[發明專利]一種多維度熒光納米粒子快速制備及其動態分散狀態原位定量表征的方法

有效

• 申請號: 202010460391.0
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111426672B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 賈曉龍;孟柳;羅錦濤;馬文麗;還獻華;楊小平
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

1.一種多維度熒光納米粒子快速制備及其動態分散狀態原位定量表征的方法，其特征在于：a、在暗室條件下先將具有聚集誘導發光性質的熒光素與多維度納米粒子在無水乙醇溶液中均勻混合制備前驅體溶液；之后將前驅體溶液倒入不透光的四氟圓底燒瓶中，將其置于帶有四氟攪拌裝置的封閉式微波反應器內，對前驅體溶液進行連續微波輻射，將具有聚集誘導發光性質的熒光素快速接枝到多維度納米粒子表面，得到多維度熒光納米粒子；b、在暗室條件下將a中得到的多維度熒光納米粒子與主體樹脂、稀釋劑以及含有長鏈烷基或烷氧基的鎓鹽類陽離子光引發劑超聲攪拌均勻，得到樹脂混合液；c、將b中得到的樹脂混合液倒入專用透明模具中，并將專用透明模具置于添加有氟氪激光器裝置的激光共聚焦掃描顯微鏡下，對樹脂混合液進行在線紫外光固化的同時，在線監測固化過程中多維度熒光納米粒子在樹脂混合液中各自的動態分散狀態，得到具有不同顏色的多維度熒光納米粒子三維圖片；d、將設置有圖像采集卡的攝像機與激光共聚焦掃描顯微鏡及其測控程序相連，通過控制圖像采集卡中的熒光色度，對c中得到的具有不同顏色的多維度熒光納米粒子三維圖片進行在線篩選，進一步通過控制圖像采集卡中的熒光閾值，在線建模測量多維度熒光納米粒子各自的周長L和面積S，由S∝L^D計算出面積-周長分形維數圖的分形系數D，得到多維度熒光納米粒子在樹脂混合液中各自分散狀態的數值化結果；

所述的多維度熒光納米粒子的幾何構型包含不同維度，是零維構型納米粒子包括SiO₂納米粒子、聚苯乙烯膠體微球、金屬納米粒子、Si₃N₄納米顆粒、TiO₂納米粒子、CdSe量子點、石墨烯量子點、富勒烯，一維構型納米粒子包括碳納米管、埃洛石納米管、TiO₂納米管、CdS納米管、ZnO納米線、Fe₃O₄納米線、Si納米線、Pt納米線、SiC納米晶須，二維構型納米粒子包括石墨烯、氧化石墨烯、蒙脫土、石墨相氮化碳、氮化硼、過渡金屬硫化物、黑磷中的幾種復配物；

所述具有聚集誘導發光性質的熒光素為四苯乙烯-異硫氰酸熒光素、四苯乙烯-羅丹明類熒光素、四苯乙烯-氨基香豆素類熒光素、四苯乙烯-Alexa Fluor類熒光素中的幾種復配物；

所述的含有長鏈烷基或烷氧基的鎓鹽類陽離子光引發劑為六氟銻酸碘鎓鹽類、六氟砷酸碘鎓鹽類、六氟磷酸碘鎓鹽類中的一種或幾種復配物。

2.根據權利要求書1所述的一種多維度熒光納米粒子快速制備及其動態分散狀態原位定量表征的方法，其特征在于如下合成工序：

(1)合成工序：在暗室條件下將無水乙醇、多維度納米粒子、具有聚集誘導發光性質的熒光素，按照質量份數配比為100:0.2-1:0.01-0.05超聲攪拌均勻，得到前驅體溶液，其中超聲功率為80-120kW，攪拌速度為400-800r/min，時間為1-3h；之后將前驅體溶液倒入不透光的四氟圓底燒瓶中，將其置于帶有四氟攪拌裝置的封閉式微波反應器內，對前驅體溶液進行連續微波輻射，其中攪拌桿為空心且側面帶有小氣孔，攪拌速度為800-1000r/min，微波輻射分為兩個階梯段進行調控，微波頻率為2400-2550MHz；第一段微波功率為800-1000W，微波輻射溫度為50-80℃，時間為1-2min；第二段微波功率為1000-1200W，微波輻射溫度為80-100℃，時間為1-3min；當多維度納米粒子完全沉淀在容器底部時終止反應，即可得到多維度熒光納米粒子；

(2)混合工序：在暗室條件下將主體樹脂、稀釋劑、含有長鏈烷基或烷氧基的鎓鹽類陽離子光引發劑、多維度熒光納米粒子，按照質量份數配比為100:20-40:5-10:0.2-1超聲攪拌均勻，其中超聲功率為80-120kW，攪拌速度為400-800r/min，時間為3-6h；將樹脂混合液置于真空烘箱中進行脫氣泡處理，溫度為40-60℃，時間為20-50min；

(3)固化與表征工序：將脫氣泡后的樹脂混合液倒入專用透明模具中，并將專用透明模具置于激光共聚焦掃描顯微鏡下，在激光共聚焦掃描顯微鏡中添加發射波長為248-300nm、功率為100-500mw的氪氟激光器裝置，將其光路與激光共聚焦掃描顯微鏡物鏡的光路相連；打開氪氟激光器裝置，對樹脂混合液進行在線紫外光固化，時間為10-30min，同時通過激光共聚焦掃描顯微鏡在線監測固化過程中多維度熒光納米粒子在樹脂混合液中各自的動態分散狀態，得到具有不同顏色的多維度熒光納米粒子三維圖片，其中室內溫度為15-25℃，針孔直徑為60-100μm，激光強度為10-50％，熒光的激發波長為405-620nm，熒光的發射波長為415-700nm，X、Y軸測量范圍為10-1100μm，Z軸測量范圍為10-300μm，掃描速度為100-600Hz；

(4)圖片處理及計算工序：在激光共聚焦掃描顯微鏡中添加設置有圖像采集卡的攝像機，將攝像機與激光共聚焦掃描顯微鏡的測控程序相連，通過控制圖像采集卡中的熒光色度，對具有不同顏色的多維度熒光納米粒子三維圖片進行在線篩選，得到具有相同顏色的熒光納米粒子；通過控制圖像采集卡中的熒光閾值，在線建模測量熒光納米粒子的周長L和面積S，由S∝L^D計算出面積-周長分形維數圖的分形系數D，得到多維度熒光納米粒子在樹脂混合液中各自分散狀態的數值化結果。