一种具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法，包括如下步骤：聚苯乙烯种子微球在溶胀剂和表面活性剂的作用下完成第一步溶胀，在功能性单体、引发剂与表面活性剂的作用下完成第二步溶胀，制备得到官能化多孔聚合物微球；以官能化多孔聚合物微球作为模板，通过水热沉淀法制备得到磁性聚合物微球前体；对磁性聚合物微球前体进行第一次聚合封装，通过回流沉淀法在磁性聚合物微球前体表面包覆疏水性涂层，疏水性涂层为磁性聚合物微球的第一壳体；对具有第一壳体的磁性聚合物微球进行第二次聚合封装，通过回流沉淀法在第一壳体表面包覆亲水性涂层，亲水性涂层为磁性聚合物微球的第二壳体；从而得到具有双层壳体结构的磁性聚合物微球。构的磁性聚合物微球。构的磁性聚合物微球。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法。

技术介绍

[0002]磁性聚合物微球不仅具有磁性无机纳米粒子的无毒和超顺磁性的特性，还具有聚合物的极性、生物相容性和易表面功能化等特点，在许多领域特别是生物检测与体外诊断试剂中具有广泛的应用。用于诊断试剂的磁性微球要求其粒径均一、磁响应快、悬浮性好并且对蛋白、核酸等生物大分子具有较低的非特异性吸附。
[0003]在已公开的磁性聚合物微球的制备方法中，模板法因工艺稳定性高、产品粒径均一、磁响应性强和表面多功能化等优势而成为商品化磁性聚合物微球的主流制备方法。专利文献US8038987B2公开了一种包覆磁性聚合物颗粒的制备方法，利用硝化后的多孔聚苯乙烯微球作为模板，然后将铁盐和锰盐共沉淀到多孔微球中制备磁性聚合物微球。相似的，专利文献US20170218095公开了一种三步流程用于生产超顺磁性聚合物微球，由乳液聚合方法合成低分子量聚苯乙烯微球种子，然后进行溶胀和交联，得到多孔交联聚苯乙烯微球，最后用硫酸和硝酸的混合物对微球中的苯环进行硝化，再将硝化的微球与氨(25％)和七水合硫酸亚铁一起用于后续的磁化步骤。在上述磁化工艺中，吸附、沉积和离心操作必须以费力和耗时的方式重复，以便在硝化微球中沉积尽可能多的铁纳米粒子。并且，每对5g的干燥聚苯乙烯微球进行硝化，就消耗125mL浓硝酸与浓硫酸的混合物，这将导致严重的环境问题。最重要的是，游离铁纳米粒子及其产生的铁离子始终存在于反应体系中，限制了产品微球的实际应用效果。
[0004]为了进一步解决上述问题，研究人员对磁性聚合物微球的表面封装工艺进行了进一步的探索。专利文献CN108467461A公开了一种表面羧基核壳超顺磁性微球的制备方法，首先通过乳液聚合制备聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球，然后通过一步种子溶胀聚合制备大尺寸的单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球，再利用铁盐沉积
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碱性共沉淀法原位制备得到单分散超顺磁性微球，最后通过蒸馏沉淀聚合对该磁性微球进行表面羧基修饰。该方法在磁性微球的表面进行聚合物封装，并同时完成了功能修饰。但是，在该封装工艺中，使用的单体为甲基丙烯酸或丙烯酸等亲水性单体，在乙腈中进行蒸馏沉淀聚合后得到的单层亲水性共聚物涂层对产品微球稳定性的提高十分有限。专利文献US5814687A公开了磁性聚合物微球铁离子泄漏的测试方法，包括：在靠近磁性聚合物微球表面的地方几乎没有超顺磁性物质存在，当1g的磁性聚合物微球在70℃的10mL水中浸泡2h后，溶解在溶剂中的金属量必须是10mg/L或更少。实验证明，根据专利文献CN108467461A公开的方法制备的磁性聚合物微球经上述步骤处理后，溶解在溶剂中的铁离子量远大于10mg/L，即仍然存在铁离子泄漏的问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种无游离铁纳米粒子且无铁离子泄漏的磁性聚
合物微球的制备方法。
[0006]技术方案：本专利技术所述的具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法，具体包括如下步骤：
[0007](1)聚苯乙烯种子微球在溶胀剂和表面活性剂的作用下完成第一步溶胀，在功能性单体、引发剂与表面活性剂的作用下完成第二步溶胀，制备得到官能化多孔聚合物微球；第一次溶胀能够使聚合物分子链变得更柔软，便于在第二步溶胀时，功能性单体更好的溶入分子链中，功能性单体用于第二步与铁离子发生螯合反应；
[0008](2)以官能化多孔聚合物微球作为模板，通过水热沉淀法制备得到磁性聚合物微球前体；通过限定二价铁离子与微球的质量比，同时反应在乙二醇体系中进行，反应体系中的二价铁离子全部被球体表面的官能团捕捉螯合，从而使生成的四氧化三铁能够全部吸附在微球的内部和孔隙中，体系中无游离的铁离子；
[0009](3)对磁性聚合物微球前体进行第一次聚合封装，通过回流沉淀法在磁性聚合物微球前体表面包覆疏水性聚合物涂层，疏水性聚合物涂层为磁性聚合物微球的第一壳体；通过控制疏水单体与微球的质量比，使得到的疏水性聚合物涂层的厚度为10～60nm，疏水层低活性的属性对微球起到保护作用，能够有效防止微球内铁离子的泄露；
[0010](4)对具有第一壳体的磁性聚合物微球进行第二次聚合封装，通过回流沉淀法在第一壳体表面包覆亲水性聚合物涂层，亲水性聚合物涂层为磁性聚合物微球的第二壳体；亲水性聚合物涂层的厚度为15～25nm，若亲水性厚度过高会导致微球相互黏粘；得到具有双层壳体结构的磁性聚合物微球。
[0011]其中，基于不同的应用场景，将具有第二壳体的磁性聚合物微球置于硫酸、氢氧化钠、乙二胺、氨水或酸酐中的一种或多种溶液中，在30～120℃下反应1～24h，得到表面具有不同官能团的磁性聚合物微球。不同实际应用场景对磁性聚合物微球表面官能团的种类需求不同，通过磁性聚合物微球表面官能团的不同，能够使其与蛋白质、核酸等不同的生物活性分子的接枝。
[0012]其中，步骤(1)中，所述功能性单体为带有氨基、羧基、环氧基或羟基中一种或多种官能团的单体；官能化多孔聚合物微球表面的官能团为氨基、羧基、环氧基或羟基中的至少两种。
[0013]其中，步骤(2)中，水热沉淀法具体为：将官能化多孔聚合物微球、二价铁化合物、六亚甲基四胺和硝酸盐分散在水和乙二醇的混合溶液中，在惰性气氛中，于50～150℃下反应0.5～6h；所述二价铁化合物为氯化亚铁和/或硫酸亚铁；官能化多孔聚合物微球与二价铁化合物的质量比为1:3～3:1。
[0014]其中，步骤(3)中，通过回流沉淀法进行第一次聚合封装具体为：将磁性聚合物微球前体、疏水单体、交联剂和引发剂分散在乙腈中，于50～150℃下回流反应0.5～6h。
[0015]其中，所述疏水单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯或甲基丙烯酸环己酯中的一种或几种；所述交联剂为二乙烯苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯或N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺中的一种或几种，交联剂的加入量为疏水单体质量的1～25％；所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过硫酸钾或过硫酸氨中的一种或几种，引发剂的加入量为疏水单体质量的0.2～10％；疏水单体和磁性聚合物微球前体的质量比为1：3～10：1。
[0016]其中，步骤(4)中，通过回流沉淀法进行第二次聚合封装具体为：将具有第一壳体
的磁性聚合物微球、亲水单体、交联剂和引发剂分散在乙腈中，于50～150℃下回流反应0.5～6h。
[0017]其中，所述亲水单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸叔丁酯或甲基丙烯酰胺中的一种或几种；所述交联剂为二乙烯苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、双酚A二甲基丙烯酸酯或N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺中的一种或几种，交联剂的加入量为亲水单体质量的1～25％；所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、叔戊基氢过氧化物、过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸氨中的一种或几种，引发剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)聚苯乙烯种子微球在溶胀剂和表面活性剂的作用下完成第一步溶胀，在功能性单体、引发剂与表面活性剂的作用下完成第二步溶胀，制备得到官能化多孔聚合物微球；(2)以官能化多孔聚合物微球作为模板，通过水热沉淀法制备得到磁性聚合物微球前体；(3)对磁性聚合物微球前体进行第一次聚合封装，通过回流沉淀法在磁性聚合物微球前体表面包覆疏水性聚合物涂层，疏水性聚合物涂层为磁性聚合物微球的第一壳体；(4)对具有第一壳体的磁性聚合物微球进行第二次聚合封装，通过回流沉淀法在第一壳体表面包覆亲水性聚合物涂层，亲水性聚合物涂层为磁性聚合物微球的第二壳体；得到具有双层壳体结构的磁性聚合物微球。2.根据权利要求1所述的具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法，其特征在于：基于不同的应用场景，将具有第二壳体的磁性聚合物微球置于硫酸、氢氧化钠、乙二胺、氨水或酸酐中的一种或多种溶液中，在30～120℃下反应1～24h，得到表面具有不同官能团的磁性聚合物微球。3.根据权利要求1所述的具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述功能性单体为带有氨基、羧基、环氧基或羟基中一种或多种官能团的单体；官能化多孔聚合物微球表面的官能团为氨基、羧基、环氧基或羟基中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，水热沉淀法具体为：将官能化多孔聚合物微球、二价铁化合物、六亚甲基四胺和硝酸盐分散在水和乙二醇的混合溶液中，在惰性气氛中，于50～150℃下反应0.5～6h；所述二价铁化合物为氯化亚铁和/或硫酸亚铁；官能化多孔聚合物微球与二价铁化合物的质量比为1:3～3:1。5.根据权利要求1所述的具有双层壳体结构的磁性聚合物微球的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，通过回流沉淀法进行第一次聚合封装具体为：将磁性聚合物微球前体、疏水单体、交联剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜勇，张金泉，满红，蒋文婕，王志飞，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：