“新工科”背景下生物制药专业多学科交叉融合的探索研究——以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例

“新工科”背景下,多学科交叉融合已成为生物制药专业教学育人的新方式,对培养“明德求真,弘药济世”的卓越应用型工程人才具有重要意义。本文将以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例,顺应教育部“三全育人”的战略要求,在调动学生科研的积极性和主动性的同时,探索生物制药与有机化学之间的联系,挖掘多学科交叉融合的独特优势,提高学生的科学探究能力和实验操作能力。

SiO_2/Ag核壳结构纳米粒子的制备及表征

以金纳米粒子为表面晶种,通过化学还原的方法制备了二氧化硅/银核壳复合纳米粒子.采用TEM,XRD及UV/vis对其结构、形貌以及光学性质进行了表征和研究,结果表明所得到的复合粒子粒径均匀、银纳米壳光滑完整,厚度可控.并且随着银纳米壳厚度的增大,其光学等离子体共振峰逐渐蓝移.而当银纳米粒子在二氧化硅胶粒表面上生长的过程中,它们的共振峰又逐渐红移,直到完整的银壳形成.

SiO_2/Au核壳结构纳米粒子的制备及表征

通过以金纳米粒子为表面晶种和壳生长的方法制备了金纳米壳包覆二氧化硅的复合纳米粒子。采用TEM和UV-Vis对复合粒子进行了表征和研究,结果表明所得到的复合粒子粒径均匀、金纳米壳光滑完整,且壳厚度可通过反应物的用量来控制。当核半径与壳厚度之比在4到13之间变化时,复合粒子的光学共振峰在可见光区到近红外光区范围内可发生大于500nm波长的移动。

TiO_2/SiO_2核/壳结构复合粒子的组装及其电化学性能

近年来，纳米TiO2被广泛应用于涂料、化妆品、陶瓷、化纤、锂离子二次电池的负极材料等领域，是目前的研究热点。由于一维纳米棒TiO2材料的特殊结构。作为锂离子电极材料表现出了很多优势，例如。锂离子嵌入／脱出过程体积膨胀小，稳定性好等。由于纳米TiO2粉体是强极性物质，且容易团聚而引起反应活性的降低。因此为了改善纳米TiO2的光催化和电性能。国内外进行了许多探索。通常采用的方法有贵金属表面沉积、过渡金属掺杂、表面敏化、半导体复合和简单包覆等。据报道，TiO2经SiO2包覆后，其热稳定性可得到明显的提高。目前纳米TiO2的表面处理过程主要采用气相法、液相沉积法和溶胶-凝胶法，并加以机械搅拌以保证TiO2在溶液中的分散。而纳米颗粒粒径小，表面能高．机械搅拌很难保证颗粒的分散。本工作在外加超声场的作用下采用醇盐原位水解法制备了粒径约200nm的TiO2／SiO2核／壳结构复合粒子，并研究了所合成样品的分散性、热稳定性及电化学性能。

Fe/SiO_2核壳复合粒子表面的XPS谱研究

采用XPS技术研究了Fe/SiO2核壳复合粒子的表面化学成分和电子结构。结果表明,表面化学成分仅由Si和O元素组成,表面Si存在4种电子结构,表面O存在5种电子结构。表面硅4种电子结构的Si2p电子结合能及归属为:102.91eV(51.18%)为Q4硅[Si(OSi)4],102.15eV(23.23%)为Q3硅[Si(OSi)3OH],103.98eV(18.70%)为Q2硅[Si(OSi)2(OH)2],101.35eV(6.89%)为Q1硅[Si(OSi)(OH)3];表面氧5种电子结构的O1s电子结合能及归属为:532.85eV(52.07%)为Q4硅基团中的氧,531.80eV(19.93%)为Q3硅基团中的氧,533.90eV(17.09%)为Q2硅基团中的氧,534.75eV(7.65%)为Q1硅基团中的氧,530.55eV(3.26%)为与金属铁核相互作用的氧。531.80和530.55eV的氧原子数(19.93%+3.26%=23.19%)与102.15eV的硅原子数(23.23%)非常相近,这不仅表明与金属铁核相互作用的表面氧为Q3硅基团中的氧,而且说明表面氧与金属铁核相互作用后O1s电子结合能会因为Fe给电子能力较大而降低。

Au@SiO_2核壳纳米粒子的制备及其表面增强拉曼光谱

采用柠檬酸钠还原氯金酸法制备金溶胶,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,氨水作催化剂,制备以金为核,二氧化硅为壳的核壳纳米粒子.金纳米粒子的粒径可以通过柠檬酸钠和氯金酸的比例控制,通过调节TEOS的量和反应的时间可以控制二氧化硅壳层的厚度.以苯硫酚为探针分子研究了核壳结构纳米粒子的表面增强拉曼散射(SERS)效应与二氧化硅壳层厚度之间的关系.研究结果表明,金内核电磁场增强效应随着二氧化硅壳层厚度的增加逐渐减弱,且其衰减速度比具有相同尺度的双金属核壳结构纳米粒子的慢.此外,探针分子主要以物理作用吸附在二氧化硅的表面,可通过洗涤方法将探针分子除去,从而可使该复合结构基底用于循环SERS分析.

核/壳结构的ZnS:Mn/SiO_2纳米粒子的制备及发光性质研究

采用溶剂热法制备了Mn离子掺杂的ZnS纳米粒子(ZnS∶Mn),然后利用正硅酸乙酯(TEOS)的水解反应对其进行了不同厚度的SiO2无机壳层包覆。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及荧光发射光谱(PL)对样品的结构及光学性质进行了表征和研究。包覆SiO2壳层后,粒子的粒径明显增大并且在ZnS∶Mn纳米粒子表面可以观察到明显的SiO2壳层。XPS测试印证了ZnS∶Mn/SiO2的核壳结构。随着SiO2壳层的增厚,ZnS∶Mn/SiO2的Mn离子的发光先增强后减弱,这是因为SiO2壳层同时具有表面修饰和降低发光中心浓度这两种相反的作用。当壳层厚度(壳与核的物质的量的比)达到5时,发光效果达到最好,其强度达到未包覆样品的7.5倍。

纳米CaCO_3/SiO_2核—壳结构复合粒子的制备

采用含有纳米碳酸钙的硅酸钠水性悬浮液在酸性物质作用下 ,硅酸盐发生水解—缩合反应生成溶胶从而沉积在纳米碳酸钙粒子表面的溶胶沉淀法 ,制备出具有核—壳结构的纳米碳酸钙 /二氧化硅复合粒子。用TEM、IR、XPS、TGA、XRD等方法对复合粒子的大小、形貌、化学组成、结构。

纳米SiO_2-Ni核壳结构粒子的制备与性能表征

以硅酸乙酯(TEOS)和纳米镍粉为主要原料,通过溶胶-凝胶法制备了SiO2包覆镍核壳结构纳米复合粒子。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)、X射线能量色散分析谱仪(EDS)和振动试样磁强计(VSM)等测试手段对样品的晶体结构、形貌、组成元素和磁学性能等特征进行了表征。结果表明:SiO2以非晶态的形式包覆在纳米镍粒子表面,形成了明显的核壳结构,降低了纳米粉体的团聚现象。颗粒大多呈球形或椭球形,粒径分布在20～80 nm范围,平均粒径为30 nm,镍粒子外碳层的厚度为4～6 nm。包覆后的粉体由于SiO2的存在,饱和磁化强度与剩磁比纳米镍粉降低,矫顽力升高。

SiO_2-含氟丙烯酸酯核壳纳米复合乳胶粒子的制备和表征

以纳米SiO2水溶胶为种子,通过种子乳液聚合法合成了壳中含氟的SiO2-含氟丙烯酸酯核壳纳米复合乳胶粒子.通过透射电镜及动态光散射法证实了该乳胶粒子的微观核壳结构,并且该乳液的粒径分布窄,乳胶粒子大小均匀.另外,利用红外光谱及表面光电子能谱分析了乳胶粒子的化学结构,结果证明含氟丙烯酸酯单体能够通过种子乳液聚合方法引入到核壳结构乳胶粒子中.

大面积SiO_2/Au核壳纳米粒子的制备及拉曼散射研究

为了对SiO2纳米粒子进行改性,文章采用硅烷偶联试剂(乙烯基三乙氧基硅烷),通过LB膜提拉法制备了大面积的SiO2纳米粒子单层膜,在该单层膜上溅射一层一定厚度的金壳,从而获得大面积SiO2/Au核壳纳米结构基底。用透射电镜、扫描电镜对制备的样品进行表征。以亚甲基蓝(MB)作为探针分子,对基底进行了表面增强拉曼散射(SERS)效应研究,对MB分子的增强拉曼振动峰进行了归属分析,并计算了该基底的拉曼增强因子,实验表明,该基底在表面增强拉曼散射中具有重要的应用前景。

CdSe@ZnSe@SiO_2核壳壳型纳米粒子的制备与表征

通过TOP-TOPO-HDA路线制备了CdSe纳米晶体,并在此基础上通过一步法制备出CdSe@ZnSe核壳纳米粒子。利用环己烷-壬基酚聚(5)氧乙烯醚(NP-5)-水的微乳体系为模板,通过硅烷偶联剂的作用制备出CdSe@ZnSe@SiO2复合纳米粒子,并通过TEM、EDX和UV-Vis等手段对所得纳米粒子进行了表征。

核-壳结构SiO_2@SrAl_2Si_2O_8∶Eu^(2+)粒子的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法制备了核-壳结构SiO2@SrAl2Si2O8∶Eu2+粒子.经1000℃煅烧,在粒径约为350~400nm的单分散SiO2微球表面包覆了一层SrAl2Si2O8∶Eu2+.分别以X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光致发光(PL)对合成产物进行了表征.XRD结果表明,SrAl2Si2O8∶Eu2+包覆层为六方相结构;SEM分析表明,在进行包覆后,核-壳结构SiO2@SrAl2Si2O8∶Eu2+粒子仍然呈良好的单分散状态;TEM分析表明,核-壳结构粒子存在明显的包覆层,其厚度约为20~30nm;激发和发射光谱测试表明,Eu2+有效地掺入了SrAl2Si2O8基质中,并具有良好的发光性能,SiO2@SrAl2Si2O8∶Eu2+的激发光谱峰值在361nm,发射光谱峰值在441nm,为Eu2+5d-4f跃迁.

fnSiO_2＠mSiO_2核壳纳米粒子的特性研究

本文考察了fnSiO2@mSiO2核壳纳米粒子的荧光特性,并选用布洛芬作为药物分子,考察了其在药物分子的负载和荧光检测方面的应用。结果表明:fnSiO2@mSiO2核壳纳米粒子可进行高灵敏的多元标记,并能给药物分子提供无阻碍的通道和足够的负载空间。

聚硫堇和磁性核/壳纳米粒子CoFe_2O_4/SiO_2修饰电极对多巴胺的测定

制备了聚硫堇(PTh)-磁性核/壳纳米粒子CoFe2O4/SiO2修饰电极。研究了神经递质多巴胺(DA)在该修饰电极上的电化学行为。实验表明,PTh-CoFe2O4/SiO2复合膜修饰电极对DA的电催化作用优于PTh修饰电极。在pH7.5的PBS中,DA在该修饰电极上的CV曲线于-0.16V和-0.22V处出现一对灵敏的氧化还原峰,峰电流显著增加。差分脉冲伏安法(DPV)氧化峰电流ipa与DA浓度在1.2×10-7～3.6×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系,线性回归方程ipa(μA)=5.307c(μmol/L)+0.7891,r=0.9923,检出限为6.0×10-8mol/L(S/N=3)。常见物质对DA的检测无干扰,DA注射液样品检测结果与中国药典2010版(二部)规定方法一致。

SiO_2@Ag核壳结构纳米粒子的制备及其应用研究进展

SiO2@Ag核壳结构纳米粒子具有独特的物理性能、化学性能、生物学性能,在许多领域中具有重要的潜在应用价值,受到研究者广泛关注。综述了近年来国内外SiO2@Ag核壳结构纳米粒子的制备方法,即"种子"生长法、超声化学法、化学镀法、逐层组装法及其他方法,并重点介绍了"种子"生长法。总结了SiO2@Ag核壳结构纳米复合粒子在疾病诊治、高效催化、抗菌材料、红外隐身等领域应用的最新研究进展及作用机理,并对其未来发展进行了归纳与展望。

SiO_2/TiO_2核壳纳米复合粒子的制备与表征

利用钛酸丁酯的水解缩合在Si O2微球表面沉积Ti O2层,制得二氧化硅/二氧化钛(Si O2/Ti O2)核壳纳米复合材料。采用TEM、EDS、FT-IR和XRD等对所得的复合材料的形貌及结构进行表征。结果表明,该复合物具有明显的核壳结构。内核Si O2粒子粒径约220 nm,表面Ti O2包覆层厚度约20nm,两者之间形成了Ti-O-Si键。Ti O2层的厚度随着钛源的量增加而增大。该Si O2/Ti O2核壳结构复合物经高温处理后,壳层Ti O2由无定型转化为锐钛矿型。

纳米Ni/SiO_2核壳结构粒子的制备和表征

采用微波多元醇法制备了纳米Ni粒子,再通过水解正硅酸乙酯(TEOS)得到SiO2,实现对纳米Ni粒子的表面包覆,形成Ni/SiO2核壳结构。通过X射线衍射和透射电镜对包覆前后的粒子进行了观察分析。结果表明,微波多元醇法制备的Ni纳米粒子平均粒径100 nm,分散较均匀;包覆后的Ni粒子表面有一层非晶态的SiO2壳层,壳层的厚度随TEOS的浓度增大而增加。

表面增强喇曼光谱的Au@SiO2核壳纳米粒子制备

研究了核壳纳米颗粒的表面增强喇曼光谱（SERS）,并制备了不同SiO2厚度的Au@SiO2核壳纳米粒子进行喇曼光谱分析测试。首先,采用化学还原法制备出酒红色的金溶胶溶液。接着,添加不同量的正硅酸四乙酯（TEOS）制备了以Au为核、不同厚度SiO2为壳包裹的Au@SiO2核壳纳米粒子。然后,采用紫外-可见光（UV-Vis）和扫描电子显微镜（SEM）对Au@SiO2核壳纳米粒子的结构进行表征。最后,不同SiO2厚度的Au@SiO2核壳纳米粒子和未进行表面修饰的金溶胶溶液中滴入等量质量浓度为0.1 mg/L的罗丹明B,离心干燥后用喇曼光谱仪测试表面增强喇曼光谱效应。结果表明：罗丹明B的检出限可达到2.1×10^-7 mol/L,在扫描范围为300-1 800 cm^-1,激发波长为532 nm的条件下,SERS活性随TEOS用量的增加先增大后减小。TEOS的用量为120μL时,罗丹明B的表面喇曼增强效应最佳。

核壳结构TiO_2@SiO_2催化碳酸二甲酯与苯酚酯交换合成碳酸二苯酯

以反相微乳液法和沉淀法相结合制备了核壳结构TiO2@SiO2,首次用于碳酸二甲酯与苯酚酯交换合成碳酸二苯酯反应,显示较好的催化活性.采用200°C焙烧的TiO2@SiO2,用量0.20 g,反应9 h,苯酚转化率达41.8%,酯交换选择性为100%.透射电镜显示TiO2@SiO2核厚壳薄,TiO2核直径220–300 nm,SiO2壳厚度40–60 nm,具有介孔结构.TiO2@SiO2对碳酸二甲酯与苯酚酯交换反应有好的重复使用性,使用4次苯酚转化率仍保持在40%以上.TiO2与SiO2发生相互作用,Ti进入骨架形成Ti–O–Si键,骨架Ti的形成提高了TiO2@SiO2的催化性能.