用于制備光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了用于制備光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的方法，所述方法包括：(a)將(1)至少一種有機(jī)硅烷化合物，所述有機(jī)硅烷化合物包含至少兩個(gè)硅鍵合的基團(tuán)，所述基團(tuán)選自羥基、可水解基團(tuán)以及它們的組合，和(2)至少一種純的光敏材料混合，以形成陶瓷前體組合物；以及(b)允許或引起所述可水解基團(tuán)的水解和所述有機(jī)硅烷化合物的縮合，以形成包含所述光敏材料的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子。
【專利說(shuō)明】用于制備光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求提交于2011年6月28日的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/501799的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及用于制備包含至少一種光敏材料的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]光動(dòng)力療法可以用于治療多種腫瘤病、心血管病、皮膚病和眼科病。在癌癥治療中，例如，當(dāng)全身給藥時(shí)，可將光敏材料優(yōu)先地定位在腫瘤組織中，然后可照射該光敏材料，以產(chǎn)生可以不可逆地?fù)p害細(xì)胞的反應(yīng)性物質(zhì)。在適當(dāng)?shù)臈l件下，該方法可以在不損害鄰近健康組織的條件下選擇性地破壞病變組織。
[0005]然而，許多光敏藥物和染料是疏水性的(由于至少一些有機(jī)物含量)，并且這需要開(kāi)發(fā)各種不同的遞送工具或載體，以使得此類光敏化合物能夠穩(wěn)定分散于水性體系中。載體包括油分散體(膠束)、脂質(zhì)體、聚合物膠束、親水性藥物-聚合物復(fù)合物、等等。一些此類方法已經(jīng)引起超敏反應(yīng)，而其他方法已經(jīng)產(chǎn)生較差的載藥量、藥物的自聚集和/或藥物在正常組織中積聚。
[0006]也已用光敏藥物或染料摻雜陶瓷基納米粒子(例如有機(jī)改性的硅酸鹽)以用作遞送工具。此類納米粒子通常是相當(dāng)穩(wěn)定的，可以有效地保護(hù)摻雜的分子免受PH和溫度的極端條件的干擾，可易于用各種不同的表面改性基團(tuán)進(jìn)行官能化，并且至少一些因其與生物體系的相容性而為人所熟知。然而，用于制備這種摻雜的陶瓷基納米粒子的方法通常涉及有機(jī)溶劑的使用(其可以阻礙粒子形成)，并且具有其他缺點(diǎn)(例如需要多個(gè)處理步驟、多種催化劑、形成膠束組合物和/或產(chǎn)生核-殼粒子結(jié)構(gòu))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，我們認(rèn)識(shí)到，存在著對(duì)可以滿足多種不同應(yīng)用的性能需求的光響應(yīng)性有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化粒子(并且，具體地講，光響應(yīng)性有機(jī)改性的硅酸鹽納米粒子)以及相對(duì)簡(jiǎn)單、有效和高性價(jià)比制備方法的持續(xù)需要。優(yōu)選的粒子制備方法將提供光敏材料的有效摻入(例如，相對(duì)完整的摻入)，同時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)方法優(yōu)選地降低或消除對(duì)有機(jī)溶劑的需求。
[0008]簡(jiǎn)而言之，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了用于制備光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的方法。所述方法包括:
[0009](a)將(I)至少一種有機(jī)硅烷化合物，所述有機(jī)硅烷化合物包含至少兩個(gè)硅鍵合的基團(tuán)，所述基團(tuán)選自羥基、可水解基團(tuán)以及它們的組合，和(2)至少一種純的(即，未稀釋或未與有機(jī)溶劑混合)光敏材料混合，以形成陶瓷前體組合物；以及
[0010](b)允許或引起可水解基團(tuán)的 水解和有機(jī)硅烷化合物的縮合，以形成包含光敏材料的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子。[0011]優(yōu)選地，有機(jī)硅烷也為純態(tài)，以便提供純的陶瓷前體組合物。
[0012]水解和縮合優(yōu)選地可以通過(guò)將陶瓷前體組合物與包含至少一種催化劑和任選地至少一種表面活性劑的水性組合物混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，有機(jī)硅烷選自單有機(jī)硅烷、雙有機(jī)硅烷以及它們的組合；和/或光敏材料選自光敏藥物、染料、摻雜稀土的金屬氧化物納米粒子、金屬納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子以及它們的組合。
[0013]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子可以通過(guò)包括將純的光敏材料直接分散或溶解于有機(jī)硅烷中的簡(jiǎn)便方法來(lái)制備。令人驚訝的是，甚至當(dāng)光敏材料和有機(jī)硅烷均以純態(tài)使用時(shí)，并且甚至在未將光敏材料共價(jià)連接至粒子的情況下(從而避免了對(duì)一個(gè)或多個(gè)額外的化學(xué)改性處理步驟的需求)，該方法可以提供光敏材料在所得雜化粒子中的有效摻入(在優(yōu)選的實(shí)施例中，相對(duì)完整的摻入)。
[0014]由于可以在無(wú)需將光敏材料首先溶解或分散于有機(jī)溶劑的情況下實(shí)施本發(fā)明的方法，所以該方法與現(xiàn)有技術(shù)制備方法相比相對(duì)更加高性價(jià)比和環(huán)保，同時(shí)還降低或消除了對(duì)可能與有機(jī)溶劑的使用相關(guān)的粒子形成的干擾。該方法本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的“一鍋”或“一步”法，其不需要形成膠束組合物或核-殼粒子結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子形成和光敏材料摻入這兩者。
[0015]所得的光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子可以用于多個(gè)不同的應(yīng)用，包括(例如)用于光動(dòng)力療法應(yīng)用、用作光學(xué)傳感器、用作指示器、等等。因此，本發(fā)明方法的至少一些實(shí)施例不僅可以提供能夠滿足多種不同應(yīng)用的性能需求的光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子(并且，具體地講，光響應(yīng)性有機(jī)改性的硅酸鹽納米粒子)，還可以滿足上述對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單、有效和高性價(jià)比的制備方法的持續(xù) 需求，同時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)方法降低或消除對(duì)有機(jī)溶劑的需求。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在以下詳細(xì)說(shuō)明中，描述了各組數(shù)值范圍(例如，特定部分中的碳原子數(shù)的數(shù)值范圍、特定組分的量的數(shù)值范圍等等)，并且在每組數(shù)值范圍內(nèi)，范圍的任何下限都可與范圍的任何上限配對(duì)。這種數(shù)值范圍另外旨在包括包含在該范圍內(nèi)的所有數(shù)(例如，I至5包括1,1.5、2、2.75,3,3.80、4、5 等等)。
[0017]如本文所用，術(shù)語(yǔ)“和/或”意指所列要素中的一個(gè)或全部，或所列要素中的任何兩個(gè)或更多個(gè)的組合。
[0018]術(shù)語(yǔ)“優(yōu)選的”和“優(yōu)選地”是指本發(fā)明的實(shí)施例在某些情況下可提供一定的益處。然而，其他實(shí)施例在相同或其他情況下也可能是優(yōu)選的。此外，對(duì)一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的表述并不暗示其他實(shí)施例不是可用的，并且并非意圖將其他實(shí)施例從本發(fā)明的范圍排除。
[0019]當(dāng)術(shù)語(yǔ)“包括”及其變型形式出現(xiàn)在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)不具有限制的意思。
[0020]本文所用的“一種(個(gè))”、“所述(該)”、“至少一種(個(gè))”以及“一種或多種(一個(gè)或
多個(gè))”可互換使用。
[0021]上述“
【發(fā)明內(nèi)容】
”部分并非意圖描述本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例或每種實(shí)施方式。以下【具體實(shí)施方式】更具體地描述了示例性實(shí)施例。在整個(gè)【具體實(shí)施方式】中，通過(guò)實(shí)例的列表提供指導(dǎo)，這些實(shí)例可以各種組合使用。在每種情況下，所述的列表僅用作代表性的組類，并且不應(yīng)解釋為排它性列表。[0022]定義
[0023]如本專利申請(qǐng)中所用的:
[0024]“光化輻射”是指任何波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁光譜輻射(光化輻射通常在紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)、在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)、在紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)或它們的組合；可以使用本領(lǐng)域中已知的任何合適的能量源，從而得到光化輻射);
[0025]“?；笔侵赣墒?(C=O)R表示的單價(jià)基團(tuán)，其中R選自烷基、芳基以及它們的組合；
[0026]“酰氧基”是指由式-O(C=O)R表示的單價(jià)基團(tuán)，其中R選自烷基、芳基以及它們的
組合；
[0027]“鏈中雜原子”是指取代碳鏈中的一個(gè)或多個(gè)碳原子的除碳之外的原子(例如氧、氮或硫)(例如，以便形成碳-雜原子-碳鏈或碳-雜原子-雜原子-碳鏈)；
[0028]“雜有機(jī)”是指包含至少一個(gè)雜原子(優(yōu)選至少一個(gè)鏈中雜原子)的有機(jī)基團(tuán)或部分(例如，烷基或芳基)；
[0029]“納米粒子”是指平均粒徑為在0.1至1000納米范圍內(nèi)(例如在0.1至100納米范圍內(nèi)或在I至100納米范圍內(nèi))的粒子(初級(jí)粒子或粒子團(tuán)聚體)(術(shù)語(yǔ)“直徑”不僅是指大致球形粒子的粒徑，還指非球形粒子的最長(zhǎng)尺寸；用于測(cè)量平均粒徑的合適的技術(shù)包括(例如)掃描隧道顯微術(shù)、光散射法和透射電子顯微鏡法);
[0030]“純的”是指未稀釋或未與有機(jī)溶劑混合；以及
[0031]“光敏的”是指響應(yīng)(例如，以化學(xué)方法或電力地)光化輻射(例如，一些光敏材料可以吸收這種輻射，然后顯示具有熒光(熒光染料)或顏色變化(光致變色染料))。
[0032]有機(jī)硅烷化合物
[0033]適用于實(shí)施本發(fā)明方法的有機(jī)硅烷化合物包括包含至少兩個(gè)硅鍵合的基團(tuán)的那些，硅鍵合的基團(tuán)選自羥基、可水解基團(tuán)以及它們的組合。優(yōu)選地，有機(jī)硅烷選自單有機(jī)硅烷、雙有機(jī)硅烷以及它們的組合(更優(yōu)選地，單有機(jī)硅烷以及它們的組合)。
[0034]一類可用的有機(jī)硅烷化合物包括可以由以下通式表示的那些:
[0035]Si (R) 4_p_ (X)p (I)
[0036]其中每個(gè)R獨(dú)立地為有機(jī)或雜有機(jī)基團(tuán)(優(yōu)選地，獨(dú)立地選自烷基(優(yōu)選地，具有I至約4個(gè)碳原子)、烯基、?；?優(yōu)選地，具有I至約3個(gè)碳原子)、環(huán)烷基、芳基(優(yōu)選地，苯基)、雜烷基、雜烯基、雜環(huán)烷基、雜芳基以及它們的組合的有機(jī)或雜有機(jī)基團(tuán))；每個(gè)X獨(dú)立地選自鹵素原子、氫原子、酰氧基、烷氧基、羥基以及它們的組合；并且P為整數(shù)2或3 (優(yōu)選地，3)。鹵素原子可以選自氟、氯、溴、碘以及它們的組合(優(yōu)選地，氯、溴、碘以及它們的組合；更優(yōu)選地，氯、溴以及它們的組合；最優(yōu)選地，氯)。R中的雜原子可以包括氧、硫、氮、磷以及它們的組合(優(yōu)選地，氧、硫以及它們的組合；更優(yōu)選地，氧)。R可以包含氟，前提條件是其與硅間隔至少兩個(gè)碳原子。R可以包含硅(優(yōu)選地，結(jié)合至羥基或可水解基團(tuán)的硅)。
[0037]優(yōu)選地，每個(gè)R獨(dú)立地選自烷基、芳基、雜烷基、雜芳基以及它們的組合(更優(yōu)選地，烷基、芳基、雜烷基以及它們的組合；甚至更優(yōu)選地，烷基、芳基以及它們的組合；還更優(yōu)選地，芳基；最優(yōu)選地，苯基)。優(yōu)選的X基團(tuán)包括鹵素、氫、烷氧基、羥基以及它們的組合(更優(yōu)選地，鹵素、烷氧基、羥基以及它們的組合；甚至更優(yōu)選地，烷氧基、羥基以及它們的組合；還更優(yōu)選地，烷氧基；最優(yōu)選地，甲氧基或乙氧基)。
[0038]可用的有機(jī)硅烷化合物的代表性的例子包括二烷基二烷氧基硅烷；烷基二烷氧基硅烷(例如，甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基二甲氧基硅烷、正丙基二乙氧基硅烷、異丙基二甲氧基硅烷、異丙基二乙氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正羊基二乙氧基硅烷、異羊基二甲氧基硅烷、異羊基二乙氧基硅烷、十二烷基二甲氧基硅烷、十二烷基二乙氧基硅烷、十八烷基二甲氧基硅烷和十八烷基二乙氧基硅烷)；烯基三烷氧基硅烷(例如，乙烯基硅烷(例如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基二異丙氧基硅烷、乙烯基二叔丁氧基硅烷、乙烯基二異丁氧基硅烷和乙烯基二(2_甲氧基乙氧基)硅烷))；酸基二烷氧基硅烷；環(huán)烷基二烷氧基硅烷;二芳基二烷氧基硅烷；芳基二烷氧基硅烷(例如，苯基二甲氧基硅烷、苯基二乙氧基硅烷、對(duì)甲苯基二甲氧基硅烷和對(duì)甲苯基二乙氧基硅烷);二雜烷基二烷氧基硅烷；雜烷基二烷氧基硅烷(例如，聚乙稀氧基二甲氧基硅烷、聚乙稀氧基二乙氧基硅烷和疏基烷基二烷氧基硅烷(例如3-疏基丙基二甲氧基硅烷))；雜烯基二烷氧基硅烷(例如，甲基丙稀酸氧基烷基二烷氧基硅烷或丙稀酸氧基烷基三烷氧基硅烷(例如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷和3-(甲基丙稀酸氧)丙基二乙氧基硅烷))；雜環(huán)烷基二烷氧基硅烷；二雜芳基二烷氧基娃燒；雜芳基二烷氧基硅烷；以及它們的組合。
[0039]優(yōu)選的有機(jī)硅烷化合物包括烷基二烷氧基硅烷、芳基二烷氧基硅烷、雜烷基二燒氧基硅烷、雜芳基三烷氧基硅烷以及它們的組合(更優(yōu)選地，烷基三烷氧基硅烷、芳基三烷氧基硅烷、雜烷基三烷氧基硅烷以及它們的組合；甚至更優(yōu)選地，甲基三甲氧基硅烷、甲基二乙氧硅烷、異丁基二甲氧基硅烷、異羊基二乙氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、苯基二乙氧基硅烷、聚乙烯氧基三甲氧基硅烷、聚乙烯氧基三乙氧基硅烷以及它們的組合；還更優(yōu)選地，異丁基二甲氧基硅烷、異羊基二乙氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、苯基二乙氧基硅烷、聚乙烯氧基三甲氧基硅烷、聚乙烯氧基三乙氧基硅烷以及它們的組合；最優(yōu)選地，苯基三甲氧基硅烷、苯基二乙氧基硅烷以及它們的組合)。
[0040]有機(jī)硅烷化合物可以單獨(dú)地或以不同化合物的混合物的形式用于本發(fā)明的方法中。有機(jī)硅烷化合物可以通過(guò)已知的合成方法來(lái)制備，并且一些(例如，美國(guó)賓夕法利亞州莫里斯維爾的蓋勒斯特有限公司(Gelest, Inc., Morrisville, PA)的苯基三甲氧基硅烷)是可以商購(gòu)的。根據(jù)具體應(yīng)用，可以選擇有機(jī)硅烷化合物的有機(jī)基團(tuán)或雜有機(jī)基團(tuán)中的至少一些(例如，上述式I中的R基團(tuán))，以使所得的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子與特定溶劑或其他化學(xué)組合物或環(huán)境相容(例如，以有助于粒子分散性)。
[0041]任選地，有機(jī)硅烷化合物可以與一種或多種其他陶瓷前體化合物結(jié)合用于本發(fā)明的方法中。例如，硅烷酯(例如，三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷(也稱為原硅酸四乙酯(TEOS))、四甲氧基硅烷(也稱為原硅酸四甲酯(TMOS))等等)和/或可以用作諸如氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯等金屬氧化物的前體的化合物(例如，鈦醇鹽、鋯醇鹽、乙酸鋯等等)可以包括于陶瓷前體組合物中(單獨(dú)地或以混合物的形式；優(yōu)選地，相對(duì)于有機(jī)硅烷和其他陶瓷前體化合物的總重量，按重量計(jì)以微量存在(例如，小于約50重量％、40重量％、35重量％、25重量％、15重量％、10重量％或5重量％))。這種陶瓷前體化合物可以通過(guò)已知的合成方法來(lái)制備，并且一些(例如，美國(guó)密蘇里州圣路易斯的奧德里奇公司(Aldrich，St.Louis，MO)的鈦醇鹽和鋯醇鹽)是可以商購(gòu)的。其他的陶瓷前體化合物可以連同有機(jī)硅烷一起水解或縮合(以便形成混合的陶瓷粒子)，或者，可以分別水解和縮合(以便形成核-殼結(jié)構(gòu)的核或殼)。
[0042]優(yōu)選地，有機(jī)硅烷化合物在未添加其他非硅烷陶瓷前體化合物的情況下用于本發(fā)明的方法中，以便得到有機(jī)改性的二氧化硅(有機(jī)改性硅酸鹽)粒子(更優(yōu)選地，有機(jī)改性硅酸鹽納米粒子)形式的有機(jī)改性的硅酸鹽。
[0043]光敏材料
[0044]適用于實(shí)施本發(fā)明方法的光敏材料包括光敏有機(jī)和無(wú)機(jī)材料以及它們的組合?？捎玫墓饷舨牧习ü饷羧玖?、藥物、摻雜稀土的金屬氧化物納米粒子、金屬納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子等等以及它們的組合。優(yōu)選的光敏材料包括光敏染料、摻雜稀土的金屬氧化物納米粒子、金屬納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子以及它們的組合(更優(yōu)選地，光敏染料、金屬納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子以及它們的組合；最優(yōu)選地，光敏染料以及它們的組合)。本發(fā)明的方法尤其可用于摻入具有至少一些有機(jī)物或有機(jī)金屬含量的光敏材料(例如，光敏藥物、光敏染料以及它們的組合；優(yōu)選地，光敏染料以及它們的組合)。
[0045]可用的光敏藥物包括抗癌藥物(例如，竹紅菌甲素和卟吩姆鈉(由美國(guó)伊利諾斯州班諾克本的品尼高生物制品公司(Pinnacle Biologies, Inc., Bannockburn, IL)以商品名Photofrin銷售)等等以及它們的組合)。這種藥物可以通過(guò)已知方法分離或合成，并且一些是可以商購(gòu)的。
[0046]可用的光敏染料包括光致變色染料、熒光染料、化學(xué)發(fā)光染料等等以及它們的組合。這種染料可以通過(guò)已知方法合成，并且一些(例如，美國(guó)密蘇里州圣路易斯的奧德里奇公司(Aldrich，St.Louis，MO)的熒光素)是可以商購(gòu)的。優(yōu)選的光敏染料包括光致變色染料、熒光染料以及它們的組合(更優(yōu)選地，光致變色染料以及它們的組合)。
`[0047]可用的光敏染料的代表性例子包括熒光染料(例如熒光素及其衍生物、若丹明及其衍生物、香豆素、苯并香豆素、氧雜蒽、苯并氧雜蒽、吩惡嗪、苯并吩惡嗪、萘二甲酰亞胺、萘并內(nèi)酰胺、吖內(nèi)酯、次甲基、惡嗪、噻嗪、二酮吡咯并吡咯、喹吖啶酮、thio-epindolines,內(nèi)酰胺酰亞胺、二苯基馬來(lái)酰亞胺、乙?；阴０贰⑦溥虿⑧玎?、苯并蒽酮、苯鄰二甲酰亞胺、苯并三唑、嘧啶、吡嗪、三嗪等等)；化學(xué)發(fā)光染料(例如過(guò)氧化物酶、熒光素酶、磺酰胺、5-氨基_2，3- 二氫-1，4- 二氮雜萘二酮(被稱為魯米諾)、賽盧姆、乙二酰氯、三聯(lián)吡啶氯化釕(II)、連苯三酚、過(guò)氧化草酸酯、芳基草酸鹽、吖啶酯、二惡丁環(huán)、光澤精等等)；光致變色染料(例如螺吡喃、螺惡嗪、螺噻喃、二苯乙烯、芳族偶氮化合物、色烯(包括萘并吡喃)、雙咪唑、螺二氫中氮茚、醌類、嵌間二氮雜苯螺環(huán)己二烯酮、紫羅堿、俘精酸酐和俘精酰亞胺、二芳基乙烯、三芳基甲烷、縮苯胺等等(包括描述于美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.US 2005/0244744Al (Kazmaier等人)的光致變色材料，該材料的說(shuō)明以引用的方式并入本文))等等以及它們的組合。優(yōu)選的光敏染料包括萘二甲酰亞胺、螺吡喃、螺惡嗪、色烯以及它們的組合(更優(yōu)選地，萘二甲酰亞胺、色烯以及它們的組合；最優(yōu)選地，色烯以及它們的組合)。
[0048]可用的摻雜稀土的光敏金屬氧化物納米粒子包括摻雜稀土 (例如鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩等等以及它們的組合)的金屬氧化物(例如氧化鋯、氧化釔、氧化鋅、氧化銅、氧化鑭、氧化釓、氧化鐠等等以及它們的組合)的納米粒子。這種摻雜稀土的金屬氧化物可以通過(guò)已知方法制備(例如，描述于美國(guó)專利N0.5, 637, 258 (Goldburt等人)中的方法)。稀土的存在量按金屬氧化物和稀土摻雜物的總摩爾數(shù)計(jì)往往是約I至30摩爾％或約I至20摩爾％。優(yōu)選的摻雜稀土的光敏金屬氧化物包括鑭、釔、鈰以及它們的組合。
[0049]可用的光敏金屬納米粒子包括惰性金屬和貨幣金屬中的那些，例如金、銀、鉬、鈀、銥、錸、汞、釕、鋨、銅、鎳等等以及它們的組合。這種金屬納米粒子可以通過(guò)已知方法制備，并且一些(例如，銀和金)是可以商購(gòu)的。優(yōu)選的光敏金屬納米粒子包括金、銀、銅、鎳、鉬、鈀以及它們的組合的那些。
[0050]可用于本發(fā)明方法的合適的光敏半導(dǎo)體納米粒子(有時(shí)稱為“量子點(diǎn)”)包括包含一種或多種半導(dǎo)體材料的那些?？捎玫陌雽?dǎo)體材料包括(例如H1-VI族半導(dǎo)體(例如，ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgTe 等等)、II1-V 族半導(dǎo)體(例如，GaN,GaP、GaAs>GaSb> InN、InP、InAs> InSb、AlAs、AlP、AlSb、AlS 等等)、IV 族半導(dǎo)體(例如，Ge、Si 等等)、1-VII族半導(dǎo)體(例如，CuCl、AgI等等)、它們的合金以及它們的混合物(例如，三元和四元混合物)。
[0051]優(yōu)選的光敏半導(dǎo)體納米粒子包括IV族或I1-VI族半導(dǎo)體(更優(yōu)選地，I1-VI族半導(dǎo)體；最優(yōu)選地，包含鋅或鎘的I1-VI族半導(dǎo)體)。特別優(yōu)選的光敏半導(dǎo)體納米粒子包括由第二半導(dǎo)體材料的“殼”包圍的一種或多種第一半導(dǎo)體材料的“核”(“核/殼”半導(dǎo)體納米粒子)。
[0052]用于制備半導(dǎo)體納米粒子的方法是已知的(并且一些半導(dǎo)體納米粒子是可以商購(gòu)的)。例如，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)膠體化學(xué)使用濕式化學(xué)法合成單元素半導(dǎo)體(例如硅或鍺)和化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP、CdSe或ZnS)。一般合成(例如)涉及迅速添加(例如，通過(guò)注射)半導(dǎo)體的分子前體(例如，用于CdSe的Cd(CH3)2和(TMS)2Se)至可以用來(lái)控制增長(zhǎng)并抑制納米粒子聚集的熱配位溶劑(例如，胺或膦)中(參見(jiàn)，例如，Murray et al.，J.Am.Chem.Soc.115:8706 (1993) (Murray等人，《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》，第115卷，第8706頁(yè)，1993年))。鑒于前體的高反應(yīng)性的實(shí)質(zhì)和/或?yàn)榱艘种苹蜃畲蟪潭鹊亟档蜕L(zhǎng)的納米粒子的氧化，通常在惰性氣氛(例如，氮?dú)夥?中進(jìn)行合成。核/殼納米粒子可以(例如)通過(guò)下述由Hines等人(J.Phys.Chem.100:468(1996)(《美國(guó)物理化學(xué)雜志》，第100卷，第468頁(yè)，1996年))和Dabbousi等人(J.Phys.Chem B 101:9463(1997)(《美國(guó)物理化學(xué)雜志B》，第101卷，第9463頁(yè)，1997年))開(kāi)發(fā)的一般方法合成。
[0053]在本發(fā)明方法的多個(gè)實(shí)施例中，上述光敏納米粒子(摻雜稀土的金屬氧化物、金屬或半導(dǎo)體)可以具有不大于約100納米、不大于約50納米、不大于約40納米、不大于約30納米、不大于約20納米或不大于約10納米的平均直徑。納米粒子的平均直徑通常為至少約I納米、至少約2納米、至少約3納米或至少約4納米。在一些實(shí)施例中，納米粒子的平均直徑在約I至約100納米的范圍內(nèi)、在約I至約50納米的范圍內(nèi)、在約I至約20納米的范圍內(nèi)、在約I至約10納米的范圍內(nèi)或在約2至約10納米的范圍內(nèi)。
[0054]方法和所得的粒子
[0055]本發(fā)明的方法可以通過(guò)以下步驟實(shí)施:(a)將⑴至少一種有機(jī)硅烷化合物，所述有機(jī)硅烷化合物包含至少兩個(gè)硅鍵合的基團(tuán)，所述基團(tuán)選自羥基、可水解基團(tuán)以及它們的組合，和(2)至少一種純的(即， 未稀釋或未與有機(jī)溶劑混合)光敏材料混合，以形成陶瓷前體組合物；以及(b)允許或引起可水解基團(tuán)的水解和有機(jī)硅烷化合物的縮合。該方法可以在包括環(huán)境溫度(例如，約23°C的室溫)和高于環(huán)境溫度(例如，通過(guò)加熱達(dá)到的溫度)的寬泛的溫度范圍內(nèi)有效地實(shí)施。雖然在不會(huì)顯著干擾粒子形成的情況下可以容許包含微量(按重量計(jì),相對(duì)于陶瓷前體組合物的總重量；例如，小于約25重量％、20重量％、15重量％、10重量％或5重量％)有機(jī)溶劑，但是有機(jī)硅烷(或有機(jī)硅烷和一種或多種其他陶瓷前體化合物的混合物)同樣優(yōu)選地以純態(tài)混合，以便提供純的陶瓷前體組合物。然而，如果使用有機(jī)溶劑，其優(yōu)選地為實(shí)質(zhì)上相對(duì)非極性的以及相對(duì)與水不混溶的。
[0056]根據(jù)具體應(yīng)用、兩種組分的實(shí)質(zhì)和所得的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子中所需的光響應(yīng)性程度，有機(jī)硅烷和光敏材料可以在任何寬泛的比例范圍內(nèi)混合。一般來(lái)講，光敏材料可以分散或溶解于有機(jī)硅烷中，以便生成基于陶瓷前體組合物的總重量計(jì)包含非零量最高至約5重量％ (例如,從約0.01至約5重量％)的光敏材料(優(yōu)選地，從約0.1至約2.5重量％ ;更優(yōu)選地，從約0.5至約I重量％)的陶瓷前體組合物。
[0057]可以通過(guò)基本上任何已知的(例如，在水解溶膠-凝膠領(lǐng)域中)或今后開(kāi)發(fā)的提供與水接觸的方法(優(yōu)選地，在存在至少一種催化劑的情況下)來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)硅烷化合物的水解和縮合?？捎玫拇呋瘎┌▔A、酸、它們的緩沖溶液以及它們的組合。堿可以是優(yōu)選的催化齊|J(例如，當(dāng)作用于可以被酸侵蝕或降解的光敏材料(例如染料)時(shí))。
[0058]在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)適合用作催化劑的堿包括可以提供羥基離子或?yàn)橛H核的那些?？捎玫膲A包括叔胺(例如，三烷基胺(例如三甲胺、三乙胺、四甲基乙二胺以及它們的組合))、吡啶、取代的(例如，用一個(gè)或多個(gè)取代基(例如甲基或乙基))吡啶(例如，甲基吡啶)、空間位阻的仲胺、膦類化合物(例如，三甲基膦、二甲基乙基膦、甲基二乙基膦以及它們的組合)、胂(例如，三甲基胂)、包含羥基的堿(例如，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化四甲銨以及它們的組合)等等以及它們的組合。
[0059]優(yōu)選的堿包括叔胺、吡啶、取代的吡啶、包含羥基的堿以及它們的組合。更優(yōu)選的堿包括包含羥基的堿(優(yōu)選地，氫氧化鈉、氫氧化銨以及它們的組合)、叔胺(優(yōu)選地，三甲胺)以及它們的組合(更優(yōu)選地，包含羥基的堿以及它們的組合)。最優(yōu)選的是氫氧化鈉(例如，由于它的成本較低)。
[0060]在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)適合用作催化劑的酸包括可以使硅醇鹽易于質(zhì)子化的那些。可用的酸包括鹽酸、硝酸、乙酸、氫氟酸、硫酸、草酸以及它們的組合。優(yōu)選的酸包括硝酸、乙酸、鹽酸以及它們的組合。
[0061]可以使用催化劑的混合物。如果需要，可以對(duì)水解和縮合分別使用不同的催化劑。例如，可以使用酸催化水解，并且可以使用堿催化縮合。然而，堿通?？梢詢?yōu)選為這兩種反應(yīng)的催化劑。
[0062]任選地，水解和縮合可以在存在至少一種表面活性劑的情況下實(shí)現(xiàn)。可用的表面活性劑包括離子表面活性劑、非離子表面活性劑以及它們的組合。優(yōu)選的表面活性劑包括離子表面活性劑(例如，陽(yáng)離子、陰離子或兩性離子表面活性劑)以及它們的組合。
[0063]在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，水解和縮合可以通過(guò)將陶瓷前體組合物與包含至少一種催化劑(優(yōu)選地，至少一種堿)和任選地至少一種表面活性劑的水性組合物混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，可以通過(guò)抽吸(例如，使用注射器泵或蠕動(dòng)泵)或以其他方式以控制速率在連續(xù)攪拌或攪動(dòng)下將陶瓷前體組合物給料于水性組合物中來(lái)化合組合物。催化劑基本上可以任何催化有效量使用。例如，催化劑可以占陶瓷前體組合物和水性組合物(或它的組分，當(dāng)獨(dú)立地添加到陶瓷前體組合物而不是作為優(yōu)選的預(yù)成形的水性組合物時(shí))總組合重量的O至約I重量％ (優(yōu)選地，從約0.01至約0.1重量％ ;更優(yōu)選地，從約0.02至約0.05
重量％)。
[0064]表面活性劑的使用可以是優(yōu)選的(例如，當(dāng)需要諸如納米粒子的較小粒子時(shí))?？梢员话谋砻婊钚詣┑牧坑胁顒e(例如，根據(jù)表面活性劑的實(shí)質(zhì))。然而，在約0.5至約15重量％范圍內(nèi)(基于陶瓷前體組合物和水性組合物或其組分的總組合重量計(jì))的表面活性劑的量可能通常是有用的(在約1.5至約10.5重量％范圍內(nèi)的量是優(yōu)選的，并且在約3.5至約7.5重量％范圍內(nèi)的量是更優(yōu)選的)。
[0065]可以被包含的水的總量也有差別，但總體上可以等于或超過(guò)(優(yōu)選地，超過(guò))足夠完全水解有機(jī)硅烷的可水解基團(tuán)(和包括于陶瓷前體組合物中的任何其他陶瓷前體化合物的可水解基團(tuán))的化學(xué)計(jì)量。雖然在水性組合物中可以容許包含微量(按重量計(jì)，相對(duì)于水性組合物的總重量；例如，小于約50重量％、40重量％、30重量％、20重量％、10重量％或5重量％)有機(jī)溶劑(例如，極性有機(jī)溶劑(例如與陶瓷前體組合物相對(duì)不混溶的醇))，但是水性組合物優(yōu)選地不包包含機(jī)溶劑。最優(yōu)選地，在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)不使用有機(jī)溶劑。
[0066]微量的任選組分(反應(yīng)性或非反應(yīng)性)可以包含于陶瓷前體組合物或水性組合物中(優(yōu)選地，陶瓷前體組合物)，或可以添加至它們的組合，以賦予特定應(yīng)用特別需要的粒子性質(zhì)?？捎玫慕M合物可以包含常規(guī)的添加劑，例如其他催化劑、其他乳化劑、穩(wěn)定劑、抑制劑、抗氧化劑、阻燃劑、著色劑等等以及它們的混合物。
[0067]有機(jī)硅烷(和任選地其他陶瓷前體化合物)的水解和縮合導(dǎo)致包含光敏材料的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的形成。優(yōu)選地，光敏材料捕集在粒子中(更優(yōu)選地，基本上捕集在粒子內(nèi))。這種捕集可以通過(guò)物理附連(例如，通過(guò)吸附或通過(guò)機(jī)械纏結(jié))或化學(xué)附連(例如，當(dāng)用至少一個(gè)與有機(jī)硅烷共反應(yīng)的基團(tuán)通過(guò)共價(jià)鍵合官能化光敏材料時(shí))實(shí)現(xiàn)。
[0068]優(yōu)選地，通過(guò)物理附連來(lái)捕集光敏材料，而不需要官能化以允許共價(jià)鍵合。在本發(fā)明方法的至少一些優(yōu)選的實(shí)施例中，令人驚訝的是無(wú)需共價(jià)鍵合，光敏材料就可以被充分地物理捕集，以便所得的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子(例如，當(dāng)置于溶劑或樹(shù)脂中時(shí))可以顯示具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)(或甚至相對(duì)于溶劑或樹(shù)脂中對(duì)應(yīng)的游離、未捕集的光致變色染料，一定程度地改善光致變色染料的轉(zhuǎn)換性能)。
[0069]在本發(fā)明方法的多個(gè)實(shí)施例中，所得的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子可以具有不大于約4000納米、不大于約1000納米、不大于約400納米、不大于約300納米、不大于約200納米、不大于約100納米或不大于約50納米的平均直徑。粒子的平均直徑通常可以為至少約I納米、至少約2納米、至少約3納米、至少約4納米或至少約5納米。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，粒子的平均直徑在約I至約100納米的范圍內(nèi)、在約10至約100納米的范圍內(nèi)、在約20至約100納米的范 圍內(nèi)、在約30至約100納米的范圍內(nèi)、在約40至約100納米的范圍內(nèi)或在約50至約100納米的范圍內(nèi)。在其他可用的實(shí)施例中，粒子的平均直徑可以在約I至約50納米的范圍內(nèi)、在約I至約20納米的范圍內(nèi)、在約I至約10納米的范圍內(nèi)或在約2至約10納米的范圍內(nèi)。
[0070]如果需要，所得的粒子可以分散體或溶膠的形式使用，或在使用之前可以從分散體中分離。例如，可以通過(guò)相交換至有機(jī)溶劑中或通過(guò)沉淀然后過(guò)濾分離粒子。任選地，可以洗滌分離的粒子，以移除殘留的表面活性劑和/或可以對(duì)其進(jìn)行干燥。[0071]所得粒子的特性可以通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜(吸收特性)、X射線衍射(結(jié)晶的粒度、晶相和粒度分布)、透射電子顯微鏡(粒度和形狀、晶相和粒度分布)、高效液相色譜(HPLC;光敏材料的摻入程度)、熱重量分析(TGA ;有機(jī)物含量)和動(dòng)態(tài)光散射(粒度和團(tuán)聚程度)進(jìn)行評(píng)估。
[0072]所得的光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子可以用于多種不同的應(yīng)用中。例如，粒子可以用于光動(dòng)力療法應(yīng)用中、用作光學(xué)傳感器、用作指示器以及光響應(yīng)性雜化固體的其他類似應(yīng)用中。
[0073]實(shí)魁
[0074]通過(guò)以下實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明了本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，但是，這些實(shí)例中所提到的具體材料及其數(shù)量以及其他條件和細(xì)節(jié)均不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限制。這些實(shí)例僅僅為了進(jìn)行示意性的說(shuō)明，并且無(wú)意于限制所附權(quán)利要求的范圍。
[0075]材料和備件
[0076]除非另外指明，否則實(shí)例以及本說(shuō)明書(shū)其余部分中的所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)、比例等均按重量計(jì)。除非另外指明，否則所有化學(xué)品均購(gòu)自或可得自化學(xué)品供應(yīng)商諸如威斯康星州密爾沃基的奧德里奇化學(xué)公司(Aldrich Chemical Company, Milwaukee, WI))。除非另外指明，否則反應(yīng)在室溫(約23°C )下進(jìn)行。
[0077]用于測(cè)暈粒度的方法
[0078]使用Malvern Instruments Zetasizer-NanoZS型粒度分析儀(得自英國(guó)馬爾文的馬爾文儀器公司(Malvern Instruments, Malvern, U.K.)),通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射法(DLS)測(cè)量粒度分布。將樣品組合物溶于水制備15.625重量％(%w/w)的分散體或溶膠，以用于DLS測(cè)量。從每份溶膠中取出少量(50至200微升)的等分試樣，并用2mL水稀釋。將所得稀釋的樣品充分混合，然后將其轉(zhuǎn)移至塑料比色管中。在樣品溫度設(shè)置為25°C下記錄光散射數(shù)據(jù)。為了將自相關(guān)函數(shù)轉(zhuǎn)換為粒度，使用了水在25°C下的粘度標(biāo)準(zhǔn)值(0.8872X10_3Pa.s ;
0.8872厘泊)和折射率標(biāo)準(zhǔn)值(1.33)。使用值1.428作為無(wú)定形二氧化硅的折射率。所記錄的Z平均直徑(平均粒徑，d，以nm為單位)是基于光強(qiáng)加權(quán)的分布。所有結(jié)果都以粒度d(nm)進(jìn)行記錄。
[0079]使用高效液相色譜(HPLC)用于分析溶膠的方法
[0080]通過(guò)HPLC (使用AgilentllOO系列液相色譜儀，得自美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉的安捷倫科技公司(Agilent Technologies, Santa Clara, CA))相對(duì)于所得流出物穿過(guò)色譜儀的色譜柱的保持時(shí)間來(lái)分析粒子分散體或溶膠。通常，從制備為溶膠(根據(jù)下面描述的比較例和實(shí)例)并用過(guò)量的用于液相色譜流動(dòng)相的溶劑稀釋(例如，2-甲氧基乙醇或四氫呋喃(THF))的樣品組合物中取出少量(50至200微升)等分試樣。將所得稀釋的等分試樣充分混合，然后將其轉(zhuǎn)移至用隔膜封口的小瓶中。在柱溫設(shè)置為40°C并使用20微升注射量的情況下記錄HPLC數(shù)據(jù)。儀器檢測(cè)器在2nm增量下在190-900納米(nm)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)得所得流出物的吸收光譜。產(chǎn)生與所考慮的分析物相關(guān)的所關(guān)注的吸收峰的信號(hào)(保持時(shí)間與吸光度)。例如，詢問(wèn)在258nm、305nm、355nm和575nm處的吸收峰，以獲得定捕集在用THF稀釋的有機(jī)改性的二氧化硅(由苯基三甲氧基硅烷制備)納米粒子中的光致變色染料(Reversacol深啡灰(Reversacol Midnight Grey),詳情如下)的保持時(shí)間。所有結(jié)果以保持時(shí)間(以分鐘為單位)進(jìn)行記錄。[0081]實(shí)例 I
_2] 由包含光致變色有機(jī)染料的苯基三甲氧基硅烷(PhTMS)制備有機(jī)改性的二氧化桂納米粒子
[0083]制備“溶液I”:將12.5mL去離子水加入25mL錐形瓶中，然后加入9.4微升氫氧化鈉溶液(SM)。將Ig芐索氯銨(97重量％(wt%)，美國(guó)馬薩諸塞州沃德希爾市的阿法埃莎公司(Alpha Aesar, Ward Hill，MA))添加至燒瓶中，并且攪拌所得的混合物直至芐索氯銨完
全溶解。
[0084]制備“溶液2”:將300mg光致變色有機(jī)染料(萘并吡喃(色烯)染料，以商品名“PH0T0S0L 7-49”得自美國(guó)賓夕法尼亞州匹茲堡的PPG工業(yè)公司(PPGIndustries, Pittsburgh, PA))溶解于30mL苯基三甲氧基硅烷(97重量％,美國(guó)馬薩諸塞州沃德希爾市的阿法埃莎公司(Alpha Aesar, Ward Hill, MA))中，并使用I微米玻璃纖維注射器式過(guò)濾器(得自美國(guó)紐約州華盛頓港的頗爾生命科學(xué)公司(Pall Life Sciences，PortWashington, NY))進(jìn)行過(guò)濾。
[0085]對(duì)于實(shí)例I (a)而言，以大約0.5毫升/分鐘的速率在攪拌下將2.35mL溶液2添加至溶液I中。將所得混合物攪拌大約2小時(shí)，從而得到粒子分散體或溶膠。通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射法(基本上如上所述)確定了所得溶膠的有機(jī)改性的二氧化硅粒子的平均粒度為103.9nm。
[0086]然后通過(guò)添加過(guò)量的乙醇至溶膠中來(lái)沉淀粒子。使用玻璃纖維過(guò)濾器(A/D3微米，得自美國(guó)紐約州華盛頓港的頗爾生命科學(xué)公司(Pall Life Sciences, PortWashington, NY))真空過(guò)濾所得沉淀。在60°C下在烘箱中將所得的分離材料干燥大約2小時(shí)。然后將所得材料 重新懸浮于甲基乙基酮中。
[0087]基本上按照與用于實(shí)例1(a)的相同的工序制備實(shí)例1(b)，不同的是將反應(yīng)溶液(所得的溶液I和2的混合物)加熱至50°C。如通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射法所確定的，所得粒子的平均粒度為94.2nm。
[0088]基本上按照與用于實(shí)例I (a)的相同的工序制備實(shí)例I (C)，不同的是溶液2添加至溶液I中的速率為1.2毫升/分鐘。通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射法確定所得粒子的平均粒度為89.9nm。
[0089]實(shí)例 2
[0090]由包含光致變色有機(jī)染料的苯基Ξ甲氧基硅烷(PhTMS)制備有機(jī)改性的二氧化桂納米粒子
[0091]使用注射器泵以0.1毫升/分鐘的速率在攪拌下將2.35mL苯基三甲氧基硅烷中的光致變色有機(jī)染料溶液(萘并吡喃(色烯)染料，以商品名Reversacol Midnight Grey(Reversacol深啡灰)得自英國(guó)詹姆斯魯賓遜公司(James Robinson, UK) ) (10mg/g)與
12.5mL氫氧化鈉和芐索氯銨的溶液(基本上按照實(shí)例I中針對(duì)溶液I描述的工序進(jìn)行制備)混合。將所得混合物攪拌大約2小時(shí)，從而得到水性粒子分散體或溶膠。
[0092]通過(guò)直接將乙酸乙酯添加至水溶膠中來(lái)分離所得的粒子。分離時(shí)，按照1:1的體積將乙酸乙酯添加至水溶膠中，以將粒子完全轉(zhuǎn)移至所得的有機(jī)相中。
[0093]比較例A
[0094]在存在溶劑的情況下，由包含光致變色有機(jī)染料的苯基三甲氧基硅烷制備有機(jī)改性的二氧化硅納米粒子
[0095]對(duì)于比較例A而言，將ImL光致變色有機(jī)染料(萘并吡喃(色烯)染料，以商品名Reversacol Midnight Grey (Reversacol深啡灰)得自英國(guó)詹姆斯魯賓遜公司(JamesRobinson, UK))的I重量％甲苯溶液與ImL苯基三甲氧基硅烷混合。使用流量可變的微型泵(得自美國(guó)賓夕法尼亞州西切斯特的VWR公司(VWR，West Chester, PA))以0.08毫升/分鐘的速率在攪拌下將所得的染料/硅烷/甲苯混合物添加至12.5mL氫氧化鈉和芐索氯銨的溶液(基本上按照實(shí)例I中針對(duì)溶液I描述的工序進(jìn)行制備)中。將所得混合物攪拌大約2小時(shí)，從而得到水性粒子分散體或溶膠。
[0096] 通過(guò)直接將過(guò)量的乙酸乙酯添加至水溶膠中來(lái)分離所得的粒子。在相轉(zhuǎn)移粒子時(shí)，使用分液漏斗收集所得的有機(jī)相。
[0097]比較例B
[0098]在存在溶劑的情況下，由包含光致變色有機(jī)染料的苯基三甲氧基硅烷制備有機(jī)改性的二氧化硅納米粒子
[0099]對(duì)于比較例B而言，將ImL光致變色有機(jī)染料(萘并吡喃(色烯)染料，以商品名Reversacol Midnight Grey (Reversacol深啡灰)得自英國(guó)詹姆斯魯賓遜公司(JamesRobinson, UK))的I重量％的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液與ImL苯基三甲氧基硅烷混合。使用流量可變的微型泵(得自美國(guó)賓夕法尼亞州西切斯特的VWR公司(VWR，WestChester, PA))以0.08毫升/分鐘的速率在攪拌下將所得的染料/硅烷/NMP混合物添加至12.5mL氫氧化鈉和芐索氯銨的溶液(基本上按照實(shí)例I中針對(duì)溶液I描述的工序進(jìn)行制備)中。將所得混合物攪拌大約2小時(shí)，從而得到水性粒子分散體或溶膠。
[0100]通過(guò)直接將過(guò)量的乙酸乙酯添加至水溶膠中來(lái)分離所得的粒子。在相轉(zhuǎn)移粒子時(shí)，使用分液漏斗收集所得的有機(jī)相。
[0101]如上所述通過(guò)HPLC分析得自實(shí)例2以及比較例A和B的溶膠樣品(以及它們的前體組分樣品)。為進(jìn)行分析，使用過(guò)量的2-甲氧基乙醇稀釋每個(gè)樣品。苯基三甲氧基硅烷(PhTMS)樣品在稀釋之前是純的。甲苯中的Reversacol Midnight Grey(Reversacol深啡灰)樣品在稀釋于2-甲氧基乙醇之前是I重量％。Reversacol Midnight GreyCReversacol深啡灰VPhTMS樣品在稀釋于2-甲氧基乙醇之前是純的包含濃度為10mg/g染料的陶瓷前體溶液。在分離到乙酸乙酯中后進(jìn)行溶膠的分析。根據(jù)2-甲氧基乙醇中樣品的分光光度分析選擇用于吸收峰檢測(cè)的波長(zhǎng)。具體地講，選擇在260nm處的吸收峰用于檢測(cè)，因?yàn)閷?duì)于苯基三甲氧基硅烷和Reversacol Midnight Grey (Reversacol深啡灰)染料兩者而言,可以觀察到吸收峰，并且看起來(lái)具有這兩者的特征。所得的保持時(shí)間數(shù)據(jù)示于下表1中。
[0102]表1。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的方法，包括: (a)將(I)至少一種有機(jī)硅烷化合物，所述有機(jī)硅烷化合物包含至少兩個(gè)硅鍵合的基團(tuán)，所述基團(tuán)選自羥基、可水解基團(tuán)以及它們的組合，和(2)至少一種純的光敏材料混合，以形成陶瓷前體組合物；以及 (b)允許或引起所述可水解基團(tuán)的水解和所述有機(jī)硅烷化合物的縮合，以形成包含所述光敏材料的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述有機(jī)硅烷是純態(tài)，以便提供純的陶瓷前體組合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述有機(jī)硅烷選自單有機(jī)硅烷、雙有機(jī)硅烷以及它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述有機(jī)硅烷化合物選自由以下通式表示的那些: Si(R)4-p-(X)p (I) 其中每個(gè)R獨(dú)立地為有機(jī)或雜有機(jī)基團(tuán)；每個(gè)X獨(dú)立地選自鹵素原子、氫原子、酰氧基、烷氧基、羥基以及它們的組合；并且P為整數(shù)2或3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中每個(gè)所述R獨(dú)立地選自烷基、烯基、酰基、環(huán)烷基、芳基、雜烷基、雜烯基、雜環(huán)烷基、雜芳基以及它們的組合；和/或每個(gè)所述X獨(dú)立地選自鹵素、氫、烷氧基、羥基以及它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，其中每個(gè)所述R獨(dú)立地選自烷基、芳基、雜烷基、雜芳基以及它們的組合；和/或每個(gè)所述X獨(dú)立地選自鹵素、烷氧基、羥基以及它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中每個(gè)所述R獨(dú)立地選自烷基、芳基、雜烷基以及它們的組合；每個(gè)所述X獨(dú)立地選自烷氧基、羥基以及它們的組合；和/或所述P為整數(shù)3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述有機(jī)硅烷化合物選自烷基三烷氧基硅烷、芳基三烷氧基硅烷、雜烷基三烷氧基硅烷以及它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中除有機(jī)硅烷之外，所述陶瓷前體組合物還包括至少一種陶瓷前體化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子為有機(jī)改性的二氧化硅粒子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述光敏材料選自光敏藥物、染料、摻雜稀土的金屬氧化物納米粒子、金屬納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子以及它們的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述光敏材料選自光敏染料以及它們的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述光敏材料選自光致變色染料、熒光染料以及它們的組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述水解和所述縮合通過(guò)將所述陶瓷前體組合物與包含至少一種催化劑的水性組合物混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述催化劑選自堿、酸、它們的緩沖溶液以及它們的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的方法，其中所述催化劑選自堿以及它們的組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述水性組合物還包含至少一種表面活性劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子為有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化納米粒子。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任何其它項(xiàng)所述的方法，其中所述方法在不存在有機(jī)溶劑的情況下實(shí)施。
20.—種用于制備光響應(yīng)性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化粒子的方法,包括: (a)將(I)至少一種純的有機(jī)硅烷化合物，所述有機(jī)硅烷化合物包含至少兩個(gè)硅鍵合的可水解基團(tuán)，和(2)至少一種純的光敏染料混合，以形成純的陶瓷前體組合物；以及 (b)通過(guò)在不存在有機(jī)溶劑的情況下，將所述純的陶瓷前體組合物與包含至少一種堿和任選地至少一種表面活性劑的水性組合物混合，允許或引起所述可水解基團(tuán)的水解和所述有機(jī)硅烷化合物的縮合，以形成包含所述光敏染料的有機(jī)改性的二氧化硅納米粒子。
【文檔編號(hào)】C07F7/18GK103619990SQ201280030140
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月28日
【發(fā)明者】C·J·拉德洛夫 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司