三重态融合上转换纳米胶囊的合成

上转换纳米胶囊能够利用低能量光子精确地在空间上产生高能量光子。其应用推动了诸如体素三维打印等技术的创新。本方案展示了耐用的硅胶封装纳米胶囊的制备方法。

我们的实验流程具有很好的可扩展性，本文重点介绍两种不同规模的合成方案。首先，在红光照射下设置一个充满惰性气氛的手套箱。为制备该敏化剂的饱和溶液，取20毫克敏化剂置于带搅拌子的小瓶中，加入2毫升99%油酸。

用铝箔覆盖小瓶，以避免环境光照射。然后在含有磁力搅拌子的小瓶中，向25毫克淬灭剂中加入2毫升99%油酸。在室温下以600转/分钟的速度搅拌混合物至少4小时。

然后，使用孔径为 0.45 微米的 PTFE 针筒滤器过滤两种溶液。用针筒取 0.7 毫升滤过的去活化剂溶液和 0.35 毫升滤过的敏化剂溶液进行混合。

加入0.7毫升油酸以制备上转换材料储备溶液。接下来，在环境光照条件下，将200毫升超纯去离子水加入一个带有隔垫密封的250毫升锥形瓶中。将锥形瓶置于冰浴中冷却至少一小时，使其温度降至约5°C。

并使用封口膜固定隔膜。在准备纳米胶囊前，立即将冷藏水带入手套箱中。当将水带入时，仅需对前室抽轻微真空，根据前室压力表的读数抽取20%的真空度即可。

将水带入手套箱后，立即开启手套箱吹扫功能以绕过色谱柱。确保所有化学品和耗材均在触手可及范围内，包括用于分装 optus 和正硅酸四乙酯的注射器和针头、10k mPEG-生理盐水以及用于清洁的尼龙布。

将搅拌器插上电源，并用塑料箱或尼龙布盖住电源插座。小心地将水倒入搅拌器中。用注射器取1.45毫升上转换材料储备液，一次性加入搅拌器中水的中心位置。

盖上盖子，并用尼龙布覆盖。在握住搅拌器盖子以防止轻微泄漏的同时，以22,600 RPM的速度精确搅拌60秒。将乳液转移至500毫升圆底烧瓶中。

用夹子将烧瓶固定在搅拌器上。加入一个卵形搅拌子，在1200 rpm下剧烈搅拌乳液。使用注射器向乳液中加入0.75毫升Optus，以形成透明的胶束溶液。

加入四克10k mPEG-硅烷以防止胶囊聚集。摇动烧瓶以确保其分散均匀，并在1200 RPM下搅拌约10分钟。

搅拌后，使用20毫升注射器一次性加入15毫升正硅酸四乙酯。再一次性加入另外15毫升。将橡胶隔膜固定在烧瓶上，在1200转/分钟的转速下搅拌30分钟。

将烧瓶和废液从手套箱中取出。将烧瓶固定在带有加热装置的搅拌台上，并将烧瓶连接至施伦克线（schlenk line），以在惰性气体氛围下保持反应体系的恒定压力。在65摄氏度下以1200转/分钟（RPM）搅拌并加热反应40小时。

然后，将反应体系从施伦克线断开，并加入四克10k mPEG-硅烷。重新将反应体系连接至施伦克线。搅拌并加热反应八小时。

8 小时后，关闭加热，同时在 1200 rpm 条件下搅拌，使反应体系冷却至室温。随后，将悬浮液转移至离心管中，在 22 摄氏度下以 8,670 ×g 离心 1 小时。弃去沉淀，保留含有纳米胶囊的上清液。

再次将上清液离心14至16小时。弃去上清液，收集含有上转换纳米胶囊的沉淀。使用移液器，用10 mL超纯去离子水小心冲洗纳米胶囊沉淀的上表面两次。

用刮刀将纳米胶囊糊状物转移至若干个20毫升的闪烁瓶中。立即把闪烁瓶放入手套箱中，对纳米胶囊制剂进行表征。插上涡旋混合器电源，并将转速调至最高档，即3,200 rpm。

使用微量移液器，将145微升的敏化剂猝灭剂储备溶液加入20毫升脱气水中。用绝缘胶带或封口膜密封瓶盖。将离心管靠近底部固定，涡旋振荡七分钟。

将小瓶固定在搅拌器上，使用八角形搅拌子以 1,200 RPM 的速度搅拌乳液。用微量移液器加入 75 微升 Optus，形成透明的胶束溶液。然后立即加入 400 毫克 10k mPEG-硅烷。

振荡小瓶以充分混合反应液，并将小瓶放回搅拌台。使用注射器在反应液以1200 rpm搅拌的同时加入3 mL正硅酸四乙酯。再次振荡小瓶，然后在1200 rpm下持续搅拌反应液，直至从手套箱中取出。

用封口膜或电工胶带密封小瓶，并将小瓶从手套箱中取出。在65摄氏度下加热溶液，同时以1200转/分钟的速度搅拌40小时。然后加入400毫克10k mPEG-Silane，并继续搅拌反应8小时。

通过本实验方案获得的上转换纳米胶囊的扫描电子显微镜图像显示，纳米胶囊呈单一分散状态，直径约为50纳米。在进行该测量所需的超高真空条件下，纳米胶囊在约30分钟后发生融合。动态光散射曲线表明，无论是大规模还是小规模实验方案，均可生成类似尺寸的上转换纳米胶囊。

大批次的平均流体动力学直径为75纳米，小批次为66纳米。光学表征显示，当使用635纳米激光照射时，出现了蒽素的上转换发射，表明二氧化硅壳层在纳米胶囊中保持完整。

一些细微的细节可能会对纳米胶囊的性能产生重大影响。注意保护反应体系免受环境氧气的影响，并加入适当体积的 app 测试液。研究人员能够利用这些类似的纳米胶囊最大限度地提高上转换性能。

此外，研究人员可利用该技术制备纳米胶囊，并将其掺入由光驱动的3D打印树脂中。