CN101440279B - 复合型硅壳结构的荧光纳米粒子及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型硅壳结构的荧光纳米粒子及其制备方法。荧光纳米粒子的外壳成分为二氧化硅，荧光内核为表面结合了罗丹明染料的纳米金粒子。该荧光纳米粒子的制备方法是在纳米金颗粒表面包裹上荧光染料，以此为荧光内核材料，通过正硅酸乙酯在荧光内核表面形成二氧化硅外壳。本发明的纳米粒子具有荧光效率高、制备工艺简单、生物相容性好等优点。

Description

复合型硅壳结构的荧光纳米粒子及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种具有纳米金/罗丹明染料复合型荧光内核和二氧化硅外壳的荧光纳米粒子及其制备方法。

背景技术

罗丹明染料(如罗丹明B、罗丹明6G)具有强烈的荧光，被广泛应用于各种生物分析技术中，包括生物大分子的定量测定、荧光免疫分析检测及靶向荧光成像等。

目前，纳米粒子因其特殊的光、电特性，被广泛应用于生物医学的各个领域中。在染料表面直接包裹二氧化硅外壳，从而发展起来的硅壳结构荧光纳米粒子，可以避免染料与所研究的生物体发生直接接触，减少生物毒性作用。现有的荧光纳米粒子以纯染料为核，而罗丹明染料的分子量较小，如直接包埋到颗粒里会导致染料泄漏，难以提高荧光效率。

发明内容

针对现有的制备荧光纳米颗粒的荧光效率低的缺点，本发明的目的是提供一种荧光效率高，粒径可控，工艺简单且颗粒稳定性好的纳米金/罗丹明染料/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子。

本发明的另一目的是提供上述荧光纳米粒子的制备方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现，一种复合型硅壳结构的荧光纳米粒子，包括荧光内核和二氧化硅外壳，所述荧光内核是由纳米金及其表面包裹的罗丹明染料组成。

上述纳米金的粒径优选为25±5nm，整个荧光纳米粒子的粒径优选为60±10nm。

一种上述荧光纳米粒子的制备方法：是在纳米金表面包裹上荧光染料，以此为荧光内核材料，通过正硅酸乙酯在荧光内核表面形成二氧化硅外壳。

上述方法包括以下具体步骤：

(1)在纳米金溶液中，按纳米金与罗丹明染料的摩尔比为1∶1-4加入罗丹明染料溶液，反应持续6-12h，得到包裹了染料的纳米金溶液，称为反应液；

(2)在磁力搅拌下加入氨水到(1)得到的反应液中，调节溶液的pH值在10-11之间；

(3)向(2)得到的反应液中按纳米金与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶1-6加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，在磁力搅拌下反应12-24h，即可得到所述复合型硅壳结构的荧光纳米粒子。

步骤(1)中，所述纳米金溶液的摩尔浓度优选为1.0×10^-6-5.0×10^-6mol/L；所述罗丹明染料溶液的摩尔浓度优选为5.0×10^-6-1.0×10^-5mol/L。

步骤(1)中，所述纳米金的粒径优选为25±5nm。

步骤(3)中，所述正硅酸乙酯的乙醇溶液的摩尔浓度优选为1.0×10^-3-5.0×10^-3mol/L。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：

1、制备方法简便易行，在制备过程中染料损失量少，制备出的纳米粒子分散性良好；

2、一定浓度的罗丹明染料(罗丹明B、罗丹明6G)对生物体具有一定的毒性作用，而制备的复合型硅壳结构的荧光纳米粒子可以避免染料与生物分子的直接接触；

3、由于罗丹明染料的分子量较小，直接包埋到颗粒里会导致染料泄漏，所以本发明将其包裹到比表面积大、生物相容性好的纳米金上，既能避免染料泄漏，又能提高染料包埋效率；

4、纳米金/罗丹明染料(罗丹明B、罗丹明6G)复合的荧光内核能提高标记生物体的荧光强度，从而提高检测灵敏度；

5、物理稳定较好，经过一段时间保存后未见明显的染料泄漏、粒径大小变化不大；

6、具有良好的光稳定性，可以完成对生物样品标记后的长时间检测；

7、具有二氧化硅外壳，能应用于生物标记；

8、复合型硅壳结构的荧光纳米粒子与纯罗丹明染料相比，具有荧光效率高、光稳定性强、染料泄漏少等优点；与量子点相比，其具有制备工艺简单、生物相容性良好、生物毒性低等特点。

附图说明

图1为本发明复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的结构示意图，

其中1为二氧化硅外壳，2为纳米金/罗丹明染料复合型荧光内核。

图2为本发明复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的原子力显微镜表征图。

图3为本发明复合型硅壳结构的荧光纳米粒子和罗丹明染料的荧光光谱比较图，

其中1为罗丹明染料溶液的发射光谱，2为本发明荧光纳米粒子的发射光谱。

图4为本发明复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的激光共聚焦图。

图5为本发明复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的光稳定性图，

其中1为本发明荧光纳米粒子的光稳定性，2为罗丹明染料溶液的光稳定性。

图6为本发明复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的染料泄漏考察图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实现方式并不局限于此。

实施例1：纳米金/罗丹明B/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备

采用氯金酸-柠檬酸钠还原法制备粒径为25±5nm的纳米金溶液；再向纳米金溶液中加入摩尔比为1∶1的罗丹明B溶液(5.0×10^-6mol/L)，反应持续6h，得到包裹上罗丹明B染料的纳米金溶液，称为反应液。通过氨水调节反应液的pH值在10-11之间。在磁力搅拌下，向上述反应液中按纳米金与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶1加入正硅酸乙酯的乙醇溶液(1.0×10^-3mol/L)，在磁力搅拌下反应12h，即可得到粒径为50～60nm的纳米金/罗丹明B/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子。

实施例2：纳米金/罗丹明B/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备(粒径较大的荧光纳米粒子)

采用氯金酸-柠檬酸钠还原法制备粒径为25±5nm的纳米金溶液；再向纳米金溶液中加入摩尔比为1∶4的罗丹明B溶液(1.0×10^-5mol/L)，反应持续12h，得到包裹上罗丹明B染料的纳米金溶液，称为反应液。通过氨水调节反应液的pH值在10-11之间。在磁力搅拌下，向上述反应液中加入按纳米金与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶6加入正硅酸乙酯的乙醇溶液(5.0×10^-3mol/L)，在磁力搅拌下反应24h，即可得到粒径为60～70nm的纳米金/罗丹明B/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子。

实施例3：纳米金/罗丹明6G/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备

采用氯金酸-柠檬酸钠还原法制备粒径为25±5nm的纳米金溶液；再向纳米金溶液中加入摩尔比为1∶4的罗丹明6G溶液(1.0×10^-5mol/L)，反应持续6h，得到包裹上罗丹明6G染料的纳米金溶液，称为反应液。通过氨水调节反应液的pH值在10-11之间。在磁力搅拌下，向上述反应液中按纳米金与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶1加入浓度为1.0×10^-3mol/L的正硅酸乙酯的乙醇溶液，在磁力搅拌下反应24h，即可得到粒径为50～60nm的纳米金/罗丹明6G/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子。

实施例4纳米金/罗丹明6G/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备

采用氯金酸-柠檬酸钠还原法制备粒径为25±5nm的纳米金溶液；再向纳米金溶液中加入摩尔比为1∶2的罗丹明6G溶液(8.0×10^-6mol/L)，反应持续9h，得到包裹上罗丹明6G染料的纳米金溶液，称为反应液。通过氨水调节反应液的pH值在10-11之间。在磁力搅拌下，向上述反应液中按纳米金与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶3加入正硅酸乙酯的乙醇溶液(3.0×10^-3mol/L)，在磁力搅拌下反应18h，即可得到粒径为55～65nm的纳米金/罗丹明6G/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子。

上述实施例1、2、3和4所制备的纳米金/罗丹明染料(罗丹明B、罗丹明6G)/二氧化硅复合型硅壳结构的荧光纳米粒子其结构示意图见图1。荧光纳米粒子的外壳为二氧化硅1，内核为罗丹明染料包裹的纳米金2。

现以实施例1为例，具体说明本发明所得荧光纳米粒子的性能特性。

实施例1复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的形貌通过原子力显微镜表征，结果见图2。本发明制备的纳米颗粒呈完整的球形，分散性好，粒径均匀。纳米粒子的平均粒径为60nm。

实施例1复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的荧光光谱性质通过荧光分光光度计进行波长扫描，结果见图3。从图中可知，二氧化硅包埋前后，罗丹明B染料的荧光光谱性质没有发生根本性改变。

实施例1复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的荧光特性通过激光共聚焦显微镜表征，结果见图4。本发明制备的荧光纳米粒子分散性好、粒径均匀、荧光性强。

实施例1复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的光稳定性考察，结果见图5。在激光共聚焦激发30分钟后，本发明荧光纳米粒子1的荧光强度仍为原来的85％，而罗丹明B溶液2的荧光强度下降为原来的35％，说明本发明荧光纳米粒子具有良好的光稳定性。

实施例1复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的染料泄漏情况考察，结果见图6。荧光纳米粒子用无水乙醇和水分别超声洗涤数次后，再浸泡水中，每隔一定时间离心分离除去荧光纳米粒子的上清液，所得的粒子重新分散在水中测量其荧光值。在10h内，本发明荧光纳米粒子的荧光强度仍为原来的86％，说明罗丹明染料泄露很少。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合型硅壳结构的荧光纳米粒子，包括荧光内核和二氧化硅外壳，其特征在于：所述荧光内核是由纳米金及其表面包裹的罗丹明染料组成。

2.根据权利要求1所述的复合型硅壳结构的荧光纳米粒子，其特征在于：所述纳米金的粒径为25±5nm，整个荧光纳米粒子的粒径为60±10nm。

3.一种权利要求1或2所述复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备方法：其特征在于：是在纳米金表面包裹上荧光染料，以此为荧光内核材料，通过正硅酸乙酯在荧光内核表面形成二氧化硅外壳，其制备过程包括以下具体步骤：

(1)在纳米金溶液中，按纳米金与罗丹明染料的摩尔比为1∶1-4加入罗丹明染料溶液，反应持续6-12h，得到包裹了染料的纳米金溶液，称为反应液；

(2)在磁力搅拌下加入氨水到(1)得到的反应液中，调节溶液的pH值在10-11之间；

(3)向(2)得到的反应液中按纳米金与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶1-6加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，在磁力搅拌下反应12-24h，即可得到所述复合型硅壳结构的荧光纳米粒子。

4.根据权利要求3所述复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米金溶液的摩尔浓度为1.0×10^-6-5.0×10^-6mol/L；所述罗丹明染料溶液的摩尔浓度为5.0×10^-6-1.0×10^-5mol/L。

5.根据权利要求3所述复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述正硅酸乙酯的乙醇溶液的摩尔浓度为1.0×10^-3-5.0×10^-3mol/L。

6.根据权利要求3所述复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米金的粒径为25±5nm；步骤(3)中，所述复合型硅壳结构的荧光纳米粒子的粒径为60±10nm。

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