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CN111072874A - 磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法 - Google Patents

磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法 Download PDF

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CN111072874A CN201911354671.7A CN201911354671A CN111072874A CN 111072874 A CN111072874 A CN 111072874A CN 201911354671 A CN201911354671 A CN 201911354671A CN 111072874 A CN111072874 A CN 111072874A
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杨永喆
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Abstract

本发明公开了磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，首先，通过水相原位聚合的方法将共聚单体、引发剂、交联剂、环氧单体在种子微球表面包覆形成均匀的环氧壳层；然后，通过均布的环氧基团的开环反应将环氧打开连接羧基单体，形成表面羧基高度有序的磁性微球。其工艺合成的羧基磁性微球的表面很光滑，壳层的环氧分布均匀，环氧开环后羧基可以高度有序的排列在微球的表面；羧基磁性微球的粒径分布宽，可以从几十纳米到几微米；表面的环氧基团含量可以通过调节环氧单体的投料量来调节，可控；羧基基团可以通过调节带羧基的有机物的投料量来控制，可控。

Description

磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法
技术领域
本发明涉及一种磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，属于功能高分子微球制备领域。
背景技术
目前，近年来磁性微球作为一种新型的生物分离技术和靶向药物的固相载体，受到了人们的广泛关注和研究。磁性微球的出现解决了应用过程中操作复杂、周期长、难分离等问题，在核酸提取、细胞分离、蛋白纯化、化学发光等领域得到了广泛的应用。
磁性微球作为固相载体，必须具备下面几个调节：
1)亲水性，高分子量的生物大分子在一些高疏水材料的表面易变性失活，为防止蛋白变性，一般会选择给磁珠包覆亲水性的壳层；
2)官能团，高度有序排列的羧基基团让磁性微球的表面更加亲水，也有利于后续生物大分子的修饰；
3)非特异性吸附少；
固相载体材料的性能是决定后续生物大分子修饰的关键，磁性材料是近年来最常用的载体材料，其表面修饰的高度有序的羧基基团(-COOH)能够与含有氨基的生物配体，如：蛋白质、抗体、寡聚核苷酸和药物分子等通过共价偶联的方法实现结合，是一种分子生物学和医学研究的重要载体工具。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，特点是：首先，通过水相原位聚合的方法将共聚单体、引发剂、交联剂、环氧单体在种子微球表面包覆形成均匀的环氧壳层；然后，通过均布的环氧基团的开环反应将环氧打开连接羧基单体，形成表面羧基高度有序的磁性微球。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述种子微球为磁性微球，粒径为50nm～5μm。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述种子微球的表面修饰双键，将种子微球分散在有机溶剂中，在机械搅拌的条件下加入硅烷类偶联剂，调节pH值使溶液呈碱性，反应后得到双键修饰的磁性微球；双键通过水解的方式修饰到种子微球的表面，通过硅烷类偶联剂的量调节种子微球表面双键的含量。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，有机溶剂为乙醇或乙腈，硅烷类偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，微球分散在水相中，加入环氧单体、共聚单体、引发剂、交联剂，水浴加热至40℃～90℃，反应1～24小时得到环氧壳层包被的磁性微球；壳层厚度为20nm～200nm。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述引发剂为过氧化物引发剂、偶氮类引发剂、氧化还原引发剂中一种或多种。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过硫酸铵/亚硫酸氢钠中的一种或多种。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述交联剂为二烯单体、三烯单体、多烯单体中一种或多种。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯、N’N亚甲基双丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述环氧单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，在碱性条件下将环氧壳层包被的磁性微球分散在去离子水中，加入带有氨基的羧基化合物及水，水浴加热至40℃～90℃，反应1～24小时后得到羧基修饰的磁性微球。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述羧基单体为甘氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、亚氨基二乙酸中一种或多种。
进一步地，上述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其中，所述磁性微球为Fe3O4磁性微球、CoFe2O4磁性微球、NiFe2O4磁性微球中一种或多种。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
①本发明通过水相原位聚合法在磁性微球的表面聚合一层环氧的壳层，再经过开环反应后将羧基接到磁性微球的表面，制得羧基磁性微球；其工艺合成的羧基磁性微球的表面很光滑，壳层的环氧分布均匀，环氧开环后羧基可以高度有序的排列在微球的表面；
②羧基磁性微球的粒径分布宽，可以从几十纳米到几微米；表面的环氧基团含量可以通过调节环氧单体的投料量来调节，可控；羧基基团可以通过调节带羧基的有机物的投料量来控制，可控；
③所制备的羧基磁性微球粒径和羧基含量可调节，实验流程简便，水相体系污染少；
④本发明制备方法工艺流程简捷，可实现生产连续化，提高产能。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1：本发明制备的羧基磁性微球扫描电镜照片。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明具体实施方案。
本发明提供一种高有序羧基排列、高结合效率、工艺流程简单、适用于自动化的磁性微球的制备方法。
首先，通过水相原位聚合的方法将共聚单体、引发剂、交联剂、环氧单体在种子微球表面包覆形成均匀的环氧壳层；然后，通过均布的环氧基团的开环反应将环氧打开连接羧基单体，形成表面羧基高度有序的磁性微球。
其中，种子微球为磁性微球，粒径为50nm～5μm。种子微球的表面修饰双键，将种子微球分散在有机溶剂中，有机溶剂为乙醇或乙腈，在机械搅拌的条件下加入硅烷类偶联剂，硅烷类偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，调节pH值使溶液呈碱性，反应后得到双键修饰的磁性微球；双键通过水解的方式修饰到种子微球的表面，通过硅烷类偶联剂的量调节种子微球表面双键的含量。
双键修饰的磁性微球分散在水相中，加入环氧单体、共聚单体、引发剂、交联剂，水浴加热至40℃～90℃，反应1～24小时得到环氧壳层包被的磁性微球；壳层厚度为20nm～200nm。引发剂为过氧化物引发剂、偶氮类引发剂或氧化还原引发剂，具体可采用过氧化苯甲酰、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过硫酸铵/亚硫酸氢钠中的一种或多种。交联剂为二烯单体、三烯单体或多烯单体，具体可采用二乙烯基苯、二异氰酸酯、N’N亚甲基双丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种。环氧单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
在碱性条件下将环氧壳层包被的磁性微球分散在去离子水中，加入带有氨基的羧基化合物及水，水浴加热至40℃～90℃，反应1～24小时后得到羧基修饰的磁性微球。羧基单体为甘氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、亚氨基二乙酸中一种或多种。
磁性微球为Fe3O4磁性微球、CoFe2O4磁性微球、NiFe2O4磁性微球中一种或多种。
实施例1
双键修饰：称取10g的四氧化三铁磁性微球(平均粒径200nm)分散在200ml的乙醇溶液中，边搅拌边加入1g的
Figure BDA0002335577670000051
-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，然后加入10g的氢氧化钠溶液(0.5g/ml)，40℃反应15小时，得到表面双键修饰的磁性微球，保存备用。
实施例2
双键修饰：称取10g的四氧化三铁磁性微球(平均粒径400nm)分散在200ml的乙醇溶液中，边搅拌边加入3g的
Figure BDA0002335577670000061
-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，然后加入10g的氢氧化钠溶液(0.5g/ml)，70℃反应3小时，得到表面双键修饰的磁性微球，保存备用。
实施例3
环氧壳层包被：称取10g的双键修饰的四氧化三铁磁性微球(平均粒径300nm)分散在300ml的水中，再加入5g的甲基丙烯酸缩水甘油醚、0.25g的二乙烯基苯和0.1g的过硫酸钾。溶液经过超声后倒入三口烧瓶中，搅拌均匀，加热至70℃，反应5小时，得到表面环氧修饰的磁性微球。
实施例4
双键修饰：称取10g的四氧化三铁磁性微球(平均粒径1μm)分散在300ml的乙醇溶液中，边搅拌边加入0.8g的
Figure BDA0002335577670000062
-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，然后加入10g的氨水，70℃反应3小时，得到表面双键修饰的磁性微球，保存备用。
实施例5
双键修饰：称取10g的四氧化三铁磁性微球(平均粒径500nm)分散在400ml乙醇溶液中，边搅拌边加入2.52g的
Figure BDA0002335577670000063
-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，然后加入9.1g的氨水，70℃反应3小时，得到表面双键修饰的磁性微球，保存备用。
实施例6
称取10g的双键修饰的四氧化三铁磁性微球(平均粒径500nm)分散在200ml的去离子水中，再加入5g的甲基丙烯酸缩水甘油醚、0.25g的二乙烯基苯、1g的苯乙烯和0.1g的过硫酸铵。溶液经过超声后倒入三口烧瓶中，搅拌均匀，加热至70℃，反应5小时，得到表面环氧修饰的磁性微球。
实施例7
称取10g的双键修饰的四氧化三铁磁性微球(平均粒径300nm)分散在400ml的去离子水中，再加入5g的甲基丙烯酸缩水甘油醚、0.2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g的过硫酸铵。溶液经过超声后倒入三口烧瓶中，搅拌均匀，加热至70℃，反应3小时，得到表面环氧修饰的磁性微球。
实施例8
称取10g的表面环氧修饰的四氧化三铁磁性微球(平均粒径500nm)分散在400ml的去离子水中，再加入2.85g的NaOH、6.8g的天冬氨酸及适量的Na2CO3溶液，调节pH值为11，70℃水浴反应8小时，磁分离洗涤6次后，重新分散在200ml去离子水中，得到表面羧基修饰的磁性微球。如图1所示，磁性微球的表面十分光滑。
实施例9
称取10g的表面环氧修饰的四氧化三铁磁性微球(平均粒径500nm)分散在400ml的去离子水中，再加入2.85g的NaOH、3.42g的天冬氨酸及适量的Na2CO3溶液，调节pH值为11，70℃水浴反应8小时，磁分离洗涤6次，重新分散在200ml去离子水中，得到表面羧基修饰的磁性微球。
实施例10
称取10g的表面环氧修饰的四氧化三铁磁性微球(平均粒径500nm)分散在400ml的去离子水中，再加入2.85g的NaOH、3.42g的天冬氨酸及适量的Na2CO3溶液，调节pH值为11，80℃水浴反应5小时，磁分离洗涤6次，重新分散在200ml去离子水中，得到羧基磁性微球。
综上所述，本发明通过水相原位聚合法在磁性微球的表面聚合一层环氧的壳层，再经过开环反应后将羧基接到磁性微球的表面，制得羧基磁性微球；其工艺合成的羧基磁性微球的表面很光滑，壳层的环氧分布均匀，环氧开环后羧基可以高度有序的排列在微球的表面。羧基磁性微球的粒径分布宽，可以从几十纳米到几微米；表面的环氧基团含量可以通过调节环氧单体的投料量来调节，可控；羧基基团可以通过调节带羧基的有机物的投料量来控制，可控。
所制备的羧基磁性微球粒径和羧基含量可调节，实验流程简便，水相体系污染少。本发明制备方法工艺流程简捷，可实现生产连续化，提高产能。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (13)

1.磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：首先，通过水相原位聚合的方法将共聚单体、引发剂、交联剂、环氧单体在种子微球表面包覆形成均匀的环氧壳层；然后，通过均布的环氧基团的开环反应将环氧打开连接羧基单体，形成表面羧基高度有序的磁性微球。
2.根据权利要求1所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述种子微球为磁性微球，粒径为50nm～5μm。
3.根据权利要求1所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述种子微球的表面修饰双键，将种子微球分散在有机溶剂中，在机械搅拌的条件下加入硅烷类偶联剂，调节pH值使溶液呈碱性，反应后得到双键修饰的磁性微球；双键通过水解的方式修饰到种子微球的表面，通过硅烷类偶联剂的量调节种子微球表面双键的含量。
4.根据权利要求3所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：有机溶剂为乙醇或乙腈，硅烷类偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：微球分散在水相中，加入环氧单体、共聚单体、引发剂、交联剂，水浴加热至40℃～90℃，反应1～24小时得到环氧壳层包被的磁性微球；壳层厚度为20nm～200nm。
6.根据权利要求1或5所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化物引发剂、偶氮类引发剂、氧化还原引发剂中一种或多种。
7.根据权利要求1或5所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过硫酸铵/亚硫酸氢钠中的一种或多种。
8.根据权利要求1或5所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述交联剂为二烯单体、三烯单体、多烯单体中一种或多种。
9.根据权利要求1或5所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯、N’N亚甲基双丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种。
10.根据权利要求1或5所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述环氧单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
11.根据权利要求1所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：在碱性条件下将环氧壳层包被的磁性微球分散在去离子水中，加入带有氨基的羧基化合物及水，水浴加热至40℃～90℃，反应1～24小时后得到羧基修饰的磁性微球。
12.根据权利要求1所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述羧基单体为甘氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸亚氨基二乙酸中一种或多种。
13.根据权利要求1所述的磁性微球表面羧基高度有序排列的构筑方法，其特征在于：所述磁性微球为Fe3O4磁性微球、CoFe2O4磁性微球、NiFe2O4磁性微球中一种或多种。
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