光敏性重氮树脂包覆的磁性多孔微球及荧光编码磁性微球的制备方法

摘要

本发明公开了一种光敏性重氮树脂包覆的磁性多孔微球及荧光编码磁性微球的制备方法，该磁性多孔微球的制备方法，包括以下步骤：1)制备单分散聚苯乙烯种子微球；2)制备单分散多孔微球；3)制备磁性多孔微球；4)制备DR‑PAA包覆的磁性多孔微球。本发明采用光敏性重氮树脂与PAA交联聚合物将磁性微球封装包覆，改善了微球的稳定性，微球可保持优秀的磁性和羧基功能化，为磁性微球的制备和封装技术提供了新的方法，该合成工艺操作简单，同时该方法可以将量子点或荧光染料编码磁性微球进行包覆，通过调节量子点种类/染料比列可以实现多重编码并且由于聚合物的包覆可以防止染料的泄露，能提高荧光微球的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种光敏性重氮树脂包覆的磁性多孔微球及荧光编码磁性微球的制备方法。

背景技术

重氮树脂(DR)是一种水溶性阳离子聚合物，它可以很好的通过静电力附着在带负电荷物体的表面上，通过在紫外线(UV)辐射下重氮基团的分解，离子键与各种带负电荷的官能团发生共价键转化。因此，使用DR封装多孔微球是方便的并且封装后的微球表现出更优异的稳定性。多孔微球由于其粒径可控、内部多孔，高比表面积和表面电荷可控在制备单分散磁性微球方法具有明显的优势，通过原位生成Fe

美国专利US4654267制备交联多孔聚合物微球，接着用共沉淀法在制备得到的多孔微球内部和表面直接沉积磁性纳米粒子。为了解决磁球的多孔性，首先接枝可聚合的单体再用表面用亲水性的聚合物包裹，这样得到的微球单分散，磁响应性好，但是其包覆步骤复杂。

美国专利US9376613B2通过非交联聚苯乙烯微球表面组装磁性纳米粒子，然后用单体溶胀聚合使聚合物包覆于聚苯乙烯微球表面，该方法制备的磁性微球粒径均一、表面包覆效果好，但是其磁含量受限制，磁响应性较差。

专利CN201811217589.5报导了一种磁性微球的制备方法，首先使用多孔微球原位生产磁性纳米粒子，然后修饰PEI并包覆二氧化硅，最后氨基和羧基化。表面硅烷功能化的试剂相对于聚合物功能化性能较差，硅烷化试剂稳定性较差容易脱落，且硅烷化密度不易控制，现在大部分试剂盒中极少应用硅基材料，因此也限制了其应用。

综上所述，磁性微球在表面包覆任然存在诸多问题，有必要提供一种更可靠的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光敏性重氮树脂包覆的磁性多孔微球及荧光编码磁性微球的制备方法。本发明设计了重氮树脂-聚丙烯酸包覆磁性多孔微球，保障了磁性微球的稳定性同时在包覆过程中添加一定数量的荧光物质实现了荧光编码，由于聚合物含有大量的羧基可以更方便的用于蛋白修饰。

本发明首先我们通过二步种子溶胀法制备出聚(苯乙烯/二乙基苯/丙烯酸)多孔微球，该聚合物多孔微球具有均匀的尺寸、多孔结构和较大的比表面积，通过原位生成法在多孔球内部原位生成磁性四氧化三铁(Fe

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光敏性重氮树脂包覆的磁性多孔微球的制备方法，包括以下步骤：

1)制备单分散聚苯乙烯种子微球；

2)通过单分散聚苯乙烯种子微球制备单分散多孔微球；

3)通过单分散多孔微球制备磁性多孔微球；

4)制备DR-PAA包覆的磁性多孔微球：

4-1)将磁性多孔微球分散于DR溶液中超声分散吸附DR，然后洗去微球表面多余的DR，得到包覆DR的磁性多孔微球；

4-2将包覆DR的磁性多孔微球加入到PAA溶液中自组装PAA层，然后洗去多余PAA；

4-3)将步骤4-2)得到的微球置于紫外光或可见光下完成共价包覆，得到DR-PAA包覆的磁性多孔微球。

优选的是，所述步骤1)具体包括：

1-1)将PVP溶解于无水乙醇中，将得到的溶液加入到第一反应器中，于加热条件下反应；

1-2)将AIBN溶解于苯乙烯中，超声分散，将得到的溶液加入到所述第一反应器中，通入N

1-3)反应结束后离心；

1-4)离心后，取得到的单分散聚苯乙烯种子微球，清洗，干燥过夜。

优选的是，所述步骤1)具体包括：

1-1)将PVP溶解于无水乙醇中，将得到的溶液加入到第一反应器中，然后于70℃条件下反应24h；

1-2)将AIBN溶解于苯乙烯中，超声分散，将得到的溶液加入到所述第一反应器中，超声分散，通入N

1-3)反应结束后在2000r/min下离心3min；

1-4)离心后，取得到的单分散聚苯乙烯种子微球，用乙醇超声清洗清洗，干燥过夜。

优选的是，所述步骤2)具体包括：

2-1)将单分散聚苯乙烯种子微球分散于水中，得到的溶液倒入第二反应器中，搅拌；

2-2)将甲苯、邻苯二甲酸二丁酯加入到十二烷基硫酸钠溶液中分散均匀，然后倒入所述第二反应器中，与步骤2-1)的溶液混合，反应；

2-3)将过氧化苯甲酰、苯乙烯、丙烯酸混合均匀，然后加入到十二烷基硫酸钠水溶液和二乙烯基苯的混合物中，混合均匀后加入到所述第二反应器中，与步骤2-2)的产物混合，反应；

2-4)向所述第二反应器中加入聚乙烯醇水溶液，充入氮气，加热条件下搅拌反应；

2-5)得到的产物清洗干净，制得单分散多孔微球。

优选的是，所述步骤2)具体包括：

2-1)将单分散聚苯乙烯种子微球分散于水中，得到的溶液倒入第二反应器中，300rpm下搅拌；

2-2)将甲苯、邻苯二甲酸二丁酯加入到十二烷基硫酸钠溶液中分散均匀，然后倒入所述第二反应器中，与步骤2-1)的溶液混合，在30℃下反应24h；

2-3)将过氧化苯甲酰、苯乙烯、丙烯酸混合均匀，然后加入到十二烷基硫酸钠水溶液和二乙烯基苯的混合物中，混合均匀后加入到所述第二反应器中，与步骤2-2)的产物混合，在30℃下反应24h；

2-4)向所述第二反应器中加入聚乙烯醇水溶液，充入氮气10min，70℃下搅拌反应24h；

2-5)得到的产物用蒸馏水和乙醇依次离心洗涤，然后加入到四氢呋喃中于60℃下洗涤12h，最后用水离心洗涤，制得单分散多孔微球。

优选的是，所述步骤3)具体包括：

3-1)将四水氯化亚铁和六水氯化铁溶解在去离子水中，向得到的溶液中加入单分散多孔微球，反应；

3-2)反应结束后，得到的微球清洗干净，然后散于去离子水中，加入三口烧瓶中，加热条件下加入氨水，并持续通入氮气反应；

3-3)反应结束后，产物清洗干净，得到粗产品；

3-4)将步骤3-3)得到的粗产品代替步骤3-1)中的单分散多孔微球，重复步骤3-1)至3-3)若干次，最终得到磁性多孔微球。

优选的是，所述步骤3)具体包括：

3-1)将四水氯化亚铁和六水氯化铁溶解在去离子水中，向得到的溶液中加入单分散多孔微球，反应；

3-2)反应结束后，得到的微球使用乙醇离心洗涤干净，然后散于去离子水中，加入三口烧瓶中，80℃下加入氨水，并持续通入氮气反应30min；

3-3)反应结束后，产物用无水乙醇和去离子水多次反复清洗干净，然后用20％盐酸洗涤，得到粗产品；

3-4)将步骤3-3)得到的粗产品代替步骤3-1)中的单分散多孔微球，重复步骤3-1)至3-3)三次，最终得到磁性多孔微球。

优选的是，所述步骤4-1)中的DR通过以下方法制备得到：将浓硫酸置于冰浴条件下，向浓硫酸中加入4-氨基二苯胺重氮硫酸氢盐；然后逐批次加入聚甲醛，反应；得到的产物倒冰水中，抽滤，收集滤液，向滤液中加入饱和ZnCl

本发明还提供一种光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将权利要求1-8中任意一项所述的磁性多孔微球制备成分散液，然后与量子点或荧光染料混合，得到磁性量子点微球或染料荧光微球；

S2、将磁性量子点微球或染料荧光微球分散于DR溶液中超声分散吸附DR，然后洗去微球表面多余的DR；

S3、将步骤S3得到的微球加入到PAA溶液中自组装PAA层，然后洗去多余PAA；

S4、将步骤S4得到的微球置于紫外光或可见光下完成共价包覆与羧基化，得到磁性量子点微球或染料荧光微球。

优选的是，该光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将权利要求1-6中任意一项所述的磁性多孔微球加入到氯仿溶液中超声分散制备成分散液，然后加入量子点，混合均匀，挥发溶剂后得到磁性量子点微球；

将将权利要求1-6中任意一项所述的磁性多孔微球加入到十二烷基硫酸钠溶液中超声分散制备成分散液，然后加入荧光染料的二氯甲烷溶液，混合均匀，挥发二氯甲烷后得到磁性染料荧光微球；

S2、将磁性量子点微球或染料荧光微球分散于DR溶液中超声分散吸附DR，然后用水洗去微球表面多余的DR；

S3、将步骤S3得到的微球加入到PAA溶液中自组装PAA层，然后洗去多余PAA；

S4、将步骤S4得到的微球置于紫外光或可见光下完成共价包覆与羧基化，得到磁性量子点微球或染料荧光微球。

本发明的有益效果是：本发明采用光敏性重氮树脂与PAA交联聚合物将磁性微球封装包覆，改善了微球的稳定性，微球可保持优秀的磁性和羧基功能化，为磁性微球的制备和封装技术提供了新的方法，该合成工艺操作简单，同时该方法可以将量子点或荧光染料编码磁性微球进行包覆，通过调节量子点种类/染料比列可以实现多重编码并且由于聚合物的包覆可以防止染料的泄露，能提高荧光微球的稳定性。

附图说明

图1为本发明的光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的合成路线示意图；

图2为本发明的实施例中制备的磁性多孔微球的扫面电镜图；

图3为本发明的实施例中制备的光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的扫面电镜图；

图4为本发明的实施例中制备的光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的磁滞回线；

图5为本发明的实施例中制备的CY5和R6G荧光编码磁性微球的流式检测结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供了一种光敏性重氮树脂包覆的磁性多孔微球的制备方法，包括以下步骤：

1)制备单分散聚苯乙烯种子微球

1-1)将PVP(聚乙烯吡咯烷酮)溶解于无水乙醇中，将得到的溶液加入到第一反应器中，然后于70℃条件下反应24h；

1-2)将AIBN溶解于苯乙烯中，超声分散，将得到的溶液加入到所述第一反应器中，超声分散，通入N

1-3)反应结束后在2000r/min下离心3min；

1-4)离心后，取得到的单分散聚苯乙烯种子微球，用乙醇超声清洗清洗，干燥过夜。

2)通过单分散聚苯乙烯种子微球制备单分散多孔微球

2-1)将单分散聚苯乙烯种子微球分散于水中，得到的溶液倒入第二反应器中，300rpm下搅拌；

2-2)将甲苯、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)加入到十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中分散均匀，然后倒入所述第二反应器中，与步骤2-1)的溶液混合，在30℃下反应24h；

2-3)将过氧化苯甲酰(BPO)、苯乙烯、丙烯酸(MMA)混合均匀，然后加入到十二烷基硫酸钠水溶液和二乙烯基苯(DVB)的混合物中，混合均匀后加入到所述第二反应器中，与步骤2-2)的产物混合，在30℃下反应24h；

2-4)向所述第二反应器中加入聚乙烯醇(PVA)水溶液，充入氮气10min，70℃下搅拌反应24h；

2-5)得到的产物用蒸馏水和乙醇依次离心洗涤，然后加入到四氢呋喃中于60℃下洗涤12h，最后用水离心洗涤，制得单分散多孔微球。

3)通过单分散多孔微球制备磁性多孔微球

3-1)将四水氯化亚铁(FeCl

3-2)反应结束后，得到的微球使用乙醇离心洗涤干净，然后散于去离子水中，加入三口烧瓶中，80℃下加入氨水，并持续通入氮气反应30min；

3-3)反应结束后，产物用无水乙醇和去离子水多次反复清洗干净，然后用20％盐酸洗涤，得到粗产品；

3-4)将步骤3-3)得到的粗产品代替步骤3-1)中的单分散多孔微球，重复步骤3-1)至3-3)三次，最终得到磁性多孔微球。

4)制备DR-PAA包覆的磁性多孔微球

4-1)制备DR：将浓硫酸置于冰浴条件下，向浓硫酸中加入4-氨基二苯胺重氮硫酸氢盐；然后逐批次缓慢加入聚甲醛，反应；得到的产物倒冰水中，抽滤，收集滤液，向滤液中缓慢加入饱和ZnCl

将磁性多孔微球分散于DR溶液中超声分散吸附DR，然后洗去微球表面多余的DR，得到包覆DR的磁性多孔微球；

4-2将包覆DR的磁性多孔微球加入到PAA(聚邻苯二甲酰胺)溶液中自组装PAA层，然后洗去多余PAA；

4-3)将步骤4-2)得到的微球置于紫外光或可见光下完成共价包覆与羧基化，得到DR-PAA包覆的磁性多孔微球。

本发明还进一步提高了一种光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的制备方法，包括以下步骤：

S1、将以上制备的磁性多孔微球加入到氯仿溶液中超声分散制备成分散液，然后加入量子点，混合均匀，挥发溶剂后得到磁性量子点微球；

将将权利要求1-6中任意一项所述的磁性多孔微球加入到十二烷基硫酸钠溶液中超声分散制备成分散液，然后加入荧光染料的二氯甲烷溶液，混合均匀，挥发二氯甲烷后得到磁性染料荧光微球；

S2、将磁性量子点微球或染料荧光微球分散于DR溶液中超声分散吸附DR，然后用水洗去微球表面多余的DR；

S3、将步骤S3得到的微球加入到PAA溶液中自组装PAA层，然后洗去多余PAA；

S4、将步骤S4得到的微球置于紫外光或可见光下完成共价包覆，得到磁性量子点微球或染料荧光微球。

参照图1，为光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的合成路线。

以上为本发明的总体构思，以下提供更为具体的实施例，以对本发明做进一步说明。

实施例1制备单分散聚苯乙烯种子微球

(1)取100g无水乙醇，溶解4g PVP(聚乙烯吡咯烷酮)后，将溶液加入到250ml反应器中，70℃，反应24h；

(2)取20g苯乙烯，0.5gAIBN，加入到小烧杯中，超声分散后，加入反应器中，然后通入N

(3)反应结束后，将得到的乳白色液体在2000r/min下离心3min；

(4)离心后，取得到的单分散聚苯乙烯种子微球，用乙醇超声清洗3次；然后干燥过夜。

实施例2制备单分散多孔微球

(1)取10g实施例1制得的单分散聚苯乙烯种子微球，用100ml水溶解于50ml烧杯中，超声溶解后，倒入反应器中，300rpm下搅拌；

(2)取200ml质量分数为0.375％的SDS水溶液于50ml烧杯中，用微量注射器加入20ml甲苯和10ml DBP(邻苯二甲酸二丁酯)，细胞粉碎仪粉碎至分散均匀，加入反应器，用少量水冲洗，使烧杯中所有的试剂都加入到反应器中，在30℃下溶胀24h(此为第一步溶胀)；

(3)取5g BPO(过氧化苯甲酰)和50ml苯乙烯、10ml丙烯酸搅拌溶解，加入反应器中，取300ml 0.25％的SDS(十二烷基硫酸钠)水溶液、40ml DVB(二乙烯基苯)于烧杯中，再加入到反应器中，30℃下溶胀24h；

(4)取10ml质量分数为10％的PVA(聚乙烯醇)水溶液，加入到反应器中，充入氮气10min，升温到70℃，搅拌反应24h。

(5)得到的产物用蒸馏水和乙醇依次离心洗涤，然后加入到四氢呋喃中于60℃下洗涤12h，最后用水离心洗涤，制得单分散多孔微球。

实施例3制备磁性多孔微球

(1)将20g四水氯化亚铁(FeCl

(2)反应结束后，得到的微球使用乙醇离心洗涤干净，然后散于100mL去离子水中，加入三口烧瓶中，80℃下加入10mL氨水，并持续通入氮气反应30min，以除去烧瓶内的空气；

(3)产物用无水乙醇和去离子水多次反复清洗干净，移除微球表面残留的碱性溶液，然后用20％盐酸洗涤，除去表面的磁性颗粒，得到粗产品；

(4)将步骤(3)得到的粗产品代替步骤(1)中的单分散多孔微球，重复步骤(1)至(3)三次，最终得到磁性多孔微球。

实施例4制备DR-PAA包覆的磁性多孔微球

(1)制备DR：将100ml浓硫酸置于冰浴条件下，向浓硫酸中加入20g4-氨基二苯胺重氮硫酸氢盐；然后逐批次缓慢加入聚甲醛1g，反应24h；得到的产物倒冰水中，抽滤，收集滤液，向滤液中缓慢加入饱和ZnCl

将10g磁性多孔微球分散于100ml DR(1mg/ml)溶液中超声分散10min，然后搅拌3h，使用去离子水清洗三次，洗去微球表面多余的DR，得到包覆DR的磁性多孔微球；

(2)将包覆DR的磁性多孔微球加入到PAA(聚邻苯二甲酰胺，1mg/ml)溶液中超声分散10min，搅拌2h，自组装PAA层，然后使用去离子水清洗三次，洗去多余PAA；

(3)将步骤(2)得到的微球置于紫外光或可见光下曝光12h，完成共价包覆与羧基化，得到DR-PAA包覆的磁性多孔微球。

实施例5制备光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球

(1)将1g实施例3制备的磁性多孔微球分散于10ml氯仿溶液中超声分散，加入量子点混合均匀挥发溶剂即可得到量子点荧光微球，调整量子点类型或数量即可得到磁性量子点编码微球；

(2)将10g实施例3制备的磁性多孔微球分散于300ml的SDS(质量分数0.25％)溶液中超声分散，加入荧光染料(疏水性染料如：CY5和R6G)的二氯甲烷溶液(0.1mg/ml)中，混合均匀，挥发二氯甲烷即可得到染料荧光微球，调整调整荧光染料类型或数量即可得到荧光编码微球；

(3)将500mg磁性量子点微球或染料荧光微球分散于DR溶液(1mg/ml)中超声分散吸附DR，用水洗去表面多余DR；

(4)然后将步骤(3)得到的微球加入到PAA溶液(1mg/ml)中自组装PAA层，然后洗去多余PAA；

(5)然后将步骤(4)得到的微球放置于可见光下即可完成共价包覆与羧基化，得到磁性量子点微球或染料荧光微球。

参照图2，为制备的磁性多孔微球的扫面电镜图，可以看出，微球尺寸均匀。

参照图3，为制备得到的光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的扫面电镜图；图4为该光敏性重氮树脂包覆的荧光编码磁性微球的磁滞回线；图5为CY5和R6G荧光编码磁性微球的流式检测结果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。