一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球及其制备方法与流程

本发明涉及聚合物材料的制备技术领域，尤其涉及一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球及其制备方法。

背景技术：

聚合物荧光微球的载体是合成或天然高分子材料，其负载的荧光物质多为有机染料。这种复合型探针包埋有数钱甚至数十万的荧光分子，聚合物壳能给荧光分子提供很好的高呼，解决了传统染料分子探针存在的如光稳定性差、荧光信号弱和光闪烁等问题。

申请号“cn201410506968.1”，名称为“一种具有高负载稳定性的磁性荧光聚合物微球及其制备方法”采用超交联的方法制备得到的磁性荧光聚合物微球荧光附在能力强，但是本申请人在实验中发现该方法制备得到的磁性荧光聚合物微球均一性不高。

现有的方法中将制备的羧基化磁性聚苯乙烯微球在负载荧光染料时，通常会出现四氧化三铁容易脱落导致磁性负载量低以及染料容易泄露的情况。

如何开发一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球及其制备方法，制备出的荧光微球均一性高，且磁性负载量高，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球及其制备方法，制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球粒径均一，其磁性负载量高。

本发明是这样实现的：

本发明的目的在于提供一种所述的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

制得多孔羧基化聚苯乙烯微球；将所述多孔羧基化聚苯乙烯微球分散于氯仿/异丙醇混合溶液中得到混合溶液a；

制得油酸修饰的磁性四氧化三铁；将所述油酸修饰的磁性四氧化三铁分散于氯仿溶液得到混合溶液b；

将所述混合溶液a和所述混合溶液b混匀，进行溶胀吸附，后干燥、洗涤，得到羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球；

将所述羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球分散在四氢呋喃水溶液中，所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比为1：5～9，后加入脂溶性荧光染料，进行溶胀吸附，干燥、洗涤，制得羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球。

进一步地，所述多孔羧基化聚苯乙烯微球质量与所述氯仿/异丙醇混合溶液体积比为(1～10)mg/ml。

进一步地，所述氯仿/异丙醇体积比为1～10：90～99。

进一步地，所述油酸修饰的磁性四氧化三铁质量与所述氯仿溶液体积比为(10～50)mg/ml。

进一步地，所述混合溶液a和所述混合溶液b按照1～10：990～999体积比混匀。

进一步地，所述脂溶性荧光染料与所述羧基化多孔聚苯乙烯微球质量比为1ng～10μg：1mg。

进一步地，所述羧基化多孔聚苯乙烯微球质量与所述四氢呋喃水溶液体积比为1mg：(0.1～10)ml。

进一步地，所述溶胀吸附的时间均为2～24h，所述溶胀吸附的温度均为15～50℃；所述干燥均采用真空干燥，真空度为0.08～0.1mpa，温度为15～50℃；所述干燥的时间均为2～24h；所述洗涤均采用乙醇/环己烷混合溶液。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

本发明提供的一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的制备方法，在负载荧光染料时，本申请人发现(1)采用常规的有机溶剂溶胀吸附荧光染料常常会出现之前溶胀进去的四氧化三铁脱落的情况；(2)采用超交联的方法制备得到的磁性荧光聚合物微球荧光附在能力强，但是制备得到的磁性荧光聚合物微球均一性不高；为同时克服上述两个技术问题，本申请人经试验探索发现经过将四氢呋喃水溶液作为溶胀剂，且所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比为1：5～9时，制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微不仅荧光负载的均一性好；且之前溶胀进去的四氧化三铁不会脱落，因而四氧化三铁不容易泄露，磁性负载量高。

最后制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球尺寸均一、平均粒径为3～10um；比饱和磁化强度高，磁含量分布均匀，其饱和磁化率为55～63wt％；荧光负载的均一性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为实施例2(thf/h2o＝1：5)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图2为实施例3(thf/h2o＝1：6)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图3为实施例1(thf/h2o＝1：7)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图4为实施例4(thf/h2o＝1：8)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图5为实施例5(thf/h2o＝1：9)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图6为对比例1(thf/h2o＝1：3)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图7为对比例2(thf/h2o＝1：4)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图8为对比例3(thf/h2o＝0.5：9)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图9为对比例4(thf/h2o＝0.1：9)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图；

图10为对比例5(将“thf”替换为乙醇水溶液)制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的荧光图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。

本发明实施例提供的技术方案为了提供一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球及其制备方法，总体思路如下：

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球及其制备方法，包括：

步骤1、制得多孔羧基化聚苯乙烯微球；将所述多孔羧基化聚苯乙烯微球分散于氯仿/异丙醇混合溶液中得到混合溶液a；所述多孔羧基化聚苯乙烯微球质量与所述氯仿/异丙醇混合溶液体积比为(1～10)mg/ml。若所述质量体积比小于1mg/ml浓度过小，反应体系过大，所需反应时间、容器、原料用量等均需要加大，增加操作难度与成本；若所述质量体积比大于10mg/ml，浓度过大，容易团聚，体系不均一。

所述氯仿/异丙醇体积比为1～10：90～99，该范围内能够更好的溶胀，若氯仿/异丙醇体积比小于1：99或氯仿/异丙醇体积比大于10：90均不利于微球的溶胀效果，磁性颗粒不容易负载到微球里面。

步骤2、制得油酸修饰的磁性四氧化三铁；将所述油酸修饰的磁性四氧化三铁分散于氯仿溶液得到混合溶液b；所述油酸修饰的磁性四氧化三铁质量与所述氯仿溶液体积比为(10～50)mg/ml。在所述范围内分散性更好，若所述质量体积比小于10mg/ml或者所述体积比大于50mg/ml均不利于油酸修饰的磁性四氧化三铁的分散。

步骤3、将所述混合溶液a和所述混合溶液b混匀，进行溶胀吸附，后干燥、洗涤，得到羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球；所述混合溶液a和所述混合溶液b按照1～10：990～999体积比混匀。之所以选择1～10：990～999体积比混匀主要是为了保证微球足够磁含量，若所述体积比小于1：999制备得到的微球磁性弱，若所述体积比大于10：990制备得到的微球容易团聚。

步骤4、将所述羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球分散在四氢呋喃水溶液中，所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比为1：5～9，后加入脂溶性荧光染料，进行溶胀吸附，干燥、洗涤，制得羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球。

本发明的总体思路为：

通过步骤1制备得到多孔羧基化聚苯乙烯微球，

通过步骤2制备得到油酸修饰的磁性纳米颗粒，

通过步骤3采用有机溶剂进行溶胀吸附的方法得到羧基化磁性聚苯乙烯微球；

步骤4在负载荧光染料时，本申请人发现(1)采用常规的有机溶剂溶胀吸附荧光染料常常会出现之前溶胀进去的四氧化三铁脱落的情况；(2)采用超交联的方法制备得到的磁性荧光聚合物微球荧光附在能力强，但是制备得到的磁性荧光聚合物微球均一性不高；为同时克服上述两个技术问题，本申请人经试验探索发现经过将四氢呋喃水溶液作为溶胀剂，且所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比为1：5～9时，制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微不仅荧光负载的均一性好；且之前溶胀进去的四氧化三铁不会脱落，因而四氧化三铁不容易泄露，磁性负载量高，饱和磁化率高达43％～51％。若四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比小于1：9溶胀效果不好，荧光不均一；大于1：5，磁性颗粒会有少量流失，磁性会变弱，饱和磁化率降低，荧光强度也会弱一点，主要是吸附平衡时溶液相溶解的染料多，微球吸附少。

最后制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球尺寸均一、平均粒径为3～10um；比饱和磁化强度高，磁含量分布均匀，其饱和磁化率为55～63wt％；荧光负载的均一性好。

优选地，所述脂溶性荧光染料与所述羧基化多孔聚苯乙烯微球质量比为1ng～10μg：1mg。该方法可以调控微球染料负载料，使得微球染料负载料可以调控。

所述羧基化多孔聚苯乙烯微球质量与所述四氢呋喃水溶液体积比为1mg：(0.1～10)ml。过大，微球分散不均一，导致荧光均一性差；过小，所需溶剂量大，相同染料添加量荧光负载低，荧光值低。

优选地，所述步骤1中，具体为先用环己烷对种子荧光微球进行助溶胀；然后加入引发剂、苯乙烯单体、功能性丙烯酸单体、交联剂以及致孔剂进一步溶胀；再加入保护剂进行聚合反应，得到多孔羧基化聚苯乙烯微球。优选地，引发剂为过氧化苯甲酰；所述功能性丙烯酸单体包括丙烯酸、衣康酸、马来酸中的一种；所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯和/或二乙烯苯；所述致孔剂为甲苯和/或正庚烷；所述保护剂为聚乙烯吡咯烷酮。

优选地，所述步骤2中所述油酸修饰的磁性四氧化三铁的具体制备方法为：

s1、称取乙酰丙酮铁溶于油酸/油胺/苯甲醇混合溶液，混匀于100～220℃反应6h～12h；

s2、冷却至室温后经洗涤，再依次加入油酸，油胺和环己烷，超声分散后洗涤得到油酸修饰的磁性四氧化三铁。

优选地，所述步骤3中干燥去除溶剂的具体方法为采用真空且40～50℃下干燥，或者在95～105℃下干燥。室温溶胀吸附的时间为6～12h。洗涤处理的具体步骤为：干燥去除溶剂后的固体用10％乙醇反复洗涤多次，然后将固体物质用1～3m盐酸处理2～10h，再次用10％乙醇反复洗涤多次，最终得到羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球及其制备方法进行详细说明。

实施例1

1、称取空白ps荧光微球0.3g，加入到50ml0.25wt.％的sds水溶液中，超声分散(20～40min，100～500w)，配成a分散液；另取环己烷0.3g超声分散(20～40min，100～500w)于50ml0.25wt.％的sds水溶液，配成b分散液；边搅拌边逐滴将b液加入至a溶液，室温溶胀8h后，依次加入0.2gbpo(过氧化苯甲酰引发剂)，40g苯乙烯，30g二甲基丙烯酸乙二醇酯(交联剂)，2g丙烯酸，20g甲苯，80ml0.25wt.％的sds水溶液，继续搅拌6～12h后，依次加入5gpvp(聚乙烯吡咯烷酮，)(k＝30)和50ml超纯水，将反应装置升温至80℃，反应6～18h，最后用10％乙醇洗涤并重力筛选得到尺寸均一的多孔聚苯乙烯荧光微球，尺寸为5um。

2、称取乙酰丙酮铁2g溶于油酸/油胺/苯甲醇混合溶液(油酸/油胺/苯甲醇体积比为2：2：7)，将混合也转移至聚四氟乙烯内衬的高温反应釜，150℃反应6h～12h，冷却至室温后用95％的酒精反复洗涤三次，依次补加0.2ml油酸，0.2ml油胺和3ml环己烷，超声分散后用95％反复洗涤三次得到油酸修饰的磁性四氧化三铁。

3、将磁性纳米颗粒溶胀进多孔羧基化聚苯乙烯微球内部得到羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球，包括如下步骤：

步骤1、将制备得到的多孔羧基化聚苯乙烯微球分散于氯仿/异丙醇混合溶液中，所述多孔羧基化聚苯乙烯微球质量与所述氯仿/异丙醇混合溶液体积比为5mg/ml，得到混合溶液a；

步骤2、将制备得到的油酸修饰的磁性四氧化三铁分散于氯仿溶液，所述油酸修饰的磁性四氧化三铁质量与所述氯仿溶液体积比为26mg/ml，得到混合溶液b；

步骤3、将所述混合溶液a和混合溶液b按照5：995体积比混匀，室温溶胀吸附6～12h，采用真空且40～50℃下干燥去除溶剂后，经洗涤处理(用10％乙醇反复洗涤多次，然后将固体物质用1～3m盐酸处理2～10h，再次用10％乙醇反复洗涤多次)，得到羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球。

4、配置一定比例四氢呋喃水溶液(1：7)，取上述羧基化多孔聚苯乙烯微球与一定量四氢呋喃水溶液混合并超声分散配成溶液(w：v＝1mg：6ml),加入脂溶性荧光染料(与微球质量比为5μg：1mg)，溶胀吸附10h(30℃)，真空干燥除去有机溶剂(真空度：0.08～0.1mpa，温度：15～50℃，时间：14h)，将上述溶胀吸附后的微球用配置的乙醇/环己烷混合溶液反复洗涤数次，最终得到均一且稳定的荧光微球。

5、制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球的性能

该羧基化磁性聚苯乙烯荧光微球，平均粒径为5.2um，分散系数为3.1％，其饱和磁化率为58wt％。制备得到的荧光微球上流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图3所示。

实施例2

该实施例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为1：5外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球，饱和磁化率为55wt％。流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图1所示。

实施例3

该实施例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为1：6外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球，饱和磁化率为61wt％。流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图2所示。

实施例4

该实施例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为1：8外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球，饱和磁化率为63wt％。流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图4所示。

实施例5

该实施例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为1：9外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球，饱和磁化率为60wt％。流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图5所示。

对比例1

该对比例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为1：3外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球上流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图6所示。

对比例2

该对比例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为1：4外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球上流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图7所示。

对比例3

该对比例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为0.5：9外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球上流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图2所示。

对比例4

该对比例中除步骤4中荧光负载所采用的四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比改为0.1：9外，其余均同实施例1。制备得到的荧光微球上流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图2所示。

对比例5

该对比例中除步骤4中荧光负载将四氢呋喃水溶液替换为其他有机溶胀剂外，其他均同实施例1。制备得到的荧光微球溶胀性差，均一性差。

实验例1

将实施例1-实施例5以及对比例1-5所制备得到的荧光微球上流式细胞仪检测其荧光均一性，结果如图1-9所示，可知四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比为1：5～9时，荧光峰更集中，即表明荧光负载的均一性好。

将实施例1-5以及对比例1-5所制备得到的荧光微球的磁性负载量统计如下表1。

表1

对比例1-2中，四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比大于1：5，饱和磁化率低，仅达到22％～29％。

对比例3中选用乙醇水溶液，荧光负载的均一性差。

对比例4-5中，所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比小于1：9，饱和磁化率能达到34％～38％；但荧光负载的均一性差。

实施例1-5中荧光负载的均一性好，饱和磁化率高达43％～51％。

综上可知，本申请将四氢呋喃水溶液作为溶胀剂，且所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的质量比为1：5～9时，制备得到的羧基化磁性聚苯乙烯荧光微不仅荧光负载的均一性好；且之前溶胀进去的四氧化三铁不会脱落，因而四氧化三铁不容易泄露，磁性负载量高，饱和磁化率高达43％～51％。

所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。