CN112871097A - 基于超声雾化法制备的超亲水磁性微球 - Google Patents

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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons

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Abstract

本发明涉及一种基于超声雾化法制备的超亲水磁性微球，利用超声雾化器将雾化液进行雾化，雾化液经过超声雾化后形成雾滴；其中，雾化液包括磁性胶体和聚合物相，所述聚合物相包括亲水性高分子和水；然后在交联剂的作用下，将所述雾滴经过交联固化后形成超亲水磁性微球。该磁性微球可用于分离和检测生物分子核酸等。该磁性微球亲水性非常好，微球表面具有大量的羟基。微球的粒径选择很广泛，从1微米到100微米；超声雾化器使用方便，工艺路线简单。

Description

基于超声雾化法制备的超亲水磁性微球
技术领域
本发明涉及功能高分子微球制备领域，尤其涉及一种基于超声雾化法制备的超亲水磁性微球。
背景技术
超声雾化器是利用电子高频振荡(振荡频率为1.7MHz或2.4MHz，超过人的听觉范围，该电子振荡对人体及动物无伤害)，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂。与加热雾化方式比较，能源节省了90％。常用于加湿器、熏香器、美容机、消毒机、浴缸造雾机、盆景、工艺品的制作等。
磁场辅助分离技术是基于磁性微球在外磁场作用下对目标物进行分离富集的技术，具有高效、快速、集分离富集于一体等诸多优点，在核酸提取、基因测序、细胞分离、免疫分析、固定化酶、手性分离等生命科学研究领域获得日益广泛的应用。生物磁分离技术所面临的关键问题在于保证所使用的磁分离材料的生物相容性、磁响应性、超顺磁性，以保证生物分离过程的高效性、重现性和可控性。
磁性微球的制备方法有很多种，如乳液聚合、分散聚合、悬浮聚合、水热合成法等。但是这些方法都有一定的局限性，如：
1.聚合条件复杂，如高温、高压，具有一定的危险性，参见ChunmingSu.Journal ofHazardous Materials 322(2017)48-84；
2.需要使用大量的有机溶剂，污染环境，参见美国专利U.S.Pat.NO.4654267；
3.处理过程复杂，产生大量的废水等。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于超声雾化法制备的超亲水磁性微球，其聚合条件温和，无需使用大量有机溶剂，工艺简单，具有良好的亲水性及生物相容性，粒径可调节，表面富含活性基团。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种超声雾化法制备超亲水磁性微球的方法，包括以下步骤：
利用超声雾化器将雾化液进行雾化，雾化液经过超声雾化后形成雾滴；其中，雾化液包括磁性胶体和聚合物相，聚合物相包括亲水性高分子和水；
然后在交联剂的作用下，将雾滴经过交联固化后形成超亲水磁性微球，超亲水磁性微球的亲水角为5-45°。
进一步地，在1.7-2.4MHz且流速为5L/min以下的条件下进行超声雾化，所形成的雾滴的粒径为1～100μm。
进一步地，雾化液中，磁性胶体占亲水性高分子质量分数的10wt％-60wt％。
进一步地，磁性胶体包括多个磁性微球，磁性微球具有铁磁性或者超顺磁性。
进一步地，利用化学共沉淀的方法制备磁性胶体。
进一步地，亲水性高分子为聚乙烯醇或聚丙烯酰胺。
进一步地，亲水性高分子的分子量为48000-220000。
进一步地，交联剂的质量为亲水性高分子质量分数的0.5％-10％。
进一步地，聚合物相含有3wt％-10wt％的亲水性高分子。
进一步地，交联剂和水溶性二胺一起使用。
进一步地，交联剂为戊二醛，水溶性二胺为乙二胺。
进一步地，雾滴在交联之前，使用收集装置收集雾滴，快速冷却固化，然后进行交联。
进一步地，收集装置中盛有冷却介质，冷却介质可以是液氮、干冰和冰块中的一种或几种。
在本发明一具体实施方式中，超亲水磁性微球的制备方法包括以下步骤：
1、用化学共沉淀的方法制备磁性胶体；
2、将磁性胶体分散于聚乙烯醇水溶液中，形成雾化液；
3、通过超声雾化器将雾化液超声雾化处理，以形成一定大小的雾滴；
4、最后将雾滴进行交联。
更具体地，超亲水磁性微球的制备方法包括以下步骤：
1、磁性胶体的合成：将一定量的二价铁盐和三价铁盐溶解在一定量的去离子水中，然后调节溶液的pH值至碱性，水浴加热至一定温度，反应一定时间得到磁性胶体。
2、雾化液的制备：将磁性胶体分散至一定浓度的聚乙烯醇水溶液中，搅拌一定的时间得到雾化液。
3、超亲水磁性微球的制备：将雾化液倒入超声雾化器中，在1.7-2.4MHz超声雾化功率下，得到雾化的悬浮液滴，然后用收集装置收集雾化液滴，快速冷却固化，最后交联，得到超亲水磁性微球。
在步骤1中，上述二价铁盐可以是硫酸亚铁、氯化亚铁，三价铁盐可以是硫酸铁、氯化铁。
在步骤1中，上述调节pH的碱性溶液可以是氢氧化钠溶液和浓氨水溶液，氢氧化钠的浓度可以是0.0001mol/L-1mol/L，水浴加热温度可以是0～90℃，反应时间可以是0～3h。
在步骤2中，上述磁性胶体的浓度可以是0.5wt％～2.0wt％，聚乙烯醇水溶液的浓度可以是2wt％～10wt％，聚乙烯醇的分子量可以是48000～220000，搅拌的时间可以是0.5～3h。
本发明还要求保护一种上述方法所制备的超亲水磁性微球，超亲水磁性微球包括磁性微球以及修饰于磁性微球表面的亲水性高分子；亲水性高分子通过交联剂交联，超亲水磁性微球的亲水角为5-45°。
超亲水磁性微球的主体材料为聚乙烯醇，其具有大量的羟基，亲水性及生物相容性非常好。
进一步地，超亲水磁性微球的粒径为1～100μm，优选为1～30μm。
进一步地，超亲水磁性微球表面带有的基团包括羧基、羟基、氨基和环氧基团，这些基团均为可偶联生物分子的活性基团。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明提供的超亲水磁性微球的制备方法基于超声雾化法进行，整个工艺流程简单便捷，无需有机溶剂，无污染、环境友好，可方便调节微球的粒径。
本发明提供的超亲水磁性微球的表面具有丰富的羟基，亲水性及生物相容性非常好；表面带有偶联生物分子的活性基，可以用于分离和检测生物分子，如细胞、核酸、蛋白质等，生物领域的应用非常广泛。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
图1是实施例6制备的超亲水磁性微球的扫描电镜图；
图2是实施例7制备的超亲水磁性微球的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
将0.5mol/L的Fe2+水溶液和0.5mol/L的Fe3+水溶液，按照1：2的体积比混合，搅拌30min，迅速用0.1M NaOH调节溶液的pH至11，加热至80℃，恒温反应2h，得到磁性胶体。
将磁性胶体倒入透析袋中透析2天，以备后续使用(浓度为1wt％)。
实施例2
将0.5mol/L的Fe2+水溶液和0.5mol/L的Fe3+水溶液，按照1：1.8的体积比混合，搅拌30min，迅速用浓氨水调节溶液的pH至12，加热至80℃，恒温反应2h，得到磁性胶体。
将磁性胶体倒入透析袋中透析2天，以备后续使用(浓度为1wt％)。
实施例3
将按实施例1所述方法制备的磁性胶体(5ml)分散于50ml的10wt％聚乙烯醇(分子量48000)水溶液中，并加入1ml的十二烷基硫酸钠溶液(5wt％)，用分散器以8000rpm分散1min。然后再超声分散处理三次，每次处理5min，得到雾化液。
实施例4
将按实施例2所述方法制备的磁性胶体(10ml)分散于90ml的5wt％聚乙烯醇(分子量48000)水溶液中，并加入0.5ml的十二烷基硫酸钠溶液(5wt％)，用分散器以8000rpm分散1min。然后在超声分散处理三次，每次处理5min，得到雾化液。
实施例5
将按实施例2所述方法制备的磁性胶体(10ml)分散于90ml的5wt％聚乙烯醇(分子量80000)水溶液中，并加入2ml的十二烷基硫酸钠溶液(5wt％)，用分散器以8000rpm分散1min。然后再超声分散处理三次，每次处理5min，得到雾化液。
实施例6
将按实施例4所述方法制备的雾化液倒入超声雾化器中(频率为2.4MHz)超声雾化，雾化液流速为0.2L/min，将雾化管道导入装有纯水溶液的收集器中，雾化液产生的雾滴自雾化管道中流出后进入收集器，雾化完成后，往收集器中加入5ml的12wt％戊二醛水溶液和2％的乙二胺溶液，搅拌1min，继续加入8ml的1N HCl，搅拌1min，倒出反应液磁分离后去除上清液，加入100ml去离子水，得到超亲水磁性微球，见图1。
实施例7
将按实施例5所述方法制备的雾化液倒入超声雾化器中(频率为1.7MHz)超声雾化，雾化液流速为0.8L/min，将雾化管道导入收集器中，收集器中装有液氮，雾化液产生的雾滴自雾化管道中流出后进入液氮中快速冷却，收集完成后将磁性微球迅速转入12wt％的戊二醛水溶液和2％的乙二胺溶液中，搅拌分散5min，继续加入8ml的1N HCl，搅拌1min，倒出反应液磁分离后去除上清液，加入100ml去离子水，得到超亲水磁性微球，见图2。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声雾化法制备超亲水磁性微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用超声雾化器将雾化液进行雾化，所述雾化液经过超声雾化后形成雾滴；其中，所述雾化液包括磁性胶体和聚合物相，所述聚合物相包括亲水性高分子和水；
然后在交联剂的作用下，将所述雾滴经过交联固化后形成超亲水磁性微球，所述超亲水磁性微球的亲水角为5-45°。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在1.7-2.4MHz且流速为5L/min以下的条件下进行超声雾化，所形成的雾滴的粒径为1-100μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述雾化液中，磁性胶体占亲水性高分子质量分数的10wt％-60wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述磁性胶体包括多个磁性微球，所述磁性微球具有铁磁性或者超顺磁性。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述亲水性高分子为聚乙烯醇或聚丙烯酰胺。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述亲水性高分子的分子量为48000-220000。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述交联剂的质量为亲水性高分子质量分数的0.5％-10％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述交联剂和水溶性二胺一起使用。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的方法所制备的超亲水磁性微球，其特征在于：所述超亲水磁性微球包括磁性微球以及修饰于所述磁性微球表面的亲水性高分子；所述亲水性高分子通过交联剂交联，所述超亲水磁性微球的亲水角为5-45°。
10.根据权利要求9所述的超亲水磁性微球，其特征在于：所述超亲水磁性微球的粒径为1～100μm。
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