[发明专利]功能性纳米颗粒复合交联微球粉末及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米材料制备与应用领域，具体地说，是单分散功能性纳米颗粒复合微球粉末及其制备方法及其应用。

背景技术

功能性纳米颗粒复合微球是指通过某种方法将功能性纳米颗粒与微球结合在一起所得到的一种功能性复合微球。现阶段通过各种途径制备的纳米颗粒具备各种特殊的光、电、磁及生物学等特性，因此在与微球结合后往往会将这些特性赋予到微球本身。而微球也为这些纳米颗粒提供了支承载体和有效保护。同时，微球自身的化学和物理性能如光敏感性、pH响应性、温度敏感性、吸附特性以及表面活性官能团也为纳米颗粒在各种复杂领域的应用提供可能。具备不同特殊功能的纳米颗粒复合微球在生物医药、工业催化、化工合成、电子信息、建筑材料等领域具有巨大的应用潜力。

现有技术中制备功能性纳米颗粒复合微球的制备方法主要有以下几种：

原位聚合法：即事先合成载体微球，之后以微球作为微型反应器，在其内部或表面原位合成各种功能性颗粒。但此方法由于受到微球自身条件影响，其所制备出的功能性颗粒种类及性能会受到一定限制。

溶胀渗透法：即事先合成具备孔结构的交联微球，之后微球在良溶剂中被溶胀，表面微孔得到扩张。此时加入功能性颗粒，在浓度差或疏水作用下微球通过孔结构渗透进微球并吸附在微球内壁。当外部溶剂去除后，微球收缩，从而将功能性颗粒包埋进入微球。此种方法简单易行，但要求微球的表面具有可供功能性渗透进入的微孔。而由于这种微孔结构的存在，会令包埋进的功能性颗粒容易重新泄漏出来，且不能为包埋在内的功能性颗粒提供足够保护以减少外界影响，因而此方法制备的复合微球内的纳米颗粒的性能稳定性欠佳。

组装模板法：即以功能性颗粒或微球为核心模板，通过静电作用、疏水作用、络合作用和氢键作用，将功能性颗粒和构成微球的材料依次结合在核心上。这种方法可以精确控制复合微球的粒径和纳米颗粒数量，但制备步骤较为复杂。且制备过程中反应环境对部分功能性颗粒的性能有一定影响。

聚合法：即在利用乳液聚合、悬浮聚合、分散聚合或本体聚合在制备微球的同时引入功能性颗粒。功能性颗粒分散在可聚合单体中，随着聚合的进行，功能性颗粒被包埋在逐渐形成的微球结构之内。此种方法优点是制备简单、产率较高。但是此种方法仍然面临以下问题：制备微米级复合微球时粒度分布较宽，功能性颗粒性能易受聚合反应环境的影响，功能性颗粒与形成的微球结构可能存在相分离。

现阶段，通过各种方法制备的功能性纳米颗粒复合聚合物微球已被应用于各个领域：Ugelstad研究小组通过原位聚合法在苯乙烯微球中制备了磁性纳米粒子，其具备较高的磁含量已被广泛应用于癌症检测及治疗领域。Nie研究小组通过采用溶胀渗透法将半导体纳米颗粒量子点包埋进多孔微球，利用微球表面羧基官能团将DNA链段连接在微球表面作为探针，进行了DNA特异性检测。Ahjeong Son小组采用模板自组装法，在磁性微球表面通过酰胺键包覆量子点壳层从而形成具备光磁双重特性复合微球，并应用于核酸检测。Yong Zhang研究小组，利用微乳液聚合法制备了复合有上转换发光稀土纳米颗粒的微球。这种微球在红外激发下具备特殊荧光性能的复合微球，其在医学成像领域具有广阔的应用前景。

经对现有技术的文献搜索发现，中国专利申请号：200410073449.7，名称为“一种高分子/无机物复合微球的制备方法”的发明，提出首先将活性预聚物吸附在无机颗粒表面，之后引发聚合形成无机颗粒复合微球的方法，中国专利申请号200810019950.3，名称为“纳米微米复合微球制备方法”的发明，提出通过化学方法将纳米颗粒键合到微球表面制得纳米颗粒复合微球的方法，中国专利申请号：201010593883.3，名称为“制备有机/无机复合微球的制备方法”的发明，采用先溶胀聚合物微球，后将溶胀溶剂加热挥发的方法制备了无机纳米颗粒复合聚合物微球。但以上制备复合微球所采用方法的原理仍基于上面所述的各种传统制备无机纳米颗粒复合微球的方法，存在其固有系统缺陷，无法制备得到粒径为微米级、均一可控、分散性好的功能性纳米颗粒复合微球。