CN104350364A - 使用碳纳米管的分子鉴别器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种方法，所述方法包括：在固体状态下，使包含第一有机分子的样品与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述样品与所述组合物之间形成界面；观测所述界面的任何运动；和基于所观测的运动来表征所述第一有机分子。

Description

使用碳纳米管的分子鉴别器
背景技术
以下描述用于帮助读者理解。所提供的信息或引用的参考文献均不承认为现有技术。
碳纳米管(CNT)已经越来越多地用作化学传感器和探针。这些用途通常需要CNT分散在液体或固体主体介质中。不过，CNT在主体介质中的此种分散的创建是一项重大的挑战。例如，CNT容易团聚和束缚在一起，从而在CNT复合材料中造成很多位点缺陷。CNT的官能化是防止团聚和改善CNT与主体材料的相容性的一种方法。
官能化过程不是没有缺点：它往往缓慢，困难，并且使用有害的化学物质。例如，CNT可以使用氨基官能化。然而，这种官能化可能会导致CNT的所需性质改变(例如，其疏水性、手性、有效长度、CNT的横截面积等)。此外，对于单壁碳纳米管(SWNT)，官能化可能会形成不期望的交联结构，这可能最终改变这种独特纳米结构的特有标志特征。
除非进行官能化，否则如SWNT等CNT是疏水性的。因此，CNT通常难以与如两亲性分子(例如，两亲性脂质、清洁剂等)等某些分子相互作用。特别是，当这些两亲性分子处于水性状态时，它们容易形成复杂的囊泡或胶束形式，其包裹疏水性CNT，并防止形成CNT与两亲性分子的整体结构直接作用的界面。因此，在使用CNT作为化学传感器和探针的方面仍存在许多挑战。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种方法，该方法包括：在固体状态下，使包含第一有机分子的样品与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述样品与所述组合物之间形成界面；观测所述界面的任何运动；和基于所观测的运动来表征所述第一有机分子。
本发明的另一方面提供了一种方法，该方法包括：在固体状态下，使包含(i)两亲性有机分子和(ii)非两亲性有机分子中的至少一种的样品与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述样品与所述组合物之间形成界面；观测所述界面的任何运动；和基于所观测的运动表征所述碳纳米管。
本发明的另一方面提供了一种使包含碳纳米管的组合物官能化的方法，该方法包括：在固体状态下，使包含疏水性基团的第一有机分子与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述碳纳米管的至少一部分在与所述第一有机分子接触后重新取向。
前述的发明内容仅是说明性的，且并非旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施方式和特征以外，通过参照下面的附图和具体实施方式，其它方面、实施方式和特征将变得显而易见。
附图说明
图1提供了示例性实施方式中的固态毛细管反应的示意图。
图2(a)～2(c)示出了示例性实施方式中SWNT-卵磷脂界面在不同的时间间隔下的一系列显微镜明场图像；图2(b)和2(c)分别拍摄于第一幅图像拍摄后的30分钟和50分钟。
图3(a)～3(c)示出了示例性实施方式中SWNT-卵磷脂界面在不同的时间间隔下的一系列荧光图像；图3(b)和3(c)分别拍摄于第一幅图像拍摄后的30分钟和50分钟。
图4(a)～4(b)分别示出了示例性实施方式中SWNT-卵磷脂界面和SWNT-DPPC界面的荧光光谱。
图5(a)～5(b)分别示出了示例性实施方式中，在t＝0、45、105和205分钟时SWNT-卵磷脂界面扩散的一系列FT-IR成像图像。
图6(a)～6(b)分别示出了示例性实施方式中SWNT-卵磷脂界面和SWNT-DPPC界面随时间的扩散模式。
图7(a)～7(b)示出了示例性实施方式中MWNT-卵磷脂界面的明场图像。
图8(a)～8(b)分别示出了示例性实施方式中，在t＝0和70分钟观测到的MWNT-卵磷脂界面的FT-IR图像。
图9(a)～9(b)分别示出了示例性实施方式中的初始SWNT和MWNT的FT-IR光谱。
图10示出了初始单壁碳纳米管的拉曼光谱。
图11示出了初始单壁碳纳米管的拉曼光谱的径向呼吸模(RBM)。
图12示出了由卵磷脂官能化的单壁碳纳米管的拉曼光谱。
图13示出了由二棕榈酰磷脂酰胆碱官能化的单壁碳纳米管的拉曼光谱。
图14示出了由卵磷脂官能化的单壁碳纳米管的径向呼吸模(RBM)。
图15示出了由DPPC官能化的单壁碳纳米管的径向呼吸模(RBM)。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，参照了构成本文的一部分的附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另有规定。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的示例性实施方式并不意味着进行限制。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，还可以使用其它实施方式，并且还可以做出其它的变化。
本发明技术在本文中使用了多个定义进行描述，这些定义贯穿在整个说明书中。
文中在描述要素的语境中(特别是在权利要求的语境中)使用的术语“一个(a)”和“一种(an)”和“所述(the)”以及类似的指代应解释为包括单数和复数，除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾。
本文所用的“约”为本领域普通技术人员理解并会根据其使用的语境在一定程度上变化。如果使用了本领域的普通技术人员不清楚的术语，根据其使用的语境，“约”将意指具体术语的至多±10％——例如，±7％、±5％、±4％、±3％、±2％、±1％、±0.5％、±0.2％、±0.1％或±0.05％。
本文所用的“基本上没有”为本领域的普通技术人员理解表示完全或几乎完全没有某物。因此，例如，“基本上没有荧光”是指完全或几乎完全没有荧光。“基本上没有”某物的例子包括显示出或包含小于或等于90％，小于或等于91％，小于或等于92％，小于或等于93％，小于或等于94％，小于或等于95％，小于或等于96％，小于或等于97％，小于或等于98％，或者小于或等于99％的某物，如荧光。
在一个方面中，本发明提供了一种表征分子的方法，该方法包括：在固体状态下，使包含第一有机分子的样品与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述样品与所述组合物之间形成界面；观测所述界面的任何运动；和基于所观测的运动来表征所述第一有机分子。
碳纳米管(CNT)是纳米管的子集；CNT可以指包括碳原子的纳米管，例如主要由碳原子组成，例如由碳原子组成。碳纳米管通常可能具有长的中空结构，以及由单原子厚度的碳原子薄片形成的管壁。这些薄片可能以特定和不连续的(“手性”)角度卷绕(roll)，并且卷绕角度和半径的组合可以决定纳米管的性质。碳纳米管可以划分为单壁纳米管(SWNT)和多壁纳米管(MWNT)。单个纳米管可以使其本身排列成通过范德华力(更具体而言，π堆积)结合在一起的“绳”。在本文的一些例子中，CNT可以指包含石墨烯的纳米管——例如，卷绕成管状结构的石墨烯薄片。更通常地，本文的CNT可以指具有大体为圆柱形纳米结构的碳的同素异形体。
该结构不必是完全圆柱形的且可以是与管状结构类似的几何形状。通常，CNT可具有高长径比(长度-直径比)，其长径比在很多实例中高于其它材料。例如，该比例可为至少约10——例如，至少约100、至少约1000、至少约10,000、至少约100,000、至少约1,000,000、至少约10,000,000、至少约100,000,000或更多。本文描述的CNT可具有任何尺寸。例如，该CNT的直径可以为1nm～约10nm，例如，约1nm、约2nm、约3nm、约4nm、约5nm、约6nm、约7nm、约8nm、约9nm、约10nm或上述值两个以上之间和/或包括上述值两个以上的任意范围。
本文提及的第一有机分子可以是适合于可采用本文描述的方法和系统的各种应用的任何有机分子。例如，该有机分子可以是两亲性分子，例如清洁剂。两亲性分子是表现出亲水性和亲脂性两种性质的分子。换句话说，两亲性分子可以具有疏水性和极性区域，其中一种或两种区域可以用作交互探针。如下面将要讨论的那样，在一些实施方式中，不同的两亲性分子在与相同的碳纳米管相互作用时可以表现出不同的扩散行为；另一方面，不同的碳纳米管在与相同的两亲性分子相互作用时也可以表现出不同的扩散行为。
在一些实施方式中，有机分子可以包括(或者是)脂质。脂质包括疏水性区域或部分，但也可以是两亲性的并包括极性区域或部分。因此脂质包括但不限于脂肪酸、甘油脂质(例如，甘油单-、双-和三酯)、磷脂、糖脂、鞘脂(例如，鞘氨醇和鞘磷脂等)或其任意两种以上的组合。在一些实施方式中，有机分子为磷脂或可以包括磷脂部分。例如，该有机分子可以是卵磷脂、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)或鞘磷脂中的至少一种。该脂质可以是，例如Ω-3脂肪酸。Ω-3脂肪酸可以是例如亚麻酸和亚油酸等。根据有机分子(例如，脂质)的类型，可以使用不同种类的CNT。例如，在有机分子为类固醇(例如，胆固醇)的一个实施方式中，采用的纳米管可以是包括石墨烯的纳米管。
本文描述的脂质可以具有各种类型的化学结构。例如，脂质可以具有直链的、非支化的疏水性基团(或部分)、支化的疏水性基团或两种基团的组合。在一些实施方式中，脂质可以包括饱和的和/或不饱和的C4～C30烃基。例如，该烃基可以是烷基、烯基、炔基、芳基或芳烷基。在一些实施方式中，烃基可以具有4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24或30个碳或上述值任意两个以上之间和/或包括上述值任意两个以上的范围。
在本发明方法的一个方面中，CNT可以充当分子探针以观测和/或表征处于固体状态的样品中的有机分子，例如上述的任何有机分子。CNT可以是组合物的一部分。探针可以用于观测有机分子，并由此通过两者之间的相互作用表征所述有机分子。
在一些实施方式中，使包括CNT(如疏水性CNT)的组合物与不同的疏水性、两亲性或非两亲性分子能够在窄毛细管界面中相互作用。这些分子可以是本文所述有机分子中的任何一种。虽然CNT可以进行官能化，但本文所述方法和系统的出乎意料的优点是CNT(在观测之前)不必进行官能化来用作并充当分子探针。换句话说，本文描述的系统和方法不需要表面活性剂、加热或有害化学物质(如本领域中常规采用的经化学途径进行的大多数官能化过程所需的)。
在示例性的实施方式中，样品包括具有疏水性部分和极性部分的脂质，并且，脂质和疏水性CNT间界面处的接触可以导致该脂质部分在接近界面的区域处重构。在一些实施方式中，本文所述的系统和方法使用所观测的重构作为表征或鉴别CNT和该脂质有机分子之间的相互作用的机制。
根据所用的材料，CNT组合物和有机分子可以在任何适合条件下进行接触。例如，接触过程可以在环境条件下进行——例如，室温，1atm.等。还可以采用其它条件。根据分子情况，接触过程可以在前述条件下进行，或其它任何条件下进行。例如，接触过程可以进行约2小时～约10小时——例如，约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时或在任意两个上述时间段之间和包含任意两个上述时间段的范围。还可以采用更长或更短的时长。
如本文所述，通过观测(多个)有机分子和CNT(探针)之间的相互作用，可以表征所述分子。例如，表征可基于接触过程中有机分子的运动(例如，接触造成的分子重构所产生的运动)进行。重构可以包括因接触造成的有机分子的重新取向。作为另一选择，CNT也可以表现出其结构的重组。在一些实施方式中，碳纳米管的一部分在与第一有机分子接触后可以重新取向。
在一些实施方式中，相互作用会使样品(有机分子)和CNT之间形成界面。由此，可以监测分子和CNT之间的界面(通过下述技术)。在一些实施方式中，界面可以表现出量子限域。在一些实施方式中，由于接触，CNT可能在界面处由第一有机分子非共价地官能化。
在一些实施方式中，CNT(以及相应的包含CNT的组合物)可以向样品扩散，并且界面的几何形状和界面的扩散运动(在分子和CNT之间)的速率和/或程度取决于脂质结构。在其它实施方式中，CNT可以向有机分子扩散；并且类似于有机分子向CNT的扩散过程，CNT的扩散可能受界面的几何形状和界面的扩散运动的速率和/或程度的影响。在一些其它的实施方式中，扩散可以在两个方向上进行。因此，任何这些改变均可以用作表征所观测的特定有机分子(例如，脂质)的指标。
可以采用各种技术进行观测，这至少取决于有机分子的类型和所关注的性质。例如，可以经由光学显微术、荧光显微术、拉曼显微术、红外成像术、热成像术或其任意两种以上的组合进行观测。
荧光显微术可以用作界面观测的一个例子。可以采用任何适合的荧光显微技术，包括取决于所用材料和仪器的各种配置。在一些实施方式中，通过组装荧光显微镜和荧光光谱仪(PTI)，可以获取碳纳米管和脂质之间的界面的荧光光谱。激发波长可以为约200nm～约500nm——例如，约250nm～450nm或约300nm～400nm。在一个实施方式中，激发波长可以为约360nm，并且在荧光光谱仪中约450nm处可观测到发射。
在一些实施方式中，荧光显微术可以显示出界面处的清晰荧光层，并且荧光强度可以取决于分子的扩散运动。这一技术在多个实例中十分有用，因为在界面处可观测到荧光，而不在界面处的第一有机分子和组合物基本上没有荧光，由此可在界面处提供良好的对比度。虽然不希望受缚于理论，但仍然认为界面处的发光因纳米管表面官能化后的钝化而更加明亮：当光子产生的电子和空穴(即激子对)被限域在小于激子玻尔半径的空间内或量子盒中时，半导体的带隙变宽并且其荧光蓝移。电子和空穴的量子限域可以导致材料在官能化后的有效带隙增大。因此，受到量子力限域的材料的发射向蓝色光谱移动(即，更高能量)。通常，当量子盒的尺寸变小时，强度更高。在一些实施方式中，与有序度较低和/或不规则碎片形的几何形状相比，纳米维度上更有序、极化的材料的荧光强度更高。因此，在一个实施方式中，卵磷脂官能化的SWNT(有序、极化的官能化的材料)的荧光强度比DPPC官能化的SWNT(有序度较低、不规则碎片形的官能化的材料)更高。
不同脂质的扩散程度可能不同，因此通过观测脂质的扩散现象(相对于CNT探针)可以鉴别和/或表征脂质的类型和与此相关的其它性质。例如，单尾(或直链)脂质(例如，卵磷脂)可以表现出比支化脂质(例如二棕榈酰磷脂酰胆碱或DPPC)更高程度的扩散漂移。另外，对于相同的脂质(例如卵磷脂)而言，SWNT和MWNT可以展现出不同的反应扩散模式，并且因此也需要考虑所使用的探针的区别。
因此，所述的方法和探针系统可以提供通过观测有机分子相对于探针的扩散(例如，通过荧光和/或几何形状的改变)来鉴别有机分子的机制。而且，本文所述方法和探针系统可以用来基于分子各自与探针之间的相互作用来区分不同分子。在一些实施方式中，可以对至少第二(或更多)分子重复前述过程，并且可以基于它们各自的相互作用(即，在各自界面处发生的现象)来区分第一分子和第二分子。
另外，本文所述方法提供了一种简单的固态“一锅法”过程，该过程可以由不同的分子官能化CNT而无需化学预处理。本文所述方法只需简单架构——例如，只使用CNT和分子(例如，脂质或所用的任何分子)，并且可以在标准温度和压力(例如环境条件)下进行。
实施例
材料和化学品
以下实施例中使用了下述材料和化学品。使用了高纯度单壁碳纳米管(SWNT)、高纯度多壁碳纳米管(MWNT)、Sigma Aldrich的L-α-磷脂酰胆碱(卵磷脂)，SigmaAldrich的二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)和其它设备(例如，玻璃毛细管、载玻片、针头等)来进行本实施例所述的研究。
实施例1：毛细管技术
在毛细管中研究固态反应的动力学。通过催化化学气相沉积法合成SWNT和MWNT；其实例可见于Colomer等的Large-scale synthesis of dingle-wall carbonnanotubes by catalytic chemical vapor deposition(CCVD)method，Chem.Phys.Lett.31783-89(2000)。
如果两种材料之间具有已知距离的间隔，两种反应物之间发生非常微不足道的反应，因此将毛细管的一端用脂质密封并且将CNT从另一端紧密堆叠。在室温下将毛细管固定在载玻片上以供显微测量。借助显微镜(Nikon Eclipse Ti-U)观测界面半月面(interface meniscus)的移动来研究反应的动力学。
如图1所示，X和Y是两种纳米材料，B是分离的界面。只有发生反应，界面才会扩散，并可以预期界面处发生分子重新取向。这样的重新取向(如果有的话)可以认为是如固态化学反应那样与扩散或易位机制有关的纳米级反应。
实施例2:荧光研究
在UV激发后通过普通荧光显微镜(Nikon Eclipse Ti-U)以固定的时间间隔捕捉荧光图像(蓝色荧光)。通过组装荧光显微镜和荧光光谱仪(PTI)来拍摄SWNT-脂质界面区域的荧光光谱。激发波长为360nm，在荧光光谱仪中约450nm处可观测到发射。
还通过使用三种不同荧光(UV、蓝色和绿色)在脂质部分、CNT部分和界面区域激发样品后来进行动力学研究；并且以固定的时间间隔在这些前述的三个区域观测发射光谱模式。保持毛细管固定在显微镜台架上，在固体状态下捕捉SWNT-脂质界面区域的荧光光谱；由此建立在固体状态下捕捉荧光光谱的方法。
实施例3：傅里叶变换红外(FT-IR)成像术
使用如上文所述的设备配置，通过FT-IR显微镜(JASCO FT/IR-6300)监测成像研究。实验在毛细管条件下进行，将其设计在板上并在室温下保持固定在显微镜台架上。毛细管架构包括盖玻片(即切割和组装盖玻片以制造毛细管)，在惰性气氛中持续进行实验并将检测器保持在反射模式来捕捉图像。在液氮环境中继续进行整个成像实验，因为推荐将反射和透射检测器保持在冷却条件下。选取覆盖界面、CNT部分和脂质部分的一小块区域进行此项研究。红外光扫描该选定区域的每一个像素并给出该区域的总体IR图像和光谱。整个实验持续约5至6小时，并且以固定的时间间隔捕捉IR图像。成像数据池提供了界面区域的扩散模式的全部信息。
结果和讨论：
显微明场图像
经由显微镜(如上所述的Nikon Eclipse Ti-U普通荧光显微镜)以固定的时间间隔拍摄照片快照来观测SWNT-脂质和MWNT-脂质半月面的移动。结果显示在图2和7中——如图2(a)～2(c)和图7(a)～7(b)各自所示，左手边是SWNT/MWNT部分且最右边是脂质部分。弧线表示SWNT/MWNT和脂质的界面区域。界面半月面以非常低的速率向脂质部分扩散。该实验重复了5至6次；并且获得了同样的结果。
还观测到，在前几种情况中半月面的扩散速率为正，但几小时后半月面的弯曲度不再随时间变化，即它保持不变。在数学上，如果‘A’为扩散界面的外周界距先前界面的距离，那么初始(dA/dt)>0，但几个小时后(dA/dt)＝0，其中t表示时间。
荧光研究
还通过荧光显微镜进行扩散研究观测。当仅在UV-辐射下激发毛细管时，观测到界面中有清晰的荧光层，但在CNT一侧或脂质一侧都没有发现发射特征。换句话说，仅在界面处观测到荧光，如CNT-脂质界面处观测到的清晰的蓝色荧光所示。
CNT-卵磷脂界面：发现SWNT-卵磷脂界面的清晰荧光层随时间推移向脂质分子转移。图3(a)～3(c)提供了一系列显示不同时间间隔(时间从左至右推进)下的SWNT-卵磷脂界面的荧光图像的图像。另外，图4(a)和图4(b)分别示出了SWNT-卵磷脂和SWNT-DPPC界面的荧光光谱。当在360nm UV辐射下激发界面时，在约450nm处观测到界面的发射光谱。发现该荧光特征与MWNT-卵磷脂界面相似。
CNT-DPPC界面：发现DPPC-SWNT荧光层随时间推移而在固定位置保持不变。特别是，对于SWNT-DPPC界面，扩散是衰减的。当在360nmUV辐射下激发界面时，也在约450nm处观测到发射光谱，这与SWNT-卵磷脂界面相似；此种对比在图4(a)～4(b)中示出。观测到SWNT-DPPC荧光界面没有空间易位的这种变化。该荧光特征与MWNT-DPPC界面相似。
因为观测到高度极化的SWNT的团聚，所以假设界面的发射光谱(蓝色)对应于SWNT的高带隙能量。如果SWNT高度极化并且侧面光滑，则它们可以在管-管接触时可以形成范德华结合能为500eV/微米的纳米绳或束。
如本研究所示，SWNT可以在纳米维度与磷脂的疏水性尾部形成高度有序纳米绳或束。高度的量子力限域状态可以提供此种清晰的荧光。随着时间推移，SWNT-脂质排序更多地扰乱新形成的纳米绳或束的电子结构，这可影响SWNT的带隙能量。当这一情况发生时，它可以扰乱量子限域，导致量子产率更低，随之导致荧光强度降低。因此，荧光研究对于SWNT-脂质界面的易位和荧光强度与易位的相关性都十分重要。
FT-IR成像：
通过FT-IR成像系统分析纳米级界面上磷脂-CNT的相互作用。观测到，SWNT-卵磷脂界面的漂移程度随时间推移显著改变。然而，对于DPPC-SWNT，动态过程是衰减的；图5(a)～5(d)提供的一系列图像提供了该对比。
如图8(a)～8(b)所示，MWNT-卵磷脂界面的扩散显示出，界面半月面的变化有更快的动力学。图9(a)～9(b)分别示出了初始的SWNT和MWNT的IR吸收模式的不同。
固态扩散特征：
SWNT-卵磷脂界面研究：
卵磷脂具有单个直链疏水性尾部并且SWNT为超疏水性材料。随着时间推进，SWNT-卵磷脂界面呈现出向脂质分子的漂移(类似于抛物线路径)。另外，如图6(a)～6(b)所示，观测到弯曲度的改变。
发现弯曲度的改变是渐变的，但45分钟后有中心漂移。按照抛物线方程：(y-yo)2＝-4a(x-x0)，其中‘a’是初始焦距；x和y是变量；并且x0和y0是截距，其中‘a’为无穷大时x＝常数——即方程与y轴平行；或者也可以说半月面是平的，但随着‘a’值减小，弧线的半径逐渐增大。因此‘a’值与SWNT-卵磷脂界面半月面的弯曲度相关。
MWNT-卵磷脂界面研究：
随着时间的推进，发现MWNT-卵磷脂界面也向脂质分子漂移，但该漂移模式不像在SWNT-卵磷脂界面中观测到的那样为抛物线。这是因为MWNT为多个纳米管的同心圆柱；因此，疏水性尾部经受来自各个纳米管的疏水性牵引，从而在界面半月面上产生不规则碎片形模式。因此，此种疏水性牵引的程度很高，从而使与SWNT-卵磷脂扩散相比反应动力学很快。
SWNT-DPPC界面研究：
DPPC为在C1和C2碳位置具有两条棕榈酸链的改性卵磷脂。如图6所示，对于SWNT-DPPC界面而言，发现反应动力学是衰减的并且发现其扩散模式高度非平面。由于发现界面几何形状非欧几里得化，因而对于这种不规则碎片形界面没有建立数学公式。
对于MWNT-DPPC界面而言，还发现反应是衰减的并且还发现其扩散模式是高度非平面的，这与SWNT-DPPC界面相似。
两种CNT-脂质界面的比较研究：
对于本研究中观测的两种CNT和不同脂质，发现界面几何形状、扩散速率和扩散程度均不同。
对于CNT部分，这可能归因于以下事实：MWNT为多个纳米管的同心圆柱，使得脂质的疏水性尾部经受来自各个纳米管的疏水性牵引，从而在界面半月面上产生不规则碎片形模式。因此，存在界面向脂质分子的漂移。
另一方面，对于脂质部分，这可能归因于以下事实：作为单尾磷脂的卵磷脂在结构上与作为支化磷脂的DPPC不同。由于DPPC具有两条疏水性水平相同的疏水性尾部，SWNT经受来自磷脂的这两条疏水性尾部的相同程度的疏水性排斥。因此，固态扩散模式依赖于相互作用的分子的分子复杂性。换句话说，本研究显示，可以基于不同脂质(关于直链或支化疏水性尾部或甚至不同的疏水性水平)与CNT探针的相互作用来区分这些脂质。
研究显示，SWNT、MWNT和脂质分子以固相相互接触时彼此相互作用。由界面运动(更准确来说，SWNT/MWNT向脂质分子靠近)的动态过程来观测相互作用。此种扩散的程度依赖于CNT类型和脂质类型二者的结构。MWNT与SWNT相比可显示出更快的扩散速率但具有不规则碎片形模式。另一方面，支链脂质与单链、直链脂质相比表现出更慢的扩散。界面运动允许基于分子结构以及电子性质和CNT的手性来分析脂质。
而且，前述内容显示，在两亲性分子的存在下，分子的疏水端将朝CNT取向。
不同纳米管的拉曼光谱
使用共焦微型拉曼光谱仪(LabRAM HR Vis.Horiba Jobin Yvon SAS France)获得拉曼光谱。结果显示在图10～15中。具体来说，图10和11分别示出了初始单壁碳纳米管的拉曼光谱和径向呼吸模(RBM)的光谱。图12和13分别示出了由卵磷脂和二棕榈酰磷脂酰胆碱官能化的单壁碳纳米管的拉曼光谱。图14和15分别示出了由卵磷脂官能化的单壁碳纳米管和由DPPC官能化的单壁碳纳米管的RBM。
观测到，激发波长为785nm、光栅为1200g/mm、数值孔径为0.55的50X NIR物镜可给出最佳的共聚焦——即在焦点深度～2μm，共聚焦尺寸为100±5μm而没有拉曼信号的损耗。如图10～15所示，由于样本上的照射点的最大直径为～1μm，在上述光谱仪的工作条件下存在来自初始/官能化的SWNT样品的拉曼信号的最小损耗。而且，如图12和13所示，拉曼光谱验证了脂质对SWNT的官能化。
等同物
本文示例性地描述的实施方式可以在缺少本文未具体公开的任意一个或多个要素、一个或多个限制的情况下适宜地实施。因此，例如，术语“包含(comprising)”、“包括(including)”、“含有(containing)”等应被解释为开放式的并且非限制性的。此外，本文使用的术语和表达仅用作说明性的术语并且是非限制性的，并且在这种术语和表达的使用中没有排除所示和所述的特征或其一部分的任何等同物的意图，但应认识到可以在所要求保护的技术范围内进行多种可能的修改。此外，短语“基本上由……组成”将被理解为包括具体规定的那些要素和基本上不影响所要求保护的技术的基本的和新的特性的那些其他要素。短语“由……组成”不包括未指出的任何要素。
本发明不受本申请中描述的特定实施方式的限制，该特定实施方式意图作为多个方面的示例。对本领域技术人员明显的是，可以进行多种修改和变化而不脱离其精神和范围。除本文列举的那些之外，本发明范围内的功能等同的组合物、装置和方法将由以上说明而对于本领域技术人员是显而易见的。这种修改和变化意图落入所附权利要求的范围内。本发明仅受所附权利要求的表述连同这些权利要求涵盖的等同物的全部范围的限制。应该明白，本发明不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物体系，其当然可以变化。还应该明白的是本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并非意在进行限制。
己经如此对本发明的技术进行了广义和一般性的描述。落入该一般性发明内容之中的各种狭义情形和子类分组也构成本发明技术的一部分。这包括采用条件或否定性限制，从该类别中排除任何主题而对本发明技术进行一般性描述，而不管排除的物质是否在本文中有具体陈述。
此外，如果以马库什组的方式描述了本发明的特征和方面，则本领域技术人员会认识到还藉此以马库什组中的任何单独成员或成员子组的方式描述了本发明。
本领域技术人员应理解的是，出于任何目的和所有目的，例如在提供书面说明方面，本文公开的所有范围还包括这些范围的任何或全部可能的子范围和子范围的组合。对于任何列出的范围，都应容易地认识到充分地描述了并能够得到被分割为至少两等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的同一范围。作为非限制性实例，本文所述的每个范围都可以容易地分割为下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。本领域技术人员还应理解的是，所有例如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等用语都包括了所述的数字，并且指可以继续分割为上述子范围的范围。最后，本领域技术人员还应理解，范围包括每个单独的成员。
虽然已经例举并描述了特定实施方式，但应当明白的是，在不脱离如以下权利要求中所限定的更广义的技术范围的情况下，可以由本领域技术人员在其中做出变更和修改。

Claims (28)

1.一种方法，所述方法包括：
在固体状态下，使包含第一有机分子的样品与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述样品与所述组合物之间形成界面；
观测所述界面的任何运动；和
基于所观测的运动来表征所述第一有机分子。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一有机分子为脂质。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一有机分子为包含直链疏水性基团的脂质。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一有机分子为包含支化疏水性基团的脂质。
5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述第一有机分子为包含支化或非支化、饱和或不饱和的C4～C30烃基的脂质。
6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，所述第一有机分子为磷脂、糖脂、鞘脂、类固醇或其任意两种以上的组合。
7.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管。
8.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
9.如权利要求1～8中任一项所述的方法，其中，所述碳纳米管在与所述样品接触前未进行化学官能化。
10.如权利要求1～9中任一项所述的方法，其中，所述接触在室温进行。
11.如权利要求1～10中任一项所述的方法，其中，所述接触在约1个大气压力下进行。
12.如权利要求1～11中任一项所述的方法，其中，所述观测经由光学显微术、荧光显微术、拉曼显微术、红外成像术、热成像术或其任意两种以上的组合进行。
13.如权利要求1～12中任一项所述的方法，其中，以所述界面的运动速率观测所述运动。
14.如权利要求1～13中任一项所述的方法，其中，所述运动的特征在于，所述组合物向所述第一有机分子运动。
15.如权利要求1～14中任一项所述的方法，所述方法还包括：
在固体状态下，使包含第二有机分子的第二样品与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述第二样品与所述组合物之间形成第二界面；
观测所述第二界面的任何运动；和
基于所观测的与各界面有关的运动，将所述第二有机分子与所述第一有机分子区分开。
16.一种方法，所述方法包括：
在固体状态下，使包含(i)两亲性有机分子和(ii)非两亲性有机分子中的至少一种的样品与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述样品与所述组合物之间形成界面；
观测所述界面的任何运动；和
基于所观测的运动表征所述碳纳米管。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述运动包括(i)所述第一有机分子和(ii)所述组合物中的至少一种的扩散。
18.如权利要求16或17所述的方法，其中，所述第一有机分子为卵磷脂、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、鞘磷脂或鞘氨醇。
19.如权利要求16～18中任一项所述的方法，其中，通过荧光光谱术观测所述界面的运动。
20.如权利要求16～19中任一项所述的方法，其中，在所述界面处观测到荧光，而不在所述界面处的所述第一有机分子和所述组合物基本上没有荧光。
21.如权利要求16～20中任一项所述的方法，其中，所述界面表现出量子限域。
22.如权利要求16～21中任一项所述的方法，其中，所述碳纳米管的直径为约2nm～约3nm。
23.如权利要求16～22中任一项所述的方法，其中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管。
24.如权利要求16～23中任一项所述的方法，其中，所述接触进行约5小时～约6小时。
25.一种使包含碳纳米管的组合物官能化的方法，所述方法包括：
在固体状态下，使包含疏水性基团的第一有机分子与包含碳纳米管的组合物接触，从而使所述碳纳米管的至少一部分在与所述第一有机分子接触后重新取向。
26.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括，所述第一有机分子与所述组合物之间在接触位置形成界面。
27.如权利要求25或26所述的方法，其中，所述碳纳米管在所述界面处由所述第一有机分子非共价地官能化。
28.如权利要求25～27中任一项所述的方法，其中，所述接触进行约5小时～约6小时。
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