颗粒可视化，特别是在生物环境 中，使用近红外（NIR)染料标记是非常需要的。在一个实施方式中，针对9. 3nm颗粒对合 成方案略作修订，将与Cy5. 5缀合的硅烷和TMOS同时加入反应混合物中。将这些染料标 记的介孔二氧化娃纳米颗粒称为mC点。Cy5. 5的吸收和发射的最大波长分别在约675nm 和700nm，因此限制了在生物组织中背景荧光的干扰。将Cy5. 5-硅烷缀合物加入反应中 使所述颗粒的结构基本保持不变。该样品DLS来源的平均流体动力学直径与未标记颗粒 为9. 3nm相比增加至9. 6nm(图4a)。而且，绝大部分的所述颗粒仍显示出单一孔结构（图 4c)。为了验证这些颗粒携带荧光标记，使用荧光相关光谱（FCS)进行进一步的颗粒表征 (图4b)。这项技术与DLS相似，但是使用扩散部分的荧光而非散射光以产生自动相关数据。 图4b对来自Cy5. 5游离染料和Cy5. 5标记的单一孔二氧化硅纳米颗粒的FCS结果进行了比 较。与预期结果一致，减慢扩散的颗粒的曲线移向更长时间。由相关性可以推导出时间流 体动力学扩散系数。对于游离染料和颗粒分别为I. 5nm和10. 2nm。因此，FCS可能使真实 的颗粒分布略偏向更大的尺寸。然而，值得注意的是，这种差异是非常小的（FCS为10. 2nm 对比DLS为9. 6nm)。从FCS自动相关的振幅G(O)能够推导出在溶液中染料/颗粒的浓度， 而各扩散种类的光学检测器计数率提供了对其亮度的直接检测。而且，在静态光和荧光光 谱的组合中，FCS辅助提供了关于各颗粒的染料数量，各染料在水溶液中相对于游离染料的 增强情况以及颗粒亮度的信息。从对分光光度计和荧光分光光度计的数据结合在游离染料 和颗粒上的FCS浓度信息的分析可知，在一个颗粒中有约2. 6个Cy5. 5染料并且Cy5. 5染料 在颗粒中相对于在水溶液中的量子增强为约1. 3(图7)。因此，掺杂了 Cy5. 5的mC点比游 离Cy5. 5染料亮约3. 4倍。这与来自FCS光学检测器计数率的直接亮度比较结果一致（表 3)。这还与在含有Cy5的~7nm C点的等效测量的结果一致。
[0101] 很有意思的注意到本申请所述的单一孔纳米颗粒具有"内部"和"外部"，当需要附 加的缀合化学反应时，例如以结合靶向或药物部分，可以对上述"内部"和"外部"进行区分。 在PEG化过程期间，所述颗粒的孔被结构定向的CTAB分子所占据。因此，与外部的二氧化 硅表面不同的是，预计PEG-硅烷涂层与所述孔的（内部）表面连接的可能性显著降低。因 此，在CTAB提取后，未被占据的孔壁内部可以被用于附加的硅烷化学反应以缀合特异性的 基团，上述特异性基团可以与在PEG链外部使用的互补。在相似的尺寸状态下，能够区分内 部和外部的能力和可用于缀合化学反应的更大的总体表面积将这些单一孔二氧化硅纳米 颗粒（或mC点）与常规C点相区分。这一特征在传感器、药物递送和诊断治疗等领域具有 优势。
[0102] 材料。所有化学药品按照收到时的原样使用。十六烷基三甲基溴化铵（CTAB)、二 甲基亚砜（DMSO)、（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷（MPTMS)、四甲基硅酸乙酯（TMOS)和在乙 醇中的2. OM氢氧化铵购自西格玛奥德里奇（Sigma Aldrich)。甲氧基末端的聚（乙二醇） 链（PEG-硅烷，分子量在500左右）购自Gelest。乙酸购自MalIinckrod。Cy5. 5荧光染料 购自通用电器（GE)。绝对无水的99. 5%的乙醇购自Pharmco-Aaper。去离子（D. I.)水使 用密理博（Millipore)Milli-Q系统制备。
[0103] IOnm以下超小介孔二氧化娃纳米颗粒的合成。对于9. 3nm介孔二氧化娃纳米颗 粒的合成而言，将〇. 23mmol CTAB和2ml 0. 02M氢氧化铵水溶液加入8ml D. I.水中。然 后，将该溶液在30°C下搅拌30min直至CTAB完全溶解。随后，在剧烈搅拌下将0. 43mmol TMOS加入该溶液中，将该溶液在30°C下再搅拌24hs。然后，加入0. 21mmol PEG-硅烷并将 该溶液在30°C下再搅拌24hs。在下一步中，将温度由30°C增至80°C，然后在80°C下再搅拌 24hs。之后，将该溶液冷却至室温，然后转移至透析膜管（Pierce，截留分子量10000)中。 将上述在透析管中的溶液在100mL酸溶液中（其是D. I.水、乙醇和乙酸的混合物，体积比 为1:1:0. 007)透析24hs以便从所述颗粒的孔中提取CTAB。将该过程重复3次。然后将 该溶液在2000ml DI水中再透析24hs。将该过程再重复三次。最后将所述颗粒通过200nm 针头式过滤器（费舍尔牌）过滤，然后贮存。该反应的摩尔比为1TM0S :0. 53CTAB :0. 093氢 氧化铵：〇. 49PEG-硅烷：1292H20。
[0104] 使用相同的方案但如表1中所述较低浓度的CTAB和TMOS合成具有更小尺寸的颗 粒。
[0105] 表1具有不同尺寸的颗粒的合成条件
[0106]
【主权项】
1. 一种组合物，所述组合物包含聚乙二醇（PEG)功能化的介孔氧化物纳米颗粒，所述 纳米颗粒具有15nm或更小的平均粒径，至少90%所述纳米颗粒的粒径在平均粒径的3nm以 内，且至少一部分非孔表面至少部分地被聚乙二醇基功能化。
2. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述氧化物纳米颗粒是金属氧化物纳米颗粒、 非金属氧化物纳米颗粒、或金属与非金属混合的纳米颗粒或者其组合。
3. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述纳米颗粒的每个颗粒具有1至5个孔。
4. 根据权利要求3所述的组合物，其中多个所述纳米颗粒具有单一的孔。
5. 根据权利要求1所述的组合物，其中单个纳米颗粒的至少一部分非孔表面和至少一 部分孔表面被功能化。
6. 根据权利要求5所述的组合物，其中所述纳米颗粒的至少一部分非孔表面和所述至 少一部分孔表面具有不同的功能化。
7. 根据权利要求1所述的组合物，其中至少一部分所述纳米颗粒包含分子货物。
8. 根据权利要求7所述的组合物，其中所述分子货物是治疗剂或预防剂。
9. 根据权利要求7所述的组合物，其中所述分子货物与所述纳米颗粒的至少一部分孔 表面和/或非孔表面共价结合。
10. 根据权利要求9所述的组合物，其中所述分子货物与至少一部分所述孔表面通过 接头共价结合。
11. 根据权利要求10所述的组合物，其中所述分子货物是荧光染料。
12. 根据权利要求7所述的组合物，其中所述分子货物被隔离在所述纳米颗粒的孔中。
13. -种制备聚乙二醇（PEG)功能化的介孔氧化物纳米颗粒的方法，所述纳米颗粒具 有15nm或更小的平均粒径，至少90%所述纳米颗粒的粒径在平均粒径的3nm以内，且至少 一部分非孔表面至少部分地被聚乙二醇基功能化，所述方法包括步骤： a) 在具有碱性pH的水性溶剂中形成反应混合物，所述反应混合物包含： i) 表面活性剂，和 ii) 氧化物前体， b) 将反应混合物在一定温度下保持一段时间，以形成介孔氧化物纳米颗粒； c) 加入PEG功能化的氧化物前体， d) 将反应混合物在一定温度下保持一段时间，以形成PEG功能化的介孔氧化物纳米颗 粒； e) 任选地，将所述PEG功能化的介孔氧化物纳米颗粒在50°C至95°C的温度下保持0. 5 至24小时； f) 将反应混合物冷却至室温；和 g) 从所述纳米颗粒中除去所述表面活性剂。
14. 根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括将所述纳米颗粒功能化的步骤。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中将所述PEG功能化的纳米颗粒与缀合了荧光染 料的氧化物前体接触，以使得至少一部分所述孔被荧光染料功能化。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中将所述PEG功能化的纳米颗粒与分子货物接触， 以使得至少一部分所述分子货物被隔离在所述纳米颗粒的孔中。
17. -种将分子货物递送至个体的方法，所述方法包括：给予个体组合物，所述组合物 包含聚乙二醇（PEG)功能化的介孔氧化物纳米颗粒，所述纳米颗粒具有15nm或更小的平均 粒径，至少90%所述纳米颗粒的粒径在平均粒径的3nm以内，且至少一部分非孔表面至少 部分地被包含分子货物的聚乙二醇基功能化，其中至少一部分所述分子货物在所述个体中 释放。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述分子货物是治疗剂或预防剂。
【专利摘要】本申请涉及介孔氧化物纳米颗粒，包含此类纳米颗粒的组合物以及制备和使用此类纳米颗粒的方法。所述纳米颗粒(例如，包含所述纳米颗粒的组合物)具有小于15nm的平均粒径并且具有窄的粒径分布。所述纳米颗粒能够用于成像应用和将分子货物(例如，药物)递送至个体。
【IPC分类】A61K47-02, A61K9-16, A61K9-14, A61K47-30
【公开号】CN104703625
【申请号】CN201380043288
【发明人】U·威斯纳, K·马
【申请人】康奈尔大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年6月24日
【公告号】EP2863952A1, WO2013192609A1