JP2022534285A - High-Brightness Nanodot Fluorescent Dyes with Covalent Functionalization - Google Patents
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Abstract
本開示による例示的な化合物は、とりわけ、ナノドット担体と、部分と、第1および第2の官能基を有するリンカーと、を含み、第1の官能基は、ナノドット担体に共有結合し、第2の官能基は、部分に共有結合する。ナノドット担体の例示的な製造方法も開示される。Exemplary compounds according to the present disclosure include, among other things, a nanodot carrier, a moiety, and a linker having first and second functional groups, wherein the first functional group covalently bonds to the nanodot carrier and the second functional group covalently bonds to the moiety. Exemplary methods of manufacturing nanodot carriers are also disclosed.
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2019年5月31日に出願された米国特許仮出願第62/855,121号の優先権を主張するものであり、本明細書にその全体が組み込まれる。本出願は、2018年4月13日に出願された米国特許出願第15/953,200号の一部継続出願であり、2017年4月13日に出願された米国特許仮出願第62/485,379号の優先権を主張するものであり、これにより、その全体が本明細書に組み込まれる。
(Cross reference to related applications)
This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 62/855,121, filed May 31, 2019, which is incorporated herein in its entirety. This application is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. , 379, which is hereby incorporated herein in its entirety.
(連邦政府が後援する研究に関する声明)
本明細書に記載の発明は、国立科学財団によって授与された認可#1261910、認可#1521057および認可#1738466の下で政府の支援を受けてなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
(Statement on Federally Sponsored Research)
The invention described herein was made with government support under Grant #1261910, Grant #1521057 and Grant #1738466 awarded by the National Science Foundation. The United States Government has certain rights in this invention.
蛍光色素(fluorophores)は、生物医学的用途を有する蛍光特性を有する化合物である。例えば、蛍光色素は、特定の分子または構造を特異的に染色するためのトレーサまたは色素として使用することができる。より具体的には、蛍光色素は、蛍光イメージングや分光法などのさまざまな分析方法において組織、細胞、または材料を染色するために使用される。 Fluorophores are compounds with fluorescent properties that have biomedical applications. For example, fluorescent dyes can be used as tracers or dyes to specifically stain particular molecules or structures. More specifically, fluorochromes are used to stain tissues, cells, or materials in various analytical methods such as fluorescence imaging and spectroscopy.
特異的染色の目的のために、蛍光色素は、抗体などの生体分子と結合(conjugated)される必要がある。しかしながら、市販の蛍光色素は輝度が低く、光安定性が低いため、蛍光色素の信頼性の高い追跡と定量化は困難である。したがって、生物学的および他の用途のために蛍光実体を運ぶための改良された担体分子の必要性が存在する。他の生物学的分子も、改良された担体から恩恵を受けうる。 For the purpose of specific staining, fluorochromes need to be conjugated with biomolecules such as antibodies. However, the low brightness and low photostability of commercially available fluorochromes make reliable tracking and quantification of fluorochromes difficult. Therefore, there is a need for improved carrier molecules for carrying fluorescent entities for biological and other applications. Other biological molecules may also benefit from improved carriers.
本開示による例示的な化合物は、とりわけ、ナノドット担体、部分(moiety)、および第1および第2の官能基を有するリンカーを含み、第1の官能基は、ナノドット担体に共有結合し、第2の官能基は部分に共有結合する。 Exemplary compounds according to the present disclosure include, among other things, a nanodot carrier, a moiety, and a linker having first and second functional groups, the first functional group covalently bonding to the nanodot carrier and the second functional group covalently bonds to the moiety.
本開示によるナノドット担体を作製する例示的な方法は、とりわけ、ナノドット上に欠陥を作成するように極性液体中でナノドットを機械的に処理し、その欠陥に極性基を設けるようにナノドットを処理することを含む。 An exemplary method of making nanodot carriers according to the present disclosure includes, among other things, mechanically treating the nanodots in a polar liquid to create defects on the nanodots and treating the nanodots to provide polar groups in the defects. Including.
ごく一般的に、高輝度蛍光色素は、担体要素、蛍光要素、および担体要素を蛍光要素に連結するリンカーを含む。生物医学的用途の場合、担体要素、リンカー、および蛍光要素のそれぞれが生体適合性を有する必要がある(ただし、生体適合性の要件は特定の用途によって異なる)。 Very generally, a bright fluorescent dye comprises a carrier element, a fluorescent element, and a linker connecting the carrier element to the fluorescent element. For biomedical applications, each of the carrier element, linker, and fluorescent element should be biocompatible (although biocompatibility requirements vary depending on the particular application).
一例の担体要素は、カーボンナノチューブ(CNT)および窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)などの処理されたナノ材料であり、それらは両方とも、細胞薬物送達および分光法用途などの生物医学的用途に使用することができる。しかしながら、カーボンナノチューブに結合した蛍光要素は、消光、または蛍光の明るさの低下を示すことが示されている。 One example carrier element is engineered nanomaterials such as carbon nanotubes (CNT) and boron nitride nanotubes (BNNT), both of which can be used in biomedical applications such as cellular drug delivery and spectroscopy applications. can be done. However, fluorescent elements attached to carbon nanotubes have been shown to exhibit quenching, or a decrease in fluorescence brightness.
ナノ材料担体を有する特定の蛍光色素は、消光効果を示さないだけでなく、本明細書で論じられるように、他の既知の蛍光色素よりも数桁高い輝度も示すことが判明した。 It has been found that certain fluorochromes with nanomaterial carriers not only exhibit no quenching effect, but also exhibit brightness several orders of magnitude higher than other known fluorochromes, as discussed herein.
ここで図1Aを参照すると、蛍光色素化合物20が示されている。化合物20は概ね、無機ナノスケール(「ナノ材料」)担体22、リンカー24、および部分(moiety)26を含む。いくつかの例では、化合物20は、2つ以上のリンカー24、および2つ以上の部分26を含む。
Referring now to FIG. 1A, a
担体22は、一例では、処理されたBNNTまたはCNT担体である。図1Aの例では、担体22はゼロ次元のBN「ドット」である(例えば、3次元すべてのドットのサイズがナノスケール、つまり約100nm未満である)が、カーボンドットを用いてもよい。より具体的な例では、ドット担体の3つの次元すべてが約20nm未満である。他の例示的な担体22は、多層BNNTまたはCNT担体であり、各BNNTまたはCNTは、六方晶窒化ホウ素(BNNTの場合はh-BN)またはグラフェン(CNTの場合)の複数の同軸シェルを有し、典型的な外径は約0.4nmより大きいが、約100nm未満である。これらのBNNTとCNTの長さは、約1~100nmである。他の例では、担体22は、六方晶窒化ホウ素(h-BN)ナノシート/ナノ粒子、グラフェン/グラファイトナノシート/ナノ粒子、二硫化モリブデン(MoS2)ナノシート/ナノ粒子、任意の遷移金属ジカルコゲナイド(TMDC)ナノシート/ナノ粒子、および層状材料(層間のファンデルワールス力と結合する共有層状構造を持つ材料)の任意のナノシート/ナノ粒子などの、別のナノスケール無機材料であってもよい。
リンカー24は、図1A~Bに示されるように、2つ以上の官能基RおよびR’を有する。官能基RおよびR’は、既知の化学作用による、他の構造へのリンカーの共有結合を促進する反応性基である。RおよびR’は、同じまたは異なる官能基である。たとえば、RおよびR’は、それぞれエトキシシランおよびアジドである。RおよびR’は、アミン基、カルボン酸、イソチオシアネート、マレイミド、アルキン基、ヒドロキシル基、チオール基、モノスルホン、または、スクシンイミジル、スルホジクロロフェノール、ペンタフルオロフェニルまたはテトラフルオロフェニルなどのエステル基などの、任意の既知の官能基であってもよい。リンカー24は、2つ以上の官能基RおよびR’を有する任意のタイプの分子である。一例のリンカー24は、線状または分枝状の高分子分子である。いくつかの例では、リンカー24は、約200nm未満の長さを有する。いくつかの例では、複数のリンカー24を互いに直列に接続することができる。
1つの官能基Rは、担体22と共有結合的に相互作用する。リンカー24を有する担体22は、図1Bに示されるように、「官能化された」担体220として知られる。すなわち、リンカー24と共有結合する場合、担体22/リンカー24構造は、別の部分26への、担体22/リンカー24の共有結合を促進する官能基R’を有する。
One functional group R covalently interacts with the
部分26は、一例では、蛍光実体(fluorescent entity)である。この例では、分子20は蛍光色素である。蛍光実体は、クマリン、ベンゾオキサジアゾール、アクリドン、アクリジン、ビスベンズイミド、インドール、ベンゾイソキノリン、ナフタレン、アントラセン、キサンテン、ピレン、ポルフィリン、フルオレセイン、ローダミン、ホウ素-ジピロメテン(BODIPY)、およびシアニン誘導体を含むが、これらに限定されない、当技術分野で知られている任意の蛍光染料である。そのような蛍光染料の多くは市販されている。蛍光実体はまた、接続された2つの異なる色素を有し、FRET(蛍光共鳴エネルギー移動)を介して相互作用するタンデム色素を含むことができる。蛍光実体は、上記のようにリンカー24の官能基R’と共有結合的に相互作用する。
他の例では、部分26は、抗体、ペプチド、DNA、RNA、オリゴヌクレオチドなどの、担体22によって人体に送達される標識部分またはその他の部分である。
In other examples,
部分26は、他の例では、放射性同位体、強磁性、および/または磁性元素を有する分子およびキレート剤である。これらの例では、化合物20は、PET、SPECT、CT、MRIなどの医療画像用の造影剤として使用することができる。
別の例では、部分26は、上記で論じた例示的な部分26のいずれかの組み合わせを含むことができる。この例では、化合物20は、生物医学的検出および感知のための不均一プローブとして使用することができる。
In another example,
いくつかのナノ材料担体22、特に窒化ホウ素(BN)ベースのナノ材料は、化学的に不活性であることが知られている。したがって、他の構造との共有相互作用のために従来技術のナノ材料担体を官能化(functionalize)することは困難であった。しかしながら、攪拌などの溶液または溶媒中での機械的処理を受けた、図1A~Cに示されるBNドット担体などの担体22は、リンカー24上の官能基Rなどの官能基と共有結合的に相互作用する傾向の増加を示すことが判明した。溶液/溶媒は、以下でより詳細に説明するように、原料がナノドットを形成するように処理される同じ溶液/溶媒、または異なる溶液/溶媒であってもよい。さらに、ナノ材料担体の機械的処理は、水溶液中のナノ材料担体の溶解度を改善し、それが生体適合性を改善することができることが判明した。さらに、機械的処理により、担体材料がより小さな断片に切断され、これは、例えばドットを形成するときに望ましい場合がある。攪拌は、ホモジナイザーおよび/または超音波処理、例えば、チップ超音波処理またはバス超音波処理によって達成することができる。
Some
ここで図1Bを参照すると、機械的処理は、欠陥(imperfections)23を有する担体22をもたらす。溶液/溶媒中での機械的処理中に、欠陥23が担体22上に形成され、局所的な極性または電荷が欠陥23に形成される。溶液/溶媒からの極性基または荷電基は、欠陥において局所的な極性または電荷と相互作用する。例えば、図1Bの例では、担体はh-BNナノドット担体22である。この特定の例では、欠陥23は窒化ホウ素材料の六角形構造の破壊であり、その破壊は局所的な極性の不均衡を有する。例えば、特定の溶媒/溶液の場合、溶媒/溶液からのヒドロキシル基は、欠陥23と相互作用する可能性があるが、他の溶媒/溶液は、溶媒/溶液の処理および種類に応じて、アミノ基、カルボン酸基、またはアルデヒド基などの、局所的な欠陥23と相互作用できる他の極性基または荷電基を有してもよい。
Referring now to FIG. 1B, mechanical treatment results in
担体22を作製する1つの特定の例示的な方法では、h-BN粉末は、ホモジナイザーを使用することにより、ジメチルホルムアミド(DMF)または別の極性溶液/溶媒中で2~4時間処理される。一例では、極性溶媒中での処理はソルボサーマルである(例えば、溶媒/溶液が加熱される)。一例では、h-BN粉末は、約10~20μmの間の平均粒子サイズを有する。特定の例では、平均粒子サイズ(たとえば、直径)は約13μmである。図2Aは、DMFで処理する前の平均サイズが約13μmのh-BN粒子の例の画像を示す。ホモジナイザーは、BNドット担体22をより小さくし、DMF溶液中に懸濁されたままにする。この例では、DMF溶液で処理した後、BNドット担体22はより小さくなり、図2Bに示すように、サイズは約2~5μm未満に縮小される。
In one particular exemplary method of making
DMF処理後、BNドット担体22懸濁液は、超音波処理などの攪拌処理を受ける。特定の例では、懸濁液は、20~30時間のバス超音波処理によって処理される。BNドット担体22のサイズは、超音波処理後に約1~3μmに縮小される。
After the DMF treatment, the
攪拌処理後、DMF/BNドット担体22懸濁液が熱処理される。特定の例では、懸濁液を、電磁攪拌機で攪拌しながら、150°Cで7~12時間加熱する。攪拌子は、BNドット担体22がDMF溶液中に懸濁されたままであることを確実にする。
After stirring, the DMF/
図1Bの例のように、攪拌および熱処理は、欠陥23を有する担体22をもたらす。
Stirring and heat treatment, as in the example of FIG. 1B, results in a
熱処理後、担体22懸濁液を遠心分離して大きな粒子を沈殿させる。特定の例では、懸濁液を10,000rpmで10分間遠心分離する。この例では、懸濁液中の担体22のサイズは、図2Cに示すTEM(透過型電子顕微鏡)画像で確認されたように、熱処理および遠心分離後で約2~10nmである。さらに、担体22は、SEM画像を使用してほとんど見えず、担体22が非常に小さく、ナノスケールの寸法を有することを確認している。一般に、担体22は、約100nm未満の厚さ寸法に対応する、h-BNの約30未満の層を有する。長さ/幅の寸法も約100nm未満である。特定の例では、担体22は、約4~8層のh-BNを有し、約2~10nmの寸法を有する。
After heat treatment, the
遠心分離後、担体22懸濁液は溶媒交換を受ける。つまり、溶媒(DMF)が別の溶媒である水に交換される。本明細書で論じられるように、水中に懸濁された担体22は、生物学的用途、または運ばれる部分26との結合の準備ができている。溶媒交換は次のように行われる。懸濁液を加熱することにより、DMFを空気中に蒸発させる。特定の例では、DMFが蒸発するまで懸濁液を150°Cに加熱する。加熱後、残りの担体22を水/エタノール混合物に入れる。特定の例では、水/エタノール混合物は、50%の水および50%のエタノールである。次に、担体22/水/エタノール混合物を加熱して、当技術分野で知られているように適切な温度でエタノールを蒸発させる。特定の例では、DMFは真空処理によって除去することができ、次に担体22を水中に懸濁させることができる。
After centrifugation, the
上記の方法に従って担体22を製造することは、従来技術の方法よりも桁違いに高い生産収率をもたらすことが判明した。例えば、20~30分のバス超音波処理、電磁攪拌機で攪拌しながら7~12時間の熱処理、および10,000rpmで10分間の遠心分離を行う方法の場合、その生産収率は、従来の方法で報告された1~26%に比較して、約47%である。生産収率は、上記の蒸発工程の後に担体22となるh-BNバルク粉末の重量パーセントである。
It has been found that manufacturing the
例示的なDMF溶液の場合、溶液からの炭化水素基またはフラグメントは、担体22の欠陥23において局在化極性と相互作用するが、その他の溶液は、アミノ、カルボン酸、アルデヒドなどの局所化極性と相互作用できる他の極性基を有してもよい。次に、担体22は、任意の既知の方法に従って酸処理を受け、これは、担体22の欠陥23において炭化水素基またはフラグメントをヒドロキシル基(-OH基)で置き換え、その結果、処理された担体が生じる(以下により詳細に述べる)。酸処理はまた、DMFの炭化水素フラグメントなどの他の汚染物質を担体22から除去する。次に、処理された担体は、ヒドロキシル基とリンカー24のR基を共有結合させて官能化担体220を形成させる任意の既知の化学作用により、リンカー24に連結される。
For exemplary DMF solutions, hydrocarbon groups or fragments from the solution interact with localized polarities at
上記の方法に従って作製された担体22は、自己蛍光性である。すなわち、担体22は、測定可能な固有の蛍光を有する。図2Dは、上記の方法によって形成された、図2A~Cに示される担体22の蛍光強度を示す。特定の理論に拘束されることなく、自己蛍光は、上記の方法の間に担体22の表面および縁部に形成された欠陥23に関連している可能性がある。欠陥23は、炭素置換N空孔点欠陥、ジグザグの縁部におけるカルベン構造、およびBO2
-およびBO-種を含む、DMFの炭化水素フラグメントと結合しうる。これらの欠陥23は、h-BN材料の価電子帯と伝導帯の縁部の近くに一連のエネルギー状態を作り出すと予想される。
図1B~1Cは、化合物20の合成を示す。この例では、担体は、h-BNのナノドットへの配置を容易にする極性有機溶媒中でh-BN粉末を処理することによって作製されたh-BN担体22である。極性有機溶媒の例は、ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、およびエタノールである。特定の例では、担体22は、上記の方法に従って作製される。
1B-1C show the synthesis of
図1Bの例では、上記の方法に従って作製されたh-BNドット担体22は、酸、ここでは硝酸(HNO3)で処理されて、処理された担体210を提供する。酸処理は、-OH(ヒドロキシル)基の、欠陥23への付着をもたらし、欠陥23は、上述したように、-OH基に引き付けられる不均衡な極性を有する。図3A~Bは、処理された担体210と、官能化されていない(「元の」)h-BNドット担体22のFTIR(フーリエ変換赤外分光法)スペクトルを示す。図3Aに示すように、元のh-BNドット担体22の2950cm-1でのDMFフラグメントからのC-H伸縮は、硝酸処理後に消失した。処理したサンプルから3100cm-1の広いIR(赤外線)バンドが検出され、これは、酸処理後にヒドロキシル基が導入されたことを示す。DMFおよび汚染物質が除去された後、処理された担体210のジグザグ縁部のわずかなエネルギーバンド変化のために、-OHバンドに赤方偏移がある。これらのDMFフラグメントの除去は、図3Bに示すB-O(~1255cm-1)、B-C、またはC-N(~1150cm-1)結合の消失によってもサポートされる。換言すれば、このFTIR分析は、スペクトルにおける予想されるピークの存在によって、処理された担体210上のヒドロキシル基の存在を確認する。
In the example of FIG. 1B, the h-
欠陥23に結合した-OH基は、それ自体が極性/荷電である。再び図1Bに戻ると、極性または荷電基(例えば、この例では、-OH基)は、処理された担体210とリンカー24上の官能基Rとの間の共有相互作用を促進する。極性基はまた、水中の水分子またはイオンとの極性またはイオン相互作用を促進することによって、処理された担体210の親水性を増加させる。したがって、官能化された担体220は、処理された担体210を含まないその他の担体と比較して、水溶液中での改善された溶解度分散を示す。
The —OH group attached to defect 23 is itself polar/charged. Returning again to FIG. 1B, polar or charged groups (eg, —OH groups in this example) promote covalent interactions between the treated
処理された担体210は、非官能化担体と比較して、極性基または荷電基のために、リンカー24、したがって部分26に付着するための増加した容量を有する。より具体的には、極性基または荷電基は、処理された担体210を、官能基Rを介してリンカー24に共有結合させるための反応部位として作用する。したがって、官能化担体220は複数の蛍光実体26に連結することができるため、官能化担体220および蛍光実体26を有する蛍光色素20の輝度は、従来の蛍光色素よりも高い。より一般的には、官能化担体220は、未処理の担体よりも多くの部分26に連結しうる。
The treated
特定の例では、上記のように処理された担体210を形成するように処理されたBNドット担体22は、それぞれ直径約2.5nmであるh-BNの4つの層を有する。各層は、上記のように処理した後、10個以上のリンカー24および蛍光実体26または他の部分26に結合することができる。したがって、例示的な処理された担体210は、40以上のリンカー24および蛍光実体26に結合して、蛍光色素を形成することができる。したがって、蛍光色素20は、単一の蛍光実体を有する担体よりも40倍以上明るい。分岐リンカー(n分岐)の場合、強度は単一の蛍光実体を有する担体の強度の40n倍になる。
In a particular example, a
再び図1Bに目を向けると、この特定の例では3-(アジドプロピル)トリエトキシシランである、一例のトリエトキシシランリンカー24が、処理された担体210に連結されている。この例では、R基はエトキシシラン基であり、R’基はアジド基である。図1Bに示されるように、R基は、欠陥23(特に、欠陥23の極性荷電基)において処理された担体210と反応性があり、R’基は、部分26と反応性がある。
Turning again to FIG. 1B, an
他の例では、リンカー24はアミノシランリンカーである。他のリンカー24は、アミノ、カルボン酸、スクシンイムジルエステル、マレイミド、カルボイミド、ピリジルジチオール、ハロアセチル、アリールアジド、アジド、アルキン、ヒドラジド、およびモノスルホン基などの様々な官能基を有し得る。これらの化学基は、担体22を色素、薬物、または任意の標的物質に結合させるために使用することができる。二重官能基を含む架橋剤を使用して、色素、ペプチド、オリゴヌクレオチド、DNA、RNA、抗体、タンパク質、薬物、または他のナノ粒子などの他の実体にリンカー24を結合させる官能基を得ることができる。それらの架橋剤は、SMCC(スクシンイミジル4-(N-マレイミドメチル)シクロヘキサン-1-カルボキシレート)、スルホ-SMCC((スルホ-スクシンイミジル4-(N-マレイミドメチル)シクロヘキサン-1-カルボキシレート)、AMAS(N-α-マレイミドアセト-オキシスクシンイミドエステル)、BMPS(N-β-マレイミドプロピル-オキシスクシンイミドエステル)、GMBS(N-γ-マレイミドブチリル-オキシスクシンイミドエステル)、スルホ-GMBS、MBS(m-マレイミドベンゾイル-N-ヒドロキシスクシンイミドエステル)、スルホ-MBS、EMCS(N-ε-マレミドカプロイル-オキシスクシンイミドエステル)、スルホ-EMCS、SMPB(スクシンイミジル4-(p-マレイミドフェニル)ブチレート)、スルホ-SMPB、SMPH(スクシンイミジル6-((ベータ-マレイミドプロピオンアミド)ヘキサノエート)、LC-SMCC(スクシンイミジル4-(N-マレイミドメチル)シクロヘキサン-1-カルボキシ-(6-アミドカプロエート))、スルホ-KMUS(N-κ-マレイミドウンデカノイル-オキシスルホスクシンイミドエステル)、SM(PEG)n(n=2,4,6,8,12,24)(PEG化SMCC架橋剤)、SPDP(スクシンイミジル3-(2-ピリジルジチオ)プロピオネート)、LC-SPDP、スルホ-LC-SPDP、SMPT(4-スクシンイミジルオキシカルボニル-アルファ-メチル-α(2-ピリジルジチオ)トルエン)、PEGn-SPDP(n=2,4,12,24)、SIA(スクシンイミジルヨードアアセテート)、SBAP(スクシンイミジル3-(ブロモアセトアミド)プロピオネート)、SIAP(スクシンイミジル(4-ヨードアセチル)アミノベンゾエート)、スルホ-SIAP、ANB-NOS(N-5-アジド-2-ニトロベンゾイルオキシスクシンイミド)、スルホ-SANPAH(スルホスクシンイミジル6-(4’-アジド-2’-ニトロフェニルアミノ)ヘキサノエート)、SDA(スクシンイミジル4,4’-アジペンタノエート)、スルホ-SDA、LC-SDA、スルホ-LC-SDA、SDAD(スクシンイミジル2-((4,4’-アジペンタナミド)エチル)-1,3’-ジチオプロピオネート)、スルホ-SDAD、DCC(N、N’-ジシクロヘキシルカルボジイミド)、EMCH(N-ε-マレイミドカプロン酸ヒドラジド)、MPBH(4-(4-N-マレイミドフェニル)酪酸ヒドラジド)、KMUH(N-κ-マレイミドウンデカン酸ヒドラジド)、PDPH(3-(2-ピリジルジチオ)プロピオニルヒドラジド)、PMPI(p-マレイミドフェニルイソシアネート)、SPB(スクシンイミジル-[4-(ソラレン-8-イルオキシ)]-ブチレート)、またはその他の既知のリンカーである。
In another example,
図1Bの例では、部分26は蛍光実体であり、特に、緑色染料であるFITC(フルオレセインイソチオシアネート)である。FITCは、任意の既知の化学作用により、R’においてリンカー24に結合(conjugated)させることができる。例えば、図1Bのアジド-シランリンカー24の場合、銅(I)誘導クリック反応を行わせて、リンカー24のR’基をFITCのアルキン基に共有結合させることができる。
In the example of FIG. 1B,
図4は、図1Bの例示的な蛍光色素20の吸光度スペクトルを示す。芳香族トリアゾールに起因する約490nmでのFITCの特徴的な吸光度シグナル(矢印で示されている)と280nmでのピークは、蛍光色素20に存在し、処理された担体210とリンカー24およびFITC実体26との結合を確証する。図4はまた、比較のために、元の担体22および処理された担体210の吸光度スペクトルを示している。
FIG. 4 shows the absorbance spectrum of the
図5は、492nmの照射で励起した後の、図1Bの例示的な蛍光色素20の蛍光強度を示している。蛍光色素20は、FITC分子の特徴的な発光シグナルである515nmで発光する。これは、FITC分子が蛍光色素20上に共有結合していることを確証する。元の担体22、処理された担体210、およびリンカー24を有する処理された担体210(すなわち、官能化担体220)の蛍光強度も比較のために示される。
FIG. 5 shows the fluorescence intensity of the
同じ化学作用(例えば、上記の銅(I)誘導クリック反応)または他の既知の化学作用を適用して、スルホローダミンアルキン、スルホ-cy5.5アルキンなどのアルキン官能基を含む様々な蛍光実体26を、処理された担体210にリンカー24を介して結合させることができる。アルキン-ポリエチレングリコール、アルキン抗体などの他の部分26も、同じ化学作用または他の既知の化学作用を使用して、処理された担体210にリンカー24を介して結合させることができる。例えば、アルキル抗体は、DTT(ジチオスレイトール)を使用して抗体を還元することによって作成され、それにより、スルフヒドリル基が還元され、既知の手順に従ってマレイミド-PEG4-アルキンまたは別のアルキン含有部分に結合される。糖、ニトロキシド、ビオチン、薬物などの他の小分子、または高分子、ペプチド、DNA、RNA配列、SA(ストレプトアビジンおよびその誘導体)などのタンパク質も、既知の方法により、官能化されたBN担体210/リンカー24に共有結合させることができる。
Applying the same chemistry (eg, the copper(I)-induced click reaction described above) or other known chemistries, various
処理された担体210の前述の説明は、h-BNドットに関してなされているが、カーボンドット、および層状材料の他のナノドット(上記のTMDCなど)は、上記のように酸処理などによる化学的手段によりリンカー24に連結され、次いで部分26に連結される。
Although the foregoing description of the treated
実験方法の例
1. BN QDの合成
BN粉末を、以前に報告されたように溶媒剥離法により、最初にナノシートに剥落させた。概して、51.3mgのBN粉末と30mLのDMFを撹拌しながら3時間均質化した。次いで、それを少なくとも24時間超音波処理下に置き、次に攪拌子で攪拌しながら150°Cで9時間加熱した。その後、得られた懸濁液を10000rpmで10分間遠心分離して、遠心分離機と上澄みを分離した。かすかな黄色の上澄みは、TEMで確認されたBNドット(平均サイズ2~10nm)の分散液であった。真空下で高温炉を使用することにより、DMFを除去した。BNドットを濃HNO3中で一晩撹拌した。その後、混合物を水酸化ナトリウム溶液で中和した。これを透析により精製した(MWCO 1 KDa透析バッグを使用)。次に、凍結乾燥によってサンプルを収集した。
Example of
2. 3-(アジドプロピル)トリエトキシシランによるBNドットの共有結合官能化
凍結乾燥粉末をエタノールおよびトルエンに分散させた。その後、3-(アジドプロピル)トリエトキシシラン)(60μl)を混合物中に加えた。混合物を加熱還流し、窒素下で一晩撹拌した。回転蒸発により溶媒を除去し、残留物を70%エタノール(RE透析チューブ1kDa)に分散させた。透析後、アジドシラン官能化BNドットが得られた。サンプルは、溶媒を除去せずに直接使用した。
2. Covalent functionalization of BN dots with 3-(azidopropyl)triethoxysilane Lyophilized powder was dispersed in ethanol and toluene. 3-(azidopropyl)triethoxysilane) (60 μl) was then added into the mixture. The mixture was heated to reflux and stirred overnight under nitrogen. The solvent was removed by rotary evaporation and the residue dispersed in 70% ethanol (
3. BNドットのFITCとの接続
官能化されたBNドットは、FITCアルキン(10nM)、アスコルビン酸ナトリウム(7.2μM)および硫酸銅(7.2μM)と混合された。室温下で一晩反応を進行させた。溶媒を回転蒸発により除去し、透析精製(RE透析チューブ1kDa)のために70%エタノールに分散させた。サンプルを分析のために4°Cで保管した。
3. Connection of BN dots with FITC Functionalized BN dots were mixed with FITC alkyne (10 nM), sodium ascorbate (7.2 μM) and copper sulfate (7.2 μM). The reaction was allowed to proceed overnight at room temperature. Solvent was removed by rotary evaporation and dispersed in 70% ethanol for dialysis purification (
前述の説明は、本質的に限定的ではなく例示的なものである。必ずしも本発明の本質から逸脱しない開示された実施例の変形および修正が、当業者にとって明らかとなるであろう。本発明に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。 The preceding description is exemplary rather than limiting in nature. Variations and modifications of the disclosed embodiments that do not necessarily depart from the essence of this invention will become apparent to those skilled in the art. The scope of legal protection given to this invention can only be determined by studying the following claims.
Claims (20)
部分と、
第1および第2の官能基を有するリンカーであって、前記第1の官能基が前記ナノドット担体に共有結合し、前記第2の官能基が前記部分に共有結合しているリンカーと、
を備えた、化合物。 a nanodot carrier;
part and
a linker having first and second functional groups, wherein the first functional group is covalently attached to the nanodot carrier and the second functional group is covalently attached to the moiety;
A compound with
前記欠陥に極性基を設けるように前記ナノドットを処理する、
ことを備えた、ナノドット担体の製造方法。 mechanically treating the nanodots in a polar liquid to form defects on the nanodots;
treating the nanodots to provide polar groups in the defects;
A method for producing a nanodot carrier, comprising:
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