一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球的制备方法，光子晶体微球由多壳层纳米粒子自组装而成；多壳层纳米粒子的制备方式为在粘附性高分子材料的辅助下，具有吸光能力的材料包裹在原始未修饰的纳米粒子表面，通过多次重复操作得到逐层包封的多壳层纳米粒子。本发明专利技术在粘附性材料的协助下，在原始未修饰纳米粒子外围层层包裹吸光材料，得到多壳层纳米粒子，使得由该纳米粒子组成的光子晶体微球具有优化的结构色。本发明专利技术的方法简单、参数可控、可重复性高，并且在生化检测、防伪、细胞捕获等领域具有极大的应用前景。

Preparation of photonic crystal microspheres based on multi shell nanoparticles

【技术实现步骤摘要】
一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球的制备方法
本专利技术涉及生物材料领域，具体涉及一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球的制备方法。
技术介绍
结构色是自然界中一种特殊的色彩来源。结构色的产生与色素着色无关，是生物体特征的微纳结构所导致的一种光学效果，这种特殊的色彩在自然界中十分常见，例如鸟类的羽毛、蝴蝶的翅膀、昆虫的外壳等。由于结构色的产生依赖物体本身固有的结构，因此随着时间的推移，结构色并不会像普通颜料一般发生褪色现象。这些现象吸引了一大批科研人员开展了大量关于结构色的研究，同时也有越来越多的人造结构色材料得以开发。其中，球型结构色材料，也就是光子晶体微球，引起了科研人员的广泛关注。由于球型结构的对称性，光子晶体微球具有典型的角度无偏特性，即通过任意观察角度对其进行观察，所看到的结构色不变，这使得光子晶体微球具备了广角观察的特性，从而在检测、防伪等领域具有广阔的应用前景。然而，由于非相干散射的存在，光子晶体微球结构色的对比度及亮度仍有提升空间，此外，由于光子晶体微球往往通过无机纳米粒子自组装形成，后续应用之前的功能化往往十分复杂繁琐，从而大大的限制了光子晶体微球的实际应用。在自然界中，部分鸟类的羽毛具有十分鲜亮的结构色，这主要是其羽毛的微结构中含有黑色素，黑色素作为一种吸光材料，能够消除不相干散射，从而大大提高其结构色的对比度，使羽毛呈现出尤为鲜亮的颜色。因此，若是效仿自然界中的这种现象，在结构色材料中引入深色元素(吸光材料)，则有望提高结构色的对比度，从而优化结构色的亮度。此外，在自然界中同样能观察到一些动物具有极高的粘附力，例如贻贝可以牢固的贴在湿滑的岩石上，这主要是由于其足丝中含有大量多巴胺的缘故，因此若是以多巴胺或是与其类似的粘附性材料为桥梁即可方便有效地实现两种材料的结合。吸光材料和粘附性材料的引入，可以成功优化光子晶体微球的结构色并简化后续微球功能化的操作。
技术实现思路
为了解决传统光子晶体微球结构色亮度及对比度欠佳、后续功能化操作繁琐等缺点，本专利技术提供了一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球的制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球，光子晶体微球由多壳层纳米粒子自组装而成；多壳层纳米粒子的制备方式为在粘附性高分子材料的辅助下，具有吸光能力的材料包裹在原始未修饰的纳米粒子表面，通过多次重复操作得到逐层包封的多壳层纳米粒子；其制备方法具体包括以下步骤：(1)原始纳米粒子与粘附性材料结合：利用粘附性高分子材料的粘附特性，在合适的反应条件下将其均匀地包裹在原始纳米粒子表面，得到具有粘附力的纳米粒子；(2)粘附性材料修饰的纳米粒子与吸光材料结合：将步骤(1)中得到的具有粘附力的纳米粒子与吸光材料分散液按1-3％w/v的比例混合，经过充分搅拌，得到吸光材料包裹的纳米粒子；(3)多壳层纳米粒子的制备：将得到的吸光材料包裹的纳米粒子循环操作步骤(1)、步骤(2)的过程，即重复包裹粘附性高分材料及包裹吸光材料的操作，得到逐层包裹粘附材料及吸光材料的多壳层纳米粒子，多壳层纳米粒子的层数n大于2；(4)光子晶体微球的制备：将得到的多壳层纳米粒子分散于去离子水中，形成纳米粒子分散液，随后通过使用单乳液微流控装置，分别以甲基硅油和得到的纳米粒子分散液为连续相和分散相，以生成纳米粒子分散液液滴，而后纳米粒子分散液液滴通过溶剂挥发固化，溶剂挥发的过程中纳米粒子自组装形成有序结构，得到光子晶体微球；经过固化清洗之后得到具有鲜亮结构色的光子晶体微球。合适的反应条件是指依据所选的粘附性高分子材料的种类，确定反应体系的酸碱性。所述的粘附性高分子材料为聚多巴胺、淀粉、糊精、阿拉伯胶、海藻酸钠、植物蛋白、酪朊、明胶、骨胶中的一种或两种以上的组合。所述的原始纳米粒子为二氧化硅纳米粒子、介孔硅纳米粒子、聚苯乙烯纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、铁的氧化物纳米粒子、金纳米粒子、银纳米粒子中的一种。进一步的，所述的原始纳米粒子的尺寸为100-500nm。进一步的，所述的吸光材料为任意纳米级深色材料。所述的吸光材料为碳材料及其衍生物、聚多巴胺、过渡金属硫族化合物、黑磷、MXene中的一种或两种以上的组合。多壳层纳米粒子的层数n为3-10。优选的，所述的具有粘附力的纳米粒子与吸光材料分散液按2％w/v的比例混合。步骤(4)所述的光子晶体微球的尺寸借助微流控技术进行控制，控制尺寸范围为50μm-1mm。进一步的，所述的固化清洗采用正己烷清洗。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)在粘附性材料的协助下，在原始未修饰纳米粒子外围层层包裹吸光材料，得到多壳层纳米粒子，使得由该纳米粒子组成的光子晶体微球具有优化的结构色，即更优的色彩对比度和亮度；(2)由于吸光材料的可选择性大，往往材料本身具备固有的功能性基团，为制备的光子晶体微球的后续功能化操作提供了方便；(3)所述的光子晶体微球制备方法简单、参数可控、可重复性高，并且在生化检测、防伪、细胞捕获等领域具有极大的应用前景，拥有较高的生物医学研究价值。附图说明图1为多壳层纳米粒子及光子晶体微球的制备过程示意图。图2为粘附性材料及吸光材料的逐层包裹流程图。图3为利用微流控技术制备光子晶体微球示意图。图4原始未修饰纳米粒子及多壳层纳米粒子组成的光子晶体微球的反射峰对比图。图5为利用基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球进行核酸检测示意图。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。凡根据本专利技术精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。实施例中未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例1基于氧化石墨烯(GO)及聚多巴胺(PDA)包裹的多壳层二氧化硅纳米粒子构建光子晶体微球及不同纳米粒子组成的光子晶体微球结构色对比1、制备PDA包裹的二氧化硅纳米粒子：将清洗过的未修饰二氧化硅纳米粒子配成浓度为0.1g/mL的分散液；该步骤整个反应体系的总体积为10mL，其中包括5mL浓度为0.1mol/L的Trisbase，1.47mL浓度为0.1mol/L的盐酸，2mL配置的二氧化硅纳米粒子分散液，剩余部分为多巴胺溶液(保证多巴胺在整个体系中的投放量为20mg)。将10mL混合液置于玻璃瓶中，并将整个体系置于磁力搅拌器上混匀反应10h，在反应的过程中，能够观察到原本澄清透明的反应体系变为深灰色不透明溶液；反应结束后，取出反应体系，6000rpm离心后，去除上清液，即可得到PDA包裹的二氧化硅纳米粒子。2、制备GO及PDA包裹的二氧化硅纳米粒子：将步骤1中所得的PDA包裹的纳米粒子用1mg/mL的GO分散液重悬，并将重悬液移入玻璃瓶中，并置于磁力搅拌器上混匀反应10h；取出反应体系，6000rpm离心后，回收上清液(GO分散液)，即可得到GO及PDA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球，其特征在于：光子晶体微球由多壳层纳米粒子自组装而成；多壳层纳米粒子的制备方式为在粘附性高分子材料的辅助下，具有吸光能力的材料包裹在原始未修饰的纳米粒子表面，通过多次重复操作得到逐层包封的多壳层纳米粒子；其制备方法具体包括以下步骤：/n(1)原始纳米粒子与粘附性材料结合：利用粘附性高分子材料的粘附特性，在合适的反应条件下将其均匀地包裹在原始纳米粒子表面，得到具有粘附力的纳米粒子；/n(2)粘附性材料修饰的纳米粒子与吸光材料结合：将步骤(1)中得到的具有粘附力的纳米粒子与吸光材料分散液按1-3％w/v的比例混合，经过充分搅拌，得到吸光材料包裹的纳米粒子；/n(3)多壳层纳米粒子的制备：将得到的吸光材料包裹的纳米粒子循环操作步骤(1)、步骤(2)的过程，即重复包裹粘附性高分材料及包裹吸光材料的操作，得到逐层包裹粘附材料及吸光材料的多壳层纳米粒子，多壳层纳米粒子的层数n大于2；/n(4)光子晶体微球的制备：将得到的多壳层纳米粒子分散于去离子水中，形成纳米粒子分散液，随后通过使用单乳液微流控装置，分别以甲基硅油和得到的纳米粒子分散液为连续相和分散相，以生成纳米粒子分散液液滴，而后纳米粒子分散液液滴通过溶剂挥发固化，经过固化清洗之后得到具有鲜亮结构色的光子晶体微球。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球，其特征在于：光子晶体微球由多壳层纳米粒子自组装而成；多壳层纳米粒子的制备方式为在粘附性高分子材料的辅助下，具有吸光能力的材料包裹在原始未修饰的纳米粒子表面，通过多次重复操作得到逐层包封的多壳层纳米粒子；其制备方法具体包括以下步骤：
(1)原始纳米粒子与粘附性材料结合：利用粘附性高分子材料的粘附特性，在合适的反应条件下将其均匀地包裹在原始纳米粒子表面，得到具有粘附力的纳米粒子；
(2)粘附性材料修饰的纳米粒子与吸光材料结合：将步骤(1)中得到的具有粘附力的纳米粒子与吸光材料分散液按1-3％w/v的比例混合，经过充分搅拌，得到吸光材料包裹的纳米粒子；
(3)多壳层纳米粒子的制备：将得到的吸光材料包裹的纳米粒子循环操作步骤(1)、步骤(2)的过程，即重复包裹粘附性高分材料及包裹吸光材料的操作，得到逐层包裹粘附材料及吸光材料的多壳层纳米粒子，多壳层纳米粒子的层数n大于2；
(4)光子晶体微球的制备：将得到的多壳层纳米粒子分散于去离子水中，形成纳米粒子分散液，随后通过使用单乳液微流控装置，分别以甲基硅油和得到的纳米粒子分散液为连续相和分散相，以生成纳米粒子分散液液滴，而后纳米粒子分散液液滴通过溶剂挥发固化，经过固化清洗之后得到具有鲜亮结构色的光子晶体微球。


2.根据权利要求1所述的基于多壳层纳米粒子的光子晶体微球，其特征在于：步骤(1)合适的反应条件是指依据所选的粘附性高分子材料的种类，确定反应体系的酸碱性。


3.根据权利要求1所述的基于多壳层...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵远锦，刘羽霄，王月桐，
申请(专利权)人：南京鼓楼医院，
类型：发明
国别省市：江苏;32