含有量子点的纳米粒子和制造其的方法与流程

1.本技术涉及一种具有各种粒子尺寸的含有量子点的纳米粒子以及用于制备其的方法。


背景技术：

2.随着纳米技术的发展，与纳米技术融合的生物装置的研究正在涉及生物技术、新药开发、医疗保健等的生物领域中进行。例如，通过纳米技术融合产生的生物分子以有序方式固定的生物平台，与无序的分子组装相比，保留了生物分子的活性，并且可以对每个分子执行特定的功能，从而用作具有灵敏性和优异的选择性的生物传感器，其可以侦测微量，同时减少所需的样品量。
3.作为适用于生物平台的纳米材料，可以提到含有量子点的纳米粒子。量子点是一种半导体材料，并且是一种表现出量子限制效应的材料，其中发光波长不同于体态的发光波长，由于当体态的半导体材料变小到特定尺寸或更小时，体态的半导体材料中的电子运动特性被进一步限制。如果这个量子点通过接收来自激发源的光达到能量激发态，它会根据相应的能量带间隙自动发射能量。据此，由于可以通过控制量子点的相应带间隙来获得各种波长带的能量，因此含有量子点的纳米粒子可以表现出与其原始物理性质完全不同的光学、电学、磁学等性质。
4.这些含有量子点的纳米粒子必须被保护来防潮、防氧、防光、防热等，使得它们可以在生物装置中被长期使用，同时维持它们原有的光学性质。据此，通过以诸如二氧化硅的材料覆盖含有量子点的纳米粒子的表面以阻止含有量子点的纳米粒子的表面与外界接触，来增加含有量子点的纳米粒子的物理和化学稳定性的方法已经被应用。
5.然而，由于在以诸如二氧化硅的材料覆盖含有量子点的纳米粒子的过程中，量子点堆积在覆盖材料上或覆盖密度低，所以难以将量子点均匀分布到纳米粒子或将纳米粒子的尺寸控制在所需的水平。另外，当覆盖密度低时，无法确保含有量子点的纳米粒子的稳定性，这导致含有量子点的纳米粒子的光学性质劣化。
6.据此，需要开发含有量子点的纳米粒子，其中通过确保含有量子点的纳米粒子的稳定性，可以自由控制粒子的尺寸同时表现出优异的光学性质。


技术实现要素：

7.[公开]
[0008]
[技术问题]
[0009]
本技术的一个目的是提供一种含有量子点的纳米粒子，其通过确保其稳定性而表现出优异的光学性质。
[0010]
本技术的另一个目的是提供一种生产含有量子点的纳米粒子的方法，其中含有量子点的纳米粒子的尺寸可以被自由控制到所需水平。
[0011]
本技术的另一个目的是提供一种包含含有量子点的纳米粒子的生物平台。
[0012]
[技术方案]
[0013]
为解决上述问题，本技术提供一种含有量子点的纳米粒子，包括：核心部分；结合到核心部分的表面的量子点部分；用于保护核心部分和量子点部分的壳体部分；以及用于支撑核心部分和壳体部分的结合的支撑部分，其中支撑部分由碳支撑体形成，碳支撑体在一端具有与核心部分结合的第一官能团，并且在另一端具有与壳体部分结合的第二官能团。
[0014]
第一官能团可以是选自由硝基、酰亚胺基、酯基、马来酰亚胺基、碘乙酰胺基、n
‑
羟基琥珀酰亚胺基和甲苯磺酰基组成的组中的一种或多种。
[0015]
第二官能团可以是选自由烷氧硅烷基、二烷氧硅烷基和三烷氧硅烷基所组成的组中的一种或多种。
[0016]
碳支撑体可以包括直链、支链或树枝状聚合物型碳骨架结构。
[0017]
碳支撑体可以包括低聚乙二醇或聚乙二醇的骨架结构。
[0018]
碳支撑体可以具有100至15,000g/mol的分子量。
[0019]
壳体部分可以包括多个二氧化硅壳层。
[0020]
量子点部分可以包括多个量子点嵌入层。
[0021]
(a)核心部分的直径与(b)壳体部分的厚度的比可以是120至3:1至7.5。
[0022]
另外，本技术提供一种生产含有量子点的纳米粒子的方法，包含以下步骤：(a)以第一表面改性剂对包括有机粒子或无机粒子的核心部分的表面进行改性；(b)将量子点引入步骤(a)的反应物中并使其反应以形成量子点部分；(c)将碳支撑体引入步骤(b)的反应物中并使其反应；以及(d)将二氧化硅前驱物引入步骤(c)的反应物中并使其反应以形成支撑部分和壳体部分，并且其中碳支撑体在一端具有与核心部分结合的第一官能团，并且在另一端具有与壳体部分结合的第二官能团。
[0023]
本技术的生产含有量子点的纳米粒子的方法可以进一步包含以第二表面改性剂对步骤(c)的反应物的表面进行改性的步骤(c')。
[0024]
另外，可以进一步包含向步骤(c')的反应物中引入碱并使其反应以形成包括多个量子点嵌入层的量子点部分的步骤(c”)。
[0025]
另外，可以进一步包含进行将二氧化硅前驱物引入步骤(d)的反应物并使其反应一次或多次以形成包括多个二氧化硅壳层的壳体部分的步骤(d')。
[0026]
一方面，本技术提供一种包含含有量子点的纳米粒子的生物平台。
[0027]
[优势效果]
[0028]
由于根据本技术的含有量子点的纳米粒子通过支撑部分具有高覆盖密度，因此可以确保其稳定性，从而表现出优异的光学性质。另外，根据本技术的含有量子点的纳米粒子可以表现出各种粒子尺寸，同时具有优异的光学性质。因此，根据本技术的含有量子点的纳米粒子可被有用地用于生物技术领域(例如生物样品的侦测)。
附图说明
[0029]
图1是示出根据本技术的一个示例的含有量子点的纳米粒子的截面图。
[0030]
图2是示出根据本技术的另一示例的含有量子点的纳米粒子的截面图。
[0031]
图3是示出根据本技术的另一示例的含有量子点的纳米粒子的截面图。
[0032]
图4是示出根据本技术的一个示例的含有量子点的纳米粒子的形成过程的流程图。
[0033]
图5和图6是用于解释根据本技术的一个示例的生物平台的参考图。
[0034]
图7至图15是用于解释本技术的示例、实验例和应用例的参考图。
具体实施方式
[0035]
[最佳模式]
[0036]
本技术的说明书和权利要求中所使用的术语和词语不应被解释为限于常规或字典含义，而应被解释为与本技术的技术思想相一致的含义和概念，其基于发明人可以适当地定义术语的概念以最好的方式描述自己的发明的原则。
[0037]
本技术涉及一种含有量子点的纳米粒子，其由于高覆盖密度因此具有优异的物理和化学稳定性，因此可表现出优异的光学性质，将参考附图具体描述如下。
[0038]
参考图1，根据本技术的含有量子点的纳米粒子(此后称为“纳米粒子”)可以包含核心部分10、量子点部分20、壳体部分30和支撑部分40。
[0039]
本技术的纳米粒子中包含的核心部分10可以包括有机粒子或无机粒子。无机粒子具体地可以是由选自由二氧化硅、氧化铝、二氧化钛和二氧化锌所组成的组中的一种或多种成分组成的一种。由于这些无机粒子具有高稳定性，当它们被应用于核心部分10时，可以容易地控制纳米粒子的尺寸以及核心部分10的尺寸，并且由于这些，可以获得具有优异的光学性质同时具有各种粒子尺寸的纳米粒子。另外，无机粒子通过具有强结合力的共价键结合到量子点。在当它们共价结合的情况下，可以防止由于光漂白引起的稳定性劣化，并且即使在长时间之后也可以维持量子点的发光性质。
[0040]
核心部分10的直径可以为10至100,000nm，具体地为80至1,000nm。由于核心部分10的直径在上述范围内，可以容易地进行纳米粒子的处理和进一步的后处理。
[0041]
本技术的纳米粒子中包含的量子点部分20结合到核心部分10的表面，并且可以用于使纳米粒子能够表现出光学性质。具体地，量子点部分20可以具有其中多个量子点包围核心部分10的整个表面的结构(单个量子点嵌入层)。另外，被包含在量子点部分20中的量子点可以与作为壳体部分30的组分的二氧化硅形成交联，并且可以出现其中量子点通过交联随机结合到壳体部分30的二氧化硅的结构。
[0042]
作为示例，量子点可以通过在两端具有官能团的材料来均匀地分散并结合到核心部分10的表面，并且由此，可以形成量子点部分20。在两端具有官能团的材料具体地可以是其在一端结合包括一种或多种选自由硫、氮和磷所组成的组的原子的一种官能团，并且其在另一端结合选自由硅烷基、氨基、砜基、羧基和羟基所组成的组的一种或多种官能团的材料。
[0043]
被包含在量子点部分20中的量子点可以具有由ii
‑
vi族系列的半导体元件、iii
‑
v族系列的半导体元件或iv
‑
iv族系列的半导体元件构成的单个核心结构，或者可以具有通过在单个核心上涂覆ii
‑
iv族系列的半导体元件来形成涂层的结构。
[0044]
ii
‑
vi族系列的半导体可以是结合至少一种元素周期表上的iib族元素和至少一种vib族元素的一种半导体。具体地，ii
‑
vi族系列的半导体可以选自由cds、cdse、cdte、znse、zns、pbs、pbse、hgs、hgse、hgte、cdhgte和cdse
x
te1‑
x
所组成的组。iii
‑
v族系列的半导
体具体可以选自由gaas、inas和inp所组成的组。
[0045]
具体地，就发光效率而言，更优选为量子点具有在单个核心上形成涂层的结构而不是单个核心结构。这是因为涂层作为钝化层以保护单个核心，从而增加量子点的稳定性。具体地，作为量子点，可以使用在由cdse或cds制成的单个核心上形成由zns制成的涂层的一种量子点，或者使用在由cdse制成的单个核心结构上形成由cdse或znse制成的涂层的一种量子点(类型1量子点)。
[0046]
另外，作为量子点，可以使用其中疏水性有机化合物(例如油酸)涂覆在具有单个核心结构的量子点上的一种量子点或是其中在单个核心上形成涂层的一种结构。
[0047]
这些量子点的直径可以是1至50nm，具体地1至20nm。另外，当量子点具有其中在单个核心上形成涂层的结构时，单个核心的直径可以为1至20nm，具体地2至10nm。
[0048]
如图2所示，包括这种量子点的量子点部分20可以包括多个量子点嵌入层(量子点涂层)21、22、23。具体地，量子点部分20可以包括包围核心部分10的表面的第一量子点嵌入层21、包围第一量子点嵌入层21的第二量子点嵌入层22和包围第二量子点嵌入层22的第三量子点嵌入层23。其中，量子点嵌入层21、22和23的数量不限于图2示出的数量，并且可以根据所需的纳米粒子的物理性质和尺寸来调整。以此方式，当量子点部分20包括多个量子点嵌入层21、22、23时，纳米粒子包括多层多量子点，从而表现出高发光效率(量子产率)和改善的亮度。
[0049]
就表面积占据而言，量子点部分20中的被量子点占据的层的密度可以是核心部分10的表面积的5％或更多，或者20％或更多。另外，被包含在量子点部分20中的量子点数量可以是10至400,000、100至4,000或400至500。
[0050]
被包含在本技术的纳米粒子中的壳体部分30被结合以包围量子点部分20，并且可以用来保护核心部分10和量子点部分20。壳体部分30主要可以由二氧化硅制成。
[0051]
壳体部分30在结合到量子点部分20的过程中可以包括量子点。具体地，由于未结合到量子点部分20的量子点或与量子点部分20分离的量子点被包括在壳体部分30中，壳体部分30可以具有含有量子点的复合壳体结构。其中被包括在壳体部分30中的量子点数量例如可以是10至100,000，或是200至5,000。另外，在壳体部分30中量子点所占的层密度(重量/体积)可以是量子点部分20的虚拟表面积的0.00001至99.99999％、30至90％或7至80％。
[0052]
壳体部分30的厚度可以是1至1,000nm，具体地1至300nm。由于壳体部分30的厚度在上述范围内，可以在保护核心部分10和量子点部分20的同时防止纳米粒子变得过重，从而提升纳米粒子的适用性。
[0053]
如图3所示，这样的壳体部分30可以包括多个二氧化硅壳层31、32、33。具体地，壳体部分30可以包括包围量子点部分20的第一二氧化硅壳层31、包围第一二氧化硅壳层31的第二二氧化硅壳层32以及包围第二二氧化硅壳层32的第三二氧化硅壳层33。其中二氧化硅壳层31、32和33的数量不限于图3所示的数量，并且可以根据所需的纳米粒子的物理性质和尺寸来调整。以此方式，当壳体部分30包括多个二氧化硅壳层31、32、33时，壳体部分30的覆盖密度增加以增加纳米粒子的稳定性。另外，通过调整二氧化硅壳层31、32、33的数量，可以自由地将纳米粒子的尺寸控制到所需水平。此时，纳米粒子的尺寸控制除了调整被包括在壳体部分30中的二氧化硅壳层31、32、33的数量外，还可以通过在形成壳体部分30时调整反
应材料的体积来控制厚度而实现。
[0054]
被包括在本技术的纳米粒子中的支撑部分40分别结合到核心部分10和壳体部分30，并且可以用来支撑核心部分10和壳体部分30的结合。支撑部分40可以具有连接核心部分10和壳体部分30的桥接结构。支撑部分40在增加核心部分10和壳体部分30之间的结合力的同时增加壳体部分30的覆盖密度(交联密度)，并且由于这些，本技术可以提供具有高稳定性和优异的光学性质的纳米粒子。
[0055]
即，参考图4，核心部分10具有官能团(x)，通过修饰其表面以结合量子点(qd)，可以将量子点(qd)结合至官能团(x)，其中在结合量子点(qd)的过程中，量子点可能不会结合到存在于核心部分10的表面上的所有官能团，并且可能保留未反应的基团。保留在核心部分10的表面的未反应基团难以结合到壳体部分30，这可能导致壳体部分30的覆盖密度降低。
[0056]
然而，本技术涉及通过在存在于在核心部分10和壳体部分30上的未反应基团之间引入由碳支撑体形成的支撑部分40来增加覆盖密度，并且因此，纳米粒子的稳定性和光学性质可能被改善。
[0057]
具体地，支撑部分40可以由碳支撑体形成，所述碳支撑体在一端具有结合到核心部分10的第一官能团并且在另一端具有结合到壳体部分30的第二官能团。
[0058]
第一官能团与残留在核心部分10的表面的未反应的官能团(例如硫醇基)反应，并且具体地，可以是选自由硝基、酰亚胺基、酯基、马来酰亚胺基、碘乙酰胺基、n
‑
羟基琥珀酰亚胺基和甲苯磺酰基组成的组中的一种或多种。
[0059]
第二官能团与二氧化硅前驱物反应用以形成壳体部分30，并且具体地，可以是选自由烷氧硅烷基、二烷氧硅烷基和三烷氧硅烷基所组成的组中的一种或多种官能团。烷氧硅烷基可以是甲氧硅烷基或乙氧硅烷基。二烷氧硅烷基可以是二甲氧硅烷基或二乙氧硅烷基。三烷氧硅烷基可以是三甲氧硅烷基或三乙氧硅烷基。
[0060]
碳支撑体在两端具有第一官能团和第二官能团，其主骨架可以具有直链、支链或树枝状聚合物型碳骨架结构。另外，碳支撑体的主骨架可以由低聚乙二醇或聚乙二醇的骨架结构构成。当碳支撑体的主骨架由低聚乙二醇或聚乙二醇的骨架结构构成时，在制备纳米粒子的过程中可以改善在溶剂(例如乙醇)中的分散性。
[0061]
作为示例，碳支撑体可以具有由下列式1表示的结构：
[0062]
[式1]
[0063]
e1‑
l1‑
(peg)
n
‑
l2‑
e2[0064]
其中e1为第一官能团；e2是第二个官能团；l1和l2可以彼此相同或不同并且可以各自独立地选自由c1‑
c
10
亚烷基、c6‑
c
10
亚芳基、酯基、乙酰胺基和硝基所组成的组，或者可以是其组合；并且*
‑
(peg)
n
‑
*(其中n为3至250的整数)可以是聚乙二醇重复单元。具体地，l1和l2可以各自独立地选自由c1‑
c
10
亚烷基、所组成的组，或者是其组合。
[0065]
一方面，碳支撑体的分子量可以为100至15,000g/mol，并且具体地1000至10,000g/mol。
[0066]
本技术的纳米粒子可以通过由支撑部分40确保稳定性而表现出优异的光学性质。具体地，当支撑部分40由碳支撑体形成时，由于碳支撑体不简单地存在于分子单元中，而是形成通过碳支撑体之间的结合的晶体结构，改善核心部分10和壳体部分30之间的结合密度和纳米粒子内部的交联密度，从而可以增加纳米粒子的稳定性。
[0067]
另外，本技术的纳米粒子可以通过控制壳体部分30的厚度或是被包括在壳体部分30中的二氧化硅壳层31、32、33的数量而表现出各种尺寸。
[0068]
其中，更多地考虑到纳米粒子的光学性质，(a)核心部分10的直径与(b)壳体部分30的厚度的比(长度比)可以是120至3：1至7.5，具体地6至3：1至2。
[0069]
另外，本技术的纳米粒子可以具有核心部分10的直径、量子点部分20的厚度和壳体部分30的厚度的比为1:0.1至9:0.1至10，具体地1：0.1至4：0.1至4，更具体地1：0.1至2：0.1至2。
[0070]
一方面，本技术的纳米粒子可以进一步包含包围壳体部分30的外层部分(未示出)。外层部分主要可以由二氧化硅制成，并且可以进一步包括选自由氧化铝、二氧化钛和二氧化锌所组成的组中的一种或多种成分。当进一步包括外层部分时，由于纳米粒子的模板稳定性的改善，可以更容易地控制纳米粒子的尺寸，并且还可以使离心和洗涤成为可能。
[0071]
本技术提供生产上述纳米粒子的方法。具体地，本技术的生产纳米粒子的方法可以包括以下步骤：以第一表面改性剂对包括有机粒子或无机粒子的核心部分的表面进行改性(步骤(a))；将量子点引入步骤(a)的反应物中并使其反应以形成量子点部分(步骤(b))；将碳支撑体引入步骤(b)的反应物中并使其反应分(步骤(c))；以及将二氧化硅前驱物引入步骤(c)的反应物中并使其反应以形成支撑部分和壳体部分(步骤(d))。
[0072]
步骤(a)可以是通过使包括有机粒子或无机粒子的核心部分与第一表面改性剂反应，将能够结合量子点的官能团引入到核心部分的表面的过程。第一表面改性剂可以是偶联剂，所述偶联剂在一端具有选自由硅烷基、硫醇基、含碳疏水性官能团、羧基和胺基所组成的组的一种或多种官能团，并且在另一端具有选自由硫醇基、胺基、环氧基、卤素和碳所组成的组的一种或多种官能团。具体地，第一表面改性剂可以是选自由3
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷、巯基甲基二乙氧基硅烷、3
‑
巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑
巯基丙基三乙氧基硅烷、2
‑
二苯基膦乙基三乙氧基硅烷、二苯基膦乙基二甲基乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、4
‑
氨基丁基三甲氧基硅烷、3
‑
(间氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷和n
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基甲基二甲氧基硅烷所组成的组中的一种或多种。
[0073]
步骤(b)可以是通过将量子点引入步骤(a)的反应物(具有改性表面的核心部分)并使其反应来形成包围核心部分的量子点部分的过程。在这种情况下，作为量子点，可以使用涂覆有疏水性有机化合物的量子点。另外，在形成量子点部分的过程中使用疏水性有机溶剂，使得可以进行最小化未结合量子点的数量和稳定反应的过程。疏水性有机溶剂可以是选自由二氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、氯苯、乙苯、己烷、庚烷和环己烷中的一种或多种。
[0074]
步骤(b)中反应物(具有改性表面的核心部分)和量子点的反应比没有特别限制，但考虑到量子点部分的形成效率，重量比可以是8:1至2:1。
[0075]
步骤(c)可以是通过使步骤(b)的反应物(具有形成在表面上的量子点部分的核心部分)与碳支撑体反应，将形成支撑部分的前驱物(其中碳支撑体的第一官能团结合到核心
部分的状态)引入到反应物的表面(核心部分的表面)的过程。由于碳支撑体的描述与上述相同，因此将省略其的描述。
[0076]
步骤(c)中反应物(具有形成在表面上的量子点部分的核心部分)与碳支撑体的反应比没有特别限制，但考虑到纳米粒子的交联密度，重量比可以是10:1至500:1。
[0077]
步骤(d)可以是通过使步骤(c)的反应物(与量子点和碳支撑体反应的核心部分)与二氧化硅前驱物反应形成支撑部分和壳体部分的过程。具体地，二氧化硅前驱物通过与在步骤(c)中引入的形成支撑部分的前驱物反应而形成支撑部分和壳体部分。其中，二氧化硅前驱物可以是选自由正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷所组成的组中的一种或多种。
[0078]
一方面，本技术的纳米粒子的生产方法可以进一步包括以第二表面改性剂对步骤(c)的反应物(具有形成在表面上的量子点部分的核心部分)进行改性的步骤(步骤(c'))。具体地，步骤(c')可以是在被包括在步骤(c)的反应物(具有形成在表面上的量子点部分的核心部分)中的量子点部分(量子点)的表面上，引入能够与作为壳体部分形成材料的二氧化硅前驱物反应的官能团的过程。其中第二表面改性剂可以是偶联剂，所述偶联剂在一端具有选自由硅烷基、硫醇基、含碳疏水性官能团、羧基和胺基所组成的组的一种或多种官能团，并且在另一端具有选自由硫醇基、胺基、环氧基、卤素和碳所组成的组的一种或多种官能团。具体地，所述第二表面改性剂可以是选自由3
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷、巯基甲基二乙氧基硅烷、3
‑
巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑
巯基丙基三乙氧基硅烷、和2
‑
二苯基膦乙基三乙氧基硅烷、二苯基膦乙基二甲基乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基二甲基乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、4
‑
氨基丁基三甲氧基硅烷、3
‑
(间氨基苯氧基)丙基三甲氧基硅烷和n
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基甲基二甲氧基硅烷所组成的组中的一种或多种。以此方式，当步骤(c)的反应物以第二表面改性剂改性时，可以增加量子点部分和壳体部分之间的结合密度。
[0079]
其中本技术的纳米粒子的生产方法可以进一步包括引入碱到步骤(c')的反应物(结合有以第二表面改性剂改性的量子点部分的核心部分)并使其反应，以形成包括多个量子点嵌入层的量子点部分(步骤(c”))的步骤。即，首先使量子点与具有以第一表面改性剂改性的表面的核心部分反应形成第一量子点嵌入层之后，透过以第二表面改性剂进行表面改性处理，随后透过进行提供碱以重新结合量子点的过程，来形成多个量子点嵌入层。其中当通过在以第二表面改性剂对表面进行改性之后提供碱，从而执行量子点的结合反应时，控制第二表面改性剂之间的结合，使得具有其中各层堆叠成多层的结构(多层结构)的量子点嵌入层可以容易地形成。碱可以是选自由氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化镁所组成的组中的一种或多种。以此方式，当形成多个量子点嵌入层时，可以改善纳米粒子的发光效率和亮度。
[0080]
步骤(c')和/或步骤(c”)可以在步骤(c)(即与步骤(b)的反应物反应)之前进行，可以与步骤(c)同时进行，或是可以在步骤(c)之后进行。
[0081]
另外，本技术的纳米粒子的生产方法可以进一步包含重复进行一次或多次(具体地，三至四次)的将二氧化硅前驱物引入步骤(d)的反应物中并使其反应的过程的步骤，以形成包括多个二氧化硅壳层的壳体部分。以此方式，当形成多个二氧化硅壳层时，可以容易地将纳米粒子的尺寸控制到所需的水平。
[0082]
通过本技术的制造方法生产的纳米粒子可以具有其中大量的量子点稳定地结合到核心部分表面的结构，可以具有各种粒子尺寸，并且可以表现出足够的发光效率和亮度以观察每种发光颜色。因此，当应用于生物应用时，本技术的纳米粒子可以有用地用作(多)标记位点。
[0083]
具体地，本技术可以提供包含上述纳米粒子的生物平台(或生物测定)。在本技术中，生物平台可以指用于诸如免疫诊断的分子诊断的平台。在这样的生物平台中，本技术的纳米粒子(具体地，纳米粒子的壳体部分的表面)可以用来作为(多)标记位点。
[0084]
例如，纳米粒子与抗体缀合，该抗体通过配体与目标材料(生物样品)互补结合，以提供其中与纳米粒子缀合的抗体捕获目标材料(生物样品)的结构。配体没有特别限定，并且可以是受体
‑
配体对，诸如链霉亲和素
‑
生物素、亲和素
‑
生物素或是去唾液酸糖蛋白
‑
半乳糖。
[0085]
目标材料(生物样品)可以是抗原、受体、病毒、酶、感染性免疫球蛋白、细胞因子或其他感染因子。
[0086]
本技术的生物平台可以被实现为生物平台(或生物测定)，其中上述纳米粒子与磁珠形成三明治测定结构。
[0087]
考虑到防止非特异性结合，磁珠可以优选为通过将聚苯乙烯晶种和苯乙烯单体的混合物与苯乙烯衍生物、乳化剂和脂溶性过氧化物基聚合引发剂共聚而获得的珠状共聚物。
[0088]
使用本技术的生物平台侦测生物样品的过程可以由将目标材料(生物样品)注射进生物平台中的过程组成，在生物平台中纳米粒子和磁珠以三明治测定结构排列以进行反应(见图5)，并测量从反应发射出的荧光强度。在这种情况下，可以通过光学方法、转换成电信号的方法等来测量荧光强度。
[0089]
一方面，本技术的生物平台可以实现为生物侦测试剂盒。生物侦测试剂盒可以包含感测膜和固定在感测膜上的本技术的纳米粒子。
[0090]
感测膜可以是通过脱水
‑
缩合方法固定的一种。另外，感测膜可以是形成在玻璃板、聚苯乙烯板或微量滴定板上的一种。
[0091]
这种生物侦测试剂盒可以是能够侦测选自由单醣、多醣、有机酸、醇类、胆固醇、胆碱和黄嘌呤所组成的组中的一种或多种物质的试剂盒。具体地，图6是应用本技术的纳米粒子的生物侦测试剂盒的示意图，其中局部放大图示出在硝酸纤维素膜(nc膜)上的红线中缀合抗体的纳米粒子，以及目标材料和捕获抗原之间的反应。
[0092]
由于本技术的生物侦测试剂盒包括上述纳米粒子(即，具有各种粒子尺寸的纳米粒子)，因此可以容易地调整灵敏度。
[0093]
在下文中，将通过示例更详细地描述本技术。然而，以下示例仅用于说明本技术，对本领域技术人员来说显而易见的是，在本技术的技术精神的范畴和范围内，可以进行各种变化和修改，并且本技术的范围不限于此。
[0094]
[示例1]
[0095]
将100μl的1％(v/v)的3
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷(mptms)通过史托伯法( method)加入到由直径为120nm的二氧化硅粒子制成的核心部分(10mg/ml)，并通过在25℃下搅拌12小时来在二氧化硅粒子的表面上引入硫醇基。
[0096]
接着，将4mg涂覆有油酸(疏水性)的固体量子点粒子(cdse/zns，100mg/ml)加入到具有被引入其中的硫醇基的二氧化硅粒子中，并且通过以涡旋剧烈搅拌来将量子点粒子结合到二氧化硅粒子的硫醇基。然后，进一步加入8ml的二氯甲烷，其为一种疏水性溶剂，并且搅拌10分钟以进一步结合未结合的量子点粒子。然后，加入100μl的巯基丙基三乙氧基硅烷(mptes)到其中并搅拌15分钟，然后再加入作为碱的100μl的25％氨水(nh4oh(aq))，并且搅拌3小时，以形成具有其中堆叠了三个量子点嵌入层的结构的量子点部分。
[0097]
接着，将其中形成核心部分和量子点部分的纳米粒子以乙醇洗涤三次，然后加入100μl的正硅酸四乙酯和作为碱的25％氨水到其中，以400rpm搅拌20小时至形成壳体部分。此后，在进行以乙醇洗涤三次的处理后，产出含有量子点的纳米粒子，其包含二氧化硅核心部分；其中堆叠了三个量子点嵌入层的量子点部分；和二氧化硅壳体部分(单二氧化硅壳层)。
[0098]
[示例2]
[0099]
当形成量子点部分时，通过进行和示例1相同的过程来产出含有量子点的纳米粒子，不同之处在于25％氨水(nh4oh(aq))不是在首先加入巯基丙基三乙氧基硅烷(mptes)并搅拌之后才加入，而是将巯基丙基三乙氧基硅烷(mptes)和25％氨水(nh4oh(aq))同时加入并搅拌，所述含有量子点的纳米粒子包含二氧化硅核心部分；包括一量子点嵌入层的量子点部分；和二氧化硅壳体部分。
[0100]
[实验例1]
[0101]
分别测量了上述示例1和示例2制备的含有量子点的纳米粒子的发光效率和亮度，结果如图7所示。图7是比较以水溶性配体和cooh官能团修饰的常规含有量子点的纳米粒子(表示为qd
‑
cooh)、示例2的含有多量子点的纳米粒子(表示为单层二氧化硅qd或qd)和示例1的含有多层量子点的纳米粒子(记为qd2)之间的发光效率和亮度。参考图7中的a，可以确认qd
‑
cooh(对照)、二氧化硅涂覆的qd(示例2)和qd2(示例1)的qy结果；并且参考图7中的b，可以确认单层涂覆的qd(示例2)和qd2(示例1)的荧光强度结果。一方面，参考图7中的c，可以确认在uv灯(365nm)上观察单层涂覆qd(示例2)和qd2(示例1)的结果可以用肉眼确认。
[0102]
[示例3]
[0103]
一种含有量子点的纳米粒子(平均直径180nm)，其包含二氧化硅核心部分；其中堆叠了一个量子点嵌入层的量子点部分；和其中堆叠了两个二氧化硅壳层的二氧化硅壳体部分，所述含有量子点的纳米粒子通过在示例2中制备的含有量子点的纳米粒子上另外进行一次形成壳体部分的过程来产出。此时，另外形成壳体部分的过程由以下过程的进行来组成，先将250μl的正硅酸四乙酯、25％氨水、乙醇和去离子水(dw)反应25分钟，然后加入上述示例2中制备的含有量子点的纳米粒子并以400rpm搅拌20小时，随后以乙醇洗涤三次。
[0104]
[示例4]
[0105]
一种含有量子点的纳米粒子(平均直径210nm)，其包含二氧化硅核心部分；其中堆叠了一个量子点嵌入层的量子点部分；和其中堆叠了三个二氧化硅壳层的二氧化硅壳体部分，所述含有量子点的纳米粒子通过在示例2中制备的含有量子点的纳米粒子上另外进行两次形成壳体部分的过程来产出。此时，另外形成壳体部分的过程为示例3中所述的过程，并且由重复此过程两次所组成。
[0106]
[示例5]
[0107]
一种含有量子点的纳米粒子(平均直径234nm)，其包含二氧化硅核心部分；其中堆叠了一个量子点嵌入层的量子点部分；和其中堆叠了四个二氧化硅壳层的二氧化硅壳体部分，所述含有量子点的纳米粒子通过在示例2中制备的含有量子点的纳米粒子上进一步进行三次形成壳体部分的过程来产出。此时，另外形成壳体部分的过程为示例3中所述的过程，并且由重复此过程三次所组成。
[0108]
[实验例2]
[0109]
通过透射电子显微镜分别对示例3至示例5中制备的含有量子点的纳米粒子进行分析，并且结果在图8中示出。参考图8，可以确认通过控制二氧化硅壳层的形成来制备粒子尺寸增加的纳米粒子。另外，可以确认即使当纳米粒子的尺寸增加时，纳米粒子也以均匀的形式产出。
[0110]
[实验例3]
[0111]
通过应用示例2至示例4中的任一个来生产含有量子点的纳米粒子，但是通过控制在每个步骤中使用的材料和反应比来生产具有各种尺寸的含有量子点的纳米粒子。此后，通过透射电子显微镜对制备出的含有量子点的纳米粒子进行分析，并且结果在图9中示出。参考图9，可以确认制备出具有各种尺寸的含有量子点的纳米粒子。这可以看成是支持本技术可以自由控制含有量子点的纳米粒子的尺寸。
[0112]
[示例6至9]
[0113]
通过分别在示例2中制备的各个含有量子点的纳米粒子上进一步进行一次另外形成壳体部分的过程来产出含有量子点的纳米粒子，制备出的纳米粒子的尺寸在下表1中示出。此时，示例6中额外形成壳体部分的过程由以下过程的进行来组成，首先将15μl的正硅酸四乙酯、5μl的25％氨水、5ml的乙醇和0.5ml的去离子水(dw)反应25分钟，然后加入上述示例2中制备的含有量子点的纳米粒子并且以400rpm搅拌20小时，随后以乙醇洗涤三次。另外，示例7、8和9中另外形成壳体部分的过程由以下过程的进行来组成，增加和加入示例6的反应物(正硅酸四乙酯、氨水、乙醇和去离子水)的量，分别进行二次、四次和八次的过程，以及分别进行反应和洗涤的过程。
[0114]
[表1]
[0115][0116]
[实验例4]
[0117]
通过以下方法分别评价示例2和示例6至示例9中制备的含有量子点的纳米粒子的稳定性。具体地，将示例2和示例6至示例9的含有量子点的纳米粒子中的每一个放入设定在
25℃、50℃、70℃下的各腔室中并保存17小时。此后，将纳米粒子从腔室中取出以测量量子产率(％)(qy)，并确认与参考值25℃相比qy值的变化程度并在下表2中示出。
[0118]
[表2]
[0119][0120][0121]
参考上表2，可以确认纳米粒子在25℃下的qy值没有变化，但qy值在50℃和70℃此严格条件下根据壳体部分的厚度(二氧化硅壳层的数量)变化。特别是，可以确认示例6至示例8由于qy值根据温度的变化很小因此示出优异的稳定性。
[0122]
[实验例5]
[0123]
分别使用示例6至示例9中制备的含有量子点的纳米粒子测量根据壳体部分平均厚度的增加的qy值变化，结果在图10中示出。参考图10，可以确认直到壳体部分的平均厚度为大约7nm时qy值没有变化，但是在7nm或更大的厚度时qy值降低。
[0124]
[示例10]
[0125]
将100μl的1％(v/v)的3
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷(mptms)加入到由直径为120nm的二氧化硅粒子制成的核心部分(10mg/ml)，并且通过在25℃下搅拌12小时来在二氧化硅粒子的表面引入硫醇基。
[0126]
接着，将4mg的固体量子点粒子(cdse/zns，100mg/ml)加入到引入硫醇基的二氧化硅粒子中，在固体量子点粒子上进行以油酸(疏水性)涂覆的处理，并且通过以涡旋剧烈搅拌使量子点粒子结合到二氧化硅粒子的硫醇基。然后，进一步加入8ml的其为疏水性溶剂的二氯甲烷，并搅拌10分钟以进一步结合未结合的量子点粒子。
[0127]
接着，向其中加入150μl的碳支撑体(分子量为1,000g/mol)并搅拌15分钟，所述碳支撑体具有分别结合在两端的马来酰亚胺基和三乙氧基硅烷基，并且具有聚乙二醇主骨架，随后向其中加入100μl的巯基丙基三乙氧基硅烷(mptes)并搅拌15分钟，然后向其中加入100μl的作为碱的25％氨水(nh4oh(aq))并搅拌3小时以将碳支撑体结合到核心部分的表面，同时形成具有其中层叠了三个量子点嵌入层的结构的量子点部分。
[0128]
接着，将结合有核心部分、量子点部分和碳支撑体的纳米粒子以乙醇洗涤三次，然后将100μl的正硅酸四乙酯和25％氨水加入其中并且以400rpm搅拌20小时，以形成支撑部分和壳体部分。此后，进行三次以乙醇洗涤的过程，产出纳米粒子，其包含二氧化硅核心部分；其中堆叠了三个量子点嵌入层的量子点部分；和碳支持体；和二氧化硅壳体部分(单个二氧化硅壳层)。
[0129]
[示例11]
[0130]
通过进行与上述示例10相同的过程制备含有量子点的纳米粒子，不同之处在于，所应用的碳支撑体具有分别结合到两端的马来酰亚胺基和三乙氧基硅烷基，具有聚乙二醇的主骨架，并且具有2,000g/mol的分子量。
[0131]
[示例12]
[0132]
通过进行与上述示例10相同的过程制备含有量子点的纳米粒子，不同之处在于，所应用的碳支撑体具有分别结合到两端的马来酰亚胺基和三乙氧基硅烷基，具有聚乙二醇的主骨架，并且具有3,400g/mol的分子量。
[0133]
[示例13]
[0134]
通过进行与上述示例10相同的过程制备含有量子点的纳米粒子，不同之处在于，所应用的碳支撑体具有分别结合到两端的马来酰亚胺基和三乙氧基硅烷基，具有聚乙二醇的主骨架，并且具有5,000g/mol的分子量。
[0135]
[示例14]
[0136]
通过进行与上述示例10相同的过程制备含有量子点的纳米粒子，不同之处在于，所应用的碳支撑体具有分别结合到两端的马来酰亚胺基和三乙氧基硅烷基，具有聚乙二醇的主骨架，并且具有10,000g/mol的分子量。
[0137]
[实验例6]
[0138]
通过透射电子显微镜分别对示例10至示例14中制备的含有量子点的纳米粒子进行分析，结果在图11中示出。参考图11，可以确认制备出具有均匀的形状和尺寸的纳米粒子。
[0139]
[实验例7]
[0140]
通过以下方法分别对示例1和示例10中制备的含有量子点的纳米粒子的稳定性进行评价。具体地，将含有示例1和示例10的含有量子点的纳米粒子的溶液滴在垫上，然后干燥。接着，将化学粘合剂滴在干燥的垫上并以银箔小袋密封，然后测量荧光信号的减少率(储存时间失效后的荧光信号相对于初始荧光信号的比率)，同时储存在55℃下的腔室内340分钟，结果在图12中示出。
[0141]
参考图12，可以确认，随时间推移，示例1的荧光信号强度降低了大约75％，而示例10的荧光信号强度降低了大约12％。这可以被视为支持包含由碳支撑体制成的支撑部分的纳米粒子相比于不包含支撑部分的纳米粒子具有优越的化学稳定性。
[0142]
[应用例1]生物侦测试剂盒
[0143]
使用示例1中制备的含有量子点的纳米粒子，通过以下过程制备生物侦测试剂盒，然后进行抗原捕获实验。
[0144]
1)含有量子点的纳米粒子的表面改性
[0145]
加入1mg的上述示例1的含有量子点的纳米粒子到(3
‑
氨基丙基)三乙氧基硅烷(aptes溶液，5％v/v，1ml)中并且在室温下搅拌1小时。此后，以乙醇进行洗涤三次，然后加入75mg的琥珀酸酐、500μl的2
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(nmp)溶液和3.50μl的n,n
‑
二异丙基乙胺(diea)到其中并且搅拌2个小时。然后，以二甲基甲酰胺(dmf)进行洗涤三次，然后加入100μl的二甲基吡啶(dmp)和2.1mg的4
‑
二甲氨基吡啶(dmap)到其中，并且加入27μl的dic到其中，随后在室温下搅拌1小时。此后，分别以2
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(nmp)进行洗涤两次，以三磷
酸缓冲液(tpbs)进行洗涤一次，以磷酸缓冲液(pbs，ph 7.2)进行洗涤一次，并且分散于磷酸缓冲液(pbs，ph 7.2)中，以进行纳米粒子的表面改性用以结合抗体。
[0146]
2)抗体结合
[0147]
加入20um的抗体到100μg的表面修饰的含有量子点的纳米粒子中，并且在室温下搅拌2小时。然后，以pbs(ph 7.2)进行洗涤四次，以将抗体与纳米粒子结合。
[0148]
3)侦测试剂盒的制造
[0149]
通过加入牛血清白蛋白(bsa)溶液(5％w/w，1ml)到与抗体结合的含有量子点的纳米粒子中，并且在室温下搅拌1小时，来制备在图13
‑
a中示出的侦测试剂盒。
[0150]
以所制备的侦测试剂盒进行抗原捕获实验，并且结果在图13中示出。参考图13中的a，可以确认当捕获抗原时，捕获抗体和目标材料结合，以显示在吸收垫一侧上与捕获抗体排成一直线的标记。另外，参考图13中的b，可以通过侦测试剂盒分析设备来确认侦测试剂盒中在以直线标记处的荧光强度。
[0151]
[应用例2]具有三明治结构的生物平台(生物测定)
[0152]
使用示例1中制备的含有量子点的纳米粒子，通过以下过程制备生物平台，然后进行实验以确认其性质。
[0153]
1)磁珠制造
[0154]
使用分散聚合方法制备单分散聚苯乙烯晶种(4um)。作为分散介质，使用含有1g的聚乙烯吡咯烷酮
‑
40(pvp
‑
40)的乙醇/2
‑
甲氧基乙醇(体积比为3:2)。
[0155]
具体地，将偶氮二异丁腈(aibn，150mg)溶解在其中抑制剂已经去除的苯乙烯(15ml)中，然后加入到分散介质中。此后，进行10分钟超声处理，然后在圆柱形反应室中进行分散聚合，同时在70℃下搅拌(120cpm)20小时。接着，通过进行将悬浮液离心并且在离心的同时以蒸馏水洗涤沉淀物，然后再次以乙醇洗涤并在真空下干燥的过程，获得聚苯乙烯晶种(4um，8.3g)。
[0156]
接着，将所获得的聚苯乙烯晶种(4um,700mg)放入装设有悬臂搅拌器和回流冷凝器的玻璃反应器中，并分散在含有0.25％(w/w)的十二烷基硫酸钠(sds)的邻苯二甲酸二丁酯(dbp，0.7ml)的乳化水性媒介(100ml)中，并且在室温下以400rpm搅拌20小时，以邻苯二甲酸二丁酯(dbp)使聚苯乙烯晶种膨胀。将其中溶解有bpo(240mg)的苯乙烯(4.6ml)和二乙烯基苯(dvb,2.3ml)的混合物置于100ml的含有0.25％(w/w)的十二烷基硫酸钠(sds)的水性介质中，并且使用均质机乳化1分钟。此后，加入苯乙烯
‑
二乙烯基苯混合物到以邻苯二甲酸二丁酯使其膨胀的搅拌中的聚苯乙烯晶种分散介质中，并且在室温下以400rpm反应20小时。20小时后，加入10ml的10％(w/v)水性聚乙烯醇(pva)溶液到分散介质中反应20小时，并且以氮气驱净30分钟。此后，通过在70℃下以200rpm连续搅拌20小时进行聚合，获得单分散的ps
‑
dvb珠。
[0157]
接着，将所获得的ps
‑
dvb珠洗涤并离心，然后以去离子水(50℃)洗涤。然后，以乙醇和四氢呋喃(thf)洗涤ps
‑
dvb珠，然后去除邻苯二甲酸二丁酯(dbp)和线性聚合物。此后，在30℃下进行真空干燥24小时，以获得巨孔ps
‑
dvb珠(7.5μm，2.5g)。
[0158]
接着，将所获得的巨孔ps
‑
dvb珠(1g)放入冰浴中，加入5ml的醋酸到其中。然后，在室温下缓慢加入50ml的硫酸到ps
‑
dvb珠中，并且搅拌30分钟至2小时，同时将温度升高至90℃。通过倒入400ml的冰水到已搅拌的分散体中来停止反应，离心，洗涤并在真空下干燥以
获得1.1g的磺酸化ps
‑
dvb珠。
[0159]
接着，将500mg的磺酸化ps
‑
dvb珠在室温下分散在10ml的去离子水中，同时以机械搅拌(200rpm)驱净氮气。此时，加入fecl3.6h2o(618mg，2.26mmol)和fecl2.4h2o(257mg，1.28mmol)到分散体中。2小时后，逐滴加入50ml的28％氢氧化铵到磺酸化ps
‑
dvb珠分散体中40分钟，同时连续搅拌。此后，进行离心，以25％三氟乙酸(tfa)、去离子水和乙醇进行洗涤，在真空下进行干燥以获得653mg的磁化ps
‑
dvb珠(7.5um)。
[0160]
2)磁化ps
‑
dvb珠的涂覆
[0161]
将(3
‑
氨基丙基)三乙氧基硅烷溶液(1％(v/v)，100ml)加入到100mg的磁化ps
‑
dvb珠中并且在室温下搅拌10分钟。此后，加入氢氧化铵(28％，2ml)到其中并且在室温下搅拌20分钟，然后加入teos(2ml)到其中并且剧烈搅拌12小时，以二氧化硅涂覆磁化ps
‑
dvb珠的表面。接着，以磁铁收集二氧化硅涂覆的ps
‑
dvb珠并且以乙醇洗涤五次以获得二氧化硅涂覆的ps
‑
dvb珠。
[0162]
3)二氧化硅涂覆的ps
‑
dvb珠的表面改性
[0163]
二氧化硅涂覆的ps
‑
dvb珠的表面通过进行与上述应用例1的1)含有量子点的纳米粒子的表面改性相同的过程进行改性。
[0164]
4)抗体结合
[0165]
加入10um的抗体到100μg的表面修饰的ps
‑
dvb珠中并在室温下搅拌2小时。此后，以pbs(ph 7.2)洗涤四次，加入bsa溶液(5％(w/w)1ml)到其中并且在室温下搅拌1小时，使抗体结合到表面修饰的ps
‑
dvb珠。
[0166]
5)三明治结构生物平台
[0167]
加入分散在pbs(ph 7.2)中的抗原到100μg的结合抗体的ps
‑
dvb珠中并且在室温下搅拌1小时，然后使用磁铁以pbs(ph 7.2)洗涤四次。其中加入100μg的结合抗体的含有量子点的纳米粒子(应用例1的纳米粒子)到其中并且在室温下搅拌1小时，然后使用磁铁以pbs(ph 7.2)洗涤四次。接着，通过分散在300μl的pbs(ph 7.2)中来制备生物平台。
[0168]
对所制备的生物平台的性质进行了实验确认，结果在图14中示出。参考图14中的a，可以确认结果为能够侦测到在3.2
‑
3.2
×
10
‑4hau或更多的范围内的荧光信号；并且参考图14中的b，可以确认当在实时pcr中侦测到相同的目标物质时没有显著差异。这是为了支持本技术可以允许实时pcr水平的准确和快速诊断并且可以提供具有log
10
或更大的宽动态范围的效果。
[0169]
[应用例3]生物侦测试剂盒
[0170]
使用示例10制备的含有量子点的纳米粒子取代示例1来制备生物侦测试剂盒，然后进行抗原捕获实验。此后，以生物专用分析仪(bio
‑
only reader)测量侦测试剂盒，结果在图15中示出。参考图15，可以确认根据荧光信号的强度出现峰高差异，并且可以看出，当以生物专用分析仪测量时，裸眼不可见的信号(线
③
)被确认。