[发明专利]一种碳点基荧光二氧化硅纳米球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳点基荧光二氧化硅纳米球及其制备方法，所述制备方法包括（1）利用柠檬酸与硅烷化试剂合成硅烷化碳点；（2）将三乙醇胺、十六烷基三甲基溴化铵和水杨酸钠在水中搅拌一定时间后，注入正硅酸四乙酯并继续搅拌一定时间后用盐酸洗去模板以获得树状二氧化硅纳米球；（3）将硅烷化碳点与树状二氧化硅纳米球在水或乙醇中以一定的比例混合均匀后，经氨水催化获得碳点基荧光二氧化硅纳米球。本发明具有工艺简单和成本低等特点，所制备荧光纳米球大小均一、碳点掺杂均匀、荧光性能高、稳定性强。

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种碳点基荧光二氧化硅纳米球及其制备方法。

背景技术

碳点基荧光二氧化硅纳米球是一种具有荧光的非侵入性和生物相容性二氧化硅球。因为其在单个纳米平台中整合了大表面积和高发光的优点受到了广泛关注，并进行了深入研究。其可同时实现有效的药物输送，细胞跟踪甚至诊断。

为了充分了解荧光二氧化硅球在超灵敏荧光/颜色编码分析和生物成像中的全景，荧光二氧化硅球的构建应同时满足以下几个标准：模板内的发光物质分布均匀且受到良好保护，可最大程度地增强荧光信号，尺寸均匀，可实现良好的重现性，高胶体稳定性和表面易修饰。

大量的发光物质，例如荧光染料，II-VI和III-V半导体量子点以及镧系元素离子已用于制造发光中孔二氧化硅。然而，这些发光成分在实际应用中具有缺点。例如，荧光染料在长期照射后通常遭受严重的光漂白。而且，由于其在二氧化硅基质中的高浓度，即使染料的很小泄漏也可能导致对环境的严重污染和对生物的伤害。II-VI和III-V半导体量子点通常由重金属离子组成，这些离子本质上具有毒性并产生环境威胁，因此限制了此类量子点的大规模应用，尤其是在体内。镧系元素纳米晶体的发光量子产率和摩尔吸收系数相对较低，因此不适用于荧光的二氧化硅球。

而硅烷化碳点与正硅酸四乙酯共水解的方式制备出的荧光二氧化硅球在尺寸上并不不均匀。因此合成荧光信号强，尺寸均匀，可实现良好的重现性，高胶体稳定性和表面易修饰的碳点基荧光二氧化硅纳米球是非常必要的。

发明内容

发明目的：针对以上存在的问题，本发明提供一种碳点基荧光二氧化硅纳米球及其制备方法。高稳定性和高荧光性能的硅烷化碳点作为发光材料，具有中心 -径向孔结构的树状二氧化硅胶体具有超大的孔道和高度可接近的内表面作为载体直接负载硅烷化碳点。该方法合成的荧光二氧化硅球的荧光信号强，尺寸均匀，重现性好，胶体稳定性高、表面易修饰，对环境友好且制备过程简便。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳点基荧光二氧化硅纳米球，所述碳点基荧光二氧化硅纳米球包括树状二氧化硅纳米球和负载在纳米球上的硅烷化碳点。

其中，所述树状二氧化硅纳米球具有超大的孔道，所述孔道直径为10-70nm，孔道长度为50-100nm。

本发明内容还包括所述的碳点基荧光二氧化硅纳米球的制备方法，包括以下步骤：

1)硅烷化碳点的制备；

2)树状二氧化硅纳米球的制备；

3)将硅烷化碳点负载在树状二氧化硅纳米球上制备碳点基荧光二氧化硅纳米球。

其中，所述步骤1)硅烷化碳点制备方法具体包括以下步骤：将N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷倒入三颈烧瓶中，并用氮气吹扫一段时间后将溶液加热；在剧烈搅拌下快速加入脱水柠檬酸，反应一段时间后，停止加热并将溶液自然冷却；将获得硅烷化碳点溶液高速离心，以除去底部的大颗粒即得。

其中，所述步骤1)脱水柠檬酸与N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷的质量体积比为0.0005-0.5g/mL。

其中，所述步骤1)加入脱水柠檬酸后，反应时间为1～30min，优选为5min。