基于喷雾干燥法制备的超亲水磁性微球

摘要

本发明涉及一种基于喷雾干燥法制备的超亲水磁性微球。利用喷雾干燥器将混合液喷雾后形成雾滴，所述雾滴经干燥后形成磁性颗粒；其中，所述混合液包括磁性胶体(或添加部分硅溶胶)和聚合物相，所述聚合物相包括亲水性高分子和水；所述喷雾干燥器的进风温度为100～200℃，出风温度为50～100℃；然后在交联剂的作用下，将所述磁性颗粒经过交联固化后形成超亲水磁性微球。该磁性微球可用于分离和检测生物分子核酸等。本发明的磁性微球亲水性非常好，微球表面具有大量的羟基。微球的粒径选择很广泛，从1微米到50微米；喷雾干燥器使用方便，工艺路线简单，产量大，环境友好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能高分子微球制备领域，尤其涉及一种基于喷雾干燥法制备的超亲水磁性微球。

背景技术

喷雾干燥是系统化技术应用于物料干燥的一种方法，于干燥室中将稀料经雾化后，在与热空气的接触中，水分迅速汽化，即得到干燥产品。该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序。

近年来，随着IVD行业的发展，作为固相载体的磁性微球也在飞速发展。磁性微球可以在外磁场的作用下迅速分离，这就使得我们可以利用这个固相载体来达到很多目的，比如在固相载体的表面修饰可以偶联生物分子的活性基团。这在核酸提取、基因测序、细胞分离、免疫分析、固定化酶、手性分离等生命科学研究领域获得日益广泛的应用。生物磁分离技术所面临的关键问题在于保证所使用的磁分离材料的生物相容性、磁响应性、超顺磁性，以保证生物分离过程的高效性、重现性和可控性。

磁性微球的制备方法有很多种，大多都是经过一系列的化学合成反应，如乳液聚合、分散聚合等。但是这些方法都有一定的局限性：如合成过程会使用大量的有机溶剂，如中国专利CN100554286C中公开的技术；此外还需要高温高压的反应条件，如论文“王晨，多元醇法中改变反应物混合方式调控磁球粒径及其机理研究[D].上海：上海交通大学”中公开的技术；另外在合成过程中产生大量的废气和废液等，环境不友好。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于喷雾干燥法制备的超亲水磁性微球，其聚合条件温和，无需使用大量有机溶剂，工艺简单，具有良好的亲水性及生物相容性，粒径可调节，表面富含活性基团。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种喷雾干燥法制备超亲水磁性微球的方法，包括以下步骤：

利用喷雾干燥器将混合液喷雾后形成雾滴，雾滴经干燥后形成粒径为1～50μm的磁性颗粒；其中，混合液包括磁性胶体、硅溶胶和聚合物相，聚合物相包括亲水性高分子和水；喷雾干燥器的进风温度为100～200℃，出风温度为50～100℃；

然后在交联剂的作用下，将磁性颗粒经过交联固化后形成超亲水磁性微球，超亲水磁性微球的亲水角为5-45°。

进一步地，喷雾干燥器中，混合液的流速为50mL/s以下。

进一步地，喷雾干燥法为压力喷雾干燥法、离心喷雾干燥法或气流式喷雾干燥法。

进一步地，混合液中，磁性胶体占亲水性高分子质量分数的10wt％-60wt％；硅溶胶占亲水性高分子质量分数的0wt％-20wt％。

进一步地，利用化学共沉淀的方法制备磁性胶体。

进一步地，磁性胶体包括多个磁性微球，磁性微球具有铁磁性或者超顺磁性。

进一步地，亲水性高分子为聚乙烯醇或聚丙烯酰胺。

进一步地，亲水性高分子的分子量为48000-220000。

进一步地，交联剂的质量为亲水性高分子质量分数的0.5％-10％。

进一步地，聚合物相含有3wt％-10wt％的亲水性高分子。

进一步地，交联剂和水溶性二胺一起使用。

进一步地，交联剂为戊二醛，水溶性二胺为乙二胺。

在本发明一具体实施方式中，超亲水磁性微球的制备方法包括以下步骤：

1、用化学共沉淀的方法制备磁性胶体；

2、用溶胶凝胶法制备硅溶胶；

3、将磁性胶体和硅溶胶分散于聚乙烯醇水溶液中，形成混合液；

3、通过喷雾干燥器将混合液进行喷雾干燥处理，以形成一定大小的磁性颗粒；

4、最后将磁性颗粒进行交联。

更具体地，超亲水磁性微球的制备方法包括以下步骤：

1、磁性胶体的合成：将一定量的二价铁盐和三价铁盐溶解在一定量的去离子水中，然后调节溶液的pH值至碱性，水浴加热至一定温度，反应一定时间得到磁性胶体。

2、硅溶胶的制备：将硅溶胶前驱体分散在有机溶剂中，酸或碱为催化剂和去离子水按一定的比例混合，在一定的温度下搅拌制得硅溶胶。

3、混合液的制备：将磁性胶体和硅溶胶分散至一定浓度的聚乙烯醇溶液中，搅拌一定的时间得到混合液。

4、超亲水磁性微球的制备：将混合液倒入喷雾干燥器中，在一定的压力或离心力下，得到雾化的悬浮液滴，在干燥室与热风接触，水分迅速汽化，即得到磁性颗粒，收集后经过交联，得到超亲水磁性微球。

在步骤1中，上述二价铁盐可以是硫酸亚铁、氯化亚铁，三价铁盐可以是硫酸铁、氯化铁。

在步骤1中，上述调节pH的碱性溶液可以是氢氧化钠溶液和浓氨水溶液，氢氧化钠的浓度可以是0.0001mol/L-1mol/L，水浴加热温度可以是0～90℃，反应时间可以是0～3h。

在步骤2中，硅溶胶前驱体可以是正硅酸乙酯，有机溶剂可以是乙醇，酸或碱可以是盐酸、硫酸、氨水、氢氧化钠，反应温度可以是0～90℃。

在步骤3中，上述磁性胶体的浓度可以是0.5wt％～2.0wt％，硅溶胶的浓度可以是0.5wt％～10wt％，聚乙烯醇水溶液的浓度可以是2wt％～10wt％，聚乙烯醇的分子量可以是48000～220000，搅拌的时间可以是0.5～3h。

喷雾干燥器可以是压力式和离心式喷雾干燥器，进风口热风温度可以是100～200℃，出风口温度可以是50～100℃。

本发明还要求保护一种采用基于喷雾干燥方法所制备的超亲水磁性微球，超亲水磁性微球包括磁性微球以及修饰于磁性微球表面的亲水性高分子和二氧化硅；亲水性高分子通过交联剂交联，超亲水磁性微球的亲水角为5-45°。

进一步地，超亲水磁性微球的粒径为1～50μm。

超亲水磁性微球的主体材料为聚乙烯醇和硅溶胶，其具有大量的醇羟基和硅羟基，亲水性及生物相容性非常好。

进一步地，超亲水磁性微球表面带有的基团包括羧基、醇羟基、硅羟基、氨基和环氧基团，这些基团均为可偶联生物分子的活性基团。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明提供的超亲水磁性微球的制备方法基于喷雾干燥法进行，整个工艺流程简单便捷，无需有机溶剂，无污染、环境友好，可方便调节微球的粒径。

本发明提供的超亲水磁性微球的表面具有丰富的醇羟基和硅羟基，亲水性及生物相容性非常好；表面带有偶联生物分子的活性基，可以用于分离和检测生物分子，如细胞、核酸、蛋白质等，生物领域的应用非常广泛。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

图1是实施例7制备的超亲水磁性微球的扫描电镜图；

图2是实施例8制备的超亲水磁性微球的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将0.5mol/L的Fe

将磁性胶体倒入透析袋中透析2天，以备后续使用(浓度为1wt％)。

实施例2

将0.5mol/L的Fe

将磁性胶体倒入透析袋中透析2天，以备后续使用(浓度为1wt％)。

实施例3

将正硅酸乙酯(50ml)分散到200ml50v/v％乙醇水溶液中，搅拌30min，升温至40℃，缓慢滴加盐酸(0.1M)，搅拌5h，静置24h，得到硅溶胶。

实施例4

将按实施例1所述方法制备的磁性胶体(5ml)和和实施例3制备的硅溶胶(15ml)分散于80ml的10wt％聚乙烯醇(分子量48000)水溶液中，并加入1ml的十二烷基硫酸钠溶液(5wt％)，用分散器以8000rpm分散1min。然后再超声分散处理三次，每次处理5min，得到混合液。

实施例5

将按实施例2所述方法制备的磁性胶体(10ml)和实施例3制备的硅溶胶(10ml)分散于80ml的5wt％聚乙烯醇(分子量48000)水溶液中，并加入0.5ml的十二烷基硫酸钠溶液(5wt％)，用分散器以8000rpm分散1min。然后在超声分散处理三次，每次处理5min，得到混合液。

实施例6

将按实施例2所述方法制备的磁性胶体(10ml)分散于90ml的5wt％聚乙烯醇(分子量80000)水溶液中，并加入2ml的十二烷基硫酸钠溶液(5wt％)，用分散器以8000rpm分散1min。然后再超声分散处理三次，每次处理5min，得到混合液。

实施例7

将按实施例4所述方法制备的混合液倒入离心式喷雾干燥器中，设置混合液流速为15mL/s，进口温度为200℃，出口温度为80℃，转速为25000rpm，喷雾盘直径为50mm，经雾化干燥后，用纯水收集磁颗粒，纯水中加入5ml的12％戊二醛溶液和2％的乙二胺溶液，搅拌1min，继续加入8ml的1N HCl，搅拌1min，倒出反应液磁分离后去除上清液，加入100ml去离子水，得到超亲水磁性微球，见图1。

实施例8

将按实施例5所述方法制备的混合液倒入喷雾干燥器中，设置混合液流速为15mL/s，进口温度为200℃，出口温度为100℃，转速为25000rpm，喷雾盘直径为50mm，经雾化干燥后收集磁颗粒，收集完成后将磁性微球迅速转入12％的戊二醛溶液和2％的乙二胺溶液中，搅拌分散5min，继续加入8ml的1N HCl，搅拌1min，倒出反应液磁分离后去除上清液，加入100ml去离子水，得到超亲水磁性微球，见图2。

以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。