三維立體褶皺聚乳酸微球及其制備方法與用圖
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物功能材料制備領域，尤其是三維立體褶皺聚乳酸微球及其制備方 法與用途。
【背景技術】
[0002] 然界中存在著這樣的神奇界面，如海底珊瑚，上皮組織，植物的葉子等，其表面具 有獨特的非平面褶皺特性。通過模擬自然界的非平面褶皺可以增強材料的表面功能并推進 現今的平面二維應用。研究表明，三維立體褶皺由于其表面褶皺的增強功能和高效的能量 攝入，可以廣泛應用于如細胞迀移的調節，智能膠，可調諧器件，納米有序模板，膠體和蛋白 質自組裝，和各向異性和/或可調的表面潤濕性等領域。然而，傳統制備方法依然局限于二 維褶皺的制備，對于復雜的三維褶皺加工鮮有報道。目前，提出了三維方法褶皺的制作主要 是基于硬模板與傳統光刻和隨后的表面處理（如紫外臭氧輻射（UV0)，反應離子刻蝕和電 化學聚合）。但是傳統方法制備的三維褶皺材料通常需要耗費大量的時間和精力，并極大地 依賴聚（二甲基硅氧烷）（PDMS)薄膜作為基地材料。一般而言，材料表面產生褶皺的前提 是較軟的材料基礎上的一個薄的一個相對較硬的材料上施加一個臨界應力誘導由膜的雙 層系統界面應力的不匹配。界面應力不匹配之后，再通過表面處理，如機械能和熱能驅動的 表層變形固化形成褶皺。然而，目前大多數的褶皺材料主要是基于平面或階梯面處理，可能 不適用于三維立體褶皺立體制作。因此，尋求新的簡便方法在非平面表面制作可調控的三 維立體褶皺微觀結構十分迫切。
[0003] 聚乳酸（PLA)是一種生物可降解，生物相容性良好的生物材料，已被廣泛用于三 維細胞支架，傷口敷料，抗菌、防污劑等領域。近年來，乳液軟模板法，如多重乳液，皮克林 乳液，單乳液，皮克林雙乳液等，已經在二維材料制備基礎上得以廣泛應用。其中，W1/0/W2 雙乳液是一種擁有兩個界面的微觀結構，已被廣泛應用于制備中空材料，多孔各向異性微/ 納米顆粒等。通過調控在界面上的表面活性劑和微粒可以制備出多功能的PLA材料。雖然 雙乳液模板法是基于PLA的功能材料設計的一個功能強大的模板法，但是他們仍然局限于 二維PLA材料的構建。
[0004] 為了在雙乳液基礎上將目前常見的聚乳酸二維材料轉變為三維立體褶皺材料，類 似于雙層系統的二維表面褶皺上的界面應變力不匹配必須被引入到雙乳液界面中。一般來 說，在軟模板界面上，應變力不匹配可以通過增強的力差（即機械不穩定）來實現，并基于 這樣的二維結構轉變為三維立體褶皺。氣體形成雙乳液關聯法，起源于碳酸氫銨的分解， 一直被視為一個多功能的工具制備具有內部交聯孔室的多孔微球。文章Gasfoamedopen porousbiodegradablepolymericmicrospheres(氣體生成法制備多孔可降解聚合物微 球）·Biomaterials2006, 27, 152-159,與Biodegradablepolymericmicrocarrierswith controllableporousstructurefortissueengineering(多孔可生物降解的聚合物載 體在組織工程中的應用）.Macromol.Biosci. 2009, 9, 1211-1218.證實了氣體形成雙乳液 關聯法可以通過控制碳酸氫銨分解形成多孔微球生物支架。此外，利用氣體形成雙乳液關 聯法制作不同孔徑的改性聚乳酸微球。在溶劑蒸發過程中，碳酸氫銨的自發分解產生二氧 化碳（C02)和氨氣（NH3)，不僅導致界面上"凸起"的產生，而且有利于多孔結構的最終形成。 與此同時，內部氣泡的生成有利于在乳液界面產生應變力不匹配，并幫助實現二維材料想 三維立體褶皺材料的轉變。但是由于氣體的形成方法和限制擠壓產生的固有的局限性，其 內部氣化核心有限，盡管內部交聯的多孔聚乳酸微球已經成功制備出，他們依然局限于二 維材料。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種三維立體褶皺聚乳酸微球的制備方 法，通過碳酸氫銨產生的氣體在乳液界面引入應變力不匹配，并在乳液內部加入納米顆粒 引入多重氣化核心，成功實現三維立體褶皺聚乳酸微球的制備，得到的聚乳酸微球用于油 水分離和細胞的吸附。
[0006] 本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。
[0007] -種三維立體褶皺聚乳酸微球的制備方法，包括如下步驟：
[0008] S1、制備二氧化硅包覆的核殼結構的Fe304@Si02納米離子；
[0009] S2、制備三維立體褶皺聚乳酸微球：加入S1中制備的Fe304@Si02m米粒子的碳酸 氫銨去離子水溶液作為內相，聚乳酸的二氯甲烷溶液作為中間相，所述內相與中間相均化 形成水包油型（W/0)初乳；聚乙烯醇的去離子水溶液作為外相，所述外相與所述初乳均化 形成水包油包水型（wyo/wj雙乳液，將所述的雙乳液震蕩，待所述雙乳液中二氯甲烷揮發 后，將所得的產物真空干燥后得三維立體褶皺聚乳酸微球。
[0010] 進一步，S1所述的Fe304@Si02m米粒子的制備方法為包括如下步驟：
[0011] (1)將三氯化鐵與醋酸鈉混合在乙二醇中并于氮氣保護下160°C攪拌lh，轉入反 應釜中200°C反應10h，磁性分離、洗滌、干燥得四氧化三鐵納米粒子；
[0012] (2)將步驟（1)所述的四氧化三鐵納米粒子分散在含氨水的乙醇和水的混合液 中，并在攪拌下加入原硅酸四乙酯反應12h，將獲得的Fe304@Si02納米粒子分離、洗滌、干 燥。
[0013] 在上述方案中，S2中所述的碳酸氫銨去離子水溶液的濃度為0. 05g/mL;
[0014] S2中所述聚乙烯醇的去離子水溶液中聚乙烯醇的濃度為0. 001g/mL;
[0015] S2中所述聚乳酸、二氯甲烷的用量比為（15. 8~62. 5)mg: (0· 99~1. 01)mL。
[0016] 進一步，S2中所述內相與中間相體積比為5 :16 ;所述初乳與所述外相的體積比為 1 ：25〇
[0017] 進一步，S2中所述Fe304@Si0^米粒子的加入量與所述碳酸氫銨的去離子水溶液 的用量比為（10 ~90)mg: (0· 99 ~1. 01)mL。
[0018] 進一步，S2中所Fe304@Si02納米粒子的加入量與所述碳酸氫銨的去離子水溶液的 用量比l〇mg:lmL。
[0019] 本發明還包括一種三維立體褶皺聚乳酸微球，其特征在于，所述聚乳酸微球的平 均直徑為50μm，表面褶皺，具有多級孔結構。
[0020] 本發明還包括將所述的三維立體褶皺聚乳酸微球作為油水分離的用途。
[0021] 本發明還包括將所述的三維立體褶皺聚乳酸微球作為粘附細胞的用途。
[0022] 三維立體超褶皺聚乳酸微球的形成機理：
[0023] 本發明所述的三維立體褶皺聚乳酸微球的形成機理：（1)反應結束后將雙乳液震 蕩，內相中的碳酸氫銨溶液分解產生的氣體，在乳液界面上"凸起"，由于外界表面活性的作 用，內部的氣泡無法突破油相；因此，隨著油相溶劑的揮發，這些"凸起"得以保存，并且在大 氣壓的作用下"凹進"。
[0024] (2)內部氣體的生成在乳液的兩個界面上引入應變力不匹配，隨著溶劑的揮發，有 利于在生成的微粒表面形成褶皺。
[0025] Fe304@Si02納米粒子在三維立體裙皺聚乳酸微球的制備過程中起到結構穩定劑、 表面褶皺劑和多重氣化核心的作用：（1)結構穩定劑，與不加Fe304@Si02納米粒子構建的內 部微粒主導的氣體形成雙乳液關聯法相比，加入Fe304@Si02m米粒子獲得三維立體褶皺的 聚乳酸微粒，而不加Fe304@Si02納米粒子獲得片狀褶皺聚乳酸微粒，因此在三維立體超褶皺 的聚乳酸微粒形成過程中，Fe304@Si02納米粒子作為Pickering粒子可以有效地穩固獲得 的微粒的形貌，從而制備出理想的三維立體超褶皺聚乳酸微粒。
[0026] (2)表面褶皺劑：與不加Fe304@Si02納米粒子獲得的片狀褶皺聚乳酸微粒相比，加 入Fe304@Si02m米粒子后獲得的三維立體超褶皺聚乳酸微粒不僅體現出三維立體構型，而 且其表面的褶皺與片狀聚乳酸微粒相比明顯增加很多，因此在三維立體超褶皺的