一种微波法制备掺氟的荧光硅量子点的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波法制备掺氟的荧光硅量子点的方法，其步骤是：1)配制质量分数为4％‑5％的柠檬酸钠水溶液，向柠檬酸钠水溶液中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与柠檬酸钠水溶液的质量比为10‑30：80，混合均匀后，加入含全氟叔丁醇的无水乙醇溶液，全氟叔丁醇与硅烷偶联剂的摩尔比为1：5‑15，无水乙醇与水的体积比为1：5‑10，超声分散均匀，得到反应前躯体；2)将反应前躯体转移到反应管中，微波加热反应管至160‑180℃后，反应15‑30分钟，将反应所得的体系冷却至室温，得到黄色溶液；3)将黄色溶液透析去除杂质，再用微孔滤膜过滤，最后将滤液冻干。该方法只需简单的一步合成法，就制得荧光强度高、粒径均一、分散性好的表面掺氟的荧光硅量子点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于硅量子点制备及19F核磁共振成像
，具体涉及一种微波法制备掺氟的荧光硅量子点的方法。
技术介绍
量子点是一种准零维的纳米材料，由少量原子所构成，直径在1-10nm之间。由于受到量子限域效应的影响，量子点具有荧光强度高、斯托克斯位移大、激发光谱宽、发射波长受尺寸调控等独特的光学性质。然而传统的半导体量子点如II-VI族量子点(CdX，X＝Se、S、Te)由于含有重金属元素如Cd，其生理毒性限制了此类量子点在生物学领域的发展。而硅量子点由于具有良好的生物相容性和无毒性，以及独特的光学性能和高的表面活性，硅量子点作为荧光探针在光学成像、肿瘤治疗等方面取得了越来越多的应用。磁共振成像(MRI)技术是一种现阶段常用的无侵入性的肿瘤早期诊断方法，传统的1H MRI通常使用造影剂来增强1H的信号对比，但由于人体内存在大量H2O以及一些其他内源性物质的背景信号，使得1H MRI信噪比低。为了解决这个问题，杂核MRI(如13C，23Na，31P，19F)技术得到了越来越多的发展。其中，19F具有100％的天然丰度，自旋量子数为1/2，磁旋比为40.08MHz/T，其NMR灵敏度为1H的83％，除此以外，19F的化学位移跨度范围宽(>350ppm)，并且19F只存在于骨头和牙齿中，这种固态形式使得其T2弛豫时间很短造成极低的背景信号而不被检测到，也就是说19F在生物体内几乎没有背景信号干扰，因此19F MRI在生物分子影像学研究中具有极大的应用潜力。综上所述，结合硅量子点独特的光学性能和19F MRI的高灵敏度，制备一种掺氟的荧光硅量子点可做为双功能(荧光和核磁)的检测单元，在分子影像学中具有极大的应用潜力。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种微波法制备掺氟的荧光硅量子点的方法，该方法采用微波水热合成法，只需简单的一步合成法，就可以制得荧光强度高、粒径均一、分散性好的表面掺氟的荧光硅量子点。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：一种微波法制备掺氟的荧光硅量子点的方法，包括如下步骤：1)将二水合柠檬酸钠溶于超纯水中，配制质量分数为4％-5％的柠檬酸钠水溶液，向柠檬酸钠水溶液中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与柠檬酸钠水溶液的质量比为10-30：80，混合均匀后，加入含全氟叔丁醇的无水乙醇溶液，全氟叔丁醇与硅烷偶联剂的摩尔比为1：5-15，无水乙醇与水的体积比为1:5-10，超声分散均匀，得到无色透明的反应前躯体；2)将反应前躯体转移到反应管中，微波加热反应管至160-180℃后，反应15-30分钟，反应完成后将反应所得的体系冷却至室温，得到澄清状的黄色溶液；3)将黄色溶液用透析袋在超纯水中透析去除杂质，透析完成所得的溶液用微孔滤膜过滤，将滤液冻干，即得掺氟的荧光硅量子点。所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。步骤1)中，柠檬酸钠水溶液的质量分数为4.65％，硅烷偶联剂与柠檬酸钠水溶液的质量比为1：4，全氟叔丁醇与硅烷偶联剂的摩尔比为1:5，无水乙醇与水的体积比为1:6。步骤3)中，透析袋的截留分子量为500Da或1000Da。步骤3)中，透析4-6次，每次透析的时间为2-4小时，总透析时间不超过24小时。步骤3)中，微孔滤膜的孔径为220nm。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果在于：该方法采用一步微波水热合成法制备掺氟的荧光硅量子点，制备过程简单，反应时间短，反应条件易控制，且制得的掺氟的荧光硅量子点荧光强度高、粒径均一、分散性好并能显示较强的19F-NMR信号，使其在生物传感、荧光成像及19F-MRI领域具有重要的应用价值。附图说明图1为实施例1制得的掺氟的荧光硅量子点的透射电镜图。图2为实施例1制得的掺氟的荧光硅量子点单个颗粒的高分辨透射电镜图。图3为实施例1制得的掺氟的荧光硅量子点的动态光散射图。图4为实施例1制得的掺氟的荧光硅量子点的紫外吸收和荧光发射光谱图。图5为实施例1制得的掺氟的荧光硅量子点在X射线光电子能谱图。图6为实施例1制得的掺氟的荧光硅量子点的氟谱图。图7为实施例2制得的掺氟的荧光硅量子点的动态光散射图。图8为实施例2制得的掺氟的荧光硅量子点的紫外吸收和荧光发射光谱图。图9为实施例3制得的掺氟的荧光硅量子点的动态光散射图。图10为实施例3制得的掺氟的荧光硅量子点的紫外吸收和荧光发射光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例11)将139mg二水合柠檬酸钠溶于3ml超纯水中，配制质量分数为4.65％的柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中加入750ul 3-氨丙基三甲氧基硅烷，混合均匀后，加入0.5ml含120ul全氟叔丁醇的无水乙醇溶液，超声2-5min使其分散均匀，得到无色透明的反应前躯体。2)将反应前躯体转移到反应管中，微波加热反应管至170℃后，反应15min，反应完成后将反应所得的体系冷却至室温(20-30℃)，得到澄清状的黄色溶液，该黄色溶液在365nm紫外灯照射下显示强烈的蓝色荧光，而且具有很好的水分散性。3)将黄色溶液用截留分子量1000Da的透析袋在超纯水中透析去除未反应的盐等杂质，透析5次，每次透析所用超纯水的体积为3L，每次透析时间为4小时，透析完成所得的溶液用220nm的微孔滤膜过滤，将滤液冻干，即得掺氟的荧光硅量子点，标记为19F-SiQDs，将所得的掺氟的荧光硅量子点重新溶于超纯水中，配制成一定浓度的掺氟的荧光硅量子点溶液，用于检测该掺氟的荧光硅量子点的各项性质。将本实施例制备的19F-SiQDs用透射电镜进行扫描，所得的透射电镜图如图1所示，从图1中可以看出，本实施例制备的19F-SiQDs分散性好、粒径均一，平均粒径为4.43nm。将本实施例制备的19F-SiQDs用高分辨率透射电镜进行扫描，所得的单个颗粒的高分辨透射电镜图如图所示，从图2中可以明显观测到19F-SiQDs的晶格结构，右上角插图为对应的电子选区衍射图谱，测得19F-SiQDs的晶格间距为0.19nm，为(220)晶面。将本实施例制备的19F-SiQDs进行动态光散射检测，所得的动态光散射图如图3所示，从图3中可以看出，19F-SiQDs的平均水合粒径为6.11nm。将本实施例制备的19F-SiQDs进行紫外吸收和荧光发射光谱检测，所得的紫外吸收光谱图如图4所示，从图4中可以看出，19F-SiQDs的最大紫外吸收波长为350nm，最大发射波长为450nm。将本实施例制备的19F-SiQDs进行X射线光电子能谱检测，所得的X射线光电子能谱如图5所示，从图5中可以看出，19F-SiQDs中存在C(C1S结合能为284.8eV)、N(N1S结合能为399.07eV)、O(O1S结合能为531.87eV)、Si(Si2p结合能为102.26eV)及F(F1S结合能为688.13eV)元素。将本实施例制备的19F-SiQDs(配制成20mg/ml的掺氟的荧光硅量子点溶液)进行氟谱检测，所得的氟谱如图6所示，从图7中可以看出，19F-NMR信号为一单峰，化学位移在-75.34ppm。实施例21)将139mg二水合柠檬酸钠溶于3ml超纯水中，配制质量分数为4.65％的柠檬酸钠溶液，向柠檬酸钠溶液中加入750ul 3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波法制备掺氟的荧光硅量子点的方法，其特征在于包括如下步骤：1)将二水合柠檬酸钠溶于超纯水中，配制质量分数为4％‑5％的柠檬酸钠水溶液，向柠檬酸钠水溶液中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与柠檬酸钠水溶液的质量比为10‑30：80，混合均匀后，加入含全氟叔丁醇的无水乙醇溶液，全氟叔丁醇与硅烷偶联剂的摩尔比为1：5‑15，无水乙醇与水的体积比为1:5‑10，超声分散均匀，得到无色透明的反应前躯体；2)将反应前躯体转移到反应管中，微波加热反应管至160‑180℃后，反应15‑30分钟，反应完成后将反应所得的体系冷却至室温，得到澄清状的黄色溶液；3)将黄色溶液用透析袋在超纯水中透析去除杂质，透析完成所得的溶液用微孔滤膜过滤，将滤液冻干，即得掺氟的荧光硅量子点。

【技术特征摘要】
1.一种微波法制备掺氟的荧光硅量子点的方法，其特征在于包括如下步骤：1)将二水合柠檬酸钠溶于超纯水中，配制质量分数为4％-5％的柠檬酸钠水溶液，向柠檬酸钠水溶液中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与柠檬酸钠水溶液的质量比为10-30：80，混合均匀后，加入含全氟叔丁醇的无水乙醇溶液，全氟叔丁醇与硅烷偶联剂的摩尔比为1：5-15，无水乙醇与水的体积比为1:5-10，超声分散均匀，得到无色透明的反应前躯体；2)将反应前躯体转移到反应管中，微波加热反应管至160-180℃后，反应15-30分钟，反应完成后将反应所得的体系冷却至室温，得到澄清状的黄色溶液；3)将黄色溶液用透析袋在超纯水中透析去除杂质，透析完成所得的溶液用微孔滤膜过滤，将滤液冻干，即得掺氟的荧光硅量子点。2.根据权利要求1所述的微波法制备掺氟的荧光硅量子点...

【专利技术属性】
技术研发人员：周欣，李莎，陈世桢，孙献平，刘买利，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42