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高分子微球具有大的比表面积、易于分离、表面可修饰多种官能团等特点,因而广泛应用于生物医用领域。无机纳米粒子-高分子复合微球可将纳米材料的功能性,如半导体量子点独特的光学性能以及磁性纳米粒子的超顺磁性,和高分子微球的优点相结合因而受到广泛关注,特别是对具有荧光或磁性功能性的复合微球的探索。本文研究工作主要围绕功能性无机纳米粒子-高分子复合微球的制备、表征及其生物医学应用,开展了以下几方面的工作:
(1)通过分散聚合和种子聚合相结合的方法,成功地制备了表面带羧基的多孔聚苯乙烯微球。以苯乙烯单体为原料采用分散聚合的方法,制备得到由线性聚苯乙烯分子组成的单分散种子微球,当聚合反应体系中减小单体的浓度,或增加引发剂的浓度,制备得到的种子微球分子量逐渐减小,通过调节以上两因素得到一系列不同分子量粒径均一的种子微球。通过活化溶胀种子聚合的方法制备得到表面带羧基的交联微球,抽提去其中的线性聚苯乙烯分子得到表面带羧基的多孔微球;在较高种子微球分子量、较高交联剂浓度或较小的单体/种子微球比时,由于反应液滴内黏度较大,易于发生两相分离,因而易于生成具有单一拗口结构或表面突起不光滑表面的微球。FTIR谱图定性表征说明微球上含有羧基;结合自动电位滴定对微球表面羧基进行了定量的表征,微球表面羧基含量随种子聚合时单体中MAA浓度的增加而线性增加。
(2)采用溶胀法在氯仿/丁醇混合溶剂体系中,成功将表面包覆油酸的油溶性量子点包埋进多孔聚苯乙烯微球内,得到具有狭窄对称荧光峰、较高荧光强度的荧光微球,并得到四种明显不同颜色蓝、绿、黄、红的荧光微球,实现用单色光同时激发四种微球同时发出不同颜色的荧光。研究了氯仿/丁醇的比例对包埋进微球内量子点数量的影响,认为溶胀包埋进微球内量子点的量主要由溶液的极性和微球的溶胀程度影响,包埋体系极性越强,量子点越易扩散进微球;微球溶胀程度越大,量子点越易扩散进微球内。在我们的试验条件下,氯仿/丁醇比为10/90的时候得到的荧光微球的荧光强度最大。进一步发展了挥发氯仿的改进溶胀包埋方法,制备得到荧光强度更强的荧光微球。探索了制备二色量子点编码荧光微球的可行性,并制备得到三种不同的二色荧光编码微球。尝试在荧光微球表面偶联蛋白分子,通过抗体抗原间的特异性吸附,证明我们制备的荧光微球易于与生物分子进行偶联。
(3)进一步采用改进的溶剂挥发溶胀法将磁性纳米粒子和量子点同时包埋进聚苯乙烯微球,获得具有磁分离、荧光标记编码和表面生物反应活性等生物医用功能性的多功能微球,微球的最大饱和磁化强度为0.5 emu/g,具有明显的磁响应性,并且多功能微球在水溶液中具有较好的荧光和磁性能稳定性。