本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和納米材料領(lǐng)域，特別是涉及一種黑磷納米顆粒表面包裹介孔二氧化硅的方法。

背景技術(shù)：

黑磷是一種新型二維材料，因?yàn)楹褪┩庑闻c性質(zhì)非常接近甚至有些性能優(yōu)于石墨烯而備受關(guān)注。在黑磷晶體中，聲子，光子和電子都表現(xiàn)出高度的各向異性，這使得黑磷在薄膜電子領(lǐng)域和光電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。黑磷的應(yīng)用不僅局限于光電領(lǐng)域，由于磷是構(gòu)成人體的必要元素之一，在構(gòu)建dna和rna中起著重要作用，正常體重的成年人體內(nèi)約有0.7kg的磷，因此其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有優(yōu)勢。黑磷具有極高的生物安全性，并且它本身的各種物理化學(xué)性質(zhì)決定了它在生物醫(yī)學(xué)中極高的應(yīng)用潛力。在腫瘤治療中，目前的研究已經(jīng)證實(shí)黑磷具有集光熱治療和光動(dòng)力治療于一身的神奇性能，同時(shí)還可以用于光聲成像。黑磷納米材料還可以應(yīng)用于診斷治療制劑的載體用作腫瘤的診斷和治療。但是黑磷易團(tuán)聚和不穩(wěn)定的性質(zhì)局限了它的優(yōu)良性能。如何解決黑磷易團(tuán)聚不穩(wěn)定的問題，對于黑磷在生物醫(yī)學(xué)尤其是腫瘤治療領(lǐng)域中有著重大意義。

本發(fā)明所描述的在黑磷表面包裹介孔二氧化硅是一種解決黑磷團(tuán)聚的簡單有效方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決黑磷易團(tuán)聚不穩(wěn)定而影響其自身性能的問題，本發(fā)明提供了一種在黑磷表面包裹介孔二氧化硅的方法，有效地防止了黑磷的團(tuán)聚。

本發(fā)明提供了一種黑磷納米顆粒表面包裹介孔二氧化硅的方法，包括以下步驟：

(1)取黑磷粉末懸浮在超純水中，所得的黑磷分散液的濃度一般為1-15mg/ml，優(yōu)選為8mg/ml；

(2)將所述分散液在冰浴條件下進(jìn)行探針式超聲，為了防止產(chǎn)生過多的熱，優(yōu)選超聲機(jī)的功率為300w，將超聲機(jī)調(diào)制到每超聲5s，停2s，如此反復(fù)60min；

(3)探針超聲結(jié)束后，再對該分散液進(jìn)行冰水浴超聲6-9h，優(yōu)選冰水浴超聲機(jī)的功率為300w，為了防止產(chǎn)生過多的熱，每隔0.5h換一次冰。

(4)超聲結(jié)束后，離心收集黑磷納米顆粒分散液；

優(yōu)選離心的參數(shù)分別為7000rpm*2h和5000rpm*40min，對應(yīng)得到的黑磷納米顆粒的尺寸分別為5-20nm和20-200nm。

(5)黑磷納米顆粒包裹介孔二氧化硅的步驟，取制備好的黑磷納米顆粒的分散液，使用naoh將分散液的ph調(diào)至9-11；

(6)將上述調(diào)好ph的黑磷分散液放入搖床，搖床的條件：100-500rpm，溫度20-40℃；優(yōu)選：250rpm，35℃。

(7)在搖床搖動(dòng)的時(shí)候分批加入teos的甲醇溶液進(jìn)行反應(yīng)，在黑磷表面包裹一層介孔二氧化硅；優(yōu)選每批間隔時(shí)間為0.5小時(shí)；優(yōu)選teos的甲醇溶液中teos的體積百分含量為10-30％，優(yōu)選20％；分批加入的總的teos的甲醇溶液的體積不大于此步反應(yīng)的黑磷分散液的體積的0.1％。進(jìn)一步優(yōu)選20％teos是在搖床晃動(dòng)的情況下分兩次加入的。

(8)離心清洗，重新懸浮在超純水中。

優(yōu)選的，所述超聲時(shí)的冰浴是為了使溫度保持在4℃以下。

優(yōu)選的，調(diào)節(jié)分散在超純水中黑磷納米顆粒ph的物質(zhì)是naoh，并且將ph調(diào)節(jié)到10-11之間。

本發(fā)明所得黑磷納米顆粒表面包裹介孔二氧化硅的材料的應(yīng)用，用于光聲成像、光熱治療，用于載藥、用于生物成像。

基于本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)黑磷納米顆粒長期保存而不用擔(dān)心黑磷團(tuán)聚和性能改變，為黑磷在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用開拓了一條長遠(yuǎn)的道路。其操作工藝簡單，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，產(chǎn)率高。經(jīng)由介孔二氧化硅包裹的黑磷納米顆粒分散均勻，性能穩(wěn)定，并且對黑磷的光聲信號，光致發(fā)光強(qiáng)度，光吸收強(qiáng)度，熒光壽命等都有顯著的增強(qiáng)效果。包裹了介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒能有效緩解黑磷的易團(tuán)聚特性；包裹在黑磷納米顆粒表面的介孔二氧化硅易于載藥；黑磷本身具有極高的生物安全性，且具有集光聲，光熱，光動(dòng)力等癌癥成像和治療性能集于一身的少見性質(zhì)。表面包裹介孔二氧化硅之后，不僅防止了黑磷團(tuán)聚導(dǎo)致的其性能被影響，且能增強(qiáng)黑磷納米顆粒的光聲信號強(qiáng)度，提高光熱轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)光致發(fā)光信號強(qiáng)度，光吸收強(qiáng)度，延長黑磷納米顆粒的熒光壽命。該方法工藝簡單易操作，產(chǎn)率高，重現(xiàn)性好，成本低，并對環(huán)境不產(chǎn)生二次污染問題。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1包裹了介孔二氧化硅和未包裹介孔二氧化硅的黑磷光吸收譜圖；

圖2為用離心機(jī)參數(shù)為7000rpm*2h的條件下離心得到的黑磷納米顆粒tem照片；

圖3為用離心機(jī)參數(shù)為5000rpm*40min的條件下離心得到的黑磷納米顆粒tem照片；

圖4為用離心機(jī)參數(shù)為7000rpm*2h的條件下離心得到的黑磷納米顆粒包裹了介孔二氧化硅之后的tem照片；

圖5為用離心機(jī)參數(shù)為5000rpm*40min的條件下離心得到的黑磷納米顆粒包裹了介孔二氧化硅之后的不同比例尺寸的tem照片；

圖6為用離心機(jī)參數(shù)為5000rpm*40min的條件下離心得到的黑磷納米顆粒包裹了介孔二氧化硅之后的原子力顯微鏡照片；

圖7為黑磷納米顆粒熒光壽命成像照片。

圖8包裹介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒熒光壽命成像照片。

具體實(shí)施方式

以下所述為本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明實(shí)施例原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也視為本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

以下的多個(gè)實(shí)施例均為對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施例不限定于以下的具體操作。在不變主權(quán)利的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行變更實(shí)施。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述黑磷來自北京工業(yè)大學(xué)張永哲課題組使用紅磷球磨制備而得到。

實(shí)施例1

黑磷納米顆粒表面包裹介孔二氧化硅的制備方法，包括如下步驟：

用精密電子秤稱取0.2g黑磷粉末，隨即懸浮在25ml的超純水中，搖勻。將所述分散液在功率為300w的探針超聲機(jī)中進(jìn)行冰浴探針式超聲60min，為了防止產(chǎn)生過多的熱，將超聲機(jī)模式調(diào)制到超聲5s，停2s，如此反復(fù)持續(xù)60分鐘。期間隔半小時(shí)換一次冰塊兒。探針超聲結(jié)束后，再對該分散液進(jìn)行冰水浴超聲9h，水浴超聲機(jī)的功率為300w，為了防止產(chǎn)生過多的熱，隔0.5h換一次冰。水浴超聲結(jié)束后，用離心機(jī)進(jìn)行離心，在轉(zhuǎn)速為7000rpm的條件下離心2h，離心機(jī)的溫度設(shè)定在4℃。離心結(jié)束后，收集上清液，在上清液中黑磷納米顆粒的尺寸如圖2所示。取10ml剛制備好的黑磷納米顆粒的分散液至于冰箱中冷藏，再取10ml剛制備好的黑磷納米顆粒的分散液，使用naoh將分散液的ph調(diào)至10-11之間。將調(diào)好ph的黑磷分散液放入轉(zhuǎn)速為250rpm，溫度為35℃的搖床。用甲醇配制100微升20％的teos，在搖床搖動(dòng)的時(shí)候加入5ul的20％teos。0.5h后再加入5ul的20％teos，隨后在搖床上繼續(xù)振蕩半小時(shí)。關(guān)掉搖床取出樣品至于事先將溫度冷卻到4℃的離心機(jī)中，用12000rpm的轉(zhuǎn)速離心1h進(jìn)行清洗，離心清洗后重新懸浮在10ml超純水中。即得到了黑磷納米顆粒濃度相同的黑磷納米顆粒懸浮液和包裹了介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒懸浮液。

將本實(shí)施例1中所得產(chǎn)物進(jìn)行光吸收測試，得到如圖1所示的光吸收譜圖，包裹了介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒比未包介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒的光吸收要強(qiáng)，并且有30nm的峰紅移現(xiàn)象。

將本實(shí)施例1中所得產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果如圖2到圖6所示，圖2是用離心機(jī)參數(shù)為7000rpm*2h的條件下離心得到的黑磷納米顆粒的透射電鏡圖，從圖中可以看出，高速離心得到的黑磷納米顆粒的平均尺寸為5-20nm。圖3為用離心機(jī)參數(shù)為5000rpm*40min的條件下離心得到的黑磷納米顆粒的透射電鏡圖，從圖中可以看出，低速離心得到的黑磷納米顆粒的平均尺寸為20-200nm。圖4是用離心機(jī)參數(shù)為7000rpm*2h的條件下離心得到的黑磷納米顆粒包裹了介孔二氧化硅的透射電鏡圖，從圖中可以看出，介孔二氧化硅的厚度大約為8nm。圖5為用離心機(jī)參數(shù)為5000rpm*40min的條件下離心得到的黑磷納米顆粒包裹了介孔二氧化硅的透射電鏡圖，從圖中可以看出，介孔二氧化硅的厚度大約為30nm。圖6為原子力顯微鏡圖片，左邊為未包介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒的原子力顯微鏡圖片，右邊為包了介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒的原子力顯微鏡圖片。

實(shí)施例2

將本實(shí)施例1中所得產(chǎn)物進(jìn)行熒光壽命成像，所用儀器型號為fv1200/picoquantflim/fcs。用637nm激光源激發(fā)用離心機(jī)參數(shù)為5000rpm*40min的條件下離心得到的黑磷納米顆粒，測得的平均熒光壽命為0.788ns。用637nm激光源激發(fā)包裹了介孔二氧化硅的用離心機(jī)參數(shù)為5000rpm*40min的條件下離心得到的黑磷納米顆粒，測得的平均熒光壽命為0.289ns，也就是說包裹了介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒的平均熒光壽命比未包裹黑磷納米顆粒的平均熒光壽命要長3.67倍。實(shí)施例2中熒光壽命成像所使用的黑磷納米顆粒和包裹了介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒都是制備好放置了一個(gè)月再進(jìn)行的成像，從圖中可以看出，包裹了介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒分布均勻，沒有大的團(tuán)聚塊，相比之下，未包裹介孔二氧化硅的黑磷納米顆粒的分布不均勻，有團(tuán)聚塊出現(xiàn)。說明包裹介孔二氧化硅的方法能有效防止黑磷納米顆粒團(tuán)聚。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本技術(shù)原理的前提下，還可以做出改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型均包含在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。