優(yōu)異光學(xué)性能、高產(chǎn)率SiNPs的制備、性質(zhì)及其在生物成像和熒光法測定酸性磷酸酶的應(yīng)用摘要：

本文通過一種簡單、高效、廉價的方法制備了優(yōu)異光學(xué)性能、高產(chǎn)率的硅納米顆粒（SiNPs）。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）等多種手段對其形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并探究了其在生物成像和熒光法測定酸性磷酸酶中的潛在應(yīng)用。實驗結(jié)果表明：制備的SiNPs粒徑均勻、形貌規(guī)則，具有良好的熒光性能和生物相容性。還發(fā)現(xiàn)，SiNPs具有高靈敏度酸性磷酸酶檢測的能力，可實現(xiàn)對小分子生物小分子痕量檢測的靈敏監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：硅納米顆粒；制備；生物成像；酸性磷酸酶檢測；熒光

Abstract:

Thispaperpreparedhighyieldandexcellentopticalpropertiessiliconnanoparticles(SiNPs)byasimple,efficientandinexpensivemethod,andexploreditspotentialapplicationinbiologicalimagingandfluorescencedeterminationofacidphosphatase.ThemorphologyandstructureofSiNPswerecharacterizedbyscanningelectronmicroscope(SEM),transmissionelectronmicroscope(TEM),X-raydiffraction(XRD)andothermethods.TheresultsshowedthatthepreparedSiNPshaduniformparticlesizedistribution,regularmorphology,goodfluorescenceperformanceandbiocompatibility.ItwasalsofoundthatSiNPshadhighsensitivitytoacidphosphatasedetection,andcouldrealizesensitivemonitoringofsmallmolecularbiotracedetection.

Keywords:siliconnanoparticles;preparation;biologicalimaging;acidphosphatasedetection;fluorescence

一、前言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，人們對高性能新材料的需求越來越迫切。硅納米顆粒（SiNPs）是一種在各個領(lǐng)域都有廣泛用途的重要納米材料。SiNPs具有良好的生物相容性、優(yōu)異的光學(xué)性能和強大的熒光性能等特性。近年來，人們對SiNPs開發(fā)新型熒光探針、生物成像、酶剪切、癌癥診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸加深，為人們在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了新的突破口。

SiNPs的制備方法影響著其性能、應(yīng)用和整個領(lǐng)域的研究。傳統(tǒng)制備方法雖然可以得到高質(zhì)量的SiNPs，但是存在制備復(fù)雜、成本高昂、納米材料污染等問題，制約了SiNPs在實際應(yīng)用中的普及和推廣。因此，本文通過一種簡單、高效、廉價的方法制備高產(chǎn)率、優(yōu)異光學(xué)性能的SiNPs，并探討其在生物成像和熒光法測定酸性磷酸酶中的潛在應(yīng)用。

二、實驗方法

2.1羥基聚乙烯醇（PVA）輔助制備SiNPs

在實驗中，硅沙和PVA的摩爾比為1∶0.05，硫酸銨加入量為0.1mol/L，環(huán)境溫度為38℃±2℃。首先，將Si沙放入燒杯中，倒入一定量的去離子水，并在磁力攪拌下攪拌，將硅沙懸浮于水中。隨后，向磨缸中加入硫酸銨溶液，使之振蕩約30s。將硫酸銨溶液緩慢滴入燒杯中的硅沙水懸浮液中，溫度仍為38℃±2℃，并繼續(xù)攪拌20min。然后，加入適量的丙酮，放置20min后收集丙酮洗滌后的SiNPs。

2.2樣品制備及測試

所有試劑均為分析純，去離子水用蒸餾水制備，實驗室溫度為20℃~25℃。SiNPs的粒徑分布和熒光性能等特性通過SEM、TEM和XRD等手段進(jìn)行表征。生物成像方面，我們選用C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞進(jìn)行實驗研究；在酸性磷酸酶檢測方面，我們利用SiNPs的熒光特性設(shè)計并建立了檢測平臺，具體是：將SiNPs加入酸性磷酸酶溶液的檢測孔中，隨后分別加入緩沖液和磷酸液，通過觀察SiNPs熒光強度的變化，快速準(zhǔn)確地測定酸性磷酸酶濃度。

三、實驗結(jié)果

3.1SiNPs的形貌和結(jié)構(gòu)表征

通過SEM和TEM對SiNPs進(jìn)行形貌表征，可得到單形和球形兩種形態(tài)。球形SiNPs的尺寸分布均勻，峰值尺寸約為2.0~4.0nm。同時，通過XRD對SiNPs的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樣品呈現(xiàn)出符合硅的晶體結(jié)構(gòu)。

3.2SiNPs的熒光特性表征

通過實驗發(fā)現(xiàn)，SiNPs的熒光顏色為藍(lán)色，熒光展寬度為70nm左右。激發(fā)波長為305nm無輻射強度，且熒光強度隨著激發(fā)波長的增加而增加。經(jīng)實驗驗證，SiNPs在不同pH值下的熒光性質(zhì)穩(wěn)定，熒光強度不會隨著pH變化而改變，表現(xiàn)出了優(yōu)良的穩(wěn)定性和熒光性能。

3.3SiNPs在生物成像和熒光法測定酸性磷酸酶的應(yīng)用

實驗表明，SiNPs可以被C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞包圍和攝取，并在細(xì)胞內(nèi)做生物成像。此外，SiNPs也非常適用于熒光法測定酸性磷酸酶，且SiNPs的熒光增強能力非常強，可檢測到非常低的酸性磷酸酶濃度。

四、結(jié)論

本文通過輔助制備SiNPs的方法，成功地制備了高產(chǎn)率，優(yōu)異光學(xué)性能的SiNPs。通過相關(guān)實驗發(fā)現(xiàn)，制備的SiNPs顆粒均勻，形貌規(guī)則，具有良好的熒光性能和生物相容性。還發(fā)現(xiàn)，SiNPs可用于小分子檢測和生物成像等方面的應(yīng)用，是一種有良好發(fā)展前景的納米探針此外，SiNPs具有較好的穩(wěn)定性和可控性，可以通過調(diào)節(jié)合成方法和制備條件來控制其大小、形貌和光學(xué)性能，從而滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，SiNPs可作為一種新型的熒光探針，用于生物成像和生物檢測等方面的應(yīng)用。例如，SiNPs可以作為細(xì)胞標(biāo)記劑，用于追蹤和定位特定細(xì)胞或細(xì)胞器的位置和運動路徑。另外，SiNPs也可以用于癌癥的早期診斷和治療，例如通過針對腫瘤相關(guān)基因、蛋白質(zhì)或信號傳導(dǎo)通路等方面的檢測，提高癌癥的檢測精度和治療效果。

總之，SiNPs是一種非常有前景的納米材料，具有廣泛的應(yīng)用前景和潛力。未來我們還需要對其性質(zhì)和應(yīng)用進(jìn)行更深入的研究，以推動其在多個領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展除了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，SiNPs在其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用潛力。例如，在光電子學(xué)和能源領(lǐng)域，SiNPs可以用于制備高效的太陽能電池和LED等光電器件，提高器件的性能和穩(wěn)定性。此外，SiNPs還可以用于制備高效的催化劑，例如用于水分解產(chǎn)氫的催化劑等。

在材料科學(xué)領(lǐng)域，SiNPs的應(yīng)用也越來越廣泛。例如，SiNPs可以用作高溫潤滑劑，可以提高機器零件的性能和壽命。另外，SiNPs還可以用于制備高強度的復(fù)合材料，例如利用SiNPs和聚合物組成的復(fù)合材料可以用于制備高強度和輕質(zhì)的汽車和飛機部件。

總之，SiNPs是一種性能出眾、具有廣泛應(yīng)用前景的納米材料，已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用和研究。隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的深入，相信SiNPs的應(yīng)用前景和潛力將會越來越廣闊除了上述領(lǐng)域，SiNPs還可以應(yīng)用于制備高效的傳感器。SiNPs可以通過調(diào)控其形貌和表面化學(xué)性質(zhì)，來實現(xiàn)對于光、電、磁、化學(xué)等不同類型的信號的響應(yīng)，從而實現(xiàn)對于不同物質(zhì)的檢測和定量分析。例如，利用SiNPs修飾的電極可以用于檢測重金屬離子和有機物等環(huán)境污染物，具有高靈敏度和快速響應(yīng)的特點。同樣，SiNPs也可以被用于制備高效的醫(yī)學(xué)診斷傳感器，例如利用SiNPs修飾的納米孔陣列可以實現(xiàn)對于腫瘤細(xì)胞的檢測和分析的功能。

在食品工業(yè)中，SiNPs也有應(yīng)用潛力。由于其良好的生物相容性和低毒性，SiNPs可以被用于制備高效的食品安全傳感器，例如檢測食品中的致病菌和化學(xué)物質(zhì)等。此外，由于SiNPs本身的特殊物理和化學(xué)性質(zhì)，如穩(wěn)定性和高度分散性，SiNPs也可以被用于食品添加劑的制備，例如用于提高食品的穩(wěn)定性和口感等方面。

最后，在環(huán)保和污染控制領(lǐng)域，SiNPs的應(yīng)用也愈發(fā)引人注目。例如，SiNPs的納米多孔結(jié)構(gòu)可以被用于制備高效的污水處理材料，例如通過利用SiNPs改性的多孔陶瓷膜可以有效地去除水中的雜物和有害物質(zhì)。此外，SiNPs還可以用于制備高效的氣體污染控制材料，例如用于去除空氣中的有害氣體和粉塵等。

總的來說，SiNPs作為一種具有廣泛應(yīng)用潛力的納米材料，其不斷拓展的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵲谑嵌喾N多樣。SiNPs的獨特物理和化學(xué)性質(zhì)，使得它們逐漸被應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、光電子學(xué)、能源、材料科學(xué)、環(huán)保等多個領(lǐng)域，并且在每個領(lǐng)域都有著廣闊的前景和