專(zhuān)利名稱(chēng)：制備具有受控的納米級(jí)粒子覆蓋率的表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及表面化學(xué)領(lǐng)域。更具體的，本發(fā)明涉及具有納米尺寸性能的表面。
背景技術(shù)：
固體表面與活的生物組織的相互作用問(wèn)題是在醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，例如生物材料、生物傳感器、和受控的給藥中重復(fù)的主題。其他應(yīng)用領(lǐng)域是食品加工技術(shù)和生物技術(shù)加工化學(xué)、其中存在著與生物產(chǎn)生的物質(zhì)期望的或者不期望的相互作用的領(lǐng)域。因此，一直需要具有改進(jìn)的功能和特性的新材料，日益需要適于特定應(yīng)用領(lǐng)域的試驗(yàn)表面改性。納米技術(shù)領(lǐng)域在過(guò)去幾十年內(nèi)已經(jīng)取得了重大的進(jìn)步，這主要?dú)w因于這樣的事實(shí)，即，結(jié)構(gòu)尺寸為1 -1OOOnm的納米結(jié)構(gòu)化材料在優(yōu)化與生物流體和活體組織的相互作用方面具有非常令人感興趣的性能。本專(zhuān)利申請(qǐng)的核心是最近出版的論文，其描述了一種制造具有大約IOnm的納米結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)化固體表面的方法[I]。該方法包括使得平坦的金表面與硫醇端接的、直鏈烷烴(二硫醇)反應(yīng)，來(lái)將一個(gè)硫醇基團(tuán)結(jié)合到金表面，而另一硫醇端將形成原質(zhì)硫醇基團(tuán)的覆蓋毯層。將尺寸8_12nm的帶負(fù)電金粒子的穩(wěn)定膠體溶液與所述表面接觸，并且將該金粒子吸附到前述的原質(zhì)硫醇基團(tuán)上。已經(jīng)觀(guān)察到吸附粒子之間的距離可以通過(guò)改變吸附過(guò)程中所用的檸檬酸鹽緩沖液的離子強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)緩沖液的摩爾濃度(濃度)在IO-OnM變化時(shí),距離(中心到中心)會(huì)在IO-1OOnm變化，這是通過(guò)用掃描電鏡(SEM)的目測(cè)試驗(yàn)來(lái)判斷的。類(lèi)似的結(jié)果已經(jīng)更早的在表面帶電的聚合物粒子的靜電穩(wěn)定的溶液到礦物表面例如玻璃、二氧化硅或者云母上的粒子吸附試驗(yàn)中得以證明[2-5]。另外，類(lèi)似的結(jié)果還已經(jīng)在帶負(fù)電的金表面納米粒子從靜電穩(wěn)定的溶液到玻璃表面或者二氧化硅表面(其由于化學(xué)改性而帶正電)上的吸附中已經(jīng)提出[6]。靜電控制的粒子吸附的原理表示在圖2中。將含有表面帶電的納米粒子200的靜電穩(wěn)定的溶液202施涂到燒杯201中(圖2A)。將制備表面203引入到該容器中(圖2B)，并且使粒子200依靠靜電、半共價(jià)、共價(jià)或者其他類(lèi)型的鍵合來(lái)結(jié)合到表面203上，這導(dǎo)致在一段時(shí)間后獲得了穩(wěn)定的吸附(圖2C)。這些粒子彼此間具有某些距離r。這種條件代表了用于吸附的終端條件，并且延長(zhǎng)的培養(yǎng)時(shí)間不會(huì)對(duì)粒子的表面覆蓋率產(chǎn)生任何進(jìn)一步的影響。當(dāng)將該表面從粒子溶液中除去時(shí)，兩個(gè)相鄰粒子之間的距離可以通過(guò)根據(jù)DLVO理論的相互作用的成對(duì)電勢(shì)來(lái)評(píng)估[1，7]，圖3。簡(jiǎn)言之，成對(duì)電勢(shì)U(r)(這里r是兩個(gè)粒子間的距離)可以作為來(lái)源于粒子間分散力的吸引電勢(shì)(r)以及來(lái)源于粒子間的靜電排斥的排斥電勢(shì)Ufiw (r)之和來(lái)計(jì)算。排斥電勢(shì)的形狀可以以不同的形式來(lái)計(jì)算，但是總是隨著所謂的德拜距離而變化，其是粒子表面外的電勢(shì)下降的近似度量。短的德拜距離表示排斥電勢(shì)在粒子表面外快速下降。德拜距離依次取決于粒子溶液202的離子強(qiáng)度，并且可以表達(dá)為:
權(quán)利要求
1.一種用于制備沿著固體表面(203)的連續(xù)梯度的沉積的和帶電荷的納米粒子(200)的方法，其中每單位面積的表面(203)上沉積的和帶電荷的納米粒子(200)的數(shù)目在該表面的一端上是相對(duì)高的，并且在該表面的相對(duì)端上是相對(duì)低的，和其中在沉積時(shí)，沉積粒子之間的距離是通過(guò)溶液(402)中的納米粒子之間的靜電排斥來(lái)調(diào)節(jié)的，特征在于溶液(402)中的粒子的靜電排斥度是通過(guò)將鹽溶液(403)擴(kuò)散到包含納米粒子的溶液(402)中來(lái)獲得的。
2.權(quán)利要求1的方法，其中鹽溶液(403)的擴(kuò)散通過(guò)在一層包含納米粒子的基本上無(wú)鹽的溶液(402)下以相對(duì)高的密度和濃度來(lái)形成一層鹽溶液來(lái)獲得的，和連續(xù)梯度是通過(guò)鹽溶液(403)中的鹽的擴(kuò)散時(shí)間和濃度來(lái)調(diào)節(jié)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的方法，其中鹽溶液(403)的擴(kuò)散是如下來(lái)獲得的:將鹽溶液(403)保持在存儲(chǔ)器￠03)中，與納米粒子懸浮液(602)接觸，所述的懸浮液進(jìn)一步包含基質(zhì)，其允許納米粒子擴(kuò)散，但是阻止對(duì)流，和將納米粒子懸浮液(602)與固體表面(203)接觸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中該納米粒子(200)是由金屬、陶瓷例如玻璃、或者聚合物材料組成的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中該固體表面(203)是由金屬、陶瓷例如玻璃、或者聚合物材料組成的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中納米粒子(200)和表面(203)之間的鍵合力包含共價(jià)鍵、庫(kù)侖相互作用、金屬鍵、范德華鍵、氫鍵、偶極-偶極鍵或者離子-偶極鍵。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中該表面(203)是具有鍵合的二硫醇試劑的金，和該納米粒子(200)共價(jià)鍵合到該金表面上所鍵合的二硫醇分子的硫醇基團(tuán)上。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中將帶負(fù)電荷、但是非表面結(jié)合性粒子(604)與表面結(jié)合性納米粒子(200)進(jìn)行混合。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包含將第一單獨(dú)表面(801)和第二單獨(dú)表面(802)增加到表面(203)上，其中該第一單獨(dú)表面(801)具有類(lèi)似于納米粒子(200)的表面化學(xué)，和該第二單獨(dú)表面(802)具有類(lèi)似于表面(203)的表面化學(xué)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包含將刻度線(xiàn)(702，703，704)增加到表面(203)上。
11.一種表面(203，700)，其具有連續(xù)梯度的沉積的和帶電荷的納米粒子(200)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的表面，其中該梯度長(zhǎng)度是lmm-50mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12的表面，其中該納米粒子(200)的平均直徑是10-60nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項(xiàng)的表面，其中該梯度是線(xiàn)性的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14任一項(xiàng)的表面，其中該納米粒子的平均中心到中心距離在梯度的一端是大約10-60nm，和在梯度的另一端是大約100_150nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15任一項(xiàng)的表面，其中該納米粒子(200)和/或表面(203)是由金屬、陶瓷例如玻璃或者聚合物材料組成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16任一項(xiàng)的表面，其中該納米粒子(200)和/或表面(203)具有共軛到它們上的化合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的表面，其中該化合物選自二硫醇基團(tuán)、硫醇基團(tuán)例如甲基端接的、氨基端接的、酸端接的、肽端接的、糖類(lèi)共軛的或者PEG共軛的硫醇、或者硫醇硅烷；PEG例如聚-L-賴(lài)氨酸-PEG、PEG改性的硅烷、馬來(lái)酰亞胺-PEG ;和氨基硅烷。
19.一種用于分析附著現(xiàn)象的裝置(800)，其包含根據(jù)權(quán)利要求11-18任一項(xiàng)的梯度表面(203，700)、第一單獨(dú)表面(801)和第二單獨(dú)表面(802)，其中該表面是分開(kāi)的，并且該第一單獨(dú)表面(801)具有類(lèi)似于納米粒子(200)的表面化學(xué)，和該第二單獨(dú)表面(802)具有類(lèi)似于梯度表面(203)的表面化學(xué)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置(800)，其中該納米粒子(200)、梯度表面(203)、第一單獨(dú)表面(801)或者第二單獨(dú)表面(802)具有共軛到它們上的相同或者不同的化合物，其中該化合物選自硫醇基團(tuán)例如甲基端接的、氨基端接的、酸端接的、肽端接的、糖類(lèi)共軛的或者PEG共軛的硫醇、或者硫醇硅烷；PEG例如聚-L-賴(lài)氨酸-PEG、PEG改性的硅烷、馬來(lái)酰亞胺-PEG ;和氨基硅烷。
21.根據(jù)權(quán)利要求11-18的表面(203，700)或者根據(jù)權(quán)利要求19-20的裝置的用途，其用于附著分析。
22.根據(jù)權(quán)利要求22的用途，其中該分析基于表面等離子體共振(SPR)、電化學(xué)、光學(xué)顯微鏡學(xué)或者掃描 電子顯微鏡學(xué)(SEM)。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米表面和特別是梯度基納米表面。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，一種表面結(jié)合梯度是通過(guò)沿著平面表面分布的納米粒子來(lái)產(chǎn)生的。這種程序明顯的降低了所需要制備的表面的數(shù)目，以及吸附和附著現(xiàn)象分析的方法誤差。
文檔編號(hào)B05D1/18GK103180055SQ201180051333
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者安德斯·隆格倫, 馬蒂亞斯·貝麗林, 漢斯·埃爾溫, 馬茨·胡蘭德 申請(qǐng)人:克萊因科學(xué)公司