) :545-80.电子版 2003/03/12. doi: 10. 1101/ gad. 1047403. PubMed PMID: 12629038。应注意，MPR-拉曼和MPR-PAT分别比荧光成像更灵 敏大约6个和4个数量级。MPR-MRI (由于在MPR核心中纳米氧化铁群聚）比使用临床上批 准的小分子Gd造影剂（MPR-纳米星-MRI接近荧光灵敏度）的常规MRI更灵敏大约4个数 量级。
[0056] 图29说明不同成像模式的某些优势和弱点。并入MPR-纳米星（上三行）的三种 成像模式的优势彼此高度互补。
【具体实施方式】
[0057] 本发明的实施例提供粒子、制得粒子的方法、粒子以及其类似物的使用方法。
[0058] 本发明的各种实施例采用表面增强（共振）拉曼散射（SE(R)RS)。（共振）拉曼 信号的增强为至少两个现象、（共振）拉曼散射（(R)RS)和表面增强拉曼散射（SERS)的倍 增效果的结果。
[0059] 在不希望受任何特定理论束缚的情况下，在一些实施例中描述的粒子与任何已经 报道的信号相比，展现显著提高的拉曼信号，其由以下参数中的一或多者产生：A)电磁增 强；B)化学增强；C)染料共振SE(R)RS活性剂与激励激光波长共振）。在一些实施例中，此 类粒子尤其适用于活体内成像应用。
[0060] 粒子
[0061] 根据本发明使用的粒子理论上可以具有任何形状或设计。在一些实施例中，粒子 可以为球体或可以包含球体。另外或或者，粒子可以为星状、棒状、立方形、矩形、锥形、角 锥形、圆柱形、管状、环状、四面形、六边形、八边形、笼形或任何不规律形状或可以包含前述 者。
[0062] 在一些实施例中，粒子的最大尺寸或至少一个尺寸可以为约或低于10 μ m、5 μ m、 I μ m、800nm、500nm、400nm、300nm、200nm、180nm、150nm、120nm、110nm、100nm、90nm、80nm、 70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、5nm、2nm 或甚至 lnm。在一些实施例中，粒子的 最大尺寸或至少一个尺寸可以超过 10 μ m、5 μ m、1 μ m、800nm、500nm、400nm、300nm、200nm、 180nm、150nm、120nm、llOnm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、 5nm、2nm或甚至lnm。在一些实施例中，粒子的最大尺寸或至少一个尺寸可以在约I μπι到 约5nm范围内。在一些实施例中，粒子的最大尺寸或至少一个尺寸可以在约300nm到约5nm 范围内。在一些实施例中，粒子的最大尺寸或至少一个尺寸可以在以上任何两个值的范围 内。在一些实施例中，粒子的尺寸为直径，其中直径可以在如上文所提及的范围内。在一些 实施例中，粒子的尺寸可以由X、Y和Z轴上的长度、宽度或高度表示，其中每一尺寸可以在 如上文所提及的范围内。
[0063] 在某些实施例中，调整粒径和表面电荷以因其渗漏的脉管进入肿瘤并且主要通过 吞噬作用被肿瘤（相关）细胞截留（称为"增强的渗透性和滞留（EPR) "效应）。在某些实 施例中，粒子不会从肿瘤中洗掉，而是稳定地截留在肿瘤内（例如滞留时间为至少7天）。
[0064] 在图1中说明了适合根据本发明使用的示例性粒子。粒子可以具有近似于球形的 形状。这种粒子可以具有大约50nm到300nm的直径。
[0065] 在各种实施例中，本文所描述的粒子可以包含纳米级核心、密封剂和一或多个掺 杂剂实体。参看图1 (左侧），在某些实施例中，纳米级核心为金纳米星，密封剂为二氧化硅 并且掺杂剂实体为（共振）拉曼报告子，并且另外，试剂为MRI试剂。这种粒子可以采用两 个表面增强共振拉曼散射（SE(R)RS)和MR功能和/或正电子发射断层摄影法（PET)、单光 子发射断层摄影法（SPECT)、计算机断层摄影法（CT)或超声波（US)功能。
[0066] 纳米级核心
[0067] 本发明的一些实施例中所使用的粒子的纳米级核心可以为或可以含有任何金属 或能够产生局部表面等离子共振（LSPR)的任何其它材料。
[0068] 在多个实施例中，金属为SE (R) RS活性金属。这种金属可以是能够维持（局部）表 面等离子共振的任何（金属）物质。在一些实施例中，SE (R) RS活性金属为或包含Au、Ag、 Cu、Na、K、Cr、Al或Li。纳米级核心还可以含有金属合金。在一些实施例中，纳米级核心为 或含有Au、Ag或其组合。在某些实施例中，纳米级核心可以提供可检测到的光声信号。
[0069] 纳米级核心可以具有任何形状或设计，并且可以含有一或多个结构元件。在一些 实施例中，纳米级或其至少一个结构元件为球形。在一些实施例中，纳米级核心或其至少一 个结构元件为非球形。在一些实施例中，纳米级核心具有选自由以下组成的群组的结构元 件：球、棒、星、贝壳、椭圆、三角、立方体、笼子、角锥以及其任何组合。举例而言，纳米级核心 可以由上覆至少一个贝壳的星组成或可以包含前述者。再举一个实例，纳米级核心可以由 两个或两个以上同心贝壳组成或可以包含前述者。在一些具体实施例中，纳米级核心可以 由被卫星结构包围的中心结构组成或可以包含前述者。在图15到18中说明了具有各种组 态的示例性粒子。
[0070] 在一些实施例中，纳米级核心包含至少两个在适合于等离子杂交效应的距离内彼 此分离的结构元件。距离可以是平均距离。在某些实施例中，两个分离的结构元件之间的 距离小于 10〇11111、5〇11111、3〇11111、2〇11111、1511111、1〇11111、811111、5111]1或3111]1或1111]1。在某些实施例中，两 个分离的结构元件之间的距离在约IOOnm到约50nm，约50nm到约30nm，约30nm到约Inm 或以上任何两个值的范围内。在某些实施例中，个别结构元件彼此分离或经密封剂填充。
[0071] 在一些实施例中，纳米级核心为星形。如本文所用，术语"星形"是指多个伸出部 分从主体部分延伸出来的主体部分。在一些实施例中，星形为正星形。如本文所使用的术 语"正星形"包含多个伸出部分从所述主体部分径向延伸出来的主体部分。在一些实施例 中，正星形具有至少一个对称性开口。在一些实施例中，正星形为实质上对称的。在一些实 施例中，正星形中的伸出部分具有大致相等的长度。在一些实施例中，伸出部分具有大致相 等的宽度。在一些实施例中，伸出部分具有实质上一致的结构。在一些实施例中，正星形具 有实质上为球形的主体部分。在一些实施例中，正星形具有实质上为矩形或正方形的主体 部分。在一些实施例中，伸出部分实质上覆盖主体表面。在一些实施例中，伸出部分组态于 主体表面上以获得较高极化率，例如以使得可以产生密集局部表面等离子。在此考虑了当 粒子含有径向伸出的尖峰时，协同电子振荡围入狭窄区域（即，端部），使得大量电荷在极 小区域中积聚。因此，一定数目的尖峰使得在几何图形上电磁增强，所述几何图形不含有任 何具有过量尖峰或不对称特征的纳米级核心，另一方面，所述几何图形具有较小的极化率 并且无法承受较大的表面等离子共振，因为他们遇到来自电子-电子碰撞显著提高的强阻 尼，使电子的协同振荡减弱并且存活时间变短。图1说明了星形纳米级核心的一实例。
[0072] 在一些实施例中，纳米级核心或其每个组件的最大尺寸或至少一个尺寸可以为约 或低于 500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、 15nm、10nm、5nm或lnm。在一些实施例中，纳米级核心或其每个组件的最大尺寸或至少一个 尺寸可以超过 500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、 20nm、15nm、10nm、5nm或lnm。在一些实施例中，纳米级核心或其每个组件的最大尺寸或至 少一个尺寸可以在约500nm到约5nm或约150nm到约5nm范围内。在一些实施例中，纳米 级核心或其每个组件的最大尺寸或至少一个尺寸可以在约IOOnm到约90nm，约90nm到约 80nm，约 80nm 到约 70nm，约 70nm 到约 60nm，约 60nm 到约 50nm，约 50nm 到约 40nm，约 40nm 到约30nm，约30nm到约20nm，约20nm到约10nm，约IOnm到约5nm范围内。在一些实施 例中，纳米级核心或其每个组件的最大尺寸或至少一个尺寸可以在以上任何两个值的范围 内。
[0073] 具有所需尺寸的纳米级核心可以通过所属领域中熟知的多种技术增长为金属胶 体。举例而言，已经描述使用任何数目的还原剂化学或光化学还原溶液中金属离子。同样 地，纳米级核心的合成可以在限定体积中进行，例如在囊泡内部进行。纳米级核心还可以通 过在溶液中放电制得。纳米级核心还可以通过用高强度脉冲激光器辐射金属制得。在某些 实施例中，实例1表明金属纳米级核心可以通过用柠檬酸盐或抗坏血酸以及过氧化氢还原 制得。
[0074] 密封剂
[0075] 本发明所提供的粒子可以包括密封剂。在一些实施例中，密封剂将实质上覆盖粒 子表面。
[0076] 根据本发明的各种实施例，密封剂可以为或可以包含：氧化物，包括二氧化硅 (SiO2)、二氧化钛（TiO 2)、氧化铝（Al2O3)、氧化错（ZrO2)、二氧化锗（GeO 2)等；以及非氧化 物，包括纯金属或金属硼化物、碳化物和氮化物，如钛以及其组合（Ti、TiB2、TiC、TiN等）。 另外或或者，金属（例如金、银以及其类似物）与核心材料不同，聚合物包括PEG和PLGA/ PEG以及聚合螯合剂（例如聚D0TA、树枝状聚合物骨架、聚DTPA或仅树枝状聚合物）、（多 壁）碳纳米管、石墨烯、硅烯。
[0077] 在一些实施例中，密封剂为或包含电介质。举例而言，如二氧化硅的密封剂可以用 作电介质。
[0078] 在一些实施例中，密封剂为或包括二氧化硅。举例而言，二氧化硅密封剂可以合成 自二氧化硅前驱体，其包括（但不限于）硅酸钠；烷基烷氧基硅烷；聚硅酸乙酯；正硅酸四 乙酯（TEOS);正硅酸四甲酯（TMOS);部分水解TE0S;部分水解TMOS或其组合。
[0079] 在一些实施例中，密封剂为或包括一或多种聚合物，尤其是已被美国食品和药物 管理局（FDA)在21 C.F.R. § 177.2600下认可以用于人类的聚合物，其包括（但不限于）聚 酯（例如聚乳酸、聚（乳酸-共-乙醇酸）、聚己内酯、聚戊内酯、聚（1，3-二噁烷-2-酮））； 聚酸酐（例如聚（癸二酸酐））；聚醚（例如聚乙二醇）；聚氨基甲酸酯；聚甲基丙烯酸酯； 聚丙烯酸酯；聚氰基丙烯酸酯；PEG与聚（环氧乙烷）（PEO)的共聚物。
[0080] 在一些实施例中，密封剂为或包括至少一种可降解聚合物。这种可降解聚合物可 以是水解可降解的、生物可降解的、热可降解的、以酶促方式可降解的和/或光解可降解的 聚电解质。在一些实施例中，降解可以释放一或多个与本文所描述的粒子相连的掺杂剂实 体（例如用于递送的试剂）得以实现。
[0081] 所属领域中已知的可降解聚合物包括例如某些聚酯、聚酸酐、聚原酸酯、聚磷腈、 聚磷酸酯、某些聚羟酸、聚丁烯二酸丙酯、聚己内酯、聚酰胺、聚（氨基酸）、聚缩醛、聚醚、生 物可降解聚氰基丙烯酸酯、生物可降解聚氨基甲酸酯以及多醣。举例而言，可以使用的特定 的生物可降解聚合物包括（但不限于）聚赖氨酸、聚（乳酸）（PLA)、聚（乙醇酸）（PGA)、聚 (己内酯）（PCL)、聚（丙交酯-共-乙交酯）（PLG)、聚（丙交酯-共-己内酯）（PLC)以及 聚（乙交酯-共-己内酯）（PGC)。另一示例性可降解聚合物为聚（β-胺基酯），其可以适 合于根据本申请案使用。
[0082] 纳米级核心上的密封剂层可以具有各种范围内的平均厚度。在一些实施例中， 平均厚度为约或低于 300nm、200nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、 15nm、10nm、5nm、lnm、0. 5nm或0· lnm。在一些实施例中，平均厚度为约或大于300nm、 200nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、15nm、10nm、5nm、lnm、0. 5nm 或 0· lnm。在一些实施例中，平均厚度在约0· Inm到约200nm，约5nm到约50nm或约IOnm到约 30nm范围内。在一些实施例中，平均厚度在以上任何两个值的范围内。
[0083] 在本发明的多个实施例中，密封剂可以具有或经修饰具有一或多个功能团。这些 功能团（在密封剂层的表面内或上）可以与任何试剂（例如MRI试剂、正电子发射断层摄 影（PET)示踪剂、单光子发射断层摄影（SPECT)示踪剂、荧光染料、计算机断层摄影（CT)试 剂、超声波（US)试剂、靶向实体或PEG)结合使用。
[0084] 掺杂剂实体
[0085] 任何相关实体可以用作根据本发明的掺杂剂实体。在一些实施例中，掺杂剂实体 对粒子的一或多种组分具有足够的亲和力以准许移置覆盖剂和/或准许高密度和/或掺杂 剂实体于粒子中或上的表面接近局部装载。
[0086] 在一些实施例中，掺杂剂实体为或包含可检测实体。在一些实施例中，掺杂 剂实体为或包含染料，例如共振染料。在一些实施例中，掺杂剂实体为或包含适用于 拉曼光谱法的试剂。示例性掺杂剂实体包括（但不限于）所属领域中，如美国专利第 5, 306, 403, 6, 002, 471号和第6, 174, 67