摘 要

从1990年发现化学阳极氧化法制备的多孔硅在室温下高效率发射可见光的特性以来，多孔硅研究己逐渐成为世界研究热点之一。由于多孔硅具有大的比表面、高化学活性、高电阻率等性能，在光电、热电、传感器、微波和生物医学等诸多领域获得了广泛的应用。另外由于多孔硅还拥有良好的生物相容性、较低的生物毒性、优良的稳定性、表面易于修饰各种官能团（苯基化、氨基化、疏基化等）的特性，使其在药物传输方面具有极大的研究前景。而聚吡咯修饰多孔硅所具有的良好光热效应与化疗相结合在肿瘤治疗中具有很好的协作效果。故本论文主要致力于提升多孔硅纳米颗粒的光热效应研究。

关键词：Fe³ ，聚吡咯，多孔硅纳米颗粒

Ferric iron ion triggered modification of polypyrrole in preparation of porous silicon nanoparticles

ABSTRACT

Since the discovery in 1990 by using chemical anodic oxidation porous silicon has high efficiency at room temperature of visible light emission characteristics been found, porous silicon research has gradually become one of the international research hot spot. Since porous silicon’s large specific surface, high resistivity, high Chemical properties. Porous silicon has won a wide application in optoelectronics, thermoelectric materials, sensors, microwave and biological medicine. Due to the good biocompatibility of porous silicon, low toxicity, good stability, easy to modify on the surface of the functional groups (hydroxyl, amination, carboxyl, etc.) making it has a great research space in terms of drug delivery. In this thesis, the polypyrrole modified porous silicon nanoparticles is mainly used for targeted tumor cells.

Keywords：Fe³ , polypyrrole, porous silicon nanoparticles

目 录

1 绪论 1

1.1 多孔硅概述 1

1.1.1 一维硅纳米材料 2

1.1.2 多孔硅 2

1.2 多孔硅发光材料的研究意义 3

1.3 多孔硅发光材料的制备方法 3

1.4 多孔硅的光致发光机制 5

1.5 多孔硅在生物学中的应用前景 7

1.5.1 多孔硅在生物学中的应用 7

1.5.2 多孔硅纳米材料在生物成像方面的应用 7

1.5.3 多孔硅纳米材料在离子检测方面的应用 8

1.5.4 多孔硅材料在药物载体方面的应用 8

2 实验部分 10

2.1多孔硅的制备 10

2.1.1试剂与仪器 10

2.2硅片的预处理 10

2.3制备多孔硅 10

2.4聚吡咯聚合多孔硅 11

2.4.1试剂与仪器 11

2.4.2聚吡咯修饰多孔硅的步骤 11

2.4.3三价铁离子氧化聚吡咯修饰的多孔硅 12

2.4.4三价铁离子氧化聚吡咯修饰的多孔硅的清洗及干燥 12

2.5三价铁离子氧化聚吡咯修饰的多孔硅的红外实验 12

2.5.1实验数据与图表 12

2.5.2实验结论 12

2.6测试三价铁离子氧化聚吡咯修饰的多孔硅的电荷 13

2.6.1 实验步骤 13

2.6.2实验数据与图表 13

2.6.3实验结论 13

2.7测试三价铁离子氧化聚吡咯修饰的多孔硅粒径 14

2.7.1 实验步骤 14

2.7.2 实验数据与图表 14

2.7.3实验结论 14

2.8三价铁离子氧化聚吡咯修饰的多孔硅的紫外实验 14

2.8.1实验数据与图表 15

2.8.2实验结论 15

2.9三价铁离子氧化聚吡咯修饰的多孔硅的光热实验 15

2.9.1光热实验步骤 15

2.9.2实验数据与图表 16

2.9.3实验结论 16

实验总结 17

致 谢 18

参考文献 19

1 绪论

硅材料作为重要的技术材料，广泛用于各种半导体器件。但晶体硅的发光效率太低，又不能发射可见光。故限制了硅在光电子器件中的应用，为实现电子器件和发光器件的硅光电集成，使硅材料得以高效率发光，硅基光电子学把它列为重要课题，英国科学家Canham^[1]在1990年报道了多孔硅（PSi）在室温下高效可见发光的现象，当今PSi多用“湿处理”方法制备所以难以与集成电路工艺兼容，加之发光性能不是很稳定，在电接触方面存在困难，所以严重限制了它的应用。然而制备纳米量级的硅颗粒，并将其组装在合适的模板中，或许能为实现高效的硅基光电器件提供一种有效的途径。同时低维纳米硅材料在生物医学方面也有着重要的应用。例如硅纳米颗粒（1 nm）或者表面覆有氧化层的纳米硅颗粒^[2]具高稳定的强发光性质,且无毒副作用,它作为基因(DNA)载体或生物分子的光标记，具有非常重要的实用意义。如何在基因转染及基因治疗研究中提高DNA的转化效率和高效且安全的基因转染载体是最为关键问题，截止目前，在非病毒载体转染方法中，DNA的转化和基因表达的效率依旧处于较低的水平^[3]。DanLuO利用硅颗粒及脂质体混合与DNA转染细胞，实验发现转染效率比单纯用脂质体转染高8倍^[4]。CarstenKneuer用二阶阳离子修饰硅纳米颗粒表面实验后，发现结合在颗粒上的DNA能抵抗DNase的作用^[5,6]。聚吡咯(Polypyrrole，PPy)则具有合成方便、导电导率好、电导性可调，以及拥有众多特殊的光、电、热性能，成为如今应用最广的导电聚合物之一。当今，恶性肿瘤在已成为为死亡率排名前列的疾病之一，化疗是恶性肿瘤的主要治疗手段之一。在放射治疗领域，在提高肿瘤局部控制率的同时，如何降低周围正常组织的化学放射受量，并减少正常组织的损伤，一直是该领域的研究重点。热疗在细胞毒性作用机理上可以与放射治疗互补，可以增加细胞的放射敏感性。因为它一方面可以增加肿瘤组织的供血，改善肿瘤组织缺血缺氧；另一方面，热疗也可以杀伤肿瘤期细胞，抑制断裂修复，可以与放疗作用形成互补，二者协作，大大提高了单独作用的疗效。故制备聚吡咯/多孔硅纳米复合材料，使材料兼具聚吡咯和多孔硅的特性。更好的利用聚吡咯硅纳米复合材料的光热效应治疗肿瘤。

1.1 多孔硅概述

1.1.1 一维硅纳米材料

自1991年首次发现碳纳米管来，一维纳米材料成了人们的研究热点，同时其中一维硅纳米材料作为一直重要的光电信息材料更是受到了广泛的关注。一维硅纳米材料拥有与传统材料完全不同的特殊物理化学性质，我们知道当材料的直径与其德布罗意波长相当之时，导带与价带会进行进一步的分裂，量子限制效应与非线性光学效应会表现得越来越突出，故一维硅纳米材料有望成为新一代的纳米电子器件的优良基材。与此同时，由于它与当今的硅技术具有优秀的兼容性故而具有极大的市场应用前景。因此，硅纳米材料成为当今凝聚态物理及材料科学领域的研究热点。

自通过气一液一固(VLS)生长机理成功制得硅纳米晶须以来，硅纳米线、硅纳米管及硅纳米带等一系列一维硅材料相继被合成出来。采用不同的物理化学方法均可以制得一维硅纳米材料，如激光烧蚀法。然而同种一维硅纳米材料，因为其合成方法的不同，其形貌会有一定差别，合成方法相同但试验条件不同，其形貌亦有细微差别。故按照微观形貌分类，一维硅纳米材料可分为硅纳米管、硅纳米线以及一系列其它特殊的准一维硅纳米结构材料。

1.1.2 多孔硅

多孔硅是主要是指经过电化学或化学腐蚀过的硅，其表面上会形成纳米尺寸的硅丝或硅柱，然而在硅丝或硅柱之间存在着孔隙，因此称做多孔硅。