CN108190895A - 一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。所述中空介孔二氧化硅纳米颗粒采用金棒纳米颗粒与金球纳米颗粒作为内核。所述制备方法包括如下步骤：金棒纳米颗粒与金球纳米颗粒的制备；金棒纳米颗粒的硅外壳的修饰；金球纳米颗粒的硅外壳的修饰；中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备。本发明的中空介孔二氧化硅纳米颗粒可以通过控制金纳米颗粒的形貌来使得空腔硅壳内部形貌可控，这对于生物医学的可控载药释放有重要意义，有望应用于药物的可控释放。

Description

一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于介孔二氧化硅材料领域，具体涉及一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，纳米载药系统对于疾病的治疗有重要意义。由于较好的疗效、低的毒性和副作用和较少的用药频率等优点，可控的药物释放系统吸引了很多关注，被广泛研究。到目前为止，被广泛应用的可控药物释放系统的药物载体包括脂质体、嵌段共聚物、树状聚合物和各种各样的无机纳米材料，其中，介孔二氧化硅纳米颗粒由于其独特的性能受到更多的关注和研究。作为一种良好的载药材料，它的优点在于：孔道排布均一有序且孔径可调控(2～50nm)，可以容纳并且保存多种类型的活性分子；比表面积高，孔体积大，可以用于高剂量的分子负载；二氧化硅表面具有大量的硅醇基团，可以用于多种官能团的修饰，并且用于靶向治疗，刺激响应等；生物相融性好，可作用于体内细胞；基于以上的诸多优点，介孔二氧化硅材料在生物医学、材料科学等方面都具有极其广泛的应用前景。
中空的介孔硅纳米材料，相较于普通介孔硅纳米材料，具有更低的密度，更高的比表面积和更高的负载空间，成为了更加理想的能量存储及药物传输的载体。但不同的方法以及制备条件对于所合成材料的尺寸，形貌，孔径大小都有很大的影响。
发明内容
本发明利用不同形貌的金纳米颗粒(金纳米棒和金纳米球)为模板，得到了形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒。本发明的亮点在于可以通过控制金纳米颗粒的形貌来使得空腔硅壳内部形貌可控，这对于生物医学的可控载药释放有重要意义，有望应用于药物的可控释放。
鉴于此，本发明提供了一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒，包括中空介孔二氧化硅纳米颗粒，所述纳米颗粒采用金棒纳米颗粒与金球纳米颗粒作为内核。
优选的，所述中空介孔二氧化硅纳米颗粒的硅层外壳厚度控制在10～20nm。
一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)金棒纳米颗粒与金球纳米颗粒的制备：采用晶种诱导生长法合成金棒纳米颗粒，采用柠檬酸钠体系合成金球纳米颗粒；
步骤2)金棒纳米颗粒的硅外壳的修饰：全部合成实验在水浴锅中完成，将水浴温度保持在32～35℃；
首先，取含有步骤1)制备的金棒纳米颗粒的溶液10～20mL，调节pH至10～11；
然后，分三次，每隔30min加入10～20μL、20％的硅酸四乙酯乙醇溶液，搅拌过夜；
最后，将所得的反应液离心纯化，得到介孔硅包覆的金棒纳米颗粒；
步骤3)金球纳米颗粒的硅外壳的修饰：将含有步骤1)制备的金球纳米颗粒的浓缩液分散在超纯水中，制成浓度为3.0～5.0nM的溶液，取140～150μL该溶液加入到3～5mL乙醇中，再向其中加入巯基乙酸溶液20～30μL，搅拌10～20min后加入300μL 0.2％的硅酸乙酯和90～100μL氨水，搅拌下反应过夜，离心浓缩，得到介孔硅包覆的金球纳米颗粒；
步骤4)中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备：将步骤2)与步骤3)制得的包覆了介孔硅的金棒纳米颗粒和金球纳米颗粒溶液浓缩后溶于2～5mL的无水乙醇中，在70～100℃、搅拌条件下，加入2～5mL、2.5～5.0％的溴乙基二甲基硅烷的甲苯溶液，反应1～2h，直至溶液变为无色，离心，去除滤液，所得即为中空介孔二氧化硅纳米颗粒。
优选的，步骤4)所述溴乙基二甲基硅烷的甲苯溶液中溴乙基二甲基硅烷与甲苯的体积比为1:39。
一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒在生物医学中药物可控释放上的应用。
本发明的有益效果：本发明的中空介孔二氧化硅纳米颗粒可以通过控制金纳米颗粒的形貌来使得空腔硅壳内部形貌可控，这对于生物医学的可控载药释放有重要意义，有望应用于药物的可控释放。
附图说明
图1是二氧化硅纳米颗粒结构及识别原理图；
图2是中空棒型和球型介孔二氧化硅纳米颗粒的TEM图。
图1中：(a)是合成的金棒和金球纳米颗粒；(b)是包覆了介孔硅的金棒和金球纳米颗粒；(c)是刻蚀成中空的二氧化硅纳米颗粒。
具体实施方式
以下结合实施例与附图对本发明作进一步的描述。
实施例1
棒型介孔二氧化硅纳米颗粒的制备，具体步骤如下：
1)金棒纳米颗粒的合成
合成纳米金种溶液：全部合成实验在水浴锅中完成，将水浴温度控制在32℃；首先将配好的0.01～0.03M的硼氢化钠(0.0189g溶于50mL容量瓶)置于冰水域中备用；将反应瓶放入32～35℃的水浴锅中，依次加入磁子、氯金酸(0.25mL，0.01M)、十六烷基三甲基溴化铵(10mL，0.1M)，搅拌，最后加入还原剂硼氢化钠(0.6mL，0.1M)；搅拌三分钟，静置2～4h，此时反应液为褐色。
合成纳米金棒—纳米金种的生长：全部合成实验在水浴锅中完成，将水浴温度控制在32～35℃；将反应瓶放入32～35℃的水浴锅中，依次加入磁子、氯金酸(2mL，0.01M)、十六烷基三甲基溴化铵(40mL，0.1M)和一定量的硝酸银(260μL，0.01M)，再加入盐酸(0.8mL，1M)，使得pH保持在1～2之间；接着加入抗坏血酸(0.32mL，0.1M)，用来还原氯金酸，最后加入刚合成的稀释五倍的纳米金种溶液(60μL)，待溶液混合均匀后，在32～35℃水浴锅中静置6～8h；反应瓶中的溶液由无色逐渐变为灰褐色；之后，先用2500～4000rpm/min、10～20min低速离心去除沉淀下来的大颗粒，再用3500～5000rpm/min、10～20min去除上层多余的十六烷基三甲基溴化铵溶液；最后取下层沉淀加水到40～50mL超声混合均匀，如图1(a)所示，得到金棒纳米颗粒，金棒长度为50～80nm，直径为20～30nm。
2)介孔硅包覆金棒纳米颗粒的制备
全部合成实验在水浴锅中完成，将水浴温度保持在32～35℃；首先取上述合成好的金棒纳米溶液10～20mL放入装有磁子的反应瓶中；随后加入氢氧化钠(100μL，0.1M)溶液调节pH至10～11；溶液混合之后，加入10～20μL、20％的硅酸四乙酯乙醇溶液，每隔30min加一次，一共加三次，搅拌过夜；最后将所得的溶液在3500～5000rpm/min、10～20min离心纯化一次，如图1(b)所示，得到介孔硅包覆的金棒纳米颗粒，硅层厚度为10～20nm。
实施例2
球型介孔二氧化硅纳米颗粒的制备，具体步骤如下：
1)金球纳米颗粒的合成
首先，取氯金酸(50mL，0.01％)溶液加热煮沸，迅速加入柠檬酸钠(5mL，40mM)溶液，在煮沸状态下大力搅拌10～30min后关闭热源，继续搅拌10～30min，冷却至室温，作为种子溶液备用；取20～30mL种子溶液同时加入等体积的超纯水，加热至90～100℃；先加入柠檬酸钠(0.5mL，1％)溶液，再加入氯金酸(0.5mL，0.1％)溶液，迅速搅拌，反应半小时后补充柠檬酸钠(0.5mL，1％)溶液和氯金酸(0.5mL，0.1％)溶液，重复该过程直至测得溶液的紫外光谱最大吸收峰位置在530～550nm左右；至此得到直径为50～60nm左右的球形金纳米颗粒；最后在4500～4800rpm/min条件下离心10～30min纯化，如图1(a)所示，得到金球纳米颗粒，金球直径为30～40nm。
2)介孔硅包覆金球纳米颗粒的制备
首先，将刚刚制备得到的含有金球纳米颗粒的浓缩液分散在超纯水中，调节浓度为3.0～5.0nM制成溶液，取140～150μL该溶液加入到3～5mL乙醇中，再向其中加入巯基乙酸溶液20～30μL，大力搅拌10～20min后加入TEOS溶液(300μL，0.2％)和90～100μL氨水，大力搅拌下反应过夜；在4500～4800rpm/min条件下将溶液离心10～30min，离心浓缩两次，如图1(b)所示，得到介孔硅包覆的金球纳米颗粒，硅层厚度为10～20nm。
实施例3
中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备，具体步骤如下：
首先，将之前制得的包覆了介孔硅的两种形态的金纳米颗粒溶液浓缩后溶于2～5mL的无水乙醇中，放入70～100℃水浴锅中搅拌；随后加入2～5mL、2.5～5.0％的溴乙基二甲基硅烷溶液(溴乙基二甲基硅烷与甲苯的体积比为1:39)，搅拌反应约1～2h，直至溶液变为无色；最后，在5000～5500rpm/min下离心10～20min，出掉上层溶液，留底部0.5mL，如图1(c)所示，即为所述中空介孔二氧化硅纳米颗粒。刻蚀完成的中空介孔二氧化硅纳米颗粒如图2所示，图2(A)为棒状中空介孔二氧化硅纳米颗粒的TEM图，图2(B)为球状中空介孔二氧化硅纳米颗粒的TEM图。

Claims (5)

1.一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒，包括中空介孔二氧化硅纳米颗粒，其特征在于，所述纳米颗粒采用金棒纳米颗粒与金球纳米颗粒作为内核。
2.根据权利要求1所述的一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒，其特征在于，所述中空介孔二氧化硅纳米颗粒的硅层外壳厚度控制在10～20nm。
3.根据权利要求1所述的一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)金棒纳米颗粒与金球纳米颗粒的制备：采用晶种诱导生长法合成金棒纳米颗粒，采用柠檬酸钠体系合成金球纳米颗粒；
步骤2)金棒纳米颗粒的硅外壳的修饰：全部合成实验在水浴锅中完成，将水浴温度保持在32～35℃；
首先，取含有步骤1)制备的金棒纳米颗粒的溶液10～20mL，调节pH至10～11；然后，分三次，每隔30min加入10～20μL、20％的硅酸四乙酯乙醇溶液，搅拌过夜；
最后，将所得的反应液离心纯化，得到介孔硅包覆的金棒纳米颗粒；
步骤3)金球纳米颗粒的硅外壳的修饰：将含有步骤1)制备的金球纳米颗粒的浓缩液分散在超纯水中，制成浓度为3.0～5.0nM的溶液，取140～150μL该溶液加入到3～5mL乙醇中，再向其中加入巯基乙酸溶液20～30μL，搅拌10～20min后加入300μL 0.2％的硅酸乙酯和90～100μL氨水，搅拌下反应过夜，离心浓缩，得到介孔硅包覆的金球纳米颗粒；
步骤4)中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备：首先，将步骤2)与步骤3)制得的包覆了介孔硅的金棒纳米颗粒和金球纳米颗粒溶液浓缩后溶于2～5mL的无水乙醇中，在70～100℃、搅拌条件下，加入2～5mL、2.5～5.0％的溴乙基二甲基硅烷的甲苯溶液，反应1～2h，直至溶液变为无色，离心，去除滤液，所得即为中空介孔二氧化硅纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤4)所述溴乙基二甲基硅烷的甲苯溶液中溴乙基二甲基硅烷与甲苯的体积比为1:39。
5.权利要求1所述的一种形貌可控的中空介孔二氧化硅纳米颗粒在生物医学中药物可控释放上的应用。
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