专利名称：一种聚合物多孔纳米微球及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物多孔纳米微球及其制备方法，属于多孔纳米微球材料的制备领域。
背景技术：
高分子微球是指直径在纳米级至微米级，形状为球形或其他几何形状的高分子材料或高分子复合材料。其形貌可以是多种多样的，包括实心、空心、多孔、哑铃型、洋葱型等。由于其特殊的尺寸和形貌，高分子微球材料具备其他材料所不具备的特殊功能，已经广泛应用于纳米技术、生物化学、电子信息、药物释放等领域。
制备高分子微球的方法很多，可以大致分为两种一种是以单体为原料的微球制备方法，如乳液聚合法、无皂乳液聚合法、分散聚合法等；另一种是以高分子为原料的微球制备方法，如乳液-固化法、单凝聚法、复凝聚法等。而随着对纳米纤维的开发和研究，静电纺丝技术得以兴起，并开始应用到高分子微球材料制备上来。目前，已有研究者采用静电喷涂技术制备出了高分子微球，并对微球表面成孔机理和表面形貌进行了研究(文献1.Y qWu，Robert L.Clark.Controllable porous polymer particles generated by electrospraying.Journal of Colloid and Interface Science，2007，310529-535.文献2.B Cory，W P Daniel，KKevin.Controlling surface nano-structure using flow-Iimited field-injection electrostaticspraying(FFESS)of poly(d，l-lactide-co-glycolide).Biomaterials，2004，255649-5658.)，和传统微球制备方法相比，静电喷涂制备聚合物微球具有以下优点设备简单，对制备环境要求低；微球本身带有静电荷从而可以很好的分散而不会团聚。
要想微球在其应用领域真正的发挥作用，必须实现微球结构的可控，而本发明则提供了控制微球结构的方法，采用该方法制备的多孔纳米微球，其直径为纳米或微米级，加上本身的多孔结构，使其比表面积大大的增加，从而具有更高的表面活性，在高效化学和生物吸附分离材料、催化载体、高效传感器、组织工程支架、细胞和药物分子载体、离子交换、复合材料增强等方面有着广泛的应用前景。此外，本发明还提供了一种破碎所制备纳米微球的方法与手段，以利于实现对该纳米微球结构的观察、控制与研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种多孔纳米微球及其制备方法。其特点是将聚合物配置成溶液，通过静电喷涂制得纳米微球，并用冷冻破碎法切开微球，改变工艺条件可以得到结构和形貌不同的微球。具有制备方便，容易操作等优点。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
聚合物多孔纳米微球由以下组分组成 聚合物10～200份 添加剂0～200份 溶剂 300～1000份 聚合物为聚芳硫醚砜、聚芳硫醚砜酰胺、聚芳硫醚砜酰胺酰胺、聚醚砜、聚砜、聚苯并咪唑、壳聚糖、聚d-乳酸和脱氧核糖核酸及其共聚物中的至少一种。
添加剂为氯化钠、氯化钙、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙烯酰胺中的任一种。
溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺中的至少一种。
聚合物多孔纳米微球的制备方法包括以下步骤 1.聚合物溶液的制备 将聚合物10～200份；添加剂0～200份；溶剂300～1000份；加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，于温度30～100℃搅拌溶解。在真空度0.05～0.4MPa脱泡1～2小时，熟化12小时，制成聚合物溶液； 2.聚合物多孔纳米微球的制备 将上述溶液经静电喷涂喷射到非溶剂接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚合物多孔纳米微球，其中接收浴温度10～50℃，环境湿度为50～95％，喷涂电压为5～25kv，喷涂距离为1～10cm；对微球的内部和表面结构的控制，是通过对添加剂的种类及含量、溶剂的种类、接收浴的种类、接收浴的温度、静电喷涂电压和接收距离的调控来实现的； 3.微球的后处理 将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90～95℃下抽提2～6h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得聚合物多孔纳米微球成品； 4.微球断面的制取 将上述微球均匀分散在去离子水中，在超声震荡的作用下制备成悬浊液，其中，超声波的功率为500W，频率为40KHz；然后使用液氮将该悬浊液快速冷冻成坚冰，坚冰采用粉碎机械快速破碎成粉末，自然融化风干后可获得形貌和结构都保持较好的微球断面。
非溶剂接受浴为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮的水溶液、N，N-二甲基甲酰胺的水溶液、N，N-二甲基乙酰胺的水溶液和二甲基亚砜的水溶液中的至少一种。
聚合物多孔纳米微球用于药物释放、催化剂载体、化学传感器、生物分子分析、气相色谱分析、离子交换和聚合反应载体领域。
性能测试 将上述微球及微球断面采用电子扫描电镜进行表征，表征结果显示微球具有3种形貌圆球形、红细胞形、红灯笼形；微球内部均为多孔结构，结构和形貌各异；电子扫描电镜表征结果表明微球表面及其内部结构实现了有效控制，详见图1～5所示。
本发明具有如下优点 1.本发明设备简单，操作方便，对环境依赖性小，微球本身带有静电荷，能很好的分散而不会发生团聚。
2.采用简单经济的方法切开了微球，实现了对微球内部结构的精细研究和控制，同时提供了新的研究聚合物多孔微球内部结构和形貌的方法。
3.控制微球的表面结构和内部结构，为后续应用打下了良好的基础。
4.本发明所使用的溶剂和非溶剂无毒或低毒，降低了对人体的伤害。
5.优异的抗溶剂性能其它多孔微球所无法存在的溶剂环境如乙酸、己烷、三氯乙烯、甲苯、乙烯基醋酸等，而本发明中的特种工程聚合物多孔纳米微球仍能使用。
6.耐高温性本发明中的特种工程聚合物多孔纳米微球能在高温环境下使用。
7.生物活性本发明中的生物医用聚合物多孔纳米微球在生物工程、医药缓释等领域有着广泛的应用前景。
8.更大的比表面积和活性本发明中的聚合物多孔纳米微球直径为纳米级，加上贯穿于微球基体的多孔结构，其表面积远远高于一般的多孔微球，有更大的表面活性。
图1为形状为标准圆球状多孔微球形貌图 图2为形状为红细胞形多孔微球形貌图 图3为形状为圆灯笼形多孔微球形貌图 图4、5为微球断面形貌图
具体实施例方式 下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只有用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1聚苯硫醚砜多孔纳米微球的制备 将聚苯硫醚砜10g、N-甲基吡咯烷酮300g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度100℃搅拌溶解，在真空度0.3MPa脱泡1小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到N-甲基吡咯烷酮的水溶液接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚苯硫醚砜多孔纳米微球。其中接收浴温度10℃，环境湿度为50％，喷涂电压为10kv，喷涂距离为10cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90℃抽提4h以除去微球中的溶剂，获得聚苯硫醚砜多孔纳米微球成品。
实施例2聚苯硫醚砜酰胺多孔纳米微球的制备 聚苯硫醚砜酰胺50g、氯化钠5g和N-甲基吡咯烷酮500g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度30℃搅拌溶胀，直至溶解，在真空度0.1MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到二甲基亚砜的水溶液接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚苯硫醚砜酰胺多孔纳米微球。其中接收浴温度50℃，环境湿度为76％，喷涂电压为15kv，喷涂距离为1cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度95℃抽提6h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得聚苯硫醚砜酰胺多孔纳米微球成品。
实施例3聚苯硫醚砜酰胺酰胺多孔纳米微球的制备 将聚苯硫醚砜酰胺酰胺100g、氯化钙15g和N，N-二甲基乙酰胺900g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度50℃搅拌溶解，在真空度0.1MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到乙醇和水的混合溶液接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚苯硫醚砜酰胺酰胺多孔纳米微球。其中接收浴温度40℃，环境湿度为95％，喷涂电压为25kv，喷涂距离为4cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90℃下抽提4h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得聚苯硫醚砜酰胺酰胺多孔纳米微球成品。
实施例4聚醚砜多孔纳米微球的制备 将聚醚砜200g、二甲基亚砜700g和N-N二甲基甲酰胺200g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度90℃搅拌溶解，在真空度0.4MPa脱泡1小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到乙醇接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚醚砜多孔纳米微球。其中接收浴温度30℃，环境湿度为82％，喷涂电压为5kv，喷涂距离为6cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90℃抽提4h以除去微球中的溶剂，获得聚醚砜多孔纳米微球成品，见附图1。
实施例5聚砜多孔纳米微球的制备 将聚砜(PSF)100g、聚丙烯酰胺30g和N，N-二甲基甲酰胺900g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度70℃搅拌溶解，在真空度0.4MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷到N，N-二甲基甲酰胺的水溶液接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚砜多孔纳米微球。其中接收浴温度40℃，环境湿度为90％，喷涂电压为20kv，喷涂距离为7cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90℃抽提6h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得聚砜多孔纳米微球成品。
实施例6红细胞形多孔纳米微球的制备 将聚醚砜200g、聚乙二醇200g和二甲基亚砜1000g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度60℃搅拌溶解，在真空度0.3MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到水浴接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了红细胞形多孔纳米微球。其中接收浴温度30℃，环境湿度为69％，喷涂电压为10kv，喷涂距离为5cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度95℃抽提6h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得红细胞形多孔纳米微球成品，见附图2。
实施例7圆灯笼形多孔纳米微球的制备 将聚醚砜100g、聚乙烯醇25g和二甲基亚砜1000g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度80℃搅拌溶解，在真空度0.05MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到水浴接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了圆灯笼形多孔纳米微球。其中接收浴温度30℃，环境湿度为83％，喷涂电压为10kv，喷涂距离为6cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度91℃抽提6h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得圆灯笼形多孔纳米微球成品，见附图3。
实施例8壳聚糖/聚醚砜多孔纳米微球的制备 将壳聚糖100g、聚醚砜80g和N，N-二甲基甲酰胺1000g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度80℃搅拌溶解，在真空度0.1MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到水浴接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了壳聚糖/聚醚砜多孔纳米微球。其中接收浴温度40℃，环境湿度为86％，喷涂电压为15kv，喷涂距离为6cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度92℃抽提4h以除去微球中的溶剂，获得壳聚糖/聚醚砜多孔纳米微球成品。
实施例9聚d-乳酸/多氧核糖核酸多孔纳米微球的制备 将聚d-乳酸50g、多氧核糖核酸10g和二甲基亚砜500g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度40℃搅拌溶解，在真空度0.2MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到乙醇接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚d-乳酸/多氧核糖核酸多孔纳米微球。其中接收浴温度30℃，环境湿度为93％，喷涂电压为10kv，喷涂距离为6cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90℃抽提2h以除去微球中的溶剂，获得聚d-乳酸/多氧核糖核酸多孔纳米微球成品。
实施例10聚苯并咪唑多孔纳米微球的制备 将聚苯并咪唑100g、N，N-二甲基乙酰胺1000g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度80℃搅拌溶解，在真空度0.3MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到N，N-二甲基乙酰胺的水溶液接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚苯并咪唑多孔纳米微球。其中接收浴温度50℃，环境湿度为73％，喷涂电压为15kv，喷涂距离为6cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90℃抽提6h以除去微球中的溶剂，获得聚苯并咪唑多孔纳米微球成品。
实施例11聚d-乳酸多孔纳米微球的制备 将聚d-乳酸100g、聚乙烯醇25g和二甲基亚砜1000g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度60℃搅拌溶解，在真空度0.4MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到水浴接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚d-乳酸多孔纳米微球。其中接收浴温度40℃，环境湿度为87％，喷涂电压为10kv，喷涂距离为5cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90℃抽提4h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得聚d-乳酸多孔纳米微球成品。
实施例12聚苯硫醚砜酰胺共聚物多孔纳米微球的制备 将聚苯硫醚砜酰胺共聚物80g、N-甲基吡咯烷酮800g加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，在温度70℃搅拌溶解，在真空度0.4MPa脱泡2小时，熟化12小时，制成电喷溶液。经静电喷涂喷射到水浴接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚苯硫醚砜酰胺共聚物多孔纳米微球。其中接收浴温度30℃，环境湿度为67％，喷涂电压为15kv，喷涂距离为7cm。将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度95℃抽提4h以除去微球中的溶剂，获得聚苯硫醚砜酰胺共聚物多孔纳米微球成品。
权利要求
1.一种聚合物多孔纳米微球，其特征在于该多孔纳米微球由以下组分组成，按重量计为
聚合物10～200份
添加剂0～200份
溶剂 300～1000份
其中，聚合物为聚芳硫醚砜、聚芳硫醚砜酰胺、聚芳硫醚砜酰胺酰胺、聚醚砜、聚砜、聚苯并咪唑、壳聚糖、聚d-乳酸和脱氧核糖核酸及其共聚物中的至少一种。
2.按照权利要求1所述聚合物多孔纳米微球，其特征在于添加剂为氯化钠、氯化钙、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙烯酰胺中的任一种。
3.按照权利要求1所述聚合物多孔纳米微球，其特征在于溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺中的至少一种。
4.按照权利要求1～3之一所述聚合物多孔纳米微球的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤
(1)聚合物溶液的制备
将聚合物10～200份；添加剂0～200份；溶剂300～1000份；加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，于温度30～100℃搅拌溶解。在真空度0.05～0.4MPa脱泡1～2小时，熟化12小时，制成聚合物溶液；
(2)多孔纳米微球的制备
将上述溶液经静电喷涂喷射到非溶剂接收浴中，搅拌，通过浸没沉淀相转化法完成微球的固化，获得了聚合物多孔纳米微球，其中接收浴温度10～50℃，环境湿度为50～95％，喷涂电压为5～25kv，喷涂距离为1～10cm；对微球的内部和表面结构的控制，是通过对添加剂的种类及含量、溶剂的种类、接收浴的种类、接收浴的温度、静电喷涂电压和接收距离的调控来实现的；
(3)微球的后处理
将上述微球置于索氏抽提装置中，用去离子水进行抽提，在温度90～95℃下抽提2～6h以除去微球中的溶剂和添加剂，获得聚合物多孔纳米微球成品；
(4)微球断面的制取
将上述微球均匀分散在去离子水中，在超声震荡的作用下制备成悬浊液，其中，超声波的功率为500W，频率为40KHz；然后使用液氮将该悬浊液快速冷冻成坚冰，坚冰采用粉碎机械快速破碎成粉末，自然融化风干后可获得形貌和结构都保持较好的微球断面。
5.按照权利要求4所述聚合物多孔纳米微球的制备方法，其特征在于非溶剂接受浴为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮的水溶液、N，N-二甲基甲酰胺的水溶液、N，N-二甲基乙酰胺的水溶液和二甲基亚砜的水溶液中的至少一种。
6.按照权利要求1所述聚合物多孔纳米微球用于药物释放、催化剂载体、化学传感器、生物分子分析、气相色谱分析、离子交换和聚合反应载体领域。
全文摘要
本发明公开了一种聚合物多孔纳米微球及其制备方法，其特点是将聚合物10～200重量份，添加剂0～200重量份，溶剂300～1000重量份，加入带有搅拌器、温度计的溶解釜中，于温度30～100℃搅拌溶解，经脱泡、熟化，得到聚合物溶液；将聚合物溶液置于电压5～25kV的静电场中，静电喷涂制得多孔纳米微球；采用冷冻破碎法实现了纳米微球的顺利切开，达到了对微球内部结构的精细观察、研究和控制。经电镜扫描测试，结果显示微球直径分布为几百到几千纳米，微球基体均为多孔结构；通过改变工艺条件可制得球形、红细胞形及圆灯笼形的多孔纳米微球。它具有直径小、比表面积大、表面和内部结构可控的优点，用于药物释放、催化剂载体、化学传感器、生物分子分析、气相色谱分析、离子交换和聚合反应载体领域。
文档编号C08L79/00GK101735613SQ20091021664
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者杨杰, 张全超, 王孝军, 龙盛如, 刘静 申请人:四川大学