DE60221835T2

DE60221835T2 - Herstellung von stabilen kolloidalen nanokristallen unter verwendung von organischen dendrons

Info

Publication number: DE60221835T2
Application number: DE60221835T
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Fayetteville Peng; Haiyan Fayetteville CHEN
Original assignee: NANOMATERIALS und NANOFABRICATION LABORATORIES; NANOMATERIALS und NANOFABRICAT; Nanomaterials und Nanofabrication Laboratories Fayetteville; University of Arkansas
Current assignee: NANOMATERIALS und NANOFABRICATION LABORATORIES; NANOMATERIALS und NANOFABRICAT; Nanomaterials und Nanofabrication Laboratories Fayetteville; University of Arkansas
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: DE60221835D1; US20040101976A1; US7153703B2; CA2446878C; WO2003078699A9; EP1402089B1; WO2003078699A3; AU2002367579A1; CA2446878A1; EP1402089A2; WO2003078699A2; AU2002367579A8; ATE370409T1; JP2005519836A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von organischen Liganden zur Stabilisierung von Nanokristallkolloiden in Lösung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Dendron-Liganden, insbesondere vernetzten Liganden, zur Vermeidung von Oxidation, Zerfall, Präzipitation und Segregation von Nanokristallen in einer kolloidalen Suspension oder festen Matrix.
2. Stand der Technik
Die Nanotechnologie ist einer der am schnellsten wachsenden Industriebereiche. Für mikroskopisch kleine Vorrichtungen gibt es zahllose Anwendungsmöglichkeiten. Im Augenblick sind die Chemie der Synthese und der Verarbeitung von Nanomaterialien die beiden Schlüsselbereiche, auf die sich Wissenschaftler in der Forschung konzentrieren. Sobald Nanomaterialien einfach synthetisiert und verarbeitet werden können, könnte fast jede Vorrichtung im Nanomaßstab hergestellt werden.
Kolloidale Nanokristalle sind nanometergroße Fragmente aus entsprechenden Volumenkristallen, die in Lösungsmitteln oder Matrizes anderer Art dispergiert sind. Sie sind eines von vielen Materialien, die aufgrund ihrer neuartigen, größenabhängigen Eigenschaften und der potentiell flexiblen chemischen Weiterverarbeitung für eine Vielfalt von Anwendungen erforscht werden. In einigen Fällen sind die nanometergroßen Partikel keine kristallinen Materialien. Nanokristalle und Nanopartikel sind vielversprechend, um als Leuchtdioden (LEDs), Bioassaymarker und für zahlreiche andere Anwendungen eingesetzt zu werden. Kürzliche Fortschritte bei der Synthese von qualitativ hochwertigen Nanokristallen, insbesondere Chalkogenid-Nanokristallen für Halbleiter, verdeutlichten den Bedarf von Verfahren zur Stabilisierung und Handhabung dieser Nanokristalle. Geeignete Verarbeitungsverfahren für Nanokristalle sind essentiell, um diese in Nanovorrichtungen und anderen Nanostrukturen verwenden zu können. So sind z.B. Halbleiter-Nanokristalle aufgrund der größenabhängigen Emissionseigenschaften hoch begehrt als Markerreagenzien für biomedizinischen Anwendungen und als farblich abstimmbare emittierende Materialien in LEDs und Lasern.
EP 977212 offenbart Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln aus übergangsmetallen, umfassend die Behandlung von Nanopartikeln mit einer Kombination aus einem Organophosphan und einer langkettigen organischen Säure (C₈–C₂₂).
US 5565215 offenbart injizierbare Nanopartikel mit einem biologisch abbaubaren festen Kern und Poly(alkylenglykol)resten auf der Oberfläche.
Verglichen mit konventionellen photolumineszenzbasierten Markerreagenzien, besitzen Halbleiter-Nanokristalle viele außerordentlich wertvolle Vorteile. Mit ihrem schmalen, aber größenabhängigen Bandkanten-Emmisionsspektrum und ihrem extrem breiten Absorptionsspektrum vereinfachen Halbleiter-Nanokristalle das derzeitige Detektionsschema erheblich. Die Emission von Halbleiter-Nanokristallen kann unter optischer Bestrahlung um Größenordnungen länger andauern als die von konventionellen organischen Farbstoffen. Durch einfaches Abstimmen der Größe von einigen wenigen Arten von Halbleiter-Nanokristallen, kann das Detektionsfenster den gleichen Wellenlängenbereich wie dutzende verschiedene organische Farbstoffe abdecken.
Zusätzlich kann die Konjugationschemie zur Kupplung von verschiedenen Größen/Arten von Halbleiter-Nanokristallen mit biofunktionalen Spezies potentiell die gleiche sein, da die Kupplungsreationen stets auf der äußeren Oberfläche der Ligandenschicht stattfinden. Dies wurde bereits für Cadmiumselenid-Nanokristalle mit einer Zinksulfitschale und einer Thiolsilikat-Ligandenschicht gezeigt. Leider lässt sich dieses Verfahren nur sehr schwer reproduzieren und die sich daraus ergebenden Nanokristalle zerfallen schell und sind für die nachfolgenden Aufreinigungsprozeduren schlecht geeignet.
Bei Liganden auf der Oberfläche der kolloidalen Nanokristalle, manchmal auch Verkappungsgruppen oder Tenside usw. genannt, handelt es sich um bestimmte Arten von organischen Molekülen mit zwei unterscheidbaren Teilen. Ein Teil des Moleküls kann chemisch an die Oberfläche des anorganischen Nanokristalls (oder Nanopartikels) binden und der andere Teil unterstützt die Dispersion der Nanokristalle (oder Nanopartikel) in Lösungsmitteln oder Matrizes.
Nanokristalle präzipitieren oft aus der Lösung, wenn sie ihre Thiolliganden verlieren. Ein Verfahren um dieses Problem zu verringern, ist die Verwendung von Dithiolliganden, um die Stabilität zu erhöhen. Leider ist das Verfahren immer noch schwierig und die Nanokristalle zerfallen immer noch relativ schnell.
Eines der schwerwiegendsten Probleme mit Nanokristallen ist ihre Neigung, schnell zu oxidieren und ihre einzigartigen Eigenschaften zu verlieren. Eine weitere Schwierigkeit bei Nanokristallen ist ihre schlechte Löslichkeit. Wegen ihrer Größe und weil sie von Natur aus unlöslich sind, müssen sie als kolloidale Suspension vorliegen. Die Verwendung von Thiolliganden war ein Versuch, beide Probleme zu lösen.
Durch das Einführen von Liganden auf der Oberfläche der Nanokristalle, hoffte man, dass dies die Oxidation sterisch hindern würde. Zwar üben Liganden einen geringen Einfluss auf die Oxidation aus, doch konnten sie bis zum heutigen Zeitpunkt den Nanokristallen nicht die für die gewünschten Anwendungen notwendige Stabilität verleihen.
Was die Aufrechterhaltung einer kolloidale Suspension von Nanokristallen betrifft, erwiesen sich die Liganden bisher als ähnlich enttäuschend. An den Enden der Liganden wurden funktionelle Gruppen mit den gewünschten hydrophoben oder hydrophilen Eigenschaften eingeführt, die die Aufrechterhaltung einer kolloidalen Suspension tatsächlich unterstützen. Doch da die Liganden dissoziieren, haben die Kolloide eine relativ kurze Lebensdauer.
Es ist somit wünschenswert, ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer kolloidalen Suspension von Nanokristallen über einen sehr langen Zeitraum zur Verfügung zu stellen.
Es ist ebenfalls wünschenswert, ein Verfahren zur Vermeidung der Oxidation von Nanokristallen zur Verfügung zu stellen.
Zusammenfassung der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung sind Dendron-Liganden an einen Nanokristall oder ein Nanopartikel gebunden und können anschließend vernetzt werden. Durch das Vernetzen der Liganden werden diese fester am Nanokristall gehalten und die Dissoziation wird verhindert. Zusätzlich hindert das Vernetzen der sperrigen Dendron-Liganden Sauerstoffmoleküle daran, zu nah an den Nanokristall heranzukommen und somit die Oxidation zu begünstigen.
Dendrons sind hyperverzweigte organische Moleküle mit einem fokalen Punkt. In dieser Erfindung wird der fokale Punkt als Bindungsstelle zur Oberfläche der anorganischen Nanokristalle oder Nanopartikel verwendet. Normalerweise bezeichnen Dendrons nur Moleküle mit gleichmäßig verzweigten Strukturen. Dagegen schließen in dieser Erfindung Dendrons auch Moleküle mit ein, die unregelmäßig verzweigt sind.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, mehrfach verzweigte Dendrons statt die geläufigeren einkettigen Liganden zu verwenden. Ein mehrfach verzweigtes Dendron besitzt viele Vorteile gegenüber einkettigen Liganden. Die zusätzliche Masse verbessert deutlich den Schutz gegen Oxidation. Ebenso vergrößert sich die Anzahl der funktionellen Gruppen, die mit der Lösung Wechselwirken, um den Nanokristall zu suspendieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass zusätzliche funktionelle Gruppen für die Vernetzung zur Verfügung gestellt werden.
Da jeder Dendron-Ligand mehrere funktionelle Gruppen besitzt, die in der Lage sind zu vernetzen, ist es nicht notwendig, dass die Vernetzungsreaktion vollständig abläuft. Mit nur einer oder zwei funktionellen Gruppen, die mit einem benachbarten Dendron-Liganden vernetzt sind, nimmt die Oxidationsrate stark ab und die Dissoziation wird verhindert. Nanokristalle, die durch die vorliegende Erfindung geschützt sind, sind uneingeschränkt haltbar, falls die anorganischen Nanokristallerze unter den gegebenen Bedingungen chemisch stabil sind. Zusätzlich überstehen sie ohne Weiteres die drastischen Verarbeitungs- und Aufreinigungsverfahren, die bei manchen Anwendungen wie der biomedizinischen Markierung notwendig sind. Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die ein Nanopartikel mit einer Langzeitstabilität umfasst.
Es ist somit eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein. Verfahren zur Verringerung der Oxidation eines Nanokristalls in Lösung zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bildung einer kolloidalen Suspension von Nanokristallen mit einer Langzeitstabilität zur Verfügung zu stellen.
Es wird somit eine Zusammensetzung nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Dendron-geschützten Nanokristalls.
2 ist eine schematische Darstellung eines Liganden-geschützten Nanokristalls und eines Dendron-geschützten Nanokristalls.
3 ist eine schematische Darstellung einer Dendron-Vernetzungsreaktion für die vorliegende Erfindung.
4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Vernetzungsreaktion für die vorliegende Erfindung.
5 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Vernetzungsreaktion für die vorliegende Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung verschiedener, zum Schutz von Nanokristallen verwendeten Liganden.
7 zeigt eine Kurve, die die Wirksamkeit von Dendrons zum Schutz der Nanokristalle darstellt.
8 zeigt IR-Spektren, die die Effektivität einer Amidkupplungsreaktion darstellen.
9 vergleicht IR-Spektren von Dendron-geschützten Nanokristallen mit Dendrons alleine.
10 zeigt die Ergebnisse eines Gelelektrophoreseassays von Dendrongeschützten Nanokristallen vor und nach zwei verschiedenen chemischen Reaktionen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung betrifft die Entwicklung von organischen Dendron-Liganden und anderen sperrigen Molekülen, die die Stabilität von kolloidalen Suspensionen anorganischer Nanokristalle verbessern. Aufgrund der Merkmale des sterischen Anspruchs und einer großen Vielfalt komplexer Sekundär/Tertiärstrukturen dieser Moleküle, können diese Liganden dicht gepackt und vernetzt werden, um eine dichte, kompakte Ligandenschicht auszubilden, die einen Nanokristall vollständig umhüllt. Diese Dendron-geschützten Nanokristalle (DP-Nanokristalle) bilden eine sehr stabile kolloidale Nanokristallsuspension. Darüber hinaus sind diese DP-Nanokristalle stabil genug, um Kupplungsreaktionen und Aufreinigungs- und Trennungsmethoden, die für biomedizinische und andere Anwendungen notwendig sind, ohne Weiteres zu überstehen. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass es durch Austausch der funktionellen Gruppen an der Nanopartikel-Bindungsstelle (NBS) und an den aktiven Zentren möglich ist, diese schützenden Liganden für jede Art von Nanokristall in jeder Art von Lösung oder fester Matrix anzuwenden.
„Nanokristall" bezeichnet ein nanometergroßes kristallines Partikel. Obwohl diese Erfindung für Nanokristalle beschreiben wird, kann die Erfindung zur Stabilisierung jeglicher Art von Nanopartikel verwendet werden, sei es nun kristallin oder nicht. Für den Fachmann ist dies offensichtlich, so lange es am fokalen Punkt des Dendrons eine geeignete funktionelle Gruppe gibt, die kovalent an das Nanopartikel binden kann.
„Ligand" bezeichnet Moleküle mit ein oder mehr Ketten, die zur Stabilisierung von Nanopartikeln verwendet werden. Liganden haben einen fokalen Punkt ein einem Ende, der an das Nanopartikel bindet und wenigstens ein aktives Zentrum, das entweder mit dem umliegenden Milieu wechselwirkt, mit anderen aktiven Zentren vernetzt oder beides.
„Aktives Zentrum" betrifft Zentren im Liganden, die so konstruiert sind, dass sie eine oder zwei Funktionen ausüben sollen. Sie befinden sich im Allgemeinen an den Enden der Ketten, die am weitesten von dem stabilisierten Nanopartikel oder Nanokristall entfernt sind. Aktive Zentren werden teilweise durch die Umgebung, in der der Nanokristall sich befindet, bestimmt, z.B. werden polare aktive Zentren in polaren Umgebungen verwendet.
„Nanopartikel-Bindungsstelle", „Nanokristall-Bindungsstelle" und „NBS" bezeichnen den fokalen Punkt eines Liganden, der kovalent an ein Nanopartikel oder Nanokristall bindet.
Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus der Entdeckung, dass die Packungsdichte der den Nanokristall umgebenden Ligandenschicht eine Schlüsselrolle für die Stabilität des Nanokristalls spielt. CdSe-Nanokristalle, die mit einkettigen Thiolliganden umhüllt waren, wurden zuerst untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Stabilität der thiolumhüllten CdSe-Nanokristalle nicht mit der Fähigkeit der Thiolgruppe als Elektronendonor zusammenhängt. Somit verbessern Dithiolliganden die photochemische und chemische Stabilität von Nanokristallen nicht, da sie eine größere Tendenz haben, durch intramolekulare Reaktionen Disulfide auszubilden. Für einkettige Kohlenwaserstoff-Thiolliganden wird die photochemische, chemische und thermische Stabilität der Nanokristall-Ligand-Komplexe allein durch die Länge der Kohlenwasserstoffkette bestimmt. Die Ergebnisse zeigen weiter, dass die dünne Ligandenhülle das System durch Verlangsamung der Diffusion von kleinen Molekülen wie O₂ in die innere Grenzfläche zwischen dem Nanokristall und seinen Liganden, stabilisiert. Die gleichen Ergebnisse wurden auch für thiolumhüllte Goldnanokristalle beobachtet.
Die Entdeckung, dass zusätzliche Seitenketten in Liganden oder andere sperrige Moleküle, die die Masse des Ligandenproteins deutlich erhöhen, die treibende Kraft hinter der Stabilität von kolloidalen Nanokristallsuspensionen sind, führte zu der vorliegenden Erfindung. Während das Hinzufügen allein von sperriger Masse bereits die Stabilität der kolloidalen Nanokristallsuspensionen stark verbessert, wurde weiterhin entdeckt, dass durch Vernetzen der mehrkettigen Liganden die Stabilität der Nanokristalle um wenigstens eine Größenordnung weiter verbessert wurde.
Organische Dendron-Liganden sind regelmäßig hyperverzweigte organische Moleküle (Beispiele in 6) mit einem zentralen fokalen Punkt als Bindungsstelle für die anionischen/metallischen Elemente auf der Oberfläche von Nanokristallen. Die Zahl der Verzweigungsstellen entlang der Kette, ausgehend von dem fokalen Punkt hin zu der äußeren Endgruppe, ist die Generationszahl der Dendrons. Es gibt zwei Gründe sich für organische Dendron-Liganden zu entscheiden. Erstens kann aufgrund des Merkmals des sterischen Anspruchs eine dicht gepackte, aber dünne Ligandenschale ausgebildet werden, die so effizient sein kann wie eine Hülle, die von Liganden mit einer langen und flexiblen Einzelkette gebildet wird. Von Bedeutung ist, dass der sterische Anspruch eines Dendrons ideal ist, um die Ligandenschicht aufzufüllen, da die Dendron-Liganden auf der Oberfläche des Nanokristalls natürlicherweise konisch gepackt sein können. Zweitens kann das inter- und intramolekulare Verhaken von Dendron-Ketten mit relativ flexiblen Verzweigungen die Diffusion von kleinen Molekülen oder Ionen aus der Masselösung zur Grenzfläche zwischen einem Nanokristall und seinen Liganden weiter verlangsamen. 2 zeigt einen schematischen Vergleich der O₂-Diffusion aus der Masselösung zur inneren Grenzfläche zwischen einem Nanokristall und seiner Ligandenschale für einfache Liganden und Dendron-Liganden. Ein ähnlicher Mechanismus wurde vorgeschlagen, um die verbesserte Photolumineszenzeffizienz von in Dendrimeren verkapselten organischen Farbstoffen zu erklären.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines DP-Nanokristalls. Nanokristall 22 kann aus beliebigen einer Reihe anorganischer Verbindungen bestehen. Es kann eine Kombination aus Elementen der Gruppe II und VI oder eine Kombination aus Elementen der Gruppen III und V des Periodensystems, z.B. CdSe oder InP sein. Es können ebenso ein Edelmetall, Übergangsmetalle, Metalloxide, etc. sein. Es ist für den Fachmann ofensichtlich, dass dies einige der gängigeren Nanokristalle sind. Es ist für den Fachmann ebenfalls offensichtlich, dass jeder Nanokristall, der ohne Weiteres im Labor gezüchtet werden kann, für die vorliegende Erfindung geeignet sein kann.
Die Dendrons 24 haben NBS 26, die kovalent an den Nanokristall 22 binden. NBS 26 kann eine beliebige funktionelle Gruppe sein. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass im Allgemeinen nukleophile funktionelle Gruppen am_. besten geeignet sind, um an Nanokristalle zu binden. Negativ geladene Gruppen oder funktionelle Gruppen, die Elektronendonoren sind, sind also tendenziell am besten geeignet, um an Kristalle zu binden. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass funktionelle Thiolgruppen für, die meisten Verbindungshalbleiter und Edelmetalle für diesen Zweck sehr gut geeignet sind. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass sowohl funktionelle Thiol- als auch Amingruppen für Halbleiter-Nanokristalle, insbesondere für Nanokristalle, die aus Elementkombinationen der Gruppen II und VI oder III und V des Periodensystems gebildet sind, besonders gut geeignet sind. Thiol-NBS-Gruppen sind ebenfalls gut geeignet, um an Edelmetall-Nanokristalle zu binden. Für magnetische Nanokristalle, wie Eisenoxid, Eisen, Kobalt und Nickel, sind NBS aus Carbonsäure- Carboxyl- oder Hydroxyamin-funktionellen Gruppen bevorzugt.
Die Dendrons 24 sind organische Moleküle mit vielfach verzweigten Ketten. Dendrons können ausgehend von zahlreichen verschiedenen, aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungen hergestellt, werden. In dieser besonderen Ausführungsform haben die Dendrons 24 vier Verzweigungen. Im Allgemeinen gilt, dass ein Nanokristall umso wirksamer stabilisiert und geschützt wird, je mehr Verzweigungen ein Dendron hat. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass kleinere Moleküle umso stärker sterisch gehindert werden, je mehr Verzweigungen Dendron 24 hat. Je sperriger das Dendron ist, umso schwieriger wird es für Oxidationsmittel, den Nanokristall zu erreichen und zu oxidieren. Dies hindert zusätzlich die Oxidationsmittel daran, mit NBS 26 zu reagieren und somit die Dissoziation von Dendron 24 zu verursachen. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Liganden mit nur einer Kette im Allgemeinen ineffektiv sind. Es wurde zuvor angenommen, dass die Ineffektivität von einkettigen Liganden in erster. Linie auf die Instabilität der Thiol-NBS zurückgeht. Eines der bedeutenden Merkmale der vorliegenden Erfindung ist die Entdeckung, dass die Ineffektivität von einkettigen Liganden ihre Ursache größtenteils in deren Unfähigkeit hat, einen Nanokristall effektiv zu umhüllen. Durch Verwendung von Liganden mit mehreren Ketten, wie Dendrons 24, wird der Nanokristall viel besser geschützt. Zusätzlich schützen mehrkettige Dendrons ihre eigenen NDS, indem sie jegliche Instabilität ihrer kovalenten Bindungen mit dem Nanokristall durch Blockingmittel, die ihre Dissoziation veranlassen würden, verringern. Dies ist eine deutliche Verbesserung verglichen mit den früheren Versuchen, die das Einführen von Thiolgruppen am Liganden vorsahen.
Am Ende der Dendron 24-Verzweigungen, befinden sich die aktiven Zentren 30. Die aktiven Zentren 30 erfüllen vorzugsweise zwei Funktionen. Erstens Wechselwirken sie mit der unmittelbaren Umgebung, d.h. der Lösung in der die Nanokristalle suspendiert sind. Werden die Nanokristalle in eine wässrige Lösung oder eine feste Matrix gegeben, sind die aktiven Zentren 30 vorzugsweise hydrophil. Alternativ sollten die aktiven Zentren 30 vorzugsweise hydrophob sein, wenn sich die Nanokristalle in ein öliges Lösungsmittel gegeben werden. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass die Beschaffenheit der Lösung bestimmt, welche aktiven Zentren bevorzugt werden.
Zweitens Wechselwirken die aktiven Zentren 30 vorzugsweise miteinander, um die Dendrons 24 zu vernetzen. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass es eine große Vielfalt von vernetzenden funktionellen Gruppen gibt, wovon hier nur einige beschrieben werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der aktiven Zentren 30, um die Dendrons 24 zu vernetzen. Dies führt dazu, dass die Dendrons 24 eine dicht gepackte Hülle um den Nanokristallkern 22 bilden. Die Vernetzung wirkt zusammen mit den mehrkettigen Dendrons synergistisch und stabilisiert den Nanokristall 22 zusätzlich. Die dichte Packung der Dendron-Hülle verbessert deutlich die Widerstandsfähigkeit der Nanokristall-Ligand-Komplexe gegenüber Oxidationsmitteln und anderen schädlichen Molekülen, die entweder zu Zerfall oder Dissoziation führen. Selbst wenn eine Dendron-NBS ihre kovalente Bindung mit dem Nanokristall 22 verliert, wird dieses außerdem nicht in der Lösung ausfallen, sondern Teil der Dendron-Hülle bleiben. Dies kommt dadurch zustande, dass das Dendron durch vernetzte aktive Zentren zusätzlich kovalent an die benachbarten Dendrons gebunden ist. Durch die Verwendung von vernetzten, mehrkettigen Dendrons zur Umhüllung eines Nanokristalls, sind die Probleme, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, im Wesentlichen gelöst.
2 zeigt die Vorteile der Verwendung von mehrkettigen Dendrons. Nanokristall 36 ist durch einkettige Liganden 40 geschützt. Auf der anderen Seite ist der Dendron-geschützte Nanokristall 38 durch mehrkettige Dendrons 42 geschützt. Die Liganden 40 reichen nicht aus, um das Oxidationsmittel 44 sterisch zu hindern. Obwohl die Dendrons 42 nicht vernetzt sind, verhindert ihr Volumen, dass das Mittel 44 die Oberfläche des Nanokristalls 46 erreicht. Einkettigen Liganden 40 fehlt das Volumen um die Mittel 44 sterisch zu hindern, die die Oberfläche des Nanokristalls leicht erreichen. Obwohl nicht in dieser. Darstellung gezeigt, wird im Allgemeinen bevorzugt, die Dendrons 42 zu vernetzen.
Das Vernetzen von Dendron-Liganden wird im Allgemeinen durch die Ausbildung von relativ starken molekularen Wechselwirkungen erreicht. Andere Verfahren zur Vernetzung als über Wasserstoffbrückenbindungen und elektrostatische Wechselwirkungen benötigen Vernetzungsreagenzien. Für die Ausbildung anorganischer Komplexe werden anorganische Ionen als Vernetzungsreagenzien verwendet. Eine Vernetzung kann auch mit Vernetzungsreagenzien erfolgen, die mehrere kovalente Bindungen mit den aktiven Zentren von verschiedenen Liganden ausbilden. 3 zeigt ein einfaches Beispiel solcher multifunktionaler Vernetzungsreagenzien. Falls notwendig, können mehrere Vernetzungsstrategien angewandt werden.
3 zeigt eine solche Vernetzungsreaktion. Der DP-Nanokristall 50 wird durch die Dendrons 52 geschützt. Die Dendrons 52 haben aktive Zentren 54 mit Hydroxygruppen. Das Vernetzungsreagens 56 wird zu der Lösung gegeben, in der der Nanokristall suspendiert ist. Das Vernetzungsreagens 56 wechselwirkt mit den Hydroxygruppen der aktiven Zentren 54 und man erhält die Vernetzungen 58. Der Einfachheit halber zeigt 3 nur einen Teil einer Ligandenhülle auf dem Nanokristall 50. Ein weiterer Vorteil der mehrkettigen Dendrons ist, dass es nicht notwendig ist, die Vernetzungsreaktion zu 100% durchzuführen. Da jedes Dendron mehrere aktive Zentren hat, vernetzt eine Vernetzungsreaktion, die nur teilweise vollständig ist, die Dendron-Liganden auf der Oberfläche des Nanokristalls immer noch ausreichend. Die in 3 dargestellte Vernetzungsreaktion ist für Nanokristalle in einer hydrophilen Umgebung gut geeignet. Werden einkettige Liganden verwendet, so erhält man eine Ligandenhülle, die immer noch teilweise dissoziieren und zum Zerfall des Nanokristalls. führen kann, falls die Vernetzungsreaktion nicht 100%ig ist. Einkettige Liganden können durch mehrstufiges Vernetzen oder mittels Liganden die zu mehrstufigen Vernetzungsreaktionen in der Lage sind, wie kovalentes Binden wie in 3 gezeigt und Komplexbildung wie in 5 gezeigt, ausreichend vernetzt werden. Somit kann die vorliegende Erfindung zur Stabilisierung über einkettige Liganden verwendet werden.
4 ist eine Teildarstellung eines DP-Nanokristalls, der in hydrophoben Lösungen suspendiert werden kann. DP-Nanokristalle 60 bestehen aus einem Nanokristall 62 mit daran gebundenen Dendrons 64. Die aktiven Zentren 66 der Dendrons 64 bestehen aus Ethylengruppen. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass wenn ein Grubbs-Katalysator mit DP-Nanokristallen 60 kombiniert wird, dieser eine Reaktion katalysiert, die dazu führt, dass aktive Zentren 66 vernetzen und somit Vernetzungen 68 ausbilden. Dies führt zur Bildung einer hydrophoben Dendron-Hülle um Kristall 62.
5 ist eine Teildarstellung eines weiteren Verfahrens, womit Nanokristalle mit vernetzten Dendrons geschützt werden. Der DP-Nanokristall 70 umfasst einen Nanokristall 72 mit daran kovalent gebundenen Dendrons 74. Die Dendrons 74 haben Bipyridin als aktive Zentren 76. Werden diese DP-Nanokristalle mit Ruthenium oder anderen Übergangsmetallionen kombiniert, so bilden benachbarte aktive Bipyridin-Zentren einen vernetzten Komplex 80 mit dem Ruthenium. Die vernetzten Komplexe 80 sind sehr stabil. Dem Fachmann werden der Bipyridin/Ru³⁺ Komplex und andere Komplexarten, die für diesen Zweck geeignet sind, vertraut sein. Dies ist jedoch der erste Fall, dass dieser Komplex ausgelegt wurde, um Dendron-Liganden auf der Oberfläche von kolloidalen Nanokristallen zu vernetzen.
Die Thiolgruppe ist aufgrund ihrer vielseitigen Koordinationschemie mit Halbleiter- und Edelmetall-Nanokristallen eine bevorzugte NBS. Für die biomedizinischen Anwendungen von kolloidalen Halbleiter- und Edelmetall-Nanokristallen können die äußeren Endgruppen der Dendron-Liganden Amide, Carbonsäuren, Alkohole oder Ester sein, die denen eines hydrophilen Proteins oder eines Zuckers ähneln. Die Verzweigungen eines Dendron-Liganden müssen nicht vollständig symmetrisch sein, da dies möglicherweise zu einer effizienteren sterischen Anspruch über die ganze Ligandenschale hinweg und einer effizienteren Kupplungsreaktion führt. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die in diesem Abschnitt beschriebenen Dendron-Liganden für verschieden große CdSe-Nanokristalle und Goldnanokristalle, die in Wasser und polaren Lösungsmitteln dispergiert sind, gut geeignet sind.
Die photochemische, thermische und chemische Stabilität der DP-Nanokristalle ist, verglichen mit den Nanokristallen, die mit einkettigen Thiolliganden umhüllt sind, außerordentlich gut. Für Halbleiter-Nanokristalle, wie CdSe-Nanokristalle, wurde die normalisierte OD am ursprünglichen Anregungs-Absorptionspeak der Nanokristalle als Indikator für die Photooxidation der Nanokristalle verwendet. 7 zeigt, dass die photochemische Stabilität der CdSe-Nanokristalle mit zunehmender Generationszahl von Dendron-Liganden mit ähnlicher Struktur zunimmt. Die molekulare Struktur der Thiol-Dendrons ist in 6 dargestellt. Ohne zusätzliche UV-Bestrahlung kann die wässrige Lösung von G2- und G3-Dendron-Nanokristallen nach Entfernung von überschüssigen Liganden unter Umgebungsbedingungen ohne Präzipitation für wenigsten mehrere Monate aufbewahrt werden. Wie weiter unten beschrieben, ist für die notwendigen Kupplungs- und Aufreinigungsprozeduren die außerordentliche Stabilität der CdSe-Nanokristalle, die mit G2- oder G3-Dendrons umhüllt sind, ausreichend.
Früher beschriebene Ergebnisse verdeutlichen, dass die photochemische Stabilität von Nanokristall/Ligand-Komplexen maßgeblich verbessert werden kann, indem einfach die molare Masse der einkettigen Liganden erhöht wird. Dies ist deshalb der Fall, weil die Ligandenhülle umso dicker ist, je länger die Kette ist. Aus diesem Grund war es wichtig nachzuweisen, dass die erhöhte Stabilität der Dendron-Nanokristalle nicht nur durch die Zunahme der molaren Masse der Dendrons verursacht wird. Drei Liganden mit verschiedenem Verzweigungsgrad aber mit einer ähnlichen molaren Masse, die in 6 gezeigt sind, wurden untersucht, um diesen Sachverhalt zu klären. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Stabilität der CdSe-Nanokristall/Ligand-Komplexe stark mit dem Verzweigungsgrad der Liganden zusammenhängt.
Goldnanokristalle wie MUA, die mit einkettigen Thiolen umhüllt sind, sind im Allgemeinen sehr empfindlich. Sie präzipitieren in Natriumchloridlösung und das resultierende Präzipitat ist in reinem Wasser unlöslich. Sie müssen durch Ultrazentrifugation aufgereinigt werden, die den Nanokristall/Ligand-Komplex aber nicht in eine feste/pulverförmige Form umwandeln. Im Gegensatz dazu können die Gold-Dendron-Nanokristalle mit Natriumchloridlösung präzipitiert werden und wiederholt in Wasser redispergiert werden. Im Allgemeinen sind Gold-DP-Nanokristalle stabiler gegenüber Photooxidation als die entsprechenden CdSe-Dendron-Nanokristalle.
Für biologische Anwendungen ist es entscheidend, dass Nanokristall/Ligand-Komplexe für gewisse Arten von. Kupplungsreaktionen, die die biologisch aktive Spezies mit dem Nanokristall/Ligand-Komplex konjugieren, stabil genug sind. Eine Amidkupplung der Dendron-Nanokristalle über die Esteraminkupplung oder die traditionelle EDC-Kupplung funktionieren gut. Mehrere Arten von primären Aminen, wie Glycinamid, 2-Aminoacetonitril, Benzylamin, 2-Aminoethanol und Ammoniak wurden erfolgreich an die äußere Oberfläche der DP-Nanokristalle gekuppelt. Die Löslichkeit der DP-Nanokristalle ist weitgehend von dem entstandenen Amid abhängig. So waren z.B. mit Estern als Endgruppen versehene CdSe-Dendron-Nanokristalle nur in organischen Lösungsmitteln löslich. Nach der Reaktion mit Ammoniak oder 2-Aminoethanol waren die Dendron-Nanokristalle ausschließlich in Wasser löslich. Infrarot (IR)- und ¹H NMR-Untersuchungen verdeutlichten, dass die Esteraminkupplungsreaktion annähernd zu 100% erfolgt sein könnte. Die Ester-Streckschwingungsbande bei etwa 1740 cm^–1 und die Methyl-Deformationsschwingung bei 1370 cm^–1 verschwanden vollständig, nachdem die CdSe-Dendron-Nanokristalle für ca. 10 min bei 100 °C mit flüssigem Aminoethanol reagiert hatten; siehe 8. Die Signale bei etwa 1640 cm^–1 und 1550 cm^–1, die im Spektrum der über die Kupplungsreaktion erhaltenen Nanokristalle erscheinen, treten aufgrund der Sekundäramid-Vibrationsschwingungen, die die Entstehung der neuen Amidbindungen anzeigen, auf. Die IR-Spektren der CdSe-Dendron-Nanokristalle vor und nach den Esterkupplungsreaktionen sind mit den Spektren ihrer freien korrespondierenden Liganden annähernd identisch; siehe 9. Falls Dendron-Nanokristalle COOH-Gruppen als Endgruppen enthielten, so wurde die Amidkupplung durch die herkömmliche EDC-Kupplung erreicht und es wurden ähnliche IR-Ergebnisse beobachtet.
Die andere Anforderung für biomedizinische Anwendungen ist, dass die DP-Nanokristallkonjugate mit biologisch funktionellen Gruppen auf eine Art und Weise konjugieren, die stabil genug ist, um Trennungverfahren zu überstehen. Die Trennung und Aufreinigung der Dendron-Nanokristalle kann anhand konventioneller Methoden durchgeführt werden. Sowohl CdSe- als auch Au-DP-Nanokristalle können leicht eine geeignete Chromatographiesäule passieren. Die CdSe-Dendron-Nanokristalle konnten ohne Ligandenüberschuss auf einer Sephadex G-25 (oder NAP^TM-10) Säule bei Raumbeleuchtung für Stunden verbleiben, ohne Reste zu verlieren, nachdem die Nanokristalle als enge Bande durchliefen. Im Gegensatz dazu waren die mit MPA umhüllten CdSe-Nanokristalle vollständig verschmiert und konnten nicht unter den gleichen Bedingungen ausgewaschen werden.
Die CdSe-DP-Nanokristalle können ohne Ligandenüberschuss über eine Gelelektrophorese gereinigt und aufgetrennt werden. Die negativ geladenen Dendron-Nanokristalle wandern in Richtung der positiven Elektrode. Die ursprünglich mit Estern als Endgruppen versehenen DP-Nanokristalle wanderten nicht auf dem Gel, da sie unlöslich in Wasser waren. Im Gegensatz dazu wanderten die beiden Reaktionsprodukte auf dem Gel als zwei enge Banden mit unterscheidbarer Mobilität. Nach der Gelelektrophorese können die DP-Nanokristalle vollständig in reinem Wasser wiederaufgenommen werden. UV-Vis Untersuchungen zeigten, dass die aus dem Gel wiedergewonnenen Nanokristalle unverändert waren. Wegen des stark oxidierenden Milieus in der Kammer ist es jedoch hilfreich, die Gelelektrophoresekammer während der Elektorphorese abzudecken, um die Strahlung des Raumlichts zu vermeiden. Bei Umhüllung mit herkömmlichen einkettigen Thiolliganden können sowohl CdSe- als auch Au-Nanokristalle die Trennungs/Rückgewinnungsprozedur nicht ohne einen großen Überschuss an freien Thiolliganden überstehen.
Die hier vorgestellten Kupplungsreaktionen sind herkömmliche Reaktionen für die Kupplung von organischen/biologischen Spezies an Festkörpersubstrate, obwohl sie für die CdSe- und andere Halbleiter-Nanokristalle, die mit einkettigen Thioliganden umhüllt sind, ohne Überschuss an freien Liganden in Lösung undurchführbar waren. Der Erfolg dieser Reaktionen zeigt, dass diese stabilisierten Nanokristalle als Marker für verschiedene biomedizinische Assays geeignet sind, wie als Marker an Antikörpern für Immunoassays und Marker an Polynukleotidsonden für Polynukleotidhybridisierungsassays. Ähnlich den Kupplungsreaktionen, war auch die Gelelektrophorese für Halbleiter-Nanokristalle schwierig durchzuführen. Ein Überschuss an freien Liganden war für die Gelelektrophorese von Halbleitern und großen Goldnanokristallen notwendig, und die Nanokristalle konnten oft nicht wiedergewonnen werden.
Die hier beschriebenen Dendron-Liganden haben die photochemische Stabilität von Nanokristallen drastisch erhöht.
Falls die bei der photokatalytischen Oxidation resultierenden Liganden, die im Lösungsmittel unlöslich sein sollen, auf der Oberfläche von Nanokristallen auftreten, werden die oxidierten Liganden den anorganischen Kern weiterhin umgeben und eine Mizellenstruktur bilden, obwohl es keine chemische Bindung mehr zwischen den Liganden und den anorganischen Kernen gibt. Ist der anorganische Kern stabil gegenüber Photooxidation, so bleibt der erhaltene Nanokristall/Ligand-Komplex löslich und verarbeitbar. Unlösliche Ligandenschalen können, wie weiter oben beschrieben, für Dendron-Liganden durch intermolekulare Vernetzung zwischen den Ketten, durch mehrfache Wasserstoffbrückenbindungen, kovalente Bindungen oder andere relativ starke Wechselwirkungen erhalten werden. Was den anorganischen Kern betrifft, so können aktive Halbleiter und Metallnanokristalle, um diese photooxidationsunempfindlich zu machen, vor der Oberflächenmodifikation mit Dendron-Liganden mit einer anderen anorganischen Komponente umhüllt werden.
Bestimmte Arten von Dendron-Liganden können wahrscheinlich zur Synthese von qualitativ hochwertigen Halbleiter-Nanokristallen verwendet werden, wenn man die kürzliche Entdeckung von vielen alternativen Wegen in Richtung qualitativ hochwertiger Halbleiter-Nanokristallen beachtet. Mit entsprechend aufgebauten Liganden können stabile Nanokristalle mit der gewünschten Funktionalität hergestellt werden. Die hier beschriebenen thiolbasierten Liganden können nicht für die Synthese von qualitativ hochwertigen Halbleiter-Nanokristallen verwendet werden, da gefunden wurde, dass sie mit den augenblicklichen Synthesewegen nicht kompatibel sind. Dendron-Liganden mit Carbonsäure-, Amin-, Phosphanoxid- oder Phosphorsäuregruppen als Nanokristall-Bindungsstellen könne zur direkten Synthese von qualitativ hochwertigen Halbleiter-Nanokristallen und magnetischen Nanokristallen verwendet werden. Die in dieser Erfindung vorgestellten thiolbasierten Dendrons können mit den augenblicklichen Verfahren zur Synthese von stabilen Edelmetall-Nanokristallen verwendet werden.
Das inter- und intramolekulare Verhaken der Dendron-Verzweigungen hat neben dem Merkmal des sterischen Anspruchs der Dendrons eine wichtige Rolle für die Stabilisierung der Halbleiter-Nanokristalle gespielt. Dendron-Liganden wurden auch zur Synthese von Goldnanokristallen verwendet, wobei verschiedene Generationen von chinonbasierten (-C=O) hydrophoben Dendrons mit starren Verzweigungen verwendet wurden, in der Hoffnung die Größe der Goldnanokristalle durch Dendrons verschiedener Generationen kontrollieren zu können. Die Ergebnisse zeigten, das die Goldnanokristalle, die mit Dendrons mit vielen Generationen synthetisiert wurden, eine starke Tendenz haben zu aggregieren, was sich von den Ergebnissen dieser Arbeit unterscheidet. Deren Ergebnisse könnten aufgrund der starren Verzweigungen ihrer Dendrons zustande gekommen sein, die nicht genügend sterischen Anspruch auf der Oberfläche von Nanokristallen haben und sich nicht inter- und intramolekular ineinander verhaken können.
Das kegelförmige Strukturmerkmal und die einzelne Bindungsstelle eines Dendron-Liganden ermöglichen eine bessere Packung in der Ligandenschale und eine eindeutige Orientierung der Liganden auf der Nanokristall-Oberfläche.
Die experimentellen Ergebnisse bestätigten, dass die photochemische Stabilität der Halbleiter- und Edelmetall-Nanokristall/Ligand-Komplexe der Schlüssel für die Entwicklung einer zuverlässigen chemischen Weiterverarbeitung für diese Nanokristalle ist. Die Chemie der Oberflächenmodifikation der Nanokristalle mit Dendron-Liganden ist einfach und geradlinig. Die Dicke der Ligandenschicht der Dendron-Nanokristalle kann so dünn wie etwa 1 nm sein, um eine so beträchtliche Stabilität für die Dendron-Nanokristalle zu erreichen, dass sie wie chemischen Standardreagenzien behandelt werden können. Die CdSe-Dendron-Nanokristall-Chemie kann zur Entwicklung von photolumineszenzbasierten Markern für biomedizinische Anwendungen mit Halbleiter-Nanokristallen verwendet werden. Die vorgestellte Chemie stellt auch einen alternativen Weg für die Verwendung von Edelmetall-Nanokristallen für chemische und biomedizinische Anwendungen zur Verfügung. Die Erfindung schafft auch viele neue Möglichkeiten auf dem Gebiet der kolloidalen Nanokristalle und verwandten Materialien, da es eine einfache und kostengünstige chemische Weiterverarbeitung ermöglicht. So stellen z.B. Dendron-Nanokristalle einen neuen Weg für die Verwendung von magnetischen Nanokristallen zum Wirkstofftransport und für eine verbesserte Magnetresonanztomographie dar.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl von Dendron-Liganden hier nicht offenbart sind, aber dazu geeignet wären, viele verschiedene Arten von kolloidalen Nanokristallen zu stabilisieren. Es ist bevorzugt, dass die Dendrons ein nicht zu großes Volumen haben. Es ist wünschenswert, eine relativ dünne organische Dendron-Hülle um den Nanokristall herum zu haben. Eine zu dicke Dendron-Hülle hat schädliche Wirkungen auf die elektronischen und strukturellen Eigenschaften der Nanokristalle. Andererseits kann eine beliebige Anzahl von Dendrons in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein wichtiger Aspekt der Dendrons ist, dass sie ausreichend sperrig sind, um schädliche Moleküle sterisch zu hindern.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben wurde, versteht es sich, das andere und weitere Modifikationen, neben den hier gezeigten und vorgeschlagenen, im Rahmen dieser Erfindung gemacht werden können.

Claims

Zusammensetzung umfassend: ein Nanopartikel; und eine Vielzahl von Dendron-Liganden, wobei die Dendron-Liganden an das Nanopartikel gebunden sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Nanopartikel ein Übergangsmetall, ein Metalloxid oder eine Kombination davon umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Nanopartikel ein Element der Gruppe IV, eine Kombination von Elementen aus den Gruppen II und VI oder eine Kombination von Elementen aus den Gruppen III und V umfasst.
Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das Nanopartikel Gold, Silber, Platin, Kupfer, Iridium, Palladium, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Nickel, Eisenoxid, Cobaltoxid, Nickeloxid, Titanoxid, Zinkoxid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid, Cadmiumtellurid, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinktellurid, Quecksilbersulfid, Quecksilberselenid, Quecksilbertellurid, Indiumphosphid, Indiumarsenid, Indiumnitrid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Galliumnitrid, Galliumselenid, Galliumsulfid, Indiumselenid, Indiumsulfid oder Indiumteilurid umfasst.
Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens ein Dendron-Ligand mit einem zweiten Dendron-Liganden vernetzt ist.
Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vielzahl von Dendron-Liganden partiell vernetzt ist.
Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei jeder der Dendron-Liganden wenigstens ein aktives Zentrum umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine aktive Zentrum eine Hydroxyfunktion, eine Aminofunktion, eine Ethylenfunktion, eine Bipyridinfunktion, eine Carboxyfunktion, eine Carbonylfunktion, eine Halogenidfunktion oder eine Esterfunktion umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine aktive Zentrum in der Lage ist, an einer Vernetzungsinteraktion teilzunehmen.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Vernetzungsmittel.
Biochemisches Reagens, umfassend: eine Zusammensetzung, die ein Nanopartikel und eine Vielzahl von Dendron-Liganden umfasst, wobei die Dendron-Liganden an das Nanopartikel gebunden sind; und eine Verbindung, die in der Lage ist, einen biologischen Analyten nachzuweisen, wobei das Nanopartikel und die Verbindung aneinander gekuppelt sind.
Biochemisches Reagens nach Anspruch 11, wobei die Verbindung Glycinamid, 2-Aminoacetonitril, Benzylamin, 2-Aminoethanol und Ammoniak umfasst.
Biochemisches Reagens nach Anspruch 11, wobei die Verbindung einen Antikörper zur Verwendung bei einem Immunoassay umfasst.
Biochemisches Reagens nach Anspruch 11, wobei die Verbindung eine Polynukleotidsonde zur Verwendung bei einer Polynukleotidhybridisierungsreaktion ist.
LED, umfassend: eine Zusammensetzung, die ein photolumineszierendes Nanopartikel und eine Vielzahl von Dendron-Liganden umfasst, wobei die Dendron-Liganden an das Nanopartikel gebunden sind.
Verfahren zum Stabilisieren eines Nanopartikels in einer Lösung oder einer festen Matrix, umfassend: kovalentes Binden einer Vielzahl von Dendron-Liganden an die Oberfläche des Nanopartikels.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Nanopartikel ein Übergangsmetall, ein Metalloxid oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Nanopartikel ein Element der Gruppe IV, eine Kombination von Elementen aus den Gruppen II und VI oder eine Kombination von Elementen aus den Gruppen III und V umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16–18, wobei das Nanopartikel Gold, Silber, Platin, Kupfer, Iridium, Palladium, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Nickel, Eisenoxid, Cobaltoxid, Nickeloxid, Titanoxid, Zinkoxid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid, Cadmiumtellurid, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinktellurid, Quecksilbersulfid, Quecksilberselenid, Quecksilbertellurid, Indiumphosphid, Indiumarsenid, Indiumnitrid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Galliumnitrid, Galliumselenid, Galliumsulfid, Indiumselenid, Indiumsulfid oder Indiumtellurid umfasst.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16–19, wobei das Nanopartikel Photostrahlung emittiert, wenn es einer Anregungsquelle ausgesetzt wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 16–20, ferner umfassend die Vernetzung wenigstens eines Dendron-Liganden mit einem zweiten Dendron-Liganden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Vernetzung die Verwendung eines Vernetzungsmittels umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend die teilweise Vernetzung der Vielzahl von Dendron-Liganden.