EA011782B1 - Устойчивые коллоиды композита металла с электропроводным полимером и способы их получения и применения - Google Patents

Abstract

Предложены устойчивые коллоиды композита металла с электропроводным полимером и способы их получения. Коллоиды по настоящему изобретению находят применение в разнообразных областях, в том числе для детектирования анализируемых веществ. Предложены также наборы, включающие упомянутые коллоиды.

Description

Настоящая заявка претендует на приоритет согласно закону США 35 И.8.С. § 119(е) предварительной заявки на патент США № 60/621,258 от 21 октября 2004г., информация из которой включена в настоящий документ путем ссылки.

Предпосылки создания изобретения

Наночастицы благородных металлов, например золота или серебра, могут быть получены в различных геометрических формах, например сфер, стержней или пирамид. Эти мелкие частицы содержат элемент-металл в химически восстановленной форме и, в зависимости от способа их получения, могут храниться либо в виде восстановленных твердых порошков, либо в виде устойчивых суспензий в растворителях, например в воде или в различных органических растворителях (например, в виде коллоидов). Ввиду нанометровых размеров частиц, такие суспензии нельзя при рассматривании невооруженным глазом отличить от истинных растворов, хотя это возможно с помощью микроскопа, поэтому такие суспензии называются коллоидными растворами. Такие частицы легко наносятся на различные подложки, образуя вполне определенные контуры или цепи.

В последние годы такие металлические наночастицы весьма активно исследуются в связи с их уникальными электронными, оптическими и каталитическими свойствами. Поскольку свет связан с электромагнитным полем, особый интерес представляют оптоэлектронные свойства таких наночастиц. Действительно, будучи металлическими и электропроводными, наночастицы благородных металлов окружены плотным приповерхностным облаком электронов проводимости. При возбуждении этих электронов светом электромагнитное излучение в сочетании с упомянутыми электронами образует комбинированные колебания, распространяющиеся в стороны от поверхности частицы. В результате частицы проявляют специфические характеристики поглощения, отражения, испускания и рассеивания света, которые можно с успехом применить в различных областях, например для детектирования определяемых при анализе веществ, переноса электронов или хранения информации. Большинство исследованных до настоящего времени частиц представляют собой однородные тела, изготовленные из одного и того же металла. Однако в последнее время показана возможность создания нанообъектов, состоящих из различных металлов и имеющих переменную структуру. Это новое достижение открывает пути к их применению в качестве наноштрих-кодов в различных областях.

В связи с широко признанными потенциальными возможностями применения наночастиц в различных областях имеет место непрерывный интерес к разработке новых типов наночастиц и способов их применения.

Суть изобретения

Предложены устойчивые коллоиды композитов металла с электропроводным полимером и способы их получения. Упомянутые коллоиды находят применение в разнообразных областях, в том числе для детектирования определяемых при анализе веществ (аналитов). Предложены также наборы, включающие упомянутые коллоиды.

Краткое описание фигур

Фиг. 1 - определенный методом гель-проникающей высокоэффективной жидкостной хроматографии (ΟΡ-НРЬС) состав поли(тиофен-3-карбоновой кислоты) (слева) и ΡΑΝΙ-СООН (справа). Для сравнения показано (стрелкой) время удерживания бычьего сывороточного альбумина (Β8Α).

Фиг. 2 - стабилизация коллоидных наночастиц золота по отношению к флокуляции солью посредством ΡΑΝΙ-СООН при различных значениях рН.

Фиг. 3 - стабилизация коллоидных наночастиц золота по отношению к флокуляции солью с помощью возрастающих концентраций ΡΑΝΙ-СООН при фиксированном значении рН. Исходные длины волн поглощения ΡΑΝΙ-СООН и наночастиц золота показаны, соответственно, светлыми треугольниками, направленными вершинами вверх и вниз.

Фиг. 4 - постепенная стабилизация коллоидных наночастиц золота по отношению к флокуляции солью с помощью возрастающих концентраций ΡΑΝΙ-СООН при фиксированном значении рН, измеренная по оптической плотности на максимальной длине волны после добавления соли.

Фиг. 5 - видимые области спектров поглощения растворов ΡΑΝΙ-СООН, коллоидных наночастиц золота и композита ΡΑΝΙ-СООН-золото.

Фиг. 6 - спектры поглощения композитного материала при рН 9, взятого непосредственно после синтеза (сплошная линия) и через 3,5 месяца хранения при комнатной температуре (пунктирная линия).

Фиг. 7 - разностные спектры при рН 4,95 и рН 9 для композитного материала (сплошная линия) и раствора ΡΑΝΙ-СООН (пунктирная линия).

Фиг. 8 - кривые доза-реакция, наблюдаемые, соответственно, для ΡΑΝΙ-СООН (светлые кружки) и коллоидного нанокомпозита (черные кружки) после реакции с возрастающими дозами аскорбиновой кислоты. Показаны средние значения ±СКО (стандартное отклонение) для трех параллельных опытов.

Фиг. 9 - влияние глицерина на наноколлоиды золота, измеренное методом разностной спектроскопии.

Фиг. 10 - влияние глицерина на наноколлоиды композита ΡΑΝΙ-СООН-золото, измеренное методом разностной спектроскопии.

Фиг. 11 - изменение характеристик спектральной поглощательной способности наночастиц компо

- 1 011782 зита ΡΑΝΙ-СООН-золото на типичных длинах волн в зависимости от изменения коэффициента преломления среды.

Фиг. 12 - сравнение изменений коэффициента поглощения спектральной поглощательной способности композитного материала на длине волны 350 нм и аналогичных изменений для наночастиц золота на длине волны 575 нм в зависимости от изменения коэффициента преломления среды.

Определения

Если не указано иное, все технические и научные термины, применяемые в настоящем документе, имеют обычные значения, понятные для среднего специалиста в области, к которой относится изобретение. Тем не менее, ниже в целях ясности изложения и упрощения отсылок приведены определения некоторых понятий.

Термин «коллоид» относится к текучей композиции микроскопических частиц, взвешенных в жидкой среде. В типичных коллоидах упомянутые частицы имеют размеры в пределах от 1 нм до 1 мкм.

Термин «коллоид металла» относится к коллоиду, в котором взвешенными микроскопическими частицами являются частицы металла.

Термин «благородный металл» относится к металлам VIII группы Периодической системы и охватывает платину, иридий, палладий и т.п., но не только эти металлы, а также золото, серебро и т.д.

Термин «электропроводный полимер» означает электропроводный полимерный материал. Типичными примерами электропроводных полимеров являются органические полимеры, например парасопряженные органические полимеры. Например, к ним относятся полипирролы, например полипиррол, поли(№замещенный пиррол), поли(3-замещенные пирролы) и поли(3,4-дизамещенные пирролы); политиофены, например политиофен, поли(3-замещенные тиофены), поли(3,4-дизамещенные тиофены) и полибензтиофен; полиизотианафтены, например полиизотианафтен; политиениленвинилены, например политиениленвинилен; поли(п-фениленвинилены), например поли(п-фениленвинилен); полианилины, например полианилин, поли(№замещенные анилины), поли(3-замещенные анилины) и поли(2,3-дизамещенные анилины); полиацетилены, например полиацетилен; полидиацетилены, например полидиацетилен; полиазулены, например полиазулен; полипирены, например полипирен; поликарбазолы, например поликарбазол и поли(№замещенные карбазолы); полиселенофены, например полиселенофен; полифураны, например полифуран и полибензофуран; поли(п-фенилены), например поли(п-фенилен); полииндолы, например полииндол; полипиридазины, например полипиридазин; полиацены, например нафтацен, пентацен, гексацен, гептацен, дибензопентацен, тетрабензопентацен, пирен, дибензпирен, хризен, перилен, коронен, терилен, овален, квотерилен и циркумантрацен; производные (например, трифенодиоксазин, трифенодитиазин, гексацен-6,15-хинон), полученные путем замены некоторых углеродных атомов в полиаценах такими атомами, как Ν, 8 и О, или функциональной группой, например карбонилом; такие полимеры, как поливинилкарбазолы, полифениленсульфид и поливиниленсульфид. Особый интерес в типичных вариантах осуществления изобретения представляют полипиррол, политиофен, полианилин или их производные.

Как известно в технике, электропроводный полимер может быть легирован путем введения в полимерные материалы, содержащие функциональные группы, например диметиламиногруппу, цианогруппу, карбоксил и нитрогруппу, таких материалов, как производные бензохинона и тетрацианэтилена, например тетрацианохинодиметана и его производных, которые действуют как акцепторы электронов, или, например, материалов, содержащих аминогруппу, например аминогруппу, трифенил, алкил, гидроксил, алкоксигруппу и фенил; замещенных аминов, например фенилендиамина; антрацена, бензантрацена, замещенных бензантраценов, пирена, замещенных пиренов, карбазола и его производных и тетратиафульвалена и его производных, которые действуют как доноры электронов. Легирование в значении, употребляемом в настоящем описании, означает, что электроноакцепторные молекулы (акцепторы) или электронодонорные молекулы (доноры) введены в упомянутые тонкие пленки с использованием способов легирования. В качестве легирующих добавок, применяемых по настоящему изобретению, могут быть использованы либо акцепторы, либо доноры.

Термин «коллоид композита металла с электропроводным полимером» относится к коллоиду, полученному из частиц металла, на поверхности которых присутствует электропроводный полимер.

Термин «адсорбция» означает адгезию чрезвычайно тонкого слоя молекул (например, молекул водорастворимого полимера) к поверхности твердых тел, например частиц металла, с которыми они контактируют.

Материал является «водорастворимым», если он растворяется в воде. Что касается электропроводных полимеров по настоящему изобретению, то они считаются водорастворимыми, если по меньшей мере 0,02 г полимера растворяются в по меньшей мере приблизительно 100 мл воды при стандартных условиях температуры и давления (8ΤΡ).

Термин «введение в контакт» в значении, употребляемом в настоящем описании, означает введение в физическое соединение или соприкосновение. Таким образом, первый предмет вводится в контакт со вторым предметом, когда эти два предмета физически соединяются или соприкасаются друг с другом. Термин «объединение» означает такое введение в контакт двух различных композиций, вследствие которого они превращаются в единую композицию.

- 2 011782

Термин «перемешивание» относится к сообщению композиции физического движения, при котором компоненты композиции движутся относительно друг друга. Таким образом, термин «перемешивание» применяется в широком смысле для обозначения смешивания, размешивания и т.п.

Термин «лиганд» в значении, употребляемом в настоящем описании, относится к молекуле любого типа, являющейся членом специфически связанной пары. К лигандам, представляющим интерес, относятся биомолекулы, но не только такие молекулы, причем термин «биомолекула» означает любую органическую или биохимическую молекулу, группу или вещество, представляющие интерес, например такие, которые могут специфически связываться с аналитом, представляющим интерес. К примерам биомолекул относятся пептиды, протеины, аминокислоты и нуклеиновые кислоты, низкомолекулярные органические и неорганические соединения и т. п.

Термин «пептид» в значении, употребляемом в настоящем описании, означает любое соединение, образовавшееся в результате образования амидной связи между карбоксилом аминокислоты и аминогруппой другого вещества.

Термин «олигопептид» в значении, употребляемом в настоящем описании, относится к пептидам, включающим менее приблизительно 10-20 остатков, т.е. мономерных аминокислотных единиц.

Термин «полипептид» в значении, употребляемом в настоящем описании, относится к пептидам, включающим более приблизительно 10-20 остатков, т. е. мономерных аминокислотных единиц. Термины «полипептид» и «протеин» могут использоваться как взаимозаменяемые эквиваленты.

Термин «протеин» в значении, употребляемом в настоящем описании, относится к полипептидам, включающим более приблизительно 50 остатков, и охватывает Ό- и Ь-формы, модифицированные формы и т. п.

Термин «нуклеиновая кислота» в значении, употребляемом в настоящем описании, означает полимер, состоящий из нуклеотидов, например дезоксирибонуклеотидов или рибонуклеотидов, или соединения, полученные синтетическим путем (например, полинуклеиновая кислота (ΡΝΑ), описанная в патенте США № 5948902 и публикациях, на которые в упомянутом патенте имеются ссылки), которые могут гибридизироваться с природными нуклеиновыми кислотами, например принимать участие во взаимодействиях спаривания оснований по Уотсону-Крику (Уа18оп-Спек).

Термины «нуклеозид» и «нуклеотид» охватывают фрагменты, содержащие не только известные пуриновые и пиримидиновые основания, но и другие гетероциклические основания, которые модифицированы. К таким модификациям относятся метилированные пурины или пиримидины, ацилированные пурины или пиримидины или другие гетероциклы. Кроме того, термины «нуклеозид» и «нуклеотид» охватывают фрагменты, содержащие не только обычные сахара - рибозу и деоксирибозу, но и другие сахара. К модифицированным нуклеозидам или нуклеотидам относятся также соединения, модифицированные по сахаридному фрагменту, например, в которых один или несколько гидроксилов заменены атомами галогенов или алифатическими радикалами либо функционализированы, например, простыми эфирами, аминогруппами и т.п.

Интерес представляют также низкомолекулярные органические и неорганические соединения. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения в качестве лигандов представляют интерес органические низкомолекулярные соединения, имеющие молекулярную массу более чем 50 Да и менее чем 2500 Да. Низкомолекулярные органические соединения могут содержать функциональные группы, необходимые для структурного взаимодействия с протеинами, в частности для образования водородных связей, и в типичных случаях содержат по меньшей мере одну аминогруппу, карбонил, гидроксил или карбоксил, предпочтительно по меньшей мере две функциональные химические группы. Такие соединения могут включать карбоциклические или гетероциклические структурные фрагменты и/или ароматические или полиароматические структурные фрагменты, замещенные одной или несколькими вышеупомянутыми функциональными группами.

В некоторых вариантах для непрямого связывания лиганда с поверхностью наночастицы композита используются мостиковые группы. В случаях использования мостиковых групп такие группы выбирают с расчетом на обеспечение ковалентного связывания лиганда с поверхностью посредством мостиковой группы. Мостиковые группы, представляющие интерес, могут варьироваться в широких пределах в зависимости от природы мишени и блокирующих фрагментов лиганда. Специалистам в отрасли известны разнообразные мостиковые группы, которые могут находить применение в бифункциональных молекулах по настоящему изобретению. Как правило, такие мостиковые группы включают промежуточную группу, имеющую на одном из концов реакционноспособную функциональную группу, способную ковалентно связываться с лигандом или с поверхностью. Промежуточные группы, представляющие интерес, могут включать алифатические и ненасыщенные углеводородные цепи, группы, содержащие гетероатомы, например кислород (простые эфиры, например полиэтиленгликоль) или азот (полиамины), пептиды, углеводы, циклические или ациклические системы, которые могут содержать гетероатомы. Промежуточные группы могут также включать лиганды, связывающиеся с металлом, так что в присутствии иона металла два или несколько лигандов связываются координационно, образуя комплекс. К конкретным промежуточным группам относятся 1,4-диаминогексан, ксилилендиамин, терефталевая кислота, 3,6-диоксаоктандикарбоновая кислота, этилендиамин-ХХдиуксусная кислота, 1,1'-этилен-бис(5-оксо-3-пирроли

- 3 011782 дин-карбоновая кислота), 4,4'-этилендипиперидин. К потенциальным реакционноспособным функциональным группам относятся нуклеофильные функциональные группы (амины, спирты, тиолы, гидразиды), электрофильные функциональные группы (альдегиды, сложные эфиры, винилкетоны, эпоксиды, изоцианаты, малеинимиды), функциональные группы, способные к реакциям присоединения с циклизацией, к образованию дисульфидных связей или к связыванию с металлами. К конкретным примерам относятся первичные и вторичные амины, гидроксамовые кислоты, Ν-гидроксисукцинимидиловые сложные эфиры, Ν-гидроксисукцинимидилкарбонаты, оксикарбонилимидазолы, нитрофениловые сложные эфиры, трифторэтиловые сложные эфиры, глицидиловые простые эфиры, винилсульфоны и малеинимиды. К конкретным мостиковым группам, которые могут найти применение в бифункциональных молекулах по настоящему изобретению, относятся гетерофункциональные соединения, например азидобензоилгидразид, №[4-(п-азидосалициламино)бутил]-3'-[2'-пиридилдитио]пропионамид), бис-сульфосукцинимидилсуберат, диметиладипимидат, дисукцинимидилтартрат, Ν-малеинимидобутирилоксисукцинимидный сложный эфир, №гидроксисульфосукцинимидил-4-азидобензоат, №сукцинимидил[4-азидофенил]-1,3'дитиопропионат, №сукцинимидил[4-иодацетил]аминобензоат, глутаровый альдегид и сукцинимидил-4[№малеинимидометил]циклогексан-1-карбоксилат, Ν-гидроксисукцинимидный сложный эфир 3-(2-пиридилдитио)пропионовой кислоты (8ΡΌΡ), Ν-гидроксисукцинимидный сложный эфир 4-(№малеинамидометил)циклогексан-1-карбоновой кислоты (8МСС) и т.д.

Термины «рибонуклеиновая кислота» и «РНК (ΚΝΆ)» в значении, употребляемом в настоящем описании, относятся к полимеру, состоящему из рибонуклеотидов.

Термин «однородный» означает, что композиция является одинаковой или близкой по типу и природе по всему объему, т.е. имеет одинаковую структуру или состав по всему объему.

Термины «дезоксирибонуклеиновая кислота» и «ДНК (ΌΝΆ)» в значении, употребляемом в настоящем описании, относятся к полимеру, состоящему из дезоксирибонуклеотидов.

Термин «олигонуклеотид» в значении, употребляемом в настоящем описании, обозначает однонитчатые нуклеотидные мультимеры, соответствующие по длине от приблизительно 10-100 и до 200 нуклеотидов.

«Биополимер» означает полимер, включающий один или несколько типов повторяющихся звеньев. Биополимеры, как правило, входят в состав биологических систем (хотя они могут быть получены также синтетически) и могут включать пептиды или полинуклеотиды, а также такие соединения, состоящие из аналогов аминокислот или неаминокислотных групп или из аналогов нуклеотидов или ненуклеотидных групп, либо содержащие такие аналоги или группы. К ним относятся полинуклеотиды, в которых обычный скелет заменен не встречающимся в природе или синтетическим скелетом, и нуклеиновые кислоты (либо их синтетические или природные аналоги), в которых одно или несколько обычных оснований заменены группой (природной или синтетической), способной участвовать во взаимодействиях типа Уотсона-Крика с образованием водородных связей. Полинуклеотиды включают однонитчатые или многонитчатые конфигурации, где одна или несколько нитей могут полностью или не полностью соответствовать друг другу. Например, термин «биополимер» может охватывать ДНК (в том числе к-ДНК), РНК, олигонуклеотиды и ПНК или другие полинуклеотиды, описанные в патенте США № 5948902 и источниках, на которые в упомянутом патенте имеются ссылки, независимо от их источника.

Выражение «оптическое свойство» относится к оптическому параметру, т.е. к свойству, значение которого определяет характеристику или поведение объекта, причем неограничительный перечень типичных оптических свойств включает светопоглощение, светоиспускание, светоотражение и светорассеяние.

Термины «сравнительный» и «контрольный» употребляются взаимозаменяемо для обозначения известного значения или совокупности известных значений, с которыми можно сравнивать наблюдаемое значение. В смысле, употребляемом в настоящем описании, термин «известный» означает, что упомянутое значение характеризует понятный параметр, например светопоглощение, светоиспускание и т.д.

Термины «оценка» и «определение» употребляются взаимозаменяемо для обозначения любой формы измерения и охватывают определение присутствия или отсутствия объекта измерения. Термины «определение», «измерение», «оценка» и «испытание» употребляются взаимозаменяемо и охватывают как количественные, так и качественные определения. Оценка может быть относительной или абсолютной. «Оценка присутствия» охватывает определение количества присутствующего объекта измерения, а также определение присутствия или отсутствия объекта.

Термин «детектирование» означает количественную или качественную констатацию сигнала.

Термин «связывание» означает соединение двух объектов, соединяющихся между собой с образованием устойчивой структуры композита. В некоторых случаях связывание двух комплементарных нуклеиновых кислот может называться специфичной гибридизацией. Термины «специфичная гибридизация», «специфично гибридизированный с...» и «селективно гибридизироваться с...» употребляются взаимозаменяемо и относятся к связыванию, дупликации или гибридизации молекулы нуклеиновой кислоты, предпочтительно к конкретной нуклеотидной последовательности в точно определенных условиях.

Термин «отбор» («скрининг») означает определение наличия или присутствия представляющего интерес объекта или явления, например аналита, признака и т.п. В значении, употребляемом в настоящем

- 4 011782 описании, термин «определение» означает идентификацию, т.е. установление, оценку, определение или измерение значения, представляющего интерес, например параметра гибридизации. Это значение может определяться качественно (например, как присутствие или отсутствие) или количественно, причем количественное определение может быть относительным (т.е. в единицах по отношению к контролю, т.е. сравнительному значению) или абсолютным (например, когда определяется количество реальных молекул).

Термин «образец» («проба») в значении, употребляемом в настоящем описании, относится к текучей композиции, причем в некоторых случаях текучая композиция является композицией на водной основе.

Описание конкретных вариантов осуществления изобретения

Предложены устойчивые коллоиды композита металла с электропроводным полимером и способы их получения. Коллоиды по настоящему изобретению находят применение в разнообразных областях, в том числе для детектирования анализируемых веществ. Предложены также наборы, включающие упомянутые коллоиды.

Прежде чем описывать настоящее изобретение более подробно, следует отметить, что это изобретение не ограничено конкретными описываемыми вариантами осуществления, поскольку они, разумеется, могут видоизменяться. Следует также иметь в виду, что терминология, употребляемая в настоящем описании, предназначена лишь для целей описания конкретных вариантов его осуществления и не имеет ограничительного значения, поскольку объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.

В случаях, когда предлагается диапазон значений, имеется в виду, что изобретение охватывает каждое промежуточное значение (с точностью до 0,1 единицы нижнего предельного значения, если в контексте явно не указано иное), лежащее в пределах между верхним и нижним пределами указанного диапазона, а также любое иное установленное или промежуточное значение. Верхние и нижние пределы этих суженных диапазонов могут быть независимо друг от друга включены в упомянутые суженные диапазоны и также охватываются изобретением, с учетом специфического исключения любого предела из установленного диапазона. Если установленный диапазон включает один или оба упомянутых предела, то диапазоны, исключающие любой из пределов или оба предела, также включены в объем изобретения.

Если не определено иное, все технические и научные термины, употребляемые в настоящем описании, имеют общеупотребительные значения, понятные специалистам в области, к которой относится изобретение. Ниже описаны типовые иллюстративные методы и материалы, хотя в практике испытания настоящего изобретения могут быть применены любые методы и материалы, аналогичные описанным в настоящем документе.

Все публикации и патенты, на которые в настоящем документе имеются ссылки, включены в настоящее описание путем ссылок, как если бы для каждой публикации или патента было специально и отдельно указано на ее включение в настоящее описание путем ссылки с целью раскрытия и описания методов и/или материалов, в связи с которыми даны ссылки на эти публикации. Упоминание о любой публикации дано для раскрытия ее содержания до даты подачи настоящей заявки и не должно рассматриваться как допущение, что настоящее изобретение не дает права датировать такую публикацию более ранним числом в силу предшествующего изобретения. Далее, указанные даты опубликования могут отличаться от действительных дат опубликования, которые могут нуждаться в независимом подтверждении.

Следует иметь в виду, что употребленные в настоящем описании и формуле изобретения формы единственного числа охватывают множества объектов, если в контексте явно не указано иное. Кроме того, следует отметить, что пункты формулы изобретения могут быть сформулированы так, чтобы исключить любой необязательный элемент или признак. Это утверждение служит априорной основой для применения такой исключающей терминологии, как «только», «исключительно» и т.п., в связи с перечислением элементов или признаков формулы изобретения или с применением «отрицательного» ограничения.

Как будет очевидно для специалиста в отрасли при чтении настоящего описания, каждый из отдельных вариантов осуществления изобретения, описанный и иллюстрированный в описании, содержит дискретные составляющие и признаки, которые могут быть легко отделены от признаков любых других вариантов или объединены с такими признаками без выхода за пределы объема или сущности настоящего изобретения. Любой изложенный способ может быть осуществлен в описанном порядке операций или в любом другом логически возможном порядке.

Как кратко указано выше, настоящее изобретение предлагает устойчивые коллоиды композита металла с электропроводным полимером и способы их получения и применения. В нижеследующем описании изобретения вначале более подробно рассматриваются типичные варианты предлагаемых коллоидов, а затем рассматриваются типичные методики их получения и способы применения упомянутых коллоидов. Далее дан обзор типичных наборов, включающих предлагаемые коллоиды.

Коллоиды композита металла с электропроводным полимером

Как кратко указано выше, настоящее изобретение предлагает коллоиды композита металла с электропроводным полимером. Отличительным признаком предлагаемых коллоидов является то, что они устойчивы. В значении, употребляемом в настоящем описании, термин «устойчивый» означает способность частиц коллоида оставаться во взвешенном состоянии в несущей среде коллоида, т. е., что частицы

- 5 011782 коллоида не осаждаются из суспензии в сколько-нибудь значительной степени. Что касается предлагаемых коллоидов, то они остаются устойчивыми при пребывании в стандартных условиях температуры и давления (8ТР) в течение периода не менее приблизительно 1 месяца, например не менее приблизительно 3 месяцев, в том числе не менее приблизительно 6 месяцев, и в типичных вариантах осуществления устойчивы в течение периода до 1 года, например до 2 лет или более, в том числе до 5 лет или более.

Поскольку предлагаемые коллоиды являются композитами металлов с электропроводными полимерами, они включают как металлический компонент, так и электропроводный полимерный компонент. Металлическим компонентом предлагаемых коллоидов в типичных вариантах осуществления является благородный металл. Как указано выше, к благородным металлам, представляющим интерес, относятся металлы VIII группы Периодической системы, в том числе (но не только) платина, иридий, палладий и т.п., а также золото, серебро и т.п.

Термин «электропроводный полимер» означает электропроводный полимерный материал. В типичных вариантах осуществления изобретения электропроводными полимерами являются органические полимеры, например парасопряженные органические полимеры. Могут быть использованы, например, полипирролы, например полипиррол, поли(Ы-замещенный пиррол), поли(3-замещенные пирролы) и поли(3,4-дизамещенные пирролы); политиофены, например политиофен, поли(3-замещенные тиофены), поли(3,4-дизамещенные тиофены) и полибензтиофен; полиизотианафтены, например полиизотианафтен; политиениленвинилены, например политиениленвинилен; поли(п-фениленвинилены), например поли(пфениленвинилен); полианилины, например полианилин, поли(Ы-замещенные анилины), поли(3-замещенные анилины) и поли(2,3-дизамещенные анилины); полиацетилены, например полиацетилен; полидиацетилены, например полидиацетилен; полиазулены, например полиазулен; полипирены, например полипирен; поликарбазолы, например поликарбазол и поли(Ы-замещенные карбазолы); полиселенофены, например полиселенофен; полифураны, например полифуран и полибензофуран; поли(п-фенилены), например поли(п-фенилен); полииндолы, например полииндол; полипиридазины, например полипиридазин; полиацены, например нафтацен, пентацен, гексацен, гептацен, дибензопентацен, тетрабензопентацен, пирен, дибензпирен, хризен, перилен, коронен, терилен, овален, квотерилен и циркумантрацен; производные (например, трифенодиоксазин, трифенодитиазин, гексацен-6,15-хинон), полученные путем замены некоторых углеродных атомов в полиаценах такими атомами, как Ν, 8 и О, или функциональной группой, например карбонилом; такие полимеры, как поливинилкарбазолы, полифениленсульфид и поливиниленсульфид. Особый интерес в типичных вариантах осуществления изобретения представляют полипиррол, политиофен, полианилин или их производные. В типичных вариантах осуществления изобретения полимером является водорастворимый электропроводный полимер. В некоторых из этих вариантов водорастворимым электропроводным полимером является замещенный органический электропроводный полимер, причем этот полимер содержит ионизируемую группу или группы. Термин «ионизируемая группа» означает группу, которая при соответствующем значении рН может нести результирующий положительный или отрицательный заряд. К ионизируемым группам, представляющим интерес, относятся карбоксилы, аминогруппы и т.п., но не только они. В некоторых вариантах водорастворимым электропроводным полимером является замещенный полианилин, например полианилин, замещенный ионизируемыми группами, например карбоксилами, такими как поли(анилин-2-карбоновая кислота).

В предлагаемых коллоидах частицы металла имеют поверхностное покрытие электропроводным полимером и суспендированы в жидкой среде, в типичных случаях в водной среде. Термин «поверхностное покрытие» означает, что по меньшей мере часть поверхности частиц или вся поверхность частиц покрыта слоем молекул электропроводного полимера. В типичных вариантах этот слой или покрытие из электропроводного полимера представляет собой монослой, т. е. поверхность частиц покрыта одним слоем молекул полимера.

Размеры частиц могут быть различными, однако, в типичных вариантах они лежат в пределах от приблизительно 1 нм до приблизительно 1 мкм, например от приблизительно 1 до приблизительно 100 нм, в том числе от приблизительно 30 до приблизительно 60 нм. В типичных вариантах частицы имеют узкий диапазон распределения по размерам. Понятие «узкий диапазон распределения частиц по размерам» означает, что стандартное отклонение размеров частиц не превышает приблизительно 30%, а в некоторых типичных вариантах не превышает приблизительно 20%, например не превышает приблизительно 17%, в том числе не превышает приблизительно 10% от среднего диаметра.

Что касается полимерного компонента предлагаемых композитов, то упомянутый полимерный компонент имеет среднюю молекулярную массу в пределах от приблизительно 1500 до приблизительно 32000 Да, например от приблизительно 5000 до приблизительно 7000 Да, в том числе в пределах от приблизительно 23000 до приблизительно 27000 Да. Далее, полимерный компонент характеризуется узким диапазоном дисперсности, так что по меньшей мере приблизительно 45%, в частности по меньшей мере приблизительно 25%, количества молекул полимера, адсорбированных на поверхности частиц, имеют молекулярную массу, составляющую по меньшей мере приблизительно 55%, например по меньшей мере приблизительно 75%, средней молекулярной массы всех молекул, адсорбированных на этой поверхности.

Вследствие вышеуказанных отличительных признаков, касающихся узкого диапазона распределения размеров частиц и узкого диапазона дисперсности, коллоиды являются однородными или равномер

- 6 011782 ными в отношении покрытых полимером частиц коллоидов.

Плотность коллоидов может быть различной, однако, в типичных вариантах осуществления изобретения она составляет по меньшей мере приблизительно 1,01, например по меньшей мере приблизительно 1,05, и может достигать значений 1,30 или более, причем плотность может лежать в пределах от приблизительно 1,07 до приблизительно 1,10, например от приблизительно 1,085 до приблизительно 1,095, по отношению к плотности воды при 20°С.

Концентрация частиц предлагаемых коллоидов в жидкой среде может быть различной, однако, в некоторых вариантах она лежит в пределах от приблизительно 1х10¹⁰ до приблизительно 1х10¹⁵ ч./мл, например от приблизительно 1Х10¹¹ до приблизительно 5Х10¹¹ ч./мл, в том числе от приблизительно 2Х10¹¹ до приблизительно 3,75х10^п ч./мл.

В некоторых вариантах металлический и электропроводный полимерный компоненты согласованы относительно оптического параметра, например, по спектральной поглощательной способности. В типичных вариантах металлический и электропроводный полимерный компоненты подобраны таким образом, что значения их максимумов спектральной поглощательной способности, измеренные по отдельности для каждого компонента по методике, описанной ниже в экспериментальной части, отличаются друг от друга менее чем приблизительно на 50 нм, например менее чем приблизительно на 40 нм, в том числе менее чем приблизительно на 25 нм. «Общий» максимум спектральной поглощательной способности (т.е. среднее значение для двух максимумов отдельных компонентов) может быть различным и варьирует в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 10, например от приблизительно 3 до приблизительно 4. Типичными неограничительными примерами согласованных пар металл/электропроводный полимер, представляющих интерес, являются золото/полианилины, например золото/поли(анилин-2-карбоновая кислота), серебро/поли(тиофен-3-карбоновая кислота) и т.п.

В некоторых вариантах композитный коллоид более чувствителен к изменениям показателя преломления жидкой среды, в которой он суспендирован, по сравнению с контрольным коллоидом, полученным на основе частиц металла, не покрытых электропроводным полимером. Выражение «более чувствителен» означает чувствительность, повышенную по меньшей мере приблизительно в 10 раз, например по меньшей мере приблизительно в 100 раз, в том числе по меньшей мере приблизительно в 1000 раз, по сравнению с контролем, определенную при испытании, описанном ниже в экспериментальной части.

В некоторых вариантах упомянутые частицы имеют на своей поверхности связанный лиганд, например фрагмент, который специфически связывается с представляющим интерес определяемым веществом (аналитом), терапевтически активный фрагмент и т.п. Выражение «связанный» означает, что лиганд иммобилизован на поверхности частицы, причем этот лиганд может быть связан с поверхностью частицы ковалентно или нековалентно. Плотность лиганда на поверхности частицы может быть различной и лежать в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 50 молекул, например от приблизительно 5 до приблизительно 25 молекул, на одну частицу.

Как указано выше, на поверхности частиц предлагаемых коллоидов могут присутствовать разнообразные типы связанных лигандов. В некоторых вариантах конкретный присутствующий лиганд зависит от природы аналита, который следует связывать этим лигандом в конкретном случае применения, например при детектировании аналитов в рассмотренных ниже случаях. К неограничительным примерам представляющих интерес лигандов относятся упомянутые выше лиганды, например нуклеиновые кислоты, пептиды и т. д.

Значение рН коллоида может быть различным и в типичных вариантах лежит в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 12, например от приблизительно 4,5 до приблизительно 9,0. Коллоиды могут включать, помимо частиц металла, покрытых полимером, различные дополнительные компоненты, причем неограничительными примерами представляющих интерес дополнительных компонентов являются соли, буферные соединения, поверхностно-активные вещества, стабилизаторы и т.д.

В некоторых типичных вариантах упомянутый коллоид, практически, не содержит неадсорбированного полимера, т. е. в жидком компоненте коллоида свободный полимер отсутствует либо присутствует в незначительном количестве. Концентрация свободного полимера в жидкой среде коллоида в случае его присутствия не превышает приблизительно 5%, более конкретно не превышает приблизительно 1%, использованного количества полимера.

Способы получения

Предлагаемые коллоиды могут быть получены любым удобным способом, обеспечивающим получение коллоида по настоящему изобретению, например описанного выше. Согласно одному типичному варианту осуществления изобретения исходный коллоид металла (коллоид-прекурсор) и водорастворимый электропроводный полимер объединяют способом, обеспечивающим адсорбцию водорастворимого электропроводного полимера на поверхности частиц коллоида металла с образованием, таким образом, композитного коллоида по настоящему изобретению.

Согласно типичным вариантам осуществления изобретения первый объем коллоида металла объединяют со вторым объемом раствора водорастворимого полимера. Отношение объемов коллоида и полимера может быть различным, но в некоторых вариантах лежит в пределах от приблизительно 100 до

- 7 011782 приблизительно 1, например от приблизительно 50 до приблизительно 20, в том числе от приблизительно 10 до приблизительно 5. Согласно некоторым вариантам коллоид и раствор полимера объединяют путем введения объема раствора полимера в коллоид. В некоторых вариантах объединение объемов осуществляют с перемешиванием, например путем механического перемешивания одной из жидкостей во время прибавления к ней другой жидкости, путем объединения объемов при перемещении, например встряхивании, контейнера, в котором жидкости объединяют, и т. п.

Коллоид металла, объединяемый с водорастворимым полимером, в типичных вариантах представляет собой коллоид благородного металла, суспендированного в водной жидкой среде. В типичных примерах коллоид является однородным с точки зрения природы частиц металла, при этом упомянутые частицы имеют средний диаметр, лежащий в пределах от приблизительно 2 нм до приблизительно 1 мкм, например от приблизительно 3 до приблизительно 60 нм, в том числе от приблизительно 5 до приблизительно 30 нм, и узкий диапазон распределения по размерам, как описано выше. В типичных вариантах плотность частиц в среде лежит в пределах от приблизительно 1,01 до приблизительно 1,30, например от приблизительно 1,02 до приблизительно 1,10. В типичных вариантах рН коллоида выбирают таким образом, чтобы обеспечить отрицательную заряженность поверхности частиц коллоида, причем рН может лежать в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 12, включая от приблизительно 1 до приблизительно 10, например от приблизительно 3 до приблизительно 5.

В типичных вариантах раствор водорастворимого полимера представляет собой раствор водорастворимого электропроводного полимера, как описано выше, причем концентрация полимера в растворе может лежать в пределах от приблизительно 0,02 г/100 мл до приблизительно 2 г/100 мл, например от приблизительно 0,02 г/100 мл до приблизительно 0,5 г/100 мл, в том числе от приблизительно 0,2 г/100 мл до приблизительно 0,3 г/100 мл. Средняя молекулярная масса полимера в типичных вариантах лежит в пределах от приблизительно 1500 до приблизительно 32000 Да, например от приблизительно 5000 до приблизительно 7000 Да, причем полимер характеризуется узким диапазоном дисперсности, так что по меньшей мере приблизительно 55%, например по меньшей мере приблизительно 75%, полимеров, присутствующих в растворе, имеют молекулярную массу, составляющую по меньшей мере от приблизительно 90 до приблизительно 110%, например по меньшей мере от приблизительно 95 до приблизительно 105%, средней молекулярной массы. В некоторых вариантах значение рН водорастворимого полимера выбрано таким образом, что водорастворимые полимеры заряжены положительно, при этом рН в типичных вариантах может лежать в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 7, например от приблизительно 3 до приблизительно 5.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения объемы коллоида металла и раствора водорастворимого полимера, объединяемых на этой стадии, а также их параметры (например, плотность, рН, концентрация и т.п.) определяют заранее с расчетом на получение целевого композитного коллоида, устойчивого и, практически, свободного от полимера, содержавшегося в фазе раствора, причем выражение «практически, свободного от полимера, содержавшегося в фазе раствора» означает, что концентрация полимера, содержавшегося в фазе раствора, составляет менее чем приблизительно 5%, например менее чем приблизительно 1%. Отличительным признаком этих вариантов является то, что целевой коллоид получают без применения какой-либо промывки или иной стадии, предназначенной для удаления из полученного коллоида полимера, содержавшегося в фазе раствора. Соответствующие объемы и параметры компонентов, обеспечивающие реализацию таких вариантов предлагаемых способов, можно определить, используя методики, рассматриваемые ниже в экспериментальной части.

При объединении коллоида металла и водорастворимого полимера эти два компонента объединяют, получая реакционную смесь, и полученную смесь выдерживают в течение периода времени, достаточного для образования целевого продукта. Как правило, реакционную смесь выдерживают при температуре в пределах от приблизительно 15 до приблизительно 30°С, например от приблизительно 18 до приблизительно 22°С, в течение периода времени от приблизительно 5 до приблизительно 60 мин, например от приблизительно 10 до приблизительно 20 мин. В некоторых вариантах способы реализации изобретения могут дополнительно включать стадию модифицирования поверхности частиц композитного коллоида с целью связывания лиганда, например лиганда, специфически связывающегося с представляющим интерес аналитом. При желании лиганд может быть иммобилизован на поверхности частиц непосредственно или опосредованно, например через посредство мостиковой группы, с использованием любой соответствующей методики, например с применением ковалентного или нековалентного связывания лиганда с частицей, например непосредственно с металлическим компонентом либо с полимером, присутствующим на поверхности частицы, например путем проведения реакции с функциональной группой, присутствующей в молекуле полимера. В качестве лиганда можно применять любой из многочисленных типов молекул, например нуклеиновые кислоты, пептиды, низкомолекулярные органические и неорганические соединения и т. п., упомянутые выше. Как указано выше, при желании реакционную смесь можно перемешивать.

Полезность

Коллоиды по настоящему изобретению, описанные выше, можно применять для множества различных целей. Например, предлагаемые коллоиды можно применять для скрининга проб по признаку при

- 8 011782 сутствия или отсутствия в пробе одного или нескольких целевых определяемых веществ. Таким образом, изобретение предлагает способы детектирования присутствия одного или нескольких целевых определяемых веществ (аналитов) в пробе.

При таком применении определенный объем коллоида, например, содержащего лиганд, специфичный к данному аналиту, вводят в контакт с подвергаемой скринингу пробой и контролируют оптический параметр коллоида с целью обнаружения его изменения, например изменения светопоглощения коллоида на определенной длине волны. На этой стадии можно оценивать или контролировать любой удобный для этой цели оптический параметр, при этом неограничительными примерами типичных параметров являются поглощение, рассеивание, флуоресценция, люминесценция и т.п. Оптический параметр можно контролировать с применением любого удобного для этого устройства и методики, причем соответствующие методики хорошо известны специалистам в отрасли, а типичные методики более подробно описаны ниже в экспериментальной части. Затем наличие или отсутствие изменения оптического параметра используют как основу для суждения о присутствии или отсутствии в пробе представляющего интерес аналита.

В наиболее широком смысле способы могут быть качественными или количественными. Если детектирование является качественным, то рассматриваемые способы обеспечивают обнаружение или определение, например оценивание, присутствия или отсутствия в испытуемой пробе целевого аналита. Согласно другим вариантам осуществления изобретения предлагаемые способы обеспечивают количественное детектирование присутствия в пробе целевого аналита, т. е. определение или измерение реального количества целевого аналита в испытуемой пробе. В таких вариантах количественное определение может быть абсолютным либо, если способ предназначен для детектирования двух или нескольких целевых аналитов в пробе, относительным. Термин «количественное определение» применительно к количественному определению целевого аналита (аналитов) в пробе может относиться к абсолютному или относительному количественному определению. Абсолютное количественное определение можно осуществлять путем введения в пробу известной концентрации (концентраций) одного или нескольких контрольных аналитов и сопоставления детектированного уровня сигнала целевого аналита с известными сигналами от контрольных аналитов (например, посредством построения градуировочной кривой). Согласно альтернативным вариантам может быть осуществлено относительное количественное определение путем сопоставления детектированных уровней сигнала или количеств двух или нескольких различных целевых аналитов для обеспечения относительного количественного определения каждого из двух или нескольких различных целевых аналитов, например, по отношению друг к другу.

Способы по настоящему изобретению можно применять для детектирования присутствия одного или нескольких различных целевых аналитов в разнообразных пробах, в том числе в сложных пробах, содержащих в больших количествах не представляющие интереса вещества, причем предлагаемые способы обеспечивают детектирование целевого аналита (аналитов) с высокой чувствительностью. Таким образом, предлагаемые способы являются высокочувствительными способами детектирования одного или нескольких целевых аналитов в простых или сложных пробах. Пробы, испытываемые по предлагаемым способам, в некоторых вариантах берутся из физиологических источников. Физиологические источники могут быть эукариотными или прокариотными. К физиологическим источникам, представляющим интерес, относятся источники, происходящие от одноклеточных организмов, например бактерий и дрожжевых грибков, и от многоклеточных организмов, в том числе от растений и животных, в частности от млекопитающих, при этом физиологические источники из многоклеточных организмов могут происходить от конкретных органов или тканей многоклеточного организма либо от изолированных клеток или субклеточных или внеклеточных фракций, полученных из этих органов или тканей.

Способы по настоящему изобретению могут быть применены для детектирования широкого разнообразия аналитов. Аналиты, представляющие интерес, могут иметь форму твердых веществ, жидкостей или газов (например, органофосфатов и т.п.). Аналитами, представляющими интерес, могут являться протеиноподобные молекулы, неограничительными примерами которых являются протеиноподобные аналиты, например пептиды и протеины либо их фрагменты, а также прионы и другие протеиноподобные типы аналитов, причем аналитом может быть одиночная молекула, комплекс, включающий две или несколько молекулярных субъединиц, которые могут быть связаны между собой ковалентно или нековалентно, микроорганизм, например вирус или одноклеточный патогенный фактор, клетка, многоклеточный организм или его часть и т. д.

Кроме того, способы по настоящему изобретению можно применять также для отбора (скрининга) соединений, модулирующих взаимодействие конкретных пар связывающихся членов. Термин «модулирование» охватывает как ослабление (например, ингибирование), так и усиление взаимодействия между двумя молекулами. Например, если коллоид содержит первый член связывающейся пары и этот коллоид вводится в контакт со вторым членом в присутствии подлежащего скринингу вещества (кандидата), то можно определить или оценить влияние вещества-кандидата на взаимодействие членов связывающейся пары.

Вышеупомянутые способы можно применять для скрининга разнообразных веществ-кандидатов. К веществам-кандидатам относятся соединения разнообразных химических классов, однако, в типичных

- 9 011782 случаях они являются органическими молекулами, предпочтительно низкомолекулярными органическими соединениями, имеющими молекулярную массу более чем 50 и менее чем приблизительно 2500 Да. Вещества-кандидаты включают функциональные группы, необходимые для структурного взаимодействия с протеинами, в частности для образования водородных связей, и в типичных случаях содержат по меньшей мере одну аминогруппу, карбонил, гидроксил или карбоксил, предпочтительно по меньшей мере две упомянутые химические функциональные группы. Вещества-кандидаты часто включают карбоциклические или гетероциклические структуры и/или ароматические или полиароматические структуры, замещенные одной или несколькими вышеупомянутыми функциональными группами. Веществакандидаты также можно найти среди биомолекул, к которым относятся пептиды, сахариды, жирные кислоты, стероиды, пурины, пиримидины, их производные, структурные аналоги или сочетания таких соединений.

Вещества-кандидаты получают из разнообразных источников, в том числе из библиотек синтетических или природных соединений. Например, многочисленные средства можно получить путем нецеленаправленного и направленного синтеза широкого разнообразия органических соединений и биомолекул, в том числе путем экспрессии рандомизированных олигонуклеотидов и олигопептидов. По альтернативным вариантам на рынке имеются или могут быть легко получены библиотеки природных соединений в форме экстрактов из бактерий, грибков, растений или животных организмов. Кроме того, природные или синтетически полученные библиотеки и соединения легко поддаются модифицированию известными химическими, физическими и биохимическими средствами и могут использоваться для получения комбинаторных библиотек. Известные фармакологические средства могут быть подвергнуты направленному или ненаправленному химическому модифицированию, например ацилированию, алкилированию, эстерификации, амидированию и т. п., для получения структурных аналогов.

Действующие вещества, идентифицированные в процессе вышеупомянутого скрининга, находят применение в разнообразных методах, в том числе в методах модулирования активности целевого аналита и в условиях, связанных с его присутствием и/или действием.

Дополнительная область применения коллоидов по настоящему изобретению включает терапевтическое применение, например в качестве носителей для доставки лекарственных веществ. Например, лекарственное средство может быть иммобилизовано на поверхности наночастиц и в организм субъекта с целью его лечения может быть введено эффективное количество коллоида, приготовленного из таких наночастиц. При желании наночастицы коллоида можно дополнительно модифицировать, связывая их с группами, обеспечивающими направленную доставку к мишени, т. е. направление наночастиц в необходимую область организма пациента.

Наборы и системы

Как указано выше, изобретение предлагает также наборы и системы для применения при реализации способов по настоящему изобретению. Такие наборы и системы включают, по меньшей мере, вышеописанные коллоиды по настоящему изобретению или их компоненты. Наборы и системы могут включать также различные необязательные компоненты, находящие применение в способах по настоящему изобретению. К необязательным компонентам, представляющим интерес, относятся буферы и т.п.

В некоторых вариантах наборов по настоящему изобретению упомянутые наборы дополнительно содержат инструкции по реализации предлагаемых способов или средства для получения таких инструкций (например, наименование сайта, отправляющего пользователя к странице, где описаны соответствующие инструкции), причем эти инструкции, как правило, отпечатаны на носителе. Носителем может служить один или несколько следующих предметов: вкладыш в упаковку, упаковка, контейнеры с реагентами и т. п. В предлагаемых наборах один или несколько компонентов могут содержаться в одном или нескольких контейнерах в зависимости от удобства или желания.

Нижеприведенные примеры даны с иллюстративной целью и не имеют ограничительного характера.

Экспериментальная часть

Ниже описаны процесс получения наночастиц композита полианилина на коллоидном золоте и определение оптоэлектронных характеристик синтезированного материала.

I. Синтез.

А. Синтез водорастворимой поли(анилин-2-карбоновой кислоты) (ΡΑΝΙ-СООН).

Указанный синтез состоит в окислении мономера в водном растворе хлоридом железа по методике, подробно описанной ранее (Энглебьен, Вейланд - Ρ. ЕпДсЫсппс. М. ХУеПапД «Водорастворимый электропроводный полимер в гомогенном иммунохимическом анализе (8ΟΡΗΙΑ): новый способ иммунохимического анализа, поддающийся автоматизации», 1ттипо1. Мс11юб5 1996, 191, 159-170; Энглебьен, Вейланд, «Синтез водорастворимых карбоксилсодержащих и замещенных уксусной кислотой политиофенов и использование их фотохимических свойств в гомогенном конкурентном иммунохимическом анализе», С1ет. Соттип., 1996, 1651-1652; Энглебьен, «Индикаторные реагенты для обнаружения или количественного определения аналита, наборы, содержащие их, и методики обнаружения или количественного определения», Еиг. Ра1. 0623822, 1994). Политиофены также можно получить по той же методике, однако, с использованием при окислении кроме хлорида железа пероксидисульфата аммония. На конечном этапе синтеза повышают рН до 12 с помощью чешуированного ΝαΟΗ с целью осаждения хлори

- 10 011782 да железа в виде гидроксида и разложения пероксидисульфата. Гидроксид железа удаляют фильтрованием, а раствор полимера используют без дополнительных операций. В настоящем примере выход по стадии синтеза был повышен двумя путями: путем повышения растворимости мономера в смеси диметилформамида с водой (1:10) и проведения полимеризации при перемешивании и нагревании с обратным холодильником.

Как видно из хроматограмм, полученных методом гель-проникающей (СР) хроматографии и показанных на фиг. 1, растворы полимерной поли(тиофен-3-карбоновой кислоты) и ΡΑΝΙ-СООН являются совершенно однородными и дают основные пики, характеризующиеся молекулярными массами, соответственно, приблизительно 18000 Да (время удерживания 20,5 мин) и 6000 Да (24 мин), и неосновные пики, характеризующиеся молекулярными массами, соответственно, приблизительно 25000 Да (19 мин) и 15000 Да (21 мин). Такие молекулярные массы соответствуют олигомерам, состоящим, соответственно, из 45 повторяющихся звеньев ΡΑΝΙ-СООН и 100 повторяющихся звеньев ΡΑΝΙ-СООН. Следует иметь в виду, что указанные значения не являются абсолютными, поскольку колонка была отградуирована с применением глобулярных протеинов, а анализируемые полимеры не обязательно имеют глобулярную форму молекул.

Условия хроматографирования

Колонка для ВЭЖХ: Т8К 20008А. 7,5x600 мм.

элюент: 50 мМ фосфат, рН 7,4.

Объемная скорость потока: 1 мл/мин.

Объем пробы: 50 мкл.

Детектирование: оптическая плотность на длине волны 254 нм, 0,5 полной шкалы в абсолютных единицах.

Скорость диаграммной ленты: 1 мм/мин.

B. Синтез коллоидных наночастиц золота.

Наночастицы получали восстановлением раствора золото(3)-хлористо-водородной кислоты цитратом натрия. Этот процесс хорошо известен и описан в публикации Энглебьена и др. (Р. Епд1еЫеиие, Α. Уаи Ноопаскег, М. Уетйак, «Высокопроизводительный скрининг с применением эффекта поверхностного плазмонного резонанса коллоидного золота», Лпа1у51 2001, 126, 1645-1651). В вышеупомянутой книге приведены подробные методики получения наночастиц различных размеров. Наночастицы, примененные в настоящем отчете, имеют диаметр приблизительно 50 нм и являются гомеодисперсными.

C. Синтез композита наночастиц коллоидного золота с поли(анилин-2-карбоксилатом).

Коллоидные наночастицы благородного металла несут отрицательный заряд в широком диапазоне рН. Это свойство используется в разработанных методиках для покрытия таких наночастиц протеином. Наночастицы смешивают с протеином при рН, лежащем ниже изоэлектрической точки протеина, и протеин адсорбируется на поверхности частиц вследствие взаимодействия зарядов. Такие частицы с протеиновым покрытием устойчивы и не флокулируют в присутствии высоких концентраций солей. Общеупотребительные методики включают применение избытка протеинов с целью предотвращения образования мостиков из молекул протеина между отдельными наночастицами. После адсорбции протеина наночастицы подвергают центрифугированию и промывке для удаления избыточного протеина. Затем коллоид вновь суспендируют в соответствующем буфере. На протяжении предшествующих лет авторы изобретения разработали способ, значительно упрощающий упомянутую методику, который описан в книге авторов и в публикации в 1. Ма1ет. Сйеш., ссылка на которую дана выше. Принцип способа состоит в смешивании коллоида золота в пробирках с возрастающими концентрациями протеина при соответствующем рН. После смешивания в пробирки добавляют 1М раствор №С1. В пробирках, где частицы не вполне стабилизированы слоем протеина, наночастицы флокулируют, что вызывает сильное красное смещение в видимой области спектра поглощения от естественного пика поверхностного плазмонного резонанса (8ΡΚ.) при 520 нм до 600-800 нм; это приводит к понижению оптической плотности в пике 8РР. Таким образом, из изотермы связывания, построенной по спектральным характеристикам и концентрациям протеина, добавленным к коллоиду золота, можно определить минимальную концентрацию протеина, необходимую для полной стабилизации золя золота, иными словами, концентрацию протеина, необходимую для полного покрытия индивидуальных наночастиц сплошным слоем протеина. Затем увеличивают масштаб процесса для получения больших количеств продукта.

В данном случае авторы сделали заключение, что водорастворимый полимер, скелет которого несет в качестве заместителей ионизируемые группы, может вести себя точно таким же образом. Например, в отношении ΡΑΝΙ-СООН можно ожидать, что при низких значениях рН все карбоксильные группы будут протонированы и, следовательно, способны осаждаться на коллоидных наночастицах золота за счет адсорбции заряда, образуя устойчивые коллоидные композиты. Для проверки этого предположения авторами вначале было исследовано влияние рН на возможную способность ΡΑΝΙ-СООН к стабилизации коллоидных наночастиц золота.

Использовалась следующая методика. В ряд пластмассовых пробирок, каждая из которых содержала 0,01 мл раствора ΡΑΝΙ-СООН, быстро добавляли с помощью пипетки, работающей с вытеснением под давлением, по 1 мл коллоидного раствора золота и содержимое пробирок сразу же взбалтывали. Колло

- 11 011782 идные растворы золота, вводимые в каждую пробирку, доводили до различных значений рН, используя для этой цели либо 10 мМ раствор карбоната натрия, либо 300 мМ раствор НС1. Затем в каждую пробирку добавляли 0,5 мл 1М раствора хлорида натрия для флокуляции нестабилизированных частиц. Регистрировали спектры каждого раствора в УФ и видимом диапазонах. Регистрировали длину волны пика и поглощательную способность на длине волны максимума (8ΡΡ) и строили графики зависимости этой величины от рН. Полученные результаты представлены на фиг. 2.

Как видно из фиг. 2, длина волны пика 8ΡΡ коллоида золота постепенно сдвигается в «красную» область от 550 до 660 нм при изменении рН от 2 до 5, а затем быстро смещается назад до 560 нм при рН свыше 5. Оптическая плотность в пике имеет максимум в области рН 3 и быстро понижается вдвое при рН более 5. Низкая оптическая плотность в пике 8ΡΡ при рН>5 указывает, что степень флокуляции такова, что большинство частиц оседает на дно кюветы. Устойчивые наблюдаемые значения оптической плотности и длины волны в максимуме относятся к растворимой ΡΑΝΙ-СООН, остающейся в надосадочной жидкости. При рН<5 частицы, вероятно, стабилизированы, при этом оптимальные условия стабилизации достигаются вблизи рН 3. Этот первый эксперимент дал основание для заключения, что водорастворимая ΡΑΝΙ-СООН способна стабилизировать наночастицы золота даже в неоптимальной концентрации. Интересен факт, что эти результаты согласуются с имеющимися данными по ионизации мономера, который характеризуется двумя значениями рКа, соответственно, 2,10 и 4,94 (см. НапбЬоок о£ СйешШту апб ΡΗλ'δίοδ. СКС ΡΐΌ55). Таким образом, вблизи первого значения рКа молекулы протонированы и способны стабилизировать частицы золота вследствие адсорбции заряда, тогда как при рКа, превышающих второе значение, взаимное отталкивание отрицательно заряженных частиц золота и ΡΑΝΙ-СООН способствует образованию мостиков из молекул соли между частицами и флокуляции последних.

После определения оптимального рН для стабилизации частиц необходимо было определить минимальную концентрацию ΡΑΝΙ-СООН, необходимую для такой стабилизации. Для оптимизации этого показателя применяли следующую методику. В пластмассовые пробирки помещали увеличивающиеся объемы раствора ΡΑΝΙ-СООН (от 0,001 до 0,1 мл). Объем жидкости в каждой пробирке доводили до 0,1 мл, добавляя соответствующие объемы дистиллированной воды. После перемешивания быстро вводили в каждую пробирку 1 мл коллоидного раствора золота, рН которого был доведен до 2,38 с помощью 300 мМ раствора НС1; для этой цели применяли пипетку, работающую с вытеснением под давлением. Содержимое каждой пробирки немедленно перемешивали путем взбалтывания. Затем в каждую пробирку добавляли 0,5 мл 1М раствора хлорида натрия и вновь взбалтывали для флокуляции нестабилизированных частиц. Регистрировали спектры поглощения в УФ и видимом диапазонах. Определяли длину волны максимума поглощательной способности, а также оптическую плотность на длине волны 750 нм, которая характеризует флокуляцию коллоида. Полученные результаты показаны на графике (фиг. 3). Длины волн поглощения растворов золота и ΡΑΝΙ-СООН отмечены треугольниками, направленными вершинами, соответственно, вверх и вниз.

Данные, представленные на фиг. 3, свидетельствуют, что частицы золота стабилизировались после обработки 0,01-0,02 мл ΡΑΝΙ-СООН на 1 мл золя (минимальная оптическая плотность на длине волны 750 нм). Эти выводы дополнительно подтверждаются данными, представленными на фиг. 4. Здесь представлены графики оптической плотности и пика 8ΡΡ вместе с длинами волн в зависимости от логарифма добавленного объема раствора ΡΑΝΙ-СООН. Поскольку к раствору золота добавляли возрастающие объемы ΡΑΝΙ-СООН, а также с учетом того, что ΡΑΝΙ-СООН поглощает на длине волны, близкой к длине волны поглощения для коллоида золота (560 нм), вклад ΡΑΝΙ-СООН в оптическую плотность на длине волны 8ΡΡ для каждого объема вычитали из наносимых на график величин. Как видно из фигуры, максимальная оптическая плотность на длине волны пика 8ΡΡ золота наблюдается при добавленном объеме ΡΑΝΙ-СООН в пределах 0,01-0,02 мл.

С учетом этих данных по оптимизации, процесс был проведен в увеличенном масштабе. Партия композитного материала была успешно получена, как описано ниже. Раствор ΡΑΝΙ-СООН, полученный, как описано выше (1,5 мл), разбавляли 8,5 мл дистиллированной воды в стакане, содержащем стержень магнитной мешалки. В отдельном сосуде 100 мл коллоидного раствора золота, приготовленного, как описано выше, при перемешивании магнитной мешалкой доводили до рН 2,94 с помощью 300 мМ раствора НС1. Раствор ΡΑΝΙ-СООН устанавливали на платформу магнитной мешалки и перемешивали при максимальной скорости вращения. Затем к раствору ΡΑΝΙ-СООН быстро прибавляли коллоидный раствор золота, доведенный до указанного рН. После перемешивания смесь имела рН 4,67. Золь композита дополнительно стабилизировали добавлением 0,5% Т\гееп 20. Затем партию разделяли на две равные части и в первую часть добавляли в качестве буфера 50 мМ ацетата натрия при рН 4,95, а во вторую - 50 мМ бората натрия при рН 9. Необходимо отметить, что изменение порядка смешивания реагентов в данной методике также дает необходимый результат.

ΙΙ. Физико-химические характеристики материала.

А. Предварительные замечания.

При получении композитного материала, состоящего из электропроводного полимера и коллоидных наночастиц благородного металла, авторы изобретения были заинтересованы, в первую очередь, в определении возможных модификаций оптоэлектронных свойств обоих материалов, взятых по отдельно

- 12 011782 сти. Чувствительность этих материалов к различным изменениям в их физическом окружении выражается в изменениях их электронных спектров. Следовательно, для обеспечения возможности наблюдения существенных изменений таких спектров при использовании тонкодисперсных композитных материалов было целесообразно рассматривать природные материалы, которые, будучи взяты отдельно в их природном состоянии, имеют аналогичные характеристики светопоглощения. Именно по этой причине для работы были выбраны коллоидное золото и ΡΑΝΙ-СООН. Спектр наноколлоидных растворов золота с частицами диаметром 50 нм, суспендированными в воде, содержит в видимой области полосу поглощения 8ΡΚ, локализованную при 520 нм (см. фиг. 5). Соответственно, спектр раствора ΡΑΝΙ-СООН в воде содержит в видимой области полосу поглощения при 560 нм. Спектры поглощения исходных веществ золота и ΡΑΝΙ-СООН - и композитного материала, полученного путем их сочетания, в видимой области представлены на фиг. 5. Как и ожидалось, спектральные характеристики композитного материала являются результатом сложения характеристик исходных материалов, примененных для его получения.

B. Стабильность.

На фиг. 6 сопоставлены спектры поглощения композитного материала в видимой области, снятые непосредственно после синтеза и после хранения материала в течение более 3 месяцев. Длина волны максимума поглощения у обоих спектрах идентична, и заметного снижения поглощательной способности на этой длине волны не наблюдается. Вероятно, имеет место созревание композита в процессе хранения, так как пик поглощения в позже снятом спектре более однороден.

Кроме того, в течение более чем 3 месяцев после получения осаждения композита не наблюдается. Композитный материал представляет собой устойчивый коллоидный раствор независимо от кислотного или щелочного значения рН. В этом отношении при рассмотрении невооруженным глазом он практически неотличим от контрольных растворов коллоидного золота и ΡΑΝΙ-СООН при наблюдении в тех же условиях концентрации материалов и рН.

C. Окислительно-восстановительная реакционная способность.

С.1. Чувствительность к рН.

Хорошо известно, что электропроводные полимеры чувствительны к изменениям рН. В частности, это относится к полианилину, электронная структура которого меняется в зависимости от рН. Постепенное дырочное легирование (окисление) при протонировании неэлектропроводного лейкоэмеральдина с превращением его в электропроводный эмеральдин вызывает смещение поглощения с переходом от поглощения фотонов высокой энергии (343 нм, 3,61 эВ) к поглощению фотонов как более высокой (330 нм,

3,75 эВ), так и более низкой энергии (637 нм, 1,94 эВ). Дальнейшее окисление приводит к образованию полностью хиноидной формы пернигранилина, который является неэлектропроводным. Раствор ΡΑΝΙСООН при постепенном протонировании ведет себя по отношению к свету аналогично (см., например, Энглебьен, «Синтетические материалы, способные индицировать биомолекулярное распознавание посредством переходов окраски», I. Ма!ег. СНет., 1999, 9, 1043-1054). Поэтому представлялось интересным впервые проверить способность композитного материала к индикации структурных изменения в структуре полимера вследствие протонирования по аналогичным изменениям его спектра в УФ и видимой области. Для этой цели были сопоставлены электронные спектры композита с добавкой буфера, обеспечивающего рН 4,95, и раствора, содержащего буфер при рН 9. Для сравнения были приготовлены растворы ΡΑΝΙ-СООН с концентрацией, использованной для получения композита, и доведены до тех же соответственных значений рН с помощью буферов. При сопоставлении спектров двух указанных материалов при соответствующих рН, действительно, наблюдались ожидаемые изменения. Сдвиги длин волн были одинаковы для электропроводного полимера и композита, и значения изменений поглощательной способности были аналогичными для композита и чистого полимера. Для иллюстрации этих изменений был зарегистрирован спектр различий между материалами с рН 4,95 и материалами с рН 9 (помещаемыми в ячейку сравнения). Эти разностные спектры представлены на фиг. 7. Новые полосы, появляющиеся в протонированных материалах и соответствующие фотонам повышенной (380 и 420 нм) и пониженной (680 нм) энергии, идентичны для композита (сплошная линия) и для исходного электропроводного полимера (пунктирная линия). Отрицательный пик при 580 нм в спектре полимера смещен в спектре композита в сторону коротких волн, т.е. в область пика 8ΡΡ золота. Этот факт, вероятно, является следствием изменения энергии электронов проводимости на поверхности металла.

С.2. Реакция на восстановление.

Другой интересной особенностью водорастворимой ΡΑΝΙ-СООН, которой обладает также нерастворимый полианилин, является фотонная чувствительность материала к окислению-восстановлению. Как протонирование, так и изменения состояний окисления эмеральдина вызывают заметные изменения в оптическом спектре (Груммт и др. - И.-Ψ. Сгишт! е! а1., Αηαΐ. СЫт. Лс1а 1997, 547, 253). Это свойство недавно было использовано в высокочувствительной пробе на аскорбиновую кислоту с применением пленки полианилина, нанесенной на микротитровальные планшеты (Бози и др. - Α. Βοδί, е! а1., Αηαΐ. СНет. 2000, 72, 4296). Этот способ обладает существенными преимуществами перед доступными в настоящее время методами анализа, поскольку в нем используются меньшие объемы проб, понижен порог обнаружения и обеспечивается воспроизводимость в широком диапазоне концентраций аналита.

С целью сравнения чувствительности композитного наноматериала и ΡΑΝΙ-СООН к окислению

- 13 011782 восстановлению, оба материала выдерживали при различных значениях рН в присутствии возрастающих концентраций аскорбиновой кислоты (0,9-500 мг/л) и регистрировали разностные спектры по отношению к смеси, не содержащей восстановитель. Оба материала восстанавливались, о чем свидетельствовало постепенное понижение поглощательной способности на длине волны 600 нм. В соответствии с описанными ранее результатами испытаний на микротитровальных планшетах наибольшие изменения интенсивности поглощения на длине волны 600 нм для обоих материалов при значениях рН менее 4. Однако композитный наноматериал проявлял более высокую оптическую чувствительность к восстановлению, чем водорастворимая ΡΑΝΙ-СООН.

В целях дальнейшего подтверждения этого различия авторами изобретения была разработана простая проба на аскорбиновую кислоту в растворе, основанная на вышеописанной методике с использованием реагентов в водном растворе, а не в твердой пленке. В присутствии аскорбиновой кислоты воспроизводимость результатов оптических измерений с применением ΡΑΝΙ-СООН была довольно низкой, как видно из отметок погрешностей для кривой доза-отклик, показанной на фиг. 8 (верхняя кривая). Вероятнее всего, этот факт обусловлен постепенным понижением растворимости ΡΑΝΙ-СООН при низких значениях рН. Напротив, оптический отклик композитного материала на восстановление аскорбиновой кислотой имел высокую воспроизводимость, а кривая доза-отклик имела более крутой наклон, как видно из фиг. 8 (нижняя кривая). При применении ΡΑΝΙ-СООН изменение поглощательной способности при дозе аскорбиновой кислоты 20 мг/л (0,076 единицы оптической плотности - е.о.п.) сравнимо с аналогичным показателем при испытании на микротитровальном планшете (0,118 е.о.п.) [20]. Однако при применении композитного наноматериала отклик при той же дозе аналита был значительно выше (0,22 е.о.п.). Кроме того, было проведено сопоставление минимальных обнаруживаемых доз (ΕΌΌ), при которых измеренный отклик соответствовал утроенному стандартному отклонению от нулевого отклика для каждой системы. Расчетное значение ΕΌΌ при испытаниях с применением ΡΑΝΙ-СООН составляло 3,39 мг/л, что близко к пределу обнаружения для ранее описанного испытания на микротитровальных планшетах. Для сравнения укажем, что композитный наноматериал обеспечивает 60-кратное повышение чувствительности: расчетное значение ΕΌΌ составляло 0,057 мг/л.

Благодаря столь высокой чувствительности при хорошей воспроизводимости и линейности зависимости доза-отклик в растворе, композитный наноматериал является прекрасным биочувствительным реагентом, обеспечивающим уровень чувствительности к окислению-восстановлению в низшем микромолярном диапазоне. К некоторым примерам применения композитного наноматериала относятся противоокислительное действие в плазме и обнаружение и количественное определение пероксидных радикалов в клетках.

Ό. Чувствительность к показателю преломления среды.

Локализованный пик 8ΡΡ коллоидного раствора наночастиц золота чрезвычайно чувствителен к изменениям показателя преломления окружающей их среды. Эта чувствительность такова, что это свойство было использовано для измерения биомолекулярных взаимодействий на поверхности частиц, покрытых антителами или рецепторами (Энглебьен и др., «Поверхностный плазменный резонанс. Принципы, методы и применение в биомедицинских исследованиях» - Ρ. ЕпДеЫеппе. Α. Уап Ноопаскег, М. Уетйак, 8рес!го8сору, 2003, 17, 255-273; Энглебьен и др., «Успехи высокопроизводительного скрининга. Мониторинг биомолекулярного взаимодействия в реальном масштабе времени с применением коллоидных наночастиц металла» - Ρ. Епд1еЫеиие, Α. Уаи Ноопаскег, М. Уегйак, Ν.Ο. КЫеЫъоу, СотЫп. Сйет. Н1дйТйгоидйри! 8сгееп., 2003, 6, 777-787).

Для испытания чувствительности материалов к изменениям показателя преломления среды применяли глицерин. Коллоидный раствор (0,5 мл) смешивали с 1,5 мл водных растворов, содержащих, соответственно, 0, 10, 20, 33,3, 50, 66,6 и 100% глицерина. Конечные концентрации глицерина в среде составляли, таким образом, соответственно, 0, 7,5, 15, 25, 37,5, 50 и 75%, при этом показатель преломления среды изменялся от значения, характерного для воды (1,3326), до, соответственно, 1,3418, 1,3508, 1,3637, 1,3806, 1,3968 и 1,4355. При таком воздействии на наночастицы золота локализованный пик 8ΡΡ вблизи 520 нм слегка уменьшался и постепенно смещался в сторону длинных волн, занимая положения в пределах от 550 до 700 нм. Пример такого явления приведен на фиг. 9, где показаны разностные спектры золя золота в водных растворах, содержащих 7,5, 25, 37,5, 50 и 75% глицерина, по сравнению с тем же коллоидом в воде.

Поскольку в композите наночастицы золота покрыты слоем электропроводного полимера (ΡΑΝΙСООН), оптоэлектронный отклик этого нового материала на показатель преломления среды, окружающей наночастицы, может оказаться модифицированным или даже полностью подавленным. Поэтому было важно проверить поведение этой характеристики.

Чувствительность наночастиц композита ΡΑΝΙ-СООН/золото в среде буфера с рН 9 к изменениям показателя преломления среды иллюстрируется разностными спектрами, представленными на фиг. 10.

Интересно, что постепенный сдвиг длины волны локализованного пика 8ΡΡ в длинноволновую сторону имеет место при низких концентрациях глицерина, однако, при более высоких концентрациях он постепенно уменьшается до появления резкого пика высокой интенсивности при значительно более высокой фотонной энергии возбуждения (350 нм, 3,54 эВ). Изменения поглощательной способности на ти

- 14 011782 пичных длинах волн в зависимости от показателя преломления среды представлены на фиг. 11.

В типичных случаях пики, соответствующие низкоэнергетическим длинам волн, постепенно сдвигаются в сторону высокоэнергетических длин волн при соответственном и плавном повышении поглощательной способности на длине волны 350 нм. Ни наноколлоиды золота, ни растворы ΡΑΝΙ-СООН не проявляют такого поведения в присутствии возрастающих концентраций глицерина. Эта новая особенность поведения композитного материала, вероятнее всего, является результатом соединения высокоэнергетических электронов полимера с электронами проводимости на поверхности наночастиц золота. При этом образуется облако совместно колеблющихся электронов с энергией, превышающей энергию электронов проводимости золота. Это явление создает в композитном материале новую полосу 8РК. при более коротких длинах волн, которая поглощает высокоэнергетические фотоны с образованием короткоживущих фотонно-плазмонных волн, имеющих более высокую энергию, чем аналогичные волны, возникающие в исходных наночастицах золота.

Интересно отметить, что аналогичное явление наблюдалось для частиц золота и серебра, покрытых антителами и нанесенных в виде монослоя на кварцевые пластины, при связывании протеинового антигена (Фредерикс и др., «Биочувствительность, основанная на поглощении света наночастицами золота и серебра» - Р. Ртейепх, РМ. Рпей1. К.Н. Ско1, е! а1., Апа1. Скет., 2003, 75, 6894-6900).

Вследствие этого изменения оптоэлектронного поведения измерение изменения поглощательной способности на длине волны 350 нм для композитного материала приблизительно в 4 раза более чувствительно к изменениям показателя преломления среды, чем аналогичные изменения поглощательной способности на длине волны 575 нм для наночастиц золота. Это иллюстрируется фиг. 12.

Из вышеприведенного обсуждения и результатов очевидно, что настоящее изобретение предлагает новые материалы и способы, полезные в разнообразных областях применения.

Получение композитного материала состоит в смешении водорастворимого электропроводного полимера в фиксированной концентрации с наночастицами металла при соответствующем рН. Композитный материал в коллоидных растворах в присутствии буферов устойчив при комнатной температуре в течение нескольких месяцев. Оптоэлектронные свойства нового композитного материала чувствительны к окислению-восстановлению и к изменениям показателя преломления окружающей его среды, и их чувствительность повышена по сравнению с чувствительностью отдельных материалов, из которых он состоит.

Таким образом, применение коллоидов по настоящему изобретению для детектирования анализируемых веществ обеспечивает преимущество по сравнению с используемыми в настоящее время чувствительными флуоресцентными красителями или частицами, поскольку ни электропроводные полимеры, ни коллоидные металлы не подвержены фотохимическому выцветанию (т.е. необратимым фотохимическим процессам, в результате которых образуются нефлуоресцирующие продукты) или эффектам «мерцания» (т. е. прерывистого испускания сигнала вследствие фотоионизации), которые ограничивают их применимость в качестве реагентов. Системы детектирования по настоящему изобретению находят применение во многих рыночных продуктах, используемых, например, при гомогенных (конкурентных или типа сэндвичей) иммунологических пробах, высокопроизводительном скрининге, определении протеиновых последовательностей, детектировании и количественном определении продуктов РСК. в реальном времени и детектировании гибридизации, а также во многих других областях. Таким образом, настоящее изобретение является существенным вкладом в современный уровень техники.

Хотя в вышеизложенном описании настоящее изобретение описано с некоторыми подробностями для целей иллюстрации и облегчения понимания его сущности, для специалистов в отрасли при ознакомлении с представленной информацией будет очевидно, что возможны определенные его изменения и модификации без выхода за пределы его сущности и объема, определяемых прилагаемой формулой изобретения.

Соответственно, предшествующее описание лишь иллюстрирует принципы изобретения. Имеется в виду, что специалист в отрасли способен разработать различные устройства, которые, не будучи описанными или показанными в явном виде в настоящем описании, воплощают принципы изобретения и находятся в пределах его сущности и объема.

Кроме того, все примеры и условия, упомянутые в описании, в принципе, предназначены для того, чтобы способствовать пониманию принципов изобретения и концепций, внесенных авторами изобретения в развитие техники, и должны рассматриваться как не ограничиваемые конкретными упомянутыми примерами и условиями. Кроме того, все утверждения в описании, касающиеся принципов, аспектов и вариантов осуществления изобретения, охватывают как его структурные, так и функциональные эквиваленты. Кроме того, имеется в виду, что к таким эквивалентам относятся как известные в настоящее время эквиваленты, так и эквиваленты, которые будут разработаны в будущем, т.е. любые разработанные элементы, выполняющие те же функции, независимо от их структуры. Таким образом, объем настоящего изобретения не ограничен вариантами осуществления, представленными и описанными в настоящем документе. Объем и сущность изобретения определяются прилагаемой формулой изобретения.

Claims (82)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения коллоида композита металла с электропроводным полимером, включающий объединение:

   (ί) коллоида металла и (ίί) водорастворимого электропроводного полимера в условиях, обеспечивающих адсорбцию упомянутого водорастворимого электропроводного полимера на частицах металла упомянутого коллоида с образованием коллоида композита металла с электропроводным полимером.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объединение упомянутого коллоида металла и упомянутого водорастворимого электропроводного полимера сопровождают перемешиванием.
3. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что упомянутый коллоид металла и упомянутый водорастворимый электропроводный полимер объединяют путем объединения первого объема упомянутого коллоида металла со вторым объемом водного раствора упомянутого водорастворимого электропроводного полимера.
4. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что упомянутый коллоид металла и упомянутый водорастворимый электропроводный полимер объединяют путем введения упомянутого первого объема в упомянутый второй объем, в то время как упомянутый второй объем перемешивают.
5. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что упомянутый коллоид металла и упомянутый водорастворимый электропроводный полимер объединяют путем введения упомянутого второго объема в упомянутый первый объем, в то время как упомянутый первый объем перемешивают.
6. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый коллоид металла и упомянутый водорастворимый электропроводный полимер имеют противоположные заряды.
7. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что упомянутые частицы металла заряжены отрицательно.
8. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что упомянутый коллоид металла и упомянутый водорастворимый электропроводный полимер объединяют путем объединения первого объема упомянутого коллоида металла со вторым объемом водного раствора упомянутого водорастворимого электропроводного полимера.
9. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй объемы имеют соответственные значения рН, выбранные таким образом, что упомянутые частицы металла и водорастворимый полимер имеют противоположные заряды.
10. 10. Способ по п.3, отличающийся тем, что упомянутый второй объем содержит водорастворимый электропроводный полимер в концентрации, которая обеспечивает, практически, полное отсутствие свободного водорастворимого полимера в упомянутом коллоиде композита металла с электропроводным полимером.
11. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый способ дополнительно включает модифицирование поверхностей частиц коллоида композита металла с электропроводным полимером путем связывания лиганда.
12. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является нуклеиновая кислота.
13. 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является пептид.
14. 14. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является низкомолекулярное соединение.
15. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутым низкомолекулярным соединением является органическое соединение.
16. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутым низкомолекулярным соединением является неорганическое соединение.
17. 17. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутый лиганд связан с упомянутой частицей посредством мостиковой группы.
18. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутым коллоидом металла является коллоид благородного металла.
19. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что упомянутый благородный металл выбран из группы, включающей золото и серебро.
20. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что упомянутым благородным металлом является золото.
21. 21. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутым водорастворимым электропроводным полимером является органический полимер.
22. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что упомянутый органический полимер включает ионизируемые группы.
23. 23. Способ по п.22, отличающийся тем, что упомянутыми ионизируемыми группами являются карбоксильные группы.
24. 24. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутым водорастворимым электропроводным полимером является замещенный полианилин.
25. 25. Способ по п.24, отличающийся тем, что упомянутым замещенным полианилином является по

    - 16 011782 ли(анилин-2-карбоновая кислота).
26. 26. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность упомянутого коллоида металла лежит в пределах от приблизительно 1,01 до приблизительно 1,30.
27. 27. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый коллоид металла содержит частицы металла, имеющие диаметр в пределах от приблизительно 1 нм до приблизительно 1 мкм.
28. 28. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый коллоид металла является однородным в отношении размеров частиц металла этого коллоида.
29. 29. Способ по п.3, отличающийся тем, что концентрация водорастворимого электропроводного полимера в упомянутом втором объеме лежит в пределах от приблизительно 0,02 г/100 мл до приблизительно 2 г/100 мл.
30. 30. Способ по п.29, отличающийся тем, что упомянутый водорастворимый электропроводный полимер в упомянутом втором объеме имеет среднюю молекулярную массу в пределах от приблизительно 1500 до приблизительно 32000 Да.
31. 31. Способ по п.30, отличающийся тем, что упомянутый второй объем является однородным в отношении упомянутого водорастворимого электропроводного полимера.
32. 32. Коллоид композита металла с электропроводным полимером, полученный по способу по п.1.
33. 33. Устойчивый коллоид композита металла с электропроводным полимером, включающий частицы металла с поверхностью, покрытой слоем электропроводного полимера, суспендированные в водной среде.
34. 34. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что он однороден в отношении упомянутых частиц, покрытых полимером.
35. 35. Коллоид композита по п.33, в котором упомянутый слой электропроводного полимера присутствует в виде монослоя молекул полимера, адсорбированных на поверхности упомянутых частиц металла.
36. 36. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутые частицы металла имеют диаметр в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 1200 нм.
37. 37. Коллоид композита по п.36, отличающийся тем, что упомянутый коллоид имеет плотность частиц в пределах от приблизительно 1,01 до приблизительно 1,30.
38. 38. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутые частицы металла и электропроводный полимер согласованы между собой в отношении по меньшей мере одного оптического свойства.
39. 39. Коллоид композита по п.38, отличающийся тем, что упомянутым оптическим свойством является максимум спектральной поглощательной способности.
40. 40. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутый коллоид композита более чувствителен к изменениям показателя преломления упомянутой среды по сравнению с контрольным коллоидом, содержащим упомянутые частицы металла, не покрытые упомянутым электропроводным полимером.
41. 41. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутые частицы металла содержат благородный металл.
42. 42. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутый благородный металл выбран из группы, включающей золото и серебро.
43. 43. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутым электропроводным полимером является органический полимер.
44. 44. Коллоид композита по п.43, отличающийся тем, что упомянутый органический полимер включает ионизируемые группы.
45. 45. Коллоид композита по п.44, отличающийся тем, что упомянутыми ионизируемыми группами являются карбоксильные группы.
46. 46. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутым электропроводным полимером является замещенный полианилин.
47. 47. Коллоид композита по п.46, отличающийся тем, что замещенным полианилином является поли(анилин-2-карбоновая кислота).
48. 48. Коллоид композита по п.33, отличающийся тем, что упомянутые частицы упомянутого коллоида композита металла с электропроводным полимером связаны с лигандом.
49. 49. Коллоид композита по п.48, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является нуклеиновая кислота.
50. 50. Коллоид композита по п.48, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является пептид.
51. 51. Коллоид композита по п.48, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является низкомолекулярное соединение.
52. 52. Коллоид композита по п.51, отличающийся тем, что упомянутым низкомолекулярным соединением является органическое соединение.
53. 53. Коллоид композита по п.51, отличающийся тем, что упомянутым низкомолекулярным соединением является неорганическое соединение.
54. 54. Коллоид композита по п.48, отличающийся тем, что упомянутый лиганд связан с упомянутой частицей посредством мостиковой группы.
55. 55. Устойчивый коллоид композита металла с электропроводным полимером, включающий части

    - 17 011782 цы металла с поверхностью, покрытой слоем электропроводного полимера, суспендированные в водной среде, в котором упомянутые частицы связаны с лигандом.
56. 56. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что он является однородным в отношении упомянутых частиц, покрытых полимером.
57. 57. Коллоид композита по п.46, отличающийся тем, что упомянутый слой электропроводного полимера присутствует в виде монослоя молекул полимера, адсорбированных на поверхности упомянутых частиц металла.
58. 58. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутые частицы металла имеют диаметр в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 1000 нм.
59. 59. Коллоид композита по п.58, отличающийся тем, что плотность частиц находится в пределах от приблизительно 1,01 до приблизительно 1,30.
60. 60. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутые частицы металла и электропроводный полимер согласованы между собой в отношении по меньшей мере одного оптического свойства.
61. 61. Коллоид композита по п.60, отличающийся тем, что упомянутым оптическим свойством является максимум спектральной поглощательной способности.
62. 62. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутый коллоид композита более чувствителен к изменениям показателя преломления упомянутой среды по сравнению с контрольным коллоидом, содержащим упомянутые частицы металла, не покрытые упомянутым электропроводным полимером.
63. 63. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутые частицы металла содержат благородный металл.
64. 64. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутым электропроводным полимером является органический полимер.
65. 65. Коллоид композита по п.64, отличающийся тем, что упомянутый органический полимер включает ионизируемые группы.
66. 66. Коллоид композита по п.65, отличающийся тем, что упомянутыми ионизируемыми группами являются карбоксильные группы.
67. 67. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутым электропроводным полимером является замещенный полианилин.
68. 68. Коллоид композита по п.61, отличающийся тем, что замещенным полианилином является поли(анилин-2-карбоновая кислота).
69. 69. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является нуклеиновая кислота.
70. 70. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является пептид.
71. 71. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутым лигандом является низкомолекулярное соединение.
72. 72. Коллоид композита по п.71, отличающийся тем, что упомянутым низкомолекулярным соединением является органическое соединение.
73. 73. Коллоид композита по п.71, отличающийся тем, что упомянутым низкомолекулярным соединением является неорганическое соединение.
74. 74. Коллоид композита по п.55, отличающийся тем, что упомянутый лиганд связан с упомянутой частицей посредством мостиковой группы.
75. 75. Способ скрининга пробы на присутствие аналита, включающий:

    (a) введение упомянутой пробы в контакт с устойчивым коллоидом композита металла с электропроводным полимером с получением испытуемой смеси, в которой частицы металла в упомянутом коллоиде покрыты слоем электропроводного полимера и связаны с лигандом для упомянутого аналита; и (b) детектирование оптического параметра упомянутой испытуемой смеси с целью скрининга упомянутой пробы на присутствие упомянутого аналита.
76. 76. Способ по п.75, отличающийся тем, что упомянутый способ является качественным.
77. 77. Способ по п.75, отличающийся тем, что упомянутый способ является количественным.
78. 78. Способ по п.75, отличающийся тем, что упомянутым аналитом является нуклеиновая кислота.
79. 79. Способ по п.75, отличающийся тем, что упомянутым аналитом является пептид.
80. 80. Способ по п.75, отличающийся тем, что упомянутым аналитом является газообразный аналит.
81. 81. Способ по п.75, отличающийся тем, что упомянутым оптическим параметром является изменение спектральной способности поглощения света.
82. 82. Набор для детектирования присутствия аналита в пробе, включающий устойчивый коллоид композита металла с электропроводным полимером для получения испытуемой смеси, в которой частицы металла в упомянутом коллоиде покрыты слоем электропроводного полимера и связаны с лигандом для упомянутого аналита.