[发明专利]一种形貌可控的二氧化硅纳米阵列及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，具体为一种形貌可控的二氧化硅纳米阵列及其制备方法和应用。本发明提供的二氧化硅纳米阵列，其阵列高度为8‑46 nm，分布密度为210‑3100/μm²。该纳米阵列的制备是采用油/水双相的单胶束外延生长方法，以CTAB为结构导向剂，TEOS为前驱体，NaOH为催化剂，在基片表面形成硅纳米阵列；基片可以是玻璃片、硅片、玻璃棒、玻璃管、微流控芯片等。二氧化硅纳米阵列可赋予基底粗糙的表面结构，增强基底与肿瘤细胞与该生物界面之间的相互作用。与光滑硅层修饰的基底相比，细胞粘附能力显著提高。由表面生长二氧化硅纳米阵列的玻璃棒和玻璃管嵌套组成的装置，可用于全血中分离肿瘤细胞。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有形貌可控的二氧化硅纳米阵列及其制备方法和应用。

背景技术

纳米-生物相互作用受到基底的表面结构的影响，但现有的一些方法(如化学蚀刻工艺、电化学沉积、化学气相沉积)，其加工过程往往比较复杂，且难以在纳米尺度精确调控表面结构。

与光滑界面相比，具有纳米形貌界面的基底如纳米阵列、纳米纤维等与细胞的相互作用方式不同。已有研究表明，表面纳米结构可以显著增加基底与细胞(如纳米级微绒毛、丝状伪足、表面受体等)之间的接触频率，从而提高细胞的的粘附效率。

因此，提供一种简单的生长方法来生长可控纳米形貌的二氧化硅纳米阵列，具有重要的科研和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方便、形貌可控的二氧化硅纳米阵列及其制备方法和应用。

本发明提供的二氧化硅纳米阵列，其表面形貌参数可调，具体包括高度为8-46nm，分布密度为210-3100 /μm²。

本发明提供的二氧化硅纳米阵列的制备方法，采用油/水双相的单胶束外延生长方法，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂，正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体，氢氧化钠（NaOH）为催化剂，将基片置于水相中，进行硅纳米阵列的表面包裹，具体步骤为：

（1）依次将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氢氧化钠溶解在水中，获得澄清溶液，控制温度为50-70℃；

（2）加入基片，继续50-70 ℃搅拌；

（3）加入环己烷和正硅酸四乙酯(TEOS)的混合溶液；

（4）控制温度为50 ~ 70 ℃，反应36-48 h小时；

（5）反应结束后，取出基片，洗涤，得到在基片上生长的二氧化硅纳米阵列层。

本发明中，所述基片选自玻璃片、硅片、玻璃管、玻璃棒、微流控芯片等。当基片采用玻璃管时，二氧化硅纳米阵列可以生长在玻璃管的外壁和内壁。

步骤（1）中，控制十六烷基三甲基溴化铵浓度为0.01 -2 wt.%；控制NaOH浓度为0.005 -0.01 wt.%。

步骤（3）中，控制环己烷、TEOS和水的体积比为6 : 1-2 : 15-25。

在本发明的油/水双相体系中，二氧化硅纳米阵列表面形貌的形成过程为：

（1）油/表面活性剂/低聚物半乳状胶束在油/水界面形成，然后由于界面能最低而被驱入底水相形成球状胶束；由于球形胶束与底物之间的范德华力相互作用，球形胶束倾向于沉积在底物表面；胶束不断地沉积、组装并紧密地堆积在基质上；

（2）在反应的早期阶段，有大量的硅酸盐寡聚物和CTAB表面活性剂水溶液，可诱发硅酸盐寡聚物的沉积衬底上均匀形成与垂直中孔平介孔二氧化硅层；