CN102161717B

CN102161717B - 一种彩色乳胶颗粒的制备方法

Info

Publication number: CN102161717B
Application number: CN 201110034028
Authority: CN
Inventors: 聂海龙
Original assignee: CHANGSHA SINOCARE Inc
Current assignee: Sinocare Inc
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: CN102161717A

Abstract

本发明提供了一种彩色乳胶颗粒的制备方法，包括：将单体与水混合搅拌后加热，并在引发剂作用下发生聚合反应，得到乳胶颗粒悬浮液；所述单体为苯乙烯或烯酸酯类单体；b)将所述乳胶颗粒悬浮液与染料混合、加热后染料分子镶嵌在膨胀后的乳胶颗粒中，再除去颗粒表面的染料分子，得到彩色乳胶颗粒。本发明提供的彩色乳胶颗粒的制备方法工艺简单，降低成本，使制备的彩色乳胶颗粒色彩丰富，颜色深浅可控，表面洁净，形貌没有发生改变。

Description

一种彩色乳胶颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子合成领域，尤其涉及一种彩色乳胶颗粒的制备方法。

背景技术

随着生物技术、医学技术、微电子技术的快速发展，医学诊断技术越来越向集约化、自动化、微量化发展，如流式细胞仪、生物芯片、全自动生化分析仪等一系列诊断仪器。这些诊断仪器都必须借助高效的诊断试剂，而这些诊断试剂则需要高性能的标记物质。由于彩色乳胶颗粒具有以下特点：1、多样性，即颗粒大小的多样性、色彩的多样性，色彩深浅的多样性以及颗粒具有荧光、磷光以及不发光等选择的多样性；2、标记的高效性，即单个颗粒上标记物对应的信号放大效率的高效性；3、稳定性，在水溶液中，化学、物理性质非常稳定；4、操作的简便性，乳胶颗粒标记抗体等物质非常简单、不需要非常复杂的仪器设备。因而彩色乳胶颗粒技术的发展为医学诊断技术的快速发展提供了强有利地保障。

目前，彩色乳胶颗粒的制备方法主要为以下3种：第一种是染料单体与乳胶单体共聚，如中国专利200710031103.4公开的彩色乳胶颗粒制备方法，采用金属配合物染料单体与乳胶单体共聚而制备的荧光乳胶颗粒，。美国专利US4326008公开的彩色乳胶颗粒制备方法将丹磺酰氯与丙烯胺反应，合成染料单体分子，然后与乳胶单体共聚合而制备荧光乳胶颗粒。使这种方法制备的彩色乳胶颗粒工艺路线复杂，并且种类非常有限。

第二种是先制备得到乳胶颗粒，然后通过颗粒表面修饰活性基团，最后把染料分子通过共价键交联到颗粒表面。如美国专利US4609689公开的一种彩色乳胶颗粒制备方法通过1，3-丙二胺的桥梁作用把异硫氰酸荧光素(FITC)连接到乳胶颗粒表面而制备荧光乳胶颗粒。美国专利US6268222公开的一种彩色乳胶颗粒的制备方法，将纳米级的彩色颗粒共价连接到微米级的颗粒上，从而制备得到彩色编码颗粒。美国专利US5194300公开的一种彩色乳胶颗粒的制备方法，用荧光胺与表面带有羧基酯的颗粒反应而制备荧光乳胶颗粒。这种方法相对第一种方法制备工艺简单，但是颗粒表面修饰的染料分子性质很容易受到外界的影响，同时颗粒着色浅。

第三种方法是通过物理包埋或吸附。它又可以分为以下几种：1、溶胀法，即先合成出乳胶颗粒，然后再通过溶胀作用把染料分子包埋在乳胶颗粒内。美国专利US5723218公开的一种彩色乳胶颗粒的制备方法，利用溶剂溶胀方法将氟化硼络合二吡啶甲川类化合物(BODIPY)包埋到乳胶颗粒中而制备彩色乳胶颗粒；美国专利US5073498公开的一种彩色乳胶颗粒的制备方法也是通过溶胀方法制备彩色乳胶颗粒；美国专利US4717655公开的一种彩色乳胶颗粒的制备方法采用两种染料按照一定比例配置成溶液，制备出五种不同的乳胶颗粒；这种方法简单、着色深，但是颗粒经过溶胀处理后，颗粒形貌很难恢复，对颗粒性质影响很大，不利于在生化检测当中的应用。2、染色法，即颗粒制备后，把它加入到一个配方非常复杂的反应体系进行染色，一段时间后把颗粒进行透析，得到彩色乳胶颗粒。中国专利200710058397.X公开的一种彩色乳胶颗粒的制备方法，采用染色的方法制备出了不同的荧光乳胶颗粒。

采用共聚方法得到的彩色乳胶颗粒合成路线复杂，成本高，采用接枝反应得到的彩色乳胶颗粒，表面的染料分子性质不稳定，很容易受到外界的影响，同时颗粒着色浅。采用物理包埋或吸附的方法制备的彩色乳胶颗粒，颗粒形貌也会发生很大的变化、表面存在很多残留染料分子和表面活性剂类物质以及乳胶单体小分子链，这些物质都不利于彩色乳胶在医学、生物中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供彩色乳胶颗粒的制备方法工艺简单，降低成本，使制备的彩色乳胶颗粒色彩丰富，颜色深浅可控，表面洁净形貌没有发生改变。

为了解决技术问题，本发明提供了一种彩色乳胶颗粒的制备方法，包括：

a)将单体与水混合搅拌后加热，并在引发剂作用下发生聚合反应，得到乳胶颗粒悬浮液；所述单体为苯乙烯或烯酸酯类单体；

b)将所述乳胶颗粒悬浮液与染料混合、加热后染料分子镶嵌在膨胀后的乳胶颗粒中，再除去颗粒表面的染料分子，得到彩色乳胶颗粒。

优选的，所述染料选自荧光染料、磷光染料以及普通彩色染料或量子点中的一种或多种。

优选的，所述染料包括荧光素、罗丹明系列染料、香豆素染料、氟硼类染料、方酸类染料、花青类染料中的一种或多种。

优选的，所述引发剂为过硫酸盐。

优选的，所述单体、染料和水按重量比为1～15∶0.01～2∶100。

优选的，在步骤a中加入功能化单体，所述功能化单体与苯乙烯或烯酸酯类单体按重量比为1～10∶1。

优选的，步骤a)具体为：

a12)将苯乙烯或烯酸酯单体、功能化单体和超纯水按重量比为1～15∶0.002～2∶100混合，以100～800rad/min的速度搅拌均匀，在60～90℃下加热，得到第二混合溶液；

a22)将所述引发剂加入所述第二混合溶液中，反应2～24h后过滤得到乳胶颗粒乳胶颗粒悬浮液。

优选的，步骤a)具体为：

a13)将苯乙烯或烯酸酯类单体与超纯水按重量比为1～15∶100混合，以100～800rad/min的速度搅拌均匀，在60～90℃下加热，得到第三混合溶液；

a23)将所述引发剂加入所述第三混合溶液中，反应30～300min后，将所述功能化单体加入所述第三混合溶液中，反应2～24h后过滤得到乳胶颗粒乳胶颗粒悬浮液。

优选的，所述功能化单体为含有不饱和键的羧酸类化合物、胺类化合物、醛类化合物、醇类化合物、硫醇类化合物、环氧类化合物中的一种或多种。

优选的，步骤b)具体为：

b1)将与单体重量比为0.01～2∶1～15的染料加入所述乳胶颗粒悬浮液中，以100～800rad/min的速度搅拌，60℃～100℃的温度反应2～24小时；

b2)染料的分子镶嵌在受热膨胀后的乳胶颗粒分子中，用过硫酸盐除去乳胶颗粒表面的染料分子，得到彩色乳胶颗粒。

本发明提供了一种彩色乳胶颗粒的制备方法，包括：a)将单体与水混合搅拌后加热，并在引发剂作用下发生聚合反应，得到乳胶颗粒悬浮液；所述单体为苯乙烯或烯酸酯类单体；b)将所述乳胶颗粒悬浮液与染料混合、加热后染料分子镶嵌在膨胀后的乳胶颗粒中，得到彩色乳胶颗粒。本发明首先制备乳胶颗粒，然后将所述染料分子镶嵌在受热膨胀后的乳胶颗粒中，再除去乳胶颗粒表面的染料分子，得到彩色乳胶颗粒。由于是采用乳胶颗粒膨胀后，染料镶嵌的方法，所以乳胶颗粒冷却后会恢复原有形貌，并将染料分子牢牢固定在乳胶颗粒中，色彩鲜艳，颜色深浅根据染料的添加量而控制。表面多余染料分子被去除后乳胶颗粒表面平整、洁净。本发明的制备工艺简单，不需要特种试剂和仪器，原料成本低廉，合成条件温和，很适合大规模工业化生产。

附图说明

图1本发明提供的红绿蓝三种不同颜色所制备的乳胶颗粒光谱图；

图2本发明提供的红绿蓝三色两者相互混合所制备的乳胶颗粒光谱图；

图3本发明提供的加入不同浓度的染料分子所制备的乳胶颗粒光谱图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明提供了一种彩色乳胶颗粒的制备方法，包括：a)将单体与水混合搅拌后加热，并在引发剂作用下发生聚合反应，得到乳胶颗粒悬浮液；所述单体为苯乙烯或烯酸酯类单体；b)将所述乳胶颗粒悬浮液与染料混合、加热后染料分子镶嵌在膨胀后的乳胶颗粒中，得到彩色乳胶颗粒。

按照本发明，优选将功能化单体加入反应体系中，增加彩色乳胶颗粒的应用领域，加入功能化单体的方法有两种，第一种为：将苯乙烯或烯酸酯单体、功能化单体和超纯水按重量比为1～15∶0.002～2∶100混合，以100～800rad/min的速度搅拌均匀，在60～90℃下加热，得到第二混合溶液；将所述引发剂加入所述第二混合溶液中，反应2～24h后过滤得到乳胶颗粒乳胶颗粒悬浮液。

第二种为：将苯乙烯或烯酸酯类单体与超纯水按重量比为1～15∶100混合，以100～800rad/min的速度搅拌均匀，在60～90℃下加热，得到第三混合溶液；将所述引发剂加入所述第三混合溶液中，反应30～300min后，将所述功能化单体加入所述第三混合溶液中，反应2～24h后过滤得到乳胶颗粒乳胶颗粒悬浮液。

按照本发明，首先制备乳胶颗粒，然后将加热膨胀后的乳胶颗粒与彩色染料混合，将所述彩色染料分子镶嵌在乳胶颗粒中，冷却后，彩色染料分子被牢牢的固定住，使彩色乳胶颗粒的表面更加均匀，色彩均匀，丰富，不易掉色。

按照本发明，所述单体、染料、超纯水按重量比优选为1～15∶0.01～2∶100，功能化单体与超纯水按重量比为0.002～2∶100；所述单体为苯乙烯类或烯酸酯类单体，所述功能化单体与所述苯乙烯或烯酸酯类单体按重量比优选为1～10∶1。将所述单体用质量浓度为10％的氢氧化钠溶液按等体积洗涤2次，然后采用超纯水洗涤3～4次，再用旋转蒸发仪进行馏分，以除去单体中的阻聚剂。

按照本发明，所述引发剂优选使用过硫酸盐，更优选为过硫酸钾或过硫酸铵，最优选为过硫酸钾。所述过硫酸钾优选用水进行重结晶。

按照本发明，功能化单体优选使用含有不饱和键的酸类、胺类、醛类、醇类、硫醇类、环氧基类中的至少一种或多种物质。

按照本发明，所述的染料分子可以选用不溶于水或者微溶于水的彩色染料分子，彩色染料分子可以是荧光染料分子、磷光染料分子以及普通彩色染料分子或者量子点。如：荧光素、罗丹明系列染料、香豆素染料、氟硼类染料、方酸类染料、花菁类染料等疏水性染料荧光物质的一种；也可以选用多种有机荧光物质。更优选为丽春红S、亚甲基蓝、罗丹明B、橙黄A中的一种或多种。引发剂可以选用过硫酸钾或者过硫酸胺等过硫酸类物质。

在上述制备方法中，搅拌速度最好在100～800r/min，在氮气保护下反应温度最好为60～100℃，反应时间最好为2～24h。

本发明所述的彩色乳胶颗粒的制备方法的具体步骤为：

1)乳胶颗粒的制备：将单体、超纯水加入到反应釜中搅拌，速度为100～800r/min，温度在60～90℃之间进行加热，以过硫酸钾(过硫酸钾)作为引发剂，在氮气保护下反应2～24h，然后对制备的颗粒进行过滤，得乳胶颗粒。

2)彩色乳胶颗粒的制备：将上述乳胶颗粒悬浮液加入到反应釜中，加入适量的染料到反应体系中，边搅拌边升温到60～100℃，搅拌速度为100-800r/min.反应2～24h，然后加入一定量氧化剂是颗粒表面吸附的染料分子被氧化掉，最后对彩色乳胶颗粒过滤，离心，去上清，洗涤至上清液中的电导率与超纯水基本一致为止。

本发明所述的表面功能化彩色乳胶颗粒的制备方法1的步骤：

1)表面功能化的乳胶颗粒的制备：将单体、功能化单体、超纯水加入到反应釜中搅拌，速度为100～800r/min，温度在60～90℃之间进行加热，以过硫酸钾(过硫酸钾)作为引发剂，在氮气保护下反应2～24h，然后对制备的颗粒进行过滤，得表面功能化乳胶颗粒。

2)彩色表面功能化乳胶颗粒的制备：将上述表面功能化乳胶颗粒悬浮液加入到反应釜中，加入适量的染料到反应体系中，边搅拌边升温到60～100℃，搅拌速度为100-800r/min.反应2～24h，然后加入一定量氧化剂使颗粒表面吸附的染料分子被氧化掉，最后对彩色表面功能化乳胶颗粒过滤，离心，去上清，洗涤到上清液中的电导率与超纯水基本一致为止。

本发明所述的表面功能化彩色乳胶颗粒的制备方法2的步骤：

1)表面功能化的乳胶颗粒的制备：将单体、超纯水加入到反应釜中搅拌，速度为100～800r/min，温度在60～90℃之间进行加热，以过硫酸钾(过硫酸钾)作为引发剂，在氮气保护下反应30min～300min，然后加入功能化单体与单体的混合物，继续反应2～24h，最后对制备的颗粒进行过滤，得表面功能化乳胶颗粒。

2)彩色表面功能化乳胶颗粒的制备：将上述表面功能化乳胶颗粒悬浮液加入到反应釜中，加入适量的染料到反应体系中，边搅拌边升温到60～100℃，搅拌速度为100-800r/min.反应2～24h，然后加入一定量氧化剂是颗粒表面吸附的染料分子被氧化掉，最后对彩色表面功能化乳胶颗粒过滤，离心，去上清，洗涤到上清液中的电导率与超纯水基本一致为止。

本发明制备的彩色乳胶颗粒是先合成乳胶颗粒，然后采用升温膨胀的原理使乳胶颗粒膨胀，然后加入疏水的染料分子。由于乳胶颗粒升温，颗粒发生一定的膨胀作用，从而嵌入疏水性的染料分子，然后再加入大量氧化剂(如过硫酸钾)，使制备的彩色乳胶颗粒表面残留的染料分子进行氧化掉，从而得到非常洁净的彩色乳胶颗粒。

实施例1：红色乳胶颗粒

在反应釜中加入550ml超纯水，30ml甲基丙烯酸甲酯(MMA)，一起混合搅拌加热，搅拌速度为150rpm，通氮气30min～60min，使反应体系中溶解的氧气尽量排尽。当温度升高到70℃时，加入20ml过硫酸钾开始计时，反应2h时后停止。冷却后，将颗粒进行过滤，离心，去上清，洗涤2次，将颗粒储存在超纯水中备用。

将洗涤洁净的乳胶颗粒加入到水中，同时体系中加入丽春红S：1g，然后马上升温到70～100℃，当反应到2～24h后，加入过硫酸钾3g，继续反应30min～270min.最后得到彩色乳胶颗粒。

实施例2：蓝色乳胶颗粒

在反应釜中加入550ml超纯水，30ml甲基丙烯酸甲酯(MMA)一起混合搅拌加热，搅拌速度在150rpm，通氮气30min～60min，使反应体系中溶解的氧气尽量排尽，当温度升高到70℃时，加入20ml过硫酸钾开始计时，反应2h时后停止，冷却后，将颗粒进行过滤，离心，去上清，洗涤2次，将颗粒储存在超纯水中备用。

将洗涤洁净的乳胶颗粒加入到水中，同时体系中加入亚甲基蓝0.5g，升温到70～100℃，当反应到2～24h后，加入过硫酸钾3g，继续反应30min～270min，最后得到彩蓝色乳胶颗粒。

实施例3：紫色乳胶颗粒

将洗涤洁净的乳胶颗粒加入到水中，同时体系中加入罗丹明B：0.5g，升温到70～100℃，当反应到2～24h后，加入过硫酸钾3g，继续反应30min～270min，最后得到紫色乳胶颗粒。

实施例4：橙色乳胶颗粒

将洗涤洁净的乳胶颗粒加入到水中，同时体系中加入橙黄A：0.2g，升温到70～100℃，当反应到2～24h后，加入过硫酸钾3g，继续反应30min～270min，最后得到橙色乳胶颗粒。

实施例5：两种(多种)染料一起混合所制备的彩色乳胶颗粒(绿色乳胶颗粒)

将洗涤洁净的乳胶颗粒加入到水中，同时体系中加入橙黄A与亚甲基蓝混合0.5g，升温到70～100℃，当反应到2～24h后，加入过硫酸钾3g，继续反应30min～270min，最后得到绿色乳胶颗粒。

实施例6：采用方法1制备的表面羧基化的蓝色乳胶颗粒

在反应釜中加入550ml超纯水，30ml甲基丙烯酸甲酯(MMA)，混合搅拌加热，搅拌速度为150rpm，通氮气30min～60min，使反应体系中溶解的氧气尽量排尽。当温度升高到70℃时，加入20ml过硫酸钾开始计时，反应进行到2h时后停止。冷却后，将颗粒进行过滤，离心，去上清，洗涤2次，将颗粒储存在超纯水中备用。

将洗涤洁净的乳胶颗粒加入到水中，同时体系中加入亚甲基蓝0.5g，升温到70～100℃，当反应到2～24h后，加入过硫酸钾3g，继续反应30min～270min，最后得到彩色乳胶颗粒。

实施例7：采用方法2制备的表面羧基化的蓝色乳胶颗粒

在反应釜中加入550ml超纯水，30ml甲基丙烯酸甲酯(MMA)，混合搅拌加热，搅拌速度在150rpm，通氮气30min～60min，使反应体系中溶解的氧气尽量排尽。当温度升高到70℃时，加入20ml过硫酸钾开始计时，反应进行到30min～300min时，加入以任意比混合的功能化单体与体系单体，继续反应2h时后停止，冷却，过滤，离心，去上清，洗涤2次，将颗粒储存在超纯水中备用。

将洗涤洁净的乳胶颗粒加入到水中，同时体系中加入亚甲基蓝0.5g，升温到70～100℃，当反应到2～24h后，加入过硫酸钾3g，继续反应30min～270min，最后得到表面羧基化的蓝色乳胶颗粒。

表1，本发明方法制备的彩色乳胶颗粒性能比较

表2实施例1制备的彩色乳胶颗粒在不同介质下的性能

表1是对实施例1～4所制备的颗粒以及未加染料分子颗粒的表征结果，它是通过激光纳米粒度仪对颗粒进行测定而获得。表中平均粒径反映颗粒大小，数量峰反映颗粒尺寸主要集中在哪个位置，而PDI(多分散系数)反应的是颗粒单分散情况，它是粒径变异系数的平方，一般来讲PDI≤0.06，表示颗粒单分散性好。从表1中平均粒径大小来看，所制备的各种彩色乳胶颗粒大小与白色乳胶颗粒大小基本一致，同时从PDI来看，颗粒单分散性好。说明颗粒形貌，单分散性未发生变化。

表2是对实施例6～7所制备的表面羧基化蓝色颗粒以及未加染料分子颗粒的表征结果。从表2中平均粒径来看，表面修饰羧基的颗粒在NaCl溶液中未发生团聚现象，而未修饰羧基颗粒发生了团聚现象，而从PDI来看，未修饰羧基颗粒在NaCl溶液中明显增高，这些都说明表面修饰羧基的颗粒稳定性要好，更加有利于在复杂的生物样本检测中的应用。

如图1～图3所示横坐标是波长，而纵坐标是彩色颗粒吸光值，吸光峰代表不同染料的吸光光谱图，3个图片主要表示制备的颗粒色彩丰富。

以上对本发明提供的一种彩色乳胶颗粒的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种彩色乳胶颗粒的制备方法，其特征在于，包括：

a)将苯乙烯或烯酸酯类单体与超纯水按重量比为1～15∶100混合，以100～800rad/min的速度搅拌均匀，在60～90℃下加热，得到混合溶液；

将引发剂加入所述混合溶液中，反应30～300min后，将所述功能化单体加入所述混合溶液中，反应2～24h后过滤得到乳胶颗粒悬浮液；

所述功能化单体与苯乙烯或烯酸酯类单体按重量比为1～10∶1；所述功能化单体为含有不饱和键的羧酸类、胺类、醛类、醇类、硫醇类、环氧类中的至少一种或多种；

b)将与单体重量比为0.01～2∶1～15的染料加入所述乳胶颗粒悬浮液中，以100～800rad/min的速度搅拌，60℃～100℃的温度反应2～24小时；

染料的分子镶嵌在受热膨胀后的乳胶颗粒分子中，用过硫酸盐除去乳胶颗粒表面的染料分子，得到彩色乳胶颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述染料选自荧光染料、磷光染料以及普通彩色染料或量子点中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述染料包括荧光素、罗丹明系列染料、香豆素染料、氟硼类染料、方酸类染料、花青类染料中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸盐。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单体、染料和水按重量比为1～15∶0.01～2∶100。