探究磁場如何將球形磁性複合微粒改造為旋轉性能更強的橢球形

2021-02-15 英都斯特

聚合物基磁性複合微粒是以高聚物為基體與磁性功能體複合而成的一種新興材料。具有聚合物材料的易官能化、易成型和優良的加工性能,嵌入磁性納米結構實現磁場驅動,廣泛應用於電子電氣、生物醫學及有機合成等諸多領域。

聚合物基磁性複合微粒在微流控技術和晶片實驗室中具有重要作用。磁性微粒通過共聚合和表面改性後具有多種活性功能基團,快速且特異地結合酶、細胞、抗體等生物活性物質,與靶物質結合形成新的複合物,在外加磁場作用下,實現複合物的快速定位、導向、連接或組分分離。

在微流控技術中實現多相流體的快速混合是關鍵。一個能夠旋轉的磁性微粒幾乎可以在任何環境下產生湍流,湍流有助於吸附,防止目標物聚集並粘附在容器壁上。目前大多採用球形超順磁性Fe3O4納米微粒,磁各向異性較弱,需要較高的磁場來導向磁性納米微粒的內部磁矩使其發生自旋,低場強磁場下難以實現流體環境中微粒的穩定運動。微粒的磁各向異性可以通過製造非球形形狀或非均勻表面來實現。

英國牛津大學Sonia團隊在材料科學期刊Applied Materials Today在線發表了題為「Polymeric microellipsoids with programmed magnetic anisotropy for controlled rotation using low (≈10 mT) magnetic fields」的文章,以聚己內酯為基質,採用水包油乳液法製備橢球形磁性複合微粒。在具有生物相容性的聚己內酯晶格結構中嵌入磁性Fe3O4納米線,施加磁場定向排列納米線,使磁性複合微粒呈橢球形,產生磁各向異性。並在0.1~20 mT的不同頻率(1 Hz和5 Hz)的旋轉磁場下驗證橢球形磁性複合微粒的旋轉特性及其應用價值。

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