诊断用高分子优秀PPT.ppt

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1、医疗诊断用高分子材料医疗诊断用高分子材料组员：组员：李萍李萍 张茹张茹 杨扬杨扬 主讲：李萍主讲：李萍 王文丽王文丽 李晓芳李晓芳 王保慧王保慧医疗诊断用高分子材料医疗诊断用高分子材料诊断用微球诊断用微球诊断用磁性粒子诊断用磁性粒子在诊断生物传感器中的应用在诊断生物传感器中的应用 诊断用微球诊断用微球一、基本概念一、基本概念二、制备方法二、制备方法 1.1.高分子成球高分子成球 2.2.高分子亲和微球制备高分子亲和微球制备三、在医疗诊断中的应用三、在医疗诊断中的应用一、基本概念一、基本概念 定义：高分子微球是指直定义：高分子微球是指直径在纳米级至微径在纳米级至微 米级形态为球形或米级形态为球形

2、或者为其他几何形者为其他几何形 状的高分子材料或状的高分子材料或高分子复合材料。高分子复合材料。组成：载体、键合在微球组成：载体、键合在微球表面的功能基团、表面的功能基团、所固定的生物活性所固定的生物活性物质。物质。分类：分类：自然高分子微球自然高分子微球聚多糖类、蛋白聚多糖类、蛋白 质质 合成高分子微球合成高分子微球以苯乙烯、乙烯以苯乙烯、乙烯 基吡啶、丙烯酸酯、丙烯酰胺以及基吡啶、丙烯酸酯、丙烯酰胺以及 他们的衍生物为原料制备他们的衍生物为原料制备 优点：优点：体积小体积小 比表面积大比表面积大 易限制成单分散性易限制成单分散性 生物相容性良好生物相容性良好 易于表面化学改性易于表面化学改

3、性 易于分别和提纯易于分别和提纯二、制备方法二、制备方法 1.1.高分子微球的制备方法高分子微球的制备方法 主要有两条路途：主要有两条路途：一是一是 从已有的高分子从已有的高分子（包括合成高分子和自然高（包括合成高分子和自然高分子）起先制备，利用溶至分子）起先制备，利用溶至乳液溶剂蒸发、喷射干燥、乳液溶剂蒸发、喷射干燥、相分别等方法将自然高分子相分别等方法将自然高分子或已有的合成高分子制备成或已有的合成高分子制备成微球。微球。二是二是 从小分子单体起先从小分子单体起先制备，利用悬浮聚合、乳液制备，利用悬浮聚合、乳液聚合、沉淀聚合、分散聚合聚合、沉淀聚合、分散聚合等方法将单体制备成微球。等方法将

4、单体制备成微球。路途路途1 1：乳化乳化-溶剂蒸发法：溶剂蒸发法：l喷雾干燥法喷雾干燥法：l相分别法：相分别法：l 其主要原理是：将高分子材料溶其主要原理是：将高分子材料溶解在互不相溶的两种液体中，利用材解在互不相溶的两种液体中，利用材料在两种溶液溶解性能的不同制备微料在两种溶液溶解性能的不同制备微球。再接受过滤、球。再接受过滤、l 冷冻干燥等方法得到微球。冷冻干燥等方法得到微球。l 该法还可以通过变更温度、该法还可以通过变更温度、PHPH以以及非溶剂和能引起相分别的聚合物等及非溶剂和能引起相分别的聚合物等来实现。来实现。l其他：其他：l 超声法、低温喷雾提取法、超临超声法、低温喷雾提取法、超

5、临界流体技术等。界流体技术等。路途路途2 2：悬浮聚合：悬浮聚合：概念：通过强力搅拌并在搅拌剂的作概念：通过强力搅拌并在搅拌剂的作用下，用下，把单体分散成多数的小液珠悬浮把单体分散成多数的小液珠悬浮于于 水中，由油性引发剂引发而进水中，由油性引发剂引发而进行的行的 聚合反应。聚合反应。体系：疏水性单体、水（分散相体系：疏水性单体、水（分散相)、稳、稳定剂、定剂、疏水性引发剂。疏水性引发剂。缺点：必需运用分散剂，后期难以除缺点：必需运用分散剂，后期难以除去，去，影响聚合物性能，制得微球粒径影响聚合物性能，制得微球粒径一一 般在般在10m10m之上，单分散性不好。之上，单分散性不好。l乳液聚合乳液

6、聚合：概念：单体在水介质中，由乳化剂分散成 乳液状态进行的聚合。特征：最重要的特征为分隔效应分隔效应聚合 聚合增长中心被分隔在为数众多的 聚合场所内，使得聚合速率高，产 物分子量高。体系：体系：乳化剂、单体、水 缺点：缺点：产物中有乳化剂，难以完全清除。无皂乳液聚合：无皂乳液聚合：特点：完全不含或只含微量乳化剂特点：完全不含或只含微量乳化剂 优点：得到粒径分布单一优点：得到粒径分布单一 ，表面，表面“清洁清洁”，并且其表面功能基团的数目并且其表面功能基团的数目和分布和分布 均可得到限制。均可得到限制。增长机理：增长机理：均相增长机理均相增长机理 非均相增长机理非均相增长机理影响体系最终影响体系

7、最终微球的形态、微球的形态、微球表面特性微球表面特性和乳液的和乳液的应用性能应用性能。细乳液聚合：细乳液聚合：特点：在亚微米单体液滴中引发成特点：在亚微米单体液滴中引发成核机理。核机理。步骤：预乳化步骤：预乳化乳化乳化细乳化细乳化 优点：优点：体系稳定性高，有利于工体系稳定性高，有利于工业生产业生产 实施；实施；产物胶粒的粒径较大，且产物胶粒的粒径较大，且粒径通粒径通 过限制助乳化剂的用量易过限制助乳化剂的用量易限制；限制；聚合速率适中，生产易于聚合速率适中，生产易于限制。限制。微乳液聚合：微乳液聚合：概念：油分散在水的连续相中或水概念：油分散在水的连续相中或水分散在分散在 油的连续相中的由表

8、面活性油的连续相中的由表面活性界面提界面提 供稳定作用的热力学体系。供稳定作用的热力学体系。特点：特点：乳液是透亮或半透亮状态乳液是透亮或半透亮状态分分 散相液滴直径为散相液滴直径为580nm580nm；分散体系中液滴之分散体系中液滴之间的范德华力间的范德华力 是随液滴尺寸增是随液滴尺寸增加的，而且在某加的，而且在某 个临界值以上才个临界值以上才变得重要。变得重要。l分散聚合：分散聚合：l 概念：由溶于有机溶剂（或水）的概念：由溶于有机溶剂（或水）的单体单体l 通过聚合生成不溶于该溶剂通过聚合生成不溶于该溶剂的聚合的聚合l 物，而且形成胶态稳定的分物，而且形成胶态稳定的分散体系。散体系。l 体

9、系的胶态稳定性来源体系的胶态稳定性来源于聚合于聚合l 物粒子表面吸附的存在于连物粒子表面吸附的存在于连续相中续相中l 的两亲性高分子稳定剂或分的两亲性高分子稳定剂或分散，其散，其l 作用的本质为立体稳定作用。作用的本质为立体稳定作用。l 因此，该聚合方式也可以因此，该聚合方式也可以认为是认为是l 一种特殊的沉淀聚合。一种特殊的沉淀聚合。配方：配方：溶剂或混合溶剂 40%60%单体或混合单体 30%50%分散剂 3%10%引发剂 1%（单体量）助分散剂和链转移剂等其他添加剂。机理：机理：低聚物沉淀机理 接枝共聚物聚结机理l沉淀聚合：沉淀聚合：l 概念：在溶液聚合的基础上，接受概念：在溶液聚合的基

10、础上，接受适当的适当的l 溶剂和添加剂，使单体溶于溶剂和添加剂，使单体溶于介质中，介质中，l 而生成的聚合物不溶于介质而生成的聚合物不溶于介质中而沉中而沉l 淀下来，可干脆得到聚合物淀下来，可干脆得到聚合物固体。固体。l 优点：优点：聚合热易于散发，体系粘聚合热易于散发，体系粘度小，大大提度小，大大提l 高了聚合过程的易操作性；高了聚合过程的易操作性；l 反应后期剩余的单体仍旧反应后期剩余的单体仍旧可以自由扩散，可以自由扩散，l 这有利于提高转化率和增这有利于提高转化率和增大分子量；大分子量；l 聚合产物分子量分布窄，聚合产物分子量分布窄，残留单体大部残留单体大部l 分保留在溶剂中，有利于分保

11、留在溶剂中，有利于获得高纯度产获得高纯度产l 品。品。l种子聚合：种子聚合：概念：概念：先用无皂乳液聚合，分散聚合或雾 化法等方法制成小粒径单分散聚合 物颗粒，然后以此为种子用单体进 行溶胀，使颗粒长大，再引发聚合 制得粒径较大的微球。体系：体系：种子微球（或种子液滴）、单体 （或单体液滴）、分散相、引发剂、稳定剂等。优点：可制备大粒径微球，目前通过种 子溶胀方法可以获得数十微米的大 粒径微球载体；使功能基团集中分布于表层并且 可以在粒子的表层引入新的功能 基；利用聚合过程中相分别形成非球 形或不规则的粒子结构，从而为制 备具有特种功能的高分子微球供应 了有效途径。制备高分子微球的聚合方法比较

12、制备高分子微球的聚合方法比较 2.2.高分子亲和微球的制备方法高分子亲和微球的制备方法 高分子亲和微球即为高分子微球的表面高分子亲和微球即为高分子微球的表面 嫁接具有特定的亲和配位实力的生物活性嫁接具有特定的亲和配位实力的生物活性 物质，利用这些活性物质与目标物质之间物质，利用这些活性物质与目标物质之间 的亲和配位关系，选择性地吸附并最终分的亲和配位关系，选择性地吸附并最终分 离出目标物质。离出目标物质。亲和微球主要由高分子微球载体和固定亲和微球主要由高分子微球载体和固定 于载体上的生物活性物质组成。于载体上的生物活性物质组成。l吸附法：吸附法：l 吸附法是通过范德华力将生物活吸附法是通过范德

13、华力将生物活性物质吸附到微球载体上。性物质吸附到微球载体上。l 探讨牛血蛋白探讨牛血蛋白(BSA)(BSA)及人血蛋白及人血蛋白(HAS)(HAS)在疏水胶粒及离子型胶粒上的吸在疏水胶粒及离子型胶粒上的吸附时发觉附时发觉:吸附是很快且不行逆的过程吸附是很快且不行逆的过程,相对于静电作用而言相对于静电作用而言,疏水部分相互作疏水部分相互作用在吸附中占主导地位用在吸附中占主导地位,蛋白质的吸蛋白质的吸附量依靠于试验条件、胶粒表面电荷附量依靠于试验条件、胶粒表面电荷密度和蛋白质的物理化学性质。密度和蛋白质的物理化学性质。l 微球的表面特性如亲水性和非均微球的表面特性如亲水性和非均相结构对于抑制非特异

14、性吸附和提高相结构对于抑制非特异性吸附和提高胶体稳定性具有重要作用。胶体稳定性具有重要作用。为此Okubo对P(St-HEMA）微球的表面结构提出了三种模型，如图所示：微球表面结构和抗体在其上的吸附状态微球表面结构和抗体在其上的吸附状态(阴影代表亲水性区域阴影代表亲水性区域)一些探讨发觉,还可以用HEMA、MAA、MMA、NIPAM、NIPAM/GMA等功能单体合成带有各种亲水壳层的核-壳型聚苯乙烯胶粒。这种胶粒吸附蛋白质少,当蛋白质与功能高分子微球偶联时,可以削减伴随的物理吸附。物理吸附操作简便,条件较温顺,活力不易丢失,蛋白质的空间结构不易发生变更,但活性物质和高分子微球的相互作用较弱,两

15、者之间易受外界条件如:pH值、温度、离子强度的影响而分别。l共价偶联法：共价偶联法：l 概念：共价偶联法就是通过共价键概念：共价偶联法就是通过共价键将生物将生物l 活性物质连接到微球载体上活性物质连接到微球载体上的方法。的方法。l 缺点：操作较困难缺点：操作较困难,反应条件较猛烈反应条件较猛烈,活力活力l 丢失较多丢失较多l 优点：活性物质与高分子微球通过优点：活性物质与高分子微球通过共价键共价键l 坚固地结合在一起坚固地结合在一起,它可以大它可以大大延长大延长l 微球的运用寿命微球的运用寿命,并且可设计并且可设计定向偶定向偶l 联联,因而成为目前的探讨热点。因而成为目前的探讨热点。l 分类：

16、干脆偶联法和间接偶联法。分类：干脆偶联法和间接偶联法。干脆偶联法：干脆偶联法：高分子微球表面含有某些功能高分子微球表面含有某些功能基团，基团，如如-CHO-CHO、-CH2Cl-CH2Cl和环氧等很简洁与和环氧等很简洁与生物活性生物活性 分子的分子的-NH2-NH2反应，反应，如：如：通过氯甲基苯中的通过氯甲基苯中的ClCl原子发原子发生亲核生亲核 取代反应、取代反应、甲基丙烯酸缩水甘油酯功能甲基丙烯酸缩水甘油酯功能化的胶化的胶 粒中环氧乙烷基的开环反应粒中环氧乙烷基的开环反应等，等，将生物分子共价偶联到功能高分子将生物分子共价偶联到功能高分子微球上，微球上，此时就用干脆偶联法。此时就用干脆偶

17、联法。间接偶联法：间接偶联法：当某些高分子微球上的功能基不当某些高分子微球上的功能基不能干脆与生物分子上的功能基反应时能干脆与生物分子上的功能基反应时,一般须要进行活化处理。一般须要进行活化处理。活化方法很多活化方法很多,主要有叠氮形成主要有叠氮形成法、酸酐形成法、碳二亚胺法、酰氯法、酸酐形成法、碳二亚胺法、酰氯法、烷基化或芳基化法、重氮化法、法、烷基化或芳基化法、重氮化法、异脲键合法异脲键合法(异硫氰酸法、溴化氰法、异硫氰酸法、溴化氰法、氰脲酰氯法氰脲酰氯法)等。等。共价结合的氨基酸残基应当是生共价结合的氨基酸残基应当是生物分子活性所非必需的物分子活性所非必需的,否则会导致生否则会导致生物分

18、子活力损失。最典型的是胶粒表物分子活力损失。最典型的是胶粒表面面-COOH-COOH的活化的活化,目前主要有三种方法目前主要有三种方法:a a.酸酐形成法酸酐形成法：本反应过程简洁,无须对中间产物进行分别。b.b.碳二亚胺法：碳二亚胺法：c.c.活泼酯法活泼酯法:另外,在共价偶联时,为防止活性物质受到空间位阻而影响其活性,通常需先在载体上连一个“空间臂”,这样可以使载体表面更松软,以适应活性物质空间结构,尽可能保留其活性。常用的“空间臂”有戊二醛、1,6-二氨基己烷等。任广智等的探讨表明:载体和酶之间的连接手臂越长,得到固定化酶活性越高。l包埋法：包埋法：l 概念：包埋法是应用最为普遍的固概念

19、：包埋法是应用最为普遍的固定化技定化技l 术术,它是将生物活性物质固定它是将生物活性物质固定在聚合在聚合l 物的三维空间网状结构中的物的三维空间网状结构中的方法。方法。l 分类：晶格法分类：晶格法将生物活性分子将生物活性分子结合到结合到l 半透性凝胶微球的晶格中。半透性凝胶微球的晶格中。l 胶囊法胶囊法将生物活性分子将生物活性分子包袱到包袱到l 半透性高分子胶囊中。半透性高分子胶囊中。l PAM PAM是一种常用的包埋材料是一种常用的包埋材料,具具有相当有相当l 好的强度、弹性和化学惰性好的强度、弹性和化学惰性,多用于多用于固定化固定化l 酶和非生长微生物酶和非生长微生物(如酵母细胞如酵母细胞

20、)。优点：对生物成分的活性影响较小,被包 物不易泄漏,可固定高浓度的生物 活性物质；操作过程简洁,可对多种生物成分 进行包埋。缺点：必需严格限制很多试验条件；聚合物形成过程中产生的自由基 可能会使生物活性成分失活;由于扩散阻力大使响应时间增加 等。l交联法：交联法：l 交联法就是通过双功能或多功能交联法就是通过双功能或多功能分子在生物活性分子之间、生物活性分子在生物活性分子之间、生物活性分子分子/载体之间交联形成网状结构而使载体之间交联形成网状结构而使生物活性物质固定化的方法。生物活性物质固定化的方法。l 最常用的交联试剂如戊二醛最常用的交联试剂如戊二醛,能能在温顺的条件下与蛋白质的自由氨基在

21、温顺的条件下与蛋白质的自由氨基反应。反应。l 交联法可以加强固定化作用交联法可以加强固定化作用,但但产物形成条件不易确定产物形成条件不易确定,必需细致限制必需细致限制pHpH值、离子强度、温度及反应时间等值、离子强度、温度及反应时间等参数。参数。三、在医疗诊断中的应用三、在医疗诊断中的应用 高分子微球在医学工程高分子微球在医学工程中起着重要的中起着重要的 作用。我们知道很多药物无作用。我们知道很多药物无法干脆运用或法干脆运用或 运用疗效不志向运用疗效不志向,这就须要这就须要高分子材料来包高分子材料来包 埋药物埋药物,并通过合理的设计并通过合理的设计微球的尺寸、膜微球的尺寸、膜 壁结构、表面性质

22、、缓释性壁结构、表面性质、缓释性能等来达到所能等来达到所 需的时间及地点需的时间及地点,以及想要以及想要达到的药物的释达到的药物的释 放速度。放速度。1.药物载体药物载体 2.2.固定化酶固定化酶 探讨表明探讨表明,在微球载体上固定在微球载体上固定化酶或其化酶或其 它生物活性物质它生物活性物质,更有利于其功能更有利于其功能的发挥。的发挥。由于固定化作用由于固定化作用,使得酶分子使得酶分子的立体形的立体形 态被固定态被固定,增加了酶的安定性增加了酶的安定性(位位置不变置不变)和和 长久性长久性(形态不变形态不变),),使其在游离酶使其在游离酶失效的环失效的环 境条件下境条件下(比如比如pHpH值

23、变更等值变更等),),仍能仍能运用。由运用。由 于酶的固定化于酶的固定化,制约了底物的作用制约了底物的作用方向和空方向和空 间场所间场所,这将导致酶催化反应选择这将导致酶催化反应选择性大大提性大大提 高。高。3 3.免疫细胞检查免疫细胞检查 将抗体或抗原通过物理吸附或化学键合 的方法固载于胶乳微球载体表面可以制成 免疫胶乳诊断试剂,通过胶乳凝集试验法,能够检测体液中对应的抗体或抗原。利用免疫胶乳凝集法来诊断疾病时具有 简便、快速、灵敏等特点,因而已在临床化 学分析上展示出了强大的生命力,并已得到 广泛应用。4.4.病毒脱除病毒脱除 脱除的方法是：首先在微球脱除的方法是：首先在微球表面引表面引

24、入带有羧基的高分子链入带有羧基的高分子链,进而通过进而通过缩合反应缩合反应 把伴刀豆球蛋白把伴刀豆球蛋白A(Concanavalin A(Concanavalin A)A)固定到固定到 其表面。利用其表面。利用HIV-1HIV-1病毒表面的活病毒表面的活性基与伴性基与伴 刀豆球蛋白刀豆球蛋白A A发生凝合反应，离心发生凝合反应，离心分别除去分别除去 沉淀物沉淀物,达到脱除病毒的目的。达到脱除病毒的目的。5.5.核酸杂交的固定核酸杂交的固定 将固定在固相载体上的核酸作将固定在固相载体上的核酸作为探针进为探针进 行核酸杂交在核酸技术中占有特行核酸杂交在核酸技术中占有特别重要的别重要的 地位。其原理

25、是地位。其原理是,固定化的单链核固定化的单链核酸在溶液酸在溶液 中与具有互补碱基序列的多核苷中与具有互补碱基序列的多核苷酸片段冷酸片段冷 却时形成双螺旋结构，从而达到却时形成双螺旋结构，从而达到对特定对特定DNA DNA 的检测和序列分析的目的。的检测和序列分析的目的。6.6.栓塞作用栓塞作用 栓塞性微球干脆经动脉管导栓塞性微球干脆经动脉管导入入,堵塞在堵塞在 肿瘤血管肿瘤血管,断绝肿瘤组织养分和抑断绝肿瘤组织养分和抑杀肿瘤细杀肿瘤细 胞胞,可作为双重抗肿瘤药剂。可作为双重抗肿瘤药剂。此外此外,高分子微球可降低药物高分子微球可降低药物对胃的刺对胃的刺 激作用或防止在胃内失活如红霉激作用或防止在

26、胃内失活如红霉素、胰岛素、尿激素等易在胃内失素、胰岛素、尿激素等易在胃内失活活,氯化钾、吲哚氯化钾、吲哚 美辛等刺激胃壁引起胃溃疡。微美辛等刺激胃壁引起胃溃疡。微囊化就可囊化就可 克服此类药物的这些缺点。克服此类药物的这些缺点。诊断用磁性粒子诊断用磁性粒子一、基本概念一、基本概念二、制备方法二、制备方法三、表面功能化三、表面功能化四、在医疗诊断中的应用四、在医疗诊断中的应用一、基本概念一、基本概念 定义：磁性高分子微球是指通过适当的方 法使有机高分子与无机磁性物质结 合起来形成具有确定磁性及特殊结 构的微球。特点：同时兼具一般高分子微球的众多特 性和磁性纳米材料的磁响应特征，不但能通过共聚及表

27、面改性等方法 赐予其表面功能基团，还能在外加 磁场的作用下便利快速地分别。分类：分类：壳-核结构 高分子材料作为核，磁性材料作为壳层。核-壳结构 磁性材料为核，高分子材料组成壳层。壳-核-壳结构 外层和内层为高分子材料，中间为磁性材料。二、制备方法二、制备方法 依据不同的结构类型具有不同的制备方 法。就高分子包覆磁性无机粒子类微球而 言，目前通常接受包埋法、单体聚合法、和原位法这三种方法来制备。其中单体聚合法与一般的高分子微球采 用同样的方法，即悬浮聚合法、乳液聚合 法、细乳液聚合法、微乳液聚合法和分散 聚合法等多种方法。1.1.包埋法包埋法 概念：将磁性粒子分散于高分子溶概念：将磁性粒子分散

28、于高分子溶液中，通液中，通 过雾化絮凝、沉积、蒸发等过雾化絮凝、沉积、蒸发等方法得到方法得到 内部包有确定量磁微粒的高内部包有确定量磁微粒的高分子微球。分子微球。如下图所示：如下图所示：特点：特点：磁性微粒与大分子之间主要是通过 范德华力范德华力、氢键氢键和螯合作用螯合作用以及功功 能基间的共价键能基间的共价键相结合。常用的包埋材料：常用的包埋材料：纤维素、尼龙、磷脂、聚酰胺、聚 丙烯酰胺、硅烷化合物等。举例：举例：Bahar等人将悬浮有Fe3 3O4 4粒子的聚苯 乙烯氯仿溶液倒入水中，搅拌，乳 化，然后蒸发出溶剂，得到磁性聚 苯乙烯微球。优点：方法简洁 缺点：得到的微球粒径分布宽，形态不规

29、 则，粒径不匀整，壳层中难免混有 溶剂、乳化剂或沉淀剂，用于免疫 检测或细胞分别等领域时，微球的 生物相容性将受到影响。同时，该方法仅限于某些可溶或可 熔的高分子，而且须要额外的分别 设备和能源消耗。2.2.单体聚合法单体聚合法 在磁性粒子和有机单体存在的状在磁性粒子和有机单体存在的状况下，根况下，根据不同的聚合方式加入不同的助剂据不同的聚合方式加入不同的助剂来聚合制来聚合制备磁性高分子微球的方法。备磁性高分子微球的方法。3.3.原位法原位法 概念：该方法首先制得单分散的概念：该方法首先制得单分散的致密或多致密或多 孔高分子微球，此球依据孔高分子微球，此球依据不同的需不同的需 要含有可能与铁盐

30、形成配要含有可能与铁盐形成配位键或离位键或离 子键的基团（如含有子键的基团（如含有N N基团，基团，环氧基，环氧基，羟基，磺酸基等）。然后羟基，磺酸基等）。然后可依据高可依据高 分子微球所具有的不同功分子微球所具有的不同功能基以不能基以不 同的方法来制备磁性高分同的方法来制备磁性高分子微球。子微球。优点：在磁化过程中，单分散高分子微球 的粒径和粒径分布不变，所得磁性 高分子微球也就具有良好的单分散 性；磁性粒子在整个高分子微球中匀整 分布，且浓度相同，从而使磁性微 球在磁场下具有确定的磁性响应；可以制备各种粒径的致密或多孔的 磁性高分子微球，且可制备出磁含 量大于30%的高磁含量微球。三、表面

31、功能化三、表面功能化 要利用磁性高分子微球表面的功能性，必需使磁性微球表面带上所希望的功能基 团。方法：单体共聚法 表面处理法 常用的表面基团：羧基、氨基 四、在医疗诊断中的应用四、在医疗诊断中的应用1.1.免疫检测免疫检测 在免疫检测中，磁性高分子微球在免疫检测中，磁性高分子微球表面上偶表面上偶 联的抗体（或抗原）可与环境中特联的抗体（或抗原）可与环境中特异性抗原异性抗原（或抗体）结合，形成抗原（或抗体）结合，形成抗原-抗体复抗体复合物，在合物，在 外加磁场作用下，使特异性抗原外加磁场作用下，使特异性抗原（或抗体）（或抗体）与其他物质分别。与其他物质分别。这种分别方法克服了放射免疫测这种分别

32、方法克服了放射免疫测定（定（RIARIA）和传统酶联免疫测定方法的缺点，和传统酶联免疫测定方法的缺点，具有灵敏具有灵敏 度高、检测速度快、特异性高、重度高、检测速度快、特异性高、重复性好等复性好等 优点，更重要的是能将待检测物质优点，更重要的是能将待检测物质分别出来。分别出来。举例：抽出患者骨髓，通过细胞分别除去肿瘤患 者骨髓液中的肿瘤细胞，在患者经过放射或 化疗后重新注入已净的骨髓来协助放射和化 疗，实现对肿瘤患者更有效的治疗。Briscoe等利用磁性微球成功地在骨髓移 植过程中对骨髓中的T细胞进行了分别。在诊断生物传感器在诊断生物传感器中的应用中的应用一、生物传感器简介一、生物传感器简介二

33、、生物传感器用高分子固定二、生物传感器用高分子固定 化载体化载体三、应用举例三、应用举例一、生物传感器简介一、生物传感器简介 概念：概念：生物传感器是利用生物要素与物理 化学检测要素结合在一起对被分析 物进行检测的装置。组成：组成：生物识别元件（感受器）信号转换器（换能器）信号检测元件（检测器）生物传感器结构框图生物传感器结构框图 生物分子作识别元件的传感器包括酶酶-底底 物物、酶酶-辅酶辅酶、抗原抗原-抗体抗体、激素激素-受体受体、DNADNA 双螺旋拆分的分子双螺旋拆分的分子等，把它们的一方固定化 后都可作为识别元件来选择地测量另一方。除了生物大分子生物大分子以外，还可以用细胞器细胞器、细

34、细 胞胞、组织组织、微生物微生物等具有对环境中某些成分 识别功能的元件来作识别元件。甚至可以用 人工合成的受体分子与传感器结合人工合成的受体分子与传感器结合来测定微 生物、细胞和相关的生物分子。分子识别是生物传感器的理论基础，具 有识别实力的生物分子为生物功能物质，其 识别实力具有很高的选择性，犹如钥匙和锁 的关系一样，一把钥匙只能打开一把锁。因此，所制备的生物传感器同样具有很 高的选择性，可以从不经前处理的样品中，干脆测定出预料的物质。二、生物传感器用高分子二、生物传感器用高分子 固定化载体固定化载体 生物传感器中的生物活性物质是传感器的 核心部分，它们一般都溶于水，本身不稳定，须要固定在各

35、种载体上才能延长其活性，固定 化技术的应用，很大程度上确定着传感器的性 能。目前固定化载体用的最多的是高分子材料。1.1.惰性高分子材料惰性高分子材料 常用：聚氯乙烯、聚硅氧烷、聚常用：聚氯乙烯、聚硅氧烷、聚氨酯、氟氨酯、氟 碳聚合物等。碳聚合物等。举例：举例：MizutaniMizutani等人接受聚二甲等人接受聚二甲基硅氧烷基硅氧烷 包埋葡萄糖氧化酶构建了包埋葡萄糖氧化酶构建了一种葡萄一种葡萄 糖传感器，后来他们探讨糖传感器，后来他们探讨组又接受组又接受 聚二甲基硅氧烷固定了三聚二甲基硅氧烷固定了三种酶构建种酶构建 了一种尿素传感器。了一种尿素传感器。新的物理手段为固定化新方法的开发应用

36、及传统方法的改进供应了良好条件。其中光交联具有条件温顺、易限制交联度、对酶和细胞活性影响不大的优点。如Hoffman等人用射线辐照接枝的聚合物 作为固定化酶的载体，制得了具有生物活性的 膜材料。2.2.自然高分子材料自然高分子材料 常用：琼脂糖凝胶、脂质体、蛋常用：琼脂糖凝胶、脂质体、蛋白及纤维白及纤维 素等。素等。优点：无毒、亲水、生物相容性优点：无毒、亲水、生物相容性及细胞亲及细胞亲 和性好。和性好。举例：丝素蛋白常作为酶的固定举例：丝素蛋白常作为酶的固定化基材。化基材。并且丝素蛋白经机械作用、并且丝素蛋白经机械作用、加热、加热、PH PH的变更、添加极性溶剂的变更、添加极性溶剂等处理后等

37、处理后 简洁转变为简洁转变为折叠结构而折叠结构而不溶于水，不溶于水，不需交联剂，反应条件简不需交联剂，反应条件简洁易限制。洁易限制。3.3.导电高分子材料导电高分子材料 常用：聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯常用：聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯 优点：优点：室温进行，方法简洁，电室温进行，方法简洁，电化学聚合化学聚合 酶的固定化可以一步完成，酶的固定化可以一步完成，并干脆并干脆 固定于电极表面；固定于电极表面；高分子膜的厚度和酶的固高分子膜的厚度和酶的固定量简洁定量简洁 限制，制得的传感器重现限制，制得的传感器重现性好；性好；高分子膜严格地在电极的高分子膜严格地在电极的有限表面有限表面 上形成，有利于电极的微上

38、形成，有利于电极的微型化和阵型化和阵 列电极上酶的固定化；列电极上酶的固定化；具有优良的抗干扰实力。具有优良的抗干扰实力。举例：聚苯胺（PAN)具有独特的掺杂行为和 良好的电化学可逆性，原料易得，合 成方法简洁，在生物传感器中的应用 特别广泛。它可通过变更聚合时的电流密度或通 过掺杂来调整PAN膜孔径大小以提高传 感器的性能。PAN及其衍生物膜制得的传感器具有响 应快、检出限低、线性范围宽等优点。4.4.离子交换聚合物材料离子交换聚合物材料 常用：常用：Eastman-AQEastman-AQ、NafionNafion Eastman-AQ Eastman-AQ：涂于电极表面上，形成的膜除涂于

39、电极表面上，形成的膜除具有强的具有强的 附着力外，且具有预富集、离子交附着力外，且具有预富集、离子交换及防污换及防污 性能。性能。由于由于Eastman-AQEastman-AQ膜对电极表面膜对电极表面具有较强具有较强 的吸附力，其厚度对传感器的性能的吸附力，其厚度对传感器的性能影响较大，影响较大，一般较薄的膜既能供应对阴离子物一般较薄的膜既能供应对阴离子物质（抗坏质（抗坏 血酸、尿酸等）的排斥作用，又增血酸、尿酸等）的排斥作用，又增加了阳离加了阳离 子物质（如多巴胺、肾上腺素和去子物质（如多巴胺、肾上腺素和去钾肾上腺钾肾上腺 素等）的电流响应。素等）的电流响应。NafionNafion：对有

40、机阳离子，尤其是有机金属阳对有机阳离子，尤其是有机金属阳 离子的交换选择系数特殊高，能抵离子的交换选择系数特殊高，能抵 抗阴离子和很多生物分子的干扰作抗阴离子和很多生物分子的干扰作 用；用；化学性质和热力学稳定性特别好，化学性质和热力学稳定性特别好，它在水中溶胀但不溶于水，且在适它在水中溶胀但不溶于水，且在适 当条件下可溶于有机溶剂，因此能当条件下可溶于有机溶剂，因此能 在电极表面形成修饰膜。在电极表面形成修饰膜。Nafion Nafion膜制备简洁、离子交换量大、膜制备简洁、离子交换量大、附着力强、选择性和防污性能好，附着力强、选择性和防污性能好，而且不影响酶的活性。而且不影响酶的活性。5.

41、5.水凝胶水凝胶 定义：定义：水凝胶是在水中溶胀并保持大量水分 而又不溶解的聚合物。优点：优点：具有良好的生物相容性生物相容性，固定在水凝 胶中的生物分子活性能够保持较长时 间。分类：分类：“传统的”水凝胶 “环境敏感的”水凝胶 “传统的”水凝胶一般都接受将其与其他高分子材料进行复合实现对酶的固定化。用强亲水性的水凝胶包埋方法固定化酶，虽能给酶供应一个类似人体的环境，但存在酶的泄漏问题，生物传感器的稳定性不佳。提高稳定性一般有两种方法：用亲水和疏水单体共同固定化酶；将其通过共价键键合到水凝胶上，并可通 过引入“手臂”分子使酶的失活降到最低程 度。依据水凝胶的环境敏感性，可将它与生 物传感器物理

42、元件相连，然后将生物分子固 定在水凝胶表面或内部，便可得到生物传感 器，用于诊断疾病及做日常监测。如利用水凝胶固定抗原，可用于免疫检 测。6.6.高分子复合物高分子复合物 概念：概念：两种不同性质的高分子体系，经氢键 力、库伦力、给-受电子体的相互作用 力、范德华力、疏水键力等次价力聚 合而成。优点：优点：具有优良的质量传递性能，对水、电 解质及氧的透过选择性和良好的生物 相容性。常用：常用：醋酸纤维素酯/海藻酸钙复合物、PVA-卡拉胶、PEAE-纤维素-PMMA、聚乙烯基吡啶-QE-Sephadex A50 复合后优势：复合后优势：利用几种具有不同排阻作用的物质进行复 合，可大大提高传感器的

43、选择性选择性。如，醋酸纤维素/Nafion复合膜，醋酸纤维 素膜可以对分子的大小进行选择性渗透，而Nafion膜则可以对阳离子进行选择性渗 透，由它们制得的电极可对带正电荷的小 分子化合物进行选择性测定，效果很好。将导电聚合物和非导电聚合物共同电聚 合而获得具有特殊性能的电聚合物复合 膜，可提高传感器的稳定性。如，Mizutami将聚吡咯和聚乙烯醇进行 复合制成了葡萄糖传感器，该传感器与 单独接受聚吡咯的传感器相比稳定性明 显提高，而同单独接受聚乙烯醇的相比 又增加了响应。高分子复合物对提高生物传感器的灵敏度 也特别有效。如，将脲酶交联到聚苯胺/Nafion复合物 上制成的脲酶生物传感器具有特

44、别突出的 灵敏度，而且其检测限低和响应快。利用双酶修饰电极对提高传感器的灵敏度 更加有效。如将聚（吡咯-铵）和聚（吡 咯-乳糖酰胺）复合膜制得的葡萄糖氧化 酶和多吩氧化酶双酶传感器比单酶传感器 的灵敏度高出350%。三、应用举例三、应用举例1.1.葡萄糖传感器葡萄糖传感器 2.2.尿酸生物传感器尿酸生物传感器 3.3.多功能生物传感器多功能生物传感器 将多种酶同时固定在材料上，利将多种酶同时固定在材料上，利用各自的用各自的 功能协同催化困难的生物转化过程是功能协同催化困难的生物转化过程是固定化研固定化研 究的一个新方向。究的一个新方向。4.DNA4.DNA传感器传感器 概念：利用单链概念：利用

45、单链DNADNA或基因探针作为或基因探针作为敏感元件敏感元件 固定在固体电极表面，加上固定在固体电极表面，加上识别杂交识别杂交 信息的电活性指示剂（杂交信息的电活性指示剂（杂交指示剂）指示剂）共同构成的检测特定基因的共同构成的检测特定基因的装置。装置。原理：利用固定在电极表面的某一原理：利用固定在电极表面的某一特定序列特定序列 的单链的单链DNADNA与溶液中的同源序与溶液中的同源序列的特异列的特异 识别作用（分子杂交）形成识别作用（分子杂交）形成双链双链DNADNA，即电极表面性质发生了变更，即电极表面性质发生了变更，同时借同时借 助一能识别单链助一能识别单链DNADNA和双链和双链DNADNA的杂交的杂交 指示剂的电流响应信号的变更来达到 检测基因的目的。用途：检测基因及一些能与DNA发生特殊相互 作用的物质。材料：导电聚合物，如聚吡啶。小结小结