CN115155472B - 一种采用相转化法制备聚合物微球的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用相转化法制备聚合物微球的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将聚合物溶于与水不混溶的有机溶剂，作为分散相；(2)将两亲性有机溶剂与水混合，作为连续相；(3)在无表面活性剂存在下，将分散相以微液珠形式分散在连续相中，通过溶剂扩散使微液珠脱溶剂，得到所述聚合物微球。本发明不需要使用表面活性剂，而且溶剂可回收利用，本发明消除了表面活性剂和高毒性有机溶剂对制备过程和微球产品质量的影响，避免了有机溶剂引起的环境污染。本发明微液珠固化过程快速，可制备不同聚合物微球、磁性微球、彩色微球、多孔微球、荧光微球、药物负载微球、双面神微球等，微球大小和表面形貌可控。

Description

一种采用相转化法制备聚合物微球的方法

技术领域

本发明属于聚合物微球技术领域，涉及一种采用相转化法制备聚合物微球的方法，尤其涉及一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备聚合物微球的方法。

背景技术

聚合物微球在许多领域有着广泛应用，包括医学研究和应用、药物输送、蛋白质分离、检测技术、电子纸等。有机聚合物微球因材料来源广、价格低廉、制备相对简单而备受欢迎。有机聚合物微球制备方法可分为两类，即化学法和物理法。

化学法主要是指单体聚合法，物理法是指用聚合物溶液制备。化学法制备需要多种化学试剂，包括单体、引发剂、终止剂等，反应条件要求较高，反应时间较长，而且制备过程对某些有效成分，特别是蛋白质、生物活性物质等有破坏作用，因而在药物输送和医学领域受到限制。除此之外，某些特殊结构的微球，如双面神微球，则难以用化学法制备。

物理法制备一般是以聚合物溶液作分散相，表面活性剂溶液作连续相，将聚合物溶液以微液珠形式分散在连续相中，通过溶剂扩散、蒸发/萃取等过程完成脱溶剂而得到固体微球。例如，药物输送所用聚乳酸(PLA)，聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)，和聚己内酯(PCL)微球的制备一般是将聚合物溶于二氯甲烷(DCM)中，用聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)作表面活性剂，将聚合物-DCM溶液分散于含有表面活性剂的水相中，通过缓慢搅拌和加热使DCM通过PVA或PEG保护膜扩散至水相，并缓慢蒸发以实现脱溶剂和固化。此脱溶剂过程一般需要数小时，而且在此过程中，由搅拌引起的液珠聚集会造成微球大小分布不均，DCM在微球中的残留量也往往很高，由于其高毒性，严重制约其在医学中的应用，PVA本身也对人体有不良影响。

但到目前为止，除某些天然聚合物如多聚糖外，PLA，PLGA，PCL仍是药物输送用微球的主要聚合物，其微球制备也主要是用DCM作溶剂，PVA或PEG作表面活性剂。除此之外，用溶剂扩散/蒸发法脱除时，聚合物溶剂如DCM在脱除过程中全部气化并释放至大气中，使其无法回收，造成空气污染和高制造成本。

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US9532991B2公开了一种制备负载利培酮的PLGA微球的方法。将利培酮与PLGA溶于DCM中，加入PVA水溶液中，搅拌乳化，蒸发3-5小时除去DCM得到固体微球。

综上所述，化学法在微球材质的选择和应用上受到很多限制，现有物理法制备某些聚合物微球一般系用表面活性剂和高毒性有机溶剂，溶剂的选择同样受到很大限制。

因此，开发一种无需使用高毒性有机溶剂和表面活性剂的聚合物微球的物理制备方法有着重要价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚合物微球的物理制备方法，所述方法避免使用表面活性剂，并可避免使用高毒性有机溶剂，用微流控法、膜乳化法或频率发生换能法产生分散相微液珠，使用两亲性有机溶剂与水的混合物作连续相，快速脱除微液珠中的溶剂而得到固体聚合物微球。所述分散相溶液中可添加各种试剂或原材料，包括药物、蛋白质、肽、抗体、疫苗、胰岛素、磁性纳米颗粒、染料、荧光染料、纳米颗粒、量子点等。通过此方法可制备各种功能的微球，包括磁性微球、彩色微球、荧光微球、多孔微球、药物负载微球、双面神微球等，微球的大小可通过调节操作参数精确调控。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种采用相转化法制备聚合物微球的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将聚合物溶于与水不混溶的有机溶剂，作为分散相(或称第一液体)；

(2)将两亲性有机溶剂与水混合，作为连续相(或称第二液体)；

(3)在无表面活性剂存在下，将分散相以微液珠形式分散在连续相中，通过溶剂扩散使微液珠脱溶剂，得到所述聚合物微球。

在本发明中，根据微球大小，步骤(3)的脱溶剂过程一般在数分钟之内即可完成。

本发明不需要使用表面活性剂，可使用低毒性有机溶剂，而且溶剂可回收利用。本发明消除了表面活性剂对制备过程和微球产品质量的影响，消除或降低了高毒性有机溶剂对微球制备过程和产品质量的影响及其带来的毒性问题，避免了有机溶剂引起的环境污染，对于医学应用和药物输送等领域具有明显优越性。本发明可最大限度地回收有机溶剂和避免其向空气中释放，从而降低成本并消除环境污染。

具体地，本发明的制备方法不需要使用表面活性剂，分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体聚合物微球，不采用表面活性剂，一方面可以避免表面活性剂带来的不良影响，另一方面，本发明微液珠固化过程快速，可以明显缩短制备时间。

本发明的制备方法可以不使用高毒性有机溶剂，但当有些聚合物必须需要二氯甲烷等高毒性有机溶剂才能溶解时，本发明也可以使用，但是这些高毒性有机溶剂并不会向空气中释放，其会扩散至连续相中，然后使用精馏等方法可以将其回收，因此本发明可最大限度地回收有机溶剂和避免其向空气中释放，从而降低成本并消除环境污染。

优选地，所述分散相中聚合物的质量百分浓度为0.01％-10％，例如0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。

如果分散相中聚合物的质量百分浓度过低，例如低于0.01％，制备过程通量会很低，无实用价值，如果分散相中聚合物的质量百分浓度过高，分散相粘度过高，不利于产生微液珠。

优选地，所述聚合物包括单一聚合物或至少两种聚合物的混合物。

优选地，所述聚合物包括聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述与水不混溶的有机溶剂为聚合物的良溶剂，包括烃类(烷烃、烯烃)溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、芳烃类溶剂或卤代烃类溶剂中的任意一种。

优选地，所述与水不混溶的有机溶剂虽然不与水混溶，但可与水部分溶解，包括醇类如丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、苯甲醇等，醚类如丁醚、苯甲醚、2-甲基四氢呋喃等，酯类如乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸乙酯等，酮类如甲基异丁基酮、环己酮等，烷烃类如正己烷、环己烷等，芳烃类如苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等，卤代烃类如二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二溴甲烷、碘甲烷等。

优选地，所述两亲性有机溶剂与水的体积比为1:99-90:10，例如1:99、2:98、5:95、10:90、15:85、20:80、25:75、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20或90:10等。

如果连续相中，两亲性有机溶剂的体积比过高，界面张力可能会太低，不利于产生微液珠，同时，混合相常常会产生大量气泡，影响制备过程。

优选地，所述两亲性有机溶剂包括醇类溶剂、醚类溶剂、醛类溶剂、酮类溶剂、酸类溶剂、酯类溶剂、酚类溶剂、腈类溶剂、砜类溶剂、酰胺类溶剂或有机杂环化合物中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述两亲性有机溶剂可以为醇类如甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，醚类溶剂如乙醚、四氢呋喃等，酮类如丙酮、丁酮等，砜类如二甲亚砜等，腈类如乙腈等，酰胺类如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等，杂环化合物如N-甲基吡咯烷酮、吡咯等。

优选地，步骤(3)中采用微流控法、膜乳化法或频率发生换能法将分散相制得微液珠。

示例性地，在微流控法制备微液珠方法中，分散相被水或其它溶液(称为第三液体)分割成不连续段落，携入第二液体中进行脱溶剂和固化。在此方法中，第一液体的分割可用“T”型分割器(结构示意图如图1所示)或同芯毛细管分割器(结构示意图如图2所示)产生微液珠。在使用“T”型分割器的微流控制备装置中，“T”型分割器的三个端口分别连接第一液体入口、第三液体入口和混合液出口。混合液出口连接一毛细管(称为第一管)。第一管出口处置于装有第二液体的第二管内。第一管内径为40至1500微米，外径为100至2000微米。第二管内径为2至500厘米。第一液体和第三液体分别由各自的泵输送至“T”型分割器并在其中交汇。在交汇点，第一液体被第三液体分割成等体积段落并被第三液体载入第一管。在第一管中，由于界面张力作用，第一液体段落逐渐形成球形，排出第一管后进入第二液体。在第二液体中，微液珠中的溶剂1扩散至第二液体中，最终得到固体微球。

在装配有同芯毛细管分割器的制备装置中，分散相(第一液体)被水或其它溶液(称为第三液体)分割成不连续段落，携入连续相(第二液体)中进行脱溶剂和固化。分割器由两根同芯毛细管和一个微孔构成。第一毛细管(第一管)处于中心位置，第二毛细管(第二管)处于第一毛细管外围，第一管与第二管同芯。第二管出口处装有微孔，微孔中心与第一管、第二管同芯。微孔直径为40至1000微米。第一管出口处于第二管出口内侧，第一管出口与微孔距离为50至5000微米。整个分割器装置于第三管中。第二管内径大于第一管外径。第一管内径为40至2000微米，第二管内径为200至3000微米，第三管内径为2至500厘米。第一液体和第三液体分别由其各自的容器中用泵输送至分割器，第一液体流经第一管，第三液体流经第二管。两种液体流向相同。在分割器中，处于中心的第一液体在第一管出口和微孔之间被第三液体分割成不连续段落，由于界面张力的作用，第一液体段落逐渐成球形进入第二液体，在其中通过溶剂扩散完成脱溶剂和固体微球形成。

在制备双面神微球的微流控装置(结构示意图如图3所示)中，两种分散相(分别为第一液体和第二液体)被水或其它溶液(第四液体)分割成不连续段落，携入连续相(第三液体)中进行脱溶剂和固化。微液珠由毛细管分割器产生。分割器由两根平行的毛细管(分别称为第一管和第二管)置于另一管(称为第三管中)，第一管和第二管内径可以相同或不同，其内径为40至2000微米。第三管内径为200至5000微米。第一管和第二管出口平齐，且置于第三管出口内侧。第三管出口处置一微孔，微孔与第三管同芯，微孔直径为40至2000微米。第一管和第二管出口与微孔之间的距离为50至5000微米。两种不同的聚合物溶液由不同组成的聚合物和/或添加剂溶解于相同的或不同的溶剂中制成。在制备双面神微球过程中，第一液体和第二液体分别通过第一管和第二管，第四液体流经第三管。三种液体流向相同。第一液体和第二液体流速可以相同，也可以不同。在第一管和第二管出口处，第一液体和第二液体被第四液体分割成不连续段落，经微孔进入第三液体，并在其中经脱溶剂得到固体微球。

优选地，本发明也可用膜乳化法产生分散相微液珠。分散相(第一液体)由泵输送至置于连续相(第二液体)中的分散相分布器，通过多孔膜产生微液珠，在连续相中脱溶剂得到固体微球。

优选地，本发明也可用频率发生换能法产生分散相微液珠。分散相(第一液体)由泵输送至同芯管分割器。分割器由两根同芯毛细管组成，内毛细管(第一管)置于外毛细管(第二管)中间，分散相输入第一管，水或其它溶液(第三液体)输入第二管，第一管与第二管结构及尺寸与图2所示类似，但不需要微孔。利用频率发生器和换能片产生的高频能量将第一液体分割成不连续段落并进入连续相(第二液体)中，在连续相中脱溶剂得到固体微球。

优选地，在微流控法制备过程中(双面神微球除外)，第一液体的流速可为0.001mL/min至20mL/min，例如0.001mL/min、0.002mL/min、0.005mL/min、0.1mL/min、0.2mL/min、0.5mL/min、1.0mL/min、2.0mL/min、5.0mL/min、8.0mL/min、9.0mL/min、10mL/min、15mL/min或20mL/min等。第三液体的流速可为0.002mL/min至50mL/min，例如0.002mL/min、0.005mL/min、0.1mL/min、0.2mL/min、0.5mL/min、1.0mL/min、2.0mL/min、5.0mL/min、8.0mL/min、10.0mL/min、15.0mL/min、20.0mL/min、30.0mL/min或40.0mL/min等。

优选地，在微流控法制备双面神微球过程中，第一液体和第二液体的流速可为0.001mL/min至20mL/min，例如0.001mL/min、0.002mL/min、0.005mL/min、0.1mL/min、0.2mL/min、0.5mL/min、1.0mL/min、2.0mL/min、5.0mL/min、8.0mL/min、9.0mL/min、10mL/min、15mL/min或20mL/min等，第一液体和第二液体的流速可以相同，也可以不同。第四液体的流速可为0.002mL/min至50mL/min，例如0.002mL/min、0.005mL/min、0.1mL/min、0.2mL/min、0.5mL/min、1.0mL/min、2.0mL/min、5.0mL/min、8.0mL/min、10.0mL/min、15.0mL/min、20.0mL/min、30.0mL/min或40.0mL/min等。

优选地，在膜乳化法中，第一液体流速可为0.01mL/min至200mL/min，例如0.01mL/min、0.02mL/min、0.05mL/min、0.1mL/min、0.2mL/min、0.5mL/min、1.0mL/min、2.0mL/min、5.0mL/min、10.0mL/min、20.0mL/min、50.0mL/min、100.0mL/min或150.0mL/min等。

优选地，所述分散相中还可包括添加物。

优选地，所述添加物包括药物、蛋白质、肽、核酸、抗体、疫苗、胰岛素、纳米粉体、磁性纳米粉体、量子点、石墨烯、碳纳米管、染料、荧光染料或致孔剂中的任意一种或至少两种的组合。例如，所述添加物可以为紫杉醇、盐酸异丙嗪、四氧化三铁磁性纳米颗粒、甲基红、罗丹明-6G等。

优选地，所述分散相中添加物的质量百分浓度为0.01％-10％，例如0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。

优选地，所述聚合物包括单一聚合物或至少两种聚合物的混合物。

优选地，所述聚合物微球的直径为0.1μm-1000μm，例如0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、3μm、5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm等。

在本发明中，根据分散相中添加物的有无，所述聚合物微球可为单纯聚合物微球(即分散相中不含有添加物)，也可以为载药微球、致密微球、多孔微球、空芯微球、磁性微球、彩色微球、荧光微球或双面神微球等，微球大小和表面形貌可控。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的制备方法不使用表面活性剂，因而不存在表面活性剂带来的问题；

(2)本发明可避免使用高毒性有机溶剂，因而可消除高毒性溶剂带来的产品毒性、环境污染等问题；

(3)本发明分散相微液珠固化快速，因而制备过程通量高；

(4)本发明避免了因固化时间长和连续搅拌造成的颗粒尺寸分布范围宽的问题；

(5)本发明所用溶剂可以回收利用，因而可降低制备成本并减轻污染。

附图说明

图1为装备“T”型分割器的制备装置结构示意图；

图2为装备同芯毛细管分割器的制备装置结构示意图；

图3为微流控法产生双面神微球的装置结构示意图；

图4为实施例1制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图5为实施例2制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图6为实施例3制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图7为实施例4制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图8为实施例5制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图9为实施例6制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图10为实施例7制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图11为实施例8制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图12为实施例9制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图13为实施例10制备得到的聚合物微球的正置金相显微镜图；

图14为实施例11制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图；

图15为实施例12制备得到的聚合物微球的正置金相显微镜图；

图16为实施例13制备得到的聚合物微球的正置金相显微镜图；

图17为实施例14制备得到的聚合物微球的荧光显微镜图；

图18为实施例15制备得到的聚合物微球的场发射扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明各实施例中所使用的原料及表征所用的仪器的信息如表1所示：

表1

实施例1

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备PMMA微球的方法，实施例1所用分散相分割器及制备装置如图1所示。制备装置包括分散相(第一液体)储液瓶，水储液瓶，分散相输送泵，水输送泵，“T”型三通分割器，橡皮塞，毛细管(第一管)，连续相柱(第二管)，连续相(第二液体)。连续相柱为直径60mm、高400mm的玻璃柱，柱内装填连续相体积为400mL。分散相分割器由内径1mm的三通和内径500μm、外径700μm、长100mm的不锈钢毛细管构成。分散相为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-乙酸乙酯(EA)溶液，PMMA含量为2％(质量百分浓度)，连续相为无水乙醇-水混合液(无水乙醇:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以200μL/min和1.5mL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。在第一管中，由于界面张力作用，分散相段落逐渐由圆柱形经椭圆形变成球形，在第一管出口处，由于细丝膨胀作用，球形液珠会变大。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PMMA微球。将PMMA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PMMA微球，其场发射扫描电子显微镜图如图4所示。

实施例2

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备聚氯乙烯(PVC)微球的方法，实施例2所用分散相分割器和制备装置如图2所示。制备装置包括分散相储液瓶，水储液瓶，分散相输送泵，水输送泵，同芯毛细管分割器，橡皮塞，微孔，连续相柱，连续相。同芯毛细管分割中第一管内径为500μm，外径为700μm，第二管内径为1200μm，外径为6mm，微孔内径为500μm，连续相柱(第三管)为内径60mm、高度400mm的玻璃柱，其中装填连续相体积为400mL。分散相为聚氯乙烯-环已酮溶液，其中PVC含量为2％(质量百分浓度)，连续相为无水乙醇-水混合物(无水乙醇:水＝5:95，体积比)。工作时，分别用泵将分散相和水输送至分割器，分散相和水流速分别为200μL/min和1.5mL/min，两相分别输送至第一管和第二管。在第一管出口处，水流通过流体动力学聚焦作用将分散相液流聚焦在微孔处并分割成不连续段落。在微孔出口处，由于细丝膨胀作用，球形液珠会变大。由于环已酮在连续相中具有高溶解度和扩散系数，环己酮会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PVC微球。将PVC微球从连续相中过滤分离后，用水洗涤，得到纯净PVC微球，其场发射扫描电子显微镜图如图5所示。

实施例3

本实施例提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备PMMA微球的方法，实施例3所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置包括分散相(第一液体)储液瓶，水储液瓶，分散相输送泵，水输送泵，同芯毛细管分割器，橡皮塞，毛细管(第一管)，连续相柱(第三管)，连续相(第二液体)。连续相柱参数与实施例2相同，柱内装填连续相体积为400mL。分割器参数与实施例2相同，但微孔内径为300微米。分散相为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))-乙酸丁酯(BA)溶液，PMMA含量为1％(质量百分浓度)，连续相为甲醇-水混合液(甲醇:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以50μL/min和1.0mL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PMMA微球。将PMMA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PMMA微球，其场发射扫描电子显微镜图如图6所示。

实施例4

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备PMMA微球的方法，实施例4所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置及分割器参数与实施例2相同。分散相为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-乙酸乙酯(EA)溶液，PMMA含量为1％(质量百分浓度)，连续相为四氢呋喃(THF)-水混合液(THF:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以50μL/min和800μL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PMMA微球。将PMMA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PMMA微球，其场发射扫描电子显微镜图如图7所示。

实施例5

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备PMMA微球的方法，实施例5所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置及分割器参数与实施例3相同，但连续相柱内装填连续相体积为800mL。分散相为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-乙酸乙酯(EA)溶液，PMMA含量为1％(质量百分浓度)，连续相为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)-水混合液(DMF:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以50μL/min和800μL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PMMA微球。将PMMA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PMMA微球，其场发射扫描电子显微镜图如图8所示。

实施例6

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备PMMA微球的方法，实施例6所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置及分割器参数与实施例3相同，连续相柱内装填连续相体积为800mL。分散相为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-乙酸乙酯(EA)溶液，PMMA含量为1％(质量百分浓度)，连续相为N-甲基吡咯烷酮(NMP)-水混合液(NMP:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以50μL/min和1200μL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PMMA微球。将PMMA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PMMA微球，其场发射扫描电子显微镜图如图9所示。

实施例7

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备聚苯乙烯(PS)微球的方法，实施例7所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置及分割器参数与实施例3相同，连续相柱内装填连续相体积为800mL。分散相为聚苯乙烯(PS)-甲基四氢呋喃(MTHF)溶液，PS含量为1％(质量百分浓度)，连续相为甲醇-水混合液(甲醇:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以50μL/min和1000μL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PS微球。将PS微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PS微球，其场发射扫描电子显微镜图如图10所示。

实施例8

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备聚苯乙烯(PS)多孔微球的方法，实施例8所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置及分割器参数与实施例3相同。连续相柱内装填连续相体积为800mL。分散相为聚苯乙烯(PS)-甲基四氢呋喃(MTHF)溶液，PS含量为1％(质量百分浓度)，连续相为乙醇-水混合液(乙醇:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以50μL/min和4000μL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PS多孔微球。将PS多孔微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PS多孔微球，其场发射扫描电子显微镜图如图11所示。

实施例9

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的方法，实施例9所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置及分割器参数与实施例3相同。连续相柱内装填连续相体积为800mL。分散相为聚苯乙烯(PMMA)-乙酸乙酯(EA)溶液，PMMA含量为1％(质量百分浓度)，连续相为乙腈-水混合液(乙腈:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以50μL/min和4000μL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体PMMA微球。将PMMA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净PMMA微球，其场发射扫描电子显微镜图如图12所示。

实施例10

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备含有紫杉醇的PLGA微球的方法，实施例10所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置及分割器参数与实施例2相同。连续相体积为800mL。分散相为聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)-紫杉醇-乙酸乙酯溶液，其中PLGA含量为2％(质量百分浓度)，紫杉醇含量为0.1％(质量百分浓度)。连续相为无水乙醇-水混合物(无水乙醇:水＝10:90，体积比)。制备时，分别用泵将分散相和水以100μL/min和1.5mL/min的流速输送至第一管和第二管，在第一管出口处，水流通过流体动力学聚焦作用将分散相液流聚焦在微孔处并分割成不连续段落。在连续相中，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体微球。通过过滤可获得含有紫杉醇的PLGA固体微球，其正置金相显微镜如图13所示。

实施例11

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备含有盐酸异丙嗪的聚乳酸微球的方法，实施例11所用分割器及制备装置如图2所示。分割器参数与实施例3相同，但连续相柱为直径60mm、高1000mm的玻璃柱，连续相体积为2,500mL。分散相为聚乳酸(PLA)-盐酸异丙嗪-二氯甲烷溶液，其中PLA含量为2％(质量百分浓度)，盐酸异丙嗪含量为0.5％(质量百分浓度)。连续相为无水乙醇-水混合物(无水乙醇:水＝10:90，体积比)。制备时，分别用泵将分散相和水以50μL/min和3.0mL/min的流速输送至第一管和第二管，在毛细管出口处，水流通过流体动力学聚焦作用将分散相液流聚焦在微孔处并分割成不连续段落。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体微球。将PLA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净含有盐酸异丙嗪的PLA微球，其场发射扫描电子显微镜图如图14所示。

实施例12

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备磁性PMMA微球的方法，实施例12所用分割器及制备装置如图2所示。制备装置和分割器参数与实施例2相同。连续相柱内装填连续相体积为800mL。分散相为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-Fe₃O₄纳米颗粒-乙酸乙酯(EA)溶液，PMMA含量为2％(质量百分浓度)，Fe₃O₄纳米颗粒含量为0.2％，连续相为乙醇-水混合液(乙醇:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将分散相和水(第三液体)以100μL/min和800μL/min的流速输送至分割器，水流将分散相液流分割成不连续段落，这些段落随水流经第一管流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体磁性PMMA微球。将PMMA微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净磁性PMMA微球，其正置金相显微镜图如图15所示。

实施例13

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备彩色PMMA微球的方法，本实施例与实施例12的区别仅在于，分散相包括PMMA、甲基红、乙酸乙酯，其中PMMA含量为5％(质量百分比)，甲基红含量为0.01％(质量百分比)。本实施例得到的彩色PMMA微球的正置金相显微镜图如图16所示。

实施例14

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备PMMA荧光微球的方法，本实施例与实施例12的区别仅在于，分散相包括PMMA、罗丹明-6G、乙酸乙酯，其中PMMA含量为3％(质量百分比)，罗丹明-6G含量为0.01％(质量百分比)。本实施例得到的PMMA荧光微球的荧光显微镜图如图17所示。

实施例15

在本实施例中提供一种无表面活性剂存在下采用相转化法制备双面神微球的方法，实施例15所用分割器如图3所示。制备装置包括第一分散相(第一液体)储液瓶，第二分散相(第二液体)储液瓶，水储液瓶，分散相输送泵，水输送泵，毛细管分割器，橡皮塞，不锈钢毛细管(第一管、第二管)，玻璃毛细管(第三管)，微孔、连续相柱(第四管)，连续相(第三液体)。第一管和第二管内径均为500微米，外径均为700微米，第三管内径和外径分别为2200微米和6毫米，微孔内径为500微米。连续相柱为直径60mm、高400mm的玻璃柱，柱内装填连续相体积为800mL。溶液参数包括：第一分散相为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-EA溶液，其中PMMA质量百分浓度为3％，第二分散相为聚苯乙烯(PS)-MTHF溶液，其中PS质量百分浓度为3％，连续相为乙醇-水混合液(乙醇:水＝10:90，体积比)。分别用注射泵将两种分散相和水(第四液体)以150μL/min、150μL/min和5000μL/min的流速输送至分割器，三种液流流向相同。水流将分散相液流在微孔入口处分割成不连续段落，这些段落随水流流入连续相中。由于分散相溶剂在连续相中具有高溶解度和扩散系数，分散相溶剂会快速扩散至连续相，从而使得微液珠脱溶剂并最终形成固体双面神微球。将微球从连续相中过滤后用水洗涤，得到纯净双面神微球，其场发射扫描电子显微镜图如图18所示。

实施例16

本实施例与实施例2不同之处仅在于，分散相中聚氯乙烯-环已酮溶液中聚氯乙烯含量为12％(质量百分浓度)。结果表明，由于分散相粘度过高，微液珠形成困难，因而难以得到尺寸和形状理想的微球。

对实施例制备得到的聚合物微球进行性能测试，测试方法如下：

(1)外形观察和尺寸测量：用正置金相显微镜观察并测定微球直径，测定100粒微球的直径并计算其平均值和分散指数；

(2)对于彩色微球：用金相光学显微镜记录其反射式显微照片；

(3)对于荧光微球：用金相光学显微镜荧光测定方式记录其荧光图像；

(4)场发射扫描电子显微镜观察：在微球表面喷金后，用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形貌。

表征结果汇如表2和图4-18所示。

表2

由表2可以看出，采用本发明的制备方法得到的聚合物微球球度高，直径可在8.3-650μm范围内调控，多分散指数在4.6％-15.3％之间。但改变分散相浓度、分散相和连续相流速等参数，可得到粒度小于8.3μm或大于650μm的微球。由图4-图18可知，本发明利用不同分散相和连续相得到的相应功能的微球具有圆球状的微观形态。

本发明中，采用与水不混溶的有机溶剂溶解聚合物，两亲性溶剂-水混合物作连续相，水作分割剂，用“T”型三通、同芯毛细管+微孔或平行同芯毛细管+微孔分割器，可得到大小均匀的分散相微液珠。无需添加表面活性剂，可快速脱溶剂和固化。本发明可用于制备纯聚合物微球、磁性微球、载药微球、彩色微球、荧光微球、多孔微球、双面神微球等。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明在无表面活性剂存在下采用相转化法制备聚合物微球的方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (12)

1.一种采用相转化法制备聚合物微球的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将聚合物溶于与水不混溶的有机溶剂，作为分散相；

(2)将两亲性有机溶剂与水混合，作为连续相；

(3)在无表面活性剂存在下，将分散相以微液珠形式分散在连续相中，通过溶剂扩散使微液珠脱溶剂，得到所述聚合物微球；

所述聚合物包括聚乳酸、乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散相中聚合物的质量百分浓度为0.01％-10％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述与水不混溶的有机溶剂为聚合物的良溶剂，包括烃类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂或卤代烃类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述与水不混溶的有机溶剂包括丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、苯甲醇、丁醚、苯甲醚、2-甲基四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸乙酯、甲基异丁基酮、环己酮、正己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二溴甲烷或碘甲烷中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两亲性有机溶剂与水的体积比为1:99-90:10。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两亲性有机溶剂包括醇类溶剂、醚类溶剂、醛类溶剂、酮类溶剂、酸类溶剂、酯类溶剂、酚类溶剂、腈类溶剂、砜类溶剂、酰胺类溶剂或有机杂环化合物中的任意一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述两亲性有机溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、乙醚、四氢呋喃、丙酮、丁酮、二甲亚砜、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或吡咯中的任意一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中采用微流控法、膜乳化法或频率发生换能法将分散相制得微液珠。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散相中还包括添加物。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述添加物包括药物、蛋白质、肽、核酸、疫苗、纳米粉体、石墨烯、碳纳米管、染料或致孔剂中的任意一种或至少两种的组合。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分散相中添加物的质量百分浓度为0.01％-10％。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物微球的直径为0.1μm-1000μm。