CN113117614A - 一种粒径均一的磁性微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粒径均一的磁性微球的制备方法，包括以下步骤：以非交联聚合物球为种子，在含表面活性剂的水相中引入聚合单体、功能单体、致孔剂、交联剂和引发剂，通过一步溶胀聚合得到聚合物微球内核；在得到的微球表面通过离子树脂和磁性颗粒层层组装方式得到所述磁性微球。本发明基于现有技术存在的问题，提出一步溶胀聚合合成高均一性聚合物微球的方法，同时将其应用于10‑30um磁性微球的合成中。

Description

一种粒径均一的磁性微球及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种粒径均一的磁性微球及其制备方法。
背景技术
磁性微球是指尺寸在亚微米至微米级别、具有磁响应性和聚合物材料的表面功能性的复合材料微球，一般由磁性材料部分和非磁性材料部分组成，磁性材料部分一般为Fe3O4或γ-Fe2O3或其他类型的铁氧体材料，非磁性材料包括有机材料或无机材料。磁性微球在许多领域特别是生物检测与体外诊断试剂中具有广泛的应用。随着单细胞测序应用的发展，磁珠介导的方式为单细胞测序提供了更加高效快速、精准的分析方式。单细胞测序所用的磁珠与细胞大小类似，尺寸在10-30um，均一性要求较高。
磁性微球的常见制备方法有三种：第一种是先制备磁性材料内核，然后在其表面包覆有机或无机材料，形成核壳式结构；第二种是先制备非磁性的微球材料，然后以其为内核在表面或内部沉积磁性材料层，最后在磁性材料层上包覆有机或无机材料，形成核-层-壳的“三明治”结构；第三种是将磁性材料和非磁性材料混合均匀，然后通过一定的方式制备成球，非磁性材料部分一般为有机聚合物材料。
对于尺寸10-30um的聚合物微球，常见的合成方式有悬浮聚合和种子溶胀聚合。悬浮聚合均一性差，直接影响后续应用；常规的种子溶胀聚合溶胀倍率低，需要经过多个活化、溶胀步骤才能达到目标尺寸，微球均一性在多次溶胀过程中变差。
CN101058614B公开了一种极性种子溶胀法制备微米级磁性聚合物微球的方法，采用极性的聚合物为种子进行溶胀，生成0.01-10μm的微球；CN109012518A采用一步法制备的磁性微球具有核壳结构，核为铁氧体，壳为乙烯基硅氧烷水解缩聚物，粒径为1-10/15μm；CN111375360A通过采用具有内核高交联度-壳层低交联度或零交联的聚合物微球作为模板，以共沉淀法在聚合物微球表面沉积磁性材料层可以制备粒径均一、高磁性材料载量的磁性微球，聚合物微球粒径均一，尺寸在0.5-10μm之间。因此，仍需一种能够合成10-30um的均一磁性微球的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明通过一步溶胀聚合合成聚合物微球，具有工艺简单、尺寸可控、微球均一度高、磁响应可控等优点。
本发明的一种粒径均一的磁性微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)以非交联聚合物球为种子，在含表面活性剂的水相中引入聚合单体、功能单体、致孔剂、交联剂和引发剂，通过一步溶胀聚合得到聚合物微球内核；
(2)在步骤(1)得到的微球表面通过离子树脂和磁性颗粒层层组装方式得到所述磁性微球。
进一步地，在步骤(1)中，一步溶胀聚合法为：将含表面活性剂的水相与含聚合单体、功能单体、致孔剂、交联剂和引发剂组成的油相超声乳化，将乳化后的乳液加入到非交联聚合物球分散液中，25-40℃下溶胀12-24h，之后在65-80℃下聚合反应10-24h。
进一步地，在步骤(1)中，表面活性剂为离子型表面活性剂，优选阴离子型表面活性剂。
进一步地，阴离子型表面活性剂选自烷基硫酸钠类和/或烷基苯磺酸钠类。
进一步地，在步骤(1)中，以聚合单体、功能单体和交联剂的总重为基准，各组分含量为：聚合单体20-50％，功能单体5-15％，交联剂40-70％、引发剂0.2-5％；致孔剂的质量为聚合单体、功能单体和交联剂总质量的0.5-2倍。
进一步地，在步骤(1)中，非交联聚合物球粒径为3-7μm，变异系数(CV)<8％。非交联聚合物球是指在聚合物微球合成过程中没有使用交联剂，由线性聚合物链缠绕而得到聚合物微球。
进一步地，在步骤(1)中，聚合单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯。
进一步地，在步骤(1)中，功能单体为羧基单体和/或水解后可得到羧基的单体。
进一步地，羧基单体选自丙烯酸和/或甲基丙烯酸，水解后可得到羧基的单体选自丙烯酸叔丁酯和/或马来酸酐。
进一步地，在步骤(1)中，致孔剂为聚合单体的良溶剂和非良溶剂以质量比3:1混合的溶剂，良溶剂优选甲苯，非良溶剂优选丙酮和/或十二烷。
进一步地，在步骤(1)中，交联剂为含两个以上不饱和碳碳双键的单体。
进一步地，含两个以上不饱和碳碳双键的单体选自二乙烯基苯、丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯和乙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
进一步地，在步骤(1)中，引发剂为油溶性引发剂。
进一步地，油溶性引发剂为偶氮类和/或过氧化物类化合物。
进一步地，在步骤(2)中，离子树脂所带电荷与微球表面官能团所带电荷相反。
进一步地，在步骤(2)中，磁性颗粒为超顺磁颗粒，尺寸为10-20nm。在微球表面通过阴/阳离子树脂和磁性颗粒层层组装得到磁性微球，调整该过程中磁颗粒的使用量，可控制最终所得磁性微球的磁含量，实现磁珠磁响应可控。
进一步地，在步骤(2)中，磁性颗粒表面有羧基修饰。磁性颗粒表面有官能团修饰，达到磁性微球表面修饰可控的目的。
本发明还要求保护上述制备方法制备的磁性微球。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明以非交联聚合物球为种子，通过一步溶胀聚合方式得到10-30um的聚合物微球，操作简便，溶胀倍率可达50-100倍，同时不改变微球的均一度。
(2)本发明采用层层组装方式得到磁性微球，尺寸、磁含量及表面修饰可控，为单细胞测序用大尺寸磁珠的合成提供了简便的方式。
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
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为实施例1制备的羧基微球的扫描电镜图；
图2为实施例1制备的磁性微球的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
称取种子微球(3.5um，CV 5.4％)1g分散于质量分数1％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，倒入反应瓶中。依次称取苯乙烯30g、甲基丙烯酸7g、二乙烯基苯35g、甲苯50g、丙酮17g、过氧化苯甲酰1.4g于烧杯中，超声溶解后加入含质量分数0.1％的十二烷基硫酸钠和质量分数0.5％的聚乙烯吡咯烷酮的水溶液300g，超声乳化后滴加到反应瓶中，35℃下溶胀24h，之后升高反应温度到70℃，聚合反应24h。反应液过滤后先后用无水乙醇和纯水离心清洗得到15um羧基微球。图1为该羧基微球的扫描电镜图。
称取15um羧基微球2g分散于去离子水中，加入聚乙烯亚胺水溶液1g，室温搅拌2h，离心清洗后再次分散于去离子水中，加入羧基修饰的磁性颗粒0.5g，室温搅拌2h，离心清洗后分散于去离子水中，加入聚丙烯酸0.1g，室温搅拌2h，磁分离清洗得到15um羧基磁性微球。图2为该磁性微球的扫描电镜图。
由图1和图2可见，本发明制备的微球粒径均一，分散性好，尺寸均在10-30μm之间。
实施例2
称取种子微球(6um，CV 3.2％)0.5g分散于质量分数1％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，倒入反应瓶中。依次称取甲基丙烯酸甲酯28g、马来酸酐6g、二乙烯基苯28g、甲苯45g、十二烷15g、过氧化苯甲酰1.2g于烧杯中，超声溶解后加入含质量分数0.1％的十二烷基硫酸钠和质量分数0.5％的聚乙烯吡咯烷酮的水溶液300g，超声乳化后滴加到反应瓶中，40℃下溶胀15h，之后升高反应温度到80℃，聚合反应20h。反应液过滤后先后用无水乙醇、0.1M氢氧化钠及去离子水清洗得到28um羧基微球。
称取28um羧基微球2g分散于去离子水中，加入聚乙烯亚胺水溶液1g，室温搅拌2h，离心清洗后再次分散于去离子水中，加入羧基修饰的磁性颗粒0.5g，室温搅拌2h，离心清洗后分散于去离子水中，加入聚丙烯酸0.1g，室温搅拌2h，磁分离清洗得到28um羧基磁性微球。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种粒径均一的磁性微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以非交联聚合物球为种子，在含表面活性剂的水相中引入聚合单体、功能单体、致孔剂、交联剂和引发剂，通过一步溶胀聚合得到聚合物微球内核；其中，所述致孔剂为聚合单体的良溶剂和非良溶剂以质量比3:1混合的溶剂；
(2)在步骤(1)得到的微球表面通过离子树脂和磁性颗粒层层组装方式得到所述磁性微球。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，一步溶胀聚合法为：将含表面活性剂的水相与含聚合单体、功能单体、致孔剂、交联剂和引发剂组成的油相超声乳化，将乳化后的乳液加入到非交联聚合物球分散液中，25-40℃下溶胀12-24h，之后在65-80℃下聚合反应10-24h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，以聚合单体、功能单体和交联剂的总重为基准，各组分含量为：聚合单体20-50％，功能单体5-15％，交联剂40-70％、引发剂0.2-5％；致孔剂的质量为聚合单体、功能单体和交联剂总质量的0.5-2倍。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述非交联聚合物球粒径为3-7μm，变异系数<8％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述聚合单体选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述功能单体为羧基单体和/或水解后可得到羧基的单体。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述羧基单体选自丙烯酸和/或甲基丙烯酸，水解后可得到羧基的单体选自丙烯酸叔丁酯和/或马来酸酐。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述良溶剂为甲苯。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述非良溶剂为丙酮和/或十二烷。
10.一种权利要求1-9任一项所述的制备方法制备的磁性微球，其特征在于：磁性微球尺寸为10-30μm。
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