稀土掺杂二氧化硅荧光微球的可控制备及其荧光性能研究

发布时间：2019-01-07 15:25

【摘要】：近年来,随着现代医学、分子生物学、材料科学的的飞速发展以及各种先进荧光检测技术和仪器的应用,荧光标记技术已逐渐成为荧光标记材料领域一种常用的分析测试手段。稀土掺杂的二氧化硅荧光微球因其稳定性好、生物相容性高、发光强度优异等优势被广泛应用荧光标记材料中。但是,针对于不同的的被标记物,对作为标记材料的荧光微球有着不同的限制条件,为实现二氧化硅荧光微球高效广泛的应用,就要求其在形貌、尺寸大小、发光性能等方面实现可控性。本文在溶胶凝胶法制备单分散二氧化硅微球的基础上,主要探索了稀土掺杂二氧化硅荧光微球的控制合成技术,分别制备了SiO2:Re3+、SiO2@Si O2:ReX3Y和ReX3Y@SiO2型三类单分散荧光微球(Re表示稀土,X表示第一配体,Y表示第二配体),对其合成方法、形貌以及微球尺大小的控制进行了详细的分析和表征,并初步探讨了这三种荧光微球在硅橡胶中的荧光标记应用。主要研究内容如下:(1)通过溶胶凝胶法制备了单分散二氧化硅微球,并考察了正硅酸乙酯(TEOS)浓度、氨水浓度、反应温度和溶剂配比对微球尺寸大小、粒径分布均匀性以及球形度的影响。通过正交试验探究了较小粒径和单分散性较好的二氧化硅微球的最佳反应条件,并且通过溶胶种子法控制合成了不同粒径大小的单分散二氧化硅微球。在此基础上,通过改进的溶胶种子法制备了稀土离子掺杂的二氧化硅荧光微球SiO2:Re3+,该荧光微球粒单分散性和球形度均较好,其粒径范围可以控制在85-510nm之间的各个区间内,通过掺杂不同种稀土离子制备出不同发光颜色的荧光微球,通过改变稀土离子掺杂量控制其发光强度,其中SiO2:Eu3+微球的最佳稀土掺杂浓度为5mol%。(2)通过改进的溶胶种子法制备出了以稀土配合物为壳层的核壳结构荧光微球SiO2@SiO2:Eu(DBM)3phen,这种荧光微球具有较好的球形度和单分散性,微球表面孔径约2.9nm的介孔二氧化硅,其粒径范围可以控制在77-595nm之间的各个区间内,该荧光微球表现出较强的Eu3+特征红光发射峰,其发光强度随稀土配合物浓度的增加而增加,当稀土掺杂浓度超过7mol%时发生浓度淬灭。通过改进的溶胶种子法制备出了以稀土配合物为内核的核壳结构荧光微球Eu(DBM)3phen@SiO2,这种荧光微球单分散性和球形度均较好,其粒径范围可以控制在75-534nm之间的各个区间内,该荧光微球表现出强的Eu3+的特征红光发射峰。通过比较SiO2:Eu3+、SiO2@SiO2:Eu(DBM)3phen、Eu(DBM)3phen@SiO2三种荧光微球的结构、粒径、发光性能,实验结果表明相同粒径的这些荧光微球表面硅羟基数量相对于纯二氧化硅微球没有较大变化,说明掺杂稀土离子不会影响二氧化硅微球的表面活性,且SiO2@SiO2:Eu(DBM)3phen荧光微球的荧光强度最高。(3)通过硅橡胶复合加工技术将SiO2:Eu3+、SiO2@SiO2:Eu(DBM)3phen和Eu(DBM)3phen@SiO2三种荧光微球作为填料制备填充荧光硅橡胶,并通过激光共聚焦扫描显微镜表征荧光微球在硅橡胶中的分散情况,结果表明SiO2:Eu3+可视化率为26.7%,SiO2@Si O2:Eu(DBM)3phen可视化率为93.2%,Eu(DBM)3phen@SiO2可视化率为90.8%,并测得Si O2@SiO2:Eu(DBM)3phen荧光微球在橡胶中的聚集体尺寸的分布集中在为1-6μm。
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【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ422

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