包含球形和珊瑚形纳米颗粒的组合物及其制备方法与流程

背景

1、技术领域

本文公开了包含球形纳米颗粒和具有球类(globular)、珊瑚状形状的纳米颗粒的物质的纳米颗粒组合物以及制备这种组合物的方法。

2、

背景技术：

术语“纳米颗粒”通常是指最大尺寸小于100nm的颗粒。由于在生物医学、光学和电子领域广泛的多种潜在应用，纳米颗粒研究目前是科学研究的热点区域。

纳米颗粒引起很大的科学关注，因为它们可有效作为块体材料和原子或分子结构间的桥梁。不管尺寸如何，块体材料通常都具有恒定的物理性质，但是在纳米尺度下，经常观察到尺寸依赖(size-dependent)特性。因此，材料的性质随着其尺寸接近纳米尺度，以及随着材料表面的原子百分比变得显著而变化。对于大于一微米的块体材料，相对于材料块体中的原子数，表面上原子的百分比微不足道。因此，令人关注的且有时意想不到的纳米颗粒的特性主要是由于材料的大表面积，这主要是由相对小的材料块体所发挥的作用。

纳米颗粒通常具有意想不到的光学特性，因为其足够小以限制其电子并产生量子效应。例如，金纳米颗粒在溶液中呈现深红色至黑色。黄色的金和灰色的硅的纳米颗粒是红色的。金纳米颗粒在比金板(1064℃)低得多的温度(对于2.5nm的尺寸约300℃)下熔融。在由纳米颗粒构成的材料中太阳辐射的吸收比在连续片材料的薄膜中高得多。在太阳能pv和太阳能热应用中，控制颗粒的尺寸、形状和材料，可以控制太阳能吸收。

纳米颗粒的尺寸依赖特性变化包括半导体颗粒中的量子限域、一些金属颗粒中的表面等离子体共振，以及磁性材料中的超顺磁性。纳米颗粒的悬浮是可能的，因为颗粒表面与溶剂的相互作用足够强以克服密度差异，否则该密度差异通常会导致材料在液体中下沉或漂浮。

纳米颗粒的高表面积与体积比提供了巨大的扩散驱动力，特别是在升高的温度下。与较大颗粒相比，烧结可以在较低的温度下、较短的时间尺度内进行。理论上，这不影响最终的产品密度，尽管流动困难和纳米颗粒聚集的趋势可能使事情复杂化。此外，已经发现纳米颗粒赋予多种日常产品额外的特性。例如，二氧化钛纳米颗粒的存在赋予所谓的自清洁效果，并且尺寸是纳米范围，所以不能观察到颗粒。与其块体替代物相比，已发现氧化锌颗粒具有优异的uv阻隔特性。

已经形成了金属、电介质和半导体纳米颗粒，以及混合结构(例如，核-壳纳米颗粒)。由半导体材料制成的纳米颗粒如果其足够小(通常<10nm)则也可以被标记为量子点，从而发生电子能级的量子化。这种纳米级颗粒通常用于生物医学应用作为药物载体或成像剂。

存在若干种用于产生纳米颗粒的方法，包括研磨和热解。在研磨中，可以在球磨机、行星式球磨机或其它尺寸减小机构中研磨宏观尺度或微尺度的颗粒。将得到的颗粒进行空气分级以回收纳米颗粒。在热解中，蒸气态前体(液体或气体)在高压下被迫使通过孔并燃烧。将所得固体(烟灰的状态)进行空气分级以从副产物气体中回收氧化物颗粒。传统的热解常常导致聚集物和团聚物而不是单独的初级颗粒。超声波喷嘴热解(ultrasonicnozzlespraypyrolysis，usp)是另一种旨在防止团聚物形成的方法。

热等离子体还可以递送所需的能量以使小的微米尺寸的颗粒蒸发。热等离子体温度约为10000k，使得固体粉末容易蒸发。纳米颗粒在冷却之后形成同时离开等离子体区域。用于产生纳米颗粒的典型热等离子体炬是dc等离子体射流、dc电弧等离子体和射频(rf)感应等离子体。在电弧等离子体反应器中，通过在阳极和阴极之间形成的电弧来提供蒸发和反应所需的能量。例如，硅砂可以在大气压下用电弧等离子体蒸发。所得到的等离子体气体和二氧化硅蒸气的混合物可通过用氧淬火快速冷却，从而确保产生的气相法二氧化硅(fumedsilica)的质量。

科学家已经以颗粒可能表现的现实世界的形状命名颗粒。在文献中已经出现了“纳米球”、“纳米礁”、“纳米盒”等等。这些形态有时受到合成中存在的模板剂或引导剂(例如胶束乳液或阳极化氧化铝孔)的影响自发产生，或者由材料本身的固有晶体生长模式产生。这些形态中的一些可以用于一定目的，如用于桥接成电结点的长碳纳米管。其他的可能只是满足科学上的好奇，如“纳米星”。

无定形颗粒通常采用球形(由于其微结构的各向同性)，而各向异性微晶晶须的形状对应于其特定的晶体习性(crystalhabit)。在尺寸范围的小端，纳米颗粒通常被称为簇。球、棒、纤维和杯只是已经生长出的几种形状。

纳米颗粒表征是确立纳米颗粒合成和应用的理解和控制所必需的。表征是通过使用各种不同的技术来完成的，主要来自材料科学。常规技术是电子显微镜(tem、sem)、原子力显微镜(afm)、动态光散射(dls)、x射线光电子能谱(xps)、粉末x射线衍射(xrd)、傅里叶变换红外光谱(ftir)、基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(maldi-tof)、紫外-可见光谱、卢瑟福背散射光谱(rbs)、双极化干涉测量和核磁共振(nmr)。

纳米颗粒可以通过化学还原方法生长成球体(例如二氧化硅)，然而由其他起始材料产生球形纳米颗粒传统上是通过两步法进行。在第一步中，通过化学还原方法由非二氧化硅起始材料生长纳米颗粒产生非球形形状如多面体、板、棒和另一些非球形形状。虽然这些方法对尺寸提供良好的控制，但是所得到的非球形形状在其可以变成球形之前需要进一步加工。在第二步中，使用激光烧蚀来将非球形颗粒强力研磨成准球形和/或球形。该过程通常会产生不需要的“废料”片和金属离子作为副产品。然后过滤球形颗粒以除去离子和不需要的废料。

因此，仍然需要制造新型纳米颗粒和纳米颗粒组合物以便提供所需的特性和/或减少有害影响。

技术实现要素：

本文公开了纳米颗粒组合物，包含：(1)复数个球形纳米颗粒；和(2)复数个珊瑚形金属纳米颗粒，每个珊瑚形金属纳米颗粒具有非均一的截面和由以没有直角接合在一起的多个非线性链形成的球类结构。

纳米颗粒组合物可用于多种不同的目的，包括但不限于，例如，制备抗微生物剂、处理织物和其他纤维材料、用于医疗器械的涂层或处理、电能导体、热能导体或反射器、光能反射器、催化剂、燃料添加剂、抗氧化剂、成核位点、口腔护理产品、防腐蚀制剂、防晒组合物和止血剂。在一些实施方案中，珊瑚形金属纳米颗粒可以有利地与球形金属纳米颗粒一起使用(例如，为了增加、增强或改善球形金属纳米颗粒的期望或不期望的效果)。

在一些实施方案中，纳米颗粒组合物的球形纳米颗粒与珊瑚形纳米颗粒的质量比可为约5:1至约20:1，或约7.5:1至约15:1，或约9:1至约11:1或约10:1；和/或球形纳米颗粒与珊瑚形纳米颗粒的颗粒数之比可为约50:1至约200:1，或约75:1至约150:1，或约90:1至约110:1或约100:1。

在一些实施方案中，球形金属纳米颗粒的直径可为约40nm或更小、约35nm或更小、约30nm或更小、约25nm或更小、约20nm或更小、约15nm或更小、约10nm或更小、约7.5nm或更小，或者约5nm或更小。所述球形纳米颗粒可具有一定的粒径分布，其中至少99％的金属颗粒的粒径在平均直径的30％之内，或在平均直径的20％之内，或在平均直径的10％之内；和/或其中至少99％的球形纳米颗粒的直径在平均直径±3nm之内，或在平均直径±2nm之内，或在平均直径±1nm之内。球形纳米颗粒的ξ电位可为至少约10mv，或至少约15mv，或至少约20mv，或至少约25mv，或至少约30mv。

在一些实施方案中，珊瑚形金属纳米颗粒的长度可为约15nm至约100nm，或约25nm至约95nm，或约40nm至约90nm，或约60nm至约85nm，或约70nm至约80nm。所述珊瑚形金属纳米颗粒可具有一定的平均长度，并且其中至少99％的珊瑚形金属纳米颗粒的长度在平均长度的约30％之内，或在平均长度的约20％之内，或在平均长度的约10％之内。所述珊瑚形纳米颗粒的ξ电位可为至少约10mv，或至少约15mv，或至少约20mv，或至少约25mv，或至少约30mv。

在一些实施方案中，所述球形和/或所述珊瑚形纳米颗粒可包含选自以下的至少一种金属：金、铂、银、钯、铑、锇、钌、铑、铼、钼、铜、铁、镍、锡、铍、钴、锑、铬、锰、锆、锡、锌、钨、钛、钒、镧、铈，其非均匀(heterogeneous)混合物及其合金。由银、金以及其混合物和合金构成的纳米颗粒可以是特别有效的。

在一些实施方案中，使用纳米颗粒组合物的方法包括将所述纳米颗粒组合物施用于基底和/或使基底暴露于所述纳米颗粒组合物。所述基底可以是非生命体或活有机体。

在一些实施方案中，球形和/或珊瑚形纳米颗粒可以通过以下形成：(1)在重气氛(heavyatmosphere)中烧蚀靶以形成喷出物羽流(ejectaplume)，以及(2)对所述喷出物羽流施加电磁场以使所述喷出物羽流形成球形纳米颗粒。在一些情况下，可以通过变化靶前方的电磁场距离来优先地获得球形纳米颗粒或珊瑚形纳米颗粒。在一些情况下，可以通过将电磁场保持在较靠近靶的位置来优先获得球形纳米颗粒，并且可以通过将电磁场保持在较远离靶的位置来优先获得珊瑚形纳米颗粒。

在一些实施方案中，制造单部分纳米颗粒组合物的方法包括：(1)获得球形纳米颗粒；(2)获得珊瑚形纳米颗粒；以及(3)使所述球形纳米颗粒与所述珊瑚形纳米颗粒组合以形成单部分纳米颗粒组合物。

在一些实施方案中，制造多部分纳米颗粒组合物的方法包括：(1)获得球形纳米颗粒并将其储存在多部分纳米颗粒组合物的第一部分中；以及(2)获得珊瑚形纳米颗粒并将其储存在多部分纳米颗粒组合物的第二部分中。

本发明的这些和另一些优点和特征将部分地在以下说明书中阐述，并且在审查以下内容之后将部分地对本领域技术人员变得显而易见，或者可通过本发明的实践学习。

附图说明

图1示意性地示出了制备具有所需尺寸和/或形状的纳米颗粒的系统，包括选择性或优先形成球形和/或珊瑚形纳米颗粒；

图2示意性地示出了远离靶表面移动的重气氛或液体中的喷出物羽流及其与多梯度电磁场的相互作用；

图3示意性地示出了在金属靶表面前方一定距离处设置一个或更多个电磁场，以选择性地产生所需尺寸和/或形状的纳米颗粒，包括选择性地或优先产生球形或珊瑚形金属纳米颗粒；

图4是用于制备纳米颗粒组合物的具有基本均匀的尺寸和窄粒径分布的示例性球形金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)；

图5a-5e是用于制备纳米颗粒组合物的示例性珊瑚形金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)；

图6示意性地示出了在其表面上包含多个同轴带的环面(toroid)；以及

图7示意性地示出了用于使用放电进行烧蚀的装置。

具体实施方式

本文公开了包含球形和珊瑚形金属纳米颗粒的纳米颗粒组合物以及用于选择性地或优先制备球形或珊瑚形纳米颗粒的方法和系统。

纳米颗粒构造

在一些实施方案中，金属纳米颗粒可以包含非离子基态金属纳米颗粒或基本上由非离子基态金属纳米颗粒组成。

术语“球形金属纳米颗粒”是指由一种或更多种金属，优选非离子基态金属制成的纳米颗粒，其仅具有内部键角(bondangle)并且没有外部边缘或键角。在一些实施方案中，球形纳米颗粒的直径可为约40nm或更小、约35nm或更小、约30nm或更小、约25nm或更小、约20nm或更小、约15nm或更小、约10nm或更小，约7.5nm或更小，或者约5nm或更小。优选地，球形金属纳米颗粒具有实心核。以这种方式，球形纳米颗粒具有高度的电离抗性、高度稳定性，以及高度的抗团聚性。这样的纳米颗粒可以表现出高ξ电位，这使得球形纳米颗粒在极性溶剂中保持分散而不用表面活性剂，这是令人惊奇和预期的结果。

在一些实施方案中，球形纳米颗粒可具有一定的粒径分布，使得至少99％的纳米颗粒的直径在纳米颗粒平均直径的30％之内，或在平均直径的20％之内，或在平均直径的约10％之内。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可具有一定的平均粒径，并且至少99％的纳米颗粒的粒径在平均直径±3nm之内，在平均直径±2nm之内，或在平均直径±1nm之内。在一些实施方案中，球形纳米颗粒的ξ电位可为至少10mv，优选至少约15mv，更优选至少约20mv，甚至更优选至少约25mv，并且最优选至少约30mv。

术语“珊瑚形金属纳米颗粒”是指由一种或更多种金属，例如非离子基态金属制成的纳米颗粒，其具有非均一截面以及由以没有直角接合在一起的多个非线性链形成的球类结构。类似于球形纳米颗粒，珊瑚形纳米颗粒可以仅具有内部键角，并且没有外部边缘或键角。以这种方式，珊瑚形纳米颗粒可具有高度的电离抗性、高度稳定性，以及高度的抗团聚性。这种珊瑚形纳米颗粒可以表现出高的ξ电位，这使得珊瑚形纳米颗粒在极性溶剂中保持分散而不用表面活性剂，这是令人惊奇和预期的结果。

在一些实施方案中，珊瑚形纳米颗粒的直径可为约15nm至约100nm，或约25nm至约95nm，或约40nm至约90nm，或约60nm至约85nm，或约70nm至约80nm。在一些实施方案中，珊瑚形纳米颗粒可具有一定的粒径分布，使得至少99％的纳米颗粒的长度在平均长度的30％之内，或在平均长度的20％之内，或在平均长度的10％之内。在一些实施方案中，珊瑚形纳米颗粒的ξ电位可为至少10mv，优选至少约15mv，更优选至少约20mv，甚至更优选至少约25mv，并且最优选至少约30mv。

通常，球形金属纳米颗粒可以小于珊瑚形金属纳米颗粒，并且以这种方式可以提供非常高的表面积用于催化所需反应或提供另一些期望的益处。另一方面，与球形纳米颗粒相比，通常较大的珊瑚形纳米颗粒可以表现出更高的每单位质量的表面积，因为珊瑚形纳米颗粒具有内部空间和表面，而不是具有实心核并仅具有外表面。在一些情况下，提供包含球形和珊瑚形纳米颗粒的组合物可提供协同作用的结果。例如，珊瑚形纳米颗粒除了提供自己独特的优点之外，还可以帮助承载和/或增强球形纳米颗粒的活性。

在一些实施方案中，纳米颗粒组合物中的球形纳米颗粒与珊瑚形纳米颗粒的质量比可为约1:1至约50:1，或约2.5:1至约25:1，或约5:1至约20:1，或约7.5:1至约15:1，或约9:1至约11:1或约10:1。纳米颗粒组合物中的球形纳米颗粒与珊瑚形纳米颗粒的颗粒数之比可为约10:1至约500:1，或约25:1至约250:1，或约50:1至约200:1，或约75:1至约150:1，或约90:1至约110:1或约100:1。

包含球形和珊瑚形纳米颗粒的纳米颗粒可以包含任何所需的金属，金属混合物或金属合金，包括选自以下的至少一种：银、金、铂、钯、铑、锇、钌、铑、铼、钼、铜、铁、镍、锡、铍、钴、锑、铬、锰、锆、锡、锌、钨、钛、钒、镧、铈，其非均匀混合物，或其合金。

根据一些实施方案，纳米颗粒将包含银或金中的至少一者。由于构成纳米颗粒的银和金原子的性质，已经发现，与银纳米颗粒相比，金纳米颗粒能够以非常小的尺寸(例如，小于约5nm至7nm)更好地保持在一起。另一方面，金-银合金提供了金的颗粒稳定活性和银的较高的抗微生物活性或另一些所需的特性。

用于制造球形纳米颗粒的方法和系统的实例公开于williamniedermeyer的美国专利公开号2013/0001833(“niedermeyer公开”)，其全部内容通过引用并入本文。

用于制造珊瑚形纳米颗粒的方法和系统的实例公开于2104年9月23日以williamniedermeyer的名义提交的美国临时申请号62/054,126(“niedermeyer申请”)，其全部内容通过引用并入本文。

生产设备和方法

在一些实施方案中，珊瑚形金属纳米颗粒而不是球形纳米颗粒可以通过将给定能量密度的电磁场重新设置到更远离被烧蚀的金属表面的距离来选择性地制造。在一些实施方案中，移动给定能量密度的电磁场更远离被烧蚀的金属表面对喷出物羽流中的纳米颗粒产生更小的影响，以致不会促使其成为球形。

图1示意性地示出了用于制造金属纳米颗粒的方法或系统中使用的装置的一个实施方案，并且可对其进行构造和操作以选择性地或优先地制备球形或珊瑚形金属纳米颗粒。图1更具体地描述了被配置成以脉冲方式发射或递送光子能量12的离散能量包的主激光器10。通常，离开主激光器10的脉冲发射12的直径可以通过光束扩展光学器件14来扩展以减小其功率密度，并允许脉冲发射12移动通过扫描光学器件16而不破坏光学涂层。在离开扫描光学器件16之后，脉冲发射12随后通常穿过光束准直光学器件18，以在脉冲发射12通过光学窗口22进入室20并与靶24(例如，金属或金属合金)相互作用时产生期望的脉冲发射12的光斑尺寸。

扫描光学器件16可以稍微调整发射12的每个脉冲的方向以使脉冲发射12围绕靶24的表面移动，并且通常是极性或x-y扫描仪。这防止了脉冲发射12重复地冲击靶24上完全相同的位置，从而允许每次脉冲期间的最佳颗粒烧蚀并且有效地利用靶24。显著地，不论靶24移动还是脉冲发射12移动都不如防止反复将能量递送至靶24的相同点重要。此外，本领域技术人员将认识到，脉冲发射12的路径优选地出现在密封的环境中，以保持激光束轮轮廓的完整性(通常为“礼帽”或高斯轮廓)。

主激光器10的类型和频率主要与待烧蚀的靶材料、商业可得性和/或成本有关。通常，靶24的靶材将具有已知的波长吸收带。在对于给定的靶材料不存在已知的波长吸收带的情况下，或者在期望从报道的值进一步优化的情况下，可以通过找到待烧蚀的特定材料的合适和强的吸收带来实验地确定主激光器10的频率。

此外，束斑尺寸和能量密度将控制发射12的每个能量包或脉冲中的递送的总能量(et)。这将是靶材料的结合能(eb)以及包含在所需的最终球形纳米颗粒中的总原子/分子数二者的函数。根据一些实施方案，与球形金属纳米颗粒相比，当制造珊瑚形金属纳米颗粒时，可以增加发射12的每个能量包或脉冲中递送的总能量(et)。

选择脉冲发射12的持续时间以优选地允许在每个脉冲或能量包内递送足够的能量以烧蚀靶24的靶材料，同时仍然保持脉冲的能量含量低于靶的电离能量。在金属靶材的情况下，最大脉冲持续时间(pd)是特别显著的，并且可以再一次实验地确定，或者如以下等式所示通过靶电离能(ei，以焦耳计)除以发射12递送的总能量(et，以焦耳/秒计)确定：

pd＝ei/et

举例来说，通常用于制备直径小于35nm的球形银(ag)纳米颗粒，已发现用于产生合适的喷出物结果(ejectaevent)的脉冲持续时间(pd)小于10纳秒。为了形成珊瑚形金属纳米颗粒如金纳米颗粒，脉冲持续时间(pd)可以小于1微秒且大于5纳秒。通常，较长的脉冲产生较大的颗粒，而较短的脉冲产生较小的颗粒。

可以选择激光束的轮廓以提供光子能量到靶内声子能量的最有效转移，例如，公知的“礼帽”或“高斯”轮廓，并且可以进一步调整以在整个受控区域内递送特定持续时间的光子能量包用于引发特定的喷出物结果形状、尺寸和喷出物材料密度的能量密度。

如图1进一步所示，靶24优选地通过靶保持器28保持在中空反应器室20的后端26内。室20的前端30包括光学窗口22，其允许脉冲发射12在其到达靶24的途中通过。优选地，小的压电-电控制振动器32可以安装在室20的前端30内，在光学窗口22之后，使得其规则的振动防止了纳米颗粒在其上的累积，从而保护光学窗口22。如果在光学窗口22上发生纳米颗粒累积，则由输入激光发射产生的损坏倾向可能会增加。室20的中空内部起包含喷出物结果的作用(未示出)，因为喷出物羽流在被发射12的每个脉冲冲击之后离开靶24的表面。

当来自发射12的脉冲与靶24的表面相互作用时，激光光子的能量转移到靶的晶格结构中，成为声子能量，这会破坏晶格结构内的核内键(intranuclearbonds)并从靶表面释放颗粒。因为晶格结构中的原子之间的键合能量控制了被递送到靶表面的特定量的能量烧蚀的材料的量，原子之间的键能越低，导致越快的靶材料烧蚀。在一些实施方案中，利用“软化”靶(例如退火)的方法来提高靶烧蚀的速率。在一些实施方案中，可以通过靶加热器34来加热靶24，靶加热器34通常将靶24的温度升高大约10℃，例如高于环境条件以进一步降低靶晶格结构中的键能。

尽管尝试控制递送到靶表面的能量以引发如上所述特定尺寸的颗粒的形成，但是喷出物结果的颗粒可以包含不带电荷的非离子颗粒的一定分布，所述不带电荷的非离子颗粒的尺寸从个位数原子/分子的小团簇到通常期望尺寸的颗粒以及许多甚至更大的颗粒。此外，在金属靶的情况下，即使递送到靶的激光能量小于靶的电离能，最初的喷出物结果也可能包含一些电离的单个原子。因此，金属靶优选充电作为阳极并通过电源插座(electricaloutlet)36接地，使得被烧蚀的电离原子被静电吸回到靶24中并被再吸收到靶材料的晶体结构中，从而消除或最小化喷出物结果中以及随后产生的纳米颗粒中的游离离子。

为了促进连续的生产和被烧蚀的颗粒的移除，室20可以包括流体输入端口52和流体输出端口54，流体输入端口52和流体输出端口54通过输入端56和输出端58管道或管路或其他类似结构连接到罐60或包含所需流体(不管是液体还是气体或其他重气氛)的其他类似容器或室。可以通过使用加热套62或其他已知的机构来控制罐60内流体的温度，并且优选地包括用于混合流体(无论是通过搅拌或其他原理)的机构。在利用液体的系统中，室内的压力可以通过调节输出端口54的高度来控制。气体系统中的压力可以通过控制气体压力来控制。类似地，在真空系统中，系统内真空的产生和保持将用公知的组件进行。罐60还可以包括样品端口64，例如，其还可以包括温度、压力和/或流体体积的传感器。此外，本领域技术人员将认识到并理解，室、输入和输出端口、管道或管路和罐中的所有材料表面对或与产生的特定纳米颗粒有利地为非反应性的、非吸引性的和非吸收性的。例如，未经处理的玻璃和石英可以容易地吸收许多类型的纳米颗粒，特别是金属颗粒，并且可能构成用作反应室20的材料的实际问题。因此，优选的材料包括相对的惰性的物质，例如，聚四氟乙烯、peek和pet。此外，在液体系统需要泵66的情况下，优选蠕动泵。

靶24上方的流体流量可以保持在低线速度下，以提供通过反应室20的层流，以便允许喷出物结果中的颗粒与梯度电磁场相互作用而不受流体流动的干扰。此外，通过最小化反应室20的前端30与靶24之间的距离，将最小化发射12穿过的靶24前方的溶液体积。随着时间的推移，流体内已经穿过梯度电磁场的均匀尺寸的纳米颗粒的量将增加。由于发射12必须穿过靶24上方的该流体，所以发射12具有使流体中所含的颗粒进一步分裂的能力。通过最小化靶24上方的体积，可以减少能够潜在地与发射12相互作用的颗粒的量，并且因此可以最小化持续的激光能量对颗粒的继续破坏。

递送到靶24的能量包和靶材料的键能将是喷出物结果中初始粒径分布的主要控制因素，初始粒径分布可影响最终产生的颗粒的大小。为了产生更大的珊瑚形纳米颗粒而不是更小的球形纳米颗粒，例如，对于特定被烧蚀的金属，可以增加递送到靶24的包的能量密度。

图2示出了重气氛中的喷出物羽流内被烧蚀的颗粒离开靶24的表面时的行为(即，不在会产生喷出物喷雾而不是喷出物羽流的真空系统中)。在利用重气氛的该实施方案中，当脉冲发射12与靶24相互作用时，被烧蚀的颗粒在knudsen边界层38(该边界层不存在于真空系统中)内形成了包含离散的喷出物材料的初始喷出物羽流。该knudsen边界层随后随着时间的推移如连续的边界层40、42、44、46、48所示延伸离开靶24的表面，直到喷出物羽流失去全部界限，并且knudsen边界层不再存在于位置50。

根据一些实施方案，金属靶表面(例如，银)的激光烧蚀可以通过nd-yag激光器在1064nm波长下利用3.9纳秒脉冲来进行，以递送每脉冲约500mj能量。相比较而言，在不使用任何梯度电磁场的情况下，激光的能量含量产生了23.15nm的平均粒径，其中99+％的颗粒在±14.2nm内。为了提供纳米颗粒更大的均匀形状和稳定性并且赋予从靶24的表面烧蚀的颗粒增加的ξ电位，该系统利用电磁场，例如基本上平行于靶24的表面的多个电磁场。在图1所示的实施方案中，通过发射次(secondary)激光束70的次激光器68产生一组多个电磁场。尽管图1的实施方案使用激光器来产生电磁场，但应理解，可以使用多个其他电磁能量源，例如微波能量源。

图3示意性地示出了可如何修改构造成产生球形金属纳米颗粒的装置(如niedermeyer公开中的装置)以产生珊瑚形金属纳米颗粒。

如图3所示，在使用本文公开的装置产生球形金属纳米颗粒的第一构造中，次激光器368和任选的探测器322设置在被脉冲发射312烧蚀的金属表面或靶324的表面前方的第一距离d1处以形成喷出物羽流302。为了选择性地产生珊瑚形金属纳米颗粒而不是球形金属纳米颗粒，可以将次激光器368设置或重新设置在被脉冲发射312烧蚀的金属表面或靶324的表面前方的第二距离d3处(例如，通过将次激光器368和任选的探测器322移动或重新设置第一距离d1之外的附加距离d2)。可以使用本领域已知的任意位置调节工具来执行移动次激光器368(和任选的探测器322)，包括但不限于电动马达、齿轮、滑轮、缆绳，棒、螺钉、固定螺钉、旋钮、轨道、槽、磁体等中的一种或更多种。可以使用卡尺、激光或其他距离测量工具来确定和/或设置次激光器368在金属表面或靶324前方的适当的或所需的距离。

根据一些实施方案，设置在靶324表面前方的一个或更多个电磁场的能量密度可以保持相同，以便在保持所需的纳米颗粒操控力的同时防止离子化。然而，现在已经发现，当一个或更多个电磁场设置成更远离靶324的表面(例如，第二距离d3)时，它/它们可以对喷出物羽流中的纳米颗粒具有较小的影响，以致减少或最小化促使或致使纳米颗粒形成球形纳米颗粒所需的力。相反，可以通过在金属靶表面的前方选择合适的电磁场距离来形成珊瑚形金属纳米颗粒。

举例来说，当图1所示的装置被构造为制造球形金属纳米颗粒，例如根据niedermeye公开中公开的方法，至少一个电磁场可以设置在被烧蚀的金属表面前方约0.5mm至约1.5mm，或约0.75mm至约1.25nm，或约0.95mm至约1.05mm的距离处，以便操控喷出物羽流并形成粒径为40nm或更小、35nm或更小、30nm或更小、25nm或更小、20nm或更小、15nm或更小，10nm或更小、7.5nm或更小，或5nm或更小的球形金属纳米颗粒。球形纳米颗粒可具有一定的粒径分布，其中至少99％的金属颗粒的粒径在平均直径的30％之内，或在平均直径的20％之内，或在平均直径的10％之内；和/或其中至少99％的球形纳米颗粒的直径在平均直径±3nm之内，或在平均直径±2nm之内，或在平均直径±1nm之内。球形纳米颗粒的ξ电位可为至少约10mv，或至少约15mv，或至少约20mv，或至少约25mv，或至少约30mv。

相比之下，当图1所示的装置被构造为制造如本文所公开的珊瑚形金属纳米颗粒时，所述至少一个电磁场可以设置在被烧蚀的金属表面前方约约1.5mm至约5mm，或约2mm至约4nm，或约2.5mm至约3.5mm的距离处，以便操控喷出物羽流并形成粒径为约15nm至约100nm，或约25nm至约95nm，或约40nm至约90nm，或约60nm至约85nm，或约70nm至约80nm的珊瑚形金属纳米颗粒。所述珊瑚形金属纳米颗粒可具有一定的平均长度，并且其中至少99％的珊瑚形金属纳米颗粒的长度在平均长度的约30％之内，或在平均长度的约20％之内，或在平均长度的约10％之内。所述珊瑚形纳米颗粒的ξ电位可为至少约10mv，或至少约15mv，或至少约20mv，或至少约25mv，或至少约30mv。形成具有受控尺寸和/或窄粒径分布的珊瑚形金属纳米颗粒的能力是令人惊奇和意想不到的结果，特别是由于没有迫使颗粒成为均匀的球形构型。

一般地，离开靶24的纳米颗粒的初始加速度通常可以达到声速或接近声速的速度，还可以通过使用反应室内的压力来控制颗粒加速度。这意味着在真空中，随着纳米颗粒向前移动并最终沉积到室20的前端30上，接近声速的速度将不会显著减小。然而，当使用气体或液体介质来操控纳米颗粒流动时，反应室20内的压力可以被改变以对喷出物羽流中的加速度产生影响，从而使颗粒具有更长或更短的时间受到次激光发射70产生的电磁场的影响。同样地，可以修改这种变量以产生所需尺寸和/或形状的珊瑚形金属纳米颗粒。

根据一些实施方案，脉冲发射312的能量密度可以保持相同，或者替代地，其可以增加以提高烧蚀速率和/或在喷出物羽流302中产生更大的金属纳米颗粒。与使用具有较低能量密度的脉冲发射312相比，这可以产生更大尺寸的珊瑚形纳米颗粒。

回到图1和图2，在次发射70进入反应器室之前，该光束可以穿过全息衍射光栅光学器件72，全息衍射光栅光学器件72产生五个空间顺序不同且能量不同的可辨认的且离散的光束74、76、78、80和82，其可作为离散的电磁场。虽然在图2中示出了五个离散的光束，但是这样的光束的数量可以大于五个或小于五个(例如三个)。全息衍射光栅光学器件72将优选地允许次发射70的能量的至少95％通过。当然，除了利用衍射光栅光学器件来从单一源激光发射产生多个离散的激光发射或场，还可以利用多个单独的激光来实现相同的效果。这些电磁场的频率和强度可以与靶材料的吸收带和最终所需尺寸的球形纳米颗粒的等离子体共振之间相关。通常，次激光发射70的频率将在主激光发射12的频率的多倍范围内。频率优选是被靶材料吸收的频率，但一旦材料已经被烧蚀并形成所需的粒径和形状则被材料吸收更少，其应该是最终所需尺寸的纳米颗粒的等离子体共振的一个因素。

此外，离散电磁场74、76、78、80和82的最小能量密度可有利于进行由喷出物结果产生的纳米颗粒的操控，而不是例如仅仅是观察喷出物结果。这种操控具有赋予纳米颗粒足够的能量的作用，其将使得尺寸错误的颗粒(即大于或小于所需尺寸的颗粒)损失质量(在纳米颗粒太大的情况下)或增加质量(在纳米颗粒太小的情况下)并使纳米颗粒获得均匀的形状。认为这种效应是由于尺寸错误的颗粒将比所需尺寸的颗粒更容易地吸收具有特定频率的离散电磁场的能量。因为所需尺寸的颗粒从电磁场吸收很少的能量，所以这些颗粒在移动通过电磁场时改变尺寸或形状的动力很小。相反，由于尺寸错误的颗粒将从电磁场吸收能量，所得到的这些颗粒的振动和/或运动状态为这些错误尺寸的颗粒产生了增加或损失材料的动力，从而符合与电磁场一致的尺寸和形状。

电磁场的能量密度的确定可以通过估计喷出物结果中的所有颗粒的质量来开始(单次喷出物结果的质量可以通过在烧蚀之前和之后称重靶并计算每次喷出物结果的质量损失来确定)。此外，最终期望的纳米颗粒的尺寸和形状的质量也是已知的。

当利用激光方法产生离散电磁场时，给定频率下的光子的能量是已知的。因此，可以通过实验来确定将单个颗粒变化为所需尺寸和形状所需的光子的最小量。喷出物结果中的质量越大，任一个离散电磁场所需的能量密度越高。此外，任一个离散电磁场的最大能量密度将优选地小于所需尺寸的纳米颗粒的材料(例如，金属)的电离能。一旦已知每个电磁场的能量密度，则用于产生多个离散电磁场的次束70的总能量密度同样是已知的。

再次，如图1所示，在穿过衍射光栅光学器件72之后，然后现在五个离散的激光发射优选地穿过增强光学器件84，例如准直透镜，其确保最大量的能量被施加到喷出物羽流中的纳米颗粒。然后离散的激光发射穿过柱面透镜86，其采用离散的线性激光发射并将其转变成离散的平面激光发射，然后通过输入光学器件窗口88进入室20，然后是靶24前方，并且最终通过输出光学器件窗口90从室20的相反侧离开。本领域技术人员将理解，光学器件可以包括降低激光发射频率损失的涂层和/或其他特性。此外，光学器件能够有利地耐受由激光发射的功率导致的劣化。另外，输入和输出光学器件88和90分别可以各自有利地具有压电-电控制的振动器32，其可以安装在室30内的两个光学器件后面，使得光学器件的规则振动将防止颗粒的累积，从而保护光学器件免于颗粒累积和随后的次激光发射劣化。

从图2中可以看出，离散场通常可以平行于靶24并垂直于主激光发射12，使得如果激光发射12被指定为x轴，则来自发射70的每一个离散场在靶24前方形成y-z平面。根据全息衍射光栅光学器件72的确切规格，可以对场的离散激光发射的空间顺序进行排序。离靶24最近和最远的激光发射场，即场74和82分别可以具有相同的能量密度，与中心相邻的场，即场76和80也是相同的。中心场，即场78，可以与其他两组场具有不同的能量密度。在一个实施例中，外场74和82可以具有最低密度，场76和80可以具有较高的能量密度，并且中心场78可以具有最高的能量密度。在另一实施例中，外场74和82可以具有最高的密度，场76和80可以具有相对较低的能量密度，并且中心场78可以具有最低的能量密度。理想地，最近的电磁场74在靶表面24处或附近，使得场对颗粒的影响几乎是瞬时的。至少，在knudsen边界层消散之前，优选第一电磁场74作用于喷出物羽流。

当被配置成产生球形纳米颗粒时，观察到通过该系列电磁场的喷出物羽流中的纳米颗粒具有相对均匀的形状和尺寸，其中已经实现了>99％的球形颗粒在±3nm、±2nm、或±1nm之内。此外，这样的过程还可以赋予球形纳米粒子高的ξ-电位，其极大地抑制或防止团聚并产生可以在无表面活性剂的极性液体中保持分散的颗粒。在一些实施方案中，球形金属纳米颗粒的ξ电位可以大于10mv，优选大于约15mv，更优选大于约20mv，甚至更优选大于约25mv，并且最优选大于约30mv。

或者，当重构以产生珊瑚形纳米颗粒时，观察到通过该系列电磁场的喷出物羽流中的纳米颗粒具有相对均匀的尺寸，但形状不一定，如图4a-4e所示。然而，这样的过程可以产生没有直角的珊瑚纳米颗粒，因此没有外部边缘或外部键角。类似于球形颗粒，珊瑚形纳米颗粒可仅具有内部键角，这大大抑制或防止了电离。在一些实施方案中，“珊瑚形金属纳米颗粒”的ξ电位可以大于10mv，优选大于约15mv，更优选大于约20mv，甚至更优选大于约25mv，并且最优选大于约30mv。

所公开的装置不限于使用由全息衍射光栅光学器件产生的五个电磁场。例如，在仅使用三个电磁场代替上述实施方案的五个场的情况下，可以预期较小的尺寸均匀性以及较低的ξ电位。在使用单个电磁场代替上述实施方案的五个场的情况下，预期尺寸均匀性和/或形状与没有任何电磁场的系统相比会增加，但低于多个电磁场的系统。在一些实施方案中，所公开的装置包括五个以上的电磁场。在一些实施方案中，所公开的装置包括少于五个电磁场(例如，一到四个电磁场)。

图4是示例性球形纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)。所示的纳米颗粒是具有基本均匀尺寸的球形银(ag)纳米颗粒，具有约10nm的平均直径和窄粒径分布。在一些实施方案中，球形纳米颗粒可以具有实心核而不是中空的，如通常形成在非金属晶种纳米颗粒(例如二氧化硅)的表面上的常规金属纳米颗粒的情况，所述非金属晶种纳米颗粒随后被除去以产生中空纳米球。

图5a-5e是具有非均匀的非对称截面以及由以没有直角接合在一起的多个非线性链形成的球类结构的示例性珊瑚形金属纳米颗粒的透射电子显微镜图像(tem)。所示的纳米颗粒是珊瑚形金纳米颗粒。在许多情况下，珊瑚形纳米颗粒包含非均匀和非对称形状的链，其中一些形成没有自由端的闭环结构，并且其中一些形成链或分支。在大多数情况下，看起来非均匀形状的链具有基本上没有直角的非线性构造。非均匀和非对称形状的链的直径也可以沿其长度变化。多个闭环结构和/或链可以通常以非均匀非对称的方式连接到一起。

在一些实施方案中，可以在靶24周围安装陶瓷(或其他非金属)环面92。如图6所示，环面92的顶侧可以具有多个设置在环面92表面上的金属同心带94、96、98和100。同心金属带94、96、98和100可以分别连接到电导线102、104、106和108。电导线102、104、106和108可以各自连接到单独的高压电源110、112、114和116(图1所示)，其可以在靶24周围和前方产生梯度电场。在优选的实施方案中，除了上述电磁场之外还使用该梯度电场，而不是使用梯度电场替代上述电磁场。梯度电场可用于操控腔室20内的纳米颗粒的加速度和运动。梯度场可以通过改变金属同心带94、96、98和100上的电压来控制。例如，在真空过程中，纳米颗粒运动可以通过梯度电场来控制。

在一些实施方案中，可以包括一个或更多个另外的组件以将靶24的表面保持在距主激光器10所需的距离处，以便保持主激光发射12的焦点以及电磁场74、76、78、80和82与靶表面的空间关系二者，从而保持这些场对喷出物羽流中的颗粒的一致效应。在图1所示的实施方案中，其可以通过移动齿轮杆或棒(pinionbarorrod)120的螺旋机构118来实现，当靶表面被激光12烧蚀时，齿轮杆或棒120可以将靶24向前移动。本领域技术人员将认识到，也可以使用另一些机构。可以使用相同的机构来选择性地增大或减小一个或更多个电磁场与靶表面之间的距离(例如，如图3所示的距离d1和d3之间)，以便选择性地产生更多珊瑚形的或更多球形的金属纳米颗粒，如本文所述。

探测器122可以用于通过多种已知方法来监测靶24的面或表面的位置，包括通过监测第一电磁场74被靶面轻微干扰。相反地，不是移动靶24，而是激光器12的焦点和电磁场74、76、78、80和82的位置可以随着靶面移动(由于反复烧蚀造成材料的损失)而改变。类似地，不使用大靶，而是可以利用小而薄的靶，或者如果定期更换靶，则可以实现相同的效果。在又一个实施方案中，可以将多个靶装载到靶放置容器124中，靶放置容器124可以与螺旋机构118和齿轮杆120结合起作用，以允许烧蚀(以及根据需要移动、设置和/或定向)多个靶，而不需要将新靶24手动地插入室20。

随着纳米颗粒离开梯度电磁场，该过程可以产生具有高ξ电位(优选球形颗粒至少为30mv)的纳米颗粒。这意味着当悬浮在任何液体(包括任何极性液体如水)中时，这些纳米颗粒彼此施加均匀的力，从而保持悬浮在溶液中，而不需要任何添加的表面活性剂(例如，浓度高达约1ppm、10ppm、25ppm、50ppm、75ppm、100ppm、150ppm、200ppm或250ppm金属纳米颗粒)。表面活性剂的缺失使得这些纳米颗粒能够被引入其中表面活性剂的存在将在其他方面被证明是有问题的应用，例如生物系统。

当使用液体作为纳米颗粒的载体时，可以使用任何有机非极性化合物，以及包含醇和水的极性溶液。优选地，所选择的液体不含离子和颗粒物质，以防止纳米颗粒与液体内的杂质的不期望的团聚。当使用水时，存在多种方法来移除离子和颗粒物质，包括蒸馏甚至多次蒸馏、反渗透、去离子技术和超滤。

图7示意性地示出了用于制造纳米颗粒的装置的另一个实施方案，其中喷出物羽流通过放电过程而不是激光烧蚀产生。放电过程可以在真空系统中产生烧蚀(其中产生喷出物羽流)。如本领域技术人员将容易理解的，适用于激光烧蚀过程的许多相同的原理可以应用于使用放电来烧蚀材料的过程。例如，放电过程利用靶阳极126(例如，线)在接近阴极材料130的表面128产生喷出物羽流，而不是主激光束冲击靶。在图7所示的实施方案中，这可以通过将阴极材料130放置在包括永磁体132的保持器134内来实现。保持器134可以保持在作为室140的一部分的管136内。电磁体141围绕管136延伸，并且当通电时，产生驱动保持器134向上朝向靶阳极线126的尖端138的磁场。阳极线126与阴极材料130之间的电位差足以击穿阴极材料130的表面128和阳极线126的尖端138之间的重气氛的电阻，该放电从阳极126产生材料的喷出物，其朝向阴极材料130的表面128移动，然后有效地从弯曲的阴极表面128反弹，然后移动通过电磁场153。保持器134的向上运动可以通过保持器的底部进行的活塞式控制，或通过阴极表面128与阳极线126的尖端138的物理相互作用，或通过其他致动方式来限制。当阳极线126通过尖端138的烧蚀而损失质量时，其长度可通过线供应机构142保持。

随着在阴极材料130的每个向上脉冲上的相同位置形成的喷出物羽流以及在室140的主腔内移动，然后可以将电磁场153或优选梯度电磁场153通过室140的一端的光学窗口144引入室140的主腔，同时通过室140的另一端的第二光学窗口148离开。如图1所示的光学器件，输入和输出光学器件144和148还可以包括压电-电控振动器150，以帮助防止光学器件144、148上的颗粒累积。无论是由次激光器152(或一组激光器)或其他源产生的，电磁场或场153的频率和强度，都将由图1和2中的梯度电磁场的上述相同参数确定。

流体流可以通过输入端口146引入室140并通过输出端口154排出，该流体可以在纳米颗粒已经通过电磁场153之后用于收集纳米颗粒。另外，本领域技术人员可以容易地理解，阳极线和阴极材料的这种单一设置可以优选以线性方式重复，以利用多个阳极-阴极单元的相同电磁场或多个梯度电磁场，来提高纳米颗粒的产生。

与使用激光烧蚀产生喷出物羽流一致，来自阳极线126的尖端138的电脉冲的强度和持续时间将确定每脉冲递送的总能量(et)，并且将是靶材料的键能(eb)、电离能(ei)以及待包含在所需形状的最终纳米颗粒(其为球形或珊瑚形)中的总原子/分子的数量的函数。如图1所示的装置，可以通过增加电磁场153和阳极材料126的尖端138之间的距离来来形成珊瑚形金属纳米颗粒而不是球形金属纳米颗粒。

即使通过精确地将能量递送到靶表面来控制颗粒尺寸，如同通过激光烧蚀产生的喷出物羽流一样，但是喷出物将包含不带电荷的非离子颗粒的分布，其大小从个位数原子/分子的小簇到通常所需尺寸的纳米颗粒以及许多更大的颗粒变动。此外，由于放电方法几乎总是利用金属靶(因为其作为电路的阳极)，即使递送到靶的能量将小于靶的电离能，最初的喷出物羽流也可能也含有一些电离的单个原子。然而，因为阳极靶线126是阳极，电离的原子将容易地被拉回到阳极靶126并被再吸收到材料的晶体基质中。

类似地，喷出物羽流的速度的控制也可以通过以与上述激光烧蚀方法相同的方式使用反应室内的流体压力来实现。

示例性用途

纳米颗粒组合物可用于任何所需目的。于2014年9月23日以williamniedermeyer的名义提交的且题为“antimicrobialcompositionsandmethods”的美国临时申请号62/054,152中公开了抗微生物组合物以及制备和使用抗微生物组合物的方法的实例，其通过引用并入。在一些实施方案中，抗微生物组合物可以包含载体和具有的粒径和粒径分布的复数个金属纳米颗粒，其选择成选择性地且优先地杀死病毒、细菌或真菌之一的。在一些实施方案中，抗病毒组合物包含粒径为约8nm或更小，或约1nm至约7nm，或约2nm至约6.5nm，或约3nm至约6nm的金属纳米颗粒。在一些实施方案中，抗细菌组合物可以包含粒径为约3nm至约14nm，或约5nm至约13nm，或约7nm至约12nm，或约8nm至约10nm的金属纳米颗粒。在一些实施方案中，抗真菌组合物可以包含粒径为约9nm至约20nm，或约10nm至约18nm，或约11nm至约16nm，或约12nm至约15nm的金属纳米颗粒。在任何上述尺寸范围内，可以选择特定尺寸的“设计者抗微生物颗粒”，其特别有效地靶向特定的微生物。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名义提交并且题为“nanoparticletreatedfabrics,fibers,filaments，andyarnsandrelatedmethod”的美国临时申请号62/054,182中公开了已经用纳米颗粒(包括球形和珊瑚形纳米颗粒)处理的织物和其他织物材料的实例，其通过引用并入。纳米颗粒处理的纤维制品可以显示出良好的抗微生物活性，同时随着时间过去保持稳定(即，其中纳米颗粒可以保持粘附到纤维基底表面而没有共价键、离子键或物理封装。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名义提交且题为：“compositionsandmethodsfortreatingplantdiseases”的美国临时申请号62/054,215中公开了纳米颗粒组合物可如何用于治疗植物病害如柑橘黄龙病的实例，其通过引用并入。受感染的植物部分可以暂时从植物中移除，用纳米颗粒组合物处理，然后重新嫁接到植物上。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名义提交且题为“fueladditivecompositionandrelatedmethods”的美国临时申请号62054201中公开了纳米颗粒组合物可如何用作燃料添加剂的实例，其通过引用并入。

于2014年9月23日以williamniedermeyer的名义提交且题为“anti-viralcompositionsandmethodsfortreatmentofebolavirusdisease”的美国临时申请号62/054,154中公开了纳米颗粒组合物可如何用于治疗或预防埃博拉病毒疾病的实例，其通过引用并入。

载体

在一些实施方案中，纳米颗粒组合物包含用于将金属纳米颗粒递送到活体或非活性基底上的载体。载体可以是液体、凝胶或固体。根据被处理的活体或非活体基底，一些载体可能比其他载体更适合。例如，可以选择载体的溶解度特征，以最大化或以其他方式在整个基底和/或与基底接触的其他有机体或客体中提供所需的扩散。

可用作载体的化合物的实例包括但不限于水、醇、酮、酯、柑橘油、精油、蔬菜和另一些植物和天然油、甘油三酯、醚、有机溶剂、甲醇、乙醇、异丙醇、另一些醇、二醇、甘油、多元醇、1,3-丙二醇、凡士林、蜡、聚合物、可聚合材料和表面活性剂。

在一个实施方案中，载体是奶油或包括甘油的洗液，和/或任选地含有例如椰子油、橄榄油、葡萄籽油、牛油树籽油(sheabutter)、芒果脂(mangobutter)的油的硬脂酸乳，和/或维生素e油以及乳化蜡。

在另一些实施方案中，载体是水或组合的水和醇溶液，其本身包含微摩尔至毫摩尔浓度的溶解到载体中的单独的稳定剂以保持纳米颗粒在整个组合物中。

用于鼻或肺气溶胶或吸入给药的示例性载体包括盐水中的溶液，其可以含有例如苄醇或其他合适的防腐剂；用于增强生物利用度的吸收促进剂；和/或另一些增溶剂或润湿剂或分散剂，例如甘油、天然存在的磷脂(例如卵磷脂)、环氧烷与脂肪酸的缩合产物(例如聚氧乙烯硬脂酸酯)、环氧乙烷与长链脂肪醇的缩合产物(例如，十七碳亚乙基氧基乙醇)、环氧乙烷与衍生自脂肪酸和己糖醇酐的偏酯的缩合产物(例如，聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯)、多糖和多糖类化合物(例如硫酸葡聚糖)，以及糖胺聚糖和糖胺聚糖类化合物(例如，透明质酸)。在一些实施方案中，将纳米颗粒、另一些稳定剂和/或载体配制为干粉(例如，可用于用干粉吸入器给药的粉末)。

用于鼻和/或吸入给药的示例性气溶胶包括可汽化推进剂，例如，当限制在合适的容器中时是液体的并且是生物相容性和无刺激性的低分子量氢氟烃或烃。可以另外包含例如水、醇、丙二醇和聚乙二醇的成分。提供也可用于鼻和/或吸入给药的另一些实施方案作为喷雾剂(例如，省略气溶胶喷射剂)。这样的喷雾制剂可以作为能够形成用于给药的细雾的溶液、悬浮液或乳液提供，并且在一些实施方案中可以包括盐水和/或是等渗的。

示例性的可注射溶液包括水性乳液或油性悬浮体或盐水溶液(例如，等渗、低渗或高渗，任选地包括葡萄糖和/或另一些电解质或添加剂)。这样的组合物还可以包含合适的分散剂或润湿剂。无菌可注射制剂也可以在无毒的肠胃外可接受的稀释剂或溶剂中形成，例如1,2-丙二醇(丙二醇)溶液。另外的实例包括溶液或悬浮体，其可包括例如合适的无毒稀释剂或溶剂如甘露醇、1,3-丁二醇、水、林格溶液、等渗氯化钠溶液或其他合适的分散剂或润湿剂和悬浮剂(包括合成的甘油单酯或甘油二酯)，和脂肪酸(包括油酸或cremaphor)。

本领域已知的凝胶可以用作载体，例如含有一种或更多种上述液体组分的凝胶以及已知的胶凝剂。凝胶组合物可以更容易地粘附到被处理的活体或非活体的基底上。示例性的凝胶载体可以包括用聚乙烯胶凝化的矿物油。

固体载体可以出于不同的原因使用，例如随着时间的推移将纳米颗粒洗脱到基底中或上。固体载体的实例包括但不限于聚合物、橡胶、弹性体、泡沫和树胶。根据待处理的基底的特征和所需的洗脱速率，本领域技术人员可以选择合适的固体载体材料。

在一些实施方案中，可以配制纳米颗粒组合物，使得以某一浓度包含金属纳米颗粒，以便当被施加到基底上或基底中时，测量的纳米颗粒组合物的量将提供预先确定的金属纳米颗粒浓度或量。纳米颗粒组合物可以具有较高浓度的纳米颗粒，当与施用于或天然地包含于基底内的其他液体混合时，纳米颗粒变为稀释的。根据被处理的基底、添加的纳米颗粒的性质和所使用的载体的类型，纳米颗粒组合物可含有按重量计约10ppb(十亿分之一份)、15ppb、100ppb，或500ppb至约100ppm(百万分之一份)的金属纳米颗粒，或按重量计约1ppm至约50ppm，或约2ppm至约25ppm，或约3ppm至约20ppm的金属纳米颗粒。

在一些实施方案中，纳米颗粒组合物还可以包含一种或更多种任选的组分或辅助剂以提供所需的特性，包括但不限于食品、维生素、矿物质、抗微生物剂、电解质、保湿剂、润滑剂、防腐剂和/或植物提取物。

在一些实施方案中，载体也可以起稳定剂的作用，或者可以包含稳定剂。例如，在一些实施方案中，可能期望在相同的溶液中具有不同的特定尺寸的纳米颗粒以利用不同颗粒的各种不同特性和效果。然而，当将不同尺寸的颗粒混合到单一溶液中时，由于施加在各种颗粒上的不等的力导致颗粒的最终团聚，该单一溶液中的这些颗粒的整体长期稳定性可能会显著降低。当该溶液被加热或冷却至显著地高于或低于标准室温条件时，该现象可变得更加显著。

稳定剂的实例包括醇(例如乙醇、丙醇、丁醇等)、多酚(例如，阿江(arjuna)树皮提取物、葡萄籽提取物等)、单甘油酯、二甘油酯或甘油三酯(例如葡萄籽油，椰子油等)、油(例如薰衣草)、另一些萜烯、胺化合物(例如单乙醇胺、二乙醇胺、或三乙醇胺)、碳水化合物(例如蔗糖、果糖)、脂质体、乳膏、另一些乳液和另一些聚合物。

在一些实施方案中，将稳定剂以微摩尔至毫摩尔浓度范围溶解于单独的载体中，其中范围上限通常不受功效限制，而是由产品成本限制。

这些多种稳定剂具有以下能力：保持至少两种不同尺寸和/或形状的纳米颗粒在悬浮体中，并将这些纳米颗粒递送到基底中或基底上而没有强力地保留纳米颗粒以致降低纳米颗粒的有效性。

抗微生物活性

举例来说，纳米颗粒可以杀死微生物或使微生物变性的一种方法是通过催化重要蛋白质或酶中二硫键(s-s)键的断裂。在细菌或真菌的情况下，细胞内部可发生重要蛋白质或酶的二硫键的断裂和/或其他化学键的断裂，从而以这种方式杀死微生物。通过通常简单的微生物的蛋白质结构促进这种催化二硫键(s-s)键的断裂，其中许多重要的二硫键是暴露并且易于被催化断裂。金属(例如银)纳米颗粒可以杀死微生物的另一机制是通过产生活性氧物质，例如可以氧化断裂蛋白质键(包括但不限于酰胺键)的过氧化物。在病毒的情况下，球形和珊瑚形金属纳米颗粒可以通过附着到糖蛋白上和/或催化蛋白质外壳中的蛋白质变性反应来使病毒失活，使得病毒不再能附着于宿主细胞和/或将遗传物质注入宿主细胞。因为非常小的纳米颗粒可以通过病毒，蛋白质外壳的变性可能发生在病毒内部。使得不能附着于宿主细胞和/或将遗传物质注入宿主细胞的病毒基本上是无活性的并且不再致病。

尽管非离子金属纳米颗粒相对于微生物具有致死性，但是对于与简单微生物相比含有更复杂蛋白质结构(其中大部分或全部的重要二硫键被其他更稳定的蛋白质区域屏蔽)的人类、哺乳动物和健康的哺乳动物细胞而言，其相对无害。在许多情况下，非离子纳米颗粒不与人或哺乳动物细胞相互作用或附着到人或哺乳动物细胞上，保留在流体流中并跟随流体流动，不会穿越屏障，保留在血管系统中，并且可以快速而安全地通过尿液排出而不损伤肾脏或其他细胞。

在银(ag)纳米颗粒的特定情况下，已经证明微生物中的银(ag)纳米颗粒的相互作用是特别致命的，而不需要依赖于产生银离子(ag⁺)来提供所需的抗微生物效果(如通常为常规胶体银组合物的情况)。银(ag)纳米粒子提供有效的微生物控制而没有将有毒的银离子(ag⁺)显著释放到周围环境中的能力是本领域中的实质进步。

实施例

给出以下实施例和比较例来举例说明本发明范围内和多方面内的多种实施方案。这些仅作为实施例给出，并且应当理解，以下实施例不是能够根据本发明制备的本发明的许多类型实施方案的全部或穷举。

实施例1(球形纳米颗粒)

将银(ag)靶保持在室内，其中三重蒸馏的去离子水流动通过所述室。使用具有1064nm波长、80mj的主激光器以1mm焦点大小和9纳秒脉冲长度烧蚀银(ag)靶。次激光器是0.5w功率的连续的532nm激光器，其进入在银(ag)靶前方产生三个不同的电磁场的衍射光栅。该过程产生平均直径10nm的银(ag)纳米球，其中99+％的那些纳米球在平均直径±1nm之内。

实施例2(球形纳米颗粒)

将银(ag)靶保持在室内，其中三重蒸馏的去离子水流动通过所述室。使用具有1064nm波长、620mj的主激光器以6mm焦点大小和3.7纳秒脉冲长度烧蚀银(ag)靶。次激光器是0.5w功率的连续的532nm激光器，其进入在银(ag)靶前方产生五个不同的电磁场的衍射光栅。该过程产生平均直径14nm的银(ag)纳米球，其中99+％的那些纳米球在平均直径±1nm之内。

实施例3(球形纳米颗粒)

银(ag)阳极线靶通过靶阳极和接地银(ag)阴极之间的高电压(800v)烧蚀。将二者都浸没在室内，其中三重蒸馏的去离子水流动通过所述室。次激光器是5w功率的连续的1064nm激光器，不使用任何衍射光栅光学器件将其分开。该过程产生平均直径10nm的银(ag)纳米球，其中99+％的那些纳米球在平均直径±1nm之内。

实施例4(球形纳米颗粒)

将铜(cu)靶保持在室内，其中三重蒸馏的去离子水流动通过所述室。使用具有1064nm波长、80mj的主激光器以1mm焦点大小和9纳秒脉冲长度烧蚀铜(cu)靶。次激光器是0.25w功率的连续的264nm激光器，其进入在铜(cu)靶前方产生三个不同的电磁场的衍射光栅。该过程产生平均直径8nm的铜(cu)纳米球，其中99+％的那些纳米球在平均直径±1nm之内。

实施例5(珊瑚纳米颗粒)

根据一些实施方案，金属靶表面(例如，银)的激光烧蚀可以通过使用3.9纳秒脉冲的1064nm波长下的nd-yag激光器来进行，以递送每脉冲约500mj能量。次激光器是0.5w功率的连续的532nm激光器，其进入在金(au)靶前方产生三个不同的电磁场的衍射光栅。次激光器在金(au)靶的表面前方的距离从1mm(实施例1)增加到3mm，产生珊瑚形纳米颗粒而不是如实施例1中的球形纳米颗粒。该过程产生平均直径在25nm至30nm之间的金(au)纳米颗粒，该纳米珊瑚中99+％的那些纳米颗粒在平均直径的10％之内。

实施例6(珊瑚纳米颗粒)

将金(au)靶保持在室内，其中三重蒸馏的去离子水流动通过所述室。使用具有1064nm波长、80mj的主激光器以3mm焦点大小和9纳秒脉冲长度烧蚀金(au)靶。次激光器是0.5w功率的连续的532nm激光器，其进入在金(au)靶前方产生三个不同的电磁场的衍射光栅。次激光器在金(au)靶的表面前方的距离从1mm(实施例1)增加到3mm，产生珊瑚形纳米颗粒而不是如实施例1中的球形纳米颗粒。该过程产生平均直径在70nm至80nm之间的珊瑚形金(au)纳米颗粒，其中99+％的那些纳米颗粒在平均直径的10％之内。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他具体形式实施。所描述的实施方案在所有方面被认为仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述来表示。权利要求等同物的含义和范围内的所有变化将被包括在其范围内。