專利名稱：一種基于量子點的磁性熒光多功能微球及其制備方法
技術領域：
本發明屬于多功能材料領域，涉及一種磁性熒光微球，特別涉及一種基于量子點的磁性熒光多功能微球及其制備方法。
背景技術：
近年來，磁性納米微球和熒光微球在生物檢測、分離、診斷、示蹤和醫學成像等生物醫學領域獲得了廣泛的應用。將磁性納米顆粒和量子點熒光物質相結合，發展磁性熒光多功能微球材料，是當前生物醫學領域研究與開發的熱點課題。量子點，又可稱為納米晶，是一種由II-VI族或III-V族元素組成的納米顆粒。量子點的粒徑一般介于I-IOnm之間，由于電子和空穴被量子限域，連續的能帶結構變成具有分子特性的分立能級結構，受激后可以發射熒光。量子點是近幾年發展起來的新型納米材料，具有寬的激發光譜、窄的發射光譜、可精確調諧的發射波長、可忽略的光漂白等優越的熒光特性，可以很好地用于熒光標記，基于量子效應，量子點在太陽能電池，發光器件，光學生物標記等領域具有廣泛的應用前景，可以成為一類理想的生物熒光探針。CN 101787163A公開了一種磁性熒光微球及其制備方法。將單分散羧基化聚苯乙烯微球加入溶脹劑，將磁性納米微粒加入上述溶脹體系中，在脫色搖床上震蕩12-48小時， 然后用環己烷與乙醇的混合液清洗沉淀物，超聲分散后，離心分離得到磁性熒光微球。CN 101530766A公開了一種氨基功能化雙核殼結構磁性熒光編碼微球的制備方法。采用反相微乳液方法將兩種具有不同熒光顏色的半導體量子點與超順磁性的氧化鐵納米粒子包埋到同一二氧化硅納米粒子中，形成一種粒度在40-100nm之間、熒光強度大、穩定性高的氨基功能化的磁性熒光編碼微球。CN 101575516A公開了一種多色熒光磁性核/殼結構多功能納米晶，核為MPt，殼為Cdk ；其中M = Fe, Co或Ni。其制備方法為先將氧化鎘與硬脂酸(SA)反應制備鎘前體，然后加入MPt型磁性納米粒子分散液，在惰性氣氛下升溫至60°C -120°C除掉分散磁性納米粒子的非極性有機溶劑后，將反應物加熱至在260°C _320°C下，并注入硒的儲備液，經過10秒到20分鐘的反應，得到熒光磁性納米晶體。雖然上述方法取得了一定的進展，但是所制備的磁性熒光多功能微球材料還存在著較大的缺陷，如微球材料的粒徑分布非常寬、熒光分布不均勻、穩定性差等，這些磁性熒光多功能微球材料在實際應用中還有很大的差距。因此，需要對現有技術進行改良，探討一種粒徑均一且微球大小可控的磁性熒光多功能微球的制備方法是亟待解決的關鍵問題。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種基于量子點的磁性熒光多功能微球的制備方法。本發明所述的一種基于量子點的磁性熒光多功能微球的制備方法，包括以下步驟(1)將疏水性單體、疏水性磁性納米顆粒、油溶性量子點與油溶性引發劑混合，充分攪拌，形成均勻分散的油相流體；(2)在聚合反應釜中加入穩定劑和水，攪拌分散形成均勻的水相溶液；(3)加壓，使油相流體分散進入水相溶液中形成0/W型懸浮液；(4)恒溫聚合，即可得到粒徑均一的磁性熒光多功能微球。作為優選方案，步驟(1)中所述混合和攪拌在油相儲罐中完成。步驟(1)中所述疏水性單體為疏水性烯類單體，優選苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯或其衍生物中的一種或者至少兩種以上。所述混合例如苯乙烯/ 二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯/甲基丙烯酸縮水甘油酯、苯乙烯/ 二乙烯苯/甲基丙烯酸甲酯。烯類單體在反應中，雙鍵打開， 進行聚合反應，得到聚合物。優選地，步驟(1)所述中所述疏水性單體的濃度為50wt% 90wt%。步驟(1)中所述疏水性磁性納米顆粒優選油酸包覆的!^e3O4納米顆粒或/和硬脂酸包覆的狗304納米顆粒。鐵氧體磁性納米顆粒耐氧化性較好，其表面有表面活性劑油酸或者硬脂酸。！^e3O4 納米粒子通過油酸或者硬脂酸“包覆”后在液體中分散性增強。所述油酸包覆的!^e3O4納米顆粒和硬脂酸包覆的狗304納米顆粒可通過現有領域技術進行制備得到。優選地，步驟(1)中所述疏水性磁性納米顆粒的濃度為5wt % 20wt %。步驟(1)中所述油溶性量子點優選0(1^5丄(《^、化？、11^8丄(1^5/^(15丄(156/&1^5、 CdTe/ZnS中的一種或至少兩種以上。所述混合例如CdSe/CdTe、CdSe/CdSe/CdS、CdSe/ CdTe/lnP。所述量子點可根據現有技術所述方法制備得到。與有機熒光分子相比，量子點具有很多獨特的光學特性，其發射峰波長可由組成材料和粒徑大小來調節，其激發光波長范圍很寬，具有較大的斯托克位移和狹窄對稱的熒光譜峰，從而具備了一元激發多元發射的特點，為多通量檢測提供了基礎。而不同熒光染料分子需不同的激發波長，且發射光譜寬， 易互相重疊，因而很難同時使用兩種以上的熒光染料分子同時進行多色標記。此外，量子點具有良好的光化學穩定性，可以耐受更強的激發光和更長的光發射周期。優選地，步驟(1)中所述油溶性量子點的濃度為 10wt%。本發明所述聚合為自由基聚合，采用自由基型引發劑，包括過氧化物引發劑和偶氮類引發劑及氧化還原引發劑等，過氧化物引發劑又分為有機過氧化物引發劑和無機過氧化物引發劑。無機過氧化物引發劑溶于水，為水溶性引發劑。氧化還原引發劑需選擇合適的氧化劑和還原劑配對，引發效率較高，但是聚合反應單體殘留率高。綜上所述，本發明步驟 (1)中所述油溶性引發劑為有機過氧化物或偶氮類引發劑，優選過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈中的一種或至少兩種以上。所述混合例如過氧化苯甲酰/偶氮二異丁腈、 過氧化苯甲酰/偶氮二異丁腈/偶氮二異戊腈。優選地，步驟(1)中所述油溶性引發劑的濃度為0. 5wt% 6wt%，優選；聚合反應一般為放熱反應，尤其如果不能有效地采用合理的換熱方式，會引起暴聚，發生危險。同時，反應熱也會影響到聚合物分子量分布，合理的分子量分布是聚合物性能的重要指標。同時，隨著聚合反應的進行，聚合物粘度增大，容易引起凝膠效應。因此，為了有效地控制聚合物的粘度以及聚合反應傳熱，步驟O)中所述聚合反應釜為攪拌式聚合反應釜。懸浮聚合體系是熱力學不穩定體系，需借攪拌和穩定劑維持穩定。在攪拌剪切作用下，溶有引發劑的單體分散成小液滴，懸浮于水中引發聚合。不溶于水的單體在強力攪拌作用下，被粉碎分散成小液滴，它是不穩定的，隨著反應的進行，分散的液滴又可能凝結成塊，為防止粘結，體系中必須加入穩定劑。本發明步驟O)中所述穩定劑為非離子型表面活性劑，進一步優選聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、纖維素、羥丙甲基纖維素中的一種或至少兩種以上。所述混合例如聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮/纖維素/羥丙甲基纖維素。優選地，步驟⑵中所述穩定劑的濃度為5wt % 30wt %，優選20wt %。步驟(3)中所述加壓壓力為0. 05MPa-0. 2MPa，優選0. 08-0. 15MPa，進一步優選 0. IMPa。優選地，步驟(3)中所述分散是采用噴流懸浮聚合法并通過噴流懸浮反應裝置使油相流體通過噴嘴進行分散的，所述噴流懸浮聚合反應裝置包括攪拌式聚合反應釜、油相儲罐和噴嘴，油相儲罐上端經第一調節閥與氮氣瓶相連，并經第二調節閥與聚合反應釜上端的噴嘴相連，油相儲罐上端安裝有壓力表和電機，電機帶動攪拌器轉動。步驟中所述聚合反應溫度為70 90°C，優選75_85°C，進一步優選80°C ；所述聚合反應時間為l_4h，優選2-池，進一步優選池。本發明的另一目的在于提供一種基于量子點的磁性熒光多功能微球，其由上述所述方法制備得到。影響磁性熒光微球使用的指標主要是微球粒徑的大小、均勻性，微球的磁性能和熒光性能。粒徑均一性差降低了微球在實際應用如檢測過程中信號的準確性，大大降低了其使用性能。本發明提供的基于量子點的磁性熒光多功能微球粒徑均一，微球大小可控，磁含量高，熒光效率高。本發明的有益效果本發明采用噴流分散替代機械攪拌分散，將油相流體均勻分散和聚合反應分開進行。通過噴流技術將油相流體均勻破碎并在水相中形成穩定的0/W型懸浮液，聚合反應可以得到粒徑均一的磁性熒光多功能微球。本發明的方法賦予了基于量子點的磁性熒光多功能微球新的特性，其粒徑均一，粒徑大小可調，這是現有方法無法制備得到的。本領域技術人員由上述技術方案可以看出，本發明的基于量子點的磁性熒光多功能微球制備方法，可以替代現有技術的懸浮聚合法，其可以用于任何適宜的磁性熒光多功能微球的制備。
具體實施例方式為便于理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下(1)硬脂酸包覆的!^e3O4納米顆粒的制備向盛有800ml蒸餾水的1升攪拌式反應器中加入0. 098mol FeCl2 · 4H20和0. 196mol FeCl3 · 6H20,升溫至 90°C，傾入含 30_40ml NH3 · H2O 水溶液，待 2min 后，開始按 0. 5ml ^irT1的速度滴加硬脂酸約20ml，直至看到一個清楚的上清液為止，繼續恒溫40min， 傾去上清液即可得到黑色團塊狀表面包覆有硬脂酸的!^e3O4納米顆粒。(2)油酸包覆的!^e3O4納米顆粒的制備向盛有500ml蒸餾水的1升攪拌式反應器中加入0. 25molFeS04 · 7H20，0. 49mol FeCl3 · 6H20,升溫至70°C，傾入含0. 4mol的Na2CO3水溶液50_60ml，在30min內逐滴加入 15ml油酸，上清液變清后，升溫至80°C恒溫1小時，傾去上清液即可得到黑色團塊狀表面包覆有油酸的I^e3O4納米顆粒。(3) Cdk量子點的制備(1)取0. 09g硒粉，加入30ml十八烯的燒瓶中，在氮氣保護下加熱到200°C，恒溫
20分鐘，冷卻至室溫，得到硒儲備液；(2)將0. 06gCd0、0. 5g硬脂酸和20ml十八烯混合在燒杯中，在氮氣保護下加熱 150°C，恒溫20分鐘，冷卻至室溫，得到鎘儲備液；(3)取上述0.5ml的鎘儲備液，加入0. 25g氧化三正辛基膦和十六胺，在氮氣保護下加熱260°C，保持20秒鐘，迅速撤除加熱裝置使產物冷卻至室溫。(4)產物加入正己烷，離心，棄去沉淀后，加入丙酮，靜置10分鐘使產物沉淀，棄去上清液，得到Cdk量子點。CdTe, InP, InAs, CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdTe/ZnS 等量子點可參考上述制備方法得到。實施例一(1)將80g苯乙烯、IOg 二乙烯苯、IOg油酸包覆的Fe3O4納米顆粒、0. IgCdSe量子點和3g過氧化苯甲酰組成的有機相，加入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和IOg聚乙烯醇，80°C恒溫攪拌 30min后，使聚乙烯醇完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0. IMPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫80°C反應池；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于Cdk量子點的磁性聚苯乙烯微球。實施例二(1)將70g甲基丙烯酸甲酯、5g二甲基丙烯酸乙二醇酯、IOg硬脂酸包覆的狗304納米顆粒、0. IgCdSe量子點和4g過氧化苯甲酰組成的有機相，傾入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和15g聚乙烯吡咯烷酮，80°C恒溫攪拌30min后，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0. IMPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫80°C反應池；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于Cdk量子點的磁性聚甲基丙烯酸甲酯微球。實施例三
(l)70g醋酸乙烯酯、4g 二乙烯苯、IOg油酸包覆的!^e3O4納米顆粒、0. IgCdk量子點和4g過氧化苯甲酰組成的有機相，加入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和15g聚乙烯醇，80°C恒溫攪拌 30min后，使聚乙烯醇完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0. IMPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫80°C反應池；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于Cdk量子點的磁性聚醋酸乙烯酯微球。實施例四(l)70g丙烯酸甲酯、4g 二乙烯苯、IOg油酸包覆的!^e3O4納米顆粒、0. IgCdk量子點和4g過氧化苯甲酰組成的有機相，加入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和15g聚乙烯醇，80°C恒溫攪拌 30min后，使聚乙烯醇完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0. IMPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫80°C反應池；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于Cdk量子點的磁性聚丙烯酸甲酯微球。實施例五(I)SOg甲基丙烯酸縮水甘油酯、4g 二甲基丙烯酸乙二醇酯、IOg油酸包覆的!^e3O4 納米顆粒、0. IgCdSe量子點和3g過氧化苯甲酰組成的有機相，加入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和20g聚乙烯醇，80°C恒溫攪拌 30min后，使聚乙烯醇完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0. IMPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫80°C反應池；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于Cdk量子點的磁性聚甲基丙烯酸縮水甘油酯微球。實施例六(I)SOg丙烯酸甲酯、4g 二甲基丙烯酸乙二醇酯、IOg油酸包覆的狗304納米顆粒、 0. IgCdTe量子點和3g偶氮二異丁腈組成的有機相，加入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和20g羥丙甲基纖維素，80°C恒溫攪拌30min后，使聚乙烯醇完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0.05MPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫70°C反應Ih ；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于CdTe量子點的磁性聚丙烯酸甲酯微球。實施例七(1) 80g苯乙烯、4g 二乙烯苯、IOg硬脂酸包覆的Fii3O4納米顆粒、0. IgInP量子點和3g偶氮二異丁腈組成的有機相，加入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和20g羥丙甲基纖維素，80°C恒溫攪拌30min后，使聚乙烯醇完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0.2MPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫90°C反應Ih ；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于MP量子點的磁性聚苯乙烯微球。實施例八(1) 80g苯乙烯、4g 二乙烯苯、IOg硬脂酸包覆的Fii3O4納米顆粒、0. IgInP量子點和 3g過氧化甲乙酮組成的有機相，加入油相儲罐中，經攪拌形成均勻的油相流體；(2)在攪拌式聚合反應釜中加入IOOOml蒸餾水和20g聚氧乙烯胺，80°C恒溫攪拌 30min后，使聚乙烯醇完全溶解，保持攪拌速度至200rpm ；(3)加適當的壓力，使油相儲罐內的壓力保持0.2MPa，打開第二調節閥，油相流體通過噴嘴分散進入聚合反應釜內水相中形成0/W懸浮液，恒溫90°C反應Ih ；(4)冷卻后，經離心分離、洗滌、烘干等工序，即可得到基于MP量子點的磁性聚苯乙烯微球。申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程， 但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進， 對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
權利要求
1.一種基于量子點的磁性熒光多功能微球的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)將疏水性單體、疏水性磁性納米顆粒、油溶性量子點與油溶性引發劑混合，充分攪拌，形成均勻分散的油相流體；(2)在聚合反應釜中加入穩定劑和水，攪拌分散形成均勻的水相溶液；(3)加壓，使油相流體分散進入水相溶液中形成0/W型懸浮液；(4)恒溫聚合，即可得到粒徑均一的基于量子點的磁性熒光多功能微球。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述混合和攪拌在油相儲罐中完成；
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述疏水性單體為疏水性烯類單體，優選苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯或其衍生物中的一種或至少兩種以上；優選地，步驟(1)中所述疏水性單體的濃度為50wt% 90wt% ；
4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述疏水性磁性納米顆粒優選油酸包覆的狗304納米顆粒或/和硬脂酸包覆的!^e3O4納米顆粒；優選地，步驟(1)中所述疏水性磁性納米顆粒的濃度為5wt% 20wt% ；
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述油溶性量子點優選 CdSe、CdTe、InP, InAs、CdSe/CdS、CdSe/ZnSe、CdTe/ZnS 中的一種或至少兩種以上；優選地，步驟(1)中所述油溶性量子點的濃度為Iwt% IOwt% ；
6.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述油溶性引發劑為有機過氧化物或偶氮類引發劑，優選過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈中的一種或至少兩種以上；優選地，步驟(1)中所述油溶性引發劑的濃度為0.5wt% 6wt%，優選；
7.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述聚合反應釜為攪拌式聚合反應釜。優選地，步驟O)中所述穩定劑為非離子型表面活性劑，優選聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、纖維素、羥丙甲基纖維素中的一種或至少兩種以上；優選地，步驟O)中所述穩定劑的濃度為5wt% 30wt%，優選20wt% ；
8.根據權利要求1-7所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述加壓壓力為 0. 05-0. 2MPa，優選 0. 08-0. 15MPa，進一步優選 0. IMPa ；優選地，步驟(3)中所述分散是采用噴流懸浮聚合法并通過噴流懸浮反應裝置使油相流體通過噴嘴進行分散的，所述噴流懸浮聚合反應裝置包括攪拌式聚合反應釜、油相儲罐和噴嘴，油相儲罐上端經第一調節閥與氮氣瓶相連，并經第二調節閥與聚合反應釜上端的噴嘴相連，油相儲罐上端安裝有壓力表和電機，電機帶動攪拌器轉動。
9.根據權利要求1-8所述的方法，其特征在于，優選地，步驟(4)中所述聚合反應溫度為70 90°C，優選75-85°C，進一步優選80°C ；優選地，步驟(4)中所述聚合反應時間為l_4h，優選2-池，進一步優選池。
10.一種基于量子點的磁性熒光多功能微球，其特征在于，所述微球由權利要求1-9所述方法制備得到。
全文摘要
本發明公開了一種基于量子點的磁性熒光多功能微球及其制備方法，屬于多功能材料領域。本發明將疏水性磁性納米顆粒、疏水性單體、油溶性量子點和油溶性引發劑充分混合，形成均勻分散的油相流體；采用噴流懸浮聚合法將油相流體破碎分散形成大小均一的油滴，并在水相中形成O/W型懸浮液，恒溫聚合成磁性熒光多功能微球。本發明制備的磁性熒光多功能微球的粒徑均一、微球大小可控、磁含量高、熒光效率高、化學性質穩定，在食品安全檢測和生物醫學領域中具有潛在的應用價值。
文檔編號C08K3/32GK102492073SQ20111036605
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者陽承利 申請人:無錫中德伯爾生物技術有限公司