專利名稱：含有低分子量涂布劑的新型水溶性納米晶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型的水溶性納米晶及其制備方法。本發(fā)明還涉及這種納米 晶的用途，該用途包括但不限于各種分析和生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，例如在生物體 外或生物體內(nèi)的生物物質(zhì)或生物過程的檢驗和/或顯像，如在組織或細(xì)胞成像 中。本發(fā)明還涉及含有能用于檢驗諸如核酸、蛋白質(zhì)或其它生物分子的分析 物的這種納米晶的組合物和試驗盒。
背景技術(shù)：
由于半導(dǎo)體納米晶(量子點(quantum dots))用于諸如發(fā)光裝置(Colvin 等人，Nature 370， 354-357， 1994; Tessler等人，Science 295， 1506-1508， 2002)、 激光器(Klimov等人，Science 2卯，314-317， 2000)、太陽能電池(Huynh等 人,Science 295， 2425-2427， 2002)、或者在如細(xì)胞生物學(xué)的生物化學(xué)研究領(lǐng)域 中的熒光生物標(biāo)記物的許多技術(shù)中，因此引起大量基礎(chǔ)理論和技術(shù)興趣。例 如，見Bruchez等人，Science, Vol. 281,2013-2015,2001; Chan & Nie， Science, Vol. 281， 2016-2018, 2001;美國專利6207392， summarized in Klarreich， Nature, Vol. 43, 450-452, 2001;還見Mitchell, Nature Biotechnology, 1013-1017, 2001 以及美國專利6423551、 6306610和6326144。
開發(fā)用于生物學(xué)試驗的靈敏非同位素檢測系統(tǒng)已經(jīng)很大地影響了許多 研究和診斷領(lǐng)域，例如DNA序列分析、臨床診斷化驗以及基本細(xì)胞和分子 生物學(xué)實驗指南。當(dāng)前的非同位素檢測方法主要基于經(jīng)過變色，或者是熒光 的、發(fā)光的有機(jī)報道分子。分子的熒光標(biāo)記是生物學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。標(biāo)記物 通常是引起廣譜特征、短壽命、光致漂白和對細(xì)胞潛在毒性的通常問題的有 機(jī)染料。最近出現(xiàn)的量子點技術(shù)對于使用無機(jī)復(fù)合物或顆粒開發(fā)熒光標(biāo)記物孕育了新的時代。這些材料提供了超過有機(jī)染料的實質(zhì)的優(yōu)點，包括Stocks
偏移、更長的發(fā)射半衰期、窄的發(fā)射峰和最小的光致漂白(參見上述引用的 參考文獻(xiàn))。
過去的十年，在多種半導(dǎo)休納米晶的合成和表征上已有很多的進(jìn)步。最
近的進(jìn)展導(dǎo)致大規(guī)模地制備相關(guān)的單分散量子點。(Murray等人，J. Am. Chem. Soc., 115, 8706-15, 1993; Bowen Katari等人，J. Phys. Chem. 98， 4109-17， 1994; Hines等人，J. Phys. Chem. 100,468-71,1996; Dabbousi等人，J. Phys. Chem. 101 ,9463-9475,1997。)
在發(fā)光量子點技術(shù)中的進(jìn)一步進(jìn)展使得量子點熒光效率和穩(wěn)定性的增 強(qiáng)。量子點的不同尋常的發(fā)光性質(zhì)由量子的尺寸限制而產(chǎn)生，當(dāng)金屬和半導(dǎo) 體核顆粒比它們的激發(fā)Bohr半徑更小，約l-5nm時，產(chǎn)生量子的尺寸限制。 (Alivisatos， Science, 271, 933-37, 1996; Alivisatos， J. Phys. Chem. 100, 13226-39, 1996; Brus， Appl Phys.， A53， 465-74， 1991; Wilson等人，Science, 262， 1242-46， 1993。)最近的工作顯示，通過用較高能帶隙的無機(jī)材料外殼封閉尺 寸可調(diào)的較低能帶隙的核顆?？梢垣@得改進(jìn)的發(fā)光。例如，用ZnS層鈍化的 CdSe量子點在室溫下發(fā)出強(qiáng)光，并且通過改變它們的顆粒尺寸可以調(diào)整它 們的發(fā)射波長從藍(lán)光至紅光。另外，ZnS封閉層鈍化了表面非輻射重組位置 并導(dǎo)致了量子點更大的穩(wěn)定性。(Dabbousi等人，J. Phys. Chem. B101， 9463-75, 1997; Kortan等人，J. Am. Chem. Soc. 112, 13^7-1332， 19卯。)
盡管在發(fā)光量子點技術(shù)中有進(jìn)步，但由于常規(guī)的封閉發(fā)光量子點不溶于 水因此不適合于生物應(yīng)用。
為了克服這個問題，使用水溶性部分來代替量子點的有機(jī)鈍化層。然而， 所得到的量子點發(fā)光不強(qiáng)(Zhong等人,J. Am. Chem. Soc. 125， 8589， 2003)。短 鏈的硫醇如2-巰基乙醇和1-硫甘油也已用于制備水溶性CdTe納米晶的穩(wěn)定 劑(Rogach等人，Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 100, 1772, 1996; Rajh等人，J.Phys.Chem. 97， 11999, 1993)。在另一種方法中，Coffer等人描述了脫氧核糖 核酸(DNA)作為水溶性封閉化合物(capping compound)的用途(Coffer等 人,Nanotechnology 3， 69， 1992)。在所有這些系統(tǒng)中，涂覆的納米晶不穩(wěn)定并 且光致發(fā)光性質(zhì)隨時間而下降。
在進(jìn)一步的研究中，Spanhd等人公開了一種Cd(OH)2封端的CdS溶膠 (Spanhel等人，J.Am. Chem. Soc. 109， 5649， 1987)。然而，膠體納米晶僅可以 在很窄的pH范圍(pH 8-10)制備，并在pH大于10時顯示出很窄的熒光帶。 這種pH依賴性大大地限制了材料的有用性，特別是，它不適合用于生物系 統(tǒng)。
PCT公開WO 00/17656公開了為了使納米晶可溶于水分別用羧酸或式 SH(CH2)n-COOH和SH(CH2)nH-S03H的磺酸化合物封端的核-殼納米晶。同 樣，PCT公開WO 00/29617和英國專利申請GB 2342651描述丫將諸如巰基 乙酸或巰基十--烷酸的有機(jī)酸附著到納米晶的表面使它們可溶于水，并適合 于諸如蛋白質(zhì)或核酸的生物分子的結(jié)合。GB 2342651還描述了三辛基膦作 為封端材料的用途，設(shè)想該封端材料使納米晶具有水溶性。
PCT公開WO 00/27365教導(dǎo)了另一種方法，它報導(dǎo)了二氨基羧酸作為 水溶化劑的用途。在此PCT公開中，通過一價的封端化合物將二氨基酸鏈 接到納米晶核上。
PCT公開WO 00/17655公開了通過使用具有親水部分和疏水部分的溶 化劑而具有水溶性的納米晶。溶化劑通過疏水基團(tuán)附著到納米晶上，由此諸 如羧酸或甲基丙烯酸的親水基團(tuán)提供了水溶性。
此外，PCT公刑WO02/073155)描述了水溶性半導(dǎo)體納米晶，其中，將 諸如三辛基氧化膦羥肟酸鹽(hydroxamate)、羥肟酸的衍生物或者如乙二胺 的多齒絡(luò)合物的各種分子直接附著到納米晶的表面使納米晶具有水溶性。然 后這些納米晶可以通過EDC鏈接到蛋白質(zhì)。在另—-種方法中，PCT公開WO00/58731公開了用于化驗血細(xì)胞群的納米晶，其中將分子量為約3000至 3000000的氨衍生的多糖鏈接到納米晶上。
美國專利US 6699723公開了硅烷基化合物作為鏈接劑的用途，以促進(jìn) 諸如生物素和抗生蛋白鏈菌素的生物分子附著到發(fā)光的納米晶探針的用途。 美國專利申請No.2004/0072373Al描述了一種使用硅烷基化合物的生化標(biāo)記 的方法。將硅烷鏈接的納米顆粒通過分子印記結(jié)合到模板分子上，然后被聚 合形成基質(zhì)。其后，將該模板分子從基質(zhì)中除去。由于除去了模板分子而在 基質(zhì)中產(chǎn)生的孔洞具有可用于標(biāo)記的性質(zhì)。
最近，報導(dǎo)了合成聚合物穩(wěn)定水溶性納米晶的用途。美國專利申請 Na2004/0115817A1描述了兩性的、二嵌段的聚合物通過疏水作用可以被非 共價地結(jié)合到納米晶上，該納米晶的表面用諸如三辛基膦或三辛基氧化膦的 試劑包覆。同樣，Gao等人(Nature Biotechnology, Vol. 22， 969-976, August 2004) 公開了水溶性半導(dǎo)體納米晶，該納米晶通過非共價疏水作用使用兩性的、三 嵌段共聚物封裝。
盡管有這些發(fā)展，但仍遺留下對能用于生物化驗檢測目的的納米晶的需 要。在此方面，希望有能以保持生物分子生物反應(yīng)性的方式附著到生物分子 上的納米晶。另外，希望有能在水性介質(zhì)中作為穩(wěn)定的濃的懸浮液或溶液被 制備并儲存的水溶性半導(dǎo)體納米晶。最終，這些水溶性納米晶量子點應(yīng)該能 具有高量子效率的能量發(fā)射，并應(yīng)該具有窄的顆粒尺寸。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供滿足上述需要的納米晶。 通過納米晶和制備具有各獨立權(quán)利要求特征的納米晶的方法來解決該 目的。
在--個方面，本發(fā)明指向.-種水溶性納米晶，該納米晶包括
納米晶核，該納米晶核含有選自元素周期系(PSE)的第Ib副族、lib 副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb副族、H主族、III 主族或IV主族元素中的至少一種金屬Ml，并且該納米晶還包括
第一層，該第--層含有附著到納米晶核表面上的封閉劑(capping reagent),所述封閉劑具有至少兩個偶合基團(tuán)，
和第二層，該第二層含有低分子量涂布劑，所述涂布劑具有至少兩個共 價偶合到所述封閉劑的偶合基團(tuán)，以及至少一個使所述第二層具有水溶性的 水溶性基團(tuán)。
采用包括以下的方法獲得水溶性納米晶
將上述定義的納米晶核與封閉劑反應(yīng)，由此將該封閉劑附著到納米晶核 的表面并形成包圍該納米晶核的第一層， 和
將所述封閉劑與具冇至少兩個偶合部分和至少一個水溶性基團(tuán)的低分 子量涂布劑偶合，由此形成共價偶合到所述第一層的第二層并完成包圍納米 晶核的水溶性殼的形成，所述至少兩個偶合部分對所述封閉劑的至少兩個偶 合基團(tuán)具有反應(yīng)性，并且所述至少一個水溶性基團(tuán)使所述第二層具有水溶 性。
在另一方面，本發(fā)明指向一種水溶性納米晶，該納米晶包括
納米晶核，該納米晶核含有選自元素周期系(PSE)的第II主族、VIIA 副族、VIIIA副族、IB副族、IIB副族、III主族或IV主族中的至少一種金 屬M1，以及選自PSE的第V主族或VI主族中的至少一個元素A，并且該 納米晶還包括
第一層，該第一層含有附著到納米晶核表面的封閉劑，所述封閉劑具有 至少兩個偶合基團(tuán)，
和第二層，該第二層含有低分子量涂布劑，所述涂布劑具有至少兩個與
所述涂布劑共價偶合的偶合部分以及至少一個使所述第二層具有水溶性的 水溶性基團(tuán)。
所述水溶性納米晶通過包括以下的方法獲得
將上述定義的納米晶核與封閉劑反應(yīng)，由此將該封閉劑附著到納米晶核 的表面并形成包圍納米晶核的第一層， 和
將所述封閉劑與具有至少兩個偶合部分和至少一個水溶性基團(tuán)的低分 子量涂布劑偶合，由此形成共價偶合到所述第一層的第二層并完成包圍納米 晶核的水溶性殼的形成，所述至少兩個偶合部分對所述封閉劑的至少兩個偶 合基團(tuán)具有反應(yīng)性，并且所述至少一個水溶性基團(tuán)使所述第二層具有水溶 性。
傳統(tǒng)的涂覆納米晶的方法通常不包括覆蓋納米晶核的水溶性殼間界面 的共價結(jié)合。在本發(fā)明中，含有小的單體或低分子量低聚物分子的兩種封閉 劑都首先被用于封端納米晶表面(例如，形成金屬-硫或金屬-氮鍵)以形成 封閉劑層，也稱作第一層。該第一層共價結(jié)合到納米晶核。該步驟之后將具 有水溶性基團(tuán)的低分子量涂布劑在偶合劑存在下偶合到所述封閉劑。該偶合 導(dǎo)致在納米晶核上形成水溶性殼。該殼被附著并固定到納米晶核的表面(也 見圖1)。由于低分子量涂布劑形成包圍納米晶核的共價交聯(lián)層，因此有助于 確保所述殼保持原樣并附著到納米晶核，由此降低了所述水溶性殼與納米晶 分開的可能性。
在另一-方面，本發(fā)明指向制備具有上述定義的核的水溶性納米晶的方 法，該方法包括
提供上述定義的納米晶核，
將所述納米晶核與封閉劑反應(yīng)，由此將該封閉劑附著到納米晶核的表面 并形成包闈納米晶核的第--層，
和
將所述封閉劑與具有至少兩個偶合部分和至少一個水溶性基團(tuán)的低分 子量涂布劑偶合，由此形成共價偶合到所述第--層的第二層并完成包圍納米 晶核的水溶性殼的形成，所述至少兩個偶合部分對所述封閉劑的至少兩個偶 合基團(tuán)具有反應(yīng)性，并且所述至少一個水溶性基團(tuán)使第二層具有水溶性。
本發(fā)明基于發(fā)現(xiàn)水溶性納米晶可以通過包圍納米晶的水溶性殼的形成 而有效地被穩(wěn)定。該殼包括共價結(jié)合到納米晶核表面的第一層(含有封閉 劑)，以及含有共價偶合或共價交聯(lián)到第一層的低分子量涂布劑的第二層。 發(fā)現(xiàn)以此方式合成的水溶性殼使納米晶停留在水性環(huán)境中相當(dāng)長的時間而 沒有任何實質(zhì)上的發(fā)光損失。不希望被理論束縛，相信納米晶改進(jìn)的穩(wěn)定性 可能歸因于水溶性殼的保護(hù)功能。該殼起到降低納米晶核與諸如可能存在的 離子、自由基或分子的反應(yīng)性水溶性種類間接觸的密封盒或保護(hù)屏障的作 用。這有利于防止納米晶在水性環(huán)境中的聚集?？紤]到以這樣的做法，納米 晶保持互相電分離，由此也延長了它的光致發(fā)光。通過使用低分子量化合物 作為涂布劑，很容易控制第一層與第二層間的反應(yīng)。另外，使用低分子量化 合物作為涂布劑產(chǎn)生了尺寸很小并具有光滑表面形態(tài)的納米晶。另一個優(yōu)點 是，由此形成的殼還可以通過附著合適的生物分子或分析物被有利地官能 化，所述生物分子或分析物可以促進(jìn)識別非常多的諸如組織和有機(jī)靶點的生 物材料。通過實現(xiàn)封閉劑與低分子量涂布劑的不同組合以形成水溶性殼，本 發(fā)明展現(xiàn)了通向具有有利于廣泛使用的改進(jìn)的化學(xué)和物理性質(zhì)的新種類的 水溶性納米晶的絕好途徑。
根據(jù)本發(fā)明，可以使任何合適種類的納米晶(量子點)有水溶性，只要 納米晶表面可以用封閉劑來附著即可。在此上下文中，術(shù)語"納米晶"和"量 子點"可以互換使用。
在一個實施方式屮，合適的納米晶具有僅含有金屬的納米晶核。為此E!的，Ml可以選自由元素周期系(PSE)的第II主族、VIIA副族、VIIIA副 族、IB副族、IIB副族、III主族或者IV主族元素組成的組中。因此，納米 晶核可以僅由金屬元素M1組成；以下所定義的非金屬A或B不存在。在此 實施方式中，納米晶僅由上述PSE的任何族的純金屬組成，例如金、銀、銅 (第Ib副族)、鈦(第IVb副族)、鋱(第nib副族)、鈷、鉑、銠、釕(第
vmb副族)、鉛(第iv主族)或者它們的合金。當(dāng)在下文中僅參考含有計
數(shù)元素(counter dement) A的納米晶來說明本發(fā)明時，可以理解由純金屬 或純金屬的混合物組成的納米晶也可以用于本發(fā)明。
在另一種實施方式中，用于本發(fā)明的納米晶核可以含有兩種元素。因此， 納米晶核可以為含有兩種金屬元素例如Ml和M2的二元納米晶合金，例如 由諸如Zn、 Cd、 Hg、 Mg、 Mn、 Ga、 In、 Al、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Ag、 Au 和Au的金屬形成的任何公知的核-殼納米晶。另一種適合于本發(fā)明的二元納 米晶可以含冇一種金屬元素Ml，和選自PSE的第V主族或VI主族的至少 一種元素A。因此，目前適合使用的一種納米晶具有式M1A。這種納米晶 的例子可以為第II-VI族的半導(dǎo)體納米晶(即，含有第II主族或IIB副族中 的金屬和第VI主族中的元素的納米晶)，其中，核和/或殼(在此所使用的 "殼"不同于由封裝納米晶的有機(jī)分子制成的水溶性"殼"并與該水溶性"殼" 相區(qū)分)包括CdS、 CdSe、 CdTe、 MgTe、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 HgS、 HgSe 或者HgTe。納米晶核也可以為任何第III-V族的半導(dǎo)體納米晶(即，含有第 III主族中的金屬和第V主族中的元素的納米晶)。該核和/或殼包括GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlSb?？?以用于本發(fā)明的核殼納米晶的具體例子包括但不限于，具有ZnS殼的(CdSe)-納米晶，以及具有ZnS殼的(CdS)-納米晶。
本發(fā)明并不限于上述核-殼納米晶的使用。在另一個實施方式中，本發(fā) 明的納米晶可以具有山具有M1,.XM2XA組成的均質(zhì)三元合金組成的核，其中，
a) 當(dāng)A表示PSE的第VI主族的元素時，Ml和M2獨立地選自元素周 期系(PSE)的第lib副族、Vila副族、Villa副族、lb副族或II主族的元素， 或者
b) 當(dāng)A表示PSE的第V主族的元素時，Ml和M2都選自PSE的第III主族的元素。
在另一個實施方式中，可以使用由均質(zhì)四元合金組成的納米晶。這種四 元合金具有Ml^M2xAyBLy的組成，其中，
a) 當(dāng)A和B都表示PSE的第VI主族的元素時，Ml和M2獨立地選自 元素周期系(PSE)的第IIb副族、VIIa副族、Villa副族、lb副族或II主族 的元素，或者
b) 當(dāng)A和B都表示PSE的第V主族的元素時，Ml和M2獨立地選自 PSE的第III主族的元素。
這種關(guān)于均質(zhì)三元或四元納米晶的例子已經(jīng)有描述，例如在Zhong等 人，J. Am. Chem. Soc， 2003 125, 8598-8594; Zhong等人，J. Am. Chem. Soc， 2003 125, 13559-13553，或者國際專利申請WO2004/054923中。
作為用于上述式子中的標(biāo)號Ml和M2在說明書全文中可以互換使用。 例如，含有Cd和Hg的合金可以各自分別表示成Ml或M2也可以M2和 Ml。同樣，PSE的第V或第VI族元素的標(biāo)號A和B可以互換使用；因此 在本發(fā)明的四元合金中，Se或Te都可以被稱為元素A或B。
通過包括以下形成二元納米晶MIA的方法來獲得這樣的三元納米晶，
i)以適合于產(chǎn)生納米晶的形式將含有元素Ml的反應(yīng)混合物加熱至合適 的溫度Tl，在此溫度下以適合產(chǎn)生納米晶的形式添加元素A，在適合形成 二元納米晶MIA的溫度下將反應(yīng)混合物加熱足夠的時間，然后使反應(yīng)混合 物冷卻，并且
ii)不沉淀或分離^f形成的二元納米晶MlA，再加熱該反應(yīng)混合物至合 適的溫度T2，在此溫度下以適合于產(chǎn)生納米晶的形式將足夠量的元素M2 添加到反應(yīng)混合物中，然后在適合于形成所述三元納米晶Ml^M2xA的溫度 下將反應(yīng)混合物加熱足夠的時間，接著使反應(yīng)混合物冷卻至室溫并分離該三 元納米晶Ml^M2xA。
在這些三元納米晶中，指數(shù)x的值為0.001<x<0.999，優(yōu)選0.0Kx〈0.99、 0.1<x<0.9，或更優(yōu)選0.5^<0.95。在更優(yōu)選的實施方式中，x的值可以為約 0.2或約0.3至約0.8或約0.9之間。在本文使用的四元納米晶中，y的值為 0.001<y<0.999，優(yōu)選為0.01<y<0.99，或更優(yōu)選為0.1<y<0.95，或者為約0.2 至約0.8之間。
在II-VI三元納米晶中，其中所含有的元素Ml和M2優(yōu)選獨立地選自 由Zn、 Cd和Hg組成的組中。在這些三元合金中PSE的第VI族的元素A 優(yōu)選選自由S、 Se和Te組成的組屮。因此，這些元素M1、 M2和A的所有 組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實施方式屮，所使用的納米晶具有 ZnxCdNxSe、 ZnxCd^S、 ZrixCd卜xTe、 HgxdSe、 HgxCd"Te、 HgxCd卜xS、 ZnxHgl_xSe、 ZnxHgl_xTe和ZnxHgNxS的組成。
在這些優(yōu)選的實施方式中，上述化學(xué)式屮使用的x的值為0.10<x<0.90 或0.15〈x〈0.85，更優(yōu)選0.2〈xO.8。在特別優(yōu)選的實施方式中，納米晶具有 ZnxCdUxS和ZrixCd^Se的組成。優(yōu)選x的值為0. 1(Kx0.95、更優(yōu)選0.2<x<0.8 的這種納米晶。
在納米晶核由本發(fā)明的m-v納米晶制成的某個實施方式中，各元素mi
和M2獨立地選自Ga和In。元素A優(yōu)選選自P、 As禾B Sb。這些元素M1、 M2和A的所有可能的組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一些當(dāng)前優(yōu)選的實施方 式中，納米晶具有GaJn,JP， GaxIni_xAs和GaJn卜xAs的組成。
在木發(fā)明中，納米晶核被包裹在含有2種主要成分的水溶性殼屮。水溶
性殼的第一種成分是對納米晶表面具冇親合性并形成水溶性殼的第一層的 封閉劑。第二種成分是與封閉劑偶合并形成水溶性殼的第二層的低分子量涂 布劑。
對納米晶表面具有結(jié)合親合性的所有小分子或低聚物都可以用作形成 第一層的封閉劑。在一個實施方式中，僅一種化合物用作封閉劑。在另一個
實施方式中，2、 3、 4或更多種(至少2種)不同的化合物的混合物用作封 閉劑。優(yōu)選的封閉劑為有機(jī)分子，并且所述有機(jī)分子具有，第一，能附著或 共價結(jié)合以固定在納米晶核的表面的至少--部分，和第二，提供隨后與涂布 劑偶合的至少兩個偶合基團(tuán)。為了進(jìn)行偶合反應(yīng)，該偶合基團(tuán)可以與存在于 涂布劑中的偶合部分直接反應(yīng)，或者它可以例如通過偶合劑需要激活而間接 反應(yīng)。這些部分的每部分都可以存在于封閉劑的分子的末端位置，或者沿著 分子主鏈的非末端位置。
在一個實施方式中，封閉劑含有對納米晶核的表面具有親合性的--個部 分，所述部分位于封閉劑分子的末端位置。納米晶核與該部分間的作用可以 由疏水作用或靜電作用，或者由共價結(jié)合或配位結(jié)合而產(chǎn)生。合適的端基包 括具有自由(未結(jié)合的)電子對的部分，由此使封閉劑能被結(jié)合到納米晶核 的表面。示例的端基包括含有S、 N、 P原子或P-O基團(tuán)的部分。這些部分 的具體例子包括例如胺、硫醇、氧化胺和膦。
在另一個實施方式中，封閉劑還含有至少一個通過疏水區(qū)域隔開端基的 偶合基團(tuán)。各偶合基團(tuán)可以含有任意合適數(shù)量的主鏈碳原子，以及能與涂布 劑上補(bǔ)充的偶合部分反應(yīng)的任意合適的官能團(tuán)，所述涂布劑用于形成水溶性 殼的第二層。示例的偶合部分可以選自由羥基(-OH)、氨基(-NH2)、羧基 (畫COOH)、羰基(-CHO)、氰基(-CN)組成的組中。
在優(yōu)選的實施方式屮，封閉劑含有通過疏水區(qū)域與端基隔丌的兩個偶合
基團(tuán)，山下面的通式(Gl)表示
<formula>formula see original document page 30</formula>其中，
TG—端基
HR—疏水區(qū)域
CM,和CM2—偶合基團(tuán)
在上述式Gl中，偶合基團(tuán)CM1和CM2可以為親水性的。親水性偶合 基團(tuán)的例子包括-NH2、 -COOH或OH官能團(tuán)。其它的例子包括腈、硝基、 異氰酸酯、酸酐、環(huán)氧化物化物和鹵素基團(tuán)。偶合基團(tuán)可以是疏水性的。可 以使用疏水基團(tuán)與親水基團(tuán)組合的封閉劑。疏水基團(tuán)的一些例子包括烷基部 分、芳環(huán)或者甲氧基。各偶合基團(tuán)可以獨立地選擇，并且親水性封閉劑和疏 水性封閉劑可以同時使用。
不希望被理論束縛，相信在由式(Gl)定義的封閉劑中的疏水區(qū)域能防 護(hù)納米晶核不受存在于水性環(huán)境中的帶電物質(zhì)的影響。由水性環(huán)境遷移到納 米晶核表面的電荷通過疏水區(qū)域變得受阻礙，由此在合成時使中間體納米晶 (即用封閉劑封端的納米晶)的提前淬滅(premature quenching)最小化。 因此，在封閉劑中疏水區(qū)域的存在可以有助于提高納米晶的最終量子產(chǎn)率。 適合于此目的的疏水部分的例子包括烴部分，該烴部分包括所有脂肪族直鏈 的、環(huán)狀的或芳香的烴部分。
在一個實施方式中，用于本發(fā)明的納米晶的封閉劑具有通式(I):
<formula>formula see original document page 30</formula>在該式中，x表示對納米晶核的農(nóng)面具有親合性的端基。x可以選自s、
N、 P、或OP。 Hn-X-部分的具體例子可以包括下面任何一種例如H-S-、
0-P-和H2N-。 Ra是含有至少2個主鏈碳原子的部分，并因此具有疏水特性。
如果Ra在特性上具有顯著的疏水性例如烴，那么它提供了將Z部分與納米
晶核分隔開的疏水區(qū)域。Y部分選自N、 C、 ^00-或-0^20-。 Z是含有至 少一個用于隨后聚合的偶合部分的部分，并因此使親水封閉劑的部分具有顯 著的疏水特性。實例的極性官能團(tuán)包括但不限于-OH、 -COOH、 -NH2、 -CHO、 -CONHR、 -CN、 -NCO、 -COR和卣素。式中的數(shù)字由符號k、 n、 n'和m表 示。k是0或1。數(shù)字n是0-3的整數(shù)，n'是0-2的整數(shù)；為了滿足X和Y 各自化合價的需要，兩個都選擇。數(shù)字m是l-3的整數(shù)。數(shù)字k是0或l。 在k是0的條件下，Z將結(jié)合到Ra。 k=0的值滿足偶合部分Z直接結(jié)合到 Ra的情況，例如，Ra為環(huán)狀部分，例如脂肪族環(huán)烷烴、芳烴或雜環(huán)。然而，
當(dāng)&=1吋，Ra為環(huán)狀部分，如結(jié)合到苯環(huán)或環(huán)烴上的叔氨基。在當(dāng)前的式
子中，z是選自由氨基、羥基、羰基、羧基、腈、硝基、異氰酸酯、環(huán)氧化 物化物、酸酐和鹵素基團(tuán)組成的組中的官能團(tuán)。Y或者Z可以起到偶合基團(tuán) 的作用。如果Z作為偶合基團(tuán)存在，那么Y可以起到用于附著偶合基團(tuán)Z 的結(jié)構(gòu)成分的作用。如果Z不存在，那么Y可以形成偶合基團(tuán)的部分。
在上述式中的Ra部分可以含有幾十至幾百個主鏈碳原子。在一個特別 的實施方式中，Ra和Z各自獨立地含有2-50個主鏈碳原子。Z可以含有一
個或多個酰胺或酯鍵。能用于Ra的合適部分的例子包括烷基、烯基、烷氧
基和芳基部分。
文本使用的術(shù)語"烷基"表示支鏈或非支鏈的、直鏈或環(huán)狀的飽和烴基，
通常含有2-50個碳原子，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異 丁基、叔丁基、辛基、癸基、十四烷基、十六烷基、二十垸基、二十四烷基， 以及環(huán)烷基如環(huán)戊基、環(huán)己基。本文使用的術(shù)語"烯基"表示支鏈或非支鏈 的烴基，通常含有2-50個碳原子并含有至少一個雙鍵，代表性地含冇l-6個
雙鍵，更代表性地一個或兩個雙鍵，例如乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、辛 烯基、癸烯基，以及環(huán)烯基如環(huán)丙烯基、環(huán)己烯基。本文使用的術(shù)語"烷氧
基"表示取代基-O-R，其中R為上述定義的垸基。本文使用的術(shù)語"芳基"， 除非另外指定，表示含有一個或多個芳環(huán)的芳族部分。芳基任選地由一個或 多個芳環(huán)上的惰性的、非氫取代基所取代，并且合適的取代基包括，例如鹵 素、鹵烷基(優(yōu)選鹵素取代的較低級垸基)、垸基(優(yōu)選較低級烷基)、烯基 (優(yōu)選較低級烯基)、炔基(優(yōu)選較低級炔基)、垸氧基(優(yōu)選較低級垸氧基)、 烷氧羰基(優(yōu)選較低級垸氧羰基)、羧基、硝基、氰基和磺?；Ｔ谒械?實施方式中，Ra可以包括雜芳族部分，該部分通常含有諸如氮、氧或硫的雜 原子。
在優(yōu)選的實施方式中，Ra選自由乙基、丙基、丁基和戊基、環(huán)戊基、環(huán)
己基、環(huán)辛基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、苯甲基、嘌呤、吡啶、咪唑部分 組成的組中。
在另一個實施方式中，封閉劑的至少兩個偶合基團(tuán)可以為均二官能或雜
二官能的(hetero-bifiinctional)，表示它們各可以含有至少兩個相同的偶合基 團(tuán)或兩個不同的偶合基團(tuán)。具有兩個或三個偶合基團(tuán)的一些合適的封閉劑的 說明性的例子各具有以下結(jié)構(gòu)<formula>formula see original document page 32</formula><formula>formula see original document page 33</formula><formula>formula see original document page 34</formula>在另一個實施方式中，通過任何自由基聚合機(jī)理，封閉劑通過可聚合的
不飽和基團(tuán)，例如c=c雙鍵與涂布劑偶合。這樣的封閉劑的具體例子包括 但不限于，Q)-硫羥基封端的甲基丙烯酸甲酯、2-丁烯硫醇、⑧-2-丁烯-l-硫 醇、硫代醋酸5W^-2-丁烯酯、硫代醋酸S-3-甲基丁烯酯、2-喹啉甲硫醇和硫 代醋酸S-2-喹啉甲酯。
通過將具有水溶性基團(tuán)的低分子量涂布劑偶合到封閉劑來形成包圍納 米晶核的水溶性殼的第二組分?？梢詫⑴己蟿┤芜x地用于活化存在于封閉劑 中的偶合基團(tuán)?？梢砸来翁砑优己蟿┖途哂信己喜糠值耐坎紕?，即進(jìn)行活化 后添加涂布劑；可選擇地，涂布劑可以與偶合劑一起同時添加。
原則上，可以使用任何nj活化封閉劑巾的偶合基團(tuán)的偶合劑，只耍該偶
合劑與用于形成第一層的封閉劑和用于形成第二層的涂布劑化學(xué)相容即可， 意味著偶合劑不與它們反應(yīng)而改變它們的結(jié)構(gòu)。理想地，由于偶合劑分子應(yīng) 該完全被涂布劑分子替代，因此未反應(yīng)的偶合劑應(yīng)該存在于納米晶中。然而， 實際上，有可能未反應(yīng)的殘留的偶合劑仍然存在于最終的納米晶中。
確定適當(dāng)?shù)呐己蟿┦窃诒绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員的常識內(nèi)的。合適的偶合
劑的--個例子是與磺基-N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)組合使用的1-乙基-3-[3-二甲基氨丙基]碳二亞胺(EDC)?？梢允褂玫钠渌愋偷呐己蟿┌ǖ幌?于酰亞胺和吡咯?？梢允褂玫孽啺返囊恍├訛樘级啺贰㈢牾啺泛?鄰苯二甲酰亞胺(pthalimides)。酰亞胺的一些明確的例子包括1-乙基-3-[3-二甲基氨丙基]碳二亞胺(EDC)、磺基-N-羥基琥珀酰亞胺、N,N'-二環(huán)己基 碳二亞胺(DCC)、 N，N'-二環(huán)己基碳二亞胺、N-(3-二甲基氨丙基)-N'-乙基碳 二亞胺，連同N-羥基琥珀酰亞胺或任何其它的活化分子一起使用。
在偶合基團(tuán)包括不飽和的C=C鍵的偶合劑的情況下，該偶合劑含有諸 如過氧乙酸叔丁酯(tert-butylperacetate)、過氧乙酸叔丁酯、過氧化苯甲酰、 過硫酸鉀和過乙酸(peracetic add)的引發(fā)劑。為了致使偶合，光引發(fā)作用 也可以用于活化偶合基團(tuán)中的不飽和鍵。
用于形成水溶性殼的第二層的涂布劑可以含有一個或多個合適的偶合 部分，該偶合部分具有與封閉劑上活化的偶合基團(tuán)反應(yīng)的偶合部分。通常， 合適的涂布劑具有至少2個對封閉劑的活化的偶合基團(tuán)具有反應(yīng)性的偶合部 分，即，在一些實施方式中，例如有2、 3或4個官能團(tuán)。如圖2所示，當(dāng) 涂布劑的至少2個偶合部分與封閉劑反應(yīng)時，該涂布劑通過例如形成酯或酰 胺鍵共價偶合("交聯(lián)")到封閉劑，由此形成包圍納米晶核的水溶性殼。
涂布劑與封閉劑的偶合可以通過任何合適的偶合反應(yīng)方案來實現(xiàn)。合適 的反應(yīng)方案的例子包括自由基偶合、酰胺偶合或者酯偶合反應(yīng)。在一個實施 方式中，偶合到封閉劑上的涂布劑通過碳二亞胺媒介的偶合反應(yīng)被偶合到封閉劑上暴露的偶合部分。一個優(yōu)選的偶合反應(yīng)是由l-乙基-3-[3-二甲基氨丙 基]碳二亞胺提供且由磺基-N-羥基琥珀酰亞胺促進(jìn)的碳二亞胺偶合反應(yīng)，其 中，在封閉劑的偶合基團(tuán)中的羧基官能團(tuán)和氨基官能團(tuán)與封閉劑上的偶合部 分反應(yīng)形成共價鍵。
在本發(fā)明的上下文中，作為用于形成水溶性殼的第二層的術(shù)語"低分子 量涂布劑"包括非聚合的('小')分子。涂布劑的分子量可以低或高，取決 于存在于涂布劑分子中基團(tuán)的種類。如果涂布劑例如具有很小的側(cè)鏈，那么 該涂布劑的分子量會很低。在涂布劑中存在很大的側(cè)鏈的情況時，那么這種 涂布劑的分子量會更高。因此，在一些實施方式中，涂布劑的分子量的上限 可以為約200、約400、約600道爾頓或者1000。在另一些實施方式中，使 用高分于量或大空間體積的封閉劑，上限可以更高，例如約1200、或約1500、 或約2000道爾頓。根據(jù)此定義，術(shù)語"低分子量涂布劑"還包括分子量達(dá) 到例如約2000道爾頓的低聚物化合物。術(shù)語"偶合"和"共價偶合"通常 表示將兩種分子結(jié)合在一起形成一個單獨的、更大的整體的任何種類的反 應(yīng)，例如酸與醇形成酯的偶合，或者酸與胺形成酰胺的偶合。因此，任何可 以將存在于封閉劑中的偶合基團(tuán)和偶合部分與涂布劑偶合的反應(yīng)均在該術(shù) 語含義的范圍內(nèi)。"偶合"還包括在封閉劑中以偶合基團(tuán)存在的一個或多個 不飽和基團(tuán)(例如-C-C-雙鍵)與在涂布劑中相應(yīng)的偶合部分通過自由基偶 合來反應(yīng)，以將涂布劑共價結(jié)合到封閉劑層。
封閉劑和涂布劑可以各自具有為了進(jìn)行聚合反應(yīng)而具有相互反應(yīng)性的 官能團(tuán)。在--個實施方式中，涂布劑是含有至少2個偶合部分的水溶性分子， 該偶合部分具有能與封閉劑上的偶合基團(tuán)反應(yīng)的至少一個可共聚的官能團(tuán)。 在一個特定的實施方式中，涂布劑可以是具有式(II)的水溶性分子<formula>formula see original document page 37</formula>
其中，
T調(diào)節(jié)水溶性的部分， Rc為含有至少3個主鏈碳原子的部分， G選自N或C， Z'為可共聚的部分， n為l或2的整數(shù)，且
n'為0或l，其中選擇ii'是為了滿足G的化合價的需要。 可以用封閉劑獲得具有所需性能的水溶性殼，在封閉劑中，Rc部分具有 少于30個、優(yōu)選少于20個、或者更優(yōu)選少于12個主鏈碳原子。在優(yōu)選的 實施方式，Rc含有3-12個主鏈碳原子。在特定的實驗條件下，在合成納米 晶的過程中，此范圍提供了很高的偶合效率。T部分可以為用于調(diào)節(jié)放置在 其中的環(huán)境中的納米晶的水溶性的極性/親水官能團(tuán)。因此，它可以使殼具有 親水性或疏水性能，因此使納米晶可溶于水性環(huán)境中，也可以溶于非水環(huán)境 中。T可以選自極性基團(tuán)，例如羥基、羧基、羰基、磺酸鹽基、磷酸鹽基、 氨基、酰胺基(carboxamide group)。為了獲得不溶于水性環(huán)境中的納米晶， T部分還可以為疏水性的，例如任何脂肪族或芳香族烴(例如脂肪酸或苯的 衍生物)，或任何其它不溶于水的有機(jī)部分。當(dāng)T為疏水性的時，它還可以 在涂布劑已經(jīng)與封閉劑共聚后通過結(jié)合親水性部分而改性。Z'部分為具有能 與封閉劑上的偶合部分共聚的官能團(tuán)的可共聚部分。合適的官能團(tuán)包括但不 限于例如，-NH2、 -COOH或-OH、 -Br、 -C-C-。 Z'另外還可以含有脂肪族或 環(huán)狀碳鏈，優(yōu)選具有至少2個主鏈碳原子。
在一個實施方式中，T可以由環(huán)糊精分子衍生。環(huán)糊精分子具有改進(jìn)產(chǎn)生的聚合物的水溶性的大量羥基，并還能容易地軛合到用于生物標(biāo)記fel的的
生物分子上。合適的環(huán)糊精的例子包括a-環(huán)糊精、P-環(huán)糊精、Y-環(huán)糊精、二 甲基-a-環(huán)糊精、三甲基-a-環(huán)糊精、二甲基-P-環(huán)糊精、三甲基-P-環(huán)糊精、二
甲基，-環(huán)糊精和三甲基- 環(huán)糊精。
在另一個實施方式中，涂布劑是選自氨基酸，優(yōu)選二氨基酸或二羧基氨 基酸的水溶性分子。當(dāng)前考慮的二氨基酸的具體例子包括2，4-二氨基丁酸、 2,3-二氨基丙酸或2,5-二氨基戊酸，僅舉幾個例子。在本發(fā)明中考慮的二羧 酸包括但不限于天冬氨酸和谷氨酸。
在其它實施方式中，涂布劑為選自由以下化合物組成的組中的水溶性分
子
<formula>formula see original document page 38</formula>
其中，CD為環(huán)糊精，以及<formula>formula see original document page 38</formula><formula>formula see original document page 39</formula>
在另一個封閉劑含有不飽和基團(tuán)(例如c=c雙鍵)的實施方式中，合適的可以用于偶合的涂布劑包括二烯或三烯，如1,4-丁二烯、1，5-戊二烯和 1,6-己二烯。
通過將納米晶官能化，可能將本發(fā)明的納米晶用于多種應(yīng)用。在另一個 實施方式屮，通過將親合性的配位體附著到水溶性殼將水溶性殼官能化。這 種納米晶可以檢測是否存在親合性配位體具有結(jié)合特異性的基質(zhì)。如果存在 于樣品中，官能化的納米晶和耙向的基質(zhì)之間的接觸和隨后的結(jié)合可以用于 各種目的。例如，它可以導(dǎo)致形成含有官能化的納米晶基質(zhì)的復(fù)合物，該官 能化的納米晶基質(zhì)可以發(fā)射用于量子化、可視化或其它檢測形式的可檢測的 信號。設(shè)想的親合性配位體包括單克隆抗體，包括嵌合體的(chimeric)或 遺傳學(xué)修飾的單克隆抗體、肽、適體、核酸分子、抗生蛋白鏈菌素、抗生物 素蛋白、凝集素等。
根據(jù)上述公開，本發(fā)明的另一個方面是關(guān)于制備水溶性納米晶的方法。 水溶性殼的合成可以通過首先將封閉劑與納米晶核接觸并反應(yīng)來實現(xiàn)。 該接觸可以是直接接觸也可以是間接接觸。直接接觸指將納米晶核浸入含有 封閉劑的溶液中而不使用任何配價配位體(coordinating ligand)。間接接觸 指與封閉劑接觸前，使用配價配位體來準(zhǔn)備(prime)納米晶核。間接接觸 通常包括兩個步驟。在本發(fā)明屮兩種方法都是可行的。然而，間接接觸的后 面的方法是優(yōu)選的，由于配價配位體有助于加快封閉劑附著到納米晶核的表 面。
下面將詳細(xì)說明間接接觸。在間接接觸的第一個步驟中，通過溶解在有 機(jī)溶劑中來制備配價配位體。然后，將納米晶核沒入有機(jī)溶劑屮預(yù)定的時間， 使得在納米晶(下文稱作"鈍化的納米晶")的核的表面形成足夠穩(wěn)定的鈍 化層。該鈍化層用于排斥任何可以接觸納米晶核的親水種類，由此防止納米 晶的任何降解。如果需要，鈍化的納米晶可以在含有配價配位體的有機(jī)溶劑 中被分離并儲存任何希望的時間。如果需要，可以添加合適的中性有機(jī)溶劑， 例如氯仿、二氯甲烷或者四氫呋喃。
在間接接觸的第二個步驟中，可以在有機(jī)溶劑的存在下或在水溶液中實 施配位體交換。通過向鈍化的納米晶添加過量的封閉劑來實施配位體交換 (取代)，以促進(jìn)鈍化的納米晶與封閉劑的接觸?？梢酝ㄟ^攪拌或聲波處理 反應(yīng)混合物需要的時間來縮短獲得高程度取代需要的接觸時間。在足夠的時 間段后，封閉劑取代了鈍化層并自己附著到納米晶上，因此封端納米晶核的 表面，隨后偶合涂布劑。
用于直接接觸的配價配位體可以是含有對納米晶核的表面具有親合性 的部分的任何分子。這種親合性可以用例如靜電作用、共價結(jié)合或配位結(jié)合 的形式來證明。合適的配價配位體包括但不限于疏水分子或者含有附著到親 水部分的疏水鏈的兩性分子，例如極性官能團(tuán)。這種分子的例子包括三辛基 膦、三辛基氧化膦或者巰基十一垸酸?？梢允褂玫钠渌N類的配價配位體包 括硫醇、胺或硅烷。
通過間接接觸途徑實現(xiàn)封閉劑與涂布劑偶合的圖示于圖4中。第一，納 米晶核可以在諸如三辛基氧化膦(TOPO)的配位溶劑(coordination solvents) 中制備，導(dǎo)致在納米晶核的表面形成鈍化層。接著，TOPO層被封閉劑替換。 通過將TOPO分層的納米晶分散在含有高濃度封閉劑的介質(zhì)中來產(chǎn)生替換。 這個步驟通常在有機(jī)溶劑或者在水溶液中實現(xiàn)。優(yōu)選的有機(jī)溶劑包括極性有 機(jī)溶劑，如吡啶、二甲基甲酰胺(DMF)、 DMSO、 二氯甲烷、乙醚、氯仿
或者四氫呋喃。此后，偶合到封閉劑的封閉劑可以被制備并添加到封端的納
米晶核。
本發(fā)明的方法包括，水溶性殼的第一層--旦形成，下-歩驟是將用封閉 劑封端的納米晶與具有水溶性基團(tuán)的涂布劑偶合。如果需要，偶合可以在偶 合劑存在下進(jìn)行。偶合劑可以用于準(zhǔn)備封閉劑致使偶合劑對涂布劑具有反應(yīng) 性，或者偶合劑可以用于準(zhǔn)各涂布劑的偶合部分致使它們對封閉劑具有反應(yīng)
性。在優(yōu)選的實施方式屮，EDC (l-乙基-3-[3-二甲基氨丙基]碳二亞胺)可 以用作偶合劑，任選由磺基NHS (磺基-N-羥基琥珀酰亞胺)輔助。也可以 使用其它種類的偶合劑，包括交聯(lián)劑。例子包括但不限于碳二亞胺，如二異 丙基碳二亞胺、碳二環(huán)己酰亞胺、N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC; Pierce)、 N-琥珀酰亞胺基-S-乙?；?硫代乙酸酯(SATA)、 N-琥珀酰亞胺基-3-(2-吡啶 基二硫醇)丙酸酯(SPDP)、鄰亞苯基二馬來酰亞胺(o-PDM)和磺基琥珀酰 亞胺基4-(N-馬來酰亞胺甲基)環(huán)己垸-l-羧酸酯(磺基-SMCC)和吡咯。偶合 劑通過活化羧基催化了羧酸和胺之間酰胺鍵的形成，形成了 O-脲衍生物。 這種衍生物容易與親核的胺基反應(yīng)，由此加速了偶合反應(yīng)。
為了說明，假定具有x摩爾偶合基團(tuán)的x摩爾的封閉劑可以附著到每1 摩爾的納米晶核上。如果y摩爾涂布劑含有x摩爾的偶合部分完全與1摩爾 的納米晶核反應(yīng)(用x摩爾封閉劑附著)，則涂布劑與納米晶的混合比為每1 摩爾納米晶核至少y摩爾涂布劑。實際上，通常以過量的封閉劑反應(yīng)，以確 保完全封端在納米晶上。未反應(yīng)的封閉劑可以通過例如離心分離來除去。為 了與封端的納米晶偶合所添加的涂布劑的量也可以過量，通常為每摩爾封端 的納米晶約10、或約20或約30至1000摩爾涂布劑。
為了將涂布劑偶合到封端到納米晶核表面的封閉劑上，在偶合劑的存在 下將涂布劑與封閉劑混合?？梢詫⑴己蟿┡c涂布劑同時加入到含有包括第- 層的納米晶的溶液中(參見實施例l和2)，或者可以依次添加它們，在偶合
劑之后添加涂布劑。偶合劑用作引發(fā)劑以分別活化存在于封閉劑和涂布劑中 的偶合基團(tuán)和偶合部分。此后，涂布劑與封閉劑偶合以形成包圍納米晶核的 第二層。
偶合反應(yīng)可以在水溶液中或者有機(jī)溶劑中進(jìn)行。例如，偶合反應(yīng)可以在 水溶液，例如具有合適的添加劑的水中進(jìn)行以改進(jìn)聚合動力學(xué)，所述添加劑 包括引發(fā)劑、穩(wěn)定劑或者相轉(zhuǎn)移劑。偶合反應(yīng)還可以在緩沖溶液中進(jìn)行，例 如磷酸鹽或銨緩沖溶液。另外，聚合反應(yīng)可以在具有合適的添加劑的無水有 機(jī)溶劑中進(jìn)行，所述合適的添加劑例如偶合劑和催化劑。通常使用的有機(jī)溶
劑包括DMF、 DMSO、氯仿、二氯甲烷和THF。
最后， 一旦將水溶性殼的涂布劑層偶合到封閉劑，最后的步驟可以包括 將第二層中所含的涂布劑與適合于使存在于第二層中的水溶性基團(tuán)暴露的 試劑反應(yīng)。例如，如果使用的涂布劑含有酯鍵(以保護(hù)羧基，否則可能干擾 第二層的形成)，那么該酯可以通過添加堿溶液(例如氫氧化鈉)來水解成 納米晶。這樣做也能使在第二層中的羧基暴露到溶液中，由此使納米晶具有 水溶性。
如本文所述，本發(fā)明還提到納米晶，該納米晶軛合到對給定的分析物具 有結(jié)合親合性的分子上。通過將納米晶軛合到對給定的分析物具有結(jié)合親合 性的分子上，形成標(biāo)記化合物或探針。在這種探針中，本發(fā)明的納米晶用作 發(fā)出輻射的標(biāo)記物或標(biāo)簽，可以用于檢測給定的分析物，所述輻射例如在電 磁光譜的可見光或近紅外光范圍內(nèi)。
理論上，對于存在特定結(jié)合配偶體的每個分析物都可以檢測，至少能有 些特定地鍵合到分析物上。該分析物可以是化學(xué)的化合物，如藥品(例如 Aspirin⑧或者Ribavirin),或者生物化學(xué)分子，如蛋白質(zhì)(例如特定用于肌鈣 蛋白或細(xì)胞表面蛋白的特定抗體)或核酸分子。。偶合到相應(yīng)分析物的具有 結(jié)合親合性的合適分子(也指作分析物結(jié)合配偶體)上，例如Ribavirin時，所得到的探針可以用于例如監(jiān)測患者血艱內(nèi)藥物濃度的熒光免疫測定。在肌 鈣蛋白情況下，該肌鈣蛋白是用于破壞心肌并由此通常用f心臟病發(fā)作的標(biāo) 記蛋白質(zhì)，含有抗肌鈣蛋白抗體和本發(fā)明的納米晶的結(jié)合物可以用于診斷心 臟病發(fā)作。在本發(fā)明的納米晶與特定用于聯(lián)合細(xì)胞表面蛋白腫瘤的抗體的結(jié) 合物的情況下，該結(jié)合物可以用于腫瘤的診斷或成像。另一個例子是納米晶 與抗生蛋白鏈菌素的結(jié)合物。
分析物也可以是包括但不限于病毒顆粒、染色體或全細(xì)胞(whole cell) 的復(fù)合生物結(jié)構(gòu)。例如，如果分析物結(jié)合配偶體是附著到細(xì)胞膜的類脂，那 么含有鏈接到這樣的類脂的本發(fā)明的納米晶的結(jié)合物可以用于檢測并顯像 全細(xì)胞。為了諸如細(xì)胞染色或細(xì)胞成像的目的，優(yōu)選使用發(fā)射可見光的納米 晶。根據(jù)此公開，通過使用含有軛合到分析物結(jié)合配偶體的本發(fā)明的納米晶 的標(biāo)記化合物來檢測的分析物優(yōu)選為生物分子。
因此，在進(jìn)-'歩優(yōu)選的實施方式屮，對分析物具有結(jié)合親合性的分子為 蛋白質(zhì)、肽、具有免疫半抗原特征的化合物、核酸、碳水化合物或有機(jī)分子。 用作分析物結(jié)合配偶體的蛋白質(zhì)可以為，例如抗體、抗體片段、配位體、抗 生物素蛋白、抗生蛋白鏈菌素或酶。有機(jī)分子的例子是諸如生物素、異羥基 洋地黃毒苷配基、5-羥色胺(serotronine)、葉酸鹽衍生物、抗原、肽、蛋白 質(zhì)、核酸和酶等的化合物。核酸可以選自但不限于DNA、 RNA或PNA分子、 具有10-50bp的短寡核苷酸以及較長核酸。
當(dāng)用于檢測生物分子時，本發(fā)明的納米晶可以通過宿主分子的表面暴露 基團(tuán)軛合到具有結(jié)合反應(yīng)性的分子上。為了此目的，涂布劑上的表面暴露官 能團(tuán)諸如氨基、羥基或羧酸酯基可以與鏈接劑反應(yīng)。本文所使用的鏈接劑表 示能將本發(fā)明的納米晶鏈接到對任何生物靶具有結(jié)合親合性的分子的任何 化合物?？梢杂糜趯⒓{米晶軛合到分析物結(jié)合配偶體上的鏈接劑種類的例子 為諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的乙基-3-二甲氨基碳二亞胺或其它合適的偶合
化合物的(雙官能的)鏈接劑。合適的鏈接劑的例子為N-(3-氨丙基)3-巰基-苯甲酰胺、3-氨丙基-三甲^基硅垸、3-巰基丙基-三甲氧基硅烷、3-(三中氧 基甲硅垸基)丙基-馬來酰亞胺和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-酰肼。涂布劑也 可以與合適的鏈接劑軛合，該鏈接劑被偶合到具有需要的結(jié)合親合性或分析 物結(jié)合配偶體的選擇的分子上。例如，如果涂布劑含有環(huán)糊精部分，那么可 以使用的合適的鏈接劑可以包括但不限于都具有合適的反應(yīng)活性基團(tuán)以與 相應(yīng)分子形成共價鍵的二茂鐵衍生物、金剛烷化合物、聚氧乙烯化合物、芳 香化合物。
另外，本發(fā)明還指向含有至少一種本文定義的納米晶的組合物?？梢詫?納米晶加入塑料球、磁性微球(magneticbead)或橡膠球中。此外，含有本 文定義的納米晶的檢測試劑盒也是本發(fā)明的部分。
通過下列非限制的實施例和附圖進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中
圖1示出了本發(fā)明的水溶性納米晶的概括圖(圖la)，其中圖lb顯示了 封閉劑庚垸-(4-N-乙硫基)-l,7-二羧酸(用于形成第一層)與用于形成第二層 (還參見圖2)的用作涂布劑的二-(3-氨丙基)-6-N-己酸甲基酯間形成的交聯(lián) 界面的放大圖。從圖lb可以看到，納米晶含有由封閉劑的至少兩個(鄰近) 分子與涂布劑的一個分子間的共價結(jié)合所形成的界面區(qū)域，使得涂布劑分子 用作將封閉劑分子鏈接在一起的橋接。
圖2顯示了合成封裝在聚酰胺殼中的水溶性納米晶的方法的示意圖，， 所述聚酰胺殼是使用二胺羧基酯(二-(3-氨丙基)-6-N-己酸甲基酯)作為涂布 劑，以及庚烷-(4-N-乙硫基)-l,7-二羧酸作為封閉劑通過交聯(lián)形成的。在此實 施例中，所形成的第二層含有暴露的羧酸基團(tuán)。
圖3顯示了合成封裝在聚酰胺水溶性殼中的水溶性納米晶的方法的示意
圖，，所述聚酰胺水溶性殼是使用庚烷-(3-N-乙硫基)-l,5-二胺作為用于形成 第一層的封閉劑，以及庚垸-3,3-二乙基-羧酸酯-1,5-二羧酸作為用于形成第二 層的涂布劑通過交聯(lián)形成的。
圖4顯示了與僅用巰基丙酸(MCA)或氨基乙硫醇(AET)封端的一個 (CdSe)-ZnS核殼納米晶相比，本發(fā)明的聚合物封殼的納米晶抵抗化學(xué)氧化的 穩(wěn)定性。
具體實施例方式
實施例l:在水溶液中用交聯(lián)的殼制備水溶性納米晶 根據(jù)下列步驟先制備TOPO封端的納米晶。
將三辛基氧化膦(TOPO) (30 g)放入燒瓶屮，并在真空( 1托)下 在180'C下干燥1小時。然后在該燒瓶中充入氮氣并加熱至350°C。在惰性 氣氛的干燥箱中，制備下列注射溶液CdMe2 (0.35 ml)、 1M三辛基膦-Se (TOPSe)溶液(4.0 ml)和三辛基膦(TOP) (16ml)。將該注射溶液充分 混合，裝入注射器，并從干燥箱中取出。
將該反應(yīng)停止加熱，將反應(yīng)混合物隨著單獨連續(xù)注射移入劇烈攪拌的 TOPO中。對反應(yīng)的燒瓶進(jìn)行加熱，溫度逐漸升至260-280°C。反應(yīng)后，使 反應(yīng)燒瓶冷卻至約60°C ，并加入20 ml 丁醇防止TOPO固化。加入大量過量 的甲醇使顆粒絮凝。通過離心分離將絮凝物與上清液分離；所得到的粉末可 以分散到各種有機(jī)溶劑中以產(chǎn)生光學(xué)清液。
在真空下將容納5 g TOPO的燒瓶加熱至1卯。C兒小時，然后冷卻至60 °C，在其后加入0.5 ml的三辛基膦(TOP)。用注射器將分散在己烷中的大 致0.1-0.4 pmol的CdSe點移入反應(yīng)器屮，并將溶劑抽出。二乙基鋅(ZnEt2) 和六甲基二硅硫烷((TMS)2S)分別用作Zn和S的前驅(qū)體。在惰性氣體手套 箱中，將等摩爾量的前驅(qū)體溶解在2-4mlTOP中。將iif驅(qū)體溶液裝入注射器
中并移入固定在反應(yīng)燒瓶上的附加的漏斗中。添加完之后，將混合物冷卻至
卯'C,并攪拌幾小時。將丁醇加到混合物中防止TOPO在冷卻至室溫時固化。 將由此形成的(CdSe)-ZnS核殼納米晶溶解在具有幾滴吡啶的大量過量 3-巰基丙酸的氯仿中。將混合物進(jìn)行超聲處理約2小時，然后在室溫下攪拌 過夜。通過離心分離收集所形成的沉淀，并用乙酮洗滌除去過量的酸。用氬 氣流簡單干燥殘留物。然后將所得到的用形成覆蓋/包圍納米晶核的第一層的 羧酸分子涂覆的納米晶溶解在水中或緩沖溶液中(參見圖2，步驟l)。再次 將水溶液中的納米晶離心分離，通過0.2 Kim的過濾器過濾，用氬氣脫氣， 并在使用前在25'C下儲存。
為了形成交聯(lián)界面并接著與第二層屮所含的涂布劑聚合，將羧酸封端的 納米晶溶解在水性緩沖溶液系統(tǒng)中。將EDC (l-乙基-3-[3-二甲基氨丙基]碳 二亞胺)和磺基NHS (磺基-N-羥基琥珀酰亞胺)作為交聯(lián)劑以過量500-1000 倍添加到納米晶溶液中。將得到的溶液在室溫下攪拌30分鐘以活化在形成 交聯(lián)界面中含有的官能團(tuán)(參見圖2，歩驟2)。在相同的緩沖溶液中，將含 有羧酸封端的納米晶、EDC和磺基NHS的混合物在攪拌下逐滴加入到二氨 基-羧基甲酯(diamino-carboxyl methyl ester)的溶液中。將混合物在室溫下 攪拌2小時并在4'C下放置過夜，以形成交聯(lián)界面并將第二層中所含的涂布 劑共價偶合到第一層(參見圖2，步驟3)。為了釋放二氨基羧基酯的水溶性 羧基(即甲基酯鍵的水解)并由此形成第二水溶性層，接著添加0.1 NNaOH 和乙醇并將該溶液在室溫下再攪拌6小時(參見圖2，步驟4)。離心分離該 溶液除去任何固體并在4'C下以水溶液儲存作為儲備溶液。
所得到的量子點還可以通過有機(jī)溶劑萃取來提純。反應(yīng)(形成交聯(lián)界面 并將第二層中所含的涂布劑共價偶合到第一層)完成后，用乙酸乙酯萃取該 溶液，從有機(jī)溶劑中萃取出具有酯表而的聚合物封'充的量子點。合并山此得 到的有機(jī)溶劑并干燥，然后通過旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器除去，并溶解在乙醇和0.1 NNaOH中以水解酯鍵并形成水溶性納米晶。在室溫下不停攪拌該溶液4小時， 然后中和。離心分離所得到的清液，以除去任何痕量的固體并在脫氣后在室 溫下儲存在水溶液中。
將本發(fā)明所得到的交聯(lián)水溶性封殼的納米晶的物理化學(xué)性質(zhì)與僅用巰 基丙酸(MCA)或氨基乙硫醇(AET)封端的(CdSe)-ZnS核殼納米晶的相 比如下向納米晶的水溶液中以0.15 mo1/1的最終濃度和隨著光致光譜的 (photospectroscopially)化學(xué)狀態(tài)加入H202。對于僅用MCA或AET涂覆 的納米晶，立刻檢測出納米晶的氧化并在30分鐘內(nèi)納米晶沉淀。相反，本 發(fā)明封殼的納米晶對僅僅緩慢發(fā)生的化學(xué)氧化明顯更穩(wěn)定。
在另--個試驗(未顯示數(shù)據(jù))中，當(dāng)將0.1 M CdS04溶液加到僅用MCA 封端的(CdSe)-ZnS核殼納米晶或者本發(fā)明的封殼的納米晶時，MCA封端的 納米晶迅速從溶液中沉淀。相反，本發(fā)明的納米晶在溶液中保持穩(wěn)定，表明 添加鎘離子并不明顯影響它們的穩(wěn)定性。
同樣，與MCA封端的納米晶(數(shù)據(jù)未顯示)相比，封殼的納米晶的光 化學(xué)穩(wěn)定性也明顯改進(jìn)。當(dāng)暴露到波長為254 nm的UV光時，發(fā)現(xiàn)MCA封 端的納米晶在48小時內(nèi)從溶液中沉淀，而本發(fā)明的封殼的納米晶穩(wěn)定了 4 天。還發(fā)現(xiàn)熒光強(qiáng)度長期穩(wěn)定。
實施例2:在有機(jī)溶液中制備具有交聯(lián)的殼的水溶性納米晶 根據(jù)實施例1制備TOPO封端的納米晶，并與過量的戊垸-(3-N-乙硫 基)-l，5-二胺一起溶解在氯仿中以形成第一層(參見圖3，步驟1)。將混合物 在室溫下放置過夜。通過離心分離收集形成的沉淀，并用甲醇洗滌，用氬氣 簡單千燥。將得到的納米晶溶解在無水DMF (50 ml)中。
在另一個燒瓶中，將戊烷-3,3-二乙基-羧酸酯-l,5-二羧酸(作為第二層中 所含的涂布劑)溶解在具有5力量EDC和NHS的DMF中，并在氮氣保護(hù)下在室溫攪拌20分鐘(參見圖3，步驟2)。將該溶液緩慢地加入納米晶溶 液中與涂布劑共價偶合(參見圖3，步驟3)。在室溫F攪拌所得到的溶液2 小時，使用旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)系統(tǒng)在減壓下蒸發(fā)DMF溶劑。將得到的漿液溶解于 5 ml水中，然后加入5 ml 1 M EtONa/EtOH溶液，并在室溫下再攪拌2小時， 形成第二層中溶劑暴露的水溶性鍵。用醚洗滌得到的溶液2次(5 mlX2) 以除去任何痕量的添加劑或者未反應(yīng)的起始物料。然后用0.1 N HC1水溶液 屮和用于儲存。通過離心分離酸性溶液中聚合物涂覆的納米晶，并通過調(diào)節(jié) 溶液的pH值將納米晶再溶解在水中進(jìn)行進(jìn)一步的提純。
權(quán)利要求
1、一種水溶性納米晶，該納米晶包括納米晶核，該納米晶核含有選自元素周期系的第Ib副族、IIb副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb副族、II主族、III主族或IV主族元素中的至少一種金屬M1，并且所述納米晶還包括第一層，該第一層含有附著到納米晶核表面的封閉劑，所述封閉劑具有至少兩個偶合基團(tuán)，和第二層，該第二層含有低分子量涂布劑，該涂布劑具有至少兩個與該涂布劑共價偶合的偶合基團(tuán)，和至少一個使該第二層具有水溶性的水溶性基團(tuán)。
2、 一種水溶性納米晶，該納米晶包括納米晶核，該納米晶核含有選自元素周期系的第n主族、viia副族、viiia副族、ib副族、iib副族、iii主族或iv主族元素中的至少一種金屬 mi ，以及選自元素周期系的第v主族或vi主族元素中的至少一種元素a，并且所述納米晶還包括第一層，該第一層含有附著到納米晶核表面的封閉劑，所述封閉劑具有 至少兩個偶合基團(tuán)，和第二層，該第二層含有低分子量涂布劑，該涂布劑具有至少兩個與該 涂布劑共價偶合的偶合部分，和至少一個使該第二層具有水溶性的水溶性基 團(tuán)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米晶，其中，所述封閉劑含有對納米 晶核表面具有親合性的端基。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米晶，其中，所述端基選自山巰基、氨基、氧化胺和膦基組成的組中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的納米晶，其中，所述封閉劑的 至少兩個偶合基團(tuán)通過疏水區(qū)域與端基隔開。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米晶，其中，所述至少兩個偶合基團(tuán)中的 每一個均含有獨立地選自氨基、羥基、羰基、羧基、腈、硝基、異氰酸酯、 環(huán)氧化物、酸酐和鹵素基團(tuán)中的官能團(tuán)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的納米晶，其中，所述封閉劑為 具有式(I)的分子<formula>see original document page 3</formula>其中，X為選自S、 N、 P或OP的端基， Ra為含有至少2個主鏈碳原子的部分， Y選自N、 C、 -0)0-或-0120-，z為含有極性官能團(tuán)的部分，k為0或l， m為1-3的整數(shù)， n為0-3的整數(shù)，且n'為0-2的整數(shù)，其中，選擇n'是為了滿足Y的化合價的需要。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米晶，其中，所述Ra部分含冇2-50個主鏈 碳原子。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的納米晶，其中，所述Ra選自由烷基、烯 基、垸氧基和芳基部分組成的組中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的納米晶，其中，各所述Ra為獨立地選自由 乙基、丙基、丁基、戊基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)辛基、乙氧基和苯甲基組成 的組中的部分。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7-10中任意一項所述的納米晶，其中，所述Z為選 自由氨基、羥基、羰基、羧基、腈、硝基、異氰酸酯和鹵素基團(tuán)組成的組中 的官能團(tuán)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的納米晶，其中，所述Z含有2-50個主鏈原子。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的納米晶，其屮，所述Z還含有酰胺或酯鍵。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項所述的納米晶，其中，所述封閉劑 含有兩個相同的偶合基團(tuán)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1-14中任意一項所述的納米晶，其中，所述封閉劑 為選自由以下化合物組成的組中的化合物<formula>see original document page 4</formula><formula>see original document page 5</formula>H 。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項所述的納米晶，其中，所述封閉劑 含有兩個不同的偶合基團(tuán)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的納米晶，其中，所述封閉劑選自由以下化 合物組成的組中
18、 根據(jù)權(quán)利要求1-5屮任意一項所述的納米晶，其中，所述封閉劑的 偶合基團(tuán)含有可聚合的不飽和碳-碳鍵。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的納米晶，其中，所述封閉劑選自由o)-硫羥 基封端的甲基丙烯酸甲酯、2-丁烯硫醇、間-2-丁烯-1 -硫醇、硫代醋酸S-⑧-2-丁烯酯、硫代醋酸S-3-甲基丁烯酯、2-喹啉甲硫醇和硫代醋酸S-2-喹啉甲酯 組成的組中。
20、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的納米品，其中，所述第二層中所含的所述涂布劑含有具有通式(II)的水溶性分子其中，T為親水性部分，Re為含有至少2個主鏈碳原子的部分，G選自N、 P或C，或Si， Z'為偶合部分， m'為2或3， n為1或2，且n'為0或l，其中選擇n'是為了滿足G的化合價的需要。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的納米晶，其中，T含有選自由羧基、氨基、 硝基、羥基、羰基、以及它們的衍生物組成的組中的官能團(tuán)。
22、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的納米晶，其中，Rc含有3-6個主鏈碳 原子。
23、 根據(jù)權(quán)利要求20-22中任意一項所述的納米晶，其中，Z'含有至少 6個主鏈碳原子。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的納米晶，其中，Z'還含有選自由氨基、羥 基、羰基、羧基、腈、硝基、異氰酸酯、環(huán)氧化物、酸酐和鹵素基團(tuán)組成的 組中的至少--個官能團(tuán)。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的納米晶，其中，各所述偶合部分Z'是相同的。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的納米晶，其中，所述涂布劑選自由二胺、 二羧酸和二醇組成的組中。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的納米晶，其中，所述二胺選自2，4-二氨基 丁酸或2，3-二氨基丙酸。
28、 根據(jù)權(quán)利要求1-26屮任意一項所述的納米晶，其中，所述涂布劑 選自由以下化合物組成的組中<formula>see original document page 8</formula><formula>see original document page 9</formula>其中，CD為環(huán)糊精，以及<formula>see original document page 9</formula>
29、根據(jù)權(quán)利要求24所述的納米晶，其中，各所述偶合部分Z'是不同的,
30、根據(jù)權(quán)利要求29所述的納米晶，其屮，所述涂布劑選自由以下化 合物組成的組中<formula>see original document page 9</formula>
31、 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的納米晶，其中，所述涂布劑含有二烯。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的納米晶，其中，所述二烯選自由1，4-丁二 烯、1，5-戊二烯和1,6-己二烯組成的組中。
33、 根據(jù)權(quán)利要求2-32中任意一項所述的納米晶，其中，所述納米晶 是核-殼納米晶。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的納米晶，其中，所述金屬選自由Zn、 Cd、 Hg、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Ag和Au組成的組中。
35、 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的納米晶，其中，所述元素A選自山S、 Se和Te組成的組中。
36、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的納米晶，其中，所述納米晶為選自由CdS、 CdSe、 MgTe、 CdTe、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 HgS、 HgSe和HgTe組成的組中 的核殼納米晶。
37、 根據(jù)權(quán)利要求2-36中任意一項所述的納米晶，其中，所述納米晶 含有具有Ml ^M2，A組成的均質(zhì)三元合金，其中，a) 當(dāng)A表示元素周期系的第VI主族的元素時，M1和M2獨立地選自 元素周期系的第IIb-VIB副族、IIIB-VB副族、IVB副族、II主族或m主族 的元素，或者b) 當(dāng)A表示元素周期系的第V主族的元素時，M1和M2都選自元素周期系的第m主族的元素，所述均質(zhì)三元合金通過包括以下歩驟的方法獲得i) 通過以適合于產(chǎn)生納米晶的形式將含有元素Ml的反應(yīng)混合物加 熱至合適的溫度Tl，在此溫度下以適合產(chǎn)生納米晶的形式添加元素A，在 適合形成二元納米晶M1A的溫度下將反應(yīng)混合物加熱足夠的時間，然后使 反應(yīng)混合物冷卻，來形成所述二元納米晶M1A，以及ii) 不沉淀或分離所形成的二元納米晶M1A，再加熱該反應(yīng)混合物 至合適的溫度T2，在此溫度下以適合于產(chǎn)生納米晶的形式向反應(yīng)混合物中 添加足夠量的元素M2，然后在適合于形成所述三元納米晶Ml^M2xA的溫 度下將反應(yīng)混合物加熱足夠的時間，接著使反應(yīng)混合物冷卻至室溫并分離該 三元納米晶Ml^M2xA。
38、 根據(jù)權(quán)利要求37所述的納米晶，其中，0.001<x<0.999。
39、 根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的納米晶，其屮，0.01<x<0.99。
40、 根據(jù)權(quán)利要求37-39中任意一項所述的納米晶，其中，0.5<x<0.95。
41、 根據(jù)權(quán)利要求37-40中任意一項所述的納米晶，其中，所述元素 Ml和M2獨立地選自由Zn、 Cd、 Hg、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Ag和Au 組成的組中。
42、 根據(jù)權(quán)利要求37-41中任意一項所述的納米晶，其中，所述元素A 選自由S、 Se和Te組成的組中。
43、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的納米晶，其中，所述納米晶具有Zrv、Cd"Se 或ZnxCd^S的組成。
44、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的納米晶，其中，該納米晶還含 有對被共軛到聚合物殼的第二層的給定分析物具有結(jié)合親合性的分子。
45、 根據(jù)權(quán)利要求44所述的納米晶，其中，對分析物具有結(jié)合親合性 的分子是蛋白質(zhì)、肽、具有免疫半抗原特征的化合物、核酸、碳水化合物或 有機(jī)分子。
46、 根據(jù)權(quán)利要求44或45所述的納米晶，其中，所述納米晶通過共價 鏈接劑被共軛到對分析物具有結(jié)合親合性的分子上。
47、 前述權(quán)利要求中任意一項所述的納米晶用于檢測分析物的用途。
48、 --種制備水溶性納米晶的方法，該方法包括 提供納米晶核，該納米晶核含有選自元素周期系的第Ib副族、lib副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb副族、II主族、III主族或 IV主族元素中的至少一種金屬Ml ，使所述納米晶核與封閉劑反應(yīng)，由此將所述封閉劑附著到納米晶核的表 面并形成包圍所述納米晶核的第一層，以及，將所述封閉劑與低分子量涂布劑偶合，由此形成共價偶合到所述第一層 的第二層并完成包圍所述納米晶核的水溶性殼的形成，所述低分子量涂布劑 具有至少兩個對所述封閉劑的至少兩個偶合基團(tuán)具有反應(yīng)性的偶合部分，和 至少一個使所述第二層具有水溶性的水溶性基團(tuán)。
49、 一種制各水溶性納米晶的方法，該方法包括 提供納米晶核，該納米晶核含有選自山元素周期系的第IIB-VIB副族、IIIB-VB副族、IVB副族、II主族或III主族元素組成的組中的至少一種金屬 Ml，以及選自元素周期系的第V主族或VI主族的元素中的至少一種元素A，使所述納米晶核與封閉劑反應(yīng)，由此將所述封閉劑附著到納米晶核的表 面并形成包圍所述納米晶核的第一層，以及，將所述封閉劑與低分子量涂布劑偶合，由此形成共價偶合到所述第一層 的第二層并完成包圍所述納米晶核的水溶性殼的形成，所述低分子量涂布劑 具有至少兩個對所述封閉劑的至少兩個偶合基團(tuán)具有反應(yīng)性的偶合部分，和 至少一個使所述第二層具有水溶性的水溶性基團(tuán)。
50、 根據(jù)權(quán)利要求48或49所述的納米晶，其中，所述封閉劑為親水性的。
51、 根據(jù)權(quán)利要求48或49所述的方法，其中，所述封閉劑為疏水性的。
52、 根據(jù)權(quán)利要求48-51屮任意一項所述的方法，其中，存在于所述封 閉劑中的各偶合基團(tuán)包括選自氨基、羥基、羰基、羧基、腈、硝基、異氰酸 酯、環(huán)氧化物、酸酐和鹵素基團(tuán)的官能團(tuán)。
53、 根據(jù)權(quán)利要求48-52中任意一項所述的方法，其中，所述封閉劑具 有式(I):<formula>see original document page 13</formula>其中，X為選自S、 N、 P或OP的端基，Ra為含有至少2個主鏈碳原子的部分，Y選自N、 C、 -0)0-或-(^20國， Z為含有極性官能團(tuán)的部分， k為0或1, n為0-3的整數(shù)，n'為0-2的整數(shù)，其中，選擇n'是為了滿足Y的化合價的需要，以及 m為1-3的整數(shù)。
54、根據(jù)權(quán)利要求53所述的納米晶，其中，所述封閉劑為選自由以下 化合物組成的組中的化合物<formula>see original document page 15</formula>
55、根據(jù)權(quán)利要求48-54中任意一項所述的方法，其中，該方法還包括 在將所述涂布劑偶合到所述封閉劑前，將所述封閉劑的偶合基團(tuán)活化的步
56、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述活化步驟包括將包括封 閉劑第一層的所述納米晶與偶合劑反應(yīng)。
57、 根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述偶合劑選自山1-乙基-3-[3-二甲基氨丙基]碳二亞胺、磺基-N-羥基琥珀酰亞胺、N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺、 N，N'-二環(huán)己基碳二亞胺、N-(3-二甲基氨丙基)-N'-乙基碳二亞胺和N-羥基琥 珀酰亞胺組成的組中。
58、 根據(jù)權(quán)利要求48-57中任意一項所述的方法，其中，將所述封閉劑 與涂布劑偶合包括將所述涂布劑和偶合劑一起添加到含有具有所述第一層 的納米晶的溶液中。
59、 根據(jù)權(quán)利要求48-58中任意一項所述的方法，其中，所述偶合是在 水性緩沖溶液中進(jìn)行的。
60、 根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述水性緩沖溶液包括磷酸 鹽或銨緩沖溶液。
61、 根據(jù)權(quán)利要求48-60中任意一項所述的方法，其中，所述偶合是在 極性有機(jī)溶劑中進(jìn)行的。
62、 根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中，所述有機(jī)溶劑選臺由吡啶、 DMF和氯仿組成的組中。
63、 根據(jù)權(quán)利要求48-62中任意--項所述的方法，其中，所述第二層中 所含的所述涂布劑含有具有式(II)的水溶性分子<formula>see original document page 17</formula>其中，T為親水性部分，Rc為含有至少2個主鏈碳原子的部分，G選自N、 P或C，或Si，Z'為偶合部分，m'為2或3，n為1或2，且n'為0或l，其中選擇n'是為了滿足G的化合價的需要。
64、 根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中，所述涂布劑選自由以下化合 物組成的組中<formula>see original document page 17</formula> <formula>see original document page 18</formula>其中，CD為環(huán)糊精，以及<formula>see original document page 18</formula>
65、根據(jù)權(quán)利要求48-64中任意一項所述的方法，其中，該方法還包括 將第二層中所含的所述聚合物與適合于使存在于所述第二層屮的水溶性基 團(tuán)暴露的試劑反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水溶性納米晶，該水溶性納米晶具有納米晶核，該納米晶核含有選自元素周期系(PSE)的第II主族、VIIA主族、VIIA副族、IB副族、IIB副族、III主族或IV主族元素中的至少一種金屬M1，選自PSE的第V主族或VI主族中的至少一種元素A；附著到納米晶核表面的封閉劑，所述封閉劑具有至少兩個偶合基團(tuán)；以及含有具有至少兩個與涂布劑共價偶合的偶合部分和至少一個使所述第二層具有水溶性的水溶性基團(tuán)的低分子量涂布劑的第二層。
文檔編號G01N33/58GK101208605SQ200580050209
公開日2008年6月25日 申請日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月4日
發(fā)明者王夫軻, 韓明勇 申請人:新加坡科技研究局