利用微波加热技术制备稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用微波加热技术制备稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的方法，所述方法包括利用油包水(W/O)微乳分散体系制备表面带有羟基的SiO2纳米颗粒，依次将氨基硅烷试剂、Eu3+的BHHCT络合物采用微波加热的方法对SiO2进行表面修饰，形成具有荧光的稀土络合物，经丙酮封闭反应体系后，洗涤，即得产物共价型荧光稀土二氧化硅纳米颗粒。该方法有效地缩短了反应时间，且荧光强度更高。

【技术实现步骤摘要】
利用微波加热技术制备稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的方法
本专利技术公开了一种利用微波加热技术制备稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的方法，涉及一种二氧化硅荧光纳米微球的制备，尤其是涉及一种采用微波辅助加热的技术缩短制备荧光二氧化硅纳米颗粒的时间的方法。本专利技术还涉及利用该微波加热技术所制备的稀土荧光二氧化硅纳米颗粒及其用途。
技术介绍
具有各种结构及荧光性质的荧光生物标记探针在基因组学、蛋白质组学及生物芯片等现代生命科学与生物技术中发挥着不可替代的重要作用，而现代生命科学与生物检测技术的发展与进步也在很大程度上依赖着荧光生物标记探针的使用及荧光检测方法学的发展与进步。目前已经发展的荧光免疫分析的标记物，包括量子点、有机荧光染料及稀土荧光二氧化硅纳米颗粒。尽管这些荧光纳米探针具有优良的光稳定性和强的荧光信号放大效应，但量子点的强毒性限制了其发展，有机荧光染料多为物理掺杂容易发生荧光泄露，且均受到检测灵敏度的限制。稀土荧光二氧化硅纳米探针作为近几年新兴荧光标记材料，包含多个荧光基团，起到信号放大的作用，同时，共价交联掺杂方式，很大程度上克服了荧光基团的泄露问题。长春应化所和大连理工大学率先开展了纳米稀土荧光生物标记探针的制备与应用研究工作，初步建立了几种粒径在25-55纳米的稀土荧光生物标记探针的制备技术。稀土元素主要是Eu3+、Tb3+、Sm3+等，它们能与某些特定的配合物形成强荧光络合物。稀土络合物具有以下优异的荧光性质：(1)荧光寿命长。(2)激发光谱带较宽。(3)发射光谱带窄。(4)Stokes位移大。(5)激发波长具有配体的特性，即随配体的变化而变化，发射波长则具有稀土离子的性质，即不随配体的变化而变化。稀土络合物主要是Eu3+、Tb3+、Sm3+等与一些β-二酮化合物，如邻菲罗啉类化合物，水杨酸类化合物，联吡啶类化合物等所形成的络合物，其中对于分子上带有磺酰氨基等活性基团的稀土配体，可直接与硅纳米颗粒键合，但对于带有没有活性但可被活化的功能基团的稀土配体，需通过交联试剂(如EDC)进行稀土配合物的固定化。结果表明，纳米稀土荧光生物标记材料无论在荧光强度还是在光稳定性上都具有远优于稀土配合物荧光标记物的良好性能，预示了其在高灵敏度荧光标记生物分析技术中的良好应用前景。中国专利CN101225306A公开了一种荧光稀土络合物硅纳米颗粒的制备方法，将稀土络合物循环键合在硅纳米颗粒表面，从而使键合在其表面的荧光稀土络合物数量大大增加，有效地提高了荧光二氧化硅纳米颗粒的荧光强度。但该种循环键合的方式操作繁琐、费时费力，不利于该种标记物的广泛应用。中国专利CN102504808A公开了一种稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的制备方法，采用油包水微乳体系合成空白二氧化硅纳米颗粒，并事先让带有功能团的硅烷试剂和稀土离子配合物充分反应而形成前驱体，然后直接在油包水微乳体系中加入前驱体，即可将大量的稀土离子配合体修饰到每个二氧化硅纳米颗粒的表面，再加入稀土离子与配合体螯合，该方法制备简单，颗粒大小均一，荧光强度高，但颗粒表面化学修饰过程用时较长。以上专利所述制备的稀土荧光二氧化硅纳米颗粒具有荧光强度强、稳定好、易于标记等特点，但用时较长，因此在保留上述特点的前提下，如何缩短反应时间，提高反应效率，是待解决的一项问题。本专利技术通过微波加热的方式缩短了反应时间、提高了生产率、同时提高了产品质量，使制备的稀土荧光纳米颗粒的荧光寿命更长。而且利用微波加热技术辅助制备稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的制备方法尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种制备时间更短、所制备的颗粒更均匀、荧光强度更强、荧光寿命更长的共价型荧光稀土硅纳米颗粒的制备方法，以及该方法制备的稀土荧光二氧化硅纳米颗粒。本专利技术的技术方案是利用微波加热技术对裸二氧化硅进行表面氨基化修饰，再进一步将稀土络合物BHHCT-Eu3+化学键合到氨基化硅球表面，缩短反应时间且达到更高的荧光强度。本专利技术包括以下步骤：1)二氧化硅纳米颗粒的制备：将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合形成油包水(W/O)微乳液体系，再依次加入正硅酸酯和催化剂，制备出大小可控的二氧化硅纳米颗粒；2)微波加热辅助二氧化硅纳米颗粒的表面功能化：微波加热，将带有功能性基团的硅烷试剂修饰到步骤1)所得的二氧化硅纳米表面，使二氧化硅纳米颗粒表面固定有用于化学键合的功能性基团；3)荧光稀土络合物的制备：将稀土离子与稀土配体混合，反应，得荧光稀土络合物；4)荧光稀土络合物的固定化：微波加热，将荧光稀土络合物化学键合到步骤2)所得的表面带有功能性基团的二氧化硅纳米颗粒表面，形成具有荧光性能的二氧化硅稀土络合物，经丙酮封闭反应体系后，洗涤，即得产物稀土荧光二氧化硅纳米颗粒。反相微乳法制备的二氧化硅纳米颗粒大小可控，粒径均匀，可制备的纳米颗粒直径在20-100nm范围内。二氧化硅纳米粒径易受反应物的影响，如水和氨水的浓度、正硅酸酯的类型(例如选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯)、不同的醇(例如选自甲醇、乙醇、丙醇、戊醇)、催化剂的种类(例如催化剂可为氨水等)及不同的温度等，对这些影响因素的调控，可以获得各类结构的二氧化硅纳米颗粒。在步骤1)中，所述表面活性剂和助表面活性剂的质量比w在1-2的范围内，优选w为1.2-1.6，最优选的质量比w＝1.5；水选自超纯水，水的用量则可根据所要合成的二氧化硅纳米颗粒的大小进行调整；油选自环己烷、正己烷、正戊烷、正庚烷等；表面活性剂选自TritonX-100，二-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠(AOT)、壬基酚聚氧乙烯醚等；助表面活性剂选自正己醇、正辛醇、正庚醇等。在步骤2)中，所述带有功能性基团的硅烷试剂可选自3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMs)、巯丙基三甲氧基硅烷、5,3-甘油酸丙烷三甲氧基硅烷等，其可为二氧化硅纳米颗粒表面修饰上氨基、巯基、环氧基等功能性基团。在步骤3)中，稀土配体可为螯合特定稀土离子的有机化合物，可选自β-二酮类化合物、邻菲罗啉类化合物、水杨酸类化合物、联吡啶类化合物等，优选为4,4'-二(1",1",1",2",2",3",3"-七氟-4",6"-己二酮-6”-基)-氯磺酰-邻-三联苯(BHHCT)；稀土离子可选自Eu3+、Tb3+、Sm3+等，它们能与特定的稀土配体螯合形成强荧光的稀土络合物。在一个具体实施方案中，所述稀土配体与稀土离子的摩尔比为1:2至3:1，优选为2：1。在一个具体实施方案中，所述稀土配体是带有活性基团的稀土配体，其包括分子上带有磺酰氨基、琥珀酰亚胺基或马来酰亚胺基基团的稀土配体，在微波作用下，直接与二氧化硅表面功能基团键合。在另一个具体实施方案中，其中所述稀土配体是带有没有活性但可被活化的功能基团的稀土配体，其包括分子上带有氨基、巯基或羧基基团的稀土配体，在微波作用下，通过相应的交联试剂与二氧化硅表面功能基团键合。在步骤4)中，所述洗涤可采用50％的无水乙醇洗涤，其目的在于除去所得的稀土荧光二氧化硅纳米颗粒悬液中的有机溶剂、表面活性剂及其他杂质，最后一次洗涤用无水乙醇洗涤，离心，烘干，有利于缩短干燥时间。所述微波加热技术应用在步骤2)和步骤4)中，微波条件优化为：反应温度70℃/59℃,反应时间20min，微波功率700W。所述带有功能性基团本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其包括以下步骤：1)二氧化硅纳米颗粒的制备：将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合形成油包水(W/O)微乳液体系，再依次加入正硅酸酯和催化剂，制备出大小可控的二氧化硅纳米颗粒；2)微波加热辅助二氧化硅纳米颗粒的表面功能化：微波加热，将带有功能性基团的硅烷试剂修饰到步骤1)所得的二氧化硅纳米表面，使二氧化硅纳米颗粒表面固定有用于化学键合的功能性基团；3)荧光稀土络合物的制备：将稀土离子与稀土配体混合，反应，得到荧光稀土络合物；4)荧光稀土络合物的固定化：微波加热，将荧光稀土络合物化学键合到步骤2)所得的表面带有功能性基团的二氧化硅纳米颗粒表面，形成具有荧光性能的二氧化硅稀土络合物，经丙酮封闭反应体系后，洗涤，即得产物稀土荧光二氧化硅纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种稀土荧光二氧化硅纳米颗粒的制备方法，其包括以下步骤：1)二氧化硅纳米颗粒的制备：将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合形成油包水(W/O)微乳液体系，再依次加入正硅酸酯和催化剂，制备出大小可控的二氧化硅纳米颗粒；2)微波加热辅助二氧化硅纳米颗粒的表面功能化：微波加热，将带有功能性基团的硅烷试剂修饰到步骤1)所得的二氧化硅纳米表面，使二氧化硅纳米颗粒表面固定有用于化学键合的功能性基团；3)荧光稀土络合物的制备：将稀土离子与稀土配体混合，反应，得到荧光稀土络合物；4)荧光稀土络合物的固定化：微波加热，将荧光稀土络合物化学键合到步骤2)所得的表面带有功能性基团的二氧化硅纳米颗粒表面，形成具有荧光性能的二氧化硅稀土络合物，经丙酮封闭反应体系后，洗涤，即得产物稀土荧光二氧化硅纳米颗粒。2.根据权利要求1的制备方法，其中在步骤1)中，所述正硅酸酯选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯；所述油选自环己烷、正己烷、正戊烷、正己烷；所述水为超纯水；所述表面活性剂选自TritonX-100、二-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚；所述助表面活性剂选自正辛醇、正庚醇、正己醇。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中在步骤1)中，所述表面活性剂和助表面活性剂的质量比w在1-2的范围内，优选w为1.2-1.6，最优选的质量比w＝1.5。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其中步骤1)中制备的二氧化硅纳米颗粒的直径在20-100nm范围内。5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其中在步骤2)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹明强，齐小花，赵兵洁，
申请(专利权)人：中检国研北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11