一種基於二茂鐵疏水相互作用製備單一聚電解質微膠囊的方法
2023-05-09 10:00:51 3
專利名稱：一種基於二茂鐵疏水相互作用製備單一聚電解質微膠囊的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備中空微膠囊的方法。尤其是利用二茂鐵疏水相互作用製備 單一聚電解質微膠囊的方法。
背景技術：
微膠囊是通過成膜物質將囊內空間與囊外空間隔離開以形成特定幾何結構的物 質。微膠囊的形狀以球形結構為主，也可為卵圓形、正方形或長方形、多角形及各種不 規則形狀。傳統微膠囊尺寸大小通常在微米至毫米級，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用。微膠囊的製備 方法有很多。根據囊壁形成的原理，微膠囊的傳統製備技術大體可分為三類利用反應 生成囊壁的化學方法、利用相分離形成囊壁的物理化學方法和利用機械或其它物理作用 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，也可是無機化合物。近年來，又發展了許多新的微膠囊的製備方法，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在模板微粒上 組裝聚合物超薄膜，去除模板後製備的微膠囊具有結構和性能可控、易賦予各種獨特功 能等特點。層層自組裝的驅動力主要有靜電力、氫鍵、疏水力等。其中，通過靜電相互 作用形成的微膠囊，其製備過程可在水中進行，能夠避免對環境的汙染。所得微膠囊的 尺寸由模板預先控制，而其壁厚可控制在納米尺度內。微膠囊的滲透性以及包埋物質的 釋放性能可以通過環境條件如溫度、離子種類和離子強度、pH值、溶液性質、光、電、 聲等進行控制。因此在藥物控制釋放、酶的包埋與催化反應、組織工程等領域顯示了十 分重要的應用前景。但是，該製備方法存在步驟多、耗時長、浪費原料的缺點，這些缺 點限制了其推廣和應用，尤其是難以適應大規模快速製備的要求。同時，微膠囊的尺寸 和滲透性通過氧化還原反應得到調控，未見報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種簡便、快速的基於二茂鐵疏水相互作用製備單一聚電 解質微膠囊的方法。1. 一種基於二茂鐵疏水相互作用製備單一含胺基聚電解質微膠囊的方法，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，含胺基聚電解質在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，持續攪拌，然後靜置反應，收集所得微粒，洗滌，得到摻雜含胺基聚 電解質的CaC03微粒；2)將步驟1)所得摻雜有含胺基聚電解質的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，並持續振蕩1-5小時，然後離心， 用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中加入過量NaBH4溶液，並振蕩 30-60分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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的中空微膠囊。2.根據權利要求1所述的基於二茂鐵疏水相互作用製備單一含胺基聚電解質微膠 囊的方法，其特徵是所說的含胺基聚電解質為聚烯丙基胺(PAH)或聚賴氨酸(PLL)。本發明的原理是首先將含胺基聚電解質PAH或PLL摻雜在CaCO3膠體粒子 中。禾U用聚電解質PAH或PLL中的氨基與二茂鐵甲醛(Fc-CHO)中的醛基通過西弗鹼反 應製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 上將西弗鹼還原，使其化學結構穩定。由於二茂鐵是一種疏水的有機分子，因此當在水 溶液中去掉膠體粒子模板後，二茂鐵會自發地聚集形成疏水微區，同時在親水的聚電解 質PAH或PLL的保護下，PAH-Fc或PLL-Fc通過分子鏈運動能夠形成完整的微膠囊。本發明的有益效果在於本發明工藝過程簡單，可控性好，材料來源廣泛，適 於中空微膠囊的快速大量製備。由於二茂鐵是具有良好氧化還原性質的有機分子，因此 本發明中含有二茂鐵修飾的單一聚電解質微膠囊也具有良好的氧化還原響應性。例如， 當向微膠囊的懸浮液中加入較低濃度的氧化劑時，二茂鐵由於被氧化而帶正電，從而使 疏水相互作用力降低，微膠囊尺寸膨脹。膨脹前後直徑差可以達到一倍。加入較低濃度 的還原劑時，氧化的二茂鐵重新被還原，疏水相互中用力增強，從而使微膠囊的尺寸收 縮。同時微膠囊的滲透性能也隨著氧化還原反應的過程而精確調控。在微膠囊氧化膨脹 時，微膠囊的滲透性能增強，生物大分子或藥物分子可以容易地進出微膠囊；當微膠囊 還原收縮時，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或隔絕在 微膠囊囊壁外。通過改變氧化劑的濃度，微膠囊包埋生物大分子或藥物分子後的釋放速 率可以得到準確的控制。
圖1是摻雜有PAH的CaCO3微粒的掃描電鏡照片。圖2是PAH-Fc微膠囊乾燥後的掃描電鏡照片。圖3是PAH-Fc微膠囊乾燥後的掃描電鏡照片。圖4是PAH-Fc微膠囊的雷射共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，並加入 少量螢光素進行標記。圖5是PAH-Fc微膠囊的雷射共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，並加入 少量螢光素進行標記。圖6是PLL-Fc微膠囊的雷射共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，並加入少 量螢光素進行標記。圖7是PLL-Fc微膠囊乾燥後的掃描電鏡照片。圖8是PLL-Fc微膠囊的雷射共聚焦顯微鏡照片。微膠囊分散在水中，並加入少 量螢光素進行標記。圖9是PLL-Fc微膠囊乾燥後的掃描電鏡照片。
具體實施例方式以下結合實例進一步說明本發明，但這些實例並不用來限制本發明。實施例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，持續攪拌40秒，然後讓其靜置反應，直至生成 的所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩3小時進行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩40分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其掃描電鏡照片見圖2。實施例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，持續攪拌50秒，然後讓其靜置反應，直至生成的 所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩4小時進行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩30分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其掃描電鏡照片見圖3。實施例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，持續攪拌60秒，然後讓其靜置反應，直至生成 的所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩4小時進行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩30分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其雷射共聚焦顯微鏡照片見圖4。
實施例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，持續攪拌60秒，然後讓其靜置反應，直至生成 的所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩6小時進行PAH的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩60分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其雷射共聚焦顯微鏡照片見圖5。實施例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，持續攪拌40秒，然後讓其靜置反應，直至生成 的所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩3小時進行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩40分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其雷射共聚焦顯微鏡照片見圖6。實施例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，持續攪拌50秒，然後讓其靜置反應，直至生成的 所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩4小時進行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩30分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其掃描電鏡照片見圖7。實施例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，持續攪拌60秒，然後讓其靜置反應，直至生成 的所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩4小時進行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩30分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其雷射共聚焦顯微鏡照片見圖8。實施例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，持續攪拌60秒，然後讓其靜置反應，直至生成 的所有微粒完全沉澱；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，並持續振蕩6小時進行PLL的氨基與二茂鐵甲 醛的西弗鹼反應。然後離心，用乙醇洗滌並分散膠體粒子；向膠體粒子的乙醇懸浮液中 加入過量NaBH4溶液，並振蕩60分鐘，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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，其掃描電鏡照片見圖9。
權利要求
1.一種基於二茂鐵疏水相互作用製備單一含胺基聚電解質微膠囊的方法，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，含胺基聚電解質在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，持續攪拌，然後靜置反應，收集所得微粒，洗滌，得到摻雜含胺基聚電解 質的CaCO3微粒；2)將步驟1)所得摻雜有含胺基聚電解質的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，並持續振蕩1-5小時，然後離心，用乙醇洗 滌並分散膠體粒子。向膠體粒子的乙醇懸浮液中加入過量NaBH4溶液，並振蕩30-60分 鍾，然後離心，用水洗滌並分散膠體粒子；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的中空微膠囊。
2.根據權利要求1所述的基於二茂鐵疏水相互作用製備單一含胺基聚電解質微膠囊的 方法，其特徵是所說的含胺基聚電解質為聚烯丙基胺或聚賴氨酸。
全文摘要
本發明公開的基於二茂鐵疏水相互作用製備單一聚電解質微膠囊的方法。是以聚電解質摻雜的膠體粒子為模板，利用聚電解質中帶有的胺基與二茂鐵甲醛反應，並將形成的西弗鹼化學鍵用硼氫化鈉還原成亞胺鍵，得到二茂鐵修飾的聚電解質。將膠體粒子去除，得到囊壁為二茂鐵修飾的單一聚電解質微膠囊。本發明製備的微膠囊可以將摻雜在膠體粒子中的聚電解質大量保留在微膠囊中，從而使微膠囊具有很厚的囊壁並且結構穩定。同時由於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性。利用這一特點，微膠囊可以實現氧化還原調控的分子包埋與釋放。採用本發明方法製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用價值。
文檔編號B01J13/02GK102008924SQ20101029891
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者王志鵬, 高長有 申請人:浙江大學