低密度、高度多孔性纳米结构制造技术

本发明专利技术涉及具有低密度和多孔性涂层的纳米结构，所述涂层包裹着或者结合于至少一个核纳米粒子。该结构能够携带或结合纳米结构内部或表面的至少一个有效载荷以使得所述结构能够应用于如医学诊断或治疗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低密度、高度多孔性纳米结构相关申请的交叉引用本申请要求2012年1月23日申请的申请号为61/589,777的美国临时专利的优先权，其通过引用整体并入本申请。背景纳米粒子在分子成像、早期诊断和靶向疗法等领域被广泛的应用。设计和制备能够包含或携带大量有效载荷并且在同一纳米粒子中实施多种功能的纳米粒子是具有挑战但是需要的。因此，需要不断地开发这种纳米粒子。专利技术概述本申请的一个方面涉及一种纳米结构，所述纳米结构包括嵌入于或者包被于低密度多孔性3-D结构的至少一个核纳米粒子，其能够携带或者结合在纳米结构中或表面的至少一个有效载荷。在某些实施方式中，所述核纳米粒子包括纳米粒子或纳米粒子簇。单一的核纳米粒子可以包括多个微型纳米粒子或微型纳米粒子簇。在簇中的纳米粒子可以由相同组分或不同组分制备。在某些实施方式中，所述核纳米粒子包括例如超顺磁性氧化铁(SPIO)纳米粒子或非-SPIO纳米粒子。所述非-SPIO纳米粒子包括例如金属纳米粒子(例如金或银纳米粒子)、金属氧化物纳米粒子、半导体纳米粒子(例如具有单个或多个组分如CdSe/ZnS的量子点、掺杂的无重金属的量子点或其他半导体量子点)；聚合物纳米粒子(例如由PLGA(聚(乳酸共乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PEG(聚乙二醇)或其他聚合物中的一种或组合制备的粒子)；硅纳米粒子；和非-SPIO磁性纳米粒子(例如MnFe2O4、SAF和其他类型的磁性纳米粒子)。所述核纳米粒子的直径范围为约1nm至约900nm(优选尺寸为1-50nm、2-40nm、5-20nm、1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm)。在某些实施方式中，所述核纳米粒子具有球形、棒状、四脚锥体、角锥体、多臂的、纳米管、纳米线、纳米纤维或纳米板的形状。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构指密度至少比现有介孔材料(例如孔径范围为2nm至50nm的介孔材料)低10倍(例如10倍、20倍、30倍、50倍、70倍、100倍、1000倍、10,000倍)的结构。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构具有<1.0g/cc(例如由0.01mg/cc至1000mg/cc)的密度。在某些实施方式中，所述密度由所述3-D结构的干重除以这种3-D结构在水溶液中的总体积确定。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构域具有较高的多孔性。这种低密度结构进一步指在结构上具有至少40％至至少99.9％(优选50％至99.9％)的空白空间或空隙率的结构。在某些实施方式中，至少80％的孔在孔隙半径上具有的尺寸为1nm至500nm。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构是在透射电子显微镜下不能明显地观察到或基本上不可见的结构，例如即使当所述低密度结构的特征性尺寸在10多或100多纳米范围内时。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构由含有硅的分子制备(例如硅烷、有机硅烷、烷氧基硅烷、硅酸盐及其衍生物)。例如，所述含有硅的分子可以是氨基-丙基三甲氧基硅烷、巯基-丙基-三甲氧基硅烷、羧基-丙基-三甲氧基硅烷、氨基-丙基-三乙氧基硅烷、巯基-丙基-三乙氧基硅烷、羧基-丙基-三乙氧基硅烷、双-[3-(三乙氧基硅基)丙基]-四硫化物、双-[3-(三乙氧基硅基)丙基]-二硫化物、氨基丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)-乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙基-丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、3-氰酸基丙基三乙氧基硅烷和硅酸钠。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构与所述核纳米粒子通过分子内相互作用(例如共价键、金属键和/或离子键)或分子间相互作用(例如氢键和/或非共价键)结合。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构是稳定的交联涂层，其厚度范围为1nm至1000nm(例如1nm至500nm)。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构的厚度是可控的，其能够携带的有效载荷的数量也是可控的。其结果是，所述纳米结构当作为注射剂系统给药进入活体对象的血液时其能够累积在疾病部位如肿瘤或炎症病灶。在某些实施方式中，所述纳米结构能够携带或结合一个或多个有效载荷。在某些实施方式中，所述纳米结构携带或结合的有效载荷包括但不限于可检测剂(例如荧光分子、化学发光分子、生物发光分子、放射性同位素、MRI造影剂、CT造影剂、酶底物标记和/或染色剂)、靶向部分(例如抗体、抗原、配体、适体、肽、核酸、多核苷酸、多糖、糖、脂肪酸、类固醇、嘧啶和/或半抗原)、结合伴侣(例如抗原、抗体、受体、配体、DNA、RNA、肽、适体、生物素、亲和素、链霉亲和素、凝集素、碳水化合物、蛋白A、抗体Fc、脱硫生物素和/或亚氨基生物素)、生物活性剂(例如治疗剂、蛋白、抗体、肽、核酸、酶、热响应分子、光响应分子、电子响应分子、磁响应分子、pH响应分子、酶响应分子和/或化合物)、药物、治疗剂、放射剂、化疗剂、小分子药物、生物药物(例如肽、蛋白、抗体、抗原、核酸、适体等)及其组合，其能够用于成像、检测、研究、监测、评估、筛选疾病、病情和/或相关的生物事件。在某些实施方式中，所述纳米结构包括第一有效载荷和第二有效载荷。本申请的另一个方面涉及一种制备核纳米粒子的方法。本申请的另一个方面涉及一种制备本申请所述的纳米结构的方法。例如，通过使用低密度、多孔性3-D结构包覆或环绕一个或多个核纳米粒子形成所述纳米结构以使得所述粒子包埋于所述3-D结构中。又例如，所述方法包括：在降低交联产物密度的条件下并在存在核粒子的情况下交联一种或多种含有硅的化合物。上述条件可以包括：吹入气泡、增加反应温度、微波、超声、涡旋、摇动/旋转或调节溶液中化学物质的组分。在某些实施方式中，所述条件包括存在至少一种具有不少于3或4或5个碳原子的醇。在某些实施方式中，所述醇是CnH(2n+2)O，其中n不超过3、不超过4或者不超过5。在某些实施方式中，所述醇存在的体积分数为约30％-70％。在某些实施方式中，所述条件包括存在空气气泡。在某些实施方式中，所述方法可以进一步包括向交联产物的表面引入一个或多个官能团。在某些实施方式中，所述方法可以进一步包括纯化交联产物。本申请的另一个方面涉及由本申请所提供的任意方法制备的纳米结构。本申请的另一个方面涉及将一个或多个有效载荷与多孔性3-D结构结合的方法。本申请的另一个方面涉及本申请所公开的纳米结构的应用和利用，例如所述纳米结构在制备治疗或诊断组合物、在制备用于定性或定量检测的试剂、在制备用于分子成像的试剂、在制备用于分离、纯化或富集的试剂和/或在制备半导体中的用途。附图说明图1对包含多个有效载荷(点)的低密度纳米结构(LDNS)与致密纳米结构(黑色网状物，右图)的示意性比较。图2金核尺寸为约20nm和流体力学尺寸为约60nm的硅烷化的金纳米粒子的示例性透射电子显微镜(TEM)图像。从TEM图中未见含硅的涂层。图3纳米粒子核尺寸为约6nm和流体力学尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米结构，包括：至少一个核纳米粒子，和低密度、多孔性3‑D结构，其中所述至少一个核纳米粒子被嵌入在所述3‑D结构中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.23 US 61/589,7771.一种纳米结构，包括：至少一个核纳米粒子，和多孔性3-D结构，其中所述多孔性3-D结构通过有机硅烷的组装或交联使其沉积或覆盖所述核纳米粒子表面形成，所述多孔性3-D结构的密度<1.0g/cc，所述密度由所述多孔性3-D结构的干重除以这种多孔性3-D结构在水溶液中的总体积确定，其中所述至少一个核纳米粒子被嵌入在所述多孔性3-D结构中。2.根据权利要求1所述的纳米结构，其中所述核纳米粒子包括纳米粒子或纳米粒子簇。3.根据权利要求1所述的纳米结构，其中所述核纳米粒子包括超顺磁性氧化铁(SPIO)纳米粒子，或非-SPIO纳米粒子。4.根据权利要求1所述的纳米结构，其中所述核纳米粒子的直径范围为1nm至900nm。5.根据权利要求1所述的纳米结构，其中所述多孔性3-D结构具有40％至99.9％的孔隙率。6.根据权利要求1所述的纳米结构，其中所述多孔性3-D结构与所述核纳米粒子通过分子内相互作用或分子间相互作用结合。7.根据权利要求1所述的纳米结构，其中所述多孔性3-D结构的厚度范围为1nm至500nm。8.根据权利要求1所述的纳米结构，其中所述纳米结构能够携带或与一个或多个有效载荷结合。9.根据权利要求8所述的纳米结构，其中所述有效载荷被纳米结构携带或与之结合，所述有效载荷包括可检测剂、靶向部分、结合伴侣、生物活性剂、药物及其任意组合。10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：付爱华，
申请(专利权)人：纳维基因股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US