中空结构纳米颗粒制备获突破

具有中空结构的纳米材料，由于其具备空腔、质轻等特殊性能，在器件制备、催化反应、存储材料、生物医用材料等方面具有独特的优势。在纳米尺度范围内，对材料进行尺寸和结构的精确控制，制备中空纳米材料，一直是材料学家所追求的热点。但是由于材料结构的特殊性，中空纳米结构的制备往往需要非常复杂的步骤，目标产物的单分散性和尺寸也难以精确控制，因此制备的产量非常低，大都还局限在实验室毫克量级的规模，这都成为制约中空纳米材料应用的因素。近日，在国家科技部“863”项目和“973”项目的大力支持下，由中科院理化所唐芳琼研究员带领的纳米材料可控制备与应用研究组在具有中空介孔结构的“夹心二氧化硅”纳米颗粒的制备方面取得了重要突破。这一研究成果发表在10月份正式出版的《先进材料》上（Adv. Mater. 2009, 21, 3804–3807）。审稿人评价该文章“为新型药物载体的制备提供非常重要的信息”。该文章在《先进材料》5月份上网后，即在2009年6月Most Accessed通讯类文章中排名第三，引起纳米材料学界的广泛关注。唐芳琼研究员和她的研究组成员长期从事纳米颗粒的可控制备及应用研究，积累了丰富的经验和基础。在球形二氧化硅纳米颗粒制备方面，可制备出公斤级尺寸可控的单分散颗粒。在此基础上，本研究中他们设计了具有“三明治”结构的有机无机杂化二氧化硅纳米材料，通过自主研发的可控制备生长技术，经过一步法成功合成出一系列尺寸和结构可控的“三明治”复合颗粒，进一步采用刻蚀剂刻蚀掉中间层，得到具有中空结构，有可移动内核和外壳的夹心二氧化硅纳米颗粒（Silica Nanorattle）。这种方法制备过程较为简便，易于控制，颗粒尺寸可精细调变，外壳厚度和内核大小同样可实现精确控制，尤其是外壳还可以得到介孔结构，可以满足不同的应用需求。该方法一次可以得到高达10克量级的单分散夹心二氧化硅纳米颗粒，并有望进一步扩大产量。另外，通过选择具有特殊功能纳米颗粒如金纳米颗粒作为内核，该方法还可以发展为一种通用的制备功能性夹心二氧化硅纳米颗粒的方法。该研究的可规模化、可控的制备方法将推动中空纳米材料制备方法的改进和应用。目前，唐芳琼研究员所带领的团队正致力于发展这种夹心二氧化硅纳米颗粒的多方面应用。特别是将该夹心二氧化硅纳米颗粒作为药物载体进行药物的缓控释研究来治疗肿瘤等恶性疾病，以大大提高化疗药物的利用率，降低毒副作用；将它作为微反应器制备贵金属纳米催化剂，以提高催化效率，提高催化剂的稳定性。（来源：中国科学院理化技术研究所）