[发明专利]一种表面具有突起斑点的单分散微米级胶体粒子及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种表面具有突起斑点的单分散微米级胶体粒子，特别涉及这种胶体粒子的制备方法及其表面纳米级斑点分布密度和斑点尺寸的可调。

发明背景

一直以来，人们倾向于通过调节胶体粒子表面化学组成而非表面形貌来获得不同的物理化学性质。其中最主要的原因在于目前尚无一种简单而又有效的方法来大批量的制备表面形貌可精确调节的胶体粒子。而在某些领域，例如组织工程、体内释药等领域，可以应用的化学物质屈指可数，这极大地限制了相关领域的研究进展。相比于表面化学修饰而言，通过调节胶体粒子表面形貌来获得不同的物理化学性质更具优势。例如，通过增大胶体粒子表面的粗糙度可以显著地提高这些粒子的亲疏水性能。此外，最近MIT的Stellacci教授等人的工作表明纳米金粒子表面的周期性涟漪状结构能有效地减少蛋白质的吸附，这为控制载药粒子在动物血液循环中停留时间的相关研究开辟了一条新的途径。

目前，常用的调节材料表面形貌的方法主要有化学沉积法、物理吸附法和等离子体刻蚀法等。但较低的产率及繁琐的步骤极大地限制了这些方法的实际应用。此外，通过这些方法制得的表面结构往往不够稳定。因此，存在一种通过简单方法大批量制备表面形貌可调且结构稳定的单分散胶体粒子的需求。

种子聚合一般用于制备表面光滑或复杂形貌的大尺寸复合胶体粒子。在引发剂的作用下，第二单体在种子表面聚合形成壳层（形成种子的单体称为第一单体）。由于聚合体系中乳化剂的用量小于其临界胶束浓度，故能避免次级粒子的生成从而得到单分散的胶体粒子。此外，聚合体系中种子的浓度可以相当的高（不低于5%）。

本发明人经过实验发现，种子聚合的这些特点符合上述关于粗糙度可调胶体粒子制备中关于实施便利、高产率及单分散的要求。而表面结构的稳定性的要求则可通过在第二单体中加入交联剂来满足。此外，交联剂的引入可以对壳层的形成过程产生扰动，从而显著地改变壳层的表面形貌。结合无皂乳液聚合的相关机理，以上述改进的种子聚合法为手段来制备表面形貌可调的胶体粒子不仅方便、高效而且结构足够稳定，可充分满足相关基础研究及实际应用的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面具有突起斑点的单分散微米级胶体粒子及其制备方法。本发明的胶体粒子表面突起斑点的分布密度，尺寸以及化学组成可调，结构稳定，并且制备方法简单高效。

为了实现本发明，本发明提供下述技术方案：

一种表面有突起斑点的单分散微米级胶体粒子，该胶体粒子表面斑点为纳米级，该胶体粒子为核壳结构。

根据本发明，其中所述核层为非交联的聚合物，所述壳层为交联的聚合物。

根据本发明，所述核层材料选自非交联的单分散聚合物粒子，如聚丙烯酸类粒子和聚苯乙烯类粒子，优选聚苯乙烯类粒子。所述核层中的单分散聚合物粒子作为种子颗粒，使得单体能够在种子颗粒上生长。根据本发明，优选的种子颗粒为球形。

根据本发明，所述壳层材料选自交联聚合物，优选聚丙烯酸叔丁酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸正丁酯，聚烯丙基三甲氧基硅烷等，更优选为聚丙烯酸叔丁酯。聚丙烯酸叔丁酯在酸性条件下可水解为聚丙烯酸，方便实现上述胶体粒子表面性质的反转，拓宽该类胶体粒子的应用范围。

根据本发明，所述纳米级斑点的分布密度和尺寸可以调节。优选地，所述交联壳层表面斑点的分布密度和尺寸可通过反应时间、单体及交联剂用量和乳化剂浓度加以调节，更优选所述调节参数为乳化剂浓度。所述单分散微米级胶体粒子表面形貌可调。

根据本发明，所述内核、壳层及表面斑点的化学组分可以调节，优选采用苯乙烯类或丙烯酸酯类聚合物。

根据本发明，所述表面含纳米级斑点的交联壳层的起始反应物中还包括单体、交联剂、引发剂、乳化剂和水。

根据本发明，所述单体用量为种子颗粒的15%-85wt%,优选15%-65wt%，更优选32.5%-60wt%；交联剂用量为单体的10%-50wt%；优选12-35wt%。乳化剂浓度0.05-2.5g/L，优选0.125-2.0g/L，更优选0.25-1g/L，还更优选0.375-0.5g/L。引发剂用量为单体的0.5-2wt%,优选0.8-1wt%。

根据本发明，所述起始物聚合体系中种子颗粒的用量相对于水可以不低于5wt%，更优选不高于10wt%。

根据本发明，所述交联剂优选为能在单体和种子颗粒中溶解的交联剂，优选为油溶性交联剂，如二乙烯基苯。交联剂的引入可以对壳层的形成过程产生扰动，从而显著地改变壳层的表面形貌。因而将交联剂加入到单体中有利于获得表面结构稳定的胶体粒子。