一种单分散荧光微球的制备方法
【专利摘要】一种单分散荧光微球的制备方法，涉及高分子材料合成领域。本发明是要解决现有制备荧光微球的方法存在的制备过程复杂，荧光物质加入量多的技术问题。本发明的方法为：一、向超纯水中加入苯乙烯单体，搅拌后加入1%过硫酸钾，冷凝回流，得到聚苯乙烯微球；二、将荧光指示剂均匀分散在有机溶剂中，配制成荧光指示剂溶液；三、将聚苯乙烯微球于棕色试样品瓶中，加入荧光指示剂溶液，超声分散，离心，超纯水洗涤至微球表面无荧光指示剂，即完成。本发明操作简单易行，指示剂用量微少，所获得微球荧光强度高、耐光性好，化学稳定性强，呈现单分散性。本发明制备的荧光微球的粒径为100?400nm。本发明应用于荧光微球的制备领域。
【专利说明】一种单分散荧光微球的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子材料合成领域。
【背景技术】
[0002] 荧光是指在紫外线照射到某些物质的时候，这些物质会发射出的不同颜色和强度 的可见光；而当紫外线停止照射时，物质所发射的光线也随之很快的消失，这就称为光致荧 光。
[0003] 大多数荧光指示剂属于有机染料、多环芳烃以及金属有机络合物。金属有机络合 物的荧光发射强度很大，光学稳定性好，是优良的荧光指示剂。卟啉和金属卟啉是自然界中 广泛存在的一类大环化合物，是一种高熔点的深色固体，溶水性极差，有良好的化学、热稳 定性。因为卟啉是一种共轭体系的结构，拥有生色基团，是作为荧光物质的理想化合物。
[0004] 荧光微球一般指的是在微球表面包覆或者在微球基体中包埋荧光物质，在接受外 部能量刺激后发出荧光。荧光微球常以有机或无机聚合物材料为支撑基体，如无机硅氧烷 溶胶-凝胶基质，聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯高聚物等，目前应用较多的是苯乙烯微 球，其制备方法较多，较成熟的方法有乳液聚合法、无皂乳液聚合法、悬浮聚合法和分散聚 合法。无皂乳液聚合法与传统乳液聚合法相比，无皂乳液聚合法具有以下优点：（1)不使用 乳化剂，降低了生产成本，同时在某些应用场合也免去了除乳化剂的后处理过程，污染小； (2)获得的乳胶粒子表面干净，避免了某些应用过程中由于乳化剂的存在对聚合物产品性 能产生的不良影响；（3)所得的乳胶粒子单分散性好。
[0005] 通过溶胀吸附法、自组装法、包埋法、化学键合法、共聚法等可以将荧光物质负 载到聚苯乙烯微球中。专利CN1693411公开了 "一种荧光微球及其喷雾干燥制备方法和 应用"，但是在实际应用中喷雾干燥法难于操作而且容易使得荧光指示剂失去活性。专利 CN102676157公开了"荧光微球标记物及其制备方法"，它以聚苯乙烯微球为载体，制备方法 简单，但是要求合成的微球表面带有活性基团或者化学键，这对荧光物质的载体有了很大 限制。
[0006] 实验中要将疏水性荧光物质包埋到聚苯乙烯微球中是很困难的事情，在不对荧光 物质表面修饰的情况下只有增加其用量才能保证更多数量的荧光粒子包覆到微球中，Sang Hyuk Im等人将输水的PtOEP和SiOEP以高达0. 8%的比例包埋在聚苯乙烯微球中（见 Talanta67(2005)492 - 497)。
[0007] 专利CN103012812A公开了"一种水溶性纳米微球的制备方法"，其方法以嵌段共 聚物、荧光指示剂和有机溶剂为原料，制备的微球荧光效果好。但是反应中涉及的反应温度 高，步骤繁琐，不宜与操作。
[0008] 专利CN1278534公开了 "荧光标记的高分子微球及其制备方法"，其采用物理吸附 的方法将荧光指示剂负载在分散聚合的微球中，其工序繁杂且荧光物质加入量较多。
[0009] 本发明目的在于提供一种制备粒径均一、减少荧光物质暴露、实现荧光物质的微 量加入以及其增强其稳定性的简便方法。特别对于疏水性荧光指示剂的在聚合物微球中的 包覆有很大的应用。采用溶胀吸附法，可方便将疏水性的荧光物质负载在聚苯乙烯微球中， 指示剂加入量少、可实现其在水相中稳定存在并且荧光效率高。
【发明内容】
[0010] 本发明是要解决现有制备荧光微球的方法存在的制备过程复杂，荧光物质加入量 多的技术问题，从而提供了一种单分散荧光微球的制备方法。
[0011] 本发明的一种单分散荧光微球的制备方法是按以下步骤进行的：
[0012] 一、聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声15?20min后 干燥，然后加入100?200mL的超纯水，在300?400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，20? 30min后加入3?IOmL的苯乙烯单体，搅拌15?20min后加入8?IOmL的1 %过硫酸钾， 然后设定转速为400?500rpm，在温度为60?80°C下冷凝回流反应12?24小时，得到聚 苯乙烯微球；
[0013] 二、荧光指示剂溶液的配制：将6?8mg的浓度为I X KT3?I X l(T6mol/L的荧光 指示剂均匀分散在10?20mL的有机溶剂中，配制成荧光指示剂溶液；
[0014] 三、溶胀法制备荧光微球：将10?15mL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样 品瓶中，加入10?IOOy L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40?60°C下超声分 散1?2h，然后在4000?5000rpm的转速下离心10?15min，超纯水洗漆至微球表面无突 光指示剂，即得单分散的荧光微球。
[0015] 本发明包括以下有益效果：
[0016] 1、本发明操作简单易行，基本有机合成仪器就可以满足。
[0017] 2、本发明的荧光标记微球易于合成，指示剂用量微少，对于微球表面官能团没有 苛刻的要求。
[0018] 3、本发明所获得微球荧光强度高、耐光性好，化学稳定性强，呈现单分散性。
[0019] 4、本发明特别适用于将疏水性荧光物质直接负载在聚合物基体中，并且以水为分 散相。
[0020] 5、本发明制备的单分散荧光微球的粒径为100?400nm。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为试验三步骤一制备的聚苯乙烯微球的扫描电镜照片；
[0022] 图2为试验三制备的单分散的荧光微球的扫描电镜照片；
[0023] 图3为试验三制备的单分散的突光微球的在380nm激发波长下照射0?50min的 耐光性考察；其中，从上至下为〇至50min的耐光性考察。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0024] 一：本实施方式的一种单分散荧光微球的制备方法是按以下步骤进 行的：
[0025] -、聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声15?20min后 干燥，然后加入100?200mL的超纯水，在300?400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，20? 30min后加入3?IOmL的苯乙烯单体，搅拌15?20min后加入8?IOmL的1 %过硫酸钾， 然后设定转速为400?500rpm，在温度为60?80°C下冷凝回流反应12?24小时，得到聚 苯乙烯微球；
[0026] 二、突光指示剂溶液的配制：将6?8mg的浓度为I X KT3?I X l(T6mol/L的突光 指示剂均匀分散在10?20mL的有机溶剂中，配制成荧光指示剂溶液；
[0027] 三、溶胀法制备荧光微球：将10?15mL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样 品瓶中，加入10?IOOy L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40?60°C下超声分 散1?2h，然后在4000?5000rpm的转速下离心10?15min，超纯水洗漆至微球表面无突 光指示剂，即得单分散的荧光微球。
[0028] 本实施方式包括以下有益效果：
[0029] 1、本实施方式操作简单易行，基本有机合成仪器就可以满足。
[0030] 2、本实施方式的突光标记微球易于合成，指不剂用量微少，对于微球表面官能团 没有苛刻的要求。
[0031] 3、本实施方式所获得微球荧光强度高、耐光性好，化学稳定性强，呈现单分散性。
[0032] 4、本实施方式特别适用于将疏水性荧光物质直接负载在聚合物基体中，并且以水 为分散相。
[0033] 5、本实施方式制备的单分散荧光微球的粒径为100?400nm。
【具体实施方式】 [0034] 二：本实施方式与一不同的是：步骤一中在400rpm下 机械搅拌。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0035] 三：本实施方式与一或二不同的是：步骤一中在温度 为70°C下冷凝回流反应24小时。其它与一或二相同。
【具体实施方式】 [0036] 四：本实施方式与一至三之一不同的是：步骤二中荧 光指示剂为八已基卟啉钼（PtOEP)或八乙基卟啉钯（PdOEP)。其它与一至三 之一相同。
【具体实施方式】 [0037] 五：本实施方式与一至四之一不同的是：步骤二中有 机溶剂为乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、氯仿或四氢呋喃。其它与一至四之一相 同。
【具体实施方式】 [0038] 六：本实施方式与一至五之一不同的是：步骤三中在 温度为40°C下超声分散lh。其它与一至五之一相同。
【具体实施方式】 [0039] 七：本实施方式与一至六之一不同的是：步骤三中在 5000rpm的转速下离心15min。其它与一至六之一相同。
[0040] 通过以下试验验证本发明的有益效果：
[0041] 试验一：本试验的一种单分散荧光微球的制备方法是按以下步骤实现：
[0042] 一、聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声20min后干燥， 然后加入200mL的超纯水，在400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，30min后加入3mL的苯乙 烯单体，搅拌15min后加入8mL的1%过硫酸钾，然后设定转速为400rpm，在温度为70°C下 冷凝回流反应24小时，得到聚苯乙烯微球；
[0043] 二、荧光指示剂溶液的配制：将7. 2mg的浓度为I X 10_3mol/L的PtOEP均匀分散在 10?20mL的四氢呋喃中，配制成荧光指示剂溶液；
[0044] 三、溶胀法制备荧光微球：将IOmL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样品 瓶中，加入IOOy L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40°C下超声分散lh，然后在 5000rpm的转速下离心15min，超纯水洗涤至微球表面无荧光指示剂，即得单分散的荧光微 球。
[0045] 本试验制备的单分散突光微球的粒径为100nm。
[0046] 试验二：本试验的一种单分散荧光微球的制备方法是按以下步骤实现：
[0047] -、聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声20min后干燥， 然后加入200mL的超纯水，在400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，30min后加入IOmL的苯乙 烯单体，搅拌15min后加入8mL的1%过硫酸钾，然后设定转速为400rpm，在温度为70°C下 冷凝回流反应24小时，得到聚苯乙烯微球；
[0048] 二、荧光指示剂溶液的配制：将7. 2mg的浓度为I X 10_3mol/L的PtOEP均匀分散在 10?20mL的四氢呋喃中，配制成荧光指示剂溶液；
[0049] 三、溶胀法制备荧光微球：将IOmL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样品 瓶中，加入IOOy L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40°C下超声分散lh，然后在 5000rpm的转速下离心15min，超纯水洗涤至微球表面无荧光指示剂，即得单分散的荧光微 球。
[0050] 本试验制备的单分散突光微球的粒径为400nm。
[0051] 试验三：本试验的一种单分散荧光微球的制备方法是按以下步骤实现：
[0052] -、聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声20min后干燥， 然后加入200mL的超纯水，在400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，30min后加入5mL的苯乙 烯单体，搅拌15min后加入8mL的1%过硫酸钾，然后设定转速为400rpm，在温度为70°C下 冷凝回流反应24小时，得到聚苯乙烯微球；
[0053] 二、荧光指示剂溶液的配制：将7. 2mg的浓度为I X 10_3mol/L的PtOEP均匀分散在 10?20mL的四氢呋喃中，配制成荧光指示剂溶液；
[0054] 三、溶胀法制备荧光微球：将IOmL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样品 瓶中，加入IOOy L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40°C下超声分散lh，然后在 5000rpm的转速下离心15min，超纯水洗涤至微球表面无荧光指示剂，即得单分散的荧光微 球。
[0055] 本试验步骤一制备的聚苯乙烯微球的扫描电镜照片如图1所示，从图1可以看出， 聚苯乙烯微球的粒径为300nm左右；本试验三制备的单分散的突光微球的扫描电镜照片如 图2所示，从图2可以看出，单分散的荧光微球的粒径为320nm左右；由图1和图2可以得 出，溶胀后微球体积增大，表明分散有荧光指示剂的溶剂已经扩散到微球内部。
[0056] 本试验制备的单分散的突光微球的在380nm激发波长下照射0?50min的耐光 性考察如图3所示；其中，从上至下为0至50min的耐光性考察，从图3可以看出，在经过 50min长时间照射下，其荧光强度并没有很大的变化，衰减在6%左右。
[0057] 试验四：本试验的一种单分散荧光微球的制备方法是按以下步骤实现：
[0058] -、聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声20min后干燥， 然后加入200mL的超纯水，在400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，30min后加入5mL的苯乙 烯单体，搅拌15min后加入8mL的1%过硫酸钾，然后设定转速为400rpm，在温度为70°C下 冷凝回流反应24小时，得到聚苯乙烯微球；
[0059] 二、荧光指示剂溶液的配制：将7. 2mg的浓度为I X l(r3m〇l/L的PtOEP均匀分散在 10?20mL的四氢呋喃中，配制成荧光指示剂溶液；
[0060] 三、溶胀法制备荧光微球：将IOmL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样品 瓶中，加入IOy L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40°C下超声分散lh，然后在 5000rpm的转速下离心15min，超纯水洗涤至微球表面无荧光指示剂，即得单分散的荧光微 球。
[0061] 本试验制备的单分散突光微球的粒径为300nm。
[0062] 试验五：本试验的一种单分散荧光微球的制备方法是按以下步骤实现：
[0063] 一、聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声20min后干燥， 然后加入200mL的超纯水，在400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，30min后加入5mL的苯乙 烯单体，搅拌15min后加入8mL的1%过硫酸钾，然后设定转速为400rpm，在温度为70°C下 冷凝回流反应24小时，得到聚苯乙烯微球；
[0064] 二、荧光指示剂溶液的配制：将7. 2mg的浓度为I X 10_3mol/L的PtOEP均匀分散在 10?20mL的四氢呋喃中，配制成荧光指示剂溶液；
[0065] 三、溶胀法制备荧光微球：将IOmL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样品 瓶中，加入30 y L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40°C下超声分散lh，然后在 5000rpm的转速下离心15min，超纯水洗涤至微球表面无荧光指示剂，即得单分散的荧光微 球。本试验制备的单分散突光微球的粒径为300nm。
【权利要求】
1. 一种单分散荧光微球的制备方法，其特征在于单分散荧光微球的制备方法是按以下 步骤进行的： 一、 聚苯乙烯微球的制备：将玻璃反应器用丙酮、甲醇和纯水超声15?20min后干燥， 然后加入100?200mL的超纯水，在300?400rpm下机械搅拌，保持氮气氛围，20?30min 后加入3?IOmL的苯乙烯单体，搅拌15?20min后加入8?IOmL的1 %过硫酸钾，然后设 定转速为400?500rpm，在温度为60?80°C下冷凝回流反应12?24小时，得到聚苯乙烯 微球； 二、 荧光指示剂溶液的配制：将6?8mg的浓度为I X KT3?I X l(T6m〇l/L的荧光指示 剂均匀分散在10?20mL的有机溶剂中，配制成荧光指示剂溶液； 三、 溶胀法制备荧光微球：将10?15mL的步骤一得到的聚苯乙烯微球于棕色试样品 瓶中，加入10?IOOy L的步骤二配制的荧光指示剂溶液，在温度为40?60°C下超声分散 1?2h，然后在4000?5000rpm的转速下离心10?15min，超纯水洗漆至微球表面无突光 指示剂，即得单分散的荧光微球。
2. 根据权利要求1所述的一种单分散荧光微球的制备方法，其特征在于步骤一中在 400rpm下机械搅拌。
3. 根据权利要求1所述的一种单分散荧光微球的制备方法，其特征在于步骤一中在温 度为70°C下冷凝回流反应24小时。
4. 根据权利要求1所述的一种单分散荧光微球的制备方法，其特征在于步骤二中荧光 指示剂为八已基卟啉钼（PtOEP)或八乙基卟啉钯（PdOEP)。
5. 根据权利要求1所述的一种单分散荧光微球的制备方法，其特征在于步骤二中有机 溶剂为乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、氯仿或四氢呋喃。
6. 根据权利要求1所述的一种单分散荧光微球的制备方法，其特征在于步骤三中在温 度为40°C下超声分散lh。
7. 根据权利要求1所述的一种单分散荧光微球的制备方法，其特征在于步骤三中在 5000rpm的转速下离心15min。
【文档编号】C08L25/06GK104212087SQ201410482293
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】张科, 赵九蓬, 李文杰, 李垚 申请人:哈尔滨工业大学