專利名稱：新的水溶性納米晶體及其制備方法
新的水溶性納米晶體及其制備方法本發(fā)明涉及新的水溶性納米晶體及其制備方法。本發(fā)明還涉及此類納 米晶體的用途，包括但不限于多種分析和生物醫(yī)學應用，例如生物材料或 過程的檢測和/或顯色，例如在體外或體內(nèi)的組織或細胞成像中。本發(fā)明還 涉及包含此類納米晶體的組合物和試劑盒，其可用于分析物例如核酸、蛋 白質(zhì)或其他生物分子的檢測。因其在發(fā)光設備(Colvin等人，Nature 370， 354-357， 1994; Tessler等 人Science 295， 1506-1508， 2002 )、激光(Klimov等人，Science 2卯，314-317， 2000)、太陽能電池(Huynh等人，Science 295， 2425-2427， 2002)或生物 化學研究領域例如細胞生物學的熒光生物標記中的應用，半導體納米晶體 (量子點)已受到重要的基礎和技術方面的關注.見例如Bruchez等人， Science,第281巻，2013-2015頁，2001; Chan & Nie， Science, 281巻，2016-2018頁，2001; 美國專利6,207,392，概述于Klarreich， Nature,第43巻， 450-452頁，2001;另外見Mitchell, Nature Biotechnology, 1013- 1017 頁，2001，和美國專利6,423,551、 6，306，610，和6,326,144。用于生物學測定的靈敏的非同位素檢測系統(tǒng)的JSUL已對許多研究和診 斷領域，例如在DNA測序、臨床診斷試驗;5Li礎的細胞和分子生物學方 案中產(chǎn)生了顯著影響。目前的非同位素檢測方法主要是基于經(jīng)歷顏色變化 的或熒光的、發(fā)光的有積^Pl告分子。分子的熒光標記是生物學中的標準技 術。這些標記常常是有機染料，它們引起寬光鐠特征、短壽命、光漂白和 對細胞的潛在毒性等常見問題。最近出現(xiàn)的量子點技術為利用無機復^ 或粒子進行熒光標記的開發(fā)開創(chuàng)了新的時代.這些材料提供了M有機染 料的實質(zhì)優(yōu)勢，包括大的Stocks改變、較長的發(fā)射半衰期、窄的發(fā)射峰和 最小的光漂白(參照上述引用的參考文獻)。
在過去的十年中，在多種半導體納米晶體的合成和表征方面已取得很 大進步。近期的進展已經(jīng)引起了相對單分散性量子點的大規(guī)模制備(Murray等人，J. Am. Chem. Soc， 115， 8706-15， 1993; Bo腦Katari等 人，J. Phys. Chem. 98， 4109-17， 1994; Hines等人，J. Phys. Chem. 100， 468-71 ， 1996; Dabbousi等人，J. Phys. Chem. 101 ， 9463-9475,1997),發(fā)光量子點技術的進一步發(fā)展促使了量子點的熒光效率和穩(wěn)定性的提 高。量子點的顯著發(fā)光特性是由量子大小P艮制引起的，當金屬和半導⑩ 心粒子小于它們的激發(fā)波爾半徑(大約1至5nm)時會產(chǎn)生該特性(Alivisatos, Science, 271 ， 933-37， 1996; AHvistos， J. Phys. Chem. 100, 13226-39， 1996; Brus， Appl Phys.， A53,465-74， 1991; Wilson等人Science, 262, 1242-46, 1993)。最近的工作表明，通過用較高帶隙的無城料外殼 封端大小可調(diào)的較小帶隙的核心粒子可以獲得改良的發(fā)光，例如，用ZnS 層鈍化的CdSe量子點在室溫下強烈發(fā)光，且通過改變粒度可將其發(fā)射波 ^藍色調(diào)整至紅色。而且，ZnS封端層使表面非輻射性重組位點鈍化并 導致了量子點更高的穩(wěn)定性(Dabbousi等人，J. Phys. Chem. B101,9463-75， 1997. Kortan等人J. Am. Chem. Soc. 112， 1327-1332， 19卯).盡管發(fā)光量子點技術取得了進步，但是常規(guī)封端的發(fā)光量子點因其為 非水溶性而并不適于生物學應用.為克服此問題，利用水溶性的部分取代了量子點的有機鈍化層。然而， 由于電荷栽體暖道，所獲得的衍生量子點與原始的量子點相比發(fā)光要弱一 些。(見，例如，Zhong等人，J. Am. Chem. Soc. 125， 8589， 2003).短 鏈硫醇例如2-瓶基乙醇、14代-甘油也已在水溶性CdTe納米晶體的制備 中用作穩(wěn)定劑(Rogach等人，Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 100， 1772， 1996; Rajh等人J. Phys. Chem. 97， 11999， 1993)。在另一方法中描述了將脫氧 核糖核酸(DNA)用作水溶性封端化合物(Coffer等人，Nanotechnology 3， 69,1992)。在所有這些系統(tǒng)中，包被的納米晶體并不穩(wěn)定且光致發(fā)光特性 隨時間降低。在進一步的研究中，Spanhel等人公開了 Cd(OH)2-封端的CdS溶膠(Spanhel等人，J. Am. Chem. Soc. 109， 5649， 1987)。然而，膠體納米晶 體只能在非常窄的pH范圍內(nèi)(pH 8-10)進行制備且只能在pH高于10 時才能顯示出窄的熒光帶。此類pH依賴性大大地限制了材料的有用性， 特別是，此類納米晶體不適合在生物系統(tǒng)中使用。
國際專利申請WO 00/17656中公開了核心外殼納米晶體，該納米晶體 分別由式SH(CH2)n-COOH和SH(CH2)n-S03H的羧酸或磺酸化合物封端， 從而賦予納米晶體水溶性。類似地，PCT申請WO 00/29617和英國專利申 請GB 2342651描述，為賦予其水溶性并適用于結(jié)合生物分子例如蛋白質(zhì) 或核酸，將有機酸例如巰基乙酸或巰基十一酸附著于納米晶體的表面。GB 專利申請2342651還描述了使用三辛基膦作為封端材料，期望該材料能夠 賦予納米晶體水溶性，
國際專利申請WO 00/27365報告了使用>= #^羧酸或4^酸作為水溶 解試劑.國際專利申請WO 00/17655公開了通過使用具有親水部分和疏水 部分的增溶(封端)試劑使得水溶性的納米晶體。封端試劑通過疏水基團 附著于納米晶體上，而親水基團例如羧酸或異丁烯酸基團提供水溶性。在 另外的國際專利申請(WO 02/073155)中描述了水溶性半導體納米晶體， 其使用異羥肟酸、異羥肟酸的衍生物或多齒的絡合劑例如乙二胺作為7lCit 溶劑。最后，國際專利申請PCTWO 00/58731公開了用于血細J!fe^分析 的納米晶體，其中殺差衍生的多糖連接于納米晶體上，所述多糖具有大約 3000至大約3，000，000的分子量，
然而，盡管有這些; L艮，仍需要可用于生物測定中檢測目的的發(fā)光納 米晶體。在此方面，具有下述納米晶體是有幫助的，該晶體以能夠保持生 物分子的生物活性的方式附著于生物分子上.此外，具有水溶性的半導體 納米晶體將是所希望的，所述晶體能夠以誰信介質(zhì)中穩(wěn)定的、穩(wěn)固的懸液
或溶液形式制備和M。最后，這些水溶性納米晶體量子點應當能夠進行
高量子效率的能量發(fā)射，并具有窄的粒度。
因此，本發(fā)明的目的即為提供滿足上述需要的納米晶體。
此目的通過納米晶體和生產(chǎn)納米晶體的方法來實現(xiàn)，所述納米晶體和方法具有各自獨立權(quán)利要求的特征。
在一個實施方案中，此類納米晶體是具有核心的水溶性納米晶體，所
述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中Ib副族、lib副族、IIIb 副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb副族、II主族、 III主族或IV主族元素的金屬Ml，其中封端試劑附著于納米晶體核心的 表面，且其中封端試劑與水溶性主體分子形成主賓絡合物.因此，在此實 施方案中，本發(fā)明涉及一類新的具有純金屬核心的水溶性納米晶體。
在另 一實施方案中，本發(fā)明的納米晶體是具有核心的水溶性納米晶體， 所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中Ib副族、IIb副族、IVb 副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb IIB-VIB、 IIIB-VB或IVB
副族、ii主族、in主族或iv主族元素的金屬Mi，至少一種選自元素周
期系中V或VI主族元素的元素A，其中封端試劑附著于納米晶體核心的
表面，且其中封端試劑與水溶性主體分子形成主賓^^物。
在本發(fā)明的另一實施方案中，此納米晶體是具有核心的水溶性納米晶
體，所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中IIB-VIB、 IIIB-VB
或rvB副族、ii主族或m主族元素的金屬Mi，和至少一種選自元素周 期系中V或VI主族元素的元素，并且，其中封端試劑附著于納米晶M
心的表面，且其中封端試劑共價連接到水溶性主體分子上，且其中主體分 子選自糖類、環(huán)狀多胺、環(huán)狀二肽、杯芳烴和樹狀聚體.
在另一實施方案中，納米晶體是具有核心的水溶性納米晶體，所述核
心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中IIb、 IIB-VIB、 IIIB-VB或IVB
副族、n主族或ni主族元素的ir屬Mi，和至少一種選自元素周期系中v
或VI主族元素的元素A，并且，其中疏水性封端試劑附著于納米晶體核心
的表面，且其中疏水性封端試劑共價連接于冠醚上，且其中疏水試劑具有 式(I)
HaX-Y畫Z，
其中
X是選自S、 N、 P或O-P的端基，A是0至3的整數(shù)，
Y是具有至少三個主鏈原子的部分，且 Z是疏水性端基。
因此，本發(fā)明是基于下述發(fā)現(xiàn)，即主體分子能夠用于修飾(半導體) 納米晶體的表面屬性，使得納米晶體容易溶解于水中，且仍保持在水性介 質(zhì)中高的物理和化學穩(wěn)定性.另外，在此已發(fā)現(xiàn)此類主體分子，例如但不 限于，樹狀聚體、杯芳烴或糖類例如環(huán)糊精， 一般具有相當大的疏水內(nèi)部 空腔(盡管本發(fā)明所用的主體分子也能具有相當?shù)氖杷涨?，該空腔使 主體分子能夠接受寬范圍的有機分子作為客體。因此，具有疏水(或親水) 空腔的主體分子適合與用于量子點表面修飾的疏水(或親水)試劑形成主 賓#物.而且，此類主體分子還能與通常用于生物學探針連接的眾多化 合物(連接試劑)形成主賓絡合物，從而為適用于多種生物學應用的發(fā)光 納米晶體的生物分子結(jié)合提供新穎巧妙的途徑.另外，主體分子可以含有 多種暴露于溶劑的可活化基團例如羥基或羧基.這些可活化基團也4吏目的 生物分子與納米晶體的共價結(jié)合變得容易，其中所述納米晶體已與主體分 子形成了主賓^物。
每種已知的納米晶體均可用于本發(fā)明中。在元素A不存在的實施方案 中，納米晶體僅由金屬例如金、銀、銅(Ib副族)、鈦(1Vb副族)、 鋱(IIIb副族)、鈷、鉑、銠、釕(VHIb副族)、鉛(IV主族)或其合 金組成。在此方面，應注意，如果在后面，本發(fā)明M含有抗衡元素A的 納米晶體進行舉例說明，應該清楚由純金屬或金屬^lr組成的納米晶體也 可用于所有這些實施方案中。本發(fā)明中所使用的納米晶體可以是眾所周知 的核心-外殼納米晶體(量子點)例如由金屬例如Zn、 Cd、 Hg (lib副 族)、Mg (II主族)、Mn (VIIb主族)、Ga、 In、 Al (m主族)、Fe、 Co、 Ni (VIIIb副族)、Cu、 Ag或Au (Ib副族)形成的二元納未晶體。 納米晶體可以是任何n-VI族的半導體納米晶體，其中核心和/或外殼包括 CdS、 CdSe、 CdTe、 MgTe、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 HgS、 HgSe或HgTe。 納米晶體也可以是任何III-V族的半導體納米晶體，其中核心和/或外殼包
括GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 AIN、 AIP、 AIAs、 AISb?？捎糜诒景l(fā)明的核心外殼納米晶體的特定實例包括但不限于具有 ZnS外殼的(CdSe)-納米晶體((CdSe) -ZnS納米晶體)或(CdS) -ZnS-納米晶體。然而，本發(fā)明決不僅限于上述核心外殼納米晶體的使用.例如，在另 一實施方案中，被賦予水溶性的納米晶體可以是由均勻三元^r組成的納 米晶體，所述M具有組成MlnM2xA，其中a)當A代表PSE的VI主 族的元素時，M1和M2獨立地選自元素周期系(PSE)中IIb副族、VEU 副族、Villa副族、Ib副族或II主族的元素，或者b)當A代表PSE的(V) 主族的元素時，Ml和M2均選自PSE的(ni)主族的元素.在另一實施方案中，可使用由均勻四元合金組成的納米晶體.此類型 的四元^ir可以具有組成MlnM2xAyBiy，其中a)當A和B均代表PSE 的VI主族的元素時，Ml和M2獨立地選自元素周期系(PSE)中IIb副 族、VIIa副族、Villa副族、Ib副族或II主族的元素，或者b)當A和B 均代表PSE的(V)主族的元素時，M1和M2獨立地選自PSE的(in) 主族的元素。此類型的均勻三元或四元納米晶體的例子在Zhong等人，J. Am. Chem. Soc， 2003 125， 8598-8594， Zhong等人J. Am. Chem. Soc， 2003 125， 13559-13553，和國際申請WO 2004/054923中已有所描述.此類三元納米晶體可通過包括形成二元納米晶體M1A的方法來獲得，通過i) 以適于產(chǎn)生納米晶體的形式加熱含有元素Ml的M混合 物至合適的溫度Tl,在此溫度下以適于產(chǎn)生納米晶體的形式加入元 素A，在適于形成所述二元納米晶體M1A的溫度下將反應混合物加 熱足夠長的一段時間，然后使反應混合物冷卻，以及ii) 再次加熱反應混合物至合適的溫度T2，不沉淀或分離所形 成的二元納米晶體M1A，在此溫度下以適于產(chǎn)生納米晶體的形式向 反應混合物中添加足夠量的元素M2，然后在適于形成所述三元納米 晶體MlnM2xA的溫度下將反應混合物加熱足夠長的一段時間，然 后使^^應混合物冷卻至室溫，并分離三元納米晶體Mh-xM2xA，形 成二元納米晶體M1A。在這些三元納米晶體中，指數(shù)x具有0.001<x<0.999的值，優(yōu)選地 0.01<x<0.99、 O.Kx <0.9或更優(yōu)選的0.5<x<0.95。在甚至更優(yōu)選的實施方 案中，乂可具有從大約0.2或大約0.3至大約0.8或大約0.9之間的值。在 此處使用的四元納米晶體中，y具有0.001<y<0.999的值，優(yōu)選地 0.01<y<0.09，或更優(yōu)選地0.1<x<0.95或在大約0.2和大約0.8之間。在一些II-VI三元納米晶體的實施方案中，其中所包含的元素Ml和 M2優(yōu)選獨立地選自由Zn、 Cd和Hg組成的組。在這些三元^T中，PSE 中VI族的元素A優(yōu)選地選自由S、 Se和Te組成的組。因此，這些元素 Ml、 M2和A的所有組合均在本發(fā)明的范圍內(nèi).在一些目前優(yōu)選的實施方 案中，所使用的納米晶體具有組成ZiixCdnSe、 ZnxCd^S、 ZnxCd^Te、 H&CdnSe、 H&C(h-xTe、 H&Cd^S、 ZnxHg卜xSe、 Zi^Hg^Te和Zi^Hgi -XS。在此方面，應當注意，Ml和M2的名稱在本申請全文可互換4吏用， 例如在包含Cd和Hg的合金中，任何一種均可稱作M1或M2，同樣，對 PSE中V或VI族元素的名稱A和B可互換使用；因此在本發(fā)明的四元合 金中Se或Te均可稱作A或B。在一些優(yōu)選的實施方案中，此處使用的三元納米晶體具有組成ZnxCdi -xSe,此類納米晶體^1優(yōu)選的，其中3[具有0.10<1<0.90或0.15<1<0.85的 數(shù)值，且更優(yōu)選地具有0.2<x<0.8的數(shù)值。在其他優(yōu)選的實施方案中，納 米晶體具有組成ZnxC山-xS。此類納米晶體是優(yōu)選的，其中x具有 0.01<x<0.95的數(shù)值，且更優(yōu)選地具有0.2<x<0.8的數(shù)值。對于本發(fā)明的III-IV納米晶體，元素Ml和M2優(yōu)選獨立地選自Ga 和銦。元素A優(yōu)選地選自P、 As和Sb。根據(jù)上述描述，只要其表面能夠與封端試劑M應，每一種納米晶體 (量子點)均可用于本發(fā)明，所述封端試劑具有對核心納米晶體(的表面)
具有親和力的(末端)基團。因此，封端試劑一般與納米晶體表面形成共 價鍵。對于核心-外殼納米晶體，共價鍵通常在封端試劑和納米晶體的外殼之間形成。對于如WO 2004/054923中所述的使用均勻三元或四元納米 晶體，共價鍵形成于均勻核心的表面和封端試劑之間。封端試劑可具有基 本上親水的或基本上疏水的性質(zhì)，取決于，例如，主體分子內(nèi)部空腔的疏 水性(或親水性).在此方面，值得注意的是在術語"(^Jkt)疏水的分 子"的意義中也包括這樣一種分子，其除了疏水部M可包含親水部分，只 要這些親水部分不干擾由分子的疏水部分(即封端試劑)與具有疏水內(nèi)部 空腔的主體分子之間形成主賓絡合物.同樣，術語"(^4Ui)親水的分子" 包括這樣的分子，其除了親水部M可包含疏水部分，只要這些疏水部分 不干擾由分子的親水部分(即封端試劑)與具有親水內(nèi)部空腔的主體分子 之間形成主賓絡合物.
在一個實施方案中，用于"表面封端"的封端試劑具有式(I)HaX-Y-Z，其中X是選自S、 N、 P或O"P的端基，A是0至3的整數(shù)，Y是具 有至少三個主鏈原子的部分，且Z是能夠與合適的主體分子形成主吝:體包 含絡合物的疏水端基，一般，封端試劑的Y部分包含3至50個主鏈原子。Y部分主要包含 任何適合為該試劑提供主要疏水特性的部分.可用于Y中的合適部分的例 子包含烷基部分例如CH2-基，環(huán)烷基部分例如環(huán)己基，醚部分例如 OCH2CH2-基，或者芳族部分例如苯環(huán)或萘環(huán)，僅列舉其中的少數(shù)。Y部 分可為直鏈的、支鏈的，也可具有主鏈原子的取代。Z可以是-CH3基、苯 基(-C6HS) 、 -SH基、羥基(OH)、酸性基團(例如，-S03H、 P03H或 者-COOH)、堿性基團(例如，NH2或者NHR1， R=CH3或-012-033)、 卣素(-Cl、 -Br、 -1、國F) 、 -OH、 -C《H、 -CH=CH2、三甲代曱^;基 (-Si(Me)3) 、 二茂絲、或金剛烷基，等等。
在一些實施方案中，化合物例如CH3(CH2)n CH2SH、 CH30(CH2CH20)nCH2SH、 HSCH2CH2CH2(SH)(CH2)nCH3、 CH3(CH2)nCH2NH2、 CH30(CH2CH20)nCH2NH2、 P((CH2)nCH3)3、 0=P((CH2)nCH3)3用作封端試劑，其中n是30》n〉6的整數(shù)。在其它實施 方案中，11是30>11>8的整數(shù)。在這方面，應注意，那些提供更強的疏水性或基本的疏水特性的封端 試劑的例子包括但不限于，1-巰基-6-苯基己烷(HS-(CH2)6-Ph)、 1，16-二絲-十六烷(HS-(CH2)16-SH)、 18 -絲-十八胺(HS-(CH2)18-NH2)、 三辛基膦、或6 -巰基-己烷(HS-(CH2)S-CH3).有代表性的提供更強疏水性或J4Ui親水的特性的封端試劑包括但不 限于，6-5t基-己酸(HS-(CH2)6-COOH) 、 16-5M^-十六酸 (HS-(CH2)16-COOH) 、 18 -絲—十八胺(HS-(CH2)18-NH2) 、 6 -巰 基 - 己胺(HS-(CH2)6-NH2)或8 -羥基-辛硫醇(HO-(CH2)8-SH),任何主體分子均可用于本發(fā)明，只要其能夠與封端試劑相作用并為封 端的納米晶體和主體分子之間所形成的絡合物提供水溶性. 一般，主體分 子是水溶性化合物，其含有暴露于溶劑的極性基團例如羥基、絲、磺酸 基、磷酸基、胺基、氨甲跣基等等。合適的主體分子的例子包括但不限于糖類、環(huán)狀多胺、環(huán)肽、冠瞇、 樹狀聚體等等，可用作主體分子的環(huán)狀多胺的例子包括四氮雜大環(huán)分子例如1，4，8，11-四氮雜環(huán)十四烷(也已知為cyclam)及其衍生物例如1，4，7，11-四氮雜環(huán) 十四烷(isocyclam) 、 1-(2-氨基甲基)-1，4，8，11-四氮雜環(huán)十四烷 (scorpiand) 、 1，4，8，11國四氮雜環(huán)十四烷-6，13-二羧酸，上迷這些分子在 Sroczynski和Grzejdaziak^ J. Incl. Phenom. Macrocyclic Chem. 35， 251-260， 1999，或Bernhardt等人，J. Aus. Chem， 56， 679-684， 2003中描述； 六氮雜大環(huán)^f^物(Hausma叫J.等A^ Chemistry, A European Journal, 2004， 10,1716; Piotrowski, T.等人，Electroanalysis, 2000， 12， 1397);八氮 雜大環(huán)化合物(Kobayashi，K.等人，J. Am.Chem.Soc.l992，114，1105)。 前面由Kobayashi K等人描述的八氮雜大環(huán)化合物也是適于容納極性客體 分子(例如，親水性封端試劑)的化合物的例子。也可以使用僅可在一定
程度上是水溶性的環(huán)狀多胺，例如5，5，7，12，14，14-六甲基-1，4，8，11-四氮雜環(huán) 十四烷(Me6cylcam),并用提供極性基團例如羧g或磺酸基的取M 來修飾它。能夠用作主體分子的大環(huán)狀胺的其他例子是Odashima， K.在 Journal of Inclusion phenomena and molecular recognition in chemistry, 1998， 32， 165 (見例如，其中化合物24至26)中所描述的化合物。合適的杯芳烴的實例包括Dondoni等人在Chem. Eur.， J. 3， 1774， 1997中所描述的4-叔-丁基杯41芳烴四乙酸四乙酯、四半乳糖基杯芳烴 (Davis, AP.等人Angew. Chem. Int. Edit" 1999， 38， 2979.) 、 /V^総 間^Ln酚4-芳烴(Kazakov， E.K.等人，Eur. J. Org. Chem" 2004， 3323.)， 4 ^t酸杯nl -芳烴(Yang， W.Z.， J. Pharm. Pharmacology, 2004， 56， 703.), ^tft^L雜杯4或61芳烴(Kunsasgi- Mate S., Tetrahedron Letters, 2004， 45， 1387 )、 Kobayashi等人J. Am. Chem. Soc. 116， 6081 ， 1994和Yanagihara 等人，J. Am. Chem. Soc. 114， 10307， 1992中所描述的杯芳烴.本發(fā)明中可用作主體分子的環(huán)肽的例子包括但不限于Guo， W等人， Tetrahedron Letters,2002,43,5665或Peng Li等Aj Current Organic Chemistry,2002,6中所述的具有杯芳烴的二環(huán)二肽，可用作主體分子的冠醚可具有任何環(huán)大小，例如，具有包含8、 9、 10、 12、 14、 15、 16、 18或20原子的環(huán)系統(tǒng)，其中一些一般為雜原子例如O 或S。此處所用的有^性的冠瞇包括但不限于，水溶性的8 -冠-4化合 物(其中4表示雜原子的數(shù)目)、9-冠-3化合物、12-冠-4化合物、 15-冠-5化合物、18-冠-6化合物和20-冠-8化合物(也參照圖2E)。 此類合適的冠瞇的例子包括(18 -冠-6) - 2,3,11,12四羧酸或1，4，7，10-四 氮雜環(huán)十二烷-1，4，7，10四羧酸，僅列舉少數(shù)。原則上，每種提供親水性或疏水性空腔(取決于所使用的是疏水性的 還是親水性的封端試劑)的水溶性樹狀聚體能夠至少部分容納本發(fā)明所使 用的封端試劑.合適類別的樹狀聚體包括但不限于，聚丙烯亞胺樹狀聚體、 聚跣^JJ^樹狀聚體、聚芳醚樹狀聚體、聚賴氨酸樹狀聚體、糖類樹狀聚
體和珪樹狀聚體(例如，在Boas和Heegard， Chem. Soc. Rev. 33， 43-63， 2004中有所綜述)。在一個實施方案中，本發(fā)明的納米晶體包含作為主體分子的糖類。該 糖類主體分子可以是，但不限于，寡糖、淀粉或環(huán)糊精分子(參照Davis 和Wareham， Angew. Chem. Int. Edit. 38， 2979-2996， 1999)。在實施方案中，主體分子中AS糖，此寡糖主鏈中可含有2個，例如 6個，至20個之間的單體單元。這些寡聚體可以是直鏈的或支鏈的.合適 的寡糖的例子包括但不限于1，3- (二亞甲基)^ji基-6，6，-氧-(2，2，-H^二 乙基)-二-(2，3，4-三-氧-乙St^-fi-D-吡喃半乳糖苷)、1，3- (二亞甲基)苯 二基-6，6，-氧-(2，2，-IL^二乙基)-二 - (2，3，4-三-氧-甲基-fi-D-吡喃半乳糖苷) (Shizuma等人，J. Org. Chem. 2002， 67， 4795)，環(huán)三國(l，2，3，4，5，6HO"D誦 吡喃葡萄糖基-(1，2，3，4)- c^D-吡喃葡萄糖](Cescutti等人，Carbohydrate Research, 2000， 329， 647)、乙炔糖(Burli等人Angew. Chem. Int. Edit. 1997， 36， 1852)或環(huán)狀吹喃S^！ (Takai等A^ J. Chem. Soc. Chem. Commun.， 1993， 53.),如果將淀粉用作主體分子，淀粉可具有大約1000至大約6000Da的分 子量Mw。在一些實施方案中，淀粉具有大約4000Da > Mw >大約2000Da 的分子量Mw.可使用的淀粉還包括直鏈淀粉，例如O"直鏈淀粉或/S-直鏈 淀粉。適于用作主體分子的環(huán)糊精的例子包括fl^環(huán)糊精、]8-環(huán)糊精、y環(huán)糊 精、二甲基-仏環(huán)糊精、三甲基寺環(huán)糊精、二甲基-/3-環(huán)糊精、三甲基-/3-環(huán)糊精、二甲基々-環(huán)糊精和三甲基-7"環(huán)糊精。根據(jù)上述公開內(nèi)容，本發(fā)明還在一個實施方案中涉及制備水溶性納米晶體的方法，該方法包括將具有核心的納米晶體與封端試劑相互反應，從而使封端試劑粘附于納米晶g心的表面，所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中IIB-VIB、 IIIB-VB或IVB副族、n主族或ni主族元素的金屬Ml，且(在使用二元納米晶體的例子中)至少一種選自元素周期系中V或VI主族元素的元素，然后將所獲得的納米晶體與主體分子相
接觸從而在試劑和水溶性主體分子之間形成主賓^^物。(封端)試劑可為 親水的或疏水的性質(zhì)。在使用如上所述的純金屬納米晶體或均勻三元或四 元納米晶體的情況中，可進行相同的反應來制備本發(fā)明的納米晶體。此反應通常以兩個單獨的步驟來進行，分離在其表面攜帶封端試劑的 納米晶體。例如，在將納米晶體與主體分子進行反應之前，可將已經(jīng)與試 劑例如三辛基膦、三辛基氧化膦或巰基十一i^應的納米晶體分離出來并 貯存于合適的有機溶劑(例如，氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃，僅列舉其中 少數(shù))中任何所希望的時間。封端的納米晶體與主體分子之間的主賓^物在多種反應條件下均可 容易地形成。例如，絡合物形成可通過將納米晶體溶液與主體分子的水溶 液例如環(huán)糊精溶液捏合在一起，或者將納米晶體與各自的水溶液一起回流 來形成.對于后一方法，可在回流后將存在于有機溶劑中的納米晶體轉(zhuǎn)移至水溶液中一段延長的時間(例如見實施例2).絡合物形成的其他可以 性包括，將納米晶體懸液在環(huán)境溫度下在主體分子溶液例如環(huán)糊精溶液或 其它主體分子溶液中攪拌或溫育一段合適的時間. 一般的溫育時間可為大 約1至10天，然而，更短或更長的溫育時間當然也可以《吏用。本發(fā)明還涉及制備水溶性納米晶體的進一步的方法。此方法包括將具 有核心的納米晶體與(封端)試劑相反應，所述核心包含至少一種選自元 素周期系(PSE)中Ib、 IIb、 IIB-VIB、 niB-VB或rVB副族，II主族或in主族元素的金屬Mi，和至少一種選自元素周期系中v或vi主族元素的元素A。在此方法中，試劑共價連接到水溶性主體分子上，所述主體分子選自糖類、環(huán)狀多胺、環(huán)二肽、杯芳烴和樹狀聚體。而X^L此方法中，任何其端基對納米晶體核心具有親和力的封端試劑 均可使用。這意味著封端試劑可為親水性的或疏水性的試劑.此種親水性 或疏水性的封端試劑經(jīng)其端基與納米晶體反應， 一般與納米晶體表面形成 共價鍵(參照，Masihul等人，J. Am. Chem. Soc. 2002， 43， 1132 ),在核心 -外殼納米晶體的例子中，共價鍵通常由納米晶體的外殼和封端試劑間形 成。在使用如WO2004/054923中所述的均勻三元或四元納米晶體的例子
中，共價鍵將在均勻核心表面和封端試劑之間形成。在此方法的一些實施方案中，使用具有式(II) HX-Y-B的封端試劑，其中X是選自S、 N、 P或O-P的端基， I是1至3的整數(shù)，Y是具有至少三個主鏈原子的部分，且B是共價連接到封端試劑上的水溶性主體分子。在此方面，應注意，封端試劑與主體分子之間形成的共價鍵可為任何 共價鍵，例如，C-C鍵、醚鍵(-O-)、硫醚鍵(-S-)、酯鍵、6*^或 二酰亞mt僅列舉少數(shù)可能性。共價鍵的類型通常取決于連接主體分子 和封端試劑所采用的方法.例如，如果封端試劑是鹵代烷且主體分子具有 自由的(或活化的)羥M巰羥基，則形成醚或硫醚鍵(例如見實施例3 和5) 另外，如果封端試劑可為共價偶聯(lián)提供胺基，且主體分子具有活 性的氛基，則形成酯鍵.因此，為主體分子與封端試劑的共價連接選擇活 性基團的適當組合，屬于本領域技術人員的知識范圍.在此方面，還應注意，在與納米晶體反應之前，封端試劑與主體分子 之間不一定形成共價鍵(獲得式(II)玩X-Y-B的化合物)。相反，封端 試劑首先與納米晶體反應，然后再在封端試劑與主體分子間形成共價鍵， 這也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在此方法的一個實施方案中，所用的封端試劑具有式HaX-Y-Z其中X是選自S、 N、 P或O-P的端基，A是0至3的整數(shù)，Y是具 有至少三個主鏈原子的部分。 一般，(封端)試劑的Y部分含有3至50 個主鏈原子。Y部分可主要包含任何可為此試劑提供大部分疏水特性的合 適部分。可用于Y部分中的合適部分的例子包含烷基部分例如CHr基團、 環(huán)烷基部分例如環(huán)己基、醚部分例如-OCH2CH2-基團、或芳族部分例如苯 環(huán)或萘環(huán)，僅列舉其中少數(shù)。Y可為直鏈的、支鏈的，也可具有主鏈原子 的取代.Z可為能夠共價偶聯(lián)到主體分子上的任何官能團，例如-SH基、
羥基(OH)、酸性基團(例如，-S03H、 P03H或-COOH)、堿性基團(例 如，NH2或者NHR1， R-CH3或-CH2-CH3)、或卣素(國C1、 -Br、國I、國F)， 僅列舉少數(shù)例子。本發(fā)明進一步涉及結(jié)合到具有對給定分析物的結(jié)合親和力的分子上的 如此處所公開的納米晶體。通過結(jié)合到對給定分析物具有結(jié)合親和力的分 子上，形成標志化合物或^針。在此探針中，本發(fā)明的納米晶體用作標志 或標簽，其發(fā)出輻射，例如在電磁波頻譜的可見光或近紅外范圍中的輻射， 可用于給定分析物的檢測。原則上，如果存在特定結(jié)合配偶體，每種分析物均可得以檢測，所述 配偶體能夠至少一定程度地特異地結(jié)合到分析物上。分析物可為化學化合 物例如藥物(例如，Aspirin⑧或Ribavirin)，或生化分子例如蛋白質(zhì)(例 如，對肌鈞蛋白或細胞表面蛋白質(zhì)特異的抗體)或核酸分子.當利用對目 的分析物例如Ribavirin的結(jié)合親和力偶聯(lián)到合適的分子上時(也稱作分 析物結(jié)合配偶體)，所獲得的探針可用于例如熒光免疫測定中，用來監(jiān)測 病人血漿中的藥物水平。在肌鈣蛋白的例子中，其為心臟肌肉破壞的標志 蛋白，因而通常對于心臟病發(fā)作，含有抗肌鉀蛋白抗體和本發(fā)明的納米晶 體的綴合物可用于心臟病發(fā)作的診斷。在本發(fā)明的納米晶體與胂瘤相關細 胞表面蛋白質(zhì)的特異性抗體形成綴合物的情況下，該級合物可用于腫瘤診 斷或成像.另一例子是納米晶體與鏈霉抗生物素蛋白的級合物(參照圖6)。分析物也可為復雜的生物結(jié)構(gòu)，包括但不限于病毒顆粒、染色體或整 個細胞.例如，如果分析物結(jié)合配偶體是附著于細胞膜的脂類，包含連接 到此脂類的本發(fā)明的納米晶體的綴合物可用于檢測和顯示整個細胞.為了 例如細胞染色或細胞成像，發(fā)出可見光的納米晶體是優(yōu)選使用的。根據(jù)此 公開的內(nèi)容，需通過使用標志化合物如險測的分析物優(yōu)選地為生物分子， 所述標志化合物包含本發(fā)明的納米顆粒，其結(jié)合到分析物結(jié)合配偶體上。因此，在進一步優(yōu)選的實施方案中，對分析物具有結(jié)合親和力的分子 是蛋白質(zhì)、肽、具有免疫原性半抗原特征的化合物、核酸、糖類或有機分 子。用作分析物結(jié)合配偶體的蛋白質(zhì)可為例如，抗體、抗體片斷、配體、
抗生物素蛋白、鏈霉抗生物素蛋白或酶。有機分子的例子有化合物例如生物素、洋地黃毒苷、serotronine、葉酸衍生物等等。核酸可選自但不限于， DNA、 RNA或PNA分子，10 - 50bp的短的寡核苷酸以及更長的核酸。當用于生物分子檢測時，可將本發(fā)明的納米晶體經(jīng)主體分子的表面暴 露基團而結(jié)合至具有結(jié)合活性的分子上。為此，表面暴露的基團例如胺基、 羥基或氛基可以與連接試劑反應。此處所用的連接試劑指能夠?qū)⒈景l(fā)明納 米晶體連接至具有此類結(jié)合親和力的分子上的任何化合物，可用于將納米 晶體連接至分析物結(jié)合配偶體上的連接試劑的種類的例子有，雙功能連接 試劑例如雙-馬來酰亞胺交聯(lián)試劑、二硫化物交換交聯(lián)試劑、和雙-N-羥M珀酰亞胺酯交聯(lián)試劑。合適的連接試劑的例子有N，N，-l，4-亞苯^ 馬來酰亞胺、二 (馬來酰亞胺基)乙烷、二硫代二 (馬來酰亞胺基)乙烷、 l，ll-雙-馬來酰亞胺基四乙二醇、C-6雙(《=^化物)、C-9雙(二硫化 物)、戊二酸二 (琥珀跣亞胺酯)、辛二酸二 (琥珀酰亞胺酯)、雙-(琥 珀酰亞胺基琥珀酸)乙二醇酯.然而，如果使用^^發(fā)明的納米晶體，該晶體 包含共價連接至水溶性主體分子上的封端試劑，那么主體分子可與合適的 連接試劑形成綴合物(這可在主賓^物形成之前或之后)，所i^接試 劑偶聯(lián)至具有期望的結(jié)合親和力的選定分子上.例如，如果將環(huán)糊精用作 主體分子，那么連接試劑包括但不限于二茂鐵衍生物、金剛烷化合物、聚 氧乙烯化合物、芳族化合物，所有這些均具有合適的反應基團，用于與目 的分子形成共價鍵(參照圖6),而且，本發(fā)明還涉;sua合物，其含有至少一種如此處定義的水溶性納 米晶體.可將納米晶體摻入塑料珠、磁珠或乳膠珠中.而且，含有如此處 所定義的納米晶體的檢測試劑盒也是本發(fā)明的一部分.通過下列非限制性實施例和附圖
，進一步闡明本發(fā)明，其中圖l是本發(fā)明的水溶性納米晶體的示意圖，其中或者已將疏水試劑附 著于納米晶體核心的表面，該晶體與環(huán)糊精(CD)形成主賓絡合物(圖解 a))，或者已附著了共價連接到7jc溶性主體分子上的疏水試劑(圖解b))。圖2顯示了可在本發(fā)明中用作主體分子的代表性的環(huán)糊精(圖2a)、
環(huán)狀多胺(圖2b)、環(huán)(二)肽(圖2c)、杯芳烴(圖2d)、冠醚(圖2e)、 和樹狀聚體(圖2f)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3顯示了 TOP-封端的CdSe/ZnS核心外殼納米晶體從氯仿(圖3a) 至7jc溶液中(圖3b)的相轉(zhuǎn)移，其是由7-環(huán)糊精的加入引起的。圖4顯示了與Y"環(huán)糊精形成主賓^物的CdSe/ZnS核心外殼納米晶 體的TEM顯微照片。圖5顯示了本發(fā)明的CdSe/ZnS核心外殼納米晶體的熒光強度，與形 成主賓^物之前的起始納米晶體相比較。圖6顯示了 pH對本發(fā)明CdSe/ZnS核心外殼納米晶體的光it良光的 影響，所述晶體與7"環(huán)糊精形成主賓絡合物。圖7顯示了本發(fā)明的CdSe/ZnS核心外殼納米晶體在50"下的熱穩(wěn)定性.圖8顯示了制名^^有主賓^物的本發(fā)明納米晶體的示意圖，其中主 體分子具有自由的活性基團，可用于綴合物的制備(圖8a).圖8還顯示 了配體的例子，其可與主體分子例如環(huán)糊精形成主賓^物，以制備本發(fā) 明的水溶性納米基團的綴合物(圖8b),以;8L^發(fā)明的納米晶體與鏈霉抗 生物素蛋白的綴合物的示意圖(圖8c).實施例1TOPO封端的(CdSe)-ZnS納米晶體(量子點，QD)的制備 如下制備三辛基膦(TOP) /三辛基氧化膦(TOPO)封端的CdSe納 米晶體.將TOPO (30g) ^燒瓶中并在真空下(~lTorr) 180'C干燥1 小時。然后將燒瓶充滿氮氣并加熱至350'C。在惰性氣氛干燥箱中制備下 列注射溶液CdMe2(200ml)、 1M TOPSe溶液(4.0 ml)和TOP (16 ml), 將注射溶液徹底混和、"注射器、并從干燥箱中取出。除去反應中的熱量，并以單次連續(xù)的注射，將反應混合物轉(zhuǎn)移至劇烈 攪拌的TOPO。對反應瓶進行加熱并將溫度逐漸升至260-280。C,在M 后，將反應瓶冷卻至 60'C，并加入20ml丁醇以防止TOPO凝固。大量 過量甲醇的加入引起顆粒絮凝。通過離心將絮凝物從上清液中分離出來； 所獲得的粉末可在多種有機溶劑中^t從而產(chǎn)生光學上澄清的溶液.將含有5gTOPO的燒瓶在真空下加熱幾小時至1卯""C，然后冷卻至 60。C，其后加入0.5ml的三辛基膦(TOP)。將分散在己烷中的約 0.1-0.4| 11015的0186點經(jīng)注射器轉(zhuǎn)移/^應容器中，并將溶劑泵出。將二 乙基鋅(ZnEt2)和六甲基二^^^t^((TMS)2S)分別用作Zn和S前體。在惰性 氣氛手套箱內(nèi)將等摩爾量的前體溶解于2>4 ml TOP中。將前體溶 ^*入注 射器并轉(zhuǎn)移至另外的連接于反應瓶的漏斗中。添加完畢后，將混合物冷卻 至卯IC并攪拌幾小時.向混合物中加入丁醇以防止TOPO在冷卻至室溫時 凝固.實施例2通過與y環(huán)糊精形成主賓^^物制備水溶性納米晶體 將實施例1中所獲得的具有TOP/TOPO疏水性封端的納米晶體溶解 于200j l的氯仿/己烷(1:1)混合物中。將大約0.5g y環(huán)糊精和納米晶體 溶液加入20ml去離子水的溶液中。將混合物回流8小時，直至形成混濁 溶液。利用旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器除去大部分水，然后通過離心分離所形成的主客 體包含l^物.進一步用水洗滌所收集的固體以除去游離的環(huán)糊精分子。 將這樣所獲得的納米晶體以固體狀態(tài)儲存，所述納米晶體巳通過 TOP/TOPO與環(huán)糊精形成主賓^物.通it^聲波處理的方式將其溶解于 水，可輕易地將它們轉(zhuǎn)移至水中.受到主賓#物保護的納米晶> *^現(xiàn) 可在固體狀態(tài)穩(wěn)定相對長的時間.通過形成主賓絡合物而形成水溶性7"CD修飾的量子點可進行光學追 蹤。當向含有TOP/TOPO封端的CdSe/ZnS核心外殼納米晶體的氯仿溶液 中加入y環(huán)糊精時，所形成的納米晶體從有機氯仿相(圖3a)遷移至水溶 液中(圖3b)。7-CD修飾的量子點的形成還通過^-NMR、 FT-IR光語法和XRD測 定(數(shù)據(jù)未顯示)進行了確認。透射電子顯微術(TEM)(圖4)和熒光
圖像(例如參照圖5)顯示，已與7-環(huán)糊精形成主賓絡合物的量子點形成 高單^t性顆粒。圖5另外顯示，本發(fā)明的CdSe/ZnS核心外殼納米晶體 在形成主賓^物之后(在水中測定)比未修飾的TOP/TOPO封端的核 心外殼納米晶體(在CHC13中測量)具有更強的熒光強度，而發(fā)射最大量 的波長仍保持不變。圖6的光致發(fā)光測定顯示已與Y"環(huán)糊精形成主賓^ 物的CdSe/ZnS核心外殼納米晶體在pH7.4的PBS緩沖液中是非常穩(wěn)定的 (空心圓形)(即在生理狀態(tài)下)，并且甚至分別在pH5.0 (指向上的三 角形)和pH3.0 (指向下的三角形)的水溶液中顯示令人滿意的穩(wěn)定性。 最后，圖7說明在與y環(huán)糊精形成主賓絡合物后，當加熱至501C時， CdSe/ZnS核心外殼納米晶體顯示出在水溶液中良好的熱穩(wěn)定性。實施例3存-環(huán)糊精單5^琉醇(辛硫醇)的制備將UH (5mmo1)加入在無水THF(50ml)中的無水叔丁基二甲代甲硅 烷基(TBDMS)保護的環(huán)糊精(TBDMSCD) (2.2 mmol)溶液中，并回流 大約3小時。然后加入三苯基甲醇保護的8 -溴-1 -辛硫醇(4mmo1)并 回流過夜。將溶劑移至真空并將殘留物溶解于氯仿中。用稀釋的HC1溶液 洗滌溶液，然后鹽水洗滌，并干燥。通過二氧化硅上的柱層析法來進行純 化(200-400目).所獲得的固體溶解于TFA (10 ml)中，當溶液變成 無色時，在減壓下的剩余微量的酸和原始的反應產(chǎn)物^^解于水中，為進 行純化，利用二乙醚洗滌環(huán)糊精辛硫醇以除去iM^應的起始材料。在冷凍 干燥之后，以21%的產(chǎn)率獲得了粉末形式的產(chǎn)物。1HNMR(D20，5，i)pm): 5.1,3.9-3.2， 2.4， 1.5-1.0,實施例4通過與環(huán)糊精單烷基琉醇的配體交換制備水溶性量子點 如Zhong等人，J. Am. Chem. Soc. 125， 8589， 2003所述通過溶解量子 點于氯仿并從丙酮和甲醇沉淀出來，進行TOP/TOPO封端的量子點的純
化。將所獲得的量子點溶解于無水氯仿中以形成澄清的溶液。在攪拌下，逐份加入過量的實施例3中所制備的環(huán)糊精單烷基琉醇。每次，加入環(huán)糊 精單烷基琉醇(辛硫醇)直至溶液變澄清。在添加完畢后，在室溫下將反 應混合物持續(xù)攪拌過夜。將溶劑移至真空并用二乙醚洗滌所獲得的固體以 除去游離的環(huán)糊精單烷基硫醇。收集所獲得的粉末并通過離心從純水溶液 中進一步純化。在冷凍千燥之后，收集產(chǎn)物并通過力NMR表征。^NMR (D20， 6， ppm): 5.1， 4.1-3.2， 23， l.S-l.O， 0.9-0.8。實施例56^L代-j8-環(huán)糊精的制備將過-6-碘-j8-環(huán)糊精(1 g)溶解于DMF (10ml)中；然后加入疏脲 (0.301g)并在氮氣下將A^化合物加熱至701C。 19小時后，在減壓下除 去DMF以產(chǎn)生黃色油，將其溶解于水中(50ml).加入氬氣化鈉(0.26g) 并在氮氣下將M化合物加熱至溫和回流.l小時后，用KHS04水溶液將 所獲得的懸液酸化并過濾除去沉淀物，用蒸餾,底洗滌，然后干燥.為 除去最后微量的DMF，將產(chǎn)物懸浮于水中(50ml)并加入最少量的氫氣 化鉀以產(chǎn)生澄清的溶液；然后通過利用KHS04水'溶液進行酸化將產(chǎn)物重 新沉淀出來，小心地將所獲得的細小沉淀物過濾出來并在真空下PzOs之上 進行干燥，從而收獲乳白色粉末形式的過-6-硫代-j8-環(huán)糊精(65%) 。 ^NMR (DMSO， 6， ppm) 2.16， 2.79. 3.21 ， 3.36- 3.40， 3.60， 3.68， 4.95， 5.83， 5.97。實施例66_>5克代-/3-環(huán)糊精封端的水溶性量子點的制備TOP/TOPO封端的量子點的純化與實施例2和4中所描述的程序是類 似的。將所獲得的量子點溶解于無水吡梵中，以形成澄清的溶液。攪拌下， 加入6-硫代+環(huán)糊精。10分鐘后，反應物變得澄清。在室溫下持續(xù)攪拌過 夜。除去大部分溶劑，然后加入50ml 二乙醚。收集白色沉淀物并再用二 乙醚進行漂洗。將所得的粉末過濾出來并進行干燥。& NMR (DMSO， S， ppm): 5.8， 5.1 ， 4.1-3.2， 2.6， 2.2， 1.5-1.0。實施例7包含本發(fā)明納米晶體的綴合物的制備圖8a顯示了制備本發(fā)明的納米晶體的反應圖解，所述納米晶體包^t 端試劑與合適的主體分子形成的主賓^^物。如上面所解釋的，連接到納米晶體外表面的合適的封端試劑可為具有 長的烷基鏈或聚M基鏈的疏醇化合物。此類封端的納米晶體可與主體分 子例如環(huán)糊精反應，產(chǎn)生高度穩(wěn)定的水溶性納米晶體，為制備可用作診斷 工具的納米晶體的綴合物，可將此類主體分子綴合目的配體，例如生物素、 洋地黃毒苷、小分子藥物或蛋白質(zhì)例如鏈霉抗生物素蛋白、抗生物素蛋白 或抗體，僅列舉少數(shù)例子.綴合物可通過將自由的^Ji基例如暴露于溶劑的親水性基團(例如， -OH、 COOH或NH2基團)與目的配體相^JL來制備(參照圖8a).綴 合物也可通it^客體分子和合適的主體分子之間形成另 一主賓絡合物來制 備，所述主體分子連接至目的配體上.可用于與例如環(huán)糊精化合物形成此 類(第二種)主賓絡合物的有代表性的主體分子顯示于圖8b中。在此方面 應當注意，為所選定的主體分子選擇合適的客體是屬于本領域一般技術人 員的知識范圍之內(nèi)的。經(jīng)主賓絡合物來形成本發(fā)明納米晶體的綴合物的方 法，通過圖8c中顯示的鏈霉抗生物素蛋白綴合物闡明.
權(quán)利要求
1.具有核心的水溶性納米晶體，所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中Ib副族、IIb副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb副族、II主族、III主族或IV主族元素的金屬M1，其中封端試劑附著于納米晶體核心的表面，且其中封端試劑與水溶性主體分子形成主賓絡合物。
2. 具有核心的水溶性納米晶體，所述核心包含 至少一種選自元素周期系(PSE)中Ib副族、lib副族、inb副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb副族、II主族、III主 族或IV主族元素的金屬Ml,和至少一種選自元素周期系中V或VI主族元素的元素A，其中封端試劑附著于納米晶體核心的表面，且其中封端試劑與水溶性主體分子形成主賓^物。
3. 權(quán)利要求1或2的納米晶體，其中封端試劑是疏水的或親水的試劑。
4. 權(quán)利要求3的納米晶體，其中封端試劑具有對納米晶體核心有親 和力的端基。
5. 權(quán)利要求1至4中任意一項的納米晶體，其中封端試劑具有式(I) HaX-Y-Z，其中X是選自S、 N、 P或O-P的端基， A是0至3的整數(shù)，Y是具有至少三個主鏈原子的部分，且 Z是疏水性端基。
6. 權(quán)利要求5的納米晶體，其中封端試劑的Y部分包含3至50個主 鏈原子。
7. 權(quán)利要求6的納米晶體，其中Y包含烷基部分、環(huán)烷基部分、醚 部分或芳族部分。
8. 權(quán)利要求5至7中任意一項的納米晶體，其中封端試劑選自 CH3(CH2)n CH2SH、 CH30(CH2CH20)nCH2SH、 HSCH2CH2CH2(SH)(CH2)nCH3 、 CH3(CH2)nCH2NH2 、 CH30(CH2CH20)nCH2NH2、 P((CH2)nCH3)3、 0=P((CH2)nCH3)3，其中n是"的整數(shù)。
9. 權(quán)利要求8的納米晶體，其中n是〉8的整數(shù)。
10. 權(quán)利要求1 - 9中任意一項的納米晶體，其中水溶性主體分子是含 有暴露于溶劑的極性基團的化合物。
11. 權(quán)利要求10的納米晶體，其中主體分子選自糖類、環(huán)狀多胺、環(huán) 肽、杯芳烴、冠醚和樹狀聚體。
12. 權(quán)利要求ll的納米晶體，其中糖類選自寡糖、淀粉和環(huán)糊精.
13. 權(quán)利要求12的納米晶體，其中淀粉為a-直鏈淀粉或存-直鏈淀粉.
14. 權(quán)利要求12的納米晶體，其中環(huán)糊精選自a-環(huán)糊精、/S-環(huán)糊精、 ^環(huán)糊精、二甲基-a-環(huán)糊精、三甲基-a-環(huán)糊精、二甲基+環(huán)糊精、三甲基^-環(huán)糊精、二甲基-7-環(huán)糊精和三甲基-T"環(huán)糊精。
15. 權(quán)利要求12的納米晶體，其中寡糖包含2至20個單體單元。
16. 前述權(quán)利要求2-15中任意一項的納米晶體，其中納米晶體是核 心-外殼納米晶體。
17. 權(quán)利要求16的納米晶體，其中金屬選自Zn、 Cd、 Hg、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Ag和Au。
18. 權(quán)利要求16或17的納米晶體，其中元素A選自S、 Se和Te。
19. 權(quán)利要求16至18中任意一項的納米晶體，其中納米晶體是選自 CdS、 CdSe、 MgTe、 CdTe、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 HgS、 HgSe和HgTe 的核心外殼納米晶體。
20.權(quán)利要求2至19中任意一項的納米晶體，其中納米晶體是由均勻 三元^T組成的，所述合金具有組成MlhM2xA，其中 a) 當A代表PSE的VI主族的元素時，M1和M2獨立地選自元素周 期系(PSE)中IIb副族、VIIa副族、VHIa副族、Ib副族或II主族的元 素，或者b) 當A^RJ^PSE的(V)主族的元素時，Ml和M2均選自PSE的 (III)主族的元素，所述納米晶體可通過包括下述步驟的方法獲得i) 通過以適于產(chǎn)生納米晶體的形式加熱含有元素Ml的M混合物 至合適的溫度T1，在此溫度下以適于產(chǎn)生納米晶體的形式加入元素A，在 適合于形成所述二元納米晶體M1A的溫度下將il^混合物加熱足夠長的 一段時間，然后^^混合物冷卻，形成二元納米晶體M1A，以及ii) 再次加熱^JI混合物至合適的溫度T2，不沉淀或分離所形成的二 元納米晶體M1A，在此溫度下以適于產(chǎn)生納米晶體的形式向^S混合物中 添加足夠量的元素M2，然后在適于形成所述三元納米晶體MlhM2xA的 溫度下將反應混合物加熱足夠長的一段時間，然后^^應混合物冷卻至室 溫，并分離三元納米晶體Ml^M2xA,
21. 權(quán)利要求20的納米晶體，其中0.001<x<0.999.
22. 權(quán)利要求20或21的納米晶體，其中0.01<x<0.99。
23. 權(quán)利要求20至22中任意一項的納米晶體，其中0.5<x<0.95。
24. 權(quán)利要求20至23中任意一項的納米晶體，其中元素Ml和M2 獨立地選自Zn、 Cd、 Hg、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Ag和Au。
25. 權(quán)利要求20至24中任意一項的納米晶體，其中元素A選自S、 Se和Te。
26. 權(quán)利要求20至25中任意一項的納米晶體，其具有組成ZnxCdk xSe或ZnxCdi_xS。
27. 制備水溶性納米晶體的方法，其包括將具有核心的納米晶體與封端試劑相反應，所述核心包含至少一種選 自Ib副族、lib副族、rVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、Vlllb副族、n主族、in主族或iv主族元素的金屬Mi，從而使封端試劑附著于納米晶體核心的表面，且然后將如此獲得的納米晶體與主體分子相接觸，從而在封端試劑和水 溶性主體分子之間形成主賓^物。
28. 制備水溶性納米晶體的方法，其包括 將具有核心的納米晶體與封端試劑相反應，因而使封端試劑附著于納米晶體核心的表面，所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE) 中Ib副族、lib副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、Vlllb副族、n主族、ni主族或iv主族元素的金屬Mi,和至少一種選自元素周期系中V或VI主族元素的元素A，然后將如此獲得的納米晶體與主體分子相接觸，從而在封端試劑和水溶 性主體分子之間形成主賓絡合物.
29. 權(quán)利要求28或29的方法，其中封端試劑是疏水或親水試劑。
30. 權(quán)利要求29的方法，其中封端試劑具有對納米晶體核心有親和力 的端基。
31. 權(quán)利要求28至30中任意一項的方法，其中使用的封端試劑具有 式(I)HaX醫(yī)Y隱Z， 其中X是選自S、 N、 P或O-P的端基， A是0至3的整數(shù)，Y是具有至少三個主鏈原子的部分，且 Z是疏水性端基。
32. 權(quán)利要求31的方法，其中封端試劑的Y部分包含3至50個主鏈 原子。
33. 權(quán)利要求32的方法，其中Y包含烷基部分、環(huán)烷基部分、醚部 分或芳族部分。
34. 權(quán)利要求31至33中任意一項的方法，其中所用試劑選自 CH3(CH2)nCH2SH 、 CH30(CH2CH20)nCH2SH 、HSCH2CH2CH2(SH)(CH2)nCH3 、 CH3(CH2)nCH2NH2 、 CH30(CH2CH20)nCH2NH2、 P((CH2)nCH3)3和0=P((CH2)nCH3)3，其中n 是>6的整數(shù)。
35. 權(quán)利要求29至34中任意一項的方法，其中所用的水溶性主體分 子是含有暴露于溶劑的極性基團的化合物。
36. 權(quán)利要求35的方法，其中所用的主體分子選自糖類、環(huán)狀多胺、 環(huán)肽、杯芳烴、冠醚和樹狀聚體。
37. 權(quán)利要求36的方法，其中所用的糖類選自JMI、淀#環(huán)糊精。
38. 權(quán)利要求37的方法，其中淀粉為a-直鏈淀粉或/S-直鏈淀粉。
39. 權(quán)利要求38的方法，其中所用的環(huán)糊精選自a^環(huán)糊精、/3-環(huán)糊 精、y環(huán)糊精、二甲基-a-環(huán)糊精、三甲基-O"環(huán)糊精、二甲基-ZS-環(huán)糊精、三 甲基-/3-環(huán)糊精、二甲基-t環(huán)糊精和三甲基個環(huán)糊精.
40. 權(quán)利要求39的方法，其中寡糖包含2至20個單體單元，
41. 權(quán)利要求35至40任一項的方法，其中主賓l^物是將納米晶體 與主體分子的水溶液通過捏合、通過回流、通過攪拌或在環(huán)境溫度下溫育 大約l至大約10天形成的.
42. 具有核心的水溶性納米晶體，所述核心包含 至少一種選自元素周期系(PSE)中Ib副族、lib副族、IVb副族、Vb副族、VIb副族、VIIb副族、VIIIb副族、II主族或III主族元素的金 屬M1，和至少一種選自元素周期系中V或VI主族元素的元素A,且， 其中封端試劑附著于納米晶體核心的表面，且其中封端試劑共價連接到水溶性主體分子上，且其中主體分子選自糖 類、環(huán)狀多胺、環(huán)肽、杯芳烴和樹狀聚體.
43. 權(quán)利要求42的納米晶體，其中封端試劑是疏水或親水試劑，其具 有對納米晶體有親和力的端基.
44. 權(quán)利要求42或43的納米晶體，其中封端試劑具有式(II)玩X-Y-B (II)其中 X是選自S、 N、 P或O-P的端基， I是l至3的整數(shù)，Y是具有至少三個主鏈原子的部分，且 B是水溶性主體分子。
45. 權(quán)利要求44的納米晶體，其中封端試劑的Y部分包含3至50個 主鏈原子。
46. 權(quán)利要求45的納米晶體，其中Y包含烷基部分、環(huán)烷基部分、 醚部分或芳族部分。
47. 權(quán)利要求42至46中任意一項的納米晶體，其中封端試劑選自 CH3(CH2)nCH2SH、 CH30(CH2CH20)nCH2SH、 HSCH2CH2CH2(SH)(CH2)nCH3 、 CH3(CH2)nCH2NH2 、 CH30(CH2CH20)nCH2NH2、 P((CH2)nCH3)3、 0=P((CH2)nCH3)3，其中n 是>6的整數(shù)。
48. 權(quán)利要求47的納米晶體，其中n是〉8的整數(shù)。
49. 權(quán)利要求42至48中任意一項的納米晶體，其中所用的糖類選自 *#、淀粉和環(huán)糊精.
50. 權(quán)利要求49的納米晶體，其中淀粉為ojL鏈淀粉或/J-直鏈淀粉。
51. 權(quán)利要求49的納米晶體，其中所用的環(huán)糊精選自a-環(huán)糊精、0-環(huán)糊精、^環(huán)糊精、二甲基寺環(huán)糊精、三甲基寺環(huán)糊精、二甲基-^環(huán)糊精、 三曱基-/3-環(huán)糊精、二甲基卞環(huán)糊精和三曱基個環(huán)糊精，
52. 權(quán)利要求51的納米晶體，其中寡糖包含6至20個單體單元。
53. 制備水溶性納米晶體的方法，其包括將具有核心的納米晶體與封端試劑反應，所述核心包含至少一種選自 元素周期系(PSE)中IIb、 IIB-VIB、 IIIB-VB或IVB副族、II主族或in 主族元素的金屬Ml，和至少一種選自元素周期系中V或VI主族元素的元 素A，其中封端試劑共價連接到水溶性主體分子上，所述主體分子選自糖類、 環(huán)狀多胺、環(huán)二肽、杯芳烴和樹狀聚體。
54. 權(quán)利要求53的方法，其中所述試劑是疏水性封端試劑或親水性封 端試劑，其具有對納米晶體核心有親和力的端基。
55. 權(quán)利要求53或54的方法，其中所述試劑具有式(II)玩X誦Y誦B (II)其中X是選自S、 N、 P或O-P的端基， I是l至3的整數(shù)，Y是具有至少三個主鏈原子的部分，且 B是共價連接到試劑上的水溶性主體分子。
56. 權(quán)利要求55的方法，其中封端試劑的Y部分包含3至50個主鏈 原子。
57. 權(quán)利要求56的方法，其中Y包含烷基部分、環(huán)烷基部分、醚部 分或芳族部分。
58. 權(quán)利要求53至57中任意一項的方法，其中封端試劑選自 CH3(CH2)nCH2SH、 CH30(CH2CH20)nCH2SH、 HSCH2CH2CH2(SH)(CH2)nCH3、 CH3(CH2)nCH2NH2、 CH30(CH2CH20)nCH2NH2、 P((CH2)nCH3)3、 0=P((CH2)nCH3)3,其中n 是"的整數(shù)'
59. 權(quán)利要求53至58中任意一項的方法，其中所用的糖類選自*#、 淀#環(huán)糊精，
60. 權(quán)利要求59的方法，其中所用的環(huán)糊精選自O"環(huán)糊精、/3-環(huán)糊精、 7-環(huán)糊精、二甲基-a-環(huán)糊精、三甲基-a-環(huán)糊精、二甲基-^環(huán)糊精、三甲基-/S-環(huán)糊精、二甲基-Y-環(huán)糊精和三甲基々-環(huán)糊精。
61. 具有核心的水溶性納米晶體，所述核心包含 至少一種選自元素周期系(PSE)中IIb、 IIB-VIB、 IIIB-VB或IVB副族、n主族或ni主族元素的金屬Mi,和至少一種選自元素周期系中v或VI主族元素的元素A，且，其中疏水性封端試劑附著于納米晶體核心的表面，且 其中疏水性封端試劑共價連接于冠醚，且其中疏水試劑具有式(I) HaX-Y-Z，其中X是選自S、 N、 P或O-P的端基， A是0至3的整數(shù)，Y是具有至少三個主鏈原子的部分，且 Z是疏水性端基。
62. 權(quán)利要求61的納米晶體，其中封端試劑的Y部分包含3至鄰個 主鏈原子。
63. 權(quán)利要求62的納米晶體，其中Y包含3^^部分、環(huán)M部分、醚 部分或芳族部分.
64. 權(quán)利要求62或63的納米晶體，其中疏水試劑選自 CH3(CH2)nCH2SH、 CH30(CH2CH20)nCH2SH、 HSCH2CH2CH2(SH)(CH2)nCH3 、 CH3(CH2)nCH2NH2 、 CH30(CH2CH20)nCH2NH2、 P((CH2)nCH3)3、 0=P((CH2)nCH3)3，其中n 是>6的整數(shù).
65. 權(quán)利要求61至64中任意一項的納米晶體，其中冠醚是選自8 -冠-4化合物、9-冠-3化合物、12-冠-4化合物、15-冠-S化合物、 18 -冠-6化合物和20 -冠-8化合物的化合物.
66. 權(quán)利要求1-26、 42-52或61-65中任意一項所定義的納米晶體，其 連接至對給定分析物具有結(jié)合親和力的分子.
67. 權(quán)利要求66的納米晶體，其中對給定分析物具有結(jié)合親和力的分 子具有對生物分子的結(jié)合親和力.
68. 權(quán)利要求67的納米晶體，其中對分析物具有結(jié)合親和力的分子是 蛋白質(zhì)、肽、具有免疫原性半抗原特征的化合物、核酸、糖類或有機分子。
69. 權(quán)利要求67的納米晶體，其中納米晶體經(jīng)由共價連接試劑連接至 所M分析物具有結(jié)合活性的分子.
70. 權(quán)利要求67的納米晶體，其中納米晶體經(jīng)由主體分子所結(jié)合的配 體而連接至所M分析物具有結(jié)合活性的分子。
71. 如權(quán)利要求1-26、 42-52或61-65中任意一項所定義的納米晶體的 用途，用于檢測分析物。
全文摘要
本發(fā)明所公開的是一種具有核心的水溶性納米晶體，所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中Ⅱb副族、Ⅶa副族、Ⅷa副族、Ⅰb副族、Ⅳ副族、Ⅱ主族或Ⅲ主族元素的金屬M1，至少一種選自元素周期系Ⅴ或Ⅵ主族元素的元素A，其中封端(capping)試劑附著于納米晶體核心的表面，且其中封端試劑與水溶性主體分子形成主賓絡合物。還公開了一種具有核心的水溶性納米晶體，所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中Ⅱb副族、Ⅶa副族、Ⅷa副族、Ⅰb副族、Ⅳ副族、Ⅱ主族或Ⅲ主族元素的金屬M1和至少一種選自元素周期系中Ⅴ或Ⅵ主族元素的元素A，其中封端試劑附著于納米晶體核心的表面，且其中封端試劑共價連接到水溶性主體分子上。另外公開了一種具有核心的水溶性納米晶體，所述核心包含至少一種選自元素周期系(PSE)中Ⅱb副族、Ⅶa副族、Ⅷa副族、Ⅰb副族、Ⅳ副族、Ⅱ主族或Ⅲ主族元素的金屬M1，其中封端試劑附著于納米晶體的表面，且封端試劑與水溶性主體分子形成主賓絡合物。最后，公開了此類納米晶體的組合物和用途。
文檔編號C08B37/16GK101128737SQ200580048716
公開日2008年2月20日 申請日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者王夫軻, 韓明勇 申請人:新加坡科技研究局