DE102012109699A1

DE102012109699A1 - Verfahren zum Bereitstellen einer Gold-Nano-Hülle um kleine, magnetische Partikel im Submikrometerbereich und so erhaltene Partikel

Info

Publication number: DE102012109699A1
Application number: DE201210109699
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-17
Also published as: WO2014056800A1

Abstract

Beschichtungsverfahren zum Bereitstellen einer Gold-Nano-Hülle um kleine, magnetische Partikel im Submikrometerbereich, unter Verwendung von Gold-Nano-Aggregate umfassend 1 bis 80 Au-Atome, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer ersten alkoholischen Dispersion von PPh3-stabilisierten Gold-Nano-Aggregaten b) Bereitstellen einer zweiten polaren Dispersion von magnetischen, PVP-bedeckten Partikeln c) Erlauben, dass sich die zwei Dispersionen vermischen d) Entfernen von Au-beschichteten, magnetischen Partikeln, die eine kontinuierliche Beschichtung von angefügten Gold-Nano-Aggregaten mit einer Dicke von bis zu 1,8 nm haben, vorzugsweise 0,6 bis 1,6 nm, meist bevorzugt (1 +– 0,4) nm.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Gold-Nano-Hülle um kleine, magnetische Partikel im Submikrometerbereich entsprechend dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche und Partikel, die entsprechend des Verfahrens erhalten wurden.
STAND DER TECHNIK
Die Beschichtung von magnetischen Partikeln im Submikrometerbereich mit einem edlen Metall war bereits im Stand der Technik Gegenstand von großer Aufmerksamkeit.
Partikel im Submikrometerbereich von magnetischer Natur können bewegt, entfernt oder angeordnet werden in einer Dispersion, Lösung oder einem biologischen System, durch Aufbringen eines äußeren magnetischen Feldes; ferner können solche Partikel erhitzt oder aktiviert werden durch Aufbringen eines äußeren elektromagnetischen Feldes von sich ändernder Frequenz. Anwendungen, um kontrollierte biochemische Analysen zu bewirken, Gegenstrategien gegen Krebszellen oder Bakterien oder Dispersionskontrollen, die vorzugsweise superparamagnetische Partikel mit keinem verbleibenden magnetischen Moment verwenden, wurden bereits breit diskutiert.
Da magnetische Gegenstände metallische Mischungen oder metallische Verbunde wie Oxide enthalten, sind die Partikel anfällig gegen Korrosionsangriffe in sauren oder basischen Medien. Ferner können bestimmte Metalle in biochemischen oder medizinischen Anwendungen mit lebendem Gewebe überhaupt nicht verwendet werden, aufgrund ihres giftigen Potenzials nach Einbringen des Metalls in das Gewebe. Das beschränkt die Anwendbarkeit von Partikeln auf nicht-korrosive Bedingungen, wo jegliches Auflösen der magnetischen Partikel sicher verhindert werden kann.
Im Hinblick auf diesen Nachteil schlägt die US 2006/0140868 vor, die magnetischen Partikel mit einem edlen Metall zu beschichten, ausgehend mit nicht polaren organischen Lösemitteln, in welchem die erforderlichen Reaktionen ausgeführt werden. Die zugehörige Offenbarung der entsprechenden chemischen Reaktion und Wirkstoffe, die in dem Dokument beschrieben und auf die bezogen wird, werden angesehen als durch Referenz vollständig einbezogen.
Die bekannten Verfahren zum Beschichten von magnetischen Partikeln mit einer Goldschicht sind nachteilig aufgrund der erforderlichen fein abzustimmenden Steuerung, um die gewünschte Dicke der äußeren Gold-Hülle zu erhalten: Die vorbeschriebene US 2006/0140868 lehrt, eine Mischung von magnetischen Partikel, HAuCl₄ und Reduktionsmitteln energisch zu rühren, so dass die Erzeugung von einer ebenen Au-Hülle gewährleistet wird. Die Verwendung dieses Verfahrens wird schließlich in der Ablagerung von allen produzierten Au-Atomen auf den magnetischen Partikeln resultieren. Die Dicke und Art der äußeren Goldschicht ist daher abhängig von der Menge und Verteilung der generierten Au-Atome. Jede wesentliche Abweichung in der Au-Konzentration, der Rührgeschwindigkeit, der Behältergeometrie, der Reaktionstemperatur oder der Größenverteilung der magnetischen Partikel wird zu vollkommen unterschiedlichen Resultaten führen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zum Bereitstellen einer edlen Metall-Nano-Hülle um kleine magnetische Partikel im Submikrometerbereich bereitzustellen, das weniger anspruchsvoll in der Reaktionssteuerung ist.
Die Lösung zu dieser Aufgabe wird bereitgestellt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale, die helfen die weiteren Nachteile zu überwinden, sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Gold-Nano-Hülle um kleine, magnetische Partikel im Submikrometerbereich bereitgestellt, unter Verwendung von Gold-Nano-Aggregaten enthaltend 1 bis 80 Au-Atome, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen einer ersten alkoholischen Dispersion von PPh₃-stabilisierten Gold-Nano-Aggregaten
b) Bereitstellen einer zweiten polaren Dispersion von magnetischen, PVP-bedeckten Partikeln
c) Erlauben, dass sich die zwei Dispersionen vermischen
d) Entfernen von Au-beschichteten, magnetischen Partikeln, die eine kontinuierliche Beschichtung von angefügten Gold-Nano-Aggregaten mit einer Dicke von bis zu 1,8 nm haben, vorzugsweise 0,6 bis 1,6 nm, meist bevorzugt (1+–0,4) nm.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND WEITERER VORTEILHAFTER MERKMALE
In vollständiger Abweichung von nicht-polaren Lösungen verwendet die vorliegende Anmeldung polare Lösungen, um die erforderlichen Dispersionen bereitzustellen.
Ohne dass sie sich an diese Theorie binden möchten, glauben die Erfinder, dass die polare Natur der Lösungen mit hüllenbildenden Verbindungen interagiert, was in einem komplexen Gleichgewicht von angefügten und getrennten Verbindungen, Molekülen und aggregierten Edelmetallatomen resultiert. Solch ein Gleichgewicht würde nachhaltig erklären, warum eine spezifische Kombination von Lösungen und stabilisierenden Liganden überraschenderweise die erreichbare Gold-Hülle auf eine bestimmte Dicke innerhalb eines breiten Bereichs von Temperatur/Konzentration der involvierten Verbindungen, beschränkt. Daher ist die vorliegende Erfindung die erste, die ein Verfahren beansprucht, in dem eine komplexe Kombination von polaren hüllenformenden und dispersierenden Komponenten es ermöglicht, die Dicke einer Beschichtung auf magnetischen Partikeln zu kontrollieren.
Eine 'Hülle' bezeichnet eine äußere Verpackung, die im Folgenden repräsentiert wird durch einen einleitenden Asterisk'@'. Somit bezeichnet 'Kern'@'Hülle' einen Kernpartikel mit einer Umhüllung oder Beschichtung bestehend aus 'Hülle', das Partikel enthält das entsprechende 'Kern'-Material. 'M' soll ein generelles magnetisches Material bezeichnen, welches in einem magnetischen Partikel umfasst ist, 'Au' soll Gold bezeichnen. 'Fe' soll Eisen bezeichnen, 'Pt' soll Platin bezeichnen, weitere Abkürzungen haben deren allgemeine, chemische Bedeutung. Somit bezeichnet 'Fe@Au' eine kontinuierliche Beschichtung von Gold, die eine Hülle um einen Eisen-beinhaltenden Kern bildet, während Co@CHCl₃ eine solvente Beschichtung von CHCl₃ bezeichnet, die eine Hülle um einen Kobalt enthaltenden Kern bildet. Eine Beschichtung von Clustern, die einen Kern umhüllen, würde spezifiziert werden als 'Core'@Cluster', z. B. Fe@Au_(55+–5) bezeichnet eine Beschichtung von Au₅₅-Clustern, die eine Hülle um einen Eisen enthaltenden Kern bildet; Au_x@PPh₃ bezeichnet eine PPh₃-Hülle um einen Au-enthaltenden Kern, der Kern umfasst einzelne, salzartige Verbindungen, wie Au₁PPh₃Cl bis hin zu größeren Nano-Aggregaten, die mehr als ein Au-Atom haben, wie Au₁₁(PPh₃)_yCl_z, wobei Y und Z abhängig sind von dispersiven Bedingungen und einer Menge von Reduktion, und so nur durch Reaktionsbedingungen breit definierbar ist; die Erfinder meinen vorbehaltlich, dass die Nukleierung sehr wahrscheinlich eine Nukleierung von Nano-Aggregaten ist, aufweisend 1–15 Au-Atome beim Durchführen einer Reduktion mit einer Au₁PPh₃Cl-umfassenden Dispersion, wahrscheinlich zeigend eine Bevorzugung für Y = 7 und Z = 3, was wiederum Nukleierungsseiten sowie Aggregationsseiten auf einem Kern und/oder innerhalb einer Dispersion bereitstellen würde.
Die magnetischen Partikel im Submikrometerbereich haben eine Größe im Bereich von bis zu 900 Nanometer, bevorzugt 1 bis 100 Nanometer, am meisten bevorzugt etwa 2 bis 30 Nanometer.
Die erste alkoholische Dispersion von Schritt a) umfasst PPh₃-stabilisierte Gold-Nano-Aggregate, Gold-Nano-Aggregate umfassen 1 bis 80 Au-Atome. PPh₃-Stabilisierung von solchen Au-Aggregaten ist bekannt aber oft vermieden, aufgrund der relativ schwachen Bindung zwischen PPh₃ und Au. Normalerweise sind festere Bindungen, die ligandartige organische/oleische Säuren verwenden, bevorzugt, um Nebenreaktionen zu verhindern. Dennoch, solche schwachen Bindungen gestatten es den Au-Nano-Aggregaten, mit weiteren vorhanden Lösemitteln zu interagieren, was nachhaltig den überraschenden Effekt unterstützt. Vorteilhafterweise sind die PPh₃-Liganden nach der Synthese einfach zu ersetzen und gestatten eine einfache Funktionalisierung der erhaltenen, beschichteten Partikel für weitere Experimente oder Anwendungen.
Die zweite Polardispersion von Schritt b) umfasst die magnetischen PVP-bedeckten Partikel. PVP bezeichnet Polyvinylpyrrolidone, ein Polymer, welches durch Polymerisation von N-Vinylpyrrolidon erhalten wird. Das Polymer ist löslich in polaren Lösungen wie Ethanol, das heißt, es ist selbst polar und wird mit allen vorhandenen polaren Lösungen, Verbindungen und Liganden interagieren.
Da einige Verbindungen, wie die Partikel, fest sind, während andere aufgrund der komplexartigen Stabilisation durch hüllenbildende Liganden und Reaktionen, die zwischen dispersierten, gelösten und suspendierten Teilnehmern stattfinden, in einem lösbaren oder fast gelösten Zustand sind, kann bezogen auf die Natur der einzelnen Reaktionspartner keine klare Definition bereitgestellt werden. Daher werden alle Lösungen und/oder Suspensionen als 'Dispersionen' bezeichnet.
Das Vermischen der zwei Dispersionen in Schritt c) erzeugt ein komplex interagierendes System von Liganden, Verbindungen, Lösungen, Au_x@PPh₃ und M@PVP, 'x' ist im Bereich 1–80, vorzugsweise ausgewählt um einen Durchschnittswert herum, am meisten bevorzugt gesetzt auf einen spezifischen Wert mit einer gesetzten Abweichung.
Die Erfinder messen die überraschenderweise konstante Dicke von bis zu 1,8 nm der enthaltenen Au-Beschichtung dem vorbeschriebenen komplexen Gleichgewicht der Umhüllung, den polaren Lösungen, Liganden und Wirkstoffen bei.
Soweit die Erfinder wissen, ist die vorliegende Erfindung die erste, die eine generelle Strategie zum Beschichten von magnetischen Partikeln mit einem edlen Metall beschreibt, die eine Kombination von polaren Lösungen und schwach angefügten, polaren Liganden verwendet, um die Kontrolle der Dicke der erzeugten Beschichtung über das zugehörige komplexe Gleichgewicht der Interagierung, der Beschichtungskomponenten, der Liganden und edlen Metallclustern zu erreichen. Insbesondere ist die Erfindung die erste, die solch eine generelle Strategie beschreibt, um Au-beschichtete magnetische Partikel im Submikrometerbereich zu erhalten und dabei PH₃-stabilisierte Au-Nano-Aggregate verwendet.
Vorteilhafterweise ist die Dicke der Beschichtung im Bereich von 0,6 bis 1,6 nm. 0,6 nm ist ausreichend dick, um eine verlässliche kontinuierliche, schützende Schicht in einer korrodierenden Umgebung bereitzustellen, und 1,6 nm ist unterhalb des Bereichs, wo Au-Schichten dafür bekannt sind, pure metallische Eigenschaften zu haben, das heißt, solch eine dünne Schicht ist vermehrt reaktiv und wird unter bestimmten Bedingungen katalytische Eigenschaften haben, die vorteilhafterweise katalytische Reaktionen ermöglicht, die sonst im Fall von 'dicken' Beschichtungen nicht möglich sind. Ferner ermöglicht die Verwendung von PPh₃-Liganden vorteilhafterweise eine Funktionalisierung der Au-Oberfläche, die mit den etablierten, fest verbindenden Liganden, wie oleische Säuren, nicht möglich ist.
Am meisten vorteilhaft ist die Dicke der Au-Beschichtung gleichmäßig verteilt im Bereich von (1 +– 0,4) nm, so dass eine gleichmäßige Reaktivität über die Oberfläche der Partikel bereitgestellt wird. Dies ermöglicht überraschende, bevorzugte Gewinne und bevorzugt katalytische Reaktionen während der nachfolgenden Benutzung.
Bevorzugt ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt a) wie folgt ausgeführt wird:

a1) Bereitstellen einer Menge von Au₁PPh₃Cl, verteilt in reinem Alkohol.
a2) Zufügen von NaBH₄, die Menge von NaBH₄ ist zumindest so groß wie das 0,25-fache der Menge von Au₁PPh₃Cl von Schritt a1) und Ermöglichen der nachfolgende Aggregation von Au in Gold-Nano-Aggregate, die mehr als ein Au-Atom umfassen, bevorzugt umfassend (11–55) +/– 5 Au-Atome, am meisten bevorzugt umfassend (11 +/– 3) Au-Atome, um ein Gleichgewicht zu erreichen, das in der ersten alkoholischen Dispersion resultiert.

Die Verwendung von vorgeclusterten Au-Nano-Aggregaten ermöglicht eine indirekte Ablagerung von vorgegebenen Au-Aggregaten, wobei die Ablagerung vorteilhafterweise durch zusätzliche Destabilisierung der Hülle aus den AU_x@PPh₃-Aggregaten verbessert werden kann. Gold-Nano-Aggregate enthalten vorzugsweise (11 bis 55) +/– 5 Au-Atome, was die Ablagerungsrate auf den magnetischen Partikeln beträchtlich hochfährt, was einen schnellen Ablagerungsprozess ermöglicht. Gold-Nano-Aggregate umfassen vorzugsweise (11 +– 3) Au-Atome, was den Ablagerungsprozess hochfährt, was eine vermehrt homogene Aggregat-Schicht um die magnetischen Partikel bereitstellt und was schließlich in eine kontinuierliche Au-Beschichtung führt, bei vorzugsweise moderaten, erhöhten Temperaturen, was vorzugsweise komplexe Liganden wie angefügte Proteinstränge unverändert lässt.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt c) wie folgt ausgeführt wird:

c1) Mischen der ersten polaren Dispersion von kleinen PPh₃-stabilisierten Gold-Nano-Aggregaten, die kleine Aggregate enthaltend 1 bis 30 Au-Atome, vorzugsweise 1 +– 3 Au-Atome, mit der zweiten alkoholischen Dispersion.
c2) Zufügen von NaBH₄, was die Aggregation von kleinen Au-Aggregaten in größere Au-Aggregate bewirkt, die sich selbst gleichzeitig an magnetische Partikel anfügen.

Die Aggregation von Au-Atomen direkt an die magnetischen Partikel stellt vorteilhafterweise eine stärkere Interaktion von Au mit der Oberfläche der magnetischen Partikel bereit; das direkte Anwachsen von nukleierten oder angefügten, kleinen Au-Aggregaten auf den magnetischen Partikeln in Schritt c2) verbindet vorteilhafterweise das Anwachsen mit einer erhöhten Interaktion mit der Oberfläche, was eine wachsende Hülle von kontinuierlichem Charakter einbringt, welche vorteilhafterweise wenig bis keine abschließende Aggregation erfordert, um so kleine Cluster in die Goldhülle zu integrieren.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d) wie folgt ausgeführt wird:

d1) finale Aggregation von angefügten Gold-Nano-Aggregate mit der geformten Beschichtung
d2) Entfernen von Au-beschichteten, magnetischen Partikeln.

Die Benutzung von großen Gold-Nano-Aggregaten mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1 nm bedeckt vorteilhafterweise Partikel extrem schnell mit einer Aggregat-Mono-Schicht; folglich sind die Aggregat-Mono-Schichten einer finalen Aggregation ausgesetzt, die eine kontinuierliche Au-Beschichtung bereitstellt, mit vorzugsweise einer äußeren Morphologie, die charakterisiert ist durch Hügel und Täler im Nanometerbereich. Solch eine bevorzugte Oberfläche ist vorteilhafterweise groß und insbesondere nützlich in Anwendungen, in der verbesserte katalytische Aktivitäten und hochreaktive Bereiche innerhalb der Goldhülle verlangt werden.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregation von kleinen Au-Aggregaten in größere, beschichtungsformende Au-Aggregate durch Zufügen von langkettigen Aminen, vorzugsweise Pentadecylamin, zu der gemischten Dispersion erzwungen wird. Ein extreme, vorteilhafte Erhöhung der Aggregationsgeschwindigkeit kann durch Zufügen der langkettigen Amine erreicht werden; die Erfinder weisen diese Erhöhung einer Destabilisierung der PPh₃-Hülle zu, die die Gold-Atome/Aggregate beschichtet.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Schritt e) umfasst:

e) die goldbeschichteten Nanopartikel sind Gegenstand von zumindest einer Funktionalisierung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Anfügen eines spezifischen Proteinstrangbinders, Anfügen eines molekularen Wirkstoffs, der durch Magnetismus zu einem Zielpunkt befördert wird, Anfügen eines polymerisierbaren Moleküls zur Integration in ein Polymer-Netzwerk, Anfügen eines optisch zu detektierenden Indikatormoleküls, Anfügen eines chemisch zu detektierenden Indikatormoleküls, Anfügen eines durch Bestrahlung zu detektierenden Indikatormoleküls, Anfügen eines polymerisierbaren Moleküls zur Integration auf einen polymerischen Katalysatorträger. Besonders vorteilhaft ist das Anfügen an ein polymerisierbares Molekül: Durch Aufbringen eines magnetischen Feldes werden die magnetischen Partikel vorteilhaft entlang einer gleichmäßigen Oberfläche angeordnet. Die nachfolgende Polymerisation wird in ein polymerisches Band oder Folie resultieren, die eine maximale Anzahl von an einer Seite ausgesetzten goldbeschichteten, magnetischen Partikeln umfasst, was eine oberflächige, katalytische Reaktion ermöglicht und eine katalytisch aktive Oberfläche zu besonders günstigen Kosten bereitstellt.

Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel zumindest zwei Metalle beinhalten. Die Verwendung einer Kombination von Metallen ermöglicht es vorteilhafterweise, Eigenschaften auf geforderte Werte einzustellen, und ermöglicht vorteilhafte Kombination von starken Haltekräften und hohem Magnetismus.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel zumindest zwei Metalle umfassen. Die Verwendung einer Kombination von Metallen ermöglicht es vorteilhafterweise, die Eigenschaften an die verlangten Werte einzustellen und stellt vorteilhafterweise Kombinationen von starken Haltekräften und hohem Magnetismus bereit.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel zumindest ein Oxid umfassen. Oxide, insbesondere Eisenoxide, stellen vorteilhafterweise ebene und straff angeordnete Au-Hüllen bereit.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die alkoholischen Dispersionen bereitet werden mit zumindest einem Alkohol, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, 2-Propanol, (R,S)-2-Butanol, 2-Butanol (racemisch rein), Ethan-1-2-diol (Ethylenglycol; auch bekannt als MEG), Ethan-1,2-diol-Kondensat, vorzugsweise DEG (Diethylenglycol) und/oder TEG (Triethylenglycol).
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die alkoholischen Dispersionen von Gold-Nano-Aggregaten, die ein oder mehrere Au-Atome umfassen, zusätzlich vermischt sind mit zumindest einem Lösemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mono-Chloromethan, Dichloromethan, Trichloromethan.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregation von kleinen Au-Aggregaten in größere Au-Aggregaten bei niedrigen Temperaturen im Bereich von –96 bis 76°C ausgeführt wird. Innerhalb dieses Temperaturbereichs können kontinuierliche, straffe Goldbeschichtungen vorteilhafterweise erreicht werden, während Nebenreaktionen von Liganden und/oder Lösemitteln vernachlässigbar sind. Vorzugsweise wird die Aggregation ausgeführt bei –50 bis 20°C, was vorteilhafterweise die Verwendung von komplexen Proteinliganden ohne jeglichen Abbau der Proteinstränge ermöglicht. Am meisten bevorzugt wird die Aggregation bei 0 +– 5°C ausgeführt, was vorteilhafterweise eine thermische Polymerisation oder Nebenreaktion von Liganden, polaren Flüssigkeiten oder polymerisierbaren Molekülen innerhalb einer Reaktionsmischung vermeidet.
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die polare zweite Dispersion erhalten wird durch Verteilen von magnetischen PVP-bedeckten Partikeln in einer Flüssigkeit, enthaltend zumindest ein Lösemittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkohol, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, 2-Propanol, (R,S)-2-Butanol, 2-Butanol (racemisch rein), Ethan-1-2-diol (Ethylenglycol; auch bekannt als MEG), Ethan-1,2-diol-Kondensat, vorzugsweise DEG und/oder TEG, Monochloromethan, Dichloromethan, Trichloromethan.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung magnetische Partikel im Submikrometerbereich bereit, umfassend eine Gold-Nano-Hülle, die durch das vorbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird.
Weitere Vorteile können der nachfolgenden Beschreibung von Ausgestaltungen entnommen werden. Es versteht sich von selbst, dass die vorbeschriebenen bevorzugten Merkmale und Vorteile nicht als limitierend für die vorliegende Erfindung zu verstehen sind. Vorteilhafte, weitere Merkmale sowie weitere Kombinationen von Merkmalen oder bevorzugte Maßnahmen, wie in der Beschreibung erklärt, können sowohl alleine als auch in abweichenden Kombinationen zusätzlich mit den Merkmalen, die in unabhängigen Ansprüchen beschreiben sind, angewendet werden, ohne dabei den Bereich des beanspruchten Gegenstands zu verlassen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Figuren sind prinzipielle Zeichnungen und betreffen...
1 ein TEM-Bild von FePt@Au, welches entsprechend der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, was die extrem kleine erreichbare Größe der Beschichtung und der beschichteten Partikel illustriert.
2 ein Reaktionsprinzip einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindngsgemäßen Verfahrens, welches vor-aggregierte Au-Nano-Aggregate und ein Amin verwendet.
3 ein Reaktionsprinzip einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindngsgemäßen Verfahrens, welches eine alkoholische Dispersion von Au₁PPh₃Cl verwendet, um Aggregate direkt auf magnetischen Partikeln zu produzieren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UNTER VERWENDUNG VORTEILHAFTER AUSGESTALTUNGEN
AUSGESTALTUNG 1
1 ist ein illustratives TEM-Bild von FePt@Au, welches entsprechend der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Die dunkleren, runden Bereiche, welche eine gepunktete Struktur umfassen (die eine einsäumende Struktur zeigen), sind Au-beschichtete FePt-Partikel. Ein Bereich wird mit einem gepunkteten Kreis herausgestellt, um auf ein entsprechendes Partikel im Detail aufmerksam zu machen, auf welches das TEM fokussiert wurde, um die Details so klar wie möglich dazustellen. Eine Analyse der Partikelgröße und Hüllengröße zeigt, dass diese beschichteten Partikel von extrem kleiner Größe sind (nämlich 3 +– 1 nm), was vorteilhafterweise hochreaktive magnetische Partikel bereitstellt, die keine Auflösung oder Korrosion während der Anwendung in wässrigen, sauren oder basischen Medien zeigen.
AUSGESTALTUNG 2
2 illustriert ein Reaktionsprinzip einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, die voraggregierte Au-Nano-Aggregate und ein Amin verwendet. Die Goldbeschichtung wird daher viel schneller erhalten durch zusätzliches Destabilisieren der solventen Hülle von vorgeformten Gold-Nano-Aggregaten, was das Anfügen der Nano-Aggregate auf den magnetischen Partikeln bewirkt.
AUSGESTALTUNG 3
3 illustriert ein Reaktionsprinzip einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, welches eine alkoholische Dispersion von Au₁PPh₃Cl verwendet, um Aggregate direkt auf einem magnetischen Partikel zu produzieren. Angefangen bei Au₁PPh₃Cl, nämlich einzelnen Goldatomen, die mit einem Salz/mit PPh₃ stabilisiert sind, wird die Reduktion von Gold bewirkt, so dass einzelne reaktive Goldatome innerhalb der Mischung von polaren Lösemitteln und Liganden freisetzt werden, die Goldatome fügen an sich selbst sowie an den magnetischen Partikeln an, was zu einer kontinuierlichen, konstant dicken Schicht von Gold führt, ungeachtet der Temperatur oder Konzentration.
AUSGESTALTUNG 4
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wurde die Reaktion unter einer Argon-Atmosphäre ausgeführt, unter Verwendung von standard luftempfindlichen Techniken. Ethanol wurde unmittelbar vor der Verwendung über Calciumhydrid destilliert. Um die Lösungen von PVP bedeckten magnetischen metallischen Nanopartikeln (Konzentrationen und Identitäten der Metalle variieren; Identität der magnetischen Nanopartikel: Fe, Co, Ni und FePt, CoPt Legierungen im Größenbereich von 1–100 nm (vorzugsweise 3–20 nm)) zu variieren, wurde Au₁PPh₃Cl (fest) zugefügt und die resultierende Dispersion wurde gründlich vermischt (30 Minuten unter Verwendung eines mechanischen Rührers). Die Identität von PVP: Polyvinylpyrrolidone Mw = 29,000 wurde verwendet; Mw von etwa 10,000, 36,000, 100,000 wurde als gleichartig anwendbar ermittelt, dabei die Geschwindigkeit des Abbaues leicht beeinflussend. Zur vorbereiteten Mischung wurde NaBH₄ (fest) während einer Periode von 15 Minuten zugegeben. Es wurde der Reaktion ermöglicht, bis zum Gleichgewicht weitere zwei Stunden zu laufen. Das Ethanol wurde entfernt (unter Verwendung eines rotierenden Evaporators) und das resultierende Pulver wurde dann ausgewaschen unter Verwendung von Ethanol/Wasser (2× waschen, 20% des absoluten Reaktionsmischungsvolumens) Ausschusswaschungen, Dichloromethan (3× waschen, etwa 40% des absoluten Reaktionsmischungsvolumens) Sammelwaschungen. Zu der resultierenden Dichloromethandispersion wurde Hexan zugefügt (10× absolutes Volumen von Dichloromethan), um die beschichteten Partikel von jeglichen übriggebliebenen Lösemitteln zu befreien. Das locker aggregierende, feste Material wurde magnetisch separiert durch Aufsammeln von magnetischen Partikeln, von M@Au (M = magnetisches Metall). Abwandlungen: Lösemittelsysteme: polar protische Lösemittel. Experimente wurden unternommen in der folgenden Art: Ethanol, Ethylenglycol, Tetraethylenglycol. Bereich der Reaktionstemperatur: –78 bis 45°C, vorzugsweise etwa 0°C. Menge des verwendeten NaBH₄: So wenig wie 1/4 molares Äquivalent zur molaren Menge von AuPPh₃Cl ist ausreichend für die effektive Reduktion, in den meisten Fällen wurde zweimolares Äquivalent aufgewendet, um das Gleichgewicht herzuzustellen.
Etliche M@Au-Chargen von Nanopartikeln aus magnetischem Metall von jeweils gleicher Größe, die zu unterschiedlichen Reaktionstemperaturen und Konzentrationen erhalten wurden, wurden untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Reaktionstemperatur keinen wesentlichen Einfluss innerhalb des erforschten Bereichs hat. Dafür wurde die Hüllendicke bei der Untersuchung der Produkte, die zu unterschiedlichen Temperaturen erhalten wurden, gemittelt. Die Veränderung der Konzentration ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben, sowie das molare Verhältnis von AuPPh₃Cl/Metall:
Größenbereich der metallischen Partikel: 16 +– 2 nm
Trotz Verändern der Menge von anfügbarem Gold und Sicherstellen der vollständigen Reduktion von Gold zu anfügbaren Atomen durch Hinzufügen dem 8-fachen der Menge von erforderlichem NaBH₄, ist die Hüllendicke der kontinuierlichen Au-Beschichtung stets im Nanometerbereich um 1 nm. Selbst ein Erhöhen der Au-Konzentration zum 16-fachen ändert die Hüllendicke nicht. Das überschüssige Gold bildete Aggregate vom Au_x@PPh₃-Typ und kann in den übrigen Dispersionen gefunden werden.
AUSGESTALTUNG 5
Eine Reaktion wurde ausgeführt unter einer Argon-Atmosphäre, unter Verwendung von standard luftempfindlichen Techniken. Dichloromethan wurde unmittelbar vor der Verwendung über MgO destilliert. Zu Ethanol – sowie Dichloromethan-Dispersionen – wurden aus PVP bedeckten magnetische Nanopartikel (Konzentration und Identitäten können variieren) aus Metalloxid vorgeformte Au-Nanocluster (Au11@PPh3, (insbesondere umfassend Au₁₁(PPh₃)₁₂Cl₆)) und Au₅₅@PPh₃ (insbesondere umfassend Au₅₅(PPh₃)₁₂Cl₆)), das durch eine polare protische, alkoholische, PPh₃Cl-Au-Dispersion durch Reduktion mit NaBH4 erhalten wurden, hinzugefügt und die Mischung wurde sorgfältig vermischt (12 Stunden unter Verwendung eines mechanischen Rührers). Zu dieser Dispersion wurde Pentadecylamin hinzugefügt, (die Konzentration wurde variiert von dem 5-fachen bis 20-fachen des molaren Äquivalents von Au), das Reaktionsgemisch wurde weitere 150 Stunden gerührt. Reinigung: Das polare Lösemittel (Lösemittel wurden variiert; siehe unten) wurde entfernt (unter Verwendung eines rotierenden Evaporators) und das resultierende Pulver wurde dann unter Verwendung von Ethanol gewaschen (5× waschen, 50% des absoluten Reaktionsgemischvolumens) Ausschussreinigung, Dichloromethan (3× waschen, etwa 40% des absoluten Reaktionsgemischvolumens) Sammelwaschung. Zu der resultierenden Dichloromethan-Dispersion wurde Hexan zugefügt (10× das absolute Volumen von Dichloromethan), um die beschichteten Partikel zu separieren. Das resultierende, locker aggregierte Material wurde magnetisch separiert durch Aufsammeln von magnetischen Partikeln von M@Au (M = magnetisches Metall). Die Identität der magnetischen Nanopartikel: Fe₃O₄ im Größenbereich von 1–100 nm (vorzugsweise 3–20 nm). Identität von PVP: Polyvinylpyrrolidone Mw = etwa 29,000. Die angewendeten Lösemittelsysteme: Dichloromethan, Chloroform (Trichloromethan), reines Ethanol. Die Hüllendicke wurde untersucht. Ungeachtet der Temperatur, der Lösemittel oder Au-Konzentration wurde eine durchschnittliche Hüllendicke gefunden, die durchweg im Bereich von 1–1,6 nm mit +/–0,4 nm Standardabweichung um die durchschnittliche Dicke lag.
AUSGESTALTUNG 6
PVP bedeckte Fe, FePt und CoPt Nanopartikel wurden in Ethanol (absolut; destilliert unter Calciumhydrid) suspendiert, so dass die absolute Metallkonzentration 0.40 mol pro Liter betrug. Zu dieser Lösung wurde AuPPh₃Cl (0.161 mol/80 mg) zugefügt, dispersiert in kleinen Mengen von Alkohol, die gemischten Dispersionen wurden gerührt (60 Minuten) gefolgt von Sonifikation (15 Minuten). Die Mischung wurde dann auf 0°C gekühlt und NaBH₄ (0.25 mol, 11 mg) wurde während einer Periode von 15 Minuten hinzugefügt. Die Lösung wurde dann zum Rühren für weitere 120 Minuten überlassen. Das Produkt wurde entfernt, gereinigt und untersucht. Eine kontinuierliche Formation einer durchschnittlich 1,4 nm dicken Au-Haut auf magnetischen Nanopartikeln wurde in allen Fällen erreicht, ungeachtet der Natur der Partikel, unregelmäßige Partikel zeigten manchmal lokal dickere, kontinuierliche Beschichtungen von bis zu 2 nm lokaler maximaler Dicke.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006/0140868 [0005, 0006]

Claims

Beschichtungsverfahren zum Bereitstellen einer Gold-Nano-Hülle um kleine, magnetische Partikel im Submikrometerbereich, unter Verwendung von Gold-Nano-Aggregate umfassend 1 bis 80 Au-Atome, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer ersten alkoholischen Dispersion von PPh₃-stabilisierten Gold-Nano-Aggregaten b) Bereitstellen einer zweiten polaren Dispersion von magnetischen, PVP-bedeckten Partikeln c) Erlauben, dass sich die zwei Dispersionen vermischen d) Entfernen von Au-beschichteten, magnetischen Partikeln, die eine kontinuierliche Beschichtung von angefügten Gold-Nano-Aggregaten mit einer Dicke von bis zu 1,8 nm haben, vorzugsweise 0,6 bis 1,6 nm, meist bevorzugt (1 +– 0,4) nm.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt a) wie folgt durchgeführt wird a1) Bereitstellen einer Menge von Au₁PPh₃Cl, verteilt in reinem Alkohol a2) Zugeben von NaBH₄, die Menge von NaBH₄ ist zumindest so groß wie das 0,25-fache der Menge von Au₁PPh₃Cl von Schritt a1) und Erlauben der nachfolgenden Aggregation von Au in Gold-Nano-Aggregate, welche mehr als 1 Au-Atom umfassen, vorzugsweise umfassend (11 bis 55) +– 5 Au-Atome, meist bevorzugt umfassend (11 +– 3) Au-Atome, um das Gleichgewicht zu erreichen, das in der ersten alkoholischen Dispersion resultiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt c) wie folgt durchgeführt wird c1) Vermischen der ersten polaren Dispersion von kleinen PPh₃-stabilisierten Gold-Nano-Aggregaten, die kleinen Aggregate enthalten 1 bis 30 Au-Atome, vorzugsweise 11 +– 3 Au-Atome, mit der zweiten alkoholischen Dispersion c2) Zugeben von NaBH₄, bewirkend die Aggregation der kleinen Au-Aggregate in größere Aggregate, die sich selbst gleichzeitig an magnetische Partikel anfügen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) wie folgt durchgeführt wird: d1) finale Aggregation der angefügten Gold-Nano-Aggregate innerhalb der geformten Beschichtung, d2) Entfernen von Au-beschichteten, magnetischen Partikeln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregation von kleinen Au-Aggregaten in größere, beschichtungsformende Au-Aggregate erzwungen wird durch Zufügen eines langkettigen Amins, vorzugsweise Pentadecylamin, zu der vermischten Dispersion.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Schritt e) aufweist, dass die Gold-beschichteten Nano-Partikel zumindest einer Funktionalisierung ausgesetzt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Anfügen eines spezifischen Proteinstrangbinders, Anfügen eines Wirkstoffmoleküls, der durch Magnetismus zu einem Zielpunkt gefördert wird, Anfügen eines polymerisierbaren Moleküls für die Integration in ein Polymer-Netzwerk, Anfügen eines optisch zu detektierenden Indikatormoleküls, Anfügen eines chemisch zu detektierenden Indikatormoleküls, Anfügen eines durch Bestrahlung zu detektierenden Indikatormoleküls, Anfügen eines polymerisierbaren Moleküls zur Integration auf einen polymerischen Katalysatorträger.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel zumindest zwei Metalle enthalten.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel zumindest ein Oxid enthalten.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alkoholischen Dispersionen zubereitet sind mit zumindest einem Alkohol ausgewählt aus der Gruppe von Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, 2-Propanol, (R,S)-2-Butanol, 2-Butanol (racemisch rein), Ethan-1-2-diol (Ethylenglycol; auch bekannt als MEG), Ethan-1,2-diol-Kondensat, vorzugsweise DEG und/oder TEG).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alkoholischen Dispersionen von Gold-Nano-Aggregaten zusätzlich vermischt werden mit zumindest einem Lösemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Monochloromethan, Dichloromethan, Trichloromethan.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregation von kleinen Au-Aggregate in größere Au-Aggregate ausgeführt wird bei niedrigen Temperaturen im Bereich von –96 bis 76°C, bevorzugt –50 bis 20°C, meist bevorzugt 0 +– 5°C.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die polare zweite Dispersion erhalten wird durch Auflösen von magnetischen, PVP-bedeckten Partikel in einer Flüssigkeit, enthaltend zumindest ein Lösemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkohol, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, 2-Propanol, (R,S)-2-Butanol, 2-Butanol (racemisch rein), Ethan-1-2-diol (Ethylenglycol; auch bekannt als MEG), Ethan-1,2-diol-Kondensat – vorzugsweise DEG und/oder TEG – Monochloromethan, Dichloromethan, Trichloromethan.
Magnetische Partikel im Submikrometerbereich, aufweisend eine Gold-Nano-Hülle, die entsprechend einem der vorherigen Ansprüche erhalten wurde.