[发明专利]疏水性二氧化硅颗粒及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及空白的和掺杂的疏水性二氧化硅颗粒的合成方法以及这些颗粒在例如指纹鉴定和其它应用中的用途。 

发明背景 

潜指纹的发展通常涉及接触后粘附在沉积于表面上的“粘性”物质上的撒粉试剂(dusting agent)的使用，或者化学显影剂的使用，由于应用的显影剂与通常在表面上沉积的物质种发现的化学物质的化学相互作用而产生可见的显色[1]。粉末颗粒的大小和形状对它们对指纹的粘附量有很大影响，并且细颗粒趋向于比较大颗粒粘附更好，从而导致大部分颗粒的粒径基于1M至10M[2]。撒粉试剂的范围是在商业上可获得的，这是基于对沉积印迹内的疏水性物质显示亲合力的多种天然产生的以及合成的颗粒。 

随着近期纳米技术的不断创新，已研究了潜在的代替方法。基于硫化镉和氧化铕(III)的粉末已被用于显现潜指纹[3-5]。然而这些方法复杂并需要专门的技术显影以及昂贵的仪器，并因此不适于在现场，例如犯罪现场使用。 

两份报告描述了联合使用四乙氧基硅烷(TEOS)和苯基三乙氧基硅烷(PTEOS)以产生用于生物分析和生物传感器应用的相对疏水的二氧化硅气凝胶[3]以及相应的纳米颗粒[4]。前一份报告证明，随着PTEOS比例的增加，得到的溶胶-凝胶的疏水性也增加，而后一份报告利用颗粒的疏水性将疏水性染料，若丹明6G掺入所得颗粒中。在水性条件下，染料稳固地保留在所述颗粒内，使得所述纳米颗粒具有高度荧光性。然而，需使用多步路线来合成这些颗粒。 

发明内容

现已开发了新颖的一步合成路线以生产疏水性二氧化硅颗粒。该合成路线较简单并能够用于生产各种微米颗粒或纳米颗粒，所述微米颗粒或纳米颗粒在二氧化硅单体骨架中任选地合并有染料(例如有色染料或荧光染料)和磁性或顺磁性亚颗粒。 

本方法克服了由在其合成过程中将荧光分子或有色分子直接并入颗粒或其溶胶-凝胶等同物中所产生的问题，这是由于当洗涤该颗粒时，得到的颗粒或凝胶通常失去所述染料。该观测结果意味着颗粒基质的交联硅酸酯骨架内包埋的分子间仅存在弱相互作用，使得染料分子未受到使其保留在所述基质内的吸引力。 

本发明还证明这些疏水性二氧化硅微米颗粒和纳米颗粒作为潜指纹的显影剂的用途。 

因此，本公开提供了制备疏水性二氧化硅颗粒的方法，该方法包括在一步法中使(1)诸如烷氧基硅烷的硅烷醚单体和(2)诸如苯基改性硅烷醚单体的有机取代硅烷醚单体的混合物与(3)水解剂共同反应。 

在一实施方案中，所述水解剂是碱。 

因此，所述方法通常包括烷氧基硅烷的使用，尤其是四烷氧基硅烷(本文中缩写为TAOS)的使用。TAOS尤其选自TEOS(四乙氧基硅烷)或TMOS(四甲氧基硅烷)。 

所述方法通常涉及烃基取代的硅烷醚，尤其是芳基取代的硅烷醚，例如其中一个或两个醚形成基团(RO-)各自被诸如苯基基团的含芳基基团所取代的硅烷醚。 

因此，示例性的取代硅烷醚的通式为(R’O)_m(R²)_nSi，其中R’是有机基团，R²是含芳基的基团并且m为2或3，同时n为1或2，前提是(n+m)＝4。 

本发明的一实施方案中提供了制备疏水性二氧化硅颗粒的方法，该方法包括在一步法中使TEOS(四乙氧基硅烷)单体和PTEOS(苯基三乙氧基硅烷)单体的混合物与水解剂共同反应。 

本发明的另一实施方案中提供了制备疏水性二氧化硅颗粒的方法，该方法包括在一步法中使TEOS单体和PTEOS单体的混合物与碱共同反应。 

本发明的另一实施方案中提供了制备疏水性二氧化硅颗粒的方法，该方法包括在一步法中使(i)TEOS(四乙氧基硅烷)或TMOS(四甲氧基硅烷)单体或其组合和(ii)PTEOS(苯基三乙氧基硅烷)单体的混合物与水解剂如碱共同反应。 

所述诸如碱的水解剂是作为诸如TEOS的硅烷醚单体和诸如PTEOS的有机取代的硅烷醚单体之间反应的催化剂而起作用。 

本发明的实施方案中，所述方法包括并入功能性试剂以赋予后加工功能。该功能性试剂可有助于颗粒的检测、成像和处理。特别地，将染料分子、其它显影剂(visualising agents)和/或磁性颗粒并入二氧化硅颗粒中。染料分子和/或其它显影剂的加入有助于指纹的显影。磁性(或可磁化的)颗粒的加入可有助于颗粒的处理，如下文所详述。