[发明专利]一种染料可控掺杂二氧化硅纳米粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明属发光纳米材料技术领域，特别涉及一种染料可控掺杂二氧化硅纳米粒子的制备方法。

背景技术

染料掺杂二氧化硅纳米粒子在各种领域尤其是生物领域的应用日益受到人们的关注，其主要是作为组织细胞或生物分子的标记物用于生物检测。与现有商业化的染料探针相比，染料掺杂二氧化硅纳米粒子具有无法比拟的优势，使其在生物检测中可以提高检测的灵敏度和实现检测的定量化。这主要是因为将染料分子掺杂到二氧化硅纳米粒子中后，可与氧或水等光淬灭剂隔离，从而提高这些发光分子的光化学稳定性和发光效率。同时，二氧化硅由于具有良好的化学稳定性、胶体稳定性和生物相容性，被认为是保护有机发光分子的最理想基质之一。

现在已报道的有机染料掺杂二氧化硅发光纳米粒子一般都由传统的Stber方法或微乳液方法合成(Langmuir，2005，21，4277～4280；Advanced Materials2004，16，173～176)。这些方法都是先把染料分子溶解，然后再在此溶液中用氨水催化正硅酸乙酯制备染料掺杂二氧化硅纳米粒子，由于荧光染料在掺杂过程中会发生聚集并且分布不均匀，所以这些方法无法控制染料的掺杂量及染料在二氧化硅中的位置，降低了发光纳米粒子的发光效率，而且染料分子与二氧化硅之间的结合力不够牢固，使其在使用过程中易发生泄露从而使整个发光粒子的光稳定性下降。另外，当在一个粒子中引入不同数量和颜色的染料来制备编码微球用于多组分生物检测时，由于染料掺杂的可控性较差使得编码工作较难进行。因此，目前已报道的合成有机染料掺杂二氧化硅发光粒子的方法还无法满足其在生物医学领域的应用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对背景现有染料掺杂二氧化硅纳米粒子制备技术中的缺点，发明了一种染料可控掺杂二氧化硅纳米粒子的制备方法。

本发明的染料可控掺杂二氧化硅纳米粒子的制备方法的技术方案是：有二氧化硅内核的制备、二氧化硅表面功能基团的修饰、染料的共价偶联、间隔二氧化硅层的制备和染料层与间隔二氧化硅层的交替生长的工艺过程：

(1)所说的二氧化硅内核的制备，与通常的制备二氧化硅纳米粒子的过程是一样的，即，将正硅酸乙酯(TEOS)溶解在乙醇、氨水和水的混合溶液中，通过TEOS的水解和缩聚制得二氧化硅内核。

(2)所说的二氧化硅表面功能基团的修饰，与通常的二氧化硅表面功能基团的修饰过程是一样的，即，通过硅烷偶联剂的水解和缩合，进行二氧化硅表面的氨基或巯基修饰，或者将具有氨基表面的二氧化硅粒子修饰上羧基功能基团或醛基功能基团。

(3)所说的染料与硅层的共价偶联，是指表面功能基团修饰后的二氧化硅纳米粒子在乙醇溶液中分别与带有异硫氰根、磺酸根、亚磺酰胺基、醛基和羧基的染料分子共价偶联；或与带有氨基、马来酰亚胺基团或重金属离子的染料分子共价偶联；反应液中染料的质量百分含量是0.0006％～0.01％；共价偶联过程是在搅拌条件下，避光反应10～14小时。

(4)所说的间隔二氧化硅层的制备，是指将表面共价偶联染料的二氧化硅纳米粒子溶解在乙醇、氨水和水的混合溶液中加入有机硅源正硅酸乙酯(TEOS)，通过正硅酸乙酯的水解和缩聚表面包覆二氧化硅层；或将表面共价偶联染料的二氧化硅纳米粒子溶解在水中通过无机硅源硅酸钠水解和缩聚制得二氧化硅层；有机硅源包覆中，反应液中正硅酸乙酯的质量百分含量为0.35％～3.0％，氨水的质量百分含量是1.15％～6％，水的质量百分比含量是1.9％～10％，乙醇与水的质量比是50～10∶1，反应温度在20℃～60℃水浴3～12小时；无机硅源包覆中，硅酸钠的质量百分含量是0.02％～0.49％，反应中用阳离子树脂调节硅酸钠溶液的pH值为9～11，反应温度在35℃～45℃水浴12～48小时。

(5)所说的染料层与间隔二氧化硅层的交替生长，是指重复表面功能基团的修饰、染料的共价偶联和间隔二氧化硅层的制备工艺步骤，使染料与二氧化硅层交替生长。

在二氧化硅内核的制备中，反应液中正硅酸乙酯的质量百分含量是2.63％～5.58％，氨水的质量百分含量是1.8％～6％，水的质量百分比含量是0.9％～6％，乙醇与水的质量比是100∶1～6，反应温度是20℃～60℃，反应时间是3～12小时。