多孔金属基陶瓷材料如金属陶瓷通常用作摩擦型支承、过滤器、薰 蒸装置、能量吸收器或火焰屏障(flame barriers)的构件。具有空洞分 布和增加刚性的结构元件在建筑工艺中是重要的。在涂料领域多孔金属 基材料变得日益重要，并且主要对具有特定物理、电学、磁性和光学性 能的该材料的功能感兴趣。此外，这些材料可以在应用例如光电、传感 器技术、催化、和电致变色显示技术中起重要作用。
通常，需要具有纳米结晶精细结构的多孔金属基材料，其能调节电 阻、热膨胀、热容量和电导率，以及超弹性、硬度和机械强度。
此外，需要可以以成本有效的方式生产的多孔金属基材料。可以用 粉末或熔融烧结法，或用渗透法生产传统的多孔金属基材料和金属陶 瓷。这些方法可能是技术上和经济上复杂并昂贵的，特别是因为通常可 以基于使用的金属粒子的尺寸来控制所需的材料性能。在某些应用如涂 料中该参数不总是可在足够范围内调节，其中可以使用处理技术例如粉 末涂敷或流延法。根据常规方法，通常可以通过加入添加剂或通过起泡 法生产多孔金属和金属基材料，其通常需要预压制生料坯。
此外，需要多孔金属基材料，其中可以调节孔径、孔分布和孔隙度， 而材料的物理和化学性能没有变差。例如，基于填料或发泡剂的常规方 法可以提供20～50％的孔隙度。然而，随着孔隙度的增加，机械性能例 如硬度和强度可能快速地降低。这在生物医学应用例如植入物中是特别 不利的，其需要各向异性孔分布、大的孔径大小和高的孔隙度，和对于 生物机械应力的长期稳定性。
在生物医学应用领域，使用生物相容材料可能是至关重要的。例如， 用于药物递送装置的金属基材料可以优选具有高的官能度，并且可以在 一种材料中结合明显不同的性能，其中该金属基材料可以用于标记目的 或作为幅射吸收剂。除了特定的磁性、电学、电介质或光学性能之外， 该材料可能必须提供在合适孔径大小范围的高的孔隙度。
溶胶/凝胶处理技术可以广泛用于构建不同类型的材料网络。在形成 溶胶或凝胶条件下，可以几种方式发生组分的连接，例如通过传统的水 解或非水解溶胶/凝胶方法。本发明的某些示例性实施方案可以利用溶 胶/凝胶技术生产含金属的复合材料。″溶胶″可以是胶体粒子在液体中 的分散体，术语″凝胶″可以意味着亚微米尺寸孔和平均长度通常大于微 米的聚合物链的互连刚性网络。例如，溶胶/凝胶方法可以包括将前体 例如溶胶/凝胶形成组分，混合成为溶胶，加入其它的添加剂或材料， 在模具中浇铸混合物，或将溶胶以涂料形式涂敷到基材上，凝胶化该混 合物，从而使胶体粒子连接在一起变为多孔三维网络，老化该凝胶以增 加其强度；通过从液体中干燥和/或脱水或化学稳定孔网络将该凝胶转 化为固体材料，并致密化该材料以产生具有多种物理性能的结构。该方 法公开于例如Henge and West，The Sol/Gel-Process，90Chem.Ref. 33(1990)中。本说明书内使用的术语″溶胶/凝胶″可以表示溶胶或凝胶。 可以例如通过老化、固化、提高pH、蒸发溶剂或通过任何其它常规方 法，将溶胶转化为如上所述的凝胶。
溶胶/凝胶处理技术通常为成本有效地低温生产生物相容材料提供 几种可能性，该生物相容材料具有广泛的可单独调节的性能，能够调节 单独生产的材料的性能。例如，可以通过通常用于生产陶瓷和玻璃状材 料的溶胶/凝胶处理技术，生产为部分水解的硅氧化物的二氧化硅干凝 胶。溶胶/凝胶方法可以主要地基于金属醇盐的水解，随后聚合/缩聚金 属氢氧化物。当聚合反应进行时，可以形成链、环和三维网络，并形成 其通常包含水和醇盐的烷氧基的醇的凝胶。然后可以通过干燥或加热步 骤将如此形成的凝胶转化为固体材料。因为在溶胶/凝胶技术中，可以 将多种可能的添加剂加入溶胶中，所以该技术可以提供多种改变所生产 材料的组成和性能的可能性。
欧洲专利公开EP 0 680 753公开了一种溶胶/凝胶生产的含生物活 性物质的二氧化硅涂料和粒子，其中可以通过加入渗透剂例如聚乙二醇 和山梨糖醇，控制引入其中的活性剂的释放速率。美国专利号5,074,916 公开了用于生产基于SiO2、CaO和P2O5的碱性游离(free)生物活性 玻璃组合物的溶胶/凝胶处理技术。
国际专利公开WO 96/03117公开了提出用于控制释放生物活性分子 的包含二氧化硅基玻璃的骨生物活性控制释放载体，其制备方法和使用 方法。美国专利6,764,690公开了通过溶胶/凝胶方法制备的可控制溶解 的二氧化硅干凝胶，和其用于药物递送装置的用途，其中药物递送装置 包含用溶胶/凝胶方法制备的可控制溶解的二氧化硅干凝胶，其结构中 可以引入生物活性剂。

本发明的一个目的是提供例如基于可改变其性能和组成的金属和 陶瓷前体的材料，其能够调节其机械、热、电学、磁性和光学性能。本 发明的另一个目的是提供例如含金属复合材料，使得可以改变所形成材 料的孔隙度以用于大范围的应用领域，而对物理和化学稳定性没有不利 的影响。
本发明的另一个目的是提供例如新型材料和其生产方法，其可以用 作涂料和疏松材料。本发明的另一个目的是提供例如生产复合材料的方 法，其中将溶胶/凝胶转化为复合材料，允许牢固和相对无误差的烧结 处理以得到非常稳定的材料。
本发明的示例性实施方案涉及物质的组合物，并涉及例如由有机和 无机组分组成的含金属复合材料。本发明的另一个示例性实施方案另外 涉及生产含金属材料的方法。金属基化合物可以包封在聚合物壳中，并 可以在传统的溶胶/凝胶处理技术中使聚合物包封的金属基化合物与溶 胶结合，随后可以将该结合体转化为含金属的固体材料。
本发明的另一个目的是提供例如可以通过比如上述那些方法得到 的材料，该材料可以处于涂层形式或多孔疏松材料的形式。
本发明的另一个目的是提供可通过如上所述方法得到的含金属材 料，该材料可以具有可生物侵蚀性能，或可以在生理流体的存在下至少 部分可溶解。
本发明的另一个目的是提供例如用于生物医学领域的这种含金属 材料，其处于植入物、药物递送装置、或植入物涂层和药物递送装置涂 层的形式等。
例如，可以用本发明一个示例性实施方案实现本发明的这些和其它 目的，其提供生产含金属材料的方法，使得该方法以非特定次序地包括 下列步骤：
a)在聚合物壳中包封至少一种金属基化合物，从而产生包含聚合物包封 的金属基化合物的第一组合物；
b)由水解或非水解溶胶/凝胶形成组分形成溶胶；
c)使聚合物包封的金属基化合物和溶胶结合，以产生第二组合物；和
d)将第二组合物转化为含金属的固体材料。
在本发明的另一个示例性实施方案中，提供了生产含金属材料或复 合材料的方法，使得该方法以非特定次序地包括下列步骤：
a)提供第一组合物，其包含涂敷有至少一种金属基化合物的聚合物粒 子；
b)从水解或非水解溶胶/凝胶形成组分形成溶胶；
c)使涂敷的聚合物粒子与溶胶结合，以产生第二组合物；和
d)将该第二组合物转化为含金属的固体材料。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以胶体粒子、纳米晶体或 微米晶体粒子、或纳米线的形式提供用于例如上述那些方法的金属基化 合物。
在本发明的另一个示例性实施方案中，金属基化合物可以包封在几 个有机材料层或壳中，或包封在泡、脂质体、胶束中，或包封在合适材 料的外涂层中。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以将添加剂加入到第一组 合物、溶胶/凝胶形成组分中，和/或加入用于例如上述那些方法的第二 组合物中。这些添加剂可以是生物学或治疗活性化合物、填料、表面活 性剂、造孔剂、增塑剂、润滑剂等。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以通过干燥、热解、烧结、 或其它热处理，将该第二组合物转化为含金属复合材料，并且该转化在 减压下或真空中进行。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以将填料加入第一组合 物、溶胶/凝胶形成组分中，和/或加入用于例如上述那些方法的第二组 合物中。然后可以从例如上述那些方法中生产的含金属的固体材料中， 完全或部分除去这些填料。通过完全或部分地溶解它们或热分解它们， 可以实现填料的去除。
本发明的另一个示例性实施方案提供了含金属复合材料，其可以使 用例如上述那些方法产生。该材料可以处于松散组合物的形式，或可以 作为基材或装置上涂层来提供。当暴露于生理流体时，这些材料还可以 为可生物侵蚀的或至少部分可溶解的。
具体实施方案
根据本发明某些示例性实施方案的含金属材料可以表现出有利的 性能，例如，可以在低温下由具有很少或没有质量和/或体积收缩的溶 胶和/或凝胶处理含金属材料。例如，根据本发明某些示例性实施方案 制备的溶胶和接合体可以适用于给几乎任何类型的基材涂敷多孔或无 孔膜涂层，其然后可以转化为含金属材料。通过这种方法可以得到涂层 和成型的疏松材料。
金属基化合物
根据本发明的某些示例性实施方案，最初可以将金属基化合物包封 在聚合物材料中。
例如，金属基化合物可以选自零价金属、金属合金、金属氧化物、 无机金属盐，特别是碱金属和/或碱土金属和/或过渡金属的盐，优选碱 金属或碱土金属碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸 盐、亚磷酸盐、卤化物、硫化物、氧化物和其混合物；有机金属盐，特 别是碱金属或碱土金属和/或过渡金属盐，特别是其甲酸盐、乙酸盐、 丙酸盐、苹果酸盐、马来酸盐、草酸盐、酒石酸盐、柠檬酸盐、苯甲酸 盐、水杨酸盐、邻苯二甲酸盐(phtalates)、硬脂酸盐、酚盐、磺酸盐、 和胺以及其混合物；有机金属化合物、金属醇盐、半导体金属化合物、 金属碳化物、金属氮化物、金属氮氧化合物、金属碳氮化物、金属碳氧 化物、金属氮氧化合物和金属氮碳氧化物，优选为过渡金属的；金属基 核-壳纳米粒子，优选具有CdSe或CdTe作为核并具有CdS或ZnS作 为壳的材料；含金属内嵌富勒烯和/或内金属富勒烯 (endometallofullerenes)，优选其中金属为稀土金属如铈、钕、钐、铕、 钆、铽、镝、钬；和任何上述的任意组合。
此外，可以使用选自碱金属或碱土金属盐或化合物的可生物降解金 属基化合物，例如镁基或锌基化合物等或其纳米合金或任意混合物。用 于本发明某些示例性实施方案的金属基化合物可以选自镁盐、氧化物或 合金，其可用于可生物降解的涂层或模制体中，包括植入物形式或植入 物上涂层的形式，在暴露于体液时其能够降解，并且其可以进一步导致 镁离子和羟基磷灰石的形成。在本发明示例性的实施方案中，可以纳米 或微米晶体粒子、粉末或纳米线形式提供上述材料的金属基化合物。该 金属基化合物可以具有约0.5纳米至1,000纳米的平均粒径，优选约0.5 纳米至900纳米，或更优选约0.7纳米至800纳米。
还可以作为金属基化合物的混合物提供金属基化合物，特别是根据 要生产的含金属材料的所需性能而具有不同规格的纳米粒子。可以以在 极性、非极性或两性溶剂、溶剂混合物或溶剂表面活性剂混合物中的溶 液、悬浮液或分散体中的粉末形式，或在乳剂中的粉末形式使用金属基 化合物。
由于高的表面积-体积比，可以容易地改性上述金属基化合物的纳米 粒子。可以例如用亲水性配体，例如三辛基膦，以共价或非共价方式改 性金属基化合物，特别是纳米粒子。
可以共价键合至金属纳米粒子的配体实例包括脂肪酸、硫醇脂肪 酸、氨基脂肪酸、脂肪酸醇、其混合物的脂肪酸酯基，例如油酸和油酰 胺，和类似的常规有机金属配体。
金属基化合物可以选自金属或含金属化合物，例如氢化物、无机或 有机盐、氧化物等。取决于用于本发明示例性实施方案的转化条件和处 理条件，可以由用于该方法的金属化合物生产氧化的金属和零价金属。 已经发现，可以由金属基化合物，特别是金属基纳米粒子生产合金、陶 瓷材料和复合材料，其中根据另外使用的添加剂、其结构、分子量和固 体含量、以及金属基化合物的含量，可以在宽范围内调节孔隙度。还发 现通过使聚合物包封的金属基化合物特别是纳米尺寸的金属基化合物 与通常用于溶胶/凝胶处理技术的溶胶结合，可以生产材料，其中通过 控制这些固体含量和金属基纳米粒子的组成，可以调节机械、摩擦学、 电学和/或光学性能的一种或多种。得到的材料性能可以取决于这些包 封的金属基化合物的初级粒度或平均粒度和结构。
此外，使用与聚合物包封的金属基化合物结合的醇盐可以得到杂化 的陶瓷复合材料。可以通过适当地选择使用的金属或金属化合物和其在 溶胶/凝胶中的固体含量，调节这些复合材料的热膨胀系数。另外，如 下所述，用于溶胶的醇盐的选择和转化步骤期间气氛的适当选择，可以 致使体积收缩减小，并产生稳定的气凝胶和干凝胶。某些金属基化合物 可以包括，但是不局限于零价金属、金属氧化物或其组合的粉末，优选 纳米非晶态纳米粒子，例如选自周期表主族金属、过渡金属例如铜、金 和银、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铼、铁、钴、镍、 钌、铑、钯、锇、铱或铂，或选自稀土金属的金属和金属化合物的。可 以使用的金属基化合物包括例如铁、钴、镍、锰或其混合物，例如铁铂 混合物。还可以使用磁性金属氧化物，例如铁的氧化物和铁氧体。为了 提供具有磁性或信号性能的材料，可以使用磁性金属或合金，例如铁氧 体，例如γ氧化铁，Co、Ni或Mn的磁铁体(magnetite)或铁氧体。 这些材料的实例公开于国际专利公开WO83/03920，WO83/01738， WO88/00060，WO85/02772，WO89/03675，WO90/01295和 WO90/01899，和美国专利4,452,773，4,675,173和4,770,183。
另外，可以用于本发明另外的示例性实施方案的半导体化合物和/ 或纳米粒子，包括周期系的II-VI、III-V或IV族的半导体。合适的II-Vl 族半导体包括例如MgS，MgSe，MgTe，CaS，CaSe，CaTe，SrS，SrSe， SrTe，BaS，BaSe，BaTe，ZnS，ZnSe，ZnTe，CdS，CdSe，CdTe， HgS，HgSe，HgTe或其混合物。III-V族半导体的实例包括例如GaAs， GaN，GaP，GaSb，InGaAs，InP，InN，InSb，InAs，AlAs，AlP， AlSb，AlS，或其混合物。IV族半导体的实例包括锗、铅和硅。此外， 可以使用任何上述半导体的组合。
本发明某些示例性实施方案中，可以优选使用复合金属基纳米粒子 作为金属基化合物。这些可以包括例如所谓的核/壳结构，其由Peng等 人公开于Epitaxial Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Core/Shell Nanoparticles with Photostability and Electronic Accessibility，Journal of the American Chemical Society(1997，119： 7019-7029)。
半导体纳米粒子可以选自以上列出的那些材料，它们可以具有直径 约1至30纳米、或优选约1至15纳米的核，在其上可以结晶其它半导 体纳米粒子至深度约1至50单层，或优选约1至15单层。核和壳可以 以上述列出材料的组合存在，包括CdSe或CdTe核，和CdS或ZnS壳。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以基于金属基化合物对于 在从γ辐射直至微波辐射的任意波长范围内的幅射的吸收性能，或基于 其发射幅射的能力，特别是在约60纳米或更低的波长范围内，来选择 金属基化合物。通过适当地选择金属基化合物，可以产生具有非线性光 学性能的材料。这些包括例如可以阻断特定波长IR幅射的材料，其可 以适用于标记目的或形成吸收治疗幅射的植入物。对于金属基化合物， 可以选择其核和壳的粒度和直径，以提供发射光子的化合物，使得发射 在约20纳米至1000纳米的范围内。可替代地，可以选择合适化合物的 混合物，在暴露于幅射时其发射不同波长的光子。在本发明的一个示例 性实施方案中，可以选择不需要猝熄的荧光金属基化合物。
可以用于本发明另一个示例性实施方案的金属基化合物包括纳米 线形式的纳米粒子，其可以包含任何金属、金属氧化物、或其混合物， 其可以具有约2纳米至800纳米范围的直径，或优选约5纳米至600纳 米。
在本发明的另一个示例性实施方案中，金属基化合物可以选自金属 富勒烯或内嵌的碳纳米粒子，其包含几乎任何种类的金属化合物，例如 上述的那些。特别优选的分别是内嵌富勒烯或内金属富勒烯，其可以包 含稀土金属例如铈、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬等。内嵌金属富勒烯 还可以包含如上所述的过渡金属。合适的内嵌富勒烯，例如可以用于标 记目的的，进一步公开于美国专利号5,688,486和国际专利公开WO
93/15768中。包含例如碳化物的碳涂覆的金属纳米粒子可以用作金属基 化合物。此外，含金属纳米非晶态碳物质例如纳米管、洋葱状物(onions)； 以及含金属烟灰、石墨、金刚石粒子、碳黑、碳纤维等也可以用于本发 明的其它示例性实施方案中。如上所述的金属基化合物可以包封在聚合 物壳中。可以通过多种常规的聚合技术，例如分散聚合、悬浮聚合或乳 液聚合，将金属基化合物包封进入聚合物中。优选的包封聚合物包括， 但是不局限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯或其它形成乳胶的 聚合物、聚醋酸乙烯酯、或导电聚合物。例如，可以通过用聚合物连接 网络(lattices)和/或用聚合物进一步包封，或用弹性体、金属氧化物、 金属盐或其它合适的金属化合物，例如金属醇盐进一步涂敷，来进一步 改性包含金属基化合物的这些聚合物泡囊。常规方法可以任选用于改性 聚合物，并且可以取决于使用的单独的组合物的要求进行使用。使用包 封的金属基化合物可以防止或阻止聚集，使得可以在溶胶/凝胶方法中 处理包封的前体材料，没有聚集和/或对得到的复合材料没有不利影响。
取决于单独使用的材料，金属基化合物的包封可以得到共价或非共 价包封的金属基化合物。为与溶胶结合，可以以聚合物球体，特别是微 球体的形式，或分散的、悬浮的或乳化的粒子或泡囊的形式提供包封的 金属基化合物。可以利用适用于提供或生产包封的金属基化合物、其分 散体、悬浮体或乳液，特别优选微乳液的常规方法。合适的包封方法公 开于例如澳大利亚公开AU 9169501、欧洲专利公开EP 1205492、EP 1401878、EP 1352915和EP 1240215、美国专利号6380281、美国专利 公开2004192838、加拿大专利公开CA 1336218、中文专利公开CN 1262692T、英国专利公开GB 949722、德国专利公开DE 10037656；以 及在S.Kirsch，K.Landfester，O.Shaffer和M.S.El-Aasser，″Particle morphology of carboxylated poly-(n-butyl acrylate)/(poly(methyl methacrylate)composite latex particles investigated by TEM and NMR，″Acta Polymerica 1999，50，347-362；K.Landfester，N.Bechthold， S.和M.Antonietti，″Evidence for the preservation of the particle identity in miniemulsion polymerization，″Macromol.Rapid Commun.1999，20，81-84；K.Landfester，N.Bechthold，F.Tiarks和M. Antonietti，″Miniemulsion polymerization with cationic and nonionic surfactants：A very efficient use of surfactants for heterophase Polymerization″Macromolecules 1999，32，2679-2683；K.Landfester，N. Bechthold，F.Tiarks和M.Antonietti，″Formulation and stability mechanisms of polymerizable miniemulsions，″Macromolecules 1999，32， 5222-5228；G.Baskar，K.Landfester和M.Antonietti，″Comb-like Dolymers with octadecyl side chain and carboxyl functional sites：Scope for efficient use in miniemulsion polymerization，″Macromolecules 2000， 33，9228-9232；N.Bechthold，F.Tiarks，M.Willert，K.Landfester和M. Antonietti，″Miniemulsion polymerization：Applications and new materials″Macromol.Symp.2000，151，549-555；N.Bechthold和K. Landfester：″Kinetics of miniemulsion polymerization as revealed by calorimetry，″Macromolecules 2000，33，4682-4689；B.M.Budhlall，K. Landfester，D.Nagy，E.D.Sudol，V.L.Dimonie，D.Sagl，A.Klein和M. S.El-Aasser，″Characterization  of partially  hydrolyzed  poly(vinyl alcoho.I.Sequence distribution via H-I and C-13-NMR and a reversed-phased gradient elution HPLC technique，″Macromol.Symp. 2000，155，63-84；D.Columbie，K.Landfester，E.D.Sudol和M.S. El-Aasser，″Competitive adsorption of the anionic surfactant Triton X-405 on PS latex particles，″Langmuir 2000，16，7905-7913；S.Kirsch， A.Pfau，K.Landfester，O.Shaffer和M.S.El-Aasser，″Particle morphology of carboxylated poly-(n-butyl acrylate)/poly(methyl methacrylate)composite latex particles，″Macromol.Symp.2000，151， 413-418；K.Landfester，F.Tiarks，H.-P.Hentze和M.Antonietti， ″Polyaddition in miniemulsions：A new route to polymer dispersions，″ Macromol.Chem.Phys.2000，201，1-5；K.Landfester，″Recent developments in miniemulsions-Formation and stability mechanisms，″ Macromol.Symp.2000，150，171-178；K.Landfester，M.Willert和M. Antonietti，″Preparation of polymer particles in non-aqueous direct and inverse miniemulsions，″Macromolecules 2000，33，2370-2376；K. Landfester和M.Antonietti，″The polymerization of acrylonitrile in miniemulsions：′Crumpled latex particles′or polymer nanocrystals，″ Macromol.Rapid Comm.2000，21，820-824；B.z.Putlitz，K.Landfester， S.和M.Antonietti，″Vesicle forming，single tail hydrocarbon surfactants with sulfonium-headgroup，″Langmuir 2000，16，3003-3005； B.z.Putlitz，H.-P.Hentze，K.Landfester和M.Antonietti，″New cationic surfactants with sulfonium-headgroup，″Langmuir 2000，16， 3214-3220；J.Rottstegge，K.Landfester，M.Wilhelm，C.Heldmann和 H.W.Spiess，″Different types of water in film formation process of latex dispersions as detected by solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy，″Colloid Polym.Sci.2000，278，236-244；M.Antonietti和 K.Landfester，″Single molecule chemistry with polymers and colloids： A way to handle complex reactions and physical processes？″ ChemPhysChem 2001，2，207-210；K.Landfester和H.-P.Hentze， ″Heterophase polymerization in inverse systems，″in Reactions and Synthesis in Surfactant Systems，J.Texter，ed.；Marcel Dekker，Inc.， New York，2001，pp 471-499；K.Landfester，″Polyreactions in miniemulsions，″Macromol.Rapid Comm.2001，896-936；K.Landfester， ″The generation of nanoparticles in miniemulsion，″Adv.Mater，2001， 10，765-768；K.Landfester，″Chemie-Rezeptionsgeschichte″in Der Neue Pauly-Enzyklopadie der Antik，Verlag J.B.Metzler，Stuttgart， 2001，vol.15；B.z.Putlitz，K.Landfester，H.Fischer and M.Antonietti， ″The generation of′armored latexes′and hollow inorganic shells made of clay sheets by templating cationic miniemulsions and latexes，″Adv. Mater.2001，13，500-503；F.Tiarks，K.Landfester和M.Antonietti， ″Preparation of polymeric nanocapsules by miniemulsion polymerization，″Langmuir 2001，17，908-917；F.Tiarks，K.Landfester 和M.Antonietti，″Encapsulation of carbon black by miniemulsion polymerization，″Macromol.Chem.Phys.2001，202，51-60；F.Tiarks，K. Landfester和M.Antonietti，″One-step preparation of polyurethane dispersions by miniemulsion polyaddition，″J.Polym.Sci.，Polym. Chem.Ed.2001，39，2520-2524；F.Tiarks，K.Landfester和M. Antonietti，″Silica nanoparticles as surfactants and fillers for latexes made by miniemulsion polymerization，″Langmuir 2001，17，5775-5780。
可以以约1纳米至500纳米的尺寸，或以约5纳米至5微米尺寸的 微粒形式生产包封的金属基化合物。金属基化合物可以进一步包封在合 适的聚合物的细小乳液或微乳液中。术语细小乳液或微乳液可以被理解 为包含水相、油相和表面活性物质的分散体。这些乳液可以包含合适的 油、水、一种或几种表面活性剂，任选的一种或几种共表面活性剂，和 一种或几种疏水物质。细小乳液可以包含用表面活性剂稳定的单体、低 聚物或其它预聚合反应剂的水乳液，其易于聚合，并且其中乳化微滴的 粒度为约10纳米至500纳米或更大。
此外，包封的金属基化合物的细小乳液可以由非水介质制成，该非 水介质例如为甲酰胺、二醇或非极性的溶剂。原则上，预聚合反应剂可 以选自热固性材料、热塑性材料、塑料、合成橡胶、可挤出聚合物、注 塑聚合物、可模制聚合物等或其混合物，包括可以使用聚(甲基)丙烯酸 的预聚合反应剂。
用于包封金属基化合物的合适聚合物实例可以包括，但是不局限于 脂肪族或芳香族聚烯烃的均聚物或共聚物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁 烯、聚异丁烯、聚戊烯；聚丁二烯；聚乙烯基化合物例如聚氯乙烯或聚 乙烯醇、聚(甲基)丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸丙烯 酰基氰基酯；聚丙烯腈、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚四氟乙 烯；生物聚合物例如胶原蛋白、白蛋白、凝胶、透明质酸、淀粉，纤维 素例如甲基纤维素、羟基丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧基甲基纤 维素邻苯二甲酸酯；酪蛋白、右旋糖酐、多糖、血纤蛋白原、聚(D，L- 丙交酯)、聚(D，L-丙交酯共乙交酯)、聚乙交酯、聚羟基丁酸酯、聚碳 酸烷基酯、聚原酸酯、聚酯、聚羟基戊酸、聚二氧杂环己酮、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、聚马来酸、聚丙醇二酸、聚酐、聚磷腈、聚氨基酸；聚 乙烯醋酸乙烯酯、聚硅氧烷；聚(酯氨基甲酸酯)、聚(醚氨基甲酸酯)、 聚(酯脲)、聚醚例如聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、Pluronics、聚丁二醇； 聚乙烯基吡咯烷酮、聚(醋酸邻苯二甲酸乙烯酯)、虫胶、和这些均聚物 或共聚物的组合。此外可以使用的包封材料包括聚(甲基)丙烯酸酯，不 饱和聚酯，饱和聚酯，聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯，醇酸树脂， 环氧聚合物或树脂，聚酰胺，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚酰胺酰亚胺， 聚酯酰亚胺，聚酯酰胺酰亚胺，聚氨酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，多酚， 聚乙烯基酯，聚硅氧烷，聚缩醛，纤维素乙酸酯，聚氯乙烯，聚醋酸乙 烯酯，聚乙烯醇，聚砜，聚苯砜，聚醚砜，聚酮，聚醚酮，聚苯并咪唑， 聚苯并噁唑，聚苯并噻唑，聚氟代烃，聚亚苯基醚，多芳基化合物，氰 基酯-聚合物，优选任何上述物质的混合物或共聚物。
在本发明某些示例性实施方案中，用于包封金属基化合物的聚合物 可以选自基于单(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酸酯、 四丙烯酸酯和五丙烯酸酯的聚(甲基)丙烯酸酯。合适的单(甲基)丙烯酸 酯的实例包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、 丙烯酸羟丙基酯、丙烯酸3-氯-2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸3-氯-2-羟基 丙基酯、丙烯酸2，2-二甲基羟丙基酯、丙烯酸5-羟基戊基酯、单丙烯酸 二乙二醇酯、单丙烯酸三羟甲基丙烷酯、单丙烯酸季戊四醇酯、丙烯酸 2，2-二甲基-3-羟丙基酯、甲基丙烯酸5-羟基戊基酯、单甲基丙烯酸二乙 二醇酯、单甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、单甲基丙烯酸季戊四醇酯、羟 基甲基化的N-(1，1-二甲基-3-氧代丁基)丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、 N-羟甲基甲基丙烯酰胺、N-乙基-N-羟甲基甲基丙烯酰胺、N-乙基-N-羟 甲基丙烯酰胺、N，N-二羟甲基-丙烯酰胺、N-乙醇丙烯酰胺、N-丙醇丙 烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸缩水甘油酯、和甲基丙烯酸缩水甘 油酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊 酯、丙烯酸乙基己基酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸叔辛基酯、丙烯酸2-甲氧 基乙基酯、丙烯酸2-丁氧基乙基酯、丙烯酸2-苯氧基乙基酯、丙烯酸氯 代乙基酯、丙烯酸氰基乙基酯、丙烯酸二甲基氨基乙基酯、丙烯酸苄酯、 丙烯酸甲氧基苄酯、丙烯酸糠基酯、丙烯酸四氢化糠基酯和丙烯酸苯酯； 二(甲基)丙烯酸酯可以选自2，2-双(4-甲基丙烯酰氧基苯基)丙烷、二丙烯 酸1，2-丁二醇酯、二丙烯酸1，4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸1，4-丁二醇酯、 二甲基丙烯酸1，4-环己二醇酯、二甲基丙烯酸1，10-葵二醇酯、二丙烯酸 二乙二醇酯、二丙烯酸二丙二醇酯、二甲基丙烯酸二甲基丙二醇酯、二 甲基丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸四乙二醇酯、二丙烯酸1，6-己二 醇酯、二丙烯酸新戊二醇酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、二丙烯酸三丙 二醇酯、2，2-双[4-(2-丙烯酰氧基乙氧基)苯基]丙烷、2，2-双[4-(2-羟基-3- 甲基丙烯酰氧基丙氧基)苯基]丙烷、双(2-甲基丙烯酰氧基乙基)N，N-1，9- 壬烯-双氨基甲酸酯、二甲基丙烯酸1，4-环己烷(cycloheane)二羟甲基 酯、和二丙烯酸氨基甲酸酯低聚物；三(甲基)丙烯酸酯可以选自三(2-羟 基乙基)异氰脲酸酯-三甲基丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸酯-三丙烯 酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯或三丙 烯酸季戊四醇酯；四(甲基)丙烯酸酯可以选自四丙烯酸季戊四醇酯、四 丙烯酸双三羟甲基丙烷酯、或乙氧基化的四丙烯酸季戊四醇酯；合适的 五(甲基)丙烯酸酯可以选自五丙烯酸二季戊四醇酯或五丙烯酸酯-酯；以 及任何上述物质的混合物、共聚物和组合。
医药应用中，可以优选选择生物聚合物或丙烯酸类作为包封金属基 化合物的聚合物。
包封聚合物反应剂可以选自可聚合的单体、低聚物或弹性体例如聚 丁二烯、聚异丁烯、聚异戊二烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚氨酯、 聚氯丁二烯、或聚硅氧烷、和任何上述物质的混合物、共聚物或组合。 可以仅在弹性聚合物中包封金属基化合物，或可以在热塑性材料和弹性 聚合物的混合物中、或在热塑性材料和弹性聚合物壳之间的交替壳/层 序列中包封金属基化合物。
用于包封金属基化合物的聚合反应可以是任何合适的常规聚合反 应，例如自由基或非自由基聚合、酶催化或非酶催化的聚合，包括缩聚 反应。使用的乳液、分散体或悬浮体可以是含水、无水、极性或非极性 体系的形式。通过加入合适的表面活性剂，可以如需要地调节乳化的或 分散的微滴的量和尺寸。表面活性剂可以是阴离子、阳离子、两性离子 或非离子表面活性剂或其任意组合物。优选的阴离子表面活性剂可以包 括，但是不局限于皂、烷基苯磺酸盐、烷烃磺酸盐、烯烃磺酸盐、烷基 醚磺酸盐、甘油醚磺酸盐、α-甲酯磺酸盐、磺化的脂肪酸、烷基硫酸 盐、脂肪醇醚硫酸盐、甘油醚硫酸盐、脂肪酸醚硫酸盐、羟基混合醚硫 酸盐、甘油单酯(醚)硫酸盐、脂肪酰胺(醚)硫酸盐、单烷基磺基琥珀酸 盐和二烷基磺基琥珀酸盐、单烷基磺基琥珀酰胺酸盐和二烷基磺基琥珀 酰胺酸盐、磺基甘油三酯、amidsoaps、醚羧酸和其盐、脂肪酸异硫代 硫酸酯、脂肪酸arcosinates、脂肪酸氨基乙磺酸盐、N-酰基氨基酸例如 酰基乳酸盐(lactylate)、酰基酒石酸盐、酰基谷氨酸盐和酰基天冬氨酸 盐、烷基寡聚葡糖苷硫酸盐、蛋白质脂肪酸缩合物，包括基于小麦的源 于植物的产品；和烷基(醚)磷酸盐。
适用于本发明的某些示例性实施方案中的包封反应的阳离子表面 活性剂可以选自季铵化合物，例如二甲基二硬脂酰基铵氯化物、 VL 90(Stepan)、酯季铵盐、特别是季铵化的脂肪酸三烷醇 胺酯盐、长链伯胺的盐、季铵化合物如十六碳烷基三甲铵氯化物 (CTMA-Cl)、A(十六烷三甲基铵氯化物，Cognis)，或 LDB 50(月桂基二甲基苄基铵氯化物，Cognis)。
可以在聚合反应开始之前或在其期间加入处于金属基溶胶形式的 金属基化合物，并可以作为分散体、乳液、悬浮体或固溶体，或金属基 化合物在合适的溶剂或溶剂混合物中的溶液，或其任意混合物提供所述 金属基化合物。包封过程可能需要聚合反应，任选使用引发剂、起始剂 (starters)或催化剂，其中在聚合物提供金属基化合物的原位包封， 所述聚合物是通过在聚合物泡囊、球状体或微滴中的聚合而产生的。可 以选择在该包封混合物中金属基化合物的固体含量，使得聚合物泡囊、 球状体或微滴中的固体含量，可以是聚合物粒子内金属基化合物的约10 重量％至80重量％。
任选，可以在完成聚合反应后加入其它或处于固体形式或处于液体 形式的金属基前体化合物，以结合至或涂敷包封的金属基化合物。在本 发明的一个可替换的示例性实施方案中，可以将如上所述的金属基化合 物涂敷到聚合物粒子、聚合物球体、聚合物泡或聚合物壳上。金属基化 合物可以选自能够共价或非共价地结合至聚合物球状体或微滴的化合 物。为涂敷聚合物粒子，可以使用液体介质聚合过程中产生的聚合物粒 子，并且上述例如通过乳液聚合的包封金属基化合物的方法也可以用于 在悬浮体、乳液或分散体中产生聚合物粒子，通常通过将金属基化合物 加入到聚合反应混合物中，其随后可以涂敷金属基化合物。
术语″包封的金属基化合物″可以理解为包括涂敷有金属基化合物 的聚合物粒子。
可以选择聚合物的微滴尺寸和金属基化合物的固体含量，使得包封 的金属基化合物和/或金属涂敷的聚合物粒子的固体含量为聚合反应物 质的约5重量％至60重量％。
在本发明的一个示例性实施方案中，在完成第一聚合/包封步骤后， 可以通过加入另外的单体、低聚物或预聚合剂，重复聚合期间金属基化 合物的原位包封。通过提供至少一个类似的重复步骤，可以产生多层涂 敷的聚合物泡囊。此外，可以通过随后加入单体、低聚物或预聚合反应 剂，包封结合至聚合物球状体或微滴的金属基化合物，以用聚合物泡囊 再涂敷金属基化合物。重复这种处理步骤可以提供包含金属基化合物的 多层聚合物泡囊。
任何这些包封步骤可以彼此结合。在本发明的特定示例性实施方案 中，可以用弹性化合物进一步包封聚合物包封的金属基化合物，使得产 生具有外部弹性体壳的聚合物泡囊。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以进一步在囊、脂质体或 胶束、或外涂层中包封聚合物包封的金属基化合物。用于该目的的合适 表面活性剂可以包括上述表面活性剂，并可能包括烃残基或硅残基的具 有疏水基的化合物，例如聚硅氧烷链、烃基单体、低聚物和聚合物，或 类脂或磷脂，或其任意组合，特别是甘油酯例如磷脂酰乙醇胺、磷脂酰 胆碱、聚乙交酯、聚丙交酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基丁基(buthyl) 醚、聚苯乙烯、聚环戊二烯基甲基降冰片烯、聚丙烯、聚乙烯、聚异丁 烯、聚硅氧烷、或任何其它类型的表面活性剂。
此外，取决于聚合物壳，用于在囊、外涂层等中包封聚合物包封的 金属基化合物的表面活性剂可以选自亲水性表面活性剂或具有亲水性 残基的表面活性剂或亲水性聚合物，例如聚苯乙烯磺酸、聚N-烷基乙 烯基吡啶卤化物、聚(甲基)丙烯酸、聚氨基酸、聚N-乙烯基吡咯烷酮、 聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醚、聚乙二醇、聚环氧丙烷、多糖例如琼 脂糖、右旋糖酐、淀粉、纤维素、淀粉酶、支链淀粉(amylopektine) 或聚乙二醇、或合适分子量的聚乙烯亚胺。此外，疏水性或亲水性聚合 物材料或类脂聚合物化合物的混合物，可以用于在囊中包封聚合物包封 的金属基化合物、或进一步涂敷聚合物包封的金属基化合物。
另外，可以通过用能够与溶胶/凝胶形成组分反应的涂层或合适的连 接基团的官能化，来化学改性包封的金属基化合物。例如，可以用有机 硅烷化合物或有机官能化的硅烷官能化它们。在以下溶胶/凝胶组分部 分中进一步说明用于改性聚合物包封的金属基化合物的这些化合物。
引入根据本发明示例性实施方案产生的材料中的聚合物包封的金 属基化合物，可以被认为是特殊形式的填料。处于分散或悬浮形式的聚 合物包封的金属基化合物的粒度和粒度分布，可以相应于最终的聚合物 包封的金属基化合物粒子的粒度和粒度分布，并且它们可以对产生的材 料孔尺寸具有明显的影响。可以用动态光散射法表征聚合物包封的金属 基化合物，以测定其平均粒度和单分散性。
溶胶/凝胶形成组分
在随后转化为含金属的固体复合材料之前，聚合物包封的金属基化 合物可以与溶胶结合。
可以以常规方式由任何类型的溶胶/凝胶形成组分，制备用于本发明 示例性实施方案的溶胶，可以选择合适的组分和/或溶胶以与聚合物包 封的金属基化合物结合。
溶胶/凝胶形成组分可以选自各种金属的醇盐、氧化物、乙酸盐、硝 酸盐，金属例如为硅、铝、硼、镁、锆、钛、碱金属、碱土金属、或过 渡金属，以及铂、钼、铱、钽、铋、钨、钒、钴、铪、铌、铬、锰、铼、 铁、金、银、铜、钌、铑、钯、锇、镧和镧系元素，以及其组合。
在本发明的某些示例性实施方案中，溶胶/凝胶形成组分可以是上述 金属的金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氮氧化合物、金属 氮碳化物、金属碳氧化物、金属氮氧化物、或金属含氮碳氧化物，或其 任意组合。可以处于胶体粒子形式的这些化合物可以与含氧化合物例如 醇盐反应，以形成溶胶/凝胶，或如果不是胶体形式，可以作为填料加 入。在由例如上述那些的金属基化合物形成溶胶时，至少一部分这些形 成溶胶化合物可以包封在聚合物壳中，即包封的金属基化合物和形成溶 胶化合物可以基本上相同。
在本发明的另一个示例性实施方案中，溶胶可以得自至少一种溶胶 /凝胶形成组分，例如醇盐、金属醇盐、胶体粒子，特别是金属氧化物 等。可以用作溶胶/凝胶形成组分的金属醇盐可以是常规的化学化合物， 其可用于多种应用。这些化合物可以具有通式M(OR)x，其中M是源自 金属醇盐的任何金属，该金属醇盐例如可以在水的存在下水解和聚合。 R是1至30个碳原子的烷基，其可以是直链或支链的，x等于金属离子 化合价。可以使用例如为Si(OR)4，Ti(OR)4，Al(OR)3，Zr(OR)3和Sn(OR)4 的金属醇盐。具体地，R可以是甲基、直链或支链的乙基、丙基或丁基。 合适金属醇盐的其它实例可以包括Ti(异丙氧基)4、Al(异丙氧基)3、Al(仲 丁氧基)3、Zr(正丁氧基)4和Zr(正丙氧基)4。
溶胶可以由硅醇盐如四烷氧基硅烷制成，其中烷氧基可以是支链或 直链的，并可以包含约1至25个碳原子，例如四甲氧基硅烷(TMOS)、 四乙氧基硅烷(TEOS)或四正丙氧基硅烷，以及其低聚物形式。此外合 适的是烷基烷氧基硅烷，其中烷氧基的定义如上所述，并且烷基可以是 具有约1至25个碳原子的取代或未取代的、支链或直链的烷基，例如 甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、 乙基三甲氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、甲基三丁氧基硅烷、丙基三甲 氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基 硅烷、辛基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷，其可从Degussa AG， Germany商购，甲基丙烯酰氧基癸基三甲氧基硅烷(MDTMS)；芳基三 烷氧基硅烷例如苯基三甲氧基硅烷(PTMOS)、苯基三乙氧基硅烷，其可 从Degussa AG，Germany商购；苯基三丙氧基硅烷、和苯基三丁氧基 硅烷、苯基三(3-缩水甘油氧基)硅烷氧化物(TGPSO)、3-氨丙基三甲氧 基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、2-氨乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、 三氨基官能化的丙基三甲氧基硅烷(TRIAMO，可从 Degussa AG，Germany获得)、N-(正丁基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3- 氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩 水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基 硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、双酚-A缩水甘油基硅烷；(甲基)丙烯 酰基硅烷、苯基硅烷、低聚或聚合硅烷、环氧硅烷；氟代烷基硅烷，比 如具有约1至20个碳原子部分或完全氟代的、直链或支链的氟代烷基 残基的氟代烷基三甲氧基硅烷、氟代烷基三乙氧基硅烷，例如十三氟 1，1，2，2-四氢辛基三乙氧基硅烷和改性的反应性氟代烷基硅氧烷，其可从 Degussa AG以商标F8800和F8815获得；以及上述的任意 混合物。在本发明的另一个示例性实施方案中，可以从碳基纳米粒子和 碱金属盐例如乙酸盐、以及酸例如磷酸、五氧化物、磷酸盐、或有机磷 化合物例如烷基膦酸制备溶胶。其它可以用于形成溶胶的物质包括乙酸 钙、亚磷酸、P2O5、以及三乙基亚磷酸盐作为乙二醇中的溶胶，从而可 以从碳基纳米粒子和生理学可接受的无机组分制备可生物降解的复合 材料。通过改变化学计量Ca/P比例，可以调节该复合材料的恶化速度。 Ca与P的摩尔比可以是约0.1至10，或优选约1至3。
在本发明的某些示例性实施方案中，可以从胶体溶液制备溶胶，所 述胶体溶液可以包含优选在包括含水溶剂的极性或非极性溶剂的溶液、 分散体或悬浮体中的碳基纳米粒子，和阳离子或阴离子可聚合的聚合物 作为前体，例如藻酸盐。通过加入合适的凝聚剂，例如无机或有机酸或 碱，特别是乙盐酸和双乙酸盐，可以通过沉淀或形成凝胶产生含碳复合 材料。任选地，可以加入其它粒子，以调节得到材料的性能。这些粒子 可以包含例如金属、金属氧化物、金属碳化物、或其混合物，以及金属 乙盐酸或双乙酸盐。
用于溶胶的溶胶/凝胶组分还可以包含胶态金属氧化物，优选稳定足 够长时间，以能够与其它溶胶/凝胶组分和聚合物包封的金属基化合物 结合的胶体金属氧化物。该胶态金属氧化物可以包括，但是不局限于 SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、SnO2、ZrSiO4、B2O3、La2O3、Sb2O5 和ZrO(NO3)2、SiO2、Al2O3，可以优选选择ZrSiO4和ZrO2。至少一种 溶胶/凝胶形成组分的其它实例包括氢氧化铝溶胶或凝胶、三仲丁酸铝、 AlOOH-凝胶等。
这些胶体溶胶的一些在溶胶形式时可以是酸性的，因此，当水解期 间使用时，不需向水解介质中加入另外的酸。还可以用多种方法制备这 些溶胶。例如，可以通过酸性水解四氯化钛，通过用酒石酸胶溶水合 TiO2，和通过用盐酸胶溶氨洗涤的Ti(SO4)2，可以制备粒度约5至150 纳米的二氧化钛溶胶。这种方法例如由Weiser公开于Inorganic Colloidal Chemistry，2卷，281页(1935)。为了防止杂质进入溶胶，可 以在水可混溶的溶剂存在下，在约1至3的酸性pH范围水解金属的烷 基原酸酯，其中分散体中胶体存在量为约0.1至10重量％。
在本发明的某些示例性实施方案中，溶胶可以由溶胶/凝胶形成组分 构成例如如上所述金属的金属卤化物，其与氧官能化的聚合物包封的金 属基化合物反应，以形成所需溶胶。在这种情况下，溶胶/凝胶形成组 分可以是含氧化合物，例如醇盐、醚、醇或乙盐酸，其可以与合适官能 化的聚合物包封的金属基化合物反应。然而，通常可以通过合适的共混 方法，将聚合物包封的金属基化合物分散入溶胶中，或可以在聚合过程 中引入金属基溶胶，其中至少一部分金属基溶胶化合物可以被聚合物包 封。
用水解溶胶/凝胶方法形成溶胶时，加入的水和溶胶/凝胶形成组分 例如醇盐、氧化物、乙盐酸、氮化物或其组合的摩尔比可以为约0.001 至100，或优选约0.1至80，或更优选约0.2至30。
在可以和本发明示例性实施方案一起使用的典型水解溶胶/凝胶处 理步骤中，在水的存在下，将溶胶/凝胶组分与(任选化学改性的)聚合物 包封的金属基化合物共混。任选地，可以加入其它的溶剂或其混合物， 和/或其它添加剂，例如表面活性剂、填料等，如在下文中更详述的。 还可以加入其它添加剂例如交联剂作为催化剂，用于控制溶胶的水解速 率，或用于控制交联速率。在下文也进一步详述了这些催化剂。该方法 类似于传统的溶胶/凝胶方法。可以以类似于上述的方式生产非水解溶 胶，但是很可能基本上不存在水。
通过非水解溶胶/凝胶方法或通过用交联剂化学连接组分形成溶胶 时，卤化物和含氧化合物的摩尔比可以为约0.001至100，或优选约0.1 至140，或更优选约0.1至100，或甚至更优选约0.2至80。
在非水解溶胶/凝胶方法中，使用金属醇盐和羧酸及其衍生物、或羧 酸官能化的聚合物包封的金属基化合物，也是合适的。合适的羧酸包括 乙酸、乙酰乙酸、甲酸、马来酸、巴豆酸、或琥珀酸。
可以通过使烷基硅烷或金属醇盐与无水有机酸、酸酐或酸酯等反 应，实现在无水情况下的非水解溶胶/凝胶方法。酸和其衍生物可以适 用作溶胶/凝胶组分，或用于改性和/或官能化聚合物包封的金属基化合 物。
在本发明的某些示例性实施方案中，还可以在无水的溶胶/凝胶方法 中由至少一种溶胶/凝胶形成组分形成溶胶，反应剂可以选自无水有机 酸、酸酐或酸酯，如甲酸、乙酸、乙酰乙酸、琥珀酸、马来酸、巴豆酸、 丙烯酸、甲基丙烯酸、部分或完全氟化的羧酸、其酸酐和酯例如甲基或 乙基酯、或上述的任意混合物。可以优选使用无水醇混合物中的酸酐， 其中这些组分的摩尔比确定使用的烷基硅烷的硅原子上剩余的乙酰氧 基的量。
通常，根据得到的溶胶、或溶胶和聚合物包封的金属基化合物的组 合中所需的交联度，可以应用酸性或碱性催化剂，特别是在水解溶胶/ 凝胶方法中。
合适的无机酸可以包括例如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和稀释的氢氟 酸。合适的碱包括例如氢氧化钠、氨和碳酸盐和有机胺。非水解溶胶/ 凝胶方法中合适的催化剂可以包括无水卤化物化合物，例如BCl3、NH3、 AlCl3、TiCl3或其混合物。
为了进行本发明的水解溶胶/凝胶处理步骤中的水解，可以加入溶 剂，包括水可混溶的溶剂，例如水可混溶的醇或其混合物。可以使用醇 例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇和较低分 子量醚醇例如乙二醇单甲醚。在本发明的某些示例性实施方案中，也可 以有利地使用少量的非水可混溶的溶剂例如甲苯。这些溶剂还可以用于 例如上述那些的聚合物包封反应。
添加剂
可以通过施加合适量的添加剂，特别是加入有机聚合物材料，可以 改变本根据发明某些示例性实施方案生产的复合材料性能，例如耐机械 应力性能、导电性、冲击强度或光学性能。可以将不与组合物组分反应 的其它添加剂加入溶胶或组合中。
合适的添加剂的实例包括填料、造孔剂、金属和金属粉末等。无机 添加剂和填料的实例可以包括二氧化硅和氧化铝、硅酸铝、沸石、氧化 锆、二氧化钛、滑石、石墨、碳黑、富勒烯、粘土材料、层状硅酸盐、 硅化物、氮化物、金属粉末，特别是那些催化活性过渡金属例如铜、金、 银、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铼、铁、钴、镍、钌、 铑、钯、锇、铱或铂。通过这些添加剂，可以进一步改变并调节得到材 料的机械、光学和热性能。使用该添加剂特别适用于生产具有所需性能 的特制涂料。
其它合适的添加剂可以包括填料、交联剂、增塑剂、润滑剂、阻燃 剂、玻璃或玻璃纤维、碳纤维、棉花、织物、金属粉末、金属化合物、 硅、二氧化硅、沸石、二氧化钛、氧化锆、氧化铝、硅酸铝、滑石、石 墨、烟灰、层状硅酸盐等。
在本发明的某些示例性实施方案中，可以通过将至少一种交联剂加 入溶胶、聚合物包封的金属基化合物或结合体中，进一步改性溶胶或结 合网络。交联剂可以包括例如异氰酸酯、硅烷、二醇、二羧酸、(甲基) 丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸2-羟乙酯、丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸 3-(三甲基甲硅烷基)丙基酯、异佛乐酮二异氰酸酯、多元醇、甘油等。 可以使用生物相容的交联剂例如甘油、二乙三胺异氰酸酯和1，6-二异氰 酸己烷酯，其中在相对低的温度例如低于约100℃下，将溶胶/凝胶转化 为固体材料。使用合适的交联剂与引入聚合物包封的金属基化合物的结 合，可以用于形成具有各向异性孔隙度的复合材料，即在复合材料内孔 径大小具有梯度。正如以上和下文中的讨论的，填料可进一步影响各向 异性孔隙度。
填料可用于改变孔径大小和孔隙度。在本发明的某些示例性实施方 案中，优选非聚合物填料。非聚合物填料可以是通过例如热处理或其它 处理可以除去或降解的任何物质，并对材料性能没有不利的影响。某些 填料可以溶于合适的溶剂中，并可以这样的方式从材料中除去。此外， 还可以使用在所选热条件下转化为可溶性物质的非聚合物填料。这些非 聚合物填料可以包括例如阴离子、阳离子或非离子表面活性剂，其可以 在热条件下除去或降解。
在本发明的另一个示例性实施方案中，填料可以包括无机金属盐， 特别是碱金属和/或碱土金属的盐，包括碱金属或碱土金属碳酸盐、硫 酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、卤化物、硫 化物、氧化物、或其混合物。其它合适的填料包括有机金属盐，例如碱 金属或碱土金属和/或过渡金属盐，包括甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、苹 果酸盐、马来酸盐、草酸盐、酒石酸盐、柠檬酸盐、苯甲酸盐、水杨酸 盐、邻苯二甲酸盐、硬脂酸盐、酚盐、磺酸盐、或胺，和其混合物。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以应用聚合物填料。合适 的聚合物填料可以如上所述用作包封聚合物的那些，特别是具有球体或 泡囊形式的那些。
还可以使用饱和的直链或支链脂肪族烃，它们可以是均聚物或共聚 物。优选使用聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚戊烯、 及其共聚物和其混合物。聚合物填料还可以包括由甲基丙烯酸酯或聚硬 脂精形成的聚合物粒子，以及导电聚合物例如聚乙炔、聚苯胺、聚(亚 乙基二氧噻吩)、聚二烷基芴、聚噻吩或聚吡咯，其可以用于提供导电 材料。
在某些或许多上述方法中，可溶填料的使用可以与聚合物填料的加 入结合，其中填料在热处理条件下可以是挥发性的，或可以在热处理期 间转化为挥发性化合物。以这种方式通过聚合物填料形成的孔可以与用 其它填料形成的孔结合，以得到各向同性或各向异性的孔分布。
基于得到的复合材料的所需孔隙度和/或孔径大小，可以确定非聚合 物填料的合适粒度。可以用例如公开于德国专利公开DE 103 35 131和 PCT申请No.PCT/EP04/00077的处理方法，在得到的复合材料中产生 孔隙度。
可以用于本发明示例性实施方案的其它添加剂可以包括例如干燥 控制化学添加剂例如甘油、DMF、DMSO、或任何其它合适的高沸点或 粘性液体，其可以适用于控制溶胶转化为凝胶和固体复合材料。热处理 材料后，可以用于除去填料的溶剂可以包括例如(热)水、稀或浓的无机 或有机酸、碱等。合适的无机酸可以包括例如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、 和稀氢氟酸。合适的碱可以包括例如氢氧化钠、氨、碳酸盐、以及有机 胺。合适的有机酸可以包括例如甲酸、乙酸、三氯甲烷酸、三氟甲烷酸、 柠檬酸、酒石酸、草酸、和其混合物。
在本发明的某些示例性实施方案中，可以作为在合适的溶剂或溶剂 混合物中的结合体的液体溶液或分散体或悬浮体，来涂覆本发明复合材 料的涂料，随后干燥或蒸发溶剂。合适的溶剂可以包括例如甲醇、乙醇、 N-丙醇、异丙醇、丁氧基二乙二醇、丁氧基乙醇、丁氧基异丙醇、丁氧 基丙醇、正丁醇、叔丁醇、丁二醇、丁基辛醇、二乙二醇、二甲氧基二 乙二醇、二甲醚、二丙二醇、乙氧基二乙二醇、乙氧基乙醇、乙基已烷 二醇、二醇、己烷二醇、1，2，6-己烷三醇、己醇、己二醇、异丁氧基丙 醇、异戊基二醇、3-甲氧基丁醇、甲氧基二乙二醇、甲氧基乙醇、甲氧 基异丙醇、甲氧基甲基丁醇、甲氧基PEG-10、甲缩醛、甲基已基醚、 甲基丙烷二醇、新戊二醇、PEG-4、PEG-6、PEG-7、PEG-8、PEG-9、 PEG-6-甲醚、戊二醇、PPG-7、PPG-2-buteth-3、PPG-2丁基醚、PPG-3 丁基醚、PPG-2甲基醚、PPG-3甲基醚、PPG-2丙基醚、丙烷二醇、丙 二醇、丙二醇丁基醚、丙二醇丙基醚、四氢呋喃、三甲基己醇、酚(苯 酚)、苯、甲苯、二甲苯；和水，其任何物质可以与分散剂、表面活性 剂或其它添加剂混合，和上述物质的混合物。任何上述和下述溶剂也可 以用于溶胶/凝胶方法。
溶剂还可以包括一种或几种有机溶剂例如乙醇、异丙醇、正丙醇、 二丙二醇甲基醚和丁氧基异丙醇(1，2-丙二醇正丁基醚)、四氢呋喃、酚 (苯酚)、苯、甲苯、二甲苯，优选乙醇、异丙醇、正丙醇和/或二丙二 醇甲基醚、甲乙酮，其中优选选择异丙醇和/或正丙醇。
取决于溶剂的性能和用溶剂处理的时间，可以从得到的复合材料部 分或完全除去填料。在本发明的某些示例性实施方案中，可以优选完全 除去填料。
转化
可以将溶胶和聚合物包封的金属基化合物的结合体转化为含金属 的固体复合材料。可以通过例如老化，固化，升高pH，蒸发溶剂、或 任何其它常规方法，将溶胶/结合体转化为凝胶。
首先可以将溶胶/结合体转化为凝胶，随后转化为固体复合材料，或 可以直接将溶胶/结合体转化为复合材料，特别是其中使用的组分可以 产生聚合玻璃状复合材料、气凝胶或干凝胶时，其中它们另外可以在室 温下产生。
可以通过干燥溶胶或凝胶实现转化步骤。在本发明的某些示例性实 施方案中，该干燥步骤可以是溶胶或凝胶的热处理，其进一步可以任选 是在约-200℃至3500℃的热解或碳化步骤，或优选为约-100℃至2500 ℃，或更优选约-50℃至1500℃，更加优选约0℃至1000℃，仍更加优 选约50℃至800℃，或在室温附近。还可以通过应用激光，例如通过选 择性激光烧结(SLS)进行热处理。
可以在多种条件下，进行溶胶/结合体到固体材料的转化。可以在不 同气氛，例如惰性气氛例如氮气、SF6、或惰性气体例如氩气、或其任 意混合物中进行转化，或可以进行在氧化性气氛例如氧气、一氧化碳、 二氧化碳、或氧化氮、或其任意混合物中进行转化。此外，惰性气氛可 以与反应性气体共混，例如氢气、氨、C1-C6饱和脂肪族烃例如甲烷、 乙烷、丙烷和丁烯、其混合物、或其它氧化性气体。
在本发明的某些示例性实施方案中，热处理期间的气氛基本上不含 氧。氧含量优选低于约10ppm，或更优选低于约1ppm。
可以用合适的氧化和/或还原剂进一步处理通过热处理得到的复合 材料，包括在氧化性气氛中以升高的温度处理材料。氧化性气氛的实例 包括空气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、或类似氧化剂。气 态氧化剂还可以与惰性气体例如氮气或惰性气体例如氩气混合。可以在 约50℃至800℃的升高的温度下实现得到复合材料的部分氧化，以改变 孔隙度、孔径大小和/或表面性能。除了用气态氧化剂部分氧化材料之 外，还可以应用液体氧化剂。液体氧化剂可以包括例如浓硝酸。浓硝酸 可以在高于室温的温度下接触复合材料。转化步骤后，合适的还原剂例 如氢气等可以用于将金属化合物还原为零价金属。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以施加高压以形成复合材 料。可以通过在可以产生高孔隙度气凝胶复合材料的超临界条件下进行 转化步骤，例如在超临界二氧化碳中。还可以施加减压或真空，以将溶 胶/凝胶转化为复合材料。
取决于最终复合材料的所需性能和用于形成材料的组分，可以应用 适宜的条件，例如温度、气氛和/或压力。取决于使用的转化条件，形 成的复合材料中还可以存在没有分解的聚合物包封的金属基化合物。
通过氧化和/或还原处理或通过引入添加剂、填料或功能材料，可 以以受控方式影响和/或改变产生的复合材料性能。例如，可以通过引 入无机纳米粒子或纳米复合材料例如层硅酸盐，使复合材料的表面性能 为亲水性或疏水性的。根据本发明的另一个示例性实施方案，可以例如 通过使用合适的氧化性或还原性后处理步骤改变孔径大小，来合适地改 性复合材料，所述后处理步骤包括但是不限于在空气中以升高的温度氧 化，在氧化性酸或碱中煮沸，或混合可以在转化步骤期间完全分解从而 可能在含碳层中留下孔的挥发性组分。
通过折叠、压印、冲孔、挤压、挤出、聚集、注射模制等转化为 复合材料之前或之后，在施加至基材或模制或成形之前或之后，可以以 合适的方式构成涂料或疏松材料。用这种方法，可以将某些规则或不规 则类型的结构引入用复合材料产生的涂料。
此外可以用常规方法处理结合的材料，例如，其可用于构成模制 垫等，或用于在任何基材上形成涂层，其中基材包括但是不限于植入物 例如支架、骨替代物等。
可以以几乎任何所需形状生产模制垫。模制垫可以是管、珠粒模 具、板、块、长方体、立方体、球体或空心圆球体、或任何其它三维结 构的形式，其中三维结构可以是例如长形，圆形，聚醚(polyether)形 例如三角形、棒状、板状、四面体、锥形、八面体、十二面体、二十面 体、长斜方形、棱柱形、或圆形例如球形、球状或圆柱形、透镜状、环 形、蜂巢形等。
通过应用多层半成品模制形状，可以由复合材料形成不对称结构。 可以通过应用任何合适的常规方法使材料成为所需的形式，该常规方法 包括但是不限于浇铸方法，例如砂型铸造、壳模铸造、实模铸造法、压 模铸造、离心浇铸，或通过挤压、烧结、注射模塑、压模成型、吹塑、 挤出、压延、熔焊、压力焊接、旋坯成形(jiggering)、粉浆浇铸、干压、 干燥、焙烧(firing)、长丝缠绕法、拉挤成型(pultrusion)、层压、高 压釜、固化或编织(braiding)。
由溶胶/结合体形成的涂料可以以液体、浆状或浆糊状形式涂敷， 例如，通过刷涂、配料(furnishing)、反相、分散雾化或熔融涂敷、挤出、 粉浆浇铸、浸涂，或作为热熔物涂敷。当结合体是固态时，可以使用例 如为粉末涂敷、火焰喷涂、烧结等的方法，将其作为涂层涂敷到合适的 基材上。还可以使用浸涂、喷涂、旋涂、墨喷印刷、擦涂和微滴涂敷或 三维印刷。涂料可以涂敷到惰性基材上，所述基材是干燥的，并且如有 必要是进行热处理的，其中基材可以是热稳定的，或可以是热不稳定的 使基材基本上完全降解，使得热处理后仅保留处于复合材料形式的涂 层。
可以通过任何合适的常规方法处理结合的溶胶或凝胶。优选的技 术可以包括折叠、压印、冲孔、印刷、挤出、压铸、注射模塑、刮割(reaping) 等。还可以用移膜法形成涂层，其中将结合的凝胶作为层压物施加至基 材。可以固化涂敷的基材，随后可以从待热处理的基材脱模该涂层。可 以使用合适的印刷方法提供基材涂层，例如照相凹版印刷、刮擦印刷或 刮刀印刷、喷涂技术、热层压或预加湿(wet-in-wet)层压。可能将多个薄 层依次施加至基材，以提供更均匀和更厚的复合膜。
通过应用上述移膜法，还可能通过使用不同的材料层和不同的层 顺序，形成多层梯度膜。将这些多层涂层转化为复合材料可以提供梯度 材料，其中密度和其它性能可以随位置而不同。
在本发明的另一个示例性实施方案中，可以干燥或热处理本发明 的组合物，并用合适的常规方法例如在球磨或轧制机等中研磨来转化。 转化的材料可以用作不同粒化度的粉末、扁坯、棒、球体、空心球等， 并可以用本领域已知的常规方法进一步处理，以形成多种形状的颗粒或 挤出物。还可以使用热压方法，根据情况补充有合适的粘合剂，用于形 成复合材料。其它可选方法包括，但是不局限于用其它常规方法例如喷 涂热解、沉淀形成粉末，和通过旋涂技术例如凝胶旋涂形成纤维。
取决于选择的热处理温度和气氛，以及用于生产复合材料的组分 的具体组成，复合材料的结构特别是陶瓷和复合半成品材料、模制垫和 涂层、以及基本上纯金属基材料例如混合的金属氧化物的结构，可以为 从无定形至完全晶体。
仅通过改变溶胶中组分和/或通过改变包封的金属基化合物的粒 度，也可以在宽范围内改变孔隙度和孔径大小。
此外，通过合适地选择组分和处理条件，可以生产可生物侵蚀的 涂层，或可以在生理流体的存在下从基材剥离或溶解的涂层和材料。例 如，包含复合材料的涂层可以用于冠状植入物例如支架，其中涂层进一 步包含包封的标记物，例如，具有信号性能的金属化合物，并因此可以 产生可通过物理化学或生物检测方法检测的信号，比如x-射线、核磁共 振(NMR)、计算机层析成像方法、闪烁扫描术、单光子发射型计算机断 层法(SPECT)、超声波、射频(RF)等。用作标记物的金属化合物可以包 封在聚合物壳中，或涂敷在聚合物壳上，因此可以防止干扰植入材料， 该植入材料也可以是金属，其中该干扰通常可能产生电腐蚀或相关问 题。可以用包封的标记物生产涂敷的植入物，其中涂层永久地保留在植 入物上。在本发明的一个示例性实施方案中，植入后，在生理条件下可 以快速地从支架溶解或剥离涂层，允许进行瞬间标记。以下实施例7中 公开了示例性实施方案，其中将包封的金属基化合物比如本文讨论的， 例如右旋糖酐涂敷的铁粒子，引入转化为气凝胶的上述讨论的任何材料 的二氧化硅溶胶，其可以是颗粒形式或作为涂层涂敷至植入物，其中气 凝胶可以溶解于体液中，从而释放铁粒子。该涂层另外可以引入药物， 例如实施例7中的紫杉醇，因此可以通过非侵入性的检测方法，监测从 植入物或植入物涂层中与金属标记物伴随释放的药物，此外能测定释放 药物的程度和区域分布。
如果使用治疗活性化合物形成复合材料，可以优选将其包封在可 生物侵蚀或可消溶的聚合物中，使得在生理条件下控释活性成分。现在 将参考下列非限定实施例进一步描述本发明。通过下列方法进行这些实 施例中的分析和参数测定：
提供的粒度是平均粒度，如通过TOT-方法(转化时间)、X射线粉 末衍射或TEM(透射电子显微镜)在CIS粒子分析仪(Ankersmid)上测定 的。通过动态光散射法测定悬浮体、乳液或分散体中的平均粒度。通过 SEM(扫描电子显微镜)测定材料的平均孔径大小。用N2或He吸附技术， 根据BET法测定孔隙度和比表面积。
实施例1
在微乳液聚合反应中，在氮气氛下(氮气流量2升/分钟)，将5.8g 去离子水、5.1mM丙烯酸(得自Sigma Aldrich)、0.125摩尔甲基甲基丙 烯酸(methylmethacrylic acid)MMA(得自Sigma Aldrich)和9.5g 15重量 ％SDS表面活性剂的水溶液(得自Fischer Chemical)引入装有回流冷凝 器的250ml四颈烧瓶。以120rpm搅拌反应混合物1小时，同时在85 ℃的油浴中加热，直至形成稳定乳液。将平均粒度80纳米的0.1g乙醇 化的氧化铱溶胶(浓度1g/L)加入乳液中，并再搅拌该混合物2小时。然 后，用30分钟时间缓慢加入在4ml水中包含200mg过氧硫酸氢钾的引 发剂溶液。4小时后，中和该混合物至pH 7，并将所得包封的氧化铱粒 子细小乳液冷却至室温。乳液中包封的氧化铱粒子的平均粒度约为 120nm。在真空中干燥该乳液72小时，制备在乙醇中浓度5mg/ml的所 得包封颗粒的悬浮液。在室温下，通过搅拌3小时，由100ml 20重量 ％乙酸镁四水合物(Mg(CH3COO)2 x 4H2O的乙醇溶液和10ml 10％硝 酸，制备均匀的溶胶。将4ml四乙氧原硅烷TEOS(从Degussa得到)加 入溶胶中，并在室温以20rpm再搅拌该混合物2小时。结合2ml该溶 胶和2ml上述制备包封氧化铱粒子的乙醇悬浮液，并在室温下以20rpm 搅拌30小时。随后，将该结合体作为薄层喷涂到三种基材上：金属基 材、陶瓷基材、和玻璃基材，各自为2cm x 2cm的样品形式。将涂敷 的基材转移进入管式炉，并在空气环境以350℃热处理4小时。
冷却至室温后，三种示例性样品各自表现出粗糙纹理、紧密粘附、 混浊的涂层。扫描电子显微镜SEM分析表明涂层为多孔的，具有约 80nm的平均孔径大小。
实施例2
按照上述实施例1制备细小乳液。然而，所用表面活性剂的量减 少至0.25g 15％SDS水溶液，以增大得到的PMMA泡囊。得到的PMMA 包封的氧化铱粒子具有400nm的平均粒度。在真空中干燥该乳液72小 时，制备浓度5mg/ml的所得包封粒子在乙醇中的悬浮液。
根据上述实施例1中描述的方法，由100ml 20重量％乙酸镁在乙 醇中的溶液生产均匀的溶胶，随后在室温下加入10ml 10％硝酸，并搅 拌3小时，然后加入4ml TEOS(从Degussa得到)，并在室温下以20rpm 再搅拌2小时。结合2ml溶胶和2ml包封氧化铱的悬浮液，在室温下以 20rpm搅拌30分钟，随后如上述实施例1所述的喷涂到金属基材、陶 瓷基材和玻璃基材上。然后将涂敷的基材转移进入管式炉，并在空气气 氛中以350℃热处理4小时。将得到的样品冷却至室温，每种样品表现 出粗糙纹理、紧密粘附、混浊的涂层。SEM分析显示为平均孔径大小 约250nm的多孔涂层。
实施例3
在细小乳液聚合反应中，在装有烧瓶冷凝器的250ml四颈烧瓶中， 在氮气氛(提供2升/分钟的氮气流)下，混合5.8g去离子水、5.1mM丙 烯酸(从Sigma Aldrich得到)、0.125mol甲基丙烯酸甲基酯 (metylmethacrylic acid)(也从Sigma Aldrich得到)和0.5g 15重量 ％SDS表面活性剂的水溶液(从Fischer Chemical得到)，并在85℃的油 浴中以120rpm搅拌约1小时，以得到稳定的乳液。向该乳液加入0.1g 平均粒度15nm的乙醇化氧化镁溶胶(浓度2g/L)，并再搅拌混合物2小 时。随后用30分钟时间缓慢加入在4ml水中包含200mg过氧硫酸氢钾 的引发剂溶液。4小时后，中和该混合物至pH 7，并将所得PMMA包 封的氧化镁粒子的细小乳液冷却至室温。得到的乳液具有约100nm的 平均粒度。在真空中干燥该乳液72小时，提供PMMA包封的MgO粒 子。
然后在室温下将10ml 10％硝酸，加入从100ml 20重量％乙酸镁 四水合物在乙醇中的溶液制备的均匀溶胶中，并搅拌该混合物3小时。 将1ml20作为表面活性剂加入溶胶中，在连续搅拌下加入 1.5mg氧化镁粉末和如上制备的15mg PMMA包封的氧化镁粒子。为加 速凝胶化，加入2mg甘油，并将粘稠的混合物倒入金属模具中。在对 流烘箱中干燥后，在管式炉中，在空气气氛下以350℃热解过程处理模 制垫8小时。得到的模制垫主要由氧化镁组成，表现出具有60nm的平 均孔径大小，和60％的孔隙度。
实施例4
根据上述实施例3中描述的方法生产细小乳液，表面活性剂的量 减少至0.25g 15％SDS溶液，以增加PMMA泡囊的尺寸。得到的PMMA 包封的氧化镁粒子具有约350nm的平均粒度。在真空中干燥乳液72小 时，得到包含MgO的干燥泡囊。
然后从100ml 20重量％乙酸镁四水合乙醇溶液产生均匀的溶胶， 随后在室温下加入10ml 10％硝酸，并搅拌3小时。然后，在搅拌下加 入1ml20作为表面活性剂，1.5mg氧化镁粉末、和15mg如上 制备的包封的氧化镁颗粒。为了加速凝胶化，加入2mg甘油，并将粘 稠的混合物倒入金属模具中。在对流烘箱中干燥后，在管式炉中，在空 气气氛中以350℃热解过程处理模制垫8小时。得到的模制垫主要由氧 化镁组成，并表现出50％的孔隙度和180nm的平均孔径大小。
实施例5
在细小乳液聚合反应中，在氮气氛(使用2升/分钟的氮气流)下， 将5.8g去离子水、5.1mM丙烯酸(从Sigma Aldrich得到)、0.125mol甲 基丙烯酸甲酯(methylmethracrylic acid)MMA(也从Sigma Aldrich得到) 和0.5g 15重量％SDS表面活性剂的水溶液(从Fischer Chemical得到) 引入装有回流冷凝器的250ml四颈柱中。在85℃油浴中以120rpm搅拌 该混合物1小时，以得到稳定乳液。向该乳液加入0.05g平均粒度15nm 的乙醇化氧化镁溶胶、0.05g平均粒度60nm的氧化铱纳米粒子的乙醇 分散体、0.05g平均粒度160nm的碳化钽粒子的乙醇分散体、和0.05g 平均粒度25nm的二氧化锆的乙醇分散体(每种分散体具有2g/L的浓 度)，并再搅拌得到的混合物2小时。然后，用30分钟时间缓慢加入在 4ml水中由200mg过氧化硫酸氢钾组成的引发剂溶液。4小时后，中和 该混合物至pH 7，并将所得具有包封的混合氧化物粒子的细小乳液冷 却至室温。乳液中的泡囊具有200nm的平均粒度。在真空中干燥该乳 液72小时，产生浓度5mg/L的干燥颗粒的乙醇悬浮液。
从300g四甲基原硅烷TMOS(从Degussa得到)和300g去离子水、 3g作为表面活性剂的20、和1g作为催化剂的1-N-HCl制备均 匀溶胶，并在室温下搅拌30分钟。将5ml该溶胶与5ml包封混合氧化 物颗粒的乙醇悬浮液结合，并搅拌得到的混合物6小时，随后如上所述 喷涂到金属、陶瓷和石英玻璃基材上。其后，在700℃烧结该样品4小 时。得到的混合金属氧化物复合涂层表现出40％的孔隙度和50nm的平 均粒度。
实施例6
如实施例1中所述的，制备浓度5mg/ml的PMMA包封的氧化铱 粒子的乙醇悬浮液。然后也如实施例1中所述的，制备溶胶。使2ml 溶胶和2ml包封氧化铱的乙醇悬浮液结合，在室温下搅拌(20rpm)30分 钟，随后喷涂到可商购的金属支架(KAON 18.5mm，Fortimedix)上， 并在120℃干燥。得到固体弹性涂层。将涂敷的支架引入烧杯，并以 75rpm在37.5℃的PBS缓冲溶液中搅动。5小时内，涂层从支架剥离， 并在烧杯底部形成的沉淀物中发现PMMA包封的氧化铱粒子。这证实 了该包封的氧化铱涂层作为瞬间标记物的适用性，例如插入人体后，该 涂层可以快速溶解或从支架剥离。
实施例7
在玻璃容器中，在室温下搅拌300g四甲基原硅烷(从Degussa得 到)和300g去离子水以及1g作为催化剂的1N HCl 30分钟，以产生均 匀的溶胶。将3ml溶胶和3ml包含商业MRI对比剂(Endorem，从 Laboratoire Guerbet得到)的右旋糖酐涂敷的顺磁铁氧化物粒子的悬浮 液结合，其中所述右旋糖酐涂敷的顺磁氧化铁粒子的粒度为80-120nm (制造商所标示的)，其中通过在生理盐溶液中稀释将顺磁铁(II-，III-) 氧化物粒子的浓度设定为5mg/ml，并在2ml Eppendorf杯中在室温下 凝胶化5天，并在真空下干燥。通过在4ml PBS缓冲溶液中以37.5℃振 动(以75rpm)30天，其中每日除去缓冲液上层清液并用新鲜的缓冲液代 替，来培养如此制备的稍微钝化的气凝胶，其具有辐射透明、和顺磁性 的球形，并具有可生物降解性，并具有约0.8ml的体积。通过火焰原子 吸收光谱法测定从上层清液释放的铁量。植入体中释放的铁粒子的平均 释放速率达到每天释放总量的6-8％，与气凝胶体在缓冲溶液中的溶解 相关。
在另一个测试中，在玻璃容器中，在室温下搅拌300g四甲基原 硅烷(从Degussa得到)和300g去离子水以及1g作为催化剂的1N HCl 30分钟，以生产均匀的溶胶。将5ml溶胶与1.5ml包含商业MRI对比 剂(Endorem，从Laboratoire Guerbet得到)的右旋糖酐涂敷的顺磁铁氧 化物粒子的悬浮液结合，其中右旋糖酐涂敷的顺磁铁氧化物粒子的粒度 为80-120nm(根据制造商)，其中通过在生理盐溶液中稀释，将顺磁铁 (II-，III-)氧化物粒子的浓度设定为5mg/ml，并另外与2.5ml 6％紫杉醇 的乙醇溶液结合，并在2ml Eppendorf杯中在室温下凝胶化5天，并在 真空下干燥。同时在4ml PBS缓冲溶液中在37.5℃和振动下培养如此制 备的稍微钝化的气凝胶(以75rpm)30天，其中每日除去缓冲液上层清液， 并用新鲜的缓冲溶液代替，其中所述气凝胶具有辐射透明的和顺磁性的 球形，可生物降解性和活性物质释放性能，并具有约1.2ml的体积。通 过火焰原子吸收光谱法测定从上层清液释放的铁的量，并通过HPLC测 定释放的紫杉醇的量。进入植入体的铁粒子的平均释放速率达到每天释 放总量的6-8％，并与每天5-10％的紫杉醇的平均释放量相关，还与气 凝胶体在缓冲溶液中的溶解相关。
已经详细描述了本发明的几个示例性实施方案，应该理解如上所 述的本发明不限于上述说明书中的特定细节，在不背离本发明精神或范 围的情况下，其多种明显的变化是可能的。本发明实施方案是此处公开 的，或详细说明包括的，或根据详细说明是明显的。通过实施例给出的 详细说明不意图将本发明仅限定为描述的具体实施方案。
在此将上述申请，和其中或在其期间(申请引用的文献)引用的全部文 献，以及在申请引用文献中引用或参考的全部文献，和此处引用或参考的 全部文献(″此处引用的文献″)，以及此处引用的文献中引用或参考的全部 文献，与在此处或在此引入作为参考的任何文献中提及的任何产品的任何 制造商的使用说明、说明书、产品规格，以及产品表单，引入本文作为参 考，并可以用于实施本发明。本申请中任何文献的引用或标识并不是承认 这些文献可用作本发明的现有技术。注意在此公开内容、特别是权利要求 中，术语例如″包含(comprises/comprised/comprising)″、″包括 (comprises/comprised/comprising)″、″含有 (comprises/comprised/comprising)″等具有最广的可能含义；例如，它们表 示″包括(includes/included/including)″、″包含 (includes/included/including)″、″含有(includes/included/including)″等；而 且术语例如″基本上由......组成(consisting essentially of/consists essentially of)″具有最广的可能含义，例如它们包括没有明确叙述的组分，但是排除 现有技术中发现的或影响本发明基本或新特性的组分。