具有磁場和溫度雙重響應性的聚(n-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有磁響應性和溫度敏感性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法，先采用堿酸逐步處理的方法制備出具有溫度敏感性的聚合物多孔微球，再采用共沉淀法在多孔微球的表面及孔道內(nèi)原位生成Fe3O4納米粒子。本發(fā)明的有益效果是：聚合過程“一鍋”完成，后處理過程亦較簡單。聚N-異丙基丙烯酰胺骨架為復合體系提供了溫敏性，在多孔聚合物微球的表面及孔道內(nèi)原位生成的四氧化三鐵納米粒子為聚合物微球提供了良好的超順磁性，而且聚合物微球中的多孔結(jié)構(gòu)為其在生物醫(yī)藥控釋及磁靶向給藥方面提供了便利的條件。
【專利說明】具有磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種屬功能高分子材料領(lǐng)域，涉及一種具有磁響應性和溫度敏感性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，具有環(huán)境響應性的聚合物多孔微球已經(jīng)被廣泛應用于諸多領(lǐng)域，如:化學、細胞學、環(huán)境工程、生物技術(shù)和生物醫(yī)學工程等，因此發(fā)展新的聚合物多孔微球的制備方法顯得尤為重要。
[0003]文獻 I “Jiguang Zhang, Shengqing Xu, and Eugenia Kumacheva.PolymerMicrogels: Reactors for Semiconductor, Metal, and Magnetic Nanoparticles.Journalof the American Chemical Society.2004，126，7908~7914”公開了一種以聚合物微凝膠作為模板合成磁性納米粒子的方法，該方法是先合成聚(N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酸-丙烯酸羥乙酯)微凝膠，再用氫氧化鉀水溶液進行處理，得到內(nèi)部含有羧酸根離子的微凝膠，之后在該聚合物微凝膠內(nèi)部原位生成四氧化三鐵(Fe3O4)納米粒子。整個合成過程均在水溶液中進行，不使用有機溶劑，合成方法簡單、綠色；但所得微球不具有多孔結(jié)構(gòu)，限制了其在藥物包載、污染物吸附等方面的應用。
[0004]文獻2“L uiz Claudio de Santa Maria, Marcia C.A.M.Leite, Marcos A.S.Costaet al.Characterization of magnetic microspheres based on network styrene anddivinylbenzene copolymers.Materials Letters.2004, 58, 3001 ~3006”公開了一種在聚(苯乙烯-二乙烯基苯)微球表面生成磁性粒子的方法。該方法是先合成苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物微球，再在微球表面生成磁性鐵微粒。雖然該方法所得微球的粒徑分布較佳，且聚合在水溶液中進行，綠色環(huán)保，但是所選用的苯乙烯和二乙烯苯都是“硬”單體且不具有溫度敏感性。
[0005]文獻3 “艾凡榮，姚愛華，黃文g等.磁場-溫度雙重響應性復合微球的制備與表征.高等學?；瘜W學報.2010，31，1701~1705”，采用部分還原共沉淀法制備了 Fe3O4納米粒子，并用油酸對其表面進行了改性，通過無皂乳液聚合的方法將Fe3O4與溫敏性N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酰胺共聚物復合，得到了具有溫度和磁場雙重響應性的聚合物微球。該方法操作較為簡便，但所得到的聚合物微球為實心復合微球，不具備多孔結(jié)構(gòu)，且分散性較差，形貌不易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
[0007]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種具有磁響應性和溫度敏感性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)制備具有磁場和溫度雙重響應性的聚合物微球存在的微球的單分散性不佳以及應用范圍窄等方面的問題。[0008]技術(shù)方案
[0009]一種具有磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法，其特征在于步驟如下:
[0010]步驟1:將N-異丙基丙烯酰胺和N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺混合成水溶液，并向其中加入甲基丙烯酸單體；所述N-異丙基丙烯酰胺的濃度為6.7~6.8g/L ;所述N, N'-亞甲基雙丙烯酰胺的濃度為0.5~0.8g/L ;所述加入甲基丙烯酸單體的比例為溶液中N-異丙基丙烯酰胺單體重量的7.0~9.0% ;
[0011]步驟2:在油浴或水浴條件下加熱步驟I得溶液到70°C，同時通入氮氣，再注入引發(fā)劑引發(fā)聚合反應3~5min，溶液顏色變?yōu)闇\藍色后繼續(xù)密閉反應8~12h ;未出現(xiàn)淺藍色終止本次反應；所述加入引發(fā)劑為N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量2.3~3.0% ;
[0012]步驟3:將反應溶液溫度降至室溫，采用1:1稀釋的氨水將溶液的pH值調(diào)為9.00~10.00，密封攪拌2~4h ;再采用1:1稀釋的鹽酸將溶液的pH值調(diào)為2.00~4.00，密封攪拌2~4h ;最后將樣品裝入截留分子量20000~50000的透析袋中在室溫下純水透析48~72h ；
[0013]步驟4:采用1:1稀釋的氨水將溶液的pH值調(diào)到大于或等于6.00,通氮氣20min,加入甲基丙烯酸質(zhì)量15~25倍的七水硫酸亞鐵FeSO4.7H20，通氮攪拌5~7小時，將得到的溶液在氮氣氣氛下透析48~72h，每8h換一次水；
[0014]步驟5:透析結(jié)束后在通氮攪拌下加入甲基丙烯酸質(zhì)量1.5~2.5倍的亞硝酸鈉NaNO2，待NaNO2充分溶解后小于I分鐘之內(nèi)向其中加入甲基丙烯酸質(zhì)量240~280倍的氨水，攪拌4h，在氮氣氣氛下使用截留分子量為20000~50000的透析袋透析48_72h，置于冷凍干燥機進行冷凍干燥后得具有磁場和溫度雙重響應性的聚合物多孔微球。 [0015]所述的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨中的任一種。
[0016]有益效果
[0017]本發(fā)明提出的一種具有磁響應性和溫度敏感性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法，先采用堿酸逐步處理的方法制備出具有溫度敏感性的聚合物多孔微球，再采用共沉淀法在多孔微球的表面及孔道內(nèi)原位生成Fe3O4納米粒子。該方法步驟較少，制得的微球單分散性好，且多孔結(jié)構(gòu)使微球具有更靈敏的溫度響應性及大的包載能力，磁性納米顆粒的存在又使微球易于在磁場下實現(xiàn)快速分離。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:聚合過程“一鍋”完成，后處理過程亦較簡單。聚N-異丙基丙烯酰胺骨架為復合體系提供了溫敏性，在多孔聚合物微球的表面及孔道內(nèi)原位生成的四氧化三鐵納米粒子為聚合物微球提供了良好的超順磁性，而且聚合物微球中的多孔結(jié)構(gòu)為其在生物醫(yī)藥控釋及磁靶向給藥方面提供了便利的條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是實施例1所制磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球透射電鏡分析結(jié)果。
[0020]圖2是實施例1所制磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的磁滯回線。
[0021]圖3是實施例1所制磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球在pH = 5.0O的緩沖液中體積隨溫度變化的曲線。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0023]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:具有磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法，其特征是包含下述步驟。
[0024](I)配制濃度為6.7~6.8g/L的N-異丙基丙烯酰胺和濃度為0.5~0.8g/L的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺混合水溶液，并向其中加入甲基丙烯酸單體，加入比例為溶液中N-異丙基丙烯酰胺單體重量的7.0~9.0%。
[0025](2)將步驟⑴配制的溶液移入三口燒瓶中并在油浴或水浴條件下加熱到70°C，同時向其中通入氮氣，再向溶液中注入N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量2.3~3.0%的引發(fā)劑，開始引發(fā)聚合反應。
[0026](3)引發(fā)反應開始3~5min，步驟(2)溶液中生成預聚體并成核，溶液顏色變?yōu)闇\藍色，繼續(xù)密閉反應8~12h。
[0027](4)將步驟(3)溶液溫度降至室溫，在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的氨水將溶液的PH值調(diào)為9.00~10.00，密封攪拌2~4h，再在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的鹽酸將溶液的PH值調(diào)為2.00~4.00，密封攪拌2~4h。最后將樣品裝入截留分子量為20000~50000的透析袋中在室溫下純水透析48~72h。
[0028](5)用pH計測出步驟⑷溶液的pH，如果溶液的pH值大于或等于6.00則直接將溶液轉(zhuǎn)入三口燒瓶中，如果溶液的PH值小于6.00則在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的氨水將溶液的PH值調(diào)到大于或等于6.00，之后再將其轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，通氮氣20min，加入甲基丙烯酸質(zhì)量15~25倍的七水硫酸亞鐵(FeSO4.7Η20)，通氮攪拌過夜，將得到的溶液在氮氣氣氛下透析48~72h，每8h換一次水。透析結(jié)束后將透析液轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，在通氮攪拌的情況下加入甲基丙烯酸質(zhì)量1.5~2.5倍的亞硝酸鈉(NaNO2)，待NaNO2充分溶解后迅速向其中加入甲基丙烯酸質(zhì)量240~280倍的氨水，并強烈攪拌，液體變綠，2h后液體變黑，再攪拌2h即可。將得到的最終分散液在氮氣氣氛下使用截留分子量為20000~50000的透析袋透析48-72h，冷凍干燥后即得具有磁場和溫度雙重響應性的聚合物多孔微球。
[0029]所述的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨中的任一種。
[0030]所述的磁場響應性是指所得的最終產(chǎn)物表現(xiàn)為超順磁性。
[0031]所述的溫度響應性是指溫度范圍為20~60°C。
[0032]所述的微球粒徑為300~800nm。
[0033]具體實施例:
[0034]實施例1:在50mL純水中加入0.3397g的N-異丙基丙烯酰胺和0.0251g的N，N'-亞甲基雙丙烯酰 胺，待充分溶解后向其中加入25 μ L的甲基丙烯酸，將混合溶液倒入IOOmL三口燒瓶中置于70°C油浴中進行磁力攪拌并同時通入氮氣，20min后用注射器向溶液中加入濃度為2.5mg/mL的過硫酸銨水溶液3mL，3~5min后待溶液出現(xiàn)淡藍色，繼續(xù)通氮反應12h。反應結(jié)束后，攪拌冷卻至室溫，在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的氨水將溶液的PH值調(diào)為10.00，室溫下攪拌4h，再在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的鹽酸將溶液的PH值調(diào)為2.50，密封攪拌4h。再將樣品裝入截留分子量為20000的透析袋中在室溫下純水透析72h,每8h換一次水。
[0035] 用pH計測出透析后得到的溶液的pH = 7.10，故將溶液轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，通氮氣20min，加入0.5075g的七水硫酸亞鐵(FeSO4.7H20)，通氮攪拌過夜，將得到的溶液在氮氣氣氛下透析48h，每8h換一次水。透析結(jié)束后將透析液轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，在通氮攪拌的情況下加入0.0507g的亞硝酸鈉(NaNO2)，待NaNO2充分溶解后迅速向其中加入6.2mL的氨水，并強烈攪拌，液體變綠，2h后液體變黑，再攪拌2h即可。將得到的最終分散液在氮氣的氣氛下使用截留分子量為20000的透析袋透析48h，每8h換一次水。
[0036]所得到的微球粒徑為380~410nm，其經(jīng)磷鎢酸負染后的透射電鏡檢測結(jié)果見圖1。25°C下用振動樣品磁強計對該微球進行分析，微球呈現(xiàn)出良好的超順磁性，飽和磁化強度為12.5emu/g，磁滯回線見圖2。該微球還具有溫度敏感性，在pH = 5.00的緩沖液中經(jīng)紫外分光光度計測得體積隨溫度變化曲線見圖3。
[0037]實施例2:在IOOmL純水中加入0.7000g的N-異丙基丙烯酰胺和0.0800g的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，待充分溶解后向其中加入52 μ L的甲基丙烯酸，將混合溶液倒入250mL三口燒瓶中置于70°C油浴中進行磁力攪拌并同時通入氮氣，20min后用注射器向溶液中加入濃度為3mg/mL的過硫酸銨水溶液6mL，3~5min后待溶液出現(xiàn)淡藍色，繼續(xù)通氮反應10h。反應結(jié)束后，攪拌冷卻至室溫，在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的氨水將溶液的PH值調(diào)為9.90，室溫下攪拌3h，再在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的鹽酸將溶液的PH值調(diào)為2.00，密封攪拌3h。再將樣品裝入截留分子量為20000的透析袋中在室溫下純水透析72h,每8h換一次水。
[0038]用pH計測出透析后得到的溶液的pH = 6.50，故將溶液轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，通氮氣20min，加入1.0OOOg的七水硫酸亞鐵(FeSO4.7H20)，通氮攪拌過夜，將得到的溶液在氮氣氣氛下透析72h，每8h換一次水。透析結(jié)束后將透析液轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，在通氮攪拌的情況下加入0.1OOOg的亞硝酸鈉(NaNO2)，待NaNO2充分溶解后迅速向其中加入12.0mL的氨水，并強烈攪拌，液體變綠，2h后液體變黑，再攪拌2h即可。將得到的最終分散液在氮氣的氣氛下使用截留分子量為20000的透析袋透析48h，每8h換一次水。
[0039]所得到的微球粒徑為360~580nm，25°C下該微球呈現(xiàn)出良好的超順磁性。該微球亦具有溫度敏感性。
[0040]實施例3:在50mL純水中加入0.3390g的N-異丙基丙烯酰胺和0.0300g的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，待充分溶解后向其中加入27 μ L的甲基丙烯酸，將混合溶液倒入IOOmL圓底燒瓶中置于70°C油浴中進行磁力攪拌并同時通入氮氣，20min后用注射器向溶液中加入濃度為2.7mg/mL的過硫酸銨水溶液3mL，3~5min后待溶液出現(xiàn)淡藍色，繼續(xù)通氮反應9h。反應結(jié)束后，攪拌冷卻至室溫，在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的氨水將溶液的PH值調(diào)為10.20，室溫下攪拌3h，再在pH計監(jiān)測及磁力攪拌下用1:1稀釋的鹽酸將溶液的PH值調(diào)為2.00，密封攪拌4h。再將樣品裝入截留分子量為20000的透析袋中在室溫下純水透析72h,每8h換一次水。
[0041]用pH計測出透析后得到的溶液的pH = 7.10，故將溶液轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，通氮氣20min，加入0.5250g的七水硫酸亞鐵(FeSO4.7H20)，通氮攪拌過夜，將得到的溶液在氮氣氣氛下透析56h，每8h換一次水。透析結(jié)束后將透析液轉(zhuǎn)入到三口燒瓶中，在通氮攪拌的情況下加入0.0525g的亞硝酸鈉(NaNO2)，待NaNO2充分溶解后迅速向其中加入7.0mL的氨水，并強烈攪拌， 液體變綠，2h后液體變黑，再攪拌2h即可。將得到的最終分散液在氮氣的氣氛下使用截留分子量為20000的透析袋透析72h，每8h換一次水。
[0042]所得到的微球粒徑為350~430nm，25°C下該微球呈現(xiàn)出良好的超順磁性。該微球亦具有溫度敏感性。
【權(quán)利要求】
1.一種具有磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:將N-異丙基丙烯酰胺和N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺混合成水溶液，并向其中加入甲基丙烯酸單體；所述N-異丙基丙烯酰胺的濃度為6.7~6.8g/L ;所述N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺的濃度為0.5~0.8g/L ;所述加入甲基丙烯酸單體的比例為溶液中N-異丙基丙烯酰胺單體重量的7.0~9.0% ; 步驟2:在油浴或水浴條件下加熱步驟I得溶液到70°C，同時通入氮氣，再注入引發(fā)劑引發(fā)聚合反應3~5min，溶液顏色變?yōu)闇\藍色后繼續(xù)密閉反應8~12h ;未出現(xiàn)淺藍色終止本次反應；所述加入引發(fā)劑為N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量2.3~3.0% ; 步驟3:將反應溶液溫度降至室溫，采用1:1稀釋的氨水將溶液的pH值調(diào)為9.00~10.00，密封攪拌2~4h ;再采用1:1稀釋的鹽酸將溶液的pH值調(diào)為2.00~4.00，密封攪拌2~4h ;最后將樣品裝入截留分子量20000~50000的透析袋中在室溫下純水透析48~72h ； 步驟4:采用1:1稀釋的氨水將溶液的pH值調(diào)到大于或等于6.00,通氮氣20min,加入甲基丙烯酸質(zhì)量15~25倍的七水硫酸亞鐵FeSO4.7H20，通氮攪拌5~7小時，將得到的溶液在氮氣氣氛下透析48~72h，每8h換一次水； 步驟5:透析結(jié)束后在通氮攪拌下加入甲基丙烯酸質(zhì)量1.5~2.5倍的亞硝酸鈉NaNO2,待NaNO2充分溶解后小于I分鐘之內(nèi)向其中加入甲基丙烯酸質(zhì)量240~280倍的氨水，攪拌4h，在氮氣氣氛下使用截留分子量為20000~50000的透析袋透析48_72h，置于冷凍干燥機進行冷凍干燥后得具有磁場和溫度雙重響應性的聚合物多孔微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有磁場和溫度雙重響應性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸)多孔微球的制備方法，其特征在于:所述的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨中的任一種。
【文檔編號】C08K3/22GK103980525SQ201410211295
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】田威, 王嬌, 張衛(wèi)紅 申請人:西北工業(yè)大學