專利名稱：一種基于二茂鐵疏水相互作用制備單一聚電解質(zhì)微膠囊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備中空微膠囊的方法。尤其是利用二茂鐵疏水相互作用制備 單一聚電解質(zhì)微膠囊的方法。
背景技術(shù)：
微膠囊是通過(guò)成膜物質(zhì)將囊內(nèi)空間與囊外空間隔離開(kāi)以形成特定幾何結(jié)構(gòu)的物 質(zhì)。微膠囊的形狀以球形結(jié)構(gòu)為主，也可為卵圓形、正方形或長(zhǎng)方形、多角形及各種不 規(guī)則形狀。傳統(tǒng)微膠囊尺寸大小通常在微米至毫米級(jí)，壁厚在亞微米至幾百微米。微膠 囊在食品、藥物、化妝品、生物工程和組織工程中都有十分重要的應(yīng)用。微膠囊的制備 方法有很多。根據(jù)囊壁形成的原理，微膠囊的傳統(tǒng)制備技術(shù)大體可分為三類利用反應(yīng) 生成囊壁的化學(xué)方法、利用相分離形成囊壁的物理化學(xué)方法和利用機(jī)械或其它物理作用 形成囊壁的物理方法。囊壁通常由天然或合成的高分子材料組成，也可是無(wú)機(jī)化合物。近年來(lái)，又發(fā)展了許多新的微膠囊的制備方法，如模板組裝、模板聚合、表面 接枝聚合、分散聚合等。其中，以膠體微粒為模板，利用層層自組裝技術(shù)在模板微粒上 組裝聚合物超薄膜，去除模板后制備的微膠囊具有結(jié)構(gòu)和性能可控、易賦予各種獨(dú)特功 能等特點(diǎn)。層層自組裝的驅(qū)動(dòng)力主要有靜電力、氫鍵、疏水力等。其中，通過(guò)靜電相互 作用形成的微膠囊，其制備過(guò)程可在水中進(jìn)行，能夠避免對(duì)環(huán)境的污染。所得微膠囊的 尺寸由模板預(yù)先控制，而其壁厚可控制在納米尺度內(nèi)。微膠囊的滲透性以及包埋物質(zhì)的 釋放性能可以通過(guò)環(huán)境條件如溫度、離子種類和離子強(qiáng)度、pH值、溶液性質(zhì)、光、電、 聲等進(jìn)行控制。因此在藥物控制釋放、酶的包埋與催化反應(yīng)、組織工程等領(lǐng)域顯示了十 分重要的應(yīng)用前景。但是，該制備方法存在步驟多、耗時(shí)長(zhǎng)、浪費(fèi)原料的缺點(diǎn)，這些缺 點(diǎn)限制了其推廣和應(yīng)用，尤其是難以適應(yīng)大規(guī)?？焖僦苽涞囊?。同時(shí)，微膠囊的尺寸 和滲透性通過(guò)氧化還原反應(yīng)得到調(diào)控，未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)便、快速的基于二茂鐵疏水相互作用制備單一聚電 解質(zhì)微膠囊的方法。1. 一種基于二茂鐵疏水相互作用制備單一含胺基聚電解質(zhì)微膠囊的方法，該方 法包括以下步驟1)將Ca(N03)2和Na2C03分別配成0.33M水溶液，向Ca(N03)2水溶液中加入 含胺基聚電解質(zhì)，含胺基聚電解質(zhì)在Ca(N03)2水溶液中的濃度為1-lOmg/mL，攪拌使其 混合均勻；在磁力攪拌下向其中加入Na2C03水溶液，Na2C03水溶液與Ca (N03) 2水溶液 的體積比為1 1，持續(xù)攪拌，然后靜置反應(yīng)，收集所得微粒，洗滌，得到摻雜含胺基聚 電解質(zhì)的CaC03微粒；2)將步驟1)所得摻雜有含胺基聚電解質(zhì)的010)3微粒放入濃度為5-40mg/mL的二茂鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩1-5小時(shí)，然后離心， 用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩 30-60分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.02-0.2mol/L的乙二胺 四乙酸溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的單一含胺基聚電解質(zhì)的中空微膠囊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二茂鐵疏水相互作用制備單一含胺基聚電解質(zhì)微膠 囊的方法，其特征是所說(shuō)的含胺基聚電解質(zhì)為聚烯丙基胺(PAH)或聚賴氨酸(PLL)。本發(fā)明的原理是首先將含胺基聚電解質(zhì)PAH或PLL摻雜在CaCO3膠體粒子 中。禾U用聚電解質(zhì)PAH或PLL中的氨基與二茂鐵甲醛(Fc-CHO)中的醛基通過(guò)西弗堿反 應(yīng)制備二茂鐵甲醛修飾的PAH(PAH-Fc)或二茂鐵甲醛修飾的PLL(PLL-Fc)。在此基礎(chǔ) 上將西弗堿還原，使其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于二茂鐵是一種疏水的有機(jī)分子，因此當(dāng)在水 溶液中去掉膠體粒子模板后，二茂鐵會(huì)自發(fā)地聚集形成疏水微區(qū)，同時(shí)在親水的聚電解 質(zhì)PAH或PLL的保護(hù)下，PAH-Fc或PLL-Fc通過(guò)分子鏈運(yùn)動(dòng)能夠形成完整的微膠囊。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，可控性好，材料來(lái)源廣泛，適 于中空微膠囊的快速大量制備。由于二茂鐵是具有良好氧化還原性質(zhì)的有機(jī)分子，因此 本發(fā)明中含有二茂鐵修飾的單一聚電解質(zhì)微膠囊也具有良好的氧化還原響應(yīng)性。例如， 當(dāng)向微膠囊的懸浮液中加入較低濃度的氧化劑時(shí)，二茂鐵由于被氧化而帶正電，從而使 疏水相互作用力降低，微膠囊尺寸膨脹。膨脹前后直徑差可以達(dá)到一倍。加入較低濃度 的還原劑時(shí)，氧化的二茂鐵重新被還原，疏水相互中用力增強(qiáng)，從而使微膠囊的尺寸收 縮。同時(shí)微膠囊的滲透性能也隨著氧化還原反應(yīng)的過(guò)程而精確調(diào)控。在微膠囊氧化膨脹 時(shí)，微膠囊的滲透性能增強(qiáng)，生物大分子或藥物分子可以容易地進(jìn)出微膠囊；當(dāng)微膠囊 還原收縮時(shí)，微膠囊滲透性能減弱，生物大分子或藥物分子被包埋在微膠囊內(nèi)或隔絕在 微膠囊囊壁外。通過(guò)改變氧化劑的濃度，微膠囊包埋生物大分子或藥物分子后的釋放速 率可以得到準(zhǔn)確的控制。


圖1是摻雜有PAH的CaCO3微粒的掃描電鏡照片。圖2是PAH-Fc微膠囊干燥后的掃描電鏡照片。圖3是PAH-Fc微膠囊干燥后的掃描電鏡照片。圖4是PAH-Fc微膠囊的激光共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，并加入 少量熒光素進(jìn)行標(biāo)記。圖5是PAH-Fc微膠囊的激光共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，并加入 少量熒光素進(jìn)行標(biāo)記。圖6是PLL-Fc微膠囊的激光共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，并加入少 量熒光素進(jìn)行標(biāo)記。圖7是PLL-Fc微膠囊干燥后的掃描電鏡照片。圖8是PLL-Fc微膠囊的激光共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，并加入少 量熒光素進(jìn)行標(biāo)記。圖9是PLL-Fc微膠囊干燥后的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但這些實(shí)例并不用來(lái)限制本發(fā)明。實(shí)施例11)將 Ca(N03)2 和 Na2C03 分別配成 0.33M 水溶液，取 100mL Ca(N03)2 溶液中 加入PAH，PAH在Ca(N03)2溶液中的濃度為2mg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌 下迅速向其中加入100mLNa2COjK溶液，持續(xù)攪拌40秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成 的所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到直徑約為5.5微米的CaC03 微粒，其掃描電鏡照片見(jiàn)圖1;這種CaC03微粒即為以PAH摻雜的膠體粒子的模板。2)將步驟1)所得摻雜有PAH的CaC03微粒放入20mL濃度為20mg/mL的二茂 鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩3小時(shí)進(jìn)行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩40分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為O.lmol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PAH的中空微膠囊，其掃描電鏡照片見(jiàn)圖2。實(shí)施例21)將Ca(N03)2和Na2C03分別配成0.33M水溶液，取70mL Ca(N03)2溶液中加 入PAH，PAH在Ca(N03)2溶液中的濃度為5mg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌下 迅速向其中加入70mLNa2COyK溶液，持續(xù)攪拌50秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成的 所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到以PAH摻雜的膠體01(03微 粒。2)將步驟1)所得摻雜有PAH的CaC03微粒放入30mL濃度為10mg/mL的二茂
鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩4小時(shí)進(jìn)行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩30分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PAH的中空微膠囊，其掃描電鏡照片見(jiàn)圖3。實(shí)施例31)將Ca(N03)2和Na2C03分別配成0.33M水溶液，取50mL Ca(N03)2溶液中加 入PAH，PAH在Ca(N03)2溶液中的濃度為lOmg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌 下迅速向其中加入50mLNa2COwK溶液，持續(xù)攪拌60秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成 的所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到以PAH摻雜的膠體CaC03 微粒。2)將步驟1)所得摻雜有PAH的CaC03微粒放入20mL濃度為30mg/mL的二茂
鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩4小時(shí)進(jìn)行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩30分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PAH的中空微膠囊，其激光共聚焦顯微鏡照片見(jiàn)圖4。
實(shí)施例41)將Ca (NO3) JPNa2CO3分別配成0.33M水溶液，取150mL €&飯03)2溶液中加 入PAH，PAH在Ca(NO3)2溶液中的濃度為lOmg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌 下迅速向其中加入150mL Na2COVK溶液，持續(xù)攪拌60秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成 的所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到以PAH摻雜的膠體CaCO3 微粒。2)將步驟1)所得摻雜有PAH的CaCO3微粒放入40mL濃度為30mg/mL的二茂 鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩6小時(shí)進(jìn)行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩60分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PAH的中空微膠囊，其激光共聚焦顯微鏡照片見(jiàn)圖5。實(shí)施例51)將 Ca(NO3)2 和 Na2CO3 分別配成 0.33M 水溶液，取 IOOmL Ca(NO3)2 溶液中 加入PLL，PLL在Ca(NO3)2溶液中的濃度為2mg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌 下迅速向其中加入IOOmL Na2COjK溶液，持續(xù)攪拌40秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成 的所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到以PLL摻雜的膠體CaCO3 微粒。2)將步驟1)所得摻雜有PLL的CaCO3微粒放入20mL濃度為20mg/mL的二茂 鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩3小時(shí)進(jìn)行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩40分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為O.lmol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PLL的中空微膠囊，其激光共聚焦顯微鏡照片見(jiàn)圖6。實(shí)施例61)將Ca(NO3)2和Na2CO3分別配成0.33M水溶液，取70mL Ca(NO3)2溶液中加 入PLL，PLL在Ca(NO3)2溶液中的濃度為5mg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌下 迅速向其中加入70mL Na2COyK溶液，持續(xù)攪拌50秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成的 所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到以PLL摻雜的膠體CaCO3微 粒。2)將步驟1)所得摻雜有PLL的CaCO3微粒放入30mL濃度為10mg/mL的二茂
鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩4小時(shí)進(jìn)行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩30分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PLL的中空微膠囊，其掃描電鏡照片見(jiàn)圖7。實(shí)施例71)將Ca(NO3)2和Na2CO3分別配成0.33M水溶液，取50mL Ca(NO3)2溶液中加 入PLL，PLL在Ca(NO3)2溶液中的濃度為lOmg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌下迅速向其中加入50mLNa2COwK溶液，持續(xù)攪拌60秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成 的所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到以PLL摻雜的膠體CaC03 微粒。2)將步驟1)所得摻雜有PLL的CaC03微粒放入20mL濃度為30mg/mL的二茂 鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩4小時(shí)進(jìn)行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩30分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PLL的中空微膠囊，其激光共聚焦顯微鏡照片見(jiàn)圖8。實(shí)施例81)將 Ca(N03)2 和 Na2C03 分別配成 0.33M 水溶液，取 150mL Ca(N03)2 溶液中 加入PLL，PLL在Ca(N03)2溶液中的濃度為lOmg/mL，攪拌使其混合均勻；在磁力攪拌 下迅速向其中加入150mLNa2COvK溶液，持續(xù)攪拌60秒，然后讓其靜置反應(yīng)，直至生成 的所有微粒完全沉淀；將所得微粒離心收集，水洗3次，得到以PLL摻雜的膠體CaC03 微粒。2)將步驟1)所得摻雜有PLL的CaC03微粒放入40mL濃度為30mg/mL的二茂 鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩6小時(shí)進(jìn)行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗堿反應(yīng)。然后離心，用乙醇洗滌并分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩60分鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.2mol/L的乙二胺四乙酸 溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的PLL的中空微膠囊，其掃描電鏡照片見(jiàn)圖9。
權(quán)利要求
1.一種基于二茂鐵疏水相互作用制備單一含胺基聚電解質(zhì)微膠囊的方法，該方法包 括以下步驟1)將Ca(NO3)2和Na2CO3分別配成0.33M水溶液，向Ca(NO3)2水溶液中加入含胺 基聚電解質(zhì)，含胺基聚電解質(zhì)在Ca(N03)2水溶液中的濃度為l-10mg/mL，攪拌使其混合 均勻；在磁力攪拌下向其中加入Na2COyK溶液，Na2COyK溶液與Ca(NO3)2水溶液的體 積比為1 1，持續(xù)攪拌，然后靜置反應(yīng)，收集所得微粒，洗滌，得到摻雜含胺基聚電解 質(zhì)的CaCO3微粒；2)將步驟1)所得摻雜有含胺基聚電解質(zhì)的CaCO3微粒放入濃度為5-40mg/mL的二 茂鐵甲醛的甲醇溶液中，振蕩形成懸浮液，并持續(xù)振蕩1-5小時(shí)，然后離心，用乙醇洗 滌并分散膠體粒子。向膠體粒子的乙醇懸浮液中加入過(guò)量NaBH4溶液，并振蕩30-60分 鐘，然后離心，用水洗滌并分散膠體粒子；3)向步驟2)所得到的膠體粒子的懸浮液中加入濃度為0.02-0.2mol/L的乙二胺四乙 酸溶液，得到囊壁為二茂鐵修飾的單一含胺基聚電解質(zhì)的中空微膠囊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二茂鐵疏水相互作用制備單一含胺基聚電解質(zhì)微膠囊的 方法，其特征是所說(shuō)的含胺基聚電解質(zhì)為聚烯丙基胺或聚賴氨酸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的基于二茂鐵疏水相互作用制備單一聚電解質(zhì)微膠囊的方法。是以聚電解質(zhì)摻雜的膠體粒子為模板，利用聚電解質(zhì)中帶有的胺基與二茂鐵甲醛反應(yīng)，并將形成的西弗堿化學(xué)鍵用硼氫化鈉還原成亞胺鍵，得到二茂鐵修飾的聚電解質(zhì)。將膠體粒子去除，得到囊壁為二茂鐵修飾的單一聚電解質(zhì)微膠囊。本發(fā)明制備的微膠囊可以將摻雜在膠體粒子中的聚電解質(zhì)大量保留在微膠囊中，從而使微膠囊具有很厚的囊壁并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。同時(shí)由于二茂鐵所具有的良好的氧化還原特性，微膠囊也具有靈敏的氧化還原響應(yīng)性。利用這一特點(diǎn)，微膠囊可以實(shí)現(xiàn)氧化還原調(diào)控的分子包埋與釋放。采用本發(fā)明方法制備的微膠囊在納米材料、藥物釋放、生物傳感器等方面有非常廣闊的潛在應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B01J13/02GK102008924SQ20101029891
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者王志鵬, 高長(zhǎng)有 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)