氣體反溶劑沉淀技術(shù)制備PLA/Fe3O4復(fù)合磁性微球

程　星，孫宇峰（安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽蕪湖　241000）

氣體反溶劑沉淀技術(shù)制備PLA/Fe3O4復(fù)合磁性微球

程星，孫宇峰?
（安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽蕪湖241000）

以二氯甲烷為溶劑、CO2為抗溶劑，在溫度45℃、壓力10 MPa、溶液流速0.8 m L/min的條件下，使用美國Applied Separations公司提供的超臨界結(jié)晶設(shè)備制備得到復(fù)合微球.對其進(jìn)行紅外光譜、掃描電鏡和振動(dòng)試樣磁場計(jì)等分析表征.結(jié)果表明：復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能佳、分散性良好，制備得到的顆粒粒徑為2.239μm，磁化強(qiáng)度為11.824 emu/g.

超臨界CO2；磁性微球；聚乳酸；Fe3O4

磁性復(fù)合微球是指通過某種方法將高分子材料與具有磁性的無機(jī)粒子結(jié)合制備獲得的一種高分子功能材料.由于磁性復(fù)合材料具有粒徑小、超順磁性、無毒等優(yōu)良特性，目前已被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)研究［1-2］.高分子材料的選擇非常廣泛，例如天然多聚糖類、人工合成聚合物和脂類化合物等［3-4］.其中，聚乳酸（PLA）具有生物可降解和生物相容性，是一種非常優(yōu)良的高分子材料，同時(shí)也是FDA批準(zhǔn)的藥物載體之一［5-6］.

磁性復(fù)合微球制備的關(guān)鍵在于如何將Fe3O4包核于聚乳酸高分子材料內(nèi)部，其傳統(tǒng)制備方法主要包括直接包埋法、沉淀法、乳液聚合法和溶劑揮發(fā)法等［7-9］.傳統(tǒng)制備方法存在微球粒徑大、溶劑殘留多以及聚合物對磁性粒子包覆力不強(qiáng)等缺點(diǎn)，大大降低了磁性微球的實(shí)際應(yīng)用.超臨界抗溶劑技術(shù)作為一種新型微球制備技術(shù)，其制備得到的復(fù)合微球通常具有眾多優(yōu)勢，如微球粒子溶劑殘留少、粒徑小且分布均勻等.超臨界抗溶劑法制備磁性復(fù)合微球的基本原理是先將磁性物質(zhì)和高分子材料溶于有機(jī)溶劑，在此基礎(chǔ)上形成溶液，最后將溶液迅速噴入超臨界流體.由于超臨界流體和溶質(zhì)不相溶，但與溶劑相溶，因此，超臨界流體將溶液中的溶劑反溶，溶液出現(xiàn)過飽和而結(jié)晶析出形成超細(xì)微粒.超臨界抗溶劑法又可分為氣體反溶劑法、壓縮抗溶劑沉淀法、超臨界流體提高溶液分散法、氣體飽和溶液粒子沉積法.研究采用氣體反溶劑沉淀技術(shù)，以聚乳酸為包覆材料，油酸包裹的Fe3O4磁流體為磁性物質(zhì)，制備了PLA/Fe3O4磁性復(fù)合材料，并對制備得到的微球進(jìn)行紅外光譜分析、掃描電鏡分析、馬爾文粒度分析、熱重分析以及磁學(xué)性能分析，從而為PLA/Fe3O4磁性符合材料的制備提供了一種新的研究思路.

1　材料與方法

1.1材料與試劑

聚乳酸（分子量約為3～8萬，山東醫(yī)療器械研究所）；CO2（純度＞99%，南京特殊氣體有限公司）；Fe3O4磁流體（Fe3O4含量為20%wt，南京工業(yè)大學(xué)納米應(yīng)用研究中心）；Fe3O4粒子（99%，阿拉丁試劑）；二氯甲烷（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）.

1.2儀器

超臨界結(jié)晶制備系統(tǒng)（Helix，美國Applied Separations公司）；MS2000激光粒度分析儀（英國Malvern公司）；SEM掃描電鏡（JSM-5900，日本電子公司）；紅外光譜儀（Nicolet Imapct410，美國Termo-Fisher公司）.

1.3實(shí)驗(yàn)裝置及流程

復(fù)合微球制備系統(tǒng)如圖1所示.配制40 mg/m L的聚乳酸和Fe3O4磁流體混合溶液，其中聚乳酸和Fe3O4磁流體的質(zhì)量比為1∶1，即PLA與Fe3O4的質(zhì)量比為5∶1.將配置好的溶液經(jīng)高壓液相泵泵入釜內(nèi)，待進(jìn)樣完全后打開裝置，開啟低溫恒溫槽，啟動(dòng)CO2及結(jié)晶釜壁上的加熱器.打開儲(chǔ)有CO2氣體的鋼瓶和結(jié)晶釜頂部的CO2進(jìn)口閥門，CO2經(jīng)過空氣壓縮泵壓縮進(jìn)入高壓釜，直到釜內(nèi)壓力達(dá)到10 MPa，溫度達(dá)到45℃.保持釜內(nèi)壓力及溫度30 min，然后打開CO2進(jìn)出閥，保持進(jìn)出CO2，將殘留的溶劑帶出釜外，最后打開放氣閥，卸壓收集樣品并分析.

圖1　氣體反溶劑法流程裝置圖

2　結(jié)果與表征

2.1復(fù)合微球的粒徑及形貌表征

復(fù)合磁性微球的粒徑及粒徑分布如圖2所示.從圖2中可以看出，復(fù)合微球呈現(xiàn)一個(gè)比較窄的粒徑分布，且微球粒徑較小，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，其平均粒徑為2.239μm，粒徑的具體分布跨度為0.981（d（0.1）= 1.143μm，d（0.5）=2.071μm，d（0.9）=3.175μm）.掃描電鏡分析如圖3所示.電鏡圖中復(fù)合粒子分別通過800倍與4 500倍放大，由圖3可知，復(fù)合微球基本以球形形狀存在，且分散度較好.

圖2　復(fù)合微球的粒度分布圖

圖3　復(fù)合微球的的掃描電鏡分析

2.2復(fù)合微球的紅外表征

聚乳酸、Fe3O4粒子以及制備得到的磁性復(fù)合微球的紅外光譜如圖4所示.由圖4可以看出，聚乳酸紅外圖譜中最強(qiáng)峰出現(xiàn)在1 748 cm-1處，其對應(yīng)為聚乳酸的C=O伸縮峰；1 456 cm-1處對應(yīng)為其-CH3吸收峰；1 363 cm-1處為-CH的伸展和彎曲振動(dòng)峰；1 213 cm-1、1 134 cm-1和1 093 cm-1處均為由與酯基相連C引起的伸展振動(dòng)峰.Fe3O4的特征峰出現(xiàn)在603 cm-1處，在磁性復(fù)合微球（PLA-Fe3O4）紅外光譜中可以看出，聚乳酸的特征峰均一一出現(xiàn)，并且在603 cm-1處出現(xiàn)了Fe3O4的明顯特征峰，說明PLA和Fe3O4的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化，PLA和Fe3O4同時(shí)存在于復(fù)合物當(dāng)中.

2.3熱重分析

不同物質(zhì)的降解溫度不同，那么不同成分在升溫過程中的失重溫度也不同.通過熱重分析復(fù)合粒子中不同物質(zhì)的百分比含量如圖5所示.由圖5可知，從常溫升到350℃左右時(shí)，復(fù)合磁性微球有74.3%的失重，說明Fe3O4占復(fù)合粒子的質(zhì)量比為25.7%，而原材料中有比例為16.7%的Fe3O4.結(jié)果反映聚乳酸在氣體反溶劑沉淀過程中有部分聚乳酸并沒有結(jié)晶成復(fù)合粒子，而是隨CO2一起排出結(jié)晶釜外.

圖4　復(fù)合微球的紅外分析

圖5　升溫過程中的失重溫度分析

2.4復(fù)合微球的磁性能研究

Fe3O4粒子和復(fù)合微球的磁化曲線如圖6所示.由圖6可知，F(xiàn)e3O4磁流體與制備得到的復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度Ms分別為49.139 emu/g、11.824 emu/g.磁性復(fù)合微球的磁化強(qiáng)度出現(xiàn)了一定的降低，但也說明磁性復(fù)合微球具有明顯的超順磁性.隨著磁場強(qiáng)度的逐漸降低，其磁化強(qiáng)度逐漸趨于零，表明在磁場為零的情況下，微球沒有剩磁和矯頑力，這一性能對其在生物醫(yī)學(xué)尤其是靶向藥物制劑方面的應(yīng)用非常重要，能有效避免粒子的團(tuán)聚，而且能隨著磁場的移動(dòng)而迅速地重新分散.

圖6　Fe3O4粒子和復(fù)合微球的磁化曲線

3　結(jié)論

采用了氣體反溶劑技術(shù)，以Fe3O4磁流體為磁性物質(zhì)，聚乳酸為高分子材料包覆材料，制備得到了PLA/Fe3O4的復(fù)合磁性微球，制備得到的顆粒微球平均粒徑為2.239μm，磁化強(qiáng)度為11.824 emu/g，復(fù)合微球分散性良好.試驗(yàn)采用氣體反溶劑沉淀技術(shù)制備獲得PLA/Fe3O4磁性復(fù)合微球，為今后研究復(fù)合磁性微球提供了一種新思路.

［1］羅英武，許華君，李寶芳.細(xì)乳液聚合制備有機(jī)硅/丙烯酸酯乳液及其性能［J］.化工學(xué)報(bào)，2006，57（12）：2 981-2 986.

［2］Y M Wu，H Duan，Y Yu，et al.Preparation and Performance in Paper Coating of Silicone-modified Styrene-butyl Acrylate Copolymer Latex［J］.Journal of Applied Polymer Science，2001，79（2）：333-336.

［3］李光亮.有機(jī)硅高分子化學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1998.

［4］曾幸榮.高分子近代測試分析技術(shù)［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2007.

［5］蒲曦鳴，康云清，陳愛政，等.超臨界CO2抗溶劑法制備聚乳酸藥物緩釋微球［J］.功能材料，2007，38（4）：549-552.

［6］龐國棉，朱亮，李遠(yuǎn)達(dá).5-氟尿嘧啶的聚乙二醇-聚乳酸的膠束制備及其體外釋藥研究［J］.廣東藥學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27（2）：116-120.

［7］L Han，W Wei，L L Chen，et al.The Preparation and Catalytically Active Characterization of Papain Immobilized on Magnetic Composite Microspheres［J］.Enzyme&Microbial Technology，2004，35（1）：15-21.

［8］F Guo，Q Zhang，B Zhang，et al.Preparation and Characterization of Magnetic Composite Microspheres Using a Free Radical Polymerization System Consisting of DPE［J］.Polymer，2009，50（8）：1 887-1 894.

［9］徐敏明，任杰.原位聚合制備PLLA/Fe3O4磁性復(fù)合微球及其表征［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2009（2）：1-3.

Preparation of PLA/Fe3O4Magneticmicroparticles by Gas Anti-solvent Technology

CHENG Xing，SUN Yu-feng?
（College of Mechanical and Automotive Engineering，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China）

With dichloromethane as solvent and CO2as antisolvent and under the condition of 45℃，10 MPa and solution flow rate 0.8 m L/min，the American applied Separations supercritical crystallization equipment was used to prepare composite microspheres.And infrared spectrum，scanning electron microscope，vibration sample magnetometer and other analytical characterization were employed.The results show that the structure of the composite particles is stable，the performance is good，the dispersion is good，the particle size of the prepared particles is 2.239μm，and the magnetization is 11.824 emu/g.

supercritical CO2；magneticmicrospheres；polylactic acid；Fe3O4

O611.4

A

1672-2477（2016）04-0027-04

2016-03-14

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61174012）

程星（1988-），男，安徽安慶人，碩士研究生.

作者簡介：孫宇峰（1965-），男，安徽宣城人，教授，碩導(dǎo).