本專利文件要求2014年6月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)朥S62/012,136和發(fā)明名稱為“用于磁引導(dǎo)的治療劑的納米級(jí)(nanoscale)結(jié)構(gòu)(NANOSCALE STRUCTURES FOR MAGNETICALLY-GUIDED THERANOSTICS)”以及2014年7月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)朥S62/029,373和發(fā)明名稱為"用于靶向和按需(on-demand)遞送分子物質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)的載體(NANOSTRUCTURED CARRIERS FOR TARGETED AND ON-DEMAND DELIVERY OF MOLECULAR SUBSTANCES)"的優(yōu)先權(quán)和利益。將上述專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為本專利文件的公開(kāi)內(nèi)容的組成部分參考。

有關(guān)聯(lián)邦資助研究或研發(fā)的聲明

本發(fā)明由政府資助在國(guó)立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)(NIH)資助的資助金R01DA024871與國(guó)立藥物濫用研究所(National Institute on Drug Abuse)(NIDA)資助的資助金R01DA025296下進(jìn)行。政府在本發(fā)明中擁有一定權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本專利文件涉及使用納米級(jí)材料技術(shù)的系統(tǒng)、裝置和方法。

背景技術(shù)：

納米技術(shù)提供用于制造具有以分子或原子等級(jí)為特征的結(jié)構(gòu)、裝置和系統(tǒng)的方法，例如，在一些應(yīng)用中，一至數(shù)百的納米范圍的結(jié)構(gòu)。例如，可以將納米級(jí)裝置配置成與一些較大分子例如生物分子、例如酶類似的大小。用于生成納米結(jié)構(gòu)、納米裝置或納米系統(tǒng)的納米大小的材料可以展示出不同的獨(dú)特特性，例如，包括光學(xué)特性，這些特性在較大尺寸的相同材料中不存在，且這類獨(dú)特的特性可以被開(kāi)發(fā)于廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開(kāi)了用于制造和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)(engineered)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)的技術(shù)、系統(tǒng)和裝置，所述設(shè)計(jì)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)用于攜帶物質(zhì)和提供該物質(zhì)在生物系統(tǒng)中的定向、靶向和受控遞送。

在一個(gè)方面，用于攜帶有效負(fù)荷的納米結(jié)構(gòu)裝置包括：內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)，其包括內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔的開(kāi)口；至少部分在內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的外表面上形成的外殼結(jié)構(gòu)；外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)磁性納米微粒；和能夠使分子有效負(fù)荷以化學(xué)方式連接內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔表面上的官能化層，其中磁性納米微粒被構(gòu)造成與外磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，以便磁引導(dǎo)(steer)納米結(jié)構(gòu)裝置。

在一個(gè)方面，生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法包括在芯微粒上形成內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)，其中所述芯微粒部分被內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)包裹(encase)；使納米微粒與內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的外表面連接；在覆蓋至少連接的納米微粒的一些的內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)外表面上形成涂層；和從內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)中除去芯微粒，其中除去的芯微粒在內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的外表面內(nèi)形成內(nèi)腔和形成從內(nèi)部微粒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的外表面的開(kāi)口。

在一個(gè)方面，制造載體結(jié)構(gòu)的方法包括通過(guò)在芯微粒上連接多個(gè)掩蔽(mask)微粒形成模板，所述掩蔽微粒在所連接的芯微粒的外表面上形成掩蔽區(qū)；使納米微粒連接模板的未掩蔽表面，其中掩蔽微粒防止納米微粒連接外表面的掩蔽區(qū)；通過(guò)連接的納米微粒的材料生長(zhǎng)形成未掩蔽表面上的涂層產(chǎn)生模板的未掩蔽表面上的殼結(jié)構(gòu)；和通過(guò)從模板中除去掩蔽微粒產(chǎn)生多孔的載體結(jié)構(gòu)，其中除去的掩蔽微粒在殼結(jié)構(gòu)的外表面與芯微粒外表面之間形成開(kāi)口。

在一個(gè)方面，制造載體結(jié)構(gòu)的方法包括通過(guò)使多個(gè)掩蔽微粒連接的芯微粒上形成模板，所述掩蔽微粒在所連接的芯微粒的外表面上形成掩蔽區(qū)；使納米微粒連接模板的未掩蔽表面，其中掩蔽微粒防止納米微粒連接外表面的掩蔽區(qū)；通過(guò)使未掩蔽表面上連接的納米微粒材料生長(zhǎng)成島狀結(jié)構(gòu)，在模板的未掩蔽表面上生成不連續(xù)的島狀結(jié)構(gòu)(island structure)；通過(guò)在模板的未掩蔽表面上和不連續(xù)的島狀結(jié)構(gòu)上形成外層產(chǎn)生殼結(jié)構(gòu)，其中所產(chǎn)生的殼結(jié)構(gòu)包括具有包埋在外層的內(nèi)表面上的島狀結(jié)構(gòu)的外層；和通過(guò)從模板中除去掩蔽微粒產(chǎn)生載體結(jié)構(gòu)，其中除去的掩蔽微粒形成在殼結(jié)構(gòu)的外表面和芯微粒的外表面之間延伸的開(kāi)口。

在一個(gè)方面，納米微粒包括構(gòu)造的殼以便包括中空內(nèi)部和在中空內(nèi)部與殼外表面之間延伸的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口；連接至殼的中空內(nèi)部或外表面之一或兩者的磁性納米微粒，其中磁性納米微粒被構(gòu)造成與外磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，以便磁引導(dǎo)納米微粒；和通過(guò)能夠使分子有效負(fù)荷連接至殼表面的連接分子使分子有效負(fù)荷連接至殼。

在一個(gè)方面，制造微粒的方法包括在芯微粒上形成第一官能化層，以便產(chǎn)生官能化的芯微粒，其中所形成的第一官能化層在芯微粒表面產(chǎn)生相對(duì)于芯微粒表面上電荷相反的電荷；在官能化的芯微粒上形成第二官能化層，以便產(chǎn)生雙官能化的芯微粒，其中所形成的第二官能化層在官能化的芯微粒表面上生成不同于第二官能化層形成之前的帶相反電荷的表面；通過(guò)在雙官能化的芯微粒上連接多個(gè)掩蔽微粒形成模板，其中掩蔽微粒在其表面上包括相對(duì)于雙官能化的芯微粒相反的電荷，且其中掩蔽微粒在其所連接的雙官能化的芯微粒外表面上形成掩蔽區(qū)；通過(guò)在雙官能化的芯微粒的未掩蔽表面上形成涂層產(chǎn)生雙官能化的芯微粒的未掩蔽表面上的殼結(jié)構(gòu)，其中掩蔽微粒防止涂層連接至外表面的掩蔽區(qū)；和通過(guò)除去掩蔽微粒和雙官能化的芯微粒產(chǎn)生官能化中空的多孔微粒，其中除去的掩蔽微粒形成在殼結(jié)構(gòu)的中空內(nèi)部與外表面之間延伸的開(kāi)口。在所述方法的一些實(shí)施方式(implementations)中，例如，所述方法還可以包括，在除去掩蔽微粒和雙官能化的芯微粒之前，通過(guò)使用具有與殼結(jié)構(gòu)相反電荷的材料涂敷層，在殼結(jié)構(gòu)表面上形成層；和通過(guò)除去掩蔽微粒和雙官能化的芯微粒產(chǎn)生雙官能化中空的多孔微粒，其中除去的掩蔽微粒形成在殼結(jié)構(gòu)的中空內(nèi)部與層的外表面之間延伸的開(kāi)口。

本專利文件中所述的主題可以按照提供如下特征的一種或多種的特定方式實(shí)施。所公開(kāi)的技術(shù)包括可以用于和生物體體內(nèi)和體外的各種診斷和治療應(yīng)用的多官能(multi-functional)納米微粒平臺(tái)。在一些實(shí)施方案中，例如，所公開(kāi)的納米微?？梢员簧a(chǎn)為納米級(jí)碗樣(bowl-like)結(jié)構(gòu)(例如納米碗)，其具有能夠攜帶和遞送有效負(fù)荷物質(zhì)的中空內(nèi)部和官能化內(nèi)部和/或外部表面，并且可以任選地被賦予可以在需要時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉以釋放有效負(fù)荷的封蓋(cap)結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，例如，所公開(kāi)的納米結(jié)構(gòu)技術(shù)可以作為遞藥膠囊、受保護(hù)的酶載體實(shí)施，用于在檢測(cè)試驗(yàn)中隔離檢測(cè)反應(yīng)種類；和/或作為隔離和受限的化學(xué)催化劑實(shí)施。在一些實(shí)施方案中，例如，所公開(kāi)的納米結(jié)構(gòu)可以被生產(chǎn)為納米/微米級(jí)載體結(jié)構(gòu)，例如納米級(jí)威浮球樣(wiffle ball-like)結(jié)構(gòu)和納米級(jí)高爾夫球樣結(jié)構(gòu)，其具有中空或?qū)嵭膬?nèi)部和多孔殼，所述殼具有官能化的內(nèi)和/或外表面，并且能夠磁性引導(dǎo)，從而確?？刂漆尫庞行ж?fù)荷、改善細(xì)胞攝取和其它特征。例如，可以應(yīng)用實(shí)施所公開(kāi)的技術(shù)，所述應(yīng)用包括、但不限于靶向/按需遞送分子和材料，以便診斷和/或治療(治療診斷學(xué))人和動(dòng)物的疾病。

附圖簡(jiǎn)述

圖1顯示用于合成所公開(kāi)技術(shù)的納米碗載體結(jié)構(gòu)的示例性制造方法的說(shuō)明性示意圖。

圖2顯示在內(nèi)部加載有效負(fù)荷和選擇性官能化以在外部包括靶向分子的示例性納米微粒載體的說(shuō)明性示意圖。

圖3顯示使用包含巰基的硅烷官能化的馬來(lái)酰亞胺用于與二氧化硅面接(interfacing)的實(shí)例的示意圖。

圖4A和4B顯示描述使用激光輔助的或RF加熱納米碗結(jié)構(gòu)的氧化鐵納米微粒釋放或打開(kāi)/關(guān)閉示例性納米碗載體的封蓋結(jié)構(gòu)以控制釋放有效負(fù)荷的示例性方法的說(shuō)明性示意圖。

圖4C顯示關(guān)閉、打開(kāi)和分離狀態(tài)的示例性納米碗結(jié)構(gòu)的可切換和可拆卸的閂鎖結(jié)構(gòu)的實(shí)例的示意圖。

圖5顯示所公開(kāi)的納米載體的示例性實(shí)施方式的說(shuō)明，其中強(qiáng)磁體可以優(yōu)先將示例性磁響應(yīng)納米碗拉出血流和進(jìn)入所關(guān)注的組織。

圖6顯示示例性修飾的二氧化硅納米微粒的FTIR光譜圖。

圖7顯示所公開(kāi)技術(shù)的制造方法的示例性實(shí)施方式的示例性結(jié)果的圖像。

圖8顯示所公開(kāi)的使用模板定向法生產(chǎn)示例性納米碗結(jié)構(gòu)的技術(shù)的示例性制造方法的圖示。

圖9A和9B顯示描述由聚苯乙烯芯和二氧化硅模板制成的示例性模板的掃描電子顯微鏡檢查(SEM)圖像。

圖10顯示具有增加厚度的聚苯乙烯模板的衛(wèi)星微粒(satellite particle)上形成的納米碗的二氧化硅外部的示例性制造的結(jié)構(gòu)的SEM圖像。

圖11A顯示使用表明官能化的芯和衛(wèi)星微粒模板生產(chǎn)納米碗結(jié)構(gòu)的示例性制造方法的說(shuō)明性示意圖。

圖11B-11D顯示在示例性納米碗制造方法實(shí)施過(guò)程中得到的微粒的示意圖和相關(guān)SEM圖像。

圖12顯示用于生產(chǎn)二氧化硅橄欖-樣納米結(jié)構(gòu)的示例性制造方法的圖示。

圖13A-13D顯示在不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)使用60mM TEOS生產(chǎn)的示例性偏心二氧化硅/聚苯乙烯微粒的SEM圖像。

圖14A-14E顯示使用不同TEOS濃度形成的示例性納米級(jí)橄欖結(jié)構(gòu)的SEM圖像。

圖15A-15E顯示使用60mM TEOS濃度、應(yīng)用不同大小的模板合成的示例性納米級(jí)橄欖結(jié)構(gòu)的SEM圖像和數(shù)據(jù)圖。

圖16A-16C顯示用于使用胺類、羥基和硫酸酯官能化的示例性聚苯乙烯納米球的分析的SEM圖像和附帶數(shù)據(jù)圖。

圖17顯示描述合成用于形成所述結(jié)構(gòu)的不同反應(yīng)的多孔和中空/多孔的載體結(jié)構(gòu)的示例性制造方法的說(shuō)明性示意圖。

圖18A顯示金殼上包括二氧化硅殼的示例性載體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明性示意圖。

圖18B顯示包埋在二氧化硅殼內(nèi)部的金島上包括二氧化硅殼的示例性載體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明性示意圖。

圖19顯示包括加入圖18A的示例性金/二氧化硅殼內(nèi)部的氧化鐵納米微粒的示例性載體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明性示意圖。

圖20顯示包括內(nèi)部具有分子和外部具有靶向分子的圖18B的示例性二氧化硅殼/金島的選擇性官能化的示例性載體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明性示意圖。

圖21A-21F顯示示例性多孔和中空/多孔納米載體結(jié)構(gòu)的SEM圖像。

圖22A和22B顯示可以用于在雙-官能化模板結(jié)構(gòu)上制造所公開(kāi)的技術(shù)的多孔中空納米-/微米-微粒的示例性合成方法的說(shuō)明性示意圖。

圖23A和23B顯示圖22A和22B的示例性中空的多孔的納米合成方法的實(shí)施過(guò)程中得到的微粒實(shí)例的SEM圖像。

圖24顯示用于制造多孔納米-/微米-級(jí)高爾夫球和中空的多孔納米-/微米-級(jí)威浮球的示例性合成方法的說(shuō)明性示意圖。

圖25A-25F顯示使用不同甲醛濃度和金離子濃度制備的示例性鍍金模板微粒的SEM圖像。

圖26A和26B顯示來(lái)自使用200nm芯的示例性金高爾夫球合成方法階段的SEM圖像。

圖27顯示描述所公開(kāi)的用于生產(chǎn)示例性復(fù)合磁性納米級(jí)碗-樣結(jié)構(gòu)(‘納米碗’)的技術(shù)的示例性制造方法的說(shuō)明性示意圖。

圖28A-28F顯示包括使用示例性制造方法生產(chǎn)的示例性微粒的電子顯微鏡檢查圖像的圖像。

圖29顯示胺-修飾的詹納斯(Janus)模板的FTIR數(shù)據(jù)圖。

圖30A和30B顯示示例性納米碗的殼的磁性滯后和UV/Vis數(shù)據(jù)圖。

圖31A-31C顯示除去聚苯乙烯之前和之后示例性官能化磁金-二氧化硅的寬視野圖像和數(shù)據(jù)圖。

圖32A-32F顯示通過(guò)水凝膠介質(zhì)引導(dǎo)的示例官能化磁性納米碗的縮時(shí)(time lapse)圖像和數(shù)據(jù)圖。

圖33顯示有和沒(méi)有示例性金/二氧化硅納米碗的Rho B的拉曼光譜數(shù)據(jù)圖。

圖34顯示當(dāng)羧化聚苯乙烯微粒被加入到二氧化硅溶液-凝膠反應(yīng)中時(shí)形成的示例性cPS-二氧化硅詹納斯微粒的說(shuō)明性示意圖和附帶圖像。

圖35A顯示使用具有不同直徑cPS芯的小二氧化硅制造方法生產(chǎn)的示例性微粒的圖像。

圖35B包括DLS直方圖數(shù)據(jù)圖。

圖36顯示使用具有不同直徑cPS芯的大的二氧化硅制造方法生產(chǎn)的示例性微粒的電子顯微照片和附帶DLS直方圖。

圖37顯示通過(guò)經(jīng)改變TEOS/PS之比生成的示例性小的二氧化硅方法生產(chǎn)的示例性PS/二氧化硅復(fù)合物的圖像。

圖38顯示通過(guò)經(jīng)改變TEOS/PS之比生成的示例性大的二氧化硅方法生產(chǎn)的示例性PS/二氧化硅復(fù)合物的圖像。

圖39顯示詹納斯微粒形成過(guò)程中芯的作用的示例性模型的說(shuō)明性示意圖。

圖40顯示示例性合成方法的說(shuō)明性示意圖。

圖41顯示示例性官能化微粒的SEM圖像。

圖42顯示俘獲金膠體微粒的示例性二氧化硅高爾夫球的說(shuō)明性示意圖。

圖43顯示具有俘獲金納米微粒的季銨官能化凹孔(pits)的合成的二氧化硅高爾夫球的SEM圖像。

發(fā)明詳述

公開(kāi)了用于制造和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)的技術(shù)、系統(tǒng)和裝置，所述設(shè)計(jì)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)用于攜帶物質(zhì)并且提供在生物系統(tǒng)中定向、靶向和受控遞送以及釋放所述物質(zhì)。所公開(kāi)的技術(shù)包括多官能納米微粒平臺(tái)，其可以用于體內(nèi)和體外的活生物體的各種診斷和治療應(yīng)用。所公開(kāi)的多官能納米微粒平臺(tái)提供可控定向和引導(dǎo)設(shè)計(jì)的納米微粒至納米微粒所施用的生物系統(tǒng)中的特定區(qū)域(例如組織、器官或區(qū))的能力。例如，所公開(kāi)的納米微?？梢员粯?gòu)造成作為對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)而運(yùn)動(dòng)，使得當(dāng)施用于人體受試者血流或通過(guò)人體受試者的消化系統(tǒng)攝入時(shí)，所述納米微粒被外部施加的磁場(chǎng)引導(dǎo)至所關(guān)注的組織或器官(例如胰腺、乳腺、前列腺、腦、淋巴結(jié)等)，所述外部施加的磁場(chǎng)可以將施用的微粒聚集在靶向區(qū)域中。所公開(kāi)的多官能納米微粒平臺(tái)提供特異性地靶向和結(jié)合選擇細(xì)胞的能力。例如，所公開(kāi)的納米微?？梢员粯?gòu)造成包括靶向配體，其可以與其中引導(dǎo)納米微粒的區(qū)域中的選定細(xì)胞上的相應(yīng)受體發(fā)生相互作用。所公開(kāi)的多官能納米微粒平臺(tái)提供封閉和保護(hù)一種或多種物質(zhì)(例如有效負(fù)荷)的能力，并且允許有效負(fù)荷通過(guò)外部刺激例如在通過(guò)選定細(xì)胞攝取納米微粒(例如胞吞)時(shí)按需主動(dòng)或控制釋放。在所公開(kāi)技術(shù)的一些實(shí)施方式中，可以生產(chǎn)多官能納米微粒以便在微粒的內(nèi)部提供一種化學(xué)官能團(tuán)，例如用于吸引和/或連接有效負(fù)荷，并且在微粒的外部上提供獨(dú)特的不同化學(xué)基團(tuán)，例如其可以用于封蓋或密封微粒。例如，所公開(kāi)的納米微?？梢员粯?gòu)造成包括固定密封納米微粒體上的開(kāi)口(例如所有開(kāi)口)的封蓋，其通向其中包含有效負(fù)荷的中空內(nèi)部區(qū)。所述封蓋可以連接至納米微粒體，使得它可以通過(guò)外部刺激可控地例如按需打開(kāi)和關(guān)閉。

在納米級(jí)結(jié)構(gòu)(納米結(jié)構(gòu))的一些實(shí)施方式中，例如，納米結(jié)構(gòu)可以下述形式合成：納米級(jí)碗-樣結(jié)構(gòu)(‘納米碗’)，所述納米級(jí)碗-樣結(jié)構(gòu)(‘納米碗’)被賦予一個(gè)或多個(gè)可以按需被打開(kāi)和關(guān)閉的可啟動(dòng)的封蓋。納米碗的示例性應(yīng)用可以包括該納米碗內(nèi)攜帶的分子和其它小物質(zhì)的區(qū)域靶向/按需遞送和控制釋放，用于診斷和/或治療(治療診斷學(xué))人和動(dòng)物疾病。在設(shè)計(jì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一些實(shí)施方式中，例如，可以合成具有中空內(nèi)部和多孔殼(具有官能化內(nèi)和/或外表面的)納米級(jí)和/或微米級(jí)載體結(jié)構(gòu)，用于物質(zhì)有效負(fù)荷的磁性引導(dǎo)遞送和控制釋放，這可以促進(jìn)在期望區(qū)域通過(guò)靶細(xì)胞的所述物質(zhì)的細(xì)胞攝取，同時(shí)將非靶向攝取和免疫應(yīng)答最小化。

所公開(kāi)的納米碗的示例性實(shí)施方案

在本申請(qǐng)技術(shù)的一些方面，可以使用易溶于水的化學(xué)物質(zhì)使所公開(kāi)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)化載體形成作為圍繞包含羧化物(carboxylate)的芯微粒的不對(duì)稱碗。另外，對(duì)于這種示例性不對(duì)稱納米級(jí)碗結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行適應(yīng)性改變，從而允許被添加到殼內(nèi)部和外部的不同修飾。在一些實(shí)施方式中，例如，這類修飾可以包括例如通過(guò)添加納米碗載體的氧化鐵/金殼產(chǎn)生對(duì)磁響應(yīng)性的納米-載體。

用于生產(chǎn)示例性納米碗載體的制造方法可以包括如下技術(shù)的一種或多種：(i)通過(guò)圍繞羧化物修飾的芯形成的二氧化硅納米碗的不對(duì)稱生長(zhǎng)合成納米-載體；(ii)對(duì)納米碗載體結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，包括，例如，通過(guò)對(duì)納米碗的內(nèi)和外表面的差別官能化進(jìn)行；對(duì)二氧化硅表面進(jìn)行修飾，包括，通過(guò)烷氧基硅烷和/或通過(guò)除去芯進(jìn)行；(iii)產(chǎn)生納米級(jí)封蓋結(jié)構(gòu)，其連接至納米碗載體的主體(例如殼)并且其可以打開(kāi)/關(guān)閉用于從納米碗內(nèi)部控制釋放示例性載荷(例如分子和材料)，其中可以通過(guò)使用物理和/或化學(xué)能(例如來(lái)自生物系統(tǒng)外部的外部來(lái)源，例如外部施加的磁場(chǎng)或通過(guò)在靶細(xì)胞或組織處或其內(nèi)部的內(nèi)部來(lái)源，例如pH條件或與胞內(nèi)核苷酸、酶或細(xì)胞器的相互作用)啟動(dòng)納米-載體的封蓋打開(kāi)/關(guān)閉；(iv)將示例性分子有效負(fù)荷(例如藥物、圖像造影劑等)載入納米碗；(v)從納米碗中控制釋放分子有效負(fù)荷；(vi)使用二氧化硅頂部上的金或其它金屬殼對(duì)納米碗外表面進(jìn)行外表面修飾，使用惰性或生物相容性材料(例如聚乙二醇或類似惰性聚合物)鈍化和/或添加靶向部分以便改善細(xì)胞更新(例如靶向配體，包括肽類、寡核苷酸、蛋白質(zhì)或其它，以便與整聯(lián)蛋白或其它細(xì)胞受體發(fā)生相互作用)；和/或(vii)將氧化鐵納米微粒加入到示例性二氧化硅納米碗結(jié)構(gòu)的外部或內(nèi)部，其可以用于在外部磁場(chǎng)下引導(dǎo)納米-載體至生物系統(tǒng)(例如活生物體)中的特定位置。

圖1-5顯示用于生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)化載體的示例性納米結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)的說(shuō)明性示意圖。圖1顯示用于合成示例性納米碗載體的制造方法的說(shuō)明性示意圖，其描述用于生產(chǎn)納米碗結(jié)構(gòu)的不同反應(yīng)。圖2顯示內(nèi)部加載有效負(fù)荷(例如藥物)并且選擇性官能化以便外部包括靶向分子的示例性納米微粒載體的說(shuō)明性示意圖。圖3顯示馬來(lái)酰亞胺被用于與二氧化硅面接的包含巰基的硅烷官能化的實(shí)例的示意圖。圖4A和4B顯示描述示例性方法的說(shuō)明性示意圖，所述示例性方法使用激光輔助的或RF加熱納米碗結(jié)構(gòu)的氧化鐵納米微粒和/或金殼釋放或打開(kāi)/關(guān)閉示例性納米碗載體的封蓋結(jié)構(gòu)，用于控制釋放有效負(fù)荷，例如，在一些實(shí)施方案中，這可以導(dǎo)致保持就位的封蓋結(jié)構(gòu)通過(guò)DNA釋放。圖5顯示所公開(kāi)的納米-載體的示例性實(shí)施方式的說(shuō)明，其中強(qiáng)磁體可以優(yōu)先將示例性磁響應(yīng)納米碗從血流中拉出并且使其進(jìn)入所關(guān)注的組織。

圖1顯示用于合成示例性納米碗載體主體的所公開(kāi)的技術(shù)的示例性制造方法100。在該實(shí)例中，合成方法100使用二氧化硅納米碗微粒111在官能化的芯微粒112、例如羧化物官能化的芯微粒(例如聚苯乙烯芯微粒)上不對(duì)稱形成，正如方法101中所示。在一些實(shí)施方式中，合成方法100可以包括，使二氧化硅納米碗微粒111表面官能化的過(guò)程102，例如使用包含胺的烷氧基硅烷使表面胺官能化，其被描述為過(guò)程102中所示的表面或?qū)?11A。在二氧化硅納米碗微粒111表面修飾后，示例性合成方法100可以包括將氧化鐵納米微粒113和金納米微粒種子114添加到示例性二氧化硅納米碗微粒111外部，這可以使其以靜電方式連接至表面，正如過(guò)程103和104中所示。例如，氧化鐵和金納米微粒種子可以被配置成大約5-15nm。示例性合成方法100可以包括形成涂層115，例如通過(guò)在示例性接種的納米碗微粒111的外表面上的金納米種子114之間產(chǎn)生填充材料來(lái)進(jìn)行，正如過(guò)程105中所示。例如，生產(chǎn)填充材料涂層115可以包括將示例性接種的二氧化硅納米碗111/聚苯乙烯芯112復(fù)合物置于離子金溶液中并且添加填充金納米種子114之間空間的還原劑。在一些實(shí)施方式中，例如，涂層115可以在二氧化硅納米碗微粒111上作為外殼生長(zhǎng)。在圖1中所示的實(shí)例中，金納米微粒種子114促進(jìn)生長(zhǎng)位置，從而在二氧化硅納米碗微粒111上產(chǎn)生外部金殼。最終，示例性合成方法100可以包括除去示例性芯微粒112，正如過(guò)程106中所示。在一些實(shí)施方式中，例如，正如過(guò)程107中所示，示例性合成方法100可以包括例如使用不同的適合的溶劑和酸進(jìn)一步向下浸蝕納米碗微粒111的示例性二氧化硅材料，以便擴(kuò)展二氧化硅納米碗載體主體120的中空內(nèi)部區(qū)。

圖2顯示使用不同分子修飾示例性納米碗載體的外和/或內(nèi)表面的示例性官能化方法，例如，得到內(nèi)部加載有效負(fù)荷230和選擇性官能化以便外部包括靶向分子225的納米碗載體主體220。例如，正如圖2中所示，對(duì)于示例性二氧化硅納米碗主體120的內(nèi)表面，烷氧基硅烷化學(xué)物質(zhì)可以用于各種分子載荷或有效負(fù)荷例如包括藥物或造影劑在內(nèi)的分子形成界面(interface)。圖3顯示使用用于與二氧化硅發(fā)生面接的包含巰基的硅烷的馬來(lái)酰亞胺官能化的實(shí)例的示意圖。涉及圖2，例如，對(duì)于示例性二氧化硅納米碗主體120的外表面，帶有游離巰基或胺的任意分子可以用于自發(fā)地連接至示例性金涂層的表面。這可以用于例如連接鈍化劑，如聚乙二醇或靶向部分。正如圖2的實(shí)例所示，納米碗載體主體220可以包括納米碗載體主體220的外表面(例如示例性金涂層115的外表面)上的官能化層211以便連接靶向劑225或鈍化劑。

所公開(kāi)的納米碗可以被構(gòu)造成包括包含分子載荷或有效負(fù)荷的蓋(例如封蓋)，其可以在需要使用外部刺激時(shí)被可控地打開(kāi)。在一些實(shí)施方案中，例如，可以使用DNA origami、完全包囊和包裹微粒的脂質(zhì)體或聚合物生成所述封蓋。在一些實(shí)施方案中，例如，可以將所述封蓋選擇性地置于納米碗腔上，以密封具有內(nèi)部俘獲的示例性載荷(例如任意藥物、造影劑等)的納米-載體。圖4A和4B說(shuō)明示例性激光輔助的或RF-輔助的加熱技術(shù)以便可控地打開(kāi)和關(guān)閉所述封蓋。納米碗載體可以在其鄰近位置釋放有效負(fù)荷。在一些實(shí)施方式中，這可以牽涉使所述封蓋上(例如覆蓋微粒)與DNA束縛。例如，DNA的熔點(diǎn)基于核苷酸組成和長(zhǎng)度可高度調(diào)節(jié)的。使用～50nm大小的示例性封蓋微粒并且使用連接至封蓋微粒和載體的納米碗結(jié)構(gòu)的DNA的互補(bǔ)鏈，可以生成熱敏感性墊或密封物?；蛘撸?，脂質(zhì)體也可以用于密封微粒。

實(shí)例如圖3、4A和4B中所示，示例性納米碗表面(圖3)和示例性載體封蓋結(jié)構(gòu)和與納米碗結(jié)構(gòu)的連接機(jī)制(圖4A和4B)，用于可控地打開(kāi)/關(guān)閉載體以便加載和釋放載荷至納米碗內(nèi)部和從其中離開(kāi)。例如，載荷或有效負(fù)荷230(例如藥物、造影劑或其它類型載荷)如圖3中所示被官能化至納米碗載體主體220內(nèi)部區(qū)，例如官能化至示例性二氧化硅納米碗微粒111的內(nèi)表面。為了差別官能化，可以使用藥物或造影劑修飾納米碗載體主體220內(nèi)部。一種用于連接的這樣的實(shí)例是使用烷氧基硅烷修飾藥物(一甲基奧瑞他汀E(monomethylauristatin E)，MMAE)，如圖3中所示。此外，例如，封蓋的納米碗載體可以用于將藥物封閉在內(nèi)部并且可控地打開(kāi)封蓋結(jié)構(gòu)以便能夠釋放藥物?？梢詫⒂行ж?fù)荷/載荷加載入示例性納米碗載體主體220的內(nèi)腔并且用可以通過(guò)外部刺激連接并且可控地啟動(dòng)以便打開(kāi)和關(guān)閉的示例性封蓋微粒密封。在一些實(shí)例中，可以將有效負(fù)荷(例如藥物)加載入納米碗載體主體(例如將納米碗與高濃度的期望的有效負(fù)荷一起溫育)，且封蓋微?？梢酝ㄟ^(guò)自組裝的單層(SAM)或其它類型的封蓋微粒與納米碗的官能化層的自組裝連接至納米碗并且密封開(kāi)口(例如將有效負(fù)荷封閉在內(nèi)部區(qū)域內(nèi))。在另外的實(shí)例中，封蓋微?？梢酝ㄟ^(guò)DNA開(kāi)關(guān)連接至納米碗并且密封開(kāi)口(例如將有效量有效負(fù)荷封閉在內(nèi)部區(qū)域內(nèi))，其中將DNA的切換開(kāi)關(guān)“ON”切換至打開(kāi)(OPEN)位置，以便使有效負(fù)荷擴(kuò)散入腔，且其中將DNA切換開(kāi)關(guān)“OFF”切換至關(guān)閉(CLOSED)位置，以便將有效負(fù)荷密封在納米碗內(nèi)部。

有效負(fù)荷從納米碗載體中的可控制釋放放

在實(shí)施方式中，例如，可以使用多種機(jī)制的任意種操作所公開(kāi)的納米碗載體，以便使載荷/有效負(fù)荷(例如分子)連接至納米-載體并且從該納米-載體中釋放所述載荷/有效負(fù)荷(例如分子)。在納米碗載體的示例性實(shí)施方案中，包括內(nèi)部官能化的載荷/有效負(fù)荷分子(例如藥物、造影劑等)，化學(xué)連接基可以使活性分子與納米碗結(jié)構(gòu)(例如二氧化硅等)的內(nèi)部區(qū)域形成界面。在MMAE的實(shí)例情況中，它通過(guò)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的酶敏感性二肽連接基(纈氨酸-瓜氨酸)保持連接至示例性二氧化硅內(nèi)部?？梢允褂昧硗獾幕瘜W(xué)連接基，它們對(duì)細(xì)胞外部的酶敏感，使得它也可以在那里釋放其有效負(fù)荷。還可以使用對(duì)光、pH和敏感的另外的化學(xué)連接基，使得該化學(xué)連接基按需釋放有效負(fù)荷。

在納米-載體的示例性實(shí)施方案中，包括封蓋或蓋結(jié)構(gòu)，納米-載體可以被構(gòu)造成在功能上對(duì)外部刺激有響應(yīng)，例如磁性納米微粒的RF加熱或金殼的近紅外(NIR)加熱，例如，以便將封蓋熔化掉(正如圖4A中所示例的)或啟動(dòng)DNA開(kāi)關(guān)/閂鎖打開(kāi)(正如圖4B中所示例的)。當(dāng)除去加熱時(shí)，例如，DNA開(kāi)關(guān)關(guān)閉，并且切斷膠囊外部的治療劑擴(kuò)散。用于啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的可選方法可以包括使用另一條DNA鏈進(jìn)行DNA置換或與另外的化學(xué)部分發(fā)生相互作用。

圖4A顯示納米碗載體主體220內(nèi)部區(qū)域中加載有效負(fù)荷230的示例性納米碗載體400A的說(shuō)明性示意圖，其中封蓋微粒420(例如金納米微粒)對(duì)開(kāi)口密封，使得有效負(fù)荷230被封閉在納米碗載體400A內(nèi)，并且不能滲漏出納米碗載體400A。在納米碗載體的該示例性實(shí)施方案中，封蓋微粒420包括在封蓋微粒420外表面上的官能化層411，例如具有特定核苷酸序列的核酸，所述官能化層411被配置成例如通過(guò)烷氧基硅烷鍵連接互補(bǔ)鏈415、例如具有官能化至納米碗載體主體220內(nèi)部區(qū)域的互補(bǔ)核苷酸序列的DNA鏈。包括納米碗載體400A的核苷酸序列和互補(bǔ)鏈415的官能化層411可以形成分子鉸鏈(例如核酸，例如DNA)，其連接至納米碗載體主體220的二氧化硅內(nèi)部區(qū)域和封蓋微粒420，以使封蓋微粒420結(jié)合納米碗載體主體220，其可以基于外部刺激可控地被打開(kāi)。正如圖4A的示意圖中所示，當(dāng)將外部刺激(例如光刺激(例如激光)、RF刺激等)施加于納米碗載體400A以導(dǎo)致納米微粒113和/或金涂層115(產(chǎn)熱)激發(fā)時(shí)，使得所述分子鉸鏈415熔化，由此釋放封蓋微粒420并且能夠釋放有效負(fù)荷230’。

圖4B顯示納米碗載體主體220內(nèi)部區(qū)域中加載有效負(fù)荷230的示例性納米碗載體400B的說(shuō)明性示意圖，其中使用可切換的閂鎖結(jié)構(gòu)440使封蓋微粒420(例如金納米微粒)對(duì)開(kāi)口密封，使得有效負(fù)荷230被封閉在納米碗載體400B內(nèi)，并且不能滲漏出納米碗載體400B。在納米碗載體的該示例性實(shí)施方案中，封蓋微粒420包括連接至納米碗載體主體220的二氧化硅內(nèi)部區(qū)域中的封蓋微粒420的可切換閂鎖結(jié)構(gòu)440。在一些實(shí)施方式中，例如，可切換的閂鎖結(jié)構(gòu)440包括分子拉鏈和彈簧裝置，例如DNA拉鏈彈簧傳動(dòng)裝置。分子拉鏈和彈簧裝置的實(shí)例描述在美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)US 2014/0080198A1中，將該文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容作為本專利文件公開(kāi)內(nèi)容的組成部分引入?yún)⒖肌＠?，可以通過(guò)偶聯(lián)至封蓋微粒420的示例性分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置440可控地阻塞開(kāi)口，得到納米微粒閘門機(jī)制，當(dāng)特定刺激(例如互補(bǔ)核苷酸序列)被納米碗載體400B識(shí)別時(shí)，其可以打開(kāi)和分離或關(guān)閉開(kāi)口?？汕袚Q閂鎖結(jié)構(gòu)440能夠拉開(kāi)拉鏈，使得其部分延伸以便從開(kāi)口中開(kāi)啟封蓋微粒420，由此使得有效負(fù)荷230’從納米碗載體400B中釋放。在另外的實(shí)施方式中，例如，可以通過(guò)施加外輻射(例如近紅外加熱金殼115、RF加熱氧化鐵納米微粒113和/或金殼115)打開(kāi)納米碗載體400B的封蓋微粒420。這類加熱可以通過(guò)施加的輻射產(chǎn)生，使得示例性分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置440可以打開(kāi)，且除去加熱可以關(guān)閉拉鏈并且重新密封微粒。

示例性分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置440在一條臂上共價(jià)連接至納米微粒(即封蓋微粒420)，其足夠大以阻塞納米碗載體主體220開(kāi)口。另一方面，示例性分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置440共價(jià)連接至納米碗載體主體220內(nèi)部(例如在內(nèi)部區(qū)域底部)。傳動(dòng)裝置440的拉鏈結(jié)構(gòu)的分子序列可以被設(shè)計(jì)成與核苷酸或病毒的RNA或DNA的某一序列互補(bǔ)。在該特異性鏈的識(shí)別時(shí)，拉鏈可以解開(kāi)和開(kāi)啟膠囊中的開(kāi)口。在一種應(yīng)用中，例如，有效負(fù)荷230可以包括可以被載入納米碗載體主體220的抗病毒藥，且由此可以被釋放入細(xì)胞，以便在納米碗載體400B遇到具有與分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置440互補(bǔ)序列的病毒時(shí)，治療病毒感染。

圖4C顯示在配置為關(guān)閉、打開(kāi)和分離狀態(tài)的分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置時(shí)可切換閂鎖結(jié)構(gòu)440的實(shí)例的示意圖。關(guān)閉狀態(tài)491的實(shí)例納米碗載體包括通過(guò)一條臂連接至封蓋微粒420并且通過(guò)另一條臂連接至納米碗載體主體220內(nèi)部的示例性分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置，其中納米碗載體主體220偶聯(lián)有拉鏈結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)序列，使得內(nèi)部區(qū)域的開(kāi)口被封蓋微粒420完全阻塞和密封。在如打開(kāi)狀態(tài)492中所示的互補(bǔ)核苷酸序列(例如病毒或其它寡核苷酸)識(shí)別時(shí)，拉鏈展開(kāi)且納米微粒開(kāi)啟膠囊開(kāi)口，使得內(nèi)部有效負(fù)荷被釋放。作為再次纏繞和導(dǎo)致納米碗載體成為關(guān)閉狀態(tài)的可替代選擇，例如，分子拉鏈/彈簧傳動(dòng)裝置可以被配置成在與互補(bǔ)核苷酸雜交時(shí)使偶聯(lián)臂與封蓋微粒420分離，正如分離針頭493中所示，使得封蓋微粒420與納米碗載體完全分離且釋放有效負(fù)荷。

在圖4A和4B的說(shuō)明性示意圖中所示的實(shí)施方案實(shí)例中，納米碗載體400A和400B被構(gòu)造成包括具有單一封蓋微粒420的單一開(kāi)口，以便對(duì)開(kāi)口密封并且將有效負(fù)荷230封閉在載體內(nèi)部區(qū)域內(nèi)部。在另外的示例性實(shí)施方案中，例如，納米碗載體400A和400B可以包括通過(guò)在制造過(guò)程中例如使用方法100使用多個(gè)芯微粒112形成的納米碗載體主體120上的多個(gè)開(kāi)口；且納米碗載體400A和400B可以包括多個(gè)封蓋微粒420和可傳動(dòng)釋放機(jī)制(例如分子鉸鏈結(jié)構(gòu)415或可切換閂鎖結(jié)構(gòu)440)，以便對(duì)相應(yīng)的開(kāi)口密封并且將有效負(fù)荷230封閉在載體內(nèi)部區(qū)域內(nèi)部。

納米碗載體至特定細(xì)胞的靶向

納米-載體可以通過(guò)使靶向分子連接至微粒外部靶向至特定細(xì)胞。在使用金涂層的一些實(shí)例中(例如示例性納米碗結(jié)構(gòu)的金填充劑和/或鍍層)，可以通過(guò)使用帶有游離巰基或胺基團(tuán)的靶向分子實(shí)現(xiàn)這一目的。巰基和胺基團(tuán)自發(fā)地與金表面形成強(qiáng)鍵。外表面還可以被鈍化配體如聚乙二醇修飾，以便改善血流中的循環(huán)時(shí)間。

納米碗載體的磁性引導(dǎo)

在一些實(shí)施方式中，例如，可以將強(qiáng)外部磁體置于所關(guān)注的身體區(qū)域，且通過(guò)靜脈內(nèi)注射的納米碗載體優(yōu)先在接近磁體的局部組織內(nèi)收集。例如，這在難以接近例如腦或深部癌瘤區(qū)域中是特別有用的。圖5顯示示例性納米碗載體(例如納米碗載體400A或400B)的示例性實(shí)施方式的說(shuō)明，其中強(qiáng)磁體可以優(yōu)先將示例性磁響應(yīng)納米碗拉出血流并且使其進(jìn)入所關(guān)注的組織。

納米碗合成的示例性制造方法和官能化

在一些實(shí)施方式中，所公開(kāi)的制造方法可以包括使用基于溶液的方法生產(chǎn)磁敏感性金納米碗結(jié)構(gòu)的合成技術(shù)，實(shí)施所述基于溶液的方法可以生成具有兩個(gè)可以被官能化的化學(xué)不同表面的微粒，如圖1中所示。進(jìn)行示例性制造方法的示例性實(shí)施方式，且一些示例性結(jié)構(gòu)如圖6和7中所示。圖6顯示示例性(N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(AEAPTMS)修飾的二氧化硅納米微粒的FTIR光譜圖。圖7顯示描述實(shí)施示例性制造方法和表征這類方法各自產(chǎn)物的結(jié)果的圖像(例如圖7的標(biāo)度條(scale bar)表示50nm)。

制造方法的示例性實(shí)施方式包括使用二氧化硅/聚苯乙烯模板以便合成納米碗結(jié)構(gòu)。例如，在帶有磁攪棒的玻璃小瓶中，制備去離子(DI)水、無(wú)水異丙醇和氫氧化銨的溶液。同時(shí)向所述溶液中，加入在劇烈攪拌的溶液形式的羧化聚苯乙烯(PS,100nm)和原硅酸四乙酯(TEOS)。將所述溶液攪拌2hrs。然后通過(guò)以1000g離心7min洗滌所述溶液，將沉淀重新懸浮于異丙醇2次和DI水2次。最終在2mL水中進(jìn)行分散。

制造方法的示例性實(shí)施方式包括二氧化硅胺表面官能化技術(shù)。例如，將(N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(AEAPTMS)加入到無(wú)水乙醇中，形成1％(v/v)溶液。將一定量的SiO₂/PS模板加入到所述溶液中，使官能化進(jìn)行2hrs。此后，用無(wú)水乙醇和DI水將微粒洗滌2次。最終的洗滌后，將微粒重新懸浮于2mL DI水。

制造方法的示例性實(shí)施方式包括使氧化鐵納米微粒連接至載體。例如，氧化鐵合成包括使FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O的混合物與氫氧化銨在氮?dú)鈿夥罩性?0℃下反應(yīng)，然后在添加油酸后使所述溶液反應(yīng)1.5小時(shí)。用去離子水將制成的磁石納米微粒洗滌至中性pH。例如，氧化鐵穩(wěn)定(使用檸檬酸鹽)包括使油酸涂敷的納米微粒在水中旋轉(zhuǎn)，潷析水。然后將微粒懸浮于檸檬酸、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合物中。然后將所述混合物在90℃在油浴中攪拌12小時(shí)。從油浴中拉出微粒，使其冷卻至室溫。隨后使用磁體，通過(guò)添加分離的乙醇沉淀微粒。將微粒分散于丙酮中，再通過(guò)磁體分離3-4次，以除去所有痕量的游離檸檬酸。將檸檬酸鹽修飾的微粒再懸浮于DI水。例如，氧化鐵納米微粒接種于模板微粒結(jié)構(gòu)包括包括在45℃將胺修飾的模板微粒溶液和檸檬酸鹽修飾的氧化鐵溶液共同攪拌至少30min。為了從所述混合物中除去過(guò)量的游離氧化鐵納米微粒，將所述溶液重復(fù)離心至少2次。顯示氧化鐵連接在帶正電荷的200nm SiO₂上的示例性結(jié)果的圖像如圖7的D組中所示。

制造方法的示例性實(shí)施方式包括將金接種至載體。例如，制備金種溶液的方法包括如下步驟。在攪拌的同時(shí)用四(羥甲基)磷鎓氯化物(THPC)的濃溶液還原氫氧化鈉(NaOH)和氯金酸(HAuCl₄)。將所述溶液在4℃在冷藏箱中放置24小時(shí)，然后用于生成5nm大小金種。例如，金接種納米碗模板包括使金納米微粒連接至模板微粒，其中將胺-修飾的模板微粒溶液和膠體金溶液在45℃攪拌至少30min。為了除去過(guò)量的游離物，離心所述溶液，洗滌至少4次。當(dāng)成功時(shí)，例如，典型地形成深紅色沉淀，將其再分散于DI水。

制造方法的示例性實(shí)施方式包括通過(guò)鍍金使在載體上形成外部涂層。例如，通過(guò)混合K₂CO₃、HAuCl₄、DI水和在4℃下暗處過(guò)夜制備鍍金溶液。該步驟將氯金酸轉(zhuǎn)化成氫氧化金溶液。將一定量的金接種的模板微粒加入到相似量的相當(dāng)?shù)穆冉鹚嶂?。將甲醛加入到鍍金溶液中以啟?dòng)鍍層。使鍍層進(jìn)行30分鐘；在此過(guò)程中，溶液從澄清變成深紫色。然后用DI水將微粒洗滌4次，以除去過(guò)量的金離子，再分散于2mL DI水中。

制造方法的示例性實(shí)施方式包括從載體結(jié)構(gòu)中除去芯微粒。例如，在室溫(RT)下將模板微粒放入過(guò)量的四氫呋喃(THF)2天。然后用水洗滌微粒以便除去痕量的THF。

制造方法的示例性實(shí)施方式包括除去部分載體結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)浸蝕形成載體內(nèi)腔。在聚苯乙烯溶解后，通過(guò)NaOH浸蝕載體，形成納米碗結(jié)構(gòu)，其中將官能化的二氧化硅納米碗結(jié)構(gòu)放入1M NaOH溶液1小時(shí)，隨后使用HCl中和NaOH。

圖7的圖像顯示所用示例性制造方法的不同方法實(shí)施方式的示例性結(jié)果。示例性二氧化硅/聚苯乙烯(SiO₂/PS)模板微粒合成及其隨后使用胺的修飾(例如，其中示例性表征結(jié)果如圖6中所示)易于再現(xiàn)。示例性SiO₂/PS模板微粒被生產(chǎn)為180-200nm直徑，如圖7的A組中所示。正如圖6中所述FTIR光譜所顯示的，模板上的二氧化硅成功地被二氧化硅和胺的標(biāo)記修飾。正如圖7B組中所示，用DMF處理微粒，在其后面遺留其中使用過(guò)聚苯乙烯微粒的腔?？梢允褂肗aOH進(jìn)一步浸蝕打開(kāi)內(nèi)腔，正如圖7的C組圖像中所示。首先使用胺修飾的商購(gòu)可得到的200nm SiO₂測(cè)試氧化鐵和金的連接，以便觀察它們是否可以被共同接種。然后將預(yù)先接種氧化鐵的微粒(圖7，D組)與金種一起溫育。圖7的E組顯示這種雙重接種。在一些實(shí)施方式中，鍍金的二氧化硅微?？梢员慌渲贸删鶆虻模诹硗獾那闆r中，如圖7的F組中所示，其可以被配置成零散的(patchy)。

表面官能化部分從示例性納米碗中的示例性釋放

一旦納米碗載體被合成，則可以給它們加載任意各種分子有效負(fù)荷，例如藥物，并且在納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)上不同的表面上被靶向部分官能化。在靶向分子CPE和藥物MMAE的示例性情況中，這些分子易于被修飾。例如，所述過(guò)程可以使用可以在胞內(nèi)被酶裂解的纈氨酸瓜氨酸(VC)二肽連接基進(jìn)行。或者，例如，對(duì)胞外肽類敏感的連接基也可以用于釋放藥物。

表面連接：為了二氧化硅表面的內(nèi)部官能化，本文還通過(guò)用巰基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)取代包含巰基的硅烷使用用于示例性Mal-vc-MMAE–CPE連接的馬來(lái)酰亞胺-硫化學(xué)，如圖3中所示。可以加入過(guò)量的MPTS，以確保MPTS完全連接至vcMMAE。這類硅烷官能化策略可以用于使熒光團(tuán)官能化，然后連接至二氧化硅。為了外部官能化，示例性靶向劑CPE_290-319可以在肽的C-末端上使用半胱氨酸定制合成。這種巰基易于在水性條件下連接至金。官能化首先可以使用CPE_290-319在過(guò)量的最大數(shù)量的CPE肽類中開(kāi)始，所述肽類可以被壓縮在微粒表面上。在離心和洗滌后，隨即可以將微粒與MPTS-Mal-vc-MMAE一起溫育。這種連接可以在乙醇中進(jìn)行。

細(xì)胞靶向：可以使用抗-CPE抗體對(duì)處理細(xì)胞進(jìn)行免疫組織化學(xué)來(lái)證實(shí)綴合物的胞吞作用。攝入的CPE_290-319會(huì)在熒光顯微鏡上顯示處于細(xì)胞的胞質(zhì)溶膠中。為了測(cè)試細(xì)胞毒性，例如，人卵巢癌細(xì)胞系2008和OVCAR-3超表達(dá)密蛋白(claudin)-3和-4蛋白，且不同量的綴合物可以用于測(cè)試治療效能。2008細(xì)胞中的密蛋白-3和密蛋白-4的敲低(knockdown)可以作為陰性對(duì)照。此外，可以將綴合物與游離MMAE和游離CPE_290-319比較。在直至96小時(shí)的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，CPE_290-319-vc-MMAE綴合物、游離MMAE和游離CPE_290-319對(duì)培養(yǎng)物中腫瘤細(xì)胞的作用可以使用細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒-8(Cell Counting Kit)試驗(yàn)評(píng)價(jià)。例如，為了敲低生成，可以實(shí)施如下操作?？梢杂寐《緲?gòu)建體遞送的shRNAi處理2008細(xì)胞以敲低密蛋白-3或-4。同時(shí)敲低兩種蛋白質(zhì)可以導(dǎo)致細(xì)胞死亡。通過(guò)mRNA表達(dá)和蛋白質(zhì)表達(dá)驗(yàn)證敲低可以使用逆轉(zhuǎn)錄酶PCR和蛋白質(zhì)印跡進(jìn)行。例如，為了綴合物的穩(wěn)定性，可以實(shí)施如下操作。綴合物的穩(wěn)定性可以通過(guò)在PBS中溫育該綴合物并且在不同時(shí)間間隔檢查降解產(chǎn)物來(lái)測(cè)試。此外，可以通過(guò)將連接基與組織蛋白酶-B一起溫育并且使用LC/MS檢查分離的MMAE測(cè)試連接基官能度。細(xì)胞死亡機(jī)制可以包括如下。例如，MMAE是高度有效的微管蛋白連接劑。蛋白質(zhì)印跡可以檢查CPE_290-319-vc-MMAE處理的細(xì)胞與未處理細(xì)胞中游離微管蛋白與微管之比，以便證實(shí)MMAE靶向預(yù)期的蛋白質(zhì)，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在一些實(shí)施方式中，例如，可以使用磁體定位微粒進(jìn)行。例如，強(qiáng)磁體可以用于在培養(yǎng)皿中將微粒定位于確定的位置。

示例性納米碗結(jié)構(gòu)的示例性封蓋

使用任意多種策略封蓋示例性納米碗主體。例如，這類封蓋可以包括納米碗的不可逆打開(kāi)和納米碗的可逆打開(kāi)以及使用脂質(zhì)體。

示例性DNA連接的金微粒作為封蓋微粒的：納米碗-封蓋微?？梢园ū籇NA官能化的金微粒，從而生成致密官能化的DNA微粒。在一些實(shí)例中，它牽涉使用～20個(gè)核苷酸的巰基基修飾的DNA用于起始官能化。然后因DNA上的磷酸鹽，可以使鹽的濃度升至較低靜電排斥?？梢赃M(jìn)行第二輪的官能化以便生成致密的DNA官能化金微粒。為了使DNA連接至二氧化硅，可以使用胺官能化的互補(bǔ)DNA?？梢允褂敏纫一?硅烷三醇一鈉溶液使二氧化硅被羧基官能化。該分子與二氧化硅表面上的無(wú)機(jī)羥基基團(tuán)反應(yīng)，得到用于胺官能化的DNA的連接點(diǎn)。然后EDC/NHS交聯(lián)劑可以用于使羧基基團(tuán)連接在胺上。在這些微粒被DNA官能化后，可以共同溫育封蓋微粒和納米碗并且形成一種微粒。

封蓋微粒與納米碗主體的示例性連接不限于DNA或金微粒。其它不可逆連接可以對(duì)化學(xué)或酶降解有響應(yīng)。此外，還可以包括應(yīng)用可重復(fù)使用的、可切換的分子連接或打開(kāi)和關(guān)閉的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)即閥門。

制造方法可以包括幾點(diǎn)，此時(shí)，可以進(jìn)行表征。一個(gè)實(shí)例包括，在完成DNA連接后，DNA連接染料如Sybr Green可以用于證實(shí)封蓋微粒或納米碗中存在DNA。另一個(gè)實(shí)例包括在封蓋微粒退火后至納米碗。這可以通過(guò)使用凝膠電泳比較退火的封蓋和納米碗各自與納米碗和封蓋微粒比較證實(shí)。另外，可以使用TEM使各微粒成像，以便顯示成功組合。

為了示例性有效負(fù)荷(例如藥物)加載，可以實(shí)施如下操作。例如，在納米碗和封蓋被退火前，可以加入高度過(guò)量的藥物，并且在納米碗和封蓋退火時(shí)，藥物在物理上應(yīng)當(dāng)保持被俘獲在納米碗的容積內(nèi)。通過(guò)RF脈沖或NIR激光加熱微粒應(yīng)當(dāng)將考慮加熱至足以熔化互補(bǔ)DNA，且由此釋放微粒。釋放還可以通過(guò)化學(xué)方式進(jìn)行，例如與互補(bǔ)DNA鏈的相互作用，使用添加其它肽類、離子或小分子的構(gòu)型轉(zhuǎn)化。

所公開(kāi)的納米碗的示例性實(shí)施方案

在所公開(kāi)的技術(shù)的一些示例性實(shí)施方案中，所公開(kāi)的納米結(jié)構(gòu)載體可以包括帶有磁官能團(tuán)的不對(duì)稱金和二氧化硅納米碗結(jié)構(gòu)，其中用于制造這些示例性納米結(jié)構(gòu)載體的方法可以包括如下過(guò)程。示例性制造方法可以包括使用芯-衛(wèi)星模板的過(guò)程，生成為包括單一較大的帶負(fù)電荷的芯和許多較小的與之連接的帶正電荷的衛(wèi)星微粒而構(gòu)造的納米碗。模板微?？梢杂糜诤铣啥嗫捉饸ぁＪ纠灾圃旆椒梢园ㄊ褂谜姾尚竞拓?fù)電荷衛(wèi)星的過(guò)程，生成納米碗結(jié)構(gòu)，即芯-衛(wèi)星模板，可以由它合成納米碗結(jié)構(gòu)。在示例性過(guò)程中，可以使用靜電吸引其它材料例如包括金、二氧化硅和/或氧化鐵圍繞衛(wèi)星微粒特定地合成納米碗結(jié)構(gòu)。示例性過(guò)程可以包括溶解芯-衛(wèi)星模板以便從該模板中釋放多個(gè)納米碗。

可以將所公開(kāi)的納米結(jié)構(gòu)載體作為具有可以儲(chǔ)存特定載荷的確定封閉結(jié)構(gòu)(例如納米級(jí)碗-樣結(jié)構(gòu))的遞送系統(tǒng)應(yīng)用?？梢詫⑺_(kāi)的納米結(jié)構(gòu)載體作為具有防止載荷被動(dòng)滲漏(例如被動(dòng)擴(kuò)散)的孔的遞送系統(tǒng)應(yīng)用?？梢詫⑺_(kāi)的納米結(jié)構(gòu)載體作為具有可以按需打開(kāi)和關(guān)閉的封蓋的遞送系統(tǒng)應(yīng)用?？梢允褂帽炯夹g(shù)的模板輔助的方法將所公開(kāi)的納米結(jié)構(gòu)載體制成不對(duì)稱碗納米結(jié)構(gòu)的形式，其中示例性納米碗結(jié)構(gòu)選擇性地圍繞芯-衛(wèi)星模板的衛(wèi)星形成，例如使用靜電吸引。

圖8顯示描述所公開(kāi)的技術(shù)的示例性制造方法800的示意圖說(shuō)明，所公開(kāi)的技術(shù)的示例性制造方法800使用芯-衛(wèi)星模板定向的方法生產(chǎn)示例性納米碗結(jié)構(gòu)。各種材料可以用于使用示例性芯-衛(wèi)星模板微粒-輔助的方法800生成不同的納米碗結(jié)構(gòu)，如圖8中所示。使用方法800生產(chǎn)的納米碗結(jié)構(gòu)的實(shí)例可以包括二氧化硅納米碗、金納米碗和磁響應(yīng)金納米碗。方法800包括用于生產(chǎn)芯-衛(wèi)星模板微粒810的過(guò)程801，所述芯-衛(wèi)星模板微粒810被構(gòu)造成包括較大的帶負(fù)電荷的芯微粒811和較小的帶正電荷的衛(wèi)星微粒812。在一些實(shí)施方式中，例如，過(guò)程801可以包括以預(yù)定比例共同混合帶負(fù)電荷的芯微粒和帶正電荷的衛(wèi)星微粒，例如小于1:100的芯與衛(wèi)星微粒。例如，1:100芯與衛(wèi)星微粒之比得到足夠的衛(wèi)星以便飽和全部芯微粒。帶正電荷的衛(wèi)星812可以選擇性地被修飾以便吸引帶負(fù)電荷的分子或納米微粒。

方法800包括基于所生產(chǎn)的芯-衛(wèi)星模板微粒810生產(chǎn)二氧化硅納米碗結(jié)構(gòu)822的過(guò)程802。例如，過(guò)程802可以包括無(wú)機(jī)二氧化硅圍繞帶正電荷的衛(wèi)星微粒812生長(zhǎng)和模板微粒、即芯微粒811和衛(wèi)星微粒812溶解，得到多個(gè)合成的二氧化硅納米碗結(jié)構(gòu)822。所合成的二氧化硅納米碗結(jié)構(gòu)822包括外部二氧化硅殼結(jié)構(gòu)和中空內(nèi)部，包括中空內(nèi)部的開(kāi)口。

方法800包括基于所生產(chǎn)的芯-衛(wèi)星模板微粒810生產(chǎn)金納米碗結(jié)構(gòu)832的過(guò)程803。例如，過(guò)程803可以包括形成金納米微粒種子831，其被吸引至衛(wèi)星微粒812，使金殼832通過(guò)金納米微粒種子831在衛(wèi)星微粒812上生長(zhǎng)；和模板微粒、即芯微粒811和衛(wèi)星微粒812溶解，以便釋放金納米碗結(jié)構(gòu)833。所合成的金納米碗結(jié)構(gòu)833包括外部金殼和中空內(nèi)部，包括中空內(nèi)部的開(kāi)口。

方法800包括基于所生產(chǎn)的芯-衛(wèi)星模板微粒810生產(chǎn)磁響應(yīng)金納米碗結(jié)構(gòu)844的過(guò)程804。過(guò)程804可以包括吸引氧化鐵納米微粒種子841和金納米微粒種子831至帶正電荷的衛(wèi)星微粒812。過(guò)程804可以包括使金殼832通過(guò)內(nèi)部包埋氧化鐵納米微粒841的金納米微粒種子831在衛(wèi)星微粒812上生長(zhǎng)。過(guò)程804可以包括溶解模板微粒、即芯微粒811和衛(wèi)星微粒812，導(dǎo)致形成磁響應(yīng)金納米碗結(jié)構(gòu)844。所合成的磁響應(yīng)金納米碗結(jié)構(gòu)844包括金殼內(nèi)包埋氧化鐵納米微粒的外部金殼和中空內(nèi)部，包括中空內(nèi)部的開(kāi)口。值得注意的是，可以使用圖8中所示的示例性制造方法800使另外的材料生長(zhǎng)和形成，以便成形并且產(chǎn)生所公開(kāi)的技術(shù)的納米碗結(jié)構(gòu)。

圖9A和9B顯示掃描電子顯微鏡檢查(SEM)圖像，其顯示出使用所公開(kāi)的模板合成制造方法由帶負(fù)電荷的1000nm聚苯乙烯芯(圖9A中)和帶正電荷的100nm(陽(yáng)離子聚電解質(zhì)官能化的)聚苯乙烯衛(wèi)星(圖9B)中生產(chǎn)的材料。例如，也可以由純二氧化硅或二氧化硅和聚苯乙烯混合物制成模板。圖10顯示例如根據(jù)圖8中所示方法在聚苯乙烯模板的衛(wèi)星微粒上形成的納米碗的二氧化硅外部的具有遞增厚度(例如左至右)的示例性制造的結(jié)構(gòu)的SEM圖像。圖10的SEM圖像顯示通過(guò)控制二氧化硅形成條件能夠控制在衛(wèi)星微粒上生長(zhǎng)的示例性納米碗的二氧化硅外部的厚度，所控制的條件例如，TEOS的量，包括中值量的TEOS(中間圖像)和大量的TEOS(右側(cè)圖像)。

在一些實(shí)施方式中，例如，示例性的制造方法可以包括使用陽(yáng)離子聚電解質(zhì)(例如聚(二烯丙基二甲基氯化銨)或聚(烯丙基胺鹽酸鹽))涂敷羧化物-修飾的聚苯乙烯球(例如100nm直徑)。示例性的制造方法可以包括靜電吸引帶負(fù)電荷的芯(例如1000nm直徑)，例如其中芯可以由羧化物-修飾的聚苯乙烯和二氧化硅制成。然后，可接種衛(wèi)星微粒并且鍍金和/或涂敷二氧化硅或涂敷氧化鐵。

在所公開(kāi)的技術(shù)的一些示例性實(shí)施方案中，可以使用芯-衛(wèi)星模板合成所公開(kāi)的納米碗結(jié)構(gòu)，所述芯-衛(wèi)星模板包括大的帶正電荷的芯和許多較小的與之連接的帶負(fù)電荷的衛(wèi)星微粒。圖11A顯示使用表面官能化的芯和衛(wèi)星微粒模板生產(chǎn)納米碗結(jié)構(gòu)(例如二氧化硅納米碗)的一個(gè)實(shí)例的說(shuō)明性示意圖，其包括如下過(guò)程。正如圖11A中所示，所述方法包括使帶負(fù)電荷的芯微粒(例如1μm聚苯乙烯)使用涂層(例如聚合物涂層，例如聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA))官能化的過(guò)程1101，以便形成帶正電荷的芯微粒表面。所述方法包括連接衛(wèi)星微粒(例如100nm帶負(fù)電荷的聚苯乙烯微粒(例如聚苯乙烯-COOH))的過(guò)程1102。所述方法包括過(guò)程1103，其使帶正電荷的官能化的芯和帶負(fù)電荷的衛(wèi)星模板與帶正電荷的硅烷反應(yīng)，形成殼結(jié)構(gòu)(例如二氧化硅殼結(jié)構(gòu))，例如QuATPmS或ATPmS等，視期望的表面修飾而定。所述方法包括過(guò)程1104，其通過(guò)除去官能化的芯–衛(wèi)星模板、例如使用有機(jī)溶劑浸蝕掉聚苯乙烯和涂敷芯的聚合物(PDDA)生產(chǎn)納米碗結(jié)構(gòu)。圖11B-11D顯示示例性制造方法實(shí)施過(guò)程中得到的微粒的說(shuō)明性示意圖和相關(guān)的SEM圖像。圖11B中所示的SEM圖像(A)顯示100nm PS-COOH衛(wèi)星，其通過(guò)電荷相互作用被連接至PDDA-涂敷的聚苯乙烯芯。圖11C中所示的SEM圖像(B)顯示使用QuATPmS涂敷后的結(jié)構(gòu)或花粉樣團(tuán)(polle)，例如，每個(gè)衛(wèi)星的尺寸增加了20-30nm。圖11D中所示的SEM圖像(C)顯示使用DMF的浸蝕過(guò)程后產(chǎn)生的納米碗結(jié)構(gòu)。圖11B-11D中的示例性刻度條表示500nm。

示例性方法包括形成聚合物涂敷的模板的過(guò)程。例如，用DI水稀釋特定量的1μm羧化物-修飾的聚苯乙烯；向所述溶液中分別加入劇烈攪拌溶液形式的NH₄OH(29％)和聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)。聚合物涂敷的模板形成過(guò)程可以包括使反應(yīng)進(jìn)行，例如20分鐘。例如，可以用4.5mL DI水稀釋500μL 1μm PS-COOH(2.7％vol/vol)水溶液；然后可以加入320μL NH4OH(29％)，攪拌；在攪拌的同時(shí)，可以加入2.5mL 1％PDDA，保持?jǐn)嚢?0分鐘。聚合物涂敷的模板形成過(guò)程可以包括洗滌溶液，例如通過(guò)以3200g離心15min和將沉淀再懸浮于DI水中3次和乙醇中2次來(lái)進(jìn)行。聚合物涂敷的模板形成過(guò)程可以包括最終分散于80％乙醇的DI水溶液。

示例性方法包括使衛(wèi)星微粒連接至聚合物涂敷的模板微粒的過(guò)程。例如，可以將1μm在80％乙醇中的PDDA涂敷的羧化物-修飾的聚苯乙烯與特定量的100nm羧化物-修飾的聚苯乙烯一起溫育30分鐘。然后可以通過(guò)以1000g離心5min將所述溶液洗滌3次。衛(wèi)星微粒連接方法可以包括在乙醇中進(jìn)行最終分散。

示例性方法包括通過(guò)胺表面官能化使二氧化硅官能化的過(guò)程。例如，可以將乙醇添加到產(chǎn)生的溶液中。官能化過(guò)程可以包括劇烈攪拌所述溶液。官能化過(guò)程可以包括向攪拌的溶液中添加少量N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N,N-三甲基氯化銨，即在甲醇中50％(QuATPmS)。官能化過(guò)程可以包括使攪拌的反應(yīng)進(jìn)行例如2小時(shí)，然后將其加熱至60℃，例如，同時(shí)再攪拌2小時(shí)。官能化過(guò)程可以包括通過(guò)離心、例如以3200g離心15min 3次用DI水洗滌反應(yīng)溶液。

示例性方法包括過(guò)程形成聚電解質(zhì)涂層或TMOS涂層。示例性方法包括除去示例性聚苯乙烯的過(guò)程。例如，模板除去過(guò)程可以包括將模板微粒置于過(guò)量的DMF中，同時(shí)攪拌和在100℃加熱過(guò)夜。模板除去過(guò)程可以包括離心樣品和再懸浮于DMF，例如重復(fù)3次。模板除去過(guò)程可以包括用水洗滌微粒以除去痕量的DMF。

所公開(kāi)的詹納斯納米微粒的示例性實(shí)施方案

兩種或更多種不同表面特性的膠體微粒(詹納斯微粒)在催化、生物成像和遞藥中具有意義。偏心式納米微粒是詹納斯微粒的類型，其包括封閉大部分模板微粒的殼，從而使得部分模板表面暴露。公開(kāi)了本技術(shù)所公開(kāi)的納米結(jié)構(gòu)和制造方法的示例性實(shí)施方案，包括圍繞詹納斯模板(例如羧化物-修飾的聚苯乙烯芯)的二氧化硅殼構(gòu)成的偏心式詹納斯納米微粒的溶液-凝膠合成。在用有機(jī)溶劑除去聚苯乙烯芯后合成納米級(jí)碗-樣結(jié)構(gòu)。示例性詹納斯模板(例如偏心式二氧化硅/聚苯乙烯微粒)和納米碗結(jié)構(gòu)可以用作用于位點(diǎn)專一的官能化或治療診斷學(xué)的通用平臺(tái)。

具有兩種或更多種獨(dú)特表面化學(xué)的膠體微?？梢苑Q作詹納斯微粒，例如在Roman神話的兩面神像之后命名的。多表面化學(xué)的組合可以生成具有其自身獨(dú)特特性的材料。詹納斯微?？梢栽诖呋?、生物醫(yī)學(xué)成像和藥物遞送中具有寬泛的應(yīng)用。

所公開(kāi)的技術(shù)包括溶液-凝膠、非-微乳化方法，其用于具有包囊詹納斯模板(例如羧化物-修飾的聚苯乙烯芯)的二氧化硅殼(例如稱作納米級(jí)橄欖微粒或‘橄欖；)的偏心式二氧化硅微粒的受控合成。所公開(kāi)的方法包括制造二氧化硅納米微粒(溶液-凝膠)且可以包括添加羧基修飾的聚苯乙烯。描述了所公開(kāi)的制造方法的示例性實(shí)施，其顯示聚苯乙烯模板大小、表面官能化和原硅酸四乙酯(TEOS)濃度對(duì)詹納斯模板-樣微粒形態(tài)的作用，并且顯示了用有機(jī)溶劑除去聚苯乙烯芯后示例性合成的納米碗結(jié)構(gòu)。納米碗可以被設(shè)計(jì)成具有腔或中空內(nèi)部區(qū)域，其可以用于儲(chǔ)存有效負(fù)荷(例如治療劑)并且在實(shí)施過(guò)程中可以被生物相容性材料結(jié)構(gòu)封蓋，用于治療劑(例如造影劑分子和治療劑)的有效和受控遞送和釋放。

用于實(shí)例實(shí)施的示例性方法和材料如下。例如，材料包括如下。得到羧化物(PS-COOH)修飾表面的球形膠體聚苯乙烯，其具有：50nm(實(shí)際45±6.2nm)直徑，在水中2.6％；100nm(實(shí)際：85±6.7nm)直徑，在水中2.62％；和200nm(實(shí)際：190±6.5nm)直徑，在水中2.65％。得到具有胺(PS-NH₂)修飾表面的聚苯乙烯，其具有：200nm(實(shí)際：230nm±16.1)直徑，在水中2.5％；硫酸鹽(PS-SO₄)修飾表面的聚苯乙烯，在水中2.65％，200nm(實(shí)際194±9nm)直徑和羥基(PS-OH)修飾表面，200nm直徑(實(shí)際190±16.1nm)，在水中2.6％。得到氫氧化銨(NH₄OH,29.79％)、二甲基甲酰胺(DMF)、TEOS(98％)和無(wú)水異丙醇(IPA)。在全部示例性實(shí)施方式中使用的去離子水使用具有18.2MΩ電阻的Millipore Advantage A10系統(tǒng)生產(chǎn)。

例如，實(shí)例微粒形成過(guò)程如下。在具有700μL H₂O、4mL IPA和1.3mL NH₄OH的20mL玻璃閃爍瓶中合成二氧化硅橄欖。向所述混合物中同時(shí)加入100μL聚苯乙烯球和83μL TEOS(60mM)，同時(shí)攪拌(另有描述的除外)。使所述溶液反應(yīng)2小時(shí)，然后通過(guò)離心終止反應(yīng)(另有描述的除外)。將反應(yīng)混合物以500g離心5min；將上清液轉(zhuǎn)(沉淀?xiàng)壢?至新鮮15mL離心管并且以或大于3000g離心5min(例如3221g 5min)。將得到的沉淀分散于～15mL IPA。通過(guò)在IPA中(例如以3221g)離心2次洗滌微粒，然后再分散并且用H₂O洗滌2次(例如通過(guò)以3221g離心)。

例如，微粒直徑和成像技術(shù)的確定如下。使用動(dòng)態(tài)光散射(DLS)或通過(guò)來(lái)自SEM圖像的100個(gè)測(cè)量值的平均值測(cè)量微粒直徑。例如，Brookhaven ZetaPlus DLS儀器用于測(cè)量溶液中的微粒尺寸。將每個(gè)樣品測(cè)量5次，得到信號(hào)平均值。報(bào)告最大峰。直方圖得自DLS或SEM測(cè)量值并且使用OriginPro 7.0繪圖。為了成像，例如，使用鈀噴涂樣品以便改善成像，例如使用Emitech K575X噴涂器。SEM圖像使用配備FEI Sirion柱的FEI XL30得到，以便能夠超高分辨。

實(shí)例實(shí)施的示例性結(jié)果如下。圖12顯示在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)使用羧化聚苯乙烯納米微粒(PS-COOH)并且使用氫氧化銨溶液、IPA、DI水制造的示例性偏心式二氧化硅/聚苯乙烯微粒(例如二氧化硅納米級(jí)橄欖)的示意圖說(shuō)明，其中添加TEOS和PS-COOH、以偏心方式圍繞PS-COOH集中的二氧化硅。過(guò)量的PS-COOH產(chǎn)生具有在二氧化硅中包埋一個(gè)或多個(gè)模板的橄欖。使用有機(jī)溶劑(例如DMF)除去模板，生成二氧化硅納米碗結(jié)構(gòu)(例如無(wú)聚苯乙烯模板的橄欖)。在示例性的實(shí)施方式中，例如，橄欖的實(shí)際形成相當(dāng)快速地發(fā)生，例如在前15-20分鐘內(nèi)，且反應(yīng)從半透明溶液變換成不透明的白色溶液。另外的處理時(shí)間不影響橄欖的形態(tài)；它僅允許使微粒固化的時(shí)間，但不包裹暴露的聚苯乙烯。只要反應(yīng)期限為18hr，則在SEM中觀察到橄欖。反應(yīng)通常在2hr后終止，例如，這確保不形成聚集物。圖13A-13D顯示反應(yīng)溶液中1hr(圖13A)、2hr(圖13B)、3hr(圖13C)和18hr(圖13D)后使用60mM TEOS生產(chǎn)的示例性偏心式二氧化硅/聚苯乙烯微粒的SEM圖像。聚苯乙烯模板始終保持部分暴露。

圖14A-14E顯示使用不同TEOS濃度形成的示例性納米級(jí)橄欖結(jié)構(gòu)的SEM圖像，例如保持所有另外的反應(yīng)劑恒定。示例性圖像顯示從遞增TEOS濃度出現(xiàn)的兩種趨勢(shì)，例如(i)橄欖直徑遞增；和(ii)被二氧化硅覆蓋的聚苯乙烯遞增。使用如下TEOS濃度以便形成橄欖。每個(gè)示例性制造條件的平均橄欖直徑和變異系數(shù)包括：(a)20mM(222nm,0.15)，如圖14A中所示；(b)40mM(206nm,0.08)，如圖14B中所示；(c)60mM(244nm,0.15)，如圖14C中所示；(d)80mM(298nm,0.18)，如圖14D中所示；和(e)100mM(539nm,0.34)，如圖14E中所示。例如，調(diào)整TEOS濃度、同時(shí)保持每種另外的條件相同改變至二氧化硅封閉PS-COOH的程度。當(dāng)TEOS濃度和聚苯乙烯的二氧化硅覆蓋增加時(shí)，所以微粒大小正如DLS所測(cè)定的，如圖14A中所示。在低TEOS濃度(例如20mM,40mM)下，半數(shù)至四分之三的聚苯乙烯表面被二氧化硅封閉。在較高濃度(例如80mM、100mM)下，二氧化硅幾乎吞沒(méi)聚苯乙烯。

例如，3種不同大小的PS-COOH用于研究模板大小對(duì)偏心式微粒形成的作用。使用60mM TEOS與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件、無(wú)PS、50nm、100nm和200nm直徑PS-COOH模板合成微粒。圖15A-15E顯示使用60mM TEOS濃度、應(yīng)用不同大小的模板、即不同直徑的PS-COOH模板合成的示例性納米級(jí)橄欖結(jié)構(gòu)的SEM圖像和數(shù)據(jù)圖：(a)50nm，如圖15A中所示；(b)100nm，如圖15B中所示；(c)200nm直徑，如圖15C中所示；和(d)無(wú)模板，如圖15D中所示。圖15E顯示描述使用50nm和100nm模板制成的橄欖的數(shù)據(jù)圖，其顯示當(dāng)與無(wú)模板制成的二氧化硅樣品比較時(shí)較小的平均直徑。例如，未報(bào)告使用200nm模板進(jìn)行橄欖合成的大小分布，因?yàn)槎趸桦y以圍繞眾多200nm模板包裹(例如它們聚集，遺留其中聚苯乙烯球曾經(jīng)存在的凹印(imprint))。正如圖15A和15B中SEM圖像所示例的，50nm和100nm PS-COOH模板成功地制成偏心式納米微粒。這些橄欖平均小于純的二氧化硅微粒。然而，60mM TEOS混合物中包括的200nm PS-COOH顯然難以形成或完全不形成。例如，從SEM圖像中可以看出，二氧化硅試圖圍繞PS-COOH包裹，但并不成功，遺留圓形凹槽(indent)和大量聚集的微粒。比較具有200nm PS-COOH大小的純二氧化硅微粒(例如350nm)，示例性結(jié)果啟示，存在二氧化硅可以吞沒(méi)PS-COOH的大小的上限?？梢詥⑹拘纬蛇^(guò)程中二氧化硅與PS-COOH的相互作用歸因于多個(gè)弱鍵。偏心式微粒的成功形成由此可以在生長(zhǎng)時(shí)鉸鏈連接，足以使二氧化硅通過(guò)物理方式俘獲PS-COOH。

在示例性實(shí)施方式的示例性結(jié)果中，例如，模板微粒的表面官能度顯然在橄欖形態(tài)上起重要作用。將200nm PS-NH₂、PS-OH或PS-SO₄加入60mM TEOS反應(yīng)溶液得到完全被二氧化硅包囊的微粒。圖16A-16C顯示表征使用胺類(圖16A)、羥基(圖16B)和硫酸酯/鹽(圖16C)官能化的示例性200nm聚苯乙烯球的SEM圖像和附帶數(shù)據(jù)圖，例如將它們加入到60mM TEOS溶液中。例如，這些聚苯乙烯球被二氧化硅均勻地涂敷，正如SEM和DLS分析數(shù)據(jù)圖所證實(shí)的。例如，通過(guò)得到的微粒直徑隨聚苯乙烯模板大小增加和顯示具有平滑形態(tài)的球形微粒的SEM圖像觀察到這一結(jié)果。因此，TEOS與PS-COOH之間的一些不確定的相互作用能夠使示例性橄欖納米結(jié)構(gòu)形成，其不與包含另外的表面官能團(tuán)的聚苯乙烯模板一起出現(xiàn)。

例如，示例性實(shí)施方式的示例性結(jié)果可以啟示，二氧化硅與PS-COOH在形成過(guò)程中與多個(gè)弱鍵發(fā)生相互作用之間相互作用。例如，比較具有200nm PS-COOH大小的純的二氧化硅微粒(350nm)，啟示芯的大小與表面官能度在詹納斯模板形成過(guò)程中起重要作用。詹納斯模板的成功形成由此可以在生長(zhǎng)時(shí)鉸鏈，足以使二氧化硅通過(guò)物理方式俘獲芯。

可以使用方法使二氧化硅圍繞不同表面官能度的聚苯乙烯生長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，均勻的殼圍繞胺-終止的聚苯乙烯生長(zhǎng)，而二氧化硅島圍繞硫酸鹽/酯終止的聚苯乙烯生長(zhǎng)。那些實(shí)施方式與所述示例性實(shí)施方式之間的差異可能歸因于所用水和氫氧化銨的相對(duì)量。上述那些實(shí)施方式使用3.5mL DI水和0.5mL氫氧化銨；水的體積高于氫氧化銨6倍。在所公開(kāi)方法的示例性實(shí)施方式中，所用的水的體積約為所用氫氧化銨體積的一半。二氧化硅納米微粒的直徑(例如使用方法形成的那些)對(duì)于反應(yīng)條件中的較小改變都高度敏感并且對(duì)于殼的形成可能亦是如此。

例如，因?yàn)槭纠约{米級(jí)橄欖結(jié)構(gòu)在同一微粒上包含二氧化硅和羧基基團(tuán)，所以化學(xué)部分如靶向部分和治療劑可以以空間確定的方式獨(dú)立地連接。所述橄欖可以具有作為多功能遞送平臺(tái)的應(yīng)用，因?yàn)樗梢栽诩{米級(jí)上以空間方式構(gòu)成不同的化學(xué)部分，這是在現(xiàn)存遞藥系統(tǒng)如納米脂質(zhì)體或二氧化硅中不常見(jiàn)的特征?；蛘撸?，通過(guò)除去聚苯乙烯，所述橄欖變成具有用于治療劑或診斷劑的內(nèi)部載體空間的納米碗。然后所公開(kāi)的納米碗可以被生物相容性材料封蓋，包括PLGA、脂質(zhì)體和脫乙酰殼多糖。

對(duì)于治療劑從納米碗結(jié)構(gòu)中的有條件釋放和控制釋放，例如封蓋(例如封蓋微粒)，有效負(fù)荷可以通過(guò)與DNA的特異性相互作用、酶加工或環(huán)境觸發(fā)器如溫度和pH而被釋放?，F(xiàn)存的遞送系統(tǒng)提出具有孔或開(kāi)放表面，其能夠被動(dòng)和/或連續(xù)釋放其載荷(造影劑分子或治療劑)。所公開(kāi)的納米碗結(jié)構(gòu)可以用于控制釋放造影劑分子或治療(治療診斷)劑。

所公開(kāi)的納米/微米球結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施方案

在本技術(shù)的一些方面中，公開(kāi)了技術(shù)、系統(tǒng)和裝置，其用于制造和實(shí)現(xiàn)納米/微米級(jí)載體結(jié)構(gòu)，其具有中空的和多孔殼官能化的內(nèi)和/或外表面并且能夠磁性引導(dǎo)，它們能夠控制釋放有效負(fù)荷、改善細(xì)胞攝取和其它特征。在一些實(shí)施方式中，所公開(kāi)的技術(shù)的納米/微米級(jí)載體結(jié)構(gòu)可以用于靶向和按需遞送用于人和動(dòng)物中異常病理學(xué)情況和疾病的診斷和/或治療的分子和小分子(例如重組治療診斷劑)。

具有100nm至100μm直徑的中空的、多孔微米-和納米-粒在催化、光電子學(xué)、生物傳感、治療劑和診斷劑的納米遞送、細(xì)胞培養(yǎng)和毒素清除方面具有特別的意義。這類微粒結(jié)構(gòu)用于包囊和儲(chǔ)存。在一些情況中，納米微粒被另外的元素、例如金或允許任務(wù)定向的官能化的自組裝的有機(jī)分子表面修飾。這種額外的官能化可以包括對(duì)光、溫度、pH和其它環(huán)境線索的反應(yīng)性。例如，金通常具有許多非常具有吸引力的光物理學(xué)特性，這些特性能夠被利用于成像和熱操作。金可以用于設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)，包括實(shí)心球和桿體、中空結(jié)構(gòu)例如納米籠和芯/殼結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施方案中，例如，所公開(kāi)的技術(shù)可以包括用于生產(chǎn)納米/微米載體結(jié)構(gòu)的制造方法，通過(guò)制造包括芯微粒的模板微粒來(lái)進(jìn)行，所述芯微粒被用于制造可以因期望應(yīng)用被官能化的選擇材料形成的多孔和/或中空/多孔殼結(jié)構(gòu)的掩蔽微粒覆蓋。在一些實(shí)施方案中，例如，可以將殼結(jié)構(gòu)制成金納米級(jí)或微米級(jí)高爾夫球，其具有實(shí)體二氧化硅芯，所述芯具有帶有連通芯的凹孔或孔的外部金殼表面。在一些實(shí)施方案中，例如，可以將殼結(jié)構(gòu)制成具有帶有連通中空內(nèi)部的孔的金殼表面的中空的和多孔的金納米級(jí)或微米級(jí)威浮球。這些實(shí)施方案可以進(jìn)一步被修飾允許容納二氧化硅殼內(nèi)的金層或島，由此促進(jìn)使外的實(shí)體(例如氧化鐵微粒、分子、鈍化劑)連接至載體結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

在一些實(shí)施方案中，例如，用于生產(chǎn)所公開(kāi)的納米/微米級(jí)載體結(jié)構(gòu)的制造方法可以包括如下過(guò)程的一個(gè)或多個(gè)。示例性制造方法可以包括：(i)合成花粉-樣模板微粒，其具有與之連接的較大中心微粒和較小衛(wèi)星微粒，例如所述微?？梢杂啥趸?、聚苯乙烯或兩者的組合制成；其中該合成可以包括(i.a.)將小的金納米微粒(例如～5nm)添加至花粉-樣模板外部；(i.b.)使用金納米微粒使較大的金島或金殼生長(zhǎng)；和/或(i.c)通過(guò)在分步溶解二氧化硅中溶解模板生成多孔高爾夫球-樣殼或中空的和多孔的威浮球-樣殼。示例性的制造方法可以包括(ii)對(duì)模板進(jìn)行修飾，其可以包括使示例性二氧化硅層圍繞金島或金殼生長(zhǎng)和/或?qū)⒀趸F納米微粒添加至示例性二氧化硅高爾夫/威浮球-樣殼的外和/或內(nèi)表面。示例性的制造方法可以包括(iii)使結(jié)構(gòu)(例如球/微粒)的內(nèi)和外表面差別官能化；用烷氧基硅烷修飾示例性二氧化硅表面并且除去芯。示例性的制造方法可以包括(iv)將分子有效負(fù)荷(例如例如藥物、圖像造影劑等)載入殼。例如，可以載入殼的分子有效負(fù)荷可以包括藥物、造影劑、酶、蛋白質(zhì)、激素、糖蛋白、糖脂、核酸、適體、脂質(zhì)和/或者金屬的、聚合的或陶瓷的納米微粒。示例性的制造方法可以包括(v)從示例性威浮球中控制釋放分子有效負(fù)荷。示例性的制造方法可以包括(vi)使用鈍化層、例如包括聚乙二醇或類似的惰性聚合物對(duì)表面進(jìn)行外表面修飾，并且添加靶向部分以便改善細(xì)胞攝取。示例性的制造方法可以包括(vii)在外部磁場(chǎng)作用下將示例性磁加載的高爾夫/威浮球載體結(jié)構(gòu)導(dǎo)入特定位置。

可以將所公開(kāi)的納米/微米載體結(jié)構(gòu)配置成能夠是內(nèi)表面雙向官能化的微粒，例如，這歸因于存在金和二氧化硅。磁性引導(dǎo)所公開(kāi)的納米/微米載體結(jié)構(gòu)通過(guò)包含磁材料是可能的。所公開(kāi)的制造方法可以使用基于同一模板的合成方法生產(chǎn)多種類型的微粒，例如兩種示例性多孔高爾夫球-樣載體結(jié)構(gòu)和中空/多孔威浮球-樣載體結(jié)構(gòu)。所公開(kāi)的制造方法可以生產(chǎn)這些多種微粒類型，其具有不同的大小，例如具有200nm或1μm直徑。

圖17-21顯示用于生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的納米/微米載體結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)的說(shuō)明性示意圖。

殼結(jié)構(gòu)的示例性合成

圖17顯示描述生產(chǎn)用于形成結(jié)構(gòu)的不同反應(yīng)的多孔和中空/多孔的載體結(jié)構(gòu)的示例性制造方法的說(shuō)明性示意圖，所形成的結(jié)構(gòu)例如為多孔高爾夫球-樣載體結(jié)構(gòu)(納米高爾夫球)和中空的和多孔的威浮球-樣載體結(jié)構(gòu)(納米威浮球)。所述制造方法包括用于合成模板微粒的過(guò)程1701，所述模板微粒包括使掩蔽微粒連接至芯微粒，例如，可以通過(guò)靜電相互作用連接。在過(guò)程1701的一些實(shí)施方式中，例如，帶負(fù)電荷的衛(wèi)星膠體聚苯乙烯球(例如～100nm)可以用作掩蔽微粒并且連接至較大陽(yáng)離子二氧化硅芯微粒(例如～1μm)。所述制造方法包括使納米微粒連接至芯微粒的未覆蓋部分的過(guò)程1702。在過(guò)程1702的一些實(shí)施方式中，例如，膠體金連接至示例性二氧化硅芯微粒，其中示例性聚苯乙烯掩蔽微粒防止這類金連接在其中掩蔽微粒連接至芯微粒的區(qū)域上。例如，可以通過(guò)將小的金納米微粒(例如～5nm)添加至花粉樣模板的外部形成金層。所述制造方法包括通過(guò)使連接的納米微粒在芯微粒的未覆蓋部分上的材料生長(zhǎng)形成層的過(guò)程1703，由此在模板上形成殼結(jié)構(gòu)。在過(guò)程1703的一些實(shí)施方式中，例如，使用生產(chǎn)金殼的金納米微粒使較大的金島或區(qū)域在模板上生長(zhǎng)。例如，可以將模板浸入氫氧化金溶液并且處理以便導(dǎo)致金種成核進(jìn)入圍繞模板的金殼。所述制造方法包括從模板中除去掩蔽微粒形成多孔的載體結(jié)構(gòu)的過(guò)程1704。在過(guò)程1704的一些實(shí)施方式中，例如，在二氧化硅芯微粒上形成的具有外部金多孔殼的多孔高爾夫球結(jié)構(gòu)可以通過(guò)溶解示例性聚苯乙烯掩蔽微粒形成。另外或可選地，所述制造方法包括通過(guò)除去微粒和芯微粒(或至少部分芯微粒)除去模板以形成中空的多孔的載體結(jié)構(gòu)的掩蔽過(guò)程1705。在過(guò)程1705的一些實(shí)施方式中，例如，可以通過(guò)在分步溶解過(guò)程中溶解示例性聚苯乙烯掩蔽微粒和示例性二氧化硅芯、例如首先溶解掩蔽微粒且然后溶解芯微粒形成金多孔殼的中空的和多孔的威浮球結(jié)構(gòu)。

模板和/或殼的示例性修飾

所述制造方法還可以包括對(duì)模板進(jìn)行能夠使殼差別官能化的表面修飾過(guò)程。在一些實(shí)施方式中，例如，所述制造方法可以包括使二氧化硅層圍繞金殼生長(zhǎng)的過(guò)程。圖18A顯示金殼1812上示例性載體結(jié)構(gòu)包括二氧化硅殼1811的說(shuō)明性示意圖。在一些實(shí)施方式中，例如，所述制造方法可以包括形成金島的過(guò)程。圖18B顯示包埋在二氧化硅殼1821內(nèi)部的金島1822上包括二氧化硅殼1821的示例性載體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明性示意圖。在一些實(shí)施方式中，例如，氧化鐵納米微?？梢员贿B接入殼的外部和/或內(nèi)部。圖19顯示加入到圖18A的示例性二氧化硅/金殼內(nèi)部的包括氧化鐵納米微粒1933的示例性載體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明性示意圖。在一些實(shí)施方式中，例如，也可以將氧化鐵納米微粒1933置于殼的外部。

所述制造方法還可以包括對(duì)形成的殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行能夠使用不同分子使殼外部和/或內(nèi)部官能化的表面修飾過(guò)程。圖20顯示示例性載體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明性示意圖，包括使用分子和/或小分子2040(例如，包括有效負(fù)荷，例如藥物)在內(nèi)部和使用靶向分子2050在外部使示例性二氧化硅殼1821/金島1822的選擇性官能化。所述制造方法可以包括使用二氧化硅表面，烷氧基硅烷化學(xué)使各種分子形成界面的過(guò)程。所述制造方法可以包括例如使用游離巰基或胺在金表面上連接分子的過(guò)程，所述游離巰基或胺自發(fā)地連接至金表面。例如，這可以用于連接鈍化劑，如聚乙二醇或靶向部分。

具有有效負(fù)荷的示例性載體加載

為了差別官能化，例如，可以使用藥物或造影劑修飾內(nèi)部。一種這類用于連接的實(shí)例是使用連接至殼結(jié)構(gòu)的烷氧基硅烷或基于材料連接至殼結(jié)構(gòu)的連接分子修飾藥物(一甲基奧瑞他汀E,MMAE)。

有效負(fù)荷從載體中的示例性釋放

在一些實(shí)施方式中，化學(xué)連接基使活性分子與二氧化硅形成界面?？梢允褂玫幕瘜W(xué)連接基可以選自對(duì)細(xì)胞內(nèi)部或外部的酶敏感的那些，例如導(dǎo)致有效負(fù)荷在靶標(biāo)處從載體中控制釋放。另外的示例性化學(xué)連接基可以選自對(duì)光、pH和溫度或其它刺激物敏感的那些，以便控制有效負(fù)荷遞送。

載體結(jié)構(gòu)可以靶向至特定細(xì)胞。例如，在使用威浮球結(jié)構(gòu)(例如中空的和多孔的載體結(jié)構(gòu))的實(shí)施方式中，載體可以通過(guò)使靶向分子連接在殼的外部靶向至特定細(xì)胞。例如，對(duì)于外部金殼，這可以通過(guò)使用帶有游離巰基或胺基團(tuán)的靶向分子實(shí)現(xiàn)。巰基和胺基團(tuán)與金表面自發(fā)地形成強(qiáng)鍵。外表面還可以被鈍化配體如聚乙二醇修飾，以改善血流中的循環(huán)時(shí)間。

載體的示例性磁性引導(dǎo)

在使用制造的納米/微米載體結(jié)構(gòu)的一些實(shí)施方式中，例如，納米高爾夫球和納米威浮球，可以將強(qiáng)外部磁體置于所關(guān)注的身體區(qū)域上，且可以將載體經(jīng)靜脈內(nèi)注入體內(nèi)(例如在生物相容性溶液中)，以便優(yōu)先集中于接近磁體的局部組織。例如，這對(duì)于難以接近的區(qū)域特別有用，例如腦或深部癌瘤。正如上述圖5中所示，可以將納米/微米載體結(jié)構(gòu)(例如納米高爾夫球或納米威浮球)注入受試者(例如人或動(dòng)物受試者)血流，且強(qiáng)磁體可以用于引導(dǎo)和定向(例如優(yōu)先拉出)示例性磁響應(yīng)載體(例如納米球)離開(kāi)血液并且進(jìn)入所關(guān)注的組織。

用于納米球載體合成和官能化的制造方法的示例性實(shí)施方式

在一些實(shí)施方式中，所公開(kāi)的制造方法可以包括如下示例性合成技術(shù)，以便使用基于溶液的方法生產(chǎn)磁敏感性金/二氧化硅納米球結(jié)構(gòu)，如圖17-20中所示。進(jìn)行示例性制造方法的示例性實(shí)施方式，其中示例性結(jié)果如圖21中所示。

PDDA對(duì)示例性二氧化硅微粒的表面官能化

膠體二氧化硅在高于～2.2的pH值下具有凈負(fù)表面電荷?？梢允褂藐?yáng)離子聚電解質(zhì)例如聚(二烯丙基二甲基氯化銨)(PDDA)逆轉(zhuǎn)膠體二氧化硅表面上的凈電荷。PDDA以靜電方式連接至表面并且逆轉(zhuǎn)膠體二氧化硅表面上的凈電荷。聚合物中的季銨離子與膠體的脫質(zhì)子化的硅烷醇基之間形成化學(xué)計(jì)算的鹽鍵。這通過(guò)向5mL 2％膠體二氧化硅的分散體(pH≥11)中添加320μL氫氧化銨來(lái)進(jìn)行。隨后，在4℃下將所述溶液放入超聲冰浴，且然后向所述混合物中加入5mL 1w％t PDDA水溶液。將得到的溶液保持在超聲浴中20min。然后將包含所述溶液的試管以3200g離心10min，以除去未吸附的聚合物。將離心和再分散重復(fù)4次，在兩者之間進(jìn)行清潔容器的轉(zhuǎn)換。將白色沉淀重新分散于5mL水。

示例性模板的合成

帶負(fù)電荷的衛(wèi)星膠體聚苯乙烯球連接至較大的陽(yáng)離子二氧化硅芯?！?00nm直徑的羧基-官能化的聚苯乙烯球以靜電方式被吸引至1000nm PDDA-官能化的二氧化硅。在2mL離心管中，將1mL PDDA-官能化的二氧化硅以3200g離心并且再分散于1mL EtOH中。在4℃下將包含PDDA-官能化的二氧化硅溶液的試管放入超聲冰浴10min。然后向PDDA-官能化的二氧化硅中加入25μL羧基-官能化膠體聚苯乙烯水溶液，保持在超聲冰浴中另外5min。然后將所述混合物以1000g離心5min，潷析，并且將淀重新分散于1mL水。

金種與模板的連接

具有1-3nm直徑的膠體金納米微粒用作鍍金過(guò)程的金種。將54mL水和50μL 10M氫氧化鈉彼此混合。在單獨(dú)的容器中，用1mL水稀釋12μL 80％四(羥甲基)磷鎓氯化物(THPC)，加入到原始溶液中，攪拌5min。向所述溶液中加入15mL 1％氯金酸，再持續(xù)攪拌30min。將金種溶液在4℃下靜置24小時(shí)，然后使用。THPC同時(shí)還原氯金酸和穩(wěn)定水溶液中的金納米微粒，得到帶有負(fù)電荷的金納米微粒。推定金的堆積密度且完全轉(zhuǎn)化成3nm金種，金種濃度為1.0×10¹⁶金種/mL。

通過(guò)共同添加100μL模板溶液和5mL金種溶液、同時(shí)劇烈攪拌使示例性金種連接至模板。將所述溶液在45℃攪拌至少30min。為從所述混合物中除去過(guò)量的游離金種，將所述溶液以1000g離心10min。將該離心步驟重復(fù)至少2次。最終，形成淡粉白色沉淀，將其重新分散于1mL水中。

示例性金殼的生長(zhǎng)

使用氫氧化金溶液使金殼在帶有連接的聚苯乙烯衛(wèi)星的示例性金-接種的膠體二氧化硅模板上生長(zhǎng)。在100mL瓶子中，通過(guò)將70mL5.37mM K₂CO₃攪拌10min、然后向所述溶液中添加3.15mL 1％氯金酸制備氫氧化金溶液。最初氫氧化金溶液為亮黃色，在冷藏前攪拌1小時(shí)后變澄清。將所述溶液在4℃下置于黑暗中24小時(shí)。然后用于電鍍(plating)。然后將500μL金-接種的模板加入到15mL氫氧化金中并且劇烈混合5min，然后添加50μL 37％甲醛。甲醛添加通過(guò)將氫氧化金還原成金屬金啟動(dòng)電鍍過(guò)程。該步驟進(jìn)行后快速添加5μL NH₄OH。這導(dǎo)致金種圍繞模板成核為殼。使用大玻璃杯將得到的溶液混合約3小時(shí)。然后將所述混合物以1000g離心5min以除去溶液。將該步驟重復(fù)至少4次。將沉淀重新分散于2mL水中。

示例性模板的溶解

當(dāng)除去100nm聚苯乙烯衛(wèi)星時(shí)，生成示例性金高爾夫球。離心后將鍍金的模板重新分散于5mL二甲基甲酰胺(DMF)中。將包含所述溶液的試管在60℃下放入超聲水浴中20min，然后以3200g離心10min并且重新分散于DMF中。將離心和使用DMF沖洗重復(fù)2次以上，然后再分散于水中。

通過(guò)經(jīng)金高爾夫球分散于10％氫氟酸(HF)，同時(shí)在2mL離心管中除去二氧化硅芯制成中空金高爾夫球。將得到的混合物保持靜置24小時(shí)。將該步驟再次重復(fù)。通過(guò)與水一起離心將中空金高爾夫球沖洗6次且然后再分散于2mL水中。

圖21A-21F顯示使用上述示例性合成技術(shù)的示例性多孔和中空/多孔納米載體結(jié)構(gòu)(例如金高爾夫球)的掃描電子顯微照片(SEM)圖像。圖21A的圖像(A)顯示示例性1000nm聚苯乙烯/SiO₂模板。圖21B的圖像(B)顯示模板的示例性金種。圖21C的圖像(C)顯示金殼生長(zhǎng)。圖21D的圖像(D)顯示較小聚苯乙烯的溶解(例如形成金高爾夫球)。圖21E的圖像(E)顯示SiO₂芯微粒的溶解(例如形成中空金威浮球)。圖21F的圖像(F)顯示示例性1000nm金殼模板的廣角視圖。圖21A-21E的圖像中所示的標(biāo)度條表示200nm。圖21F的圖像中所示的標(biāo)度條表示2μm。

雙官能化的中空的多孔納米微粒的示例性實(shí)施方案

在所公開(kāi)的技術(shù)的一些示例性實(shí)施方案中，中空的多孔納米微粒(例如中空的多孔二氧化硅納米球)、包括雙向-官能化的中空的多孔納米微?？梢栽谑纠苑植届o電組裝過(guò)程中合成。圖22A和22B顯示可以用于在雙向-官能化模板結(jié)構(gòu)上制造所公開(kāi)的技術(shù)的多孔中空納米-/微米-微粒(例如二氧化硅納米球)的示例性合成方法的說(shuō)明性示意圖，其中可以將所生產(chǎn)的多孔中空納米微粒制成在微粒內(nèi)部上具有一個(gè)化學(xué)官能團(tuán)，而在微粒外部上具有另一個(gè)化學(xué)官能團(tuán)。正如圖22A中所示，所述方法包括使帶負(fù)電荷的芯微粒官能化的過(guò)程2201，例如形成涂層，從而在芯微粒上提供帶正電荷的表面。例如，在過(guò)程2201的一些實(shí)施方式中，通過(guò)第一涂層(例如PDDA)來(lái)涂敷1μm修飾的羧化聚苯乙烯微粒以形成帶正電荷的芯微粒。所述方法包括再修飾官能化微粒的過(guò)程2202，從而形成第二涂層，以便在帶負(fù)電荷的芯上的帶正電荷的第一官能化層上得到帶負(fù)電荷的官能化表面，例如，由此產(chǎn)生雙-官能化的芯微粒。例如，在過(guò)程2202的一些實(shí)施方式中，第二涂層(例如聚(丙烯酸)(PAA))可以在芯微粒上形成，以便形成雙-官能化的芯微粒的帶負(fù)電荷的表面。所述方法包括使帶正電荷的衛(wèi)星微粒連接至多層涂敷的帶負(fù)電荷的芯微粒的過(guò)程2203。例如，在過(guò)程2203的一些實(shí)施方式中，雙-官能化聚合物涂敷的芯(例如PAA-PDDA-PS)可以連接至100nm胺修飾的聚苯乙烯微粒。所述方法包括在芯-衛(wèi)星模板上形成殼(例如二氧化硅殼)的過(guò)程2204。例如，在過(guò)程2204的一些實(shí)施方式中，帶正電荷的硅烷(例如QuATPmS)可以生長(zhǎng)在帶負(fù)電荷的PAA-PDDA-PS芯上，同時(shí)避免生長(zhǎng)在帶正電荷的衛(wèi)星上，從而在芯微粒上產(chǎn)生二氧化硅殼。在所述方法的一些實(shí)施方式中，如圖22A中所示，例如，所述方法包括除去芯-衛(wèi)星模板和產(chǎn)生中空的多孔納米微粒(例如中空的多孔二氧化硅納米球)的過(guò)程2205。例如，在過(guò)程2205的一些實(shí)施方式中，用有機(jī)溶劑浸蝕芯和衛(wèi)星微粒。而在所述方法的一些實(shí)施方式中，如圖22B中所示，例如，所述方法可以包括過(guò)程2205前在殼上形成外部官能化表面(例如涂層)的過(guò)程2206，其中所述涂層包括與殼帶相反的電荷。例如，在過(guò)程2206的一些實(shí)施方式中，原硅酸四乙酯(TEOS)可以用于在雙-官能化的芯模板上的二氧化硅殼上形成最終的薄層。

在圖22A和22B中所述方法的一些實(shí)施方案中，例如，方法可以使用過(guò)程2201中起始帶正電荷的芯微粒實(shí)施，以便形成具有帶負(fù)電荷的表面的官能化的芯微粒。過(guò)程2202可以包括在芯微粒上形成帶正電荷的第二涂層，以便形成雙-官能化的芯微粒，使得過(guò)程2203包括使帶負(fù)電荷的衛(wèi)星微粒連接至雙-官能化的芯微粒的帶正電荷的外表面。過(guò)程2204可以包括使用帶負(fù)電荷的涂層材料形成殼(例如帶負(fù)電荷的硅烷形成二氧化硅殼)，使得過(guò)程2206可以包括在殼上形成帶正電荷的外部官能化的表面。

圖23A和23B顯示示例性中空的多孔納米球合成方法的實(shí)施過(guò)程中得到的實(shí)例微粒的SEM圖像。圖23A和23B中的示例性標(biāo)度條表示200nm。

示例性方法包括形成聚合物涂敷的模板的過(guò)程。例如，用DI水稀釋特定量的1μm羧化物-修飾的聚苯乙烯；向所述溶液中以劇烈攪拌溶液的形式分別加入NH₄OH(29％)和聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)。聚合物涂敷的模板形成過(guò)程可以包括使反應(yīng)進(jìn)行，例如20分鐘。聚合物涂敷的模板形成過(guò)程可以包括，例如通過(guò)以3200g離心15min和將沉淀再懸浮于DI水3次洗滌溶液。然后，將沉淀在懸浮于DI水中。聚合物涂覆的模板形成過(guò)程可以包括添加一定量的聚(丙烯酸)(PAA)，同時(shí)溶液攪拌，例如其中所述過(guò)程允許相反電荷的聚電解質(zhì)(PAA)在PDDA上組裝。允許反應(yīng)20分鐘。然后，聚合物涂覆的模板形成過(guò)程可以包括，例如通過(guò)以3200g離心15min和將沉淀再懸浮于DI水3次洗滌溶液。最終分散可以在80％乙醇的DI水溶液中進(jìn)行。

示例性方法包括使衛(wèi)星微粒連接至聚合物涂敷的模板微粒的過(guò)程。例如，將1μm PAA/PDDA涂敷的羧化物-修飾的在80％乙醇中的聚苯乙烯微粒與特定量的100nm氨基-修飾的聚苯乙烯一起溫育30分鐘。然后通過(guò)以1000g離心5min將所述溶液洗滌3次。最終分散在乙醇中進(jìn)行。衛(wèi)星微粒連接過(guò)程可以包括在乙醇中進(jìn)行最終分散。

示例性方法包括通過(guò)胺表面官能化使二氧化硅官能化的過(guò)程。例如，可以將乙醇加入到產(chǎn)生的溶液中。官能化過(guò)程可以包括劇烈攪拌所述溶液。官能化過(guò)程可以包括向攪拌的溶液中加入少量N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)-N,N,N-三甲基氯化銨的50％甲醇溶液(QuATPmS)。官能化過(guò)程可以包括允許攪拌的反應(yīng)進(jìn)行，例如2小時(shí)，然后加熱至60℃，例如，同時(shí)再攪拌2小時(shí)。官能化過(guò)程然后可以包括通過(guò)離心、例如以3200g離心15min 3次用DI水洗滌反應(yīng)溶液。

示例性方法包括除去示例性聚苯乙烯的過(guò)程。例如，模板除去過(guò)程可以包括將模板微粒置于過(guò)量的DMF中，同時(shí)攪拌和在100℃加熱過(guò)夜。模板除去過(guò)程可以包括離心樣品和再懸浮于DMF，例如重復(fù)3次。模板除去過(guò)程可以包括用水洗滌微粒以除去痕量的DMF。

中空納米金高爾夫球和威浮球的示例性實(shí)施方案

中空的、多孔納米微粒例如納米-載體、納米脂質(zhì)體、納米殼、中間多孔天然有機(jī)材料具有催化、光電子學(xué)和生物傳感的廣泛應(yīng)用，以便遞送治療劑和診斷劑。眾多這些中空納米結(jié)構(gòu)由基于硅的材料或有機(jī)聚合物制成且通常被金屬和用于任務(wù)定向的官能化的自組裝的有機(jī)分子涂敷。描述了這類多孔和中空的多孔納米結(jié)構(gòu)及其使用模板合成方案的制造方法的示例性實(shí)施方案。例如，在另外的載體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如下所述的示例性制造方法能夠生產(chǎn)：(i)具有帶有凹孔的實(shí)心二氧化硅芯和金表面的納米級(jí)球(例如納米高爾夫球)；和(ii)表面上帶有中空金殼和孔的納米級(jí)球，例如無(wú)二氧化硅(例如納米威浮球)。在一些實(shí)施方式中，例如，通過(guò)將帶負(fù)電荷的100nm直徑聚苯乙烯珠接觸帶正電荷的1微米直徑二氧化硅芯生成模板。隨后鍍金和溶解聚苯乙烯珠產(chǎn)生具有等距離直徑(例如100nm)的凹孔的金殼，類似于高爾夫球。此外，通過(guò)溶解二氧化硅芯，生成具有孔的中空高爾夫球。示例性制造方法的所公開(kāi)的模板策略可以適用于另外的金屬和氧化物。

所公開(kāi)的技術(shù)的示例性中空的、多孔微米-和納米-微?？梢杂糜诟鞣N應(yīng)用，包括催化、光電子學(xué)、生物傳感、治療劑和診斷劑的納米遞送、細(xì)胞培養(yǎng)和毒素清除。這類結(jié)構(gòu)因存在孔也用于包囊和儲(chǔ)存。納米微粒可以被另外的元素表面修飾，例如金或能夠工作定向的官能化的自組裝的有機(jī)分子。這種額外的官能化可以包括對(duì)光、溫度、pH和其它環(huán)境線索的反應(yīng)性。

金通常具有許多非常具有吸引力的光物理學(xué)特性，其能夠被利用于成像以及熱操作，例如，包括表面等離子共振(SPR)、表面增強(qiáng)的拉曼光譜法(SERS)和光熱加熱。在生物學(xué)應(yīng)用中，金是生物相容性的且可被包含巰基的配體和靶向分子修飾。

生成中空的、多孔金納米結(jié)構(gòu)因其光學(xué)響應(yīng)表面及其儲(chǔ)存或催化的能力而也是富有吸引力的。在先在制備這類納米結(jié)構(gòu)時(shí)的嘗試限于大尺寸(數(shù)十個(gè)微米大小范圍)。使用所公開(kāi)的技術(shù)，例如，可以設(shè)計(jì)和生成可控大小的金殼高爾夫球和中空金威浮球(例如200nm和1μm直徑，如本文所述示例性實(shí)施方式中所示)，其具有可控大小的特征，例如凹孔大小和孔徑，這表明本納米結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的可伸縮性。

進(jìn)行示例性實(shí)施方式以便制造和表征示例性納米級(jí)和微米級(jí)金高爾夫球和金威浮球。使用下列示例性材料。得到具有羧化物修飾的表面(PS-COOH,2.73wt％水溶液)與100nm直徑的膠體聚苯乙烯球、具有200nm或1000nm直徑(2wt％的水溶液)的球形膠體二氧化硅(SiO₂)和聚(二烯丙基二甲基氯化銨)(PDDA)M_w～8,500(28wt％的水溶液)。得到四(羥甲基)磷鎓氯化物(THPC)(80％的水溶液)和氫氧化鈉(NaOH,10M)。得到碳酸鉀(K₂CO₃)、甲醛(37％)、氫氧化銨(NH₄OH)(29.79％)、氫氟酸(HF,48％)和二甲基甲酰胺(DMF)和無(wú)水乙醇(EtOH)。得到為粉末和制備成1wt％水溶液的氯金酸(HAuCl₄)。在全部實(shí)施方式中使用的水使用具有18.2MΩ電阻的Millipore Advantage A10系統(tǒng)生產(chǎn)。

示例性的制造方法可以包括用PDDA使二氧化硅微粒表面官能化的過(guò)程。膠體二氧化硅在高于～2.2的pH值下具有凈負(fù)表面電荷。可以使用陽(yáng)離子聚電解質(zhì)例如PDDA逆轉(zhuǎn)膠體二氧化硅表面上的凈電荷。PDDA以靜電方式連接至表面并且逆轉(zhuǎn)膠體二氧化硅表面上的凈電荷。聚合物中的季銨離子與膠體的脫質(zhì)子化的硅烷醇基之間形成化學(xué)計(jì)算的鹽鍵。這通過(guò)向5mL 2％膠體二氧化硅的分散體(pH≥11)中添加320μL氫氧化銨來(lái)進(jìn)行。隨后，在4℃下將所述溶液放入超聲冰浴，且然后向所述混合物中加入5mL 1w％t PDDA水溶液。將得到的溶液保持在超聲浴中20min。然后將包含所述溶液的試管以3200g離心10min，以除去未吸附的聚合物。將離心和再分散重復(fù)4次，在兩者之間進(jìn)行清潔容器的轉(zhuǎn)換。最終沖洗時(shí)，將二氧化硅沉淀重新分散于5mL水中。

示例性的制造方法可以包括合成模板的過(guò)程。例如，使帶負(fù)電荷的衛(wèi)星膠體聚苯乙烯球連接至較大的陽(yáng)離子二氧化硅芯?！?00nm直徑的羧基-官能化聚苯乙烯球以靜電方式被吸引至1000nm PDDA-官能化的二氧化硅。例如，在2mL離心管中，以3200g離心1mL PDDA-官能化的二氧化硅并且再分散于1mL EtOH中。在4℃下將包含PDDA-官能化的二氧化硅溶液的試管放入超聲冰浴10min。然后將25μL羧基-官能化膠體聚苯乙烯水溶液加入到PDDA-官能化的二氧化硅中，并且保持在超聲冰浴中另外的5min。然后將所述混合物以1000g離心5min，潷析并且將沉淀重新分散于1mL水中。

示例性的制造方法可以包括使金種連接至模板的過(guò)程。例如，將具有1-3nm直徑的膠體金納米微粒用作鍍金過(guò)程的金種。在這些示例性實(shí)施方式中，膠體金接種溶液的用途依賴于在其合成過(guò)程中混合反應(yīng)物的次序和方法。例如，可以通過(guò)共同混合54mL水和50μL 10M氫氧化鈉制備它們。在單獨(dú)的容器中，用1mL水稀釋12μL 80％THPC，靜置5min，然后加入到氫氧化鈉水溶液中。然后將所述混合物再攪拌5min，然后添加2mL 1wt％HAuCl₄。所述溶液變成棕紅色，攪拌30min，然后儲(chǔ)存在4℃下(例如24小時(shí)，然后所用)。將金種溶液在4℃下靜置24小時(shí)，然后使用。THPC同時(shí)還原氯金酸和穩(wěn)定在水溶液中的金納米微粒，得到帶有負(fù)電荷的金納米微粒。例如，推定金的堆積密度和完全轉(zhuǎn)化成3nm金種，金種濃度為1.0×10¹⁶金種/mL。

通過(guò)共同添加100μL模板溶液和5mL金種溶液、同時(shí)劇烈攪拌使金種連接至模板。將所述溶液在45℃攪拌至少30min。為了從所述混合物中除去過(guò)量的游離金種，將所述溶液以1000g離心10min。將該離心過(guò)程重復(fù)至少2次。最終，淡紅白色沉淀形成，重新分散于1mL水中。

示例性的制造方法可以包括使金殼生長(zhǎng)的過(guò)程。例如，通過(guò)示例性無(wú)電鍍過(guò)程使金種生長(zhǎng)成互聯(lián)的金殼結(jié)構(gòu)(例如在金-接種的帶有連接的聚苯乙烯衛(wèi)星的膠體二氧化硅模板上)。例如，通過(guò)將70mL 5.37mM K₂CO₃水溶液攪拌10min、然后添加3.15mL 1wt％HAuCl₄制備氫氧化金(Au(OH)₃)儲(chǔ)備溶液(例如183μM)。氫氧化金溶液最初為亮黃色的，在冷藏前攪拌1小時(shí)后變澄清。將所述溶液置于4℃下黑暗中老化24小時(shí)，然后用于電鍍。然后將500μL金-接種的模板加入到15mL氫氧化金溶液中，劇烈攪拌5min，然后添加50μL 37％甲醛。例如，添加甲醛通過(guò)將氫氧化金還原成金屬金啟動(dòng)電鍍過(guò)程。該工藝步驟后快速添加5μL 29％NH₄OH。例如，所述過(guò)程導(dǎo)致金種成核進(jìn)入圍繞模板的殼。使用大玻璃杯(例如電轉(zhuǎn)烤肉架)混合得到的溶液和翻滾約3小時(shí)。然后將所述混合物以1000g離心5min，潷析以除去廢物并且再分散于水中。將該工藝過(guò)程重復(fù)至少4次。將沉淀再分散于2mL水中。

示例性的制造方法可以包括除去模板(例如通過(guò)溶解)和形成金高爾夫球結(jié)構(gòu)的過(guò)程。例如，當(dāng)除去100nm聚苯乙烯衛(wèi)星時(shí)，生成金高爾夫球，例如通過(guò)經(jīng)離心后再分散于5mL DMF用溶劑溶解聚苯乙烯。離心后將鍍金的模板再分散于5mL DMF。將包含所述溶液的試管在60℃下放入超聲水浴20min，然后以3200g離心10min并且再分散于DMF中。將離心和使用DMF沖洗重復(fù)2次以上，然后再分散于水中。

在所述方法的一些實(shí)施方式中，例如，示例性的制造方法可以包括除去二氧化硅芯和形成中空金威浮球結(jié)構(gòu)的過(guò)程。例如，通過(guò)經(jīng)將金高爾夫球分散于10％HF中、例如同時(shí)在2mL離心管中除去二氧化硅芯制成中空金高爾夫球，其中將得到的混合物保持靜置24小時(shí)。離心高爾夫球并且用HF浸蝕1次以上。再通過(guò)與水一起離心沖洗中空金球(例如威浮球)(例如6次)，然后再分散于2mL水中。

例如，使用FEI XL30SFEG UHR顯微鏡在5kV加速電壓下得到掃描電子顯微鏡檢查(SEM)圖像。

圖24顯示用于制造多孔納米-/微米-級(jí)高爾夫球和中空的多孔納米-/微米-級(jí)威浮球的示例性合成方法的說(shuō)明性示意圖。圖24中所示的實(shí)例產(chǎn)生金納米高爾夫球和金納米威浮球。正如該示意圖中所示，在金接種過(guò)程2401中，被帶有以靜電方式連接的較小聚苯乙烯(PS)衛(wèi)星球的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)(PDDA)官能化的二氧化硅芯微粒用于選擇性地連接其PDDA-官能化的二氧化硅芯上的納米大小的膠體金。顯示無(wú)電鍍過(guò)程2402，其描述使納米大小的金種生長(zhǎng)為互聯(lián)的金殼。通過(guò)溶解聚苯乙烯衛(wèi)星合成金高爾夫球微粒，如過(guò)程2403中所示。在所述方法的一些實(shí)施方式中，如過(guò)程2404中所示，隨后溶解二氧化硅芯完成中空的多孔金威浮球微粒的合成。

示例性合成方法的示例性實(shí)施方式產(chǎn)生如下實(shí)例結(jié)果。通過(guò)使100nm羧基-修飾的聚苯乙烯連接至1000nm PDDA-官能化的二氧化硅芯合成模板。通過(guò)在合成過(guò)程中改變聚苯乙烯球的濃度，可以將連接至二氧化硅芯的聚苯乙烯球的量控制到飽和，其中實(shí)例如圖21A的SEM圖像中所示。這可以歸因于靜電排斥，其限制可以連接至表面的聚苯乙烯微粒數(shù)量。金殼形成包括小金種連接至模板和填充種子之間的間隙的無(wú)電鍍過(guò)程。例如，金種具有負(fù)表面電荷并且被THPC單層穩(wěn)定。這將金種吸引至模板上帶正電荷的PDDA-官能化的二氧化硅的表面。由于類似原因，所以種子的負(fù)表面電荷防止連接至模板上的聚苯乙烯。這些種子由此用作接下來(lái)的部分金殼形成的成核部位，其中實(shí)例如圖21B的SEM圖像中所示。金殼生長(zhǎng)通過(guò)將金離子還原成金屬金來(lái)完成。生長(zhǎng)優(yōu)先發(fā)生在預(yù)先形成的金表面即金接種的模板上。當(dāng)種子生長(zhǎng)時(shí)，它們彼此接觸并且最終圍繞接種的部分模板形成完整的金殼，其中實(shí)例如圖21C中的SEM圖像所示。在金殼形成后，模板微粒溶解可以生成金高爾夫球微粒(例如圖21D的SEM圖像中所示的實(shí)例)或中空的多孔微粒(例如圖21E的SEM圖像中所示的實(shí)例)。例如，通過(guò)溶解聚苯乙烯珠，生成金高爾夫球。此外，例如，將二氧化硅溶于HF稀溶液產(chǎn)生內(nèi)部中空的多孔殼。金高爾夫球形成的進(jìn)一步檢驗(yàn)顯示聚集未隨目前的反應(yīng)條件發(fā)生，其中實(shí)例如圖21F的SEM圖像所示。

金殼的厚度和完整性根據(jù)種子在模板上的表面覆蓋度、金還原動(dòng)力學(xué)和金離子/模板比決定。例如，模板上較為致密的金接種意味著金種不必生長(zhǎng)為較大，以便接觸相鄰種子。經(jīng)測(cè)定，二氧化硅上金種的飽和極限約為30％表面覆蓋度，無(wú)鹽?？梢灶A(yù)計(jì)模板芯上金接種密度接近飽和極限。

通過(guò)改變甲醛濃度和金離子濃度控制模板微粒上的金殼生長(zhǎng)。圖25A-25C顯示使用遞增甲醛濃度例如7μL(圖25A)、50μL(圖25B)和100μL(圖25C)制備的15mL 183μM氫氧化金電鍍?nèi)芤旱腻兘鹉０逦⒘５腟EM圖像；示例性標(biāo)度條表示100nm。圖25D-25F顯示使用50μL 37％甲醛與不同量的氫氧化金溶液例如2.5mL(圖25D)、5mL(圖25E)和15mL(圖25F)的鍍金模板微粒的SEM圖像；示例性標(biāo)度條表示500nm。例如，推定充分接種的模板，厚度和完整性還受限于甲醛/金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。由于反應(yīng)自由能是高度有利的，所以模板上的金沉積率是殼形成的決定性因素。在添加甲醛時(shí)，金生長(zhǎng)不足以使金種彼此接觸。這導(dǎo)致金殼不完整。為了形成完整的金殼，如圖25A-25C中所示需要較高濃度的甲醛。金覆蓋度也可能受限，只要不存在足量的覆蓋模板的金離子存在于溶液中。這顯然基于圖25D-25F中所示的示例性結(jié)果，其中增加具有相同量的甲醛的金溶液體積得到更完整和較厚的金殼。例如，使用較少的金，模板具有尚未消失的不同金島。例如，使用更多的鍍金屬溶液，金殼從斑點(diǎn)生長(zhǎng)成粗殼且最終生長(zhǎng)成更為平滑的殼。如果足夠厚的殼生長(zhǎng)，則金封閉聚苯乙烯。

示例性實(shí)施方式包括生產(chǎn)較小的模板，其使用帶正電荷的200nm PDDA二氧化硅芯和帶負(fù)電荷的100nm羧基-修飾的聚苯乙烯生成。圖26A和26B顯示來(lái)自使用示例性200nm芯的示例性金高爾夫球合成過(guò)程階段的SEM圖像。圖26A的SEM圖像顯示包含PDDA-官能化200nm二氧化硅芯和100nm羧化物-修飾的聚苯乙烯衛(wèi)星的膠體分層模板微粒。圖26B中的SEM圖像顯示完成無(wú)電鍍金過(guò)程后和除去聚苯乙烯衛(wèi)星前的微粒。

使用兩種不同材料構(gòu)成的所公開(kāi)的分層模板結(jié)構(gòu)，可以生產(chǎn)具有潛在極為不同的應(yīng)用的相同微粒的兩種變化形式(例如納米/微米高爾夫球和納米/微米威浮球)。例如，金高爾夫球的孔具有二氧化硅底且允許它們選擇性地被官能化。中空金威浮球的空白中心提供不能被金高爾夫球利用的儲(chǔ)存容量并且可以用于儲(chǔ)存和釋放治療診斷劑。

所公開(kāi)的磁定向的納米碗的示例性實(shí)施方案

在本技術(shù)的一些方面，公開(kāi)了用于制造和實(shí)現(xiàn)復(fù)合納米-/微米-級(jí)載體的技術(shù)、系統(tǒng)和裝置，所述復(fù)合納米-/微米-級(jí)載體將不同特性合并在同一載體上，其可以用于各種應(yīng)用，包括遞藥、催化和生物學(xué)成像。例如，使用所公開(kāi)的技術(shù)的模板合成方法，可以使用二氧化硅/聚苯乙烯詹納斯模板生產(chǎn)示例性磁金/二氧化硅納米碗。示例性納米碗可以被制造成包括3層結(jié)構(gòu)，包括被金殼涂敷的二氧化硅芯和夾心在其中的小氧化鐵納米微粒。例如，在該示例性制造方法的實(shí)施方式中，僅在詹納斯模板的二氧化硅上選擇性鍍金可以確保當(dāng)模板中的聚苯乙烯被溶解掉且遺留在二氧化硅內(nèi)部時(shí)，僅所述碗的外部被金涂敷。例如，這允許得到具有金外部和二氧化硅內(nèi)部的磁響應(yīng)納米碗。

圖27顯示描述用于生產(chǎn)示例性復(fù)合磁性納米級(jí)碗-樣結(jié)構(gòu)(‘納米碗’)的所公開(kāi)的技術(shù)的示例性制造方法的說(shuō)明性示意圖。所述方法包括用于合成二氧化硅/聚苯乙烯詹納斯模板的過(guò)程2701，例如在圖12中。在所述方法的一些實(shí)施方式中，例如，所述方法可以包括修飾表面(例如在二氧化硅/聚苯乙烯詹納斯模板上形成胺-官能化表面)以便促進(jìn)隨后連接納米微粒的過(guò)程2702。所述方法包括使納米微粒連接至詹納斯模板、例如氧化鐵和金納米微粒的過(guò)程2703。所述方法包括使殼在詹納斯模板上生長(zhǎng)的過(guò)程2704。在過(guò)程2704的一些實(shí)施方式中，例如，過(guò)程2704包括使用內(nèi)部分散的接種的模板(例如金和/或氧化鐵納米微粒)還原氯化金溶液。在所述方法的一些實(shí)施方式中，例如，殼的外表面可以進(jìn)一步被修飾。例如，在金殼復(fù)合納米碗的情況中，金表面被聚乙二醇修飾以保持微粒充分分散。所述方法包括形成進(jìn)入橄欖內(nèi)部的開(kāi)口以形成納米碗結(jié)構(gòu)的過(guò)程2705。例如，金覆蓋的模板通過(guò)將暴露的聚苯乙烯溶于有機(jī)溶劑變成磁碗。

示例性制造方法表示具有金外殼的復(fù)合磁性納米碗和二氧化硅碗的自下而上的合成方法。描述了示例性制造方法和得到的復(fù)合磁性納米碗微粒的示例性實(shí)施方式。例如，在包括圍繞部分暴露的聚苯乙烯芯的二氧化硅殼的不對(duì)稱二氧化硅/聚苯乙烯詹納斯模板樣模板上構(gòu)建微粒。示例性實(shí)施方式顯示使用電子顯微鏡檢查、UV/vis&IR光譜法和磁力測(cè)定法的得到的微粒形成，并且顯示這些實(shí)例納米碗的磁響應(yīng)轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，拉曼光譜法顯示這些微粒提供有效的SERS平臺(tái)。

圖28A-28F顯示包括使用示例性制造方法生產(chǎn)的示例性微粒的電子顯微鏡檢查圖像的圖像。圖28A顯示示例性詹納斯模板形成的電子顯微照片(例如二氧化硅/聚苯乙烯詹納斯模板)。圖28B顯示示例性金和氧化鐵納米微粒連接在二氧化硅上的電子顯微照片。圖28C顯示示例性金殼形成的電子顯微照片。圖28D顯示除去聚苯乙烯芯的電子顯微照片。圖28E顯示示例性鍍金的微粒在溶液中的圖像。圖28F顯示溶液中的示例性磁金/二氧化硅微粒吸引至容器外部磁體的圖像。

圖28A-28F中所示的示例性結(jié)果提供每一過(guò)程時(shí)形態(tài)改變的可視化顯影。例如，用胺-硅烷修飾詹納斯模板(AEAPTMS)產(chǎn)生正表面電荷，例如+20-30mV，正如根據(jù)ζ電位測(cè)定的。例如，依次連接帶負(fù)電荷的15nm氧化鐵(IONP)和3-5nm金(AuNP)納米微粒，其中IONP被強(qiáng)負(fù)電荷修飾，且AuNP由四(羥甲基)磷鎓氯化物(THPC)在堿性條件下還原氯金酸(HAuCl₄)來(lái)合成。例如，充分洗滌的IONP/AuNP詹納斯模板的TEM圖像(未顯示)顯示較大的IONP和較小的AuNP的致密的表面覆蓋度。

組合接種和pH在模板的適當(dāng)接種中起關(guān)鍵因素的作用。為了接種的模板保持在溶液中穩(wěn)定，當(dāng)使用靜電組裝方法時(shí)，需要電荷快速逆轉(zhuǎn)。胺修飾的模板在僅IONP存在下通常聚集。制造商提供的IONP為亞飽和濃度且由此中和表面電荷(例如ζ電位典型地為-10-+10mV)而不是完全逆轉(zhuǎn)它。例如，同時(shí)接種IONP和金，例如這歸因于金種濃度足夠高至逆轉(zhuǎn)表面電荷并且穩(wěn)定接種的模板。通過(guò)調(diào)整IONP和詹納斯模板之比，例如，如果需要，殼上IONP的量可以進(jìn)一步優(yōu)化。此外，例如，pH是檢驗(yàn)的因素，例如這歸因于在堿性條件下合成金種溶液并且保持高度堿性(例如pH>9)。在這類高pH值下，例如，胺化的模板因二氧化硅表面上的大部分胺類脫質(zhì)子化而通常為中性。將IONP加入接種溶液不會(huì)顯著地降低pH，且在這些條件下接種的嘗試導(dǎo)致大量聚集。IONP/金種溶液中用少量10mM HCl將pH調(diào)整至7-8產(chǎn)生無(wú)聚集的模板和IONP和金的成功接種，如圖28B中的TEM觀察到的。

在示例性的實(shí)施方式中，例如，通過(guò)將IONP/AuNP詹納斯模板懸浮于HAuCl₄電鍍?nèi)芤翰⑶以谀０迳线€原金形成完整殼，例如，如圖28C中所示。例如，恰在還原前將聚(乙烯吡咯烷酮)(40kDa)加入到所述溶液中，因?yàn)樗陔婂冞^(guò)程中改善金表面覆蓋度。在形成金殼后，將目前鍍金的詹納斯模板懸浮于DMF，并且溶解聚苯乙烯，例如，如圖28D中所示。示例性實(shí)施方式的示例性結(jié)果顯示，納米碗在懸浮于溶液中時(shí)展示出深藍(lán)綠色(teal)(圖28E)，并且可以被磁吸引至容器側(cè)壁(圖28F)。

在示例性的實(shí)施方式中，例如，不同的表征方式用于證實(shí)不同過(guò)程的完成。例如，在詹納斯模板形成后，用(3-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅烷(AEAPTMS)修飾詹納斯模板表面，用FTIR證實(shí)。圖29顯示胺-修飾的詹納斯模板的FTIR數(shù)據(jù)圖。光譜顯示相當(dāng)于在1500和3600cm^-1處的伯胺類的峰。此外，分別在1100和2100cm^-1處更顯著地觀察到硅氧烷和甲硅烷基氫化物鍵。這些測(cè)定結(jié)果證實(shí)目前金納米碗的吸光度測(cè)量值表明在840nm處形成吸光度峰，預(yù)示金殼圍繞二氧化硅芯。

圖30A和30B顯示示例性納米碗的殼的磁性滯后和UV/Vis數(shù)據(jù)圖。圖30A顯示微粒的磁性滯后，這表明，盡管使用15nm鐵磁微粒，但是復(fù)合微粒保持一定的鐵磁特征。圖30B顯示鍍金的納米碗的UV/Vis光譜，例如，其中840nm處的峰預(yù)示成功形成金殼。例如，使用振動(dòng)樣品磁場(chǎng)計(jì)測(cè)定微粒的磁性滯后并且發(fā)現(xiàn)其為適度鐵磁的。磁金殼納米碗的飽和磁化強(qiáng)度為0.4-0.6emu/g。15nm IONPs在15nm大小時(shí)通常是超順磁性的，但在這種特定情況中，復(fù)合微粒顯然保持一定的具有顯著的滯后現(xiàn)象的鐵磁特征。

圖31A-31C顯示除去聚苯乙烯之前(圖31A)和之后示例性聚乙二醇化磁金-二氧化硅的寬視野圖像和數(shù)據(jù)圖(圖31B)。圖31C顯示除去聚苯乙烯之前(例如實(shí)心紅色，264nm)和之后(例如斑點(diǎn)綠色，282nm)的附帶DLS數(shù)據(jù)。例如，鍍金詹納斯模板和納米碗的寬視野圖像和DLS顯示納米碗的單分散性。聚乙二醇化鍍金詹納斯模板顯示與在外二氧化硅表面上完全形成金殼一起形成的各微粒。在樣品的264nm處的單峰揭示出的DLS數(shù)據(jù)顯示與SEM圖像中觀察到的良好的一致性。在用THF除去聚苯乙烯后，例如，證實(shí)磁金納米碗在SEM(圖31B)和DLS(圖31C中的實(shí)線)中為分散性的。例如，來(lái)自這些示例性實(shí)施方式的示例性數(shù)據(jù)顯示在平均直徑適度增加至282nm，而在兩條曲線上運(yùn)行t-檢驗(yàn)顯示兩個(gè)群體彼此具有顯著性差異。

圖32A-32F顯示通過(guò)水凝膠介質(zhì)引導(dǎo)的示例性官能化磁性納米碗的縮時(shí)圖像和數(shù)據(jù)圖。例如，示例性聚乙二醇化磁性納米碗通過(guò)GelMA-co-A6ACA水凝膠被吸引至Nd-Fe-B磁體(圖32A中的左側(cè)所示)。圖32B-32E顯示引導(dǎo)的官能化磁性納米碗分別通過(guò)隨著0、9、27和52hr縮時(shí)的凝膠的示例性縮時(shí)圖。正如縮時(shí)圖像中所示，例如，凝膠右側(cè)變成明顯更藍(lán)綠色，因?yàn)榧{米碗浸潤(rùn)凝膠并且在左側(cè)脫離。在更高的光學(xué)放大倍數(shù)下，例如，如圖32F-32H中所示，在9、27和52hr時(shí)的凝膠分別顯示在9小時(shí)右側(cè)圓形區(qū)域中藍(lán)綠色向前累積(圖32F)，向左側(cè)移動(dòng)并且在27hr時(shí)以大約通過(guò)該凝膠路徑三分之二的方式更多擴(kuò)散(圖32G)，且大部分微粒在52小時(shí)時(shí)通過(guò)凝膠(圖32H)。例如，圖32F-32H中的圓形曲線高亮顯示可以隨著時(shí)間進(jìn)行在凝膠中觀察到的顯著性差異。圖32I顯示：描述每個(gè)圖像中點(diǎn)狀直線之間示例性線對(duì)比掃描的數(shù)據(jù)圖顯示在9小時(shí)右側(cè)的較大量的反襯度(contrast)。使用27和52hr的反襯度水平，例如，表明大部分微粒已經(jīng)通過(guò)，后面僅遺留痕量的納米碗。對(duì)于圖32F-32H中所示的圖像，虛線之間的距離為2mm。

圖32A-32H中所示的示例性數(shù)據(jù)顯示納米碗通過(guò)具有縮時(shí)圖像的多孔材料的能力。在示例性的實(shí)施方式中，例如，明膠-甲基丙烯酸酯-共-N-丙烯酰基6-氨基己酸凝膠一側(cè)上放置在一處進(jìn)入的強(qiáng)稀土磁體并且在52小時(shí)期間內(nèi)成像。在時(shí)程內(nèi)聚乙二醇化納米碗被吸引至磁體且微粒在凝膠中浸潤(rùn)可以被顯影為預(yù)先澄清凝膠中的藍(lán)綠色。例如，所述凝膠隨時(shí)間的推移逐步變成更為藍(lán)綠色；且在靠近檢查中，微粒前部可以觀察到浸潤(rùn)凝膠并且隨時(shí)間的進(jìn)展遍及擴(kuò)散。

此外，示例性金/二氧化硅納米碗可以用作SERS平臺(tái)，其合并了連接拉曼報(bào)道分子的靈敏度和特異性的優(yōu)點(diǎn)。例如，使用羅丹明B(Rho B)作為探針?lè)肿訙y(cè)試示例性納米碗的SERS活性。當(dāng)激發(fā)激光和拉曼散射聲子頻率接近局限性表面等離子共振頻率時(shí)，SERS效應(yīng)可以被最大化。例如，示例性納米碗在840nm呈現(xiàn)最大吸收峰?；诖?，示例性632和785nm激光用于這些示例性實(shí)施方式中的拉曼激發(fā)。圖33顯示使用和不使用金/二氧化硅納米碗的Rho B的示例性拉曼光譜。圖33顯示0.1M羅丹明B在水溶液中的拉曼光譜的數(shù)據(jù)圖(光譜(a))；金/二氧化硅納米碗上的1×10^-6M羅丹明的SERS光譜，150mW 632nm激發(fā)，30s獲取(光譜(b))；和金/二氧化硅納米碗上的1×10^-6M羅丹明的SERS光譜，150mW 785nm激發(fā)，30s獲取(光譜(c))。正如示例性數(shù)據(jù)中所示，存在拉曼強(qiáng)度的顯著增加，例如，其中使用785nm激光激發(fā)的金/二氧化硅納米碗上的SERS強(qiáng)度大于單一Rho B10-倍；且比使用632nm激光的相同樣品強(qiáng)7-倍。

所公開(kāi)的磁金成殼的納米碗可以通過(guò)用生物相容性材料包括脂質(zhì)體、脫乙酰殼多糖和PLGA密封碗用于各種應(yīng)用，例如遞藥媒介物。例如，為了從所述碗中有條件的和控制釋放治療劑，可以通過(guò)與DNA的特異性相互作用、酶加工或環(huán)境觸發(fā)器如溫度和pH釋放這類封蓋。例如，所公開(kāi)的納米碗可以用于磁性引導(dǎo)遞送和受控按需釋放造影劑分子(治療診斷)活性劑。

針對(duì)示例性詹納斯微粒的芯大小的示例性實(shí)施方式

描述了檢驗(yàn)羧化聚苯乙烯(cPS)芯大小對(duì)cPS-二氧化硅詹納斯微粒形態(tài)(例如其大小和形狀)的作用的示例性實(shí)施方式和結(jié)果。例如，在這些示例性實(shí)施方式中研究2種不同的二氧化硅大小和5種不同的cPS芯大小。來(lái)自電子顯微鏡檢查(EM)和動(dòng)態(tài)光散射(DLS)分析的示例性結(jié)果表明復(fù)合cPS-二氧化硅微粒獲得了2種不同形狀，例如(i)當(dāng)cPS芯的大小遠(yuǎn)小于非-cPS二氧化硅(b-SiO₂)球時(shí)，形成部分包囊的詹納斯微粒；和(ii)當(dāng)cPS芯大于或等于b-SiO2球時(shí)，例如，形成覆盆子-樣結(jié)構(gòu)而非詹納斯微粒。例如，當(dāng)cPS芯的大小遠(yuǎn)小于非-cPS二氧化硅(b-SiO2)球時(shí)，得到～100nm-500nm大小的cPS-二氧化硅詹納斯微粒。示例性大小可變的納米級(jí)詹納斯微粒在多功能遞送治療診斷平臺(tái)和催化中具有廣泛應(yīng)用。

例如，所述示例性實(shí)施方式檢驗(yàn)cPS芯大小對(duì)cPS-二氧化硅形態(tài)的依賴性，例如，其中通過(guò)添加不同芯大小的(例如50-1000nm)cPS芯以形成小(例如～180nm)和大(例如380nm)b-SiO₂納米微粒生成cPS-二氧化硅微粒。用于分別生產(chǎn)示例性小b-SiO₂和大b-SiO₂的反應(yīng)條件在本文中稱作“小配方(recipe)”和“大配方”。使用b-SiO₂納米微粒大小作為參比評(píng)價(jià)芯大小對(duì)cPS-二氧化硅微粒形態(tài)的依賴性；且使用TEM、SEM和DLS評(píng)價(jià)微粒形態(tài)。不使用任何cPS芯，上述舉出的配方生成小(例如～180nm)和大(例如～380nm)直徑b-SiO₂納米微粒。

圖34顯示當(dāng)將羧化聚苯乙烯微粒加入到二氧化硅溶液-凝膠反應(yīng)中時(shí)形成的示例性cPS-二氧化硅詹納斯微粒的說(shuō)明性示意圖和附帶圖像。在溶液-凝膠反應(yīng)開(kāi)始時(shí)添加cPS之后首先觀察到形成cPS-二氧化硅詹納斯微粒。正如圖34中所示，可以通過(guò)平滑二氧化硅殼和其中恰恰二氧化硅滿足cPS的表面上不同的凹陷來(lái)鑒定這些微粒。這些凹陷易于在SEM圖像中識(shí)別，這歸因于二氧化硅中的特征性圓形斑點(diǎn)。

首先通過(guò)保持反應(yīng)體積恒定來(lái)研究大小依賴性。檢驗(yàn)不同直徑(50nm-400nm)的4種cPS芯的較小配方，同時(shí)檢驗(yàn)5種不同cPS芯(50-1000nm)的大配方。

圖35A顯示使用具有不同直徑cPS芯的小二氧化硅過(guò)程的示例性微粒的圖像，例如，圖像(a)中的50nm；圖像(b)中的100nm；圖像(c)中的200nm；圖像(d)中的和400nm。圖35A中的圖像各自包括寬視野圖像插入物，其顯示示例性cPS-二氧化硅微粒的更詳細(xì)的圖像。通過(guò)添加50nm芯大小的小二氧化硅過(guò)程生成均勻大小的詹納斯微粒。添加100nm芯生成具有嘗試覆蓋該芯的多個(gè)二氧化硅殼的微粒。當(dāng)芯變大(例如200、400nm)時(shí)，二氧化硅圍繞多個(gè)成塊的(lumpy)殼中較大芯形成，且過(guò)量的二氧化硅合并成較小的微粒。對(duì)于較小的乙醇配方，小于小b-SiO₂的芯(例如50nm)形成充分確定的詹納斯微粒，如圖35A的圖像(a)中所示。然而，當(dāng)PS芯直徑類似地改變大小或遠(yuǎn)大于b-SiO₂微粒時(shí)，二氧化硅開(kāi)始涂敷簇狀物(clumps)的cPS，如圖35A的圖像(b)中所示。簇狀物變成更大量，且確定的覆盆子-樣殼隨著芯大小增加形成，正如圖35A中的圖像(c)和(d)中所示。二氧化硅完全涂敷cPS，遺留過(guò)量TEOS，圍繞它形成純的二氧化硅微粒，覆盆子殼和詹納斯微粒形成也是相對(duì)均勻的，正如可以在寬視野圖像中觀察到的。圖35B包括顯示相應(yīng)DLS分布的直方圖數(shù)據(jù)圖。

示例性實(shí)施方式顯示當(dāng)使用大二氧化硅配方改變芯大小時(shí)出現(xiàn)的類似趨勢(shì)。圖36顯示使用應(yīng)用不同直徑cPS芯的大二氧化硅制造過(guò)程生產(chǎn)的示例性微粒的電子顯微照片和附帶DLS直方圖。例如，圖像和相應(yīng)的直方圖包括如下cPS芯大小：圖像(a)中的50nm；圖像(b)中的100nm；圖像(c)中的200nm；圖像(d)中的和400nm；和圖像(e)中的1000nm。50和100nm芯大小相當(dāng)于圍繞新的部分包囊。中間大小的芯(例如200nm)顯示形成覆盆子-樣殼。非常大的芯(例如400、1000nm)顯示cPS芯被覆盆子-樣殼覆蓋，所述覆盆子-樣殼具有大于使用小二氧化硅過(guò)程形成的殼的二氧化硅簇狀物。DLS直方圖揭示出形成較大結(jié)構(gòu)，并且證實(shí)較小的二氧化硅微粒。當(dāng)使用50nm芯時(shí)，多個(gè)芯顯然幾乎完全被包囊在單一詹納斯微粒中，如圖36的(a)組中所示。當(dāng)使用100nm芯時(shí)，二氧化硅對(duì)cPS的包囊明顯減少，如圖36的(b)組中所示。此外，形成具有較小cPS芯(例如50-100nm)的cPS-二氧化硅詹納斯微粒，而直徑大于相應(yīng)的較小配方中的微粒。例如，使用接近大b-SiO₂的微粒大小的中間大小的芯(例如200,400nm)，完整的二氧化硅殼使用不同水平的隆起塊(bump)形成。例如，示例性200nm芯顯示具有圍繞殼的幾個(gè)確定隆起塊的完整二氧化硅殼，如圖36的(c)組中所示。例如，示例性400nm芯顯示這種趨勢(shì)的較大進(jìn)展，因?yàn)榭梢杂^察到在cPS芯外部上形成更多隆起塊，如圖36的(d)組中所示。例如，當(dāng)芯(例如1000nm)遠(yuǎn)大于b-SiO₂時(shí)，隆起塊顯然在二氧化硅表面上極為顯著，如圖36的(e)組中所示。

覆盆子-樣殼(例如cPS芯>b-SiO₂微粒)形成可能是不同TEOS/cPS之比而非芯大小的結(jié)果。為了解釋這種可能性，對(duì)于使用相同配方制成的不同芯大小，使TEOS與cPS之比保持恒定。圖37顯示通過(guò)經(jīng)改變TEOS/PS之比在10¹⁰(圖像(a)、(b)和(c)；和在10⁹(圖像(d)、(e)和(f))生成的示例性小二氧化硅過(guò)程生產(chǎn)的示例性PS/二氧化硅復(fù)合物的圖像。例如，當(dāng)芯大小從200nm(例如圖像(a)、(d))增加至400(例如圖像(b)、(e))和增加至1000nm(例如圖像(c)、(f))時(shí)，觀察到隆起塊更為顯著且數(shù)量大于較大二氧化硅過(guò)程。從示例性實(shí)施方式的示例性結(jié)果中，顯而易見(jiàn)，當(dāng)芯大小增加時(shí)，二氧化硅殼開(kāi)始變平滑(例如圖像(c))或融合(例如圖像(f))，例如，這取決于TEOS/PS之比。過(guò)量的二氧化硅融合成較小的二氧化硅微粒，且作為較小的球是顯著的。從這些SEM圖像中，覆盆子-樣二氧化硅殼涂敷全部cPS芯，且溶液中任意過(guò)量的TEOS形成二氧化硅納米微粒。改變TEOS/PS之比不會(huì)影響殼的總體形態(tài)。此外，以相同的TEOS/PS之比，當(dāng)芯大小增加時(shí)，殼展示出多個(gè)顯著的隆起塊以及較大數(shù)量的隆起塊。

圖38顯示通過(guò)經(jīng)改變TEOS/PS之比在10¹⁰(圖像(a)、(b)和(c)；和在10⁹(圖像(d)、(e)和(f))生成的示例性小二氧化硅過(guò)程生產(chǎn)的示例性PS/二氧化硅復(fù)合物的圖像。經(jīng)證實(shí)二氧化硅-包囊的cPS區(qū)別于實(shí)心二氧化硅微粒的方面在于其較大的直徑和表面上的多個(gè)隆起塊。例如，當(dāng)芯大小從200nm(例如圖像(a)、(d))增加至400(例如圖像(b)、(e))和增加至1000nm(例如圖像(c)、(f))時(shí)，隆起塊變得更為顯著且數(shù)量眾多，其達(dá)到其中它們不能不能完全覆蓋微粒表面的點(diǎn)。與圖37中的示例性結(jié)果類似，覆盆子-樣殼涂敷全部cPS芯，且過(guò)量的TEOS也形成二氧化硅納米微粒，如圖38的結(jié)果中所示。這些實(shí)例結(jié)果啟示，改變TEOS/PS之比通常不會(huì)顯著地影響覆盆子殼的總體形態(tài)。此外，當(dāng)芯大小增加時(shí)，殼展示出更大量的隆起塊。然而，在具有相同TEOS/PS之比和cPS芯大小處于小(例如形成小b-SiO₂微粒的條件)與大(例如形成大b-SiO₂微粒的條件)配方(例如圖37的圖像(a)與圖38的圖像(a))之間的比較樣品中，使用小配方的二氧化硅殼上的各隆起塊與大配方相比減少。

圖39顯示在詹納斯微粒形成中芯的作用的示例性模型的說(shuō)明性示意圖。例如，當(dāng)芯大小遠(yuǎn)小于b-SiO₂粒徑時(shí)，詹納斯微粒形成。當(dāng)芯和b-SiO₂直徑彼此大小接近時(shí)，覆盆子-樣殼圍繞僅帶有幾個(gè)隆起塊的cPS形成。當(dāng)芯遠(yuǎn)大于b-SiO₂時(shí)，TEOS形成覆盆子-樣殼，其具有圍繞PS芯的大量圓形突出。芯與b-SiO₂之間的大小差異越大，則隆起塊越為明顯和數(shù)量越多。另外，未摻入覆盆子殼的任意過(guò)量的TEOS隨后形成與b-SiO₂大小類似的二氧化硅納米微粒。如果cPS芯直徑保持相同且TEOS/PS之比增加，則逐步形成隆起塊狀二氧化硅殼，以便彼此融合，形成更為平滑的殼(圖39的(b)組)。

用示例性詹納斯二氧化硅納米微粒詹納斯微粒俘獲膠體金納米微粒的示例性實(shí)施方式

描述了示例性實(shí)施方式，其顯示基于示例性雙官能化的二氧化硅納米微粒的金納米微粒(GNPs)俘獲器平臺(tái)(二氧化硅高爾夫球)，所述平臺(tái)能夠以物理方式將不同大小的GNPs吸附在pH受控的緩沖液中。例如，使用不均勻分層模板合成衍生的二氧化硅高爾夫球，同時(shí)使用分散于具有預(yù)定溶液離子強(qiáng)度的pH受控緩沖液中的二氧化硅高爾夫球俘獲一個(gè)或多個(gè)膠體GNPs。呈現(xiàn)實(shí)例獲取的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像以便使GNPS定位于二氧化硅高爾夫球上。所公開(kāi)的技術(shù)的這種示例性生物相容性俘獲器平臺(tái)模板確保較大的官能化的二氧化硅芯，其具有以物理方式吸附至二氧化硅芯表面的100nm直徑的聚苯乙烯微粒。在一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)在官能化的二氧化硅芯上選擇性地涂敷二氧化硅、隨后用有機(jī)溶劑溶解聚苯乙烯微粒制造具有100nm凹孔的生物相容性俘獲器平臺(tái)。例如，俘獲器平臺(tái)在再循環(huán)醫(yī)療GNPs中是相當(dāng)有用的，從而可以提供用于在人體醫(yī)療保健中GNPs的有經(jīng)濟(jì)意義的持續(xù)應(yīng)用的有價(jià)值的工具。俘獲器平臺(tái)還可以潛在地應(yīng)用于從植物組織或細(xì)胞中非侵害性采集GNPs，從而促進(jìn)金蓄積，提供用于采集GNPs作為天然產(chǎn)物的有價(jià)值的工具。

‘Greener’，更持續(xù)性的GNP合成和分選方法可以通過(guò)更依賴于生物合成方法、隨后是使用二氧化硅高爾夫球的非侵害性GNP俘獲和較少依賴于毒性化學(xué)合成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用示例性修飾的分層模板策略與不同芯(例如二氧化硅)和衛(wèi)星(例如聚苯乙烯)材料，這些示例性實(shí)施方式的結(jié)果顯示，可以通過(guò)不均勻分層模板策略實(shí)現(xiàn)二氧化硅納米微粒的選擇性表面官能化目的。還證實(shí)，不均勻分層模板策略與其均勻復(fù)本同樣是大小可變的。例如，顯示二氧化硅高爾夫球能夠?qū)⒛z體金納米微粒俘獲在pH受控緩沖液內(nèi)部。

官能化NP的合成和二氧化硅高爾夫球的制備使用如下過(guò)程，例如：(1)PS連接的模板合成；(2)模板上TEOS電鍍；和(3)PS浸蝕。通過(guò)經(jīng)FEI XL30SFEG UHR SEM的掃描電子顯微鏡檢查(SEM)從形態(tài)上評(píng)價(jià)胺和季銨官能化NP制造和二氧化硅高爾夫球制備的示例性結(jié)果。例如，通過(guò)預(yù)制的模板微粒上的TEOS自組裝合成二氧化硅高爾夫球。該反應(yīng)由濃銨催化。通過(guò)使較小的100nm PS微粒以物理方式分別吸附在胺官能化1000nm二氧化硅微粒和季銨官能化1000nm二氧化硅微粒上制備模板微粒。隨后，例如，通過(guò)在水浴中將所述微粒溶于加熱至60℃的DMF，從二氧化硅高爾夫球表面浸蝕出100nm PS微粒。圖40顯示示例性合成方法的說(shuō)明性示意圖。圖40顯示示例性應(yīng)用于二氧化硅高爾夫球合成中的不均勻分層模板過(guò)程。(a)組顯示示例性二氧化硅芯(例如灰色)；(b)組顯示被(3-氨基丙基)-三甲氧基硅烷(APTMS)或N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化銨的殼官能化的示例性二氧化硅芯(例如綠色)，所述(3-氨基丙基)-三甲氧基硅烷(APTMS)或N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化銨的殼上以靜電方式連接了較小的聚苯乙烯(PS)衛(wèi)星球(例如藍(lán)色)，如(c)組中所示。(d)組顯示生長(zhǎng)為官能化殼外部互聯(lián)二氧化硅殼的示例性TEOS殼。(e)組顯示聚苯乙烯衛(wèi)星溶解完成了二氧化硅高爾夫球微粒的合成。

圖41顯示示例性官能化微粒、例如來(lái)自使用1000nm二氧化硅芯的二氧化硅高爾夫球合成過(guò)程階段的官能化微粒的SEM圖像。例如，(a)組顯示通過(guò)胺或季銨官能化1000nm二氧化硅球表面上100nm羧化物-修飾的聚苯乙烯自組裝生成的模擬花粉的結(jié)構(gòu)。(b)組顯示TEOS在胺官能化殼上生長(zhǎng)后，除去聚苯乙烯提供模擬多孔高爾夫球的結(jié)構(gòu)(箭頭指示孔)。(c)組顯示TEOS在胺官能化殼上生長(zhǎng)后，除去聚苯乙烯提供模擬多孔高爾夫球的結(jié)構(gòu)(箭頭指示孔)。

APTMS量和N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化銨的量在合成過(guò)程中可變，且最終，兩種化合物的量均被調(diào)節(jié)至飽和。二氧化硅NPs和羧化PS NPs的濃度和表面官能化化學(xué)物質(zhì)的量均說(shuō)明PS NPs在芯微粒表面上的密度。

在PS浸蝕過(guò)程中，例如，評(píng)價(jià)氯仿、甲苯和二甲基甲酰胺(DMF)浸蝕掉PS的能力。期望的溶劑溶解PS并且防止PS粘結(jié)至二氧化硅高爾夫球，而不是僅軟化PS。在這些示例性實(shí)施方式中，例如，DMF作用最佳。在這些示例性實(shí)施方式中，例如，氯仿的密度高至微粒難以從溶液中被離心出來(lái)。此外，氯仿僅從微粒表面浸蝕出大部分PS，而遺留在PS上的是粘性的，即高爾夫球凹孔可能被PS覆蓋。在這些示例性實(shí)施方式中，例如，甲苯也無(wú)法充分除去PS微粒。因此，DMF用于除去PS，例如用DMF 3次，同時(shí)保持水浴中溫度在60℃。

在這些示例性實(shí)施方式中，例如，用季銨官能化的二氧化硅高爾夫球俘獲GNPs僅在pH受控緩沖液中進(jìn)行。通過(guò)在水或水-乙醇混合物中的俘獲反應(yīng)無(wú)法觀察到用二氧化硅高爾夫球吸附GNPs。俘獲反應(yīng)在5種不同種類的介質(zhì)中進(jìn)行，例如水、80％乙醇水溶液、20％乙醇水溶液、20％在鄰苯二甲酸氫鉀緩沖液中的乙醇和鄰苯二甲酸氫鉀緩沖液。通過(guò)在鄰苯二甲酸氫鉀緩沖液中的俘獲反應(yīng)測(cè)試40nm和20nm GNPs。將離心后處理的比例謹(jǐn)慎地保持在500rcp以確保GNP俘獲不歸因于機(jī)械力，而是在緩沖液中的電吸附。在這些示例性實(shí)施方式中，例如，用二氧化硅高爾夫球俘獲40nm和20nm GNPs，如圖42和43中所示。在二氧化硅高爾夫球凹孔內(nèi)部觀察到GNPs。例如，對(duì)于40nm GNPs，在凹孔中實(shí)現(xiàn)單一GNP俘獲。例如，對(duì)于20nm GNPs，2-3個(gè)GNPs可以優(yōu)選被1個(gè)凹孔俘獲。

圖42顯示俘獲金膠體微粒的示例性二氧化硅高爾夫球的說(shuō)明性示意圖。(a)組顯示帶有凹孔內(nèi)部官能化季銨的示例性二氧化硅高爾夫球微粒(例如綠色)。(b)組顯示示例性二氧化硅高爾夫球微粒將具有單一GNP的40nm GNPs俘獲在每個(gè)凹孔中。(c)組顯示示例性二氧化硅高爾夫球微粒將具有多個(gè)GNPs的20nm GNPs俘獲在每個(gè)凹孔中。

圖43顯示具有俘獲GNPs的季銨官能化凹孔的合成的二氧化硅高爾夫球的SEM圖像。圖像(a)和(c)顯示示例性二氧化硅高爾夫球微粒將具有單一GNP的40nm GNPs俘獲在每個(gè)凹孔中(箭頭指示被控俘獲的GNPs)。圖像(b)和(d)顯示示例性二氧化硅高爾夫球微粒將例如具有多個(gè)GNPs的20nm GNPs俘獲在每個(gè)凹孔中(箭頭指示劑被控俘獲的GNPs)。

應(yīng)用由2種不同材料制成的不均勻合成模板，制造具有能夠植物冶金(phytomining)或醫(yī)療應(yīng)用的2種二氧化硅高爾夫球。二氧化硅高爾夫球的凹孔具有胺或季銨官能化的底，并且可以促進(jìn)它們進(jìn)一步被選擇性地官能化。季銨官能化的二氧化硅高爾夫球優(yōu)先將<50nm的膠體金微粒俘獲在pH＝4緩沖液中。單一俘獲和多次俘獲依賴于目標(biāo)金膠體微粒的大小。

示例性實(shí)施方式包括電泳遷移率模型和ζ電位測(cè)量。例如，凹孔的吸引電場(chǎng)強(qiáng)度的評(píng)估如下所述。

當(dāng)將膠體二氧化硅浸入水溶液時(shí)，它從微粒表面處的質(zhì)子化/脫質(zhì)子化變成帶電荷。局部靜表面電荷密度σ依賴于微粒大小。例如，具有2nm直徑的二氧化硅微粒的σ的值大于具有500nm直徑的二氧化硅微粒的σ的值4倍。當(dāng)膠體二氧化硅微粒直徑增加時(shí)，微粒上的表面電荷密度下降。隨大小的增加，微粒的表面電荷密度接近平板的表面電荷密度。

平板附近的電荷和電位分布通過(guò)Poisson-Boltzmann方程控制，其中φ是流體內(nèi)的電位；F是法拉第常數(shù)；C_i0和z_i是體積摩爾濃度和ith離子種類的化合價(jià)。二氧化硅納米微粒的表面電荷密度可以通過(guò)完全多-粒子電荷管理模型模型化，并且顯示為通過(guò)給出，其中K_A和K_B是2種推定的質(zhì)子化反應(yīng)的平衡常數(shù)，為[H⁺]_s，且N_total其為納米微粒的固/液界面上硅烷醇官能團(tuán)的總數(shù)位置密度。N_total的值通過(guò)下式給出：在示例性模型中，估計(jì)值是使用理想化條件在球體表面上各凹孔的靜電場(chǎng)強(qiáng)度，且球體表面近似值為帶負(fù)電荷的無(wú)窮大板的近似值，且我們將凹孔近似為正點(diǎn)電荷。

靜電場(chǎng)強(qiáng)度表示為：

和

E_T＝E_s-E_p＝0

其中R₀是距表面的距離，其中凈電場(chǎng)E_T＝0。此外，其中a是膠體微粒的半徑，且為1/κ，其為德拜長(zhǎng)度。當(dāng)a·k＞＞1時(shí)，微粒表面上的總電荷與ζ電位成正比(即Q_T∝ζ)。

實(shí)施例

下列實(shí)施例是本技術(shù)的幾個(gè)實(shí)施方案的示例?？梢栽谌缦铝谐龅膶?shí)施例之前或如下列出的實(shí)施例之后提供本技術(shù)另外的示例性實(shí)施方案。

在本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中(實(shí)施例1)，用于生產(chǎn)遞送有效負(fù)荷的納米結(jié)構(gòu)的方法包括在芯微粒上形成殼結(jié)構(gòu)，以便生成模板，其中芯微粒部分被殼結(jié)構(gòu)封閉；使納米微粒連接至殼結(jié)構(gòu)的外表面；在覆蓋至少一些連接的納米微粒的殼結(jié)構(gòu)的外表面上形成涂層；從模板中除去芯微粒，其中除去的芯微粒形成具有來(lái)自外表面的開(kāi)口的殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔；和在殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔中載入分子有效負(fù)荷。

實(shí)施例2包括如實(shí)施例1中的方法，其中殼結(jié)構(gòu)包括二氧化硅。

實(shí)施例3包括如實(shí)施例1中的方法，其中芯微粒上形成不對(duì)稱形狀的殼結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例4包括如實(shí)施例1中的方法，其中殼結(jié)構(gòu)包括實(shí)質(zhì)上500nm或更小的大小。

實(shí)施例5包括如實(shí)施例1中的方法，其中芯微粒包括聚苯乙烯。

實(shí)施例6包括如實(shí)施例5中的方法，其中聚苯乙烯芯微粒被羧化物-末端涂層官能化。

實(shí)施例7包括如實(shí)施例5中的方法，其中聚苯乙烯芯微粒包括實(shí)質(zhì)上150nm或更小的大小。

實(shí)施例8包括如實(shí)施例1中的方法，還包括在連接納米微粒前，以化學(xué)方式修飾殼結(jié)構(gòu)的外表面。

實(shí)施例9包括如實(shí)施例1中的方法，其中納米微粒包括氧化鐵納米微粒和金納米微粒之一或兩者。

實(shí)施例10包括如實(shí)施例9中的方法，其中氧化鐵納米微粒包括5-15nm的大小。

實(shí)施例11包括如實(shí)施例9中的方法，其中形成涂層包括在殼結(jié)構(gòu)的外表面上納米微粒的至少一些之間產(chǎn)生填充材料。

實(shí)施例12包括如實(shí)施例11中的方法，其中生產(chǎn)填充材料包括將模板放入離子金溶液和添加金的還原劑，由此在連接至外表面的金納米微粒之間形成金材料并且涂敷氧化鐵納米微粒。

實(shí)施例13包括如實(shí)施例1中的方法，其中納米微粒的靜電相互作用使納米微粒連接至殼結(jié)構(gòu)的外表面。

實(shí)施例14包括如實(shí)施例1中的方法，還包括在加載前，浸蝕內(nèi)腔內(nèi)的至少部分殼結(jié)構(gòu)以便從殼結(jié)構(gòu)中除去材料。

實(shí)施例15包括如實(shí)施例1中的方法，其中所述加載包括用能夠使分子有效負(fù)荷連接至殼結(jié)構(gòu)的連接分子使殼結(jié)構(gòu)外表面或殼結(jié)構(gòu)內(nèi)腔的內(nèi)表面的至少一種官能化。

實(shí)施例16包括如實(shí)施例15中的方法，還包括通過(guò)將刺激施加于殼結(jié)構(gòu)以導(dǎo)致分子有效負(fù)荷從連接分子中化學(xué)分離來(lái)釋放所述分子有效負(fù)荷。

實(shí)施例17包括如實(shí)施例16中的方法，其中施加刺激包括提供化學(xué)物質(zhì)、發(fā)光、改變pH環(huán)境或改變溫度的至少一種。

實(shí)施例18包括如實(shí)施例1中的方法，還包括使封蓋微粒連接至殼結(jié)構(gòu)以便覆蓋開(kāi)口和將分子有效負(fù)荷包含在內(nèi)腔內(nèi)，其中連接封蓋微粒以允許可控地運(yùn)動(dòng)，從而基于外部刺激暴露開(kāi)口。

實(shí)施例19包括如實(shí)施例18中的方法，其中通過(guò)封蓋微粒表面上形成的自組裝單層(SAM)的分子自組裝使封蓋微粒連接至殼結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例20包括如實(shí)施例18中的方法，其中用具有核苷酸的互補(bǔ)序列的2條鏈的核酸使封蓋微粒連接至殼結(jié)構(gòu)，第一條鏈連接至封蓋微粒，而互補(bǔ)的第二條鏈連接至殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔。

實(shí)施例21包括如實(shí)施例18中的方法，還包括通過(guò)將外部刺激施加于殼結(jié)構(gòu)以導(dǎo)致封蓋微粒的可控運(yùn)動(dòng)以暴露殼結(jié)構(gòu)的開(kāi)口來(lái)釋放分子有效負(fù)荷。

實(shí)施例22包括如實(shí)施例21中的方法，其中施加外部刺激包括是施加熱。

實(shí)施例23包括如實(shí)施例1中的方法，其中所述分子有效負(fù)荷包括造影劑、酶、蛋白質(zhì)、激素、糖蛋白、糖脂、核酸、適體、脂質(zhì)或者金屬的、聚合的或陶瓷的納米微粒的至少一種藥物。

在本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中(實(shí)施例24)，用于遞送有效負(fù)荷的裝置包括殼結(jié)構(gòu)，其被構(gòu)造成包括殼結(jié)構(gòu)內(nèi)腔的開(kāi)口；至少在殼結(jié)構(gòu)外表面上部分形成的涂層，且在涂層內(nèi)包括多個(gè)磁性納米微粒；和能夠以化學(xué)方式使分子有效負(fù)荷連接至殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔的表面上的官能化層。

實(shí)施例25包括如實(shí)施例24中的裝置，其中殼結(jié)構(gòu)包括二氧化硅。

實(shí)施例26包括如實(shí)施例24中的裝置，其中殼結(jié)構(gòu)包括實(shí)質(zhì)上200nm或更小的大小。

實(shí)施例27包括如實(shí)施例24中的裝置，其中磁性納米微粒包括氧化鐵納米微粒。

實(shí)施例28包括如實(shí)施例24中的裝置，其中磁性納米微粒包括5-15nm的大小。

實(shí)施例29包括如實(shí)施例24中的裝置，其中磁性納米微粒能夠與外部磁場(chǎng)發(fā)生相互作用以便以磁性引導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例30包括如實(shí)施例24中的裝置，其中所述涂層包括金。

實(shí)施例31包括如實(shí)施例24中的裝置，還包括與殼結(jié)構(gòu)綴合的靶向配體分子，所述配體分子對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)的報(bào)道分子具有親和力，以便將殼結(jié)構(gòu)吸引和結(jié)合至目標(biāo)結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例32包括如實(shí)施例24中的裝置，其中所述裝置是可操作的以便可控地釋放所述分子有效負(fù)荷，其通過(guò)將刺激施加于殼結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，以便導(dǎo)致分子有效負(fù)荷從官能化層中化學(xué)分離。

實(shí)施例33包括如實(shí)施例32中的裝置，其中所述刺激包括化學(xué)物質(zhì)、光、pH環(huán)境或溫度的至少一種。

實(shí)施例34包括如中實(shí)施例24的裝置，其中所述分子有效負(fù)荷包括藥物、造影劑、酶、蛋白質(zhì)、激素、糖蛋白、糖脂、核酸、適體、脂質(zhì)或者金屬的、聚合的或陶瓷的納米微粒的至少一種。

在本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中(實(shí)施例35)，用于遞送有效負(fù)荷的裝置包括殼結(jié)構(gòu)，其被構(gòu)造成包括殼結(jié)構(gòu)內(nèi)腔的開(kāi)口；至少在殼結(jié)構(gòu)外表面上部分形成的涂層，且在涂層內(nèi)包括多個(gè)磁性納米微粒；和連接至殼結(jié)構(gòu)以覆蓋開(kāi)口并且在內(nèi)腔內(nèi)包含分子有效負(fù)荷的封蓋微粒，其中封蓋微粒連接至殼結(jié)構(gòu)能夠使得封蓋微?？煽氐剡\(yùn)動(dòng)，以便基于外部刺激暴露開(kāi)口。

實(shí)施例36包括如實(shí)施例35中的裝置，其中通過(guò)封蓋微粒表面上形成的自組裝單層(SAM)的分子自組裝使封蓋微粒連接至殼結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例37包括如實(shí)施例35中的裝置，其中用具有核苷酸的互補(bǔ)序列的2條鏈的核酸使封蓋微粒連接至殼結(jié)構(gòu)，第一條鏈連接至封蓋微粒，而互補(bǔ)的第二條鏈連接至殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔。

實(shí)施例38包括如實(shí)施例35中的裝置，其中所述裝置是可操作的以便可控地釋放所述分子有效負(fù)荷，其通過(guò)將熱施加于殼結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，以便導(dǎo)致封蓋微粒可控地運(yùn)動(dòng)，從而暴露殼結(jié)構(gòu)的開(kāi)口。

實(shí)施例39包括如中的裝置實(shí)施例21，其中施加熱包括射頻(RF)加熱或近紅外(NIR)加熱。

實(shí)施例40包括如實(shí)施例35中的裝置，其中殼結(jié)構(gòu)包括二氧化硅。

實(shí)施例41包括如實(shí)施例35中的裝置，其中殼結(jié)構(gòu)包括實(shí)質(zhì)上200nm或更小的大小。

實(shí)施例42包括如實(shí)施例35中的裝置，其中磁性納米微粒包括氧化鐵納米微粒。

實(shí)施例43包括如實(shí)施例35中的裝置，其中磁性納米微粒包括5-15nm的大小。

實(shí)施例44包括如實(shí)施例35中的裝置，其中磁性納米微粒能夠與外部磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，以便磁性引導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例45包括如實(shí)施例35中的裝置，其中所述涂層包括金。

實(shí)施例46包括如實(shí)施例35中的裝置，還包括與殼結(jié)構(gòu)綴合的靶向配體分子，所述配體分子對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)的受體分子具有親和力，以便將殼結(jié)構(gòu)吸引和連接至目標(biāo)結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例47包括如中的裝置實(shí)施例35，其中所述分子有效負(fù)荷包括藥物、造影劑、酶、蛋白質(zhì)、激素、糖蛋白、糖脂、核酸、適體、脂質(zhì)或者金屬的、聚合的或陶瓷的納米微粒的至少一種。

在本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中(實(shí)施例48)，用于生產(chǎn)材料結(jié)構(gòu)的方法包括通過(guò)在芯微粒上連接多個(gè)掩蔽微粒形成模板，所述掩蔽微粒在它們所連接的芯微粒的外表面上形成掩蔽區(qū)；使納米微粒連接至模板的未掩蔽表面，其中所述掩蔽微粒防止納米微粒連接至外表面的掩蔽區(qū)；通過(guò)連接的納米微粒的材料生長(zhǎng)在未掩蔽的表面上形成涂層，以便在模板的未掩蔽表面上形成殼結(jié)構(gòu)；和從模板中除去掩蔽微粒，其中除去的掩蔽微粒形成在殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)和外表面之間延伸的開(kāi)口以封閉芯微粒，由此產(chǎn)生多孔的載體結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例49包括實(shí)施例48的方法，其中掩蔽微粒通過(guò)靜電相互作用連接至芯微粒。

實(shí)施例50包括實(shí)施例49的方法，其中芯微粒包括陽(yáng)離子二氧化硅且掩蔽微粒包括聚苯乙烯。

實(shí)施例51包括實(shí)施例48的方法，其中納米微粒包括金納米微粒。

實(shí)施例52包括實(shí)施例51的方法，其中金納米微粒包括5nm或更小的大小。

實(shí)施例53包括實(shí)施例48的方法，其中形成涂層包括將模板微粒浸入包含納米微粒的外部材料的溶液，導(dǎo)致成核和圍繞模板微粒生長(zhǎng)。

實(shí)施例54包括實(shí)施例53的方法，其中納米微粒包括金納米微粒且所述溶液包括氫氧化金，形成包括產(chǎn)生成核進(jìn)入金殼結(jié)構(gòu)的金種。

實(shí)施例55包括實(shí)施例54的方法，其中多孔的載體結(jié)構(gòu)包括在二氧化硅芯微粒上形成的外部金多孔殼。

實(shí)施例56包括實(shí)施例48的方法，其中除去包括溶解溶液中的掩蔽微粒。

實(shí)施例57包括實(shí)施例48的方法，還包括從模板中除去至少部分芯微粒以便產(chǎn)生中空的、多孔的載體結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例58包括實(shí)施例48的方法，還包括在從模板中除去掩蔽微粒之前形成圍繞多孔的載體結(jié)構(gòu)的外層，其中多孔的載體結(jié)構(gòu)包括具有外層內(nèi)表面上包埋的涂層的外層；和從模板中除去至少部分芯微粒以便產(chǎn)生中空的、多孔的載體結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例59包括實(shí)施例58的方法，其中外層包括二氧化硅，且涂層包括金。

實(shí)施例60包括實(shí)施例48的方法，其中通過(guò)連接的納米微粒的材料生長(zhǎng)在未掩蔽表面上形成涂層，在模板的未掩蔽表面上形成涂層的不連續(xù)的島狀結(jié)構(gòu)；和進(jìn)一步包括在從模板中除去掩蔽微粒之前形成圍繞殼結(jié)構(gòu)的外層，其中多孔的載體結(jié)構(gòu)包括具有在外層內(nèi)表面上包埋的島狀結(jié)構(gòu)的外層；和從模板中除去至少部分芯微粒以產(chǎn)生中空的、多孔的載體結(jié)構(gòu)，其具有在外層內(nèi)表面上包埋的島狀結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例61包括實(shí)施例60的方法，其中外層包括二氧化硅，且所述島狀結(jié)構(gòu)包括金。

實(shí)施例62包括實(shí)施例58的方法，還包括將磁性納米微粒加入到內(nèi)表面，產(chǎn)生中空的、多孔的載體結(jié)構(gòu)；和/或?qū)⒋判约{米微粒加入到外表面，產(chǎn)生中空的、多孔的載體結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例63包括實(shí)施例62的方法，其中磁性納米微粒包括氧化鐵納米微粒。

實(shí)施例64包括實(shí)施例48的方法，還包括向多孔的載體結(jié)構(gòu)中加載分子有效負(fù)荷，其中所述加載包括用能夠連接分子有效負(fù)荷的連接分子使涂層官能化。

實(shí)施例65包括實(shí)施例58、60或62的方法，還包括向中空的、多孔的載體結(jié)構(gòu)中加載有效負(fù)荷，其中所述加載包括用能夠連接分子有效負(fù)荷的連接分子使內(nèi)表面或外表面的至少一種官能化。

實(shí)施例66包括實(shí)施例64或65的方法，還包括釋放分子有效負(fù)荷，其通過(guò)向載體結(jié)構(gòu)上施加刺激，以導(dǎo)致分子有效負(fù)荷從連接分子中化學(xué)分離來(lái)進(jìn)行。

實(shí)施例67包括實(shí)施例66的方法，其中施加刺激包括提供化學(xué)物質(zhì)、發(fā)光、改變pH環(huán)境或改變溫度的至少一種。

在本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中(實(shí)施例68)，微粒裝置包括殼結(jié)構(gòu)，其被構(gòu)造成包括殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域與外表面之間延伸的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口；連接至殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域或外部區(qū)域之一或兩者的磁性納米微粒；和用使分子有效負(fù)荷連接至殼結(jié)構(gòu)表面的連接分子連接至殼結(jié)構(gòu)的分子有效負(fù)荷。

實(shí)施例69包括實(shí)施例68的裝置，其中磁性納米微粒包括氧化鐵納米微粒。

實(shí)施例70包括實(shí)施例68的裝置，其中殼結(jié)構(gòu)包括圍繞內(nèi)層形成的外層。

實(shí)施例71包括實(shí)施例70的裝置，其中外層包括二氧化硅，且內(nèi)層包括金。

實(shí)施例72包括實(shí)施例70的裝置，其中內(nèi)層包含不連續(xù)的島狀結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例73包括實(shí)施例72的裝置，其中外層包括二氧化硅，且島狀結(jié)構(gòu)包括金。

實(shí)施例74包括實(shí)施例68的裝置，其中所述分子有效負(fù)荷包括藥物、造影劑、酶、蛋白質(zhì)、激素、糖蛋白、糖脂、核酸、適體、脂質(zhì)和/或者金屬的、聚合的或陶瓷的納米微粒的至少一種。

盡管本專利文件包含許多特征，但是不應(yīng)當(dāng)將它們視為對(duì)任何發(fā)明或要求保護(hù)的范圍的限定，而被視為描述對(duì)特定發(fā)明的特定實(shí)施方案特定的特征。本專利文件中單獨(dú)實(shí)施方案上下文中描述的一些特征也可以以單一實(shí)施方案的組合形式實(shí)施。相反，單一實(shí)施方案上下文中所述的不同特征也可以以多個(gè)實(shí)施方案單獨(dú)或以任意適合的亞組合的方式實(shí)施。此外，盡管可以將上述特征描述為以一些組合的方式起作用，且甚至最初照此要求保護(hù)，但是來(lái)自要求保護(hù)的組合的一個(gè)或多個(gè)特征在一些情況中可以從該組合中排除，并且要求保護(hù)的組合可以涉及亞組合或亞組合的變化形式。

類似地，盡管稱作可以按照特定次序描述在附圖中，但是不應(yīng)當(dāng)將其理解為需要這類操作按照所示的特定次序或依次進(jìn)行，或進(jìn)行全部示例性的操作，以便達(dá)到期望的結(jié)果。此外，本專利文件中所述的實(shí)施方案中的各種系統(tǒng)構(gòu)件的分離不應(yīng)當(dāng)被理解為在所有實(shí)施方案中都需要這類操作。

僅描述了幾種實(shí)施方式和實(shí)施例，而可以基于本專利文件中所述和示例的進(jìn)行另外的實(shí)施、強(qiáng)化和改變。