專利名稱：介孔二氧化硅納米馬達及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米馬達的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
納米尺度的人造馬達是近年來納米科學(xué)界的新研究熱點，通過催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣氣泡作為推動力，從而可在含有過氧化氫的溶液中游動。盡管目前通過電化學(xué)沉積、超分子組裝、金屬濺射沉積等方法可以制備各種馬達，但其尺寸很難擴展到IOOnm以下。發(fā)展真正意義上的納米馬達無疑將極大地擴展納米馬達的應(yīng)用范圍，具有催化能力的納米馬達(尤其是納米尺寸的馬達)在生物研究、醫(yī)療藥物運輸與釋放、環(huán)境檢測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的馬達的尺寸大的技術(shù)問題，而提供介孔二氧化硅納米馬達及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的介孔二氧化硅納米馬達是粒徑為50 90nm的、部分表面濺射金屬鉬層的介孔二氧化硅粒子。本發(fā)明的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法按以下步驟進行一、合成粒徑為50 90nm的介孔二氧化硅納米粒子；二、硅片清洗及親水性的處理先將硅片依次放入丙酮、酒精中進行超聲清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，再用氮氣吹干，接著將硅片放入濃硫酸與過氧化氫的混合溶液中，加熱至溫度為60°C 70°C并保持2 3小時，然后將硅片取出，用去離子水沖洗干凈并干燥，得到親水性硅片，其中濃硫酸與過氧化氫的混合溶液是由質(zhì)量濃度為95% 98%的濃硫酸與質(zhì)量濃度為20% 30%的過氧化氫按體積比為(2 3) I的比例混合而成的；三、將步驟一合成的介孔二氧化硅粒子分散在乙醇中，分散均勻后，得到混合溶液；再將混合溶液滴在步驟二得到的親水性硅片上，在室溫下干燥，得到排列單粒子層的硅片;四、用金屬真空鍍膜機將金屬鉬濺射在步驟三得到的排列單粒子層的硅片上；五、將經(jīng)步驟四處理的硅片放入去離子水中，再放入超聲儀中，在超聲的功率為？ ？、頻率為60Hz IOOHz的條件處理I 10s，過濾，干燥，得到介孔二氧化硅納米馬達。步驟一中介孔二氧化硅粒子的制備方法按以下步驟進行先將O. 25g O. 5g十六烷基三甲基溴化銨溶于150mL 180mL的去離子水中，再加入ImL 2. Oml濃度為2mol/L 4mol/L的氫氧化鈉溶液，混合均勻后加熱到60 80°C，再加入1. 5 2. OmL正硅酸乙酯,反應(yīng)混合物在60 80°C下攪拌2 4小時后，將產(chǎn)物用甲醇清洗，再用去離子水清洗，在40 70°C下進行真空干燥10 12小時，得到介孔二氧化硅粒子。步驟四中，金屬鉬濺射是從硅片的垂直方向進行金屬鉬的濺射，使介孔二氧化硅納米粒子的上半部帶有金屬鉬催化層，而介孔二氧化硅納米粒子的下半部仍保持原來的介孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明先將介孔硅二氧化硅納米粒子分散到乙醇中，得到分散液，經(jīng)過分散后介孔二氧化硅納米粒子不會粘結(jié)在一起，再將硅片處理后，使其具有親水性，然后將含有介孔二氧化硅納米粒子的分散液滴在親水硅片上，介孔二氧化硅粒子則在硅片上排列成單粒子層，再通過金屬真空鍍膜機，將金屬小顆粒濺射在介孔硅二氧化硅單粒子層上，然后通過低能量的超聲震動，將帶有一半金屬覆蓋的介孔二氧化硅從硅片上取下，獲得介孔二氧化硅納米馬達。本發(fā)明的介孔二氧化硅納米馬達不僅具有不對稱的介孔二氧化硅結(jié)構(gòu)，而且具有明顯的陰陽特征，其一部分有具有催化功能的金屬層，另一部分為介孔結(jié)構(gòu)。介孔二氧化硅納米馬達的制備方法操作簡單，成本低廉，而且一次合成量大。本發(fā)明的介孔二氧化硅納米馬達的應(yīng)用是將介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中使用。所述的過氧化氫溶液的質(zhì)量濃度大于0%且小于等于30%。本發(fā)明的介孔二氧化硅納米馬達應(yīng)用時，所負載的物質(zhì)可以裝載在二氧化硅納米粒子的介孔中，通過催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣氣泡作為推動力，從而可在含有過氧化氫的溶液中運動，將負載的物質(zhì)運送至目的地。該介孔二氧化硅納米馬達不僅可以用于承載物質(zhì)運輸，而且自身具有自發(fā)的運輸動力。本發(fā)明的制備的介孔二氧化硅納米馬達可用于生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、環(huán)境檢測等領(lǐng)域。


圖1是試驗一的步驟一制備的介孔二氧化硅粒子的掃描電鏡照片；圖2是試驗一步驟一制備的介孔二氧化硅粒子的透射電鏡照片；圖3試驗一步驟五制備的帶有催化金屬鉬層的介孔二氧化硅納米馬達掃描電鏡照片，即圖中明亮的部分為鉬層，另一部分為介孔二氧化硅；圖4是試驗一經(jīng)步驟五制備的介孔二氧化硅納米馬達的透射電鏡照片；圖5是介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中I秒時的超分辨熒光顯微鏡照片;圖6是介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中2秒時的超分辨熒光顯微鏡照片;圖7是介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中3秒時的超分辨熒光顯微鏡照片;圖8介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中4秒時的超分辨熒光顯微鏡照片。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的介孔二氧化硅納米馬達是粒徑為50 90nm的、部
分表面覆蓋有金屬鉬層的介孔二氧化硅粒子。本實施方式的介孔二氧化硅納米馬達不僅具有不對稱的介孔二氧化硅結(jié)構(gòu)，而且具有明顯的陰陽特征，其一部分有具有催化功能的金屬層，另一部分為介孔結(jié)構(gòu)。所負載的物質(zhì)可以裝載在二氧化硅納米粒子的介孔中，通過催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣氣泡作為推動力，從而可在含有過氧化氫的溶液中運動，將負載的物質(zhì)運送至目的地。該介孔二氧化硅納米馬達不僅可以用于承載物質(zhì)運輸，而且自身具有自發(fā)的運輸動力。
具體實施方式
二具體實施方式
一所述的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法按以下步驟進行一、合成粒徑為50 90nm的介孔二氧化硅納米粒子；二、硅片清洗及親水性的處理先將硅片依次放入丙酮、酒精中進行超聲清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，再用氮氣吹干，接著將硅片放入濃硫酸與過氧化氫的混合溶液中，加熱至溫度為60°C 70°C并保持2 3小時，然后將硅片取出，用去離子水沖洗干凈并干燥，得到親水性硅片，其中濃硫酸與過氧化氫的混合溶液是由質(zhì)量濃度為95% 98%的濃硫酸與質(zhì)量濃度為20% 30%的過氧化氫按體積比為(2 3) I的比例混合而成的；三、將步驟一合成的介孔二氧化硅粒子分散在乙醇中，分散均勻后，得到混合溶液；再將混合溶液滴在步驟二得到的親水性硅片上，在室溫下干燥，得到排列單粒子層的硅片;四、用金屬真空鍍膜機將金屬鉬濺射在步驟三得到的排列單粒子層的硅片上；五、將經(jīng)步驟四處理的硅片放入去離子水中，再放入超聲儀中，在超聲的功率為180 300W、頻率為40kHz 59kHz的條件處理I 10s，過濾，將得到的固相物干燥，得到介孔二氧化硅納米馬達。本實施方式制備的介孔二氧化硅納米馬達不僅具有不對稱的介孔二氧化硅結(jié)構(gòu)，而且具有明顯的陰陽特征，其一部分有具有催化功能的金屬層，另一部分為介孔結(jié)構(gòu)。所負載的物質(zhì)可以裝載在二氧化硅納米粒子的介孔中，通過催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣氣泡作為推動力，從而可在含有過氧化氫的溶液中運動，將負載的物質(zhì)運送至目的地。該介孔二氧化硅納米馬達不僅可以用于承載物質(zhì)運輸，而且自身具有自發(fā)的運輸動力。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二不同的是步驟一中介孔二氧化硅粒子的制備方法按以下步驟進行先將O. 25g O. 5g十六烷基三甲基溴化銨溶于150mL 180mL的去離子水中，再加入ImL 2. Oml濃度為2mol/L 4mol/L的氫氧化鈉溶液，混合均勻后加熱到60 80°C，再加入1. 5 2. OmL正硅酸乙酯，反應(yīng)混合物在60 80°C下攪拌2 4小時后，將產(chǎn)物用甲醇清洗，再用去離子水清洗，在40 70°C下進行真空干燥10 12小時，得到介孔二氧化硅粒子。其他與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二或三不同的是步驟四中，金屬鉬濺射是從硅片的垂直方向進行金屬鉬的濺射，使介孔二氧化硅納米粒子的上半部帶有金屬鉬催化層。其它與具體實施方式
二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二至四不同的是步驟二中硅片清洗及親水性的處理過程如下先將硅片依次放入丙酮、酒精中進行超聲清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，再用氮氣吹干，接著將硅片放入濃硫酸與過氧化氫的混合溶液中，加熱至溫度為65°C 69°C并保持2. 2 2. 8小時，然后將硅片取出，用去離子水沖洗干凈并干燥，得到親水性硅片，其中濃硫酸與過氧化氫的混合溶液是由質(zhì)量濃度為95% 98%的濃硫酸與質(zhì)量濃度為20% 30%的過氧化氫按體積比為(2. 2 2. 8) I的比例混合而成的。其它與具體實施方式
二至四相同。
本實施方式將硅片處理后，使其具有親水性，將含有介孔硅二氧化硅納米粒子的溶液滴在親水硅片上后，介孔二氧化硅粒子則在硅片上排列成單粒子層。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
二至五不同的是步驟四中金屬鉬層的厚度為10 20nm。其它與具體實施方式
二至五相同。本實施方式中因為介孔硅二氧化硅粒子是在硅片上呈單粒子層排列方式，將金屬鉬小顆粒濺射在介孔二氧化硅單粒子層上時，單個介孔二氧化硅粒子的上半部分濺射有金屬鉬層，而下半部分沒有金屬鉬層，保留原來的介孔結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
二至六不同的是步驟五中在超聲的功率為180 300w、頻率為50kHz的條件處理2 8s。其它與具體實施方式
二至六相同。通過超聲振動，將上半部分覆蓋金屬鉬層的介孔硅二氧化硅粒子從硅片上脫下來，得到單個的上半部分覆蓋金屬鉬層的介孔硅二氧化硅粒子，即為介孔二氧化硅納米馬達。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
二至七不同的是步驟五中在干燥是指在溫度為50 70°C真空的條件下干燥10 12小時。其它與具體實施方式
二至七相同。
具體實施方式
九具體實施方式
一所述的介孔二氧化硅納米馬達的應(yīng)用是將介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中使用。本實施方式的介孔二氧化硅納米馬達的應(yīng)用，是將所負載的物質(zhì)裝載在二氧化硅納米粒子的介孔中，通過催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣氣泡作為推動力，從而可在含有過氧化氫的溶液中運動，將負載的物質(zhì)運送至目的地。該介孔二氧化硅納米馬達不僅可以用于承載物質(zhì)運輸，而且自身具有自發(fā)的運輸動力具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
九不同的是所述的過氧化氫溶液的質(zhì)量濃度大于0%且小于等于30%。其他與具體實施方式
九相同。用以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果試驗一本試驗的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法按以下步驟進行一、介孔二氧化硅粒子的合成先將O. 25g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶于150mL的去離子水中，再加入ImL濃度為2mol/L的氫氧化鈉溶液，混合均勻后加熱到80°C，再加入1. 5mL正硅酸乙酯(TEOS)，反應(yīng)混合物在80°C下攪拌2小時后，將產(chǎn)物用甲醇清洗三次，再用去離子水清洗3次，在溫度為20°C、真空度為O. 009MPa的條件下進行真空干燥5小時，得到介孔二氧化硅粒子；二、硅片的處理先將硅片依次放入丙酮、酒精中進行超聲清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，再用氮氣吹干，接著將硅片放入濃硫酸與過氧化氫的混合溶液中，加熱至溫度為60°C并保持2小時，然后將硅片取出，用去離子水沖洗干凈并干燥，得到親水性硅片；其中濃硫酸與過氧化氫的混合溶液中由質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸與質(zhì)量濃度為30%的過氧化氫按體積比為3 I的比例混合而成的；三、制作單粒子排列層將O. 01克步驟一合成的介孔二氧化硅粒子分散在I毫升無水乙醇中，分散均勻后，得到混合溶液；再將混合溶液滴在步驟二得到的親水性硅片上，在溫度為20°C的室溫下干燥8小時，得到排列單粒子層的硅片；四、將步驟三得到的排列單粒子層的硅片放入到金屬真空鍍膜機中，從硅片的垂直方向濺射金屬鉬，鉬層的厚度為IOnm ；
五、將經(jīng)步驟四處理的硅片放入去離子水中，再放入超聲儀中，在超聲的功率為300w、頻率為59kHz的條件處理10s，過濾，將得到的固相物在溫度為60°C的真空條件下干燥10小時，得到介孔二氧化硅納米馬達。本試驗步驟一制備的介孔二氧化硅粒子的透射電鏡照片如圖1所示，從圖1可以看出，介孔二氧化娃粒子的直徑為60 80nm。本試驗步驟三制備的排列單粒子層的硅片的掃描電鏡照片如圖2所示，從圖2可以看出，介孔二氧化硅粒子是單層排列在硅片上的。
本試驗步驟四五制備的帶有催化金屬層二氧化硅納米粒子的掃描電鏡照片如圖3所示，從圖3中明亮的部分為鉬層，另一部分為介孔二氧化硅。本試驗步驟五制備的介孔二氧化硅納米馬達的透射電鏡照片如圖4所示，從圖4可以看出，介孔二氧化硅納米馬達一部分具有金屬催化層的陰陽結(jié)構(gòu)，另一部分仍為原來的介孔結(jié)構(gòu)。利用介孔二氧化硅納米馬達的介孔孔道，攜帶染料作為模型藥物，用超分辨顯微鏡表征其運動情況。先將本試驗制備的介孔二氧化硅納米馬達浸泡到含有異硫氰酸熒光素(FITC)的溶液中，浸泡24小時，然后將介孔二氧化硅納米馬達過濾出來，干燥，然后放到質(zhì)量濃度為30 %的過氧化氫溶液中，用超分辨熒光顯微鏡表征其運動進行情況，4秒鐘內(nèi)的運動分解圖和軌跡如圖5、6、7和8所示。其中圖5是I秒時介孔二氧化硅納米馬達的超分辨熒光顯微鏡照片，圖6是2秒時介孔二氧化硅納米馬達的超分辨熒光顯微鏡照片；圖7是3秒時介孔二氧化硅納米馬達的超分辨熒光顯微鏡照片，圖8是4秒時介孔二氧化硅納米馬達的超分辨熒光顯微鏡照片。從圖5、6、7和8可以看出，介孔二氧化硅納米馬4秒內(nèi)攜帶FITC染料的運動軌跡程弧形，運動距離25 μ m左右。
權(quán)利要求
1.介孔二氧化娃納米馬達，其特征在于介孔二氧化娃納米馬達是粒徑為50 90nm的、部分表面覆蓋有金屬鉬層的介孔二氧化硅粒子。
2.制備如權(quán)利要求1所述的介孔二氧化硅納米馬達的方法，其特征在于介孔二氧化硅納米馬達的制備方法按以下步驟進行 一、合成粒徑為50 90nm的介孔二氧化娃納米粒子； 二、硅片清洗及親水性的處理先將硅片依次放入丙酮、酒精中進行超聲清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，再用氮氣吹干，接著將硅片放入濃硫酸與過氧化氫的混合溶液中，力口熱至溫度為60°C 70°C并保持2 3小時，然后將硅片取出，用去離子水沖洗干凈并干燥，得到親水性硅片，其中濃硫酸與過氧化氫的混合溶液是由質(zhì)量濃度為95% 98%的濃硫酸與質(zhì)量濃度為20% 30%的過氧化氫按體積比為(2 3) I的比例混合而成的； 三、將步驟一合成的介孔二氧化硅粒子分散在乙醇中，分散均勻后，得到混合溶液；再將混合溶液滴在步驟二得到的親水性硅片上，在室溫下干燥，得到帶有單粒子排列層的硅片; 四、用金屬真空鍍膜機將金屬鉬濺射在步驟三得到的帶有單粒子排列層的硅片上； 五、將經(jīng)步驟四處理的硅片放入去離子水中，再放入超聲儀中，在超聲的功率為180 300W、頻率為40kHz 59kHz的條件下處理I 10s，過濾，將得到的固相物干燥，得到介孔二氧化硅納米馬達。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法，其特征在于步驟一中介孔二氧化硅粒子的制備方法按以下步驟進行先將O. 25g O. 5g十六烷基三甲基溴化銨溶于150mL 180mL的去離子水中，再加入ImL 2. Oml濃度為2mol/L 4mol/L的氫氧化鈉溶液，混合均勻后加熱到60 80°C，再加入1. 5 2. OmL正硅酸乙酯，反應(yīng)混合物在60 80°C下攪拌2 4小時后，將產(chǎn)物用甲醇清洗，再用去離子水清洗，在40 70°C下進行真空干燥10 12小時，得到介孔二氧化硅粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法，其特征在于步驟四中，金屬鉬濺射是從硅片的垂直方向進行金屬鉬的濺射。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法，其特征在于步驟二中硅片清洗及親水性的處理過程如下先將硅片依次放入丙酮、酒精中進行超聲清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，再用氮氣吹干，接著將硅片放入濃硫酸與過氧化氫的混合溶液中，加熱至溫度為65°C 69°C并保持2. 2 2. 8小時，然后將硅片取出，用去離子水沖洗干凈并干燥，得到親水性硅片，其中濃硫酸與過氧化氫的混合溶液是由質(zhì)量濃度為95% 98%的濃硫酸與質(zhì)量濃度為20 % 30%的過氧化氫按體積比為(2. 2 2. 8) I的比例混合而成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法，其特征在于步驟四中金屬鉬層的厚度為10 20nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法，其特征在于步驟五中在超聲的功率為200 280W、頻率為50kHz的條件下處理2 8s。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的介孔二氧化硅納米馬達的制備方法，其特征在于步驟五中在干燥是指將固相物在50 70°C的真空條件下干燥6 8小時。
9.如權(quán)利要求1所述的介孔二氧化硅納米馬達的應(yīng)用，其特征在于介孔二氧化硅納米馬達的應(yīng)用是將介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介孔二氧化硅納米馬達的應(yīng)用，其特征在于所述的過氧化氫溶液的質(zhì)量濃度大于O且小于等于30%。
全文摘要
介孔二氧化硅納米馬達及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明涉及馬達及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有馬達的尺寸大的技術(shù)問題。本發(fā)明的介孔二氧化硅納米馬達是粒徑為50～90nm的、部分表面濺射金屬鉑層的介孔二氧化硅粒子。制備方法一、先合成介孔二氧化硅納米粒子；二、硅片的親水性處理；三、將二氧化硅納米粒子分散液滴在親水性硅片上，干燥；三、將金屬鉑濺射在步驟三得到的排列單粒子層的硅片上；四、超聲振落后，干燥，得到介孔二氧化硅納米馬達。其應(yīng)用是將介孔二氧化硅納米馬達放入過氧化氫溶液中使用。該納米馬達有陰陽結(jié)構(gòu)特征，運載功能，且制備方法操作簡單，一次合成量大。可用于生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、環(huán)境檢測領(lǐng)域。
文檔編號B82B3/00GK103011067SQ201210583500
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者賀強, 玄明君 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)