氚代平面碳形态制造技术

本发明专利技术提供了一种氚代平面碳形态及其生产。提供了一种化学计量控制的平面碳形态标记方法，所述方法利用这些平面碳形态的商业制备中普遍存在的羧酸的正常缺陷。替代方法包括金属化中间体的产生，其中金属取代平面碳形态的碳骨架上的氢。然后所述金属化中间体与氚给体反应以致共价标记所述平面碳形态。所制备的氚代平面碳形态是可用于，例如，测定平面碳形态的生物性能或环境归趋。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术公开了一种氚代平面碳形态如碳纳米管和石墨烯，及其生产方法和用途。本专利技术提供了一种具有特定的化学计量控制的氚标记的平面碳形态。
技术介绍
人们对平面碳形态的兴趣越来越浓厚，特别是单壁和多壁碳纳米管。碳纳米管是由Ijima在1991年使用电弧放电反应首次合成的。目前研究的大部分重点在于制造称为石墨烯的薄单分子碳片。这些和其他平面碳形态是人们极大兴趣的主体，尤其是由于其机械强度、导体性能或半导体性能，以及热性能。这些物质未来的商业应用在电子行业至健康科学和医学范围可能是广泛多样的。然而，平面碳形态的制造和使用目前产生几个未知的问题，包括环境的影响、生产设施中螯合产品的能力，以及这些材料在体内的药代动力学、药效动力学、生物分布、和毒理学。特别令人感兴趣的是在偶然给药或治疗给药、或接触平面碳形态后，有机体中平面碳形态的生物分布。一些体外研究表明，吸入碳纳米管可以呈现对肺部更大的风险。同样，在体内的研究表明，碳纳米管可能导致广泛的肺部炎症，从而可能导致纤维化。此外，平面碳形态的功能化和修饰以提高这些材料的生物相容性，这实际上可能增加了与这些材料相关的毒性。遗憾的是，对生物分布、药效动力学等的研究是难于进行的，且通常依靠平面碳形态基的大量修饰如通过广泛的标记，这可能导致与平面碳形态相关的碳形态在其未修饰的状态中的实际性能的改变。因此，需要一种简单且直接标记的平面碳形态及其生产方法。
技术实现思路
本专利技术下述提供的说明是为了便于理解本专利技术的一些创新的独特技术特征，而不旨在是完整的描述。可以通过将全部说明书、权利要求、附图、和摘要作为一个整体来获得对本专利技术各方面的充分了解。氚代平面碳形态是提供了一种与一个或多个氚原子共价连接的平面碳形态。氚是可以选择为侧链成员(如c3h2oh、O3H)、其他共价连接侧链或配体，或直接连接所述平面碳形态的碳骨架。氚代平面碳形态选择性地具有在或 超过0.5Ci/matom的特定活性。氚代平面碳形态选择性地采取现有技术中已知的任何平面碳形态的形态。示例为碳纳米管(单壁或多壁)或石墨烯。本专利技术还提供了一种用于生产氚代平面碳形态的方法。一些具体实施方式包括使用还原剂将一个或多个表面羰基基团还原为表面氚代醇，所述还原剂包括3h。还原剂可以选择为氚代乙硼烷或氚代氢化铝锂，用于还原平面碳形态上的羧酸。可以选择使用合适的有机溶剂，可选为无水的。在其他的具体实施方式中，用于生产氚代平面碳形态的方法包括使用氚给体如氚代水处理金属化的平面碳形态。可选地，该方法包括在适于平面碳形态表面上的氢的取代反应的条件下，通过平面碳形态与金属给体反应将平面碳形态金属化。可以选择使用芳基或烷基金属强碱。示例的金属包括L1、Be、Mg、Al、T1、和Tl。本专利技术还提供了一种在测量平面碳形态的生物或环境归趋中采用氚代平面碳形态的方法，该方法采用从主体或从环境得到的样品。样品可以为，例如，环境样品、制作样品、生物样品、医学样品以及其他疑似含有平面碳形态的样品，如碳纳米管和/或石墨烯。具体示范性的环境样品包括空气样品、土壤样品、水样、植物样品、动物样品及组织样品。在一些具体实施方式中，提供了一种在测量或检测平面碳形态的生物归趋中采用氚代平面碳形态的方法，如主体与平面碳形态接触后，检测平面碳形态的一种或多种药理特性如吸收、分布、代谢、排泄或生物分布。附图说明图1是根据一个具体实施方式的酰基功能化平面碳形态的部分标记反应的示意图。具体实施例方式以下描述的特定的具体实施方式仅仅是示范性质的，绝不是旨在限制本专利技术的范围、其应用、或用途，当然，这是可以变化的。本专利技术描述了相关的非限制性的定义以及文中包括的术语。设计这些定义和术语的目的不是作为对本专利技术的范围或实践的限制，而是仅仅用于说明和描述的目的。本文所述的标记过的平面碳形态在例如诊断性研究、环境研究、和生物分布的研究中是有用的。几种制造平面碳形态如碳纳米管的方法在现有技术中是已知的，作为例证地，Ebbesen 等人(Ebbesen et al.，Nature，1992，358，220-222)描述了一种用于制备克数量级的多壁碳纳米管的方法。目前可用的碳纳米管的几种形式根据碳原子的直径、长度、和连接而变化。作为例证地,可用的碳纳米管为小直径(0.8-1.2nm)的单-壁碳纳米管如那些由Nanolntegris (Skokie, IL)出售的商品名HiPco 、多壁结构(多壁碳纳米管:MWCNTs)、或平面石墨板如石墨烯。一般来说，碳纳米管的直径在0.5-30nm之间，其长度达到几个微米或更多。对于碳14标记的多壁碳纳米管的通用制备方法已经有了描述(D.Georginet al.，J.Am.Chem.Soc.，2009 ;131，14658-14659 ；W0/2009/092913 ;美国申请公布号2011/0038794)。然而，氚标记的碳纳米管和石墨烯展现了对碳14先前未期望的替换，尤其是关于较高的特定活性。尽管已经描述了碳纳米管的约束的特定氚配体(Z.Liu et al.，Cancer.Res.，2008 ；68:6652_6660)，这些材料可能受到不同的生物或环境归趋的影响或与未修饰的平面碳形态相关的特征的影响。一直以来没有描述将平面碳形态本身的表面氚代的方法。平面碳形态的直接标记，可以选择通过具有可选分子量小于500Da、400Da、300Da、200Da、或IOODa的小侧链，或与羧基不同的分子量小于IODa的小侧链，在有机体中不会受到变异的或不具代表性的代谢的影响，这可能是存在先前与这些平面材料有关的其他标记的结果。在制造平面碳形态，如碳纳米管与石墨烯的过程中，其产品包括某种程度的碳或金属基杂质。平面碳形态粗品的分离使材料具有含有随机分布的羰基基团(C02H)的表面，接受结构缺陷。这些位置的“缺陷”和术语“Stone-Wales缺陷”被认为对于平面碳形态的有利的可塑性是重要的。据报道，甚至在广泛的基础上，这些羰基基团保持相当的数量(K.A.Worsley et al., J.Am.Chem.Soc., 2009,131,18153-18158)。专利技术人已认识到这些缺陷的位置可用于标记平面碳形态，而不需要在标记过程之前对典型代表的平面碳形态的结构进行过多的修饰。此外，标记的平面碳形态如果需要可以通过商用材料产生。这种标记的平面碳形态可以使用，例如，作为示踪剂直接、或补给给平面碳形态的商业制备，用于研究这些碳形态在制造中或之后、或与环境或有机体接触中或之后的归趋。本文所使用的术语“平面碳形态”是指单壁的，通常为一个碳原子厚的聚合物碳材料。平面碳形态的示例包括现有技术中已知的多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、和石墨烯。在最终产生的平面碳形态是缺乏有缺陷的位置，或增加了平面碳形态上的羧酸缺陷的数量，可以选择地通过如美国专利号6203814中所述的方法将基本材料功能化以包括额外的羧酸。 在一些具体实施方式中，平面碳形态中存在的羰基基团与氚的还原反应得到了取代一些羰基基团的高特定活性的氚代醇，从而提供通常的平面碳形态的氚化标准规范。瞄准羰基基团的方法包括平面碳形态与能还原羧酸的还原剂反应以产生氚代的平面碳形态，所述平面碳形态的表面包括一个或多个羧酸基团，所述氚代平面碳形态具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.15 US 61/354,7811.一种平面碳形态，包含一个或多个与所述平面碳形态共价连接的氚原子。2.如权利要求1所述的平面碳形态，其中所述氚以-CH2OH基团的组分存在，所述-CH2OH基团中至少一个所述氢原子被氚替换。3.如权利要求1所述的平面碳形态，其中所述氚以如下形式存在:4.如权利要求1所述的平面碳形态，其中所述氚直接连接所述平面碳形态的碳骨架。5.如权利要求1所述的平面碳形态，其中所述氚代平面碳形态的氚的特定活性超过0.5居里/晕克原子。6.如权利要求1所述的平面碳形态，其中所述平面碳形态选自碳纳米管与石墨烯。7.如权利要求1所述的平面碳形态，其中所述平面碳形态为纳米管。8.如权利要求7所述的平面碳形态，其中所述纳米管是单壁的。9.如权利要求7所述的平面碳形态，其中所述纳米管是多壁的。10.一种生产氚代平面碳形态的方法，包含: 平面碳形态与能还原羧酸的还原剂反应以生产氚代平面碳形态，所述平面碳形态包含一个或多个羧酸基团在其表面，所述氚代平面碳形态具有至少一个氚原子与其表面相连接。11.如权利要求10所述的方法，其中所述还原剂包括至少一个3h。12.如权利要求10所述的方法，其中所述还原剂选自B23H6和LiAl3H4。13.如权利要求10所述的方法，其中所述平面碳形态是包含碳纳米管与石墨烯。14.如权利要求10所述的方法，其中所述还原剂为B23H6，其中所述B23H6是原位形成的。15.如权利要求10所述的方法，其中所述反应在有机溶剂中进行。16.如权利要求15所述的方法，其中所述有机溶剂为四氢呋喃。17.—种生产氚代平面碳形态的方法，包含: 在适于平面碳形态表面的氢原子的取代反应的条件下，通过所述平面碳形态与金属给体的反应形成金属化的平面碳形态；以及 金属化的平面碳形态与氚代水...

【专利技术属性】
技术研发人员：克莱斯特·N·费勒，
申请(专利权)人：珀金埃尔默健康科学公司，
类型：
国别省市：