[发明专利]一种氨基活性类染料在二氧化硅纳米粒子中的掺杂方法

说明书

技术领域：

本发明属于荧光纳米材料的技术领域，特别涉及一种氨基活性类染料在二氧化硅纳米粒子中的高效掺杂方法。

背景技术：

染料掺杂二氧化硅纳米粒子具有较高的光稳定性，不易发生光降解或者光漂白现象，并且二氧化硅作为介质生物相容性好，表面易于功能化。因此，染料掺杂二氧化硅纳米粒子在生物技术领域有着广阔的应用前景。氨基活性类染料(异硫氰根荧光素(FITC)，四甲基罗丹明异硫氰酸盐(TRITC，tetramethylrhodamine isothiocyanate)，5-羧基罗丹明6G琥珀酰亚胺酯(5-carboxyrhodamine 6G，succinimidyl ester)作为常用的一种商业化染料，其具有较高的量子产率，是生物技术领域中应用非常普遍的一种染料。目前氨基活性类染料通常是通过硅烷偶联剂(如APS)掺杂到二氧化硅粒子中，即利用染料中的氨基活性类基团与硅烷偶联剂中的氨基发生共价反应，形成共价前驱体，再利用体系中硅烷偶联剂与正硅酸乙酯的共同水解、缩聚作用将染料掺杂到二氧化硅介质中。但是由于正硅酸乙酯的水解速率比硅烷偶联剂APS快5倍，因此在水解缩聚过程中，正硅酸乙酯会优先水解缩聚成核，而偶联有染料的硅烷偶联剂APS由于水解速率慢的原因，无法有效的掺杂到二氧化硅粒子中。其次，由于体系中氨水的存在，APS与染料之间的共价键会发生断裂，也会影响染料的掺杂效率。因此这种方法的掺杂效率十分低，通常只有10％左右。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有氨基活性类染料掺杂效率低的不足，提出一种氨基活性类染料在二氧化硅纳米粒子中的高效掺杂方法。该方法通过种子偶联法实现染料在二氧化硅纳米粒子表面的高效偶联，并通过预水解快速包覆的方法减少了染料的脱落，最终实现了染料在二氧化硅纳米粒子中的高效掺杂。

本发明的一种氨基活性类染料在二氧化硅纳米粒子中的高效掺杂方法包括有二氧化硅纳米粒子表面的氨基修饰，染料的共价偶联、二氧化硅壳层包覆的工艺过程：

所述的二氧化硅纳米粒子表面的氨基修饰，是通过硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)的水解和缩合，进行二氧化硅纳米粒子表面的氨基修饰。可以将法制得的二氧化硅纳米粒子溶解在乙醇溶剂中，其中氨水的质量百分含量是0.046％，乙醇与水的质量比是40∶1，APS百分含量为0.1％，反应温度是40℃，反应时间是12小时。

所述的染料的共价偶联，是指表面氨基修饰后的二氧化硅纳米粒子在乙醇中与氨基活性类的染料分子共价偶联，反应10小时，反应可以避光进行。

所述的二氧化硅壳层包覆，是将经过染料偶联的二氧化硅纳米粒子加入到经过预水解的体系当中，反应6小时，经过二氧化硅物种的吸附以及生长，最终得到染料掺杂二氧化硅复合粒子。

本发明的具体技术方案叙述如下：

一种氨基活性类染料在二氧化硅纳米粒子中的掺杂方法，有二氧化硅纳米粒子表面的氨基修饰，染料的共价偶联、二氧化硅壳层包覆的工艺过程；所述的二氧化硅纳米粒子表面的氨基修饰，是将二氧化硅纳米粒子分散在乙醇、氨水和水的混合液中，加入硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)，在38～42℃水浴中搅拌反应6～10小时，离心提纯后得到氨基修饰的二氧化硅粒子，其中混合液按体积比是乙醇∶氨水∶水为100∶4～16∶2～4，每100毫升混合液中加入1.07～2.24克二氧化硅纳米粒子和62～76μl硅烷偶联剂；所述的染料的共价偶联，是将氨基修饰的二氧化硅粒子分散在乙醇中，加入浓度为0.2～1.0mg/mL的氨基活性类染料的乙醇溶液，38～42℃水浴中搅拌反应10～14小时，离心提纯后得到染料偶联的二氧化硅纳米粒子，其中每100mL乙醇中加入1.34～2.68g氨基修饰的二氧化硅粒子和1mL氨基活性类染料的乙醇溶液；所述的二氧化硅壳层包覆，是将染料偶联的二氧化硅纳米粒子加入到预水解的体系当中反应5～7小时，得到染料掺杂的二氧化硅纳米粒子，其中每100mL体系中加入染料偶联的二氧化硅纳米粒子4.0～8.1g。

所述的二氧化硅纳米粒子可以用现有的制备方法得到。也可以通过反应制得，其中反应液中正硅酸乙酯的质量百分含量是0.059～0.118％，氨水的质量百分含量是0.046～0.184％，乙醇与水的质量比是40～20∶1，反应温度是40℃，反应时间是12小时。最终粒径为40～200nm。