（高分子化学与物理专业论文）反相微乳液聚合及其磁性聚合物纳米微球的制备.pdf

徭鼻大擎硕士学位论文 反相微乳液聚合及其磁性聚合物纳米微 一一一一一 球的制备 研究生：王雷导师：府寿宽教授 摘要 本论文的主要研究对象为反相物微乳液聚合和咝焦垂盒塑丝蓼的制备，具体内容 包括：雯堕酷胺反相微乳液聚合行为以及合成的聚合物微球的特性，高固含量反相 微乳液聚合的探索；以及在此基础上制备的用两种不同的方法合成了新型纳米级磁 性聚合物微球，研究了反应条件，微球的磁性，微球的粒径等。 f 丙烯酰胺反相微乳液聚合 i 反相微乳液聚合有清亮透明，稳定性高，粒径小，聚合物分子量高，速溶等特点。 我们用反相微乳液聚合丙烯酰胺，丙烯酰胺具有助乳化剂作用，可扩大微乳液的相 区；反应速率非常快，可以在半小时完成；反应中期和后期，粒径基本保持不变， 呈连续成核机理。 反相微乳液聚合的聚丙烯酰胺分子量高( 1 0 ) ，但是微胶乳粒径d , ( 2 0 n m ) ，造成了 聚丙烯酰胺分子链段的高度折叠和“构象崩溃”，造成了聚合物分子t g ( 2 0 0 。c ) 比常 规乳液聚合( 1 9 3 。c ) 和溶液聚合( 2 0 铲c ) 所得的分子高。而且x r d 结果发现微乳液合成 的聚丙烯酰胺在其他的方法多一个吸收峰。 我们尝试了改进的微乳液聚合方法提高反相微乳液聚合的固含量，但是发现无法 大幅度提高反相微乳液聚合的固含量。在后滴加的过程中，微乳液的粒径在不断变 大，直至产生相分离。主要的原因在于反相微乳液连续相为油的结构使微乳液胶核 无法产生静电稳定作用，使乳化剂的稳定作用下降。 反相微乳液聚合合成磁性聚合物纳米微球： 分别用一步法和两步法制备纳米磁性聚合物微球 复旦大学高分子科学系 植算大擎硕士学位论文 在一步法中，我们利用反相微乳液同时合成无机f e ，q 磁性颗粒和聚合反应。试 验发现高f e ( i i ) 离子浓度不利于合成过程中的微乳液体系的稳定；v s m 测定了磁性 聚合物微球的磁滞回线，9 0 。c 的加热过程大幅度提高了磁性聚合物微球的磁饱和强 度，并产生了超顺磁性。微球的粒径可以由乳化剂的含量调控。不同的单体浓度、 碱种类( n a o h ，n h ，) 也影响微球的粒径。 两步法中先用溶液法制备纳米磁性无机粒子，然后再形成微乳液后聚合。x r d ， t e m 测定了无机粒子的结构。激光光散射测定了合成的反相微胶乳的粒径，并随 【a o t i h ：0 比例的增加而变大。而交联齐t j m b a 用量不影响胶乳的粒径。用相反转 法溶胀的磁性聚合物微球粒径随 a o t h ：o 】和 m b a 】而变化在丙烯酰胺，衣康酸( i a ) 共聚体系中，微胶乳粒径随i a 用量而增加，而溶胀的微球随i a 用量而变小。v s m 证明两步沽制备的磁性聚合物微球同样具有超顺磁性，磁性强度可由f e ，0 。的含量调 控。 後算大擎硕士学位论文 i n v e r s em i c r o e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o na n d s y n t h e s i so fm a g n e t i cp o l y m e rn a n o p a r t i c l e s a u t h o r ：l e iw a n g s u p e r v i s o r ：p r o f s h o u k u a nf u a b s t r a c t t h eo b i c o t so ft h i sr e s e a r c hw a st w o f o l d ：1 i n v e r s em i e r o e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n 2 m a g n e t i cp o l y m e rn a n o p a r t i c l e sb yi n v e r s em i c r o e m u l s i o n t h eo v e r a l lc o n t e n tl n c l u d e d ： a c r y l a m i d ei n v e r s e m i c r o e m u l s i o n p o l y m e r i z a t i o n a n dc h a r a c t e r i s t i c so fp o l y m e r n a n o s p h e r e s 、e x p l o r a t i o no fh i g hs o l i d s c o n t e n ti n v e r s ep o l y m e r i cm i c r o l a t e x ；a st h ef u r t h e r s t u d y , p r e p a r a t i o na n df o r m a t i o nc o n d i t i o n s o fm a g n e t i cp o l y m e rn a n o p a r t i c l e s ，t h e i r m i c r o s t r u c t u r e s ，f o r m a t i o nm e c h a n i s m ，m a g n e t i cp r o p e r t i e s ，a n dp a r t i c l e ss i z e ，e ta 1 a c r y l a m i d ei n v e r s em i e r o e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n ： m i c r o e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n ，w h i c hh a dm a n ya d v a n t a g e so ft r a n s p a r e n c y , h i g h s t a b i l i t ya n dh i g hm o l e c u l a rw e i g h t ，o f f e r e d ac o n v e n i e n ta c c e s st oe r e a t ep o l y m e r m i c r o l a t e x e sc o n t a i n i n gu l t r a f i n ep o l y m e rn a n o p a r t i c l e si nt h es i z er a n g eo f10 8 0n m i n i n v e r s em i c r o e m u l s i o n ，t h em o n o m e re n l a r g e dt h er e g i o no fm i c r o e m u l s i o np h a s ea sc o s u r f a c t a n t t h er a t eo fp o l y m e r i z a i t o nw a sv e r yh i 曲i nt h ep o l y m e r i z a t i o nt h ep a r t i c l e s s i z ew a sc o n s t a n td u et ot h ec o n t i n u o u sn u c l e a t i o nm e c h a n i s m t h em o l e c u l a rw e i g i l to fp o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) w a sh i g h e rt h a nm i l l i o n ，b u tt h e m i c r o l a t e xi ss m a l l ( 2 0 n m ) a n dc h a i no fp o l y m e rw a ss e r i o u sf o l d e da n ds h o wh i 曲e rt g ( 2 0 0 0 c ) t h a nt h ep a mb ye m u l s i o n ( 1 9 3 0 c ) a n ds o l u t i o n ( 1 9 2 0 c ) f u r t h e r m o r e ，t h ex r d r e s u l ts h o w e dt h ep a mb yi n v e r s em i c r o e m u l s i o nw i t ha d d i t i o n a lp e a kt h a nt h a tb y e m u l s i o na n ds o l u t i o np o l y m e r i z a t i o n t h eh i g hs o l i dc o n t e n to fi n v e r s em i c r o e m u s l i o np o l y m e r i z a t i o nh a db e e nt r i e d b u t t h em o d i f i e dp o l y m e r i z a t i o nm e t h o dc o u l dn o ti m p r o v et h es o l i dc o n t e n t ：w h e nt h e m o n o m e rw a sa d d e d ，t h ep a r t i c l e ss i z ew a se n l a r g e di ns u c c e s s i o na n dp h a s es e p a r a t i o n c o u l dn o tb ea v o i d e da tl a s t t h ee x p l a n a t i o no ft h i sp h e n o m e n o nw a st h a tt h ei n v e r s c m i c r o m u l s i o nw a s1 a c ko fe l e c t r i cs t a b i l i t ye f f e c tb yt h ew 0s t r u c t u r e s y n t h e s i so fm a g n e t i ep o l y m e rn a n o p a r t i e l e sb yi n v e r s em i e r o e m u l s i o n 复旦大学高分子科学系 1 i i 梗量太攀硕士学位论文 w es y n t h e s i z e dt h em a g n e t i cp o l y m e rn a n o p a r t i c l e sw i t ht w od i f f e r e n tm e t h o d ： i no d em e t h o d ，w es y n t h e s i z e dt h ei n o r g a n i cf e 3 0 4m a g n e t i cp a r t i c l e sa n d p o l y m e r i z a t i o nr e a c t i o ni nt h es a m em i c r o e m u l s i o n t h ec o n c e n t r a t i o no ff e ( i i ) w a sf o u n d t oh a v ead r a s t i ce f f e c to nt h es t a b i l i t yo ft h em i c r o e m u l s i o n ( o rl a t e xp a r t i c l e s ! ) t h e m a g n e t i cp r o p e r t i e so ft h eo b t a i n e dc o m p o s i t el a t e xp a r t i c l e sp r e p a r e d a td i f f e r e n t c ( f e i i ) c ( f e i i i ) ) r a t i o s a r em e a s u r e db yv i b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e r ( v s m ) a n d f o u n dt e m p e r a t u r ei sc r u c i a lt of o r mh i g hm a g n e t i cp o w e ra n ds u p e r p a r a m a g n e t i cm a g n e t i t e p a r t i c l e s i z ew a sc o n t r o l l e d b yt h ea m o u n to fa o t , b a s ec a t e g o r y , a n dm o n o m e r c o n c e n t r a t i o n i nt h eo t h e rm e t h o d ，t h es y n t h e s i sp r o c e d u r ei n c l u d e dt w os t e p ：f i r s t ，t h em a g n e t i c i n o r g a n i cp a r t i c l e sw a ss y n t h e s i z e db ys o l u t i o np r e c i p i t a t i o n t h em i c r o e m u l s i o nw a s f o r m e dl a t e rt ob ep o l y m e r i z e d t h es t r u c t u r eo fm a g n e t i ci n o r g a n i cp a r t i c l e sw a sm e a s u r e d b yx r da n dt e m l l sm e a s u r e dt h ep a r t i c l e ss i z e t h em i c r o l a t e xs i z ed e p e n do nt h e a o t h 2 0r a t i o ，a n da r en o ta f f e c t e db yc o n c e n t r a t i o no fm b a t h es w o l l e np o l y m e r p a r t i c l e ss i z e i sa f f e c t e d b ya o t h ，0r a t i oa n dc o n c e n t r a t i o no fm b a i na m i a c o p o l y m e r i z a t i o ns y s t e m ，t h em i c r o l a t e xs i z ew a se n l a r g e dw i t hi n c r e a s e m e n to fi ac o n t e n t ， b u tt h es w o l l e np o l y m e rp a r t i c l e sw a sd e c r e a s e d t h ev s mr e s u l ts h o w e dt h em a g n e t i c p o l y m e rn a n o p a r t i c l e sw e r es u p e r p a r a m a g n e t i ca n dm a g n e t i cp o w e rw a sc o n t r o l l e db yt h e f e l o dc o n t e n t 第一章绪论彼要j t 擎硕士学位论文 第一章绪论 微乳液的概念于本世纪4 0 年代由s c h u l m a n 提出，自8 0 年代起c a n d a u ，b a r t o n 等 首先以反相微乳液聚合的方法制备了聚合物纳米粒子。近2 0 年来，反相微乳液聚合 逐渐成为乳液聚合领域的研究热点，国内外许多研究小组在反应动力学，体系条件 控制，纳米微球特性等方面开展了大量的工作。 本论文的主要研究工作为丙烯酰胺微乳液聚合及在此基础上形成的磁性聚合物 纳米微球。由此，本章首先展开反相微乳液及其聚合的综述；反相微乳液近二十年 来在医药方面颇受关注，本章也将简介其研究的动向纳米结构材料是本论文的研究 重点，由此本章以材料领域研究在国际上的前沿进展作背景简介最后介绍的是磁 性的概念磁性聚合物微球的研究介绍。在本章末尾提出本论文工作的研究目标及研 究内容 1 1 微乳液和反相微乳液 微乳液( m i c r o e m u l s i o n ) 的概念最早由s c h u l m a n 于1 9 4 3 年提出1 , 2 ，可定义为：两种 不相容的液体由表面活性物质所稳定而形成的热力学稳定，各向同性，清亮透明的 胶体分散体系分散相的珠滴尺寸在8 8 0 纳米范围3 - 5 传统乳液基本分为w o 与o w 两种类型微乳液结构则可连续地由w o 型( 油 包水，反相) 向o w 型( 水包油，正相) 转变，一般认为处于中间相反转区域是一种 双连续相( b i c o n t i n u o u s ) 结构3 w i n s o r 6 将微乳液分成了四类，图1 - 1 所示为一张典 型的微乳液相图图中w i ，w i i ，w i l l 分别代表了w i n s o r i 型( 两相，o w 微乳液与 过量油共存) ，w i n s o ri i 型( 两相w o 微乳液与过量水共存) ，以及w i n s o r1 i i 型( 三 相，中间态的双连续相微乳液与过量的水，油共存) 而w i n s o ri v 代表宏观上的一 相体系，其各组分都充分的相互互溶 所以反相微乳液( i r r v e r s em i c r o e m u l s i o n ，w om i c r o e m u l s i o n ) 可以认为是以油为连 续相，水为分散相，并由大量表面活性剂稳定所形成的热力学稳定、各向同性、清亮 透明的分散体系 虽然仍存在着不同的模型可解释微乳液的莱些 生质，但微乳液有一个得到公认 的重要特性，即它是一种各向同性的热力学稳定体系，只要体系组成和温度不变， 体系便不会发生凝聚而常规乳液只是动力学上的稳定，乳液可能在相当长的时间 里保持稳定，但最终还是要凝聚的这可从热力学的角度加以说明一乳液与微 乳液形成过程的自由能a g 。可分为三个部分： 复旦大学高分子科学系 釜二童堕堡 一_ ! 塾墨查! l 里型兰燮 f i g u r e1 - 1 i l l u s t r a t i o no f s o m ep h a s ee q u i l i b r i ae n c o u n t e r e d i nm u l t i c o m p o n e n ts y s t e m s 厶g m o a g 二l 、 、 一、：- - 一 f i g u r e1 - 2 v a r i a t i o no fa g mw i t hr 复旦大学高分子科学系 冒圜删 霞啪 苎二童堑堡 壅兰墨茎一堡主堂垡笙生 g 。= f ( r ) = g l + a g 2 + a g 3 a g l = 7 a a ( 1 1 ) ( 1 2 ) a g ，为界面自由能，7 为界面张力，a 为界面面积的增加值，a g ：为粒子之间 的相互作用能，a g ，= t s 。为体系内液滴分散的熵贡献 以上各项均受粒径的影响，在微乳液体系中，由于加入了大量乳化剂和助乳化 剂，可形成一个致密的界面膜相，从而降低了界面张力，使g 。变小。在微乳液中 界面张力y 约为10 一n c m g 2 = 堙= 4 n d3 ( p 。一p c ) 3 ，由于微乳液体系中粒子尺寸极小，只有几十个纳 米，此项数值相对于g l 和g 3 可以忽略不计 由于微乳液体系中分散的粒子数目极大，使熵贡献项g ，的作用大于界面自由 能项a o 。，f a g 。f ia g ，f ，因此微乳液体系是热力学稳定体系f i g u r e1 _ 2 就直 观地示意出分散体系中自由能随分散相尺寸的变化显然，只有微乳液体系在某一 尺寸范围内的g i b b s 自由能为负值，才可自发形成热力学稳定体系，而a 和b 两种情 况g 恒大于零，由于在热力学上属不稳定体系，所以最终的结局是要产生相分离。 1 2 反相微乳液聚合 尽管微乳液早已被人们所认识，但在微乳液体系中进行的微乳液聚合 ( m i c r o e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n ) 却直至1 9 7 4 年石油危机后4 的8 0 年代初才开始进行 广泛深入的研究，迄今已有大量的文献报道。同样，微乳液聚合可分为正才n ( w o ) ， 反相( o w ) 及连续相( b i c o n t i n u o u s ) 三种。由于本论文进行的是& # n ( w o ) 微乳液体 系的工作，故下文主要介绍反相微乳液聚冶 - ( i n v e r s em i c r o e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n ) 。 法国c a n d a u 研究小组最早从事反相微乳液聚合的研究1 9 8 2 年，c a n d a u 7 等首 次发表了反相微乳液聚合的第一篇论文：他们以琥珀酸二异辛酯璜酸钠( a o t ) 为表面 活性剂，甲苯为油相，a i b n 为引发剂在6 0 下研究了丙烯酰胺( a m ) 反相微乳液聚 合整个反应过程中体系保持透明稳定，聚合后的反相微胶乳能稳定保持数年。反 应得到的聚丙烯酰胺( p _ a m ) 的分子量达3 2 x 1 0 6 c a n d a u 3 用弹性光散射和准弹性光散 射( q e l s ) ，超离心( u n t r a c e n t r i f u g a t i o n ) 和粘度法研究了甲：苯a o t a r n h ，0 反相微乳 液体系聚合前后胶粒结构，发现胶粒粒径随单体丙烯酰胺浓度的增加而增加。而由 q e l s 测得的水合半g - 圣( h y d r o d y n a m i cr a d i u s ) 总是比由弹性光散射测得的几何半径 ( g e o m e t r i c a lr a d i u s ) 略大c a n d a u 还进行了丙烯酰胺微乳液聚合的动力学研究9 ，若 体系采用油溶性引发荆a i b n ，反应速率正比于初始单体浓度；而如果采用水溶性引 发剂k p s ，反应速率与单体浓度呈1 5 次方关系。p a m 分子量随乳化剂a o t 浓度的 复旦大学高分子科学系 蔓二童堕笙一丝兰堂塑主兰堡丛 上升而下降并首次发现反相微乳液聚合中的稀链现象：一个聚合物胶乳粒子中只 有一根聚合物链 除了离子型乳化剂之外，非离子型乳化剂( 如s p a n ，t w e e n 系列乳化荆) 也被用于 反相微乳液聚合研究：c a n d a u l o 等研究了乳化剂浓度、单体浓度- 盐( 醋酸钠) 浓度对 聚合物胶乳的稳定性和分子量的影响。而且聚合物胶乳中分子链数目n p 由a m 和乳 化荆的含量所控制( 公式1 3 ) ， n d = ( a m e ) 。6( 1 3 ) n d 一般为5 卅5 左右这结论与以前a o t 反相微乳液体系中的稀链现象不同c a n d a u 认为，反相微乳液聚合中的稀链现象只存在a o t 反相微乳液体系中。 b a r t o n 等”发现当a o t 浓度为1 3 时，反应初始体系为反相微乳液，随着反应 进行，体系稳定性逐步下降并呈乳白色引发荆分别采用a p s ，a i b n ，d b p 等最 终微胶乳粒径为5 5 7 0 a m ，分子量超过1 0 6 b a r t o n 等“还研究了引发聚合的场所与引发荆种类之间的关系，用e s r 证明水 溶性引发剂( a p s ，k p s ) 在微乳液水核内引发聚合；而油溶性引发剂( b p o ，a i b n ) 则是 在荆油界面层引发反应。在丙烯酰胺反相微乳液聚合中，虽然a p s 在6 0 。c 的分解 速率( o 5 7 x i 0 4s 。) 低于a i b n ( 1 6 x 1 0 。s 。) ，但是采用a p s 和a i b n 引发的聚合速率几 乎相同”而f e n g “在研究用a i b n 或k p s 引发苯乙烯( s t ) 的反相微乳液聚合中，a i b n ；l 发的体系初始反应速率比k p s 引发的微乳液体系反应速率更高。 反相微乳液以其清亮透明的特点有利于光引发聚合，相关的研究也很多。f o u a s s i e r 等”等研究了正癸烷a o t h ，o a m 反相微乳液体系的光引发聚合，其反应速率比普 通均相聚合高1 0 0 倍以上，而且反应速率与光强呈1 2 次方关系。如果用甲苯替换正 癸烷为油相，体系的反应速率将下降，主要的原因是苄基自由基的引发活性低于直 链烷烃自由基。而在甲苯a o t h 2 0 a m 反相微乳液体系中，c a n d a u 等”分别用油溶 性a i b n 和水溶性d y e t r i e t h a n o l a m i n e 引发刑进行光引发聚合，反应速率都与光强呈 一次正比关系，而分子量与反应速率和引发速率无关c a n d a u 等”发现不同油相的 终止机理也不同当连续相由甲苯换成苯，聚合体系由单基终止变成了双基终止。如 果油相为正庚烷，体系中将同时存在单基终止和双基终止。 除了丙烯酰胺单体之外，其他单体如丙烯酰胺衍生物及其离子型水溶性单体的 的反相微乳液聚合研究也有很大的发展。c a n d a u 等”。2 0 以i s o p a r m 为油相，用a r l a c e i 8 3 ( 倍半油酸失水山梨糖醇酯) 和g 1 0 8 5 ( 硬脂酸油酸聚氧乙烯失水山梨糖醇酯、混合乳 化荆，制成了稳定的反相微乳液，并完成了丙烯酰胺与丙烯酸钠的辐射引发共聚合 及热引发共聚合a m 和n a a a 在反相微乳液聚合共聚，共聚物的组成不随转化率变 化，而且与单体的纽成完全一致，两种单体的竞聚率之比接近】，为理想共聚。据此 c a n d a u 等提出了聚合物离子与舍单体的胶束相互碰撞融合而获得单体进一步增长， 复旦大学高分子科学系 塑二童堑堡 焦墨查茎堡主兰堡丝苎 而不是单体从胶束经过连续相扩散进入聚合物粒子只有这样，才能保证聚合场所 的单体比例始终与初始的单体配比一致在反相微乳液中其他水溶性单体对的共聚 结果：，2 2 也都与反相乳液共聚明显不同，部分表现出上述特性，但是两种单体的竞聚 率之比并不等于1 ，因此c a n d a u 的假设有待于进一步的完善c a n d a u 还研究了( 2 一甲 基丙烯酰氧乙基) 三甲基氯化铵- ( m a d q u a t ) 为单体的反相微乳液均聚合” m a d q u a t 可以同时具有助乳化剂作用和盐效应，从而有利于提高聚合物胶乳的稳 定性。 国内天津大学的啥润华“2 5 采用s p a n ( 油酸失水山梨糖醇酯) 和o p ( 壬基酚聚氧 乙烯醚) 复舍乳化剂，采用k p s 为主的氧化还原体系，在无机盐的存在下，进行 a m m a d q u a t 的反相微乳液共聚合，制得稳定、半透明、粒子大小均一、平均粒 径在5 0 r i m 的微胶乳另外他还以过氧化二碳酸( 2 己基己酯) 为引发剂”，在不加元 机盐的情况下，对具有不同离子类型的单体( 对) 丙烯酰胺( a m ) 、丙烯酰胺丙烯酸钠 ( a m r n a a a ) 以及丙烯酰胺( 2 一甲基丙烯酰氧乙基) 三甲基氯化铵( a m m a d q u a t ) 进行 反相微乳液共聚合，得到了在不同单体浓度下聚合速率r p 与单体浓度的关系，发现 r p 与m 的关系不随离子类型的变化而变化，在不同浓度范围内动力学方次的变化 主要取决于单体的粘度 亲水性单体和亲油性单体的反相微乳液共聚合近几年也有一些报道2 7 - 2 9 。这些共 聚反应的转化率曲线都表现出相同的 d e a de n d ”过程：即当反应转化率达到一特定值 之后，聚合速率几乎为0 。对丙烯酰胺甲基丙烯酸甲酯( a m m m a ) 共聚体系中，反 应开始6 r a i n 后转换率就达到4 1 ，而3 0 0 r a i n 后，体系的转换率才达到4 7 。在聚 合物链中，丙烯酰胺单元占整个链段的7 8t o o l ，其比例几乎与初始的a m m m a 单 体比例无关。另外，在聚合过程中，还会产生较多的p m m a 均聚物。b a r t o n ”等在 反相微乳液中合成了a m m b a s t 的交联共聚微球，蒸发溶剂后聚合物交联微球可以 形成透明的膜 b a r t o n 等“研究了加入交联单体对丙烯酰胺反相微乳液聚合的影响。如果交联 剂为二乙烯基, k ( d v b ) ，a m 的聚合速率随d v b a m 比例的增加而降低；若交联剂为 n ，n 一亚甲基双丙烯酰胺f n ，n - m e t h y l e n e b i s ( a c r y l a m i d e ) ，m b a ) ，m b a 对聚合速 率没有影响，而聚合后的微胶乳粒径小于a m 均聚的微胶乳。 1 3 以微乳液为裁体的药物输送( d r u gd e l i v e r y ) 体系 早在公元2 世纪，在g a l e n ( 1 2 9 1 9 9 ) 的著作中就已经有蜂蜡乳化药剩的记录。 1 0 0 0 多年来，乳化技术在药剂中的应用，主要是受到乳状液不够稳定的限制。随着 科学的发展，特别是新的乳化剂和乳化技术的发展，产品的稳定性逐步提高，已在 药物新剂型中发挥了重要的作用 复旦大学高分子科学系 篁二童堑笙 壅墨兰量堡圭堂垡堡壅 应用- ：f l f 5 技术制成乳剂作为药物载体，可归纳有如下优点”：1 水和油可以广 泛比例混合，分剂量准；2 可控制乳剂的粒径和粒径分布、流变学特性，在一定程 度上还可以改变乳滴表面的电学性质，适应临床的不同要求；3 难溶性药物可溶于 油相中，油滴中的药物可以减少水解，增加稳定性，o w 型乳剂可以掩盖油的不艮 气味：4 可以改善药物对粘膜、皮肤的渗透性。5 可增加药物吸收，提高生物利用 度，减少剂量，降低毒副作用，节省费用；6 可使药物缓释、控释，延长药效；7 、可 使药物具有靶向 生，提高靶部位浓度，并具有淋巴亲和性。 近十几年来，以微乳液作为药物输送体系的研究愈来愈受到重视，相关报道不 断出现”3 9 ，具有巨大的应用潜力。由于微孔液具有热力学稳定，清亮透明和容易制 备等特点，作为药物的胶体性载体具有增大难溶于水的药物的溶解性、提高易水解 性药物的稳定性，也可以用于缓释药物或靶向给药体系等优点。 正相，反相和双连续相微乳液都可以用于药物输送体系的研究，而反相微乳液 主要适用于亲水性药物的输送”：如肽类药物( p e p t i d e ) 对肠胃的蛋白质水解作用非 常敏感，一般口服无法产生药效“。而长期使用非肠胃给药会使病人产生依赖性 ( c o m p l i a n c e ) ，所以利用合适的方法口服给药成为药物制剂发展的焦点之一，特别 是许多亲水性药剂如肽类和寡聚核甘酸( o l i g o n u c l e o t i d e s ) 等等而这类药能很好的 分散在反相微乳液的水核中并受到保护，防止被酶分解另外，微乳液的乳化剂和 一些助乳化弃j 如中等链长的甘油二酯( d i g l y c e r i d e ) 有利于增加膜渗透性从而增加人 体对药的有效吸收3 8 , 3 9 , 4 2 - 4 6 利用反相微乳液作为药物输送方法还可以用于不容易被 水稀释的给药方式，比如肌肉注射( i n t r a m u s c u l a ri n j e c t i o n ) 4 7 *同样，微乳液和微 乳液凝胶也被用作局部试剂( t o p i c a la g e n t s ) ，其中乳化剂和部分油相本身可以作为 渗透促进剂以有利于药物的输送4 8 - 5 2 。 b f u b i n i ”研究了以a o t 为乳化剂的反相微乳液药剂，包裹各种胆固醇，如氢 化可的+ k ( h y d r o c o r t i s o n e ) ，强的松龙( p r e d n i s o l o n ) 和倍它米+ k ( b e t a r n e t h a s o n e ) 等等。 而t s k o d v i n “等则选择a o t 和d d a b 为乳化剂的w o 微乳液能提高匹鲁卡因 ( p i l o c a r p i n e ，一种眼药) 和氟霉素( c h l o r a m p h e n i c 0 1 ) 的溶解能力m r g a s c o 等4 7 以油 酸乙酯为油相，卵磷脂为乳化剂，己酸为助s l 4 t , 卉4 形成的反相微乳液作为不稳定肽 类药物的载体，用于控制老鼠体内睾酮的含量r m e v a n s ”将羟甲基异丁肾上腺素 ( s a l b u t a m 0 1 ) 分散在反相微乳液中制成肺部给药的压力气雾剂，该体系以卵磷脂为乳 化剂，三氯三氟代乙烷为油相 此外反相微乳液不仅可以直接应用作为药物的载体，而且可以合成舍固体药物 的纳米微球m r c a s c o ”5 7 等利用反相微乳液申的纳米水核作为超分子模板合成含 药的聚氰基丙烯酸丁酯纳米微球，聚氰基丙烯酸丁酯是一种可以在人体中分解的聚 合物。 w a r i t s c h e l 研究表明油相对药物的生物有效性也有影响他们发现油相是直链 篁= 兰堡堡 壅墨墨垦翌主堂垡笙塞 饱和酸酯比支链的生物有效性高”可能的原因是由于脂肪酶对支化饱和酯的分解活 性大大下降5 9 直链酸醚口服后在肠胃中很快分解为具有表面活性的分解产物，能增 加膜渗透性6 0 u s c h m a l f u b6 1 用反相微乳液将盐酸可它敏用于手术病人的皮肤输送。 研究表明如果再加入胆固醇可以增加药物的渗透，但是加入油酸却不能增加药物的 渗透。 r a m y e r s 等o ：发现如果采用口服给药的方法，w o 微乳液的粒径与药的生物 有效性并没有确定的关系 而k a r a r l i “发现w o 乳液体系中，粒径会影响药剂的 生物有效性j s i e b e n b r o d t 和s k e i p e r t “利用嵌段共聚物p o l o x a m e r 代替常用的乳化 剂形成一系列的反相微乳液，其他组分包括醋酸甘油，蓖麻油，丙三醇和水嵌段 共聚物相对于普通乳化剂有更低的溶血指数( h a e m o l y t i c ) ，有利于生物应用 近几年采，利用反相微乳液技术得到以油相为连续相的微乳有机凝胶 ( m i c r o e m u s l i o r t b a s e do r g a n o g e l s ，m b g ) 酷在医学应用方面取得了较多进展： k a l l a t 耐a 等5 0 用各种药学所接受的表面活性剂和油相( 如t w e e n8 0 ，肉豆蔻异丙酯i p m ) 制 成不同的m b g ；m u r d a n 等“研究了以去山梨糖醇单硬脂酸嗬( s o r b i t a nm o n o s t e a r a t e ) 为表面活性剂，植物油和i p m 为油相形成的m b g 在高温下制备的m b g 冷却，表 面活性剂自组装形成反相的囊泡和圆柱体。该有机凝胶不透明并具有温度重复性， 可以应用于药物和抗体的囊泡给药输送而w i l l m a r m 4 等将去山梨糖醇单硬脂酸酯 稳定的w 0 有机凝胶包裹牛血清蛋白( b o v i n es e l 2 1 ma l b u m i n ，b s a ) 注射入小老鼠体 内，发现了药物的缓释现象w i l l i m a r m 还研究了以卵磷脂为乳化荆的微乳液形成的 有机凝胶用于药物如东莨菪碱( s c o p o l a m i n e ) ，心安得( p r o p r a n o l 0 1 ) 的皮肤输送，他分 剧选用环己烷，异庚烷和脾m ( 内豆蔻酸异丁酯) 为油相实验表明，药物渗透的速 率比用溶液的方法提高了近一倍。 1 4 纳米材料 1 4 1 纳米技术与纳米结构材料 八十年代以来，人们通过s t m ( s c a r m i n gt t m n e l i n gm i c r o s c o p y ) 等新兴实验仪器手 段逐步摸索出单分子操纵乃至单原子操纵的方法。1 9 8 6 年，k e d r e x l e re ，提出了 “n a n o t e c h n o l o g y ”的新见解，并展望了“分子机器( m o l e c u l a rm a c h i n e 、”的诱人应用前 景。国际上专门成立了“f o r e s i g h ii n s t i t u t e ”等一些纳米科技研究机构，并定期在因特 网( 1 m e r n e t ) 上报道最新的研究成果“。 简单地说，纳米结构材料是指具有纳米尺度( 1 1 0 0n m ) 的各种构型材料。人们 已清楚地认识到，材料的微粒化可赋予宏观本体材料许多奇特的物理、化学优异性 能。主要包括”( 】) 特殊的力学性质。比如，以5 7 脚c u 和p d 聚集体形成的纳 米级材料的硬度与屈服强度高于其传统制备的金属5 倍以上”。这是由于纳米超微 姐婵粉刊冁 一一 笙二兰堕堡 焦兰盘整堡圭堂焦堕奎 粒子纽成的固体材料具有大的界面，界面的原子排列得相当混乱。原子在外力变形 条件下自己容易迁移，因此表现出甚佳的韧性和一定的延展性( 2 ) 特殊的热学性 质。由于超细颗粒以及高的表面积，这些颗粒容易克服通常的相平衡和动力学限制， 导致较低的烧结温度和固态反应温度，并增加烧结速率。( 3 ) 特殊的光学性质金 属纳米颗粒对光的反射率很低，大约几个纳米的厚度就可以消光。利用此特性可以 制作高效光热、光电转换材料。( 4 ) 特殊的磁性质。磁性纳米颗粒在尺寸小到一定 范围时，会失去铁磁性，而表现出顺磁性，也称为超顺磁性。( 5 ) 特殊的催化性质 1 , 4 2 高分子纳米材料 利用聚合物可制备优良性能的纳米复合材料7 1 , m 却h a u p t 等研究了以热塑性聚 合物为基体的小分子自纽装，得到了具有纳米结构的聚合物材料7 2 1 9 9 5 年美国 l a w r e n c eb e r k e l e y 实验室的s h u l t z 等在“s c i e n c e ”上发表了纳米结构化学合成的一 条新路：用镀铂的原子力显微镜针尖( t i p ) 扫描带叠氮基的单分子表面，将叠氮基有 选择性地催化为氨基并进一步与带醛基的乳胶粒子作用形成精细的纳米结构”。单一 高分子组分的纳米自组装材料目前也已有报道。s t u p p 等研究了三嵌段共聚体系的自 组装纳米结构，制备了蘑菇状等有趣结构的超分子材料7 41 9 9 9 年的s c i e n c e 报道了 j e n e k a k e 等人在r o d - c o i l 嵌段共聚物通过自组装形成微孔材料方面的工作”。 刘国军等人发展了二嵌段共聚物系统合成各种高分子纳米结构材料的方法，在 选择性溶剂中制备了p s b p c e m a 和p c e m a b p a a 等纳米微球“”，以及二嵌段 共聚物纳米纤维7 8 和可调纳米孔道的高分子薄膜，并探讨了其应用前景”。江明与吴 奇的两个研究小组也用“微相反转”和“微波聚合”的方法制备了羧化苯乙烯高聚 物等纳米聚合物粒子，以及聚苯乙烯等乳液纳米粒子8 0 - 8 2 * 近期，吴奇等将p n i p a m g - p e o 分散于水中升温得到了有趣的一根单链的核壳纳米结构( s i n g l ec h a i nc o r e s h e l l n a n o s t r u c t u r e ) ” 聚合物纳米微球无疑是最简单直接的高分子纳米结构材料，近二十年微乳液聚 合方法的发展已提供了一条简便制备各种聚合物纳米粒子的有效途径 1 4 3 无机纳米粒子材料 无机纳米粒子的方法主要分物理和化学方法两类“常用的物理方法有粉碎法、 机械合金法和蒸发冷凝法粉碎法是通过机械粉碎，电火花手段获得纳米粒子机 械法是利用高能球磨，使元素、合金或复合材料粉碎这两种方法操作简单，成本 低，但是制品质量低，均匀性差。蒸发冷凝法是利用真空条件下通过加热，激光或 电弧高频感应等手段使原料汽化或形成等离子体，然后骤冷使之凝结的方法。该法 可得到高品质的纳米粒子，粒度可控，但是技术要求高 复旦大学高分子科学系 第一章绪论覆算火擎硕士学位论文 化学制备方法包括均相沉淀法，溶胶一凝胶法和微乳液法等。均相沉淀法，如 尿素分解法制备n d ：( c o ，) ，纳米颗粒”，优点是能够精确控制粒子的化学组成，容易 添加微量成分制得多种成分均一的高纯复合化合物但是制备过程中粒子控制的因 素很多，容易混入杂质，粒子尺寸也难以控制溶胶一凝胶法也能获得高品质的纳 米粒子，但仅适用于制备某些易于相转变的纳米材料微乳液法或w o 反胶团法制 备超细颗粒是