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以二氧化硅为壳层材料的核壳纳米材料的合成,组装以及应用

王辉  
【摘要】:纳米材料由于其表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应使得它们在磁、光、电、热等方面都表现出不同于常规材料的特殊性质,因而在应用方面有着其它材料无法比拟的优点。最近几年,核壳结构的设计和可控制备已经成为纳米科学领域中的一个研究热点。作为新材料的核壳结构的纳米材料有很多优点,比如壳层的存在能够改变粒子的电荷,壳层表面可以功能化,并能够进行表面反应,还能增加胶体粒子的稳定性和分散性。同时,由于纳米粒子的光、电、机械和化学的性质是它们尺寸、组成和结构次序的函数,因此将不同组分的物质结合在一起,会使材料具有新的性质。 制备核壳结构的纳米粒子,除了可以将多种功能结合在一起,还可能产生新的特性。一般而言,其目标可以区分为四大项:一,修饰纳米粒子的块材特性或产生不同于原成分的新特性;二,调整纳米粒子的表面特性,以改变其表面电荷密度,功能性,反应性,生物相容性,稳定性及分散性;三,以核心粒子为模板,制备中空球壳;四,创造多功能性复合纳米粒子,其制备除了提供在胶体粒子科学上的研究外,在催化剂,生物,医学,光,电,磁,热以及高性能机械材料等方面更具有潜力和应用价值。制备核壳结构的纳米粒子,最常见的制备方法是两步反应来完成,一般先以单成分纳米粒子合成法合成所需的核心粒子,再进一步以包覆技术产生纳米壳层。 组成核壳结构的材料种类非常多,其中二氧化硅做壳层是最常见的,因为二氧化硅成型比较容易,厚度可调,而且无毒,所以受到众多研究者的青睐。在本文中,我们以二氧化硅做壳层,不同的材料作核合成了不同类型的核壳纳米颗粒,功能化修饰后进行了进一步的研究和应用,基于这个研究方向,开展了两方面工作: 1.合成了以二氧化硅做壳层的荧光素杂化的核壳纳米颗粒FITC@SiO_2,并对其进行了TEM、UV、荧光和激光共聚焦成像等表征。结果表明,该纳米颗粒稳定性好,荧光强度高,荧光分子以共价形式包裹在二氧化硅网格中,不存在泄漏现象,并且抗光漂白能力强,同时我们将纳米颗粒表面氨基化,可以用于对生物分子的共价标记。 2.设计合成了一个新型的高灵敏度高选择性的检测超氧阴离子(O_2~(·-))的复合纳米探针,将DBZTC(2-氯-1,3-二苯并噻唑啉环己烷)探针组装到了SiO_2@Ag纳米粒子的表层,硅壳层的存在加大了金属银与探针之间的距离,由于金属纳米银的金属增强荧光效应,使得探针的荧光强度增强了3.1倍,检测限可以达到0.73 nM,同时提高了探针的选择性。随后将复合纳米探针用于细胞成像跟细胞毒性试验,证明了探针具有良好的生物相容性。


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