專利名稱：基于二氧化硅的熒光納米顆粒的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及熒光納米顆粒(nanoparticles)，更具體而言，涉及小于30nm的二氧化硅基熒光納米顆粒，該熒光納米顆粒與有機染料共價連接。
背景技術：
作為生物技術和信息應用，例如生物成像、傳感器技術、微陣列以及光計算的的指示劑和光子源，熒光納米顆粒的應用前景無可限量。這些應用需要尺寸受控的單分散發(fā)光納米顆粒，且所述納米顆?？梢蕴禺愋缘嘏c生物大分子結合或者排布在高階結構(higher-orderstructures)中。
近幾年，出現(xiàn)了兩種通用方法用以合成高熒光性、水溶性納米顆粒，這些顆粒被用于一系列要求苛刻的生物和分析應用中。在第一種方法中，納米顆粒材料本身是熒光性的(例如半導體納米晶體或者金屬納米晶體)。在第二種方法中，熒光納米顆粒(的熒光性)源于有機染料分子的摻混。考慮到有機染料分子的豐富多樣性以及這些染料分子對它們所處環(huán)境的極度敏感性，后一種方法增加了開發(fā)多種具有精確受控熒光特性納米顆粒的可能性。
基于Stber等人的工作，已經(jīng)合成了一系列不同大小、顏色和結構的、嵌有染料的二氧化硅納米顆粒。在此前所有的光物理性質報告中，與游離染料相比，均觀察到在二氧化硅顆粒內(nèi)部共價結合的染料的(熒光)淬滅(be quenched)。然而，在聚(有機硅氧烷)微粒凝膠的情況下，可觀察到熒光效率有輕微增加。其中，所述凝膠內(nèi)部染料通過非共價鍵連接并通過擴散被負載。對于其他材料，例如聚苯乙烯微粒凝膠，包埋染料的量子效率(quantum effciency)等于或小于游離染料。熒光淬滅通常被歸因為向二氧化硅基質的顆粒內(nèi)能量轉移或者非輻射衰減。這兩種(能量轉移)途徑可能受顆粒內(nèi)的染料所處環(huán)境影響，這意味著對顆粒內(nèi)結構的精確控制可以緩解淬滅，或者，甚至引起熒光增強。
此外，仍然需要粒度小于30nm、與有機染料共價連接的高熒光性納米顆粒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一類二氧化硅納米顆粒，在所述納米顆粒中，二氧化硅顆粒的內(nèi)部結構對組份染料的輻射(radiative)性質具有明顯的、受控的影響。
本發(fā)明提供一種熒光單分散二氧化硅納米顆粒，所述納米顆粒包括熒光團中心核(fluorophore center core)和二氧化硅殼體，其中，納米顆粒的輻射性質取決于核的化學性質(組成)(composition)，以及二氧化硅殼體的存在。在本發(fā)明的一個方面，核-殼(core-shell)結構使熒光量子效率得以提高。本發(fā)明主要提供了染料分子的光物理性質的控制，所述染料分子被封裝在粒度小于或等于30nm的二氧化硅顆粒內(nèi)部。該控制通過改變二氧化硅化學性質(組成)以及納米級的顆粒結構實現(xiàn)，從而，與游離染料相比，產(chǎn)生了顯著的亮度提高。
在本發(fā)明的另一個方面，核-殼結構提供了對于納米顆粒的光穩(wěn)定性的控制能力。
本發(fā)明提供的量子效率提高源于以下兩方面原因輻射率的提高，以及非輻射率的降低，后者的影響在各結構之間是最易變的。非輻射率的變化與顆粒內(nèi)部染料旋轉遷移率(rotational mobility)的差相關性良好。
在本發(fā)明的一個實施方案中，熒光單分散納米顆粒包括核-殼結構，其中，所述核包括被二氧化硅殼體包裹的密實核(compact core)。在本發(fā)明的另一個實施方案中，熒光單分散納米顆粒包括核-殼結構，其中，所述核包括被二氧化硅殼包裹的擴充核(expanded core)。在本發(fā)明的又一個實施方案中，熒光單分散納米顆粒包括核-殼結構，其中，所述核包括被二氧化硅殼體包裹的，且被染料稀疏包埋其中的均質顆粒(homogenous particle)。在本發(fā)明的再一個實施方案中，熒光單分散均質納米顆粒不被二氧化硅殼體包裹。
本發(fā)明提供了一種制備具有密實核結構的熒光單分散納米顆粒的方法，該方法通過將一種熒光化合物和一種有機硅烷化合物混合形成染料前體，混合得到的染料前體與水溶液形成密實熒光核，再將得到的密實核與二氧化硅前體混合，在密實核上形成二氧化硅殼體，從而制得本發(fā)明熒光單分散納米顆粒。
本發(fā)明也提供了一種制備具有擴充核(expanded core)結構的熒光單分散納米顆粒的方法，該方法通過將一種熒光化合物和一種有機硅烷化合物混合制成染料前體，將得到的染料前體與二氧化硅前體共縮合(co-condense)形成擴充熒光核，再將得到的擴充核與二氧化硅前體混合，在擴充核上形成二氧化硅殼體，從而制得熒光單分散納米顆粒。
本發(fā)明還提供了一種制備熒光單分散均質納米顆粒的方法，該方法通過將一種熒光化合物和一種有機硅烷化合物混合形成染料前體，并將得到的染料前體與二氧化硅前體共縮合制得均質熒光單分散納米顆粒。
本發(fā)明的這些技術特征，以及其他技術特征，在本發(fā)明以下說明書中闡明。


圖1A-C示出了不同的二氧化硅納米顆粒結構的示意圖，這些示意圖分指密實核-殼納米顆粒(1A)、擴充核-殼納米顆粒(1B)、以及均質納米顆粒(1C)。密實核-殼結構和擴充核-殼結構的二氧化硅殼體含有二氧化硅，但不含有任何染料分子。均質納米顆粒含有存在于基質中的二氧化硅和染料的混合物。
圖2A-C示出了納米顆粒和合成中間體的熒光相關光譜(fluorescence correlation spectroscopy)。
圖2D-F示出了900nm處，激發(fā)值為1.2mW時密實核-殼結構、擴充核-殼結構以及均質結構合成階段的亮度(計數(shù)(counts)/顆粒/秒)值。
圖3示出了穩(wěn)態(tài)光譜曲線。該曲線顯示出通過核-殼結構所實現(xiàn)的量子效率提高。圖3A-C示出了密實核-殼納米顆粒的吸收光譜和熒光光譜(3A)，擴充核-殼納米顆粒的吸收光譜和熒光光譜(3B)，以及均質納米顆粒的吸收光譜和熒光光譜(3C)。吸光值以光密度單位計。熒光光譜相對使用的有機染料TRITC進行標度。圖3D-F示出了密實核-殼納米顆粒(3D)、擴充核-殼納米顆粒(3E)和均質顆粒(3F)的吸收光譜與激發(fā)光譜的比較。
圖4示出了隨時間消減(time-reso1ved)的納米顆粒的熒光(曲線)。
圖4A示出了均質納米顆粒、擴充核-殼納米顆粒、密實核-殼納米顆粒以及TRITC染料歸一化的熒光衰減。圖4B示出了擴充核-殼納米顆粒、密實核-殼納米顆粒、均質納米顆粒以及TRITC染料的熒光各向異性(fluorescence anisotropy)。圖4C示出了圖4B所示的納米顆粒曲線歸一化后的熒光各向異性(曲線)。熒光壽命(τf)和旋轉壽命(θ)的平均擬合值列于表III中。
具體實施例方式
本發(fā)明熒光納米顆粒包括，一個含有一種熒光硅烷化合物的核，和核上的二氧化硅殼體。所述納米顆粒的核可以包括，例如一種活性熒光化合物與一種共反應性(co-reactive)有機硅烷化合物的反應產(chǎn)物，所述殼體可包括，例如可形成二氧化硅化合物的反應產(chǎn)物。該可形成二氧化硅化合物可產(chǎn)生，例如一層或多層二氧化硅，所述層數(shù)如1到20層，以及各種需要的殼體特征，例如殼層厚度、殼厚度與核厚度或直徑的比、核的二氧化硅殼體表面覆蓋率、二氧化硅殼體的孔隙度和承載能力，以及類似的特征(considerations)。
熒光單分散核-殼納米顆粒的合成基于以下兩步法。第一步，使有機染料分子異硫氰酸四甲基若丹明(tetramethylrhodamineisothiocynate TRITC)與二氧化硅前體結合，并縮合形成富含染料(dye-rich)的核。第二步，添加硅膠單體以在熒光核材料周圍形成較密的二氧化硅網(wǎng)狀物，以提供對光穩(wěn)定性有害的溶劑相互作用的屏蔽作用。首先形成富含染料的核使得引入多種熒光團成為可能，所述熒光團覆蓋整個紫外-可見吸收光譜和發(fā)射光譜譜段。
通過染料填筑(dye placement)合成不同核-殼結構，即，密實核、擴充核以及均質核-殼結構的過程中，使用的反應物的量始終保持相同，以產(chǎn)生精確的結構性能相關性。但導致形成核-殼結構的反應物反應順序是變化的。因此，就對顆粒的光物理性質有重要影響的二氧化硅基質密度和有機部分(organic moiety)而言，各種結構中染料分子周圍的化學環(huán)境是不同的。
為了合成密實核-殼納米顆粒，將染料前體加入到裝有適量氨、水和溶劑的反應容器中，反應過夜。染料前體可在無水條件下，通過使TRITC和3-氨基丙基三乙氧基硅烷以摩爾比1∶50加成反應合成。富含染料的密實核合成完成后，隨后加入原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilcate TEOS)以生長包裹核的二氧化硅殼體。
通過使TEOS和前述染料前體共縮合并使混合物反應過夜，合成擴充核-殼納米顆粒。擴充核合成完成后，加入額外的TEOS以生長包裹核的二氧化硅殼體。
通過同時共縮合所有反應物，即，染料前體和TEOS，并使混合物反應過夜，合成均質納米顆粒。
圖2A-C所示的FCS曲線和單指數(shù)型擬合曲線示出了各種結構在水溶液中的單分散條件(monodispersity requirment)。FCS曲線還提供了兩個獨立參數(shù)擴散系數(shù)和絕對濃度。擴散系數(shù)與流體動力學半徑直接相關，而絕對濃度使得顆粒亮度得以量化。
每種納米顆粒以及它們各自的中間體的FCS曲線在圖2A-C中示出。如圖2A所示，密實核-殼結構的核的擴散系數(shù)(D＝0.098μm2/ms)大約是游離TRITC染料擴散系數(shù)(D＝0.21μm2/ms)的一半。完整的納米顆粒大約大十倍，如圖2A所示(D＝0.014μm2/ms)。在圖2B中，游離TRITC染料、擴充核-殼結構和完整顆粒之間顯示出了類似的關系。在擴充核-殼結構中，核的擴散系數(shù)為0.075μm2/ms，與之相對的游離染料TRITC的擴散系數(shù)是D＝0.21μm2/ms。對于均質納米顆粒而言，沒有中間體核結構，圖2C示出了均質納米顆粒相應于游離TRITC染料的擴散系數(shù)(D＝0.015μm2/ms)。
圖2D-E示出了各種結構的亮度和合成中間體。對于使用核中間體進行的合成，盡管核中可能存在多種染料，可核(的亮度)總是比游離染料(的亮度)暗。但完整的納米顆粒的亮度總是明顯高于游離染料和/或核中間體。而且，亮度隨結構不同而改變，盡管這些結構的顆粒大小相同且前體材料的絕對量相同。
本發(fā)明的熒光納米顆粒包括一種有機染料TRITC，它在發(fā)光性質方面表現(xiàn)出提高量子效率的效果。當用初級能源照射本發(fā)明的熒光納米顆粒時，發(fā)生相應于用于納米顆粒的有機染料的帶隙(band gap)的頻率的能量次級發(fā)射。
每顆粒TRITC等價物(equivalent)的數(shù)目可通過FCS曲線和吸光度測定值的結合予以確定。其中，絕對濃度由FCS曲線確定，相關的吸光度針對溶液中的TRITC進行測量，如圖3A-C所示。圖3A-C中使用稀釋溶液(大約50nM)，以便對一個樣品進行FCS和吸光度兩項內(nèi)容的測量。每顆粒TRITC等價物的數(shù)目列于表II中，所述數(shù)目使用514.5nm處消光系數(shù)42，105M-1cm-1計算得到。類似地，如表II所示，所述納米顆粒熒光相對強度和納米顆粒吸收的相對強度產(chǎn)生相對于游離TRITC的量子效率提高。
對于密實核-殼和擴充核-殼納米顆粒，每顆粒TRITC等價物的數(shù)目在8.6時不易區(qū)分。然而，相對于游離TRITC染料，擴充核-殼納米顆粒顯示了三倍的量子效率的提高，但密實核-殼僅顯示了相對于游離TRITC染料的兩倍的量子效率的提高，如圖3A、B及表II所示。用均質納米顆粒得到了最大的量子效率提高，其每顆粒TRITC等價物平均為2.3，如圖3C和表II所示。
經(jīng)納米顆?；瘜W組成和結構對于光物理性質進行控制的能力，使得開發(fā)下一代熒光探針以及在溶液中難以進行的熒光性研究成為可能。
顆粒的熒光壽命表示在圖4A中。每種顆粒的壽命，包括游離TRITC，都是多指數(shù)類型的，所述平均壽命值列于表III中。TRITC的壽命(τf＝2.1ns)與其在水中(測得)的文獻值良好吻合。所述壽命依密實核-殼(1.8ns)到擴充核-殼(2.9ns)到均質顆粒(3.2ns)的順序增加(圖4A)。密實核-殼的壽命比游離染料小，盡管對該壽命的主要貢獻來自快組分(fast component)(圖4A)。僅由該壽命數(shù)據(jù)，可能認為染料在密實核-殼顆粒中淬滅，但穩(wěn)態(tài)測量結果表明并非如此。熒光壽命和量子效率結合起來，使得可以對輻射率和非輻射率常數(shù)進行唯一確定，其以歸一化和絕對形式(absolute form)列于表III中。在不同結構中，輻射率的提高是恒定的，其比游離TRITC大2.2倍。然而，在不同結構中，非輻射率可從密實核-殼納米顆粒的較高非輻射率數(shù)值，變化至幾乎為其三分之一的均質顆粒非輻射率值。
顆粒的旋轉各向異性也顯示為復雜的、多指數(shù)的行為(圖4B、C)，目前，我們將本發(fā)明限定于平均旋轉時間常數(shù)(表III，θ)。如期望的，顆粒內(nèi)部染料的旋轉被二氧化硅基質阻礙，導致其旋轉時間比游離染料更長(圖4B)。事實上，與香豆素對照品(請注意，此時也存在游離TRITC的一些殘留的各向異性)相比，所述各向異性曲線在測量的時標(timescale)上不衰減到零。但無論如何，即使在納米顆粒的緊密包裹的核內(nèi)部，仍然存在顯著的旋轉遷移率(rotation mobility)，。如果旋轉的時標太快，會導致30nm納米的納米顆粒無法完成整體的旋轉，但太慢又會由于能量轉移形成去極化。而且，曲線(r(θ))的振幅(amplitude)接近雙光子各向異性(r(θ)＝0.57)的理論振幅，表明不存在通常與能量遷移相聯(lián)系的的快速去極化。
因此，各向異性的衰減很可能是由于二氧化硅基質內(nèi)染料分子的旋轉受阻。每種結構的有標度的各向異性曲線如圖4C所示。密實核-殼納米顆粒具有最快、阻礙最小的旋轉(圖4C)，其次是擴充核-殼顆粒(圖4C)，最后是均質納米顆粒(圖4C)。該旋轉時間與非輻射率常數(shù)單調(diào)負相關(表III)，表明在二氧化硅納米顆粒中受限的遷移率是造成非輻射衰減抑制的原因。
納米顆粒合成原料無水乙醇(Aldrich)、四氫呋喃(Aldrich)、氨水(Fluka，28％)、四乙氧基硅烷(Aldrich，98％)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(Aldrich，99％)、3-巰基丙基三乙氧基硅烷(Gelest，99％)、四甲基若丹明-5-(和-6-)-異硫氰酸酯*混合異構體*(TRITC)(MolecularProbes，88％)、Alexa Fluor488C5 Meleimide(Molecular Probes，97％)、Alexa Flour488羧酸和琥珀酰亞胺酯(Molecular Probes，≥50％)。
核(熒光種子)納米顆粒的通用制備方法用量筒量取水、氨水和溶劑。在1L錐形瓶內(nèi)進行熒光種子顆粒的合成，用TEFLON涂敷的磁性攪拌棒(stirbar)以大約600rpm的速度攪拌。向乙醇中加入去離子水和氨水溶液并攪拌。將溶于含425微摩爾APTS的乙醇或THF中的2mL活性染料前體加入反應容器中。根據(jù)所需結構，將得到的混合物在室溫下攪拌1到12小時，攪拌時將反應容器用鋁箔覆蓋使曝光最小化，以獲得熒光種子顆?；旌衔?。在氮氣保護下將四氫呋喃(THF)和無水乙醇(EtOH)蒸出。然后，將有機染料從大約-20℃的存儲溫度移入室溫，然后置于手套箱中。核(熒光種子)顆粒上二氧化硅殼體的通用制備方法二氧化硅殼包覆和生長步驟在上述熒光種子顆粒反應混合物中進行，向上述混合物中規(guī)則地加入溶劑，例如乙醇、甲醇或異丙醇，以防止在加入二氧化硅形成單體四乙氧基硅烷(TEOS)時溶液離子強度的劇烈變化。這一方法阻止了合成過程中的顆粒聚集，所述聚集會使顆粒尺寸分布變寬。
熒光納米顆粒的表征得到的熒光納米顆粒的顆粒尺寸和顆粒尺寸分布通過電子顯微鏡(SEM)和熒光相干光譜(FCS)進行表征。
熒光相關光譜所有FCS測量都使用基于雙光子激發(fā)的、定制的FCS顯微鏡進行。儀器由脈寬為100fs、重復頻率為80MHz的摻鈦藍寶石振蕩器組成，所述振蕩器由氬離子激光器(Spectra Physics，Palo Alto，CA)振動(pumped)。光束用與Zeiss Axiovert35反向顯微鏡耦合的Bio-RadMRC 600共焦掃描盒(Hercules，CA)定位。用Zeiss 63x C-Apochromat水浸物鏡(N.A.＝1.2)聚焦激發(fā)光，并且收集發(fā)射也是通過相同的物鏡。熒光用雙色670DCLP從激發(fā)(光)中分離，并且通過HQ575/150發(fā)射濾光器到GaAsP光子計數(shù)PMT。得到的光電流與ALV 6010多τ自相關器數(shù)字自相關。
自相關函數(shù)G(τ)定義為G(τ)=<∂F(0)∂F(τ)><F(τ)>2---(1)]]>其中F(τ)是在延時τ時的體積(volume)獲得的熒光值。括號表示系綜平均，且δF(τ)＝F(τ)-<F(τ)>。擬合函數(shù)是用于單組分、三維擴散的標準函數(shù)G(τ)=1N{1+4Dτwxy2}-1{1+4Dτwz2}-1/2---(2)]]>其中wxy與wz分別是雙光子焦點體積(two-photo focal volume)橫向和軸向尺寸；N是焦點體積內(nèi)擴散種類(species)數(shù)；D是擴散系數(shù)。所有FCS測量在900nm激發(fā)波長下進行。在此波長時，確定橫向尺寸為0.248微米，軸向尺寸為0.640微米。濃度標定由若丹明綠的標準樣品確定為1.43nM/顆粒(即N＝1對應1.43nM)。
光漂白-對于光漂白實驗，持續(xù)照亮在路徑長度為3mm的石英比色管(Starna)內(nèi)的30μL樣品。激發(fā)為來自功率為5W、光點大小為1.5cm的氬激光器的514nm線激光(laser line)。樣品制備為激發(fā)波長為514nm時具有相似的吸收度。
通過HQ605/90發(fā)射濾光器，于垂直于激發(fā)的角度收集熒光，并且通過雙堿(bialkali)PMT(HC125-02，Hamamatsu)記錄。
以下實施例僅用于說明目的而非限制本發(fā)明。
實施例1表I納米顆粒和納米顆粒核的流體動力學半徑

在21℃時計算得到的流體動力學半徑列于表I中。每種納米顆粒曲線與單一擴散系數(shù)擬合，并且流體動力學尺寸在測量誤差(r＝15，17nm)范圍內(nèi)相等。對于核中間體，擴充核(r＝2.9nm)稍大于密實核(r＝2.2nm)。
實施例2表II納米顆粒的亮度

自相關的振幅提供了擴散種類(species)數(shù)，并且平均計數(shù)率是從光學定義(optically defined)焦點體積收集的光子的度量。由此數(shù)據(jù)，可以得到各擴散種類的每分子計數(shù)率，其為探針亮度的直接度量。
相對于游離染料的顆粒亮度的總提高值等于納米顆粒內(nèi)TRITC等價物的數(shù)目與染料的相對量子效率提高值，即表II所示亮度因子的乘積。然而，考慮到對TRITC等價物測定的不確定性，有必要進行附加的、獨立的亮度度量以作比較，例如由FCS(表II，計數(shù)/顆粒)測得的每顆粒計數(shù)。亮度因子與由FCS(表II，比較最后兩列)得到的獨立亮度值相似，且在兩種方法中，不同結構的亮度趨勢相同。亮度因子始終高估用FCS測得的值，可能是由于染料等價物確定中的誤差。
總的來說，量子效率的提高可能是由于輻射率(kr)的增加、非輻射率(knr)的減小或由于兩種原因并存。這些因素的相對貢獻與熒光壽命(τf)和量子效率(φ)以下列關系相關τf=1kr+knr---(1)]]>φ=krkr+knr---(2)]]>實施例3表III二氧化硅納米顆粒的時間分辨參數(shù)

所有前述出版物、專利和專利文獻通過引用方式納入本申請，如同通過引用單獨納入本申請一樣。雖然通過引用多種具體和優(yōu)選的實施方案和技術對本發(fā)明進行描述，但是，應該理解的是，可對其做多種變化和改進而仍處于本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種熒光單分散納米顆粒，包括有機核和二氧化硅殼，其中核-殼的化學性質、組成及結構提供與游離染料和核相比增強的光物理性能。
2.權利要求1的熒光單分散納米顆粒，其特征在于，所述增強的光物理性能包括增強的亮度、熒光量子效率、光穩(wěn)定性或其組合。
3.權利要求1的熒光單分散納米顆粒，其特征在于，所述核包括被二氧化硅殼體包裹的密實核。
4.權利要求1的熒光單分散納米顆粒，其特征在于，所述核包括被二氧化硅殼體包裹的擴充核。
5.權利要求1的熒光單分散納米顆粒，其特征在于，所述核包括被二氧化硅殼包裹的、染料稀疏地包埋其中的均質顆粒。
6.權利要求5的熒光單分散納米顆粒，其特征在于，所述均質顆粒不被二氧化硅殼包裹。
7.權利要求1的熒光納米顆粒，其特征在于，所述密實核具有小于2.5nm的半徑。
8.權利要求1的熒光納米顆粒，其特征在于，所述擴充核具有大于2.5nm的半徑。
9.權利要求1的熒光納米顆粒，其特征在于，所述核-殼化學性質、組成以及結構提供控制納米顆粒的光穩(wěn)定性的能力。
10.一種制備具有密實核結構的熒光單分散納米顆粒的方法，包括將一種熒光化合物和一種有機硅烷化合物混合制得染料前體；將得到的染料前體與水溶液混合制得密實熒光核；以及將得到的密實核與二氧化硅前體混合在密實核上制得二氧化硅殼體，以提供熒光單分散納米顆粒。
11.一種制備具有擴充核結構的熒光單分散納米顆粒的方法，包括將一種熒光化合物和一種有機硅烷化合物混合制得染料前體；將得到的染料前體與二氧化硅前體共縮合制得擴充熒光核；以及將得到的擴充核與二氧化硅前體混合形成擴充核上的二氧化硅殼體，以提供熒光單分散納米顆粒。
12.一種制備熒光單分散均質納米顆粒的方法，包括將一種熒光化合物和一種有機硅烷化合物混合制得染料前體；以及，將得到的染料前體與二氧化硅共縮合制得均質熒光單分散納米顆粒。
13.權利要求12的方法，其特征在于，得到的均質納米顆粒與二氧化硅共縮合在均質納米顆粒上形成二氧化硅殼體，以提供熒光單分散納米顆粒。
全文摘要
本發(fā)明總體涉及熒光納米顆粒，更具體而言，涉及小于30nm的基于二氧化硅的熒光納米顆粒，該熒光納米顆粒具有共價連接的有機染料。本發(fā)明提供一種包括熒光團中心核和二氧化硅殼體的熒光單分散二氧化硅納米顆粒，其中納米顆粒的輻射性能取決于核的化學性質(組成)和二氧化硅殼體的存在。在本發(fā)明的一方面，核－殼結構使熒光量子效率得到了提高。本發(fā)明總體提供了對封裝在大小為30nm及30nm以下的二氧化硅顆粒內(nèi)的染料分子的光物理性能的控制。該控制通過改變二氧化硅的化學性質和以納米尺度改變顆粒結構而實現(xiàn)，與游離染料相比導致亮度大大提高。
文檔編號C09K11/02GK1767941SQ200380109252
公開日2006年5月3日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權日2002年11月26日
發(fā)明者U·威斯納, H·奧, D·R·拉森, W·W·韋布 申請人:康乃爾研究基金會有限公司