CN103252199B - 一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，使用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵稳定纳米粒子并且作为多孔二氧化硅壳层形成的模板，在碱性环境下，硅烷偶联剂在模板处水解压缩，达到在有机纳米颗粒表面包覆无机多孔二氧化硅的目的。本发明在有机纳米粒子表面引入很薄层的硅壳，使其表面修饰操作多样化，而且制备方法具有普适性，对于一系列的疏水性荧光染料均适用。本发明制备操作过程简单易行，可重复性好，反应过程温和，具有普适性，因此具有推广运用的价值。

Description

一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法

技术领域

本发明属于微粒子领域，具体涉及一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法。

背景技术

纳米材料的表面修饰与功能化是一个新兴的研究领域，目前许多小组都着力于各种纳米材料的表面修饰与功能化。众多的无机纳米材料通过各种表面修饰手段获得了许多新颖优异的性能。比如在硅纳米线上修饰银纳米粒子，通过拉曼增强实现对各种物质的检测；在硅纳米阵列的外层修饰铂纳米颗粒，可以增强太阳能电池的效率；在聚合物载体上修饰一层金壳，可以利用金的光热效应，实现化疗与热疗的协同治疗。

有机纳米材料是近几年发展起来的新材料，由于其独特的光电性质引起广泛的兴趣。然而，其表面修饰和功能化受到很大局限，主要原因是由于进行表面化学修饰过程很容易引起对有机材料本身的破坏。尤其是一些有机荧光纳米粒子，对其表面化学修饰往往导致其分子结构的破坏从而改变其发光特性。而未进行修饰的荧光纳米粒子其发光性质很容易受周围溶剂环境的影响而减弱。因此通过何种途径实现有机纳米粒子的表面修饰具有重要的应用意义。

硅材料具有生物相容性，而且通过引入含有不同键的硅源形成的硅壳，可以实现不同的表面修饰。到目前为止，许多研究小组在无机或聚合物纳米材料都引入了硅壳，硅壳的引入使原来的无机/聚合物纳米材料增加了许多新颖的特性。比如多孔硅包覆上转化纳米粒子，实现近红外荧光成像和磁共振成像；多孔硅包覆四氧化三铁，用于多模态成像和载药。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，利用微乳液方法在有机纳米粒子表面包裹一层多孔的二氧化硅，使疏水的有机纳米粒子的光学性质保持稳定，同时改善其亲水性，同时利用硅烷偶联剂上的官能团实现各种修饰。

样处理厂的告知系统为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）将疏水有机荧光染料分子溶于良溶剂中配成一有机荧光染料分子溶液，取适量体积的所述有机荧光染料分子溶液加入到适量的不良溶剂中，磁力搅拌5分钟后静置，获得前驱纳米颗粒悬浮液；

步骤2）将适量阳离子型表面活性剂固体加入到所述前驱纳米颗粒悬浮液中，剧烈搅拌30分钟后溶液澄清透明，通过所述阳离子型表面活性剂与纳米颗粒的疏水相互作用，所述阳离子型表面活性剂包覆在纳米颗粒表面形成微乳液；

步骤3）加热所述微乳液使有机溶剂挥发，加入适量催化剂氢氧化钠溶液，搅拌均匀后逐滴加入硅烷偶联剂，保持温度搅拌，硅烷偶联剂在所述阳离子型表面活性剂形成的模板处缓慢水解成一层硅壳；

步骤4）将制备的核壳型纳米粒子离心，离心后用超纯水洗涤4遍，除去所述阳离子型表面活性剂；

步骤5）将适量体积的1 mg/mL的亲水性表面活性剂水溶液加入到所述长有一层多孔硅壳的纳米颗粒的悬浮液中，通过疏水相互作用在多孔硅壳的表面修饰一层亲水性表面活性剂，即可制备出无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构。

进一步的，步骤1）中所述疏水有机荧光染料分子为双萘苯胺苯丁烯二腈，简称NPAFN，结构式为 ：

。

进一步的，步骤1）中所述良溶剂与所述不良溶剂能够互溶，磁力搅拌的时间为5分钟，所述良溶剂与所述不良溶剂体积比为1：20，所述良溶剂体积为150 μL，反应温度为0℃，所述良溶剂为四氢呋喃，所述不良溶剂为水。

进一步的，步骤2）中所述阳离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，简称CTAB。

进一步的，步骤2）中，将50mg所述阳离子型表面活性剂加入30mL所述前驱纳米颗粒悬浮液中，然后磁力搅拌30分钟，即得到所述阳离子型表面活性剂包覆纳米粒子的微乳液。

进一步的，步骤3）中所述硅烷偶联剂是四甲氧基硅烷，简称TMOS，溶液温度是50℃，将200μL四甲氧基硅烷逐滴加入到所述微乳液中。

进一步的，步骤3）中将2mol/L的氢氧化钠溶液100μL 加入到所述微乳液中搅拌10分钟。

进一步的，步骤5）中所述亲水性表面活性剂是C18—PEG。

进一步的，步骤5）中，是将50 μL体积的1 mg/mL的亲水性表面活性剂水溶液加入到所述长有一层多孔硅壳的纳米颗粒的悬浮液1mL中，然后通过疏水相互作用在多孔硅壳的表面修饰一层亲水性表面活性剂，即制备出高光稳定性的有机荧光染料核/多孔硅壳复合纳米染料颗粒。

本发明的有益效果是：

1、本发明的染料纳米颗粒本身作为“载体”，载染料量大大提高，无任何惰性载体的引入，因此有效避免了因载体引入带来的生物毒性和体内代谢问题；

2、通过对反应条件的控制以及反应条件的选择得到了水分散性的多功能的纳米药物，反应过程温和，操作简便易行，在硅壳的表面修饰操作多样化；

3、制备方法具有普适性，对于一系列的疏水性荧光染料均适用，由于本发明制备操作过程简单易行，可重复性好，反应过程温和，具有普适性，因此具有推广运用的价值。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的扫描电子显微镜（SEM）图；

图2为无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的透射电子显微镜（TEM）图；

图3为无机二氧化硅/有机纳米核壳结构复合纳米粒子在不同环境中的荧光稳定性图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1、图2所示，一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）将双萘苯胺苯丁烯二腈溶于四氢呋喃中配成一有机荧光染料分子溶液，取适量体积的所述有机荧光染料分子溶液加入到适量的水中，四氢呋喃与水体积比为1：20，四氢呋喃体积为150 μL，反应温度为0℃，磁力搅拌5分钟后静置，获得前驱纳米颗粒悬浮液；

步骤2）将50mg十六烷基三甲基溴化铵加入30mL所述前驱纳米颗粒悬浮液中，然后磁力搅拌30分钟，即得到十六烷基三甲基溴化铵包覆纳米粒子的微乳液；

步骤3）加热所述微乳液使有机溶剂挥发，将2mol/L的氢氧化钠溶液100μL 加入到所述微乳液中搅拌10分钟，逐滴加入200μL四甲氧基硅烷，保持温度50℃搅拌，四甲氧基硅烷在十六烷基三甲基溴化铵形成的模板处缓慢水解成一层硅壳；

步骤4）将制备的核壳型纳米粒子离心，离心后用超纯水洗涤4遍，除去十六烷基三甲基溴化铵；

步骤5）将50 μL体积的1 mg/mL的C18—PEG水溶液加入到所述长有一层多孔硅壳的纳米颗粒的悬浮液1mL中，然后通过疏水相互作用在多孔硅壳的表面修饰一层C18—PEG，即制备出高光稳定性的有机荧光染料核/多孔硅壳复合纳米染料颗粒。

进一步的，步骤1）中所述疏水有机荧光染料分子为双萘苯胺苯丁烯二腈，简称NPAFN，结构式为 ：

。

图3为无机二氧化硅/有机纳米核壳结构复合纳米粒子在不同环境中的荧光稳定性图。

本发明通过控制疏水性荧光染料在水中的过饱和度、阳离子型表面活性剂的质量、加入的硅烷偶联剂的量以及利用亲水性表面活性剂与复合纳米粒子的疏水相互作用对纳米颗粒的表面进行亲水性修饰，来实现无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备。该种制备方法简单易行，为其他用于肿瘤成像的多功能的纳米材料的制备提供了实验依据，可在生物、医学、化学等领域取得广泛应用。

    以上所述仅为发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）将疏水有机荧光染料分子溶于良溶剂中配成一有机荧光染料分子溶液，取适量体积的所述有机荧光染料分子溶液加入到适量的不良溶剂中，磁力搅拌5分钟后静置，获得前驱纳米颗粒悬浮液；

步骤2）将适量阳离子型表面活性剂固体加入到所述前驱纳米颗粒悬浮液中，剧烈搅拌30分钟后溶液澄清透明，通过所述阳离子型表面活性剂与纳米颗粒的疏水相互作用，所述阳离子型表面活性剂包覆在纳米颗粒表面形成微乳液；

步骤3）加热所述微乳液使有机溶剂挥发，加入适量催化剂氢氧化钠溶液，搅拌均匀后逐滴加入硅烷偶联剂，保持温度搅拌，硅烷偶联剂在所述阳离子型表面活性剂形成的模板处缓慢水解成一层硅壳；

步骤4）将制备的核壳型纳米粒子离心，离心后用超纯水洗涤4遍，除去所述阳离子型表面活性剂；

步骤5）将适量体积的1 mg/mL的亲水性表面活性剂水溶液加入到长有一层多孔硅壳的纳米颗粒的悬浮液中，通过疏水相互作用在多孔硅壳的表面修饰一层亲水性表面活性剂，即可制备出无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构；

所述步骤1）中所述良溶剂与所述不良溶剂能够互溶，磁力搅拌的时间为5分钟，所述良溶剂与所述不良溶剂体积比为1：20，所述良溶剂体积为150 μL，反应温度为0℃，所述良溶剂为四氢呋喃，所述不良溶剂为水；所述步骤2）中，将50mg所述阳离子型表面活性剂加入30mL所述前驱纳米颗粒悬浮液中，然后磁力搅拌30分钟，即得到所述阳离子型表面活性剂包覆纳米粒子的微乳液；所述步骤3）中所述硅烷偶联剂是四甲氧基硅烷，简称TMOS，溶液温度是50℃，将200μL四甲氧基硅烷逐滴加入到所述微乳液中。

2.根据权利要求1所述的无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述疏水有机荧光染料分子为双萘苯胺苯丁烯二腈，简称NPAFN，结构式为 ：

。

3.根据权利要求1所述的无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述阳离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，简称CTAB。

4.根据权利要求1所述的无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，其特征在于：步骤3）中将2mol/L的氢氧化钠溶液100μL 加入到所述微乳液中搅拌10分钟。

5.根据权利要求1所述的无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，其特征在于：步骤5）中所述亲水性表面活性剂是C18—PEG。

6.根据权利要求1所述的无机二氧化硅/有机纳米粒子核壳结构的制备方法，其特征在于：步骤5）中，是将50 μL体积的1 mg/mL的亲水性表面活性剂水溶液加入到1mL长有一层多孔硅壳的纳米颗粒的悬浮液中，然后通过疏水相互作用在多孔硅壳的表面修饰一层亲水性表面活性剂，即制备出高光稳定性的有机荧光染料核/多孔硅壳复合纳米染料颗粒。