单分散聚合物微粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单分散聚合物微粒的制备方法，所述方法包括：首先形成单分散的液晶微滴，其中所述单分散液晶微滴包括至少一种反应性液晶化合物、至少一种非反应性液晶化合物和至少一种聚合引发剂；其次聚合所述单分散的液晶微滴中的所述至少一种反应性液晶化合物，形成中间微粒；然后从所述中间微粒中移除所述至少一种非反应性液晶化合物，形成聚合物微粒；最后分离、洗涤和分散或干燥所述聚合物微粒。本发明专利技术的制备方法利用液晶辅助的模板聚合的方法来制备尺寸、形状和结构可控的单分散聚合物微粒，操作简单，节省成本，可大规模生产；制备的单分散聚合物微粒可广泛应用于生化分离及催化、生物检测、药物传输等领域。

Preparation of Monodisperse Polymer Particles

The invention discloses a preparation method of monodisperse polymer particles, which comprises: first, forming monodisperse liquid crystal droplets, wherein the monodisperse liquid crystal droplets comprise at least one reactive liquid crystal compound, at least one non-reactive liquid crystal compound and at least one polymerization initiator; secondly, polymerizing at least one reaction in the monodisperse liquid crystal droplets. A sexual liquid crystal compound forms an intermediate particle; then at least one non-reactive liquid crystal compound is removed from the intermediate particle to form a polymer particle; finally, the polymer particle is separated, washed and dispersed or dried. The preparation method of the invention utilizes liquid crystal assisted template polymerization method to prepare monodisperse polymer particles with controllable size, shape and structure, which is simple to operate, cost-saving and can be produced on a large scale. The prepared monodisperse polymer particles can be widely used in biochemical separation, catalysis, biological detection, drug delivery and other fields.

【技术实现步骤摘要】
单分散聚合物微粒的制备方法
本专利技术涉及一种单分散聚合物微粒的制备方法，特别涉及一种具有可控尺寸、形状和结构的单分散聚合物微粒的制备方法。
技术介绍
聚合物微粒由于具有可控的尺寸、形状、以及巨大比表面积结构，广泛应用于生化分离、反应催化、生物检测和药物释放等领域。其在生化分离过程中的工业应用，主要包括催化反应器和色谱反应器。在这类反应器中常规的色谱柱填料为随机堆积的微粒，这些随机堆积的微粒具有容易制备且生产成本比较低的优点，但是，随机填充微粒的孔隙几何形状和分布是复杂的，并且难以控制。当填料为粒径尺寸均匀的微球时，反应器的性能提高，但是比表面积仍然不高。同时，微球作为一种广泛使用的传统分离纯化填充材料，仍无法有效改善色谱柱内的压降。近年来，很多理论工作已经证实有序填充椭球微粒能获得理想的流动模式并且能够优化流场以及分离过程中的阻力。这些椭球型的填料可以有效的提高色谱分离性能并且增加其传热能力，减少压降。因此，椭球型微粒在现代生化分离过程中有着巨大的潜力和市场。另外，椭球粒子展现出高比表面积，高流动性，易于可逆分散等性质，可以广泛地应用于催化领域。除此之外，这些椭球型的微粒拥有独特形状，有着广泛的流变学应用。另一方面，在全球面临严峻的工业、大气和环境污染的今天，有害气体、生物化学物质的检测具有极为重要的社会意义，而其中生物检测几乎涉及所有行业，特别是医疗、环保、食品等产业，前景极为广阔。生物检测中的细菌检测的传统方法是将标本进行培养、分离纯化、配制成一定浊度的细菌溶液，再进行各种不同生化反应，最后综合所获得的生化反应结果实现对细菌的鉴定。该方法影响因素多、操作繁杂、对仪器设备要求高、检测周期长且对技术人员专业技能要求高，甚至因个别细菌生长的特殊要求而无法得到鉴定结果。目前液晶材料对于电、热、光、机械、磁等外力的敏感性成为液晶基微球细菌检测的技术基础。液晶基微球细菌检测具有响应迅速、反应直观且便于携带等优点，进而大幅缩短细菌鉴定周期，无需分离提纯即可实现鉴定细菌，并可高通量检测细菌。然而现在国内市场上，面向大众的液晶基微球细菌检测技术尚未出现。目前世界上制备聚合物微粒的方法包括在微流孔腔内原位聚合、基于双光子聚合的光刻、模板球形微粒的组装和在微球玻璃化转变温度以上拉伸方法。这些方法虽然都有各自特点，但通常涉及专用设备的使用(例如，曝光/打印系统或施加机械应力的系统)，需要漫长的程序，或复杂的界面组装，这些因素使其仍仅限于实验室范围，无法应用到大规模生产和制备。除此之外，这些方法都无法精确地控制聚合物微粒的内部结构和形状。因此，需要提供一种可大规模生产可精确控制尺寸、形状及内部结构的单分散聚合物微粒的方法。
技术实现思路
为满足上述需求，本专利技术提出一种通过液晶辅助的模板聚合制备单分散聚合物微粒的方法，所述方法包括：I)形成单分散的液晶微滴，其中所述单分散液晶微滴包括至少一种反应性液晶化合物、至少一种非反应性液晶化合物和至少一种聚合引发剂；II)聚合所述单分散液晶微滴中的所述至少一种反应性液晶化合物，形成中间微粒；III)从所述中间微粒中移除所述非反应性液晶化合物，形成聚合物微粒；IV)分离、洗涤和分散或干燥所述聚合物微粒。在本专利技术的优选实施方案中，所述聚合为光聚合。在本专利技术的实施方案中，所述至少一种反应性液晶占所述液晶混合物总质量的比例在0.05到0.50之间。在本专利技术的一些实施方案中，所述至少一种非反应液晶化合物为向列相液晶，所述聚合物微粒为聚合物椭球，其长径比(长轴长度/短轴长度)在1.0到3.0之间变化。在本专利技术的一些实施方案中，所述至少一种非反应性液晶为胆甾相液晶。在本专利技术的一些实施方案中，所述形成单分散的液晶微滴的步骤包括：形成均匀的液晶混合物，将所述液晶混合物通过膜乳化装置形成液晶微滴分散在连续相，形成以所述液晶微滴为分散相的乳液。在本专利技术的一些实施方案中，所述形成单分散的液晶微滴的步骤包括：形成均匀的液晶混合物；将所述液晶混合物预分散在连续相中，形成分散乳液；将所述分散乳液通过膜乳化装置，形成以所述液晶微滴为分散相的乳液。在本专利技术的实施方案中，所述连续相为水和任何与水互溶的体系。在本专利技术的一些优选的实施方案中，所述连续相为甘油和水的混合物。在本专利技术的一些优选的实施方案中，所述连续相为水。在本专利技术的一些优选的实施方案中，所述连续相为甘油、水和PVP的混合物。在本专利技术的实施方案中，在形成均匀的液晶混合物的步骤后，还可以包括将所述液晶混合物进行除氧操作。在本专利技术的实施方案中，所述单分散的液晶微滴的尺寸可在从0.1微米到100微米的范围。在本专利技术的一些实施方案中，将所述液晶混合物分散在连续相的步骤还包括加入液晶微滴构象改变剂。在本专利技术的进一步优选实施方案中，所述液晶微滴构象改变剂为十二烷基硫酸钠。在本专利技术的一些实施方案中，所述聚合物微粒为多孔的聚合物微球，所述聚合物微球的粒径尺寸为0.1微米到100微米。在本专利技术的一些实施方案中，所述形成均匀的液晶混合物的步骤包括：混合所述至少一种反应性液晶化合物、所述至少一种非反应性液晶化合物和所述至少一种聚合引发剂形成混合物；加热所述混合物成液体状态；混合均匀；缓慢冷却至室温。在本专利技术的一些实施方案中，所述形成均匀的液晶混合物的步骤包括：混合所述至少一种反应性液晶化合物、所述至少一种非反应性液晶化合物和所述至少一种聚合引发剂形成混合物；向所述混合物中加入有机溶剂；溶解形成均匀溶液；混合均匀；缓慢挥发掉所述有机溶剂。在本专利技术的一些实施方案中，所述形成单分散的液晶微滴的步骤还包括加入可共聚的功能性单体。在本专利技术的一些实施方案中，在所述形成单分散的液晶微滴的步骤还包括加入功能性纳米球。本专利技术利用液晶辅助的模板聚合的方法制备尺寸、形状和结构可控的单分散聚合物微粒，制备方法简单易操作，可实现大规模生产。同时所制备的单分散聚合物微粒不仅具有结构和形状的各向异性，同时可保持液晶的光学各向异性的特性，可广泛的应用在生化分离、生物检测、药物传输及生化催化等领域。附图说明通过参照对本专利技术的实施方案的图示说明可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1是通过液晶辅助的模板聚合制备单分散聚合物微粒的方法的流程示意性说明图。图2是制备单分散的液晶微滴的膜乳化技术的示意图。图3是另一种制备单分散的液晶微滴的膜乳化技术的示意图。图4是根据本专利技术实施例制备的液晶微滴的显微镜示意图。图5是根据本专利技术实施例制备的大长径比的单分散聚合物椭球的显微镜示意图。图6是根据本专利技术实施例制备的小长径比的单分散聚合物椭球的显微镜示意图。图7是根据本专利技术实施例制备的大尺寸的单分散聚合物椭球的显微镜示意图。图8是根据本专利技术实施例制备的具有补丁结构的单分散聚合物椭球的(a)显微示意图和(b)显示其外部结构的SEM示意图。图9是根据本专利技术实施例制备的具有羟基的单分散聚合物椭球的(a)显微镜示意图和(b)红外光谱图。图10是根据本专利技术实施例制备的具有内部孔径结构的单分散聚合物微球的结构示意图。图11是根据本专利技术实施例制备的大尺寸的单分散聚合物微球的显微镜示意图。图12是根据本专利技术实施方案由胆甾相液晶为非反应性液晶所制备的单分散聚合物微粒的结构示意图。具体实施方式在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本专利技术有一个全面的认本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备单分散聚合物微粒的方法，所述方法包括：(I)形成单分散的液晶微滴，其中所述单分散的液晶微滴包括至少一种反应性液晶化合物、至少一种非反应性液晶化合物和至少一种聚合引发剂；(II)聚合所述单分散的液晶微滴中的所述至少一种反应性液晶化合物，形成中间微粒；(III)从所述中间微粒中移除所述至少一种非反应性液晶化合物，形成聚合物微粒；(IV)分离、洗涤和分散或干燥所述聚合物微粒。

【技术特征摘要】
1.一种制备单分散聚合物微粒的方法，所述方法包括：(I)形成单分散的液晶微滴，其中所述单分散的液晶微滴包括至少一种反应性液晶化合物、至少一种非反应性液晶化合物和至少一种聚合引发剂；(II)聚合所述单分散的液晶微滴中的所述至少一种反应性液晶化合物，形成中间微粒；(III)从所述中间微粒中移除所述至少一种非反应性液晶化合物，形成聚合物微粒；(IV)分离、洗涤和分散或干燥所述聚合物微粒。2.如权利要求1所述的方法，所述形成单分散的液晶微滴的步骤包括：1)形成均匀的液晶混合物；2)将所述液晶混合物通过膜乳化装置形成液晶微滴分散在连续相，形成以所述液晶微滴为分散相的乳液；或1)形成均匀的液晶混合物；2)将所述液晶混合物预分散在连续相中，形成分散乳液；3)将所述分散乳液通过膜乳化装置，形成以所述液晶微滴为分散相的乳液。3.如权利要求2所述的方法，其中在形成均匀的液晶混合物的步骤后，所述方法还包括将所述液晶混合物进行除氧操作。4.如权利要求2所述的方法，所述形成均匀的液晶混合物的步骤包括：a)混合所述至少一种反应性液晶化合物、所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·L·阿伯特，李昂，王睿，
申请(专利权)人：江苏集萃智能液晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32