一種聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球及其制備方法和應(yīng)用，聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球由內(nèi)到外依次包括：聚合物內(nèi)核、超順磁性納米顆粒外殼和聚合物刷，所述聚合物刷由含羧基的水溶性不飽和單體通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合直接接枝到所述超順磁性納米顆粒外殼上。通過在磁納米顆粒表面接枝聚合物刷，可以大大增加微球的比表面積以及蛋白結(jié)合位點，提高了蛋白與材料相接觸的機(jī)會。另外，還便于在所述聚合物刷上進(jìn)一步接枝特定的功能基團(tuán)，提高微球與分離目標(biāo)特異性結(jié)合的能力，實現(xiàn)更精細(xì)的分離目的。所述制備方法簡單、提高了反應(yīng)體系的穩(wěn)定性、可操作性以及環(huán)境友好性，便于推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球及其制備方法與應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域，涉及一種聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球及其制備方法 與應(yīng)用。 技術(shù)背景
[0002] 超順磁性納米顆粒因其具有超順磁性、良好的生物相容性、單分散性、粒徑均一、 表面易于功能化等特點，被廣泛應(yīng)用于磁共振顯影、生物分離(細(xì)胞分離、蛋白分離等)、藥 物傳遞系統(tǒng)、磁熱療及基因治療等生物醫(yī)學(xué)方面。由于超順磁性納米顆粒的粒徑很小，在 用于生物分離時，在磁場作用下產(chǎn)生的磁作用力也很小，需要在很強(qiáng)的磁場下或作用很長 時間才能達(dá)到較好的分離效果。目前，有部分研究者通過將超順磁性納米顆粒與聚合物 混合制成復(fù)合微球C/ /?尤陳兒· /?尤陳CXe?. 2008,你，3900-3910)、C/ ifeter.泛￡皿2006, 7仏4480-4487)，來增加其在磁場作用下產(chǎn)生的磁作用力，使分離效率 得到了提高。
[0003] 然而，這類復(fù)合微球仍然存在不足，由于超順磁性納米顆粒表面可以與被分離物 結(jié)合的位點有限，且與目標(biāo)特異性結(jié)合的能力差，主要是靠吸附作用進(jìn)行較粗略的分離，其 分離效果十分有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供了一種聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球。
[0005] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)： 一種聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球，由內(nèi)到外依次包括：聚合物內(nèi)核、超順磁性納米顆 粒外殼和聚合物刷，所述聚合物刷由含羧基的水溶性不飽和單體通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合 直接接枝到所述超順磁性納米顆粒外殼上。在微球表面接枝聚合物刷，可以大大增加微球 的比表面積以及蛋白結(jié)合位點，提高了蛋白與材料相接觸的機(jī)會。另外，還便于在所述聚合 物刷上進(jìn)一步接枝特定的功能基團(tuán)，提高微球與分離目標(biāo)特異性結(jié)合的能力，實現(xiàn)更精細(xì) 的分離目的。選擇含羧基的水溶性不飽和烴作為單體，一方面便于在水溶液中進(jìn)行聚合，同 時使聚合物刷表面含有大量羧基，增加了蛋白與微球結(jié)合的位點，同時便于進(jìn)一步接枝其 他功能基團(tuán)進(jìn)行改性。
[0006] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，所述超順磁性納米顆粒 外殼可以是集中分布在所述聚合物內(nèi)核外圍的殼層，也可以是超順磁性納米顆粒彌散分布 在所述聚合物內(nèi)核中并大量裸露在所述聚合物內(nèi)核的外表面形成的嵌合在所述聚合物內(nèi) 核的外表面的殼層。作為可選，當(dāng)超順磁性納米顆粒在微球表面形成多層密堆積的外殼，一 方面有利于規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，且有利于提高微球的磁響應(yīng)能力，另一方面對高分子內(nèi)殼形 成嚴(yán)密的保護(hù)，減緩高分子材料的降解，且即使高分子材料部分降解也能保持其形狀，不會 立即崩塌，有利于延長復(fù)合微球的保存時間，更便于推廣應(yīng)用。
[0007] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，所述聚合物內(nèi)核表面含 有羧基或羥基或氨基，羧基或羥基或氨基可以與超順磁性納米顆粒形成牢固的結(jié)合，使復(fù) 合微球更穩(wěn)定。
[0008] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，所述聚合物內(nèi)核可以是 實心微球，也可以是空心微球。其中實心微球制備方便，而空心微球可以有效減輕微球的質(zhì) 量，提高微球的比飽和磁化強(qiáng)度。
[0009] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，所述內(nèi)核為疏水性聚合 物，具體為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚丙烯中的一種或其共聚物。這類疏水 性縮聚物有一定的剛性，具有良好的成球性，易與磁納米顆粒復(fù)合，且毒性小。
[0010] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，所述聚合物內(nèi)核為疏水 性單體與羧基、羥基、氨基化的親水性單體的共聚物，具體為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、 聚氯乙烯、聚丙烯中的一種與丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物。這類疏水性單體經(jīng)聚合之后 具有良好的成球性，親水性單體經(jīng)聚合后易于功能化表面，便于形成磁性復(fù)合微球，其表面 的羧基或羥基或氨基可以與超順磁性納米顆粒形成牢固的結(jié)合，使復(fù)合微球更穩(wěn)定，毒性 小、生物相容性好。
[0011] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，所述聚合物刷修飾的磁 性復(fù)合微球的平均粒徑為300-500nm，其中聚合物刷層的厚度為10-70nm，比飽和磁化強(qiáng)度 為12-40 emu/g。所述尺寸和飽和磁化強(qiáng)度可根據(jù)應(yīng)用需要靈活調(diào)整。
[0012] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，超順磁性納米顆粒是四 氧化三鐵，伽馬三氧化二鐵或摻有如錳、鈷或鋅等金屬元素的鐵氧磁性納米粒子中的至少 一種。
[0013] 作為可選方式，在上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球中，所述含羧基的水溶性不 飽和單體可以是甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、N. N-二甲基丙烯酸中的至少一種。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種制備上述聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球的方法，具體步驟如 下： 1) 獲取具有聚合物內(nèi)核和超順磁性納米顆粒外殼的磁性復(fù)合微球； 2) 對超順磁性納米顆粒外殼進(jìn)行氯甲基化； 3) 將含羧基的水溶性不飽和單體通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合直接接枝到所述超順磁性 納米顆粒外殼上，形成聚合物刷。
[0015] 所述步驟1)中的磁性復(fù)合微球可以從市面上購買，也可以采用無皂乳液聚合 (ColloidPolymSci.，2003, 281: 1076-1081)和微乳 辦心?.泛￡麗，2008,你，3900-3910)等常用方法制備。
[0016] 上述步驟2)中所述氯甲基化是將帶羧基的氯代物與步驟1)中所述的具有聚合 物內(nèi)核和超順磁性納米顆粒外殼的磁性復(fù)合微球混合攪拌，進(jìn)行配體交換反應(yīng)，使所述氯 代物中的羧基與超順磁性納米顆粒配位。作為可選，所述氯代物為氯乙酸或?qū)β燃谆交?酸。
[0017] 作為可選方式，在上述制備方法中，所述步驟3)具體為： a. 準(zhǔn)備反應(yīng)體系：在室溫下將反應(yīng)器抽真空、通氮氣，至反應(yīng)體系中無水無氧； b. 在反應(yīng)體系中，將CuCl2溶于水溶液，2, 2-聯(lián)吡啶溶于乙醇溶液，抗壞血酸溶于水溶 液，在冰浴下依次注射到無水無氧的反應(yīng)體系內(nèi)；將氯甲基化的磁性復(fù)合微球注射到反應(yīng) 體系內(nèi)，磁力攪拌，將所述水溶性不飽和單體的鈉鹽或鉀鹽溶于水溶液并逐滴滴加到反應(yīng) 體系中，撤去冰浴，室溫反應(yīng)4-8h。
[0018] 本方法采用CuCl2, 2, 2-聯(lián)吡啶，抗壞血酸作為催化體系，其催化反應(yīng)機(jī)理如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球，其特征在于，所述復(fù)合微球由內(nèi)到外依次包括： 聚合物內(nèi)核、超順磁性納米顆粒外殼和聚合物刷，所述聚合物刷由含羧基的水溶性不飽和 單體經(jīng)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合直接接枝到上述超順磁性納米顆粒外殼上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球，其特征在于，所述聚合物內(nèi) 核為具有空心結(jié)構(gòu)的聚合物微球。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球，其特征在于，所述聚合物內(nèi) 核為疏水性單體與帶羧基或羥基或氨基的親水性單體共聚而得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球的制備方法，其特征在于，具 體步驟如下： 1) 獲取具有聚合物內(nèi)核和超順磁性納米顆粒外殼的磁性復(fù)合微球； 2) 對超順磁性納米顆粒外殼進(jìn)行氯甲基化； 3) 將含羧基的水溶性不飽和單體通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合直接接枝到所述超順磁性 納米顆粒外殼上，形成聚合物刷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球的制備方法，其特征在于，步 驟2)所述氯甲基化是將帶羧基的氯代物與步驟1)中所述的具有聚合物內(nèi)核和超順磁性 納米顆粒外殼的磁性復(fù)合微球混合攪拌，進(jìn)行配體交換反應(yīng)，使所述氯代物中的羧基與超 順磁性納米顆粒配位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球的制備方法，其特征在于，步 驟3)具體為： a. 準(zhǔn)備反應(yīng)體系：在室溫下將反應(yīng)器抽真空、通氮氣，至反應(yīng)體系中無水無氧； b. 在反應(yīng)體系中，將CuCl2溶于水溶液，2, 2-聯(lián)吡啶溶于乙醇溶液，抗壞血酸溶于水溶 液，在冰浴下依次注射到無水無氧的反應(yīng)體系內(nèi)；將氯甲基化的磁性復(fù)合微球注射到反應(yīng) 體系內(nèi)，磁力攪拌，將所述水溶性不飽和單體的鈉鹽或鉀鹽溶于水溶液并逐滴滴加到反應(yīng) 體系中，撤去冰浴，室溫反應(yīng)4-8h。
7. -種在超順磁性納米顆粒表面接枝聚合物刷的方法，其特征在于，具體步驟如下： 1) 獲取超順磁性納米顆?；虮砻媛懵队谐槾判约{米顆粒的反應(yīng)物； 2) 對超順磁性納米顆粒表面進(jìn)行氯甲基化； 3) 將含羧基的水溶性不飽和單體通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合直接接枝到所述超順磁性 納米顆粒外殼上，形成聚合物刷。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的在超順磁性納米顆粒表面接枝聚合物刷的方法，其特征在 于，步驟2)所述氯甲基化是將帶羧基的氯代物與步驟1)中所述的超順磁性納米顆?；虮?面裸露有超順磁性納米顆粒的反應(yīng)物混合攪拌，進(jìn)行配體交換反應(yīng)，使所述氯代物中的羧 基與超順磁性納米顆粒配位。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的在超順磁性納米顆粒表面接枝聚合物刷的方法，步驟3)具體 為： a. 準(zhǔn)備反應(yīng)體系：在室溫下將反應(yīng)器抽真空、通氮氣，至反應(yīng)體系中無水無氧； b. 在反應(yīng)體系中，將CuCl2溶于水溶液，2, 2-聯(lián)吡啶溶于乙醇溶液，抗壞血酸溶于水溶 液，在冰浴下依次注射到無水無氧的反應(yīng)體系內(nèi)；將氯甲基化的超順磁性納米顆?；虮砻?裸露有超順磁性納米顆粒的反應(yīng)物注射到反應(yīng)體系內(nèi)，磁力攪拌，將所述水溶性不飽和單 體的鈉鹽或鉀鹽溶于水溶液并逐滴滴加到反應(yīng)體系中，撤去冰浴，室溫反應(yīng)4-8h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物刷修飾的磁性復(fù)合微球的應(yīng)用，其特征在于，將其用 于生物分離。
【文檔編號】C08F212/08GK104151764SQ201410391435
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】吳堯, 解麗芹, 藍(lán)芳, 馬少華, 顧忠偉 申請人:四川大學(xué)