[发明专利]磁性/金属/荧光复合二氧化硅纳米粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种磁性/金属/荧光复合二氧化硅纳米粒子及其制备方法。

背景技术

磁性复合荧光纳米粒子由于同时具有独特的磁学性质(超顺磁性)和发光特性使其在生物分离、免疫检测、靶向成像等生物医学领域具有广泛的应用前景。磁性复合荧光纳米粒子一般是将磁性纳米粒子和荧光量子点或有机发光染料共同包埋在无机或聚合物基质中以达到复合的目的。由于二氧化硅具有化学和胶体稳定性好、生物相容性好等优点使其成为包覆磁性和荧光粒子的最理想材料之一。但在磁性复合荧光粒子中，由于磁性纳米粒子与发光量子点或发光有机染料之间存在能量转移，对发光有猝灭作用，以及磁性粒子本身对可见光的吸收造成复合粒子的发光强度减弱，限制了其在生物领域的应用。

目前，与本发明相近的合成磁性荧光复合纳米粒子的方法是郑勇辉等人发明的具有核壳结构的磁性荧光双功能微球(ZL03150921.5)。他们先用柠檬酸钠对无机磁性颗粒进行了表面改性，再用溶胶-凝胶法以正硅酸乙酯为前驱体合成出核壳结构的二氧化硅磁性微球，最后用连有硅烷偶联剂的荧光素与正硅酸乙酯共缩聚的方法合成出了具有磁性的荧光微球。这种合成磁性荧光复合粒子的方法可以控制磁性纳米粒子与发光团之间的距离，消除了由于能量转移造成的荧光猝灭，但不能消除磁性粒子对荧光团发出的光的吸收影响，仍降低了粒子的发光效率。近两年来，人们发现金属纳米材料对发光染料分子的发光强度具有很大的增强作用，这就使的我们为解决磁性复合荧光纳米材料发光强度弱的问题起到了技术支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有的制备磁性荧光复合纳米粒子的发光弱的缺点，发明一种发光强度高，粒径可控，磁性强，化学及胶体稳定性好的磁性/金属/荧光复合纳米粒子。

本发明的磁性/金属/荧光复合二氧化硅纳米粒子，以二氧化硅为基质，纳米粒子从内到外依次包埋有磁性内核、金属层和发光层。所述的磁性内核是由二氧化硅包覆单磁畴的具有超顺磁性的铁氧体纳米粒子组成，内核中有6～1000个铁氧体纳米粒子；所述的金属层是由Ag或Au形成的连续壳层；所述的发光层是有机发光染料掺杂的SiO₂层；整个纳米粒子成球形，粒径在50～1000nm之间。。整个纳米粒子成球形，大小在50～1000nm之间。

上述的金属层厚度在5～50nm之间，发光层厚度在10～100nm之间；金属层与发光层之间的距离可以调控，在5～30nm之间。

上述的铁氧体纳米粒子是Fe₃O₄、CoFe₂O₄、MnFe₂O₄或ZnFe₂O₄纳米粒子，其粒径介于5～15nm之间，具有超顺磁性。

一种磁性/金属/荧光复合二氧化硅纳米粒子的制备方法，合成步骤包括共沉淀法制备铁氧体纳米粒子；合成步骤还有通过无机硅源和有机硅源对磁性内核进行二氧化硅包覆，金属层包覆，第二次有机硅层的包覆和有机发光染料掺杂层的包覆；

所述的通过无机硅源和有机硅源进行二氧化硅包覆是，将铁氧体纳米粒子分散在水中加入硅酸钠进行铁氧体纳米粒子的无机硅包覆；然后将铁氧体纳米粒子分散在乙醇中，加入氨水和TEOS进行有机硅包覆，形成磁性内核；

所述的金属层包覆是，首先将表面包覆二氧化硅的磁性内核分散在乙醇中，加入硅烷偶联剂将其表面修饰氨基或巯基，再转移到水相中加入Ag或Au纳米粒子进行偶联，然后再加入Ag离子或四氯金酸根离子使其在磁性内核表面还原形成连续壳层；

所述的第二次有机硅层的包覆是，将包覆有Ag或Au壳层的粒子分散在水中，加入硅烷偶联剂进行修饰，再转移到乙醇中，加入氨水和正硅酸乙酯(TEOS)生长SiO₂层；

所述的有机发光染料掺杂层的包覆是，将包覆过SiO₂层的带有Ag或Au壳层的磁性纳米粒子分散在乙醇中，加入氨水和有机发光染料的前驱体及TEOS，继续反应6～24小时。