DE102014114834A1

DE102014114834A1 - Nanopartikel enthaltende Polymermizellen in nicht-wässriger Lösung, Methoden zu ihrer Herstellung und ihrer Anwendung

Info

Publication number: DE102014114834A1
Application number: DE102014114834.7A
Authority: DE
Inventors: Theo Schotten; Katja Werner; Carsten Ott; Jan Steffen Niehaus; Marieke Dieckmann; Horst Weller; Johannes Ostermann; Christoph Hahn
Original assignee: Centrum fuer Angewandte Nanotechnologie CAN GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2016-04-14
Also published as: WO2016059020A2; US20170225141A1; US10357751B2; WO2016059019A3; US10315178B2; WO2016059019A2; WO2016059020A3; US20170225140A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung lehrt eine Zubereitung, bestehend aus mindestens einer Mizelle in nicht-wässriger Lösung, wobei besagte Mizelle ein, oder mehrere Nanopartikel einkapselt. Weiterhin lehrt die vorliegende Erfindung den Gebrauch solcher Zubereitungen, sowie Wege zu ihrer Herstellung.

Description

TECHNISCHES FELD
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Zubereitung aus Mizellen, die Nanopartikel verkapseln, Weiterhin beschreibt die vorliegende Erfindung den Gebrauch einer solchen Zubereitung sowie Wege zu ihrer Herstellung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Nanopartikel sind von großem Interesse, da sie breite technische Anwendung versprechen, wie in Bildwiedergabegeräten, als Informationsspeicher, als biologische Markierungsmittel, in der diagnostischen Bildgebung, als Wirkstofftransporter, als Theranostika, in der Photovoltaik, als Sensoren und als Katalysatoren. Nanopartikel mit kleinen Abmessungen können Eigenschaften aufweisen, die zwischen denen von Molekülen und makroskopischen Materialien liegen. Zum Beispiel können Nanopartikel aus Halbleitermaterialien Quanteneffekte, sowohl des Elektrons als auch der Elektronenlücke in allen drei Dimensionen aufweisen, die zu einem Anstieg der Bandlücke des Materials bei sinkender Größe des Kristalliten führt. Auch die magnetischen Eigenschaften der Materie ändern sich dramatisch in Abhängigkeit von der Partikelgröße. Ebenso hängt die Plasmonabsorption von Nanopartikeln, z. B. Goldnanopartikeln überwiegend von der Größe und Form besagter Partikel ab. Die biologischen Effekte von Nanopartikeln, wie das Durchdringungsvermögen von biologischen Schranken, wie Membranen oder die Haut oder die Toxizität von Nanopartikeln zeigen eine ausgeprägte Größenabhängigkeit. Die meisten Nanopartikel bestehen aus einem anorganischen Kern, der von organischen Liganden umgeben ist. Diese Hülle aus organischen Liganden ist für das kontrollierte Wachstum, die Stabilität, die Verhinderung von Agglomeration, die Verarbeitung, die Modifizierung und das Einbringen von Nanopartikeln in andere Materialien kritisch. Ursprünglich bildet sich die organische Ligandenhülle beim Entstehen des Nanopartikels durch Keimbildung und Wachstum in der Wachstumslösung. Für die meisten Anwendungen muss jedoch das Nanopartikel außerhalb der Wachstumslösung verarbeitet und in verschiedene andere chemische Umgebungen eingebracht werden. Allerdings verlieren Nanopartikel dabei häufig ihre spezifischen physikochemischen Eigenschaften, wie z. B. hohe Fluoreszenz, oder aggregieren beim Entfernen aus der Wachstumslösung irreversibel. Üblicherweise werden Nanopartikel mit definierten Formen, Größen und physikochemischen Eigenschaften in hochsiedenden hydrophoben Lösungsmitteln hergestellt, wie z. B. Diphenylether, Squalen usw., die darüberhinaus hydrophobe Liganden enthalten, wie z. B. Trialkylphosphine, z. B. Trioctylphosphin (TOP) oder sein korrespondierendes Phosphinoxid (TOPO), langkettige aliphatische oder ungesättigte Fettsäuren oder Amine, wie z. B. Ölsäure (OA) oder Hexadecylamin (HDA) usw., die – obwohl unersetzlich für die Herstellung – den Einsatz dieser Nanopartikel in den oben erwähnten technischen Anwendungen einschränken. Es wurden verschiedene Verfahren beschrieben um solche Nanoparikel in verschiedene andere chemische Umgebungen zu überführen, wie z. B. Ligandenaustausch oder die Verkapselung in Polymermizellen oder Polymersomen.
Eine Mizelle besteht aus einer Vielzahl von amphiphilen Molekülen, von denen jedes einzelne aus einer hydrophilen „Kopf”-Region und einer hydrophoben „Schwanz”-Region besteht. Dieses amphiphile Molekül kann sowohl ein kleines Molekül mit einer niedrigen Molmasse von typischerweise unter 1000 Dalton, wie z. B. Natriumdodecylsulfat, Salze von langkettigen Fettsäuren, oder Phospholipiden usw. sein, als auch ein amphiphiles Block-Copolymer. Im Kontext der vorliegenden Erfindung werden die amphiphilen Untereinheiten einer Mizelle „Unimere” genannt, ungeachtet der Molmasse oder der amphiphilen chemischen Struktur. Dementsprechend beziehen sich die Ausdrücke „Unimer” oder „Unimere” auch auf amphiphile Blockpolymere, wenn die Moleküle eines solchen Polymers die amphiphilen Untereinheiten einer Mizelle darstellen. Allgemein findet eine Mizellisierung, d. h. Mizellenbildung amphiphiler Moleküle entweder in Lösungsmitteln wie Wasser, oder in unpolaren organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Hexan, Toluol usw. statt. Im ersten Fall bildet sich eine normale Mizelle, im zweiten Fall eine inverse (reverse oder umgekehrte Mizelle). Die Begriffe „inverse”, „reverse” oder „umgekehrte” Mizelle werden im Bereich der Erfindung synonym verwendet. Der Selbstassemblierungsprozess bei Mizellenbildung beruht auf einem thermodynamischen Gleichgewicht. In wässriger Umgebung ist die Solvatisierung des hydrophoben „Schwanzes” entropisch ungünstig. Dennoch sind die Unimere bei sehr geringen Konzentrationen vollständig gelöst, d. h. unter Bedingungen, die infolge der molekularen Unordnung hoch-entropisch sind. Mit steigender Konzentration der Unimere trennt sich der hydrophobe Schwanz von der Wasserphase durch Mizellenbildung, d. h. unter Ausbildung geordneter meist – aber nicht ausschließlich– kugeliger Gebilde, d. h. einer normalen Mizelle, die aus einem hydrophoben Kern und einer hydrophilen Hülle besteht. Dabei überwiegt der Entropiegewinn durch die Freisetzung von Wassermolekülen aus der Solvathülle des hydrophoben Schwanzes den Entropieverlust durch die Mizellenbildung. Die niedrigste Konzentration von Unimeren, bei der Mizellenbildung auftritt wird als „kritische Mizellenkonzentration” (CMC) bezeichnet. Im umgekehrten Fall eines unpolaren Lösungsmittels bildet sich eine inverse oder umgekehrte Mizelle, in der die hydrophile Kopfregion sich zu einem hydrophilen Kern zusammenlagert, der durch eine Hülle hydrophober Schwänze vom hydrophoben Lösungsmittel abgeschirmt wird. Dementsprechend befinden sich die Mizelle und die korrespondierenden gelösten Unimere in einem dynamischen Gleichgewicht, wodurch die Stabilität der Mizellen von der Konzentration der Unimere, Salzkonzentration, Temperatur usw. abhängt. Dieses thermodynamische Gleichgewicht kann zu Gunsten der Mizellenbildung eingefroren werden, indem die Unimere, aus denen sich die Mizelle zusammensetzt, irreversibel kreuzvernetzt werden. Es wurde gezeigt, dass in einer wässrigen Umgebung, oben erwähnte hydrophobe Nanopartikel im hydrophoben Inneren einer Mizelle eingeschlossen werden können, wenn sie mit amphiphilen Molelülen gemischt werden, und sich so eine wässrige kolloidale Lösung besagter Nanopartikel zubereiten lässt. (E. Pöselt, S. Fischer, S. Förster, H. Weller; Highly Stable Biocompatible Inorganic Nanoparticles by Self-Assembly of Triblock-Copolymer Ligands Langmuir 2009, 25, 13906–13913.) (B.-S. Kim, J.-M. Qiu, J.-P. Wang, T. A. Taton; Magnetomicelles: Composite Nanostructures from Magnetic Nanoparticles and Cross-Linked Amphiphilic Block Copolymers Nano Letters 2005, 5, 1987–1991.) (E. Pöselt, C. Schmidtke, S. Fischer, K. Peldschus, J. Salamon, H. Kloust, H. Tran, A. Pietsch, M. Heine, G. Adam, U. Schumacher, C. Wagener, S. Förster, H. Weller; Tailor-Made Quantum Dot and Iron Oxide Based Contrast Agents for in Vitro and in Vivo Tumor Imaging ACS Nano 2012, 6, 3346–3355.) (C.-A. J. Lin, R. A. Sperling, J. K. Li, T.-Y. Yang, P.-Y. Li, M. Zanella, W. H. Chang, W. J. Parak, Design of an Amphiphilic Polymer for Nanoparticle Coating and Functionalization Small 2008, 3, 334–341.). Besagte Amphiphile schließen sowohl natürlich vorkommende Lipide, wie z. B. Lecithin, kationische, anionische, zwitterionische und nicht-ionische Tenside, als auch makromolekulare Amphiphile, wie Block-Copolymere, die aus wenigstens zwei Polymerblöcken mit unterschiedlicher Kompatibilität gegenüber einem gegebenen Lösungsmittel aufweisen, gemäß der Flory-Huggins-Theorie, s. z. B. Thermodynamic Properties of Solutions of Long-Chain Compounds, Annals of the New York Academy of Sciences, Volume 43, p. 1–32 (1942); Paul J. Flory, Thermodynamics of High Polymer Solutions; The Journal of Chemical Physics 10, 51 (1942).
Es wurde ebenfalls gezeigt, dass hydrophile Nanokristalle im inneren Volumen von umgekehrten Mizellen gezüchtet werden können. Allerdings ist die Qualität der so erzeugten Nanokristalle häufig bez. ihrer Eigenschaften nicht zufriedenstellend. Es ist offensichtlich, dass besagte wässrige Zubereitung von mizellar verkapselten Nanopartikel ihren Gebrauch festlegt und einschränkt. Obwohl sich besagte wässrige Zubereitung letztlich für biologische oder medizinische Anwendungen eignet, weist sie eine Reihe von Nachteilen auf. Erstens kann das Einbringen von fluoreszenten Halbleiter-Nanopartikeln in Wasser zu einer Fluoreszenzlöschung führen. Zum anderen ist die Kopplungschemie für die Biofunktionalisierung, d. h. die Anbindung von mizellar verkapselten Nanopartikeln an biologisch funktionale Gebilde, wie Proteine, Peptide, Antikörper, Carbohydrate, Lektine, Teile von Nukleinsäuren, DNS, RNS, Aptamere usw. unter nicht-wässrigen Bedingungen oft vorteilhaft. So kann die wässrige Umgebung die Anbindung besagter Gebilde beeinträchtigen, weil die Anbindungsstelle in wässriger Umgebung aufgrund von Faltung und Verknäuelung besagter Gebilde schlecht zugänglich ist. Im Gegensatz dazu entfalten sich viele der besagten biologisch funktionalen Gebilde in nicht-wässrigen Bedingungen, wodurch mögliche Kopplungsstellen für die Anbindung gut zugänglich werden. Demzufolge können wässrige Zubereitungen von Nanopartikeln unter besagten Bedingungen nicht eingesetzt werden, oder ergeben stark verringerte Kopplungsausbeuten. Weiterhin kann die Regiochemie des Kopplungssubstrates aufgrund mehrfacher Funktionalitäten ähnlicher Reaktivität, wie z. B. mehrerer Lysin-Reste uneindeutig sein, und so zu nicht trennbaren Stoffmischungen mit unbestimmter biologischer Wirkung führen. Dieses Problem kann grundsätzlich durch den Einsatz geeigneter Schutzgruppen vermieden werden, wodurch sich die Regiochemie steuern lässt. Allerdings führt die Einführung von Schutzgruppen in Proteine, Peptide, Antikörper, Carbohydrate, Lektine, Teile von Nukleinsäuren, DNS, RNS, Aptamere usw. häufig zu Strukturen, die schlecht oder überhaupt nicht wasserlöslich sind, womit diese für Kopplungen an mizellar verkapselte Nanopartikel unter wässrigen Bedingungen ungeeignet sind.
Darüber hinaus erfordern besagte biologisch funktionalisierte Nanopartikel niedrige Lagertemperaturen um Zersetzung zu verhindern. Leider schädigen die Matrixbedingungen gefrorener wässriger Lösungen bei 0°C oder darunter die physikochemischen Eigenschaften von Nanopartikeln, z. B. Verlust der Fluoreszenz oder irreversible Aggregation beim Auftauen. Eine Zersetzung besagter biologisch funktionalisierter Nanopartikel kann auch durch mikrobiellen Befall erfolgen. Daher ist der Zusatz von Mikrobiziden, wie z. B. Natriumazid häufig erforderlich. Allerdings stören besagte Zusätze häufig gängige Kupplungsreaktionen und Wechselwirken außerdem mit den innewohnenden biologischen Wirkungen besagter biologisch funktionalisierter Nanopartikel, oder überlagern diese, wodurch Testergebnisse verfälscht werden. Daher ist es Aufgabe der Erfindung die besagten Nachteile zu beseitigen und eine verbesserte Zubereitung von Mizellen, die eingekapselte Nanopartikel enthalten bereitzustellen, sowie verbesserte Wege zu deren Zubereitung und ihrem Gebrauch zu weisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die oben beschriebene Aufgabenstellung wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Zubereitung, sowie deren Gebrauch und Wege zu ihrer Herstellung gelöst. Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung eine Zubereitung, bestehend aus mindestens einer Mizelle in nicht-wässrigen Lösungen, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel einschließt.
Weitere Ausführungen der Zubereitung sind nachstehend beschrieben und sind Gegenstand der Ansprüche in Abhängigkeit von Anspruch 1. Zusätzlich beschreibt die vorliegende Erfindung den Gebrauch einer Zubereitung für ein biologisches Ereignis oder eine biologische Anwendung.
Die Zubereitung ist eine Zubereitung so wie oben und nachstehend beschrieben, insbesondere eine Zubereitung, bestehend aus mindestens einer Mizelle in nichtwässrigen Lösungen, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel einschließt. Ebenso bezieht sich der Gebrauch auf den Gebrauch der offengelegten Ausführungen der Zubereitung. Alle funktionalen und strukturellen Merkmale und ihre Vorteile, jener der Zubereitung als auch ihrer möglichen Ausführungen
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Zusammensetzung für ein biologisches Event oder eine biologische Anwendung bereit. Die Zusammensetzung ist eine Zusammensetzung wie oben beschrieben oder nachstehend, insbesondere eine Zusammensetzung, die wenigstens eine Mizelle in nicht wässriger Lösung beinhaltet, wobei die Mizelle ein oder meherere Nanopartikel einschließt. Auch bezieht sich die Verwendung auf die Verwendung der offenbarten Ausführungsformen der Zusammensetzung. Alle funktionalen und strukturellen Merkmale und auch die Vorteile hiervon, nämlich von der Zusammensetzung und ihrer möglichen Ausführungsformen, können ebenfalls erreicht und realisiert werden mit der Verwendung der Zusammensetzung. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer Zusammensetzung bereit, wobei die Zusammensetzung wenigstens eine Mizelle in nicht wässriger Lösung aufweist, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel einschließt, wobei die Mizelle, die ein oder mehrere Nanopartikel einschließt, in einer nicht wässrigen Lösung ausgebildet wird.
Alle funktionellen und strukturellen Merkmale und auch die Vorteile der Zusammensetzung und ihrer möglichen Ausführungsform können ebenfalls erreicht und realisiert werden mit diesem Verfahren. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer Zusammensetzung, die wenigstens eine Mizelle in nicht wässriger Lösung aufweist, bereit, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel einschließt, wobei in einem ersten Schritt die Mizelle, die den einen oder mehrere Nanopartikel einschließt, in einer ersten Lösung ausgebildet wird, wobei diese erste Lösung unterschiedlich ist von der nicht wässrigen Lösung und wobei in einem zweiten Schritt die erste Lösung durch die nicht wässrige Lösung ersetzt wird. Alle funktionalen und strukturellen Merkmale und Vorteile der Zusammensetzung und ihrer möglichen Ausführungsformen können ebenfalls erreicht und realisiert werden mit diesem Verfahren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
zeigt DLS-Daten für mizellar verkapselte Nanopartikel in Methanol und Wasser
zeigt das Absorptionsspektrum (links) und das Emissionsspektrum (rechts) von unverkapselten CdSeTe/CdS-Nanopartikeln in Chloroform und mizellar verkapselten CdSeTe/CdS-Nanopartikeln in Methanol
zeigt das Absorptionsspektrum (links) und das Emissionsspektrum (rechts) von unverkapselten CdSe/CdS/ZnS-Nanopartikeln in Chloroform und mizellar verkapselten CdSe/CdS/ZnS-Nanopartikeln in Methanol
zeigt eine Agarose-Gel-Analyse von fluoreszenten Quantum-Dot/Rod-Nanopartikel, die mit DNS verknüpft sind. Die Konjugation wurde in wässriger Lösung (links) in 1,2-Propandiol (Mitte) und in 1,3-Butandiol (rechts) durchgeführt. Die erfolgreiche DNS-Bindung wird durch die zunehmende Strecke angezeigt, die das Konjugat von oben (Kathode) nach unten (Anode) durchläuft.
zeigt Spot-Tests von der funktionalen Analyse von fluoreszenten Quantum-Dot/Rod-Nanopartikel, die mit DNS verknüpft sind. Die Konjugation wurde in wässriger Lösung (links) in 1,2-Propandiol (Mitte) und in 1,3-Butandiol (rechts) durchgeführt. Die erfolgreiche DNS-Bindung wird durch die Ansammlung der fluoreszenten Quantum-Dot/Rod-Nanopartikel-DNS-Konjugate auf den Spots mit komplementärer DNS belegt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER IN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG VERWENDETEN BEGRIFFE
Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung Nanopartikel mit superparamagnetischen, plasmonischen oder fluoreszenten Eigenschaften, einschließlich
Halbleiter-Nanopartikel, metallische Nanopartikel, oxidische Nanopartikel, oder seltenerd-dotierte Nanopartikel, die in nicht-wässriger Lösung in Mizellen verkapselt sind. Nanopartikel im Sinne der Erfindung sind räumliche Objekte, die eine Ausdehnung von 1 bis 100 nm in wenigstens einer Raumrichtung haben. Besagte Nanopartikel können sowohl als feste Partikel, als auch als Hohlkörper in verschiedenen Formen vorliegen, die sphärische, längliche, z. B. stäbchenförmige, elliptische, eiförmige, hantelförmige, ringförmige, würfelförmige oder würfelähnliche, prismatische oder zylindrische, regelmäßig oder unregelmäßig mehrfach facettierte geometrische Körper, vieleckige Platten, von z. B. dreieckiger, quadratischer oder sechseckiger Form, Blättchen, vielarmige oder sternförmige Körper, wie z. B. Tetrapoden, oder drahtartige Gestalt usw. aufweisen. Besagte Nanopartikel können optional mit mindestens einer Schale umhüllt sein, die aus einem anderen Material als der Kern besteht. Die Bezeichnung „Nanopartikel” schließt die Begriffe „Nanokristall” oder „ultrakleines Partikel” mit ein.
Der detaillierten Beschreibung der Erfindung vorangestellt sei, dass diese Erfindung nicht auf die Methoden, Geräte oder Zubereitungen beschränkt ist, da diese selbstverständlich veränderbar sind. Weiterhin sollen die zur Beschreibung der Erfindung verwendeten Begriffe lediglich dazu dienen, bestimmte Ausführungsformen zu erläutern und den Geltungsbereich der Erfindung keinesfalls einschränken. So schließt der bestimmte oder unbestimmte Artikel im Singular „ein” oder „eine” und „der”, „die”, „das” den Plural ebenfalls mit ein, sofern der Zusammenhang das Gegenteil nicht klar erfordert. Demzufolge schließt z. B. der Bezug „eine Zelle” eine Vielzahl von Zellen, „ein Nanopartikel” eine Vielzahl von Nanopartikeln, „ein Biomolekül”, wie beispielsweise DNS, Protein, Peptid, Carbohydrat usw. eine Vielzahl von Biomolekülen mit ein, usw.
Alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe haben jene Bedeutung, so wie der Fachmann des Sachgebiets der vorliegenden Erfindung sie versteht, sofern nicht anders definiert oder der Zusammenhang eine andere Bedeutung nahelegt. Obwohl auch jede andere Methode oder andere Stoffe, ähnlich oder gleichwertig den hier beschriebenen, geeignet sind die Erfindung auszuüben oder zu erproben, werden im folgenden die bevorzugten Methoden und Stoffe beschrieben.
Alle Publikationen, die hier genannt werden, sind hiermit durch Referenzierung einbezogen für den Zweck der Offenbarung und der Beschreibung der einzelnen Materialien und Verfahrensweisen, für welche die entsprechende Referenz auch zitiert wurde. Diese Publikationen, wie sie hier beschrieben werden, sind lediglich bereitgestellt für deren Offenbarung vor dem Anmeldetag der vorliegenden Erfindung. Hieraus kann jedoch nicht hergeleitet werden, was als Eingeständnis dahingehend gewertet werden kann, dass die Erfindung nicht berechtigt ist, eine derartige Offenbarung als Stand der Technik vorzudatieren. Beim Beschreiben der vorliegenden Erfindung werden die nachstehenden Begriffe benutzt und sollen wie nachfolgend definiert verstanden werden.
Der Begriff ”Nanopartikel” bedeutet ein Partikel, allgemein ein Halbleiter-Partikel, oder ein nanokristalliner Partikel, dem keine Halbleitermaterialien zugrunde liegen, insbesondere ein seltenerd-dotierter Metalloxid-Partikel, oder ein seltenerd-dotierter, salzartiger Partikel, oder ein oxidischer, oder metallischer Partikel mit einem Durchmesser im Bereich von 1 nm bis 1000 nm, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 2 nm bis 20 nm (z. B. ungefähr 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, or 20 nm).
Die Begriffe „Halbleiter Nanokristall” und „Quantum Dot (Quanten-Punkt)”, „Quantum Rod, (Quanten-Stäbchen)”, „Quantum Dot Rod, (Quantenpunkt/stäbchen)” oder die Abkürzungen QD, QDs, QR, QRs, QDR, QDRs, SCNC oder SCNCs werden hierbei untereinander austauschbar benutzt und bezeichnen Halbleiternanopartikel, die aus einem anorganischen Stoff bestehen, der lumineszent ist (d. h. der nach Anregung in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung auszusenden), und umfasst einen inneren Kern aus einem oder mehreren ersten Halbleitermaterialien, der wahlweise mit einer Umhüllung oder „Schale” eines zweiten Halbleitermaterials umschlossen ist. Ein Halbleiternanokristall der von einer Halbleiterschale umhüllt ist wird als „Kern/Schale-Halbleiternanokristall bezeichnet.
Halbleiter werden insbesondere über ihre elektrische Leitfähigkeit beschrieben, die zwischen der eines Leiters und eines Nicht-Leiters liegt. Halbleiter können lumineszieren, jedoch nicht zwangsläufig. Beispielsweise kann das umhüllende Schalenmaterial eine Bandlücken-Energie aufweisen, die höher ist, als jene des Kernmaterials und so ausgewählt ist, dass die Atomabstände ähnlich wie jene des Kernmaterials sind. Geeignete Halbleitermaterialien können folgende Materialien sein, ohne auf diese beschränkt zu sein, und bestehen aus einem ersten Element ausgewählt aus der Gruppe 2 und 12 des Periodensystems der Elemente und einem zweiten Element, ausgewählt aus der Gruppe 16 des Periodensystems (z. B. ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, und ähnliche); weiterhin Materialien bestehend aus einem ersten Element, ausgewählt aus der Gruppe 15 des Periodensystems der Elemente und einem zweiten Element aus der Gruppe 15 (z. B. GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, usw.); weiterhin Materialien, bestehend aus der Gruppe 14 des Periodensystems der Elemente (Ge, Si usw.); Materialien wie z. B. PbS, PbSe, PbTe usw., Materialien wie CuInS, CuInGaS usw., sowie Legierungen und Mischungen davon. So wie hier verwendet, beziehen sich alle Angaben zum Periodischen System der Elemente und seinen Gruppen auf das neue IUPAC-Nummerierungssystem der Elementgruppen, wie in Handbook of Chemistry and Physics, 61 st 20 Edition (CRC Press, 2000) beschrieben. Ein SCNC (semi conductor nano crystal) ist wahlweise von einer Schicht eines organischen Materials umschlossen. Diese organische Schicht kann aus einer Vielzahl von Stoffen bestehen und ist dadurch ausgezeichnet, dass sie eine Affinität zu der Oberfläche des SCNC aufweist. Allgemein kann das Beschichtungsmaterial aus kleinen organischen Einzelmolekül, Polymeren (oder Monomeren, die in einer Polymerisationsreaktion eingesetzt werden können), anorganischen Komplexen oder einer ausgedehnten kristallinen Struktur bestehen. Diese Beschichtung kann dazu dienen, die Löslichkeit eines derart beschichteten SCNC in einem gewählten Lösungsmittel, bestimmte Funktionalitäten oder Bindungseigenschaften zu vermitteln. Darüber hinaus kann die Beschichtung auch dazu dienen, die optischen Eigenschaften der SCNC einzustellen. Dementsprechend schließen die Begriffe „Halbleiternanokristall”, „SCNC”, „Quantum Dot (Quantenpunkt)”, wie hier beschrieben, auch organisch ummantelte SCNC-Kerne, sowie organisch ummantelte Kern/Schale-SCNC mit ein.
„Monodisperse Partikel” schließen einen Bestand von Partikeln ein, in dem mindestens 60% vorzugsweise jedoch zwischen 75% und 90% der Partikel des Bestandes, einem gegebenen Größenbereich entsprechen. Ein Bestand monodisperser Partikel hat eine Abweichung des Partikeldurchmessers von weniger als 10%, vorzugsweise jedoch eine Abweichung von weniger als 5% vom quadratischen Mittelwert (root-mean-square, RMS) des Bestandes. Der Ausdruck „eine oder mehrere Größen von SCNC wird gleichbedeutend mit „ein oder mehrere Partikelgrößenverteilungen” verwendet. Der Fachmann wird verstehen, dass bestimmte Größen von SCNC tatsächlich als Partikelgrößenverteilungen erhalten werden. Unter „Lumineszenz” wird ein Prozess verstanden, bei dem ein Gegenstand elektromagnetische Strahlung (Licht) aussendet. Lumineszenz entsteht, wenn ein System von einem angeregten Zustand in einen Zustand niedrigerer Energie übergeht, wobei die dabei abgegebene Energie in Form von Photonen freigesetzt wird. Diese Energiezustände können wahlweise in verschiedener Form vorliegen, als Schwingungsenergie oder Rotationsenergie oder elektronischer Natur sein, oder in jeglichen Kombination dieser Energien. Der Übergang, der die Lumineszenz verursacht, kann durch im System gespeicherte chemische Energie oder durch eine äußere Quelle ausgelöst werden. Die äußere Energiequelle kann in verschiedenen Formen, einschließlich chemischer, thermischer, elektrischer, magnetischer, elektromagnetischer, physikalischer, oder jeder anderen Form, die geeignet ist eine Anregung in einen höheren Energiezustand als den Grundzustand zu bewirken, zugeführt werden. Beispielsweise kann ein System durch die Aufnahme wenigstens eines Photons, durch Einbringen in ein elektrisches Feld, oder durch eine chemische Redox-Reaktion angeregt werden. Die Energie des während der Lumineszenz abgestrahlten Photons kann im Bereich niederenergetischer Mikrowellenstrahlung bis hochenergetischer Roentgenstrahlung liegen. Typischerweise bezeichnet Lumineszenz Photonen im Bereich von UV- bis IR-Strahlung.
”Biologisches Molekül” oder ”Biomolekül” bezieht sich auf jede Art von Molekülen, die in biologischen Anwendungen vorkommen. Nicht-einschränkend seien aufgezählt: Optional glycosylierte Proteine, z. B. Antikörper, Nanokörper, Teile von Antikörpern, wie Einzelketten-Antikörper, Fab-Fragmente, virale Proteine, Lektine, Peptide, einschließlich Polyaminosäuren, Nukleinsäuren, einschließlich Desoxyribonukleinsäuren (DNS, DNA), Ribonukleinsäuren (RNS, RNA, siRNA, miRNA) „locked nucleic acid” (LNA), Aptamere, Lipide. Steroide, Botenstoffe, Prione, Kohlenhydrate, kleine Moleküle, usw.
”Komplementär” oder ”im Wesentlichen komplementär” bezeichnet die Eigenschaft zu hybridisieren bzw. eine Basenpaarung zwischen Nukleotiden oder Nukleinsäuren einzugehen, wie sie z. B. zwischen den beiden Strängen einem doppelsträngigen DNS-Molekül oder zwischen einem Polynukleotid-Primer und einer am Primer bindenden Stelle auf einer Einzelstrang-Nukleinsäure, die sequenziert oder vervielfältigt werden soll. Komplementäre Nukleoside sind generell Adenin [A] und Thymin [T], oder A und Uracil [U], oderr Cytosin [C] und Guanin [G]. Zwei Einzelstrang -DNS oder RNS-Moleküle werden als „im Wesentlichen komplementär” bezeichnet, wenn die Nukleotide des einen Stranges, bestmöglich zugeordnet und nebeneinander angeordnet und mit entsprechenden Insertionen oder Deletionen mit wenigstens etwa 80% der Nukleotide des anderen Stranges gewöhnlich jedoch wenigstens zu 90 bis 95% und bevorzugt zu etwa 98 bis 100% gepaart werden können. Die Begriffe „Aptamer” (oder „Nukleinsäure-Antikörper”) bezeichnen hier ein ein- oder zweisträngiges Polynukleotid, das aufgrund seiner Form ein gewünschtes Zielmolekül erkennen und binden kann (s. z. B. die PCT Schriften Nr. WO 15 92/14843 , WO 91/19813 , und WO 92/05285 ). Gemäß der Erfindung werden die genannten Probleme durch die Verkapselung von Nanopartikeln in nicht-wässriger Lösung beseitigt. Der Begriff „Verkapselung” bezeichnet sowohl Mizell-Bildung, als auch die Quervernetzung einer Mizelle oder von Mizellen.
Der Begriff „Mizelle” bezeichnet allgemein eine kolloide Anordnung von Tensiden, die in einer Flüssigkeit verteilt ist und der Begriff „Tensid” bezeichnet eine oberflächenaktive Substanz, die die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit herabsetzt, üblicherweise organische Verbindungen, die amphiphil sind. Der Begriff „Transfektion” bezeichnet das beabsichtigte oder unbeabsichtigte Einbringen von Material, so z. B. mizellar verkapselte Nanopartikel in Zellen. Der Begriff „Markieren” oder „Markierung” bezeichnet allgemein das beabsichtigte oder unbeabsichtigte Anheften von Material, so z. B. mizellar verkapselte Nanopartikel an eine Zelle oder ein biologisches Molekül, oder eine biologische Probe. Besagtes Material kann dabei z. B. auf oder in der Zelle angeheftet werden. Transfektion und Markieren einer Zelle oder das Markieren eines biologischen Moleküls, bzw. einer biologischen Probe sind jeweils Beispiele für eine biologische Anwendung. Der Begriff „biologisches Ereignis” schließt eine Wechselwirkung biologischer Strukturen, einen biologischen Prozess, strukturelle Veränderungen in einer biologischen Verbindung oder eine Veränderung in einem biologischen Prozess, ein. Unter dem Begriff „biologische Probe” wird eine Gewebsprobe oder Flüssigkeit verstanden, die aus einem Individuum stammt, einschließlich aber nicht eingeschränkt auf z. B. Plasma, Serum, Spinalflüssigkeit, Sperma, Lymphflüssigkeit, äußere Abschnitte der Haut, des Atmungsapparats, des Verdauungsapparats, des Urogenitaltrakts, Tränenflüssigkeit, Speichel, Milch, Blutzellen, Tumoren, Organe, sowie Proben aus in vitro Zellkultur-Bestandteilen, (einschließlich aber nicht eingeschränkt auf aufbereitetes Zellkulturmedium das aus Zellwachstum in Zellkulturen stammt, wahlweise aus viral infizierten Zellen, rekombinanten Zellen, und Zellbestandteilen)
Begriffe wie „biofunktionalisiert”, „verbunden”, „angeheftet”, verknüpft” oder „konjugiert”, werden hier gegeneinander austauschbar verwendet und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Verknüpfung, Anheftung oder Konjugation, sofern der Zusammenhang nichts anderes verlangt. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Zubereitung bereit, die aus wenigstens einer Mizelle in einer nicht-wässrigen Lösung enthält, wobei besagte Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel einkapselt. Die Nanopartikel können monodisperse Nanopartikel sein. Die Bildung von Nanopartikeln in umgekehrten Mizellen wurde beschrieben (F. T. Quinlan, J. Kuther, W. Tremel, W. Knoll, S. Risbud, P. Stroeve; Reverse Micelle Synthesis and Characterization of ZnSe Nanoparticles, Langmuir 2000, 16, 4049-25 4051.) (M.-L. Wu, D.-H, Chen, T.-C. Huang; Synthesis of Au/Pd Bimetallic Nanoparticles in Reverse Micelles, Langmuir 2001, 17, 3877–3883.) (Dongbai Zhang, Limin Qi, Jiming Ma, Humin Cheng; Formation of crystalline nanosized titania in reverse micelles at room temperature, J. Mater. Chem., 2002, 12, 3677–3680), (Christopher E. Bunker et al. Formation of Cadmium Sulfide Nanoparticles in Reverse Micelles: Extreme Sensitivity to Preparation Procedure, Langmuir 2004, 20, 5642–5644), allerdings ist die Bildung von Mizellen um frei verteilte, vorgeformte Nanopartikel herum in nicht-wässrigen Lösungsmitteln neuartig. Überraschend wurde gefunden, dass die erhaltene mizellare Zubereitung besagter Nanopartikel, deren Integrität und Eigenschaften erhält, wenn sie in verschiedene nicht-wässrige oder wässrige Lösungsmittel eingebracht werden.
Weiterhin wurde gefunden, dass eine wässrige Zubereitung von Polymermizellen die Nanopartikel enthalten, durch Entfernen des Wassers in eine nicht-wässrige Lösung übergeführt werden kann, ohne dass die Eigenschaften beeinträchtigt werden. Im Umfang der Erfindung können für eine Verkapselung geeignete Nanopartikel eine hydrophobe Oberfläche aufweisen, die aus besagter Wachstumslösung stammt. Besagte Nanopartikel, wie sie aus der Wachstumslösung stammen, können als sowohl feste Partikel, als auch als Hohlstrukturen, jeweils in verschiedenen Formen auftreten, einschließlich aber nicht beschränkt auf sphärisch, stäbchenförmig, elliptisch, eiförmig, ringförmig, kubisch oder würfel-ähnlich, oder zylindrische Formen, regelmäßig oder unregelmäßig mehrfach facettierte geometrische Körper, vieleckige Platten von, z. B. dreieckiger, quadratischer oder sechseckiger Form, vielarmige oder sternförmige Körper, z. B. Tetrapoden, drahtartige Gebilde usw.. Besagte Nanopartikel können charakteristische physiko-chemische Eigenschaften bei der Wechselwirkung mit ihrer Umgebung aufweisen, z. B. Absorption von Bereichen des elektromagnetischen Spektrums und Fluoreszenzemission nach Anregung mit Bereichen des elektromagnetischen Spektrums, Magnetismus, Paramagnetismus, Superparamagnetismus, Plasmonresonanz, Verstärkung des Raman-Effekts oder eine Kombination besagter Eigenschaften. Nanopartikel im Sinne der Erfindung können Halbleiter-Quantendots oder Quantenrads, oder deren Kombinantion, salzartige Kristallgitter, z. B. Phosphate, Vanadate, Wolframate, Fluoride, Oxychloride usw., Metalle, einschließlich Gold und Silber, oder Metalloxide, z. B. Eisenoxid in verschiedenen Modifikationen einschließen, ohne darauf beschränkt zu sein. So können besagte Halbleiter-Nanopartikel z. B. durch die Formel MxN1-xAyB1-y beschrieben werden, in der M und N unabhängig voneinander aus Elementen der Gruppe 8, 9, 10, 11, 12, 13 oder 14 des Periodensystems der Elemente gewählt sind, z. B. Fe, Co, Ni, Pt, Cu, Zn, Cd, Al, Ga, In, Ge, Sn oder Pb, ohne auf diese Auswahl beschränkt zu sein. A und B sind unabhängig voneinander aus Elementen der Gruppe 10, 11, 15 oder 16 des Periodensystems der Elemente gewählt, z. B. Pd, Pt, N, P, As, Sb, O, S, Se oder Te, ohne auf diese Auswahl beschränkt zu sein und worin x und y unabhängig voneinander zwischen 0 und 1 liegen kann.
Besagte Halbleiternanopartikel können wahlweise durch mindestens eine Schale umhüllt sein, gemäß der Formel O1CzD1-z, worin O unabhängig aus der Gruppe 8, 9, 10, 11, 12, 13 oder 14 des Periodensystems der Elemente gewählt ist, z. B. nicht-einschränkend aus Fe, Co, Ni, Pt, Cu, Zn, Cd, Al, Ga, In, Ge, Sn oder Pb, und C und D können unabhängig voneinander aus der Gruppe 10, 11, 15 oder 16 des Periodensystems der Elemente gewählt werden, z. B. nicht-einschränkend aus Pd, Pt, N, P, As, Sb, O, S, Se oder Te, und in der z einen beliebigen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann, mit der Maßgabe, dass die Zusammensetzung von MxN1-xAyB1-y and O1CzD1-z verschieden ist. Jedes der strukturellen Bestandteile, d. h. Kern und Schale, können wahlweise mit Schwermetallionen dotiert sein, wie etwa Ag, Cu, Co, oder Mn, dergestalt, dass die Nanopartikel wenigstens ein besagtes Schwermetallion pro Teilchen enthalten.
Bespielhaft aufgeführt aber nicht einschränkend sind typische Zusammensetzungen, wie ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CuInS, CuInGaS, sowie ihre Legierungen und Mischungen.
Besagte Schalenkönnen unabhängig die Form des Kerns nachbilden, oder eine unterschiedliche Form haben. Falls beispielsweise der Kern sphärisch, länglich, tri, -tetra-, hexa- oder octapodisch oder sternfömig ist, kann ein Kern/Schale-Partikel zusammengesetzt sein aus
Kern (sphärisch)/Schale (sphärisch)
Kern (länglich)/Schale (länglich)
Kern (sphärisch)/Schale (länglich)
Kern (sphärisch)/Schale (tetrapodisch)
Beispielsweise kann ein Kern/Schale/Schale-Partikel zusammengesetzt sein aus
Kern (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (sphärisch)
Kern (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (länglich)
Kern (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (tetrapodisch)
Kern (sphärisch)/Schale (länglich)/Schale (länglich)
Kern (länglich)/Schale (länglich)/Schale (länglich)
Beispielsweise kann ein Kern/Schale/Schale/Schale-Partikel zusammengesetzt sein aus
Kern (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (sphärisch)
Kern (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (länglich)
Kern (sphärisch)/Schale (sphärisch)/Schale (länglich)/Schale (länglich)
Kern (sphärisch)/Schale (länglich)/Schale (länglich)/Schale (länglich)
Kern (sphärisch)/Schale (länglich)/Schale (länglich)/Schale (länglich)
Besagte seltenerd-dotierten Nanopartikel können wahlweise lumineszente und/oder paramagnetische Eigenschaften aufweisen. Besagte lumineszente, seltenerd-dotierte Nanopartikel sind Partikel in denen ein Kern aus einem ersten Metallsalz oder Oxid, das nach Anregung geeignet ist die Anregungsenergie auf ein zweites lumineszentes Metallsalz oder eine Vielzahl von lumineszenten Metallsalzen zu übertragen, die besagte Anregungsenergie als Lumineszenz abgeben. Lumineszente Nanopartikel bestehen aus einem Kern der wahlweise von mindestens einer Schale umhüllt ist, und bei denen das Kern-Metall, sowie das Schalen-Metall aus den Elementen Ce (58), Pr (59), Nd (60), Sm (62), Eu (63), Gd (64), Tb (65), Dy 10 (66), Ho (67), Er (68), Tm (69) oder Yb (70) ausgewählt ist.
Bestimmte Beispiele von lumineszenten Schalenmaterialien sind z. B. LiI:Eu; NaI:Tl; CsI:TI; CsI:Na; LiF:Mg; LiF:Mg,Ti; LiF:Mg,Na; KMgF3:Mn; BaFCl:Eu; BaFCl:Sm; BaFBr:Eu; BaFCl0,5Br0,5:Sm; BaY2F8:A (A = Pr, Tm, Er, Ce); BaSi2O5:Pb; BaMg2Al16O27:Eu; BaMgAl14O23:Eu; BaMgAl10O17:Eu; BaMgAl2O3:Eu; Ba2P2O7:Ti; (Ba,Zn,Mg)3Si2O7:Pb; Ce(Mg,Ba)Al11O19; Ce0,65Tb0,35MgAl11O19:Ce,Tb; MgAl11O19:Ce,Tb; MgF2:Mn; MgS:Eu; MgS:Ce; MgS:Sm; MgS:(Sm,Ce); (Mg,Ca)S:Eu; MgSiO3:Mn; 3,5MgO·0,5MgF2·GeO2:Mn; MgWO4:Sm; MgWO4:Pb; 6MgO·As2O5:Mn; (Zn,Mg) F2:Mn; (Zn4Be)SO4:Mn; Zn2SiO4:Mn; Zn2SiO4:Mn,As; Zn3(PO4)2:Mn; CdBO4:Mn; CaF2:Mn; CaF2:Dy; 20 CaS:A (A = Lanthanid,Bi); (Ca,Sr)S:Bi; CaWO4:Pb; CaWO4:Sm; CaSO4:A (A = Mn, Lanthanid); 3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn; CaSiO3:Mn,Pb; Ca2Al2Si2O7:Ce; (Ca,Mg)SiO3:Ce; (Ca,Mg)SiO3:Ti; 2SrO·6(B2O3)·SrF2Eu; 3Sr3(PO4)2·CaCl2:Eu; A3(PO4)2·ACl2:Eu (A = Sr, Ca, Ba); (Sr,Mg)2P2O7:Eu; (Sr,Mg)3(PO4)2:Sn; SrS:Ce; SrS:Sm,Ce; SrS:Sm; SrS:Eu; SrS:Eu,Sm; 25 SrS:Cu,Ag; Sr2P2O7:Sn; Sr2P2O7:Eu; Sr4Al14O25:Eu; SrGa2S4:A (A = lanthanide, Pb); SrGa2S4:Pb; Sr3Gd2Si6O18:Pb, Mn; YF3:Yb, Er; YF3:Ln (Ln = lanthanide); YLiF4:Ln (Ln = lanthanide); Y3A15O12:Ln (Ln = Lanthanid); YAl13(BO4)3:Nd, Yb; (Y,Ga)BO3:Eu; (Y,Gd)BO3:Eu; Y2Al3Ga2O12:Tb; Y2SiO5:Ln (Ln = Lanthanid); Y2O2S:Ln (Ln = Lanthanid); YVO4:A (A = Lanthanid, In); Y(P,V)O4:Eu; 30 YTaO4:Nb; YAlO3:A (A = Pr, Tm, Er, Ce); YOCl:Yb,Er; LnPO4:Ce,Tb (Ln = Lanthanid oder Mischung von Lanthaniden); LuVO4:Eu; GdVO4:Eu; Gd2O2S:Tb; GdMgB5O10:Ce,Tb; LaOBr:Tb; La2O2S:Tb; LaF3:Nd,Ce; BaYb2F8:Eu; NaYF4:Yb,Er; NaYF4:Yb,Tm, NaGdF4:Yb,Er; NaGdF4:Yb,Tm, NaLaF4:Yb,Er; NaLaF4:Yb,Tm, LaF3:Yb,Er,Tm; BaYF3:Yb,Er; GaN:A (A = Pr, Eu, Er, Tm);
LaF3:Yb,Er,Tm; BaYF3:Yb,Er; GaN:A (A = Pr, Eu, Er, Tm); Bi4Ge3O12; LiNbO3:Nd,Yb; LiNbO3:Er; LiCaAlF6:Ce; LiSrAlF6:Ce; LiLuF4:A (A = Pr, Tm, Er, Ce); Li2B4O7:Mn, Y2O2S:Eu, Y2SiO5:Eu, CaSiO3:Ln, CaS:Ln, wobei gilt Ln = ein, zwei oder mehr Lanthanid(en).
Eingeordnet nach dem Wirtsgitter können die folgenden bevorzugten Ausführungsformen aufgezählt werden

1. Halide: Beispielsweise XY2 (X = Mg, Ca, Sr, Ba; Y = F, Cl, I), CaF:Eu (II), BaF:Eu; BaMgF4:Eu; LiBaF3:Eu; SrF:Eu; SrBaF2Eu; CaBr2:Eu-SiO2; CaCl2:Eu; CaCl2:Eu-SiO2; CaCl2:Eu,Mn-SiO2; CaI2:Eu; CaI2:Eu, Mn; KMgF3:Eu; SrF2:Eu (II), BaF2:Eu (II), YF3, NaYF4; MgF2:Mn; MgF2:Ln (Ln = Lanthanid(en)).
2. Erdalkalisulfate: Beispielsweise XSO4 (X = Mg, Ca, Sr, Ba), SrSO4:Eu, SrSO4:Eu,Mn, BaSO4:Eu, BaSO4:Eu,Mn, CaSO4, CaSO4:Eu, CaSO4:Eu,Mn, ebenso gemischte Erdalkalisulfate, auch in Kombination mit Magnesium, z. B. Ca,MgSO4:Eu,Mn.
3. Phosphate und Halophosphate: Beispielsweise CaPO4:Ce,Mn, Ca5(PO4)3Cl:Ce,Mn, Ca5(PO4)3F:Ce,Mn, SrPO4:Ce,Mn, Sr5(PO4)3Cl:Ce,Mn, Sr5(PO4)3F:Ce,Mn, letzteres auch co-dotiert mit Eu (II) oder co-dotiert mit Eu,Mn, α-Ca3(PO4)2:Eu; β-Ca3(PO4)2:Eu,Mn; Ca5(PO4)3Cl:Eu; Sr5(PO4)3Cl:Eu; Ba10(PO4)6Cl:Eu; Ba10(PO4)6Cl:Eu,Mn, Ca2Ba3(PO4)3Cl:Eu; Ca5(PO4)3F:Eu2+X3+; Sr5(PO4)3F:Eu2+X3+(X = Nd, Er, Ho, Tb); Ba5(PO4)3Cl:Eu; β-Ca3(PO4)2:Eu; CaB2P2O9:Eu; Ca2P2O7:Eu; Ca2P2O7:Eu, Mn; Sr10(PO4)6Cl:Eu; (Sr, Ca, Ba, Mg)10(PO4)6Cl:Eu; LaPO4:Ce; CePO4; LaPO4:Eu, LaPO4:Ce, LaPO4:Ce,Tb, CePO4:Tb.
4. Borates: for instance LaBO3; LaBO3:Ce; ScBO3:Ce; YAlBO3:Ce; YBO3:Ce; Ca2B5O9Cl:Eu; xEuO·yNa2O·zB2O3
5. Vanadate: Beispielsweise YVO4, YVO4:Eu, YVO4:Dy, YVO4:Sm; YVO4:Bi; 30 YVO4:Bi,Eu, YVO4:Bi,Dy, YVO4:Bi,Sm; YVO4:Tm, YVO4:Bi,Tm GdVO4, GdVO4:Eu, GdVO4:Dy, GdVO4:Sm GdVO4:Bi; GdVO4:Bi,Eu, GdVO4:Bi,Dy, GdVO4:Bi,Sm; Gd(PV)O4, Gd(PV)O4:Eu, Gd(PV)O4:Dy, Gd(PV)O4:Sm Gd(PV)O4:Bi; Gd(PV)O4:Bi,Eu, Gd(PV)O4:Bi,Dy, Gd(PV)O4:Bi,Sm.
6. Aluminate: Beispielsweise MgAl2O4:Eu; CaAl2O4:Eu; SrAl2O4:Eu; BaAl2O4:Eu; LaMgAl11O19:Eu; BaMgAl10O17:Eu; BaMgAl10O17:Eu, Mn; CaAl12O19:Eu; SrAl12O19:Eu; SrMgAl10O17:Eu; Ba(Al2O3)6:Eu; (Ba, Sr)MgAl10O17:Eu,Mn; CaAl2O4:Eu, Nd; SrAl2O4:Eu, Dy; Sr4Al14O25:Eu, Dy.
7. Silicate: Beispielsweise BaSrMgSi2O7:Eu; Ba2MgSiO7:Eu; BaMg2Si2O7:Eu; CaMgSi2O6:Eu; SrBaSiO4:Eu; Sr2Si3O8·SrC12:Eu; Ba2SiO4Br6:Eu; Ba2SiO4Cl6:Eu; Ca2MgSi2O7:Eu; CaAl2Si2O8:Eu; Ca1.5Sr0.5MgSi2O7:Eu; (Ca,Sr)2MgSi2O7:Eu, Sr2LiSiO4F:Eu.
8. Wolframate und Molybdate: Beispielsweise X3WO6 (X = Mg, Ca, Sr, Ba); X2WO4 (X = Li, Na, K, Rb, Cs), XMoO4 (X = Mg, Ca, Sr, Ba), ebenso Polymolybdate oder Polywolframate oder die Salze von den korrespondierenden Hetero- oder Isopolysäuren
9. Germanate: Z. B. Zn2GeO4
10. Darüber hinaus die folgenden Klassen: ALnO2:Yb, Er (A = Li, Na; Ln = Gd, Y, Lu); LnAO4:Yb,Er (Ln = La, Y; A = P, V, As, Nb); Ca3Al2Ge3O12:Er; Gd2O2S:Yb, Er; La2SYb, Er.

Üblicherweise führt das Einbringen von Mizellenzubereitungen aus einer wässrigen Umgebung in eine nichtwässrige Umgebung zu einem Zerfall des strukturellen Zusammenhalts und der physiko-chemischen Eigenschaften, weil der Entropiegewinn aus der Freisetzung von Wassermolekülen bei der Mizellenbildung verloren geht. Beispielsweise zerfallen wässrige Mizellenzubereitungen eines Tensids, wie z. B. Natriumdodecylsulfat (SDS), wenn sie in Methanol eingebracht werden, oder sich erst gar nicht bilden, wenn SDS mit Methanol gemischt wird (G. D. Parfitt and J. A. Wood "Light scattering of sodium dodecyl sulphate in methanol-water mixtures", Kolloid-Zeitschrift und Zeitschrift für Polymere, January 1969, Volume 229, Issue 1, pp 55–60). Es wurde gezeigt, dass Block-Copolymere, die aus mindestens zwei Polymerblöcken mit unterschiedlicher Kompatibilität in Bezug auf ein gegebenes Lösungsmittel bestehen, mizellare Strukturen in nicht-wässrigen Lösungsmitteln bilden können (S. Hou et al., Langmuir 2003, 19, 2485–2490; B. C. Kumi et al., Journal of Colloid and Interface Science 386 (2012) 212–217; P. Alexandridis, Macromolecules 1998, 31, 6935–6942; ibid. Macromolecules 2000, 33, 3382–3391). Allerdings zeigen besagte Zubereitungen von Polymermizellen in nicht-wässriger Lösung im Vergleich zu der wässrigen Zubereitung eine niedrigere Aggregationszahl und eine höhere kritische Mizellenkonzentration (CMC), und somit eine geringere Stabilität. Ganz offensichtlich enthalten besagte Polymermizellen aber auch keine Partikel. Überraschend zeigte sich bei Ausführung der hier beschriebenen Erfindung, dass die physiko-chemischen Eigenschaftenbesagter Nanopartikel viel besser erhalten wurden, als in einer wässrigen Zubereitung, wie an einer stabilen nicht-wässrigen Zubereitung von ansonsten leicht zersetzlichen CdSeTe/CdS Nanopartikel gezeigt werden konnte. Darüber hinaus konnte besagte Zubereitung, sofern sie in einem wassermischbaren Lösungsmittel vorlag, problemlos in eine wässrige Lösung eingebracht werden, ohne Beeinträchtigung der physikochemischen Eigenschaften, wie die Fluoreszenz. Somit beschreibt die vorliegende Erfindung Zusammensetzungen von mizellar umhüllten Nanopartikeln in nicht-wässrigen Lösungsmitteln, Wege zu ihrer Zubereitung und ihrem Gebrauch, die die oben erwähnten Nachteile von wässrigen Zusammensetzungen vermeidet. Weiterhin wurde gefunden, dass mizellar verkapselte Nanopartikel aus einer wässrigen Zubereitung besagter Nanopartikel in verschiedene nicht-wässrige Lösungsmittel eingebracht werden können, wobei Aufbau und die physikochemischen Eigenschaften besagter Nanopartikel intakt bleiben, und somit die oben ausgeführten Vorteile von nichtwässrigen Zubereitungen in vollem Umfang genutzt werden können.
Erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die mizellare Verkapselung hydrophober Nanopartikel unter völlig wasserfreien Bedingungen durchgeführt werden, indem man besagte Nanopartikeln und besagte Mizellen bildende Unimere in Mischungen aus miteinander mischbaren nichtwässrigen Lösungsmitteln zusammenbringt. Anders gesagt wird ein Weg zu einer Zusammensetzung gewiesen, die aus wenigstens einer Mizelle in nicht-wässriger Lösung besteht, worin besagte Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel verkapselt, wobei die Mizelle, die ein oder mehrere Nanopartikel eingekapselt hat, sich in nicht-wässriger Lösung bildet oder bilden. Beispielsweise können dazu Nanopartikel, insbesondere oben beschriebene Nanopartikel zusammen mit besagten Mizellen bildenden Unimeren in wenigstens einem mit anderen Lösungsmitteln mischbaren nicht-wässrigen Lösungsmittel, das mit den hydrophoben Domänen besagter Mizellen bildenden Unimere kompatibel ist, gelöst werden und in wenigstens ein nicht-wässriges Lösungsmittel, das eine geringere Kompatibilität aufweist, eingebracht werden.
Die Mizellen bildenden Elemente oder Unimere können Block-Copolymere mit einschließen (z. B. amphiphile Block-Copolymere), zusammengesetzt aus wenigstens zwei unterschiedlichen Polymerblöcken mit unterschiedlicher Kompatibilität gegenüber Lösungsmitteln. Besagte Auswahl an Polymeren kann aus den Elementen, ausgewählt aus C, H, O, N, Si, S, P, X, bestehen, wobei X für Halogen, ausgewählt aus den Elementen F, Cl, und Br steht. Besagte Block-Copolymere können zwischen 1 bis 99% Stoffmengenanteil eines Polymerblocks enthalten, der inkompatibel mit den anderen Polymerblöcken ist, aus dem besagtes Block-Copolymer besteht. Ein Beispiel, das in keiner Weise geeignet sein soll, den Umfang der Erfindung einzuschränken, ist ein Block-Copolymer zusammengesetzt aus Polystyrol (PS) und Polyisopren (PI), das besagte Mizellen bildende Eigenschaft, wegen der Inkompatibilität besagter PS- und PI-Blöcke in nicht-wässrigen Lösungsmitteln aufweist. Besagte Block-Copolymere können linear, verzweigt, bürstenförmig, sternförmig oder dendritisch sein. Besagte Block-Copolymere können amphiphile Eigenschaften aufweisen. Weiterhin können besagte amphiphile Block-Copolymere zu 1 bis 99% Stoffmengenanteil aus hydrophoben Abschnitten und zu 99 bis 1% aus hydrophilen Abschnitten bestehen. Hydrophile Abschnitte können ausgewählt sein aus der Gruppe von Polyethern, insbesondere Polyethylenglycol, das auch gleichbedeutend mit Polyethylenoxid bezeichnet wird, Polyacetale, Polyamide, Polylactone, Polyimide einschließlich Poly-2-oxazoline, Polyamine, einschließlich Polyethylenimin und Polyallyl amine, Polylactame, Polymaleinsäuren, Polymaleinamide, Polymaleimide, hydrophile Polymaleinester, Polyacrylsäuren, Polyacrylamide, hydrophile Polyacrylate, Polymethacrylsäuren, Polymethacrylamide, hydrophile Polymethacrylate, wie Poly(hydroxyethyl methacrylat), Poly-N-vinyl-2-pyrrolidon, Poly-N-vinyl-2-piperidon, Poly-N-vinyl-2-caprolactam, Poly-N-vinyl-3-methyl-2-caprolactam, Poly-N-vinyl-3-methyl-2-piperidon, Poly-N-vinyl-4-methyl-2-piperidon, Poly-N-vinyl-4-methyl-2-caprolactam, Poly-N-vinyl-3-ethyl-2-pyrrolidon, und Poly-N-vinyl-4,5-dimethyl-2-pyrrolidone, Polyvinylimidazole, Poly-N-Ndimethylacrylamide, Poly-N-vinyl-N-methylacetamid, Polyvinylalkohol, Polyurethane, Polyharnstoffe, und Biopolymere einschließlich Aminosäure- Polymere, wie Polylysine, Polyhistidine, Polyglycine, Polyglutaminsäure, Polyasparaginsäure und deren korrespondierende Esters und Amide, Polysaccharide z. B. Polydextrane, modifizierte Polysaccharide z. B. Polycarboxydextrane, Carboxymethylcellulosen, Hydroxyalkylcellulosen, Alginate, Pectine und deren Kombinationen und Copolymere. Besagte Polymere können wahlweise elektrisch geladene Gruppen enthalten, z. B. anionische, kationische oder zwitterionische Gruppen.
Besagte hydrophobe Abschnitte können ausgewählt sein aus der Gruppe von Polyolefinen, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polyisobutylen, Polybutadien, Polyisopren, Polystyrol, querverneztes Polystyrol, Poly-p-xylylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenechlorid, Polytetrafluorethylen, Polyacrylate, Polymethacrylate, z. B. Poly(meth)alkylacrlyate, Polyether, z. B. Polyoxymethylen, Polyphenylenoxid, Polyetheretherketone, Polyester, z. B. Polyethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Polylmilchsäure, Polyglycolsäure, Polyvinylacetate, Polyamide, z. B. Polyamid-6, Polyamid-6.6, Polyamid-6.10, Polyamid-6.12, Polyamid-11, Polyamid-12, hydrophobe Biopolymere, einschließlich Naturkautschuk, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyphosphazene und Polydialkylsiloxane, z. B. Polydimethylsiloxane. Geeignete amphiphile Block-Copolymere können folgende Polymere einschließen ohne auf diese begrenzt zu sein: Polystyrol-block-Polyethylenoxid, Polystyrol-block-Poly-L-lactid, Polyglycolid-block-Polyethylenoxid, Polylactid-glycolid-block-Polyethylenoxid, Polystyrol-block-Polymethacrylsäure, Polystyrol-block-Polyacrylsäure, Poly(butadien)-block-Poly(ethylenoxid), Poly(isopren)-block-Poly(2-vinylpyridin), Poly(isopren)-block-Poly(ethylenoxid), Poly(methyl methacrylat)-block-Poly(2-hydroxyethyl methacrylat), Polystyrol-block-Poly(2-vinylpyridin), Polystyrol-block-Poly(4-vinylpyridin), Poly(methacrylsäure)-block-Poly(butylacrylat), Poly(ethylenglycol)methylether-block-Poly(D,L lactid), Poly(ethylenglycol)-block-Poly(D,L lactid), Poly(ethylenglycol)methylether-block-Poly(D,L lactide)-block-decan, Poly(ethylenglycol)block-Poly(D,L lactid)-block-decan, Poly(ethylenglycol)-block-Polylactidmethylether, Poly(L-lactid)-block-Poly(ethylenglycol)methylether Polylactide, Poly(ethylenglycol)methylether-block-Poly(lactid-co-glycolid), Poly(ethylenglycol)-block-Poly(lactid-co-glycolid), Poly(ethylenglycol)-block-Poly(ε-caprolacton)methylether, Poly(ethylenglycol)-block-Poly(ε-caprolacton), Polyethylen-block-Poly(ethylenglycol), Polyethylen-block-Poly(ethylenglycol)methylether, Poly(styrol)-block-Poly(ethylenglycol), Poly(styrol)-block-Poly(ethylenglycol)methylether, Poly(ethylenglycol)-block-Polypropylenglycol (Poloxamer), Polyoxyethylen(20)-sorbitan-monooleat (TWEEN 80). Beispiele von Y-förmigen Block-Copolymeren wahlweise zusammengesetzt aus zwei wahlweise verschiedenen hydrophilen und einer hydrophoben Polymerkette, oder umgekehrt, schließen (PI)2-b-PEO, PI-b-(PEO)2, PS2-b-PEO, (Polystyrol)2-block-Poly(ethylenoxid), (Polystyrol)2-block-Poly(L-lactid), (Polystyrol)2-block-Poly(methylmethacrylat), (Polystyrol)2-block-Poly(tert-butylmethacrylat), Polystyrolblock-[Poly(tert-butyl acrylat)]2, Polystyrol-block-[Poly(acrylsäure)]2, Polystyrol-block-[Poly(ethylenoxid)]2 ein, ohne jedoch auf diese begrenzt zu sein.
Beispiele von verzweigten Block-Copolymeren schließen Poly(ethylenoxid)-block-Polylactid, 4-armig Poly(ethylenoxid), Poly(ethylenoxid)-block-Polycaprolacton, 4-armig Poly(ethylenoxid) ein, ohne jedoch auf diese begrenzt zu sein. Beispiele von dentritischen amphipholen Block-Copolymeren wurden in der Literatur beschrieben, z. B. Virgil Percec, et al. Self-Assembly of Janus Dendrimers into Uniform Dendrimersomes and Other Complex Architectures, Science 328, 1009 (2010).
Die so erhaltenen mizellar verkapselten Nanopartikel können direkt verwendet werden oder wahlweise weiterverarbeitet werden, indem besagte Mizellen bildende Polymere wie in der Literatur beschrieben quervernetzt werden, insbesondere gemäß Patentschrift WO 2010/100108 A1 . Quervernetzung schließt radikal-induzierte Quervernetzung, strahlen-induzierte Quervernetzung, z. B. durch Licht verschiedener Wellenlängen, wie Roentgenstrahlen, UV-Licht, sichtbares oder Infrarotlicht, thermische Quervernetzung oder chemische Quervernetzung, z. B. Ringöffnung mehrfacher Epoxidgruppen mit Nukleophilen, z. B. Aminen, insbesondere Polyaminen, die mehr als eine Aminogruppe aufweisen, oder Vulkanisationsvorgänge mit schwefelhaltigen Verbindungen, wie Dischwefeldichlorid und ähnlichem. Als Ergebnis werden kolloidale Zubereitungen vollständig dispergierter Nanopartikel in Mizellen in einer nicht-wässrigen Umgebung erhalten.
Die Erzeugung von Mizellen geht klar aus der Tatsache hervor, dass besagte Nanopartikel ohne Mizellen bildende Zusätze in Methanol völlig unlöslich waren. Mizellenbildung wurde weiterhin durch Dynamische Lichtstreuung (DLS) nachgewiesen (s. ). zeigt die DLS-Daten von CdSeTe/CdS-Kern/Schale-Nanopartikeln nach der Verkapselung in Polymermizellen in Methanol und nach dem Einbringen in Wasser. Besagte Nanopartikel zeigen praktisch die gleichen Eigenschaften wie die ursprünglichen Nanopartikel, z. B. zeigen fluoreszente Halbleiternanopartikel immer noch praktisch die gleichen optischen Eigenschaften wie die ursprünglichen Nanopartikel (s. : Absorptionsspektrum (rechts) und Emissionsspektrum (links) und : Absorptionsspektrum (rechts) und Emissionsspektrum (links) der ursprünglichen Partikel in Chloroform und mizellar verkapselte CdSe/CdS/ZnS-Kern/Schale/Schale-Nanopartikel in Methanol).
Geeignete nicht-wässrige Lösungsmittel schließen nicht-einschränkend ein: unverzweigte, verzweigte oder cyclische Alkane, die wahlweise ein oder mehrere Halogenatome enthalten können, wie z. B. Pentan, Hexan, iso-Hexane, Cyclopentan, Cyclohexan, Dichlormethan, Chloroform, 1,1-Dichlorethan oder 1,2-Dichloroethan; halogenierte Alkene, wie 1,1-Dichloroethen oder alle Isomeren von 1,2-Dichloroethen; wahlweise alkylierte aromatische oder heteroaromatische Lösungsmittel, die wahlweise ein oder mehrere Halogenatome enthalten können, wie z. B. Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylole, Chlorbenzol, Pyridin, Collidine oder Lutidine; unverzweigte, verzweigte oder cyclische Ether, wie z. B. Diethylether, Diisopropylether, Methyl-t-butylether, Tetrahydrofuran oder 1,4-Dioxan; Carbonylverbindungen, insbesondere Ketone, wie z. B. Aceton, Methylethylketon (MEK), Cylopentanon oder Cyclohexanon; Carbonsäureester, z. B. Ethylacetat und ähnliche; unverzweigte oder verzweigte C1-C5-Alkanole, wie z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, oder alle Isomeren von Butanol und Pentanol; Polyole, wie z. B. Ethylen glycol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, Glycerin, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butaneiol, 1,2,4-Butantriol, Diethylen glycol (DEG); Polyolether, z. B. 2-Methoxyethanol, Bis-(2-methoxyethyl)ether (Diglyme); Polyolester, z. B. Diacetoxyethan; Carbonsäuren, wie z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure; Dialkylsulfoxide, z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO); Carbonsäureamide, z. B. Formamid, Acetamid, N-Methylformamid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamide (DMF), N,N-Dimethylacetamid (DMA), oder N-Methylpyrrolidone (NMP); Phosphorsäureamide, z. B. Hexamethylphosphorsäuretriamid (HMPA); harnstoff-basierte Lösungsmittel wie 1,3-Dimethyl-3,4,5,6-Tetrahydro-2(1H)-pyrimidinon (DMPU), 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon (DMI), oder Tetramethylharnstoff (TEMUR); niedrige Alkylnitrile, wie z. B. Acetonitril, Propionitril oder Butyronitril; ionische Flüssigkeiten, z. B. ammonium-basierte ionische Flüssigkeiten; imidazolium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie z. B. 1-Allyl-3-methylimidazolium-, 1-Benzyl-3-methylimidazolium-, 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Butyl-3-methylimidazolium-, 1-Decyl-3-methylimidazolium-, 1,3-Didecyl-2-methylimidazolium-, 1,3-Dimethylimidazolium-, 1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium-, 1-Dodecyl-3-methylimidazolium-, 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Ethyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexadecyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexyl-3-methylimidazolium-, 1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazolium-, 1-Methyl-3-octadecylimidazolium-, 1-Methyl-3-octylimidazolium-, 1-Methyl-3-propylimidazolium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; Piperidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Butyl-1-methylpiperidinium-, 1-Methyl-1-propylpiperidinium-; pyridinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Alkyl-2-methylpyridinium-, 1-Alkyl-3-methylpyridinium-, 1-Alkyl-4-methylpyridinium-, 1-Butylpyridinium-, 1-Propylpyridinium-, 1-Ethylpyridinium-, 1-Hexylpyridinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; pyrrolidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, z. B. 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium-, 1-Ethyl-1-Methylpyrrolidinium-, 1-Methyl-1-propylpyrrolidinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, und ihrer Kombinationen oder Mischungen.
Insbesondere kann die nicht-wässrige Lösung wenigstens teilweise ein wassermischbares nicht-wässriges Lösungsmittel enthalten und/oder worin die nichtwässrige Lösung ein nichtwässriges Lösungsmittel enthält, das keine azeotropen Phasen mit Wasser bildet. Weiterhin kann das wassermischbare Lösungsmittel einen höheren Siedepunkt als Wasser haben.
Zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung können die Nanopartikel zunächst mizellar verkapselt in wässriger Lösung vorliegen und anschließend wird die Mizellenoberfläche durch an sich bekannte Methoden quervernetzt, z. B. durch Kondensation, radikal-induzierte Polymerisation usw., wie ausführlich in den Patentschriften WO 2012/001012 A2 and WO 2010/100108 A1 beschrieben wurde. Besagte wässrige Zubereitung von Nanopartikeln, die vorzugsweise von quervernetzten Mizellen umschlossen sind, können anschließend in eine nicht-wässrige Lösung eingebracht werden, unter der Maßgabe, dass das nicht-wässrige Lösungsmittel wenigstens teilweise mit der wässrigen Lösung mischbar ist, aus der das Wasser anschließend entfernt wird.
Anders gesagt, wird ein Weg zu einer Zusammensetzung gewiesen, die wenigstens eine Mizelle in nicht-wässriger Lösung enthält, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel umschließt, wobei die Mizelle, die ein oder mehrere Nanopartikel umschließt in einer ersten Lösung gebildet wird, die sich von einer nicht-wässrigen Lösung unterscheidet und wobei in einem zweiten Schritt die erste Lösung durch die nicht-wässrige Lösung ersetzt wird. Dazu kann die wässrige Zubereitung besagter Nanopartikel in quervernetzten Mizellen mit wenigstens einem wassermischbaren, nicht-wässrigen Lösungsmittel vermischt werden, das einen höheren Siedepunkt aufweist, als die wässrige Zubereitung besagter Nanopartikel. „Wassermischbar” wird im Bereich der Erfindung so verstanden, dass ein Lösungsmittel, das wenigstens 1 Volumenprozent Wasser enthält, mit dem enthaltenen Wasser eine homogene Phase bildet. Vorzugsweise bilden besagte nicht-wässrige Lösungsmittel mit Wasser keine azeotrope Phase. Das Wasser kann anschließend entfernt werden, vorzugsweise durch Destillation bei oder unterhalb des atmosphärischen Luftdrucks. Geeignete nicht-wässrige Lösungsmittel schließen nicht einschränkend ein: Dialkylsulfoxide, z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO); Carbonsäureamide, z. B. Formamid, Acetamid, N-Methylformamid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamide (DMF), N,N-Dimethylacetamid (DMA), oder N-Methylpyrrolidone (NMP) Phosphorsäureamide, z. B. Hexamethylphosphorsäuretriamid (HMPA); harnstoff-basierte Lösungsmittel wie 1,3-Dimethyl-3,4,5,6-Tetrahydro-2(1H)-pyrimidinon (DMPU), 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon (DMI), oder Tetramethylharnstoff (TEMUR); 1,4-Dioxan, höhere Alkanole, z. B. 1-Butanol, Polyole, wie z. B. Ethylen glycol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, Glycerin, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butaneiol, 1,2,4-Butantriol, Diethylen glycol (DEG); Polyolether, z. B. 2-Methoxyethanol, Bis-(2-methoxyethyl)ether (Diglyme); Polyolester, z. B. Diacetoxyethan; Carbonsäuren, wie z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure; primäre, sekundäre und tertiäre Amine, die unverzeigte, verzweigte oder cyclische Alkylgruppen an den Stickstoffatomen tragen könnenund bei Raumtemperatur flüssig sind, cyclische oder bicyclische Amine, die wahlweise weitere Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe von N, O und S, in den Ringsystemen enthalten können, wie z. B. Piperidin, N-Methylpiperidin, Morpholin, N-Methylmorpholin; annelierte Amidinbasen, wie 1,5-Diazabicyclo(4.3.0)non-5-en (DBN) oder 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en; wahlweise alkylierte Pyridine, z. B. Pyridin und alle Isomere von Picolin, Collidin oder Lutidin; C1-2 Nitroalkane; ionische Flüssigkeiten, z. B. ammonium-basierte ionische Flüssigkeiten; imidazolium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie z. B. 1-Allyl-3-methylimidazolium-, 1-Benzyl-3-methylimidazolium-, 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Butyl-3-methylimidazolium-, 1-Decyl-3-methylimidazolium-, 1,3-Didecyl-2-methylimidazolium-, 1,3-Dimethylimidazolium-, 1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium-, 1-Dodecyl-3-methylimidazolium-, 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Ethyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexadecyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexyl-3-methylimidazolium-, 1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazolium-, 1-Methyl-3-octadecylimidazolium-, 1-Methyl-3-octylimidazolium-, 1-Methyl-3-propylimidazolium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; Piperidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Butyl-1-methylpiperidinium-, 1-Methyl-1-propylpiperidinium-; pyridinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Alkyl-2-methylpyridinium-, 1-Alkyl-3-methylpyridinium-, 1-Alkyl-4-methylpyridinium-, 1-Butylpyridinium-, 1-Propylpyridinium-, 1-Ethylpyridinium-, 1-Hexylpyridinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; pyrrolidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, z. B. 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium-, 1-Ethyl-1-Methylpyrrolidinium-, 1-Methyl-1-propylpyrrolidinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, die in Kombination mit dem Kation die ionische Flüssigkeit wassermischbar macht, wie z. B. Tetrafluoroborat, oder Mischungen besagter Lösungsmittel.
Einige der Lösungsmittel können als Isomere, geometrische Isomere, Stereoisomere, z. B. Diastereomere oder Enantiomere, meso-Verbindungen oder Racemate vorliegen. Die Erfindung soll so verstanden werden, dass alle Isomeren im Bereich der Erfindung liegen. Einige der oben erwähnten Lösungsmittel können toxisch auf Zellorganellen, lebende Zellen, lebende Gewebe, Organe oder Organismen wirken. In einigen Fällen kann dies eine gewünschte Eigenschaft für eine Zusammensetzung von mizellar verkapselten Nanopartikeln sein, z. B. eine antimikrobielle Wirkung. Allerdings sind im Allgemeinen für die gewünschte Anwendung Zusammensetzungen von mizellar verkapselten Nanopartikeln in Lösungsmitteln mit minimalen oder fehlenden toxischen Nebenwirkungen bevorzugt.
Dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung kann restliches Wasser aus der Zubereitung von mizellar verkapselten Nanopartikel in nicht-wässrigen Lösungen, ausschließlich oder als unterstützende Maßnahme durch chemische oder physikalische Vorgänge, die dem Fachmann wohlbekannt sind, entfern werden (s. o. die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung). Diese Vorgänge schließen nicht-einschränkend ein: Azeotrope Entfernung des Wassers, z. B. durch Nutzung von Lösungsmitteln, wie Toluol; Diffusion oder Permeation durch poröse oder nicht-poröse Membranen, einschließlich Dialyse und Pervaporation, oder chemisches Trocknen durch wasseraufnehmende Stoffe, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, anorganische Salze, wie z. B. Na2SO4, MgSO4, oder CaCl2, oder Mineralien, wie z. B. Bentonite, oder Polymere, insbesondere superabsorbierende Polymere (SAPs), wie z. B. polyacrylat- oder cellulose-basierte Polymere und Ähnliches.
Vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
In einer vierten Ausführungsform der Erfindung kann eine nicht-wässrige Zubereitung von Nanopartikeln, welche vorzugsweise von quervernetzten Mizellen umschlossen sind aus besagter wässrige Zubereitung dadurch erhalten werden, indem besagte wässrige Zubereitung bis zur Trockene eingedampft und der Rückstand in einem geeigneten Lösungsmittel, einschließlich der oben erwähnten Lösungsmittel aufgenommen wird.
Grundsätzlich können alle oben offenbarten Zubereitungen für ein biologisches Ereignis oder eine biologische Anwendung genutzt werden. Die Begriffe „biologisches Ereignis” oder „biologische Anwendung” sollen jeweils in ihrer breitesten Bedeutung verstanden werden. Insbesondere umfasst der Begriff „biologisches Ereignis” unter anderem auch die gewünschte oder unerwünschte Transfektion von Zellen oder die gewünschte oder unerwünschte Aufnahme von Mizellen der Zusammensetzung in Zellen. Auch soll die Anbindung an Zellen, die zielgerichtete oder nicht-zielgerichtete Übertragung biologischer Moleküle in die Zelle, in Zellkompartimente oder subzellulare Organellen, die gezielt ausgelöste oder spontane Freisetzung der übertragenen Biomoleküle und der Nachweis einer Reaktion mit eingeschlossen werden.
Der Begriff ”biologische Anwendung” umfasst auch den Gebrauch der Zusammensetzung oder Teile der Zusammensetzung zum Markieren biologischer Flüssigkeiten, organischer Bestandteile und Gebilde, Zellen usw. Besagte biologische Anwendungen schließen ebenfalls den analytischen oder diagnostischen Nachweis von biologischen Molekülen, biologischen Zielstrukturen oder Ereignissen, den Nachweis von Zielmolekülen aus Analyten, z. B. Nukleinsäure-Nanopartikel-Zusammensetzungen, wie z. B. Einzelstrang-DNS-Nanopartikel-Konjugaten, Einzelstrang-RNS-Nanopartikel-Konjugaten, Einzelstrang-si-RNS-Nanopartikel-Konjugaten, Einzelstrang-LNS-Nanopartikel-Konjugaten, deren doppelsträngige oder vielsträngige Abwandlungen und zusammengesetzten Erzeugnisse, wie sie in Nukleinsäure-Testverfahren verwendet werden, wie z. B. Polymerase-Kettenreaktion (PCR), quantitative PCR, reverse Transkriptase-PCR, quantitative reverse Transkriptase-PCR, digitale PCR oder Helicase-abhängige DNS-Amplifizierung (HAD), isotherme HAD usw., der Nachweis von Zielmolekülen aus Analyten z. B. durch Aminosäure-Nanopartikelzusammensetzungen, wie z. B. Protein-NP-Konjugate, Peptid-NP-Konjugate, Antikörper-NP-Konjugate, antikörperartige NP-Konjugate, oder Aptamer-NP-Konjugate, unter Verwendung molekularer Nachweismethoden, wie z. B. Western Blot-, ELISA-, DOTBlot-, Slot-Blot-, Northern Blot-, Southern Blot-Techniken und deren Abwandlungen. Beispiele für Blot-Variationen sind.
Ein Beispiel für die Variation von Blots ist die für die NP Zusammensetzung optimierte schnelle Variante. In dieser Variante ist lediglich die Inkubation der immobilisierten Ziel DNA mit NP DNA basierten molekularen Sonden erforderlich, welche z. B. wie in Beispiel 9 (DNS-Konjugation ), die Analyse oder der Nachweis des Analysates in kompetitiven Bindungs Assays ( ), und die Bildgebung/Nachweis/Analyse von Zielzellen mit mizellaren NP molekularen Sonden ( ).
Beispiel 1
Nicht-wässrige Zusammensetzung mizellar verkapselter fluoreszenter trioctlyamin-beschichteter CdSeTe/CdS-Nanopartikel in Methanol
2 nmol trioctylamin-beschichtete CdSeTe/CdS-Kern/Schale-Nanopartikel und 2.4 μmol (1200-facher Überschuss) Polyisopren-b-polyethylenoxide-Diblock-Copolymer (PI-b-PEO) mit einer mittleren Molmasse von 13700 g/mol und einem PI/PEO-Gewichtsverhältnis von 1:2 wurden in 200 μL Chloroform gelöst und schnell in 2 mL Methanol eingespritzt. Eine klare, schwach gefärbte Lösung wurde erhalten, die anzeigte, dass das Ausgangsmaterial, das völlig unlöslich in Methanol ist, erfolgreich in PI-b-PEO-Mizellen verkapselt wurde. Dementsprechend zeigte eine Messung mittels Dynamischer Lichtstreuung (DLS) Mizellen mit Durchmessern von ca. 20 bis 30 nm an. ( und )
Beispiel 2
Nicht-wässrige Zusammensetzung mizellar verkapselter fluoreszenter octadecylamin-beschichteter CdSeTe/CdS-Nanopartikel
2 nmol octadecylamin-beschichtete CdSeTe/CdS-Kern/Schale Nanopartikel wurden mit 1.2 μmol (600-facher Überschuss) diethylentriamin-funktionalisiertem Polyisopren (PI-DETA; 3000 g/mol) in Chloroform inkubiert und durch die Zugabe von Ethanol gefällt. Anschließend wurden die PI-DETA-beschichteten Nanopartikel und 2.4 μmol (1200-facher Überschuss) des PI-b-PEO-Diblock-Copolymers (13700 g/mol) in 200 μL Chloroform gelöst und schnell in 2 mL Methanol eingespritzt. Die klare, schwach gefärbte Lösung, die dabei erhalten wurde, zeigte die kolloidale Lösung der Nanopartikel in Polymermizellen an. Die Mizellenbildung wurde durch DLS-Messung bestätigt und wies auf Mizellen mit einem Durchmesser von ca. 20 bis 30 nm hin.
Beispiel 3
Nicht-wässrige Zusammensetzung mizellar verkapselter fluoreszenter TOP/TOPO-beschichteter CdSe/CdS/ZnS-Nanopartikel
Analog zu Beispiel 2 wurden 5 nmol TOP/TOPO-beschichtete CdSe/CdS/ZnS-Kern/Schale/Schale-Nanopartikel mit 3.0 μmol (600-facher Überschuss) diethylentriamin-funktionalisiertem Polyisopren (PI-DETA; 3000 g/mol) vorbeschichtet und durch die Zugabe von Ethanol gefällt. Anschließend wurden die Partikel und 1.5 μmol (300-facher Überschuss) des PI-b-PEO-Diblock-Copolymers (13700 g/mol) in 200 μL Chloroform gelöst und schnell in 2 mL Methanol eingespritzt. Die klare, schwach gefärbte Lösung, die dabei erhalten wurde, zeigte die kolloidale Lösung der Nanopartikel in Polymermizellen an. Die Mizellenbildung wurde durch DLS-Messung bestätigt und wies auf Mizellen mit einem Durchmesser von ca. 20 bis 30 nm hin. (Spektrale Eigenschaften s. ).
Beispiel 4
Überführung von mizellar verkapselten Nanopartikeln von Methanol in Wasser
Im nachfolgenden Schritt werden die mizellar verkapselten Nanopartikel von Methanol in Wasser übergeführt. zeigt DLS-Daten von mizellar verkapselten Nanopartikeln in Methanol (gestrichelte Linie) und in Wasser (durchgezogene Linie). Zunächst wurde der größte Lösungsmittelanteil am Rotationsverdampfer entfernt. Die konzentrierte Lösung wurde in 10 ml Wasser eingespritzt und eine klare schwach gefärbte Lösung wurde erhalten. Geringe Reste von Methanol wurden durch mehrere Waschschritte mit Wasser in Zentrifugenkonzentratoren (Sartorius VivaSpin) entfernt. Die DLS-Daten zeigten geringfügig angestiegene hydrodynamische Durchmesser der Mizellen in Wasser, gegenüber den Mizellen in Methanol aufgrund der Quellung des PEO-Blocks in Wasser.
Beispiel 5
a) Zusammensetzung mizellar verkapselter fluoreszenter Quantumdots in wässriger Lösung
Eine wässrige Zusammensetzung fluoreszenter Quantumdots wurde ausgehend von Cadmiumselenid/Cadmiumsulfid CANdots^® Quantumrods der Bezugsquelle STREM Inc (CdSe/CdS elongated core/shell; CAS Number: 1306-24-7; MDL Number: MFCD00171259; 590 nm peak emission) gemäß ”Jan Niehaus, Sören Becker, Christian Schmidtke, Daniel Ness, Katja Werner, Horst Weller, "Water-soluble nanoparticles as an universal imaging tool", From Nanotech Conference & Expo 2012: An Interdisciplinary Integrative Forum on Nanotechnology, Microtechnology, Biotechnology and Cleantechnology, Santa Clara, CA, United States, June 18–21, 2012, 1, 413–416 (2012)” zubereitet. Dazu eignen sich auch die in 2012/001012 A2 und WO 2010/100108 A1 offenbarten Wege und wurden für diese Ausführungsform der Erfindung genutzt.
b) Nicht-wässrige Zusammensetzung mizellar verkapselter fluoreszenter Quantumdot/rods in rac-1,2-Propandiol
1 mL einer 5 μM wässrigen mizellaren Zubereitung von fluoreszenten Quantumdotrods, gemäß Beispiel 5a wurden in einem Rundkolben zu 1 ml rac-1,2-propanediol (Sigma-Aldrich, 39, 803-9, Lot. 04430JJ-249) gegeben. Das Wasser wurde durch Einengen auf ein Restvolumen von 950 μL im Kolben am Rotationsverdampfer (70 hPa, 60°C Radtemperatur) entfernt. Eine Probe von 50 μL fluoreszenter Quantumdot/rods in rac-1,2-Propandiol wurden mit destilliertem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 3 mL verdünnt. Von dieser Lösung wurde ein UV-Spektrum aufgenommen und der hydrodynamische Durchmesser mittels DLS bestimmt. Es konnten keine Unterschiede im Vergleich zu einer entsprechenden Verdünnung der wässrigen Ausgangszusammensetzung festgestellt werden.
Beispiel 6
Nicht-wässrige Zusammensetzung mizellar verkapselter fluoreszenter Quantumdot/Rods in rac-1,3-Butandiol
Das Experiment nach Beispiel 5b) wurde wiederholt, jedoch 1,2-Propandiol durch rac-1,3-Butandiol ersetzt. Eine verdünnte Lösung dieser Zusammensetzung in Wasser zeigte keine Unterschiede gegenüber einer entsprechenden Verdünnung der ursprünglichen wässrigen Zusammensetzung gemäß Beispiel 5a).
Beispiel 7
Anbindung von DNS an mizellar verkapselte fluoreszente Quantumdot/Rods in rac-1,2 Propandiol
Ein Aliquot von 10 μL der aus Besipiel 5b erhaltenen Zusammensetzung, wurde mit 10.8 μL einer 92 μM Stammlösung von 5'-thiol-terminierter DNS (33mer) gemischt und mit rac-1,2-Propandiol auf ein Volumen von 50 μL aufgefüllt. Die Probe wurde in einem Heizblock für 2 h auf 50°C erwärmt. Davon wurde ein Aliquot von 5 μL zur Analyse entnommen und das verbliebene Volumen für 15 min auf 95°C erhitzt. Die Proben wurden mittels Gelelektrophorese auf Agarose analysiert. Aliquots von 2.5 μL jeder Probe wurden mit 22.5 μL destilliertem Wasser verdünnt und mit 5 μL Gel-Beladungspuffer versetzt. Aliquots von 25 μL dieser Mischung wurden auf ein 0.8% Agarosegel aufgetragen. Nach Durchführung der Elektrophorese durch Anlegen einer Spannung von 90 V für eine Stunde, wurden die Proben durch UV-Anregung der Quantumdot-Rods sichtbar gemacht. Die erfolgreiche Anbindung wurde durch die Wanderung der nunmehr negativ geladenen konjugierten Nanopartikel zur Anode, während die unkonjugierten Kontrollproben in 1,2-Propandiol zur Kathode wanderten. Es konnte gezeigt werden, dass die Anbindung der DNS in nicht-wässrigen Lösungen sehr viel wirksamer war, als in wässriger Lösung, höchst wahrscheinlich durch Stabilisierung eines gestreckten DNS-Stranges, während in wässriger Lösung eine Sekundärstruktur bevorzugt ist, die die hydrophoben Basen abschirmt. Dabei war ein Erhitzen auf 95°C noch deutlich wirksamer als ein Erhitzen auf 50°C (s. ). zeigt die Agarosegel-Analyse von der Anbindung fluoreszenter Quantumdot-Rod-DNS-Konjugate. Die Anbindung wurde in wässriger Lösung (links), in 1,2-Propandiol (Mitte) und 1,3-Butandiol (rechts) durchgeführt. Die erfolgreiche DNS-Anbindung wird aus der zunehmenden Wanderung von oben (Kathode) zur Anode (unten) ersichtlich. Zur Reinigung wurden die Nanopartikel-DNS-Konjugate in eine Ultrafiltrationseinheit übergeführt und mit 5 ml 0.5 × PBS verdünnt. Nach Zentrifugation mit 1200·g für 20 min wurde der Überstand verworfen und die Zentrifugation bis zu einem Restvolumen von 350 μL fortgesetzt.
Beispiel 8
Anbindung von DNS an mizellar verkapselte fluoreszente Quantumdot-Rods in rac-1,3-Butandiol
Bei der Durchführung des Experiments aus Beispiel 7 mit einer Zusammensetzung von verkapselten fluoreszenten Quantumdot-Rods jedoch in rac-1,3-Butandiol, werden die gleichen Ergebnisse erhalten ( )
Beispiel 9
Funktionsnachweis der mizellar verkapselten Quantumdot-Rod-DNS-Konjugate
Aliquote von 1 μL einer 45 μM Neutravidin-Stammlösung (3.0 mg/mL) wurden auf Nitrocellulosemembran-Streifen punktförmig aufgetragen und eingetrocknet. Die Membranen wurden mit einer Lösung von biotinylierter komplementärer DNS (cDNA) und biotinylierter nicht-komplementärer DNS inkubiert Ungebundene DNA wurde durch 10-minütiges Waschen der Membranstücke in 1 × PBS entfernt. Anschließend wurden die Membranen mit fluoreszenten Quantumdot-Rod-DNS-Konjugaten gemäß den Beispielen 7 und 8 inkubiert. Eine Ansammlung der fluoreszenten Quantumdot-Rod-DNS-Konjugate war nur klar erkennbar auf den Bereichen, die die komplementäre DNS auswiesen, jedoch nicht bei der Kontrolle bzw. der unbehandelten Membran (s. ). zeigt Tüpfeltests der Funktionsanalyse der fluoreszenten Quantumdot-Rod-DNS-Konjugate. Die Anbindung wurde in wässriger Lösung (links), in 1,2-Propandiol (Mitte) und 1,3-Butandiol (rechts) durchgeführt. Die erfolgreiche DNS-Anbindung wird aus der Ansammlung der fluoreszenten Quantumdot-Rod-DNS-Konjugate auf den Bereichen mit komplementärer DNS ersichtlich.
Beispiel 10
a) Zusammensetzung mizellar verkapselter fluoreszenter Quantumdots in wässriger Lösung
Eine wässrige Zusammensetzung fluoreszenter Quantumdots wurde entsprechend Beispiel 5a ausgehend von Cadmiumselenid/Zinkselenid/Zinksulfid CANdots^® Series A org quantum dots käuflich erhältlich von CAN GmbH, Germany (CdSe/ZnSe/ZnS core/shell/shell; 610 nm peak emission) zubereitet.
b) Anbindung von Biotin an mizellar verkapselte fluoreszente Quantumdots in 10% DMSO
In einem 50 mL Schraubdeckelgefäß wurden 29 mL einer 0,5 μM wässrigen mizellaren Zubereitung von fluoreszenten Quantumdots, gemäß Beispiel 5a zu 3 mL DMSO (Sigma-Aldrich, CAS 27, 685-5) gegeben, das 50 μM NHS-LC-LC-Biotin (N-Succinimidyl N-[6-(biotinylamino)caproyl]-6-aminocaproat, (6-(Biotinamidocaproylamido)capronsäure-N-hydroxysuccinimid-Ester, AppliChem, Product: A7856,0050, MW 567.70 g/mol, CAS: 89889-52-1) enthielt. Die Biotinylierung erfolgte durch Reaktion der NHS-Gruppe an Aminogruppen von Bestandteilen der Mizelle durch Inkubation für 1.5 h bei 40°C. Zur Aufreinigung wurden die biotinylierte Nanopartikelzubereitung auf zwei Ultrazentrifugations-Einheiten verteilt und in einer Sorvall RC6+ Hochgeschwindigkeitszentrifuge ausgestattet mit einem Rotor 42, bei 4.000 Umdrehungen/Minute bei ca. 40°C für 30 min zentrifugiert. Aus jedem Konzentrator wurden 5 mL Probe entnommen und die vereinigten Konzentrate mit 10 mL 1 × PBS (1:10 Verdünnung in Reinstwasser, zubereitet von einer Stammlösung aus 100 g NaCl, 2.5 g KCl, 18 g Na2HPO4 × 2H2O, 3 g KH2PO4 in 1 L destilliertem Wasser und mit 0.0025% Lithiumazid: CAS
Nummer 19597-69-4 versetzt). Die zuletzt erhaltenen 10 mL der Probe wurden genutzt, um einen Überschuss NeutrAvidin zu binden und anschliessend biotinylierte Biomoleküle über die verbliebenen freien Biotin Bindestellen der NeutrAvidin funktionalisierten, mizellar verkapselten Quantum Dots anzuheften.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 1592/14843 [0026]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Zusammensetzung, die wenigstens eine Mizelle in nichtwässriger Lösung enthält, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel einkapselt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Nanopartikel ein lumineszentes Nanopartikel ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Nanopartikel ein Halbleiternanopartikel ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, wobei das nanopartikel mit Schwermetallionen, wie Ag, Cu, Co oder Mn dotiert ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Nanopartikel ausgewählt ist aus lanthanid-dotierten Nanopartikeln mit salzartigen Wirtsgittern.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Nanopartikel ein metallisches Nanopartikel ist, oder aus einem Metalloxid besteht.
Zusammensetzung gemäß eines der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aufbau des Nanopartikels durch die Formel MxN1-xAyB1-y beschrieben wird, wobei M und N unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Elementen der Gruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 oder 14 des Periodensystems der Elemente, z. B., jedoch nicht eingeschränkt auf, Fe, Co, Ni, Pt, Cu, Zn, Cd, Al, Ga, In, Ge, Sn or Pb, und A und B unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Elementen 10, 11, 15 oder 16 des Periodensystems der Elemente, z. B., jedoch nicht eingeschränkt auf Pd, Pt, N, P, As, Sb, O, S, Se oder Te und wobei x und y unabhängig voneinander einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann.
Zusammensetzung gemäß den vorstehenden Ansprüchen, wobei das Nanopartikel wenigstens von einer Schale umgeben ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, wobei die Zusammensetzung der Schale durch die Formel O1CzD1-z beschrieben wird, wobei O unabhängig gewählt ist aus den Elementen der Gruppen 8, 9, 10, 11, 12, 13 oder 14 des Periodensystems der Elemente, z. B., jedoch nicht eingeschränkt auf, Fe, Co, Ni, Pt, Cu, Zn, Cd, Al, Ga, In, Ge, Sn or Pb, und C und D unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Elementen 10, 11, 15 oder 16 des Periodensystems der Elemente, z. B., jedoch nicht eingeschränkt auf Pd, Pt, N, P, As, Sb, O, S, Se oder Te und wobei z unabhängig einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann, unter der Maßgabe, dass die Zusammensetzung von MxN1-xAyB1-y und O1CzD1-z unterschiedlich sind.
Zusammensetzung gemäß eines der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mizelle eine chemisch quervernetzte hydrophile Hülle enthält, oder eine quervernetzte Hülle, die durch Polymerisation erhaten wird.
Zusammensetzung gemäß eines der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elemente, die die Mizelle bilden, Block-Copolymere, insbesondere amphiphile Block-Copolymere einschließen.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei die Block-Copolymere wenigstens zwei verschiedene Polymerblöcke enthalten, die eine unterschiedliche Kompatibilität gegenüber Lösungsmitteln aufweisen.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 11 oder gemäß Anspruch 12, wobei die Block-Copolymere linear, verzweigt, sternförmig, oder dendritisch sind.
Zusammensetzung gemäß eines der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mizelle in einer nicht-wässrigen Lösung gebildet wird und die nicht-wässrige Lösung aus wenigstens einem der folgenden Lösungsmittel ausgewählt ist: – unverzweigte, verzweigte oder cyclische Alkane, die wahlweise ein oder mehrere Halogenatome enthalten können, wie z. B. Pentan, Hexan, iso-Hexane, Cyclopentan, Cyclohexan, Dichlormethan, Chloroform, 1,1-Dichlorethan oder 1,2-Dichloroethan; – halogenierte Alkene, wie 1,1-Dichloroethen oder alle Isomeren von 1,2-Dichloroethen; – wahlweise alkylierte aromatische oder heteroaromatische Lösungsmittel, die wahlweise ein oder mehrere Halogenatome enthalten können, wie z. B. Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylole, Chlorbenzol, Pyridin, Collidine oder Lutidine; – unverzweigte, verzweigte oder cyclische Ether, wie z. B. Diethylether, Diisopropylether, Methyl-t-butylether, Tetrahydrofuran oder 1,4-Dioxan; – Carbonylverbindungen, insbesondere Ketone, wie z. B. Aceton, Methylethylketon (MEK), Cylopentanon oder Cyclohexanon; Carbonsäureester, z. B. Ethylacetat und ähnliche; – unverzweigte oder verzweigte C1-C5-Alkanole, wie z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, oder alle Isomeren von Butanol und Pentanol; – Polyole, wie z. B. Ethylen glycol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, Glycerin, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butaneiol, 1,2,4-Butantriol, Diethylen glycol (DEG); – Polyolether, z. B. 2-Methoxyethanol, Bis-(2-methoxyethyl)ether (Diglyme); – Polyolester, z. B. Diacetoxyethan; – Carbonsäuren, wie z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure; – Dialkylsulfoxide, z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO); – Carbonsäureamide, z. B. Formamid, Acetamid, N-Methylformamid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamide (DMF), N,N-Dimethylacetamid (DMA), oder N-Methylpyrrolidone (NMP); – Phosphorsäureamide, z. B. Hexamethylphosphorsäuretriamid (HMPA); – harnstoff-basierte Lösungsmittel wie 1,3-Dimethyl-3,4,5,6-Tetrahydro-2(1H)-pyrimidinon (DMPU), 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon (DMI), oder Tetramethylharnstoff (TEMUR); – niedrige Alkylnitrile, wie z. B. Acetonitril, Propionitril oder Butyronitril; – ionische Flüssigkeiten, – z. B. ammonium-basierte ionische Flüssigkeiten; – imidazolium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie z. B. 1-Allyl-3-methylimidazolium-, 1-Benzyl-3-methylimidazolium-, 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Butyl-3-methylimidazolium-, 1-Decyl-3-methylimidazolium-, 1,3-Didecyl-2-methylimidazolium-, 1,3-Dimethylimidazolium-, 1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium-, 1-Dodecyl-3-methylimidazolium-, 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Ethyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexadecyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexyl-3-methylimidazolium-, 1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazolium-, 1-Methyl-3-octadecylimidazolium-, 1-Methyl-3-octylimidazolium-, 1-Methyl-3-propylimidazolium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; – Piperidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Butyl-1-methylpiperidinium-, 1-Methyl-1-propylpiperidinium-; pyridinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Alkyl-2-methylpyridinium-, 1-Alkyl-3-methylpyridinium-, 1-Alkyl-4-methylpyridinium-, 1-Butylpyridinium-, 1-Propylpyridinium-, 1-Ethylpyridinium-, 1-Hexylpyridinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; – pyrrolidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, z. B. 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium-, 1-Ethyl-1-Methylpyrrolidinium-, 1-Methyl-1-propylpyrrolidinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, und ihrer Kombinationen oder Mischungen.
Zusammensetzung gemäß eines der vorstehenden Ansprüche, wobei die nichtwässrige Lösung ein wenigstens teilweise mit Wasser mischbares nichtwässriges Lösungsmittel enthält und/oder wobei die nicht-wässrige Lösung ein nicht-wässriges Lösungsmittel enthält, das keine azeotropen Phasen mit Wasser bildet.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 15, wobei das wassermischbare, nichtwässrige Lösungsmittel einen höheren Siedepunkt als Wasser hat.
Zusammensetzung gemäß gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei die Mizelle nicht in der nichtwässrigen Lösung gebildet wird und das nicht-wässrige Lösungsmittel aus midestens einem der folgenden ausgewählt ist: – Dialkylsulfoxide, z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO); – Carbonsäureamide, z. B. Formamid, Acetamid, N-Methylformamid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamide (DMF), N,N-Dimethylacetamid (DMA), oder N-Methylpyrrolidone (NMP) – Phosphorsäureamide, z. B. Hexamethylphosphorsäuretriamid (HMPA); – harnstoff-basierte Lösungsmittel wie 1,3-Dimethyl-3,4,5,6-Tetrahydro-2(1H)-pyrimidinon (DMPU), 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon (DMI), oder Tetramethylharnstoff (TEMUR); – 1,4-Dioxan, höhere Alkanole, z. B. 1-Butanol, Polyole, wie z. B. Ethylen glycol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, Glycerin, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butaneiol, 1,2,4-Butantriol, Diethylen glycol (DEG); – Polyolether, z. B. 2-Methoxyethanol, Bis-(2-methoxyethyl)ether (Diglyme); – Polyolester, z. B. Diacetoxyethan; – Carbonsäuren, wie z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure; – primäre, sekundäre und tertiäre Amine, die unverzeigte, verzweigte oder cyclische Alkylgruppen an den Stickstoffatomen tragen könnenund bei Raumtemperatur flüssig sind, – cyclische oder bicyclische Amine, die wahlweise weitere Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe von N, O und S, in den Ringsystemen enthalten können, wie z. B. Piperidin, N-Methylpiperidin, Morpholin, N-Methylmorpholin; – annelierte Amidinbasen, wie 1,5-Diazabicyclo(4.3.0)non-5-en (DBN) oder 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en; – wahlweise alkylierte Pyridine, z. B. Pyridin und alle Isomere von Picolin, Collidin oder Lutidin; – C1-2 Nitroalkane; – ionische Flüssigkeiten, – z. B. ammonium-basierte ionische Flüssigkeiten; – imidazolium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie z. B. 1-Allyl-3-methylimidazolium-, 1-Benzyl-3-methylimidazolium-, 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Butyl-3-methylimidazolium-, 1-Decyl-3-methylimidazolium-, 1,3-Didecyl-2-methylimidazolium-, 1,3-Dimethylimidazolium-, 1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium-, 1-Dodecyl-3-methylimidazolium-, 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium-, 1-Ethyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexadecyl-3-methylimidazolium-, 1-Hexyl-3-methylimidazolium-, 1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazolium-, 1-Methyl-3-octadecylimidazolium-, 1-Methyl-3-octylimidazolium-, 1-Methyl-3-propylimidazolium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; – Piperidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Butyl-1-methylpiperidinium-, 1-Methyl-1-propylpiperidinium-; – pyridinium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie 1-Alkyl-2-methylpyridinium-, 1-Alkyl-3-methylpyridinium-, 1-Alkyl-4-methylpyridinium-, 1-Butylpyridinium-, 1-Propylpyridinium-, 1-Ethylpyridinium-, 1-Hexylpyridinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, wie z. B. Tetrafluoroborat; – pyrrolidinium-basierte ionische Flüssigkeiten, z. B. 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium-, 1-Ethyl-1-Methylpyrrolidinium-, 1-Methyl-1-propylpyrrolidinium-Salze, vorzugsweise mit komplexen Anionen, die in Kombination mit dem Kation die ionische Flüssigkeit wassermischbar macht, wie z. B. Tetrafluoroborat, oder Mischungen besagter Lösungsmittel.
Anbindung einer Zusammensetzung gemäß eines der vorstehenden Ansprüche an ein biologisches Molekül, oder eine Vielzahl biologischer Moleküle.
Verwendung einer Zusammensetzung gemäß eines der vorstehenden Ansprüche für ein biologisches Ereignis oder eine biologische Anwendung.
Verfahren zur Bereitstellung einer Zusammensetzung, die aus wenigstens einer Mizelle in nicht-wässriger Lösung besteht, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel verkapselt, wobei die Mizelle, die ein oder mehrere Nanopartikel verkapselt, in nicht-wässriger Lösung gebildet wird, insbesondere wenn die Zusammensetzung eine Zusammensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 16 ist.
Verwendung zur Bereitstellung einer Zusammensetzung, die aus wenigstens einer Mizelle in nicht-wässriger Lösung besteht, wobei die Mizelle ein oder mehrere Nanopartikel verkapselt, wobei in einem ersten Schritt die Mizelle, die ein oder mehrere Nanopartikel verkapselt, in einer ersten Lösung gebildet wird, die verschieden ist von der nicht-wässrigen Lösung und wobei in einem zweiten Schritt die erste Lösung durch die nicht-wässrige Lösung ersetzt wird, insbesondere wenn die Zusammensetzung eine Zusammensetzung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 13 und 15 bis 17 ist.