CN103694392A

CN103694392A - 一种羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法

Info

Publication number: CN103694392A
Application number: CN201310658790.8A
Authority: CN
Inventors: 刘清浩; 郭金春; 刘红彦; 王俊美
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103694392B

Abstract

本发明公开了一种羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法，是将无水乙醇、引发剂偶氮二异丁腈、分散剂聚乙烯吡咯烷酮置于水中得到澄清透明溶液，向溶液中同时加入苯乙烯、丙烯酸和烯丙基荧光染料，氮气保护下进行共聚反应，得到羧基聚苯乙烯共聚荧光微球。本发明采用分散聚合方法，制备得到的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球具有良好的单分散性和稳定的荧光性能。

Description

一种羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种荧光微球的制备方法，特别是涉及一种羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法。

背景技术

荧光微球具有良好的应用前景。研究表明，它可广泛应用于荧光仪器的校正、生物分子及合成分子的检测和分析方面，尤其是表面功能化的荧光微球，在生物医药领域具有潜在的应用价值，如基因测序和表达、蛋白质测序、疾病诊断和药物筛选等。同时，在环境监测和食品检验等方面，也对荧光微球有着大量的需求。

CN 102115508A公开了一种微米级聚合物荧光微球的合成方法，其首先制备出高质量的量子点，再采用分散聚合的方法，将量子点包覆在聚苯乙烯微米球中，可以得到1-10μm的荧光微球。然而该方法制备的荧光微球中量子点容易泄漏，在使用时会造成样品的污染。

文献(Materials Letters, 2008, 62, 2603-2606)报道，以乙烯基咔唑、丹磺酰氯烯丙基胺和苯乙烯为原料，采用分散聚合的方法可以制备得到荧光微球，然而该荧光微球没有功能基团，不易与后续生物学结合。

众所周知，聚苯乙烯微球具有分散性好、比表面积大、有生物惰性、不被一般溶剂溶解或溶胀，以及有表面反应能力等特异性质，对蛋白质、染料、亲配位体等物质具有好的结合能力，适合作为生物分析中荧光物质的载体。将苯乙烯与具有双键的荧光染料共聚，可以制备得到聚苯乙烯荧光高分子材料，其稳定的形态结构及稳定和高效的发光效率，对生物体进行标记、检测及筛选等方面的应用甚多。但是，据文献[Journal of Materials Chemistry, 2009, 19, 2018-2025]报道，具有双键的荧光染料分子较大，在共聚过程中存在一定程度的空间位阻，具有自阻聚作用，同时加入的双键荧光染料会破坏原本空白微球稳定的聚合条件，不易形成粒径均一的微球。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有羧基功能基团、良好的单分散性、荧光性能好且稳定的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法。

本发明提供的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法是由苯乙烯、丙烯酸与烯丙基荧光染料共聚获得荧光微球，其具体制备方法为：将无水乙醇、引发剂偶氮二异丁腈、分散剂聚乙烯吡咯烷酮置于水中得到澄清透明溶液，向溶液中同时加入苯乙烯、丙烯酸和烯丙基荧光染料，氮气保护下进行共聚反应，得到羧基聚苯乙烯共聚荧光微球；其中，所述的烯丙基荧光染料包括烯丙基罗丹明B、烯丙基荧光素或烯丙基尼罗红，烯丙基荧光染料的加入量为苯乙烯质量的0.25～0.8%。

上述共聚反应中，所述丙烯酸用量是苯乙烯质量的3.5～5.5%；引发剂偶氮二异丁腈的用量是苯乙烯质量的2～2.5%；分散剂聚乙烯吡咯烷酮的用量是苯乙烯质量的3.5～7%；所述共聚反应在氮气保护下，于65～70℃反应12～24h。

本发明将上述制备方法得到的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球先后用去离子水和乙醇反复洗涤，直至洗涤液不再检测出荧光后，于50℃真空干燥得到最终荧光微球产品。

本发明采用分散聚合的方法，将具有双键的苯乙烯单体、丙烯酸单体和烯丙基荧光染料单体进行共聚，制备得到了羧基聚苯乙烯共聚荧光微球。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、采用具有可聚合基团的烯丙基荧光染料与苯乙烯及丙烯酸直接聚合，使荧光染料均匀分布在微球中，从而保证了较高的微球整体发光效率；使荧光染料稳定存在于微球中，不容易泄漏、淬灭，不会造成测试样品污染；使荧光微球具有羧基功能基团。2、运用分散聚合法制备荧光微球，因此制备出的荧光微球粒径均一(2μm左右)，具有良好的单分散性。3、本发明采用一锅法制备荧光微球，使制备荧光微球的操作简便。4、本发明使用微量反应制备荧光微球，使制备荧光微球的成本低廉。

附图说明

图1是本发明实施例提供的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的荧光发射光谱图。

图2是本发明实施例提供的羧基聚苯乙烯微球及羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的红外吸收光谱对比图。

图3是本发明实施例所制得的空白微球和荧光微球的SEM图。

图4是本发明实施例所制得的荧光微球的荧光显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。

实施例1

1、烯丙基罗丹明B的合成：按文献(J. Mater. Chem., 2009, 19, 2018-2025)方法，将罗丹明B 240g，碳酸钾0.73g，3-溴丙烯2.65g投入反应瓶中，加入溶剂DMF 50ml，催化剂碘痕量，阻聚剂对苯二酚痕量，在无水无氧条件下，71℃反应25h，合成烯丙基罗丹明B，粗产品经柱色谱得纯品。

2、羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备：分别取偶氮二异丁腈0.06g、聚乙烯吡咯烷酮0.18g、无水乙醇9.6ml和水0.4ml，置于微量反应器中，超声得澄清透明溶液。加入苯乙烯3.02g，丙烯酸0.15g，烯丙基罗丹明B 15mg，通氮除氧，密封。置于恒温振荡器中，在70℃条件下反应12h。先后用去离子水和乙醇反复洗涤所得微球，直至洗涤液中不再检测出荧光为止，50℃真空干燥，得到羧基聚苯乙烯共聚荧光微球。

对比例1

取偶氮二异丁腈0.06g、聚乙烯吡咯烷酮0.18g、无水乙醇9.6ml和水0.4ml，置于微量反应器中，超声得澄清透明溶液。加入苯乙烯3.02g和丙烯酸0.15g，通氮除氧，密封。置于恒温振荡器中，在70℃条件下反应12h。先后用去离子水和乙醇反复洗涤所得微球，50℃真空干燥，得到羧基聚苯乙烯空白微球。

实施例2

1、烯丙基荧光素的合成：按文献(J. Mater. Chem., 2009, 19, 2018-2025)方法，将荧光素2.00g，3-溴丙烯2.42g和无水碳酸钾4.97g投入反应瓶中，加入溶剂DMF 50ml，催化剂碘痕量，阻聚剂对苯二酚痕量，在无水无氧条件下，71℃反应25h，得烯丙基荧光素黄色粗品，氯仿重结晶后，经柱色谱得纯品。

2、羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备：分别取偶氮二异丁腈0.07g、聚乙烯吡咯烷酮0.21g、无水乙醇9ml和水1.2ml，置于微量反应器中，超声得澄清透明溶液。加入苯乙烯3.0g，丙烯酸0.11g，烯丙基荧光素9mg，通氮除氧，密封。置于恒温振荡器中，在70℃条件下反应12h。先后用去离子水和乙醇反复洗涤所得微球，直至洗涤液中不再检测出荧光为止，50℃真空干燥，得到羧基聚苯乙烯共聚荧光微球。

实施例3

1、烯丙基尼罗红的合成：按文献(J. Mater. Chem., 2009, 19, 2018-2025)方法，将间N,N-二乙氨基苯酚1.65g，浓盐酸3.40ml和水1.70ml投入反应瓶中，冰浴下搅拌至溶解，控制温度在0℃，向其中缓慢滴加亚硝酸钠水溶液(NaNO₂ 0.78g，H₂O 5.9mL)，30min加完，0～5℃反应4h，过滤得粗盐酸盐产品，50℃下真空干燥8h。将粗产品溶解在25ml沸腾的乙醇中，冷却至40℃，缓慢加入***直到有结晶出现，混合物放置冰箱24h，过滤得土黄色针状晶体5-(二乙氨基)-2-亚硝基苯酚。

将5-(二乙氨基)-2-亚硝基苯酚0.50g，1,6-二羟基萘0.33g和干燥的DMF 40ml投入反应瓶中，搅拌加热至回流，反应4h后减压蒸去DMF，得粗品1.24g。柱色谱分离提纯得纯品9-(二乙氨基)-2-羟基-5H-苯并[a]吩噁嗪-5-酮。

将9-(二乙氨基)-2-羟基-5H-苯并[a]吩噁嗪-5-酮0.26g，3-溴丙烯0.28g，无水碳酸钾0.54g和甲醇7.30ml投入反应瓶中，搅拌加热至回流，反应48h得粗品，干法上样经柱色谱分离提纯得纯品烯丙基尼罗红。

2、羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备：分别取偶氮二异丁腈0.057g、聚乙烯吡咯烷酮0.17g、无水乙醇8.4ml和水1.1ml，置于微量反应器中，超声得澄清透明溶液。加入苯乙烯2.85g，丙烯酸0.11g，烯丙基尼罗红18mg，通氮除氧，密封。置于恒温振荡器中，在70℃条件下反应12h。先后用去离子水和乙醇反复洗涤所得微球，直至洗涤液中不再检测出荧光为止，50℃真空干燥，得到羧基聚苯乙烯共聚荧光微球。

图1为实施例1、2、3制备的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球3%乙醇分散液的荧光发射光谱图，由图1a(实施例1)可以看出，在556nm激发光下，该荧光微球的最大发射波长为575nm；由图1b(实施例2)可以看出，在457nm激发光下，该荧光微球的最大发射波长为526nm；由图1c(实施例3)可以看出，在547nm激发光下，该荧光微球的最大发射波长为596nm。

图2中，图a为对照例1羧基聚苯乙烯空白微球的红外吸收光谱图，图b为实施例1羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的红外吸收光谱图。从图a可以观察到，1702cm^-1处为C=O基的伸缩振动峰，3446cm^-1为羧酸中羟基的伸缩振动峰，说明微球表面羧基的存在；1489cm^-1和1448cm^-1处为苯环上的C-C伸缩振动峰，700cm^-1和758cm^-1为苯环上C-H键的面外弯曲振动峰，3019、3060和2921cm^-1为苯环上不饱和C-H键的伸缩振动峰。上述图a可证明成功制备了羧基聚苯乙烯空白微球。比较羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的红外光谱图b和羧基聚苯乙烯空白微球的红外光谱图a，二者基本一样，这是由于荧光微球中荧光染料含量少，红外谱图中不能表征出荧光染料的特征峰。

图3是对照例1羧基聚苯乙烯空白微球和实施例1羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的SEM图。从图3a可以看出，制备的空白微球具有良好的球形度且单分散性好，为制备共聚荧光微球奠定了基础。从图3b可以看出，制备的共聚荧光微球与空白微球具有基本相同的粒径和分散性。

图4中，a为羧基聚苯乙烯罗丹明B共聚荧光微球照片、b为羧基聚苯乙烯荧光素共聚荧光微球照片、c为羧基聚苯乙烯尼罗红共聚荧光微球照片。

Claims

1.一种羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法，是由苯乙烯、丙烯酸与烯丙基荧光染料共聚获得荧光微球，其特征是采用下述方法制备得到：将无水乙醇、引发剂偶氮二异丁腈、分散剂聚乙烯吡咯烷酮置于水中得到澄清透明溶液，向溶液中同时加入苯乙烯、丙烯酸和烯丙基荧光染料，氮气保护下进行共聚反应，得到羧基聚苯乙烯共聚荧光微球；其中，所述的烯丙基荧光染料包括烯丙基罗丹明B、烯丙基荧光素或烯丙基尼罗红，烯丙基荧光染料的加入量为苯乙烯质量的0.25～0.8%。

2.根据权利要求1所述的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法，其特征是所述丙烯酸用量是苯乙烯质量的3.5～5.5%。

3.根据权利要求1所述的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法，其特征是所述引发剂偶氮二异丁腈的用量是苯乙烯质量的2～2.5%。

4.根据权利要求1所述的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法，其特征是所述分散剂聚乙烯吡咯烷酮的用量是苯乙烯质量的3.5～7%；

根据权利要求1、2、3或4所述的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法，其特征是所述共聚反应在氮气保护下，于65～70℃反应12～24h。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球的制备方法，其特征是将所述得到的羧基聚苯乙烯共聚荧光微球先后用去离子水和乙醇反复洗涤，直至洗涤液不再检测出荧光，50℃真空干燥。