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一种聚合物刷修饰的磁性复合微球及其制备方法与应用技术

技术编号:10664622 阅读:86 留言:0更新日期:2014-11-20 10:44
本发明专利技术提供了一种聚合物刷修饰的磁性复合微球及其制备方法和应用,聚合物刷修饰的磁性复合微球由内到外依次包括:聚合物内核、超顺磁性纳米颗粒外壳和聚合物刷,所述聚合物刷由含羧基的水溶性不饱和单体通过原子转移自由基聚合直接接枝到所述超顺磁性纳米颗粒外壳上。通过在磁纳米颗粒表面接枝聚合物刷,可以大大增加微球的比表面积以及蛋白结合位点,提高了蛋白与材料相接触的机会。另外,还便于在所述聚合物刷上进一步接枝特定的功能基团,提高微球与分离目标特异性结合的能力,实现更精细的分离目的。所述制备方法简单、提高了反应体系的稳定性、可操作性以及环境友好性,便于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物刷修饰的磁性复合微球及其制备方法与应用
本专利技术属于生物材料领域,涉及一种聚合物刷修饰的磁性复合微球及其制备方法与应用。技术背景超顺磁性纳米颗粒因其具有超顺磁性、良好的生物相容性、单分散性、粒径均一、表面易于功能化等特点,被广泛应用于磁共振显影、生物分离(细胞分离、蛋白分离等)、药物传递系统、磁热疗及基因治疗等生物医学方面。由于超顺磁性纳米颗粒的粒径很小,在用于生物分离时,在磁场作用下产生的磁作用力也很小,需要在很强的磁场下或作用很长时间才能达到较好的分离效果。目前,有部分研究者通过将超顺磁性纳米颗粒与聚合物混合制成复合微球(J.Polym.Sci.,PartA:Polym.Chem.2008,46,3900-3910)、(J.Mater.Chem.2006,16,4480-4487),来增加其在磁场作用下产生的磁作用力,使分离效率得到了提高。然而,这类复合微球仍然存在不足,由于超顺磁性纳米颗粒表面可以与被分离物结合的位点有限,且与目标特异性结合的能力差,主要是靠吸附作用进行较粗略的分离,其分离效果十分有限。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提供了一种聚合物刷修饰的磁性复合微球。本专利技术通过以下技术方案来实现:一种聚合物刷修饰的磁性复合微球,由内到外依次包括:聚合物内核、超顺磁性纳米颗粒外壳和聚合物刷,所述聚合物刷由含羧基的水溶性不饱和单体通过原子转移自由基聚合直接接枝到所述超顺磁性纳米颗粒外壳上。在微球表面接枝聚合物刷,可以大大增加微球的比表面积以及蛋白结合位点,提高了蛋白与材料相接触的机会。另外,还便于在所述聚合物刷上进一步接枝特定的功能基团,提高微球与分离目标特异性结合的能力,实现更精细的分离目的。选择含羧基的水溶性不饱和烃作为单体,一方面便于在水溶液中进行聚合,同时使聚合物刷表面含有大量羧基,增加了蛋白与微球结合的位点,同时便于进一步接枝其他功能基团进行改性。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,所述超顺磁性纳米颗粒外壳可以是集中分布在所述聚合物内核外围的壳层,也可以是超顺磁性纳米颗粒弥散分布在所述聚合物内核中并大量裸露在所述聚合物内核的外表面形成的嵌合在所述聚合物内核的外表面的壳层。作为可选,当超顺磁性纳米颗粒在微球表面形成多层密堆积的外壳,一方面有利于规则的球形结构,且有利于提高微球的磁响应能力,另一方面对高分子内壳形成严密的保护,减缓高分子材料的降解,且即使高分子材料部分降解也能保持其形状,不会立即崩塌,有利于延长复合微球的保存时间,更便于推广应用。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,所述聚合物内核表面含有羧基或羟基或氨基,羧基或羟基或氨基可以与超顺磁性纳米颗粒形成牢固的结合,使复合微球更稳定。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,所述聚合物内核可以是实心微球,也可以是空心微球。其中实心微球制备方便,而空心微球可以有效减轻微球的质量,提高微球的比饱和磁化强度。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,所述内核为疏水性聚合物,具体为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚丙烯中的一种或其共聚物。这类疏水性缩聚物有一定的刚性,具有良好的成球性,易与磁纳米颗粒复合,且毒性小。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,所述聚合物内核为疏水性单体与羧基、羟基、氨基化的亲水性单体的共聚物,具体为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚丙烯中的一种与丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物。这类疏水性单体经聚合之后具有良好的成球性,亲水性单体经聚合后易于功能化表面,便于形成磁性复合微球,其表面的羧基或羟基或氨基可以与超顺磁性纳米颗粒形成牢固的结合,使复合微球更稳定,毒性小、生物相容性好。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,所述聚合物刷修饰的磁性复合微球的平均粒径为300-500nm,其中聚合物刷层的厚度为10-70nm,比饱和磁化强度为12-40emu/g。所述尺寸和饱和磁化强度可根据应用需要灵活调整。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,超顺磁性纳米颗粒是四氧化三铁,伽马三氧化二铁或掺有如锰、钴或锌等金属元素的铁氧磁性纳米粒子中的至少一种。作为可选方式,在上述聚合物刷修饰的磁性复合微球中,所述含羧基的水溶性不饱和单体可以是甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、N.N-二甲基丙烯酸中的至少一种。本专利技术还提供了一种制备上述聚合物刷修饰的磁性复合微球的方法,具体步骤如下:1)获取具有聚合物内核和超顺磁性纳米颗粒外壳的磁性复合微球;2)对超顺磁性纳米颗粒外壳进行氯甲基化;3)将含羧基的水溶性不饱和单体通过原子转移自由基聚合直接接枝到所述超顺磁性纳米颗粒外壳上,形成聚合物刷。所述步骤1)中的磁性复合微球可以从市面上购买,也可以采用无皂乳液聚合(ColloidPolymSci.,2003,281:1076-1081)和微乳液聚合(J.Polym.Sci.,PartA:Polym.Chem.,2008,46,3900-3910)等常用方法制备。上述步骤2)中所述氯甲基化是将带羧基的氯代物与步骤1)中所述的具有聚合物内核和超顺磁性纳米颗粒外壳的磁性复合微球混合搅拌,进行配体交换反应,使所述氯代物中的羧基与超顺磁性纳米颗粒配位。作为可选,所述氯代物为氯乙酸或对氯甲基苯磺酸。作为可选方式,在上述制备方法中,所述步骤3)具体为:a.准备反应体系:在室温下将反应器抽真空、通氮气,至反应体系中无水无氧;b.在反应体系中,将CuCl2溶于水溶液,2,2-联吡啶溶于乙醇溶液,抗坏血酸溶于水溶液,在冰浴下依次注射到无水无氧的反应体系内;将氯甲基化的磁性复合微球注射到反应体系内,磁力搅拌,将所述水溶性不饱和单体的钠盐或钾盐溶于水溶液并逐滴滴加到反应体系中,撤去冰浴,室温反应4-8h。本方法采用CuCl2,2,2-联吡啶,抗坏血酸作为催化体系,其催化反应机理如下:原子转移自由基聚合(ATRP)制备的聚合物具有分子量可控调节剂分布较窄等特点,催化体系一般为金属离子(Cu(I))与配体(2,2-联吡啶,N,N,N',N',N''-五甲基二乙三胺)。现有的ATRP反应可以合成多种官能团的聚合物链,但其影响因素众多,特别是对无水无氧的操作,实施比较有难度。在以往的研究中,常以丙烯酸叔丁酯为单体进行ATRP反应而后再水解或热裂解来获得聚丙烯酸。这类反应一般在有机溶剂(甲苯、苯甲醚等)中进行,对环境污染较为严重,而且后续的水解或热裂解花费较长时间。选择水溶液为反应体系直接进行丙烯酸聚合是理想的解决办法,但是丙烯酸单体与金属离子的结合阻碍了配体与金属离子的结合而易使催化剂失活。在本专利技术的这一可选方式中,用水溶性不饱和单体的盐溶液作为反应物,解决了由于反应单体的离子化而与催化体系的金属离子的结合,从而影响催化效果;另外,我们用抗坏血酸在反应过程中将稳定性及水溶性良好的CuCl2还原成CuCl,而不是直接用难溶于水且对氧化剂敏感的CuCl,从而提高了反应体系的稳定性及可操作性。而且,本专利技术所述方法中,所述聚合反应以水为溶剂,无需加入有机溶剂,具有良好的环境友好性。作为可选方式,在上述制备方法中,所述催化体系中各组分的摩尔比范围如下,金属离子(CuCl2):配体(2,2-联吡啶)本文档来自技高网...
一种聚合物刷修饰的磁性复合微球及其制备方法与应用

【技术保护点】
一种聚合物刷修饰的磁性复合微球,其特征在于,所述复合微球由内到外依次包括:聚合物内核、超顺磁性纳米颗粒外壳和聚合物刷,所述聚合物刷由含羧基的水溶性不饱和单体经原子转移自由基聚合直接接枝到上述超顺磁性纳米颗粒外壳上。

【技术特征摘要】
1.一种在超顺磁性纳米颗粒表面接枝聚合物刷的方法,其特征在于,具体步骤如下:1)获取超顺磁性纳米颗粒或表面裸露有超顺磁性纳米颗粒的反应物;2)对超顺磁性纳米颗粒表面进行氯甲基化;3)采用CuCl2、2,2-联吡啶、抗坏血酸作为催化体系,将含羧基的水溶性不饱和单体通过原子转移自由基聚合直接接枝到所述超顺磁性纳米颗粒外表面上,形成聚合物刷,所述聚合反应以水为溶剂。2.根据权利要求1所述的在超顺磁性纳米颗粒表面接枝聚合物刷的方法,其特征在于,步骤2)所述氯甲基化是将带羧基的氯代物与步骤1)中所述的超顺磁性纳米颗粒或表面裸露有超顺磁性纳米颗粒的反应物混合搅拌,进行配体交换反应,使所述氯代物中的羧基与超顺磁性纳米颗粒配位。3.根据权利要求2所述的在超顺磁性纳米颗粒表面接枝聚合物刷的方法,其特征在于,所述氯代物为氯乙酸或对氯甲基苯磺酸。4.根据权利要求1所述的在超顺磁性纳米颗粒表面接枝聚合物刷的方法,步骤3)具体为:a.准备反应体系:在室温下将反应器抽真空、通氮气,至反应体系中无水无氧;b.在反应体系中,将CuCl2溶于水溶液,2,2-联吡啶溶于乙醇溶液,抗坏血酸溶于水溶液,在冰浴下依次注射到无水...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴尧解丽芹蓝芳马少华顾忠伟
申请(专利权)人:四川大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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