[发明专利]一种荧光硅纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体地涉及一种采用微波辐射制备荧光硅纳米颗粒的方法。

背景技术

功能硅纳米材料由于其独特的光学/电学/机械性质、表面可修饰性和良好的生物相容性，日益得到科学家的广泛关注（Nature2000,408,440-444;Science2002,296,1293-1297;Science2003,299,1874-1877;Science2006,313,1100-1104.）。特别值得关注的是，作为具有代表性的零维硅纳米材料---荧光硅纳米颗粒，因为其有很好的生物相容性和低毒性，有望在生物学和生物医学上得到广泛应用（Science 2005,307,538-544;Chem.Soc.Rev.2010,39,4234-4243;Nano Today2010,5,282-295.）。然而绝大部分荧光硅纳米颗粒表面为疏水性基团，导致其水分散性差，不能满足生物应用的要求。在过去的几年里，科学家们发展了不同的方法，采用亲水性基团（如亲水性小分子、聚合物和微束）对疏水性硅纳米颗粒表面进行修饰，从而改善其水分散性（Nano Lett.2004,4,1463-1467;Angew.Chem.,Int.Ed.2005,44,4550-4554;ACS Nano2008,2,873-878;J.Am.Chem.Soc.2009,131,4434-4438;Angew.Chem.Int.Ed.2009,121,134-138）。然而，尽管这些方法可以很大程度上增强硅纳米颗粒的水分散性，但过程较为复杂（如：首先需要制备得到疏水性的硅纳米颗粒，然后再用亲水性基团对其进行修饰），而且修饰过程中容易破坏硅纳米颗粒表面，影响其物理/化学性质（丙烯酸/烯丙胺修饰的硅纳米颗粒pH稳定性不好；聚合物/微束修饰的硅纳米颗粒尺寸过大（60-300nm））（Angew.Chem.Int.Ed.2009,121,134-138;Nano Today2010,5,282-295;ACS Nano2011,5,413-423）。这在很大程度上限制了基于硅纳米颗粒生物应用的发展。因此，如何采用更为简便的方法，无需额外的表面修饰步骤，直接制备得到具有良好水分散性的荧光硅纳米颗粒，已成为一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对上面所述的问题，提供一种操作安全、快速简便的微波辐射制备荧光硅量子点的方法，首次在水相中直接制备得到具有优良荧光性质、良好水分散性和优异光/化学稳定性的荧光硅纳米颗粒。

根据本发明的的目的提出的一种荧光硅纳米颗粒的制备方法，包括步骤：

1）氟化氢辅助刻蚀方法制备硅纳米线：首先清洗硅晶片得到干净的硅晶片；将清洗干净的硅晶片置入氟化氢溶液中进行硅-氢化反应，得到表面覆盖硅-氢键的硅晶片；然后将经过上述处理后所得到的硅晶片放入硝酸银和氟化氢的混合溶液中，缓慢振荡一定时间，取出后放入氟化氢和双氧水的混合液中进行反应，得到硅纳米线阵列；利用超声将硅纳米线从硅片中脱落，进而通过离心器将硅纳米线进行收集分散于水溶液中；

2）微波辐射方法制备水溶性荧光硅纳米颗粒：首先将硅纳米线与二元酸或者氨基酸溶液充分搅拌混匀，在微波场加热的环境下，硅纳米线断裂成硅纳米颗粒，得到二元酸或者氨基酸修饰的且具有很好表面缺陷的发荧光的水溶性硅纳米颗粒。

优选的，步骤1）中所述清洗硅晶片的步骤包括首先将硅晶片置于丙酮溶液中超声清洗，然后用超纯水清洗后再放入浓硫酸和双氧水混合溶液中除去表面的污染杂质，最后再用超纯水清洗，得到干净的硅晶片。

优选的，所述双氧水的浓度为5%至30%，所述浓硫酸和双氧水体积比=1:(0.1至0.8)。

优选的，所述硅晶片为0.01Ω*cm至20Ω*cm的p型或n型硅晶片。

优选的，所述步骤1）中的氟化氢溶液的浓度为3%至40%。

优选的，步骤1）中，所述硝酸银的浓度为质量百分数0.85%-17.0%，该硝酸银和氟化氢体积比=1:(0.01至0.5)。

优选的，步骤1）中，所述硅-氢化反应的反应时间为2分钟至1小时。

优选的，步骤1）中，所述氟化氢和双氧水混合液采用10%氟化氢和1%双氧水，以体积比为1：1至1：1.5的制得。

优选的，步骤2）中，二元酸或者氨基酸与硅纳米线是按质量比为二元酸或者氨基酸:硅纳米线=1:1至10:1。

优选的，步骤2）中所述的二元酸或氨基酸，包括：戊二酸、丁二酸、氨基癸酸或甘氨酸中的一种或几种混合。