×
23.07.2019
219.017.b813

Способ получения коллоидных квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002695130
Дата охранного документа
22.07.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно нанотехнологии интерактивного взаимодействия, датчиков или приведения в действие, например, квантовых точек в качестве биомаркеров. Способ получения квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана основан на взаимодействии селенид-ионов, получаемых из селеносульфата, с ионами кадмия (II), распределенными в водном растворе хитозана, при комнатной температуре. Разработанный способ достаточно прост, экономичен, нетоксичен и позволяет при комнатной температуре получать квантовые точки селенида кадмия, покрытые хитозаном, которые могут использоваться в качестве биомаркеров, т.к. наличие на их поверхности оболочки из молекул хитозана обеспечивает им хорошее взаимодействие с биологическими объектами. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно нано-технологии интерактивного взаимодействия, датчиков или приведения в действие, например, квантовых точек в качестве био-маркеров.

Известен коллоидный способ (Аналог 1) получения квантовых точек селенида кадмия с настраиваемыми размерами (So-Yeong Joo, Da-Woon Jeong, Chan-Gi Lee Room-temperature processing of CgSe quantum dots with tunable sizes / Journal of Applied physics, 121, 223102 (2017)), который заключается во взаимодействии ацетата кадмия с сульфидом натрия в присутствии 3-амино-1-пропанола при комнатной температуре. Поверхность квантовых точек окислялась с помощью фотонного облучения атомами кислорода, затем на окисленную поверхность адсорбировали 3-амино-1-пропанол.

Известен способ синтеза (Аналог 2) квантовых точек селенида кадмия (David М. Sousa, J. Carlos Lima, I. Ferreira Synthesis of Cadmium Selenide Quantum Dots, Using 2,2-Bipyridine as a Capping and Phase Transfer Agent / Chemistry Select, 2 (3), 2017, 1271-1274), заключающийся во взаимодействии оксида кадмия с металлическим элементарным селеном в присутствии 2,2-бипиридина. Его недостатками является использование токсичных сред для проведения синтеза, высоких температур и продолжительного времени, поэтому способ неэкологичен, энергозатратен и долог по времени.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному изобретению является низкотемпературный коллоидный способ (Прототип) получения квантовых точек на основе CdS, покрытых оболочкой N-палмитоил хитозана (Joyce С.С. Santos, Alexandra А.Р. Mansur, Herman S. Mansur One-Step biofunctionalization of Quantum Dots with Chitosan and N-palmitoyl Chitosan for Potential Biomedical Application / Molecules, 18 (2013), 6550-6572). Способ заключается во взаимодействии хлорида кадмия и шестиводного перхлората кадмия с девятиводным сульфидом натрия в среде хитозана, растворенного в пальмитиновой кислоте при постоянном перемешивании в течение 10-15 минут при комнатной температуре в присутствии N-гидроксилсульфосукцинимида натрия, гидроксида натрия и гидроксида аммония. К недостаткам прототипа относятся использование в качестве растворителя хитозана пальмитиновой кислоты, обеспечивающей неполное и долговременное растворение полимера по сравнению с уксусной кислотой, а также присутствие в реакционной смеси агрессивных органических соединений.

Целью настоящего изобретения является разработка технически простого, экономичного, нетоксичного, низкотемпературного, водного способа получения квантовых точек селенида кадмия, покрытых оболочкой хитозана, которые возможно использовать в качестве биологических маркеров. Наличие оболочки хитозана на поверхности селенида кадмия обеспечивает лучшее взаимодействие квантовых точек с биологическими объектами. В отличие от прототипа, использующего в качестве покрывающего агента N-палмитоил хитозан, в заявляемом изобретении применяется хитозан, растворенный в уксусной кислоте, обладающий лучшими защитными свойствами по отношению к коллоидным частицам, что обеспечивает лучшую стабилизацию частиц в коллоидных растворах. А также положительным отличием от прототипа является отсутствие в процессе синтеза дорогостоящего, сложного оборудования и неэкологичных агрессивных органических агентов.

Сущность способа получения коллоидных квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана заключается во взаимодействии ионов кадмия, распределенных в водном растворе хитозана, используемого в качестве покрывающего агента, в кислой среде, создаваемой раствором уксусной кислоты, с селенид-ионами, образующимися из раствора селеносульфата натрия, при комнатной температуре и постоянном перемешивании в течение одного часа.

В качестве источника ионов Se2- использовали водный раствор селеносульфата натрия, приготовленный по способу, изложенному в аналоге 1. Водный раствор селеносульфата натрия в качестве источника ионов селена был выбран из соображений наименьшей токсичности данного вещества.

В качестве источника ионов Cd2+ использовали соль хлорида кадмия, как нетоксичное, хорошо растворяющееся в воде соединение кадмия (II), подходящее для проведения синтеза в водной среде при комнатной температуре.

Хитозан выступал в качестве стабилизирующего агента, адсорбирующегося на поверхности коллоидных частиц.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. В раствор хитозана, полученный смешением 0,5 г сухого порошка хитозана и 50 мл 2%-ной уксусной кислоты, при комнатной температуре и постоянном перемешивании вводят 1,2 мл 0,01 М водного раствора хлорида кадмия, затем добавляют 1,3 мл 0,1 М водного раствора аммиака. После чего по каплям при постоянном энергичном перемешивании медленно прибавляют к полученному раствору 0,05 мл 0,25М раствора селеносульфата натрия. Синтез продолжается в течение 1 часа при комнатной температуре. Бесцветный раствор постепенно становитсяоранжевым и прозрачным, что свидетельствует об образовании коллоидного раствора селенида кадмия.

Масса хлорида кадмия и объем приливаемого селеносульфата были найдены в результате предварительной работы по подбору оптимального соотношения содержания ионов кадмия и селенид-ионов и анализа спектров поглощения получаемых образцов. Объем и концентрация аммиака были выбраны так, чтобы обеспечить щелочную реакцию среды, в которой проходит взаимодействие ионов кадмия с селенид-ионами.

Синтез наночастиц селенида кадмия в оболочке хитозана проходил согласно следующим химическим реакциям:

Растворенные в воде молекулы хитозана во время синтеза осуществляют концентрирование ионов кадмия: ионы металла замещают подвижные ионы водорода в NH3+ группах протонированного полимера, образуя с хитозаном комплексное соединение CHI - NH2Cd2+. Затем, после введения в раствор ионов селена, на основе хитозановой матрицы происходит зарождение центров кристаллизации и рост полупроводниковых частиц селенида кадмия. В конечном итоге полимерные молекулы хитозана обволакивают образовавшиеся нанокристаллы, формируя на их поверхности естественную защитную оболочку.

Адсорбция молекул хитозана на поверхности образующихся наночастиц впоследствии обеспечивает их хорошую растворимость в водных средах, что позволяет использовать их в качестве флуорофоров внутри живых организмов.

Полученные наночастицы селенида кадмия, покрытого оболочкой хитозана, исследованы на атомно-силовом микроскопе «SOLVER NEXT» для изучения морфологии и примерной оценки размеров частиц. На фиг.1 представлено изображение поверхности осажденных на стеклянной подложке частиц селенида кадмия в оболочке хитозана, полученное с помощью атомно-силового микроскопа. АСМ-изображение имеет размер 200×200 нм. На топографии АСМ-изображения высота рельефа отражается в тональности красно-оранжевого цвета: чем выше, тем светлее, поэтому положению наночастиц соответствуют светлые области на более темном фоне.

Наличие на поверхности частиц адсорбированного хитозана доказывается ИК-спектром образца квантовых точек селенида кадмия, покрытых хитозаном (фиг. 2), снятых на ИК-спектрометре «Инфралюм FT-801» в диапазоне от 500 до 4000 см-1. На фиг. 2 показан ИК-спектр синтезированных квантовых точек селенида кадмия, покрытых хитозаном. Характерные полосы поглощения в областях 3449,3 см-1 и 1658,5 см-1 относятся к колебаниям аминогруппы. При этом широкая полоса при 3449,3 см-1 является областью перекрывания колебаний NH2-группы с колебаниями свободного гидроксила и колебаниями водородных связей . Сильная полоса в области 1157,5-1028,9 см-1, расщепленная на три компонента относится к валентным симметричным и валентным асимметричным колебаниям группы С-О-С. Средняя полоса в области 1658,5-1598,3 см-1, расщепленная на два компонента относится к деформационным колебаниям NH3+-группы. Колебание в области 895 см-1 является деформационным колебанием C1-H в β-сахарах.

Таким образом, в результате ИК-спектроскопического исследования доказано присутствие на поверхности наночастиц селенида кадмия молекул хитозана.

Спектр поглощения (фиг. 3) водного раствора квантовых точек селенида кадмия, покрытых оболочкой хитозана, сняты на УФ-спектрометре Agilent Technologies Cary 60 UV-Vis. По данному спектру определена ширина запрещенной зоны полупроводниковых квантовых точек и по формуле 7 рассчитан средний диаметр частиц.

где Eg - энергия запрещенной зоны объемного селенида кадмия; Е - энергия запрещенной зоны квантовых точек селенида кадмия, рассчитанная по формуле Е=hc/λ, где λ - это длина волны поглощения квантовых точек (фиг. 3); h - постоянная Планка; m* - эффективная масса экситона в селениде кадмия, равная 0,8⋅10-31 кг.

Максимум поглощения приходится на длину волны 460 нм, что соответствует ширине запрещенной зоны 2,7 эВ, таким образом средний диаметр квантовых точек составляет 8,6 нм.

Максимум поглощения при 460 нм соответствует ширине запрещенной зоны 2,7 эВ. Объемный материал селенида кадмия поглощает при 688 нм (1,8 эВ). Таким образом, у квантовых точек селенида кадмия, по сравнению с объемным образцом, наблюдается сдвиг максимума поглощения в область более коротких волн и уширение запрещенной зоны. Наблюдаемый сдвиг может быть объяснен наличием состояния сильного конфайнмента в малых по размеру частицах вещества, а это является доказательством того, что полученные наночастицы селенида кадмия являются именно квантовыми точками.

Рассчитан средний объем квантовой точки V по формуле (8). Для квантовых точек CdSe, полученных представленным способом и имеющих средний радиус r=4,3 нм, он оказался равен 3,36⋅10-25 м3.

Средняя масса одной квантовой точки, рассчитанная по формуле (9), составила 1,95⋅10-18 г.

где m - средняя масса квантовой точки, г; ρ - плотность селенида кадмия, равная 5,81⋅106 г/м3; r - средний радиус квантовой точки селенида кадмия, равный 4,3 нм.

Тогда число двухатомных CdSe-единиц в одной квантовой точке среднего радиуса в 4,3 нм, согласно формуле (10), составит 6154 штук.

где N - число двухатомный CdSe-единиц в одной квантовой точке; ρ - плотность селенида кадмия, равная 5,27⋅106 г/м3; r - средний радиус квантовой точки селенида кадмия, равный 4,3 нм; NА - число Авогадро, равное 6,02⋅1023 моль-1; MCdSe - молярная масса селенида кадмия, равная 191 г/моль.

Таким образом, все проведенные исследования подтверждают то, что полученное вещество является селенидом кадмия в оболочке хитозана, адсорбированной на его поверхности. Доказан нанометровый размер полученных частиц, их сферическая форма, а также тот факт, что эти наночастицы являются именно квантовыми точками. Показано, что даже без применения повышенных температур и агрессивных органических сред в процессе синтеза может быть получен селенид кадмия нанометрового масштаба.

Способ получения коллоидных полупроводниковых квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана, основанный на взаимодействии хлорида кадмия с селенид-ионами в присутствии аммиака и покрывающего агента, отличающийся тем, что в раствор хитозана, полученный смешением 0,5 г сухого порошка хитозана и 50 мл 2%-ной уксусной кислоты, при комнатной температуре и постоянном перемешивании вводят 1,2 мл 0,01 М водного раствора хлорида кадмия, затем добавляют 1,3 мл 0,1 М водного раствора аммиака, после чего по каплям при постоянном энергичном перемешивании в течение одного часа медленно прибавляют к полученному раствору 0,05 мл 0,25 М раствора селеносульфата натрия.
Способ получения коллоидных квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана
Способ получения коллоидных квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана
Способ получения коллоидных квантовых точек селенида кадмия в оболочке хитозана
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 78.
13.01.2017
№217.015.74c5

Безопасный экстракционно-флуориметрический способ определения селена в воде

Изобретение относится к аналитической химии и касается способа определения селена в воде. Сущность способа заключается в том, что к анализируемому раствору добавляют 0,4 мл раствора 3%-ного щелочного борогидрида натрия восстановителя, закрывают пробкой, встряхивают и оставляют на 5 мин для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597769
Дата охранного документа: 20.09.2016
25.08.2017
№217.015.bad9

Люминесцирующие металлсодержащие полимеризуемые композиции и способ их получения

Изобретение относится к химии и технологии материалов, преобразующих электромагнитное излучение, и используется для получения люминесцирующих и избирательно поглощающих электромагнитное излучение металлсодержащих полимерных композиций для светотехники, опто- и микроэлектроники. Основой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615701
Дата охранного документа: 06.04.2017
26.08.2017
№217.015.eda4

Индикатор для обнаружения повышенной концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны

Изобретение относится к устройствам для выявления утечек аммиака и может быть использовано в областях химической и холодильной промышленностей, в сфере производства удобрений и аммиака, а также для контроля воздушной среды в производственных помещениях. Индикатор представляет собой основу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628883
Дата охранного документа: 22.08.2017
29.12.2017
№217.015.f6d1

Способ пластической деформации металлов и сплавов

Изобретение относится к области пластической обработки металлов, таких как алюминий и его сплавы, и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для глубокого формования металлических материалов. Способ пластической деформации алюминия и его сплавов включает механическое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639278
Дата охранного документа: 20.12.2017
29.12.2017
№217.015.f79d

Способ получения линимента на березовых почках

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, в частности к способу получения линимента на березовых почках. Способ получения линимента на березовых почках, включающий подготовку свиного жира, закладку березовых почек и свиного жира в емкость и воздействие на смесь жира и почек...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639571
Дата охранного документа: 21.12.2017
29.12.2017
№217.015.f90b

Дефектоскоп для сварных швов

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и позволяет обнаруживать дефекты малых размеров и глубокого залегания в сварных швах, соединяющих, преимущественно, неферромагнитные материалы. Дефектоскоп для сварных швов включает в себя аппаратную и программную части. Дефектоскоп...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639592
Дата охранного документа: 21.12.2017
29.12.2017
№217.015.fb66

Способ концентрирования микроэлементов

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в практике аналитических, агрохимических, медицинских лабораторий. Осуществляют концентрирование микроэлементов для последующего аналитического определения путем соосаждения с диантипирилметаном, образующим в системе вода -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640337
Дата охранного документа: 27.12.2017
13.02.2018
№218.016.24a1

Мембранный экстрактор

Изобретение относится к экстракторам системы жидкость-жидкость для применения в биотехнологической, фармацевтической, химической, пищевой промышленности, и, в частности, может быть использовано для ускорения выделения целевых продуктов метаболизма микроорганизмов, например антибиотиков из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642641
Дата охранного документа: 25.01.2018
04.04.2018
№218.016.3134

Способ определения иодид-ионов катодной вольтамперометрией

Изобретение относится к области аналитической химии. Способ определения йодид-ионов катодной вольтамперометрией проводят на серебряном электроде в фоновом растворе 0,1 М ацетата натрия, выдерживая потенциал электролиза в диапазоне потенциалов (-0,15±0,05) В при скорости развертки 20 мВ/с - 50...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645003
Дата охранного документа: 15.02.2018
10.05.2018
№218.016.442b

Биоразлагаемый поливной шланг для капельного орошения

Изобретение относится к области устройств для капельного орошения. Поливной сочащийся шланг для капельного орошения выполнен из биоразлагаемого бумажного крафт-шпагата. Крафт-шпагат пропитан жидким растительным маслом. Шланг выполнен методом плетения. Плетение шланга обеспечивает микропористую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649857
Дата охранного документа: 05.04.2018
Показаны записи 1-3 из 3.
20.01.2016
№216.013.a0bf

Способ селенатно-тиосульфатной обработки поверхности арсенида галлия n-типа

Изобретение относится к электрохимии полупроводников и технологии полупроводниковых приборов. Сущность изобретения заключается в том, что поверхность полупроводникового электрода - арсенида галлия n-типа - перед электрохимическим нанесением металла подвергают дополнительной к стандартной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572793
Дата охранного документа: 20.01.2016
13.01.2017
№217.015.83c3

Способ получения коллоидных полупроводниковых квантовых точек селенида цинка

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно нанотехнологии интерактивного взаимодействия, датчиков или приведения в действие, например квантовых точек в качестве биомаркеров. Описан способ получения коллоидных полупроводниковых квантовых точек селенида цинка, основанный на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601451
Дата охранного документа: 10.11.2016
25.04.2019
№219.017.3b21

Способ получения коллоидных квантовых точек селенида цинка в оболочке хитозана

Изобретение относится к получению квантовых точек, используемых в качестве биологических маркеров. Способ получения коллоидных полупроводниковых квантовых точек селенида цинка в оболочке хитозана включает взаимодействие хлорида цинка с селенид-ионами в присутствии аммиака и покрывающего агента....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685669
Дата охранного документа: 22.04.2019
+ добавить свой РИД