[發明專利]利用微球排列多孔膜篩選實現納米粒子自組裝的方法

無效

• 申請號: 201010554946.4
• 申請日: 2010-11-23
• 公開（公告）號: CN102040194A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 阮偉東;紀南;楊有銘;周鐵莉;謝云飛;趙冰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于納米制備技術領域，特別涉及一種利用微球單層有序排列形成的規則多孔膜對不同尺寸的納米粒子的篩選作用，在微球的上下球冠表面分別實現不同尺寸納米粒子自組裝的方法。

背景技術

自組裝是一種先進的制備技術，可以方便地在微米或納米尺度的基底上構筑復雜結構。自組裝通常采用液相反應，因此可以一次性地在整個被浸潤的基底表面修飾同一材質的構筑基元(包括納米粒子、分子)。然而，現代社會的發展對材料提出更高的要求，同一材質單一功能的材料很難滿足復雜用途的需求。因此，發展基于多種材質構筑基元的復雜結構自組裝方法十分重要。

微球粒子在分離、檢測、催化領域具有重要的應用。對這些微球的表面修飾通常采用自組裝方法。這種方法是提高微球材料性能的重要途徑之一。可是，常規的自組裝方法僅可以在微球整個表面一次修飾一種材質的構筑基元。如何在微球球冠上下表面分別修飾不同構筑基元成為挑戰。

與本發明相近的技術是2005年11月9日授權的中國專利“二維有序納米環、納米孔和納米自組裝單層膜的制備方法”，公開號CN1483661。其內容涉及一種通過對三維有序微球模板的孔隙進行填充而獲得二維有序納米環，納米孔和納米自組裝單層膜的方法。本發明與之不同點在于：(1)所依托的技術路線不同：相似技術是對孔隙的填充，而本發明是利用孔隙篩選(選擇性地通過)不同尺寸的納米粒子；(2)目標產物不同：相似技術的產物是二維基片上的有序結構，而本發明的產物是微球粒子(上下球冠表面分別修飾不同尺寸的納米粒子)。

發明內容

本發明的目的是提供一種在微球上下球冠表面分別實現不同尺寸納米粒子自組裝的方法，這種方法利用了微球單層有序排列形成的規則孔隙結構(多孔膜)對不同尺寸的納米粒子的篩選作用。

(1)將質量百分濃度為0.5～2％的單分散聚合物微球乳液或二氧化硅微球乳液分散到汽液界面形成微球單層有序排列的薄膜，然后采用垂直提拉的方法將該薄膜轉移到基片上后自然晾干，微球之間的空隙形成規則孔隙結構，從而得到表面覆蓋微球排列多孔膜的基片；

(2)將表面覆蓋微球排列多孔膜的基片浸泡到質量百分濃度為0.2～10％的poly(diallydimethylammonium)chloride【英文縮寫：PDDA，中文名稱：聚二烯丙基二甲基銨氯】聚電解質分子水溶液中0.5～1小時，在多孔膜的表面修飾一層聚電解質分子，厚度為0.5～1.5納米；

(3)將PDDA修飾的多孔膜基片浸泡在金屬溶膠中0.5～6小時，由于多孔膜的孔隙和金屬溶膠中金屬納米粒子尺寸的不同，從而在微球的上、下球冠表面實現小尺寸金屬納米粒子的自組裝；或在微球的上球冠表面實現大尺寸金屬納米粒子的自組裝；或在微球的上球冠表面實現大尺寸金屬納米粒子的自組裝，而在微球的下球冠表面實現小尺寸金屬納米粒子的自組裝。

上述方法中所說的聚合物微球可以是聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球等高分子微球，乳液可以是水溶液或乙醇溶液。微球的尺寸可以從100納米～100微米，微球乳液的制備可以參考文獻Mater.Lett.2003，57，4466-4470，合成后離心分離洗滌三次，自然晾干。

汽液界面垂直提拉的方法可以參考文獻Chem.Res.Chinese?U.2007，23，712-714，所選的液體為高純水。

基片經過表面清潔處理后使用，基片可以是玻璃片、石英片、硅片或塑料片。聚電解質分子的修飾通過化學作用力(庫倫力、氫鍵、配位鍵)或者物理作用力(范德華力)。

金屬溶膠為單分散的3～25納米的金納米粒子(針對直徑100納米～100微米的微球，金納米粒子為能通過多孔膜孔隙的小尺寸金屬納米粒子)，或單分散的45～150納米的銀納米粒子(針對直徑100納米～100微米的微球，銀納米粒子為不能通過多孔膜孔隙的大尺寸金屬納米粒子)，或單分散的金納米粒子和單分散的銀納米粒子的混合液。這樣，可以在微球的上、下球冠表面實現金納米粒子的自組裝的單一結構；或在微球的上球冠表面實現銀納米粒子的自組裝的單一結構；或在微球的上球冠表面實現銀納米粒子的自組裝、而在微球的下球冠表面實現金納米粒子的自組裝的復合結構。

金溶膠的制備可以參考文獻Nature?Phys.Sci.1973，241，20-22，合成后直接使用，無需處理。銀溶膠的制備可以參考文獻J.Phys.Chem.C?2008，112，15176-15182，合成后直接使用，無需處理。金、銀溶膠的混合液采用體積比1∶6～6∶1的直接混合即可。