肖新才，王振环，杜欢欢，魏海胜，杨芳云

(中南民族大学药学院，武汉430074)

具有核壳结构的高分子微球是一类具有一层或多层结构的聚合物粒子.由于其具有尺寸小、体积小、比表面积大、比表面易修饰、粒径大小均一等特点［1］而广泛用作分离与吸附的材料，并很好地应用于色谱分离［2］、生物医学［3］、情报信息、单分子检测［4，5］、胶体科学及药物释控［6］等方面，作为蛋白质抗体酶和药物的固定载体用于临床检查和诊断［7，8］.文［9］采用种子乳液聚合法制备以 PSt为核、NIPAM及 AAC共聚物为壳的核-壳粒子;文［10］采用乳液法制备了聚苯乙烯/油酸/氟化镧复合纳米微球;文［11］采用层层自组装法制备PSt/SnO2核壳微球;文［12］采用分散聚合法［13］制备SiO2/PAM核壳复合微球.上述方法普遍存在如微球的粒径大，微球壁厚难以控制等问题，限制了微球的应用.而模板法为近年开发的一种制备具有核壳结构高分子微球的方法，该法为在预定制备好的模板颗粒上形成聚合物壳，从而形成具有核壳结构的微球.所得微球大小和形状均一，并可良好地控制微球壁组成和壁厚［14］.

当溶液的极性由小至大发生改变时，疏水性线型聚合物能缩聚成团，且不同链长的聚合物也将得到不同粒径的团，利用此团作为模板将得到不同大小核的微球或微囊.基于迄今止，未见用聚合物链做模板的相关报道，本文选用聚合进行中的线型聚苯乙烯链为研究对象，将其从小极性溶剂泵送入大极性溶剂中，用缩聚成团的聚苯乙烯作为模板，链端的自由基引发单体N-异丙基丙烯酰胺的聚合，得到聚苯乙烯核-聚(N-异丙基丙烯酰胺)壳微球，期望为微球或微囊的制备探索一种新的方法.

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

1.1.1 试剂

N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，分析纯，日本Kohjin Co.Ltd公司生产，经正己烷/丙酮(体积比4/1)混合溶剂重结晶提纯;N，N'-二亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，化学纯，长沙欧迈生物科技有限公司，经正己烷/丙酮(体积比4/1)混合溶剂重结;苯乙烯(St)，化学纯，国药集团化学试剂有限公司，经NaOH溶液(质量比10%)洗涤4次，再经超纯水反复洗涤至中性，放入冰箱保存待用;偶氮二异丁腈(AIBN)，化学纯，上海试四赫维化工有限公司;四氢呋喃(THF)，分析纯，国药集团化学试剂有限公司.

1.1.2 仪器

DF-101S聚热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司;TecnaiG2 20S-TWIN透射电子显微镜，FEI公司;S-3000型扫描电子显微镜，日本HITACHI公司;BT100-2J蠕动泵驱动器，保定兰格恒流泵有限公司.

1.2 聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳微球的制备

1.2.1 带自由基的线型聚苯乙烯链的制备

聚合反应均在装有回流冷凝管、导气及加料装置250 mL三口圆底烧瓶中，通过恒温加热磁力搅拌器进行搅拌、控制温度，并在氮气保护下进行.三口圆底烧瓶中加入200 mL的THF作溶剂，通氮气30 min排除装置和溶剂内的氧气，在氮气的保护下，恒温至70℃后，向溶剂中加入含有偶氮二异丁腈的苯乙烯，聚合8 h，此时获得含带自由基的线型聚苯乙烯链的四氢呋喃溶液.

1.2.2 聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳微球的制备

将配好的含BIS(单体质量的1%)的NIPAM水溶剂，固定至恒速搅拌器上.在一定转速和氮气保护下，用蠕动泵驱动器泵送一定量带自由基的线型聚苯乙烯链(上述反应所得)至NIPAM水溶剂中，聚合4 h，得聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳微球，将所得样品溶液抽真空，除去可能未反应的苯乙烯.实验流程见图1.

图1 聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳微球制备流程Fig.1 Synthetic route ofmicrosphereswith polystyrene cores-poly(N-isopropylacrylamide)shells

1.3 微球形貌及粒径的分析表征

因微球形貌及粒径为2个较重要的参数，本实验分别采用透射电子显微镜(TEM)观察其核壳结构和粒径，扫描电子显微镜(SEM)观察其形貌和粒径.

为避免不带自由基的聚苯乙烯链(在水中悬浮于表面)的影响，用干净的滴管取少许中层样品溶液，滴2滴于规定的铜网上，在红外灯下将溶剂烘干，然后用透射电子显微镜观察并拍摄照片;同样操作，滴2滴于规定的载玻片上，烘干，镀金，扫描电子显微镜观察并拍摄照片.

2 结果与讨论

2.1 制备原理

于70℃水浴加热下，偶氮二异丁腈热裂解产生自由基引发苯乙烯聚合，由于浓度较稀且无交联剂的情况下，在THF溶液中将得到线型的带自由基聚苯乙烯链.由于自由基在氮气氛围下可存活一段时间，因而将聚苯乙烯链的THF溶液泵送至NIPAM的水溶液后，可继续引发单体的聚合.此时THF立即溶于水中，而线型聚苯乙烯链的环境已变成极性更强的水溶液，因而其缩聚成团.同时，由于环境变成亲水性，此时自由基将引发亲水性单体的聚合，未反应完的苯乙烯单体将等待单体NIPAM反应结束后方可继续聚合，由此控制住了聚苯乙烯的链长或核的大小，同时亲水单体聚合将在核表面进行.文献［15］和样品均匀稳定存在于水溶液中可证明得到的微球为聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳.

2.2 苯乙烯浓度对微球的粒径的影响

苯乙烯浓度是控制聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳微球粒径的一个重要参数.由于苯乙烯的浓度影响模板的大小，从而影响微球的粒径.为得到粒径适宜的微球，首先要控制好苯乙烯的浓度.在其他条件不变的情况下，苯乙烯浓度不同，所得聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳微球粒径不同(见图2)，由图2可知:苯乙烯的浓度越小，所得微球的粒径越小.这是因为苯乙烯的浓度越小，则单位体积THF溶液内带自由基的聚苯乙烯链的量越少，因而缩聚成团的模板越小，最终导致微球的粒径越小.

图2 苯乙烯浓度不同时微球的透射电子显微镜图Fig.2 TEM ofmicrospheres with different styrene dosages

2.3 NIPAM水溶液中的搅拌速度对微球粒径的影响

搅拌器的搅拌速度对聚苯乙烯核-聚(NIPAM)壳微球粒径具有相反的2种影响:① 搅拌速度越大，则THF溶液中带自由基聚苯乙烯链越易分散于水中，聚苯乙烯缩聚成团越小，因而模板的粒径就越小，最终导致微球粒径越小;②搅拌速度太大时，油相与水相间的自由基结合不稳固，可导致聚苯乙烯核偏移甚至跑出NIPAM壳(见图3).由图3可知，图3A中，聚苯乙烯核即将从壳中跑出;图3B中聚苯乙烯核发生偏移;图3C中聚苯乙烯核的位置正常;图3D中聚苯乙烯核的位置正常但核过大.因此，搅拌器的搅拌速度过大或过小均不利于生成适宜的微球粒径.

图3 转速不同时微球的透射电镜图Fig.3 TEM ofmicrospheres with different stirring speeds

图4分别为微球样品的扫描电镜图(见图4A)和透射电镜图(见图4B).由图4A可知，部分微球呈现凹陷.这是因为将THF溶液中带自由基聚苯乙烯链泵送入NIPAM水溶液中，THF溶剂中不仅有带自由基的苯乙烯链，还存在苯乙烯单体，当带自由基的线型苯乙烯链遇水缩聚成团，引发单体NIPAM的聚合后，不能缩聚成团的苯乙烯单体能渗透到球内，导致3层结构微球生成(见图4B).对这样的3层结构微球进行电子显微镜扫描时，在抽真空过程中苯乙烯单体被抽走，最终因球内空隙而导致微球凹陷.

图4 微球的扫描电子显微镜图和透射电子显微镜图Fig.4 SEM and TEM of the finalmicrospheres

3 结语

本实验根据线型聚苯乙烯链从非极性溶剂进入极性溶剂而缩聚成团的特性，以缩聚成团的聚苯乙烯作为模板，制备了聚苯乙烯核-聚(N-异丙基丙烯酰胺)壳的微球，初步表明利用此方法制备微球可行，但对其微囊的几何形状、大小、壳层厚度以及单分散性等问题还有待进一步的研究.

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