[发明专利]颗粒功能化

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年02月15日提交的、题为“纳米颗粒功能化(NANOPARTICLEFUNCTIONALIZATION)的美国专利申请号61/765,444的优先权，其全文通过引用结合入本文。

技术领域

本发明涉及颗粒。

背景技术

颗粒在工业、研究和药学等领域中具有许多应用。可赋予颗粒多种物理或化学性质(例如体积或质量)。随着颗粒尺寸减小，与大体积的金属相比，这些性质发生变化。颗粒的尺寸以及由此颗粒的表面积可影响形成颗粒的材料的物理、化学和/或药物学性质。

在这个广阔的舞台上，微米尺度和纳米尺度尺寸的颗粒可用于多种应用。纳米颗粒通常理解为包括至少一个维度小于100nm的微观颗粒,而微米颗粒通常理解为包括尺寸为0.1-100μm的颗粒。在其它领域中，由磁性材料制造的纳米颗粒已引起许多领域的研究者的日益增加的兴趣，因为它们有望用于多种领域例如生物医学、磁性共振成像(MRI),细胞和DNA分离，药物输送，基因克隆，用于癌症治疗的热疗和磁性记录介质。

裸露金属颗粒是高度化学活性的，在空气中易于氧化，这可导致损失磁性和/或分散能力。具有小尺寸例如小于10nm的颗粒具有更多的活性表面，并可容易地与任意基质材料(例如,在它们的制造过程中在它们周围的H₂O和/或化学品)相互作用。因此，在没有聚集或沉淀的情况下，将金属颗粒的稳定性保持延长的时间段是重要的问题。几乎对于金属颗粒的任何应用而言，稳定性都是关键要求。特别是纯金属例如Fe,Co,Ni,Mn,Ti,Cr,CaAl,Ag和Zn和它们的金属合金对空气非常敏感。因此，使用纯金属或合金的显著难度源自它们在空气中氧化的不稳定性；此外，颗粒越小，越容易发生氧化。微米尺度和纳米尺度范围的颗粒固有地呈现长期不稳定性。这种小的颗粒趋于形成聚集体，来降低与微米尺寸和纳米尺寸颗粒的高表面积和体积比例相关的能量。

概述

本文描述了颗粒功能化系统、用于制备功能化的颗粒的方法、包含这种颗粒的组合物、包含颗粒的试剂盒和它们的应用。颗粒包括金属颗粒。在一些实施方式中,金属颗粒是磁性颗粒。与其它金属颗粒制备相比，根据本发明原理的新颖的功能化的金属颗粒可呈现改善的性质。具体来说,本发明概念提供新颖的颗粒，其包含金属核，该金属核具有用一种或多种聚合物以向整体颗粒提供改善的或增强的能力的方式功能化的表面。根据本发明概念制备的金属颗粒可用于不同的医学、工业和研究应用。

在一些方面中,可在形成颗粒时对颗粒进行功能化，这可消除在颗粒表面处的不利的反应。例如,当在真空或超高真空(UHV)环境中产生颗粒时,可在该真空环境之内提供表面功能化，然后将颗粒暴露于真空以外的环境条件。可最小化或避免在空气中的潜在的氧化。因此，本发明方法可提供用于颗粒的流线型、一步法功能化方法。

实施方式可提供下述的任意或全部优势。可改善金属颗粒的构建。可在构建颗粒时，将该颗粒功能化。可更有效地形成具有非均相结构的颗粒。根据本发明概念的功能化的表面可改变或改善颗粒表面的性质。在一些实施方式中,本发明功能化的表面可提供涂覆的层，其可用于固定其它试剂例如化学部分或生物试剂，例如小分子、蛋白质、核酸或细胞。根据本发明原理的功能化的颗粒可提供例如高分散性、高反应性和易于分离的优势。

在第一方面中,颗粒功能化系统包含:材料的靶；向靶提供溅射气体的气体源；至少施加到靶的电压，且该电压导致来自离子化气体的离子撞击靶的表面和释放所述材料的原子；至少一种磁体，其提供控制离子和电子运动以及源自释放的原子的颗粒的成核,形成和生长的磁场；和颗粒收集装置,其收集刚制备的颗粒，该收集装置包含基材和设置在基材上的聚合物功能化涂层,其中颗粒冲击涂层并与功能化涂层的分子形成连接。