CN106118636A - 一种荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

一种荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法，属于氧化硅颗粒技术领域。本发明以石英砂为原料，制成二氧化硅后通过纳米化，制成纳米二氧化硅，随后将制得的纳米二氧化硅与氢氟酸形成氟化硅，再通过于氢化铝钠反应，生产硅烷气体，之后利用番茄红素与异硫氰酸荧光素气化后于硅烷气体混合，加入双氧水置于强磁电场反应，从而得到荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法。实例证明，本发明操作安全，通过从番茄中提取番茄红素与异硫氰酸荧光素气化，绿色环保的同时，增强了荧光氧化硅纳米颗粒荧光性，另外加入双氧水并置于强磁电场反应，形成自由基产生电晕，提高稳定性，且制得的荧光氧化硅纳米颗粒有极窄的荧光光谱半峰宽，发光度强，可大规模应用。

Description

一种荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明公开了一种荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法，属于氧化硅颗粒技术领域。
背景技术
免疫分析越来越广泛应用于生物标志物、细菌以及病毒等的检测。而用于免疫分析的纳米标记物在很大程度上决定着分析灵敏度与特异性。目前已经发展的各种类型的纳米颗粒，包括胶体金、碳黑、上转换荧光纳米颗粒、量子点、脂质体等，已经表现出了较为优秀的免疫分析效果。然而，这些纳米标记物仍存在着自身的缺点。对于胶体金、碳黑标记物等，它们仅仅依赖于颗粒聚集而产生光学信号，从而在免疫层析中表现出的灵敏度较低。尽管后来发展的荧光纳米标记物大大提高了免疫分析的灵敏度，但是它们也存在着一些缺陷，例如，染料掺杂的荧光纳米颗粒容易发生泄露、量子点具有毒性、脂质体稳定性较差等，并且它们的荧光强度有限，进一步提高免疫分析的灵敏度仍需做出巨大的努力。
近些年来发展的荧光氧化硅纳米颗粒吸引了广大研究者们的兴趣。氧化硅具有物理刚性、化学稳定性、溶剂中可忽略的溶胀性以及光学透性，因而十分适用于生物分析。
绝大部分荧光硅纳米颗粒表面为疏水性基团，导致其水分散性差，不能满足生物应用的要求。另外目前，传统制备硅纳米颗粒的硅源大多价格昂贵、且有毒或易燃（比如块状硅、硅片和有机硅小分子），制备出来的硅纳米颗粒很难控制尺寸，荧光量子效率也相对低，且荧光光谱半峰宽都较大，一般都在70～150nm之间，不利于在生物多色荧光成像上的应用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前传统荧光氧化硅纳米颗粒在制备的过程中原料价格昂贵，有毒易燃，且制得的产物颗粒和荧光光谱半峰宽均较大，发光强度弱且分散性差，导致不利于在生物多色荧光成像上的应用的现状，提供了一种以石英砂为原料，制成二氧化硅后通过纳米化，制成纳米二氧化硅，随后将制得的纳米二氧化硅与氢氟酸形成氟化硅，再通过于氢化铝钠反应，生产硅烷气体，之后利用番茄红素与异硫氰酸荧光素气化后于硅烷气体混合，加入双氧水置于强磁电场反应，从而得到荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法。该方法操作安全，原料易得，通过从番茄中提取番茄红素与异硫氰酸荧光素气化，绿色环保的同时，增强了荧光氧化硅纳米颗粒荧光性，另外加入双氧水并置于强磁电场反应，形成自由基产生电晕，提高稳定性，且制得的荧光氧化硅纳米颗粒有极窄的荧光光谱半峰宽，发光度强，可以作为荧光标记物广泛应用于各种光学相关领域。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取10～20g石英砂进行粉粹，过100～200目筛，收集石英砂粉末，倒入盛有300～400mL去离子水的烧杯中，用180～200W超声波超声振荡10～20min，
其中在超声振荡过程中加入10～20mL质量浓度为0.5mol/L盐酸溶液，搅拌反应20～30min，随后将反应液过滤，去液留渣，用去离子水反复洗涤3～5次，得二氧化硅；
（2）将上述得到的二氧化硅加入到装有100～200mL质量浓度为 0.5mol/LNaOH溶液的烧杯中，搅拌反应1～2h，得硅酸钠溶液，随后向得到的硅酸钠溶液中加入100～200mL质量浓度为1mol/L盐酸溶液，搅拌反应1～2h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次后，至于700～800℃马弗炉中煅烧4～6h，自然冷却至室温，得纳米二氧化硅；
（3）将上述得到的纳米二氧化硅置于盛有100～200mL质量浓度为30%氢氟酸的聚四氟乙烯三口烧瓶中，反应2～3h，用塑料管深入250mL聚四氟乙烯二口烧瓶底部收集产生的氟化硅气体，集满后，向装有氟化硅气体的烧瓶中加入30～40g氢化铝钠，摇晃反应2～3h，得到硅烷气体与氢化铝钠混合物，将硅烷气体与氢化铝钠混合物置于旋风分离器中进行分离，得到纯净的硅烷气体；
（4）分别称取1～2g番茄红素、1～2g异硫氰酸荧光素加入到高温反应釜中，在600～800℃气化3～4h，得到番茄红素和异硫氰酸荧光素气体混合物，随后以2～3L/min速率从反应釜底部通入上述硅烷气体，待通入结束，向其中加入20～30mL质量浓度为30%双氧水，置于6000～7000 Gs强磁电场中，反应5～6h，即可得到荧光氧化硅纳米颗粒。
所述的红番茄素制备步骤为：
（1）将100～200g番茄粉粹，将粉粹后的番茄加入到盛有300～400mL质量浓度为70%乙醇的烧杯中，加热至沸腾，然后过滤，将滤渣用质量浓度为75%乙醇洗涤3～5次，待洗涤结束，将洗涤液与滤液合并，静置10～20min，析出番茄红素晶体；
（2）将带有番茄红素晶体的烧杯置于95～105℃烘箱中干燥1～2h，自然冷却至室温，得到番茄红素。
本发明的应用方法是：取5～8g将本发明制得的荧光氧化硅纳米颗粒，与50～100mL培养细胞混合，共同培育7～10h后，通过激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞仪检测细胞内荧光信号和荧光强度，经检测，培养物中荧光氧化硅纳米颗粒粒径大小为20～25nm，分布均匀，形态规则，表面光滑圆润，发光强度强且性能温度，可在培养细胞中检测到较强的荧光信号，可广泛应用于各种光学相关领域。
本发明的有益效果是：
（1）本发明操作安全，原料易得，通过从番茄中提取番茄红素与异硫氰酸荧光素气化，绿色环保的同时，增强了荧光氧化硅纳米颗粒荧光性；
（2）本发明制得的荧光氧化硅纳米颗粒大小分布均匀，有20～25nm极窄的荧光光谱半峰宽，发光度强，稳定性高，可以作为荧光标记物广泛应用于各种光学相关领域。
具体实施方式
首先称取10～20g石英砂进行粉粹，过100～200目筛，收集石英砂粉末，倒入盛有300～400mL去离子水的烧杯中，用180～200W超声波超声振荡10～20min，
其中在超声振荡过程中加入10～20mL质量浓度为0.5mol/L盐酸溶液，搅拌反应20～30min，随后将反应液过滤，去液留渣，用去离子水反复洗涤3～5次，得二氧化硅；然后将上述得到的二氧化硅加入到装有100～200mL质量浓度为 0.5mol/LNaOH溶液的烧杯中，搅拌反应1～2h，得硅酸钠溶液，随后向得到的硅酸钠溶液中加入100～200mL质量浓度为1mol/L盐酸溶液，搅拌反应1～2h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次后，至于700～800℃马弗炉中煅烧4～6h，自然冷却至室温，得纳米二氧化硅；接下来将上述得到的纳米二氧化硅置于盛有100～200mL质量浓度为30%氢氟酸的聚四氟乙烯三口烧瓶中，反应2～3h，用塑料管深入250mL聚四氟乙烯二口烧瓶底部收集产生的氟化硅气体，集满后，向装有氟化硅气体的烧瓶中加入30～40g氢化铝钠，摇晃反应2～3h，得到硅烷气体与氢化铝钠混合物，将硅烷气体与氢化铝钠混合物置于旋风分离器中进行分离，得到纯净的硅烷气体；最后分别称取1～2g番茄红素、1～2g异硫氰酸荧光素加入到高温反应釜中，在600～800℃气化3～4h，得到番茄红素和异硫氰酸荧光素气体混合物，随后以2～3L/min速率从反应釜底部通入上述硅烷气体，待通入结束，向其中加入20～30mL质量浓度为30%双氧水，置于6000～7000 Gs强磁电场中，反应5～6h，即可得到荧光氧化硅纳米颗粒。其中红番茄素制备时先将100～200g番茄粉粹，将粉粹后的番茄加入到盛有300～400mL质量浓度为70%乙醇的烧杯中，加热至沸腾，然后过滤，将滤渣用质量浓度为75%乙醇洗涤3～5次，待洗涤结束，将洗涤液与滤液合并，静置10～20min，析出番茄红素晶体；然后将带有番茄红素晶体的烧杯置于95～105℃烘箱中干燥1～2h，自然冷却至室温，得到番茄红素。
实例1
首先称取10g石英砂进行粉粹，过100目筛，收集石英砂粉末，倒入盛有300mL去离子水的烧杯中，用180W超声波超声振荡10min，其中在超声振荡过程中加入10mL质量浓度为0.5mol/L盐酸溶液，搅拌反应20min，随后将反应液过滤，去液留渣，用去离子水反复洗涤3次，得二氧化硅；然后将上述得到的二氧化硅加入到装有100mL质量浓度为 0.5mol/LNaOH溶液的烧杯中，搅拌反应1h，得硅酸钠溶液，随后向得到的硅酸钠溶液中加入100mL质量浓度为1mol/L盐酸溶液，搅拌反应1h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3次后，至于700℃马弗炉中煅烧4h，自然冷却至室温，得纳米二氧化硅；接下来将上述得到的纳米二氧化硅置于盛有100mL质量浓度为30%氢氟酸的聚四氟乙烯三口烧瓶中，反应2h，用塑料管深入250mL聚四氟乙烯二口烧瓶底部收集产生的氟化硅气体，集满后，向装有氟化硅气体的烧瓶中加入30g氢化铝钠，摇晃反应2h，得到硅烷气体与氢化铝钠混合物，将硅烷气体与氢化铝钠混合物置于旋风分离器中进行分离，得到纯净的硅烷气体；最后分别称取1g番茄红素、1g异硫氰酸荧光素加入到高温反应釜中，在600℃气化3h，得到番茄红素和异硫氰酸荧光素气体混合物，随后以2L/min速率从反应釜底部通入上述硅烷气体，待通入结束，向其中加入20mL质量浓度为30%双氧水，置于6000 Gs强磁电场中，反应5h，即可得到荧光氧化硅纳米颗粒。其中红番茄素制备时先将100g番茄粉粹，将粉粹后的番茄加入到盛有300mL质量浓度为70%乙醇的烧杯中，加热至沸腾，然后过滤，将滤渣用质量浓度为75%乙醇洗涤3次，待洗涤结束，将洗涤液与滤液合并，静置10min，析出番茄红素晶体；然后将带有番茄红素晶体的烧杯置于95℃烘箱中干燥1h，自然冷却至室温，得到番茄红素。
本实例操作简单易行，取5g将本发明制得的荧光氧化硅纳米颗粒，与50mL培养细胞混合，共同培育7h后，通过激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞仪检测细胞内荧光信号和荧光强度，经检测，培养物中荧光氧化硅纳米颗粒粒径大小为20nm，分布均匀，形态规则，表面光滑圆润，发光强度强且性能温度，可在培养细胞中检测到较强的荧光信号，可广泛应用于各种光学相关领域。
实例2
首先称取15g石英砂进行粉粹，过150目筛，收集石英砂粉末，倒入盛有350mL去离子水的烧杯中，用190W超声波超声振荡15min，其中在超声振荡过程中加入15mL质量浓度为0.5mol/L盐酸溶液，搅拌反应25min，随后将反应液过滤，去液留渣，用去离子水反复洗涤4次，得二氧化硅；然后将上述得到的二氧化硅加入到装有150mL质量浓度为 0.5mol/LNaOH溶液的烧杯中，搅拌反应1.5h，得硅酸钠溶液，随后向得到的硅酸钠溶液中加入150mL质量浓度为1mol/L盐酸溶液，搅拌反应1.5h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤4次后，至于750℃马弗炉中煅烧5h，自然冷却至室温，得纳米二氧化硅；接下来将上述得到的纳米二氧化硅置于盛有150mL质量浓度为30%氢氟酸的聚四氟乙烯三口烧瓶中，反应2.5h，用塑料管深入250mL聚四氟乙烯二口烧瓶底部收集产生的氟化硅气体，集满后，向装有氟化硅气体的烧瓶中加入35g氢化铝钠，摇晃反应2.5h，得到硅烷气体与氢化铝钠混合物，将硅烷气体与氢化铝钠混合物置于旋风分离器中进行分离，得到纯净的硅烷气体；最后分别称取1.5g番茄红素、1.5g异硫氰酸荧光素加入到高温反应釜中，在700℃气化3.5h，得到番茄红素和异硫氰酸荧光素气体混合物，随后以2.5L/min速率从反应釜底部通入上述硅烷气体，待通入结束，向其中加入25mL质量浓度为30%双氧水，置于6500 Gs强磁电场中，反应5.5h，即可得到荧光氧化硅纳米颗粒。其中红番茄素制备时先将150g番茄粉粹，将粉粹后的番茄加入到盛有350mL质量浓度为70%乙醇的烧杯中，加热至沸腾，然后过滤，将滤渣用质量浓度为75%乙醇洗涤4次，待洗涤结束，将洗涤液与滤液合并，静置15min，析出番茄红素晶体；然后将带有番茄红素晶体的烧杯置于100℃烘箱中干燥1.5h，自然冷却至室温，得到番茄红素。
本实例操作简单易行，取6g将本发明制得的荧光氧化硅纳米颗粒，与80mL培养细胞混合，共同培育8h后，通过激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞仪检测细胞内荧光信号和荧光强度，经检测，培养物中荧光氧化硅纳米颗粒粒径大小为23nm，分布均匀，形态规则，表面光滑圆润，发光强度强且性能温度，可在培养细胞中检测到较强的荧光信号，可广泛应用于各种光学相关领域。
实例3
首先称取20g石英砂进行粉粹，过200目筛，收集石英砂粉末，倒入盛有400mL去离子水的烧杯中，用200W超声波超声振荡20min，其中在超声振荡过程中加入20mL质量浓度为0.5mol/L盐酸溶液，搅拌反应30min，随后将反应液过滤，去液留渣，用去离子水反复洗涤5次，得二氧化硅；然后将上述得到的二氧化硅加入到装有200mL质量浓度为 0.5mol/LNaOH溶液的烧杯中，搅拌反应2h，得硅酸钠溶液，随后向得到的硅酸钠溶液中加入200mL质量浓度为1mol/L盐酸溶液，搅拌反应2h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤5次后，至于800℃马弗炉中煅烧6h，自然冷却至室温，得纳米二氧化硅；接下来将上述得到的纳米二氧化硅置于盛有200mL质量浓度为30%氢氟酸的聚四氟乙烯三口烧瓶中，反应3h，用塑料管深入250mL聚四氟乙烯二口烧瓶底部收集产生的氟化硅气体，集满后，向装有氟化硅气体的烧瓶中加入40g氢化铝钠，摇晃反应3h，得到硅烷气体与氢化铝钠混合物，将硅烷气体与氢化铝钠混合物置于旋风分离器中进行分离，得到纯净的硅烷气体；最后分别称取2g番茄红素、2g异硫氰酸荧光素加入到高温反应釜中，在800℃气化4h，得到番茄红素和异硫氰酸荧光素气体混合物，随后以3L/min速率从反应釜底部通入上述硅烷气体，待通入结束，向其中加入30mL质量浓度为30%双氧水，置于7000 Gs强磁电场中，反应6h，即可得到荧光氧化硅纳米颗粒。其中红番茄素制备时先将200g番茄粉粹，将粉粹后的番茄加入到盛有400mL质量浓度为70%乙醇的烧杯中，加热至沸腾，然后过滤，将滤渣用质量浓度为75%乙醇洗涤5次，待洗涤结束，将洗涤液与滤液合并，静置20min，析出番茄红素晶体；然后将带有番茄红素晶体的烧杯置于105℃烘箱中干燥2h，自然冷却至室温，得到番茄红素。
本实例操作简单易行，取8g将本发明制得的荧光氧化硅纳米颗粒，与100mL培养细胞混合，共同培育10h后，通过激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞仪检测细胞内荧光信号和荧光强度，经检测，培养物中荧光氧化硅纳米颗粒粒径大小为25nm，分布均匀，形态规则，表面光滑圆润，发光强度强且性能温度，可在培养细胞中检测到较强的荧光信号，可广泛应用于各种光学相关领域。

Claims (2)

1.一种荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取10～20g石英砂进行粉粹，过100～200目筛，收集石英砂粉末，倒入盛有300～400mL去离子水的烧杯中，用180～200W超声波超声振荡10～20min，
其中在超声振荡过程中加入10～20mL质量浓度为0.5mol/L盐酸溶液，搅拌反应20～30min，随后将反应液过滤，去液留渣，用去离子水反复洗涤3～5次，得二氧化硅；
（2）将上述得到的二氧化硅加入到装有100～200mL质量浓度为 0.5mol/LNaOH溶液的烧杯中，搅拌反应1～2h，得硅酸钠溶液，随后向得到的硅酸钠溶液中加入100～200mL质量浓度为1mol/L盐酸溶液，搅拌反应1～2h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次后，至于700～800℃马弗炉中煅烧4～6h，自然冷却至室温，得纳米二氧化硅；
（3）将上述得到的纳米二氧化硅置于盛有100～200mL质量浓度为30%氢氟酸的聚四氟乙烯三口烧瓶中，反应2～3h，用塑料管深入250mL聚四氟乙烯二口烧瓶底部收集产生的氟化硅气体，集满后，向装有氟化硅气体的烧瓶中加入30～40g氢化铝钠，摇晃反应2～3h，得到硅烷气体与氢化铝钠混合物，将硅烷气体与氢化铝钠混合物置于旋风分离器中进行分离，得到纯净的硅烷气体；
（4）分别称取1～2g番茄红素、1～2g异硫氰酸荧光素加入到高温反应釜中，在600～800℃气化3～4h，得到番茄红素和异硫氰酸荧光素气体混合物，随后以2～3L/min速率从反应釜底部通入上述硅烷气体，待通入结束，向其中加入20～30mL质量浓度为30%双氧水，置于6000～7000 Gs强磁电场中，反应5～6h，即可得到荧光氧化硅纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种荧光氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的红番茄素制备步骤为：
（1）将100～200g番茄粉粹，将粉粹后的番茄加入到盛有300～400mL质量浓度为70%乙醇的烧杯中，加热至沸腾，然后过滤，将滤渣用质量浓度为75%乙醇洗涤3～5次，待洗涤结束，将洗涤液与滤液合并，静置10～20min，析出番茄红素晶体；
（2）将带有番茄红素晶体的烧杯置于95～105℃烘箱中干燥1～2h，自然冷却至室温，得到番茄红素。
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