CN107787352A - 连续发射的核/壳纳米片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核/壳纳米片及其作为荧光团或荧光剂的用途。

Description

连续发射的核/壳纳米片

技术领域

本发明涉及纳米颗粒、尤其是半导体纳米晶体的领域。具体地，本发明涉及核/壳纳米片，其表现出用作成像剂、尤其是生物成像剂的期望特征，例如得到抑制的闪烁。

背景技术

荧光染料或荧光团具有广泛的用途，包括蛋白质(例如抗体)、DNA、碳水化合物和细胞的标记。荧光标记的底物已经在包括生物学、医学、电子学、生物医学和法医学的多种应用中用于可视化和/或定量测量。具体地，在生命科学中基本过程的研究依赖于快速、灵敏、可靠和可重现地检测生物分子彼此之间的相互影响。

半导体纳米颗粒如量子点已知为理想的荧光团，这是因为其令人关注的特性：高量子产率、窄的荧光半峰全宽、抗光漂白性、大的吸收截面、可调的发射波长等。然而，量子点表现出荧光间歇或闪烁。闪烁严重地限制量子点作为成像剂的应用，尤其是关于荧光标记生物分子的实时监控。因此，对于表现出得到抑制的闪烁的半导体纳米颗粒仍有需求。

发明内容

本发明因此涉及荧光胶态纳米片的集合体，该集合体的每个成员包括包含第一半导体材料的纳米片核和在纳米片核表面上的包含第二半导体材料的壳，其中该集合体的纳米片的至少40％在至少一分钟期间是连续发射的。

根据一个实施方式，纳米片的壳具有至少3nm的厚度。

根据一个实施方式，在配体交换反应之后，该集合体表现出小于50％的量子产率下降。根据一个实施方式，配体选自羧酸、硫醇、胺、膦、氧化膦、酰胺、酯、吡啶、咪唑和/或醇。

根据一个实施方式，该集合体在光照射下一小时后表现出小于50％的荧光量子效率下降。

根据一个实施方式，该集合体在100℃或更高的温度下表现出的荧光量子效率是在20℃下该集合体的荧光量子效率的至少80％。根据一个实施方案，温度为100℃至250℃

根据一个实施方式，组成核和壳的材料包括材料MxEy，其中：

M选自第Ib、IIa、IIb、IIIa、IIIb、IVa、IVb、Va、Vb、VIb、VIIb、VIII族或其混合物；

E选自第Va、VIa、VIIa族或其混合物；

x和y独立地为0至5的十进制数。

根据一个实施方式，组成核和壳的材料包括材料MxEy，其中：

M是Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物；

E是O、S、Se、Te、N、P、As、F、Cl、Br、I或其混合物，

x和y独立地为0至5的十进制数。

本发明还涉及根据本发明的荧光胶态纳米片的用途。

本发明还涉及包含与特异性结合成分缔合的根据本发明的至少一种荧光胶态纳米片的荧光团缀合物。

根据一个实施方式，所述特异性结合成分选自抗原、类固醇、维生素、药物、半抗原、代谢物、毒素、环境污染物、氨基酸、肽、蛋白质、抗体、多糖、核苷酸、核苷、核酸、核酸聚合物、碳水化合物、脂质、磷脂、聚合物、亲脂性的聚合物、聚合物微粒、细胞和病毒。

本发明还涉及根据本发明的荧光胶态纳米片或根据本发明的荧光团缀合物在检测系统中的用途。

本发明还涉及用于检测样品中分析物的方法，所述方法包括：

-使所述样品与根据本发明的荧光团缀合物相接触，其中特异性结合成分是所述分析物的结合配偶体；

-孵育所述缀合物与所述样品足够长的时间，以使所述分析物与所述成分相互作用，由此形成荧光分析物；和

-用适当的波长照射所述荧光分析物，由此在所述样品中确定所述分析物的存在。

本发明还涉及用于检测样品中多种分析物的方法，所述方法包括：

-使所述样品与根据本发明的多种荧光团缀合物相接触，其中每种特异性结合成分是一种分析物的结合配偶体，且其中每种荧光团呈现出不同的荧光发射；

-孵育所述缀合物与所述样品足够长的时间，以使所述分析物与所述成分相互作用，由此形成多种荧光分析物；

-用适当的波长照射所述荧光分析物，由此在所述样品中确定所述分析物的存在。

本发明还涉及一种用于检测样品中至少一种分析物的试剂盒，其包含根据本发明的至少一种荧光胶态纳米片或至少一种荧光团缀合物。

本发明还涉及根据本发明的荧光胶态纳米片或荧光团缀合物作为生物传感器或在荧光检测方法中用于体内动物成像或用于体外活细胞成像的用途。

定义

在本发明中，以下术语具有以下含义：

-如本文所使用的，指代物前不含有数量词也包括多个指代物的情况，除非上下文中另有明确规定。

-术语“约”在本文中用于表示近似、大致、大约、或在范围内。当术语“约”与数值范围结合使用时，其通过延伸所述数值的上下边界来修饰该范围。一般而言，术语“约”在本文中用于以所述值上下20％的变化来修饰数值。

-本文所使用的“抗体”包括由多克隆和单克隆制备两者获得的抗体，以及以下：杂交(嵌合)抗体分子；F(ab')2和F(ab)片段；Fv分子；单链Fv分子(sFv)；二聚和三聚的抗体片段构建体；微抗体；以及由这类分子获得的任何功能性片段，其中这类片段保留了母体抗体分子的特异性结合特性。

-“适配子”(或核酸抗体)指凭借其形状识别并结合到期望的靶向分子的单链或双链DNA或单链RNA分子。

-“条形码”指本发明的荧光团的一个或更多个尺寸、尺寸分布、组成或其任意组合。本发明的荧光团的每个尺寸、尺寸分布和/或组成具有特征发射光谱，例如波长、强度、FWHM和/或荧光寿命。除了通过控制本发明的具体荧光团的尺寸来调节发射能量的能力，在特定波长下观察到的具体辐射强度也能够变化，由此增加由荧光团条形码体系提供的潜在信息密度。在优选的实施方式中，针对期望波长下的具体发射，可以实现2-15种不同的强度，然而，本领域普通技术人员会意识到根据所关注的具体应用，可以实现超过15种的不同强度。出于本发明的目的，通过改变与所关注的物品、化合物或物质连接、嵌入其中或与其缔合的本发明的具体尺寸的荧光团的浓度可以实现不同的强度。“条形码”使得能够确定所关注的具体事物、化合物或物质的位置或鉴别它们。例如，本发明的荧光团可以被用于条形编码染色体以及染色体的位置，以用于光谱核型分析，如以下进一步描述的。

-“生物样品”指经分离的细胞、组织或流体的样品，其包括但不限于，例如血浆、血清、脊髓液、精液、淋巴液、皮肤的外部部分、呼吸道、肠道、泌尿生殖道、眼泪、唾液、乳汁、血细胞、肿瘤、器官，以及体外细胞培养组分的样品(包括但不限于由细胞在细胞培养基中生长所得到的条件培养基、推定的病毒感染细胞、重组细胞和细胞成分)。

-“生物分子”指合成的或天然存在的分子，例如蛋白质、氨基酸、核酸、核苷酸、碳水化合物、糖、脂质等。

-“闪烁”或“荧光间歇”指在一个或更多个周期期间荧光发射的中断。事实上，连续发光的量子点有限次数地发射可检测的光，其被暗周期中断，暗周期期间不发生发射。

-在预定周期内“连续发射的纳米片”指在预定周期内在激发下表现出高于阈值的荧光(或光致发光)强度的纳米片。积分时间设置为允许纳米片的充分激发时间且为多于或等于1ms。根据本发明，在测量期间(见实施例)，所述阈值可以设置为三倍噪音。

-“荧光寿命”指激发的荧光团在发射光子并衰减至基态之前保持在激发态的平均时间。

-“荧光量子效率或量子产率”指通过荧光发射的光子数目除以所吸收的光子数目的比。

-“均相分析”指无需转移、分离或冲洗步骤而进行的分析。因此，例如，均相的高通量筛选(HTS)分析包括将试剂添加到容器如试管或样品槽中，然后检测来自该具体槽的结果。可以在试管或槽中的溶液中、在试管或槽的表面上、在放置在试管或槽中的珠或细胞上等进行均相的HTS分析。通常使用的检测系统是荧光、化学发光或闪光检测系统。

-“成像剂”或“荧光标记”、“荧光团”或“染料”可以交换使用，并指在光激发后可以再次发射光的荧光化合物。

-当荧光团与特异性结合分子化学地偶联或缔合时，本发明的纳米片荧光团与特异性结合分子或者结合对的成员“连接”、“缀合”或“缔合”。因此，这些术语意指本发明的荧光团可以与特异性结合分子直接连接或经由连接部分，例如经由如下所述的化学连接来连接。术语表明事物通过例如共价化学键，物理力例如范德华力或疏水作用、包封、嵌入等物理性连接。作为实例而非限制本发明的范围，本发明的荧光团可以与能够和生物化合物如细胞、蛋白质、核酸、亚细胞器以及其他亚细胞成分物理地相互作用的分子缀合。例如，本发明的荧光团可以与能够与蛋白质、抗生物素蛋白和链霉亲和素结合的生物素缔合。另外，本发明的荧光团可以与非特异性地或序列-特异性地与核酸(DNA、RNA)结合的分子缔合。作为实例而非限制本发明的范围，这种分子包括与DNA的小沟结合的小分子、与DNA和RNA形成加合物的小分子；顺铂，插入DNA的碱基对之间的分子(例如，甲锭、普罗匹定、乙啡啶、卟啉等)，类放射的DNA损伤剂例如争光霉素、新抑癌蛋白、以及其他烯二炔，以及通过氧化结合和/或损伤核酸的金属复合物；DNA的化学探针和光化学探针。

-“单层”指一个原子厚度的膜或连续层。

-“多重分析”指其中通过使用超过一种可检测的标记可以同时检测多种分析物或生物状态的分析或其他分析方法的实施，每个可检测的标记在不同波长下以不同强度、不同FWHM、不同荧光寿命或其组合发射。优选地，多重测试通过利用荧光团-特异性衰减行为(即单指数衰减行为)来进行，其在单个激发和单个发射波长下测量以区分荧光团。该后一种方法要求足够不同的寿命和优选地单指数荧光衰减。优选地，每个可检测的标记与结合对的多个第一成员之一连接，其中每个第一成员能够与不同的结合对的相应第二成员结合。使用具有不同的发射光谱的本发明的荧光团的多重分析方法可以用于同时检测2至1000000种、优选2至10000种、更优选2至100种、或这些范围中任意整数种、甚至更优选最高10至20种、例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、或20种分析物、生物化合物或生物状态。

-“纳米颗粒或纳米晶体”是指具有在0.1至100纳米范围内的至少一个维度的任何形状的颗粒。

-“纳米片”、“纳米薄片”、“纳米盘”或“二维纳米颗粒”可以交换地指一个维度小于其他两个维度的纳米颗粒；所述维度为0.1至100纳米。在本发明的情况下，最小的维度(下文指厚度)比其他两个维度(下文指长度和宽度)是小至少1.5、2、2.5、3、3.5、4.5或5倍。

-“发生时间段”指连续激发期间其中颗粒表现出荧光发射的时间段，称为正在发生。

-“多核苷酸”、“寡核苷酸”、“核酸”和“核酸分子”指任意长度的核苷酸，即核糖核苷酸或脱氧核苷酸的聚合形式。该术语仅指分子的一级结构。因此，该术语包括三链、双链和单链DNA，以及三链、双链和单链RNA。其还包括多核苷酸的未修饰形式和例如通过甲基化和/或通过加帽的修饰。更具体地，术语“多核苷酸”、“寡核苷酸”、“核酸”和“核酸分子”包括多脱氧核糖核苷酸(含2-脱氧-D-核糖)、多核糖核苷酸(含D-核糖)、为嘌呤或嘧啶碱基的N-糖苷或C-糖苷的任何其他类型的多核苷酸、以及含非核苷酸骨架的其他聚合物，例如聚酰胺(例如，肽核酸(PNA))和聚吗啉代(聚合物和其他合成的序列-特异性核酸聚合物，其条件是聚合物以允许碱基配对和碱基堆积的构型，例如存在于DNA和RNA的构型包含核酸碱基)。不意在在长度上区分术语“多核苷酸”、“寡核苷酸”、“核酸”和“核酸分子”，这些术语会相互交换地使用。这些术语仅指分子的一级结构。因此，例如，这些术语包括3'脱氧-2',5'-DNA、寡脱氧核糖核苷酸N3'P5'氨基磷酸酯、2'-O-烷基-取代的RNA、双链和单链DNA、以及双链和单链RNA、DNA：RNA杂合体、以及PNA和DNA或RNA的杂合体，也包括已知类型的修饰，例如现有技术中已知的标记、甲基化、“帽”、用类似物取代一种或更多种天然存在的核苷酸、核苷酸之间的修饰，例如利用无电荷的连接基团(例如，膦酸甲酯、磷酸三酯、氨基磷酸酯、氨基甲酸酯等)、利用带负电荷的连接基团(例如，硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯等)、以及带正电荷的连接基团(氨基烷基氨基磷酸酯、氨基烷基磷酸三酯等)的那些，含侧链的那些如蛋白质(包含核酸酶、毒素、抗体、信号肽、聚-L-赖氨酸等)，利用嵌入剂(例如吖啶、补骨脂素等)的那些，包含螯合剂(例如，金属、放射性金属、硼、氧化性的金属等)的那些，包含烷基化剂的那些，具有修饰的连接基团(例如，α异头核酸等)的那些，以及多核苷酸或寡核苷酸的未修饰的形式。具体地，DNA是脱氧核糖核酸。

-“多肽”和“蛋白质”指通过肽键连接的氨基酸的分子链。术语并不指特定长度的产物。因此，“肽”、“寡肽”和“蛋白质”被包括在多肽的定义中。术语包括多肽的翻译后修饰，例如糖基化、乙酰化、磷酸化等。此外，蛋白质片段、类似物、突变的或变体的蛋白质、融合蛋白等被包括在多肽的含义中。

-“壳”指在每个面上覆盖在初始纳米片(即在整个表面上，除非生长过程在衬底上进行，则在与所述衬底接触的表面上)的至少一个原子厚度的膜或层。

-“特异性结合的分子”和“亲和性分子”在本文中可以交换地使用，并指通过化学或物理方式与存在于样品中的可检测的物质选择性地结合的分子。“选择性地结合”意思是分子优先地与关注的目标结合或与其他分子相比以更大的亲和力与目标结合。例如，抗体会选择性地与其反抗的抗原结合；DNA分子会与主要的互补序列结合而不会与不相关的序列结合。亲和性分子可以包括能够与本发明的荧光团连接和当连接时能够特异性地识别可检测的物质的任何分子或任何分子的部分。例如，这种亲和性分子包括如下文定义的这种类型的物质如抗体、单体的或聚合的核酸、适配子、蛋白质、多糖、糖等。

具体实施方式

本发明涉及包含初始纳米片核和壳的纳米片。

根据第一实施方式，初始纳米片是无机的胶态半导体和/或结晶纳米片。

根据一个实施方式，初始纳米片的厚度为0.3nm至少于500nm、5nm至少于250nm、0.3nm至少于100nm、0.3nm至少于50nm、0.3nm至少于25nm、0.3nm至少于20nm、0.3nm至少于15nm、0.3nm至少于10nm、或0.3nm至少于5nm。

根据一个实施方式，初始纳米片的至少一个横向维度为2nm至1m、2nm至100mm、2nm至10mm、2nm至1mm、2nm至100μm、2nm至10μm、2nm至1μm、2nm至100nm、或2nm至10nm。

根据一个实施方式，含有初始纳米片的材料包括材料MxEy，其中：

M选自Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物，

E选自O、S、Se、Te、N、P、As、F、Cl、Br、I或其混合物；

x和y独立地为0至5的十进制数。

根据实施方式，材料MxEy以化学计量比包含阳离子元素M和阴离子元素E，所述化学计量比的特征为x和y的值分别对应于元素E和M的平均氧化数的绝对值。

根据一个实施方式，基本上垂直于初始纳米片的最小维度的轴的面由M或E组成。

根据一个实施方式，初始纳米片的最小维度包括M和E的原子层的交替。

根据一个实施方式，初始纳米片中M的原子层的数目等于E的原子层的数目加1。

根据一个实施方式，组成初始纳米片的材料包括材料MxNyEz，其中：

-M选自Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物；

-N选自Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物；

-E选自O、S、Se、Te、N、P、As、F、Cl、Br、I或其混合物；且

x、y和z独立地为0至5的十进制数，条件是当x是0时，y和z不是0，当y是0时，x和z不是0，当z是0时，x和y不是0。

根据优选的实施方式，组成初始纳米片的材料包括材料MxEy，其中：

M选自第Ib、IIa、IIb、IIIa、IIIb、IVa、IVb、Va、Vb、VIb、VIIb、VIII族或其混合物；

E选自第Va、VIa、VIIa族或其混合物；

x和y独立地为0至5的十进制数。

根据一个实施方式，组成初始纳米片的材料包括来自第IIb-VIa族、第IVa-VIa族、第Ib-IIIa-VIa族、第IIb-IVa-Va族、第Ib-VIa族、第VIII-VIa族、第IIb-Va族、第IIIa-VIa族、第IVb-VIa族、第IIa-VIa族、第IIIa-Va族、第IIIa-VIa族、第VIb-VIa族、或第Va-VIa族的半导体。

根据一个实施方式，组成初始纳米片的材料包括选自CdS、CdSe、CdTe、CdO、Cd₃P₂、Cd₃As₂、ZnS、ZnSe、ZnO、ZnTe、Zn₃P₂、Zn₃As₂、HgS、HgSe、HgTe、HgO、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnS₂、SnSe₂、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、GeS₂、GeSe₂、CuInS₂、CuInSe₂、CuS、Cu₂S、Ag₂S、Ag₂Se、Ag₂Te、AgInS₂、AgInSe₂、FeS、FeS₂、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、MgO、MgS、MgSe、MgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、In₂S₃、TlN、TlP、TlAs、TlSb、Bi₂S₃、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、MoS₂、WS₂、VO₂或其混合物的至少一种半导体。

根据优选的实施方式，初始纳米片选自CdS、CdSe、CdSSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、PbS、PbSe、PbTe、CuInS₂、CuInSe₂、AgInS₂、AgInSe₂、CuS、Cu₂S、Ag₂S、Ag₂Se、Ag₂Te、FeS、FeS₂、PdS、Pd₄S、WS₂或其混合物。

根据一个实施方式，初始纳米片包括前述材料的合金。

根据一个实施方式，初始纳米片包含少量另外的元素。本文中术语“少量”指0.0001摩尔％至10摩尔％，优选0.001摩尔％至10摩尔％。

根据一个实施方式，初始纳米片包含少量的过渡金属或镧系元素。本文中术语“少量”指0.0001摩尔％至10摩尔％，优选0.001摩尔％至10摩尔％。

根据一个实施方式，初始纳米片包含引起与单独的初始纳米片相比电子过量或不足的少量的元素。本文中术语“少量”指0.0001摩尔％至10摩尔％，优选0.001摩尔％至10摩尔％。

根据一个实施方式，初始纳米片包含引起与单独的初始纳米片相比光学特性的改变的少量的元素。本文中术语“少量”指0.0001摩尔％至10摩尔％，优选0.001摩尔％至10摩尔％。

根据一个实施方式，初始纳米片由核/壳纳米片例如本领域技术人员已知的核/壳纳米片或根据本发明的核/壳纳米片组成。根据一个实施方式，“核”纳米片可以在其核的表面上具有外涂层或壳。

根据第一实施方式，最终纳米片(初始纳米片+壳)是无机的胶态半导体和/或结晶纳米片。

根据一个实施方式，最终纳米片的厚度为0.5nm至10mm、0.5nm至1mm、0.5nm至100μm、0.5nm至10μm、0.5nm至1μm、0.5nm至500nm、0.5nm至250nm、0.5nm至100nm、0.5nm至50nm、0.5nm至25nm、0.5nm至20nm、0.5nm至15nm、0.5nm至10nm、或0.5nm至5nm。

根据一个实施方式，最终纳米片的至少一个横向维度为2nm至1m、2nm至100mm、2nm至10mm、2nm至1mm、2nm至100μm、2nm至10μm、2nm至1μm、2nm至100nm、或2nm至10nm。

根据一个实施方式，壳的厚度为0.2nm至10mm、0.2nm至1mm、0.2nm至100μm、0.2nm至10μm、0.2nm至1μm、0.2nm至500nm、0.2nm至250nm、0.2nm至100nm、0.2nm至50nm、0.2nm至25nm、0.2nm至20nm、0.2nm至15nm、0.2nm至10nm、或0.2nm至5nm(附图2、3、4、11、13、14和16)。

根据一个实施方式，组成壳的材料包括材料MxEy，其中：

M选自Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物，

E选自O、S、Se、Te、N、P、As、F、Cl、Br、I或其混合物，

x和y独立地为0至5的十进制数。

根据一个实施方式，材料MxEy以化学计量比包含阳离子元素M和阴离子元素E，所述化学计量比的特征为x和y的值分别对应于元素E和M的平均氧化数的绝对值。

根据一个实施方式，基本上垂直于壳的最小维度的轴的面由M或E组成。

根据一个实施方式，壳的最小维度包括M和E的原子层的交替。

根据一个实施方式，壳中M的原子层的数目等于E的原子层的数目加1。

根据一个实施方式，组成壳的材料包括材料MxNyEz，其中：

-M选自Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物；

-N选自Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物；

-E选自O、S、Se、Te、N、P、As、F、Cl、Br、I或其混合物；

x、y和z独立地为0至5的十进制数，条件是当x是0时，y和z不是0，当y是0时，x和z不是0，当z是0时，x和y不是0。

根据优选的实施方式，组成壳的材料包括材料MxEy，其中：

M选自第Ib、IIa、IIb、IIIa、IIIb、IVa、IVb、Vb、VIb、VIIb、VIII族或其混合物；

E选自第Va、VIa、VIIa族或其混合物；

x和y独立地为0至5的十进制数。

根据一个实施方式，组成壳的材料包括来自第IIb-VIa族、第IVa-VIa族、第Ib-IIIa-VIa族、第IIb-IVa-Va族、第Ib-VIa族、第VIII-VIa族、第IIb-Va族、第IIIa-VIa族、第IVb-VIa族、第IIa-VIa族、第IIIa-Va族、第IIIa-VIa族、第VIb-VIa族、或第Va-VIa族的半导体。

根据一个实施方式，组成壳的材料包括选自CdS、CdSe、CdTe、CdO、Cd₃P₂、Cd₃As₂、ZnS、ZnSe、ZnO、ZnTe、Zn₃P₂、Zn₃As₂、HgS、HgSe、HgTe、HgO、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnS₂、SnSe₂、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、GeS₂、GeSe₂、CuInS₂、CuInSe₂、CuS、Cu₂S、Ag₂S、Ag₂Se、Ag₂Te、AgInS₂、AgInSe₂、FeS、FeS₂、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、MgO、MgS、MgSe、MgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、In₂S₃、TlN、TlP、TlAs、TlSb、Bi₂S₃、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、MoS₂、WS₂、VO₂或其混合物的至少一种半导体。

根据一个实施方式，壳包括前述材料的合金或梯度材料。

根据优选的实施方式，壳是选自CdS、CdSe、CdSSe、CdTe、CdZnS、ZnS、ZnSe、ZnTe、PbS、PbSe、PbTe、CuInS₂、CuInSe₂、AgInS₂、AgInSe₂、CuS、Cu₂S、Ag₂S、Ag₂Se、Ag₂Te、FeS、FeS₂、PdS、Pd₄S、WS₂或其混合物的合金或梯度材料。

根据优选的实施方式，最终的核/壳纳米片选自CdSe/CdS(附图1)、CdSe/CdZnS(附图5、6、7和8)、CdSe/ZnS、CdSeTe/CdS、CdSeTe/CdZnS、CdSeTe/ZnS、CdSSe/CdS、CdSSe/CdZnS、CdSSe/ZnS。

根据优选的实施方式，最终的核/壳纳米片选自CdSe/CdS/ZnS、CdSe/CdZnS/ZnS、CdSeTe/CdS/ZnS、CdSeTe/CdZnS/ZnS、CdSeTe/ZnS、CdSSe/CdS/ZnS、CdSSe/CdZnS/ZnS、CdSSe/ZnS。

根据一个实施方式，壳是Cd_XZn_1-XS的合金，其中x为0至1。根据一个实施方式，壳是CdZnS的梯度材料。

根据一个实施方式，最终纳米片是同质构造的，即初始纳米片和壳由相同的材料组成。

在一个实施方式中，最终纳米片是异质构造的，即初始纳米片和壳由至少两种不同的材料组成。

根据一个实施方式，最终纳米片包括初始纳米片和壳，该壳包括覆盖整个初始纳米片的至少一个层。所述层由与初始纳米片相同的材料组成或与初始纳米片不同的材料组成。

根据一个实施方式，最终纳米片包括初始纳米片和壳，该壳包括覆盖整个初始纳米片的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50个或更多个单层。所述层具有与初始纳米片相同的组成或与初始纳米片不同的组成或具有彼此不同的组成。

根据一个实施方式，最终纳米片包括初始纳米片和壳，该壳包括覆盖整个初始纳米片的至少5、6、7、8、9、10、15、20、25、50个或更多个单层。所述层具有与初始纳米片相同的组成或与初始纳米片不同的组成或具有彼此不同的组成。

根据一个实施方式，基本上垂直于最终纳米片的最小维度的轴的面由M或E组成。

根据一个实施方式，最终纳米片的最小维度也包括M和E的原子层的交替。

根据一个实施方式，最终纳米片中M的原子层的数目等于E的原子层的数目加1。

根据一个实施方式，壳是同质的，由此产生最终纳米片。

根据一个实施方式，壳在初始纳米片的每个面上具有基本相同的厚度。

在本发明的另一实施方式中，本发明的纳米颗粒可以通过有机封端剂的“涂层”而被进一步包围。有机封端剂可以是任意数目的材料，但其具有对半导体表面的亲和性。一般来说，封端剂可以是单独的有机分子、聚合物(或用于聚合反应的单体)、无机复合物和延伸的晶体结构。

在本发明的一个实施方式中，本发明的纳米颗粒的实例包括但不限于具有CdS或ZnS壳的CdSe纳米薄片(具有高于80％的量子产率且窄的FHWM(小于20nm))、涂覆有ZnS的CdS纳米薄片(CdS/ZnS)、涂覆有Cd_yZn_1-yS(y为0至1的十进制数)的CdSe_xS_1-x纳米薄片(x为0至1的十进制数)(CdSeS/CdZnS)、涂覆有ZnS的CdSe_xS_1-x(x为0至1的十进制数)(CdSeS/ZnS)、涂覆有Cd_yZn_1-ySe_xS_1-x的CdTe纳米薄片((x和y独立地为0至1的十进制数)CdTe/CdZnSeS)、涂覆有锰II或铜II掺杂的ZnS的CdS纳米薄片(CdS/ZnS:Mn或CdS/ZnS:Cu)。

优选地，用作荧光团、荧光剂或荧光标记的本发明的纳米颗粒选自CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdSe/CdS/ZnS、CdSe/CdZnS/ZnS、CdSe/CdZnS、CdTe/CdS/CdZnS、CdS/ZnS。

本发明涉及在初始胶态纳米片上壳的生长方法。

根据一个实施方式，初始纳米片通过本领域技术人员已知的任何方法获得。

根据一个实施方式，壳的生长方法包括在初始胶态纳米片的每个面上同质壳的生长。

根据一个实施方式，在初始胶态纳米片上包含ME壳的核/壳纳米片的生长方法包括以下步骤：在200℃至460℃的温度下在溶剂中注入初始胶态纳米片，然后注入E或M的前体，其中，所述E或M的前体被缓慢注入以控制壳的生长速率；且其中分别地将M或E的前体在注入初始胶态纳米片之前注入溶剂中，或者分别地与E或M的前体同时地注入混合物中。

根据一个实施方式，在注入溶剂中之前将初始胶态纳米片与前体混合物的一部分混合。

根据一个实施方式，在初始胶态纳米片上MxEy壳的生长方法包括以下步骤：在200℃至460℃的温度下在溶剂中注入初始胶态纳米片，然后注入E或M的前体，其中，所述E或M的前体被缓慢注入以控制壳的生长速率；且其中分别地将M或E的前体在注入初始胶态纳米片之前注入溶剂中，或分别地与E或M的前体同时地注入混合物中；其中x和y独立地是0至5的十进制数。

根据一个实施方式，在初始胶态纳米片上包括ME壳的核/壳纳米片的生长方法包括以下步骤：

-在200℃至460℃的温度下加热溶剂；

-在溶剂中注入初始胶态纳米片；

-在混合物中缓慢地注入E的前体和M的前体；

-回收纳米片形式的核/壳结构。

根据另一个实施方式，在初始胶态纳米片上包括ME壳的核/壳纳米片的生长方法包括以下步骤：

-在200℃至460℃的温度下加热溶剂；

-在溶剂中注入M的前体；

-在混合物中注入初始胶态纳米片；

-在混合物中缓慢地注入E的前体；

-回收纳米片形式的核/壳结构。

根据另一个实施方式，在初始胶态纳米片上包括ME壳的核/壳纳米片的生长方法包括以下步骤：

-在200℃至460℃的温度下加热溶剂；

-在溶剂中注入E的前体；

-在混合物中注入初始胶态纳米片；

-在混合物中缓慢地注入M的前体；

-回收纳米片形式的核/壳结构。

根据另一个实施方式，在初始胶态纳米片上包括ME壳的核/壳纳米片的生长方法包括以下步骤：

-在200℃至460℃的温度下加热溶剂；

-在溶剂中注入初始胶态纳米片，其任选地与前体混合物的一部分混合；

-在混合物中缓慢地注入E的前体和M的前体；

-回收纳米片形式的核/壳结构。

本文中术语“前体混合物的一部分”指在反应中所使用前体的总量的一部分，即注入的前体混合物总量的0.001％至50％，优选0.001％至25％，更优选0.01％至10％。

根据另一个实施方式，在初始胶态纳米片上包括ME壳的核/壳纳米片的生长方法包括以下步骤：

-提供溶剂和M的前体；

-将溶剂和M的前体的混合物在200℃至460℃的温度下加热；

-在混合物中注入初始胶态纳米片；

-在混合物中缓慢地注入E的前体；

-回收纳米片形式的核/壳结构。

根据另一个实施方式，在初始胶态纳米片上包括ME壳的核/壳纳米片的生长方法包括以下步骤：

-提供溶剂和E的前体；

-将溶剂和E的前体的混合物在200℃至460℃的温度下加热；

-在混合物中注入初始胶态纳米片；

-在混合物中缓慢地注入M的前体；

-回收纳米片形式的核/壳结构。

根据一个实施方式，初始胶态纳米片具有核/壳结构。

根据一个实施方式，在初始胶态纳米片上包括ME壳的核/壳纳米片的生长方法还包括在注入第二前体结束后1至180分钟的预定时间期间将混合物保持在200℃至460℃的温度下的步骤。

根据一个实施方式，退火温度为200℃至460℃、275℃至365℃、300℃至350℃或约300℃。

根据一个实施方式，退火持续时间为1至180分钟、30至120分钟、60至120分钟或约90分钟。

根据一个实施方式，在少于10分钟、少于5分钟、少于1分钟、少于30秒、少于10秒、少于5秒或少于1秒的时间期间注入初始胶态纳米片。根据一个实施方式，立刻注入初始胶态纳米片。

根据一个实施方式，以1mL/s至1L/s、1mL/s至100mL/s、1mL/s至10mL/s、2至8mL/s或约5mL/s的速率注入初始胶态纳米片。

根据一个实施方式，壳的E的前体或M的前体的注入以初始纳米片中存在的每摩尔M每小时0.1至30摩尔的速率进行，优选以初始纳米片中存在的每摩尔M每小时0.2至20摩尔的速率进行，更优选以初始纳米片中存在的每摩尔M每小时1至21摩尔的速率进行。

根据一个实施方式，E的前体或M的前体被缓慢地注入，即对于每个单层在1分钟至2小时、1分钟至1小时、5分钟至30分钟、或10分钟至20分钟的时间期间注入。

根据一个实施方式，E的前体被缓慢地注入，即，以0.1mL/h至10L/h、0.5mL/h至5L/h、或1mL/h至1L/h的速率注入。

根据一个实施方式，M的前体被缓慢地注入，即，以0.1mL/h至10L/h、0.5mL/h至5L/h、或1mL/h至1L/h的速率注入。

根据一个实施方式，E的前体和M的前体被缓慢地注入以控制壳的生长速率。

根据一个实施方式，其中，M的前体或E的前体先于初始胶态纳米片被注入，所述M的前体或所述E的前体在少于30秒、少于10秒、少于5秒、少于1秒的时间期间被注入。根据另一个实施方式，其中，M的前体或E的前体先于初始胶态纳米片被注入，所述M的前体或所述E的前体被缓慢地注入，即以0.1mL/h至10L/h、0.5mL/h至5L/h、或1mL/h至1L/h的速率注入。

根据一个实施方式，先于初始胶态纳米片被注入的M的前体或E的前体比在初始胶态纳米片之后被注入的M的前体或E的前体注入得快。

根据一个实施方式，E的前体和/或M的前体中至少一个的注入速率选择为使得壳的生长速率是每秒1nm至每小时0.1nm。

根据一个实施方式，生长方法在200℃至460℃、275℃至365℃、300℃至350℃或约300℃的温度下进行。

根据一个实施方式，反应在惰性气氛中进行，优选在氮气或氩气气氛中进行。

根据一个实施方式，E的前体能够与M的前体反应以形成通式为ME的材料。

根据一个实施方式，待沉积的壳的前体是材料MxEy的前体，其中：

M是Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物；

E是O、S、Se、Te、N、P、As、F、Cl、Br、I或其混合物，

x和y独立地为0至5的十进制数。

根据一个实施方式，待沉积的壳的前体是材料MxEy，其包含化学计量比的阳离子元素M和阴离子元素E，所述化学计量比的特征为x和y的值分别对应于元素E和M的平均氧化数的绝对值。

根据优选的实施方式，待沉积的壳的前体是材料MxEy的前体，其中：

M选自第Ib、IIa、IIb、IIIa、IIIb、IVa、IVb、Vb、VIb、VIIb、VIII族或其混合物；

E选自第Va、VIa、VIIa族或其混合物；

x和y独立地为0至5的十进制数。

根据一个实施方式，待沉积的壳的前体是选自第IIb-VIa族、第IVa-VIa族、第Ib-IIIa-VIa族、第IIb-IVa-Va族、第Ib-VIa族、第VIII-VIa族、第IIb-Va族、第IIIa-VIa族、第IVb-VIa族、第IIa-VIa族、第IIIa-Va族、第IIIa-VIa族、第VIb-VIa族、或第Va-VIa族的化合物的前体。

根据一个实施方式，待沉积的壳的前体包含选自CdS、CdSe、CdTe、CdO、Cd₃P₂、Cd₃As₂、ZnS、ZnSe、ZnO、ZnTe、Zn₃P₂、Zn₃As₂、HgS、HgSe、HgTe、HgO、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnS₂、SnSe₂、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、GeS₂、GeSe₂、CuInS₂、CuInSe₂、CuS、Cu₂S、Ag₂S、Ag₂Se、Ag₂Te、AgInS₂、AgInSe₂、FeS、FeS₂、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、MgO、MgS、MgSe、MgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、In₂S₃、TlN、TlP、TlAs、TlSb、Bi₂S₃、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、MoS₂、WS₂、VO₂或其混合物的材料的前体。

根据优选的实施方式，待沉积的壳的前体是选自CdS、CdSe、CdSSe、CdTe、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、PbS、PbSe、PbTe、CuInS₂、CuInSe₂、AgInS₂、AgInSe₂、CuS、Cu₂S、Ag₂S、Ag₂Se、Ag₂Te、FeS、FeS₂、PdS、Pd₄S、WS₂或其混合物的材料的前体。

根据一个实施方式，如果E是硫属化物，则E的前体是含处于-2氧化态的硫属化物的化合物。根据一个实施方式，如果E是硫属化物，则E的前体是通过还原剂与含有处于0氧化态或处于严格正氧化态的E的化合物反应而原位形成的。

根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是硫醇。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是丙硫醇、丁硫醇、戊硫醇、己硫醇、庚硫醇、辛硫醇、癸硫醇、十二硫醇、十四硫醇或十六硫醇。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是含S^2-硫离子的盐。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体包括双(三甲基甲硅烷基)硫化物(TMS₂S)或硫化氢(H₂S)或氢硫化钠(NaSH)或硫化钠(Na₂S)或硫化铵(S(NH₄)₂)或硫脲或硫代乙酰胺。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是溶于合适的溶剂中的硫。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是溶于1-十八烯中的硫。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是溶于膦中的硫。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是溶于三辛基膦或三丁基膦中的硫。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是溶于胺中的硫。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是溶于油胺中的硫。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是分散在溶剂中的硫粉。根据一个实施方式，如果E是硫，则E的前体是分散在1-十八烯中的硫粉。

根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体包括含有Se^2-硒离子的盐。根据一个实施方式，E的前体包括双(三甲基甲硅烷基)硒化物(TMS₂Se)或硒化氢(H₂Se)或硒化钠(Na₂Se)或氢硒化钠(NaSeH)或硒代硫酸钠(Na₂SeSO₃)或硒脲。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是硒醇。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是二硒醚，例如二苯基二硒醚。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是溶于合适的溶剂中的硒。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是溶于1-十八烯中的硒。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是溶于膦中的硒。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是溶于三辛基膦或三丁基膦中的硒。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是溶于胺中的硒。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是溶于胺和硫醇混合物中的硒。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是分散在溶剂中的硒粉。根据一个实施方式，如果E是硒，则E的前体是分散在1-十八烯中的硒粉。

根据一个实施方式，如果E是碲，则E的前体是含Te^2-碲离子的盐。根据一个实施方式，如果E是碲，则E的前体包括双(三甲基甲硅烷基)碲化物(TMS₂Te)或碲化氢(H₂Te)或碲化钠(Na₂Te)或氢碲化钠(NaTeH)或碲代硫酸钠(Na₂TeSO₃)或碲脲。根据一个实施方式，如果E是碲，则E的前体是溶于合适的溶剂中的碲。根据一个实施方式，如果E是碲，则E的前体是溶于膦中的碲。根据一个实施方式，如果E是碲，则E的前体是溶于三辛基膦或三丁基膦中的碲。

根据一个实施方式，如果E是氧，则E的前体是氢氧根离子(HO^-)。根据一个实施方式，如果E是氧，则E的前体是氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)或四甲基氢氧化铵(TMAOH)的溶液。根据一个实施方式，如果E是氧，则E的前体是通过胺和羧酸之间的缩合原位产生。根据一个实施方式，如果E是氧，则E的前体是通过两个羧酸的缩合原位产生。

根据一个实施方式，如果E是磷，E的前体包括处于-3氧化态的磷。根据一个实施方式，E的前体包含三(三甲基甲硅烷基)膦(TMS₃P)或膦(PH₃)或白磷(P₄)或三氯化磷(PCl₃)。根据一个实施方式，E的前体包括三(二烷基氨基)膦，例如，三(二甲基氨基)膦((Me₂N)₃P)或三(二乙基氨基)膦((Et₂N)₃P)。根据一个实施方式，E的前体包括三烷基膦，例如，三辛基膦或三丁基膦或三苯基膦。

根据一个实施方式，如果M是金属，则M的前体是含有处于正氧化态或0氧化态的金属的化合物。根据一个实施方式，如果M是金属，则M的前体包括金属盐。在一个实施方式中，金属盐是M的羧酸盐、或M的氯化物、或M的溴化物、或M的碘化物、或M的硝酸盐、或M的硫酸盐、或M的硫醇盐。根据一个实施方式，壳包含金属。

根据一个实施方式，待沉积的壳包含硫属化物、磷化物、氮化物、砷化物或氧化物。

根据一个实施方式，初始纳米片分散在溶剂中。根据一个实施方式，溶剂是有机的，优选是非极性的或弱极性的。根据一个实施方式，溶剂是超临界流体或离子流体。根据一个实施方式，溶剂选自戊烷、己烷、庚烷、环己烷、石油醚、甲苯、苯、二甲苯、氯苯、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、THF(四氢呋喃)、乙腈、丙酮、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、乙二醇、二甘醇二甲醚(二乙二醇二甲醚)、二乙醚、DME(1,2-二甲氧基-乙烷，甘醇二甲醚)、DMF(二甲基甲酰胺)、NMF(N-甲基甲酰胺)、FA(甲酰胺)、DMSO(二甲亚砜)、1,4-二烷、三乙胺或其混合物。

根据一个实施方式，壳包含少量另外的元素。本文中术语“少量”指0.0001摩尔％至10摩尔％，优选0.001摩尔％至10摩尔％。

根据一个实施方式，壳包含少量的过渡金属或镧系元素。本文中术语“少量”指0.0001摩尔％至10摩尔％，优选0.001摩尔％至10摩尔％。

根据一个实施方式，壳包含引起与单独的膜相比电子过量或不足的少量的元素。这里术语“少量”指0.0001摩尔％至10摩尔％，优选0.001摩尔％至10摩尔％。

根据一个实施方式，还原剂与M和/或E的前体的至少一个同时引入。根据一个实施方式，还原剂包括氢化物。所述氢化物可以选自硼氢化钠(NaBH₄)、氢化钠(NaH)、氢化铝锂(LiAlH₄)、二异丁基氢化铝(DIBALH)。在一个实施方式中，还原剂包括氢。

根据一个实施方式，将能够使最终纳米片稳定化的稳定化化合物引入溶剂中。

根据一个实施方式，将能够使最终纳米片稳定化的稳定化化合物引入到任一前体溶液中。

根据一个实施方式，最终纳米片的稳定化化合物包括有机配体。所述有机配体可以包括羧酸、硫醇、胺、膦、酰胺、氧化膦、膦酸、次膦酸、酯、吡啶、咪唑和/或醇。

根据一个实施方式，最终纳米片的稳定化化合物是离子。所述离子包括季铵。

根据一个实施方式，初始纳米薄片固定在至少一个衬底上。

根据一个实施方式，初始纳米片在所述衬底上的固定通过吸附或化学偶联进行。

根据一个实施方式，所述衬底选自二氧化硅SiO₂、氧化铝Al₂O₃、铟锡氧化物ITO、氟掺杂的氧化锡FTO、二氧化钛TiO₂、金、银、镍、钼、铝、硅、锗、碳化硅SiC、石墨烯和纤维素。

根据一个实施方式，所述衬底包括聚合物。

根据一个实施方式，在反应后丢弃过量的前体。

根据一个实施方式，纯化在初始纳米片上的前体反应之后获得的最终的纳米片。通过絮凝和/或沉淀和/或过滤进行所述纯化；例如在乙醇中连续沉淀。

本发明还涉及半导体纳米片的集合体，该集合体的每个成员包括包含第一半导体材料的纳米片核和在纳米片核表面上的包含第二半导体材料的至少一个壳，其中，在配体交换反应之后，该集合体表现出小于50％的量子产率下降。

根据一个实施方式，在配体交换之后，本发明的半导体纳米片的集合体表现出小于50％、小于40％、小于30％、小于25％、小于20％、小于15％或小于10％的量子产率下降。

特别地，根据一个实施方式，在通过配体交换反应转移至水溶液中之后，根据本发明的纳米片的集合体的量子产率下降小于50％、小于40％、小于30％、小于25％、小于20％、小于15％或小于10％。

根据一个实施方式，配体是碳链长度为1至30个碳的有机配体。

根据一个实施方式，配体是聚合物。

根据一个实施方式，配体是水溶性的聚合物。

根据一个实施方式，所选择的配体可以包括羧酸、硫醇、胺、膦、氧化膦、膦酸、膦酸、酰胺、酯、吡啶、咪唑和/或醇。

根据一个实施方式，配体选自肉豆蔻酸、硬脂酸、棕榈酸、油酸、二十二烷酸、十二硫醇、油胺、3-巯基丙酸。

根据一个实施方式，所选择的配体可以是任意数目的材料，但其具有对半导体表面的亲和性。一般来说，有机封端剂可以是单独的有机分子、聚合物(或用于聚合反应的单体)、无机络合物和延伸的晶体结构。

根据一个实施方式，配体交换过程包括用配体处理根据本发明的纳米片溶液的步骤。

本发明还涉及半导体纳米片的集合体，其中该集合体随时间表现出稳定的荧光量子效率。根据一个实施方式，纳米片的集合体在光子通量为至少1W.cm^-2、5W.cm^-2、10W.cm^-2、12W.cm^-2、15W.cm^-2的光照射下一小时之后表现出小于50％、小于40％、小于30％的荧光量子效率下降，其中，集合体的每个成员包括包含第一半导体材料的纳米片核和在纳米片核表面上的包含第二半导体材料的壳。

根据一个实施方式，光照由蓝色或紫外光源如激光、二极管或氙弧灯提供。

根据一个实施方式，照射的光子通量为1mW.cm^-2至100W.cm^-2、10mW.cm^-2至50W.cm^-2、1W.cm^-2至15W.cm^-2或10mW.cm^-2至10W.cm^-2。

根据一个实施方式，在配体交换后两个月之后，纳米片的集合体表现出小于80％、小于70％、小于60％、小于50％、小于40％、小于30％、小于20％或小于15％的荧光量子效率下降，其中，集合体的每个成员包括包含第一半导体材料的纳米片核和在纳米片核表面上的包含第二半导体材料的壳。

根据一个实施方式，本发明的半导体纳米片与现有技术的量子点和纳米片相比，表现出提高的时间稳定性。

根据一个实施方式，本发明的半导体纳米片与现有技术的量子点和纳米片相比，表现出提高的温度稳定性。

根据一个实施方式，根据本发明的核/壳纳米片表现出对温度稳定的荧光量子效率。特别地，根据一个实施方式，根据本发明的半导体纳米片的集合体在100℃或更高的温度下表现出的荧光量子效率是在20℃下该集合体的荧光量子效率的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％。根据一个实施方式，温度为100℃至250℃、100℃至200℃、110℃至160℃或约140℃。根据一个实施方式，根据本发明的半导体纳米片的集合体在200℃表现出的荧光量子效率是在20℃下该集合体的荧光量子效率的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％。

根据一个实施方式，根据本发明的纳米片的集合体表现出半峰全宽小于50nm、40nm、30nm、25nm或20nm的发射光谱。

本发明还涉及荧光胶态纳米片的集合体，该集合体的每个成员包括包含第一半导体材料的纳米片核和在纳米片核表面上的包含第二半导体材料的壳，其中该集合体的纳米片的至少40％在至少一分钟期间是连续发射的。

根据一个实施方式，集合体的纳米片的至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少75％、至少80％或至少90％在至少一分钟期间是连续发射的。

根据一个实施方式，集合体的纳米片的壳的厚度为至少3nm、至少5nm、至少5.5nm、至少6nm、至少7nm、至少8nm、至少8.5nm、至少9nm、至少10nm。

根据一个实施方式，如图10所示，壳的厚度为至少3nm的核/壳纳米片的集合体的至少40％在至少一分钟期间是连续发射的。根据一个实施方式，如图12所示，壳的厚度为至少5.5nm的核/壳纳米片的集合体的至少85％在至少一分钟期间是连续发射的。根据一个实施方式，如图15所示，壳的厚度为至少8nm的核/壳纳米片的集合体的至少90％在至少一分钟期间是连续辐射的。

本发明的另一个目的是根据本发明的核/壳纳米片用作荧光团、荧光剂或标记的用途。

在一个实施方式中，通过本领域已知技术可以修饰本发明的核/壳纳米片的表面以产生能够与各种生物分子或基底偶联的荧光团。

在另一方面，本发明涉及化学和生物分析，其使用本发明的纳米片荧光团作为可检测的发光标记以检测一种或更多种分子、生物分子或分析物的存在或量，以及检测生物学相互作用、生物过程、生物过程中的改变或化学或生物化合物的结构的改变。

本发明的纳米片荧光团可以用于检测或追踪单一靶标。此外，本发明的荧光团集合体可以用于多个标靶的同时检测或检测例如化合物库中所关注的具体化合物和/或事物。例如，包括一种或更多种粒度分布、具有特征光谱发射的本发明的纳米片荧光团的组合物可以用作分析中的“条形码”，以追踪所关注的具体事物的位置或来源，或识别所关注的具体事物。在这种“条形码”方案中使用的本发明的荧光团可以通过改变其组成和尺寸或尺寸分布而被调至期望的波长以产生特征光谱发射。此外，在具体特征波长下发射的荧光量子效率也可以改变，从而能够使用二进制或更高阶的编码方案。

由本发明的纳米片荧光团编码的信息可以被光谱解码，从而提供关注的具体事物或成分的位置和/或鉴别。在另一实例中，具有特征荧光寿命的本发明的纳米片荧光团的组合物可以用作分析中的“条形码”，以追踪关注的具体事物的位置或来源，或识别关注的具体事物。在这种“条形码”方案中使用的本发明的荧光团可以通过改变其组成和尺寸或尺寸分布而被调至期望的荧光寿命以产生特征荧光寿命。

本发明的纳米片荧光团可以用于检测生物学部分如生物靶标分析物的存在和/或量；生物分子的结构、组成和构象；环境中生物学部分如生物靶标分析物的定位；生物分子的相互作用；生物化合物的结构改变；和/或生物过程中的改变。

因此，明显地，本发明的纳米片荧光团用于其中通常使用其他不太可靠的标记方法的多种分析，包括但不限于荧光显微法、组织学、细胞学、病理学、流式细胞术、免疫印迹法、荧光共振能量转移(FRET)、免疫细胞化学、荧光原位杂交(FISH)和其他核酸杂交分析、信号放大分析、DNA和蛋白质测序、免疫分析如竞争结合分析和ELISA、免疫组织化学分析、蛋白质和核酸分离、均质分析、多重分析、高通量筛选、染色体核型分析等。

本发明的另一个目的是包含与特异性结合成分缔合的本发明的纳米片荧光团的组合物，使得该组合物可以检测生物和化学化合物的存在和/或量，检测生物系统中的相互作用，检测生物过程，检测生物过程中的改变，或检测生物化合物结构的改变。非限制性地，荧光团缀合物包含与可以与生物靶标相互作用的本发明的纳米片荧光团连接的任何成分，以检测生物过程或反应以及改变生物分子或过程。

本发明的另一个目的是由本发明的纳米片荧光团与后文定义的成分的结合得到的荧光团缀合物。

在一个实施方式中，所述成分可以选自抗原、类固醇、维生素、药物、半抗原、代谢物、毒素、环境污染物、氨基酸、肽、蛋白质、核酸、核酸聚合物、碳水化合物、脂质以及聚合物。在另一实施方式中，所述成分可以选自氨基酸、肽、蛋白质、抗体、多糖、核苷酸、核苷、寡核苷酸、核酸、半抗原、补骨脂素、药物、激素、脂质、磷脂、脂蛋白、脂多糖、脂质体、亲脂性聚合物、合成聚合物、聚合物微粒、生物细胞、病毒及其组合。

在本发明的一个实施方式中，用多个本发明的荧光团标记所述成分，荧光团可以是相同或不同的。

在一个实施方式中，所述成分包括氨基酸(包括被磷酸盐/酯、碳水化合物、或C1至C22羧酸保护或取代的那些)，或氨基酸聚合物如肽或蛋白质。优选的肽的缀合物含有至少5个氨基酸，更优选5至36个氨基酸。优选的肽包括但不限于神经肽、细胞因子、毒素、蛋白酶底物以及蛋白激酶底物。还优选起细胞器定位肽的作用的肽，即，用于通过细胞转运机理在具体细胞亚结构内靶标经缀合的化合物以定位的肽。优选的蛋白质缀合物包括酶、抗体、外源凝集素、糖蛋白、组蛋白、白蛋白、脂蛋白、抗生物素蛋白、链霉亲和素、蛋白质A、蛋白质G、藻胆蛋白和其他荧光蛋白、激素、毒素以及生长因子。通常，缀合蛋白质是抗体、抗体片段、抗生物素蛋白、链霉亲和素、毒素、外源凝集素或生长因子。

在另一实施方式中，所述成分包括核酸碱基、核苷、核苷酸或核酸聚合物。优选的核酸聚合物缀合物是单链或多链的、天然或合成的DNA或RNA寡核苷酸，或DNA/RNA杂合体，或并入罕见的连接基团如吗啉衍生的磷酸盐/酯，或肽核酸如N-(2-氨基乙基)甘氨酸单元，其中核酸含有少于50个核苷酸，更典型地少于25个核苷酸。

在另一实施方式中，所述成分包括碳水化合物或多元醇，其通常为多糖，例如右旋糖酐、FICOLL、肝素、糖原、支链淀粉、甘露聚糖、菊粉、淀粉、琼脂糖和纤维素，或为聚合物如聚(乙二醇)。

在另一实施方式中，所述成分包括脂质(通常具有6至25个碳)，其包括糖脂、磷脂和鞘脂。或者，所述分子或分子络合物包括脂囊泡，例如脂质体，或为脂蛋白。一些亲脂性的取代基对于促进本发明的荧光团到细胞或细胞器中的转运是有用的。

在另一实施方式中，所述成分包括聚合物，聚合物颗粒，聚合物微粒，包括磁性和非磁性的微球，聚合物膜，导电和非导电的金属和非金属，以及玻璃和塑料表面和颗粒。一般通过包含具有合适的化学反应性的官能团的聚合物的化学修饰来制备缀合物。缀合的聚合物可以是有机的或无机的，天然的或合成的。在优选的实施方式中，本发明的化合物缀合至聚合物基体如聚合物颗粒或聚合物膜，包括适合用于核酸或蛋白质的印迹分析的膜。在另一实施方式中，所述分子或分子络合物包括玻璃或二氧化硅，其可以形成光纤或其他结构。在另一实施方式中，所述分子或分子络合物包括聚(乙二醇)、聚丙烯酸酯或聚丙烯酰胺。

或者，本发明的缀合物是细胞、细胞系统、细胞片段或亚细胞颗粒的缀合物。这种类型的缀合材料的实例包括病毒颗粒、细菌颗粒、病毒成分、生物细胞(例如，动物细胞、植物细胞、细菌、或酵母)、或细胞成分。可以被标记的、或者其组成分子可以被标记的细胞成分的实例包括但不限于，溶酶体、核内体、细胞质、原子核、组蛋白、线粒体、高尔基体、内质网和液泡。

可以使用本领域已知的技术制备荧光团缀合物。例如，部分如三辛基氧化膦(TOPO)和三辛基膦(TOP)可以容易地被其他官能部分置换或替换，其他官能部分包括但不限于例如羧酸、胺、醛、以及苯乙烯。本领域技术人员会意识到与具体置换反应的成功相关的因素包括替换部分的浓度、温度和反应性。

利用一般置换反应以选择性地修饰本发明的荧光团的表面功能的能力使得能够针对特定的用途功能化。例如，由于生物化合物的检测最优选在含水介质中进行，本发明的优选的实施方式利用溶于水中的本发明的纳米片荧光团。在可溶于水的荧光团的情况下，外层包含具有与纳米片表面附着的至少一个连接部分、并以至少一个亲水部分为端基的化合物。连接部分和亲水部分跨越足以防止电荷穿过该区的疏水区。疏水区还提供荧光团的“假疏水”环境，由此将其与含水环境隔离。亲水部分可以是极性或带电(正电或负电)的基团。基团的极性或电荷提供与水的必要亲水相互作用，以提供本发明的纳米片的稳定的溶液或悬浮液。示例性的亲水基团包括极性基团，例如羟基(-OH)、胺、聚醚如聚乙二醇等，以及带电基团，例如羧酸根(-CO₂ ^-)、磺酸根(-SO₃ ^-)、膦酸根(-PO₄ ^2-)、硝酸根、铵盐(NH₄ ⁺)等。在外涂层的外表面上具有水溶性层。使本发明的荧光团为水溶性的方法是本领域已知的。

也可以进行另外的修饰以使得本发明的纳米片荧光团可以与大多数的任意固体载体缔合。出于本发明的目的，固体载体定义为在合成序列、筛选、免疫分析等期间化合物与其附着的不可溶材料。固体载体的使用特别地对于表达库的合成是有利的，因为载体结合的反应产物的分离可以通过简单地从载体结合的材料冲洗掉试剂而完成，并因此可以通过使用过量的试剂而使该反应完成。固体载体可以是为不可溶基体的任意材料，并且可以具有刚性的或半刚性的表面。示例性的固体载体包括但不限于小球、盘、毛细管、中空纤维、针状物、销状物、固体纤维、纤维素珠、孔-玻璃珠、硅胶、任选地与二乙烯基苯交联的聚苯乙烯珠、接枝共聚珠、聚丙烯酰胺珠、乳胶珠、任选地与N,N'-双丙烯酰乙二胺交联的二甲基丙烯酰胺珠、以及涂覆有疏水聚合物的玻璃颗粒。

例如，本发明的荧光团可以容易地被官能化以产生苯乙烯或丙烯酸部分，由此使得其能够并入到聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或其他聚合物中，例如聚酰亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯、乙烯基聚合物、聚二乙炔、聚亚苯基-亚乙烯基、多肽、多糖、聚砜、聚吡咯、聚咪唑、聚噻吩、聚醚、环氧树脂、石英玻璃、硅胶、硅氧烷、多聚磷酸酯、水凝胶、琼脂糖、纤维素等。

荧光团缀合物的实例包括但不限于：荧光团链霉亲和素缀合物、小鼠IgG2a荧光团缀合物、荧光团抗荧光素缀合物、CD2mAb(单克隆抗体)荧光团缀合物、CD3mAb荧光团缀合物、CD4mAb荧光团缀合物、CD8mAb荧光团缀合物、CD14mAb荧光团缀合物、CD19mAb荧光团缀合物、CD20mAb荧光团缀合物、CD25mAb荧光团缀合物、CD27mAb荧光团缀合物、CD45mAb荧光团缀合物、CD45R mAb荧光团缀合物、CD45RA mAb荧光团缀合物、CD56mAb荧光团缀合物、HLADR mAb荧光团缀合物、荧光团驴抗羊IgG缀合物、荧光团驴抗小鼠IgG缀合物、荧光团驴抗兔IgG缀合物、荧光团羊F(ab’)2抗小鼠IgG、荧光团羊F(ab’)2抗兔IgG、荧光团麦胚凝集素(WGA)缀合物。

已经官能化准备用于缀合的纳米片荧光团的实例包括但不限于羧酸官能化的荧光团和氨基(PEG)荧光团。

本发明的另一个目的是本发明的纳米片荧光团或荧光团缀合物在检测系统中的用途，其中，所述检测系统包括但不限于亲和性分析、荧光染色、流式细胞术、核酸测序、核酸杂交、核酸合成或扩增或分子分选。

本发明的另一个目的是用于检测样品、优选生物样品中分析物的方法，所述方法包括：

(a)使所述样品与上述定义的缀合物相接触，其中成分是所述分析物的结合配偶体；

(b)孵育所述缀合物与所述样品足够长的时间，以使所述分析物与所述成分相互作用，由此形成荧光分析物；和

(c)用适当的波长照射所述荧光分析物，由此在所述样品中确定所述分析物的存在。

在分析或染色步骤之后或期间的任意时间，用产生可检测的光响应的波长的光照射样品，并用检测光响应的装置观察样品。在例如通过紫外或可见波长的发射灯、弧光灯或激光照射后立即检测本发明的纳米片荧光团。用于照射本发明的荧光团缀合物而选择的装置包括但不限于手持紫外灯、水银弧光灯、氙灯、氩激光器、激光二极管、以及YAG激光。这些照明源任选地集成于激光扫描仪、荧光酶标仪、标准或迷你荧光计或色谱检测仪中。该荧光发射任选地通过目测或通过使用以下任何装置检测：CCD照相机、摄影机、胶片、激光扫描装置、荧光计、光电二极管、量子计数器、落射荧光显微镜、扫描显微镜、流式细胞分析仪、荧光酶标仪，或通过放大信号的装置如光电倍增管进行检测。当使用设备如流式细胞分析仪、荧光显微镜或荧光计检查样品时，设备任选地用于一般通过区分一个荧光团缀合物与另一个的荧光响应来区分和辨别具有可检测的不同光学特性的不同荧光团。当使用流式细胞分析仪检查样品时，样品的检查任选地包括通过使用分选装置基于荧光团的荧光响应分离样品中的颗粒。

可检测的光响应意思是在通过直接观察或仪器能够感知的测试系统中参数的变化或出现。这种可检测的响应包括颜色、荧光、反射率、化学发光、光偏振、光散射或x射线散射的变化或出现。通常，可检测的响应是荧光的变化，例如量子效率、荧光的激发或发射波长分布、荧光寿命、荧光偏振或其组合的变化。可检测的光响应可以在整个样品发生或在样品的局部发生。运行时间之后的光响应的出现或不出现是样品的一个或更多个特征的指示。将染色程度与标准或预期的响应比较可以用于确定样品是否具有给定的特征以及其程度。

在另一实施方式中，本发明的纳米片荧光团或荧光团缀合物可以用在多重分析中用于检测混合物中的一种或更多种物质。

如本文所使用的，术语“多重分析”指其中检测来自两种或更多种荧光团的荧光的分析，或其中荧光能量转移在两种或更多种荧光团之间转移和检测一种或更多种猝灭剂的分析。

本发明的另一个目的是用于检测样品、优选生物样品中多种分析物的方法，所述方法包括：

(a)使所述样品与以上限定的多种缀合物相接触，其中每种成分是一种分析物的结合配偶体，且其中每种荧光团呈现出不同的荧光发射；

(b)孵育所述缀合物与所述样品足够长的时间，以使所述分析物与所述成分相互作用，由此形成多种荧光分析物；

(c)用适当的波长照射所述荧光分析物，由此在所述样品中确定所述分析物的存在。

本发明的另一个目的是用于检测样品中至少一种分析物的试剂盒，其中所述试剂盒包含如上定义的至少一种纳米片荧光团或如上定义的至少一种荧光团缀合物。

本发明的纳米片荧光团可以用于以下荧光检测方法：FACS、细胞的多色光学编码、微阵列、免疫化学、多重FISH、固定细胞或组织成像。

本发明的纳米片荧光团也可以用作生物传感器：加标记的抗体、FRET传感器、编码的多重微珠。

本发明的纳米片荧光团的另一个用途是例如在光诱导疗法、光学手术辅助或治疗剂的药代动力学测定的情况下的体内动物成像(细胞、组织、器官、肿瘤)。

本发明的荧光团还可以用于体外活细胞成像。

根据本发明的纳米片的其他特征和优点会在阅读后文仅以示例性方式给出的实施例之后体现。

附图说明

图1示出根据本发明的CdSe/CdS核/壳纳米片的a)吸收光谱和b)发射光谱。

图2A和2B示出根据本发明的壳厚度为1.5nm的CdSe/CdS核/壳纳米片的TEM图像。

图3A和3B示出根据本发明的壳厚度为3nm的CdSe/CdS核/壳纳米片的TEM图像。

图4A和4B示出根据本发明的壳厚度为5.5nm的CdSe/CdS核/壳纳米片的TEM图像。

图5示出根据本发明的CdSe/CdZnS核/壳纳米片的a)吸收光谱和b)发射光谱。

图6示出根据本发明的CdSe/CdZnS核/壳纳米片的TEM图像。

图7示出了根据本发明的CdSe/ZnS核/壳纳米片的a)吸收光谱和b)发射光谱。

图8示出根据本发明的CdSe/ZnS核/壳纳米片的TEM图像。

图9示出在与水溶性聚合物配体交换之后，根据本发明的CdSe/CdZnS核/壳纳米片的吸收光谱(黑色)和发射光谱(灰色)的演变。

图10示出根据本发明的壳厚度为3nm的CdSe/CdS核/壳纳米片的非闪烁部分(即连续发射的纳米片的部分)。

图11A和11B示出根据本发明的壳厚度为3nm的单一CdSe/CdS核/壳纳米片的发射时间迹线和相应的归一化的荧光强度分布(迹线为黑色，背景噪音为灰色)。

图12示出根据本发明的壳厚度为5.5nm的CdSe/CdS核/壳纳米片的非闪烁部分(即连续发射的纳米片的部分)。

图13A和13B示出根据本发明的壳厚度为5.5nm的单一CdSe/CdS核/壳纳米片的发射时间迹线和相应的归一化的荧光强度分布(迹线为黑色，背景噪音为灰色)。

图14示出根据本发明的壳厚度为8.5nm的CdSe/CdS核/壳纳米片的TEM图像。

图15示出根据本发明的壳厚度为8.5nm的CdSe/CdS核/壳纳米片的非闪烁部分(即连续发射的纳米片的部分)。

图16A和16B示出根据本发明的壳厚度为8.5nm的单一CdSe/CdS核/壳纳米片的发射时间迹线和相应的归一化的荧光强度分布(迹线为黑色，背景噪音为灰色)。

图17示出来自放置在显微镜载玻片上的根据本发明的CdSe/CdZnS纳米片、现有技术的量子点或现有技术的CdSe/CdZnS纳米片的膜的归一化荧光量子效率的测量。使用Hg灯激发膜，并用油镜(100×，NA＝1.4)和适配的滤波器(用于激发的550nm的短通滤波器和用于发射的590nm的长通滤波器)收集发射的光。

图18示出来自放置在显微镜载玻片上的根据本发明的CdSe/ZnS纳米片、根据现有技术的CdSe/CdS/ZnS量子点和根据现有技术的CdSe/CdZnS纳米片根据温度的归一化荧光量子效率的测量。用激光在404nm激发膜。

实施例

纳米片核的制备

CdSe 460纳米片(NPL)的合成

将240mg的乙酸镉(Cd(OAc)₂)(0.9毫摩尔)、31mg的100目Se、150μL的油酸(OA)以及15mL的1-十八烯(ODE)引入三颈烧瓶中，并在真空下脱气。在180℃下在氩气流中加热混合物30分钟。

CdSe 510NPL的合成

将170mg的肉豆蔻酸镉(Cd(myr)₂)(0.3毫摩尔)、12mg的100目Se以及15mL的ODE引入三颈烧瓶中，并在真空下脱气。在240℃下在氩气流中加热混合物，当温度达到195℃时，引入40mg的Cd(OAc)₂(0.15毫摩尔)。在240℃下加热混合物10分钟。

CdSe 550NPL的合成

将170mg的Cd(myr)₂(0.3毫摩尔)和15mL的ODE引入三颈烧瓶中，并在真空下脱气。在250℃下在氩气流中加热混合物，且快速注入在ODE(0.1M)中经超声的100目Se的1mL分散体。30秒后，引入80mg的Cd(OAc)₂(0.3毫摩尔)。在250℃下加热混合物10分钟。

CdTe 428NPL的合成

将130mg的丙酸镉(Cd(prop)₂)(0.5毫摩尔)、80μL的OA(0.25毫摩尔)和10mL的ODE引入三颈烧瓶中，搅拌混合物并在95℃下在真空中脱气2小时。在180℃下在氩气中加热混合物，并迅速加入稀释在0.5mL ODE中的100μL 1M溶解于三辛基膦的Te溶液(TOP-Te)。在相同温度下加热反应20分钟。

当使用Cd(OAc)₂制备428NPL时，在120℃至140℃注入1M的TOP-Te。

CdTe 500NPL的合成

将130mg的Cd(prop)₂(0.5毫摩尔)、80μL的OA(0.25毫摩尔)和10mL的ODE装入三颈烧瓶中，搅拌混合物并在95℃下在真空中脱气2小时。在210℃下在氩气中加热混合物，并迅速加入稀释在0.5mL ODE中的100μL 1M的TOP-Te溶液。在相同温度下加热反应30分钟。

当使用Cd(OAc)₂作为镉的前体时，在170℃至190℃注入TOP-Te。

CdTe 556NPL的合成

将133mg的Cd(OAc)₂(0.5毫摩尔)、255μL的OA(0.8毫摩尔)和25mL的ODE装入三颈烧瓶中，搅拌混合物并在95℃下在真空中脱气2小时。用氩气填充烧瓶，并将温度升至215℃。然后，在15分钟期间以恒定的速率用注射泵注入稀释在2.5mL ODE中的0.05毫摩尔的化学计量的TOP-Te(2.24M)。当添加完成后，加热反应15分钟。

CdS 375NPL的合成

将160mg的Cd(OAc)₂(0.6毫摩尔)、190μL的OA(0.6毫摩尔)、1.5mL的0.1M溶解在1-十八烯的硫(S-ODE)和13.5mL的ODE引入三颈烧瓶中，并在真空中脱气30分钟。然后，在180℃下在氩气流中加热混合物30分钟。

CdS 407NPL的合成

将160mg的Cd(OAc)₂(0.6毫摩尔)、190μL的OA(0.6毫摩尔)、1.5mL的0.1M S-ODE和13.5mL的十八烯引入三颈烧瓶中，并在真空中脱气30分钟。然后，在260℃下在氩气流中加热混合物1分钟。

核/壳(冠)CdSe/CdS NPL的合成

在三颈烧瓶中，将320mg的Cd(OAc)₂(1.2毫摩尔)、380μL的OA(1.51毫摩尔)和8mL的十八烯在65℃下在真空中脱气30分钟。然后，在氩气下引入在4mL ODE中的CdSe纳米片核。在210℃下加热反应并逐滴加入0.3毫摩尔的0.05M S-ODE。注入后，在210℃下加热反应10分钟。

核/壳(冠)CdSe/CdTe NPL的合成

将在6mL ODE中的CdSe纳米片核与238μL的OA(0.75毫摩尔)和130mg的Cd(prop)₂一起引入三颈烧瓶中。将混合物在真空中脱气30分钟，然后在235℃下在氩气中加热反应，并逐滴加入在1mL ODE中的50μL的1M TOP-Te。加入后，在235℃下加热反应15分钟。

CdSeS合金NPL的合成

将170mg的Cd(myr)₂(0.3毫摩尔)和15mL的ODE引入三颈烧瓶中，并在真空下脱气。在250℃下在氩气流中加热混合物，并快速注入1mL在S-ODE和ODE中经超声的100目Se的分散体(硒和硫的总浓度为0.1M)。30秒后，引入120mg的Cd(OAc)₂(0.45毫摩尔)。在250℃下加热混合物10分钟。

壳生长

用辛硫醇的CdS的壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺(TOA)，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在ODE中的核纳米片，然后在90分钟期间以恒定的速率用注射泵注入7mL在ODE中的0.1M辛硫醇溶液和7mL在ODE中的0.1M Cd(OA)₂。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

用丁硫醇的CdS的壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺(TOA)，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在ODE中的核纳米片，然后在90分钟期间以恒定的速率用注射泵注入7mL在ODE中的0.1M丁硫醇溶液和7mL在ODE中的0.1M Cd(OA)₂。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

用辛硫醇的ZnS的壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在十八烯中的核纳米片，然后在90分钟期间以恒定的速率用注射泵注入7mL在十八烯中的0.1M辛硫醇溶液和7mL在十八烯中的0.1M油酸锌(Zn(OA)₂)。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

用丁硫醇的ZnS的壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在十八烯中的核纳米片，然后在90分钟期间以恒定的速率用注射泵注入7mL在十八烯中的0.1M丁硫醇溶液和7mL在十八烯中的0.1M油酸锌(Zn(OA)₂)。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

用辛硫醇的CdZnS梯度壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在十八烯中的核纳米片，然后在90分钟期间用注射泵以恒定的速率注入7mL在十八烯中的0.1M辛硫醇溶液和用注射泵以变化的速率注入3.5mL在十八烯中的0.1M Cd(OA)₂和3.5mL在十八烯中的0.1M Zn(OA)₂。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

用丁硫醇的CdZnS梯度壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在十八烯中的核纳米片，然后在90分钟期间用注射泵以恒定的速率注入7mL在十八烯中的0.1M丁硫醇溶液和用注射泵以变化的速率注入3.5mL在十八烯中的0.1M Cd(OA)₂和3.5mL在十八烯中的0.1M Zn(OA)₂。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

用辛硫醇的Cd_xZn_1-xS合金壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在十八烯中的核纳米片，然后在90分钟期间用注射泵以恒定的速率注入7mL在十八烯中的0.1M辛硫醇溶液、3.5mL在十八烯中的0.1M Cd(OA)₂和3.5mL在十八烯中的0.1M Zn(OA)₂。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

用丁硫醇的Cd_xZn_1-xS合金壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺，并在100℃下在真空中脱气。然后在300℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入5mL在十八烯中的核纳米片，然后在90分钟期间用注射泵以恒定的速率注入7mL在十八烯中的0.1M丁硫醇溶液、(x)*3.5mL在十八烯中的0.1M Cd(OA)₂和(1-x)*3.5mL在十八烯中的0.1M Zn(OA)₂。加入后，在300℃下加热反应90分钟。

CdZnS壳生长(根据现有技术：环境温度，Mahler等人，JACS.2012,134(45),18591-18598制造)

将1mL在己烷中的CdSe 510NPL稀释在4mL氯仿中，然后将100mg的硫代乙酰胺(TAA)和1mL的辛胺加入烧瓶中，超声处理混合物，直到TAA完全溶解(约5分钟)。在此期间，溶液的颜色从黄色变为橙色。然后，将350μL的0.2M在乙醇中的Cd(NO₃)₂溶液和150μL的0.2M在乙醇中的Zn(NO₃)₂溶液加入烧瓶中。使反应在65℃下进行2小时。合成之后，通过用几滴乙醇沉淀从二次成核分离核/壳纳米片，并悬浮在5mL的氯仿中。然后，向纳米片溶液中加入100μL的0.2M在乙醇中的Zn(NO₃)₂。它们稳定地聚集，并通过加入200μL油酸使其再悬浮。

ZnS交替的壳生长

在三颈烧瓶中引入15mL的三辛胺，并在100℃下在真空中脱气。然后，在310℃下在氩气中加热反应混合物，并快速注入混合了50μL的前体混合物的5mL在十八烯中的核纳米片，然后在80分钟期间用注射泵以恒定的速率注入2mL的在十八烯中的0.1M油酸锌(Zn(OA)₂)和辛硫醇溶液。

配体交换对量子产率的影响

配体交换过程(1-十二硫醇)

通过用200μL的1-十二硫醇处理1mL的核/壳纳米片溶液实现与1-十二硫醇的配体交换。然后，在不搅拌的情况下将溶液在65℃下放置过夜。之后，通过用EtOH连续两次沉淀以及在己烷中再悬浮来清洗经交换的纳米片(表1)。

表1

样品	原来的NPL	配体交换之后1
			NPL CdSe/CdZnS	75％	69％
NPL CdSe/CdS/ZnS	72％	65％
			NPL CdSe/ZnS	74％	72％
现有技术的NPL CdSe/CdZnS	58％	10％

¹与1-十二硫醇交换

配体交换过程(聚合配体)

用乙醇使己烷中1mg的核/壳纳米片沉淀，并离心。去除上清液，将纳米片分散在200μL的3-巯基丙酸(MPA)中。混合物用超声处理以获得均质分散体。将纳米片分散体在60℃下存储2小时。然后离心纳米片分散体，并丢弃MPA相。在超声下将纳米片分散在DMF中，添加2mg的叔丁醇钾，超声处理纳米片分散体。将混合物离心，并丢弃DMF相。用乙醇清洗经沉淀的纳米片，将纳米片分散在四硼酸钠缓冲液中。将200μL事先用NaBH₄还原30分钟的聚合配体的水溶液添加到纳米片分散体中。将溶液在60℃下存储过夜。通过Vivaspin去除过量的游离配体和试剂。例如，图9中示出用水溶性聚合物进行配体交换之后CdSe/CdZnS核/壳纳米片的吸收光谱和发射光谱的演变。此外，表2示出用聚合配体交换次日和2个月之后NPL的量子产率百分比(％)。

表2

¹与聚合配体交换

²以10μM的浓度在4℃下在黑暗中存储。

层状材料的制备：

CdSe-ZnS纳米片溶液首先在没有空气的手套箱中通过添加乙醇而沉淀。离心之后，将形成的球团再次分散在氯仿溶液中。同时，制备30重量％的马来酸酐/十八碳烯交替共聚物(MW＝40千克每摩尔)的氯仿溶液。然后，将纳米片溶液与聚合物溶液以1:1的体积比混合，并进一步搅拌溶液。将纳米片-聚合物混合物溶液涂刷在O₂隔离衬底(玻璃或PET)上，并让其干燥30分钟。然后，将由99％甲基丙烯酸月桂基酯和1％二苯甲酮形成的可UV聚合的低聚物沉积在纳米片膜的顶部。将顶部衬底(与底部衬底相同)沉积在系统上。该膜在UV下聚合4分钟。然后，使层状材料由于溶于氯仿中的PMMA溶液而胶合在来自Avigo技术的455nmLED。LED在1mA至500mA的恒定电流下运行。

整体测量：

将己烷溶液中的纳米片稀释于90％己烷/10％辛烷混合物中，并通过滴涂法沉积在玻璃衬底上。使用倒置荧光显微镜使样品可视化。使用Hg灯激发含有几个纳米片的样品的区域，并用油镜(100×，NA＝1.4)和适配的滤波器(用于激发的550nm的短通滤波器和用于发射的590nm的长通滤波器)收集发射的光。可以在CCD照相机(Cascade 512B，RoperScientific)上或直接经由显微镜目镜用裸眼观察到样品的发射光。以33Hz帧频记录1分钟的含有至少100个纳米片的照明场的影片。使用自制软件，提取发光纳米片的荧光强度时间迹线以及背景噪音。通过设置为3倍噪音的“关闭”阈值，计算对于每个时间迹线的第一“关闭”事件的时间。绘制随时间从未“关闭”的纳米片数目而得到随时间的纳米片的整体非闪烁部分。

单个颗粒测量：

共聚焦显微镜(Microtime 200,Picoquant)和基于两个雪崩光电二极管的Hanbury Brown和Twist装置(SPAD PDM，MPD，时间分辨率50ps)上记录单个纳米片的荧光发射强度。由HydraHarp 400模块(Picoquant)记录光检测信号。在该配置中，用在405nm发光的脉冲二极管激发所研究的纳米晶体。为了获得单个纳米片光谱，部分或全部所收集的光子被送到Andor shamrock 750光谱仪。分散系统是棱镜，检测器是CCD照相机(Cascade512B，Roper Scientific)。通过整合在10毫秒期间所收集的光子数目而获得单个纳米片的典型时间迹线。

在空气中的光漂白测量

将己烷溶液中的纳米片或量子点稀释于90％己烷/10％辛烷混合物中，并通过滴涂法沉积在玻璃衬底上。使用反向荧光显微镜使样品可视化。使用Hg灯激发以仍然允许区分单个纳米晶体的浓度含有纳米片或量子点的样品区域，并用油镜(100×，NA＝1.4)和适配的滤波器(用于激发的550nm的短通滤波器和用于发射的590nm的长通滤波器)收集发射的光。可以在CCD照相机(Cascade 512B，Roper Scientific)上观察样品的发射光。每分钟拍摄照明场的图像，并用初始强度来归一化膜的平均强度，使得能够绘制随时间的平均强度变化(见图17)。

相对于温度的荧光稳定性测量

层状材料的制备如上所述。经由加热板在20℃至200℃的期望温度下加热层状材料，使用光纤光谱仪(Ocean-optics usb 2000)在404nm的激光激发下测量荧光。在温度稳定之后进行该测量(见图18)。

Claims (15)

1.一种荧光胶态纳米片的集合体，所述集合体的每个成员包括包含第一半导体材料的纳米片核和在所述纳米片核表面上的包含第二半导体材料的壳，其中所述集合体的纳米片的至少40％在至少一分钟期间是连续发射的。

2.根据权利要求1所述的荧光胶态纳米片的集合体，其中，所述纳米片的壳具有至少3nm的厚度。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的荧光胶态纳米片的集合体，其中，在配体交换反应之后，所述集合体表现出小于50％的量子产率下降。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体纳米片的集合体，其中，所述集合体在光照射下一小时后表现出小于50％的荧光量子效率下降。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体纳米片的集合体，其中，所述集合体在100℃或更高的温度下表现出的荧光量子效率是在20℃下所述集合体的荧光量子效率的至少80％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的荧光胶态纳米片的集合体，其中，组成所述核和所述壳的材料包括材料MxEy，其中：

M选自第Ib、IIa、IIb、IIIa、IIIb、IVa、IVb、Va、Vb、VIb、VIIb、VIII族或其混合物；

E选自第Va、VIa、VIIa族或其混合物；

x和y独立地为0至5的十进制数。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的荧光胶态纳米片的集合体，其中，组成所述核和所述壳的材料包括材料MxEy，其中：

M是Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Fe、Ru、Os、Mn、Tc、Re、Cr、Mo、W、V、Nd、Ta、Ti、Zr、Hf、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或其混合物；

E是O、S、Se、Te、N、P、As、F、Cl、Br、I或其混合物；

x和y独立地为0至5的十进制数。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的荧光胶态纳米片的集合体作为荧光团的用途。

9.一种包含与特异性结合成分缔合的根据权利要求1至7中任一项所述的至少一种荧光胶态纳米片的荧光团缀合物。

10.根据权利要求9所述的荧光团缀合物，其中，所述特异性结合成分选自抗原、类固醇、维生素、药物、半抗原、代谢物、毒素、环境污染物、氨基酸、肽、蛋白质、抗体、多糖、核苷酸、核苷、核酸、核酸聚合物、碳水化合物、脂质、磷脂、聚合物、亲脂性的聚合物、聚合物微粒、细胞和病毒。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的荧光胶态纳米片或根据权利要求9或权利要求10所述的荧光团缀合物在检测系统中的用途。

12.一种用于检测样品中分析物的方法，所述方法包括：

-使所述样品与根据权利要求9或10所述的荧光团缀合物相接触，其中特异性结合成分是所述分析物的结合配偶体；

-孵育所述缀合物与所述样品足够长的时间，以使所述分析物与所述成分相互作用，由此形成荧光分析物；和

-用适当的波长照射所述荧光分析物，由此在所述样品中确定所述分析物的存在。

13.一种用于检测样品中多种分析物的方法，所述方法包括：

-使所述样品与根据权利要求9或10所述的多种荧光团缀合物相接触，其中每种特异性结合成分是一种分析物的结合配偶体，且其中每种荧光团呈现出不同的荧光发射；

-孵育所述缀合物与所述样品足够长的时间，以使所述分析物与所述成分相互作用，由此形成多种荧光分析物；

-用适当的波长照射所述荧光分析物，由此在所述样品中确定所述分析物的存在。

14.一种用于检测样品中至少一种分析物的试剂盒，其包含根据权利要求1至7中任一项所述的至少一种荧光胶态纳米片或根据权利要求9至10中任一项所述的至少一种荧光团缀合物。

15.根据权利要求1至7中任一项所述的荧光胶态纳米片或根据权利要求9至10中任一项所述的荧光团缀合物作为生物传感器或在荧光检测方法中用于体内动物成像或用于体外活细胞成像的用途。