功能性纳米颗粒复合交联微球粉末及其制备方法和应用的制作方法

专利名称：功能性纳米颗粒复合交联微球粉末及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及微纳米材料制备与应用领域，具体地说，是单分散功能性纳米颗粒复合微球粉末及其制备方法及其应用。
背景技术：
功能性纳米颗粒复合微球是指通过某种方法将功能性纳米颗粒与微球结合在一起所得到的一种功能性复合微球。现阶段通过各种途径制备的纳米颗粒具备各种特殊的光、电、磁及生物学等特性，因此在与微球结合后往往会将这些特性赋予到微球本身。而微球也为这些纳米颗粒提供了支承载体和有效保护。同时，微球自身的化学和物理性能如光敏感性、pH响应性、温度敏感性、吸附特性以及表面活性官能团也为纳米颗粒在各种复杂领域的应用提供可能。具备不同特殊功能的纳米颗粒复合微球在生物医药、工业催化、化工合 成、电子信息、建筑材料等领域具有巨大的应用潜力。现有技术中制备功能性纳米颗粒复合微球的制备方法主要有以下几种
原位聚合法即事先合成载体微球，之后以微球作为微型反应器，在其内部或表面原位
合成各种功能性颗粒。但此方法由于受到微球自身条件影响，其所制备出的功能性颗粒种类及性能会受到一定限制。溶胀渗透法即事先合成具备孔结构的交联微球，之后微球在良溶剂中被溶胀，表面微孔得到扩张。此时加入功能性颗粒，在浓度差或疏水作用下微球通过孔结构渗透进微球并吸附在微球内壁。当外部溶剂去除后，微球收缩，从而将功能性颗粒包埋进入微球。此种方法简单易行，但要求微球的表面具有可供功能性渗透进入的微孔。而由于这种微孔结构的存在，会令包埋进的功能性颗粒容易重新泄漏出来，且不能为包埋在内的功能性颗粒提供足够保护以减少外界影响，因而此方法制备的复合微球内的纳米颗粒的性能稳定性欠佳。组装模板法即以功能性颗粒或微球为核心模板，通过静电作用、疏水作用、络合作用和氢键作用，将功能性颗粒和构成微球的材料依次结合在核心上。这种方法可以精确控制复合微球的粒径和纳米颗粒数量，但制备步骤较为复杂。且制备过程中反应环境对部分功能性颗粒的性能有一定影响。聚合法即在利用乳液聚合、悬浮聚合、分散聚合或本体聚合在制备微球的同时引入功能性颗粒。功能性颗粒分散在可聚合单体中，随着聚合的进行，功能性颗粒被包埋在逐渐形成的微球结构之内。此种方法优点是制备简单、产率较高。但是此种方法仍然面临以下问题制备微米级复合微球时粒度分布较宽，功能性颗粒性能易受聚合反应环境的影响，功能性颗粒与形成的微球结构可能存在相分离。现阶段，通过各种方法制备的功能性纳米颗粒复合聚合物微球已被应用于各个领域Ugelstad研究小组通过原位聚合法在苯乙烯微球中制备了磁性纳米粒子,其具备较高的磁含量已被广泛应用于癌症检测及治疗领域。Nie研究小组通过采用溶胀渗透法将半导体纳米颗粒量子点包埋进多孔微球，利用微球表面羧基官能团将DNA链段连接在微球表面作为探针，进行了 DNA特异性检测。Ahjeong Son小组采用模板自组装法，在磁性微球表面通过酰胺键包覆量子点壳层从而形成具备光磁双重特性复合微球，并应用于核酸检测。Yong Zhang研究小组,利用微乳液聚合法制备了复合有上转换发光稀土纳米颗粒的微球。这种微球在红外激发下具备特殊荧光性能的复合微球，其在医学成像领域具有广阔的应用前景。经对现有技术的文献搜索发现，中国专利申请号200410073449. 7，名称为“一种高分子/无机物复合微球的制备方法”的发明，提出首先将活性预聚物吸附在无机颗粒表面，之后引发聚合形成无机颗粒复合微球的方法，中国专利申请号200810019950. 3，名称为“纳米微米复合微球制备方法”的发明，提出通过化学方法将纳米颗粒键合到微球表面制得纳米颗粒复合微球的方法，中国专利申 请号201010593883. 3，名称为“制备有机/无机复合微球的制备方法”的发明，采用先溶胀聚合物微球，后将溶胀溶剂加热挥发的方法制备了无机纳米颗粒复合聚合物微球。但以上制备复合微球所采用方法的原理仍基于上面所述的各种传统制备无机纳米颗粒复合微球的方法，存在其固有系统缺陷，无法制备得到粒径为微米级、均一可控、分散性好的功能性纳米颗粒复合微球。膜乳化技术是制备均一粒径的单分散乳液最简单有效的方法，它是通过无机膜微孔将分散相在外加压力的作用下，压入连续相中形成乳状液，通过控制分散压力和膜孔径，实现乳状液滴的单分散性。通过膜乳化法可以制备O / W、W / O型单重乳状液，或在单重乳状液的基础上经过二次乳化形成多重乳状液，再经过某些物化反应将液滴转换为固相，例如非水溶性液滴通过溶剂蒸发可以转化为高分子微球。通过膜乳化技术制备的单分散高分子微球有许多独特的特点小的尺寸和体积，均一的粒径且粒径分布可控，大的比表面积，优良的孔隙率，各功能团体的分布具有理想表面密度，稳定的分散性等。包德才等使用PS (聚苯乙烯)二氯甲烷溶液作为分散相，含有十二烷基硫酸钠(SDS)的水溶液为连续相，在外加压力作用下，将分散相通过SPG膜微孔分散到连续相中，制备出呈单分散的O / W型乳状液。然后利用液中干燥法，将膜乳化法制备的O / W型乳状液迅速转移至40°C的恒温槽中，低速搅拌4-6 h。随着分散相溶剂二氯甲烷不断向连续相扩散并逐渐挥发除去，PS逐渐析出，最终固化成PS微球。采用膜乳化-液中干燥法所制备的PS微球经扫描电子显微镜观测发现其表面光滑，球形度好，粒径呈很好的单分散性。Gasparini等采用膜乳化技术制备了一种可生物降解的单分散药物载体微球一聚乳酸/乙醇酸共聚物(PLGA)微球。中国期刊《功能高分子学报》2011年3月Vol. 24 No. I刊出的文章“膜乳化-溶剂挥发法制备表面羧基功能化苯乙烯-马来酸酐共聚物微球”，以苯乙烯-马来酸酐共聚物(PSMA)为原料，利用膜乳化-溶剂挥发法，成功制备了表面光滑、尺寸均一的表面羧基功能化聚合物微球。但是目前还未见利用膜乳化技术成功制备功能性纳米颗粒复合交联微球的相关报道。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种功能性纳米颗粒复合交联微球粉末。
本发明的再一的目的是，提供一种功能性纳米颗粒复合交联微球粉末的制备方法。本发明的另一的目的是，提供一种功能性纳米颗粒复合交联微球粉末的用途。本发明的第四个目的是，提供一种基于功能性纳米颗粒复合交联微球粉末的生物检测探针。本发明的第五个目的是，提供一种基于功能性纳米颗粒复合交联微球粉末的生物检测探针的用途。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是
一种功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，它包含功能性纳米颗粒复合交联微球，所述的功能性纳米颗粒复合交联微球包含功能性纳米颗粒和单体、交联剂及引发剂，平均粒径 为O. l-20Mm，粒径分布变异系数彡9. 6%。所述的功能性纳米颗粒是下列中的一种或几种量子点、磁性纳米颗粒、荧光纳米颗粒、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒或半导体纳米颗粒。所述的量子点是下列中的一种或几种CdS、HgS> CdSe> CdTe> ZnSe> HgSe> ZnTe>ZnO、PbSe、HgTe, CaAs, InP、InCaAs, CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdS/ZnS、Cd/Ag 2S、CdS/Cd(OH)2, CdTe/ZnS、CdTeSe/CdS、CdTe/CdS、CdSe/ZnSe、CdS/HgS、CdS/HgS/CdS、ZnS/CdS、ZnS/CdS/ZnS、ZnS/HgS/ZnS/CdS、CdSe/CuSe、CdSeTe、CdSeTe/CdS/ZnS,以及掺杂量子点CdS: Mn、CdS: Mn、CdS: Cu、ZnS: Cu、CdS: Tb、ZnS: Tb。所述的单体是下列中的一种或几种苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、马来酸酐或丙烯酰胺。所述的交联剂是下列中的一种或几种二乙烯基苯、丙二胺、戊二醛、羟甲基丙烯酰胺、乙二胺或京尼平。所述的引发剂是偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或过硫酸钾。所述的功能性纳米颗粒复合交联微球经表面改性连有官能团。所述的表面改性选自下列中的一种或几种水解、化学接枝或磺化。所述的官能团是下列中的一种或几种羧基、氨基、磺酸根基、硝基、羟、氯基或酯基。所述的官能团上还连接有以下连接物中的一种或几种N-羟基琥珀酰亚胺、生物素、亲和素或抗生蛋白链菌素。为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是
一种如上任一所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤
a)制备分散相，所述的分散相包括功能性纳米颗粒和单体溶液；
b)制备连续相，所述的连续相包括去离子水及溶于水的稳定剂和/或乳化剂；
c)利用膜乳化装置，在气体压力作用下挤压分散相通过多孔膜以液滴形式进入到连续相中，在连续相剪切力作用下得到液滴粒径均一的单分散乳液；
d)对得到的单分散乳液加热升温，进行乳液聚合，形成功能性纳米颗粒复合交联微球粉末。所述的步骤a)中单体溶液是有机溶剂中溶解有单体、交联剂和引发剂的溶液。
所述的有机溶剂为疏水性有机溶剂。所述的疏水性有机溶剂是下列中的一种或几种甲苯、二甲苯、对氯甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、石油醚、正己烷或环己烷。所述的步骤b)中稳定剂和/或乳化剂选自下列中的一种或几种十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇或吐温20。所述的交联剂的浓度为O. 2-0. 75 g/mL。所述的引发剂的浓度为O. 001-0. 02 g/mL。所述的步骤a)中功能性纳米颗粒的浓度是O. 2-1 nM/L。
所述的步骤c)中多孔膜是SPG多孔膜、陶瓷多孔膜或MPG多孔膜。所述的多孔膜的孔径是O. 5-5 μπι。所述的步骤c)中气体压力的大小是18-28 KPa。为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是
如上任一所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末在检测样品中一种或多种目标物中的应用。 所述目标物是蛋白质及其片段、核酸等生物大分子或化合物。为实现上述第四个目的，本发明采取的技术方案是
一种基于功能性纳米颗粒复合交联微球的生物检测探针，所述的生物监测探针包含如上任一所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，所述的功能性纳米颗粒复合交联微球的表面偶联有探针分子。所述的探针分子选自下列中的一种或几种蛋白质、蛋白质片段或核酸。为实现上述第五个目的，本发明采取的技术方案是
如上所述的生物检测探针在检测样品中一种或多种目标物中的应用。所述目标物是蛋白质及其片段、核酸等生物大分子或化合物。本发明优点在于
本发明通过膜乳化技术结合乳液聚合法制备得到功能性纳米复合交联微球粉末，该方法产量高，且制得的功能性纳米复合交联微球粒径属于微米级、均一可控、变异系数小
9.6%)，单分散性好，性能优良，在生物检测和生物医药领域具备广阔的应用前景，例
如
(1)基于本发明的功能性纳米复合交联微球的生物检测探针较现有探针使用更方便，检测结果更加准确可靠，对含有目标物的样品可同时实现定性和定量分析；
(2)传统方法制备的功能性纳米颗粒复合微球很难得到粒径大小和粒径分布可控的微球，而微球粒径的大小和分布是影响药物释放、药物性能及安全性的关键因素，因此，本发明的功能性纳米颗粒复合交联微球可作为优良的药物载体，具备化学稳定性高、无毒的优点。但是本发明的功能性纳米复合交联微球的应用不仅限于此，其还可应用于工业催化、化工合成、电子信息、建筑材料等领域。


附图I是实施例9的复合交联微球扫描电镜照片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明提供的具体实施方式
作详细说明。以下实施例中使用的膜乳化装置为压力式膜乳化装置，购自日本SPG technology公司；MPG膜购自日本Ise Chemical公司，为适用于压力式乳化装置的亲水膜；SPG膜购自日本SPG technology公司，为适用为适用于压力式膜乳化装置的亲水膜；陶瓷多孔膜购自德国Membraflow公司，为适用于压力式膜乳化装置的亲水膜。下述实施例中，平均粒径的计算方法是随机将200个微球的粒径取平均值，平均粒径记为Dav。粒径分布变异系数CV的计算方法是
权利要求
1.一种功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，它包含功能性纳米颗粒复合交联微球，其特征在于，所述的功能性纳米颗粒复合交联微球包含功能性纳米颗粒和单体、交联剂及引发剂，平均粒径为O. l-20Mm，粒径分布变异系数< 9. 6%。
2.根据权利要求I所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的功能性纳米颗粒是下列中的一种或几种量子点、磁性纳米颗粒、荧光纳米颗粒、金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒或半导体纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的量子点是下列中的一种或几种CdS、HgS、CdSe、CdTe、ZnSe、HgSe、ZnTe、ZnO、PbSe、HgTe、CaAs、InP, InCaAs, CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdS/ZnS、Cd/Ag 2S、CdS/Cd (OH)2, CdTe/ZnS、CdTeSe/CdS、CdTe/CdS、CdSe/ZnSe、CdS/HgS、CdS/HgS/CdS、ZnS/CdS、ZnS/CdS/ZnS、ZnS/HgS/ZnS/CdS、CdSe/CuSe、CdSeTe, CdSeTe/CdS/ZnS,以及掺杂量子点 CdS:Mn、CdS:Mn, CdS:Cu,ZnS:Cu、CdS:Tb、ZnS:Tb。
4.根据权利要求I所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的单体是下列中的一种或几种苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、马来酸酐或丙烯酰胺。
5.根据权利要求I所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的交联剂是下列中的一种或几种二乙烯基苯、丙二胺、戊二醛、羟甲基丙烯酰胺、乙二胺或京尼平。
6.根据权利要求I所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的引发剂是偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰或过硫酸钾。
7.根据权利要求I所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的功能性纳米颗粒复合交联微球经表面改性连有官能团。
8.根据权利要求7所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的表面改性选自下列中的一种或几种水解、化学接枝或磺化。
9.根据权利要求7所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的官能团是下列中的一种或几种羧基、氨基、磺酸根基、硝基、羟、氯基或酯基。
10.根据权利要求7所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，其特征在于，所述的官能团上还连接有以下连接物中的一种或几种N-羟基琥珀酰亚胺、生物素、亲和素或抗生蛋白链菌素。
11.一种权利要求1-10任一所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤a)制备分散相，所述的分散相包括功能性纳米颗粒和单体溶液；b)制备连续相，所述的连续相包括去离子水及溶于水的稳定剂和/或乳化剂；c)利用膜乳化装置，在气体压力作用下挤压分散相通过多孔膜以液滴形式进入到连续相中，在连续相剪切力作用下得到液滴粒径均一的单分散乳液；d)对得到的单分散乳液加热升温，进行乳液聚合，形成功能性纳米颗粒复合交联微球粉末。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤a)中单体溶液是有机溶剂中溶解有单体、交联剂和弓I发剂的溶液。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为疏水性有机溶剂。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述的疏水性有机溶剂是下列中的一种或几种甲苯、二甲苯、对氯甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、石油醚、正己烷或环己烷。
15.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤b)中稳定剂和/或乳化剂选自下列中的一种或几种十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇或吐温20。
16.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述的交联剂的浓度为O.2-0. 75g/mL0
17.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述的引发剂的浓度为O.001—0. 02 g/mLo
18.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤a)中功能性纳米颗粒的浓度是O. 2-1 nM/L。
19.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤c)中多孔膜是SPG多 1膜、陶瓷多孔膜或MPG多孔膜。
20.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述的多孔膜的孔径是O.5-5μ m0
21.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤c)中气体压力的大小是 18-28 KPa0
22.权利要求1-10任一所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末在检测样品中一种或多种目标物中的应用。
23.一种基于功能性纳米颗粒复合交联微球的生物检测探针，其特征在于，所述的生物检测探针包含权利要求1-10任一所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末，所述的功能性纳米颗粒复合交联微球的表面偶联有探针分子。
24.根据权利要求23所述的生物检测探针，其特征在于，所述的探针分子选自下列中的一种或几种蛋白质、蛋白质片段或核酸。
25.权利要求23或24所述的生物检测探针在检测样品中一种或多种目标物中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种功能性纳米颗粒复合交联微球粉末及其制备方法和应用。所述的功能性纳米颗粒复合交联微球粉末包含有功能性纳米颗粒复合交联微球，所述的功能性纳米颗粒复合交联微球包含功能性纳米颗粒和单体、交联剂及引发剂，平均粒径为0.1-20μm，粒径分布变异系数≤9.6%。所述的制备方法是膜乳化技术和乳液聚合法的结合。本发明还涉及基于上述复合交联微球粉末的生物检测探针及该探针的应用。本发明的优点是可制备得到粒径均一的功能性纳米复合交联微球，制得的功能性纳米复合交联微球属于微米级且粒径变异系数小、单分散性好、性能优良，在生物检测、生物医药等领域具备广阔的应用前景。
文档编号B01J13/02GK102908960SQ20121033068
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者孙康, 孙锟, 窦红静, 李万万, 王刚 申请人:上海交通大学医学院附属新华医院