[发明专利]一种克级别高量子产率荧光硅纳米粒子的制备方法

说明书

本发明公开一种克级别高量子产率荧光硅纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：将还原剂溶于超纯水中并用氮气保护，然后加入硅源化合物并搅拌混合均匀以制备前体溶液，最后将前体溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，纯化后得到产量大于1.3g荧光量子产率高达80%的硅纳米粒子。本发明所述的制备方法操作简单、原料易得、成本低、产率高、杂质少，并且制备所得的荧光硅纳米粒子可以长时间均匀且稳定地分散在水中，光学性能优异，表面富含氨基和羧基，因此有利于荧光硅纳米粒子的推广应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料的技术领域，具体涉及一种荧光硅纳米粒子的制备方法。

背景技术

（1）近年来，硅纳米材料由于其固有的光学、电子和机械性能而被广泛应用于光电子、能源、催化和生物学等众多领域。迄今为止，已经报道了各种类型的硅纳米材料。其中，硅纳米粒子（SiNPs）作为一种新型的荧光纳米材料，展现出许多优异的特性，例如出色的光学性能、低细胞毒性、表面可修饰性等，并且已被证明是一种环保的荧光探针。因此SiNPs受到了越来越多的关注，并被作为生物传感、生物成像、生物医学研究领域中传统有机染料和半导体量子点的替代物。

（2）鉴于SiNPs的广泛应用，研究者们对SiNPs的制备方法提出了越来越多的要求。目前，硅纳米粒子的制备方法主要分为自上而下法和自下而上法，包括激光热解法、电化学刻蚀法、微波法和水热法等。同时，多种硅烷偶联剂如3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）、(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷（APTMS）、双[3-（三甲氧基硅基）丙基]乙二胺（DAMO）等已成功用于制备SiNPs。但是，由于表面上的疏水性官能团（例如Si-H键），SiNPs通常具有较差的水溶性。近年来，研究者们致力于用含有羧基、羟基或氨基的亲水性物质修饰SiNPs的表面，以提高SiNPs的水溶性。此外，一种新开发的以硅烷偶联剂作为硅源，还原剂作为催化剂制备亲水性SiNPs的自下而上法逐渐普及。与此同时，为拓展SiNPs在生物医学和生物学研究中的应用，在近几年里，高量子产率SiNPs的制备取得了令人振奋的进展。已有研究报道，杂原子掺杂，尤其是氮掺杂，可以有效地提高纳米材料的荧光量子产率。另外，选择氮含量较高的硅源也是改善材料光学性能的有效方法。除硅源外，还原剂对于合成高性能的SiNPs也很重要。另一方面，虽然科研工作者已经开发出了能够大量合成亲水性SiNPs的方法，但荧光量子产率大多低于25%且产量较低。

（3）总而言之，SiNPs的合成研究虽然取得了很大的进展，但是关于大量合成具有高光致发光效率的亲水性SiNPs的研究仍较少。因此，仍需开发一种简单且绿色的方法用于大量合成具有高光致发光效率的亲水性SiNPs，为各领域提供可扩展的平台。

发明内容

（1）针对现有技术不足，本发明的目的是通过水热法制得一种新的荧光硅纳米粒子，该物质具有优异的光稳定性、高量子产率、高产量等优点。

（2）本发明提供了一种荧光硅纳米粒子的制备方法，包括：将还原剂溶于超纯水中并用氮气保护，然后加入硅源化合物并搅拌混合均匀以制备前体溶液，最后将前体溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，冷却纯化后即得荧光硅纳米粒子。

（3）作为优选，所述硅源化合物为双[3-（三甲氧基硅基）丙基]乙二胺（DAMO），DAMO的体积为2 mL，所述还原剂为反式乌头酸，所述反式乌头酸的浓度为50mM。

（4）作为优选，所述水热反应的温度为200 ℃，时间为10小时。

（5）由于水热反应是一个高压反应，考虑到水热反应的安全性，反应溶液体积占反应釜容积的30%-50%。

（6）作为优选，水热反应的产物采用截留分子量为500-1000 Da的透析袋进行纯化，透析时间为48小时。

（7）作为优选，本发明的制备方法还包括对透析截留得到的硅纳米粒子进行冷冻干燥。

本发明通过上述方法制得荧光硅纳米粒子。