專利名稱：尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米顆粒新材料，更確切地說是涉及一種尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
分子印跡技術(shù)是近年來集高分子合成、分子設(shè)計、分子識別、仿生生物工程等眾多學(xué)科優(yōu)勢發(fā)展起來的一門邊緣學(xué)科分支。分子印跡聚合物(Molecularly ImprintedPolymers，MIPs)即具有與天然抗體同樣的識別性能，又具有和高分子同樣的高穩(wěn)定性，因而廣泛應(yīng)用于生物工程、臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品工業(yè)等眾多領(lǐng)域，已經(jīng)成為新世紀(jì)最有潛力的新材料之一。
分子印跡聚合物的制備目前大多數(shù)制備采用封管聚合的方法(Wulff G.Molecularrecognition in polymers by imprinting with template，polymeric reagents andcatalytics，Am.Chem.Soc.Sym.Ser.，1986，308(2)186-200)。即將印跡分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑按一定比例溶解在惰性溶劑(通常是氯仿或甲苯)中，然后移入一玻璃安培瓶中，采用超聲波脫氣，通氮氣除氧，在真空下密封安培瓶，經(jīng)熱引發(fā)(60～120℃)或紫外光照射(在室溫下波長通常為366nm)引發(fā)聚合一定時間(通常是24h)得到塊狀聚合物。經(jīng)粉碎、研磨、篩選等過程獲得適度大小的粒子，洗脫除去模板分子，經(jīng)真空干燥后即成。其存在的主要問題是①.聚合物的粉碎、研磨、篩選等預(yù)處理手續(xù)繁瑣，最終得到的聚合物粒子均勻度較差，制備率也較低(為總量的50％左右)。②.由于網(wǎng)絡(luò)的高交聯(lián)性及尺寸較大，致使模板難以除去，對于成本控制是極為不利。而新發(fā)展起來的懸浮聚合(Berglund J.，Nicholls I.A.，Lindbladh C.Recognition inmolecularly imprinte polymer-adrenoreceptor mimics，Bioorg.Med.Chem.Lett.，1996，6(18)2237-2242)，則可以直接制備球形分子印跡納米顆粒，只需經(jīng)過模板分子的洗脫便可直接使用。此法所制得的分子印跡聚合物具有形狀規(guī)整、比表面大、吸附能力強(qiáng)、抗機(jī)械性、耐高溫高壓、耐多種有機(jī)溶劑、抗酸堿等諸多性能，有很好的應(yīng)用前景，但是仍然存在MIPs顆粒尺寸較大且不易控制，模板分子難以除去的問題。
關(guān)鍵是目前制得的分子印跡聚合物納米顆粒，尺寸較大且不可控(一般直徑達(dá)到幾十甚至上百個納米)，導(dǎo)致模板分子難以去除。另外由于納米顆粒不含有磁性成分而無法用磁場進(jìn)行簡單和方便的處理，只能進(jìn)行靜態(tài)分離其操作過程煩瑣、復(fù)雜。分子印跡聚合物缺乏磁響應(yīng)性也限制了其更廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒及其制備方法，以彌補(bǔ)已有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是通過將分子印跡技術(shù)與原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)相結(jié)合，使得聚合物納米顆粒殼層尺寸可控，對印跡分子具有專一識別能力，同時使得聚合物具有磁響應(yīng)性。使分子印跡聚合物納米顆粒達(dá)到特定的目的，以擴(kuò)展分子印跡聚合物的應(yīng)用前景。
因此，本發(fā)明的復(fù)合納米顆粒具有對模板分子專一識別能力的聚合物殼層和納米尺寸的核，其特征是聚合物殼層為尺寸可控的印跡聚合物層，復(fù)合納米顆粒的核為磁性納米粉末。印跡聚合物殼層的尺寸是通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)時間控制，納米顆粒的核為MnFe2O4、Fe3O4或者Fe2O3磁性材料。
本發(fā)明的方法是首先在磁性納米粉末表面接上原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑，在催化劑的作用下引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)(同時發(fā)生分子印跡聚合反應(yīng))，在磁性納米粉末表面形成包含模板分子的聚合物層，經(jīng)模板分子洗脫得到尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。
本發(fā)明具體方法如下a.印跡模板分子(1)將磁性納米粉末加入到ATRP引發(fā)劑濃度為0.5～2mol/L的水溶液中，水浴超聲分散5～120分鐘至溶液無沉淀存在；向上述溶液中添加鹽酸使pH值維持在4～6，并轉(zhuǎn)入到帶有攪拌器的反應(yīng)器中，攪拌1～72小時；攪拌停止后離心分離，得到引發(fā)劑功能化的磁性納米顆粒粉末，用水洗滌至中性并干燥；(2)將已經(jīng)功能化的磁性納米顆粒加入反應(yīng)器中，依次加入功能單體、模板分子、交聯(lián)劑，攪拌使之完全溶解，得到半透明狀粘稠溶液A；(3)在另外一個反應(yīng)器中將聯(lián)合催化劑加入致孔劑中攪拌使之完全溶解，然后加入溶液A并混合均勻，得到溶液B；(4)溶液B通氮氣1～60分鐘，除去氧及水分；然后反應(yīng)器置于50～120℃的油浴中，攪拌反應(yīng)1～72小時，通過控制時間長短可以得到不同尺寸的納米顆粒，時間越短尺寸越小(即印跡聚合物殼層越薄)；離心分離得到含有模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒；b.洗脫模板分子(1)將制備的含有模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，用5～100mL的氯仿分散至溶液無沉淀存在；然后加入甲醇5～100mL，攪拌5～120分鐘，之后離心分離；(2)離心所得固體用乙酸/甲醇體積比為10/1～1/10的混合溶液浸泡，振蕩1～72小時；濾去浸泡液后用甲醇反復(fù)洗滌直至中性，然后于50～120℃，用真空烘箱干燥至恒重，即得到尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。
其中上述磁性粉末為Fe、Co、Ni、Mn或其氧化物、或其合金；引發(fā)劑為鹵代丙酸、鹵代乙酸、2-溴-2-甲基丙酸(BMPA)；致孔劑為苯及其衍生物、鹵代甲烷、四氫呋喃(THF)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亞砜(DMSO)；模板分子為氨基酸及其衍生物、手性化合物、藥物、農(nóng)藥等化合物；
功能單體為丙烯酸以及其酯類、乙烯基吡啶類；交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、二乙烯基苯(DVB)；聯(lián)合催化劑為鹵化亞銅與連砒啶類聯(lián)合催化劑。
本發(fā)明的殼/核結(jié)構(gòu)的分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒結(jié)合了分子印跡聚合物專一識別性，磁性復(fù)合納米顆粒的磁響應(yīng)性和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)的可控性三重特性，將在許多領(lǐng)域如相似化合物的分離、痕量化合物的分離和富集、模擬酶催化、傳感器、醫(yī)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用前景。
具體實施例方式
實施例1.
a.印跡模板分子(1)將MnFe2O4磁性粉納米粉末(9nm)25mg加入到含有引發(fā)劑3-氯丙酸的濃度為1mol/L的水溶液中，水浴超聲分散10分鐘，得到微黃的溶液；向上述溶液中添加鹽酸使pH值維持在4，并轉(zhuǎn)入到帶有攪拌器的反應(yīng)器中，攪拌1小時；攪拌停止后離心分離，得到微黃色的3-氯丙酸功能化的磁性納米顆粒，用水洗滌至中性并干燥；(2)將已經(jīng)3-氯丙酸功能化的磁性納米顆粒加入反應(yīng)器中，依次加入功能單體甲基丙烯酸1mmol、模板分子茶堿20mg、交聯(lián)劑EGDMA 5mmol，攪拌使之完全溶解，得到半透明狀粘稠溶液A；(3)在另一反應(yīng)器中將聯(lián)合催化劑溴化亞銅15mg和2，2-連吡啶20mg加入致孔劑DMF中攪拌使之完全溶解，得到藍(lán)色溶液；藍(lán)色溶液加入溶液A中并混合均勻，得到溶液B；(4)溶液B通氮氣10分鐘，除去氧及水分；然后反應(yīng)器置于60℃的油浴中，攪拌反應(yīng)24小時；離心分離得到含有茶堿模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。
b.洗脫模板分子(1)將制備的含有茶堿分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，用5mL的氯仿分散，溶液變?yōu)槲ⅫS色；然后加入甲醇10mL，攪拌30分鐘，然后離心分離；(2)離心所得固體用乙酸/甲醇為1/9(V/V)的混合溶液浸泡，振蕩3小時；濾去浸泡液后用甲醇反復(fù)洗滌直至中性，然后于60℃，用真空烘箱干燥至恒重。
所制得的殼/核結(jié)構(gòu)的分子印跡聚合物復(fù)合磁性納米顆粒，殼層為茶堿印跡聚合物層，其尺寸控制在15nm；核為MnFe2O4磁性材料，MnFe2O4含量為69.1％；以咖啡因為對比分子，其對茶堿的分離因子為8.16。
實施例2.
a.印跡模板分子(1)將Fe3O4磁性粉納米粉末(9nm)25mg加入到含有ATRP引發(fā)劑BMPA的濃度為0.5mol/L的水溶液中，水浴超聲分散60分鐘，溶液變?yōu)槲ⅫS色；向上述溶液中添加鹽酸使pH值維持在5，并轉(zhuǎn)入到帶有攪拌器的反應(yīng)器中，攪拌24小時；攪拌停止后離心分離，得到微黃色的BMPA功能化的磁性納米顆粒，用水洗滌至中性并干燥；(2)將已經(jīng)功能化的磁性納米顆粒加入反應(yīng)器中，依次加入功能單體4-乙烯基吡啶1mmol、模板分子咖啡因20mg、交聯(lián)劑DVB 5mmol，攪拌使之完全溶解，得到半透明狀粘稠溶液A；(3)在反應(yīng)器中將聯(lián)合催化劑氯化亞銅15mg和4，4-二-壬基-2，2-連吡啶40mg加入致孔劑DMSO中攪拌使之完全溶解，溶液變?yōu)樗{(lán)色；然后加入溶液A并混合均勻，得到溶液B；(4)溶液B通氮氣30分鐘，除去氧及水分；然后反應(yīng)器置于100℃的油浴中，攪拌反應(yīng)20小時；離心分離得到含有咖啡因模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。
b.洗脫模板分子(1)將制備的含有咖啡因分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，用5mL的氯仿分散，溶液變?yōu)槲ⅫS；然后加入甲醇100mL，攪拌30分鐘，之后離心分離；(2)離心所得固體用乙酸/甲醇體積比為1/9的混合溶液浸泡，振蕩30分鐘；濾去浸泡液后用甲醇反復(fù)洗滌直至中性，然后于100℃，用真空烘箱干燥至恒重。所制得的殼/核結(jié)構(gòu)的分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，殼層為咖啡因印跡聚合物層，其尺寸控制在13nm；核為Fe3O4磁性材料，F(xiàn)e3O4含量為77.5％，以茶堿為對比分子，其對咖啡因的分離因子為7.83。
實施例3.
a.印跡模板分子(1)將Fe2O3磁性粉納米粉末(9nm)25mg加入到含有ATRP引發(fā)劑溴代乙酸的濃度為2mol/L的水溶液中，水浴超聲分散30分鐘，溶液變?yōu)槲ⅫS色；向上述溶液中添加鹽酸使pH值維持在4，并轉(zhuǎn)入到帶有攪拌器的反應(yīng)器中，攪拌48小時；攪拌停止后離心分離，得到微黃色的溴代乙酸功能化的磁性納米顆粒，用水洗滌至中性并干燥；(2)將已經(jīng)功能化的磁性納米顆粒加入反應(yīng)器中，依次加入功能單體4-乙烯基吡啶1mmol、模板分子乙基對硫磷20mg、交聯(lián)劑DVB5mmol，攪拌使之完全溶解，得到半透明狀粘稠溶液A；(3)在反應(yīng)器中將聯(lián)合催化劑氯化亞銅15mg和4，4-二-特丁基-2，2-連砒啶50mg加入致孔劑甲苯中攪拌使之完全溶解，溶液變?yōu)樗{(lán)色；然后加入溶液A并混合均勻，得到溶液B；(4)溶液B通氮氣60分鐘，除去氧及水分；然后反應(yīng)器置于50℃的油浴中，攪拌反應(yīng)48小時；離心分離得到含有乙基對硫磷模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。
b.洗脫模板分子(1)將制備的含有乙基對硫磷分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，用5mL的氯仿分散，溶液變?yōu)槲ⅫS色，然后加入甲醇100mL，攪拌100分鐘，然后離心分離；(2)離心所得固體用乙酸/甲醇體積比為9/1的混合溶液浸泡，振蕩60分鐘；濾去浸泡液后用甲醇反復(fù)洗滌直至中性，然后于80℃，用真空烘箱干燥至恒重。
所制得的殼/核結(jié)構(gòu)的分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，殼層為乙基對硫磷印跡聚合物層，其尺寸控制在18nm；核為Fe2O3磁性材料，F(xiàn)e2O3含量為57.3％，以甲基對硫磷為對比分子，其對乙基對硫磷的分離因子為5.68。
實施例4.
a.印跡模板分子(1)將MnFe2O4磁性粉納米粉末(9nm)25mg加入到含有ATRP引發(fā)劑3-溴丙酸的濃度為0.5mol/L的水溶液中，水浴超聲分散100分鐘，溶液變?yōu)槲ⅫS色；向上述溶液中添加鹽酸使pH值維持在4，并轉(zhuǎn)入到帶有攪拌器的反應(yīng)器中，攪拌50小時；攪拌停止后離心分離，得到微黃色的3-溴丙酸功能化的磁性納米顆粒，用水洗滌至中性并干燥；(2)將已經(jīng)功能化的磁性納米顆粒加入反應(yīng)器中，依次加入功能單體三氟甲基丙烯酸1mmol、模板分子多巴胺(去甲腎上腺素前體)20mg、交聯(lián)劑EGDMA5mmol，攪拌使之完全溶解，得到半透明狀粘稠溶液A；(3)在反應(yīng)器中將聯(lián)合催化劑溴化亞銅15mg和4，4-二-正庚基-2，2-連砒啶100mg加入致孔劑四氫呋喃中攪拌使之完全溶解，溶液變?yōu)樗{(lán)色；然后加入溶液A并混合均勻，得到溶液B；(4)溶液B通氮氣60分鐘，除去氧及水分；然后反應(yīng)器置于50℃的油浴中，攪拌反應(yīng)18小時；離心分離得到含有多巴胺模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。
b.洗脫模板分子(1)將制備的含有多巴胺分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，用5mL的氯仿分散，溶液變?yōu)槲ⅫS色；然后加入甲醇5mL，攪拌20分鐘，然后離心分離；(2)離心所得固體用乙酸/甲醇體積比為1/9的混合溶液浸泡，振蕩120分鐘；濾去浸泡液后用甲醇反復(fù)洗滌直至中性，然后于50℃，用真空烘箱干燥至恒重。所制得的殼/核結(jié)構(gòu)的分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，殼層為多巴胺印跡聚合物層，其尺寸控制在12nm；核為MnFe2O4磁性材料，MnFe2O4含量為80.5％，以去甲腎上腺素為對比分子，其對多巴胺的分離因子為3.79。
權(quán)利要求
1.一種尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，具有對模板分子專一識別能力的聚合物殼層和納米尺寸的核，其特征是聚合物殼層為尺寸可控的印跡聚合物層，納米顆粒的核為磁性納米粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，其特征是印跡聚合物殼層的尺寸通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)時間控制。
3.如權(quán)利要求1所述的尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，其特征是核為鐵磁性納米粉末。
4.如權(quán)利要求1所述的尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，其特征是所述的聚合物殼層的模板分子是茶堿、咖啡因、乙基對硫磷或者多巴胺分子其中之一。
5.如權(quán)利要求1或3所述的尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，其特征是納米顆粒的核為MnFe2O4、Fe3O4或者Fe2O3其中之一的磁性材料。
6.一種尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒的制備方法，包括以下步驟a.印跡模板分子(1)將磁性納米粉末加入到引發(fā)劑濃度為0.5～2mol/L的水溶液中，水浴超聲分散5～120分鐘至溶液無沉淀存在；再向上述溶液中添加鹽酸使pH值維持在4～6，并轉(zhuǎn)入到帶有攪拌器的反應(yīng)器中，攪拌1～72小時；攪拌停止后離心分離，得到引發(fā)劑功能化的磁性納米顆粒，用水洗滌至中性并干燥；(2)將上述已功能化的磁性納米顆粒加入反應(yīng)器中，依次加入功能單體、模板分子、交聯(lián)劑，攪拌使之完全溶解，得到半透明狀粘稠溶液A；(3)在另外一個反應(yīng)器中將聯(lián)合催化劑加入致孔劑中，攪拌使之完全溶解；然后加入溶液A并混合均勻，得到溶液B；(4)溶液B通氮氣1～60分鐘，除去氧及水分；然后反應(yīng)器置于50～120℃的油浴中，攪拌反應(yīng)1～72小時；離心分離得到含有模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒；b.洗脫模板分子(1)將制備的含有模板分子的印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒，用5～100mL的氯仿分散至溶液無沉淀存在；然后加入甲醇5～100mL，攪拌5～120分鐘之后離心分離；(2)離心所得固體用乙酸/甲醇體積比為10/1～1/10的混合溶液浸泡，振蕩1～72小時；濾去浸泡液后用甲醇反復(fù)洗滌直至中性，然后于50～120℃，用真空烘箱干燥至恒重，即得到尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。
7.如權(quán)利要求6所述的尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒的制備方法，其特征是所述的引發(fā)劑為鹵代丙酸、鹵代乙酸、2-溴-2-甲基丙酸；
8.如權(quán)利要求6所述的尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒的制備方法，其特征是所述的催化劑為鹵化亞銅與連砒啶類的聯(lián)合催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒及其制備方法。該納米顆粒具有對模板分子專一識別能力的聚合物殼層和納米尺寸的核，其特征是納米顆粒的核為磁性納米粉末，聚合物殼層尺寸通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)時間控制。其方法是首先在磁性納米粉末表面接上原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)引發(fā)劑，在催化劑的作用下引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)，同時發(fā)生分子印跡聚合反應(yīng)，在磁性納米粉末表面形成包含模板分子的聚合物層，經(jīng)模板分子洗脫得到尺寸可控分子印跡聚合物磁性復(fù)合納米顆粒。該顆?？捎糜谙嗨苹衔锏姆蛛x、痕量化合物的分離和富集、模擬酶催化、傳感器、醫(yī)藥等相關(guān)領(lǐng)域。
文檔編號B82B1/00GK1773635SQ20051001806
公開日2006年5月17日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者楊黃浩, 周文輝, 王海娟 申請人:國家海洋局第一海洋研究所