专利名称：一种基于二茂铁疏水相互作用制备单一聚电解质微胶囊的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备中空微胶囊的方法。尤其是利用二茂铁疏水相互作用制备 单一聚电解质微胶囊的方法。
背景技术：
微胶囊是通过成膜物质将囊内空间与囊外空间隔离开以形成特定几何结构的物 质。微胶囊的形状以球形结构为主，也可为卵圆形、正方形或长方形、多角形及各种不 规则形状。传统微胶囊尺寸大小通常在微米至毫米级，壁厚在亚微米至几百微米。微胶 囊在食品、药物、化妆品、生物工程和组织工程中都有十分重要的应用。微胶囊的制备 方法有很多。根据囊壁形成的原理，微胶囊的传统制备技术大体可分为三类利用反应 生成囊壁的化学方法、利用相分离形成囊壁的物理化学方法和利用机械或其它物理作用 形成囊壁的物理方法。囊壁通常由天然或合成的高分子材料组成，也可是无机化合物。近年来，又发展了许多新的微胶囊的制备方法，如模板组装、模板聚合、表面 接枝聚合、分散聚合等。其中，以胶体微粒为模板，利用层层自组装技术在模板微粒上 组装聚合物超薄膜，去除模板后制备的微胶囊具有结构和性能可控、易赋予各种独特功 能等特点。层层自组装的驱动力主要有静电力、氢键、疏水力等。其中，通过静电相互 作用形成的微胶囊，其制备过程可在水中进行，能够避免对环境的污染。所得微胶囊的 尺寸由模板预先控制，而其壁厚可控制在纳米尺度内。微胶囊的渗透性以及包埋物质的 释放性能可以通过环境条件如温度、离子种类和离子强度、pH值、溶液性质、光、电、 声等进行控制。因此在药物控制释放、酶的包埋与催化反应、组织工程等领域显示了十 分重要的应用前景。但是，该制备方法存在步骤多、耗时长、浪费原料的缺点，这些缺 点限制了其推广和应用，尤其是难以适应大规模快速制备的要求。同时，微胶囊的尺寸 和渗透性通过氧化还原反应得到调控，未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便、快速的基于二茂铁疏水相互作用制备单一聚电 解质微胶囊的方法。1. 一种基于二茂铁疏水相互作用制备单一含胺基聚电解质微胶囊的方法，该方 法包括以下步骤1)将Ca(N03)2和Na2C03分别配成0.33M水溶液，向Ca(N03)2水溶液中加入 含胺基聚电解质，含胺基聚电解质在Ca(N03)2水溶液中的浓度为1-lOmg/mL，搅拌使其 混合均勻；在磁力搅拌下向其中加入Na2C03水溶液，Na2C03水溶液与Ca (N03) 2水溶液 的体积比为1 1，持续搅拌，然后静置反应，收集所得微粒，洗涤，得到掺杂含胺基聚 电解质的CaC03微粒；2)将步骤1)所得掺杂有含胺基聚电解质的010)3微粒放入浓度为5-40mg/mL的二茂铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡1-5小时，然后离心， 用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中加入过量NaBH4溶液，并振荡 30-60分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.02-0.2mol/L的乙二胺 四乙酸溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的单一含胺基聚电解质的中空微胶囊。2.根据权利要求1所述的基于二茂铁疏水相互作用制备单一含胺基聚电解质微胶 囊的方法，其特征是所说的含胺基聚电解质为聚烯丙基胺(PAH)或聚赖氨酸(PLL)。本发明的原理是首先将含胺基聚电解质PAH或PLL掺杂在CaCO3胶体粒子 中。禾U用聚电解质PAH或PLL中的氨基与二茂铁甲醛(Fc-CHO)中的醛基通过西弗碱反 应制备二茂铁甲醛修饰的PAH(PAH-Fc)或二茂铁甲醛修饰的PLL(PLL-Fc)。在此基础 上将西弗碱还原，使其化学结构稳定。由于二茂铁是一种疏水的有机分子，因此当在水 溶液中去掉胶体粒子模板后，二茂铁会自发地聚集形成疏水微区，同时在亲水的聚电解 质PAH或PLL的保护下，PAH-Fc或PLL-Fc通过分子链运动能够形成完整的微胶囊。本发明的有益效果在于本发明工艺过程简单，可控性好，材料来源广泛，适 于中空微胶囊的快速大量制备。由于二茂铁是具有良好氧化还原性质的有机分子，因此 本发明中含有二茂铁修饰的单一聚电解质微胶囊也具有良好的氧化还原响应性。例如， 当向微胶囊的悬浮液中加入较低浓度的氧化剂时，二茂铁由于被氧化而带正电，从而使 疏水相互作用力降低，微胶囊尺寸膨胀。膨胀前后直径差可以达到一倍。加入较低浓度 的还原剂时，氧化的二茂铁重新被还原，疏水相互中用力增强，从而使微胶囊的尺寸收 缩。同时微胶囊的渗透性能也随着氧化还原反应的过程而精确调控。在微胶囊氧化膨胀 时，微胶囊的渗透性能增强，生物大分子或药物分子可以容易地进出微胶囊；当微胶囊 还原收缩时，微胶囊渗透性能减弱，生物大分子或药物分子被包埋在微胶囊内或隔绝在 微胶囊囊壁外。通过改变氧化剂的浓度，微胶囊包埋生物大分子或药物分子后的释放速 率可以得到准确的控制。
图1是掺杂有PAH的CaCO3微粒的扫描电镜照片。图2是PAH-Fc微胶囊干燥后的扫描电镜照片。图3是PAH-Fc微胶囊干燥后的扫描电镜照片。图4是PAH-Fc微胶囊的激光共聚焦显微镜照片。微胶囊分散在水中，并加入 少量荧光素进行标记。图5是PAH-Fc微胶囊的激光共聚焦显微镜照片。微胶囊分散在水中，并加入 少量荧光素进行标记。图6是PLL-Fc微胶囊的激光共聚焦显微镜照片。微胶囊分散在水中，并加入少 量荧光素进行标记。图7是PLL-Fc微胶囊干燥后的扫描电镜照片。图8是PLL-Fc微胶囊的激光共聚焦显微镜照片。微胶囊分散在水中，并加入少 量荧光素进行标记。图9是PLL-Fc微胶囊干燥后的扫描电镜照片。
具体实施例方式以下结合实例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。实施例11)将 Ca(N03)2 和 Na2C03 分别配成 0.33M 水溶液，取 100mL Ca(N03)2 溶液中 加入PAH，PAH在Ca(N03)2溶液中的浓度为2mg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌 下迅速向其中加入100mLNa2COjK溶液，持续搅拌40秒，然后让其静置反应，直至生成 的所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到直径约为5.5微米的CaC03 微粒，其扫描电镜照片见图1;这种CaC03微粒即为以PAH掺杂的胶体粒子的模板。2)将步骤1)所得掺杂有PAH的CaC03微粒放入20mL浓度为20mg/mL的二茂 铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡3小时进行PAH的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡40分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为O.lmol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PAH的中空微胶囊，其扫描电镜照片见图2。实施例21)将Ca(N03)2和Na2C03分别配成0.33M水溶液，取70mL Ca(N03)2溶液中加 入PAH，PAH在Ca(N03)2溶液中的浓度为5mg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌下 迅速向其中加入70mLNa2COyK溶液，持续搅拌50秒，然后让其静置反应，直至生成的 所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到以PAH掺杂的胶体01(03微 粒。2)将步骤1)所得掺杂有PAH的CaC03微粒放入30mL浓度为10mg/mL的二茂
铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡4小时进行PAH的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡30分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PAH的中空微胶囊，其扫描电镜照片见图3。实施例31)将Ca(N03)2和Na2C03分别配成0.33M水溶液，取50mL Ca(N03)2溶液中加 入PAH，PAH在Ca(N03)2溶液中的浓度为lOmg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌 下迅速向其中加入50mLNa2COwK溶液，持续搅拌60秒，然后让其静置反应，直至生成 的所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到以PAH掺杂的胶体CaC03 微粒。2)将步骤1)所得掺杂有PAH的CaC03微粒放入20mL浓度为30mg/mL的二茂
铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡4小时进行PAH的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡30分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PAH的中空微胶囊，其激光共聚焦显微镜照片见图4。
实施例41)将Ca (NO3) JPNa2CO3分别配成0.33M水溶液，取150mL €&饭03)2溶液中加 入PAH，PAH在Ca(NO3)2溶液中的浓度为lOmg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌 下迅速向其中加入150mL Na2COVK溶液，持续搅拌60秒，然后让其静置反应，直至生成 的所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到以PAH掺杂的胶体CaCO3 微粒。2)将步骤1)所得掺杂有PAH的CaCO3微粒放入40mL浓度为30mg/mL的二茂 铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡6小时进行PAH的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡60分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PAH的中空微胶囊，其激光共聚焦显微镜照片见图5。实施例51)将 Ca(NO3)2 和 Na2CO3 分别配成 0.33M 水溶液，取 IOOmL Ca(NO3)2 溶液中 加入PLL，PLL在Ca(NO3)2溶液中的浓度为2mg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌 下迅速向其中加入IOOmL Na2COjK溶液，持续搅拌40秒，然后让其静置反应，直至生成 的所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到以PLL掺杂的胶体CaCO3 微粒。2)将步骤1)所得掺杂有PLL的CaCO3微粒放入20mL浓度为20mg/mL的二茂 铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡3小时进行PLL的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡40分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为O.lmol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PLL的中空微胶囊，其激光共聚焦显微镜照片见图6。实施例61)将Ca(NO3)2和Na2CO3分别配成0.33M水溶液，取70mL Ca(NO3)2溶液中加 入PLL，PLL在Ca(NO3)2溶液中的浓度为5mg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌下 迅速向其中加入70mL Na2COyK溶液，持续搅拌50秒，然后让其静置反应，直至生成的 所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到以PLL掺杂的胶体CaCO3微 粒。2)将步骤1)所得掺杂有PLL的CaCO3微粒放入30mL浓度为10mg/mL的二茂
铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡4小时进行PLL的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡30分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PLL的中空微胶囊，其扫描电镜照片见图7。实施例71)将Ca(NO3)2和Na2CO3分别配成0.33M水溶液，取50mL Ca(NO3)2溶液中加 入PLL，PLL在Ca(NO3)2溶液中的浓度为lOmg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌下迅速向其中加入50mLNa2COwK溶液，持续搅拌60秒，然后让其静置反应，直至生成 的所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到以PLL掺杂的胶体CaC03 微粒。2)将步骤1)所得掺杂有PLL的CaC03微粒放入20mL浓度为30mg/mL的二茂 铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡4小时进行PLL的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡30分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PLL的中空微胶囊，其激光共聚焦显微镜照片见图8。实施例81)将 Ca(N03)2 和 Na2C03 分别配成 0.33M 水溶液，取 150mL Ca(N03)2 溶液中 加入PLL，PLL在Ca(N03)2溶液中的浓度为lOmg/mL，搅拌使其混合均勻；在磁力搅拌 下迅速向其中加入150mLNa2COvK溶液，持续搅拌60秒，然后让其静置反应，直至生成 的所有微粒完全沉淀；将所得微粒离心收集，水洗3次，得到以PLL掺杂的胶体CaC03 微粒。2)将步骤1)所得掺杂有PLL的CaC03微粒放入40mL浓度为30mg/mL的二茂 铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡6小时进行PLL的氨基与二茂铁甲 醛的西弗碱反应。然后离心，用乙醇洗涤并分散胶体粒子；向胶体粒子的乙醇悬浮液中 加入过量NaBH4溶液，并振荡60分钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的PLL的中空微胶囊，其扫描电镜照片见图9。
权利要求
1.一种基于二茂铁疏水相互作用制备单一含胺基聚电解质微胶囊的方法，该方法包 括以下步骤1)将Ca(NO3)2和Na2CO3分别配成0.33M水溶液，向Ca(NO3)2水溶液中加入含胺 基聚电解质，含胺基聚电解质在Ca(N03)2水溶液中的浓度为l-10mg/mL，搅拌使其混合 均勻；在磁力搅拌下向其中加入Na2COyK溶液，Na2COyK溶液与Ca(NO3)2水溶液的体 积比为1 1，持续搅拌，然后静置反应，收集所得微粒，洗涤，得到掺杂含胺基聚电解 质的CaCO3微粒；2)将步骤1)所得掺杂有含胺基聚电解质的CaCO3微粒放入浓度为5-40mg/mL的二 茂铁甲醛的甲醇溶液中，振荡形成悬浮液，并持续振荡1-5小时，然后离心，用乙醇洗 涤并分散胶体粒子。向胶体粒子的乙醇悬浮液中加入过量NaBH4溶液，并振荡30-60分 钟，然后离心，用水洗涤并分散胶体粒子；3)向步骤2)所得到的胶体粒子的悬浮液中加入浓度为0.02-0.2mol/L的乙二胺四乙 酸溶液，得到囊壁为二茂铁修饰的单一含胺基聚电解质的中空微胶囊。
2.根据权利要求1所述的基于二茂铁疏水相互作用制备单一含胺基聚电解质微胶囊的 方法，其特征是所说的含胺基聚电解质为聚烯丙基胺或聚赖氨酸。
全文摘要
本发明公开的基于二茂铁疏水相互作用制备单一聚电解质微胶囊的方法。是以聚电解质掺杂的胶体粒子为模板，利用聚电解质中带有的胺基与二茂铁甲醛反应，并将形成的西弗碱化学键用硼氢化钠还原成亚胺键，得到二茂铁修饰的聚电解质。将胶体粒子去除，得到囊壁为二茂铁修饰的单一聚电解质微胶囊。本发明制备的微胶囊可以将掺杂在胶体粒子中的聚电解质大量保留在微胶囊中，从而使微胶囊具有很厚的囊壁并且结构稳定。同时由于二茂铁所具有的良好的氧化还原特性，微胶囊也具有灵敏的氧化还原响应性。利用这一特点，微胶囊可以实现氧化还原调控的分子包埋与释放。采用本发明方法制备的微胶囊在纳米材料、药物释放、生物传感器等方面有非常广阔的潜在应用价值。
文档编号B01J13/02GK102008924SQ20101029891
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者王志鹏, 高长有 申请人:浙江大学