專利名稱：水分散性納米粒子的制作方法
水分散性納米粒子
對在聯(lián)邦贊助的研究下進行的發(fā)明的權利聲明本文公開的實施方案的一部分是在與國家標準與技術研究院的合作協(xié)議 No. 70NANB4H3053的政府支持下進行的。政府對這些實施方案具有一定權利。
背景技術：
納米晶為廣泛用于研究生物化學系統(tǒng)以及甚至生物系統(tǒng)的熒光粒子，因為它們易于顯示和追蹤。納米晶用作通過它們的熒光發(fā)射而易于被觀察到的標記，并允許使用者追蹤它們，從而研究結合至納米晶的生化試劑或細胞的位置、傳輸或環(huán)境?；蛘?，可將納米晶連接至如抗體的特定親和試劑，然后納米晶可用于顯示相應的抗原，了解抗原的位置、傳輸或環(huán)境。由于納米晶在生物化學系統(tǒng)和生物系統(tǒng)中的廣泛用途，重要的是使得納米晶與那些系統(tǒng)可相容。相容性的一個方面為水溶性盡管納米晶是不真正溶解的粒子，由于其尺寸小，其在許多方面表現(xiàn)得像可溶性分子。因此，具有適應于與水相容的表面的納米粒子通常表現(xiàn)為似乎可溶于水中，盡管可更恰當?shù)卣J為納米粒子為水分散性的，但在本文有時將其稱為水溶性的。
制備熒光性的并具有疏水性表面的核/殼納米晶的方法是公知的。這些納米晶的疏水性表面通常源于粒子表面上的疏水性鈍化配體涂層，所述疏水性鈍化配體如三辛基膦 (TOP)、三辛基氧化膦(TOPO)、油酸、辛基膦酸(OPA)或四癸基膦酸(TDPA)。這些疏水性鈍化配體具有許多作用，包括但不限于通過使反應性分子(以及甚至溶劑)遠離納米晶表面而保護納米晶表面、防止多個納米粒子的聚結、防止可充當激發(fā)電子或空穴的阱位點并由此促進非輻射復合(即降低量子產(chǎn)率)的懸空鍵和其他類似的表面缺陷，或者保護納米晶免于在其光活化態(tài)時可發(fā)生的反應。這些配體提供了烷基層，所述烷基層形成包圍納米晶的溶劑暴露表面，因此它們使得納米晶有效地疏水而無論納米晶表面本身的性質如何。這些緊密結合的配體以及與這些配體結合的納米晶形成納米粒子。由于納米晶的表面具有許多用于這種配體的結合位點，這些配體在納米晶的表面上堆積，從而形成配體分子的表面層。 這通常導致納米晶的大多數(shù)或全部暴露表面涂布有配體所懸掛的烷基層，而生成具有極疏水性的(即與水不相容的)表面的納米晶。
已報道了改性納米晶以使得它們更水溶性的數(shù)種方式。一種成功的方法涉及利用暴露表面的疏水性質來粘附親水性部分。Adams等人(U. S.專利No. 6，649，138)使用了該方法他們構造了具有極性基團(羧酸酯)和長鏈烷基(疏水性區(qū)域)的兩親性聚合物，并將這些兩親性聚合物引入常規(guī)納米晶的疏水性表面上。AMP的疏水性區(qū)域“粘結”至納米粒子的疏水性表面層，使得AMP的極性羧酸酯暴露于外部環(huán)境。這制得了具有足夠極性的最外表面以使納米粒子為水溶性的納米粒子。該方法在某些應用中是有效的，但其導致在納米晶的外部加入了另一層，因此其實際上使得納米粒子更大。
其他人通過用較小的部分(其不具有在常規(guī)納米晶上生成疏水性表面的長的疏水性烷基)代替典型的膦/氧化膦或其他疏水性配體而解決了該問題。例如，Naasani等人制備了在表面上具有相對極性的二肽的納米晶。U.S.專利No. 6，955，855。這些二肽使
7用結合基團(例如咪唑環(huán))配位至納米晶表面，且除了結合基團之外，這些二肽還具有可自由的以提高水溶性和/或參與交聯(lián)的羧酸酯和胺。這提供了相比于Adams等人的納米粒子小得多的納米粒子，也提供了足夠極性的表面以使得納米粒子為水分散性的。
對于一些應用，制備盡可能小的納米粒子具有某些優(yōu)點，尤其是對于某些生物應用而言。例如，較小的粒子更快地擴散，對它們所結合的分子具有更小的影響，并可具有更小的在體內(nèi)特定組織中積聚的趨勢(其中較大的粒子似乎通過‘過濾’作用而被捕集)。參見，例如Ballou等人的Bioconjugate Chem.，第15卷，79-86 Q004)。因此需要將納米晶制備成水溶性納米粒子的更好的方法，優(yōu)選將這些納米粒子保持得盡可能小而同時使它們高度穩(wěn)定并保持它們的基本熒光特性的方法。本公開提供了實現(xiàn)這些目的的方法，并由此提供了制備改進的納米粒子，尤其是小的穩(wěn)定的水溶性納米粒子的組合物和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本文提供了水溶性或水分散性的、明亮的且化學和光化學穩(wěn)定的納米晶。本文還提供了提高化學穩(wěn)定性并降低‘稀釋變暗(dilution dimming)'的可用于交聯(lián)在納米粒子表面上的配體層的穩(wěn)固交聯(lián)方法。此外，本文公開了更有效的并提供更一致的產(chǎn)品的改性納米粒子表面的新型方法。本文提供的納米粒子可易于連接至感興趣的目標分子或細胞等。該方法產(chǎn)生可用于特別要求應用的具有改進的化學穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性的小的明亮的納米粒子。此外，本文公開了水溶性納米粒子的新型組合物。本文公開的組合物和方法可用于各種生物應用，包括但不限于細胞染色、細胞追蹤、體內(nèi)成像、體外成像、印跡法、流式細胞術、FISH和其他生物應用。
在一方面，提供了一種制備水分散性納米粒子的方法，該方法包括 a)提供由包含疏水性配體的表面層涂布，并溶解或分散于非水性溶劑中的納米曰曰曰； b)將該納米晶分散體與相轉移試劑和包含親水性配體的水溶液接觸，從而形成具有水相和非水相的兩相混合物；以及 c)將該混合物保持在引起納米晶自非水性溶劑轉移至水相的條件下。
在另一方面，提供了一種制備水分散性納米粒子的方法，該方法包括 a)提供由包含疏水性配體的表面層涂布，并溶解或分散于非水性溶劑中的納米曰曰曰； b)將該納米晶分散體與至少一種助溶劑和包含親水性配體的水溶液接觸，從而形成具有水相和非水相的兩相混合物；以及 c)將該混合物保持在引起納米晶自非水性溶劑轉移至水相的條件下； 其中所述至少一種助溶劑在水相和非水相中均具有一些溶混性。
在另一方面，提供了一種在納米粒子上制備交聯(lián)表面的方法。在納米粒子上交聯(lián)表面層的該方法包括 a.提供分散于合適的溶劑中的納米晶； b.加入交聯(lián)劑和/或至少一種肽鍵形成試劑；以及 c.在合適的條件下培養(yǎng)該分散體以促進表面層的交聯(lián)。
在另一方面，提供了一種納米粒子群。所述群包含多個納米粒子；其中每個納米粒子包含含有第一半導體材料的納米晶核、含有第二半導體材料的殼和賦予納米粒子親水性質的外層；其中所述外層包含多個親水性配體和多個膦酸配體，所述配體的每一個都具有用于連接至殼表面的至少一個連接基團；且其中所述多個親水性配體與所述多個膦酸配體之比為至少約0.1 1。
在另一方面，提供了一種納米粒子群。所述群包含多個納米粒子；其中每個納米粒子包含含有第一半導體材料的納米晶核、含有第二半導體材料的殼和賦予納米粒子親水性質的外層；其中所述外層包含多個二氫硫辛酸(DHLA)配體和多個膦酸配體，所述配體的每一個都具有用于連接至殼表面的至少一個連接基團；且其中所述多個DHLA配體與所述多個膦酸配體之比為至少約0.25 1。
在另一方面，提供了一種納米粒子群。所述群包含多個納米粒子；其中每個納米粒子包含含有第一半導體材料的納米晶核、含有第二半導體材料的殼和賦予納米粒子親水性質的外層；其中所述外層包含多個三齒硫醇配體和多個膦酸配體，所述配體的每一個都具有用于連接至殼表面的至少一個連接基團；且其中所述多個三齒硫醇配體與所述多個膦酸配體之比為至少約0.5 1。
這些納米粒子可連接至各種生物分子和結合部分，并用于在體外和體內(nèi)追蹤它們或監(jiān)測它們的移動和與其他部分的相互作用。


圖1顯示了與兩親性辛胺改性的聚丙烯酸結合從而形成絡合物的TOPO涂布的核 /殼納米晶，所述絡合物在其外表面上具有羧酸基團以提供水溶性。
圖2例示了如下觀察在某個濃度范圍內(nèi)納米粒子通常作為膠體而在溶液中穩(wěn)定，但在更高濃度下它們開始團聚或沉淀，并趨于失去熒光強度(“稀釋變暗”)，并最終在極低濃度下沉淀。
圖3顯示了在pH 8. 3的50mM硼酸鹽緩沖液中，在低濃度下(70nM)交聯(lián)二肽涂布的納米晶的熒光發(fā)射如何隨時間變化。相比于如Adams等人所公開的具有AMP配體以提供水溶性的納米粒子，熒光強度由具有交聯(lián)涂層的納米粒子保持得要久得多。
圖4顯示了隨著來自水相的親水性配體取代疏水性配體以使得納米粒子為水溶性，某些添加劑如何引起納米粒子在兩相混合物中自非水(上)相遷移至水(下)相。
具體實施例方式參照如下本文公開的實施方案的詳細描述以及本文包括的實例，可更易于理解本文公開的實施方案。應理解，本文所用的術語僅為了描述具體實施方案的目的，而不旨在為限制性的。
除非另外定義，否則本文所用的所有技術和科學術語與本文公開的實施方案所屬領域中的普通技術人員所通常理解的具有相同的含義。
本文所用的“一”或“一種”意指“至少一種”或“一種或多種”。
本文所用的“約”意指數(shù)值為近似的，小的變化不會顯著影響本文公開的實施方案的實施。當使用數(shù)值限制時，除非上下文另外指出，否則“約”意指數(shù)值可變化士 10%并保持在本文公開的實施方案的范圍內(nèi)。
本文所用的術語“烷基”、“烯基”和“炔基”包括直鏈、支鏈和環(huán)狀單價烴基及其組合，當它們?yōu)榉侨〈臅r，它們僅含有C和H。實例包括但不限于甲基、乙基、異丁基、環(huán)己基、環(huán)戊基乙基、2-丙烯基、3-丁炔基等。在每個這種基團中的碳原子總數(shù)有時在本文進行描述，例如，當基團可含有至多10個碳原子時，其可描述為1-10(或C1-Cltl或CVltlt5當雜原子(如N、0和幻可代替烷基、烯基或炔基的碳原子，如在雜烷基中時，例如，盡管仍然寫為例如C1-C6，描述該基團的數(shù)字表示基團中碳原子的數(shù)目加上這種雜原子(其作為碳原子的替代而包含于所述環(huán)或鏈中)的數(shù)目之和。
通常，本文描述的實施方案的烷基、烯基和炔基取代基包括但不限于1-10C(烷基)或2-10C (烯基或炔基)。有時它們包括1-8C (烷基)或2-8C (烯基或炔基)。優(yōu)選地， 它們包括1-6C (烷基)或2-6C (烯基或炔基)。有時它們包括1-4C (烷基)或2-4C (烯基或炔基)。單個基團可包含超過一種類型的多重鍵，或超過一個多重鍵；當這種基團含有至少一個碳-碳雙鍵時，它們包含于術語“烯基”的定義中；當這種基團含有至少一個碳-碳三鍵時，它們包含于術語“炔基”中。
烷基、烯基和炔基常常被取代至這種取代可化學發(fā)生的程度。取代基的典型實例包括但不限于鹵素、?；㈦s?；?、羧酸、磺酸、伯胺或仲胺、硫醇、羥基或其活化衍生物，或這些取代基之一的受保護形式。烷基、烯基和炔基也可由C1-C8?；?、C2-C8雜?；6-C10 芳基或C5-C10雜芳基取代，所述取代基的每一個可被適合于特定基團的取代基取代。
本文所用的“?；焙w了包含連接在羰基碳原子的兩個可用的價態(tài)位點之一處的烷基、烯基、炔基、芳基或芳烷基的基團，例如_C( = 0)R，其中R可為烷基、烯基、炔基、芳基或芳烷基，且雜?；侵钙渲谐唆驶贾獾闹辽僖粋€碳被選自N、0和S的雜原子代替的相應基團。因此雜酰基包括，例如，-C( = 0)01 和-((=0)NR2以及_C( = 0)-雜酰基，其中每個R獨立地為H或C1-C8烷基。
“芳族”部分或“芳基”部分是指具有公知的芳香性特性的單環(huán)或稠合雙環(huán)部分； 實例包括但不限于苯基和萘基。類似地，“雜芳族”和“雜芳基”是指含有一個或多個雜原子(如0、S和N)作為環(huán)成員的這種單環(huán)或稠合雙環(huán)體系。雜原子的包含可在5元環(huán)以及 6元環(huán)中提供芳香性。典型的雜芳族體系包括但不限于單環(huán)C5-C6芳族基團，如吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、噻吩基、呋喃基、吡咯基、吡唑基、噻唑基、P惡唑基和咪唑基，以及通過將這些單環(huán)基團之一與苯環(huán)或任何雜芳族單環(huán)基團稠合以形成C8-C10雙環(huán)基團而形成的稠合雙環(huán)部分，如吲哚基、苯并咪唑基、吲唑基、苯并三唑基、異喹啉基、喹啉基、苯并噻唑基、苯并呋喃基、吡唑并吡啶基、喹唑啉基、喹喔啉基、噌啉基等。優(yōu)選地，芳基含有6-10個環(huán)成員， 雜芳基含有5-10個環(huán)成員。
芳基和雜芳基部分可被多種取代基取代，所述取代基包括C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基、C5-C12芳基、C1-C8?；退鼈兊碾s形式，每個取代基本身可被進一步取代；芳基和雜芳基部分的其他取代基可包括鹵素、OR、NR2、SR、SO2R, SO2NR2、NRSO2R, NRCONR2、 NRC00R、NRC0R、CN、C00R、C0NI 2、00CR、-C(0)R* NO2，其中每個 R 獨立地為 H 或 C1-C8 烷基。
本文所用的“納米粒子”是指具有至少一個在納米尺寸范圍內(nèi)的主要尺寸的任何粒子。通常，納米粒子具有至少一個約1至IOOOnm的主要尺寸。
納米粒子的實例包括納米晶，如核/殼納米晶，加上任何緊密結合的有機涂層或可在納米晶表面上的其他材料。納米粒子也可包括裸露的核納米晶，以及具有例如TOPO或其他材料層(通過常規(guī)溶劑化不會將所述層從表面去除)的核納米晶或核/殼納米晶。納米粒子可在其表面上具有可被進一步交聯(lián)的配體層；且納米粒子可具有改變粒子性質(例如在水或其他溶劑中的溶解度)的其他或另外的表面涂層。在表面上的這種層包含于術語 ‘納米粒子’中。
本文所用的“納米晶”是指由通常具有有序結晶結構的無機物質制得的納米粒子。 其可指具有結晶核的納米晶，或指核/殼納米晶，且其最大尺寸可為Ι-lOOnm，其最大尺寸優(yōu)選為約1至50nm。
核納米晶為未施用殼的納米晶；通常其為納米晶，通常其可由單種或多種半導體材料制成。其可為均質的，或其組成可隨納米晶內(nèi)的深度而變化。許多類型的納米晶是已知的，且制備納米晶核以及將殼施用至納米晶核的方法是本領域已知的。本文公開的納米晶實施方案為經(jīng)常明亮的熒光納米晶，且由它們制得的納米粒子通常為明亮的和穩(wěn)定的， 提供大于約20%，或大于約30%，或大于約50%或大于約70%的量子產(chǎn)率。
本文所用的術語“群”是指具有超過一種納米晶的溶液或結構。
納米晶通常具有配體的表面層以保護納米晶免于在使用或在儲存過程中降解。
納米晶核和殼可由任何合適的金屬(例如Au、Co)和/或已知形成納米晶的非金屬原子制成。用于核和/或殼的合適的材料包括但不限于包括基于第2-16、12-16、13-15 和 14 族元素的半導體的那些，如 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS、CdSe, CdTe, HgS、HgSe, HgTe, MgS, MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、GaN> GaP、GaAs、GaSb、InP、 InAs、InSb、AlAs、AlP、AlSb、PbS、PbSe, Ge和Si及其三元和四元混合物。通常，核/殼納米晶的核和殼由不同的半導體材料構成，這意味著核/殼的核的二元半導體材料的至少一種原子類型不同于核/殼納米晶的殼中的原子類型。
本文所用的“量子點”是指由在本體中為半導體或絕緣材料的材料制得的納米晶粒，其具有在近紫外(UV)至遠紅外(IR)范圍內(nèi)可調節(jié)的光物理性質。
“水溶性”或“水分散性”在本文用于意指在水性基(aqueous-based)溶液中，如在水中或者水基(water-based)溶液或緩沖溶液(包括本領域技術人員已知的用于生物或分子檢測系統(tǒng)中的那些)中可溶或可懸浮的物質。從術語是用于描述單獨溶劑化的小分子的意義上來說，盡管水溶性納米粒子并非真正“溶解”，但它們在與它們的外表面層可相容的溶劑中溶劑化和懸浮，因此易于分散于水中的納米粒子被認為是水溶性的或水分散性的。 水溶性納米粒子也被認為是親水性的，因為其表面與水可相容并具有水溶性。
本文所用的“疏水性納米粒子”是指易于分散或溶解于如己烷、甲苯等水不溶混溶劑中的納米粒子。這種納米粒子通常不易于分散于水中。
本文所用的“親水性”是指固體的表面性質，或液體的整體性質，其中固體或液體在高介電介質中比在較低介電介質中顯示更大的溶混性或溶解性。舉例而言，在甲醇中比在烴類溶劑例如癸烷中更可溶的材料被認為是親水性的。
本文所用的“配位溶劑”是指有效配位至納米晶表面的溶劑，如TDPA、ΟΡΑ、TOP、 Τ0Ρ0、羧酸和胺?！湮蝗軇舶ǔＳ糜诩{米晶的生長介質，并在納米晶表面形成涂層或層的膦、氧化膦、膦酸、次膦酸、胺和羧酸。它們排除了不具有提供鍵合電子對以與納米晶表面配位的雜原子的烴類溶劑，如己烷、甲苯、十六烷、十八烯等。不含有配位至納米晶表面的雜原子(如0、S、N或P)的烴類溶劑在本文中稱為非配位溶劑。應注意在這些術語中術語
11‘溶劑’以普通方式使用其是指支持、溶解或分散材料以及使材料之間反應，但通常不參與反應材料的反應或不被反應材料的反應改性的介質。然而，在某些情況中，溶劑被反應條件改性。例如，TOP可被氧化為Τ0Ρ0，或者羧酸可被還原為醇。
納米粒子可以以不同復雜度的形狀進行合成，如球形、棒狀、盤狀、三角形、納米環(huán)、納米殼、四腳狀、納米線等。這些幾何形狀的每一種具有不同的性質表面電荷的空間分布、入射光波的極性的取向依賴性和電場的空間范圍。在一些實施方案中，納米晶大致為球形。
在一些實施方案中，納米粒子可為核/殼納米晶，其具有由半導體殼覆蓋的納米晶核。可使殼的厚度適合于提供所需的粒子性質。殼的厚度也可影響熒光波長、量子產(chǎn)率、 熒光穩(wěn)定性和其他光穩(wěn)定性特性。
在一個方面，公開了一種起始于包含由疏水性配體表面涂布的納米晶的疏水性納米粒子，并通過用親水性配體取代納米晶上的疏水性配體來制備水溶性納米粒子的方法。
通常，用于該方法的納米晶為由疏水性配體涂布的核/殼納米晶，所述疏水性配體如四癸基膦酸(TDPA)、三辛基氧化膦(TOPO)、三辛基膦(TOP)、辛基膦酸(OPA)等或這種配體的混合物；這些疏水性配體通常具有至少一個長鏈烷基(即具有至少8個碳的烷基)， 或者對于膦/氧化膦配體，該疏水特性可由在單個配體分子上的具有總共至少10個碳原子的兩個或三個烷基鏈提供。因此，在一些實施方案中，在用親水性配體取代之前，核/殼納米粒子或其群的表面可由不同量的TDPA疏水性配體涂布。例如，TDPA可占涂布有核/殼納米粒子的全部表面配體的至少約10%，至少約20%，至少約30%，至少約40%，至少約 50 %，至少約80 %，至少約95 %，至少約98 %，至少約99 %或更多。此外，某些疏水性配體顯示出乎意料的且明顯的由親水性配體取代的容易度。例如，已經(jīng)觀察到在表面上具有OPA 的納米粒子相比于在表面上具有TDPA的相同類型的核-殼更容易且更完全地轉移至水性緩沖液。因此，在一些實施方案中，在用親水性配體取代之前，核/殼納米粒子或其群的表面可由不同量的OPA疏水性配體涂布。例如，OPA可占涂布有核/殼納米粒子的全部表面配體的至少約10%，至少約20%，至少約30%，至少約40%，至少約50%，至少約80%，至少約95%，至少約98%，至少約99%或更多。
在一些實施方案中，將由疏水性配體涂布的納米晶溶于非水性溶劑中，所述非水性溶劑優(yōu)選為在使用條件下與水不溶混的溶劑。可將納米晶的分散體任選地與相轉移試劑或至少一種助溶劑、以及包含親水性配體的水性混合物接觸。在一些實施方案中，所得的混合物可為單相的。在其他實施方案中，所得的混合物可為兩相的，尤其是當水相和非水相在使用條件下不混溶時。在一些實施方案中，可在兩相混合物形成之前將相轉移試劑或助溶劑與水溶液或非水溶液組合。在其他實施方案中，可在兩相混合物形成之后加入相轉移試劑或助溶劑。除非在納米晶表面上的至少一些疏水性配體從納米晶解吸并被親水性配體取代，納米晶通常保持在非水相中，因為最初在納米晶表面上的疏水性配體與水相中的分散 (dispersal)不相容。
在一些實施方案中，可使用相轉移催化劑來促進配體交換過程，如本文進一步所描述。在其他實施方案中，可使用在水相和非水相中均具有一些溶混性的至少一種助溶劑來促進配體交換反應。在一些這種實施方案中，可在接觸步驟中使用一種助溶劑；在其他實施方案中，可在接觸步驟中使用兩種或更多種助溶劑。
通常，親水性配體在非水相中具有有限的溶解性，疏水性納米粒子通常不進入水相；且納米粒子的表面層通常在室溫下穩(wěn)定。因此可能需要加熱以引發(fā)和/或加速配體交換?？蓪⒒旌衔锛訜嶂林炼鄡上嗟妮^低沸騰的沸點的溫度。在一些實施方案中，將混合物加熱至約40°C至100°C之間的溫度。在一些實施方案中，將混合物加熱至約50°C至80°C之間的溫度。在一些實施方案中，將混合物加熱至約50°C至70°C之間的溫度。
然而，應理解，在一些實施方案中，不需要加熱即可引發(fā)配體交換過程。S卩，已觀察到納米晶形狀和發(fā)射特性(例如尺寸)可影響是否需要加熱以引發(fā)配體交換發(fā)生。
在該過程中，可將混合物保持在任何合適的壓力下；若需要在有機溶劑的沸點以上的溫度下操作，可使用高壓。然而，適當?shù)?，可在環(huán)境壓力下加熱單相或兩相混合物。在一些實施方案中，該過程可在不含氧氣，或至少基本上不含氧氣的條件下進行；可使用氮氣或氬氣以提供用于反應的無氧氣氛。
在一些情況中，可能合意的是使用另外的方法而不是加熱，或者除了加熱，還使用另外的方法。例如，在加熱下或在無加熱下，超聲、攪動或攪拌的使用可促進配體轉移過程。
在該過程中在納米粒子表面上發(fā)生疏水性配體與親水性配體的配體交換，認為該配體交換在納米粒子自非水相遷移至水相之前，并引發(fā)納米粒子自非水相遷移至水相。該配體交換過程可由助溶劑或相轉移催化劑加速。例如，已發(fā)現(xiàn)許多不同的物質可用于該促進劑；已使用丁醇促進交換反應，但即使使用相對大量的正丁醇，交換過程也可能需要持久的加熱以實現(xiàn)納米晶自非水相完全遷移至水相。在一些實施方案中，其他促進劑可比丁醇更有效，包括相轉移試劑，如PEG、冠醚、烷基銨鹽(例如單-、二 -、三-和四烷基銨鹽)、四烷基鎮(zhèn)鹽和三烷基锍鹽。
用于該過程的合適的溫度、時間和濃度參數(shù)易于通過常規(guī)實驗確定，因為反應的進行可容易地通過觀察納米粒子自非水相至水相的遷移而進行監(jiān)測。當配體交換達到在納米粒子上的親水性配體足以克服疏水性配體的疏水作用的程度時，遷移發(fā)生。遷移可在配體交換完全之前發(fā)生；因此在水相中的納米粒子可在它們的表面上含有疏水性和親水性配體的混合物。然后持續(xù)加熱可進一步促進配體交換，因此交換可通過在過量親水性配體的存在下持續(xù)加熱而達到完全。
親水性配體可以是提供具有對納米晶表面的強親和性的至少一個連結(連接) 基團、以及另外的極性官能度(當連結基團保留在納米晶表面上時提高水溶性)的任何化合物。在一些實施方案中，可能合意的是該化合物包含多個對納米晶表面具有親和性的連結基團。例如，該化合物可為具有兩個或更多個結合至納米晶表面的連接基團的多齒配體 (例如二齒、三齒等)。合適的連結基團可包括具有可用于與核/殼納米晶表面相互作用的電子對的任何化合物，如氧(0)、硫(S)、氮(N)和磷(P)0舉例而言，但非限制地，合適的極性官能團包括胺(例如伯胺、仲胺和叔胺)、羧酸酯、膦酸酯、次膦酸酯、酰胺、羥基、硫醇、極性雜環(huán)(如咪唑和吡啶酮)等。
親水性配體的一些合適的實例在例如Naasani的U. S.專利No. 6，955，855 ； 7，198，847 ；7, 205，048 ；7, 214，428和7，368，086中公開。合適的親水性配體也包括含咪唑化合物，如具有至少一個組氨酸殘基的肽(特別是二肽)，以及具有至少一個半胱氨酸殘基的肽(特別是二肽)。用于該目的的感興趣的具體配體可包括肌肽(其含有丙氨酸和組氨酸)；His-Leu ；Gly-His ；His-Lys ；His-Glu ；His—Ala ；His—His ；His-Cys ；Cys-His ；His-Ile ；His-Val和其他二肽(其中His或Cys與任何常見的α -氨基酸成對)；以及三肽(如Gly-His-Gly，His-Gly-His)等。這些氨基酸中的手性中心可為天然L-構型，或者它們可具有D-構型或L和D的混合物。因此具有兩個手性中心的二肽，如His-Leu，可具有 L，L-構型，或可為L，D-或D，L ；或者其可為非對映異構體的混合物。
此外，合適的親水性配體也可包括含有單齒或多齒硫醇的化合物，例如單齒硫醇如巰基乙酸，二齒硫醇如二氫硫辛酸(DHLA)，三齒硫醇如下述所示的式I、II、III、IV、V或 VI的化合物等。

權利要求
1.一種制備水分散性納米粒子的方法，其包括a.提供由包含疏水性配體的表面層涂布并溶解或分散于非水性溶劑中的納米晶；b.將該納米晶分散體與相轉移試劑和包含親水性配體的水溶液接觸，從而形成具有水相和非水相的兩相混合物；以及c.將該混合物保持在引起納米晶自非水性溶劑轉移至水相的條件下。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述相轉移試劑選自冠醚、PEG、三烷基锍、四烷基轔和烷基銨鹽。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述相轉移試劑為18-冠-6醚。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述相轉移試劑為四辛基溴化銨。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述相轉移試劑為四丁基氯化銨。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述親水性配體為具有約100至1500之間的分子量，并足夠極性從而為水溶性的有機部分。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述親水性配體為具有2-10個氨基酸殘基的小肽。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其還包括用至少一種交聯(lián)劑處理水分散性納米粒子的步驟。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中在用至少一種交聯(lián)劑處理之前分離所述水分散性納米粒子。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述至少一種交聯(lián)劑選自羥甲基磷化合物、氨基二苯甲酮、二氨基二苯甲酮、氨基甲基二苯甲酮、二氨基甲基二苯甲酮或二氨基烷烴。
11.一種通過權利要求1所述的方法制得的水分散性納米粒子。
12.—種制備水分散性納米粒子的方法，其包括a.提供由包含疏水性配體的表面層涂布并溶解或分散于非水性溶劑中的納米晶；b.將該納米晶分散體與至少一種助溶劑和包含親水性配體的水溶液接觸，從而形成具有水相和非水相的兩相混合物；以及c.將該混合物保持在引起納米晶自非水性溶劑轉移至水相的條件下；d.其中所述至少一種助溶劑在水相和非水相中均具有一些溶混性。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述至少一種助溶劑選自丁醇、丙醇、異丙醇、 乙醇、乙二醇、甲氧基乙醇、二巧惡烷、DME、THF和DMS0、或其混合物。
14.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中使用一種助溶劑。
15.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中使用兩種助溶劑。
16.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述親水性配體為具有約100至1500之間的分子量，并足夠極性從而為水溶性的有機部分。
17.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述親水性配體為具有2-10個氨基酸殘基的小肽。
18.根據(jù)權利要求12所述的方法，其還包括用至少一種交聯(lián)劑處理水分散性納米粒子的步驟。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中在用至少一種交聯(lián)劑處理之前分離所述水分散性納米粒子。
20.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述至少一種交聯(lián)劑選自羥甲基磷化合物、氨基二苯甲酮、二氨基二苯甲酮、氨基甲基二苯甲酮、二氨基甲基二苯甲酮或二氨基烷烴。
21.一種通過權利要求12所述的方法制得的水分散性納米粒子。
22.—種制備交聯(lián)的納米粒子的方法，其包括a.提供在緩沖液中的納米晶分散體，其中所述納米晶由包含親水性配體的表面層涂布；d.將交聯(lián)劑加入到該納米晶分散體中，所述交聯(lián)劑選自羥甲基磷化合物、氨基二苯甲酮、二氨基二苯甲酮、氨基甲基二苯甲酮、二氨基甲基二苯甲酮和二氨基烷烴；e.將肽鍵形成試劑加入到該納米晶分散體中；f.培養(yǎng)該分散體，由此交聯(lián)表面層。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述交聯(lián)劑為羥甲基磷化合物。
24.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述交聯(lián)劑為4-氨基二苯甲酮。
25.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述交聯(lián)劑為二氨基烷烴。
26.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述肽鍵形成試劑為碳二亞胺。
27.一種通過權利要求22所述的方法制得的交聯(lián)的納米粒子。
28.一種水分散性納米粒子群，其包含 多個納米粒子，其中每個納米粒子包含含有第一半導體材料的納米晶核、含有第二半導體材料的殼和賦予納米粒子親水性質的外層；其中所述外層包含多個親水性配體和多個膦酸配體，所述配體的每一個都具有用于連接至殼表面的至少一個連接基團；其中所述多個親水性配體與所述多個膦酸配體之比為至少約0.1 1。
29.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述第一半導體材料與所述第二半導體材料不同。
30.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述第一半導體材料與所述第二半導體材料相同。
31.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述親水性配體為硫醇。
32.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述親水性配體為二肽。
33.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述膦酸配體為四癸基膦酸 (TDPA)。
34.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述膦酸配體為辛基膦酸 (OPA)。
35.根據(jù)權利要求28所述的水分散性納米粒子群，其中所述多個親水性配體彼此交聯(lián)。
36.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述納米晶核為Cdk。
37.根據(jù)權利要求觀所述的水分散性納米粒子群，其中所述殼為SiS。
38.一種水分散性納米粒子群，其包含 多個納米粒子，其中每個納米粒子包含含有第一半導體材料的納米晶核、含有第二半導體材料的殼和賦予納米粒子親水性質的外層；其中所述外層包含多個二氫硫辛酸(DHLA)配體和多個膦酸配體，所述配體的每一個都具有用于連接至殼表面的至少一個連接基團；其中所述多個DHLA配體與所述多個膦酸配體之比為至少約0.25 1。
39.根據(jù)權利要求38所述的水分散性納米粒子群，其中所述膦酸配體為TDPA或OPA之一。
40.根據(jù)權利要求38所述的水分散性納米粒子群，其中所述第一半導體材料與所述第二半導體材料不同。
41.根據(jù)權利要求38所述的水分散性納米粒子群，其中所述第一半導體材料與所述第二半導體材料相同。
42.根據(jù)權利要求38所述的水分散性納米粒子群，其中所述多個DHLA配體彼此交聯(lián)。
43.根據(jù)權利要求38所述的水分散性納米粒子群，其中所述納米晶核為Cdk。
44.根據(jù)權利要求38所述的水分散性納米粒子群，其中所述殼為SiS。
45.一種水分散性納米粒子群，其包含多個納米粒子，其中每個納米粒子包含含有第一半導體材料的納米晶核、含有第二半導體材料的殼和賦予納米粒子親水性質的外層；其中所述外層包含多個三齒硫醇配體和多個膦酸配體，所述配體的每一個都具有用于連接至殼表面的至少一個連接基團；其中所述多個三齒硫醇配體與所述多個膦酸配體之比為至少約0.5 1。
46.根據(jù)權利要求45所述的水分散性納米粒子群，其中所述三齒硫醇配體為式I、II、 III、IV、V或VI的化合物
其中R1,R2和R3單獨來看獨立地為H、鹵素、羥基、(-(C = 0)-C1-C22,"(C = 0)CF3，)烷酰基、C1-Q2 烷基、C1-Q2 雜烷基、((CO) OC1-C22)烷基碳酸基，或(-(CO)NH(C1-C20)或-(CO) N(C1-C20)2)烷基氨基甲?；籖4和R5單獨來看獨立地為H、C1-C20烷基或C6-Cw芳基；且 R6為H或聚乙二醇部分。
47.根據(jù)權利要求46所述的水分散性納米粒子群，其中R1、R2和R3不同。
48.根據(jù)權利要求46所述的水分散性納米粒子群，其中R1、R2和R3相同。
49.根據(jù)權利要求46所述的水分散性納米粒子群，其中R4和R5不同。
50.根據(jù)權利要求46所述的水分散性納米粒子群，其中R4和R5相同。
51.根據(jù)權利要求46所述的水分散性納米粒子群，其中所述聚乙二醇部分為式VII的化合物
其中 R7 為 NH2、N3、NHBoc、NHFmoc、NHCbz、C00H、COOt-Bu、COOMe、碘芳基、羥基、炔烴、硼酸、烯丙醇碳酸酯、NHBiotin、(CO)NHNHBoc、(CO) NHNHFmoc 或 OMe， 其中η為1至100的整數(shù)。
52.根據(jù)權利要求45所述的水分散性納米粒子群，其中所述膦酸配體為TDPA或OPA之
53.根據(jù)權利要求45所述的水分散性納米粒子群，其中所述第一半導體材料與所述第二半導體材料不同。
54.根據(jù)權利要求45所述的水分散性納米粒子群，其中所述第一半導體材料與所述第二半導體材料相同。
55.根據(jù)權利要求45所述的水分散性納米粒子群，其中所述納米晶核為Cdk。
56.根據(jù)權利要求45所述的水分散性納米粒子群，其中所述殼為SiS。
全文摘要
本發(fā)明提供了制備水溶性納米粒子的方法，所述水溶性納米粒子包含由表面層涂布的核/殼納米晶，該表面層包含足夠的親水性配體以使得納米粒子為水溶性的或水分散性的。本發(fā)明也提供了交聯(lián)納米粒子表面上的分子的方法，該方法可用于上述水溶性納米粒子。本發(fā)明還提供了由這些方法得到的納米粒子組合物。
文檔編號B82B1/00GK102186766SQ200980139699
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權日2008年8月6日
發(fā)明者E·圖爾斯基, K·哈利, I·納薩尼, J·M·莫羅, R·羅茨科夫, J·A·特雷德韋 申請人:生命科技公司