[發明專利]一種黑色素摻雜單分散二氧化硅膠體粒子的量產制備方法

有效

• 申請號: 201610029393.8
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105645418B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 謝卓穎;劉盼苗;顧忠澤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種黑色素摻雜單分散二氧化硅膠體粒子的量產制備方法。

背景技術

膠體粒子憑借其高的比表面積、強的吸附性能、小尺寸和高球型度及富集功能基團的表面等優異性質，常被用來作為功能性材料應用在我們的日常生活中。單分散的膠體粒子是指粒子的粒徑高度一致，這種粒子在構建光子晶體方面有著重要的意義。光子晶體由于其獨特的有序結構以及可控的禁帶位置，所以可以構建結構色材料廣泛應用于化妝品、墨水、生物分析、光學器件等領域。而黑色素由于其自身的吸光特性，因此摻雜在光子晶體中可以有效地去除漫反射產生的干擾光，增強光子晶體的有效波段作用效應。

近年來，不少研究者也曾試圖將黑色素摻雜到膠體粒子中，但由于這種摻雜黑色素的膠體粒子存在單分散性差、穩定性差、制備過程復雜且不可大批量生產等缺點大大限制了其應用。

因此，一種可以批量生產、穩定性高的制備過程簡單的摻雜黑色素的單分散膠體粒子應運而生。

發明內容

技術問題：本發明主要解決的技術問題是提供一種黑色素摻雜單分散二氧化硅膠體粒子的量產制備方法，能夠使制備的粒子尺寸可控、單分散性高、可批量生產、穩定性高。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用一種黑色素摻雜單分散二氧化硅膠體粒子的量產制備方法，該方法包括以下幾個步驟：單分散二氧化硅粒子種子的合成、黑色素中間殼層和二氧化硅外殼的合成以及粒子的后期處理；

1)單分散二氧化硅粒子種子的合成：將水、正硅酸乙酯、精氨酸、環己烷均勻混合，制備出具有單分散性、尺寸在10-20nm的二氧化硅納米粒子；將上述粒子溶液分散于乙醇、氨水構建的種子生長反應體系中，在均勻攪拌下，緩慢滴入二氧化硅前聚體溶液，得到所需尺寸的單分散的二氧化硅種子粒子，保存待用；

2)黑色素中間殼層和二氧化硅外殼的合成，制成多層核殼的摻雜黑色素的單分散膠體粒子：

將步驟1)制備的單分散的二氧化硅種子粒子分散于乙醇與氨水構建的反應體系中，在均勻攪拌下，緩慢加入黑色素前聚體溶液，反應后即可得到具有黑色素殼層的單分散粒子；在黑色素殼層反應結束后，直接在原反應液中緩慢加入二氧化硅前聚體溶液，反應后即可得到二氧化硅包埋的摻雜黑色素單分散膠體粒子，對該單分散膠體粒子反復的進行離心清洗、超聲分散，然后干燥得到純凈的單分散膠體粒子粉末；

3)對摻雜黑色素的單分散膠體粒子的后期處理：

將步驟2)得到的單分散膠體粒子粉末在氮氣環境中碳化得到結構更加穩定的摻雜黑色碳C的單分散膠體粒子。

其中：

步驟1)中所述的所需尺寸的單分散的二氧化硅種子粒子，其尺寸通過控制二氧化硅前聚體的加料量來自由調控。

步驟2)中所述的黑色素前聚體是鹽酸多巴胺，黑色素是聚多巴胺PDA；二氧化硅前聚體是四烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷和甲基三烷氧基硅烷或氨基三烷氧基硅烷。

所述乙醇、氨水構建的種子生長反應體系中，乙醇、氨水的體積比為10.7：1。

本發明中，通過控制鹽酸多巴胺的加料量可調控中間層黑色素的厚度，控制二氧化硅前聚體溶液的加入量可調控外殼層材料的厚度。

整個實驗過程可連續反應并且各加料量可以等比例擴大量產。

步驟1)中的種子生長、步驟2)中的黑色素殼層和二氧化硅殼層的生長均可以調控最后得到的膠體粒子的尺寸。

有益效果：本發明采用的是種子在體系中連續生長的方法，這種方法不僅可以獲得單分散高的膠體粒子，并且可實現大批量的生產。生產過程中的種子生長、黑色素和二氧化硅殼層的生長環節均可以達到對膠體粒子尺寸的有效控制。通過將黑色素前聚體以共價鍵作用摻雜在二氧化硅種子粒子表面，然后在黑色素表面再包覆一層二氧化硅殼層從而使黑色素分子包埋在粒子內層，提高黑色素的穩定性。使用所述方法制備摻雜黑色素的單分散膠體粒子步驟簡單，成本低，便于大規模生產，制備的膠體粒子單分散性高，穩定性高。因此，這種摻雜黑色素的單分散膠體粒子既能實現在構建光子晶體應用中的需要，穩定性高，并且拓寬了這種光子晶體在生物材料領域的應用。

附圖說明

圖1是本發明一較佳實施例的示意圖；

圖中1代表二氧化硅種子粒子，2代表黑色素殼層，3代表二氧化硅外殼層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。