纳米粒子聚集体制造技术

本公开涉及一种诱导包含两亲性涂层的纳米粒子的受控聚集的方法，所述方法包括使多个所述纳米粒子与包含有机溶剂的离子溶液接触。以下实验条件中的一者或多者的改变可提供对所述聚集过程的进一步控制：所述离子溶液的摩尔浓度、有机溶剂的量、反应温度和所述纳米粒子的表面电荷。所述纳米粒子聚集体可用于包括检测和定量测定在内的多种应用中。在一个例示性示例中，所述纳米粒子聚集体在医学诊断应用中特别有用。

Nanoparticle aggregation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米粒子聚集体
本公开整体涉及纳米粒子聚集体以及以受控方式制备纳米粒子聚集体的方法。所述纳米粒子聚集体可用于包括检测和定量测定在内的多种应用中。在一个示例中，纳米粒子聚集体在医学诊断应用中特别有用。
技术介绍
纳米粒子已变得越来越普遍地用于诊断、预后和治疗应用范围中。在此类应用中使用纳米粒子的许多优点来自于粒子的小尺寸(这有助于纳米粒子在流体环境中快速且一致的扩散)、来自于可制成纳米粒子的材料的多样性(这产生特定的电化学特性，诸如荧光、磁性、胶体形成等)以及来自于可与纳米粒子表面稳定缀合的试剂的广泛多样性(从而实现使用与纳米粒子缀合的标记部分、靶向部分、治疗部分等进行广泛应用的可能性)。量子点被认为是一类具有荧光特性的纳米粒子，它们因易于被视觉检测而在标记应用中特别有用。一般而言，量子点是显示出高量子产额、宽吸收光谱、依赖于尺寸的窄光致发光发射光谱以及对光致漂白和化学降解具有高抗性的纳米级半导体材料(参见，例如，Koole等人，(2009)NanomedicineandNanotechnologySep-Oct；1(5)：475-91)。通过将多个量子点嵌入到支架材料(例如，二氧化硅、聚苯乙烯等)中以保持多个量子点在物理上紧邻，已经产生了相比于单独的单个量子点具有更大信号强度的量子点聚集体。例如，已将多色量子点掺入到聚苯乙烯微珠中，用于高通量遗传筛查应用(Han等人，(2001)Nat.Biotechnol.19：631-635)。在另一个示例中，已将诸如Fe3O4的磁性纳米粒子掺入到还包括量子点的纳米粒子构建体中，以允许使用外部磁场将纳米粒子构建体特异性靶向到精确位置(Hong等人，(2004)Chem.Mater.16：4022-4027)。由例如磁性纳米粒子或纳米粒子与特异性结合剂(诸如抗体)的缀合物提供的附加功能已表明，此类纳米粒子在靶向药物递送或靶向医学成像中可能是特别有用的。许多纳米粒子有意地以稳定胶体的形式提供，所述稳定胶体保持单个纳米粒子在整个胶体悬浮液中的大致均匀的分散。纳米粒子在此类悬浮液中的聚集通常是胶体悬浮液受到特定环境影响的不利结果。因此，已经进行了许多工作来产生稳定的纳米粒子胶体悬浮液，所述胶体悬浮液保持单个纳米粒子在整个胶体悬浮液中的大致均匀的分散，即使在环境变化的情况下也是如此。
技术实现思路
专利技术人现在已设计出可控制地产生具有特别有利的物理化学特性的纳米粒子聚集体的方法。这些有利的特性使得纳米粒子聚集体可用于多种应用中，包括(例如)分析方法，诸如诊断方法。本文公开的方法基于在纳米粒子胶体悬浮液中吸引力与排斥力之间存在的微妙平衡的受控失稳，从而导致单个纳米粒子受控聚集成更大的纳米粒子聚集体。通常，由于单个纳米粒子之间的净排斥力，纳米粒子的胶体悬浮液保持在稳定分散状态，所述净排斥力通常是由于溶液中的游离离子在通常涂覆有两亲性材料的单个纳米粒子表面周围局部积累所导致的。本文公开的方法可用于微调支撑胶体悬浮液的条件，以产生用于各种应用的稳定纳米粒子聚集体。本文公开的方法的一个特别的优点是它们可以可靠地产生具有窄尺寸分布的纳米粒子聚集体群，这进一步增加了纳米粒子聚集体在分析或诊断应用中的适用性。本文公开的方法基于DLVO(Derjaguin、Landau、Verwey和Overbeek)理论(Derjaguin，B.等人，(1941)ActaPhysicoChemicaURSS，14：633)，该理论描述了溶液中带电粒子间的吸引力与排斥力之间的关系。虽然静电力通常使此类粒子在中到短距离的距离上彼此排斥，但其他非共价力(例如范德瓦尔斯力)使此类粒子在非常短距离商彼此吸引。为了使单个粒子在溶液中变得彼此稳定地缔合，需要克服由排斥力产生的能量势垒，以使粒子彼此紧密缔合，使得吸引力将粒子拉在一起并保持它们处于稳定缔合状态(图1示出了所涉及的力的示意图)。简而言之，粒子之间的距离决定了相互作用是吸引还是排斥。当两个粒子分开大的距离时，它们不能彼此感知，并且净相互作用能量接近零。当粒子处于中到短距离时(例如，在稳定胶体的情况下)，静电排斥成为主导。在非常短的距离处，一系列非共价吸引相互作用(例如范德瓦尔斯力)成为主导。因此，如果接近的粒子要聚集，则它们需要具有足够的能量(例如热能)来越过所产生的能量势垒。静电排斥越强，粒于发生碰撞和聚集的可能性就越小。在稳定胶体中，热能不足以使粒子越过能量势垒，因此，单个粒子继续相互排斥。本文公开的方法包括可控地降低溶液中粒子之间的能量势垒，以使粒子足够靠近在一起，使得粒子之间的吸引性静电力将这些粒子保持在一起，从而形成聚集体。因此，在一个方面，本公开提供了用于诱导包含两亲性涂层的纳米粒子的受控聚集的方法，所述方法包括使多个所述纳米粒子与包含有机溶剂的离子溶液接触。本文公开的方法可包括可控地降低溶液中具有相同表面电荷的粒子之间的能量势垒，使得粒子之间的静电排斥力可被克服。因此，所述方法可包括增加当溶液中的两个粒子彼此接近时产生净静电吸引力的可能性。因此，所述方法可包括以受控方式主动改变使溶液中的粒子分开的排斥力。对调控粒子在溶液中的分散的静电力的这种改变和/或控制(例如，如DLVO理论中所述)可通过例如至少部分地移除溶液中的单个纳米粒子上的两亲性涂层(例如，通过使用有机溶剂)来实现。这可减少单个纳米粒子上的表面电荷，并因此可减小单个纳米粒子之间的排斥力。部分移除两亲性涂层还可使单个纳米粒子的下面的疏水性表面暴露。暴露的疏水表面在水性环境中通常是不稳定的，并且与范德瓦尔斯吸引力一起有助于粒子在碰撞后以聚集体的形式保持在一起。类似地，在本文公开的方法中使用离子溶液也可减少单个纳米粒子上的表面电荷，因此可减小单个纳米粒子之间的排斥力。在这两种情况下，粒子之间的能量势垒均可被降低，使得碰撞后单个纳米粒子之间存在净吸引力，从而导致形成纳米粒子聚集体。在本文公开的方法中可使任何可以影响DLVO理论的一个或多个参数(包括范德瓦尔斯力、平均场近似、表面电势、热能、粒子的表面半径、流体介电常数、离子浓度、Bjerrum长度和Debye-Hückel长度)的实验变量以任何组合变化，以控制纳米粒子的聚集速率。因此，本文公开的方法可包括改变影响DLVO理论的一个或多个参数的任何一个或多个实验条件以控制纳米粒子的聚集，所述一个或多个参数选自由范德瓦尔斯力、平均场近似、纳米粒子表面电势、热能、纳米粒子表面半径、流体介电常数、离子浓度、Bjerrum长度和Debye-Hückel长度组成的组。本文描述了变量的示例，所述变量可被改变以便通过改变溶液中粒子之间的吸引力和/或排斥力和/或能量势垒控制纳米粒子聚集体的形成。聚集速率和通过所述方法产生的纳米粒子聚集体的尺寸可根据需要通过改变多个实验条件中的任一者或多者来控制。例如，可改变离子溶液的摩尔浓度以控制纳米粒子的聚集速率。例如，可增加离子溶液的摩尔浓度以增加纳米粒子的聚集速率。替代地或另外地，可改变有机溶剂的量以控制纳米粒子的聚集速率。例如，可增加有机溶剂的量以增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于诱导包含两亲性涂层的纳米粒子的受控聚集的方法，所述方法包括使多个所述纳米粒子与包含有机溶剂的离子溶液接触。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170530 AU 20179020431.一种用于诱导包含两亲性涂层的纳米粒子的受控聚集的方法，所述方法包括使多个所述纳米粒子与包含有机溶剂的离子溶液接触。


2.如权利要求1所述的方法，所述方法包括改变影响DLVO理论的一个或多个参数的一个或多个实验条件以控制所述纳米粒子的聚集，所述一个或多个参数选自由范德瓦尔斯力、平均场近似、纳米粒子表面电势、热能、纳米粒子表面半径、流体介电常数、离子浓度、Bjerrum长度和Debye-Hückel长度组成的组。


3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，所述方法包括改变所述离子溶液的摩尔浓度以控制所述纳米粒子的聚集速率。


4.如权利要求3所述的方法，所述方法包括增加所述离子溶液的摩尔浓度以增加所述纳米粒子的聚集速率。


5.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括改变所述有机溶剂的量以控制所述纳米粒子的聚集速率。


6.如权利要求5所述的方法，所述方法包括增加所述有机溶剂的所述量以增加所述纳米粒子的聚集速率。


7.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括改变温度以控制所述纳米粒子的聚集速率。


8.如权利要求7所述的方法，所述方法包括增加所述温度以增加所述纳米粒子的聚集速率。


9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述包含两亲性涂层的纳米粒子的初始表面电荷在约-60mV至约+40mV的范围内。


10.如权利要求9所述的方法，其中所述包含两亲性涂层的纳米粒子的初始表面电荷在约-30mV至约0mV的范围内。


11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子包含一个或多个量子点。


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【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚·兰佐尼，肖恩·帕森斯，斯科特·弗瑞，克里斯托弗·米勒，
申请(专利权)人：埃吕梅有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU