二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷在制備水溶性硅量子點中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷在制備水溶性硅量子點中的應(yīng)用。本發(fā)明將新型硅烷分子二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷應(yīng)用于硅量子點的制備中，制得的硅量子點具有合成簡單、穩(wěn)定性好、純凈度高、有pH響應(yīng)、可表面化學(xué)修飾、細(xì)胞毒性低、以及可制備功能性自組裝材料等優(yōu)點。
【專利說明】二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷在制備水溶性硅量子點中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷在制備水溶性高亮度熒光硅量子點中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]硅量子點與碳點一樣，是一種重要的零維納米材料，尺寸一般在5nm以下。目前采用一步法直接制備水溶性硅量子點的方法主要有兩種，即“水熱合成法”和“微波合成法”?！八疅岷铣煞ā焙臅r長(需要在160°C反應(yīng)12h)、制備效率低、顆粒分散性差(Zhang，J.and Yu, S.H.Nanoscale, 2014，6，4096 - 4101)微波合成法”合成快速(反應(yīng)僅需幾分鐘至十幾分鐘)、可大規(guī)模制備、顆粒呈分散性好(Lee, S.T.and He, Y.et al., J.Am.Chem.Soc.2013, 135，8350 - 8356)。與碳點相比，采用如上兩種簡便方法制備得到硅量子點具有更好的水溶性，且由于硅量子點表面具有氨基，因此可以直接進(jìn)行表面功能化修飾，大大拓展了硅量子點在生物成像、藥物傳遞、生物和環(huán)境監(jiān)測等方面的應(yīng)用。目前由一步法直接合成的水溶性硅量子點均是以“3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(簡稱APTMS) ”硅烷為原料制備得到的，其量子產(chǎn)率在20%左右。 [0003]本發(fā)明采用一種新型的硅烷分子，即二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(簡稱AEEA)，利用“微波合成法”一步直接合成了一種新型水溶性硅量子點。其量子產(chǎn)率與pH有關(guān)，在中性pH附近，其量子產(chǎn)率最高，在5%左右。盡管其量子產(chǎn)率低于由APTMS制得的硅量子點，但該新型的基于AEEA的硅量子點材料具有基于APTMS制得的硅量子點不具備的特點和優(yōu)勢。主要包括:(I)PH響應(yīng)性:新型AEEA硅量子點在中性條件下量子產(chǎn)率最高，酸性和堿性條件下均會導(dǎo)致熒光量子產(chǎn)率降低，這個特性可以用于溶液PH檢測以及活體或細(xì)胞的酸堿指示等；(2)抗重金屬離子造成的熒光淬滅:基于APTMS的硅量子點在5 μ M的汞離子(Hg2+)存在下其熒光幾乎被完全猝滅，而基于AEEA的新型硅量子點卻在500 μ M的Hg2+濃度下其熒光強(qiáng)度猝滅不到一半。另外，AEEA硅量子點的熒光強(qiáng)度猝滅與重金屬的濃度也呈線性。因此，AEEA硅量子點不但可以在一些包含重金屬離子的溶液體系中使用，而且可以用于重金屬離子的檢測。(3)可以用于制備功能性自組裝納米材料:我們發(fā)現(xiàn)，AEEA硅量子點可以與帶相反電荷的高分子(如“聚乙二醇-聚谷氨酸鈉共聚物”)通過靜電相互作用制備得到大小均一(50-60nm左右)、穩(wěn)定性好、抗蛋白吸附、發(fā)熒光的球形納米顆粒，而APTMS硅量子點則不能。該特性是與AEEA分子中三個氨基有關(guān)的。這個特性賦予了 AEEA硅量子點在制備新型載藥體系、新型生化檢測體系、新型細(xì)胞及活體成像體系等方面的應(yīng)用潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了提高微波法制備的硅量子點的熒光強(qiáng)度，本發(fā)明的目的提供二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷在制備水溶性高亮度熒光硅量子點中的應(yīng)用。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明提供了二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷在制備水溶性硅量子點中的應(yīng)用。
[0006]其中，二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷的英文名稱3-[2-(2_Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane,簡稱為 AEEA, CAS 號:35141-30-1,其結(jié)構(gòu)式如下:
[0007](CH3O) 3Si (CH2) 3NHCH2CH2NHCH2CH2NH2。
[0008]所述應(yīng)用，包括以下步驟:
[0009](I)向檸檬酸鈉水溶液中通入氮?dú)?-10min，除去檸檬酸鈉水溶液中的氧氣；
[0010](2)在檸檬酸鈉水溶液中加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，在密閉狀態(tài)下攪拌5min以上,形成娃量子點前體溶液；
[0011](3)在微波反應(yīng)器中以150-170°c反應(yīng)3_15min，形成硅量子點溶液；
[0012](4)用透析袋透析硅量子點溶液，即得純凈的硅量子點溶液。
[0013]其中，所述檸檬酸鈉溶液中檸檬酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-6%,優(yōu)選4.65% ;所述二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷與檸檬酸鈉水溶液的質(zhì)量比為(10-30):80，優(yōu)選20:80。
[0014]其中，所述透析袋為分子量為1000的透析袋，透析總時間需小于24小時，透析次數(shù)4-6次為宜。
[0015]有益效果:本發(fā)明將新型硅烷分子二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷應(yīng)用于硅量子點的制備中，制得的硅量子點具有純凈度高、穩(wěn)定性好、水溶性好、有PH響應(yīng)、可表面化學(xué)修飾、細(xì)胞毒性低、量子產(chǎn)率高以及合成簡單等優(yōu)點。
[0016]具體而言，本發(fā)明方法制得的硅量子點相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下突出的優(yōu)勢:
[0017](I)有pH響應(yīng):基于此特性，該硅量子點可以用于pH檢測、細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的檢測等；
[0018](2)細(xì)胞毒性低:該硅量子點在lmg/mL濃度下對正常細(xì)胞和癌細(xì)胞均無明顯毒性；
[0019](3)抗重金屬離子造成的熒光淬滅:該硅量子點在500μ M的Hg2+濃度下其熒光強(qiáng)度猝滅不到一半，因此可在一些包含重金屬離子的溶液體系中使用。
[0020](4)制備功能性自組裝納米材料:該硅量子點可以與帶相反電荷的高分子(如“聚乙二醇-聚谷氨酸鈉共聚物”)通過靜電相互作用制備得到大小均一(50-60nm左右)、穩(wěn)定性好、抗蛋白吸附、發(fā)熒光的球形納米顆粒。這個特性賦予了 AEEA硅量子點在制備新型載藥體系、新型生化檢測體系、新型細(xì)胞及活體成像體系等方面的應(yīng)用潛力。
[0021]該AEEA硅量子點具有廣泛的用途:(I)生化檢測和環(huán)境檢測；(2)細(xì)胞成像、組織成像；(3)共價接枝藥物分子、用作藥物載體；(4)溶液pH檢測、活體酸堿度檢測；(5)作為自組裝基元，制備功能性復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明制得的硅量子點的透射電子顯微鏡(TEM)圖；
[0023]圖2為本發(fā)明制得的硅量子點的高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)圖；
[0024]圖3為本發(fā)明制得的硅量子點的紫外-可見吸收光譜圖；
[0025]圖4為本發(fā)明制得的硅量子點在350nm激發(fā)光下的熒光發(fā)射光譜圖和在443nm發(fā)射光下的熒光激發(fā)光譜圖；
[0026]圖5為本發(fā)明制得的硅量子點溶液(pH = 7.4，lmg/mL)用365nm的紫外光激發(fā)的照片；[0027]圖6為本發(fā)明制得的硅量子點的pH-熒光關(guān)系圖；
[0028]圖7為本發(fā)明制得的硅量子點對正常肺細(xì)胞(ATII)以及肺癌細(xì)胞(A549)的毒性；
[0029]圖8為本發(fā)明制得的硅量子點的熒光強(qiáng)度與溶液中汞離子濃度的關(guān)系圖；
[0030]圖9為本發(fā)明制得的硅量子點在實施例6的實驗中制得的納米復(fù)合材料的透射電子顯微鏡(TEM)圖。
【具體實施方式】
[0031]實施例1
[0032]水溶性熒光硅量子點的制備，包括以下步驟:
[0033](I)向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.65%檸檬酸鈉溶液中通入氮?dú)?min，除去溶液中的氧氣；
[0034](2)在攪拌中加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，并在密閉狀態(tài)下攪拌lOmin，形成硅量子點前 體溶液；二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷與檸檬酸鈉水溶液的質(zhì)量比為20:80 ；
[0035](3)在微波反應(yīng)器中以160°C反應(yīng)15min,形成娃量子點溶液；
[0036](4)用分子量為1000的透析袋透析硅量子點溶液，即得純凈的硅量子點溶液。
[0037]測定其熒光強(qiáng)度:用HCl和NaOH將硅量子點溶液的pH值調(diào)節(jié)到2~10，測定同一濃度下的熒光強(qiáng)度數(shù)值。結(jié)果見圖7。
[0038]實施例2
[0039]水溶性高亮度熒光硅量子點的制備，包括以下步驟:
[0040](I)向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%檸檬酸鈉溶液中通入氮?dú)鈒Omin，除去溶液中的氧氣；
[0041](2)在攪拌中加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，并在密閉狀態(tài)下攪拌lOmin，形成硅量子點前體溶液；二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷與檸檬酸鈉水溶液的質(zhì)量比為10:80 ；
[0042](3)在微波反應(yīng)器中以150°C反應(yīng)10min,形成娃量子點溶液；
[0043](4)用分子量為1000的透析袋透析硅量子點溶液，即得純凈的硅量子點溶液。
[0044]其熒光強(qiáng)度與實施例1基本一致。
[0045]實施例3
[0046]水溶性高亮度熒光硅量子點的制備，包括以下步驟:
[0047](I)向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%檸檬酸鈉溶液中通入氮?dú)?min，除去溶液中的氧氣；
[0048](2)在攪拌中加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，并在密閉狀態(tài)下攪拌5min，形成硅量子點前體溶液；二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷與檸檬酸鈉水溶液的質(zhì)量比為30:80 ；
[0049](3)在微波反應(yīng)器中以170°C反應(yīng)3min,形成娃量子點溶液；
[0050](4)用分子量為1000的透析袋透析硅量子點溶液，即得純凈的硅量子點溶液。
[0051]其熒光強(qiáng)度與實施例1基本一致。
[0052]實施例4
[0053]測試實施例1的硅量子點的細(xì)胞毒性，方法如下:
[0054]選擇正常肺細(xì)胞(ATII)和肺癌細(xì)胞(A549)，利用酶標(biāo)儀采用MTT檢測法分別測定濃度為O，10，30，100, 300, 600, 1000 μ g/mL的硅量子點對兩種細(xì)胞的毒性(硅量子點加入細(xì)胞24小時之后測定)，結(jié)果見圖7。實驗結(jié)果表明硅量子點對細(xì)胞無毒性。
[0055]實施例5
[0056]為證明硅量子點在汞離子檢測中的應(yīng)用，并評價汞離子對熒光的淬滅情況開展如下實驗:
[0057]將實施例1的娃量子點用0.1M pH = 7.4的磷酸緩沖液稀釋，并加入不同量的Hg2+，得到一組硅量子點濃度相同，pH均為7.4，汞離子濃度分別為0，0.1,1,5,25,50，100，250，500 μ g/mL0實驗結(jié)果表明，隨著汞離子濃度的增大，硅量子點的熒光強(qiáng)度顯著降低，見圖8。
[0058]實施例6
[0059]為證明硅量子點在制備功能性納米復(fù)合材料中的應(yīng)用，開展如下實驗:[0060]10mg/mL的AEEA硅量子點與lmg/mL的mPEG5K-b_PLE200 (分子量為5K的聚乙二醇與聚合度為200的聚谷氨酸鈉的共聚物)等體積混合，混合均勻后，15000rpm30min離心清洗兩次后，再加入超純水后，超聲混勻。取IOuL滴加于電鏡銅網(wǎng)晾干,滴加10μ Ll%乙酸雙氧鈾染色1.5min，其透射電子顯微鏡結(jié)果見圖9。
【權(quán)利要求】
1.二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷在制備水溶性硅量子點中的應(yīng)用。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:包括以下步驟: (1)向檸檬酸鈉水溶液中通入氮?dú)?-10min,除去檸檬酸鈉水溶液中的氧氣； (2)在檸檬酸鈉水溶液中加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，在密閉狀態(tài)下攪拌5min以上,形成娃量子點前體溶液； (3)在微波反應(yīng)器中以150-170°C反應(yīng)3-15min，形成硅量子點溶液； (4)用透析袋透析硅量子點溶液，即得純凈的硅量子點溶液。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于:所述檸檬酸鈉溶液中檸檬酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-6%，優(yōu)選4.65%;所述二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷與檸檬酸鈉水溶液的質(zhì)量比為(10-30):80，優(yōu)選 20:80o
4.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于:所述透析袋為分子量為1000的透析袋，透析總時間需小于24小 時，透析次數(shù)4-6次為宜。
【文檔編號】C01B33/021GK104016348SQ201410186573
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】吳富根, 開思琪, 張曉東, 王宏銀, 陳戰(zhàn) 申請人:東南大學(xué)