功能化多孔硅的制备表征及其生物医学应用

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近年来,多孔硅作为一种新奇材料引起了人们的广泛研究,对其微观结构、形成机理以及发光机制等方面进行了大量研究,并取得了丰硕的成果。多孔硅在太阳能电池、光电器件、传感器以及照明材料等领域也得到了广泛的应用。此外,多孔硅具有较大的比表面积、良好的生物相容性、可降解性、低毒性等特性,也引起了科研工作者的极大兴趣,以拓展其在生物医学方面的应用。本文基于多孔硅研究的以上特点,在前人研究的基础上,继续探讨多孔硅在生物医学上的应用。  本论文以多孔硅作为研究对象,研究了不同制备条件对多孔硅的性能影响,确定了多孔硅的最佳制备条件。考虑到本研究为探讨多孔硅在生物医学上的应用,因此在其内添加纳米铜以利用纳米金属的杀菌消毒性来降低多孔硅的低毒性。为了提高多孔硅结构的稳定性,本研究对所制多孔硅进行了稳定化、功能化处理,然后研究了多孔硅负载血清行为,为多孔硅在生物医学的应用提供了实验数据。实验过程中分别采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、红外分析光谱(FTIR)、光致发光(PL)、X射线光电子能谱(XPS)等检测手段对样品进行研究分析。本文主要研究内容如下:  1.采用自制单槽电化学阳极腐蚀法制备多孔硅。确定了制备多孔硅的最佳条件:腐蚀液的体积比为HF∶C2H5OH=1∶1、腐蚀时间为30min、腐蚀电流密度为30mA/cm2。此时所获多孔硅样品的孔径尺寸约为6.38 nm、孔隙率约为70.83%。  2.制备含纳米铜的多孔硅样品。分析了含纳米铜多孔硅的晶格结构、表面形貌、元素组成及其光致发光性质。随着沉积时间和铜盐浓度的增加,沉积在多孔硅上的纳米铜含量逐渐增加。通过SEM分析了含纳米铜多孔硅的表面形貌和未沉积多孔硅的差异。PL分析表明多孔硅内含纳米铜后其光致发光现象明显减弱,且出现了微弱的蓝移现象。  3.对所制多孔硅样品进行稳定化处理。分别考察表面钝化法、表面氧化法、有机物复合法等对多孔硅稳定化处理的效果,其中最佳处理方法为双氧水氧化处理法,随着氧化时间的增加,其发光性能有先增大后减小的趋势,处理120 min时多孔硅的发光强度最强。  4.通过物理吸附法、选用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对多孔硅进行表面修饰。  5.将生物分子成功负载到表面修饰后的多孔硅上。发现硅烷化后的多孔硅,其存在的化学连接和振动模式对多孔硅吸附血清有着很大的作用,这也说明生物分子可以通过共价吸附的方式固定到功能化后的多孔硅的表面。  6.经XPS分析可知,多孔硅、氧化后的多孔硅、硅烷化的多孔硅以及负载血清后的多孔硅,都含有Si、C、O、F这四种基本的元素,硅烷化后的样品具有特征N元素,血清负载后的样品含有特征Fe元素。  7.探讨了多孔硅的电化学特性。发现多孔硅的电化学特性呈现一定的线性规律;含纳米铜多孔硅的电化学强度明显高于未掺杂的多孔硅,且随着浸泡时间的延长电流呈现降低趋势。
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