一种形貌可控的二氧化硅纳米粒子的制备方法技术

一种形貌可控的二氧化硅纳米粒子的制备方法，涉及纳米材料。提供使用结构DNA纳米技术得到的纳米结构作为模板，制备出具有对应外形的二氧化硅或者其他非金属材料的纳米粒子，可以制备出具有任意二维或三维外形的纳米粒子，外形的自由度大、复杂度高，而且方法简单，对设备要求低，可控性高，可操作性强的一种形貌可控的二氧化硅纳米粒子的制备方法。根据需要制备的纳米粒子的外形，使用结构DNA纳米技术设计并组装出相应外形的纳米结构；把得到的纳米结构作为模板，制备出具有相应外形的二氧化硅纳米粒子。

Preparation method of silicon dioxide nano particle with controllable shape

The invention relates to a preparation method of silica nanoparticles with controllable morphologies, relating to nano materials. The use of nano structure provides a structural DNA nanotechnology obtained as a template, the preparation of nanoparticles of silica having a corresponding shape or other non-metallic materials, nanoparticles can be prepared with arbitrary two-dimensional or three-dimensional shape, the shape of the large degree of freedom, high complexity, and the method is simple, low requirement on equipment, high controllability preparation method of silica nanoparticles, a controllable and operable. According to the needs of the preparation of the outline, using structural DNA nanotechnology design and assembly of nanometer structure corresponding shape; the nanostructures as template, preparation of silica nanoparticles with the corresponding shape.

【技术实现步骤摘要】
一种形貌可控的二氧化硅纳米粒子的制备方法
本专利技术涉及纳米材料，尤其是涉及一种形状多样、形貌可控的二氧化硅纳米粒子或其他非金属材料的纳米粒子的制备方法。
技术介绍
无机纳米粒子因具有较大的比表面积、表面易修饰和形貌可控等特点，目前已广泛应用于催化、传感等领域。其中二氧化硅纳米粒子更是当下研究的热点，纳米二氧化硅具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应，具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等有广泛的应用前景。从目前的研究来看，纳米二氧化硅在工业上常被用于塑料、陶瓷、橡胶、涂料等的制备。此外，介孔的纳米二氧化硅拥有较大的比表面积和丰富的孔结构，可以用于吸附银离子制备纳米抗菌粉，也可作为药物载体，用途非常广泛。目前，纳米二氧化硅的制备方法主要有气相法、沉淀法、微乳液法、溶胶凝胶法、模板法等。气相法生产的纳米二氧化硅纯度高、粒径小，但是该方法对于实验设备的要求极高，能耗大，成本高。沉淀法是利用硅源和沉淀剂发生反应，以化学沉淀的方式制备纳米二氧化硅的方法，这一方法相对来说对设备要求不高，工艺简单，但是也存在合适沉淀剂的选择、严格工艺条件的控制以及产品中存在的无规则二元线性结构等问题。微乳液法和溶胶凝胶法是目前较为常用的方法，制备方法简单，且可以通过适当的改变实验条件得到尺寸可控的二氧化硅纳米粒子。然而，随着二氧化硅纳米粒子的应用逐渐广泛，人们对不同形状的纳米粒子的需求也更为迫切，因而制备形貌可控的纳米二氧化硅粒子一直是近来努力的方向。1997年，利用有机模板制备无机纳米材料的理论提出(MannS,BurkettSL,DavisSA,etal.Sol-GelSynthesisofOrganizedMatter[J].ChemistryofMaterials,1997,9(11):2300-2310.)。自此，模板法制备形貌可控纳米二氧化硅粒子初见雏形，模板法是以具有一定形状的硬质材料或软质材料作为纳米二氧化硅粒子的内核，制备具有一定形状的纳米粒子。常用的模板材料有：多孔氧化铝、金纳米棒；表面活性剂、长链硅烷、嵌段共聚物和多肽等。目前，人们已经成功利用这些模板制备出了球形、管状、片状和螺旋状纳米二氧化硅材料。(YuanJ,XuY,WaltherA,etal.Water-solubleorgano-silicahybridnanowires[J].NatureMaterials,2008,7(9):718-722；ZollfrankC,ScheelH,GreilP.RegioselectivelyOrderedSilicaNanotubesbyMolecularTemplating[J].AdvancedMaterials,2007,19(7):984-987；YuwonoVM,HartgerinkJD.Peptideamphiphilenanofiberstemplateandcatalyzesilicananotubeformation.[J].LangmuirtheAcsJournalofSurfaces&Colloids,2007,23(9):5033-5038；SC,KingPJS,RyadnovMG,etal.Templatingsilicananostructuresonrationallydesignedself-assembledpeptidefibers.[J].Langmuir,2008,24(20):11778-11783)不过，这种方法制备一些形状简单的纳米二氧化硅粒子，对于复杂几何形状的纳米粒子制备目前尚不能实现。并且，此方法也存在不同形状的模板不易得到的问题。生物分子因其具有天然的构象而常被选作模板来合成无机纳米粒子，早在2003年Numata.M等人就成功以DNA为模板制备出了棒状的二氧化硅(DrMN,SugiyasuK,DrTH,etal.Sol–GelReactionUsingDNAasaTemplate:AnAttemptTowardTranscriptionofDNAintoInorganicMaterials[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2004,116(25):3341–3345.)。后来，Che.S等在此基础上进一步合成了以DNA为模板的介孔二氧化硅材料，并且复制了DNA分子的手性特征(CheS,Garcia-BennettAE,YokoiT,etal.Anovelanionicsurfactanttemplatingrouteforsynthesizingmesoporoussilicawithuniquestructure[J].NatureMaterials,2003,2(12):801-805.)。常见的DNA分子为B-DNA，其双螺旋的直径为2nm，10.5对碱基为一个螺距周期长3.4nm，刚性长度有约50nm即150个碱基对。DNA的纳米尺寸也决定了它是制备纳米二氧化硅材料的一个潜在模板，但直接使用单链或者双链DNA作为模板，无法制备任意形状的纳米粒子。20世纪80年代，Seeman教授首次提出了核酸可以作为基本的组装材料来构建各种形状的纳米结构(Seeman,NadrianC."Nucleicacidjunctionsandlattices☆."JournalofTheoreticalBiology99.2(1982):237-247)，创立了结构DNA纳米技术这一领域。随着结构DNA纳米技术的发展，目前已经可以将DNA组装成各种二维或者三维的纳米结构。2006年，Rothemund专利技术DNA折纸术(origami)(Rothemund,P.W."FoldingDNAtocreatenanoscaleshapesandpatterns."Nature440.7082(2006):297-302.)这一组装有限尺寸纳米结构的方法。使用一条核酸长单链作为脚手架链(scaffold)，大量的核酸短单链作为订书钉链(staples)，订书钉链通过碱基互补把脚手架链折叠成特定的形状并实现固定。在报道中采用M13mp18噬菌体的单链DNA作为脚手架链，用两百多条的短链作为订书钉链组装出了多种不同的二维结构，包括三角形、方形、矩形、五角星形和笑脸等图案。有多篇报道根据这一方法组装出了各种规则或者不规则形状的二维或者三维的纳米结构(QianL,WangY,ZhangZ,ZhaoJ,PanD,ZhangY,LiuQ,FanCH,HuJ,HeL.AnalogicChinamapconstructedbyDNA[J].ChineseScienceBulletin,2006,51(24):2973-2976；AndersenES,DongM,NielsenMM,JahnK,LindthomsenA,MamdouhW,GothelfKV,BesenbacherF,KjemsJ.DNAOrigamiDesignofDolphin-ShapedStructureswithFlexibleTails[J].AcsNano,2008,2(6):12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形貌可控的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据需要制备的纳米粒子的外形，使用结构DNA纳米技术设计并组装出相应外形的纳米结构；2)把步骤1)得到的纳米结构作为模板，制备出具有相应外形的二氧化硅纳米粒子，其具体操作步骤如下：(1)取制备好的模板，加入1×TAE/Mg

【技术特征摘要】
1.一种形貌可控的二氧化硅纳米粒子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据需要制备的纳米粒子的外形，使用结构DNA纳米技术设计并组装出相应外形的纳米结构；2)把步骤1)得到的纳米结构作为模板，制备出具有相应外形的二氧化硅纳米粒子，其具体操作步骤如下：(1)取制备好的模板，加入1×TAE/Mg2+缓冲液中，混合；(2)按照DNA︰TMAPS︰TEOS︰H2O＝1︰1.27︰15︰18333的比例加入TMAPS，混匀，其中TMAPS是N-三甲氧基硅丙基-N,N,N-三甲基氯化铵，作为助结构导向剂；TEOS是正硅酸乙酯，作为本反应的有机硅源；(3)静置完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静文，陈宏，庞金玲，黄鹏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35