磁性微粒制备方法及应用研究

西安思源学院 杨宏伟

一、概论

磁性微粒的结构特点为：微粒的一端具有磁性，在磁场的作用下产生随动，另一端是功能亲和层，不同的工作任务其功能基是不同的，如磁性麽粒，功能基就是硅酸盐类磨料，在磁场中形成磁刷，对被加工实施光整加工；又如磁性靶向药物定向移动技术，就是利用磁性微粒在磁场中定向移动实现对病灶的探测甚至治疗。对磁性微粒的研究是一种超前战略眼光的新工艺、新方法。

磁性微粒制备的总体思路为：将粒径不同的磁性粒子与有机或无机粘性物（功能基）复合形成的一种磁性材料，它具备磁效应的同时，与不同的功能基搭配从而形成了不同的功能效应。磁力强弱取决于磁性微粒的粒径尺寸，应根据实际应用场景具体选择。

本文主要介绍磁性微粒的制取方法和几种典型应用实例，充分体现该微粒研究的必要性和技术的先进性。

二、磁粒制备技术分析

（一）包埋法

利用超声波把反应制得的液态磁性微粒均匀分散在高分子材料中，再对含有磁粒的高分子材料进行一系列工艺处理即得原始磁性微粒。这些工艺包括：雾化处理、絮凝处理、沉积处理、液体蒸发四个工艺流程。此法工艺流程比较成熟，制备的磁粒性能稳定。

该法制备的磁性微粒磁性较高，为了达到外壳功能层和磁芯的紧密结合，实验室常常采用稀盐酸对外壳进行清洗，再把清洗过的空壳和苯胺基体一并溶解在氨水中，即刻进行超声振动，再加入适量的FeCl2·4H2O和 FeCl3·6H2O水溶液，在常温下搅拌10小时，使其充分混合，不久将会看见稠絮状的生成物，对这种产物进行过滤、洗剂、干燥处理，便可制得聚苯胺与Fe3O4的混合微粒，即磁性微粒。实验室测得这种微粒场强为8.32emu/g,比普通微粒磁性都要大。

包埋法技术要领为：利用分子之间产生的范德华力使得磁粒与高分子材料紧密结合，这种外壳功能基和磁芯聚合形成的共价键，结合牢固，外力难以破坏使之分离，因此性能稳定，可靠性高。

（二）溶液聚合法

此法是在溶剂中进行的，参与反应的各单体在一定的条件下聚合生成新的产物，若新产物溶于溶剂则称为溶液聚合，若不溶于溶剂则称之为沉淀聚合，对沉淀物进行沉淀、过滤、洗剂、干燥工艺处理可得制品。常用制备方法如下：乳液聚合法、分散聚合法。

1.乳液聚合法：聚甲基丙烯酸缩水甘油酯为本方法制备的磁性微粒，磁粒粒径70--80纳米，粒径均匀，磁性强度大，是生物医学实验磁性微粒最佳选择。

制备流程如下：先期制备6纳米的羧甲基葡聚糖磁性氧化铁粒子，把甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)作为单体，以烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠为乳化剂，在一定条件下对各反应物进行乳化聚合，最后经过过滤、洗剂、干燥处理，可得到性能稳定的磁性微粒---聚甲基丙烯酸缩水甘油酯。

2.分散聚合法：采用此法制备的磁性微粒分布较窄，主要应用于传感器、仪器仪表、离子打印等方面。 其工艺过程如下：把溶解在有机溶剂中的各单体，在稳定剂参与下，聚合形成不溶性的聚合物而分散在连续相中，对其进行后处理，既得粒径为0.5--10微米、稳定性好的微粒。单体的分散是借高浓度的分散剂和搅拌进行的，制得的胶乳微粒粒径较小。缺点是磁分离较难。

（三）溶剂热法

以水热法为基础，把参与反应的介质换成了有机溶剂，而反应的机理基本雷同。其主要反应过程如下：把一种或几种单体溶解在有机溶剂中，在溶液临界条件下，反应物分散在有机溶剂中表现活跃，反应即刻进行，并伴随有产物不断生成。反应过程可以通过液体浓度或液体临界条件得以控制。

该法流程短、简操作、产能高、成本低，是制备磁性微粒的最佳方案。

三、磁性磨粒应用

（一）在精密机械加工方面应用

磁力研磨 (Magnetic Abrasive Finishing，简称MAF) 加工技术，该方法是光整加工范畴研发的一种新工艺、新技术。它是利用作用于磨具和工件之间的外加磁场力吸引磁性磨粒 ，形成“柔性磁刷”，磁刷可长可短，可粗可细，尤其对内沟槽、窄缝、死角这些常规方法难以加工部位进行磨削以改善工件表面质量。

该法具有较好的柔性、自适应性、自锐性、可控性。温升小、无变质层、加工质量高、效率高和工具无需进行磨损补偿、无需修形等特点，广泛地应用于机械、模具、汽车、轴承、半导体和航空等制造行业。

（二）在生物医学领域方面应用

近年来，医学界在临床上对病灶分析、检测，甚至治疗时，采用了一种新型的微观技术，即纳米级的磁性微粒和生物医学工程的探测装置有效搭接，可实现对诸如细胞分离、蛋白质分离、固定酶、靶向药物定向移动及生化检测等高新技术的应用。

其技术要领是：把磁性微粒作为工程上的微小要素，并使微粒的磁感应层和生化亲和层紧密结合，在外加磁场作用下，迅速、定向移动，实现医学生化功能要求。

这种方法已广泛应用于细胞分离、放射免疫、蛋白酶免疫测定、病原体检测和核酸纯化。

作为新型医学技术创新，渴望给人类生命健康带来更多的福音。

（三）在环保节能领域方面应用

工业上净化水常常利用基聚丙烯酸磁性微粒(NDMP)吸附水中杂质的。通过悬浮聚合、氨化处理、烷基化处理，可制备基聚丙烯酸磁粒(NDMP)磁性微粒，再采用硅烷偶联剂对磁性微粒Fe3O4进行表面修饰，即可投入使用。

四、结语

磁性微粒作为新型材料已经被许多行业认可，并日趋受到重视。磁性微粒的制备方法主要有：包埋法、单体聚合法、热溶剂法及化学沉淀法。其特征主要有：磁力可控制性好、磁性稳定、磁性微粒粒径均匀等优点。目前该微粒在机械精密加工领域、在生物医药化学领域、在物理学研究领域引起了强烈的反响，发挥着越来越大的作用。

磁性微粒的研究领域正在向更高、更深层次拓展。目前磁粒在医学方面主要攻克的技术难点就是毒性过大引起生物体中毒问题、磁粒结构不对称对磁学性质影响等问题，这些都是磁性微粒将来需要研究攻克的重点和方向，相信随着这些难题的解决、技术的日益成熟将会为人类福祉做出更大贡献。