一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球及其制备方法，属于荧光传感材料技术领域。以表面磺酸基化的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联微球为核，在核的表面由静电力驱动，层层自组装沉积对亚苯基亚乙烯前驱体、聚苯乙烯磺酸钠、重氮树脂和聚丙烯酸，经热处理，重氮基团与羧基或磺酸基发生交联反应，生成稳定的交联壳结构层，得到表面羧基化的荧光微球。本发明采用层层自组装的方法修饰微球表面，引入有生物活性的羧基官能团，简化了制备工艺，操作方便，适合于工业化生产。本发明提供的荧光微球在水及多种有机溶剂中分散性能良好，可应用于生物检测、医学诊断等领域。

权利要求

1.一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球的制备方法，先制备得到表面磺酸基化的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联微球、对亚苯基亚乙烯前驱体水溶液和重氮树脂粉末，其特征在于再进行如下步骤的处理：（1）将NaCl加入到对亚苯基亚乙烯前驱体水溶液中，配制成浓度为0.05M～0.4M的盐溶液；配制质量分数为7.5%～15%的聚苯乙烯磺酸钠水溶液；将重氮树脂粉末配制成质量分数为0.05%～0.2%的水溶液；配制质量分数为15%～20%，pH值为3～4之间的聚丙烯酸水溶液；

（2）将表面磺酸基化的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联微球分散于去离子水中,依次加入步骤（1）制备的盐溶液、聚苯乙烯磺酸钠水溶液、氮树脂水溶液和聚丙烯酸水溶液；每加入一种溶液，对得到的反应液进行震荡处理0.5～1小时，离心洗涤后，再加入另一种溶液；将反应完毕得到的微球进行冷冻干燥，再在温度为80～120℃的条件下热处理，得到一种具有交联壳结构、且表面羧基化的荧光微球。

2.按权利要求1制备方法得到的一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球，其特征在于：所述荧光微球呈单分散性，平均粒径为10μm，激发波长为330～410nm，最大发射波长为510～520nm。

说明书

一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高分子荧光微球及其制备方法，特别涉及一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球及其制备方法，属于荧光传感材料技术领域。

背景技术

[0002] 与均相荧光传感器相比，荧光微球具有容易器件化，可重复使用，不污染待测体系的优点。随着传感材料比表面积的增大，其灵敏度逐渐增大，微-纳米级微球与薄膜相比，比表面积大很多，用作荧光传感器的载体时，能使待测组分与传感器充分接触，使传感器的灵敏度大幅度提高。尤其是具有可控的形貌、结构和尺寸的荧光纳微米球在生物标记、生物成像、传感检测、癌症诊断和免疫分析中都有很大的需求。量子点和有机染料被广泛用于制备荧光纳微米球，然而，量子点可能存在毒性、有机染料易受光漂白的不稳定性或者材料中荧光团的泄露等，都是这些材料在应用过程中的不足。而共轭高分子作为荧光负载物质的优越性，使共轭高分子荧光微球的制备受到了广泛的关注。将层层自组装技术用于制备多层荧光微球核壳结构，可以通过引入不同的聚阴/阳离子，来获得表面带有不同反应基团的多层荧光微球，如羧基、胺基等，用于生物检测，省去了材料表面功能化的过称。但是，由于层层自组装固有的不稳定性，即当溶剂使用不恰当时，通过静电吸附作用吸附在微球或其他基材表面的聚电解质会从基材表面脱落下来，导致不稳定，限制其在某些领域中的应用。

发明内容

[0003] 本发明针对现有的采用层层自组装技术制备多层荧光微球核壳结构存在的不稳定性，提供一种制备工艺简单，产物形貌良好,具有稳定交联壳结构的表面羧基化荧光微球及其制备方法。

[0004] 实现本发明目的的技术方案是提供一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球的制备方法，先制备得到表面磺酸基化的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联微球、对亚苯基亚乙烯前驱体水溶液和重氮树脂粉末，再进行如下步骤的处理：

[0005] 1、将NaCl加入到对亚苯基亚乙烯前驱体水溶液中，配制成浓度为0.05M～0.4M的盐溶液；配制质量分数为7.5%～15%的聚苯乙烯磺酸钠水溶液；将重氮树脂粉末配制成质量分数为0.05%～0.2%的水溶液；配制质量分数为15%～20%，pH值为3～4之间的聚丙烯酸水溶液；

[0006] 2、将表面磺酸基化的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联微球分散于去离子水中,依次加入步骤（1）制备的盐溶液、聚苯乙烯磺酸钠水溶液、重氮树脂水溶液和聚丙烯酸水溶液；每加入一种溶液，对得到的反应液进行震荡处理0.5～1小时，离心洗涤后，再加入另一种溶液；将反应完毕得到的微球进行冷冻干燥，再在温度为80～120℃的条件下热处理，得到一种具有交联壳结构、且表面羧基化的荧光微球。

[0007] 本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种具有交联壳结构的表面羧基化荧光微球。

[0008] 该荧光微球呈单分散性，平均粒径为10μM，激发波长为330～410nm，最大发射波长为510～520nm。

[0009] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0010] 1、本发明采用层层自组装的方法修饰微球表面,引入有生物活性的羧基官能团,简化了制备工艺,无需繁琐的化学反应,操作方便,适合于工业化生产。

[0011] 2、采用本发明提供的技术方案，使微球表面通过共价键作用形成了一层稳定的交联层，从而形成了一种核壳结构，该结构稳定，表面负载的荧光发射聚对亚苯基亚乙烯不易被水或有机溶剂洗脱。

[0012] 3、本发明提供的荧光微球在水及多种有机溶剂中分散性能良好，为进一步参与其他化学反应提供了可能，可应用于生物检测、医学诊断等领域。

附图说明

[0013] 图1是本发明技术方案制备表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的原理示意图；

[0014] 图2是本发明实施例1提供的表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的扫描电子显微镜照片；

[0015] 图3是本发明实施例1提供的表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的荧光光谱图；

[0016] 图4是本发明实施例1提供的表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的流式细胞数据。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。

[0018] 实施例1

[0019] 本实施例提供一种表面带羧基的并通过重氮树脂交联的高分子荧光微球，其制备步骤如下：

[0020] 1、制备聚对亚苯基亚乙烯前驱体盐溶液

[0021] 参照文献Macromol. Rapid Commun. 2013, 34, 102-108，合成聚对亚苯基亚乙烯前驱体：将对亚苯基亚乙烯单体在无氧环境和氢氧化钠水溶液的催化下，冰水浴中反应一小时后，用去离子水透析5～6次即可得到聚对亚苯基亚乙烯前驱体水溶液。用移液枪量取2.5mL 聚对亚苯基亚乙烯前驱体水溶液。向其中加入0.02925g氯化钠，振荡溶解，得到无色透明的聚对亚苯基亚乙烯前驱体盐溶液。

[0022] 2、制备重氮树脂水溶液

[0023] 参照文献Chem. Commun., 1999, 1711-1712，合成重氮树脂：将 20ml 浓硫酸倒入 250ml 三口瓶中,装上机械搅拌并放入冰水浴中,分批加入8g(0.02mol)二苯胺-4-重氮盐(1/2ZnCl2 复盐),产生的HCl气体用氮气排出去。待重氮盐溶解后,再慢慢分批加入研碎的多聚甲醛 0.6g(0.02mol)。维持体系温度低于 0-5℃反应 2 小时。向反应液中加入100ml冰水,过滤。向滤液中加入ZnCl2 水溶液(33g ZnCl2 溶入50ml水中),产生大量黄色重氮树脂(DAR)沉淀,过滤,用饱和 ZnCl2 水溶液洗涤,在避光处真空干燥器中干燥。整个过程均在避光下进行。 称取0.1g重氮树脂，溶解于100mL去离子水中，配制成质量分数为0.1%的重氮树脂水溶液。

[0024] 3、制备聚丙烯酸水溶液

[0025] 称取浓度为35%的聚丙烯酸水溶液6.67g，向其中加入3mol/L的硫酸溶液3.67g，去离子水5.2g，振荡溶解，得到质量分数为15%，pH值为3～4之间的聚丙烯酸水溶液。

[0026] 4、制备聚苯乙烯磺酸钠水溶液

[0027] 称取0.75g聚苯乙烯磺酸钠，溶解于10mL去离子水中，得到质量分数为7.5%的聚苯乙烯磺酸钠水溶液。

[0028]  5、制备表面负载聚对亚苯基亚乙烯(PPV)并通过重氮树脂交联的荧光微球[0029] 称取75mg表面磺酸基化的聚苯乙烯-二乙烯基苯交联（PSDVB）微球（由苏州纳微生物科技有限公司提供）置于试管中，边震荡边缓慢加入1中所得溶液2.5mL，常温下振荡30分钟，反应结束后，将混合物离心（2000转/分钟），然后用去离子水将微球洗涤三次（先震荡：1000转/分钟，在离心：2000转/分钟，去上清液，再加去离子水重复震荡、离心）。再重复上述步骤依次加入4、2、3中所得的溶液各2.5mL。最后经冷冻干燥, 80℃下热处理1小时，得到表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球。

[0030] 参见附图1，它是本发明制备表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的原理示意图；在核的表面由静电力驱动，层层自组装沉积的对亚苯基亚乙烯前驱体（pre-PPV）、聚苯乙烯磺酸钠（PSS）、重氮树脂（DAR）、聚丙烯酸（PAA）为壳层，且经热处理后pre-PPV消除成PPV，PSS、DAR、PAA发生交联反应，生成稳定的交联层，在荧光微球表面包覆带有重氮基团的聚合物层，在加热条件下重氮基团与羧基或磺酸基的交联，提高荧光微球的稳定性。

[0031] 参见附图2，它是本发明实施例1提供的表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的扫描电子显微镜照片；由图2可以看出，该荧光微球形貌规整，粒径均一，表面较为光滑，平均粒径约为10 μM。

[0032] 参见附图3，它是本发明实施例1提供的表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的荧光光谱图；由图3可以看出，在PPV外包覆PSS后，微球的最大荧光发射波长红移约15 nm，峰形基本无变化。

[0033] 参见附图4，它是本发明实施例1提供的表面带羧基的并通过重氮树脂交联的荧光微球的流式细胞数据；由图4可以看出，PPV外包覆PSS后，荧光强度增大 ，包覆DAR后，荧光强度减小，再包覆一层PAA后，荧光强度又变大，最终得到的微球其荧光强度较之只有PPV外层的未降低。