[发明专利]两亲性多孔中空碳微球及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种两亲性多孔中空碳微球及其制备方法与应用。

背景技术

近年来由于其独特的性质和巨大的潜在应用价值，具有良好规整结构的中空微球，特别是具有多孔球壳的中空微球受到了众多研究者的广泛关注。多孔球壳结构使得客体分子如染料、药物、相变材料、细胞和蛋白质等能够自由地进入微球的内部空腔，从而大大提高了这些活性分子的装载、储藏和运输效率。因此，这种多孔中空的结构特征将有助于多孔中空微球在能量储存、药物输送，人工细胞、催化载体等领域的应用。

目前制备多孔中空微球的方法主要是微乳液法、超分子自组装法和模板法等。总体来说，这些方法或者在产品尺寸和孔径大小控制方面还存在问题，或者是制造工艺比较繁琐。同时，用这些方法制备得到的产品往往需要在进一步的表面化学改性之后，才能符合特定应用的需要。这就使得整个载体材料的制备过程过于复杂，提高了生产的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种两亲性多孔中空碳微球及其制备方法。

本发明所提供的两亲性多孔中空碳微球是按照包括下述步骤的方法制备得到的：将酵母菌分散于细胞壁表面保护剂的水溶液中，然后进行碳化处理，即得到所述两亲性多孔中空碳微球。

其中，所述酵母菌的形状可为球形或椭球形。所述酵母菌可以是活菌也可以是死菌。当所述酵母菌为干酵母菌时，所述干酵母菌的加入量与所述细胞壁表面保护剂的水溶液中配比为10-200g∶1L。

本发明中的细胞壁表面保护剂起到保护酵母细胞壁结构完整性，避免细胞壁瓦解的作用。所述表面保护剂具体可为丁二醛、戊二醛或己二醛，所述表面保护剂的水溶液中表面保护剂的浓度可为0.01-0.1mol/L。

本发明中所述碳化处理可在反应釜中进行。所述碳化处理的温度为恒温，所述恒温的温度为150-240℃，恒温的时间为10-24小时。

本发明的方法还包括对得到的多孔中空碳微球用去离子水洗涤并干燥的步骤。

本发明制备的多孔中空碳微球的前身是酵母菌的多聚糖细胞壁，由于酵母菌属具有基本相同的细胞壁结构，所以酵母菌属中的任意一种均可用作本发明的原料，如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母等。

按照上述方法制备得到的中空碳微球的粒径分布集中在2-4微米。除了具备中空结构外，微球球壳上还均匀分布着大量孔隙。在制备过程中通过改变表面保护剂的种类、浓度以及碳化处理的温度、时间，使得制备出的两亲性多孔中空碳微球的孔径可以在介孔(2-50nm)和大孔(＞50nm)范围内进行调控。当表面保护剂的浓度为0.05-0.1mol/L，恒温时间为10-14小时时，球壳孔隙集中在介孔范围；当表面保护剂的浓度为0.01-0.05mol/L，恒温时间为10-24小时时，球壳孔隙集中在大孔范围。

本发明的另一个目的是提供上述方法制得的两亲性多孔中空碳微球作为载体富集、担载活性分子或催化剂的应用。

其中，所述活性分子可为蛋白质、多肽、生长因子、药物、染料等中的一种，所述催化剂可为纳米尺度的金属或金属氧化物催化剂如Ag、SrO₂、TiO₂等，以及生物催化剂，如脂肪酶、葡萄糖苷酶等中的一种。

用所述两亲性多孔中空碳微球作为特定载体富集、担载活性分子或催化剂的方法为：将两亲性多孔中空碳微球与活性分子溶液或催化剂溶液混合，使所述两亲性多孔中空碳微球吸附活性分子或催化剂，然后将两亲性多孔中空碳微球从溶液中分离出来，即可将活性分子或催化剂装载于两亲性多孔中空碳微球中。

所述活性分子溶液和催化剂溶液中的溶剂成分均为具备保持相应活性分子和催化剂活性所要求的离子种类、浓度和pH值的极性或非极性溶液。所述吸附的温度范围为-20℃-90℃，吸附的时间为5-600分钟。吸附过程中可将溶液静置也可适当震荡。

本发明的再一个目的是提供一种利用相转移法从稳定的分散体系中分离回收上述两亲性多孔中空碳微球的方法。

本发明实现该目的所采用的技术方案如下：对于两亲性多孔中空碳微球在极性(或非极性)溶剂中形成的稳定分散体系，加入非极性(或极性)溶剂，并适当震荡后，两亲性多孔中空碳微球迅速地从原来稳定的分散体系中向两相界面转移，并最终全部聚集于两相界面上，此时即可实现两亲性多孔中空碳微球的回收。

其中，所述极性溶剂可以是水、甲酰胺、乙腈、甲醇、丙酮等已知的极性溶剂中的一种，所述非极性溶剂可以是甲苯、氯仿、溴乙烷、四氯化碳、环己烷、己烷等已知的非极性溶剂中的一种。