CN101306352A - 含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球及其制备方法，所说的微球的表面含有环氧基团，微球的直径为5～10μm，粒度分布指数小于10％。本发明的方法，以聚苯乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯为种子，以甲基丙烯酸缩水甘油酯为第二单体，进行活化溶胀聚合，所说的微球，比表面积大、吸附性强、凝集作用大和表面反应能力强的材料，以及其上的功能性基团－环氧基的存在使得其在标准计量、免疫技术、临床检验和诊断、细胞学研究以及血液循环等生物、医学领域中具有广泛的应用，尤其是在某些高新技术领域中有着广阔的应用前景。

Description

含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子微球及其制备方法。

背景技术

单分散高分子微球以其本身固有的比表面积大、吸附性强、凝集作用大和表面反应能力强等特性，使得其在标准计量、免疫技术、临床检验和诊断、细胞学研究以及血液循环等生物、医学领域中得到了广泛的应用。其主要功能有以下几个方面。1)微存储器：存储和保护某些物质，以便在需要的时候，需要的地点，以需要的速度释放出这些物质(多维控释)。最典型的应用是药物输送系统。2)微反应器：使反应限制在特殊的微空间内，生成特殊的物质。典型的应用是以微球内空腔或微球间的空隙为模板，制备球形或与空隙形状相同的特殊材料。3)微分离器：有选择性地截取某种物质，让指定地物质通过。典型的应用是纯化蛋白质用的微球介质，血液净化用的微球吸附剂。4)微结构单元：微球作为材料的组成部分，能赋予材料特殊的物理，化学特性，或提高强度，寿命和安全性。

亲和色谱法是药物发现和工艺开发中最重要的分离技术之一，是基于目标分子和与其结合的实体(即配体)之间特异性的三维相互作用，可以分离或生成以特异性和可逆方式结合到几乎任何目标分子上的配体。文献CN200580027498XA公开了通过亲和色谱法从生物样品连续分离和提纯蛋白质的方法，但是其强调的是调整结合到生物样品中的蛋白质上的配体或配体载体络合物进行的亲和色谱法，是针对不同的蛋白质分子改变配体或配体载体来实现蛋白质的分离，至于分离效果单单考虑了配体选择的影响，没有考虑色谱柱中的填充质的选择对于分离和提纯的影响，因而分离效果不理想。

文献CN200510075057.9A，则是提出了利用表面偶联有亲和配基的磁性微球对纳豆激酶进行吸附和分离，对微球的粒径及分散度没有严格的控制，分离效果不是很理想；专利CN200480012984XA介绍了蛋白质分离柱的概况，其中提到亲和基体和分离柱的填料，说明了亲和色谱法具有一定的优势。

目前，现有技术制备的高分子微球，如CN200510075057.9A和CN1876688A文献报道的技术，反应活性不高，不能根据不同蛋白质分子，对特定的蛋白质分子进行精确的分离和提纯，从而不能保证分离的精确度和提纯效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的技术构思是这样的：

环氧基是由两个碳原子和一个氧原子组成的三元环，具有极高的反应活性，易于和氨基，羟基等很多基团发生反应，所以可以连接上蛋白质、DNA等生物大分子，从而可以更加精准地实现分离，检测等功能。所以本发明就是针对亲和色谱分离的原理，制备一种含有环氧基团，大粒径单分散的高分子微球，这样便可以根据不同蛋白质分子，选择合适的配体与色谱柱中的填充介质上的环氧基团反应，进而对特定的蛋白质分子进行精确的分离和提纯；其次，单分散大粒径可以保证分离的精确度和提纯效率。

本发明所说的含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球，其特征为：所说的微球的表面含有环氧基团，微球的直径大于5～10μm，粒度分布指数小于10％，优选的分布指数为0.1％～10％；

所说的粒径及粒度分布指数计算方法如下：

平均粒径： $\stackrel{\‾}{X}=\frac{\mathrm{\ΣXi}}{n}(i=1~n)$

平均偏差： $\mathrm{\σ}=\frac{1}{n}\mathrm{\Σ}|\mathrm{Xi}-\stackrel{\‾}{X}|(i=1~n)$

其中：

n代表统计样本中的颗粒数量，通常为100，i代表统计样本中的具体的单个颗粒，X代表颗粒的投影面直径；

所说的高分子为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸丁酯中的一种以上；

所说的环氧基团的结构通式如下：

所得到的微球的环氧值为：0.1mol/100g～0.5mol/100g；

所说的含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球的制备方法，包括如下步骤：

(1)种子微球的预溶胀

将干燥的种子微球和助溶胀剂加入表面活性剂水溶液中，高剪切或超声分散20～60min，然后在15～50℃下搅拌，溶胀5～12h，得到预溶胀后的初级粒子悬浮液；

种子微球的直径为1～3.5μm；分散系数为0.1～4％；

所说的表面活性剂选自十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠或二丁基萘磺酸钠中的一种或一种以上；

表面活性剂水溶液中，表面活性剂的质量浓度为0.1％～1％；

种子微球在悬浮液中的质量浓度为1％～10％；

所说的助溶胀剂为硬脂酸辛酯，邻苯二甲酸二丁酯或十六烷中的一种或一种以上；

助溶胀剂∶种子微球＝0∶1～2∶1，质量比；

所说的种子微球的制备方法，为一种现有技术，如可按照丁先锋等在单分散交联聚苯乙烯的合成(化工进展，2003年第22卷11期，1207～1209页)文献报道的方法制备；

(2)第二单体的溶胀

将溶解有引发剂的第二单体溶液加入分散剂水溶液中，搅拌乳化，然后加入步骤(1)的初级粒子悬浮液中，继续溶胀5～12h，溶胀温度为15～50℃；

得到第二单体溶胀的微球悬浮液；

所说的第二单体可以选自苯二甲酸缩水甘油酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯或四氢临苯二甲酸缩水甘油酯中的一种或一种以上；

第二单体∶种子微球＝1∶1～10∶1，质量比；

所说的引发剂选自偶氮二异丁腈，碱氏磷酸钙和聚乙烯醇及十二烷基苯磺酸钠或过氧化二苯甲酰的一种或一种以上，优选的质量用量为第二单体用量的1％～5％；

所说的分散剂选自十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠或二丁基萘磺酸钠中的一种或一种以上，其优选的质量浓度为0.2～0.4％，优选用量为单体质量用量的25～200倍；

(3)聚合反应

将稳定剂加入到步骤(2)得到的含有第二单体溶胀后微球的悬浮液中，50℃～90℃聚合反应5～8h，然后从反应产物中收集所说的含有环氧基团的大粒径、单分散高分子微球；

所说的稳定剂选自聚乙烯醇，碳酸钙或者聚乙烯吡咯烷酮中的一种或一种以上，用量为第二单体质量的0.1～1倍；

本发明的方法，以聚苯乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯为种子，以甲基丙烯酸缩水甘油酯为第二单体，进行活化溶胀聚合，这样使得聚合后的产物既具有刚性，又含有功能性基团-环氧基团，使得此单分散微球的应用领域更广。根据不同蛋白质分子，选择合适的配体与色谱柱中的填充介质上的环氧基团反应，进而对特定的蛋白质分子进行精确的分离和提纯，单分散大粒径保证了分离的精确度和提纯效率。

本发明得到的含有环氧基团的大粒径，单分散高分子微球，其主要成分是种子微球及功能性官能团-环氧基团，是一种比表面积大、吸附性强、凝集作用大和表面反应能力强的材料，以及其上的功能性基团-环氧基的存在使得其在标准计量、免疫技术、临床检验和诊断、细胞学研究以及血液循环等生物、医学领域中具有广泛的应用，尤其是在某些高新技术领域中有着广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所得产物的红外图谱。

图2为实施例1所得产物的光学显微镜照片。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体的描述。有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例1

按照如下方法制备PS种子微球：

称取体积浓度为95％的乙醇水溶液60g，PVP(聚乙烯吡咯烷酮)1.2g，AIBN(偶氮二异丁腈)0.3g，苯乙烯30g，混合均匀后置于在装有机械搅拌、回流冷凝管、氮气保护的三口瓶中70℃水浴聚合8h，待反应完成后冷却、静置。将反应得到的乳液，以4000r/min转速进行离心沉降，倾去上层清液，加入无水乙醇经超声分散，然后再离心；如此反复洗涤3次，以除去未反应的单体和分散稳定剂。在60℃真空下干燥8h，即得白色粉末状产品PS种子微球。该苯乙烯种子微球的粒径为2.1μm，分布指数为3.2％。

预溶胀：

取上述PS种子微球0.7g，和DBP(临苯二甲酸二丁酯)1.4g分别加入到25g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.25％(wt)的水溶液中，分别超声乳化20min和50min，将乳化液转移到装有机械搅拌、回流冷凝管、氮气保护的三口瓶中搅拌，35℃下溶胀6h，制得胀大后的聚苯乙烯初级微球(单分散粒度5μm)。

第二单体溶胀和聚合反应：

取GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)7g，BPO(过氧化二苯甲酰)0.14g混合溶解后加入到145g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.25％(wt)水溶液中，超声乳化15min，将此乳化液缓慢滴加入上述预溶胀所制得的聚苯乙烯初级微球悬浮液中，在35℃下搅拌溶胀12h。称取0.3g PVP溶解在50ml聚乙烯醇含量0.5％的水溶液中，将此稳定剂溶液添加到反应器中，然后在80℃下聚合反应8h，聚合产物经无水乙醇洗涤后即得到8.5μm粒度单分散，含有环氧基团的大粒径聚苯乙烯树脂，产率为95％。产物的红外图谱见图1，图1中，A点为环氧环的振动峰。

光学显微镜照片见图2。

微球的粒度分布指数为3.2％，环氧值为：0.13mol/100g。

实施例2

制备PMMA种子微球：

将1.5g分散剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，10g单体MMA(甲基丙烯酸甲酯)，0.1g引发剂AIBN(偶氮二异丁腈)，溶于乙醇和水组成的混合溶剂中(乙醇∶水＝11∶9)，投入装有搅拌器，回流冷凝管和氮气保护装置的三口烧瓶中，在70℃下反应6h，反应结束后冷却，静置，然后以3000r/min转速进行离心沉降，倾去上层清液，加入无水乙醇洗涤，然后再离心；如此反复洗涤3次，以除去未反应的单体，低聚物和分散稳定剂，最后在60℃真空下干燥24h，即得白色粉末状产品PMMA种子微球，备用。

取上述PMMA微球0.7g和DBP(甲基丙烯酸缩水甘油酯)0.1g分别加入到25g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.3％(wt)水溶液中，分别超声乳化20min，将乳化液混合于一起搅拌，在35℃下溶胀12h，制得初级胀大后的聚苯乙烯微球(4.5μm)。取GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)3.5g，BPO(过氧化二苯甲酰)0.07g混合溶解后加入到100g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.3％(wt)水溶液中超声乳化30min，之后缓慢滴加入体系中，继续溶涨12h。将0.3g聚乙烯吡咯烷酮溶于50ml聚乙烯醇质量分数为0.5％的水溶液中，加入到反应体系中，升温到80℃聚合5h，合成得到6.5μm粒度单分散、含有环氧基团的大粒径聚甲基丙烯酸甲酯树脂产物，产率为94％。

微球的粒度分布指数为5.4％，环氧值约为：0.16mol/100g。

实施例3

取实施例1制备的PS种子微球0.7g和DBP(甲基丙烯酸缩水甘油酯)0.07g分别加入到30g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.2％(wt)水溶液中，分别超声乳化55min，将乳化液混合于一起在装有机械搅拌、回流冷凝管、氮气保护的三口瓶中搅拌，在35℃下溶胀12h，制得初级胀大后的聚苯乙烯微球(4.8μm)。取GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)0.7g，BPO(过氧化二苯甲酰)0.035g混合溶解后加入到140g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.2％(wt)水溶液中超声乳化20min，之后缓慢滴加入体系中，继续溶涨6h后加入0.7g聚乙烯吡咯烷酮，升温到60℃，聚合8h，合成得到7μm粒度单分散、含有环氧基团的大粒径聚苯乙烯树脂，产率为93％。

微球的粒度分布指数为6.1％，环氧值约为：0.21mol/100g。

实施例4

取实施例2制备的PMMA种子微球0.5g和DBP(甲基丙烯酸缩水甘油酯)0.01g分别加入到20g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.4％(wt)水溶液中分别超声乳化40min和20min，将乳化液混合于一起在装有机械搅拌、回流冷凝管、氮气保护的三口瓶中搅拌，在35℃下溶胀12h，制得初级胀大后的聚苯乙烯微球(5μm)。取GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)5g，BPO(过氧化二苯甲酰)0.05g混合溶解后加入到140g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.4％(wt)水溶液中，超声乳化15min，之后缓慢滴加入体系中，继续溶涨10h后加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮，升温到80℃聚合8h，合成出8μm粒度单分散、含有环氧基团的大粒径聚苯乙烯树脂，产率为90％。

微球的粒度分布指数为4.9％，环氧值约为：0.17mol/100g。

实施例5

取实施例1制备的PS种子微球1g，DBP(甲基丙烯酸缩水甘油酯)0.02g分别加入到25g SDS(十二烷基硫酸钠)0.25％(wt)水溶液中，超声乳化30min，将乳化液在装有机械搅拌、回流冷凝管、氮气保护的三口瓶中搅拌，取GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)7g，BPO(过氧化二苯甲酰)0.14g混合溶解后加入到140g含SDS(十二烷基硫酸钠)0.25％(wt)水溶液中，超声乳化25min，然后缓慢滴加入体系中，继续溶涨12h后加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮，升温到90℃聚合5h合成出6μm粒度单分散，含有环氧基团的大粒径聚苯乙烯树脂，产率为91％。

微球的粒度分布指数为6.8％，环氧值约为0.23mol/100g。

Claims (7)

1.含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球，其特征在于，所说的微球的表面含有环氧基团，微球的直径为5～10μm，粒度分布指数小于10％。

2.根据权利要求1所述的含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球，其特征在于，微球的环氧值为：0.1mol/100g～0.5mol/100g。

3.根据权利要求1或2所述的含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球，其特征在于，所说的高分子为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸丁酯中的一种以上。

4.根据权利要求1、2或3所说的含有环氧基团的大粒径单分散高分子微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)种子微球的预溶胀

将种子微球和助溶胀剂加入表面活性剂水溶液中，分散，然后溶胀5～12h，得到预溶胀后的初级粒子悬浮液；

种子微球的直径为1～3.5μm；分散系数为0.1～4％；

助溶胀剂∶种子微球＝0∶1～2∶1，质量比；

所说的助溶胀剂为硬脂酸辛酯，邻苯二甲酸二丁酯或十六烷中的一种或一种以上。

(2)第二单体的溶胀

将溶解有引发剂的第二单体溶液加入分散剂水溶液中，搅拌乳化，然后加入步骤(1)的初级粒子悬浮液中，继续溶胀5～12h，得到第二单体溶胀的微球悬浮液；

所说的第二单体可以选自苯二甲酸缩水甘油酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯或四氢临苯二甲酸缩水甘油酯中的一种或一种以上；

(3)聚合反应

将稳定剂加入到步骤(2)得到的含有第二单体溶胀后微球的悬浮液中，50℃～90℃聚合反应5～8h，然后从反应产物中收集所说的含有环氧基团的大粒径、单分散高分子微球；

所说的稳定剂选自聚乙烯醇，碳酸钙或者聚乙烯吡咯烷酮中的一种或一种以上，用量为第二单体质量的0.1～1倍。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所说的表面活性剂选自十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠或二丁基萘磺酸钠中的一种或一种以上；

表面活性剂水溶液中，表面活性剂的质量浓度为0.1％～1％；

种子微球在悬浮液中的质量浓度为1％～10％。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，溶胀温度为20～50℃。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，第二单体∶种子微球＝1∶1～10∶1，质量比；

所说的引发剂选自偶氮二异丁腈，碱氏磷酸钙和聚乙烯醇及十二烷基苯磺酸钠或过氧化二苯甲酰的一种或一种以上，优选的质量用量为第二单体用量的1％～5％；所说的分散剂选自十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠或二丁基萘磺酸钠中的一种或一种以上，其质量浓度为0.2～0.4％，用量为单体质量用量的25～200倍。

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