CN104629756A - 制造纳米颗粒复合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种合成复合纳米颗粒结构的新型方法，所述复合纳米颗粒结构组合了单个纳米颗粒组分如量子点、金纳米颗粒以及氧化铁纳米颗粒的功能。这项新型技术解决了常用的合成方法的一些主要问题，如在复合纳米颗粒中不同组分之间的较差控制比率。这项平台技术在将纳米技术应用于生物医学检测和成像、太阳能电池以及环境监测中具有巨大潜力。

Description

制造纳米颗粒复合物的方法
技术领域
本发明涉及纳米颗粒、用于制造纳米颗粒的方法及其使用方法。
背景技术
具有单一组分和功能的纳米级材料，如量子点、超顺磁性氧化铁纳米颗粒以及碳纳米管，已经广泛应用于许多领域，除了其它之外，还包括生物医学、能源、环境。最近，复合纳米颗粒，即结合两种(或更多种)纳米物质以实现双功能(或多功能)或提供任何单一组分所不能获得的新功能的纳米颗粒已变成一类新兴的新纳米材料。这些新型纳米颗粒材料就纳米技术在材料制造及其应用方面表现出重要进步。然而，重要的挑战已出现在合成复合纳米颗粒中，所述复合纳米颗粒是比单个纳米颗粒更加复杂的结构。这些挑战中的一些包括在复合纳米颗粒中不同纳米物质的数目比(或者换句话说，复合纳米颗粒的“分子式”)的较差控制、形成复合物之后来自单一纳米物质的功能损失等等。
下述实施方案解决以上认同的问题及需要。
发明内容
在本发明的一方面，提供一种用于制造复合纳米颗粒结构的方法，所述方法包括：
提供多个纳米颗粒-聚合物混合两亲物(NPHA)，以及使多个NPHA自发地组装成复合纳米颗粒结构。
在所述方法的一些实施方案中，复合纳米颗粒结构包含至少2个NPHA、至少5个NPHA或至少10个NPHA。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述NPHA包含：
(a)疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物，或
(b)亲水性纳米颗粒和疏水性聚合物。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述NPHA包含疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物。疏水性纳米颗粒的实例包括但不限于疏水性半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合。亲水性聚合物的实例包括但不限于聚乙二醇(或聚环氧乙烷)、聚酐、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(甲基乙烯基醚)、聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯醇)、聚(2-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(4-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(乙烯胺)聚(乙烯亚胺)，以及其衍生物和组合。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述NPHA包含亲水性纳米颗粒及疏水性聚合物。亲水性纳米颗粒的实例包括但不限于亲水性半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合。
这些相同的纳米颗粒可以是疏水性或亲水性的，取决于它们所接受的表面处理。
亲水性聚合物的实例包括但不限于聚乙二醇(或聚环氧乙烷)、聚酐、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(甲基乙烯基醚)、聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯醇)、聚(2-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(4-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(乙烯胺)聚(乙烯亚胺)，以及其衍生物和组合；并且疏水性聚合物的实例包括但不限于聚烷基(丙烯酸酯)、聚二烯、聚咪唑、聚内酯和聚交酯、聚烯烃、聚唑啉、聚环氧乙烷、聚吡啶、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚乙烯基蒽/菲、聚乙烯基萘、聚乙烯基环己烷、聚(丙烯腈)、聚(己二酸酐)、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(1-氮杂双环[4.2.0]辛烷)(polyconidine)、聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔]，以及其衍生物和组合。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，使多个NPHA自组装成复合纳米颗粒结构包括选自任何自组装工艺的方法，包括但不限于薄膜水合、直接溶解、纳米沉淀、界面不稳定、透析、电喷雾、挤压以及超声处理。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，使多个NPHA自发地组装成复合纳米颗粒结构包括将多个NPHA溶解于有机溶剂中，并且允许NPHA组装成复合纳米颗粒结构。在一些实施方案中，有机溶剂选自由以下组成的组：氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷，及其组合；两亲物选自由以下组成的组：聚(苯乙烯-b-乙二醇)、聚(ε-己内酯-b-乙二醇)、聚(乙二醇-b-二硬脂酰基磷脂酰基乙醇胺)、肽两亲物、树状体，及其组合(并不意味着穷尽的清单)；并且多个疏水性纳米颗粒包括但不限于半导体纳米颗粒、金属纳米颗粒(如贵金属纳米颗粒)、磁性纳米颗粒、半导体量子点、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上不同实施方案结合，所述复合纳米颗粒结构包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点和至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长的第二量子点，并且所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述复合纳米颗粒结构包含至少一个量子点和至少一个磁性纳米颗粒，并且所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述复合纳米颗粒结构进一步包含官能团，其中所述官能团选自由以下组成的组：肽、多肽、蛋白质、配位体、抗体、DNA、RNA，及其组合。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述NPHA包含选自由以下组成之组的纳米颗粒：金属纳米颗粒、磁性纳米颗粒、含碳纳米颗粒，及其组合。
在所述方法的一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，第一发射波长在约490nm至约560nm之间并且第二发射波长在约590nm至约700nm之间。
在本发明的另一方面，提供一种包含多个纳米颗粒-聚合物混合两亲物(NPHA)的复合纳米颗粒结构，其中所述NPHA包含：
(a)疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物，或
(b)亲水性纳米颗粒和疏水性聚合物。
在本发明的一些实施方案中，所述NPHA包含疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物，
其中疏水性纳米颗粒可以是但不限于半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合，并且
其中亲水性聚合物可以是但不限于聚乙二醇(或聚环氧乙烷)、聚酐、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(甲基乙烯基醚)、聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯醇)、聚(2-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(4-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(乙烯胺)聚(乙烯亚胺)，以及其衍生物和组合。
在一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述NPHA包含亲水性纳米颗粒和疏水性聚合物，其中亲水性纳米颗粒可以是但不限于亲水性半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合，并且
其中疏水性聚合物可以是但不限于聚烷基(丙烯酸酯)、聚二烯、聚咪唑、聚内酯和聚交酯、聚烯烃、聚唑啉、聚环氧乙烷、聚吡啶、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚乙烯基蒽/菲、聚乙烯基萘、聚乙烯基环己烷、聚(丙烯腈)、聚(己二酸酐)、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(1-氮杂双环[4.2.0]辛烷)(polyconidine)、聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔]，以及其衍生物和组合。
在一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述复合纳米颗粒结构包含至少一个囊封在胶束中的第一量子点，第一量子点具有第一发射波长；至少一个囊封在胶束中的第二量子点，第二量子点具有不同于第一发射波长的第二发射波长；并且所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
在一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，所述复合纳米颗粒结构进一步包含至少一个囊封在胶束中的另外的纳米颗粒，所述另外的纳米颗粒选自由以下组成的组：金属纳米颗粒、磁性纳米颗粒、含碳纳米颗粒，及其组合。
在一些实施方案中，任选地与一个或多个以上各种实施方案结合，第一发射波长在约490nm至约560nm之间并且第二发射波长在约590nm至约700nm之间。
本领域技术人员当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的其它方面、优势以及特征将变得显而易见。
附图说明
图1示意性地示出了用于制造复合纳米颗粒结构的方法的一个示例性实施方案。
具体实施方式
虽然本发明容许有许多不同形式的实施方案，但是附图示出其具体实施方案并且将在本文中详细描述，应理解的是本公开被认为是本发明的原理的范例。因此，本发明不旨在限于本文所说明的具体实施方案。
除非另外规定，本文所用的术语具有涵盖本发明的领域的普通技术人员通常认为的相同含义。本文所用的术语仅用于描述本发明的示例性实施方案并且不旨在限制本发明。如本发明及附属权利要求书的描述中所用，除非上下文中另外清楚地指出，单数形式“一”和“所述”旨在同样包括复数形式。
复合纳米颗粒结构
此处，描述一种合成复合纳米颗粒的新方法(图1)，所述方法可以解决在如上所提及的复合纳米颗粒合成中的一些主要问题。此新方法从称作NPHA的新组分纳米结构开始，并且将其放置在促进其自发组装成复合纳米颗粒结构的分子环境中(图1)。因为复合纳米颗粒是经由自组装形成的，其最终状态处于热力学平衡，所以复合纳米颗粒的结构(包括“分子式”)是被严格控制的。这与用于复合纳米颗粒合成的通常所用的基于微囊封制备方法完全不同，该制备方法基本上是动力学控制的并且因此产品的控制通常不能令人满意。
本文所述的复合纳米颗粒结构包含多个纳米颗粒-聚合物混合两亲物(NPHA)。如本文所用，术语“纳米颗粒-聚合物混合两亲物(NPHA)”是指附着或以其它方式缀合至聚合物上的纳米颗粒，其中纳米颗粒和聚合物具有相反的疏水性/亲水性以便形成两亲物。举例来说，一般是疏水性的纳米颗粒可以具有附着于其上的一般是亲水性的聚合物以形成疏水性纳米颗粒-亲水性聚合物对，它是两亲物。相反，一般是亲水性的纳米颗粒可以具有附着于其上的一般是疏水性的聚合物以形成亲水性纳米颗粒-疏水性聚合物对，它也是两亲物。
本文所公开的NPHA的必要属性是当其被放入分子环境中时自组装成本文所公开的复合纳米颗粒结构的能力。此类分子环境可以是例如水性或有机介质，如有机溶剂或水相，其具有一组促进NPHA自组装的离子、电荷或pH值。NPHA的该种必要属性可以由刺激敏感性组赋予，例如光敏组、pH敏感性组、离子敏感性组、酶敏感性组、抗原敏感性组、葡萄糖敏感性组、或温度敏感性组。在一些实施方案中，自组装可以在没有任何刺激敏感性组的情况下由任何水性环境(或有机环境)触发。然而，对于刺激敏感性应用来说，这些组可以被引入。
示例性光敏组包括但不限于偶氮苯衍生物、(PAH/聚[1-[4-(羧基-4-羟基苯偶氮基)苯磺酰胺基]-1,2-乙烷二基,钠盐](PAzo))3/PAH/聚(乙烯基磺酸酯)(PVS)。示例性pH敏感性组包括但不限于本质上可离子化部分，如羧酸、胺、偶氮、苯基硼酸、咪唑、吡啶、磺酰胺，并且硫醇基可以赋予pH敏感性。
示例性温度敏感性组包括但不限于聚(N-异丙基丙烯酰胺)、羟基丙基纤维素、聚(乙烯基己内酰胺)以及聚乙烯甲基醚。
适合于形成NPHA的纳米颗粒包括疏水性纳米颗粒和亲水性纳米颗粒。示例性疏水性纳米颗粒包括但不限于半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合。包括但不限于半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合，
注意，这些相同的纳米颗粒可以是疏水性或亲水性的，取决于它们所接受的表面处理。
亲水性聚合物的实例包括但不限于聚乙二醇(或聚环氧乙烷)、聚酐、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(甲基乙烯基醚)、聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯醇)、聚(2-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(4-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(乙烯胺)聚(乙烯亚胺)，以及其衍生物和组合；并且疏水性聚合物的实例包括但不限于聚烷基(丙烯酸酯)、聚二烯、聚咪唑、聚内酯和聚交酯、聚烯烃、聚唑啉、聚环氧乙烷、聚吡啶、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚乙烯基蒽/菲、聚乙烯基萘、聚乙烯基环己烷、聚(丙烯腈)、聚(己二酸酐)、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(1-氮杂双环[4.2.0]辛烷)(polyconidine)、聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔]，以及其衍生物和组合。
聚合物或连接基团可以包括两亲分子或链段。广泛多种两亲物可以结合本文所述的本发明来使用。如本文所用的术语“两亲物”是指包括亲水性链段和疏水性链段的化合物。在本发明的某些实施方案中，两亲物是两亲嵌段共聚物。在本发明的某些其它实施方案中，两亲物是肽两亲物。合适的两亲嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯-b-乙二醇)、聚(ε-己内酯-b-乙二醇)、聚(乙二醇-b-二硬脂酰基磷脂酰基乙醇胺)，及其组合。合适的肽两亲物包括但不限于棕榈酰基-VVAAEE-NH2、棕榈酰基-VVAAEEGIKVAV-COOH、棕榈酰基-VVAAEEEEGIKVAV-COOH，及其组合。那些本领域技术人员将了解各种其它两亲物可以被利用并且在本文所预期的本发明的范围内。
在某些实施方案中，复合纳米颗粒结构可以包括多个疏水性纳米物质。在根据本文所述的本发明的某些示例性实施方案中，多个疏水性纳米物质可以包括一种、两种、三种、四种、或更多种不同类型的疏水性纳米物质。纳米物质可以是天然疏水性的或者可以被修饰以具有疏水表面或以其它方式变成疏水的。在本发明的某些示例性实施方案中，多个疏水性纳米物质包括但不限于半导体纳米颗粒、金属纳米颗粒、磁性纳米颗粒、含碳纳米颗粒，及其组合。该种疏水性纳米颗粒的非限制性实例包括量子点、金纳米颗粒、银纳米颗粒、铂纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、超顺磁性氧化铁纳米颗粒、碳纳米管及碳点。所利用的疏水性纳米物质类型的各种组合主要取决于所得到的复合纳米颗粒结构的所要功能或应用(例如磁性、荧光、磁性和荧光，等等)。
在根据本文所述的本发明的一个示例性实施方案中，所述复合纳米颗粒结构包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点以及至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长的第二量子点。如本文所用，术语“量子点”是指具有独特的光学性质(如宽的激发光谱、窄的发射带宽以及增强的耐光性)的半导体纳米晶体。量子点一般具有约2nm至约10nm的直径。在一个示例性实施方案中，至少一个第一量子点具有在490nm至560nm之间的第一发射波长并且至少一个第二量子点具有在590nm至700nm之间的第二发射波长，并且所述复合纳米颗粒结构具有在5nm至1000nm范围内的平均直径。在某些实施方案中，包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点以及至少一个具有第二发射波长的第二量子点的所述复合纳米颗粒结构具有在约10nm至约800nm范围内的平均直径，包括约20nm至约700nm，包括约25nm至约500nm，包括约30nm至约100nm，包括约30nm至约70nm，并且还包括约30nm至约50nm。
虽然示例性实施方案利用至少一个具有第一发射波长在约490nm至约560nm(即绿色)之间的第一量子点以及至少一个具有第二发射波长在约590nm至约700nm(即红色)之间的第二量子点，但具有不同发射波长(即色彩)的量子点的各种其它组合可以结合本文所述的本发明来利用。例如，发射波长可以在约380nm至约800nm的范围内，还包括红外线。在某些实施方案中，第一发射波长可为约380nm至450nm，或约450nm至约495nm，或约495nm至约570nm，或约570nm至约590nm，或约590nm至约620nm，或约620nm至约750nm，并且第二发射波长可以在任何一个上述范围之内，所述范围是与第一发射波长不同的范围。通过提供不同于第一发射波长的第二发射波长，由囊封在复合纳米颗粒结构内的量子点发射的色彩能够被区分，这尤其适用于颗粒追踪应用，如下文中更详细地描述。
根据本发明，在一个示例性实施方案中，所述复合纳米颗粒结构还包含至少一个第一量子点，并且所述第一量子点具有第一发射波长。另外，所述复合纳米颗粒结构包含至少一个囊封在胶束中的第二量子点，并且所述第二量子点具有不同于第一发射波长的第二发射波长。复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。在某些实施方案中，所述复合纳米颗粒结构具有在约10nm至约800nm范围内的平均直径，包括约20nm至约700nm，包括约25nm至约500nm，包括约30nm至约100nm，包括约30nm至约70nm，并且还包括约30nm至约50nm。如上所述，发射波长可在约380nm至约800nm范围内，还包括红外线，并且第二发射波长不同于第一发射波长以便发射出的颜色能够被区分。
包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点以及至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的复合纳米颗粒结构尤其适用于颗粒追踪应用，例如在非均质系统如活细胞及微流体流中的颗粒追踪。通过将具有不同发射波长的量子点囊封成复合纳米颗粒结构，解决了与用于颗粒追踪的量子点有关的两个似乎不能调和的问题。与量子点有关的第一个问题是量子点易遭受闪烁，一种间歇性的荧光损失(单个和小群量子点的特征)，所述闪烁中断颗粒追踪。另一方面，闪烁是用于证实量子点的原位聚集状态的主要方法，并且具有连续荧光发射的单一或小群量子点难以从大的聚集物上辨别出。在解决这两个问题时，包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点以及至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的复合纳米颗粒结构呈现出近似连续的交替彩色荧光，这允许甚至是在焦平面上运动期间通过可观察的颜色变化来进行聚集状态辨别。
因为闪烁动力学是随机的，所以包含至少一个具有第一发射波长(例如490nm至560nm-绿色)的第一量子点以及至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长(例如590nm至700nm-红色)的第二量子点的单一示例性复合纳米颗粒结构当发射波长在第一量子点与第二量子点及其组合之间交替时保持几乎连续的荧光。相反，复合纳米颗粒结构的大聚集物将显示出几乎恒定的荧光发射色彩，这允许单一复合纳米颗粒结构(或极小群)通过其交替彩色发射而得以区分。因此，该种复合纳米颗粒结构可以被连续追踪并且识别为单一复合纳米颗粒结构或极小群的复合纳米颗粒结构。
此外，包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点以及至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的复合纳米颗粒结构可用来区分复合纳米颗粒结构与在与第一发射波长或第二发射波长重叠的波长信道上发射的背景荧光。举例来说，如果存在过多500nm的背景荧光，那么仍将可能通过在例如650nm处成像来区分包含具有490nm至560nm的发射波长的量子点以及具有590nm至700nm的发射波长的量子点的复合纳米颗粒结构。
根据本文所述的本发明，在一个示例性实施方案中，所述复合纳米颗粒结构包含多个具有相同发射波长的量子点。在这个具体实施方案中，荧光发射的亮度提高，而复合纳米颗粒结构的尺寸没有增加。
在本发明的一个示例性实施方案中，包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点以及至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长的第二量子点的所述复合纳米颗粒结构进一步包含至少一个另外的纳米物质。例如，所述至少一个另外的纳米物质包括但不限于选自由以下组成的组的纳米物质：磁性纳米颗粒、金属纳米颗粒、含碳纳米颗粒，及其组合。另外的纳米物质增强复合纳米颗粒结构的功能性(例如，磁性纳米颗粒通过磁场能够操纵复合纳米颗粒结构)以使复合纳米颗粒结构的应用变宽。
根据本文所述的本发明，在一个示例性实施方案中，所述复合纳米颗粒结构包含至少一个量子点和至少一个磁性纳米颗粒，并且所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的平均直径。磁性纳米颗粒可包括氧化铁纳米颗粒、超顺磁性氧化铁纳米颗粒、或铁、镍、钴、其化合物的各种其它磁性纳米颗粒，以及其组合。如上所述，在某些实施方案中，所述复合纳米颗粒结构具有在约10nm至约800nm范围内的平均直径，包括约20nm至约700nm，包括约25nm至约500nm，包括约30nm至约100nm，包括约30nm至约70nm，并且还包括约30nm至约50nm。
包含至少一个量子点和至少一个磁性纳米颗粒的复合纳米颗粒结构具有基于其荧光和磁性特性的大量应用。由量子点赋予的荧光允许复合纳米颗粒结构用作传统诊断应用(例如免疫细胞化学)中的成像剂，而来自磁性纳米颗粒的磁性特性允许复合纳米颗粒结构通过磁场来操纵，这可以产生磁性靶向的纳米结构的设计。此外，该种复合纳米颗粒结构可用于分离和表征癌细胞的分子概况，如循环肿瘤细胞，并且通过磁共振和荧光成像进行多模式体内肿瘤显影。此外，该种复合纳米颗粒结构可以在体外用以操纵和追踪细胞、生物分子以及纳米结构。
在根据本发明的一个示例性实施方案中，所述复合纳米颗粒结构进一步包含官能团。更具体地说，官能团缀合至、结合至、或以其它方式附着于复合纳米颗粒结构，或者复合纳米颗粒结构缀合至、结合至、或以其它方式附着于官能团。官能团可以是实际上任何分子，这些分子适用于生物、环境、或各种其它应用。在本发明的某些实施方案中，所述官能团选自由以下组成的组：肽、多肽、蛋白质、配位体、抗体、DNA、RNA，及其组合。然而，官能团可以包括实际上任何化合物或分子，所述化合物或分子被设计以靶向并结合至例如特定类型的细胞、蛋白质等等。因此，如本文所用的术语“官能团”广泛地包括被设计以靶向特定实体的化合物或分子。本质上，复合纳米颗粒结构可以用官能团标记，或者官能团可以用复合纳米颗粒结构标记。例如，在一个示例性实施方案中，复合纳米颗粒结构与靶向特异性细胞群体的抗体缀合。存在通过可以结合本文所述的本发明来利用的领域中已知的化学修饰来交联或缀合或以其它方式附着蛋白质、配位体、抗体、分子片段等等的若干方法。例如，碳二亚胺(EDC)化学法或NHS-酯交联剂化学法可以用于缀合、交联、结合或以其它方式附着官能团至复合纳米颗粒结构上，且反之亦然。
在本发明所预期的某些实施方案中，制造聚合纳米颗粒的方法包括混合或搅拌含有多个液滴的水性收集溶液。混合或搅拌步骤可以将多个液滴更好地分散在水性收集溶液内以帮助形成聚合纳米颗粒。
如先前所指出，所预期的一般发明构思的聚合纳米颗粒适用于控制释放的递送系统。因此，在一个示例性实施方案中，有机相流体进一步包含活性成分，并且聚合纳米颗粒包含自组装结构，如两亲胶束，所述胶束囊封疏水性聚合物和活性成分。在另一实施方案中，活性成分可以供应在水相流体中。活性成分可以是实际上任何分子或化合物，包括但不限于抗癌药、治疗性蛋白质、抗生素、护肤剂、肥料等等。在一个示例性实施方案中，由本文所述的本发明所预期的聚合纳米颗粒的粒度(例如<100nm)在递送活性成分中提供许多优势，包括但不限于在血流中的较佳半衰期、提高的胶体稳定性、更快的释放、更深的渗透至组织中，等等。
在一个示例性实施方案中，聚合纳米颗粒进一步包含官能团。所述官能团可以是实际上任何分子，这些分子适用于生物、环境、或各种其它应用。在本发明的某些实施方案中，所述官能团选自由以下组成的组：肽、多肽、蛋白质、配位体、抗体、DNA、RNA，及其组合。然而，官能团可以包括实际上任何化合物或分子，所述化合物或分子被设计以靶向并结合至例如特定类型的细胞、蛋白质等等。因此，如本文所用的术语“官能团”广泛地包括被设计以靶向特定实体的化合物或分子。官能团可以缀合至、结合至、交联至、或以其它方式附着于聚合纳米颗粒。类似地，聚合纳米颗粒可以缀合至、结合至、交联至、或以其它方式附着于官能团。本质上，聚合纳米颗粒可以用官能团标记，或官能团可以用聚合纳米颗粒标记。例如，在一个示例性实施方案中，聚合纳米颗粒与靶向特异性细胞群体的抗体缀合。存在通过可以结合本文所述的本发明来利用的领域中已知的化学修饰来交联或缀合或以其它方式附着蛋白质、配位体、抗体、分子片段等等的若干方法。例如，碳二亚胺(EDC)化学法或NHS-酯交联剂化学法可以用于缀合、交联、结合或以其它方式附着官能团至聚合纳米颗粒上，且反之亦然。
如先前所提及，广泛多种两亲物可以结合本文所述的本发明使用。在本发明的某些实施方案中，两亲物是两亲嵌段共聚物。在本发明的某些其它实施方案中，两亲物是肽两亲物。合适的两亲嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯-b-乙二醇)、聚(ε-己内酯-b-乙二醇)、聚(乙二醇-b-二硬脂酰基磷脂酰基乙醇胺)，及其组合。合适的肽两亲物包括但不限于棕榈酰基-VVAAEE-NH2、棕榈酰基-VVAAEEGIKVAV-COOH、棕榈酰基-VVAAEEEEGIKVAV-COOH，及其组合。那些本领域技术人员将了解各种其它两亲物可以被利用并且在本文所预期的本发明的范围内。
在某些实施方案中，聚合物是疏水性聚合物。广泛多种疏水性聚合物可以根据本发明来利用。在某些实施方案中，疏水性聚合物是生物相容的和生物可降解的。例如，在一个示例性实施方案中，疏水性聚合物是聚(乳酸-共-乙醇酸)。然而，其它疏水性聚合物是根据本发明所预期的，包括但不限于聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚(乳酸)、聚(乙醇酸)、聚(己内酯)、聚(乙二醇)，及其组合。在某些实施方案中，疏水性聚合物在有机相流体中供应至喷嘴。例如，疏水性聚合物分散、溶解或以其它方式添加至有机相流体中。
在其它实施方案中，聚合物是亲水性聚合物。广泛多种亲水性聚合物可以根据本文所述的本发明来利用。例如，合适的亲水性聚合物包括但不限于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚(环氧乙烷)、纤维素醚。许多其它亲水性聚合物为本领域技术人员所知并且是本文中所预期的。在某些实施方案中，亲水性聚合物在水相流体中供应至喷嘴。例如，亲水性聚合物分散、溶解或以其它方式添加至水相流体中。
形成复合纳米颗粒结构的方法
现参看图1，示出了根据一个示例性实施方案用于产生复合纳米颗粒结构的方法的示意图。一般说来，用于产生复合纳米颗粒结构的方法包括提供多个NPHA并且使NPHA组装成复合纳米颗粒结构。
自组装工艺是通过选自以下清单的方法来进行的，所述方法包括但不限于薄膜水合、直接溶解、纳米沉淀、界面不稳定、透析、电喷雾、挤压及超声处理。粒度及“分子式”(在组装中每个不同纳米颗粒-聚合物缀合物的数量)的控制是由包括但不限于以下的参数给出的：纳米颗粒和聚合物的尺寸、纳米颗粒和聚合物的疏水性/亲水性、温度、分子环境。
形成NPHA的方法
形成本发明的NPHA的方法通常包括提供疏水性或亲水性的纳米颗粒，提供具有一般与纳米颗粒相反的疏水性/亲水性的聚合物，以及将纳米颗粒与聚合物偶联以形成NPHA。合适的纳米颗粒和聚合物如上所述。
纳米颗粒与聚合物的偶联可以通过化学键结或物理缀合容易地实现。化学键结共价键结或络合以及可以使用纳米颗粒或聚合物上的反应基团或有时使用连接基团实现。聚合物或纳米颗粒上的反应基团可以是羧基、羟基、氨基、硫醇基、羧基、或能够与纳米颗粒表面上的基团反应的任何其它基团。连接基团可以在纳米颗粒上或在聚合物上。
在一些实施方案中，连接基团具有作为电子供体或受体的原子，这样使得络合可以发生在连接基团上的原子与纳米颗粒表面或聚合物上的原子之间。一种此类连接基团可以是EDTA，其中羧基允许EDTA与纳米颗粒表面上的金属原子络合。
使用复合纳米颗粒结构的方法
通过本文所公开的方法来制备的复合纳米颗粒结构的应用众多，从癌症成像到太阳能电池、还有环境监测。此外，作为平台技术，这项新技术具有产生更多新发明的巨大潜力。
实施例
以下实施例说明本文所述的本发明的示例性实施方案或特征。实施例仅仅出于说明而给出并且不能被视为限制本发明，因为在不背离本发明的精神及范围的情况下其许多变化是可能的。
实施例1
材料和方法
化学品
分子量为3800-b-6500(道尔顿)的聚(苯乙烯-b-乙二醇)可以购自Polymer Source。具有疏水表面(λ发射＝545nm，10pmol对于绿色QD，以及λ发射＝605nm，2pmol对于红色QD)的量子点(QD)可以购自Invitrogen。氯仿和聚(乙烯醇)(13,000-23,000道尔顿，87-89％水解的)可以购自Aldrich。用于培养NIH3T3细胞的杜氏改质的伊格尔培养基和胎牛血清可以购自ATCC。
制备复合纳米颗粒结构
量子点(疏水性，表面上具有胺修饰的三辛基膦氧化物)-聚(乙二醇)(亲水性，用羧基来修饰)缀合物是通过EDAC化学法形成的。类似地，通过EDAC缀合化学法形成氧化铁纳米颗粒(疏水性)-聚(乙二醇)(亲水性)缀合物。然后，油相是通过将氧化铁纳米颗粒-聚(乙二醇)缀合物与量子点-聚(乙二醇)缀合物在四氢呋喃中混合而形成。油相添加至大的水相中，伴随机械搅拌。将由此形成的混合物用纯水透析过夜，得到NPHA。
透射电子显微术(TEM)
复合纳米颗粒结构(CNPS)用1％磷钨酸(PTA)进行负染色。TEM研究可以使用FEI Tecnai G2Spirit透射电子显微镜(80kV)来进行。QD和PTA是电子致密的并且呈现暗色，而胶束的外壳在图像中则呈现亮色。
荧光显微术及图像分析
为了将CNPS均匀地分散在盖玻片表面上，CNPS溶液(10μl，1-10nM)可以夹在两个盖玻片之间并且放置于通风橱中10分钟。两个盖玻片然后可以被分离并且再暴露于环境条件下10分钟。盖玻片然后可以被固定于显微镜载玻片上用于荧光显微镜观察。CNPS可以用装备有100W汞灯(Chiu Technical公司，λ激发＝488nm)的OlympusBX41显微镜(100倍油浸物镜)成像。
荧光发射可以通过长通滤波器过滤并且由Olympus DP70CCD照相机来收集。图像分析可以使用Image J图像分析软件进行。像素的荧光强度可以由其灰度级来确定。颗粒的荧光强度可以通过将颗粒的所有像素的平均灰度级乘以由颗粒所占据的面积(像素数目)来测定。颗粒的轨迹可以通过将颗粒质心人工连接在时间序列的所有帧上来识别。不同颗粒穿过焦平面的运动可以通过人工地调整显微镜载物台来成像。所用的照相机曝光时间对于QD闪烁和CNPS交替彩色图像可以是500ms，对于QD聚集物可以是16.7ms，并且对于CNPS聚集物可以是0.8ms。
QD之间的FRET效率的估算
在所用的两个QD尺寸之间的FRET效率可估算如下：
R 0 = ( 9000 ( ln 10 ) k 2 Q D 128 &pi; 5 N n 4 &times; I ) 1 6 &ap; 3.9 nm - - - ( 1 )
其中R0＝Forster距离，I＝光谱重叠功能＝2.2309X1015(通过对供体QD和受体QD的重叠区下面积的积分获得)，k2＝定位系数＝2/e，QD＝供体量子产率＝80％(按QD制造商0，N＝Avogardo的数目＝6.02X1023，并且n＝折射率＝2.2(CdSe和聚苯乙烯的折射率的平均值)。
E = R 0 6 R 0 6 + r 6 - - - ( 2 )
其中E＝FRET效率并且r＝QD FRET对的中心之间的距离。
假定两个QD(即，彼此接触的两个QD)之间是零分离，那么FRET供体与受体之间的距离是两个QD的半径的总和。由TEM所测量的QD半径是：r＝r1+r2＝2.05+3.45＝5.48nm；因此，E＝13.1％，并且在两个QD之间有1nm分离，E＝5.2％。
CNPS对于颗粒追踪应用的适用性可以使用荧光显微镜(λ激发＝488nm)、CCD照相机以及长通滤波器来评估以允许同时观测绿色和红色信道。CNPS显示出多个交替荧光发射色彩，包括成分绿色和红色QD及其组合的那些。CNPS红色信道的荧光与绿色信道的荧光的比率(R/G比率)在整个观察期都在变化(0.564-3.662AU，或550％差异)，导致荧光色彩的连续变化。R/G比率的变化可以是突然的；指示在红色(高R/G比率)、黄色/橙色(中等R/G比率)以及绿色(低R/G比率)之间突然的颜色变化。另外，CNPS内部的较小区域的荧光色彩也连续地和突然地变化。例如，在帧41(5.453s)中，CNPS表现为由薄的红色壳围绕的大的橙色核心(R/G比率＝1.846)，而在帧110(14.497s)中，CNPS呈现绿色(R/G比率＝0.580)。CNPS中不均匀的色彩分布指示CNP中不同色彩的QD的不均匀分布。相反，CNPS的大聚集物(从保存1周之后未过滤的CNPS溶液的可见沉淀获得)显示出近似恒定的荧光色彩和R/G比率(2.931-3.004AU，或2.4％差异)。因此，CNPS的交替彩色特征可以充当单一(或小群)状态的标记。
为了评估荧光强度的动力学，总体CNPS荧光强度以及单个红色和绿色信道的荧光强度可以与单独成像的单一绿色和红色QD的强度相比较。经2min的观察期，总CNPS荧光强度保持很高(在588.07至2995.998AU的范围内)，但在若干时点，单个CNPS彩色信道的荧光强度可以由于成分QD闪烁的结果而降低。与单个QD相比，单个QD的荧光可以在若干时点几乎熄灭(绿色QD，0-408.000AU；红色QD，13.988-1429.012AU)，CNPS荧光可以是实际上连续的。另外，CNPS比成分QD亮得多，这将显著改善追踪研究中的信噪比。
这些测量还可以用于估算CNP中成分QD的数目，这对于潜在的复合应用很重要。如果单个成分QD的数目可以原位测定，那么将可能构造具有已知的红色与绿色颗粒比率的CNPS，这然后可以用于追踪不同物质。从CNPS信道与单一QD的荧光强度(经10s积分以补偿闪烁)的比较来看，据估计显示于中的CNPS含有四个(即4.09)绿色QD以及两个(即2.24)红色QD。然而，考虑到与CNPS的光谱重叠以及QD之间的紧密接近，可以发生Forster共振能量传递(FRET)。因此，绿色与红色QD之间的FRET效率可以计算并且测定为低的(对于0nm分离是13.1％并且对于1nm分离是5.2％)。在QD-QD对中观察到的相对于分子FRET供体/受体的低FRET效率是由QD的大尺寸引起的。这些计算结果指示FRET不会显著地干扰CNPS的荧光特性。
除允许近似连续的追踪并且证实聚集状态之外，交替彩色荧光发射还可用于解决在基于QD的颗粒追踪中另一个长期存在的问题：散焦的大聚集物与单一(或小群)纳米颗粒的区分。在使用常规QD的高度动态系统中，在焦平面以外的快速3D运动不能与闪烁相区分，因为两者均导致荧光信号的消失。相反，CNPS允许轻易并明确的证实聚集状态，因为(1)CNPS产生交替彩色荧光发射并且(2)成分QD在CNPS中作为一个整体移动。因此，完全散焦移动的CNPS聚集物表现为荧光的完全损失，这可与单一(或小群)CNPS的交替彩色信号明显的区别开。
滴涂的CNPS可以通过显微镜载物台的人工控制来移动。典型的CNPS可以被连续追踪2min，比对于在文献中所报道的任何单一QD轨迹所报道的闪烁中断之间的持续时间长得多。当显示出连续和突然的颜色变化时CNPS在整个视场中移动，指示单一(或小群)状态。CNPS交替彩色荧光可与可能由颗粒生长(例如，奥斯瓦德熟化)和聚集引起的潜在的荧光强度和颜色变化区分开。据报道，一些大的QD聚集物(例如，具有较差保护表面的QD)的荧光强度在某些实验条件下在达到稳态之前经历明显、而逐渐的衰减。然而，大的CNPS聚集物(包含表面充分保护的可商购获得的QD)在所测试的全部实验条件下在所有彩色信道中发射恒定荧光。另外，即使可以使用具有较差保护表面的颗粒，但因为荧光的初始衰减将是逐渐的，所以荧光的任何可能的改变也将是逐渐的并且因此可以区别于由单一(或小群)CNPS显示出的突然的颜色变化。
在轨迹(例如从84.44至87.22s)中可以有若干快的和大的位置变化(“跳跃”)。具体来说，色彩变化事件与在84.44与86.67s之间的跳跃事件一致。色彩变化事件指示在这个时候，CNPS中的至少一个成分QD可以是闪烁的，这突出了使用CNPS而非QD对于追踪的益处。如果这个成分闪烁QD单独可以用作示踪颗粒，那么在“跳跃”之后的轨迹将由于闪烁与跳跃的一致而丢失。或者，可以使用“非闪烁QD”，其中闪烁通过QD表面上的介体/补偿器、用厚壳体涂覆QD、或合成具有逐渐变化的势能函数的QD而减少或消除。然而，这些不会允许有待证实的聚集状态(或其缺乏)，因为闪烁将不存在，电子显微镜和单光子计数不能原位应用，并且荧光颗粒光斑尺寸可以随照相机曝光时间而变化并且经受衍射限制(即，不是颗粒的实际尺寸)。
除光学特性之外，CNPS还具有使其尤其适用于颗粒追踪研究的若干特征。首先，约20％原样合成的CNPS(没有分离或优化)展示近似连续的荧光，交替彩色特性(其余提供典型的单一彩色荧光)。第二，产率可以通过荧光分类(例如FACS)来提高；然而，CNPS还可以原样合成地使用，其中研究者选择性地追踪那些具有交替彩色特征的荧光颗粒。第三，CNPS是小的并且因此预期不会干扰所追踪的大多数过程。此外，CNPS的生物缀合可以伴随有充分记载的过程(使用具有-COOH或-NH2端基的两亲聚合物)。另外，CNPS在通常用于颗粒追踪研究的生物环境中是稳定的。
例如，在细胞培养基(杜氏改质的伊格尔培养基，含有10％血清，37℃)中12h之后，CNPS可以无显著的聚集，并且其近似连续的荧光和交替彩色特性可以保留。细胞培养基、血液或细胞质可以全部潜在地通过氧化/还原反应或分子吸收与QD表面相互作用以改变QD特性。由CNPS呈现的对于生物环境的高耐受性至少部分将由胶束对QD表面的保护而产生。
CNPS的特性可以显著地增强流体(例如生物环境或微流体流)中的动态颗粒追踪。然而，预期CNPS可用于磁性操纵和多模式成像，或用于制造可以同时追踪多个生物分子或纳米材料的复合颗粒。此外，CNPS还可以充当用于研究受控制的微环境中的能量传递和QD的电子耦合的平台。
实施例2
实施例2说明根据本文所述的本发明使用复合纳米颗粒结构的方法的一个示例性实施方案。
用于生物力学研究的纳米级力传感器。因为纳米级力传感器，所以包含胶束共囊封量子点(QD)和超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)的复合纳米颗粒结构用于识别有待被研究的生物对象。严格限定的外力然后通过磁性精密控制器施加于生物对象上，并且由于该力造成的生物对象的位置变化是通过QD的荧光来追踪。

Claims (22)

1.一种用于产生复合纳米颗粒结构的方法，所述方法包括：
提供多个纳米颗粒-聚合物混合两亲物(NPHA)，以及
使所述多个NPHA自发地组装成复合纳米颗粒结构。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述复合纳米颗粒结构包含至少2个NPHA。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述复合纳米颗粒结构包含至少5个NPHA。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述复合纳米颗粒结构包含至少10个NPHA。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述NPHA包含：
(a)疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物，或
(b)亲水性纳米颗粒和疏水性聚合物。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述NPHA包含疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物，
其中所述疏水性纳米颗粒选自由以下组成的组：疏水性半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合，并且
其中所述亲水性聚合物选自由以下组成的组：聚乙二醇(或聚环氧乙烷)、聚酐、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(甲基乙烯基醚)、聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯醇)、聚(2-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(4-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(乙烯胺)聚(乙烯亚胺)，以及其衍生物和组合。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述NPHA包含亲水性纳米颗粒和疏水性聚合物，
其中所述亲水性纳米颗粒选自由以下组成的组：亲水性半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合，并且
其中所述疏水性聚合物选自由以下组成的组：聚烷基(丙烯酸酯)、聚二烯、聚咪唑、聚内酯和聚交酯、聚烯烃、聚唑啉、聚环氧乙烷、聚吡啶、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚乙烯基蒽/菲、聚乙烯基萘、聚乙烯基环己烷、聚(丙烯腈)、聚(己二酸酐)、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(1-氮杂双环[4.2.0]辛烷)(polyconidine)、聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔]，以及其衍生物和组合。
8.如权利要求1所述的方法，其中使所述多个NPHA自发地组装成复合纳米颗粒结构包括选自由以下组成的组的方法：薄膜水合、直接溶解、纳米沉淀、界面不稳定、透析、电喷雾、挤压以及超声处理。
9.如权利要求1所述的方法，其中包括将所述多个NPHA溶解于有机溶剂中，并且允许所述NPHA组装成所述复合纳米颗粒结构。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述有机溶剂选自由以下组成的组：氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷，及其组合；所述两亲物选自由以下组成的组：聚(苯乙烯-b-乙二醇)、聚(ε-己内酯-b-乙二醇)、聚(乙二醇-b-二硬脂酰基磷脂酰基乙醇胺)、肽两亲物，及其组合；并且所述多个疏水性纳米颗粒选自由以下组成的组：半导体纳米颗粒、金属纳米颗粒、磁性纳米颗粒、含碳纳米颗粒，及其组合。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述复合纳米颗粒结构包含至少一个具有第一发射波长的第一量子点以及至少一个具有不同于第一发射波长的第二发射波长的第二量子点，并且所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述复合纳米颗粒结构包含至少一个量子点和至少一个磁性纳米颗粒，并且所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述复合纳米颗粒结构进一步包含官能团，其中所述官能团选自由以下组成的组：肽、多肽、蛋白质、配位体、抗体、DNA、RNA，及其组合。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述NPHA包含选自由以下组成的组的纳米颗粒：金属纳米颗粒、磁性纳米颗粒、含碳纳米颗粒，及其组合。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述第一发射波长在约490nm至约560nm之间并且所述第二发射波长在约590nm至约700nm之间。
17.一种包含多个纳米颗粒-聚合物混合两亲物(NPHA)的复合纳米颗粒结构，其中所述NPHA包含：
(a)疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物，或
(b)亲水性纳米颗粒和疏水性聚合物。
18.如权利要求17所述的复合纳米颗粒结构，其中所述NPHA包含疏水性纳米颗粒和亲水性聚合物，
其中所述疏水性纳米颗粒选自由以下组成的组：疏水性半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合，并且
其中所述亲水性聚合物选自由以下组成的组：聚乙二醇(或聚环氧乙烷)、聚酐、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(甲基乙烯基醚)、聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯醇)、聚(2-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(4-乙烯基N-甲基吡啶碘化物)、聚(乙烯胺)聚(乙烯亚胺)，以及其衍生物和组合。
19.如权利要求17所述的复合纳米颗粒结构，其中所述NPHA包含亲水性纳米颗粒和疏水性聚合物，
其中所述亲水性纳米颗粒选自由以下组成的组：亲水性半导体量子点、贵金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒、氧化铁纳米颗粒、碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米线、纳米棒，以及其衍生物和组合，并且
其中所述疏水性聚合物选自由以下组成的组：聚烷基(丙烯酸酯)、聚二烯、聚咪唑、聚内酯和聚交酯、聚烯烃、聚唑啉、聚环氧乙烷、聚吡啶、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚乙烯基蒽/菲、聚乙烯基萘、聚乙烯基环己烷、聚(丙烯腈)、聚(己二酸酐)、聚(二茂铁基二甲基硅烷)、聚(N-乙烯基己内酰胺)、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(1-氮杂双环[4.2.0]辛烷)(polyconidine)、聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔]，以及其衍生物和组合。
20.如权利要求17所述的复合纳米颗粒结构，包含至少一个囊封在组装结构(包括但不限于胶束和囊型结构)中的第一量子点，所述第一量子点具有第一发射波长；至少一个囊封在所述胶束中的第二量子点，所述第二量子点具有不同于所述第一发射波长的第二发射波长；并且所述复合纳米颗粒结构具有在约5nm至约1000nm范围内的直径。
21.如权利要求17所述的复合纳米颗粒结构，进一步包含至少一个囊封在所述胶束中的另外的纳米颗粒，所述另外的纳米颗粒选自由以下组成的组：金属纳米颗粒、磁性纳米颗粒、含碳纳米颗粒，及其组合。
22.如权利要求18所述的复合纳米颗粒结构，其中所述第一发射波长在约490nm至约560nm之间并且所述第二发射波长在约590nm至约700nm之间。
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