專利名稱：一種磁性高分子微球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性高分子微球及其制備方法。
磁性高分子微球適用于作診斷和固定化酶的載體、細(xì)菌隔離的載體、細(xì)胞富集的載體、核酸和蛋白質(zhì)隔離和純化的載體，以及靶向藥物的載體。
所說(shuō)的磁性高分子微球具有在外磁場(chǎng)的作用下快速地富集，而當(dāng)外磁場(chǎng)撤消后，又可以重新分散的特點(diǎn)。賦予這種磁性高分子微球表面特殊的功能基團(tuán)，則可通過(guò)對(duì)功能基團(tuán)的修飾，如偶聯(lián)抗體、核酸的引物鏈等，使微球具有特異性地捕獲目標(biāo)生物和醫(yī)藥制品的特性，特別適合于生物和醫(yī)藥制品的分離和純化。而且作為一種新型的藥物載體，可以在外加磁場(chǎng)的作用下靶向到達(dá)身體病變部位，起到靶向治療的效果。從而被廣泛應(yīng)用于生物和藥物研究以及臨床應(yīng)用。
目前，磁性高分子微球通常采用以下三種典型的合成路線(1)將可磁化的親油性磁性粒子分散在可聚合的單體中，采用懸浮聚合制備磁性高分子微球，如中國(guó)專利ZL92105584.6所公開的技術(shù)；(2)將親油性磁性粒子分散在含乙烯基芳香烴單體的有機(jī)相中，采用乳化劑將有機(jī)相和水相均勻混合后再聚合，可制成粒徑較小的磁性高分子微球，如USP4358388所公開的技術(shù)；(3)在含特殊功能團(tuán)的多孔聚合物微球存在的條件下，沉淀鐵化合物，并氧化使其形成磁性粒子引入進(jìn)多孔聚合物微球中，制成均勻大尺寸磁性高分子微球，如USP4654267和UPS4774265所公開的技術(shù)。
然而，上述方法(1)的磁性粒子采用長(zhǎng)鏈脂肪酸處理使其獲得親油性，仍難與苯乙烯這樣的單體良好地潤(rùn)濕，得到的高分子磁性微球磁含量不易提高，磁響應(yīng)較低。方法(2)制備得到的磁性高分子微球，磁性粒子在微球中分散不均勻，大多分散在微球的表層，裸露的磁性粒子對(duì)生物和醫(yī)藥制品有毒害作用，限制了其應(yīng)用范圍。方法(3)制備得到的磁性高分子微球，盡管微球的粒度分布很好，但是制備工藝復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)的周期長(zhǎng)，且仍存在裸露的磁性粒子問(wèn)題。
此后，一些專利對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，如日本專利JP16164/1993采用在磁性高分子微球表面沉積高分子膜并進(jìn)行噴霧干燥的方法，包裹住微球，不讓其有裸露的磁性粒子，但此方法僅適用于有限的工業(yè)領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的之一就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的這些問(wèn)題，提出一種具有超順磁性、磁性粒子被聚合物型分散劑包裹且均勻分散于聚合物中的磁性高分子微球；本發(fā)明的目的之二在于公開目的之一所述的磁性高分子微球的制備方法。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的(1)制備具有超順磁性的納米磁性粒子，用聚合物型潤(rùn)濕分散劑對(duì)納米磁性粒子進(jìn)行包覆，然后將其轉(zhuǎn)移到聚合反應(yīng)的單體相中。這樣，即可避免磁性粒子的裸露，又使其容易在聚合反應(yīng)的單體相中均勻地分散；(2)按照一定比例配制反應(yīng)溶液，包括單體、共聚單體、交聯(lián)劑和聚合物型潤(rùn)濕分散劑包覆的納米磁性粒子，在高剪切均化器的作用下使其均勻地分散，制得穩(wěn)定的乳膠液。
(3)用油溶性引發(fā)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到磁性粒子均勻分散于微球的磁性高分子微球。反應(yīng)結(jié)束后，利用磁場(chǎng)可以將磁性高分子微球從反應(yīng)體系中分離出來(lái)，重新分散在水或其它溶劑中。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案本發(fā)明所說(shuō)的磁性高分子微球包括磁性粒子、高分子聚合物和聚合物型潤(rùn)濕分散劑，磁性粒子約占高分子微球總重量的5～70％，最佳重量比為15～60％。磁性高分子微球的直徑在0.1～10μm之間，最佳為0.5～5μm。聚合物型潤(rùn)濕分散劑的比例為磁性粒子的5～15％。
所說(shuō)的聚合物型潤(rùn)濕分散劑的主鏈結(jié)構(gòu)為聚酯聚醚，與納米磁性粒子表面結(jié)合的錨固基團(tuán)為多種極性基團(tuán)的復(fù)配物，其中包括胺基、羧基、羥基或磺酸基，如上海三正高分子材料有限公司產(chǎn)品，CH-2。
本發(fā)明所說(shuō)的納米磁性粒子可以包括超順磁性的納米Fe3O4粒子、納米γ-Fe2O3粒子或摻過(guò)渡金屬元素如鉻、鈷、銅、鎂、錳、鎳、鋅和它們的混合物納米鐵氧體粒子等，最合適的是納米Fe3O4粒子。
所說(shuō)的高分子聚合物為乙烯基芳香烴單體，如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙基苯乙烯等，與帶有功能基團(tuán)的不飽和烴單體，如甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯等的共聚物。
上述的磁性高分子微球的制備方法包括如下步驟1)超順磁性的納米Fe3O4粒子或其它鐵氧體粒子的制備將一定量的氨水或NaOH水溶液緩慢加入FeCl2與FeCl3混合液(或含部分過(guò)渡金屬鹽以取代等摩爾相應(yīng)價(jià)態(tài)的鐵鹽)中，直至pH值為8～11，最好為10～11。然后，在55～90℃下攪拌0.5～5小時(shí)。二價(jià)與三價(jià)金屬鹽的摩爾比為0.4～0.6。得到粒徑小于30nm的超順磁性的納米Fe3O4粒子或其它鐵氧體粒子懸浮液。再加入0.5～1％重量比的低分子量分散劑如六偏磷酸鈉，熟化30～60min后，冷卻至室溫，用酸如HCl調(diào)pH至4～6，然后過(guò)濾，水洗，再醇洗，最后80℃干燥，得到超順磁性的納米Fe3O4粒子或其它鐵氧體粒子。
2)油溶性磁流體的制備油溶性磁流體是將步驟1)得到的超順磁性的納米Fe3O4粒子或其它鐵氧體粒子加上5～15％的聚合物型潤(rùn)濕分散劑和乙烯基芳香烴單體攪拌混合，配制成含納米磁性粒子為5～70％油溶性的乙烯基芳香烴磁流體。
所說(shuō)的聚合物型潤(rùn)濕分散劑的主鏈結(jié)構(gòu)為聚酯聚醚，與納米磁性粒子表面結(jié)合的錨固基團(tuán)為多種極性基團(tuán)的復(fù)配物，其中包括胺基、羧基、羥基或磺酸基，以及商用的聚酯聚醚超分散劑，如上海三正高分子材料有限公司產(chǎn)品，CH-2。
3)乳膠液的制備將該油溶性的磁流體在攪拌情況下逐漸加入到共聚單體和交聯(lián)劑中，然后將油溶性引發(fā)劑加入到聚合反應(yīng)體系。最好是先將引發(fā)劑溶于少量單體后以溶液的方式加入。引發(fā)劑與反應(yīng)體系的重量比為0.1～10％，最好為0.5～2％。
所說(shuō)的共聚單體包括甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯等。
反應(yīng)中常用的交聯(lián)劑有二乙烯基苯等。
反應(yīng)中的交聯(lián)劑與單體的重量比為0～5％。
所說(shuō)的引發(fā)劑包括偶氮二異丁腈、雙乙酰過(guò)氧化物或十二烷酰過(guò)氧化物等。
待引發(fā)劑完全溶解后，加入水和分散劑，用高剪切均化器，如ULTRA-TURREX進(jìn)行乳化，直至乳膠液滴分布為0.05～10μm，最好為0.1～5μm。水與反應(yīng)體系的重量比為20～95％，最好為60～80％。分散劑與反應(yīng)體系的重量比為0～15％，最好為5～10％。
所說(shuō)的分散劑包括聚乙烯醇或聚吡咯烷酮等。
4)磁性高分子微球的制備將上述穩(wěn)定的乳液轉(zhuǎn)移到四口燒瓶中，在N2氣氛、攪拌的條件進(jìn)行聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)的溫度為30～130℃，最好為60～90℃。反應(yīng)時(shí)間為0.5～30小時(shí)，最好為4～8小時(shí)，即獲得本發(fā)明的磁性高分子微球。
反應(yīng)得到的磁性高分子微球大小分布為0.1～10μm，較好的實(shí)驗(yàn)條件下，得到的磁球大小分布在0.5～5μm。微球內(nèi)部磁性粒子的含量為5～70％。利用磁場(chǎng)對(duì)微球進(jìn)行分離，分離得到的磁性微球可以重新分散在水或乙醇等體系中。
上述制得的磁性高分子微球具有如下特點(diǎn)(1)磁性粒子在高分子微球內(nèi)部分散均勻，無(wú)裸露磁粒子，1g這種磁性高分子微球浸沒(méi)在10mL1M的HCl中，70℃浸泡2h，鐵離子濃度低于10ppm；(2)對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)強(qiáng)；(3)微球均勻一致，對(duì)各種水溶液分散性較好。這種磁性高分子微球可以接生物活性物質(zhì)，如抗體、抗原、酶、蛋白質(zhì)或核酸。特別適用于生物和醫(yī)藥制品的分離和純化方面。
下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1將1.0mol/L NaOH水溶液緩慢加入1.0mol/L的FeCl2和2.0mol/L的FeCl3混合水溶液中，直至pH值為10。然后在85℃下攪拌1h，得到超順磁性的納米Fe3O4粒子懸浮液。再加入0.5％重量比的分散劑六偏磷酸鈉，熟化40min后，冷卻至室溫，再用HCl調(diào)pH至5，然后過(guò)濾，水洗，醇洗，然后80℃干燥，得到超順磁性的納米Fe3O4粒子。用透射電子顯微鏡(TEM)觀察，F(xiàn)e3O4粒子的粒徑為8～12nm。實(shí)施例2將實(shí)施例1制得的納米Fe3O4粒子20g，聚合物型潤(rùn)濕分散劑(CH-2，上海三正高分子材料有限公司)2g，苯乙烯60g攪拌混合，制成苯乙烯磁流體。實(shí)施例3稱取0.2g偶氮二異丁腈倒入500mL的小燒杯中，加入30mL苯乙烯磁流體1.5mL甲基丙烯酸甲脂，攪拌至偶氮二異丁腈完全溶解。加入1％的聚乙烯醇水溶液20mL，去離子水140mL，用ULTRA-TURREX均化器高速均勻分散，至乳液液滴分布在0.2～10μm。實(shí)施例4將其倒入四口燒瓶反應(yīng)器中，在N2氣氛下，80℃攪拌反應(yīng)5小時(shí)出料，在外磁場(chǎng)的作用下分別用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌3次，然后轉(zhuǎn)移至無(wú)水乙醇相中。用Coulter公司LS-230激光粒度儀測(cè)得磁性高分子微球的平均粒徑為2.1μm，偏差系數(shù)為7.9％，用熱重分析磁球的磁性固體物含量為24.7％。將1g這種磁性高分子微球浸沒(méi)在10mL1M的HCl中，70℃浸泡2h，測(cè)得鐵離子濃度低于10ppm。實(shí)施例5除了用0.9mol/L的FeCl2與0.1mol/L的NiCl2的混合溶液取代1.0mol/L的FeCl2水溶液外，其它條件同實(shí)施例1，得到超順磁性的納米Ni0.1Fe2.9O4粒子。用透射電子顯微鏡(TEM)觀察，其粒徑仍為8～12nm。再按實(shí)施例2的步驟，用40gα-甲基苯乙烯取代實(shí)施例2中的60g苯乙烯，得到α-甲基苯乙烯磁流體。最后按實(shí)施例3和4的步驟，得到磁性高分子微球。其平均粒徑為3.8μm，偏差系數(shù)為9.5，磁含量為37.5％。將1g這種磁性高分子微球浸沒(méi)在10mL1M的HCl中，70℃浸泡2h，測(cè)得鐵離子濃度也低于10ppm。
權(quán)利要求
1．一種磁性高分子微球，其特征在于，該微球包括磁性粒子、高分子聚合物和聚合物型潤(rùn)濕分散劑，磁性粒子占高分子微球總重量的5～70％，磁性高分子微球的直徑為0.1～10μm；所說(shuō)的納米磁性粒子包括超順磁性的納米Fe3O4粒子、納米γ-Fe2O3粒子或摻鉻、鈷、銅、鎂、錳、鎳、鋅及其混合物納米鐵氧體粒子；所說(shuō)的高分子聚合物為乙烯基芳香烴單體與帶有功能基團(tuán)的不飽和烴單體的共聚物；所說(shuō)的聚合物型潤(rùn)濕分散劑的主鏈結(jié)構(gòu)為聚酯聚醚，與納米磁性粒子表面結(jié)合的錨固基團(tuán)為多種極性基團(tuán)的復(fù)配物，其中包括胺基、羧基、羥基或磺酸基，其含量為磁性粒子的5～15％。
2．如權(quán)利要求1所述的磁性高分子微球，其特征在于，磁性粒子占高分子微球總重量的15～60％，磁性高分子微球的直徑為0.5～5μm；所說(shuō)的納米磁性粒子是納米Fe3O4粒子；所說(shuō)的高分子聚合物為苯乙烯、α-甲基苯乙烯或乙基苯乙烯與甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯的共聚物。
3．如權(quán)利要求1或2所述的磁性高分子微球的制備方法包括如下步驟1)超順磁性的納米Fe3O4粒子或其它鐵氧體粒子的制備將氨水或NaOH水溶液加入FeCl2與FeCl3混合液或含部分過(guò)渡金屬鹽以取代等摩爾相應(yīng)價(jià)態(tài)的鐵鹽中，直至pH值為8～11，反應(yīng)0.5～5小時(shí)，二價(jià)與三價(jià)金屬鹽的摩爾比為0.4～0.6，再加入0.5～1％重量比的分散劑，熟化，用酸調(diào)pH至4～6，然后用常規(guī)的方法收集超順磁性的納米Fe3O4粒子或其它鐵氧體粒子；2)油溶性磁流體的制備將步驟1)得到的鐵氧體粒子加上5～15％的聚合物型潤(rùn)濕分散劑和乙烯基芳香烴單體，獲得含納米磁性粒子的油溶性的乙烯基芳香烴磁流體；所說(shuō)的聚合物型潤(rùn)濕分散劑的主鏈結(jié)構(gòu)為聚酯聚醚，與納米磁性粒子表面結(jié)合的錨固基團(tuán)為多種極性基團(tuán)的復(fù)配物，其中包括胺基、羧基、羥基或磺酸基；3)乳膠液的制備將上述油溶性的磁流體加入到共聚單體和交聯(lián)劑中，然后將油溶性引發(fā)劑加入到聚合反應(yīng)體系，引發(fā)劑與反應(yīng)體系的重量比為0.1～10％；所說(shuō)的共聚單體包括甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯；反應(yīng)中的交聯(lián)劑與單體的重量比為0～5％；所說(shuō)的引發(fā)劑包括偶氮二異丁腈、雙乙酰過(guò)氧化物或十二烷酰過(guò)氧化物；然后加入水和分散劑進(jìn)行乳化，水與反應(yīng)體系的重量比為20～95％，分散劑與反應(yīng)體系的重量比為0～15％；所說(shuō)的分散劑包括聚乙烯醇或聚吡咯烷酮；4)磁性高分子微球的制備將上述乳膠液在N2氣氛下進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)的溫度為30～130℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～30小時(shí)，即獲得本發(fā)明的磁性高分子微球。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在步驟1)中將氨水或NaOH水溶液加入FeCl2與FeCl3混合液或含部分過(guò)渡金屬鹽以取代等摩爾相應(yīng)價(jià)態(tài)的鐵鹽中，直至pH值為10～11。
5．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所說(shuō)的聚合物型潤(rùn)濕分散劑為上海三正高分子材料有限公司產(chǎn)品，CH-2。
6．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，先將引發(fā)劑溶于少量單體后以溶液的方式加入，引發(fā)劑與反應(yīng)體系的重量比0.5～2％。
7．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，交聯(lián)劑為二乙烯基苯。
8．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，加入水和分散劑進(jìn)行乳化時(shí)，水與反應(yīng)體系的重量比為60～80％，分散劑與反應(yīng)體系的重量比為5～10％。
9．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，聚合反應(yīng)的溫度為60～90℃，反應(yīng)時(shí)間為4～8小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性高分子微球及其制備方法。所說(shuō)的磁性高分子微球?yàn)橛纱判粤Ｗ优c高分子聚合物構(gòu)成的組合物,該磁性高分子微球大小分布為0.1~10μm,微球內(nèi)部磁性粒子的含量為5~70%。磁性粒子在高分子微球內(nèi)部分散均勻、對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)強(qiáng)、微球均勻一致,適用于作診斷和固定化酶的載體、細(xì)菌隔離的載體、細(xì)胞富集的載體、核酸和蛋白質(zhì)隔離和純化的載體,以及靶向藥物的載體,特別適用于生物和醫(yī)藥制品的分離和純化。
文檔編號(hào)C08K3/00GK1302831SQ0110511
公開日2001年7月11日 申請(qǐng)日期2001年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月9日
發(fā)明者朱以華, 王強(qiáng)斌, 王勝林, 古宏晨 申請(qǐng)人:上海博納科技發(fā)展有限公司, 華東理工大學(xué)