[发明专利]一种纳米级多孔碳微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米级多孔碳微球的制备方法，具体涉及一种以细菌纤维素为碳源，采用微流控技术制备碳微球后，再水热碳化制得多孔碳微球的方法，属于多孔碳材料的制备领域。

背景技术

多孔碳微球来源丰富易得、形貌均一可控、表面具有大量官能团，利于药物的包埋，可作为药物载体，实现药物的靶向和改善药物的释放速率，受到广泛关注。

多孔碳微球的传统制备方法包括水热法、溶剂法、微波法以及模板法等。【Carbon，2009.47：2281-2289】报道了一种以纤维素为前驱体，通过水热反应制得多孔碳微球的方法，其粒径范围为2～5μm，表面含有大量羟基和羧基，但是其分散性能差，易团聚，不适于作为药物载体。【Journal of Materials Chemistry，2009.19：8645-8650】报道了一种以虾壳为碳源，采用溶剂热法制得的结构形貌良好、比表面积高的多孔碳微球，但是原料的来源不丰富以及溶剂热的温度较高，其成本较高，不利于大规模生产。【Prog Chem，2012.24：42】报道了一种将碳源与催化剂混合后于微波炉中进行反应生成多孔碳微球的方法，此方法具有快速反应的优势，但由于微波法的成本太高，商业化大量生产还存在一些问题。目前制备多孔碳微球的方法成本高，产量低，难以大规模生产。因此，寻找一种碳源来源广泛、工艺简单、易于大量生产且低成本的多孔碳微球的制备方法，对于促进其作为药物载体的进一步应用十分必要。

发明内容

为了解决现有的制备方法中，多孔碳微球易团聚不易分散、生产成本高、不适于规模化生产的问题，本发明提供了一种纳米级多孔碳微球的制备方法，以细菌纤维素为碳源，采用微流控技术制得微米级的碳微球，再经水热碳化制得纳米级的多孔碳微球。该方法制得的多孔碳微球粒径均匀、组成和形貌可控、单分散性好以及可实现表面功能化，比表面积大及多孔结构更利于药物的负载。

实现本发明的技术解决方案为：

一种纳米级多孔碳微球的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，细菌纤维素的溶解：将经碱处理、清洗并干燥得到细菌纤维素粉末溶于LiCl/二甲基乙酰胺(DMAC)溶液中，搅拌至完全溶解，离心脱泡得LiCl/DMAC/BC溶液；

步骤2，微流控技术制备微球：将LiCl/DMAC/BC溶液作为分散相，DMAC/4-甲基吗啡-N-氧化物(NMMO)/H₂O溶液为连续相，分散相与连续相的流速比为1:10～80，采用T型垂直交错微通道的微流控装置制备细菌纤维素微球；

步骤3，水热碳化：将微球溶液置于反应釜中，于160℃～200℃下反应4h～30h，得到碳微球溶液；

步骤4，冷冻干燥：将碳微球溶液透析，旋蒸除水，冷冻干燥得到纳米级的固体多孔碳微球。

优选地，步骤1中，所述的LiCl/DMAC中LiCl的质量分数为5％～8％，所述的LiCl/DMAC/BC溶液中BC的质量浓度为1％～2％。

优选地，步骤2中，所述的DMAC/NMMO/H₂O溶液中DMAC、H₂O和NMMO的摩尔比为0.5～5：45～49.5：50。

优选地，步骤4中，所述的透析截留分子量为3000，所述的旋蒸温度为50℃～80℃，旋蒸时间为2h～8h，冷冻干燥的温度为-55℃，冷冻干燥时间为12h～36h。

与现有技术相比，本发明采用来源广泛、价廉易得的细菌纤维素为碳源，采用微流控技术制得尺寸单一、形貌可控的微米级的碳微球，最后经水热碳化，将微米级的碳微球制成纳米级的多孔碳微球。本发明方法制得的多孔碳微球，其尺寸在纳米级，较微米级的碳微球相比，比表面积增大，更利于药物的负载，在载药领域具有应用价值。

附图说明

图1是纳米级多孔碳微球的制备方法流程图。

图2是T型垂直交错微通道乳化装置示意图。

图3是实施例4制得的纳米级多孔碳微球的粒径分布图。

图4是实施例7制得的纳米级多孔碳微球的整体分布的透射电镜图。

图5是实施例7制得的纳米级多孔碳微球的单个微球的透射电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的一种纳米级多孔碳微球的制备方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，细菌纤维素的溶解：将经碱处理、清洗并干燥得到细菌纤维素粉末溶于LiCl/DMAC溶液中，搅拌至完全溶解，离心脱泡得LiCl/DMAC/BC溶液；