專利名稱：一種三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料熒光微球制備方法，具體涉及一種三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球的制備方法。
背景技術(shù)：
熒光微球是指直徑在納米級至微米級范圍內(nèi)，負(fù)載有熒光物質(zhì)，受外界能量刺激能激發(fā)出熒光的固體顆粒。由于熒光微球具有比表面積大、吸附性強(qiáng)、表面反應(yīng)能力強(qiáng)及穩(wěn)定、高效的發(fā)光效率，在生物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。近年來，隨著熒光探針技術(shù)研究的深入，人們已經(jīng)能夠制備各種各樣的粒徑從納米級到微米級的熒光微球。目前利用熒光染料制備熒光微球的方法主要有以下幾種(I)吸附法(染色法)。 吸附法的原理一般是將非水溶性的熒光物質(zhì)溶解在丙酮、乙醇等水溶性有機(jī)溶劑中，再將其與微球載體的水分散體系相混合，這時熒光物質(zhì)便會析出并被吸附(主要是靜電作用)到微球表面。國內(nèi)專利CN101092487A發(fā)明了一種在聚丙烯酸酯微球表面吸附熒光染料制備熒光微球的方法。吸附法制備得到的熒光微球，熒光物質(zhì)通過物理方法直接吸附于微球表面，占據(jù)微球表面過多的活性位置，使生物活性大分子難以結(jié)合到微球表面或?qū)е律锘钚源蠓肿邮Щ?；此外，熒光分子暴露在微球外表，容易受到外界環(huán)境及介質(zhì)的影響，使檢測的準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性不佳；(2)溶脹法。利用微球在不同溶劑中的溶脹狀態(tài)不同而實(shí)現(xiàn)對染料的包裹。Haugland等(美國專利US5723218)利用溶脹的方法將氟化硼絡(luò)合二吡咯甲川類化合物包埋到微球里來制備熒光微球。Schwartz (美國專利US 5073498)中用溶脹的方法制備熒光微球。Chandler等(美國專利US 6514295)利用溶劑對微球進(jìn)行溶脹從而對微球進(jìn)行染色。溶脹法制備熒光微球的缺點(diǎn)在于熒光染料的選擇受到溶劑的限制，只有溶解于溶劑中的染料才可以用于制備熒光微球，且制備得到的熒光微球不穩(wěn)定，易受到不同溶劑的影響而發(fā)生形貌的改變和染料的泄漏。(3)化學(xué)鍵合法。帶有活性基團(tuán)的熒光染料與表面帶有功能基團(tuán)的聚合物微球通過化學(xué)鍵合，可獲得在聚合物表面帶有熒光物質(zhì)的熒光微球。Schwartz等(美國專利US4609689)用1，3-丙二胺對表面含有環(huán)氧基團(tuán)的微球進(jìn)行修飾，然后將異硫氰酸熒光素(FITC)通過氨基共價連接到微球表面而制備熒光微球。Cheung等(美國專利US 5194300)用熒光胺與表面含有羧酸酯的微球反應(yīng)制備熒光微球?；瘜W(xué)鍵合法得到的熒光微球同樣具有吸附法的缺點(diǎn)，且要求熒光染料具有可以與聚合物微球表面反應(yīng)的活性基團(tuán)，因此限制了該方法的應(yīng)用；(4)共聚法。該方法是先將熒光分子和聚合反應(yīng)單體通過化學(xué)反應(yīng)制得含有熒光團(tuán)的聚合單體，然后通過聚合反應(yīng)制備熒光微球。Rembaum等(美國專利US 4326008)將丹磺酰氯與丙烯胺反應(yīng)，生成含有熒光團(tuán)的單體，再通過聚合反應(yīng)制備出熒光微球。Peterson (美國專利US 4194877)通過丙烯酰胺將熒光染料連接到聚合單體上再通過乳液聚合制備出熒光微球。但這種反應(yīng)要求熒光分子帶有特殊的反應(yīng)基團(tuán)，限制了染料的種類，并且由于熒光分子連接到聚合單體上，使得聚合得到的微球均勻性下降，因此限制了該方法的使用。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球的制備方法，利用三聚氰胺甲醛樹脂與多種熒光染料具有良好的親和性的原理，通過調(diào)整反應(yīng)物的濃度及反應(yīng)條件，方便地制備不同大小、不同種類的熒光微球，制備得到的熒光微球具有單分散性、粒徑可控、可包裹多種熒光染料的特點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種三聚氰胺-甲醛樹脂 熒光微球的制備方法，包括以下步驟步驟一、將三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液按質(zhì)量比I : 2 I : 10混合，調(diào)節(jié)pH為4 9，于20 80°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺-甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；步驟二、將熒光染料加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為0.001 3. 5 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 0. 05 1，調(diào)節(jié)體系pH為2 10，于50 100°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。所述的熒光染料的種類包括吖啶類、香豆素類和咕噸類，吖啶類包括吖啶、吖啶橙和吖啶黃；香豆素類包括香豆素30和香豆素6 ;咕噸類包括熒光素、曙紅Y、羅丹明123、羅丹明6G、羅丹明B和酸性桃紅101。本發(fā)明所述的三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球是一種包裹了熒光染料的三聚氰胺-甲醛樹脂單分散微球利用三聚氰胺、甲醛為原料，制備得到三聚氰胺-甲醛可溶性預(yù)聚物；將熒光染料加入制備得到的預(yù)聚物溶液中，使染料分子吸附并包裹于枝化的預(yù)聚物分子中；通過加熱使預(yù)聚物發(fā)生分子內(nèi)、分子間進(jìn)一步縮聚反應(yīng)，得到單分散，粒徑可控，可包裹多種熒光染料的熒光微球材料。三聚氰胺-甲醛樹脂具有耐有機(jī)溶劑、耐熱特性，有利于后續(xù)的表面改性工作和實(shí)際應(yīng)用；熒光染料在微球制備過程中加入，隨著微球的合成而均勻包裹在微球內(nèi)部，染料包裹率高且不易發(fā)生泄漏；微球單分散性好，平均粒徑為0. 5 IOum,(變異系數(shù)〈4%);可以包裹多種熒光染料，包括吖啶類、香豆素類、咕噸類等染料，通過改變?nèi)玖系姆N類和濃度，可以制備得到不同的熒光微球。
圖I為粒徑為2. 2 y m的三聚氰胺-甲醛單分散熒光微球的SEM掃描電鏡照片。圖2熒光微球的粒徑分布圖。圖3為紫外光激發(fā)下，粒徑2.5 y m的包裹吖啶橙染料的三聚氰胺-甲醛單分散熒光微球的突光照片。圖4為紫外光激發(fā)下，粒徑2. 8 y m的包裹香豆素30染料的三聚氰胺-甲醛單分散突光微球的突光照片。圖5為紫外光激發(fā)下，粒徑2.2 Pm的包裹熒光素染料的三聚氰胺-甲醛單分散熒光微球的熒光照片。
圖6為紫外光激發(fā)下，粒徑5. 3 y m的包裹羅丹明B染料的三聚氰胺_甲醛單分散突光微球的突光照片。圖7為紫外光激發(fā)下，粒徑5. I m的包裹酸性桃紅101染料的三聚氰胺-甲醛單分散熒光微球的熒光照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做詳細(xì)敘述。實(shí)施例一制備熒光素-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球，包括以下步驟步驟一、將2. 6g三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液Ilg混合，加入0. Imol/L硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH為4，于80°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺-甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；·步驟二、將熒光染料熒光素加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為1.5 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 0.3，加入0. lmol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系pH為6，于80°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。本實(shí)施例得到包裹了熒光素染料的三聚氰胺-甲醛樹脂微球，平均粒徑為
2.2 Pm。離心分離制備得到的熒光微球，用去離子水重新分散，并再次離心，如此反復(fù)洗滌3次。將洗滌得到的微球產(chǎn)物置于110°C烘箱中干燥24h，稱量，得到2. 5g熒光素-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球。圖I為本實(shí)施例在SHM掃描電鏡照片，圖2為本實(shí)施例熒光微球的粒徑分布圖。從圖I、圖2可以看出本實(shí)施例制備的熒光微球單分散性能好。參照圖3，該微球在紫外激發(fā)下發(fā)射明亮的綠色熒光。實(shí)施例二 制備香豆素30-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球，包括以下步驟步驟一、將2. 6g三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液5. 2g混合，加入
0.lmol/L硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH為6，于20°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺_甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；步驟二、將熒光染料香豆素30染料粉末加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為I : 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 0.4，加入0. lmol/L硝酸溶液調(diào)節(jié)體系pH為2，于90°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。本實(shí)施例得到包裹了香豆素30染料的三聚氰胺-甲醛樹脂微球，平均粒徑為2.8 y m。離心分離制備得到的熒光微球，用去離子水重新分散，并再次離心，如此反復(fù)洗滌3次。將洗滌得到的微球產(chǎn)物置于110°C烘箱中干燥24h，稱量，得到2. 5g香豆素30-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球。參照圖4，該微球在紫外激發(fā)下發(fā)射明亮的淺藍(lán)色熒光。實(shí)施例三制備吖啶橙-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球，包括以下步驟步驟一、將2. 6g三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液Ilg混合，加入0. Imol/L氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)PH為9，于50°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺-甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；步驟二、按照熒光染料吖啶橙染料粉末加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為0.5 100，，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 0.3，加入0. lmol/L硝酸溶液調(diào)節(jié)體系pH為6，于100°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。本實(shí)施例得到包裹了吖啶橙染料的三聚氰胺-甲醛樹脂微球，平均粒徑為
2.5 Pm。離心分離制備得到的熒光微球，用去離子水重新分散，并再次離心，如此反復(fù)洗滌3次。將洗滌得到的微球產(chǎn)物置于110°C烘箱中干燥24h，稱量，得到2. 5g吖啶橙-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球。參照圖5，該微球在紫外激發(fā)下發(fā)射綠色熒光。實(shí)施例四制備具有較大平均粒徑的羅丹明B-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球，包括以下步驟步驟一、將2. 6g三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液15g混合，加入0. Imol/L硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH為6，于50°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺-甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；步驟二、將熒光染料羅丹明B染料粉末加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為2 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 0. 8，加入0. lmol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系pH為10，于60°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。本實(shí)施例得到包裹了羅丹明B染料的三聚氰胺-甲醛樹脂微球，平均粒徑為5.3um0離心分離制備得到的熒光微球，用去離子水重新分散，并再次離心，如此反復(fù)洗滌3次。將洗滌得到的微球產(chǎn)物置于110°C烘箱中干燥24h，稱量，得到2. 5g羅丹明B-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球。參照圖6，該微球在紫外激發(fā)下發(fā)射明亮的橙黃色熒光。實(shí)施例五制備具有較大平均粒徑的酸性桃紅101-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球，包括以下步驟
步驟一、將2. 6g三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液26g混合，加入0. Imol/L氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)PH為9，于50°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺-甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；步驟二、將熒光染料酸性桃紅101染料粉末加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，力口入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為3. 5 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 0.7，，加入0. lmol/L硝酸溶液調(diào)節(jié)體系pH為5，于50°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。本實(shí)施例得到包裹了酸性桃紅101染料的三聚氰胺-甲醛樹脂微球，平均粒徑為5. Ium0離心分離制備得到的熒光微球，用去離子水重新分散，并再次離心，如此反復(fù)洗滌3 次。將洗滌得到的微球產(chǎn)物置于110°C烘箱中干燥24h，稱量，得到2. 5g酸性桃紅101-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球。參照圖7，該微球在紫外激發(fā)下發(fā)射明亮的橙紅色熒光。實(shí)施例六制備具有較小粒徑的羅丹明6G-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球，包括以下步驟步驟一、將2. 6g三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液Ilg混合，加入0. Imol/L氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)PH為9，于50°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺-甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；步驟二、將熒光染料羅丹明6G染料粉末加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為0.001 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 0.05，加入0. lmol/L硝酸溶液調(diào)節(jié)體系pH為4，于100°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。本實(shí)施例得到包裹了羅丹明6G的三聚氰胺-甲醛樹脂微球，平均粒徑為0. 5 y m。離心分離制備得到的熒光微球，用去離子水重新分散，并再次離心，如此反復(fù)洗滌3次。將洗滌得到的微球產(chǎn)物置于110°C烘箱中干燥24h，稱量，得到2. 5g羅丹明6G-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球。實(shí)施例七制備具有較大平均粒徑的吖啶-三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球，包括以下步驟步驟一、將2. 6g三聚氰胺和質(zhì)量百分濃度為40%甲醛溶液Ilg混合，加入0. Imol/L硝酸溶液，調(diào)節(jié)pH為4，于50°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺-甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液；步驟二、將熒光染料吖啶染料粉末加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為0.05 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液；步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 1，加入0. lmol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系pH為10，于100°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。
本實(shí)施例得到包裹了吖啶染料的三聚氰胺-甲醛樹脂微球，平均粒徑為lOym。離心分離制備得到的熒光微球，用去離子水重新分散，并再次離心，如此反復(fù)洗滌3次。將洗滌得到的微球產(chǎn)物置于110°C烘箱中干燥24h，稱量，得到2. 5g吖啶-三聚氰胺-甲醛樹脂突光微球。
權(quán)利要求
1.一種三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、將三聚氰胺和質(zhì)量百分比濃度為40%甲醛溶液按質(zhì)量比I : 2 I : 10混合，調(diào)節(jié)pH為4 9，于20 80°C下攪拌反應(yīng)，制備得到三聚氰胺_甲醛的可溶性預(yù)聚物溶液； 步驟二、將熒光染料加入步驟一得到的預(yù)聚物溶液中，加入的熒光染料的質(zhì)量與三聚氰胺的質(zhì)量比例為O. 001 3. 5 100，染料分子吸附、包裹在枝化的預(yù)聚物分子內(nèi)部，得到包裹了染料的預(yù)聚物溶液； 步驟三、將步驟二得到的染料化的預(yù)聚物溶液與去離子水混合，去離子水與三聚氰胺的比例按質(zhì)量比為10 O. 05 1，調(diào)節(jié)體系pH為2 10，于50 100°C下反應(yīng)40min，在該過程中，染料化的預(yù)聚物分子發(fā)生分子內(nèi)及分子間的縮聚反應(yīng)，生成單分散、粒徑可控、包裹了熒光染料的聚合物微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球的制備方法，其特征在于，所述的熒光染料的種類包括吖啶類、香豆素類和咕噸類，吖啶類包括吖啶、吖啶橙和吖啶黃；香豆素類包括香豆素30和香豆素6 ;咕噸類包括熒光素、曙紅Y、羅丹明123、羅丹明6G、羅丹明B和酸性桃紅101。
全文摘要
一種三聚氰胺-甲醛樹脂熒光微球的制備方法，利用三聚氰胺、甲醛為原料，制備得到三聚氰胺-甲醛可溶性預(yù)聚物；將熒光染料加入制得的預(yù)聚物溶液中，染料分子吸附并包裹于枝化的預(yù)聚物分子中；通過加熱使預(yù)聚物發(fā)生分子內(nèi)、分子間進(jìn)一步縮聚反應(yīng)，得到單分散，粒徑可控，可包裹多種熒光染料的熒光微球。使用該方法制備得到的熒光微球具有熒光性能穩(wěn)定、耐有機(jī)溶劑、耐高溫等特點(diǎn)，在組織標(biāo)記、免疫學(xué)檢測、熒光光學(xué)設(shè)備校正等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C09K11/06GK102796512SQ201210148209
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者吳道澄, 李艷, 秦雷, 楊飛龍, 吳宥伸 申請人:西安交通大學(xué)