[发明专利]一种表面羧基功能化的核壳式磁性复合微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种核壳式磁性复合微球及其制备方法。

背景技术

近年来，多功能的纳米材料特别是磁性复合微球受到人们的广泛关注。由于磁性复合微球同时具有无机磁性物质的磁性以及有机高分子的表面可修饰性，可以在磁场的作用下快速、方便、高效地分离目标生物活性分子，从而在细胞分离、蛋白纯化、磁共振检测、磁靶向载药等领域有良好的应用前景。从应用的角度考虑，对于快速分离和磁共振检测来讲，理想的磁性微球应该同时具有均一的粒子尺寸、高磁响应性、表面富含功能基团等特性。

目前，通过乳液聚合方法（包括传统的乳液聚合、无皂乳液聚合、微乳液聚合和细乳液聚合）可以制备出不同结构的磁性聚合物复合微球。但是乳液聚合对于结构以及磁含量的控制相对较差。要获得结构较好、磁含量可控的复合微球，通常需要采用较多步骤进行制备。首先是对磁性纳米粒子包覆一层中间层二氧化硅，接着对二氧化硅表面用硅烷偶联剂进行修饰使其带有双键，然后再用沉淀聚合在其表面包覆另一层聚合物层。但是包覆中间层二氧化硅层会降低整个微球的磁饱和强度。为了解决这一问题，基于magneto-template和细乳液聚合的制备方法可以不用借助过渡层，直接在磁性纳米粒子表面包覆聚合物壳层，并且可以很好的控制微球的尺寸以及磁含量（Xia, A.; Hu, J. H.; Wang, C. C.; Jiang, D. L. Small2007, 3, 1811-1817.）。此方法虽然可以无需借助过渡层，但是只能用来制备壳层为疏水壳层的复合微球。因此，开发制备无需过渡层，壳层为亲水壳层的复合微球是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备过程简单、高效，磁含量高，表面富含功能的羧基官能团的核壳式磁性复合微球及其制备方法。

本发明针对背景技术中所存在的问题，提出了无需过渡层直接制备以无机磁性纳米晶团簇为核，聚甲基丙烯酸或聚丙烯酸为亲水壳层的核壳式磁性复合微球的制备方法。

本发明提出核壳式磁性复合微球的制备方法，具体步骤为： 

1、首先，以六水合三氯化铁、醋酸盐和柠檬酸盐为原料制备柠檬酸稳定的磁性纳米粒子团簇（简称磁簇）；

2、接着，使用溶胶凝胶法对磁簇表面进行修饰，使其表面带上活性的乙烯基官能团；

3、然后，以表面含有乙烯基的磁簇为种子，通过蒸馏沉淀聚合的方法在磁簇表面包覆一层致密的含羧基聚合物的交联网络，得到以磁簇为核、含羧基聚合物网络为壳的亲水性磁性聚合物复合微球。

本发明制备得到的磁性聚合物复合微球，粒径分布均一，结构规整，并且具有高磁响应性以及表面复含活性羧基官能团的特性。另外，此制备方法还可以精确的控制亲水壳层的厚度以及交联度。微球表面富含的羧基被进一步修饰后，可以特异性结合多种具有生物活性的目标分子，从而成为这些生物活性分子的磁性载体。因此，该核壳式复合微球是一种非常有应用前景的生物磁性分离材料。

本发明上述步骤的具体操作如下：

步骤1．将0.6 -5.4g六水合三氯化铁、1.2-16g醋酸盐和0.2-2g柠檬酸盐溶解在20-80ml乙二醇中，在120-170℃下机械搅拌0.5--2h，然后置于含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将反应釜放置于180-220℃的烘箱中16-48h，取出，用自来水使其冷却至室温；用磁分离分离出产物磁簇，并用无水乙醇洗涤除去未反应的反应物，最后将产物磁簇分散在无水乙醇中，备用； 

步骤2．将以上得到的产物、20-200ml无水乙醇、5-50ml去离子水、0.5-5ml氨水以及0.2-2g带双键的硅烷偶联剂（如KH 570）加入三口烧瓶中，在反应温度为50-90℃下机械搅拌20--30h，使磁簇表面修饰上活性的乙烯基官能团；反应结束后，用磁分离得到产物表面修饰有乙烯基的磁簇，并用无水乙醇除去过量的硅烷偶联剂；然后放入真空烘箱进行干燥；

步骤3．将25-500 mg表面修饰有乙烯基的磁簇、50mg-4g侧链带羧基的烯类单体、2.5mg -4g N, N’-亚甲基双丙烯酰胺、1-100mg 2,2-偶氮二异丁腈以及溶剂20-400ml乙腈加入单口烧瓶中，超声使其混合均匀；将烧瓶连接到装有精馏柱、直形冷凝管以及接收器的蒸馏装置上；从室温升温到沸腾状态，然后控制在1-5h内蒸出20-70wt％溶剂；反应结束后用磁分离，得到目标产物，并用无水乙醇进行洗涤。

本发明中，所述的醋酸盐可为醋酸钠、醋酸钾、醋酸锂、醋酸镁和醋酸铵中的一种。