包含金属的半导体聚合物点、它的制备方法和应用
【专利说明】包含金属的半导体聚合物点、它的制备方法和应用
[0001] 相关申请的夺叉参考
[0002] 本申请要求2012年10月8日提交的美国临时专利申请号61/710, 851的权益，其 全部内容通过引用纳入本文。 发明领域
[0003] 本发明提供包括至少一种金属的半导体聚合物点（P点）、它们的制造方法和应用 方法。
[0004] 发明背景
[0005] 聚合物点（P点）最近新兴称为新型荧光纳米探针，其在成像应用中前途光明。与 小荧光染料和量子点（Q点）相比，P点具有高亮度、快速发射速率和良好的光稳定性。还 可改变P点的尺寸而不大量影响它们的发射光谱，增加了它们在宽范围中的应用。
【发明内容】
[0006] P点混合物可提供额外的功能，而单独的P点不能提供这些功能。例如，通过下述 制备了具有量子点（Q点）嵌入P点的P点混合物（P点-Q点）：将用胺基功能化的半导体 聚合物共价地连接到Q点的表面。这些P点混合物显示具有高亮度的窄带和近IR荧光发 射。陈（Chan)等，J.Am.Chem.Soc.，2012, 134, 7309-7312。
[0007] 除了Q点以外，存在许多其它无机纳米颗粒（NP)和颗粒并可用来制备用于广泛应 用的P点-混合物。本发明使用金属来制备含金属的（MC)半导体（SC)P点（MC-SC-P点）。 如下文所更加详细描述，各种金属和聚合物可用来实现与这些混合MC-SC-P点相关的有益 效果。例如，金（Au)颗粒或包括Au的NP已用作用于暗场显微镜中长期观察和单一颗粒 追踪的对比试剂，因为Au不会发生光褪色。但是，在暗场显微镜中，难以将Au和其它细胞 内微米-和纳米-特征区分，它们也强烈的散射光并由此产生类似于Au的信号。本发明的 解决了这个问题，在【具体实施方式】中，在MC-SC-P点中提供Au以提供具有双模成像能力的 P点混合物。这样，Au-MC-SC-P点可容易地与其它细胞内特征区分，因为它们可同时产生强 烈的暗场和荧光信号。这里，使用荧光来帮助确定真实的Au-MC-SC-P点探针，随后使用暗 场利用Au的光学稳定性来实施长期成像。
[0008] 在另一实施例中，金属是铁（Fe)或铁氧化物（FeOx)。在这些实施方式中，MC-SC-P 点可同时用于生物成像和样品制备。例如，用磁铁吸引和浓缩Fe或者FeOx-MC-SC-P点； 当用UV光激发时，这些混合FeOx-MC-SC-P点发射强烈的荧光。可使用永磁铁操作和富集 FeOx-MC-SC-P点标记的细胞。在一些实施方式中，包含铁氧化物的P点可用于多模成像例 如荧光成像和磁共振成像。
[0009] 部分地基于上述，本文所述的是MC-SC-P点，其可用于包括细胞标记和操作（体外 和体内）的各种应用。
[0010] 附图简要说明
[0011] 图1显示用于生产本文所述的MC-SC-P点的步骤，其在各P点中具有嵌入的单一 金（Au)颗粒（Au-MC-SC-P点）。
[0012] 图2A-C显示将包含Au或FeOx的P点与空P点分离。㈧使用具有步进蔗糖梯度 的离心的纯化过程的示意性地显示。从蔗糖溶液以上的馏分重新获得的空P点的透射电子 显微镜（TEM)(左边）和来自管底部馏分的Au-MC-SC-P点的空P点的透射电子显微镜（TEM) (右边）。插图柱形图显示Au-MC-SC-P点的尺寸分布。平均直径是64nm。⑶包含单一Au 颗粒的MC-SC-P点的TEM图像，且柱形图显示在各MC-SC-P点中Au颗粒的数目。平均尺寸 是28nm。插图柱形图是Au-MC-SC-P点的尺寸分布。（C)FeOx-MC-SC-P点的TEM图像。平 均尺寸是52nm。所用的嵌入在混合P点内侧的FeOx颗粒的平均直径是40nm。插图柱形图 是FeOx-MC-SC-P点的尺寸分布。标尺条表示50nm。
[0013] 图3A-D显示如本文所述制备的MC-SC-P点的光学表征。㈧是Au-MC-SC-P点吸 收（吸收）光谱和（B)是Au-MC-SC-P点的发射（荧光）光谱。激发波长是380nm，和SC 聚合物是聚（9, 9-二辛基芴基-2, 7-二基）（PF0)。（B)是FeOx-MC-SC-P点的吸收光谱， (D)是FeOx-MC-SC-P点的发射光谱。激发波长是457nm，和SC聚合物是聚[(9, 9-二辛基 芴基-2, 7-二基）-共聚-(1，4-苯并-{2, 1，3}-噻二唑）](PFBT)。
[0014] 图4A-C显示Au-MC-SC-P点的暗场和荧光显微镜图像。固定在玻璃盖玻片上的 Au-MC-SC-P点的（A)暗场（左边）和（B)荧光（右边）图像。（C)细胞内侧的Au-MC-SC-P 点的暗场和荧光图像。（i)整个细胞的暗场图像；（ii)是（i)中红色矩形区域的放大图像； (iii) (ii)对应的荧光图像。Au-MC-SC-P点和图2所示的那些相同。标尺条表示1微米。
[0015] 图5A-C显示用FeOx-MC-SC-P点标记的细胞的免疫磁性分离。（A)使用永磁铁 把FeOx-MC-SC-P点分散于水性溶液中的操作。（B)示意性地显示将FeOx-MC-SC-P点生物 共轭到链霉亲和素，用于标记细胞-表面蛋白质，EpCAM。（C)使用永磁铁免疫磁性分离用 FeOx-MC-SC-P点标记的细胞。右边图像显示分离的细胞。标尺条表示5微米。
[0016] 图6A-B显示合成Au-MC-SC-P点的特征。⑷Au-MC-SC-P点的TEM图像。（B) Au-MC-SC-P点的尺寸柱形图。平均尺寸是6. 5nm。标尺条表示20nm。
[0017] 图7A-B显示嵌入磁性NP的PF0-P点（FeOx-MC-SC-P点）的TEM图像。A)包含 l〇nm磁性NP的FeOx-MC-SC-P点。B)包含20nm磁性NP的FeOx-MC-SC-P点。标尺条表示 100nm〇
[0018] 详细描沐
[0019] 聚合物点（P点）最近新兴称为新型荧光纳米探针，其在成像应用中前途光明。基 于P点的混合物可提供额外的功能，而单独的P点不能提供这些功能。本发明提供含金属 的（MC)半导体（SC)P点（MC-SC-P点），其中其具有对细胞成像和操作都有益的功能。在
【具体实施方式】中，P点包括含至少一种金属的至少一种NP，和与NP结合的聚合物。在其他 实施方式中，聚合物基质可环绕NP。在其他【具体实施方式】中，NP包括下述，由下述组成或 主要由下述组成：一种金属颗粒。在其他实施方式中，包括至少一种金属或由一种金属颗 粒组成的NP具有疏水性或亲水性聚合物或连接到NP的其它疏水性或亲水性分子以形成 MC-SC-P点的"疏水性核"或"亲水性核"。然后，用其中具有SC聚合物的聚合物基质环绕 这种疏水性核或亲水性核。如本文所使用，"环绕"包括完全的包封以及80%包封，85%包 封；90%包封，95%包封或99%包封。
[0020] NP、疏水性核或亲水性核以及聚合物基质之间的结合可为通过物理或化学结合的 结合。物理结合可源自各种力，包括但不限于范德华力、静电力、31-堆积作用力、疏水作用 力、熵力及其组合。化学结合可通过化学键。
[0021] 取决于特定应用，本文所述的多组MC-SC-P点可具有不同平均直径。在具体实 施方式中，MC-SC-P点的平均直径为 5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、llnm、12nm、13nm、14nm、 15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、 30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm、40nm、41nm、42nm、43nm、44nm、 45nm、46nm、47nm、48nm、49nm、50nm、51nm、52nm、53nm、54nm、55nm、56nm、57nm、58nm、59nm、 60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、140nm、150nm、160nm、180nm、或 200nm、平均直径为 小于100nm、小于80nm、小于60nm、小于40nm、小于30nm、小于20nm、或小于10nm、平均直 径为 5nm_100nm、20nm-100nm、20nm_60nm、20nm_40nm、20nm_80nm、40nm_80nm、50nm_80nm、 60nm-80nm、70nm-80nm、10nm-40nm、或由这些所列数值限定的任何范围或者在这些所列数 值之间的任何范围。
[0022] 如本文所述的MC-SC-P点可包括金属或具有至少一种金属的金属化合物、金属合 金，金属盐和/或金属络合物。NP可包括或主要由金属和其它非-金属组分组成，或者可 主要由金属颗粒（只有金属）组成或者由金属颗粒（只有金属）组成。金属可包括，但不 限于，Na、Li、Zn、Mg、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、In、Si、Ga、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Ag、或Au。 此外，还可将氧化物，络合物，和这些金属的组合用于所述MC-SC-P点。在一种实施方式 中，把Au用作金属。在另一种实施方式中，把？6〇!￡用作金属，其中x等于a/b,且其中a 是 1，2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,或 10,b是 1，2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,或 10。
[0023] 金属颗粒可为单一金属原子，金属原子簇，金属原子晶格，空间不同的金属原子 簇或晶格，或者金属化合物，合金和/或氧化物的簇或晶格（在【具体实施方式】中，空间 不同的簇或晶格）。金属原子簇可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、50、100、200、500、 1，000、10, 000、100, 000、1，000, 000、5, 000, 000、10, 000, 000、50, 000, 000、100, 000, 000、 1，000, 000, 000、5, 000, 000, 000、1，000, 000, 000, 000、或更多原子。在一些实施方式 中，MC-SC-P点中只包括单一金属颗粒。
[0024] 本文所述的NP可具有连接的疏水性聚合物，连接的亲水性聚合物，或连接的两 性聚合物以形成MC-SC-P点的疏水性核，亲水性核或两性核。这些核可有助于制造、排布和 /或使用MC-SC-P点。在【具体实施方式】中，用于连接的疏水性聚合物可包括，但不限于， 聚（甲基）丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚异丁烯、聚二烯、聚亚苯基、聚乙烯、聚交酯、聚苯乙烯、 聚硅氧烷、聚（乙烯吡咯烷酮）、聚氨酯、它们的嵌段共聚物、它们的无规或交替共聚物等。 在【具体实施方式】中，用于连接的亲水性聚合物可包括，但不限于，聚（乙二醇）、聚（乙烯 基吡啶）、聚亚烷基二醇、聚（环氧乙烷）、聚丙二醇、聚氧化烯、淀粉、聚碳水化合物、聚唾液 酸等。在一个实施方式中，所述亲水