CN1607390A - 带有聚合物壳的纳米颗粒 - Google Patents

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Abstract

本发明提供制备纳米颗粒的方法，该纳米颗粒是金的纳米颗粒。本发明还涉及初始单体，其结构为1－巯基－10－外－5－降冰片烯－2－氧基－癸烷。还提供了利用纳米颗粒检测或确定分析物数量的方法及试剂盒，所述纳米颗粒包含一种或多种附着于其上的聚合物壳，该聚合物壳通过一种或多种式P－L－N的增殖单体的聚合形成。式P－L－N中，N是含环链烯烃的基团，P是使每种聚合物壳具有特选性质的部分，而L为化学键或连接物。还提供由所述增殖单体的聚合而形成的聚合物。还提供式B－L－N的连接单体，其中B是专门与分析物连接的连接部分，而L和N的定义同上。最后，本发明提供利用上述聚合物检测或确定分析物数量的方法和试剂盒。

Description

带有聚合物壳的纳米颗粒
本申请是以下申请的分案申请：申请日为1999年11月30日，申请号为99813888.6，发明名称为“带有聚合物壳的纳米颗粒”。
本申请要求1998年11月30日提交的申请US 60/110,327的优先权。
本发明是在ARO至MURI的支持下作出的，授权号为DAAG55-97-1-0133。美国政府可以拥有本发明的各种权利。
发明领域
本发明涉及其上具有聚合物壳的纳米颗粒，所述的聚合物壳赋予该纳米颗粒一种或多种特选的性质。本发明也涉及制备这种纳米颗粒的方法，该方法利用了过渡金属和具有特选性质的环链烯烃衍生物的开环易位聚合，优选降冰片烯的衍生物的开环易位聚合。该方法允许所述的聚合物脱离纳米颗粒的表面生长。本发明还涉及某些新颖的单体和聚合物及其制备方法，涉及用于检测或确定分析物数量的试剂盒。
发明背景
近年来，对开发将纳米级结构单元组装成周期性的功能材料的方法有巨大的兴趣。见J.Clust.Sci.，8：179(1997)中Storhoff等人的文章以及其中引用的文献，和J.Am.Chem.Soc.，120：7654(1998)中Brousseau等人的文章。这些方法既依赖于新颖的结构单元组合物，又依赖于组装策略。
关于前者，现今既可以利用无机组合物也可以利用有机组合物。重要的是，这些结构单元中的一些可以以宏观数量和单分散状态接近。例如，存在各种方法，来制备直径范围为1-40纳米的单分散的CdS和CdSe颗粒样品(Murray et al，J.Am.Chem.Soc.，115：8706(1993)；Weller，Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.，32：41(1993)；Wang and Herron，J.Phys.Chem.，95：525(1991))和金颗粒样品(Grabar et al，J.Anal.Chem.，67：735(1995)；Frens，Nature Phys.Sci.，241：20(1973)；Hayat，M.A.(ed)，Colloidal Gold：Principles，Methods and Applications(Academic，San Diego，1991))。对这些定义明确的无机颗粒的研究，不仅导致了对量子禁阻效应的更好的理解，而且导致了新的有用的光谱方法(Freeman et al.，Science，267：1629(1995)；Zhu rt al.，J.Am.Chem.Soc.，119：235(1997))和检测技术(Mirkin et a1.，Nature，382：607(1996)；Elghanian et al.，Science，277：1078(1997)；Storhoff etal.，J.Am.Chem.Soc.，120：1959(1998))的开发。类似地，从对聚合物颗粒组合物的合成、表征和研究中，已经学到大量知识(Goodwin et al.，ColloidPolym.Sci.，525：464(1974)；Goodwin et al.，Colloid Polym.Sci.，257：61(1979)；Schmitt et al.，Adv.Mater.，9：61(1997)；José-Yacamán et al.，Appl.Phys.Lett.，7：913(1969)；Olsen and Kafafi，J.Am.Chem.Sco.，113：7758(1991)；Spatz et al.，Adv.Mater.，8：337(1996))。但是，对这种具有纳米尺寸(＜100纳米)的体系知之甚少。
制备由纳米颗粒核和这种尺寸的有机聚合物壳组成的结构的合成方法的开发，将给出通往新的通用的杂合纳米颗粒结构单元的通道。重要的是，如果能够控制聚合物壳的组成和厚度，那么人们将史无前例地控制这些新材料的化学性质和物理性质。
发明内容
本发明提供一种制备纳米颗粒的方法，所述的纳米颗粒具有附着于其上的至少一种聚合物壳，每种聚合物壳均具有选定的性质。该方法包括使初始单体附着在纳米颗粒的表面上。然后，使初始单体附着于其上的纳米颗粒与过渡金属开环易位催化剂接触，以活化初始单体。还使该纳米颗粒与一种或多种式P-L-N的增殖单体于有效条件下接触，以便该单体聚合成一种或多种附着于该纳米颗粒上的聚合物壳。在式P-L-N中，N是含环链烯烃的基团，P是赋予每种聚合物壳以特选性质的部分，而L是一种化学键或连接物。本发明也提供所述的纳米颗粒、初始单体和增殖单体，在该增殖单体中，P是具有特选性质的部分，所述的特选性质选自氧化还原活性、光学活性、电子活性和磁活性。
本发明进一步提供一种检测或确定分析物数量的方法，包括使本发明的一种纳米颗粒与推测含有所述分析物的样品接触，并检测或测量所述纳米颗粒的性质，以此来检测或确定该分析物的数量。本发明还提供检测或确定分析物数量的试剂盒，该试剂盒包括容纳本发明的纳米颗粒的容器。
另外，本发明提供连接单体。所述的连接单体具有式N-L-B的结构，其中B是专门与分析物连接的连接部分，而N和L的定义同上。
此外，本发明提供一种聚合物，该聚合物是由本发明的一种或多种增殖单体聚合而成的。当L包含连接部分B时，这些聚合物可以用于检测或确定分析物的数量。于是，本发明还提供一种检测或确定分析物数量的方法，包括使推测含有所述分析物的样品与该聚合物接触，并检测或测量该聚合物的性质，以此来检测或确定该分析物的数量。另外，本发明提供检测或确定分析物数量的试剂盒，该试剂盒包括容纳本发明的聚合物的容器，其中L包含连接部分B。
最后，本发明提供一种检测或确定分析物数量的方法，包括使所述的分析物与本发明的一种连接单体接触，以使该连接单体连接到该分析物上。然后，加入本发明的一种增殖单体，以便该增殖单体聚合成附着于分析物上的聚合物。之后，检测或测量附着于分析物上的聚合物的性质，以此来检测或确定该分析物的数量。最终，本发明提供检测或确定分析物数量的试剂盒，该试剂盒包括容纳本发明的连接单体的容器，容纳本发明的增殖单体的容器，或二者都包括。
更具体地，本发明涉及：
1.一种制备纳米颗粒的方法，所述的纳米颗粒具有附着于其上的至少一个聚合物壳，包括：
提供一种纳米颗粒；和
将一种初始单体附着在所述的纳米颗粒上。
2.项1的方法，其中所述的初始单体包括一种含环链烯烃的基团。
3.项2的方法，其中所述的初始单体包含降降冰片烯基。
4.项1的方法，其中所述的纳米颗粒为金的纳米颗粒。
5.项4的方法，其中所述的初始单体是含降降冰片烯基的烷硫醇。
6.项5的方法，其中所述的初始单体是1-巯基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷。
7.项1的方法，其中所述的初始单体与一种附着化合物混合，而且初始单体和附着化合物都附着在纳米颗粒的表面。
8.项1的方法，进一步包括：
使初始单体附着于其上的纳米颗粒与过渡金属开环易位催化剂接触，以活化初始单体；和
使该纳米颗粒与一种或多种式P-L-N型的增殖单体在有效的条件下接触，以便所述的增殖单体聚合成一种或多种附着于该纳米颗粒上的聚合物壳，其中
N是含环链烯烃的基团，
P是使每种聚合物壳具有特选性质的部分，而
L是N附着于P上的化学键或连接物。
9.项8的方法，其中L为一种聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、
或包含专门与分析物连接的连接部分B，其中：
R1的通式为X(CH2)m；
X为-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亚乙基二醇、六(1，2-亚乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、卤素、葡萄糖、麦芽糖、富勒烯C60、环链烯烃或核酸；而
m为0-30。
10.项8的方法，其中N为含降冰片烯基的基团。
11.项8或10的方法，其中所述的催化剂具有下式的结构：
Figure A20041008523900102
式中，
M为锇或钌；
R1为氢；
X1和X2为任何阴离子配位体，可以相异或相同；
L1和L2为任何中性的电子给体，可以相异或相同；而
R2为氢、取代或非取代的烷基，或者为取代或非取代的芳基。
12.项11的方法，其中M为钌，R1为氢，R2为苯基，X1和X2均为-Cl，而L1和L2均为三环己基膦。
13.项8或10的方法，其中所述的催化剂具有下式的结构：
              [Re(CR1)(CHR2)(R3)(R4)]n
式中，
Re为铼(VII)；
R1选自1-20个碳原子的烷基、6-20个碳原子的芳基、7-30个碳原子芳基烷基、每种的卤素取代衍生物、以及每种的含硅类似物；
R2为R1或为催化剂的Re＝CHR2部分与将要易位的链烯烃的反应所产生的取代基；
R3和R4为配位体，该配位体单独或一起充分地吸引电子，致使铁原子充分地亲电以进行转移反应；而
n为1或更大。
14.项8或10的方法，其中所述的催化剂具有下式的结构：
                    M(NR1)(OR2)2(CHR3)
式中，
M为钼或钨；
每个R1和R2可以单独为1-20个碳原子的烷基，6-20个碳原子的芳基，7-20个碳原子的芳基烷基，所述烷基、芳基或芳基烷基的卤素取代的衍生物，或者所述烷基、芳基或芳基烷基的含硅类似物；而
R3为1-20个碳原子的烷基，6-20个碳原子的芳基，7-20个碳原子的芳基烷基，或者为所述催化剂的M＝CHR3部分与被易位的链烯烃的反应所产生的取代基。
15.项8或10的方法，其中所述的纳米颗粒与单一类型的增殖单体在有效的条件下接触，以便所述的增殖单体聚合成单一的附着于该纳米颗粒上的聚合物壳。
16.项15的方法，其中所述的聚合物壳具有氧化还原活性。
17.项16的方法，其中所述的增殖单体为二茂铁羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯或二茂铁乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
18.项8或10的方法，其中
所述的纳米颗粒与多种类型的增殖单体在有效条件下接触，以便所述的增殖单体聚合成一种或多种附着于该纳米颗粒上的聚合物壳，每种聚合物壳具有一种或多种特选的性质。
19.项18的方法，其中
所述的纳米颗粒与第一种增殖单体在有效条件下接触，以便所述的第一种增殖单体聚合成第一种附着于该纳米颗粒上的聚合物壳，所述的第一种聚合物壳具有第一种特选的性质；然后
该纳米颗粒与第二种增殖单体在有效条件下接触，以便所述的第二种增殖单体聚合成第二种附着于第一聚合物壳上的聚合物壳，所述的第二种聚合物壳具有第二种特选的性质，该性质不同于第一种聚合物壳的第一种特选性质。
20.项19的方法，其中所述的聚合物壳之一具有氧化还原活性。
21.项20的方法，其中所述的聚合成壳的增殖单体是二茂铁羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯或二茂铁乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
22.项19的方法，其中所述的两种聚合物壳均具有氧化还原活性。
23.项22的方法，其中所述的两种聚合物壳具有不同的氧化还原活性。
24.项23的方法，其中所述的聚合成第一种聚合物壳的增殖单体是二茂铁羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯，而聚合成第二种聚合物壳的增殖单体是二茂铁乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
25.项8或10的方法，其中所述的聚合反应通过添加终止聚合的化合物而停止。
26.初始单体附着于其上的纳米颗粒。
27.项26的纳米颗粒，其中所述的初始单体包含含环链烯烃的基团。
28.项27的纳米颗粒，其中所述的初始单体包含降冰片烯基基团。
29.项28的纳米颗粒，其中所述的初始单体是含降冰片烯基的烷硫醇。
30.项29的纳米颗粒，其中所述的初始单体为1-巯基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷。
31.包含一种或多种附着于其上的聚合物壳的纳米颗粒，所述的聚合物壳是通过一种或多种式P-L-N的增殖单体的聚合而形成的，其中
P是为每种聚合物壳提供所需性质的部分；
N是含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物。
32.项31的纳米颗粒，其中所述的L为一种聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、
或包含专门与分析物连接的连接部分B，其中：
R1的通式为X(CH2)m；
X为-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亚乙基二醇、六(1，2-亚乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、卤素、葡萄糖、麦芽糖、富勒烯C60、环链烯烃或核酸；而
m为0-30。
33.项31的纳米颗粒，其中N为含降冰片烯基的基团。
34.项31或33的纳米颗粒，其上附有一种聚合物壳。
35.项31或33的纳米颗粒，其上附有多种聚合物壳。
36.项35的纳米颗粒，其上附有两种聚合物壳，第一种聚合物壳与第二种聚合物壳具有不同的性质。
37.项34的纳米颗粒，其中所述的聚合物壳具有氧化还原活性。
38.项35的纳米颗粒，其中所述的聚合物壳之一具有氧化还原活性。
39.项36的纳米颗粒，其中所述的第一种聚合物壳具有氧化还原活性，而第二种聚合物壳具有不同于第一种聚合物壳的氧化还原活性。
40.项31、32或33的纳米颗粒，其中一种聚合物壳包含专门与分析物连接的连接部分B。
41.项40的纳米颗粒，其中所述的包含连接部分B的聚合物壳是通过一种或多种式N-L-B的连接单体的聚合而形成的，其中N、L和B的含义与项40中的相同。
42.项41的纳米颗粒，其中所述包含连接部分B的聚合物壳是通过一种或多种连接单体与一种或多种增殖单体的混合物的聚合而形成的。
43.一种具有式P-L-N的增殖单体，其中
P是具有所需性质的部分，该性质选自氧化还原活性、光学活性、电子活性和磁活性；
N是含环链烯烃的基团；而
L为N附着于P上的化学键或连接物。
44.项43的单体，其中L为一种聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、
Figure A20041008523900141
或包含专门与分析物连接的连接部分B，其中：
R1的通式为X(CH2)m；
X为-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亚乙基二醇、六(1，2-亚乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、卤素、葡萄糖、麦芽糖、富勒烯C60、环链烯烃或核酸；而
m为0-30。
45.项43的单体，其中N为含降冰片烯基的基团。
46.项43或45的单体，其中P为具有氧化还原活性的部分。
47.项46的单体，其中P为二茂铁衍生物。
48.项47的单体，该单体为二茂铁羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯或二茂铁乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
49.一种具有式N-L-A的初始单体，其中
N是含环链烯烃的基团；
A是含附着化合物的基团，该基团包含适于将初始单体附着在纳米颗粒上的官能团；而
L为N附着于A上的化学键或连接物。
50.项49的初始单体，其中L为一种聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、
Figure A20041008523900151
或包含专门与分析物连接的连接部分B，其中：
R1的通式为X(CH2)m；
X为-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亚乙基二醇、六(1，2-亚乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、卤素、葡萄糖、麦芽糖、富勒烯C60、环链烯烃或核酸；而
m为0-30。
51.项49的初始单体，其中包含降冰片烯基基团。
52.项51的初始单体，该单体是含降冰片烯基的烷硫醇。
53.项52的初始单体，该单体是1-巯基-10-外-5-降冰片烯-2-氧基-癸烷。
54.一种检测或确定分析物数量的方法，包括：
(a)使推测含有分析物的样品与项40的纳米颗粒接触；和
(b)检测或测量所述纳米颗粒的性质，以检测或确定分析物数量。
55.项54的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸，该低聚核苷酸的序列至少与该分析物核酸序列的至少一部分互补。
56.项54的方法，其中所述的分析物是抗原或半抗原，而B是专门用于该抗原或半抗原的抗体。
57.项54的方法，其中所检测或测量的性质是荧光性。
58.项54的方法，其中所检测或测量的性质是颜色。
59.项54的方法，其中所检测或测量的性质是氧化还原活性。
60.一种检测或确定分析物数量的试剂盒，包含容纳项40的纳米颗粒的容器。
61.项60的试剂盒，其中所述的分析物是核酸，而B为低聚核苷酸，该低聚核苷酸的序列与该分析物核酸序列的至少一部分互补。
62.项60的试剂盒，其中所述的分析物是抗原或半抗原，而B是专门用于该抗原或半抗原的抗体。
63.项60的试剂盒，其中所述的性质是荧光性。
64.项60的试剂盒，其中所述的性质是颜色。
65.项60的试剂盒，其中所述的性质氧化还原活性。
66.一种具有式N-L-B的连接单体，
其中
N是含环链烯烃的基团；
B是专门与分析物连接的连接部分；而
L是N附着于B上的化学键或连接物。
67.项66的连接单体，其中N是含降冰片烯基的基团。
68.项66或67的连接单体，其中B是低聚核苷酸。
69.项66或67的连接单体，其中B是抗体。
70.一种通过一种或多种式P-L-N的增殖单体的聚合而形成的聚合物，其中，
P是为该聚合物提供所需性质的部分；
N是含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物。
71.项70的聚合物，其中N是含降冰片烯基的基团。
72.项70或71的聚合物，其中L包含专门与分析物连接的连接部分B。
73.一种检测或确定分析物数量的方法，包括：
使推测含有所述分析物的样品与项72的聚合物接触；和
检测或测量该聚合物的性质，以检测或确定所述分析物的数量。
74.项73的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸。
75.一种检测或确定分析物数量的试剂盒，其中包含容纳项72的聚合物的容器。
76.一种检测或确定分析物数量的方法，包括：
(b)使所述的分析物与一种具有式N-L-B的连接单体接触，其中
N是含环链烯烃的基团；
B是专门与分析物连接的连接部分；而
L是N附着于B上的化学键或连接物；
以便所述的连接单体与该分析物连接；
(b)然后加入一种具有式P-L-N的增殖单体，其中
P为一种可检测或可测量的性质；
N为含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物；
以便所述的增殖单体聚合成附着于该分析物上的聚合物；和
(c)检测或测量附着于该分析物上的聚合物的性质，以检测或确定该分析物的数量。
77.项76的方法，其中N是含降冰片烯基的基团。
78.项76或77的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸。
79.项78的方法，其中进一步包括：
(i)提供一种捕获低聚核苷酸附着于其上的基质，该低聚核苷酸的序列与分析物核酸序列的至少一部分互补；
(ii)使所述的分析物核酸与该基质接触，以便该分析物核酸在进行步骤(a)至(c)之前与所述的捕获的低聚核苷酸杂合。
80.项76或77的方法，其中P是荧光性。
81.项78的方法，其中P是荧光性
82.项79的方法，其中P是荧光性
83.一种检测或确定分析物数量的试剂盒，包括：
(a)容纳一种具有式N-L-B的连接单体的容器，其中
N是含环链烯烃的基团；
B是专门与分析物连接的连接部分；而
L是N附着于B上的化学键或连接物；
(b)容纳一种具有式P-L-N的增殖单体的容器，其中
P为一种可检测或可测量的性质；
N为含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物；或者
(c)既包括(a)容器又包括(b)容器。
84.项83的试剂盒，其中N是含降冰片烯基的基团。
85.项83或84的试剂盒，其中P是荧光性。
附图简述
图1：制备具有嵌段共聚物壳的纳米颗粒的示意图。示出了化合物1、2、3和4的结构式。在结构式1中，Ph＝苯基，Cy＝环己基。
图2A-H：图2A-E示出的是下列金纳米颗粒(GNPs)的1H NMR谱图，即由1-癸硫醇和化合物2(δ7-0ppm)3∶1的混合物功能化的GNPs(图2A)，由1-癸硫醇和化合物2(δ6.3-5.2ppm)3∶1的混合物功能化的GNPs(图2B)，经1当量化合物1处理之后的化合物2改性的GNPs(δ6.3-5.2ppm)(图2C)，将20当量的化合物3加到开环易位聚合(ROMP)而活化的GNPs之后的化合物2改性的GNPs(δ6.3-5.2ppm)(图2D)，和GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物杂合体(δ7-0ppm)(图2E)。图2F-H示出了GNP-化合物3的聚合物体系(图2F)、GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物杂合体(图2G)和化合物3的聚合物(图2H)的循环伏安图。所有的循环伏安法实验，均用金作为工作电极，用铂网作反电极，用银丝作参比电极。用二茂铁(双(环戊二烯基)铁)作为内参比物。
图3A-B：用化合物2功能化的GNPs(图3A)和GNP-化合物3的聚合物(图3B)的透射电子显微图(TEM)。
图4：含降冰片烯基的单体的结构图。
图5A：用GNP-化合物3的聚合物检测核酸(靶)的试验图。
图5B：用含降冰片烯基的荧光单体检测核酸(靶)的试验图。
图6：单体9(图A)和GNP-化合物9的聚合物(图B)的荧光发射-波长图。
图7A-B：聚合物-纳米颗粒杂合以产生纳米颗粒与聚合物的复合物的交联图。
图8A-B：化合物10-16的结构式。
优选实施方案详述
用于本发明的纳米颗粒包括金属(如金、银、铜、铂)，半导体(如Si、CdSe、CdS、以及涂敷ZnS的CdS)，聚合物(如聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯)，磁性物质(如磁铁矿)，绝缘体(如SiO2)，和超导体(如YBa2Cu3O7-δ)等胶质材料。用于本发明的其它纳米颗粒包括ZnSe、ZnS、ZnO、TiO2、AgI、AgBr、HgI2、PbS、PbSe、PbTe、ZnTe、SiO2、CdTe、In2S3、In2Se3、In2Te3、Cd3P2、Cd3As2、InAs、InP、GaP和GaAs。目前优选的是金纳米颗粒。
纳米颗粒的尺寸优选约1纳米至约150纳米(平均直径)，更优选为约2至约100纳米，最优选为约2至约30纳米。
在现有技术中，制备金属、半导体和磁性材料的纳米颗粒的方法是众所周知的。见Schmid，G.(ed.)Clusters and Colloids(VCH，Weinheim，1994)；Hayat，M.A.(ed.)Colloidal Gold：Principles，Methode，andApplications(Academic Press，San Diego，1991)；Massart，R.，IEEETransactions On Magnetics，17，1247(1981)；Ahmadi，T.S.et al.，Science，272，1924(1996)；Henglein，A.et al.，J.Phys.Chem.，99，14129(1995)；Curtis，A.C.，et al.，Angew.Chem.，Int Ed.Engl.，27，1530(1988)；Brust et al.，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.，801(1994)；PCT申请WO 98/21587。
在现有技术中，制备ZnS、ZnO、TiO2、AgI、AgBr、HgI2、PbS、PbSe、ZnTe、CdTe、In2S3、In2Se3、Cd3P2、SiO2、Cd3As2、InAs、ZnSe、InP、GaP和GaAs纳米颗粒的方法，同样是众所周知的。见Weller，AngewChem.，Int.Ed.Engl.，32，41(1993)；Henglein，A.，Top.Curr.Chem.，143，113(1988)；Henglein，Chem.Rev.，89，1861(1989)；Brus，Appl.Phys.A.，53，465(1991)；Bahncmann，in  Photochemical Conversion and Storage of solar Energy(eds.Pelizetti and Schiavello 1991)，page 251；Wang and Herron，J.Phys.Chem.，95，525(1991)；Olshavsky et al.，J.Am.Chem.Soc.，112，9438(1990)；Ushida et al，J.Phys.，Chem.，95，5382(1992)；PCT申请WO98/21587；Xu et al.，Mater.Res.Soc.Symp.Proc.，536，401-405(1999)；Maliket al.，J.Mater.Chem.，8，1885-1888(1998)；Haggata et al.，J.Mater.Chem.，7，1969-1975(1997)；Pickett et al.，J.Mater.Chem.，7，1855-1865(1997)；Micicet al.，J.Lumin.，70，95-107(1996)；Micic et al.，J.Phys.Chem.，99，7754-9(1995)；and Viano et al.，Nanostruct.Mater.，3，239-44(1993)。
另外，在现有技术中制备聚合物纳米颗粒的方法也是众所周知的。见PCT申请wO 98/21587；Gao，et al.，Chin.J.Polym.Sci.，17，595-601(1999)；Okubo et al.，Colloid Polym.Sci.，277，900-904(1999)；Cairnset al.，Langmuir，15，8052-8058(1999)；Puig，Rev.Mex.Fis.，45，18-20(1999)；Chen et al.，J.Polym.Sci.，Part A：Polym.Chem.，37，2155-2166(1999)；Landfester et al.，Macromolecules，32，5222-5228(1999)；Stork et al.，Polym.Mater.Sci.Eng.，80，8-9(1999)；Xiangling et al.，Radiat.Phys.Chem.，54，279-283(1999)；Charreyre et al.，J.Bioact.Compat.Polym.，14，64-90(1999)；Sabel et al.，PCT申请WO 98/56361；Ming et al.，Macromolecules，32，528-530(1999)，；Schaertl et al.，Prog Colloid Polym.Sci.，110，285-290(1998)；Li et al.，Macromolecules，31，6841-6844(1998)；Ming et al.，Macromol.Chem.Phys.，199，1075-1079(1998)；Fritz et al.，J.Colloid Interface Sci.，195，272-288(1997)；Zhang et al.，Macromolecules，30，6388-6390(1997)；Cammas et al.，J.Controlled Release，48，157-164(1997)；Larpent et al.，React.Funct.Polym.，33，49-59(1997)；Huang et al.，Int.J.Polym.Mater.，35，13-19(1997)；Holderle et al.，Polym.Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，38，479-480(1997)；Hoelderle，et al.，Book of Abstracts，213th ACS NationalMeeting，San Francisco，April 13-17，1997，OLY-206(1997)；Larpent et al.，Macromolecules，30，354-362(1997)；Venier-Julienne et al.，Pharm.ActaHelv.，71，121-128(1996)；Levy et al.，PCT申请WO 96/20698和WO99/53903；Banerjee et al.，Macromolecules，28，3940-3(1995)；Maruyama etal.，Biomaterials，15，1035-42(1994)；Stolnik et al.，J.Controlled Release，30，57-67(1994)；Paulke et al.，Acta Polym.，43，288-91(1992)；和Mueller，R.H.；Wallis，K.H.Int.J.Pharm.，89，25-31(1993)。
最后，在现有技术中制备超导体纳米颗粒的方法也是众所周知的。见Geohegan et al.，Appl.Phys Lett.，74，3788-3790(1999)；Fukunaga et.al.，Mater.Trans.，JIM，40，118-122(1999)；Awano et al.，World Congr.Part.Technol.，3，1692-1699(1998)；Fukunaga et al.，J.Mater.Res.，13，2465-2471(1998)；Terrones et al.，Appl.Phys.A：Mater.Sci.Process.，A66，307-317(1998)；Reverchon et al.，Ind.Eng.Chem.Res.，37，952-958(1998)；Chhabraet al.，Tenside，Surfactants，Deterg.，34，156-158，160-162，164-168(1997)；Maser et al.，Adv.Mater.(Weinheim，Ger.)，9，503-506(1997)；Fukunaga et al.，Proc.-Electrochem.Soc.，97-2，24-35(1997)；Eastoe et al.，Curr.Opin.Colloid Interface Sci.，1，800-805(1996)；Chhabra et al.，World SurfactantsCongr.，4th，1，67-99(1996)；Pillai et al.，Adv.Colloid Interface Sci.，55，241-69(1995)；Kumar et al.，Mater.Lett.，16，68-74(1993)；Kumar et al.，Appl.Phys.Lett.，62，765-7(1993)；和Pillai et al.，Surfactant Sci.Ser.，66，227-246(1997)。
适宜的纳米颗粒也可以从下列公司购得，如Ted Pella，Inc.(金纳米颗粒)，Amersham Corporation(金纳米颗粒)和Nanoprobes，Inc.(金纳米颗粒)，BBI(金纳米颗粒)，Bangs Laboratories(金、聚合物、硅胶、磁性材料的纳米颗粒)，Vector Laboratories(磁性材料、生物聚合物的纳米颗粒)，Polysciences(硅胶、聚合物的纳米颗粒)，Dynal，Inc.(聚合物、磁性材料的纳米颗粒)，Accurate Polymers(聚合物纳米颗粒)，Polymer，Inc.(聚合物纳米颗粒)，PolyMicrospheres(聚合物、磁性材料的纳米颗粒)，Sphereotech(聚合物、荧光剂、磁性材料的纳米颗粒)，Xenopore(聚合物纳米颗粒)和Interfacial Dynamic Corp.(聚合物纳米颗粒)。
每种纳米颗粒均具有多种附着于其上的初始单体。“初始单体”是一种包含官能团和环链烯烃基团的化合物，所述的官能团使初始单体附着在纳米颗粒上。初始单体上有环链烯烃基团，以便初始单体附着在纳米颗粒上时，链烯烃官能团易于参与随后加入的含环链烯烃的增殖单体的聚合(如下面所述)。这通过使环链烯烃基团远离初始单体上的官能团来实现，优选环链烯烃和官能团位于初始单体的两端。这样，一旦被加入的适宜催化剂活化(如下面所述)，固定不动的初始单体就为随后加入的增殖单体提供聚合位置，并使聚合物嵌段脱离纳米颗粒表面选择性地生长。
在本文中使用的“环链烯烃”是指这样的化合物，该化合物含有1-3个环，每个环含有3个或更多的碳原子，优选含有5-8个碳原子，而且该化合物还至少一个碳碳双键于环上(“链烯烃的官能团”)。所述的环链烯烃必须能够进行开环易位聚合(ROMP)。当环上具有足够的张力，以便开环反应释放该张力并为聚合物的生成提供热力学驱动力时，环链烯烃就能够进行ROMP。为了估算环的张力，请参考Greenberg&Liebman，Strained Organic Molecules，94页(Academic Press 1978)。所述的环链烯烃优选为降冰片烯、7-氧代降冰片烯、环辛烯、环辛二烯、环戊烯或环丁烯。最优选的环链烯烃是降冰片烯。
已知很多化合物可以借助于官能团附着在纳米颗粒上(下文中称作“附着化合物”)。制备这种附着化合物并使其附着在纳米颗粒上的方法是众所周知的。优选附着化合物稳定地附着在纳米颗粒的表面上，办法是通过该化合物分子化学吸附在纳米颗粒上或共价键连接在纳米颗粒上。
适用于本发明的附着化合物及其所附着的相应纳米颗粒类型包括：
a.式R1SH、R1SSR2、R1SR2、R1NC、R1CN、R1CO2H、R1SO2H、(R1)3P、(R1)3N或ArSH的化合物可以附着在金纳米颗粒上；
b.式R1SH、ArSH或(R1)3N的化合物可以附着在银、铜、钯和半导体纳米颗粒上；
c.式R1NC、R2SH、R1SSR2或R1SR2的化合物可以附着在铂纳米颗粒上；
d.式R1SH的化合物可以附着在GaAs和InP的纳米颗粒上；
e.有机硅烷包括式R1SiCl3和R1Si(OR2)3、(R1COO)2、R1CH＝CH2、R1Li以及R1MgX的化合物，可以附着在Si和SiO2的纳米颗粒上；
f.式R1COOH或R1CONHR2的化合物可以附着在金属氧化物的纳米颗粒上；
g.式R1SH、R1NH2、ArNH2的化合物，吡咯或R1附着在吡咯环的一个碳原子上的吡咯衍生物，可以附着在铜酸盐高温超导体的纳米颗粒上；
h.式R1COOH的化合物可以附着在铝、铜、银和铂的纳米颗粒上；和
i.不饱和的化合物，如偶氮烷(R3NNR3)和异硫氰酸盐(R3NCS)，可以附着在硅的纳米颗粒上。
在上面的各式中：
如果化合物被R1和R2取代，每个R1和R2均具有式X(CH2)n的结构，R1和R2可以相同或相异；
R3具有X(CH2)n的结构；
n为0-30；
Ar为芳基；而
X为-CH3、-CHCH3、-COOH、-CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亚乙基二醇、六(1，2-亚乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、卤素、葡萄糖、麦芽糖、富勒烯C60、环链烯烃或核酸，其中m为0-30。
有关附着化合物及其制备和用途的描述，见Xia and Whitesides，Angew.Chem.Int.Ed.，37，550-575(1998)及其中所引用的参考文献；Bishop et al.，Curr.Opinion Colloid&Interface Sci.，1，127-136(1996)；Calvert，J.Vac.Sci.Technol.B，11，21 55-2163(1993)；Ulman，Chem.Rev.，96：1533(1996)(烷硫醇附着在金上)；Dubois et al.，Annu.Rev.Phys.Chem.，43：437(1992)(烷硫醇附着在金上)；Ulman，An Introduction to UltrathinOrganic Films：From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly(Academic，Boston，1991)(烷硫醇附着在金上)；Whitesides，Proceedings of the Robert A.WelchFoundation 39th Conference On Chemical Research Nanophase Chemisny，Houston，TX，pages 109-121(1995)(烷硫醇附着在金上)；Mucic et al.Chem.Commun.555-557(1996)(描述了一种将3′硫醇DNA附着在金表面上的方法)；美国专利US5472881(低聚核苷酸-硫代磷酸酯连接到金表面上)；Burwell，Chemical Technology，4，370-377(1974)和Matteucci and Caruthers，J.Am.Chem.Soc.，103，3185-3191(1981)(低聚核苷酸-烷基硅氧烷连接到硅胶和玻璃表面上)；Grabar et al.，Anal.Chem.，67，735-743(氨基烷基硅氧烷的连接和巯基烷基硅氧烷的类似连接)；Nuzzo，et al.，J.Am.Chem.Soc.，109，2358(1987)(二硫化物附着于金上)；Allara and Nuzzo，Langmuir，1，45(1985)(羧酸附着在铝上)；Allara与Tompkins，J.Colloid Interface Sci.，49，410-421(1974)(羧酸附着在铜上)；Iler，The Chemisny Of Silica，Chapter 6，(Wiley 1979)(羧酸附着在硅胶上)；Timmons与Zisman，J.Phys.Chem.，69，984-990(1965)(羧酸附着在铂上)；Soriaga与Hubbard，J.Am.Chem.Soc.，104，3937(1982)(芳环化合物附着在铂上)；Hubbard，Acc.Chem.Res.，13，177(1980)(环丁砜、亚砜以及其它功能性溶剂附着在铂上)；Hickman et al.，J.Am.Chem.Soc.，111，7271(1989)(异腈附着在铂上)；Maoz与Sagiv，Langmuir，3，1045(1987)(硅烷附着在二氧化硅上)；Maoz与Sagiv，Langmuir，3，1034(1987)(硅烷附着在二氧化硅上)；Wasserman et al.，Langmuir，5，1074(1989)(硅烷附着在二氧化硅上)；Eltekova and Eltekov，Langmuir，3，951(1987)(芳香羧酸、醛、醇和甲氧基基团附着在二氧化钛和二氧化硅上)；以及Lec et al.，J.Phys.Chem.，92，2597(1988)(刚性磷酸盐附着在金属上)；Lo et al.，J.Am.Chem.Soc.，118，11295-11296(1996)(吡咯附着在超导体上)；Chen et al.，J.Am.Chem.Soc.，117，6374-5(1995)(胺和硫醇附着在超导体上)；Chen et al.，Langmuir，12，2622-2624(1996)(硫醇附着在超导体上)；McDevitt et al.，美国专利US 5846909(胺和硫醇附着在超导体上)；Xuet al.，Langmuir，14，6505-6511(1998)(胺附着在超导体上)；Mirkin et al.，Adv.Mater.(Weinheim，Ger.)，9，167-173(1997)(胺附着在超导体上)；Hoviset al.，J.Phys.Chem.B，102，6873-6879(1998)(链烯烃和二烯在硅上的附着)；Hovis et al.，Surf.Sci.，402-404，1-7(1998)(链烯烃和二烯在硅上的附着)；Hovis et al.，J.Phys.Chem.B，101，9581-9585(1997)(链烯烃和二烯在硅上的附着)；Hamers et al.，J.Phys.Chem.B，101，1489-1492(1997)(链烯烃和二烯在硅上的附着)，Hamers et al.，美国专利5908692(链烯烃和二烯在硅上的附着)；Ellison et al.，J.Phys.Chem.B，103，6243-6251(1999)(异硫代氰酸酯在硅上的附着)；Ellison et al.，J.Phys.Chem.B，102，8510-8518(1998)(偶氮烷在硅上的附着)；Ohno et al.，Mol.Cryst.Liq.Cryst.Sci.Technol.，Sect.A，295，487-490(1997)(硫醇在GaAs上的附着)；Reuter et al.，Mater.Res.Soc.Symp.Proc.，380，119-24(1995)(硫醇在GaAs上的附着)，Bain，Adv.Mater.(Weinheim，Fed.Repub.Ger.)，4，591-4(1992)(硫醇在GaAs上的附着)；Sheen et al.，J.Am.Chem.Soc.，114，1514-15(1992)(硫醇在GaAs上的附着)；Nakagawa et al.，Jpn.J.Appl.Phys.Part 1，30，3759-62(1991)(硫醇在GaAs上的附着)；Lunt et al.，J.Appl.Phys，70，7449-67(1991)(硫醇在GaAs上的附着)；Lunt et al.，J.Vac.Sci.Technol，B，9，2333-6(1991)(硫醇在GaAs上的附着)；Yamamoto et al.，Langmuir ACS ASAP，web版本号Ia990467r(硫醇在InP上的附着)；Gu et al.，J.Phys.Chem.B，102，9015-9028(1998)(硫醇在InP上的附着)；Menzel et al.，Adv.Mater.(Weinheim，Ger.)，11，131-134(1999)(二硫化物在金上的附着)；Yonezawaet al.，Chem.Mater.，11，33-35(1999)(二硫化物在金上的附着)；Porter et al.，Langmuir，14，7378-7386(1998)(二硫化物在金上的附着)；Son et al.，J.Phys.Chem.，98，8488-93(1994)(腈在金和银上的附着)；Steiner et al.，Langmuir，8，2771-7(1992)(腈在金和铜上的附着)；Solomun et al.，J.Phys.Chem.，95，10041-9(1991)(腈在金上的附着)；Solomun et al.，Ber.Bunsen-Ges.Phys.Chem.，95，95-8(1991)(腈在金上的附着)；Henderson etal.，Inorg.Chim.Acta，242，115-24(1996)(异腈在金上的附着)；Huc et al.，J.Phys.Chem.B，103，10489-10495(1999)(异腈在金上的附着)；Hickman etal.，Langmuir，8，357-9(1992)(异腈在铂上的附着)；Steiner et al.，Langmuir，8，90-4(1992)(胺和膦在金上的附着以及胺在铜上的附着)；Mayya et al.，J.Phys.Chem.B，101，9790-9793(1997)(胺在金和银上的附着)；Chen et al.，Langmuir，15，1075-1082(1999)(羧酸酯在金上的附着)；Tao，J.Am.Chem.Soc.，115，4350-4358(1993)(羧酸酯在铜和银上的附着)；Laibinis et al.，J.Am.Chem.Soc.，114，1990-5(1992)(硫醇在银和铜上的附着)；Laibinis etal.，Langmuir，7，3167-73(1991)(硫醇在银上的附着)；Fenter et al.，Langmuir，7，2013-16(1991)(硫醇在银上的附着)；Chang et al.，Am.Chem.Soc.，116，6792-805(1994)(硫醇在银上的附着)；Li et al.，J.Phys.Chem.，98，11751-5(1994)(硫醇在银上的附着)；Li et al.，Report，24pp(1994)(硫醇在银上的附着)；Tarlov et al.，美国专利5942397(硫醇在银和铜上的附着)；Waldeck，et al.，PCT申请WO/99/48682(硫醇在银和铜上的附着)；Gui et al.，Langmuir，7，955-63(1991)(硫醇在银上的附着)；Walczak et al.，J.Am.Chem.Soc.，113，2370-8(1991)(硫醇在银上的附着)；Sangiorgi et al.，Gazz.Chim.Ital.，111，99-102(1981)(胺在铜上的附着)；Magallon et al.，Book ofAbstacts，215th ACS National Meeting，Dallas，March 29-April 2，1998，COLL-048(胺在铜上的附着)；Patil et al.，Langmuir，14，2707-2711(1998)(胺在银上的附着)；Sastry et al.，J.Phys.Chem.B，10l，4954-4958(1997)(胺在银上的附着)；Bansal et al.，J.Phys.Chem.B，102，4058-4060(1998)(烷基锂在硅上的附着)；Bansal et al.，J.Phys.Chem.B，102，1067-1070(1998)(烷基锂在硅上的附着)；Chidsey，Book of Abstracts，214th ACS NationalMeeting，Las Vegas，NV，September 7-11，1997，I&EC-027(烷基锂在硅上的附着)；Song，J.H.，Thesis，University of California at San Diego(1998)(烷基锂在硅胶上的附着)；Meyer et al.，J.Am.Chem.Soc.，110，4914-18(1988)(胺在半导体上的附着)；以及Brazdil et al.，J.Phys.Chem.，85，1005-14(1981)(胺在半导体上的附着)。适用于本发明的初始单体，包括这些已知具有下式的附着化合物的含环链烯烃的衍生物：
                     N-L-A
其中
N是含环链烯烃的基团；
L是N附着在A上的化学键或连接物；而
A是包含附着化合物的基团。
A的特性取决于组成纳米颗粒的材料的特性(见上面)。
除了为化学键之外，L还可以是一种连接物。作为连接物，L可以是任何需要的化学基团。例如，L可以是聚合物(如聚乙二醇、聚亚甲基、蛋白质、肽、低聚核苷酸或核酸)，-COO-，-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、
Figure A20041008523900261
Figure A20041008523900262
或
Figure A20041008523900263
其中R1的定义同上，m为0-30。L还可以为或包含专门与分析物(如抗体或低聚核苷酸)连接的连接部分B(见下面)。
初始单体可以通过现有技术中众所周知的方法来合成。具体地说，利用标准的有机化学合成方法合成所述的初始单体，凭借该合成方法，含环链烯烃的基团N与含附着化合物的基团A通过化学键互相偶联，或者在此之后与连接物L偶联，见例如Larock，Comprehensive OrganicTransformations：a guide to functional group preparations(VCH Publishers，New York，NY，1998)和Comprehensive Organic group Transformations(Katritzky et al.，Pergamon Press，New York，1995)。
目前，用于各种纳米颗粒的初始单体优选为含降冰片烯基的烷硫醇。后面的实施例1描述了一种可以用来制备这种初始单体的方法。
初始单体可以按与附着化合物附着在纳米颗粒上的相同的方法附着在纳米颗粒上。这些方法在本领域中是众所周知的。见上面有关附着化合物的讨论中所引用的参考文献。一般，使纳米颗粒与初始单体简单地接触并保持足够的接触时间，以便初始单体附着在纳米颗粒上。优选使初始单体和相应的附着化合物(作为稀释剂)的混合物与纳米颗粒接触，以便在后续的聚合期间降低初始单体和增殖聚合物的交联。初始单体与附着化合物之间的最佳比例可以根据经验来确定，并且取决于初始单体的类型、附着化合物的类型以及纳米颗粒的大小和类型。“相应的附着化合物”的意思是，初始单体和附着化合物优选但不是必须为同类型的物质(如烷烃)，并优选但不是必须具有相同的官能团(如硫醇)。
初始单体附着在纳米颗粒上之后，使得到的纳米颗粒与一种催化剂接触，以引发聚合反应。所述的催化剂为过渡金属开环易位催化剂。已知很多这种催化剂适用于环链烯烃衍生物。见美国专利4250063，4727215，4883851，4945135，4945141，4945144，5146033，5198511，5266665，5296566，5312940，5342909，5728785，5750815，5831108，5849851，以及其中引用的文献；Schwab et al.，Angew.Chem.Int.Ed.Engl.，34：2039(1995)；Lynn et al.，J.Am.Chem.Soc.，120：1627(1998)。
优选的是具有下式的一族耐受官能团的催化剂：
其中，M可以是锇(Os)或钌(Ru)；R1为氢；X1和X2可以是相同或相异的任何阴离子配位体；L1和L2可以是相同或相异的任何中性电子给体；R2可以是氢、取代或非取代的烷基，或者是取代或非取代的芳基。最优选X1和X2相同并且为Cl。L1和L2优选为式PhosR3R4R5的膦，其中Phos为膦，R3为二级烷基或环烷基，R4和R5(可以相同或相异)为芳基、C1-C10的一级烷基、二级烷基或环烷基。最优选L1和L2同为-膦(环己基)3、-膦(环戊基)3或-膦(异丙基)3。R2优选为氢、C1-C20的烷基或芳基。所述的C1-C20的烷基可任选地被一个或多个芳基、卤素、羟基、C1-C20的烷氧基或C2-C20的烷氧基羰基基团取代。所述的芳基可以任选地被一个或多个C1-C20的烷基、芳基、羟基、C1-C5的烷氧基、氨基、硝基或卤素基团取代。最优选的催化剂是图1中示出的化合物1。这些催化剂的制备及其使用条件，见Schwab et al.，Chem.Int.Ed.Engl.，34，2039(1995)，Lenn et al.，J.Am.Chem.Soc.，120：1627(1998)和美国专利5831108，其中公开的全部内容引作本文的参考文献。这些催化剂产生一种活性的聚合，这种聚合具有很多特性，包括对聚合物的长度和化学组成，以及粒度、溶解性和形状的特殊控制。
还优选包含铼(VII)原子为中心原子的一族催化剂，该铼原子与亚烷基配位体(CHR2)、次烷基(alkylidyne)配位体(CR1)和两个其他配位体(R3和R4)相连，这些配位体中至少有一个是吸电子的配位体，其充分地吸引电子，使铼原子的亲电性足以进行易位反应。由此，该催化剂的结构式为Re(CR1)(CHR2)(R3)(R4)。R1选自1-20个碳原子的烷基，6-20个碳原子的芳基，7-30个碳原子的芳基烷基，卤素取代的前述每种基团的衍生物，以及前述每种基团的含硅类似物。R2选自R1，或为催化剂的Re＝CHR2部分与将要易位的链烯烃的反应所产生的取代基。R1和R2的实例包括苯基、叔丁基、三甲基甲硅烷基、三苯基、甲基、三苯基甲硅烷基、三叔丁基、三叔丁基甲硅烷基、2，6-二异丙基苯基、2，4，6-三异丙基苯基和2，6-二甲基苯基。R3和R4是充分吸引电子使铼原子的亲电性足以进行易位反应的任何基团。尽管优选R3和R4同为吸引电子的基团，但是催化剂可以只包含一个吸引电子的配位体。R3和R4可以独立地选自R1、卤素、triflate、以及R3与R4连在一起的组合，其中R3和R4可以独立地包含与铼原子相连的醇盐的氧原子，条件是如果R1和R2为叔丁基且R3和R4相同，那么R3和R4为除叔丁醇盐、三甲基甲硅烷氧化物、新戊基或卤素之外的基团。优选R3和R4同为醇盐配位体，其中与吸电子醇盐配位体相对应的醇应具有约9或更低的pKa。落入此范围的适宜的配位体包括酚盐、六氟叔丁醇盐和二异丙基酚盐。R3与R4基团连在一起的实例为频哪醇盐(pinacolate)、2，6-二甲基-2，6-庚烷二醇盐(heptanediolate)和丙烷-1，3-二醇盐(propan-1，3-diolate)。所述的催化剂通常是单体。但是，如果R3和R4基团足够小，允许两个或多个金属中心成桥，那么这些催化剂可以形成二聚体、低聚体或聚合物。这些铼催化剂及其合成方法和用途，见美国专利5146033，该专利的全部公开内容引作本文的参考文献。
另一族优选的催化剂是那些具有式M(NR1)(OR2)2(CHR3)的催化剂。M为钼或钨；R1和R2为烷基、芳基、芳基烷基、卤代烷基、卤代芳基、卤代芳基烷基或它们的含硅类似物；而R3为烷基、芳基、芳基烷基或所述催化剂的M＝CHR2部分与将要易位的链烯烃的反应所产生的取代基。所述的烷基包含1-20个碳原子，所述的芳基包含6-20个碳原子，所述的芳基烷基包含7-20个碳原子。R1的实例包括2，6-二异丙基苯基、2，4，6-三甲基苯基、2，6-二叔丁基苯基、五氟代苯基、叔丁基、三甲代甲硅烷基、三苯基甲基、三苯基甲硅烷基、三叔丁基甲硅烷基和全氟-2-甲基-2-戊基。R2的实例包括叔丁基、三氟叔丁基、全氟叔丁基、全氟-2-甲基-2-戊基、2，6-二异丙基苯基、五氟苯基、三甲代甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、三叔丁基甲硅烷基和六氟叔丁基。R3起初为叔丁基或苯基，但由于催化剂的M＝CHR3部分紧密地处于所述的催化反应中，因此CHR3配位体被另外的亚烷基片段所代替，所述的亚烷基片段来自将要易位的链烯烃。这一族催化剂及其合成方法和用途，见美国专利4727215，其公开的全部内容引作本文的参考文献。
初始单体通过本领域中已知的方法用催化剂活化。见上面引用的参考文献。其他适宜的条件和最佳条件可根据经验确定。
初始单体经催化剂活化之后，加入含环链烯烃的增殖单体，并使所述的增殖单体聚合。该增殖单体具有下面的结构式：
                          N-L-P
其中：
N是含环链烯烃的基团；
L是N附着于P上的化学键和连接物；而
P是赋予所生成的聚合物以特选的性质的任何部分。
L与上面有关初始单体的描述相同。
P将赋予所产生的聚合物和聚合物-纳米颗粒杂合体以所需的性质。这些性质包括亲水性，疏水性，光学性质(如荧光、颜色或非线性光学特性)，磁活性(如未成对电子)，电子活性(如导电聚合物)，通过冠醚选择性地与离子连接(如与Na+、Pb2+等离子连接)，以及氧化还原活性(如二茂铁衍生物)。该性质优选为光学性质或氧化还原活性。
很多适宜的含环链烯烃的增殖单体是已知的。见美国专利4250063，5064919，5117327，5198511，5200470；Davies et al.，J.Chem.Soc.PerkinI，433(1973)；Posner et al.，Tetrahedron，32，2281(1976)。其他含环链烯烃的增殖单体，可以通过标准的有机化学合成方法合成。具体地说，环链烯烃部分N通过化学键与P部分互相偶联，或者接着与连接物L偶联，所使用的方法是众所周知的。见例如Larock，Comprehensive organictransformations：a guide to functional group preparations(VCH Publishers，New York，NY，1989)和Comprehensive organic functional grouptransformations(Katritzky et al.，eds.，Pergamon Press，New York，1995)。一些增殖单体的合成，见下面的实施例。
增殖单体聚合的适宜条件，包括本领域中已知的环链烯烃及其衍生物的聚合条件。见美国专利例如4883851，4945135，4945141，4945144，5198511，5266665，5296437，5296566，5312940，5342909，5728785，5750815，5831108，5849851，以及其中引用的参考文献；Schwab et al.，Angew.Chem.Int.Ed.Engl.，34：2039(1995)；Lynn et al.，J.Am.Chem.Soc.，120：1627(1998)。其他适宜的条件和最佳条件可以根据经验确定。
在聚合反应中，可以使用单一的具有特殊基团P的增殖单体，也可以使用具有不同基团P的增殖单体的混合物，以生成具有单一性质或多种性质的单一的聚合物壳。此外，在单一的单体或单体混合物聚合之后，可以一起或单独地聚合一种或多种另外的单体，以形成多种聚合物壳附着在纳米颗粒上，每种聚合物壳都具有不同的性质。
聚合反应及及所产生的聚合物壳的尺寸和性质是可以控制的，办法是适当地选择反应条件，包括催化剂、溶剂、温度、增殖单体的类型、增殖单体的加入顺序和增殖单体的数量。为了更好地控制，优选通过加入一种终止聚合的化合物终止所述的聚合反应。适宜的这种化合物在本领域中是已知的。见上面引用的参考文献。
本发明的聚合物-纳米颗粒杂合体具有多种用途。例如，它们可以用作检测或确定分析物数量的探针。见例如PCT申请WO 98/04740；PCT申请WO 98/21587；Storhoff et al.，J.Clust.Sci.，8：179(1997)；Brousseau etal.，J.Am.Chem.Soc.，120：7645(1998)；Freeman et al.，Science，267：1629(1995)；Zhu et al.，J.Am.Chem.Soc.，119：235(1997)；Miekin et al.，Nature，382：607(1996)；Elghanian etal.，Science，277：1078(1997)；Storhoff et al.，J.Am.Chem.Soc.，120：1959(1998)。
本发明可以检测或确定其数量的分析物包括多糖、脂类、脂多糖、蛋白质、糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、肽、低聚核苷酸和核酸。具体的分析物包括抗体，免疫球蛋白，白蛋白，血红蛋白，凝结因子，肽和蛋白质激素(如胰岛素、促性腺激素、生长激素)，非肽激素，白细胞间介素，干扰素，其它细胞因子，包含肿瘤特异性抗原决定部位(即仅在肿瘤特异性蛋白上发现的抗原决定部位)的肽，细胞(如红色血细胞)，细胞表面分子(如CD抗原、整合蛋白、细胞受体)，微生物(病毒、细菌、寄生虫、霉菌和真菌)，微生物片段、部分、组分或制品，小的有机分子(如地高辛、海洛因、可卡因、吗啡、麦司卡林、麦角酸、四氢大麻醇、大麻醇、胆甾醇、戊脒和维生素H)，等等。可以检测或确定其数量的核酸和低聚核苷酸包括基因(如与特定疾病有关的基因)，病毒RNA和DNA，细菌DNA，真菌DNA，哺乳动物DNA(如人体DNA)，cDNA，mRNA，RNA和DNA片段，低聚核苷酸，合成的低聚核苷酸，改性的低聚核苷酸，单链和双链核酸，天然或合成的核酸等。
作为探针，聚合物-纳米颗粒杂合体必须具有附着于其上的连接部分B，该连接部分B使得所述的聚合物-纳米颗粒杂合体专门与分析物连接。适宜的连接部分及其制备方法在本领域中是众所周知的。例如，用分析物特异性抗体基本上可以检测或确定任何分析物的数量。另外，可以使用任何专门与所述分析物连接的分子，而且许多这类分子是本领域中已知的。例如，可以用具有与至少部分分析物核酸互补的序列的低聚核苷酸，来检测或确定核酸的数量。此外，可以用外源凝集素来检测或确定多糖和糖基化蛋白质的数量。另一实例是，可以用受体检测其配体，反之亦然。很多其它适宜的连接部分B是已知的。
连接部分B可以以很多方式附着在聚合物-纳米颗粒杂合体上。例如，如上面所提到的那样，初始单体或增殖单体的连接物L可以任何合乎需要的化学基团。这样，增殖单体和/或初始单体中的连接物L可以包含连接部分B，例如蛋白质(如抗体)、低聚核苷酸等，而所述的连接部分将混入附着在纳米颗粒上的聚合物壳中。当所述聚合物-纳米颗粒杂合体用作探针时，优选至少一些增殖单体具有连接物L，该连接物L包含所需的连接部分B。用另一种方法，可以在增殖单体的聚合完成之后，将单独的连接单体附着在聚合物-纳米颗粒杂合体上。所述的连接单体具有下式的结构：
                          N-L-B，
其中：
N是含环链烯烃的基团；
L是N附着于B上的化学键或连接物；而
B为连接部分。
L与上述有关初始单体和增殖单体的描述相同。但是优选L不包含连接部分B。
连接单体按与初始单体相同的方法合成和附着在聚合物-纳米颗粒杂合体上。所述的连接单体，优选连接单体与具有所需性质的增殖单体的混合物，可以附着在聚合物-纳米颗粒杂合体上，于纳米颗粒上形成最终的聚合物壳。在这种混合物中，连接单体与增殖单体的比例优选尽可能地低。按这种方式，即使单体B单独的连接其分析物也产生较大的可检测的信号。
为进行本发明的化验，使推测含有分析物的样品与一种类型的聚合物-纳米颗粒杂合体接触，所述的杂合体上附有连接单体B。可以使用任何类型的样品。例如，该样品可以是生物流体(如血清、血浆、血液、唾液或尿)，细胞，细胞溶解产物，组织，化合物库(如有机化合物或肽)，含PCR组分的溶液等。在本领域中，进行这种化验的条件和方式是众所周知的(例如见上面所引用的参考文献)，也可以由本领域普通技术人员根据经验来确定。
最后，测量或检测附着在纳米颗粒上的聚合物的性质，以便检测或确定所述分析物的数量。所述的性质如上所述。优选该性质是氧化还原活性或光学活性(如荧光或颜色)。检测和测量这些性质的方法在本领域中是众所周知的。
在图5A中，解释了一种检测或确定核酸数量的方式，捕获的低聚核苷酸(捕获链)附着在金基质上(如金电极)。将低聚核苷酸附着在金或其它基质上的方法是已知的。见上面所引用的描述官能团的那些文献，特别是PCT申请WO 98/0470。所述捕获的低聚核苷酸的序列与至少部分核酸分析物(靶)的序列互补，而所述的分析物核酸与基质相连，以便其与附着在该基质上的捕获低聚核苷酸连接。然后，其上附有低聚核苷酸的聚合物-纳米颗粒杂合体与附着在基质上的分析物核酸相连。聚合物-纳米颗粒杂合体上的低聚核苷酸，具有与至少部分分析物核酸序列互补的序列，并与附着在基质上的分析物核酸连接。去除未连接的材料之后，检测或测量附着在纳米颗粒上的聚合物的性质。如图5A所解释的那样，所述的聚合物为化合物3的聚合物，这是一种具有氧化还原活性的聚合物，而且这种活性可以通过循环伏安法来测量(见实施例1)。
本发明进一步提供一种用于化验的试剂盒，以检测或确定分析物的数量。该试剂盒包含一容纳聚合物-纳米颗粒杂合体的容器，所述的杂合体上附有连接部分B。该试剂盒还包含化验所用的其它试剂和物品。所述的试剂可以包括对照样品、标准样品、PCR试剂、杂合试剂、缓冲液等。作为试剂盒的一部分而提供的其它物品包括反应装置(如试管、微滴盘、其上可能附有捕获分子的固体表面)，注射器，吸管，比色杯，容器等。
本发明的聚合物-纳米颗粒杂合体还提供一种新的通用的结构单元，化学家和材料科学家可以很容易地将其合并于很多现存的颗粒装配技术中。例如见PCT申请WO 98/04740；Storhoff et al.，J.Clust.Sci.，8：179(1997)。例如，在纳米颗粒上形成所需的聚合物壳之后，该聚合物可以与少量的终止单体或包含官能团的增殖单体反应，以便纳米颗粒上的聚合物至少有一些被官能团所覆盖，所述的官能团允许聚合物-纳米颗粒杂合体被附着在其它纳米颗粒(由同种或不同种材料制成的)或固体基质上，所述的固体基质由金属、磁性或半导体材料所制成(见上述有关纳米颗粒制备的材料)。“终止单体”与上述的初始单体相同，而且这段中所称的“官能团”与初始单体讨论中所称的官能团相同。
本发明的新颖的含环链烯烃单体，也可以按与上述方式相同的方式单独聚合(即不附着在纳米颗粒上)。这种聚合物可以按多种方式使用。例如，由增殖单体组成的其中L包含连接部分B(如低聚核苷酸)的聚合物，可用于检测和/或确定分析物的数量，办法是通过检测P基团的性质。
本发明进一步提供一种用于化验的试剂盒，用来检测或确定分析物的数量。该试剂盒包含一容纳聚合物的容器，该聚合物由其中L包含连接部分B的增殖单体所形成。该试剂盒还包含进行化验所用的其它试剂和物品。
另外，其中L包含连接部分B的增殖单体可以用于检测和/或确定分析物的数量，办法是通过检测基团P的性质。例如，在图5B中阐明了一种检测或确定核酸数量的方式。在该方式中，合成了单链DNA F，并于其3′端进行修饰，以引入将DNA附着在基质(如透明的玻璃片)上的官能团(如氨基基团)。见上面有关官能团及其附着在基质上的讨论。F的序列与至少部分目标DNA F′-H-G′的序列互补。目标DNA的序列G′与第三DNA链G互补，第三DNA链G已被含环链烯烃的基团(例如，如所阐明的那样，降冰片烯基基团，用氨基磷酸酯D(phosporamidite)制备的)修饰。使其上附有捕获DNA F的基质与推测含有目标DNA的样品接触足够的时间，以使目标DNA与F杂合，之后，基质与G接触。经过足够的时间使G与目标DNA杂合之后，用ROMP催化剂(如图1中的催化剂1)处理该基质，接着使该基质暴露于含环链烯烃的荧光单体(如己烷中降冰片烯改性的荧光素单体E)，以产生附着于DNA上的荧光聚合物，所述的DNA附着在基质上。由于环链烯烃改性的DNA链G不与捕获链F互补，将基质暴露于催化剂和随后的荧光单体将只产生固定的荧光聚合物，如果目标链出现在初始样品中。由于所使用的荧光单体过多，基质上的聚合度取决于反应时间，这是一种可选择的量。用荧光显微镜可以容易地检测出荧光。这种方法可对多因素的DNA进行高灵敏度与适应性的检测和定量。首先，只要链端点(F′和G′)的序列是已知的，任何目标均可以被检测出来。其次，使用两条与目标互补的较短的DNA链F和G，较使用一条较长的DNA链(如F-G或F-H-G)，DNA合成化学将变得更容易和更定量化。最后，由于单个杂合事件可以导致数百荧光单体的表面附着，这种技术可以是超灵敏的(即可以检出亚飞摩尔(sub-femtomolar)级的DNA)。当然，其它包含不同连接部分和/或具有不同性质的增殖单体，同样可以用于这种方式中，用来检测DNA和其它的分析物。
最后，本发明提供一种化验用的试剂盒，以检测或确定分析物的数量。该试剂盒包含容纳增殖单体的容器，在该单体中L包含连接部分B。该试剂盒也可以包含化验所用的其它试剂和物品。
在本文中使用的“一种类型”是指多种具有相同性质的指定材料。例如，“一种类型”的纳米颗粒，是指相同的纳米颗粒(如具体尺寸的金纳米颗粒)。类似地，“一种类型”的其上附有连接部分B的聚合物-纳米颗粒杂合体，是指其上附有相同聚合物和连接部分的多种纳米颗粒。
实施例
实施例1
本实施例描述了新的金属-有机杂合体纳米颗粒的制备，办法是通过如图1中所阐述的开环易位聚合(ROMP)，控制金纳米颗粒模板表面的聚合物生长。在该方法中，用降冰片烯基终止的线性烷硫醇(2)修饰有机可溶的金纳米颗粒(GNPs)。然后，用能够耐受官能团的ROMP催化剂(1)在颗粒表面直接引发聚合反应，之后将含降冰片烯基的单体原料注入已初始的纳米颗粒的溶液中。
出现了两种试用性概念体系。第一个是具有聚合物壳的GNPs，该聚合物壳是具有氧化还原活性的由降冰片烯基官能团化的二茂铁3的聚合物壳。第二个是用3的初始单元官能团化，其后再用另一种具有氧化还原活性的含降冰片烯基的单体4官能团化的GNPs。4的氧化还原电位为220mV，较3的氧化还原电位更低，而且这两种物质可以容易地通过循环伏安法来区分。1HNMR光谱、循环伏安法和透射电子显微镜(图2A-H和图3A-B)已被用来表述聚合过程的特征和所得聚合物改性的纳米颗粒的特征。
这些研究表明，所述的合成方法可用于一种新的金属-有机杂合体纳米颗粒的制备，这种纳米颗粒可以通过任何含降冰片烯基或环链烯烃的单体的聚合层而功能化。由于该方法是活性聚合，所以其属性也是多种多样的，包括对聚合物的长度和化学成分的特别控制，以及对颗粒尺寸、溶解性和形状的特别控制。
A.材料及一般方法
除非特别注明，所有的反应均是采用标准的Schlenk方法于干燥的氮气氛下进行的，或者在惰性气氛的手套箱中进行的。蒸馏乙腈和二氯甲烷，使之通过氢化钙。蒸馏四氢呋喃(THF)、苯和乙醚，使之通过钠/二苯酮。所有的溶剂均在氮气下蒸馏，并且在使用前用氮气饱和。含氘化的溶剂购自Cambridge Isotope实验室，无须进一步纯化即可使用，但CDCl3除外，它需要蒸馏，使之通过氢氧化钙，并且在转移至惰性气氛的手套箱之前，先真空转移至气密的溶剂球中。如下面所述，合成化合物1、2、3和4。所有的其它试剂均购自Aldrich Chemical Company，而且无须进一步纯化即可使用，除非另有说明。1HNMR和13CNMR谱是用Varian Gemini300MHz FT-NMR光谱仪记录的。对于含金纳米颗粒样品的1HNMR，谱线增宽设置为1Hz。GC-MS实验是在装有HP 5色谱柱的Hewlett-PackardHP 6980系列仪器上记录的(用2分钟将初始温度设置为50℃，升温速度为每分钟20℃，最终温度为280℃)。透射电子显微图(TEM)是在Hitachi8100显微镜上完成的。高分辨质谱图(HRMS)是在VG 70-SE仪器上完成的。元素分析由Atlantic Microlab Inc.完成的。除非另有说明，所有的快速柱色谱均采用内径为56mm长度为200cm的硅胶柱，于正压的氮气下进行的。
B.催化剂1的合成
催化剂1是采用已公开的方法合成的。Schwab et al.，Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.，34：2039(1995)；Lynn et al.，J.Am.Chem.Soc.，120：1627(1998)。
C.1-巯基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷(2)的合成
在准备用于GNPs的易位合成中，存在两个关键步骤。第一个是1-巯基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷2的合成和表征，该癸烷2包含附着在长链烷硫醇上的ROMP-活性的降冰片烯片段。选择外-异构体而不是内-异构体，是为了优化ROMP活性。Wolfe，P.S.，Ph.D.dissertation，University of Florida(1997)。
为了制备2，在惰性气氛的手套箱中，称取外-5-降冰片烯-2-醇(Posneret al.，Tetrahedron，32：2281(1976)；Davies et al.，J.Chem.Soc.Perkin I，433(1973)；1.00g，9.1mmol)，并置于50mL的Schlenk烧瓶中。加入THF(15ml)，剧烈搅拌该溶液的同时，加入无油的金属钠(250mg，10.8mmol)。然后将该混合物从手套箱中取出，在正压的氮气流下回流12小时，并使之冷却至室温。在一单独的100mL Schlenk烧瓶中，将甲苯-4磺酸10-氯-癸基酯(Tomohiro et al.，Synthesis，7：639(1992))(2.95g，9.5mmol)溶解于THF(15ml)中，并将等压滴液漏斗装在所述的烧瓶上。然后通过套管，将已冷却的去质子的外-5-降冰片烯2-醇溶液转移至等压滴液漏斗中(过量的钠用异丙醇淬灭)，在剧烈搅拌10分钟内慢慢地加至磺酸癸基酯溶液中。然后取下滴液漏斗，换上冷凝器，并将该混合物在正压的氮气流下再回流12小时。一旦冷却至室温，将反应混合物倒在乙醚(50mL)中，并用水(50mL)、0.1M的NaOH(50mL)和盐水(50mL)依次洗涤。收集有机层，用硫酸钠干燥，并通过布氏漏斗过滤。在旋转蒸发器上将溶剂除去。通过微黄色的油状的硅胶柱色谱，以8％乙醚己烷溶液作洗脱液，得到1.94g(6.9mmol，81％)澄清油状的1-氯-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷。
1HNMR(CDCl3)：1.05(m，20H)，3.56(s，1H)，3.72(s，1H)，3.95(m，5H)，5.80(m，1H)，6.31(M，1H)，13CNMR(CDCl3)：26.33，26.92，28.92，29.45，29.49，29.52，30.12，32.69，34.48，40.40，45.26，45.99，46.44，69.34，80.22，133.32，140.61.GC-MS：单峰，保留时间，10.16min；M+：284m/z。
在惰性气氛的手套箱中，称取硫代乙酸钾(240mg，2.1mmol)和1-氯-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷(500mg，1.8mmol)，并分别置于单独的50mL Schlenk烧瓶中。将烧瓶从手套箱中取出，并将脱气乙醇(10mL)用套管转移至每个烧瓶中。然后，用套管将1-氯-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷溶液转移至硫代乙酸钾溶液中，并将混合物在正压的氮气流下回流20小时。一旦冷却至室温，将该混合物倒入水(50mL)中并用CH2Cl2(3×50mL)萃取。合并后的有机萃取液，用盐水(3×50mL)洗涤，用硫酸钠干燥并用布氏漏斗过滤。在旋转蒸发器上将溶剂除去。通过微黄色的油状的硅胶柱色谱，以CH2Cl2作洗脱液，得到488mg(1.5mmol，85％)澄清油状的1-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-10-(硫代乙酰基)-癸烷。
                                           1HNMR(CHCl3)：1.35(m，15H)，1.58(m，4H)，1.72(d，1H)，2.83(s，1H)，2.9(1，3H)，3.48(m，3H)，5.93(m，1H)，6.20(m，1H).GC-MS：单峰，保留时间，11.34min；M+：324m/z。
在惰性气氛的手套箱中，称取甲醇钠(8.1mg，0.15mmol)和1-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-10-(硫代乙酰基)-癸烷(488mg，1.5mmol)，并分别置于单独的50mL Schlenk烧瓶中。将两个烧瓶从手套箱中取出，并将脱气甲醇(10mL)用套管转移至每个烧瓶中。然后，用套管将1-(降冰片-2-烯-5-外-醇)-10-(硫代乙酰基)-癸烷溶液转移至甲醇钠溶液中，并将混合物在正压的氮气流下回流6小时。一旦冷却至室温，将该混合物倒入1.0M的HCl(50mL)中并用醚(3×50mL)萃取。合并后的有萃取液，用盐水(3×50mL)洗涤，用硫酸钠干燥并在旋转蒸发器上将溶剂除去，得到361mg(1.23mmol，85％)的1-巯基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷，其纯度足以用于进一步的使用。
1HNMR(C6D6)：1.25(m，18H)，1.61(q，4H)，1.88(d，1H)，2.28(q，2H)，2.63(s，1H)，2.90(s，1H)，3.35(m，3H)，5.94(m，1H)GC-MS：单峰，保留时间，10.43min；M-：282m/z。
D.外-5-降冰片烯-2-基二茂铁羧酸酯(3)的合成
称取二茂铁羧酸(0.511g，2.22mmol)，置于100mL的Schlenk烧瓶中。采用标准的Schlenk方法将所述的烧瓶置于氮气下。用套管加入干燥的二氯甲烷(50mL)，并将草酰氯(0.291mL，3.34mmol)注入反应容器中。室温下搅拌该混合物2小时。通过旋转蒸发除去溶剂和过量的草酰氯，并通过套管加入干燥的苯(50mL)。下一步，称取外-5-降冰片烯-2-醇(0.244g，2.22mmol)，置于250mL的圆底烧瓶中，并采用标准的Schlenk方法将所述的圆底烧瓶置于氮气下。通过套管加入干燥的苯(50mL)，并将三乙胺(0.62mL，4.44mmol)注入反应容器中。然后，通过套管将Schlenk烧瓶中的酰氯溶液转移至含有醇溶液的圆底烧瓶中，并将该混合物在氮气下回流12小时。用盐水(100mL)稀释该溶液，并用苯(3×50mL)萃取。合并苯层，并用硫酸镁干燥，通过旋转蒸发将溶剂除去。以戊烷/乙醚(8∶1)为洗脱液，通过硅胶柱色谱，得到0.215g(0.668mmol，30％)所需的产品，其为黄色的固体。
1HNMR(C6D6)：1.58(m，4H)，2.59(s，1H)，2.98(s，1H)，4.02(m，7H)，4.85(d，2H)，4.97(d，1H)，5.79(m，1H)，5.98(m，1H).13CNMR(CDCl3)：34.78，40.69，46.37，47.58，69.69，70.08，71.19，74.87，132.85，132.87，141.15，175.60.HRMS(EI)(M+)：计算值C18H18O2Fe：322.066m/z；实验值：322.066m/z。计算值C18H18O2Fe：C：67.1；H：5.63；实验值C：66.9；H：5.76.
E.外-5-降冰片烯-2-基二茂铁乙酸酯(4)的合成
称取二茂铁乙酸(0.401g，1.64mmol)，置于100mL的Schlenk烧瓶中。采用标准的Schlenk方法将所述的烧瓶置于氮气下。用套管加入干燥的二氯甲烷(50mL)，并将草酰氯(0.232mL，2.66mmol)注入反应容器中。室温下搅拌该混合物2小时。通过旋转蒸发除去溶剂和过量的草酰氯，并通过套管加入干燥的苯(50mL)。下一步，称取外-5-降冰片烯-2-醇(0.181g，1.64mmol)，置于250mL的圆底烧瓶中，并采用标准的Schlenk方法将所述的圆底烧瓶置于氮气下。通过套管加入干燥的苯(50mL)，并将三乙胺(0.46mL，3.29mmol)注入反应容器中。然后，通过套管将Schlenk烧瓶中的酰氯溶液转移至含有醇溶液的圆底烧瓶中，并将该混合物在氮气下回流12小时。用盐水(100mL)稀释该溶液，用苯(3×100ml)萃取。合并苯层，用硫酸镁干燥，并通过旋转蒸发将溶剂除去。将苯层通过短的硅胶填料(30mm长，于巴斯德吸液管中)，并通过旋转蒸发器除去溶剂，得到0.281g(0.84mmol，51％)所需的产品，其为棕色的液体。
1HNMR(C6D6)：1.58(m，4H)，2.59(s，1H)，2.90(s，1H)，3.19(d，2H)，3.95(d，2H)，4.02(s，5H)，4.19(d，2H)，4.80(m，1H)，5.75(m，1H)，5.98(m，1H).13CNMR(CDCl3)：34.45，36.01，40.35，46.15，47.36，67.95，68.46，75.63，80.95，132.43，141.50，141.52，171.55.HRMS(EI)(M-)：计算值C12H20O2Fe：336.081m/z；实验值336.082m/z。
F.2在GNPs上的固定和2-修饰的GNPs的表征
在准备用于GNPs的易位制备中，第二个关键步骤是2在3nm的GNPs上的固定。为了制备覆盖了线性烷硫醇的3nmGNPs，而改进Schiffrin方法(Brust et al.，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.，801(1994))，办法是通过在1-十二硫醇(1.68毫摩尔)与2(0.56毫摩尔)1∶3的混合物的存在下，还原HAuCl4(2.24毫摩尔)，以产生带有两种吸附物的改性GNPs。所述的十二硫醇稀释剂分子被用来使降冰片烯基基团和增殖聚合物的表面交联降至最小。
该GNPs可通过加入乙醇自CH2Cl2中沉淀出来，而且可以再分散于多种有机溶剂中，如己烷、乙醚和CH2Cl2中。该改性颗粒于CDCl3中的1HNMR光谱证实了降冰片烯吸附物确实附着在它们的表面上，图2A-B。在δ大约5.9和6.2处的两个共振峰，为高度特征性的两个降冰片烯基的烯属质子，并且与2(δ5.9和6.2)于CDCl3中的1HNMR光谱中所观察到的形成鲜明的对比。这些颗粒于己烷中的UV-可见光谱显示，在518nm处存在一个弱的等离子体激元带，这是该尺寸的金纳米颗粒的特征。Duff etal.，J.Chem.Soc.Chem.Common.，96(1993)。
G.GNP-化合物3聚合物的合成和表征
在惰性气氛的手套箱中，称量由2改性的3nm的GNPs(10mg)，置于顶端螺旋状的NMR试管中，并加入100μL的CDCl3。将催化剂1(1.5mg，1.8μmol)溶解于200μL的CDCl3，并注入包含2-改性的GNPs的NMR试管中。将该NMR试管盖上盖，并置于振荡器上振荡10分钟。下一步，加入3的溶液(12mg，37μmol，于200μL的CDCl3中)，再将NMR试管盖上盖，并再振荡30分钟，之后录取1HNMR谱图。该催化剂用乙基乙烯基醚(约100μL)淬灭。通过将CDCl3溶液倒入剧烈搅拌的己烷溶液(100mL)，使颗粒-聚合物杂合体(21mg)分离出来。慢慢地倾倒出母液，用己烷(3×50mL)洗涤所得到的暗棕色沉淀物，并于真空下干燥。该沉淀物可再分散于多种有机溶剂中，如分散于CH2Cl2和THF中。
在CDCl3中，在GNPs上降冰片烯环的开环易位用催化剂1(1个当量；根据元素分析和NMR滴定估算颗粒上的降冰片烯基环的数目)低于10分钟即可实现。这种活化过程的证据是在δ5.9和6.2处的烯属共振的丢失，图2C。
随后向该溶液加入20当量的具有氧化还原活性的复合物3，使3聚合，如颗粒-聚合物杂合体(GNP-化合物3的聚合物)的1HNMR谱图所证实的那样，在δ5.7-5.2处出现了宽带共振，图2D。这些共振是由含降冰片烯基的原料所合成的聚合物的特征。Schwab et al.，Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.，34：2039(1995)；Lynn er al.，J.Am.Chem.Soc.，120：1627(1998)。30分钟之后，就不存在单体3的证据了，表明聚合反应已经完成。
聚合物可以通过添加轻微过量的乙基乙烯基醚而不可逆地终止，所述的乙基乙烯基醚是一种已知的催化剂如催化剂1的ROMP终止剂。Wuet al.，J.Am.Chem.Soc.，117：5503(1995)。
重要的是，GNP-化合物3聚合物杂合体可以通过有己烷的CDCl3中沉淀出来，所述的己烷是一种溶剂，在这种溶剂中2-改性的GNPs完全可以再分散。一旦经己烷彻底地洗涤，该GNP-化合物3聚合物杂合体可以再分散于多种更具极性的有机溶剂中，如分散于CH2Cl2和THF中。这些溶解特性反映出那些解链的(untrthered)二茂铁基均聚物，该均聚物是在近乎同样的条件下由1和3独立合成的(化合物3的聚合物；见下面)。
在Au/Si电极表面的GNP-化合物3杂合体于0.1M的TBAPF6/CH3CN(TBAPF6＝六氟磷酸四丁基铵)中的循环伏安法，显示出一可逆波形，该波形与二茂铁基在180mV处对FcH/FcH+(二茂铁/二茂铁离子)的氧化/还原相联系，图3A-B。
H.GNP-化合物3聚合物-化合物4聚合物的合成与表征
为了进一步证实该杂合体纳米颗粒制备方法的普遍性和范围，使两种不同的降冰片烯基二茂铁基衍生物3和4的嵌段共聚物，从经2改性的和催化剂1处理的颗粒表面连续生长。在惰性气氛的手套箱中，称量由2改性的3nm的GNPs(10mg)，置于顶端螺旋状的NMR试管中，并加入100μL的CDCl3。将催化剂1(1当量，1.5mg，1.8μmol)溶解于200μL的CDCl3，并注入包含2-改性的GNPs的NMR试管中。将该NMR试管盖上盖，并置于振荡器上振荡10分钟。下一步，加入3的溶液(20当量，12mg，37μmol，于200μL的CDCl3中)，将NMR试管再盖上盖，并再振荡20分钟，之后录取1HNMR谱图。然后，加入4的溶液(20当量，37μmol，于200μL的CDCl3中)，将NMR试管再盖上盖，并再振荡20分钟，之后录取1HNMR谱图。该催化剂用乙基乙烯基醚(约100μL)淬灭。通过将CDCl3溶液倒入剧烈搅拌的己烷溶液(100mL)，使颗粒-聚合物杂合体(32mg)分离出来。倾倒出母液，用己烷(3×50mL)洗涤所得到的暗棕色沉淀物，并于真空下干燥。该沉淀物可再分散于多种有机溶剂中，如分散于CH2Cl2和THF中。
所以选择化合物4作为第二聚合物结构单元，是因为它可以通过循环伏安法容易地与3区别开来。化合物4中的介于羰基和二茂铁基部分之间的亚甲基，使其接近220mV时较3更容易氧化。另外，该亚甲基基团提供一种光谱标签，使人们可以通过1HNMR跟踪聚合反应，图2E(标有星号的共振)。位于δ3.3处的宽共振的增长，与起始单体4有关的共振完全丢失相联系，表明化合物4完全转化成聚合物(GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物)。
该GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物体系显示出可逆的电化学性质，具有期待的两个可区别的波形，这两个波形与两种不同类型的二茂铁基部分的氧化/还原相联系，所述的二茂铁基部分位于固定在颗粒上的嵌段共聚物壳中(化合物4的聚合物段对FcH/FcH+的E1/2s＝-40mV，化合物3的聚合物段对FcH/FcH+的E1/2s＝180mV)，图2G。比较与这两个波形相关的积分电流，可以估算3和4在GNP-化合物3聚合物-化合物4聚合物结构中的相对数量。基于这种分析，可以计算出3和4在嵌段共聚物中的比例为1.4∶1。这一比例不是1∶1，可能是因为聚合物溶剂化作用的微小差异，因而对两种层的电化学可达性的程度不同，或者是因为所使用的少量试剂导致的化学计算法错误。与这些波形有关的完美响应(峰电流线性地依赖于扫描速率)以及在3嵌段内部和电极表面之间的居间电子转移证据的缺乏，表明在这种结构中，两种聚合物嵌段均可以接近电极的表面，而且都溶剂化至离子可以进出嵌段共聚物结构的程度。重要的是，不论是3和4的聚合所形成均聚物还是嵌段共聚物均显示出呆滞电子转移和不良聚合物溶剂化作用的宽波形特征，图2H(作为实例，给出化合物3的聚合物的波形)。
最后，GNP-化合物3聚合物-化合物4聚合物杂合体的TEM分析表明，该杂合体颗粒保持其3±1nm直径的金核，但是通过TEM不能得到聚合物壳层的图象，因为聚合物壳层的原子组分的密度低。
I.化合物3的聚合物的合成
将化合物3的溶液(12mg，37μmol，于200μL的CDCl3中)注入顶部螺旋状的NMR试管中，随后加入化合物1的溶液(1.5mg，1.8μmol，于300μL的CDCl3中)。将该NMR试管盖上盖子并置于振荡器上30分钟。用乙基乙烯基醚(约100μL)淬灭催化剂。通过将该CDCl3溶液倒入剧烈搅拌的己烷溶液(50mL)中，分离出聚合物(11mg)。倾出母液，用己烷(3×25mL)洗涤所得到的浅棕色沉淀物，并于真空下干燥。该沉淀物可再分散于多种有机溶剂中，如分散于CH2Cl2和THF中。
J.对照实验
作为对照实验，制备一种由含解链二茂铁基的化合物3聚合物和2改性的GNPs组成的溶液，二者的比例可与GNP-化合物3聚合物实验(见上面的部分G)中所使用的比例相比较。当对此对照体系进行沉淀实验时，2-改性的GNPs保持溶解在己烷中(如1HNMR所证实的那样)，尽管希望均聚物(化合物3的聚合物)沉淀出来。2-改性的GNPs与GNP-化合物3聚合物杂合体之间的溶解性差别，有力地证实了表面聚合所形成的聚合物实际上是束缚在GNPs的表面上。总而言之，这些数据明确地证实了，脱离GNPs表面而生长的聚合物保持着附着于颗粒表面的状态。
这些试用性概念的结果表明，本文中报导的颗粒合成方法可用来制备一种新类别的纳米颗粒，该纳米颗粒可以通过实际上的任何含降冰片烯基单体的聚合物层而功能化。实际上该方法可容易的扩展到其他无机纳米颗粒模板以及光学活性和电活性的降冰片烯基基团。传统的无机纳米颗粒已经成为许多有用的探针型应用的基础。Storhoff et al.，J.Clust.Sci.，8：179(1997)；Brousseau et al.，J.Am.Chem.Soc.，120：7645(1998)；Freeman et al.，Science，267：1629(1995)；Zhu et al.，J.Am.Chem.Soc.，119：235(1997)；Mirkin et al.，Nature，382：607(1996)；Elghanian et al.，Science，277：1078(1997)；Storhoff et al.，J.Am.Chem.Soc.，120：1959(1998)。这里提出的具有高度合成可调能力的杂合体结构很可能成为化学和生物化学检测方法中与检测探针相同或更重要的探针。此外，这些杂合体是新的和通用型结构单元，化学家和材料科学家可容易的将其引入许多现有的颗粒组合技术中。
实施例2
本实施例描述了化合物5(见图4)的合成。向100mL的Schlenk烧瓶加入2-降冰片烯-5-外-醇(1.10g，10mmol)、3-噻吩乙酸(1.42g，10mmol)和一水合对甲苯磺酸(80mg，0.42mmol)。使上述三种固体溶解于甲苯(60mL)，并在烧瓶的顶部安装Dean/Stark分水器。水冷凝器置于Dean/Stark分水器的顶部，加热该混合物使之回流。经过6小时，反应混合物的体积降低至20mL，办法是偶尔自Dean/Stark分水器的底部收集溶剂。将该混合物冷却至室温，倒入水(50mL)中，并用醚(3×50mL)萃取。将有机部分合并，用盐水(50mL)洗涤，用硫酸钠干燥，并过滤至500mL的圆底烧瓶中。用旋转蒸发器于真空下除去溶剂。将所得到的浅黄色的油在硅胶上进行色谱分离，以1∶1的CH2Cl2与己烷的混合物作洗脱剂，得到所需的产品(1.68g，7.2mmol，72％)，其为一种澄清的油。
1HNMR(CDCl3)：
1.40(m，1H)，1.60(m，2H)，1.71(m，1H)，2.87(b，2H)，3.65(s，2H)，4.70(d，1H)，5.97(m，1H)，6.24(m，1H)，7.05(d，1H)，7.15(b，1H)，7.30(m，1H).13C NMR(CDCl3)：34.7，36.3，40.7，46.3，47.3，75.8，122.7，125.7，128.5，132.6，133.9，141.2，171.3.GCMS：Retention time 10.86min，m/e+ 234.   计算值    C13H14O2S：C：66.64；H：6.02；S：13.68：实验值：C：66.91；H：6.15；S：13.86。
实施例3
本实施例描述了化合物6(见图4)的合成。在惰性气氛的手套箱中，称量外-5-降冰片烯-2-醇(710mg，6.45mmol)，置于50mL的Schlenk烧瓶中。加入THF(15mL)，并在剧烈搅拌该溶液的同时加入无油的金属钠(160mg，6.96mmol)。然后将混合物从手套箱中取出，在氮气鼓泡下回流12小时，并使之冷却至室温。在另一单独的100mL Schlenk烧瓶中，将2，5-二溴-3-溴甲基噻吩(2.01g，6.00mmol)溶解于THF(15mL)，并将烧瓶装上等压滴液漏斗。然后通过套管，将已冷却的去质子的外-5-降冰片烯-2-醇溶液转移至等压滴液漏斗中(过量的Na用异丙醇淬灭)，并在剧烈的搅拌下于10分钟内缓慢地加到噻吩溶液中。之后，将滴液漏斗换成冷凝器，并使混合物在正压的氮气流下再回流12小时。一旦冷却至室温，就将反应混合物倒入乙醚(50mL)中，并用水(50mL)、0.1M NaOH(50mL)、1M HCl(50mL)和盐水(50mL)依次洗涤。收集有机层，用硫酸钠干燥，并用布氏漏斗过滤。在旋转蒸发器上除去溶剂。将所得到的浅黄色的油在硅胶柱上进行色谱分离，以20％的CH2Cl2己烷溶液作洗脱剂，得到1.88g所需的产品(5.16mmol，86％)，其为一种澄清的油。
1H NMR(CDCl3)：1.41(m，1H)，1.58(m，2H)，1.71(m，1H)，2.82(b，1H)，2.93(b，1H)，3.56(m，1H)，4.40(m，2H)，5.93(m，1H)，6.20(m，1H)，6.99(m，1H).13C NMR(CDCl3)：34.53，40.47，46.06，65.12，80.31，109.59，111.21，131.03，133.10，139.80，140.87.GCMS：保留时间  12.26min，m/e+ 364.
实施例4
本实施例描述了化合物7(见图4)的合成。在100mL的Schlenk烧瓶中，加入2-降冰片烯-5-外-乙酸(450mg，3.0mmol)。用标准的Schlenk方法，将烧瓶置于氮气氛下。通过套管加入干燥的CH2Cl2(20mL)，随后加入草酰氯(5mL，2M的CH2Cl2溶液，10mmol)。将该混合物在室温下搅拌2小时。真空下除去溶剂和过量的草酰氯，并将所得到的酰氯再溶解于干燥的乙醚(20mL)中。向另一单独的100mL Schlenk烧瓶中，加入3′-(2-羟乙基)-2，2′：5′，2″-terthiophene(850mg，2.91mmol)。将该烧瓶置于氮气氛下，并加入乙醚(20mL)，随后加入三乙胺(0.84mL，6mmol)。将该烧瓶装上等压滴液漏斗。通过套管，将降冰片烯基酰氯溶液转移至所述的滴液漏斗中，之后，在10分钟内，将其滴加到搅拌着的terthiophene溶液中。将该混合物在室温下再搅拌10分钟，然后倒入水(50mL)中并用醚(3×50mL)萃取。收集有机部分，用盐水(50mL)洗涤，用硫酸钠干燥，并过滤至500mL的圆底烧瓶中。用旋转蒸发器于真空下除去溶剂。将所得到的油在硅胶上进行色谱分离，以1∶1的CH2Cl2和戊烷作洗脱剂，得到所需的产品(1.15g，2.79mmol，96％)，其为一种浅绿色的油。
1HNMR(CD2Cl2：1.32(m，2H)，1.45(m，1H)，1.86(m，1H)，2.87(b，1H)，2.98(b，1H)，3.10(t，2H)，4.32(t，2H)，6.11(m，2H)，7.05(m，1H)，7.10(m，2H)，7.19(m，2H)，7.26(d，1H)，7.37(d，1H).HRMS：计算值C22H20O2S3：412.06；实验值：412.06
实施例5
本实施例描述了化合物8(见图4)的合成。称量PdCl2(1，11-双(二苯基膦基)二茂铁)(39mg，0.05mmol)，置于100mL的Schlenk烧瓶中，该烧瓶中含有一磁搅拌棒，装有回流冷凝器和加料漏斗。将烧瓶排空，以除去空气，并通过套管加入6(1.00mg，2.75mmol)的干燥乙醚(20mL)溶液。将该烧瓶在丙酮/冰浴中冷却至-20℃，并通过加料漏斗在30分钟内加入(2-噻吩基)溴化镁(8.22g，1.54mmol)的干燥乙醚(20mL)溶液。将反应混合物加至室温，并在正压的氮气流下回流过夜。过量的格氏试剂通过向有机层慢慢加入饱和的氯化铵水溶液而消耗掉，紧接着进行三次连续的水洗(50mL)。收集有机层，用硫酸钠干燥，并过滤至500mL的圆底烧瓶中。用旋转蒸发器于真空下除去溶剂。将所得到的暗棕色的油在硅胶上进行色谱分离，以1∶1的CH2Cl2和己烷作洗脱剂，得到所需的产品(870mg，86％)，其为一种绿色的油。
1H NMR(CDCl3)：1.47(m，1H)，1.59(m，2H)，1.78(m，1H)，2.84(b，1H)，2.98(b，1H)，3.65(m，1H)，4.56(m，2H)，5.94(m，1H)，6.20(m，1H)，7.03(m，1H)，7.09(m，1H)，7.18(m，1H)，7.21(m，1H)，7.22(m，1H)，7.24(m，1H)，7.35(m，1H).13C NMR(CDCl3)：GCMS：保留时间 18.73min，m/e+370
单体，诸如5、7和8的单体为含双键可聚合单体，该含双键可聚合单体可以经受ROMP化学反应，紧接着经受第二次交联反应，以产生导电的的接枝共聚物合成物。用这种新单体，可以制备新的纳米颗粒/导电的聚合物合成物(见图7A-B)。
实施例6
本实施例描述了外-5-降冰片烯-2-基芘羧酸酯(图4中的化合物9)的合成。称量芘羧酸(0.547g，2.22mmol)，置于100mL的Schlenk烧瓶中。用标准的Schlenk方法，将该烧瓶置于氮气氛下。通过套管加入干燥的二氯甲烷(50mL)，并将草酰氯(0.291mL，3.34mmol)注入到反应容器中。室温下搅拌该混合物2小时。用旋转蒸发器除去溶剂和过量的草酰氯，并通过套管加入干燥的苯(50mL)。下一步，称量外-5-降冰片烯-2-醇(0.244g，2.22mmol)，置于250mL的圆底烧瓶中，并用标准的Schlenk方法，将该烧瓶置于氮气氛下。通过套管加入干燥的苯(50mL)，并将三乙胺(0.62mL，4.44mmol)注入到反应容器中。然后将Schlenk烧瓶中的酰氯溶液通过套管转移至含有醇溶液的圆底烧瓶中。之后，将该混合物在氮气下回流12小时。用盐水(100mL)将溶液稀释，并用苯(3×100mL)萃取。合并苯层，用硫酸钠干燥，并通过旋转蒸发器除去溶剂。通过硅胶柱色谱，以戊烷/乙醚(8∶1)作洗脱剂，得到0.215g(0.668mmol，30％)所需的产品，其为一种黄色的固体。
1HNMR(C6D6)：1.62(m，2H)，1.79(m，2H)，2.62(b，1H)，3.05(b，1H)，5.20(m，1H)，5.94(m，1H)，6.05(m，1H)，7.70(m，2H)，7.81(m，2H)，7.87(m，2H)，7.99(m，1H)，8.72(m，1H)，9.79(m，1H).HRMS(EI)(M+)：计算值C24H18O2：338.13m/z；实验值：338.13m/z.
化合物9是荧光性的，而且其本身和其聚合物的荧光发射谱图如图6所示。如所期望的那样，化合物9聚合物的荧光出现在波长较低的位置，而且较单体9本身更宽、强度更低。这些行为提示，在化合物9的聚合物中，由于发色团的临近，因而形成了分子内激发物。
实施例7
本实施例描述了α-溴-α′-(外-5-降冰片烯-2-醇)-对-二甲苯(10)(见图8A)的合成。在惰性气氛的手套箱中，称量外-5-降冰片烯-2-醇(820mg，7.44mmol)，置于50mL的Schlenk烧瓶中。加入干燥的THF(15mL)，并将该溶液剧烈搅拌，同时加入无油的金属钠(250mg，10.9mmol)。然后将混合物从手套箱中取出，在正压的氮气流下回流12小时，并使之冷却至室温。在另一单独的100mL Schlenk烧瓶中，将α，α′-二溴对二甲苯(2.11g，8.00mmol)溶解于干燥的THF(15mL)，并将烧瓶装上等压滴液漏斗。然后通过套管过滤，将已冷却的去质子的外-5-降冰片烯-2-醇溶液转移至等压滴液漏斗中，并在剧烈的搅拌下于10分钟内缓慢地加到噻吩溶液中。之后，将滴液漏斗换成冷凝器，并使混合物在正压的氮气流下再回流12小时。一旦冷却至室温，就将反应混合物倒入苯(50mL)中，并用水(50mL)、0.1M NaOH(50mL)、1.0M HCl(50mL)和盐水(50mL)依次洗涤。收集有机层，用硫酸钠干燥，并过滤至500mL的圆底烧瓶中。在旋转蒸发器上除去溶剂。通过硅胶柱色谱，以30％的CH2Cl2己烷溶液作洗脱剂，得到所需的产品10(1.13g，3.87mmol，52％)，其为一种澄清的油。
1H NMR(C6D6)：1.42(m，2H)，1.60(m，1H)，1.85(m，1H)，2.61(m，1H)，2.84(m，1H)，3.44(m，1H)，3.99(m，2H)，4.24(m，2H)，5.76(m，1H)，6.26(m，1H)，7.02(m，2H)，7.13(m，2H).13C NMR(C6D6)：33.6，35.2，41.2，46.7，71.1，80.7，129.6，133.7，137.5，140.3，141.2
实施例8
本实施例描述了N-α-(N，N-二甲基铵-甲基二茂铁溴化物)-α′-(外-5-降冰片烯-2-醇)-对-二甲苯(11)(见图8A)的合成。在100mL的圆底烧瓶中，加入10(293mg，1.00mmol)、无水乙醚(25mL)，和磁搅棒。向搅拌着的10溶液中，加入N，N-二甲基氨基甲基二茂铁(243mg，1.00mmol)的无水乙醚(25mL)溶液。将该混合物搅拌6小时，在此期间形成黄色的沉淀。在此之后，用套管过滤设备从烧瓶中除去乙醚，并用醚(4×50mL)洗涤所得到的黄色粉末。将该固体在真空下干燥过夜，得到所需的产品11(391mg，0.73mmol，73％)。
1H NMR(D2O)：13C NMR(CDC13)：34.7，40.6，46.2，46.7，48.3，65.8，66.9，69.8，70.7，70.8，72.5，80.9，126.7，128.3，133.2，133.5，141.0，142.0
实施例9
本实施例描述了10或11的一般聚合方法。这里描述了11的聚合。在惰性气氛的手套箱中，称取11(110mg，0.21mmol)，置于25mL的圆底烧瓶中，该烧瓶装有磁搅拌棒和干燥的MeOH(4mL)。向搅拌着的11溶液中，加入催化剂1(7.0mg，0.0085mmol，4mol％)的干燥CH2Cl2(0.5mL)溶液。将该混合物搅拌30分钟，然后从干燥箱中移出，用乙基乙烯基醚(1mL)终止聚合反应。通过将混合物倒入无水乙醚(100mL)中，将聚合物(ROMP-化合物11的聚合物，101mg，92％)分离出来，并用新鲜的乙醚(4×50mL)重复过滤和洗涤。
实施例10
本实施例描述了12-14(见图8A)的合成。12的合成具有代表性。将10(440mg，1.5mmol)与9-N，N-二甲基-氨基甲基蒽(235mg，1.0mmol)于DMF(25mL)中的混合物回流16小时。在此之后，将该混合物倒入乙醚(250mL)中。过滤并用乙醚(4×50mL)连续洗涤从该溶液中沉淀出的沉淀，得到所需的产品12(432mg，0.82mmol，82％)。
实施例11
本实施例描述了15(见图8B)的合成。在氮气氛下，搅拌外-5-降冰片烯-2-醇(500mg，4.54mmol)、二异丙基氯代氨基磷酸2-氰乙酯(1.00g，4.22mmol)和N，N-二异丙基乙胺(0.87mL，5.0mmol)的混合物3小时。在此之后，将该混合物倒入1.0M的NaHCO3冷溶液(100mL)中，并用CH2Cl2(3×50mL)萃取。真空下除去溶剂，得到所需的产品15(1.24g，95％)。
实施例12
本实施例描述了16(见图8B)的合成。将10(1.40g，4.77mmol)、荧光素(800mg，2.40mmol)与碳酸钾(665mg，4.80mmol)于丙酮(25mL)中的混合物回流36小时。在此之后，将该混合物倒入冰水(100mL)中，过滤，并用水(400mL)洗涤。用酸性水自DMF中重结晶，得到所需的产品16(727mg，0.96mmol，40％)。

Claims (38)

1.一种制备纳米颗粒的方法，所述的纳米颗粒具有附着于其上的至少一个聚合物壳，包括：
提供一种纳米颗粒；和
将一种初始单体附着在所述的纳米颗粒上；
其中所述的纳米颗粒是金的纳米颗粒。
2.一种初始单体，其结构为1-巯基-10-外-5-降冰片烯-2-氧基-癸烷。
3.一种检测或确定分析物数量的方法，包括：
(a)使推测含有分析物的样品与一种纳米颗粒接触；和
(b)检测或测量所述纳米颗粒的性质，以检测或确定分析物数量；
其中所述纳米颗粒是包含一种或多种附着于其上的聚合物壳的纳米颗粒，所述的聚合物壳是通过一种或多种式P-L-N的增殖单体的聚合而形成的，其中
P是为每种聚合物壳提供所需性质的部分；
N是含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物；
且其中一种聚合物壳包含专门与分析物连接的连接部分B。
4.权利要求3所述的方法，其中所述的L为一种聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、
或包含专门与分析物连接的连接部分B，其中：
R1的通式为X(CH2)m；
X为-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亚乙基二醇、六(1，2-亚乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、卤素、葡萄糖、麦芽糖、富勒烯C60、环链烯烃或核酸；而m为0-30；
且其中一种聚合物壳包含专门与分析物连接的连接部分B。
5.权利要求3所述的方法，其中N为含降冰片烯基的基团，且其中一种聚合物壳包含专门与分析物连接的连接部分B。
6.权利要求3，4或5之一的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸，该低聚核苷酸的序列至少与该分析物核酸序列的至少一部分互补。
7.权利要求3，4或5之一的方法，其中所述的分析物是抗原或半抗原，而B是专门用于该抗原或半抗原的抗体。
8.权利要求3，4或5之一的方法，其中所检测或测量的性质是荧光性。
9.权利要求3，4或5之一的方法，其中所检测或测量的性质是颜色。
10.权利要求3，4或5之一的方法，其中所检测或测量的性质是氧化还原活性。
11.一种检测或确定分析物数量的试剂盒，包含容纳一种纳米颗粒的容器，其中所述纳米颗粒是包含一种或多种附着于其上的聚合物壳的纳米颗粒，所述的聚合物壳是通过一种或多种式P-L-N的增殖单体的聚合而形成的，其中
P是为每种聚合物壳提供所需性质的部分；
N是含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物；
且其中一种聚合物壳包含专门与分析物连接的连接部分B。
12.权利要求11的方法，其中所述的L为一种聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、
Figure A2004100852390003C1
或包含专门与分析物连接的连接部分B，其中：
R1的通式为X(CH2)m；
X为-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亚乙基二醇、六(1，2-亚乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、卤素、葡萄糖、麦芽糖、富勒烯C60、环链烯烃或核酸；而m为0-30；
且其中一种聚合物壳包含专门与分析物连接的连接部分B。
13.权利要求11的方法，其中N为含降冰片烯基的基团，且其中一种聚合物壳包含专门与分析物连接的连接部分B。
14.权利要求11，12或13之一的试剂盒，其中所述的分析物是核酸，而B为低聚核苷酸，该低聚核苷酸的序列与该分析物核酸序列的至少一部分互补。
15.权利要求11，12或13之一的试剂盒，其中所述的分析物是抗原或半抗原，而B是专门用于该抗原或半抗原的抗体。
16.权利要求11，12或13的试剂盒，其中所述的性质是荧光性。
17.权利要求11，12或13的试剂盒，其中所述的性质是颜色。
18.权利要求11，12或13的试剂盒，其中所述的性质氧化还原活性。
19.一种具有式N-L-B的连接单体，
其中
N是含环链烯烃的基团；
B是专门与分析物连接的连接部分；而
L是N附着于B上的化学键或连接物。
20.权利要求19的连接单体，其中N是含降冰片烯基的基团。
21.权利要求19或20的连接单体，其中B是低聚核苷酸。
22.权利要求19或20的连接单体，其中B是抗体。
23.一种通过一种或多种式P-L-N的增殖单体的聚合而形成的聚合物，其中，
P是为该聚合物提供所需性质的部分；
N是含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物。
24.权利要求23的聚合物，其中N是含降冰片烯基的基团。
25.权利要求23或24的聚合物，其中L包含专门与分析物连接的连接部分B。
26.一种检测或确定分析物数量的方法，包括：
使推测含有所述分析物的样品与权利要求25的聚合物接触；和
检测或测量该聚合物的性质，以检测或确定所述分析物的数量。
27.权利要求26的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸。
28.一种检测或确定分析物数量的试剂盒，其中包含容纳权利要求25的聚合物的容器。
29.一种检测或确定分析物数量的方法，包括：
(a)使所述的分析物与一种具有式N-L-B的连接单体接触，其中
N是含环链烯烃的基团；
B是专门与分析物连接的连接部分；而
L是N附着于B上的化学键或连接物；
以便所述的连接单体与该分析物连接；
(b)然后加入一种具有式P-L-N的增殖单体，其中
P为一种可检测或可测量的性质；
N为含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物；
以便所述的增殖单体聚合成附着于该分析物上的聚合物；和
(c)检测或测量附着于该分析物上的聚合物的性质，以检测或确定该分析物的数量。
30.权利要求29的方法，其中N是含降冰片烯基的基团。
31.权利要求29或30的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸。
32.权利要求31的方法，其中进一步包括：
(i)提供一种捕获低聚核苷酸附着于其上的基质，该低聚核苷酸的序列与分析物核酸序列的至少一部分互补；
(ii)使所述的分析物核酸与该基质接触，以便该分析物核酸在进行步骤(a)至(c)之前与所述的捕获的低聚核苷酸杂合。
33.权利要求29或30的方法，其中P是荧光性。
34.权利要求31的方法，其中P是荧光性。
35.权利要求32的方法，其中P是荧光性。
36.一种检测或确定分析物数量的试剂盒，包括：
(a)容纳一种具有式N-L-B的连接单体的容器，其中
N是含环链烯烃的基团；
B是专门与分析物连接的连接部分；而
L是N附着于B上的化学键或连接物；
(b)容纳一种具有式P-L-N的增殖单体的容器，其中
P为一种可检测或可测量的性质；
N为含环链烯烃的基团；而
L是N附着于P上的化学键或连接物；或者
(c)既包括(a)容器又包括(b)容器。
37.权利要求36的试剂盒，其中N是含降冰片烯基的基团。
38.权利要求36或37的试剂盒，其中P是荧光性。
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