[发明专利]一种提高二维黑磷稳定性和生物相容性的方法及产品与应用

说明书

本发明公开了一种提高二维黑磷稳定性和生物相容性的方法及产品与应用。本发明以3‑氨基丙基三乙氧基硅烷、甲基‑三乙氧基硅烷和二维黑磷为原料，通过硅氧烷水解缩合反应，实现二维黑磷的SiOsubgt;2/subgt;疏水硅壳封装，又使用四乙氧基硅烷为单体继续反应，引入亲水硅壳，得到双层硅壳包覆的黑磷。与其他二维黑磷的钝化方式相比，本发明不使用有机溶剂或其他复杂设备，仅仅通过简单的水解缩合反应完成二维黑磷的钝化过程；本发明使用的双层硅壳包覆能在保护二维黑磷不被氧化降解的同时降低毒性效应。

技术领域

本发明属于纳米材料的毒性效应领域，特别涉及一种提高二维黑磷稳定性和生物相容性的方法及产品与应用。

背景技术

二维黑磷中磷原子通过sp³杂化与相邻磷原子成键，并由于剩余未成键的孤对电子呈现稳定的褶皱蜂窝状结构，层与层之间由于孤对电子产生的范德华作用力(Van derwalls)连接。目前，二维黑磷的制备方法可分为自上而下和自下而上两种。由于目前没有合适的分子前驱体，因此二维黑磷通常采用自上而下的方法从黑磷晶体剥离制得。二维黑磷由于其优异的电子传递能力和独特的理化性质在各个领域都具有良好的应用潜力，但是其易在环境中降解失去独特的结构和性质。涂层封装是一种常见的二维黑磷的钝化方式，其可以有效阻止氧气和水接触黑磷表面，从而提高其稳定性。使用疏水硅壳对二维黑磷进行包覆虽然可以提高其稳定性，但会促使其在水中团聚，使得二维黑磷容易沉积在疏水细胞膜表面，产生细胞毒性。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种提高二维黑磷稳定性和生物相容性的方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述方法得到的产品，该产品为双层硅壳包覆型黑磷，是基于硅氧烷水解缩合反应的包覆技术，在二维黑磷表面分别包覆疏水和亲水双层二氧化硅外壳，不仅可以提高二维黑磷在水中的稳定性，还能降低高浓度二维黑磷的细胞毒性。

本发明的再一目的在于提供上述产品的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种提高二维黑磷稳定性和生物相容性的方法，包括如下步骤：以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、甲基-三乙氧基硅烷(MTEDS)和二维黑磷为原料，通过简单的硅氧烷水解缩合反应，实现二维黑磷的SiO₂疏水硅壳封装，又使用四乙氧基硅烷为单体继续反应，引入亲水硅壳；具体步骤优选如下：

(1)疏水硅壳包裹的二维黑磷的制备：

A、使用无水乙醇和水对二维黑磷进行分散，得到二维黑磷分散液；

B、将二维黑磷分散液的pH值调节为碱性，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，于300～350K搅拌反应，得到溶液A；

C、将溶液A和甲基-三乙氧基硅烷(MTEOS)混合，于300～350K搅拌反应，得到溶液B；

D、将溶液B进行固液分离，得到的固体进行清洗后冷冻干燥，得到疏水硅壳包裹的二维黑磷；

(2)双层硅壳包裹的二维黑磷的制备：

A、使用无水乙醇和水对步骤(1)得到的疏水硅壳包裹的二维黑磷分散，得到溶液C；

B、将溶液C的pH值调节为碱性，加入四乙氧基硅烷，于300～350K搅拌反应，得到溶液D；

C、将溶液D进行固液分离，得到的固体进行清洗后冷冻干燥，得到双层硅壳(内层硅壳疏水，外层硅壳亲水)包裹的二维黑磷。

步骤(1)A中所述的二维黑磷优选为超声剥离得到的二维黑磷；更优选通过如下步骤制备得到的二维黑磷：用研杵和玛瑙研钵将二维黑磷晶体进行研磨；然后将研磨后的黑磷和无氧去离子水混合，超声处理；进行第一次离心，去除固体，得到的上清液进行第二次离心，得到的固体为超声剥离得到的二维黑磷。