專利名稱：磁性材料和量子點的包覆復(fù)合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及納米尺寸結(jié)構(gòu)，特別涉及磁性納米顆粒和量子點 的包覆復(fù)合物以及與之相關(guān)的方法。
相關(guān)4支術(shù)討論
納米顆粒是具有納米級(例如小于100納米)尺寸的物質(zhì)的微觀顆
粒。人們特別感興趣的一類是被稱為量子點或半導(dǎo)體納米晶體的納米 顆粒，其所具有的特性使得它們可以尤其用于包括生物學(xué)示蹤和診斷 學(xué)中的熒光探針在內(nèi)的各種應(yīng)用。由于存在量子約束作用，因此量子 點可以具有由尺寸決定的光學(xué)特性。例如，當(dāng)晶體尺寸在兩納米到六
納米的范圍內(nèi)變化時，硒化鎘(CdSe)量子點可在整個可見光語內(nèi)發(fā)射。 當(dāng)量子點被照射時，需要更多的能量促使電子達(dá)到更高態(tài)，從而 導(dǎo)致以光子形式釋放的能量增加，并輻射出表示材料特征的顏色的光。 被釋放出的光子的波長通常比根據(jù)同一材料的體積形式而釋放的光子 的波長短。電子及三維孔的量子約束有助于增大有效頻帶間隔并減小 納米晶體的尺寸。因此，通常量子點越小，輻射的光子的波長則越短。 ^磁性納米顆粒為另一類納米顆粒。這些顆粒由于具有^f茲性特性和 較小的尺寸而引起人們的極大興趣。
發(fā)明概述
本發(fā)明 一方面涉及磁性材料(例如磁性納米顆粒)和量子點的復(fù)合 物，以及與之有關(guān)的方法。
一方面，提供一種復(fù)合物。所述復(fù)合物包含至少一個量子點以及 與所述至少 一個量子點締合的至少 一種磁性材料以形成核。殼至少部 分包封所述核。
另一方面，提供一種復(fù)合物結(jié)構(gòu)。所述復(fù)合物結(jié)構(gòu)包括多個量子 點以及與所述多個量子點締合的至少 一個磁性顆粒以形成核。二氧化 硅殼至少部分包封所述核。
另一個方面，提供制造復(fù)合物結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括向非水 性包水性型乳液中引入磁性納米顆粒和量子點，并且使用表面活性劑 使所述磁性納米顆粒與所述量子點接觸。所述方法還包括在所述乳液 的水相中形成包含至少 一個磁性納米顆粒和至少 一個量子點的核。所 述方法還包括向所述乳液中引入殼前體，并且聚合所述前體以形成至 少部分包封所述核的殼，從而形成復(fù)合物結(jié)構(gòu)。
結(jié)合附圖通過下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面、實 施方案和特征將變得顯而易見。附圖是示意性的，而且并不旨在縮小 范圍。在附圖中，以各種數(shù)字示出的每個同樣的或基本類似的成分由 單個標(biāo)號或符號表示。為了清晰起見，在附圖中并未標(biāo)出所有成分。
中也沒有全部示出本發(fā)明的每個實施方案的每種成分。引入本文參考 的所有專利申請和專利的全部內(nèi)容作為參考。如果出現(xiàn)沖突，那么包 括定義在內(nèi)的說明書將會進(jìn)行控制。
附圖簡要說明


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施方案的包覆復(fù)合物；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施方案的與復(fù)合物的殼有關(guān)的親水
物；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施方案的包括鈍化層的量子點； 圖4A和4B為在實施例中描述的復(fù)合物的透射電子顯微鏡(TEM) 的圖像；
圖5是在實施例中描述的棵露的CdSe顆粒的紫外可見光譜和歸 一化熒光光譜，在8小時反應(yīng)時間之后復(fù)合物的紫外可見光譜和歸一 化熒光光i普以及在48小時反應(yīng)時間之后復(fù)合物的紫外可見光譜和歸 一化熒光光語；
圖6A和6B是在實施例中描述的使用二氧化硅包覆的磁性納米顆
粒和復(fù)合物在300K和5K時依賴于場的^茲化曲線圖6C是在實施例中描述的使用二氧化硅包覆的磁性納米顆粒和 復(fù)合物在lOOOe時依賴于溫度的磁化曲線圖。
詳細(xì)i兌明
本發(fā)明涉及復(fù)合物和與之相關(guān)的方法。復(fù)合物結(jié)構(gòu)包含量子點和 磁性材料(例如磁性納米顆粒)。例如可以使用殼來包覆所述結(jié)構(gòu)，所 述殼例如是二氧化硅殼。在某些情況下，所述殼可被官能化或衍生化， 從而包含可以改變或改善其性質(zhì)的化合物、原子或材料，所述性質(zhì)例 如是水溶性、水穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和生物相容性。反微乳液方法可以 用于形成包覆復(fù)合物。在下面更進(jìn)一步地描述中，將控制復(fù)合物的成 分和其他特性以提供所需的磁性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。此類結(jié)構(gòu)可以用于多
種應(yīng)用，其中包括生物學(xué)示蹤、核磁共振成像(MRI)和藥物尋靶等。
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方案的多個復(fù)合物10。在 該示例性的實施方案中，復(fù)合物包含一個或多個量子點12以及一個或 多個磁性納米顆粒14。量子點和磁性納米顆粒組合形成核16，而核 16至少部分地被殼18包封。
本文所采用的術(shù)語"納米顆粒"具有本領(lǐng)域中公知的含義，其通 常表示具有小于IOO納米尺寸的顆粒。"量子點"或者"半導(dǎo)體納米 晶體"是一類可以提供獨特發(fā)射光譜的納米顆粒，其發(fā)射光譜部分地 依賴于特定顆粒的尺寸。"磁性納米顆粒"是一類具有磁性的納米顆 粒。
量子點12可具有任何適合的半導(dǎo)體材料成分。例如可由n-vi族
半導(dǎo)體形成的量子點，所述II-VI族半導(dǎo)體例如CdSe、 CdTe、 CdO、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 MgO、 MgS、 MgSe、 MgTe、 HgO、 HgS、 HgSe、 HgTe、 SrS、 SrSe、 SrTe、 BaSe和BaTe。量子點也可以由III-V 族化合物形成，所述III-V族化合物例如A1N、 A1P、 AlAs、 AlSb、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 TiN、 TiP、 TiAs和TiSb。 在某些情況下，量子點可由IV族半導(dǎo)體形成，所述IV族半導(dǎo)體例如 硅或鍺。應(yīng)當(dāng)理解，量子點可包含任何上述半導(dǎo)體的合金或混合物。
本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他量子點成分也是適合的。通常選擇特定成 份，部分是為了提供所期望的光學(xué)性質(zhì)。在某些實施方案中，量子點
優(yōu)選具有基于鎘的成分，例如CdSe。本發(fā)明的復(fù)合物也可能包含具有 不同成分的量子點。
量子點通常具有小于100納米的粒度。在某些情況下，復(fù)合物中 的量子點的平均粒度小于20納米；在其他情況下，其平均粒度小于5 納米(例如，約3.5納米)。在某些實施方案中，量子點的平均粒度大于 0.5納米。如下面進(jìn)一步描述的那樣，量子點可以小于/f茲性納米顆并立。 應(yīng)當(dāng)理解，復(fù)合物可以包含具有不同粒度的量子點，所述粒度具有不 同的光發(fā)射性質(zhì)。
可以利用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)測定平均粒度，例如利用顯微鏡檢查技術(shù)(例如 TEM)來測量具有代表性數(shù)量顆粒的尺寸。
雖然量子點也可能為其他形狀，但是量子點通常是球形的。
如圖所示，單獨的復(fù)合物通常包含一個以上的量子點。也就是說， 核16包含一個以上至少部分被殼18包封的量子點。然而，應(yīng)當(dāng)理解， 在某些實施方案中，復(fù)合物僅包含一個量子點。如下面進(jìn)一步描述的 那樣，為了得到預(yù)期的性質(zhì)，可以控制復(fù)合物寧量子點與磁性顆粒的 比例。
/磁性納米顆粒14可以具有任何合適的成分。例如，/磁性納米顆粒 中可以包含鐵、鈷和/或鎳等其他磁性材料。在某些情況下，磁性材料 為金屬化合物或合金的形式，例如鐵的氧化物(如Fe203和Fe304)或柏 化鐵(FePt)。在其他情況下，/磁性材料可以為純金屬，例如鈷或鎳。為 了得到預(yù)期的磁性性質(zhì)，需要選擇磁性納米顆粒的成分。例如，磁性 納米顆粒在5K和300K的溫度下可以是超順磁性的。在某些實施方案 中，優(yōu)選采用Fe203石茲性納米顆粒。
在某些情況下，磁性納米顆粒是不溶于水的，但是可以溶于有機 溶劑。這種非水溶性納米顆粒不同于某些常規(guī)技術(shù)中所使用的水溶性 納米顆粒。
磁性納米顆粒通常具有小于100納米的粒度。在某些情況下，復(fù) 合物中的磁性納米顆粒的平均粒度小于20納米(例如約IO納米)。在
某些實施方案中，磁性納米顆粒的平均粒度大于1.0納米。
雖然量子點可以具有其他形狀，但量子點通常是球形的。每一復(fù) 合物中可以存在一個或一個以上(如兩個或三個)的》茲性納米顆粒。
在單獨的復(fù)合物中，量子點通常至少與一個磁性納米顆粒相接觸。 通常，一個以上的量子點與一個磁性納米顆粒相接觸。在某些情況下， 一個量子點可以與 一 個以上的^f茲性納米顆粒相接觸。
如下面進(jìn)一步描述的那樣，接觸是由于在處理期間納米顆粒與量 子點之間的吸引力而導(dǎo)致的。通常，接觸是物理性質(zhì)的，磁性納米顆 粒和量子點之間并不是化學(xué)連接的。
如上所述，復(fù)合物包含殼18，殼18將核包封或部分包封。在某 些實施方案中，殼優(yōu)選包封核表面區(qū)域的大部分。例如，殼包封核表 面區(qū)域的至少75%。在某些情況下，殼可以完全包封核。
在某些實施方案中，殼與核并不是化學(xué)連接的(例如殼與磁性納米 顆?；蛄孔狱c連接)，而且可以通過包封而包含納米顆粒。因此，核與 殼二者之間可以不是離子鍵和/或共價鍵。
所述殼可以優(yōu)選為非有機殼，并且可以由諸如二氧化硅的硅聚合 物構(gòu)成。"非有機殼，，不是基于碳和/或碳的聚合物，但是它可以包含 碳原子。還應(yīng)當(dāng)理解的是，所述殼可以是有機殼，并且可以基于-灰和/ 或碳的聚合物。
在某些實施方案中，所述殼可以是多孔的。例如，所述殼可以具 有中等尺度的孔。還應(yīng)當(dāng)理解的是，所述殼可以是非多孔的。
所述殼具有足以將所述核包封到期望程度的厚度。在某些實施方 案中，所述殼具有小于50納米的平均厚度，而在某些實施方案中，所 述殼具有小于25納米(例如5納米至20納米)的平均厚度。可以利用 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，通過采用顯微鏡檢查技術(shù)(例如TEM)測量有代表性數(shù)量的 位置處的厚度來確定殼的平均厚度。
當(dāng)然，所述復(fù)合物(包含所述殼)的尺寸大于磁性納米顆粒和量子 點的尺寸。所述復(fù)合物可稱作"納米復(fù)合物"或"納米復(fù)合物結(jié)構(gòu)"。 在某些實施方案中，所述復(fù)合物的尺寸小于200納米。例如，所述復(fù) 合物的尺寸可以是25納米至100納米(例如50納米)。此外，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的顯樣支鏡檢查技術(shù)(例如TEM)來確定粒度。
如上所述，所述復(fù)合物可以包含期望比例的量子點數(shù)量與磁性顆 粒數(shù)量。通常，量子點與磁性顆粒之比大于1。在某些實施方案中， 所述比例可以是1至4(例如，約為2)。在提供期望的光學(xué)特性和^f茲性 特性時所述比例可能是重要的。例如，較大的比例可以提高復(fù)合物的 焚光活性。在加工期間，可以通過對包括量子點與磁性顆粒的相對重 量比在內(nèi)的加工參數(shù)來控制所述比例，下面將對此進(jìn)行進(jìn)一步描述。
應(yīng)當(dāng)理解，在收集復(fù)合物時，并非所有復(fù)合物都會具有期望的比 例。雖然平均起來收集的復(fù)合物可以具有期望的比例，但是在收集時 某些復(fù)合物會具有大于或小于期望比例的比例。
在復(fù)合物中，量子點的通常重量比(基于包括殼在內(nèi)的復(fù)合物的總 重量)可以是約1%至約5% (例如3.5% )。在復(fù)合物中，磁性納米顆粒 的通常重量比(基于包括殼在內(nèi)的復(fù)合物的總重量)可以是約1%至約 5%(例如4%)。殼的重量比(基于復(fù)合物的總重量)例如可以大于約 90%(例如92.5%)。復(fù)合物中還可以存在包括表面活性劑(例如IGEPAL CO-520)在內(nèi)的少量(例如小于0.05%)的其他成分。
在某些實施方案中，殼18(特別是當(dāng)殼為二氧化硅時)可以被官能 化或衍生化以包含可以改變或改善性質(zhì)的化合物、原子或者材料，所 述性質(zhì)例如是水溶性、水穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和生物相容性。例如，所 述殼可以包含例如聚乙二醇(PEG)和其他乙二醇的部分。已經(jīng)證實了在 延長的周期內(nèi)，包含PEG和不包含PEG的復(fù)合物對于活細(xì)胞是無毒 的，并且至少部分由于殼內(nèi)的有毒核是被隔離的，因此所述復(fù)合物也 是體內(nèi)無毒的。所述殼還可以與諸如抗生物素蛋白等生物軛合劑連接。
如圖2所示，親水物20可以與所述殼(例如二氧化硅殼)連接，以 便為復(fù)合物提供更大的親水性。親水物例如可以為聚乙二醇(PEG)或聚 乙二醇的衍生物。所述衍生物包括但不局限于官能化的PEG，例如胺、 硫醇和羧基官能化的PEG。親水物可以與殼化學(xué)連接，或者例如可以 被殼材料物理捕獲。優(yōu)選地，親水物包括與殼化學(xué)連接的部分，以及 提供親水性且可以從殼表面向外延伸的第二部分。
這些乙二醇的存在可以給予復(fù)合物較好的水溶性特征，同時復(fù)合
物也是生物相容的和無毒的，并且在某些情況下復(fù)合物可以使納米顆
粒在溶液中更好地分散。例如，通過將PEG整合入殼(可以為二氧4匕 硅)中，可以使復(fù)合物在pH值小于8.0或小于等于7.0時成為水溶性的。 因而，在中性或低于中性pH值時這些復(fù)合物可以是水溶性的，并且 可以是生物相容的，且適于在諸如血液等生物流體和體內(nèi)使用。在某 些實施方案中，將PEG包括在二氧化硅殼中可以使復(fù)合物在更長的時 間周期內(nèi)(例如大于6小時)留在溶液中。
在本文中使用術(shù)語"水溶性的"，因為該術(shù)語是本領(lǐng)域中普遍用來 指納米顆粒在水環(huán)境中分散的術(shù)語。"水溶性的"并不意味著，例如每 種材料都以分子水平分散。納米顆?？梢杂蓭追N不同的材料構(gòu)成，并 且作為整體的顆粒仍然是"水溶性的"。
此外，二氧化硅殼中存在PEG或相關(guān)化合物可以提供具有降低的 吸附蛋白質(zhì)、細(xì)胞和其他生物材料傾向的復(fù)合物。這就意味著，例如 當(dāng)在體內(nèi)使用時，所述復(fù)合物可以比類似的復(fù)合物保留在溶液中的時 間更長，從而增強循環(huán)并改善向預(yù)期靶的輸送能力。
應(yīng)當(dāng)理解的是，可以將其他合適的衍生物(化合物、原子或材料) 與殼連接，以給予期望的特征。
在某些實施方案中，量子點可以包含如圖3所示的鈍化層30。"鈍 化"層是與量子點的表面締合的材料，其用于消除晶體表面的能級， 而晶體表面可用作電子阱以及降低量子點發(fā)光特性的孔。
在某些實施方案中，鈍化層可以由非導(dǎo)電材料和/或非半導(dǎo)體材料 來形成。例如，鈍化層可以由這樣的材料來形成其具有比其所包圍 的納米晶體所具有的帶隙更高的帶隙。在特定的實施方案中，鈍化層 可以是非離子的或非金屬的。非導(dǎo)電材料是當(dāng)在材料中施加電勢時不 會傳輸電子的材料。
所述鈍化層可以由或者基本由具有含氮官能團(tuán)的化合物組成，所 述含氮官能團(tuán)的化合物例如是胺。胺可以直接或間接與 一個或多個硅 原子相連，所述硅原子例如存在于硅烷或其他硅的聚合物中。硅烷可 以包含任何其它的官能團(tuán)，例如烴基基團(tuán)、羥基基團(tuán)、含硫的基團(tuán)或 含氮的基團(tuán)。鈍化層中包含的化合物可以為任意大小，但是通常具有
小于約500或小于約300的分子量。優(yōu)選的一類化合物為氨基硅烷， 并且在某些實施方案中可以采用氨基丙基三曱氧基硅烷(APS)。已經(jīng)證 實在量子點中采用APS可以提供鈍化，并且可以將量子產(chǎn)率提高到與 采用由諸如硫化鋅(ZnS)制成的高帶隙鈍化層所獲得的改進(jìn)相當(dāng)?shù)乃?平。
應(yīng)當(dāng)理解，并不是在本發(fā)明的所有實施方案中量子點都包含鈍化層。
可以采用本領(lǐng)域中公知的用于形成磁性納米顆粒和量子點的任何 適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)技術(shù)。例如，Hyeon et. al., 」m. CAe附.Soc, 2001, 123, 12798中已經(jīng)描述了一種用于形成磁性納米顆粒的合適的技術(shù)，本文 引入其作為參考。Peng et. al"丄C/i亂L 2001, 123， 183中已經(jīng) 描述了一種用于制備量子點的合適的技術(shù)，本文引入其作為參考。用 于形成量子點的大多數(shù)傳統(tǒng)工藝都使量子點上覆蓋有三辛基氧膦 (TOPO)表面活性劑。
反相微乳工藝可用來形成所述包覆復(fù)合物。"反相乳液"或"非水 性包水性型乳液，，是水性溶劑(水相)的不連續(xù)區(qū)域在非水性溶劑中的 分散。該方法可以包括向反相微乳中加入分別形成的磁性納米顆粒和 量子點。可以按照控制的濃度加入磁性納米顆粒和量子點，以便在復(fù) 合物中實現(xiàn)量子點與磁性納米顆粒的所需比例。
可以采用多種非極性溶劑來產(chǎn)生反相微乳。非極性溶劑優(yōu)選地為 烴，并且也可以為脂肪烴，在某些情況下為非芳香環(huán)烴，例如環(huán)戊烷、 環(huán)己胺或環(huán)庚烷。
在某些實施方案中，可以向反相微乳中加入表面活性劑(例如離子 或非離子)。"表面活性劑"為具有兩性分子特性的材料，在本文中使 用"表面活性劑"是因為它是本領(lǐng)域中常用的，例如用于向親水環(huán)境 中引入疏水物。
非離子表面活性劑例如包括聚苯醚，例如IGEPALCO-520，而離 子表面活性劑例如包括琥珀酸二辛酯磺酸鈉鹽(AOT)。如上所述，量 子點上通常覆蓋有三辛基氧膦(TOPO)表面活性劑。TOPO包括包含膦 氧化物的親水端，而IGEPAL包括包含聚氧乙烯(PEO)的親水端。在將
TOPO量子點引入反相乳液中之后，在某種程度上由于反相乳液中 IGEPAL的濃度要高得多，因此TOPO可以部分或全部與IGEPAL交 換。IGEPAL也覆蓋在磁性納米顆粒上。量子點和磁性納米顆粒上一 旦覆蓋有IGEPAL,便會被吸引到微乳的水性區(qū)域，從而為殼的形成 提供環(huán)境，下面將對此進(jìn)行進(jìn)一步描述。
應(yīng)當(dāng)理解，可以采用除IGEPAL之外的表面活性劑，并且在某種 程度上所采用的表面活性劑可以根據(jù)量子點材料、量子點如何被覆蓋 以及所使用的反相乳液而改變。優(yōu)選的表面活性劑包括可以交換成 TOPO的表面活性劑，或者用來覆蓋量子點并且可以提供足夠的親水 性以將核吸？I到微乳的水性區(qū)域的其他表面活性劑。
量子點和》茲性納米顆粒(一旦覆蓋有IGEPAL)彼此吸引，從而在反 相乳液的水性區(qū)域內(nèi)形成核?？梢岳帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法在 核的周圍聚合溶膠凝膠前體，例如原硅酸四乙酯(TEOS)，從而產(chǎn)生二 氧化硅殼。允許聚合反應(yīng)持續(xù)足以獲得期望的二氧化硅殼厚度的時間。 "前體"是可以轉(zhuǎn)化成具有不同于第 一物質(zhì)的特性的第二物質(zhì)的物質(zhì)。 例如，如果單體可以轉(zhuǎn)化成聚合物，那么單體則為聚合物前體。
所獲得的納米結(jié)構(gòu)包括包含量子點和磁性納米顆粒的核，以及聚 合二氧化硅殼。在某些情況下，可以存在鈍化層(例如氨基硅烷鈍化層， 所述氨基曱硅烷例如是APS)。
應(yīng)當(dāng)理解，在形成其他殼(非有機或有機殼)時，可以采用本領(lǐng)域 公知的合適的前體。
如上所述，在某些情況下，可以使殼官能化或衍生化，以提高生 物相容性、水溶性或其他性質(zhì)。例如，在某些實施方案中，可圍繞復(fù) 合物形成PEG修飾的二氧化硅殼。如上所述，可以將量子點和納米顆 粒引入反相微乳中，以形成需要被包封的核。在另一步驟中，堿，例 如氨水(NH40H),包括乙二醇，例如聚乙二醇一曱基醚(PEG-m),可以 溶于微乳中。PEG可以具有任意分子量，但優(yōu)選具有大于1,000而小 于20,000(例如5,000至10，000)的分子量。然后可加入諸如TEOS等溶 膠凝膠前體，并且可以將混合物攪拌以使得PEG整合入正在形成的二 氧化硅殼中。可以為改善的量子產(chǎn)率、改善的水溶性和改善的生物相
容性，同時可以減少凝結(jié)的傾向而提供使用PEG衍生的所得到的二氧 化硅殼。
反相微乳中水的量(29.5%的NH4OH水)可以根據(jù)所期望的特定反 應(yīng)而改變。例如，在某些實施方案中，反相微乳中水的量為0.1 %至0.5% 體積比。在某些優(yōu)選實施方案中，水的量為0.2%至0.4%體積比，并 且在某些實施方案中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)反相微乳中水的量為0.25%體積比 時，量子產(chǎn)率最大。
在微乳中加入的溶膠凝膠前體的量也可以影響復(fù)合物的性質(zhì)。例 如，雖然增加溶膠凝膠前體的量看來似乎沒有增大殼的厚度，但是溶 膠凝膠前體看來似乎改善了復(fù)合物的球形度和單分散性。在某些實施 方案中，采用高濃度的溶膠凝膠前體還提高了量子產(chǎn)率。
應(yīng)當(dāng)理解，其他工藝可能也適于形成本發(fā)明的復(fù)合物。
如上所述，本發(fā)明的復(fù)合物可用于包括生物應(yīng)用和醫(yī)學(xué)應(yīng)用在內(nèi) 的多種應(yīng)用中。例如，所述復(fù)合物可用于生物成像、示蹤、核磁共振 成像(MRI)、藥物尋靶和新的光通信系統(tǒng)(例如，光子晶體)等。
下面的實施例是示意性的而非限定性的。
實施例
該實施例示出了本發(fā)明的包覆復(fù)合物的產(chǎn)生及表征。 磁性Fe203納米顆粒是利用Hyeon et. al.，丄爿w. C臉附.Soc, 2001， 123, 12798中所描述的技術(shù)制備的。CdSe量子點是利用Peng et. al.，《/. 爿w. C&m 2001， 123， 183中所描述的技術(shù)制備的。
利用超聲波處理使聚氧化乙烯(5)壬基苯基醚(0.544mmo1 Igepal CO-520，其中含有50 mol。/o親水基團(tuán))較好地分散在環(huán)己烷(《5ml)中， 以形成反相微乳介質(zhì)。向所述介質(zhì)中加入400微升的Fe203溶液(0.5 mg/1 ml環(huán)己烷)和160微升的CdSe溶液(l mg/1 ml環(huán)己烷)，從而形 成混合物。渦旋振蕩所述混合物，并加入氨水(29.4%， 40微升)，從而 形成反相膠束微乳的透明褐色溶液。向反應(yīng)溶液中加入原硅酸四乙酯 (TEOS)(Aldrich， 30微升)。反應(yīng)8小時和48小時后收集復(fù)合物樣品。 通過磁鐵來收集復(fù)合物，洗滌復(fù)合物并將其再次分散在乙醇或去離子
水中。
圖4A和4B是復(fù)合物的透射電子顯微鏡(TEM)的圖像。所述圖像 示出所述復(fù)合物包含圍繞核的二氧化硅殼，該核包含F(xiàn)e203納米顆粒 和CdSe量子點。圖4B中示出的區(qū)域的EDX分析證實了存在CdSe、 Fe203和二氧化硅。所述復(fù)合物的N2吸附等溫線表明二氧化硅殼是非 多孔的。
測量了所述復(fù)合物的發(fā)射特性，并將其與棵露的CdSe顆粒的特 性進(jìn)行比較。圖5是棵露的CdSe顆粒的紫外可見光譜和歸一化熒光 光譜(7W = 365nm)(線A)、 8小時反應(yīng)時間之后復(fù)合物的紫外可見光i普 和歸一化熒光光譜(線B)以及48小時反應(yīng)時間之后復(fù)合物的紫外可見 光譜和歸一化熒光光傳(線C)?？寐兜腃dSe示出在564 nm處產(chǎn)生吸 收，在530nm處產(chǎn)生吸光度峰以及在554nm處產(chǎn)生激子峰。當(dāng)硅化 反應(yīng)持續(xù)8小時到48小時時，吸收峰向更短的波長偏移，并且變得較 不顯著。在焚光光鐠中也可以看出這種藍(lán)移，持續(xù)8小時時偏移7nm; 持續(xù)48小時時偏移10nm;并且激子能帶變得更寬。對于棵露的CdSe 來說，發(fā)射的量子產(chǎn)率(QY)估計為11.4%;持續(xù)8小時時為3.2%;持 續(xù)48小時時為1.1%;并且將溶于乙醇的Rhodamine QY94。/。用作 參比。相信相對較弱的熒光可能是由于二氧化硅殼較厚造成的。
測量復(fù)合物(使用二氧化硅包覆)的磁性特性，并將其與使用有二 氧化硅包覆的磁性納米顆粒的特性進(jìn)行比較。利用超導(dǎo)量子干涉器件 (SQUID)來進(jìn)行磁性表征。
圖6A和6B為取決于磁場的磁化曲線圖，其中示出使用二氧化硅 包覆的磁性納米顆粒(線D)和復(fù)合物(線E)在300K時具有超順磁性， 而在5K時具有磁滯現(xiàn)象。在5K和300K時，與復(fù)合物相比，使用二 氧化硅包覆的磁性納米顆粒顯示了更高的磁化強度。這些原始數(shù)據(jù)以 樣品的emu/g給出。在歸一化為每個樣品中的7-Fe203含量時，發(fā)現(xiàn)使 用二氧化硅包覆的磁性納米顆粒的以emu/g 7_Fe203表示的磁化強度 值與復(fù)合物的以emu/g 7-Fe203表示的磁化強度值是類似的。
圖6C示出了在lOOOe時使用二氧化硅包覆的磁性納米顆粒的磁 化強度對溫度的依從關(guān)系(線D)以及復(fù)合物的磁化強度對溫度的依從 關(guān)系(線E)。如圖所示，在5K時矯頑值也是彼此相似的。在5K至300K 下，在100 Oe的施加場中，測量零場冷卻(ZFC)和加場冷卻(FC)磁化 強度。它們具有，F(xiàn)e203納米顆粒的通常行為。對于磁性納米顆粒來說， 封阻溫度(tb)為125，而對于復(fù)合物來說，封阻溫度(tb)為165。這些 值與y-Fe203納米顆粒的Tb相當(dāng)。
對于單軸各向異性來說，超順》茲性弛豫時間由ts = To exp(KV/kBT) 給出，其中To為10力s數(shù)量級的常數(shù)，V為顆粒體積。對于使用二氧 化硅包覆的磁性納米顆粒和復(fù)合物來說，磁性各向異性密度(K)分別為 0.39x105 J/m3和0.51xl05 J/m3，其中假定SQUID特征測量時間為10 秒。在復(fù)合物中，量子點(CdSe)的存在提高了磁性納米顆粒的各向異 性，這表明量子點與磁性納米顆粒是緊密相連的。
總之，該實施例證實了本發(fā)明的復(fù)合物具有表示形成復(fù)合物的磁 性納米顆粒(Fe203)和量子點(CdSe)特征的獨特的光學(xué)特性和磁性特 性。
雖然本文已經(jīng)描述并示出了本發(fā)明的幾個實施方案，但是本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員會容易想到各種其他方式和/或結(jié)構(gòu)，用以執(zhí)行本文中 所描述的功能和/或獲得本文中所描述的結(jié)果和/或一個或多個優(yōu)點，并 且這種變體和/或修改中的每一個都被認(rèn)為包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 更一般地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解本文中描述的所有參數(shù)、尺 寸、材料和構(gòu)造均是示例性的，而實際的參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)造 將取決于特定的應(yīng)用以及采用本發(fā)明的教導(dǎo)的應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人 員僅利用常規(guī)實驗便會識別或者能夠確定本文所描述的本發(fā)明的特定 實施方案的許多等價物。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，僅以實施例的方式提 出了前述的實施方案，并且其包含在所附權(quán)利要求和等價物的范圍內(nèi)， 可以采用除了具體描述和要求保護(hù)的方式之外的方式來實踐本發(fā)明。 本發(fā)明旨涉及本文所描述的每個單獨的特征、系統(tǒng)、物品、材料、試 劑盒和/或方法。此外，如果以上特征、系統(tǒng)、物品、材料、試劑盒和 /或方法不是相互矛盾的，那么兩個或多個以上特征、系統(tǒng)、物品、材 料、試劑盒和/或方法的任意組合都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
說明書和權(quán)利要求中使用的不定冠詞"a"和"an"應(yīng)理解為是指
"至少一個"，除非明確指出與此相反。
說明書和權(quán)利要求中使用的短語"和/或"應(yīng)理解為是指其所連接 的元素，即在某些實施方案中聯(lián)合起來出現(xiàn)的元素以及在其他情況下 分開出現(xiàn)的元素中的"任一個或兩個"。除了用"和/或"語句特別指 出的元素之外，其他元素也可以任選地存在，而不管它們與特別指出
的元素相關(guān)還是無關(guān)。因而，作為非限定性實施例，"A和/或B"在 一個實施方案中可以僅A(任選地包括除B之外的元素)；在另一個實 施方案中可以僅指B(任選地包括除A之外的元素)；在又一個實施方 案中可以指A和B(任選地包括其他元素)；等等。
如說明書和權(quán)利要求中所使用的那樣，除非明確指出與此相反， "或"應(yīng)理解為具有與上面定義的"和/或，，相同的含義。例如，當(dāng)在 列表中分開項目時，"或"和"和/或"均應(yīng)解釋為包含的，即包含多 個元素或元素列表中的至少一個，^旦是也可以包含一個以上以及任選 地包含未列出的其它項目?？偟膩碚f，當(dāng)前面有例如"僅一個(only one of)"或"恰好一個(exactly one of)"等唯一性術(shù)語時，本文中所使用 的術(shù)語"或"應(yīng)僅解釋為指出唯一的可選物(即"一個或另一個，而不 是兩者")。
說明書和權(quán)利要求中使用的關(guān)于一個或多個元素的短語"至少一 個"應(yīng)當(dāng)理解為是指從元素列表中的一個或多個元素中選取的至少一 個元素，但是并不一定包含在元素列表中特別列出的每個元素中的至 少一個，而且也不排除元素列表中的元素的任何其它組合。該定義還 允許除了短語"至少一個"所指的元素列表內(nèi)特別指出的元素之外的 元素可以任選地存在，而不管它們與特別指出的元素相關(guān)還是無關(guān)。 因而，作為非限定性實施例，"A和B中至少一個"(或者等價地"A 或B中至少一個"，或者等價地"A和/或B中至少一個")在一實施方 案中可以指至少一個A而不存在B(任選地包括除B之外的元素)，并 且任選地包括一個以上的A(任選地包括除B之外的元素)；在另一實 施方案中可以指至少一個B而不存在A(任選地包括除A之外的元素)， 并且可選地包括一個以上的B(任選地包括除A之外的元素)；在另一 實施方案中，可以指至少一個A和至少一個B(任選地包括其他元素)，
并且任選地包括一個以上的A和一個以上的B(任選地包括其他元素)；等等。
還應(yīng)當(dāng)理解，除非明確指出與此相反，在要求保護(hù)的包括一個以 上動作的所有方法中，方法中的動作的順序并不一定局限于描述方法 時所采用的順序。
在權(quán)利要求和說明書中，所有過渡短語例如"包含"、"包括"、"栽 有"、"具有"、"含有"、"涉及"、"持有"等都應(yīng)理解為開放式的，即 意味著包括但不局限于。如美國專利審查程序手冊的部分2111.03中 所闡述的那樣，只有過渡短語"由......組成"和"基本由......組成"
才是封閉或半封閉式的過渡短語。
權(quán)利要求
1.復(fù)合物結(jié)構(gòu)，其包含至少一個量子點；與所述至少一個量子點締合的至少一種磁性材料，以形成核；以及至少部分包封所述核的殼。
2. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述殼為非有機殼。
3. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述非有機殼包含二氧化硅。
4. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述殼包含聚乙二醇或其衍生物。
5. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)是水溶性的。
6. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述量子點還包含形成于所述 量子點表面的鈍化層。
7. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其包含多個量子點。
8. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述磁性材料包含至少一個磁 性納米顆粒。
9. 如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其包含多個磁性納米顆粒。
10. 如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中量子點與磁性納米顆粒之比 為1至4。
11. 如權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中所述量子點與所述磁性納米 顆粒彼此接觸。
12. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述磁性材料包含F(xiàn)e203，并 且所述量子點包含CdSe。
13. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中所述磁性材料是非水溶性的。
14. 復(fù)合物結(jié)構(gòu)，其包含 多個量子點；與所述多個量子點締合的至少一個磁性顆粒，以形成核；以及 至少部分包封所述核的二氧化硅殼。
15. 制造復(fù)合物結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括 向非水性包水性型乳液中引入磁性納米顆粒和量子點； 使用表面活性劑使所述磁性納米顆粒與所述量子點接觸； 在所述乳液的水相中，形成包含至少一個磁性納米顆粒和至少一個量子點的核；向所述乳液中引入殼前體；以及聚合所述前體以形成至少部分包封所述核的殼，從而形成復(fù)合物 結(jié)構(gòu)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述前體為非有機殼前體， 并且所述前體聚合形成非有機殼。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述前體為二氧化硅前體， 并且所述前體聚合形成二氧化硅殼。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中使用表面活性劑覆蓋所述磁 性納米顆粒和所述量子點。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括向所述乳液中引入聚乙二 醇或其書1"生物。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述殼包含聚乙二醇或其衍 生物。
21. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)是水溶性的。
22. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述核包含多個量子點。
23. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述核包含多個磁性納米顆粒。
24. 如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述表面活性劑為IGEPAL。
全文摘要
提供了復(fù)合物和與之相關(guān)方法。所述復(fù)合物結(jié)構(gòu)(10)由量子點(12)和磁性納米顆粒(14)形成。例如可以使用非有機殼來包覆所述結(jié)構(gòu)，該非有機殼例如是二氧化硅。在某些情況下，可以將所述殼官能化或衍生化以包含可以改變或改善性質(zhì)的化合物、原子或者材料，所述性質(zhì)例如是水溶性、水穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和生物相容性。反相微乳工藝可用來形成包覆復(fù)合物?？梢钥刂茝?fù)合物的成分和其他特征，以提供期望的磁性性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。所述結(jié)構(gòu)可用于包括生物學(xué)示蹤、核磁共振成像(MRI)和藥物尋靶等在內(nèi)的多種應(yīng)用。
文檔編號G01N33/58GK101103419SQ200580032412
公開日2008年1月9日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者東 一, 應(yīng)儀如, 李秀星, 蘇布拉馬尼亞姆·塞爾萬 申請人:科技研究局