本发明属于荧光复合纳米粒子领域，具体涉及一种超高荧光量子产率的共轭寡聚物与二氧化硅荧光复合纳米粒子的制备方法。
背景技术：
传统荧光生色团多为具有π共轭体系的刚性平面分子，在稀溶液中有较高的荧光量子产率，但是在聚集状态下荧光减弱甚至不发光，即聚集导致了荧光淬灭。造成这种现象的主要原因是分子间的相互作用导致了非辐射能量转换或形成了不利于荧光发射的物种。有机荧光分子制备成为纳米粒子后大多会发生聚集淬灭，从而导致其荧光量子产率降低而降低其使用价值。
为解决上述问题，提出将共轭寡聚物共价接枝到二氧化硅的有机/无机复合纳米粒子。二氧化硅纳米粒子经常用于生命科学，尺寸大小方便调控，表面可以官能团化，内部可用于包封其他物质，且显示出非常低的细胞毒性。在荧光复合纳米粒子体系中，二氧化硅作为物理化学稳定的基体分散材料，增大共轭寡聚物之间的距离减少聚集淬灭，保护荧光基团不受外界因素的干扰，从而使得体系具有优异的稳定性以及超高的荧光量子产率。因此，采用高稳定低毒性的二氧化硅来分散荧光分子，对荧光量子产率的提高具有重要意义。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供一种超高荧光量子产率的共轭寡聚物与二氧化硅荧光复合纳米粒子的制备方法,所述制备方法先将共轭寡聚物进行硅烷修饰，并将其与硅烷试剂混合，加入到反相乳液体系，使用酸或碱作为催化剂，反应完成后离心洗涤得到荧光复合纳米粒子；
进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：
①合成式1所示共轭寡聚物芴类衍生物：
②将步骤①的共轭寡聚物溶于有机溶剂；
③将步骤②溶液与硅烷试剂按照一定比例混合均匀；
④采用反相乳液的方法制备纳米粒子，向圆底烧瓶中依次加入有机溶剂、表面活性剂、去离子水，搅拌均匀后加入步骤③的混合溶液，再加入催化剂，反应一定时间；
⑤向步骤④的反应液中加入有机溶剂并搅拌一定时间，离心洗涤得到高荧光量子产率的荧光复合纳米粒子；
进一步地，所述式1中，n值的范围为1-12；r1、r2、r3可以相同也可以不同，可以为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、三甲基硅氧基或酯基；式1(a)中，ar1是六元的芳环、六元的杂芳环、五元芳杂环、芴类、联苯、稠环芳香烃、烯烃及所述结构衍生物中的一种或几种；式1(b)中，ar2和ar3代表的基团和ar1相同，ar2和ar3两者可以相同也可以不同；
进一步地，步骤①所述的化合物为式2所示：
其中，ar1为9,9-二己基芴，n为1，r1、r2、r3均为甲氧基；
进一步地，步骤①所述的(a)、(b)两类共轭寡聚物芴类衍生物的制备方法，其通过如下的反应进行
其中，n、ar1、ar2、r1、r2、r3均与式1中定义相同，在进行第二步偶联反应中，化合物1中的溴基与化合物2中的硼酸酯基可以互换，化合物4中的溴基与化合物5中的硼酸酯基也可以互换；
进一步地，化合物1和4是在氢氧化钾水溶液、四丁基溴化铵存在条件下，70～100℃下加热5～30分钟得到的；化合物3和6是在钯催化剂以及碱的催化的作用下，反应溶剂选自脱气甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等有机溶剂中的一种或几种和脱气碳酸钾或碳酸钠水溶液，75～100℃加热得到；共轭寡聚物(a)、(b)是分别化合物3、化合物6同硅烷试剂在铂或金做催化剂通过硅氢加成得到；
进一步地，步骤②中：所述的有机溶剂可为正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、正己醇、正丁醇、正丙醇、异丙醇、乙醇、甲醇、四氢呋喃、二氧六环、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、三氯甲烷、水中的一种或几种；所述的一定比例为1:1～1:10000；
进一步地，步骤③中所述的硅烷试剂为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、乙烯三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、硅酸钠、氨基三乙氧基硅烷或巯基三甲氧基硅烷；
进一步地，步骤④中：所述的有机溶剂可为环己烷、正己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、异辛烷、四氯化碳、苯、环己烷、液体石蜡、甲苯、二甲苯、正己醇、正丁醇、正丙醇、异丙醇、乙醇、甲醇、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或几种；所述的表面活性剂为二(2-乙基己基)琥珀酸磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇单辛基苯基醚、甲基三辛基氯化铵、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯(吐温)或失水山梨醇脂肪酸酯(司盘)；所述的催化剂为酸或碱催化剂，其中酸催化剂包括醋酸和盐酸，碱催化剂包括氨水和氢氧化钠；所述的一定时间为1～48小时；
进一步地，步骤⑤中：所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃或乙醚等；所述的一定时间为1～20分钟；所述的超高荧光量子产率为80％以上；
本发明的有益效果如下：
1)通过对共轭寡聚物进行硅烷修饰使其可通过共价键引入到二氧化硅纳米粒子，调节硅烷试剂与硅烷改性的共轭寡聚物的比例，制得荧光量子产率最高可达98％的荧光复合纳米粒子，有效的提高了共轭寡聚物的荧光量子产率；
2)该制备方法操作简单，二氧化硅纳米粒子提高了荧光基团的发光稳定性，且生物相容性较好；
3)该荧光复合纳米粒子在细胞成像、指纹显影、荧光示踪、传感检测、生物医药等领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明中超高荧光量子产率的共轭寡聚物与二氧化硅荧光复合纳米粒子的透射电镜图片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：
实施例1
①合成硅烷改性的荧光共轭寡聚物opf-si-1，如下所示：
化合物1-1的合成：2-溴芴(5.07g，20.67mmol)、四丁基溴化铵(1.31g，4.1mmol)和50％氢氧化钾(41.3ml)加入到烯丙基溴(25g，206.65mmol)中，75℃加热15分钟，冷却，加水用二氯甲烷萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥后，除去溶剂，得到的固体用柱层析法提纯得到化合物1-1。
化合物1-3的合成：在50ml圆底烧瓶中加入化合物1(2.33g，7.16mmol)，化合物2(2.14g，2.87mmol)，四(三苯基膦)钯(656mg，0.52mmol)，四正丁基溴化铵(160mg，0.52mmol)，氩气保护10分钟，加入脱气甲苯48ml和2mol/l的脱气碳酸钾溶液12ml，经过抽真空/充氩气反复三次之后，升到85℃反应48小时，冷却，加水用二氯甲烷萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥后，除去溶剂，得到的固体用柱层析法提纯得到化合物1-3。
共轭寡聚物opf-si-1的合成：化合物3(1.89g)溶于三氯甲烷，加入三甲胺的乙醇溶液(30wt％，5ml)，室温下搅拌48小时，真空干燥除去溶剂，得到的产物(0.70g，0.745mmol)加入到50ml无水的三氯甲烷中，过抽真空/充氩气反复三次之后，加入三甲氧基硅烷(0.77ml，6.05mmol)和催化剂铂(0)-1，3-二乙烯-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，60℃下反应12小时，真空除去溶剂和过量的三甲氧基硅烷，得到opf-si-1。
②将opf-si-1溶于三氯甲烷，浓度为5mg/ml；
③将64μl步骤②溶液与100μl四乙氧基硅烷混合均匀，硅烷改性的共轭寡聚物与四乙氧基硅烷的摩尔比为1:2000；
④采用反相乳液的方法制备荧光复合纳米粒子，向圆底烧瓶中依次加入环己烷7.6ml，正己醇1.8ml，聚乙二醇单辛基苯基醚1.8ml，去离子水0.48ml，室温下强力搅拌10分钟，搅拌均匀后逐滴加入步骤③的混合溶液，再逐滴加入100μl质量分数为25～28％的氨水作为催化剂，室温下反应24小时。
⑤向步骤④的反应液中加入6ml丙酮并搅拌10分钟，离心洗涤得到荧光量子产率高于90％的荧光复合纳米粒子。
实施例2
①合成硅烷改性的荧光共轭寡聚物opf-si-2，如下所示：
化合物2-1的合成：2-溴芴(5.07g，20.67mmol)、四丁基溴化铵(1.31g，4.1mmol)和50％氢氧化钾(41.3ml)加入到烯丙基溴(25g，206.65mmol)中，75℃加热15分钟，冷却，加水用二氯甲烷萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥后，除去溶剂，得到的固体用柱层析法提纯得到化合物2-1。
化合物2-3的合成：在50ml圆底烧瓶中加入化合物2-1(2.33g，7.16mmol)，化合物2-2(1.11g，2.87mmol)，四(三苯基膦)钯(656mg，0.52mmol)，四正丁基溴化铵(160mg，0.52mmol)，氩气保护10分钟，加入脱气甲苯48ml和2mol/l的脱气碳酸钾溶液12ml，经过抽真空/充氩气反复三次之后，升到85℃反应48小时，冷却，加水用二氯甲烷萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥后，除去溶剂，得到的固体用柱层析法提纯得到化合物2-3。
共轭寡聚物opf-si-2的合成：化合物2-3(0.47g，0.745mmol)加入到50ml无水的三氯甲烷中，过抽真空/充氩气反复三次之后，加入三甲氧基硅烷(0.77ml，6.05mmol)和催化剂铂(0)-1，3-二乙烯-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，60℃下反应12小时，真空除去溶剂和过量的三甲氧基硅烷，得到opf-si-2。
②将opf-si-2溶于三氯甲烷，浓度为5mg/ml；
③将32μl步骤②溶液与100μl四乙氧基硅烷混合均匀，硅烷改性的共轭寡聚物与四乙氧基硅烷的摩尔比为1:3000；
④采用反相乳液的方法制备荧光复合纳米粒子，向圆底烧瓶中依次加入环己烷7.6ml，正己醇1.8ml，聚乙二醇单辛基苯基醚1.8ml，去离子水0.48ml，室温下强力搅拌10分钟，搅拌均匀后逐滴加入步骤③的混合溶液，再逐滴加入100μl质量分数为25～28％的氨水作为催化剂，室温下反应24小时。
⑤向步骤④的反应液中加入6ml丙酮并搅拌10分钟，离心洗涤得到荧光量子产率高于80％的荧光复合纳米粒子。
实施例3
①合成硅烷改性的荧光共轭寡聚物opf-si-3，如下所示：
化合物3-1的合成：2-溴芴(5.07g，20.67mmol)、四丁基溴化铵(1.31g，4.1mmol)和50％氢氧化钾(41.3ml)加入到烯丙基溴(25g，206.65mmol)中，75℃加热15分钟，冷却，加水用二氯甲烷萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥后，除去溶剂，得到的固体用柱层析法提纯得到化合物3-1。
化合物3-3的合成：在50ml圆底烧瓶中加入化合物3-1(2.33g，7.16mmol)，化合物3-2(2.14g，2.87mmol)，四(三苯基膦)钯(656mg，0.52mmol)，四正丁基溴化铵(160mg，0.52mmol)，氩气保护10分钟，加入脱气甲苯48ml和2mol/l的脱气碳酸钾溶液12ml，经过抽真空/充氩气反复三次之后，升到85℃反应48小时，冷却，加水用二氯甲烷萃取三次，有机层用无水硫酸钠干燥后，除去溶剂，得到的固体用柱层析法提纯得到化合物3-3。
共轭寡聚物opf-si-3的合成：化合物3-3(0.61g，0.745mmol)加入到50ml无水的三氯甲烷中，过抽真空/充氩气反复三次之后，加入三甲氧基硅烷(0.77ml，6.05mmol)和催化剂铂(0)-1，3-二乙烯-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，60℃下反应12小时，真空除去溶剂和过量的三甲氧基硅烷，得到opf-si-3。
②将opf-si-3溶于三氯甲烷，浓度为5mg/ml；
③将29μl步骤②溶液与100μl四乙氧基硅烷混合均匀，硅烷改性的共轭寡聚物与四乙氧基硅烷的摩尔比为1:4000；
④采用反相乳液的方法制备荧光复合纳米粒子，向圆底烧瓶中依次加入环己烷7.6ml，正己醇1.8ml，聚乙二醇单辛基苯基醚1.8ml，去离子水0.48ml，室温下强力搅拌10分钟，搅拌均匀后逐滴加入步骤③的混合溶液，再逐滴加入100μl质量分数为25～28％的氨水作为催化剂，室温下反应24小时。
⑤向步骤④的反应液中加入6ml丙酮并搅拌10分钟，离心洗涤得到荧光量子产率高于90％的荧光复合纳米粒子。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。