涂敷的水溶性纳米粒子制造技术

本发明专利技术提供了纳米粒子和制造纳米粒子的方法。纳米粒子可以包括半导体纳米晶体。壳可以包封纳米粒子核，所述壳包括非有机材料并且可以是二氧化硅。所述壳还包括其它物质诸如ＰＥＧ。在一些实施方案中，钝化层与核接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纳米粒子和制造纳米粒子的方法，具体而言涉及表现出改善的亲水性的半导体纳米晶体。
技术介绍
纳米粒子是具有纳米尺度尺寸的物质的微观粒子。令人特别感兴趣的是被称为半导体纳米晶体或量子点的一类纳米粒子，其表现出使它们在各种用途中特别有用的性能。因为量子限域效应，半导体纳米晶体可以表现出尺寸依赖的光学性能。所述粒子产生出一类材料，所述材料的性能包括分子的和块体物质形式的那些性能。当照射这些纳米粒子时，需要更多的能量以激发电子至较高能态，导致了光子形态的能量释放和材料特征颜色的光发射的增加。得到的释放的光子通常与从块体形式的相同材料释放的那些相比呈现更短的波长。电子和空穴的三维量子限域有助于随着减少的纳米晶体尺寸而增加有效带隙。因此，较小纳米晶体通常呈现较短的发射光子波长。例如，当晶体尺寸在2至6纳米的范围内改变时，硒化镉(CdSe)纳米晶体可以在整个可见光谱发射。半导体纳米晶体的另一方面是均匀尺寸的晶体通常能够与激发波长无关地发射窄的和对称的光谱。因而，如果使用不同尺寸的纳米晶体，那么可以从常规的激发源中同时获得不同的发光颜色。这些性能有助于纳米晶体作为诊断工具的潜能，例如，在生物学标记和诊断中作为荧光探针。这些纳米晶体，或量子点，在长时间内呈现高发射稳定性，因而优于常规生物学探测染料。一类半导体纳米晶体是镉的硫属元素化物。这些包括，例如，硒化镉和碲化镉纳米粒子。众所周知，可以通过由减少表面无辐射复合位的入射而钝化纳米晶体，获得半导体纳米晶体的改善的量子产率。例如，可以通过在纳米晶体周围涂敷材料实现表面钝化。参见，例如，Alivisatos等人，美国专利No.6,255,198。所述涂层可以是无机的或有机的，但是无机涂敷的量子点通常比有机钝化的量子点更坚固并且呈现更少的溶液状态下的光致发光量子产率的降低。对于适用于生物学用途的半导体纳米晶体而言，优选晶体是水溶性的、光稳定的和无毒的。一些量子点可呈现水溶性但通常不是光稳定的并且是有毒的。例如，使用短链水溶性分子，诸如硫醇，涂敷其它纳米晶体以使纳米晶体可溶。然而，已经表明，这些有机涂敷的量子点不稳定并呈现恶化的光致发光性能。其它的，诸如Bawendi等人在美国专利No.6,319,426和6,444,143中合成了具有有机层的半导体纳米晶体，所述有机层也包括用于连接可以提供改善的水溶性的亲水基的连接基，所述文献通过参考并入本文。有人提出使用硅酸盐作为前体涂敷纳米晶体。这些方法使用硅烷作为表面底漆以在水中沉积二氧化硅薄壳。然后可以使用Stber方法增厚二氧化硅壳。然而，这些方法复杂并耗时。还有人使用微乳液作为二氧化硅涂敷技术。特别地，使用反相微乳液可以合成单分散的二氧化硅微粒。在二氧化硅内包封纳米粒子可以导致化学稳定性和光稳定性的增强。这已经在具有硫化锌(ZnS)核/双光子染料/二氧化硅微粒的纳米粒子中实现，在二氧化硅壳内包封的染料呈现出增强的发光性和寿命。然而，合成的TOPO半导体纳米晶体是水不溶性的，因而在微乳液的水性区域内，二氧化硅不能与纳米晶体一起沉淀。
技术实现思路
本专利技术部分地涉及纳米粒子、可溶的纳米粒子和制造纳米粒子的方法。在一方面，本专利技术提供了一种涂敷的纳米粒子，所述纳米粒子包括含有半导体材料的核，接触至少一部分核的非半导体钝化层，和至少部分地包封核和钝化层的非有机壳。在另一方面，本专利技术提供了一种制造水溶性纳米粒子的方法，所述方法包括使胺与纳米粒子接触以改性纳米粒子表面，使纳米粒子悬浮在非水相包水相的乳液中，引入二氧化硅前体至乳液中，和聚合二氧化硅前体以形成至少部分地包封纳米粒子的二氧化硅壳。在另一方面，本专利技术提供了一种半导体纳米晶体溶液，所述溶液包含pH小于约8.0的水溶液、多种溶于所述水溶液的半导体纳米晶体，其中按重量计至少90％的半导体纳米晶体保持溶解大于6小时。在另一方面，本专利技术提供了一种半导体纳米晶体，其中所述纳米晶体可溶于pH小于约8.0的水。另一方面，本专利技术提供了一种纳米粒子，所述纳米粒子包括包封核的二氧化硅壳，所述二氧化硅壳包括聚乙二醇或其衍生物。附图说明附图并不是按比例绘制的。在附图中，以类似的数字表示各图中所示出的每个相同或几乎相同的组成部分。为了清楚起见，并非每个组成部分都会标记在每个图中。在附图中图1是二氧化硅涂敷的CdSe半导体纳米晶体的示意图。图2是具有包含长链亲水性物质的壳的涂敷的纳米晶体的示意图。图3是包括壳和钝化层的纳米粒子的示意图。图4显示了与氨基硅烷表面覆盖物和表面活性剂接触的纳米粒子核。图5显示了具有置换表面活性剂和二氧化硅壳的纳米粒子核。图6a-6c提供了一个示意图，其描述了在反相微乳液的水性区域内的疏水性半导体纳米晶体的包封，利用了两种不同表面活性剂TOPO和IGEPAL的亲水基(极性端)的相互作用。图7a-7c提供了一个示意图，其描述了可导致在二氧化硅壳内的疏水性半导体纳米晶体(QD)的包封的步骤。所述步骤包括胶束碰撞、成核和单体的聚合生长。图8是CdSe/ZnS QD-二氧化硅核壳结构的透射电子显微镜照片(TEM)的复制本，所述核壳结构具有约6nm的直径，使用微乳液技术包封在约22nm的二氧化硅壳内。大多数单个QD包封在单个二氧化硅壳内。图9是CdSe/ZnS QD-二氧化硅核壳结构的透射电子显微镜照片(TEM)的复制本，所述核壳结构具有约6nm的直径，在微乳液中包封在约100nm的二氧化硅内。图10图示了相对于未涂敷的CdSe/ZnS纳米粒子，TEOS浓度对二氧化硅壳厚度以及对量子产率(QY)的影响。图11显示了有和没有二氧化硅涂层的CdSe/ZnS半导体纳米粒子的吸收和发射光谱。图12用图形比较了二氧化硅涂敷的CdSe/ZnS半导体纳米晶体与有机涂敷的半导体纳米粒子的光稳定性。图13a-c显示了核半导体纳米晶体的发射强度随着各种二氧化硅涂敷时间的变化。显示了加入到微乳液中的TEOS的体积(VTEOS)。图14a显示了在核半导体纳米晶体的各种TEOS浓度下，相对发射强度与涂敷时间的关系曲线。图14b显示了在核半导体纳米晶体的各种TEOS浓度下，发射波长与涂敷时间的关系曲线。图14c显示了在核半导体纳米晶体的2小时涂敷时间下，相对发射强度与TEOS浓度的关系曲线。图15a-c显示了APS改性的核半导体纳米晶体的发射强度随各种二氧化硅涂敷时间的变化。显示了加入至微乳液中的TEOS的体积(VTEOS)。图16a显示了在APS改性的核半导体纳米晶体的各种TEOS浓度下，相对发射强度与涂敷时间的关系曲线。图16b显示了在APS改性的核半导体纳米晶体的各种TEOS浓度下，发射波长与涂敷时间的关系曲线。图16c显示了在APS改性的核半导体纳米晶体的8小时涂敷时间下，相对发射强度与TEOS浓度的关系曲线。图17a是在水中的二氧化硅涂敷的CdSe半导体纳米晶体高分辨率TEM显微照片的复制本。图17b显示了在水中的二氧化硅涂敷的CdSe半导体纳米晶体的EDX面分布图。图18a显示了在有和没有APS的PBS/H2O中，涂敷有二氧化硅的CdSe半导体纳米晶体的光稳定性。为了对比，示出了在甲苯中的核半导体纳米晶体。图18b描述了在365nm激发辐射24小时后，二氧化硅涂敷的CdSe半导体纳米晶体相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂敷的纳米粒子，包括：　　　　包含半导体材料的核；　　　　与核的至少一部分接触的非半导体钝化层；和　　　　至少部分地包封核和钝化层的非有机壳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：应仪如，苏布拉马尼亚T塞尔万，陈达洋，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]