[发明专利]通过二氧化硅致密化改进的荧光二氧化硅纳米颗粒

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年4月15日提交的第61/169,907号美国临时专利申请和于2009年4月15日提交的第61/169,637号美国临时专利申请的优先权，其公开的内容通过引用被并入本申请。

技术领域

本发明总体涉及改进性能的二氧化硅纳米颗粒。特别是，本发明涉及核-壳二氧化硅纳米颗粒及其制备方法，该纳米颗粒具有导致其性能改进的致密二氧化硅壳。

背景技术

目前没有光致发光产品能够提供理想水平的量子产率并具有合适的化学组成。尽管量子点具有较高量子产率，但由于其含有重金属，即便有二氧化硅包覆，它们在许多生物应用中也是有毒性的。

发明内容

一方面，本发明提供了一种改进性能的核-壳二氧化硅纳米颗粒的制备方法。其核是由一种或多种二氧化硅前体和与光吸收材料和/或光发射材料(如荧光或磷光材料)共价结合的一种或多种二氧化硅前体(功能化二氧化硅前体)在水解条件下结合而成，以形成二氧化硅核。光吸收材料和/或光发射材料共价结合在核的二氧化硅网状结构上。包覆核的壳是在观察不到新的二氧化硅纳米颗粒形成的条件下，在至少50℃的温度下加入一种或多种硅前体形成的。在一个实施例中，核-壳硅纳米颗粒表现出的密度至少为1.4g/cm³。在又一个实施例中，二氧化硅前体是TEOS和/或TMOS。

在又一个实施例中，在二氧化硅壳形成的过程中，在至少50℃的温度下，在至少1小时的时间段内以至少10等份的形式加入二氧化硅前体，其中，加入连续的等份的时间间隔为至少6分钟。

在一个实施例中，二氧化硅核直径为1至300nm。在又一个实施例中，二氧化硅壳直径为1至300nm。在又一个实施例中，核-壳二氧化硅纳米颗粒直径为1.1至1000nm。

另一方面，本发明提供了一种改进性能的核-壳二氧化硅纳米颗粒的制备方法。其核由一种或多种二氧化硅前体和与光吸收材料和/或光发射材料(如荧光或磷光材料)共价结合的一种或多种二氧化硅前体(功能化二氧化硅前体)在水解条件下结合而成，以形成二氧化硅核。光吸收材料和/或光发射材料共价结合在核的二氧化硅网状结构上。包覆核的壳是在观察不到新的二氧化硅纳米颗粒形成的条件下，在至少50℃的温度下加入一种或多种二氧化硅前体形成的。然后将该核-壳纳米颗粒暴露在50至100℃温度下至少12小时和/或至少1.1个大气压下。这样处理后的核-壳二氧化硅纳米颗粒表现出的密度至少为1.4g/cm³。

在一个实施例中，在壳形成过程中，在20至23℃的温度下，以一系列等份的形式加入前体，其中，加入连续的一系列等份的间隔时间为至少15分钟。在一个实施例中，该系列等份在至少6小时的时间段内加入。在一个实施例中，该系列等份的数量为至少23。

在一个实施例中，本发明提供了由本文所披露的方法制备的核-壳二氧化硅纳米颗粒。

另一方面，本发明提供了以二氧化硅和光发射材料(如，荧光或磷光材料)和/或光吸收材料为核的核-壳纳米颗粒，其中，光发射材料和/或光吸收材料通过共价键结合在核的二氧化硅网状结构上。核的最长尺寸可以从5到500nm。壳包含二氧化硅。核-壳纳米颗粒的最长尺寸可从5至500nm。核-壳纳米颗粒的密度可为至少1.4g/cm³。

在一个实施例中，核-壳纳米颗粒的密度可以为1.4-2.1g/cm³。在又一实施例中，发光材料可以为荧光染料(如，ADS832WS和四甲基罗丹明异硫氰酸盐(TRITC))或半导体纳米晶体。

附图的简要说明

图1.ADS832WS核纳米颗粒的SEM图，左图；正常壳颗粒，中图；致密壳颗粒，右图。

图2.通过动态光散射获得的核、壳与致密壳ADS832WS颗粒的流体动力直径的图形表示。

图3.核、普通壳与致密壳颗粒的836至760nm的峰值的吸收率随时间的变化的图形表示。

图4.ADS832WS核颗粒在水及水和乙醇混合溶剂中的吸收光谱。

图5.可用于计算将836nm峰值与760nm峰值之间的比值转换为颗粒内染料周围水的百分比的线图的例子。

图6.游离TRITC染料、核、普通壳颗粒及致密壳颗粒的荧光强度相对波长的图形表示。

图7.核-壳纳米颗粒密度的计算的例子。

图8.替代方案中核-壳纳米颗粒的示意图。