包含球形和珊瑚形納米顆粒的組合物及其制備方法與流程

背景

1、技術(shù)領(lǐng)域

本文公開(kāi)了包含球形納米顆粒和具有球類(lèi)(globular)、珊瑚狀形狀的納米顆粒的物質(zhì)的納米顆粒組合物以及制備這種組合物的方法。

2、

背景技術(shù)：

術(shù)語(yǔ)“納米顆粒”通常是指最大尺寸小于100nm的顆粒。由于在生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)和電子領(lǐng)域廣泛的多種潛在應(yīng)用，納米顆粒研究目前是科學(xué)研究的熱點(diǎn)區(qū)域。

納米顆粒引起很大的科學(xué)關(guān)注，因?yàn)樗鼈兛捎行ё鳛閴K體材料和原子或分子結(jié)構(gòu)間的橋梁。不管尺寸如何，塊體材料通常都具有恒定的物理性質(zhì)，但是在納米尺度下，經(jīng)常觀察到尺寸依賴(lài)(size-dependent)特性。因此，材料的性質(zhì)隨著其尺寸接近納米尺度，以及隨著材料表面的原子百分比變得顯著而變化。對(duì)于大于一微米的塊體材料，相對(duì)于材料塊體中的原子數(shù)，表面上原子的百分比微不足道。因此，令人關(guān)注的且有時(shí)意想不到的納米顆粒的特性主要是由于材料的大表面積，這主要是由相對(duì)小的材料塊體所發(fā)揮的作用。

納米顆粒通常具有意想不到的光學(xué)特性，因?yàn)槠渥銐蛐∫韵拗破潆娮硬a(chǎn)生量子效應(yīng)。例如，金納米顆粒在溶液中呈現(xiàn)深紅色至黑色。黃色的金和灰色的硅的納米顆粒是紅色的。金納米顆粒在比金板(1064℃)低得多的溫度(對(duì)于2.5nm的尺寸約300℃)下熔融。在由納米顆粒構(gòu)成的材料中太陽(yáng)輻射的吸收比在連續(xù)片材料的薄膜中高得多。在太陽(yáng)能pv和太陽(yáng)能熱應(yīng)用中，控制顆粒的尺寸、形狀和材料，可以控制太陽(yáng)能吸收。

納米顆粒的尺寸依賴(lài)特性變化包括半導(dǎo)體顆粒中的量子限域、一些金屬顆粒中的表面等離子體共振，以及磁性材料中的超順磁性。納米顆粒的懸浮是可能的，因?yàn)轭w粒表面與溶劑的相互作用足夠強(qiáng)以克服密度差異，否則該密度差異通常會(huì)導(dǎo)致材料在液體中下沉或漂浮。

納米顆粒的高表面積與體積比提供了巨大的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力，特別是在升高的溫度下。與較大顆粒相比，燒結(jié)可以在較低的溫度下、較短的時(shí)間尺度內(nèi)進(jìn)行。理論上，這不影響最終的產(chǎn)品密度，盡管流動(dòng)困難和納米顆粒聚集的趨勢(shì)可能使事情復(fù)雜化。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米顆粒賦予多種日常產(chǎn)品額外的特性。例如，二氧化鈦納米顆粒的存在賦予所謂的自清潔效果，并且尺寸是納米范圍，所以不能觀察到顆粒。與其塊體替代物相比，已發(fā)現(xiàn)氧化鋅顆粒具有優(yōu)異的uv阻隔特性。

已經(jīng)形成了金屬、電介質(zhì)和半導(dǎo)體納米顆粒，以及混合結(jié)構(gòu)(例如，核-殼納米顆粒)。由半導(dǎo)體材料制成的納米顆粒如果其足夠小(通常<10nm)則也可以被標(biāo)記為量子點(diǎn)，從而發(fā)生電子能級(jí)的量子化。這種納米級(jí)顆粒通常用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用作為藥物載體或成像劑。

存在若干種用于產(chǎn)生納米顆粒的方法，包括研磨和熱解。在研磨中，可以在球磨機(jī)、行星式球磨機(jī)或其它尺寸減小機(jī)構(gòu)中研磨宏觀尺度或微尺度的顆粒。將得到的顆粒進(jìn)行空氣分級(jí)以回收納米顆粒。在熱解中，蒸氣態(tài)前體(液體或氣體)在高壓下被迫使通過(guò)孔并燃燒。將所得固體(煙灰的狀態(tài))進(jìn)行空氣分級(jí)以從副產(chǎn)物氣體中回收氧化物顆粒。傳統(tǒng)的熱解常常導(dǎo)致聚集物和團(tuán)聚物而不是單獨(dú)的初級(jí)顆粒。超聲波噴嘴熱解(ultrasonicnozzlespraypyrolysis，usp)是另一種旨在防止團(tuán)聚物形成的方法。

熱等離子體還可以遞送所需的能量以使小的微米尺寸的顆粒蒸發(fā)。熱等離子體溫度約為10000k，使得固體粉末容易蒸發(fā)。納米顆粒在冷卻之后形成同時(shí)離開(kāi)等離子體區(qū)域。用于產(chǎn)生納米顆粒的典型熱等離子體炬是dc等離子體射流、dc電弧等離子體和射頻(rf)感應(yīng)等離子體。在電弧等離子體反應(yīng)器中，通過(guò)在陽(yáng)極和陰極之間形成的電弧來(lái)提供蒸發(fā)和反應(yīng)所需的能量。例如，硅砂可以在大氣壓下用電弧等離子體蒸發(fā)。所得到的等離子體氣體和二氧化硅蒸氣的混合物可通過(guò)用氧淬火快速冷卻，從而確保產(chǎn)生的氣相法二氧化硅(fumedsilica)的質(zhì)量。

科學(xué)家已經(jīng)以顆?？赡鼙憩F(xiàn)的現(xiàn)實(shí)世界的形狀命名顆粒。在文獻(xiàn)中已經(jīng)出現(xiàn)了“納米球”、“納米礁”、“納米盒”等等。這些形態(tài)有時(shí)受到合成中存在的模板劑或引導(dǎo)劑(例如膠束乳液或陽(yáng)極化氧化鋁孔)的影響自發(fā)產(chǎn)生，或者由材料本身的固有晶體生長(zhǎng)模式產(chǎn)生。這些形態(tài)中的一些可以用于一定目的，如用于橋接成電結(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)碳納米管。其他的可能只是滿(mǎn)足科學(xué)上的好奇，如“納米星”。

無(wú)定形顆粒通常采用球形(由于其微結(jié)構(gòu)的各向同性)，而各向異性微晶晶須的形狀對(duì)應(yīng)于其特定的晶體習(xí)性(crystalhabit)。在尺寸范圍的小端，納米顆粒通常被稱(chēng)為簇。球、棒、纖維和杯只是已經(jīng)生長(zhǎng)出的幾種形狀。

納米顆粒表征是確立納米顆粒合成和應(yīng)用的理解和控制所必需的。表征是通過(guò)使用各種不同的技術(shù)來(lái)完成的，主要來(lái)自材料科學(xué)。常規(guī)技術(shù)是電子顯微鏡(tem、sem)、原子力顯微鏡(afm)、動(dòng)態(tài)光散射(dls)、x射線光電子能譜(xps)、粉末x射線衍射(xrd)、傅里葉變換紅外光譜(ftir)、基質(zhì)輔助激光解吸/電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(maldi-tof)、紫外-可見(jiàn)光譜、盧瑟福背散射光譜(rbs)、雙極化干涉測(cè)量和核磁共振(nmr)。

納米顆粒可以通過(guò)化學(xué)還原方法生長(zhǎng)成球體(例如二氧化硅)，然而由其他起始材料產(chǎn)生球形納米顆粒傳統(tǒng)上是通過(guò)兩步法進(jìn)行。在第一步中，通過(guò)化學(xué)還原方法由非二氧化硅起始材料生長(zhǎng)納米顆粒產(chǎn)生非球形形狀如多面體、板、棒和另一些非球形形狀。雖然這些方法對(duì)尺寸提供良好的控制，但是所得到的非球形形狀在其可以變成球形之前需要進(jìn)一步加工。在第二步中，使用激光燒蝕來(lái)將非球形顆粒強(qiáng)力研磨成準(zhǔn)球形和/或球形。該過(guò)程通常會(huì)產(chǎn)生不需要的“廢料”片和金屬離子作為副產(chǎn)品。然后過(guò)濾球形顆粒以除去離子和不需要的廢料。

因此，仍然需要制造新型納米顆粒和納米顆粒組合物以便提供所需的特性和/或減少有害影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開(kāi)了納米顆粒組合物，包含：(1)復(fù)數(shù)個(gè)球形納米顆粒；和(2)復(fù)數(shù)個(gè)珊瑚形金屬納米顆粒，每個(gè)珊瑚形金屬納米顆粒具有非均一的截面和由以沒(méi)有直角接合在一起的多個(gè)非線性鏈形成的球類(lèi)結(jié)構(gòu)。

納米顆粒組合物可用于多種不同的目的，包括但不限于，例如，制備抗微生物劑、處理織物和其他纖維材料、用于醫(yī)療器械的涂層或處理、電能導(dǎo)體、熱能導(dǎo)體或反射器、光能反射器、催化劑、燃料添加劑、抗氧化劑、成核位點(diǎn)、口腔護(hù)理產(chǎn)品、防腐蝕制劑、防曬組合物和止血?jiǎng)Ｔ谝恍?shí)施方案中，珊瑚形金屬納米顆?？梢杂欣嘏c球形金屬納米顆粒一起使用(例如，為了增加、增強(qiáng)或改善球形金屬納米顆粒的期望或不期望的效果)。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒組合物的球形納米顆粒與珊瑚形納米顆粒的質(zhì)量比可為約5:1至約20:1，或約7.5:1至約15:1，或約9:1至約11:1或約10:1；和/或球形納米顆粒與珊瑚形納米顆粒的顆粒數(shù)之比可為約50:1至約200:1，或約75:1至約150:1，或約90:1至約110:1或約100:1。

在一些實(shí)施方案中，球形金屬納米顆粒的直徑可為約40nm或更小、約35nm或更小、約30nm或更小、約25nm或更小、約20nm或更小、約15nm或更小、約10nm或更小、約7.5nm或更小，或者約5nm或更小。所述球形納米顆?？删哂幸欢ǖ牧椒植?，其中至少99％的金屬顆粒的粒徑在平均直徑的30％之內(nèi)，或在平均直徑的20％之內(nèi)，或在平均直徑的10％之內(nèi)；和/或其中至少99％的球形納米顆粒的直徑在平均直徑±3nm之內(nèi)，或在平均直徑±2nm之內(nèi)，或在平均直徑±1nm之內(nèi)。球形納米顆粒的ξ電位可為至少約10mv，或至少約15mv，或至少約20mv，或至少約25mv，或至少約30mv。

在一些實(shí)施方案中，珊瑚形金屬納米顆粒的長(zhǎng)度可為約15nm至約100nm，或約25nm至約95nm，或約40nm至約90nm，或約60nm至約85nm，或約70nm至約80nm。所述珊瑚形金屬納米顆?？删哂幸欢ǖ钠骄L(zhǎng)度，并且其中至少99％的珊瑚形金屬納米顆粒的長(zhǎng)度在平均長(zhǎng)度的約30％之內(nèi)，或在平均長(zhǎng)度的約20％之內(nèi)，或在平均長(zhǎng)度的約10％之內(nèi)。所述珊瑚形納米顆粒的ξ電位可為至少約10mv，或至少約15mv，或至少約20mv，或至少約25mv，或至少約30mv。

在一些實(shí)施方案中，所述球形和/或所述珊瑚形納米顆粒可包含選自以下的至少一種金屬：金、鉑、銀、鈀、銠、鋨、釕、銠、錸、鉬、銅、鐵、鎳、錫、鈹、鈷、銻、鉻、錳、鋯、錫、鋅、鎢、鈦、釩、鑭、鈰，其非均勻(heterogeneous)混合物及其合金。由銀、金以及其混合物和合金構(gòu)成的納米顆粒可以是特別有效的。

在一些實(shí)施方案中，使用納米顆粒組合物的方法包括將所述納米顆粒組合物施用于基底和/或使基底暴露于所述納米顆粒組合物。所述基底可以是非生命體或活有機(jī)體。

在一些實(shí)施方案中，球形和/或珊瑚形納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)以下形成：(1)在重氣氛(heavyatmosphere)中燒蝕靶以形成噴出物羽流(ejectaplume)，以及(2)對(duì)所述噴出物羽流施加電磁場(chǎng)以使所述噴出物羽流形成球形納米顆粒。在一些情況下，可以通過(guò)變化靶前方的電磁場(chǎng)距離來(lái)優(yōu)先地獲得球形納米顆?；蛏汉餍渭{米顆粒。在一些情況下，可以通過(guò)將電磁場(chǎng)保持在較靠近靶的位置來(lái)優(yōu)先獲得球形納米顆粒，并且可以通過(guò)將電磁場(chǎng)保持在較遠(yuǎn)離靶的位置來(lái)優(yōu)先獲得珊瑚形納米顆粒。

在一些實(shí)施方案中，制造單部分納米顆粒組合物的方法包括：(1)獲得球形納米顆粒；(2)獲得珊瑚形納米顆粒；以及(3)使所述球形納米顆粒與所述珊瑚形納米顆粒組合以形成單部分納米顆粒組合物。

在一些實(shí)施方案中，制造多部分納米顆粒組合物的方法包括：(1)獲得球形納米顆粒并將其儲(chǔ)存在多部分納米顆粒組合物的第一部分中；以及(2)獲得珊瑚形納米顆粒并將其儲(chǔ)存在多部分納米顆粒組合物的第二部分中。

本發(fā)明的這些和另一些優(yōu)點(diǎn)和特征將部分地在以下說(shuō)明書(shū)中闡述，并且在審查以下內(nèi)容之后將部分地對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)，或者可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐學(xué)習(xí)。

附圖說(shuō)明

圖1示意性地示出了制備具有所需尺寸和/或形狀的納米顆粒的系統(tǒng)，包括選擇性或優(yōu)先形成球形和/或珊瑚形納米顆粒；

圖2示意性地示出了遠(yuǎn)離靶表面移動(dòng)的重氣氛或液體中的噴出物羽流及其與多梯度電磁場(chǎng)的相互作用；

圖3示意性地示出了在金屬靶表面前方一定距離處設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)電磁場(chǎng)，以選擇性地產(chǎn)生所需尺寸和/或形狀的納米顆粒，包括選擇性地或優(yōu)先產(chǎn)生球形或珊瑚形金屬納米顆粒；

圖4是用于制備納米顆粒組合物的具有基本均勻的尺寸和窄粒徑分布的示例性球形金屬納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)；

圖5a-5e是用于制備納米顆粒組合物的示例性珊瑚形金屬納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)；

圖6示意性地示出了在其表面上包含多個(gè)同軸帶的環(huán)面(toroid)；以及

圖7示意性地示出了用于使用放電進(jìn)行燒蝕的裝置。

具體實(shí)施方式

本文公開(kāi)了包含球形和珊瑚形金屬納米顆粒的納米顆粒組合物以及用于選擇性地或優(yōu)先制備球形或珊瑚形納米顆粒的方法和系統(tǒng)。

納米顆粒構(gòu)造

在一些實(shí)施方案中，金屬納米顆?？梢园请x子基態(tài)金屬納米顆粒或基本上由非離子基態(tài)金屬納米顆粒組成。

術(shù)語(yǔ)“球形金屬納米顆?！笔侵赣梢环N或更多種金屬，優(yōu)選非離子基態(tài)金屬制成的納米顆粒，其僅具有內(nèi)部鍵角(bondangle)并且沒(méi)有外部邊緣或鍵角。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒的直徑可為約40nm或更小、約35nm或更小、約30nm或更小、約25nm或更小、約20nm或更小、約15nm或更小、約10nm或更小，約7.5nm或更小，或者約5nm或更小。優(yōu)選地，球形金屬納米顆粒具有實(shí)心核。以這種方式，球形納米顆粒具有高度的電離抗性、高度穩(wěn)定性，以及高度的抗團(tuán)聚性。這樣的納米顆?？梢员憩F(xiàn)出高ξ電位，這使得球形納米顆粒在極性溶劑中保持分散而不用表面活性劑，這是令人驚奇和預(yù)期的結(jié)果。

在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒可具有一定的粒徑分布，使得至少99％的納米顆粒的直徑在納米顆粒平均直徑的30％之內(nèi)，或在平均直徑的20％之內(nèi)，或在平均直徑的約10％之內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒可具有一定的平均粒徑，并且至少99％的納米顆粒的粒徑在平均直徑±3nm之內(nèi)，在平均直徑±2nm之內(nèi)，或在平均直徑±1nm之內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒的ξ電位可為至少10mv，優(yōu)選至少約15mv，更優(yōu)選至少約20mv，甚至更優(yōu)選至少約25mv，并且最優(yōu)選至少約30mv。

術(shù)語(yǔ)“珊瑚形金屬納米顆?！笔侵赣梢环N或更多種金屬，例如非離子基態(tài)金屬制成的納米顆粒，其具有非均一截面以及由以沒(méi)有直角接合在一起的多個(gè)非線性鏈形成的球類(lèi)結(jié)構(gòu)。類(lèi)似于球形納米顆粒，珊瑚形納米顆?？梢?xún)H具有內(nèi)部鍵角，并且沒(méi)有外部邊緣或鍵角。以這種方式，珊瑚形納米顆粒可具有高度的電離抗性、高度穩(wěn)定性，以及高度的抗團(tuán)聚性。這種珊瑚形納米顆粒可以表現(xiàn)出高的ξ電位，這使得珊瑚形納米顆粒在極性溶劑中保持分散而不用表面活性劑，這是令人驚奇和預(yù)期的結(jié)果。

在一些實(shí)施方案中，珊瑚形納米顆粒的直徑可為約15nm至約100nm，或約25nm至約95nm，或約40nm至約90nm，或約60nm至約85nm，或約70nm至約80nm。在一些實(shí)施方案中，珊瑚形納米顆?？删哂幸欢ǖ牧椒植迹沟弥辽?9％的納米顆粒的長(zhǎng)度在平均長(zhǎng)度的30％之內(nèi)，或在平均長(zhǎng)度的20％之內(nèi)，或在平均長(zhǎng)度的10％之內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，珊瑚形納米顆粒的ξ電位可為至少10mv，優(yōu)選至少約15mv，更優(yōu)選至少約20mv，甚至更優(yōu)選至少約25mv，并且最優(yōu)選至少約30mv。

通常，球形金屬納米顆?？梢孕∮谏汉餍谓饘偌{米顆粒，并且以這種方式可以提供非常高的表面積用于催化所需反應(yīng)或提供另一些期望的益處。另一方面，與球形納米顆粒相比，通常較大的珊瑚形納米顆粒可以表現(xiàn)出更高的每單位質(zhì)量的表面積，因?yàn)樯汉餍渭{米顆粒具有內(nèi)部空間和表面，而不是具有實(shí)心核并僅具有外表面。在一些情況下，提供包含球形和珊瑚形納米顆粒的組合物可提供協(xié)同作用的結(jié)果。例如，珊瑚形納米顆粒除了提供自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)之外，還可以幫助承載和/或增強(qiáng)球形納米顆粒的活性。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒組合物中的球形納米顆粒與珊瑚形納米顆粒的質(zhì)量比可為約1:1至約50:1，或約2.5:1至約25:1，或約5:1至約20:1，或約7.5:1至約15:1，或約9:1至約11:1或約10:1。納米顆粒組合物中的球形納米顆粒與珊瑚形納米顆粒的顆粒數(shù)之比可為約10:1至約500:1，或約25:1至約250:1，或約50:1至約200:1，或約75:1至約150:1，或約90:1至約110:1或約100:1。

包含球形和珊瑚形納米顆粒的納米顆?？梢园魏嗡璧慕饘?，金屬混合物或金屬合金，包括選自以下的至少一種：銀、金、鉑、鈀、銠、鋨、釕、銠、錸、鉬、銅、鐵、鎳、錫、鈹、鈷、銻、鉻、錳、鋯、錫、鋅、鎢、鈦、釩、鑭、鈰，其非均勻混合物，或其合金。

根據(jù)一些實(shí)施方案，納米顆粒將包含銀或金中的至少一者。由于構(gòu)成納米顆粒的銀和金原子的性質(zhì)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與銀納米顆粒相比，金納米顆粒能夠以非常小的尺寸(例如，小于約5nm至7nm)更好地保持在一起。另一方面，金-銀合金提供了金的顆粒穩(wěn)定活性和銀的較高的抗微生物活性或另一些所需的特性。

用于制造球形納米顆粒的方法和系統(tǒng)的實(shí)例公開(kāi)于williamniedermeyer的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2013/0001833(“niedermeyer公開(kāi)”)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

用于制造珊瑚形納米顆粒的方法和系統(tǒng)的實(shí)例公開(kāi)于2104年9月23日以williamniedermeyer的名義提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/054,126(“niedermeyer申請(qǐng)”)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

生產(chǎn)設(shè)備和方法

在一些實(shí)施方案中，珊瑚形金屬納米顆粒而不是球形納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)將給定能量密度的電磁場(chǎng)重新設(shè)置到更遠(yuǎn)離被燒蝕的金屬表面的距離來(lái)選擇性地制造。在一些實(shí)施方案中，移動(dòng)給定能量密度的電磁場(chǎng)更遠(yuǎn)離被燒蝕的金屬表面對(duì)噴出物羽流中的納米顆粒產(chǎn)生更小的影響，以致不會(huì)促使其成為球形。

圖1示意性地示出了用于制造金屬納米顆粒的方法或系統(tǒng)中使用的裝置的一個(gè)實(shí)施方案，并且可對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造和操作以選擇性地或優(yōu)先地制備球形或珊瑚形金屬納米顆粒。圖1更具體地描述了被配置成以脈沖方式發(fā)射或遞送光子能量12的離散能量包的主激光器10。通常，離開(kāi)主激光器10的脈沖發(fā)射12的直徑可以通過(guò)光束擴(kuò)展光學(xué)器件14來(lái)擴(kuò)展以減小其功率密度，并允許脈沖發(fā)射12移動(dòng)通過(guò)掃描光學(xué)器件16而不破壞光學(xué)涂層。在離開(kāi)掃描光學(xué)器件16之后，脈沖發(fā)射12隨后通常穿過(guò)光束準(zhǔn)直光學(xué)器件18，以在脈沖發(fā)射12通過(guò)光學(xué)窗口22進(jìn)入室20并與靶24(例如，金屬或金屬合金)相互作用時(shí)產(chǎn)生期望的脈沖發(fā)射12的光斑尺寸。

掃描光學(xué)器件16可以稍微調(diào)整發(fā)射12的每個(gè)脈沖的方向以使脈沖發(fā)射12圍繞靶24的表面移動(dòng)，并且通常是極性或x-y掃描儀。這防止了脈沖發(fā)射12重復(fù)地沖擊靶24上完全相同的位置，從而允許每次脈沖期間的最佳顆粒燒蝕并且有效地利用靶24。顯著地，不論靶24移動(dòng)還是脈沖發(fā)射12移動(dòng)都不如防止反復(fù)將能量遞送至靶24的相同點(diǎn)重要。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，脈沖發(fā)射12的路徑優(yōu)選地出現(xiàn)在密封的環(huán)境中，以保持激光束輪輪廓的完整性(通常為“禮帽”或高斯輪廓)。

主激光器10的類(lèi)型和頻率主要與待燒蝕的靶材料、商業(yè)可得性和/或成本有關(guān)。通常，靶24的靶材將具有已知的波長(zhǎng)吸收帶。在對(duì)于給定的靶材料不存在已知的波長(zhǎng)吸收帶的情況下，或者在期望從報(bào)道的值進(jìn)一步優(yōu)化的情況下，可以通過(guò)找到待燒蝕的特定材料的合適和強(qiáng)的吸收帶來(lái)實(shí)驗(yàn)地確定主激光器10的頻率。

此外，束斑尺寸和能量密度將控制發(fā)射12的每個(gè)能量包或脈沖中的遞送的總能量(et)。這將是靶材料的結(jié)合能(eb)以及包含在所需的最終球形納米顆粒中的總原子/分子數(shù)二者的函數(shù)。根據(jù)一些實(shí)施方案，與球形金屬納米顆粒相比，當(dāng)制造珊瑚形金屬納米顆粒時(shí)，可以增加發(fā)射12的每個(gè)能量包或脈沖中遞送的總能量(et)。

選擇脈沖發(fā)射12的持續(xù)時(shí)間以?xún)?yōu)選地允許在每個(gè)脈沖或能量包內(nèi)遞送足夠的能量以燒蝕靶24的靶材料，同時(shí)仍然保持脈沖的能量含量低于靶的電離能量。在金屬靶材的情況下，最大脈沖持續(xù)時(shí)間(pd)是特別顯著的，并且可以再一次實(shí)驗(yàn)地確定，或者如以下等式所示通過(guò)靶電離能(ei，以焦耳計(jì))除以發(fā)射12遞送的總能量(et，以焦耳/秒計(jì))確定：

pd＝ei/et

舉例來(lái)說(shuō)，通常用于制備直徑小于35nm的球形銀(ag)納米顆粒，已發(fā)現(xiàn)用于產(chǎn)生合適的噴出物結(jié)果(ejectaevent)的脈沖持續(xù)時(shí)間(pd)小于10納秒。為了形成珊瑚形金屬納米顆粒如金納米顆粒，脈沖持續(xù)時(shí)間(pd)可以小于1微秒且大于5納秒。通常，較長(zhǎng)的脈沖產(chǎn)生較大的顆粒，而較短的脈沖產(chǎn)生較小的顆粒。

可以選擇激光束的輪廓以提供光子能量到靶內(nèi)聲子能量的最有效轉(zhuǎn)移，例如，公知的“禮帽”或“高斯”輪廓，并且可以進(jìn)一步調(diào)整以在整個(gè)受控區(qū)域內(nèi)遞送特定持續(xù)時(shí)間的光子能量包用于引發(fā)特定的噴出物結(jié)果形狀、尺寸和噴出物材料密度的能量密度。

如圖1進(jìn)一步所示，靶24優(yōu)選地通過(guò)靶保持器28保持在中空反應(yīng)器室20的后端26內(nèi)。室20的前端30包括光學(xué)窗口22，其允許脈沖發(fā)射12在其到達(dá)靶24的途中通過(guò)。優(yōu)選地，小的壓電-電控制振動(dòng)器32可以安裝在室20的前端30內(nèi)，在光學(xué)窗口22之后，使得其規(guī)則的振動(dòng)防止了納米顆粒在其上的累積，從而保護(hù)光學(xué)窗口22。如果在光學(xué)窗口22上發(fā)生納米顆粒累積，則由輸入激光發(fā)射產(chǎn)生的損壞傾向可能會(huì)增加。室20的中空內(nèi)部起包含噴出物結(jié)果的作用(未示出)，因?yàn)閲姵鑫镉鹆髟诒话l(fā)射12的每個(gè)脈沖沖擊之后離開(kāi)靶24的表面。

當(dāng)來(lái)自發(fā)射12的脈沖與靶24的表面相互作用時(shí)，激光光子的能量轉(zhuǎn)移到靶的晶格結(jié)構(gòu)中，成為聲子能量，這會(huì)破壞晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)的核內(nèi)鍵(intranuclearbonds)并從靶表面釋放顆粒。因?yàn)榫Ц窠Y(jié)構(gòu)中的原子之間的鍵合能量控制了被遞送到靶表面的特定量的能量燒蝕的材料的量，原子之間的鍵能越低，導(dǎo)致越快的靶材料燒蝕。在一些實(shí)施方案中，利用“軟化”靶(例如退火)的方法來(lái)提高靶燒蝕的速率。在一些實(shí)施方案中，可以通過(guò)靶加熱器34來(lái)加熱靶24，靶加熱器34通常將靶24的溫度升高大約10℃，例如高于環(huán)境條件以進(jìn)一步降低靶晶格結(jié)構(gòu)中的鍵能。

盡管?chē)L試控制遞送到靶表面的能量以引發(fā)如上所述特定尺寸的顆粒的形成，但是噴出物結(jié)果的顆?？梢园粠щ姾傻姆请x子顆粒的一定分布，所述不帶電荷的非離子顆粒的尺寸從個(gè)位數(shù)原子/分子的小團(tuán)簇到通常期望尺寸的顆粒以及許多甚至更大的顆粒。此外，在金屬靶的情況下，即使遞送到靶的激光能量小于靶的電離能，最初的噴出物結(jié)果也可能包含一些電離的單個(gè)原子。因此，金屬靶優(yōu)選充電作為陽(yáng)極并通過(guò)電源插座(electricaloutlet)36接地，使得被燒蝕的電離原子被靜電吸回到靶24中并被再吸收到靶材料的晶體結(jié)構(gòu)中，從而消除或最小化噴出物結(jié)果中以及隨后產(chǎn)生的納米顆粒中的游離離子。

為了促進(jìn)連續(xù)的生產(chǎn)和被燒蝕的顆粒的移除，室20可以包括流體輸入端口52和流體輸出端口54，流體輸入端口52和流體輸出端口54通過(guò)輸入端56和輸出端58管道或管路或其他類(lèi)似結(jié)構(gòu)連接到罐60或包含所需流體(不管是液體還是氣體或其他重氣氛)的其他類(lèi)似容器或室。可以通過(guò)使用加熱套62或其他已知的機(jī)構(gòu)來(lái)控制罐60內(nèi)流體的溫度，并且優(yōu)選地包括用于混合流體(無(wú)論是通過(guò)攪拌或其他原理)的機(jī)構(gòu)。在利用液體的系統(tǒng)中，室內(nèi)的壓力可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸出端口54的高度來(lái)控制。氣體系統(tǒng)中的壓力可以通過(guò)控制氣體壓力來(lái)控制。類(lèi)似地，在真空系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)真空的產(chǎn)生和保持將用公知的組件進(jìn)行。罐60還可以包括樣品端口64，例如，其還可以包括溫度、壓力和/或流體體積的傳感器。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到并理解，室、輸入和輸出端口、管道或管路和罐中的所有材料表面對(duì)或與產(chǎn)生的特定納米顆粒有利地為非反應(yīng)性的、非吸引性的和非吸收性的。例如，未經(jīng)處理的玻璃和石英可以容易地吸收許多類(lèi)型的納米顆粒，特別是金屬顆粒，并且可能構(gòu)成用作反應(yīng)室20的材料的實(shí)際問(wèn)題。因此，優(yōu)選的材料包括相對(duì)的惰性的物質(zhì)，例如，聚四氟乙烯、peek和pet。此外，在液體系統(tǒng)需要泵66的情況下，優(yōu)選蠕動(dòng)泵。

靶24上方的流體流量可以保持在低線速度下，以提供通過(guò)反應(yīng)室20的層流，以便允許噴出物結(jié)果中的顆粒與梯度電磁場(chǎng)相互作用而不受流體流動(dòng)的干擾。此外，通過(guò)最小化反應(yīng)室20的前端30與靶24之間的距離，將最小化發(fā)射12穿過(guò)的靶24前方的溶液體積。隨著時(shí)間的推移，流體內(nèi)已經(jīng)穿過(guò)梯度電磁場(chǎng)的均勻尺寸的納米顆粒的量將增加。由于發(fā)射12必須穿過(guò)靶24上方的該流體，所以發(fā)射12具有使流體中所含的顆粒進(jìn)一步分裂的能力。通過(guò)最小化靶24上方的體積，可以減少能夠潛在地與發(fā)射12相互作用的顆粒的量，并且因此可以最小化持續(xù)的激光能量對(duì)顆粒的繼續(xù)破壞。

遞送到靶24的能量包和靶材料的鍵能將是噴出物結(jié)果中初始粒徑分布的主要控制因素，初始粒徑分布可影響最終產(chǎn)生的顆粒的大小。為了產(chǎn)生更大的珊瑚形納米顆粒而不是更小的球形納米顆粒，例如，對(duì)于特定被燒蝕的金屬，可以增加遞送到靶24的包的能量密度。

圖2示出了重氣氛中的噴出物羽流內(nèi)被燒蝕的顆粒離開(kāi)靶24的表面時(shí)的行為(即，不在會(huì)產(chǎn)生噴出物噴霧而不是噴出物羽流的真空系統(tǒng)中)。在利用重氣氛的該實(shí)施方案中，當(dāng)脈沖發(fā)射12與靶24相互作用時(shí)，被燒蝕的顆粒在knudsen邊界層38(該邊界層不存在于真空系統(tǒng)中)內(nèi)形成了包含離散的噴出物材料的初始噴出物羽流。該knudsen邊界層隨后隨著時(shí)間的推移如連續(xù)的邊界層40、42、44、46、48所示延伸離開(kāi)靶24的表面，直到噴出物羽流失去全部界限，并且knudsen邊界層不再存在于位置50。

根據(jù)一些實(shí)施方案，金屬靶表面(例如，銀)的激光燒蝕可以通過(guò)nd-yag激光器在1064nm波長(zhǎng)下利用3.9納秒脈沖來(lái)進(jìn)行，以遞送每脈沖約500mj能量。相比較而言，在不使用任何梯度電磁場(chǎng)的情況下，激光的能量含量產(chǎn)生了23.15nm的平均粒徑，其中99+％的顆粒在±14.2nm內(nèi)。為了提供納米顆粒更大的均勻形狀和穩(wěn)定性并且賦予從靶24的表面燒蝕的顆粒增加的ξ電位，該系統(tǒng)利用電磁場(chǎng)，例如基本上平行于靶24的表面的多個(gè)電磁場(chǎng)。在圖1所示的實(shí)施方案中，通過(guò)發(fā)射次(secondary)激光束70的次激光器68產(chǎn)生一組多個(gè)電磁場(chǎng)。盡管圖1的實(shí)施方案使用激光器來(lái)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，但應(yīng)理解，可以使用多個(gè)其他電磁能量源，例如微波能量源。

圖3示意性地示出了可如何修改構(gòu)造成產(chǎn)生球形金屬納米顆粒的裝置(如niedermeyer公開(kāi)中的裝置)以產(chǎn)生珊瑚形金屬納米顆粒。

如圖3所示，在使用本文公開(kāi)的裝置產(chǎn)生球形金屬納米顆粒的第一構(gòu)造中，次激光器368和任選的探測(cè)器322設(shè)置在被脈沖發(fā)射312燒蝕的金屬表面或靶324的表面前方的第一距離d1處以形成噴出物羽流302。為了選擇性地產(chǎn)生珊瑚形金屬納米顆粒而不是球形金屬納米顆粒，可以將次激光器368設(shè)置或重新設(shè)置在被脈沖發(fā)射312燒蝕的金屬表面或靶324的表面前方的第二距離d3處(例如，通過(guò)將次激光器368和任選的探測(cè)器322移動(dòng)或重新設(shè)置第一距離d1之外的附加距離d2)?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的任意位置調(diào)節(jié)工具來(lái)執(zhí)行移動(dòng)次激光器368(和任選的探測(cè)器322)，包括但不限于電動(dòng)馬達(dá)、齒輪、滑輪、纜繩，棒、螺釘、固定螺釘、旋鈕、軌道、槽、磁體等中的一種或更多種。可以使用卡尺、激光或其他距離測(cè)量工具來(lái)確定和/或設(shè)置次激光器368在金屬表面或靶324前方的適當(dāng)?shù)幕蛩璧木嚯x。

根據(jù)一些實(shí)施方案，設(shè)置在靶324表面前方的一個(gè)或更多個(gè)電磁場(chǎng)的能量密度可以保持相同，以便在保持所需的納米顆粒操控力的同時(shí)防止離子化。然而，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)電磁場(chǎng)設(shè)置成更遠(yuǎn)離靶324的表面(例如，第二距離d3)時(shí)，它/它們可以對(duì)噴出物羽流中的納米顆粒具有較小的影響，以致減少或最小化促使或致使納米顆粒形成球形納米顆粒所需的力。相反，可以通過(guò)在金屬靶表面的前方選擇合適的電磁場(chǎng)距離來(lái)形成珊瑚形金屬納米顆粒。

舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)圖1所示的裝置被構(gòu)造為制造球形金屬納米顆粒，例如根據(jù)niedermeye公開(kāi)中公開(kāi)的方法，至少一個(gè)電磁場(chǎng)可以設(shè)置在被燒蝕的金屬表面前方約0.5mm至約1.5mm，或約0.75mm至約1.25nm，或約0.95mm至約1.05mm的距離處，以便操控噴出物羽流并形成粒徑為40nm或更小、35nm或更小、30nm或更小、25nm或更小、20nm或更小、15nm或更小，10nm或更小、7.5nm或更小，或5nm或更小的球形金屬納米顆粒。球形納米顆?？删哂幸欢ǖ牧椒植?，其中至少99％的金屬顆粒的粒徑在平均直徑的30％之內(nèi)，或在平均直徑的20％之內(nèi)，或在平均直徑的10％之內(nèi)；和/或其中至少99％的球形納米顆粒的直徑在平均直徑±3nm之內(nèi)，或在平均直徑±2nm之內(nèi)，或在平均直徑±1nm之內(nèi)。球形納米顆粒的ξ電位可為至少約10mv，或至少約15mv，或至少約20mv，或至少約25mv，或至少約30mv。

相比之下，當(dāng)圖1所示的裝置被構(gòu)造為制造如本文所公開(kāi)的珊瑚形金屬納米顆粒時(shí)，所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)可以設(shè)置在被燒蝕的金屬表面前方約約1.5mm至約5mm，或約2mm至約4nm，或約2.5mm至約3.5mm的距離處，以便操控噴出物羽流并形成粒徑為約15nm至約100nm，或約25nm至約95nm，或約40nm至約90nm，或約60nm至約85nm，或約70nm至約80nm的珊瑚形金屬納米顆粒。所述珊瑚形金屬納米顆?？删哂幸欢ǖ钠骄L(zhǎng)度，并且其中至少99％的珊瑚形金屬納米顆粒的長(zhǎng)度在平均長(zhǎng)度的約30％之內(nèi)，或在平均長(zhǎng)度的約20％之內(nèi)，或在平均長(zhǎng)度的約10％之內(nèi)。所述珊瑚形納米顆粒的ξ電位可為至少約10mv，或至少約15mv，或至少約20mv，或至少約25mv，或至少約30mv。形成具有受控尺寸和/或窄粒徑分布的珊瑚形金屬納米顆粒的能力是令人驚奇和意想不到的結(jié)果，特別是由于沒(méi)有迫使顆粒成為均勻的球形構(gòu)型。

一般地，離開(kāi)靶24的納米顆粒的初始加速度通?？梢赃_(dá)到聲速或接近聲速的速度，還可以通過(guò)使用反應(yīng)室內(nèi)的壓力來(lái)控制顆粒加速度。這意味著在真空中，隨著納米顆粒向前移動(dòng)并最終沉積到室20的前端30上，接近聲速的速度將不會(huì)顯著減小。然而，當(dāng)使用氣體或液體介質(zhì)來(lái)操控納米顆粒流動(dòng)時(shí)，反應(yīng)室20內(nèi)的壓力可以被改變以對(duì)噴出物羽流中的加速度產(chǎn)生影響，從而使顆粒具有更長(zhǎng)或更短的時(shí)間受到次激光發(fā)射70產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的影響。同樣地，可以修改這種變量以產(chǎn)生所需尺寸和/或形狀的珊瑚形金屬納米顆粒。

根據(jù)一些實(shí)施方案，脈沖發(fā)射312的能量密度可以保持相同，或者替代地，其可以增加以提高燒蝕速率和/或在噴出物羽流302中產(chǎn)生更大的金屬納米顆粒。與使用具有較低能量密度的脈沖發(fā)射312相比，這可以產(chǎn)生更大尺寸的珊瑚形納米顆粒。

回到圖1和圖2，在次發(fā)射70進(jìn)入反應(yīng)器室之前，該光束可以穿過(guò)全息衍射光柵光學(xué)器件72，全息衍射光柵光學(xué)器件72產(chǎn)生五個(gè)空間順序不同且能量不同的可辨認(rèn)的且離散的光束74、76、78、80和82，其可作為離散的電磁場(chǎng)。雖然在圖2中示出了五個(gè)離散的光束，但是這樣的光束的數(shù)量可以大于五個(gè)或小于五個(gè)(例如三個(gè))。全息衍射光柵光學(xué)器件72將優(yōu)選地允許次發(fā)射70的能量的至少95％通過(guò)。當(dāng)然，除了利用衍射光柵光學(xué)器件來(lái)從單一源激光發(fā)射產(chǎn)生多個(gè)離散的激光發(fā)射或場(chǎng)，還可以利用多個(gè)單獨(dú)的激光來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的效果。這些電磁場(chǎng)的頻率和強(qiáng)度可以與靶材料的吸收帶和最終所需尺寸的球形納米顆粒的等離子體共振之間相關(guān)。通常，次激光發(fā)射70的頻率將在主激光發(fā)射12的頻率的多倍范圍內(nèi)。頻率優(yōu)選是被靶材料吸收的頻率，但一旦材料已經(jīng)被燒蝕并形成所需的粒徑和形狀則被材料吸收更少，其應(yīng)該是最終所需尺寸的納米顆粒的等離子體共振的一個(gè)因素。

此外，離散電磁場(chǎng)74、76、78、80和82的最小能量密度可有利于進(jìn)行由噴出物結(jié)果產(chǎn)生的納米顆粒的操控，而不是例如僅僅是觀察噴出物結(jié)果。這種操控具有賦予納米顆粒足夠的能量的作用，其將使得尺寸錯(cuò)誤的顆粒(即大于或小于所需尺寸的顆粒)損失質(zhì)量(在納米顆粒太大的情況下)或增加質(zhì)量(在納米顆粒太小的情況下)并使納米顆粒獲得均勻的形狀。認(rèn)為這種效應(yīng)是由于尺寸錯(cuò)誤的顆粒將比所需尺寸的顆粒更容易地吸收具有特定頻率的離散電磁場(chǎng)的能量。因?yàn)樗璩叽绲念w粒從電磁場(chǎng)吸收很少的能量，所以這些顆粒在移動(dòng)通過(guò)電磁場(chǎng)時(shí)改變尺寸或形狀的動(dòng)力很小。相反，由于尺寸錯(cuò)誤的顆粒將從電磁場(chǎng)吸收能量，所得到的這些顆粒的振動(dòng)和/或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為這些錯(cuò)誤尺寸的顆粒產(chǎn)生了增加或損失材料的動(dòng)力，從而符合與電磁場(chǎng)一致的尺寸和形狀。

電磁場(chǎng)的能量密度的確定可以通過(guò)估計(jì)噴出物結(jié)果中的所有顆粒的質(zhì)量來(lái)開(kāi)始(單次噴出物結(jié)果的質(zhì)量可以通過(guò)在燒蝕之前和之后稱(chēng)重靶并計(jì)算每次噴出物結(jié)果的質(zhì)量損失來(lái)確定)。此外，最終期望的納米顆粒的尺寸和形狀的質(zhì)量也是已知的。

當(dāng)利用激光方法產(chǎn)生離散電磁場(chǎng)時(shí)，給定頻率下的光子的能量是已知的。因此，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定將單個(gè)顆粒變化為所需尺寸和形狀所需的光子的最小量。噴出物結(jié)果中的質(zhì)量越大，任一個(gè)離散電磁場(chǎng)所需的能量密度越高。此外，任一個(gè)離散電磁場(chǎng)的最大能量密度將優(yōu)選地小于所需尺寸的納米顆粒的材料(例如，金屬)的電離能。一旦已知每個(gè)電磁場(chǎng)的能量密度，則用于產(chǎn)生多個(gè)離散電磁場(chǎng)的次束70的總能量密度同樣是已知的。

再次，如圖1所示，在穿過(guò)衍射光柵光學(xué)器件72之后，然后現(xiàn)在五個(gè)離散的激光發(fā)射優(yōu)選地穿過(guò)增強(qiáng)光學(xué)器件84，例如準(zhǔn)直透鏡，其確保最大量的能量被施加到噴出物羽流中的納米顆粒。然后離散的激光發(fā)射穿過(guò)柱面透鏡86，其采用離散的線性激光發(fā)射并將其轉(zhuǎn)變成離散的平面激光發(fā)射，然后通過(guò)輸入光學(xué)器件窗口88進(jìn)入室20，然后是靶24前方，并且最終通過(guò)輸出光學(xué)器件窗口90從室20的相反側(cè)離開(kāi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，光學(xué)器件可以包括降低激光發(fā)射頻率損失的涂層和/或其他特性。此外，光學(xué)器件能夠有利地耐受由激光發(fā)射的功率導(dǎo)致的劣化。另外，輸入和輸出光學(xué)器件88和90分別可以各自有利地具有壓電-電控制的振動(dòng)器32，其可以安裝在室30內(nèi)的兩個(gè)光學(xué)器件后面，使得光學(xué)器件的規(guī)則振動(dòng)將防止顆粒的累積，從而保護(hù)光學(xué)器件免于顆粒累積和隨后的次激光發(fā)射劣化。

從圖2中可以看出，離散場(chǎng)通常可以平行于靶24并垂直于主激光發(fā)射12，使得如果激光發(fā)射12被指定為x軸，則來(lái)自發(fā)射70的每一個(gè)離散場(chǎng)在靶24前方形成y-z平面。根據(jù)全息衍射光柵光學(xué)器件72的確切規(guī)格，可以對(duì)場(chǎng)的離散激光發(fā)射的空間順序進(jìn)行排序。離靶24最近和最遠(yuǎn)的激光發(fā)射場(chǎng)，即場(chǎng)74和82分別可以具有相同的能量密度，與中心相鄰的場(chǎng)，即場(chǎng)76和80也是相同的。中心場(chǎng)，即場(chǎng)78，可以與其他兩組場(chǎng)具有不同的能量密度。在一個(gè)實(shí)施例中，外場(chǎng)74和82可以具有最低密度，場(chǎng)76和80可以具有較高的能量密度，并且中心場(chǎng)78可以具有最高的能量密度。在另一實(shí)施例中，外場(chǎng)74和82可以具有最高的密度，場(chǎng)76和80可以具有相對(duì)較低的能量密度，并且中心場(chǎng)78可以具有最低的能量密度。理想地，最近的電磁場(chǎng)74在靶表面24處或附近，使得場(chǎng)對(duì)顆粒的影響幾乎是瞬時(shí)的。至少，在knudsen邊界層消散之前，優(yōu)選第一電磁場(chǎng)74作用于噴出物羽流。

當(dāng)被配置成產(chǎn)生球形納米顆粒時(shí)，觀察到通過(guò)該系列電磁場(chǎng)的噴出物羽流中的納米顆粒具有相對(duì)均勻的形狀和尺寸，其中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了>99％的球形顆粒在±3nm、±2nm、或±1nm之內(nèi)。此外，這樣的過(guò)程還可以賦予球形納米粒子高的ξ-電位，其極大地抑制或防止團(tuán)聚并產(chǎn)生可以在無(wú)表面活性劑的極性液體中保持分散的顆粒。在一些實(shí)施方案中，球形金屬納米顆粒的ξ電位可以大于10mv，優(yōu)選大于約15mv，更優(yōu)選大于約20mv，甚至更優(yōu)選大于約25mv，并且最優(yōu)選大于約30mv。

或者，當(dāng)重構(gòu)以產(chǎn)生珊瑚形納米顆粒時(shí)，觀察到通過(guò)該系列電磁場(chǎng)的噴出物羽流中的納米顆粒具有相對(duì)均勻的尺寸，但形狀不一定，如圖4a-4e所示。然而，這樣的過(guò)程可以產(chǎn)生沒(méi)有直角的珊瑚納米顆粒，因此沒(méi)有外部邊緣或外部鍵角。類(lèi)似于球形顆粒，珊瑚形納米顆?？蓛H具有內(nèi)部鍵角，這大大抑制或防止了電離。在一些實(shí)施方案中，“珊瑚形金屬納米顆?！钡摩坞娢豢梢源笥?0mv，優(yōu)選大于約15mv，更優(yōu)選大于約20mv，甚至更優(yōu)選大于約25mv，并且最優(yōu)選大于約30mv。

所公開(kāi)的裝置不限于使用由全息衍射光柵光學(xué)器件產(chǎn)生的五個(gè)電磁場(chǎng)。例如，在僅使用三個(gè)電磁場(chǎng)代替上述實(shí)施方案的五個(gè)場(chǎng)的情況下，可以預(yù)期較小的尺寸均勻性以及較低的ξ電位。在使用單個(gè)電磁場(chǎng)代替上述實(shí)施方案的五個(gè)場(chǎng)的情況下，預(yù)期尺寸均勻性和/或形狀與沒(méi)有任何電磁場(chǎng)的系統(tǒng)相比會(huì)增加，但低于多個(gè)電磁場(chǎng)的系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，所公開(kāi)的裝置包括五個(gè)以上的電磁場(chǎng)。在一些實(shí)施方案中，所公開(kāi)的裝置包括少于五個(gè)電磁場(chǎng)(例如，一到四個(gè)電磁場(chǎng))。

圖4是示例性球形納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)。所示的納米顆粒是具有基本均勻尺寸的球形銀(ag)納米顆粒，具有約10nm的平均直徑和窄粒徑分布。在一些實(shí)施方案中，球形納米顆粒可以具有實(shí)心核而不是中空的，如通常形成在非金屬晶種納米顆粒(例如二氧化硅)的表面上的常規(guī)金屬納米顆粒的情況，所述非金屬晶種納米顆粒隨后被除去以產(chǎn)生中空納米球。

圖5a-5e是具有非均勻的非對(duì)稱(chēng)截面以及由以沒(méi)有直角接合在一起的多個(gè)非線性鏈形成的球類(lèi)結(jié)構(gòu)的示例性珊瑚形金屬納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像(tem)。所示的納米顆粒是珊瑚形金納米顆粒。在許多情況下，珊瑚形納米顆粒包含非均勻和非對(duì)稱(chēng)形狀的鏈，其中一些形成沒(méi)有自由端的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，并且其中一些形成鏈或分支。在大多數(shù)情況下，看起來(lái)非均勻形狀的鏈具有基本上沒(méi)有直角的非線性構(gòu)造。非均勻和非對(duì)稱(chēng)形狀的鏈的直徑也可以沿其長(zhǎng)度變化。多個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)和/或鏈可以通常以非均勻非對(duì)稱(chēng)的方式連接到一起。

在一些實(shí)施方案中，可以在靶24周?chē)惭b陶瓷(或其他非金屬)環(huán)面92。如圖6所示，環(huán)面92的頂側(cè)可以具有多個(gè)設(shè)置在環(huán)面92表面上的金屬同心帶94、96、98和100。同心金屬帶94、96、98和100可以分別連接到電導(dǎo)線102、104、106和108。電導(dǎo)線102、104、106和108可以各自連接到單獨(dú)的高壓電源110、112、114和116(圖1所示)，其可以在靶24周?chē)颓胺疆a(chǎn)生梯度電場(chǎng)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，除了上述電磁場(chǎng)之外還使用該梯度電場(chǎng)，而不是使用梯度電場(chǎng)替代上述電磁場(chǎng)。梯度電場(chǎng)可用于操控腔室20內(nèi)的納米顆粒的加速度和運(yùn)動(dòng)。梯度場(chǎng)可以通過(guò)改變金屬同心帶94、96、98和100上的電壓來(lái)控制。例如，在真空過(guò)程中，納米顆粒運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)梯度電場(chǎng)來(lái)控制。

在一些實(shí)施方案中，可以包括一個(gè)或更多個(gè)另外的組件以將靶24的表面保持在距主激光器10所需的距離處，以便保持主激光發(fā)射12的焦點(diǎn)以及電磁場(chǎng)74、76、78、80和82與靶表面的空間關(guān)系二者，從而保持這些場(chǎng)對(duì)噴出物羽流中的顆粒的一致效應(yīng)。在圖1所示的實(shí)施方案中，其可以通過(guò)移動(dòng)齒輪桿或棒(pinionbarorrod)120的螺旋機(jī)構(gòu)118來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)靶表面被激光12燒蝕時(shí)，齒輪桿或棒120可以將靶24向前移動(dòng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，也可以使用另一些機(jī)構(gòu)?？梢允褂孟嗤臋C(jī)構(gòu)來(lái)選擇性地增大或減小一個(gè)或更多個(gè)電磁場(chǎng)與靶表面之間的距離(例如，如圖3所示的距離d1和d3之間)，以便選擇性地產(chǎn)生更多珊瑚形的或更多球形的金屬納米顆粒，如本文所述。

探測(cè)器122可以用于通過(guò)多種已知方法來(lái)監(jiān)測(cè)靶24的面或表面的位置，包括通過(guò)監(jiān)測(cè)第一電磁場(chǎng)74被靶面輕微干擾。相反地，不是移動(dòng)靶24，而是激光器12的焦點(diǎn)和電磁場(chǎng)74、76、78、80和82的位置可以隨著靶面移動(dòng)(由于反復(fù)燒蝕造成材料的損失)而改變。類(lèi)似地，不使用大靶，而是可以利用小而薄的靶，或者如果定期更換靶，則可以實(shí)現(xiàn)相同的效果。在又一個(gè)實(shí)施方案中，可以將多個(gè)靶裝載到靶放置容器124中，靶放置容器124可以與螺旋機(jī)構(gòu)118和齒輪桿120結(jié)合起作用，以允許燒蝕(以及根據(jù)需要移動(dòng)、設(shè)置和/或定向)多個(gè)靶，而不需要將新靶24手動(dòng)地插入室20。

隨著納米顆粒離開(kāi)梯度電磁場(chǎng)，該過(guò)程可以產(chǎn)生具有高ξ電位(優(yōu)選球形顆粒至少為30mv)的納米顆粒。這意味著當(dāng)懸浮在任何液體(包括任何極性液體如水)中時(shí)，這些納米顆粒彼此施加均勻的力，從而保持懸浮在溶液中，而不需要任何添加的表面活性劑(例如，濃度高達(dá)約1ppm、10ppm、25ppm、50ppm、75ppm、100ppm、150ppm、200ppm或250ppm金屬納米顆粒)。表面活性劑的缺失使得這些納米顆粒能夠被引入其中表面活性劑的存在將在其他方面被證明是有問(wèn)題的應(yīng)用，例如生物系統(tǒng)。

當(dāng)使用液體作為納米顆粒的載體時(shí)，可以使用任何有機(jī)非極性化合物，以及包含醇和水的極性溶液。優(yōu)選地，所選擇的液體不含離子和顆粒物質(zhì)，以防止納米顆粒與液體內(nèi)的雜質(zhì)的不期望的團(tuán)聚。當(dāng)使用水時(shí)，存在多種方法來(lái)移除離子和顆粒物質(zhì)，包括蒸餾甚至多次蒸餾、反滲透、去離子技術(shù)和超濾。

圖7示意性地示出了用于制造納米顆粒的裝置的另一個(gè)實(shí)施方案，其中噴出物羽流通過(guò)放電過(guò)程而不是激光燒蝕產(chǎn)生。放電過(guò)程可以在真空系統(tǒng)中產(chǎn)生燒蝕(其中產(chǎn)生噴出物羽流)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的，適用于激光燒蝕過(guò)程的許多相同的原理可以應(yīng)用于使用放電來(lái)燒蝕材料的過(guò)程。例如，放電過(guò)程利用靶陽(yáng)極126(例如，線)在接近陰極材料130的表面128產(chǎn)生噴出物羽流，而不是主激光束沖擊靶。在圖7所示的實(shí)施方案中，這可以通過(guò)將陰極材料130放置在包括永磁體132的保持器134內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。保持器134可以保持在作為室140的一部分的管136內(nèi)。電磁體141圍繞管136延伸，并且當(dāng)通電時(shí)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)保持器134向上朝向靶陽(yáng)極線126的尖端138的磁場(chǎng)。陽(yáng)極線126與陰極材料130之間的電位差足以擊穿陰極材料130的表面128和陽(yáng)極線126的尖端138之間的重氣氛的電阻，該放電從陽(yáng)極126產(chǎn)生材料的噴出物，其朝向陰極材料130的表面128移動(dòng)，然后有效地從彎曲的陰極表面128反彈，然后移動(dòng)通過(guò)電磁場(chǎng)153。保持器134的向上運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)保持器的底部進(jìn)行的活塞式控制，或通過(guò)陰極表面128與陽(yáng)極線126的尖端138的物理相互作用，或通過(guò)其他致動(dòng)方式來(lái)限制。當(dāng)陽(yáng)極線126通過(guò)尖端138的燒蝕而損失質(zhì)量時(shí)，其長(zhǎng)度可通過(guò)線供應(yīng)機(jī)構(gòu)142保持。

隨著在陰極材料130的每個(gè)向上脈沖上的相同位置形成的噴出物羽流以及在室140的主腔內(nèi)移動(dòng)，然后可以將電磁場(chǎng)153或優(yōu)選梯度電磁場(chǎng)153通過(guò)室140的一端的光學(xué)窗口144引入室140的主腔，同時(shí)通過(guò)室140的另一端的第二光學(xué)窗口148離開(kāi)。如圖1所示的光學(xué)器件，輸入和輸出光學(xué)器件144和148還可以包括壓電-電控振動(dòng)器150，以幫助防止光學(xué)器件144、148上的顆粒累積。無(wú)論是由次激光器152(或一組激光器)或其他源產(chǎn)生的，電磁場(chǎng)或場(chǎng)153的頻率和強(qiáng)度，都將由圖1和2中的梯度電磁場(chǎng)的上述相同參數(shù)確定。

流體流可以通過(guò)輸入端口146引入室140并通過(guò)輸出端口154排出，該流體可以在納米顆粒已經(jīng)通過(guò)電磁場(chǎng)153之后用于收集納米顆粒。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解，陽(yáng)極線和陰極材料的這種單一設(shè)置可以?xún)?yōu)選以線性方式重復(fù)，以利用多個(gè)陽(yáng)極-陰極單元的相同電磁場(chǎng)或多個(gè)梯度電磁場(chǎng)，來(lái)提高納米顆粒的產(chǎn)生。

與使用激光燒蝕產(chǎn)生噴出物羽流一致，來(lái)自陽(yáng)極線126的尖端138的電脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間將確定每脈沖遞送的總能量(et)，并且將是靶材料的鍵能(eb)、電離能(ei)以及待包含在所需形狀的最終納米顆粒(其為球形或珊瑚形)中的總原子/分子的數(shù)量的函數(shù)。如圖1所示的裝置，可以通過(guò)增加電磁場(chǎng)153和陽(yáng)極材料126的尖端138之間的距離來(lái)來(lái)形成珊瑚形金屬納米顆粒而不是球形金屬納米顆粒。

即使通過(guò)精確地將能量遞送到靶表面來(lái)控制顆粒尺寸，如同通過(guò)激光燒蝕產(chǎn)生的噴出物羽流一樣，但是噴出物將包含不帶電荷的非離子顆粒的分布，其大小從個(gè)位數(shù)原子/分子的小簇到通常所需尺寸的納米顆粒以及許多更大的顆粒變動(dòng)。此外，由于放電方法幾乎總是利用金屬靶(因?yàn)槠渥鳛殡娐返年?yáng)極)，即使遞送到靶的能量將小于靶的電離能，最初的噴出物羽流也可能也含有一些電離的單個(gè)原子。然而，因?yàn)殛?yáng)極靶線126是陽(yáng)極，電離的原子將容易地被拉回到陽(yáng)極靶126并被再吸收到材料的晶體基質(zhì)中。

類(lèi)似地，噴出物羽流的速度的控制也可以通過(guò)以與上述激光燒蝕方法相同的方式使用反應(yīng)室內(nèi)的流體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。

示例性用途

納米顆粒組合物可用于任何所需目的。于2014年9月23日以williamniedermeyer的名義提交的且題為“antimicrobialcompositionsandmethods”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/054,152中公開(kāi)了抗微生物組合物以及制備和使用抗微生物組合物的方法的實(shí)例，其通過(guò)引用并入。在一些實(shí)施方案中，抗微生物組合物可以包含載體和具有的粒徑和粒徑分布的復(fù)數(shù)個(gè)金屬納米顆粒，其選擇成選擇性地且優(yōu)先地殺死病毒、細(xì)菌或真菌之一的。在一些實(shí)施方案中，抗病毒組合物包含粒徑為約8nm或更小，或約1nm至約7nm，或約2nm至約6.5nm，或約3nm至約6nm的金屬納米顆粒。在一些實(shí)施方案中，抗細(xì)菌組合物可以包含粒徑為約3nm至約14nm，或約5nm至約13nm，或約7nm至約12nm，或約8nm至約10nm的金屬納米顆粒。在一些實(shí)施方案中，抗真菌組合物可以包含粒徑為約9nm至約20nm，或約10nm至約18nm，或約11nm至約16nm，或約12nm至約15nm的金屬納米顆粒。在任何上述尺寸范圍內(nèi)，可以選擇特定尺寸的“設(shè)計(jì)者抗微生物顆?！保涮貏e有效地靶向特定的微生物。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名義提交并且題為“nanoparticletreatedfabrics,fibers,filaments，andyarnsandrelatedmethod”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/054,182中公開(kāi)了已經(jīng)用納米顆粒(包括球形和珊瑚形納米顆粒)處理的織物和其他織物材料的實(shí)例，其通過(guò)引用并入。納米顆粒處理的纖維制品可以顯示出良好的抗微生物活性，同時(shí)隨著時(shí)間過(guò)去保持穩(wěn)定(即，其中納米顆粒可以保持粘附到纖維基底表面而沒(méi)有共價(jià)鍵、離子鍵或物理封裝。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名義提交且題為：“compositionsandmethodsfortreatingplantdiseases”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/054,215中公開(kāi)了納米顆粒組合物可如何用于治療植物病害如柑橘黃龍病的實(shí)例，其通過(guò)引用并入。受感染的植物部分可以暫時(shí)從植物中移除，用納米顆粒組合物處理，然后重新嫁接到植物上。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名義提交且題為“fueladditivecompositionandrelatedmethods”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2054201中公開(kāi)了納米顆粒組合物可如何用作燃料添加劑的實(shí)例，其通過(guò)引用并入。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名義提交且題為“anti-viralcompositionsandmethodsfortreatmentofebolavirusdisease”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/054,154中公開(kāi)了納米顆粒組合物可如何用于治療或預(yù)防埃博拉病毒疾病的實(shí)例，其通過(guò)引用并入。

載體

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒組合物包含用于將金屬納米顆粒遞送到活體或非活性基底上的載體。載體可以是液體、凝膠或固體。根據(jù)被處理的活體或非活體基底，一些載體可能比其他載體更適合。例如，可以選擇載體的溶解度特征，以最大化或以其他方式在整個(gè)基底和/或與基底接觸的其他有機(jī)體或客體中提供所需的擴(kuò)散。

可用作載體的化合物的實(shí)例包括但不限于水、醇、酮、酯、柑橘油、精油、蔬菜和另一些植物和天然油、甘油三酯、醚、有機(jī)溶劑、甲醇、乙醇、異丙醇、另一些醇、二醇、甘油、多元醇、1,3-丙二醇、凡士林、蠟、聚合物、可聚合材料和表面活性劑。

在一個(gè)實(shí)施方案中，載體是奶油或包括甘油的洗液，和/或任選地含有例如椰子油、橄欖油、葡萄籽油、牛油樹(shù)籽油(sheabutter)、芒果脂(mangobutter)的油的硬脂酸乳，和/或維生素e油以及乳化蠟。

在另一些實(shí)施方案中，載體是水或組合的水和醇溶液，其本身包含微摩爾至毫摩爾濃度的溶解到載體中的單獨(dú)的穩(wěn)定劑以保持納米顆粒在整個(gè)組合物中。

用于鼻或肺氣溶膠或吸入給藥的示例性載體包括鹽水中的溶液，其可以含有例如芐醇或其他合適的防腐劑；用于增強(qiáng)生物利用度的吸收促進(jìn)劑；和/或另一些增溶劑或潤(rùn)濕劑或分散劑，例如甘油、天然存在的磷脂(例如卵磷脂)、環(huán)氧烷與脂肪酸的縮合產(chǎn)物(例如聚氧乙烯硬脂酸酯)、環(huán)氧乙烷與長(zhǎng)鏈脂肪醇的縮合產(chǎn)物(例如，十七碳亞乙基氧基乙醇)、環(huán)氧乙烷與衍生自脂肪酸和己糖醇酐的偏酯的縮合產(chǎn)物(例如，聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯)、多糖和多糖類(lèi)化合物(例如硫酸葡聚糖)，以及糖胺聚糖和糖胺聚糖類(lèi)化合物(例如，透明質(zhì)酸)。在一些實(shí)施方案中，將納米顆粒、另一些穩(wěn)定劑和/或載體配制為干粉(例如，可用于用干粉吸入器給藥的粉末)。

用于鼻和/或吸入給藥的示例性氣溶膠包括可汽化推進(jìn)劑，例如，當(dāng)限制在合適的容器中時(shí)是液體的并且是生物相容性和無(wú)刺激性的低分子量氫氟烴或烴。可以另外包含例如水、醇、丙二醇和聚乙二醇的成分。提供也可用于鼻和/或吸入給藥的另一些實(shí)施方案作為噴霧劑(例如，省略氣溶膠噴射劑)。這樣的噴霧制劑可以作為能夠形成用于給藥的細(xì)霧的溶液、懸浮液或乳液提供，并且在一些實(shí)施方案中可以包括鹽水和/或是等滲的。

示例性的可注射溶液包括水性乳液或油性懸浮體或鹽水溶液(例如，等滲、低滲或高滲，任選地包括葡萄糖和/或另一些電解質(zhì)或添加劑)。這樣的組合物還可以包含合適的分散劑或潤(rùn)濕劑。無(wú)菌可注射制劑也可以在無(wú)毒的腸胃外可接受的稀釋劑或溶劑中形成，例如1,2-丙二醇(丙二醇)溶液。另外的實(shí)例包括溶液或懸浮體，其可包括例如合適的無(wú)毒稀釋劑或溶劑如甘露醇、1,3-丁二醇、水、林格溶液、等滲氯化鈉溶液或其他合適的分散劑或潤(rùn)濕劑和懸浮劑(包括合成的甘油單酯或甘油二酯)，和脂肪酸(包括油酸或cremaphor)。

本領(lǐng)域已知的凝膠可以用作載體，例如含有一種或更多種上述液體組分的凝膠以及已知的膠凝劑。凝膠組合物可以更容易地粘附到被處理的活體或非活體的基底上。示例性的凝膠載體可以包括用聚乙烯膠凝化的礦物油。

固體載體可以出于不同的原因使用，例如隨著時(shí)間的推移將納米顆粒洗脫到基底中或上。固體載體的實(shí)例包括但不限于聚合物、橡膠、彈性體、泡沫和樹(shù)膠。根據(jù)待處理的基底的特征和所需的洗脫速率，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇合適的固體載體材料。

在一些實(shí)施方案中，可以配制納米顆粒組合物，使得以某一濃度包含金屬納米顆粒，以便當(dāng)被施加到基底上或基底中時(shí)，測(cè)量的納米顆粒組合物的量將提供預(yù)先確定的金屬納米顆粒濃度或量。納米顆粒組合物可以具有較高濃度的納米顆粒，當(dāng)與施用于或天然地包含于基底內(nèi)的其他液體混合時(shí)，納米顆粒變?yōu)橄♂尩?。根?jù)被處理的基底、添加的納米顆粒的性質(zhì)和所使用的載體的類(lèi)型，納米顆粒組合物可含有按重量計(jì)約10ppb(十億分之一份)、15ppb、100ppb，或500ppb至約100ppm(百萬(wàn)分之一份)的金屬納米顆粒，或按重量計(jì)約1ppm至約50ppm，或約2ppm至約25ppm，或約3ppm至約20ppm的金屬納米顆粒。

在一些實(shí)施方案中，納米顆粒組合物還可以包含一種或更多種任選的組分或輔助劑以提供所需的特性，包括但不限于食品、維生素、礦物質(zhì)、抗微生物劑、電解質(zhì)、保濕劑、潤(rùn)滑劑、防腐劑和/或植物提取物。

在一些實(shí)施方案中，載體也可以起穩(wěn)定劑的作用，或者可以包含穩(wěn)定劑。例如，在一些實(shí)施方案中，可能期望在相同的溶液中具有不同的特定尺寸的納米顆粒以利用不同顆粒的各種不同特性和效果。然而，當(dāng)將不同尺寸的顆?；旌系絾我蝗芤褐袝r(shí)，由于施加在各種顆粒上的不等的力導(dǎo)致顆粒的最終團(tuán)聚，該單一溶液中的這些顆粒的整體長(zhǎng)期穩(wěn)定性可能會(huì)顯著降低。當(dāng)該溶液被加熱或冷卻至顯著地高于或低于標(biāo)準(zhǔn)室溫條件時(shí)，該現(xiàn)象可變得更加顯著。

穩(wěn)定劑的實(shí)例包括醇(例如乙醇、丙醇、丁醇等)、多酚(例如，阿江(arjuna)樹(shù)皮提取物、葡萄籽提取物等)、單甘油酯、二甘油酯或甘油三酯(例如葡萄籽油，椰子油等)、油(例如薰衣草)、另一些萜烯、胺化合物(例如單乙醇胺、二乙醇胺、或三乙醇胺)、碳水化合物(例如蔗糖、果糖)、脂質(zhì)體、乳膏、另一些乳液和另一些聚合物。

在一些實(shí)施方案中，將穩(wěn)定劑以微摩爾至毫摩爾濃度范圍溶解于單獨(dú)的載體中，其中范圍上限通常不受功效限制，而是由產(chǎn)品成本限制。

這些多種穩(wěn)定劑具有以下能力：保持至少兩種不同尺寸和/或形狀的納米顆粒在懸浮體中，并將這些納米顆粒遞送到基底中或基底上而沒(méi)有強(qiáng)力地保留納米顆粒以致降低納米顆粒的有效性。

抗微生物活性

舉例來(lái)說(shuō)，納米顆粒可以殺死微生物或使微生物變性的一種方法是通過(guò)催化重要蛋白質(zhì)或酶中二硫鍵(s-s)鍵的斷裂。在細(xì)菌或真菌的情況下，細(xì)胞內(nèi)部可發(fā)生重要蛋白質(zhì)或酶的二硫鍵的斷裂和/或其他化學(xué)鍵的斷裂，從而以這種方式殺死微生物。通過(guò)通常簡(jiǎn)單的微生物的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)促進(jìn)這種催化二硫鍵(s-s)鍵的斷裂，其中許多重要的二硫鍵是暴露并且易于被催化斷裂。金屬(例如銀)納米顆?？梢詺⑺牢⑸锏牧硪粰C(jī)制是通過(guò)產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，例如可以氧化斷裂蛋白質(zhì)鍵(包括但不限于酰胺鍵)的過(guò)氧化物。在病毒的情況下，球形和珊瑚形金屬納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)附著到糖蛋白上和/或催化蛋白質(zhì)外殼中的蛋白質(zhì)變性反應(yīng)來(lái)使病毒失活，使得病毒不再能附著于宿主細(xì)胞和/或?qū)⑦z傳物質(zhì)注入宿主細(xì)胞。因?yàn)榉浅Ｐ〉募{米顆粒可以通過(guò)病毒，蛋白質(zhì)外殼的變性可能發(fā)生在病毒內(nèi)部。使得不能附著于宿主細(xì)胞和/或?qū)⑦z傳物質(zhì)注入宿主細(xì)胞的病毒基本上是無(wú)活性的并且不再致病。

盡管非離子金屬納米顆粒相對(duì)于微生物具有致死性，但是對(duì)于與簡(jiǎn)單微生物相比含有更復(fù)雜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(其中大部分或全部的重要二硫鍵被其他更穩(wěn)定的蛋白質(zhì)區(qū)域屏蔽)的人類(lèi)、哺乳動(dòng)物和健康的哺乳動(dòng)物細(xì)胞而言，其相對(duì)無(wú)害。在許多情況下，非離子納米顆粒不與人或哺乳動(dòng)物細(xì)胞相互作用或附著到人或哺乳動(dòng)物細(xì)胞上，保留在流體流中并跟隨流體流動(dòng)，不會(huì)穿越屏障，保留在血管系統(tǒng)中，并且可以快速而安全地通過(guò)尿液排出而不損傷腎臟或其他細(xì)胞。

在銀(ag)納米顆粒的特定情況下，已經(jīng)證明微生物中的銀(ag)納米顆粒的相互作用是特別致命的，而不需要依賴(lài)于產(chǎn)生銀離子(ag⁺)來(lái)提供所需的抗微生物效果(如通常為常規(guī)膠體銀組合物的情況)。銀(ag)納米粒子提供有效的微生物控制而沒(méi)有將有毒的銀離子(ag⁺)顯著釋放到周?chē)h(huán)境中的能力是本領(lǐng)域中的實(shí)質(zhì)進(jìn)步。

實(shí)施例

給出以下實(shí)施例和比較例來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明范圍內(nèi)和多方面內(nèi)的多種實(shí)施方案。這些僅作為實(shí)施例給出，并且應(yīng)當(dāng)理解，以下實(shí)施例不是能夠根據(jù)本發(fā)明制備的本發(fā)明的許多類(lèi)型實(shí)施方案的全部或窮舉。

實(shí)施例1(球形納米顆粒)

將銀(ag)靶保持在室內(nèi)，其中三重蒸餾的去離子水流動(dòng)通過(guò)所述室。使用具有1064nm波長(zhǎng)、80mj的主激光器以1mm焦點(diǎn)大小和9納秒脈沖長(zhǎng)度燒蝕銀(ag)靶。次激光器是0.5w功率的連續(xù)的532nm激光器，其進(jìn)入在銀(ag)靶前方產(chǎn)生三個(gè)不同的電磁場(chǎng)的衍射光柵。該過(guò)程產(chǎn)生平均直徑10nm的銀(ag)納米球，其中99+％的那些納米球在平均直徑±1nm之內(nèi)。

實(shí)施例2(球形納米顆粒)

將銀(ag)靶保持在室內(nèi)，其中三重蒸餾的去離子水流動(dòng)通過(guò)所述室。使用具有1064nm波長(zhǎng)、620mj的主激光器以6mm焦點(diǎn)大小和3.7納秒脈沖長(zhǎng)度燒蝕銀(ag)靶。次激光器是0.5w功率的連續(xù)的532nm激光器，其進(jìn)入在銀(ag)靶前方產(chǎn)生五個(gè)不同的電磁場(chǎng)的衍射光柵。該過(guò)程產(chǎn)生平均直徑14nm的銀(ag)納米球，其中99+％的那些納米球在平均直徑±1nm之內(nèi)。

實(shí)施例3(球形納米顆粒)

銀(ag)陽(yáng)極線靶通過(guò)靶陽(yáng)極和接地銀(ag)陰極之間的高電壓(800v)燒蝕。將二者都浸沒(méi)在室內(nèi)，其中三重蒸餾的去離子水流動(dòng)通過(guò)所述室。次激光器是5w功率的連續(xù)的1064nm激光器，不使用任何衍射光柵光學(xué)器件將其分開(kāi)。該過(guò)程產(chǎn)生平均直徑10nm的銀(ag)納米球，其中99+％的那些納米球在平均直徑±1nm之內(nèi)。

實(shí)施例4(球形納米顆粒)

將銅(cu)靶保持在室內(nèi)，其中三重蒸餾的去離子水流動(dòng)通過(guò)所述室。使用具有1064nm波長(zhǎng)、80mj的主激光器以1mm焦點(diǎn)大小和9納秒脈沖長(zhǎng)度燒蝕銅(cu)靶。次激光器是0.25w功率的連續(xù)的264nm激光器，其進(jìn)入在銅(cu)靶前方產(chǎn)生三個(gè)不同的電磁場(chǎng)的衍射光柵。該過(guò)程產(chǎn)生平均直徑8nm的銅(cu)納米球，其中99+％的那些納米球在平均直徑±1nm之內(nèi)。

實(shí)施例5(珊瑚納米顆粒)

根據(jù)一些實(shí)施方案，金屬靶表面(例如，銀)的激光燒蝕可以通過(guò)使用3.9納秒脈沖的1064nm波長(zhǎng)下的nd-yag激光器來(lái)進(jìn)行，以遞送每脈沖約500mj能量。次激光器是0.5w功率的連續(xù)的532nm激光器，其進(jìn)入在金(au)靶前方產(chǎn)生三個(gè)不同的電磁場(chǎng)的衍射光柵。次激光器在金(au)靶的表面前方的距離從1mm(實(shí)施例1)增加到3mm，產(chǎn)生珊瑚形納米顆粒而不是如實(shí)施例1中的球形納米顆粒。該過(guò)程產(chǎn)生平均直徑在25nm至30nm之間的金(au)納米顆粒，該納米珊瑚中99+％的那些納米顆粒在平均直徑的10％之內(nèi)。

實(shí)施例6(珊瑚納米顆粒)

將金(au)靶保持在室內(nèi)，其中三重蒸餾的去離子水流動(dòng)通過(guò)所述室。使用具有1064nm波長(zhǎng)、80mj的主激光器以3mm焦點(diǎn)大小和9納秒脈沖長(zhǎng)度燒蝕金(au)靶。次激光器是0.5w功率的連續(xù)的532nm激光器，其進(jìn)入在金(au)靶前方產(chǎn)生三個(gè)不同的電磁場(chǎng)的衍射光柵。次激光器在金(au)靶的表面前方的距離從1mm(實(shí)施例1)增加到3mm，產(chǎn)生珊瑚形納米顆粒而不是如實(shí)施例1中的球形納米顆粒。該過(guò)程產(chǎn)生平均直徑在70nm至80nm之間的珊瑚形金(au)納米顆粒，其中99+％的那些納米顆粒在平均直徑的10％之內(nèi)。

在不脫離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，本發(fā)明可以以其他具體形式實(shí)施。所描述的實(shí)施方案在所有方面被認(rèn)為僅是說(shuō)明性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是前面的描述來(lái)表示。權(quán)利要求等同物的含義和范圍內(nèi)的所有變化將被包括在其范圍內(nèi)。