一种近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法
【专利摘要】本申请公开一种近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，包括：使用单分散亚微米尺寸的纳米微球自组装制得近红外光子晶体颗粒；将近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使其表面吸附生物相容降解性材料；进行固化交联，使吸附在近红外光子晶体颗粒表面的生物相容降解材料固定成为水凝胶层；使用刻蚀剂进行刻蚀，移除近红外光子晶体颗粒，制得微胶囊阵列结构的近红外水凝胶光子晶体颗粒。本申请适用于制备生物相容降解微胶囊阵列结构的水凝胶光子晶体颗粒且Bragg衍射在近红外范围，该近红外水凝胶光子晶体颗粒生物相容可降解，其微胶囊结构的空腔大小可控、易于调节，该水凝胶材料本身易于修饰改性对特定环境或是特定分析物进行响应。
【专利说明】 一种近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及生物医学材料领域，尤其涉及近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，通过模拟蓝蝶的翅膀、火山蛋白石等自然界的微纳米结构，人们利用精密加工法、胶体自组装法等成功研制了一维、二维、三维光子晶体。光子晶体不仅可以制备宽禁带(禁带可以从紫外到红外)，还可以实现禁带可调的特性。制备光子晶体的材料通常是有机、无机或是高分子材料。但是，由这些材料所制备的光子晶体通常会生物不相容，且难以降解。目前报道的NIR (Near Infrared，近红外光)光子晶体的制备都是以二氧化硅纳米微球、聚苯乙烯纳米微球等自组装而成，由该种方法制备所得到的光子晶体都是块状，且是生物不相容材料，难以广泛应用于生物医学领域。
[0003]综上所述，目前制备水凝胶光子晶体颗粒，难以结合生物相容降解材料制备单分散、粒径可控且Bragg衍射在NIR区域的具有微胶囊结构的水凝胶光子晶体颗粒，且制备的水凝胶光子晶体颗粒无法广泛应用于生物医学领域。
【发明内容】
[0004]本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法。
[0005]本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决:
一种近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，包括:
使用单分散亚微米尺寸的纳米微球自组装制得近红外光子晶体颗粒；
将所述近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附所述生物相容降解性材料；
对表面吸附所述生物相容降解性材料的所述近红外光子晶体颗粒进行固化交联，使吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的所述生物相容降解材料固定成为水凝胶层；
使用刻蚀剂对表面包裹有水凝胶层的所述近红外光子晶体颗粒进行刻蚀，移除所述近红外光子晶体颗粒，制得微胶囊阵列结构的近红外水凝胶光子晶体颗粒。
[0006]上述方法中，所述使用单分散亚微米尺寸的纳米微球自组装制得近红外光子晶体颗粒，具体包括:
通过聚合法制备单分散亚微米尺寸的纳米微球；
以所述纳米微球配成的纳米微球乳液为内相，以含有表面活性剂的油为外相，通过微流控芯片制备单分散液滴；
将所述单分散液滴加热自组装获得单分散近红外光子晶体颗粒。
[0007]上述方法中，具体通过乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、种子聚合或溶胶-凝胶法制备所述单分散亚微米尺寸的纳米微球。[0008]上述方法中，所述纳米微球乳液由所述纳米微球和水配制，所述纳米微球乳液中纳米微球的质量百分比为1%?40%，所述含有表面活性剂的油中表面活性剂的质量百分比为1%?30%O
[0009]上述方法中，所述将所述近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附所述生物相容降解性材料，具体包括:
使用水和近红外光子晶体颗粒配制近红外光子晶体悬浮液；
使所述近红外光子晶体悬浮液分散到所述生物相容降解性材料的溶液中；
通过共价键或非共价键作用，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附包裹所述生物相容降解性材料。
[0010]上述方法中，所述近红外光子晶体颗粒和所述红外光子晶体悬浮液的质量百分比为0.1%?10%，所述生物相容降解性材料和所述生物相容降解性材料的溶液的质量百分比为 0.5% ?5%O
[0011]上述方法中，所述将所述近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附所述生物相容降解性材料之后，所述对所述近红外光子晶体颗粒进行固化交联，使吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的所述生物相容降解材料固定成为水凝胶层之前，还包括:
使用清洗液对表面吸附有所述生物相容降解材料的所述近红外光子晶体颗粒进行清洗，使未被吸附的所述生物相容降解材料洗脱。
[0012]上述方法中，所述对表面吸附所述生物相容降解性材料的所述近红外光子晶体颗粒进行固化交联，使吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的所述生物相容降解材料固定成为水凝胶层，具体包括:
将表面吸附所述生物相容降解性材料的所述近红外光子晶体颗粒分散在特定的溶剂中，加入交联剂，控制交联度，通过辐射法或是加热法固化交联固化吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的生物相容降解材料，得到所述水凝胶层。
[0013]上述方法中，所述交联度为O?30%。
[0014]由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于:
由于通过自组装得到大量Bragg衍射在近红外区域的光子晶体颗粒，再通过刻蚀剂移除包裹有生物相容降解材料的光子晶体而得到具有微胶囊阵列结构的近红外水凝胶光子晶体颗粒，适用于制备生物相容降解微胶囊阵列结构的水凝胶光子晶体颗粒且Bragg衍射在近红外范围，而且该近红外水凝胶光子晶体颗粒生物相容可降解，其微胶囊结构的空腔大小可控、易于调节，该水凝胶材料本身易于修饰改性对特定环境或是特定分析物进行响应，本申请可实现批量生产，具有高产量、高精度、低成本的显著优势，而且可以广泛应用与生物医学领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本申请的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法的流程图；
图2是单分散近红外光子晶体颗粒显微镜图；
图3是单分散近红外光子晶体颗粒扫描电镜图；
图4是单分散近红外水凝胶光子晶体颗粒扫描电镜图；图5是单分散近红外水凝胶光子晶体颗粒截面扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0016]下面通过【具体实施方式】结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0017]本申请的NIR水凝胶光子晶体颗粒是基于NIR光子晶体颗粒，采用吸附包裹上一层生物相容降解性材料，通过交联固化生物相容降解性材料而将结构固定，再利用溶剂刻蚀法移除掉光子晶体颗粒后，即可得到具有微胶囊阵列结构的水凝胶光子晶体颗粒，解决了光子晶体颗粒粒径尺寸及单分散性控制、生物相容、降解以及微胶囊阵列结构设计方面的难题，且实现材料多样化，应用广泛化，稀释了成本。
[0018]本发明使用聚苯乙烯亚微米尺寸微球、聚甲基丙烯酸甲酯亚微米尺寸微球、二氧化硅亚微米尺寸微球、二氧化钛亚微米尺寸微球等作为自组装光子晶体颗粒的材料，聚苯乙烯亚微米尺寸微球、聚甲基丙烯酸甲酯亚微米尺寸微球、二氧化硅亚微米尺寸微球、二氧化钛亚微米尺寸微球粒径均容易控制且易于大量制备，通过相应的聚合法可以制备单分散性的微球，同时通过不同的表面修饰可以使得微球表面带上特定的官能团(如羟基、氨基、羧基、磺酸基、硼酸基等)，可实现对不同的生物相容降解材料进行吸附包裹，可重复性高，操作性强。
[0019]如图1所示，本申请的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其一种实施方式，包括以下步骤:
步骤102:使用单分散亚微米尺寸的纳米微球自组装制得近红外光子晶体颗粒； 步骤104:将近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使得近红外光子晶体颗粒表面吸附生物相容降解性材料；
步骤106:对表面吸附生物相容降解性材料的近红外光子晶体颗粒进行固化交联，使吸附在近红外光子晶体颗粒表面的生物相容降解材料固定成为水凝胶层；
步骤108:使用刻蚀剂对表面包裹有水凝胶层的近红外光子晶体颗粒进行刻蚀，移除近红外光子晶体颗粒，制得微胶囊阵列结构的近红外水凝胶光子晶体颗粒。
[0020]本申请的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其另一种实施方式，包括以下步骤:
步骤202:通过聚合法制备单分散亚微米尺寸的纳米微球。
[0021]本申请具体可通过乳液聚合法、无皂乳液聚合法、分散聚合法、沉淀聚合法、种子聚合法或溶胶-凝胶法制备单分散亚微米尺寸(100 nm~l--m)的纳米微球,微球粒径相对偏差小于10%，通过加入不同的功能单体可以使得微球表面含有特定的官能团，如羟基、
氨基、羧基、磺酸基、硼酸基等。
[0022]步骤204:配制纳米微球乳液，以纳米微球乳液为内相，以含有表面活性剂的油为外相，通过微流控芯片制备单分散液滴。微流控芯片可使用T型、Y型等结构。
[0023]将一定浓度的亚微米尺寸微球乳液与一定浓度的生物相容降解材料水溶液按照一定比例混合分散作为水相，油相可以采用含有一定浓度表面活性剂油，例如，油可以选用正十六烧、正十六烯、煤油、氟油、硅油等，表面活性剂可以选用Hypermer 2296, Span 80等，利用微流控芯片制备单分散液滴。
[0024]纳米微球乳液由纳米微球和水配制而成，纳米微球乳液中纳米微球的质量百分比为1%~40%，含有表面活性剂的油中表面活性剂的质量百分比为1%~30%。
[0025]步骤206:将单分散液滴加热自组装获得单分散近红外光子晶体颗粒。
[0026]将单分散液滴置于烘箱中或是加热板上加热，使得液滴中的水分缓慢挥发，从而得到亚微米尺寸微球规整紧密堆积的近红外光子晶体颗粒。烘箱或加热板的温度可设置为25?~80°C。
[0027]步骤208:使用水和近红外光子晶体颗粒配制近红外光子晶体悬浮液。
[0028]步骤210:使近红外光子晶体悬浮液分散到生物相容降解性材料的溶液中。
[0029]近红外光子晶体悬浮液分散到生物相容降解性材料的溶液中，使近红外光子晶体颗粒浸入到生物相容降解性材料溶液中一定时间。浸泡时间可以为10 min~144h，使组装成近红外光子晶体颗粒的亚微米尺寸微球表面都吸附上一层生物相容降解材料。生物相容降解材料可以为壳聚糖、海藻酸钠、琼脂糖、明胶、白蛋白、透明质酸、聚乳酸、聚乙二醇、聚乙烯醇等。
[0030]近红外光子晶体颗粒和红外光子晶体悬浮液的质量百分比为0.1 %~10%，即近红外光子晶体颗粒/ (近红外光子晶体颗粒+水)的质量百分比为0.1%~10%。生物相容降解性材料和生物相容降解性材料的溶液的质量百分比为0.5%~5%，即生物相容降解材料/ (生物相容降解材料+水)的质量百分比为0.5%~5%。
[0031]步骤212:通过共价键或非共价键作用，使得近红外光子晶体颗粒表面吸附包裹生物相容降解性材料。
[0032]近红外光子晶体颗粒分散到生物相容降解性材料的溶液中，通过共价键或非共价键作用使得生物相容降解性材料在组装成光子晶体颗粒的亚微米尺寸微球表面吸附包裹上生物相容降解性材料层。
[0033]步骤214:使用清洗液`对表面吸附有生物相容降解材料的近红外光子晶体颗粒进行清洗，使未被吸附的生物相容降解材料洗脱。
[0034]清洗的混合液将吸附有生物相容降解性材料的光子晶体分散在特定的清洗液(例如吸附有壳聚糖的光子晶体颗粒可以用超纯水清洗，吸附有其他水凝胶材料的光子晶体颗粒可以用乙醇和水的混合液进行清洗)体系中，清洗液是根据生物材料的特性进行配置，可以将未吸附包裹的材料洗脱掉，而吸附包裹的材料则不受影响。该清洗液可以移除未吸附的多余的生物相容降解材料，经过清洗后的组装成光子晶体颗粒的亚微米尺寸微球的表面都均匀地吸附有生物相容降解材料。
[0035]步骤216:将表面吸附生物相容降解性材料的近红外光子晶体颗粒分散在特定的溶剂中，加入交联剂，控制交联度，通过辐射法或是加热法固化交联固化吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的生物相容降解材料，得到所述水凝胶层。
[0036]将清洗后的光子晶体颗粒分散在特定的溶剂中，例如吸附有壳聚糖水凝胶的光子晶体颗粒可以分散在水中，加入相应的交联剂，壳聚糖可以采用戊二醛交联，海藻酸钠可以采用氯化钙等水溶性钙盐或环氧氯丙烷交联，通过辐射法或是加热法等，固化交联吸附在光子晶体颗粒表面的生物相容降解材料，从而得到水凝胶层，通过控制交联度，使得水凝胶的致密度不一样。其中，交联度可以为O~30 wt%。即交联剂质量/ (交联剂质量+生物相容降解材料质量)为O~30 wt%。
[0037]交联固化剂的选择根据生物材料表面的官能团来定，固化交联度则根据需要来定，交联度可以是零，则得到的生物相容降解材料层孔隙比较大，而交联度30%以上则相容降解材料比较致密，孔隙较小。
[0038]步骤218:使用刻蚀剂对表面包裹有水凝胶层的近红外光子晶体颗粒进行刻蚀，移除近红外光子晶体颗粒，制得微胶囊阵列结构的近红外水凝胶光子晶体颗粒。
[0039]刻蚀剂为能够溶解掉亚微米尺寸微球，但不溶解水凝胶层的溶剂。如聚甲基丙烯酸甲酯微球和聚苯乙烯微球可以采用二氯甲烷或四氢呋喃或苯或甲苯或二甲苯等溶剂作为刻蚀剂；二氧化硅微球可以采用氢氟酸溶液作为刻蚀剂。使用刻蚀剂浸泡表面包裹有水凝胶层的光子晶体颗粒，会充分溶解掉光子晶体颗粒(由亚微米尺寸微球组装成的近红外光子晶体颗粒)，在水凝胶层的框架内形成微胶囊阵列结构。
[0040]图2是单分散近红外光子晶体颗粒显微镜图，可以看出微流体装置制备的光子晶体颗粒粒径均一。图3是单分散近红外光子晶体颗粒扫描电镜图，可以看出光子晶体颗粒表面光滑。图4是单分散水凝胶光子晶体颗粒扫描电镜图，可以看出水凝胶光子晶体颗粒表面褶皱粗糙不平。图5是单分散水凝胶光子晶体颗粒截面扫描电镜图，可以看出组装成水凝胶光子晶体的微球为微胶囊结构。
[0041]以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【权利要求】
1.一种近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，包括: 使用单分散亚微米尺寸的纳米微球自组装制得近红外光子晶体颗粒； 将所述近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附所述生物相容降解性材料； 对表面吸附所述生物相容降解性材料的所述近红外光子晶体颗粒进行固化交联，使吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的所述生物相容降解材料固定成为水凝胶层； 使用刻蚀剂对表面包裹有水凝胶层的所述近红外光子晶体颗粒进行刻蚀，移除所述近红外光子晶体颗粒，制得微胶囊阵列结构的近红外水凝胶光子晶体颗粒。
2.如权利要求1所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，所述使用单分散亚微米尺寸的纳米微球自组装制得近红外光子晶体颗粒，具体包括: 通过聚合法制备单分散亚微米尺寸的纳米微球； 以所述纳米微球配成的纳米微球乳液为内相，以含有表面活性剂的油为外相，通过微流控芯片制备单分散液滴； 将所述单分散液滴加热自组装获得单分散近红外光子晶体颗粒。
3.如权利要求2所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，具体通过乳液聚合法、无皂乳液聚合法、分散聚合法、沉淀聚合法、种子聚合法或溶胶-凝胶法制备所述单分散亚微米尺寸的纳米微球。
4.如权利要求2所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，所述纳米微球乳液由所述纳米微球和水配制，所述纳米微球乳液中纳米微球的质量百分比为1%~40%，所述含有表面活性剂的油中表面活性剂的质量百分比为1%~30%。
5.如权利要求1所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，所述将所述近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附所述生物相容降解性材料，具体包括: 使用水和近红外光子晶体颗粒配制近红外光子晶体悬浮液； 使所述近红外光子晶体悬浮液分散到所述生物相容降解性材料的溶液中； 通过共价键或非共价键作用，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附包裹所述生物相容降解性材料。
6.如权利要求5所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于， 所述近红外光子晶体颗粒和所述红外光子晶体悬浮液的质量百分比为0.1%~10%，所述生物相容降解性材料和所述生物相容降解性材料的溶液的质量百分比为0.5%~5%。
7.如权利要求1所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，所述将所述近红外光子晶体颗粒浸入生物相容降解材料溶液中，使得所述近红外光子晶体颗粒表面吸附所述生物相容降解性材料之后，所述对所述近红外光子晶体颗粒进行固化交联，使吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的所述生物相容降解材料固定成为水凝胶层之前，还包括: 使用清洗液对表面吸附有所述生物相容降解材料的所述近红外光子晶体颗粒进行清洗，使未被吸附的所述生物相容降解材料洗脱。
8.如权利要求1所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，所述对表面吸附所述生物相容降解性材料的所述近红外光子晶体颗粒进行固化交联，使吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的所述生物相容降解材料固定成为水凝胶层，具体包括: 将表面吸附所述生物相容降解性材料的所述近红外光子晶体颗粒分散在特定的溶剂中，加入交联剂，控制交联度，通过辐射法或是加热法固化交联固化吸附在所述近红外光子晶体颗粒表面的生物相容降解材料，得到所述水凝胶层。
9.如权利要求8所述的近红外水凝胶光子晶体颗粒的制备方法，其特征在于，所述交联度为O~30%。
【文档编号】G02B1/02GK103691964SQ201310686853
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】杜学敏, 赵晓雯, 吴天准, 张志成 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院