第29
卷第6
期
2017
年6
月化学研究与应用^
Chemical Research and ApplicationVol.29,No.6
June
，2
〇17
文章编号：1004-1656 (2017) 06-0768-04
巯基光点击化学用于二氧化娃微球表面修饰
刘岩1
，白晓\
邓凤梅4,
李婷婷\
沈启慧于东冬2*
，周建光3
(1.吉林化工学院化学与制药工程学院，吉林吉林132022;.浙江大学医院，浙江杭州310027;
3.浙江大学控制科学与工程学院智能系统和控制研究所分析仪器研究中心工业控制
技术国家重点实验室，浙江杭州310058；.吉林石化炼油厂，吉林吉林132000)
摘要:
在水体系下，一步法可控制备单分散、粒度分布均一、粒径为0.5 ~2 pm
的二氧化硅微球，并且表面覆
盖大量的巯基，巯基密度能够达到0.7 pmol • g-1,
利用巯基-
烯光点击化学反应特性，在365 nm
紫光灯照射
下,
敞开水溶液中，二氧化硅微球表面的巯基受光子激发，形成自由基，与烯烃双键发生亲核加成反应,完成微
球末端官能团的修饰。该修饰方法具有简单、可控性强、无副产物、绿色的特点，适合应用于医药领域。
关键词:
巯基-
端烯反应;
光点击化学;
微球;表面修饰
中图分类号= 0611. 4 文献标志码:A
Surface modification of Si02 microspheres by light click chemistry
LIU Yan1 ,BAI Xiao1 ,DENG Feng-mei4 ,LI Ting-ting1 ,SHEN Qi-hui1 * ,YU Dong-dong2* ,ZH0U Jian-guang3
(1. Department of Chemistry and Pharmaceutical Engineering,Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,China
；
2. Hospital of Zhejiang University, Hangzhou 310027,China
；3. State Key Laboratory of Industrial Control Technology,
Institute of Cyber-Systems and Control,Zhejiang University, Hangzhou 310058 , China
；
4. Oil Refinery of Jilin Chemicals Corporation,PetroChina, Jilin 132000,China)
Abstract: In water solution
，Si
〇2 microspheres with narrow size distribution and monodisperse were synthesized in one step. There
was so much thiol group on the surface of Si
〇2 microspheres，and the thiol group density was about 0. 7 pmol • g \ Under 365 nm
UV light,thiol was excited and formed free radicals,which reacted with double bonds of alkenes. Finally,the terminated group of mi
crosphere surface was translated into carboxyl. Compared with other modification of group, this method was easy, no byproducts,
green,and suitable for the field of medicine.
Key words
： thiol-ene
； light click chemistry
； microsphere
； surface modification
二氧化硅微球因其微结构为球形、具有独特 学材料特性，应用在电子、化工、能源、农业及日常
抗紫外线、提高材料抗老化、提高材料强度等工程 生活等领域[1]。在医药领域，由于其良好的化学
收稿日期：016-08-)5
;修回日期:2017-03-12
基金项目：吉林省自然科学基金项目（20130101132JC
)资助;
吉林省教育厅“十二五”科研计划项目（2013-317
)资助；吉林市科技计划项目
(201464057
)资助；国家科技支撑计划项目（2012BAB19B07
)资助
联系人简介:沈启慧（1978-
),男
，副教授
，主要从事纳米材料的制备与应用研究。E-mail: qihuishen@126.com
；于东冬（1973-
)
,女,副主任
医师,主要从事传染病和分析检测技术的研究。
E-mail:ddyu@ zj+u. edu. cn第6期刘岩，等：巯基光点击化学用于二氧化硅微球表面修饰769
稳定性和生物相容性，这些特性让二氧化硅微球
成为热点而被广泛研究并应用，例如:微型生物传
感器、药物可控释放、DNA检测等。尤其是以二氧
化硅作为基材的复合材料，具有生物检测、分离和
固定等功能，有望成为新型“智能”材料，在更多领
域发挥着重要的作用[2,3]。
制备二氧化硅微球的方法多种多样，包括:气
相沉积法、化学沉淀法、超重力法、溶胶-凝胶法、微
乳液法[M]。其中，溶胶-凝胶法最适合制备尺寸
高度可控的单分散二氧化硅微球，通过引发聚合、
层层自组装、表面接枝等方法都可以实现微球表
面的功能性修饰，目的都是为了实现微球表面的
活化。本文采用溶胶-凝胶法，利用巯基硅烷
(MPTMS)自身水解缩合而形成表面富含巯基的二
氧化硅微球。基于巯基与端烯（炔）之间的“光点
击化学”，在水溶液敞开体系下，紫外线诱发微球
与丙烯酸键合，将微球表面官能团调节成羧基。
选择含有特定官能团的端烯（炔）化合物，可简单
方便地对微球表面的官能团进行调变[]，该方法
具有较广阔的应用前景。
1实验部分
1. 1试剂与检测仪器
四乙氧基硅烷（TEOS，98%，Sigma)，巯基丙基
三甲氧基硅烷（MPTMS，97%，J&K Chemical
LTD)，氨丙基三乙氧基硅烷（APTES，98%，Sig
ma) ，氯化钾 （ 分析纯 ，天津大茂化学试剂 ） 氨水
(分析纯，天津大茂化学试剂）乙醇(分析纯，天津
大茂化学试剂）丙烯酸(分析纯，天津可密欧化学
试剂）；DTNB (二硫二硝基苯甲酸，99%，TCI);半
胱氨酸（Cys，分析纯，上海国药集团）；三羟甲基氨
基甲烷(Tris，分析纯，上海国药集团）；盐酸（分析
纯，北京化工厂）；本实验用水为Milli-Q制备的超
纯水。
德国Heidolph MR Hei-END磁力搅拌器;湘仪
H1650高转速离心机；美国Pekin Elmer公司
Lambda 750型紫外-可见-近红外分光光度计;美国
Pekin Elmer公司Spectrum ONE红外光谱仪;德国
Brnker AXS公司D8 Advance型X-射线粉末衍射
仪（操作管压40 kV;管流30 mA;Cu KaL，入=
0. 518 416 nm);日本 JEOL 公司 JSM-6490LV 型扫
描电子显微镜;英国Renishaw公司INVIA激光共
聚焦拉曼光谱仪。
1.2实验步骤
1.2.1二氧化硅微球的制备[6] 取一定量的
MPTMS加入一定量的水中，用磁力搅拌器剧烈的
搅拌至MPTMS液滴完全消失，呈现透明状。MPT
MS 与水的质量比可以为：1 : 20 〜100。 调节溶液
的pH=11，在室温下进行反应12h。分别用乙醇
和水清洗几次，离心除去上清液后，用乙醇溶剂为
溶剂分散微球，并在室温条件下保存。如测试需
要的固体样品需要在真空干燥箱内、室温条件下
干燥。1. 2. 2二氧化硅微球表面巯基含量的测定工
作曲线的绘制:25°C条件下，用Tris-HCl缓冲溶液
溶解半胱氨酸形成梯度标准溶液，其浓度分别为：
0. 00、0. 025、0. 05、0. 10、0. 15、0. 20 pmo卜 mL1 ；
取上述各浓度溶液1 mL分别加入5 mL预先恒温
于25C水中的DTNB分析溶液，摇勻、25C条件下
反应10 min后立即在波长为412 nm处测定吸光
度值M)，根据检测结果绘制吸光度对巯基浓度的
标准工作曲线。
微球表面巯基含量的测定:将微球配置成一
定质量浓度的溶液，按照上述步骤反应后测定上
清液的吸光度，对照工作曲线计算溶液中巯基的
浓度，再换算成微球表面的巯基含量。计算公式
为：a = ，其中a为微球表面的巯基含量
(pmo卜g-1)，册为微球溶液的巯基浓度（pmol
• mL_1)，为微球的质量浓度（g • mL_1)。
1. 2. 3微球表面修饰羧基将0. 1 g二氧化硅微
球分散到50 mL水中，室温磁力搅拌，根据检测结
果缓慢滴加丙烯酸，使丙烯酸与巯基的摩尔比为5
:1，在365 nm紫光灯(8W)的照射下充分反应30
min，离心除去上清液后，水洗三次，用乙醇溶剂为
溶剂分散微球，并在室温条件下保存。
2结果与讨论
2. 1巯基功能化二氧化硅微球的制备
如图1所示，MPTMS是一种具有巯基官能团
的硅烷，不溶于水，利用溶胶-凝胶法MPTMS自身
水解聚合形成单体，通过控制反应时间、反应温
度、氨水用量、搅拌速度、电解质浓度等反应条件，
制备出粒度范围0. 5〜2 pm，单分散的二氧化硅微
球[]。图2a为微球的SEM图片，该微球的粒径为
0.7 pm，呈单分散;粒度分布如图2b，微球粒度分
布均一（RSD = 7. 1%)，MPTMS适合作为硅烷单体
成球。
图1
巯基功能化二氧化硅微球的生长示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the preparation of
thiol functionalized SiO2
microspheres