一種珠光顏料編碼的聚合物微球及其製備方法

2023-04-23 11:21:51

專利名稱：一種珠光顏料編碼的聚合物微球及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種可以作為多重生物分析以及蛋白質、基因、藥物篩選的高通量載體的聚合物微球，尤其涉及一種利用珠光顏料進行編碼的聚合物微球及其製備方法。
背景技術：
人類基因組序列得以解碼之後，基因的功能以及基因編碼的蛋白質之間的相互作用成為研究的熱點，人類進入了後基因組時代。後基因組時代的一個顯著特點就是要研究大量的蛋白與核酸之間、蛋白質與蛋白質之間以及蛋白質與藥物之間的相互作用，這些相互作用的研究在採用傳統的試驗方法幾乎是不可能的，因此需要一種高通量的試驗平臺。而高通量的試驗平臺則要求有高通量的分子載體，來標識不同的分子發生的不同相互作用，即所謂的編碼過程。陣列式生物晶片利用分子所固定的不同位置也就是坐標作為編碼來區別不同的生物分子，但是由於陣列式生物晶片的坐標只能是固定在二維空間內，因此限制了反應的速度及其應用。近年來新型的編碼載體相繼出現。聚合物微球的製作和應用已經有幾十年的歷史了，其粒徑大小從微米級別一直擴展到納米級別。但是作為一種固相編碼載體以及標記，微球成為高通量篩選以及組合化學等領域關注的熱點。
相對於其他形式的固相載體，微球具有顯著的優勢第一，微球的比表面積大，能夠增加有效反應表面積與體積之比，因此可以使表面的化學反應在更小的體積內進行；第二，採用微球作為載體可以利用一些其他輔助手段如攪拌、液體衝刷等實現一種介於固-液反應和液-液反應之間的反應體系，從而加快體系的反應速度；第三，微球表面結合的分子在反應完成之後可以方便的從溶液中分離出來；第四，隨著微球表面功能化基團的改變，可以擴展微球的用途。
目前微球的編碼載體主要有螢光編碼微球、量子點編碼微球、納米條形碼編碼微球、組合化學編碼微球、光子晶體編碼顆粒、膠體條編碼等。螢光編碼微球是將兩種不同的螢光染料按照精確的比例摻入聚合物微球基質內，根據微球內這兩種螢光染料的比例的不同而把微球分為不同種，從而實現微球的編碼。量子點編碼微球則是利用半導體納米晶體發光量子點的不同螢光和不同螢光強度進行編碼。這些編碼方式及編載體的製備相對複雜，並且解碼過程需要雷射激發，因此造成檢測設備的複雜度和成本升高，另外，採用螢光編碼還存在著光褪色、發射光的發射峰難以區分和生物相容性等問題。而採用無機染料則能簡化製作編碼微球的過程，以及降低編碼和解碼的成本，且不存在編碼所用顏色的光褪色等問題。
聚合物微球最早是由美國里海大學的Vanderhoff和Brodford教授合成的，到目前為止，多功能、高性能聚合物微球的合成和應用一直是國內外研究的一個熱點，並且已經滲入到眾多相關學科的研究中。常用的聚合物微球製備方法有乳液聚合法、分散聚合法、種子聚合法、懸浮聚合法和微懸浮聚合法等，但是這種方法製備的微球粒徑在納米和亞微米範圍，並且將某種顆粒包被在聚合物中的難度很大。而製備幾百個微米到幾個毫米粒徑聚合物微球的方法有噴霧乾燥法和模板法等，但是存在粒徑不均勻以及製作設備要求高，製作成本高等問題。
珠光顏料是20世紀60年代研製成的模仿天然珍珠光澤，由數種金屬氧化物薄層包覆雲母構成的粉狀顆粒顏料。它能夠呈現各種明亮的顏色，而且無毒無害，耐光、耐熱、耐化學藥品性良好，被廣泛用於塑膠製品、印刷油墨、電烤漆、油漆、壁紙、印花布、音響、家用品和食品等。本發明就是一種把珠光顏料分散到聚合物中得到的珠光顏料編碼聚合物微球及其製備方法。

發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種粒徑均一的利用珠光顏料編碼的聚合物微球及其製備方法，這種聚合物微球粒徑範圍在200μm到6mm之間，可以作為高通量篩選及多重生物分析和檢測的載體，其編碼方式和製備方法簡單高效，能降低檢測設備的複雜度和檢測成本。
技術方案本發明是將所需顏色的珠光顏料均勻分散到聚合物溶液中，通過一個液滴生成裝置生成不同顏色的液滴，液滴乾燥之後聚合物就凝固得到以珠光顏料為編碼的聚合物微球。
該微球由乙烯聚合物和雲母鈦珠光顏料組成，其中聚合物微球中雲母鈦珠光顏料的含量為9～80g/Kg，乙烯聚合物為聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯。
製備方法包括以下步驟將乙烯聚合物溶解在有機溶劑中形成乙烯聚合物溶液，其中，乙烯聚合物在溶液中的濃度為3％～7％mg/ml，有機溶劑是苯，或二氯乙烷、或者是苯和二氯乙烷的混合溶液；把雲母鈦珠光顏料以0.3～0.8mg/ml的比例加到乙烯聚合物溶液中，並攪拌均勻；通過接口向液滴生成裝置中注入3％～10％的聚乙烯醇溶液；把含有雲母鈦珠光顏料的乙烯聚合物溶液通過尖嘴玻璃管注入到裝置內的聚乙烯醇溶液中，使通過玻璃尖嘴的乙烯聚合物溶液在聚乙烯醇溶液中分散成一個一個的球形液滴；設置尖嘴玻璃管尖嘴的口徑為200μm～500μm，通過調節乙烯聚合物溶液和聚乙烯醇溶液的注入速度，以及玻璃導管上端到尖嘴玻璃管尖嘴(4)之間的距離，得到所需大小的球形液滴，用燒瓶收集包含珠光顏料的乙烯聚合物液滴；把燒瓶在旋轉蒸發儀上30℃～70℃緩慢旋轉蒸發，以加快乙烯聚合物溶液中有機溶劑的揮發，待揮發完畢，液滴凝固成為乾燥堅硬的微球。
液滴生成裝置的構造以及聚合物微球製備的原理是液滴生成裝置由接口，接口，玻璃筒，尖嘴玻璃管，玻璃導管，收集燒瓶構成；玻璃筒內固定有帶尖嘴的玻璃管，玻璃導管穿過筒底，上埠正對著尖嘴玻璃管，玻璃筒和接口相連通，接口連接在玻璃筒上端。聚合物溶液通過接口注入到筒內的尖嘴玻璃管；聚乙烯醇溶液通過接口注入玻璃筒內；當聚合物溶液流經尖嘴玻璃管時，由於重力作用和流動的聚乙烯醇溶液的帶動作用，聚合物溶液分散為一個一個的小液滴；小液滴落通過玻璃導管落入收集燒瓶；聚合物溶液的有機溶劑經過旋轉蒸發完之後，小液滴就成為堅硬的聚合物小球；微球的大小可以通過調節聚合物溶液的濃度、聚合物溶液和聚乙烯醇溶液的流速，玻璃尖嘴的口徑以及玻璃導管埠到玻璃尖嘴的距離來控制；通過這種方法可以製備從200μm到6mm的粒徑大小均勻的聚合物微球。
技術效果根據本發明利用珠光顏料來編碼材料，並且用聚合物包被珠光顏料，用液滴生成裝置製作不同編碼的微球，具有以下優點(1)採用珠光顏料作為編碼材料簡單有效，成本低廉，珠光顏料現在已有一百多種，通過兩種或者多種顏料的混合可以數以萬計的編碼，而且珠光顏料的成本非常低，大大節降低了應用成本；(2)聚合物微球的解碼方法簡單，由於用顏色而不是用螢光或者其他方式編碼，因此解碼無需激發光源或者其他裝置，可以用光譜、顯微鏡甚至肉眼直接區分；(3)聚合物微球的製備裝置簡單，利用本發明的液滴生成裝置可以容易的製作各種顏色的編碼微球，容易控制，製作成本低廉，簡單高效；(4)聚合物微球所用編碼穩定性好，珠光顏料耐酸耐鹼，耐高溫，耐各種溶劑，很難變色，因此不會存在螢光顏料的光漂白和光猝滅等現象，在應用過程中始終保持穩定的編碼；(5)應用範圍廣，可以在製備聚苯乙烯的過程中聚合各種功能基團，實現聚苯乙烯微球的功能化，從而提供與所要固定的分子化學偶聯的條件。


圖1是本發明製備編碼微球的所用液滴生成裝置的示意圖，其中有注射泵接口1，電磁泵接口2，玻璃筒3，尖嘴玻璃管4，玻璃導管5，收集燒瓶6。
具體實施例方式
該微球由乙烯聚合物和雲母鈦珠光顏料組成，其中聚合物微球中雲母鈦珠光顏料的含量為9～80g/kg，乙烯聚合物為聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯實施例一綠色珠光顏料編碼羧基修飾聚苯乙烯微球的製備①將羧基修飾聚苯乙烯固體以7％的濃度溶解在二氯乙烷和苯的混合溶劑中，二氯乙烷和苯的混合比例為1∶1；②以0.5mg珠光顏料/ml聚合物溶液的比例向聚苯乙烯溶液中加入綠色珠光顏料加到，並攪拌均勻；
③設置尖嘴玻璃管4尖嘴的口徑為200μm，玻璃導管5上埠到尖嘴玻璃管尖嘴之間的距離為1mm；④通過電磁泵接口2向玻璃筒內注入5％的聚乙烯醇溶液，當注滿玻璃筒3聚乙烯醇溶液後，控制聚乙烯醇溶液注入速度為25ml/min；⑤通過注射泵接口1注入含有綠色珠光顏料的聚苯乙烯溶液，調節流速為10μl/min；⑥用燒瓶收集包含珠光顏料的聚苯乙烯液滴，放到旋轉蒸發儀上以每分鐘兩轉的速度30℃旋轉蒸發，⑦蒸發完畢過濾得到粒徑為300μm的綠色聚苯乙烯微球。
實施例二紫色珠光顏料編碼聚甲基丙烯酸甲酯微球的製備①將聚甲基丙烯酸甲酯以5％的濃度溶解在二氯乙烷和苯的混合溶劑中，二氯乙烷和苯的混合比例為2∶3；②以0.7mg珠光顏料/ml聚合物溶液的比例向聚苯乙烯溶液中加入綠色珠光顏料加到，並攪拌均勻；③設置尖嘴玻璃管4尖嘴的口徑為200μm，玻璃導管5上埠到尖嘴玻璃管尖嘴之間的距離為1.5mm；④通過電磁泵接口2向玻璃筒內注入5％的聚乙烯醇溶液，當注滿玻璃筒(3)聚乙烯醇溶液後，控制聚乙烯醇溶液注入速度為20ml/min；⑤通過注射泵接口1注入含有紫色珠光顏料的聚苯乙烯溶液，調節流速為20μl/min；⑥用燒瓶收集包含珠光顏料的聚苯乙烯液滴，放到旋轉蒸發儀上以每分鐘兩轉的速度30℃旋轉蒸發，⑦蒸發完畢過濾得到粒徑為500μm的大小均勻的紫色聚甲基丙烯酸甲酯微球。
權利要求
1.一種珠光顏料編碼的聚合物微球，其特徵在於該微球由乙烯聚合物和雲母鈦珠光顏料組成，其中聚合物微球中雲母鈦珠光顏料的含量為9～80g/Kg，乙烯聚合物為聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯。
2.根據權利要求1所述的一種珠光顏料編碼的聚合物微球的製備方法，其特徵在於製備方法包括以下步驟①將乙烯聚合物溶解在有機溶劑中形成乙烯聚合物溶液，其中，乙烯聚合物在溶液中的濃度為3％～7％mg/ml，有機溶劑是苯，或二氯乙烷、或者是苯和二氯乙烷的混合溶液；②把雲母鈦珠光顏料以0.3～0.8mg/ml的比例加到乙烯聚合物溶液中，並攪拌均勻；③通過接口(2)向液滴生成裝置中注入3％～10％的聚乙烯醇溶液；④把含有雲母鈦珠光顏料的乙烯聚合物溶液通過尖嘴玻璃管(4)注入到裝置內的聚乙烯醇溶液中，使通過玻璃尖嘴(4)的乙烯聚合物溶液在聚乙烯醇溶液中分散成一個一個的球形液滴；⑤設置尖嘴玻璃管(4)尖嘴的口徑為200μm～500μm，通過調節乙烯聚合物溶液和聚乙烯醇溶液的注入速度，以及玻璃導管(5)上端到尖嘴玻璃管尖嘴(4)之間的距離，得到所需大小的球形液滴，用燒瓶收集包含珠光顏料的乙烯聚合物液滴；⑥把燒瓶在旋轉蒸發儀上30℃～70℃緩慢旋轉蒸發，以加快乙烯聚合物溶液中有機溶劑的揮發，待揮發完畢，液滴凝固成為乾燥堅硬的微球。
全文摘要
一種珠光顏料編碼的聚合物微球及其製備方法，涉及一種可以作為多重生物分析以及蛋白質、基因、藥物篩選的高通量載體的聚合物微球，該微球由乙烯聚合物和雲母鈦珠光顏料組成，其中聚合物微球中雲母鈦珠光顏料的含量為9～80g/kg，乙烯聚合物為聚苯乙烯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚丙烯腈，或聚乙烯，或聚丙烯，或聚丙烯酸乙酯。製備方法包括以下步驟將乙烯聚合物溶解在有機溶劑中形成乙烯聚合物溶液，乙烯聚合物溶液通過一種液滴生成裝置滴到聚乙烯醇溶液中，有機溶劑揮發完畢得到聚合物微球。
文檔編號C08K3/00GK1683440SQ200510038438
公開日2005年10月19日 申請日期2005年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者顧忠澤, 長井圭治, 趙祥偉, 楊菡 申請人:東南大學