CN101386671B - 一种环境响应性介孔硅球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环境响应性介孔硅球的制备方法。首先以油相四氧化三铁纳米粒子为核，以十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得孔径3.1nm、尺寸170±20nm的磁性介孔球；然后，对磁性介孔球进行表面活化处理；最后，利用模板聚合在磁性介孔硅球表面沉积环境响应性的聚合物，得到表面修饰了温度敏感性聚合物的磁性介孔球。本发明方法简单，原料易得，制备量大，环境响应性介孔球可以通过控制不同聚合物的配比，调节聚合物的相转变温度。本发明方法获得的产品在对药物的有效控制释放领域有很大应用前景。
Description
所属技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种环境响应性介孔硅球的制备方法。
技术背景
介孔硅球是运用纳米自组装技术制备的具有均匀孔道、孔径可以调节的多孔分子筛，孔径一般在2～50纳米之间。由于介孔材料具有比表面积大、孔径可以调节、孔径均匀、表面易修饰等特点，因而在催化、分离、传感器等领域有广泛的应用。由于硅球的无毒性以及良好的生物相容性，这种多孔结构的微球广泛应用于载药以及药物释放领域。然而，介孔硅球应用于载药时，对于其包裹药物的定点释放以及生物分离有一定的劣势，所以可以通过介孔硅球与聚合物杂化来实现其在载药以及药物释放领域的应用。
溶胶-凝胶法制备二氧化硅纳米粒子，已经得到了广泛的发展以及应用。但是用溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅，仅仅发展了不到二十年的时间，同时利用溶胶-凝胶法制备的介孔二氧化硅进一步制备环境响应性介孔硅球，这类技术也是最近几年才发展起来的。
溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
环境响应性聚合物微球是一类能够对外部刺激，如pH、磁场、电场、机械应力等做出快速的反应，并使其自身的物理化学及胶体性质发生明显变化的聚合物微球。其中，温度敏感的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)得到了广泛的研究。目前，随着研究的深入，许多学者尝试着将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)与其它单体共聚来调节其相转变温度，从而扩大它的应用领域。由于温度敏感的聚合物随着温度的变化能快速的吸收和释放水而体现其“开关”性能，因此在生物化学、机械、医学等领域上有广泛的应用前景。将温度敏感的聚合物应用于生物医学是一个很有前途的研究方向，可以用于疾病的诊断和治疗，药物的负载与定点释放，在实际应用中有许多优越性。
就环境响应性的介孔硅球来言，目前文献报道比较少，主要采用原子基团转移聚合(ATRP)方法在介孔球上修饰聚合物，这种方法存在一个问题就是，所修饰的聚合物在高温下链段收缩，容易把介孔孔道阻塞，不能有效的实现药物释放。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的环境响应性介孔球制备的方法。
本发明提出的环境响应性介孔球的制备方法，一种在水相中模板聚合制备表面修饰温度敏感聚合物的介孔球。聚合物相转变温度可以控制，可以应用于实现药物的定点释放，而且在制备过程中，可以有效的保存介孔的孔道。其制备步骤如下：
步骤一，以油相四氧化三铁纳米粒子为磁核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得孔径3.1nm、尺寸170±20nm的磁性介孔球；
步骤二，对磁性介孔球进行表面活化处理，将没有除去模版剂的磁性介孔球分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯(MPS)将表面修饰上双键，MPS与磁性介孔球的质量比为1:1～2:1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯，将产物分散在浓度为10mg/mL硝酸铵的乙醇溶液中，80～85℃下反应至少6h除去模版剂；
步骤三，利用模板聚合在磁性介孔硅球表面沉积环境响应性的聚合物，将步骤二中产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的8～9倍；N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)，质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的1～2倍；N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的0.5～1倍，超声充分分散后，加入质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的0.3倍的过硫酸钾(KPS)，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在38℃～44℃的表面修饰了温度敏感性聚合物的磁性介孔球。
所制得的环境响应性介孔球可以应用于药物的定点释放，作为药物定点释放的缓释剂。
目前国内外制备环境响应性介孔硅球的方法主要采用原子基团转移聚合(ATRP)方法修饰聚合物，相比较来言，我们提出了一种简单易行的制备环境响应性介孔球的方法，原料易得，制备过程简单、重复性好、产量大。本发明具有以下特点：(1)聚合物相转变温度可以控制；
(2)在药物的定点释放方面有很广泛应用前景；
(3)介孔的孔道被完整的保留下来。
附图说明
图1、磁性介孔球的透射电镜照片，尺寸为170±20nm；
图2、环境响应性的介孔硅球的透射电镜照片，背景用磷戊酸染色，白色的环状结构为聚合物壳层；
图3、环境响应性的介孔硅球的动态光散射数据，随着温度升高，聚合物收缩，环境响应性的介孔硅球的流体力学半径呈现减小趋势，可以看到很明显的体积相转变现象(■为实施例1制备得到的环境响应性的介孔硅球；□为实施例2制备得到的环境响应性的介孔硅球)。
具体实施方式
实施例1：以油相四氧化三铁纳米粒子为核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得磁性介孔球(孔径3.1nm，尺寸170±20nm)，如图1磁性介孔球的透射电镜照片所示。将没有除去模版剂的磁性介孔球100mg分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯(MPS)将表面修饰上双键，MPS与磁性介孔球的质量比为1:1～2:1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的MPS，将产物分散在20mL硝酸铵的乙醇溶液中(10mg/mL)，80～85℃下反应至少6h除去模版剂。将产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)900mg，N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)100mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)50mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾(KPS)，氮气氛围下，75℃反应6h。反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在38℃的环境响应性的介孔硅球。如图2，环境响应性的介孔硅球的透射电镜照片所示，背景用磷戊酸染色，白色的环状结构为聚合物壳层；图3环境响应性的介孔硅球的动态光散射数据，随着温度升高，聚合物收缩，环境响应性的介孔硅球的流体力学半径呈现减小趋势，可以看到很明显的体积相转变现象，图中，■为本实施全例制备得到的环境响应性的介孔硅球。
实施例2：以油相四氧化三铁纳米粒子为核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得磁性介孔球(孔径3.1nm，尺寸170±20nm)。将没有除去模版剂的磁性介孔球100mg分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯(MPS)将表面修饰上双键，MPS与磁性介孔球的质量比为1:1～2:1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的MPS，将产物分散在20mL硝酸铵的乙醇溶液中(10mg/mL)，80～85℃下反应至少6h除去模版剂。将产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)850mg，N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)150mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)50mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾(KPS)，氮气氛围下，75℃反应6h。反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在39℃的环境响应性的介孔硅球。图3中□为本实施例制备得到的环境响应性的介孔硅球。
实施例3：以油相四氧化三铁纳米粒子为核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得磁性介孔球(孔径3.1nm，尺寸170±20nm)。将没有除去模版剂的磁性介孔球100mg分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯(MPS)将表面修饰上双键，MPS与磁性介孔球的质量比为1:1～2:1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的MPS，将产物分散在20mL硝酸铵的乙醇溶液中(10mg/mL)，80～85℃下反应至少6h除去模版剂。将产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)800mg，N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)200mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)50mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾(KPS)，氮气氛围下，75℃反应6h。反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在40℃的环境响应性的介孔硅球。
实施例4：以油相四氧化三铁纳米粒子为核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得磁性介孔球(孔径3.1nm，尺寸170±20nm)。将没有除去模版剂的磁性介孔球100mg分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯(MPS)将表面修饰上双键，MPS与磁性介孔球的质量比为1:1～2:1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的MPS，将产物分散在20mL硝酸铵的乙醇溶液中(10mg/mL)，80～85℃下反应至少6h除去模版剂。将产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)900mg，N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)100mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)100mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾(KPS)，氮气氛围下，75℃反应6h。反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在41.5℃的环境响应性的介孔硅球。
实施例5：以油相四氧化三铁纳米粒子为核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得磁性介孔球(孔径3.1nm，尺寸170±20nm)。将没有除去模版剂的磁性介孔球100mg分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯(MPS)将表面修饰上双键，MPS与磁性介孔球的质量比为1:1～2:1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的MPS，将产物分散在20mL硝酸铵的乙醇溶液中(10mg/mL)，80～85℃下反应至少6h除去模版剂。将产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)850mg，N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)150mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)100mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾(KPS)，氮气氛围下，75℃反应6h。反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在42.5℃的环境响应性的介孔硅球。
实施例6：以油相四氧化三铁纳米粒子为核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得磁性介孔球(孔径3.1nm，尺寸170±20nm)。将没有除去模版剂的磁性介孔球100mg分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯(MPS)将表面修饰上双键，MPS与磁性介孔球的质量比为1:1～2:1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的MPS，将产物分散在20mL硝酸铵的乙醇溶液中(10mg/mL)，80～85℃下反应至少6h除去模版剂。将产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)800mg，N-羟甲基丙烯酰胺(NHMA)200mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)100mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾(KPS)，氮气氛围下，75℃反应6h。反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在44℃的环境响应性的介孔硅球。
Claims (7)
1.一种环境响应性介孔球的制备方法，在水相中模板聚合制备表面修饰温度敏感聚合物的介孔球，其制备步骤如下：
步骤一，以油相四氧化三铁纳米粒子为核，十六烷基三甲基溴化氨为模版剂，通过溶胶-凝胶反应制得孔径3.1nm、尺寸170±20nm的磁性介孔球；
步骤二，对磁性介孔球进行表面活化处理：将没有除去模版剂的磁性介孔球分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯将表面修饰上双键，3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯与磁性介孔球的质量比为1∶1～2∶1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯，将产物分散在浓度为10mg/mL硝酸铵的乙醇溶液中，80～85℃下反应至少6h除去模版剂；
步骤三，利用模板聚合在磁性介孔硅球表面沉积环境响应性的聚合物：将步骤二中产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺，质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的8～9倍；N-羟甲基丙烯酰胺，质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的1～2倍；N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的0.5～1倍，超声充分分散后，加入质量为没有除去模版剂的磁性介孔球的0.3倍的过硫酸钾，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在38℃～44℃的表面修饰了温度敏感性聚合物的磁性介孔球。
2.根据权利要求1所述的一种环境响应性介孔球的制备方法，其特征在于：步骤二中，将没有除去模版剂的磁性介孔球100mg分散在乙醇中，80～85℃下加入3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯将表面修饰上双键，3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯与磁性介孔球的质量比为1∶1～2∶1，反应3～5h后，通过离心的方法除去未反应的3-三甲氧基硅基甲基丙烯酸丙酯，将产物分散在20mL浓度为10mg/mL硝酸铵的乙醇溶液中，80～85℃下反应至少6h除去模版剂；步骤三中，将产物通过离心的方法纯化，分散在水中，加入N-异丙基丙烯酰胺900mg，N-羟甲基丙烯酰胺100mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺50mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在38℃的环境响应性的介孔硅球。
3.根据权利要求1所述的一种环境响应性介孔球的制备方法，其特征在于：步骤三中，加入N-异丙基丙烯酰胺850mg，N-羟甲基丙烯酰胺150mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺50mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在39℃的环境响应性的介孔硅球。
4.根据权利要求1所述的一种环境响应性介孔球的制备方法，其特征在于：步骤三中，加入N-异丙基丙烯酰胺800mg，N-羟甲基丙烯酰胺200mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺50mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在40℃的环境响应性的介孔硅球。
5.根据权利要求1所述的一种环境响应性介孔球的制备方法，其特征在于：步骤三中，加入N-异丙基丙烯酰胺900mg，N-羟甲基丙烯酰胺100mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺100mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在41.5℃的环境响应性的介孔硅球。
6.根据权利要求1所述的一种环境响应性介孔球的制备方法，其特征在于：步骤三中，加入N-异丙基丙烯酰胺850mg，N-羟甲基丙烯酰胺150mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺100mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在42.5℃的环境响应性的介孔硅球。
7.根据权利要求1所述的一种环境响应性介孔球的制备方法，其特征在于：步骤三中，加入N-异丙基丙烯酰胺800mg，N-羟甲基丙烯酰胺200mg，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺100mg，超声充分分散后，加入30mg过硫酸钾，氮气氛围下，75℃反应6h，反应结束后离心，用水洗去未反应的单体和寡聚物，得到相转变温度在44℃的环境响应性的介孔硅球。
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