刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物合成及其荧光复合微球的制备

本发明属于高分子材料，具体涉及一种刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物及其包埋量子点形成荧光复合微球的方法。

背景技术：

1、荧光微球是指直径在几纳米至几十微米之间，且表面或内部负载有荧光物质，在受到一定能量的光子激发时能够发射荧光信号的微粒。与单独的荧光分子相比，荧光微球具有相对稳定的发光行为和形态结构，因而在生物医药与光电器件等领域具有广泛的应用前景。在众多的荧光微球中，基于高分子化合物与半导体量子点(qd)的荧光复合微球具有形貌尺寸易调控、表面功能化途径丰富、荧光发射峰窄、可激发波长范围广及荧光稳定性强等优点，已广泛应用于荧光免疫层析、标记示踪、生物传感器、液相芯片及微流控等检测技术领域。

2、高分子/量子点荧光复合微球根据所使用高分子载体的不同，可分为天然高分子荧光微球和合成聚合物荧光微球，其中粒径小的微球可以达到几纳米，大粒径微球直径甚至可达几百微米。尽管天然高分子普遍具有良好的生物相容性，但其结构组成较为复杂，致使天然高分子基荧光复合微球仍存在批次稳定性差的不足。相比而言，合成高分子具有链段结构明确、分子量可控及分子设计性强等优点，在制备具有形貌尺寸可调和表面官能团可控的荧光复合微球方面具有独特优势。聚苯乙烯(ps)-二乙烯苯是一类常见的制备荧光复合微球的合成高分子体系，通过ps与量子点的不同复合方式可制备尺寸较为均一的荧光复合微球，但该类微球表面反应性官能团有限，导致其后续生物功能化途径受限。针对该问题，研究者通过官能化烯烃单体的连锁聚合反应合成系列两亲性嵌段共聚物作为高分子载体，再借助其与半导体量子点的共组装过程制备得到不同粒径、表面富含官能团(氨基、羧基、羟基等)的高分子荧光复合微球，得益于其丰富的生物功能化策略，该类荧光复合微球在体外诊断领域具有巨大的应用价值。

3、尽管基于烯烃类单体的两亲嵌段共聚物与半导体量子点的共组装已成为制备高分子荧光复合微球的有效方法，但由于烯烃类聚合物载体的柔性链段特性，使得该类荧光复合微球的耐溶剂性及长期稳定性仍有待进一步提高。因此，设计合成具有特殊分子链结构的嵌段共聚物，并开发其与量子点的共组装技术，有望制备得到新型的高分子荧光复合微球。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对背景技术存在的问题，提出了一种刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物合成及其包埋油溶性量子点以制备荧光复合微球的方法。本发明通过亲水性聚乙二醇(peg)软段和疏水性聚芳醚腈(pen)硬段的亲核取代缩聚反应，合成得到刚柔两亲性聚芳醚腈-聚乙二醇嵌段共聚物(peng)，该共聚物同时具备来自于peg软段的亲水/生物相容性与源自于pen硬段的疏水相互/π–π作用。上述特性使peng可作为大分子表面活性剂，通过在水包油受限乳液体系中与油溶性qd的共组装，获得不同粒径及形貌的水分散性荧光微球，在体外诊断和生物成像领域展现出重要的应用价值。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物，所述共聚物为聚芳醚腈-聚乙二醇嵌段共聚物(peng)，由羟基封端的聚乙二醇亲水软段和氟基封端的刚性疏水段聚芳醚腈亲核取代反应得到，其结构式如下：

4、

5、其中，

6、或者或者，m＝30～60，n＝90～120。

7、一种刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物的合成方法，包括以下步骤：

8、步骤1、将26.82～26.83份(质量)双酚ar单体、13.97～13.98份(质量)2,6—二氟苯甲腈和20.73份(质量)碳酸钾加入反应瓶内，混合均匀；

9、步骤2、向步骤1的混合液中加入56.75份(质量)nmp(n-甲基吡咯烷酮)和16.04份(质量)甲苯，在140～150℃下搅拌回流2～4h，然后升温至180℃继续搅拌回流1～2h，得到混合液a；

10、步骤3、将步骤2的混合液a升温到190℃；将15～20份(质量)聚乙二醇单甲醚溶解于20.56份(质量)nmp中，完全溶解后加入混合液a中，然后通入n2反应2～3h；反应完成后，得到的熔融体注入乙醇中快速冷却，并纯化，然后在鼓风烘箱中60℃烘干，得到所述刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物。

11、其中，步骤1所述双酚ar单体为或者或者

12、一种基于上述刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物制备荧光复合微球的方法，包括以下步骤：

13、步骤1、向反应瓶内加入10份(质量)去离子水，得到混合液b；

14、步骤2、向另一反应瓶内依次加入0.002～0.015份(质量)上述刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物、94.8份(质量)n,n-二甲基甲酰胺、0.2份(质量)量子点和1192.5份(质量)二氯甲烷，得到混合液c；

15、步骤3、将步骤2得到的混合液c加入步骤1的混合液b中，密封，磁力搅拌6h，然后打开反应瓶，直至二氯甲烷完全挥发；

16、步骤4、将步骤3得到的反应液分离，得到的产物清洗后，即可得到所述荧光复合微球。

17、进一步的，所述量子点为油溶性的半导体荧光量子点。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、1、本发明通过亲水性聚乙二醇和疏水性聚芳醚腈之间的亲核取代反应，得到具有刚柔两亲分子结构特征的聚芳醚腈-聚乙二醇嵌段共聚物(peng)，既保留了聚乙二醇的水溶性与生物相容性，又具有聚芳醚腈的刚性链段与分子链间偶极相互作用特点，使得该共聚物可作为大分子表面活性剂参与乳液受限自组装；同时，该peng嵌段共聚物的合成方法简单、高效，易于实现工业化。

20、2、本发明制备得到了peng包埋油溶性量子点的荧光复合微球，微球制备过程不使用其他表面活性剂，微球粒径可在10nm-1000nm间灵活调控，制备方法简单，安全环保，易于控制，在生物成像与体外诊断领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物，其特征在于，所述共聚物由羟基封端的聚乙二醇和氟基封端的聚芳醚腈亲核取代反应得到，结构式如下：

2.一种刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.一种基于权利要求1所述刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物制备荧光复合微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.一种基于权利要求2所述方法得到的刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物制备荧光复合微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
一种刚柔两亲聚芳醚嵌段共聚物合成及其荧光复合微球的制备，属于高分子材料技术领域。本发明通过亲水性聚乙二醇(PEG)软段和疏水性聚芳醚腈(PEN)硬段的亲核取代缩聚反应，合成得到刚柔两亲性聚芳醚腈‑聚乙二醇嵌段共聚物(PENG)，该共聚物同时具备来自于PEG软段的亲水/生物相容性与源自于PEN硬段的疏水相互/π–π作用。上述特性使PENG可作为大分子表面活性剂，通过在水包油受限乳液体系中与油溶性QD的共组装，获得不同粒径及形貌的水分散性荧光复合微球，在体外诊断和生物成像领域展现出重要的应用价值。

技术研发人员：贾坤,许小玲,刘孝波
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11