一种紫外光辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法
【专利摘要】本发明公开了一种紫外光辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法，将硅源化合物加入到还原性化合物的水溶液中，再加入配体化合物配成前体溶液，在紫外光下辐射，得到水溶性的荧光硅纳米颗粒。本发明的方法完全在水相中进行，操作安全，快速简便，毒性小，原料安全易得。所得的荧光硅纳米颗粒有很好的单分散性，荧光性质和量子产率高，稳定性好，具有良好的水溶性，可以作为荧光标记物广泛用于生物检测和分析，有望用于相关光学的工业生产上。
【专利说明】一种紫外光福射制备荧光娃纳米颗粒的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料及生物分析检测【技术领域】，涉及一种硅纳米颗粒的制备方法，具体涉及一种紫外光(UV)辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]功能硅纳米材料由于其独特的光学/电学/机械性质、表面可修饰性和良好的生物相容性，日益得到科学家的广泛关注(参见=Nature 2000，408, 440-444; Science2002， 296， 1293-1297; Science 2003, 299， 1874-1877; Science 2006, 313，1100-1104.)。特别值得关注的是，作为具有代表性的零维硅纳米材料一荧光硅纳米颗粒，因为其具有很好的生物相容性和低毒性，有望在生物学和医学上得到广泛应用(参见:Science 2005， 307， 538-544; Chem.Roc.Rev.2010， 39， 4234-4243; Nano Today2010，5，282-295.)。然而绝大部分荧光硅纳米颗粒表面为疏水性基团，导致其水分散性差，不能满足生物应用的要求。在过去的几年里，科学家们发展了不同的方法，采用亲水基团(如亲水性小分子、聚合物和微束)对疏水性硅纳米颗粒表面进行修饰，从而改善其水分分散性(参见:Nano Lett.2004，4，1463-1467; Angew.Chem., Int, Ed.2005，44，4550-4554; ACS Nano 2008, 2， 873-878; J.Am.Chem.Soc.2009, 131， 4434-4438;Angew.Chem.，Int.Ed.2009, 121，134-138.)。然而，尽管这些方法可以很大程度上增强硅纳米颗粒的水分散性，但过程较为复杂(如:首先需要制备得到疏水性的硅纳米颗粒，然后再用亲水性基团对其进行修饰)，而且修饰过程中容易破坏硅纳米颗粒表面，影响其物理/化学性质(丙烯酸/烯丙胺修饰的硅纳米颗粒pH稳定性不好；聚合物/微束修饰的硅纳米颗粒尺寸过大(60?300nm))(参见:Angew.Chem.1nt.Ed.2009, 121, 134-138; NanoToday 2010, 5，282-295; ACS Nano 2011, 5，413-423)。近年来，虽然也有关于水溶性娃纳米颗粒的报道，但大部分采用的是从大到小(即top-down,用大块的娃纳米颗粒、氧化硅粉末、硅纳米线作为硅源)的制备方法，制备出来的硅纳米颗粒很难控制尺寸，荧光量子效率也相对低(参见 J.Am.Chem.Soc.2011, 133，14192-14195; Angew.Chem.1nt.Ed.2012，51，8485-8489.)。这在很大程度上限制了基于硅纳米颗粒生物应用的发展。因此，如何采用更为简便的方法，无需额外的表面修饰步骤，直接制备得到具有良好水分散性尺寸均匀的荧光硅纳米颗粒，已成为一个亟待解决的难题。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种操作安全、快速简便的紫外光辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用从小到大(即bottom-up，用硅的化合物包括离子化合物、硅烷及硅烷衍生物等作为硅源)的方法在水相中直接制备得到具有优良荧光性质、良好水分散性、尺寸均匀和优异化学光稳定性的荧光硅纳米颗粒。
[0005]具体的，本发明提供如下技术方案: 本发明的紫外光辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法，包括下述步骤:
(O将硅源化合物加入到还原性化合物的水溶液中，再加入配体化合物配成前体溶液；
所述的硅源化合物、还原性化合物、配体化合物的摩尔比为1: (0.Γ100):(0.1?100)；
优选的，所述的硅源化合物为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、六氯化硅、硅酸钠、四乙基正硅酸盐中的至少一种。
[0006]优选的，所述的还原性化合物为柠檬酸三钠、柠檬酸二钠、柠檬酸、戊二酸、丁二酸、萘二甲酰亚胺中的至少一种。
[0007]优选的，所述的配体化合物为聚乙烯吡咯烷酮、萘二甲酰亚胺、二苯胺中的至少一种。
[0008](2)将步骤(I)所得的前体溶液在紫外光下辐射至少lOmin，得到水溶性的荧光硅纳米颗粒。
[0009]优选的，将步骤(I)所得的前体溶液在紫外光下辐射至少10mirT24h。
[0010]本发明的紫外光辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法，完全在水相中进行，操作安全，快速简便，毒性小，原料安全易得。所得的荧光硅纳米颗粒有很好的单分散性，荧光性质和量子产率高，稳定性好，具有良好的水溶性，可以作为荧光标记物广泛用于生物检测和分析，有望用于相关光学的工业生产上(例如激光、有机发光二极管)。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1是本发明最佳实施例6制备得到的水溶性荧光硅纳米颗粒的紫外-荧光光谱图，激发波长为400 nm,最大发射波长为560 nm ；
图2是本发明最佳实施例6制备得到的水溶性荧光硅纳米颗粒的透射电镜(TEM)图和高分辨率透射电镜(HRTEM)图，其中a为TEM图，b为HRTEM图。
【具体实施方式】
[0013]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。
[0014]本发明所用的原料可由市场自由购得，均为分析纯；
用于制备水溶性荧光硅纳米颗粒的紫外灯型号:高强度紫外灯ML-3500 S/F，美国斯贝利(Spectronics)公司生产。
[0015]实施例1
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将2g萘二甲酰亚胺加入500ml溶有50ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0016](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0017]UV辐射条件为:福照lOmin。
[0018]实施例2
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将6g萘二甲酰亚胺和2g聚乙烯吡咯烷酮加入500ml溶有20ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0019](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0020]UV辐射条件为:福照30min。
[0021]实施例3
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将Ig萘二甲酰亚胺和2g聚乙烯吡咯烷酮加入200ml溶有20ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0022](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0023]UV辐射条件为:福照lh。
[0024]实施例4
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将Ig萘二甲酰亚胺和2g聚乙烯吡咯烷酮加入500ml溶有50ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷及20g柠檬酸三钠的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0025](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0026]UV辐射条件为:福照20min。
[0027]实施例5
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将1.3g萘二甲酰亚胺加入500ml溶有50ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷及20g柠檬酸三钠的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0028](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0029]UV辐射条件为:福照30min。
[0030]实施例6
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将2g萘二甲酰亚胺和5g聚乙烯吡咯烷酮加入500ml溶有10ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0031](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。制备得到约1g的硅纳米颗粒，其荧光量子效率为25%。
[0032]UV辐射条件为:福照40min。
[0033]实施例7
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将0.6g萘二甲酰亚胺加入200ml溶有50ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷及20g柠檬酸三钠的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0034](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0035]UV福射条件为:福照50 min。
[0036]实施例8
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将1.6g萘二甲酰亚胺和5g聚乙烯吡咯烷酮加入500ml溶有80ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0037](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0038]UV辐射条件为:福照lday。
[0039]实施例9
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将2.6g萘二甲酰亚胺和2g聚乙烯吡咯烷酮加入500ml溶有200ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷及20g柠檬酸三钠的水溶液中作为硅纳米颗粒的前体溶液。
[0040](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0041]UV辐射条件为:辐照2h。
[0042]实施例10
(I)制备硅纳米颗粒前体溶液
将2.3g萘二甲酰亚胺加入500ml溶有200ml 3-氨基丙基三甲氧基硅烷的水溶液中作为娃纳米颗粒的前体溶液。
[0043](2) UV辐射制备水溶性荧光硅纳米颗粒
将所得到的硅纳米颗粒前体溶液置于玻璃瓶中进行UV辐射，可得到水溶性荧光硅纳米颗粒。
[0044]UV辐射条件为:福照3h。
[0045]实施例6为本发明的最佳实施例，由图1的实施例6制备得到的水溶性荧光硅纳米颗粒的紫外-荧光光谱图可以看出制备得到的水溶性荧光硅纳米颗粒具有清晰可辨的吸收峰及匀称的发射峰；由图2的实施例6制备得到的水溶性荧光硅纳米颗粒的--Μ图得知制备得到的水溶性荧光硅纳米颗粒是球状的且具有很好的单分散性的纳米颗粒，从HRTEM图看出水溶性荧光硅纳米颗粒具有很好的晶格条纹，说明制备得到的水溶性硅纳米颗粒有很好的结晶性。
[0046]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0047]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种紫外光辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法，其特征在于，包括下述步骤: (O将硅源化合物加入到还原性化合物的水溶液中，再加入配体化合物配成前体溶液； 所述的硅源化合物、还原性化合物、配体化合物的摩尔比为1: (0.Γ100):(0.1?100)；(2)将步骤(I)所得的前体溶液在紫外光下辐射至少lOmin，得到水溶性的荧光硅纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的硅源化合物为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、六氯化硅、硅酸钠、四乙基正硅酸盐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的还原性化合物为柠檬酸三钠、柠檬酸二钠、柠檬酸、戊二酸、丁二酸、萘二甲酰亚胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的配体化合物为聚乙烯吡咯烷酮、萘二甲酰亚胺、二苯胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:将步骤(I)所得的前体溶液在紫外光下辐射至少1min?24h。
【文档编号】B82Y40/00GK104263360SQ201410468361
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】何耀, 钟旖菱 申请人:苏州大学