[发明专利]具有官能性表面基团的亲水性纳米颗粒，其制造及用途

说明书

本发明涉及具有亲水性表面涂层的纳米颗粒、其制造方法以及其在生物学、分子生物学、生化学和医学应用中的用途。

近年来，纳米颗粒在体内或体外诊断学、治疗学、胚胎学和通常在许多分子生物学的或者生化学应用以及活性物质筛选中的使用越来越重要。为此，大多数应用需要具有亲水性表面的纳米颗粒以将它们分散在生物环境(即含水环境)中。所述纳米颗粒应该理想地以单颗粒或单分散的，即非聚集的形式，以一方面预防不期望的沉降和/或另一方面尽可能少地影响生化或生物分子过程或运动的动态特性或动力学。而且，所述纳米颗粒应该理想地具有使得官能分子能够偶联到该纳米颗粒的官能性的反应性化学基团。官能性分子可以是例如，生物大分子如低聚核苷酸(例如DNA或RNA)或多肽(例如蛋白质或抗体)、生物偶联分子例如生物素或链霉抗生物素、或者其它有机分子。

荧光的无机纳米颗粒常常在有机溶剂中制备，导致疏水的最终产品。最常用的荧光无机纳米颗粒是由II-VI或者III-V半导体组成的半导体纳米颗粒，其通常具有芯-壳结构。U.S.6,322,901、U.S.6,576,291和U.S.6,423,551描述了其无机芯体大小小于10nm的这些颗粒，其也称为“量子点(Quantum Dots)”。取决于它们的制备，它们常常具有由三辛基膦组成的有机壳。

另一类别的荧光无机纳米颗粒是由非导体的材料组成的磷光纳米颗粒并且其掺杂有稀土和/或副族元素的离子。

它们也被称为纳米无机发光材料(Nanophosphor)，WO04/046035A1、WO02/020695A1，K.Koempe；H.Borchert；J.Storz；A.Arun；S.Adam，T.Moeller；M.Haase；Angewandte Chemie，InternationalEdition(2003)，42(44)，5513-5516描述了发射波长比激发波长更长的“向下转换(down-converting)纳米无机发光材料”，而在S.Heer；O.Lehmann；M.Haase；H.Guedel；Angewandte Chemie，International Edition(2003)，42(27)，3179-3182中描述了发射波长比激发波长短的“向上转换(up-converting)无机发光材料”。

WO01/86299A1、W003/040024A1描述了这样的纳米无机发光材料也作为生物标记的用途。

WO02/020695 A1描述了由CePO₄:Tb制成的纳米无机发光材料和它们的制备，例如在磷酸三乙基己基酯(TEHP)中，产生包括附着到颗粒表面的TEHP的颗粒。也可以使用磷酸三丁酯或磷酸酯的其它疏水衍生物替代TEHP。尽管这样制造的纳米颗粒不能分散在水中，但是它们可以分散在有机溶剂中，即变为单颗粒(monopartikulr)悬浮体。

但是，纳米无机发光材料的亲水性表面对于在生物系统中的预定应用是绝对的先决条件。具有疏水性表面的纳米颗粒的亲水化原则上是已知的，如WO02/055186(Quantum Dot Corp.)中所述。其中，疏水纳米颗粒的亲水化在两亲分散剂的帮助下进行，该分散剂例如通过聚丙烯酸与辛胺部分反应制备。

在水相中，辛酰胺侧链与纳米颗粒的疏水性表面相互作用，而两亲分散剂的游离丙烯酸基团的取向朝向水相。可以经由共价键向以此方式取向的丙烯酸残基连接其它分子如蛋白质或其它生物大分子。两亲分散剂在这里充当连接剂(Bindeglied)。

该方法的缺点是以可复现的品质制备作为两亲分散剂使用的疏水化的聚丙烯酸衍生物相对复杂，以及由于纳米颗粒的疏水性表面与两亲聚合物分散剂的辛酰胺基团的疏水性相互作用而需要的相对大空间。这样改性的纳米颗粒与未改性的初始颗粒相比(甚至在单颗粒分散体的情况下)具有大大提高的中值粒径。该体积增加对于多种生物应用(其中，例如标记分子应当穿透生物膜(例如细胞壁)或通过通道蛋白质扩散)是不利的。其对于在均相测定(其中，(F)RET向空间上相邻的(F)RET配对体(partner)(荧光)共振能量转移用于光学评价)中使用尤其不利。

基于上述现有技术，因此本发明的目的是提供具有亲水性表面而不会大大增加中值粒径的纳米颗粒，该纳米颗粒优选具有反应性的官能性化学基团，从而使得官能性分子能够偶联至该纳米颗粒，并且该纳米颗粒可以用于生物学、分子生物学、生化学的和医学的应用，例如用于诊断和治疗的应用，特别是在基于共振能量转移过程的均相生物测定中，且该纳米颗粒同时是便宜的并可以容易地制备。