本发明涉及磁性纳米颗粒的制备及应用，具体涉及一种基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备及其在提纯菊花总黄酮中的应用。
背景技术：
菊花为多年生宿根花卉，是我国传统名花，其品种多达30000多种，常见的菊花品种有杭白菊、贡菊、滁菊、怀菊等。现代药理学研究证明，菊花具有疏风、清热、明目、解毒等多种药理功效，具有很高的药用价值。菊花主要含有黄酮类、挥发油、绿原酸及萜类等成分，其中黄酮类化合物是菊花中含量丰富的重要活性成分，也是天然提取物的重要来源之一。菊花总黄酮类化合物主要有木犀草素、芹菜素、槲皮素等黄酮苷元，可诱导低密度脂蛋白受体抑制胆固醇增多和清除氧自由基。因此，菊花总黄酮提取物具有抗炎、抗菌、抗癌和治疗高血压、冠心疾病等重要的药理学功效，在食品、药品、化妆品等行业有着巨大的应用潜力。
传统的提取纯化黄酮的方法有：1、大孔吸附树脂柱层析法；2、醇提取法，黄酮类物质提取经常使用的溶剂是丙酮、甲醇和乙醇；3、超声波辅助提取法，工作原理是利用超声波使植物的细胞壁、细胞膜等结构遭到破坏，使细胞中的活性成分溶出；4、酶浸渍萃取法，是指在提取黄酮类物质的过程当中，人为地采用适当的酶加入反应过程中，使其产生转糖和酶解反应，使得植物组织得到分解，使油溶性的总黄酮变为较易溶于水的糖苷类，得到提取；5.超临界萃取法，通常选取co2为超临界溶剂。上述方法往往需要多种方法相互配合才能得到一定纯度的总黄酮类化合物，随着提取步骤的增加和制备时间的延长，存在有机溶剂用量大，提取率不高，破坏植物中有效成分等问题，使其应用效果和适用范围受到影响，因此快速高效的提取总黄酮类化合物具有重要的意义。
磁性纳米粒子具有超顺磁性和磁场响应，在生物和生物医学领域具有广阔的应用前景。现有技术中记载了将磁性粒子作为吸附剂用于提取黄酮，例如申请号为201810154132.8的专利《一种从太行菊中提取太行菊总黄酮的方法》公开了“采用高压匀浆方法从太行菊中提取黄酮获得粗提液，然后使用所制备的磁性分子印迹聚合物吸附粗提液中的黄酮”的方法，其给出了利用磁性粒子作为吸附剂提取太行菊总黄酮的思路，但这种方法是在磁性粒子表面修饰特定的模板分子，这种分子印迹的模板分子特异性高，一个模板只能定向吸附一种物质，吸附剂可使用范围窄，像菊花总黄酮类化合物主要有木犀草素、芹菜素、槲皮素等黄酮苷元，采用这种方法需要针对每一种成分制备模板分子，制备工艺繁琐。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备方法简单且适用范围广的磁性纳米粒子，这种磁性纳米粒子可吸附多种物质，制备周期短。
本发明的目的还在于提供一种改性的磁性纳米粒子，可用于提纯菊花总黄酮。
本发明的目的还在于提供一种利用微波辅助改性的磁性纳米粒子提纯菊花总黄酮的方法，其能有效提高菊花总黄酮提纯分离效率。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其具体步骤是：
a、向四氧化三铁磁性粒子的碱性水溶液中加入带有反应基团的高分子改性剂，搅拌形成混合液；
b、将所述混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，设置微波消解器功率为600～1200w，于180～220℃反应12～20h；
c、反应结束后，冷却至室温，除去上层废液，将沉淀固体洗涤，离心，除去上清液，将所得到的固体置于冷冻干燥机中冻干3～6h，常温避光保存，即得到粒径为200～800nm的微波辅助改性的磁性纳米粒子；
其中，所述碱性水溶液的ph值为7～10，所述反应基团包括羟基、羧基、羰基、酯基或氨基中一种或几种。
优选的是，步骤a中所述四氧化三铁磁性粒子的碱性水溶液通过以下步骤制得：
步骤一、将含铁离子的水合盐加入到去离子水中，室温下，350r/min搅拌10～15min；
步骤二、步骤一待溶解后，边搅拌边加入还原剂，调节转速至1200～1600r/min，继续搅拌15～30min；
步骤三、步骤二溶液溶解后加入碱液调节溶液的ph值至7～10，以800r/min搅拌10min，得到所述四氧化三铁磁性粒子的碱性水溶液；
其中，所述含铁离子的水合盐为fecl3·6h2o与fecl2·4h2o或feso4·7h2o中一种或两种的混合液，所述含铁离子的水合盐浓度为0.05～0.25mol/l。
优选的是，所述还原剂为乙二醇、没食子酸丙酯、亚硫酸氢钠、柠檬酸亚锡二钠中的一种或多种，所述还原剂浓度为0.15～0.20mol/l。
优选的是，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化四甲铵、醋酸钠中的一种或多种。
优选的是，步骤a中，所述高分子改性剂为聚丙烯酸、聚乙烯醇、壳聚糖、淀粉、大豆蛋白中的一种或多种，所述高分子改性剂占所述混合液溶质总质量的百分比为10.6～18.5％。
优选的是，步骤a在800～1200r/min条件下搅拌25～45min，充分混匀，得到所述混合液。
优选的是，步骤c中将所述沉淀固体转移至离心管中，所述沉淀固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤3～6次，离心转速为5000～12000r/min，离心10～25min。
本发明还提供了一种基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的应用，其采用上述制得的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子对菊花总黄酮进行提纯，其步骤如下：
第一步、将新鲜的菊花烘干脱水，制成菊花干粉；
第二步、向第一步制得的菊花干粉中加入乙醇溶液，搅拌均匀，静置，离心，收集清液；
第三步、在第二步溶液中加入微波辅助改性的磁性纳米粒子，摇床室温振荡，使磁性纳米粒子均匀分散，设置温度30～60℃，匀速振荡0.5～5h；
第四步、离心分离出吸附了菊花总黄酮的磁性纳米粒子，加入酸性洗脱溶剂，室温下，振荡洗脱，收集上清液即得提纯的菊花总黄酮溶液；
其中，所述菊花干粉与所述磁性纳米粒子的质量比为1～4：100。
优选的是，基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的应用，其采用上述制得的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子对菊花总黄酮进行提纯，其具体步骤如下：
ⅰ、取新鲜的菊花烘干脱水，将干菊花粉碎成粉末，制成菊花干粉；
ⅱ、取所述菊花干粉2.5g，加入一定浓度和体积的乙醇溶液，搅拌均匀，静置30～60min，向规格为50ml的离心管中加入不超过35ml的溶液，放入离心机离心，转速3000～5000r/min，时间8～20min，离心后，收集清液；其中，所述乙醇溶液为50％乙醇20ml、60％乙醇30ml、70％乙醇35ml、80％乙醇40ml或90％乙醇45ml中的一种；
ⅲ、向ⅱ中所述清液中加入微波辅助改性的磁性纳米粒子，采用摇床在室温下振荡，使所述磁性纳米粒子均匀分散；之后设置温度30～60℃，匀速振荡，利用所述磁性纳米粒子吸附菊花总黄酮0.5～5h；
ⅳ、在转速5000r/min下，分离出吸附了菊花总黄酮的磁性纳米粒子，向磁性纳米粒子中加入酸性洗脱溶剂，室温下，振荡洗脱，将菊花总黄酮从磁性纳米材料上洗脱下来，收集上清液即得提纯的菊花总黄酮溶液；
其中，所述酸性洗脱溶剂是采用酸液调节洗脱溶剂的ph至1～5所得，所述洗脱溶剂为甲醇、乙醇或水的一种，所述酸液为醋酸、柠檬酸、没食子酸中的一种或多种。
优选的是，所述菊花干粉与所述磁性纳米粒子的质量比为2～3：100。
本案给出的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子具有以下有益效果：
1)本案使用微薄消解器辅助合成磁性纳米粒子，微波加热是一种直接的体加热的方式，微波可以穿入试液的内部，试液吸收了微波的能量温度升高，同时，试液中的带电粒子(离子、水合离子等)在微波场中随着微波的频率而快速变换取向，来回转动迁移，使分子间相互碰撞摩擦，试样温度升高，相当于试剂与试样的表面都在不断更新，试样表面不断接触新的试剂，促使试剂与试样的化学反应加速进行，能降低反应活化能，改变反应动力学状况；另外，微波可以对极性物质选择性加热，极性大的物质吸收微波能力较好，可提高反应速率，极性小的物质吸收微波效果较差，化学反应速率慢；由于微波特殊的内外同时作用的加热方式，提高反应产率，实现常规加热无法完成的接枝反应，通过粒子间的碰撞，产生弱氢键破裂、离子迁移，修饰基团更准确的接枝到磁性纳米粒子表面，使反应更加充分，合成的粒子均匀，性能稳定；
2)本案中改性剂是采用高分子聚合物改性磁性纳米粒子，可引入大量-oh、-cooh、c＝o、-nh2等官能团，在静电作用以及范德华力调控自组装作用下，提高磁性纳米粒子的吸附性和稳定性，对目标物进行吸附分离具有良好的效果；
3)本案中改性剂所采用的高分子聚合物安全无毒，为食品级试剂；
4)本发明利用微波辅助制备改性磁性纳米粒子，可通过合成工艺调节磁性纳米粒子表面吸附的基团类型和分散性，可有效吸附菊花总黄酮；
5)本发明以磁性纳米粒子为吸附介质，大大简化了提纯步骤，易于洗脱分离反复使用，降低成本，有效提高菊花总黄酮提纯分离效率；
6)本发明利用微波辅助改性的磁性纳米粒子提纯菊花总黄酮的工艺简单，操作方便，反应条件温和，易于工业生产和大规模应用。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的微波辅助改性的磁性纳米粒子扫描电镜图；
图2为本发明实施例1提纯菊花总黄酮的高效液相色谱图；
图3为本发明实施例2所制备的微波辅助改性的磁性纳米粒子扫描电镜图；
图4为本发明实施例2提纯菊花总黄酮的高效液相色谱图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1：
将fecl3·6h2o和fecl2·4h2o加入到80ml去离子水中，铁离子浓度为0.05mol/l。室温下，350r/min搅拌10min，待溶解后，边搅拌边加入还原剂乙二醇和柠檬酸亚锡二钠，还原剂浓度为0.15mol/l，调节转速至1200r/min，继续搅拌15min，溶解后加入氢氧化钠和醋酸钠调节溶液的ph值为8，800r/min搅拌10min，然后加入聚丙烯酸和大豆蛋白，占溶质总质量的百分比为10.6％，在800r/min条件下搅拌45min，使其充分混匀。将上述混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，设置微波消解器功率600w，于180℃反应20h。反应结束后，冷却至室温，除去上层废液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，转速为5000r/min，离心25min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于冷冻干燥机中冻干3h，常温避光保存，即得到微波辅助改性的磁性纳米粒子。
新鲜菊花烘干脱水，将干菊花粉碎成粉末，取菊花干粉2.5g，加入60％乙醇30ml，搅拌均匀，静置30min。向规格为50ml的离心管中加入不超过35ml的溶液，放入离心机离心，转速3000r/min，时间20min，离心后，收集清液。
在上述溶液中加入微波辅助改性的磁性纳米粒子，菊花干粉与磁性纳米粒子的质量比为4：100。摇床室温振荡，使磁性纳米粒子均匀分散，设置温度60℃，匀速振荡，利用磁性纳米粒子吸附菊花总黄酮5h。在转速5000r/min下，分离出吸附了菊花总黄酮的磁性纳米粒子，向磁性纳米粒子中加入ph为5的没食子酸-甲醇洗脱溶剂，室温下，振荡洗脱，将菊花总黄酮从磁性纳米材料上洗脱下来，磁铁分离，收集上清液即得提纯的菊花总黄酮溶液。
经测试，图1所示为上述微波辅助改性的磁性纳米粒子扫描电镜图，其直径为200nm左右，图2所示为释放后菊花总黄酮的高效液相色谱图，提纯分离菊花总黄酮的效率为41％。
实施例2：
将fecl3·6h2o、fecl2·4h2o、feso4·7h2o加入到80ml去离子水中，铁离子浓度为0.15mol/l。室温下，350r/min搅拌15min，待溶解后，边搅拌边加入没食子酸丙酯、亚硫酸氢钠和柠檬酸亚锡二钠作为还原剂，还原剂浓度为0.18mol/l，调节转速至1500r/min，继续搅拌25min，溶解后加入氢氧化钾和氢氧化四甲铵调节溶液的ph值为9，800r/min搅拌10min，然后加入聚乙烯醇、壳聚糖和淀粉，占溶质总质量的百分比为16.0％，在1100r/min条件下搅拌40min，使其充分混匀。将上述混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，设置微波消解器功率1000w，于200℃反应16h。反应结束后，冷却至室温，除去上层废液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤5次，转速为10000r/min，离心10min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于冷冻干燥机中冻干5h，常温避光保存，即得到微波辅助改性的磁性纳米粒子。
新鲜菊花烘干脱水，将干菊花粉碎成粉末，取菊花干粉2.5g，加入80％乙醇40ml，搅拌均匀，静置40min。向规格为50ml的离心管中加入不超过35ml的溶液，放入离心机离心，转速5000r/min，时间10min，离心后，收集清液。
在上述溶液中加入微波辅助改性的磁性纳米粒子，菊花干粉与磁性纳米粒子的质量比为2：100。摇床室温振荡，使磁性纳米粒子均匀分散，设置温度40℃，匀速振荡，利用磁性纳米粒子吸附菊花总黄酮3h。在转速5000r/min下，分离出吸附了菊花总黄酮的磁性纳米粒子，向磁性纳米粒子中加入ph为2的醋酸-水洗脱溶剂，室温下，振荡洗脱，将菊花总黄酮从磁性纳米材料上洗脱下来，磁铁分离，收集上清液即得提纯的菊花总黄酮溶液。
经测试，图3所示为上述微波辅助改性的磁性纳米粒子扫描电镜图，其直径为400nm左右，图4所示为释放后菊花总黄酮的高效液相色谱图，提纯分离菊花总黄酮的效率为96％。
实施例3：
将fecl3·6h2o和fecl2·4h2o加入到80ml去离子水中，铁离子浓度为0.25mol/l。室温下，350r/min搅拌15min，待溶解后，边搅拌边加入还原剂乙二醇和亚硫酸氢钠，还原剂浓度为0.20mol/l，调节转速至1600r/min，继续搅拌30min，溶解后加入氢氧化钠调节溶液的ph值为10，800r/min搅拌10min，然后加入聚乙烯醇和大豆蛋白，占溶质总质量的百分比为18.5％，在900r/min条件下搅拌30min，使其充分混匀。将上述混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，设置微波消解器功率1200w，于220℃反应12h。反应结束后，冷却至室温，除去上层废液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤6次，转速为12000r/min，离心10min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于冷冻干燥机中冻干3h，常温避光保存，即得到微波辅助改性的磁性纳米粒子。
新鲜菊花烘干脱水，将干菊花粉碎成粉末，取菊花干粉2.5g，加入90％乙醇45ml，搅拌均匀，静置60min。向规格为50ml的离心管中加入不超过35ml的溶液，放入离心机离心，转速5000r/min，时间8min，离心后，收集清液。
在上述溶液中加入微波辅助改性的磁性纳米粒子，菊花干粉与磁性纳米粒子的质量比为1：100。摇床室温振荡，使磁性纳米粒子均匀分散，设置温度30℃，匀速振荡，利用磁性纳米粒子吸附菊花总黄酮1h。在转速5000r/min下，分离出吸附了菊花总黄酮的磁性纳米粒子，向磁性纳米粒子中加入ph为4的柠檬酸-乙醇洗脱溶剂，室温下，振荡洗脱，将菊花总黄酮从磁性纳米材料上洗脱下来，磁铁分离，收集上清液即得提纯的菊花总黄酮溶液。
经测试，提纯分离菊花总黄酮的效率为80％。
本发明制备得到的微波辅助改性的磁性纳米粒子，通过不同工艺参数和改性剂的添加，调节静电吸附作用和范德华力，以适应不同物质的吸附，可以用于不同植物的总黄酮吸附提纯条件，满足实际需要。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
1.一种基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，具体步骤是：
a、向四氧化三铁磁性粒子的碱性水溶液中加入带有反应基团的高分子改性剂，搅拌形成混合液；
b、将所述混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，设置微波消解器功率为600～1200w，于180～220℃反应12～20h；
c、反应结束后，冷却至室温，除去上层废液，将沉淀固体洗涤，离心，除去上清液，将所得到的固体置于冷冻干燥机中冻干3～6h，常温避光保存，即得到粒径为200～800nm的微波辅助改性的磁性纳米粒子；
其中，所述碱性水溶液的ph值为7～10，所述反应基团包括羟基、羧基、羰基、酯基、氨基。
2.根据权利要求1所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤a中所述四氧化三铁磁性粒子的碱性水溶液通过以下步骤制得：
步骤一、将含铁离子的水合盐加入到去离子水中，室温下，350r/min搅拌10～15min；
步骤二、步骤一待溶解后，边搅拌边加入还原剂，调节转速至1200～1600r/min，继续搅拌15～30min；
步骤三、步骤二溶液溶解后加入碱液调节溶液的ph值至7～10，以800r/min搅拌10min，得到所述四氧化三铁磁性粒子的碱性水溶液；
其中，所述含铁离子的水合盐为fecl3·6h2o与fecl2·4h2o或feso4·7h2o中一种或两种的混合液，所述含铁离子的水合盐浓度为0.05～0.25mol/l。
3.根据权利要求2所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述还原剂为乙二醇、没食子酸丙酯、亚硫酸氢钠、柠檬酸亚锡二钠中的一种或多种，所述还原剂浓度为0.15～0.20mol/l。
4.根据权利要求2所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化四甲铵、醋酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述高分子改性剂为聚丙烯酸、聚乙烯醇、壳聚糖、淀粉、大豆蛋白中的一种或多种，所述高分子改性剂占所述混合液溶质总质量的百分比为10.6～18.5％。
6.根据权利要求1所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤a在800～1200r/min条件下搅拌25～45min，充分混匀，得到所述混合液。
7.根据权利要求1所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤c中将所述沉淀固体转移至离心管中，所述沉淀固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤3～6次，离心转速为5000～12000r/min，离心10～25min。
8.一种基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的应用，其特征在于，采用权利要求5制得的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子对菊花总黄酮进行提纯，其步骤如下：
第一步、将新鲜的菊花烘干脱水，制成菊花干粉；
第二步、向第一步制得的菊花干粉中加入乙醇溶液，搅拌均匀，静置，离心，收集清液；
第三步、在第二步溶液中加入微波辅助改性的磁性纳米粒子，摇床室温振荡，使磁性纳米粒子均匀分散，设置温度30～60℃，匀速振荡0.5～5h；
第四步、离心分离出吸附了菊花总黄酮的磁性纳米粒子，加入酸性洗脱溶剂，室温下，振荡洗脱，收集上清液即得提纯的菊花总黄酮溶液；
其中，所述菊花干粉与所述磁性纳米粒子的质量比为1～4：100。
9.根据权利要求8所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的应用，其特征在于，采用权利要求5制得的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子对菊花总黄酮进行提纯，具体步骤如下：
ⅰ、取新鲜的菊花烘干脱水，将干菊花粉碎成粉末，制成菊花干粉；
ⅱ、取所述菊花干粉2.5g，加入一定浓度和体积的乙醇溶液，搅拌均匀，静置30～60min，向规格为50ml的离心管中加入不超过35ml的溶液，放入离心机离心，转速3000～5000r/min，时间8～20min，离心后，收集清液；其中，所述乙醇溶液为50％乙醇20ml、60％乙醇30ml、70％乙醇35ml、80％乙醇40ml或90％乙醇45ml中的一种；
ⅲ、向ⅱ中所述清液中加入微波辅助改性的磁性纳米粒子，采用摇床在室温下振荡，使所述磁性纳米粒子均匀分散；之后设置温度30～60℃，匀速振荡，利用所述磁性纳米粒子吸附菊花总黄酮0.5～5h；
ⅳ、在转速5000r/min下，分离出吸附了菊花总黄酮的磁性纳米粒子，向磁性纳米粒子中加入酸性洗脱溶剂，室温下，振荡洗脱，将菊花总黄酮从磁性纳米材料上洗脱下来，收集上清液即得提纯的菊花总黄酮溶液；
其中，所述酸性洗脱溶剂是采用酸液调节洗脱溶剂的ph至1～5所得，所述洗脱溶剂为甲醇、乙醇或水的一种，所述酸液为醋酸、柠檬酸、没食子酸中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的基于微波辅助改性的磁性纳米粒子的应用，其特征在于，所述菊花干粉与所述磁性纳米粒子的质量比为2～3：100。
技术总结