磁性纳米材料固定化微杆菌细胞的研究(5)
1.3.6 在金属有机高分子磁性材料方面的应用
自80年代末，国际上出现了以有机高分子化学和物理学为主的交叉学科：有机高分子磁学，打破了磁体只有与3d和4f电子金属有关，而与有机高分子无关的传统看法。有机金属高分子磁性材料分为复合型和结构型两大类：前者是在合成树脂中添加铁氧体或稀土类磁粉，经成型，磁化成塑料磁性材料。后者是在不加磁粉的情况下，其自身具有本征磁性的结构金属有机磁性材料。这方面的工作在理论和应用方面均有重要的意义，但尚处于探索阶段[16]。
1.4 本课题研究意义和思路
1.4.1 研究意义
近年来，有关磁性纳米粒子的制备方法及性质的研究受到很大的重视。这不仅是因为磁性纳米粒子在基本物理理论上具有特殊的意义，而且在实际应用中有着广泛的用途。在磁记录材料方面，磁性纳米粒子可望取代传统的微米级磁粉，用于高密度磁记录材料的制备；在生物技术领域，用磁性纳米粒子制成的磁性液体已广泛用于磁性免疫细胞分离，核磁共振的造影成像，以及药物控制释放等。
磁性微球的研究始于20世纪70年代末，磁性微球是指通过适当的方法使有机高分子和无机磁性纳米粒子结合起来从而形成具有一定磁性的特殊结构的复合微球。因其具有磁性, 并可在外加磁场的作用下被方便地定位、导向和分离, 因而被称为动力粒子; 同时, 由于磁性微球既具有有机高分子材料的易加工和柔韧性, 又具有高密度和高力学性能以及生产能耗少、成本低、无污染等的特点[17,18]。由于它的这些特殊性能，使其在细胞分离、固定化酶、免疫诊断和肿瘤靶向治疗、核酸杂交及DNA分离等方面均有广泛应用。
壳聚糖作为甲壳素的脱乙酰化产物，是在自然界中，生物合成量最大的天然高分子物质之一，是由节肢动物骨骼材料和一些藻类的细胞壁组成。壳聚糖大分子链上分布着大量羟基、氨基，还有一定数量的N-乙酰氨基，这些活性基团会形成分子内和分子间氢键，使壳聚糖性质趋于稳定，不溶于大部分有机溶剂[19]。但是壳聚糖分子链上的游离氨基能从酸性溶液中结合一个氢离子，使壳聚糖成为带正电荷的聚电解质，破坏壳聚糖分子间和分子内的氢键，从而溶于一些低浓度无机酸和有机酸。另外壳聚糖分子结构中的羟基和氨基，使其易于进行酰化、酯化、醚化、烷基化、氧化、螯合[20]等化学修饰和改性。脱乙酰度较高的壳聚糖在弱酸性甚至水溶液中能有一定的溶解性，壳聚糖的具有高亲水性，所以与被吸附的基体分离较为困难。若将壳聚糖包裹在磁性材料上，可以解决吸附过程完成以后的分离困难的问题，并可以降低壳聚糖的使用量，从而获得很大吸附比表面。利用壳聚糖和Fe3O4合成的磁性纳米材料作为固定化的一种新型载体，目前已受到一定关注和研究。
固定化技术包括固定化酶技术与固定化微生物技术。固定化微生物技术是生物工程领域中的一项新技术，始于20世纪60年代后期，其后得到迅速发展，应用领域越来越广泛。固定化微生物技术是通过化学或物理手段，将游离的微生物固定在载体上，使其高度密集，在可能或必要的情况下保持微生物的活性，使之可以反复、连续使用的方法[21]。20 世纪70 年代后，固定化微生物技术才直接从固定化酶技术发展而来。固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物定位于限定的空间区域，以提高微生物细胞的浓度，使其保持较高的生物活性并反复利用的方法。由于该技术既不需要把酶从细胞中提取出来，又不需要加以纯化，因而酶活性损失小。研究和应用表明，固定化微生物技术有微生物密度高、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点[22,23]。目前，固定化微生物技术广泛应用于环境污染治理方面的研究，主要的治理对象为难处理的有机废水及重金属污染的废水，同时研究还涉及到大气和土壤的污染治理[24]。固定化微生物技术具有许多突出的优点：微生物细胞密度高，反应迅速；细胞流失少，产物分离容易；反应过程控制较容易；选择性好，耐水质和水量的冲击负荷高；pH值和温度范围宽；在低质量浓度情况下(1~100 mg/L)，重金属可以被有效地选择性去除；易于再生回用，处理设备小等[25]。