[發明專利]一種3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒的制造方法

有效

• 申請號: 201810022404.9
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108220345B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 陳西廣;王雅楠;馮超;程曉杰;李靜
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12R1/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒的制造方法，以天然硅藻為生產工具，用海水、光和二氧化碳為原材料進行人工培養，將硅酸鹽轉化為二氧化硅富集于硅藻外殼，然后分離純化，用酸及氧化劑處理，脫除有機質，得到3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒產品；過程中制備工藝簡單，綠色環保，能耗低，無污染；生物制造的二氧化硅微顆粒具有良好的3D層級多孔結構，產品產率在10～500 mg/L范圍內，化學組成均一，顆粒度均一，在微納米尺度上有高度的結構均一性，可用于生物傳感器、生物醫藥、醫用生物材料、光電器件加工等精準器械的制備；本發明具有操作簡便、制造成本低廉以及能耗低等優點，具有良好的開發應用潛力。

技術領域

本發明屬于生物材料領域的一種3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒的制造方法。

背景技術

二氧化硅是一種堅硬且在水中難以溶解的固體，在自然界中廣泛分布。層級多孔二氧化硅作為一種特殊材料，用途十分廣泛，在光電、生物材料、醫藥、食品和日用品等方面展示出非常重要的應用前景；3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒材料的制備方法很多，有人工制造，也有天然礦產；人工制造如氣相沉淀法、溶膠凝膠法和水熱合成法等，這些方法一般伴隨著高溫、高壓、極端的pH等條件，造成一定的高能耗和一定的環境污染，優點是制造出來的層級多孔二氧化硅純度高，缺點是層級多孔二氧化硅微顆粒的3D微觀結構不規則，物理結構的精度不夠高，微顆粒表面達不到納米尺寸均一的精準度；天然礦產中的硅藻土是另一個3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒的主要來源，優點是成本低，來源豐富，具有良好的微納米層級多孔結構，缺點是形態組成混雜，有雜質，結構不完整，不可生物降解，不能用于精準高端材料的制造，特別是不能用于生物醫用材料。

生物礦化是由生物體通過生物大分子的調控作用生成無機礦物的過程，也叫生物制造，與一般礦化最大的不同在于它是生物在特定的部位，在一定的物理化學條件下，在生物有機物質如細胞和有機基質的參與、控制或影響下，將溶液中的離子轉變為固相礦物，形成嚴格的空間結構。自然界中硅藻具有將硅酸鹽轉化為二氧化硅的功能，是一種生物礦化制造二氧化硅材料的生物制造方法。

硅藻是能夠進行光合作用的微藻類真核生物，其種類繁多、分布廣泛，凡是有光線、水、二氧化碳和必要營養物的地方，都能發現硅藻。硅藻外覆硅質細胞壁，由具有完全有序的三維結構的二氧化硅和有機質組成，大小在1 ～ 1000μm之間，表面布滿納米層級多孔，是3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒的生物來源，其優點是生物制造，生物降解，結構均一，微結構精準一致，缺點是含有有機質并且缺少規模化制備技術。

本發明開發了一種利用硅藻人工培養，將硅酸鹽轉化成3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒產品的生物制備技術，從而解決已有技術的不足。

發明內容

以天然硅藻為模式生物，通過人工培養，將硅酸鹽轉化成硅藻外殼基，然后分離純化去除有機質得到生物礦化的外殼即為本發明制備的3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒產品。

本發明的目的是提供一種用海洋硅藻制造3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒產品的方法。用天然硅藻、海水和人工培養，將無機硅酸鹽轉化成礦化外殼，經分離純化去除有機質制造出產量在10 ～ 500 mg/L的3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒產品。

本發明以天然硅藻為生產工具，用海水、無機硅酸鹽、光和二氧化碳為原材料進行人工培養，然后分離純化得到3D結構層級多孔二氧化硅微顆粒產品；過程中用酸及氧化劑處理，制備工藝簡單，綠色環保，能耗低，無污染；生物制造的二氧化硅微顆粒具有良好的3D層級多孔結構，化學組成均一，顆粒度均一，在微納米尺度上有高度的結構均一性，可用于生物傳感器、生物醫藥、醫用生物材料、光電器件加工等精準器械的制備。