專利名稱：聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法。
背景技術(shù)：
電噴霧化方法，是一種很重要的液體霧化技術(shù)。其原理是利用高壓靜電作為驅(qū)動(dòng)力，對(duì)目標(biāo)液體進(jìn)行霧化。該技術(shù)已經(jīng)廣泛用于噴墨打印，燃機(jī)噴油等。但是此技術(shù)使用的霧化對(duì)象都是低黏度，小分子的液體。得到的產(chǎn)物也都是液體顆粒，或者稱為氣溶膠(M.Cloupeauand B.Prunet-Foch.“Electrostatic spraying of liquidsMain functioningmodes，”J.Electr.25，165(1990).)目前，制備聚合物微、納米粒子的技術(shù)發(fā)展比較快。制備聚合物微、納米粒子的方法主要是用微乳液技術(shù)。即，在W/O/W或在O/W/O體系環(huán)境中制備微/納米粒子。但是，使用微乳液的方法有許多技術(shù)缺點(diǎn)。比如制備過程，特別是后處理比較麻煩，周期較長，而且往往需要加入一些非降解材料如表面活性劑(CTAB，P123)和聚合物(聚乙烯醇)。所以，尋求簡單、有效的方法制備微、納米粒子有現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備法，是將聚合物溶解在溶劑中，然后在高壓電場的作用下，把霧化對(duì)象替換成為高粘度的大分子溶液，結(jié)果電噴霧化得到超細(xì)的聚合物微、納米粒子。
本發(fā)明的聚合物微、納米粒子制備方法的步驟和條件如下A.配制聚合物溶液把聚合物和能溶解此聚合物的溶劑放入到一溶劑反應(yīng)容器中，使聚合物在溶劑中溶解。聚合物的溶解可以輔助以攪拌和加熱使之加速溶解。
聚合物溶液中聚合物的質(zhì)量濃度，決定于聚合物的分子量，在0.5-20％范圍，優(yōu)選2-10％，最好3-7％。
所選用的聚合物是水溶性聚合物；聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇或聚氧乙烯(PEO)或殼聚糖；可以是多糖類聚合物改性纖維素、淀粉、海藻酸鈉或透明植酸；可以是油溶性的可生物降解聚合物聚乳酸(PLA)、聚ε-己內(nèi)酯(PCL或聚乙交酯(PGA)；可以是丙交酯與乙交酯(PLGA)、丙交酯與ε-己內(nèi)酯或乙交酯與ε-己內(nèi)酯的無規(guī)或嵌段共聚物；可以是丙交酯與乙二醇、乙交酯與乙二醇或ε-己內(nèi)酯與乙二醇的兩親性嵌段共聚物。
本發(fā)明所使用的溶劑是水、氯仿、丙酮、二氯甲烷、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、乙腈或甲苯。
B.將配制的聚合物溶液進(jìn)行電噴霧化，獲得納米、微米粒子。
(1)、本發(fā)明采用的電噴霧化的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)式示意圖如圖1-1所示1霧化液容器，可以盛載聚合物溶液；2活塞式輸送泵；3電噴霧化口；4高壓靜電發(fā)生器；5接收電極板；6接地線。
其中，7是由電噴霧化口射出的霧化液射流。
圖1-2是圖1-1中7的放大圖。
其中，電噴霧化的設(shè)備的電噴霧化口3的直徑在0.05-5毫米范圍，優(yōu)選0.1-2毫米，最好0.5-1毫米。
電噴霧化設(shè)備是由一臺(tái)高壓靜電發(fā)生器4，一個(gè)接在高壓靜電發(fā)生器4的高壓端的噴霧造粒裝置和一個(gè)接在高壓發(fā)生器接地端的微粒接收板即接收電極板5；其中噴霧造粒裝置由霧化液容器1和噴霧口3組成，電噴液從電噴霧化口3流出速度均勻可調(diào)。電噴霧化口3到接收電極板5之間的距離3-50厘米，它們之間的電壓500-30,000伏。從電噴霧化口3流出的溶液，在高壓電場的作用下形成霧化液射流7。由于射出的溶液攜帶有高密度的同種電荷，會(huì)互相排斥，霧化液射流7在直線行進(jìn)一段距離(1-2厘米)后，開始霧化形成液體顆粒。隨著向接收電極板5運(yùn)動(dòng)，霧化的顆粒由于表面帶正電荷，會(huì)進(jìn)一步劈裂成更細(xì)小的微米至納米粒子。同時(shí)，在粒子霧化劈裂的過程中，粒子中的溶液會(huì)快速揮發(fā)而使液體顆粒很快固化成為聚合物固體顆粒。最后，在接收電極板5上收集到分散的聚合物微、納米粒子。
(2)、先將步驟A制備的聚合物溶液通過活塞式輸送泵2轉(zhuǎn)移到霧化液容器1中，然后通過高壓靜電發(fā)生器4對(duì)容器中的液體施加一高的靜電壓，由于靜電的作用，聚合物溶液從霧化液容器1的電噴霧化口3射出，射出的霧化液射流7會(huì)形成液體顆粒并向接收電極板5運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這些顆粒到達(dá)接收電極板5后，會(huì)干燥得到聚合物微、納米粒子。
本發(fā)明的電噴霧化條件要適當(dāng)控制，這些霧化條件包括a.溶液流出速度。電噴霧化口3射出溶液速度在0.01-20毫升/小時(shí)，優(yōu)選0.05-10毫升/小時(shí)，最好0.1-3毫升/小時(shí)。
b.施加高壓靜電的強(qiáng)度。高壓靜電發(fā)生器(4)對(duì)容器中的液體施加一高的靜電壓為500-30,000伏，優(yōu)選2000-20,000伏，最好4000-1,5000伏。
c.電噴霧化口3到接收電極板5的距離。距離在3-50厘米，優(yōu)選10-30厘米，最好15-30厘米。
d.用上述方式獲得的微、納米粒子，或多或少都?xì)埩羧軇?。殘留溶劑的存在是不利的。過多的殘留溶劑容易發(fā)生微粒融合和凝聚。所以在霧化過程中，采取措施降低微粒的殘留溶劑的是必要的。實(shí)際操作可以適當(dāng)提高環(huán)境溫度，即在霧化過程，可以在噴霧口與接受板間放一紅外燈；也可以把得到的粒子在室溫下真空干燥，除去粒子中殘留溶劑。
本發(fā)明的方法得到的聚合物微、納米粒子的直徑一般在0.02-500微米。其與傳統(tǒng)氣壓霧化工藝的區(qū)別之一，在于所制備的粒子直徑，在微米至納米量級(jí)，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)氣壓霧化工藝及普通方法制備的聚合物微粒。傳統(tǒng)的氣壓驅(qū)動(dòng)霧化工藝，所制備的粒子直徑一般在幾十微米到幾個(gè)毫米。
本發(fā)明的方法另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于聚合物從溶液狀態(tài)變成固體微、納米粒子狀態(tài)，僅需要不到1秒的時(shí)間。所以制備聚合物粒子的時(shí)間很短。
本發(fā)明的方法與乳液法相比，本發(fā)明提供的聚合物微、納米粒子不使用表面活性劑和其它添加劑，因而存在毒性的可能性更小。


圖1-1是本發(fā)明采用的電噴霧化的設(shè)備的結(jié)構(gòu)式示意圖。
圖1-2是圖1-1中7的放大圖。
圖2是PLGA微粒的SEM照片，是實(shí)施例1制備的超細(xì)粒子。
圖3是PLGA微粒的SEM照片，是實(shí)施例2制備的超細(xì)粒子。
圖4是PLGA微粒的SEM照片，是實(shí)施例9制備的超細(xì)粒子。
圖5是PLGA微粒的SEM照片，是實(shí)施例12制備的超細(xì)粒子。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.將丙交酯和乙交酯的無規(guī)共聚物PLGA(其質(zhì)量組成丙交酯80％，乙交酯20％，粘均分子量為3.83萬)0.5克溶于10毫升氯仿溶劑中，磁力攪拌使PLGA溶解。然后將溶液加入到電噴霧化裝置的霧化液容器1中，本實(shí)施例使用的霧化液容器是以20毫升的玻璃注射器改裝成的，注射器的活塞為活塞式輸送泵2，采用由直徑為1.0毫米的平口噴霧口3。噴霧口3連接高壓靜電發(fā)生器4的高壓一端，高壓靜電發(fā)生器4的接地端與超細(xì)粒子接收電極板5的接地端6相連接。溶液在電噴霧化口3處的流速為1.0毫升/小時(shí)，所施加的電壓為7000伏，兩極間的距離為25厘米。電噴霧化口3處的溶液受高電場的作用，形成液體射流7，然后射流劈裂成液體顆粒。在液體顆粒不斷進(jìn)一步劈裂的過程中，在液體顆粒中溶劑迅速揮發(fā)，因而最終在接收板上得到聚合物微、納米粒子。其直徑在納米至微米范圍。所得PLGA粒子的平均直徑約7.2微米，見圖2。
1霧化液容器，載有聚合物溶液；2活塞式輸送泵；3電噴霧化口；4高壓靜電發(fā)生器；5接收電極板；6接地。7霧化液射流。
實(shí)施例2.使用液體流速為0.1毫升/小時(shí)，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。產(chǎn)生了0.9和3.4微米的雙尺寸分布粒子，見圖3。
實(shí)施例3.使用液體流速為0.01，0.05，3.0，10和20毫升/小時(shí)，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑分別為0.8，1.9，12.2，26和45微米。
實(shí)施例4.PLGA(其質(zhì)量組成丙交酯80％，乙交酯20％，粘均分子量為3.83萬)在氯仿中的濃度為0.3和0.7克溶于10毫升氯仿溶劑中，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑分別為5.2和7.5微米。
實(shí)施例5.將聚乳酸(PLLA)(粘均分子量為16萬)在氯仿中的濃度為0.05克溶于10毫升氯仿溶劑中，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑分別為0.5微米。
實(shí)施例6.將聚乳酸(PLLA)(粘均分子量為8萬)在氯仿中的濃度為0.2克溶于10毫升氯仿溶劑中，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑分別為1.2微米。
實(shí)施例7.將聚乳酸(PLLA)(粘均分子量為0.8萬)在氯仿中的濃度為1和2克溶于10毫升氯仿溶劑中，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑分別為6.8和12.8微米。
實(shí)施例8.施加高壓靜電為500，2000，4000，15000，20000和30000伏，其它條件在與實(shí)施例1相同條件下制備聚合物粒子。所得粒子平均直徑在500伏為10.2微米；在2000至1500伏0均為7.2微米；在20000伏為6.5微米；在30000伏為5.9微米。
實(shí)施例9.兩極間的距離為3厘米，其它條件在與實(shí)施例1相同條，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子是粘連在一起的，見圖4。
實(shí)施例10.兩極間的距離為10，15，30，50厘米。其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑均為7.2微米。
實(shí)施例11.噴霧口的直徑為0.05，0.1，0.5和2.0毫米，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑均為7.2微米。
實(shí)施例12.0.5克PLGA溶解在5毫升氯仿及5毫升二甲基甲酰胺的混合溶劑中，其它條件在與實(shí)施例1相同條件下制備聚合物粒子。所得粒子平均直徑為0.9微米，見圖5。
實(shí)施例13.0.5克PLGA溶解在5毫升氯仿及5毫升四氫呋喃，或者5毫升丙酮，或者5毫升甲苯的混合溶劑中，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑分別為9.5，9.8和7.6微米。
實(shí)施例14.0.5克PLGA溶解在10毫升乙腈或二氯甲烷溶劑中，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。所得粒子平均直徑分別為8.1和10.2微米。
實(shí)施例15.將聚乳酸和聚乙二醇的嵌段共聚物PLA-PEG(粘均分子量為1.1萬，PLA分子量6000，PEG分子量5000)0.8克溶于10毫升二氯甲烷中，磁力攪拌使PLA-PEG溶解。其它條件在與實(shí)施例1相同，產(chǎn)生的粒子的平均直徑8.1微米。
實(shí)施例16.將其它油容性聚合物包括聚ε-己內(nèi)酯聚乳酸(粘均分子量為3.5萬)、丙交酯與乙二醇(粘均分子量為1.1萬，PLA分子量6000，PEG分子量5000)、乙交酯與乙二醇(粘均分子量為1.3萬，PGA分子量8000，PEG分子量5000)、ε-己內(nèi)酯與乙二醇(粘均分子量為1.5萬，PCL分子量10000，PEG分子量5000)的嵌段共聚物溶解在氯仿溶液中，其它條件在與實(shí)施例1相同條件下，產(chǎn)生了多分散的粒子，制備聚合物微、納米粒子。其直徑為0.8-15微米之間。
實(shí)施例17.將PVP K90 0.5克溶于10毫升去離子水中，磁力攪拌使PVP K90溶解。其它條件在與實(shí)施例1相同條件下，制備聚合物微、納米粒子。粒子的平均直徑1.5微米。
實(shí)施例18.將其它水容性聚合PEO(粘均分子量為1.5萬)、物殼聚糖、透明植酸、海藻酸鈉、淀粉或多糖類聚合物的改性纖維素溶解在去離子水溶液中，其它條件在與實(shí)施例1相同，制備聚合物微、納米粒子。其直徑均在0.5-20微米之間。
權(quán)利要求
1.一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，步驟和條件如下A.配制聚合物溶液把聚合物和能溶解此聚合物的溶劑放入到一溶劑反應(yīng)容器中使聚合物在溶劑中溶解；聚合物溶液中聚合物的質(zhì)量濃度，決定于聚合物的分子量，在0.5-20％范圍；所選用的聚合物是水溶性聚合物聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇或聚氧乙烯或殼聚糖；可以是多糖類聚合物改性纖維素、淀粉、海藻酸鈉或透明植酸；可以是油溶性的可生物降解聚合物聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯或聚乙交酯；可以是丙交酯與乙交酯、丙交酯與ε-己內(nèi)酯或乙交酯與ε-己內(nèi)酯的無規(guī)或嵌段共聚物；也可以是兩親性的丙交酯與乙二醇、乙交酯與乙二醇或ε-己內(nèi)酯與乙二醇的嵌段共聚物；本發(fā)明所使用的溶劑是水、氯仿、丙酮、二氯甲烷、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、乙腈或甲苯；B.將配制的聚合物溶液進(jìn)行電噴霧化，獲得納米、微米粒子(一)、本發(fā)明采用的特制的電噴霧化的設(shè)備，如圖1-1所示，其結(jié)構(gòu)為(1)是霧化液容器，載有聚合物溶液；(2)是活塞式輸送泵；(3)是電噴霧化口；(4)是高壓靜電發(fā)生器；(5)是接收電極板；(6)是接地線；電噴霧化設(shè)備是由一臺(tái)高壓靜電發(fā)生器4，一個(gè)接在高壓靜電發(fā)生器(4)的高壓端的噴霧造粒裝置和一個(gè)接在高壓發(fā)生器接地端的微粒接收板；其中噴霧造粒裝置由霧化液容器(1)和電噴霧化口(3)組成，電噴霧化口(3)到接收電極板(5)之間的距離3-50厘米，它們之間的電壓500-30,000伏，電噴霧化的設(shè)備的電噴霧化口(3)的直徑在0.05-5毫米范圍；(二)、先將步驟A制備的聚合物溶液，通過活塞式輸送泵(2)轉(zhuǎn)移到霧化液容器(1)中，然后通過高壓靜電發(fā)生器(4)對(duì)容器中的液體施加一高的靜電壓，由于靜電的作用，聚合物溶液從霧化液容器(1)的電噴霧化口(3)射出，電噴霧化口(3)射出溶液速度在0.01-20毫升/小時(shí)，射出的溶液形成霧化液射流(7)會(huì)形成液體顆粒并向接收電極板(5)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)這些顆粒到達(dá)接收電極板(5)后，會(huì)干燥獲得納米、微米粒子。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，電噴霧化溶液中聚合物的質(zhì)量濃度，優(yōu)選為2-10％。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，電噴霧化溶液中聚合物的質(zhì)量濃度，最好為3-7％。
4.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(一)，電噴霧化口(3)的直徑優(yōu)選0.1-2毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(一)，電噴霧化口(3)的直徑最好0.5-1毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，聚合物的溶解可以輔助以攪拌和加熱。
7.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(二)，電噴霧化口(3)射出溶液速度優(yōu)選0.05-10毫升/小時(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(二)，電噴霧化口(3)射出溶液速度最好0.1-3毫升/小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(一)，高壓靜電發(fā)生器(4)對(duì)容器中的液體施加一高的靜電壓優(yōu)選2000-20,000伏。
10.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(一)，高壓靜電發(fā)生器(4)對(duì)容器中的液體施加一高的靜電壓最好4000-1,5000伏。
11.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(一)，電噴霧化口(3)到接收電極板(5)的距離，優(yōu)選10-30厘米。
12.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟B(一)，電噴霧化口(3)到接收電極板(5)的距離最好15-30厘米。
13.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，所選用的聚合物是水溶性聚合物；聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇或聚氧乙烯或殼聚糖。
14.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的聚合物是多糖類聚合物改性纖維素、淀粉、海藻酸鈉或透明植酸。
15.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的聚合物是油溶性的可生物降解聚合物聚乳酸、聚ε-己內(nèi)酯或聚乙交酯。
16.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的聚合物是丙交酯與乙交酯、丙交酯與ε-己內(nèi)酯或乙交酯與ε-己內(nèi)酯的無規(guī)或嵌段共聚物。
17.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的聚合物是丙交酯與乙二醇、乙交酯與乙二醇或ε-己內(nèi)酯與乙二醇兩親性的嵌段共聚物。
18.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的溶劑是水。
19.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的溶劑是氯仿。
20.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的所選用的溶劑是丙酮。
21.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，所選用的溶劑是四氫呋喃。
22.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的溶劑是二氯甲烷。
23.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，其特征在于，所述的步驟A，選用的溶劑是二甲基甲酰胺。
24.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，特征在于，所述的步驟A，選用的溶劑是乙腈。
25.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，特征在于，所述的步驟A，選用的溶劑是甲苯。
26.如權(quán)利要求1所述的一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法，特征在于，在霧化過程中，把得到的粒子在室溫下，進(jìn)行真空干燥除去粒子中殘留溶劑。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種制備聚合物微、納米粒子的靜電噴霧制備方法。取一定配比聚合物溶于相應(yīng)的溶劑中；將制備的溶液轉(zhuǎn)移到含銳孔的載聚合物溶液容器中，然后在高壓靜場的作用下，將溶液電噴霧化成微米或納米粒子。和常用的微乳液方法制備微、納米粒子方法相比，該方法制備工藝簡單，設(shè)備成本低，可工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)；該方法制備得到粒子的直徑與通常工業(yè)干燥霧化造粒方法制備的小1－2個(gè)數(shù)量級(jí)，即產(chǎn)生的粒子直徑在微米至納米數(shù)量級(jí)之間。
文檔編號(hào)C08L67/04GK1916054SQ20061001713
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者莊秀麗, 洪友良, 陳學(xué)思, 景遐斌 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所