TWI445664B - 固相金奈米顆粒之合成 - Google Patents

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Description

固相金奈米顆粒之合成
本發明大體上關於一種金奈米顆粒，更具體而言，係關於一種不具有化學還原劑的存在下，以固相合成法形成金奈米顆粒的方法。
本發明主張申請於2010年5月18日之美國臨時申請案第61/345,596號之優先權，且該申請案以參考方式將全文納入本文中。
近年來，對於奈米金顆粒(AuNPs)於生物醫學上的應用有越來越多的關注，包括影像合成、感測、基因傳遞、藥物傳遞及蛋白質固定。通常，金奈米顆粒的化學合成常包含了在有機配體作為穩定劑之情形下，還原金離子(Au3+ )。須加入各種如檸檬酸、烷基胺、烷基硫醇、溴化十六烷基三甲基銨(CTBA)等保護基團或聚合物以遮蔽還原金奈米粒子表面外殼以有效的防止初合成(as-synthesized)的奈米金粒子過度擴大且聚集。雖然在溶液中具有穩定性及分散性的奈米金顆粒可以此方法合成，但藉由配體交換的奈米金顆粒表面後修飾(post-modification)通常效率低且過程耗時，由於保護性配體密集形成影響交換配體的取代率。
最近發展了一種透過同步X-射線作為還原來源而在液相中合成PEG-保護之金奈米粒子。然而，以此種在同步X-射線下以高能量轟擊Au3+ /PEG-聚合物前驅物而以液相合成金奈米顆粒，時常會產生複雜的自由基反應，且引起金奈米顆粒表面聚合-PEG產生嚴重的交聯及糾結。因為金奈米顆粒表面的PEG鏈所形成的共價網狀結構，使得進一步的以配體交換之金奈米顆粒表面的後修飾非常的困難且不可行。此外，透過高能量還原的液相合成金奈米顆粒之過程係一般化學反應難以執行的，其由金離子及穩定劑產生多餘的化學殘留物，使得金奈米顆粒的進一步純化成了艱鉅的工作。
因此，在技術領域中迄今對於上述金奈米粒子合成的缺陷及不足仍存有解決的需求，特別是不含化學還原劑(即還原劑)的金奈米顆粒合成。
在一方面，本發明關於一種合成配體-共軛之金奈米顆粒(AuNPs)之方法，其包含：提供一種胺修飾二氧化矽顆粒；提供一種含有金離子(Au3+ )的溶液；將胺修飾二氧化矽顆粒懸浮於含金離子的溶液中；使金離子被吸附及/或固定在胺修飾二氧化矽顆粒表面，其中該溶液不存在中孔洞矽奈米顆粒(MSN)；將該表面固定有金離子之胺修飾二氧化矽顆粒暴露於輻射下以獲得表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒(AuNPs)之胺修飾二氧化矽顆粒，其中該裸露金奈米顆粒不具有機表面修飾；且將配體與該表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒(AuNPs)之胺修飾二氧化矽顆粒反應從而獲得配體-共軛之金奈米顆粒(AuNPs)。
在另一方面，本發明係關於一種合成配體-共軛金奈米顆粒(AuNPs)的方法，其包含：提供一種含有表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒(AuNPs)之胺修飾二氧化矽顆粒之溶液，其中該裸露金奈米顆粒不具有機表面修飾且該溶液不存在中孔洞矽奈米顆粒(MSN)；且將配體與該表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒之胺修飾二氧化矽顆粒反應從而獲得配體-共軛之金奈米顆粒。
又在另一方面，本發明關於一種組合物，其包含如上述之方法所合成之配體-共軛之金奈米顆粒，其中該配體-共軛之金奈米顆粒具有大於16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3或2配體分子/nm2 之配體表面密度，及/或包含重量大於80%、70%、60%、50%、40%、30%或25%之配體。
又在另一方面，本發明關於一種組合物，其包含如上述之方法所合成之配體-共軛之金奈米顆粒。
本發明之這些和其他方面將由下之發明詳述及較佳實施例聯合圖示而顯現，而在不偏離本發明揭示之新穎概念之精神及範圍下，其中可有變化及改良。
發明圖式連同發明說明用於說明一或多個本發明之實施例，其係於解釋本發明之原則，只要有可能，使用同樣的參考號碼貫穿圖式以指明實施例中相同或類似元件。
說明書中所使用的術語大體上在技術領域、在本發明上下文中及發明說明書內文中依每個術語的使用而有其普通的意義。有些術語用來詳述本發明者將討論如下，或規範於說明書其他地方以提供實踐者就發明內容額外的指示。為了方便起見，某些術語會以如斜體或引號之方式強調，而該強調對於術語的範圍及意義沒有任何影響；在相同之內文中，無論是否有作強調，術語的範圍及意義是相同的。應當明白同樣的事情可使用不同的說法，因此，可使用替代語言及同義詞表示任一或多個此處討論的術語，且無論術語在本文中被闡述或討論，其置於何處皆沒有特殊的意義。某些術語有提供同義詞，但列舉出之一或多個同義詞並不排除其他同義詞的使用。在本發明說明任何地方之實例，包含此處討論術語之實例僅用於說明而非對於本發明之範圍及意義或任何例示之術語有任何限制。相同地，本發明並不限於說明書提供的各種實例。
除非另有限定，所有於此之技術及科學術語與本發明所屬技術領域中通常知識者之通常理解之意義相同。但若有衝突，則以本說明書之定義為準。
用於本文中之「約(around)」、「大約(about)」或「近乎(approximately)」大體上意指在給定值或範圍之20%、較佳係10%，更佳係5%之內。本文中之數值為近似值，也就是說即便沒有明確的說明，也可推斷有所謂「約(around)」、「大約(about)」或「近乎(approximately)」之意義。
在本文中，若述及一個數值或是範圍，則技藝人士應理解其代表涵蓋相關於本發明中特定領域之合適且合理之範圍。
術語「輻射」係指一種能量顆粒或能量或波穿過一個介質或空間的過程。
術語「裸露(naked)金奈米顆粒」及「裸(bare)金奈米顆粒」是可互換的，且大體上指一種不具有機表面修飾的金奈米顆粒。
胺修飾二氧化矽奈米顆粒(siNP)大體上代表表面具有一或多於一個胺基團修飾的二氧化矽奈米顆粒，胺包含帶有孤對電子的鹼性氮原子。
術語「配體-修飾之金奈米顆粒」及「配體-共軛之金奈米顆粒」為可互換的。
術語「二氧化矽-1N-金奈米顆粒」大體上指一種由金奈米顆粒吸附及/或固定於胺修飾二氧化矽奈米顆粒(SiNP)之複合物，其中二氧化矽奈米顆粒的表面帶有單胺官能基修飾(如胺丙基官能基團)。
術語「二氧化矽-3N-金奈米顆粒」大體上指一種由金奈米顆粒吸附及/或固定於胺修飾二氧化矽奈米顆粒(SiNP)之複合物，其中二氧化矽奈米顆粒的表面帶有三胺官能基修飾(如二乙烯基三胺官能基團)。
術語「生物聚合物」大體上指由生物所製造或應用於生物相關研究的聚合物。生物聚合物包含單體單元，可以共價鍵的結合形成更大的結構，例如，多核苷酸係由核苷酸單體所組成；多肽係由通常為線性結合胺基酸組成，多醣體係由聚合碳水化合物結構所組成。
本文中術語「音波處理(sonication)」大體上指施予音波(通常為超音波)能量以攪動樣品中的顆粒之行為。
術語「配體表面密度」大體上指配體共軛至奈米顆粒表面的密度，並以配體/nm2 或配體分子/nm2 表示，亦即，奈米顆粒之每奈米平方的面積中配體分子的數量。
根據本發明之合成配體-共軛金奈米顆粒的方法中，無論在合成裸露金奈米顆粒的過程或在合成配體-共軛金奈米顆粒的過程，不涉及中孔洞矽奈米顆粒(MSN)。
在一方面，本發明相關於一種合成配體-共軛之金奈米顆粒(AuNPs)之方法，其包含：提供一種胺修飾二氧化矽顆粒；提供一種含有金離子(Au3+ )的溶液；將胺修飾二氧化矽顆粒懸浮於含金離子的溶液中；使金離子被吸附及/或固定在胺修飾二氧化矽顆粒表面，其中該溶液不存在中孔洞矽奈米顆粒(MSN)；將該表面固定有金離子之胺修飾二氧化矽顆粒暴露於輻射下以獲得表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒(AuNPs)之胺修飾二氧化矽顆粒，其中該裸露金奈米顆粒不具有機表面修飾；且將配體與該表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒(AuNPs)之胺修飾二氧化矽顆粒反應從而獲得配體-共軛之金奈米顆粒(AuNPs)，其中該配體包含硫醇基團、胺基基團、膦基基團(phosphine)、合成聚合物、生物聚合物、聚乙二醇(PEG)、PEG衍生物、轉錄活化子(TAT)、麩胺基硫、聚核苷酸或蛋白質。
在本發明之一實施例中，該胺修飾二氧化矽顆粒細至少一選自單胺修飾之二氧化矽顆粒、二胺修飾之二氧化矽顆粒及三胺修飾之二氧化矽顆粒。
在本發明之另一實施例中，該配體-共軛之金奈米顆粒比上表面吸附及/或固定有金奈米顆粒之胺修飾二氧化矽顆粒之重量比例大於80%、70%、60%、50%或40%。
以下實施例不應視為過度地限制本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可在不背離本發明之精神或範疇的情況下對本文所討論之實施例進行修改及變化，而仍屬於本發明之範圍。
四乙氧矽烷(TEOS)、乙醇、氫氧化銨(30%)、3-胺丙基三甲氧基矽烷(APTMS)、N-[3-(三甲氧基甲矽烷基)-丙基]二乙烯-三胺及三氯化金(III)皆購自Acros公司。聚(乙二醇)硫醇(MW=5000)購自NANOCS公司。麩胺基硫(GSH)購自SIGMA-ALDRICH公司，轉錄活化子(transactivator of transcription，TAT)(CGRKKRRQRRR；SEQ ID NO：1)購自AnaSpec公司。
裸露二氧化矽奈米顆粒(SiNP)的合成係透過修改的施拖貝爾(Stöber)程序。簡言之，2.0mL的氨水(30%)、6.3mL的過濾二次水(MiliQ ddH2 0)、2.23mL的TEOS及49.5mL的乙醇(99.5% v/v做為溶劑)的混合物在室溫下攪拌20小時，樣品在以11000rpm離心20分鐘後收集、清洗、並在乙醇 中再分散共三次，該二氧化矽奈米顆粒與中孔洞矽奈米顆粒(MSN)不同。
3-胺丙基三甲氧基矽烷或N-[3-(三甲氧基甲矽烷基)-丙基]二乙烯-三胺修飾二氧化矽奈米顆粒製備的合成方式如下。收集之二氧化矽奈米顆粒收先分散於100mL的乙醇，之後，在邊攪拌下加入2mL的胺基矽烷至二氧化矽-乙醇溶液內，反應在70℃下進行20小時，該修飾之奈米顆粒以11000rpm離心20分鐘後收集、清洗、並在乙醇中再分散共三次。
結果
圖1說明了固相合成PEG-修飾金奈米粒子。首先，AuCl4 - 陰離子(圖1B)透過靜電吸引力而吸附在3-胺丙基-三甲氧基矽烷或N1 -[3-(三甲氧基甲矽烷基)-丙基]二乙烯三胺修飾的二氧化矽奈米顆粒硬模板的表面(圖1B)，所有胺修飾二氧化矽奈米顆粒的zeta電位在pH值2-7下高達+60mV(圖4)。大量AuCl4 - 離子可輕易的吸附在胺修飾二氧化矽奈米顆粒硬模板(圖1B)。接著，二氧化矽模板上的金(Au3+ )離子受同步X-射線輻射5分鐘，輻射後，金離子還原產生了金奈米顆粒(圖1C)。圖5顯示(A)SiO2 -1N及(B)SiO2 -3N奈米顆粒樣品的TEM圖像。圖6顯示(A)SiO2 -1N-金奈米顆粒及(B)SiO2 -3N-金奈米顆粒的TEM圖像。圖7顯示由(a)SiO2 -1N-金奈米顆粒及(b)SiO2 -3N-金奈米顆粒與3.6mM PEG5000-SH在pH 9.0下反應而移除之PEG共軛之金奈米顆粒TEM圖像。圖8顯示(a)SiO2 -1N-金奈米顆粒及(b)SiO2 -3N-金奈米顆粒其金奈米顆粒由固相二氧化矽模板表面上移除之之TEM圖像。
根據TEM影像，這些金奈米顆粒大小均一且高度的分散在二氧化矽模板的表面。與通常需要使用還原劑來產生金奈米顆粒的化學方法相較，同步X-射線輻射提供了不需要使用化學還原劑及穩定劑的一種快速且乾淨於硬模板上合成赤裸金奈米顆粒(圖1C)的方法。該赤裸金奈米顆粒表面可透過含硫醇之配體而能快速且簡便與官能基團共軛。因此，PEG5000-SH(可透過配體交換反應，而由胺修飾之二氧化矽模板上移除金奈米顆粒，其為原位使金奈米顆粒去吸附及修飾的一步驟(one-step)方式(圖1D-E)。由於裸露金奈米顆粒與硫醇基團間的高度親和力，因此透過硫醇PEG的金奈米顆粒表面修飾效率很高，且可經由透過短期音波反應二次水中的胺修飾二氧化矽金奈米顆粒及PEG5000-SH混合物而達成。如圖所示，SiO2 模板的大小為250 nm，而所產生且吸附/固定於SiO2 模板上的金奈米顆粒大小則小於100 nm。
為了優化PEG5000-SH修飾之金奈米顆粒(圖1E)的產量，在不同濃度的PEG5000-SH下(0.47、0.9、1.78、3.6及5 mM)及不同的pH值下(pH 2-9)，進行配體交換反應。UV-Vis光譜顯示，有效的置換及修飾發生在PEG5000-SH濃度3.6 mM及pH 9.0的條件下(圖10)。在胺修飾二氧化矽模板表面釋放出PEG5000-修飾之金奈米顆粒後，固體模板可輕易的透過4000 rpm下離心15分鐘而分離及移除，而PEG-穩定金奈米顆粒則留在液相中。根據TEM影像的研究，PEG共軛之金奈米顆粒似乎為約10 nm的均一大小尺寸(圖1I)。無論是在pH=9及3.6 mM之PEG5000-SH的由SiO2 -1N或-3N所得之PEG5000-取代金奈米顆粒皆可良好的分散在緩衝液中，並未觀察到任何的聚集，此可反映在SPR波峰的轉移以及液相的顏色改變上(圖2，曲線(a)及(b))。為了驗證赤裸金奈米顆粒存在於胺修飾二氧化矽固體表面，二氧化矽-1N-金奈米顆粒樣品的二氧化矽模板以0.1%(v/v) NH4 F緩衝液在pH 7下蝕刻，在不帶有穩定劑PEG5000-SH下由二氧化矽-1N-金奈米顆粒樣品中移除二氧化矽模板，赤裸的金奈米顆粒嚴重聚集且產生沉澱，該UV-Vis光譜因此展現了SPR帶右移至550 nm(圖2，曲線(d))。
透過二氧化矽-1N-金奈米顆粒樣品在pH 7.0下以PEG5000-SH(3.6 mM)預處理進行對比實驗。所製造的二氧化矽-1N-金奈米顆粒-PEG5000固體離心後，接著將二氧化矽模板進一步以上述相同的狀態下溶解。觀察到由PEG5000-SH樣品預處理而產生的金奈米顆粒在pH 7，0.1%(v/v) NH4 F緩衝液中展現極高的穩定性。此舉清楚的證實在模板移除的二氧化矽-1N-金奈米顆粒樣品中金奈米顆粒嚴重聚集是因為其赤裸的表面，當其由胺修飾二氧化矽模板的固體表面移除時，其展現了極高的反應性及不穩定性。
使用FT-IR光譜儀來觀察PEG-修飾金奈米顆粒表面上官能基團的特性(圖3A)。伸展的PEG分子的特異性波峰定如下：C-O-C: 1103 cm-1 、C-H: 2916 cm-1 且-OH: 3434 cm-1 。透過觀察PEG分子震動帶取代了二氧化矽-1N及3N-樣品的特性，可能驗證PEG分子確實修飾了金奈米顆粒的表面。PEG5000附著於金奈米顆粒表面也可由圖3B顯示的熱重分析(TGA)證實。透過加熱過程使金奈米顆粒-PEG5000(即PEG-共軛金奈米顆粒)樣品分解，主要的質量損失來自(1)原本吸附於其上的水被汽化以及(2)PEG有機配體的被燃燒而分解，當溫度高於280℃，則係顯著地因PEG分子分解而致重量減損。
在圖3B，曲線(a)表示赤裸金奈米顆粒的重量與溫度的關係。所獲得的金奈米顆粒如下：二氧化矽-1N-金奈米顆粒以NH4 F處理以溶解二氧化矽模板而得到吸附在胺基團上的赤裸金奈米顆粒。當加熱至280℃時，胺基團會被燃燒分解而留下沒變化的金奈米顆粒。金奈米顆粒的重量減損僅4%。此意味著在二氧化矽模板上合成的金奈米顆粒幾乎為赤裸的，即吸附及/或固定在胺修飾二氧化矽模板上的金奈米沒有表面的修飾。
圖3B，曲線(b)代表透過檸檬酸還原及保護金奈米顆粒的PEG後修飾所合成的PEG-共軛金奈米顆粒重量與溫度的關係。該檸檬酸保護的金奈米顆粒的合成係透過將金離子與檸檬酸反應而得，其中檸檬酸做為還原劑。溫度在280℃以上時，由檸檬酸還原金奈米顆粒經PEG後修飾所得的PEG-共軛金奈米顆粒的重量損失為20%，這意味著由檸檬酸還原金奈米顆粒所合成的PEG-共軛金奈米顆粒，其PEG5000 外殼的重量為20%。
在圖3B中，曲線(c)代表由PEG與二氧化矽-1N-金奈米顆粒反應所合成的PEG-共軛金奈米顆粒的重量與溫度關係。該PEG可輕易的與固定於胺修飾二氧化矽奈米顆粒上的金奈米顆粒反應，因而取代了胺修飾二氧化矽模板且形成PEG-共軛金奈米顆粒。當溫度在280℃以上時，由PEG與二氧化矽-1N-金奈米顆粒交換所合成的PEG-共軛金奈米顆粒的重量減損為73%，這意味著由單胺修飾的二氧化矽模板上固定的金奈米顆粒所合成的PEG-共軛金奈米顆粒，其PEG5000外殼的重量為73%。
在圖3B中，曲線(d)代表由PEG與二氧化矽-3N-金奈米顆粒反應所合成的PEG-共軛金奈米顆粒的重量與溫度關係。當溫度在280℃以上時，由PEG與二氧化矽-3N-金奈米顆粒交換所合成的PEG-共軛金奈米顆粒的重量減損為82%，這意味著由三胺修飾的二氧化矽模板上固定的金奈米顆粒所合成的PEG-共軛金奈米顆粒，其PEG5000外殼的重量為82%。
上述數據表示了相較於在單胺修飾的二氧化矽模板上合成的金奈米顆粒，在三胺修飾的二氧化矽模板上所合成的金奈米顆粒有著更多的配體表面密度。以配體PEG5000為例，曲線(b)、(c)及(d)之PEG-共軛之金奈米顆粒在金奈米顆粒表面的配體表面密度分別為1.26、10.46及17.62配體分子/nm2 (圖3B)。
如上所述，在金奈米顆粒上的配體表面密度受金奈米合成時模板的存在或不存在而影響。而用於合成金奈米顆粒的模板其化學及物理結構也影響了配體後修飾的效能。表1顯示胺修飾模板所合成的金奈米顆粒其配體共軛效能優於在MSN模板上合成的金奈米顆粒。該配體共軛效能係透過配體共軛至模板上的金奈米顆粒與吸附及/或固定於其表面的金奈米顆粒之重量比例來計算。數據顯示相較於MSN模板，二氧化矽模板提供了更高的配體共軛效能(或配體交換/修飾效能)。在此，MSN-3N-金奈米顆粒的合成與SiO2 -3N-金米顆粒的合成方式相似，金離子首先先附著在MSN模板上，通常會附著在MSN的孔洞，而當合成於二氧化矽顆粒模板時，金離子則是附著在SiO2 珠的扁平表面上。附著在固體MSN上的金離子接著受同步X-射線輻射而還原，且形成吸附/固定於MSN上的金奈米顆粒。
固定在MSN上的金奈米顆粒很難與配體交換，也因此與固定在胺修飾二氧化矽奈米顆粒上的金奈米顆粒相較下，其配體共軛效能較差。此外，單胺-修飾的二氧化矽模板較三胺修飾的二氧化矽模板有更好的配體交換效能，其可能是因為二氧化矽模板表面上的三胺官能基團與金奈米顆粒有較強的鍵結，因而減低了配體交換效能。小型的配體如麩胺基硫(GSH)具有高達90%的配體交換效能，且配體共軛效能係濃度依賴性(表1)。
表2顯示功能化的金奈米顆粒之細胞攝入效能。(1)由PEG與二氧化矽-1N-金奈米顆粒反應所合成的PEG-共軛金奈米顆粒無法進入細胞。細胞(1.3x105 細胞)的金含量因此無法測得。(2)由TAT與二氧化矽-1N-金奈米顆粒反應所合成的TAT-共軛金奈米顆粒可以進入細胞。(3)除了高分子量的PEG基團外，由由TAT及PEG(雙價配體)與二氧化矽-1N-金奈米顆粒反應所合成的TAT/PEG雙價-共軛金奈米顆粒可以進入細胞。(4)檸檬酸保護的金奈米顆粒可進入細胞。檸檬酸保護的金奈米顆粒的合成係透過在檸檬酸溶液下，將金離子以NaBH4 還原。(5)由TAT與檸檬酸保護的金奈米顆粒反應而合成的TAT-共軛金奈米顆粒的細胞攝入效能差，其意味著TAT與檸檬酸保護的金奈米顆粒間共軛效能差。(6)透過TAT與PEG(雙價)和檸檬酸保護的金奈米顆粒反應而合成的TAT-PEG雙價-共軛金奈米顆粒相較於由二氧化矽-1N-金奈米顆粒所合成的TAT-PEG雙價-共軛金奈米顆粒有較低的細胞攝入效能。這些數據證實了配體共軛金奈米顆粒的細胞攝入效能與共軛金奈米顆粒如何合成相關，且在二氧化矽顆粒模板上合成的裸露金奈米顆粒可增進金奈米顆粒表面的配體後修飾。
圖9顯示分別由SiO2 -1N-金奈米顆粒(圖9A)及SiO2 -3N-金奈米顆粒樣品(圖9B)在不同pH值下所移除的PEG5000-修飾金奈米顆粒的UV-Vis光譜。數據顯示在不同pH值下，由固相模板所分離出的PEG5000-修飾金奈米顆粒的量及呈現在液相之中的量不相同。與SiO2 -1N-金奈米顆粒樣品比較，在pH 8.0下SiO2 -3N-金奈米顆粒可移除更多的金奈米顆粒，此可解釋為立體障礙效應所致。該三胺(3N)官能基具有較長鏈的基團而與二氧化矽表面有較大的間隔，因此附著於其上的金奈米顆粒有較低的立體屏障且相對容易被釋放或在pH 8.0下受配體PEG置換。
圖10顯示在不同濃度的配體PEG5000-SH(5、3.5、1.78、0.9及0.47 mM)下，分別由與SiO2 -1N-金奈米顆粒(圖10A)及SiO2 -3N-金奈米顆粒(圖10B)所移除的金奈米顆粒之UV-Vis光譜。白光影像意味著金奈米顆粒透過PEG表面修飾而由二氧化矽模板上所置換出的金奈米顆粒的量係為PEG-濃度依賴性。
透過使用固相模板合成方式，以PEG5000-SH做赤裸金奈米顆粒表面的後修飾有高產量且高效能。因此，由PEG5000與SiO2 -1N-金奈米顆粒及SiO2 -3N-金奈米顆粒反應的金奈米顆粒-PEG5000樣品的TGA數據顯示表面PEG分子有高量的重量損失(w/w%重量損失分別為73%及82%)。然而，由SiO2 -1N-金奈米顆粒中以NH4 F溶解二氧化矽模板而獲得的赤裸金奈米顆粒，在高溫熔化後顯示僅4%重量損失(圖3B，曲線(a))。4%的重量損失係因金奈米顆粒表面與溶解二氧化矽後的殘餘胺基團有鍵結。在受高溫後金奈米顆粒顯示極低的重量損失的事實證實了在矽奈米顆粒表面上的金奈米顆粒大多以赤裸態存在且因此僅少數胺基矽烷基團結合在金奈米顆粒的表面。
綜上所述，本發明係關於發現了簡單且快速可在赤裸金奈米顆粒表面修飾的方法，其中赤裸金奈米顆粒係透過使用高能量的同步X-射線做為還原源而在胺基矽烷修飾的二氧化矽硬模板上合成裸露金奈米顆粒的原位還原合成法。在二氧化矽奈米顆粒表面的胺基團提供了適當的距離以及受隔離環境之位置，其可產生單一位置的還原環境且因此防止相鄰的赤裸金奈米顆粒聚集。以此方法所還原的金奈米顆粒具有如快速、乾淨、高效能、對環境友善、低毒性(小量金離子殘基)且為室溫合成的優點。此外，在胺修飾二氧化矽奈米顆粒表面所製得的赤裸金奈米顆粒可有效的防止二氧化矽奈米顆粒及金奈米顆粒的聚集。這兩種不同的奈米顆粒可在pH 7.0下不同的緩衝液中良好的分散，而赤裸金奈米顆粒在二氧化矽表面上額外的穩定性可歸因於源由還原的二氧化矽-金奈米樣品的強烈靜電排斥力。透過不同二氧化矽-奈米顆粒間的強烈靜電排斥力的幫助，每個赤裸金奈米顆粒間可保持適當的距離以防止因赤裸奈米顆粒表面高度親合力而造成的聚集。因此，期望用於修飾金奈米顆粒表面的有機配體可透過導入含硫醇基的有機分子而輕易且快速的取代胺修飾的二氧化矽。由二氧化矽模板上移除(釋放)金奈米顆粒可透過金奈米顆粒-胺基矽烷與PEG-硫醇分子鍵結的一步驟交換而同步完成。
本發明上述的發明說明及例示之實施例僅用於說明及描述的目的，而非以此確切揭露的型式而徹底或限制本發明。在上述的教示中，可能含有許多的修改及變化。
所選用並詳述之實施例及例子用於解釋本發明之原則及其實際應用，以使其他技藝人士可應用本發明及多種實例，且可考慮使用適合特定用途之不同改良。在不偏離本發明精神及範圍下，本發明之改良實施例對於技藝人士係明顯的。因此，本發明的範圍是由所附之申請專利範圍所界定，而非限於上述之發明說明及示範之實施例。
一些參考文獻，包含專利案、專利申請案及不同的出版物，為本發明之發明內容所引用並討論，這些參考文獻在本發明說明中之引用及討論僅用於釐清本發明，而非承認這些參考文獻為本發明此處所述之「前案」。在本發明說明書中所有引用及討論的參考文獻揭以全文方式納入本文，且以相同的程度引用猶如每個參考資料係單獨納入作為參考。
圖1A係胺修飾二氧化矽奈米顆粒(SiNP)的示意圖。
圖1B顯示金離子(Au3+ )吸附於胺修飾二氧化矽顆粒的表面。
圖1C顯示在X-射線照射金離子後金奈米顆粒在胺修飾二氧化矽奈米顆粒表面合成。
圖1D顯示在透過PEG配體交換移除金奈米粒子後，表面吸附有殘留的金奈米顆粒之胺修飾二氧化矽奈米顆粒模板。
圖1E顯示由胺修飾二氧化矽奈米顆粒模板移除的PEG5000-修飾之金奈米顆粒。
圖1F顯示胺修飾二氧化矽奈米顆粒的TEM圖像。
圖1G顯示如圖1B之表面吸附有金離子的胺修飾二氧化矽顆粒在X-射線輻射下而於胺修飾二氧化矽顆粒表面上合成的金奈米顆粒的TEM圖像。
圖1H顯示透過PEG配體交換移除了金奈米顆粒的胺修飾二氧化矽顆粒TEM圖像。
圖1I顯示了圖1E之PEG-共軛金奈米顆粒的TEM圖像。
圖2顯示透過加入3.6 mM PEG5000-SH而由(a)SiO2 -1N-金奈米顆粒樣品或(b) SiO2 -3N-金奈米顆粒移除的金奈米顆粒的UV可見光光譜。(c) SiO2 -1N-金奈米顆粒在pH 7.0下以3.6 mM PEG5000-SH預處理，接著二氧化矽模板以0.1% NH4 F緩衝液溶解。(d)不具3.6 mM PEG5000-SH下，透過以0.1% NH4 F緩衝液溶解二氧化矽模板而由SiO2 -1N-金奈米顆粒移除裸露的金奈米顆粒。
圖3A顯示由PEG與SiO2 -1N-金奈米顆粒(a)或與SiO2 -3N-金奈米顆粒(b)反應而合成的PEG5000-共軛金奈米顆粒之FTIR光譜。
圖3B顯示(a)裸露金奈米顆粒，(b)透過以PEG後修飾檸檬酸-還原/保護的金奈米顆粒而合成PEG-共軛金奈米顆粒，(c)透過PEG與二氧化矽-1N-金奈米顆粒反應而合成的PEG-共軛金奈米顆粒及(d)透過PEG與二氧化矽-3N-金奈米顆粒反應而合成的PEG-共軛金奈米顆粒的TGA圖。
圖4顯示(a) SiO2 -1N顆粒模板，(b) SiO2 -3N顆粒模板，(c) SiO2 -1N-金奈米顆粒及(d) SiO2 -3N-金奈米顆粒在不同滴定pHs下的動電位(Zeta電位)。SiO2 -1N顆粒模板、SiO2 -1N-金奈米顆粒及SiO2 -3N-金奈米顆粒PZC(零電點)的pH值分別為8.17、4.23及4.03。
圖5顯示(A) SiO2 -1N及(B) SiO2 -3N奈米顆粒樣品的TEM圖像。
圖6顯示(A) SiO2 -1N-金奈米顆粒及(B) SiO2 -3N-金奈米顆粒的TEM圖像。
圖7顯示由(a) SiO2 -1N-金奈米顆粒及(b) SiO2 -3N-金奈米顆粒與3.6 mM PEG5000-SH在pH 9.0下反應而移除之PEG共軛之金奈米顆粒TEM圖像。
圖8顯示(a) SiO2 -1N-金奈米顆粒及(b) SiO2 -3N-金奈米顆粒其金奈米顆粒由固相二氧化矽模板表面上移除之之TEM圖像。
圖9顯示在不同pH值下由(A) SiO2 -1N-金奈米顆粒及(B) SiO2- 3N-金奈米顆粒樣品所移除的PEG5000-修飾金奈米顆粒之UV可見光光譜。
圖10顯示由(A) SiO2 -1N-金奈米顆粒及(B) SiO2 -3N-金奈米顆粒樣品所移除之含不同濃度配體PEG5000-SH(5、3.5、1.78、0.9及0.47 mM)的PEG5000-共軛金奈米顆粒之UV可見光光譜。
(無元件符號說明)

Claims (20)

  1. 一種合成配體-共軛之金奈米顆粒(AuNPs)之方法，其包含：提供胺修飾二氧化矽顆粒；提供含HAuCl4 的溶液；將胺修飾二氧化矽顆粒懸浮於含HAuCl4 的溶液中；藉由使溶液中之Au3+ 離子被吸附及/或固定在胺修飾二氧化矽顆粒表面以製造二氧化矽顆粒-NH3 + AuCl4 - 之複合物，其中該溶液不存在中孔洞二氧化矽奈米顆粒(MSN)；將該二氧化矽顆粒-NH3 + AuCl4 - 之複合物暴露於輻射下以降低Au3+ 離子，並獲得表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒之胺修飾二氧化矽顆粒，其中該裸露金奈米顆粒不具有機表面修飾；且將配體與吸附及/或固定於胺修飾二氧化矽顆粒表面之裸露金奈米顆粒進行反應，以合成配體-共軛之金奈米顆粒。
  2. 如請求項1之方法，其中在提供胺修飾二氧化矽顆粒前，該方法進一步包含：將胺基矽烷與二氧化矽奈米顆粒反應以得到該胺修飾二氧化矽顆粒。
  3. 如請求項2之方法，其中該胺基矽烷為至少一種選自由3-胺丙基三甲氧基矽烷及N-[3-(三甲氧基甲矽烷基)-丙基]二乙烯-三胺所組成之群。
  4. 如請求項1之方法，其中該配體包含選自由硫醇基、胺基及膦基(phosphine)所組成之群之官能基團。
  5. 如請求項1之方法，其中該配體包含至少一種選自由合成聚合物及生物聚合物所組成之群之聚合物。
  6. 如請求項1之方法，其中該配體為至少一種選自由聚乙二醇(PEG)、PEG衍生物、轉錄活化子(TAT)(SEQ ID NO：1)及麩胺基硫(GSH)、聚核苷酸及蛋白質所組成之群。
  7. 如請求項1之方法，其中該輻射係選自由X-射線、微波、伽馬射線及中子所組成之群。
  8. 如請求項1之方法，其中固定在該胺修飾二氧化矽顆粒表面之該Au3+ 離子係暴露於同步X-射線。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包含：自該配體-共軛之金奈米顆粒移除胺修飾二氧化矽顆粒；且收集配體-共軛之金奈米顆粒。
  10. 如請求項1之方法，其中配體-反應步驟係於pH大於6時進行。
  11. 如請求項1之方法，其中配體-反應步驟係於配體帶有負電荷的狀態下進行。
  12. 如請求項1之方法，其中配體-反應步驟係於音波處理下進行。
  13. 一種合成配體-共軛金奈米顆粒(AuNPs)之方法，其包含： 提供含有表面吸附及/或固定有裸露金奈米顆粒之胺修飾二氧化矽顆粒之溶液，其中該裸露金奈米顆粒不具有機表面修飾，且該溶液不存在中孔洞二氧化矽奈米顆粒(MSN)；且將配體與在溶液中之吸附及/或固定於胺修飾二氧化矽顆粒表面之裸露金奈米顆粒進行反應，以產生配體-共軛之金奈米顆粒。
  14. 如請求項13之方法，其中該反應步驟另包含：自該配體-共軛之金奈米顆粒移除胺修飾二氧化矽顆粒；且收集配體-共軛之金奈米顆粒。
  15. 如請求項13之方法，其中該配體包含選自由硫醇基、胺基及膦基所組成之官能基團。
  16. 如請求項14之方法，其中該移除步驟另包含：對溶液進行音波處理以自該胺修飾二氧化矽顆粒分離出該配體-共軛之金奈米顆粒。
  17. 如請求項13之方法，其中該配體包含至少一種選自由合成聚合物及生物聚合物所組成之群之聚合物。
  18. 如請求項1之方法，其中暴露於輻射的步驟係於不存在有機配體下而進行，且該配體-反應步驟係在不存在化學催化劑下進行。
  19. 如請求項1之方法，其中在暴露步驟前另包含：藉由離心收集二氧化矽顆粒-NH3 + AuCl4 - 之複合物；及將二氧化矽顆粒-NH3 + AuCl4 - 之複合物再次懸浮於水 中。
  20. 如請求項1之方法，其中該暴露步驟包含將二氧化矽顆粒-NH3 + AuCl4 - 之複合物暴露於X-射線。
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