专利名称：磁性材料和量子点的包覆复合物的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及纳米尺寸结构，特别涉及磁性纳米颗粒和量子点 的包覆复合物以及与之相关的方法。
相关4支术讨论
纳米颗粒是具有纳米级(例如小于100纳米)尺寸的物质的微观颗
粒。人们特别感兴趣的一类是被称为量子点或半导体纳米晶体的纳米 颗粒，其所具有的特性使得它们可以尤其用于包括生物学示踪和诊断 学中的荧光探针在内的各种应用。由于存在量子约束作用，因此量子 点可以具有由尺寸决定的光学特性。例如，当晶体尺寸在两纳米到六
纳米的范围内变化时，硒化镉(CdSe)量子点可在整个可见光语内发射。 当量子点被照射时，需要更多的能量促使电子达到更高态，从而 导致以光子形式释放的能量增加，并辐射出表示材料特征的颜色的光。 被释放出的光子的波长通常比根据同一材料的体积形式而释放的光子 的波长短。电子及三维孔的量子约束有助于增大有效频带间隔并减小 纳米晶体的尺寸。因此，通常量子点越小，辐射的光子的波长则越短。 ^磁性纳米颗粒为另一类纳米颗粒。这些颗粒由于具有^f兹性特性和 较小的尺寸而引起人们的极大兴趣。
发明概述
本发明 一方面涉及磁性材料(例如磁性纳米颗粒)和量子点的复合 物，以及与之有关的方法。
一方面，提供一种复合物。所述复合物包含至少一个量子点以及 与所述至少 一个量子点締合的至少 一种磁性材料以形成核。壳至少部 分包封所述核。
另一方面，提供一种复合物结构。所述复合物结构包括多个量子 点以及与所述多个量子点締合的至少 一个磁性颗粒以形成核。二氧化 硅壳至少部分包封所述核。
另一个方面，提供制造复合物结构的方法。所述方法包括向非水 性包水性型乳液中引入磁性纳米颗粒和量子点，并且使用表面活性剂 使所述磁性纳米颗粒与所述量子点接触。所述方法还包括在所述乳液 的水相中形成包含至少 一个磁性纳米颗粒和至少 一个量子点的核。所 述方法还包括向所述乳液中引入壳前体，并且聚合所述前体以形成至 少部分包封所述核的壳，从而形成复合物结构。
结合附图通过下面对本发明的详细描述，本发明的其他方面、实 施方案和特征将变得显而易见。附图是示意性的，而且并不旨在缩小 范围。在附图中，以各种数字示出的每个同样的或基本类似的成分由 单个标号或符号表示。为了清晰起见，在附图中并未标出所有成分。
中也没有全部示出本发明的每个实施方案的每种成分。引入本文参考 的所有专利申请和专利的全部内容作为参考。如果出现冲突，那么包 括定义在内的说明书将会进行控制。
附图简要说明
图1示出了根据本发明的一实施方案的包覆复合物；
图2示出了根据本发明的一实施方案的与复合物的壳有关的亲水
物；
图3示出了根据本发明的一实施方案的包括钝化层的量子点； 图4A和4B为在实施例中描述的复合物的透射电子显微镜(TEM) 的图像；
图5是在实施例中描述的棵露的CdSe颗粒的紫外可见光谱和归 一化荧光光谱，在8小时反应时间之后复合物的紫外可见光谱和归一 化荧光光i普以及在48小时反应时间之后复合物的紫外可见光谱和归 一化荧光光语；
图6A和6B是在实施例中描述的使用二氧化硅包覆的磁性纳米颗
粒和复合物在300K和5K时依赖于场的^兹化曲线图6C是在实施例中描述的使用二氧化硅包覆的磁性纳米颗粒和 复合物在lOOOe时依赖于温度的磁化曲线图。
详细i兌明
本发明涉及复合物和与之相关的方法。复合物结构包含量子点和 磁性材料(例如磁性纳米颗粒)。例如可以使用壳来包覆所述结构，所 述壳例如是二氧化硅壳。在某些情况下，所述壳可被官能化或衍生化， 从而包含可以改变或改善其性质的化合物、原子或材料，所述性质例 如是水溶性、水稳定性、光稳定性和生物相容性。反微乳液方法可以 用于形成包覆复合物。在下面更进一步地描述中，将控制复合物的成 分和其他特性以提供所需的磁性质和光学性质。此类结构可以用于多
种应用，其中包括生物学示踪、核磁共振成像(MRI)和药物寻靶等。
图1示意性地示出了根据本发明一实施方案的多个复合物10。在 该示例性的实施方案中，复合物包含一个或多个量子点12以及一个或 多个磁性纳米颗粒14。量子点和磁性纳米颗粒组合形成核16，而核 16至少部分地被壳18包封。
本文所采用的术语"纳米颗粒"具有本领域中公知的含义，其通 常表示具有小于IOO纳米尺寸的颗粒。"量子点"或者"半导体纳米 晶体"是一类可以提供独特发射光谱的纳米颗粒，其发射光谱部分地 依赖于特定颗粒的尺寸。"磁性纳米颗粒"是一类具有磁性的纳米颗 粒。
量子点12可具有任何适合的半导体材料成分。例如可由n-vi族
半导体形成的量子点，所述II-VI族半导体例如CdSe、 CdTe、 CdO、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 MgO、 MgS、 MgSe、 MgTe、 HgO、 HgS、 HgSe、 HgTe、 SrS、 SrSe、 SrTe、 BaSe和BaTe。量子点也可以由III-V 族化合物形成，所述III-V族化合物例如A1N、 A1P、 AlAs、 AlSb、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 TiN、 TiP、 TiAs和TiSb。 在某些情况下，量子点可由IV族半导体形成，所述IV族半导体例如 硅或锗。应当理解，量子点可包含任何上述半导体的合金或混合物。
本领域技术人员公知的其他量子点成分也是适合的。通常选择特定成 份，部分是为了提供所期望的光学性质。在某些实施方案中，量子点
优选具有基于镉的成分，例如CdSe。本发明的复合物也可能包含具有 不同成分的量子点。
量子点通常具有小于100纳米的粒度。在某些情况下，复合物中 的量子点的平均粒度小于20纳米；在其他情况下，其平均粒度小于5 纳米(例如，约3.5纳米)。在某些实施方案中，量子点的平均粒度大于 0.5纳米。如下面进一步描述的那样，量子点可以小于/f兹性纳米颗并立。 应当理解，复合物可以包含具有不同粒度的量子点，所述粒度具有不 同的光发射性质。
可以利用标准技术测定平均粒度，例如利用显微镜检查技术(例如 TEM)来测量具有代表性数量颗粒的尺寸。
虽然量子点也可能为其他形状，但是量子点通常是球形的。
如图所示，单独的复合物通常包含一个以上的量子点。也就是说， 核16包含一个以上至少部分被壳18包封的量子点。然而，应当理解， 在某些实施方案中，复合物仅包含一个量子点。如下面进一步描述的 那样，为了得到预期的性质，可以控制复合物宁量子点与磁性颗粒的 比例。
/磁性纳米颗粒14可以具有任何合适的成分。例如，/磁性纳米颗粒 中可以包含铁、钴和/或镍等其他磁性材料。在某些情况下，磁性材料 为金属化合物或合金的形式，例如铁的氧化物(如Fe203和Fe304)或柏 化铁(FePt)。在其他情况下，/磁性材料可以为纯金属，例如钴或镍。为 了得到预期的磁性性质，需要选择磁性纳米颗粒的成分。例如，磁性 纳米颗粒在5K和300K的温度下可以是超顺磁性的。在某些实施方案 中，优选采用Fe203石兹性纳米颗粒。
在某些情况下，磁性纳米颗粒是不溶于水的，但是可以溶于有机 溶剂。这种非水溶性纳米颗粒不同于某些常规技术中所使用的水溶性 纳米颗粒。
磁性纳米颗粒通常具有小于100纳米的粒度。在某些情况下，复 合物中的磁性纳米颗粒的平均粒度小于20纳米(例如约IO纳米)。在
某些实施方案中，磁性纳米颗粒的平均粒度大于1.0纳米。
虽然量子点可以具有其他形状，但量子点通常是球形的。每一复 合物中可以存在一个或一个以上(如两个或三个)的》兹性纳米颗粒。
在单独的复合物中，量子点通常至少与一个磁性纳米颗粒相接触。 通常，一个以上的量子点与一个磁性纳米颗粒相接触。在某些情况下， 一个量子点可以与 一 个以上的^f兹性纳米颗粒相接触。
如下面进一步描述的那样，接触是由于在处理期间纳米颗粒与量 子点之间的吸引力而导致的。通常，接触是物理性质的，磁性纳米颗 粒和量子点之间并不是化学连接的。
如上所述，复合物包含壳18，壳18将核包封或部分包封。在某 些实施方案中，壳优选包封核表面区域的大部分。例如，壳包封核表 面区域的至少75%。在某些情况下，壳可以完全包封核。
在某些实施方案中，壳与核并不是化学连接的(例如壳与磁性纳米 颗粒或量子点连接)，而且可以通过包封而包含纳米颗粒。因此，核与 壳二者之间可以不是离子键和/或共价键。
所述壳可以优选为非有机壳，并且可以由诸如二氧化硅的硅聚合 物构成。"非有机壳，，不是基于碳和/或碳的聚合物，但是它可以包含 碳原子。还应当理解的是，所述壳可以是有机壳，并且可以基于-灰和/ 或碳的聚合物。
在某些实施方案中，所述壳可以是多孔的。例如，所述壳可以具 有中等尺度的孔。还应当理解的是，所述壳可以是非多孔的。
所述壳具有足以将所述核包封到期望程度的厚度。在某些实施方 案中，所述壳具有小于50纳米的平均厚度，而在某些实施方案中，所 述壳具有小于25纳米(例如5纳米至20纳米)的平均厚度。可以利用 标准技术，通过采用显微镜检查技术(例如TEM)测量有代表性数量的 位置处的厚度来确定壳的平均厚度。
当然，所述复合物(包含所述壳)的尺寸大于磁性纳米颗粒和量子 点的尺寸。所述复合物可称作"纳米复合物"或"纳米复合物结构"。 在某些实施方案中，所述复合物的尺寸小于200纳米。例如，所述复 合物的尺寸可以是25纳米至100纳米(例如50纳米)。此外，可以采用标准的显樣支镜检查技术(例如TEM)来确定粒度。
如上所述，所述复合物可以包含期望比例的量子点数量与磁性颗 粒数量。通常，量子点与磁性颗粒之比大于1。在某些实施方案中， 所述比例可以是1至4(例如，约为2)。在提供期望的光学特性和^f兹性 特性时所述比例可能是重要的。例如，较大的比例可以提高复合物的 焚光活性。在加工期间，可以通过对包括量子点与磁性颗粒的相对重 量比在内的加工参数来控制所述比例，下面将对此进行进一步描述。
应当理解，在收集复合物时，并非所有复合物都会具有期望的比 例。虽然平均起来收集的复合物可以具有期望的比例，但是在收集时 某些复合物会具有大于或小于期望比例的比例。
在复合物中，量子点的通常重量比(基于包括壳在内的复合物的总 重量)可以是约1%至约5% (例如3.5% )。在复合物中，磁性纳米颗粒 的通常重量比(基于包括壳在内的复合物的总重量)可以是约1%至约 5%(例如4%)。壳的重量比(基于复合物的总重量)例如可以大于约 90%(例如92.5%)。复合物中还可以存在包括表面活性剂(例如IGEPAL CO-520)在内的少量(例如小于0.05%)的其他成分。
在某些实施方案中，壳18(特别是当壳为二氧化硅时)可以被官能 化或衍生化以包含可以改变或改善性质的化合物、原子或者材料，所 述性质例如是水溶性、水稳定性、光稳定性和生物相容性。例如，所 述壳可以包含例如聚乙二醇(PEG)和其他乙二醇的部分。已经证实了在 延长的周期内，包含PEG和不包含PEG的复合物对于活细胞是无毒 的，并且至少部分由于壳内的有毒核是被隔离的，因此所述复合物也 是体内无毒的。所述壳还可以与诸如抗生物素蛋白等生物轭合剂连接。
如图2所示，亲水物20可以与所述壳(例如二氧化硅壳)连接，以 便为复合物提供更大的亲水性。亲水物例如可以为聚乙二醇(PEG)或聚 乙二醇的衍生物。所述衍生物包括但不局限于官能化的PEG，例如胺、 硫醇和羧基官能化的PEG。亲水物可以与壳化学连接，或者例如可以 被壳材料物理捕获。优选地，亲水物包括与壳化学连接的部分，以及 提供亲水性且可以从壳表面向外延伸的第二部分。
这些乙二醇的存在可以给予复合物较好的水溶性特征，同时复合
物也是生物相容的和无毒的，并且在某些情况下复合物可以使纳米颗
粒在溶液中更好地分散。例如，通过将PEG整合入壳(可以为二氧4匕 硅)中，可以使复合物在pH值小于8.0或小于等于7.0时成为水溶性的。 因而，在中性或低于中性pH值时这些复合物可以是水溶性的，并且 可以是生物相容的，且适于在诸如血液等生物流体和体内使用。在某 些实施方案中，将PEG包括在二氧化硅壳中可以使复合物在更长的时 间周期内(例如大于6小时)留在溶液中。
在本文中使用术语"水溶性的"，因为该术语是本领域中普遍用来 指纳米颗粒在水环境中分散的术语。"水溶性的"并不意味着，例如每 种材料都以分子水平分散。纳米颗粒可以由几种不同的材料构成，并 且作为整体的颗粒仍然是"水溶性的"。
此外，二氧化硅壳中存在PEG或相关化合物可以提供具有降低的 吸附蛋白质、细胞和其他生物材料倾向的复合物。这就意味着，例如 当在体内使用时，所述复合物可以比类似的复合物保留在溶液中的时 间更长，从而增强循环并改善向预期靶的输送能力。
应当理解的是，可以将其他合适的衍生物(化合物、原子或材料) 与壳连接，以给予期望的特征。
在某些实施方案中，量子点可以包含如图3所示的钝化层30。"钝 化"层是与量子点的表面締合的材料，其用于消除晶体表面的能级， 而晶体表面可用作电子阱以及降低量子点发光特性的孔。
在某些实施方案中，钝化层可以由非导电材料和/或非半导体材料 来形成。例如，钝化层可以由这样的材料来形成其具有比其所包围 的纳米晶体所具有的带隙更高的带隙。在特定的实施方案中，钝化层 可以是非离子的或非金属的。非导电材料是当在材料中施加电势时不 会传输电子的材料。
所述钝化层可以由或者基本由具有含氮官能团的化合物组成，所 述含氮官能团的化合物例如是胺。胺可以直接或间接与 一个或多个硅 原子相连，所述硅原子例如存在于硅烷或其他硅的聚合物中。硅烷可 以包含任何其它的官能团，例如烃基基团、羟基基团、含硫的基团或 含氮的基团。钝化层中包含的化合物可以为任意大小，但是通常具有
小于约500或小于约300的分子量。优选的一类化合物为氨基硅烷， 并且在某些实施方案中可以采用氨基丙基三曱氧基硅烷(APS)。已经证 实在量子点中采用APS可以提供钝化，并且可以将量子产率提高到与 采用由诸如硫化锌(ZnS)制成的高带隙钝化层所获得的改进相当的水 平。
应当理解，并不是在本发明的所有实施方案中量子点都包含钝化层。
可以采用本领域中公知的用于形成磁性纳米颗粒和量子点的任何 适当的常规技术。例如，Hyeon et. al., 」m. CAe附.Soc, 2001, 123, 12798中已经描述了一种用于形成磁性纳米颗粒的合适的技术，本文 引入其作为参考。Peng et. al"丄C/i亂L 2001, 123， 183中已经 描述了一种用于制备量子点的合适的技术，本文引入其作为参考。用 于形成量子点的大多数传统工艺都使量子点上覆盖有三辛基氧膦 (TOPO)表面活性剂。
反相微乳工艺可用来形成所述包覆复合物。"反相乳液"或"非水 性包水性型乳液，，是水性溶剂(水相)的不连续区域在非水性溶剂中的 分散。该方法可以包括向反相微乳中加入分别形成的磁性纳米颗粒和 量子点。可以按照控制的浓度加入磁性纳米颗粒和量子点，以便在复 合物中实现量子点与磁性纳米颗粒的所需比例。
可以采用多种非极性溶剂来产生反相微乳。非极性溶剂优选地为 烃，并且也可以为脂肪烃，在某些情况下为非芳香环烃，例如环戊烷、 环己胺或环庚烷。
在某些实施方案中，可以向反相微乳中加入表面活性剂(例如离子 或非离子)。"表面活性剂"为具有两性分子特性的材料，在本文中使 用"表面活性剂"是因为它是本领域中常用的，例如用于向亲水环境 中引入疏水物。
非离子表面活性剂例如包括聚苯醚，例如IGEPALCO-520，而离 子表面活性剂例如包括琥珀酸二辛酯磺酸钠盐(AOT)。如上所述，量 子点上通常覆盖有三辛基氧膦(TOPO)表面活性剂。TOPO包括包含膦 氧化物的亲水端，而IGEPAL包括包含聚氧乙烯(PEO)的亲水端。在将
TOPO量子点引入反相乳液中之后，在某种程度上由于反相乳液中 IGEPAL的浓度要高得多，因此TOPO可以部分或全部与IGEPAL交 换。IGEPAL也覆盖在磁性纳米颗粒上。量子点和磁性纳米颗粒上一 旦覆盖有IGEPAL,便会被吸引到微乳的水性区域，从而为壳的形成 提供环境，下面将对此进行进一步描述。
应当理解，可以采用除IGEPAL之外的表面活性剂，并且在某种 程度上所采用的表面活性剂可以根据量子点材料、量子点如何被覆盖 以及所使用的反相乳液而改变。优选的表面活性剂包括可以交换成 TOPO的表面活性剂，或者用来覆盖量子点并且可以提供足够的亲水 性以将核吸？I到微乳的水性区域的其他表面活性剂。
量子点和》兹性纳米颗粒(一旦覆盖有IGEPAL)彼此吸引，从而在反 相乳液的水性区域内形成核。可以利用本领域技术人员公知的方法在 核的周围聚合溶胶凝胶前体，例如原硅酸四乙酯(TEOS)，从而产生二 氧化硅壳。允许聚合反应持续足以获得期望的二氧化硅壳厚度的时间。 "前体"是可以转化成具有不同于第 一物质的特性的第二物质的物质。 例如，如果单体可以转化成聚合物，那么单体则为聚合物前体。
所获得的纳米结构包括包含量子点和磁性纳米颗粒的核，以及聚 合二氧化硅壳。在某些情况下，可以存在钝化层(例如氨基硅烷钝化层， 所述氨基曱硅烷例如是APS)。
应当理解，在形成其他壳(非有机或有机壳)时，可以采用本领域 公知的合适的前体。
如上所述，在某些情况下，可以使壳官能化或衍生化，以提高生 物相容性、水溶性或其他性质。例如，在某些实施方案中，可围绕复 合物形成PEG修饰的二氧化硅壳。如上所述，可以将量子点和纳米颗 粒引入反相微乳中，以形成需要被包封的核。在另一步骤中，碱，例 如氨水(NH40H),包括乙二醇，例如聚乙二醇一曱基醚(PEG-m),可以 溶于微乳中。PEG可以具有任意分子量，但优选具有大于1,000而小 于20,000(例如5,000至10，000)的分子量。然后可加入诸如TEOS等溶 胶凝胶前体，并且可以将混合物搅拌以使得PEG整合入正在形成的二 氧化硅壳中。可以为改善的量子产率、改善的水溶性和改善的生物相
容性，同时可以减少凝结的倾向而提供使用PEG衍生的所得到的二氧 化硅壳。
反相微乳中水的量(29.5%的NH4OH水)可以根据所期望的特定反 应而改变。例如，在某些实施方案中，反相微乳中水的量为0.1 %至0.5% 体积比。在某些优选实施方案中，水的量为0.2%至0.4%体积比，并 且在某些实施方案中已经发现当反相微乳中水的量为0.25%体积比 时，量子产率最大。
在微乳中加入的溶胶凝胶前体的量也可以影响复合物的性质。例 如，虽然增加溶胶凝胶前体的量看来似乎没有增大壳的厚度，但是溶 胶凝胶前体看来似乎改善了复合物的球形度和单分散性。在某些实施 方案中，采用高浓度的溶胶凝胶前体还提高了量子产率。
应当理解，其他工艺可能也适于形成本发明的复合物。
如上所述，本发明的复合物可用于包括生物应用和医学应用在内 的多种应用中。例如，所述复合物可用于生物成像、示踪、核磁共振 成像(MRI)、药物寻靶和新的光通信系统(例如，光子晶体)等。
下面的实施例是示意性的而非限定性的。
实施例
该实施例示出了本发明的包覆复合物的产生及表征。 磁性Fe203纳米颗粒是利用Hyeon et. al.，丄爿w. C脸附.Soc, 2001， 123, 12798中所描述的技术制备的。CdSe量子点是利用Peng et. al.，《/. 爿w. C&m 2001， 123， 183中所描述的技术制备的。
利用超声波处理使聚氧化乙烯(5)壬基苯基醚(0.544mmo1 Igepal CO-520，其中含有50 mol。/o亲水基团)较好地分散在环己烷(《5ml)中， 以形成反相微乳介质。向所述介质中加入400微升的Fe203溶液(0.5 mg/1 ml环己烷)和160微升的CdSe溶液(l mg/1 ml环己烷)，从而形 成混合物。涡旋振荡所述混合物，并加入氨水(29.4%， 40微升)，从而 形成反相胶束微乳的透明褐色溶液。向反应溶液中加入原硅酸四乙酯 (TEOS)(Aldrich， 30微升)。反应8小时和48小时后收集复合物样品。 通过磁铁来收集复合物，洗涤复合物并将其再次分散在乙醇或去离子
水中。
图4A和4B是复合物的透射电子显微镜(TEM)的图像。所述图像 示出所述复合物包含围绕核的二氧化硅壳，该核包含Fe203纳米颗粒 和CdSe量子点。图4B中示出的区域的EDX分析证实了存在CdSe、 Fe203和二氧化硅。所述复合物的N2吸附等温线表明二氧化硅壳是非 多孔的。
测量了所述复合物的发射特性，并将其与棵露的CdSe颗粒的特 性进行比较。图5是棵露的CdSe颗粒的紫外可见光谱和归一化荧光 光谱(7W = 365nm)(线A)、 8小时反应时间之后复合物的紫外可见光i普 和归一化荧光光谱(线B)以及48小时反应时间之后复合物的紫外可见 光谱和归一化荧光光傳(线C)。棵露的CdSe示出在564 nm处产生吸 收，在530nm处产生吸光度峰以及在554nm处产生激子峰。当硅化 反应持续8小时到48小时时，吸收峰向更短的波长偏移，并且变得较 不显著。在焚光光镨中也可以看出这种蓝移，持续8小时时偏移7nm; 持续48小时时偏移10nm;并且激子能带变得更宽。对于棵露的CdSe 来说，发射的量子产率(QY)估计为11.4%;持续8小时时为3.2%;持 续48小时时为1.1%;并且将溶于乙醇的Rhodamine QY94。/。用作 参比。相信相对较弱的荧光可能是由于二氧化硅壳较厚造成的。
测量复合物(使用二氧化硅包覆)的磁性特性，并将其与使用有二 氧化硅包覆的磁性纳米颗粒的特性进行比较。利用超导量子干涉器件 (SQUID)来进行磁性表征。
图6A和6B为取决于磁场的磁化曲线图，其中示出使用二氧化硅 包覆的磁性纳米颗粒(线D)和复合物(线E)在300K时具有超顺磁性， 而在5K时具有磁滞现象。在5K和300K时，与复合物相比，使用二 氧化硅包覆的磁性纳米颗粒显示了更高的磁化强度。这些原始数据以 样品的emu/g给出。在归一化为每个样品中的7-Fe203含量时，发现使 用二氧化硅包覆的磁性纳米颗粒的以emu/g 7_Fe203表示的磁化强度 值与复合物的以emu/g 7-Fe203表示的磁化强度值是类似的。
图6C示出了在lOOOe时使用二氧化硅包覆的磁性纳米颗粒的磁 化强度对温度的依从关系(线D)以及复合物的磁化强度对温度的依从 关系(线E)。如图所示，在5K时矫顽值也是彼此相似的。在5K至300K 下，在100 Oe的施加场中，测量零场冷却(ZFC)和加场冷却(FC)磁化 强度。它们具有，Fe203纳米颗粒的通常行为。对于磁性纳米颗粒来说， 封阻温度(tb)为125，而对于复合物来说，封阻温度(tb)为165。这些 值与y-Fe203纳米颗粒的Tb相当。
对于单轴各向异性来说，超顺》兹性弛豫时间由ts = To exp(KV/kBT) 给出，其中To为10力s数量级的常数，V为颗粒体积。对于使用二氧 化硅包覆的磁性纳米颗粒和复合物来说，磁性各向异性密度(K)分别为 0.39x105 J/m3和0.51xl05 J/m3，其中假定SQUID特征测量时间为10 秒。在复合物中，量子点(CdSe)的存在提高了磁性纳米颗粒的各向异 性，这表明量子点与磁性纳米颗粒是紧密相连的。
总之，该实施例证实了本发明的复合物具有表示形成复合物的磁 性纳米颗粒(Fe203)和量子点(CdSe)特征的独特的光学特性和磁性特 性。
虽然本文已经描述并示出了本发明的几个实施方案，但是本领域 的普通技术人员会容易想到各种其他方式和/或结构，用以执行本文中 所描述的功能和/或获得本文中所描述的结果和/或一个或多个优点，并 且这种变体和/或修改中的每一个都被认为包含在本发明的范围之内。 更一般地，本领域的技术人员将容易理解本文中描述的所有参数、尺 寸、材料和构造均是示例性的，而实际的参数、尺寸、材料和/或构造 将取决于特定的应用以及采用本发明的教导的应用。本领域的技术人 员仅利用常规实验便会识别或者能够确定本文所描述的本发明的特定 实施方案的许多等价物。因此，应当理解的是，仅以实施例的方式提 出了前述的实施方案，并且其包含在所附权利要求和等价物的范围内， 可以采用除了具体描述和要求保护的方式之外的方式来实践本发明。 本发明旨涉及本文所描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、试 剂盒和/或方法。此外，如果以上特征、系统、物品、材料、试剂盒和 /或方法不是相互矛盾的，那么两个或多个以上特征、系统、物品、材 料、试剂盒和/或方法的任意组合都包括在本发明的范围之内。
说明书和权利要求中使用的不定冠词"a"和"an"应理解为是指
"至少一个"，除非明确指出与此相反。
说明书和权利要求中使用的短语"和/或"应理解为是指其所连接 的元素，即在某些实施方案中联合起来出现的元素以及在其他情况下 分开出现的元素中的"任一个或两个"。除了用"和/或"语句特别指 出的元素之外，其他元素也可以任选地存在，而不管它们与特别指出
的元素相关还是无关。因而，作为非限定性实施例，"A和/或B"在 一个实施方案中可以仅A(任选地包括除B之外的元素)；在另一个实 施方案中可以仅指B(任选地包括除A之外的元素)；在又一个实施方 案中可以指A和B(任选地包括其他元素)；等等。
如说明书和权利要求中所使用的那样，除非明确指出与此相反， "或"应理解为具有与上面定义的"和/或，，相同的含义。例如，当在 列表中分开项目时，"或"和"和/或"均应解释为包含的，即包含多 个元素或元素列表中的至少一个，^旦是也可以包含一个以上以及任选 地包含未列出的其它项目。总的来说，当前面有例如"仅一个(only one of)"或"恰好一个(exactly one of)"等唯一性术语时，本文中所使用 的术语"或"应仅解释为指出唯一的可选物(即"一个或另一个，而不 是两者")。
说明书和权利要求中使用的关于一个或多个元素的短语"至少一 个"应当理解为是指从元素列表中的一个或多个元素中选取的至少一 个元素，但是并不一定包含在元素列表中特别列出的每个元素中的至 少一个，而且也不排除元素列表中的元素的任何其它组合。该定义还 允许除了短语"至少一个"所指的元素列表内特别指出的元素之外的 元素可以任选地存在，而不管它们与特别指出的元素相关还是无关。 因而，作为非限定性实施例，"A和B中至少一个"(或者等价地"A 或B中至少一个"，或者等价地"A和/或B中至少一个")在一实施方 案中可以指至少一个A而不存在B(任选地包括除B之外的元素)，并 且任选地包括一个以上的A(任选地包括除B之外的元素)；在另一实 施方案中可以指至少一个B而不存在A(任选地包括除A之外的元素)， 并且可选地包括一个以上的B(任选地包括除A之外的元素)；在另一 实施方案中，可以指至少一个A和至少一个B(任选地包括其他元素)，
并且任选地包括一个以上的A和一个以上的B(任选地包括其他元素)；等等。
还应当理解，除非明确指出与此相反，在要求保护的包括一个以 上动作的所有方法中，方法中的动作的顺序并不一定局限于描述方法 时所采用的顺序。
在权利要求和说明书中，所有过渡短语例如"包含"、"包括"、"栽 有"、"具有"、"含有"、"涉及"、"持有"等都应理解为开放式的，即 意味着包括但不局限于。如美国专利审查程序手册的部分2111.03中 所阐述的那样，只有过渡短语"由......组成"和"基本由......组成"
才是封闭或半封闭式的过渡短语。
权利要求
1.复合物结构，其包含至少一个量子点；与所述至少一个量子点缔合的至少一种磁性材料，以形成核；以及至少部分包封所述核的壳。
2. 如权利要求l所述的结构，其中所述壳为非有机壳。
3. 如权利要求l所述的结构，其中所述非有机壳包含二氧化硅。
4. 如权利要求l所述的结构，其中所述壳包含聚乙二醇或其衍生物。
5. 如权利要求l所述的结构，其中所述结构是水溶性的。
6. 如权利要求l所述的结构，其中所述量子点还包含形成于所述 量子点表面的钝化层。
7. 如权利要求l所述的结构，其包含多个量子点。
8. 如权利要求l所述的结构，其中所述磁性材料包含至少一个磁 性纳米颗粒。
9. 如权利要求8所述的结构，其包含多个磁性纳米颗粒。
10. 如权利要求8所述的结构，其中量子点与磁性纳米颗粒之比 为1至4。
11. 如权利要求8所述的结构，其中所述量子点与所述磁性纳米 颗粒彼此接触。
12. 如权利要求l所述的结构，其中所述磁性材料包含Fe203，并 且所述量子点包含CdSe。
13. 如权利要求l所述的结构，其中所述磁性材料是非水溶性的。
14. 复合物结构，其包含 多个量子点；与所述多个量子点締合的至少一个磁性颗粒，以形成核；以及 至少部分包封所述核的二氧化硅壳。
15. 制造复合物结构的方法，所述方法包括 向非水性包水性型乳液中引入磁性纳米颗粒和量子点； 使用表面活性剂使所述磁性纳米颗粒与所述量子点接触； 在所述乳液的水相中，形成包含至少一个磁性纳米颗粒和至少一个量子点的核；向所述乳液中引入壳前体；以及聚合所述前体以形成至少部分包封所述核的壳，从而形成复合物 结构。
16. 如权利要求15所述的方法，其中所述前体为非有机壳前体， 并且所述前体聚合形成非有机壳。
17. 如权利要求15所述的方法，其中所述前体为二氧化硅前体， 并且所述前体聚合形成二氧化硅壳。
18. 如权利要求15所述的方法，其中使用表面活性剂覆盖所述磁 性纳米颗粒和所述量子点。
19. 如权利要求15所述的方法，还包括向所述乳液中引入聚乙二 醇或其书1"生物。
20. 如权利要求19所述的方法，其中所述壳包含聚乙二醇或其衍 生物。
21. 如权利要求15所述的方法，其中所述结构是水溶性的。
22. 如权利要求15所述的方法，其中所述核包含多个量子点。
23. 如权利要求15所述的方法，其中所述核包含多个磁性纳米颗粒。
24. 如权利要求25所述的方法，其中所述表面活性剂为IGEPAL。
全文摘要
提供了复合物和与之相关方法。所述复合物结构(10)由量子点(12)和磁性纳米颗粒(14)形成。例如可以使用非有机壳来包覆所述结构，该非有机壳例如是二氧化硅。在某些情况下，可以将所述壳官能化或衍生化以包含可以改变或改善性质的化合物、原子或者材料，所述性质例如是水溶性、水稳定性、光稳定性和生物相容性。反相微乳工艺可用来形成包覆复合物。可以控制复合物的成分和其他特征，以提供期望的磁性性质和光学性质。所述结构可用于包括生物学示踪、核磁共振成像(MRI)和药物寻靶等在内的多种应用。
文档编号G01N33/58GK101103419SQ200580032412
公开日2008年1月9日 申请日期2005年9月23日 优先权日2004年9月24日
发明者东 一, 应仪如, 李秀星, 苏布拉马尼亚姆·塞尔万 申请人:科技研究局