本发明涉及一种表面改性二氧化硅微球、其复合纳米微球及其制备方法。
背景技术：
经过几十年的发展，聚合物微球作为一类功能材料在医疗检测、药物控制与释放、生物化学、电子信息技术等高端技术领域取得了巨大的发展。聚合物微球，尤其是智能聚合物纳米微球受到了研究人员越来越多的关注。智能聚合物纳米微球是一类以智能聚合物为基础制备的智能微球材料。与智能聚合物一样，根据其刺激响应性的数量可分为：单一响应和多重响应的智能微球；根据外界刺激信号的类型可以分为：化学信号响应、物理信号响应和生物信号响应。化学信号主要包括ph值、氧化还原等；物理信号主要包括温度、磁响应、光响应等；生物信号主要包括糖响应、酶（蛋白质）响应、dna响应等。智能纳米微球其优势在于易于控制，结构稳定，易于功能化，尺寸小，靶向性以及快速反应等。现在多应用于标记探针，药物控制释放，医学诊断，生物传感器，生物材料催化剂载体，导电球，液晶间隔物等方面。常见的聚合物载体类纳米材料往往仅具有单一的刺激响应性能，而要真正实现纳米聚合物纳米材料的智能递送性能，必须将可功能化修饰及刺激响应性能有机结合在一起，从而发挥纳米聚合物纳米材料在药物智能递送/释放等领域中真正的应用价值。
纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料，在塑料、橡胶、精细陶瓷、涂料、粘合剂等工业有着广泛的应用。传统纳米二氧化硅的制备工艺有沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。纳米二氧化硅粒子具有表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，及在高温下仍具有很高的强度、韧性和很好的稳定性，因而被广泛应用于涂料、橡胶、药物载体等领域。纳米二氧化硅表面含有大量的活性硅羟基，可与有机硅烷、醇和酸等物质发生化学反应而对其进行改性。改性后的二氧化硅表面含有羧基、氨基等基团，拓展了二氧化硅的应用。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种改性二氧化硅微球。
本发明的目的之二在提供一种由改性二氧化硅微球形成的复合纳米微球。
本发明的目的之三在于提供该复合纳米微球的制备方法。
为了实现以上发明目的，本发明的硅球表面改性剂由二苯甲酮肟与烯丙基溴单体通过醚化反应进行得到单体a，通过光引发安息香二甲醚与γ-巯丙基三甲氧基硅烷通过点击化学反应制备改性剂b。其合成路线为：
然后采用上述的改性硅球为模板，通过改性硅球表面的氧氨基团和手性聚苯乙炔侧链上醛基，在特定ph下通过动态化学键联将聚合物引入硅球表面，得到复合纳米微球。该复合纳米微球由于其外层为手性聚苯乙炔共聚物，从而赋予了微球手性。而且手性聚苯乙炔共聚物含有醛基官能团，能够和氨基等基团进行键联，使微球的此微球具有巨大的潜在应用价值。手性聚苯乙炔共聚物的结构式如下所示：
反应机理如下：
根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案：
一种改性二氧化硅微球，其特征在于该改性二氧化硅微球示意为：
一种复合纳米微球，采用上述的改性二氧化硅微球为核，其特征在于该复合纳米微球由改性二氧化硅微球为核，通过改性二氧化硅微球表面的氧氨基团和手性聚苯乙炔共聚物侧链上醛基的动态化学键联将手性聚苯乙炔共聚物引入二氧化硅微球改性剂表面，得到复合纳米微球，其中所述的改性二氧化硅微球和手性聚苯乙炔共聚物的摩尔比为：8～10：1；所述的手性聚苯乙炔共聚物的结构式如下：
一种制备上述的复合纳米微球的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.将二苯甲酮肟和催化量的氢氧化钾溶于二甲亚砜和h2o的混合溶剂中，待氢氧化钾完全溶解后，在30～35℃温度下，滴入烯丙基溴，加热搅拌反应3-4小时；反应结束后，通过萃取，分离提纯得到单体a，其结构式为：
b.将步骤a所得单体a、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和安息香双甲醚按1：（1.1～1.4）：（0.01-0.05）溶于四氢呋喃中，在惰性气氛保护下，紫外灯照射下反应3小时，反应结束后，除去溶剂，再经分离提纯，二氧化硅微球改性剂；
c.将粒径为150～200nm的二氧化硅微球分散到干燥的甲苯溶剂中，二氧化硅微球和甲苯的固液比为100mg：(15-20)ml，搅拌下，滴加步骤b所得的二氧化硅微球改性剂，在惰性气氛保护下，回流反应15～18小时；反应结束后，用甲醇和水的混合液洗涤，甲醇和水的体积比为1:1，再用纯水洗涤，冷冻干燥后得到初步改性的二氧化硅微球，所述的二氧化硅微球与二氧化硅微球改性剂的质量比为：（4～5）:1；
d.将步骤c所得初步改性的二氧化硅微球分散到乙醇和ph=4.6的醋酸缓冲液的混合液中，二氧化硅微球和混合液的固液比为：20mg：（15-25）ml，加入二氧化硅微球质量比1.1-1.2倍的盐酸羟胺，60～65℃温度下，搅拌反应2～3小时，用纯水洗涤，冷冻干燥后得到改性二氧化硅微球。
e.将步骤d所得改性二氧化硅微球分散在ph=4.6的醋酸缓冲液中，改性二氧化硅和混合液的固液比为：10mg：（10～15）；另外将手性聚苯乙炔共聚物溶于醋酸缓冲液中，手性聚苯乙炔共聚物和醋酸缓冲液的固液比：10mg：（200～300）；将该手性聚苯乙炔共聚物溶液滴加到上述改性二氧化硅微球分散液中，滴加完毕后，用纯水洗涤，冷冻干燥后得到复合纳米微球；所述的手性聚苯乙炔共聚物的结构式如下：
本发明复合纳米微球的粒径在150～200nm之间，并且尺寸分布均一。手性聚苯乙炔共聚物的外层赋予了二氧化硅微球手性，手性聚苯乙炔共聚物的cd信号在15-75oc内随着温度的升高而降低最后发生反转，并在重新回复到15oc后共聚物的cd信号也能迅速回复。复合纳米微球的cd信号在中性和碱性环境下随温度的改变没有明显变化，但是在酸性条件下cd信号随温度升高明显减弱。
附图说明
图1为改性剂b的1hnmr谱图。
图2为复合纳米微球的tem图谱。
图3手性聚苯乙炔cd信号随温度的变化。
图4为复合微球的cd信号在ph=7时随温度的变化。
图5为复合微球的cd信号在ph=10时随温度的变化。
图6为复合微球的cd信号在ph=3时随温度的变化。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：手性聚苯乙炔共聚物的制备方法参照专利张阿方.温度诱导螺旋构象可逆调控的聚苯乙炔衍生物及其制备方法.中国,104861100[p].2015.08.26。
实施例一：
（1）在干燥的25ml反应瓶中加入二苯甲酮肟（2g）、粉状koh（0.56g）、9mldmso和1mlh2o，koh完全溶解后将反应瓶放置入预热至30-35oc油浴锅中，滴定加入烯丙基溴（1.58g），加热搅拌反应3-4小时。反应结束后，通过萃取，使用正己烷为淋洗剂，硅胶柱层析纯化，得到单体a。
（2）将单体a（500mg）、γ-巯丙基三乙氧基硅烷（753.6mg）、安息香双甲醚dmpa（2.5mg）、2-10ml的thf加入到25ml反应瓶中，进行除水除氧操作。在波长为365nm的紫外灯照射下反应3小时。反应结束后，旋转蒸发除去溶剂，使用正己烷为淋洗剂，硅胶柱层析纯化，得到改性剂b。核磁参见图1。
（3）通过超声将粒径为150-200nm二氧化硅微球（20mg）分散到30ml干燥的甲苯溶剂、在搅拌状态下，滴加改性剂b（20mg）,进行除水除氧操作，氮气保护下，放置入预热至105-110oc油浴锅中的油浴中进行回流反应15-18小时。反应结束后使用v（ch3oh）:v(h2o)=1:1离心洗涤三次（每次5min,6500rmp），再用纯水离心洗涤三次，冷冻干燥后得到初步改性硅球。将初步改性硅球（20mg）分散到2ml乙醇和醋酸buffer（ph=4.6）混合液中，加入盐酸羟胺（20mg）置入预热至60-65oc油浴锅中，搅拌反应2-3小时。使用纯水离心洗涤三次（每次5min,6500rmp），冷冻干燥后得到目标改性硅球。将上述改性硅球（10mg）分散在1ml的ph=4.6的醋酸buffer中，将将聚苯乙炔（10mg）溶于醋酸缓冲液（200μl）中，再滴加到硅球分散液中。使用纯水3次离心洗涤之后，冷冻干燥后得到复合纳米微球。通过透射电子显微镜对复合纳米微球微观形貌进行观测，参见图2，其形貌为尺寸在150-200nm之间球状，尺寸比较一致，分布均匀。采用的手性聚苯乙炔共聚物的结构式为：
实施例二：在样品瓶中称量2mg的聚苯乙炔共聚物，加入4ml醋酸buffer（ph=4.6）溶液,放置到冰箱中，在4oc下放置过夜，使聚合物充分溶解。经过变温cd测试，参见图3，共聚物的手性信号随着温度的升高而减弱并在35oc左右发生了翻转。
实施例三：在样品瓶中称量2mg的复合纳米微球,加入4ml水中（ph=7）,放置在振荡器上使其分散。经过变温cd测试，参见图4。通过对比可知聚苯乙炔已成功引入到硅球表面，且通过与硅球表面的氧氨基团交联限制了聚苯乙炔的手性随温度的变化。参加图5、图6复合纳米微球在不同ph下cd信号随温度的变化有明显改变，在ph=3时cd信号随温度升高明显下降，说明部分交联点被破坏，导致其螺旋构象不稳定。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述参加实施例，还可以根据本发明的发明创造目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明二氧化硅改性剂的合成方法及复合纳米微球的制备方法和应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。