一种顺磁性聚合物复合微球及其制备方法与流程

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种顺磁性聚合物复合微球及其制备方法。

背景技术：

免疫磁珠是一种磁性聚合物复合材料，广泛应用于免疫检测、细胞分离、生物大分子纯化和分子生物学等领域。免疫磁珠的结构从里到外可分为三个部分：内层的磁核、中层的封闭层和最外层的功能层等三个部分。其中，磁核作为免疫磁珠的重要组成部分，直接影响着免疫磁珠的尺寸大小及其分布、磁分离等性能。同时，其性能的优劣也是获得高性能免疫磁珠的技术难点和重点。

目前，商品化的免疫磁珠有dyna系列和jsr系列等免疫磁珠。它们分别采用如下的策略，制备了其磁核：

dyna磁珠是以苯乙烯微球(直径1.0μm)为模板与丙烯酸或丙烯酸衍生物等单体进行聚合，向其表面引入多孔聚丙烯酸聚合物，制备孔状微球(直径2.2μm)。接着吸附铁离子，再经水解和沉积过程制备磁核；(us4774265)。dyna磁珠提供的技术方案中，以聚苯乙烯微球为模板，制备了多孔聚合物微球，其工艺相对复杂。

jsr磁珠是以聚苯乙烯微球为模板，将磁流体涂覆微球表面，制备了核-壳型磁核(ep0344270b1)；此外，还有专利以疏水性磁流体与聚合单体(苯乙烯或丙烯酸衍生物)进行聚合，直接得到磁核。(cn106487853a，

cn106040309a)。jsr磁珠磁珠提供的技术方案中，以聚苯乙烯微球为模板制备了核-壳型磁核，该过程中很难控制磁性粒子在模板微球表面的均匀涂覆，很难获得高磁含量聚合物复合微球；

此外，磁流体与聚合单体均匀混合，再经过聚合可以直接制备磁核。但该方法，由于磁流体与聚合单体之间的极性差异，导致聚合体系组分的相容性差。在聚合过程中，会引起磁流体和聚合单体的相分离，不易获得尺寸均一、高磁含量的磁核。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种顺磁性聚合物复合微球及其制备方法，本发明提供的顺磁性聚合物复合微球制备方法简单，得到的产物尺寸均一，磁含量高。

本发明提供了一种顺磁性聚合物复合微球的制备方法，包括以下步骤：

a)将水溶性酚类化合物、水溶性醛类化合物、催化剂和水相溶剂混合，得到水相混合液；

b)将表面活性剂与油相溶剂混合，得到油相混合液；

c)将所述水相混合液与油相混合液混合，进行反相乳液聚合反应，得到酚醛聚合物微球；

d)将所述酚醛聚合物微球置于铁盐的水溶液和/或亚铁盐的水溶液中，进行水解反应，得到顺磁性聚合物复合微球。

优选的，所述水溶性酚类化合物选自苯酚及其衍生物、二酚类化合物；

所述水溶性醛类化合物选自苯甲醛及其衍生物、甲醛和多聚甲醛中的一种或多种；

所述水溶性酚类化合物和水溶性醛类化合物的物质的量比1:0.8～1:3。

优选的，所述催化剂选自碳酸盐、碳酸氢盐和弱碱性无机盐中的一种或多种；

所述催化剂与水溶性酚类化合物的物质的量比为(0.0001～0.1)：1；

所述水相溶剂选自水或水与醇类混合液。

优选的，所述油相溶剂选自烷烃类溶剂和芳香烃类溶剂中的一种或多种。

优选的，所述表面活性剂选自span-20、span-40、span-60、span-80、tween-20、tween-40、tween-60和tween-80中的一种或多种。

优选的，所述反相乳液聚合反应为：

将水相混合液滴加至油相混合液中，进行乳化，得到乳化液；

将所述乳化液在搅拌条件下进行加热反应，得到酚醛聚合物微球。

优选的，所述加热反应的温度为30～80℃，所述加热反应的时间为1～24小时。

优选的，所述铁盐的水溶液选自硫酸铁水溶液或氯化铁水溶液；

所述亚铁盐的水溶液选自硫酸亚铁水溶液或氯化亚铁水溶液；

所述铁盐的水溶液中，铁盐的浓度为0.001～0.1g/ml；

所述亚铁盐的水溶液中，亚铁盐的浓度为0.001～0.1g/ml。

优选的，在水解反应之前，将酚醛聚合物微球分散于乙醇中进行处理后再去除乙醇；

在所述水解反应过程中，还加入氨水。

本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的顺磁性聚合物复合微球，其特征在于，所述顺磁性聚合物复合微球中fe3o4的含量为10wt％～30wt％，饱和磁化率为6～20emu/g。

与现有技术相比，本发明提供了一种顺磁性聚合物复合微球的制备方法，包括以下步骤：a)将水溶性酚类化合物、水溶性醛类化合物、催化剂和水相溶剂混合，得到水相混合液；b)将表面活性剂与油相溶剂混合，得到油相混合液；c)将所述水相混合液与油相混合液混合，进行反相乳液聚合反应，得到酚醛聚合物微球；d)将所述酚醛聚合物微球置于铁盐的水溶液和/或亚铁盐的水溶液中，进行水解反应，得到顺磁性聚合物复合微球。本发明提供的顺磁性聚合物复合微球的制备方法简单，得到的复合微球尺寸均一可控。同时，所制备的多孔聚合物微球具有较大的比表面积，有利于四氧化三铁的吸附和沉积，可提高磁响应速度。

结果表明，本发明提供的顺磁性聚合物复合微球平均尺寸为1.0～1.5μm，相对尺寸分布为10％～12％，其中fe3o4的含量为10wt％～30wt％，饱和磁化率为6～20emu/g。

附图说明

图1为实施例1制备的多孔酚醛聚合物微球的sem图；

图2为实施例2制备的多孔酚醛聚合物微球的sem图；

图3为实施例3制备的多孔酚醛聚合物微球的sem图。

具体实施方式

本发明提供了一种顺磁性聚合物复合微球的制备方法，包括以下步骤：

a)将水溶性酚类化合物、水溶性醛类化合物、催化剂和水相溶剂混合，得到水相混合液；

b)将表面活性剂与油相溶剂混合，得到油相混合液；

c)将所述水相混合液与油相混合液混合，进行反相乳液聚合反应，得到酚醛聚合物微球；

d)将所述酚醛聚合物微球置于铁盐的水溶液和/或亚铁盐的水溶液中，进行水解反应，得到顺磁性聚合物复合微球。

本发明首先制备水相混合液和油相混合液，本发明对二者的制备顺序没有特殊限制。

其中，水相混合液按照如下方法进行制备：

将水溶性酚类化合物、水溶性醛类化合物、催化剂和水相溶剂混合，得到水相混合液。

具体的，所述水溶性酚类化合物选自苯酚及其衍生物、二酚类化合物，优选为苯酚和间苯二酚；

所述水溶性醛类化合物选自苯甲醛及其衍生物、甲醛和多聚甲醛中的一种或多种，优选为甲醛，所述甲醛以甲醛水溶液的形式加入至反应体系中。

所述水溶性酚类化合物和水溶性醛类化合物的物质的量比为1:0.8～1:3，优选为1:1.0～1:2.5，进一步优选为1:1.5～1:2.0。

所述催化剂选自碳酸盐、碳酸氢盐和弱碱性无机盐中的一种或多种，优选为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。

所述催化剂与水溶性酚类化合物的物质的量比为(0.0001～0.1)：1，优选为(0.0005～0.05)：1，进一步优选为(0.001～0.01)：1。

所述水相溶剂选自水或水与醇类混合液。所述醇类选自甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。

所述油相混合液的制备方法为：

将表面活性剂与油相溶剂混合，得到油相混合液。

其中，所述油相溶剂选自烷烃类溶剂和芳香烃类溶剂中的一种或多种，优选为石油醚，正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十二烷、甲苯、苯。

所述表面活性剂选自span-20、span-40、span-60、span-80、tween-20、tween-40、tween-60和tween-80中的一种或多种。

所述表面活性剂在所述油相混合液中的浓度范围为0.001～0.1g/ml，优选为0.005～0.05g/ml，进一步优选为0.01～0.03g/ml。

将所述水相混合液与油相混合液混合，进行反相乳液聚合反应，得到酚醛聚合物微球。

具体的，将水相混合液滴加至油相混合液中，进行乳化，得到乳化液；

所述水相混合液与油相混合液的体积比为5％～50％，优选为10％～40％，进一步优选为20％～30％。

所述乳化采用高剪切乳化机进行乳化，水相混合液滴加至油相混合液滴加完毕后，继续乳化1～10min。

然后，将所述乳化液在搅拌条件下进行加热反应，得到酚醛聚合物微球。

所述搅拌优选为机械搅拌，述加热反应的温度为30～80℃，优选为40～70℃，进一步优选为50～60℃，所述加热反应的时间为1～24小时。

反应完毕，将反应液冷却至室温，进行离心分离，得到下层的固体组分。将所述固体组分分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化。最后，进行真空干燥即可得到酚醛聚合物微球。

其中，所述酚醛聚合物微球为多孔结构，具有较大的比表面积，有利于四氧化三铁的吸附和沉积，可提高磁响应速度。

将得到的酚醛聚合物微球分散于乙醇中进行处理后再去除乙醇，该步骤有利于酚醛聚合物微球更好的分散于铁盐的水溶液和/或亚铁盐的水溶液中。

然后，将经过乙醇处理后的酚醛聚合物微球置于铁盐的水溶液和/或亚铁盐的水溶液中，进行水解反应。

将酚醛聚合物微球置于铁盐的水溶液和/或亚铁盐的水溶液中进行浸泡，得到微球悬浮液。浸泡的时间优选为6～24小时。

在进行水解反应过程中，还加入了氨水，以促进水解反应。

所述水解反应的时间为20～100℃，所述水解的时间为0.5-5。

反应完毕，冷却至室温，反应液进行离心分离，得到下层的固体组分，将下层的固体组分分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化，最后进行干燥，得到顺磁性聚合物复合微球。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的顺磁性聚合物复合微球，所述顺磁性聚合物复合微球平均尺寸为1.0～1.5μm，相对尺寸分布为10％～12％，其中fe3o4的含量为10wt％～30wt％，饱和磁化率为6～20emu/g。

本发明提供的顺磁性聚合物复合微球即为免疫磁珠内层的磁核。

本发明还提供了一种免疫磁珠，包括内层的磁核、中层的封闭层和最外层的功能层。所述内层的磁核为上述顺磁性聚合物复合微球。

本发明通过水溶性酚类与醛类进行反相乳液聚合，一步制备尺寸可控、尺寸分布均一的多孔酚醛聚合物微球。接着，将其浸泡至铁离子和/或亚铁离子溶液中吸附铁离子和/或亚铁离子，再经水解，制备磁性聚合物复合微球，即磁核。

本发明提供的顺磁性聚合物复合微球的制备方法简单，磁核结构修饰简便，得到的复合微球尺寸均一可控。同时，所制备的多孔聚合物微球具有较大的比表面积，有利于四氧化三铁的吸附和沉积，可提高磁响应速度。

结果表明，本发明提供的顺磁性聚合物复合微球平均尺寸为1.0～1.5μm，相对尺寸分布为10％～12％，其中fe3o4的含量为10wt％～30wt％，饱和磁化率为6～20emu/g。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的顺磁性聚合物复合微球及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

将间苯二酚(1.04g)、37％的甲醛水溶液(1.07g)、碳酸钠(0.05g)和水(2.8g)混合，溶解制备水相。向span-20的正己烷溶液(0.02g/ml，50ml)中滴加上述制备的水相，同时利用高剪切乳化机进行乳化，滴加完毕，继续乳化2min，制备乳液。接着将乳液转移至反应瓶中，60℃下机械搅拌5小时。反应完毕，反应液冷却至室温，进行离心分离。得到的固体组分，分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化。最后，在60℃下进行真空干燥即可得到酚醛聚合物微球，平均尺寸为1.0um,相对尺寸分布为12％，比表面积为16m²/g

称取0.2g聚合物微球加入20ml的乙醇进行超声分散，离心除去大部分乙醇，接着加入feso4水溶液(1.0％溶液)，浸泡。24h后，将聚合物悬浮液加热至80℃，并滴加1ml氨水，水解1h。反应完毕，冷却至室温，反应液进行离心分离。得到的固体组分，分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化，最后在60℃下进行干燥即可得到磁性聚合物复合微球，平均尺寸为1.0um，相对尺寸分布为12％，fe3o4含量为15.2％，饱和磁化率为8emu/g。

实施例2

将间苯二酚(1.04g)、37％的甲醛水溶液(1.07g)、碳酸钠(0.05g)和水(5.6g)混合溶解制备水相。向span-20的正己烷溶液(0.02g/ml，50ml)中滴加上述制备的水相，同时利用高剪切乳化机进行乳化，滴加完毕，继续乳化2min，制备乳液。接着将乳液转移至反应瓶中，60℃下机械搅拌5小时。反应完毕，反应液冷却至室温并进行离心分离。得到的固体组分，分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化。最后，在60℃下进行真空干燥即可得到酚醛聚合物微球，平均尺寸为1.5um，相对尺寸分布为10％，比表面积为20m²/g。

称取0.2g聚合物微球加入20ml的乙醇进行超声分散，离心除去大部分乙醇，接着加入feso4水溶液(1.0％溶液)，浸泡。24h后，将聚合物悬浮液加热至80℃，并滴加1ml氨水水解1h。反应完毕，冷却至室温，反应液进行离心分离。得到的固体组分，分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化，最后在60℃下进行干燥即可得到磁性聚合物复合微球，平均尺寸为1.5um，相对尺寸分布为10％，fe3o4含量为13.2％，饱和磁化率为7emu/g。

实施例3

将间苯二酚(1.04g)、37％的甲醛水溶液(1.07g)、碳酸钠(0.05g)和水(1.4g)混合溶解制备水相。向span-20的正己烷溶液(0.02g/ml，50ml)中滴加上述制备的水相，同时利用高剪切乳化机进行乳化，滴加完毕，继续乳化2min，制备乳液。接着将乳液转移至反应瓶中，60℃下机械搅拌5小时。反应完毕，反应液冷却至室温并进行离心分离。得到的固体组分，分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化。最后，在60℃下进行真空干燥即可得到酚醛聚合物微球，平均尺寸为1.5um，相对尺寸分布为14％，比表面积为12m²/g。

称取0.2g聚合物微球加入20ml的乙醇进行超声分散，离心除去大部分乙醇，接着加入feso4水溶液(1.0％溶液)，浸泡。24h后，将聚合物悬浮液加热至80℃，并滴加1ml氨水水解1h。反应完毕，冷却至室温，反应液进行离心分离。得到的固体组分，分别用丙酮、水和乙醇进行超声清洗和离心分离进行纯化。最后在60℃下进行干燥即可得到磁性聚合物复合微球，平均尺寸为1.5um，相对尺寸分布为14％，fe3o4含量为23.3％，饱和磁化率为13emu/g。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。