微米级多孔磁性微球及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 微米级多孔磁性微球及其制备方法和应用 (Micron-sized porous magnetic microsphere and preparation method and application thereof ) 是由 周丽 马春青 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种微米级多孔磁性微球的制备方法,包括如下步骤：步骤一,通过分散法制备种子微球；步骤二,沉积磁性微粒；步骤三,磁性颗粒进行表面SiO-(2)涂敷；步骤四,进行种子溶胀共聚,得到溶胀微球；步骤四,按照顺序重复步骤二的沉积磁性颗粒到步骤四的的种子溶胀共聚的步骤,得到微米级多孔磁性微球。本发明的有益效果是：本发明采用多步溶胀共聚法和化学沉淀法结合的方法,获得一种微米级多孔磁性微球,此多孔磁性材料具有高强度、高比表面、耐酸碱等优良特性,使其在生物小分子领域应用广泛,与自动化仪器结合时能带来更大的优势聚。(The invention provides a preparation method of micron-sized porous magnetic microspheres, which comprises the following steps: step one, preparing seed microspheres by a dispersion method; depositing magnetic particles; step three, performing surface SiO on the magnetic particles 2 Coating; step four, carrying out seed swelling copolymerization to obtain swelling microspheres; and step four, repeating the steps from the magnetic particle deposition in the step two to the seed swelling copolymerization in the step four in sequence to obtain the micron-sized porous magnetic microsphere. The invention has the beneficial effects that: the invention adopts a method combining a multi-step swelling copolymerization method and a chemical precipitation method to obtain the productThe porous magnetic material has the excellent characteristics of high strength, high specific surface area, acid and alkali resistance and the like, so that the porous magnetic material is widely applied to the field of biological micromolecules and can bring greater advantages when being combined with an automatic instrument.)
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，更具体地说涉及一种微米级多孔磁性微球及其制备方法和应用。
背景技术
生物样品前处理是指通过物理化学手段将目标化合物与生物介质(如血浆、组织、尿液等)分离的方法。随着药学学科的不断发展，新的活性化合物不断涌现，需进行药物动力学评价的药物数量越来越多，这更迫切要求体内药物分析技术能够在短时间内实现高通量分析和快速的前处理。
传统的前处理方法主要是采用固相萃取技术和96孔板的结合方式，通量虽增加到96位，但是繁琐的人工操作步骤、费时长、收率低、误差大，很难实验自动化操作。磁分离技术可通过磁场的增加或消失来吸附和释放磁性微球，从而实现生物样品的分离和纯化。
目前，生物纳米磁珠外表面带有羧基、氨基，在大分子检测领域的应用越来越广泛，但生物纳米磁珠外表面太小的问题，几乎不能应用在生物小分子的前处理上。
本发明采用多步溶胀共聚法和化学沉淀法结合的方法，获得一种微米级多孔磁性材料，此多孔磁性材料具有高强度、高比表面、耐酸碱等优良特性，使其在生物小分子领域应用广泛，与自动化仪器结合时能带来更大的优势。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种微米级多孔磁性微球及其制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种微米级多孔磁性微球的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，通过分散法制备种子微球；
步骤二，将磁性颗粒沉积于所述步骤一中的种子微球表面，形成磁性复合微球；
步骤三，对步骤二中得到的磁性复合微球进行表面SiO2涂敷，得到表面附着SiO2的复合微球；
步骤四，对所述步骤三中的磁性复合微球进行种子溶胀共聚，得到溶胀微球；
步骤五，按照顺序重复所述步骤二的沉积到所述步骤四的种子溶胀共聚的步骤，得到微米级多孔磁性微球。
优选地，所述步骤一中的分散法制备高分子微球的具体方法为：将分散剂溶于醇中，氮气除氧、搅拌、加热、再加入溶有引发剂的含乙烯双键单体，反应6小时以上，反应结束后冷却至室温。
由上述任一方案优选的是，所述步骤一中的所述种子微球的粒径为1nm-5um。
由上述任一方案优选的是，所述步骤三中SiO2表面涂敷的具体方法为：将单种子溶胀后高分子微球加入到分散液中，加入浓氨水或5-20M浓氢氧化钠碱液、正硅酸乙酯反应完成后，经洗剂得到表面附着SiO2的复合微球。
由上述任一方案优选的是，所述步骤四中的种子溶胀共聚的具体方法为：
第一步，将步骤三制备的磁性复合微球悬浮在含有稳定剂的水溶液中；
第二步，将乙烯类单体、共聚单体、引发剂和致孔剂充分混合，加入到溶有稳定剂和表面活性剂的水溶液中，高速均质搅拌，制成纳米乳液；
第三步，将所述第二步制备好的所述乳液用滴液漏斗缓慢滴加到所述第一步中的水溶液中，滴加溶胀，加热聚合反应，一步溶胀共聚完成。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中所述乙烯类单体和所述共聚单体分别为苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸基质、丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮中的任一种。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧苯甲酸叔丁酯、偶氮二异丁腈中的任一种。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中所述致孔剂为甲苯、正庚烷、液体石蜡中的任一种。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中的所述聚合物电解质是十六烷基三甲基溴化铵、聚二癸基二甲基氯化铵、聚三甲基烯丙基氯化铵、聚二癸基二甲基氯化铵中的任一种。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中所述的稳定剂为水溶性纤维素醚、聚乙烯基吡咯烷酮或羟丙基纤维素位阻稳定剂中的任一种。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中的所述乙烯类单体、所述共聚单体、所述引发剂、所述致孔剂之间的重量百分比为：20-60:10-60:0.2-1.5:100-600。
由上述任一方案优选的是，所述第二步中的所述乙烯类单体、所述稳定剂、所述表面活性剂、所述水之间的重量百分比为：20-80:0.05-0.5:0.5-5:50-500。
由上述任一方案优选的是，所述第三步中所述高速均质机搅拌，搅拌时间为0.2-10min，乳化液粒径为1-200nm。
由上述任一方案优选的是，得到的微米级多孔磁性微球的粒径为0.2um-150um，比表面积10-800m2/g，平均孔径为0.5-15nm。
一种利用微米级多孔磁性微球的制备方法制备的微米级多孔磁性微球，其特征在于：包括种子微球，种子微球的外表面溶胀共聚多层磁性颗粒，所述二氧化硅的外层溶胀共聚有机共聚单体。
优选地，该微球的粒径为0.2um-150um，比表面积10-800m2/g，平均孔径为0.5-15nm。优选地2um-150um，比表面积200-800m2/g，平均孔径为2-15nm。
微米级多孔磁性微球应用于制备高聚物磁性微球。
本发明的有益效果为：
本发明提供了本发明采用多步溶胀共聚法和化学沉淀法结合的方法，获得一种微米级多孔磁性材料，此多孔磁性材料具有高强度、高比表面、耐酸碱等优良特性，使其在生物小分子领域应用广泛，与自动化仪器结合时能带来更大的优势。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
一、制备方法
一种微米级多孔磁性微球的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，通过分散法制备种子微球；所述步骤一中的分散法制备高分子微球的具体方法为：将分散剂溶于醇中，氮气除氧、搅拌、加热、再加入溶有引发剂的含乙烯双键单体，反应6小时以上，反应结束后冷却至室温。所述步骤一中的所述种子微球的粒径为200nm-5um，优选地，粒径为1-2um。分散法聚合方式的聚合体系为乙醇、乙腈、水、甲苯、甲醇；具体地，步骤一种子微球所用乙烯双键单体为苯乙烯、二乙烯苯、乙酸乙烯酯、丙烯酸酯中其中的一个或两个通过乳液聚合合成。
步骤二，将四氧化三铁沉积于所述步骤一中的种子微球表面，形成磁性复合微球；步骤二种子微球表面沉积一层四氧化三铁是通过FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O通过共沉淀法合成，Fe3O4纳米粒子粒径为10-100nm；Fe2+/Fe3+比率范围0.5-3，反应温度50-90℃。
步骤三，对所述步骤二中得到的磁性复合微球在碱性环境下水解对表面进行SiO2表面涂敷，以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂和结构导向剂，上步骤的磁性球形微球分散在微乳液(乙醇/水)中，正硅酸乙酯(TEOS)形成油滴，通过氨水使TEOS水解聚合，合成表面附着SiO2的复合微球；
该步骤三中SiO2表面涂敷的具体方法为：将单种子溶胀后高分子微球加入到分散液中，加入浓氨水或5-20M浓氢氧化钠碱液、正硅酸乙酯反应完成后，经洗剂得到表面附着SiO2的复合微球。
步骤四，对所述步骤三中的涂敷SiO2磁性复合微球进行种子溶胀共聚，得到溶胀微球；
步骤五，按照顺序重复所述步骤二的沉积到所述步骤四的种子溶胀共聚的步骤，在循环至最后一次种子溶胀共聚后，采用常规方法，过滤、抽提、清洗、磁吸等步骤，测定其粒径及粒径分布、比表面积，可得到得到微米级多孔磁性微球，
其中，所述步骤四中的种子溶胀共聚的具体方法为：
第一步，将步骤三制备的磁性复合微球悬浮在含有稳定剂的水溶液中；
第二步，将乙烯类单体、共聚单体、引发剂和致孔剂充分混合，加入到溶有稳定剂和表面活性剂的水溶液中，所述高速均质机搅拌制成纳米乳液，搅拌时间为3-10min，乳化液粒径为10-200nm；所述的稳定剂为水溶性纤维素醚、聚乙烯基吡咯烷酮或羟丙基纤维素位阻稳定剂中的任一种；所述乙烯类单体、所述共聚单体、所述引发剂、所述致孔剂之间的重量百分比为：20-60:10-60:0.2-1.5:100-600；所述乙烯类单体、所述稳定剂、所述表面活性剂、所述水之间的重量百分比为：20-80:0.05-0.5:0.5-5:50-500。
其中，所述乙烯类单体和所述共聚单体分别为苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸基质、丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮中的任一种。
所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧苯甲酸叔丁酯、偶氮二异丁腈中的任一种。
所述致孔剂为甲苯、正庚烷、液体石蜡中的任一种。
所述聚合物电解质是十六烷基三甲基溴化铵、聚二癸基二甲基氯化铵、聚三甲基烯丙基氯化铵、聚二癸基二甲基氯化铵中的任一种。
第三步，将所述第二步制备好的所述乳液用滴液漏斗缓慢滴加到所述第一步中的水溶液中，滴加溶胀，加热聚合反应，一步溶胀共聚完成。
该微米级多孔磁性微球的制备方法得到的微米级多孔磁性微球的粒径为0.2um-150um，比表面积10-800m2/g，平均孔径为0.5-15nm。
二、该方法制备的微米级多孔磁性微球
一种利用微米级多孔磁性微球的制备方法制备的微米级多孔磁性微球，其特征在于：包括种子微球，种子微球的外表面溶胀共聚多层磁性颗粒，所述磁性颗粒的最外层包覆二氧化硅，所述二氧化硅的外层溶胀共聚有机共聚单体。
优选地，该微球的粒径为0.2um-150um，比表面积10-800m2/g，平均孔径为0.5-15nm。
三、该微米级多孔磁性微球的应用
微米级多孔磁性微球应用于制备高聚物磁性微球。
具体的，上述微米级多孔磁性微球经SiO2涂敷后，再进一步根据所需基团进行最终的溶胀聚合，苯基可直接用二乙烯苯、苯乙烯溶胀再次共聚，羧基可在共聚单体中添加丙烯酸、丙烯酸甲酯溶胀再次共聚，吡咯烷酮基团可在共聚单体中添加N-乙烯基吡咯烷酮再次共聚。
实施例1
1、种子微球的制备
将3.0g分散剂PVP、70g乙醇和30g水加入到250ml四口玻璃反应瓶中，在68℃油浴中搅拌预分散30min，通氮气置换反应器中的空气；然后将0.5gAIBN和10g单体苯乙烯配成溶液并注入到反应器中进行反应，70℃反应24h。反应结束后冷却至室温，备用，所得种子微球为1um。
2、Fe3O4沉积于微球表面
取的种子微球100ml，加入2升四口烧瓶，在四口反应瓶中再加入1000ml去离子水，搅拌30min。称取6.1g FeCl3·6H2O和3.8g FeCl2·4H2O加入搅拌溶液中溶解。通入高纯氮气30min除去反应体系的氧气，滴加入20ml28％浓氨水，70℃反应30min。反应结束后，冷却至室温，磁铁分离，超纯水清洗至中性，甲醇洗3次，50℃真空烘干。
3、种子溶胀共聚1
取上步磁性微球20g，加入1000ml四口烧瓶中，再加入0.6g羟丙基甲基纤维素和500ml水中，搅拌并加热至40℃，在40℃超声搅拌分散3小时。
将二乙烯苯10g、苯乙烯20g，甲苯40g与偶氮二异丁腈0.6g混合后，加入含有0.1g羟丙基甲基纤维素和1g Triton X-405的200ml水中，高速均质搅拌搅拌3min，获得乳浊液，在40℃下缓慢滴加到上述溶液中，共滴加1小时，滴加完成后再继续溶胀4小时。继续加热到88℃，进行聚合反应12小时。常规方法过滤、洗剂。所得共聚微球的粒径集中在2-2.5um之间，分布窄，比表面积为285m2/g。
4、溶胀微球表面二次沉积四氧化三铁
取种子溶胀后微球20g，加入1升四口烧瓶，在四口反应瓶中再加入500ml去离子水，搅拌30min。称取3.1g FeCl3·6H2O和1.9g FeCl2·4H2O加入搅拌溶液中，溶解。通入高纯氮气30min除去反应体系的氧气，滴加入10ml28％浓氨水，70℃反应30min。反应结束后，冷却至室温，磁铁分离，超纯水清洗至中性，甲醇洗3次，50℃真空烘干。
5、SiO2表面涂敷
取二次沉积后的微球20g，加入2000ml的四口瓶中，再加入700ml无水乙醇和300ml去离子水，超声分散30min。加入2.4g十六烷基三甲基溴化铵40℃搅拌反应1h，再加入2ml氨水搅拌10min，逐步滴加5gTEOS和30ml乙醇混合液，滴加完成后，40℃反应24小时。出料后磁性分离，甲醇洗三次，50℃烘干。
6、种子溶胀共聚2-羧基多孔磁珠微球
取上步磁性微球20g，加入1000ml四口烧瓶中，再加入0.6g羟丙基甲基纤维素和500ml水中，搅拌并加热至40℃，在40℃超声搅拌分散3小时。
将二乙烯苯10g、丙烯酸甲酯20g，甲苯40g与偶氮二异丁腈0.6g混合后，加入含有0.1g羟丙基甲基纤维素和1g Triton X-405的200ml水中，高速均质搅拌3min，获得乳浊液，在40℃下缓慢滴加到上述溶液中，共滴加1小时，滴加完成后再继续溶胀4小时。继续加热到82℃，进行聚合反应12小时。常规方法过滤、洗剂。
将上述溶胀后微球，加入1molNaOH 500ml水解4h。为羧基多孔磁珠微球。
所得共聚微球的粒径集中在8-9um之间，比表面积为525m2/g。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
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