CN1302831A - 一种磁性高分子微球及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性高分子微球及其制备方法。所说的磁性高分子微球为由磁性粒子与高分子聚合物构成的组合物,该磁性高分子微球大小分布为0.1~10μm,微球内部磁性粒子的含量为5~70%。磁性粒子在高分子微球内部分散均匀、对磁场响应强、微球均匀一致,适用于作诊断和固定化酶的载体、细菌隔离的载体、细胞富集的载体、核酸和蛋白质隔离和纯化的载体,以及靶向药物的载体,特别适用于生物和医药制品的分离和纯化。

Description

一种磁性高分子微球及其制备方法

本发明涉及一种磁性高分子微球及其制备方法。

磁性高分子微球适用于作诊断和固定化酶的载体、细菌隔离的载体、细胞富集的载体、核酸和蛋白质隔离和纯化的载体，以及靶向药物的载体。

所说的磁性高分子微球具有在外磁场的作用下快速地富集，而当外磁场撤消后，又可以重新分散的特点。赋予这种磁性高分子微球表面特殊的功能基团，则可通过对功能基团的修饰，如偶联抗体、核酸的引物链等，使微球具有特异性地捕获目标生物和医药制品的特性，特别适合于生物和医药制品的分离和纯化。而且作为一种新型的药物载体，可以在外加磁场的作用下靶向到达身体病变部位，起到靶向治疗的效果。从而被广泛应用于生物和药物研究以及临床应用。

目前，磁性高分子微球通常采用以下三种典型的合成路线：(1)将可磁化的亲油性磁性粒子分散在可聚合的单体中，采用悬浮聚合制备磁性高分子微球，如中国专利ZL92105584.6所公开的技术；(2)将亲油性磁性粒子分散在含乙烯基芳香烃单体的有机相中，采用乳化剂将有机相和水相均匀混合后再聚合，可制成粒径较小的磁性高分子微球，如USP4358388所公开的技术；(3)在含特殊功能团的多孔聚合物微球存在的条件下，沉淀铁化合物，并氧化使其形成磁性粒子引入进多孔聚合物微球中，制成均匀大尺寸磁性高分子微球，如USP4654267和UPS4774265所公开的技术。

然而，上述方法(1)的磁性粒子采用长链脂肪酸处理使其获得亲油性，仍难与苯乙烯这样的单体良好地润湿，得到的高分子磁性微球磁含量不易提高，磁响应较低。方法(2)制备得到的磁性高分子微球，磁性粒子在微球中分散不均匀，大多分散在微球的表层，裸露的磁性粒子对生物和医药制品有毒害作用，限制了其应用范围。方法(3)制备得到的磁性高分子微球，尽管微球的粒度分布很好，但是制备工艺复杂，实验的周期长，且仍存在裸露的磁性粒子问题。

此后，一些专利对此进行了改进，如日本专利JP16164/1993采用在磁性高分子微球表面沉积高分子膜并进行喷雾干燥的方法，包裹住微球，不让其有裸露的磁性粒子，但此方法仅适用于有限的工业领域。

本发明的目的之一就是为了解决现有技术中存在的这些问题，提出一种具有超顺磁性、磁性粒子被聚合物型分散剂包裹且均匀分散于聚合物中的磁性高分子微球；

本发明的目的之二在于公开目的之一所述的磁性高分子微球的制备方法。

本发明的构思是这样的：

(1)制备具有超顺磁性的纳米磁性粒子，用聚合物型润湿分散剂对纳米磁性粒子进行包覆，然后将其转移到聚合反应的单体相中。这样，即可避免磁性粒子的裸露，又使其容易在聚合反应的单体相中均匀地分散；

(2)按照一定比例配制反应溶液，包括单体、共聚单体、交联剂和聚合物型润湿分散剂包覆的纳米磁性粒子，在高剪切均化器的作用下使其均匀地分散，制得稳定的乳胶液。

(3)用油溶性引发剂进行聚合反应，得到磁性粒子均匀分散于微球的磁性高分子微球。反应结束后，利用磁场可以将磁性高分子微球从反应体系中分离出来，重新分散在水或其它溶剂中。

实现本发明目的的技术方案：

本发明所说的磁性高分子微球包括磁性粒子、高分子聚合物和聚合物型润湿分散剂，磁性粒子约占高分子微球总重量的5～70％，最佳重量比为15～60％。磁性高分子微球的直径在0.1～10μm之间，最佳为0.5～5μm。聚合物型润湿分散剂的比例为磁性粒子的5～15％。

所说的聚合物型润湿分散剂的主链结构为聚酯聚醚，与纳米磁性粒子表面结合的锚固基团为多种极性基团的复配物，其中包括胺基、羧基、羟基或磺酸基，如上海三正高分子材料有限公司产品，CH-2。

本发明所说的纳米磁性粒子可以包括超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子、纳米γ-Fe₂O₃粒子或掺过渡金属元素如铬、钴、铜、镁、锰、镍、锌和它们的混合物纳米铁氧体粒子等，最合适的是纳米Fe₃O₄粒子。

所说的高分子聚合物为乙烯基芳香烃单体，如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙基苯乙烯等，与带有功能基团的不饱和烃单体，如甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸环氧丙酯等的共聚物。

上述的磁性高分子微球的制备方法包括如下步骤：

1)超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子或其它铁氧体粒子的制备：

将一定量的氨水或NaOH水溶液缓慢加入FeCl₂与FeCl₃混合液(或含部分过渡金属盐以取代等摩尔相应价态的铁盐)中，直至pH值为8～11，最好为10～11。然后，在55～90℃下搅拌0.5～5小时。二价与三价金属盐的摩尔比为0.4～0.6。得到粒径小于30nm的超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子或其它铁氧体粒子悬浮液。再加入0.5～1％重量比的低分子量分散剂如六偏磷酸钠，熟化30～60min后，冷却至室温，用酸如HCl调pH至4～6，然后过滤，水洗，再醇洗，最后80℃干燥，得到超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子或其它铁氧体粒子。

2)油溶性磁流体的制备：

油溶性磁流体是将步骤1)得到的超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子或其它铁氧体粒子加上5～15％的聚合物型润湿分散剂和乙烯基芳香烃单体搅拌混合，配制成含纳米磁性粒子为5～70％油溶性的乙烯基芳香烃磁流体。

所说的聚合物型润湿分散剂的主链结构为聚酯聚醚，与纳米磁性粒子表面结合的锚固基团为多种极性基团的复配物，其中包括胺基、羧基、羟基或磺酸基，以及商用的聚酯聚醚超分散剂，如上海三正高分子材料有限公司产品，CH-2。

3)乳胶液的制备：

将该油溶性的磁流体在搅拌情况下逐渐加入到共聚单体和交联剂中，然后将油溶性引发剂加入到聚合反应体系。最好是先将引发剂溶于少量单体后以溶液的方式加入。引发剂与反应体系的重量比为0.1～10％，最好为0.5～2％。

所说的共聚单体包括甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸环氧丙酯等。

反应中常用的交联剂有二乙烯基苯等。

反应中的交联剂与单体的重量比为0～5％。

所说的引发剂包括偶氮二异丁腈、双乙酰过氧化物或十二烷酰过氧化物等。

待引发剂完全溶解后，加入水和分散剂，用高剪切均化器，如ULTRA-TURREX进行乳化，直至乳胶液滴分布为0.05～10μm，最好为0.1～5μm。水与反应体系的重量比为20～95％，最好为60～80％。分散剂与反应体系的重量比为0～15％，最好为5～10％。

所说的分散剂包括聚乙烯醇或聚吡咯烷酮等。

4)磁性高分子微球的制备：

将上述稳定的乳液转移到四口烧瓶中，在N₂气氛、搅拌的条件进行聚合反应。聚合反应的温度为30～130℃，最好为60～90℃。反应时间为0.5～30小时，最好为4～8小时，即获得本发明的磁性高分子微球。

反应得到的磁性高分子微球大小分布为0.1～10μm，较好的实验条件下，得到的磁球大小分布在0.5～5μm。微球内部磁性粒子的含量为5～70％。利用磁场对微球进行分离，分离得到的磁性微球可以重新分散在水或乙醇等体系中。

上述制得的磁性高分子微球具有如下特点：(1)磁性粒子在高分子微球内部分散均匀，无裸露磁粒子，1g这种磁性高分子微球浸没在10mL1M的HCl中，70℃浸泡2h，铁离子浓度低于10ppm；(2)对磁场响应强；(3)微球均匀一致，对各种水溶液分散性较好。这种磁性高分子微球可以接生物活性物质，如抗体、抗原、酶、蛋白质或核酸。特别适用于生物和医药制品的分离和纯化方面。

下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。实施例1

将1.0mol/L NaOH水溶液缓慢加入1.0mol/L的FeCl₂和2.0mol/L的FeCl₃混合水溶液中，直至pH值为10。然后在85℃下搅拌1h，得到超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子悬浮液。再加入0.5％重量比的分散剂六偏磷酸钠，熟化40min后，冷却至室温，再用HCl调pH至5，然后过滤，水洗，醇洗，然后80℃干燥，得到超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子。用透射电子显微镜(TEM)观察，Fe₃O₄粒子的粒径为8～12nm。实施例2

将实施例1制得的纳米Fe₃O₄粒子20g，聚合物型润湿分散剂(CH-2，上海三正高分子材料有限公司)2g，苯乙烯60g搅拌混合，制成苯乙烯磁流体。实施例3

称取0.2g偶氮二异丁腈倒入500mL的小烧杯中，加入30mL苯乙烯磁流体1.5mL甲基丙烯酸甲脂，搅拌至偶氮二异丁腈完全溶解。加入1％的聚乙烯醇水溶液20mL，去离子水140mL，用ULTRA-TURREX均化器高速均匀分散，至乳液液滴分布在0.2～10μm。实施例4

将其倒入四口烧瓶反应器中，在N₂气氛下，80℃搅拌反应5小时出料，在外磁场的作用下分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，然后转移至无水乙醇相中。用Coulter公司LS-230激光粒度仪测得磁性高分子微球的平均粒径为2.1μm，偏差系数为7.9％，用热重分析磁球的磁性固体物含量为24.7％。将1g这种磁性高分子微球浸没在10mL1M的HCl中，70℃浸泡2h，测得铁离子浓度低于10ppm。实施例5

除了用0.9mol/L的FeCl₂与0.1mol/L的NiCl₂的混合溶液取代1.0mol/L的FeCl₂水溶液外，其它条件同实施例1，得到超顺磁性的纳米Ni_0.1Fe_2.9O₄粒子。用透射电子显微镜(TEM)观察，其粒径仍为8～12nm。再按实施例2的步骤，用40gα-甲基苯乙烯取代实施例2中的60g苯乙烯，得到α-甲基苯乙烯磁流体。最后按实施例3和4的步骤，得到磁性高分子微球。其平均粒径为3.8μm，偏差系数为9.5，磁含量为37.5％。将1g这种磁性高分子微球浸没在10mL1M的HCl中，70℃浸泡2h，测得铁离子浓度也低于10ppm。

Claims (9)

1．一种磁性高分子微球，其特征在于，该微球包括磁性粒子、高分子聚合物和聚合物型润湿分散剂，磁性粒子占高分子微球总重量的5～70％，磁性高分子微球的直径为0.1～10μm；

所说的纳米磁性粒子包括超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子、纳米γ-Fe₂O₃粒子或掺铬、钴、铜、镁、锰、镍、锌及其混合物纳米铁氧体粒子；

所说的高分子聚合物为乙烯基芳香烃单体与带有功能基团的不饱和烃单体的共聚物；所说的聚合物型润湿分散剂的主链结构为聚酯聚醚，与纳米磁性粒子表面结合的锚固基团为多种极性基团的复配物，其中包括胺基、羧基、羟基或磺酸基，其含量为磁性粒子的5～15％。

2．如权利要求1所述的磁性高分子微球，其特征在于，磁性粒子占高分子微球总重量的15～60％，磁性高分子微球的直径为0.5～5μm；

所说的纳米磁性粒子是纳米Fe₃O₄粒子；

所说的高分子聚合物为苯乙烯、α-甲基苯乙烯或乙基苯乙烯与甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物。

3．如权利要求1或2所述的磁性高分子微球的制备方法包括如下步骤：

1)超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子或其它铁氧体粒子的制备：

将氨水或NaOH水溶液加入FeCl₂与FeCl₃混合液或含部分过渡金属盐以取代等摩尔相应价态的铁盐中，直至pH值为8～11，反应0.5～5小时，二价与三价金属盐的摩尔比为0.4～0.6，再加入0.5～1％重量比的分散剂，熟化，用酸调pH至4～6，然后用常规的方法收集超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子或其它铁氧体粒子；

2)油溶性磁流体的制备：

将步骤1)得到的铁氧体粒子加上5～15％的聚合物型润湿分散剂和乙烯基芳香烃单体，获得含纳米磁性粒子的油溶性的乙烯基芳香烃磁流体；

所说的聚合物型润湿分散剂的主链结构为聚酯聚醚，与纳米磁性粒子表面结合的锚固基团为多种极性基团的复配物，其中包括胺基、羧基、羟基或磺酸基；

3)乳胶液的制备：

将上述油溶性的磁流体加入到共聚单体和交联剂中，然后将油溶性引发剂加入到聚合反应体系，引发剂与反应体系的重量比为0.1～10％；

所说的共聚单体包括甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸环氧丙酯；

反应中的交联剂与单体的重量比为0～5％；

所说的引发剂包括偶氮二异丁腈、双乙酰过氧化物或十二烷酰过氧化物；

然后加入水和分散剂进行乳化，水与反应体系的重量比为20～95％，分散剂与反应体系的重量比为0～15％；

所说的分散剂包括聚乙烯醇或聚吡咯烷酮；

4)磁性高分子微球的制备：

将上述乳胶液在N₂气氛下进行聚合反应，聚合反应的温度为30～130℃，反应时间为0.5～30小时，即获得本发明的磁性高分子微球。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于在步骤1)中将氨水或NaOH水溶液加入FeCl₂与FeCl₃混合液或含部分过渡金属盐以取代等摩尔相应价态的铁盐中，直至pH值为10～11。

5．如权利要求3所述的方法，其特征在于，所说的聚合物型润湿分散剂为上海三正高分子材料有限公司产品，CH-2。

6．如权利要求3所述的方法，其特征在于，先将引发剂溶于少量单体后以溶液的方式加入，引发剂与反应体系的重量比0.5～2％。

7．如权利要求3所述的方法，其特征在于，交联剂为二乙烯基苯。

8．如权利要求3所述的方法，其特征在于，加入水和分散剂进行乳化时，水与反应体系的重量比为60～80％，分散剂与反应体系的重量比为5～10％。

9．如权利要求3所述的方法，其特征在于，聚合反应的温度为60～90℃，反应时间为4～8小时。