专利名称：一种功能化的磁性分离棒的制作方法
技术领域：
本实用新型具体涉及一种功能化的磁性分离棒结构。
背景技术：
近年来，随着纳米科技的迅速发展，纳米材料及技术已经在生物医学、生物工程、环境工程等领域显示巨大的应用价值。作为一种新型的高效分离技术，磁分离技术越来越成为学术界和产业界研究的热点课题。磁性分离技术主要依赖一种具有磁响应性的微球或颗粒，这些微球或颗粒能与目标物质进行结合并且在外加磁场的作用下从其环境中分离出来，然后采用各种方法将被分离出来的目标从微球或颗粒上解离下来，从而实现对目标物质的有效分离、提取、纯化。这些微球或粒子通常粒径在几十纳米到几微米之间，其比表面积非常高，同时，由于其表面性质(如表面功能基团、表面亲/疏水性、表面电荷等)可以很方便地进行调控，因此利用其可高效、高通量、快速分离目标物质。
就磁性微球而言，主要有两大类，一是物理包裹法，即以合成高分子或者天然高分子包裹无机磁性颗粒而制备的磁性微球。或者以无机材料包裹纳米磁性颗粒而得到的磁性微球。
从现有的文献报道来看，大多数关于磁分离技术使用的是单一的磁性微球或微粒，并且直接将其投入到含有目标物质的体系中，然后用磁场将结合有目标物质的微球或微粒截留在容器中，然后进行分析检测。尽管磁性微球的应用方面的研究已经取得不断的进展，然而许多学者发现，单纯的磁性微球的磁响应强度还不能满足实际应用的需要，比如使用即使磁组分含量高达40％的磁性聚合物微球，其磁饱和强度不到25emu/g，从一个含有该微球的水分散液体中分离出该微球需要大约0.5h，显然这样的分离速度是不够的。因此，在保持聚合物微球高比表面积的特点同时，为了提高分离速度，依靠继续增加微球的磁性组分的含量，目前的磁性微球的制备技术很难达到这一目的。
发明内容
本实用新型的目的是获得一种制备简单、磁响应强度高的功能化的磁性分离棒。
本实用新型提出的一种功能化的磁性分离棒，是一种具有多层结构的磁性棒，其中，最内层1是强磁性的短棒状永磁铁，中间层2是包覆在磁铁表面的一层高分子材料，最外层3是表面功能化的具有顺磁性的聚合物微球层。
本实用新型中，短棒状永磁铁直径是2-12mm，长是6-30mm。
本实用新型中，中间层2、最外层3的厚度均是20nm-1000μm。
具体制备步骤如下(1)在无机磁性纳米颗粒(如Co，Ni，Fe3O4等)存在下，以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或苯乙烯等作为主单体，以丙烯酸、甲基丙烯酸，甲基丙烯酸羟乙酯等作为共聚单体，以为二乙烯基苯、甲基丙烯酸乙二醇酯、亚甲基双丙烯酰氨等作为交联剂，通过乳液聚合，分散聚合，悬浮聚合等方法制备内包裹无机磁性纳米颗粒、表面带有不同官能团的磁性聚合物微球。或者是直接将疏水的纳米颗粒与聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等线性聚合物一起乳化、分散，经过分离、干燥即可以得到磁性聚合物微球。或者是在纳米颗粒的存在下，使用正硅酸烷基酯、硅酸钠等作前驱体，采用溶胶-凝胶法在纳米颗粒的表面包覆二氧化硅，从而制备出磁性二氧化硅微球。在上述制备磁性聚合物微球中，通过改变磁性粒子与单体的投料比，可制备不同粒径和不同磁含量的磁性聚合物微球。
(2)对上述(1)中制备的磁性聚合物微球进行后期处理(如酯化反应、水解反应等)使其表面官能团进行转化、或在其表面进一步结合C60、碳纳米管(CNTs)、抗原(抗体)或生物凝聚素等，可以得到相应的各种功能化的磁性聚合物微球。
(3)在上述(1)或(2)中制备得到的功能化的磁性微球的分散液中投入一个短外裹聚合物的短棒磁铁，吸附0.5-2.0小时后，取出磁铁，用溶剂水润洗2-4次，即得到功能化的磁性分离棒。
以上方法制备的功能化的磁性分离棒，其功能性主要来自功能化的磁性聚合物微球或颗粒，因此可以通过改变功能化的磁性微球的表面性质，就可以获得不同功能的磁性分离棒，从而满足各种不同应用场合。
本实用新型使用单体聚合法先制备各种磁性聚合物微球并可对其进行功能化，然后将其吸附在中间层是高分子材料层的棒状永磁铁表面，即获得功能化的磁性分离棒，最外层是功能化微球，改变功能化微球的用量，可以使分离棒的最外层厚度控制在纳米尺寸到微米尺寸甚至更大范围。本实用新型制备方法简单易行，原料易得，重复性好，易于放大生产，本实用新型的磁性分离棒磁响应性强。
图1是本实用新型磁性分离棒的结构示意图。
图中1是最内层短棒状永磁铁，2是中间层，3是最外层磁性聚合物微球层。
具体实施方式
实施例1在250mL三颈瓶中，加入0.5g表面改性四氧化三铁粉末和200mL的去离子水，超声分散后，加入0.2g十六烷基三甲基溴化铵，2.0g甲基丙烯酸甲酯，0.2g甲基丙烯酸钠，0.2g甲基丙烯酸乙二醇酯，0.3g过硫酸钾，室温搅拌乳化并通氮气除氧，然后升温至70℃，维持氮气氛和搅拌状态，反应12h后停止反应，制备得到表面带羧基的磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸)微球。用乙醇/水溶液洗涤磁性微球，然后分散在去离子水中得到磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸)微球的水分散液(2.0wt％)。微球流体力学粒径为220nm，磁性含量为15wt％。
向上述得到的磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸)微球的水分散液(2.0wt％)投入直径为0.6cm长2.4cm的外表包覆30nm厚的聚四氟乙烯的棒状永磁铁(200G)，在旋转磁场中搅拌0.5h后，取出棒状永磁铁，即得到表面吸附了100nm厚的磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸)微的磁性分离棒。
实施例2在250mL三颈瓶中，加入0.5g表面改性四氧化三铁粉末和200mL的去离子水，超声分散后，加入0.2g十六烷基三甲基溴化铵，2.0g甲基丙烯酸甲酯，0.2g甲基丙烯酸羟乙酯，0.2g甲基丙烯酸二乙二醇酯，0.3g过硫酸钾，室温搅拌乳化并通氮气除氧，然后升温至70℃，维持氮气氛和搅拌状态，反应12h后停止反应，制备得到表面带羟基的磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸羟乙酯)微球。用乙醇/水溶液洗涤磁性微球，然后分散在去离子水中得到磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸羟乙酯)微球的水分散液(2.0wt％)。微球流体力学粒径为200nm，磁性含量为12wt％。
向上述得到的磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸羟乙酯)微球的水分散液(2.0wt％)投入直径为1.0cm长3.0cm的外表包覆800μm厚的聚四氟乙烯的棒状永磁铁(200G)，在旋转磁场中搅拌1h后，取出棒状永磁铁，即得到表面吸附了600μm厚的磁性聚(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸羟乙酯)微球的磁性分离棒。
权利要求1.一种功能化的磁性分离棒，是一种具有多层结构的磁性棒，其特征是最内层(1)是强磁性的短棒状永磁铁，中间层(2)是包覆在磁铁表面的一层高分子材料，最外层(3)是表面功能化的具有顺磁性的聚合物微球层。
2.如权利要求1所述的磁性分离棒，其特征是短棒状永磁铁直径是2-12mm，长是6-30mm。
3.如权利要求1所述的磁性分离棒，其特征是中间层(2)、最外层(3)的厚度均是20nm-1000μm。
专利摘要本实用新型涉及一种功能化的磁性分离棒。首先在短棒状稀土永磁铁表面涂敷一层高分子材料，从而得到磁棒性。然后让磁棒与功能化的磁性聚合物微球通过磁吸引作用结合在一起，从而获得多层结构的功能化的磁性分离棒。通过使用不同强度的稀土磁铁，可以得到吸附强度不同的功能化的磁性分离棒；通过使用不同功能化的磁性聚合物微球，可以获得功能各异的功能化的磁性分离棒。本实用新型结构简单，制备方便，原料易得，本实用新型的分离棒克服了现有磁性微球或微粒存在的磁响应强度不足之缺陷，可以适应各种分离及检测场合的应用。
文档编号B03C1/00GK2877867SQ20062003880
公开日2007年3月14日 申请日期2006年1月9日 优先权日2006年1月9日
发明者邓春晖, 张祥民 申请人:复旦大学