Carboxylic Magnetic Particles

Magnetische Partikel (MPs) sind für viele verschiedene Anwendungen in den Bereichen Biotechnologie, Biomedizin und Umweltsanierung von großem Interesse. Um verschiedenen Anwendungen Rechnung zu tragen, ist die größenkontrollierte Synthese von MPs von besonderem Interesse. Hier berichten wir über eine einfache Synthese von MPs im Bereich von Nano- bis Mikrogröße (23 nm bis 1,2 μm). Insbesondere wurde die Partikelgröße von MPs durch das (i) Molekulargewicht ( M _w ) von Poly(acrylsäure) (PAA) und (ii) den Alterungsprozess eingestellt. Es wurden drei verschiedene hydrothermale Verfahren unter Verwendung unterschiedlicher Mw von _PAA verglichen, nämlich einstufige hydrothermale, zweistufige hydrothermale und Beschichtung-nach-hydrothermale Verfahren. Das Mw _{_}der verwendeten PAA betrug 1,8 k, 30 k, 50 k und 100 k g/mol.

Die resultierenden Partikelgrößen der in einem Schritt hydrothermal synthetisierten 1,8k, 30k, 50k und 100k MP waren 1202 ± 359, 447 ± 156, 418 ± 88 bzw. 247 ± 34 nm und die der zweistufigen waren 23 ± 3, 100 ± 14,1, 116 ± 26 bzw. 78 ± 6 nm. Die Kristallzusammensetzung, ζ-Potentiale, magnetischen Eigenschaften, magnetischen Trenneffizienzen und Proteinkonjugationseigenschaften wurden systematisch untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass durch einstufige hydrothermale Synthese synthetisierte MPs die höchste Ausbeute und die höchste magnetische Trenneffizienz aufwiesen. Rinderserumalbumin, Lysozym und verbessertes grün fluoreszierendes Protein als Proteinmodelle wurden erfolgreich mit den MPs konjugiert, und die Anwendung von Antikörper-konjugierten PAA-MPs zum Einfangen von Bakterien wurde demonstriert.

Einleitung

• Abhängig von den Anwendungen variiert die wünschenswerte Partikelgröße von MPs stark. In der Biomedizin sind nanoskalige Materialien wegen ihrer Kompatibilität mit Biomolekülen für die Wechselwirkung (Protein, 5–50 nm; Virus, 20–450 nm; Zelle, 10–100 μm) von besonderem Interesse.(12)
• Die MRT benötigt MPs mit einer Größe von weniger als 30 nm, damit sie der anfänglichen Aufnahme durch Leber und Milz für die Abgrenzung von Arterien und Venen entgehen können.(13)
• MPs mit Größen im Bereich von 10 bis 100 nm sind optimal für die intravenöse Injektion und haben die längste Blutzirkulationszeit.(14)Für die magnetische Hochgradiententrennung (HGMS) von Biomaterialien wurde gezeigt, dass MPs (oder MP-Cluster) von 50 nm oder größer effektiv von Prozessströmen getrennt werden können.(fünfzehn)Für die gezielte Verabreichung von Medikamenten hat die Forschung gezeigt, dass sich mittelgroße MP (30–110 nm) in Herz, Leber, Niere, Blase, Wirbelsäule und Knochenmark ansammeln.(16)und größere MPs (200–300 nm) wurden in der Milz gefunden.(5,17)
• MPs in Mikrometergröße waren für die Trennung und Reinigung erwünscht. Beispielsweise wurden magnetische Mikropartikel von 1,6 und 26 μm in Trennungen von Blut oder anderen klinischen Proben in einem mikrofluidischen Gerät angewendet, um Moleküle und lebende Zellen, die an MPs gebunden sind, selektiv aus fließenden biologischen Flüssigkeiten ohne Waschschritte herauszuziehen.(18)Magnetische Mikrokügelchen wurden für die schnelle affinitätsbasierte Reinigung von Lysozym verwendet.(19)
• Mehrzweckanwendungen erfordern möglicherweise einen komplexeren Größenbereich von MPs mit ähnlichen Oberflächenfunktionalitäten.
• Es wurden Anstrengungen unternommen, um monodisperse MP mit großer Reichweite zu synthetisieren. Nakayaet al. synthetisierten MPs von 5.3–20.4 nm unter Verwendung einer Kodepositionsmethode in einem Bad aus Ölsäure und Oleylamin.(20)Tanaka berichtete über einen relativ weiten Bereich (20–200 nm) der Größenkontrolle von sphärischen Ferritpartikeln.(21)Liuet al.
•  stellten Polysäure-konjugierte Fe ₃ O ₄ -Nanostrukturen durch ein mikrowellenunterstütztes Verfahren her, und ihre Größe kann im Bereich von 100–400 nm durch Variieren der FeCl ₃ -Menge im System eingestellt werden.(22)Nach unserem besten Wissen gibt es jedoch keinen Bericht über die größenkontrollierte Synthese von MPs im Nano- bis Mikrobereich.