新型有机-无机多孔SiO2杂化材料的制备与发光性能研究

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药物缓释体系有利于提高药物疗效、降低毒副作用,可减轻病人多次用药的痛苦,对于提高临床用药水平具有重大意义。近来,由于无机载体介孔材料具有良好的无毒性,生物相容性,热稳定性和酸稳定性。具备一定的机械强度,装载药物之后可以提高药物的稳定性。因而受到化学和药学工作者的关注。从而被应用于药物缓释研究。介孔材料具有丰富的表面硅羟基,因而可以连接各种药物分子,但是如何监控药物的负载和释放是个亟待解决的问题。解决方法是将荧光分子与介孔材料结合,通过荧光光效应监控药物负载和缓释行为。   本研究利用双模型孔道介孔材料(BMMs)为载体,1,8-萘二酸酐(NA)及其衍生物为荧光标记物合成了有机-无机杂化材料。BMMs是具有3 nm左右的小孔与20nm左右的球形颗粒堆积孔的新型材料,其孔道表面具有丰富的羟基,与单一孔道的介孔材料相比(如MCM-41和SBA-15),双孔结构有助于大分子在孔道内的扩散,从而减少有机分子的团聚。通过XRD,TEM,FT-IR,BET,TG,29Si NMR,元素分析及PL等手段对样品进行了结构和性能的表征。主要结论如下:   (1)通过一步法将荧光分子3-1,8-萘二甲酰胺基-丙基三乙氧基甲硅烷(PID)负载于BMMs孔道内形成杂化荧光材料(LHMS-I-10),结果显示负载过程并没有影响样品本身的形貌和结构。当介孔材料负载荧光分子后,相比纯荧光分子的发射峰位置(464 nm),由于介孔材料表面的极性使杂化材料的的荧光发射峰蓝移至(454nm)。   (2)为了弥补一步法负载荧光分子量少,发射峰位置蓝移效应不明显的缺陷,通过先改性后嫁接两步合成的方法制备了有机.无机杂化发光材料。当负载NA分子后,杂化材料的荧光发射光谱显示了发射峰的位置(444 nm)较原荧光分子(464 nm)有明显的蓝移,和一步法得到的材料相比较蓝移效应更明显。   采用热力学分析的方法研究了NA分子的热分解过程,讨论了NA分子在负载前后表观活化能的变化,同时探讨了主体和客体之间的热分解方程。结果表明:纯NA分子在低温区(455-635K)的表观活化能(196 KJ/mol)高于高温区(635~800 K)的活化能(138 kJ/mol),表明纯NA分子热分解在低温区属于动力学控制,在高温区属于扩散控制。当嫁接到介孔孔道表面后,低温区(470~675K)的表观活化能(128 kJ/mol)低于高温区(675~995K)的表观活化能(422 kJ/mol),表明嫁接后的荧光分子在低温区由于介孔材料孔道结构的限制,属于扩散控制,在高温区属于动力学控制。通过Coats-Red-fern方程得出的有机-无机杂化材料的热分解机理(升温速率:10K/min)是随机成核和随后生长,属于Avrami-Erofeev方程。   (3)比较系统研究了影响NA分子在介孔材料中发光性能的因素,主要包括介孔材料的改性度,NA分子的负载量以及不同种类介孔材料的结构形貌等。主要结果以下:当改性度在0.02时,负载有10wt%NA分子杂化材料的发射峰属于单分散峰,当改性度为0.05与0.1时,对应的杂化材料显示峰为NA分子聚集体的发射峰;当NA分子的负载量小于3wt%时,出现的峰为单分散的发射峰,发光位置主要在390 nm左右。随着NA分子负载量的增加,出现了聚集态的发射峰。发射峰的位置集中在450nm左右;对于不同介孔材料而言,BMMs组NA分子负载量的拐点值为3wt%,而对于SBA-15组而言其拐点值为1wt%,这也表明对于具有双模型结构的BMMs而言,由于它特殊的孔道结构,使NA分子负载量比较大时,依然表现出单分散现象,显示出其特殊的优越性。   (4)基于上述杂化材料的荧光性能,本研究进一步考察了分子直径对荧光性能的影响,选择了分子直径逐渐增大的4-氨基-1,8萘二酸酐和3,4,9,10-苝四羧酸酐分子为荧光标记物负载于BMMs孔道内制备有机-无机杂化材料在药物缓释研究中监控药物的负载和释放行为。结果显示嫁接4-氨基-1,8萘二酸酐发射峰的荧光强度随负载量的增加而增大,而3,4,9,10-苝四羧酸酐随着负载量的增加而逐渐降低。
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