專利名稱：具有兩性離子的納米粒子表面改性用分子篩的合成及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可提高納米粒子分散性的表面改性方法及利用該方法制備的分散性得到提高的納米粒子，更具體地，涉及納米粒子表面結合兩性化合物，從而提高表面分散性的方法及利用該方法制備的納米粒子。
背景技術：
已公開有多種用于制備納米粒子的方案，除了傳統(tǒng)物理粉碎方法外還有火焰裂解法(flame pyrolysis)、噴霧熱分解法(spray pyrolysis)、溶膠-凝膠法(sol-gelprocess),溶劑熱分解法(solvothermal method)等方法。納米粒子的情況下，由于形成納米粒子時，納米粒子表面存在不穩(wěn)定性，納米粒子形成的同時會出現(xiàn)聚團現(xiàn)象，為克服這種現(xiàn)象開發(fā)有多種方案。
三星電氣有限公司在韓國公開專利第2008-0004831號中公開有一種金屬氧化物納米粒子及其制備方法。所述方法是用限制分子包繞銅前體表面，從而制得穩(wěn)定的金屬氧化物納米粒子；在韓國專利第820231號中公開有一種金屬納米粒子的制備方法，所述方法是噴霧注入金屬前體溶液，從而制備金屬納米粒子；并且韓國專利第790948號中公開有一種金屬納米粒子的制備方法，所述方法是在金屬前體溶液中使用分散穩(wěn)定劑，從而制備金屬納米粒子。
成均館大學的產學協(xié)力團在韓國專利第861355號中公開有利用化學鍍液的納米粒子制備方法；韓國生產技術研究院在韓國公開專利第2008-81630號公開有一種金屬納米粒子的制備方法，所述方法是將化學鍍液噴霧于基片上，從而制備金屬納米粒子。
發(fā)明人崔永浩在韓國專利第555584號中公開有一種利用電分解法制備納米粒子的方法；高麗大學產學協(xié)力團在專利第724807號中公開有一種利用油酸制備錫氧化物納米粒子的方法和錫氧化物納米粒子。
并且，也有在金屬納米粒子中導入如胺或者抗壞血酸鈉等配體，并固定于活性炭、無機氧化物、高分子聚合物、沸石等上，使其穩(wěn)定的方案。延世大學在韓國公開專利第10-2008-0021535號中公開有一種利用多官能團配體對納米粒子表面進行改性及制備水溶性納米粒子的方法。
能在水溶液中穩(wěn)定分散的納米粒子作為革新性的材料，其是生物工程及生物醫(yī)學工程研究中備受矚目的材料，其在國內外需求均非常高，因此仍在從不同方面對能使多種納米粒子在水溶液中穩(wěn)定分散的技術進行研究。對于獲得均勻、穩(wěn)定的納米級的新型納米粒子及其制備方法方面也在不斷提出要求。發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種在寬pH范圍和鹽濃度下穩(wěn)定的新型納米粒子。
本發(fā)明所要解決的另一問題是提供一種在寬PH范圍和鹽濃度下穩(wěn)定的新型納米粒子的制備方法。
本發(fā)明所要解決的再一問題是提供一種能提高納米粒子穩(wěn)定性的改性方法。
本發(fā)明所要解決的又一問題是提供一種能提高納米粒子穩(wěn)定性的新型化合物。
本發(fā)明所要解決的又一問題是提供一種在寬pH范圍和鹽濃度下具有穩(wěn)定性的新型納米級量子點及其用途。
技術方案
為解決上述問題，依據(jù)本發(fā)明的納米粒子的特征在于，其是表面同時具有陰離子和陽離子的兩性納米粒子。
本發(fā)明的納米粒子理論上不會被限制，但兩性離子分子在寬pH范圍，高鹽濃度下，與僅帶正電荷或者負電荷的分子相比，受較少的因離子引起的電荷屏蔽效應，因此能形成穩(wěn)定的分散體。
本發(fā)明中，上述納米粒子是指直徑小于IOOOnm的納米級粒子。在部分實施例中，上述納米粒子根據(jù)美國國家科學基金會(National Science Foundation)的定義，其直徑小于300nm。部分具體例中，納米粒子根據(jù)國立衛(wèi)生研究院(National Institutes ofHealth)的定義，其直徑小于100nm。
本發(fā)明中，上述納米粒子可由金屬、非金屬、陶瓷、塑膠、高分子聚合物、生物學材料、半導體、量子點、復合材料等多種材料構成，或者也可以是熒光性粒子。上述所謂的復合材料例如可以是內部有類似于陶瓷或高分子聚合物等非金屬材質的成核劑，外部則可以是用金屬涂布的粒子。
本發(fā)明中，上述納米粒子可以由一個納米粒子構成，或者也可以是由多個金屬納米粒子聚集成一個納米粒子的形態(tài)。上述納米粒子可以是內部充滿的高密度納米粒子，或者也可以是內部形成有隔室或空間的納米粒子形態(tài)。本發(fā)明的一個實施方式中，上述納米粒子可構成單層或多層的形態(tài)。
本發(fā)明中，所謂總體上呈中性是指粒子表面的陰離子和陽離子保持均衡，從而表現(xiàn)為中性。本發(fā)明中，上述所謂的中性是指采用動態(tài)光散射法測定表面電荷時，測定值一般在-5mV至+5mV之間，其表面電荷的絕對值不超過10mV。
本發(fā)明的一個方面，上述納米粒子是納米粒子的表面結合兩性離子分子篩或化合物的兩性納米粒子。
本發(fā)明中，上述兩性離子分子篩或兩性離子化合物是指化合物中包含各一個以上的陰離子和陽離子的化合物。本發(fā)明中，上述分子篩或者化合物可以是例如單體，二聚體、三聚體等低聚物或者高分子化合物，優(yōu)選分子篩長度較納米粒子的外徑短，從而分子篩不能報復納米粒子，并且在分散的狀態(tài)下結合成從粒子中心向外部延伸的形態(tài)，從而使兩性離子分布在納米粒子的最外側表面。
本發(fā)明中，上述兩性離子化合物如

圖1所示，可由與納米粒子結合的表面結合區(qū)域，連接區(qū)域及官能團區(qū)域構成，最好為一端形成與納米粒子的結合部，另一端具有形成兩性離子的形態(tài)。
在本發(fā)明的實施方式中，表面結合區(qū)域是具有能與納米粒子強力結合能力的部分，只要能與納米粒子表面穩(wěn)定結合即可使用，例如可以是巰基(-SH)、二巰基(-CS2，-PS2, -CH (SH) (CHCH2SH))' 氨基(_ΝΗ2，_ΝΗ)、膦酸酯基(_Ρ03Η)、磷基(星厶碎。]三7| ) (-P)、氧化膦基(芏厶祖芩斗^]三7| ) (_Ρ=0)、羧基(_C00H)、羥基(-OH)、咪唑基(-1midazole)、二醇基(句備7] ) (-diole)等,但不局限于此。
本發(fā)明中，上述連接區(qū)域是將表面結合區(qū)域和官能團區(qū)域有效連接的部分，例如包括酰胺鍵(-CONH-)、碳鍵(-(CH2)n-),聚乙二醇(-(CH2CH2O)n-X三唑(triazole)等，但不局限于此。在發(fā)明的實施方式中，上述連接區(qū)域可以結合一個以上的分子而形成，最好形成為可將分子整體以高密度涂布于納米粒子表面。
本發(fā)明中，上述官能團區(qū)域是具有將納米粒子穩(wěn)定分散于溶劑的功能，并以化學方式與連接區(qū)域結合的部分，兩性離子包括磺酸甜菜堿基(會置砷句]剋71 )(-N+ (CH3)^CH2CH2CH2SO3-)、羧酸甜菜堿基(外旦旦詞]_鉭7| ) (-N+ (CH3)2CH2CH2CH2C00_)、磷酰膽堿基( 厶！■晉鉭？') )(-P04XH2CH2N+)等，根據(jù)目的的不同不僅局限于此。用這些分子進行表面取代的納米粒子，最外層表面露出官能團區(qū)域，因此能使得納米粒子具有兩性離子分子本身的特性。
在本發(fā)明的一個實施方式中，半胱氨酸(cystein)是構成蛋白質的單體，即作為氨基酸的一種，由于其具有巰基(-SH)，因此這部分是與納米粒子表面結合的表面結合區(qū)域，另一端同時具有羧酸基(-COO—)和胺基(-NH3+),因此這部分成為官能團區(qū)域。結果發(fā)現(xiàn)用半胱氨酸處理表面的納米粒子，在PH7附近時半胱氨酸起到兩性離子分子篩的作用，可使表面電荷接近于中性。
本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的納米粒子制備方法，其特征為，該方法是將納米粒子與兩性離子分子篩反應，制備兩性離子納米粒子的方法。
在本發(fā)明的實施方式中，上述兩性離子納米粒子可通過以下步驟制備:在納米粒子表面導入能夠與兩性離子分子篩進行取代的表面分子篩，例如導入配體；以及將上述表面分子篩和兩性離子分散體進行取代。
本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的特征在于，在納米粒子表面形成兩性離子分子篩，從而抑制納米粒子的非特異性吸附。
其中，術語“非特異性吸附”是指納米粒子或納米粒子內部所包含的物質與外部物質特異性結合以外的力， 例如由離子鍵，分子間引力形成的吸附。
在此，術語“抑制”是指納米粒子表面形成兩性離子分子篩后，納米粒子的吸附力在特定環(huán)境下減小。
理論上雖然沒有限制，但本發(fā)明的納米粒子，表面為穩(wěn)定的中性狀態(tài)，因此在多種環(huán)境中可減少由離子鍵或者分子間引力所產生的非特異性吸附。
在本發(fā)明的一個實施方式中，量子點等熒光納米粒子在表面形成兩性離子分子篩后非特異性吸附減少，對于粘附體的吸附力顯著下降，例如生物體內細胞膜或塑膠表面等表面，尤其是表面帶正電或負電靜電的粘附體。
本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的復合體，其特征為，其包含表面形成兩性離子分子篩的納米粒子和與上述納米粒子結合的特異性結合體。
本發(fā)明中，所謂特異性結合體是指能誘導與納米粒子外部物質特異性結合的物質，例如指探頭、探針、抗原-抗體等。
本發(fā)明中，上述納米粒子可有效地用作熒光體或載運體。在本發(fā)明的實施中，上述復合體中的納米粒子為熒光性、吸光性或發(fā)光性納米粒子，例如可為納米級的量子點，此時復合體不會發(fā)生納米粒子的非特異性吸附，而是依靠特異性結合體與特定物質結合，產生熒光、吸光或者發(fā)光等現(xiàn)象。利用納米粒子獨特的光學特性的情況下，可用于磁共振成像的造影劑，生物體內近紅外線熒光成像?？色@得將兩性離子分子導入至納米粒子表面，并將非特異性吸附降至最低的納米粒子。此時，由于將作為成像標記因子使用的納米粒子的非特異性吸附降至最低，從而具有可選擇性觀察需要成像對象的優(yōu)點。
本發(fā)明的另一實施方式中，上述復合體中納米粒子可以是包含生理學物質、藥學物質或組合物的納米大小的載運體。此時，依靠特異性結合體的作用，復合體能夠選擇性地運輸或者結合至需要此藥學或生理學物質的部位。
本發(fā)明的一個方面，提供一種兩性離子納米粒子的制備方法，其特征為，所述方法是在分散介質中使納米粒子和兩性離子分子篩反應，從而制備兩性離子納米粒子。
本發(fā)明中，上述分散介質為有機溶劑、水或者其兩者的混合物，且上述兩性離子分子篩與分散的納米粒子，通過配體取代等方法反應。
本發(fā)明的另一方面，提供由下述化學式(I )構成的兩性離子分子篩:
權利要求
1.一種納米粒子，其特征在于，在表面同時形成陰離子和陽離子。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米粒子，其特征在于，所述納米粒子表面形成同時具有陰離子和陽離子的兩性分子篩。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的納米粒子，其特征在于，所述納米粒子實質上呈電學中性。
4.根據(jù)權利要求1至3中任意一項所述的納米粒子，其特征在于，所述納米粒子是直徑小于IOOOnm的任意納米級粒子。
5.根據(jù)權利要求4所述的納米粒子，其特征在于，所述納米粒子是0.5-1.0微米。
6.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的納米粒子，其特征在于，所述納米粒子由金屬、非金屬、陶瓷、塑膠、高分子聚合物、生物學材料、半導體、量子點中的一個以上復合材料構成。
7.根據(jù)權 利要求1至6中任意一項所述的納米粒子，其特征在于，所述納米粒子是光學納米粒子。
8.根據(jù)權利要求1至7中任意一項所述的納米粒子，其特征在于，所述納米粒子是內部充滿的填充型或者內部至少包含有一部分空間的空心型。
9.根據(jù)權利要求2所述的納米粒子，其特征在于，所述分子篩為單體、低聚物或高分子化合物。
10.根據(jù)權利要求2所述的納米粒子，其特征在于，所述分子篩長度較納米粒子的外徑短。
11.根據(jù)權利要求2所述的納米粒子，其特征在于，所述兩性離子分子篩的一端形成陽離子和陰離子，另一端形成與納米粒子的結合部位。
12.根據(jù)權利要求2所的述納米粒子，其特征在于，所述兩性離子分子篩由與納米粒子結合的表面結合區(qū)域、連接區(qū)域及官能團區(qū)域構成。
13.根據(jù)權利要求12所述的納米粒子，其特征在于，所述表面結合區(qū)域選自巰基(-SH)、二巰基(-CS2、-PS2, -CH (SH) (CHCH2SH))、氨基(-NH2,-NH)、膦酸酯基(-PO3H)、磷基(-P)、氧化膦基(_P=0)、羧基(-C00H)、羥基(-0H)、咪唑基(-1midazole)、二醇基(-diole)。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的納米粒子，其特征在于，所述連接區(qū)域選自酰胺鍵(-C0NH-)、碳鍵(-(CH2) n-)、聚乙二醇(-(CH2CH2O)n-)'三唑(triazole)中的一種以上。
15.根據(jù)權利要求12至14中任意一項所述的納米粒子，其特征在于，所述官能團區(qū)域選自磺酸甜菜堿基(-N+ (CH3) ^CH2CH2CH2SO3O、羧酸甜菜堿基(-N+ (CH3) 2CH2CH2CH2C00_)、磷酰膽堿基(-PO4XH2CH2N+)的兩性離子。
16.根據(jù)權利要求2所述的納米粒子，其特征在于，所述兩性分子篩是下述化學式(I)所示的化合物:
17.—種納米粒子的制備方法，其特征在于，將納米粒子與兩性離子分子篩反應，使納米粒子表面同時含有陰離子和陽離子。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，所述兩性離子納米粒子在納米粒子表面形成可與兩性離子分子篩發(fā)生取代的配體，所述配體與兩性離子分散體發(fā)生取代。
19.根據(jù)權利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述納米粒子分散于有機溶劑、水或者其兩者的混合物構成的分散介質中。
20.根據(jù)權利要求17至19中任意一項所述的方法，其特征在于，所述兩性離子分子篩是下述化學式(I )所示的化合物:
21.—種納米粒子的制備方法，其特征在于，所述方法在納米粒子表面形成兩性離子分子篩，從而抑制納米粒子非特異性結合。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于，所述納米粒子是量子點。
23.—種納米復合體，其特征在于，其包含表面形成兩性離子分子篩的納米粒子和與所述納米粒子結合的特異性結合體。
24.根據(jù)權利要求23所述的納米復合體，其特征在于，所述特異性結合體是與納米粒子外部物質特異性結合的物質。
25.根據(jù)權利要求23所述的納米復合體，其特征在于，所述特異性結合體是特異性蛋白質。
26.根據(jù)權利要求23所述的納米復合體，其特征在于，所述特異性結合體是抗原或抗體，或者探針。
27.根據(jù)權利要求23至26中任意一項所述的納米復合體，其特征在于，所述納米粒子是熒光性納米粒子。
28.根據(jù)權利要求23至27中任意一項所述的納米復合體，其特征在于，所述納米粒子是包含生理學物質、藥學 物質或者藥學組合物的納米級載運體。
29.根據(jù)權利要求27所述的納米復合體，其特征在于，所述復合體是造影劑或者近紅外線熒光劑。
30.根據(jù)權利要求23至29中任意一項所述的納米復合體，其特征在于，所述兩性離子分子篩是下述化學式(IV)所示的物質:
31.一種由下述化學式(I )構成的兩性離子分子篩:
32.一種下述化學式(I )所示化合物的制備方法，其特征在于，通過使下述化學式(IV)所示的化合物和硼氫化鈉反應制備:
33.根據(jù)權利要求32所述的制備方法，其特征在于，所述化學式(IV)所示的化合物是由化學式(II)所示的化合物和下述化合物(III)所示的化合物反應制得:
34.一種傳感器表面改性方法，其特征在于，在傳感器表面形成兩性離子分子篩，從而降低感受器表面的非特異性吸附。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可提高納米粒子分散性的表面改性方法及利用該方法制備的分散性得到提高的納米粒子，更具體地，涉及納米粒子表面結合兩性化合物，從而提高表面分散性的方法及利用該方法的納米粒子。依據(jù)本發(fā)明的納米粒子，在納米粒子表面同時形成陰離子與陽離子，具有電穩(wěn)定性，因此可在寬pH范圍內保持穩(wěn)定，在鹽濃度較高時也可穩(wěn)定分散，且減少非特異性吸附。利用本發(fā)明的納米粒子可制備將非特異性吸附降至最小化的新型特異性物質或傳感器。
文檔編號B82B3/00GK103189306SQ201180052679
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者金圣智, 樸埈赫, 南周澤, 陳昊 申請人:浦項工科大學校產學協(xié)力團