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高分子大孔微球的制备和结构控制

时间：2023-03-22 17:37:19 下载该word文档

高分子大孔微球的制备和结构控制
周炜清;李娟;那向明;马光辉
【摘要】Formationandstructurecontrolofmacroporousmicrosphereisacomplexprocess.Specialtechniquesweredevelopedforthepreparationofgigaporousmicrosphereswithlargeporesizeover100nm.Tomeettheneedsofgigaporousmicrosphereinbiochemicalengineering,thereversemicellesswellingmethodandthemultipleemulsionmethodweredevelopedwhichachievedthecontrolofporediameterabove100nm.Theeffectsofmicrospherestructuresontheirapplicationswerealsostudied.Whenusedinseparationandpurificationofbiomacromolecule,thegigaporousmicrospheresshowedmuchhighercapacity,activityrecoveryandpurificationfold.Immobilizedenzymesingigaporousmicrospherealsohavesomesignificantadvantagesinthermalstability,storagestabilityandreusability.Theeffectivecontrolofthemicrospherestructureisimportantforsuccessapplicationindifferentfields.%高分子大孔微球的形成和结构调控是一个复杂的过程，特别对于孔径超过100nm的超大孔微球而言，无法通过常规的制孔剂与聚合物之间的相分离得到。针对生化工程对于超大孔微球的重要需求，发展了反胶团溶胀法和复乳法，实现了孔径在百纳米级以上的控制。研究了微球结构对于应用效果的影响。超大孔微球用于生物大分子的分离纯化，显示出高载量、高活性回收率、高纯化倍数的特点。超大孔微球固定化酶在酶的热稳定性、储存稳定性、重复使用性能等方面具有显著的优势。微球的结构有效控制是在不同领域获得成功应用的保障。

【期刊名称】《化工学报》【年(卷,期】2015(000008【总页数】8页(P2846-2853
【关键词】大孔微球;结构控制;药物缓控释;分离纯化【作者】周炜清;李娟;那向明;马光辉
【作者单位】中国科学院过程工程研究所国家生化工程重点实验室，北京100190;中国科学院过程工程研究所国家生化工程重点实验室，北京100190;中国科学院过程工程研究所国家生化工程重点实验室，北京100190;中国科学院过程工程研究所国家生化工程重点实验室，北京100190【正文语种】中文【中图分类】TQ316.3引言
高分子多孔微球是一种具有高附加价值的化工产品，在很多领域都具有重要的应用，例如作为吸附分离填料、催化剂载体、药物缓控释制剂等。根据孔径大小的区别，多孔微球通常分为微孔（<2nm）、介孔（2～30nm）、大孔（30～100nm）和超大孔（>100nm），微球的结构控制是在不同领域获得成功应用的保障。例如，药物分离纯化的填料，孔径越小往往比表面积越高、载量越大，但小孔径会造成相对分子质量较大的生物分子难以进入孔道，或者进入孔道后受到剪切力的影响，致使活性降低。微球应用于药物缓释制剂时，结构决定了缓释行为、与体内细胞相互作用等，因此需要针对不同的应用设计结构合理的微球。本文主要介绍作者所在
的研究团队在大孔和超大孔微球的制备、结构调控以及应用等方面的研究进展。孔径大于100nm的超大孔微球在超大生物分子（疫苗、抗体等）的分离纯化、固定化酶等方面具有独特的特点。以作为乙肝疫苗分离纯化介质为例，超大孔微球展现了流速快、分离效率高的特点，同时更为关键的是，乙肝疫苗的活性收率比常规介质大幅提高（分别为40%和10%）。与大孔微球的制备技术相比，由于利用有机溶剂与聚合物之间的相分离一般只能获得数十纳米的微球，必须发展新的过程来制备超大孔微球。分别发展了反胶团溶胀法和W/O/W复乳法，得到以不同材料为基质的、孔径在百纳米级以上可控的超大孔微球。1新型超大孔微球的制备和结构调控
制备大孔微球的常规方法是利用有机溶剂制孔剂和聚合物之间的相分离制备出孔道，但是这种方法很难得到百纳米级以上的微球，因此，发展了新的制备过程来制备超大孔微球，利用水和疏水性聚合物之间相分离程度远大于有机溶剂与聚合物间的相分离程度的特点，获得超大孔微球。这一过程中，如何将水作为制孔剂导入液滴内是一个难点。发展了两种方法，一种是反胶团溶胀法，一种是复乳液法。1.1反胶团溶胀法制备疏水性超大孔微球
如图1所示，将足够量的油溶性表面活性剂溶解在苯乙烯（styrene，ST）中，然后将ST分散在水相中，形成O/W型乳液，表面活性剂在油相中形成反胶团，反胶团能够从水相中吸入大量的水而形成水的微通道，升温聚合后聚合物相和水相继续发生相分离，最终形成较大的微水相通道，除去水相即可得到超大孔微球[1-3]。从上述成孔机理可知，影响反胶团吸水溶胀过程以及水-聚合物相分离的因素也会对最终得到的孔道结构造成影响。主要的影响因素包括：表面活性剂的添加量、表面活性剂的类型和稀释剂。
表面活性剂的添加量对孔径的尺寸有重要影响，当采用Span80为表面活性剂，含量为30%（以ST和DVB的总质量为基准）时，孔径较小，仅为50nm。当

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