多功能二氧化硅纳米颗粒的制备、表征及其在生物分离分析中的应用(4)

作为一种软材料（ｓｏｆｔｍａｔｅｒｉａｌｓ）［４０ｌ，聚合物纳米颗粒具有柔性特性、易生物降解和高反应活性表面等优点，近年来来在药物传递和基因载体方面的应用研究发展迅速，药物与纳米聚合物以共价键相联组成的治疗系统成为研究者们关注的热点【４１１。其突出的优点在于：药物与聚合物以共价键连接，有利于实现定点、定时释放；药物连接到聚合物上后会呈现出生物惰性，因而在药物被释放前不会对人体产生伤害，对病人的损伤较小；多官能团聚合物还能隐蔽生物活性物质如蛋白质和多肽等，使其在到达作用位点前保持生物活性；并且聚合物所具有的ＥＰＲ效应（ｅｎｈａｎｃｅｄｐｅｒｍｅａｔｉｏｎａｎｄｒｅｔｅｎｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ），使其能够进入到疾病部位的血管或炎症组织处而不影响正常组织，这样药物就有可能只在病患处释放，从而减少副作用的发生。此外，纳米聚合物有助于增加药物的药代动力学，具有直接应用于药物治疗的潜力，将是未来新药的设计方向与发展趋势。

除了在药物传递方面巨大的应用潜力外，由生物相容性聚合物构成的纳米微球可保护生物酶、ＤＮＡ及他生物活性物质的生物活性，并且可作为这些生物活性物质控制释放的载体；利用嵌段共聚物或端基功能化的聚合物纳米微球，可以在表面引进许多新的功能性反应基团，实现对纳米微球的表面修饰；某些具有核壳结构的纳米球还可以作为催化剂载体实现可控催化反应。这种核壳型纳米微球还可以保护芯材不受外界环境的化学侵蚀，解决纳米球的团聚等问题。将核所在部分的物质去除，得到中空的纳米球，可用作纳米子合成反应器、分离器等。１．３．４二氧化硅纳米颗粒

纳米二氧化硅颗粒（ｓｉｌｉｃａｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ，Ｓｉ０２）是纳米材料中的重要一员，～种无毒、无味、无污染的非金属材料，微结构呈絮状和网状的无定形结构。纳米Ｓｉ０１２由于颗粒尺寸的微细化，比表面积急剧增加，使得Ｓｉ０２纳米粒子具有许多

独特的性能和广泛的应用前景，如特殊光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象，高温下仍具有高强、高韧、稳定性好等奇异特性。另外，ｓ ０２因其光学透明性、化学惰性、生物兼容性等，在现代新材料、组合纳米材料中担当重要角色，在细胞标记、药物运输、ＤＮＡ转染和选择性分离等方面也显示出广阔的应用前最。

常用的ｓ１０２纳米颗粒可分为（实心）Ｓｉ０２纳米颗粒和介孔ｓ１０２微球两种，其中，介孔微球又根据其孔道结构的差异可以分为ＭＣＭ－４１、ＭＣＭ＿４８、ＭＣＭ一５０、ＨＭＳ、ＭＳＵ和ＳＢＡ等。ＭＣＭ＿４Ｉ具有六边形孔道．结构属于ｐ６ｍｍ点群；ＭＣＭ．４８则具有立方体孔道，结构属于血划点群；而ＭＣＭ．５０Ｎ是片状结构，属于叩点群㈤。这类材料的合成多以离子型表面活性剂作为摸板，使用链长不同的表面活性剂，可咀获得孔径在２一１０ｎｍ范围内的介孔材料。规整的孔道结构和连续可调的孔径、较大的比表面积和孔容、良好的热稳定性和化学稳定性，使得介孔ｓ ０２纳米颗粒在吸附与分离、大分子催化等领域有着广泛的应用前景［４３４４］。近年来，随着介孔ｓｉ０２纳米颗粒制备技术的成熟，利用介孔ｓ ０２微球作为主体，在其孔中组装各种纳米粒子或生物分子以实现微球功能化，制备复合纳米粒子的研究也被广泛开展。目前已有利用介孔ｓ１０２微球组装贵金属纳米颗粒如Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ、Ｆｅ３０４和加载不同种类的酶物质等的研究‘４¨１。

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图１．５介孔Ｓｉ０２纳米颗粒ＭＣＭ－４１（ａ）．ＭＣＭ－４８（ｂ）帛３ＭＣＭ－Ｓ０（ｅ）

的结构示意图‘“】

（实心）Ｓｉ０２纳米颗粒不但兼具硅胶所具有的良好的生物相容性、水溶性，而且制各方法简单多样，颗粒表面易于修饰，因而常用于制各掺杂型或核一壳型纳米颗粒，应用于细胞成像，药物释放等生物分析研究方面，下文将详细介绍。ｂ

多功能二氧化硅纳米颗粒的制备、表征及其在生物分离分析中的应用

１．４Ｓｉ０２纳米颗粒的制备

纳米材料的制备是其应用研究的基础。到目前为止，纳米Ｓｉ０２的制备方法简单多样，主要可以分为干法和湿法两种。干法包括气相法和电弧法，湿法有沉淀法、超重力反应法、水热合成法、溶胶．凝胶法和微乳液法等。其中，溶胶凝胶法和微乳液法分别以方法简便和形貌易控制而广泛应用于各种纳米ＳｉＱ微球及其复合材料的制备。

１．４．１气相法【４８，４９Ｊ

气相法制备Ｓｉ０２纳米颗粒多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的纳米二氧化硅。反应方程式如下：

２Ｈ２＋０２—２Ｈ２０

ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２０专Ｓｉ０２＋４ＨＣＩ

２Ｈ２＋０２＋ＳｉＣｌ４—＞Ｓｉ０２＋４ＨＣｌ

该法优点是产物纯度非常高、分散性好、粒径小而且成球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能，但原料昂贵，能耗高，技术复杂，设备要求高。这些条件限制了产品的生产应用。

１．４．２沉淀法［５０ｌ

沉淀法是以硅酸钠和酸化试剂为原料，用酸化剂和硅酸钠溶液反应，获得疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的Ｓｉ０２晶体。反应方程式如下：

Ｎａ２Ｓｉ０３＋ＨＣｌ专Ｈ２Ｓｉ０３＋ＮａＣＩ

Ｈ２Ｓｉ０３一Ｓｉ０２＋Ｈ２０

该法原料易得，生产流程简单，能耗低，投资少，但是产品粒径常常受酸化剂的种类、硅酸盐的浓度以及搅拌速度条件等方面的影响，质量不如采用气相法和凝胶法的产品好。常用的酸化剂为硫酸、盐酸、硝酸等，也有选用有机酸化剂或有机．无机复合酸化剂。使用乙酸乙酯水解释放出的旷作为酸化剂可以制得粒径约为２０ｎｍ的纳米Ｓｉ０２粉体。目前，沉淀法制备Ｓｉ０２纳米颗粒的技术包括以下几类：（１）在有机溶剂中制备高分散性能的Ｓｉ０２；

第一章前言

（２）酸化剂与硅酸盐水溶液反应，沉降物经分离、干燥制备Ｓｉ０２；

（３）碱金属硅酸盐与无机酸混和形成Ｓｉ０２水溶胶，再转变为凝胶颗粒，经干燥、热水洗涤、再干燥，锻烧制得Ｓｉ０２；

（４）水玻璃的碳酸化制备Ｓｉ０２；

（５）通过喷雾造粒制备边缘平滑非球形Ｓｉ０２。

１．４．３水热合成法

水热反应是高温高压下，在水溶液或蒸汽等流体中进行有关化学反应的总称。水热反应法是利用水热反应制备粉体的一种方法，它为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的、特殊的物理和化学环境。粉体的形成经历了溶解、结晶过程。该法的特点是粒子纯度高、分散性好、晶型好且大小可控，但是对设备要求高，操作复杂，能耗较大【５１１。值得注意的是，水热合成过程中的温度、压力、样品处理时间以及溶液的成分、酸碱性、所用的前驱体种类、有无矿化剂和矿化剂的种类等对所生成的氧化物颗粒的大小、形式体系的组成、是否为纯相等有很大的影响【５２１。

１．４．４超重力反应法

超重力技术，即旋转填充床（Ｉ心Ｂ）技术，是近年来兴起的强化传递与反应的高新技术。在超重力环境中，传质过程和微观混合过程得到了极大的强化，大大缩短了反应时间，加速了颗粒形成。该法以硅酸钠为液相，二氧化碳为气相，采用超重力反应装置，使气、液两相在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力场条件下的复孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力使液体撕裂成极薄的膜和极小的丝和滴，从而产生巨大的快速更新的相界面，导致相间传质速率比在传统 …… 此处隐藏：2341字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……