CN101899184B - 包含光子上转换介质的聚合型纳米粒子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包含光子上转换介质的聚合型纳米粒子以及上述聚合型纳米粒子的制备方法。
Description
本发明涉及一种包含光子上转换介质的聚合型纳米粒子以及上述聚合型纳米粒子的制备方法。
已经在许多系统中观察到，采用波长较长的光进行照射会发射出波长较短的光。这种迹象被称为“频率上转换”(frequency up-conversion)或“光子上转换”(photon up-conversion)。
使用光子上转换作为报告系统为现代探测技术提供了一种有利的工具(Corstjens等人，2005，IEE Proc.-Nanobiotechnol.，Vol.152，No.2，64-72；Kuningas等人，2005，Analytical Chemistry，Vol.77，No.22，7348-55；Rantanen等人，2008，Angew.Chem.Int.Ed.，47，3811-13；Rantanen等人，2007，Analytical Chemistry，Vol.79，No.16，6312-18；美国专利6,399,397)。与传统的荧光报告系统相反，上转换粒子(UCP)几乎不褪色并且允许具有同时信号积分(simultaneous signal integration)的永久激发。较大的反-Stokes频移(至多500nm)使离散的发射峰从深红色的红外激发源中分离。连同生物样本中由于在红外激发时缺乏自动荧光而产生的不匹配反差(unmatched contrast)，上转换技术(UPT)对高度敏感的粒子基试验具有独一无二的特性。
现有的光子上转换粒子基于无机磷(Ungun等人，2009，OpticsExpress，Vol.17，No.1，80-86；Lim等人，2006，Nano Lett.，Vol.6，No.2，169-174)。
然而，无机基体UCP(通常为UC体系本身)仅对高强度的单色激光(通常为kW/cm2级)起作用，并且需要激发光源的光谱能量密度非常高(通常为Wnm-1级)，此外它们具有低效率(迄今为止仅对晶体粉末报道为约1％至最高4％，但它们仅对高强度具有效率)(Page等人，1998，J.Opt.Soc.Am.B，Vol.15，No.3，996)。此外，迄今为止唯一报道的体系仅具有所用相应材料固有的发射特性，但不能影响所发射波长的比例。当关注生物应用时，由于上述体系具有无机性质，因而将它们用在生物或医药应用中存在问题，可能出现生物相容性问题。
因此，本发明的目的在于提供一种被用于光子上转换的有机纳米粒子，这种有机纳米粒子适应多种多样的所涉及的辐射波长(入射波长和发射波长)，因而它们可以根据所需激发和/或发射特性进行设计。另外，本发明的目的在于提供一种尺寸和表面性质可控的纳米粒子，从而进一步能够生产用于光电装置的可设计型光子上转换介质。
本发明的另一个目的在于提供一种被用于光子上转换的纳米粒子，该种纳米粒子可用在生物应用和/或医药应用中。
所有这些目的通过如下聚合型纳米粒子得以实现，所述聚合型纳米粒子包含：光子上转换介质和稳定剂，所述介质包含至少两种组分和聚合型有机基质组分，所述聚合型有机基质组分形成所述至少两种组分分布在其中的聚合型基质，其中，所述至少两种组分中的第一组分能够吸收在第一波长区域w≤λ1≤x的光，所述第一组分在所述介质中起到敏化剂的作用，并且其中，所述至少两种组分中的第二组分能够发射在第二波长区域y≤λ2≤z的光，所述第二组分在所述介质中起到发射组分的作用，其中λ2≤λ1，并且所述第一组分吸收在第一波长区域w≤λ1≤x的光时，所述发射组分发射在第二波长区域y≤λ2≤z的光，其中，所述第一组分和所述第二组分都是有机化合物。
在一个实施方式中，所述稳定剂是聚合物，其选自亲水性聚合物和两亲性聚合物，所述两亲性聚合物具有疏水部分和亲水部分，其中，所述疏水部分还形成所述聚合基质的一部分，其中，所述两亲性聚合物选自两亲性共聚物、具有共价连接的亲水部分的疏水性聚合物、具有共价连接的疏水部分的亲水性聚合物以及具有疏水部分的聚电解质。
在一个实施方式中，所述稳定剂是聚合物，其为选自两亲性嵌段共聚物、两亲性接枝共聚物、两亲性无规共聚物、两亲性交替共聚物，优选选自两亲性嵌段共聚物或两亲性接枝共聚物的两亲性共聚物。
在一个实施方式中，所述两亲性共聚物是含有至少一个疏水片段和至少一个亲水片段的两亲性嵌段共聚物。
在一个实施方式中，所述至少一个疏水片段形成所述聚合型基质的一部分或者就是所述聚合型基质，并且所述至少一个亲水片段形成围绕所述基质的亲水壳。
在一个实施方式中，所述亲水性聚合物或者所述两亲性聚合物中的所述至少一个亲水片段选自包括如下的组：聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸以及它们相关的聚合物和共聚物、丙烯酸酯、马来酸酐共聚物、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯和相关聚合物、氨基官能化聚合物(诸如聚乙烯亚胺、聚-2-乙基-2-噁唑啉和聚烯丙基胺)、醚(诸如聚甲基乙烯基醚)、聚环氧琥珀酸、丙三醇丙氧化物、苯乙烯(诸如聚苯乙烯磺酸酯以及相关的聚合物)、乙烯基酸和乙烯基醇(诸如聚乙烯醇)、聚(乙烯基吡啶)和聚(乙烯基吡咯烷酮)、以及它们的共聚物和组合。
在一个实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个疏水片段选自包含如下的组，但并不局限于此：聚苯乙烯(包括苯乙烯共聚物以及被取代的和被改性的苯乙烯)、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯基弹性体、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、扩增的聚四氟乙烯(extendedpolytetrafluoroethylenes)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-共-醋酸乙烯酯、聚硅氧烷(例如聚甲基硅氧烷，诸如聚二甲基硅氧烷；聚苯基甲基硅氧烷，诸如聚苯基甲基硅氧烷，通常包括它们的共聚物以及被取代的和被改性的聚硅氧烷)、聚醚、聚氨酯、聚醚-氨基甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜。
在一个实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个亲水片段带有允许生物结合的官能团。
在一个实施方式中，所述官能团选自由如下组成的组：-COOH(羧基)、-SH(硫醇基)、-NH2、-NHS、炔基、-N3、醛基、酮基、生物素基团和具有下式的基团
在一个实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物具有如下通式，所述通式选自包括如下的组
其中，片段1和片段3是亲水性的，
片段2是疏水性的，
n1、n2、和n3是2至20000的整数，
R和R1是如上定义的官能团。
在一个实施方式中，所述聚合型有机基质组分是疏水性聚合物。
在所述实施方式中，所述疏水性聚合物选自包含如下的组，但并不局限于此：聚苯乙烯(包括被取代的和被改性的苯乙烯)、苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯基弹性体、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、扩增的聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-共-醋酸乙烯酯、聚硅氧烷(例如聚甲基硅氧烷，诸如聚二甲基硅氧烷；聚苯基甲基硅氧烷，诸如聚苯基甲基硅氧烷，它们的共聚物和聚合物)、聚醚、聚氨酯、聚醚-氨基甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜。
本发明的目的还通过包含至少一个以上所定义的聚合型纳米粒子(优选包含多个所述聚合型纳米粒子)的薄膜来实现，其中，所述薄膜由聚合物制成。
在一个实施方式中，所述聚合物是亲水性聚合物，其选自聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸以及它们相关的聚合物和共聚物、丙烯酸酯、马来酸酐共聚物、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯和相关聚合物、氨基官能化聚合物(诸如聚乙烯亚胺、聚-2-乙基-2-噁唑啉和聚烯丙基胺)、醚(诸如聚甲基乙烯基醚)、聚环氧琥珀酸、丙三醇丙氧化物、苯乙烯(诸如聚苯乙烯磺酸酯以及相关的聚合物)、乙烯基酸和乙烯基醇(诸如聚乙烯醇)、聚(乙烯基吡啶)和聚(乙烯基吡咯烷酮)、以及它们的共聚物和组合，但并不局限于此。
本发明的目的还通过制备上述聚合型纳米粒子的方法得以实现，所述聚合型纳米粒子包含：光子上转换介质和稳定剂，所述介质包含至少两种组分和聚合型有机基质组分，所述聚合型有机基质组分形成所述至少两种组分分布在其中的聚合型基质，其中，所述至少两种组分中的第一组分能够吸收在第一波长区域b≤λ1≤x的光，所述第一组分在所述介质中起到敏化剂的作用，并且其中，所述至少两种组分中的第二组分能够发射在第二波长区域y≤λ2≤z的光，所述第二组分在所述介质中起到发射组分的作用，其中λ2≤λ1，并且所述第一组分吸收在第一波长区域b≤λ1≤x的光时，所述发射组分发射在第二波长区域y≤λ2≤z的光，其中，所述第一组分和所述第二组分都是有机化合物，所述稳定剂如上所述，所述方法包含如下步骤：
以任意次序提供所述第一组分、所述第二组分、所述聚合型基质组分和所述稳定剂，然后将所述第一组分、所述第二组分、所述聚合型基质组分和所述稳定剂混合，从而得到混合物；
促使所述混合物形成聚合型纳米粒子，从而将所述用于光子上转换的介质引入所述纳米粒子中。
在一个实施方式中，步骤b)通过选自如下的过程进行：乳化；优选乳化后进行溶剂蒸发；或者乳化后进行溶剂扩散、盐析和溶剂替换。
在所述纳米粒子和所述方法的一个实施方式中，所述稳定剂是亲水性嵌段共聚物，其优选包含至少一个疏水片段和至少一个亲水片段。
在所述方法的一个实施方式中，在步骤a)中，所述第一组分、所述第二组分、所述聚合型有机基质组分和所述两亲性嵌段共聚物溶解在与水混溶的有机溶剂中，从而形成所述第一组分、所述第二组分、所述聚合型有机基质组分和所述两亲性嵌段共聚物的溶液。
在所述方法的一个实施方式中，所述第一组分、所述第二组分、所述聚合型有机基质组分和所述两亲性嵌段共聚物在与水混溶的有机溶剂中溶解之后，将所述溶液在步骤b)中≤5s、优选≤2s、更优选≤1s的时间段内与水相快速混合，从而促使形成所述纳米粒子。
在所述方法的一个实施方式中，与所述溶液快速混合的所述水相的用量相对于所述溶液的用量过量。
在所述方法的一个实施方式中，所述水相的用量是≥2倍的、优选≥3倍、更优选≥4倍的所述溶液的用量。
在所述方法的一个实施方式中，步骤b)中的快速混合在压力下实现，在该压力下，所述水相和所述溶液混合；优选使用可以在压力下操作从而将液体流喷射到混合库中的喷射混合器、微流体装置、或两级储存库来实现，所述储存库中的每一个包含所述水相和所述溶液中的一种，并被操作以使所述水相和所述溶液喷射到混合库中。
在所述方法的一个实施方式中，所述第一组分在所述混合物中的浓度、优选所述第一组分在光子上转换介质中的计算浓度在1μM至1mM的范围内。
在一个实施方式中，所述第二组分在所述混合物中的浓度、优选所述第二组分在光子上转换介质中的计算浓度在1μM至100mM的范围内。
在一个实施方式中，所述聚合型有机基质组分在所述混合物中的浓度、优选所述聚合型有机基质组分在所述与水混溶的有机溶剂中的浓度在0mg至1000mg每ml溶剂的范围内。
在一个实施方式中，所述稳定剂在所述混合物中的浓度、优选所述稳定剂在所述与水混溶的有机溶剂中的浓度在0.01mg至100mg每ml溶剂的范围内。
术语“x在光子上转换介质中的计算浓度在1μM至100mM的范围内”表示x在最终(即待用)纳米粒子中的摩尔浓度。
应当注意到：在一些实施方式中，聚合型有机基质组分并不存在，这意味着：在纳米粒子的制备过程中，该组分并未原样添加到混合物中。在这种情况下，纳米粒子中的聚合型基质通过稳定剂的疏水部分形成，优选通过两亲性嵌段共聚物的疏水片段形成。
在所述方法的一个实施方式中，所述与水混溶的有机溶剂选自丙酮、四氢呋喃和苄醇。
在一个实施方式中，根据本发明的方法包含如下额外步骤：
c)在步骤b)后，除去存在的溶剂，优选至干燥；并且/或者，
d)可选地将水相(优选水)添加到所述纳米粒子中。
在所述方法的一个实施方式中，步骤b)通过乳液聚合进行，在步骤a)中，提供单体形式的所述聚合型有机基质组分，并在步骤b)中促使其聚合，从而形成聚合型纳米粒子。
本发明的目的还通过如下聚合型纳米粒子来实现，所述聚合型纳米粒子包含温度感知介质和稳定剂，所述介质包含敏化剂组分和聚合型有机基质组分，所述聚合型有机基质组分形成所述敏化剂组分分布于其中的聚合型基质，其中，所述温度感知介质不包含发射组分，所述敏化剂组分和所述发射组分如上所定义，所述稳定剂也如上所定义。然后温度感知随着敏化剂组分发射的温度的变化而进行(更具体地，温度依赖于敏化剂发射的荧光与磷光的比例)。
这种用于温度感知的聚合型纳米粒子在本文中有时也被称为温度感知(TS)纳米粒子。与此相对照，用于光子上转换的聚合型纳米粒子在本文中也被称为上转换(UC)纳米粒子。这种UC纳米粒子包括光子上转换介质和聚合型有机基质组分以及稳定剂，所述介质包含敏化剂组分和发射组分，这些所有都如上所定义。
本文中使用的术语“敏化剂组分”和“敏化剂”可互换使用。术语“发射组分”和“发射体”也是一样，它们也彼此可互换使用。本发明的目的还通过制备以上定义的温度感知纳米粒子的方法得以实现，所述方法与用于光子上转换的聚合型纳米粒子的制备方法相同，但不同之处在于：这种温度感知纳米粒子的制备过程中不包括发射组分。
本文中使用的术语“亲水性聚合物”指含有亲水单元、基团或片段(例如环氧乙烷、羧基、羟基、氨基)的聚合物。因此，这种亲水性聚合物可以轻易地溶解在水中或水性溶液中。
本文中使用的术语“两亲性聚合物”指具有截然不同的极性(亲水性)和非极性(疏水性)区域或片段的聚合物。分子中这种截然不同的极性区域和非极性区域促使在稀释的水溶液中形成胶束。例如，两亲性聚合物可以包含大量有机阳离子或阴离子，诸如H3C(CH2)nCO2 -、H3C(CH2)nSO3 -或H3C(CH2)nN(CH3)3 +，这些离子具有非支化长烃链，n＞7。
将一定量的疏水性共聚单体掺入亲水性聚合物中会形成两亲性(amphiphilic或amphiphatic)共聚物，它们优选位于油和水之间的界面。
本发明人发现：稳定剂可以包含在聚合型纳米粒子中，所述纳米粒子包含光子上转换介质(或温度感知介质)，其中所述稳定剂起到了表面活性剂的作用并且抑制纳米粒子形成团聚。稳定剂确保了立体稳定性。如果通过乳化作用制备纳米粒子，那么稳定剂还起到乳化剂的作用。在优选的实施方式中，所述稳定剂是亲水性聚合物或者具有疏水部分和亲水部分的聚合物，其中所述疏水部分还形成纳米粒子中有机聚合型基质的一部分或者实际上就是所述纳米粒子的有机聚合型基质。换句话说，所述纳米粒子的聚合型基质通过聚合型有机基质组分形成，通过所述稳定剂的疏水部分形成，或者通过二者形成。聚合型有机基质组分与稳定剂的疏水部分分离，但在化学上二者相同。为了根据本发明形成聚合型纳米粒子，只要聚合型有机基质组分或稳定剂的疏水部分二者中的一个存在即可。应当注意到：聚合型有机基质组分和稳定剂的疏水部分可以在化学上是相同的，即它们可以是相同的化合物，或者它们可以是不同的化合物。在优选的实施方式中，稳定剂是选自如下的聚合物：亲水性聚合物、两亲性共聚物、具有共价连接的亲水部分的疏水性聚合物、具有共价连接的疏水部分的亲水性聚合物以及具有疏水部分的聚电解质。优选地，所述聚合物为两亲性共聚物，其选自两亲性嵌段共聚物、两亲性接枝共聚物、两亲性无规共聚物和两亲性交替共聚物，优选为两亲性嵌段共聚物或两亲性接枝共聚物。在稳定剂是两亲性嵌段共聚物或两亲性接枝共聚物的情况下，稳定剂的疏水部分是疏水片段。
在根据本发明的聚合型纳米粒子中存在通过聚合型基质形成的核心以及围绕该核心的壳。在优选的实施方式中，根据本发明的聚合型纳米粒子利用两亲性嵌段共聚物作为稳定剂而制成。两亲性嵌段共聚物包含至少一个疏水片段和至少一个亲水片段。优选地，所述疏水片段形成聚合型有机基质的一部分或全部，由此形成纳米粒子的前述核心的一部分或全部。两亲性嵌段共聚物的亲水片段形成上述围绕所述聚合型纳米粒子的核心的亲水壳。除了存在于所述聚合型基质中或者形成所述聚合型基质的两亲性嵌段共聚物的疏水片段以外，还可以存在额外的聚合型有机基质组分，其也有助于形成所述聚合型基质。聚合型有机基质组分与两亲性嵌段共聚物的疏水片段可以是相同的化合物，或者它们可以是不同的化合物，但附加条件是：它们有助于形成聚合型基质。
在一个实施方式中，上述亲水壳包含额外的官能团，以对亲水壳进行表面改性或者使纳米粒子重新分布在不同介质中，从而确保设计的光子上转换介质应用，例如在光电装置中应用。
正如以上所概述的，上述壳优选由两亲性嵌段共聚物的亲水片段制成，并且所述官能团共价连接到所述亲水片段上，从而对纳米粒子进行表面改性并使所述纳米粒子重新分布。本发明人已经设计了一种将光子能量上转换体系(有时在本文中也被简称为“光子上转换”体系)掺入聚合型纳米粒子的方式。这使得光子上转换体系适于在各种环境下处理，这取决于这些纳米粒子的个体结构。就发明人所知，这是含有光子上转换介质的有机聚合型纳米粒子第一次被设计出来。
在本文纳米粒子的语境中使用的术语“聚合型”指纳米粒子包含聚合物或者由这种聚合物制成。在这种情况下，聚合物可以是聚合型有机基质组分，或者可以是稳定剂，或可以是二者。术语“聚合型”还涵盖了术语“低聚的”。这两个术语在本文中可互换使用，意指以一种或多种单体的多个重复单元为特征的分子构成的物质。本文种使用的“单体的多个重复单元”指至少两个(优选10个或更多个，更优选100个或更多个)单体彼此连接。
应当注意到：在本发明的纳米粒子的实施方式中，第一组分和第二组分(即稳定剂和发射体)是单独的实体，这意味着它们并非共价连接的或者它们不会形成同一分子的一部分。有时在本申请中，所提及的某些工艺步骤用“a”、“b”、“c”等表示。这意味着如下步骤次序，其中，实施步骤a)，然后实施步骤b)，接着实施步骤c)等。
根据本发明，存在各种促使聚合物形成聚合型纳米粒子的方式。例如，聚合物可以在溶剂中乳化，随后进行蒸发或扩散(“乳化后进行溶剂蒸发或溶剂扩散”)。或者，可以溶解聚合物，随后通过改变(优选增加)溶剂的离子强度使该聚合物沉淀(“盐析”)。在进一步可行方案中，聚合物首先溶解在与水混溶的有机溶剂(诸如苄醇、四氢呋喃或丙酮)中，随后将其在≤5秒、优选≤3秒、更优选≤1秒的时间段内与水相在快速混合。与水混溶的有机溶剂将与水相混合，聚合物随后沉淀并形成聚合型纳米粒子。后面的这种工艺有时也被称为“溶剂替换”。其后可选进行进一步的干燥和再悬浮步骤。
在其它实施方式中，根据本发明的聚合型纳米粒子可以由单体开始形成。这在本文中有时也被称为“乳液聚合”，其中，使单体溶解在溶剂中，可以与表面活性剂和/或立体稳定剂一起；然后引发单体聚合，从而形成聚合型纳米粒子形式的聚合物。
在根据本发明的优选实施方式中，被用作稳定剂的聚合物是两亲性嵌段共聚物，其优选包含至少一个疏水片段和至少一个亲水片段。在聚合型纳米粒子中，掺入光子上转换介质，该介质中包含敏化剂组分和发射组分，还包含聚合型有机基质组分，后者单独形成基质本体或与两亲性嵌段共聚物的疏水片段一起形成基质本体。在一些实施方式中，稳定剂的疏水部分也促成基质或者为基质。在一些实施方式中，亲水片段在聚合型纳米粒子的外部形成亲水壳。应当注意到：根据本发明的某些实施方式，作为敏化剂的第一组分和作为发射体的第二组分是单独的组分，这意味着它们未共价连接或不会形成同一分子的一部分。
在本发明方法的实施方式中，例如在涉及“溶剂替换技术”的实施方式中，需要将不同的液相快速混合。这可以通过如下以最简单的方式实现：将一种液相喷射到其它液相中并充分混合。优选地，上述过程在短于10s、优选短于5s、甚至更优选短于1s的时间尺度上进行。为了同样的目的还可以使用其它更复杂的装置，诸如喷射混合器，其中，将两种或更多种液相在压力下从喷射器喷射到混合室中。同样地，还可以使用微流体装置，其使用水动力流会聚，其中将含有预形成的聚合物(优选溶解在与水混溶的有机溶剂中)的相会聚成介于两条水流间具有更高流速的细流。混合以及沉淀/溶剂替换由于与水混溶的溶剂从经会聚的流中扩散出并且水扩散到会聚流中而快速进行。
应当注意到：所述至少两种组分和所述基质形成光子能量上转换介质。通过所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个亲水片段(所述亲水片段被定义为不是纳米粒子的疏水核的一部分，因而不是光子能量上转换介质的组分)形成的亲水壳使纳米粒子稳定地存在于水性环境中并且使其具有水溶性和生物相容性。
本文中使用的术语“有机”以其通常理解的含义应用，即其指含碳化合物。正如本文使用的，其还包括元素碳，至少为富勒烯形式。术语“有机”进一步意指排除特定的含碳化合物，诸如碳的无氢硫属化物，例如CO、CO2、CS2及其衍生物(例如H2CO3、KSCN)；进一步排除盐类碳化物(salt-like carbide)，其是各元素与碳的二元化合物并在水或稀酸的影响下分解成烃。盐类化合物具有通式MI 2C2或MIIC2，其中MI或MII指具有一价或二价的金属离子。钙、银和铜的盐类碳化物分解成乙炔，铝的盐类碳化物(Al4C3)分解成甲烷。进一步排除的含碳化合物是金属碳化物，其是具有合金特性的非化学计量的化合物，这种化合物未构成术语“有机”的一部分。它们耐酸并且导电。
在本发明的一个实施方式中，以上定义的纳米粒子具有在1至750nm范围内、优选在5至500nm范围内、甚至更优选在5至300nm范围内的尺寸。
优选地，所述聚合型基质在300至1600nm的范围内是透明的。
优选地，所述聚合型基质是固体、凝胶体或油性流体。
本文所用术语“凝胶体”通常指，一种(或若干种)组分(也被称为“网络组分”)以胶体形式分散在另一种组分(诸如溶剂)中的体系。优选地，“凝胶体”是具有有限的、通常相当小的屈服应力的胶状体系。
例如，在聚合物凝胶体中，网络组分是聚合物，该聚合物可以以胶体状分散在诸如水的溶剂中，从而形成凝胶体。聚合物网络可以是与起到网络结点作用的局部区域通过共价键或通过物理缠结而形成的网络。凝胶体可以是物理形式的，在这种情况下，分散组分的各分子间的相互作用是非共价性质的，例如范德华相互作用力；或者凝胶体可以是化学形式的，在这种情况下，分散组分的各分子间的相互作用是共价的。可选地，组分可以是物理交联的或化学交联的。在物理交联的情况下，分子间不存在共价键，但是分散组分间物理缠绕。在化学交联的情况下，分散组分的各分子间存在共价键，这通过照射或者添加化学交联剂得以实现。
“油性流体”指粘度等于或高于0.59×10-3Pa.s的流体。
本发明的目的还通过含有至少一个本发明的所述聚合型纳米粒子的薄膜得以实现。根据本发明的薄膜可以通过已知的技术制成，所述已知技术包括旋涂、滴涂、刮刀、Langmuir-Blodgett技术和印刷技术(诸如丝网印刷或喷墨印刷)。
具有固体聚合型基质的纳米粒子也可被称为纳米球。具有凝胶体或油脂流体聚合基质的纳米粒子也可被称为纳米胶囊。
在一个实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个亲水片段选自包含如下的组：聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸以及它们相关的聚合物和共聚物、丙烯酸酯、马来酸酐共聚物、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯和相关聚合物、氨基官能化聚合物(诸如聚乙烯亚胺、聚-2-乙基-2-噁唑啉和聚烯丙基胺)、醚(诸如聚甲基乙烯基醚)、聚环氧琥珀酸、丙三醇丙氧化物、苯乙烯(诸如聚苯乙烯磺酸酯以及相关的聚合物)、乙烯基酸和乙烯基醇(诸如聚乙烯醇)、以及它们的共聚物和组合。所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个亲水片段和疏水片段都是生物惰性的(即不可生物降解)且无毒的。
在一个实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个疏水片段选自包含如下的组：聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯基弹性体、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、扩增的聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-共-醋酸乙烯酯、聚甲基硅氧烷(诸如聚二甲基硅氧烷)、聚苯基甲基硅氧烷(诸如聚苯基甲基硅氧烷)、聚醚、聚氨酯、聚醚-氨基甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜。
通常，可以使用所有的酰胺和酰亚胺、碳酸酯、二烯酯、醚、烯烃、乙烯基缩醛、乙烯基酯、乙烯基醚和酮、乙烯基吡啶和乙烯基吡咯烷酮聚合物、和酮。
在一个实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个亲水片段带有允许生物结合的官能团，即允许纳米粒子偶联到诸如肽、蛋白质、碳水化合物、脂质和核酸的生物分子上的官能团；或者允许连接额外染料的官能团，这种染料被上转换纳米粒子发射的光激发。该官能团可以沿着聚合物链连接或者可以作为终止基团。
优选地，所述官能团选自由如下组成的组：-COOH(羧基)、-SH(硫醇基)、-NH2、-NHS、炔基、-N3、醛基、酮基、生物素基团和具有下式的基团
在一个实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物具有如下通式，所述通式选自包括如下的组
其中，片段1和片段3是亲水性的，
片段2是疏水性的，
n1、n2、和n3是2至20000的整数，
R和R1是如上定义的官能团。
片段1和片段2可以是相同的或不同的，其具有相同的或不同的长度。R和R1也可以是相同的或不同的。
优选的两亲性嵌段共聚物包括但不限于：MePEG-b-PDLLA(甲基聚乙二醇-嵌段-聚-D，L-乳酸)、MePEG-b-PCL(甲基聚乙二醇-嵌段-聚己内酯)、MePEG-b-PLGA(甲基聚乙二醇-嵌段-聚乳酸-共-乙醇酸)、PEO-PPO-PEO(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷)、PEG-b-PBLA(聚乙二醇-嵌段-聚-L-天冬氨酸苄酯)、PS-b-PAA(聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸)、和PEO-b-PBD(聚环氧乙烷-嵌段-聚丁二烯)。
这些共聚物可以具有变化的亲水片段长度和疏水片段长度。
特别优选的两亲性嵌段共聚物是具有如下通式的PS-b-PAA(聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸)：
其中，n1和n2是1至10000之间的整数，优选为1000至8000之间的整数。
优选地，所述聚合型有机基质组分是疏水性聚合物。这种疏水性聚合物可与稳定剂的疏水部分(优选与两亲性嵌段共聚物中的疏水片段)混溶或者与其具有高度相容性。疏水性聚合物和稳定剂的疏水部分可以相同，但不是必须相同。
在优选的实施方式中，所述疏水性聚合物选自包含如下的组：聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯基弹性体、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、扩增的聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-共-醋酸乙烯酯、聚甲基硅氧烷(诸如聚二甲基硅氧烷)、聚苯基甲基硅氧烷(诸如聚苯基甲基硅氧烷)及其共聚物以及被取代的和被改性的聚硅氧烷、聚醚、聚氨酯、聚醚-氨基甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜。
特别优选的疏水性聚合物或特别优选的疏水片段(在两亲性嵌段共聚物中)是分子量介于102和109之间的聚苯乙烯(PS)。优选的分子量为400、600、800、1000、6000、29000和100000，最优选为400。
在一个实施方式中，所述聚合型基质是物理交联的或化学交联的(见上)。
在一个实施方式中，所述聚合型基质并不参与照射所述介质被照射时的光子能量上转换过程。
在一个实施方式中，所述第一组分既不共价键合到所述第二组分上，也不络合到所述第二组分上。
在另一实施方式中，所述第一组分共价键合到所述第二组分上或者络合到所述第二组分上。
在优选的实施方式中，所述第一有机化合物与所述第二有机化合物是不同的化合物。
优选地，所述发射组分发射在所述第二波长区域λ2处的光是由于基于直接的或连续的双光子激发，或者基于直接的或连续的多光子激发，或者基于处于高振动态的分子的激发(“热波段吸收”)的上转换过程，这种上转换过程在所述第一组分吸收在所述第一波长区域λ1处的光时发生；或者所述发射组分发射在所述第二波长区域λ2处的光是由于基于所述发射组分的光激发分子间的三线态-三线态湮灭过程，并且/或者基于所述第一组分的光激发分子间的三线态-三线态湮灭过程的上转换过程。
在优选的实施方式中，所述第二波长区域λ2在360至750nm之间，所述第一波长区域λ1在450至1600nm之间。
在本发明的一个实施方式中，所述第一组分是处于三线态(populatedtriplet state)或混杂的三线态-单线态的有机染料或分子、双光子吸收(TPA)染料、光学限制化合物、处于三线态的另一种分子或光学限制化合物，例如富勒烯、或碳纳米管。
在一个实施方式中，所述第二组分是有机染料。
优选地，所述第一组分是第一有机染料，所述第二组分是第二有机染料，其中，所述第一有机染料和所述第二有机染料是相同的或不同的。
在一个实施方式中，所述第一有机染料和/或所述第二有机染料选自包含如下的组：处于三线态或者能够直接和/或连续双光子激发的有机染料、能够直接和/或多光子激发的有机染料、能够非线性吸收的有机染料和能够热波段吸收的有机染料。
在一个实施方式中，所述有机染料(特别是所述第一有机染料)选自包含如下的组：处于三线态的有机分子，尤其为处于三线态的金属-有机络合物，例如但不限于含有Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2)的有机络合物，或者上述的任意组合以确保波长受控。
优选地，所述第一有机染料选自包含如下的组：三线态的化合物，其包括，但不限于：
卟啉(porphyrin)，包括扩增的卟啉、Texaphyrin、Sapphyrin、Orangerin(任意碳桥联的吡咯体系)、被取代的卟啉和含有金属(包括但不限于Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2))的上述分子(卟啉)中的任意一种；
酞菁，包括扩增的酞菁、被取代的酞菁和含有金属(包括但不限于Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2))的上述酞菁中的任意一种；
苯并吡啶、苯并吡嗪、喹啉化物(quinolate)和羟基喹啉化物、乙酰-丙酮化物(acetyl-acetonate)、被取代的苯并吡啶、被取代的苯并吡嗪、被取代的喹啉化物(quinolate)和羟基喹啉化物、被取代的乙酰-丙酮化物；上述任意一种的混合物；并且
所述第二有机染料选自包含如下的组：在360nm至750nm的范围内显示荧光发射的化合物，特别是在360nm至750nm的范围内显示荧光发射的荧光染料，例如：
蒽、并四苯、并五苯、苝；
被取代的蒽、被取代的并四苯、被取代的并五苯、被取代的苝；
苯基(二苯基、三苯基)-桥联的蒽、苯基(二苯基、三苯基)-桥联的并四苯、苯基(二苯基、三苯基)-桥联的并五苯、苯基(二苯基、三苯基)-桥联的苝；
芴、噻吩；
聚芴和低聚芴，其具有或不具有任意侧链样式以及它们的共聚物；
聚对苯撑，包括聚对苯撑乙烯撑和聚苯撑乙炔撑。
特别优选的敏化剂为：
PdTBP(内-四苯基-四苯并卟啉合钯，meso-tetraphenyl-tetrabenzoporphyrin palladium)；和
PdOPhPc，其为钯(II)1，8，15，22-四苯氧基-酞菁(palladium(II)1，8，15，22-tetraphenoxy-phthalocyanine)。
特别优选的发射体是：
苝(Perylene)，其为二苯并[de，kl]蒽；
PhP，其为3-苯基-苝；
BPEA，其为9，10-双(苯基乙炔基)蒽；和
红荧烯(Rubrene)，其为5，6，11，12-四苯基并四苯。
在一个实施方式中，这样选择所述第一有机染料和所述第二有机染料，结果敏化剂的三线态的能量水平允许三线态-三线态转化到发射体的三线态。随后，发射体的三线态之间的三线态-三线态湮灭使得发射体呈富单线态并且发出向上转换的光子。
优选地，所述第一组分和第二组分的组合(分别为敏化剂和发射体)选自如下：
1.苝/PdTBP-发射蓝光
2.PhP/PdTBP-发射蓝光，但与1相比红移
3.BPEA/PdTBP-发射绿光
4.红荧烯/PdOPhPc-发射黄光
5.红荧烯/PdTBP-发射黄光
以下描述了优选的敏化剂组分和发射体组分的其它实施方式：
敏化剂分子(或“敏化剂组分”)
“敏化剂”是一种能够吸收光的分子，该敏化剂为有机染料或者为金属-有机络合物，优选是富三线态的。
金属-有机络合物本身被定义为至少包括被一个或多个分子(所谓的配体L)围绕的金属M的化合物，所述配体L通常通过配位共价键键合到金属离子上。
配体是环状的或非环状的、芳族的或非芳族的、单齿的或多齿的有机分子。
在配体是扩增的芳族体系的情况下，配体本身就是有机染料敏化剂，而无需键合到金属上。
为了更好地理解，Pd-卟啉(＝金属有机络合物)和不含金属的卟啉(＝有机分子)都是敏化剂。
金属有机络合物可以为：
-具有通式MLm的单核，
其中m是配体的个数，m＝1-8，优选为1-3；或者
-具有通过常用配体B桥联金属的通式LmM-[B-MLm]n的多核络合物，
其中，该式中各处出现的Lm是独立选择的配体，
n是重复单元数，为1至10，优选为1至3，
B是起到多齿配体作用的任何桥联有机分子或卤基，诸如F、Cl、Br、I；或者
-具有通过A桥联的配体的通式MLm-[A-LmM]n的多核络合物，
其中，该式中各处出现的Lm是独立选择的配体，
n是重复单元数，为1至6，优选为1至3，
A被定义为：
或这些单元的组合，或者形成稠合体系同时桥联配体的任意有机单元，
其中，R是H，任意被取代的或未被取代的烷基、芳基或杂芳基，
n1是0-10，优选为0至2，
R3是H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)p-O)n-CH3。
所述金属M例如选自：Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Al、Ga、In、Ti、Sn、Pb、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Yb、Eu、Nd、Gd、Th，优选选自Pd、Pt、Ru、Os、Re。
所述配体L可以例如选自如下组成的组，但并不局限于此：
-含有至少一个非碳原子(优选为氮或氧)的杂环芳族或杂环非芳族体系，配体通过该非碳原子连接到金属上。所述杂环芳族或杂环非芳族体系是单环或多环缩合的环系或者是彼此共价连接的环系，其中，可选地，所述环系被进一步的取代基Z取代，
其中Z是一个或多个如下片段，各处出现的所述片段Z独立地选自：
H，被取代的或未被取代的芳基、烷基、烯基或炔基；卤素，诸如Cl、Br、F、I；或者NO2、NH2、CN、SO3H、OH、H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)p-O)n-CH3，
其中，R是H，任意被取代的或未被取代的烷基、芳基或杂芳基，
n是0-10，优选为0-6，
p是0-4，优选为1-2；或者
-任意芳族和杂芳族体系，其优选由如下表示：
n2是1-5，
R1是H，任意烯基、炔基、芳基或卤素(诸如Cl，Br，F，I)，或者NO2、NH2、-CN、-SCN、＝C(CN)2、＝O、-SO3H、OH、H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)p-O)n-CH3，
R3是H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)p-O)n-CH3。
所述配体L可以例如选自如下，但并不局限于此：被取代的或未被取代的大环体系，其包括，卟啉及其扩增体系，诸如苯并卟啉或萘并卟啉。
配体L可以例如选自如下，但并不局限于此：被取代的或未被取代的四氮杂卟啉、酞菁或萘菁(naphthalocyanine)的大环体系。
配体L可以例如选自如下，但并不局限于此：被取代的或未被取代的Corroles或氮杂-Corroles的大环体系，包括它们的苯并扩增体系和萘并扩增体系。
配体L例如选自如下，但并不局限于此：被取代的或未被取代的线性四吡咯、三吡咯或二吡咯体系，包括它们的苯并扩增体系和萘并扩增体系。
配体L例如选自如下，但并不局限于此：被取代的或未被取代的吡啶，二、四或多吡啶，菲咯啉(phenantrolines)，喹啉，异喹啉、双-异喹啉，羟基喹啉。
配体L例如选自如下，但并不局限于此：被取代的或未被取代的由如下结构或如下结构的任意组合表示的杂芳族分子：
其中X和Y彼此独立地为NR、O、S。
配体L可以例如选自含有如下的衍生物，但并不局限于此：被取代的或未被取代的苯-1，2-二醇；苯-1，2-二胺；乙烷-1，2-二胺；乙烷-1，2-二醇；萘-2，3-二胺；萘-2，3-二醇；蒽-2，3-二醇；蒽-2，3-二胺；草酰胺(oxalamide)；草酸、乙二胺四乙酸。
作为有机染料的敏化剂选自如下，但并不局限于此：
-被取代的或未被取代的香豆素和它们的衍生物，
其中，Z如上所述；
-被取代的或未被取代的菁染料、部花青染料(merocyanine dye)和偶氮染料以及它们的衍生物，
其中n3＝0-6，优选为0-3，
Ar1和Ar2是相同的或不同的，它们各自出现时独立地选自如下结构或者这些结构的组合：
其中，Z，R和R3如上所述；
-被取代的或未被取代的方酸染料(squarylium dye)和克酮酸染料(croconium dye)
其中X、Y、Ar1和Ar2如上所述；
-被取代的或未被取代的半-方酸染料(semi-squarylium dye)或半-克酮酸染料(semi-croconium dye)以及它们的衍生物
-或者通过(聚)苯乙烯或其它芳族或杂芳族环桥联的任何芳族和杂芳族体系，具有芳族或杂芳族环的仲胺或叔胺，被芳族环单封端的(聚)苯撑，或者金属有机络合物，
-被取代的或未被取代的如下的衍生物：a)被芳族体系单封端的(聚)苯撑；b)被芳族或杂芳族单元取代的仲胺或叔胺；或c)-f)通过(多)-苯乙烯或其它(多)芳族或杂芳族环桥联的芳族和杂芳族体系，它们由如下结构表示：
其中n4＝1-4，优选为1-2
Ar1、Ar2、X和R如上所述。
有机染料还可以选自并未键合到金属上的各类配体L，诸如卟啉类、酞菁类、Corroles类。
发射体分子(“发射性组分”)
发射体分子是具有发射单线态的有机分子(有效的)。
发射体分子可选自E组。
E可以例如选自如下，但并不局限于此：
-被取代的或未被取代的蒽、萘、并五苯、红荧烯和它们的衍生物，核心由如下结构表示：
其中，Z如上所述；
-被取代的或未被取代的苝、菲、苯并菲(triphenylene)、芘、苯并芘、屈(chrysene)、苯并屈、Phenalene、苊、Corannulene，核心由如下结构表示：
其中，Z如上所述；
-被取代的或未被取代的含有非芳族、芳族和杂芳族稠环体系的衍生物，
核心由如下结构或这些结构的任意组合表示：
其中Z如上所述，Y是C、Si、N、S、O；
-被取代的或未被取代的(聚)硅醇基化合物、(聚)吡咯基化合物或(聚)噻吩基化合物，核心由如下结构表示：
其中Z和n4如上所述，
Y1是Si(Z)2、-N(Z)或S。
所述发射体分子还可以是由如下通式表示的分子：
其中，p是0至20，
E和A如上所定义，Lm在该式中各处存在时是独立选择的配体。
在本发明的优选实施方式中，所述第一组分和所述第二组分均匀地分布在所述基质中。
现在参照以下附图，其中：
图1是通过乳化制成的光子上转换纳米粒子的示意图，其中使用两亲性嵌段共聚物(PS-b-PAA)作为稳定剂，使用苯乙烯低聚物(PS400)作为聚合型有机基质组分；
图2A是上转换纳米粒子(UC NP)的光学显微照片，所述UC-NP由如下混合物制成的：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.1mg BPEA(200μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF；
图2B是温度感知纳米粒子(TS NP)的电镜(SEM)图片，所述TSNP由如下混合物制成的(TS NP仅含有敏化剂分子，优选PdTBP或Pd八乙基卟啉)：
10mg PS-b-AA
6mg PS29000(分子量为29000的聚苯乙烯)
0.18mg PdTBP(180μl在THF中的1mg/ml溶液)
9.8ml THF；
图3A表示采用633nm激发的UC NP的光子上转换光谱(不同的曲线对应于不同强度的632nm激发)，所述UC-NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.063mg苝(126μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF；
图3B是相应的上转换发射的照片。
图4A表示采用633nm激发的UC NP的光子上转换光谱(不同的曲线对应于不同强度的632nm激发)，所述UC-NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.1mg BPEA(200μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF；
图4B是相应的上转换发射的照片。
图4C是分散在玻璃基材上的纳米粒子的荧光(采用约400nm的蓝光直接激发)显微照片；
图5表示采用633nm激发的UC NP的光子上转换光谱(不同的曲线对应于不同强度的632nm激发)，所述UC-NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.08mg PhP(200μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF；
图6是分散在聚合物薄膜(聚乙烯醇-PVA)上的UC-NP的荧光(采用约400nm的蓝光直接激发)显微照片。将不同量的PVA添加到UC NP的水分散液中。在玻璃基材上通过浇铸或旋涂制成薄膜。该显微照片表示通过浇铸的薄膜(厚度约500μm)。该UC-NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.1mg BPEA(200μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF；
图7表示发射上转换的光的纳米粒子的共聚焦显微扫描(confocalmicroscope scan)。采用633nm(连续波长，HeNe激光器，1mJcm-2)进行激发。仅采用低于532nm的波长进行探测(仅探测上转换的发射)。纳米粒子在PVA浇铸薄膜中(纳米粒子和薄膜制法如图6所述)。
图8是通过乳化制成的光子上转换纳米粒子的示意图，其中使用两亲性嵌段共聚物(PS-b-PAA)作为稳定剂，使用苯乙烯低聚物(PS400)作为聚合型有机基质组分；并且采用氟硼荧(bodipy)(4，4-二氟-5，7-二甲基-4-硼杂-3a，4a-二氮杂-s-苯并二环戊二烯-3-丙酰亚乙基二胺盐酸盐-
FL EDA，来自Invitrogen)进一步标记；
图9表示采用633nm激发的UC NP的光子上转换光谱(不同的曲线对应于不同强度的632nm激发)，所述UC-NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.1mg BPEA(200μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF。
采用氟硼荧进一步标记NP(参见图7)。530至560nm区域中的发射是氟硼荧发射，其通过NP的上转换的发射而激发。结果，来自NP的上转换的发射与未经进一步标记的NP(参见图4A)相比大大减少了。
图10是采用氟硼荧进一步标记的UC NP的荧光显微照片(采用约400nm的蓝光直接激发)。该UC NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.1mg BPEA(200μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF。
图11是UC和TS NP在生物应用中一些可行用途的示意图(例如试验、细胞标记、细胞和其它生物对象中的温度感知)；
图12表示采用633nm激发的NP的温度依赖性发射光谱，所述NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
9.8ml THF。
利用水分散的NP通过加热该水分散液测量光谱。插图表示NP的发射在649和899nrn处的比例(比例响应)(采用633nm激发，所有波长在组织视窗内)；
图13表示NP的温度依赖性发射光谱，所述NP由如下混合物制成：
10mg PS-b-AA
6mg PS29000(分子量为29000的聚苯乙烯)
0.18mg PdOEP(180μl在THF中的1mg/ml溶液)
9.8ml THF。
利用水分散的NP通过加热该水分散液测量光谱。小图表示NP的发射在549和652nm处的比例(比例响应)(采用407nm激发)。
参照以下实施例进一步说明本发明，但这些实施例意欲说明，并非限制本发明的范围。
实施例1：制备纳米粒子
将作为稳定剂的两亲性嵌段共聚物、作为聚合型有机基质组分的聚合物和至少两种有机染料(5×10-5M的敏化剂，5×10-4M的发射体)溶解在THF(四氢呋喃)中，然后将所得溶液(体积：10ml)搅拌2小时。然后，一下子(1s内)倒入40ml MilliQ水来添加40ml上述水。上文已经概述了与水相混合的其它可能方法。将溶液搅拌整夜(或长达48小时)，然后在真空下通过1号Whatman滤纸过滤。此后，利用真空旋转蒸发器先除去THF，然后再除水，接着将残渣在真空中干燥另外2小时。随后，添加40ml MilliQ水，并将溶液搅拌整夜，然后如上所述除水、干燥。最后，将残渣溶解在10ml MilliQ水中(得到均匀的纳米粒子分散液)，并将其储存在4℃下，直到使用纳米粒子之前再用HiTrap过滤器过滤。
纳米粒子
1.苝/PdTBP-发射蓝光
2.PhP/PdTBP-发射蓝光，但与1相比红移
3.BPEA/PdTBP-发射绿光
4.红荧烯/PdOPhPc-发射黄光
5.红荧烯/PdTBP-发射黄光
纳米粒子1
两亲性嵌段共聚物：10mg PS-b-PAA(聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸)
聚合物：6mg PS400(分子量为400的聚苯乙烯)
发射体：0.063mg苝(二苯并[de，kl]蒽)(126μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
敏化剂：0.023mg PdTBP(内-四苯基-四苯并卟啉合钯)(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
(+9.8ml THF)
纳米粒子2
两亲性嵌段共聚物：10mg PS-b-PAA
聚合物：6mg PS400
发射体：0.08mgPhP(3-苯基-苝)(164μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
敏化剂：0.023mg PdTBP((46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
(+9.8ml THF)
纳米粒子3
两亲性嵌段共聚物：10mg PS-b-PAA
聚合物：6mg PS400
发射体：0.1mg BPEA(9，10-双(苯基乙炔基)蒽)(200μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
敏化剂：0.023mg PdTBP((46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
(+9.8ml THF)
纳米粒子4
两亲性嵌段共聚物：10mg PS-b-PAA
聚合物：6mg PS400
发射体：0.12mg红荧烯(240μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
敏化剂：0.022mg PdOPhPc(钯(II)1，8，15，22-四苯氧基-酞菁)(44μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
(+9.8ml THF)
纳米粒子5
两亲性嵌段共聚物：10mg PS-b-PAA
聚合物：6mg PS400
发射体：0.12mg红荧烯(240μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
敏化剂：0.023mg PdTBP(46μl在THF中的0.5mg/ml溶液)
(+9.8ml THF)
纳米粒子6(图12)
两亲性嵌段共聚物：10mg PS-b-PAA
聚合物：6mg PS29000(Mw为29000)
敏化剂：0.018mg PdTBP(180μl在THF中的1mg/ml溶液)
(+9.8ml THF)
纳米粒子7(图2B、图13)
两亲性嵌段共聚物：10mg PS-b-PAA
聚合物：6mg PS29000(Mw为29000)
敏化剂：0.018mg PdOEP(八乙基-卟啉合钯)(1801在THF中的1mg/ml溶液)
(+9.8ml THF)
纳米粒子1-4使用的PS-b-PAA共聚物具有如下通式：
其中，n1＝6000，n2＝1800
实施例2：纳米粒子的上转换发射
将根据本发明的纳米粒子(NP)分散在水中，并采用不同强度的633nm光激发。图3A、4A和5分别表示采用苝作为发射体的纳米粒子(＝实施例1的纳米粒子1)的发射谱图，采用BPEA作为发射体的纳米粒子(＝实施例1的纳米粒子3)的发射谱图；以及采用PhP作为发射体的纳米粒子(＝实施例1的纳米粒子2)的发射谱图。在所有三种情况下，谱图表示甚至在低至5-10mW/cm2的激发强度下仍存在高效的上转换(在～480nm下的波峰，＝蓝光)
实施例3：连接并UV激发额外染料
根据本发明的纳米粒子的结构允许将额外的标签连接到两亲性嵌段共聚物的亲水部分上。然后，这种额外标签可以通过上转换的纳米粒子的发射而被激发。该想法利用本发明带有有机染料氟硼荧(Invitrogen)的纳米粒子进行测试(参见图7-9)。
氟硼荧如下偶联到PS-b-PAA共聚物的亲水部分上：
储备溶液：
-EDC：4.4mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二酰亚胺盐酸盐在5ml MilliQ水中；
-氟硼荧(BP)：1.53mg在0.9ml MilliQ水中；
-NP储备溶液(参见实施例1)
过程：
将0.75ml的NP储备溶液与0.09mlEDC溶液混合，并搅拌5min。随后，添加0.09ml的BP溶液和0.57ml的MilliQ水。将所得1.5ml溶液搅拌2小时，然后利用HiTrap过滤器过滤，大约每50个COOH基有一个被活化并被偶联到BP上。
吸收～480nm的光(蓝光)并发射～530nm的光(绿光)的氟硼荧被在632nm下激发的本发明的上转换纳米粒子的发射光而激发。
实施例4：温度感知的纳米粒子(TS NP)
图2B、12和13表示温度感知的纳米粒子(TS-NP)的实例。TS NP不含敏化剂/发射体对，而是仅含敏化剂分子，优选包含PdTBP或Pd八乙基卟啉。
本说明书、权利要求书以及附图中公开的本发明的特征可以单独地或组合地作为用于实现各种形式的本发明。
Claims (13)
1.一种聚合型纳米粒子，所述聚合型纳米粒子包含：光子上转换介质和稳定剂，所述介质包含至少两种组分和聚合型有机基质组分，所述聚合型有机基质组分形成所述至少两种组分分布在其中的聚合基质，其中，所述至少两种组分中的第一组分能够吸收在第一波长区域λ1的光，所述第一组分在所述介质中起到敏化剂的作用，并且其中，所述至少两种组分中的第二组分能够发射在第二波长区域λ2的光，所述第二组分在所述介质中起到发射组分的作用，其中λ2≤λ1，并且在所述第一组分吸收所述第一波长区域λ1的光时，所述发射组分发射在所述第二波长区域λ2的光，其中，所述第一组分和所述第二组分都是有机化合物，其中，所述稳定剂是聚合物，其选自亲水性聚合物和两亲性聚合物，所述两亲性聚合物具有疏水部分和亲水部分，其中，所述疏水部分还形成所述聚合基质的一部分，其中，所述两亲性聚合物选自两亲性共聚物、具有共价连接的亲水部分的疏水性聚合物、具有共价连接的疏水部分的亲水性聚合物以及具有疏水部分的聚电解质，
其中，所述聚合型有机基质组分包括疏水性聚合物，所述疏水性聚合物选自包含如下的组：聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，聚苯乙烯基弹性体，聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，乙烯-共-醋酸乙烯酯，聚硅氧烷，聚醚，聚氨酯，聚醚-氨基甲酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚砜，
其中，所述第一组分是处于三线态或混杂的三线态-单线态的有机染料、双光子吸收染料、光学限制化合物或碳纳米管，
其中，所述第二组分是具有360nm至750nm的荧光发射的有机染料。
2.如权利要求1所述的聚合型纳米粒子，其中，所述聚合物是两亲性共聚物，其选自两亲性嵌段共聚物、两亲性接枝共聚物、两亲性无规共聚物、两亲性交替共聚物。
3.如权利要求2所述的聚合型纳米粒子，其中，所述两亲性共聚物是含有至少一个疏水片段和至少一个亲水片段的两亲性嵌段共聚物。
4.如权利要求3所述的聚合型纳米粒子，其中，所述至少一个疏水片段形成所述聚合型基质中的一部分或者为所述聚合型基质，并且所述至少一个亲水片段形成围绕所述基质的亲水性壳。
5.如权利要求3所述的聚合型纳米粒子，其中，所述亲水性聚合物或者所述两亲性共聚物中的所述至少一个亲水片段选自包括如下的组：聚乙二醇，聚环氧乙烷，聚丙烯酰胺，聚丙烯酸，丙烯酸酯，马来酸酐共聚物，甲基丙烯酸酯，乙基丙烯酸酯，氨基官能化聚合物，醚，聚环氧琥珀酸，丙三醇丙氧化物，苯乙烯，乙烯基酸和乙烯基醇，聚(乙烯基吡啶)和聚(乙烯基吡咯烷酮)，以及它们的共聚物和组合。
6.如权利要求3所述的聚合型纳米粒子，其中，所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个疏水片段选自包含如下的组：聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，聚苯乙烯基弹性体，聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，乙烯-共-醋酸乙烯酯，聚硅氧烷，聚醚，聚氨酯，聚醚-氨基甲酸酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚砜。
7.如权利要求3所述的聚合型纳米粒子，其中，所述两亲性嵌段共聚物的所述至少一个亲水片段带有允许生物结合的官能团。
8.如权利要求7所述的聚合型纳米粒子，其中，所述官能团选自包含如下的组：-COOH(羧基)、-SH(硫醇基)、-NH2、-NHS、炔基、-N3、醛基、酮基、生物素基团和具有下式的基团
9.如权利要求3所述的聚合型纳米粒子，其中，所述两亲性嵌段共聚物具有如下通式，所述通式选自包括如下的组
其中，片段1和片段3是亲水性的，
片段2是疏水性的，
n1、n2、和n3是2至20000的整数，
R和R1是如权利要求7-8中任意一项所定义的官能团。
10.一种薄膜，所述薄膜包含至少一个权利要求1至9中任意一项所述的聚合型纳米粒子，其中，所述薄膜由聚合物制成。
11.如权利要求10所述的薄膜，其中，所述聚合物是亲水性聚合物，其选自聚乙二醇，聚环氧乙烷，聚丙烯酰胺，聚丙烯酸，丙烯酸酯，马来酸酐共聚物，甲基丙烯酸酯，乙基丙烯酸酯和相关聚合物，氨基官能化聚合物，醚，聚环氧琥珀酸，丙三醇丙氧化物，苯乙烯，乙烯基酸和乙烯基醇，聚(乙烯基吡啶)和聚(乙烯基吡咯烷酮)，以及它们的共聚物和组合。
12.一种用于制备权利要求1至9中任意一项所定义的聚合型纳米粒子的方法，所述聚合型纳米粒子包含：光子上转换介质和稳定剂，所述介质包含至少两种组分和聚合型有机基质组分，所述聚合型有机基质组分形成所述至少两种组分分布在其中的聚合型基质，其中，所述至少两种组分中的第一组分能够吸收在第一波长区域λ1的光，所述第一组分在所述介质中起到敏化剂的作用，并且其中，所述至少两种组分中的第二组分能够发射在第二波长区域λ2的光，所述第二组分在所述介质中起到发射组分的作用，其中λ2≤λ1，并且所述第一组分吸收在第一波长区域λ1的光时，所述发射组分发射在第二波长区域λ2的光，其中，所述第一组分和所述第二组分都是有机化合物，所述稳定剂如权利要求1至9中任意一项所定义，所述方法包含如下步骤：
a)以任意次序提供所述第一组分、所述第二组分、所述聚合型基质组分和所述稳定剂，然后将所述第一组分、所述第二组分、所述聚合型基质组分和所述稳定剂混合，从而得到混合物；
b)促使所述混合物形成聚合型纳米粒子，从而将所述用于光子上转换的介质引入所述纳米粒子中。
13.如权利要求12所述的方法，其中，步骤b)通过选自如下的过程进行：乳化、盐析和溶剂替换。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP特开2009-24115A 2009.02.05 |
| Tomoya Kunishi, et al..PEG-based Surface Modification on Upconversion Nanophosphors for Bio-imaging under IR Excitation.《Journal of Photopolymer Science and Technology, Technical Association of Photopolymers Japan》.2006,第19卷(第2期),145-149. * |
Also Published As
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