气体反溶剂沉淀技术制备PLA/Fe3O4复合磁性微球

程　星，孙宇峰（安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖　241000）

气体反溶剂沉淀技术制备PLA/Fe3O4复合磁性微球

程星，孙宇峰∗
（安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖241000）

以二氯甲烷为溶剂、CO2为抗溶剂，在温度45℃、压力10 MPa、溶液流速0.8 m L/min的条件下，使用美国Applied Separations公司提供的超临界结晶设备制备得到复合微球.对其进行红外光谱、扫描电镜和振动试样磁场计等分析表征.结果表明：复合粒子结构稳定、性能佳、分散性良好，制备得到的颗粒粒径为2.239μm，磁化强度为11.824 emu/g.

超临界CO2；磁性微球；聚乳酸；Fe3O4

磁性复合微球是指通过某种方法将高分子材料与具有磁性的无机粒子结合制备获得的一种高分子功能材料.由于磁性复合材料具有粒径小、超顺磁性、无毒等优良特性，目前已被广泛地应用于环境科学、生物学以及医学研究［1-2］.高分子材料的选择非常广泛，例如天然多聚糖类、人工合成聚合物和脂类化合物等［3-4］.其中，聚乳酸（PLA）具有生物可降解和生物相容性，是一种非常优良的高分子材料，同时也是FDA批准的药物载体之一［5-6］.

磁性复合微球制备的关键在于如何将Fe3O4包核于聚乳酸高分子材料内部，其传统制备方法主要包括直接包埋法、沉淀法、乳液聚合法和溶剂挥发法等［7-9］.传统制备方法存在微球粒径大、溶剂残留多以及聚合物对磁性粒子包覆力不强等缺点，大大降低了磁性微球的实际应用.超临界抗溶剂技术作为一种新型微球制备技术，其制备得到的复合微球通常具有众多优势，如微球粒子溶剂残留少、粒径小且分布均匀等.超临界抗溶剂法制备磁性复合微球的基本原理是先将磁性物质和高分子材料溶于有机溶剂，在此基础上形成溶液，最后将溶液迅速喷入超临界流体.由于超临界流体和溶质不相溶，但与溶剂相溶，因此，超临界流体将溶液中的溶剂反溶，溶液出现过饱和而结晶析出形成超细微粒.超临界抗溶剂法又可分为气体反溶剂法、压缩抗溶剂沉淀法、超临界流体提高溶液分散法、气体饱和溶液粒子沉积法.研究采用气体反溶剂沉淀技术，以聚乳酸为包覆材料，油酸包裹的Fe3O4磁流体为磁性物质，制备了PLA/Fe3O4磁性复合材料，并对制备得到的微球进行红外光谱分析、扫描电镜分析、马尔文粒度分析、热重分析以及磁学性能分析，从而为PLA/Fe3O4磁性符合材料的制备提供了一种新的研究思路.

1　材料与方法

1.1材料与试剂

聚乳酸（分子量约为3～8万，山东医疗器械研究所）；CO2（纯度＞99%，南京特殊气体有限公司）；Fe3O4磁流体（Fe3O4含量为20%wt，南京工业大学纳米应用研究中心）；Fe3O4粒子（99%，阿拉丁试剂）；二氯甲烷（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）.

1.2仪器

超临界结晶制备系统（Helix，美国Applied Separations公司）；MS2000激光粒度分析仪（英国Malvern公司）；SEM扫描电镜（JSM-5900，日本电子公司）；红外光谱仪（Nicolet Imapct410，美国Termo-Fisher公司）.

1.3实验装置及流程

复合微球制备系统如图1所示.配制40 mg/m L的聚乳酸和Fe3O4磁流体混合溶液，其中聚乳酸和Fe3O4磁流体的质量比为1∶1，即PLA与Fe3O4的质量比为5∶1.将配置好的溶液经高压液相泵泵入釜内，待进样完全后打开装置，开启低温恒温槽，启动CO2及结晶釜壁上的加热器.打开储有CO2气体的钢瓶和结晶釜顶部的CO2进口阀门，CO2经过空气压缩泵压缩进入高压釜，直到釜内压力达到10 MPa，温度达到45℃.保持釜内压力及温度30 min，然后打开CO2进出阀，保持进出CO2，将残留的溶剂带出釜外，最后打开放气阀，卸压收集样品并分析.

图1　气体反溶剂法流程装置图

2　结果与表征

2.1复合微球的粒径及形貌表征

复合磁性微球的粒径及粒径分布如图2所示.从图2中可以看出，复合微球呈现一个比较窄的粒径分布，且微球粒径较小，经过多次实验，其平均粒径为2.239μm，粒径的具体分布跨度为0.981（d（0.1）= 1.143μm，d（0.5）=2.071μm，d（0.9）=3.175μm）.扫描电镜分析如图3所示.电镜图中复合粒子分别通过800倍与4 500倍放大，由图3可知，复合微球基本以球形形状存在，且分散度较好.

图2　复合微球的粒度分布图

图3　复合微球的的扫描电镜分析

2.2复合微球的红外表征

聚乳酸、Fe3O4粒子以及制备得到的磁性复合微球的红外光谱如图4所示.由图4可以看出，聚乳酸红外图谱中最强峰出现在1 748 cm-1处，其对应为聚乳酸的C=O伸缩峰；1 456 cm-1处对应为其-CH3吸收峰；1 363 cm-1处为-CH的伸展和弯曲振动峰；1 213 cm-1、1 134 cm-1和1 093 cm-1处均为由与酯基相连C引起的伸展振动峰.Fe3O4的特征峰出现在603 cm-1处，在磁性复合微球（PLA-Fe3O4）红外光谱中可以看出，聚乳酸的特征峰均一一出现，并且在603 cm-1处出现了Fe3O4的明显特征峰，说明PLA和Fe3O4的化学分子结构并没有发生变化，PLA和Fe3O4同时存在于复合物当中.

2.3热重分析

不同物质的降解温度不同，那么不同成分在升温过程中的失重温度也不同.通过热重分析复合粒子中不同物质的百分比含量如图5所示.由图5可知，从常温升到350℃左右时，复合磁性微球有74.3%的失重，说明Fe3O4占复合粒子的质量比为25.7%，而原材料中有比例为16.7%的Fe3O4.结果反映聚乳酸在气体反溶剂沉淀过程中有部分聚乳酸并没有结晶成复合粒子，而是随CO2一起排出结晶釜外.

图4　复合微球的红外分析

图5　升温过程中的失重温度分析

2.4复合微球的磁性能研究

Fe3O4粒子和复合微球的磁化曲线如图6所示.由图6可知，Fe3O4磁流体与制备得到的复合材料的饱和磁化强度Ms分别为49.139 emu/g、11.824 emu/g.磁性复合微球的磁化强度出现了一定的降低，但也说明磁性复合微球具有明显的超顺磁性.随着磁场强度的逐渐降低，其磁化强度逐渐趋于零，表明在磁场为零的情况下，微球没有剩磁和矫顽力，这一性能对其在生物医学尤其是靶向药物制剂方面的应用非常重要，能有效避免粒子的团聚，而且能随着磁场的移动而迅速地重新分散.

图6　Fe3O4粒子和复合微球的磁化曲线

3　结论

采用了气体反溶剂技术，以Fe3O4磁流体为磁性物质，聚乳酸为高分子材料包覆材料，制备得到了PLA/Fe3O4的复合磁性微球，制备得到的颗粒微球平均粒径为2.239μm，磁化强度为11.824 emu/g，复合微球分散性良好.试验采用气体反溶剂沉淀技术制备获得PLA/Fe3O4磁性复合微球，为今后研究复合磁性微球提供了一种新思路.

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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

国家自然科学基金资助项目（61174012）

程星（1988-），男，安徽安庆人，硕士研究生.

作者简介：孙宇峰（1965-），男，安徽宣城人，教授，硕导.