[go: up one dir, main page]

RU2433084C1 - Method to produce modified optical chemosensory films based on silica - Google Patents

Method to produce modified optical chemosensory films based on silica Download PDF

Info

Publication number
RU2433084C1
RU2433084C1 RU2010118843/05A RU2010118843A RU2433084C1 RU 2433084 C1 RU2433084 C1 RU 2433084C1 RU 2010118843/05 A RU2010118843/05 A RU 2010118843/05A RU 2010118843 A RU2010118843 A RU 2010118843A RU 2433084 C1 RU2433084 C1 RU 2433084C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanosol
solution
fluorescein
complex
ethanol
Prior art date
Application number
RU2010118843/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Валентинович Калинин (RU)
Дмитрий Валентинович Калинин
Валентина Васильевна Сердобинцева (RU)
Валентина Васильевна Сердобинцева
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
Priority to RU2010118843/05A priority Critical patent/RU2433084C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2433084C1 publication Critical patent/RU2433084C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

FIELD: nanotechnologies.
SUBSTANCE: invention relates to nanotechnologies, in particular, to the method to produce optical structured chemosensory films based on silica particles with size of 5-8 nm with modified surface. The method includes production of a nanosol of spherical silica particles with size of 5-8 nm from the following mixture: tetraethoxysilane : water acidified with HCl to pH of 1.5-2, : ethanol = 1:6:5, ethanol maturing at 60-70°C for 2-4 hours, stabilisation of the nanosol by cetyltrimethylammonium chloride at mole ratio of cetyltrimethylammonium chloride : nanosol = 0.25, application of the nanosol at the substrate and production of the chemosensory film, at the same time to modify the silica nanoparticles a solution of the colloid silver-fluorescein complex is used, made by mixing 1% of fluorescein solution in ethanol, and 0.08% of colloid silver solution in the volume ratio of solutions 1:1, which is introduced into the matured and stabilised nanosol at the ratio of volumes of nanosol : complex solution equal to 3:2.
EFFECT: invention makes it possible to increase intensity of chemosensory film photoluminescence 2-2,5 times.
3 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Область техникиTechnical field

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.The invention relates to nanotechnology, in particular to the production of structured optical chemosensor films based on silica nanoparticles (SiO 2 ) of size 5-8 nm with a surface modified by a complex: colloidal silver - an organic dye (receptor), in particular fluorescein.

Уровень техникиState of the art

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/.The creation of highly sensitive optical chemical and biological sensor film materials is caused by the urgent need for real-time remote monitoring of industrial wastes, water and air for analyzed harmful substances (analytes) using miniature devices based on optical effects that occur during analyte adsorption. In particular, a method is known for producing chemosensor films based on silica nanoparticles modified with an organic dye — an analyte receptor, fluorescein (RU No. 2370310, C1, IPC: B01J 13/00, publ. 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.A disadvantage of the known silica-based optical chemosensor films is that the receptor is a dye located mainly on the surface of the film, and the sensitivity and, accordingly, photoluminescence (PL) intensity of the chemosensor film is insufficient. This is due to the fact that the porosity of these films is small (of the order of 1-2 nm), and for this reason they are called mesoporous.

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/.The search for fundamentally new solutions to increase the PL intensity and increase the sensitivity of chemosensor films made us pay attention to the possibility of using nanolaser radiation for this purpose, which arises as a result of silver plasma resonance upon short-wave excitation and transfer of this additional energy to the dye (spacer effect) (Mark I. Stockman. // Nature Publishing Group. 2008. Vol.2. June. P.327-329) / 2 /, (MANoginov, G. Zhu, AM Belgrave, R. Bakker, VMShalaev, EENarimanov, S. Stout , E. Hers // Nature. Letters. Vol. 460. August. P. 1110-1112) / 3 /.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

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.The objective of the invention is to develop a method for producing chemosensor films, which in a solid-state material based on silica nanoparticles provide a significantly higher PL intensity and have a higher sensitivity to analyte compared to dye-modified silica nanoparticles.

Технический результат заключается в увеличении интенсивности ФЛ хемосенсорной пленки на основе наночастиц кремнезема (мезапористой пленки) и ее чувствительности к аналиту.The technical result consists in increasing the PL intensity of a chemosensor film based on silica nanoparticles (mesoporous film) and its sensitivity to analyte.

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.This problem is achieved by the fact that in the method for producing modified optical chemosensor films based on silica (RU No. 2370310), including the production of nanosol of spherical silica particles of 5-8 nm in size from a mixture: tetraethoxysilane: water, acidified with HCl to pH 1.5-2, : ethanol = 1: 6: 5, maturation of nanosol at 60-70 ° C for 2-4 hours, stabilization of cetyltrimethylammonium nanosol chloride, deposition of nanosol on a substrate and preparation of a chemosensor film according to the invention, a complex solution is used to modify silica nanoparticles and colloidal silver is an organic dye, in particular fluorescein, obtained by mixing a 1% solution of fluorescein in ethanol and a 0.08% solution of colloidal silver, in a volume ratio of 1: 1 solutions, and the resulting solution of the colloidal silver-fluorescein complex is introduced into a ripened and stabilized nanosol.

При этомWherein

- при стабилизации нанозоля цетилтриметиламмония хлоридом используют мольное соотношение цетилтриметиламмония хлорид : нанозоль, равное 0,25;- when stabilizing the cetyltrimethylammonium nanosol chloride, use the molar ratio of cetyltrimethylammonium chloride: nanosol equal to 0.25;

- раствор комплекса коллоидное серебро - флуоресцеин водят при соотношении объемов нанозоль : раствор комплекса, равном 3:2;- a solution of the complex colloidal silver - fluorescein is driven with a volume ratio of nanosol: complex solution equal to 3: 2;

- в качестве органического красителя используют краситель, образующий комплекс с наночастицами серебра, в частности флуоресцеин.- as an organic dye, a dye is used that forms a complex with silver nanoparticles, in particular fluorescein.

Обоснование введенных признаков.Justification of the introduced features.

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.To modify the surface of silica in nanosol and the subsequent production of a solid chemosensor film, the complex was first used: a colloidal silver-organic dye, in particular fluorescein, in which the plasma resonance energy of silver is transferred to the dye as a result of external short-wave (360 nm) excitation (spacer effect). The generation mechanism with the participation of the spacer effect [3] is described for particles in a liquid medium, but its manifestation in a solid-state material (mesoporous silica) is noted for the first time. As a result, the PL intensity of the mesoporous sensor film containing the colloidal silver – dye complex is 2–2.5 times higher than the PL intensity of the film containing only the dye.

На чертеже приведен выполненный в Институте автоматики и электрометрии СО РАН результат независимой экспертизы спектров фотолюминесценции оптических хемосенсорных пленок:The drawing shows the result of an independent examination of the photoluminescence spectra of optical chemosensor films performed at the Institute of Automation and Electrometry of the SB RAS:

а) на основе мезопористого кремнезема модифицированного комплексом коллоидное серебро - флуоресцеин;a) based on mesoporous silica modified with a colloidal silver-fluorescein complex;

б) на основе мезопористого кремнезема, модифицированного флуоресцеином.b) based on mesoporous silica modified with fluorescein.

Пример осуществления способаAn example of the method

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.Silica nanosol with a SiO2 nanoparticle size of 5-8 nm is prepared at a molar ratio of the tetraethoxysilane: water mixture, acidified with HCl to a pH of 1.5-2,: ethanol = 1: 6: 5. To ripen the nanosol, the reagent mixture is kept for three hours at a temperature of 60-70 ° C. Then, CTMA, Cl with a molar ratio of CTMA, Cl: SiO 2 = 0.25 are introduced into the sol. The finished nanosol is diluted with ethanol in a sol: ethanol ratio of 3: 2. Separately, a solution of the complex is prepared: colloidal silver - fluorescein. For this, a 0.08% aqueous solution of colloidal silver is added to a 1% solution of fluorescein in ethanol. After mixing, a solution of the complex is obtained: silver is a dye with spontaneous yellow-green fluorescence. The solution of the complex is introduced into nanosol in the ratio sol: complex equal to 3: 2. After stirring for 10-15 minutes, the freshly prepared complex-modified nanosol is ready for the manufacture of a sensor film. For this, the nanosol is applied to the surface of the substrate by the drop method or by immersion of the substrate in nanosol followed by drying.

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).Given the good wettability of the glass with nanosol, chemosensor films are obtained on the glass surface by the droplet method with the formation of a transparent uniformly colored film after 15-20 minutes, after the dripping drop has dried. The photoluminescence spectra of optical chemosensor films shown in the drawing show that the PL intensity during the modification of mesoporous silica with the colloidal silver-organic dye complex (a) is at least 2-2.5 times higher than the PL intensity when modifying mesoporous silica with only one dye ( b)

Claims (3)

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.1. A method for producing modified optical silica-based chemosensor films, comprising producing a nanosol of spherical silica particles of 5-8 nm in size from a mixture: tetraethoxysilane: water, acidified with HCl to pH 1.5-2 ,: ethanol = 1: 6: 5, maturation nanosol at 60-70 ° C for 2-4 hours, stabilization of cetyltrimethylammonium nanosol chloride, deposition of nanosol on a substrate and the preparation of a chemosensor film, characterized in that for the modification of silica nanoparticles use a solution of the colloidal silver - fluorescein complex obtained by mixing iem 1% solution of fluorescein in ethanol and 0.08% solution of colloidal silver solution in a volume ratio of the solutions, combined 1: 1 and the solution of the complex colloidal silver - fluorescein administered in matured and stabilized nanozol. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при стабилизации нанозоля цетилтриметиламмония хлоридом используют мольное соотношение цетилтриметиламмония хлорид:нанозоль, равное 0,25.2. The method according to claim 1, characterized in that when stabilizing the cetyltrimethylammonium chloride nanosol chloride, a molar ratio of cetyltrimethylammonium chloride: nanosol equal to 0.25 is used. 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. 3. The method according to claim 1, characterized in that the solution of the colloidal silver-fluorescein complex is introduced into nanosol with a volume ratio of nanosol: complex solution equal to 3: 2.
RU2010118843/05A 2010-05-11 2010-05-11 Method to produce modified optical chemosensory films based on silica RU2433084C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010118843/05A RU2433084C1 (en) 2010-05-11 2010-05-11 Method to produce modified optical chemosensory films based on silica

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010118843/05A RU2433084C1 (en) 2010-05-11 2010-05-11 Method to produce modified optical chemosensory films based on silica

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2433084C1 true RU2433084C1 (en) 2011-11-10

Family

ID=44997188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010118843/05A RU2433084C1 (en) 2010-05-11 2010-05-11 Method to produce modified optical chemosensory films based on silica

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2433084C1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2370310C1 (en) * 2008-05-20 2009-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН) Method of obtaining chemosensory films

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2370310C1 (en) * 2008-05-20 2009-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН) Method of obtaining chemosensory films

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СЕРДОБИНЦЕВА В.В. и др. Структурированные хемосенсорные пленки на основе наночастиц кремнезема, модифицированного органическими красителями. Доклады Академии Наук, 2008, т.422, с.236-238. LEE, S.J. et al, Optical sensor based on nanomaterial for selective detection of toxic metal ion, "Advanced Functional Materials", 2007, v.17, № 17, pp.3441-3446. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jakob et al. A novel approach to monodisperse, luminescent silica spheres
Kaczmarek et al. Visible and NIR upconverting Er3+–Yb3+ luminescent nanorattles and other hybrid PMO‐inorganic structures for in vivo nanothermometry
Simmons et al. Morphology of CdS nanocrystals synthesized in a mixed surfactant system
Kang et al. Core–shell structured up-conversion luminescent and mesoporous NaYF4: Yb3+/Er3+@ n SiO2@ m SiO2 nanospheres as carriers for drug delivery
Goldys et al. Optical characterization of Eu-doped and undoped Gd2O3 nanoparticles synthesized by the hydrogen flame pyrolysis method
Suteewong et al. Synthesis and formation mechanism of aminated mesoporous silica nanoparticles
JP5819841B2 (en) Materials and methods for capturing, detecting and quantifying heteroaromatic compounds, etc.
Na et al. Synthesis of silicon nanoparticles emitting yellow-green fluorescence for visualization of pH change and determination of intracellular pH of living cells
CN106186720B (en) Fluorescent photon crystal film and preparation method thereof
Wang et al. Photo-induced phase transition from multilamellar vesicles to wormlike micelles
Malfatti et al. Sol‐gel chemistry for carbon dots
CN109679646B (en) A kind of preparation method of highly stable carbon point-silica composite particles
Li et al. Ultrasensitive detection of mercury (II) ion using CdTe quantum dots in sol-gel-derived silica spheres coated with calix [6] arene as fluorescent probes
Xia et al. Coassembly of mixed weakley-type polyoxometalates to novel nanoflowers with tunable fluorescence for the detection of toluene
Qiao et al. Photoluminescent lanthanide-doped silica nanotubes: Sol− gel transcription from functional template
Oter et al. Photophysical and optical oxygen sensing properties of tris (bipyridine) ruthenium (II) in ionic liquid modified sol–gel matrix
Pichaandi et al. Effective control of the ratio of red to green emission in upconverting LaF3 nanoparticles codoped with Yb3+ and Ho3+ ions embedded in a silica matrix
Tang et al. Ultrathin and highly passivating silica shells for luminescent and water-soluble CdSe/CdS nanorods
Xu et al. Polyoxoanion occluded within modified MCM-41: spectroscopy and structure
CN112322287B (en) Temperature sensing material and preparation method and application thereof
RU2433084C1 (en) Method to produce modified optical chemosensory films based on silica
CN102876328A (en) Near-infrared fluorescent nanoparticle in-vivo probe and preparation method thereof
CN108240976A (en) A Fluorescent Analysis Method Using Dual Emission Ratio Fluorescent Quantum Dot Probes for Detecting Dopamine
JP2010087489A (en) Colloidal crystal, and light-emitting amplifier using the same
Bardhan et al. Facile chemical approach to ZnO submicrometer particles with controllable morphologies

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180512