CN101784617A - 包被的胶体材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包被的胶体材料、制备包被的胶体材料的方法和使用包被的胶体材料的方法。该方法获得了核光学性质不受负面影响的包被的胶体材料。所述包被的胶体材料可自组装成薄膜、层或结构，并通过检测分析用于检测被分析物。

Description

包被的胶体材料
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年7月24日提交的号为60/951,620的美国临时申请的优先权，其通过引用整体合并于此。
政府权益的声明
本发明得到编号为N00014-06-1-0079的海军研究局基金和编号为DMR-0520513的国家科学基金会基金的政府支持。政府对本发明具有一定的权利。
技术领域
本发明主要涉及包被的胶体材料，更具体涉及氧化硅包被的过渡金属纳米晶体，例如氧化硅包被的银或金纳米棱柱。
背景技术
在过去的几十年中，金属纳米粒子由于其在催化、光学和生物传感领域的潜在应用而引起了广泛关注。金和银纳米结构由于其取决于大小和形状的的不同寻常的光学性质而尤其受到关注。特别是三角形银纳米棱柱呈现出高度可调的结构依赖的光学性质。这些结构也具有非常高的表面能，特别是在其尖端和边缘，那里的银原子容易被氧化。不幸的是，这种氧化会引起棱柱尖端的截断或它们的完全消失，并伴随着它们的表面等离子体共振(SPR)带的同时偏移或完全损失。因此，已经研究一些方法以试图保护纳米粒子不被氧化。
已经尝试过的一种防止纳米粒子氧化的方法是将纳米粒子装入氧化硅壳中。这些壳是有用的，因为它们1)在光谱的可见光和IR区是透明的；2)在多种溶剂中是化学惰性的；而且3)能够用已发展成熟的硅烷偶合化学法进行官能化。因此，核-壳纳米结构通常会保持金属核的光学特性，同时获得氧化硅壳所需的化学和物理性质。
最近已经将
Figure GPA00001032626600021
方法用于通过氧化硅壳包被金属纳米晶体。参见，例如Alsan等，J.Am.Chem.Soc.129：1524(2007)。这种溶胶-凝胶法通常包括氨催化的水解和诸如四乙氧基硅烷等分子的缩合。然而，直接将这种方法用于包被银纳米粒子会有困难，因为氨会诱导银纳米粒子的蚀刻和聚集。
为了解决这个问题，Kobayashi等已经用二甲胺(DMA)(浓度为0.4M-0.8M之间)来催化氧化硅壳在银纳米粒子上的生长。参见，Kobayashi等，J.Colloid Interf.Sci.282：392(2005)。研究者表明，与使用氨相比，使用DMA时能够容易形成氧化硅壳而不会降低银纳米粒子核的直径。然而，Kobayashi的方法不能用于银纳米棱柱，因为即使是在0.4M的DMA溶液中也会发生纳米棱柱的显著蚀刻和聚集。
因此，需要制备包被的纳米粒子，其中在包被过程中能够保持纳米粒子的大小和形状。
发明内容
本发明公开了包被的胶体材料、制备包被的胶体材料的方法和使用包被的胶体材料的方法。
因此，在一个实施方式中，公开了包被的胶体材料，包括(a)具有钝化表面的胶体材料和(b)在所述钝化表面上的包含氧化硅或氧化钛中至少一种的涂层。在另一个实施方式中，公开了用下述方法制备的包被的胶体材料，该方法包括在存在或不存在催化剂下混合胶体材料、表面钝化剂和涂层剂。
所述胶体材料可以是纳米晶体，或更具体地是纳米棱柱。在一些情况下，所述胶体材料包括过渡金属，例如金或银。
在各个情况下，表面钝化剂具有选自由卤素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷、硼烷及其混合物组成的组中的至少一个官能团。在一些情况下，表面钝化剂包括硫醇。硫醇可以进一步包括第二官能团。第二官能团可以是卤素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷或硼烷。在一个具体情况下，表面钝化剂是16-巯基十六烷酸。
涂层剂可以是氧化硅、氧化钛或其混合物。氧化硅可以来自硅烷，例如烷氧基硅烷。在一些情况下，硅烷是四乙氧基硅烷。氧化钛可以来自烷氧基钛。
可选的催化剂可以是胺。在一些实施方式中，胺为烷基胺、芳胺或其混合物。在一些情况下，胺是二甲胺。
此处所述的包被的材料可以进一步包括在涂层上的官能化剂。官能化剂可以具有选自卤素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷、硼烷或其混合物中的至少一个官能团。在各个情况下，官能化剂可以是癸基(三甲氧基)硅烷、癸基(三乙氧基)硅烷、十二烷基(三乙氧基)硅烷、十六烷基(三甲氧基)硅烷、十八烷基(三甲氧基)硅烷或其混合物。在一些实施方式中，官能化剂包括第二官能团。在这种情况下，第二官能团可以与第一官能团相同或者不同。具有第二官能团的一个具体官能化剂是3-氨基丙基(三甲氧基)硅烷。本发明涉及的其它官能化剂包括生物材料，诸如寡核苷酸、多肽、蛋白质、抗体、肽、抗癌剂、多聚核苷酸结合剂、碳水化合物、脂、细胞表面受体结合剂及其混合物等。
在一些实施方式中，此处公开的包被的胶体材料可以用朗缪尔-布罗基特(Langmuir-Blodgett)技术形成为单层并沉积到诸如氧化硅晶片等基质上。
此处公开的包被的胶体材料可以用来检测被分析物。该方法包括：在足以使被分析物与包被的胶体材料相互作用的条件下，使样本接触此处公开的包被的胶体材料，并检测该相互作用，其中被分析物和该包被的胶体材料的相互作用产生检测事件。该检测事件可以是产生可测量改变的任何事件。在包被的胶体材料包括寡核苷酸官能化剂而且被分析物是互补寡核苷酸或寡核苷酸结合剂的情况下，该检测事件是解链温度的改变。
所公开的制备包被的胶体材料的方法不会对胶体材料的大小、形状或物理/化学特性造成负面影响。现有技术中公开了制备氧化硅包被的胶体材料的方法，但是那些方法会通过蚀刻或其它反应对胶体材料的大小、形状和其它特性造成负面影响。根据本发明，可以包被胶体材料而对胶体材料无害或无副作用。
通过阅读下面结合附图、实施例和所附权利要求书的详细说明，对于本领域技术人员来说，本发明的其它特征会变得显而易见。
附图说明
下面参考下列详细说明和附图以更完整地理解本发明，其中：
图1为银纳米棱柱和氧化硅包被的银纳米棱柱的透射电镜显微照片。图中说明了氧化硅涂层厚度的可变性。
图2为在710nm监测的被分析物/DNA官能化的，氧化硅包被的胶体材料的热变性曲线。
图3为解链转变的一阶导数，表明了剧烈的协同解链转变。
虽然公开的对比研究中包括各种形式的实施方式，但是这并不意味着将本发明限制为此处所描述和说明的具体实施方式。
具体实施方式
本发明公开了包被的胶体材料。这些包被的胶体材料通常包括结晶的胶体材料和涂层，例如氧化硅或氧化钛。在一些实施方式中，结晶的胶体材料是过渡金属，例如银或金的纳米晶体。本发明公开的制备包被的胶体材料的方法能够使制备的胶体材料具有与涂覆涂层以前的胶体材料相同的形态。因此，能够用氧化硅或氧化钛包被过渡金属的纳米晶体，而不会对该纳米晶体形状、大小或物理/化学特性，例如光学特性造成不利影响。该方法使得可以控制纳米晶体的物理和化学特性而不会负面影响该纳米晶体其它的所需性质。
胶体材料为可分散的离散微粒，而且可以是结晶的。在一些实施方式中，胶体材料可以是氧化硅或氧化钛。在各种实施方式中，胶体材料包括结晶的过渡金属胶体，优选是过渡金属纳米晶体。
目前制备纳米晶体的方法能生产出各种大小和形状的纳米晶体。优选地，结晶的胶体材料具有至少两个在纳米级范围内的维度(在X，Y，Z坐标轴中)，但是其形状不限。结晶的胶体材料形状可以是，例如，棒状、立方体、截角立方体、立方八面体、截角八面体、八面体、棱锥体、棱柱、球体和/或线。优选地，结晶的胶体材料是立方体、截角立方体、八面体、截角八面体或棱柱状的纳米晶体。更优选地，纳米晶体是棱柱。此处使用的胶体材料并不由纳米晶体的尺寸所限制。
本发明涉及能适用于形成涂层所需条件的全部结晶的过渡金属胶体。在本文中，“涂层”是指能够覆盖至少部分胶体材料的材料。在一些情况下，涂层是具有氧化硅、氧化钛的涂层或二者兼具的涂层。涂层可包括其它组分或成分，这取决于例如所用材料的纯度、制备的方法、掺杂剂或其它元素的夹杂，和/或氧化硅和/或氧化钛的晶体形式。
适用的结晶胶体材料包括绝缘体、半导体和导体。半导体可包括p-型和n-型材料。结晶胶体材料可进一步包括掺杂的绝缘体、掺杂的半导体和掺杂的导体。此外，结晶胶体材料可包括过渡金属、碱金属、碱土金属和主族元素。结晶胶体材料也可包括镧系元素和锕系元素。此处包括的过渡金属胶体是纯过渡金属胶体，即仅仅含有单一的过渡金属，和/或过渡金属合金，其中过渡金属合金具有至少一种过渡金属和至少一种其它元素。此处，过渡金属特别包括第8、9、10、11和12族的金属。更具体地，过渡金属包括铁、钴、镍、铜、锌、钌、铑、钯、银、镉、铱、铂和金。优选地，过渡金属包括银或金。
此处使用的胶体材料在涂覆涂层之前或同时被钝化。通常，用表面钝化剂来钝化胶体材料。表面钝化剂的非限制性实例包括能够在胶体材料的表面形成单层、双层和多层的那些试剂。作为说明，表面钝化剂可以是通过与胶体材料间的共价键、离子键、范德华力或其它化学或静电相互作用在胶体材料表面形成单层的试剂。在一个实施例中，表面钝化剂与胶体材料形成化学键。表面钝化剂可包括一个或多个官能团，例如卤素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、烷基硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷和/或硼烷官能团。
在一个优选的实施方式中，表面钝化剂包括硫醇官能团。包括硫醇官能度的表面钝化剂的非限制性实例包括有机硫醇，例如直链烷硫醇、支链烷硫醇、环烷硫醇、芳基烷硫醇和芳基硫醇。硫醇可以通过化学式或化学名来描述，例如，C8H17SH和辛硫醇是同样含义。烷硫醇包括具有通式R-SH的化合物，其中R是具有约6至约24个碳原子的烷基。
在另一个实施方式中，表面钝化剂是在胶体材料表面上形成双层的两组分体系。可以通过化合物间的例如范德华力、芳香族化合物、离子键和共价相互作用形成。双层表面钝化的胶体材料可以通过将胶体材料与第一表面钝化剂和第二表面钝化剂混合来制备。第二表面钝化剂可以是相同或不同的表面钝化剂。此外，可以向胶体材料添加多种化学上不同的第二钝化剂。作为非限制性示例，第一表面钝化剂可以是烷硫醇，例如十二烷硫醇，第二表面钝化剂可以是烷羧酸，例如十二烷酸。不希望被理论所束缚，当十二烷硫醇与胶体材料相互作用，而且十二烷酸通过疏水相互作用或范德华相互作用与十二烷硫醇的直链烷基官能度相互作用时，形成双层表面钝化的胶体材料。
优选地，表面钝化剂是含有第一官能团和第二官能团的单一组分体系。更优选地，这两个官能团在化学上是不同的。含有两个化学上不同的官能团的表面钝化剂的非限制性实例是那些化合物，其具有第一硫醇官能团，例如饱和或不饱和的烷硫醇、支链烷硫醇、环烷硫醇、芳基烷硫醇和芳基硫醇，和非硫醇的第二官能团。优选地，饱和或不饱和的烷硫醇、支链烷硫醇、环烷硫醇、芳基烷硫醇和芳基硫醇具有约6至约24个碳原子。具有两个官能团的钝化剂的非限制性实例包括这样的化合物，其中第一官能团是硫醇，第二官能团是卤素、羟基、羧酸、酯、酮、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、硅烷、硅氧烷或硼烷。一类优选的钝化剂是硫醇-羧酸。优选的硫醇-羧酸的一个非限制性实例是16-巯基十六烷酸。第二类优选的表面钝化剂是硫醇-硅氧烷，例如在EP 0 491 622中记载的那些。优选的硫醇-硅氧烷的一个实例是12-巯基十二烷基(三乙氧基)硅烷。
本发明的另一方面是将胶体材料与涂层剂混合。此处使用的“涂层剂”是指针对胶体材料涂层的化学前体。除非特别说明，本文通篇中使用的涂层剂前体与指代的涂层本身可以互换使用。在一个实施方式中，涂层剂是硅烷，其是针对氧化硅涂层的含硅前体。所以，例如当涂层是氧化硅时，涂层剂通常是硅烷前体。提到硅烷作为涂层的描述涵盖了氧化硅作为实际涂层的描述的含义。本领域技术人员可以理解，涂层剂可以在加入表面钝化剂之前、之后或同时与胶体材料混合。
在一个优选的实施方式中，硅烷涂层剂为正硅酸酯，例如正硅酸烷基酯，也称为烷氧基硅烷。特别优选正硅酸四烷基酯(也称四烷氧基硅烷)，其中烷基(烷氧基)基团可以相同或不同。正硅酸四烷基酯的非限制性实例包括正硅酸四甲基酯(也称四甲氧基硅烷)、正硅酸四乙基酯(TEOS，四乙氧基硅烷)、正硅酸四丙基酯和正硅酸四丁基酯。
在另一个实施方式中，涂层剂为氧化钛。“氧化钛”是指针对氧化钛涂层的任何含钛前体。本领域技术人员可以理解，氧化钛可以在加入表面钝化剂之前、之后或同时与胶体材料混合。在一个优选的实施方式中，所述“氧化钛”可以是烷氧基钛。烷氧基钛包括异丙氧基钛、甲氧基钛和乙氧基钛。
包被的胶体材料可使用可选的催化剂制备。通常，催化剂为缩合催化剂。缩合催化剂为促进胶体材料涂层形成的试剂。硅酸酯缩合催化剂包括但不限于诸如烷基胺或芳胺等胺类。烷基胺包括C1-8烷基胺、(C1-8烷基)2胺和(C1-8烷基)3胺。在一个实施方式中，催化剂包括二甲胺。其它氧化硅缩合催化剂为本领域技术人员所熟悉的催化剂。
此处公开的包被的胶体材料的光学性质与未包被的胶体材料的光学性质不同。当胶体材料与表面钝化剂混合时，观察到胶体材料光谱的偏移。并且，在包被胶体材料时又观察到胶体材料光谱的偏移。在一个具体实施方式中，在加入表面钝化剂时银纳米棱柱的光谱红移，并且当形成氧化硅包被的银纳米棱柱时该光谱红移。
胶体材料涂层的厚度可以是任何所需的厚度，但是优选为约1nm至约100nm。此外，胶体材料涂层的厚度可以是约5nm、约10nm、约15nm、约20nm、约25nm、约30nm、约35nm、约40nm、约45nm、约50nm、约55nm、约60nm、约65nm、约70nm、约75nm、约80nm、约90nm、约95nm和约100nm。图1示出了具有约10nm、约30nm和约45nm的氧化硅涂层厚度的氧化硅包被的银纳米晶体。
在一些实施方式中，包被的胶体材料进一步包括在涂层之上的官能化剂层。不被理论所限制，预计官能化剂通过离子键、共价键和/或静电相互作用与包被的胶体材料结合。在一个优选的实施方式中，官能化剂包括能够化学结合、离子或化学键合到包被的胶体材料表面的至少一个官能度。优选该官能度可以是羧酸或硅氧烷。硅氧烷官能化剂的非限制性实例包括烷基(三烷氧基)硅烷和芳基(三烷氧基)硅烷。烷基(三烷氧基)硅烷的具体实例包括具有化学通式RSi(OR′)3的硅氧烷官能化剂，其中R具有约3至约24个碳原子，R′具有约1至约6个碳原子。非限制性实例包括癸基(三乙氧基)硅烷、十二烷基(三乙氧基)硅烷、十六烷基(三甲氧基)硅烷和十八烷基(三甲氧基)硅烷。
在各个实施方式中，官能化剂可具有多于一个官能团。这些官能团可以相同或不同。优选第一官能团是羧酸或硅氧烷。第二官能团优选为卤素、烷氧基、酮、酯、羧酸、硅氧烷、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯或膦酸酯。具有两个官能度的官能化剂的实例包括，但不限于，巯基烷基(三烷氧基)硅烷、氨基烷基(三烷氧基)硅烷、巯基芳基(三烷氧基)硅烷、氨基芳基(三烷氧基)硅烷和氨基链烷酸。官能化剂的一些具体实例包括氨基酸、氨基烷基(三烷氧基)硅烷，其中各个烷基或烷氧基具有约1至约24个碳，以及巯基烷基(三烷氧基)硅烷，其中各个烷基或烷氧基具有约1至约24个碳。一种优选的官能化剂是3-氨基丙基(三甲氧基)硅烷。
本发明的又一方面是有序的胶体材料。有序的材料是指包被的胶体的自组装或有组织的层和结构。自组装的层和结构是指那些层和结构，其中预先存在组分的无序体系在没有外部导向的情况下，因组分自身之间的特异局部的相互作用而形成有组织结构或式样。可以通过预先选择用于所需的化学/物理性质的官能化剂来控制这些相互作用。此外，可以预先选择物理性质以使得包被的胶体材料适用于能用于制备层和结构的技术。例如，选择十八烷基(三甲氧基)硅烷作为涂层剂能够得到十八烷基包被的胶体材料，该包被的胶体材料可溶于非极性溶剂，且略微疏水或不溶于水。而且，十八烷基包被的胶体材料可以通过朗缪尔-布罗基特技术作为单层沉积在基质上。如此处所限定，朗缪尔-布罗基特技术是在诸如硅晶片等基质上沉积单层材料的方法，该方法包括在该材料不溶的液体表面上形成材料的薄膜，并将上述基质通过该薄膜和液体表面。另外，朗缪尔-布罗基特技术可以用于形成多层的包被的胶体材料，或形成胶体材料、其它材料和/或适应于朗缪尔-布罗基特技术的材料的组合，其中“其它材料或适应于朗缪尔-布罗基特技术的材料”可以是包被的胶体材料。制备和形成有组织的材料的其它方面对于本领域技术人员很容易。
在另一个实施方式中，官能化剂可以是生物材料，而且得到的官能化的胶体材料具有相连的生物材料。举例来说，多肽、多聚核苷酸或其它生物分子可以直接连接到包被的胶体材料上、官能化的包被的胶体材料上或在与胶体材料混合以前的官能化剂上。参见国际专利公开WO/2006/138145，其中连接到纳米粒子上的寡核苷酸的公开并入本文。此处使用的生物材料是指天然存在的和合成的生物材料，可以是蛋白质、多肽、肽、小分子、碳水化合物、脂、多聚核苷酸和/或寡核苷酸。
一方面，生物材料用于将官能化的胶体材料递送至特异的细胞类型和/或器官，以及亚细胞定位。因此，生物材料包括但不限于核定位信号(NLS)和肽转导结构域，包括：SV40大T NLS、HIV-1TAT蛋白质NLS、腺病毒NLS、整联蛋白结合结构域、寡聚赖氨酸(各记载于Tkachenko等，Bioconjugate Chem.(2004)15：482-490))和包含NLS和受体介导的细胞内吞(RME)结构域的腺病毒纤维蛋白(Tkachenko等，J.Am.Chem.Soc.(2003)125：4700-4701)。
在一个方面，能够与包被的胶体材料相连的寡核苷酸包括那些寡核苷酸，其调节由靶多聚核苷酸所表达的基因产物的表达。参见国际专利公开WO/2006/138145，其中寡核苷酸和寡核苷酸特征的公开并入本文。所以，与靶多聚核苷酸杂交而且抑制翻译的反义寡核苷酸、与靶多聚核苷酸杂交并启动RNA酶活性(例如RNA酶H)的siRNA寡核苷酸、与双链多聚核苷酸杂交并抑制转录的三螺旋形成的寡核苷酸，以及与靶多聚核苷酸杂交并抑制翻译的核酶可以与包被的胶体材料相连。
用生物材料官能化的包被的胶体材料可以用于治疗和/或诊断应用中。应用包括：筛选和鉴定治疗剂和/或反义寡核苷酸；诊断筛选、检测分析和形成三螺旋DNA。
在本发明的又一个方面，包被的胶体材料可以用于检测分析，例如生物条形码(bio barcode)测定。参见，美国专利7,323,309、6,974,669、6,750,016、6,268,222、5,512,439、5,104,791、4,672,040和4,177,253；美国公开2001/0031469、2002/0146745和2004/0209376；以及国际专利公开WO05/003394，其各自通过引用整体并入本文。检测分析的非限制性实例包括：免疫-PCR测定；酶联免疫吸附测定、蛋白质印迹法、间接荧光抗体检测、溶解度改变、吸光度改变、导电性改变；以及拉曼或红外光谱改变。(参见，例如Butler，J.Immunoassay，21(2&3)：165-209(2000)；Herbrink等，Tech.Diagn.Pathol.2：1-19(1992)和美国专利5,635,602和5,665,539，其内容通过引用并入本文)。
一方面，检测分析涉及样本中的被分析物或靶标与包被的胶体材料之间的相互作用，这种相互作用产生可以检测的改变，即检测事件。检测事件可以是被分析物和/或官能化的包被的胶体材料的荧光、吸收度、拉曼散射、电学性能、光散射、溶解度、熔点、协同解链转变(cooperative meltingtransition)，或其它物理或化学性质的改变，其可通过本领域技术人员可获得的方法检测。例如，参见图2和3，其中示出了对应于协同解链转变的吸光度检测事件。通常，检测事件预示着相互作用，例如被分析物和官能化的包被的胶体材料的配对或结合。所以，已知的检测事件将提供测定被分析物的结构和组成的方法。
实施例
提供下列实施例是为了说明本发明，而不是为了限制本发明的范围。氧化硅包被的银纳米棱柱用如下方法制备：将1mL的50mM硼氢化钠水溶液加入到一种冷水溶液中，该冷水溶液通过在95mL水中混合0.5mL的20mM硝酸银溶液与1mL的30mM柠檬酸钠溶液来制备。在15分钟的时间段内，每两分钟向上述溶液中加入5-6滴50mM的硼氢化钠溶液。然后逐滴加入1mL硼氢化钠溶液和1mL的5mM双(对-磺酸基苯基)苯基膦脱水二钾(bis(p-sulphonatophenyl)phenyl-phosphine dehydrate dipotassium)溶液。将所得溶液搅拌5小时，然后4℃下静置12小时。调节溶液pH至11，用带有光学带通滤波器(中心波长550±20nm)的150W的卤素灯照射该溶液4小时。离心收集固体，然后将其重新分散于0.3mM柠檬酸钠溶液中。向该柠檬酸钠溶液中加入16-巯基十六烷酸的乙醇溶液，直至16-巯基十六烷酸的浓度达到20μM。然后离心收集固体，并将收集的固体悬浮于四乙氧基硅烷和乙醇溶液中。通过改变四乙氧基硅烷的浓度(例如从0.5mM至0.75mM再至1mM)，然后加入二甲胺的水溶液(20wt.％)至终浓度为0.6M，得到具有不同的氧化硅涂层厚度的氧化硅包被的银纳米棱柱。参见图1。
官能化的氧化硅包被的银纳米棱柱。
然后，通过下列步骤，用十八烷基(三甲氧基)硅烷官能化氧化硅包被的银纳米棱柱：向氧化硅包被的银纳米棱柱中加入10mM的十八烷基(三甲氧基)硅烷的乙醇溶液，至十八烷基(三甲氧基)硅烷终浓度为0.5mM。
然后用朗缪尔-布罗基特技术将这些官能化的氧化硅包被的银纳米棱柱沉积到硅晶片上成为有组织的单层。将这些官能化的氧化硅包被的银纳米棱柱分散到含有0.01mg/mL聚乙烯吡咯烷酮(分子量约55,000)的氯仿溶液中。然后将该分散液加入到聚乙烯吡咯烷酮的水溶液(3.5mg/L)中。蒸发掉氯仿，浓缩剩下的纳米棱柱，使硅晶片穿过该纳米棱柱，从而在硅晶片上得到官能化的氧化硅包被的银纳米晶体的单层。
或者，随后通过向纳米棱柱加入2wt％的3-氨基丙基三甲氧基硅烷，用3-氨基丙基三甲氧基硅烷官能化该氧化硅包被的银纳米棱柱。然后连续洗涤这些棱柱：用乙醇洗涤两次，再用无水二甲基亚砜(DMSO)洗涤两次。接下来，将这些棱柱重悬于4-(对-马来酰亚胺基苯基)丁酸琥珀酰亚胺酯(SMPB)/DMSO溶液(1mL，10mM)中。用无水DMSO(1mL)洗涤该悬浮液三次，用偶联缓冲液(0.1M磷酸钠缓冲液，0.2M NaCl，pH7.0)洗涤两次。
将3-氨基丙基三甲氧基硅烷官能化的氧化硅包被的银纳米棱柱分开，并分别用10μM的两种DNA片段溶液单独处理，这两种DNA片段的组组分别是3′SH-A10-CCT AAT AAC AAT TTA(SEQ ID NO：1)和5′SH-A10-ATCCTT ATC AAT(SEQ ID NO：2)。然后用pH8.0的0.15M磷酸钠缓冲液和0.15M NaCl的混合物洗涤这些DNA官能化的纳米棱柱。最后，将DNA官能化的纳米棱柱悬浮于磺基-NHS乙酸盐(1mL，10mM)中，该磺基-NHS乙酸盐已经用pH 7.4的10mM的磷酸钠缓冲剂和0.2M NaCl的溶液洗涤并然后悬浮其中。然后将DNA官能化的纳米棱柱以1∶1的比例与互补的寡核苷酸混合，其中加入了10pmol的5′CGA TTA TTG TTA AAT ATT GAT AAGGAT 3′(SEQ ID NO：3)，获得连锁杂交的纳米棱柱。(互补的寡核苷酸是指那些寡核苷酸，其具有与连接在官能化的胶体材料上的寡核苷酸充分的核酸-碱基配对，以形成适用于检测分析的配对。)连锁杂交的纳米棱柱具有适用于检测分析剧烈的协同解链转变。参见图2和3。
上述说明仅仅为理解的清楚性而提供，而不应理解为不必要的限制，因为落在本发明范围内的修改对于本领域技术人员是显而易见的。
序列表
<110>西北大学
     米尔金等
 
<120>包被的胶体材料
 
<130>30938/27089
 
<150>60/951620
<151>2007-07-24
 
<160>3
 
<170>PatentIn version 3.5
 
<210>1
<211>25
<212>DNA
<213>人工序列
 
<220>
<223>合成核苷酸
 
<220>
<221>修饰的碱基
<222>(25)..(25)
<223>位置25处被修饰为硫醇碱基。
 
<400>1
atttaacaat aatccaaaaa aaaaa                                           25
 
<210>2
<211>22
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>合成核苷酸
 
<220>
<221>修饰的碱基
<222>(1)..(1)
<223>位置1处被修饰为硫醇碱基。
 
<400>2
aaaaaaaaaa atccttatca at                                              22
 
<210>3
<211>27
<212>DNA
<213>人工序列
 
<220>
<223>合成核苷酸
 
<400>3
cgattattgt taaatattga taaggat                                         27

Claims (31)

1.一种包被的胶体材料，包括(a)具有钝化表面的胶体材料和(b)在所述钝化表面上的包含硅酸酯或氧化钛中至少一种的涂层。
2.一种包被的胶体材料，通过下列方法制备，所述方法包括：将胶体材料、表面钝化剂和涂层剂在存在或不存在催化剂的情况下混合。
3.如权利要求1或2所述的包被的胶体材料，其中所述胶体材料包括纳米晶体。
4.如权利要求3所述的包被的胶体材料，其中所述胶体材料包括纳米棱柱。
5.如权利要求1-4中任一项所述的包被的胶体材料，其中所述胶体材料包括过渡金属。
6.如权利要求5所述的包被的胶体材料，其中所述过渡金属包括金或银。
7.如权利要求2-7中任一项所述的包被的胶体材料，其中所述表面钝化剂具有选自由卤素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷、硼烷及其混合物组成的组中的至少一个官能团。
8.如权利要求7所述的包被的胶体材料，其中所述表面钝化剂包括硫醇。
9.如权利要求8所述的包被的胶体材料，其中所述硫醇包括第二官能团。
10.如权利要求9所述的包被的胶体材料，其中所述第二官能团是羧酸。
11.如权利要求10所述的包被的胶体材料，其中所述表面钝化剂是16-巯基十六烷酸。
12.如权利要求2-11中任一项所述的包被的胶体材料，其中所述涂层剂包括硅烷、钛或其混合物。
13.如权利要求12所述的包被的胶体材料，其中所述硅烷包括烷氧基硅烷。
14.如权利要求13所述的包被的胶体材料，其中所述硅烷包括四乙氧基硅烷。
15.如权利要求12所述的包被的胶体材料，其中所述涂层剂包括烷氧基钛。
16.如权利要求2-15中任一项所述的包被的胶体材料，其中所述催化剂包括胺。
17.如权利要求16所述的包被的胶体材料，其中所述胺为烷基胺、芳胺或其混合物。
18.如权利要求16或17所述的包被的胶体材料，其中所述胺为二甲胺。
19.如权利要求1-18中任一项所述的包被的胶体材料，在所述涂层上进一步包括官能化剂。
20.如权利要求19所述的包被的胶体材料，其中所述官能化剂包括至少一个官能团，且第一官能团选自由卤素、烷氧基、羧酸、酯、硫醇、硒化物、胺、酰胺、磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、烯、炔、硅烷、硅氧烷、硼烷及其混合物组成的组中。
21.如权利要求20所述的包被的胶体材料，其中所述官能化剂选自由癸基(三甲氧基)硅烷、癸基(三乙氧基)硅烷、十二烷基(三乙氧基)硅烷、十六烷基(三甲氧基)硅烷、十八烷基(三甲氧基)硅烷及其混合物组成的组中。
22.如权利要求20所述的包被的胶体材料，其中所述官能化剂包括第二官能团。
23.如权利要求22所述的包被的胶体材料，其中所述第一官能团包括硅烷或硅氧烷，所述第二官能团包括胺。
24.如权利要求23所述的包被的胶体材料，其中所述官能化剂为3-氨基丙基(三甲氧基)硅烷。
25.如权利要求19所述的包被的胶体材料，其中所述官能化剂包括生物材料。
26.如权利要求25所述的包被的胶体材料，其中所述生物材料选自由寡核苷酸、多肽、蛋白质、抗体、肽、抗癌剂、多聚核苷酸结合剂、碳水化合物、脂、细胞表面受体结合剂及其混合物组成的组中。
27.如权利要求25所述的包被的胶体材料，其中所述生物材料包括寡核苷酸。
28.一种有组织的材料，包括如权利要求1-27中任一项所述包被的胶体材料的单层，其中所述包被的胶体材料通过朗缪尔-布罗基特技术沉积在基质上。
29.一种制备包被的胶体材料的方法，所述方法包括：将胶体材料、表面钝化剂和涂层剂在存在或不存在催化剂的情况下混合，以形成所述包被的胶体材料。
30.一种检测样本中被分析物的方法，包括：
将样本与权利要求1-28中任一项所述的包被的胶体材料在足以使所述被分析物与所述包被的胶体材料相互作用的条件下接触，和
检测所述相互作用，其中所述被分析物和所述包被的胶体材料的相互作用产生检测事件。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述官能化剂包括寡核苷酸，所述被分析物包括互补的寡核苷酸或寡核苷酸结合部分，而且所述检测事件包括所述寡核苷酸的解链温度的改变。
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Open date: 20100721