一种包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法，是以具有双键的烯丙基荧光探针、甲基丙烯酸与硅烷偶联剂KH151为原料，聚合反应得到荧光聚合物，通过化学键作用，将其接枝在SiO2纳米球的表面，以制备得到包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。本发明专利技术制备的包覆型羧基化SiO2荧光纳米球形态结构稳定、单分散性好、发光效率高、生物相容性好，不仅具有羧基化功能基，还具有牢固的‑Si‑O‑Si‑键，避免了产品荧光泄漏、淬灭。

Preparation method of coated carboxyl SiO2 fluorescent nanospheres

The invention discloses a preparation method of coated carboxylated SiO2 fluorescent nanospheres, which is based on a double bond allyl fluorescent probe, methacrylic acid and silane coupling agent KH151 as raw materials and polymerized to obtain fluorescent polymers. By chemical bond action, they are grafted on the surface of SiO2 nanospheres to prepare the coated type. Carboxylation of SiO2 fluorescent nanospheres. The coated carboxyl SiO2 fluorescent nanospheres have stable morphology, good monodispersity, high luminescence efficiency and good biocompatibility, which not only have carboxylation functional groups, but also have strong Si O Si bonding keys to avoid the fluorescence leakage and quenching of the products.

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法
本专利技术涉及荧光纳米球的制备方法，特别是涉及一种包覆型的羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法。
技术介绍
二氧化硅微球制备简单、性质稳定、表面易修饰、生物相容性好，且在生理条件下不降解，在化学、工程和生物医学等学科领域得到了广泛的应用。特别是功能化的二氧化硅荧光微球不仅具有优越的光学性能，还是出色的生物材料，将其通过表面功能基团与生物大分子特异性结合后，可以实现高灵敏度、高选择性的靶向结合，应用于分子示踪、免疫分析、光学仪器校正、药物释放等生物领域。CN1782020A公开了含有碲化镉荧光量子点的二氧化硅荧光微球的制备方法，其将作为荧光探针的碲化镉物理包埋在二氧化硅微球中，不仅毒性大，还易泄漏、淬灭。CN105037662A公开了铕键合型纳米二氧化硅荧光微球的制备方法，文献(ColloidsandSurfacesB:Biointerfaces,2017,157,286-296)也报道了在氨基化二氧化硅纳米球表面，通过磺酰胺键引入香豆素荧光化合物，然而，这两种荧光微球表面都缺少功能基团，不便后续生物学等方面的研究。唐倩倩等(化学学报,2010,68,18,1925-1929)报道的介孔二氧化硅荧光微球则是经二硫键引入荧光素，但是二硫键易在谷胱甘肽溶液中断裂，从而导致荧光泄露。此外，文献报道的二氧化硅纳米球多采用反相微乳液法制备得到，其制备过程耗时较长。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种形态结构稳定、单分散性好、发光效率高的包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法。本专利技术所述包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法是以具有双键的烯丙基荧光探针、甲基丙烯酸与硅烷偶联剂KH151为原料，聚合反应得到荧光聚合物，再通过化学键的作用，将其接枝在SiO2纳米球的表面，以制备得到包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。进一步地，本专利技术具体是通过下述各步骤来制备所述包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的。1)、取水、无水乙醇和氨水混和均匀，加入正硅酸乙酯，室温下进行搅拌反应，反应产物以水和无水乙醇洗涤、干燥，得到SiO2纳米球。2)、将烯丙基荧光探针、硅烷偶联剂KH151、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈加入无水甲醇中，惰性保护下进行加热回流反应，蒸除溶剂甲醇后得到羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物。3)、在无水甲苯中加入SiO2纳米球和羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物，惰性保护下进行加热回流反应，制备得到包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。本专利技术上述制备方法中，所述的烯丙基荧光探针是烯丙基-4-甲基香豆素、烯丙基荧光素、烯丙基罗丹明B、烯丙基咔唑中的任意一种。本专利技术所述步骤1)中SiO2纳米球的制备中，所述水、无水乙醇、氨水与正硅酸乙酯的体积比为6～7∶15～16.5∶1.6～1.8∶1。进而，是将所述原料混合后，在室温下搅拌反应0.5～3h。本专利技术所述步骤2)中羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物的制备中，所述硅烷偶联剂KH151、偶氮二异丁腈、烯丙基荧光探针、甲基丙烯酸的质量比为1∶0.4～0.7∶0.8～1.8∶1～2。进而，是将所述原料在65～70℃下回流反应6～8h。本专利技术所述步骤3)中，优选将过量的羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物与SiO2纳米球在105～115℃下回流反应20～24h。进一步地，本专利技术将SiO2纳米球与羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物回流反应的反应产物先后用水和乙醇反复洗涤，直至洗涤液不再检测出荧光，干燥后得到最终的包覆型羧基化SiO2荧光纳米球产品。本专利技术首先采用自由基聚合的方法，将烯丙基荧光探针、甲基丙烯酸与KH151聚合得到羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物，再通过高温脱水缩合法，将该荧光聚合物经-Si-O-Si-键化学键和在SiO2纳米球表面，得到包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。该荧光纳米球不仅具有羧基化功能基，还具有牢固的-Si-O-Si-键，避免了产品的荧光泄漏、淬灭。与现有技术相比，本专利技术制备方法具有以下优点：1、将烯丙基荧光染料、甲基丙烯酸和乙烯基三乙氧基硅烷(KH151)经自由基聚合得到荧光聚合物，并通过化学键将该荧光聚合物键和在SiO2纳米球表面，使荧光微球不仅具有羧基功能基团，还保证了较高的微球整体发光效率，荧光染料稳定存在，不容易泄漏、淬灭。2、荧光纳米球的载体是无机材料SiO2，其具有许多高分子材料无法比拟的特性，如物理刚性、化学稳定性、在溶剂中可忽略的溶胀性、无毒性、胶体稳定性、高生物相容性、优异的光学透光性及表面易功能化等，尤其是表面羧基化的SiO2荧光纳米球，其活性羧基可以与多种无机离子或无机、有机、生物分子发生反应，在生物化学、化学分析等领域具有广泛的应用前景。3、本专利技术采用的烯丙基荧光染料中，烯丙基咔唑是近紫外或深蓝色光荧光材料，烯丙基荧光素和烯丙基香豆素是发绿光的荧光材料，烯丙基罗丹明B是近红外或发红光的荧光材料，由此能够制备获得具有蓝色、绿色和红色荧光的包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。4、本专利技术采用溶胶-凝胶法制备得到SiO2纳米球，操作时间短，将其采用高温缩合法引入荧光聚合物，操作简便，且制备荧光微球的成本低廉。附图说明图1是SiO2纳米球的扫描电镜(SEM)图。图2是SiO2纳米球的透射电镜(TEM)图。图3是羧基化SiO2荧光纳米球(a)和SiO2纳米球(b)的红外光谱图。图4是实施例1烯丙基4-甲基香豆素的紫外光谱图(插图)和荧光光谱图及其SiO2荧光纳米球的荧光光谱图(乙醇作溶剂)。图5是实施例2烯丙基荧光素的紫外光谱图(插图)和荧光光谱图及其SiO2荧光纳米球的荧光光谱图(水作溶剂)。图6是实施例3烯丙基荧光素的紫外光谱图(插图)和荧光光谱图及其SiO2荧光纳米球的荧光光谱图(水作溶剂)。图7是实施例4烯丙基咔唑的紫外光谱图(插图)和荧光光谱图及其SiO2荧光纳米球的荧光光谱图(乙醇作溶剂)。图8是实施例1～4的荧光显微镜图。具体实施方式下述实施例仅为本专利技术的优选技术方案，并不用于对本专利技术进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。实施例1。在100mL三口瓶中加入蒸馏水28mL、无水乙醇65mL、氨水7mL，混和均匀，再加入正硅酸乙酯(TEOS)4mL，室温下磁力搅拌反应1.5h。产物离心分离，以水和无水乙醇交替反复洗涤，50℃下真空干燥，得到SiO2纳米球。图1和图2是所制备SiO2纳米球的SEM和TEM图，可知SiO2纳米球具有良好的球形度且单分散性好，为制备包覆型羧基化荧光纳米球奠定了基础。称取间苯二酚3.3g(30mmol)，常温下缓慢加入浓硫酸60mL至间苯二酚完全溶解，置于冰水浴中，缓慢滴加乙酰乙酸乙酯3.9mL(1.95mmol)，滴加完毕后，继续反应1h。然后升温至室温，继续反应24h，将反应液倒入约300mL的冰水中并剧烈搅拌，出现灰白色沉淀，抽滤，无水乙醇重结晶，获得灰白色固体，50℃真空干燥箱中干燥，得到4-甲基-7-羟基香豆素。称取4-甲基-7-羟基香豆素200mg(0.4mmol)、四丁基溴化铵(TBAB)0.28g(0.8m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法，是先以具有双键的烯丙基荧光探针、甲基丙烯酸与硅烷偶联剂KH151为原料，聚合反应得到荧光聚合物，再通过化学键作用，将其接枝在SiO2纳米球的表面，以制备得到包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。

【技术特征摘要】
1.一种包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法，是先以具有双键的烯丙基荧光探针、甲基丙烯酸与硅烷偶联剂KH151为原料，聚合反应得到荧光聚合物，再通过化学键作用，将其接枝在SiO2纳米球的表面，以制备得到包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。2.根据权利要求1所述的包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法，其特征是采用下述方法制备：1)、取水、无水乙醇和氨水混和均匀，加入正硅酸乙酯，室温下进行搅拌反应，反应产物以水和无水乙醇洗涤、干燥，得到SiO2纳米球；2)、将烯丙基荧光探针、硅烷偶联剂KH151、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈加入无水甲醇中，惰性保护下进行加热回流反应，蒸除溶剂甲醇后得到羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物；3)、在无水甲苯中加入SiO2纳米球和羧基化的烯丙基荧光探针-KH151聚合物，惰性保护下进行加热回流反应，制备得到包覆型羧基化SiO2荧光纳米球。3.根据权利要求1或2所述的包覆型羧基化SiO2荧光纳米球的制备方法，其特征是所述的烯丙基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清浩，郭金春，李瑞芳，刘红彦，胡志勇，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14