CN101402853B - 对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的制备方法，包括制备混合表面活性剂、制备模板油相、制备乳化液、制备水相、制备N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶、制备溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶、制备γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液、制备表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球、制备异硫氰酸荧光素与无水乙醇混合液、制备荧光复合微凝胶工艺步骤。本发明选择了量子产率高、光稳定性好的异硫氰酸荧光素作为荧光物质，所制备的荧光复合微凝胶，对温度和pH敏感，尺寸在微米范围，不易团聚。本发明具有设计合理、工艺可行、操作简单、反应在常温下进行等优点，可在药物控释、生物探针、化学分离等领域应用。

Description

对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到胶体化学，例如：其它类不包括的胶体物料或其溶液的制备；微胶囊或微球的制造。

背景技术

环境敏感型微凝胶其物理-化学性质及胶体性质会随外界环境条件(如：温度、pH、光、离子强度、电场或磁场等)的改变而表现出相应的刺激响应性，因此又被称为智能微凝胶。由于智能微凝胶对外界环境的独特响应性质而引起越来越多科学家们的关注，近年来人们已经对温度敏感型、pH敏感型等智能微凝胶进行了大量的研究，并取得了一系列研究成果。其中基于聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)温敏性微凝胶的研究尤为引人注目，其临界相转变温度在32℃左右，当温度低于其临界相转变温度时，聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶高度溶胀；而当温度在临界相转变温度以上时，微凝胶会发生收缩现象，溶胀程度突然降低。聚N-异丙基丙烯酰胺这种特殊的刺激响应性质为其在药物控释、生物探针、化学分离及细胞培养基质等领域的应用提供了可能。

利用聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶典型的温度敏感性，人们更期待得到具有多种刺激响应性质的多功能复合材料。因此如何将聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶的温敏性与其它智能材料的环境敏感性结合起来便成为科学家们关注的热点课题。近年来，人们在这一领域做了大量的工作，其方法主要集中在以下两个方面：

选择其它具有环境敏感性的高分子单体与N-异丙基丙烯酰胺进行共聚反应，可以得到具有双重敏感特性的复合微凝胶(如：丙烯酸(AA)、4-乙烯基吡啶(4-VP)、甲基丙烯酸(MAA)等单体)。Dongxia Huo等人[Dongxia Huo，Yana Li，Qingwen Qian，et al.Colloids and Surfaces B：Biointerfaces，2006，50：36]通过无皂乳液聚合法制备得到丙烯酸含量不同的N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸共聚微凝胶，随后利用氢键相互作用在其表面吸附牛血清白蛋白(BSA)得到具有温度-pH双重敏感性的牛血清白蛋白和N-异丙基丙烯酰胺共聚丙烯酸微凝胶。研究发现，牛血清白蛋白的引入会改变N-异丙基丙烯酰胺共聚丙烯酸微凝胶原有的体积相转变温度。LiangyinChu等人[Jie Zhang，Liangyin Chu，Changjing Cheng，et al.Polymer，2008，49：2595]同样选择N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸为聚合单体，成功制备得到了接枝型温度-pH双重敏感微凝胶。具体方法是，首先以N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸为聚合单体，通过自由基短链聚合的方法得至N-异丙基丙烯酰胺共聚丙烯酸微凝胶的大分子单体，然后再以该大分子单体、N-异丙基丙烯酰胺及丙烯酸为聚合前驱体，采用反相悬浮聚合的方法得到接枝型N-异丙基丙烯酰胺共聚丙烯酸微凝胶。XingeZhang等人[Dayong Teng，Jingli Hou，Xinge Zhang，et al.Journal of Colloidand Interface Science，2008，322：333]则以N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸及丙烯氨基-2-脱氧葡萄糖(AADG)为单体，采用无自由基沉淀聚合法得到担载氨基葡萄糖的多重敏感微凝胶。研究发现，该微凝胶对温度、pH及离子强度均有响应，并且可以通过改变丙烯氨基-2-脱氧葡萄糖及丙烯酸的含量来调节微凝胶的体积相转变温度。Liuping Chen等人[Liqin Cao，Liuping Chen，Xiaojuan Chen，et al.Polymer，2006，47：4588]以N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为无自由基引发剂，在二氧化碳气氛中进行羧甲基淀粉(CMS)与N-异丙基丙烯酰胺的接枝共聚得到具有温度敏感性核以及pH敏感性壳的核-壳型微凝胶。WalterRichtering等[Jochen Kleinen，Walter Richtering.Macromolecules，2008，41：1785]首先通过无皂乳液聚合的方法得到N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶，然后将带正电荷的聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)通过离心沉积的方法吸附到带负电荷的共聚微凝胶表面，得到pH、温度双重敏感性微凝胶。研究发现，该微凝胶的性质与聚电解质密切相关，可以通过改变聚电解质的吸附量来调节微凝胶尺寸、ζ电位及pH、温度敏感性。X.X.Zhu等人[Yanling Xu，Linqi Shi，Rujiang Ma et al.Polymer，2007，48：1711]选择N-异丙基丙烯酰胺及4-乙烯基吡啶为聚合单体，通过原子转移自由基聚合的方法制备得到具有pH、温度双重敏感的接枝共聚物。该共聚物在pH为2.8、温度为25℃时以单聚体的形式存在；在同一酸性条件下，当温度升高到50℃时，由于温敏的聚N-异丙基丙烯酰胺组分发生了相转变，由伸展态变为收缩态，因此该单聚体便转变为以聚N-异丙基丙烯酰胺为核、聚4-乙烯基吡啶为壳的核-壳型胶束；而当温度为25℃时将pH调整为6.5，该聚合物又形成了以聚4-乙烯基吡啶为核、聚N-异丙基丙烯酰胺为壳的胶束，这是由于pH的升高使得pH敏感的聚4-乙烯基吡啶由伸展态转变为收缩态，而在该条件下聚N-异丙基丙烯酰胺仍处于伸展状态。张青松等[CN101037494A]则以含有酰胺基的化合物为温敏性单体、含有羧基的化合物为pH敏感单体、含有丙烯酰基化合物为交联剂，通过特定滴加技术及无皂乳液聚合方法制备得到具有温度和pH双重响应性质的纳米级微凝胶。

以上方法只通过增加其它具有环境敏感性的共聚单体来调节复合微凝胶对温度或pH、离子强度等的响应性能，因此该方法制备得到的多为双重敏感性微凝胶材料。

将具有磁性、光学等性质的无机纳米材料与聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶进行复合，从而得到具有多重刺激响应性能的无机-有机杂化微凝胶材料。例如，府寿宽等人发明的专利公开号为CN1454924A、发明名称为“一种具多功能有机-无机复合高分子微球及其制备方法”，以正硅酸烷基酯为前驱体，利用凝胶-溶胶法，制备二氧化硅包裹的磁性纳米颗粒，并以硅烷偶联剂对其进行表面改性，采用模板聚合法，以上述磁性纳米颗粒为种子，以异丙基丙烯酰胺或其衍生物为主体单体，以丙烯酸或其盐等为功能单体。通过控制主单体、功能单体和交联剂的用量，制备得不同溶胀比例的有机-无机复合高分子微球。这种微球具有磁响应性、温度敏感性以及pH敏感性。随后该小组[Yonghui Deng，Changchun Wang，Xizhong Shen，et al.Chemistry-A European Journal，2005，11：6006]又报道了一种同时具有磁响应、热敏性及荧光的多重响应的新型功能微球。具体方法是，利用键和有异硫氰酸荧光素的有机硅烷的水解反应将其包覆于胶体磁性四氧化三铁颗粒表面得到荧光修饰的磁性颗粒，然后选择3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸脂(MPS)对其进行表面修饰，最后通过沉淀聚合反应将聚N-异丙基丙烯酰胺包覆于荧光磁性颗粒表面得到多重响应的功能微球。高明远等人于公开号为CN1318539C的专利中公开了以聚N-异丙基丙烯酰胺及其共聚微凝胶作为微球的基体，采用简单的混合将表面修饰有官能团的无机荧光纳米颗粒吸附到微球内部，然后通过诱导相变而牢固地将其固定在高分子聚合物微球内部，得到具有对温度敏感性质的荧光微球材料。随后该小组[Yanjun Gong，Mingyuan Gao，Dayang Wang，et al.Chemistry of Materials，2005，17：2648]利用CdTe纳米晶体与聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶的氢键相互作用，将CdTe纳米晶体包埋到微凝胶的网络结构中得到对温度敏感的荧光微球。John Erik Wong等人[John Erik Wong，Akhilesh Krishnakumar Gaharwar，Detlef Müller-Schultec，et al.Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2007，311：219]则将聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)层层自组装到聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶表面形成核-壳结构微凝胶，随后将表面经聚丙烯酸(PAA)修饰的四氧化三铁磁性纳米颗粒沉积到聚电解质壳层上，得到同时具有磁响应性和温度敏感性能的有机-无机杂化微凝胶。Jorge Rubio-Retama等人[Jorge Rubio-Retama，Nikolaos E.Zafeiropoulos，Caterina Serafinelli，et al.Langmuir，2007，23：10280]采用无皂自由基聚合法制备得到聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶，进一步通过丙烯酸酯在其表面的聚合得到核-壳型聚N-异丙基丙烯酰胺/聚丙烯酸酯微凝胶，最后利用铁离子的共沉积反应在其表面成功担载了具有超顺磁性的γ-Fe₂O₃纳米颗粒，得到具有温度、磁性双重响应的杂化微凝胶。表面磁性颗粒的担载量对微凝胶的温度敏感性有较大影响，当磁性颗粒的担载量占微凝胶总重量的18％时，微凝胶的相转变温度由36℃升高到40℃，而当磁性颗粒的重量比超过38％时，微凝胶的温敏性基本消失。

该方法通过引入预先制备的无机纳米粒子来增加微凝胶对外界环境的刺激响应性，其缺点在于无机纳米颗粒与高分子微凝胶复合前大多要经过表面修饰，因此这种方法获得的复合微凝胶材料的制备工艺较为复杂。

发明人所在的课题组分别以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)等为单体，利用反相悬浮聚合法得到了一系列高分子微凝胶，并通过外源沉积法成功制备了一系列硫化银-N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸、硫化铜-N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸、硫化镉-N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸等多种具有表面图案化结构的金属硫化物-高分子复合微球材料，并在国内外期刊上公开发表了多篇相关的学术论文，另外也申请了多项国内发明专利[CN1473648，CN1762571，CN1864845，CN1864846，CN1978494]。而涉及具有多重响应性的复合微凝胶的制备研究工作已取得一定进展，相应结果还未公开。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述环境敏感型复合微凝胶制备方法的缺点，提供一种设计合理、工艺可行、操作简单、反应在常温下进行的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述的工艺步骤组成：

1、制备混合表面活性剂

将吐温-80与司班-80按质量比1∶10混合，配制成混合表面活性剂。

2、制备模板油相

将步骤1配制的混合表面活性剂加入到盛有正庚烷的三口烧瓶内，混合表面活性剂与正庚烷的质量比1∶89制成模板油相。

3、制备乳化液

将步骤2制备的模板油相加入到三口烧瓶内，用搅拌机以350～400转/分钟速度搅拌，以2～3mL/min的流速通入氮气，18～30℃乳化60分钟，制成乳化液。

4、制备水相

将N，N′-亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸铵、N-异丙基丙烯酰胺与水按摩尔比为1∶1.1∶18.8∶682混合，搅拌均匀，制成溶液A；氢氧化钠与甲基丙烯酸、水按摩尔比为1∶1.3∶27.0配制成溶液B；将溶液A与溶液B按体积比为5∶1混合，导入氮气至氧气排完为止，制成水相。

5、制备N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶

将步骤4制备的水相与步骤3制备的乳化液按体积比1∶10制成混合液，调整搅拌机的搅拌速度为350～400转/分钟，搅拌15分钟，再加入体积浓度为50mg/mL的N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的水溶液，水相与乳化液、浓度为50mg/mL的N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的水溶液的体积比为1∶10∶0.15，反应4～5小时，生成共聚微凝胶，倾出剩余反应液，将共聚微凝胶用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制备成白色的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶。

6、制备溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶

将N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％的氨水按质量比为1∶5～6均匀混合，放置12小时，使其充分溶胀，制成溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶。

7、制备γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液

将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷按体积比1∶1.5～4混合制备成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液。

8、制备表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球

将司班-80与正庚烷按质量比1∶100～120混合制成沉积油相，将步骤6制备的溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶加入到乳化40分钟的沉积油相中，溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与沉积油相的质量比为1∶50～52。25℃以370转/分钟搅拌，以2～3滴/秒加入步骤7制备的γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液，反应5小时，生成氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球，倾去剩余反应液，用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制成乳白色的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球。

9、制备异硫氰酸荧光素与无水乙醇混合液

将异硫氰酸荧光素与无水乙醇按质量比为1∶800～900混合配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。

10、制备荧光复合微凝胶

司班-80与正庚烷按质量比1∶172～224混合制成标记油相，将步骤8制备的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的质量比为1∶172～224，25℃以370转/分钟搅拌，再加入与标记油相体积比为1∶3.25～4.25的异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液，反应20～26小时，倾去剩余反应液，用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制成橘红色的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶。

在本发明的工艺步骤6中，N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％氨水的优选质量比为1∶5.5～6混合。在工艺步骤7中，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷按体积比为1∶2～4混合制备成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液。在工艺步骤8中，司班-80与正庚烷的优选质量比为1∶105～115混合制成沉积油相。在工艺步骤9中，将异硫氰酸荧光素与无水乙醇按优选质量比为1∶850～900混合，配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。在工艺步骤10中，司班-80与正庚烷的优选质量比为1∶180～210混合制成标记油相，将步骤8制备的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的优选质量比为1∶180～210，25℃以370转/分钟搅拌，再加入与标记油相优选体积比为1∶3.5～4的异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。

在本发明的工艺步骤6中，N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％氨水最佳质量比为1∶5.5混合。在工艺步骤7中，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷按体积比1∶3混合制备成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液。在工艺步骤8中，司班-80与正庚烷的最佳质量比1∶110混合制成沉积油相，将步骤6制备的溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶加入到乳化40分钟的沉积油相中，溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与沉积油相的最佳质量比为1∶51。在工艺步骤9中，将异硫氰酸荧光素与无水乙醇按最佳质量比为1∶877混合，配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。在工艺步骤10中，司班-80与正庚烷的最佳质量比为1∶198混合制成标记油相，将步骤8制备的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的最佳质量比为1∶199，25℃以370转/分钟搅拌，再加入与标记油相最佳体积比为1∶3.75的异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。

本发明具有设计合理、工艺可行、操作简单、反应在常温下进行等优点，采用本发明制备的荧光复合微凝胶，具有对温度和pH敏感性，同时又选择了量子产率高、光稳定性好的异硫氰酸荧光素作为荧光物质，所制备的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶，尺寸在微米范围，不易团聚。这种材料在药物控释、生物探针、化学分离等领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1是采用实施例1制备的荧光复合微凝胶的扫描电镜照片。

图2是采用实施例1制备的荧光复合微凝胶的激光共聚焦扫描显微镜照片。

图3是采用实施例1制备的荧光复合微凝胶的荧光光谱图。

图4是经水溶胀的荧光复合微凝胶在30℃时的热台偏光显微镜照片。

图5是经水溶胀的荧光复合微凝胶在34℃时的热台偏光显微镜照片。

图6是经水溶胀的荧光复合微凝胶在46℃时的热台偏光显微镜照片。

图7是经水溶胀的荧光复合微凝胶在50℃时的热台偏光显微镜照片；

图8是经pH为2的硫酸水溶液溶胀的荧光复合微凝胶的热台偏光显微镜照片。

图9是经pH为5的硫酸水溶液溶胀的荧光复合微凝胶的热台偏光显微镜照片。

图10是经pH为11的氢氧化钠水溶液溶胀的荧光复合微凝胶的热台偏光显微镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

制备对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的工艺步骤如下：

1、制备混合表面活性剂

称取0.047g吐温-80与0.47g司班-80混合，配制成混合表面活性剂。

2、制备模板油相

将步骤1配制的0.517g混合表面活性剂加入到盛有70mL正庚烷的三口烧瓶内，即混合表面活性剂与正庚烷的质量比1∶89，制成46.675g模板油相。

3、制备乳化液

将步骤2制备的46.675g模板油相加入到三口烧瓶内，用搅拌机以350～400转/分钟速度搅拌，以2～3mL/min的流速通入氮气，在18～30℃乳化60分钟，制成乳化液。

4、制备水相

称取0.069gN，N′-亚甲基双丙烯酰胺，0.96g的N-异丙基丙烯酰胺，0.11g过硫酸铵与5.5mL水混合，搅拌均匀，即N，N′-亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸铵、N-异丙基丙烯酰胺、水的摩尔比为1∶1.1∶18.8∶682，制成溶液A。称取0.83g氢氧化钠与0.23mL甲基丙烯酸、1mL水混合，即氢氧化钠与甲基丙烯酸、水的摩尔比为1∶1.3∶27.0，配制成溶液B。将溶液A与溶液B按体积比为5∶1混合，导入氮气至氧气排完为止，制成水相6.7mL。

5、制备N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶

将步骤4制备的水相6.7mL与步骤3制备的46.675g乳化液混合，调整搅拌机的搅拌速度为350～400转/分钟，搅拌15分钟，再加入1mL体积浓度为50mg/mL的N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的水溶液，水相与乳化液、浓度为50mg/mL的N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的水溶液的体积比为1∶10∶0.15，反应4～5小时，生成共聚微凝胶，倾出剩余反应液，将共聚微凝胶用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制备成白色的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶。

6、制备溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶

称取0.1gN-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与0.6mL质量浓度为25％～28％的氨水混合，即N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％的氨水质量比为1∶5.5，放置12小时，使其充分溶胀，制备成0.65g溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶。

7、制备γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液

量取1mL的γ-氨丙基三乙氧基硅烷与3mL正庚烷混合配制成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液。

8、制备表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球

称取0.3g司班-80与50mL正庚烷混合制成沉积油相33.27g，即司班-80与正庚烷质量比1∶110，将步骤6制备的0.65g溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶加入到乳化40分钟的33.27g沉积油相中，即溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与沉积油相的质量比为1∶51。25℃以370转/分钟搅拌，以2～3滴/秒加入步骤7制备的γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液中，反应5小时，生成氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球，倾去剩余反应液，用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制成乳白色的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球。

9、制备异硫氰酸荧光素与无水乙醇混合液

称取0.0036g异硫氰酸荧光素与4mL无水乙醇混合，即异硫氰酸荧光素与无水乙醇质量比为1∶877，配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。

10、制备荧光复合微凝胶

称取0.05g司班-80与15mL正庚烷混合制成9.94g标记油相，即司班-80与正庚烷的质量比1∶198，将步骤8制备的0.05g表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的9.94g标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的质量比为1∶199，25℃以370转/分钟搅拌，再加入4mL异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液，即异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液与标记油相体积比为1∶3.75，反应20～26小时，倾去剩余反应液，用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制成橘红色的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶。

实施例2

在实施例1的工艺步骤6中，称取0.1gN-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与0.55mL质量浓度为25％～28％的氨水混合，即N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％的氨水质量比为1∶5，放置12小时，使其充分溶胀，制备成0.6g溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶。在工艺步骤7中，量取1mL的γ-氨丙基三乙氧基硅烷与1.5mL正庚烷混合配制成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液。在工艺步骤8中，称取0.3g司班-80与45mL正庚烷混合制成沉积油相30g，即司班-80与正庚烷质量比1∶100，将步骤6制备的0.6g溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶加入到乳化40分钟的30g沉积油相中，即溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与沉积油相的质量比为1∶50，该工艺步骤的其它步骤与实施例1相同，制备成乳白色的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球。在工艺步骤9中，称取0.0036g异硫氰酸荧光素与3.65mL无水乙醇混合，即异硫氰酸荧光素与无水乙醇质量比为1∶800，配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。在工艺步骤10中，称取0.05g司班-80与13mL正庚烷混合制成8.6g标记油相，即司班-80与正庚烷的质量比1∶172，将步骤8制备的0.05g表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的8.6g标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的质量比为1∶172，25℃以370转/分钟搅拌，再加入4mL异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液，即异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液与标记油相体积比为1∶3.25，该工艺步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同。

实施例3

在实施例1的工艺步骤6中，称取0.1gN-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与0.67mL质量浓度为25％～28％的氨水混合，即N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％的氨水质量比为1∶6，放置12小时，使其充分溶胀，制备成0.7g溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶。在工艺步骤7中，量取1mL的γ-氨丙基三乙氧基硅烷与4mL正庚烷混合配制成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液。在工艺步骤8中，称取0.3g司班-80与55mL正庚烷混合制成沉积油相36.6g，即司班-80与正庚烷质量比1∶120，将步骤6制备的0.7g溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶加入到乳化40分钟的36.6g沉积油相中，即溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与沉积油相的质量比为1∶52，该工艺步骤的其它步骤与实施例1相同，制备成乳白色的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球。在工艺步骤9中，称取0.0036g异硫氰酸荧光素与4.1mL无水乙醇混合，即异硫氰酸荧光素与无水乙醇质量比为1∶900，配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。在工艺步骤10中，称取0.05g司班-80与17mL正庚烷混合制成11.2g标记油相，即司班-80与正庚烷的质量比1∶224，将步骤8制备的0.05g表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的11.2g标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的质量比为1∶224，25℃以370转/分钟搅拌，再加入4mL异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液，即异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液与标记油相体积比为1∶4.25，该工艺步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同。

为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1制备的对温度和pH敏感的荧光复合微凝进行了试验，各种试验情况如下：

试验仪器：环境扫描电子显微镜，型号为Quanta200，由美国FEI公司生产；激光共聚焦扫描显微镜，型号为TCS SP5，由德国Leica公司生产；热台偏光显微镜，型号为LEICA-DMLP，由德国Leica公司生产，热台系统型号为EC600，由英国Linkam公司生产；荧光分光光度计，型号为PE LS55，由美国PE公司生产。

1、对荧光复合微凝胶的表征

采用本发明实施例1制备的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶采用环境扫描电子显微镜进行观察，扫描电镜照片见图1，由图1可见，球形完整，表面光滑，其平均粒径在30μm左右。以波长为488nm的可见光为激发光，在激光共聚焦扫描显微镜下观察到的图片见图2，由图2可见，壳层呈绿色荧光，与文献报道的异硫氰酸荧光素的荧光性质相吻合[Bruno G.De Geest，Christophe Déjugnat，Michelle Prevot，et al.Advanced Functional Materials，2007，17：531]。用荧光分光光度计检测的荧光发射光谱见图3，由图3可见，其激发光波长为480nm、最大发射光波长为530nm左右，与文献报道的异硫氰酸荧光素的荧光性质相吻合[Yonghui Deng，Changchun Wang，Xizhong Shen，et al.Chemistry-A EuropeanJournal，2005，11：6006]。

2、荧光复合微凝胶对温度的敏感性

采用本发明实施例1制备的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶，用二次水溶胀，在热台偏光显微镜下观察，分别升温至30℃、34℃、46℃、50℃，观察其体积变化情况，热台偏光显微镜照片见图4～图7。由图4～图7可见，对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶在30℃时处于溶胀状态，在34℃时体积开始收缩，在46℃时体积剧烈收缩，在50℃时体积基本接近在干态时的体积。

3、荧光复合微凝胶对pH的敏感性

将荧光复合微凝胶分别用pH为2和5的硫酸水溶液以及pH为11的氢氧化钠水溶液分别溶胀，在热台偏光显微镜下观察其体积随pH的变化情况，观察结果见图8～10，由图8～10可见，pH为2时体积的收缩程度加剧，pH为5时体积出现收缩；pH为11时荧光复合微凝胶处于高度溶胀状态，其溶胀度与在30℃时经二次水充分溶胀的荧光复合微凝胶相当。

Claims (3)

1.一种对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的制备方法，其特征在于它是由下述的工艺步骤制成：

(1)制备混合表面活性剂

将吐温-80与司班-80按质量比1∶10混合，配制成混合表面活性剂；

(2)制备模板油相

将步骤1配制的混合表面活性剂加入到盛有正庚烷的三口烧瓶内，混合表面活性剂与正庚烷的质量比1∶89制成模板油相；

(3)制备乳化液

将步骤2制备的模板油相加入到三口烧瓶内，用搅拌机以350～400转/分钟速度搅拌，以2～3mL/min的流速通入氮气，在18～30℃乳化60分钟，制成乳化液；

(4)制备水相

将N，N′-亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸铵、N-异丙基丙烯酰胺与水按摩尔比为1∶1.1∶18.8∶682混合，搅拌均匀，制成溶液A；氢氧化钠与甲基丙烯酸、水按摩尔比为1∶1.3∶27.0配制成溶液B；将溶液A与溶液B按体积比为5∶1混合，导入氮气至氧气排完为止，制成水相；

(5)制备N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶

将步骤4制备的水相与步骤3制备的乳化液按体积比1∶10制成混合液，调整搅拌机的搅拌速度为350～400转/分钟，搅拌15分钟，再加入体积浓度为50mg/mL的N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的水溶液，水相与乳化液、浓度为50mg/mL的N，N，N′，N′-四甲基乙二胺的水溶液的体积比为1∶10∶0.15，反应4～5小时，生成共聚微凝胶，倾出剩余反应液，将共聚微凝胶用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制备成白色的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶；

(6)制备溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶

将N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％的氨水按质量比为1∶5～6均匀混合，放置12小时，使其充分溶胀，制成溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶；

(7)制备γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液

将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷按体积比1∶1.5～4混合制备成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液；

(8)制备表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球

将司班-80与正庚烷按质量比1∶100～120混合制成沉积油相，将步骤6制备的溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶加入到乳化40分钟的沉积油相中，溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与沉积油相的质量比为1∶50～52；25℃以370转/分钟搅拌，以2～3滴/秒加入步骤7制备的γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液，反应5小时，生成氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球，倾去剩余反应液，用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制成乳白色的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球；

(9)制备异硫氰酸荧光素与无水乙醇混合液

将异硫氰酸荧光素与无水乙醇按质量比为1∶800～900混合配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液；

(10)制备荧光复合微凝胶

司班-80与正庚烷按质量比1∶172～224混合制成标记油相，将步骤8制备的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的质量比为1∶172～224，25℃以370转/分钟搅拌，再加入与标记油相体积比为1∶3.25～4.25的异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液，反应20～26小时，倾去剩余反应液，用丙酮和二次水交替洗涤5～6次，自然晾干，制成橘红色的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶。

2.按照权利要求1所述的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的制备方法，其特征在于：在工艺步骤6中，N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％氨水的质量比为1∶5.5～6混合；在工艺步骤7中，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷按体积比1∶2～4混合制备成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液；在工艺步骤8中，司班-80与正庚烷的质量比1∶105～115混合制成沉积油相；在工艺步骤9中，将异硫氰酸荧光素与无水乙醇按质量比为1∶850～900混合，配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液；在工艺步骤10中，司班-80与正庚烷的质量比为1∶180～210混合制成标记油相，将步骤8制备的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的质量比为1∶180～210，25℃以370转/分钟搅拌，再加入与标记油相体积比为1∶3.5～4的异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。

3.按照权利要求1所述的对温度和pH敏感的荧光复合微凝胶的制备方法，其特征在于：在工艺步骤6中，N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与质量浓度为25％～28％氨水质量比为1∶5.5混合；在工艺步骤7中，将γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷按体积比1∶3混合制备成γ-氨丙基三乙氧基硅烷与正庚烷的混合液；在工艺步骤8中，司班-80与正庚烷的质量比1∶110混合制成沉积油相，将步骤6制备的溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶加入到乳化40分钟的沉积油相中，溶胀的N-异丙基丙烯酰胺共聚甲基丙烯酸微凝胶与沉积油相的质量比为1∶51；在工艺步骤9中，将异硫氰酸荧光素与无水乙醇按质量比为1∶877混合，配制成异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液；在工艺步骤10中，司班-80与正庚烷的质量比为1∶198混合制成标记油相，将步骤8制备的表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球加入到乳化40分钟的标记油相中，表面沉积氨基修饰的二氧化硅高分子复合微球与标记油相的质量比为1∶199，25℃以370转/分钟搅拌，再加入与标记油相体积比为1∶3.75的异硫氰酸荧光素与无水乙醇的混合液。

Images