一种多形貌有机纳米粒子及其制备方法和应用与流程

本发明涉及功能高分子材料技术领域，具体涉及聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}两亲性液晶嵌段共聚物聚合引发自组装制备多种形貌有机纳米粒子的方法。

背景技术：

近年来，纳米材料及纳米技术高速发展，聚合物纳米材料因其本身较好的可设计性及柔性，在药物载体、药物缓释系统、荧光检测、催化等领域得到了广泛的关注及应用。目前，制备聚合物有机纳米粒子的主要方法是利用两亲性嵌段共聚物自身的热力学性质通过一定的条件控制使其发生自组装形成纳米粒子。

传统的嵌段共聚物自组装方法主要是先设计合成嵌段共聚物，再使嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装，通过改变嵌段聚合物的组成或选择性溶剂的成分，制备不同形貌，不同大小的纳米粒子。但是该方法制备纳米粒子所需时间较长，步骤较繁琐，聚合物浓度较低。上述缺点极大地限制了其在实际中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物聚合引发自组装制备多种形貌有机纳米粒子的方法。本发明所提供的方法可以通过极其简单的操作步骤获得聚合物含量较高(质量浓度约20％)的有机纳米粒子，并通过液晶含量的不同调控有机纳米粒子的形貌。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种多形貌有机纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚α-甲基丙烯酸均聚物的合成；

(2)聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物的合成并自组装。

在本发明的技术方案中，步骤(1)的目的是得到嵌段共聚物制备过程中必须的均聚物。

具体的，步骤(1)中，聚α-甲基丙烯酸均聚物的合成方法选自原子转移自由基聚合(atrp)、可逆加成断裂链转移自由基聚合(raft)、氮氧稳定自由基聚合(nmp)、阴离子聚合中的一种。具体的合成操作为：向溶剂中加入单体α-甲基丙烯酸、引发剂、链转移剂，搅拌，除氧，真空条件下于60-120℃油浴反应，优选70-75℃油浴。其中，所采用的溶剂为乙醇、异丙醇、二氧六环中的一种或几种；所采用的引发剂选自偶氮类、过氧类自由基引发剂中的一种或几种；优选4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)；所采用的链转移剂选自二硫代酯类或三硫代酯类中的一种或几种；优选为4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸。

步骤(1)中，针对有机粒子的不同形貌，本领域技术人员通过配料比对不同聚合度的聚α-甲基丙烯酸均聚物进行调节；本发明中，聚α-甲基丙烯酸均聚物的聚合度选择30～500，优选为30～300，此时可以更好的对自组装形貌进行调控。

在本发明的技术方案中，步骤(2)的目的是聚合形成聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物，并且在聚合的同时，原位地自组装形成可控的纳米形貌。

具体的，步骤(2)中，所述聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物的合成并自组装所采用的方法为原子转移自由基聚合(atrp)、可逆加成断裂链转移自由基聚合(raft)、氮氧稳定自由基聚合(nmp)、阴离子聚合中的一种。具体的合成操作为：向溶剂中加入单体11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯、引发剂、链转移剂，搅拌，除氧，真空条件下于60-120℃油浴反应，优选70-75℃油浴。其中，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二氧六环中的一种或几种；所采用的引发剂选自偶氮类、过氧类自由基引发剂中的一种或几种；优选为4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)；所采用的链转移剂选自二硫代酯类或三硫代酯类中的一种或几种；优选为4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸。

步骤(2)中，针对有机粒子的不同形貌，本领域技术人员通过配料比对不同聚合度的聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物进行调节；本发明中，所述聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物的聚合度为10～500。

步骤(2)中，所述聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物的侧链含有偶氮苯液晶基团。

步骤(2)中，通过调节液晶含量，可以获得多种有别于传统的球形、蠕虫、囊泡形貌的纳米粒子，如方形、类菱形片层、一维棒状等。具体地说，当液晶含量为91％-95％(质量分数)，获得方形；当液晶含量为85％-91％(质量分数)，获得类菱形片层；当液晶含量为81％-85％(质量分数)，获得一维棒状。

本发明还提供由上述方法制得的多形貌有机纳米粒子，优选方形有机纳米粒子、类菱形片层有机纳米粒子、一维棒状有机纳米粒子。所述多形貌有机纳米粒子的尺寸为30～3000nm。

本发明还提供上述多形貌有机纳米粒子在药物载体、药物缓释系统、荧光检测、催化等领域中的应用。

本发明巧妙地利用单体与聚合物间溶解性差异，使嵌段共聚物在聚合的过程中原位的自组装形成多种可控形貌的有机纳米粒子。该方法操作过程简单，仅需两步，解决了传统自组装中操作繁琐，聚合物浓度低的问题，并且获得的聚合物含量较高，可达到20％(质量分数)。

同时，由于液晶高分子在一定条件下能以液晶相态存在的高分子，与其它高分子相比，它具有特有的分子取向序和位置序。将液晶基团引入两亲性嵌段共聚物体系，在自组装的过程中，会因为液晶基团特有的性质对聚合物形貌产生一定的影响。本发明正是利用液晶基团这一特性，通过调节液晶含量，获得多种有别于现有的常见的两亲性嵌段共聚物溶液自组装形成的球形、蠕虫、囊泡形貌的纳米粒子。这些不同形貌的有机纳米粒子对于药物载体、药物缓释系统、荧光检测、催化等领域相关应用具有重要意义。

附图说明

图1为实施例1中聚α-甲基丙烯酸均聚物的核磁氢谱图(1hnmr)；

图2为实施例1中所得有机纳米粒子的透射电子显微镜照片(tem图)；

图3为实施例2中所得有机纳米粒子的透射电子显微镜照片(tem图)；

图4为实施例3中聚α-甲基丙烯酸均聚物的核磁氢谱图(1hnmr)；

图5为实施例3中所得有机纳米粒子的透射电子显微镜照片(tem图)。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1方形有机纳米粒子的制备

本实施例为利用聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物聚合引发自组装制备方形有机纳米粒子的方法，具体包括以下步骤：

(1)聚α-甲基丙烯酸均聚物的合成：

向聚合管中加入引发剂4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)0.13g，链转移剂4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸0.25g，单体α-甲基丙烯酸7.75g，溶剂乙醇5.00g，磁力搅拌转子，然后进行一系列除氧的操作(液氮中冷冻-抽真空-高纯氮气保护下解冻，重复循环三次)，真空状态下密封。将反应装置置于70℃油浴中，反应4小时后，取出，在液氮中骤冷，加入10ml乙醇稀释，在大量正己烷中沉淀，抽虑除去大量溶剂，重复溶解沉淀三次，常温下真空烘干两天。得到粉红色固体粉末4.70g，产率60.1％，经核磁计算，聚α-甲基丙烯酸均聚物的重复单元个数为66，如图1。

(2)聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}嵌段共聚物的合成及聚合引发自组装制备方形有机纳米粒子：

向聚合管中加入步骤(1)中所得聚α-甲基丙烯酸均聚物0.10g，引发剂4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)1.87mg，单体11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯0.74g，溶剂乙醇3.36g，磁力搅拌转子，然后进行一系列除氧的操作(液氮中冷冻-抽真空-高纯氮气保护下解冻，重复循环三次)，真空状态下密封。将反应装置置于70℃油浴中，反应11小时后，取出，在冰水浴中骤冷，得到黄色乳浊液。将该乳浊液稀释100倍后所得嵌段共聚物粒子的透射电子显微镜照片(tem图)如图2所示，图2中，明显可以观察到边长为50-100nm的方形纳米粒子。

实施例2类菱形片层有机纳米粒子的制备

本实施例为利用聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物聚合引发自组装制备类菱形片层有机纳米粒子的方法，具体包括以下步骤：

(1)聚α-甲基丙烯酸均聚物的合成：

同实施例1中步骤(1)。

(2)聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}嵌段共聚物的合成及聚合引发自组装制备类菱形片层有机纳米粒子：

向聚合管中加入步骤(1)中所得聚α-甲基丙烯酸均聚物0.10g，引发剂4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)1.87mg，单体11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯1.23g，溶剂乙醇6.65g，磁力搅拌转子，然后进行一系列除氧的操作(液氮中冷冻-抽真空-高纯氮气保护下解冻，重复循环三次)，真空状态下密封。将反应装置置于70℃油浴中，反应11小时后，取出，在冰水浴中骤冷，得到黄色乳浊液。将该乳浊液稀释100倍后所得嵌段共聚物粒子的透射电子显微镜照片(tem图)如图3所示，图3中，明显可以观察到边长为1000-2000nm的类菱形片层微纳米粒子。

实施例3一维棒状有机纳米粒子的制备

本实施例为利用聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}液晶嵌段共聚物聚合引发自组装制备一维棒状有机纳米粒子的方法，具体包括以下步骤：

(1)聚α-甲基丙烯酸均聚物的合成：

向聚合管中加入引发剂4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)0.05g，链转移剂4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸0.12g，单体α-甲基丙烯酸7.75g，溶剂乙醇3.88g，磁力搅拌转子，然后进行一系列除氧的操作(液氮中冷冻-抽真空-高纯氮气保护下解冻，重复循环三次)，真空状态下密封。将反应装置置于70℃油浴中，反应4小时后，取出，在液氮中骤冷，加入10ml乙醇稀释，在大量正己烷中沉淀，抽虑除去大量溶剂，重复溶解沉淀三次，常温下真空烘干两天。得到粉红色固体粉末7.10g，产率91.6％，经核磁计算，聚α-甲基丙烯酸均聚物的重复单元个数为250，如图4。

(2)聚(α-甲基丙烯酸)-嵌段-聚{11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯}嵌段共聚物的合成及聚合引发自组装制备一维棒状有机纳米粒子：

向聚合管中加入步骤(1)中所得聚α-甲基丙烯酸均聚物0.10g，引发剂4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)0.51mg，单体11-[4-(4-丁基苯偶氮)苯氧基]十一烷基甲基丙烯酸酯0.33g，溶剂乙醇1.74g，磁力搅拌转子，然后进行一系列除氧的操作(液氮中冷冻-抽真空-高纯氮气保护下解冻，重复循环三次)，真空状态下密封。将反应装置置于70℃油浴中，反应7小时后，取出，在冰水浴中骤冷，得到黄色乳浊液。将该乳浊液稀释100倍后所得嵌段共聚物粒子的透射电子显微镜照片(tem图)如图5所示，图5中，明显可以观察到宽为30-80nm，长为300-2000nm的一维棒状纳米粒子。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。