CN104909326B - 具有微米/纳米分级式孔的微颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有微米/纳米分级式孔的微颗粒，该微颗粒的基体为聚(甲基丙烯酸甲酯‑co‑二甲基丙烯酸乙二醇酯)或者聚(甲基丙烯酸甲酯‑co‑二甲基丙烯酸乙二醇酯‑co‑甲基丙烯酸缩水甘油酯)，所述基体中具有微米级孔和纳米级孔。其制备方法如下：(1)配制中间相、内相、外相流体和收集液；(2)分别将内相流体、中间相流体和外相流体注入毛细管微流体装置的注射管、过渡管和收集管中形成单分散水/油/水乳液，采用收集液收集该单分散水/油/水乳液，并放置至少10min，再用紫外光照射所述单分散水/油/水乳液使甲基丙烯酸甲酯与二甲基丙烯酸乙二醇酯发生交联反应；(3)将形成的微颗粒分离纯化即得。

Description

具有微米/纳米分级式孔的微颗粒及其制备方法

技术领域

本发明属于功能多孔微颗粒领域，特别涉及一种具有微米/纳米分级式孔的微颗粒及其制备方法。

背景技术

近年来，多孔微颗粒在许多领域受到了广泛关注，如药物传送、组织工程、传感检测和色谱分析等。在多孔微颗粒中，纳米尺寸的孔隙能够为分子间的相互作用提供较大的功能表面积，微米尺寸的孔对分子特别是生物大分子产生的流体动力学阻力较小，有利于生物大分子较快地进出多孔基质。因此，如果能将纳米尺寸的孔与微米尺寸的孔相结合，制备出具有微米/纳米分级式孔的多孔微颗粒，这种微颗粒将在质量传递相关领域，如吸附、控制释放、催化方面产生重要的应用价值。

Lee,D.等以0.2～2wt％聚乙烯醇(PVA)水溶液为外相流体、0～2wt％的PVA水溶液为内相流体，以含有7.5wt％疏水二氧化硅纳米颗粒的甲苯为中间相流体，采用微流控装置制备水/油/水双重乳液，将所述双重乳液在真空或者自然条件下放置过夜，中间相中的甲苯挥发完全后，其中的二氧化硅纳米颗粒即沉积到内部水核表面并以水核为模板形成以二氧化硅纳米颗粒为囊壁的微胶囊，该微胶囊中具有微米级的大孔，由于该微胶囊的囊壁是由二氧化硅纳米颗粒沉积形成的，因此囊壁上的二氧化硅颗粒之间还具有小孔(见Lee,D.,Weitz,D.A.,Small.2009,5,1932)。该方法制备的二氧化硅微胶囊存在以下不足：(1)二氧化硅为无机材料，其应用范围十分有限，需要对该微胶囊进行进一步的功能化修饰才能得以实际应用；(2)由于该微胶囊的囊壁由二氧化硅纳米颗粒沉积形成，纳米颗粒之间没有化学键存在，因此该微胶囊的强度有限，在使用过程中容易破损，稳定性有限。虽然该方法可通过调节内部包载水核的数量调控微胶囊的形状，但是，该方法制备的微胶囊囊壁的微观多孔结构依赖于二氧化硅纳米颗粒的尺寸及其在中间相中的含量，因此，该方法存在难以调整和精确控制微囊壁上纳米颗粒之间的孔隙度的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有微米/纳米分级式孔的微颗粒，以丰富现有微米/纳米分级式多孔微颗粒的种类，本发明的另一目的是提供该微颗粒的制备方法，以在调整微颗粒的微米级孔的数量和孔尺寸的同时实现对纳米级孔的孔隙度和孔尺寸的调整和精确控制。

本发明具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的基体为聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯)或者聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯-co-甲基丙烯酸缩水甘油酯)，所述基体中具有微米级孔和纳米级孔。

上述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒中，微米级孔的孔径为20～500μm，纳米级孔的孔径为5～1000nm。

上述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒中含有磁性纳米粒子，该磁性纳米粒子的含量为0.05wt％～5wt％；所述磁性纳米粒子优选为四氧化三铁磁性纳米粒子。

上述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒中，微米级孔的数量、微米级孔和纳米级孔的孔径可根据实际应用需求进行调整；微颗粒的粒径也可根据实际应用需求进行调整，通常微颗粒的粒径为40～1000μm。

本发明还提供了一种具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，工艺步骤如下：

(1)中间相、内相、外相流体和收集液的配制

配制中间相流体：将二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸甲酯、油溶性表面活性剂、光引发剂混合均匀，即得中间相流体；所述甲基丙烯酸甲酯与二甲基丙烯酸乙二醇酯的体积比为1:0.05～2，甲基丙烯酸甲酯与光引发剂的体积比为1:0.005～0.1，油溶性表面活性剂的加入量为每1mL甲基丙烯酸甲酯中0.05～1g；

配制内相流体：将水溶性表面活性剂、丙三醇加入水中混合均匀，即得内相流体；所述水与水溶性表面活性剂的质量比为1:0.005～0.05，水与丙三醇的质量比为1:0.05～0.1；

配制外相流体：外相流体的配制方法与内相流体的配制方法相同；

配制收集液：收集液的配制方法与内相流体的配制方法相同；

(2)微颗粒的制备

分别将内相流体、中间相流体和外相流体注入毛细管微流体装置的注射管、过渡管和收集管中形成单分散水/油/水乳液，采用收集液收集该单分散水/油/水乳液，并将所收集的单分散水/油/水乳液放置至少10min，然后用紫外光照射所述单分散水/油/水乳液使甲基丙烯酸甲酯与二甲基丙烯酸乙二醇酯发生交联反应，即形成具有微米/纳米分级式孔的微颗粒；

所述内相流体的流量为10～400μL/h，中间相流体的流量为50～1000μL/h，外相流体的流量为200～10000μL/h；

(3)分离纯化

将步骤(2)所得微颗粒从收集液中分离出来并用洗涤溶剂洗涤去除微颗粒表面的收集液，然后用水洗涤去除微颗粒上的洗涤溶剂。

上述方法中，所述油溶性表面活性剂为聚蓖麻酸甘油酯。

上述方法中，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

上述方法中，所述水溶性表面活性剂为嵌段式聚醚F127。

上述方法中，所述中间相流体中含有甲基丙烯酸缩水甘油酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯与甲基丙烯酸甲酯的体积比为0.5～1:1。

上述方法中，所述中间相流体中含有磁性纳米粒子，磁性纳米粒子的加入量为每1mL甲基丙烯酸甲酯中0.005～0.02g；所述磁性纳米粒子优选为四氧化三铁磁性纳米粒子。

上述方法中，所述洗涤溶剂为乙醇、异丙醇或者丙酮。

上述方法中，所述水为去离子水或者蒸馏水。

本发明所述微颗粒中的微米级孔和纳米级孔的形成机理如下：以水/油/水双重乳液作为模板，由于中间相流体中的甲基丙烯酸甲酯微溶于水，因此乳液在放置过程中，中间相会在内部水核和外连续相中部分溶解，导致所述乳液转变成以内部水核为支撑的可控形状乳液，通过紫外光照射引发乳液中的单体与交联剂发生交联反应即形成微米级孔结构；微米级孔的尺寸和数量可以通过调节内相流体、中间相流体及外相流体的流量进行精确调节。由于乳液的中间相中含有过量的表面活性剂，因此在中间相向内部水核和外连续相中溶解的过程中，内部水核和外连续相中的水分子会不断地扩散到中间相中形成纳米级水滴直至平衡，通过紫外光照射引发乳液中的单体与交联剂发生交联反应后，纳米级水滴转变为成纳米级孔。

本发明所述方法优先使用结构如图2所示的毛细管微流体装置，所述毛细管微流体装置包括注射管、第一连接管、过渡管、第二连接管和收集管，所述注射管由圆形玻璃毛细管制作、其尾部被加工成圆锥形，过渡管由圆形玻璃毛细管制作、其尾部被加工成圆锥形，收集管为圆形玻璃毛细管，第一连接管和第二连接管为矩形玻璃管，其中心部位设置有正方形通孔；注射管的尾部插入过渡管的头部并通过第一连接管连接，过渡管的尾部插入收集管的头部并通过第二连接管连接。毛细管微流体装置的制作方法可参见L.Y.Chu,A.S.Utada,R.K.Shah,J.W.Kim,D.A.Weitz,Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,8970。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种新型的具有微米/纳米分级式孔的微颗粒，该微颗粒中具有微米级孔和纳米级孔，由于纳米级孔能为分子间的相互作用提供较大的功能表面积，微米级孔对生物大分子的流体动力学阻力较小、有利于生物大分子的进出，因此，本发明所述微颗粒在吸附、控制释放、催化等质量传递相关领域具有重要的应用价值。

2、本发明所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的基体是以甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯为基础通过化学交联形成的，由于化学键较物理沉积的方式更为稳定，因此本发明所述微颗粒在使用过程中的稳定性高。

3、本发明所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的功能化修饰非常容易，引入磁性纳米粒子，可使微颗粒具有磁响应特性，赋予微颗粒靶向特性，从而有利于使用过程中微颗粒的分离和收集；通过加入甲基丙烯酸缩水甘油酯引入活性环氧基团，能够提高微颗粒对蛋白质的吸附性能。

4、本发明提供了一种制备具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的新方法，该方法不但能精确控制微米级孔的数量和尺寸，而且通过改变中间相流体中油溶性表面活性剂的含量即可方便地调节纳米级孔的孔隙度和孔尺寸，因此，本发明所述方法能同时实现对微颗粒的微米级孔和纳米级孔的孔隙度、孔尺寸调节和精确控制，克服了现有方法难以调整纳米级孔孔隙度的不足。

5、本发明所述方法通过向中间相流体中加入功能性物质即可向微颗粒中引入功能物质或基团，从而实现对微颗粒的功能化修饰，功能化修饰的方式简单、修饰方式多样化，而且能在调控孔尺寸和孔隙度的同时实现功能化修饰，与现有的先制备后修饰的方法相比，具有简化工艺操作的优势。

附图说明

图1是本发明所述具有2个微米孔的微颗粒的形成过程示意图，图中，1—中间相、2—水核、3—纳米级孔、4—微米级孔；

图2是本发明所述毛细管微流体装置的结构示意图，图中，5—第一注射泵、6—第二注射泵、7—第三注射泵、8—注射管、9—第一连接管、10—过渡管、11—第二连接管、12—收集管；

图3是实施例1中包含1～4个水核的水/油/水乳液的形成过程的高速摄像仪显微照片；

图4是实施例1中包含1个水核水/油/水双重乳液放置20min前后的光学显微镜照片；

图5是实施例1中包含2个水核水/油/水双重乳液放置20min前后的光学显微镜照片；

图6是实施例1中包含3个水核水/油/水双重乳液放置20min前后的光学显微镜照片；

图7是实施例1中包含1个水核的水/油/水乳液的油层厚度δ随放置时间的变化曲线；

图8是实施例1中包含2个水核水/油/水双重乳液的扁率f随放置时间的变化曲线；

图9是实施例1制备的具有1个微米级孔的微颗粒的整体扫描电镜照片；

图10是实施例1制备的具有2个微米级孔的微颗粒的整体扫描电镜照片；

图11是实施例1制备的具有3个微米级孔的微颗粒的整体扫描电镜照片；

图12是实施例1制备的具有4个微米级孔的微颗粒的整体扫描电镜照片；

图13是实施例1制备的具有1个微米级孔的微颗粒的局部扫描电镜照片，其中图a)、b)、c)分别为微颗粒的截面、外表面以及截面放大照片；

图14是实施例1制备的具有3个微米级孔的微颗粒的磁响应性和吸附性能的研究图；

图15是本发明所述一级毛细管微流体装置的结构示意图，图中，8—注射管、12—收集管、13—第四注射泵、14—第五注射泵、15—第三连接管；

图16是实施例2中1#样品的扫描电镜照片，其中图a)、b)、c)分别为微颗粒整体、外表面、以及截面照片；

图17是实施例2中2#样品的扫描电镜照片，其中图a)、b)、c)分别为微颗粒整体、外表面、以及截面照片；

图18是实施例2中3#样品的扫描电镜照片，其中图a)、b)、c)分别为微颗粒整体、外表面、以及截面照片；

图19是实施例2中2#微颗粒样品的纳米级孔的孔径分布图；

图20是实施例3制备的微颗粒的扫描电镜照片，其中图a)、b)、c)分别为微颗粒截面、外表面以及截面放大照片；

图21是对比例1制备微颗粒的纳米级孔的孔径分布图；

图22是实施例3、对比例1制备的微颗粒，以及实施例2中的1#、2#样品对牛血清蛋白的吸附量随时间的变化曲线。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒及其制备方法作进一步说明。

下述各实施例中，所述Pluronic F127即为嵌段式聚醚F127，是聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物，Pluronic F127为其商品名，购自Sigma公司；所述F Red 300是一种油溶性荧光染料，购自巴斯夫公司。

下述各实施例中采用的毛细管微流体装置的结构如图2所示，包括第一注射泵5、第二注射泵6、第三注射泵7、注射管8、第一连接管9、过渡管10、第二连接管11和收集管12；注射管8由圆形玻璃毛细管制作，其尾部被加工成圆锥形，其圆管部段的外径为1.0mm、内径为550μm，其圆锥形部段端部的内径为70μm；过渡管10由圆形玻璃毛细管制作而成，其尾部被加工成圆锥形，其圆管部段的外径为1.0mm、内径为150μm，其圆锥部段端部的内径为120μm；收集管12为圆形玻璃毛细管，其外径为1.0mm、内径为300μm；第一连接管9和第二连接管11为矩形玻璃管，其中心部位设置有正方形通孔，通孔的尺寸为1.0×1.0mm；注射管8的尾部插入过渡管10的头部并通过第一连接管9连接，过渡管10的尾部插入收集管12的头部并通过第二连接管11连接。第一注射泵5用于将内相流体输入注射管8中，第二注射泵6用于将中间相流体输入过渡管10中，第三注射泵7用于将外相流体输入收集管12中。

以具有2个微米孔的微颗粒为例，结合图1说明本发明所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的形成过程，利用如图1a)所示的微流体装置制备的单分散水/油/水双重乳液作为模板，乳液中的中间相1可在内部水核2和外连续相中部分溶解，从而形成以内部水核2为支撑的可控形状乳液，如图1b)所示，在中间相1的溶解过程中，中间相1与水相(内部水核和外连续相)发生物质交换，由于油相中含有过量的表面活性剂，导致水核和外连续相中的水分子不断扩散到中间相1中形成纳米级液滴直至平衡，在紫外光照射条件下中间相中的单体与交联剂发生交联反应即形成纳米级孔3和微米级孔4，如图1c)和图1d)所示，图1d)为微颗粒截面示意图。

实施例1

本实施例中，制备具有磁响应特性的微米/纳米分级式孔的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯)微颗粒，步骤如下：

(1)中间相、内相、外相流体和收集液的配制

配制中间相流体：在室温将甲基丙烯酸甲酯(MMA)4mL、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)0.2mL、聚蓖麻酸甘油酯0.2g、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮20μL混合均匀，然后加入0.02g四氧化三铁磁性纳米粒子并混合均匀，即得中间相流体。

配制内相流体：将Pluronic F127、丙三醇加入去离子中混合均匀，即得内相流体；所述去离子水与Pluronic F127的质量比为1:0.01，去离子水与丙三醇的质量比为1:0.05。

外相流体和收集液均与内相流体相同。

(2)微颗粒的制备

在第一注射泵5、第二注射泵6和第三注射泵7的作用下，分别将内相流体、中间相流体和外相流体注入毛细管微流体装置的注射管8、过渡管10和收集管12中形成单分散水/油/水乳液。该过程中，控制内相流体的流量为400μL/h，中间相流体的流量为1000μL/h，分别控制外相流体的流量为3400μL/h，1300μL/h，1000μL/h，800μL/h，即分别形成内部包含有1，2，3，4个水核的水/油/水乳液。包含1～4个水核的水/油/水乳液的形成过程的高速摄像仪显微照片如图3所示。

采用盛有收集液的容器分别收集上述四种水/油/水乳液，然后将收集的水/油/水乳液放置20min，最后用250W紫外光照射所述水/油/水乳液20min，MMA与EGDMA发生交联反应即分别形成具有1、2、3、4个微米级孔的具有磁响应特性的微米/纳米分级式孔的微颗粒。

将包含1～3个水核的单分散水/油/水乳液引入盛有收集液的收集容器中时，乳液的光学显微镜照片如图4a)、5a)和6a)所示，放置20min后，乳液中的油相部分溶解至水相中导致油层变薄，其光学显微镜照片如图4b)、5b)和6b)所示。

所述包含1个水核的水/油/水乳液的油层厚度δ随放置时间的变化曲线如图7所示，油层厚度δ的计算公式如式(1)所示，其中，a表示水核直接径，b表示乳液外径。由图7可知，随着放置时间的增加，该乳液的油层厚度δ随逐渐减小，表明该乳液的油相已缓慢溶解至水相中。

所述包含2个水核的水/油/水乳液的扁率f随放置时间的变化曲线如图8所示，乳液的扁率f的计算公式如式(2)所示，其中，a’表示乳液的短轴，b’表示乳液的长轴。由图8可知，随着放置时间的增加，该乳液的扁率f逐渐增大，即该乳液变形越来越大，说明该乳液的油相逐渐溶解至水相中。

δ＝(b-a)/2 (1)

f＝(b′-a′)/b′ (2)

(3)分离纯化

将步骤(2)所得微颗粒从收集液中分离出来，并用乙醇洗涤去除微颗粒表面的收集液，然后用去离子水洗涤去除微颗粒上的乙醇，最后将洗涤完毕的微颗粒保存在去离子水中。

本实施例制备的具有1～4个微米级孔的微颗粒的整体扫描电镜照片分别如图9～12所示。从图中可以看出，本发明所述方法制备的微颗粒的尺寸均一，且为单分散的；由于制备1～4个微米级孔的微颗粒时，内相、中间相流体的流量是相同的，因此剪切出的内部水核尺寸一致，即微颗粒中的微米级孔的孔径的一致的，经测量本实施例制得的微颗粒的微米级孔的孔径为180微米。具有1个微米级孔的微颗粒的局部扫描电镜照片如图13所示，图13a)、b)、c)分别是该微颗粒的截面、外表面及截面放大照片，由图13可知，本实施例制备的微颗粒具有明显的纳米孔结构，经测量其纳米级孔的孔径约为1000纳米。

以下通过实验考察本实施例制备的微颗粒的磁响应特性和对油滴的吸附性能。

在室温将30μL的油溶性荧光染料F Red 300染色后的二甲基丙烯酸乙二醇酯大油滴滴入玻璃瓶中，如图14a)所述，然后摇晃玻璃瓶使得大油滴分散成小油滴，如图14b)所示，将本实施例制备的具有3个微米级孔的微颗粒加入该玻璃瓶中，如图14c)所示，摇晃玻璃瓶使所述微颗粒与油滴完全接触，然后贴着玻璃瓶一侧的瓶壁放置一块磁铁，随着外加磁场的加入，吸附油滴后的微颗粒被吸引到玻璃瓶放置有磁铁的一侧，如图14d)所示，依次用乙醇和去离子水清洗该微颗粒后，该微颗粒仍具有良好的磁响应特性，见图14e)，并可用于重复吸附油滴。图14表明，本实施例制备的微颗粒具有磁响应特性和对油滴的吸附特性。微颗粒中磁性纳米粒子的存在有利于通过磁力将溶液与微颗粒进行分离，从而简化固液分离操作。

实施例2

本实施例中，考察中间油相中表面活性剂聚蓖麻酸甘油酯的含量对纳米级孔结构的影响，共制备3个微颗粒样品，编号为1#、2#和3#样品。

本实施例中采用结构如图15所述的一级毛细管微流体装置制备油/水乳液，该装置包括第四注射泵13、第五注射泵14、注射管8、第三连接管15和收集管12；注射管8由圆形玻璃毛细管制作，其尾部被加工成圆锥形，其圆管部段的外径为1.0mm、内径为550μm，其圆锥形部段端部的内径为30～70μm；收集管12为圆形玻璃毛细管，其外径为1.0mm，内径为300μm；第三连接管15为矩形玻璃管，其中心部位设置有正方形通孔，通孔的尺寸为1.0×1.0mm。注射管8的尾部插入收集管12的头部并通过第三连接管15连接。第四注射泵13用于将内相流体输入注射管8中，第五注射泵14用于将外相流体输入收集管12中。

1、1#微颗粒样品的油相中不含聚蓖麻酸甘油酯，其制备方法如下：

(1)内相、外相流体和收集液的配制

配制内相流体：在室温将EGDMA 4mL、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮20μL混合均匀，即得内相流体；

配制外相流体：将Pluronic F127、丙三醇加入去离子中混合均匀，即得内相流体；所述去离子水与Pluronic F127的质量比为1:0.01，去离子水与丙三醇的质量比为1:0.05。

收集液与内相流体相同。

(2)微颗粒的制备

本对比例采用结构如图15所述的一级毛细管微流体装置制备油/水乳液。在第四注射泵13和第五注射泵14的作用下，分别将内相流体和外相流体注入一级毛细管微流体装置的注射管8和收集管12中，控制内相流体的流量为400μL/h，外相流体的流量为2000μL/h，即形成单分散油/水乳液，采用盛有收集液的容器分别收集上述油/水乳液，然后用250W紫外光照射20min，EGDMA发生交联反应即形成微颗粒。

(3)分离纯化

将步骤(2)所得微颗粒从收集液中分离出来，并用乙醇洗涤去除微颗粒表面的收集液，然后用去离子水洗涤去除微颗粒上的乙醇。

2、2#样品的制备方法与1#样品基本相同，不同之处仅在于内相流体中含有聚蓖麻酸甘油酯，内相流体的配制方法如下：在室温将EGDMA 4mL、聚蓖麻酸甘油酯0.4g、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮20μL混合均匀，即得内相流体。

3、3#样品的制备方法与1#样品基本相同，不同之处仅在于内相流体中含有聚蓖麻酸甘油酯，内相流体的配制方法如下：在室温将EGDMA 4mL、聚蓖麻酸甘油酯2g、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮20μL混合均匀，即得内相流体。

1#～3#微颗粒样品的扫描电镜照片分别见图16～18，其中图a)、b)、c)分别为微颗粒整体、外表面、以及截面照片，由图16可知，1#微颗粒样品的外表面和截面光滑，无孔结构，这是因为在1#样品制备过程中，内相流体中不含表面活性剂聚蓖麻酸甘油酯，导致油/水乳液中油相与水相的传质非常慢，无纳米级水滴产生，从而无纳米级孔产生；由图17、18可知，2#和3#微颗粒样品中不具备微米级孔，但具有明显的纳米多孔结构，纳米级孔之间高度互通，并且随着内相流体中表面活性剂聚蓖麻酸甘油酯含量的增加，制备的微颗粒中纳米级孔的孔隙大小逐渐增加。采用压汞法通过压汞仪(PoreMaster 33，康塔，美国)测定2#微颗粒样品的孔径分布情况，结果如图19所示，2#样品的平均孔径为180纳米。

以下通过称重法确定1#～3#微颗粒样品的孔隙度。取1#～3#微颗粒样品各500颗，烘干后称重，在光学显微镜下测量各微颗粒样品的体积，然后根据式(3)～(5)计算各微颗粒样品的相对孔隙度ε。

${\mathrm{\ρ}}_0=\frac{m_0}{V_0}---\left(3\right)$

${\mathrm{\ρ}}_i=\frac{m_i}{V_i}---\left(4\right)$

$\mathrm{\ϵ}=1-\frac{{\mathrm{\ρ}}_i}{{\mathrm{\ρ}}_0}---\left(5\right)$

式(3)～(5)中，ρ₀,m₀和V₀分别是1#样品中各微颗粒的密度、质量和体积；对于ρ_i,m_i,V_i，i＝1时，它们分别代表是2#样品中各微颗粒的密度、质量和体积，i＝2时，它们分别代表3#样品中各微颗粒的密度、质量和体积。

结果表明，1#样品中微颗粒的相对孔隙度ε＝0％，2#样品中微颗粒的相对孔隙度ε＝31.8％，3#样品中微颗粒的相对孔隙度ε＝49.4％。说明本发明所述方法可通过调节油相中表面活性剂的含量来调节微颗粒基体材料中纳米级孔的孔隙度。

实施例3

本实施例中，制备具有活性基团的磁性微米/纳米分级式孔的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯-co-甲基丙烯酸缩水甘油酯)微颗粒，步骤如下：

(1)中间相、内相、外相流体和收集液的配制

配制中间相流体：在室温将MMA 1mL、EGDMA 2mL、GMA 1mL、聚蓖麻酸甘油酯0.4g、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮20μL混合均匀，然后加入四氧化三铁磁性纳米粒子0.02g并混合均匀，即得中间相流体；

配制内相流体：将Pluronic F127、丙三醇加入去离子中混合均匀，即得内相流体；所述去离子水与Pluronic F127的质量比为1:0.01，去离子水与丙三醇的质量比为1:0.05。

外相流体和收集液均与内相流体相同。

(2)微颗粒的制备

在第一注射泵5、第二注射泵6和第三注射泵7的作用下，分别将内相流体、中间相流体和外相流体注入毛细管微流体装置的注射管8、过渡管10和收集管12中，控制内相流体的流量为400μL/h，中间相流体的流量为1000μL/h，外相流体的流量为1000μL/h，即形成内部包含有2个水核的单分散水/油/水乳液，采用盛有收集液的容器分别收集上述水/油/水乳液，然后将收集的水/油/水乳液放置20min，最后用250W紫外光照射所述水/油/水乳液20min，MMA、GMA与EGDMA发生交联反应即形成具有2个微米级孔带活性基团的磁性微米/纳米分级式孔的微颗粒。

(3)分离纯化

将步骤(2)所得带活性基团的磁性微米/纳米分级式孔的微颗粒从收集液中分离出来，并用乙醇洗涤去除上述微颗粒表面的收集液，然后用去离子水洗涤去除微颗粒上的乙醇。该微颗粒的扫描电镜照片见图20，图中a)、b)、c)分别为微颗粒截面、外表面以及截面放大照片，由图20可知，本实施例制备的微颗粒中具有2个微米级孔，并且该微颗粒具有明显的纳米孔结构。本实施例制备的微颗粒的纳米级孔的平均孔径为580纳米(见图21)。

对比例1

本对比例中，制备具有活性基团的磁性纳米孔微颗粒，步骤如下：

(1)内相、外相流体和收集液的配制

配制内相流体：在室温将MMA 1mL、EGDMA 2mL、GMA 1mL、聚蓖麻酸甘油酯0.4g、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮20μL混合均匀，然后加入四氧化三铁磁性纳米粒子0.02g并混合均匀，即得内相流体；

配制外相流体：将Pluronic F127、丙三醇加入去离子中混合均匀，即得内相流体；所述去离子水与Pluronic F127的质量比为1:0.01，去离子水与丙三醇的质量比为1:0.05。

收集液与内相流体相同。

(2)微颗粒的制备

本对比例采用结构如图15所述的一级毛细管微流体装置制备油/水乳液。

在第四注射泵13和第五注射泵14的作用下，分别将内相流体和外相流体注入一级毛细管微流体装置的注射管8和收集管12中，控制内相流体的流量为400μL/h，外相流体的流量为2000μL/h，即形成单分散油/水乳液，采用盛有收集液的容器分别收集上述油/水乳液，然后用250W紫外光照射20min，MMA、GMA与EGDMA发生交联反应即形成具有活性基团的磁性纳米孔微颗粒。

(3)分离纯化

将步骤(2)所得具有活性基团的磁性纳米孔微颗粒从收集液中分离出来，并用乙醇洗涤去除所述纳米孔微颗粒表面的收集液，然后用去离子水洗涤去除所述纳米孔微颗粒上的乙醇。

采用压汞法通过压汞仪(PoreMaster 33，康塔，美国)测定本对比例所得微颗粒的孔径分布情况，结果如图21所示，本对比例制备的具有活性基团的磁性纳米孔微颗粒的平均孔径为580纳米。

实施例4

本实施例中，对比研究实施例3、对比例1制备的微颗粒以及实施例2中的1#、2#样品蛋白质的吸附性能。

在20℃条件下，取5mL浓度为1mg/mL的牛血清白蛋白水溶液四份，分别向四份牛血清蛋白水溶液中添加0.5g实施例3、对比例1制备的微颗粒，以及实施例2中的1#、2#样品，然后在20℃静置，使牛血清白蛋白分子向微颗粒中自由扩散，每隔5min取样通过紫外可见分光光度计(UV-9600，瑞利，中国)测定280nm处的吸光度值，根据牛血清白蛋白的标准曲线计算不同时间点溶液中牛血清白蛋白的浓度，根据式(6)计算在第t min时微颗粒对牛血清蛋白的吸附量Q_m(mg/g)：

Q_m＝(C₀-C_t)V/m (6)

式(6)中，C₀，C_t分别为第0min和第t min时牛血清白蛋白的浓度，V是牛血清白蛋白水溶液的体积，m为微颗粒的质量。

实施例3、对比例1制备的微颗粒，以及实施例2中的1#、2#样品对牛血清蛋白的吸附量随时间的变化曲线如图22所示，由图22可知：

(1)实施例2的2#样品比1#样品相比，2#样品对牛血清蛋白表现出更快的吸附速率和更高的吸附能力，这是由于纳米级孔结构的存在增加了微颗粒的比表面积，从而为截留牛血清白蛋白提供了更大的空间。

(2)与实施例2的2#样品相比，对比例1制备的具有活性基团磁性纳米孔微颗粒对牛血清蛋白的吸附能力更强，在第60min时，对比例1制备的纳米孔微颗粒对牛血清蛋白的吸附量为2.17mg/g。说明在纳米级孔结构的基础上，采用GMA进行修饰，在纳米孔颗粒的表面及纳米级孔结构中引入活性基团，能够增强微颗粒对牛血清白蛋白分子的吸附作用。

(3)与对比例1制备的具有活性基团磁性纳米孔微颗粒相比，实施例3制备的具有活性基团的磁性微米/纳米分级式孔的微颗粒对牛血清蛋白的吸附能力有显著提高，吸附速率和吸附量都明显增加，在第60min时，实施例3制备的微颗粒对牛血清蛋白的吸附量为3.88mg/g。说明将微米级孔与纳米级孔相结合形成微颗粒，能够大大提高微颗粒的质量传递和比表面积，从而有效提高微颗粒对蛋白质的吸附能力。

实施例5

本实施例中，制备具有微米/纳米分级式孔的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯)微颗粒，步骤如下：

(1)中间相、内相、外相流体和收集液的配制

配制中间相流体：在室温将MMA 4mL、EGDMA 4mL、聚蓖麻酸甘油酯4g、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮400μL混合均匀，即得中间相流体。

配制内相流体：将Pluronic F127、丙三醇加入去离子中混合均匀，即得内相流体；所述去离子水与Pluronic F127的质量比为1:0.005，去离子水与丙三醇的质量比为1:0.1。

外相流体和收集液均与内相流体相同。

(2)微颗粒的制备

在第一注射泵5、第二注射泵6和第三注射泵7的作用下，分别将内相流体、中间相流体和外相流体注入毛细管微流体装置的注射管8、过渡管10和收集管12中形成单分散水/油/水乳液，该过程中，控制内相流体的流量为100μL/h，中间相流体的流量为1000μL/h，外相流体的流量为10000μL/h，即形成水/油/水乳液，采用盛有收集液的容器收集上述水/油/水乳液，然后将收集的水/油/水乳液放置20min，最后用250W紫外光照射所述水/油/水乳液20min，MMA与EGDMA发生交联反应即分别形成微颗粒。

(3)分离纯化

将步骤(2)所得微颗粒从收集液中分离出来，并用异丙醇洗涤去除微颗粒表面的收集液，然后用去离子水洗涤去除微颗粒上的异丙醇。

实施例6

本实施例中，制备具有微米/纳米分级式孔的聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯-co-甲基丙烯酸缩水甘油酯)微颗粒，步骤如下：

(1)中间相、内相、外相流体和收集液的配制

配制中间相流体：在室温将MMA 1mL、EGDMA 2mL、GMA 0.5mL、聚蓖麻酸甘油酯0.4g、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮20μL混合均匀，即得中间相流体。

配制内相流体：将Pluronic F127、丙三醇加入去离子中混合均匀，即得内相流体；所述去离子水与Pluronic F127的质量比为1:0.05，去离子水与丙三醇的质量比为1:0.05。

外相流体和收集液均与内相流体相同。

(2)微颗粒的制备

在第一注射泵5、第二注射泵6和第三注射泵7的作用下，分别将内相流体、中间相流体和外相流体注入毛细管微流体装置的注射管8、过渡管10和收集管12中形成单分散水/油/水乳液，该过程中，控制内相流体的流量为10μL/h，中间相流体的流量为50μL/h，外相流体的流量为200μL/h，即形成水/油/水乳液，然后采用盛有收集液的容器收集上述水/油/水乳液，然后将收集的水/油/水乳液放置20min，最后用250W紫外光照射所述水/油/水乳液20min，MMA、GMA与EGDMA发生交联反应即形成具有活性基团的微颗粒。

(3)分离纯化

将步骤(2)所得微颗粒从收集液中分离出来，并用丙酮洗涤去除微颗粒表面的收集液，然后用去离子水洗涤去除微颗粒上的丙酮。

Claims (9)

1.具有微米/纳米分级式孔的微颗粒，其特征在于该微颗粒的基体为聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯)或者聚(甲基丙烯酸甲酯-co-二甲基丙烯酸乙二醇酯-co-甲基丙烯酸缩水甘油酯)，所述基体中具有微米级孔和纳米级孔，所述微米级孔的孔径为20～500μm，纳米级孔的孔径为5～1000nm。

2.根据权利要求1所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒，其特征在于所述微颗粒中含有磁性纳米粒子，该磁性纳米粒子的含量为0.05wt％～5wt％。

3.具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：

(1)中间相、内相、外相流体和收集液的配制

配制中间相流体：将二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸甲酯、油溶性表面活性剂、光引发剂混合均匀，即得中间相流体；所述甲基丙烯酸甲酯与二甲基丙烯酸乙二醇酯的体积比为1:(0.05～2)，甲基丙烯酸甲酯与光引发剂的体积比为1:(0.005～0.1)，油溶性表面活性剂的加入量为每1mL甲基丙烯酸甲酯0.05～1g；

配制内相流体：将水溶性表面活性剂、丙三醇加入水中混合均匀，即得内相流体；所述水与水溶性表面活性剂的质量比为1:(0.005～0.05)，水与丙三醇的质量比为1:(0.05～0.1)；

配制外相流体：外相流体的配制方法与内相流体的配制方法相同；

配制收集液：收集液的配制方法与内相流体的配制方法相同；

(2)微颗粒的制备

分别将内相流体、中间相流体和外相流体注入毛细管微流体装置的注射管、过渡管和收集管中形成单分散水/油/水乳液，采用收集液收集该单分散水/油/水乳液，并将所收集的单分散水/油/水乳液放置至少10min，然后用紫外光照射所述单分散水/油/水乳液使甲基丙烯酸甲酯与二甲基丙烯酸乙二醇酯发生交联反应，即形成具有微米/纳米分级式孔的微颗粒；

所述内相流体的流量为10～400μL/h，中间相流体的流量为50～1000μL/h，外相流体的流量为200～10000μL/h；

(3)分离纯化

将步骤(2)所得微颗粒从收集液中分离出来并用洗涤溶剂洗涤去除微颗粒表面的收集液，然后用水洗涤去除微颗粒上的洗涤溶剂。

4.根据权利要求3所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，其特征在于所述油溶性表面活性剂为聚蓖麻酸甘油酯。

5.根据权利要求3或4所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，其特征在于所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

6.根据权利要求3或4所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，其特征在于所述水溶性表面活性剂为嵌段式聚醚F127。

7.根据权利要求3或4所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，其特征在于所述中间相流体中含有甲基丙烯酸缩水甘油酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯与甲基丙烯酸甲酯的体积比为0.5～1:1。

8.根据权利要求3或4所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，其特征在于所述中间相流体中含有磁性纳米粒子，磁性纳米粒子的加入量为每1mL甲基丙烯酸甲酯0.005～0.02g。

9.根据权利要求3或4所述具有微米/纳米分级式孔的微颗粒的制备方法，其特征在于所述洗涤溶剂为乙醇、异丙醇或者丙酮。