專利名稱：高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微納米材料技術(shù)領(lǐng)域的微納米球的制備方法，具體是一種以 聚合物微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的方法。
背景技術(shù)：
磁性空心微納米球是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)為空心，大小為0.05^im—10(^m具有磁響 應(yīng)性的磁性空心微納米球。由于其具有空心結(jié)構(gòu)，并且具有磁性響應(yīng)的特性，因 此在生物技術(shù)領(lǐng)域中，特別在靶向治療、控制釋藥、磁性分離等方面具有廣泛的 應(yīng)用前景。常用的制備磁性空心微球的方法基本上可以歸納為以下兩類 一類是 以聚合物以及磁性納米粒子為原料，通過雙乳化法、乳化固化法、復(fù)凝聚法來獲 得磁性空心微納米球；另一類是以微納米球?yàn)槟０?，通過各種作用在表面殼層獲 得一層磁性納米粒子，然后通過去除模板來獲得磁性空心微納米球。利用前一類 方法制備的磁性空心微納米球粒徑分布比較寬，粒徑控制困難，且粒徑比較大不 宜制備較小的磁性空心微球。后一類中最典型的方法就是利用層層自組裝法 (LBL)獲得磁性空心微納米球，首先通過靜電吸附使模板微球交替吸附相反電 荷的磁性微球和電解質(zhì)，待達(dá)到要求后，將獲得的微球通過溶解法或燒結(jié)法去除 模板即可得到磁性空心微納米球。這類方法典型的優(yōu)點(diǎn)就是獲得的磁性微納米膠 囊的粒徑可以很容易通過調(diào)節(jié)模板大小來控制，同時(shí)制備的空心微納米球磁性強(qiáng) 弱或磁性殼層的厚度也可以得到很好的控制，然而這種方法最大的缺點(diǎn)就是工藝 十分復(fù)雜，繁瑣，不宜進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利"具有無機(jī)/有機(jī)核殼結(jié)構(gòu)的磁性 復(fù)合微球及其制備方法"(專利公開號CN1718619)，該專利技術(shù)利用磺化微球 為模板，通過在微球表面原位生成磁性粒子來獲得磁性復(fù)合微球。但該技術(shù)主要 集中于制備磁性微球，并不涉及獲得磁性空心微納米球的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單易行的高分子微納米球?yàn)槟?板制備磁性空心微納米球的方法。本發(fā)明容易操作和實(shí)施，也比較容易形成規(guī)模 化，制備的磁性空心微納米球粒徑可控性很好、且磁性殼層的厚度或磁響應(yīng)強(qiáng)弱 也可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明以表面帶有負(fù)電荷的高分子微 納米球?yàn)槟０?，通過在微納米球表面原位反應(yīng)生成以磁性納米粒子為殼，模板粒 子為核的磁性微球，可以在此磁性微球表面包裹一層Si02。進(jìn)一步通過燒灼去除 模板來獲得空心磁性微納米球。
本發(fā)明適應(yīng)于制備微納米級(0.05um—100um)的磁性空心微納米球。本 發(fā)明中所使用的模板微球?yàn)榱皆谖⒓{米級，表面具有帶負(fù)電荷的官能團(tuán)的高分 子微納米球。
本發(fā)明中所指的高分子微納米球材質(zhì)可以是任何疏水性的高分子材料，如聚 苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸縮水甘油酯等， 但不局限于以上幾種材料。微球表面具備的官能團(tuán)為如羧基，磺酸根等陰離子型 官能團(tuán)。高分子微納米球在高溫下
本發(fā)明中所指的高分子微納米球材質(zhì)可以是任何疏水性的高分子材料，其特 征是可以在高溫下(200-1000°C)可以分解的高分子聚合物材料。
本發(fā)明中，在微納米球表面原位制備磁性微球可以采用吸附氧化法或共沉淀法。
所述的吸附氧化法是指在l-30mg/ml的模板微球水溶液中，在&保護(hù)下 吸附質(zhì)量為模板微球質(zhì)量0. 1倍-l. 0倍的Fe2+離子，然后在攪拌的條件下加入少 量的堿液和雙氧水，使[OH—]:[Fe2+]=2-5，雙氧水的量為F^+摩爾量的0. 67倍-l 倍。反應(yīng)30min-60min后，將混合溶液加熱至50。C-85。C反應(yīng)30min-2h，反應(yīng)結(jié) 束后冷卻，并將此混合液進(jìn)行磁性分離，利用微納米孔過濾的方法過濾掉生成的 孤立磁性粒子，則可以獲得純的磁性復(fù)合微球。
所述的共沉淀法，是指在l-30mg/ml的模板微球水溶液中，加入摩爾比1: 2的Fe2+， Fe"鹽溶液，其中Fe的質(zhì)量為模板微球的0. 1倍-1. 0倍。并通入N2 除氧lOmin-30min后，在機(jī)械攪拌(300-800rpm)下逐漸滴加堿溶液，最終的
: [Fe2+]=5-10，優(yōu)選為7-9。滴加完畢反應(yīng)10min-60min后，將混合溶液加熱 至5(TC-85'C反應(yīng)30min-2h后冷卻即可。利用磁鐵將混合溶液中的磁性微球吸 附下來，去除上清液，重復(fù)5次-10次，直至上清液澄清，pH為中性為止，利用 微納米孔過濾的方法過濾掉生成的孤立磁性粒子，則可以獲得純的磁性微球。
本發(fā)明中，制成磁性微球后可以再包裹一層Si02，也可以不用包裹。包裹 時(shí)，主要采用成熟的St5ber工藝技術(shù)，g卩將制備的磁性微球配成1-30mg/ml 的醇水或醇溶液。取lml此溶液，加入lml0.5-30mg/ml的四乙氧基硅烷或四甲 氧基硅烷的醇水或醇溶液。然后在機(jī)械攪拌的條件下(300-800rpm)，在溶液內(nèi) 加入氨水或其它弱堿，或氫氧化鈉溶液，其中堿的用量為使最終使體系內(nèi)0H—1 的量為硅烷物質(zhì)量的4-8倍。并使反應(yīng)持續(xù)10min-8h后即可。
本發(fā)明中，使用的堿可以是弱堿如氨水，有機(jī)胺或強(qiáng)堿如氫氧化鈉，氫氧化 鉀等。
本發(fā)明中，所使用的灼燒溫度應(yīng)可保證高分子模板粒子的降解，而不引起模 板表面磁性層的性能變化，可在300-1000°C之間，優(yōu)選在300-800°C，更優(yōu)選 為300-700。C。所使用的灼燒時(shí)間應(yīng)可保證高分子模板粒子的完全降解，而不引 起模板表面磁性層的性能變化，可在5min-30h之間，優(yōu)選在20min-10h之間， 更優(yōu)選為40min-8h。
磁性空心微納米球在生物醫(yī)用、材料設(shè)計(jì)、酶工程等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià) 值。如在生物醫(yī)用領(lǐng)域可以用于各種藥物的以及蛋白的載體，實(shí)現(xiàn)靶向治療，以 及控釋。由于現(xiàn)有制備磁性空心微納米球的方法繁瑣，難以規(guī)?；瘧?yīng)用或者制備 的磁性空心微納米球粒徑分布不均等缺點(diǎn)，限制了磁性空心微納米球的規(guī)?；?產(chǎn)與應(yīng)用。
本發(fā)明提供了一種由高分子微納米球模板出發(fā)，分步制備磁性空心微納米球 的方法，磁性空心微納米球的大小主要可以通過模板微納米球的大小、原位生成 的磁性粒子厚度、以及表面包裹Si02的厚度來控制，磁響應(yīng)強(qiáng)弱則通過控制在 其表面生成的磁性粒子的厚度來控制。本發(fā)明方法簡便易行，適用范圍廣，具有 效率高、成本低的特點(diǎn)。所得磁性空心微納米球飽和磁化強(qiáng)度可以達(dá)到40 eum/g， 可用于磁性分離、多種物質(zhì)的負(fù)載，尤其適用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。


圖1為實(shí)施例1制備的空心磁性微球的TEM照片
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
取0. 5g直徑5. 4Wn的表面帶有磺酸根的聚苯乙烯微球分散在18ml水中，并 將其置于100ml三口燒瓶內(nèi)，通入N2 30min除去體系內(nèi)的氧氣；取 0. 6mmo1. L—卞e(cuò)Cl3分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻，將 0. 3ramo1.1Z卞e(cuò)Cl2分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻；將Fe"溶液與Fe3+ 溶液倒入盛有磺化聚苯乙烯微球的三口燒瓶內(nèi)，攪拌(500rpm)吸附15min后在 3min內(nèi)逐漸滴加4ml 28%的氨水溶液。反應(yīng)30min后用油浴將混合溶液加熱至 8(TC后反應(yīng)lh，混合溶液冷卻后利用磁鐵將磁性微球吸附下來，去掉上清液， 然后加入去離子水，重復(fù)3-10次，直至溶液pH呈中性。然后將獲得的磁性微球 冷凍干燥后。取磁性微球在50(TC下加熱5h。取出后即可得到磁性空心微納米球。
如圖1所示，通過透射電鏡觀察獲得的磁性空心微納米球的粒徑約5. 6Mm。 利用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)測得磁性空心微納米球的飽和磁化強(qiáng)度為40eum/g。
實(shí)施例2
取0. 2g直徑為2. 6咖的表面帶有磺酸根的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯微球分 散在20ml水中，并將其置于100ml三口燒瓶內(nèi)，通入N210min去除體系內(nèi)的氧 氣；取0. 6mmo1. L—卞e(cuò)Cl3分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻，將 0. 3mmo1. L—卞e(cuò)Cl2分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻；將Fe2+溶液與Fe3+ 溶液倒入盛有微球的三口燒瓶內(nèi)，攪拌(300rpm)吸附15rain后在3min內(nèi)逐漸 滴加4ml 28%的氨水溶液。反應(yīng)30min后用油浴將混合溶液加熱至80。C后反應(yīng) 2h，混合溶液冷卻后利用磁鐵將磁性微球吸附下來，去掉上清液，然后加入去離 子水，重復(fù)3-10次，直至溶液pH呈中性。然后將獲得的磁性微球冷凍干燥后。
取上面制備的磁性微球0. lg分散在20ml 90%的乙醇溶液中，加入2ml 28% 的氨水溶液。然后在攪拌(500rpm)的條件下逐漸滴加lml lg/ml的四乙氧基硅 烷乙醇溶液。將混合溶液常溫下攪拌反應(yīng)lh后，用磁鐵將磁性微球吸下來，然
后將上清液倒掉，再次加入去離子水，重復(fù)4-5次即可。然后將沉淀進(jìn)行冷凍干 燥保存。
取磁性微球在50(TC下加熱4h。取出后即可得到磁性空心微納米球。 通過掃描電鏡觀察獲得的磁性空心微納米球的粒徑約2.75Mffl。利用透射電
鏡可以觀察到微球表面具有均勻的磁性粒子。利用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)測得磁性空心
微納米球的飽和磁化強(qiáng)度為36eum/g。 實(shí)施例3
取0. 15g直徑800tim的表面帶有羧酸根的聚甲基丙烯酸甲酯微球分散在 150ml水中，并將其置于250ml三口燒瓶內(nèi)，通入N230min去除體系內(nèi)的氧氣； 取0.4mmol.L—卞e(cuò)CL分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻，將 0. 2mmo1. L—卞e(cuò)Cl2分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻；將Fe2+溶液與Fe3+ 溶液倒入盛有表面帶有羧酸根聚苯乙烯微球的三口燒瓶內(nèi)，攪拌(800rpm)吸附 15min后在3min內(nèi)逐漸滴加10ml lmolL—'的NaOH溶液。反應(yīng)lh后用油浴將混 合溶液加熱至7(TC后反應(yīng)lh，混合溶液冷卻后利用磁鐵將磁性微球吸附下來， 去掉上清液，然后加入去離子水，重復(fù)3-10次，直至溶液pH呈中性。將獲得的 磁性微球進(jìn)行冷凍干燥保存。
取上面制備的磁性微球0. lg分散在10ml的乙醇溶液中，加入5ml 28%的氨 水溶液。然后在攪拌的條件下逐漸滴加0. 5ml四甲氧基硅垸。將混合溶液常溫下 攪拌反應(yīng)lh后，用磁鐵將磁性微球吸下來，然后將上清液倒掉，再次加入去離 子水，重復(fù)4-5次即可。然后將沉淀進(jìn)行冷凍干燥保存。
取0. 05g上述制備的磁性微球在N2的保護(hù)下70(TC下加熱3h。即可得到磁 性空心微納米球。
通過透射電鏡觀察獲得的磁性空心微納米球?yàn)榭招慕Y(jié)構(gòu)。利用振動樣品磁強(qiáng) 計(jì)測得磁性空心微納米球的飽和磁化強(qiáng)度為32eum/g。 實(shí)施例4
取0. 5g直徑為0. 5Wn的磺化聚苯乙烯微球分散在18ml水中，并將其置于 100ml三口燒瓶內(nèi)，通入N2lh去除體系內(nèi)的氧氣；取1.0m mol丄—卞e(cuò)Cl2分散在 5ml水中，并超聲5min使其分散均勻；將Fe2+溶液入盛有聚苯乙烯微球的三口燒 瓶內(nèi)，攪拌(500rpm)吸附15min后加入10%的NaOHl. 2ml。在3min內(nèi)逐漸滴加 4ml 25%的雙氧水溶液。反應(yīng)30min后用油浴將混合溶液加熱至8(TC后反應(yīng)lh， 混合溶液冷卻后利用磁鐵將磁性微球吸附下來，去掉上清液，然后加入去離子水, 重復(fù)3-10次，直至溶液pH呈中性。然后將獲得的磁性微球冷凍干燥后。
取上面制備的磁性微球0. 5g分散在20ml9(m的異丙醇水溶液中，加入10ml 28%的氨水溶液。然后在攪拌的條件下逐漸滴加l.Oml四乙氧基硅垸。將混合溶 液常溫下攪拌反應(yīng)lh后，用磁鐵將磁性微球吸下來，然后將上清液倒掉，再次 加入去離子水，重復(fù)4-5次即可。然后將沉淀進(jìn)行冷凍干燥保存。
取磁性微球在&的保護(hù)下50(TC下燒灼5h。取出后即可得到磁性空心微納 米球。
通過掃描電鏡觀察獲得的磁性空心微納米球的粒徑約0.65Mm。利用透射電 鏡可以觀察到微球表面具有均勻的磁性粒子。利用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)測得磁性空心 微納米球的飽和磁化強(qiáng)度為36eum/g。
實(shí)施例5
取0. 2g直徑為2. 6m的表面帶有磺酸根的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯微球分 散在20ml水中，并將其置于100ml三口燒瓶內(nèi)，通入N215min去除體系內(nèi)的氧 氣；取3.0mmolFeCl2分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻；將Fe"溶液 加入到三口燒瓶內(nèi)，攪拌(500rpm)吸附15min后加入10%的NaOHl. 2ml。在3min 內(nèi)逐漸滴加4ml 28%的雙氧水溶液。反應(yīng)30min后用油浴將混合溶液加熱至80 。C后反應(yīng)lh，混合溶液冷卻后利用磁鐵將磁性微球吸附下來，去掉上清液，然 后加入去離子水，重復(fù)3-IO次，直至溶液pH呈中性。然后將獲得的磁性微球冷 凍干燥后。
取上面制備的磁性微球0. lg分散在20ml 90%的乙醇溶液中，加入2ml 28% 的氨水溶液。然后在攪拌(300rpm)的條件下逐漸滴加lml lg/ml的四乙氧基硅 烷乙醇溶液。將混合溶液常溫下攪拌反應(yīng)lh后，用磁鐵將磁性微球吸下來，然 后將上清液倒掉，再次加入去離子水，重復(fù)4-5次即可。然后將沉淀進(jìn)行冷凍干 燥保存。
取磁性微球在30(TC下加熱6h。取出后即可得到磁性空心微納米球。 通過透射電鏡可以觀察到微球表面具有均勻的磁性粒子，其結(jié)構(gòu)也為空心結(jié) 構(gòu)。利用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)測得磁性空心微納米球的飽和磁化強(qiáng)度為28eum/g。
實(shí)施例6
取0.15g直徑800nm的表面帶有羧酸根的聚甲基丙烯酸甲酯微球分散在 150ml水中，并將其置于100ml三口燒瓶內(nèi)，通入&去除體系內(nèi)的氧氣；取1. 0m molFeCl2分散在5ml水中，并超聲5min使其分散均勻；將Fe"溶液加入到三口 燒瓶內(nèi)，攪拌(300rpm)吸附15min后加入28%的氨水溶液2ml。在3min內(nèi)逐漸 滴加2ml 25%的雙氧水溶液。反應(yīng)30min后用油浴將混合溶液加熱至70'C后反應(yīng) lh，混合溶液冷卻后利用磁鐵將磁性微球吸附下來，去掉上清液，然后加入去離 子水，重復(fù)3-10次，直至溶液pH呈中性。然后將獲得的磁性微球冷凍干燥后。
取上面制備的磁性微球0. lg分散在10ral的乙醇溶液中，加入5ml 28%的氨 水溶液。然后在攪拌的條件下逐漸滴加0. 5ml四甲氧基硅垸。將混合溶液常溫下 攪拌反應(yīng)lh后，用磁鐵將磁性微球吸下來，然后將上清液倒掉，再次加入去離 子水，重復(fù)4-5次即可。然后將沉淀進(jìn)行冷凍干燥保存。
取0.05g上述制備的磁性微球在&的保護(hù)下80(TC下加熱2h。即可得到磁 性空心微納米球。
通過透射電鏡觀察獲得的磁性空心微納米球?yàn)榭招慕Y(jié)構(gòu)。利用振動樣品磁強(qiáng) 計(jì)測得磁性空心微納米球的飽和磁化強(qiáng)度為29eum/g。
權(quán)利要求
1、一種高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的方法，其特征在于，以表面帶有負(fù)電荷的高分子微納米球?yàn)槟０澹ㄟ^在微納米球表面原位反應(yīng)生成以磁性納米粒子為殼，模板粒子為核的磁性微球，進(jìn)一步通過燒灼的方法去除模板來獲得空心磁性微納米球。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的方法，其特征是，所用的高分子模板微納米球材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲 基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、聚甲基丙烯酸縮水甘 油酯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一種或幾種的組合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的 方法，其特征是，所述在微納米球表面原位制備磁性微球采用吸附氧化法或共沉 淀法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的 方法，其特征是，所述的吸附氧化法，是指在l-30mg/ml的模板微球水溶液中， 在N2保護(hù)下吸附質(zhì)量為模板微球質(zhì)量0. 1倍-1. 0倍的Fe"離子，然后在攪拌的 條件下加入少量的堿液和雙氧水，使
: [Fe2+]=5-10，滴加完畢反應(yīng)10min-60min后，將混合溶液加熱至50 °C-85。C反應(yīng)30min-2h后冷卻，利用磁鐵將混合溶液中的磁性微球吸附下來，去 除上清液，重復(fù)5次-10次，直至上清液澄清，pH為中性為止，利用微納米孔過 濾的方法過濾掉生成的孤立磁性粒子，則獲得純的磁性微球。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或3或4或5所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的方法，其特征是，所述磁性微球包裹一層Si02。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的 方法，其特征是，所述磁性微球再包裹一層Si02，具體為將制備的磁性微球 配成l-30mg/ml的醇水或醇溶液，取lml此溶液，加入lm10. 5-30mg/ml的四乙 氧基硅烷或四甲氧基硅烷的醇水或醇溶液，然后在機(jī)械攪拌300-800rpm的條件 下300-800rpm，在溶液內(nèi)加入氨水或氫氧化鈉溶液，其中堿的用量為使最終使 體系內(nèi)0H-1的量為硅烷物質(zhì)量的4-8倍，并使反應(yīng)20min-8h，然后將獲得的溶 液進(jìn)行磁性分離，將固體干燥保存。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的 方法，其特征是，所述灼燒，其溫度為300°C -1000°C,時(shí)間為5min-30h。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米 球的方法，其特征是，所述灼燒，其溫度為300。C -800°C，時(shí)間為20min-10h。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米 球的方法，其特征是，所述灼燒，其溫度為300°C -700°C，時(shí)間為40min-8h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微納米材料技術(shù)領(lǐng)域的高分子微納米球?yàn)槟０逯苽浯判钥招奈⒓{米球的方法，即以表面帶有負(fù)電荷的高分子微納米球?yàn)槟０?，通過在微納米球表面原位反應(yīng)生成以磁性納米粒子為殼，模板粒子為核的磁性復(fù)合微球，之后也可以在此微球表面包裹一層SiO₂。進(jìn)一步通過燒灼去除模板來獲得空心磁性微納米球。本發(fā)明易行、高效、容易規(guī)模化，制備的磁性空心微納米球粒徑可控性很好、且磁性殼層的厚度或磁響應(yīng)強(qiáng)弱也可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號H01F1/42GK101183588SQ200710047140
公開日2008年5月21日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者康 孫, 竇紅靜, 馬武偉 申請人:上海交通大學(xué)