专利名称：一种纳米金编码的聚合物微球及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可以作为多重生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选的高通量载体的聚合物微球，尤其涉及一种利用纳米金进行编码的聚合物微球及其制备方法。
背景技术：
人类基因组序列得以解码之后，基因的功能以及基因编码的蛋白质之间的相互作用成为研究的热点，人类进入了后基因组时代。后基因组时代的一个显著特点就是要研究大量的蛋白与核酸之间、蛋白质与蛋白质之间以及蛋白质与药物之间的相互作用，这些相互作用的研究在采用传统的试验方法几乎是不可能的，因此需要一种高通量的试验平台。而高通量的试验平台则要求有高通量的分子载体，来标识不同的分子发生的不同相互作用，即所谓的编码过程。阵列式生物芯片利用分子所固定的不同位置也就是坐标作为编码来区别不同的生物分子，但是由于阵列式生物芯片的坐标只能是固定在二维空间内，因此限制了反应的速度及其应用。近年来新型的编码载体相继出现。聚合物微球的制作和应用已经有几十年的历史了，其粒径大小从微米级别一直扩展到纳米级别。但是作为一种固相编码载体以及标记，微球成为高通量筛选以及组合化学等领域关注的热点。
相对于其他形式的固相载体，微球具有显著的优势第一，微球的比表面积大，能够增加有效反应表面积与体积之比，因此可以使表面的化学反应在更小的体积内进行；第二，采用微球作为载体可以利用一些其他辅助手段如搅拌、液体冲刷等实现一种介于固—液反应和液—液反应之间的反应体系，从而加快体系的反应速度；第三，微球表面结合的分子在反应完成之后可以方便的从溶液中分离出来；第四，随着微球表面功能化基团的改变，可以扩展微球的用途。
目前微球的编码载体主要有荧光编码微球、量子点编码微球、纳米条形码编码微球、组合化学编码微球、光子晶体编码颗粒、胶体条编码等。荧光编码微球是将两种不同的荧光染料按照精确的比例掺入聚合物微球基质内，根据微球内这两种荧光染料的比例的不同而把微球分为不同种，从而实现微球的编码。量子点编码微球则是利用半导体纳米晶体发光量子点的不同荧光和不同荧光强度进行编码。这些编码方式及编载体的制备相对复杂，并且解码过程需要激光激发，因此造成检测设备的复杂度和成本升高，另外，采用荧光编码还存在着光褪色、发射光的发射峰难以区分和生物相容性等问题。而采用无机染料则能简化制作编码微球的过程，以及降低编码和解码的成本，且不存在编码所用颜色的光褪色等问题。
聚合物微球最早是由美国里海大学的Vanderhoff和Brodford教授合成的，到目前为止，多功能、高性能聚合物微球的合成和应用一直是国内外研究的一个热点，并且已经渗入到众多相关学科的研究中。常用的聚合物微球制备方法有乳液聚合法、分散聚合法、种子聚合法、悬浮聚合法和微悬浮聚合法等，但是这种方法制备的微球粒径在纳米和亚微米范围，并且将某种颗粒包被在聚合物中的难度很大。而制备几百个微米到几个毫米粒径聚合物微球的方法有喷雾干燥法和模板法等，但是存在粒径不均匀以及制作设备要求高，制作成本高等问题。
纳米金是指粒径或者长度在1～100nm之间的金球状或者棒状颗粒。在可见光和近红外范围内吸收特定波长的光，不同粒径大小或者长宽比的金纳米颗粒队光的吸收和反射性能不同，因此能呈现出不不同的颜色。纳米金颗粒耐光、耐热、耐腐蚀、具有优良的成膜特性，因此被广泛用于光学、导电和着色材料。本发明就是关于把纳米金颗粒分散到聚合物溶液中制备纳米金溶胶，然后由纳米金溶胶制备纳米金编码的聚合物微球的方法。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种粒径均一的利用纳米金编码的聚合物微球及其制备方法，这种聚合物微球粒径范围在200μm到6mm之间，可以作为高通量筛选及多重生物分析和检测的载体，其编码方式和制备方法简单高效，能降低检测设备的复杂度和检测成本。
技术方案本发明是将所需颜色的纳米金颗粒均匀分散到聚合物溶液中得到纳米金溶胶，通过一个液滴生成装置生成不同颜色的液滴，液滴干燥之后聚合物就凝固得到以纳米金颗粒编码的聚合物微球。
该微球由乙烯聚合物和纳米金颗粒组成，其中以重量计，聚合物微球中纳米金颗粒的含量为1.42～33.3‰，乙烯聚合物为聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯。
制备方法包括以下步骤将乙烯聚合物溶解在有机溶剂中形成乙烯聚合物溶液，其中，乙烯聚合物在溶液中的浓度为3％～7％g/ml，有机溶剂是苯，或二氯乙烷、或者是苯和二氯乙烷的混合溶液；把纳米金颗粒以0.1～1.0mg/ml的比例加到乙烯聚合物溶液中，并搅拌均匀；通过接口向液滴生成装置中注入3％～10％的聚乙烯醇溶液；把含有纳米金颗粒的乙烯聚合物溶液通过尖嘴玻璃管注入到装置内的聚乙烯醇溶液中，使通过玻璃尖嘴的乙烯聚合物溶液在聚乙烯醇溶液中分散成一个一个的球形液滴；设置尖嘴玻璃管尖嘴的口径为200μm～500μm，通过调节乙烯聚合物溶液和聚乙烯醇溶液的注入速度，以及玻璃导管上端到尖嘴玻璃管尖嘴(4)之间的距离，得到所需大小的球形液滴，用烧瓶收集包含纳米金颗粒的乙烯聚合物液滴；把烧瓶在旋转蒸发仪上30℃～70℃缓慢旋转蒸发，以加快乙烯聚合物溶液中有机溶剂的挥发，待挥发完毕，液滴凝固成为干燥坚硬的纳米金颗粒编码的聚合物微球。
液滴生成装置的构造以及聚合物微球制备的原理是液滴生成装置由注射泵接口，电磁泵接口，玻璃筒，尖嘴玻璃管，玻璃导管，收集烧瓶构成；玻璃筒内固定有带尖嘴的玻璃管，玻璃导管穿过筒底，上端口正对着尖嘴玻璃管，玻璃筒与电磁泵接口相连通，注射泵接口连接在玻璃筒上端。聚合物溶液通过注射泵接口注入到筒内的尖嘴玻璃管；聚乙烯醇溶液通过电磁泵接口注入玻璃筒内；当聚合物溶液流经尖嘴玻璃管时，由于重力作用和流动的聚乙烯醇溶液的带动作用，聚合物溶液分散为一个一个的小液滴；小液滴落通过玻璃导管落入收集烧瓶；聚合物溶液的有机溶剂经过旋转蒸发完之后，小液滴就成为坚硬的聚合物小球；微球的大小可以通过调节聚合物溶液的浓度、聚合物溶液和聚乙烯醇溶液的流速，玻璃尖嘴的口径以及玻璃导管端口到玻璃尖嘴的距离来控制；通过这种方法可以制备从200μm到6mm的粒径大小均匀的聚合物微球。
技术效果根据本发明利用纳米金颗粒来编码材料，并且用聚合物包被纳米金颗粒，用液滴生成装置制作不同编码的微球，具有以下优点(1)采用纳米金颗粒作为编码材料简单有效，成本低廉根据纳米金颗粒的大小，在可见光范围内可以有20种颜色，同时每种颜色可以有10种深浅度，因此可以产生上百种编码，而且纳米金颗粒的成本非常低，大大节降低了应用成本；(2)聚合物微球的解码方法简单，由于用颜色而不是用荧光或者其他方式编码，因此解码无需激发光源或者其他装置，可以用光谱、显微镜甚至肉眼直接区分；(3)聚合物微球的制备装置简单，利用本发明的液滴生成装置可以容易的制作各种颜色的编码微球，容易控制，制作成本低廉，简单高效；(4)聚合物微球所用编码稳定性好，纳米金颗粒耐酸耐碱，耐高温，耐各种溶剂，很难变色，因此不会存在荧光颜料的光漂白和光猝灭等现象，在应用过程中始终保持稳定的编码；(5)应用范围广，可以在制备聚苯乙烯的过程中聚合各种功能基团，实现聚苯乙烯微球的功能化，从而提供与所要固定的分子化学偶联的条件。
图1是本发明制备编码微球的所用液滴生成装置的示意图，其中有注射泵接口1，电磁泵接口2，玻璃筒3，尖嘴玻璃管4，玻璃导管5，收集烧瓶6。
具体实施例方式
该微球由乙烯聚合物和纳米金颗粒组成，其中聚合物微球中纳米金颗粒的含量为1.42～33.3‰，乙烯聚合物为聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯实施例一绿色珠光颜料编码羧基修饰聚苯乙烯微球的制备①将羧基修饰聚苯乙烯固体以7％的浓度溶解在二氯乙烷和苯的混合溶剂中，二氯乙烷和苯的混合比例为1∶1；②以0.1mg纳米金颗粒/ml聚合物溶液的比例向聚苯乙烯溶液中加入红色纳米金颗粒，并搅拌均匀；③设置尖嘴玻璃管4尖嘴的口径为200μm，玻璃导管5上端口到尖嘴玻璃管尖嘴之间的距离为1mm；④通过电磁泵接口2向玻璃筒内注入5％的聚乙烯醇溶液，当注满玻璃筒3聚乙烯醇溶液后，控制聚乙烯醇溶液注入速度为25ml/min；⑤通过注射泵接口1注入含有绿色珠光颜料的聚苯乙烯溶液，调节流速为10μl/min；⑥用烧瓶收集包含珠光颜料的聚苯乙烯液滴，放到旋转蒸发仪上以每分钟两转的速度30℃旋转蒸发，⑦蒸发完毕过滤得到粒径为300μm的绿色聚苯乙烯微球。
实施例二紫色珠光颜料编码聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备①将聚甲基丙烯酸甲酯以5％的浓度溶解在二氯乙烷和苯的混合溶剂中，二氯乙烷和苯的混合比例为2∶3；②以0.5mg珠光颜料/ml聚合物溶液的比例向聚苯乙烯溶液中加入绿色珠光颜料加到，并搅拌均匀；③设置尖嘴玻璃管4尖嘴的口径为200μm，玻璃导管5上端口到尖嘴玻璃管尖嘴之间的距离为1.5mm；④通过电磁泵接口2向玻璃筒内注入5％的聚乙烯醇溶液，当注满玻璃筒(3)聚乙烯醇溶液后，控制聚乙烯醇溶液注入速度为20ml/min；⑤通过注射泵接口1注入含有紫色珠光颜料的聚苯乙烯溶液，调节流速为20μl/min；⑥用烧瓶收集包含珠光颜料的聚苯乙烯液滴，放到旋转蒸发仪上以每分钟两转的速度30℃旋转蒸发，⑦蒸发完毕过滤得到粒径为500μm的大小均匀的紫色聚甲基丙烯酸甲酯微球。
权利要求
1.一种纳米金颗粒编码的聚合物微球，其特征在于该微球由乙烯聚合物和纳米金颗粒组成，其中以重量计算，聚合物微球中纳米金颗粒的含量为1.42～33.3‰，乙烯聚合物为聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯。
2.一种如权利要求1所述的纳米金颗粒编码的聚合物微球的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤①将乙烯聚合物溶解在有机溶剂中形成乙烯聚合物溶液，其中，乙烯聚合物在溶液中的浓度为3％～7％mg/ml，有机溶剂是苯，或二氯乙烷、或者是苯和二氯乙烷的混合溶液；②把纳米金颗粒以0.1～1.0mg/ml的比例加到乙烯聚合物溶液中，并搅拌均匀；③通过电磁泵接口(2)向液滴生成装置的玻璃筒(3)中注入3％～10％的聚乙烯醇溶液；④把含有纳米金颗粒的乙烯聚合物溶液通过尖嘴玻璃管(4)注入到玻璃筒(3)内的聚乙烯醇溶液中，使通过玻璃尖嘴(4)的乙烯聚合物溶液在聚乙烯醇溶液中分散成一个一个的球形液滴；⑤设置尖嘴玻璃管(4)尖嘴的口径为200μm～500μm，通过调节乙烯聚合物溶液和聚乙烯醇溶液的注入速度，以及玻璃导管(5)上端到尖嘴玻璃管尖嘴(4)之间的距离，得到所需大小的球形液滴，用烧瓶收集包含纳米金颗粒的乙烯聚合物液滴；⑥把烧瓶在旋转蒸发仪上30℃～70℃缓慢旋转蒸发，以加快乙烯聚合物溶液中有机溶剂的挥发，待挥发完毕，液滴凝固成为干燥坚硬的纳米金颗粒编码的聚合物微球。
全文摘要
一种纳米金颗粒编码的聚合物微球及其制备方法，涉及一种可以作为多重生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选的高通量载体的聚合物微球，该微球由乙烯聚合物和纳米金颗粒组成，其中聚合物微球中纳米金颗粒的含量为1.42～33.3‰，乙烯聚合物为聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯。制备方法包括以下步骤将乙烯聚合物溶解在有机溶剂中形成乙烯聚合物溶液，乙烯聚合物溶液通过一种液滴生成装置滴到聚乙烯醇溶液中，有机溶剂挥发完毕得到聚合物微球。
文档编号C08J3/12GK1699443SQ200510040518
公开日2005年11月23日 申请日期2005年6月15日 优先权日2005年6月15日
发明者顾忠泽, 赵祥伟 申请人:东南大学