BODIPY:硼-二吡咯亚甲基染料,具有高摩尔消光系数、尖锐的荧光发射峰、良好的光稳定性以及易于结构修饰等优点。将 BODIPY 染料构建成自组装纳米结构,不仅能保留其良好的光学特性,还能赋予材料新的功能,自组装过程利用了分子间的非共价相互作用使得 BODIPY 染料分子能够自发地排列形成具有特定形貌和尺寸的纳米结构。下面为方法介绍:
(一)溶剂挥发法
1. 原理:将 BODIPY 染料溶解在挥发性有机溶剂中,然后将该溶液滴涂在基底表面或分散在不良溶剂中。随着有机溶剂的缓慢挥发,BODIPY 染料分子的浓度逐渐增加,分子间的相互作用增强,从而自发地组装成纳米结构。
2. 操作步骤:首先,将设计合成的 BODIPY 染料溶解在适量的氯仿中,配制成一定浓度的溶液。然后,取一定量的该溶液滴在洁净的玻璃片或硅片上,将其置于通风良好的环境中,让氯仿自然挥发。在挥发过程中,通过控制环境温度、湿度和气流速度等条件,可以调控自组装纳米结构的生长速率和形貌。当溶剂完全挥发后,在基底表面形成一层由 BODIPY 染料自组装而成的纳米结构薄膜。如果是在水相中进行自组装,则将 BODIPY 染料的氯仿溶液缓慢滴加到剧烈搅拌的水中,氯仿在水中逐渐扩散并挥发,BODIPY 染料分子在水相中聚集形成纳米粒子。
3. 优缺点:优点是操作简单、易于实施,不需要特殊的设备,能够制备大面积的自组装薄膜或纳米粒子。缺点是自组装过程难以准确控制,纳米结构的尺寸和形貌均一性较差,且有机溶剂的挥发可能对环境造成一定污染。
(二)透析法
1. 原理:利用半透膜的选择透过性,将溶解在良溶剂中的 BODIPY 染料溶液装入透析袋中,然后将透析袋置于不良溶剂中。良溶剂通过半透膜逐渐扩散到不良溶剂中,使得 BODIPY 染料在透析袋内的浓度逐渐升高,进而发生自组装形成纳米结构。
2. 操作步骤:将 BODIPY 染料溶解在合适的良溶剂中,制成一定浓度的溶液。将该溶液转移至透析袋中,扎紧袋口后,将透析袋放入装有大量不良溶剂的容器中。在透析过程中,不断搅拌不良溶剂,以促进良溶剂的扩散。随着时间的推移,观察透析袋内溶液的变化,当溶液出现明显的浑浊或颜色变化时,表明 BODIPY 染料已发生自组装。透析结束后,取出透析袋,将其中的自组装纳米结构溶液进行离心、洗涤等处理,以去除未组装的 BODIPY 染料和残留的溶剂。
3. 优缺点:优点是能够准确控制自组装过程,通过调节透析时间和溶剂的扩散速率,可以制备出尺寸和形貌均一性较好的纳米结构。同时,透析法可以在温和的条件下进行,有利于保护 BODIPY 染料的光学性能。缺点是操作过程较为繁琐,需要较长的时间,且透析袋的使用会增加成本。
(三)超声辅助法
1. 原理:超声的空化作用能够在溶液中产生局部的高温、高压和强烈的剪切力,这些条件可以促进 BODIPY 染料分子的运动和相互作用,加速自组装过程。此外,超声还可以破坏分子间的团聚体,使自组装纳米结构更加均匀分散。
2. 操作步骤:将 BODIPY 染料溶解在适当的溶剂中,形成一定浓度的溶液。将该溶液置于超声清洗器或超声探头下,在一定功率和时间的超声作用下进行自组装。在超声过程中,需要注意控制超声功率和时间,避免过度超声导致 BODIPY 染料的结构破坏或光学性能下降。超声结束后,可对溶液进行离心、过滤等处理,以分离和纯化自组装纳米结构。
3. 优缺点:优点是自组装速度快,能够在较短的时间内制备出大量的自组装纳米结构,且超声的分散作用有助于提高纳米结构的均匀性。缺点是超声条件的控制较为关键,不当的超声参数可能会影响 BODIPY 染料的性能,并且超声设备的使用会增加实验成本和操作复杂性。