CN1116353C - 胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以超顺磁性的磁性流体为核，外包一层胺基聚丙烯酰胺高分子聚合物的磁性微球的制备方法。其主要工艺流程磁流体制备、引发剂吸附、反应单体分散和聚合、磁性微球磁分离和洗涤等。该微球悬浮性好，磁响应性高，粒径均匀。该磁性微球可作为各种酶、抗体、靶向药物的载体，广泛用于细胞分离、免疫分析、基因工程、酿酒发酵等众多领域。该制备方法简单，成本低，易于控制，微球质量好。

Description

胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球制备方法

一种胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球制备方法用于制备以超顺磁性磁流体为核、胺基聚丙烯酰胺高分子聚合物为包覆层的磁性微球，可作为酶、抗体、靶向药物的载体。

目前，磁性微球的制备方法主要有包埋法、聚合法、机械球磨法、渗磁法和辐射聚合法等。专利US 4 695 393，1987利用包埋法将含有胺基的硅烷聚合物与表面带有羟基的纳米磁性粒子在甘油中加热脱水，制得硅烷化胺基磁性微球，这种制备方法简单，但所制得的磁性微球粒径分布宽，形状不规则，粒径不易控制，而且产率低。专利WO 91/09678，利用球磨法制得了一系列胺基有机金属化合物磁性微球，这种方法要首先制得带有胺基功能团的有机金属化合物，然后通过球磨在Fe₃O₄表面吸附一层二甲基甲酰胺与制得的有机金属化合物反应，最后经球磨制得胺基有机金属化合物磁性微球，按这种方法制得的磁性微球粒径不均匀，粒径分布介于0.003～1.5μm之间。国内邱广明等人在《应用化学》1997年第14卷第5期上发表的论文“大粒径磁性高分子微球的制备”中介绍通过对磁性流体的表面改性，利用分散聚合制得粒径介于50～500μm之间的羟基聚苯乙烯磁性微球，按这种方法制备的磁性微球粒径大，微球的磁响应性相对要弱，微球的比表面积小，表面功能团的含量要相对小。迄今为止只有Dynal公司一家将磁性微球商品化，由于其制备过程复杂，又需要专门的设备，导致其价格昂贵，使其广泛应用受到限制。

本发明的目的在于设计出一种溶液聚合制备磁性微球的方法，制备出高磁响应性、粒径均匀、比表面积大、悬浮稳定性好的胺基聚丙烯酰胺磁性微球，降低磁性微球的生产成本，实现磁性微球在国内的商品化。本发明制备的磁性微球具有下列特点：1.无需加入表面活性剂，制得的磁性微球表面洁净，避免了抗体、抗原等生物活性物质与磁性微球结合时因表面不洁净而导致的中毒现象；2.该微球的磁响应性高，悬浮稳定性好，在外加磁场的作用下能迅速沉降，且粒子之间不相互团聚；3.微球粒径分布窄，介于60～80nm之间；4.该微球表面带有胺基，易于固定化酶、细胞标定及作为抗体、抗原的载体。

本发明首先通过改进的化学共沉淀制得悬浮性好、磁响应性高、粒径分布介于7～10nm之间的超顺磁性铁基磁流体(Fe₃O₄)或钴基磁流体(Co-Fe₃O₄)；然后采用超声分散和机械搅拌两种方式将引发剂充分分散到磁流体中浸泡，使磁流体表面形成引发点；再用水作分散剂，将亲水性反应单体加入到吸附有引发剂的磁流体中并充分搅拌使磁流体在反应单体中均匀分散；用水和无水乙醇作为反应介质，通过溶液聚合制得胺基磁性高分子微球；最后在磁分离装置上将磁性微球分离出并用乙醇和水反复洗涤分离物，从而获得洁净的胺基磁性微球。具体步骤如下：

第一步：磁性流体的制备

1.铁基磁性流体(Fe₃O₄)

利用改进的化学共沉淀，在配有搅拌器、回流冷凝管、氮气囊的四颈瓶中加入摩尔比为1∶2的Fe²⁺盐和Fe³⁺盐，在油浴中升温至50℃～60℃，滴入氨水调节pH值至11～13之间，反应30分钟，冷却至室温。用蒸馏水反复冲洗磁分离沉降物至中性，即得到铁基磁性流体。

2.钴基磁性流体(Co-Fe₃O₄)

利用改进的化学共沉淀，在配有搅拌器、回流冷凝管、氮气囊的四颈瓶中加入摩尔比为1∶1∶4的Co²⁺盐、Fe²⁺盐和Fe³⁺盐，在油浴中升温至50℃～60℃，滴入氨水调节pH值至11～13之间，反应30分钟，冷却至室温。用蒸馏水反复冲洗磁分离沉降物至中性，即得到钴基磁性流体。

第二步：磁性流体的预处理——吸附引发剂

将制备好的磁性流体取适量，超声处理30分钟，使磁性流体分散均匀，再加入一定量的过硫酸钾，超声分散20分钟，将混合液转移至三颈瓶中机械搅拌4小时，使磁流体表面充分吸附引发剂，利用磁分离技术，采用正相分离，倾斜去上层液体，再将沉降物重新分散至水中，机械搅拌1小时。

第三步：磁流体在反应单体中充分分散

将所需量的反应单体如丙烯酰胺、烯丙胺和N.N′-亚甲基双丙烯酰胺加入到一定量的分散介质中超声处理，使其分散均匀。然后将其转移到预先处理过的磁流体中，采用超声分散和机械搅拌两种均匀化工艺，制得均匀悬浮体系。

第四步：磁性微球的制备与分离

将上述制得的均匀悬浮体系在氮气保护下升温至68℃，在每分钟650～750转搅拌中反应4小时，冷却至室温。采用磁分离技术对产物进行沉降处理，并用无水乙醇和蒸馏水反复冲洗沉降物即可得胺基磁性微球。

下面是本发明的最佳实施例：

称取0.7952gFeCl₂·4H₂O和2.1624gFeCl₃·6H₂O(Fe²⁺和Fe³⁺摩尔比为1∶2)溶入装有150ml蒸馏水并配有搅拌器、回流冷凝管的四颈瓶中，通氮气保护，在油浴中升温到50℃～60℃，滴加氨水调节pH值到11～13之间，在700转/分的搅拌速度下反应30分钟，冷却至室温，用蒸馏水反复冲洗磁分离沉降物至中性，便得到铁基磁流体。

取上述磁性流体(0.01molFe₃O₄/L)10ml，用振动频率为20～50KHz的超声波分散30分钟，加入1.0g过硫酸钾继续超声分散10分钟，磁分离倾去上层液体，再将沉降物重新分散到20～50ml水中，机械搅拌1小时。将0.6～12g丙稀酰胺、0.05～0.8gN.N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.1～0.7g烯丙胺加入到50～150ml乙醇与水的分散介质中，即反应单体重量占整个反应体系的百分比为：丙烯酰胺0.41％～17.14％、N.N′-亚甲基双丙烯酰胺0.03％～1.1％、烯丙胺0.05％～1.0％，超声处理30分钟使其充分分散均匀，然后将其转移到预先处理过的磁流体中，在氮气的保护下升温到68℃，在650～750转/分的搅拌下反应4小时，冷却至室温，采用磁分离技术对产物进行沉降处理，并用无水乙醇和蒸馏水反复冲洗沉降物，即可得到粒径为60～80nm的以铁基磁流体为核的胺基聚丙烯酰胺磁性微球。

将上述FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O换成0.5114gCoCl₂·7H₂O、0.7952gFeCl₂·4H₂O和2.1624gFeCl₃·6H₂O(Co²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺摩尔比为1∶1∶4)在上述装置、条件和工艺流程下即可得到磁饱和强度更大的以钴基磁流体为核的胺基聚丙烯酰胺磁性微球。

本发明中所涉及的胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球的制备方法简单、易于控制、成本低，而且微球质量好，易于工业化生产。

Claims (4)

1.一种胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球制备方法，其特征在于首先采用改进的化学共沉淀制得可悬浮、粒径分布介于7～10nm的超顺磁性铁基磁流体或钴基磁流体，然后采用超声分散和机械搅拌两种均匀化工艺使磁流体粒子表面充分吸附引发剂形成聚合反应的引发点，将亲水性反应单体加入到形成引发点的磁流体中，在高速搅拌下使其在磁流体中充分分散，并通过溶液聚合制得胺基聚丙烯酰胺磁性微球，在磁分离装置上分离出磁性微球，并用乙醇和水反复洗涤分离物便可得到成品胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球；其中亲水性反应单体有丙烯酰胺、N.N′-亚甲基双丙烯酰胺、烯丙胺，其重量占整个反应体系的百分比为：丙烯酰胺为0.41％～17.14％，N.N′-亚甲基双丙烯酰胺为0.03％～1.1％，烯丙胺为0.05％～1.0％。

2.如权利要求1所述的胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球制备方法，其特征在于采用改进的化学共沉淀制备铁基磁流体或钴基磁流体，在氮气保护下，Fe²⁺和Fe³⁺的摩尔比为1∶2，或Co²⁺、Fe²⁺和Fe³⁺为1∶1∶4，反应温度为50～60℃，pH值控制在11～13之间。

3.如权利要求1所述的胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球制备方法，其特征在于磁性流体粒子表面引发点的形成是通过在超声处理和分散后的磁性流体中加入过硫酸钾继续超声分散，机械搅拌，使磁流体表面充分吸附引发剂来实现。

4.如权利要求1所述的胺基聚丙烯酰胺磁性高分子微球制备方法，其特征在于在制备过程中所控制的技术条件和参数为：

反应温度为：      68℃

搅拌速度为：      650～750转/分

聚合反应时间：    4小时

超声振荡频率：    20～50KHz