[发明专利]发荧光半导体纳米晶体

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月7日提交的美国临时申请号No.61／494,255和2012年1月23日提交的美国临时申请号No.61／589,725的优先权，这两篇临时申请的公开内容在此通过引用全文并入。

技术领域

提供可用在包括生物、分析和组合化学、医疗诊断、基因和蛋白质分析、以及单分子光谱学在内的各种领域中的发荧光(fluorogenic)半导体纳米晶体；本文还提供包含发荧光半导体纳米晶体的组合物、试剂盒和测定系统，以及它们的制备方法和使用方法。

背景技术

光活性半导体纳米晶体在许多光学和电子应用领域受到关注。半导体纳米晶体往往包括半导体核和钝化半导体壳。其带隙高于核材料的壳材料可以使深陷阱发射位点最少，并且可以提高纳米晶体粒子的量子产率和稳定性。在与金属原子接触时荧光纳米晶体的光学性质和稳定性可能受损。在存在金属(例如，金属离子或金属底物)下，半导体纳米晶体的荧光发射强度可以显著降低。一旦淬灭(quench)，纳米晶体的荧光发射往往不可能再生。这种对金属的敏感性严重限制了半导体纳米晶体在要求接触金属离子或金属(例如，催化剂和金属底物)的应用中的使用。因此，需要开发用于恢复被淬灭的纳米晶体的荧光强度的材料和方法。

发明内容

本文提供发荧光半导体纳米晶体、包含这种纳米晶体的试剂盒和组合物、以及这种纳米晶体的制备方法和使用方法。本文所述的纳米晶体可用在各种领域。这些纳米晶体理想地适用在生物和诊断应用中，但它们也可以用在许多其它的非生物应用中。代表性的应用包括例如分析和组合化学、医疗诊断、基因和蛋白质分析。由于它们卓越的光学性质，这些纳米晶体可以在从细胞和组织染色(例如FISH)、细胞跟踪、数字光谱、免疫测定、蛋白质的Western blot检测、细胞迁移可视化、单分子检测、流式细胞术分析至体内成像的各种生命科学应用中用作有效的检测工具。本文提供的发荧光纳米晶体还可以构成许多类型的电子器件如LED、太阳能电池、晶体管和二极管激光器中的基础组件，并且具有许多非生物应用如用于无机化合物的传感器。此外，提供便于在含金属(例如，金属基底和金属催化剂)的环境中使用半导体纳米晶体的组合物和方法。本文提供的纳米晶体组合物和方法克服与常规荧光半导体纳米晶体有关的许多缺点，并且为半导体纳米晶体提供以前不可能的新的使用机会。

一方面，本文提供包括荧光半导体纳米晶体和与该半导体纳米晶体缔合的淬灭基团的纳米晶体。荧光半导体纳米晶体在不存在淬灭基团下具有初始荧光强度(F₀)，发荧光半导体纳米晶体具有经淬灭的荧光强度(F_Q)，其中F_Q／F₀小于约1.0。在一些实施方案中，F_Q／F₀小于约0.50。荧光半导体纳米晶体可以为非发射性的(即F_Q／F₀=0)或基本非发射性的(即纳米晶体可以发射检测阈值以下的某些光)。荧光半导体纳米晶体在不存在淬灭基团下可以发射可见光或近IR光谱范围的光。多个淬灭基团可以与纳米晶体缔合(例如，多达约3000个淬灭基团)。在某些实施方案中，多于50个淬灭基团与纳米晶体缔合。在某些实施方案中，约50至约3000、或约50至约1000、或约1000至约2000、或约2000至约3000个淬灭基团与纳米晶体缔合。

另一方面，提供包括如本文所述多个发荧光半导体纳米晶体的发荧光纳米晶体群。该发荧光纳米晶体群在不存在多个淬灭基团下的量子产率可以大于约10％、或约25％、或约50％、或约75％。