專利名稱：包被的膠體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及包被的膠體材料，更具體涉及氧化硅包被的過渡金屬納米晶體， 例如氧化硅包被的銀或金納米棱柱。
背景技術(shù)：
在過去的幾十年中，金屬納米粒子由于其在催化、光學(xué)和生物傳感領(lǐng)域的潛在應(yīng) 用而引起了廣泛關(guān)注。金和銀納米結(jié)構(gòu)由于其取決于大小和形狀的的不同尋常的光學(xué)性質(zhì) 而尤其受到關(guān)注。特別是三角形銀納米棱柱呈現(xiàn)出高度可調(diào)的結(jié)構(gòu)依賴的光學(xué)性質(zhì)。這些 結(jié)構(gòu)也具有非常高的表面能，特別是在其尖端和邊緣，那里的銀原子容易被氧化。不幸的 是，這種氧化會(huì)引起棱柱尖端的截?cái)嗷蛩鼈兊耐耆?，并伴隨著它們的表面等離子體共振 (SPR)帶的同時(shí)偏移或完全損失。因此，已經(jīng)研究一些方法以試圖保護(hù)納米粒子不被氧化。
已經(jīng)嘗試過的一種防止納米粒子氧化的方法是將納米粒子裝入氧化硅殼中。這些 殼是有用的，因?yàn)樗鼈?)在光譜的可見光和IR區(qū)是透明的；2)在多種溶劑中是化學(xué)惰性 的；而且3)能夠用已發(fā)展成熟的硅烷偶合化學(xué)法進(jìn)行官能化。因此，核_殼納米結(jié)構(gòu)通常 會(huì)保持金屬核的光學(xué)特性，同時(shí)獲得氧化硅殼所需的化學(xué)和物理性質(zhì)。 最近已經(jīng)將St6ber方法用于通過氧化硅殼包被金屬納米晶體。參見，例如Alsan 等，J. Am. Chem. Soc. 129 :1524(2007)。這種溶膠-凝膠法通常包括氨催化的水解和諸如四 乙氧基硅烷等分子的縮合。然而，直接將這種方法用于包被銀納米粒子會(huì)有困難，因?yàn)榘睍?huì) 誘導(dǎo)銀納米粒子的蝕刻和聚集。 為了解決這個(gè)問題，Kobayashi等已經(jīng)用二甲胺(DMA)(濃度為0. 4M_0. 8M之間) 來催化氧化硅殼在銀納米粒子上的生長。參見，Kobayashi等，J. Colloid Interf. Sci. 282 : 392(2005)。研究者表明，與使用氨相比，使用DMA時(shí)能夠容易形成氧化硅殼而不會(huì)降低銀 納米粒子核的直徑。然而，Kobayashi的方法不能用于銀納米棱柱，因?yàn)榧词故窃?. 4M的 DMA溶液中也會(huì)發(fā)生納米棱柱的顯著蝕刻和聚集。 因此，需要制備包被的納米粒子，其中在包被過程中能夠保持納米粒子的大小和 形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了包被的膠體材料、制備包被的膠體材料的方法和使用包被的膠體材料的方法。 因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，公開了包被的膠體材料，包括(a)具有鈍化表面的膠體 材料和(b)在所述鈍化表面上的包含氧化硅或氧化鈦中至少一種的涂層。在另一個(gè)實(shí)施方 式中，公開了用下述方法制備的包被的膠體材料，該方法包括在存在或不存在催化劑下混 合膠體材料、表面鈍化劑和涂層劑。 所述膠體材料可以是納米晶體，或更具體地是納米棱柱。在一些情況下，所述膠體 材料包括過渡金屬，例如金或銀。 在各個(gè)情況下，表面鈍化劑具有選自由鹵素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、
酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷、硼烷及其混合物組成的組中的至少
一個(gè)官能團(tuán)。在一些情況下，表面鈍化劑包括硫醇。硫醇可以進(jìn)一步包括第二官能團(tuán)。第
二官能團(tuán)可以是鹵素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、
烯、炔、硅烷、硅氧烷或硼烷。在一個(gè)具體情況下，表面鈍化劑是16-巰基十六烷酸。 涂層劑可以是氧化硅、氧化鈦或其混合物。氧化硅可以來自硅烷，例如烷氧基硅
烷。在一些情況下，硅烷是四乙氧基硅烷。氧化鈦可以來自烷氧基鈦。 可選的催化劑可以是胺。在一些實(shí)施方式中，胺為烷基胺、芳胺或其混合物。在一 些情況下，胺是二甲胺。 此處所述的包被的材料可以進(jìn)一步包括在涂層上的官能化劑。官能化劑可以具 有選自鹵素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、 硅烷、硅氧烷、硼烷或其混合物中的至少一個(gè)官能團(tuán)。在各個(gè)情況下，官能化劑可以是癸基 (三甲氧基)硅烷、癸基(三乙氧基)硅烷、十二烷基(三乙氧基)硅烷、十六烷基(三甲 氧基)硅烷、十八烷基(三甲氧基)硅烷或其混合物。在一些實(shí)施方式中，官能化劑包括第 二官能團(tuán)。在這種情況下，第二官能團(tuán)可以與第一官能團(tuán)相同或者不同。具有第二官能團(tuán) 的一個(gè)具體官能化劑是3-氨基丙基(三甲氧基)硅烷。本發(fā)明涉及的其它官能化劑包括 生物材料，諸如寡核苷酸、多肽、蛋白質(zhì)、抗體、肽、抗癌劑、多聚核苷酸結(jié)合劑、碳水化合物、 脂、細(xì)胞表面受體結(jié)合劑及其混合物等。 在一些實(shí)施方式中，此處公開的包被的膠體材料可以用朗繆爾-布羅基特
(Langmuir-Blodgett)技術(shù)形成為單層并沉積到諸如氧化硅晶片等基質(zhì)上。 此處公開的包被的膠體材料可以用來檢測(cè)被分析物。該方法包括在足以使被分
析物與包被的膠體材料相互作用的條件下，使樣本接觸此處公開的包被的膠體材料，并檢
測(cè)該相互作用，其中被分析物和該包被的膠體材料的相互作用產(chǎn)生檢測(cè)事件。該檢測(cè)事件
可以是產(chǎn)生可測(cè)量改變的任何事件。在包被的膠體材料包括寡核苷酸官能化劑而且被分析
物是互補(bǔ)寡核苷酸或寡核苷酸結(jié)合劑的情況下，該檢測(cè)事件是解鏈溫度的改變。 所公開的制備包被的膠體材料的方法不會(huì)對(duì)膠體材料的大小、形狀或物理/化學(xué)
特性造成負(fù)面影響。現(xiàn)有技術(shù)中公開了制備氧化硅包被的膠體材料的方法，但是那些方法
會(huì)通過蝕刻或其它反應(yīng)對(duì)膠體材料的大小、形狀和其它特性造成負(fù)面影響。根據(jù)本發(fā)明，可
以包被膠體材料而對(duì)膠體材料無害或無副作用。 通過閱讀下面結(jié)合附圖、實(shí)施例和所附權(quán)利要求書的詳細(xì)說明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說，本發(fā)明的其它特征會(huì)變得顯而易見。


下面參考下列詳細(xì)說明和附圖以更完整地理解本發(fā)明，其中 圖1為銀納米棱柱和氧化硅包被的銀納米棱柱的透射電鏡顯微照片。圖中說明了 氧化硅涂層厚度的可變性。 圖2為在710nm監(jiān)測(cè)的被分析物/DNA官能化的，氧化硅包被的膠體材料的熱變性 曲線。 圖3為解鏈轉(zhuǎn)變的一階導(dǎo)數(shù)，表明了劇烈的協(xié)同解鏈轉(zhuǎn)變。 雖然公開的對(duì)比研究中包括各種形式的實(shí)施方式，但是這并不意味著將本發(fā)明限 制為此處所描述和說明的具體實(shí)施方式
。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了包被的膠體材料。這些包被的膠體材料通常包括結(jié)晶的膠體材料和 涂層，例如氧化硅或氧化鈦。在一些實(shí)施方式中，結(jié)晶的膠體材料是過渡金屬，例如銀或金 的納米晶體。本發(fā)明公開的制備包被的膠體材料的方法能夠使制備的膠體材料具有與涂覆 涂層以前的膠體材料相同的形態(tài)。因此，能夠用氧化硅或氧化鈦包被過渡金屬的納米晶體， 而不會(huì)對(duì)該納米晶體形狀、大小或物理/化學(xué)特性，例如光學(xué)特性造成不利影響。該方法使 得可以控制納米晶體的物理和化學(xué)特性而不會(huì)負(fù)面影響該納米晶體其它的所需性質(zhì)。
膠體材料為可分散的離散微粒，而且可以是結(jié)晶的。在一些實(shí)施方式中，膠體材料 可以是氧化硅或氧化鈦。在各種實(shí)施方式中，膠體材料包括結(jié)晶的過渡金屬膠體，優(yōu)選是過 渡金屬納米晶體。 目前制備納米晶體的方法能生產(chǎn)出各種大小和形狀的納米晶體。優(yōu)選地，結(jié)晶的 膠體材料具有至少兩個(gè)在納米級(jí)范圍內(nèi)的維度(在X，Y，Z坐標(biāo)軸中)，但是其形狀不限。結(jié) 晶的膠體材料形狀可以是，例如，棒狀、立方體、截角立方體、立方八面體、截角八面體、八面 體、棱錐體、棱柱、球體和/或線。優(yōu)選地，結(jié)晶的膠體材料是立方體、截角立方體、八面體、 截角八面體或棱柱狀的納米晶體。更優(yōu)選地，納米晶體是棱柱。此處使用的膠體材料并不 由納米晶體的尺寸所限制。 本發(fā)明涉及能適用于形成涂層所需條件的全部結(jié)晶的過渡金屬膠體。在本文中， "涂層"是指能夠覆蓋至少部分膠體材料的材料。在一些情況下，涂層是具有氧化硅、氧化鈦 的涂層或二者兼具的涂層。涂層可包括其它組分或成分，這取決于例如所用材料的純度、制 備的方法、摻雜劑或其它元素的夾雜，和/或氧化硅和/或氧化鈦的晶體形式。
適用的結(jié)晶膠體材料包括絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體。半導(dǎo)體可包括p-型和n-型材 料。結(jié)晶膠體材料可進(jìn)一步包括摻雜的絕緣體、摻雜的半導(dǎo)體和摻雜的導(dǎo)體。此外，結(jié)晶膠 體材料可包括過渡金屬、堿金屬、堿土金屬和主族元素。結(jié)晶膠體材料也可包括鑭系元素和 錒系元素。此處包括的過渡金屬膠體是純過渡金屬膠體，即僅僅含有單一的過渡金屬，和/ 或過渡金屬合金，其中過渡金屬合金具有至少一種過渡金屬和至少一種其它元素。此處，過 渡金屬特別包括第8、9、10、11和12族的金屬。更具體地，過渡金屬包括鐵、鈷、鎳、銅、鋅、 釕、銠、鈀、銀、鎘、銥、鉬和金。優(yōu)選地，過渡金屬包括銀或金。 此處使用的膠體材料在涂覆涂層之前或同時(shí)被鈍化。通常，用表面鈍化劑來鈍化 膠體材料。表面鈍化劑的非限制性實(shí)例包括能夠在膠體材料的表面形成單層、雙層和多層
6的那些試劑。作為說明，表面鈍化劑可以是通過與膠體材料間的共價(jià)鍵、離子鍵、范德華力 或其它化學(xué)或靜電相互作用在膠體材料表面形成單層的試劑。在一個(gè)實(shí)施例中，表面鈍化 劑與膠體材料形成化學(xué)鍵。表面鈍化劑可包括一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)，例如鹵素、烷氧基、羧酸、 酯、硫醇、烷基硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷和/或硼烷
官能團(tuán)。 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，表面鈍化劑包括硫醇官能團(tuán)。包括硫醇官能度的表面 鈍化劑的非限制性實(shí)例包括有機(jī)硫醇，例如直鏈烷硫醇、支鏈烷硫醇、環(huán)烷硫醇、芳基烷硫 醇和芳基硫醇。硫醇可以通過化學(xué)式或化學(xué)名來描述，例如，Cs^SH和辛硫醇是同樣含義。 烷硫醇包括具有通式R-SH的化合物，其中R是具有約6至約24個(gè)碳原子的烷基。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，表面鈍化劑是在膠體材料表面上形成雙層的兩組分體系。 可以通過化合物間的例如范德華力、芳香族化合物、離子鍵和共價(jià)相互作用形成。雙層表面 鈍化的膠體材料可以通過將膠體材料與第一表面鈍化劑和第二表面鈍化劑混合來制備。第 二表面鈍化劑可以是相同或不同的表面鈍化劑。此外，可以向膠體材料添加多種化學(xué)上不 同的第二鈍化劑。作為非限制性示例，第一表面鈍化劑可以是烷硫醇，例如十二烷硫醇，第 二表面鈍化劑可以是烷羧酸，例如十二烷酸。不希望被理論所束縛，當(dāng)十二烷硫醇與膠體材 料相互作用，而且十二烷酸通過疏水相互作用或范德華相互作用與十二烷硫醇的直鏈烷基 官能度相互作用時(shí)，形成雙層表面鈍化的膠體材料。 優(yōu)選地，表面鈍化劑是含有第一官能團(tuán)和第二官能團(tuán)的單一組分體系。更優(yōu)選地， 這兩個(gè)官能團(tuán)在化學(xué)上是不同的。含有兩個(gè)化學(xué)上不同的官能團(tuán)的表面鈍化劑的非限制性 實(shí)例是那些化合物，其具有第一硫醇官能團(tuán)，例如飽和或不飽和的烷硫醇、支鏈烷硫醇、環(huán) 烷硫醇、芳基烷硫醇和芳基硫醇，和非硫醇的第二官能團(tuán)。優(yōu)選地，飽和或不飽和的烷硫醇、 支鏈烷硫醇、環(huán)烷硫醇、芳基烷硫醇和芳基硫醇具有約6至約24個(gè)碳原子。具有兩個(gè)官能 團(tuán)的鈍化劑的非限制性實(shí)例包括這樣的化合物，其中第一官能團(tuán)是硫醇，第二官能團(tuán)是鹵 素、羥基、羧酸、S旨、酮、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、硅烷、硅氧烷或硼烷。一 類優(yōu)選的鈍化劑是硫醇_羧酸。優(yōu)選的硫醇_羧酸的一個(gè)非限制性實(shí)例是16-巰基十六烷 酸。第二類優(yōu)選的表面鈍化劑是硫醇-硅氧烷，例如在EP 0 491 622中記載的那些。優(yōu)選 的硫醇_硅氧烷的一個(gè)實(shí)例是12-巰基十二烷基(三乙氧基)硅烷。 本發(fā)明的另一方面是將膠體材料與涂層劑混合。此處使用的"涂層劑"是指針對(duì) 膠體材料涂層的化學(xué)前體。除非特別說明，本文通篇中使用的涂層劑前體與指代的涂層本 身可以互換使用。在一個(gè)實(shí)施方式中，涂層劑是硅烷，其是針對(duì)氧化硅涂層的含硅前體。所 以，例如當(dāng)涂層是氧化硅時(shí)，涂層劑通常是硅烷前體。提到硅烷作為涂層的描述涵蓋了氧化 硅作為實(shí)際涂層的描述的含義。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，涂層劑可以在加入表面鈍化劑 之前、之后或同時(shí)與膠體材料混合。 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，硅烷涂層劑為正硅酸酯，例如正硅酸烷基酯，也稱為烷
氧基硅烷。特別優(yōu)選正硅酸四烷基酯(也稱四烷氧基硅烷)，其中烷基(烷氧基)基團(tuán)可以
相同或不同。正硅酸四烷基酯的非限制性實(shí)例包括正硅酸四甲基酯(也稱四甲氧基硅烷)、
正硅酸四乙基酯(TE0S，四乙氧基硅烷)、正硅酸四丙基酯和正硅酸四丁基酯。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，涂層劑為氧化鈦。"氧化鈦"是指針對(duì)氧化鈦涂層的任何含
鈦前體。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，氧化鈦可以在加入表面鈍化劑之前、之后或同時(shí)與膠體材料混合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述"氧化鈦"可以是烷氧基鈦。烷氧基鈦包括異丙 氧基鈦、甲氧基鈦和乙氧基鈦。 包被的膠體材料可使用可選的催化劑制備。通常，催化劑為縮合催化劑?？s合催 化劑為促進(jìn)膠體材料涂層形成的試劑。硅酸酯縮合催化劑包括但不限于諸如烷基胺或芳胺 等胺類。烷基胺包括C卜8烷基胺、((V8烷基)2胺和((V8烷基)3胺。在一個(gè)實(shí)施方式中，催 化劑包括二甲胺。其它氧化硅縮合催化劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的催化劑。
此處公開的包被的膠體材料的光學(xué)性質(zhì)與未包被的膠體材料的光學(xué)性質(zhì)不同。當(dāng) 膠體材料與表面鈍化劑混合時(shí)，觀察到膠體材料光譜的偏移。并且，在包被膠體材料時(shí)又觀 察到膠體材料光譜的偏移。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，在加入表面鈍化劑時(shí)銀納米棱柱的光 譜紅移，并且當(dāng)形成氧化硅包被的銀納米棱柱時(shí)該光譜紅移。 膠體材料涂層的厚度可以是任何所需的厚度，但是優(yōu)選為約lnm至約100nm。此 外，膠體材料涂層的厚度可以是約5nm、約10nm、約15nm、約20nm、約25nm、約30nm、約35nm、 約40nm、約45nm、約50nm、約55nm、約60nm、約65nm、約70nm、約75nm、約80nm、約90nm、約 95nm和約100nm。圖1示出了具有約10nm、約30nm和約45nm的氧化硅涂層厚度的氧化硅 包被的銀納米晶體。 在一些實(shí)施方式中，包被的膠體材料進(jìn)一步包括在涂層之上的官能化劑層。不被 理論所限制，預(yù)計(jì)官能化劑通過離子鍵、共價(jià)鍵和/或靜電相互作用與包被的膠體材料結(jié) 合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，官能化劑包括能夠化學(xué)結(jié)合、離子或化學(xué)鍵合到包被的膠體 材料表面的至少一個(gè)官能度。優(yōu)選該官能度可以是羧酸或硅氧烷。硅氧烷官能化劑的非限 制性實(shí)例包括烷基(三烷氧基)硅烷和芳基(三烷氧基)硅烷。烷基(三烷氧基)硅烷的 具體實(shí)例包括具有化學(xué)通式RSi (OR' ) 3的硅氧烷官能化劑，其中R具有約3至約24個(gè)碳 原子，R'具有約1至約6個(gè)碳原子。非限制性實(shí)例包括癸基(三乙氧基)硅烷、十二烷基 (三乙氧基)硅烷、十六烷基(三甲氧基)硅烷和十八烷基(三甲氧基)硅烷。
在各個(gè)實(shí)施方式中，官能化劑可具有多于一個(gè)官能團(tuán)。這些官能團(tuán)可以相同或不 同。優(yōu)選第一官能團(tuán)是羧酸或硅氧烷。第二官能團(tuán)優(yōu)選為鹵素、烷氧基、酮、酯、羧酸、硅氧 烷、胺、酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯或膦酸酯。具有兩個(gè)官能度的官能化劑的實(shí)例包括，但不限 于，巰基烷基(三烷氧基)硅烷、氨基烷基(三烷氧基)硅烷、巰基芳基(三烷氧基)硅烷、 氨基芳基(三烷氧基)硅烷和氨基鏈烷酸。官能化劑的一些具體實(shí)例包括氨基酸、氨基烷 基(三烷氧基)硅烷，其中各個(gè)烷基或烷氧基具有約1至約24個(gè)碳，以及巰基烷基(三烷 氧基)硅烷，其中各個(gè)烷基或烷氧基具有約l至約24個(gè)碳。 一種優(yōu)選的官能化劑是3-氨 基丙基(三甲氧基)硅烷。 本發(fā)明的又一方面是有序的膠體材料。有序的材料是指包被的膠體的自組裝或 有組織的層和結(jié)構(gòu)。自組裝的層和結(jié)構(gòu)是指那些層和結(jié)構(gòu)，其中預(yù)先存在組分的無序體系 在沒有外部導(dǎo)向的情況下，因組分自身之間的特異局部的相互作用而形成有組織結(jié)構(gòu)或式 樣。可以通過預(yù)先選擇用于所需的化學(xué)/物理性質(zhì)的官能化劑來控制這些相互作用。此外， 可以預(yù)先選擇物理性質(zhì)以使得包被的膠體材料適用于能用于制備層和結(jié)構(gòu)的技術(shù)。例如， 選擇十八烷基(三甲氧基)硅烷作為涂層劑能夠得到十八烷基包被的膠體材料，該包被的 膠體材料可溶于非極性溶劑，且略微疏水或不溶于水。而且，十八烷基包被的膠體材料可以 通過朗繆爾_布羅基特技術(shù)作為單層沉積在基質(zhì)上。如此處所限定，朗繆爾_布羅基特技術(shù)是在諸如硅晶片等基質(zhì)上沉積單層材料的方法，該方法包括在該材料不溶的液體表面上 形成材料的薄膜，并將上述基質(zhì)通過該薄膜和液體表面。另外，朗繆爾-布羅基特技術(shù)可以 用于形成多層的包被的膠體材料，或形成膠體材料、其它材料和/或適應(yīng)于朗繆爾_布羅基 特技術(shù)的材料的組合，其中"其它材料或適應(yīng)于朗繆爾_布羅基特技術(shù)的材料"可以是包被 的膠體材料。制備和形成有組織的材料的其它方面對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，官能化劑可以是生物材料，而且得到的官能化的膠體材料 具有相連的生物材料。舉例來說，多肽、多聚核苷酸或其它生物分子可以直接連接到包被的 膠體材料上、官能化的包被的膠體材料上或在與膠體材料混合以前的官能化劑上。參見國 際專利公開W0/2006/138145，其中連接到納米粒子上的寡核苷酸的公開并入本文。此處使 用的生物材料是指天然存在的和合成的生物材料，可以是蛋白質(zhì)、多肽、肽、小分子、碳水化 合物、脂、多聚核苷酸和/或寡核苷酸。 —方面，生物材料用于將官能化的膠體材料遞送至特異的細(xì)胞類型和/或器官， 以及亞細(xì)胞定位。因此，生物材料包括但不限于核定位信號(hào)(NLS)和肽轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域，包括 SV40大T NLS、HIV-1TAT蛋白質(zhì)NLS、腺病毒NLS、整聯(lián)蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域、寡聚賴氨酸(各 記載于Tkachenko等，Bioconj卿te Chem. (2004) 15 :482-490))和包含NLS和受體介導(dǎo) 的細(xì)胞內(nèi)吞(RME)結(jié)構(gòu)域的腺病毒纖維蛋白(Tkachenko等，J. Am. Chem. Soc. (2003) 125: 4700-4701)。 在一個(gè)方面，能夠與包被的膠體材料相連的寡核苷酸包括那些寡核苷酸，其調(diào)節(jié) 由耙多聚核苷酸所表達(dá)的基因產(chǎn)物的表達(dá)。參見國際專利公開W0/2006/138145，其中寡核 苷酸和寡核苷酸特征的公開并入本文。所以，與靶多聚核苷酸雜交而且抑制翻譯的反義寡 核苷酸、與靶多聚核苷酸雜交并啟動(dòng)RNA酶活性(例如RNA酶H)的siRNA寡核苷酸、與雙 鏈多聚核苷酸雜交并抑制轉(zhuǎn)錄的三螺旋形成的寡核苷酸，以及與靶多聚核苷酸雜交并抑制 翻譯的核酶可以與包被的膠體材料相連。 用生物材料官能化的包被的膠體材料可以用于治療和/或診斷應(yīng)用中。應(yīng)用包 括篩選和鑒定治療劑和/或反義寡核苷酸；診斷篩選、檢測(cè)分析和形成三螺旋DNA。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面，包被的膠體材料可以用于檢測(cè)分析，例如生物條形碼 (bio barcode)測(cè)定。參見，美國專利7， 323， 309、6， 974， 669、6， 750， 016、6， 268， 222、 5， 512， 439、5， 104， 791、4， 672， 040和4， 177， 253 ;美國公開2001/0031469、2002/0146745 和2004/0209376 ;以及國際專利公開W005/003394，其各自通過引用整體并入本文。檢測(cè)
分析的非限制性實(shí)例包括免疫-PCR測(cè)定；酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定、蛋白質(zhì)印跡法、間接熒光 抗體檢測(cè)、溶解度改變、吸光度改變、導(dǎo)電性改變；以及拉曼或紅外光譜改變。(參見，例如 Butler， J. Immunoassay, 21 (2&3) :165-209(2000) ;Herbrink等，Tech. Diagn. Pathol. 2 : 1-19(1992)和美國專利5， 635， 602和5， 665， 539，其內(nèi)容通過引用并入本文)。
—方面，檢測(cè)分析涉及樣本中的被分析物或靶標(biāo)與包被的膠體材料之間的相互作 用，這種相互作用產(chǎn)生可以檢測(cè)的改變，即檢測(cè)事件。檢測(cè)事件可以是被分析物和/或官能 化的包被的膠體材料的熒光、吸收度、拉曼散射、電學(xué)性能、光散射、溶解度、熔點(diǎn)、協(xié)同解鏈 轉(zhuǎn)變(cooperative meltingtransition)，或其它物理或化學(xué)性質(zhì)的改變，其可通過本領(lǐng)域 技術(shù)人員可獲得的方法檢測(cè)。例如，參見圖2和3，其中示出了對(duì)應(yīng)于協(xié)同解鏈轉(zhuǎn)變的吸光 度檢測(cè)事件。通常，檢測(cè)事件預(yù)示著相互作用，例如被分析物和官能化的包被的膠體材料的
9配對(duì)或結(jié)合。所以，已知的檢測(cè)事件將提供測(cè)定被分析物的結(jié)構(gòu)和組成的方法。
實(shí)施例 提供下列實(shí)施例是為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。氧化硅包被 的銀納米棱柱用如下方法制備將lmL的50mM硼氫化鈉水溶液加入到一種冷水溶液中， 該冷水溶液通過在95mL水中混合0. 5mL的20mM硝酸銀溶液與lmL的30mM檸檬酸鈉溶液 來制備。在15分鐘的時(shí)間段內(nèi)，每兩分鐘向上述溶液中加入5-6滴50mM的硼氫化鈉溶 液。然后逐滴加入lmL硼氫化鈉溶液和lmL的5mM雙(對(duì)-磺酸基苯基)苯基膦脫水二鉀 (bis (p-sulphonatophenyl) phenyl-phosphine dehydrate dipotassium)溶液。將所得溶 液攪拌5小時(shí)，然后4t:下靜置12小時(shí)。調(diào)節(jié)溶液pH至ll，用帶有光學(xué)帶通濾波器(中心 波長550士20nm)的150W的鹵素?zé)粽丈湓撊芤?小時(shí)。離心收集固體，然后將其重新分散 于O. 3mM檸檬酸鈉溶液中。向該檸檬酸鈉溶液中加入16-巰基十六烷酸的乙醇溶液，直至 16-巰基十六烷酸的濃度達(dá)到20iiM。然后離心收集固體，并將收集的固體懸浮于四乙氧基 硅烷和乙醇溶液中。通過改變四乙氧基硅烷的濃度(例如從0. 5mM至0. 75mM再至lmM)，然 后加入二甲胺的水溶液(20wt. % )至終濃度為0. 6M，得到具有不同的氧化硅涂層厚度的氧 化硅包被的銀納米棱柱。參見圖l。
肖獄隨孺句扁船內(nèi)斜維。 然后，通過下列步驟，用十八烷基(三甲氧基)硅烷官能化氧化硅包被的銀納米棱 柱向氧化硅包被的銀納米棱柱中加入lOmM的十八烷基(三甲氧基)硅烷的乙醇溶液，至 十八烷基(三甲氧基)硅烷終濃度為0. 5mM。 然后用朗繆爾-布羅基特技術(shù)將這些官能化的氧化硅包被的銀納米棱柱沉積 到硅晶片上成為有組織的單層。將這些官能化的氧化硅包被的銀納米棱柱分散到含有 0.01mg/mL聚乙烯吡咯烷酮(分子量約55， 000)的氯仿溶液中。然后將該分散液加入到聚 乙烯吡咯烷酮的水溶液(3. 5mg/L)中。蒸發(fā)掉氯仿，濃縮剩下的納米棱柱，使硅晶片穿過該 納米棱柱，從而在硅晶片上得到官能化的氧化硅包被的銀納米晶體的單層。
或者，隨后通過向納米棱柱加入2wt^的3-氨基丙基三甲氧基硅烷，用3-氨基丙 基三甲氧基硅烷官能化該氧化硅包被的銀納米棱柱。然后連續(xù)洗滌這些棱柱用乙醇洗滌 兩次，再用無水二甲基亞砜(DMSO)洗滌兩次。接下來，將這些棱柱重懸于4-(對(duì)-馬來酰 亞胺基苯基)丁酸琥珀酰亞胺酯(SMPB)/DMSO溶液(lmL，10mM)中。用無水DMSO(lmL)洗 滌該懸浮液三次，用偶聯(lián)緩沖液(0. IM磷酸鈉緩沖液，O. 2M NaCl，pH7. 0)洗滌兩次。
將3-氨基丙基三甲氧基硅烷官能化的氧化硅包被的銀納米棱柱分開，并分別用 10iiM的兩種DNA片段溶液單獨(dú)處理，這兩種DNA片段的組組分別是3' SH_A1Q-CCT AAT AAC AAT TTA(SEQ ID NO :1)禾卩5' SH-A10-ATCCTT ATC AAT(SEQ ID NO :2)。然后用pH8. 0 的0. 15M磷酸鈉緩沖液和0. 15M NaCl的混合物洗滌這些DNA官能化的納米棱柱。最后， 將DNA官能化的納米棱柱懸浮于磺基-NHS乙酸鹽(lmL， 10mM)中，該磺基-NHS乙酸鹽已經(jīng) 用pH 7. 4的10mM的磷酸鈉緩沖劑和0. 2M NaCl的溶液洗滌并然后懸浮其中。然后將DNA 官能化的納米棱柱以l : 1的比例與互補(bǔ)的寡核苷酸混合，其中加入了 lOpmol的5' CGA TTA TTG TTA AAT ATT GAT AAGGAT 3' (SEQ ID NO :3)，獲得連鎖雜交的納米棱柱。(互補(bǔ) 的寡核苷酸是指那些寡核苷酸，其具有與連接在官能化的膠體材料上的寡核苷酸充分的核 酸-堿基配對(duì)，以形成適用于檢測(cè)分析的配對(duì)。)連鎖雜交的納米棱柱具有適用于檢測(cè)分析劇烈的協(xié)同解鏈轉(zhuǎn)變。參見圖2和3。 上述說明僅僅為理解的清楚性而提供，而不應(yīng)理解為不必要的限制，因?yàn)槁湓诒?發(fā)明范圍內(nèi)的修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見
權(quán)利要求
一種包被的膠體材料，包括(a)具有鈍化表面的膠體材料和(b)在所述鈍化表面上的包含硅酸酯或氧化鈦中至少一種的涂層。
2. —種包被的膠體材料，通過下列方法制備，所述方法包括將膠體材料、表面鈍化劑 和涂層劑在存在或不存在催化劑的情況下混合。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的包被的膠體材料，其中所述膠體材料包括納米晶體。
4. 如權(quán)利要求3所述的包被的膠體材料，其中所述膠體材料包括納米棱柱。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的包被的膠體材料，其中所述膠體材料包括過渡金屬。
6. 如權(quán)利要求5所述的包被的膠體材料，其中所述過渡金屬包括金或銀。
7. 如權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的包被的膠體材料，其中所述表面鈍化劑具有選自由 鹵素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅 氧烷、硼烷及其混合物組成的組中的至少一個(gè)官能團(tuán)。
8. 如權(quán)利要求7所述的包被的膠體材料，其中所述表面鈍化劑包括硫醇。
9. 如權(quán)利要求8所述的包被的膠體材料，其中所述硫醇包括第二官能團(tuán)。
10. 如權(quán)利要求9所述的包被的膠體材料，其中所述第二官能團(tuán)是羧酸。
11. 如權(quán)利要求10所述的包被的膠體材料，其中所述表面鈍化劑是16-巰基十六烷酸。
12. 如權(quán)利要求2-11中任一項(xiàng)所述的包被的膠體材料，其中所述涂層劑包括硅烷、鈦 或其混合物。
13. 如權(quán)利要求12所述的包被的膠體材料，其中所述硅烷包括烷氧基硅烷。
14. 如權(quán)利要求13所述的包被的膠體材料，其中所述硅烷包括四乙氧基硅烷。
15. 如權(quán)利要求12所述的包被的膠體材料，其中所述涂層劑包括烷氧基鈦。
16. 如權(quán)利要求2-15中任一項(xiàng)所述的包被的膠體材料，其中所述催化劑包括胺。
17. 如權(quán)利要求16所述的包被的膠體材料，其中所述胺為烷基胺、芳胺或其混合物。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的包被的膠體材料，其中所述胺為二甲胺。
19. 如權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)所述的包被的膠體材料，在所述涂層上進(jìn)一步包括官能 化劑。
20. 如權(quán)利要求19所述的包被的膠體材料，其中所述官能化劑包括至少一個(gè)官能團(tuán)， 且第一官能團(tuán)選自由鹵素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亞磷酸酯、膦 酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷、硼烷及其混合物組成的組中。
21. 如權(quán)利要求20所述的包被的膠體材料，其中所述官能化劑選自由癸基(三甲氧 基)硅烷、癸基(三乙氧基)硅烷、十二烷基(三乙氧基)硅烷、十六烷基(三甲氧基)硅 烷、十八烷基(三甲氧基)硅烷及其混合物組成的組中。
22. 如權(quán)利要求20所述的包被的膠體材料，其中所述官能化劑包括第二官能團(tuán)。
23. 如權(quán)利要求22所述的包被的膠體材料，其中所述第一官能團(tuán)包括硅烷或硅氧烷， 所述第二官能團(tuán)包括胺。
24. 如權(quán)利要求23所述的包被的膠體材料，其中所述官能化劑為3-氨基丙基(三甲氧基)硅院o
25. 如權(quán)利要求19所述的包被的膠體材料，其中所述官能化劑包括生物材料。
26. 如權(quán)利要求25所述的包被的膠體材料，其中所述生物材料選自由寡核苷酸、多肽、蛋白質(zhì)、抗體、肽、抗癌劑、多聚核苷酸結(jié)合劑、碳水化合物、脂、細(xì)胞表面受體結(jié)合劑及其混 合物組成的組中。
27. 如權(quán)利要求25所述的包被的膠體材料，其中所述生物材料包括寡核苷酸。
28. —種有組織的材料，包括如權(quán)利要求1-27中任一項(xiàng)所述包被的膠體材料的單層， 其中所述包被的膠體材料通過朗繆爾_布羅基特技術(shù)沉積在基質(zhì)上。
29. —種制備包被的膠體材料的方法，所述方法包括將膠體材料、表面鈍化劑和涂層 劑在存在或不存在催化劑的情況下混合，以形成所述包被的膠體材料。
30. —種檢測(cè)樣本中被分析物的方法，包括將樣本與權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的包被的膠體材料在足以使所述被分析物與所 述包被的膠體材料相互作用的條件下接觸，禾口檢測(cè)所述相互作用，其中所述被分析物和所述包被的膠體材料的相互作用產(chǎn)生檢測(cè)事件。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述官能化劑包括寡核苷酸，所述被分析物包括 互補(bǔ)的寡核苷酸或寡核苷酸結(jié)合部分，而且所述檢測(cè)事件包括所述寡核苷酸的解鏈溫度的 改變。
全文摘要
本發(fā)明公開了包被的膠體材料、制備包被的膠體材料的方法和使用包被的膠體材料的方法。該方法獲得了核光學(xué)性質(zhì)不受負(fù)面影響的包被的膠體材料。所述包被的膠體材料可自組裝成薄膜、層或結(jié)構(gòu)，并通過檢測(cè)分析用于檢測(cè)被分析物。
文檔編號(hào)C09C3/06GK101784617SQ200880103847
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者查德·A·米爾金, 薩拉·J·赫斯特, 薛燦, 陳曉東 申請(qǐng)人:西北大學(xué)