CN101787138A - 一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单分散微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其以聚甲基丙烯酸甲酯为原料，聚乙烯醇溶液为分散介质，通过乳液分散溶剂挥发法制备。在高速搅拌下，将PMMA溶液按一定的流速加入到聚乙烯醇的水溶液中，形成均匀、稳定的乳液，经超声分散、溶剂挥发、抽滤、水洗、真空干燥等处理得出表面光滑、颗粒规整、无粘连的微球。该微球粒径在10～100μm，粒径大小、粒径分布均可控。与现有技术相比，本发明具有操作工艺简单、实施条件温和的优点，为制备单分散、微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球提供了一种简单可行的新方法。所得聚甲基丙烯酸甲酯微球可用于药物载体、骨修复、整形材料等生物医用材料领域。

Description

一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体为一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法。
背景技术
聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)是丙烯酸酯类中最重要也是最常用的一种材料，性能优良，用途广泛，已成为国民经济各部门中得到广泛应用的塑料产品之一。抛光后的PMMA广泛用于制作医用器皿、医疗装备(如恒温箱、操作箱等)的透明罩盖、观测镜、手术用具等。由于PMMA与人体组织有良好的相容性，对人体无毒，透光性好，化学性质稳定，容易加工成所需形状，因此医学上用PMMA可制作出人工角膜、骨科粘结固定关节假体、骨水泥、义齿、义颌、模型粉、牙托粉、造牙粉以及骨架缓释材料等。多年来在骨科、眼科的临床应用显示聚甲基丙烯酸甲酯无过敏性，生物相容性和化学惰性优于聚四氟乙烯、硅胶、经基磷灰石和聚丙烯酞胺等以往使用的组织填充材料。
PMMA用于皮肤组织填充始于1994年，荷兰Hafod Bioscience B.V公司将直径为30～42μm的PMMA微球悬浮于牛胶原蛋白溶液中，以爱贝芙(Artecoll)的商品名在欧洲上市。爱贝芙是一种高效、持久的优秀的可注射整形软材料，维持时间较单独的牛胶原蛋白溶液填充剂长。牛胶原蛋白溶液作为PMMA微球的载体，植入肌体后1～3个月被降解，而PMMA属于肌体不可吸收的合成材料，它使肌体产生异物反应，形成纤维结缔组织包膜，可以永久性地维持其填充效果。美中不足的是，爱贝芙的生产方仅由荷兰汉福生物科技公司一家垄断，技术壁垒的存在导致爱贝芙价格居高不下，阻碍了好材料的大众推广；同时，爱贝芙在生物相容性、安全性和锚定性方面仍存在需要改进的地方。
聚合物微球的制备方法有化学法和物理法。PMMA微球的化学制备方法有乳液聚合(0.01～0.5μm)、无皂乳液聚合(0.2～0.8μm)、种子聚合(0.5～1μm)、分散聚合(0.8～6μm)、种子溶胀(1～10μm)、悬浮聚合(100～1000μm)方法。不同粒径的聚合物微球，其性能和应用范围也不同。例如，粒径范围为50～1000μm的大粒径合成聚合物微球主要包括各种离子交换树脂，在水处理行业广泛使用。在0.5μm以下的微球一般用于涂料、油漆等领域。粒径在0.5～50μm的合成聚合物微球是当前发展最快的聚合物微球，广泛用于组成工程、生物医用材料领域。
伍绍贵等采用分散聚合法制备了微球粒径主要集中在5.637～7.962μm的PMMA微球(伍绍贵等，中国科学院研究生院学报，2006，23(3)：323～330)。Chen Yi-Hung等人(Chen Yi-Hung’Liu Yi-You，Lin Rong-Hsien，Yen Fu-Shan.Journal of Applied Polymer Science，2008，108(1)：583-590)采用改进的悬浮聚合法制备了微球粒径为1.8～6.8μm的磁性PMMA微球。Takahashi等人采用种子溶胀和分散聚合相结合的方式制备了微米级单分散PMMA微球(Takahashi Kazuhiko，Uyama Hiroshi，Kobayashi Shiro.Journal ofMacromolecular Science-Pure and Applied Chemistry，1998，35(9)：1473-1487)。
溶剂挥发法(O/W)是最典型的聚合物微球的物理制备方法。该方法具有操作简单、不需要特殊溶剂等特点，只要寻找合适的有机溶剂、修饰剂、表面活性剂，探索浓度、配比、搅拌速度、超声功率等参数，就可以以最简单的方法、最低的成本实现聚合物微球的生产。但是目前还没有溶剂挥发法制备10～100μm粒径范围的PMMA微球的先例。
发明内容
本发明的目的提供制备单分散、可在室温时实施、粒径范围在10～100μm的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法。
本发明是这样实现的：一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于有机溶剂中，聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量分数范围为0.5～5.0％；有机溶剂可以是二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯、丙酮中的一种或两种；聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量分数优选范围为0.7～3.0％，更优选范围为0.9～1.5％。
2)将聚乙烯醇溶解在去离子水中，制备成质量分数为0.5～2.5％的聚乙烯醇溶液；在搅拌下将聚甲基丙烯酸甲酯溶液(PMMA溶液)逐滴加入聚乙烯醇溶液中，水相与有机相的体积比为1～10∶1；滴加完聚甲基丙烯酸甲酯溶液后持续搅拌0.5～8小时，得到均匀、稳定的乳液；将均匀、稳定的乳液以100～500W的功率超声处理5～30分钟。水相与有机相优选的体积比为1～5∶1，更优选体积比为1～3∶1。所述的搅拌速度为600～2000r/min。
3)在室温或加热条件下挥发有机溶剂，挥发有机溶剂的时间为2～12小时，过滤，洗涤，干燥得到10～100μm的聚甲基丙烯酸甲酯微球。溶剂挥发时间优选为4～10小时，更优选为6～8小时。所述的加热条件为加热温度低于所有溶剂的沸点。
与现有技术相比，本发明具有操作工艺简单、实施条件温和的优点。用乳化-溶剂挥发法制备微米级聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球，可以通过上述搅拌速度、聚甲基丙烯酸甲酯溶液的浓度、分散剂聚乙烯醇浓度、有机相与水相的比例、超声功率、超声时间来调控聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径大小、粒径分布。因此，本发明为制备单分散、微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球提供了一种简单可行的新方法。所得聚甲基丙烯酸甲酯微球可用于药物载体、骨修复、整形材料等生物医用材料领域。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的光学显微镜图；
图2是本发明实施例1制得的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的扫描电子显微镜图；
图3是本发明制得的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的粒径分布图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明进行详细的说明。
一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于有机溶剂中，聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量分数范围为0.5～5.0％；有机溶剂可以是二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯、丙酮中的一种或两种；聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量分数的优选范围为0.7～3.0％，更优选范围为0.9～1.5％。
(2)将聚乙烯醇溶解在去离子水中，制备成质量百分比(重量)浓度为0.5～2.5％的聚乙烯醇溶液；在磁力搅拌下将聚甲基丙烯酸甲酯溶液(PMMA溶液)逐滴加入聚乙烯醇溶液中，水相与有机相的体积比为1～10∶1；其中水相为聚乙烯醇溶液，有机相为聚甲基丙烯酸甲酯溶液；滴加完聚甲基丙烯酸甲酯溶液后持续搅拌0.5～8小时，得到均匀、稳定的乳液；将均匀、稳定的乳液进行以100～500W的功率超声处理5～30分钟。水相与有机相优选的体积比为1～5∶1，更优选体积比为1～3∶1。所述的搅拌速度可以为600～2000r/min；优选的搅拌速度可以为1400r/min。超声处理优选的功率为150W，处理时间为10分钟。
(3)在室温或加热条件下挥发二氯甲烷、氯仿等有机溶剂，挥发溶剂的时间为2～12小时，过滤，洗涤，干燥得到10～100μm的聚甲基丙烯酸甲酯微球。溶剂挥发时间优选为4～10小时，更优选为6～8小时。所述的加热条件为加热温度低于所有溶剂的沸点。优选的加热温度可以为40～50℃，并且搅拌继续搅拌6～8小时。
挥发有机溶剂完毕后，可以用玻璃砂漏斗进行抽滤，收集微球。在常温下，将PMMA微球分散于蒸馏水中，然后用高速冷冻离心机离心，重复三次以上操作。收集沉淀，在真空干燥箱中，60℃下干燥24小时。
实施例1
称取相对分子质量为410000的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)1g，溶于100mL氯仿中，完全溶解。量取浓度为1％的聚乙烯醇(PVA)水溶液20mL，装入500mL锥形瓶中，用磁力搅拌器搅拌，搅拌速度为1400r/min。将完全溶解的PMMA溶液10mL逐滴加入PVA水相分散介质中。加料完毕加盖，在室温下持续均匀搅拌约120分钟。将已均匀分布且稳定不变的乳液进行超声处理10分钟(超声功率150W)，然后打开盖，在40～50℃，继续搅拌6～8小时。待溶剂蒸发完毕，用玻璃砂漏斗进行抽滤，收集微球。在常温下，将PMMA微球分散于蒸馏水中，然后用高速冷冻离心机离心，重复三次以上操作。收集沉淀，在真空干燥箱中，60℃下干燥24小时。将收集的产品进行检测如图1、图2和图3所示，PMMA微球粒径分散性小、均匀度好，绝大部分都集中在30～42μm范围内。

Claims (10)

1.一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯溶于有机溶剂中，聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量分数范围为0.5～5.0％；
(2)将聚乙烯醇溶解在去离子水中，制备成质量分数为0.5～2.5％的聚乙烯醇溶液；在搅拌下将聚甲基丙烯酸甲酯溶液逐滴加入聚乙烯醇溶液中，水相与有机相的体积比为1～10∶1；滴加完聚甲基丙烯酸甲酯溶液后持续搅拌0.5～8小时，得到均匀、稳定的乳液；将均匀、稳定的乳液进行超声处理；
(3)在室温或加热条件下挥发有机溶剂，挥发有机溶剂的时间为2～12小时；过滤，洗涤，干燥得到10～100μm的聚甲基丙烯酸甲酯微球。
2.如权利要求1所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂是二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯、丙酮中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量分数范围为0.7～3.0％。
4.如权利要求1所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的聚甲基丙烯酸甲酯溶液的质量分数范围为0.9～1.5％。
5.如权利要求1所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的水相与有机相的体积比为1～5∶1。
6.如权利要求5所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的水相与有机相的体积比为1～3∶1。
7.如权利要求1所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的挥发有机溶剂的时间为4～10小时。
8.如权利要求7所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的挥发有机溶剂的时间为6～8小时。
9.如权利要求7所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的超声处理为100～500W的功率超声处理5～30分钟。
10.如权利要求7所述的一种微米级聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法，其特征在于，所述的搅拌的速度为600～2000r/min。
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