星形聚合物纳米壳及其制备方法
【专利摘要】公开了纳米壳，其包含星形聚合物包藏配合物和壳，所述星形聚合物包藏配合物包含：i)具有共价连接在6个或更多独立聚合物臂上的交联核心的两亲单分子星形聚合物和ii)包藏在星形聚合物中的货物材料；所述壳包含与星形聚合物包藏配合物的外表面接触的无机材料。
【专利说明】星形聚合物纳米壳及其制备方法
[0001]本发明是在政府支持下在Defense Microelectronics Activity于2008年9月12日有效赋予的协议N0.H94003-08-2-0806下进行的。政府具有本发明的某些权益。
[0002]联合研究协议的团体
[0003]本发明在 International Business Machines Corporation 与 San Jose StateUniversity Research Foundation之间的联合研究协议下进行。
[0004]背景
[0005]本发明涉及星形聚合物纳米壳及其制备方法，更具体而言，涉及星形聚合物，其包含在外围壳中的金、二氧化硅或铁氧化物和包藏在星形聚合物的核心区域中的货物材料(cargo material)。
[0006]近来，开发了具有愈加复杂的组成、结构和功能的纳米颗粒以用于宽范围的应用如生物感应、药物释放、细胞内成像和治疗。这些包括例如有机纳米颗粒如树状聚合物，无机纳米颗粒如二氧化硅或含过渡金属的纳米颗粒，和由复合材料组成的纳米颗粒。然而，挑战是构建具有IOOnm以下的平均粒径和低多分散性的结构复杂的无机纳米颗粒。
[0007]使二氧化硅沉积于小纳米颗粒模板上用于产生纳米级芯壳结构。模板包含金纳米颗粒、无机量子点或有机聚合物以产生芯壳结构，但必须将成核点并入这些模板的表面上以使二氧化硅生长，且产生的任何光学性能受限于成核模板的那些。
[0008]需要其它方法和材料以制备包含硅和/或其它无机材料，包括金属的纳米颗粒。
`[0009]概述
[0010]因此，公开了纳米壳，所述纳米壳包含:
[0011]星形聚合物包藏配合物，其包含i)具有共价连接在6个或更多独立聚合物臂上的交联核心的两亲单分子星形聚合物，和ii)包藏在星形聚合物中的货物材料；和
[0012]壳，其包含与星形聚合物包藏配合物的外表面接触的无机材料。
[0013]公开了一种方法，所述方法包括:
[0014]在第一溶剂中形成两亲单分子星形聚合物和货物材料的混合物，其中星形聚合物具有共价连接在6个或更多独立聚合物臂上的交联核心；
[0015]将混合物注入第二溶剂中，其中第二溶剂为货物材料的非溶剂，由此形成星形聚合物包藏配合物，其中星形聚合物包藏配合物包含包藏在星形聚合物中的货物材料；和
[0016]使用一种或多种顺序方法使成壳无机材料沉积于星形聚合物包藏配合物的外表面上，由此形成包含壳的纳米壳，其中壳包含一个或多个无机壳层。
[0017]公开了另一方法，所述方法包括:
[0018]在合适溶剂中形成含有两亲单分子星形聚合物、货物材料和铁氧化物纳米颗粒的混合物，其中星形聚合物具有共价连接在6个或更多独立聚合物臂上的交联核心；和
[0019]将混合物注入第二溶剂中，其中第二溶剂为货物材料的非溶剂，由此形成包含星形聚合物、货物材料和铁氧化物颗粒的纳米壳。
[0020]还公开了包含上述纳米壳的含水混合物。
[0021]还公开了诊断成像的方法，所述方法包括使细胞与上述含水混合物接触。[0022]本发明的上述和其它特征以及优点由本领域技术人员从以下详述、附图和所附权利要求书中了解和理解。
[0023]附图中几个视图的简述
[0024]图1A为单分子星形聚合物的三维图示。
[0025]图1B为阐述典型星形聚合物的亲水和疏水子区的图形层图。
[0026]图1C为包含三种包藏颗粒或分子的典型星形聚合物包藏配合物的三维图示。包藏材料可以为药物试剂、图像造影剂、发色团或选择以形成具有所需介电常数的包藏配合物的材料。
[0027]图1D为典型星形聚合物纳米壳的三维图示，所述纳米壳包含置于星形聚合物包藏配合物上的邻接外围壳。将一部分壳除去以显示所含星形聚合物包藏配合物。
[0028]图1E为包含多孔外围壳的典型星形聚合物纳米壳的三维图示。
[0029]图1F为典型星形聚合物纳米壳的三维图示，所述纳米壳包含由分散于星形聚合物包藏配合物的外围间隙中的独立无机纳米颗粒组成的非邻接壳。
[0030]图1G为典型星形聚合物纳米壳的三维图示，所述纳米壳包含围绕多于一个星形聚合物包藏配合物大分子的壳。各星形聚合物包藏配合物为独立的大分子结构。
[0031]图2为用于由共同的星形聚合物包藏配合物制备二氧化硅纳米壳、铁氧化物纳米壳和金纳米壳的反应示意图。
[0032]图3为含有(从左边起)星形聚合物SP-1 (水溶液)、卟啉染料(DTBP)(水悬浮液)和由SP-1和DTBP制备的星`形聚合物包藏配合物(0C-1)(水溶液)的三个小瓶的照片。
[0033]图4A为市售纯金纳米颗粒(IlOnm)的扫描电子显微照片(SEM)。插图为纯金颗粒的水溶液。该溶液具有品红色调。
[0034]图4B为由包含卟啉染料DTBP的星形聚合物包藏配合物0C_1制备的类似尺寸(IlOnm)金纳米壳AuNS-1的SEM。金纳米壳AuNS-1的图示显示于SEM以下，显示出包围多个独立星形聚合物包藏配合物OC-1大分子的壳。插图为金纳米壳AuNS-1的水溶液。该溶液具有深黑色色调。
[0035]图4C为市售纯金纳米颗粒(IlOnm)相对于由星形聚合物包藏配合物0C_1制备的类似尺寸金纳米壳AuNS-1的UV-VIS吸收光谱图。仅金纳米壳AuNS-1在“生物窗口”(约650-950nm)中强力吸收。
[0036]图5A为一组四个SEM，其显示金纳米壳厚度的变化如何影响金纳米壳AuNS-1至AuNS-4的最大吸收率。厚度响应于金接种星形聚合物溶液的体积与加入的羟胺溶液的体积之比、生长溶液的总体积和/或试剂浓度，和/或生长溶液向接种星形聚合物包藏配合物溶液中的加入速率而变化。
[0037]图5B为含有金纳米壳AuNS-1至AuNS_4的可见光-近红外线(VIS-NIR)吸收曲线的图，其显示出随着粒度提高，吸收率中的红移。
[0038]图5C为金纳米壳AuNS-1至AuNS_4的四种水溶液的照片。色调从左边的紫红色变成右边的深蓝色。
[0039]图为由AuNS-1表面与硫醇官能化聚(乙二醇)(PEG)接触而形成的AuNS_5的
三维图示。
[0040]图5E为含有(左边)作为冻干粉末和(右边)作为水溶液的AuNS-5的小瓶的照片。溶液和粉末都具有蓝色色调。
[0041]图6A为使用星形聚合物包藏配合物的三维图示的反应图，其显示纳米壳尺寸(和因此的性能)可通过星形聚合物包藏配合物的pH调控聚集控制。聚集体的尺寸为pH和/或溶剂浓度的函数。
[0042]图6B为分别在ρΗ3.18 (平均粒度50nm)、8.4 (平均粒度80nm)和11.3 (平均粒度IlOnm)下制备的金纳米壳AuNS-6、AuNS-7和AuNS-1的一组三个SEM。
[0043]图7为显示出星形聚合物的胺单体(DMAEMA)含量对金纳米壳的各自尺寸和均匀性的影响的一组三个SEM。星形聚合物SP-1、SP-2和SP-3(表7)分别用于制备星形聚合物包藏配合物0C-1、0C-2和0C-3。0C-1、0C-2和0C-3分别用于在另外相同的反应条件下制备金纳米壳AuNS-1、AuNS-8和AuNS_9。星形聚合物模板具有类似的粒度(18_22nm)，但所得金纳米壳具有非常不同的平均粒度，其随着星形聚合物模板的胺含量提高。
[0044]图8A为AuNS-1的电子能量损失谱(EELS)，其显示出试样中碳、氧和金的存在。
[0045]图SB为明视场透射电子显微照片(BF-TEM)，其以更大放大倍数显示出AuNS-1的小结节表面形貌。
[0046]图SC为用扫描透射电子显微镜得到的AuNS-1的高角度环状暗场显微照片(HAADF-STEM)，其提供AuNS-1表面的另一形貌图。结节具有约18nm的直径且间隔约16nm。
[0047]图8D为AuNS-1 (使用聚焦离子束(FIB)研磨产生的截面试样)的截面扫描电子显微照片。
[0048]图9A为显示星形聚合物包藏配合物OC-1 (在水中在423nm下的单峰)和金纳米壳AuNS-1 (在水中在419nm和790nm下的峰)的UV-VIS吸收光谱的图。0C-1由三维图示表示。OC-1含有包藏的卟啉染料DTBP。
[0049]图9B为对比OC-1和金纳米壳AuNS-1的水溶液对于420nm激发的荧光发射谱的图。星形聚合物包藏配合物中的包藏染料DTBP的荧光性(下曲线)类似于金纳米壳中包藏染料DTBP的荧光性(下曲线)。染料在星形聚合物包藏配合物和金纳米壳中基本为非聚集状态。
[0050]图1OA为使用形成二氧化硅纳米壳的“两锅”法的三维图示的反应示意图。
[0051]图1OB为使用形成二氧化硅纳米壳的“一锅”法的三维图示的反应示意图。
[0052]图1OC为使用“两锅”法制备二氧化硅纳米壳SiNS-1中所用星形聚合物包藏配合物OC-4(Z=IOnm)的原子力显微镜图像(AFM)。
[0053]图1OD为二氧化硅纳米壳SiNS-1的透射电子显微镜图像(TEM)。
[0054]图1OE为不用星形聚合物包藏配合物而通过“两锅”法形成的对比固体二氧化硅颗粒的TEM。
[0055]图1OF为通过“一锅”法形成的二氧化硅纳米壳SiNS-2的TEM。
[0056]图1IA-1ID 为分别二氧化硅纳米壳 SiNS-3 (Dave=25nm)、SiNS-4 (Dave=50nm)、SiNS-5 (Dave=75nm)和SiNS_6 (Dave=IOOnm)的一组四个TEM，其显示出二氧化硅纳米壳的粒度控制可通过涂覆时间、涂覆试剂浓度和/或模板尺寸(显示由改变这些参数而得到的混合实例)而控制。25nm颗粒使用两锅法制备。50nm、75nm和IOOnm颗粒使用一锅法以延长的反应时间和反应溶液中提高的氨量制备。
[0057]图12A为使用使用有机标记剂将含有活性伯胺表面基团的二氧化硅纳米壳SiNS-2表面官能化的三维图示的反应示意图。使用四种不同分子量的α-甲氧基-ω-羧酸琥珀酰亚胺基酯聚(乙二醇)作为有机标记剂形成四种标记二氧化硅纳米壳SiNS-7至SiNS-1O (实施例17-20)。这些也称为PEG酰化剂，其包含具有反应性琥珀酰亚胺基酯端基的聚(乙二醇)(PEG)，且在图12A中表示为“NHS-酯-(PEG)n”。图12A中的丹磺酰氯染料为有机标记剂的另一实例，其用作典型的细胞靶向剂。这证明纳米壳表面可使用一种或多种表面官能化剂改性以形成一个或多个功能上不同的反应性表面基团。
[0058]图12B 为对比标记二氧化硅纳米壳 SiNS-7、SiNS-8、SiNS-9 和 SiNS-1O 的 UV-VIS吸收率的图。被最小(最小空间需求)PEG链完全覆盖的SiNS-7不能与丹磺酰氯进一步反应，因此在丹酰特征区不具有明显的吸收。提高用于形成SiNS-8、SiNS-9、SiNS-1O的PEG长度提高有效(由于提高表面键合PEG的空间需求)与小分子如丹磺酰氯进一步反应的残余表面胺的数(因此提高特征丹酰区中的吸收率)。该效果看起来对类似于SiNS-1O的SiNS-9而言最大。
[0059]图12C为丹酰标记PEG酰化二氧化硅纳米壳SiNS_9 (在环境条件下干燥以前由水溶液滴注的试样)的TEM。
[0060]图12D为含有(从左至右)SiNS-2 (水悬浮液)、SiNS_8 (水溶液)和水(用于参比)的三个小瓶的照片。
[0061]图12E为含有作为冻干粉末的SiNS-8的小瓶的照片。
[0062]图13A和13B分别为丹酰化二氧化硅纳米壳SiNS-1 I (平均直径30nm)和SiNS-12(平均直径20nm)的TEM。在这种情况下，较大的粒径表示提高的壳厚度。
[0063]图13C为在四氢呋喃下渗析72小时以后丹酰化二氧化硅纳米壳SiNS-1l和SiNS-12的吸收率曲线的图，证明二氧化硅纳米壳内的包藏染料的可控释放速率随壳厚度变化。30nm(SiNS-ll)的壳厚度几乎不释放卟啉染料(在420nm下的峰保持力)，而20nm壳厚度(SiNS-12)释放几乎所有卟啉染料(在420nm下的峰损失)。
[0064]图14A为铁氧化物纳米壳SP10NNS-1的TEM。
[0065]图14B为一对小瓶的照片，其中左边的小瓶含有具有锈橙色色调的SP10NNS-1水溶液，右边的小瓶含有SP10NNS-1的褐色冻干粉末。
[0066]图14C为SP10NNS-1水溶液的UV-VIS吸收率(左)和在来自在420nm下激发的发射(右)的图。
[0067]详述
[0068]基于这一发现公开了在本文中称为纳米壳的纳米级有壳颗粒:无机材料，包括四价硅材料和/或金属，包括O价金属、金属氧化物和其它金属化合物可以以壳的形式沉积于星形聚合物和/或星形聚合物包藏配合物的外表面上。星形聚合物包藏配合物为包含星形聚合物和包藏其中的货物材料(例如生物活性材料、染料、图像增强剂)的独立大分子。货物和/或壳可非共价和/或共价键合于星形聚合物上。纳米壳可包含包围一个或多个星形聚合物大分子和/或一个或多个星形聚合物包藏配合物大分子的壳。壳可包含任何合适的无机材料、有机材料和/或金属材料。更特别地，壳可包含金(例如作为金属和/或盐)、四价含硅材料(例如有机硅材料、硅酸盐、二氧化硅)、含铁材料(例如作为金属、铁配合物和/或铁氧化物)，其部分或完全包封星形聚合物和/或星形聚合物包藏配合物。即，壳可以为邻接或非邻接的、多孔或无孔的。纳米壳可包含一个或多个壳层，所述壳层包含相同或不同的无机材料。纳米壳例如用作基因和药物释放的载体、可影响干细胞分化的材料，以及特别是用作诊断或细胞成像中所用材料如对比度增强剂的载体。
[0069]图1A为单分子星形聚合物10的三维图示。图1B为阐述星形聚合物10的亲水和疏水子区的图形层图。星形聚合物10包含6个或更多独立的亲水聚合物臂14。各个聚合物臂14共价连接在中心交联聚合物核心16上。聚合物核心16可以为活性核心或钝态核心(即不具有反应性基团以引入另外的官能度)。聚合物核心16可以为疏水或亲水的。在该实例中，各个聚合物臂14包含外围亲水链段18 (图1A中的暗色调)和内疏水链段20 (图1A中的白色调)。区域12包含聚合物臂14集。在该实例中，区域12具有两个子区:包含外围亲水链段18和外围空隙面积24 (图1A)的外围亲水性子区22 (图1B)，和由内疏水链段20和内空隙面积25 (图1A)组成的内疏水性子区26 (图1B)。图1B中围绕外围子区22和内子区26的虚线分界线表示外围空隙面积24与内空隙面积25之间的边界。
[0070]图1A和IB描述了产生水相容性纳米壳的结构体系的一个实例。如果需要的话，亲水和疏水子区、链段和间隙可颠倒。关于聚合物臂中亲水区域的数目和疏水区域的数目(例如嵌段共聚合物臂的亲水嵌段和疏水嵌段)不存在限制。如果需要的话，星形聚合物可包含一个或多个亲水区域和/或一个或多个疏水区域。关于亲水区域的排列和疏水区域的数目不存在限制。星形聚合物臂的外围区域可以为疏水或亲水的。与交联星形聚合物核心相邻的聚合物臂的最内区域可以为亲水或疏水的。外围子区22、内子区26和/或交联聚合物核心16也可含有用于进一步官能化的特殊位置，其可用于控制有利于包藏货物材料的粘合或释放的化学相互作用。作为非限定性实例，聚合物核心16可以为能够引发聚合或经受不同化学改性的活性核心。作为另一非限定性实例，聚合物臂14可包含功能上有用的端基28，例如能够选择性识别肝细胞的半乳糖结构部分。
[0071]两亲臂和聚合物核心可通过乙烯基单体聚合或通过环状羰基单体开环聚合而形成。
[0072]图1C为典型星形聚合物包藏配合物30的三维图示，其包含三种包藏在星形聚合物10中的包藏颗粒32。各包藏 颗粒32包含一个或多个包藏材料分子。在所示实例中，包藏材料与星形聚合物10的内疏水链段20接触，但也可一定程度地与外亲水链段18接触。在一个实施方案中，包藏材料为卟啉类(porphyrinoid),且卟啉类不是聚集状态。
[0073]壳可以为邻接或非邻接层的形式。壳可以为多孔或无孔的。壳可包含分散于星形聚合物分子的外围空隙面积24中的材料的独立纳米颗粒。壳可包围一个或多个星形聚合物和/或星形聚合物包藏配合物大分子。通称“壳”包括这些类型的沉积无机层或其组合中的任一种，其进一步描述于图1D-1G中。
[0074]图1D为典型纳米壳40的三维图示，其包含置于单分子星形聚合物包藏配合物上的邻接壳46。将壳部分除去以显示包含包藏货物材料32 (例如染料分子)的星形聚合物包藏配合物30。
[0075]图1E为包含具有孔56的壳52的典型纳米壳50的三维图示。包含包藏货物材料32的星形聚合物包藏配合物30在孔56内部分可见。
[0076]图1F为典型纳米壳60的三维图示，其包含分散于星形聚合物包藏配合物30的外围间隙24中的独立纳米颗粒62。无机颗粒62与聚合物臂14的外围亲水链段18接触(参见图1A)。包藏货物材料32与内疏水链段20和/或核心16关联。[0077]图1G为典型纳米壳70的三维图示，其包含包围多个独立星形聚合物包藏配合物30大分子的壳76。在该实例中，将壳部分除去以显示出含在其中的四个星形聚合物包藏配合物30大分子。
[0078]以上壳的实例意味着说明性和非限定性的。亲水链段包含用于共价或非共价粘合壳材料的官能度。壳材料可部分或完全居于外围空隙面积24中。作为选择,壳材料通过一个或多个亲水链段共价或非共价键合，如图1D所示。
[0079]此处，“受限金属(restricted metal) ”包括铍、镁、钙、锶、钡、镭、铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、砷、锑、铋、碲、针和周期表3-12族的金属的离子和非离子形式。周期表3-12族的金属包括钪、钛、f凡、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、乾、错、银、钥、锝、钌、错、钮、银、铺、俩、铺、谱、钦、银、紅、箱、礼、铺、摘、钦、辑、钱、镜、错、給、组、鹤、鍊、饿、依、怕、金、萊、锕、娃、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、Cl、锘、镑、卢(rutherfordium)、杜(dubnium)、喜(seaborgium)、波(bohrium)、黑(hassium)、麦(meitnerium)、达(darmstadtium)、仑(roentgenium)和哥(copernicium)。在一个实施方案中，用于制备星形聚合物包藏配合物的星形聚合物的化学式不含上述受限金属。在另一实施方案中，上述受限金属中的每一个在用于制备星形聚合物包藏配合物的星形聚合物中具有0-100份每百万份(ppm)、0-100份每十亿份(PPb)或0-100份每万亿份(ppt)的浓度。优选上述受限金属中的每一个在用于制备星形聚合物包藏配合物的星形聚合物中具有检测极限以下的浓度。关于用于制备星形聚合物包藏配合物的星形聚合物的化学式中硼、硅或任何独立碱金属的浓度不存在限制，条件是星形聚合物和星形聚合物包藏配合物具有理想性能，例如两亲性能。用于形成壳的货物材料和/或无机材料可包含受限金属。
[0080]货物材料可共价或非共价键合于星形聚合物上。非共价相互作用包括疏水和/或离子相互作用。货物材料未必从星形聚合物包藏配合物中释放以执行有用的功能。货物材料可在键合于星形聚合物上时或从星形聚合物中释放时执行有用的功能。
[0081]优选可将星形聚合物包藏配合物以纳米级颗粒的形式分散于水溶液中。货物材料包括生物活性物质。典型生物活`性物质包括生物分子(例如DNA、基因、肽、蛋白质、酶、类月旨、磷脂和核苷酸)、天然或合成有机化合物(例如药物、染料、合成聚合物、低聚物和氨基酸)、无机材料(例如金属和金属氧化物)、帮助诊断的发色团(例如卟啉类化合物，包括卟啉和酞菁)、前述的放射性变体和前述的组合。一些生物活性物质可改变细胞的化学结构和/或活性，或可选择性地改变细胞类型相对于另一细胞类型的化学结构和/或活性。作为实例，化学结构的一种理想的变化可以为将基因并入细胞的DNA中。活性的理想变化可以为转染基因的表达。细胞活性的另一变化可以为所需激素或酶的感应生产。细胞活性的理想变化也可以为一种细胞类型与另一细胞类型相比的选择性死亡。关于由生物活性物质导致的细胞活性的相对变化不存在限制，条件是该变化是理想且有用的。此处其它生物活性材料改善诊断能力而不需要改变组织、器官、骨骼或细胞的结构或活性。这些包括用于磁共振成像和X射线成像的图像对比度增强剂。货物材料可包含金属，包括上述受限金属中的一种或多种。
[0082]术语“可生物降解”由American Society for Testing and Materials 定义为通过生物活性，尤其是通过酶作用导致的降解，导致材料化学结构的显著变化。就本文而言，根据ASTM D6400，如果它在180天内经受60%生物降解，则材料为可生物降解的。[0083]用于制备星形聚合物包藏配合物的星形聚合物为两亲材料。此处两亲材料为可以以圆形截面直径为2-1500nm的纳米级颗粒的形式分散于含水混合物中的材料。星形聚合
物由通式⑴表示:
[0084]
【权利要求】
1.一种纳米壳，其包含: 星形聚合物包藏配合物，其包含i)具有共价连接在6个或更多独立聚合物臂上的交联核心的两亲单分子星形聚合物，和ii)包藏在星形聚合物中的货物材料；和壳，其包含与星形聚合物包藏配合物的外表面接触的无机材料。
2.根据权利要求1的组合物，其中i)核心为疏水的，ii)货物材料为疏水的，且iii)6个或更多聚合物臂分别包含a)共价连接在核心上的疏水链段和b)连接在疏水链段上的外围亲水链段。
3.根据权利要求1的组合物，其中纳米壳包含两个或更多星形聚合物包藏配合物大分子。
4.根据权利要求1的组合物，其中壳包含一个或多个壳层。
5.据权利要求4的组合物，其中一个或多个壳层为多孔的。
6.根据权利要求1的组合物，其中壳包含四价硅材料和/或金属。
7.根据权利要求1的组合物,其中纳米壳具有约15至约300nm的平均直径。
8.根据权利要求1的组合物,其中货物材料为显影剂。
9.根据权利要求8的组合物，其中显影剂为卟啉类化合物，且卟啉类化合物基本不聚集。
10.根据权利要求1的组合 物，其中货物材料为生物活性化合物。
11.根据权利要求10的组合物，其中生物活性化合物为药物。
12.根据权利要求1的组合物，其中壳为邻接的。
13.根据权利要求1的组合物，其中壳包含金。
14.根据权利要求1的组合物，其中壳包含二氧化硅。
15.根据权利要求1的组合物，其中壳包含铁氧化物。
16.根据权利要求1的组合物，其进一步包含共价连接在壳上的有机表面基团。
17.根据权利要求16的组合物，其中有机表面基团包含选自染料、聚(氧化烯)链段、聚(亚烷基亚胺)链段、生物活性结构部分及其组合的化学结构部分。
18.—种方法,其包括: 在第一溶剂中形成两亲单分子星形聚合物和货物材料的混合物，其中星形聚合物具有共价连接在6个或更多独立聚合物臂上的交联核心； 将混合物注入第二溶剂中，其中第二溶剂为货物材料的非溶剂，由此形成星形聚合物包藏配合物，其中星形聚合物包藏配合物包含包藏在星形聚合物中的货物材料；和 使用一种或多种顺序方法使成壳无机材料沉积于星形聚合物包藏配合物的外表面上，由此形成包含壳的纳米壳，其中壳包含一个或多个无机壳层。
19.根据权利要求18的方法，其进一步包括将纳米壳用一种或多种有机标记剂处理，由此形成标记纳米壳，所述标记纳米壳包含共价连接在标记纳米壳的壳表面上的一个或多个有机表面基团。
20.根据权利要求18的方法，其中i)核心为疏水的，ii)货物材料为疏水的，且iii)6个或更多聚合物臂分别包含a)共价连接在核心上的疏水链段和b)连接在疏水链段上的外围亲水链段。
21.根据权利要求18的方法，其中纳米壳包含两个或更多星形聚合物包藏配合物大分子。
22.根据权利要求18的方法，其中星形聚合物通过有机催化开环聚合形成。
23.根据权利要求22的方法，其中星形聚合物包含聚碳酸酯链段、聚酯链段或其组合。
24.根据权利要求18的方法，其中货物材料为卟啉类化合物。
25.根据权利要求18的方法，其中货物材料为药物。
26.根据权利要求18的方法,其中壳包含金。
27.根据权利要求18的方法，其中所述使成壳无机材料沉积于星形聚合物包藏配合物的外表面上包括:i)将星形聚合物包藏配合物用预成型金晶种处理，由此形成接种包藏配合物，和ii)通过无电沉积使金沉积于接种包藏配合物上，由此形成纳米壳，其中纳米壳包含含有金的壳。
28.根据权利要求18的方法，其中壳包含二氧化硅。
29.根据权利要求18的方法，其中使成壳无机材料沉积于星形聚合物包藏配合物的外表面上包括:i)将星形聚合物包藏配合物在第一溶剂中用第一四价硅材料处理，由此形成前体二氧化硅纳米壳，ii)将前体二氧化硅纳米壳在第二溶剂中用第二四价硅材料处理，由此形成纳米壳，其中纳米壳包含含有四价娃材料的壳。
30.根据权利要求29的方法，其中第一四价硅试剂为有机硅酸盐，且第二四价硅试剂为有机二硅氮烷。
31.根据权利要求29的方法，其进一步包括将纳米壳用包含亲核基团的四价硅化合物处理，由此形成改性纳米壳，所述改性纳米壳包含含有选自胺、硫醇、醇及其组合的亲核表面基团的改性壳。`
32.根据权利要求31的方法，其进一步包括将改性纳米壳用能够反应形成与亲核表面基团的共价键的有机标记剂处理，由此形成标记纳米壳。
33.根据权利要求32的方法，其中有机标记剂选自染料、聚(氧化烯)链段、聚(亚烷基亚胺)链段、生物活性化合物及其组合。
34.根据权利要求18的方法，其中壳包含铁氧化物。
35.根据权利要求18的方法，其中所述使成壳无机材料沉积于星形聚合物包藏配合物的外表面上包括:将星形聚合物包藏配合物用铁氧化物纳米颗粒处理，由此形成纳米壳，其中纳米壳包含含有铁氧化物纳米颗粒的壳。
36.根据权利要求18的方法，其中纳米壳具有约15至约300nm的平均直径。
37.一种方法,其包括: 在合适溶剂中形成含有两亲单分子星形聚合物、货物材料和铁氧化物纳米颗粒的混合物，其中星形聚合物具有共价连接在6个或更多独立聚合物臂上的交联核心；和 将混合物注入第二溶剂中，其中第二溶剂为货物材料的非溶剂，由此形成包含星形聚合物、货物材料和铁氧化物颗粒的纳米壳。
38.根据权利要求37的方法，其中纳米壳具有约15至约300nm的平均直径。
39.一种含水混合物，其包含根据权利要求1的纳米壳。
40.一种诊断成像的方法，其包括使细胞与根据权利要求37的含水混合物接触。
【文档编号】C08J3/14GK103501769SQ201280013749
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年3月19日 优先权日:2011年3月18日
【发明者】V·Y·李, R·D·米勒, H·H·努诺, J·斯莱, M·蒂琼 申请人:国际商业机器公司, 圣何塞州立大学研究基金会