CN113736451A - 单分散磁性荧光微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于荧光微球制备技术领域，具体涉及单分散磁性荧光微球的制备方法。本发明提供的制备方法改进溶胀法制备得到的磁性荧光微球具有较高的均一性，粒径分布窄，采用的荧光微球由共聚法制备，荧光性能稳定，能够耐受有机溶剂，稳定性高。同时，本发明后续可以对微球表面衍生化出不同的官能团，增强了在不同领域应用的可能性。此外，本发明既兼顾了溶胀法制备磁性微球的便捷性，又保证了微球荧光的稳定性，克服了传统制备方法的一些缺陷，最大限度的兼顾复合微球的磁性和荧光的双重作用的发挥。
Description
技术领域
本发明属于荧光微球制备技术领域，具体涉及单分散磁性荧光微球的制备方法。
背景技术
在目前的实际应用中，单一功能的微纳米微球无法应对更为复杂的应用要求，不可避免地受到一定限制。复合微球的多功能化与单一微球相比具有更加多元化的性能，例如磁性微球和荧光微球等，特别是具有双功能的荧光磁性复合微球可在外加磁场下发生移动并且利用其荧光信号实现示踪标记，已经成为生物、医学和环境科学等领域的研究热点，在生物成像、靶向给药、生物化学检测、细胞筛选分离等方面有着广泛的应用。
目前关于磁性荧光微球制备方法有很多，具体可以归纳为2大类，分为一步聚合法和分步修饰法。一步聚合法是通过在微球合成单体中添加磁性纳米尺寸大小的粒子和荧光物质进行一步聚合而成的方法，其优点是操作过程相对简单，但是由于磁性粒子与荧光物质的存在会打破原有的聚合体系平衡，使得聚合后产生微球的粒径难以控制、分布较宽，形貌较差，并且磁性粒子与荧光物质的包覆不均匀且含量低等缺点从而限制其应用。分步修饰法主要包括包裹法，层层自组装法和溶胀法等，其中包裹法通常是以四氧化三铁磁球为内核，然后将荧光物质包覆在外壳从而形成核壳结构复合微球，常用二氧化硅和聚合物作为外壳的首选材料。然而，包裹法所包裹外壳的存在具有一定程度的屏蔽作用，进而影响复合微球的荧光性能和磁响应性。层层自组装法制备磁性荧光微球主要是磁纳米粒子和荧光粒子进行表面改性携带电荷，通过静电作用交替吸附在带电荷的模板微球表面形成功能化涂层。层层自组装法对反应物质和基体材料的限制较少，适应性很强，反应条件较温和，但存在操作相对烦琐和工艺难以重复的缺点。溶剂溶胀法是指微球被氯仿等有机溶剂溶胀，通常是将纳米荧光量子点和磁性材料加入分散体系，最后再将溶剂挥发使得微球恢复初始结构，从而使纳米微粒进入微球内部的方法。溶剂溶胀法制备复合微球的重现性好，成本低，能够保持微球的规整度和单分散性。但通常溶胀后微球荧光在有机溶剂中易泄露，适用范围有限。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了单分散磁性荧光微球的制备方法，目的是为了解决现有溶胀法制备磁性荧光微球无法同时兼顾制备磁性微球的便捷性和微球荧光的稳定性的技术问题。
本发明提供的单分散磁性荧光微球的制备方法，具体技术方案如下：
单分散磁性荧光微球的制备方法，包括如下步骤：
S1，利用4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑和4-氨基苯乙烯制备绿色荧光染料；
S2，采用分散聚合方法制备单分散种子微球；
S3，利用步骤S1中的绿色荧光染料和步骤S2中的聚苯乙烯种子球通过种子溶胀聚合法制备单分散多孔绿色荧光微球；
S4，利用Fe3O4纳米粒子和步骤S4中的单分散多孔绿色荧光微球以二氯甲烷为溶胀剂制备单分散磁性荧光微球。
在某些实施方式中，步骤S1中，绿色荧光染料生物制备包括如下步骤：
S11，向4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑中加入4-氨基苯乙烯和无水乙醇，并置于40℃水浴条件氮气下并搅拌24小时，获得搅拌混合物；
S12，将步骤S11中的搅拌混合物通过旋蒸去除未反应的物料，获得旋蒸产物；
S13，将步骤S12中的旋蒸产物用乙酸乙酯冲洗色谱法，获得绿色荧光染料。
进一步，步骤S11中，4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑中、4-氨基苯乙烯和无水乙醇的质量比为5:3:100。
在某些实施方式中，步骤S2中，所述聚苯乙烯种子球制备包括如下步骤：
S21，将羟甲基纤维素醚加入乙二醇甲醚和乙醇的混合溶液中，充分搅拌，在70℃恒温条件下形成透明澄清的溶液，即获得搅拌混合液；
S22，将步骤S21中的搅拌混合液加入苯乙烯单体，继续搅拌，通入氮气，在70℃恒温反应24小时，获得反应液；
S23，对步骤S22中的反应液进行清洗，并干燥，获得聚苯乙烯种子微球，即单分散种子微球。
进一步，步骤S21中，羟甲基纤维素醚、乙二醇甲醚和乙醇的比例是0.1:8:2-0.5:8:2；步骤S22中，苯乙烯单体和搅拌混合液的比例为1:10-1:50；步骤S23中，反应液利用乙醇进行离心清洗3次，干燥温度为40℃，所述聚苯乙烯种子微球的粒径为1-5微米。
在某些实施方式中，步骤S3中，所述单分散多孔绿色荧光微球制备包括如下步骤：
S31，将聚苯乙烯种子微球分散在纯水中形成聚苯乙烯种子微球分散液，向聚苯乙烯种子微球分散液加入同体积的0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液，混合均匀，获得分散混合液；
S32，将步骤S31中的分散混合液加入超声后的绿色荧光单体、苯乙烯、二乙烯苯和致孔剂乳液，溶胀24小时，获得溶胀液；
S33，向步骤S32中的溶胀液加入10wt％聚乙烯醇溶液，在70℃下反应24小时，获得反应产物；
S34，将步骤S33中的反应产物进行清洗，并干燥，获得单分散多孔绿色荧光微球。
进一步，聚苯乙烯与纯水的比例是1:10；步骤S32中，绿色荧光单体、苯乙烯、二乙烯苯和致孔剂乳液添加量占总重量的10wt％；步骤S33中，10wt％聚乙烯醇溶液的添加比例占总重量的1wt％；步骤S34中，反应产物利用乙醇进行离心清洗3次，干燥温度为40℃，所述单分散多孔绿色荧光微球的粒径为5-30微米。
在某些实施方式中，步骤S3中，单分散磁性荧光微球的制备包括如下步骤：
S41，将10-20nm的Fe3O4纳米粒子涂上油酸后并分散在二氯甲烷中，获得分散液，将分散液加入到0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中进行超声形成乳液；
S42，将单分散多孔绿色荧光微球分散在0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中，获得分散悬液；
S43，将步骤S41中的乳液加入步骤S42中的分散悬液，溶胀24小时，获得混合溶液；
S44，过滤步骤S43中的混合溶液，收集微球，洗涤并离心，收集单分散磁性荧光微球。
进一步，步骤S41中，0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液与Fe3O4纳米粒子的比例；步骤S42中，单分散多孔绿色荧光微球与0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液的比例；步骤S43中，乳液与分散悬液的比例是；步骤S44中，微球分别用丁醇和乙醇洗涤至少3次，所述离心的转速为6000rpm，离心的时间为5分钟。
本发明具有以下有益效果：本发明提供的制备方法改进溶胀法制备得到的磁性荧光微球具有较高的均一性，粒径分布窄，荧光稳定，能够耐受有机溶剂，稳定性高，而现有的商品化的磁性荧光微球均一性不高，荧光染料易泄露等问题。同时，本发明后续可以对微球表面衍生化出不同的官能团，增强了在不同领域应用的可能性。此外，本发明既兼顾了溶胀法制备磁性微球的便捷性，又保证了微球荧光的稳定性，克服了传统制备方法的一些缺陷，最大限度的兼顾复合微球的磁性和荧光的双重作用的发挥。
附图说明
图1是本发明提供的单分散磁性荧光微球的制备方法的示意图；
图2是本发明实施例1中单分散荧光磁性微球荧光显微镜图；
图3是本发明实施例1中单分散荧光磁性微球紫外灯激发条件下被磁铁吸引的状态图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1-3，对本发明进一步详细说明。
实施例1
本发实施例提供的单分散磁性荧光微球的制备方法，具体技术方案如下：
(1)绿色荧光染料制备：
在三口烧瓶中加入1g 4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑(NBD-Cl)，依次加入0.6g 4-氨基苯乙烯和20g无水乙醇中。将混合物置于40℃水浴条件氮气下并搅拌24小时。旋蒸掉未反应的物料。最后用乙酸乙酯冲洗色谱法纯化此混合物，得到的绿色荧光染料单体的产量为0.5g。
(2)单分散种子微球制备
采用分散聚合方法制备聚苯乙烯种子球，将200克重量的羟甲基纤维素醚加入在乙二醇甲醚和乙醇混合溶液中，羟甲基纤维素醚、乙二醇甲醚和乙醇的比例为0.5:8:2，在70℃恒温条件下形透明澄清的溶液后，加入20g苯乙烯单体，调节转速至200rpm，通入氮气，在70℃恒温反应24小时。用乙醇离心洗涤3次，在40℃干燥，得3微米的聚苯乙烯种子微球。
(3)单分散多孔绿色荧光微球制备
采用种子溶胀聚合法，将步骤(2)制备的1克的聚苯乙烯种子球分散在10克纯水中，加入同体积的0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液，混合均匀后，加入超声后的绿色荧光单体、苯乙烯、二乙烯苯以及致孔剂乳液20克，溶胀24小时后，加入4克的10wt％聚乙烯醇溶液，混合后，升温至70℃恒温反应24小时。用乙醇离心洗涤3次，在40℃干燥，得粒径10微米的绿色荧光多孔微球。
(4)单分散绿色荧光磁性微球制备
先将10-20纳米的Fe3O4纳米粒子涂有油酸并分散在二氯甲烷中，再将此分散液1克加入到20g的0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中进行超声形成乳液，最后将此乳液5克加入到50克的步骤(3)制备的多孔荧光微球分散在0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中，室温下进行溶胀24小时，结束后，过滤此混合溶液，将微球分别用丁醇和乙醇洗涤3次以上以去除未结合的磁性粒子，并通过在6000rpm下离心5分钟然后磁分离收集得到10微米的单分散绿色荧光磁性微球。
本实施例提供的方法制备的单分散绿色荧光磁性微球在荧光显微镜下显示绿色荧光(如图2所示)，如图3所示，单分散磁性荧光微球在紫外灯条件下激发绿色荧光并被磁铁吸引。
实施例2
本发实施例提供的单分散磁性荧光微球的制备方法，具体技术方案如下：
(1)绿色荧光染料制备：
在三口烧瓶中加入1g 4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑(NBD-Cl)，依次加入0.6g烯丁胺和20g无水乙醇中。将混合物置于40℃水浴条件氮气下并搅拌24小时。旋蒸掉未反应的物料。最后用乙酸乙酯冲洗色谱法纯化此混合物，得到的绿色荧光染料单体的产量为0.5g。
(2)单分散种子微球制备
采用分散聚合方法制备聚苯乙烯种子球，将200克重量的羟甲基纤维素醚加入在乙二醇甲醚和乙醇混合溶液中，羟甲基纤维素醚、乙二醇甲醚和乙醇的比例为0.1:8:2，在70℃恒温条件下形透明澄清的溶液后，加入10g苯乙烯单体，调节转速至200，通入氮气，在70℃恒温反应24小时。用乙醇离心洗涤3次，在40℃干燥，得5微米的聚苯乙烯种子微球。
(3)单分散多孔绿色荧光微球制备
采用种子溶胀聚合法，将步骤(2)制备的1克的聚苯乙烯种子球分散在10克纯水中，加入同体积的0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液，混合均匀后，加入超声后的绿色荧光单体、苯乙烯、二乙烯苯以及致孔剂乳液20克，溶胀24小时后，加入4克的10wt％聚乙烯醇溶液，混合后，升温至70℃恒温反应24小时。用乙醇离心洗涤3次，在40℃干燥，得粒径20微米的绿色荧光多孔微球。
(4)单分散绿色荧光磁性微球制备
先将10-20纳米的Fe3O4纳米粒子涂有油酸并分散在二氯甲烷中，再将此分散液1克加入到20g的0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中进行超声形成乳液，最后将此乳液5克加入到50克的步骤(3)制备的多孔荧光微球分散在0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中，室温下进行溶胀24小时，结束后，过滤此混合溶液，将微球分别用丁醇和乙醇洗涤3次以上以去除未结合的磁性粒子，并通过在6000rpm下离心5分钟然后磁分离收集得到20微米的单分散绿色荧光磁性微球。
本实施例提供的方法制备的单分散绿色荧光磁性微球在荧光显微镜下显示绿色荧光(如图2所示)，如图3所示，紫外灯激发条件下被磁铁吸引。
上述仅本发明较佳可行实施例，并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，利用4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑和4-氨基苯乙烯制备绿色荧光染料；
S2，采用分散聚合方法制备单分散种子微球；
S3，利用步骤S1中的绿色荧光染料和步骤S2中的聚苯乙烯种子球通过种子溶胀聚合法制备单分散多孔绿色荧光微球；
S4，利用Fe3O4纳米粒子和步骤S4中的单分散多孔绿色荧光微球以二氯甲烷为溶胀剂制备单分散磁性荧光微球。
2.根据权利要求1所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S1中，绿色荧光染料生物制备包括如下步骤：
S11，向4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑中加入4-氨基苯乙烯和无水乙醇，并置于40℃水浴条件氮气下并搅拌24小时，获得搅拌混合物；
S12，将步骤S11中的搅拌混合物通过旋蒸去除未反应的物料，获得旋蒸产物；
S13，将步骤S12中的旋蒸产物用乙酸乙酯冲洗色谱法，获得绿色荧光染料。
3.根据权利要求2所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S11中，4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并氧杂恶二唑中、4-氨基苯乙烯和无水乙醇的质量比为5:3:100。
4.根据权利要求1所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述聚苯乙烯种子球制备包括如下步骤：
S21，将羟甲基纤维素醚加入乙二醇甲醚和乙醇的混合溶液中，充分搅拌，在70℃恒温条件下形成透明澄清的溶液，即获得搅拌混合液；
S22，将步骤S21中的搅拌混合液加入苯乙烯单体，继续搅拌，通入氮气，在70℃恒温反应24小时，获得反应液；
S23，对步骤S22中的反应液进行清洗，并干燥，获得聚苯乙烯种子微球，即单分散种子微球。
5.根据权利要求4所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S21中，羟甲基纤维素醚、乙二醇甲醚和乙醇的比例是0.1:8:2-0.5:8:2；步骤S22中，苯乙烯单体和搅拌混合液的比例为1:10-1:50；步骤S23中，反应液利用乙醇进行离心清洗3次，干燥温度为40℃，所述聚苯乙烯种子微球的粒径为1-5微米。
6.根据权利要求1所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述单分散多孔绿色荧光微球制备包括如下步骤：
S31，将聚苯乙烯种子微球分散在纯水中形成聚苯乙烯种子微球分散液，向聚苯乙烯种子微球分散液加入同体积的0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液，混合均匀，获得分散混合液；
S32，将步骤S31中的分散混合液加入超声后的绿色荧光单体、苯乙烯、二乙烯苯和致孔剂乳液，溶胀24小时，获得溶胀液；
S33，向步骤S32中的溶胀液加入10wt％聚乙烯醇溶液，在70℃下反应24小时，获得反应产物；
S34，将步骤S33中的反应产物进行清洗，并干燥，获得单分散多孔绿色荧光微球。
7.根据权利要求6所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S31中，聚苯乙烯与纯水的比例是1:10；步骤S32中，绿色荧光单体、苯乙烯、二乙烯苯和致孔剂乳液添加量占总重量的10wt％；步骤S33中，10wt％聚乙烯醇溶液的添加比例占总重量的1wt％；步骤S34中，反应产物利用乙醇进行离心清洗3次，干燥温度为40℃，所述单分散多孔绿色荧光微球的粒径为5-30微米。
8.根据权利要求1所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S3中，单分散磁性荧光微球的制备包括如下步骤：
S41，将10-20nm的Fe3O4纳米粒子涂上油酸后并分散在二氯甲烷中，获得分散液，将分散液加入到0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中进行超声形成乳液；
S42，将单分散多孔绿色荧光微球分散在0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液中，获得分散悬液；
S43，将步骤S41中的乳液加入步骤S42中的分散悬液，溶胀24小时，获得混合溶液；
S44，过滤步骤S43中的混合溶液，收集微球，洗涤并离心，收集单分散磁性荧光微球。
9.根据权利要求8所述的单分散磁性荧光微球的制备方法，其特征在于，步骤S41中，0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液与Fe3O4纳米粒子的比例1:20；步骤S42中，单分散多孔绿色荧光微球与0.5wt％十二烷基磺酸钠溶液的比例1:50；步骤S43中，乳液与分散悬液的比例是1:10；步骤S44中，微球分别用丁醇和乙醇洗涤至少3次，所述离心的转速为6000rpm，离心的时间为5分钟。
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