fnSiO2@mSiO2核壳粒子的制备及表征

邓玉美，桑红源，涂郑禹，李栋

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

fnSiO2@mSiO2核壳粒子的制备及表征

邓玉美，桑红源，涂郑禹，李栋

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

本文将掺杂有三元荧光共振能量转移染料对的SiO2纳米核引入介孔SiO2球形粒子中，形成在单一波长激发下能产生多色荧光发射的核壳结构。产物通过TEM、XRD、BET等方法进行了表征。结果表明：成功制备得到以荧光纳米粒子为核，介孔SiO2为壳层的核壳粒子（fnSiO2@mSiO2），介孔孔径为2.5nm。

荧光共振能量转移；核壳粒子；Stober法

近年来，具有荧光性能的介孔SiO2材料在药物负载以及靶向药物传输领域受到科学家们的广泛关注和研究[1-4]，但是合成形貌均一、粒径较小、高度分散并且荧光性能良好的介孔SiO2纳米材料仍然是一个很大的挑战[5，6]。同时，随着各种疾病的复杂化和多样化，对多元靶向药物传输体系的需求也日益增长。所以开发一种高灵敏的、应用在多元靶向药物运输中的纳米粒子变得越来越重要。

本文以异硫氰酸乙荧光素（FITC）、异硫氰酸罗丹明B（RBITC）和罗丹明琥珀酰亚胺酯（R101-SE）作为掺杂的染料，通过硅烷偶联剂（APTS）与正硅酸乙酯（TEOS）的共缩聚将染料分子掺杂到了fnSiO2粒子中；采用改进的Stober法，将得到的荧光纳米核加入到NH3·H2O、乙醇体系中，加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、正硅酸乙酯（TEOS），在荧光纳米粒子表面包覆一层介孔层，合成了一种由三元FRET染料掺杂的纳米粒子为核，介孔SiO2为壳的多色荧光介孔SiO2核壳纳米粒子（fnSiO2@mSiO2）。该核壳纳米粒子将介孔SiO2特性和多元荧光标记相结合，内核赋予该纳米复合材料多彩的荧光信号，外壳则给药物分子提供无阻碍的通道；此外，介孔SiO2外壳还对荧光核起到保护作用，能防止染料大分子的滤出以及减少由于他们的光降解而导致的荧光减弱，使得粒子具有强的荧光信号，有助于提高靶向运输检测时的灵敏度。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

表1 实验仪器Tab.1Experimental instrument

表2 实验试剂Tab.2Experimental reagents

1.2 实验方法

由于3种染料的掺杂方法大体相同，因此，本文以FITC的掺杂为例来说明实验方法。

1.2.1 FITC-APTS复合物制备取单口小烧瓶，加入0.136mLAPTS，105mgFITC，2mL无水乙醇，N2保护下避光反应12h（防止水汽进入对后续反应产生不良影响）。

1.2.2 fnSiO2的制备取1mLFITC-APTS复合物，加入16.75mL无水乙醇、1.28mL NH3·H2O，混合均匀，室温下避光搅拌反应24h，加入0.71mLTEOS,抽滤，再避光搅拌反应24h，抽滤，乙醇和去离子水多次洗涤。红外烘箱中避光干燥得产品fnSiO2。

1.2.3 fnSiO2@mSiO2核壳粒子的制备称取0.1g fnSiO2,加入500mL三口烧瓶中，加搅拌棒，加200mL无水乙醇，超声30min，加入1.0gCTAB、24mL NH3·H2O，搅拌20min，加入0.71mLTEOS，室温反应16h，抽滤或离心分离，乙醇洗涤2次，去离子水洗涤2次。

1.2.4 萃取除模板剂步骤3中样品加入到三口烧瓶中，加入酸性乙醇溶液，室温下搅拌反应一定时间，离心分离，水洗多次，红外烘箱中避光干燥得最后产品。

其他染料掺杂的方法相同，多种染料共掺杂时染料总的摩尔量不变，调节染料之间的比例即可。

本实验共制备了9种不同掺杂比例的多色荧光纳米核-壳粒子，分别为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衍射仪上进行，TEM在2000FX透射电镜上进行，N2等温吸附曲线是在ASAP 2010上测定的，并且根据BJH法计算了介孔材料的孔径分布，红外表征在德国BRUKER公司的傅里叶红外光谱仪上进行。

2 结果与讨论

2.1 透射电镜观察

图1和图2为样品的透射电镜照片。

图1致密SiO2荧光核（fnSiO2）的TEM图Fig.1TEM of fnSiO2

图1 为致密SiO2荧光核的TEM图，从图1上可以看出，粒子粒径约为80nm，分散型好，形貌均一。

图2核-壳纳米粒子（fnSiO2@m SiO2）的TEM图Fig.2TEM of fnSiO2@mSiO2

图2 为核-壳纳米粒子的TEM图，表明SiO2形成的壳层厚度在35nm左右，粒子粒径约为150nm，粒径均一，形貌良好。而壳层的厚度还可以通过改变TEOS的浓度来实现调整。

2.2 红外表征

由于粒子中含有有机染料分子，不能通过煅烧除去模板剂CTAB，因此，采用的酸性乙醇溶液萃取除模板剂。通过红外光谱对萃取结果进行考察，见图3。

图3CTAB萃取前（红）后（黑）红外图谱Fig.3IR of CTAB before and after extraction

从图3可以看出，通过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，说明模板剂CTAB已经萃取完全。

2.3 小角XRD表征

图4为多色荧光核-壳纳米粒子的小角XRD图谱。

图4 多色荧光核-壳纳米粒子的小角XRD图谱Fig.4XRD of multi-fluorescence-core-shell nanospheres

由图4可见，样品在小角范围内出峰，说明了核壳粒子具有介孔结构，成功实现了介孔壳层的包覆。

2.4 N2等温吸附曲线表征

图5为样品的N2吸附脱附曲线（BET）及BHJ孔径分布图。

图5N2吸附脱附曲线（BET）及BJH孔径分布图（内部）Fig.5N2BET and pore-size distribution

图5 可以看出，N2吸附脱附曲线显示出了典型的IV型吸附脱附曲线，进一步说明了样品中介孔的存在。从BJH孔径分布图上可以看出，孔径约为2.5nm。同时，由BET数据得到：样品的比表面积为378 m2·g-1及介孔孔容为0.249cm3·g-1。

2.5 染料掺杂量计算

由于多种染料掺杂的粒子计算较为复杂，因此，选择FITC掺杂的粒子的制备过程进行计算。

具体方法为：（1）配置一系列浓度的FITC染料的水溶液，测定紫外-可见吸收光谱，作最大吸光度-浓度的标准曲线（图6）；（2）制备FITC-fnSiO2核的过程中，对滤液进行收集并进行紫外可见吸收光谱测试，得到溶液在490nm处的最大吸收峰强，参照FITC的浓度-吸光度标准曲线进行计算。

图6FITC紫外可见吸收标准曲线Fig.6Standard curve of UV-Vis absorption spectroscopy

经过计算得到：FITC的掺杂量为：67.6%，约2.77mgFITC/gfnSiO2@mSiO2核壳粒子。

3 结论

本文报道了以介孔材料负载FRET染料对，摸索出了新的可行的合成路线，成功制备得到了形貌均一、分散性好的染料掺杂的fnSiO2@m SiO2核壳纳米粒子，在多元生物体系的检测和荧光标记领域将具有很好的应用前景。

［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

邓玉美（1979-），女，讲师，工程师，2011毕业于天津大学化学工程专业，硕士，目前主要从事精细化学品产品合成和开发工作。