纳米粒子的生产及其使用方法

纳米粒子的生产及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于生产纳米复合粒子的方法。所述方法包括向喷管供应有机相流体、水性相流体、两亲物和大量的疏水性纳米物质。在所述喷管附近产生电场，使得流出所述喷管的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。收集所述大量的小滴，并通过自组装形成包含包封有至少一种疏水性纳米物质的自组装结构的纳米复合粒子。
【专利说明】纳米粒子的生产及其使用方法
[0001]与相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年9月27日提交的美国临时申请号N0.61/539，532和2011年9月30日提交的美国临时申请号61/541，462的优先权和利益，所述临时申请的内容以其整体通过参考并入本文。
[0003]关于联邦资助的研究的陈述
[0004]本发明至少部分得到由国家科学基金会(National Science Foundation)授予的资助号CBET-0707969、CMM1-090037和EEC-0914790的支持。政府在本发明中具有一定权利。
【技术领域】
[0005]本发明的总体概念涉及纳米粒子、生产纳米粒子的方法及其使用方法。更具体来说，本发明的总体概念涉及纳米复合粒子、聚合物纳米粒子、生产纳米复合粒子和聚合物纳米粒子的方法及其使用方法。
[0006]发明背景
[0007]由于多样化的各种潜在应用，纳米技术正逐渐变成一个关键的【技术领域】。这样的应用包括医学、生物医学、电子学、生物技术、生物材料、生物机械学和能量生产，这仅仅是几个实例。许多被用于生产纳米材料的方法聚焦于自上而下的方法，其中使用大的结构来组装较小结构。还存在自下而上的方法，其中将原子、离子或分子选择性组装以产生有用的结构。当前的纳米粒子生产方法通常限于小规模分批生产，这阻碍了大规模应用。
[0008]发明概述
[0009]本发明的总体概念设想了与纳米粒子生产相关的系统、装置和方法，以及使用所述纳米粒子的方法。更具体来说，本发明的总体概念设想了纳米复合粒子、聚合物纳米粒子、用于生产纳米复合粒子和聚合物纳米粒子的方法及其使用方法。
[0010]在一种示例性实施方式中，公开了一种用于生产纳米复合粒子的方法。所述方法包括向喷管供应有机相流体。在某些实施方式中，所述有机相流体包含有机溶剂、两亲物和大量的疏水性纳米物质。在所述喷管附近产生电场，使得离开所述喷管的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。将所述大量的小滴收集在水性收集溶液中。在所述水性收集溶液中，所述纳米复合粒子自组装并包含包封有至少一个疏水性纳米粒子的两亲性胶束。
[0011]在一种示例性实施方式中，公开了一种用于生产聚合物纳米粒子的方法。所述方法包括向喷管供应有机相流体。在某些实施方式中，所述有机相流体包含有机溶剂、两亲物和疏水性聚合物。在所述喷管附近产生电场，使得离开所述喷管的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。将所述大量的小滴收集在水性收集溶液中。在所述水性收集溶液中，所述聚合纳米复合粒子自组装并包含包封有所述疏水性聚合物的两亲性胶束。
[0012]在一种示例性实施方式中，公开了一种纳米复合粒子。所述纳米复合粒子包含含有两亲物的胶束。将至少一个第一量子点被包封在所述胶束中，并且所述第一量子点具有第一发射波长。将至少一个第二量子点被包封在所述胶束中，并且所述第二量子点具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长。所述纳米复合粒子具有5nm至IOOOnm范围内的直径。在一种不例性实施方式中，所述第一发射波长在490nm至560nm的范围内，所述第二发射波长在590nm至700nm的范围内。
[0013]对本领域技术人员来说，当依照附图阅读时，本发明的总体概念的其他方面、优点和特点将从下面的详细描述变得显而易见。
[0014]附图简述
[0015]为了更充分地理解本发明的总体概念的本质和优点，应该必须结合附图参考下面的详细描述，在所述附图中:
[0016]图1示意显示了用于生产纳米复合粒子的方法或用于生产聚合物纳米粒子的方法的一种不例性实施方式；
[0017]图2示出了电场对离开喷管的流体的弯液面的影响；(a)示出了没有电场的影响时离开喷管的流体的弯液面；(b)示出了小电场对离开喷管的流体的影响，正如同变形的弯液面所看到的；(c)示出了较大电场对离开喷管的流体的影响，正如通过弯液面变形成锥形射流所看到的；
[0018]图3示出了在示例性纳米复合粒子(CNP)中，交替荧光发射波长和接近连续荧光的不意图；
[0019]图4示出了通过胶束包封形成的包含量子点的示例性纳米复合粒子(CNP)的示意图；
[0020]图5示出了示例性纳米复合粒子(CNP)的(a)荧光、(b)红绿比和(C)强度的动力学，(d)示出了单个红色量子点和单个绿色量子点的荧光强度；
[0021]图6示出了(a)量子点闪烁不能与偏移到焦平面之外的量子点聚集物区分开，而(b)示出了示例性的纳米复合粒子(CNP)颜色变化可以与离开焦平面的CNP聚集物区分开；
[0022]图7示出了示例性纳米复合粒子(CNP)的动态追踪。(a)示出了 CNP轨迹；并且(b)示出了在跳跃(快且大的位置变化)的几个时间框处CNP的叠加图像；
[0023]图8示出了(a)使用动态光散射测量的纳米复合粒子的尺寸分布；以及(b)包含量子点和超顺磁氧化铁纳米粒子的纳米复合粒子的TEM图像；
[0024]图9示出了(a) 3个粒子的轨迹，以及(b)粒子的均方位移如何随时间线性增加；
[0025]图10示出了(a)空胶束的TEM图像；(b)装载有超顺磁氧化铁纳米粒子(SPION)的胶束的TEM图像；以及(c)空胶束和装载有SPION的胶束的扫描电迁移率粒径(SMPS)分布。粒径分布从TEM图像使用Image J软件来测量，并示出在(a)和(b)的插入图中；
[0026]图11在(a)-(f)中示出了跟踪发荧光粒子朝向磁针的移动的一系列图像，并证实了纳米复合粒子表现出荧光和磁性功能性，(g)和(h)分别示出了粒子轨迹和均方位移；
[0027]图12示意显示了聚合物纳米粒子的形成的示例性实施方式；
[0028]图13示出了示例性聚合物纳米粒子的TEM图像；并且
[0029]图14示出了活性成分(即地塞米松)从通过自组装形成的示例性聚合物纳米粒子的释放。
[0030]详细描述
[0031]尽管本发明的总体概念容许许多不同形式的实施方式，但其【具体实施方式】在图中示出并将在本文中详细描述，并且应该理解本公开应该被当作本发明总体概念的原理的示例。因此，本发明的总体概念不打算限于本文中示出的【具体实施方式】。
[0032]除非另有定义，否则在本文中使用的术语具有与涵盖本发明总体概念的领域中的普通技术人员所通常理解的相同的意义。本文中使用的术语仅仅是为了描述本发明总体概念的示例性实施方式，并且不打算限制本发明的总体概念。当在本发明的总体概念的描述和随附的权利要求书中使用时，单数形式打算也包括复数形式，除非上下文明确指明不是如此。
[0033]现在参考图1，其示出了一种示例性实施方式的生产纳米复合粒子的方法的示意图。总的来说，用于生产纳米复合粒子的方法利用电喷雾法形成大量的小滴(例如细气溶胶)。正如在图1中看到的，向喷管(10)供应有机相流体。在某些实施方式中，有机相流体包含有机溶剂、两亲物和大量的疏水性纳米物质。喷管(10)可以具有多种构造中的任一种。例如，在一种示例性实施方式中，喷管(10)是具有内管(12)和外环(14)的同轴喷管。在其他实施方式中，喷管(10)可以具有多个内管(12)和一个外环(14)。
[0034]正如上面提到的，在某些实施方式中，有机相流体包含有机溶剂、两亲物和大量的疏水性纳米物质。有机相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在本发明总体概念的某些实施方式中，将有机相流体以约0.01毫升/小时至约10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一种示例性实施方式中，将有机相流体以约0.48毫升/小时的流速供应到喷管(10)。可以使用广泛种类的有机溶剂。总的来说，有机溶剂可以是极性或非极性的，以溶解有机相流体的任何其他组分。可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用的有机溶剂的非限制性实例包括但不限于氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷及其组合。
[0035]此外，广泛种类的两亲物可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用。当在本文中使用时，术语“两亲物”是指包括亲水性链段和疏水性链段的化学化合物。在本发明的总体概念的某些实施方式中，两亲物是两亲性嵌段共聚物。在本发明的总体概念的某些其他实施方式中，两亲物是肽两亲物。适合的两亲性嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯-b-乙二醇)、聚(ε -己内酯-b-乙二醇)、聚(乙二醇-b-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺)及其组合。适合的肽两亲物包括但不限于棕榈酰基-VVAAEE-NH2、棕榈酰基-VVAAEEGIKVAV-C00H、棕榈酰基-VVAAEEEEGIKVAV-C00H及其组合。本领域技术人员将会认识到，可以使用各种其他两亲物，并且它们在本文设想的本发明的总体概念的范围之内。
[0036]在某些实施方式中，有机相流体还包括大量的疏水性纳米物质。在本文描述的本发明的总体概念的某些示例性实施方式中，大量的疏水性纳米物质可以包含1、2、3、4种或更多种不同类型的疏水性纳米物质。纳米物质可以是天然疏水的，或者可以被改性以具有疏水表面，或者以其他方式提供疏水性。在本发明的总体概念的某些示例性实施方式中，大量的疏水性纳米物质包括但不限于半导体纳米粒子、金属纳米粒子、磁性纳米粒子、含碳纳米粒子及其组合。这样的疏水性纳米粒子的非限制性实例包括量子点、金纳米粒子、银纳米粒子、钼纳米粒子、氧化铁纳米粒子、超顺磁氧化铁纳米粒子、碳纳米管和碳点。所使用的疏水性纳米物质的类型的各种组合主要取决于得到的纳米复合粒子的所需功能或应用(例如磁性、荧光、磁性和荧光等)。
[0037]仍参考图1，当向喷管(10)供应有机相流体时，在喷管(10)附近，特别是在喷管(10)的流体离开的尖端处产生电场。在某些实施方式中，向喷管(10)施加电势并向接地电极(20)施加电势，以在喷管(10)附近产生电场。电场使离开喷管(10)的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。在实行中，电场在离开喷管(10)的流体上施加力，并使流体的弯液面变形。例如，如在图2A中看到的，流体正在没有电场的情况下离开喷管(10)。在图2B中，在喷管附近产生电场后，流体的弯液面开始变形。正如在图2C中看到的，当电场足够高时，它将施加超过基于流体的表面张力的极限的力，使得弯液面采取具有流体的细射流的锥形形状。所述细射流然后破碎成大量的流体小滴。
[0038]在本文描述的本发明的总体概念的某些实施方式中，电场由用于在同轴喷管(10)与接地电极(20)之间产生电势的电源产生，所述接地电极可以是由铜或其他导电金属形成的环。在一种示例性实施方式中，接地电极(20)位于同轴喷管(10)的尖端下方0.5cm处。在某些示例性实施方式中，产生的电场具有约3kV/cm至约35kV/cm范围内的电场强度。在一种不例性实施方式中，产生的电场具有约6kV/cm至约7kV/cm范围内的电场强度。
[0039]在某些实施方式中，当从锥形射流的分散形成大量的小滴时，将所述大量的小滴收集在水性收集溶液中。在示例性实施方式中，水性收集溶液包含蒸馏水或双蒸水。在本文描述的本发明的总体概念的某些其他实施方式中，水性收集溶液包含乙酸铵缓冲剂。然而，可以使用其他类型的水性溶液，并且本文公开的本发明的总体概念考虑到了它们。在某些实施方式中，将大量的小滴分散在含有水性收集溶液的收集器(30)中。收集器(30)可以是金属容器例如铝盘。在其他实施方式中，将大量的小滴在不暴露于空气的条件下直接分散在水性收集溶液中，例如通过将喷管浸没在水性收集溶液中。
[0040]在大量的小滴进入水性收集溶液之后，纳米复合粒子在水性收集溶液中自组装。纳米复合粒子包含包封有至少一个疏水性纳米粒子的两亲性胶束。在一种示例性实施方式中，纳米复合粒子具有约5nm至约IOOOnm范围内的平均直径。在另一种示例性实施方式中，纳米复合粒子具有约IOnm至约800nm范围内，包括约20nm至约700nm,包括约25nm至约500nm,包括约30nm至约IOOnm,包括约30nm至约70nm,并且还包括约30nm至约50nm范围内的平均直径。这样的纳米复合粒子可用于各种应用，包括但不限于成像、治疗和诊断应用，它们将在下面进一步详细讨论。
[0041]正如上面简略提到的，在某些实施方式中，纳米复合粒子包含两亲性胶束，所述胶束可以包封多个和多种类型的疏水性纳米物质。两亲性胶束通过在水性收集溶液中分散时的界面不稳定性，由两亲物的自组装形成。当在本文中使用时，术语“两亲性胶束”是指包含两亲物的任何自组装结构。例如，当大量的小滴进入到水性溶液中时，两亲物自发地取向，以形成具有亲水性壳和疏水性核心的胶束。在胶束形成期间，存在的疏水性纳米物质被吸引到两亲物的疏水性链段，使得当胶束自组装时，疏水性纳米物质被拉向并包封在胶束的疏水性核心内。应该认识到，胶束仅仅包封比胶束的疏水性核心更小的疏水性纳米物质。
[0042]得到的纳米复合粒子的尺寸和形状可以由所使用的两亲物来控制。例如，分子量为3800-b-6500道尔顿和9500-b-18000道尔顿的聚(苯乙烯_b_乙二醇)分别产生直径为25nm和40nm的纳米复合粒子。其他两亲物例如DSPE ( 二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺)~聚乙二醇(PEG) 2，000共聚物，形成直径为15nm并且核心直径为6.5nm的胶束。因此，当为需要特定粒子尺寸的特定应用工程设计纳米复合粒子时，可以通过选择适合的两亲物来控制纳米复合粒子的尺寸。此外，两亲性嵌段共聚物是特别有利的，因为这些材料一般具有相对长的疏水性链段。较长的疏水性链段允许形成具有较大疏水性核心的两亲性胶束，以便可以将多个和多种类型的疏水性纳米物质包封在胶束内，并在同时仍然足够小(〈lOOnm)，在各种不同应用中特别有用。
[0043]正如上面提到的，在本发明的总体概念的某些实施方式中，使用具有内管(12)和外环(14)的同轴喷管(10)。例如，在某些实施方式中，同轴喷管(10)包含内针和外针。内针的内径可以在约80微米至约800微米的范围内，并且外针的相应内径可以在约200微米至约2000微米的范围内。在一种示例性实施方式中，用于生产纳米复合粒子的方法还包括向喷管(10)供应水性相流体。在某些实施方式中，水性相流体包含表面活性剂。在水性相流体中可以使用广泛种类的表面活性剂。可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用的表面活性剂的适合实例包括但不限于聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4-(5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。水性相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在某些实施方式中，将水性相流体以0.01毫升/小时至10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一种示例性实施方式中，将水性相流体以2.8毫升/小时的流速供应到喷管(10)。
[0044]在一种示例性实施方式中，将有机相流体供应到同轴喷管(10)的内管(12)，并将水性相流体供应到同轴喷管(10)的外环(14)。在这种示例性构造中，有机相流体在离开喷管后被水性相流体包封。因此，水性相流体多少起到阻挡层的作用，在流体离开喷管并进入水性收集溶液的运送时间中防止有机相流体的显著蒸发。在其他实施方式中，可以将有机相流体供应到同轴喷管(10)的外环(14)，并且可以将水性相流体供应到同轴喷管(10)的内管(12) ο
[0045]在一种示例性实施方式中，当供应到同轴喷管(10)的内管(12)的有机相流体和供应到同轴喷管(10)的外环(14)的水性相流体实现离开同轴喷管(10)的稳定流动时，在喷管(10)附近、特别是在喷管(10)的流体离开的尖端处产生电场。在某些实施方式中，向喷管(10)施加电势并向接地电极(20)施加电势，以在喷管(10)附近产生电场。正如前面提到的，电场使离开喷管(10)的流体的弯液面采取具有流体的细射流的锥形形状。所述细射流随后破裂成大量的小滴，其被收集在水性收集溶液中，并如上所述通过自组装形成纳米复合粒子。在某些实施方式中，大量的小滴包含被水性相流体包封的有机相流体。
[0046]在本发明的总体概念所设想的某些实施方式中，生产纳米复合粒子的方法包括混合或搅拌含有大量的小滴的水性收集溶液。混合或搅拌步骤可以使大量的小滴更好地分散在水性收集溶液中，以协助纳米复合粒子的形成。
[0047]在本文描述的本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，纳米复合粒子包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长的第二量子点。当在本文中使用时，术语“量子点”是指具有独特的光学性质例如宽的激发光谱、狭窄的发射带宽和增强的光稳定性的半导体纳米晶体。量子点通常具有约2nm至约IOnm的直径。在一种示例性实施方式中，至少一个第一量子点具有490nm至560nm之间的第一发射波长，至少一个第二量子点具有590nm至700nm之间的第二发射波长,并且纳米复合粒子具有5nm至IOOOnm范围内的平均直径。在某些实施方式中,包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有第二发射波长的第二量子点的纳米复合粒子，具有约IOnm至约800nm、包括约20nm至约700nm、包括约25nm至约500nm、包括约30nm至约lOOnm、包括约30nm至约70nm、并且还包括约30nm至约50nm范围内的平均直径。[0048]尽管示例性实施方式利用至少一个具有约490nm至约560nm之间的第一发射波长(即绿色)的第一量子点和至少一个具有约590nm至约700nm之间的第二发射波长(即红色)的第二量子点，但具有不同发射波长(即颜色)的量子点的各种其他组合，可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用。例如，发射波长可以在约380nm至约800nm的范围内，还包括红外。在某些实施方式中，第一发射波长可以为约380nm至450nm,或约450nm至约495nm,或约495nm至约570nm,或约570nm至约590nm,或约590nm至约620nm,或约620nm至约750nm，并且第二发射波长可以在与第一发射波长不是同一范围的任一上述范围之内。通过提供与第一发射波长不同的第二发射波长，由包封在纳米复合粒子内的量子点发出的颜色能够被区分开，正如在下面更详细描述的，这在粒子示踪应用中是特别有用的。
[0049]根据本发明的总体概念，在一种示例性实施方式中，提供了包含含有两亲物的胶束的纳米复合粒子。纳米复合粒子还包含包封在胶束中的至少一个第一量子点，所述第一量子点具有第一发射波长。此外，纳米复合粒子包含包封在胶束中的至少一个第二量子点，并且所述第二量子点具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长。纳米复合粒子具有约5nm至约IOOOnm范围内的直径。在某些实施方式中，纳米复合粒子具有约IOnm至约800nm、包括约20nm至约700nm、包括约25nm至约500nm、包括约30nm至约lOOnm、包括约30nm至约70nm、并且还包括约30nm至约50nm范围内的平均直径。正如上面提到的，发射波长可以在约380nm至约SOOnm的范围内，还包括红外，并且第二发射波长不同于第一发射波长，使得发出的颜色能够被区分开。
[0050]包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的纳米复合粒子，对于粒子不踪应用、例如非均相系统例如活细胞和微流体流中的粒子示踪来说是特别有用的。通过将具有不同发射波长的量子点包封在纳米复合粒子中，解决了与用于粒子示踪的量子点相关的两个似乎不可调和的问题。与量子点相关的第一个问题是量子点经历闪烁这种间歇性的荧光丧失(单个量子点和一小簇量子点所特有的)，其使粒子示踪中断。另一方面，闪烁是用于原位证实量子点聚集状态的首要方法，并且具有连续荧光发射的单个或一小簇量子点难以与大的聚集物分辨开。在这两个问题的解决中，包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的纳米复合粒子表现出接近连续的交替颜色的荧光，其允许甚至在跨过焦平面的移动期间通过可观察的颜色变化来辨别聚集状态。
[0051]现在参考图3，由于闪烁动力学是随机的，因此包含至少一个具有第一发射波长(例如490nm至560nm-绿色)的第一量子点和至少一个具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长(例如590nm至700nm_红色)的第二量子点的纳米复合粒子仍几乎连续地发射荧光，同时发射波长在第一和第二量子点的发射波长及其组合之间交替。相反，纳米复合粒子的大的聚集物将表现出几乎恒定的荧光发射颜色，其允许通过交替的颜色发射辨别出单一纳米复合粒子(或非常小的簇)。因此，这样的纳米复合粒子可以被连续跟踪，并被鉴定为单一纳米复合粒子或非常小的纳米复合粒子簇。
[0052]此外，包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的纳米复合粒子，可用于将纳米复合粒子与在与第一发射波长或第二发射波长重叠的波长通道中发射的背景荧光区分开。例如，如果在500nm处存在过多背景荧光，那么仍然可以通过在例如650nm处成像，来辨别包含具有490nm至560nm的发射波长的量子点和具有590nm至700nm的发射波长的量子点的纳米复
合粒子。
[0053]根据本文描述的本发明的总体概念，在一种示例性实施方式中，纳米复合粒子包含包封有大量的具有相同发射波长的量子点的两亲性胶束。在这种特定实施方式中，荧光发射的量度增加，而纳米复合粒子的尺寸不增加。
[0054]在本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，包含包封有至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的两亲性胶束的纳米复合粒子，还包含包封在胶束中的至少一种其他纳米物质。例如，所述至少一种其他纳米物质包括但不限于选自磁性纳米粒子、金属纳米粒子、含碳纳米粒子及其组合的纳米物质。所述其他纳米物质增加了纳米复合粒子的功能性(例如磁性纳米粒子能够通过磁场操纵纳米复合粒子)，以拓宽纳米复合粒子的应用。
[0055]根据本文描述的本发明的总体概念，在一种示例性实施方式中，纳米复合粒子包含至少一个量子点和至少一个磁性纳米粒子，并且纳米复合粒子具有约5nm至约IOOOnm范围内的平均直径。磁性纳米粒子可以包含氧化铁纳米粒子、超顺磁氧化铁纳米粒子或铁、镍、钴、其化合物的各种其他磁性纳米粒子及其组合。正如上面提到的，在某些实施方式中，纳米复合粒子具有约IOnm至约800nm、包括约20nm至约700nm、包括约25nm至约500nm、包括约30nm至约lOOnm、包括约30nm至约70nm、并且还包括约30nm至约50nm范围内的平均直径。
[0056]基于其荧光和磁性质，包含至少一个量子点和至少一个磁性纳米粒子的纳米复合粒子具有大量应用。由量子点提供的荧光允许将纳米复合粒子在传统的诊断应用(例如免疫组织化学)中用作成像剂，而来自于磁性纳米粒子的磁性质允许通过磁场操纵纳米复合粒子，其可以产生磁定向纳米结构的设计。此外，这样的纳米复合粒子可用于分离和表征癌细胞例如循环肿瘤细胞的分子情况，并通过磁共振和荧光成像进行多模式体内肿瘤可视化。此外，这样的纳米复合粒子可以在体外用于操纵和追踪细胞、生物分子和纳米结构。
[0057]在本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，纳米复合粒子还包含官能团。更具体来说，将官能团偶联、结合或以其他方式附连到纳米复合粒子，或者将纳米复合粒子偶联、结合或以其他方式附连到官能团。官能团事实上可以是可用于生物、环境或各种其他应用的任何分子。在本发明的总体概念的某些实施方式中，官能团选自肽、多肽、蛋白质配体、抗体、DNA、RNA及其组合。然而，官能团事实上可以包含被设计用于靶向和结合例如特定类型的细胞、蛋白质等的任何化合物或分子。因此，当在本文中使用时，术语“官能团”广泛地涵盖被设计用于靶向特定实体的化合物或分子。本质上，可以将纳米复合粒子用官能团标记，或者可以将官能团用纳米复合粒子标记。例如，在一种示例性实施方式中，将纳米复合粒子与靶向特定细胞群体的抗体偶联。存在几种通过本领域中已知的可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用的化学修饰，交联或偶联或以其他方式附连蛋白质、配体、抗体、分子片段等的方法。例如，可以利用碳二亚胺(EDC)化学或或NHS-酯交联剂化学将官能团偶联、交联、结合或以其他方式附连到纳米复合粒子，反之亦然。
[0058]在本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，用于生产纳米复合粒子的方法包括利用大量的喷管。例如，可以将大量的喷管提供成平行地或以其他适合的排列方式运行的平面喷管阵列。在某些实施方式中，大量的喷管包含如上所述的同轴喷管。这样的示例性实施方式为所述方法提供了可扩充性，以增加纳米复合粒子的生产。
[0059]在本文中公开的本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，用于生产纳米复合粒子的方法包括向喷管施加有机相流体、水性相流体、两亲物和大量的疏水性纳米物质。在喷管附近产生电场，使得离开喷管的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。收集所述大量的小滴，并通过自组装形成包含包封有至少一种疏水性纳米物质的自组装结构的纳米复合粒子。
[0060]一般来说，有机相流体包含有机溶剂。可以利用广泛的各种有机溶剂。一般来说，有机溶剂可以是极性或非极性的，以溶解有机相流体的任何其他组分。可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用的有机溶剂的非限制性实例包括但不限于氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷及其组合。有机相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在本发明的总体概念的某些实施方式中，将有机相流体以约0.01毫升/小时至约10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一 种示例性实施方式中，将有机相流体以约0.48毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在某些实施方式中，有机相流体还包含表面活性剂。在有机相流体中可以利用广泛的各种表面活性剂。可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用的表面活性剂的适合的实例包括但不限于聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4-(5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。
[0061]一般来说，水性相流体包含水。可以使用广泛的各种水性系统作为水性相流体。在某些实施方式中，水性相流体还包含表面活性剂。在水性相流体中可以利用广泛的各种表面活性剂。可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用的表面活性剂的适合的实例包括但不限于聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4-(5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。水性相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在某些实施方式中，将水性相流体以0.01毫升/小时至10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一种示例性实施方式中，将水性相流体以2.8毫升/小时的流速供应到喷管(10)。
[0062]正如上面提到的，可以将广泛的各种两亲物与本文中描述的本发明的总体概念相结合使用。在本发明的总体概念的某些实施方式中，两亲物是两亲性嵌段共聚物。在本发明的总体概念的某些其他实施方式中，两亲物是肽两亲物。适合的两亲性嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯_b-乙二醇)、聚(￡-己内酯-13-乙二醇)、聚(乙二醇-b_ 二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺)及其组合。适合的肽两亲物包括但不限于棕榈酰基-VVAAEE-NH2、棕榈酰基-VVAAEEGIKVAV-C00H、棕榈酰基-VVAAEEEEGIKVAV-C00H及其组合。本领域技术人员将会认识到，可以利用各种其他两亲物，并且它们在本文中设想的本发明的总体概念的范围之内。
[0063]在本文中描述的本发明的总体概念的某些实施方式中，将两亲物在有机相流体中供应到喷管。例如，在某些实施方式中，将两亲物分散、溶解或以其他方式添加到有机相流体。在某些其他实施方式中，将两亲物直接供应到喷管。例如，可以将两亲物通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵直接供应到喷管。在某些其他实施方式中，将两亲物在水性相流体中供应到喷管。例如，在某些实施方式中，将两亲物分散、溶解或以其他方式添加到水性相流体。[0064]正如前面讨论过的，按照本文中描述的本发明的总体概念，可以利用广泛的各种疏水性纳米物质。在某些实施方式中，大量的疏水性纳米物质可以包含1、2、3、4种或更多不同类型的疏水性纳米物质。纳米物质可以是天然疏水的，或者可以被修饰以具有疏水表面，或者以其他方式被赋予疏水性。在本发明的总体概念的某些示例性实施方式中，大量的疏水性纳米物质包括但不限于半导体纳米粒子、金属纳米粒子、磁性纳米粒子、含碳纳米粒子及其组合。这样的疏水性纳米粒子的非限制性实例包括量子点、金纳米粒子、银纳米粒子、钼纳米粒子、氧化铁纳米粒子、超顺磁氧化铁纳米粒子、碳纳米管和碳点。所利用的疏水性纳米物质的类型的各种组合，主要取决于得到的纳米复合粒子的所需功能或应用(例如磁性、荧光、磁性和荧光等)。
[0065]在某些实施方式中，将大量的疏水性纳米物质在有机相流体中供应到喷管。例如，将大量的疏水性纳米物质分散、溶解或以其他方式添加到有机相流体。在某些实施方式中，将大量的疏水性纳米物质通过两亲物供应到喷管。例如，将大量的疏水性纳米物质分散、溶解或以其他方式添加到两亲物。在某些其他实施方式中，将大量的疏水性纳米物质在水性相流体中供应到喷管。例如，将大量的疏水性纳米物质分散、溶解或以其他方式添加到水性相流体。
[0066]正如提到的，在喷管(10)附近、优选地在喷管(10)的包含有机相流体、水性相流体、两亲物和大量的疏水性纳米物质的流体离开的尖端处产生电场。在某些实施方式中，向喷管(10)施加电势并向接地电极(20)施加电势，以在喷管(10)附近产生电场。电场使离开喷管(10)的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。在效果上，电场在离开喷管(10)的流体上施加力，并使流体的弯液面变形。正如前面描述的，当电场足够高时，它将施加超过基于流体的表面张力的限度的力，使得弯液面采取带有流体的细射流的锥形形状。细射流然后破碎成大量的流体小滴。
[0067]在本文中描述的本发明的总体概念的某些实施方式中，通过用于在同轴喷管(10)与接地电极(20)之间产生电势的电源来产生电场，所述接地电极可以是由铜或其他导电金属形成的环。在一种示例性实施方式中，将接地电极(20)置于同轴喷管(10)的尖端下方0.5cm处。在某些示例性实施方式中，产生的电场具有约3kV/cm至约35kV/cm范围内的电场强度。在一种不例性实施方式中，产生的电场具有约6kV/cm至约7kV/cm范围内的电场强度。
[0068]当从锥形射流的分散形成大量的小滴时，收集所述大量的小滴。在某些实施方式中，将大量的小滴收集在水性收集溶液中。在示例性实施方式中，水性收集溶液包含蒸馏水或双蒸水。在本文中描述的本发明的总体概念的某些其他实施方式中，水性收集溶液包含乙酸铵缓冲剂。然而，可以利用并且本文中公开的本发明的总体概念也设想了其他类型的水性溶液。在某些实施方式中，将大量的小滴分散在含有水性收集溶液的收集器(30)中。收集器(30)可以是金属容器例如铝盘。在其他实施方式中，通过例如将喷管浸没在水性收集溶液中，将大量的小滴直接分散在水性收集溶液中而不暴露于空气下。
[0069]在一种示例性实施方式中,将大量的小滴收集在表面上。换句话说,将大量的小滴直接分散在表面上。事实上可以利用任何表面来收集大量的小滴。例如，可以将大量的小滴收集在金属板(例如铝板)、透射电子显微镜栅格或事实上任何其他类型的表面上。
[0070]在某些实施方式中，在大量的小滴进入水性收集溶液之后，纳米复合粒子在水性收集溶液中自组装。在一种示例性实施方式中，纳米复合粒子包含包封至少一个疏水性纳米物质的自组装结构。例如，自组装结构可以包含胶束或事实上任何其他自组装结构。自组装由界面不稳定性驱动。例如，在一种实施方式中，两亲物定向以形成具有亲水性壳和疏水性核心的自组装结构。在自组装结构形成期间，存在的疏水性纳米物质被吸引到两亲物的疏水性链段，使得当自组装结构正在形成时，疏水性纳米物质被拉向并包封在自组装结构的疏水性核心内。应该认识到，自组装结构将仅仅包封小于自组装结构的疏水性核心的疏水性纳米物质。
[0071]在某些实施方式中，当将大量的小滴收集在表面上时，纳米复合粒子在表面上自组装。在一种示例性实施方式中，纳米复合粒子包含包封有至少一个疏水性纳米物质的自组装结构。正如上面提到的，自组装结构可以包含胶束或其他类型的自组装结构。在这种特定实施方式中，纳米复合粒子自组装的驱动力由大量的小滴中存在的有机相-水性相界面所提供。此外，当例如通过蒸发或扩散除去有机溶剂时，可以驱动自组装。
[0072]在本文中所设想的本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，提供了一种用于生产聚合物纳米粒子的方法。在示例性实施方式中，用于生产聚合物纳米粒子的方法利用电喷雾法来形成大量的小滴(例如细气溶胶)。用于生产聚合物纳米粒子的方法与前面讨论的用于生产纳米复合粒子的方法类似。正如在图1中看到的，向喷管(10)供应有机相流体。一般来说，有机相流体包含有机溶剂。在示例性实施方式中，有机相流体包含有机溶剂、两亲物和疏水性聚合物。喷管(10)可以具有多种构造中的任一种。例如，在一种示例性实施方式中，喷管(10)是具有内管(12)和外环(14)的同轴喷管。在其他实施方式中，喷管(10)可以具有多个内管(12)和一个外环(14)。
[0073]正如提到过的，在示例性实施方式中，有机相流体包含有机溶剂、两亲物和疏水性聚合物。有机相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在本发明的总体概念的某些实施方式中，将有机相流体以0.01毫升/小时至10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一种示例性实施方式中，将有机相流体以0.48毫升/小时的流速供应到喷管(10)。可以利用广泛的各种有机溶剂。一般来说，有机溶剂可以是极性或非极性的，以溶解有机相流体和任何其他组分。可以与本文描述的本发明的总体概念相结合使用的有机溶剂的非限制性实例包括但不限于氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷及其组合。
[0074]在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，两亲物是两亲性嵌段共聚物。在本发明的总体概念的某些其他实施方式中，两亲物是肽两亲物。适合的两亲性嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯_b-乙二醇)、聚(ε-己内酯-b_乙二醇)、聚(乙二醇-b_ 二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺)及其组合。适合的肽两亲物包括但不限于棕榈酰基-VVAAEE-NH2、棕榈酰基-WAAEEGIKVAV-C00H、棕榈酰基-WAAEEEEGIKVAV-C00H及其组合。本领域技术人员将会认识到，可以使用各种其他两亲物，并且它们在本文所设想的本发明的总体概念的范围之内。
[0075]在一种示例性实施方式中，有机相流体包含疏水性聚合物。在某些实施方式中，疏水性聚合物是生物相容的和可生物降解的。例如，在一种示例性实施方式中，疏水性聚合物是乳酸-乙醇酸共聚物。然而，根据本发明的总体概念设想了其他疏水性聚合物，包括但不限于乳酸-乙醇酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚乙二醇及其组合。
[0076]仍参考图1，在某些实施方式中，当将有机相流体供应到喷管(10)时，在喷管(10)附近、特别是在喷管(10)的流体离开的尖端处产生电场。在某些实施方式中，向喷管(10)施加电势并向接地电极(20)施加电势，以在喷管(10)附近产生电场。电场使离开喷管(10)的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。在效果上，电场向离开喷管(10)的流体施加力，并使流体的弯液面变形。正如前面参考图2C所描述的，当电场足够高时，它将施加高于基于流体的表面张力的限度的力，使得弯液面采取具有细小流体射流的锥形形状。细小射流然后破裂成大量的流体小滴。
[0077]在本文描述的本发明的总体概念的某些实施方式中，电场由电源产生。电源在同轴喷管(10)与接地电极(20)之间产生电势，所述接地电极可以是由铜或其他导电金属形成的环。在一种示例性实施方式中，接地电极(20)位于同轴喷管(10)的尖端下方0.5cm处。在某些示例性实施方式中，产生的电场具有约3kV/cm至约35kV/cm范围内的电场强度。在一种不例性实施方式中，产生的电场具有约6kV/cm至约7kV/cm范围内的电场强度。
[0078]当从锥形射流的分散形成大量的小滴时，将大量的小滴收集在水性收集溶液中。在示例性实施方式中，水性收集溶液包含蒸馏水或双蒸水。在本文中描述的本发明的总体概念的某些其他实施方式中，水性收集溶液包含乙酸铵缓冲剂。然而，可以利用并且本文中公开的本发明的总体概念也设想了其他类型的水性溶液。在某些实施方式中，将大量的小滴分散在含有水性收集溶液的收集器(30)中。收集器(30)可以是金属容器例如铝盘。在其他实施方式中，通过例如将喷管浸没在水性收集溶液中，将大量的小滴直接分散在水性收集溶液中而不暴露于空气。
[0079]在大量的小滴进入水性收集溶液之后，聚合物纳米粒子在水性收集溶液中自组装。聚合物纳米粒子包含包封疏水性聚合物的两亲性胶束。在一种示例性实施方式中，聚合物纳米粒子具有约5nm至约IOOOnm范围内的直径。在另一种示例性实施方式中，纳米复合粒子具有约IOnm至约800nm、包括约20nm至约700nm、包括约25nm至约500nm、包括约30nm至约IOOnm并且还包括约35nm至约70nm范围内的直径。这样的聚合物纳米粒子对于可以提高治疗效果并降低副作用的受控释放递送系统来说是特别有用的。
[0080]正如上面提到的，聚合物纳米粒子包含包封疏水性聚合物的两亲性胶束。两亲性胶束由两亲物在水性收集溶液内分散时通过界面不稳定性的自组装形成。例如，当大量的小滴进入水性溶液中时，两亲物自发取向，形成具有亲水性壳和疏水性核心的胶束。在胶束形成期间，存在的疏水性聚合物的粒子被吸引到两亲物的疏水性链段，使得当胶束自组装时，疏水性聚合物的粒子被拉向并包封在胶束的疏水性核心内。在本质上，两亲性胶束形成特定尺寸的“模板”，其可用于控制产生的聚合物纳米粒子的尺寸。正如在上面详细讨论的，两亲性胶束的尺寸以及因此聚合物纳米粒子的尺寸，可以由所使用的具体两亲物来控制。此外，由于自组装过程是自发的，并且因为自组装结构是热动力学稳定的，因此超小的聚合物纳米粒子(〈lOOnm)可以在稳固且可重现的过程中产生。
[0081]正如上面提到的，在本发明的总体概念的某些实施方式中，可以在生产聚合物纳米粒子的方法中利用具有内管(12)和外环(14)的同轴喷管(10)。例如，在某些实施方式中，同轴喷管(10)包含内针和外针。内针的内径可以在约80微米至约800微米的范围内，并且外针的相应内径可以在约200微米至约2000微米的范围内。在一种示例性实施方式中，用于生产聚合物纳米粒子的方法还包括向喷管(10)供应水性相流体。在某些实施方式中，水性相流体包含表面活性剂。在水性相流体中可以使用广泛的各种表面活性剂。可以与本文中描述的本发明的总体概念相结合使用的表面活性剂的适合的实例包括但不限于聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4-(5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。水性相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在某些实施方式中，将水性相流体以0.0l毫升/小时至10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一种示例性实施方式中，将水性相流体以2.8毫升/小时的流速供应到喷管(10)。
[0082]在一种示例性实施方式中，将有机相流体供应到同轴喷管(10)的内管(12)，并将水性相流体供应到同轴喷管(10)的外环(14)。在这种示例性构造中，有机相流体在离开喷管时被水性相流体包封。因此，水性相流体多少起到阻挡层的作用，在流体离开喷管并进入水性收集溶液的运送时间中防止有机相流体的显著蒸发。在其他实施方式中，可以将有机相流体供应到同轴喷管(10)的外环(14)，并且可以将水性相流体供应到同轴喷管(10)的内管(12) ο
[0083]在一种示例性实施方式中，当供应到同轴喷管(10)的内管(12)的有机相流体和供应到同轴喷管(10)的外环(14)的水性相流体实现离开同轴喷管(10)的稳定流动时，在喷管(10)附近、特别是在喷管(10)的流体离开的尖端处产生电场。在喷管附近产生的电场使离开同轴喷管(10)的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。在某些实施方式中，大量的小滴包含被水性相流体包封的有机相流体。正如前面提到的，电场使离开喷管(10)的流体的弯液面采取具有流体的细射流的锥形形状。所述细射流随后破裂成大量的小滴，其被收集在水性收集溶液中，并如上所述通过自组装形成聚合物纳米粒子。
[0084]在本发明的总体概念所设想的某些实施方式中，生产聚合物纳米粒子的方法包括混合或搅拌含有大量的小滴的水性收集溶液。混合或搅拌步骤可以更好地将大量的小滴在水性收集溶液内分散，以协助聚合物纳米粒子的形成。
[0085]正如上面指出的，所设想的本发明的总体概念的聚合物纳米粒子可用于受控释放递送系统。因此，在一种示例性实施方式中，有机相流体还包含活性成分，并且聚合物纳米粒子包含包封疏水性聚合物和活性成分的自组装结构，例如两亲性胶束。在另一种实施方式中，活性成分可以在水性相流体中供应。活性成分事实上可以是任何分子或化合物，包括但不限于抗癌药物、治疗性蛋白、抗生素、皮肤护理剂、肥料等。在示例性实施方式中，本文中描述的本发明的总体概念所设想的聚合物纳米粒子的粒径(例如〈lOOnm)在活性成分的递送中提供了许多优点，包括但不限于在血流中的更好的半衰期、提高的胶体稳定性、更快的释放、在组织中的更深穿透等。
[0086]在一种示例性实施方式中，聚合物纳米粒子还包含官能团。官能团事实上可以是可用于生物、环境或各种其他应用的任何分子。在本发明的总体概念的某些实施方式中，官能团选自肽、多肽、蛋白质、配体、抗体、DNA、RNA及其组合。然而，官能团事实上可以包含被设计用于靶向并结合于例如特定类型的细胞、蛋白等的任何化合物或分子。因此，当在本文中使用时，术语“官能团”广泛地涵盖被设计用于靶向特定实体的化合物或分子。可以将官能团偶联于、结合于、交联于或以其他方式附连于聚合物纳米粒子。同样地，可以将聚合物纳米粒子偶联于、结合于、交联于或以其他方式附连于官能团。本质上，可以将聚合物纳米粒子用官能团标记，或者可以将官能团用聚合物纳米粒子标记。例如，在一种示例性实施方式中，将聚合物纳米粒子与靶向特定细胞群体的抗体相偶联。存在几种通过本领域中已知的可以与本文中描述的本发明的总体概念相结合使用的化学修饰来交联或偶联或以其他方式附连蛋白质、配体、抗体、分子片段等的方法。例如，碳二亚胺(EDC)化学或NHS-酯交联剂化学可用于将官能团偶联、交联、结合或以其他方式附连到聚合物纳米粒子，反之亦然。
[0087]在本发明的总体概念的示例性实施方式中，用于生产聚合物纳米粒子的方法包括利用大量的喷管(10)。例如，可以将大量的喷管(10)提供成平行操作的平面喷管阵列。在某些实施方式中，大量的喷管可以是如上所述的同轴喷管。这样的示例性实施方式为方法提供了可扩充性，以增加聚合物纳米粒子的生产。
[0088]在本文中公开的本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，用于生产聚合物纳米粒子的方法包括向喷管供应有机相流体、水性相流体、两亲物和聚合物。在喷管附近产生电场，使得离开喷管的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。收集大量的小滴，并通过自组装形成包含包封有聚合物的自组装结构的聚合物纳米粒子。
[0089]一般来说，有机相流体包含有机溶剂。可以利用广泛的各种有机溶剂。一般来说，有机溶剂可以是极性或非极性的，以溶解有机相流体的任何其他组分。可以与本文中描述的本发明的总体概念相结合使用的有机溶剂的非限制性实例包括但不限于氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷及其组合。有机相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在本发明的总体概念的某些实施方式中，将有机相流体以约0.01毫升/小时至约10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一种示例性实施方式中，将有机相流体以约0.48毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，有机相流体还包含表面活性剂。在有机相流体中可以使用广泛的各种表面活性剂。可以与本文中描述的本发明的总体概念相结合使用的表面活性剂的适合的实例包括但不限于聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4-(5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。
[0090]一般来说，水 性相流体包含水。可以使用广泛的各种水性系统作为水性相流体。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，水性相流体还包含表面活性剂。可以在水性相流体中使用广泛的各种表面活性剂。可以与本文中描述的本发明的总体概念相结合使用的表面活性剂的适合的实例包括但不限于聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4-(5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。水性相流体可以通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵来供应。在某些实施方式中，将水性相流体以0.01毫升/小时至10毫升/小时的流速供应到喷管(10)。在一种示例性实施方式中，将水性相流体以
2.8毫升/小时的流速供应到喷管(10)。
[0091 ] 正如上面提到的，广泛的各种两亲物可以与本文中描述的本发明的总体概念相结合使用。在本发明的总体概念的某些实施方式中，两亲物是两亲性嵌段共聚物。在本发明的总体概念的某些其他实施方式中，两亲物是肽两亲物。适合的两亲性嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯_b-乙二醇)、聚(￡-己内酯-13-乙二醇)、聚(乙二醇_b-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺)及其组合。适合的肽两亲物包括但不限于棕榈酰基-VVAAEE-NH2、棕榈酰基-VVAAEEGIKVAV-C00H、棕榈酰基-VVAAEEEEGIKVAV-C00H及其组合。本领域技术人员将会认识到，可以利用各种其他的两亲物，并且它们在本文中所设想的本发明的总体概念的范围之内。
[0092]在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，将两亲物在有机相流体中供应到喷管。例如，在某些实施方式中，将两亲物分散、溶解或以其他方式添加到有机相流体。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些其他实施方式中，将两亲物直接供应到喷管。例如，可以将两亲物通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵直接供应到喷管。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些其他实施方式中，将两亲物在水性相流体中供应到喷管。例如，在某些实施方式中，将两亲物分散、溶解或以其他方式添加到水性相流体。
[0093]根据本文中描述的本发明的总体概念，可以在生产聚合物纳米粒子的方法中利用广泛的各种聚合物。在某些实施方式中，将聚合物通过重力给料或机械手段例如泵或注射泵直接供应到喷管。在某些实施方式中，聚合物是疏水性聚合物。根据本发明的总体概念，可以利用广泛的各种疏水性聚合物。在某些实施方式中，疏水性聚合物是生物相容和可生物降解的。例如，在一种示例性实施方式中，疏水性聚合物是乳酸-乙醇酸共聚物。然而，根据本发明的总体概念，设想了其他疏水性聚合物，包括但不限于乳酸-乙醇酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚乙二醇及其组合。在某些实施方式中，将疏水性聚合物在有机相流体中供应到喷管。例如，将疏水性聚合物分散、溶解或以其他方式添加到有机相流体。
[0094]在其他实施方式中，聚合物是亲水性聚合物。根据本文中描述的本发明的总体概念，可以利用广泛的各种亲水性聚合物。例如，适合的亲水性聚合物包括但不限于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚氧化乙烯、纤维素醚。本领域技术人员已知并且本文中设想了许多其他亲水性聚合物。在某些实施方式中，将亲水性聚合物在水性相流体中供应到喷管。例如，将亲水性聚合物分散、溶解或以其他方式添加到水性相流体。
[0095]正如提到的，在喷管(10)附近、特别是喷管(10)的包含有机相流体、水性相流体、两亲物和聚合物的流体离开的尖端处产生电场。在某些实施方式中，向喷管(10)施加电势并向接地电极(20)施加电势，以在喷管(10)附近产生电场。电场使离开喷管(10)的流体形成分散成大量的小滴的锥形射流。在效果上，电场对离开喷管(10)的流体施加力，并使流体的弯液面变形。正如前面描述的，当电场足够高时，它将施加高于基于流体的表面张力的限度的力，使得弯液面采取具有流体细射流的锥形形状。所述细射流随后破碎成大量的流体小滴。
[0096]在本文中描述的本发明的总体概念的某些实施方式中，电场由用于在同轴喷管
(10)与接地电极(20)之间产生电势的电源产生，所述接地电极可以是由铜或其他导电金属形成的环。在一种示例性实施方式中，接地电极(20)位于同轴喷管(10)的尖端下方
0.5cm处。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些示例性实施方式中，产生的电场具有约3kV/cm至约35kV/cm范围内的电场强度。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的一种示例性实施方式中,产生的电场具有约6kV/cm至约7kV/cm范围内的电场强度。
[0097]当从锥形射流的分散形成大量的小滴时，收集所述大量的小滴。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，将大量的小滴收集在收集溶液中。在示例性实施方式中，收集溶液包含水性收集溶液。例如，在某些实施方式中，水性收集溶液包含蒸馏水或双蒸水。在本文中描述的本发明的总体概念的某些其他实施方式中，水性收集溶液包含乙酸铵缓冲剂。然而，可以利用并且本文中公开的本发明的总体概念也设想了其他类型的水性溶液。
[0098]在一种示例性实施方式中，收集溶液包含有机收集溶液。例如，在某些实施方式中,有机收集溶液包含醇,而在其他实施方式中，有机收集溶液包含甲苯。本领域技术人员将会认识到，根据本文中描述的本发明的总体概念，可以利用各种其他有机溶液。[0099]在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，将大量的小滴分散在含有收集溶液的收集器(30)。收集器(30)可以是金属容器例如铝盘。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的其他实施方式中，通过例如将喷管浸没在收集溶液中，将大量的小滴直接分散在收集溶液中而不暴露于空气。
[0100]在用于生产聚合物纳米粒子的方法的一种示例性实施方式中，将大量的小滴收集在表面上。换句话说，将大量的小滴直接分散在表面上。事实上可以利用任何表面来收集大量的小滴。例如，可以将大量的小滴收集在金属板(例如铝板)、透射电子显微镜栅格或事实上任何其他类型的表面上。
[0101]在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，在大量的小滴进入收集溶液之后，聚合物纳米粒子在收集溶液中自组装。在用于生产聚合物纳米粒子的方法的一种示例性实施方式中，聚合物纳米粒子包含包封有聚合物粒子的自组装结构。例如，自组装结构可以包含胶束或事实上任何其他自组装结构。自组装由界面不稳定性驱动。例如，在一种实施方式中，两亲物定向以形成具有亲水性壳和疏水性核心的自组装结构。在本质上，自组装结构形成特定尺寸的“模板”，其可用于控制形成的聚合物纳米粒子的尺寸和形状。在自组装结构形成期间，存在的疏水性聚合物的粒子被吸引到两亲物的疏水性链段，使得当自组装结构形成时，疏水性聚合物的粒子被拉向并包封在自组装结构的疏水性核心中。由于自组装过程是自发的，并且由于自组装结构是热动力学稳定的，因此超小的聚合物纳米粒子(〈lOOnm)可以在稳固且可重现的过程中产生。
[0102]在用于生产聚合物纳米粒子的方法的某些实施方式中，当大量的小滴被收集在表面上时，聚合物纳米粒子在表面上自组装。在一种示例性实施方式中，聚合物纳米粒子包含包封聚合物的自组装结构。正如上面提到的，自组装结构可以包含胶束或其他类型的自组装结构。在这种特定实施方式中，纳米复合粒子自组装的驱动力由大量的小滴中存在的有机相-水性相界面来提供。此外，当例如通过蒸发或扩散移除有机溶剂时，可以驱动自组装。
[0103]在本文中设想的本发明的总体概念的一种示例性实施方式中，用于生产聚合物纳米粒子的方法使用分批方法。在一种示例性实施方式中，向适合的溶剂添加两亲物和聚合物，以形成两亲物-聚合物-溶剂混合物。向水性溶液导入两亲物-聚合物-溶剂混合物。将两亲物-聚合物-溶剂混合物与水性溶液混合，以形成水包油乳液。从水包油乳液移除溶剂，以产生聚合物纳米粒子。例如，在一种实施方式中，当溶剂被移除(例如通过蒸发或扩散)时，两亲物定向以形成具有亲水性壳和疏水性核心的自组装结构。在本质上，自组装结构形成特定尺寸的“模板”，其可用于控制形成的聚合物纳米粒子的尺寸和形状。在自组装结构形成期间，存在的疏水性聚合物的粒子被吸引到两亲物的疏水性链段，使得当自组装结构形成时，疏水性聚合物的粒子被拉向并包封在自组装结构的疏水性核心中。两亲物形成包封聚合物粒子的自组装结构，以形成聚合物纳米粒子。前面公开的多种两亲物、聚合物、溶剂和水性系统中的任一种可以与这种示例性实施方式相结合使用。
实施例
[0104]下面的实施例示出了本文描述的本发明的总体概念的示例性实施方式和特点。提供所述实施例仅仅是出于说明的目的，并且不应被解释为本发明的总体概念的限制，因为在不背离本发明的总体概念的精神和范围的情况下，其许多变化形式是可行的。
[0105]实施例1
[0106]实施例1示出了按照本文中描述的本发明的总体概念，纳米复合粒子(CNP)的示例性实施方式、生产CNP的示例性方法和使用CNP的示例性方法。
[0107]材料和方法
[0108]化学品-分子量为3800-b_6500 (道尔顿)的聚(苯乙烯_b_乙二醇)购自PolymerSource。具有疏水表面的量子点(QD) ( λ em = 545nm, IOpmol,用于绿色QD ;以及Xem =605nm, 2pmol,用于红色QD)购自Invitrogen0氯仿和聚乙烯醇(13，000-23，000道尔顿,87-89%水解)购自Aldrich。用于培养NIH3T3细胞的Dulbecco修改的Eagle培养基和胎牛血清购自ATCC。
[0109]CNP 的制备-通过将绿色 QD ( λ em = 545nm, IOpmoI)、红色 QD ( λ em t = 605nm,2pmol)和聚合物(50pmol)在氯仿(100 μ I)中充分混合,来制备CNP。然后将混合物以1:5(油:水)的体积比加入到聚乙烯醇的水性溶液(5mg/ml)。在涡旋振荡Imin后，将形成的乳液与去离子水快速混合(乳液与水的体积比为1:5)。允许乳液小滴沉淀，然后将其转移到开口容器以快速蒸发氯仿。在除去氯仿后乳状乳液小滴变得透明，表明CNP的形成。将CNP通过具有0.22 μ m孔径的注射滤器(Millipore)进行过滤，以消除大的聚集物。
[0110]诱射电子显微术(TEM)-将CNP用I %磷钨酸(PTA)负染色。TEM研究使用FEITecnai G2Spirit透射电子显微镜(80kV)来进行。在图像中，QD和PTA是电子致密的并显得暗，而胶束的壳显得亮。
[0111]荧光显微术和图像分析-为了将CNP均匀分散在盖玻片表面上，将CNP溶液(10 μ I, 1-1OnM)夹在两个盖玻片之间，并在通风橱中放置10分钟。然后将两个盖玻片分开，并暴露于环境条件下另外10分钟。然后将盖玻片固定到显微镜载片，用于荧光显微术观察。CNP 使用装备有 100W萊灯(Chiu Technical Corporation, λ ex = 488nm)的 OlympusBX41显微镜(IOOx油浸物镜)来成像。突光发射通过长通滤光片过滤，并通过OlympusDP70CCD相机来收集。图像分析使用Image J图像分析软件来进行。像素的荧光强度由其灰度值来确定。粒子的荧光强度由粒子的所有像素的平均灰度值乘以粒子所占据的面积(像素数)来确定。粒子的轨迹通过手动连接所有时间框系列上的粒子质心来鉴定。通过手动调节显微镜载片台，对不同粒子通过焦平面的移动进行成像。使用的相机曝光时间，对于QD闪烁和CNP交替颜色图像来说为500ms，对于QD聚集物来说为16.7ms，对于CNP聚集物来说为0.8ms ο
[0112]QD之间的FRET效率的估算_所使用的两种QD尺寸之间的FRET效率如下估算:
[0113]
【权利要求】
1.一种用于生产纳米复合粒子的方法，所述方法包括: 向喷管供应有机相流体，其中所述有机相流体包含有机溶剂、两亲物和大量的疏水性纳米粒子； 在所述喷管附近产生电场，使得离开所述喷管的所述流体形成分散成大量的小滴的锥形射流； 将所述大量的小滴收集在水性收集溶液中；以及 其中包含包封有至少一种疏水性纳米粒子的两亲性胶束的纳米复合粒子在所述水性收集溶液中自组装。
2.权利要求1的方法，其还包括: 向所述喷管供应水性相流体，所述水性相流体包含表面活性剂； 其中将所述有机相流体以约0.01毫升/小时至约10毫升/小时的流速供应到所述喷管的内管；以及 其中将所述水性相流体以约0.01毫升/小时至约10毫升/小时的流速供应到所述喷管的外环。
3.权利要求1的方法，其中所述电场具有约3kV/cm至约35kV/cm范围内的电场强度。
4.权利要求1的方法，其中所述有机溶剂选自氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷及其组合； 所述两亲物选自聚(苯乙烯_b-乙二醇)、聚(ε-己内酯-b-乙二醇)、聚(乙二醇-b- 二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺)、肽两亲物及其组合；以及 所述大量的疏水性纳米粒子选自半导体纳米粒子、金属纳米粒子、磁性纳米粒子、含碳纳米粒子及其组合。
5.权利要求2的方法，其中所述表面活性剂选自聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4- (5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。
6.权利要求1-5任一项的方法,其中所述纳米复合粒子具有约5nm至约1000nm范围内的直径。
7.权利要求1-5任一项的方法，其中所述纳米复合粒子包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长的第二量子点，并且所述纳米复合粒子具有约5nm至约1000nm范围内的直径。
8.权利要求1-5任一项的方法，其中所述纳米复合粒子包含至少一个量子点和至少一个磁性纳米粒子，并且所述纳米复合粒子具有约5nm至约1000nm范围内的直径。
9.权利要求6的方法，其中所述纳米复合粒子还包含官能团，其中所述官能团选自肽、多肽、蛋白质、配体、抗体、DNA、RNA及其组合。
10.一种用于生产聚合物纳米粒子的方法，所述方法包括: 向喷管供应有机相流体，其中所述有机相流体包含有机溶剂、两亲物和疏水性聚合物； 在所述喷管附近产生电场，使得离开所述喷管的所述流体形成分散成大量的小滴的锥形射流； 将所述大量的小滴收集在水性收集溶液中；以及 其中包含包封有所述疏水性聚合物的两亲性胶束的聚合物纳米粒子在所述水性收集溶液中自组装。
11.权利要求10的方法，其还包括: 向所述喷管供应水性相流体，所述水性相流体包含表面活性剂； 其中将所述有机相流体以约0.01毫升/小时至约10毫升/小时的流速供应到所述喷管的内管；以及 其中将所述水性相流体以约0.01毫升/小时至约10毫升/小时的流速供应到所述喷管的外环。
12.权利要求10的方法，其中所述电场具有约3kV/cm至约35kV/cm范围内的电场强度。
13.权利要求10的方法，其中所述有机溶剂选自氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷及其组合； 所述两亲物选自聚(苯乙烯_b-氧化乙烯)、聚(ε-己内酯-b-乙二醇)、聚(乙二醇-b- 二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺)、肽两亲物及其组合；以及 所述疏水性聚合物选自乳酸-乙醇酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚乙二醇及其组合。
14.权利要求11的方法，其中所述表面活性剂选自聚乙烯醇、辛基酚乙氧基化物、4- (5-十二烷基)苯磺酸盐、硬脂酸钠、泊洛沙姆、聚山梨酸酯及其组合。
15.权利要求10-14任一项的方法,其中所述聚合物纳米粒子具有约5nm至约1000nm范围内的直径。
16.权利要求15的方法，其中所述有机相流体还包含活性成分，并且所述聚合物纳米粒子包含包封有所述疏水性聚合物和所述活性成分的两亲性胶束。
17.权利要求16的方法，其中所述聚合物纳米粒子还包含官能团，其中所述官能团选自肽、多肽、蛋白质、配体、抗体、DNA、RNA及其组合。
18.纳米复合粒子,其包含: 包含两亲物的胶束； 被包封在所述胶束中的至少一个第一量子点，所述第一量子点具有第一发射波长； 被包封在所述胶束中的至少一个第二量子点，所述第二量子点具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长；以及 所述纳米复合粒子具有约5nm至约1000nm范围内的直径。
19.权利要求18的纳米复合粒子，其还包含被包封在所述胶束中的至少一个其他纳米粒子，所述其他纳米粒子选自金属纳米粒子、磁性纳米粒子、含碳纳米粒子及其组合。
20.权利要求18或19的纳米复合粒子,其中所述第一发射波长在约490nm至约560nm之间，以及所述第二发射波长在约590nm至约700nm之间。
【文档编号】B82Y30/00GK103946148SQ201280056969
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】杰西卡·温特, 阮刚, 芭芭拉·维斯洛齐尔, 卡尔佩斯·马哈詹, 安东尼·董 申请人:俄亥俄州立大学研究基金会