二氧化硅包覆菁染料壳核型纳米颗粒的研究

论文摘要

近年来基于二氧化硅的壳核型纳米颗粒得到迅速发展，这些纳米颗粒所选用的核材料大多数为三-（联吡啶）钌（Rubpy）、磁性材料、荧光素、罗丹明、稀土元素配合物和亚甲基蓝等染料，而且已经在生物分析的很多领域得到了广泛的应用。而壳核型纳米菁染料颗粒的研究少见报道，本论文研究了二氧化硅包覆菁染料壳核型纳米颗粒的制备和性质。利用反相微乳液法研究了4种水溶性菁染料、Rubpy、亚甲基兰和Cy2染料在制备纳米颗粒中现象的差异，研究了Rubpy、亚甲基兰和Cy2染料纳米颗粒的透射电镜图、光谱性质、染料水洗泄漏性能等性质。结合形成纳米颗粒的反应过程，得出了能够形成稳定壳核型纳米颗粒的菁染料结构特点是：染料分子具有水溶性而且富集有正电荷。合成了两种分子结构中带有三个正电荷的Cy3和Cy5染料各一个，染料分子通过质谱，H谱和H-H相关谱的表征。用反相微乳液法制备了菁染料纳米颗粒，粒径均一，单分散性好，平均粒径为50nm（Cy3）和60nm（Cy5），研究了纳米颗粒和染料的光谱性质特点，探索了染料在水中浸泡的泄漏性质，发现经过48小时浸泡后，纳米颗粒仍分别保持有82％（Cy3）和64％（Cy5）的荧光强度。研究了Cy3染料和纳米颗粒的光稳定性质，经90分钟的光照后，染料荧光强度降至15％，纳米颗粒仍然保持有78％的荧光强度。合成了分子结构中引入了APS（氨丙基三乙氧基硅烷）的Cy7染料一个，并通过质谱，H谱和H-H相关谱的表征。Cy7斯托克斯位移达到近140nm，用它制备的共价包覆壳核型菁染料纳米颗粒单分散性好，平均粒径65nm，斯托克斯位移达到120nm。在水中浸泡72小时后，纳米颗粒的荧光强度保持在96％以上，经过20min的持续照射后染料荧光强度降至33％，而纳米颗粒荧光强度仍然保持在53％，一定程度上提高了光稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 各种生物分析用纳米颗粒的发展
• 1.3 二氧化硅壳核型荧光纳米颗粒的研究进展
• 1.3.1 二氧化硅包覆荧光材料纳米颗粒的制备
• 1.3.2 二氧化硅包覆荧光纳米颗粒的特点
• 1.3.3 二氧化硅包覆荧光染料纳米颗粒在生物分析中的应用
• 1.3.3.1 生物标记探针中的应用
• 1.3.3.2 细胞识别和细胞成像中的应用
• 1.3.3.3 DNA的痕量检测
• 1.3.3.4 生物传感器
• 1.3.3.5 DNA裂解时的保护
• 1.3.3.6 生物分子分离中的应用
• 1.4 小结和选题思路
• 2 物理包覆菁染料壳核型纳米颗粒的制备研究
• 2.1 分子结构对形成稳定壳核纳米颗粒的影响
• 2.1.1 反相微乳液法制备壳核纳米颗粒的原理
• 2.1.2 实验部分
• 2.1.2.1 Rubpy的合成
• 2.1.2.2 Cy2染料的合成
• 2.1.2.3 壳核型纳米颗粒的制备
• 2.1.2.4 纳米颗粒的晶态和形貌分析
• 2.1.2.5 染料和纳米颗粒的光谱性质测试
• 2.1.3 结果与讨论
• 2.1.3.1 各种内核材料制备壳核型纳米颗粒在分离时的特点
• 2.1.3.2 纳米颗粒的电镜表征
• 2.1.3.3 染料及纳米颗粒的光谱性质的讨论
• 2.1.3.4 亚甲基蓝的光谱性质分析
• 2.1.3.5 形成稳定纳米颗粒的原因探究
• 2.2 用于物理包覆壳核纳米颗粒的分子的合成和性质研究
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 仪器和试剂
• 2.2.2 染料的合成
• 2.2.2.1 染料的合成路线
• 2.2.2.2 中间体的合成
• 2.2.2.3 Cy3染料的合成
• 2.2.2.4 Cy5染料的合成
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.3.1 吲哚啉季胺盐中间体合成的影响因素
• 2.2.3.2 染料合成和分离的讨论
• 2.2.3.3 染料的光谱性质
• 2.3 壳核型纳米菁染料的制备及其性质研究
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.1.1 微乳液法和St（o|¨）ber法制备壳核纳米颗粒的实验
• 2.3.1.2 硅壳荧光纳米颗粒的结晶态和粒径表征
• 2.3.1.3 硅壳型纳米颗粒的光谱性质测试
• 2.3.1.4 硅壳型荧光纳米颗粒中染料的泄漏分析
• 2.3.1.5 硅壳荧光纳米颗粒的荧光稳定性测量
• 2.3.1.6 表面修饰氨基的硅壳纳米颗粒表面氨基的确定
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.2.1 本论文对于两种纳米颗粒合成方法的选择
• 2.3.2.2 纳米颗粒形态的确定
• 2.3.2.3 电镜分析
• 2.3.2.4 纳米颗粒光谱性质的研究
• 2.3.2.5 纳米颗粒中染料的泄漏分析及反应物用量对纳米颗粒的影响研究
• 2.3.2.6 光稳定性测定
• 2.3.2.7 表面氨基的确定
• 2.3.3 本章小结
• 3 共价包覆大斯托克斯位移纳米颗粒的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器与试剂
• 3.1.2 染料及其中间体的合成
• 3.1.2.1 2，3，3-三甲基-3H-吲哚啉-5-磺酸钾的合成
• 3.1.2.2 N-苄基-2，3，3-三甲基-3H-吲哚啉-5-磺酸的合成
• 3.1.2.3 缩合剂2-氯-1-甲酰基-3-羟甲基环己烯的合成
• 3.1.2.4 母体染料3a的合成
• 3.1.2.5 目标染料的合成
• 3.1.2.6 共价共价键合壳核荧光纳米微粒的制备
• 3.1.2.7 共价壳核型荧光纳米颗粒的性质研究
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 三甲基吲哚啉-5-磺酸钾盐合成研究
• 3.2.2 2，3，3-三甲基吲啉-5-磺酸钾盐的N烷基化反应
• 3.2.3 22-氯-1-甲酰基-3-羟甲亚基环己烯缩合剂的合成方法
• 3.2.4 含氯六元桥环七甲川吲哚菁染料的合成
• 3.2.5 目标染料的合成
• 3.2.6 染料的性质的研究
• 3.2.7 纳米颗粒的表征及性质
• 3.2.7.1 透射电镜的外形表征
• 3.2.7.2 光谱性质研究
• 3.2.7.3 染料的泄漏研究
• 3.2.7.4 光稳定性的研究
• 3.2.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢