[发明专利]一种高荧光性能纳米复合微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种高荧光性能纳米复合微球及其制备 方法。

背景技术

荧光材料泛指由于电子在不同能带之间跃迁而发射光子的材料。此类材料可以作为细 胞及活体器官的标记物应用与生物工程领域。如专利(公开号CN101235187)公开了一种 磁性荧光纳米复合材料、其制备方法及应用。此种材料将荧光高分子包覆在氧化铁颗粒表 面，得到一种可以在磁场下迁移的，可作为环境检测、细胞标记的复合材料。但是其采用 的荧光高分子的荧光产率不高、光稳定性及抗光腐蚀性较差，多次激发的情况下会导致荧 光性能急剧下降，限制了这种材料的应用。由于荧光高分子的种种缺点，荧光量子点成为 被关注的焦点。荧光量子点是指尺寸小于或接近材料波尔半径的半导体纳米晶。荧光量子 点因自身的小体积和高比表面积所具有的量子尺寸效应，量子限域效应和表面效应使其具 备许多荧光染料所不具备特性。其中，荧光颜色纯度及强度高并且可通过粒径调节、激发 波长广、抗光漂白性强等特性使荧光量子点成为一种极具应用前景的荧光标记物质。

由于荧光量子点对环境的敏感性，当外界环境发生变化时量子点的荧光性能会急剧下 降，且其单独使用会析出重金属离子对生物体造成影响，所以荧光量子点常需包裹惰性无 毒的材料后方可应用。二氧化硅，因其具有良好的机械性能、热稳定性和化学惰性，一直 以来都是科学技术领域研究的热点之一，它是一种重要的无机化工原料，在硅酸盐玻璃科 学和工业技术中一直扮演着极其重要的角色。因为二氧化硅可以方便的进行改性，可以与 高分子进行偶联，将其作为荧光量子点的包裹物质可以在保持荧光强度的基础上解决生物 毒性问题，并且通过控制反应的工艺，可以让多个量子点包入硅球中，拓宽了量子点的应 用范围。如专利(申请号200810032389.2)提出了硅烷包裹II-VI族半导体量子点的方法。 但是其量子点的制备体系是在氯仿中进行，环境污染严重，并且制备出的荧光量子点需要 从油溶性转为水溶性，荧光强度会大幅下降，导致最后产品的发光效率很低，制约了这种 荧光微球在生物体内的ds应用。如专利(申请号200610031486.0)提出了一种硅壳型CdTe量子 点的直接制备方法，此方法在制备的过程中直接形成一层硅壳包裹在所制备的量子点外， 即形成单一量子点包裹入二氧化硅的荧光微球结构，由于微球内量子点含量很少导致其荧 光强度低，且荧光产率不可调。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高荧光性能纳米微球及其制备方法。

本发明提出的高荧光性能纳米微球，该纳米微球是将多个经过表面修饰的荧光量子点 镶嵌在二氧化硅介质材料中而构成，微球粒径为500-1000nm，荧光量子点包括元素周期表 中VI元素(如S、Se、Te等)和主族IIB族元素(如Zn、Cd等)，如CdSe，CdS，ZnS， CdTe，CdSe/CdS，CdSe/ZnS等荧光量子点。荧光量子点占整个纳米微球的比例为0.01wt％ -10wt％。

本发明提出的高荧光性能纳米复合微球的制备方法，首先是通过水热合成法制备出水 溶性荧光量子点纳米粒子，然后采用溶胶凝胶法通过控制正硅酸烷基酯、醇及氨水的比例， 将多个量子点纳米粒子镶嵌入厚度可调的二氧化硅介质中，得到高荧光性能纳米复合微 球。

上述二氧化硅壳层的厚度可通过改变正硅酸烷基酯、醇及氨水的比例来控制。通过改 变二氧化硅的厚度以及量子点的种类和粒径，可得到具有不同荧光强度和发光颜色的高荧 光性能纳米微球，即可用于多色荧光检测，又可进行动物体内成像，适用于生物化学、分 子生物学和细胞生物学等领域。

本发明提出的高荧光性能纳米复合微球的制备方法，具体步骤如下：

(1)荧光量子点的制备：将IIB族金属盐溶于去离子水中，加入巯基乙酸进行分散，在 0-5℃条件下使用氨水调节溶液的pH值至8-12，得到A溶液；将VI族元素的粉末加入 硼氢化钠的水溶液中，在氩气保护下持续反应至黑色粉末消失，所得反应清液加入到A溶 液中，搅拌，得到荧光量子点前驱体；所得前驱体置于高压釜中，旋紧，在110-250℃下 水热反应2-3小时，得到荧光量子点溶液；所得荧光量子点溶液沉淀分离，分散于去离子 水中，得到荧光量子点粒子水溶液，巯基乙酸与IIB族金属盐的摩尔比为1∶1-2∶1，VI 族元素与硼氢化钠的质量比为1∶5-1∶15；

(2)取醇、氨水，充分混合，得到B液；其中，醇与氨水的体积比为2∶1-3∶2；