fnSiO2@mSiO2核殼粒子的制備及表征

鄧玉美，桑紅源，涂鄭禹，李棟

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

fnSiO2@mSiO2核殼粒子的制備及表征

鄧玉美，桑紅源，涂鄭禹，李棟

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

本文將摻雜有三元熒光共振能量轉(zhuǎn)移染料對(duì)的SiO2納米核引入介孔SiO2球形粒子中，形成在單一波長(zhǎng)激發(fā)下能產(chǎn)生多色熒光發(fā)射的核殼結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物通過TEM、XRD、BET等方法進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：成功制備得到以熒光納米粒子為核，介孔SiO2為殼層的核殼粒子（fnSiO2@mSiO2），介孔孔徑為2.5nm。

熒光共振能量轉(zhuǎn)移；核殼粒子；Stober法

近年來，具有熒光性能的介孔SiO2材料在藥物負(fù)載以及靶向藥物傳輸領(lǐng)域受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注和研究[1-4]，但是合成形貌均一、粒徑較小、高度分散并且熒光性能良好的介孔SiO2納米材料仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)[5，6]。同時(shí)，隨著各種疾病的復(fù)雜化和多樣化，對(duì)多元靶向藥物傳輸體系的需求也日益增長(zhǎng)。所以開發(fā)一種高靈敏的、應(yīng)用在多元靶向藥物運(yùn)輸中的納米粒子變得越來越重要。

本文以異硫氰酸乙熒光素（FITC）、異硫氰酸羅丹明B（RBITC）和羅丹明琥珀酰亞胺酯（R101-SE）作為摻雜的染料，通過硅烷偶聯(lián)劑（APTS）與正硅酸乙酯（TEOS）的共縮聚將染料分子摻雜到了fnSiO2粒子中；采用改進(jìn)的Stober法，將得到的熒光納米核加入到NH3·H2O、乙醇體系中，加入十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、正硅酸乙酯（TEOS），在熒光納米粒子表面包覆一層介孔層，合成了一種由三元FRET染料摻雜的納米粒子為核，介孔SiO2為殼的多色熒光介孔SiO2核殼納米粒子（fnSiO2@mSiO2）。該核殼納米粒子將介孔SiO2特性和多元熒光標(biāo)記相結(jié)合，內(nèi)核賦予該納米復(fù)合材料多彩的熒光信號(hào)，外殼則給藥物分子提供無阻礙的通道；此外，介孔SiO2外殼還對(duì)熒光核起到保護(hù)作用，能防止染料大分子的濾出以及減少由于他們的光降解而導(dǎo)致的熒光減弱，使得粒子具有強(qiáng)的熒光信號(hào)，有助于提高靶向運(yùn)輸檢測(cè)時(shí)的靈敏度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

表1 實(shí)驗(yàn)儀器Tab.1Experimental instrument

表2 實(shí)驗(yàn)試劑Tab.2Experimental reagents

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

由于3種染料的摻雜方法大體相同，因此，本文以FITC的摻雜為例來說明實(shí)驗(yàn)方法。

1.2.1 FITC-APTS復(fù)合物制備取單口小燒瓶，加入0.136mLAPTS，105mgFITC，2mL無水乙醇，N2保護(hù)下避光反應(yīng)12h（防止水汽進(jìn)入對(duì)后續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生不良影響）。

1.2.2 fnSiO2的制備取1mLFITC-APTS復(fù)合物，加入16.75mL無水乙醇、1.28mL NH3·H2O，混合均勻，室溫下避光攪拌反應(yīng)24h，加入0.71mLTEOS,抽濾，再避光攪拌反應(yīng)24h，抽濾，乙醇和去離子水多次洗滌。紅外烘箱中避光干燥得產(chǎn)品fnSiO2。

1.2.3 fnSiO2@mSiO2核殼粒子的制備稱取0.1g fnSiO2,加入500mL三口燒瓶中，加攪拌棒，加200mL無水乙醇，超聲30min，加入1.0gCTAB、24mL NH3·H2O，攪拌20min，加入0.71mLTEOS，室溫反應(yīng)16h，抽濾或離心分離，乙醇洗滌2次，去離子水洗滌2次。

1.2.4 萃取除模板劑步驟3中樣品加入到三口燒瓶中，加入酸性乙醇溶液，室溫下攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，離心分離，水洗多次，紅外烘箱中避光干燥得最后產(chǎn)品。

其他染料摻雜的方法相同，多種染料共摻雜時(shí)染料總的摩爾量不變，調(diào)節(jié)染料之間的比例即可。

本實(shí)驗(yàn)共制備了9種不同摻雜比例的多色熒光納米核-殼粒子，分別為FITC∶RBIRC∶R101-SE=0∶0∶1、0∶1∶0、0∶1∶1、0∶2:1、0∶3∶1、1∶0∶0、1∶0∶1、1∶1∶0、1∶1∶1。

1.3 表征

XRD在Rigaku D/MAX-2550衍射儀上進(jìn)行，TEM在2000FX透射電鏡上進(jìn)行，N2等溫吸附曲線是在ASAP 2010上測(cè)定的，并且根據(jù)BJH法計(jì)算了介孔材料的孔徑分布，紅外表征在德國(guó)BRUKER公司的傅里葉紅外光譜儀上進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 透射電鏡觀察

圖1和圖2為樣品的透射電鏡照片。

圖1致密SiO2熒光核（fnSiO2）的TEM圖Fig.1TEM of fnSiO2

圖1 為致密SiO2熒光核的TEM圖，從圖1上可以看出，粒子粒徑約為80nm，分散型好，形貌均一。

圖2核-殼納米粒子（fnSiO2@m SiO2）的TEM圖Fig.2TEM of fnSiO2@mSiO2

圖2 為核-殼納米粒子的TEM圖，表明SiO2形成的殼層厚度在35nm左右，粒子粒徑約為150nm，粒徑均一，形貌良好。而殼層的厚度還可以通過改變TEOS的濃度來實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

2.2 紅外表征

由于粒子中含有有機(jī)染料分子，不能通過煅燒除去模板劑CTAB，因此，采用的酸性乙醇溶液萃取除模板劑。通過紅外光譜對(duì)萃取結(jié)果進(jìn)行考察，見圖3。

圖3CTAB萃取前（紅）后（黑）紅外圖譜Fig.3IR of CTAB before and after extraction

從圖3可以看出，通過酸性乙醇溶液萃取后，2800～3000cm-1的烷基峰和1500cm-1的N-H峰都消失了，說明模板劑CTAB已經(jīng)萃取完全。

2.3 小角XRD表征

圖4為多色熒光核-殼納米粒子的小角XRD圖譜。

圖4 多色熒光核-殼納米粒子的小角XRD圖譜Fig.4XRD of multi-fluorescence-core-shell nanospheres

由圖4可見，樣品在小角范圍內(nèi)出峰，說明了核殼粒子具有介孔結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了介孔殼層的包覆。

2.4 N2等溫吸附曲線表征

圖5為樣品的N2吸附脫附曲線（BET）及BHJ孔徑分布圖。

圖5N2吸附脫附曲線（BET）及BJH孔徑分布圖（內(nèi)部）Fig.5N2BET and pore-size distribution

圖5 可以看出，N2吸附脫附曲線顯示出了典型的IV型吸附脫附曲線，進(jìn)一步說明了樣品中介孔的存在。從BJH孔徑分布圖上可以看出，孔徑約為2.5nm。同時(shí)，由BET數(shù)據(jù)得到：樣品的比表面積為378 m2·g-1及介孔孔容為0.249cm3·g-1。

2.5 染料摻雜量計(jì)算

由于多種染料摻雜的粒子計(jì)算較為復(fù)雜，因此，選擇FITC摻雜的粒子的制備過程進(jìn)行計(jì)算。

具體方法為：（1）配置一系列濃度的FITC染料的水溶液，測(cè)定紫外-可見吸收光譜，作最大吸光度-濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖6）；（2）制備FITC-fnSiO2核的過程中，對(duì)濾液進(jìn)行收集并進(jìn)行紫外可見吸收光譜測(cè)試，得到溶液在490nm處的最大吸收峰強(qiáng)，參照FITC的濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算。

圖6FITC紫外可見吸收標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.6Standard curve of UV-Vis absorption spectroscopy

經(jīng)過計(jì)算得到：FITC的摻雜量為：67.6%，約2.77mgFITC/gfnSiO2@mSiO2核殼粒子。

3 結(jié)論

本文報(bào)道了以介孔材料負(fù)載FRET染料對(duì)，摸索出了新的可行的合成路線，成功制備得到了形貌均一、分散性好的染料摻雜的fnSiO2@m SiO2核殼納米粒子，在多元生物體系的檢測(cè)和熒光標(biāo)記領(lǐng)域?qū)⒕哂泻芎玫膽?yīng)用前景。

［1］J.Lu,M.Liong,S.Sherman,T.Xia,M.Kovochich,A.E.Nel,J.I. Zink and F.Tamanoi,Nanobiotechnology,2007,（3）：89.

［2］J.Lu,M.Liong,J.I.Zink and F.Tamanoi,Small,2007,（3）：1341.

［3］A.Stein,B.J.Melde and R.C.Schroden,Adv.Mater.,2000,（12）：1403.

［4］P.N.Minoofar,R.Hernandez,S.Chia,B.Dunn,J.I.Zink and A. -C.Franville,J.Am.Chem.Soc.,2002,124：14388.

［5］Y.Zhu,J.Shi,W.Shen,X.Dong,J.Feng,M.Ruan,Y.Li,Angew. Chem.Int.Ed.2005,44：5083.

［6］P.Horcajada,A.Ramila,J.P.Pariente,M.Vallet-Regi,Micropor. Mesopor.Mater.2004,68：105.

Synthesis and characterization of fnSiO2@mSiO2core-shell nanospheres

DENG Yu-mei，SANG Hong-yuan，TU Zheng-yu，LI Dong
（Tianjin Bohai Vocational Technologic Collage，Tianjin 300221，China）

This thesis is intended to lead silica nano-core doped with triple fluorescence resonance energy transfer dyes into mesoporous silica particles,and form a novel kind of core-shell mesoporous nanosphere which can engender multi-fluorescence with a single excitation wavelength.The structure was characterized by TEM, XRD and BET.The results showed that:core-shell nanospheres（fnSiO2@m SiO2）was prepared successfully，mesoporous size of the particles was 2.5nm.

fluorescence resonance energy transfer；core-shell nanospheres；Stober method

book=2012,ebook=66

O613

A

1002-1124（2012）06-0014-03

2012-04-19

鄧玉美（1979-），女，講師，工程師，2011畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，碩士，目前主要從事精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)品合成和開發(fā)工作。