[发明专利]一种荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明荧光纳米材料技术领域，具体涉及一种荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子及其制备方法。

背景技术

介孔二氧化硅纳米微(MSNs)由于具有均匀可调的孔径，较大的比表面积，良好的表面特性和生物相容性等特点，已逐渐成为生物医学成像，药物输送和催化剂的载体。而荧光材料具有优良的吸收紫外线并发射可见光的性能，在光学、传感、装饰、防伪、生物标记等领域都具有广泛的应用前景。其中荧光染料以其发光纯度高、吸收和发射波长范围可覆盖整个可见区而大量被商业化，但荧光染料也存在易受溶剂分子影响、浓度大时导致分子聚集而荧光淬灭、易光漂白和Stokes位移小等缺点。因此人们试图将两者复合实现性能的互补和优化，通过将染料掺杂到二氧化硅后，可以实现对染料分子的隔离，有效阻止外界溶剂、氧气分子的环境影响，从而提高荧光强度，降低光漂白，延长荧光寿命耐老化性，拓宽了复合发光纳米结构的应用范围。

将染料负载到介孔二氧化硅的传统方法有两种，类型一：有机荧光分子简单包埋于无机基质中，此时无机、有机两组分间通过弱作用力如范德华力、氢键、静电作用或亲水-疏水平衡相互作用；类型二：无机组分与有机组分之间通过形成分子水平杂化，存在强的化学键(如共价键、离子键或配位键)，以共价键结合有机-无机杂化荧光材料主要是无机前体与有机功能性官能团共水解与缩合，无机组分与有机组分彼此带有异性电荷可形成离子键而得到稳定的杂化材料体系。以配位键结合的有机-无机杂化荧光材料基质与粒子以孤对电子和空轨道相互配位的形式产生化学作用而构成杂化材料。但是传统方法都是后负载法，都是先制备介孔二氧化硅，再往上负载荧光染料，所以这种方法制备过程繁杂，孔径较小容易堵塞致使负载荧光染料负载有限，同时负载染料时都需要耗费大量溶剂，污染环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种荧光染料与纳米二氧化硅结合紧密，具有较高荧光强度的荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子，荧光染料分子分散于含有表面活性剂的介孔二氧化硅基体的孔隙内，介孔二氧化硅基体粒径为100-135nm，粒径多分散性指数为0.03-0.2，孔径为2-3.2nm。

按上述方案，所述荧光染料为异硫氰酸荧光素、四甲基异硫氰基罗丹明、罗丹明B、罗丹明6G、罗丹明123、罗丹明101、荧光素中的一种或多种。

本发明荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子的制备方法，步骤如下：

1)制备荧光染料溶液：将荧光染料超声分散于有机溶剂中，得到荧光染料的有机溶液，将表面活性剂溶解于去离子水中，得到浓度为0.005-0.025g/mL的表面活性剂溶液，再加入荧光染料的有机溶液，其中表面活性剂与荧光染料的质量比为0.1:0.0001-0.01，超声分散均匀后得到奶茶状乳液，然后将乳液加热至65-70℃，快速机械搅拌使有机溶剂挥发完全，得到分散在水相中的荧光染料溶液；

2)制备：向步骤1)所得荧光染料溶液中加入去离子水和氨水溶液，加热至25-35℃，搅拌的同时逐滴加入正硅酸乙酯，正硅酸乙酯与荧光染料溶液中表面活性剂质量比为0.5-2.5：0.1，滴加结束后继续反应50-70min，反应结束后冷却至室温，所得产物用乙醇水溶液离心洗涤得到荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子。

按上述方案，步骤1)所述有机溶剂为氯仿，所述荧光染料的有机溶液浓度为0.1-10mg/mL；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

按上述方案，步骤2)所述去离子水加入质量、氨水溶液加入质量与正硅酸乙酯的质量比为100-120:1-5:1。

本方法利用利用荧光染料亲油性将其先分散在有机溶剂中，为了能够发生溶胶-凝胶反应以形成MSNs壳层，须将上述的油溶性荧光染料转移到水体系中，所以利用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵稳定包裹染料分散有机溶剂，并通过蒸发排除有机溶剂达到相转移，从而使染料包裹于十六烷基三甲基溴化铵中并转移到水体系中，然后再在碱性条件下发生正硅酸乙酯的水解、缩合反应，并直接与十六烷基三甲基溴化铵空白胶束自组装，在十六烷基三甲基溴化铵稳定的染料纳米粒子表面发生进一步的堆积和结晶化过程，即可得到含有机模板剂的MSNs壳层。进而制备出具有核-壳结构的荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子。采用本发明方法可以制备出纳米尺度、粒径均匀、结构完善、荧光强度高的荧光介孔二氧化硅复合纳米粒子。