專利名稱：穩(wěn)定的納米粒子以及制造和使用這種粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及小的和穩(wěn)定的納米粒子，其在多種領(lǐng)域中是有用的，包括生物學，分析和組合化學，醫(yī)學診斷，遺傳分析，太陽能轉(zhuǎn)換，顯示器和單分子光譜；以及它們的制備方法和用途。
背景技術(shù)：
當用適當?shù)哪芰吭蠢缂す饧顣r，發(fā)熒光的納米粒子在多種生命科技應(yīng)用中是一種強大的檢測工具，所述的應(yīng)用包括蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)印跡檢測，細胞遷移的可視化，用于在活體中成像的細胞流量分析。這樣的納米粒子還形成了 LED，太陽能電池，晶體管和二極管激光器中的基本部件。但是，目前能夠利用的熒光納米粒子具有當激勵該納米粒子時，間歇的熒光或者隨機閃爍通斷其熒光的缺點。這種通斷閃爍限制了信號的穩(wěn)定性，因為通/ 斷期間的定時和持續(xù)時間二者都是不可預(yù)知的。對于單粒子或者單分子分析來說，該閃爍性能限制了熒光納米粒子的有用性。類似的，閃爍在使用納米粒子群的超高通量的應(yīng)用中產(chǎn)生了明顯的障礙(其會是不能克服的)，這歸因于信號強度中不可預(yù)知的變化，該信號強度是由通/斷狀態(tài)之間的該納米粒子間歇性切換而形成的。雖然不受限于具體的理論，一種假設(shè)將該閃爍行為歸因于粒子和“外部世界”之間急劇的電子界面。閃爍因此會由從粒子核到周圍基質(zhì)的光子-電子或者俄歇電子(或者空穴)的臨時損失而形成，例如通過俄歇發(fā)射或者電荷隧道，或者通過表面相關(guān)的阱的電子捕集，這產(chǎn)生了一種帶電狀態(tài)。當納米粒子處于帶電狀態(tài)時，發(fā)光關(guān)閉。一旦恢復(fù)電中性， 則開始發(fā)光，產(chǎn)生了特性閃爍。推動這些理論的一種關(guān)鍵的觀察是閃爍作為激勵功率的函數(shù)而變差。換句話說，隨著激勵功率的增加，該閃爍典型的也增加了。這樣的觀察表明閃爍是通過2或者多個光子/激勵的狀態(tài)，用同時或者依次的激勵而發(fā)生的。因此，抑制閃爍的一種有用的方案可以是防止電子在多光子事件過程中或者之后從粒子核中逸出。這里需要開發(fā)方案，來提供小的(以使得它們在熒光共振能量轉(zhuǎn)移應(yīng)用中是有用的)和穩(wěn)定的納米粒子，其解決了納米粒子熒光間歇性所具有的問題(因為這種間歇性使得“閃爍”納米粒子用作量子信息學的單光子光源和用作實時監(jiān)控單個生物分子的生物標記的可靠應(yīng)用變得復(fù)雜)。

發(fā)明內(nèi)容
這里提供一種納米晶體，其是水溶的或者水可分散的，并且還是明亮的，具有調(diào)節(jié)的(modulated)、減少的或者沒有間歇的(例如連續(xù)的、不閃爍的(non-blinking))熒光，并且是化學和光化學穩(wěn)定的。另外提供一種生產(chǎn)具有調(diào)節(jié)的、減少的或者沒有間歇性或者 “閃爍(blinking)”熒光的納米粒子及其群的方法，和使用它們的方法。此處所公開的組合物和方法對于不同的生物應(yīng)用可能是有用的，包括但不限于細胞著色，細胞追蹤，活體內(nèi)成像，活體外成像，印跡，細胞流量測量，F(xiàn)ISH, DNA排序和其他生物應(yīng)用。在一方面，公開了一種納米粒子群。該群包含多個核/殼納米晶體，每個晶體包括半導(dǎo)體核，布置在該半導(dǎo)體核上的中間半導(dǎo)體殼層，布置在該中間半導(dǎo)體殼層上的外部半導(dǎo)體殼層，和與該外部半導(dǎo)體殼層直接接觸的親水有機層。該納米粒子群的α。η值小于約 1. 4。在另一方面，公開了一種生產(chǎn)納米粒子群的方法。提供包括多個納米晶體核和至少一種配位溶劑的混合物。將第一中間殼前體與第二中間殼前體以層加入的方式(in layer addition)交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成中間殼層。將第一外殼前體與第二外殼前體以層加入方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成外殼層。 加入包含親水配位體的水溶液。將該混合物保持在這樣的條件下，該條件使得該多個納米晶體遷移到水相中，其中，所形成的納米粒子群的。 值小于約1.4。在另一方面，公開了一種生產(chǎn)能夠FRET的納米粒子群的方法。提供包含多個納米晶體核和至少一種配位溶劑的混合物。第一中間殼前體與第二中間殼前體以層加入的方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成中間殼層，其中該中間殼層包含多于一個單層。將第一外殼前體與第二外殼前體以層加入方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成外殼層，其中該外殼層布置在中間殼層的頂上，并且包含多于一個單層。加入包含親水配位體的水溶液。將該混合物保持在這樣的條件下，該條件使得該多個納米晶體遷移到水相中，其中，該能夠FRET的納米粒子群的FRET效率大于約20%。在另一方面，公開了一種生產(chǎn)納米粒子群的方法。提供包含多個納米晶體核、親水配位體和至少一種配位溶劑的混合物。將第一中間殼前體與第二中間殼前體以層加入的方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成中間殼層。將第一外殼前體與第二外殼前體以層加入方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成外殼層；其中所形成的納米粒子群的0。 值小于約1.4。這些和其他特征、方面和實施方案描述在下面的標題為“具體實施方式
”部分中。


為了更完整的理解這里所公開的原理及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考下面的說明以及附圖， 在其中
圖IA是根據(jù)一種實施方案的納米粒子的圖示，該粒子包含核(M1Y)和層化的殼，其中該殼包含包含第一殼材料(M1X)的m個內(nèi)殼單層和包含第二殼材料(M2X)的η個外殼單層。圖IB是根據(jù)一種實施方案的納米粒子的圖示，該粒子具有厚的、均勻的層化的殼，其中核包含CcKe，至少一種內(nèi)殼層包含CdS，和至少一種外殼層包含SiS。圖2是根據(jù)一種實施方案的加工流程圖，表示了一種制造非閃爍的納米粒子的方法，該粒子包含核和層化的殼，其中該殼包含至少一個內(nèi)殼層和至少一個外殼層。圖3是根據(jù)一種實施方案的加工流程圖，表示了一種制造非閃爍的納米粒子或者其群的方法，該粒子包含核和層化的殼，其中該殼包含至少一個內(nèi)殼層，至少一個外殼層和與該外殼層直接接觸的親水有機層。圖4是根據(jù)一種實施方案的加工流程圖，表示了一種制造非閃爍的納米粒子或者其群的方法，該粒子包含核和層化的殼，其中該殼包含至少一個內(nèi)殼層，至少一個外殼層和與該外殼層直接接觸的親水有機層。圖5表示了量子點605棒在不同的激光功率時的閃爍統(tǒng)計。圖6 (a)表示了量子點605棒的閃爍特征；(b)表示了量子點605球的閃爍特征。
具體實施例方式此處所述的實施方案可以通過參考下面詳細描述的實施方案和包括在其中的實施例而變得更容易理解。應(yīng)當理解這里所用的術(shù)語僅僅是為了描述具體實施方案的目的， 而非打算進行限制。除非另有指示，否則這里所用的全部科技術(shù)語具有本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。 作為此處使用的，“一個”或者“一種”表示“至少一種”或者“一種或多種”。作為此處使用的，“約”表示數(shù)值是近似的，并且小的變量將不明顯影響此處提供的組合物和方法的應(yīng)用和實踐。在使用數(shù)值界限的地方，除非上下文另有指示，否則“約”表示該數(shù)值可以變化士 10%，并且仍然處于所公開的實施方案的范圍內(nèi)。作為此處使用的，“納米粒子”指的是任意的粒子，其具有納米范圍的至少一種主要尺寸。典型的，納米粒子具有約Inm-約IOOOnm的至少一種主要尺寸。納米粒子的例子包括納米晶體，例如核/殼納米晶體，加上任何緊密相連的有機涂層或者其他可以處于該納米晶體的表面上的材料。納米粒子還可以包括裸的核/殼納米晶體，以及具有例如下面的層的核納米晶體或者核/殼納米晶體三辛基膦(TOP)，三辛基氧化膦(TOPO)，油酸，辛基膦酸(OPA)，十四烷基膦酸(TDPA)或者不能通過常規(guī)溶劑化來從表面上除去的其他材料。納米粒子可以在它的表面上具有可以進一步交聯(lián)的配位體層；和納米粒子可以具有其他或者另外的表面涂層，其可改變該粒子的性能，例如提高或者降低在水或者其他溶劑中的溶度。表面上這樣的層包括在術(shù)語“納米粒子”中。在一種實施方案中，它可以指的是具有結(jié)晶核的納米粒子，或者核/殼納米晶體，并且它的最大尺寸可以是約Inm-約lOOnm，約Inm-約20nm，約Inm-約15nm，約Inm-約10nm，或者優(yōu)選它的最大尺寸是約5nm-約lOnm。小的納米粒子的最大尺寸典型的小于20nm。作為此處使用的，“納米晶體”可以指的是這樣的納米粒子，其用典型的具有有序結(jié)晶結(jié)構(gòu)的無機物質(zhì)制造。它可以指的是具有結(jié)晶核(核納米晶體)的納米晶體，或者核 /殼納米晶體。典型的，該納米晶體的核直徑的最大尺寸是1-lOOnm。核納米晶體是其上沒有施加殼的納米晶體；典型的，它是半導(dǎo)體納米晶體，并且典型的它是由單一半導(dǎo)體材料制成的。它可以具有均勻的組成，或者它的組成可以隨著該納米晶體內(nèi)的深度而變化。許多類型的納米晶體是已知的，并且可以使用任何合適的制造納米晶體核和將殼施加到核上的方法。納米晶體通常需要配位體表面層來保護該納米晶體抗使用或者存儲過程中的降解。作為此處使用的，“量子點(quantum dot) ”指的是由這樣的材料制成的納米晶體粒子，該材料在散裝時是半導(dǎo)體或者絕緣材料，其在近紫外線(UV)到遠紅外(IR)范圍中具有可調(diào)的光物理性能?！八扇艿摹被蛘摺八煞稚⒌摹痹诖擞脕肀硎具@樣的項目，其可溶于或者懸浮于水基溶液中，例如在水或者水基溶液中或者緩沖溶液中，包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于生物或者分子的檢測系統(tǒng)中的那些。雖然水溶性納米粒子不等同于用于描述單獨溶劑化小分子的術(shù)語“溶解”真正的含義，但是它們是溶劑化(經(jīng)由氫鍵，靜電或者其他合適的物理/化學結(jié)合)和懸浮在與它們的外表面層相容的溶劑中，因此易于分散在水中的納米粒子被認為是水溶性或者水分散性的。水溶性納米粒子還會被認為是親水性的，因為它的表面是與水相容的，并且具有水溶度。作為此處使用的，“疏水性納米粒子”指的是這樣的納米粒子，其易于分散或者溶解在水不混溶的溶劑中例如己烷，甲苯等等。這樣的納米粒子通常不易于分散在水中。作為此處使用的，“親水性”指的是固體的表面性能，或者液體的本體性能，這里該固體或者液體在高電介質(zhì)中表現(xiàn)出比它在低電介質(zhì)中更大的混溶性或者溶度。作為例子， 在甲醇中的溶解度大于在烴溶劑例如癸烷中的溶解度的材料被認為是親水性的。作為此處使用的，“配位溶劑”指的是溶劑例如ΤΟΡ，Τ0Ρ0，羧酸和胺，其能夠有效的配位到納米晶體的表面?！芭湮蝗軇边€包括膦，氧化膦，膦酸，次膦酸，胺，和羧酸，其經(jīng)常用于納米晶體的培養(yǎng)介質(zhì)中，并且其在該納米晶體表面上形成涂層或者層。TOP和TOPO有時候是優(yōu)選的。配位溶劑不包括烴溶劑例如己烷，甲苯，十六烷，十八烷等等，其不具有提供電子鍵合對來配位納米晶體表面的雜原子。烴溶劑(其不包含雜原子例如0，S，N或者P來配位納米晶體表面)在此稱作非配位溶劑。要注意的是術(shù)語“溶劑”是以它常規(guī)的方式來用于這些術(shù)語中它指的是一種介質(zhì)，其支持、溶解或者分散材料和它們之間的反應(yīng)，但是它一般不參與或者被反應(yīng)物材料的反應(yīng)改變。但是，在某些情況中，該溶劑可以被反應(yīng)條件改變。例如，TOP可以氧化成Τ0Ρ0，或者羧酸可以還原成醇。作為此處使用的，術(shù)語“群”指的是多個(a plurality of)具有類似的物理和/ 或光學性能的納米粒子?！叭骸笨梢灾傅氖沁@樣的溶液或者結(jié)構(gòu)，其具有大于一種的處于適于單分子分析的濃度的納米粒子。在一些實施方案中，該群可以是單分散的，并且可以表現(xiàn)出小于至少15%rms的該納米粒子的直徑偏差，并且光譜發(fā)射在不大于約75nm半高全寬 (FffHM)的窄范圍中。在上下文的納米粒子的溶液，懸浮液，凝膠，塑料，或者膠體分散體中， 所述群的性質(zhì)可以通過在具體體積的液體或固體中所存在的平均納米粒子數(shù)，或者濃度來進一步表征。在二維形式例如粘附到固體基底上的納米粒子列中，濃度的概念沒有粒子密度的相關(guān)測量，或者單位二維面積上的單個粒子數(shù)更便利。在這種情況中，最大密度典型的是通過將粒子以“肩并肩”陣列組裝而獲得的。在這種情況中實際的粒子數(shù)將根據(jù)粒子的尺寸而變化，即，一個給定的陣列可以包含較大數(shù)目的小粒子或者較小數(shù)目的大粒子。在二維形式中，通常被認為有用的最小密度將取決于應(yīng)用，但是典型的將是約1個粒子/10000 平方微米。作為此處使用的，術(shù)語“中到高激勵”指的是具有高功率強度的單色照明或者激勵 (例如激光照明)，該高功率強度足夠高到使得對于給定樣品來說，每秒所吸收的光子是約 200000-1600000。作為此處使用的，熒光(或者i^orster)共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)是一種方法，通過其，處于激勵態(tài)的熒光團(給體)通過非輻射偶極-偶極相互作用將它的能量轉(zhuǎn)移到最接近的分子(受體)(Forster, T. ‘‘ Intermolecular Energy Migration and Fluorescence，，, Ann. Phys.，2 :55-75,1948 ；Lakowicz,J. R. , Principles of Fluorescence Spectroscopy, 第 2 版，Plenum,紐約。367-394，1999)。FRET效率(E)可以定義為能量轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)換的量子產(chǎn)率，即，每個給體激勵事件所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移事件的分數(shù)。它直接度量了給體所吸收的轉(zhuǎn)移到受體的光子能量的分數(shù)，用等式1表示
等式 1 :E =KET/Kf+KET+ Σ Ki
這里Ket是能量轉(zhuǎn)移率，Kf是輻射衰變率，Ki是任何其他脫激勵路徑的速度常數(shù)。FRET效率E通常取決于兩個熒光團(即，給體和受體對)之間的距離r的第六功率的反轉(zhuǎn)，用等式2表示
等式 2:E =1 /1 +("R0)6
FRET效率是50%時的距離稱作R。，也稱作Forster距離。每個給體-受體組合的Rtl可以是唯一的。所以，給體(即，納米粒子)的FRET效率描述了給體(即，納米粒子)所吸收的光子能量的最大理論分數(shù)，并且其然后可以轉(zhuǎn)移到典型的有機染料(例如熒光素，若丹明，花青等等)。作為此處使用的，“量子產(chǎn)率(quantum yield) ”指的是通過系統(tǒng)吸收的每個光子發(fā)生的確定事件例如發(fā)光的次數(shù)所評價的給定的熒光團的發(fā)射效率。換句話說，越高的量子產(chǎn)率表示了所述納米粒子或者其群越大的效率以及因此越大的亮度。任何合適的方法可以用于測量該量子產(chǎn)率。在一個例子中，量子產(chǎn)率可以使用常規(guī)方法例如 Casper 等人所述的方法(Casper, J. V. ；Meyer, Τ. J. J. Am. Chem. Soc. 1983， 105,5583)來獲得，并且可以相對于所選擇的已知的熒光團來分析，該已知的熒光團適于標準發(fā)射和樣品發(fā)射(例如熒光素，若丹明6G，若丹明101)之間的最大重疊。簡言之，在采集用于二者的吸光率和發(fā)射光譜之前，標準物和樣品的稀溶液的光密度可以匹配或者近乎匹配。發(fā)射量子產(chǎn)率(ΦΜ)因此可以根據(jù)等式3來確定
這里A和Α’分別是樣品和標準物在激勵波長的吸光率，I和I’分別是樣品和標準物的積分發(fā)射強度。在這種情況中，Φ’Μ可以與標準物的量子產(chǎn)率一致。這里公開的是具有優(yōu)異的和突出的性能的熒光納米粒子，其明顯的擴展了納米粒子能夠應(yīng)用的領(lǐng)域。這些納米粒子優(yōu)異的和令人驚訝的突出之處在于它們同時是穩(wěn)定的， 明亮的，并且對于環(huán)境激勵是敏感的。此外，所公開的納米粒子具有有限的或者沒有可測出的閃爍(即，這里該納米粒子當受到激勵時發(fā)出非間歇的光)，其是高度光穩(wěn)定的，具有相當高的量子產(chǎn)率，其是小的(例如< 20nm)，并且可以充當給體，該給體與合適的受體部分 (例如熒光染料等)進行了 FRET。這些納米粒子的光穩(wěn)定性反映于當進行中到高強度激勵至少約20分鐘時，它們表現(xiàn)出減少的或者沒有光致褪色(即，褪色)行為。另外，該粒子可以保持基本上沒有光誘導(dǎo)的變色。使用另外一種方式，該納米粒子甚至當長時間曝露于大量的光子(即，中到高強
Λ Jy度激勵)時，仍然能夠保持一致的光譜發(fā)射圖案(即，保持發(fā)熒光的能力)。這種獨特組合的特征使得這些類型的納米粒子對于單分子分析和其他靈敏的高通量應(yīng)用來說是靈敏的工具。此外，這些性能使得該納米粒子特別好的適于用作高效給體熒光團，而用于能量轉(zhuǎn)移反應(yīng)例如FRET反應(yīng)(即，高FRET效率)或者其他反應(yīng)以及需要對環(huán)境更大的響應(yīng)的應(yīng)用或者是通過對環(huán)境更大的響應(yīng)而提高的應(yīng)用中。非閃爍納米粒子
因此，在一方面，提供了一種熒光納米粒子或者其群，具有調(diào)節(jié)的、減少的或者沒有間歇的(例如連續(xù)的、非閃爍的)熒光。此處提供的納米粒子令人驚訝的優(yōu)于以前已知的納米粒子，因為它們表現(xiàn)出調(diào)節(jié)的或者非閃爍行為(與常規(guī)納米粒子相反，常規(guī)納米粒子在本領(lǐng)域中描述為在最佳的檢查條件中具有<0. 20的接通時間分數(shù)(on-time fraction))，以及其他原因。不受限于具體理論，當電子臨時失去到周圍基質(zhì)(俄歇發(fā)射或者電荷通道)或者捕集到表面相關(guān)的阱狀態(tài)時，閃爍或者熒光間歇性會出現(xiàn)于該納米粒子的帶電過程中。當全部的電子完整無缺時并且該粒子是“中性的”，該納米粒子是“接通的(on)”或者發(fā)熒光的，當電子失去，并且該粒子臨時(或者在一些情況中永恒)帶電時，該粒子是“斷開的 (off) ”或者黑暗的。重要的是要注意，完全抑制閃爍并非必需的，并且在一些情況中會是不期望的。閃爍(其發(fā)生在比具體試驗的探詢時間短得多或者長得多的時間刻度上)對于系統(tǒng)性能具有相當小的影響。因此，具有調(diào)節(jié)的閃爍性能(這里閃爍發(fā)生在相對于試驗探詢時間來說非常短或者非?？斓臅r間刻度上)的納米粒子和納米粒子群也是有用的，并且落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。時間刻度的定位或者將時間刻度簡單的推向一側(cè)(例如，向這里，該閃爍在試驗系統(tǒng)中是無法測出的)提供了在應(yīng)用開發(fā)方面巨大的好處。此處所述的納米粒子的閃爍行為可以通過任何合適數(shù)目的參數(shù)，使用合適的方法來分析和表征。在一些實施方案中，“通”和“斷”閃爍持續(xù)時間的可能性分配功能(即，閃爍行為)可以使用反功率法則的形式來確定?？梢杂嬎惆柗?α)值，其中α代表了功率法則中的指數(shù)。隨著不閃爍的群的百分比增加，α。 值理論上接近于0。在前述常規(guī)的納米粒子群中，在中到高激勵能量下，α。η典型的范圍是約1. 5-約2. 5。大部分阿爾法計算可以使用預(yù)定的閾值來確定阿爾法-通和阿爾法-斷(即，α。η 和a。ff)的“通”和“斷”值。在一些實施方案中，可以使用阿爾法概算器，其計算了每個單獨點的通/斷閾值。該數(shù)據(jù)可以用信號對頻率的圖來表示，并且典型的表現(xiàn)為在“斷狀態(tài)” 和一種或多種“通狀態(tài)”周圍的一系列的高斯分布。每個時間期間的頻率對時間的重對數(shù)圖(所述點是“通”的)提供了斜率為α。η的直線，阿爾法-斷(α。ff)值可以類似的確定。在一種具體的例子中(“TIRF例子”)，熒光間歇性測量可以使用總內(nèi)反射熒光 (TIRF)顯微鏡(安裝有60x油浸物鏡)，使用雙視野來進行，該雙視野為在受體側(cè)上的長通濾波器和在給體側(cè)上的帶通濾波器。使用TIRF裝置，該納米粒子在30 Hz (33ms)典型的成像5分鐘，來產(chǎn)生影片，該影片表現(xiàn)了在33ms長的箱格中每個單獨點(對應(yīng)于單個粒子) 的發(fā)光時間和強度；每個箱格的強度可以積分。每個數(shù)據(jù)組可以點對點手工分析，并且排除聚集體和其他人工物品。從該校正的結(jié)果，可以計算下面的參數(shù)阿爾法-通(“α。η”)；阿爾法-斷(“ α。ff” )；接通的百分率；最長的接通/最長的斷開；重疊分數(shù)；和每個這些參數(shù)的中值。
在一些實施方案中，這里提供的納米粒子或者其群，其在中到高激勵能量下的α。η 小于約1. 5，α。η小于約1. 4，α。η小于約1. 3，α。η小于約1. 2，或者α。η小于約1. 1。另外提供的是大于一種納米粒子的群，其中在中到高激勵能量下，在所觀察的時間內(nèi)，該群的至少約50%，至少約60%，至少約70%，至少約80%，至少約90%，至少約95%，至少約98%，至少約 99%或者更多的α。η小于約1. 5，α。η小于約1. 4，α。η小于約1. 3，α。η小于約1. 2，或者α。η 小于約1. 1。在中到高激勵能量下的該觀察時間可以是至少約5分鐘，至少約10分鐘，至少約15分鐘，至少約30分鐘，至少約45分鐘，至少約60分鐘，至少約90分鐘，至少約120分鐘或者更高。包含這樣的納米粒子及其群的組合物也是可以預(yù)期的。這里還提供了一種納米粒子或者其群，其隨機閃爍曲線在所觀察的時間刻度中是不可測出的或者很少的(例如，在探詢期間中不大于1-2個事件)。在這種情況中，“不可測出”包括了這樣的情形，在其中在時間刻度上可能存在著超快閃爍的證據(jù)，其快于裝箱時間刻度(例如，箱到箱(bin to bin)的變暗和變亮)，但是這里不存在持續(xù)比箱時間更長時間的“斷開”事件。所以，在一些實施方案中，納米粒子或者其群具有這樣的隨機閃爍曲線，其在中到高激勵能量下，對于至少約50%，至少約60%，至少約70%，至少約80%，至少約85%，至少約90%，至少約95%，至少約98%，至少約99%或者更多的觀察時間來說是不可測出的。另外提供的是一種納米粒子群，其中至少約50%，至少約60%，至少約70%，至少約80%，至少約 90%，至少約95%，至少約98%，至少約99%或者更多的該群中的單個納米粒子在時間刻度上具有隨機閃爍，其在中到高激勵能量下對于觀察時間來說是不可測出的。在中到高激勵能量下的該時間刻度可以是至少約5分鐘，至少約10分鐘，至少約15分鐘，至少約30分鐘， 至少約45分鐘，至少約60分鐘，至少約90分鐘，至少約120分鐘或者更高。在一些實施方案中，最長的接通和最長的斷開值會與納米粒子被觀察處于“接通” 還是“斷開”狀態(tài)的最長的時間期間有關(guān)。具體的，最長的接通值對于確定時間長度和數(shù)據(jù)量(其可以在具體試驗中測量)來說是重要的。因此，這里的納米粒子的閃爍特征還可以通過它們的接通時間分數(shù)來表征，其代表了(總接通時間)/(總試驗時間)。在此處公開的TIRF例子下，總接通時間可以通過“接通”的時幀(frame)總數(shù)乘以33ms來確定，并且總試驗時間是5分鐘。例如，所公開的納米粒子或者其群的閃爍性能可以在連續(xù)照射條件下，使用強度為約lw/cm2的405nm激光在至少5分鐘的試驗窗中來確定。接通時間分數(shù)可以用于表征單個納米粒子或者納米粒子群的閃爍行為。重要的是要注意對于具體的納米粒子或者納米粒子群來說，接通時間分數(shù)是具體條件(在該條件下測量閃爍或者“非閃爍”納米粒子的百分比)的函數(shù)。例如，此處所述的納米粒子或者群在中到高激勵能量下的接通時間分數(shù)可以是至少約0. 50，至少約0. 60，至少約0. 70，至少約 0. 75，至少約0. 80,至少約0. 85，至少約0. 90,至少約0. 95，至少約0. 96，至少約0. 97，至少約0. 98，或者至少約0. 99或者更高。在一些實施方案中，在中到高激勵能量下的百分比接通時間為約98%，約99%(即，接通時間分數(shù)是約0. 99)的納米粒子或者其群可以被認為是 “非閃爍”。(例如，閃爍是調(diào)節(jié)的)。納米粒子群中的至少約50%，至少約60%，至少約70%， 至少約80%，至少約90%，至少約95%，至少約98%，至少約99%，或者更多的單個納米粒子在中到高激勵能量下的接通時間分數(shù)可以是至少約0. 50，至少約0. 60，至少約0. 70，至少約 0. 75，至少約0. 80,至少約0. 85，至少約0. 90,至少約0. 95，至少約0. 96，至少約0. 97，至少約0. 98，或者至少約0. 99或者更高。在該納米粒子或者納米粒子群的中到高強度激勵下， 該納米粒子的接通時間典型的是至少約5分鐘，至少約10分鐘，至少約15分鐘，至少約20 分鐘，至少約30分鐘，至少約45分鐘，至少約60分鐘，至少約70分鐘，至少約80分鐘，至少約90分鐘，至少約120分鐘。在一組條件下，使用強度約為1 watt/cm2的405nm激光連續(xù)照射來確定該隨機閃爍曲線。在一些實施方案中，這樣的納米粒子可以被認為具有調(diào)節(jié)的閃爍性能，該粒子在時間刻度中具有隨機(即，隨意的)閃爍曲線，其從非常快的閃爍或者非常慢的/很少的閃爍而變化(相對于本領(lǐng)域以前所述的納米粒子)。在一些實施方案中，這些納米粒子可以在這樣的時間刻度上接通和斷開閃爍，該時間刻度在用于研究這種行為的方法下是過快而不能測出的。因此，當實際上某些納米粒子以過快或者過慢而不能測出的速度來接通和斷開閃爍時，它們可以有效的表現(xiàn)出“總是接通”或者具有約0.99的接通時間分數(shù)。這樣的閃爍對于系統(tǒng)性能具有相當小的影響，并且對于實際使用的目的來說，這樣的納米粒子會被認為是非閃爍的。在一些情況中，所公開的納米粒子和其群在分析條件下沒有觀察到閃爍斷開，并且這樣的粒子可以評價為“總是接通的”(例如，非閃爍)。可用的“總是接通”的點的百分比會是一種比較納米粒子或者納米粒子群的有用途徑。但是，“總是接通”的確定會意味著“斷開時間”不足以提供足夠的信號間隙來精確確定，并因此不足以計算該粒子模式(regime) 中的值。甚至這些“非閃爍”納米粒子在這樣的時間刻度上也會是閃爍接通和斷開的，該時間刻度在用于評估閃爍的條件下是不可測出的。例如，某些粒子可以在時間刻度閃爍，其是過快而不能測出的，或者它們可以非常少的閃爍，和在一些實施方案中，這樣的粒子還可以被認為是“總是接通”或者非閃爍，如同此處所用的術(shù)語。在一些實施方案中，納米粒子或者其群可顯示熒光強度的某些波動。典型的，在中到高激勵能量下，對于處于其最大強度的納米粒子或者其群，該納米粒子的熒光強度的變化小于約5%，小于約10%，小于約20%，或者小于約25%。類似的，在納米粒子群中，在中到高激勵能量下，對于該群的至少約50%，至少約60%，至少約70%，至少約80%，至少約85%，至少約90%，至少約95%，至少約98%，至少約99%的納米粒子來說，會發(fā)生最高強度的小于約5%， 小于約10%，小于約20%，或者小于約25%這樣的熒光強度的變化。在一些實施方案中，在用提高的激光功率照射時，所公開的納米粒子的接通時間分數(shù)的降低不大于約15%。在其他實施方案中，在用提高的激光功率照射時，所公開的納米粒子的接通時間分數(shù)的降低不大于約10%。例如，已經(jīng)觀察到在激光功率從約200000所吸收的光子/秒升高到約1600000所吸收的光子/秒時，所公開的納米粒子的接通時間分數(shù)的降低不大于約10%。在一些實施方案中，此處所公開的具有調(diào)節(jié)的、降低的或者沒有間歇的(例如連續(xù)的、非閃爍的)熒光的納米粒子可以包含核和層化的梯度殼。在其他實施方案中，此處公開的納米粒子可以包含納米晶體核(例如Cdk等等)，至少一種內(nèi)(中間)殼層(例如CdS 等等)，和至少一種外(外部)殼層(例如ZnS等等)(參見圖IA和1B)。在一些實施方案中，該內(nèi)和/或外殼層每個包含兩個或者更多個相同材料的離散單層。在一些實施方案中， 所公開的納米粒子的最大尺寸小于約15nm。在一些實施方案中，所公開的納米粒子可以進一步包含與外殼層直接接觸的表面有機涂層，其可賦予該納米粒子某些物理/化學特征，保護該納米粒子抗降解和/或使得該納米粒子結(jié)合到生物分子。這樣的涂層可以使用本領(lǐng)域已知的任何合適的技術(shù)來制造。 參見例如US專利No. 6048616, 5990479, 5690807, 5505928和5262357,以及國際專利公開 No. W099/26299,
公開日
1999 年 5 月 27 日。在一些實施方案中，所公開的納米粒子具有加入了不同的功能性的表面涂層(與外部層直接接觸)，其促進了納米粒子的水分散性或者在水溶液中的水溶性。這里有許多合適可用來使得所述納米粒子水分散的表面涂層。例如，這里所公開的該納米粒子可以包含核/殼納米晶體，其直接或者間接涂覆有脂質(zhì)，磷脂，脂肪酸，聚核酸，聚乙二醇(PEG)，主抗體，次抗體，抗體碎片，蛋白質(zhì)或者核酸基適體，生物素，鏈球菌抗生物素蛋白，蛋白質(zhì)，肽， 小有機分子(例如，配位體)，有機或者無機染料，貴金屬簇。涂層具體的例子可以包括但不限于兩性分子聚合物(AMP)，二齒硫醇(例如二氫硫辛酸(DHLA)等等)，三齒硫醇，二肽，官能化的有機磷化合物(例如膦酸，次膦酸)等等，參見PCT申請系列No. PCT/US09/59117 ； PCT/US09/59409 ；PCT/US09/53018 ；和 PCT/US09/59456，其全部在此明確引入作為參考。在一些實施方案中，該三齒硫醇可以是如下所示的式I，II，III，IV，V或者VI的化合物等。
1權(quán)利要求
1.一種納米粒子群，其包含 多個核/殼納米晶體，每個晶體包括 半導(dǎo)體核，布置在該半導(dǎo)體核上的中間半導(dǎo)體殼層， 布置在該中間半導(dǎo)體殼層上的外部半導(dǎo)體殼層，和與該外部半導(dǎo)體殼層直接接觸的親水有機層； 其中該納米粒子群的α 值小于約1.4。
2.如權(quán)利要求1所述的納米粒子群，其中該納米粒子群能夠與給體部分或者受體部分進行FRET。
3.如權(quán)利要求2所述的納米粒子群，其中該納米粒子群的FRET效率大于20%。
4.如權(quán)利要求1所述的納米粒子群，其中該親水有機層包括多個親水配位體。
5.如權(quán)利要求4所述的納米粒子群，其中該親水配位體是硫醇。
6.如權(quán)利要求4所述的納米粒子群，其中該親水配位體是二肽。
7.如權(quán)利要求5所述的納米粒子群，其中該硫醇是二氫硫辛酸(DHLA)。
8.如權(quán)利要求1所述的納米粒子群，其中該親水配位體是官能化的膦酸酯。
9.如權(quán)利要求8所述的納米粒子群，其中該官能化的膦酸酯包括親水官能團。
10.如權(quán)利要求1所述的納米粒子群，其中該親水配位體是官能化的亞膦酸酯。
11.如權(quán)利要求10所述的納米粒子群，其中該官能化的亞膦酸酯包括親水官能團。
12.如權(quán)利要求1所述的納米粒子群，其中大于75%的該納米粒子群的直徑小于約 15nm。
13.如權(quán)利要求1所述的納米粒子群，其中該中間半導(dǎo)體殼層包含多于一個單層。
14.如權(quán)利要求1所述的納米粒子群，其中該外部半導(dǎo)體殼層包含多于一個單層。
15.一種生產(chǎn)納米粒子群的方法，其包括提供包括多個納米晶體核和至少一種配位溶劑的混合物；將第一中間殼前體與第二中間殼前體以層加入的方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成中間殼層；將第一外殼前體與第二外殼前體以層加入方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成外殼層；加入包含親水配位體的水溶液；和將該混合物保持在這樣的條件下，該條件使得該多個納米晶體遷移到水相中， 其中，該納米粒子群的。 值小于約1.4。
16.如權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該親水配位體是硫醇。
17.如權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該親水配位體是二肽。
18.如權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該納米粒子群能夠與給體部分或者受體部分進行FRET。
19.如權(quán)利要求18所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該納米粒子群的FRET效率大于 20%ο
20.一種生產(chǎn)能夠FRET的納米粒子群的方法，其包括 提供包含多個納米晶體核和至少一種配位溶劑的混合物；將第一中間殼前體與第二中間殼前體以層加入的方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成中間殼層，其中該中間殼層包含多于一個單層；將第一外殼前體與第二外殼前體以層加入方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成外殼層，其中該外殼層布置在中間殼層的頂上，并且包含多于一個單層； 加入包含親水配位體的水溶液；和將該混合物保持在這樣的條件下，該條件使得該多個納米晶體遷移到水相中， 其中，該能夠FRET的納米粒子群的FRET效率大于約20%。
21.如權(quán)利要求20所述的生產(chǎn)能夠FRET的納米粒子群的方法，其中該親水配位體是硫醇。
22.如權(quán)利要求20所述的生產(chǎn)能夠FRET的納米粒子群的方法，其中該親水配位體是二肽。
23.如權(quán)利要求20所述的生產(chǎn)能夠FRET的納米粒子群的方法，其中該能夠FRET的納米粒子群具有大于0. 80的接通時間分數(shù)。
24.一種生產(chǎn)納米粒子群的方法，其包括提供包含多個納米晶體核、親水配位體和至少一種配位溶劑的混合物； 將第一中間殼前體與第二中間殼前體以層加入的方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成中間殼層；和將第一外殼前體與第二外殼前體以層加入方式交替加入，來在該多個納米晶體核的每個上形成外殼層；其中該納米粒子群的。 值小于約1.4。
25.如權(quán)利要求M所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該親水配位體是官能化的膦酸酯。
26.如權(quán)利要求25所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該官能化的膦酸酯包括親水官能團。
27.如權(quán)利要求M所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該親水配位體是官能化的亞膦酸酯。
28.如權(quán)利要求27所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該官能化的亞膦酸酯包括親水官能團。
29.如權(quán)利要求M所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該納米粒子群能夠與給體部分或者受體部分進行FRET。
30.如權(quán)利要求四所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中該納米粒子群的FRET效率大于 20%ο
31.如權(quán)利要求M所述的生產(chǎn)納米粒子群的方法，其中大于75%的該納米粒子群的直徑小于約15nm。
全文摘要
公開了一種納米粒子群。該群包含多個核/殼納米晶體，每個晶體包括半導(dǎo)體核，布置在該半導(dǎo)體核上的中間半導(dǎo)體殼層，布置在該中間半導(dǎo)體殼層上的外部半導(dǎo)體殼層，和與該外部半導(dǎo)體殼層直接接觸的親水有機層。該納米粒子群的αon值小于約1.4。
文檔編號B82B1/00GK102264630SQ200980152526
公開日2011年11月30日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者圖斯基 E., A. 特雷德韋 J. 申請人:生命科技公司