[发明专利]一种单孔二氧化硅中空微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机中空微球及其制备方法，具体是一种单孔二氧化硅中空微球及其制备方法。

背景技术

中空微球是指一类尺寸在纳米到微米量级，具有内部空腔的球壳型材料。二氧化硅是一种广泛使用的无机壳层材料，具有良好的生物相容性，耐酸性，且容易通过硅烷化反应引入多种活性基团等优点。二氧化硅中空微球可作为一种载体，用于药物或生物活性分子的包埋和可控输运与释放，在生物科学和医疗诊断等领域具有广泛的应用前景。

为了提高物质进出中空微球的质量传输效率，通常需要在壳壁上构建孔结构。目前，壳壁具有微孔(小于2nm)、介孔(2～20nm)，大孔(大于20nm)结构的中空微球都已经有文献报道。微孔和介孔中空微球适用于小分子的担载与释放，而对于大分子，如蛋白、聚合物和纳米颗粒的担载与释放，则大孔中空微球更适合。根据孔数量多少，大孔中空微球可以分为两类：大通孔中空微球和单孔中空微球。大通孔中空微球是指壳壁上具有多个大孔，微球具有类似笼状结构的一类微球。这种笼状结构有利于大分子物质的进出，但当壳壁较薄时，由于多个大孔的存在，壳壁容易破碎，微球机械强度小。大单孔中空微球是指一类在壳壁上仅有一个大孔的中空微球。这种结构特征保证了大分子进出中空微球具有很高的质量传输效率，此外，在相同的壁厚条件下，此结构比大通孔中空微球具有更好的机械强度。可以预见，这类具有单孔壳壁的二氧化硅中空微球可以作为一种载体材料，用于生物大分子的担载和控释，将在生物医学领域中得以应用。

目前为止，单孔二氧化硅中空微球的制备仅有两篇文献报道。Hyun Chung等人(Small 2009，5，324-328)采用乳液法制备壳壁内包埋超顺磁Fe₃O₄纳米粒子和荧光量子点的单孔二氧化硅中空微球。将疏水Fe₃O₄纳米粒子和荧光量子点分散于氯仿中，然后与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液混合，60℃加热10分钟，再加入二氧化硅前体正硅酸乙酯(TEOS)和催化剂NaOH，反应一段时间后可以得到单孔二氧化硅中空微球。Hyun Chung等人认为，此结构的形成经过了如下过程：在CTAB的稳定作用下，氯仿与水溶液混合形成了W/O乳液。在亲水催化剂作用下，TEOS在乳液油水界面水解缩聚而形成二氧化硅壳层。随着反应的进行，TEOS不断向二氧化硅壳层内渗透使得壳层不断加厚，而氯仿也不断蒸发离开而在乳液内部形成空腔。在反应初期，TEOS水解和缩聚形成的二氧化硅壳层具有很低的交联密度，难以耐受外界压力，因此，随着有机溶剂的蒸发，在二氧化硅壳层的最薄处弯曲破裂而形成的单孔。乳液法制备单孔中空微球，往往容易产生大量非中空的实心粒子，且从文献提供的TEM照片中可以发现，此微球的空腔部分所占微球比例很小。若以此微球作为载体担载功能材料，不利用获得高担载量。Limin Qi等人(Langmuir 2007，23，1107-1113)通过控制水-乙醇-氨水-TEOS-CTAB体系中水-乙醇比例以及TEOS加入量，获得了单孔中空二氧化硅微球。但这种方法获得的微球尺寸很大且不够均匀(5～25μm)。

研究内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种单孔二氧化硅中空微球及其制备方法，本发明所提供的二氧化硅中空微球具有独特的偏心空腔结构

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种单孔二氧化硅中空微球，所述中空微球的空腔在微球内处于偏心结构，该空腔的单孔开在所述微球壳层上。

所述中空微球的平均粒径分布范围为100nm～25μm，其内部空腔尺寸为20nm～10μm，其壳层上的开孔尺寸范围为20nm～5μm。

所述中空微球的平均粒径分布范围为100nm～300nm，其内部空腔尺寸为50nm～150nm，其壳层上的开孔尺寸范围为20nm～80nm。

一种单孔二氧化硅中空微球的制备方法，包括如下步骤：首先将疏水有机聚合物溶于四氢呋喃中，配成浓度为0.2g/L～10.0g/L的疏水有机聚合物的四氢呋喃溶液，再将该溶液与二氧化硅前驱体化合物混合，其中所述疏水有机聚合物与二氧化硅前驱体化合物的质量比为1％～10％，将上述混合溶液注入水中，该溶液与水的体积比为5％～50％，再加入氨水做催化剂，反应6～24小时，得到聚合物-二氧化硅复合微球，将上述复合微球分离，洗涤，干燥，除去聚合物即可得到所需单孔二氧化硅中空微球。

所述疏水有机聚合物的四氢呋喃溶液中还添加有乙腈、丙酮、甲醇或乙醇。