专利名称：制备具有受控的纳米级粒子覆盖率的表面的方法
技术领域：
本发明通常涉及表面化学领域。更具体的，本发明涉及具有纳米尺寸性能的表面。
背景技术：
固体表面与活的生物组织的相互作用问题是在医学技术领域中，例如生物材料、生物传感器、和受控的给药中重复的主题。其他应用领域是食品加工技术和生物技术加工化学、其中存在着与生物产生的物质期望的或者不期望的相互作用的领域。因此，一直需要具有改进的功能和特性的新材料，日益需要适于特定应用领域的试验表面改性。纳米技术领域在过去几十年内已经取得了重大的进步，这主要归因于这样的事实，即，结构尺寸为1 -1OOOnm的纳米结构化材料在优化与生物流体和活体组织的相互作用方面具有非常令人感兴趣的性能。本专利申请的核心是最近出版的论文，其描述了一种制造具有大约IOnm的纳米结构的纳米结构化固体表面的方法[I]。该方法包括使得平坦的金表面与硫醇端接的、直链烷烃(二硫醇)反应，来将一个硫醇基团结合到金表面，而另一硫醇端将形成原质硫醇基团的覆盖毯层。将尺寸8_12nm的带负电金粒子的稳定胶体溶液与所述表面接触，并且将该金粒子吸附到前述的原质硫醇基团上。已经观察到吸附粒子之间的距离可以通过改变吸附过程中所用的柠檬酸盐缓冲液的离子强度来进行控制。当缓冲液的摩尔浓度(浓度)在IO-OnM变化时,距离(中心到中心)会在IO-1OOnm变化，这是通过用扫描电镜(SEM)的目测试验来判断的。类似的结果已经更早的在表面带电的聚合物粒子的静电稳定的溶液到矿物表面例如玻璃、二氧化硅或者云母上的粒子吸附试验中得以证明[2-5]。另外，类似的结果还已经在带负电的金表面纳米粒子从静电稳定的溶液到玻璃表面或者二氧化硅表面(其由于化学改性而带正电)上的吸附中已经提出[6]。静电控制的粒子吸附的原理表示在图2中。将含有表面带电的纳米粒子200的静电稳定的溶液202施涂到烧杯201中(图2A)。将制备表面203引入到该容器中(图2B)，并且使粒子200依靠静电、半共价、共价或者其他类型的键合来结合到表面203上，这导致在一段时间后获得了稳定的吸附(图2C)。这些粒子彼此间具有某些距离r。这种条件代表了用于吸附的终端条件，并且延长的培养时间不会对粒子的表面覆盖率产生任何进一步的影响。当将该表面从粒子溶液中除去时，两个相邻粒子之间的距离可以通过根据DLVO理论的相互作用的成对电势来评估[1，7]，图3。简言之，成对电势U(r)(这里r是两个粒子间的距离)可以作为来源于粒子间分散力的吸引电势(r)以及来源于粒子间的静电排斥的排斥电势Ufiw (r)之和来计算。排斥电势的形状可以以不同的形式来计算，但是总是随着所谓的德拜距离而变化，其是粒子表面外的电势下降的近似度量。短的德拜距离表示排斥电势在粒子表面外快速下降。德拜距离依次取决于粒子溶液202的离子强度，并且可以表达为:
权利要求
1.一种用于制备沿着固体表面(203)的连续梯度的沉积的和带电荷的纳米粒子(200)的方法，其中每单位面积的表面(203)上沉积的和带电荷的纳米粒子(200)的数目在该表面的一端上是相对高的，并且在该表面的相对端上是相对低的，和其中在沉积时，沉积粒子之间的距离是通过溶液(402)中的纳米粒子之间的静电排斥来调节的，特征在于溶液(402)中的粒子的静电排斥度是通过将盐溶液(403)扩散到包含纳米粒子的溶液(402)中来获得的。
2.权利要求1的方法，其中盐溶液(403)的扩散通过在一层包含纳米粒子的基本上无盐的溶液(402)下以相对高的密度和浓度来形成一层盐溶液来获得的，和连续梯度是通过盐溶液(403)中的盐的扩散时间和浓度来调节的。
3.根据权利要求1或者2的方法，其中盐溶液(403)的扩散是如下来获得的:将盐溶液(403)保持在存储器￠03)中，与纳米粒子悬浮液(602)接触，所述的悬浮液进一步包含基质，其允许纳米粒子扩散，但是阻止对流，和将纳米粒子悬浮液(602)与固体表面(203)接触。
4.根据前述权利要求任一项的方法，其中该纳米粒子(200)是由金属、陶瓷例如玻璃、或者聚合物材料组成的。
5.根据前述权利要求任一项的方法，其中该固体表面(203)是由金属、陶瓷例如玻璃、或者聚合物材料组成的。
6.根据前述权利要求任一项的方法，其中纳米粒子(200)和表面(203)之间的键合力包含共价键、库仑相互作用、金属键、范德华键、氢键、偶极-偶极键或者离子-偶极键。
7.根据前述权利要求任一项的方法，其中该表面(203)是具有键合的二硫醇试剂的金，和该纳米粒子(200)共价键合到该金表面上所键合的二硫醇分子的硫醇基团上。
8.根据前述权利要求任一项的方法，其中将带负电荷、但是非表面结合性粒子(604)与表面结合性纳米粒子(200)进行混合。
9.根据前述权利要求任一项的方法，其进一步包含将第一单独表面(801)和第二单独表面(802)增加到表面(203)上，其中该第一单独表面(801)具有类似于纳米粒子(200)的表面化学，和该第二单独表面(802)具有类似于表面(203)的表面化学。
10.根据前述权利要求任一项的方法，其进一步包含将刻度线(702，703，704)增加到表面(203)上。
11.一种表面(203，700)，其具有连续梯度的沉积的和带电荷的纳米粒子(200)。
12.根据权利要求11的表面，其中该梯度长度是lmm-50mm。
13.根据权利要求11或者12的表面，其中该纳米粒子(200)的平均直径是10-60nm。
14.根据权利要求11-13任一项的表面，其中该梯度是线性的。
15.根据权利要求11-14任一项的表面，其中该纳米粒子的平均中心到中心距离在梯度的一端是大约10-60nm，和在梯度的另一端是大约100_150nm。
16.根据权利要求11-15任一项的表面，其中该纳米粒子(200)和/或表面(203)是由金属、陶瓷例如玻璃或者聚合物材料组成的。
17.根据权利要求11-16任一项的表面，其中该纳米粒子(200)和/或表面(203)具有共轭到它们上的化合物。
18.根据权利要求17的表面，其中该化合物选自二硫醇基团、硫醇基团例如甲基端接的、氨基端接的、酸端接的、肽端接的、糖类共轭的或者PEG共轭的硫醇、或者硫醇硅烷；PEG例如聚-L-赖氨酸-PEG、PEG改性的硅烷、马来酰亚胺-PEG ;和氨基硅烷。
19.一种用于分析附着现象的装置(800)，其包含根据权利要求11-18任一项的梯度表面(203，700)、第一单独表面(801)和第二单独表面(802)，其中该表面是分开的，并且该第一单独表面(801)具有类似于纳米粒子(200)的表面化学，和该第二单独表面(802)具有类似于梯度表面(203)的表面化学。
20.根据权利要求19的装置(800)，其中该纳米粒子(200)、梯度表面(203)、第一单独表面(801)或者第二单独表面(802)具有共轭到它们上的相同或者不同的化合物，其中该化合物选自硫醇基团例如甲基端接的、氨基端接的、酸端接的、肽端接的、糖类共轭的或者PEG共轭的硫醇、或者硫醇硅烷；PEG例如聚-L-赖氨酸-PEG、PEG改性的硅烷、马来酰亚胺-PEG ;和氨基硅烷。
21.根据权利要求11-18的表面(203，700)或者根据权利要求19-20的装置的用途，其用于附着分析。
22.根据权利要求22的用途，其中该分析基于表面等离子体共振(SPR)、电化学、光学显微镜学或者扫描 电子显微镜学(SEM)。
全文摘要
本发明涉及纳米表面和特别是梯度基纳米表面。根据本发明的实施方案，一种表面结合梯度是通过沿着平面表面分布的纳米粒子来产生的。这种程序明显的降低了所需要制备的表面的数目，以及吸附和附着现象分析的方法误差。
文档编号B05D1/18GK103180055SQ201180051333
公开日2013年6月26日 申请日期2011年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者安德斯·隆格伦, 马蒂亚斯·贝丽林, 汉斯·埃尔温, 马茨·胡兰德 申请人:克莱因科学公司