[发明专利]用于形成多刺状颗粒的自组装方法

说明书

提供了自组装方法用于制备多刺状微米颗粒或纳米颗粒。所述方法可包括将含金属(例如，Fe、Au)前体、含硫属元素前体(例如，Se、S)和自组装添加剂(例如，十二硫醇(DT)、油胺(OLA)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))组合。形成至少一个多刺状的纳米尺度、中尺度或微米尺度颗粒，所述颗粒限定出由第一材料形成的核芯区以及与所述核芯区的表面连接且基本上正交的多个针状物。所述针状物包含第二材料。第一材料或第二材料中的至少一种包含铁或金以及任选地硒或硫，例如二硒化铁(FeSe₂)。还提供了由这样的自组装方法形成的多刺状微米颗粒或纳米颗粒。作为非限制性实例，FeSe₂多刺状颗粒的半导体性质使得其能够用于仿生催化、药物递送、光学和能量存储中。

美国政府支持

本发明是在由国家科学基金会(National Science Foundation)授予的CMMI-1463474的美国政府支持下进行的。美国政府在本发明中具有某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月27日提交的美国临时申请No.62/563,966的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及通过纳米颗粒的自组装来批量合成微米尺度(microscale)、中尺度(mesoscale)和纳米尺度(nanoscale)多刺状(hedgehog-shaped)颗粒的方法，并且更特别地涉及来自由其形成的含金属硫属化物材料的多刺状颗粒。

背景技术

本部分提供了与本公开内容相关的背景信息，其不一定是现有技术。

具有复杂几何形状的纳米结构将纳米材料的化学、光学、电、机械和生物功能扩展到超出了与其基础无机材料相关的量子限域和等离子体效应。举数个实例，在化学领域中，已知纳米尺度几何学的强大作用在于溶剂分散性、气体吸收和催化作用。复杂的纳米尺度和中尺度形状对于酶、蛋白质络合物、病毒衣壳、承载蛋白质纤维(load-bearing proteinfiber)以及生物系统的许多其他组件的功能至关重要。值得注意的是，复杂的几何结构是分层的，并且其形成物是更简单的构件的产物。如果存在一定程度的各向异性和动态结构重新配置，则对于非生物构件来说，类似的复杂性和层次结构级别是有潜在可能的。在过去的二十年对复杂程度逐渐提高的自组织结构的一系列研究表明，这一构想是可行的。

已知半导体或无机纳米颗粒(nanoparticle，NP)自组装。例如，无机NP可自组装成链和纳米线、纳米棒、纳米片(nanosheet)、扭曲的带、纳米棒对、复选标记和X标记、超颗粒以及对映体特异性螺旋体。具有不同形状的NP库用作构件。虽然正在以更高的清晰程度来解析导致这样的超结构的NP之间的相互作用，但由看似不复杂的多分散NP充当构件所形成的超结构的复杂性的限制导致了许多基本问题。由相当简单的构件制成的自组装纳米结构的几何和功能复杂性的限制仍然是一个持续不断的研究领域，从而试图更好地理解这些限制。例如，尚不能很好地理解多分散性是否有助于或阻碍自组装超结构的复杂性，构件的各向异性是否与所得组装体的复杂性相关，以及如何可利用无机材料的电荷传输能力和自组装超结构的几何形式的复杂性。这些问题尤其值得关注，因为自组织过程可作为纳米尺度材料与充分建立的微米尺度技术之间的桥梁。此外，它们可为赋予无机组装体多种仿生功能以替代发生酶水解的环境敏感肽铺平道路。

例如，复杂的多刺状颗粒具有多种可期望的特性并显示出不寻常的胶体特性。形成针状物(needle)/尖状物(spike)或核芯的材料当由半导体材料形成时，可显示出激子(exctonic)特性和等离子特性二者，并且可用作光学和催化体系的基本组件。他们还揭示了不寻常的胶体分散性，其已在具有数个连续阶段的复杂过程中合成的微米尺度颗粒中观察到。

因此，期望找到新的方法以通过自组织途径和方法来制备具有独特尖状物的某些复杂的纳米尺度、中尺度或微米尺度颗粒，例如多刺状颗粒。

发明内容