甘露低聚糖磁性微球的制备及表征

毛跟年, 瞿建波, 郭 倩, 李 鑫

(陕西科技大学生命科学与工程学院, 陕西 西安 710021)

0 前 言

甘露低聚糖(Mannan-oligosaccharides，MOS)又称甘露寡糖，广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田菁胶及多种微生物细胞壁内，其除了具有功能性低聚糖的特点，如不能被动物消化吸收、能够促进双岐杆菌等益生菌增殖外，还具有防治高血脂、抗氧化、增强免疫功能等作用[1，2].

近年来，磁性复合微球越来越受到人们的关注，其作为性能优异的功能高分子材料在固定化酶[3]、靶向药物[4]、细胞分离[5]和免疫分析[6]等方面显示出强大的生命力.本文利用化学共沉法制备磁性Fe3O4微晶作为磁性内核，甘露低聚糖为包裹材料，用反向包埋法制备了甘露低聚糖磁性微球，并通过扫描电镜、红外光谱、X-衍射和粒径分析对其进行了表征测试.

1 实验

1.1 材料与仪器

甘露低聚糖(湖北东方天琪生物工程股份有限公司)；FeCl3、FeSO4·7H2O、盐酸、环氧氯丙烷(ECH)、氢氧化钠、液体石蜡、石油醚、丙酮、Span-80等，均为分析纯.

复利叶变换红外光谱仪：德国贝克尔分析仪器有限公司；VEGAII xmv扫描电子显微镜：TESCAN公司；日本理学D/max-2 200PC型X射线衍射仪：日本电子株式会社；Nano-ZS纳米粒度及Zeta电位分析仪：英国马尔文公司(MALVERN)；XSP-生物显微镜：重庆光电仪器有限公司；UV-754紫外可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司等.

1.2 磁性Fe3O4粒子的制备[7]

采用化学共沉淀法将Fe3+、Fe2+以及PEG400的混合液通过加热、混匀、自然静置冷却、滤掉杂质部分，再加入过量碱液使得Fe3O4完全生成，然后经过熟化、清洗、真空干燥等过程制备出磁性Fe3O4粒子，其反应方程式为：2Fe3++Fe2++8OH-=Fe3O4↓+4H2O.

将适量的1 mol/L FeSO4和1 mol/L FeCl3溶液以2∶1混合，搅拌均匀，水浴升温至50 ℃后，缓慢滴加约80 mL 1 mol/L的氢氧化钠溶液，控制pH为11，再加热至80 ℃，熟化30 min，停止加热，搅拌下冷却加入40 mL的10%PEG溶液，待降至室温后，用磁铁收集，并用蒸馏水充分洗涤，真空干燥.

1.3 甘露低聚糖磁性微球的制备[8]

称取将0.5 g Fe3O4粉末加入到50 mL、0.01 g/mL甘露低聚糖溶液中，混合均匀后进行超声分散，配成A液；量取4 mL Span-80加入到80 mL液体石蜡中，充分搅拌混匀，配成B液；再将A液缓慢滴加到B液中，在常温下剧烈搅拌10 min，然后加入8 mL环氧氯丙烷，在60 ℃下搅拌反应60 min，用NaOH溶液调pH至11，再于70 ℃水浴中反应一定时间，得到产物，用磁铁收集.依次用石油醚、丙酮、蒸馏水反复充分洗涤，于60 ℃真空干燥，得到甘露低聚糖磁性微球.

2 结果与讨论

2.1 粒径分析

图1 Fe3O4的粒径分布图 图2 甘露低聚糖磁性微球粒径分布图

从粒径分析图谱(图1)来看， Fe3O4的粒径呈正态分布，且在60～200 nm之间，平均粒径在纳米范围内，为100 nm左右，表明在实验所确定的工艺条件下制备的Fe3O4粒径分布较均匀.由图2可以看出，甘露低聚糖磁性微球的粒径分布在50～5 000 nm之间，且呈正态分布，平均粒径在1 510 nm左右.和Fe3O4的粒径分析图谱相比较，甘露低聚糖磁性微球的平均粒径比Fe3O4的大10倍多，说明Fe3O4外表面包裹了一层甘露低聚糖.

2.2 红外光谱图分析

图3 甘露低聚糖红外图谱 图4 甘露低聚糖磁性微球红外图谱

由图3和图4可以看出，3 439.17 cm-1为甘露低聚糖的-OH的伸缩振动，Fe3O4的特征峰为575.33 cm-1，而甘露低聚糖磁性微球中Fe3O4的特征峰在589.12cm-1，说明甘露低聚糖与Fe3O4的结合使得Fe3O4的特征峰发生了偏移，同时1 041.90 cm-1处为-C-O-C-的伸缩振动，说明产物中甘露低聚糖之间发生了交联反应，表明甘露低聚糖包裹在Fe3O4的外表面上.

2.3 X-衍射图谱分析

由图5和图6可以得出，甘露低聚糖磁性微球中包含了甘露低聚糖的衍射峰(13.2o，20.9o，23.6o)，但是和甘露低聚糖中的衍射峰(12.8o，14o，22.5o)相比发生了偏移；Fe3O4的衍射峰(35o，41.8o，50.2o，74o)在甘露低聚糖磁性微球中发生的偏移为34.2o，40.8o，49.5o，73.5o，说明甘露低聚糖已经包裹在Fe3O4的表面.

图7 甘露低聚糖磁性微球的X-衍射图谱

2.4 SEM图片

图8 Fe3O4 SEM图片(×20 k) 图9 甘露低聚糖磁性微球SEM图片(×100)

由图8 Fe3O4的SEM图片和图9～图11 3个不同放大倍数的甘露低聚糖磁性微球的SEM照片可以看出，甘露低聚糖磁性微球呈球形较好，分散性较好，平均粒径在1.51 μm，和粒径分析的粒径相一致，同时结合红外图谱、X-衍射图谱，说明甘露低聚糖已包裹在Fe3O4的外表面上.

图10 甘露低聚糖磁性微球SEM图片(×1 k) 图11 甘露低聚糖磁性微球SEM图片(×20 k)

3 结论

(1) 利用化学共沉法制备出了Fe3O4粒子，再利用反相包埋法制备出了甘露低聚糖磁性微球.

(2) 通过红外图谱和X-衍射图谱可以观察到，甘露低聚糖磁性微球的结构是以Fe3O粒子为中心，外面是甘露低聚糖通过醚键交联形成的膜复合结构；通过粒径分析可观察到，甘露低聚糖磁性微球的平均粒径是Fe3O4平均粒径的15倍多，这表明了在Fe3O4外层包裹了一层甘露低聚糖，且平均粒径在1.5 μm左右；通过扫描电镜图可以直观的看出Fe3O4外面包有一层甘露低聚糖，且平均粒径也在1.5 μm左右，这与粒径分析得到的结果一致，且分散性和成球性较好.

参考文献

[1] 陈小兵, 丁宏标, 乔 宇. 甘露低聚糖的益生作用、免疫机制与应用技术[J]. 营养与饲料, 2005, 32(8): 6-8.

[2] 黄 琼, 陈龙全. 魔芋葡甘露聚糖的药理作用[J]. 湖北民族学院学报, 2008, 25(2): 85-86.

[3] Guo Zheng, Bai Shu, Sun Yan. Preparation and characterization of immobilized lipase on magnetic hydrophobic microspheres[J]. Enzyme and Microbial Technology, 2003, 32: 776-782.

[4] Sinha V. R, Singla. A. K, Wadhawan. S,etal. Chitosan microspheres as a potential carrier for drugs[J]. Int J. Pham., 2004, 274(1): 1-33.

[5] 吴 颉, 王 君, 景晓燕,等. 磁性高分子复合徽球的制备及应用[J].化工新型材料, 2002, 30(8): 23-26.

[6] S. A. vivi (Levi), I Felner, INovik. The preparation of magnetic proteinaceous microspheres using the sonochemical method[J]. Biochimica et Biophysica Acta, 2001, 1 527: 123-129.

[7] 刘小平，王 莹，鄢烈祥,等. 苦参碱磁性壳聚糖微球制备工艺的筛选[J].中药材, 2007, 30(1): 82-85.

[8] 朱玉光, 李 玮. 磁性高分子微球的制备及其在生物医学上的应用[J]. 胶体与聚合物, 2006, 24(4): 43-45.