專利名稱：復(fù)乳法(w的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有磁性的磁性高分子微球及其制備方法。
背景技術(shù)：
磁性高分子微球是指通過適當(dāng)?shù)姆椒▽⒋判灶w粒包埋在高分子微球內(nèi)形成具有一定磁響應(yīng)性及特殊結(jié)構(gòu)的微球。它是20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來的一種新型功能高分子復(fù)合材料。一方面，它具有高分子微球的特性，可通過共聚、表面改性等化學(xué)反應(yīng)使高分子微球表面帶有多種功能基團(tuán)，從而可以結(jié)合多種生物活性物質(zhì)；另一方面，它又具有磁性，在外加磁場(chǎng)下可以快速和其它不具有磁性的物質(zhì)分離，而且能量消耗小。因此，磁性高分子微球作為新型功能高分子材料，在生物醫(yī)學(xué)(臨床診斷、靶向藥物)、細(xì)胞學(xué)(細(xì)胞分離)、固定化酶、親和分離及磁共振圖象的造影劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
目前，文獻(xiàn)和專利中已有的磁性高分子微球的制備方法共有四種懸浮聚合法[1，2，3]、活化溶脹法[4，5]、界面沉積法[6，7]、反相微乳法[8，9]。(1)懸浮聚合法或乳液——溶劑蒸發(fā)法，將磁性流體或磁性小顆粒分散在高分子溶液或單體中制成混合溶液后，將該混合溶液與水混合制成O/W型(水包油型)乳液，然后采用抽去溶劑或聚合單體的方法得到固化微球。其缺點(diǎn)是磁性顆粒與高分子材料之間的親和性差，而且磁性顆粒的親水性強(qiáng)，在單體聚合或抽去溶劑時(shí)，磁性小顆粒容易逃逸到表面和外水相中，不僅包埋率低，而且微球表面吸附著大量磁性顆粒，難以洗脫，用于生物活性物質(zhì)分離或固定時(shí)，影響生物活性物質(zhì)的活性。(2)活化溶脹法，1993年Ugelstad提出的活化溶脹法是迄今報(bào)道的制備磁性高分子微球的較好方法。具體步驟是用乳液聚合法制備均一尺寸的聚(苯乙烯-2-羥乙基甲基丙烯酸酯)微球后，繼而再用溶脹法制成較大的微球。然后，將苯乙烯硝化，再利用硝基與鐵離子的親和作用，使微球吸收二價(jià)鐵和三價(jià)鐵離子水溶液。將吸附了鐵離子的微球分離出來后，與堿性溶液混合，使微球內(nèi)的鐵離子轉(zhuǎn)換為Fe3O4顆粒而沉淀在微球內(nèi)。但該法存在耗時(shí)長、反應(yīng)步驟多、反應(yīng)條件苛刻等問題，從而導(dǎo)致成本過高，因此限制了磁性高分子微球在生物化工、醫(yī)藥工業(yè)和臨床上的應(yīng)用。(3)界面沉積法，先使帶正電的磁性小顆粒吸附在帶負(fù)電的高分子微球表面，然后再在其表面鍍上一層高分子材料。因?yàn)橐粋€(gè)高分子微球表面只能吸附一層磁性顆粒，磁體的包埋量很低。(4)反相微乳液法，在氧化還原或熱引發(fā)體系中，對(duì)丙烯酰胺類和丙烯酸類等親水性單體，加入乳化劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、不同價(jià)態(tài)的鐵鹽，控制反應(yīng)在一定的投料范圍內(nèi)，在反相微乳液中一步直接合成具有超順磁性的磁性高分子微球。但此方法只適用于親水性單體，微球的粒徑也比較小(在200nm以下)，反應(yīng)條件也不易控制。綜上所述，現(xiàn)有制備方法只適用于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，因此，有必要開發(fā)新的制備磁性高分子微球的方法，以期制備性價(jià)比更高的磁性高分子微球。
理想磁性高分子微球微球應(yīng)具有如下特點(diǎn)磁性顆粒具有超順磁性；微球粒徑均一；微球含磁量高；化學(xué)穩(wěn)定性好，磁性顆粒無泄露，無污染；機(jī)械強(qiáng)度高；生物相容性好；工藝簡單、重復(fù)性好，易于規(guī)?；a(chǎn)，價(jià)格低。
通過上文對(duì)現(xiàn)有的制備方法的介紹，不難看出現(xiàn)有的方法中沒有一種方法制備的微球可以達(dá)到理想微球的要求，這也限制了磁性高分子微球在醫(yī)療和生物分離中的應(yīng)用。本發(fā)明提供一種新型制備方法——復(fù)乳法，以期達(dá)到制備理想磁性高分子微球的要求，從而產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新型的磁性高分子微球的制備方法。這種方法使用復(fù)乳法制備磁性高分子微球，制備的磁性高分子微球粒徑范圍為50nm～800μm。微球所包埋的磁性顆粒占整個(gè)微球的質(zhì)量比為0.5％～50％。其主要工藝流程為初乳乳液的制備、復(fù)乳化、堿的加入、有機(jī)溶劑的去除和復(fù)乳液滴的固化、磁性微球的洗滌和分離、微球干燥等。其特征在于先用復(fù)乳法制備內(nèi)部包埋鐵鹽溶液的復(fù)乳乳液，然后再加入有機(jī)堿或無機(jī)堿使鐵鹽轉(zhuǎn)化為磁性顆粒，再將復(fù)乳乳滴固化，制備出磁性高分子微球。微球粒徑可由初乳乳液的黏度、復(fù)乳化時(shí)外水相的轉(zhuǎn)速和外水相穩(wěn)定劑的濃度來控制，磁含量可由內(nèi)水相中溶質(zhì)的濃度和內(nèi)水相體積與油相體積的比例來控制。該磁性微球可作為各種酶、抗體、靶向藥物的載體，廣泛用于細(xì)胞分離、臨床診斷、靶向藥物載體、固定化酶、親和分離等領(lǐng)域。本發(fā)明具有方法簡單、重復(fù)性好、原料易得、成本低、微球粒徑可控、微球磁含量均一、微球磁含量可控等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種快捷、高效、磁含量可控的制備磁性高分子微球的方法，此方法完全不同于已報(bào)道的所有方法。此種方法可以單體或者高分子作為原料來制備磁性高分子微球。


圖1實(shí)施例1制備的磁性高分子微球在無磁場(chǎng)時(shí)在水中的懸浮狀態(tài)。
圖2實(shí)施例1制備的磁性高分子微球在2000T的磁場(chǎng)中的放置5min鐘后的分離效果。
圖3實(shí)施例1制備的磁性高分子微球的光學(xué)顯微圖片。
圖4實(shí)施例1制備的磁性高分子微球的掃描電子顯微圖片。
圖5實(shí)施例1制備的磁性高分子微球的粒徑分布曲線。
圖6實(shí)施例2制備的磁性高分子微球的掃描電子顯微圖片。
圖7實(shí)施例3制備的磁性高分子微球的掃描電子顯微圖片。
圖8實(shí)施例4制備的磁性高分子微球的掃描電子顯微圖片。
圖9實(shí)施例5制備的磁性高分子微球的掃描電子顯微圖片。
具體實(shí)施方案1、當(dāng)使用高分子作為原料時(shí)，其制備步驟如下(1)將高分子、表面活性劑溶解于有機(jī)溶劑中，制備成油相O；(2)將金屬離子鹽溶液W1與油相O混合，使用超聲破碎法和均質(zhì)乳化法中的一種或兩種方法聯(lián)用，制成W1/O型穩(wěn)定的初乳乳液；(3)將W1/O型初乳乳液加入到一定量的外水相W2(含水和穩(wěn)定劑)中，使用均質(zhì)乳化法或磁力攪拌的方法，制備成W1/O/W2型復(fù)乳；(4)將一定量的有機(jī)堿或無機(jī)堿加入到外水相W2中，攪拌，堿擴(kuò)散到內(nèi)水相中，與鐵鹽反應(yīng)生成磁性顆粒；(5)將復(fù)乳乳滴中的有機(jī)溶劑蒸發(fā)，復(fù)乳乳滴固化，從而生成磁性高分子微球；(6)加磁場(chǎng)分離磁性微球，并用稀酸、乙醇和去離子水反復(fù)洗滌并干燥，得到成品——磁性高分子微球。
2、當(dāng)使用單體作為原料時(shí)，其制備步驟如下(1)將單體、交聯(lián)劑、表面活性劑和引發(fā)劑溶解于有機(jī)溶劑中，制備成油相O；(2)將金屬離子鹽溶液W1與油相O混合，使用超聲破碎法和均質(zhì)乳化法中的一種或兩種方法聯(lián)用，制成W1/O型穩(wěn)定的初乳乳液；(3)將W1/O型初乳乳液加入到一定量的外水相W2(含水和穩(wěn)定劑)中，使用均質(zhì)乳化法或磁力攪拌的方法，制備成W1/O/W2型復(fù)乳；(4)升溫，使單體和交聯(lián)劑共聚；(5)將一定量的有機(jī)堿或無機(jī)堿加入到外水相W2中，攪拌，堿擴(kuò)散到內(nèi)水相中，與鐵鹽反應(yīng)生成磁性顆粒；(6)繼續(xù)聚合，并將復(fù)乳乳滴中的有機(jī)溶劑蒸發(fā)，復(fù)乳乳滴固化，從而生成磁性高分子微球；(7)加磁場(chǎng)分離磁性微球，并用稀酸、乙醇和去離子水反復(fù)洗滌并干燥，得到成品——磁性高分子微球。
現(xiàn)有報(bào)道方法中，懸浮聚合法是首先制備磁性顆粒，再制備磁性--高分子復(fù)合微球；界面沉積法和活化溶脹法是首先制備納米級(jí)微球，再在微球表面或內(nèi)部生成磁性顆粒，最后以此為種子微球制備磁性高分子微球；反相微乳法是采用W/O型(油包水型)微乳液，只適合于親水性單體或聚合物。而本發(fā)明使用的復(fù)乳法有別于現(xiàn)有的所有方法，其特征是邊生成磁性顆粒，邊使復(fù)乳固化成球，從而使磁性顆粒包埋在高分子微球內(nèi)，一步制備出磁性高分子微球。
本方法使用復(fù)乳法，其特征在于先用復(fù)乳法制備內(nèi)部包埋鐵鹽溶液的復(fù)乳乳液，然后再加入有機(jī)堿或無機(jī)堿使鐵鹽轉(zhuǎn)化為磁性顆粒，再將復(fù)乳乳滴固化，制備出磁性高分子微球。本方法可以控制磁含量并達(dá)到高包埋量的要求。
實(shí)施例1取0.30g的PSt和0.06g的Span85(失水山梨醇三油酸酯)，溶解于6.50mL甲苯中，形成油相O。將W1(0.40mL濃度為1.00mol/L的FeCl3水溶液和0.20ml濃度為1.00mol/L的FeSO4水溶液)加入到油相O中，用乳化均質(zhì)機(jī)攪拌2min，轉(zhuǎn)速為10000rpm，形成穩(wěn)定的W1/O型初乳乳液。將已制備的W1/O型初乳乳液緩慢倒入250mL外水相W2(H2O為250.0g，PVA-217為1.0g)中攪拌，轉(zhuǎn)速為400rpm，形成W1/O/W2型復(fù)乳乳液，然后向外水相中加入50mL的三乙胺，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌2hr，然后升溫至45℃敞口攪拌6hr，再自然降溫至室溫?cái)嚢?8hr使甲苯完全揮發(fā)。最后在外加磁場(chǎng)中分離、洗滌、真空干燥即得產(chǎn)品。無外加磁場(chǎng)時(shí)，將產(chǎn)品分散于水中，微球可以懸浮于水中，如圖1所示；當(dāng)外加磁場(chǎng)為0.2T時(shí)，微球可以與水快速分離，如圖2所示。磁性高分子微球的光學(xué)照片如圖3所示，掃描電鏡圖片如圖4所示。微球的粒徑分布如圖5所示。磁性顆粒被很好地包埋在高分子微球內(nèi)，沒有泄漏現(xiàn)象。
實(shí)施例2取0.30g的PSt和0.06g的Aracel83(失水山梨醇倍半油酸酯)，溶解于6.00mL二氯甲烷中，形成油相O。將W1(0.30mL濃度為0.80mol/L的FeCl3水溶液和0.3ml濃度為0.80mol/L的FeCl2水溶液)加入到油相O中，用超聲乳化法乳化，乳化功率為200W，時(shí)間為2min，形成穩(wěn)定的W1/O型初乳乳液。將已制備的W1/O型初乳乳液緩慢倒入350mL外水相W2(H2O為350.0g，PVA-217為1.75g)中攪拌，轉(zhuǎn)速為400rpm，形成W1/O/W2型復(fù)乳乳液，然后向外水相中加入25mL濃度為2mol/L的氫氧化鉀溶液，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌2hr，然后自然降溫至室溫敞口攪拌24hr使二氯甲烷完全揮發(fā)。最后在外加磁場(chǎng)中分離、洗滌、真空干燥即得產(chǎn)品。磁性高分子微球的掃描電鏡圖片如圖6所示。
實(shí)施例3取0.30g的PSt和0.08g的Span85(失水山梨醇三油酸酯)，溶解于5.50mL甲苯和1.00mL二氯甲烷中，形成油相O。將W1(0.30mL濃度為0.50mol/L的FeCl3水溶液和0.30ml濃度為0.50mol/L的FeCl2水溶液)加入到油相O中，用乳化均質(zhì)機(jī)攪拌2min，轉(zhuǎn)速為9000rpm，形成穩(wěn)定的W1/O型初乳乳液。將已制備的W1/O型初乳乳液緩慢倒入300mL外水相W2(H2O為300.0g，PVA-217為3.0g)中，用均質(zhì)乳化機(jī)攪拌，轉(zhuǎn)速為600rpm，形成W1/O/W2型復(fù)乳乳液，然后使用機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速為400rpm，然后向外水相中加入50mL的三乙胺，氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌2hr，然后升溫至45℃敞口攪拌6hr，再減壓使甲苯和二氯甲烷完全揮發(fā)。最后在外加磁場(chǎng)中分離、洗滌、真空干燥即得產(chǎn)品。磁性高分子微球的掃描電鏡圖片如圖7所示。
實(shí)施例4取0.25g的St、0.05g的DVB、0.005g的BPO和0.04g的Span85，溶解于5.0mL的甲苯中，形成油相O。將W1(0.10mL濃度為0.50mol/L的FeCl3水溶液和0.20mL濃度為0.50mol/L的FeCl2水溶液)加入到油相O中，先用乳化均質(zhì)機(jī)攪拌1min，轉(zhuǎn)速為9000rpm，再用超聲乳化法乳化，乳化功率為250W，時(shí)間為1min，形成穩(wěn)定的W1/O型初乳乳液。將已制備的W1/O型初乳乳液緩慢倒入300mL外水相W2(H2O為300.0g，PVA-217為1.50g)中攪拌，形成W1/O/W2型復(fù)乳乳液，轉(zhuǎn)速為500rpm，將復(fù)乳乳液在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至75℃使單體聚合一定時(shí)間后，向復(fù)乳乳液中加入40mL氨水，繼續(xù)聚合8hr后降溫至室溫?cái)嚢?4hr使甲苯揮發(fā)。最后在外加磁場(chǎng)中分離、洗滌、真空干燥即得產(chǎn)品。磁性高分子微球的掃描電鏡圖片如圖8所示。
實(shí)施例5取0.25g的St、0.05g的MMA、0.05g的DVB、0.006g的BPO和0.04g的Span80(失水山梨醇三油酸酯)，溶解于5.50mL的甲苯和0.50mL乙酸乙酯中，形成油相O。將W1(0.15mL濃度為0.60mol/L的FeCl3水溶液和0.30mL濃度為0.60mol/L的FeCl2水溶液)加入到油相O中，用乳化均質(zhì)機(jī)攪拌2min，轉(zhuǎn)速為10000rpm，形成穩(wěn)定的W1/O型初乳乳液。將已制備的W1/O型初乳乳液緩慢倒入250mL外水相W2(H2O為250.0g，PVA-217為2.5g)中攪拌，形成W1/O/W2型復(fù)乳乳液，轉(zhuǎn)速為500rpm，將復(fù)乳乳液在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至75℃使單體聚合一段時(shí)間后，向復(fù)乳乳液中加入20mL濃度為2mol/L的氫氧化鈉溶液，繼續(xù)聚合8hr后降溫至室溫減壓使甲苯和乙酸乙酯完全揮發(fā)。最后在外加磁場(chǎng)中分離、洗滌、真空干燥即得產(chǎn)品。磁性高分子微球的掃描電鏡圖片如圖9所示。
參考文獻(xiàn)1、J.C.Daniel，J.L.Schuppiser，M.Tricot，US Patent 4,358,388(1982)2、李孝紅，丁小斌，孫宗華，功能高分子學(xué)報(bào)，1，73(1995)3、官月平，劉會(huì)洲，安振濤，柯家俊，陳家鏞中國專利98124516.1(1998)4、J.Ugelstad，P.Stenstad，L.Kilaas，Blood Puri.，11，349(1993)5、J.Ugelstad，P.C.Mork，R.Schmid，T.Ellingsen，A.Berg，Polymer International，30，157(1993)6、K.Furusawa，K.Nagashima，C.Anzai，Kobunshi Eonbunshu，50，337(1993)7、S.James，WO Patent，96/37131(1996)8、王雷、鄧勇華、阿德爾哈米特·歐拉薩、府壽寬中國專利01126181.1(2001)9、鄧勇輝、王雷、楊武利、府壽寬、Elaissari Abdelhamid高等化學(xué)學(xué)報(bào)，24(5)，920，(2003)
權(quán)利要求
1.一種制備磁性高分子微球的方法，其特征在于使用高分子作為原料，制備步驟如下(1)將高分子、表面活性劑溶解于有機(jī)溶劑中，制備成油相O；(2)將金屬離子鹽溶液W1與油相O混合，使用超聲破碎法和均質(zhì)乳化法中的一種或兩種方法聯(lián)用，制成W1/O型穩(wěn)定的初乳乳液；(3)將W1/O初乳乳液加入到一定量的外水相W2(含水和穩(wěn)定劑)中，使用均質(zhì)乳化法或磁力攪拌的方法，制備成W1/O/W2型復(fù)乳；(4)將一定量的有機(jī)堿或無機(jī)堿加入到外水相W2中，攪拌，堿擴(kuò)散到內(nèi)水相中，與鐵鹽反應(yīng)生成磁性顆粒；(5)將復(fù)乳乳滴中的有機(jī)溶劑蒸發(fā)，復(fù)乳乳滴固化，從而生成磁性高分子微球；(6)加磁場(chǎng)分離磁性微球，并用稀酸、乙醇和去離子水反復(fù)洗滌并干燥，得到成品——磁性高分子微球。
2.一種制備磁性高分子微球的方法，其特征在于使用單體作為原料，制備步驟如下(1)將單體、交聯(lián)劑、表面活性劑和引發(fā)劑溶解于有機(jī)溶劑中，制備成油相O；(2)將金屬離子鹽溶液W1與油相O混合，使用超聲破碎法和均質(zhì)乳化法中的一種或兩種方法聯(lián)用，制成W1/O型穩(wěn)定的初乳乳液；(3)將W1/O型初乳乳液加入到一定量的外水相W2(含水和穩(wěn)定劑)中，使用均質(zhì)乳化法或磁力攪拌的方法，制備成W1/O/W2型復(fù)乳；(4)升溫，使單體和交聯(lián)劑共聚；(5)將一定量的有機(jī)堿或無機(jī)堿加入到外水相W2中，攪拌，堿擴(kuò)散到內(nèi)水相中，與鐵鹽反應(yīng)生成磁性顆粒；(6)繼續(xù)聚合，并將復(fù)乳乳滴中的有機(jī)溶劑蒸發(fā)，復(fù)乳乳滴固化，從而生成磁性高分子微球；(7)加磁場(chǎng)分離磁性微球，并用稀酸、乙醇和去離子水反復(fù)洗滌并干燥，得到成品——磁性高分子微球。
3.如權(quán)利要求1所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于高分子為聚苯乙烯等一種或幾種疏水性高分子以及疏水性單體和親水性單體共聚生成的共聚物。
4.如權(quán)利要求2所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于單體為苯乙烯等一種或幾種疏水性單體以及疏水性單體與親水性單體的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于有機(jī)溶劑為可使高分子溶解的溶劑，如乙酸乙酯、甲苯、二氯甲烷等一種或幾種的混合物。
6.一種如權(quán)利要求1和2所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于金屬離子鹽溶液為氯化鐵、硫酸亞鐵等能與堿性溶液通過共沉淀反應(yīng)生成磁性物質(zhì)的鹽溶液。
7.如權(quán)利要求1和2所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于磁性顆粒的種類包括γ-Fe2O3、Fe3O4等各種可用化學(xué)共沉淀法制備的磁性顆粒。
8.如權(quán)利要求1和2所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于高分子微球的大小為50nm～800μm。
9.如權(quán)利要求1和2所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于使有機(jī)溶劑蒸發(fā)的方法包括常壓升溫?fù)]發(fā)、常壓常溫?fù)]發(fā)、減壓抽提(真空抽提)等各種方法。
10.如權(quán)利要求1和2所述的制備磁性高分子微球的方法，其特征在于磁性顆粒包括鐵磁性顆粒和超順磁性顆粒，其磁學(xué)性質(zhì)可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)水相中各種金屬離子的濃度以及復(fù)乳中加入的堿的質(zhì)量控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型的磁性高分子微球的制備方法。這種方法使用復(fù)乳法制備磁性高分子微球，制備的磁性高分子微球粒徑范圍為50nm～800μm。微球所包埋的磁性顆粒占整個(gè)微球的質(zhì)量比為0.5％～50％。其主要工藝流程為初乳乳液的制備、復(fù)乳化、堿的加入、有機(jī)溶劑的去除和復(fù)乳液滴的固化、磁性微球的洗滌和分離、微球干燥等。其特征在于先用復(fù)乳法制備內(nèi)部包埋鐵鹽溶液的復(fù)乳乳液，然后再加入有機(jī)堿或無機(jī)堿使鐵鹽轉(zhuǎn)化為磁性顆粒，再將復(fù)乳乳滴固化，制備出磁性高分子微球。微球粒徑可由初乳乳液的黏度、復(fù)乳化時(shí)外水相的轉(zhuǎn)速和外水相穩(wěn)定劑的濃度來控制，磁含量可由內(nèi)水相中溶質(zhì)的濃度和內(nèi)水相體積與油相體積的比例來控制。該磁性微球可作為各種酶、抗體、靶向藥物的載體，廣泛用于細(xì)胞分離、臨床診斷、靶向藥物載體、固定化酶、親和分離等領(lǐng)域。本發(fā)明具有方法簡單、重復(fù)性好、原料易得、成本低、微球粒徑可控、微球磁含量均一、微球磁含量可控等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08K3/00GK1834120SQ20051005527
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者馬光輝, 蘇志國, 楊建 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所