专利名称：一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球及其制备方法
一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球及其制备方法技术领域
本发明属于聚合物科学与技术领域，特别涉及一种聚合物/金纳米粒子杂化智能微球及其制备方法。
背景技术：
金纳米粒子具有和尺寸相关的独特的稳定性、小尺寸效应、量子效应、表面效应及生物亲和性等。其作为一种较好的经典纳米材料是光学、电子、催化和生物医药等方面的研究热点。理想的金纳米材料或复合材料要求金纳米粒子有限制的尺寸和形状，表面具有改性的有机和/或生物分子，具有特殊的复合结构(例如核壳结构)以及能够在2-D或者3-D 空间或者器件内有序排列，其通常具有不同于单个粒子及宏观实体的性能。因此合成特殊结构的金纳米粒子载体，开发功能性光、电及生物医学材料是这一领域的研究趋势(Daniel MC, Astruc D, Chem. Rev. ；2004，104，293)。
微球作为特殊的结构材料最近几年引起了人们的极大关注，因为特殊的微球结构使其在药物传送和控制释放、生物包覆、催化以及复合光电子材料等领域展现出多种重要的潜在用途。在微球的经典制备方法中，通常都是采用悬浮或乳液聚合方法首先得到具有核-壳结构的粒子，这样得到的微球往往结构单一，进一步功能化修饰比较困难，这些缺陷限制了微球作为金纳米粒子载体制备功能杂化微球的应用。近年来，自组装技术纷纷被用到微球的制备中。同传统微球制备方法相比，自组装技术完全采用物理的方法，其避免了在制备过程中使用添加剂和后处理而需要的特别操作，得到的微球粒径分布更均一，微球结构及功能化控制更加方便，而且这种方法更容易将微球结构特性和金纳米粒子的功能特性结合起来得到新的功能材料。到目前为止，在有关微球与金纳米粒子的功能杂化材料中，基于自组装技术占了大部分(Wong. M S, et a 1. Nano Lett. ；2002，2，583)。
通过分子组装制备微球的方法非常具有吸引力，更容易使其在药物包裹和传送、 催化、发展人造细胞及生物活性试剂的保护等方面得到应用。然而，目前通过自组装技术制备的微球作为载体负载金纳米粒子靠物理吸附作用，结合不牢固，容易脱落，结构和性能不可调节。因此，在微球上引入具有强结合能力的官能团，加强金纳米粒子的稳定性，制备结构和性能可调节的杂化聚合物微球是目前杂化微球研究中急需解决的问题。发明内容
本发明的目的是为了解决现有杂化聚合物微球对金纳米粒子结合强度不高，存在金纳米粒子易脱落和流失，催化活性降低快，不可调的问题。本发明提供了一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球及其制备方法。该杂化聚合物微球由PH敏感的聚合物内层和温度敏感的聚合物外层组成，金纳米粒子位于杂化聚合物微球PH敏感内层。温度敏感高分子聚合物通过环境变化发生敏感响应，实现对金纳米粒子催化活性的调节。本发明按重量份数由金纳米粒子小于0. 01份和聚合物大于99. 99份制成。
本发明解决所述产品制备方法技术问题的技术方案是设计一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球的制备方法，该方法是由温度敏感聚合物微球和金纳米粒子杂化所得，包括如下步骤
a)链转移剂2_(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯的制备在氮气保护下，将镁条， 四氢呋喃和碘加入到三口圆底烧瓶中，冷水浴氮气环境下依次向反应混合物中滴加溴苯， 二硫化碳和-氯丙酸甲酯进行反应得产物2_(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯；
b)大分子链转移剂聚(N-异丙基丙烯酰胺)的制备将步骤a)得到的2_(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯，N-异丙基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈用1，4_ 二氧六环封管中溶解，真空条件下进行可逆加成断裂链转移聚合得到大分子链转移剂；
c)嵌段共聚物聚(N-异丙基丙烯酰胺)-b-聚乙烯基吡啶)的制备将步骤 (b)得到的大分子链转移剂，4-乙烯基吡啶，偶氮二异丁腈用1，4_二氧六环封管中溶解，真空条件下进行可逆加成断裂链转移聚合得到嵌段共聚物；
d)将步骤(C)得到的嵌段共聚物直接溶解在酸性水溶液中，调节混合溶液到碱性得到聚合物微球悬浮液；
e)将步骤(d)得到的微球悬浮液中加入氯金酸，用过量硼氢化钠还原得到温度敏感杂化聚合物微球。
本发明解决所述产品技术问题的技术方案是设计一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，其特征在于该杂化微球是由温度敏感聚合物微球和金纳米粒子杂化所得。 杂化方法由本发明所述的制备方法所规定。
本发明所制备的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，金纳米粒子位于内层， 结合牢固，经水相催化还原对硝基苯酚测试结果表明，杂化微球在常温有较高的催化反应活性，而且其催化反应速率可以方便地调节，具有温敏智能特性。本发明的突出优点是巧妙地将杂化微球的功能，金纳米粒子的功能和材料的智能特性完美的结合在一起，通过调节内外层的的结构，可以方便地调节金纳米粒子的催化性能，是一种新型的催化材料。此外， 微球结构和金纳米粒子的结合也可使其在选择性催化和集原位诊断与治疗于一体的生物医学领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例进一步叙述本发明
本发明是一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球及其制备方法。该微球是选用温度敏感高分子作为杂化微球主要材料，将温度敏感高分子通过自组装方法形成微球， 采用金离子溶液原位负载还原的方法制得。其设计原理是将与金纳米粒子具有强作用力的双硫酯基团和具有PH敏感性的高分子链引入温度敏感高分子聚合物链中，通过自组装方法使双硫酯基团和具有PH敏感性的高分子链位于微球内层，温度敏感高分子聚合物位于微球外层，然后通过溶液负载金离子然后原位还原获得杂化聚合物微球。本发明制备方法具体是首先合成2-(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯链转移剂，然后分别与N-异丙基丙烯酰胺和4-乙烯基吡啶反应合成出温度敏感嵌段共聚物，再通过嵌段共聚物水溶液自组装方法得到聚乙烯基吡啶)和双硫酯为内层，聚(N-异丙基丙烯酰胺)为外层的微球，然后将微球与氯金酸混合再还原即得到温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球。由于位于内层的双硫酯与金纳米粒子具有强的作用力，金纳米粒子在使用过程中不会流失，同时，内层聚乙烯基吡啶)有PH敏感特性，可以使微球粒径随溶液pH变化发生变化，外层聚 (N-异丙基丙烯酰胺)具有温度敏感特性，可以使微球根据温度变化溶胀或收缩。因此，本发明的产品可以通过外界温度的变化调节微球溶胀程度，从而调节反应物扩散进入内层与金纳米粒子的接触速度，进而调节催化性能，是一种新的聚合物/金纳米粒子杂化微球催化材料。
下面介绍本发明的具体实施例
实施例1.
(1).链转移剂(MCEDB)的制备在氮气的保护下，将(1. IOg,0. 046mol)的镁条， 40mL的干燥THF和催化量的碘加入到IOOmL三口圆底烧瓶中，冷水浴氮气环境下，向反应混合物中滴加溴苯的THF溶液(THF 20mL,溴苯7. 85g，0. 05mol)，每秒2 3滴，15min后滴加完毕。将反应温度控制在40°C直至镁条完全消失，此时反应溶液变成灰白色。然后再逐滴加入( (3. 81g，0. 05mol，溶液逐渐变成红色，滴加完毕后，在40°C下，继续反应4h。再往反应溶液中滴加2-氯丙酸甲酯(5.51g，0.045mol)，反应在90°C的温度条件下搅拌回流 60h。降温至5°C，加入IOOmL冰水。混合溶液利用50mL的萃取，在分液漏斗中收集有机相。萃取过程重复5次。最后将收集的有机相用蒸馏水洗涤，并用无水硫酸镁干燥。旋转蒸发除去溶剂，真空干燥，色谱柱纯化(石油醚无水乙醚=10 lv/v)，真空干燥至恒重，得产物2-(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯5. 27g (产率47. 8%)0
(2).将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM) (10g,0. 089mol),2-(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯(MCEDB) (84. 9mg，0. 35mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (5. 81mg，0. 035mmol)加入封管中，用16mL的1，4_ 二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。 电磁搅拌，70°C反应Mh，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约5mL，在大量的无水乙醚(500mL)中沉淀，除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(3).将大分子链转移剂 PNIPAM-SC (S) Ph (1. 5g，0. 072mmol)，4-乙烯基吡啶 0VP) (0. 75g，6. 6mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (3mg, 0. 018mmol)加入封管中，用 5mL 的 1，4-二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。电磁搅拌，700C反应48h，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约3mL，在大量的无水乙醚(300mL)中沉淀， 除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(4).将事先制备好的IOmL浓度为0. 05g/mL酸性聚合物溶液(1 < pH < 3. 5)调节到碱性(7 < pH < 12)，将0. ImL浓度为0. 02g/mL的氯金酸溶液(将氯金酸溶解在pH为 7的水中制得)加入其中，室温下搅拌池。在搅拌下，以ld/s的速度将新配制的硼氢化钠水溶液(将硼氢化钠溶解在PH为7的水中制得)滴加到混合溶液中，4h后得到金纳米粒子杂化微球。
实施例2
(1).同实施例1;
(2).将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM) (5g，0. 045mol)，2_ (甲氧基碳酰基)-乙基双硫苯酯(MCEDB) (84. 9mg，0. 35mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (5. 81mg，0. 035mmol)加入封管中，用16mL的1，4_ 二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。 电磁搅拌，70°C反应Mh，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约5mL，在大量的无水乙醚(500mL)中沉淀，除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(3).同实施例1;
(4).同实施例1。
实施例3
(1).同实施例1;
(2).将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM) (10g,0. 089mol),2-(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯(MCEDB) (84. 9mg，0. 35mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (5. 81mg，0. 035mmol)加入封管中，用16mL的1，4_ 二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。 电磁搅拌，70°C反应10h，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约5mL，在大量的无水乙醚(500mL)中沉淀，除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(3).同实施例1;
同实施例1。
实施例4
(1).同实施例1;
(2).将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM) (10g,0. 089mol),2-(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯(MCEDB) (84. 9mg，0. 35mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (5. 81mg，0. 035mmol)加入封管中，用16mL的1，4_ 二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。 电磁搅拌，70°C反应15h，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约5mL，在大量的无水乙醚(500mL)中沉淀，除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(3).同实施例1;
(4).同实施例1。
实施例5
(1).同实施例1;
(2).将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM) (10g,0. 089mol),2-(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯(MCEDB) (84. 9mg，0. 35mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (5. 81mg，0. 035mmol)加入封管中，用16mL的1，4_ 二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。 电磁搅拌，70°C反应48h，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约5mL，在大量的无水乙醚(500mL)中沉淀，除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(3).同实施例1;
同实施例1。
实施例6
(1).同实施例1;
O).同实施例1;
(3).将大分子链转移剂 PNIPAM-SC (S) Ph (1. 5g，0. 072mmol)，4-乙烯基吡啶 0VP) (1. 5g，l. 32mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (3mg, 0. 018mmol)加入封管中，用 5mL 的 1，4-二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。电磁搅拌，70°C反应48h，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约3mL，在大量的无水乙醚(300mL)中沉淀， 除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(4).同实施例1。
实施例7
(1).同实施例1;
O).同实施例1;
(3).将大分子链转移剂 PNIPAM-SC (S) Ph (1. 5g，0. 072mmol)，4-乙烯基吡啶 0VP) (3. Og, 2. 64mmol)，偶氮二异丁腈(AIBN) (3mg, 0. 018mmol)加入封管中，用 5mL 的 1，4-二氧六环溶解。液氮冷冻，抽真空，充氮气溶解，重复3次，最后封管。电磁搅拌，700C反应48h，冰水冷却通大气终止反应，将聚合物溶液浓缩至约3mL，在大量的无水乙醚(300mL)中沉淀， 除去单体和溶剂，沉淀用无水乙醚洗涤3次，真空干燥两天至恒重；
(4).同实施例1。
实施例8
(1).同实施例1;
O).同实施例1;
(3).同实施例1;
(4).将事先制备好的IOmL浓度为0. 05g/mL酸性聚合物溶液(1 < pH < 3. 5)调节到碱性(7 < pH < 12)，将0. ImL浓度为0. 04g/mL的氯金酸溶液(将氯金酸溶解在pH为 7的水中制得)加入其中，室温下搅拌池。。在搅拌下，以ld/s的速度将新配制的硼氢化钠水溶液(将硼氢化钠溶解在PH为7的水中制得)滴加到混合溶液中，4h后得到金纳米粒子杂化微球。
同实施例1。
实施例9
(1).同实施例1;
O).同实施例1;
(3).同实施例1;
(4).将事先制备好的IOmL浓度为0. 05g/mL酸性聚合物溶液(1 < pH < 3. 5)调节到碱性(7 < pH < 12)，将0. ImL浓度为0. 06g/mL的氯金酸溶液(将氯金酸溶解在pH为 7的水中制得)加入其中，室温下搅拌池。在搅拌下，以ld/s的速度将新配制的硼氢化钠水溶液(将硼氢化钠溶解在PH为12的水中制得)滴加到混合溶液中，4h后得到金纳米粒子杂化微球。
经检测，温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球的粒径30-100nm，具有明显的pH 和温度敏感特性。金纳米粒子位于微球内层，粒径5-25nm。温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球常温具有较高催化活性，稳定性，催化活性可通过温度调节，归因于温度敏感性高分子聚合物结构变化引起微球溶胀或收缩。
本发明提出的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球及其制备方法，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的内容进行改动或适当变更与组合来实现本发明。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明的精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，其特征是指含重量百分比小于0. 1% 金纳米粒子和重量百分比大于99. 9%的聚合物，杂化聚合物微球由PH敏感的聚合物内层和温度敏感的聚合物外层组成，金纳米粒子位于杂化聚合物微球PH敏感内层。
2.根据权利要求1所述的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，微球粒径大小为 30-100nm，金纳米粒子大小为5_25nm范围。
3.根据权利要求1所述的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，所包含的聚合物是指一种含双硫酯基团的嵌段共聚物。
4.根据权利要求1所述的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，微球粒径可根据外界温度或PH变化而调节。
5.根据权利要求1所述的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，微球内层具有PH响应性能，微球外层具有温度响应性能。
6.根据权利要求1所述的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，微球催化活性的大小可根据温度变化调节。
7.根据权利要求1所述的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球的制备方法，其特征在于制备步骤如下a)链转移剂2_(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯的制备在氮气保护下，将镁条，四氢呋喃和碘加入到三口圆底烧瓶中，冷水浴氮气环境下依次向反应混合物中滴加溴苯，二硫化碳和-氯丙酸甲酯进行反应得产物2_(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯；b)大分子链转移剂聚(N-异丙基丙烯酰胺)的制备将步骤a)得到的2_(甲氧基碳酰基)_乙基双硫苯酯，N-异丙基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈用1，4_ 二氧六环封管中溶解， 真空条件下进行可逆加成断裂链转移聚合得到大分子链转移剂；c)嵌段共聚物聚(N-异丙基丙烯酰胺)-b-聚乙烯基吡啶)的制备将步骤(b) 得到的大分子链转移剂，4-乙烯基吡啶，偶氮二异丁腈用1，4_ 二氧六环封管中溶解，真空条件下进行可逆加成断裂链转移聚合得到嵌段共聚物；d)将步骤(c)得到的嵌段共聚物直接溶解在pH范围为1-3.5的酸性水溶液中，调节混合溶液到PH范围为7-12，得到聚合物微球悬浮液；e)向步骤(d)得到的微球悬浮液中加入氯金酸，用过量硼氢化钠还原得到温度敏感杂化聚合物微球。
全文摘要
本发明涉及一种温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球及其制备方法，由重量百分比大于99.9％的聚合物和小于0.1％金纳米粒子组成；制备方法包括如下工艺a)制备2-(甲氧基碳酰基)-乙基双硫苯酯链转移剂；b)将步骤a)得到的2-(甲氧基碳酰基)-乙基双硫苯酯和偶氮二异丁腈合成N-异丙基丙烯酰胺大分子链转移剂；c)将步骤(b)得到的大分子链转移剂和偶氮二异丁腈进一步聚合4-乙烯基吡啶，得到嵌段共聚物；d)用步骤(c)得到的嵌段共聚物制备聚合物微球悬浮液；e)将微球悬浮液中加入氯金酸，用过量硼氢化钠还原得到温度敏感杂化聚合物微球。本发明所制备的温度敏感聚合物/金纳米粒子杂化微球，克服了金纳米粒子结合不牢固，容易脱落，催化活性不可调的缺陷，可用于可控催化等领域。
文档编号C08L53/00GK102492250SQ20111040483
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者史丛丛, 王泽亚, 赵义平, 陈明星, 陈熙, 陈莉 申请人:天津工业大学