CN102964539B - 多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法，(1)将干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子加入到乙醇水溶液中，超声处理后，加入乙烯基三乙氧基硅烷，再一并转入反应器中，氮气保护下，恒温搅拌陈化，产物经洗涤、真空干燥、研磨成粉；(2)取步骤(1)得到的粉末和过氧化苯甲酰混合，加入含有致孔剂和交联剂的苯乙烯中，超声处理；(3)将聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠超声溶解于水中；(4)将步骤(2)得到的液体加入到步骤(3)得到的液体中，超声处理，得到的混合物倒入反应器中，升温冷凝回流反应，得到悬浮液，经磁铁磁分离乙醇洗涤，再磁分离纯水洗涤，真空干燥研磨得棕黄色粉状产物，再索氏抽提，最后真空干燥，即得。

Description

多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种多孔磁性聚合物微球的制备方法，特别是多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法。

背景技术

随着生命科学的发展，快速、高效地进行生物大分子的分离分析已经越来越受到人们的重视。生物磁分离技术作为一种近年来发展起来的分离手段具有高效、快速、溶剂消耗少、容易实现自动化等优点风靡生物学、生物技术和生物医学领域。生物磁分离需要球型规整、粒径均一、分散良好、磁响应性强，具有超顺磁性的磁球。为了使生物磁分离技术有更广泛地应用，应制备出表面带有羧基、羟基、环氧基、胺基等官能团的磁球，带有这些官能团的磁球易与不同生物分子结合。

磁性多孔聚合物微球是磁性聚合物微球的一个重要分支，它是指通过一定的方法制备的一种具有多孔结构的磁性聚合物复合微球，是一种新型的功能材料，其性质依赖于无机磁性物质、高分子化合物的性质及其复合机理，特别是不同的磁性物质展示出的磁性质多种多样性。对于磁性多孔聚合物微球而言，一方面，单体聚合或表面改性等赋予其表面多种功能基团(如:-OH、-COOH、-NH₂、-CHO等)，使其具有亲水性、生物亲和性或其它表面性能;其次，它具有较强的磁性或者磁响应性，因此便于磁分离和磁导向;另外它还具有多孔的表面结构，因此微球具有较大的内外表面积，而且多孔结构还可以赋予微球特殊的应用性能，因此在亲和色谱，酶的固定化和环境工程等领域有着广阔的应用前景。因此，设计和合成出不同结构的磁性多孔材料具有显著的科学意义和应用价值。

目前，已有的制备多孔磁性聚合物微球的报道很少，为了得到粒径较小的多孔磁性聚合物微球，以使得其充分展现小尺寸微球所具有的优势，扩大其应用范围，本发明提供了一种多孔磁性聚合物微球的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法，该方法主要是通过磁性粒子的表面修饰与微悬浮聚合的方法来制备磁性微球，超声高速剪切有效的促进了分散体系的均一性和稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法，它包括如下步骤：

(1)将干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子加入到乙醇的水溶液中，超声清洗器超声处理20~30min后，向Fe₃O₄悬浮液中逐滴加入乙烯基三乙氧基硅烷(SG-151)，再一并转入反应器中，氮气保护条件下，在35~50℃恒温搅拌陈化12~24h，所得到的改性后的Fe₃O₄磁性纳米粒子经洗涤、真空干燥、研磨成粉；

(2)取步骤(1)得到的粉末和过氧化苯甲酰（BPO）混合，加入含有致孔剂和交联剂的苯乙烯溶剂中，超声处理0.5~1h，所述的制孔剂为甲苯和正庚烷的混合物，所述的交联剂为二乙烯基苯；

(3)将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和十二烷基硫酸钠（SDS）超声处理溶解于水中；

(4)将步骤(2)得到的油性液体加入到步骤(3)得到的液体中，大功率超声仪超声处理5~10min至充分分散，得到的混合物倒入反应器中，70~80℃冷凝回流反应1.5~2h后，再升温至80~90℃冷凝回流反应6~8h，得到微蓝紫色悬浮液，分别经磁铁磁分离乙醇洗涤，磁分离纯水洗涤后，真空干燥研磨得棕黄色粉状产物，将棕黄色粉状产物进行索氏抽提24h，最后真空干燥，即得。

步骤(1)中，Fe₃O₄磁性纳米粒子可按照现有的常规技术制备，具体的制备方法可参考如下：

将FeCl₂·4H₂O、FeC1₃·6H₂O以1:2的摩尔比（质量比1:2.7）混合，溶于10～12倍质量的水中，搅拌下溶解，通氮驱氧半小时，然后升温至60℃，在快速搅拌下迅速加入过量的NH₃·H₂O，体系立即从透明的黄绿色变成黑色。随后升温至90℃，保持温度30min，然后降到室温，加入3mol.L^-1HCl调节pH=4，静置，产物用磁场分离收集。收集的产物用去离子水搅拌分散，然后磁场分离，上述过程反复多次直至无游离Cl^-，真空干燥后，研磨成粉末。

步骤(1)中，乙醇的水溶液中，乙醇的体积百分浓度为40%~60%。

步骤(1)中，对于1L乙醇的水溶液，干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子加入质量为8~12g。

步骤(1)中，对于1gFe₃O₄磁性纳米粒子，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为1~2ml。

步骤(1)中，洗涤方式为先无水乙醇洗涤2~3次，再去离子水洗2~3次。

步骤(1)和(4)中，真空干燥温度为40~60℃。

步骤(2)中，步骤(1)得到的粉末和过氧化苯甲酰按质量比2~4：1混合。

步骤(2)中，苯乙烯、甲苯、正庚烷和二乙烯基苯的体积比10~16：4：2：1；对于每1g步骤(1)得到的粉末，二乙烯基苯的使用体积为1~1.5ml。

步骤(3)中，聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和水的质量比为5~8：1~3：1000；聚乙烯吡咯烷酮与步骤(1)得到的粉末的质量比为1~2：1。

步骤(1)至步骤(3)中，为常规超声波清洗仪中超声波分散溶解。步骤(4)中，超声条件为20KHz超声仪间歇式超声，超声时间为5~10min，间歇时间为2~5秒/次。

步骤(4)中，索氏抽提中，使用的溶剂为加入盐酸的乙醇溶液，加入的盐酸的浓度为36~38wt%，盐酸与乙醇的体积比为1:75~1:30。

按照上述方法制备得到的多孔磁性聚苯乙烯微球也在本发明的保护范围之内。

有益效果：本发明的多孔磁性聚苯乙烯微球微球的制备方法，采用一步法制备多孔微球，表面修饰过程使得磁性粒子与聚合物粘结更充分，超声工艺使得磁性粒子分布更加均匀，SEM，TEM（见附图）直观表征磁性多孔微球的制备成球性良好，尺寸达到20um以下，粒径分布较窄，磁响应性好。本方法中，稳定剂和乳化剂的同时加入提高了体系的稳定性，超声仪的制备的微球粒径分布较窄，多孔微球形态较好，微孔分布均匀，在免疫分析，酶的固定化，靶向给药，细胞分离等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明所涉及到的自制的磁性纳米Fe₃O₄颗粒的TEM照片。

图2是本发明多孔磁性聚苯乙烯微球的SEM照片。

图3是本发明多孔磁性聚苯乙烯微球的TEM照片。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：物料的准备。

苯乙烯的精制：用200ml5wt%的NaOH水溶液反复洗涤至无色，以除去阻聚剂，蒸馏水洗涤三次，之后加入无水CaCl₂干燥，装入棕色瓶保存备用。

过氧化苯甲酰（BPO）的精制：10gBPO溶于50ml氯仿中搅拌溶解，过滤，滤液滴入100ml甲醇中，放入冰箱静置，得到白色针状结晶，用少量冷甲醇洗涤三次，室温真空干燥10h，装入棕色广口瓶，冰箱冷藏备用。

Fe₃O₄磁性纳米粒子的制备：将4.28gFeCl₂·4H₂O、11.70gFeCl₃·6H₂O溶于180ml水中，搅拌溶解，通氮驱氧0.5h后升温至60℃，在快速搅拌下迅速加入的20.0mlNH₃·H₂O，体系从透明的黄绿色变成黑色。随后升温至90℃，保持30min，然后静置冷却到室温，加入3mol.l^-1HCl调节pH=4，静置，水洗磁分离数次后真空干燥后，研磨成粉末。

实施例2：多孔磁性聚苯乙烯微球的制备。

具体包括如下步骤：

(1)取0.8g实施例1制备的干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子，加入到100ml50(v/v)%乙醇水溶液中，然后将混合液超声处理30min，逐渐滴加1ml乙烯基三乙氧基硅烷到溶有Fe₃O₄的悬浮液中。之后，转入250m1三颈烧瓶中，在N₂保护下，40℃快速搅拌12h恒温陈化。所得到的产品用无水乙醇洗涤三次，去离子水洗涤两次，之后40℃真空干燥，研磨成粉末。

(2)取步骤(1)得到的粉末0.5g和纯化后的BPO0.2g，将其加入到含有6ml的苯乙烯、2ml甲苯、1ml正庚烷和0.5mlDVB交联剂的试管中，置于超声波中超声混合1h。

(3)量取去离子水100ml于150ml的烧杯中，分别称取0.6gPVP，0.2gSDS加入其中，用玻璃棒搅拌，在超声波中溶解。

(4)将步骤(2)所得到的油性液体加入到步骤(3)的水溶液中，置于超声波处理器中20KHz间歇式超声处理5min，充分分散，将得到的体系倒入100ml三口烧瓶，80℃水浴加热，冷凝回流2h后，升温至90℃反应6h，最后得到微蓝紫色悬浮液，分别经磁铁磁分离乙醇洗涤，磁分离纯水洗涤后，40℃真空干燥，研磨得棕黄色粉状产物。将干燥样进行索氏抽提24h，索氏抽提使用的溶剂为加入盐酸的乙醇溶液，加入的盐酸的浓度为36~38wt%，盐酸与乙醇的体积比为1:75，最后真空干燥即可得到产物。

实施例3：

具体包括如下步骤：

(1)取1g实施例1制备的干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子，加入到100ml40(v/v)%乙醇水溶液中，然后将混合液超声处理20min，逐渐滴加2ml乙烯基三乙氧基硅烷到溶有Fe₃O₄的悬浮液中。之后，转入250m1三颈烧瓶中，在N₂保护下，50℃快速搅拌24h恒温陈化。所得到的产品用无水乙醇洗涤三次，去离子水洗涤三次，之后60℃真空干燥，研磨成粉末。

(2)取步骤(1)得到的粉末0.34g和纯化后的BPO0.17g，将其加入到含有8ml的苯乙烯、2ml甲苯、1ml正庚烷和0.5mlDVB交联剂的试管中，置于超声波中超声混合0.5h。

(3)量取去离子水100ml于150ml的烧杯中，分别称取0.8gPVP，0.3gSDS加入其中，用玻璃棒搅拌，在超声波中溶解。

(4)将步骤(2)所得到的油性液体加入到步骤(3)的水溶液中，置于超声波处理器中20KHz间歇式超声处理10min，充分分散，将得到的体系倒入100ml三口烧瓶，70℃水浴加热，冷凝回流1.5h后，升温至80℃反应8h，最后得到微蓝紫色悬浮液，分别经磁铁磁分离乙醇洗涤，磁分离纯水洗涤后，40℃真空干燥，研磨得棕黄色粉状产物。将干燥样进行索氏抽提24h，索氏抽提使用的溶剂为加入盐酸的乙醇溶液，加入的盐酸的浓度为36~38wt%，盐酸与乙醇的体积比为1:30，最后真空干燥即可得到产物。

实施例4：

具体包括如下步骤：

(1)取1.2g实施例1制备的干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子，加入到100ml60(v/v)%乙醇水溶液中，然后将混合液超声处理20min，逐渐滴加2ml乙烯基三乙氧基硅烷到溶有Fe₃O₄的悬浮液中。之后，转入250m1三颈烧瓶中，在N₂保护下，50℃快速搅拌24h恒温陈化。所得到的产品用无水乙醇洗涤2次，去离子水洗涤3次，之后60℃真空干燥，研磨成粉末。

(2)取步骤(1)得到的粉末0.5g和纯化后的BPO0.15g，将其加入到含有8ml的苯乙烯、2ml甲苯、1ml正庚烷和0.5mlDVB交联剂的试管中，置于超声波中超声混合0.5h。

(3)量取去离子水200ml于500ml的烧杯中，分别称取1gPVP，0.3gSDS加入其中，用玻璃棒搅拌，在超声波中溶解。

(4)将步骤(2)所得到的油性液体加入到步骤(3)的水溶液中，置于超声波处理器中20KHz间歇式超声处理10min，充分分散，将得到的体系倒入100ml三口烧瓶，70℃水浴加热，冷凝回流1.5h后，升温至80℃反应8h，最后得到微蓝紫色悬浮液，分别经磁铁磁分离乙醇洗涤，磁分离纯水洗涤后，40℃真空干燥，研磨得棕黄色粉状产物。将干燥样进行索氏抽提24h，索氏抽提使用的溶剂为加入盐酸的乙醇溶液，加入的盐酸的浓度为36~38wt%，盐酸与乙醇的体积比为1:30，最后真空干燥即可得到产物。

Claims (3)

1.多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)将干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子加入到乙醇的水溶液中，超声波清洗器超声处理20～30min后，向Fe₃O₄悬浮液中逐滴加入乙烯基三乙氧基硅烷，再一并转入反应器中，氮气保护条件下，在35～50℃恒温搅拌陈化12～24h，所得到的改性后的Fe₃O₄磁性纳米粒子经洗涤、真空干燥、研磨成粉；

(2)取步骤(1)得到的粉末和过氧化苯甲酰混合，加入含有致孔剂和交联剂的苯乙烯溶剂中，超声处理0.5～1h，所述的致孔剂为甲苯和正庚烷的混合物，所述的交联剂为二乙烯基苯；

(3)将聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠超声溶解于水中；

(4)将步骤(2)得到的液体加入到步骤(3)得到的液体中，大功率超声仪超声处理5～10min至充分分散，得到的混合物倒入反应器中，70～80℃冷凝回流反应1.5～2h后，再升温至80～90℃冷凝回流反应6～8h，得到悬浮液，经磁铁磁分离乙醇洗涤，再磁分离纯水洗涤，真空干燥研磨得棕黄色粉状产物，将棕黄色粉状产物进行索氏抽提24h，最后真空干燥，即得；

步骤(1)中，乙醇的水溶液中，乙醇的体积百分浓度为40～60％；

步骤(1)中，对于1L乙醇的水溶液，干燥的Fe₃O₄磁性纳米粒子加入质量为8～12g；

步骤(1)中，对于1gFe₃O₄磁性纳米粒子，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为1mL～2mL；

步骤(2)中，步骤(1)得到的粉末和过氧化苯甲酰按质量比2～4：1混合；

步骤(2)中，苯乙烯、甲苯、正庚烷和二乙烯基苯的体积比10～16：4：2：1；对于每1g步骤(1)得到的粉末，二乙烯基苯的使用体积为1～1.5mL；

步骤(3)中，聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和水的质量比为5～8：1～3：1000；聚乙烯吡咯烷酮与步骤(1)得到的粉末的质量比为1～2：1。

2.根据权利要求1所述的多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，索氏抽提中，使用的溶剂为加入盐酸的乙醇溶液，加入的盐酸的浓度为36～38wt％，盐酸与乙醇的体积比为1:75～1:30。

3.权利要求1～2中任意一项制备得到的多孔磁性聚苯乙烯微球。