ES2644997T3 - Materiales nanoestructurados luminiscentes para su uso en quimioluminiscencia electrogenerada - Google Patents

Abstract

Método de determinación de la presencia de un analito de interés en una muestra que comprende: (a) formar una mezcla de reactivo, que comprende un reactivo químico y la muestra; en el que el reactivo químico comprende nanopartículas de un compuesto iónico y/u orgánico luminiscente, activo redox; (b) inducir la emisión de luz por el reactivo químico; y (c) detectar la luz emitida; en el que inducir la emisión de luz por el reactivo químico comprende exponer la mezcla de reactivo a energía electroquímica.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Materiales nanoestructurados luminiscentes para su uso en quimioluminiscencia electrogenerada Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud de patente reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional estadounidense 61/126.892, presentada el 8 de mayo de 2008; y la solicitud de patente provisional estadounidense 61/127.311, presentada el 12 de mayo de 2008.

Antecedentes

Se ha notificado que las nanopartfculas (“NP”) tienen una amplia gama de aplicaciones en electronica, optica, catalisis y biotecnologfa. Las propiedades ffsicas (por ejemplo, alta razon de superficie con respecto a volumen, elevada energfa de superficie, ductilidad aumentada tras carga de presion, dureza superior, mayor calor especffico y similares) de las NP han conducido a una variedad de aplicaciones en la industria dirigida a materiales y la ciencia de materiales. Por ejemplo, se han usado una variedad de NP de metal para catalizar numerosas reacciones y se usan NP semiconductoras como sondas fluorescentes.

Tambien se han notificado sensores electroqufmicos de partfcula individual, que emplean un dispositivo electroqufmico para detectar partfculas individuales. Se han descrito metodos para usar un dispositivo de este tipo para lograr una alta sensibilidad para detectar partfculas tales como bacterias, virus, agregados, complejos inmunitarios, moleculas o especies ionicas.

Tambien se ha notificado el uso de partfculas coloidales en matrices de deteccion. Estas son sensores qufmicos para detectar analitos en fluidos por medio de matrices que tienen una pluralidad de regiones conductoras y regiones no conductoras alternas de materiales de NP conductores. Se notifica que la variabilidad en la sensibilidad qufmica de sensor a sensor esta proporcionada por la variacion cualitativa o cuantitativa de la composicion de las regiones conductoras y/o no conductoras.

El tamano de los materiales nanoestructurados (“NSM”) oscila generalmente entre menos de 1 nm y varios cientos de nm al menos en una dimension y la configuracion de la banda de energfa electronica es una propiedad

dependiente del tamano, que a su vez puede afectar a las propiedades ffsicas y qufmicas. Una distincion

fundamental entre NSM y materiales a granel es que la fraccion de atomos de superficie y el radio de curvatura de la superficie de NSM son comparables con la constante de red cristalina. Como resultado, los materiales

nanoestructurados tienen generalmente una actividad superior en comparacion con sus analogos basados en

materiales a granel. El experto en la tecnica conoce varios metodos de formacion de NSM e incluyen formacion mediante combinacion de atomos (o moleculas y radicales mas complejos) y mediante dispersion de materiales a granel, por ejemplo, evaporacion termica, pulverizacion ionica, reduccion a partir de una disolucion, reduccion en microemulsiones y condensacion.

El documento US 20040175742 da a conocer un metodo para detectar biopolfmeros macromoleculares usando una unidad que inmoviliza un biopolfmero macromolecular integrada en o montada sobre un sustrato. La unidad que inmoviliza biopolfmero macromolecular esta dotada de moleculas de captura que se unen a biopolfmeros macromoleculares. Se pone en contacto una muestra con la unidad que inmoviliza biopolfmero macromolecular, y la muestra contiene los biopolfmeros macromoleculares que van a detectarse y unirse a las moleculas de captura. Puede inducirse una senal quimioluminiscente usando un marcado ubicado sobre las moleculas de captura y la senal de quimioluminiscencia puede detectarse usando una unidad de deteccion, que es un circuito integrado en el sustrato.

El documento WO 87/06706 da a conocer un metodo para detectar un analito en una muestra que incluye poner en contacto la muestra con un reactivo marcado con un resto qufmico electroquimioluminiscente y que puede combinarse con el analito. La mezcla de muestra resultante se expone a energfa electroqufmica y posteriormente se detecta la radiacion electromagnetica emitida por el resto qufmico electroquimioluminiscente.

El documento WO 2009/126249 da a conocer metodos, composiciones y kits para analizar un analito qufmico usando una celula electroqufmica conectada a un aparato de medicion. La celula electroqufmica contiene una disolucion que contiene nanopartfculas conductoras o activas redox, unos o mas analitos qufmicos y un indicador. Se generan una o mas propiedades de ECL catalftica mediante la interaccion de las nanopartfculas y la muestra lfquida y pueden medirse con un sistema de deteccion optico o en uno o mas electrodos en la celula electroqufmica en comunicacion con la disolucion.

Sumario

La presente invencion se refiere a un metodo de determinacion de la presencia de un analito de interes en una muestra que comprende:

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

(a) formar una mezcla de reactivo, que comprende un reactivo qufmico y la muestra; en el que el reactivo qufmico comprende nanopartfculas de un compuesto ionico y/u organico luminiscente, activo redox; (b) inducir la emision de luz por el reactivo qufmico; y (c) detectar la luz emitida;

en el que inducir la emision de luz por el reactivo qufmico comprende exponer la mezcla de reactivo a energfa electroqufmica.

La presente divulgacion se refiere, en general, al campo de los materiales nanoestructurados, tales como nanopartfculas (NP), incluyendo la sfntesis y caracterizacion de materiales nanoestructurados luminiscentes ionicos y/u organicos. Tales materiales nanoestructurados (“NSM”) formados a partir de materiales ionicos y/u organicos luminiscentes pueden emplearse para quimioluminiscencia electrogenerada (ECL). Se han reconocido las dificultadas en la generacion, localizacion y caracterizacion de NP, especialmente a la escala de nm y en la medicion de la intensidad de ECL y de corriente muy pequena generada por las reacciones de electrodos en NP. La presente solicitud proporciona un metodo y aparato que pueden usarse para observar la ECL generada durante las colisiones de materiales nanoestructurados en el electrodo. El presente metodo puede proporcionar informacion con respecto a los procesos electroqufmicos de los materiales nanoestructurados, asf como proporcionar la base para metodos electroanalfticos altamente sensibles. Las propiedades electroqufmicas medidas en el presente metodo pueden ser cualquier propiedad que pueda medirse mediante el aparato; sin embargo, la propiedad mas comun implica generacion de ECL a partir de una reaccion redox de los materiales nanoestructurados. Otra propiedad monitorizada comunmente puede ser una corriente.

El presente dispositivo incluye comunmente una celula electroqufmica en una camara de muestra. La celula electroqufmica tiene normalmente dos o mas electrodos, uno o mas orificios para introducir materiales nanoestructurados en la camara de muestra, y un aparato electroqufmico en comunicacion con los electrodos. La celula electroqufmica puede estar conectada a un aparato de medicion que incluye un aparato electroqufmico y un detector de fotones. Los materiales nanoestructurados inyectados pueden interaccionar con el electrodo y generar uno o mas fotones que pueden recogerse mediante un detector de fotones.

Se da a conocer ademas un kit para analizar uno o mas analitos qufmicos que tiene al menos un NSM de ECL, al menos dos electrodos, un correactante opcional y un aparato de medicion que lee una o mas de las propiedades de ECL y corriente generadas por las interacciones entre los NSM, el/los electrodo(s) y el/los analito(s) qufmico(s).

Una realizacion proporciona un metodo para detectar un analito en una disolucion de muestra a la que se le han anadido materiales nanoestructurados luminiscentes. El metodo incluye introducir la disolucion de muestra en una celula electroqufmica que contiene dos o mas electrodos en comunicacion con la disolucion; generar una o mas propiedades de ECL a traves de una interaccion de los materiales nanoestructurados luminiscentes, la muestra lfquida y uno o mas de los electrodos; y medir al menos una propiedad de ECL generada por la interaccion. Los materiales nanoestructurados luminiscentes incluyen un compuesto ionico y/u organico luminiscente, activo redox. Puede anadirse un correactante a la muestra lfquida para potenciar la generacion de las propiedades de ECL. Los ejemplos de correactantes adecuados incluyen sales de oxalato (por ejemplo, oxalato de sodio), persulfato, peroxido de benzoflo y trialquilaminas (por ejemplo, tripropilamina).

Una realizacion proporciona un metodo para detectar un analito en una disolucion de muestra a la que se le han anadido una pluralidad de materiales nanoestructurados luminiscentes. El metodo incluye introducir la disolucion de muestra en una celula electroqufmica que contiene dos o mas electrodos en comunicacion con la disolucion; generar una o mas propiedades de eCl a traves de una interaccion de los materiales nanoestructurados luminiscentes, la muestra lfquida y uno o mas de los electrodos; y medir al menos una propiedad de ECL generada por la interaccion. Los materiales nanoestructurados luminiscentes incluyen un compuesto ionico y/u organico luminiscente, activo redox.

Otra realizacion proporciona un metodo para observar la interaccion de un material nanoestructurado con una superficie de electrodo que comprende:

poner en contacto una dispersion de materiales nanoestructurados luminiscentes en una muestra lfquida con uno o mas electrodos;

exponer la dispersion a energfa electroqufmica a traves del uno o mas electrodos;

medir al menos una propiedad de ECL generada por una interaccion de un material nanoestructurado luminiscente con uno de los electrodos. Medir la(s) propiedad(es) de ECL puede incluir medir una propiedad electroqufmica, tal como una corriente, generada por la interaccion. Medir la(s) propiedad(es) de eCl puede incluir medir una propiedad optica, tal como ECL, generada por la interaccion. Medir la(s) propiedad(es) de ECL puede incluir medir una o mas propiedades de ECL generadas por una interaccion de un material nanoestructurado luminiscente con una superficie de uno de los electrodos. La dispersion es normalmente una disolucion coloidal acuosa de materiales nanoestructurados, que se forman a partir de un compuesto organometalico u organico luminiscente, activo redox.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Breve descripcion de los dibujos

Para una comprension mas completa de las caracterfsticas y ventajas de las presentes composiciones, metodos y dispositivos, se hace referencia ahora a la descripcion detallada junto con las figuras adjuntas y en las que:

la figura 1 muestra una imagen de SEM de nanovarillas de 9,10-difenilantraceno (“DPA”).

La figura 2A muestra una imagen de SEM de nanocintas de Ru-LCE (“NB”) y la figura 2B muestra una imagen de TEM de nanocintas Ru-LCE (“NB”). Los recuadros en la figura 2A y la figura 2B muestran una imagen de SEM de la cara lateral y el patron de SAED de una NB individual, respectivamente.

La figura 3A, la figura 3C y la figura 3D muestran imagenes de TEM y la figura 3B muestra el patron de SAED de muestras de Ru-LCE obtenidas a temperatura ambiente en fases tempranas tras la reprecipitacion. (Figura 3A y Figura 3B) 5 min. (Figura 3C) 30 min. (Figura 3D) 2 horas. ([Ru-LCE] = 1,35 x 10"5 M, pH 7,0).

La figura 4A muestra los espectros de absorcion normalizada (lfnea discontinua) y emision de fluorescencia (lfnea continua) de NB de Ru-LCE (“NB-Ab” y “NB-Em” respectivamente) en agua y los espectros de absorcion normalizada (lfnea discontinua) y emision de fluorescencia (lfnea continua) de monomeros de Ru-LCE en MeCN (es decir, moleculas de Ru-LCE en disolucion; “Mono-Ab” y “Mono-Em” respectivamente). Las concentraciones de monomeros de Ru-LCE y NB son de 6,75 x 10-6 M y 2,25 x 10-14 M, respectivamente. La figura 4B es una imagen de fluorescencia de NB individual.

La figura 5A muestra la curva de ECL y voltamograma cfclico (“CV”) de una suspension de NB de Ru-LCE; la figura 5B muestra la corriente y ECL para etapas de potencial entre -1,25 V y 1,25 V. Las duraciones de las etapas son de 2, 6, 10, 14 y 18 segundos a cada potencial. El electrolito de soporte y correactante son disolucion de tampon fosfato 0,1 M (pH 7,2) y tripropilamina 0,1 M (“TPrA”), respectivamente. La concentracion de NB es de 2,2 x 10-14 M. Electrodo de platino, 1,5 mm, (figura 5A) velocidad de barrido de potencial, 0,1 V/s y (figura 5B) anchura de pulso, 2 segundos.

La figura 6A muestra la curva de ECL y CV de NB de Ru-LC individual depositada sobre un ultramicroelectrodo de platino (UME) en disolucion de tampon fosfato 0,1 M (pH 7,2) que contiene TPrA 0,1 M. Velocidad de barrido de potencial, 0,1 V/s. La figura 6B es una imagen de microscopio optico de UME con NB individual.

La figura 7A muestra la cronoamperometrfa (lfnea discontinua) y ECL transitoria (lfnea continua) para nanocristales de rubreno (NC) (preparados a partir de ThF), TPrA 0,1 M, NaClCL 0,1 M, anchura de pulso 0,1 s (figura 7B) CV, ECL de exploracion de NC de rubreno, experimento de blanco; TPrA 0,1 M, NaClO4 0,1 M, velocidad de barrido: 500 mV/s. La figura 7C muestra la cronoamperometrfa (lfnea discontinua) y ECL transitoria (lfnea continua) para NC de rubreno (preparados a partir de DMF), TPrA 0,1 M, NaClO4 0,1 M, anchura de pulso 0,1 s (figura 7d) ECL transitoria (lfnea continua) para NC de rubreno (preparados a partir de THF), TPrA 0,1 M, NaClO4 0,1 M, anchura de pulso 0,05 segundos.

La figura 8 muestra la ECL (lfnea continua) y la corriente (lfnea discontinua) de nanovarillas de DPA en disolucion acuosa que contiene Na2C2O4 0,1 M (oxalato de sodio) como correactante.

Descripcion detallada

En el presente documento se proporcionan metodos, aparato y kits para analizar un analito qufmico usando una celula electroqufmica conectada a un aparato de medicion. La celula electroqufmica contiene una disolucion que incluye uno o mas materiales nanoestructurados luminiscentes activos redox, uno o mas analitos qufmicos, y opcionalmente, correactante. Ademas, la celula electroqufmica contiene dos o mas electrodos en comunicacion electrica con la disolucion. Se generan dos o mas propiedades de ECL por la interaccion de los materiales nanoestructurados luminiscentes y la muestra lfquida y se miden en uno o mas de los electrodos.

Modificando la concentracion de partfculas, el tamano de partfcula y la concentracion del correactante (si se usa un correactante), pueden usarse los perfiles de i-t y/o las curvas de intensidad de ECL frente al tiempo para obtener informacion sobre la cinetica de reaccion del indicador y el correactante. En comparacion con las senales opticas, de conductividad y de masa usando materiales nanoestructurados, la presente tecnica de ECL basada en nanopartfculas puede permitir la deteccion con un aparato sencillo a alta sensibilidad.

La presente solicitud incluye metodos, composiciones y kits para analizar un analito qufmico que tiene una celula electroqufmica conectada a un aparato de medicion. La celula electroqufmica contiene una disolucion que tiene uno o mas materiales nanoestructurados, con o sin correactante. Ademas, la celula electroqufmica contiene dos o mas electrodos en comunicacion con la disolucion. Se generan uno o mas acontecimientos de emision por la interaccion del uno o mas materiales nanoestructurados y el correactante (si esta presente el correactante) y se miden en los electrodos o un detector optico conectado a la celula.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

La presente solicitud proporciona dispositivos que pueden incluir uno o mas materiales nanoestructurados luminiscentes activos redox en disolucion dentro de la celula electroqufmica. Por ejemplo, el uno o mas materiales nanoestructurados luminiscentes activos redox pueden ser materiales nanoestructurados ionicos (por ejemplo, formados a partir de un compuesto organometalico) o materiales nanoestructurados de polfmeros o compuestos organicos pequenos. Los materiales nanoestructurados pueden ser de un tamano de entre aproximadamente 1 nm y menos de aproximadamente 1000 nm, al menos en una dimension. Ademas, la distribucion de tamano del material nanoestructurado puede ser generalmente uniforme, dispersa o variable. Los materiales nanoestructurados pueden tener diferentes grupos de partfculas que tienen generalmente un tamano similar dentro del grupo pero un tamano diferente en relacion con otros grupos en la disolucion. Por ejemplo, en muchas realizaciones los materiales particulados nanoestructurados tienen al menos una dimension que tiene un tamano promedio no mayor de aproximadamente 250 nm y, en algunos casos, no mayor de aproximadamente 100 nm. Los materiales particulados nanoestructurados pueden ser de un tamano y forma tal que ninguna dimension promedio es mayor de aproximadamente 500 nm.

La presente solicitud proporciona metodos para la preparacion de materiales nanoestructurados que incluyen compuestos luminiscentes ionicos y/u organicos. Los ejemplos de compuestos luminiscentes organicos adecuados pueden incluir compuestos aromaticos luminiscentes, por ejemplo, hidrocarburos aromaticos policfclicos luminiscentes. Los ejemplos de compuestos luminiscentes ionicos adecuados que pueden emplearse en los presentes metodos incluyen complejos que contienen metal luminiscente, por ejemplo, complejos polidentados de un ion de metal. Los ejemplos adecuados que pueden incluirse en tales compuestos incluyen rutenio, osmio, renio, iridio, platino, cerio, europio, terbio y/o iterbio. Se emplean comunmente compuestos organometalicos que contienen rutenio en los presentes metodos y materiales nanoestructurados. Los metodos tambien incluyen realizaciones, en las que el material nanoestructurado incluye nanopartfculas luminiscentes formadas a partir de hidrocarburos aromaticos policfclicos luminiscentes sustituidos con fenilo, tales como rubreno y difenilantraceno (DPA).

Tal como se usa en el presente documento, la frase “material nanoestructurado” se refiere a materiales que tienen una estructura a granel a nanoescala, es decir, tienen al menos una dimension que no es mayor de aproximadamente 250 nm. En otras palabras, cuando los materiales estan en estado solido, se forman cristales o materiales de una estructura dada a partir de los compuestos que comprenden el material a granel. Los materiales nanoestructurados, tal como se usa en el presente documento, no son compuestos individuales.

El compuesto organico que contiene metal incluye ligandos polidentados, por ejemplo, ligandos polidentados heteroaromaticos tales como bipiridilo, bipiridilo sustituido, 1,10-fenantrolina y/o 1,10-fenantrolina sustituida, en donde uno o mas de los ligandos polidentados incluyen al menos un grupo hidrocarburo de cadena larga, por ejemplo, un grupo alquilo de cadena larga lineal que tiene normalmente desde 12 hasta 22 atomos de carbono. Por ejemplo, los compuestos organicos que contienen metal incluyen compuestos de formula [M(PD)2(C(O)O(CH2)nCH3)2-PD)]X2, en donde PD es un ligando polidentado; M es un ion de metal, tal como un ion de Ru u Os; n es un numero entero de desde 10 hasta 30; y X es un anion. Compuestos a modo de ejemplo en donde M es Ru y PD es un grupo bipiridilo (bpy), pueden tener la siguiente formula, denominada Ru-LCE, que se refiere a un compuesto de rutenio que tiene un grupo alquilo de cadena larga unido como un ester, de ahf el termino LCE (ester de cadena larga):

imagen1

Los ejemplos especfficos de restos de ECL adecuados incluyen compuestos que incluyen al menos un resto de bis(2,2'-bipiridil)rutenio (II) o tris(2,2'-bipiridil)rutenio (II) sustituido con alquilo de cadena larga. Un grupo de tales compuestos que puede actuar como marcador de ECL son sales de Ru(bpy)32+ sustituidas con alquilo de cadena larga, por ejemplo, Ru(bpy)2(4,4'-(C(O)O(CH2)nCH3)2-bpy) Cl2 y Ru(bpy)2(4,4'-(C(O)O(CH2)nCH3)2-bpy) (ClO4)2, en donde n es un numero entero de desde 10 hasta 30. Los ejemplos especfficos incluyen sales de Ru(bpy)2(4,4'-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

(C(O)O(CH2)i4CH3)2-bpy)2+ (tambien denominadas en el presente documento “sales de Ru(bpy)2(bpy-Ci6Est)2+”).

Otros ejemplos adecuados de sales de Ru(bpy)32+ sustituidas con alquilo de cadena larga incluyen compuestos tales como sales de Ru(bpy)2(LCsub-bpy)2+, en donde el ligando “LCsub-bpy” es un compuesto de bipiridilo sustituido con alquilo de cadena larga. Pueden prepararse compuestos de bipiridilo sustituidos con alquilo de cadena larga mediante varios metodos conocidos por los expertos en la tecnica. Los ejemplos incluyen el producto de reaccion de sales de bis(2,2'-bipiridin)(4-metil-4'-aminometil-2,2'-bipiridina) de metal con un acido carboxflico activado, tal como cloruro de estearoflo u otro derivado de acido alcanoico de cadena larga activado (por ejemplo, CH3(CH2)nCO2-X, en donde n es un numero entero de desde aproximadamente 10 hasta 25), para formar la correspondiente diamida. En el presente documento las sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)(4-metil-4'-aminometil-2,2'-bipiridina) tambien se denominan “sales de Ru(bpy)2(bpy-CigAmd)2+”. Se describen ejemplos de metodos de sfntesis para producir bipiridinas sustituidas con alquilo de cadena larga en las patentes estadounidenses n.os 5.324.457 y 6.808.939 y Fraser et al., J. Org. Chem., 62, 9314-9317 (1997).

Pueden producirse bipiridinas sustituidas con alcoxido de cadena larga mediante reaccion de un alcoxido de cadena larga (por ejemplo, NaO(CH2)nCH3, en donde n es un numero entero de desde aproximadamente 10 hasta 25) con 4,4'-bis-bromometilbipiridina.

Pueden producirse bipiridinas sustituidas con alquilmercaptano de cadena larga mediante reaccion de un alquilomercaptano de cadena larga (por ejemplo, NaS(CH2)nCH3 en donde n es un numero entero de desde aproximadamente 10 hasta 25) con 4,4'-bis-bromometilbipiridina.

Pueden producirse bipiridinas sustituidas con alcoxilo de cadena larga mediante reaccion de un haluro de alquilo de cadena larga (por ejemplo, Br(CH2)nCH3, en donde n es un numero entero de desde aproximadamente 10 hasta 25) con 4,4'-bis-hidroximetil-2,2'-bipiridina. Por ejemplo, vease la patente estadounidense n.° 6.808.939.

Pueden producirse bipiridinas sustituidas con ester alquflico de cadena larga mediante esterificacion de acido 4-(4- metil-2,2-bipiridin-4'-il)-butfrico con un alcanol de cadena larga (por ejemplo, HO(CH2)nCH3 en donde n es un numero entero de desde 6 hasta 25). Por ejemplo, vease la patente estadounidense n.° 6.808.939.

Tambien pueden producirse bipiridinas sustituidas con ester alquflico de cadena larga mediante esterificacion de 4,4'-bis-(carboxi)bipiridina con alcoholes grasos de cadena larga, tales como alcohol estearflico.

Los complejos organicos que contienen metal que incluyen ligandos polidentados (por ejemplo, ligandos de bipiridilo) descritos anteriormente pueden incluir uno o mas de varios iones de metal diferentes siempre que el complejo sea luminiscente. Tal como se indico anteriormente, los ejemplos de iones de metal adecuados que pueden emplearse en tales complejos incluyen iones de rutenio, osmio, renio, cerio, europio, terbio y/o iterbio. Tales compuestos pueden conocerse de manera diversa como compuestos de coordinacion o compuestos organometalicos. Tal como se usa en el presente documento, los compuestos organometalicos son los compuestos que tienen un metal y un grupo organico, aunque puede no estar presente un enlace metal-carbono directo en el complejo, aunque “organometalico” tambien se refiere a compuestos con un enlace metal-carbono. Los expertos en la tecnica conocen bien compuestos de coordinacion.

Las nanopartfculas empleadas en los metodos descritos en el presente documento pueden producirse mediante una variedad de metodos conocidos por los expertos en la tecnica. Por ejemplo, pueden producirse estructuras a nanoescala de compuestos luminiscentes ionicos y/u organicos a partir de una disolucion de un compuesto luminiscente en un disolvente adecuado para el compuesto, y luego, normalmente con mezclado vigoroso, anadiendo la primera disolucion a un antidisolvente para el compuesto. La primera disolucion puede inyectarse rapidamente o anadirse de una manera de gota a gota al antidisolvente. Este “metodo de reprecipitacion” puede realizarse con o sin la presencia de un agente de ocupacion de extremos, tal como un tensioactivo de bajo peso molecular, por ejemplo, Triton X-100, un polfmero de carga neutra o un polfmero cargado. Para determinadas realizaciones, puede ser ventajoso formar nanopartfculas introduciendo una disolucion del compuesto luminiscente en un disolvente organico en una disolucion acuosa que esta libre de cualquier tensioactivo anadido. La presencia de tensioactivo puede tener un efecto negativo sobre la generacion de ECL usando las nanopartfculas resultantes, posiblemente debido a la presencia de una capa de tensioactivo en el exterior de las nanopartfculas. Tal como se emplea en el presente documento, el termino “sustancialmente libre de tensioactivo” se refiere a nanopartfculas que se han preparado a partir de una mezcla de disolvente organico y disolucion acuosa que no contiene tensioactivo anadido.

Se describen ejemplos especfficos de la produccion de estructuras a nanoescala de compuestos organicos formados mediante metodos de reprecipitacion en Kasai et al., Jpn. J. Appl. Phys. (1992), 31, 1132. Los ejemplos de disolventes adecuados que pueden emplearse en tales metodos de reprecipitacion incluyen disolventes organicos miscibles con agua, polares tales como acetonitrilo (MeCN), acetona (MeCOMe), tetrahidrofurano (THF), N,N- dimetilformamida (DMF) y similares. Se emplea comunmente agua como disolvente malo en la formacion de los presentes materiales nanoestructurados, aunque tambien pueden usare otros disolventes, por ejemplo, hexano, como disolvente malo.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Sin querer restringirse a la teorfa, se cree que el esquema general representado en el esquema I a continuacion proporciona una ilustracion del mecanismo basico mediante el cual se genera un estado excitado de emision de un resto electroquimioluminiscente. Tal como se representa, se generan especies radicales que tienen un electron mas o un electron menos (con respecto a su estado normal) y posteriormente pueden combinarse para crear un estado excitado del resto quimioluminiscente.

Esquema I R - e- ^ R +

R + e- ^ R-

R + + R - ^ R* + R

Se sintetizaron nanocintas de Ru-LCE (NB) mediante un metodo de reprecipitacion sencillo a partir de una disolucion al 4% p/v en MeCN a temperatura ambiente. Tales NB de Ru-LCE son normalmente insolubles en agua, pero son solubles en disolventes organicos polares que son miscibles con agua. Por ejemplo, [Ru(bpy)2(4,4'- (C(O)O(CH2)i4CH3)2-bpy)]2+ es insoluble en agua, pero es muy soluble en o bien acetonitrilo o bien acetona. En una preparacion tfpica, se inyectaron rapidamente 4 pl de esta disolucion en 10 ml de agua altamente pura (Millipore) bajo agitacion ultrasonica a temperatura ambiente durante 30 s, seguido por envejecimiento en un vial cerrado a temperatura ambiente durante 24 h. La disolucion coloidal resultante es una disolucion naranja-amarillenta transparente que presenta dispersion de luz fuerte, confirmando la formacion de nanopartfculas. Con un tiempo de envejecimiento creciente (un mes), sedimento una pequena cantidad de precipitado de nanocintas naranjas- amarillas. Las nanocintas pueden dispersarse facilmente y puede volverse a obtener una disolucion clara mediante agitacion ligera.

Las imagenes de SEM y TEM, tal como se muestra en la figura 2A y la figura 2B, indican que las partfculas obtenidas tras un envejecimiento de tiempo prolongado tienen una morfologfa larga, recta, de tipo cinta con anchuras de aproximadamente 200 a 1000 nm y longitudes de aproximadamente 5 a 15 mm. Tambien puede usarse FESEM (microscopfa electronica de barrido de emision de campo) para caracterizar las NB. El grosor de las NB oscila entre alrededor de 50 y 120 nm, tal como se estima a partir de la imagen de SEM de la cara lateral de las NB y las razones de anchura con respecto a grosor son de aproximadamente 5 a 10. El patron de difraccion electronica de area seleccionada (SAED) (recuadro en la figura 2B) revela que las NB asf preparadas tienen estructuras monocristalinas y crecen a lo largo de la direccion [001]. Esto tambien se confirma mediante el contraste del patron de difraccion de rayos X (XRD) que indica la orientacion preferente de los planos de red cristalina [001] en las NB. Las senales de xRd fuertes y nftidas sugieren una estructura altamente cristalina de NB de Ru-LCE, y el pico principal a 2,231° corresponde al plano de crecimiento preferente [001] del monocristal de Ru-LCE. Segun el volumen de la celula y el tamano de NB (10000 x 500 x 100 nm), una Nb individual contiene aproximadamente 3,0 x 108 moleculas de Ru-LCE. En comparacion con los nanoalambres habituales con una seccion transversal redonda, una estructura de nanocinta debe proporcionar una superficie de contacto de area grande cuando se deposita sobre los electrodos, facilitando asf la fabricacion de dispositivos con contacto electrico mejorado.

Las muestras recogidas 5 min tras la inyeccion consistfan en aproximadamente NP de un tamano de aproximadamente 10 nm de Ru-LCE amorfo (vease la figura 3A y la figura 3B), que posteriormente se agregaron en el plazo de 30 min para dar una estructura de tipo cinta (vease la figura 3C). La prolongacion del tiempo de envejecimiento hasta 2 horas dio como resultado un aumento progresivo en la longitud de las NB (vease la figura 3D). El analisis de difraccion electronica indico que la NB formada inicialmente era Ru-LCE amorfo. La prolongacion del tiempo de envejecimiento hasta 24 h dio como resultado un aumento progresivo en la cristalinidad de las NB. Sin querer restringirse a la teorfa, segun las observaciones anteriores, la formacion de NB monocristalinas de Ru-LCE implica un proceso de multiples etapas que implica nucleacion, ensamblaje orientado y reestructuracion de elementos estructurales de NP formados inicialmente, en vez de crecimiento directo a partir de la disolucion segun los mecanismos clasicos de cristalizacion.

La figura 4A muestra una comparacion de los espectros de emision de fluorescencia y absorcion de NB de Ru-LCE y los correspondientes monomeros en disolucion. El monomero en MeCN presenta una banda de absorcion de transferencia de carga intramolecular ancha (de 360 a 480 nm), que se asigna a la transicion de transferencia de carga de metal a ligando (MLCT) (es decir, dn^n*). La transicion de transferencia de carga de metal a ligando de menor energfa de las NB en disolucion acuosa presenta un desplazamiento al azul obvio (desde 480 hasta 458 nm) en comparacion con monomeros en acetonitrilo, lo que sugiere la formacion de agregados de H en las NB debido a las interacciones fuertes de apilamiento n. Los espectros de fluorescencia de las NB tambien muestran un desplazamiento hipsocromico similar que los espectros de absorcion y una emision de fluorescencia potenciada (a aproximadamente 640 nm), lo que implica que las NB son agregados de J, en donde las moleculas se disponen en una direccion de cabeza a cola, induciendo una eficacia de fluorescencia relativamente alta. La imagen de fluorescencia de una NB puede observarse facilmente (vease la figura 4B). Sin querer restringirse a la teorfa, se cree que la coexistencia de dos clases de agregados (de tipo H y J) conduce a la formacion espontanea de las NB.

Se usaron dos metodos para observar la ECL de las NB en un ultramicroelectrodo (UME) o un electrodo de platino.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En primer lugar, la ECL de las NB dispersadas en agua que contenfa tripropilamina 0,1 M (TPrA) como correactante y tampon fosfato 0,1 M pudo observarse facilmente durante los barridos (desde 0 hasta 1,5 V) o los pulsos (de -1,25 a 1,25 V) de potencial (vease la figura 5A y la figura 5B). En segundo lugar, tambien se observo la curva de ECL de una NB de Ru-LCE individual depositada sobre un UME de platino (vease la figura 6A). El voltamograma cfclico (CV) muestra una onda anodica irreversible bastante amplia debido a la oxidacion directa de TPrA, y la NB de Ru-LCE individual tiene poca influencia sobre el voltamograma cfclico (CV). La corriente de oxidacion comienza a picos de aproximadamente 1,1 V a un potencial de aproximadamente 1,38 V, y es irreversible. Tal comportamiento de oxidacion anodica es similar al de TPrA en disoluciones acuosas neutras en un electrodo de carbono vftreo. El mecanismo sigue probablemente el de Ru(bpy)32+ en disolucion, en donde el barrido del potencial positivo del electrodo de 1,25 V, provoca la oxidacion de Ru(bpy)2(bpy-C16Est)2+ en la NB absorbida para dar la forma +3, o bien directamente, o bien por medio de cationes de radicales de TPrA (ilustrado en los esquemas IIA y IIB a

continuacion). La reaccion de la forma +3 con o bien el radical de TPrA reductor o bien la forma +1 produce el

estado excitado. La intensidad de emision de ECL aumenta con el potencial creciente. Es de destacar que no se observa ECL para una disolucion acuosa que esta saturada con Ru(bpy)2(bpy-C16Est)2+ preparado poniendo un

portaobjetos con una pelfcula de este material (colado a partir de una disolucion de acetonitrilo) en la disolucion

durante la noche con agitacion suave.

Esquema IIA R - e- ^ R +

Pr2NCH2CH2CH3 - e' ^ Pr2NCH2CH3CH2 +

Pr2NCH2CH2CH3 + ^ Pr2NCHCH3CH + H+

R + + Pr2NCHCH2CH3 ^ R* + Pr2N+CHCH2CH

Esquema IIB R + Pr2NCHCH3CH ^ R" + Pr2N+CHCH2CH

R + + R" ^ R* + R

Se prepararon NC de rubreno mediante un metodo de reprecipitacion tal como sigue: se inyectaron rapidamente 100 pl de disolucion de rubreno 5 mM en tetrahidrofurano (THF) en 10 ml de agua desionizada bajo una atmosfera de argon con agitacion vigorosa a temperatura ambiente. Entonces se filtro la disolucion de NC de color rojo palido claro resultante con un filtro de 0,22 pm. El radio hidrodinamico de NP de rubreno en agua determinado mediante dispersion de luz dinamica (DLS) es de aproximadamente 20 nm y hay una pequena cantidad de agregados de alrededor de 75-100 nm de tamano. La cinetica de la formacion de los agregados se determina por la interaccion entre las partfculas, el tamano de partfcula y las condiciones de flujo dentro del sistema. La adicion de agentes de ocupacion de extremos, tales como un tensioactivo de bajo peso molecular o polfmeros neutros o cargados puede afectar drasticamente al proceso de formacion y/o agregacion de las NP. Tambien puede estabilizar las partfculas. Por ejemplo, la adicion de Triton X-100 en agua favorece la formacion de NC de rubreno muy pequenos (~ 4 nm), y la distribucion de tamano es estrecha.

La ECL de los NC de rubreno dispersados en agua que contenfa tripropilamina 0,1 M (TPrA) como correactante y tampon fosfato 0,1 M pudo observarse facilmente durante barridos (desde 0 hasta 0,9 V frente a Ag/AgCl) (vease la figura 7B) o pulsos (de 0 a 1,1 V) de potencial (vease la figura 7A, la figura 7C y la figura 7D). La senal de ECL durante el pulso de potencial puede observarse pero declina de manera abrupta con el tiempo dentro de la duracion del pulso (mas rapido que la velocidad de transferencia de masa limitada por la difusion normal) quiza debido a la inestabilidad de los iones de radicales generados en el medio acuoso. La Cv en el intervalo de potencial mostrado en la figura 7B es indiferenciado, pero alcanzara un pico de oxidacion limitado por la difusion de TPrA a un potencial positivo (se hace referencia a la figura 6A). Los NC de rubreno preparados en diferentes disolventes, tales como N,N-dimetilformamida, DMF, muestran una senal de ECL mucho mas baja en la misma condicion de preparacion, es decir inyeccion de 100 pl de rubreno 5 mM en DMF en 10 ml de agua desionizada. El aumento de la concentracion de NC de rubreno 5 veces aumenta la senal de ECL, lo que sugiere que la polaridad y solubilidad en disolvente del compuesto organico o ionico en disolventes podrfa afectar sutilmente al proceso de nanocristalizacion en el metodo de reprecipitacion.

Se prepararon NC de DPA usando THF, DMF o MeCN como buen disolvente y agua como mal disolvente. El radio hidrodinamico promedio de NC de DPA usando MeCN como disolvente de disolucion es de aproximadamente 45 nm, que es considerablemente mas grande que las NC de rubreno descritas anteriormente. Una imagen de SEM de las NC de DPA revela que son nanovarillas polidispersas con diametros de desde aproximadamente 20 hasta 100 nm y longitudes de desde aproximadamente 100 - 600 nm (vease la figura 1).

Se examino la ECL de NC de DPA comparando TPrA u oxalato como correactante. No se observo intensidad de ECL significativa a partir de NC de DPA usando TPrA como correactante al tiempo que se detecto algo de ECL en presencia de oxalato tal como se muestra en la figura 8. Esto concuerda con informes publicados, que muestran que CO2" (el producto intermedio activo producido durante la oxidacion de oxalato) es mas energetico que TPrA (el producto intermedio activo generado a partir de la oxidacion de TPrA). Se cree que el esquema representado en el

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

esquema 1 puede ilustrar el esquema mediante el cual un correactante (por ejemplo, TPrA) puede interaccionar con los compuestos luminiscentes activos redox en los presentes materiales nanoestructurados para generar una especie luminiscente en estado excitado que puede emitir luz.

Se han sintetizado materiales nanoestructurados organicos o ionicos (por ejemplo, compuestos organometalicos o complejos de metal-ligando), tales como NSM, y se ha examinado su ECL usando Ru-LCE, rubreno y DPA como indicadores y TPrA u oxalato como correactante. El experto en la tecnica reconocera que pueden usarse otras NP, correactantes y otras combinaciones de disolventes. Con el fin de reducir la corriente de fondo y potenciar la eficacia de ECL relativa, un electrodo o las NP puede someterse a determinados tratamientos de superficie. Pueden formarse electrodos adecuados a partir de materiales tales como ITO, oro, carbono vftreo, diamante dopado con boro, y otros materiales similares.

En general, “sustituido” se refiere a un grupo organico tal como se define a continuacion (por ejemplo, un grupo alquilo) en el que uno o mas enlaces a un atomo de hidrogeno contenido en el mismo se reemplazan por un enlace a atomos distintos de hidrogeno o distintos de carbono. Los grupos sustituidos tambien incluyen grupos en los que uno o mas enlaces a atomo(s) de carbono o hidrogeno se reemplazan por uno o mas enlaces, incluyendo dobles o triples enlaces, a un heteroatomo. Por tanto, un grupo sustituido estara sustituido con uno o mas sustituyentes, a menos que se especifique otra cosa. En algunas realizaciones, un grupo sustituido esta sustituido con 1, 2, 3, 4, 5 o 6 sustituyentes. Los ejemplos de grupos sustituyentes incluyen: halogenos (es decir, F, Cl, Br y I); hidroxilos; grupos alcoxilo, alquenoxilo, alquinoxilo, ariloxilo, aralquiloxilo, heterocicliloxilo y heterociclilalcoxilo; carbonilos (oxo); carboxilos; esteres; eteres; uretanos; oximas; hidroxilaminas; alcoxiaminas; aralcoxiaminas; tioles; sulfuros; sulfoxidos; sulfonas; sulfonilos; sulfonamidas; aminas; N-oxidos; hidrazinas; hidrazidas; hidrazonas; azidas; amidas; ureas; amidinas; guanidinas; enaminas; imidas; isocianatos; isotiocianatos; cianatos; tiocianatos; iminas; grupos nitro; nitrilos (es decir, CN); y similares.

Los grupos alquilo incluyen grupos alquilo ramificados y de cadena lineal que tienen desde 1 hasta aproximadamente 20 atomos de carbono, y normalmente desde 1 hasta 12 carbonos o, en algunas realizaciones, desde 1 hasta 8, de 1 a 6 o de 1 a 4 atomos de carbono. Los grupos alquilo incluyen ademas grupos cicloalquilo tal como se definen a continuacion. Los ejemplos de grupos alquilo de cadena lineal incluyen aquellos con desde 1 hasta 8 atomos de carbono tales como grupos metilo, etilo, n-propilo, n-butilo, n-pentilo, n-hexilo, n-heptilo y n-octilo. Los ejemplos de grupos alquilo ramificados incluyen, pero no se limitan a, grupos isopropilo, iso-butilo, sec-butilo, terc-butilo, neopentilo, isopentilo y 2,2-dimetilpropilo. Los grupos alquilo sustituidos representativos pueden estar sustituidos una o mas veces con sustituyentes tales como los enumerados anteriormente.

Los grupos arilo son hidrocarburos aromaticos cfclicos que no contienen heteroatomos. Los grupos arilo incluyen sistemas de anillos monocfclicos, bicfclicos y policfclicos. Por tanto, los grupos arilo incluyen, pero no se limitan a, grupos ciclopentadienilo, fenilo, azulenilo, heptalenilo, bifenilenilo, indacenilo, fluorenilo, fenantrenilo, trifenilenilo, pirenilo, naftacenilo, crisenilo, bifenilo, antracenilo, indenilo, indanilo, pentalenilo y naftilo. En algunas realizaciones, los grupos arilo contienen 5-14 carbonos, y en otros desde 5 hasta 12 o incluso 6-10 atomos de carbono en las partes de anillo de los grupos. Aunque la frase “grupos arilo” incluye grupos que contienen anillos condensados, tales como sistemas de anillos aromaticos-alifaticos condensados (por ejemplo, indanilo, tetrahidronaftilo, y similares), no incluye grupos arilo que tienen otros grupos, tales como grupos alquilo o halo, unidos a uno de los miembros de anillo. Mas bien, grupos tales como tolilo se denominan grupos arilo sustituidos. Los grupos arilo sustituidos representativos pueden estar monosustituidos o sustituidos mas de una vez. Por ejemplo, los grupos arilo monosustituidos incluyen, pero no se limitan a, grupos fenilo o naftilo sustituidos 2, 3, 4, 5 o 6 veces, que pueden estar sustituidos con sustituyentes tales como los enumerados anteriormente.

Los grupos heterociclilo incluyen compuestos de anillo aromaticos (tambien denominados heteroarilo) y no aromaticos que contienen 3 o mas miembros de anillo, de los cuales uno o mas es un heteroatomo tal como, pero sin limitarse a, N, O y S. En algunas realizaciones, los grupos heterociclilo incluyen de 3 a 20 miembros de anillo, mientras que otros de tales grupos tienen de 3 a 6, de 3 a 10, de 3 a 12 o de 3 a 15 miembros de anillo. Los grupos heterociclilo abarcan sistemas de anillos insaturados, parcialmente saturados y saturados, tales como, por ejemplo, grupos imidazolilo, imidazolinilo e imidazolidinilo. La frase “grupo heterociclilo” incluye especies de anillos condensados incluyendo los que comprenden grupos aromaticos y no aromaticos condensados, tales como, por ejemplo, benzotriazolilo, 2,3-dihidrobenzo[1,4]dioxinilo y benzo[1,3]dioxolilo. La frase tambien incluye sistemas de anillos policfclicos en puente que contienen un heteroatomo tal como, pero sin limitarse a, quinuclidilo. Sin embargo, la frase no incluye grupos heterociclilo que tienen otros grupos, tales como grupos alquilo, oxo o halo, unidos a uno de los miembros de anillo. Mas bien, estos se denominan “grupos heterociclilo sustituidos”. Los grupos heterociclilo incluyen, pero no se limitan a, grupos aziridinilo, azetidinilo, pirrolidinilo, imidazolidinilo, pirazolidinilo, tiazolidinilo, tetrahidrotiofenilo, tetrahidrofuranilo, dioxolilo, furanilo, tiofenilo, pirrolilo, pirrolinilo, imidazolilo, imidazolinilo, pirazolilo, pirazolinilo, triazolilo, tetrazolilo, oxazolilo, isoxazolilo, tiazolilo, tiazolinilo, isotiazolilo, tiadiazolilo, oxadiazolilo, piperidilo, piperazinilo, morfolinilo, tiomorfolinilo, tetrahidropiranilo, tetrahidrotiopiranilo, oxatiano, dioxilo, ditianilo, piranilo, piridilo, bipiridilo, pirimidinilo, piridazinilo, pirazinilo, triazinilo, dihidropiridilo, dihidroditiinilo, dihidroditionilo, homopiperazinilo, quinuclidilo, indolilo, indolinilo, isoindolilo, azaindolilo (pirrolopiridilo), indazolilo, indolizinilo, benzotriazolilo, bencimidazolilo, benzofuranilo, benzotiofenilo, benztiazolilo, benzoxadiazolilo, benzoxazinilo, benzoditiinilo, benzoxatiinilo, benzotiazinilo, benzoxazolilo, benzotiazolilo, benzotiadiazolilo,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

benzo[1,3]dioxolilo, pirazolopiridilo, imidazopiridilo (azabencimidazolilo), triazolopiridilo, isoxazolopiridilo, purinilo, xantinilo, adeninilo, guaninilo, quinolinilo, isoquinolinilo, quinolizinilo, quinoxalinilo, quinazolinilo, cinnolinilo, ftalazinilo, naftiridinilo, pteridinilo, tianaftalenilo, dihidrobenzotiazinilo, dihidrobenzofuranilo, dihidroindolilo, dihidrobenzodioxinilo, tetrahidroindolilo, tetrahidroindazolilo, tetrahidrobencimidazolilo, tetrahidrobenzotriazolilo, tetrahidropirrolopiridilo, tetrahidropirazolopiridilo, tetrahidroimidazopiridilo, tetrahidrotriazolopiridilo y tetrahidroquinolinilo. Los grupos heterociclilo sustituidos representativos pueden estar monosustituidos o sustituidos mas de una vez, tal como, pero sin limitarse a, grupos piridilo o morfolinilo, que estan sustituidos 2, 3, 4, 5 o 6 veces, o disustituidos con diversos sustituyentes tales como los enumerados anteriormente.

Los grupos alcoxilo son grupos hidroxilo (-OH) en los que el enlace al atomo de hidrogeno se reemplaza por un enlace a un atomo de carbono de un grupo alquilo sustituido o no sustituido tal como se definio anteriormente. Los ejemplos de grupos alcoxilo lineales incluyen pero no se limitan a metoxilo, etoxilo, propoxilo, butoxilo, pentoxilo, hexoxilo, y similares. Los ejemplos de grupos alcoxilo ramificados incluyen pero no se limitan a isopropoxilo, sec- butoxilo, terc-butoxilo, isopentoxilo, isohexoxilo, y similares. Los ejemplos de grupos cicloalcoxilo incluyen pero no se limitan a ciclopropiloxilo, ciclobutiloxilo, ciclopentiloxilo, ciclohexiloxilo, y similares. Los grupos alcoxilo sustituidos representativos pueden estar sustituidos una o mas veces con sustituyentes tales como los enumerados anteriormente.

Realizaciones ilustrativas

Mientras que se comentan la realizacion y el uso de diversas realizaciones de la presente invencion en detalle en el presente documento, debe apreciarse que la presente invencion proporciona muchos conceptos inventivos aplicables que pueden realizarse en una amplia variedad de contextos especfficos. Las realizaciones especfficas comentadas en el presente documento son meramente ilustrativas de modos especfficos para realizar y usar la invencion y no limitan el alcance de la invencion.

Una realizacion proporciona un material particulado nanoestructurado formado a partir de un compuesto luminiscente activo redox. El material nanoestructurado tiene comunmente al menos una dimension que tiene un tamano promedio no mayor de aproximadamente 250 nm, mas comunmente de no mas de aproximadamente 150 nm y, en algunas realizaciones, al menos una dimension puede tener un tamano promedio no mayor de aproximadamente 100 nm. Por ejemplo, el material nanoestructurado puede ser una nanopartfcula (“NP”) en la que una dimension tiene un tamano promedio mayor de aproximadamente 200 nm. Otros ejemplos incluyen nanocristales (“NC”) en los que, normalmente, al menos dos y, a menudo tres, dimensiones no son de mas de aproximadamente 200 nm y comunmente no mas de aproximadamente 100 nm. Otras realizaciones pueden incluir nanocintas (“NB”), que tienen una morfologfa larga, recta y de tipo cinta, con una anchura de al menos aproximadamente 150 nm y un grosor de aproximadamente 50 a 125 nm. Tales nanocintas pueden tener anchuras de aproximadamente 200 a 1000 nm y longitudes de aproximadamente 5 a 15 pm, y normalmente tienen una razon de anchura con respecto a grosor de aproximadamente 5 a 10 y pueden tener una razon de aspecto de aproximadamente 10 o mas. En todavfa otras realizaciones, el material nanoestructurado puede ser una nanovarilla que tiene un diametro promedio de no mas de aproximadamente 250 nm, comunmente de aproximadamente 10 a 150 nm, y una longitud promedio de aproximadamente 50 nm a 1 micrometro.

Una realizacion proporciona un metodo para detectar un analito en una disolucion de muestra a la que se le han anadido materiales particulados nanoestructurados luminiscentes. El metodo incluye poner en contacto la disolucion de muestra con una celula electroqufmica que contiene dos o mas electrodos en comunicacion con la disolucion; y generar una o mas propiedades de ECL a traves de una interaccion de los materiales nanoestructurados luminiscentes, la muestra lfquida y dos o mas de los electrodos; y medir al menos una propiedad de ECL generada por la interaccion. Los materiales nanoestructurados luminiscentes incluyen un compuesto organico u organometalico luminiscente activo redox.

Otra realizacion proporciona un metodo de determinacion de la presencia de un analito de interes que comprende:

(a) poner en contacto el analito con un resto qufmico en condiciones adecuadas para formar una mezcla de reactivo; en el que el resto qufmico incluye un material particulado nanoestructurado que comprende un compuesto organico u organometalico luminiscente activo redox;

(b) inducir la emision de radiacion electromagnetica por el resto qufmico exponiendo la mezcla de reactivo a energfa qufmica o electroqufmica; y

(c) detectar la radiacion electromagnetica emitida y determinar de ese modo la presencia del analito de interes.

Los compuestos luminiscentes activos redox adecuados, que pueden usarse para formar los presentes materiales nanoestructurados, pueden seleccionarse de una variedad de compuestos luminiscentes ionicos y/u organicos. Los ejemplos incluyen hidrocarburos aromaticos luminiscentes, por ejemplo, hidrocarburos aromaticos luminiscentes sustituidos con fenilo tales como compuestos aromaticos policfclicos sustituidos con fenilo, y complejos que contienen metal luminiscente, por ejemplo, complejos polidentados heteroaromaticos de un ion de metal tal como

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

rutenio.

Los ejemplos de compuestos aromaticos policfclicos sustituidos con fenilo adecuados, a menudo en forma de materiales luminiscentes nanoestructurados (que pueden estar en forma de nanocristales o nanovarillas), incluyen rubreno (“Rub”), difenilantraceno (“DPA”) y otros compuestos aromaticos policfclicos sustituidos con fenilo luminiscentes. Los complejos polidentados heteroaromaticos incluyen compuestos aromaticos con uno o mas heteroatomos en los que el complejo puede unirse a mas de un metal o puede unirse mas de una vez a un unico metal.

Los ejemplos de complejos que contienen metal luminiscente adecuados incluyen complejos polidentados de un ion de metal tal como rutenio, osmio, renio, cerio, europio, terbio y/o iterbio. Los ejemplos particulares de complejos polidentados heteroaromaticos adecuados incluyen restos que contienen bis(2,2'-bipiridil)rutenio (II) o tris(2,2'- bipiridil)rutenio (II) sustituidos, en los que al menos uno de los grupos bipiridilo (“bpy”) esta sustituido con uno o mas grupos alquilo de cadena larga.

Los grupos bpy sustituidos con alquilo de cadena larga adecuados (“LCsub-bpy”) incluyen: 4-metil-4'- alcanoilaminometil-2,2'-bipiridinas; 4,4'-bis-(alcoximetil)bipiridinas; 4,4'-bis-(alquilmercaptometil)bipiridinas; esteres alquflicos de acidos omega-(4-metil-2,2-bipiridin-4'-il)-alcanoicos; 4,4'-bis-(carboxilato) de di-n-alquilo-bipiridinas; diesteres n-alquflicos de 4,4'-bis-(carboxi)-2,2-bipiridinas; y diesteres acido graso de cadena larga con 4,4'-bis- (hidroximetil)bipiridinas.

Los ejemplos de complejos de metal luminiscentes adecuados, incluyendo diesteres n-alquflicos de 4,4'-bis- (carboxi)-2,2-bipiridinas, incluyen sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)(di-n-alquil-4,4'-bis-(carboxilato)-bipiridina)2+, por ejemplo, sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)(di-n-pentadecil-4,4'-bis-(carboxilato)-bipiridina)2+ de u otros complejos de rutenio relacionados, en donde el grupo ester alquflico contiene cada uno de aproximadamente 10 a 25 atomos de carbono. Los ejemplos adecuados de tales grupos ester alquflico incluyen tales esteres de alcohol estearflico, alcohol palmitflico y alcohol dodecflico.

Los ejemplos de complejos de metal luminiscentes adecuados basados en 4-metil-4'-alcanoilaminometil-2,2'- bipiridinas incluyen sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)(4-metil-4'-alcanoilaminometil-2,2'-bipiridina)2+, por ejemplo, sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)(4-metil-4'-estearoilaminometil-2,2'-bipiridina)2+.

Los ejemplos de complejos de metal luminiscentes adecuados basados en 4,4'-bis-(alcoximetil)bipiridinas incluyen sales de Ru (11 )-bis(2,2'-bipiridin)(4,4'-bis-(n-alcoximetil)bipiridina)2+ por ejemplo, sales de Ru (I I)-bis(2,2'- bipiridin)(4,4'-bis-(n-hexadeciloximetil)bipiridina)2+.

Los ejemplos de complejos de metal luminiscentes adecuados basados en 4,4'-bis-(alquilmercaptometil)bipiridinas incluyen sales de Ru (11 )-bis(2,2'-bipiridin)(4,4'-bis-(n-alquilmercaptometil)bipiridina)2+ por ejemplo, sales de Ru (II)- bis(2,2'-bipiridin)(4,4'-bis-(nalquilmercaptometil)bipiridina)2+.

Otros ejemplos de complejos de metal luminiscentes adecuados basados en esteres alquflicos de acidos omega-(4- metil-2,2-bipiridin-4'-il)-alcanoicos incluyen sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)ester alquflico de acido (4-metil-2,2- bipiridin-4'-il)-alcanoico)2+, por ejemplo, sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridina)ester decflico de acido 4-(4-metil-2,2- bipiridin-4'-il)-butfrico)2+. Los ejemplos adicionales incluyen sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)(ester di-n-alcanoflico de 4,4'-bis-(hidroximetil)bipiridina)2+, por ejemplo, sales de Ru (II)-bis(2,2'-bipiridin)(ester di-estearoflico de 4,4'-bis- (hidroximetil)bipiridina)2+; y sales de Ru (I I)-bis(2,2'-bipiridina)(ester di-palmitoflico de 4,4'-bis- (hidroximetil)bipiridina)2+.

Otra realizacion proporciona un metodo para detectar la presencia de un analito de interes en una muestra lfquida, comprendiendo el metodo:

(a) poner en contacto la muestra con un reactivo que comprende un material nanoestructurado; en el que puede inducirse repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo y el material nanoestructurado comprende un compuesto ionico y/u organico luminiscente activo redox;

(b) inducir repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo; y

(c) detectar la presencia de luminiscencia emitida detectando de ese modo la presencia del analito de interes en la muestra. El metodo puede incluir tambien poner en contacto la muestra con el reactivo y un correactante de ECL, tal como una sal de oxalato (por ejemplo, oxalato de sodio) o una trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina). Por ejemplo, en muchas realizaciones del metodo, el material nanoestructurado puede incluir un complejo de metal polidentado (tal como un complejo de rutenio-bipiridilo) y correactante de trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina). En otras realizaciones del metodo, el material nanoestructurado puede incluir un hidrocarburo aromatico policfclico sustituido con fenilo (tal como rubreno) y correactante de trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina). En todavfa otras realizaciones del metodo, el material nanoestructurado puede incluir un hidrocarburo aromatico policfclico sustituido con fenilo (tal como difenilantraceno) y un correactante de sal de oxalato (por ejemplo, oxalato de sodio).

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Otra realizacion proporciona un metodo para determinar cuantitativamente la cantidad de un analito de interes presente en una muestra lfquida, comprendiendo el metodo:

(a) poner en contacto la muestra con un reactivo que comprende un material nanoestructurado; en el que puede inducirse repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo; (b) inducir repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo; y (c) determinar la cantidad de luminiscencia emitida y de ese modo determinar cuantitativamente la cantidad del analito de interes presente en la muestra. El material nanoestructurado incluye normalmente un compuesto ionico y/u organico luminiscente activo redox. El metodo puede incluir tambien poner en contacto la muestra con el reactivo y un correactante de ECL, tal como oxalato de sodio o trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina).

Otra realizacion proporciona un metodo para detectar la presencia de un analito de interes en una muestra lfquida, comprendiendo el metodo:

(a) poner en contacto la muestra con un reactivo que comprende un material nanoestructurado; en el que puede inducirse repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo y el material nanoestructurado comprende un compuesto organico y/u organometalico luminiscente activo redox;

(b) inducir repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo; y

(c) detectar la presencia de luminiscencia emitida detectando de ese modo la presencia del analito de interes en la muestra. El metodo puede incluir tambien poner en contacto la muestra con el reactivo y un correactante de ECL, tal como una sal de oxalato (por ejemplo, oxalato de sodio) o trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina).

Otra realizacion proporciona un metodo para determinar cuantitativamente la cantidad de un analito de interes presente en una muestra lfquida, comprendiendo el metodo:

(a) poner en contacto la muestra con un reactivo que comprende un material nanoestructurado; en el que puede inducirse repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo; (b) inducir repetidamente la electroquimioluminiscencia del reactivo; y (c) determinar la cantidad de luminiscencia emitida y determinar cuantitativamente de ese modo la cantidad del analito de interes presente en la muestra. El material nanoestructurado incluye normalmente un compuesto ionico y/u organico luminiscente activo redox. El metodo puede incluir tambien poner en contacto la muestra con el reactivo y un correactante de ECL, tal como oxalato de sodio o trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina).

Otra realizacion proporciona un metodo de determinacion de la presencia de un analito de interes en una muestra que comprende:

(a) poner en contacto la muestra con un resto qmmico en condiciones adecuadas para formar una mezcla de reactivo; en el que el resto qmmico incluye un material particulado nanoestructurado que comprende un compuesto luminiscente activo redox;

(b) inducir la radiacion electromagnetica del resto qmmico; y

(c) detectar la radiacion electromagnetica emitida y determinar de ese modo la presencia del analito de interes;

en el que inducir la radiacion electromagnetica del resto qmmico comprende exponer la mezcla de reactivo a energfa qmmica, electroqmmica y/o electromagnetica;

y el compuesto luminiscente activo redox incluye un hidrocarburo aromatico polidclico luminiscente, tal como un hidrocarburo aromatico polidclico sustituido con fenilo. La mezcla de reaccion puede incluir tambien un correactante de ECL, tal como oxalato de sodio, persulfato, peroxido de benzoflo, o una trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina).

El material nanoestructurado que comprende hidrocarburo aromatico polidclico luminiscente puede estar en forma de nanopartfculas luminiscentes activas redox que tienen un radio hidrodinamico promedio de no mas de aproximadamente 100 nm. Tales nanopartfculas pueden formarse a partir de un hidrocarburo aromatico polidclico sustituido con fenilo tal como rubreno. Por ejemplo, los nanocristales formados a partir de hidrocarburos aromaticos polidclicos sustituidos con fenilo pueden tener un radio hidrodinamico de no mas de aproximadamente 50 nm (tal como se determina como una dispersion en agua determinado mediante dispersion de luz dinamica (DLS)) que puede incluir tambien una pequena cantidad de agregados de nanocristales de alrededor de 75-100 nm de tamano. En otras realizaciones, el material nanoestructurado que comprende hidrocarburo aromatico polidclico luminiscente puede estar en forma de nanovarillas, por ejemplo, nanovarillas que tienen un diametro de aproximadamente 10 a 150 nm y una longitud de aproximadamente 50 nm a 1 micrometro. Tales nanovarillas pueden formarse a partir de un hidrocarburo aromatico polidclico sustituido con fenilo tal como difenilantraceno. Las nanovarillas que pueden

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

formarse con difenilantraceno pueden tener un diametro de aproximadamente 20 a 100 nm y una longitud de aproximadamente 100 nm a 600 nm.

Un metodo de determinacion de la presencia de un analito de interes en una muestra que comprende:

(a) poner en contacto la muestra con un reactivo qufmico en condiciones adecuadas para formar una mezcla de reactivo; en el que el reactivo qufmico incluye un material particulado nanoestructurado que comprende un compuesto luminiscente activo redox

(b) inducir la emision de radiacion electromagnetica del reactivo qufmico; y

(c) detectar la radiacion electromagnetica emitida y determinar de ese modo la presencia del analito de interes;

en el que inducir la emision de radiacion electromagnetica del reactivo qufmico comprende exponer la mezcla de reactivo a energfa qufmica, electroqufmica y/o electromagnetica; y el compuesto luminiscente activo redox incluye un complejo de metal polidentado, tal como un complejo de metal que contiene bipiridilo. La mezcla de reaccion puede incluir tambien un correactante de ECL, tal como sal de oxalato, sal de persulfato, peroxido de benzoflo, o una trialquilamina (por ejemplo, tripropilamina).

El material particulado nanoestructurado que comprende el compuesto luminiscente activo redox puede incluir un complejo de metal polidentado luminiscente, activo redox, tal como un complejo de metal polidentado heteroaromatico luminiscente. Los ejemplos de complejos de metal polidentados heteroaromaticos luminiscentes adecuados pueden incluir un ion de rutenio, osmio, renio, cerio, europio, terbio y/o iterbio. Los materiales nanoestructurados adecuados que comprenden complejos de metal polidentados incluyen nanocintas luminiscentes formadas a partir de complejos de metal polidentados heteroaromaticos que contienen uno o mas ligandos sustituidos con alquilo de cadena larga. Un ejemplo de tales materiales nanoestructurados son nanocintas formadas a partir de complejos de rutenio polidentados heteroaromaticoes que incluyen al menos un ligando de bipiridina sustituido con alquilo de cadena larga. Tales nanocintas pueden tener anchuras de aproximadamente 200 a 1000 nm y longitudes de aproximadamente 5 a 15 pm. El grosor de estas nanocintas puede oscilar entre alrededor de 50 y 120 nm (tal como se caracteriza mediante microscopfa electronica de barrido de emision de campo).

Otras realizaciones se refieren a metodos que emplean materiales particulados nanoestructurados formados a partir de hidrocarburos aromaticos policfclicos luminiscentes, activos redox. Tales materiales particulados nanoestructurados tienen comunmente al menos una dimension que tiene un tamano promedio no mayor de aproximadamente 250 nm y, en algunos casos, no mayor de aproximadamente 100 nm.

Se entendera que las realizaciones particulares descritas en el presente documento se muestran a modo de ilustracion y no como limitaciones de la invencion. Las principales caracterfsticas de esta invencion pueden emplearse en diversas realizaciones sin apartarse del alcance de la invencion.

El uso de la palabra “un” o “una” cuando se usa conjuntamente con el termino “que comprende” en las reivindicaciones y/o la memoria descriptiva puede significar “uno”, pero tambien concuerda con el significado de “uno o mas”, “al menos uno” y “uno o mas de uno”. El uso del termino “o” en las reivindicaciones se usa queriendo decir “y/o” a menos que se indique explfcitamente que se refiere a las alternativas solo o las alternativas son mutuamente excluyentes, aunque la divulgacion apoya una definicion que se refiere a solo las alternativas e “y/o”. A lo largo de toda esta solicitud, el termino “aproximadamente” se usa para indicar que un valor incluye la variacion de error inherente para el dispositivo, empleandose el metodo para determinar el valor, o la variacion que existe entre los sujetos de estudio.

El termino “o combinaciones de los mismos” tal como se usa en el presente documento se refiere a todas las permutaciones y combinaciones de los puntos enumerados que preceden al termino. Por ejemplo, “A, B, C, o combinaciones de los mismos” pretende incluir al menos uno de: A, B, C, AB, AC, BC o ABC, y si el orden es importante en un contexto particular, tambien BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC o CAB. Continuando con este ejemplo, se incluyen expresamente combinaciones que contienen repeticiones de uno o mas puntos o terminos, tal como BB, AAA, MB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB, y asf sucesivamente. El experto en la tecnica entendera que normalmente no hay ningun lfmite en el numero de puntos o terminos en cualquier combinacion, a menos que resulte evidente lo contrario a partir del contexto.

Claims (11)

1. 1.

   10

   15 2.
2. 3.

   20
3. 4.

   25 5.
4. 6.

   30
5. 7.
6. 8.

   35
7. 9.

   40
8. 10.

   45 11.
9. 12.

   50
10. 13.

    55
11. 14.

    60 15.

    REIVINDICACIONES

    Metodo de determinacion de la presencia de un analito de interes en una muestra que comprende:

    (a) formar una mezcla de reactivo, que comprende un reactivo qufmico y la muestra; en el que el reactivo qufmico comprende nanopartfculas de un compuesto ionico y/u organico luminiscente, activo redox;

    (b) inducir la emision de luz por el reactivo qufmico; y

    (c) detectar la luz emitida;

    en el que inducir la emision de luz por el reactivo qufmico comprende exponer la mezcla de reactivo a energfa electroqufmica.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que inducir la emision de luz por el reactivo qufmico comprende inducir repetidamente la electroquimioluminiscencia del compuesto ionico y/u organico luminiscente, activo redox.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que la mezcla de reactivo comprende ademas un correactante de quimioluminiscencia electrogenerada.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que el material nanoestructurado comprende nanopartfculas de un hidrocarburo aromatico policfclico luminiscente sustituido con fenilo.

    Metodo segun la reivindicacion 4, en el que las nanopartfculas luminiscentes comprenden rubreno o 9,10- difenilantraceno.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que el compuesto ionico y/u organico luminiscente, activo redox comprende un complejo de metal polidentado luminiscente, activo redox.

    Metodo segun la reivindicacion 6, en el que el compuesto ionico luminiscente, activo redox comprende un complejo de rutenio polidentado heteroaromatico, luminiscente.

    Metodo segun la reivindicacion 7, en el que el complejo de rutenio polidentado heteroaromatico, luminiscente incluye al menos un ligando de bipiridina sustituido con alquilo de cadena larga.

    Metodo segun la reivindicacion 6, en el que el compuesto ionico luminiscente, activo redox es un complejo de metal polidentado heteroaromatico que comprende un ion de rutenio, osmio, renio, cerio, europio, terbio y/o iterbio.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que el material nanoestructurado comprende nanocintas luminiscentes de un complejo de rutenio polidentado heteroaromatico, que incluye uno o mas ligandos sustituidos con alquilo de cadena larga.

    Metodo segun la reivindicacion 6, en el que la mezcla de reactivo comprende ademas correactante de trialquilamina; e inducir la emision de luz por el reactivo qufmico comprende inducir repetidamente la electroluminiscencia del compuesto ionico luminiscente, activo redox.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que el reactivo qufmico comprende nanopartfculas luminiscentes de un hidrocarburo aromatico sustituido con fenilo, que tienen un radio hidrodinamico promedio de no mas de 100 nm.

    Metodo segun la reivindicacion 12, en el que las nanopartfculas luminiscentes comprenden nanovarillas de 9,10-difenilantraceno luminiscentes que tienen un diametro de 10 a 150 nm y una longitud de aproximadamente 50 nm a 1 micrometros.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que el material nanoestructurado comprende nanopartfculas que tienen al menos una dimension que no es mayor de 250 nm.

    Metodo segun la reivindicacion 1, en el que el material nanoestructurado comprende nanopartfculas de un compuesto luminiscente ionico y/u organico que estan libres de cualquier tensioactivo anadido.