复合微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合微球及其制备方法和应用，所述复合微球中的功能性粒子有序分布。一种复合微球的制备方法，包括：制备微球乳液，所述微球乳液中的微球分散在溶剂中，且所述微球含有修饰或未修饰的载体材料及分散在所述载体材料中的功能性粒子；在所述微球乳液形成的同时或之后，向所述微球乳液施加多种物理场来控制调节所述功能性粒子的分布；将调节中或调节后的所述微球乳液中的溶剂去除，获得复合微球；其中，所述多种物理场包括用于促进所述功能性粒子吸收热量的第一物理场和用于使所述功能性粒子定向运动的第二物理场。

Composite microsphere and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
复合微球及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种复合微球及其制备方法和应用。
技术介绍
功能化的复合微球，由于其所具有的良好的功能化能力以及如良好的生物相容性等理化性质，而在分离检测领域广泛应用。典型地如Fe3O4磁性复合微球，由于具有良好的超顺磁性，因此其在生物样品分离检测中被广泛应用。但是，传统的超顺磁Fe3O4纳米粒子在分离常用的水相环境中极易团聚。通常需要对其表面配体或者稳定剂进行设计以增强其生物功能化能力。又如作为悬浮芯片技术载体的荧光编码微球，广泛应用于高通量的免疫检测，核酸检测，医学诊断以及药物筛选等方面。目前的编码方式主要存在步骤复杂，技术门槛较高或者编码能力有限。目前，复合微球的制备方法基本上有以下两种：一种是基于较大的功能性粒子核，功能性粒子核外面包裹有机硅类高分子，进而对这一层有机硅类高分子进行功能化，从而得到功能化的复合微球；另一种是基于有机或者无机模板，通过扩散溶胀或者物理吸附，复合上功能性粒子，再对这一复合粒子进行功能化修饰。前一种方法由于功能性粒子核的尺寸较大，使得其性能(如超顺磁性)下降，在分离/偶联生物样品后，再分散的性质较差。后一种方法虽然能保持很好的性能，但是由于该方法是通过物理吸附功能性粒子，得到的复合微球性质存在以下缺陷：首先扩散溶胀或者物理吸附包覆功能性粒子的能力有限，同时功能性粒子与模板材料的比例无法定量调整；另外后期物理吸附的功能性粒子容易泄露，需要进行进一步包裹，工艺复杂。中国专利CN108722196A公开了一种用于膜污染清洗的磁性高强度高韧性水凝胶和使用方法，以海藻酸钠为骨架，以丙烯酰胺及其衍生物为聚合单体，以微纳米磁性粒子为增强剂，将硅酸钠与聚合单体和海藻酸钠一起溶解于水中，然后加入纳米磁性粒子，紫外引发丙烯酰胺聚合，经钙离子交联在水凝胶中原位生成硅酸钙纳米粒子，经过葡萄糖酸-δ-内酯水溶液浸泡，利用注射器制备微球。然而其制备过程复杂，采用注射器制备微球，微球中的磁性纳米颗粒含量不易控。中国专利CN107936285A公开了一种磁性四氧化三铁-聚乳酸复合多孔微球的制备方法，其将聚乳酸溶解后，加入磁性纳米四氧化三铁，形成混合溶液，向所述混合溶液中加入预热后的甘油，搅拌形成乳液，将所述乳液在-50～-20℃下进行淬火后，加入冰水混合物，并控制8h更换一次冰水混合物，供更换2天后，进行冷冻干燥，得到所述磁性四氧化三铁-聚乳酸复合多孔微球。该制备方法中先将聚乳酸和磁性四氧化三铁混合，磁性成分的含量不能自由调控，而且制备条件苛刻且工序复杂。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种复合微球及其制备方法和应用，复合微球中的功能性粒子有序分布。基于此，本专利技术采用的技术方案为：一种复合微球的制备方法，包括：制备微球乳液，所述微球乳液中的微球分散在溶剂中，且所述微球含有修饰或未修饰的载体材料及分散在所述载体材料中的功能性粒子；在所述微球乳液形成的同时或之后，向所述微球乳液施加多种物理场来控制调节所述功能性粒子的分布；将调节中或调节后的所述微球乳液中的溶剂部分或者全部去除，获得复合微球；其中，所述多种物理场包括用于促进所述功能性粒子吸收热量的第一物理场和用于使所述功能性粒子定向运动的第二物理场。进一步地，所述功能性粒子包括纳米级至亚微米级的颗粒、无机荧光分子、有机荧光分子。进一步地，向所述微球乳液同时或依次施加所述第一物理场和所述第二物理场。进一步地，所述第一物理场为微波或红外光，所述第二物理场包括超声场、能量有序分布的光场、电场、磁场中的至少一种。将不同波长的红外光照射于微球乳液上，由于功能性粒子在特定红外波长有较强的吸收，特定波长的红外光可对微球乳液中的功能性粒子进行加热，在通过选择波长后，微球乳液的载体材料并不被加热，被加热的功能性粒子遵循等配分函数定理，在空间坐标XYZ三个自由度上做热运动，给了功能性粒子充足的能量越过空间能量势垒，进入过渡态，之后或同时在其他物理场的作用下进行有序定向的排布，调制的红外光强度可使得功能性粒子在可越过室温能量势垒和不可越过其他物理场制造的能量势垒中的窗口区域，从而实现最终结构。更进一步地，所述超声场由超声波发生器发出的超声波形成，通过传感器检测并反馈经所述微球的功能性粒子吸收后的超声波，根据所述传感器的反馈调节所述超声波发生器发出的超声波的能量。通过传感器的实时反馈闭环控制超声波对微球乳液中的功能性粒子进行调制，以磁共振成像装置原理，功能性粒子对超声波段吸收并保持极性朝向被外加超声波的场诱导，为了保持诱导进行的调制效率，传感器通过功能性粒子特定的吸收波谱及时调解超声脉冲的能量从而可控调解功能性粒子的朝向。本专利技术中，“能量有序分布的光场”是指光场的能量分布不均一，能量分布按照周期循环式分布，如呈条纹式分布。优选地，所述能量有序分布的光场由干涉光形成；或，所述能量有序分布的光场由显示屏幕或有序排布的光源发出的有序分布的光线形成。具体地，所述干涉光由两个光源的出射光相互干涉形成，光源A发出的光经过反射达到样品，与光源B发出的光产生干涉效应，生产干涉图样，相消的位置能量最低，相长的位置能量最高，能量最高或最低的位置对不同的功能性粒子能量势井，功能性粒子会向能量势井最低的地方移动，并以最大几率停留在能量势井能量最低的空间位置，这样可使得功能性粒子在光场干涉的图样中形成空间位置均匀分布，通过控制光干涉图样(光波长、相位差等)可以控制功能性粒子在微球乳液中的分布及相隔距离。这里的光源可以采用平面波或球面波，产生不同的光干涉图样。光的方向会对功能性粒子的极化方向进行调整。具体地，所述干涉光由单个光源通过双缝后发生杨氏双缝干涉产生，产生光干涉条纹，可以将功能性粒子按照条纹的图样排布在微球乳液中。具体地，所述能量有序分布的光场有显示屏幕等可控发光图样的设备形成，以有序像素的光源照射到微球乳液中，从而使功能性粒子在微球乳液中达到有序可控的最终结构。更进一步地，所述能量有序分布的光场为可见光场。更进一步地，所述电场为变频交流电场，所述磁场为变频交流磁场。在外加变频交流电场或磁场的情况下，微球乳液中的功能性粒子的偶极被诱导，之后在非均匀的电场或磁场中排布。功能性粒子的复电容率和复磁导率可描述为：ε＝ε′+i·ε″μ＝μ′-j·μ″其中虚数部分均受功能性粒子的电导率或磁导率与外加场频率等性质共同决定，因此可通过调解外加场来精确调节功能性粒子在场中的排列行为。以电场为例，在交变电场频率较低的时候，功能性粒子的导电率对外加场的反应起决定性作用，可对导电性更好的功能性粒子进行调制，如磁性纳米颗粒或量子点等金属纳米颗粒可响应，在交变电场频率高的时候，功能性粒子的介电常数对外加场的反应起决定作用，这时候可以对导电率差的分子，例如有机荧光染料进行调制。在这种多物理场耦合调节的作用下，可使得功能性粒子在微球中进行空间排序，最终得到所包含功能性粒子均匀空间分布、偶极方向一致的微球。在一优选的实施例中，制备微球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合微球的制备方法，其特征在于，包括：/n制备微球乳液，所述微球乳液中的微球分散在溶剂中，且所述微球包括修饰或未修饰的载体材料及分散在所述载体材料中的功能性粒子；/n在所述微球乳液形成的同时或之后，向所述微球乳液施加多种物理场来控制调节所述功能性粒子的分布；/n将调节中或调节后的所述微球乳液中的溶剂部分或者全部去除，获得复合微球；/n其中，所述多种物理场包括用于促进所述功能性粒子吸收热量的第一物理场和用于使所述功能性粒子定向运动的第二物理场。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合微球的制备方法，其特征在于，包括：
制备微球乳液，所述微球乳液中的微球分散在溶剂中，且所述微球包括修饰或未修饰的载体材料及分散在所述载体材料中的功能性粒子；
在所述微球乳液形成的同时或之后，向所述微球乳液施加多种物理场来控制调节所述功能性粒子的分布；
将调节中或调节后的所述微球乳液中的溶剂部分或者全部去除，获得复合微球；
其中，所述多种物理场包括用于促进所述功能性粒子吸收热量的第一物理场和用于使所述功能性粒子定向运动的第二物理场。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一物理场为微波或红外光，所述第二物理场包括超声场、能量有序分布的光场、电场、磁场中的至少一种；优选地，所述超声场由超声波发生器发出的超声波形成，通过传感器检测并反馈经所述微球的功能性粒子吸收后的超声波，根据所述传感器的反馈调节所述超声波发生器发出的超声波的能量；优选地，所述能量有序分布的光场由干涉光形成；或，所述能量有序分布的光场由显示屏幕或有序排布的光源发出的有序分布的光线形成。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载体材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸叔丁酯、聚苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸乙酯、聚己内酯、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸叔丁酯-甲基丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙烯亚胺、聚醚多元醇、苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯的一种或者多种组合。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能性粒子包括纳米级至亚微米级的颗粒、无机荧光分子或者有机荧光分子；优选地，所述颗粒为磁性纳米颗粒或者量子点；优选地，所述复合微球的粒径为0.5～50μm，所述功能性粒子中纳米级至亚微米级颗粒的粒径为1～100nm。


5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，制备微球乳液具体包括如下步骤：将所述载体材料和所述功能性粒子的混合溶液通过反应器表面，所述反应器表面上形成有多个微孔，微孔表面具有极性，所述混合溶液进入所述微孔中混...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏超，程鹏，陈忠磊，
申请(专利权)人：彩科苏州生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32