專利名稱：一種超大孔晶膠微球及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超大孔晶膠微球及其制備方法。
背景技術：
晶膠(Cryogel)是一種具有超大孔隙的親水性彈性多孔材料，在生物分離、固定化酶或細胞以及組織工程領域有重要應用前景(Kumar，Journal of Immunological Methods 2003,283 :185-194 ；Efremenko φ, J Biochem Biophys Methods 2002,51 195-201 ；Kumar 等，Biomed Mater2008,3 :034008 ；Bacheva 等，Bioorg Med Chem Lett 2001,11 :1005-1008 ；Efremenko φ, J Biochem Biophys Methods 2002,51 :195-201 ； Lozinsky 等，Trends in Biotechnology 2003,21 :445-451 ；Lozinsky 等，Enzyme and Microbial Technology 1996,18:561-569 ；B Igen等，Journal of Biomedical Materials Research Part A 2009,91 :60-68 ；Tripathi 等，Journal of Biomedical Materials Research Part A 2009，90 :680-694)?，F(xiàn)有的晶膠材料主要為塊狀、圓柱狀或圓片狀的整體介質(monolith)，微米級粒狀晶膠微球的制備不易，尤其是制備尺寸可控的晶膠微球是一個難題。目前國內外關于晶膠微球的報道很少，骨架材料單一?，F(xiàn)有文獻資料中(Kumar 等，Journal of Molecular Recognition 2005,18 :84-93)曾用液體噴嘴將聚乙烯醇分散在石油醚中，經冷凍致孔得到粒徑在200 500 μ m、孔徑0. 1 1 μ m的聚乙烯醇晶膠微球。 但是，采用該方法粒徑不易控制，所得微球粒徑變化范圍大，孔隙尺寸小。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種超大孔晶膠微球及其制備方法，所述的晶膠微球骨架材料為聚丙烯酰胺，微球骨架內根據(jù)需要可以添加亞微米的惰性固相顆粒。本發(fā)明采用的技術方案是一種超大孔晶膠微球，微球粒徑范圍500 1500 μ m，平均粒徑800 1300 μ m， 粒徑多分散指數(shù)0. 16 0. 3，孔徑1 80 μ m，孔隙率90 98%，以聚丙烯酰胺為骨架材料按如下方法制備得到(1)將丙烯酰胺單體和交聯(lián)劑溶于水中，攪拌均勻、加入或者不加入亞微米級的惰性固相顆粒，預冷至0 4°C，加入引發(fā)劑和加速劑作催化劑，制成水相；( 將表面活性劑加入至與水不相溶的有機溶劑中，制成油相；C3)將油相和水相注入 “十”字對沖微通道中進行流體聚焦，在微通道內形成尺寸均勻且不含或者含有固相顆粒的水相液滴，此水相液滴懸浮在油相溶液中；(4)將步驟C3)懸浮在油相溶液中的水相液滴在-30°C -10°C下進行冷凍結晶致孔和聚合反應，形成微球骨架，反應結束后升溫至室溫，使冰晶融化形成超大孔隙；除去殘留的油相、未反應的單體、交聯(lián)劑及催化劑，得到所述超大孔晶膠微球。所述交聯(lián)劑為丙烯酰胺單體聚合的常用交聯(lián)劑，可為下列之一或其的混合物N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺、N，N'-雙丙烯酰胺基乙二胺；所用催化劑為該體系聚合反應的常規(guī)引發(fā)劑和加速劑，所述引發(fā)劑為過硫酸銨；所述加速劑為四甲基乙二胺；所述惰性顆粒為亞微米(粒徑IOOnm 1. 0 μ m)尺度的下列之一或其中兩種以上的混合物二氧化硅顆粒、二氧化鈦顆粒、碳化硅顆粒；所述表面活性劑為常規(guī)油溶性表面活性劑，可為下列之一 司盤85，司盤80、司盤60、司盤40 ；所述有機溶劑為下列之一乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙
酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯。本發(fā)明還涉及一種制備所述超大孔晶膠微球的方法，所述方法包括(1)將丙烯酰胺單體和交聯(lián)劑溶于水中，攪拌均勻、加入或者不加入亞微米級的惰性固相顆粒，預冷至0 4°C，加入引發(fā)劑和加速劑，制成水相；所述交聯(lián)劑為下列之一或其的混合物N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、N，N'-雙丙烯酰胺基乙二胺；所述引發(fā)劑為過硫酸銨；所述加速劑為四甲基乙二胺；所述惰性顆粒為亞微米(粒徑IOOnm 1.0 μ m)尺度的下列之一或其中兩種以上的混合物二氧化硅顆粒、二氧化鈦顆粒、碳化硅；(2)將表面活性劑加入至與水不相溶的有機溶劑中，制成油相；所述表面活性劑為下列之一司盤85，司盤80、司盤60、司盤40 ；所述有機溶劑為下列之一 丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯；(3)將油相和水相注入“十”字對沖微通道中進行流體聚焦，在微通道內形成尺寸均勻的水相液滴；所述微通道主道寬度和深度為500 800 μ m，流道截面為矩形，所述水相與油相流速比為1 2 1 24;水相流速(按主通道尺寸計)范圍為0.5 5cm/s，油相流速(按主通道尺寸計)范圍為1 12cm/s ；(4)將步驟(3)水相液滴在-30°C -10°C下進行冷凍結晶致孔和聚合反應，反應結束后升溫至室溫，用大量水沖洗除去殘留的油相、未反應的單體、交聯(lián)劑及催化劑，得到所述超大孔晶膠微球。優(yōu)選的，步驟(1)所得水相中，單體質量百分比濃度為7 10%，交聯(lián)劑質量用量為單體質量的5 40%，引發(fā)劑質量用量為單體質量的1 2%，加速劑質量用量為單體質量的1 2%，固相顆粒質量用量為單體質量的1 10%。步驟⑵所得油相中，表面活性劑質量含量為0. 5% 2%。步驟O)中，表面活性劑優(yōu)選為司盤80，有機溶劑優(yōu)選為庚酸乙酯。本發(fā)明提供的晶膠微球及其制備方法具有如下特點(1)本發(fā)明提供的晶膠微球粒徑分布范圍窄，粒徑大小較均勻，孔隙尺寸大，孔隙率高，孔道連通性好，具有一定的機械強度，干燥后重新吸水迅速恢復原來的形狀。(2)本發(fā)明利用微通道流體聚焦技術成滴，形成的微滴尺寸均一，經結晶致孔和聚合反應形成的晶膠微球，其粒徑分布窄，粒徑大小通過油水相的流速、單體濃度等制備參數(shù)進行調節(jié)，實現(xiàn)了晶膠微球顆粒的可控制備。(3)本發(fā)明制備中采用了金屬板載微通道，能夠根據(jù)具體應用需要方便地進行放大，實現(xiàn)晶膠微球的規(guī)?；苽?。


圖1為實施例1晶膠微球形貌圖(SEM)；圖2為實施例1晶膠微球孔隙結構圖(SEM)；圖3為實施例2含有納米粒的晶膠微球孔隙結構圖(SEM)。具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此實施例1 將4.38丙烯酰胺單體、0.98交聯(lián)劑隊& -亞甲基雙丙烯酰胺溶于46. 8ml水中， 攪拌均勻后預冷至0 4°C ；加入62. 4mg過硫酸銨、26mg四甲基乙二胺，攪拌均勻，得水相溶液備用。采用主通道尺寸為540 μ mX 650 μ mX 210mm(寬X深X長)“十”字對沖微通道， 含0. 5%司盤80的庚酸乙酯為油相，于水相流速1. 4cm/s和油相流速3. 8cm/s進行成滴， 于下進行冷凍結晶致孔，待聚合反應完成，升溫至室溫；用大量水沖洗除去殘留的溶劑和未反應物，得到超大孔晶膠微球，孔隙率94%。用激光粒度儀進行粒徑分析表明，粒徑大小約580 1180 μ m,平均粒徑831 μ m, 多分散指數(shù)0.2。用掃描電鏡(SEM)進行形貌和孔隙大小分析表明，孔徑在3 50 μ m。微球形貌如圖1，孔隙結構如圖2。實施例2 將4.38丙烯酰胺單體、0.98交聯(lián)劑隊& -亞甲基雙丙烯酰胺溶于46. 8ml水中， 加入0. 16g亞微米級SiA顆粒，攪拌均勻后預冷至ο 4°C ；加入62. 4mg過硫酸銨、26mg四甲基乙二胺，攪拌均勻，得水相。其余制備條件同實施例1。所得超大孔晶膠微球孔隙率90 %，孔徑在1 40 μ m，粒徑大小約500 1200 μ m， 平均粒徑874 μ m，多分散指數(shù)0. 21?？紫督Y構如圖3。實施例3:將2. 5g丙烯酰胺單體、0. 55g交聯(lián)劑N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺溶于40. 5ml水中， 加入0. 25g亞微米的TW2顆粒，攪拌均勻后預冷至0 4°C ；加入37mg過硫酸銨、15. 4mg四甲基乙二胺，攪拌均勻，得水相。采用主通道尺寸為540μπιΧ650μπιΧ210_(寬X深X長)“十”字對沖微通道，含司盤60的己酸乙酯為油相，于水相流速1. 4cm/s和油相流速5. Ocm/s進行成滴， 于-30°C進行冷凍結晶致孔，待聚合反應完成，升溫至室溫，形成超大孔隙；用大量水沖洗除去殘留的溶劑和未反應物，得到超大孔晶膠微球，孔隙率95%，孔徑在5 80 μ m，粒徑大小約513 1175 μ m，平均粒徑853 μ m，多分散指數(shù)0. 23。實施例4 將1. 65g丙烯酰胺單體、0. 178交聯(lián)劑隊& -亞甲基雙丙烯酰胺和0. 16g交聯(lián)劑 N，N'-雙丙烯酰胺基乙二胺溶于19. 8ml水中，攪拌均勻后預冷至O 4°C ；加入33mg過硫酸銨、17mg四甲基乙二胺，攪拌均勻，得水相。采用主通道尺寸為800 μ mX 670 μ mX 70mm (寬X深X長)“十”字對沖微通道， 含0. 5%司盤85的乙酸乙酯為油相，于水相流速0. 5cm/s和油相流速12cm/s進行成滴， 于-15°C進行冷凍結晶致孔，待聚合反應完成，升溫至室溫，形成超大孔隙；用大量水沖洗除去殘留的溶劑和未反應物，得到超大孔晶膠微球，孔隙率98%，孔徑3 60 μ m，粒徑大小約890 1500 μ m，平均粒徑1200 μ m,多分散指數(shù)0. 19。
實施例5 將1. 7g丙烯酰胺單體、0. 68g交聯(lián)劑N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺溶于2細1水中， 加入0. 08g亞微米的SiA和0. 02g亞微米的SiC顆粒，攪拌均勻后預冷至0 4°C ；加入 33mg過硫酸銨、17mg四甲基乙二胺，攪拌均勻，得水相。采用主通道尺寸為800 μ mX 670 μ mX 70mm(寬X深X長)“十”字對沖微通道，含 0. 5%司盤40的辛酸乙酯為油相，于水相流速lcm/s和油相流速2cm/s進行成滴，于_20°C 進行冷凍結晶致孔，待聚合反應完成，升溫至室溫，形成超大孔隙；除去殘留的溶劑和未反應物，得到超大孔晶膠微球，孔隙率96%，孔徑1 50 μ m。用激光粒度儀進行粒徑分析表明，粒徑大小約1000 1500 μ m，平均粒徑1300 μ m,多分散指數(shù)0. 16。
權利要求
1.一種超大孔晶膠微球，微球粒徑范圍500 1500 μ m,平均粒徑800 1300 μ m,粒徑多分散指數(shù)0. 16 0. 3，孔徑1 80 μ m，孔隙率90 98%，以聚丙烯酰胺為骨架材料按如下方法制備得到(1)將丙烯酰胺單體和交聯(lián)劑溶于水中，攪拌均勻、加入或者不加入亞微米級的惰性固相顆粒，預冷至0 4°C，加入引發(fā)劑和加速劑，制成水相；( 將表面活性劑加入至與水不相溶的有機溶劑中，制成油相；C3)將油相和水相注入“十”字對沖微通道中進行流體聚焦，在微通道內形成尺寸均勻的水相液滴；(4)將步驟C3)水相液滴在-30°C -10°C下進行冷凍結晶致孔和聚合反應，反應結束后升溫至室溫，除去殘留的油相、未反應的單體、交聯(lián)劑及催化劑，得到所述超大孔晶膠微球。
2.如權利要求1所述的超大孔晶膠微球，其特征在于所述交聯(lián)劑為下列之一或其混合物N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、N, N'-雙丙烯酰胺基乙二胺；所述引發(fā)劑為過硫酸銨； 所述加速劑為四甲基乙二胺；所述惰性顆粒為下列之一或其中兩種以上的混合物二氧化硅顆粒、二氧化鈦顆粒、碳化硅顆粒；所述表面活性劑為下列之一司盤85，司盤80、司盤 60、司盤40 ；所述有機溶劑為下列之一乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯。
3.一種制備權利要求1所述超大孔晶膠微球的方法，所述方法包括(1)將丙烯酰胺單體和交聯(lián)劑溶于水中，攪拌均勻、加入或者不加入亞微米級的惰性固相顆粒，預冷至0 4°C，加入引發(fā)劑和加速劑，制成水相；所述交聯(lián)劑為下列之一或其混合物N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、N，N'-雙丙烯酰胺基乙二胺；所述引發(fā)劑為過硫酸銨； 所述加速劑為四甲基乙二胺；所述加速劑為四甲基乙二胺；所述惰性顆粒為亞微米(粒徑 IOOnm 1.0 μ m)尺度的下列之一或其中兩種以上的混合物二氧化硅顆粒、二氧化鈦顆粒、碳化硅顆粒；(2)將表面活性劑加入至與水不相溶的有機溶劑中，制成油相；所述表面活性劑為下列之一司盤85，司盤80、司盤60、司盤40 ；所述有機溶劑為下列之一乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯；(3)將油相和水相注入“十”字對沖微通道中進行流體聚焦，在微通道內形成尺寸均勻的水相液滴；所述微通道主道寬度和深度為500 800 μ m，流道截面為矩形，所述水相與油相流速比為1 2 1 24;(4)將步驟(3)水相液滴在-30°C -10°C下進行冷凍結晶致孔和聚合反應，反應結束后升溫至室溫，除去殘留的油相、未反應的單體、交聯(lián)劑及催化劑，得到所述超大孔晶膠微球。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于步驟(1)所得水相中，單體質量百分比濃度為7 10%，交聯(lián)劑質量用量為單體質量的5 40%，引發(fā)劑質量用量為單體質量的1 2%，加速劑質量用量為單體質量的1 2%，固相顆粒質量用量為單體質量的1 10%。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于步驟(2)所得油相中，表面活性劑質量含量為 0. 5% 2%。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于步驟(1)中，交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，引發(fā)劑為過硫酸銨，加速劑為四甲基乙二胺。
7.如權利要求3所述的方法，其特征在于步驟(2)中，表面活性劑為司盤80，有機溶劑為庚酸乙酯。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超大孔晶膠微球，微球粒徑范圍500～1500μm，平均粒徑800～1300μm，粒徑多分散指數(shù)0.16～0.3，孔徑1～80μm，孔隙率90～98％，以聚丙烯酰胺為骨架材料制得。本發(fā)明利用微通道流體聚焦技術成滴，形成的微滴尺寸均一，經結晶致孔和聚合反應形成的晶膠微球，其粒徑分布窄，粒徑大小通過油水相的流動進行調節(jié)，實現(xiàn)了晶膠微球顆粒的可控制備；制得的晶膠微球粒徑分布范圍窄，粒徑大小較均勻，孔隙尺寸大，孔隙率高，孔道連通性好，具有一定的機械強度，干燥后重新吸水迅速恢復原來的形狀。
文檔編號C08K3/34GK102382219SQ20111023606
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者關怡新, 姚克儉, 姚善涇, 屠長明, 張頌紅, 徐林紅, 林東強, 沈紹傳, 贠軍賢 申請人:中國地質大學(武漢), 浙江大學, 浙江工業(yè)大學