专利名称：制备无机/有机复合微球的方法
技术领域：
本发明涉及一种可应用于生物医学领域的复合材料，尤其是涉及一种通过高温 溶胀法制备的无机/有机复合微球的方法。
背景技术：
近年来，生物医学研究在功能基因分析、药物筛选和临床诊断等诸方面取得了 令人瞩目的成绩。与此同时，随着组合化学、天然产物化学以及基因组学的飞速发展， 大量待筛选分析的化合物不断涌现。如何从大规模、复杂的生物相关物质的候选体系中 高效快速地筛选出目标物质，以促进生物医学研究的发展，是目前生物分析技术面临的 巨大挑战。在Lam 等于 1991 年提出的 OBOC (One-Bead-One-Compound)筛选技术的基 础上发展而来的悬浮阵列技术(Suspension array technology)，利用具有唯一编码特征的
微球作为反应单元，检测、筛选和分离均在同一个微球上快速完成；另外，根据实际筛 选要求，还可以对微球的种类和粒径进行优化。这些特点大大缩短了阵列制备(Array preparation)时间、提高了阵列密度(Array density)。更重要的是，随着流式细胞仪技术， 尤其是高通量流式细胞仪(High-thmugh-put flow cytometry)技术的发展，悬浮阵列技术 的检测速度已经高达10000个/s，使超高速多组分分析(Multiplexed analysis)成为可能。 基于以上优点，编码微球得到了研究人员的广泛关注，并且已经开始应于大规模的化合 物筛选检测上。目前，编码微球的制备方法主要包括(1)层层自组装法，将表面改性后的纳 米粒子与微球表面充分接触，通过静电吸附作用或化学键的形式使纳米粒子吸附在载 体微球表面，这种方法原理简便，但在复杂的化学环境中纳米粒子容易脱落；(2)共聚 法，通过表面功能化使纳米粒子带有可聚合的不饱和键与单体进行共聚，使纳米粒子聚 合到微球内部，此种方法制备的编码微球，纳米粒子与微球之间以化学键的形式结合， 能够有效的避免在相关应用中由于纳米粒子泄漏而引起的信号不稳定等问题，但在聚合 过程中体系不稳定，纳米粒字易失活，而且纳米粒子的加入可能会对微球的形貌和粒径 产生一定得影响，也限制了其应用范围。(3)常温溶胀法，在常温下将微球在溶有纳米粒 子的有机溶剂中溶胀，使纳米粒子扩散到微球内部。这种方法能够快速的编码，且纳米 粒子分布较均勻，但同样存在纳米粒子易泄露的问题。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种准确、高效的制备无机/有机复合微球的方法，重 点解决复合微球中纳米粒子泄露这一瓶颈问题，进一步扩展编码微球在生物医学领域进 行多重生物分析、筛选的应用。本发明为一种制备无机/有机复合微球的新方法，与传统的常温溶胀法相比， 高温溶胀法是在较高温度下使聚合物微球发生溶胀，之后存在一个逐渐升温的过程，无机纳米粒子的良溶剂逐渐挥发，促使纳米粒子进入微球内部的较小孔隙中，最终降温能 有效地将纳米粒子嵌入到微球内部的多孔结构中，成功的限制了纳米粒子从微球中泄露 出来，且提高了复合微球的稳定性。制备的复合微球粒纳米粒子分布均勻，粒径均一， 大小为ι 100 μ m。本发明所述的无机/有机复合微球的制备方法包括以下步骤1)将无机纳米粒子和聚合物微球分散在溶胀剂和分散剂中，在40 60°C下溶 胀，溶胀时间30 120min ；2)将步骤一的反应体系升温至140 240°C，并保温至无溶胀剂回流；3)待溶胀剂全部挥发，将反应体系快速降温，离心，洗涤后烘干，得到无机/ 有机复合聚合物微球。所述的无机纳米粒子，是指平均粒径在1 IOOnm之间的金属纳米粒子、半导 体纳米晶粒子或磁性纳米粒子中的一种或几种的组合。所述的无机纳米粒子优选Au、Ag、CdS> CdSe、CdTe> CdSe/CdS、CdSe/ ZnS> CdSe/ZnSe、CdTe/ZnS、CdTe/CdS、CdTe/ZnSe、CdSeTe 或 Fe304 其中的一种或
几种的组合。所述的聚合物微球是具有交联结构，交联度5% 100%，且具有多孔或无孔结 构的高分子微球，粒径为5 20 μ m。所述的聚合物微球包括，聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸 酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的一种或几种的组合。所述分散剂为十六烷、十八碳烯中的一种或两种。溶胀剂为三氯甲烷或环己烷 中的一种或两种。溶胀剂与分散剂的体积之比为1 6 1 1;本发明的制备过程是优选在氩气保护下进行。本发明与现有技术相比特征在于，微球在较高温度且结构不被破坏的条件下发 生较大程度的溶胀，随后通过升温使溶胀剂不断挥发，进而纳米粒子在微球内外会产生 浓度差，其作为推动力使纳米粒子能够进入微球内部的较小孔隙中；在最后的快速降温 过程中，分子链的束缚作用和微球消胀可将纳米粒子有效嵌入到微球内部的多孔结构中 以实现编码。本发明的优点主要在于，很大程度上解决了纳米粒子从微球中的泄露问题，并 使复合微球具有良好的稳定性；同时提高了纳米粒子的有效利用率，增加了微球中纳米 粒子的容量；制备过程简单、重复性好。纳米粒子分布较均勻，且能更好地通过控制进 入微球内部的纳米粒子的量来控制编码的信号强度。
图1 实施例1中使用的平均粒径为15μιη交联度为100%的介孔聚苯乙烯微球 的扫描电镜照片；图2 实施例1中所述采用高温溶胀法制得的荧光微球的荧光光谱；图3 实施例1中所述采用传统的常温溶胀法制得的荧光微球的荧光光谱；图4 实施例2中制得的量子点荧光微球的荧光光谱；图5 实施例3中制得的量子点荧光微球的荧光光谱；
图6 实施例5中制得的磁性微球的磁响应性曲线；图7 实施例6中制得的复合荧光微球的荧光光谱；
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作出详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，所给出的详细实施方式和过程，是对本发明的进一步说明，而不是 限制本发明的范围。实施例1步骤一，称量30mg平均粒径为15 μ m交联度为100%的介孔聚苯乙烯微球，如 图1所示；量取100 μ L发射波长为588nm的CdSeTe量子点；将称好的微球加入到6mL 十六烷中，超声分散均勻，将称好的量子点加入到3mL三氯甲烷中，超声分散均勻；将 两个体系混合均勻后加入到一个三口瓶中；安装好空气冷凝装置、通气装置、和加热装 置；用加热煲升温，在50°C下保温90min ；步骤二，将反应体系升温至180°C ；步骤三，观察无三氯甲烷回流，保温lOmin，撤去加热装置，快速降温，离心洗 涤4次，得到荧光微球。如图2，为本专利采用的高温溶胀法制得的量子点荧光微球的荧光光谱，如图 可见，其荧光强度在第30天时并未发生较大衰减，仍然保持较高的强度；如图3，为采 用传统的常温溶胀法制得的量子点荧光微球的荧光强度，如图可见，其荧光强度在第30 天时已发生较大的衰减。这说明，本发明使用的高温溶胀法制备的荧光微球成功的限制 了量子点的泄露且具有良好的稳定性，使量子点能被有效嵌入微球中，成功地限制了因 量子点的泄露而造成的荧光衰减。在相同条件下，高温溶胀法制备的荧光微球的荧光强 度明显强于常温法制备的荧光微球的荧光强度，这说明高温溶胀法增加了微球中量子点 的容量，提高了量子点的有效利用率。观察荧光光谱可知，荧光发射峰位置并未发生偏 移，峰型尖锐，半峰宽较窄。实施例2步骤一，取5mg平均粒径为Iym交联度为5%的聚甲基丙烯酸甲酯微球和 20 μ L发射波长为541nm的CdSe量子点，将称好的微球加入到3mL十六烷中，超声分散 均勻；将量取的量子点加入到ImL的环己烷中，超声分散均勻；将两个体系混合均勻后 加入到一个三口瓶中；安装好空气冷凝装置、通气装置、和加热装置；用加热煲升温， 在60°C下保温30min ；步骤二，将反应体系升温至140°C ；步骤三，观察无环己烷回流，保温lOmin，撤去加热装置，快速降温，离心洗涤 4次，得到荧光微球。如图4所示，制得的量子点荧光微球的荧光发射峰位置在541nm 处，峰形良好且半峰宽较窄。实施例3步骤一，取20mg平均粒径为10 μ m交联度为20%的聚甲基丙烯酸乙酯微球和 60 μ L发射波长为650nm的CdSe/ZnS量子点，将称好的微球加入到6mL十八碳烯中， 超声分散均勻；将量取的量子点加入到4mL的环己烷中，超声分散均勻；将两个体系混 合均勻后加入到一个三口瓶中；安装好空气冷凝装置、通气装置、和加热装置；用加热煲升温，在60°C下保温60min ；步骤二，将反应体系升温至140°C ；步骤三，观察无环己烷回流，保温lOmin，撤去加热装置，快速降温，离心洗涤 4次，得到荧光微球。如图5所示，制得的量子点荧光微球的荧光发射峰位置在650nm 处，峰形良好且半峰宽较窄。实施例4步骤一，取30mg平均粒径为100 μ m交联度为50%有孔聚苯乙烯/甲基丙烯酸 乙酯的复合微球和3mgAu纳米粒子，将称好的微球加入到6mL十八碳烯中，超声分散均 勻；将量取的Au纳米粒子加入到6mL三氯甲烷中，超声分散均勻；将两个体系混合均 勻后加入到一个三口瓶中；安装好空气冷凝装置、通气装置、和加热装置；用加热煲升 温，在40°C下保温60min;步骤二，将反应体系升温至140°C ；步骤三，观察无三氯甲烷回流，保温lOmin，撤去加热装置，快速降温，离心洗 涤4次，得到纳米Au复合微球。实施例5步骤一，取30mg平均粒径为15ym交联度为100%介孔聚苯乙烯微球和 5mgFe304磁性纳米粒子，将称好的微球加入到4mL十六烷碳和4mL环己烷中，超声分 散均勻；将量取的Fe304纳米粒子加入到2mL的三氯甲烷中，超声分散均勻；将两个体 系混合均勻后加入到一个三口瓶中；安装好空气冷凝装置、通气装置、和加热装置；用 加热煲升温，在50°C下保温90min;步骤二，将反应体系升温至240°C ；步骤三，观察无三氯甲烷和环己烷回流，保温lOmin，撤去加热装置，快速降 温，离心洗涤4次，得到磁性微球。如图6所示，制得的磁性微球的磁饱和强度较高；实施例6步骤一，取30mg平均粒径为15 μ m交联度为80%介孔聚苯乙烯微球，30 μ L发 射波长为564nm和650nm的油溶性量子点，将称好的微球加入到6mL十六烷中，超声分 散均勻；将称好的量子点加入到2mL三氯甲烷和ImL环己烷中，超声分散均勻；将两个 体系混合均勻后加入到一个三口瓶中；安装好空气冷凝装置、通气装置、和加热装置； 用加热煲升温，在50°C下保温120min;步骤二，将反应体系升温至180°C ；步骤三，观察无三氯甲烷和环己烷回流，保温lOmin，撤去加热装置，快速降 温，离心洗涤4次，得到复合荧光微球。如图7所示，制得的量子点复合荧光微球的荧 光发射峰位置在564nm和650nm处，双峰能够充分被分离，峰形良好且半峰宽较窄。实施例7步骤一，取30mg粒径为20 μ m交联度为100 %介孔聚苯乙烯微球、3mgFe304 磁性纳米颗粒和30 μ L发射波长为588nm的油溶性量子点，将称好的微球加入到3mL 十六烷和3mL十八碳烯中，超声分散均勻；将量取的Fe304磁性纳米颗粒和量子点加入 到3mL的三氯甲烷和3mL的环己烷中，超声分散均勻；将两个体系混合均勻后加入到一 个三口瓶中；安装好空气冷凝装置、通气装置、和加热装置；用加热煲升温，在50°C下保温 120min ；步骤二，将反应体系升温至180°C ；步骤三，观察无三氯甲烷和环己烷回流，保温lOmin，撤去加热装置，快速降 温，离心洗涤4次，得到磁性荧光复合微球。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例 的限制，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。
权利要求
1.一种无机/有机复合微球的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将无机纳米粒子和聚合物微球分散在溶胀剂和分散剂中，在40 60°C下溶胀，溶 胀时间30 120min ；2)将步骤一的反应体系升温至140 240°C，并保温至无溶胀剂回流；3)待溶胀剂全部挥发，将反应体系快速降温，离心，洗涤后烘干，得到无机/有机 复合聚合物微球。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的无机纳米粒子，是指平均粒径 在1 IOOnm之间的金属纳米粒子、半导体纳米晶粒子或磁性纳米粒子中的一种或几种 的组合。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的无机纳米粒子选自Au、 Ag、CdS、CdSe、CdTe、CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdTe/ZnS、CdTe/CdS、 CdTe/ZnSe、CdSeTe或Fe3O4其中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的聚合物微球是具有交联结构， 交联度5% 100%，且具有多孔或无孔结构的高分子微球，粒径为5 100 μ m。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于所述的聚合物微球，包括聚甲基 丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于分散剂为十六烷、十八碳烯中的一种 或两种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于溶胀剂为三氯甲烷或环己烷中的一种 或两种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于溶胀剂与分散剂的体积之比为 1 6 1 1 ；
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于制备过程是在氩气保护下进行。
全文摘要
本发明涉及制备的无机/有机复合微球的方法。将无机纳米粒子和聚合物微球分散在溶胀剂和分散剂中，在40～60℃下溶胀，溶胀时间30～120min；反应体系升温至140～240℃，并保温至无溶胀剂回流；待溶胀剂全部挥发，将反应体系快速降温，离心，洗涤后烘干，得到无机/有机复合聚合物微球。很大程度上解决了纳米粒子从微球中的泄露问题，并使复合微球具有良好的稳定性；同时提高了纳米粒子的有效利用率，增加了微球中纳米粒子的容量；制备过程简单、重复性好。纳米粒子分布较均匀，且能更好地通过控制进入微球内部的纳米粒子的量来控制编码的信号强度。
文档编号B01J13/02GK102008925SQ20101059388
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者刘俊庆, 宋涛, 常津, 张琦, 李云红 申请人:天津大学