Способ получения модифицированных оптических хемосенсорных пленок на основе кремнезема


 


Владельцы патента RU 2433084:

Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к способу получения оптических структурированных хемосенсорных пленок на основе частиц кремнезема размером 5-8 нм с модифицированной поверхностью. Способ включает получение нанозоля сферических частиц кремнезема размером 5-8 нм из смеси: тетраэтоксисилан : вода, подкисленная HCl до pH 1,5-2, : этанол = 1:6:5, созревание нанозоля при 60-70°С в течение 2-4 часов, стабилизацию нанозоля цетилтриметиламмония хлоридом при мольном соотношении цетилтриметиламмония хлорид : нанозоль = 0,25, нанесение нанозоля на подложку и получение хемосенсорной пленки, при этом для модификации наночастиц кремнезема используют раствор комплекса коллоидное серебро - флуоресцеин, полученный смешением 1% раствора флуоресцеина в этаноле и 0,08% раствора коллоидного серебра в объемном соотношении растворов 1:1, который вводят в созревший и стабилизированный нанозоль при соотношении объемов нанозоль : раствор комплекса, равном 3:2. Изобретение позволяет увеличить в 2-2,5 раза интенсивность фотолюминесценции хемосенсорной пленки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к получению оптических структурированных хемосенсорных пленок на основе наночастиц кремнезема (SiO2) размером 5-8 нм с поверхностью, модифицированной комплексом: коллоидное серебро - органический краситель (рецептор), в частности флуоресцеин.

Уровень техники

Создание высокочувствительных оптических химических и биологических сенсорных пленочных материалов обусловлено крайней необходимостью отдаленного мониторинга в реальном времени промышленных отходов, водной и воздушной сред на анализируемые вредные вещества (аналиты) с помощью миниатюрных устройств, основанных на оптических эффектах, возникающих при адсорбции аналита. В частности, известен способ получения хемосенсорных пленок на основе наночастиц кремнезема, модифицированных органическим красителем - рецептором аналита, флуоресцеина (RU №2370310, С1, МПК: B01J 13/00, опубл. 20.10.2009) /1/.

Недостатком известных оптических хемосенсорных пленок на основе кремнезема является то, что рецептором является краситель, находящийся в основном на поверхности пленки, и чувствительность и, соответственно, интенсивность фотолюминесценции (ФЛ) хемосенсорной пленки недостаточна. Это связано с тем, что пористость этих пленок невелика (порядка 1-2 нм), и по этой причине они носят название мезопористых.

Поиск принципиально новых решений к повышению интенсивности ФЛ и увеличению чувствительности хемосенсорных пленок заставил обратить внимание на возможность использования с этой целью нанолазерного излучения, которое возникает в результате плазменного резонанса серебра при коротковолновом возбуждении и передаче этой дополнительной энергии красителю (спейсер - эффект) (Mark I.Stockman. // Nature Publishing Group. 2008. Vol.2. June. P.327-329) /2/, (M.A.Noginov, G.Zhu, A.M.Belgrave, R.Bakker, V.M.Shalaev, E.E.Narimanov, S.Stout, E.Hers // Nature. Letters. Vol.460. August. P. 1110-1112) /3/.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка способа получения хемосенсорных пленок, которые в твердотельном материале на основе наночастиц кремнезема обеспечивают значительно более высокую интенсивность ФЛ и обладают более высокой чувствительностью к аналиту по сравнению с пленками из наночастиц кремнезема, модифицированных красителем.

Технический результат заключается в увеличении интенсивности ФЛ хемосенсорной пленки на основе наночастиц кремнезема (мезапористой пленки) и ее чувствительности к аналиту.

Указанная задача достигается тем, что в способе получения модифицированных оптических хемосенсорных пленок на основе кремнезема (RU №2370310), включающем получение нанозоля сферических частиц кремнезема размером 5-8 нм из смеси: тетраэтоксисилан : вода, подкисленная HCl до pH 1,5-2,: этанол = 1:6:5, созревание нанозоля при 60-70°С в течение 2-4 часов, стабилизацию нанозоля цетилтриметиламмония хлоридом, нанесение нанозоля на подложку и получение хемосенсорной пленки, согласно изобретению для модификации наночастиц кремнезема используют раствор комплекса коллоидное серебро - органический краситель, в частности флуоресцеин, полученный смешением 1% раствора флуоресцеина в этаноле, и 0,08% раствора коллоидного серебра, в объемном соотношении растворов 1:1, и полученный раствор комплекса коллоидное серебро-флуоресцеин вводят в созревший и стабилизированный нанозоль.

При этом

- при стабилизации нанозоля цетилтриметиламмония хлоридом используют мольное соотношение цетилтриметиламмония хлорид : нанозоль, равное 0,25;

- раствор комплекса коллоидное серебро - флуоресцеин водят при соотношении объемов нанозоль : раствор комплекса, равном 3:2;

- в качестве органического красителя используют краситель, образующий комплекс с наночастицами серебра, в частности флуоресцеин.

Обоснование введенных признаков.

Для модификации поверхности кремнезема в нанозоле и последующего получения твердой хемосенсорной пленки впервые использован комплекс: коллоидное серебро-органический краситель, в частности флуоресцеин, в котором в результате внешнего коротковолнового (360 нм) возбуждения энергия плазменного резонанса серебра передается красителю (спейсер-эффект). Механизм генерации с участием спейсер-эффекта [3] описан для частиц, находящихся в жидкой среде, но ее проявление в твердотельном материале (мезопористом кремнеземе) отмечается впервые. В результате интенсивность ФЛ мезопористой сенсорной пленки, содержащей комплекс коллоидное серебро - краситель, оказывается выше интенсивности ФЛ пленки, содержащей только краситель, в 2-2,5 раза.

На чертеже приведен выполненный в Институте автоматики и электрометрии СО РАН результат независимой экспертизы спектров фотолюминесценции оптических хемосенсорных пленок:

а) на основе мезопористого кремнезема модифицированного комплексом коллоидное серебро - флуоресцеин;

б) на основе мезопористого кремнезема, модифицированного флуоресцеином.

Пример осуществления способа

Нанозоль кремнезема с размером наночастиц SiO2 5-8 нм готовят при мольном соотношении смеси реагентов тетраэтоксисилан : вода, подкисленная HCl до pH 1,5-2, : этанол = 1:6:5. Для созревания нанозоля смесь реагентов выдерживают в течение трех часов при температуре 60-70°С. Затем в золь вводят ЦТМА,Cl с мольным соотношением ЦТМА,Cl: SiO2=0,25. Готовый нанозоль разбавляют этанолом в соотношении золь : этанол, равном 3:2. Отдельно готовят раствор комплекса: коллоидное серебро - флуоресцеин. Для этого к 1%-ному раствору флуоресцеина в этаноле добавляют 0,08% водный раствор коллоидного серебра. После перемешивания получают раствор комплекса: серебро - краситель, обладающего спонтанной желто-зеленой флуоресценцией. Раствор комплекса вводят в нанозоль в соотношении золь : комплекс, равном 3:2. После перемешивания в течение 10-15 минут свежеприготовленный модифицированный комплексом нанозоль готов к изготовлению сенсорной пленки. Для этого нанозоль наносят на поверхность подложки капельным методом или путем погружения подложки в нанозоль с последующей сушкой.

Учитывая хорошую смачиваемость стекла нанозолем хемосенсорные пленки получают на поверхности стекла капельным способом с образованием прозрачной равномерно окрашенной пленки через 15-20 минут, после высыхания растекшейся капли. Из приведенных на чертеже спектров фотолюминесценции оптических хемосенсорных пленок видно, что интенсивность ФЛ при модификации мезопористого кремнезема комплексом коллоидное серебро-органический краситель (а) по крайней мере в 2-2,5 раза больше, чем интенсивность ФЛ при модификации мезопористого кремнезема только одним красителем (б).

1. Способ получения модифицированных оптических хемосенсорных пленок на основе кремнезема, включающий получение нанозоля сферических частиц кремнезема размером 5-8 нм из смеси: тетраэтоксисилан:вода, подкисленная HCl до pH 1,5-2,: этанол = 1:6:5, созревание нанозоля при 60-70°С в течение 2-4 ч, стабилизацию нанозоля цетилтриметиламмония хлоридом, нанесение нанозоля на подложку и получение хемосенсорной пленки, отличающийся тем, что для модификации наночастиц кремнезема используют раствор комплекса коллоидное серебро - флуоресцеин, полученный смешением 1%-ного раствора флуоресцеина в этаноле, и 0,08%-ного раствора коллоидного серебра, в объемном соотношении растворов, взятых 1:1, и полученный раствор комплекса коллоидное серебро - флуоресцеин вводят в созревший и стабилизированный нанозоль.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при стабилизации нанозоля цетилтриметиламмония хлоридом используют мольное соотношение цетилтриметиламмония хлорид:нанозоль, равное 0,25.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор комплекса коллоидное серебро - флуоресцеин вводят в нанозоль при соотношении объемов нанозоль:раствор комплекса, равном 3:2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к получению водостойких и термостойких структурированных хемосенсорных пленок на основе фотонно-кристаллической опаловой матрицы, которые могут найти применение при экспрессном анализе вредных примесей в газообразных и жидких отходах.

Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к получению оптических структурированных хемосенсорных пленок на основе фотонно-кристаллической опаловой матрицы, которые могут найти применение при экспрессном анализе вредных примесей.

Изобретение относится к способу получению структурированных хемосенсорных пленок на основе наночастиц кремнезема, модифицированного органическими растворителями, который включает получение золя сферических частиц кремнезема, модификацию полученного золя органическим красителем, нанесение модифицированного золя на подложку, отличающийся тем, что в качестве органического красителя используют флуоресцеин, который вводят при температуре 60-80°С в созревший золь сферических частиц кремнезема в смеси вода-этанол с pH 1,5-2 в соотношении флуоресцеин/золь не более 1/100, затем в полученный окрашенный золь вводят поверхностно-активное вещество (ПАВ) цетилтриметиламмония хлорид при соотношении ПАВ/золь = 0,3-0,8.

Изобретение относится к золю кремнекислоты и способу получения бумаги, использующему этот золь. .

Изобретение относится к способам получения сферического силикагеля, применяемого в хроматографии для выделения, очистки и анализа химических соединений в биологических объектах, в химической, фармацевтической и пищевой промышленности, и позволяет повысить удельную поверхность продукта при сохранении его высокой чистоты.

Изобретение относится к способам получения стабильного концентрированного гидрозоля диоксида кремния. .

Изобретение относится к химии, наукам о материалах, нанотехнологиям, к технологии создания сверхрешеток нанокристаллов. .

Изобретение относится к способу получения полимерных композиций на основе микро- и нанодисперсных керамических порошков для модификации полимеров. .

Изобретение относится к микро- и наноэлектронике, к технологии изготовления наноструктур размером <30 нм при травлении через резистивную маску с высоким аспектным отношением.

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФП) солнечного излучения в электрический ток и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов.

Изобретение относится к полимерным нанокомпозиционным антифрикционным материалам, которые могут быть использованы в системах, работающих при высоких деформирующих нагрузках и в узлах трения.
Изобретение относится к стеклянным нитям, покрытым замасливающей композицией, содержащей (масс.%): от 25 до 90%, по меньшей мере, одного пленкообразователя, от 3 до 25%, по меньшей мере, одного связующего, от 2 до 18% наночастиц.

Изобретение относится к области получения наноразмерных порошков металлов группы железа, которые применяются в системах записи и хранения информации, в изготовлении магнитных сенсоров, используемых в медицине и биологии и др.

Изобретение относится к технологиям производства металлических порошков, имеющих размер фракции, выражаемый в наноединицах. .

Изобретение относится к области медицины и косметологии и представляет собой профилактический бактерицидный лак для обработки ногтей, содержащий водорастворимое пленкообразующее на основе гидроксиалкилхитозанов или карбоксиалкилхитозанов, бактерицидный агент, полярный растворитель на основе водно-спиртового раствора, в котором в качестве бактерицидного агента используют порошки бентонита, наноструктурированные до размера частиц не более 150 нм и интеркалированные ионами металлов Ag+ или Ag + и Zn2+, или Cu2+ и Zn2+ , или Ag+ и Cu2+ и Zn2+, которые вводят в предварительно подготовленную эмульсию пленкообразующего вещества в виде 4-10% гидрозоля, компоненты в композиции находятся в определенном соотношении в мас.%, а соотношение весовых частей смесей порошков бентонита, интеркалированных ионами металлов, составляет: для ионов металлов Ag+ и Zn2+ (1:(0,5÷1)); для ионов металлов Cu2+ и Zn 2+ (1÷0,5):(0,5÷1); для ионов металлов Ag + и Cu2+ и Zn2+ 1:(0,5):(0÷1).
Изобретение относится к термопластичным термически расширяющимся микросферам и их применению. .
Изобретение относится к термопластичным термически расширяющимся микросферам и их применению. .
Наверх