二氧化硅基复合功能微球的制备及其应用

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作为一种新材料,功能性复合纳米材料己经越来越受到人们的关注。尤其是核壳型复合纳米颗粒,将不同物质所拥有的多种功能有机地结合在一起,显示出普通单组分纳米颗粒无可比拟的性能,在生化检测、医学成像、生物物质分离等生物医学领域显示出了广阔的应用前景。用二氧化硅修饰的复合材料,不但保留了原有物质的特性,而且改善了其分散性、稳定性及生物相容性,同时也为进一步的功能化提供了很好的载体,己成为现今科学的热点。本论文中,选用二氧化硅作为改性材料,充分利用二氧化硅的化学稳定性、高生物相容性和表面易功能化的界面特性。合成一系列核壳结构的荧光二氧化硅球和磁性/荧光双功能的硅球。并应用所制备的荧光硅球刷显潜指纹,研究内容主要分为以下三个方面:(1)荧光染料罗丹明B(RB)与四乙氧基硅烷(TEOS)和苯基三乙氧基硅烷(PTOS)共缩聚反应,得到包覆RB的荧光硅球。通过调节反应体系中各个成分,提高荧光染料RB的掺杂效率,控制荧光微球的粒径、单分散性及荧光性质。实验发现:随着氨水用量的增加,荧光微球的粒径逐渐增大,粒径分布也随之变窄,当反应体系中氨水浓度为0.57mol/L时,得到粒径为630nm均匀分布的荧光硅球。增加PTOS和RB的量有利于提高在硅球中RB的包覆量,但对微球的分散性产生不利影响,在30mL乙醇和5mL水的混合溶液中,加入RB的量为0.125mmol和PTOS的量为1.0mL,得到的硅球形态和分散性最好。足够的反应时间有利于体系中硅烷的充分反应,明显改善硅球的粒径均一性和形貌。通过改变罗丹明B的掺杂形式,利用RB中的羧基与氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)上的氨基成肽反应制得氨基硅烷修饰的RB(RBS),在摩尔比RB:APTS=1:2时,以共价键的形式掺杂到硅球中的RBS量最多。实验证实:在30mL乙醇和5mL水的混合溶液中,加入RBS量为1.5mmol时得到的荧光硅球的颗粒形态、分散性达到最好。经过对比刷显潜指纹效果证明,此时对潜指纹刷显最明显,同时,实验也证明过多或过少的RBS加入,都会影响硅球的形貌及性质最终对指纹刷显产生不利影响。(2)与小组同学合作,制得磁性颗粒,在磁性颗粒表面络合柠檬酸钠,使得磁性粒子分散性显著改善,并对其进行二氧化硅包覆,控制加入TEOS的量可以方便的控制包覆厚度,得到硅层厚度为6nm、15nm、20nm和31nm。根据上述实验结果,得出了合成Fe3O4/SiO2的最优条件,对磁性硅球表面修饰氨基硅烷,为下一步制备磁性荧光双功能颗粒提供基础,通过XRD、FT-IT、PPMS对Fe3O4和Fe3O4/SiO2磁性粒子进行表征。(3)结合上面得到的氨基硅烷连接的改性硅球。采用三步法制备性质稳定的磁性/荧光复合微球。第一:以表面为–N2H的磁性微粒为核,在四氢呋喃溶液中连接表面亲油的量子点,通过对比发现:在40mL四氢呋喃溶液中,加入10mgFe3O4/SiO2/NH2和5mg QDs时,得到的复合粒子分散性最好。第二:磁性/荧光复合颗粒表面与巯基乙胺、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、巯丙基三乙氧基硅烷反应,得到表面亲水的复合粒子,试验发现:在30mL异丙醇溶液中,加入巯基硅烷的量为120μL时,磁性/荧光复合粒子的荧光强度、分散性达到最好。第三:为了提高磁性/荧光复合物的稳定性,在最外层继续包覆硅层。在30mL乙醇和5mL水的混合溶液中,加入TEOS量为53μL时,得到包覆硅层厚度为5nm分散性良好的磁性荧光双功能微球。采用TEM表征其包覆后的形貌、尺寸和分散性;采用荧光分光光度计分析其荧光特性。
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