专利名称：一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法。
背景技术：
磁性聚合物复合微球(磁性复合微球)因对外磁场具有较强的磁响应性，并且能 够被进一步功能化和进行表面修饰后固载各种生物分子，因此在生物医学、生物工程和生 物技术等领域有着广泛的应用，如进行细胞分离、免疫测定、核酸提纯和DNA分离、酶固定、 磁共振成像等。 磁性复合微球应满足一些要求以便应用于生物、医学领域。这些要求包括磁性复 合微球在体系中不沉淀；磁性复合微球粒径小且分布窄、磁含量高且均匀；磁性复合微球 具有超顺磁性，且无毒、无磁性粒子泄漏；体系中没有未包覆聚合物的磁性粒子(未包覆磁 性粒子)，也没有不含磁性粒子的纯聚合物微球(不含磁聚合物微球)，等等。磁性复合微 球在体系中不沉淀，是为了避免磁性复合微球的聚集和合并；粒径小是为了具有高的比表 面积以便固载更多的生物分子；分布窄、磁含量高且均匀是为了具有较强且均一的磁响应 性；磁性复合微球具有超顺磁性是为了满足在外加磁场存在下的磁响应性和外加磁场撤除 后磁性复合微球因无剩磁存在而能够进行重新分散；无毒是生物医学必然的要求，无磁性 粒子泄漏是为了避免磁响应性的减弱；体系中没有未包覆磁性粒子，也没有不含磁聚合物 微球是因为未包覆磁性粒子不能被进一步功能化，不含磁聚合物微球虽能够被进一步功能 化，但其对外磁场无响应，因而无法满意生物医学的要求。
目前，已经有多种方法被用于合成磁性复合微球。 物理包覆法是最早被采用制备磁性复合微球的方法。它是采用在天然高分子(如 右旋糖苷、明胶、壳聚糖、支链淀粉、蛋白质等)或合成高分子(如PVP， PEG， PVA等)存在 下，原位化学沉淀铁离子和亚铁离子制得。该法所制备的磁性复合微球已经在核酸提纯和 DNA分离、酶固定等领域得到应用。但是，该法只能制备亲水性磁性复合微球，应用领域受到 很大限制，且所得到的磁性复合微球存在形态极不规整、粒径分布极宽、磁性粒子容易泄漏 等诸多无法克服的问题，因此，该方法目前已经被淘汰。 PCT W0 83/03920介绍的在单分散、多孔聚合物微球的孔中进行铁离子和亚铁离 子原位化学沉淀制备磁性复合微球的方法是目前唯一商品化的方法。该法制备的磁性复合 微球具有粒径分布窄、磁含量均匀等优点。但是，该法制备的磁性复合微球粒径较大(l 10微米)，因而比表面积较小，进一步功能化或表面修饰后固载各种生物分子较少，且该法 需要预先制备单分散、多孔聚合物微球，制备过程复杂且重复困难。另外，磁性粒子也容易 从粒子孔穴中泄漏出去而降低磁性复合微球的磁响应性。 异相凝聚法(或称电荷中和法)是分别制备表面带有相反电荷的无机磁性粒子和 聚合物微球，然后将二者混合在一起。因正负电荷的中和，磁性粒子被吸附并沉积在聚合物 微球表面，形成聚合物核/磁性粒子壳的核/壳结构。为避免磁性粒子的泄漏，通常还需要 在磁性复合微球表面再包覆一层聚合物，形成聚合物/磁性粒子/聚合物的多层结构。该
3法聚合物核/磁性粒子壳的制备较容易，但磁性粒子在聚合物微球表面的沉积不均匀，也 很难控制，体系中通常存在大量的未被吸附的磁性粒子，该部分磁性粒子显然无法被进一 步功能化。另外，聚合物/磁性粒子/聚合物多层结构的形成也很难控制，且在此过程中通 常都会形成不含磁聚合物微球，而该微球虽能够被进一步功能化，但因不含磁性粒子而对 外磁场无响应。 通过非均相聚合对磁性粒子进行微囊化是研究最广泛、最有效的磁性复合微球的 合成方法。目前，已经用于合成疏水性磁性复合微球的非均相聚合法有传统乳液聚合、无 皂溶液聚合、细乳液聚合、分散聚合、悬浮聚合和ATRP等，而合成亲水性磁性复合微球的非 均相聚合法有反相乳液聚合、反相微乳液聚合、反相细乳液聚合、沉淀聚合和种子沉淀聚合 等。但是，上述方法所合成的磁性微球存在粒径大(多为亚微米级)且分布宽等问题。同 时，上述方法都无法从根本上避免未包覆磁性粒子和不含磁聚合物微球的形成，因而磁性 粒子的微囊化率较低，限制了其在生物、医学等领域的应用。 对于制备疏水性磁性复合微球来说，由于磁性粒子无法在聚合过程中从水相扩散 到单体相，故需要在聚合前将亲水性磁性粒子表面进行疏水化处理，而得到可直接溶于单 体的疏水性磁性粒子。因而，在上述各种非均相聚合法制备疏水性磁性复合微球的方法中， 以单体珠滴机理进行聚合的细乳液聚合是最合适和有效的合成方法。但是，该方法无法从 根本上避免未包覆磁性粒子和不含磁聚合物微球的形成。
发明内容
本发明采用 一 种无乳化剂细乳液聚合(emul sif ier-freeminiemulsion polymerization,也禾尔作无阜细乳液聚合，soaplessminiemulsion polymerization)制备 磁性聚合物复合微球，制备出一种具有自稳定作用、超顺磁性、较强的磁响应性、无未包覆 磁性粒子、无不含磁聚合物微球、窄分布的纳米磁性聚合物复合微球。
本发明实施方法如下 —种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法 1)化学共沉淀法制备亲水性超细Fe304粒子分散液 用于合成磁性复合微球的磁性粒子是超细的？6304粒子，其主要有机械研磨法、沉 淀_氧化法和化学共沉淀法三种制备方法。 本发明采用化学共沉淀法制备Fe304粒子。该法是在稳定剂存在下用碱沉淀Fe37 62+溶液(？63+ : Fe2+ : 0H—= 2 : 1 : 8(mo1))，形成表面被稳定剂包裹的亲水性超细？6304
粒子分散液。其反应方程式如下
2)酸化法制备疏水性超细Fe304粒子 酸化过程是为了将超细Fe304粒子的表面由亲水性转变为疏水性，从而Fe304粒子 由水分散液转变为疏水性单体(油)分散液。采用稀的无机酸对上述1)得到的亲水性Fe3(^ 粒子进行酸化、分离，得到疏水性超细Fe304粒子。
3)制备单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液 将疏水性超细Fe304粒子、油溶性引发剂和超疏水剂溶于单体，然后加入溶有离子
4型共聚单体的水相中，在冰浴中进行超声波乳化，得到单体/疏水性超细Fe304粒子复合的 无乳化剂细乳液。 4)单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液聚合 将上述3)得到的无乳化剂细乳液置于反应器中，升温进行聚合反应，得到纳米磁 性聚合物复合微球乳液。5)上述1)化学共沉淀法制备亲水性超细？6304粒子分散液包括的组分及份数为
FeCl3 6H20 54. 04;gFeCl2 4H20 19. 88g
去离子水 iooo 1500ml油酸 10 20g25%氨水 130-一 180ml6)上述2)酸化法制备疏水性超细Fe304粒子包括的组分及份数为
亲水性超细Fe304粒子分散液 1200 1800ml
IN盐酸500 1000ml7)上述3)制备单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液包含的组分
及重量:份数为单体10 100份疏水性超细Fe304粒子1 20份超疏水剂3 18份油溶性引发剂0. 1 3. 0份离子型共聚单体1 20份去离子水100 1200份作为一种优化方案首先将上述组分中疏水性超细Fe304粒子、油溶性引发剂和超疏水剂溶于单体形成油相，然后将离子型共聚单体加入去离子水中配成水相，然后油相与 水相分别加入烧杯中进行混合，再将混合液在冰浴中进行超声波乳化，得到单体/疏水性
超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液。将无乳化剂细乳液加入反应器中，在50 9(TC下 聚合12 24小时，得到具有自稳定作用的超顺磁性纳米磁性聚合物复合微球乳液。
引发剂为油溶性引发剂或水溶性过硫酸盐引发剂，优选油溶性引发剂为偶氮二异 丁腈、过氧化苯甲酰或偶氮二异庚腈。 超疏水剂为十六烷；离子型单体为对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸， 优选苯乙烯磺酸钠。 制备出的具有自稳定作用、超顺磁性、较强的磁响应性、无未包覆磁性粒子、无不 含磁聚合物微球、窄分布的纳米磁性聚合物复合微球。
具体实施例方式
实施例1 : 1)亲水性超细Fe304粒子分散液的制备 采用化学共沉淀法制备Fe304粒子包含的组分及份数为 FeCl3 6H20 54. 04g
FeCl2 4H20 去离子水 油酸 25%氨水
19. 88g 1200ml 20g 150ml 制备过程为FeCl3 *6H20、FeCl2 *4H20分别溶于600ml去离子水中，溶解后分别加 入2L反应器中；搅拌条件下通氮气，加入油酸；搅拌5 10分钟后室温滴加25%氨水；保 持室温1小时，升温到9(TC，保持9(TC搅拌1小时；降温出料。 2)对1)得到的Fe304粒子分散液进行酸化处理，制备疏水性超细Fe304粒子，其包 含的组分及份数为 亲水性超细Fe304粒子分散液 1350ml
IN盐酸 800ml 制备过程为将亲水性超细Fe304粒子分散液置于3L烧杯中，搅拌条件下加入稀盐 酸；倾到上清液，用去离子水反复洗涤至洗涤水中性。 3)单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液的制备包含的组分及重量 份数为 苯乙烯 80份
疏水性超细Fe304粒子 20份
十六烷 15份 偶氮二异丁腈 1. 0份 对苯乙烯磺酸钠 20份 去离子水 900份 操作过程为将疏水性超细Fe304粒子、油溶性引发剂和超疏水剂溶于单体配成油 相；将离子型共聚溶于去离子水配成水相；将油相加入水相中，在电磁搅拌下在冰浴中进 行超声波乳化，得到单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液。
4)无乳化剂细乳液聚合 将上述3)得到的无乳化剂细乳液置于反应器中，升温到7(TC进行聚合反应，聚合 时间21小时，得到Fe304含量约20%、数均粒径为76. 9nm、多分散指数为1.081、磁含量分
布均匀、具有自稳定作用的超顺磁性纳米磁性聚合物复合微球乳液。
实施例2 : 1)亲水性超细Fe304粒子分散液的制备 采用化学共沉淀法制备Fe304粒子包含的组分及份数为 FeCl3 6H20 54. 04g FeCl2 4H20 19. 88g 去离子水 1200ml 油酸 20g 25%氨水 150ml 制备过程为FeCl3 *6H20、FeCl2 *4H20分别溶于600ml去离子水中，溶解后分别加 入2L反应器中；搅拌条件下通氮气，加入油酸；搅拌5 10分钟后室温滴加25%氨水；保 持室温1小时，升温到9(TC，保持9(TC搅拌1小时；降温出料。
2)对1)得到的Fe304粒子分散液进行酸化处理，制备疏水性超细Fe304粒子，其包 含的组分及份数为 亲水性超细Fe304粒子分散液 1350ml
IN盐酸 800ml 制备过程为将亲水性超细Fe304粒子分散液置于3L烧杯中，搅拌条件下加入稀盐 酸；倾到上清液，用去离子水反复洗涤至洗涤水中性。 3)单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液的制备包含的组分及重量
份数为 苯乙烯 85份 疏水性超细Fe304粒子 15份 十六烷 10份 偶氮二异丁腈 1. 0份 对苯乙烯磺酸钠 15份 去离子水 900份 操作过程为将疏水性超细Fe304粒子、油溶性引发剂和超疏水剂溶于单体配成油 相；将离子型共聚溶于去离子水配成水相；将油相加入水相中，在电磁搅拌下在冰浴中进 行超声波乳化，得到单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液。
4)无乳化剂细乳液聚合 将上述3)得到的无乳化剂细乳液置于反应器中，升温到7(TC进行聚合反应，聚合 时间21小时，得到FeA含量约15%、数均粒径为83. lnm、多分散指数为1. 092、磁含量分
布均匀、具有自稳定作用的超顺磁性纳米磁性聚合物复合微球乳液。
实施例3 : 1)亲水性超细Fe304粒子分散液的制备 采用化学共沉淀法制备Fe304粒子包含的组分及份数为 FeCl3 6H20 54. 04g FeCl2 4H20 19. 88g 去离子水 1200ml 油酸 20g 25%氨水 150ml 制备过程为FeCl3 *6H20、FeCl2 *4H20分别溶于600ml去离子水中，溶解后分别加 入2L反应器中；搅拌条件下通氮气，加入油酸；搅拌5 10分钟后室温滴加25%氨水；保 持室温1小时，升温到9(TC，保持9(TC搅拌1小时；降温出料。 2)对1)得到的Fe304粒子分散液进行酸化处理，制备疏水性超细Fe304粒子，其包 含的组分及份数为 亲水性超细Fe304粒子分散液 1350ml
IN盐酸 800ml 制备过程为将亲水性超细Fe304粒子分散液置于3L烧杯中，搅拌条件下加入稀盐 酸；倾到上清液，用去离子水反复洗涤至洗涤水中性。 3)单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液的制备包含的组分及重量
7份数为:苯乙條90份疏水性超细Fe304粒子10份十六烷12份偶氮二异丁腈l.O份对苯乙烯磺酸钠18份去离子水900份操作过程为将疏水性超细Fe304粒子、油溶性引发剂和超疏水剂溶于单体配成油相；将离子型共聚溶于去离子水配成水相；将油相加入水相中，在电磁搅拌下在冰浴中进 行超声波乳化，得到单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液。
4)无乳化剂细乳液聚合 将上述3)得到的无乳化剂细乳液置于反应器中，升温到8(TC进行聚合反应，聚合 时间21小时，得到Fe304含量约10%、数均粒径为75. 3nm、多分散指数为1. 085、磁含量分
布均匀、具有自稳定作用的超顺磁性纳米磁性聚合物复合微球乳液。
实施例4: 1)亲水性超细Fe304粒子分散液的制备 采用化学共沉淀法制备Fe304粒子包含的组分及份数为 FeCl3 6H20 54. 04g FeCl2 4H20 19. 88g 去离子水 1200ml 油酸 20g 25%氨水 150ml 制备过程为FeCl3 "H20、FeCl2 41120分别溶于600ml去离子水中，溶解后分别加 入2L反应器中；搅拌条件下通氮气，加入油酸；搅拌5 10分钟后室温滴加25%氨水；保 持室温1小时，升温到9(TC，保持9(TC搅拌1小时；降温出料。 2)对l)得到的？63044粒子分散液进行酸化处理，制备疏水性超细？6304粒子，其 包含的组分及份数为 亲水性超细Fe304粒子分散液 1350ml
1N盐酸 800ml 制备过程为将亲水性超细Fe304粒子分散液置于3L烧杯中，搅拌条件下加入稀盐 酸；倾到上清液，用去离子水反复洗涤至洗涤水中性。 3)单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液的制备包含的组分及重量
份数为 苯乙烯 95份 疏水性超细Fe304粒子 15份 十六烷 8份 偶氮二异丁腈 l.O份 对苯乙烯磺酸钠 20份 去离子水 900份
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操作过程为将疏水性超细Fe304粒子、油溶性引发剂和超疏水剂溶于单体配成油相；将离子型共聚溶于去离子水配成水相；将油相加入水相中，在电磁搅拌下在冰浴中进行超声波乳化，得到单体/疏水性超细Fe304粒子复合的无乳化剂细乳液。
4)无乳化剂细乳液聚合 将上述3)得到的无乳化剂细乳液置于反应器中，升温到8(TC进行聚合反应，聚合时间21小时，得到Fe304含量约5%、数均粒径为72. 6nm、多分散指数为1. 083、磁含量分布均匀、具有自稳定作用的超顺磁性纳米磁性聚合物复合微球乳液。
权利要求
一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法，其特征在于1)由下列成分和量进行化学共沉淀法制备亲水性超细Fe3O4粒子分散液FeCl3·6H2O 54.04gFeCl2·4H2O 19.88g去离子水 1000～1500ml油酸 10～20g25％氨水 130～180ml；2)由下列成分和量进行酸化制备疏水性超细Fe3O4粒子亲水性超细Fe3O4粒子分散液 1200～1800ml1N盐酸500～1000ml；3)制备单体/疏水性超细Fe3O4粒子复合的无乳化剂细乳液按重量份将疏水性超细Fe3O4粒子1～20份、引发剂0.1～3.0份和超疏水剂3～18份溶于10～100份单体中，将离子型共聚单体1～20份加入100～1200份去离子水中配成水相，将油相与水相混合，在冰浴中进行超声波乳化，得到单体/疏水性超细Fe3O4粒子复合的无乳化剂细乳液，单体为疏水性单体；引发剂为油溶性引发剂；超疏水剂为十六烷；离子型单体为对苯乙烯磺酸钠或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；4)单体/疏水性超细Fe3O4粒子复合的无乳化剂细乳液聚合将3)得到的无乳化剂细乳液置于反应器中，在50～90℃下聚合12～24小时，得到纳米磁性聚合物复合微球乳液。
2. 根据权利要求1所述的一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法，其特征在于引 发剂是水溶性过硫酸盐弓I发剂。
3. 根据权利要求1所述的一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法，其特征在于油 溶性引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或偶氮二异庚腈。
4. 根据权利要求1所述的一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法，其特征在于聚合温度为70 80°C。
5. 根据权利要求1所述的一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法，其特征在于酸化的酸是稀硫酸、稀硝酸或高氯酸。
6. 根据权利要求1所述的一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法，其特征在于疏水性单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲基、丙烯酸乙酯中两种或两种以上的单体的 混合物。
全文摘要
本发明涉及一种纳米磁性聚合物复合微球的制备方法；由化学共沉淀法制备亲水性超细Fe3O4粒子分散液酸化制备疏水性超细Fe3O4粒子将疏水性超细Fe3O4粒子、引发剂和超疏水剂溶于单体中，将离子型共聚单体加入去离子水中配成水相，将油相与水相混合，在冰浴中进行超声波乳化，得到无乳化剂细乳液，单体为疏水性单体；引发剂为油溶性引发剂；超疏水剂为十六烷；离子型单体为对苯乙烯磺酸钠或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；将得到的无乳化剂细乳液置于反应器中，在50～90℃下聚合12～24小时，得到纳米磁性聚合物复合微球乳液；该复合微球具有自稳定作用的超顺磁性，磁含量分布均匀。
文档编号C08F220/14GK101735367SQ20081022720
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月24日 优先权日2008年11月24日
发明者陆书来, 黄金霞 申请人:中国石油天然气股份有限公司