[发明专利]二氧化硅介孔纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无机材料技术领域的制备方法，特别是一种二氧化硅介孔纤维的制备方法。

背景技术

无机多孔材料具有大的比表面积和孔体积、可调的孔结构、可调的孔径、可以修饰的表面性质以及可以控制的相貌等等，因而在分离、催化、传感以及作为合成其他材料的模板等各个领域都有非常大的应用潜力。无机多孔材料包括：微孔材料、介孔材料、大孔材料以及多级孔材料。在制备无机孔材料时，采用有机模板法以得到多种多样的无机纳米结构，因而得到人们的广泛关注。Mann，S等在《Chemistry of Materials》(材料化学)1997年第9期2300-2310页发表了题为《Sol-Gel Synthesis of Organized Matter》(溶胶-凝胶法合成有组织的材料)一文，文中提出了复制有机模板得到无机结构的思想和一些合成实例。Shinkai，S等人大大发展了有机模板法，在van Bommel，K.J.C.等在《AngewandteChemie International Edition》(德国应用化学)2003年42期980-999页发表的题为《Organic Templates for the Generation of Inorganic Materials》(合成无机材料的有机模板)一文中做了详细的阐述。以生物分子作为模板合成无机孔材料，既可以利用其独特而多样的有序结构(包括手性)，又可以得到多种生物-无机杂化材料，在生命科学领域具有非常大的应用潜力。而DNA作为生命过程的核心分子，更广受关注。但由于在维持DNA天然构象的pH条件下，骨架磷酸基带负电，而合成介孔二氧化硅过程中的有机硅烷水解物在此pH下也带负电，二者无法直接发生相互作用，因此关于这方面的工作很少。

经对现有技术的文献检索发现，Numata，M等人在《Angewandte ChemieInternational Edition》(德国应用化学)2004年43期3279-3283页发表了题为《Sol-Gel Reaction Using DNA as a Template：An Attempt TowardTranscription of DNA into Inorganic Materials》(以DNA为模板的溶胶-凝胶反应：将DNA复制为无机材料的一次尝试)一文，文中提及，利用一个“接头”分子将DNA表面转变为正电荷，在有机相中得到了棒状二氧化硅。但是该方法繁琐，且无法很好的拷贝DNA的手性结构，更无法保留对DNA基团手性排列的拷贝；Che，S等在《Nature Materials》(自然：材料科学)2003年第2卷801-805页发表的题为《A novel anionic surfactant templating route forsynthesizing mesoporous silica with unique structure》(一种新型的阴离子表面活性剂模板法合成具有独特结构的介孔二氧化硅)一文，文中评述，利用助结构导向法合成了阴离子表面活性剂介孔二氧化硅材料，将助结构导向法用于以DNA为模板合成介孔二氧化硅材料中，不仅操作简单，很好的复制了DNA的双螺旋外形，同时可以保留对DNA螺旋的磷酸基团排列的拷贝，得到新型的手性介孔二氧化硅材料，在手性催化、拆分、以及生物领域有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种二氧化硅介孔纤维的制备方法。本发明的方法可制备出具有手性结构的二氧化硅介孔材料，具有纤维状外形，直径20nm～50nm，长度数百纳米至数微米，具有可随酸碱度调变的孔道结构，实现了DNA的手性结构的拷贝。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

①将DNA加入离子交换水中，搅拌，使DNA完全溶解，加入酸/碱，调节pH在3.0～12.0；

②在保持搅拌条件下，加入带胺基或季铵盐的碱性硅烷和有机硅烷，持续搅拌5～30分钟，在0℃～60℃静置反应3～9天，离心，得到沉淀，用离子交换水洗涤，真空干燥，得到二氧化硅介孔材料；

其中DNA∶离子交换水∶酸/碱∶带胺基或季铵盐的碱性硅烷∶有机硅烷的摩尔比为1∶5000～20000∶x(酸∶x＝0.01～0.5；碱∶x＝0.05～5)∶0.75～3∶10～40。

所述酸为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢溴酸、高氯酸或有机酸中的一种。

所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、甲胺或乙胺中的一种。

所述带胺基或季胺盐的碱性硅烷，其结构式如下式所示：