CN102746440A

CN102746440A - 一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺

Info

Publication number: CN102746440A
Application number: CN2012102766270A
Authority: CN
Inventors: 赵艾钧; 李发珍; 王钊; 谭韬
Original assignee: SICHUAN PROVINCE XINCHENG BIOLOGICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN XINJIAN KANGCHENG BIOLOGICAL CO., LTD.
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-08-06
Also published as: CN102746440B

Abstract

本发明涉及一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺。该制备工艺的反应体系包括外水相、聚合单体和功能单体，所述外水相的组分及含量为：十二烷基硫酸钠0.1-2g、聚乙二醇6000 2-16g、氯化钠0.1-3g、纯化水400-600mL；聚合单体的组分及含量为：苯乙烯50-100mL、二乙烯基苯0.5-1.0mL；功能单体的组分及含量为：丙烯酸乙酯2-16mL、硼酸硼砂缓冲液10-60mL；通过外水相的配置、聚合单体的纯化、乳浊液的制备、聚合反应得到羧基化聚苯乙烯微球。采用本发明的制备工艺生产的聚苯乙烯微球，成本为国外公司微球价格的1%，抗凝集效果是国外公司微球的十几倍，和抗体的交联效率提高了50%，并且能够满足多个项目的要求，一球多用。

Description

一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺

技术领域

本发明高分子微球材料领域，具体地，涉及一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺。

背景技术

聚苯乙烯微球的制备与应用方面发展较快，不仅在传统的乳液聚合和悬浮聚合的基础上发展了许多新技术，在微球的性能、品种上也日益完善，逐步发展到可合成单分散、粒径可控、多种形态、结构、高性能的产品，广泛应用在标准计量、食品化工、医药学、生物工程、信息工程和微电子技术等领域，特别是应用在生物医学领域，对临床诊断、检验、免疫技术、细胞学等的研究具有重要意义。在体外诊断试剂行业中，聚苯乙烯微球是增强比浊试剂的重要原料之一，微球的性能决定了试剂的性能。

乳液聚合(emulsion polymerization)是高分子合成过程中常用的一种合成方法，因为它以水作溶剂，对环境十分有利。在乳化剂的作用下并借助于机械搅拌,使单体在水中分散成乳状液,由引发剂引发而进行的聚合反应。虽然此合称方法发展了几十年，但是由于合成中组成成分较多，各物料配比复杂，现在真正能很好地应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球很少，性能较稳定的微球也主要来自于国外的大公司，价格不菲，如Polymicrospheres, Bangslabs等，价格昂贵，为300 RMB-600 RMB/g不等。而许多国产厂家的聚苯乙烯微球，存在批间差大，稳定性差，应用性能不好等问题。现有聚苯乙烯微球的这些问题也是许多国内厂家没有增强比浊试剂的研发和生产能力的重要原因之一。

聚苯乙烯微球作为增强比浊试剂的重要原料之一，使用国外公司的微球将致使生产试剂的其它原料增加，试剂成本升高。同时，国外公司的微球在应用到增强比浊试剂的过程中也出现了很多问题，如容易凝聚，和抗体交联效率偏低，试剂的生产效率难以提高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，反应体系包括外水相、聚合单体和功能单体，所述外水相的组分及含量为：十二烷基硫酸钠0.1-2g、聚乙二醇6000 2-16g、氯化钠0.1-3g、纯化水400-600mL；聚合单体的组分及含量为：苯乙烯50-100mL、二乙烯基苯0.5-1.0 mL；功能单体的组分及含量为：丙烯酸乙酯2-16mL、硼酸硼砂缓冲液10-60mL；该制备工艺包括下述步骤：

（1）外水相的配置：按照外水相的含量比例准确量取纯化水置于溶解容器中，再准确称取十二烷基硫酸钠、聚乙二醇6000和氯化钠于溶解容器中，搅拌溶解；

（2）聚合单体的纯化：按聚合单体的含量取苯乙烯和二乙烯基苯于分液漏斗中，加入氢氧化钠溶液摇匀，除去溶剂中的阻聚剂，然后用纯化水吸取多余的氢氧化钠；

（3）乳浊液的制备：搅拌配制好的外水相同时将纯化后的聚合单体缓慢滴加入配制好的外水相中，滴加混合后用超声仪器超声使其分散均匀；

（4）聚合反应：将分散均匀的乳浊液倒入反应容器中，搅拌加热，待温度上升至65-85℃后，加入引发剂引发反应，反应30-60min生成无功能基团的聚苯乙烯微球生成后，加入功能单体，反应5.5-7.5小时，得到羧基化聚苯乙烯微球。

具体地，所述步骤（1）中搅拌的转速为500-800rpm。

所述步骤（2）中氢氧化钠溶液的质量百分含量为5%。

所述步骤（3）中搅拌的转速为600rpm。

所述步骤（3）中超声仪器的功率40khz，超声使其分散的时间为10-30min。

所述步骤（4）中的引发剂为过硫酸铵。

所述步骤（4）中功能单体分2至4次加入，每次加入功能单体的量相等。即将功能单体均匀分成n份后分n次加入。n=2或3或4。

作为较好的加入方式，所述步骤（4）中功能单体分4次加入。

所述功能单体为丙烯酸乙酯分散于硼酸硼砂缓冲液构成的溶液。

一个应用性能优越的聚苯乙烯微球，它主要受到原料配方和工艺流程两个大因素影响，本发明的上述技术方案的核心技术也就在这两个方面。在原有的乳液聚合基础上，增加了助乳化剂聚乙二醇，使制备的微球更加光滑，粒径分布更窄；并加入了离子强度的调节物质（氯化钠），利于电荷平衡，有利于整个乳液体系的稳定性，不会出现破乳的现象。在聚合物单体上，加入了交联剂（二乙烯基苯），使得到的聚苯乙烯微球结构更致密，分子量更高。功能单体的分散体系中，创新性地加入了硼酸硼砂缓冲液，有效地调节了整个体系的酸度，生产工艺很稳定。

进一步地，通过温度和搅拌速度的共同作用，我们可以精确控制所合成的聚苯乙烯微球的大小（偏差不超过10 nm），通过针管加入功能单体的方式解决了功能单体加入后乳液中局部酸度过大的问题，乳液稳定性很好。

本发明的上述制备工艺中，步骤（2）为聚合单体的纯化，根据行业习惯和要求，生产的苯乙烯和二乙烯基苯在保存时都会加入阻聚剂，阻聚剂可以选择对苯二酚HQ（又名氢醌，最常用，价格低。常温效果较好，加温固化效果较差）或对苯醌PBQ（在缺氧条件下仍可发挥作用，适用于氮气或其它惰性气体保护的醚化过程颜色黄，对树脂颜色有影响）或甲基氢醌THQ（效果好，用于高活性不饱和聚酯树脂生产，常用于胶衣树脂、SMC树脂。本品溶解性好，高温阻聚效果好），为了避免阻聚剂对本发明工艺的影响，本发明采用质量分数为5%氢氧化钠溶液去除阻聚剂，当然，也可以根据具体情况，调整氢氧化钠溶液中氢氧化钠的含量。步骤（3）中的超声仪器可以选用超声振荡器等常用的促进溶解分散均匀的超声设备。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、采用本发明的制备工艺生产的聚苯乙烯微球，成本为国外公司微球价格的1%。

2、采用本发明的制备工艺生产的聚苯乙烯微球生产周期短，全套生产工艺仅耗时6个小时。

3、采用本发明的制备工艺生产的聚苯乙烯微球在应用上及其优越，抗凝集效果是国外公司微球的十几倍，和抗体的交联效率提高了50%。

4、采用本发明的制备工艺生产的聚苯乙烯微球后，增强比浊试剂生产效率是使用国外公司微球的2倍。

5、采用本发明的制备工艺生产的聚苯乙烯微球后，增强比浊试剂的成本比使用国外公司微球时下降了40%。

6、采用本发明的制备工艺生产的聚苯乙烯微球可以达到一种微球同时满足多个项目的要求，一球多用。

附图说明

图1是本发明的合成工艺流程图；

图2是实例1制备的聚苯乙烯微球在a1-MG测定试剂盒的应用中的实验结果图；

图3是实例1制备的聚苯乙烯微球在视黄醇结合蛋白测定试剂盒的应用中的实验结果图；

图4是实例2制备的聚苯乙烯微球在胱抑素C测定试剂盒的应用中的实验结果图；

图5是实例2制备的聚苯乙烯微球在B2-MG测定试剂盒的应用中的实验结果图；

图6是实例3制备的聚苯乙烯微球在肌红蛋白测定试剂盒的应用中的实验结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不仅限于下述实施例。

本实施例的应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺中，核心技术体现在原料配方和工艺流程两个方面。

原料配方物料配比如下:

外水相：十二烷基硫酸钠（SDS） 0.1-2 g；聚乙二醇（PEG-6000），即分子量为6000的聚乙二醇2-16 g；氯化钠（NaCl）0.1-3 g；纯化水(H₂O) 400-600 mL 。

聚合单体：苯乙烯（St）50-100 mL ；二乙烯基苯(DVB) 0.5-1.0 mL 。

功能单体：丙烯酸乙酯 2-16 mL，硼酸硼砂缓冲液 10-60 mL 。

作为本发明配方的上述配比，可以根据其比例等比放大或者缩小。其反应工艺的反应容器和相关设备的规格，也根据反应物的多少作出相适应的调整和设计。

本实施例的具体配方如表1所示：

表1

工艺流程包括下述步骤：

（1）外水相的配制

按照配方表的比例准确量取适量纯化水于烧杯中，再准确称取十二烷基硫酸钠（SDS）、聚乙二醇（PEG-6000）和氯化钠于烧杯中，500-800rpm转速搅拌溶解。

（2）聚合单体的纯化

按比例量取苯乙烯和二乙烯基苯于分液漏斗中，加入一定浓度的氢氧化钠摇匀，除去溶剂中的阻聚剂。最后用纯化水吸取多余的氢氧化钠。

（3）乳浊液的制备

把纯化好的聚合单体在外水相600rpm转速下缓慢滴加入配制好的外水相中。混合后用超声仪器超声（功率40khz）10-30min使其分散均匀。

（4）聚合反应

把分散好的乳浊液倒入指定的反应容器中，搅拌加热，待温度上升至指定温度后，加入引发剂过硫酸铵引发起反应，反应一段时间后无功能基团的聚苯乙烯微球生成后，加入事先配制好的功能单体（丙烯酸乙酯）溶液（按一定比例1到4次分别加入），反应到预定时间（6-8小时），即生成羧基化聚苯乙烯微球。

功能单体为丙烯酸乙酯分散于硼酸硼砂缓冲液构成的溶液。

采用上述配方和合成工艺，反应后的物质经激光粒度分析仪和电位滴定仪测定，产物为羧基化聚苯乙烯微球。

表1中，合成工艺参数中的温度是步骤（4）中上升至反应的温度，搅拌速度是步骤（1）中搅拌溶解的转速，成本是根据本实施例的配方和工艺流程，通过物料的投入和最终得到产物羧基化聚苯乙烯微球的量所计算出来的每克羧基化聚苯乙烯微球的生产成本。经过试验发现，在其他试验条件相同的情况下，加入功能单体的次数为2-4次时其成本相对于一次加入有明显的降低。在分4次加入的情况下，相对于1次加入，其成本显著降低。

对于上述实施例中按表1中的配方和合成工艺所制得的羧基化聚苯乙烯微球，我们进行进一步实验。

表2

根据表2的实验结果，羧基化聚苯乙烯微球作为用于生产其他试剂的一种原料，本实施例的羧基化聚苯乙烯微球成本相对于国外微球而言，成本仅为国外公司微球价格的1%。表2中的国外微球为polymicrospheres微球。polymicrospheres微球为国外公司的现有微球中的一种。

对于本实施例在表1中按实施例1-3的组分和工艺所制备的羧基化聚苯乙烯微球，分别进行应用实验，在下面的应用实验中，对于同一个表中的对比实验，采用微球制备试剂的比例、参数和方法，除了微球不一样，其他的组分和条件都相同，并且，采用微球做成试剂的方法为现有的技术，本领域技术人员采用常规的试剂配制技术即可实现。

这些微球在制备相关试剂的应用相关的实验数据如下表所示（在下述各表中，所有数据均通过全自动生化分析仪进行测定，测定参数和测定方法均为现有技术，本领域技术人员采用常规的测定技术即可实现。

表3

表3为实施例1制备的羧基化聚苯乙烯微球在a1-MG测定试剂盒中的应用，根据表3的测定结果及图2所示，实验结果表明，采用实施例1制备的试剂对每个校准品浓度测定的吸光度变化值远高于运用polymicrospheres的CB096D微球研发的a1-MG测定试剂盒，如校准品浓度为14 mg/L时，polymicrospheres的CB096D微球研发的a1-MG测定试剂盒的吸光度变化值为602个单位，而采用实施例1制备的试剂所对应的吸光度变化值足足有1004个单位，反应强度比polymicrospheres的CB096D微球研发的a1-MG测定试剂盒超过了40%，图2中可以看到实施例1制备的试剂的反应曲线在每个校准品浓度上的吸光度均高于polymicrospheres的CB096D微球研发的a1-MG测定试剂盒，因此我们得出了如下结论：运用polymicrospheres的CB096D微球研发的a1-MG测定试剂盒，反应强度低，同时不能解决微球凝集的问题，微球凝集率超过20%，稳定性只有十几天。运用实施例1，我们可以看到做出的试剂盒反应强度远远超过polymicrospheres的CB096D微球，而且试剂盒成本直接下降30%，同时完全解决了微球凝集的问题，稳定性一年以上。

表4

表4为实施例1制备的羧基化聚苯乙烯微球在视黄醇结合蛋白测定试剂盒中的应用，采用实施例1制备的试剂对每个校准品浓度测定的吸光度变化值远高于运用polymicrospheres的CB091E微球研发的视黄醇结合蛋白测定试剂盒，如校准品浓度为11 mg/L时，polymicrospheres的CB091E微球研发的视黄醇结合蛋白测定试剂盒的吸光度变化值为750个单位，而采用实施例1制备的试剂所对应的吸光度变化值足足有1302个单位，反应强度比polymicrospheres的CB091E微球研发的视黄醇结合蛋白测定试剂盒超过了70%，图3中可以看到实施例1制备的试剂的反应曲线在每个校准品浓度上的吸光度均高于polymicrospheres的CB091E微球研发的视黄醇结合蛋白测定试剂盒，参见图3所示，实验表明，运用实施例1的微球研发的视黄醇结合蛋白测定试剂盒，反应强度远超polymicrospheres的CB091E微球。应用实施例1的微球后，某辅助原料加入量是polymicrospheres的CB091E微球的5倍时，试剂仍然能够避免微球凝集，说明试剂的抗凝效果至少是其5倍，而且使用实施例1的微球将直接节约成本的25%。同时，正是因为此微球所研发的试剂盒超强的反应强度，我们研发的视黄醇结合蛋白测定试剂盒是现在国内唯一一家可以同时测定尿液和血液标本的试剂盒。

表5

表5是实例2制备的聚苯乙烯微球在胱抑素C测定试剂盒的应用，采用实施例2制备的试剂对每个校准品浓度测定的吸光度变化值远高于运用polymicrospheres的CB0104D微球研发的胱抑素C测定试剂盒，如校准品浓度为0.5 mg/L时，polymicrospheres的CB0104D微球研发的胱抑素C测定试剂盒的吸光度变化值为164个单位，而采用实施例2制备的试剂所对应的吸光度变化值足足有327.5个单位，反应强度是polymicrospheres的CB0104D微球研发的胱抑素C测定试剂盒的2倍，图5中可以看到实施例2制备的试剂的反应曲线在每个校准品浓度上的吸光度均远高于polymicrospheres的CB0104D微球研发的胱抑素C测定试剂盒，反应强度高，特别是低端反应强度高，有利于尿液标本的测定，实验表明，运用实施例2的微球研发的胱抑素C测定试剂盒，反应强度远高于polymicrospheres的CB0104D微球，另外实施例2微球可以达到浓缩生产（做出1 L的试剂浓缩液可以稀释成2-3 L），而polymicrospheres的CB0104D微球不能浓缩生产（浓度太高，其微球会严重凝集），因此实施例2微球的生产效率远高于它（是它的2-3倍）；此外，实施例2微球只需要加入polymicrospheres的CB0104D微球的60%左右的原料就可以和polymicrospheres的CB0104D微球研发的试剂达到相同的反应强度，成本直接下降40%。

表6

表6是实例2制备的聚苯乙烯微球在B2-MG测定试剂盒的应用；采用实施例2制备的试剂对每个校准品浓度测定的吸光度变化值远高于运用polymicrospheres的CB0130E微球研发的B2-MG测定试剂盒，如校准品浓度为1.5 mg/L时，polymicrospheres的CB0130E微球研发的B2-MG测定试剂盒的吸光度变化值为397个单位，而采用实施例2制备的试剂所对应的吸光度变化值足足有782个单位，反应强度比polymicrospheres的CB0130E微球研发的B2-MG测定试剂盒高1倍，图5中可以看到实施例2制备的试剂的反应曲线在每个校准品浓度上的吸光度均远高于polymicrospheres的CB0130E微球研发的B2-MG测定试剂盒，同时运用实例2的微球研发的试剂盒，在原料方面的成本直接下降30%以上。

从实施例1和实施例2可以看到，同样一种微球可以同时满足2种试剂的要求，而且试剂的性能比采用polymicrospheres微球研发的试剂要好很多，同时由于新成自研的微球价格仅为polymicrospheres微球的1%，这使得我们的试剂的成本普遍下降20%以上甚至达到了40%。

表7

表7是实例3制备的聚苯乙烯微球在肌红蛋白测定试剂盒的应用，采用实施例3微球制备的试剂对每个校准品浓度测定的吸光度变化值远高于运用polymicrospheres的CB0267D微球研发的肌红蛋白测定试剂盒，如校准品浓度为110 ng/L时，polymicrospheres的CB0267D微球研发的肌红蛋白测定试剂盒的吸光度变化值为135个单位，而采用实施例3制备的试剂所对应的吸光度变化值足足有439个单位，反应强度比polymicrospheres的CB0267D微球研发的肌红蛋白测定试剂盒高3倍，图6中可以看到实施例3制备的试剂的反应曲线在每个校准品浓度上的吸光度均远远超过了polymicrospheres的CB0267D微球研发的肌红蛋白测定试剂盒，做为像肌红蛋白这种微量检测的试剂，反应强度的大小是试剂性能好坏及其重要的评价指标。实验表明，运用实施例3的微球研发的肌红蛋白测定试剂盒，反应强度远远超过了polymicrospheres的CB0267D微球，试剂性能优良。

Claims

1.一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，反应体系包括外水相、聚合单体和功能单体，所述外水相的组分及含量为：十二烷基硫酸钠0.1-2g、聚乙二醇6000 2-16g、氯化钠0.1-3g、纯化水400-600mL；聚合单体的组分及含量为：苯乙烯50-100mL、二乙烯基苯0.5-1.0 mL；功能单体的组分及含量为：丙烯酸乙酯2-16mL、硼酸硼砂缓冲液10-60mL；该制备工艺包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述步骤（1）中搅拌的转速为500-800rpm。

3.根据权利要求1所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述步骤（2）中氢氧化钠溶液的质量百分含量为5%。

4.根据权利要求1所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述步骤（3）中搅拌的转速为600rpm。

5.根据权利要求1所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述步骤（3）中超声仪器的功率40khz，超声使其分散的时间为10-30min。

6.根据权利要求1所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述步骤（4）中的引发剂为过硫酸铵。

7.根据权利要求1所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述步骤（4）中功能单体分2至4次加入，每次加入功能单体的量相等。

8.根据权利要求7所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述步骤（4）中功能单体分4次加入。

9.根据权利要求1或8所述的一种应用于增强比浊试剂的聚苯乙烯微球的制备工艺，其特征在于，所述功能单体为丙烯酸乙酯分散于硼酸硼砂缓冲液构成的溶液。