CN102585064B

CN102585064B - 一种多孔磁性各向异性微球及其制备方法

Info

Publication number: CN102585064B
Application number: CN201210043589.4A
Authority: CN
Inventors: 王朝阳; 宁印; 童真
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: CN102585064A

Abstract

本发明属多孔和磁性的高分子材料领域，具体涉及一种多孔磁性各向异性微球及其制备方法。该多孔磁性各向异性微球的制备以水包油包水型两重皮克林乳液（W/O/W）为模板，以磁性氧化铁的水相分散液为内水相，以油溶性可聚合单体及引发剂为油相，以纯水为外水相；同时，分别用两种亲疏水性不同的固体粒子为内界面和外界面的乳化剂；将得到的两重皮克林乳液在磁场作用下以一定的温度聚合，即可得到多孔磁性各向异性微球。本发明方法操作简单，效率高，粒径可控。所得多孔磁性各向异性微球不仅具有多孔分布上的独特结构，且具有磁性氧化铁分布上的特殊性，其在药物靶向缓释，有序多孔薄膜等功能材料领域有广泛应用前景。

Description

一种多孔磁性各向异性微球及其制备方法

技术领域

本发明涉及多孔和磁性的高分子材料领域，具体涉及一种多孔磁性各向异性微球及其制备方法。

背景技术

利用乳液模板法制备多孔微球一直为一个研究热点，但通常所用的有机小分子乳化剂往往具有一定的毒性，这在药物缓释方面是不可回避的难题。但是，采用固体颗粒或胶体粒子作为乳液的稳定粒子可以在制得具有良好稳定性乳液的同时而不引入毒性物质，这种乳液就是皮克林乳液（Pickering emulsion）。

并不是所有的固体粒子或者胶体粒子都具有乳化性能，只有在适合的粒径，表面润湿性及浓度下，才有较佳的乳化能力。除本身需要满足上述要求外，乳化体系的稳定性也受到体系中其他因素的影响，如pH值、离子浓度和油相类型等。

近年来，采用微流道技术（microfluidic technology）制备多重乳液并以其为模板制备多孔微球引起了人们的广泛关注（Angew. Chem., Int. Ed., 2007，46, 8970； Adv. Mater., 2008，20, 3498–3503；Small, 2009，5, 1932–1935）。该方法可以很好地控制内外乳滴的粒径和粒径分布，可以制备三重乳液，甚至达到五重，技术也较为成熟，但缺点是无法大量生产，这使其无法满足商业生产，限制了其应用。而采用机械乳化，产量则会有效的增加。

磁性材料的研究从未间断，尤其是在纳米磁性复合材料领域。科学家们希望通过磁性物质的特殊磁响应性能以达到靶向药物缓释的目的。在过去的数十年，此类研究进展颇快，但是真正应用到临床还需要进一步探索。

研究者往往希望通过结合各种不同材料（如：磁性材料、温敏材料、pH响应材料、生物降解材料等）或者合成特殊结构（多孔材料、中空材料、各向异性材料等）的物质来达到实现材料的多功能化目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔磁性各向异性微球及其制备方法。本发明通过利用无毒性或毒性小的皮克林乳化粒子制备两重乳液，并以其为模板制备具有特殊结构和性质的微球，再以其为载体，以达到药物的靶向控释或制备有序多孔薄膜的目的。所述微球不仅具有多孔分布上的独特结构，且具有磁性氧化铁分布上的特殊性。

本发明所提供的多孔磁性各向异性微球，其内部一侧为多个内壁包含磁性氧化铁的空心小球结构，另一侧为不含磁性氧化铁的实心结构；该微球不仅内部小孔在分布上是各向异性的，而且磁性氧化铁在分布上也是各向异性的。

上述的多孔磁性各向异性微球的制备方法是：以水包油包水型两重皮克林乳液为模板，以磁性氧化铁的水相分散液为内水相，以油溶性可聚合单体及引发剂为油相，以纯水为外水相；同时，分别用两种亲疏水性不同的固体粒子为内界面和外界面的乳化剂；将得到的两重皮克林乳液在磁场作用下以设定温度聚合，即得到多孔磁性各向异性微球。

上述多孔磁性各向异性微球的制备方法中，所述的磁性氧化铁水相分散液的制备方法是在装有搅拌器的三口瓶中加入0.5~5g的 FeCl₃·6H₂O和0.2~2g的FeCl₂·4H₂O，搅拌溶解后升温并加入2~20 ml NH₃·H₂O，在40~90℃下搅拌反应1~3 h。反应完后，用乙醇和超纯水洗涤若干次并配制浓度为5~100 mg/ml的氧化铁水相分散液。

上述多孔磁性各向异性微球的制备方法中，所述内界面乳化剂为疏水性气相二氧化硅粉末，粒径为5~100 nm，用量为0.1 ~2 wt%。在制备初乳时，事先将其分散到油相中。

上述多孔磁性各向异性微球的制备方法中，所述的外界面乳化粒子为亲水性粘土粒子或亲水性纳米介孔二氧化硅纳米粒子，粒径为20~200 nm。介孔二氧化硅的制备是在100 ml的烧杯中加入超纯水与乙醇体积比为3:1~10:1的混合液，再加1~3 g的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和1~5ml 三乙胺（TEA）搅拌均匀；再在60~80℃下加入2~5 ml 正硅酸乙酯（TEOS）回流反应2~5 h后洗涤所得，用量为0.1 ~2 wt%。在制备两重乳液时，事先将其分散到外水相中。

上述多孔磁性各向异性微球的制备方法中，具体是取1 ml 浓度为5~100 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液加入到1~10 ml 含引发剂（0.1 ~2 wt%），疏水二氧化硅（0.1~2 wt%）和可聚合单体的油相中，超声乳化；取1 ml 初乳加入到1~10 ml含亲水性固体粒子（0.1~2 wt%）的水相中，机械乳化；将得到的两重乳液在磁场作用下于60~80 ℃聚合12~24 h，用水和乙醇洗涤，干燥即得多孔磁性各向异性微球。

本发明所述的引发剂为过氧化二苯甲酰（BPO）和偶氮二异丁腈（AIBN）。

本发明所述的可聚合单体，是苯乙烯、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯。

本发明所述的多孔磁性各向异性微球的粒径为50~400 μm，内部小孔的直径为1~20 μm。

在本发明中，磁性氧化铁水相分散液的浓度十分重要，过低得不到各向异性微球；过高将导致两重皮克林乳液不稳定。所以，本发明磁性氧化铁水相分散液的浓度控制在5~100 mg/ml。

在本发明中，疏水性气相二氧化硅粉末的用量对初乳的粒径和粘度影响很大。用量过少时，初乳粒径增大，初乳粘度变小；用量过多时，初乳粒径减少，初乳粘度变大。所以本发明中疏水性气相二氧化硅粉末用量控制在0.1 wt%~2 wt%之间。

在本发明中，内水相与油相体积比的控制对初乳粒径和粒径分布的影响较大。

在本发明中，油相与外水相体积比的控制对两重乳液粒径和粒径分布的影响较大。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明所制备的新型多孔磁性各向异性微球，由于其具有特殊的结构及磁响应性，在药物靶向释放领域有重要的潜在应用价值。同时，由于磁性氧化铁只分布在微球内部的小孔内壁，所以在磁场作用下，小孔部分会优先向磁场作用力的方向取向，从而为有序多孔薄膜制备成为可能。所述微球不仅具有多孔分布上的独特结构，且具有磁性氧化铁分布上的特殊性。

附图说明

图1为实施例中初乳的光学显微镜照片。

图2为实施例中两重乳液的光学显微镜照片。

图3为实施例中微球内部结构的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

在装有搅拌器的三口瓶中加入0.5 g的 FeCl₃·6H₂O和0.2 g的FeCl₂·4H₂O，搅拌溶解后升温并加入2 ml NH₃·H₂O，在50℃下搅拌反应1h。反应完后，用乙醇和超纯水洗涤若干次并配制浓度为5 mg/ml的氧化铁水相分散液；在100 ml的烧杯中加入超纯水与乙醇体积比为3:1的混合液，再加1 g的CTAB和2 ml TEA, 搅拌均匀，再在60℃下加入2 ml TEOS回流反应2 h后洗涤，配制成浓度为1 wt%的水分散液；取1 ml浓度为5 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到1 ml含引发剂AIBN和0.1 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体甲基丙烯酸甲酯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到1 ml的含0.1 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于60℃下聚合12 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例2

磁性氧化铁水相分散液和介孔二氧化硅分散液的制备方法如实施方式一，取1 ml浓度为5 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到5 ml含引发剂BPO和1 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体苯乙烯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到5 ml的含1 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于70℃下聚合18 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例3

磁性氧化铁水相分散液和介孔二氧化硅分散液的制备方法如实施方式一，取1 ml浓度为5 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到10 ml含引发剂BPO和2 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体苯乙烯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到10 ml的含2 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于80℃下聚合24 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例4

在装有搅拌器的三口瓶中加入1 g的 FeCl₃·6H₂O和0.5 g的FeCl₂·4H₂O，搅拌溶解后升温并加入5ml NH₃·H₂O，在60℃下搅拌反应2h。反应完后，用乙醇和超纯水洗涤若干次并配制浓度为50 mg/ml的氧化铁水相分散液；在100 ml的烧杯中加入超纯水与乙醇体积比为5:1的混合液，再加1 g的CTAB和2 ml TEA, 搅拌均匀，再在70℃下加入2 ml TEOS回流反应2 h后洗涤，配制成浓度为1 wt%的水分散液；取1 ml浓度为20 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到1 ml含引发剂AIBN和0.1 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体甲基丙烯酸丁酯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到1 ml的含0.1 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于60℃下聚合12 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例5

磁性氧化铁水相分散液和介孔二氧化硅分散液的制备方法如实施方式四，取1 ml浓度为50 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到5 ml含引发剂AIBN和1 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体苯乙烯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到5 ml的含1 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于70℃下聚合18 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例6

磁性氧化铁水相分散液和介孔二氧化硅分散液的制备方法如实施方式四，取1 ml浓度为50 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到10 ml含引发剂AIBN和2 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体苯乙烯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到10 ml的含2 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于80℃下聚合24 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例7

在装有搅拌器的三口瓶中加入5 g的 FeCl₃·6H₂O和2 g的FeCl₂·4H₂O，搅拌溶解后升温并加入20 ml NH₃·H₂O，在70℃下搅拌反应3 h。反应完后，用乙醇和超纯水洗涤若干次并配制浓度为100 mg/ml的氧化铁水相分散液；在100 ml的烧杯中加入超纯水与乙醇体积比为10:1的混合液，再加3 g的CTAB和5 ml TEA, 搅拌均匀，再在100℃下加入5 ml TEOS回流反应2 h后洗涤，配制成浓度为1 wt%的水分散液；取1 ml浓度为100 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到1 ml含引发剂AIBN的和0.1 wt%疏水二氧化硅可聚合单体苯乙烯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到1 ml的含0.1 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于60℃下聚合12 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例8

磁性氧化铁水相分散液和介孔二氧化硅分散液的制备方法如实施方式七，取1 ml浓度为100 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到5 ml含引发剂AIBN和1 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体苯乙烯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到5 ml的含1 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于70℃下聚合18 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

实施例9

磁性氧化铁水相分散液和介孔二氧化硅分散液的制备方法如实施方式七，取1 ml浓度为100 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液为内水相，加入到10 ml含引发剂BPO和2 wt%疏水二氧化硅的可聚合单体苯乙烯油相中，超声得到水包油初乳；再将1 ml该初乳加入到10 ml的含2 wt%介孔二氧化硅（或粘土粒子）的超纯水中制备两重皮克林乳液；将制得的两重皮克林乳液在磁场的作用下于80℃下聚合24 h，洗涤，干燥即得到多孔磁性各向异性微球。

图1为实施例中初乳的光学显微镜照片。图2为实施例中两重乳液的光学显微镜照片。图3为实施例中微球内部结构的扫描电子显微镜照片。可见，所述微球不仅具有多孔分布上的独特结构，且具有磁性氧化铁分布上的特殊性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多孔磁性各向异性微球，其特征是：微球的内部一侧为多个内壁包含磁性氧化铁的空心小球结构，另一侧为不含磁性氧化铁的实心结构；该微球不仅内部小孔在分布上是各向异性的，而且磁性氧化铁在分布上也是各向异性的。

2.权利要求1所述的多孔磁性各向异性微球的制备方法，其特征是：以水包油包水型两重皮克林乳液为模板，以磁性氧化铁的水相分散液为内水相，以油溶性可聚合单体及引发剂为油相，以纯水为外水相；同时，分别用两种亲疏水性不同的固体粒子为内界面和外界面的乳化剂；将得到的两重皮克林乳液在磁场作用下以设定温度聚合，即得到多孔磁性各向异性微球；其具体方法为：取1 ml 浓度为5~100 mg/ml的磁性氧化铁水相分散液加入到1~10 ml 含0.1 ~5 wt%引发剂、0.1~2 wt%疏水性固体粒子和可聚合单体的油相中，超声乳化；取1 ml 初乳加入到1~10 ml含0.1~2 wt%亲水性固体粒子的水相中，机械乳化；将得到的两重乳液在磁场作用下于60~80℃聚合12~24 h，用水和乙醇洗涤，干燥即得多孔磁性各向异性微球；所述的内界面乳化剂采用疏水性气相二氧化硅粉末，粒径为5~100 nm，在制备初乳时，事先将其分散到油相中，用量为油相的0.1 ~2 wt%；所述的外界面乳化粒子采用亲水性粘土粒子或亲水性纳米介孔二氧化硅纳米粒子，粒径为20~200 nm；所述磁性氧化铁水相分散液的浓度控制在5~100 mg/ml。

3.根据权利要求2所述的多孔磁性各向异性微球的制备方法，其特征是：所述的磁性氧化铁水相分散液包括四氧化三铁或三氧化二铁的水相分散液中的一种以上；可聚合单体包括苯乙烯或丙烯酸酯类；引发剂包括过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈中的一种以上。

4.根据权利要求2所述的多孔磁性各向异性微球的制备方法，其特征是所述的磁性氧化铁水相分散液由如下方法制备：在装有搅拌器的三口瓶中加入0.5~5g的 FeCl₃·6H₂O和0.2~2g的FeCl₂·4H₂O，搅拌溶解后升温并加入2~20 ml NH₃·H₂O，在40~90℃下搅拌反应1~3 h，反应完后，用乙醇和超纯水洗涤若干次并配制浓度为5~100 mg/ml的氧化铁水相分散液。

5.根据权利要求2所述的多孔磁性各向异性微球的制备方法，其特征是所述的介孔二氧化硅的制备是在100 ml的烧杯中加入超纯水与乙醇体积比为3:1~10:1的混合液，再加1~3 g的十六烷基三甲基溴化铵和1~5ml 三乙胺搅拌均匀；再在60~80℃下加入2~5 ml 正硅酸乙酯回流反应2~5 h后洗涤所得；在制备两重乳液时，事先将其分散到外水相中，用量为水相的0.1 ~2 wt%。