專利名稱：一種單孔二氧化硅中空微球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)中空微球及其制備方法，具體是一種單孔二氧化硅中空微球及其制備方法。
背景技術(shù)：
中空微球是指一類尺寸在納米到微米量級(jí)，具有內(nèi)部空腔的球殼型材料。二氧化硅是一種廣泛使用的無機(jī)殼層材料，具有良好的生物相容性，耐酸性，且容易通過硅烷化反應(yīng)引入多種活性基團(tuán)等優(yōu)點(diǎn)。二氧化硅中空微球可作為一種載體，用于藥物或生物活性分子的包埋和可控輸運(yùn)與釋放，在生物科學(xué)和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。為了提高物質(zhì)進(jìn)出中空微球的質(zhì)量傳輸效率，通常需要在殼壁上構(gòu)建孔結(jié)構(gòu)。目前，殼壁具有微孔(小于2nm)、介孔O 20nm)，大孔(大于20nm)結(jié)構(gòu)的中空微球都已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道。微孔和介孔中空微球適用于小分子的擔(dān)載與釋放，而對(duì)于大分子，如蛋白、 聚合物和納米顆粒的擔(dān)載與釋放，則大孔中空微球更適合。根據(jù)孔數(shù)量多少，大孔中空微球可以分為兩類大通孔中空微球和單孔中空微球。大通孔中空微球是指殼壁上具有多個(gè)大孔，微球具有類似籠狀結(jié)構(gòu)的一類微球。這種籠狀結(jié)構(gòu)有利于大分子物質(zhì)的進(jìn)出，但當(dāng)殼壁較薄時(shí)，由于多個(gè)大孔的存在，殼壁容易破碎，微球機(jī)械強(qiáng)度小。大單孔中空微球是指一類在殼壁上僅有一個(gè)大孔的中空微球。這種結(jié)構(gòu)特征保證了大分子進(jìn)出中空微球具有很高的質(zhì)量傳輸效率，此外，在相同的壁厚條件下，此結(jié)構(gòu)比大通孔中空微球具有更好的機(jī)械強(qiáng)度?？梢灶A(yù)見，這類具有單孔殼壁的二氧化硅中空微球可以作為一種載體材料，用于生物大分子的擔(dān)載和控釋，將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得以應(yīng)用。目前為止，單孔二氧化硅中空微球的制備僅有兩篇文獻(xiàn)報(bào)道。Hyim Chimg等人 (Small 2009，5，324-328)采用乳液法制備殼壁內(nèi)包埋超順磁!^e3O4納米粒子和熒光量子點(diǎn)的單孔二氧化硅中空微球。將疏水!^e3O4納米粒子和熒光量子點(diǎn)分散于氯仿中，然后與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)水溶液混合，60°C加熱10分鐘，再加入二氧化硅前體正硅酸乙酯 (TEOS)和催化劑NaOH，反應(yīng)一段時(shí)間后可以得到單孔二氧化硅中空微球。Hyim Chimg等人認(rèn)為，此結(jié)構(gòu)的形成經(jīng)過了如下過程在CTAB的穩(wěn)定作用下，氯仿與水溶液混合形成了 W/0 乳液。在親水催化劑作用下，TEOS在乳液油水界面水解縮聚而形成二氧化硅殼層。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，TEOS不斷向二氧化硅殼層內(nèi)滲透使得殼層不斷加厚，而氯仿也不斷蒸發(fā)離開而在乳液內(nèi)部形成空腔。在反應(yīng)初期，TEOS水解和縮聚形成的二氧化硅殼層具有很低的交聯(lián)密度，難以耐受外界壓力，因此，隨著有機(jī)溶劑的蒸發(fā)，在二氧化硅殼層的最薄處彎曲破裂而形成的單孔。乳液法制備單孔中空微球，往往容易產(chǎn)生大量非中空的實(shí)心粒子，且從文獻(xiàn)提供的TEM照片中可以發(fā)現(xiàn)，此微球的空腔部分所占微球比例很小。若以此微球作為載體擔(dān)載功能材料，不利用獲得高擔(dān)載量。Limin Qi等人(Langmuir 2007，23，1107-1113)通過控制水-乙醇-氨水-TE0S-CTAB體系中水-乙醇比例以及TEOS加入量，獲得了單孔中空二氧化硅微球。但這種方法獲得的微球尺寸很大且不夠均勻(5 25 μ m)。研究內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單孔二氧化硅中空微球及其制備方法，本發(fā)明所提供的二氧化硅中空微球具有獨(dú)特的偏心空腔結(jié)構(gòu)本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種單孔二氧化硅中空微球，所述中空微球的空腔在微球內(nèi)處于偏心結(jié)構(gòu)，該空腔的單孔開在所述微球殼層上。所述中空微球的平均粒徑分布范圍為IOOnm 25 μ m，其內(nèi)部空腔尺寸為20nm 10 μ m,其殼層上的開孔尺寸范圍為20nm 5 μ m。所述中空微球的平均粒徑分布范圍為IOOnm 300nm，其內(nèi)部空腔尺寸為50nm 150nm，其殼層上的開孔尺寸范圍為20nm 80nm。一種單孔二氧化硅中空微球的制備方法，包括如下步驟首先將疏水有機(jī)聚合物溶于四氫呋喃中，配成濃度為0. 2g/L 10. Og/L的疏水有機(jī)聚合物的四氫呋喃溶液，再將該溶液與二氧化硅前驅(qū)體化合物混合，其中所述疏水有機(jī)聚合物與二氧化硅前驅(qū)體化合物的質(zhì)量比為 10%，將上述混合溶液注入水中，該溶液與水的體積比為5% 50%，再加入氨水做催化劑，反應(yīng)6 M小時(shí)，得到聚合物-二氧化硅復(fù)合微球，將上述復(fù)合微球分離，洗滌，干燥，除去聚合物即可得到所需單孔二氧化硅中空微球。所述疏水有機(jī)聚合物的四氫呋喃溶液中還添加有乙腈、丙酮、甲醇或乙醇。所述疏水有機(jī)聚合物是聚苯乙烯、甲基丙烯酸酯苯乙烯共聚物、馬來酸二烷基酯苯乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。所述氨水的質(zhì)量百分比為25%。所述二氧化硅前驅(qū)體化合物為四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)具有可裝載功能材料的空腔以及大單孔。中空微球的空腔可以裝載大分子，例如生物分子或高分子，也可以用于裝載功能納米粒子，而大單孔有利于大分子或納米粒子進(jìn)出微球空腔。結(jié)合后續(xù)的封孔處理，可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的的靶向可控輸運(yùn)與釋放。(2)本發(fā)明的中空微球很容易通過硅烷化反應(yīng)弓I入活性基團(tuán)，便于進(jìn)一步的應(yīng)用， 另外與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的單孔二氧化硅中空微球尺寸、空腔大小以及殼層的單孔尺寸可以在很大范圍內(nèi)均勻可控，本發(fā)明所采用的制備方法簡單、高效、成本低。(3)本發(fā)明四氫呋喃溶液中通過添加乙腈、丙酮、甲醇或乙醇，可以有效控制二氧化硅的微球顆粒大小，并提高顆粒的尺寸均勻性。(4)穩(wěn)定性能好。二氧化硅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性能。對(duì)于較小尺寸，例如小于 200nm的二氧化硅中空微球，在溶液中還具有很好的分散穩(wěn)定性。


圖1為實(shí)施例1所制備的單孔二氧化硅中空微球的掃描電鏡照片。圖2為實(shí)施例1所制備的單孔二氧化硅中空微球的透射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
實(shí)施例1 取4mL濃度為0. 625g/L的苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物/四氫呋喃溶液，該溶液與4mL乙醇以及0. ImL四乙氧基硅烷混合，然后將此混合溶液快速注入24mL水中，再加入質(zhì)量百分比為25%的氨水0. 5mL，混合均勻，靜置反應(yīng)Mh，得到復(fù)合微球，將該復(fù)合微球離心分離，并用乙醇洗滌3次后，在80°C烘干，然后放入馬弗爐內(nèi)，于500°C煅燒4小時(shí)，即可得到單孔二氧化硅中空微球。此微球的掃描電鏡照片如圖1所示，透射電鏡照片如圖2所示。從電鏡照片中可見二氧化硅中空微球內(nèi)部獨(dú)特的偏心空腔結(jié)構(gòu)，并且微球尺寸范圍為 IOOnm 300nm，平均粒徑為180nm，其內(nèi)部空腔尺寸為60nm 150nm，二氧化硅壁上的單孔尺寸為20nm 70nm。實(shí)施例2 取4mL濃度為1. 5g/L的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物/四氫呋喃的有機(jī)溶液，該有機(jī)溶液與0. ImL四乙氧基硅烷混合，然后將此混合溶液快速注入SOmL水中， 再加入質(zhì)量百分比為25%的氨水2. OmL，混合均勻，靜置反應(yīng)Mh，得到復(fù)合微球，將該復(fù)合微球離心分離，并用乙醇洗滌3次，在80°C烘干，然后放入馬弗爐內(nèi)，于500°C煅燒4小時(shí)， 即可得到單孔二氧化硅中空微球。此微球尺寸范圍為2 μ m 30 μ m，平均粒徑為25. O μ m, 其內(nèi)部空腔尺寸為1 μ m 10 μ m，二氧化硅壁上的單孔尺寸范圍為0. 5 μ m 5 μ m。實(shí)施例3 取4mL濃度為2. Og/L的聚苯乙烯/四氫呋喃的有機(jī)溶液，該有機(jī)溶液與4mL乙腈以及0. ImL四乙氧基硅烷混合，然后將此混合溶液快速注入24mL水中，再加入質(zhì)量百分比為25%的氨水0. 5mL，混合均勻，靜置反應(yīng)12h，得到復(fù)合微球，將該復(fù)合微球離心分離，并用乙醇洗滌3次，在80°C烘干，然后放入馬弗爐內(nèi)，于500°C煅燒4小時(shí)，最后得到單孔二氧化硅中空微球。此微球尺寸范圍為IOOnm 250nm，平均粒徑為150nm，其內(nèi)部空腔尺寸為 50nm 150nm，二氧化硅壁上的單孔尺寸范圍為20nm 85nm。實(shí)施例4 取4mL濃度為0. 2g/L的苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物/四氫呋喃的有機(jī)溶液，該有機(jī)溶液與4mL丙酮以及0. 05mL四乙氧基硅烷混合，然后將此混合溶液快速注入ISmL水中， 再加入質(zhì)量百分比為25 %的氨水0. 5mL,混合均勻，靜置反應(yīng)《1，得到復(fù)合微球，將該復(fù)合微球離心分離，并用乙醇洗滌3次，在80°C烘干，然后放入馬弗爐內(nèi)，于500°C煅燒4小時(shí)， 最后得到單孔二氧化硅中空微球。此微球尺寸范圍為150nm ^Onm，平均粒徑為2^nm， 其內(nèi)部空腔尺寸為60nm 140nm，二氧化硅壁上的單孔尺寸范圍為50 120nm。實(shí)施例5 取4mL濃度為0. 5g/L的馬來酸二烷基酯苯乙烯共聚物/四氫呋喃的有機(jī)溶液，該有機(jī)溶液與4mL甲醇以及0. 2mL四甲氧基硅烷混合，然后將此混合溶液快速注入30mL水中，再加入質(zhì)量百分比為25 %的氨水0. 2mL,混合均勻。靜置反應(yīng)18h，得到復(fù)合微球，將該復(fù)合微球離心分離，并用乙醇洗滌3次，在80°C烘干，然后放入馬弗爐內(nèi)，于500°C煅燒4小時(shí)，最后得到單孔二氧化硅中空微球。此微球尺寸范圍為40nm 80nm，平均粒徑為50nm， 其內(nèi)部空腔尺寸為20nm 50nm，二氧化硅壁上的單孔尺寸范圍為20 30nm。實(shí)施例6 取4mL濃度為5. Og/L的苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物/四氫呋喃的有機(jī)溶液，該有機(jī)溶液與4mL乙醇以及0. 2mL四甲氧基硅烷混合，然后將此混合溶液快速注入SmL水中，再加入25%氨水0. 5mL，混合均勻。靜置反應(yīng)Mh，得到復(fù)合微球，將該復(fù)合微球離心分離，并用乙醇洗滌3次，在80°C烘干，然后放入馬弗爐內(nèi)，于500°C煅燒4小時(shí)，最后得到單孔二氧化硅中空微球。此微球尺寸范圍為0. 5 μ m 5 μ m，平均粒徑為2 μ m，其內(nèi)部空腔尺寸為 0. 3 μ m 3 μ m，二氧化硅壁上的單孔尺寸范圍為IOOnm 500nm。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單孔二氧化硅中空微球，其特征在于，所述中空微球的空腔在微球內(nèi)處于偏心結(jié)構(gòu)，該空腔的單孔開在所述微球殼層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空微球，其特征在于，所述中空微球的平均粒徑分布范圍為IOOnm 25 μ m，其內(nèi)部空腔尺寸為20nm 10 μ m，其殼層上的開孔尺寸范圍為20nm 5 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中空微球，其特征在于，所述中空微球的平均粒徑分布范圍為IOOnm 300nm，其內(nèi)部空腔尺寸為50nm 150nm，其殼層上的開孔尺寸范圍為20nm 80nmo
4.一種單孔二氧化硅中空微球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟首先將疏水有機(jī)聚合物溶于四氫呋喃中，配成濃度為0. 2g/L 10. Og/L的疏水有機(jī)聚合物的四氫呋喃溶液，再將該溶液與二氧化硅前驅(qū)體化合物混合，其中所述疏水有機(jī)聚合物與二氧化硅前驅(qū)體化合物的質(zhì)量比為 10%，將上述混合溶液注入水中，該溶液與水的體積比為 5% 50%，再加入氨水做催化劑，反應(yīng)6 M小時(shí)，得到聚合物-二氧化硅復(fù)合微球，將上述復(fù)合微球分離，洗滌，干燥，除去聚合物即可得到所需單孔二氧化硅中空微球。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述疏水有機(jī)聚合物的四氫呋喃溶液中還添加有乙腈、丙酮、甲醇或乙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述疏水有機(jī)聚合物是聚苯乙烯、甲基丙烯酸酯苯乙烯共聚物、馬來酸二烷基酯苯乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述氨水的質(zhì)量百分比為25%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述二氧化硅前驅(qū)體化合物為四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單孔二氧化硅中空微球及其制備方法，所述中空微球的空腔在微球內(nèi)處于偏心結(jié)構(gòu)，該空腔的單孔開在所述微球殼層上。本發(fā)明方法包括如下步驟，首先將疏水有機(jī)聚合物溶于四氫呋喃中，再將該溶液與二氧化硅前驅(qū)體化合物混合并注入水中，再加入氨水做催化劑，反應(yīng)6～24小時(shí)，得到聚合物-二氧化硅復(fù)合微球，將上述復(fù)合微球分離，洗滌，干燥，除去聚合物，即可得到所需單孔二氧化硅中空微球。本發(fā)明的中空微球可用于包埋和輸運(yùn)大分子和納米粒子，在靶向藥物和生物大分子載體等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B33/12GK102249245SQ20111010749
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者符小藝 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)