磁性微粒制備方法及應用研究

西安思源學院 楊宏偉

一、概論

磁性微粒的結構特點為：微粒的一端具有磁性，在磁場的作用下產生隨動，另一端是功能親和層，不同的工作任務其功能基是不同的，如磁性麼粒，功能基就是硅酸鹽類磨料，在磁場中形成磁刷，對被加工實施光整加工；又如磁性靶向藥物定向移動技術，就是利用磁性微粒在磁場中定向移動實現對病灶的探測甚至治療。對磁性微粒的研究是一種超前戰略眼光的新工藝、新方法。

磁性微粒制備的總體思路為：將粒徑不同的磁性粒子與有機或無機粘性物（功能基）復合形成的一種磁性材料，它具備磁效應的同時，與不同的功能基搭配從而形成了不同的功能效應。磁力強弱取決于磁性微粒的粒徑尺寸，應根據實際應用場景具體選擇。

本文主要介紹磁性微粒的制取方法和幾種典型應用實例，充分體現該微粒研究的必要性和技術的先進性。

二、磁粒制備技術分析

（一）包埋法

利用超聲波把反應制得的液態磁性微粒均勻分散在高分子材料中，再對含有磁粒的高分子材料進行一系列工藝處理即得原始磁性微粒。這些工藝包括：霧化處理、絮凝處理、沉積處理、液體蒸發四個工藝流程。此法工藝流程比較成熟，制備的磁粒性能穩定。

該法制備的磁性微粒磁性較高，為了達到外殼功能層和磁芯的緊密結合，實驗室常常采用稀鹽酸對外殼進行清洗，再把清洗過的空殼和苯胺基體一并溶解在氨水中，即刻進行超聲振動，再加入適量的FeCl2·4H2O和 FeCl3·6H2O水溶液，在常溫下攪拌10小時，使其充分混合，不久將會看見稠絮狀的生成物，對這種產物進行過濾、洗劑、干燥處理，便可制得聚苯胺與Fe3O4的混合微粒，即磁性微粒。實驗室測得這種微粒場強為8.32emu/g,比普通微粒磁性都要大。

包埋法技術要領為：利用分子之間產生的范德華力使得磁粒與高分子材料緊密結合，這種外殼功能基和磁芯聚合形成的共價鍵，結合牢固，外力難以破壞使之分離，因此性能穩定，可靠性高。

（二）溶液聚合法

此法是在溶劑中進行的，參與反應的各單體在一定的條件下聚合生成新的產物，若新產物溶于溶劑則稱為溶液聚合，若不溶于溶劑則稱之為沉淀聚合，對沉淀物進行沉淀、過濾、洗劑、干燥工藝處理可得制品。常用制備方法如下：乳液聚合法、分散聚合法。

1.乳液聚合法：聚甲基丙烯酸縮水甘油酯為本方法制備的磁性微粒，磁粒粒徑70--80納米，粒徑均勻，磁性強度大，是生物醫學實驗磁性微粒最佳選擇。

制備流程如下：先期制備6納米的羧甲基葡聚糖磁性氧化鐵粒子，把甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)作為單體，以烷基酚聚氧乙烯醚磺酸鈉為乳化劑，在一定條件下對各反應物進行乳化聚合，最后經過過濾、洗劑、干燥處理，可得到性能穩定的磁性微粒---聚甲基丙烯酸縮水甘油酯。

2.分散聚合法：采用此法制備的磁性微粒分布較窄，主要應用于傳感器、儀器儀表、離子打印等方面。 其工藝過程如下：把溶解在有機溶劑中的各單體，在穩定劑參與下，聚合形成不溶性的聚合物而分散在連續相中，對其進行后處理，既得粒徑為0.5--10微米、穩定性好的微粒。單體的分散是借高濃度的分散劑和攪拌進行的，制得的膠乳微粒粒徑較小。缺點是磁分離較難。

（三）溶劑熱法

以水熱法為基礎，把參與反應的介質換成了有機溶劑，而反應的機理基本雷同。其主要反應過程如下：把一種或幾種單體溶解在有機溶劑中，在溶液臨界條件下，反應物分散在有機溶劑中表現活躍，反應即刻進行，并伴隨有產物不斷生成。反應過程可以通過液體濃度或液體臨界條件得以控制。

該法流程短、簡操作、產能高、成本低，是制備磁性微粒的最佳方案。

三、磁性磨粒應用

（一）在精密機械加工方面應用

磁力研磨 (Magnetic Abrasive Finishing，簡稱MAF) 加工技術，該方法是光整加工范疇研發的一種新工藝、新技術。它是利用作用于磨具和工件之間的外加磁場力吸引磁性磨粒 ，形成“柔性磁刷”，磁刷可長可短，可粗可細，尤其對內溝槽、窄縫、死角這些常規方法難以加工部位進行磨削以改善工件表面質量。

該法具有較好的柔性、自適應性、自銳性、可控性。溫升小、無變質層、加工質量高、效率高和工具無需進行磨損補償、無需修形等特點，廣泛地應用于機械、模具、汽車、軸承、半導體和航空等制造行業。

（二）在生物醫學領域方面應用

近年來，醫學界在臨床上對病灶分析、檢測，甚至治療時，采用了一種新型的微觀技術，即納米級的磁性微粒和生物醫學工程的探測裝置有效搭接，可實現對諸如細胞分離、蛋白質分離、固定酶、靶向藥物定向移動及生化檢測等高新技術的應用。

其技術要領是：把磁性微粒作為工程上的微小要素，并使微粒的磁感應層和生化親和層緊密結合，在外加磁場作用下，迅速、定向移動，實現醫學生化功能要求。

這種方法已廣泛應用于細胞分離、放射免疫、蛋白酶免疫測定、病原體檢測和核酸純化。

作為新型醫學技術創新，渴望給人類生命健康帶來更多的福音。

（三）在環保節能領域方面應用

工業上凈化水常常利用基聚丙烯酸磁性微粒(NDMP)吸附水中雜質的。通過懸浮聚合、氨化處理、烷基化處理，可制備基聚丙烯酸磁粒(NDMP)磁性微粒，再采用硅烷偶聯劑對磁性微粒Fe3O4進行表面修飾，即可投入使用。

四、結語

磁性微粒作為新型材料已經被許多行業認可，并日趨受到重視。磁性微粒的制備方法主要有：包埋法、單體聚合法、熱溶劑法及化學沉淀法。其特征主要有：磁力可控制性好、磁性穩定、磁性微粒粒徑均勻等優點。目前該微粒在機械精密加工領域、在生物醫藥化學領域、在物理學研究領域引起了強烈的反響，發揮著越來越大的作用。

磁性微粒的研究領域正在向更高、更深層次拓展。目前磁粒在醫學方面主要攻克的技術難點就是毒性過大引起生物體中毒問題、磁粒結構不對稱對磁學性質影響等問題，這些都是磁性微粒將來需要研究攻克的重點和方向，相信隨著這些難題的解決、技術的日益成熟將會為人類福祉做出更大貢獻。