CN103980506B - 一种基于聚乳酸–聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备方法 - Google Patents
一种基于聚乳酸–聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）的磁性微球的制备方法，采用四氧化三铁(Fe3O4)为芯材、PLA-PEG-PLA为壁材，利用乳液溶剂挥发法制备磁性微球。首先将Fe3O4改性；然后将PLA-PEG-PLA溶于有机溶剂中，加入改性的Fe3O4，超声分散得油相，聚乙烯醇溶于去离子水得水相，将水相和油相混合后用高速分散均质机乳化分散，得水包油O/W乳液；将O/W乳液转移到烧杯中，低速搅拌至有机溶剂挥发完全，离心洗涤，抽滤，真空干燥，即得。本发明制备过程简单；制备的磁性微球粒径为6-8μm，表面形貌规整，包封率高，磁响应性好；所制备的磁性微球可作为靶向给药的载体。
Description
技术领域
本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种基于聚乳酸–聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备方法，所得到的磁性高分子微球可应用于医药、生物工程、环境、食品等领域。
技术背景
磁性高分子微球是磁性复合材料中应用较广的一种，它是指通过适当的方法使高分子材料与磁性无机物结合形成具有一定磁性及核壳结构的微球。磁性高分子微球作为一种新型的功能高分子材料，始于二十世纪七十年代，近几十年研究更为活跃，已经成为国内外研究的热点。磁性高分子微球具有许多优良的特性，如粒径小、磁响应性强、生物相容性和生物降解性、功能基团特性。
由于磁性载体的粒径足够小，所以比表面激增，官能团密度及选择性吸附能力变大，可以在细胞水平上产生有效的治疗；利用磁性微球的磁响应性，在外加磁场作用下，磁性微球可以方便地进行分离和磁性导向；在生物工程中，尤其是生物医学领域中，生物相容性和生物降解性是磁性载体在生物及医学中应用的重要方面；磁性微粒表面包覆高分子材料，而生物高分子带有多种具有反应活性的功能基团，可在颗粒表面偶联特异性的靶向分子，如特异性配体、单克隆抗体等，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄粒作用下进入细胞内，实现安全有效地用作靶向性药物、基因治疗等。
水包油型乳化溶剂挥发法是制备磁性高分子微球最常用的方法之一。选用四氧化三铁作为芯材，由于四氧化三铁纳米粒子之间存在范德华力和磁向力使得其很容易团聚，且磁响应性较弱，所以在形成乳液之前先对四氧化三铁进行改性，以改善其分散性和稳定性，增强其磁响应性；选用聚乳酸–聚乙二醇–聚乳酸嵌段共聚物为壁材，聚乙烯醇为乳化剂，采用水包油型乳化溶剂挥发法制备磁性高分子微球并考察了乳化剂溶液的浓度、芯壁比等因素对磁性微球的形貌、粒径及其粒径分布的影响。
发明内容
本发明针对现有技术中磁性高分子微球的包覆率低、磁响应性弱、粒径分布不均匀等主要的技术问题，目的在于提供一种低成本制备磁性高分子微球的制备技术。
本发明的技术方案是：
一种基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四氧化三铁分别用油酸钠和聚乙二醇在一定温度、一定pH条件下进行改性，其中改性温度为65℃-80℃，改性pH为4-7；油酸钠用量为四氧化三铁含量的10%-30%，聚乙二醇用量为四氧化三铁含量的5%-10%。
(2)将聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于有机溶剂中，再加入改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相，聚乙烯醇溶于水得水相，常温搅拌的条件下缓慢的把油相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机乳化分散，制得水包油O/W乳液，其中油水比为1:5-1:10；四氧化三铁用量为聚合物含量的5%-20%。
(3)将O/W乳液转移到盛有100mL去离子水的烧杯中，温度为65℃时低速搅拌至有机溶剂挥发完全，离心洗涤，抽滤，真空干燥，得到基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球，低速搅拌的搅拌速度为500-750rpm。
所述步骤（2）中的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）的分子量为10000-60000。
所述步骤（2）中的有机溶剂为CH2Cl2和丙酮的混合溶液，丙酮和CH2Cl2的体积比为1:2-1:5。
所述步骤（2）中的均质化为均质机剪切，均质机的转速为10000-15000rpm，时间为3-5min。
所述的步骤（2）中聚乙烯醇水溶液（即水相）的质量百分浓度为1%-5%。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：（1）在磁性高分子微球制备过程中，选用四氧化三铁为磁性材料，并对其进行改性以减少磁性微球的团聚，改善其分散性和稳定性，提高其磁响应性，所制备的微球具有成球性好、不粘结、表面光滑、包封率高等特点；（2）所得到的磁性微球粒径在6-8μm，且粒径分布均匀，可以更好的应用于医药、生物工程领域；（3）该制备方法工艺简单，操作方便、适用范围广。
说明书附图
图1为本发明制备方法简图；
图2为聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物和聚乳酸磁性微球的FT-IR谱图；
图3为乳化剂用量对磁性微球粒径以及粒径分布的影响；
图4为乳化剂用量对磁性微球表面形貌的影响；
图5为聚合物分子量对磁性微球表面形貌的影响。
具体实施方式
下面通过几个具体实施实例对本发明做进一步说明。
实施实例1：
一、磁性四氧化三铁的改性
（1）将1.0g的四氧化三铁超声分散在100mL的去离子水中，然后将四氧化三铁悬浮液转移到250mL的三口烧瓶中，用10%的盐酸溶液(约9-10滴)调节四氧化三铁悬浮液的pH值至5.5-6.0，放入80℃的恒温水浴中边搅拌（500r/min）边加入0.15g油酸钠，搅拌反应1-1.5h，然后加入0.05g的聚乙二醇，继续搅拌反应1h后冷却至室温，再用10%的NaOH溶液（约5-6滴）调节溶液的pH至7。
（2）将溶液置于多用磁性分析仪上进行快速固液分离，用去离子水、无水乙醇洗涤2~3次，洗掉表面多余的油酸，抽滤，干燥备用。
二、水包油乳液的制备
（1）将1.0g分子量为10000的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于20mL二氯甲烷和丙酮（V丙酮/VCH2Cl2=1:4）的混合溶液中，再加入0.05g改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相；
（2）将1.0g聚乙烯醇在95℃加热、500r/min搅拌1小时溶于100mL去离子水中得水相；
（3）常温搅拌的条件下缓慢的把有机相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机10000r/min乳化分散3-5min制得水包油（O/W）乳液，乳化油水比为1:5-1:10。
三、溶剂挥发过程
将所制得的O/W乳液转移到盛有100mL去离子水的烧杯中，水浴加热到65℃，600r/min搅拌3h至有机溶剂挥发完全时结束反应，将溶液冷却至室温，3500r/min离心6min，用无水乙醇、去离子水充分洗涤所得产物3-5次，抽滤，放入真空干燥箱中40℃干燥24h，即得磁性高分子微球。
实施实例2：
一、磁性四氧化三铁的改性:同上
二、水包油乳液的制备
（1）将1.0g分子量为10000的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于15mL二氯甲烷和丙酮（V丙酮/VCH2Cl2=1:2）的混合溶液中，再加入0.1g改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相；
（2）1.0g聚乙烯醇在95℃加热、500r/min搅拌1小时溶于100mL去离子水中得水相；
（3）常温搅拌的条件下缓慢的把有机相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机12000r/min乳化分散3-5min，制得水包油（O/W）乳液，乳化油水比为1:5-1:10。
三、乳化溶剂挥发过程：同上
实施实例3：
一、磁性四氧化三铁的改性：同上
二、水包油乳液的制备
（1）将1.0g分子量为30000的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于20mL二氯甲烷和丙酮（V丙酮/VCH2Cl2=1:4）的混合溶液中，再加入0.15g改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相；
（2）1.0g聚乙烯醇在95℃加热、500r/min搅拌1小时溶于100mL去离子水中得水相；
（3）常温搅拌的条件下缓慢的把有机相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机12000r/min乳化分散3-5min，制得水包油（O/W）乳液，乳化油水比为1:5-1:10。
三、乳化溶剂挥发过程：同上
实施实例4：
一、磁性四氧化三铁的改性：同上
二、水包油乳液的制备
（1）将1.0g分子量为50000的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于10mL二氯甲烷和丙酮（V丙酮/VCH2Cl2=1:3）的混合溶液中，再加入0.15g改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相；
（2）1.0g聚乙烯醇在95℃加热、500r/min搅拌1小时溶于50mL去离子水中得水相；
（3）常温搅拌的条件下缓慢的把有机相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机12000r/min乳化分散3-5min制得水包油（O/W）乳液，乳化油水比为1:5-1:10。
三、乳化溶剂挥发过程：同上
实施实例5：
一、磁性四氧化三铁的改性：同上
二、水包油乳液的制备
（1）将1.0g分子量为60000的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于20mL二氯甲烷和丙酮（V丙酮/VCH2Cl2=1:5）的混合溶液中，再加入0.20g改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相；
（2）1.0g聚乙烯醇在95℃加热、500r/min搅拌1小时溶于100mL去离子水中得水相；
（3）常温搅拌的条件下缓慢的把有机相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机12000r/min乳化分散3-5min制得水包油（O/W）乳液，乳化油水比为1:5-1:10。
三、乳化溶剂挥发过程：同上
实施实例6：
一、磁性四氧化三铁的改性：同上
二、水包油乳液的制备
（1）将1.0g分子量为10000的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于20mL二氯甲烷和丙酮（V丙酮/VCH2Cl2=1:4）的混合溶液中，再加入0.20g改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相；
（2）1.0g聚乙烯醇在95℃加热、500r/min搅拌1小时溶于100mL去离子水中得水相；
（3）常温搅拌的条件下缓慢的把有机相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机15000r/min乳化分散3-5min制得水包油（O/W）乳液，乳化油水比为1:5-1:10。
三、乳化溶剂挥发过程：同上
本发明利用水包油型乳液溶剂挥发法来制备一种基于聚乳酸–聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球，其制备过程如图1所示。
图2对比了聚乳酸和聚乳酸磁性微球的红外谱图。由图中可以看出，聚乳酸中亚甲基C-H键的伸缩振动峰(2947cm﹣1)，C-O的伸缩振动峰（1186cm﹣1），羰基伸缩振动谱带（1756cm﹣1）都出现在磁性微球的红外光谱中，同时还可以看到四氧化三铁的特征吸收峰（493cm﹣1）。这些都说明壁材为聚乳酸，芯材为四氧化三铁的磁性微球已经基本形成。
经激光粒度仪和钨丝灯扫描电子显微镜测定乳化剂聚乙烯醇(PVA)浓度（w/v）对磁性微球的粒径以及粒径分布和磁性微球表面形貌的影响，如图3和4所示，结果显示乳化剂(PVA)浓度为1%（w/v）时制备的磁性微球平均粒径为6.75μm且粒径分布较均匀，磁性微球表面光滑、成球性好。
经钨丝灯扫描电子显微镜测定聚合物分子量对磁性微球表面形貌的影响，如图5所示，可以看出聚合物分子量为10000时，磁性微球分散性较好，形状规整，表面光滑，呈圆球形。
Claims (4)
1.一种基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四氧化三铁分别用油酸钠和聚乙二醇在一定温度、一定pH条件下进行改性，其中改性温度为65℃-80℃，改性pH为4-7；油酸钠用量为四氧化三铁含量的10%-30%，聚乙二醇用量为四氧化三铁含量的5%-10%；
(2)将聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）溶于有机溶剂中，再加入改性后的四氧化三铁，超声分散得到油相，聚乙烯醇溶于水得水相，常温搅拌的条件下缓慢的把油相加入水相中，温度为60℃时用高速分散均质机乳化分散，制得水包油O/W乳液，其中油水比为1:5-1:10；四氧化三铁用量为聚合物含量的5%-20%；
其中，聚乙烯醇水溶液的质量百分浓度为1%-5%；
(3)将O/W乳液转移到盛有100mL去离子水的烧杯中，温度为65℃时低速搅拌至有机溶剂挥发完全，离心洗涤，抽滤，真空干燥，得到基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球，低速搅拌的搅拌速度为500-750rpm。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG-PLA）的分子量为10000-60000。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的有机溶剂为二氯甲烷（CH2Cl2）和丙酮的混合溶液，丙酮和CH2Cl2的体积比为1:2-1:5。
4.根据权利要求1所述的一种基于聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的均质化为均质机剪切，均质机的转速为10000-15000rpm，时间为3-5min。
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