的研究和实践中，固定化的生物分子通常用做亲和分析的配基，也可作为生物反应的催化剂或药物磁性微球主要有以下特性：(1)粒径小，均一程度高，磁性微粒粒径(直径)范围在30．100rim之间，且粒径分布单分散，使微球具有很强的磁响应性，又不会因粒径太大而发生沉降，具有较大的比表面积，偶联容量大。

(2)悬浮稳定性好，以便高效地与目标产物进行偶联，具有丰富的表面活性基团，以便磁性微球与具有生物活性的物质，如生物酶，蛋白质等，同时也可在其表面结合特异性靶向分子，如各种特异性抗体等，表面标记生物分子进而应用于酶的固定化，免疫检测，细胞分选，肿瘤的靶向治疗，药物载体及核酸的纯化与分离等生物和医学领域。

(3)具有超顺磁性：在外加磁场的存在下，磁性微粒有较好的响应性，能迅速聚集，当撤去外加磁场时，磁性微粒无磁性记忆，能够均匀分散，不出现聚集现象。

(4)操作简便，在外磁场的作用下便可进行磁粒的反复分离，分离过程十分简单，可省去离心，过滤等繁琐操作，节约时间，与目前已有的医学与生物相关方法相比，具有较好的优势。

(5)磁性微球应用在生物工程，尤其是在生物医学工程时，必须具有良好的生物相容性。

这些生物高分子如脂类、多聚糖、蛋白质具有良好的生物相容性，它们在机体内安全无毒，可降解，不与人体组织器官产生免疫抗原性。

同时，磁性微粒可方便迅速地通过机体自然排出，而不会影响机体的健康，这种性质在靶向药物中尤其重要。

不影响被分离细胞或其它生物材料的生物学性状和功能。

(6)磁性微粒具有一定的机械强度和化学稳定性，能耐受一定浓度的酸碱溶液和微生物的降解，其结构内的磁性物质不易被氧化，磁性微粒的这种物理化学性质稳定特点，使其磁性能不易下降。

磁性微粒的制备原理与方法：按研究磁性微粒的学科分类，可将其分为物理、化学以及其他一些特殊的制备方法。

磁性微粒的化学制备方法1.化学共沉淀法用化学共沉淀法合成超顺磁流体，该法指二价与三价铁离子在碱性条件下生成沉淀，或利用氧化．还原反应生成Fe304。

共沉淀反应原理方程式如下：Fe2++2Fe3++80H’=Fe304+4H20，在合成过程中，条件的选择至关重要，物料比，碱用量，温度，晶化温度，搅拌速度，反应时间，时间等因素均会影响最终产物纳米级Fe304的生成和性质。

共沉淀法得到的磁性微粒通常粒径较小(10nm"--'100rim)，因而具有较大比表面积和固载量。

但由于磁响应性较弱，含磁量低，操作时需要较强的外加磁场作用。

2.沉淀氧化法一定浓度的铁盐在碱性条件下生成氢氧化亚铁沉淀，在恒温搅拌情况下，向氢氧化亚铁沉淀中加入双氧水使其氧化成Fe304微粒。

其反应式如下：Fe2++20H。

=Fe(OH)2 3Fe(OH)2+O=Fe304+3H20采用沉淀氧化法合成Fe304磁性微粒，原材料的纯度，反应的碱比，温度，通气量，氧化时间等各个因素都对磁粒的性能有影响。

由于存在着粒度分布不均匀的问题，还有待于进一步研究解决3.改进共沉淀法改进共沉淀法是在共沉淀法制备Fe304纳米微粒的基础上，对其进行改进，沉淀物在洗涤、过滤、干燥时易产生团聚现象，一种通过加入表面活性剂，对制得的纳米Fe304微粒进行表面改性，使其具有亲水性或亲油性，最后通过胶溶等方式来获得磁性液体，另外一种是制得纳米Fe304复合粒子，这种纳米Fe304复合粒子能在更大pH范围内稳定分散。

蒋新宇等(2003)先通过化学反应生成Fe304微粒，充分洗涤后对其表面包覆双层表面活性剂，得到具有磁响应性和稳定性强的纳米级Fe304磁性粒子。

在改性过程中，P H值、表面活性剂的成分配比和表面活性剂的用量对颗粒改性效果影响很大，王伟等(2001)通过大量的研究，强碱性和酸性环境不利于改性，P H值在8"-'--12时效果最好，通过理论计算可以得出表面活性剂用量。

程海斌等(2003)采用改进共沉淀法制得的纳米级Fe304复合微粒，在更宽的P H范围内能稳定分散。

研究表明，P H值、表面活性剂、芎电位对Fe304复合微粒分散性产生很大的影响。

另外，磁性微粒的化学制备方法还有化学还原法、电沉积法、水热合成法等。

磁性微粒的物理制备方法：1.高能球磨法高能球磨法是一个无外部热能供给和由大晶粒变为小晶粒的高能球磨过程，其原理是在高能球磨机中将金属粉末长时间运转，金属粉末在接受回转机械能传递后，在冷态下反复挤压和破碎作用下，成为弥散分布的超细微粒粒。

气流磨作为常用的纳米粉碎技术，其通过热蒸汽能量或者高速气流产生的粒度微细，粒度分布窄、粒子表面光滑、分散性好、活性大、形状规则、纯度高等优点。

2.物理气相沉积法物理气相沉积法是利用真空蒸发、激光加热蒸发、溅射、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，接着在介质中急剧冷凝。

虽然制得的纳米微粒纯度高，结晶组织好，易于粒度的控制，但是技术设备相对要求高。

根据加热源的不同，目前用于制备纳米铁微粒的方法可以分为：1、热等离子体法，该法是将金属粉末用等离子体熔融、蒸发和冷凝以制得纳米微粒。

所制得的微粒粒度均匀、纯度高。

郝春成等(2000)采用心+H2电弧等离子体方法制备出平均粒径为40rim的球形超铁超微粒子。

2、溅射法，溅射法是替代蒸发利用溅射现象制得的纳米级微粒。

该法不仅可以制备纳米级金属微粒，而且可用于制备纳米金属薄膜。

3、惰性气体冷凝法，是将纯度高的惰性气体和蒸发物质引入到真空加热蒸发装置内，经过一系列能量反应，最后通过凝聚作用形成纳米级簇团。

刮下聚集在液氮冷却棒上的粉状微粒，在真空高压装置中制备成厚度为10微米～1毫米、直径为几毫米的圆片。

3.真空冷冻干燥法先将湿物料在冷冻剂作用下降温冻结成凝胶或固体，然后将凝胶或固体在低温低压下真空干燥，使凝胶或固体中的溶剂成分升华除去，从而得到干燥的纳米粒子。

这种方法结合了真空技术和低温技术。

采用真空冷冻干燥法制备纳米粒子，具有微粒形状规则、粒径小且均匀、粒子间无硬团聚、化学纯度高、分散性好、比表面积高等优点。

该技术方法在大规模生产微细粉末时，不仅成本较低，而且操作简便、可靠，具有广泛的实用价值。

另外，磁性微粒的物理制备方法还有聚合法、盐析法、深度塑性变形法、分子自组装法(SA)、LB膜法等。

应用范围：磁珠分离技术在生物学方面的应用始于20世纪70年代后期, 目前已经在分子生物学、细胞学、免疫学、微生物学、生物化学等领域取得一些令人瞩目的研究成果。

免疫磁性珠( Immonumagnet ic beads, IMB )是免疫微球的一种。

免疫微球是于70 年代中期发展起来的一项免疫学技术, 它具备了固相化试剂特有的优点以及免疫学反应的高度专一性, 所以它在免疫检测、免疫吸附、细胞分离和培养等领域中得到越来越广泛的应用1、用于细胞分离和提纯使用IMB进行分离细胞有两种方式；直接从细胞混合液中分离出靶细胞的方法，称为阳性分离；用免疫磁珠去除无关细胞，使靶细胞得以纯化的方法称为阴性分离。

免疫磁珠技术可用来分离人类各种细胞如红细胞、外周血嗜酸/碱性粒细胞，神经干细胞、造血细胞、T淋巴细胞、γδT淋巴细胞，人类关节滑膜细胞，树突状细胞，内皮细胞、及多种肿瘤细胞等。

2、体外细胞扩增树突状细胞(Dendriticcells，DC)、造血干、祖细胞等细胞在科研及临床上都具有巨大的应用价值，但是在体内含量较少而且分布广泛，难以获得大量高纯度的细胞，限制了该领域的发展。

体外扩增辅以免疫磁珠技术有望解决这一难题。

在这一过程中，用免疫磁性微球分离纯化出待扩增的细胞，用特定的因子组合培养，许多研究者用这样的方法寻找扩增的最佳细胞因子组合和移植的最佳时机。