一种N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的制备方法

摘要

本发明涉及一种N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的制备方法，该方法以N-异丙基丙烯酰胺单体为起始原料，过硫酸钾作为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，罗丹明B作为染色剂，通过同轴微通道来制备体积可控的红色微凝胶球。本发明的制备方法简单，得到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球具有较好的稳定性，微凝胶球的体积可通过控制同轴微通道内连续相、分散相的流速来改变，具有体积可控、大小稳定等优点。该方法制得的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球在显示器屏幕、装饰显色器件、药物微囊载体等有很大的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于微凝胶的制备领域，特别涉及一种N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的制备方 法。

背景技术

高分子水凝胶是由三维网络结构高分子化合物和水作为溶剂形成的体系，组成网络结构 的高分子化合物间以化学键、氢键、范德华力、分子链段间的缠绕等连接。环境响应型高分 子凝胶一般由具有环境敏感的高分子合成，其结构、物理性能可以随外界环境的改变而特异 性变化。在环境响应型水凝胶中，典型的和应用广泛的是温敏凝胶，在检测器件和药物控释 等领域运用广泛。

N-异丙基丙烯酰胺凝胶以及其衍生物在外界刺激(温度、pH等)下，凝胶内部相变引起 交联结构改变，从而导致凝胶体积的改变。N-异丙基丙烯酰胺凝胶是典型的温敏凝胶，其胺 基基团在低温下与水产生氢键，而高温时这种氢键被破坏从而疏水体积收缩，其最低转变温 度为32℃，这种特殊的刺激性相转变性能的凝胶在科学研究以及应用领域方面的前景引起研 究学者广泛的关注。

在诸多的功能化的N-异丙基丙烯酰胺凝胶复合材料中，N-异丙基丙烯酰胺微凝胶球赋予 了N-异丙基丙烯酰胺凝胶在生物、医药等领域的应用潜力，其温敏特性，相变引起体积的变 化等特性得以表现，与N-异丙基丙烯酰胺凝胶的应用前景吻合。Shin-HyunKim等在Chemical  Communication，2013，49，1865-1867上报道了利用油水分离的原理及设计微通道的方法制 备了金纳米棒@N-异丙基丙烯酰胺凝胶微囊，其粒径在100μm左右。申请人发表在Journal of  Applied Polymer Science，2013，127，2422-2426的工作报道了用微流体的方法制备环境响应 的碳纳米管/高分子的复合微凝胶。目前制备N-异丙基丙烯酰胺微凝胶的方法主要存在以下缺 陷：工艺步骤较多、成本较高，而且分散性不好，限制了N-异丙基丙烯酰胺微凝胶材料的应 用。因此，寻找工艺简单、分散好、颜色鲜艳的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶的合成方法成 为必要。目前未见制备如上所述微凝胶的报道。

近年来，具有各种形状和性能的微米级粒子的制备受到越来越多的关注。微流体技术及 微反应器的出现给制备单分散功能微球带来了新的生机。将相应的微流体技术应用到凝胶领 域可以制备单分散功能化微凝胶。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的制备方法，该 方法制备工艺简单，制备得到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球，具有稳定的体积且具有体 积随温度变化而变化的性能及鲜艳的颜色，可以用作药物负载和装饰。

本发明的一种N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的制备方法，包括：

(1)将N-异丙基丙烯酰胺单体和过硫酸钾加入到去离子水中，搅拌溶解，然后加入N,N-亚 甲基双丙烯酰胺，搅拌，加入罗丹明B染色剂，搅拌，得到稳定的红色溶液；其中，1mL混 合溶液中N-异丙基丙烯酰胺、过硫酸钾、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和罗丹明B的质量分别为 0.05～0.2g，0.015g，0.005g和0.25mg；

(2)截取两段内径相同的聚四氟乙烯微管A和B，将A和B从同一侧插入到聚四氟乙烯微 管C中，用环氧树脂密封接口处；

(3)将步骤(1)中得到的溶液和豆油分别装入到注射器中，装有步骤(1)中所得溶液的注 射器与聚四氟乙烯微管B链接，另一支装有豆油的注射器与聚四氟乙烯微管A链接，同时推 进两支注射器，反应产物收集在置于聚四氟乙烯微管C末端的盛有豆油的容器中，静置，得 到N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球。

所述步骤(1)中搅拌的时间均为30～120min。

所述步骤(2)中聚四氟乙烯微管A和B的内径为100～500μm。

所述聚四氟乙烯微管A和B的内径为400μm。

所述步骤(2)中聚四氟乙烯微管C的内径为1000～2000μm。

所述聚四氟乙烯微管C的内径为1000μm。

所述步骤(2)中聚四氟乙烯微管A和聚四氟乙烯微管B均为部分插入到聚四氟乙烯微 管C中。

所述步骤(3)中聚四氟乙烯微管A的推进速度为10～20mL/h。

所述步骤(3)中聚四氟乙烯微管B的推进速度为0.5～4mL/h。

所述步骤(3)中静置的时间为60～120min。

通过调节A微管和B微管中溶液的注射速度来制备不同体积的N-异丙基丙烯酰胺红色 微凝胶球，调节N-异丙基丙烯酰胺单体的浓度来制备交联程度不同的微凝胶，所得到的微凝 胶随所处的环境温度不同而体积不同。

有益效果

(1)本发明操作简单，制备过程方便快速；

(2)本发明制备得到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球具有稳定的体积且体积大小可调 控；

(3)本发明制备得到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球具有较鲜艳的颜色，微凝胶内部会 随所处环境温度改变而发生相变，从而导致其体积的改变，在药物负载和控制性释放等方面 具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的光学显微镜图片；

图2为制备N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的微通道反应装置示意图；

图3为N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球在微管中形成过程；其中，图3a为实施例2制备得 到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球在微管中形成过程；图3b为实施例1制备得到的N-异 丙基丙烯酰胺红色微凝胶球在微管中形成过程；图3c为实施例3制备得到的N-异丙基丙烯 酰胺红色微凝胶球在微管中形成过程；

图4为实施例2制备得到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的光学显微镜图片；

图5为实施例3制备得到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的光学显微镜图片；

图6为实施例4制备得到的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的光学显微镜图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可 以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

在室温下，称取N-异丙基丙烯酰胺单体2g和过硫酸钾0.3g置于20mL样品瓶中，加 入去离子水20mL并磁力搅拌30分钟至溶解，然后向均匀透明的溶液中加入N,N-亚甲基双 丙烯酰胺0.1g并磁力搅拌30分钟至溶解，再向溶液中加入5mg罗丹明B并磁力搅拌30分 钟得到均匀的红色溶液。分别截取内径为400μm聚四氟乙烯微管A(30cm)、B(31cm)，并 截取内径为1000μm的微管C(30cm)，将A和B插入到C中，如图2所示。将上述红色溶 液10mL转移至20mL的注射器中作为分散相，用注射器的针头与微管B连接，在另一支注 射器中加入20mL的大豆油作为连续相与微管A相连接(如图2所示)。设置注射器的推进 速度，与微管A相连接的注射器的推进速度为10mL/h，与微管B相连接的注射器的推进速 度为2mL/h。在烧杯中加入豆油30mL用来收集制备的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球(如 图2所示)。开启推进器制备N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球，N-异丙基丙烯酰胺红色微凝 胶球的形成过程如图3b所示。将收集到烧杯中的N-异丙基丙烯酰胺液滴在烧杯中静置固化 60min得到N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球。制备的N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球的光学 显微镜图片如图1所示。

实施例2

在室温下，称取N-异丙基丙烯酰胺单体2g和过硫酸钾0.3g置于20mL样品瓶中，加 入去离子水20mL并磁力搅拌30分钟至溶解，然后向均匀透明的溶液中加入N,N-亚甲基双 丙烯酰胺0.1g并磁力搅拌30分钟至溶解，再向溶液中加入5mg罗丹明B并磁力搅拌30分 钟得到均匀的红色溶液。将上述红色溶液10mL转移至20mL的注射器中作为分散相，用注 射器的针头与微管B连接(如图2所示)，在另一支注射器中加入20mL的大豆油作为连续 相与微管A相连接(如图2所示)，其中A、B和C及其连接方式均与实施例1相同。设置 注射器的推进速度，与微管A相连接的注射器的推进速度为10mL/h，与微管B相连接的注 射器的推进速度为1mL/h。在烧杯中加入豆油30mL用来收集制备的N-异丙基丙烯酰胺红色 微凝胶球(如图2所示)。开启推进器制备N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球，N-异丙基丙烯 酰胺红色微凝胶球的形成过程如图3a所示。将收集到烧杯中的N-异丙基丙烯酰胺液滴在烧 杯中静置固化60min得到N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球。制备的N-异丙基丙烯酰胺红色 微凝胶球的光学显微镜图片如图4所示。

实施例3

在室温下，称取N-异丙基丙烯酰胺单体2g和过硫酸钾0.3g置于20mL样品瓶中，加 入去离子水20mL并磁力搅拌30分钟至溶解，然后向均匀透明的溶液中加入N,N-亚甲基双 丙烯酰胺0.1g并磁力搅拌30分钟至溶解，再向溶液中加入5mg罗丹明B并磁力搅拌30分 钟得到均匀的红色溶液。将上述红色溶液10mL转移至20mL的注射器中作为分散相，用注 射器的针头与B微管连接(如图2所示)，在另一支注射器中加入20mL的大豆油作为连续 相与A微管相连接(如图2所示)，其中A、B和C及其连接方式均与实施例1相同。设置 注射器的推进速度，与A微管相连接的注射器的推进速度为10mL/h，与B微管相连接的注 射器的推进速度为4mL/h。在烧杯中加入豆油30mL用来收集制备的N-异丙基丙烯酰胺红色 微凝胶球(如图2所示)。开启推进器制备N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球，N-异丙基丙烯 酰胺红色微凝胶球的形成过程如图3c所示。将收集到烧杯中的N-异丙基丙烯酰胺液滴在烧 杯中静置固化60min得到N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球。制备的N-异丙基丙烯酰胺红色 微凝胶球的光学显微镜图片如图5所示。

实施例4

在室温下，称取N-异丙基丙烯酰胺单体4g和过硫酸钾0.3g置于20mL样品瓶中，加 入去离子水20mL并磁力搅拌30分钟至溶解，然后向均匀透明的溶液中加入N,N-亚甲基双 丙烯酰胺0.1g并磁力搅拌30分钟至溶解，再向溶液中加入5mg罗丹明B并磁力搅拌30分 钟得到均匀的红色溶液。将上述红色溶液10mL转移至20mL的注射器中作为分散相，用注 射器的针头与B微管连接(如图2所示)，在另一支注射器中加入20mL的大豆油作为连续 相与A微管相连接(如图2所示)，其中A、B和C及其连接方式均与实施例1相同。设置 注射器的推进速度，与A微管相连接的注射器的推进速度为10mL/h，与B微管相连接的注 射器的推进速度为4mL/h。在烧杯中加入豆油30mL用来收集制备的N-异丙基丙烯酰胺红色 微凝胶球(如图2所示)。开启推进器制备N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球，N-异丙基丙烯 酰胺红色微凝胶球的形成过程如图3c所示。将收集到烧杯中的N-异丙基丙烯酰胺液滴在烧 杯中静置固化60min得到N-异丙基丙烯酰胺红色微凝胶球。制备的N-异丙基丙烯酰胺红色 微凝胶球的光学显微镜图片如图6所示。