专利名称：一种纳米复合多孔凝胶微球及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能高分子材料领域，具体涉及一种纳米复合多孔凝胶微球及其制备方法。
背景技术：
多孔聚合物微球广泛应用于色谱柱填料、离子交换树脂、生物分离和催化剂载体等领域。多孔微球的制备方法主要为复乳法、种子溶胀聚合和SPG膜乳化法。Nelissen等人(Polymer，1999，40 (13) :3685-3689)利用在单体相存在致孔剂的条件下悬浮聚合制备出多孔的聚苯乙烯微球。Krajnc 等人(React. Funct. Polym. , 2005,65 (1-2) :37-45)在高内相乳液(即内水相体积占乳液体积的74%以上)聚合技术的基础上，用W/0/W复乳法制备出聚对氯甲基苯乙烯多孔微球。Rosa等(Int. J. Pharm.，2002，242 (1-2) :225-228)利用 W/0/W复乳法并通过在内水相中添加聚氮丙啶作为致孔剂，制备出了多孔聚合物微球。此外，近年来采用微流道技术(microfluidic technology)制备多重乳液并以其为模板制备多孔微球引起了人们的广泛关注(2007，Angew. Chem.，Int. Ed. ,46,8970 ； 2008，Adv. Mater.，20，3498-3503 ；2009, Small, 5,1932-1935)。虽然此类方法可以很好地控制内外乳滴的粒径和粒径分布。但是，它和上述其他方法一样，在制备多孔微球时都需要添加大量表面活性剂或者致孔剂，制备后处理时较难完全除去，且过程繁琐，这给应用带来许多问题。没有使用表面活性剂的皮克林乳液聚合技术已被广泛应用于制备杂化核/壳结构聚合物微球，而基于皮克林乳液的多重乳液聚合技术还没有报道。这种方法可以简单、大量的制备纳米复合的多孔微球。
发明内容
本发明的目的和内容在于针对现有制备多孔微球技术的缺陷和不足，提供一种纳米复合的多孔微球的制备方法。该微球内部具有独立的孔洞结构，并且能够有效地调节孔洞的大小和数量，从而使其具有较高的药物装载能力和很好的控释功能；制备过程无需表面活性剂和致孔剂，产品无毒性，可以在生物医学领域得到好的应用。本发明的目的和内容还在于提供所述制备方法的纳米复合多孔凝胶微球。本发明的纳米复合多孔凝胶微球的制备方法，具体包括以下步骤(I)将水溶性单体、交联剂、水性引发剂溶解于水中，然后将粘土粒子(Laponite RD)超声分散于此溶液,再加入适量的氯化钠,配成水相溶液。将油相分散到上述水相溶液中，经乳化形成水包油(0/W)型初乳。(2)将上述初乳加到分散有疏水性二氧化硅纳米粒子的油相中，再经乳化制成油包水包油(0/W/0)型两重皮克林乳液。(3)将上述得到的两重乳液中间相水性单体聚合，洗涤干燥得到纳米复合的多孔凝胶微球。
步骤⑴中，水溶性单体为丙烯酰胺(Am)、异丙基丙烯酰胺(NIPAm)或丙烯酸 (AA);交联剂为N，N-亚甲基双丙稀酰胺(BIS);引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(V-50)或者过硫酸钾(KPS);油相为苯、甲苯、二甲苯。其中，单体相对于整个水相的质量百分比浓度为5% 15%;交联剂相对于单体的质量百分比为10% 100% ;引发剂占单体质量的O. 5% 2% ;粘土粒子的添加量为整个水相质量的1% 2%;氯化钠的添加量占整个水相质量的O. 5% 2%;初乳油水相的体积比为I : I 10。步骤(2)中，疏水性纳米粒子相对于外油相的质量分数为O. 25% 1%;初乳和外油相的体积比为I : 2 10。为了更好的乳化，步骤(1)中乳化时用高速分散机在转速5000 10000转/分下搅拌I 5分钟或者用超声清洗器超声5 10分钟。为了得到稳定的两重乳液，步骤(2) 中用手摇乳化。为了使反应更好的进行，步骤(3)中的反应在无搅拌条件下进行。本发明相对于现有技术具有以下区别和优点本发明同现有技术的相似之处是都采用乳液模板法制备多孔聚合物微球。不同之处是现有的乳液模板法多采用表面活性剂做乳化剂，聚合之后，小分子乳化剂和致孔剂难以除尽，后处理麻烦，且有一定毒性。而本发明采用纳米粒子作为乳化剂， 乳化过程中，纳米粒子通过自组装不可逆的吸附在油水界面，稳定乳液，乳化过程就不需要添加表面活性剂。本发明采用的是两重皮克林乳液，通过聚合中间相，得到内部具有独立孔洞结构的纳米复合聚合物微球，因为不需要添加致孔剂。如果选用具有某些响应性的纳米粒子，聚合之后，纳米粒子保留在聚合物界面上，从而使得到的纳米复合的多孔微球具有相应的功能性。这种具有多孔结构和某些响应性的复合凝胶微球可以在药物装载和控制释放领域有潜在的应用。
图1为本发明方法制备的纳米复合多孔PAm凝胶微球的光学显微镜图片；其中，聚合条件为在冰水浴中紫外引发聚合；图2为本发明方法制备的纳米复合多孔PNIPAm凝胶微球的光学显微镜图片；其中，图2a中的聚合条件为在冰水浴中紫外引发聚合；图2b中的聚合条件为在70°C烘箱中热引发聚合。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但是本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。实施例1
将200mg单体Am、20mg交联剂BIS、IOmg引发剂V-50溶解在2mL水中，并将20mg 粘土粒子超声分散于此溶液，加入Ilmg氯化钠，配成水相溶液。将ImL甲苯和水相溶液混合通过超声乳化制备0/W初乳。2mL初乳加入到8mL含有40mgSi02粒子的甲苯中，手摇振荡将初乳再次乳化制备得到0/W/0乳液。接着，将两步法制备得到的多重皮克林乳液通Ar 气5分钟除氧，置于冰水浴中用光强为30mW/cm2的紫外光引发聚合。照射5min，乳液距离 UV灯为47cm。反应结束得到多孔聚丙烯酰胺(PAm)凝胶微球(见图I)。实施例2 将200mg的单体NIPAm、20mg交联剂BIS、IOmg引发剂V-50溶解在2mL水中，并将 20mg粘土粒子超声分散于此溶液,加入IlmgNaCl,配成水相溶液。将O. 5mL甲苯和水相溶液混合通过超声乳化制备0/W初乳。2mL初乳加入到8mL含有40mg SiO2粒子的甲苯中，手摇振荡将初乳再次乳化制备得到0/W/0乳液。接着，将两步法制备得到的多重皮克林乳液通Ar气5分钟除氧后，置于冰水浴用光强为30mW/cm2的紫外光引发聚合。照射5min，乳液距离UV灯为47cm。反应结束得到多腔PNIPAm凝胶微球(见图2a)。实施例3将200mg单体NIPAm、20mg交联剂BIS、IOmg引发剂KPS溶解在2mL水中，并将20mg 粘土粒子超声分散于此溶液，加入Ilmg氯化钠，配成水相溶液。将O. 5mL 二甲苯和水相溶液混合通过超声乳化制备0/W初乳。2mL初乳加入到8mL含有40mg SiO2粒子的甲苯中，手摇振荡将初乳再次乳化制备得到0/W/0乳液。接着，将两步法制备得到的多重皮克林乳液通Ar气5分钟除氧，置于70°C的烘箱中反应12h。反应结束得到多腔PNIPAm凝胶微球(见图 2b)。实施例4将200mg单体NIPAm、20mg交联剂BISUOmg引发剂V-50溶解在2mL水中，并将 20mg粘土粒子超声分散于此溶液，加入Ilmg氯化钠，配成水相溶液。将ImL苯和水相溶液混合通过超声乳化制备0/W初乳。2mL初乳加入到8mL含有40mgSi02粒子的甲苯中，手摇振荡将初乳再次乳化制备得到0/W/0乳液。接着，将两步法制备得到的多重皮克林乳液通 Ar气5分钟除氧，置于冰水浴用光强为30mW/cm2的紫外光引发聚合。照射5min，乳液距离 UV灯为47cm。反应结束得到多腔PNIPAm凝胶微球。实施例5将200mg单体NIPAm、20mg交联剂BISUOmg引发剂V-50溶解在2mL水中，并将 20mg粘土粒子超声分散于此溶液，加入Ilmg氯化钠，配成水相溶液。将O. 2mL甲苯和水相溶液混合通过超声乳化制备0/W初乳。2mL初乳加入到8mL含有40mgSi02粒子的甲苯中， 手摇振荡将初乳再次乳化制备得到0/W/0乳液。接着，将两步法制备得到的多重皮克林乳液通Ar气5分钟除氧，置于冰水浴用光强为30mW/cm2的紫外光引发聚合。照射5min，乳液距离UV灯为47cm。反应结束得到多腔PNIPAm凝胶微球。由上述实例和附图可见，本发明制备的凝胶微球为双纳米粒子复合的多孔凝胶微球。该微球内部具有独立的孔洞结构，并且能够有效地调节孔洞的大小和数量。同时微球外表面和空洞表面富集无机纳米粒子，提高了多空凝胶微球的机械强度。
权利要求
1.一种纳米复合的多孔聚合物微球的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将水溶性单体、交联剂、水性引发剂溶解于水中，然后将粘土粒子超声分散于此溶液，再加入适量的氯化钠，配成水相溶液；将油相分散到上述水相溶液中，经乳化形成水包油(0/W)型初乳；(2)将上述初乳加到分散有疏水性二氧化硅纳米粒子的油相中，再经乳化制成油包水包油(0/W/0)型两重皮克林乳液；(3)将上述得到的两重皮克林乳液中间相水性单体聚合，洗涤干燥得到纳米复合多孔凝胶微球。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在 于步骤(I)中，水溶性单体为丙烯酰胺、 异丙基丙烯酰胺或丙烯酸；交联剂为A 亚甲基双丙稀酰胺；引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐或者过硫酸钾；油相为苯、甲苯或二甲苯。
3.根据权利要求I或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中水溶性单体相对于整个水相溶液的质量百分比浓度为5% 15% ;交联剂相对于单体的质量百分比为109^100% ； 引发剂占单体质量的0. 59T2% ;粘土粒子的添加量为整个水相溶液质量的1% 2% ;氯化钠的添加量占整个水相溶液质量的0. 5% 2% ;所述初乳油水相的体积比为I: f 10。
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，疏水性纳米粒子相对于外油相的质量分数为0. 259Tl% ;初乳和外油相的体积比为1:2 10。
5.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中乳化时用高速分散机 5000^10000转/分下搅拌I飞分钟或者用超声清洗器超声5 10分钟。
6.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中用手摇乳化。
7.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中的反应在无搅拌条件下进行。
8.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中将两重皮克林乳液通Ar气除氧，置于冰水浴中用紫外光引发或置于烘箱中加热聚合。
9.由权利要求I、任一项所述制备方法制得的纳米复合的多孔聚合物微球。
全文摘要
本发明涉及一种纳米复合的多孔凝胶微球及其制备方法。其特征在于该多孔凝胶微球的制备以两重皮克林乳液(O/W/O)为模板，以水溶性可聚合单体和引发剂为水相，再在水相中加入亲水性适中的纳米粒子，经乳化形成水包油型乳液；然后在外油相中加入疏水性纳米粒子，将初乳加到外油相的分散液中再次乳化得到油包水包油的两重皮克林乳液。将得到的两重皮克林乳液中间相水性单体聚合，即可得到纳米复合多孔凝胶微球。本发明能够简单、大量制备内部有独立多孔的凝胶微球。由于纳米粒子的功能化又能赋予微球特殊的响应性，其在药物包覆、靶向缓释、细胞培养等领域有广泛应用前景。
文档编号C08F120/56GK102617769SQ201210050889
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者王朝阳, 童真, 邹声文, 高权星 申请人:华南理工大学