一种基于活化炔点击反应的发光纳米粒子及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料合成、食品安全检测和生物医学检验领域，具体涉及一种基于活化炔点击反应的发光纳米粒子及其制备方法。

背景技术

聚集诱导发光（AIE）是指一类溶液中不发光或者发光微弱的分子，而且聚集后发光显著增强的现象，由唐本忠院士课题组首次提出。聚集诱导发光现象克服了传统荧光染料在聚集状态下导致荧光淬灭问题，被誉为荧光领域的“范式转换”。采用聚集诱导发光染料制备荧光探针，不受染料装载量的限制，极大的提高了探针性能。

介孔二氧化硅纳米粒子具有较大的表面积，良好的表面特性和生物相容性等特点，已逐渐成为生物医学检验、药物输送等领域的载体。

目前聚集诱导发光微球的合成方法主要有微乳液法和溶胀法。其中微乳液法（CN109749326B）通过亲水疏水相互作用，组装成四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球。该合成方法简单快速，但难以合成粒径分布窄的荧光微球。溶胀法（CN110982512A）首先将聚苯乙烯模板微球溶胀，然后根据浓度差，将染料装载进模板微球。上述方法虽然合成简单，但均通过弱作用力如静电作用、亲水疏水平衡相互作用装载，不可避免出现染料泄露的问题。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种基于活化炔点击反应的发光纳米粒子及其制备方法，提出了一种通过氨基和活化炔共价结合的方式，装载聚集诱导发光染料。由于介孔二氧化硅纳米粒子具有较大的表面积，因此可以提高表面氨基负载量，从而提高染料装载量。制备出的聚集诱导发光微球具有窄粒径分布和高球形度等特点。

为解决二氧化硅纳米粒子装载聚集诱导发光微球装载量低的问题，本发明提出一种用介孔二氧化硅纳米粒子装载聚集诱导发光染料的方法。介孔二氧化硅纳米粒子表面疏松多孔，且具有较高的表面积，通过使用介孔二氧化硅纳米粒子，可极大提高聚集诱导发光染料的包裹量，有望得到高性能的荧光纳米粒子。在外部包裹单宁酸层，可以增加纳米粒子整体的水溶性和稳定性，并提供官能团便于进一步修饰。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种基于活化炔点击反应的发光纳米粒子制备方法：将介孔二氧化硅纳米粒子表面氨基改性，然后和活化炔修饰的聚集诱导发光染料共价结合，形成稳定的装载聚集诱导发光染料的二氧化硅纳米粒子，最终在纳米粒子表面包裹单宁酸，提高聚集诱导发光纳米粒子的水溶性、稳定性和生物相容性；

具体为：

将催化剂三乙醇胺、有机模板十六烷基三甲基溴化铵和水杨酸钠分步溶解于超纯水中，加入四乙氧基硅烷水解，得到介孔二氧化硅纳米粒子。通过酸萃取法除去介孔二氧化硅纳米粒子中的有机模板，然后用3-氨丙基三乙氧基硅烷表面改性。经过离心清洗后，将氨基化的介孔二氧化硅纳米粒子复溶于乙醇中。随后将活化炔聚集诱导发光染料溶解于二甲基亚砜中、介孔二氧化硅纳米粒子稀释于超纯水中。活化炔染料滴加于含有介孔二氧化硅的乙醇水溶液中，持续超声。用含有十二烷基硫酸钠的水溶液清洗所得产物，离心分离，将装载染料的介孔二氧化硅纳米粒子保存于乙醇水溶液中。随后进行表面官能团修饰，金属离子和单宁酸溶解于超纯水中，将装载染料的介孔二氧化硅纳米粒子溶解于上述试剂中，持续超声。离心分离，将所得产物保存在超纯水中。

具体步骤为：

(1) 将催化剂三乙醇胺滴加于含有超纯水的三颈烧瓶中并搅拌分散；

(2) 将有机模板十六烷基三甲基溴化铵和水杨酸钠分别加入三颈烧瓶中，持续搅拌；

(3) 充分溶解后，向反应体系中加入四乙氧基硅烷，水解后得到介孔二氧化硅纳米粒子；

(4) 将步骤(3)所得介孔二氧化硅纳米粒子用乙醇清洗三次；

(5) 将步骤(4)所得介孔二氧化硅纳米粒子用甲醇和盐酸混合液萃取剩余的有机模板，并重新分散在乙醇中；

(6) 将介孔二氧化硅纳米粒子转移到锥形瓶中，分别加入氨水和3-氨丙基三乙氧基硅烷，持续搅拌，得到改性后的介孔二氧化硅纳米粒子；

(7)将步骤(6)所得的改性后的介孔二氧化硅纳米粒子重新分散在乙醇中；

(8)将聚集诱导发光染料溶解于二甲基亚砜中；

(9)用超纯水稀释步骤(7)所得的介孔二氧化硅纳米粒子；

(10)将步骤(8)所得的聚集诱导发光染料滴加到步骤(9)所述的反应体系中，持续超声；

(11)向步骤(10)所述的反应体系中加入十二烷基硫酸钠的水溶液，并离心分离，去除未反应的聚集诱导发光染料；

(12)将金属离子和单宁酸溶解于超纯水中，并加入步骤(11)所得的装载聚集诱导发光染料的介孔二氧化硅纳米粒子中，持续超声。

(13)离心分离，将所得产物保存在超纯水中。

优选的，步骤(1)所述的三乙醇胺溶于超纯水后的终浓度为1-20 mg/mL。

优选的，步骤(2)所述的十六烷基三甲基溴化铵和水杨酸钠溶于超纯水后的终浓度为1-20 mg/mL。

优选的，步骤(3)所述的四乙氧基硅烷溶于超纯水的终浓度为1-15 %。

优选的，步骤(5)所述的甲醇/盐酸混合溶液的比例为1:1-50:1，萃取时间为6-12小时。

优选的，步骤(6)所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷的比例为1:1-3:1。

优选的，步骤(8)所述的聚集诱导发光染料溶于二甲基亚砜的终浓度为5-50 mg/mL。

优选的，步骤(9)所述的介孔二氧化硅纳米粒子的稀释倍数为0.5-10倍。

优选的，步骤(10)所述的超声条件为功率为50-300瓦、时间为3-15分钟。

优选的，步骤(11)所述的十二烷基硫酸钠水溶液的浓度为1-5 mg/mL。

优选的，步骤(12)所述的金属离子来源于氯化铁、氯氧化锆、氯化铕。

优选的，步骤(12)所述的单宁酸、金属离子和介孔二氧化硅的质量比为10:1:1-80:1:1。

本发明还提供了一种掺杂正电荷聚集诱导发光染料的纳米粒子，它是采用上述制备方法制备得到的介孔二氧化硅发光纳米粒子。

优选的，所述的介孔二氧化硅发光纳米粒子的粒径在100-400nm。

本发明的优点在于：

(1) 通过介孔二氧化硅纳米粒子装载聚集诱导发光染料，极大的提高了染料装载量。

(2) 通过氨基和活化炔的快速反应，无需催化剂即可快速装载聚集诱导发光染料。氨基和活化炔的共价结合极大的提高了染料装载的稳定性，不易泄露。

附图说明

图1是本发明合成的二氧化硅发光纳米粒子的扫描电镜图。

图2是本发明合成二氧化硅发光纳米粒子的原理图。

具体实施方式

实施例1：氨基化介孔二氧化硅纳米粒子的制备

将130 mg的三乙醇胺加入到含有50mL超纯水的三颈烧瓶中，并在80℃下搅拌30分钟，随后将600mg的十六烷基三甲基溴化铵和300mg的水杨酸钠加入上述的反应体系中，并持续搅拌60分钟。然后将4mL的四乙氧基硅烷加入到三颈烧瓶中，水解3小时，生成介孔二氧化硅纳米粒子。将所得产物，使用乙醇清洗3次，去除多余的反应物。随后，使用酸萃取法去除多余的有机模板，将介孔二氧化硅纳米粒子分散在100mL甲醇和6mL浓盐酸的混合体系中，在60℃下快速搅拌6小时，并重复3次。然后进行表面氨基改性，将所得介孔二氧化硅纳米粒子分散在400mL乙醇中，加入6mL的氨水以及2mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷，并在室温下搅拌10小时。随后将所得产物离心清洗2次，保存在乙醇中备用。

实施例2：氨基化介孔二氧化硅纳米粒子装载聚集诱导发光染料

取2mL制备好的氨基化介孔二氧化硅纳米粒子使用超纯水稀释1倍，并将聚集诱导发光染料溶解于二甲基亚砜中，浓度为50mg/mL。将100μL的聚集诱导发光染料溶液滴加于氨基化介孔二氧化硅纳米粒子稀释液中，迅速超声，持续5分钟。随后加入1mL 4 mg/mL的十二烷基硫酸钠溶液，洗去未反应染料。离心分离，用1mg/mL的十二烷基硫酸钠溶液清洗3次。将5mg氯化铁和300mg单宁酸溶解超纯水后加入到所得装载染料的介孔二氧化硅纳米粒子中，迅速超声，持续5分钟。随后离心分离，将所得产物复溶到超纯水中。

本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能限制本发明，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。