CN103788385A

CN103788385A - 一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法

Info

Publication number: CN103788385A
Application number: CN201310754671.2A
Authority: CN
Inventors: 杜学敏; 赵晓雯; 吴天准; 张志成
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103788385B

Abstract

本申请公开了一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，包括：将单分散胶体颗粒分散到水中，配制成单分散胶体颗粒乳液；配制水凝胶溶液，将水凝胶溶液加入单分散胶体颗粒乳液制得混合乳液；将混合乳液泵入喷雾干燥设备后经喷雾干燥制得水凝胶光子晶体颗粒。本申请使作为喷雾干燥原料的混合乳液中使用水作为溶济，降低了操作要求，安全性高，避免因使用有机溶剂而污染环境；因混合乳液中引入水凝胶，使制得的水凝胶光子晶体颗粒具有生物相容性和生物降解特性，且水凝胶材料易于修饰改性，使得水凝胶光子晶体的应用更加广泛；本申请由于通过喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒，可以批量生产，提高了生产效率。

Description

一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法

技术领域

本申请涉及光子晶体制备技术领域，尤其涉及一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法。

背景技术

近年来，通过模拟蓝蝶的翅膀、火山蛋白石等自然界的微纳米结构，人们利用精密加工法、胶体自组装法等成功研制了一维、二维、三维光子晶体。由于光子晶体具有光子禁带特性，使得光子晶体广泛应用于光学器件、光学传感器等方面。特别是光子晶体颗粒，具有比表面积大，颗粒尺寸容易控制等特点而广泛应用与生物医学等领域。最近，一些课题组引入水凝胶到光子晶体材料中，通过微流体装置或电喷法制备得到水凝胶光子晶体颗粒，且将其应用于生物、化学传感器等领域，但是该方法制备效益低，难以批量生产。2013年Y. Takeoka课题组利用喷雾干燥法制备了具有鲜艳颜色的光子晶体玻片；同年，Song课题组利用喷雾干燥法制备了二氧化钛（TiO₂）反蛋白石光子晶体颗粒。上述喷雾干燥法制备光子晶体具有效率高、速度快、可批量生产的特点，但由于喷雾干燥过程中使用有机溶剂使得操作要求高，安全隐患大，易对环境造成污染，而且制得的光子晶体不具有生物相容性，使得在生物、化学传感器方面的应用受到限制。

发明内容

本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法。

本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：

一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，包括：

将单分散胶体颗粒分散到水中，配制成单分散胶体颗粒乳液；

配制水凝胶溶液，将所述水凝胶溶液加入所述单分散胶体颗粒乳液中搅拌，制得混合乳液；

将所述混合乳液泵入喷雾干燥设备喷雾干燥制得水凝胶光子晶体颗粒。

上述方法中，所述单分散胶体颗粒与所述单分散胶体颗粒乳液的质量百分比为0.1～80 wt%。

上述方法中，所述配制水凝胶溶液，包括：

将水溶性水凝胶材料溶解在水中，配制成水凝胶溶液；

所述水凝胶材料与所述水凝胶溶液的质量百分比为0.1～10 wt%。

上述方法中，所述水凝胶溶液与所述混合乳液的体积百分比为0.001～50 %。

上述方法中，所述水溶性水凝胶材料包括壳聚糖、海藻酸钠、琼脂糖、聚乙烯醇和聚乙二醇中一种或两种以上的组合。

上述方法中，步骤将所述混合乳液注入喷雾干燥设备制得水凝胶光子晶体颗粒之前，还包括：

使用亲水性膜过滤所述混合乳液，所述亲水性膜包括孔径为0.5??m～5??m的尼龙膜。

上述方法中，所述喷雾干燥设备的进口温度为140℃～220℃，出口温度为60℃～140℃，进料速度为10mL/h～100mL/h，压缩空气流速为500L/h～900L/h。

上述方法中，所述单分散胶体颗粒通过聚合法或水热法制得；

所述单分散胶体颗粒包括聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、二氧化硅微球、二氧化钛微球、四氧化三铁微球、胶体金颗粒、胶体银颗粒中的一种或两种以上的组合。

上述方法中，步骤将所述混合乳液泵入喷雾干燥设备喷雾干燥制得水凝胶光子晶体颗粒之后，包括：

将制得的所述水凝胶光子晶体颗粒浸入相应的刻蚀剂中，制得具有微胶囊结构的水凝胶光子晶体颗粒；所述刻蚀剂包括苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、氢氟酸、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸或醋酸。

上述方法中，将所述水凝胶光子晶体颗粒浸入所述刻蚀剂的时间为1min～24h。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

在本申请的具体实施方式中，将单分散胶体颗粒分散到水中配制成单分散胶体颗粒乳液，将水凝胶溶液加入单分散胶体颗粒乳液中制得混合乳液，使得作为喷雾干燥原料的混合乳液中使用水作为溶济，而避免使用有机溶剂，降低了操作要求，安全性高，避免因使用有机溶剂而污染环境；同时因混合乳液中引入水凝胶，使制得的水凝胶光子晶体颗粒具有生物相容性和生物降解特性，且水凝胶材料易于修饰改性，使得水凝胶光子晶体的应用更加广泛；本申请由于通过喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒，可以批量生产，且效率高。本申请具有低成本、绿色环保等显著优势，可以广泛应用于色谱柱填料、生物化学传感器、催化剂载体、吸附剂等领域。

附图说明

图1为本申请的方法在一种实施方式中的流程图；

图 2为本申请的方法制备的完整球形的水凝胶光子晶体颗粒扫描电镜（SEM）图；

图3 为本申请的方法制备的表面规整堆积胶体颗粒的单个水凝胶光子晶体颗粒扫描电镜（SEM）图；

图4为本申请的方法制备的填充有水凝胶的单个水凝胶光子晶体颗粒放大扫描电镜（SEM）图；

图5为本申请的方法制备的由实心胶体颗粒组装成的水凝胶光子晶体颗粒透射电镜（TEM）图；

图 6为本申请的方法制备的由空心水凝胶胶囊堆积而成的水凝胶光子晶体颗粒，经移除胶体颗粒后的粒透射电镜（TEM）图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请利用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒，是通过将一定量的水凝胶溶液和单分散胶体颗粒乳液混合，利用喷雾干燥设备制备得到水凝胶光子晶体颗粒。

如图1至图6所示，本申请的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其一种实施方式，包括以下步骤：

步骤102：将单分散胶体颗粒分散到水中，配制成单分散胶体颗粒乳液。

步骤104：配制水凝胶溶液，将水凝胶溶液加入单分散胶体颗粒乳液中搅拌，制得混合乳液。

步骤106：将混合乳液泵入喷雾干燥设备喷雾干燥制得水凝胶光子晶体颗粒。

本申请的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其另一种实施方式，包括以下步骤：

步骤202：制备单分散胶体颗粒。

单分散胶体颗粒通过聚合法或水热法制得。聚合法主要包括有乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合、沉淀聚合、种子聚合或溶胶-凝胶法等。单分散指的是粒径相对偏差小于10%。其中单分散胶体颗粒包括聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化硅改性微球、二氧化钛、二氧化钛改性微球、四氧化三铁、四氧化三铁改性微球、胶体金颗粒、胶体银颗粒中的一种或两种以上的组合。

步骤204：将单分散胶体颗粒分散到水中，配制成单分散胶体颗粒乳液。

单分散胶体颗粒与单分散胶体颗粒乳液的质量百分比为0.1～80 wt%。

步骤206：将水溶性水凝胶材料溶解在水中，配制成水凝胶溶液。

水溶性水凝胶材料包括壳聚糖、海藻酸钠、琼脂糖、聚乙烯醇和聚乙二醇中一种或两种以上的组合。水凝胶材料与水凝胶溶液的质量百分比为0.1～10 wt%。

步骤208：将水凝胶溶液加入单分散胶体颗粒乳液中搅拌，制得混合乳液。

将水凝胶溶液加入单分散胶体颗粒乳液中搅拌，使得水凝胶材料能够均匀分散在单分散胶体颗粒间，制得混合乳液。水凝胶溶液与混合乳液的体积百分比为0.001～50 %。

步骤210：使用亲水性膜过滤混合乳液。

使用亲水性膜过滤混合乳液，以滤去较大孔径的颗粒，防止堵塞喷嘴。亲水性膜包括孔径为0.5??m～5??m的尼龙膜。

步骤212：将混合乳液注入喷雾干燥设备制得水凝胶光子晶体颗粒。

喷雾干燥设备的进口温度为140℃～220℃，出口温度为60℃～140℃，进料速度为10mL/h～100mL/h，压缩空气流速为500L/h～900L/h，使制备的水凝胶光子晶体颗粒球形好，且结构规整。

本申请的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其另一种实施方式，还可以包括步骤：

步骤214：将制得的水凝胶光子晶体颗粒浸入该水凝胶光子晶体颗粒的刻蚀剂，制得具有微胶囊结构的水凝胶光子晶体颗粒。将水凝胶光子晶体颗粒浸入该水凝胶光子晶体颗粒的刻蚀剂的时间为1min～24h。将水凝胶光子晶体颗粒浸入刻蚀剂中进行保留或部分或完全进行刻蚀，其刻蚀程度根据浸入的时间确定。

实施例一：

利用无皂乳液聚合制备直径为300nm的胶体颗粒，且将其配成浓度为1 wt%的乳液100mL，然后向其中加入浓度为1 wt%的海藻酸钠溶液100mL，充分混合后过膜滤去较大颗粒物。然后设置喷雾干燥设备参数：进口温度采用140℃，出口温度采用90℃，进料速度为20mL/h，压缩空气流速为900L/h，即制备得到大量海藻酸钠水凝胶光子晶体颗粒。若是想制备海藻酸钠水凝胶光子晶体颗粒微胶囊结构，则将海藻酸钠水凝胶光子晶体颗粒浸入二氯甲烷（或四氢呋喃、苯、甲苯等的任意一种溶剂）中12h即可得到海藻酸钠微胶囊结构的水凝胶光子晶体颗粒。

实施例二：

利用无皂乳液聚合制备直径为300nm的胶体颗粒，且将其配成质量浓度为1 wt%的乳液100mL，然后向其中加入质量浓度为30 wt%的壳聚糖溶液2mL，充分混合后过膜滤去较大颗粒物。然后设置喷雾干燥设备参数：进口温度采用220℃，出口温度采用70℃，进料速度为100mL/h，压缩空气流速为800L/h，即制备得到大量壳聚糖水凝胶光子晶体颗粒。若是想制备壳聚糖水凝胶光子晶体颗粒微胶囊结构，则将壳聚糖水凝胶光子晶体颗粒浸入二氯甲烷（或四氢呋喃、苯、甲苯等的任意一种溶剂）中1h即可得到壳聚糖微胶囊结构的水凝胶光子晶体颗粒。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims

1.一种使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，包括：

将所述混合乳液泵入喷雾干燥设备通过喷雾干燥制得水凝胶光子晶体颗粒。

2.如权利要求1所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，所述单分散胶体颗粒与所述单分散胶体颗粒乳液的质量百分比为0.1～80 wt%。

3.如权利要求2所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，所述配制水凝胶溶液，包括：

将水溶性水凝胶材料溶解在水中，配制成水凝胶溶液；

4.如权利要求3所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，所述水凝胶溶液与所述混合乳液的体积百分比为0.001～50 %。

5.如权利要求3所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，所述水溶性水凝胶材料包括壳聚糖、海藻酸钠、琼脂糖、聚乙烯醇和聚乙二醇中一种或两种以上的组合。

6.如权利要求1所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，步骤将所述混合乳液注入喷雾干燥设备制得水凝胶光子晶体颗粒之前，还包括：

7.如权利要求1所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，所述喷雾干燥设备的进口温度为140℃～220℃，出口温度为60℃～140℃，进料速度为10mL/h～100mL/h，压缩空气流速为500L/h～900L/h。

8.如权利要求1所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，

所述单分散胶体颗粒通过聚合法或水热法制得；

9.如权利要求1至8中任一项所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，步骤将所述混合乳液泵入喷雾干燥设备制得水凝胶光子晶体颗粒之后，包括：

10.如权利要求9所述的使用喷雾干燥法制备水凝胶光子晶体颗粒的方法，其特征在于，将所述水凝胶光子晶体颗粒浸入所述刻蚀剂的时间为1min～24h。