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介孔二氧化硅的合成及載藥

閱讀:54      發(fā)布時間:2025-7-1
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介孔硅(Mesoporous Silica)是指孔徑在 2-30 nm 范圍內(nèi)、具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的二氧化硅材料,其高比表面積、可調(diào)孔徑及良好的化學穩(wěn)定性使其成為材料科學領(lǐng)域的研究熱點。以下從合成方法和應用兩方面展開詳細介紹:

一、合成方法

(一)模板法(常用)

利用模板劑引導硅源自組裝形成介孔結(jié)構(gòu),根據(jù)模板類型可分為軟模板法和硬模板法。
1. 軟模板法
以表面活性劑或聚合物的自組裝體為模板,通過硅源在模板界面沉積形成介孔結(jié)構(gòu),模板可通過煅燒或溶劑萃取去除。


  • 典型體系

    • MCM-41 型介孔硅(有序六方孔道):以陽離子表面活性劑(如十六烷基三甲基溴化銨,CTAB)形成棒狀膠束,在堿性條件下(氨水催化),正硅酸乙酯(TEOS)水解縮合包裹膠束,煅燒去除 CTAB 后得到孔徑 2-4 nm 的規(guī)則介孔。

    • SBA-15 型介孔硅(大孔徑三維孔道):以非離子型表面活性劑(如聚環(huán)氧乙烷 - 聚環(huán)氧丙烷 - 聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物,P123)為模板,在酸性條件下(鹽酸催化),TEOS 水解后與模板自組裝形成介孔,孔徑可達 5-10 nm,孔壁較厚,穩(wěn)定性高。

  • 優(yōu)勢:操作簡便,孔徑和孔道結(jié)構(gòu)可控,適合大規(guī)模制備。

2. 硬模板法
以固態(tài)納米材料(如二氧化硅微球、碳納米管、聚合物微球)為模板,硅源在模板表面沉積后去除模板,形成介孔結(jié)構(gòu)。


  • 典型案例

    • 以有序介孔碳(如 CMK-3)為硬模板,將硅源(如 TEOS)滲入碳孔道中,經(jīng)固化后用氫氟酸刻蝕碳模板,得到與碳模板結(jié)構(gòu)互補的介孔硅。

  • 優(yōu)勢:可復制模板的復雜結(jié)構(gòu),適用于制備高有序度、大孔徑介孔硅。

(二)自組裝法

無需額外模板,通過調(diào)控硅源水解條件(如 pH、溫度、電解質(zhì)濃度)誘導硅溶膠自聚集形成介孔結(jié)構(gòu)。


  • 原理:在特定條件下,硅羥基之間的縮合與表面活性劑的協(xié)同作用促使硅物種自組裝成介孔。

  • 案例:在中性條件下,以氨基酸(如賴氨酸)為結(jié)構(gòu)導向劑,TEOS 水解后自組裝形成介孔硅,孔徑可通過氨基酸濃度調(diào)節(jié)。

(三)其他方法

  • 生物模板法:以病毒、細菌或生物大分子(如膠原蛋白)為模板,硅源在生物模板表面沉積后去除生物成分,形成具有生物形貌的介孔硅,兼具生物相容性和結(jié)構(gòu)性。

  • 乳液模板法:通過油 - 水 - 表面活性劑形成乳液滴,硅源在液滴界面聚合形成介孔結(jié)構(gòu),常用于制備介孔硅微球。

二、應用領(lǐng)域

(一)藥物遞送與生物醫(yī)學

  • 載藥與控釋:高比表面積和介孔孔道可高效負載藥物(如抗癌藥、抗生素),通過 pH、溫度或酶響應性修飾實現(xiàn)控釋。

    • 案例:介孔硅負載紫杉醇,表面修飾葉酸靶向腫瘤細胞,在酸性環(huán)境中釋放藥物,提高化療效果。

  • 疫苗佐劑:介孔結(jié)構(gòu)可吸附抗原并緩慢釋放,增強免疫應答,如用于抗原遞送載體。

(二)催化與能源

  • 多相催化:作為催化劑載體(如負載金屬納米顆粒 Pt、Pd),介孔孔道可優(yōu)化反應物擴散路徑,提高催化效率。

    • 案例:介孔硅負載 TiO?用于光催化降解有機污染物,或負載 Ni 基催化劑用于甲烷重整制氫。

  • 能源存儲:作為鋰離子電池負極材料的載體(如與 Si 納米顆粒復合),介孔結(jié)構(gòu)可緩解體積膨脹,提升循環(huán)穩(wěn)定性。

(三)環(huán)境治理

  • 污染物吸附:介孔孔道對重金屬離子(如 Cd2?)、有機染料(如羅丹明 B)具有高吸附容量,可用于水處理。

    • 案例:氨基修飾的介孔硅對水中 Pb2?的吸附量可達 900 mg/g 以上。

  • 氣體凈化:介孔結(jié)構(gòu)可選擇性吸附 CO?、NOx 等氣體,用于工業(yè)廢氣處理或碳捕獲。

(四)傳感器與分析科學

  • 化學 / 生物傳感器:介孔表面可修飾識別分子(如抗體、酶),對目標物質(zhì)(如葡萄糖、病毒)產(chǎn)生響應,通過熒光或電化學信號輸出。

  • 樣品前處理:作為固相萃取吸附劑,用于分離富集復雜樣品中的痕量物質(zhì)(如食品中的農(nóng)藥殘留)。

(五)功能材料與工業(yè)應用

  • 化妝品與涂料:添加到防曬霜中,介孔結(jié)構(gòu)可吸附紫外線吸收劑并均勻分散;用于涂料中可增強耐磨性和耐候性。

  • 納米復合材料:與聚合物(如環(huán)氧樹脂)復合,介孔硅可提高材料的力學性能和熱穩(wěn)定性,用于航空航天或電子封裝領(lǐng)域。

杭州新喬生物科技有限公司提供各種粒徑的介孔二氧化硅,孔徑目前有兩種,2-3nm和10-30nm,歡迎咨詢。

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