專利名稱：通過納米晶體的可變換發射進行檢測的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用發光物品測定分析物的方法。
背景技術：
本發明涉及發射電磁輻射(比如可見光)的物品。 一類該物品是半 導體納米晶體或量子點(可具體用于多種應用的高度發射性物質)。例 如，半導體納米晶體可具有窄的并且高度對稱的發射譜，使得它們具有 用作診斷工具的吸引力，比如用作生物標記和診斷中的熒光探針。在一
些情形中，半導體納米晶體已經用于熒光共振能量轉移和熒光淬滅分 析。半導體納米晶體還可表現出長時間的高發射穩定性，優于常規生物 探針染料。
由于量子限域效應，許多半導體納米晶體可表現出尺寸依賴性的光 學性能。換言之,'所述半導體納米晶體所發射光時的波長可取決于納米 晶體的尺寸，并且可通過控制粒子直徑來控制發射波長。例如， 一個激 發波長可用于激發一組具有不同尺寸的半導體納米晶體，導致由于激發 波長而發射許多不同波長的光。這使得半導體納米晶體在許多裝置中相 當有用。
發明內容
本發明提供通過分析物與發光物品的相互作用測定所述分析物的 方法，在某些實施方案中，所述方法包括提供懷疑含有分析物的樣品、 使所述樣品暴露于含有外層的發光物品以及(如果存在所述分析物的
品固定，其中通過所述相互作用改變所述外層；測定發光物品的第一發 射；在足以引起所述發光物品的發光特性改變的條件下使所述發光物品 暴露于電磁輻射一段時間；測定發光物品的第二發射；以及測定指示存 在分析物的第一次發射和第二發射之間的差異，其中對所述外層的改變 提高所述物品在所述條件下在電磁輻射中暴露所述時間段時對發光特
性變化的敏感性，使得在不存在分析物的情況下使所述物品在所述條件 下在電磁輻射中暴露所述時間段不產生所述第一發射和第二發射之間 的所述差異。
本發明還提供用于測定分析物的方法，某些實施方案的方法包括在 懷疑含有分析物的樣品存在下使發光物品暴露于電磁輻射，其中所述分
析物影響物品的發光特性響應于電磁輻射的變化；并且，如果存在分析 物的話，通過測定由于在電磁輻射中的所述暴露所引起的物品發光特性 的變化來測定分析物。
圖l示出根據本發明一個實施方案的包含外層和核的納米粒子。
圖2顯示根據本發明一個實施方案的胺官能化ZnO納米晶體與醛 之間的可逆反應。
圖3顯示根據本發明一個實施方案的胺官能化ZnO納米晶體的(a) 吸收鐠和(b )發射譜。
圖4顯示胺官能化ZnO納米晶體的圖示實施方案在不存在和存在 醛時在(a)水或(b) 5mM硼酸鹽緩沖液中的動態測量。
圖5顯示根據本發明一個實施方案的胺官能化ZnO納米晶體在(a) 0.05 mM、 ( b ) 0.125 mM和(c) 0.25 mM的鄰苯二醛存在下的發射譜。
圖6顯示(a)用0.05 mM鄰苯二醛處理之前和(b )用0.05mM鄰 苯二醛處理之后在UV下照射10分鐘的胺官能化ZnO納米晶體的TEM 圖。
圖7顯示胺官能化ZnO納米晶體在各種醛存在時在UV下照射2 分鐘后的發光強度。
圖8顯示胺官能化ZnO納米晶體在各種有機分析物存在時在UV下 照射2分鐘后的發光強度。
具體實施例方式
本發明涉及用于測定分析物的方法。本發明提供各種方法，所述方 法包括將發射性材料如發光材料暴露于分析物，其中當與所述分析物相 互作用時，可以觀察到作為暴露于電磁輻射的持續時間的函數的發光變 化，由此可測定分析物的存在和/或量。本發明的一些優點包括利用高 發射性物品以及簡化方法直接測定生物分子，僅涉及兩種組分。
在一方面，本發明涉及對物質可以與物品結合并由此改變所述物品 對電磁輻射的敏感性的認識。也就是說，可使物質與物品結合，因此， 所述物品在電磁輻射中的暴露改變所述物品的發射性能(在發射性能不 改變或至少沒有同等程度地改變的情況下，所述物質不存在)。這使得 可利用該現象來檢測作為分析物的物質。在一些實施方案中，所述方法 可包括在懷疑含有分析物的樣品存在下將發光物品(例如納米粒子)暴 露于電磁輻射，其中如果存在分析物，則所述分析物影響物品的發光特 性響應于電磁輻射的變化。例如，所述發光特性可以是強度、波長或熒 光發射的出現。可通過測定電磁輻射時所述物品的發光特性的變化來測 定分析物。在一些情形中，在不存在分析物的情況下進行電磁輻射時發 光特性的變化可能不同于(例如幅度小于)存在分析物的情況下進行電 磁輻射時發光特性的變化。
本文所用的術語"測定"一般指分析物質或信號(例如定量或定性地 分析)和/或檢測存在或不存在物質或信號。"測定"還可指分析兩種或 多種物質或信號之間的相互作用(例如定量或定性地分析)和/或檢測 存在或不存在相互作用。術語"納米粒子"一般指最大橫截面尺寸不大于
1 |Lim的粒子。納米粒子可由例如無機或有機材料、聚合物材料、陶資 材料、半導體材料、金屬材料、非金屬材料、結晶材料(例如"納米晶 體")、無定形材料或其組合制成。典型地，納米粒子的任意截面尺寸小 于250 nm，更典型的是任意截面尺寸小于100 nm，并且優選任意截面 尺寸小于50nm。在一些實施方案中，所述納米粒子的直徑可以是約2 nm至約50 nm。在一些實施方案中，所述納米粒子的直徑可以是約2 nm 至約20nm。在另一些實施方案中，所述納米粒子的直徑可以是約2nm 至約3 nm。
在一些實施方案中，本發明提供通過分析物與發光物品的相互作用
來測定分析物的方法。本發明所用的發光物品可以具有至少部分被外層 所覆蓋的發光核(例如所述物品可以是至少部分被外層包封的粒子)，
其中分析物暴露于所述外層。如圖1所示的實施例，發光物品10包括 發光核20和包圍發光核20的外層30。與所述物品相關的各種發光特性 (例如發射強度、發射波長等)可取決于包圍所述物品的保護性外層。
原性質)、無光學干擾的材料、化學穩定的材料或與下方材料晶格匹配 (例如用于外延生長、使缺陷最小化)的材料組成。所述外層可包含無 機材料、有機材料或其組合，如下文更為全面論述的。在一些實施方案 中，外層的存在可在例如暴露于電磁輻射(例如UV線)時為發光核提 供化學穩定性和光化學穩定性。在一些實施方案中，外層與分析物的相 互作用可導致外層結構破壞，包括例如晶格畸變、晶體溶解或其它變形。
本文所述的方法可包括使懷疑含有分析物的樣品暴露于含有至少 部分被外層包封的發光核的發光物品。如果存在分析物，則可利用所述 分析物與所述外層的相互作用使分析物相對于所述物品固定。在一些情 形中，所述相互作用可包括對外層進行改變，使得可以在所述物品暴露 于電磁輻射時增加發光物品對于發光特性變化的敏感性。在所述分析物 與所述外層的相互作用時，可以將發光物品暴露于電磁輻射中并且可測 定第一發射。隨后，當納米粒子在足以引起所述納米粒子發光特性變化 的條件下暴露于電磁輻射一段時間后，可測定發光物品的第二發射。第 一發射和第二發射之間的變化可指示分析物的存在。
在一些情形中，在不存在分析物的情況下，發光物品暴露于電磁輻 射可引起所述物品發射的輕微變化。發光特性的改變可歸因于例如發射 核與外層之間的界面缺陷、增強非輻射去活化路徑(或效率低的輻射路 徑)的表面瘋點或"陷坑"、粒子的總體形態、存在雜質等。然而，在不 存在分析物的情況下觀察到的任何發射變化或差異可以不同于分析物 存在下可能發生的發射變化。在一些實施方案中，在分析物存在下發生 的第一和第二發射之間的差異可顯著大于不存在分析物的情況下發生 的第一和第二發射之間的差異。
在一些實施方案中，所述外層可與分析物相互作用形成與分析物的 鍵，比如共價鍵(例如碳-碳、碳-氧、氧-硅、硫-硫、磷-氮、碳-氮、金
屬-氧或其它共價鍵)、離子鍵、氫鍵(例如羥基、胺、羧基、硫醇和/ 或類似的官能團之間)、配價鍵(例如金屬離子與單齒配體或多齒配體 之間的絡合或螯合)等。所述相互作用還可包括范德華相互作用。在一 個實施方案中，所述相互作用包括與分析物形成共價鍵。所述外層還可 通過生物分子對之間的結合作用而與分析物相互作用。例如，所述外層 可包含實體，例如與靶分析物上的互補實體如抗生物素蛋白或抗生物素 蛋白鏈菌素特異性結合的生物素。
在一些情形中，所述外層可以是自組裝的致密堆積(tightly-packed ) 結構，并且在分析物存在下，所述外層可與分析物相互作用(例如與分 析物成鍵)以破壞所述自組裝的致密堆積結構，從而在所述物品暴露于 電磁輻射時提高所述物品對發光特性變化的敏感性。在一些情形中，在 沒有足夠的(例如致密堆積的)保護外層的情況下，所述發光物品的發 光強度可能在暴露于電磁輻射時降低并可能發生光漂白。術語"光漂白" 是本領域公知的，是指在暴露于電磁輻射時的發光強度降低，其中降低
的程度可以是暴露于電磁輻射的持續時間的函數。光漂白可導致物質在 暴露于電磁輻射時基本上失去其發光能力。在一些實施方案中，這樣的 光漂白可歸因于發光物品的晶格畸變或晶體溶解。
在一些實施方案中，所述發光物品的外層可包含多個對物品表面具 有親合力的官能團。然而，在分析物存在下，所述分析物可以相對于物 品固定，使官能團與物品表面的分離增加，從而在所述物品暴露于電磁 輻射(即預定的時間段)時提高物品對發光特性變化的敏感性。例如當 與分析物例如蛋白質相互作用時，所述官能團可轉化成立體大基團。所 述立體大基團可防止形成致密堆積的外層。在一些實施方案中，當與分 析物相互作用時，所述官能團對物品表面的親合力可以改變(例如降 低)。當與分析物相互作用時，所述官能團還可轉化成不同的官能團。 在一個實施方案中，所述物品含有胺基，其中當與含有醛基的分析物相 互作用時，所述胺轉化成亞胺，相對于胺而言，所述亞胺對物品表面的 親合力可能降低。
在如圖2所示的示例性實施方案中，發光物品10包含發光核20和 外層30，所述外層30是納米粒子表面處的致密堆積結構。發光核20 可包含例如半導體納米晶體或熒光染料。在一個實施方案中，發光核20
包含ZnO。所述外層30包含具有末端胺基的雜烷基鏈，所述末端胺基 可與醛可逆性地反應形成亞胺。發光物品10暴露于醛取代的分析物40 中可導致在發光物品10與醛取代的分析物40之間通過形成亞胺而形成 共價鍵，使得外層30從納米粒子表面被分散。換句話說，所述雜烷基 鏈伸長使亞胺部分與表面的分離增加。在一些情形中，這可能歸因于外 層對納米粒子表面的親合力的變化。例如，在示例性實施方案中，所述
胺官能團可能對納米粒子表面具有親合力，但是在與分析物反應形成亞 胺后對納米粒子表面的親合力降低。在一些情形中，所述外層可能變得 分散，例如由于結合到外層分析物的尺寸引起烷基或雜烷基鏈的伸長而 分散。例如，所述分析物可以是立體的大體積分析物，比如蛋白質或其 它生物分析物，其可防止形成致密堆積外層。所述外層致密堆積結構的 分解可導致失去光穩定性和在暴露于電磁輻射(例如UV、可見光、IR 等)時發生光漂白，從而指示分析物的存在或分析物的量。
在一些實施方案中，保護性外層的變化還可引起發光物品對發光核 的溶解更敏感。發光物品可具有一定的直徑(例如粒度)，該直徑可在 分析物存在下暴露于電磁輻射時減小，這是由于外層與分析物相互作用 時發光物品的光溶解性增加所致。例如，在一個實施方案中，發光物品 可包含具有第一直徑的半導體納米晶體，當保護性外層被分析物破壞 時，所述第一直徑的半導體納米晶體可在暴露于電磁輻射時分解成具有 更小的第二直徑的半導體納米晶體。
本發明的方法可區別于由于發光淬滅而可以觀察到發光減少的其 它方法。在這些情形中，當處于激發態的發色團暴露于可從所述激發態 發色團吸收能量的"受體"物質時發生"淬滅"，然后所述激發態發色團由 于無輻射過程(即不發射輻射)返回到基態，導致量子產率(例如發射 的光子數/被吸收的光子)降低。相反地，本發明的實施方案可包括改 變發射材料的發光衰減(例如光漂白)來測定分析物。發光衰減的程度 可基于暴露于電磁輻射的持續時間。
本發明方法的優點包括利用發光的納米粒子用于信號轉導的簡單 的兩組分法。與涉及多組分的更復雜的分析不同，本發明包括直接將發 光納米粒子結合到分析物上用于測定所述分析物。本發明的方法可廣泛 地適用于生物和化學傳感器以及分析。例如，所述納米粒子可容易地用
大量生物或化學部分官能化以適于具體應用。本發明的方法對分析物還
可以具有高靈敏度(例如用于小于<1 mM的分析物)和選擇性，如下 述實施例中所更為全面地論述的。
在一些實施方案中，所述分析物可以是化學分析物或生物分析物。 術語"分析物，，可以指待分析的任何化學實體、生物化學實體或生物實體 (例如分子)。在一些情形中，本發明的發光物品可對分析物具有高特 異性，并且可以是例如化學傳感器、生物傳感器或爆炸物傳感器。在一 些實施方案中，所述分析物包含能與發光物品的至少一部分相互作用的 官能團。例如，所述官能團可通過形成鍵(比如共價鍵)與所述物品的 外層相互作用。 一些實施方案涉及含有醛的分析物。在一組實施方案中， 所述分析物可與外層內的官能團相互作用，使得分析物將所述官能團推 離發光物品表面。
如本文所述，發光物品包含包封或部分包封發光核的外層或外殼。 在一些實施方案中，所述外層優選包封發射核的大部分表面區域。例如， 所述外層可包封至少75%的核表面區域。在一些情形中，所述外層可完 全包封發射核。在一些實施方案中，所述外層并非化學鍵合到發射核(例 如量子點、熒光染料、其它熒光物質)，而是也可以通過包封來包含發 光物品。因此，所述外層和發射核之間可不含有離子鍵和/或共價鍵和/ 或配價鍵。在一些情形中，所述外層可包含有機材料(例如基于碳和/ 或碳聚合物)。在一些情形中，所述外層可包含非有機材料(例如不基 于碳和/或碳聚合物，但是可包含碳原子)。所述外層可優選是非有機物， 并且可由例如二氧化硅的硅聚合物形成。在某些實施方案中，所述外層 可以是多孔的。例如，所述外層可具有中等尺度大小的孔。在某些實施 方案中，所述外層可以是無孔的。
在一些實施方案中，所述外層可適當地官能化以賦予發光物品所希 望的特性(例如表面特性)。例如，所述外層可以官能化或被衍生成包 括可改變或改善發光物品性能的化合物、官能團、原子或材料。在一些 實施方案中，所述外層可包含可與分析物特異性地相互作用形成共價鍵 的官能團。在一些實施方案中，所述外層可包含可改變或改善諸如與懸 液介質的相容性(例如水溶性、水穩定性)、光穩定性、以及生物相容 性的性能的化合物、原子或材料。在一些情形中，所述外層可包含選擇
為對表面具有親合力的官能團。在一些情形中，所述外層可包含對表面 具有親合力的官能團，其中可以改變(例如化學上改變)所述官能團， 從而改變其對表面的親合力(例如降低)。
在一些實施方案中，所述外層包含改善發光物品的發光(例如熒光) 性能的材料。例如，所述外層可包含可消除晶體表面能級的材料(例如 鈍化材料)，所述能級可充當降低量子點發光性能的電子和空穴的陷阱。 換句話說，所述外層可包含防止發射核光漂白的材料。在一些實施方案 中，所述鈍化材料可以是非導電的和/或非半導體的。例如，所述鈍化 材料可以不表現出比其包圍的納米晶體更高的帶隙。在具體的實施方案 中，所述鈍化材料可以是非離子的和非金屬的。非導電的材料是在跨材 料施加電勢時不傳遞電子的材料。所述鈍化材料可包含或可基本由表現 出含氮官能團例如胺的化合物組成。所述胺可以直接或間接鍵合至一個 或更多硅原子，例如硅烷或其它硅聚合物中存在的那些。所述硅烷可包 括任意其它的官能團，例如烷基、羥基、含硫基團、或含氮基團。鈍化 材料的實例包括氨基硅烷，例如可使用氨基丙基三曱氧基甲硅烷
(APS)。已經證實，在量子點中使用APS提供鈍化作用，并且使量子 產率提高到可與利用更高帶隙的鈍化層(例如由疏化鋅(ZnS)制備的 那些)所得到的改進相當的水平。
所述外層還可包含能結合分析物(例如通過成鍵、通過生物分子對 之間的相互作用等)的官能團。在一個實施方案中，所述官能團可位于 在物理上足夠接近發光核的位置，或在發光核的足夠的電子傳遞、感應 傳遞或立體傳遞范圍內，使得分析物與官能團之間的相互作用引起可檢 測的發光物品發光特性的變化。在一些情形中，所述官能團可與分析物 形成鍵。所述官能團可包含"親電子的"原子，所述"親電子的"原子指可 被親核試劑攻擊并與親核試劑形成新鍵的原子。在一些情形中，所述親 電子的原子可包含適當的離去基團。所述官能團還可以是"親核的"并且 可具有活性電子對。例如，所述外層可包含羰基如醛、酯、羧酸、酮、 酰胺、酐或跣氯、硫醇、羥基、胺、氰基、帶電部分等。在一些實施方 案中，所述外層包含胺、硫醇、羧酸、酐或醇。在一些實施方案中，所 述外層包含胺。在一些情形中，所述官能團(例如胺)可通過烷基鏈或 雜烷基鏈與所述外層表面結合。
所述外層還可包含用作分析物結合位點的官能團。所述結合位點可 包括能結合介質(例如溶液)中的另一生物分子或化學分子的生物分子 或化學分子。例如，所述結合位點可以能夠通過生物分子對(包括蛋白 質、核酸、糖蛋白、碳水化合物、激素等)之間發生的相互作用在生物 學上結合分析物。具體實例包括抗體/肽對、抗體/抗原對、抗體片段/抗 原對、抗體/抗原片段對、抗體片段/抗原片段對、抗體/半抗原對、酶/ 底物對、酶/抑制劑對、酶/輔因子對、蛋白質/底物對、核酸/核酸對、蛋 白質/核酸對、肽/肽對、蛋白質/蛋白質對、小分子/蛋白質對、谷胱甘肽
/GST對、抗-GFP/GFP融合蛋白對、Myc/Max對、麥芽糖/麥芽糖結合 蛋白對、碳水化合物/蛋白質對、碳水化合物衍生物/蛋白質對、金屬結 合標簽/金屬/螯合劑、肽標簽/金屬離子-金屬螯合劑對、肽/NTA對、凝 集素/碳水化合物對、受體/激素對、受體/效應物對、互補核酸/核酸對、 配體/細胞表面受體對、病毒/配體對、蛋白質A/抗體對、蛋白質G/抗體 對、蛋白質L/抗體對、Fc受體/抗體對、生物素/抗生物素蛋白對、生物 素/抗生物素蛋白鏈菌素對、藥物/靶對、鋅指/核酸對、小分子/肽對、小 分子/蛋白質對、小分子/靶對、碳水化合物/蛋白質對如麥芽糖/MBP(麥 芽糖結合蛋白)、小分子/靶對或金屬離子/螯合劑對。在一些情形中，所 述發光物品可用于例如藥物開發、特定化合物的分離或純化或高通量篩 選技術的應用中。
可選擇適用于特殊應用的官能團。在一些情形中，可基于官能團對 發光物品表面(例如所述外層)的親合力來選擇官能團。例如，可針對 官能團對所述外層的親合力以及官能團在物品表面密集并形成致密結 構的能力來選擇烷基鏈或雜烷基鏈末端處的官能團。在一些情形中，可 基于官能團與具體分析物進行相互作用的能力來選擇官能團。 一種用于 選擇合適官能團的篩選試驗可包括將官能化的物品置于含有分析物的
對之間的相互作用)的能力。此外，可評價分析物使官能團從物品表面 脫離以實現足夠的物品發光特性變化的能力(例如通過監測物品發光在 分析物存在下隨暴露于電磁輻射而降低的程度來評價)。
在一些實施方案中，親水物質可與外層(例如二氧化硅外層)相結 合以提供對復合物更強的親水性。所述親水物質可以是例如胺、疏醇、 醇、羧酸和羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、聚乙二醇(PEG)或聚乙二醇衍
生物。衍生物包括但不限于官能化的PEG,比如胺、硫醇以及羧基官 能化的PEG。所述親水物質可化學結合所述外層或可例如被所述外層 材料物理捕獲。優選地，所述親水物質包括可化學結合所述外層的部分 和提供親水性并可從所述外層表面向外延伸的第二部分。
這種二元醇的存在可賦予復合物優異的水溶性，同時是生物相容的 和無毒的，并且可在一些情形中使發光物品更好地分散在溶液中。例如， 通過使PEG與所述外層(可以是二氧化硅)成為一體，可使復合物在 pH小于8.0或小于或等于7.0下是水溶的。因此，這些復合物可在中性 或低于中性的pH下是水溶的，由此可以是生物相容性的并適用于例如 血液的生物流體中和活體內。在一些實施方案中，將PEG加入到二氧 化硅外層中可使得復合物在溶液中保留更長時間(例如大于6小時)。 如同本領域所常用的一樣，本文所用的術語"水溶的"指發光物品分散在 水環境中。"水溶的，，不是指例如每種材料以分子水平分散。發光物品可 以由幾種不同的材料組成并且作為整個粒子仍然是"水溶的"。此外，所 述二氧化硅外層中PEG或相關化合物的存在可提供表現出吸附蛋白 質、細胞和其它生物材料的傾向降低的材料。這意味著，例如，當在體 內使用時，所述復合物與類似復合物相比可在溶液中保留更長時間，由 此使得增加向指定靶的循環并提高向指定靶的遞送能力。
所述外層的厚度可大到足以以所希望的程度包封核。在一些實施方 案中，所述外層的平均厚度可小于50納米；并且，在一些實施方案中， 所述外層的平均厚度可小于25納米(例如在5納米和20納米之間)。 可利用標準技術通過顯微鏡技術(例如TEM)測量代表性數量的位置 處的厚度來測定平均外層厚度。適當的外層材料的實例包括但不限于聚 苯乙烯、聚丙烯酸酯、或其它聚合物如聚酰亞胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯、 聚乙烯基、聚-二乙炔、聚對苯撐乙烯(polyphenylene-vinylene)、多肽、 多糖、聚砜、聚吡咯、聚咪唑、聚噻吩和聚醚；環氧樹脂；石英玻璃； 硅膠；二氧化鈦；硅氧烷；多磷酸鹽；水凝膠；瓊脂糖；纖維素等。
在一些實施方案中，所述外層包含至少一類硅烷。可利用可在堿性 介質中水解以在納米粒子周圍形成二氧化硅殼的多種類型的硅烷進行 硅烷綴合，所述硅烷包括在一端具有三甲氧甲硅烷基、甲氧甲硅烷基或 硅烷醇基的那些硅烷。所述硅烷還可包含有機官能團，其實例包括磷酸
酯和膦酸酯基團、胺基、硫醇基、羰基(例如羧酸等)、d-C2。烷基、
CrC2。烯、d-C2o炔、疊氮基、環氧基或本文所述的其它官能團。利用 本領域公知的方法，可在硅烷綴合納米粒子之前或之后將這些官能團鍵 合到官能化的硅烷。
還可利用本領域公知的方法來合成發光物品的外層。例如，可在可 控量的堿存在下使發光物品首先與官能化硅烷反應，使得官能化硅烷基 本上僅僅進行與發光物品形成共價鍵的單次水解反應。硅烷綴合程度和 速度可通過改變反應體系中溫度和堿量進行控制。在使用氫氧化物堿的 一些實施方案中，官能化硅烷與堿的比例是約1:1。在使用非氫氧化物 堿的其它實施方案中，官能化硅烷與堿的比例可小于1。在一些實施方 案中，可使用干燥的無水有機溶劑和可溶于所述有機溶劑的堿。然后可 將從第一步驟中分離出來的中間體懸浮在溶劑中，其中所述中間體在所 述溶劑中與過量堿反應以完成官能化珪烷部分的粒內硅烷化。適當的堿 實例包括氫氧化物堿如氫氧化四曱基銨、氫氧化四丁基銨或氫氧化鈉， 以及非氫氧化物堿如烷基胺。適當的有機溶劑實例包括有機醇、烴及苯 的衍生物。合適的有機溶劑的具體實例包括曱苯、環己烷、曱醇、乙醇、 乙醇和甲苯的混合物、DMSO、 DMF和液氨。在一些情形中，所述硅 烷化發光物品可在有機溶劑中沉淀，使得可除去未反應的硅烷分子。在 一些情形中，曱苯是優選的溶劑。
在一些實施方案中，反相微乳液法可用于形成所述外層。"反相乳 液"或"非水包水型乳液"是水溶劑(水相)的離散區域在非水溶劑內的 分散體。可利用多種非極性溶劑制備反相微乳液。在一些情形中，所述 非極性溶劑是烴并且可以是脂肪族烴，并且在一些情形中是非芳香族環 狀烴，例如環戊烷、環己烷或環庚烷。在一些實施方案中，可以將表面 活性劑(例如離子型或非離子型)添加到反相微乳液中。"表面活性劑，，
如用于將疏水物質引入親水性環境中。適用于本發明的表面活性劑實例 包括例如聚苯醚如IGEPALCO-520、 二辛基磺基琥珀酸鈉(AOT )、三 辛基氧化膦(TOPO)等。
在一些實施方案中，發光物品包含發光核。術語"發光"是本領域公 知的，指發射電磁輻射(例如光)的能力。當體系從激發態躍遷至低能
態并伴隨相應的光子形式的能量釋放時可產生發光。這些能量態可以是 電子能態、振動能態、轉動能態或其任意組合。可通過化學、動能或從 外部源加入的方式使儲存在系統中的能量釋放來激發產生發光的躍遷。 外部能源可以是各種類型的能源，包括化學能源、熱能源、電能源、磁 能源、電磁能源或物理能源或能將體系激發到高于基態狀態的任意其它 類型的能源。例如，可通過吸收光子、通過置于電場中或通過化學的氧 化還原反應來激發體系。發光期間發射的光子能可在低能微波輻射至高
能X射線輻射的范圍內。通常地，發光是指UV至IR輻射范圍內的電 磁輻射，并且可通常指可見的電磁輻射(即光)。
發光核可包含能發光的任意物質，例如半導體納米晶體、有機染料、 聚合物、其它有機或無機發光物品等。在一些實施方案中，所述發光核 可包含有機分子，例如熒光染料。利用本領域中公知的方法，所述熒光 染料可以共價鍵合例如二氧化硅前體并且縮合以形成發光核。然后可形 成保護性外層以包封所述發光核。在一個實施方案中，可用硅溶膠-凝 膠單體處理所述發光核以形成外層。熒光染料的實例包括但不限于熒光 素、香豆素、若丹明、吖啶、花青、芳基部分(例如芘、蒽和萘)或雜 芳基部分或其取代衍生物。合適的熒光染料的具體實例包括Texas Red、 Rhodamine Red、 Oregon Green 514、基于熒光素的染料以及在通過引 用整體并入本文的Molecular Probes Catalog (第六版,Richard Haugland, Ed.)中找到的其它熒光染料。如本文所述，保護性外層可至 少部分包封所述熒光染料。所述保護性外層可包含無機或有機物質，并 且可調整為適合具體的應用。
在一個實施方案中，所述發光核包含半導體納米晶體。所述半導體納 米晶體或量子點(例如在發光核中)可具有任意適合的半導體材料組成。 例如，半導體納米晶體可由第II-VI族化合物如半導體形成。所述半導體 材料可以是例如第II-VI族化合物、第III-V族化合物或第IV族元素。合 適的元素周期表第II族元素可包括鋅、鎘或汞。合適的第III族元素可包 括例如鎵或銦。可用于半導體材料中的第IV族元素可包括例如硅、鍺或 鉛。可用于半導體材料中的合適的第V族元素可包括例如氮、磷、砷或銻。 合適的笫VI族元素可包括例如硫、硒或碲。在其它實施方案中，量子點 可包含(a)選自元素周期表中第2、 12、 13或14族的第一元素和選自元 素周期表中第16族的第二元素，(b)選自元素周期表中第13族的第一元 素和選自元素周期表中第15族的第二元素，或(c)第14族元素。適用于 半導體核的材料實例包括但不限于MgO、 MgS、 MgSe、 MgTe、 CaS、 CaSe、 CaTe、 SrS、 SrSe、 SrTe、 BaS、 BaSe、 BaTe、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdO、 CdS、 CdSe、 CdTe、 HgO、 HgS、 HgSe、 HgTe、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlSb、 A12S3、 Al2Se3、 Al2Te3、 Ga2S3、 Ga2Se3、 GaTe、 In2S3、 In2Se3、 InTe、 SnS、 SnSe、 SnTe、 PbS、 PbSe、 PbTe、 A1P、 AlAs、 AlSb、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 TiN、 TiP、 TiAs、 TiSb、 BP、 Si和Ge以及其三元和四元混合物、化合物、合金、混合物和固溶體。所 述半導體材料可包括這些物質的M或混合物，或者可以將不同的族組合 在一起，例如AlGaAs、 InGaAs、 InGaP、 AlGaAs、 AlGaAsP、 InGaAlP 或InGaAsP。在一些實施方案中，所述半導體材料是CdSe、 CdTe、 ZnSe 或ZnO。在一些實施方案中，所述半導體材料是ZnO。可部分地選擇特 定組分以提供所期望的光學性質。
所述半導體納米晶體的粒徑可小于100納米。在一些情形中，所述 半導體納米晶體的平均粒徑小于20納米；在其它情形中，所述半導體 納米晶體的平均粒徑小于5納米(例如約3.5納米)。在一些實施方案中， 量子點的平均粒徑大于0.5納米。可利用標準技術來測定平均粒徑，例 如，通過利用顯微鏡技術(例如TEM)來測量代表性數量的粒子的尺 寸來測定。應當理解所述復合物可包括具有不同光發射性能的不同粒徑 的半導體納米晶體。
在一些實施方案中，所述發光物品可包含由具有第二晶格結構的第 二材料(例如外層)所包圍的具有第一晶格結構的第一材料(例如發光 核)，以在所述第一材料與所述第二材料接觸處形成界面區。所述發光 物品還可包含添加劑，所述添加劑可單獨存在于界面區中或可同時存在 于界面區和外層中或可存在于發光核、界面區和外層中。作為替代方案， 可以完全不將所述添加劑加入發光物品中，而是僅僅促進高品質的厚外 層在半導體核上過度生長。當存在于所述外層中時，添加劑可均勻地分 布在整個外層中或可以作為梯度分布，即作為在從半導體核向外的方向 上表現出降低濃度的梯度進行分布。所述界面區可以是不連續的，含有 單層或含有多個單層，并且所述區可引入幾種元素組合，包括不是核或 殼結構中固有的元素。例如，可以在合成過程中將氧原子引入界面區中。 其它可用作添加劑的元素包括但不限于第2、 12、 13、 14、 15和16族
元素，比如Fe、 Nb、 Cr、 Mn、 Co、 Cu和Ni。
半導體納米晶體的發射波長可通過納米晶體的尺寸來控制。可通過改 變粒徑或粒子的組成來控制這些發射。半導體納米晶體發射的光可以具有 非常窄的波長，例如聘v變小于約100nm，優選小于約80nm，更優選小于 約60 nm，更優選小于約40 nm，并且更優選小于約20 nm。所述半導體 納米晶體可發射特征發射譜，所述特征發射鐠可以在例如光譜學上進行觀
察和測量。因此，在某些情形中，在發射信號沒有顯著重疊的情況下，可 同時使用多種不同的半導體納米晶體。所述半導體納米晶體的發射鐠可以 是對稱的或接近對稱的。與一些熒光分子不同，所述半導體納米晶體的激 發波長可具有寬廣的頻率范圍。因此，單個激發波長(例如對應于可見光 鐠的"藍"區或"紫"區的波長)可用于同時激發一組各自可具有不同發射波 長的納米晶體。例如，在利用頻率為450納米的光(相當于"藍"光)^JL 時，3納米的硒化鎘晶體可產生520納米發射，而直徑5.5納米的硒化鎘晶 體可產生630納米發射。因此，可同時檢測和記錄對應于例如多個化學分 析或生物分析的多個信號。
可通過本領域中7>知的方法如非溶劑(例如甲醇)絮凝來合成量子點 或半導體納米晶體。任選地，可在形成外層之前對由此制備并分離的半導 體納米晶體進行胺處理的步驟。在一個實施方案中，通過將第一前體和第 二前體注射到溫度保持在足以使離散半導體納米晶體均勻成核的反應溶 液中來制備所述半導體納米晶體。 一旦形成含有單獨的半導體核的單^L 粒子群，則可以將所述半導體核從第一溶劑中分離出來，然后置于第二溶 劑中形成核溶液。作為替代方案，所述核溶液可僅僅含有在其中形成單分 散核群的原始溶液組成。利用該方法，可在"一鍋"合成(例如在單個M 容器中)中形成發光的發光物品。在"一銀，法中，可以將源自半導體核合 成的任意未反應的前體用作形成外層期間的添加劑材料。
在半導體核上形成外層時的溫度與所得納米粒子的品質相關。在相對 高的溫度下形成外層可能導致單個核開始通過奧氏熟化(Ostwald ripening)生長，從而導致粒子的尺寸分布劣化和較寬的譜線寬度。在相 對低的溫度下形成外層可導致前體分解不完全或導致外層晶格結構的完 整性降《氐。用于形成外層的典型溫度范圍是約100。C至約300t:。實際的溫 度范圍可根據前體和半導體核的相對穩定性進行變化。晶核形成之后，可使納米晶體生長至達到所期望的尺寸，然后通過 降低反應溫度來結束。可以通過監測樣品的吸收峰或發射峰位置和線寬 來估計核反應生長階段期間的粒徑和粒徑分布。可以響應于光鐠變化動 態改變諸如溫度和單體濃度的反應參數來調整這些特性。可通過本領域 技術人員熟知的方法如非溶劑(例如甲醇)絮凝來分離由此制備的核。 任選地，可在外層形成之前對由此制備并分離的核進行胺處理的步驟。
這種胺處理在Talapin等人的iVfl朋Z^股ra 2001, 1， 207 (通過參考并入本 文)中公開，并且是本領域技術人員熟知的。添加劑前體和所述核與外層 前體的濃度以及向核溶液中添加這些前體的速度選擇為促進外層在半導 體核上非均勻生長而不是均勻成核，從而產生含有第一和第二外層前體的 元素的半導體核。有助于非均勻生長的條件包括向核溶液中逐滴加入(例 如1~2滴/秒)含有第一和第二外層前體的溶液，以及將所述前體維持在 低濃度。低濃度范圍典型地為0.0005至0.5M。以該方式，可在半導g 上形成外層并且在所述半導體核與外層之間形成界面區。
合適的溶劑可選自酸(尤其是脂肪酸)、胺、膦、氧化膦、膦酸(以 及磷酰胺、磷酸鹽、磷酸酯等)以及其混合物。包括烷烴、烯烴、卣代-烷烴、醚、醇、酮、酯等的其它溶劑也用于此方面，尤其在存在所添加的 發光物品配體的情況下。應當理解，所述第一溶劑和第二溶劑可以相同， 并且在"一鍋"型合成中可包含相同溶液。
雖然本文描述并舉例說明了本發明的幾個實施方案，但是本領域的 普通技術人員將容易地預想到用于實施本文所述功能和/或得到本文所 述的結果和/或本文所述一個或多個益處的各種其它方法和/或結構，并 且每個這樣的變化和/或修改方案都被視為落入本發明的范圍內。更一 般而言，本領域技術人員將容易理解，本文所述的所有參數、尺寸、材 料和構造是示例性的，實際的參數、尺寸、材料和構造將取決于使用本 發明教導的一種或更多種具體應用。本領域技術人員將會認識到或只利 用常規實驗就能夠確認本文所述的本發明具體實施方案的許多等同方 案。因此，應當理解前述實施方案僅僅是以舉例的方式給出的，并且在 所附權利要求及其等同方案的范圍內，可以以除了具體描述和要求之外 的其它方式來實施本發明。本發明涉及本文所述的每個單獨的特征、體系、 物品、材料、工具和/或方法。此外，如果這樣的特征、體系、物品、材料、 工具和/或方法不是相互矛盾，則兩種或多種這樣的特征、體系、物品、材
料、工具和/或方法的組合也包括在本發明范圍內。
本文所限定和^^用的全部定義應當理解為凌駕于字典的定義、通過引 用并入并入的文獻中的定義和/或指定術語的一般意義。
除非另有清楚的說明，本文說明書和權利要求書中所用的單數應當 理解為指"至少一個"。
本文的說明書和權利要求中使用的術語"和/或"應該理解為指以此 聯合的要素，即在一些情況下聯合存在而其它情況下分開存在的要素的 "兩者之一或兩者"。除了 "和/或"術語特別指出的要素之外的其它要 素可以任選存在，而無論與特別指出的那些要素相關或不相關。因此，
作為非限制實例，"A和/或B"可以在一個實施方案中指僅有A (任選 包括除B之外的要素)；在另一實施方案中指僅有B (任選包括除A之 外的要素)；在又一實施方案中指A和B (任選包括其它要素)；等等。
除非另有明確的相反說明，在說明書和權利要求中使用的"或"應 該理解為具有與上述定義的"和/或"相同的意思。例如，在分開列表 中的項目時，"或"和"和/或"都應該解釋為包括的，即包括許多要素 或要素列表中的至少一個，但是也包括多于一個，并且任選地包括其它 未列出的項目。 一般地，當前面有排它術語如"僅有其一"或"恰好其 一"時，本文使用的術語"或"應該理解為表示排它的供選方案(即"一 個或另一，但非兩者")。
除非另有說明，在說明書和權利要求書中在涉及一個或更多要素的 列表時使用的術語"至少一個"應該理解為指選自要素列表中任意一個 或更多個要素的至少一個要素，但是不一定包括要素列表內具體列出的 各個和每個要素中的至少一個，并且不排除要素列表中的要素的任意組 合。該定義也允許除術語"至少一個"所指要素列表中具體指出的要素 之外的要素任選存在，不論與具體指出的這些要素相關或不相關。因此， 作為非限制實例，"A和B中的至少一個"(或等同的"A或B中的至少 一個"，或等同的"A和/或B中的至少一個，，)可以在一個實施方案中 指至少一個，任選包括多于一個，A，而不存在B (和任選包括除B之 外的要素)；在另一個實施方案中指至少一個，任選包括多于一個，B， 不存在A (和任選包括除A之外的要素)；在又一實施方案中指至少一
個，任選包括多于一個，A，和至少一個，任選包括多于一個，B(和
任選包括其它要素)；等等。
還應該理解，除非另有相反的明確指示，在本文所要求的包括多于 一個步驟或動作的任意方法中，該方法的步驟或動作的順序不一定限于 所列舉的方法的步驟或動作中的順序。
在權利要求以及上述說明書中，全部過渡短語如"包括"、"包含"、"帶 有"、"具有"、"含有"、"涉及"、"容納"等應理解為開放式的，即意思是 包括但不限于。只有過渡短語"由…組成"和"M由…組成"才分別為
封閉或半封閉式過渡短語，如美國專利局審查指南2111.03部分所指出的 那樣。
實施例
一疾才法.如果沒有說明的話，則所有化學品均購自商業來源 (Sigma國Aldrich, Lancaster, Alfa Aesar and Gelest),并且在沒有進一步 純化的情況下使用。利用本領域>^知的方法(例如Meulenkamp， E. A.,丄 C7^附.fi "9《，5566，通過參考并入本文)合成ZnO納米晶體。 通過Peng等人的/.爿附.C7^附2001,123， 183中所述的技術來制備 CdSe量子點。室溫下在Agilent 8453 UV-可見分光光度計上測量樣品的 吸收鐠。室溫下在Jobin Yvon Horiba Fluorolog發光分光光度計上測量 發光鐠。
實施例1
NH2-ZnO納米晶體的合成
將約30 mg NH2-ZnO納米晶體溶解在10 mL去離子水中。然后在 使用前立即用0.2 pm膜注射器式過濾器過濾原液。利用UV-可見分光 光度計在330 nm處定量NH2-ZnO納米晶體溶液的濃度。
實驗之前可立即將NH2-ZnO納米晶體溶液稀釋至所期望的濃度。 在一些情形中，NH2-ZnO納米晶體溶液可以在~ 3mg/mL時最穩定。
實施例2
醛的高通量篩選
將多種醛樣品分別溶解在二甲基亞砜(DMSO)中。將每個醛的樣 品溶液(75 jiL )與NH2-ZnO納米晶體水溶液(5 ng/mL， 75 jiL )合并 加入96孔板的各個孔中。然后將所述板在平板紫外透射儀(Wealtec) 的UV輻射(U大=365 nm， 50W )下暴露2分鐘。用微孔板讀數器(Tecan ) 記錄545 nm (在345 nm處激發)處的發光強度。
實施例3
NH2-ZnO納米晶體的光穩定性
在暴露于UV輻射時，NH2-ZnO納米晶體表現出寬廣的吸收(在 350 nm以上急劇下降)并且發射峰在545 nm (圖3 )處。ZnO納米晶 體的發光歸因于"表面陷阱效應"，得到相對寬廣的發射峰(帶寬120 nm)。通過熒光胺滴定估算NH2-ZnO納米晶體原液(3 mg/mL)的胺 濃度為2.2 mM。
利用動態發光來測量NH2-ZnO納米晶體的光穩定性。圖4顯示不 存在和存在0.5 mM鄰苯二甲醛時0.03 mg/mL NH2-ZnO納米晶體溶液 的動態發光。利用345 nm的激發波長和545 nm的發射波長測量在擬圖 4A)和5 mM硼酸鹽緩沖液(pH=8.9 )(圖4B )中的發光。在345 nm 波長處連續激發稀釋的NH2-ZnO納米晶體溶液(0.03 mg/mL ),并且每 隔5秒記錄545 nm處的發射強度。
圖4A顯示水中不存在(I)和存在(II) 0.5 mM鄰苯二甲醛時的發 光強度。不存在醛時，在暴露于UV輻射10分鐘后觀察到發光強度降 低29%。延長暴露時發光強度進一步降低。圖4B顯示不存在(III)和 存在(IV) 0.5mM鄰苯二曱醛時在5mM硼酸鹽緩沖液(pH=8.9 )的 存在下暴露于UV輻射后的發光強度。緩沖液的存在使NH2-ZnO納米 晶體穩定，并且暴露于UV輻射10分鐘后觀察到發光強度的降低小于 8%。與水溶液中的NHrZnO納米晶體進行比較，觀察到硼酸鹽緩沖液 中NH2-ZnO納米晶體的發光強度增加60%。
實施例4
存在鄰苯二曱醛時NH2-ZnO納米晶體的光穩定性
在0.5 mM鄰苯二甲搭存在下，NH2-ZnO納米晶體的表面胺基可與 鄰苯二甲醛可逆地反應生成亞胺。在暴露于UV輻射時，10分鐘的UV 暴露之后可觀察到發光強度降低更多(水溶液和硼酸鹽緩沖液中分別降 低71%和30%)。在不暴露于UV的情況下，正常日光下l天后納米晶 體水溶液的發光完全淬滅，表明亞胺官能化ZnO納米晶體可能對光漂 白更敏感。利用不同濃度的鄰苯二曱醛進行類似的實驗。圖5顯示在圖 4中動態發光實驗之后NH2-ZnO納米晶體溶液(0.03 mg/mL )在(a) 0.05 mM、 (b) 0.125 mM和(c) 0.25 mM鄰苯二甲醛存在下的發射鐠。 所述發射鐠表明545 nm處的峰強度降低與濃度正相關.
苯亞胺發光體在419 nm處產生新的發射峰。該峰強度與鄰苯二曱 醛濃度正相關。然而，當鄰苯二甲醛濃度大大超過相應的氨基濃度時， 該發射出現藍移。這可能歸因于亞胺基的氧化或形成聚集物。
實施例5
NH2-ZnO納米晶體的尺寸
圖6顯示利用0.5mM鄰苯二甲醛處理(a)之前和(b)之后在UV 線下暴露10分鐘時NH2-ZnO納米晶體的TEM照片。基于透射電子顯 微鏡(TEM)，納米晶體的原始尺寸為 4至5nm (圖6A)。清楚地觀 察到ZnO的結晶度.然而，通過TEM不能分辯薄的硅烷涂層。用鄰苯 二甲醛處理NH2-ZnO納米晶體時，納米晶體的粒徑在UV下暴露10分 鐘后降低至2至3 nm (圖6B),表明納米晶體的光漂白可能起源于因 表面胺基與鄰苯二甲酪反應ZnO納米晶體的光溶解增加。光溶解增加 可表明與胺基和納米晶體之間的親合力相比較，亞胺基和納米晶體之 間的親合力較低，導致更多的多孔殼并由此使核納米晶體對光溶解更敏 感。
實施例6 搭的檢測
為了建立響應于醛檢測的"斷開"(turn-off)光漂白，使用了類似
于之前實施例2中所述的方案。將醛和對照化合物(9 mM)溶解在 DMSO中(由于它們在水中的溶解度有限)，并且將樣品分別置于多孔 微孔板的單個孔中。在將每個醛樣品與等體積的NH2-ZnO納米晶體水 溶液(5嗎/mL)混合后，將所述微孔板暴露于平板紫外透射儀(U大 =365 nm)的UV輻射下。UV下暴露2分鐘后記錄545 nm處的發光 強度(在345 nm處激發)。該方案使我們能直接監測所提出的檢測方法 與高通量篩選技術的相容性。
圖7顯示在不同醛(0.9 mM)存在下暴露于UV輻射2分鐘后 NHrZnO納米晶體(5嗎/mL )的發光強度百分率。如圖7所示，各種 醛的存在通常使NH2-ZnO納米晶體的發光淬滅20%至70%,而在暴露 于UV輻射2分鐘后在對照中觀察到僅淬滅10%。值得注意的是，根據 設計的方案，甚至脂肪族醛也以類似于芳香族醛的方式響應。在對硝基 苯曱醛存在下，發光強度降低66。/。。與較早的動態實驗進行比較，發光 的淬滅降低。這部分地歸因于NH2-ZnO納米晶體在365 nm波長處的吸 收系數大大降低，并且部分地歸因于UV暴露時間減少。利用含有不同 官能團的有機化合物的光穩定性實驗全部表明發光強度僅僅稍微降低 (見圖8 )，與對照實驗一樣。圖8顯示暴露于UV輻射2分鐘后NH2-ZnO 納米晶體(5 jig/mL)響應于各種對照有機化合物(0.9mM)的發光。 僅僅2-胺基-乙胺基乙醇使強度比對照試驗降低~ 10%。
雖然本文描述并舉例說明了本發明的幾'個實施方案，但是本領，的
述的結果和/或一個或多個益處的各種其它方法和/或結構，并且每個這 樣的變化和/或修改和改進方案都被視為落入本發明的范圍內。更一般 而言，本領域技術人員將容易理解，本文所述的所有參數、材料、反應 條件和構造是示例性的，實際的參數、材料、反應條件和構造將取決于 使用本發明教導的一種或更多種具體應用。本領域技術人員將會認識到 或只利用常規實驗就能夠確認本文所述的本發明具體實施方案的許多 等同方案。因此，應當理解前述實施方案僅僅是以舉例的方式給出的， 并且在所附權利要求及其等同方案的范圍內，可以以除了具體描述之外 的其它方式來實施本發明。本發明涉及本文所述的每個單獨的特征、體 系、材料和/或方法。此外，如果這樣的特征、體系、材料和/或方法不 是相互矛盾，則兩種或多種這樣的特征、體系、材料和/或方法的組合
也包括在本發明范圍內。
在權利要求中以及上述說明書中，所有過渡短語或包含短語例如 "包括"、"包含"、"帶有"、"具有"、"含有"、"包含"、"由…制成"、"由… 形成"、"涉及，，等應當理解為是開放式的，即意指包括但不限于，因此 包含隨后列舉的項和其等同物以及其它的項。只有過渡短語"由...組成" 和"基本上由…組成"應當分別是閉式或半閉式過渡短語。除非另有明確 的相反說明，本文說明書和權利要求書中所用的單數應當理解為意指 "至少一個"。
本文的說明書和權利要求中使用的術語"和/或"應該理解為指以此 聯合的要素，即在一些情況下聯合存在而其它情況下分開存在的要素的 "兩者之一或兩者"。除了 "和/或"術語特別指出的要素之外的其它要 素可以任選存在，不論與特別指出的那些要素相關或不相關。因此，作
為非限制實例，"A和/或B"可以在一個實施方案中指僅有A (任選包 括除B之外的要素)；在另一實施方案中指僅有B (任選包括除A之外 的要素)；在又一實施方案中指A和B(任選包括其它要素)；等等。在 說明書和權利要求中使用的"或"應該理解為具有與上述定義的"和/ 或"相同的意思。例如，在分開列表中的項時，"或"和"和/或"都應 該解釋為包括，即包括許多要素或要素列表中的至少一個，但是也包括
多于一個，并且任選地包括其它未列出的項目。其它清楚指出與此相反 的術語如"僅有其一"或"恰好其一"指包括許多要素或要素列表中的 恰好一個要素。 一般地，當前面有排它術語如"兩者之一"、"其一"、"僅 有其一"或"恰好其一"時，本文使用的術語"或"應該理解為表示排 它的供選方案(即"一個或另一，但非兩者")。
除非另有說明在說明書和權利要求書中在涉及一個或更多要素的 列表時使用的術語"至少一個"應該理解為指選自要素列表中任意一個 或更多個要素的至少一個要素，但是不一定包括要素列表內具體列出的 各個和每個要素中的至少一個，并且不排除要素列表中的要素的任意組 合。該定義也允許除術語"至少一個"所指要素列表中具體指出的要素 之外的要素任選存在，不論與具體指出的這些要素相關或不相關。因此， 作為非限制實例，"A和B中的至少一個"(或等同的"A或B中的至少 一個"，或等同的"A和/或B中的至少一個")可以在一個實施方案中
指至少一個，任選包括多于一個，A，不存在B (和任選包括除B之外 的要素)；在另一個實施方案中指至少一個，任選包括多于一個，B,不 存在A (和任選包括除A之外的要素)；在又一實施方案中指至少一個， 任選包括多于一個，A，和至少一個，任選包括多于一個，B(和任選 包括其它要素)；等等。
本文所引用的所有參考文獻(包括專利和公開的申請)通過引入并 入本文。在本說明書和通過引用并入本文的文獻和/或本文所指的文獻 中包含矛盾的公開內容、和/或術語使用不一致、和/或所并入的/參考的 文獻使用或定義不同于本說明書所使用或定義的術語時，以本說明書為 準。
權利要求
1.一種通過分析物與發光物品的相互作用來測定所述分析物的方法，所述方法包括 提供懷疑含有分析物的樣品； 將所述樣品暴露于包含外層的發光物品，并且如果存在所述分析物的話，通過所述分析物與所述外層的相互作用使所述分析物相對于所述物品固定，其中通過所述相互作用來改變所述外層；測定所述發光物品的第一發射；在足以引起所述發光物品的發光特性改變的條件下將所述發光物品暴露于電磁輻射一段時間；測定所述發光物品的第二發射；以及測定指示存在所述分析物的所述第一發射和所述第二發射之間的差異，其中對所述外層的改變提高所述物品在所述條件下在電磁輻射中暴露所述時間段時對發光特性變化的敏感性，使得在不存在分析物的情況下，所述物品在所述條件下在所述電磁輻射中暴露所述時間段不產生所述第一和第二發射之間的所述差異。
2. 根據權利要求l的方法，其中在不存在所述分析物的情況下，所述 發光物品在所述條件下在所述電磁輻射中暴露所述時間段產生所述第 一和第二發射之間的不同差異。
3. 根據權利要求l的方法，其中不存在所述分析物時的所述差異小于 存在所述分析物時的所述差異。
4. 根據權利要求l的方法，其中所述發光物品的外層包含多個對所述 物品的表面具有親合力的官能團，并且所述分析物相對于所述物品固定 使得所述官能團與所述物品表面的分離增加，從而增加所述物品在所述 條件下在所述電磁輻射中暴露所述時間段時對發光特性變化的敏感性。
5. 根據權利要求l的方法，其中所述外層是自組裝的致密堆積結構， 并且在所述分析物存在下，所述外層與所述分析物進行相互作用以破壞 所述自組裝的致密堆積結構，從而增加所述物品在所述條件下在所述電 磁輻射中暴露所述時間段時對發光特性變化的敏感性。
6. 根據權利要求l的方法，其中所述外層包含至少一種類型的硅烷。
7. 根據權利要求l的方法，其中所述發光物品包含半導體納米晶體。
8. 根據權利要求7的方法，其中所述半導體納米晶體是MgO、 MgS、 MgSe、 MgTe、 CaS、 CaSe、 CaTe、 SrS、 SrSe、 SrTe、 BaS、 BaSe、 BaTe、ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdO、 CdS、 CdSe、 CdTe、 HgO、 HgS、 HgSe、 HgTe、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlSb、 A12S3、 Al2Se3、 Al2Te3、 Ga2S3、 Ga2Se3、 GaTe、 In2S3、 In2Se3、 InTe、 SnS、 SnSe、 SnTe、 PbS、 PbSe、 PbTe、 AIP、 AlAs、 AlSb、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 TiN、 TiP、 TiAs、 TiSb、 BP、 Si和Ge，其^T如AlGaAs、 InGaAs、 InGaP、 AlGaAs、 AlGaAsP、 InGaAIP或InGaAsP，其三元和四元混合物，其 化合物或其固溶體。
9. 根據權利要求7的方法，其中所述半導體納米晶體是CdSe、 CdTe、 ZnSe和/或ZnO。
10. 根據權利要求7的方法，其中所述發光物品包含ZnO。
11. 根據權利要求l的方法，其中所述外層包含胺、硫醇、羧酸、酐和/ 或醇。
12. 根據權利要求11的方法，其中所述外層包含胺。
13. 根據權利要求l的方法，其中所述相互作用包括與所述分析物形成 共價鍵、離子鍵、氫鍵和/或范德華相互作用。
14. 根據權利要求l的方法，其中所述相互作用包括與所述分析物形成 共價鍵。
15. 根據權利要求l的方法，其中所述分析物包含醛。
16. 根據權利要求l的方法，其中所述分析物是生物分子。
17. 根據權利要求l的方法，其中所述發光物品包含熒光染料。
18. —種用于測定分析物的方法，其包括 在懷疑含有分析物的樣品存在下將發光物品暴露于電磁輻射，其中所述分析物影響所述物品的發光特性響應于電磁輻射的變化；以及如果存在所述分析物，則通過測定由于所述暴露于電磁輻射所引起 的所述物品發光特性的變化來測定所述分析物。
19. 根據權利要求18的方法，其中所述暴露包括在足以引起所述發光物 品的發光特性改變的條件下將所述發光物品暴露于電磁輻射一段時間。
20. 根據權利要求19的方法，其中在不存在所述分析物的情況下所述發 光特性的變化不同于所述分析物存在下發光特性的變化。
21. 根據權利要求19的方法，其中在不存在所述分析物的情況下所述發 光特性變化的幅度小于所述分析物存在下所述發光特性變化的幅度。
22. 根據權利要求18的方法，其中所述發光物品包括外層，所述外層包 含多個對所述物品表面具有親合力的官能團，并且所述分析物相對于所 述物品的固定使得所述官能團與所述物品表面的分離增加，從而增加所 述物品在所述條件下在所述電磁輻射中暴露所述時間段時對發光特性 變化的敏感性。
23. 根據權利要求22的方法，其中所述外層包含至少一種類型的硅烷。
24. 根據權利要求18的方法，其中所述外層是自組裝的致密堆積結構， 并且在所述分析物存在下，所述外層與所述分析物進行相互作用以破壞 所述自組裝的致密堆積結構，從而增加所述物品在所述條件下在所述電 磁輻射中暴露所述時間段對發光特性變化的敏感性。
25. 根據權利要求24的方法，其中所述外層包含至少一種類型的硅烷。
26. 根據權利要求B的方法，其中所述發光物品包含半導體納米晶體。
27. 根據權利要求26的方法，其中所述半導體納米晶體是MgO、 MgS、 MgSe、 MgTe、 CaS、 CaSe、 CaTe、 SrS、 SrSe、 SrTe、 BaS、 BaSe、 BaTe、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdO、 CdS、 CdSe、 CdTe、 HgO、 HgS、 HgSe、 HgTe、 B1N、 B1P、 BlBs、 BlSb、 B12S3、 Bl2Se3、 Bl2Te3、 Ga2S3、 Ga2Se3、 GaTe、 In2S3、 In2Se3、 InTe、 SnS、 SnSe、 SnTe、 PbS、 PbSe、 PbTe、 B1P、 BlBs、 BlSb、 GaN、 GaP、 GaBs、 GaSb、 InN、 InP、 InBs、 InSb、 TiN、 TiP、 TiBs、 TiSb、 BP、 Si和Ge，其^t"如BlGaBs、 InGaBs、 InGaP、 BlGaBs、 BlGaBsP、 InGaBlP或InGaBsP，其三元和四元混合物，其化 合物或其固溶體。
28. 根據權利要求26的方法，其中所述半導體納米晶體是CdSe、 CdTe、 ZnSe和/或ZnO。
29. 根據權利要求26的方法，其中所述發光物品包含ZnO。
30. 根據權利要求B的方法，其中所述外層包含胺、硫醇、羧酸、酐和 /或醇。
31. 根據權利要求30的方法，其中所述外層包含胺。
32. 根據權利要求18的方法，其中所述相互作用包括與所述分析物形成 共價鍵。
33. 根據權利要求18的方法，其中所述物品與所述分析物具有相互作 用，所述相互作用包括與所述分析物形成共價鍵、離子鍵、氫鍵、和/ 或范德華相互作用。
34. 根據權利要求33的方法，其中所述相互作用包括與所述分析物形成 共價鍵。
35. 根據權利要求18的方法，其中所述分析物包含醛。
36. 根據權利要求18的方法，其中所述分析物是生物分子。
37. 根據權利要求18的方法，其中所述發光物品包含熒光染料。
全文摘要
本發明涉及用于測定分析物的方法。本發明提供包括將發光物品(10)暴露于分析物的多種方法，其中當與所述分析物相互作用時，可觀察到發光隨暴露于電磁輻射的持續時間的變化，由此測定分析物。本發明的一些實施方案包括利用高發射性的半導體納米晶體。在本發明的一個實例中，半導體ZnO納米晶體(20)形成包封在胺殼(30)中的核。在一些情形中，納米粒子與樣品中存在的醛之間的相互作用可影響由此形成的納米粒子的光穩定性。在一些實施方案中，可在納米粒子光漂白時測定樣品中醛的存在。
文檔編號G01N21/64GK101365938SQ200680051500
公開日2009年2月11日 申請日期2006年12月15日 優先權日2005年12月19日
發明者于曉華, 埃姆里爾·穆罕默德·阿利, 尼基爾·R·賈納, 應儀如 申請人:新加坡科技研究局
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