低密度、高度多孔性納米結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有低密度和多孔性涂層的納米結(jié)構(gòu)，所述涂層包裹著或者結(jié)合于至少一個核納米粒子。該結(jié)構(gòu)能夠攜帶或結(jié)合納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面的至少一個有效載荷以使得所述結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用于如醫(yī)學(xué)診斷或治療。
【專利說明】低密度、高度多孔性納米結(jié)構(gòu)
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2012年1月23日申請的申請?zhí)枮?1/589, 777的美國臨時專利的優(yōu) 先權(quán)，其通過引用整體并入本申請。
[0003] 置量
[0004] 納米粒子在分子成像、早期診斷和靶向療法等領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。設(shè)計和制備能 夠包含或攜帶大量有效載荷并且在同一納米粒子中實施多種功能的納米粒子是具有挑戰(zhàn) 但是需要的。因此，需要不斷地開發(fā)這種納米粒子。
[0005] 發(fā)明概沭
[0006] 本申請的一個方面涉及一種納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)包括嵌入于或者包被于低密 度多孔性3-D結(jié)構(gòu)的至少一個核納米粒子，其能夠攜帶或者結(jié)合在納米結(jié)構(gòu)中或表面的至 少一個有效載荷。
[0007] 在某些實施方式中，所述核納米粒子包括納米粒子或納米粒子簇。單一的核納米 粒子可以包括多個微型納米粒子或微型納米粒子簇。在簇中的納米粒子可以由相同組分或 不同組分制備。
[0008] 在某些實施方式中，所述核納米粒子包括例如超順磁性氧化鐵（SPIO)納米粒子 或非-SPIO納米粒子。所述非-SPIO納米粒子包括例如金屬納米粒子（例如金或銀納米粒 子）、金屬氧化物納米粒子、半導(dǎo)體納米粒子（例如具有單個或多個組分如CdSe/ZnS的量 子點、摻雜的無重金屬的量子點或其他半導(dǎo)體量子點）；聚合物納米粒子（例如由PLGA(聚 (乳酸共乙醇酸）、PCL(聚己內(nèi)酯）、PEG(聚乙二醇）或其他聚合物中的一種或組合制備的 粒子）；硅納米粒子；和非-SPIO磁性納米粒子（例如MnFe204、SAF和其他類型的磁性納 米粒子）。所述核納米粒子的直徑范圍為約Inm至約900nm(優(yōu)選尺寸為l-50nm、2_40nm、 5_20nm、lnm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、llnm、12nm、13nm、14nm、15nm、 16nm、17nm、18nm、19nm、20nm) 〇
[0009] 在某些實施方式中，所述核納米粒子具有球形、棒狀、四腳錐體、角錐體、多臂的、 納米管、納米線、納米纖維或納米板的形狀。
[0010] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)指密度至少比現(xiàn)有介孔材料（例 如孔徑范圍為2nm至50nm的介孔材料）低10倍（例如10倍、20倍、30倍、50倍、70倍、 100倍、1000倍、10, 000倍）的結(jié)構(gòu)。在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)具有 〈1.0g/cc(例如由0. 01mg/cc至1000mg/cc)的密度。在某些實施方式中，所述密度由所述 3-D結(jié)構(gòu)的干重除以這種3-D結(jié)構(gòu)在水溶液中的總體積確定。
[0011] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)域具有較高的多孔性。這種低密 度結(jié)構(gòu)進(jìn)一步指在結(jié)構(gòu)上具有至少40%至至少99. 9% (優(yōu)選50%至99. 9%)的空白空 間或空隙率的結(jié)構(gòu)。在某些實施方式中，至少80%的孔在孔隙半徑上具有的尺寸為Inm至 500nm〇
[0012] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)是在透射電子顯微鏡下不能明 顯地觀察到或基本上不可見的結(jié)構(gòu)，例如即使當(dāng)所述低密度結(jié)構(gòu)的特征性尺寸在10多或 100多納米范圍內(nèi)時。
[0013] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)由含有娃的分子制備（例如娃 烷、有機(jī)硅烷、烷氧基硅烷、硅酸鹽及其衍生物）。例如，所述含有硅的分子可以是氨基-丙 基二甲氧基娃燒、疏基 _丙基-二甲氧基娃燒、羧基_丙基-二甲氧基娃燒、氨基 _丙基-二 乙氧基娃燒、疏基_丙基-二乙氧基娃燒、竣基 _丙基-二乙氧基娃燒、雙-[3-(二乙氧基 娃基）丙基] _四硫化物、雙-[3-(二乙氧基娃基）丙基]-二硫化物、氛基丙基二乙氧基娃 燒、1^2 -(氣基乙基）-3-氣基丙基二甲氧基娃燒、乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基-二（2 -甲 氧基乙氧基）娃燒、3_甲基丙稀醜氧基丙基二甲氧基娃燒、2_(3, 4_環(huán)氧環(huán)己基）-乙基二 甲氧基娃燒、3-環(huán)氧丙基-丙基二乙氧基娃燒、3-異氰酸基丙基二乙氧基娃燒、3-氰酸基丙 基三乙氧基硅烷和硅酸鈉。
[0014] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)與所述核納米粒子通過分子內(nèi) 相互作用（例如共價鍵、金屬鍵和/或離子鍵）或分子間相互作用（例如氫鍵和/或非共 價鍵）結(jié)合。
[0015] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的交聯(lián)涂層，其厚度范圍 為Inm至IOOOnm(例如Inm至500nm)。在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu) 的厚度是可控的，其能夠攜帶的有效載荷的數(shù)量也是可控的。其結(jié)果是，所述納米結(jié)構(gòu)當(dāng)作 為注射劑系統(tǒng)給藥進(jìn)入活體對象的血液時其能夠累積在疾病部位如腫瘤或炎癥病灶。在某 些實施方式中，所述納米結(jié)構(gòu)能夠攜帶或結(jié)合一個或多個有效載荷。在某些實施方式中， 所述納米結(jié)構(gòu)攜帶或結(jié)合的有效載荷包括但不限于可檢測劑（例如熒光分子、化學(xué)發(fā)光分 子、生物發(fā)光分子、放射性同位素、MRI造影劑、CT造影劑、酶底物標(biāo)記和/或染色劑）、靶向 部分（例如抗體、抗原、配體、適體、肽、核酸、多核苷酸、多糖、糖、脂肪酸、類固醇、啼啶和/ 或半抗原）、結(jié)合伴侶（例如抗原、抗體、受體、配體、DNA、RNA、肽、適體、生物素、親和素、鏈 霉親和素、凝集素、碳水化合物、蛋白A、抗體Fc、脫硫生物素和/或亞氨基生物素）、生物活 性劑（例如治療劑、蛋白、抗體、肽、核酸、酶、熱響應(yīng)分子、光響應(yīng)分子、電子響應(yīng)分子、磁響 應(yīng)分子、PH響應(yīng)分子、酶響應(yīng)分子和/或化合物）、藥物、治療劑、放射劑、化療劑、小分子藥 物、生物藥物（例如肽、蛋白、抗體、抗原、核酸、適體等）及其組合，其能夠用于成像、檢測、 研究、監(jiān)測、評估、篩選疾病、病情和/或相關(guān)的生物事件。在某些實施方式中，所述納米結(jié) 構(gòu)包括第一有效載荷和第二有效載荷。
[0016] 本申請的另一個方面涉及一種制備核納米粒子的方法。
[0017] 本申請的另一個方面涉及一種制備本申請所述的納米結(jié)構(gòu)的方法。例如，通過使 用低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)包覆或環(huán)繞一個或多個核納米粒子形成所述納米結(jié)構(gòu)以使得所 述粒子包埋于所述3-D結(jié)構(gòu)中。又例如，所述方法包括：在降低交聯(lián)產(chǎn)物密度的條件下并在 存在核粒子的情況下交聯(lián)一種或多種含有硅的化合物。上述條件可以包括：吹入氣泡、增 加反應(yīng)溫度、微波、超聲、渦旋、搖動/旋轉(zhuǎn)或調(diào)節(jié)溶液中化學(xué)物質(zhì)的組分。在某些實施方式 中，所述條件包括存在至少一種具有不少于3或4或5個碳原子的醇。在某些實施方式中， 所述醇是C nH(2n+2)0,其中η不超過3、不超過4或者不超過5。在某些實施方式中，所述醇存 在的體積分?jǐn)?shù)為約30%-70%。在某些實施方式中，所述條件包括存在空氣氣泡。在某些 實施方式中，所述方法可以進(jìn)一步包括向交聯(lián)產(chǎn)物的表面引入一個或多個官能團(tuán)。在某些 實施方式中，所述方法可以進(jìn)一步包括純化交聯(lián)產(chǎn)物。
[0018] 本申請的另一個方面涉及由本申請所提供的任意方法制備的納米結(jié)構(gòu)。
[0019] 本申請的另一個方面涉及將一個或多個有效載荷與多孔性3-D結(jié)構(gòu)結(jié)合的方法。
[0020] 本申請的另一個方面涉及本申請所公開的納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和利用，例如所述納米 結(jié)構(gòu)在制備治療或診斷組合物、在制備用于定性或定量檢測的試劑、在制備用于分子成像 的試劑、在制備用于分離、純化或富集的試劑和/或在制備半導(dǎo)體中的用途。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1對包含多個有效載荷（點）的低密度納米結(jié)構(gòu)（LDNS)與致密納米結(jié)構(gòu)（黑 色網(wǎng)狀物，右圖）的示意性比較。
[0022] 圖2金核尺寸為約20nm和流體力學(xué)尺寸為約60nm的硅烷化的金納米粒子的示例 性透射電子顯微鏡（TEM)圖像。從TEM圖中未見含硅的涂層。
[0023] 圖3納米粒子核尺寸為約6nm和流體力學(xué)尺寸為約200nm的娃燒化的量子點的示 例性TEM圖像。TEM中無明顯可見的含硅涂層。
[0024] 圖4本領(lǐng)域公知的涂覆納米粒子的示例性TEM圖像，其中在TEM中明顯可見所述 涂層。
[0025] 圖5LDNS的示例性TEM圖像，其中顯示了大核納米粒子的直徑。
[0026] 發(fā)明詳沭
[0027] 在對本申請進(jìn)行更加詳細(xì)的描述之前，應(yīng)理解本申請不限于所描述的特定實施方 式，并且其當(dāng)然是可以改變的。還應(yīng)理解本申請中使用的術(shù)語僅用于描述特定實施方式的 目的，并不旨在限制，因為本申請的范圍僅由所附的權(quán)利要求限定。
[0028] 在提供數(shù)值范圍時，除非上下文另有明示，應(yīng)理解在該范圍的上限和下限之間的 精確到下限單位的十分之一的每個居間值，和在所述范圍內(nèi)的任何其他提及的數(shù)值或居間 值，都被包括在本申請的范圍內(nèi)。這些更小范圍的上限和下限可以獨立地包括在更小的范 圍中，并且也被包括在本申請的范圍內(nèi)，除非所述范圍中任何特定排除的極限值。在所述 的范圍包括一個或兩個極限值時，排除一個或兩個極限值的范圍也被包括在本申請的范圍 內(nèi)。
[0029] 除非另有定義，本申請中使用的所有科技術(shù)語具有的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng)域一般 技術(shù)人員通常理解的含義相同。雖然與本申請中所述的方法和材料類似或等價的任何方法 和材料也可用于本申請的實踐或試驗，但是以下描述優(yōu)選的方法和材料。
[0030] 在本說明書中引用的所有出版物和專利都通過引用并入本申請，相當(dāng)于每篇出版 物或?qū)＠继貏e地和單獨地被指出通過引用并入，并且其通過引用并入本申請以披露和描 述與所引用的出版物有關(guān)的方法和/或材料。所引用的任何出版物均在本申請?zhí)峤蝗罩?公開，但所述引用不應(yīng)理解為由于所述出版物是在先公開而承認(rèn)本申請的發(fā)明不早于這些 公開。而且，所提供的
【公開日】可能不同于實際的
【公開日】，其可能需要單獨確認(rèn)。
[0031] 本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本申請后將理解，本申請中所描述和解釋的各個實施方式 均具有獨立的組成和特性，在不脫離本申請范圍或主旨的前提下，可以容易地將其分離或 者與任意其他若干實施方式的特性組合。任何所述的方法均可以所敘述的事件順序或者邏 輯上可能的任何順序進(jìn)行。
[0032] 除非另有明示，本申請的實施方式將采用化學(xué)、固態(tài)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物 理化學(xué)、分析化學(xué)、材料化學(xué)、生物化學(xué)、生物學(xué)、分子生物學(xué)、重組DNA技術(shù)、藥理學(xué)、成像 等技術(shù)，其均在本領(lǐng)域技術(shù)的范圍內(nèi)。在文獻(xiàn)中對這些技術(shù)進(jìn)行了充分闡述。
[0033] 在對本申請的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述前，除非另有明示，應(yīng)理解本申請不僅限于 特定材料、試劑、反應(yīng)原料、生產(chǎn)工藝等，其是可以改變的。還應(yīng)理解在本申請中使用的術(shù)語 僅用于說明特定實施方式的目的，并不旨在限制?？梢砸赃壿嬌峡赡艿牟煌樞驁?zhí)行本申 請中的步驟也是可能的。
[0034] 給出下述實施方式以便向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員完整的披露和描述本申請所公 開和要求保護(hù)的方法是如何進(jìn)行的以及探針是如何使用的。要努力確保數(shù)字的準(zhǔn)確度（例 如量、溫度等），但是應(yīng)考慮一些誤差和偏差。
[0035] 需要指出的是，如用于本說明書和所附權(quán)利要求中的，單數(shù)形式"一（a)"、"一個 (an)"和"該/所述（the)"包括復(fù)數(shù)對象，除非上下文另有明示。因此，例如"化合物"包 括多個化合物。在本說明書和上文中的權(quán)利要求中，將對多個術(shù)語進(jìn)行定義使其具有下述 含義以供參考，除非具有明顯相反的意圖。
[0036] 本申請的一個方面涉及低密度納米結(jié)構(gòu)，其包括被嵌入或使用低密度、多孔性3-D 結(jié)構(gòu)涂覆的至少一個核納米粒子。
[0037] 本申請使用的核納米粒子包括但不限于超順磁性氧化鐵（SPIO)納米粒子和 非-SPIO納米粒子。
[0038] SPIO納米粒子是氧化鐵納米粒子，其為磁赤鐵礦U -Fe2O3)或磁鐵礦（Fe3O4)， 或由這兩相組成的納米粒子。SPIO可以使用適宜的方法合成并且以膠狀溶液的形式分 散在有機(jī)溶劑或水中。合成SPIO納米粒子的方法是本領(lǐng)域公知的（參見例如Morteza Mahmoudi 等，Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles:Synthesis,Surface Engineering, Cytotoxicity and Biomedical Applications, Nova Science Pub Inc 出 版，2011)。在一個實施方式中，可以通過濕化學(xué)合成方法制備SPIO納米粒子，所述方法 涉及在存在堿性介質(zhì)的條件下將Fe 2+和Fe3+鹽共沉淀。在合成過程中，可以引入氮氣以 控制氧化，可以加入表面活性劑和適宜的聚合物以抑制團(tuán)聚或控制粒子尺寸，和/或可 以使用乳劑（如油包水微乳）以調(diào)節(jié)SPIO納米粒子的物理性質(zhì)（參見例如Jonathan ff. Gunn, The preparation and characterization of superparamagnetic nanoparticles for biomedical imaging and therapeutic application, ProQuest 出版，2008) 〇 在另一 個實施方式中，可以通過單獨使用五羰基鐵或與過渡態(tài)金屬羰基合物聯(lián)合熱解的方法產(chǎn)生 SPIO納米粒子，任選地在存在一種或多種表面活性劑（例如月桂酸和油酸）和/或氧化劑 (例如三甲胺-N-氧化物）的條件下以及在適宜溶劑中（例如二辛基醚或十六烷）（參見例 如US專利申請20060093555)。在另一個實施方式中，SPIO納米粒子還可以通過氣體沉積法 制備，所述方法涉及在含有不同濃度氧氣的氦氣氛下將鐵激光蒸發(fā)（參見Miller J.S.等， Magnetism:Nanosized magnetic materials, Wiley-VCH 出版，2002) 〇
[0039] 在某些實施方式中，SPIO納米粒子是US專利申請US20100008862中所公開的那 些。
[0040] 非-SPIO納米粒子包括例如金屬納米粒子（例如金或銀納米粒子（參見例如 Hiroki Hiramatsu，F(xiàn).E.O·，Chemistry of Materials 16, 2509-2511(2004)))，半導(dǎo)體納米 粒子（例如具有單個或多個組分如CdSe/ZnS的量子點（參見例如M. Bruchez等，science 281，2013-2016 (1998))、摻雜的無重金屬的量子點（參見例如Narayan Pradhan等，工八111· chem. Soc. 129,3339-3347(2007))或其他半導(dǎo)體量子點）；聚合物納米粒子（例如由 PLGA(聚（乳酸共乙醇酸）（參見例如 Minsoung Rhee 等，Adv. Mater. 23, H79_H83(2011))、 PCL (聚己內(nèi)酯）（參見例如 Marianne Labet 等，Chem. Soc. Rev. 38, 3484-3504 (2009))、 PEG (聚乙二醇）或其他聚合物中的一種或組合制備的粒子）；硅納米粒子；和 非-SPIO磁性納米粒子（例如MnFe2O 4(參見例如Jae-Hyun Lee等，Nature Medicine 13, 95-99(2006))、合成反鐵磁性納米粒子（SAF)(參見例如A. Fu等，Angew. Chem. Int. Ed. 48, 1620-1624(2009))和其他類型的磁性納米粒子）。
[0041] 可以使用本領(lǐng)域公知的適宜方法制備或合成非-SPIO納米粒子，例如溶膠-凝膠 合成法、油包水微乳法、氣體沉積法等。例如，金納米粒子可以通過使用還原劑如檸檬酸鹽 或丙酮二羧酸由氯金酸鹽溶液（HAuCl 4)還原制備。又例如，CdS半導(dǎo)體納米粒子可以在二 氧化硅粒子表面上由Cd(ClO4) 2和Na2S制備。又例如，II-VI半導(dǎo)體納米粒子可以在注入 熱配位溶劑后基于有機(jī)金屬試劑如二甲基鎘和三辛基硒化膦的高溫?zé)峤夂铣桑▍⒁娎?Giinter Schmid, Nanoparticles:From Theory to Application, John Wiley&Sons 出版， 2011)。摻雜的無重金屬的量子點例如摻雜Mn的ZnSe量子點可以使用成核摻雜策略制備， 其中在高溫下形成小尺寸的MnSe納米簇作為核并且ZnSe層涂覆在核上。又例如，可以通 過在雙相溶劑系統(tǒng)中乳化聚合物制備聚合納米粒子，包括通過超聲或勻質(zhì)得到納米級的聚 合物小滴，并蒸發(fā)有機(jī)溶劑以獲得納米粒子。又例如，硅質(zhì)納米粒子可以由溶膠-凝膠合成 制備，其中在存在酸或堿催化劑的條件下在水和乙醇的混合物中水解烷氧基硅前體（例如 TMOS或TE0S)，通過劇烈攪拌濃縮水解得到的單體，并收集所得到的二氧化硅納米粒子。又 例如，非-SPIO磁性納米粒子SAF可以在高真空下使用離子束沉積法制備，在無磁性空間層 (例如釕金屬）的兩側(cè)沉積鐵磁性層及化學(xué)蝕刻銅釋放層和保護(hù)性鉭表面層，并且在除去 保護(hù)性層和選擇性蝕刻銅后能夠釋放SAF納米粒子。
[0042] 核納米粒子的尺寸范圍為尺寸為Inm至IOOnm(優(yōu)選尺寸為l-50nm、2_40nm、 5_20nm、lnm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、Ilnm、12nm、13nm、14nm、15nm、 16nm、17nm、18nm、19nm、20nm)?？梢酝ㄟ^選擇適宜的合成方法和/或系統(tǒng)控制納米粒子的 尺寸。例如，為控制納米粒子的尺寸，可以在極性溶劑中進(jìn)行納米粒子的合成，所述極性 溶劑提供了能夠吸附在納米粒子表面上的離子種類，從而提供有助于穩(wěn)定納米粒子并且 抑制納米粒子生長的靜電作用和粒子間的排斥力。又例如，可以在微異質(zhì)系統(tǒng)中合成納 米粒子，所述微異質(zhì)系統(tǒng)使得納米粒子在被束縛的腔或結(jié)構(gòu)域中劃分。這種微異質(zhì)系統(tǒng) 可以包括液晶、單和多層、直接膠束、反向膠束、微乳和囊泡。為獲得所需尺寸范圍內(nèi)的納 米粒子，可以適當(dāng)控制或改變合成條件以提供例如所需的溶液濃度或所需的腔范圍（詳 細(xì)的綜述可以參見例如 Vincenzo Liveri, Controlled synthesis of nanoparticles in microheterogeneous systems, Springer 出版，2006) 〇
[0043] 核納米粒子的形狀可以是球形、立方形、棒狀（參見例如A. Fu等， Nano Letters, 7, 179-182(2007))、四腳維形（參見例如 L. Manna 等，Nature Materials, 2, 382-385(2003))、角錐體、多臂的、納米管、納米線、納米纖維或納米板或任 意其他適宜的形狀。在制備過程中控制納米粒子形狀的方法是本領(lǐng)域公知的（參見例 如 Waseda Y.等，Morphology control of materials and nanoparticles:advanced materials processing and characterization, Springer 出版，2004) 〇 例如，當(dāng)由自下而 上的工藝（即由分子至納米粒子）制備納米粒子時，可以加入強(qiáng)烈吸附于特定晶面上的形 狀控制物控制所述粒子的生長速率。
[0044] 單一核納米粒子可以包括單一納米粒子或者多個或微納米粒子簇（A. Fu等，J. Am. chem. Soc. 126, 10832-10833 (2004)，J. Ge 等，Angew. Chem. Int. Ed. 46, 4342-4345 (2007)， Zhenda Lu等，Nano Letters 11,3404-3412(2011).)。所述微納米粒子可以是均質(zhì)的（例 如由相同組分/材料制備或者具有相同尺寸）或異質(zhì)的（例如由不同組分/材料制備或者 具有不同尺寸）。均質(zhì)微納米粒子簇指具有基本上相同的特性或特征或者由基本上相同的 材料組成的粒子集合。異質(zhì)微納米粒子簇指具有不同的特性或特征或者由基本上不同的材 料組成的粒子的混合物。例如，異質(zhì)微納米粒子可以包括在中心的量子點和附著于量子點 上的一些獨立的金（Au)納米晶體。在異質(zhì)納米粒子集合中不同的納米粒子最初彼此間不 相結(jié)合，但是能夠單獨地分別與低密度多孔性結(jié)構(gòu)結(jié)合。
[0045] 在某些實施方式中，所公開的納米結(jié)構(gòu)包括多個嵌入于或包覆于低密度、多空性 3-D結(jié)構(gòu)的核納米粒子。例如，所述納米結(jié)構(gòu)包含2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、 16、17、18、19、20、25、30、35、40、50、60、70、80、90、100、100 多或 1000 多個核納米粒子。
[0046] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)指密度遠(yuǎn)低于（例如10多倍、20 多倍、30多倍、50多倍、70多倍、100多倍）現(xiàn)有介孔納米粒子（例如具有的孔徑范圍為2nm 至 50nm 的介孔納米粒子）的結(jié)構(gòu)。（A. Vincent 等，J. Phys. Chem. C, 2007, 111，8291-8298， J. Ε· Lee 等，J. Am. Chem. Soc.，2010, 132, 552-557. Υ· - S，Lin 等，了.八111.(：116111· Soc.，2011，133, 20444-20457, Z. Lu, Angew. Chem. Int. Ed.，2010, 49, 1862-1866.)
[0047] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)指密度〈1. Og/cc (例如<100mg/ cc、〈10mg/cc、〈5mg/cc、〈lmg/cc、〈0. 5mg/cc、〈0. 4mg/cc、〈0. 3mg/cc、〈0. 2mg/cc 或〈0· lmg/ cc)(例如，由 0· Olmg/cc 至 10mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 8mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 5mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 3mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 lmg/cc、由 0· Olmg/cc 至 lmg/cc、由 0· Olmg/cc 至 0· 8mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 0· 5mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 0· 3mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 IOOOmg/ cc、由 0· Olmg/cc 至 915mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 900mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 800mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 700mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 600mg/cc、由 0· Olmg/cc 至 500mg/cc、由 0· lmg/ cc 至 800mg/cc、由 0· lmg/cc 至 700mg/cc、由 0· lmg/cc 至 1000mg/cc、由 lmg/cc 至 IOOOmg/ cc、由 5mg/cc 至 1000mg/cc、由 10mg/cc 至 1000mg/cc、由 20mg/cc 至 1000mg/cc、由 30mg/ cc 至 1000mg/cc、由 30mg/cc 至 1000mg/cc、由 30mg/cc 至 900mg/cc、由 30mg/cc 至 800mg/ cc 或由 30mg/cc 至 700mg/cc)的結(jié)構(gòu)。
[0048] 可以使用本領(lǐng)域公知的多種方法確定3-D結(jié)構(gòu)的密度（參見例如Lowell, S. 等，Characterization of porous solids and powders: surface area, pore size and density, Springer 出版，2004)。不例性的方法包括 Brunauer Emmett Teller (BET) 法和氦比重瓶法（參見例如 Varadan V.K.等，Nanoscience and Nanotechnology in Engineering，World Scientific出版，2010)。簡言之，在BET法中，將待測3-D結(jié)構(gòu)的干粉 置于通入氦氣和氮氣的檢測室中，記錄溫度變化情況并對結(jié)果進(jìn)行分析和外推以計算檢測 樣品的密度。在氦比重瓶法中，在待測3-D結(jié)構(gòu)的干粉中充入氮氣，研究通過改變體積產(chǎn)生 的氦氣壓以提供密度?；诟煞蹣悠窚y定的密度不能反映3-D結(jié)構(gòu)的真實密度，因為所述 3-D結(jié)構(gòu)的密度極低，在干燥過程中其架構(gòu)容易崩塌，因此其與當(dāng)3-D結(jié)構(gòu)完全伸展時例如 就像當(dāng)LDNS在緩沖溶液中完全伸展時相比在孔隙度檢測中提供了小得很多的數(shù)值。
[0049] 在某些實施方式中，所述3-D結(jié)構(gòu)的密度可以使用3-D結(jié)構(gòu)的干質(zhì)量除以這種3-D 結(jié)構(gòu)在水溶液中的總體積確定。例如，可以分別確定具有或不具有3-D結(jié)構(gòu)的核粒子的干 質(zhì)量，這兩者之間的差值將是所述3-D結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量。類似地，可以分別確定在水溶液中 具有和不具有3-D結(jié)構(gòu)的核粒子的體積，這兩者之間的差值將是在水溶液中核粒子上所述 3-D結(jié)構(gòu)的體積。
[0050] 在某些實施方式中，LDNS在水溶液中能夠以多個包覆于3-D結(jié)構(gòu)的大納米粒子的 形式分散，在這種情況下，所述3-D結(jié)構(gòu)的總體積可以根據(jù)各個大納米粒子3-D結(jié)構(gòu)的平均 體積乘以大納米粒子的數(shù)量計算。
[0051] 對于各個大納米粒子而言，可以使用動態(tài)光散射（DLS)技術(shù)測定具有3-D結(jié)構(gòu)的 粒子的尺寸（例如半徑），不具有3-D結(jié)構(gòu)的粒子核的尺寸（例如半徑）可以在透射電子顯 微鏡（TEM)下測定，因為3-D結(jié)構(gòu)在TEM下基本上不可見。因此，可以通過從具有3-D結(jié)構(gòu) 的粒子的體積中減去不具有3-D結(jié)構(gòu)的粒子的體積獲得各個較大納米粒子中3-D結(jié)構(gòu)的體 積。
[0052] 可以使用任意適宜的方法計算針對給定核質(zhì)量的大納米粒子的數(shù)量。例如，各個 大納米粒子可以由在TEM下是可見的多個小納米粒子組成。在這種情況下，可以根據(jù)在TEM 下的檢測結(jié)果確定小納米粒子的平均尺寸和體積，小納米粒子的平均質(zhì)量可以通過已知的 核材料的密度乘以小粒子的體積確定。通過使用核質(zhì)量除以小納米粒子的平均質(zhì)量可以估 算小納米粒子的總數(shù)。對于各個大納米粒子而言，可以在TEM下確定其中小納米粒子的平 均數(shù)量。因此，針對給定核質(zhì)量的大納米粒子的數(shù)量能夠通過使用小納米粒子的總數(shù)除以 在各個大納米粒子中小納米粒子的平均數(shù)量估算。
[0053] 或者，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)指在結(jié)構(gòu)中具有40%-99.9% (優(yōu)選50%至 99. 9% )的空空間或孔隙的結(jié)構(gòu)，其中80%的孔具有尺寸為Inm至500nm的半徑。
[0054] 3-D結(jié)構(gòu)的孔隙度可以通過氣體/蒸汽吸附法確定。在這項技術(shù)中，通常氮氣 在其沸點被吸附于固體樣品上?？梢允褂迷谔囟ǚ謮合挛降臍怏w的量通過Brunauer、 Emmit和TelIer (BET)氮氣吸附/解吸附公式計算所述材料的特定表面積。通過 Kelvin公式或改良的Kelvin公式，BJH公式計算孔徑（參見例如D. Niu等，J. Am. chem. Soc.132, 15144-15147(2010))。
[0055] 還可以通過壓汞法表征3-D結(jié)構(gòu)的孔隙度（參見例如Varadan V. K.等，如上所 述）。簡言之，從3-D結(jié)構(gòu)中抽出氣體，然后將所述結(jié)構(gòu)浸入汞中。由于汞在室溫下不潤濕， 因此施加外部壓力逐漸將汞壓入樣品中。通過監(jiān)測所應(yīng)用的各個壓力下逐漸增加的進(jìn)入汞 的體積，可以根據(jù)Washburn公式計算孔徑。
[0056] 或者，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)指具有下述材料性質(zhì)的結(jié)構(gòu)，即所述多孔性結(jié) 構(gòu)（除了核納米粒子以外）在透射電子顯微鏡下不能明顯地觀察到或基本通透，例如即使 當(dāng)所述3-D結(jié)構(gòu)的特征尺寸在10多或100多納米范圍內(nèi)。本申請中使用的術(shù)語"明顯地觀 察到"或"基本通透"指基于TEM下的3-D結(jié)構(gòu)圖像所述3-D結(jié)構(gòu)的厚度能夠容易地評估或 確定。可以采用本領(lǐng)域公知的方法觀察或測定納米結(jié)構(gòu)（例如涂覆或嵌入于低密度多空性 3-D結(jié)構(gòu)中的納米粒子）。例如，可以使用DLS法測定具有3-D結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)的尺寸（例 如半徑），可以在TEM下測定不具有3-D結(jié)構(gòu)的核粒子的尺寸（例如半徑）。在某些實施方 式中，利用DLS測定以10多、100多納米范圍計的3-D結(jié)構(gòu)的厚度，但其不能在TEM下容易 地測定。例如，當(dāng)在透射電子顯微鏡（TEM)下觀察本申請中提供的納米結(jié)構(gòu)時，能夠識別納 米粒子，但是不能明顯地觀察到所述低密度多孔性3-D結(jié)構(gòu)或者不能基本通透（例如參見 圖2和3)。這能夠?qū)⒈旧暾堉刑峁┑募{米結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中報道的那些（參見圖4)相區(qū) 分，所述納米結(jié)構(gòu)包括涂覆有交聯(lián)的和尺寸可調(diào)的3-D結(jié)構(gòu)的納米粒子，所述3-D結(jié)構(gòu)包括 介孔二氧化娃納米粒子或涂層（參見例如J. Kim等，J. Am. Chem. . Soc.，2006, 128, 688-689 ; J. Kim等，Angew. Chem. Int. Ed.，2008, 47, 8438-8441)。這種特征還表明本申請?zhí)峁┑牡兔?度多孔性3-D結(jié)構(gòu)與本領(lǐng)域公知的其他經(jīng)涂覆的納米粒子相比具有低得更多的密度和/或 較高的多孔性。
[0057] 可以通過負(fù)載不同分子的容量進(jìn)一步評估3-D結(jié)構(gòu)的孔隙度（參見例如Wang L.等，Nano Research 1,99-115(2008))。因為本申請所提供的3-D結(jié)構(gòu)具有較低的密度， 因而按照設(shè)想與其他經(jīng)涂覆的納米粒子相比更多的有效載荷能夠與該3-D結(jié)構(gòu)結(jié)合（參見 例如圖1)。例如，當(dāng)3-D結(jié)構(gòu)負(fù)載有機(jī)熒光團(tuán)如羅丹明時，一個納米粒子的3-D結(jié)構(gòu)能夠負(fù) 載超過IO 5個羅丹明分子。
[0058] 在某些實施方式中，所述低密度結(jié)構(gòu)指能夠吸收或攜帶熒光有效載荷的結(jié)構(gòu)，所 述熒光有效載荷的熒光強(qiáng)度是游離熒光分子的至少100倍（例如至少150倍、200倍、250 倍、300倍、350倍、400倍、450倍、500倍、550倍或600倍）?？梢栽谂c熒光分子相同的激發(fā) 和發(fā)射波長下對負(fù)載納米粒子的熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量。負(fù)載低密度結(jié)構(gòu)的熒光強(qiáng)度顯示了所 述熒光分子的有效載荷，還間接地反映了所述低密度結(jié)構(gòu)的孔隙度。
[0059] 在某些實施方式中，所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)由含有硅烷的或硅烷樣分子（例 如硅烷、有機(jī)硅烷、烷氧基硅烷、硅酸鹽及其衍生物）制備。
[0060] 在某些實施方式中，含有娃燒的分子包括有機(jī)娃燒，也將其稱為娃燒偶聯(lián)劑。有機(jī) 硅烷的通式為RxSiY(4_x)，其中R基團(tuán)是烷基、芳基或有機(jī)官能團(tuán)。Y基團(tuán)是甲氧基、乙氧基 或乙酰氧基。X是1、2或3。R基團(tuán)能夠具有特定功能如使有機(jī)硅烷分子與核納米粒子或 其他有效載荷的表面通過共價或非共價相互作用結(jié)合。Y基團(tuán)是可水解的并且能夠形成與 另一個有機(jī)硅烷分子交聯(lián)的硅氧烷鍵。示例性的R基團(tuán)包括但不限于二硫化物烷基、氨基 烷基、巰基烷基、乙烯基烷基、環(huán)氧烷基和甲基丙烯基烷基、羧基烷基基團(tuán)。在R基團(tuán)中的烷 基可以是甲稀基、乙稀基、丙稀基等。不例性的Y基團(tuán)包括但不限于燒氧基如0CH 3、0C2H5和 OC2H4OCH3。例如，有機(jī)娃燒可以是氛基-丙基-二甲氧基娃燒、疏基-丙基-二甲氧基娃燒、 羧基 -丙基-二甲氧基娃燒、氨基_丙基-二乙氧基娃燒、疏基 _丙基-二乙氧基娃燒、羧 基-丙基-二乙氧基娃燒、雙 -[3-(二乙氧基娃燒基）丙基]-四硫化物、雙-[3_ (二乙氧 基娃燒基）丙基]_二硫化物、氛基丙基二乙氧基娃燒、N_2_(氛基乙基）_3_氛基丙基二甲 氧基娃燒、乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基 -二（2_甲氧基乙氧基）娃燒、3_甲基丙稀醜氧基 丙基二甲氧基娃燒、2_ (3, 4_環(huán)氧基環(huán)己基）-乙基二甲氧基娃燒、3_縮水甘油釀氧基-丙 基二乙氧基娃燒、3_異氛基丙基二乙氧基娃燒和3_氛基丙基二乙氧基娃燒。
[0061] 所述3-D結(jié)構(gòu)與核納米粒子的相互作用通過1)分子內(nèi)相互作用如共價鍵（例如 Sigma鍵、Pi鍵、Delta鍵、雙鍵、三鍵、四鍵、五鍵、六鍵、3c - 2e、3c - 4e、4c - 2e、抓氫鍵、彎 曲鍵、偶極鍵、Pi反向鍵、共軛、超共軛、芳香性、哈普托數(shù)和反鍵）、金屬鍵（例如在核納米 粒子中與金屬原子的螯合相互作用）或離子鍵（陽離子η -鍵和鹽鍵），以及2)分子間相 互作用如氫鍵（例如二氫鍵、二氫復(fù)合物、低屏障氫鍵、對稱氫鍵）和非共價鍵（例如疏水 性、親水性、電荷-電荷或η -堆積相互作用，范德華力，倫敦分散力，機(jī)械鍵，鹵鍵，親金作 用，插層，堆積，熵力和化學(xué)極性）。
[0062] 本申請的另一個方面涉及形成納米結(jié)構(gòu)的方法，所述納米結(jié)構(gòu)包括具有低密度、 多孔性3-D結(jié)構(gòu)的至少一個核納米粒子。例如，所述納米結(jié)構(gòu)通過使用低密度、多孔性3-D 結(jié)構(gòu)涂覆或包裹一個或多個納米粒子以使得所述粒子位于或嵌入3-D結(jié)構(gòu)中形成。
[0063] 所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)通過含硅烷或硅烷樣分子的組裝或交聯(lián)使其沉積或 覆蓋核納米粒子表面形成。可以通過在核納米粒子表面的硅烷化過程制備低密度多孔性 3-D結(jié)構(gòu)。硅烷化過程包括例如在酸性或堿性條件下交聯(lián)含硅烷或硅烷樣分子（例如烷氧 基娃燒如氨基 _丙基-二甲氧基娃燒、疏基_丙基-二甲氧基娃燒或娃酸鈉）的步驟。 [0064] 在某些實施方式中，在交聯(lián)中使用酸性或堿性催化劑。示例性的酸性催化劑包括 但不限于質(zhì)子酸催化劑（例如硝酸、乙酸和磺酸）和Lewis酸催化劑（例如三氟化硼、三氟 化硼單乙胺復(fù)合物、三氟化硼甲醇復(fù)合物FeCl 3、AlCl3、ZnCl2和ZnBr2)。示例性的堿性催化 劑包括胺或季胺化合物如四甲基氫氧化銨和氫氧化銨。
[0065] 硅烷化過程可以包括一個或多個階段，例如：引發(fā)階段，在此階段所述3-D結(jié)構(gòu)開 始形成；生長階段，在此階段硅質(zhì)結(jié)構(gòu)層易于在核納米粒子上形成并且形成更多；和/或結(jié) 束階段，在此階段所述3-D結(jié)構(gòu)即將完成（例如所述3-D結(jié)構(gòu)的外表面即將形成）。在硅烷 化過程中，可以在該過程的不同階段加入一種或多種含硅烷的分子。例如，在引發(fā)階段，可 以加入有機(jī)娃燒如氣基丙基二甲氧基娃燒或疏基丙基二甲氧基娃燒以便在核納米粒子表 面起始硅烷化。對于另一個例子，可以在硅烷化的生長階段將具有更少烷氧基（例如僅2個 烷氧基）的硅烷分子加入反應(yīng)中。對于另一個例子，在硅烷化的結(jié)束階段，可以加入具有一 種或多種不同官能團(tuán)的有機(jī)硅烷分子。這些官能團(tuán)可以是氨基、羧基、巰基或膦酸鹽基團(tuán)， 其可以進(jìn)一步與其他分子偶聯(lián)，例如親水性劑、生物活性劑、可檢測標(biāo)記、光響應(yīng)基團(tuán)、電子 響應(yīng)基團(tuán)、磁響應(yīng)基團(tuán)、酶促響應(yīng)基團(tuán)或pH響應(yīng)基團(tuán)，或者結(jié)合伴侶，以使得所述3-D結(jié)構(gòu) 在穩(wěn)定性、溶解度、生物相容性、進(jìn)一步偶聯(lián)或衍生的能力或與有效載荷親和性方面得到進(jìn) 一步修飾?；蛘?，所述官能團(tuán)還可以是易于與其他分子偶聯(lián)的基團(tuán)（例如與生物活性劑、熱 響應(yīng)分子、光響應(yīng)分子、電子響應(yīng)分子、磁響應(yīng)分子、pH響應(yīng)分子、酶促響應(yīng)分子、可檢測標(biāo) 記或結(jié)合伴侶如生物素或親和素偶聯(lián)的基團(tuán)）。
[0066] 為控制低密度硅質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，所述制備進(jìn)一步包括降低密度的操作如在反應(yīng)或 形成過程中引入空氣氣泡、增加反應(yīng)溫度、微波、超聲、渦旋、搖動/旋轉(zhuǎn)和/或調(diào)節(jié)反應(yīng)的 化學(xué)組成以調(diào)節(jié)硅烷分子的交聯(lián)度。不被理論所束縛，據(jù)信這些操作能夠有助于使得反應(yīng) 介質(zhì)均勻、分散良好并且促進(jìn)空腔或孔隙度增加的低密度多孔性3-D結(jié)構(gòu)的形成。
[0067] 在某些實施方式中，降低密度的操作包括超聲處理反應(yīng)或形成混合物?？梢詫υ?硅烷化過程中超聲處理的條件（例如持續(xù)時間）進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇以便在所得到的低密度多 孔性3-D結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生所需的孔隙度。例如，可以在硅烷化過程的某一階段應(yīng)用超聲處理。 超聲在硅烷化階段中的持續(xù)時間可以持續(xù)例如至少1小時、1. 5小時、2小時、2. 5小時、3小 時、3. 5小時、4小時。在某些實施方式中，在硅烷化過程中的各階段均應(yīng)用超聲處理。
[0068] 在某些實施方式中，降低密度的操作包括向反應(yīng)中引入至少一種醇。在某些實施 方式中，所述醇具有至少3個（例如至少4個、至少5個或至少6個）碳原子。例如，所述 醇可以具有3、4、5、6、7、8、9、10、11、12個或更多的碳原子。在某些實施方式中，所述醇可以 是一元醇或多元醇。一元醇說明性的例子包括丙醇、丁醇、戊醇、己醇等。多元醇說明性的 例子包括丙二醇、丙三醇、蘇糖醇、木糖醇等。在某些實施方式中，所述醇可以具有飽和的碳 鏈或不飽和的碳鏈。具有飽和碳鏈的醇可以以化學(xué)式C nH(2n+2)0表示。在某些實施方式中， η不低于3,或者不低于4,或者不低于5(例如η = 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或更多）。具 有不飽和碳鏈的醇在兩個碳原子之間具有雙鍵或三鍵。在某些實施方式中，所述醇可以是 環(huán)醇，例如環(huán)己醇、肌醇或薄荷醇。
[0069] 在某些實施方式中，所述醇具有直鏈碳鏈（例如η-丙醇、η- 丁醇、η-戊醇、η-己 醇等）或支鏈碳鏈（例如異丙醇、異丁醇、叔丁醇等）。在某些實施方式中，所述醇的體積分 數(shù)為約30%至約70% (例如30%至約70%、約30%至約60%、約30%至約55%、約40% 至約70 %、約45 %至約70 %、約40 %至約60 % )。在某些實施方式中，所述醇的體積分?jǐn)?shù)為 50%左右（例如45%左右、46%左右、47%左右、48%左右、49%左右、50%左右、51%左右、 52%左右、53%左右、54%左右、55%左右、56%左右、57%左右、58%左右、59%左右或60% 左右）。
[0070] 在某些實施方式中，降低密度的操作包括向反應(yīng)中引入空氣氣泡。在某些實施方 式中，所述空氣氣泡可以在反應(yīng)過程中不斷的存在?？梢酝ㄟ^任何適宜的方法將空氣氣泡 引入反應(yīng)中，例如通過向反應(yīng)中通入氣泡或者通過向反應(yīng)混合物中引入氣體產(chǎn)生劑。
[0071] 還可以對其他實驗條件進(jìn)行優(yōu)化以提供形成所需的低密度多孔性3-D結(jié)構(gòu)的條 件。這種實驗條件包括例如核納米粒子的濃度、催化劑的濃度、催化劑與核納米粒子的濃度 t匕、低密度硅質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的溫度或有機(jī)硅烷的分子結(jié)構(gòu)。
[0072] 在某些實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括在多孔性結(jié)構(gòu)之中或其表面上引入一個 或多個官能團(tuán)。所述官能團(tuán)可以在交聯(lián)過程中形成多孔性結(jié)構(gòu)時引入，例如通過在交聯(lián)過 程中特別是在交聯(lián)過程的結(jié)束階段中通過加入含有這種官能團(tuán)的含硅化合物引入。所述官 能團(tuán)還可以在交聯(lián)產(chǎn)物形成后引入，例如通過化學(xué)修飾將官能團(tuán)引入交聯(lián)產(chǎn)物的表面。在 某些實施方式中，所述官能團(tuán)是多孔性結(jié)構(gòu)中固有的。
[0073] 所述官能團(tuán)作為多孔性結(jié)構(gòu)和有效載荷之間的連接。所述官能團(tuán)的例子包括但不 限于氨基，巰基，羰基，膦酸鹽，生物素，鏈霉親和素，親和素，羥基，烷基或其他疏水性分子， 聚乙二醇或其他親水性分子以及光裂解、熱裂解或pH響應(yīng)連接基團(tuán)。
[0074] 在某些實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括純化所得到的納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。所述純化 可以包括使用透析、切向流過濾、超濾或其組合。
[0075] 低密度多孔性3-D結(jié)構(gòu)的厚度，其直接與納米結(jié)構(gòu)的尺寸相關(guān)，能夠通過例如修 改含硅烷分子（例如三烷氧基硅烷或硅酸鈉）的數(shù)量、反應(yīng)時間以及反應(yīng)步驟和這類反應(yīng) 參數(shù)之間的時間間隔被控制（例如從Inm至IOOOnm)。
[0076] 所述3-D結(jié)構(gòu)的厚度可以是約1至5nm厚。在某些實施方式中，所述厚度可以是 約1至IOnm厚。在某些實施方式中，所述厚度可以是約1至20nm厚。在某些實施方式中， 所述厚度可以是約1至30nm厚。在某些實施方式中，所述厚度可以是約1至40nm厚。在 某些實施方式中，所述厚度可以是約1至50nm厚。在某些實施方式中，所述厚度可以是約1 至60nm厚。在某些實施方式中，所述厚度可以是約1至IOOnm厚。在某些實施方式中，所 述厚度可以是約1至500nm厚。在某些實施方式中，所述厚度可以是約1至IOOOnm厚。
[0077] 所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)在核納米粒子表面上形成后，所述核納米粒子被嵌 入于3-D結(jié)構(gòu)中。所得到的納米結(jié)構(gòu)能夠具有的厚度（例如納米結(jié)構(gòu)的最長尺寸或者如果 所述結(jié)構(gòu)是球形則為直徑）為約1至l〇〇〇nm、l至IOOnm或者1至10nm。在另一個實施方式 中，所述納米結(jié)構(gòu)能夠具有的直徑為約1至30nm。在另一個實施方式中，所述納米結(jié)構(gòu)能夠 具有的直徑為約500nm。在另一個實施方式中，所述納米結(jié)構(gòu)能夠具有的直徑為約lOOnm。 在另一個實施方式中，所述納米結(jié)構(gòu)能夠具有的直徑為約50nm。在另一個實施方式中，所述 納米結(jié)構(gòu)能夠具有的直徑為約30nm。在另一個實施方式中，所述納米結(jié)構(gòu)能夠具有的直徑 為約10nm。
[0078] 在某些實施方式中，本申請?zhí)峁┑募{米結(jié)構(gòu)攜帶或與有效載荷結(jié)合。所述有效載 荷被納米結(jié)構(gòu)攜帶或結(jié)合，其包括但不限于檢測劑、靶向部分、結(jié)合伴侶、生物活性劑、藥 物、治療劑、放射劑、化學(xué)劑、小分子藥物、生物藥（例如肽、蛋白、抗體、抗原、核酸、適體等） 及其任意組合，其能夠用于成像、檢測、研究、監(jiān)測、評估、篩選和/或疾病、狀況或相關(guān)生物 學(xué)事件。有效載荷可以是物理吸入多孔性結(jié)構(gòu)中或通過本申請所公開的官能團(tuán)與多孔性結(jié) 構(gòu)連接。
[0079] 檢測劑可以是熒光分子、化學(xué)發(fā)光分子、生物發(fā)光分子、放射性同位素、MRI造影 齊U、CT造影劑、酶底物標(biāo)記和/或著色劑等。熒光分子的例子包括但不限于熒光化合物 (熒光團(tuán)），其可以包括但不限于 ：1，5^^04呢；1，84呢；4-甲基傘形酮；5-羧基-2,7-二 氯熒光素；5-羧基熒光素（5-FAM) ;5_羧基萘基熒光素；5-羧基四甲基羅丹明（5-TAMRA); 5-FAM(5-羧基熒光素）；5-HAT (羥基色胺）；5_羥基色胺（HAT) ;5-R0X (羧基-X-羅丹明）； 5-TAMRA(5-羧基四甲基羅丹明）；6_羧基羅丹明6G ;6-CR 6G ;6-J0E ;7_氨基4-甲基香豆 素；7-氨基放線菌素 D (7-AAD) ;7_羥基-4-甲基香豆素；9-氨基-6-氯-2-甲氧基吖啶； ABQ ;酸性品紅；ACMA (9-氨基-6-氯-2-甲氧基吖啶）；卩丫啶橙；Π 丫啶紅；Π 丫啶黃（acridine yellow);卩丫陡黃（Acriflavin);富爾根氏卩丫陡黃（Acriflavin Feulgen) SITSA ;水母素 (發(fā)光蛋白）；AFPs -自體突光蛋白一（量子生物科技（Quantum Biotechnologies)); Alexa? Fluor 350 ； Alexa? Fluor 405 ； Alexa? Fluor 500 ；Alexa Fluor430? ；Alexa Fluor 488? ；Alexa Fluor 532? ；Alexa Fluor 546? ；Alexa Fluor 568? ；Alexa Fluor 594? ;Alexa Fluor 633? ;Alexa Fluor 647? ;Alexa Fluor 660? ;Alexa Fluor 680? ;茜 素絡(luò)合指示劑；茜素紅；別藻藍(lán)素（APC) ;AMC，AMCA-S ;AMCA(氨基甲基香豆素）；AMCA-X ; 氨基放線菌素 D ;氨基香豆素；氨基甲基香豆素（AMCA);苯胺藍(lán)；Anthrocyl stearate ; APC(別藻藍(lán)素）；APC-Cy7 ;APTRA-BTC ;APTS ;阿斯屈拉松（Astrazon)亮紅4G ;阿斯屈拉 松（Astrazon)橙R ;阿斯屈拉松（Astrazon)紅6B ;阿斯屈拉松（Astrazon)黃7GLL ;阿的 平；ATT〇-TAG?CBQCA ;ATT〇-TAG?FQ ;金胺；Aurophosphine G ;Aurophosphine ;ΒΑ0 9 (雙氨 基苯基惡二唑）；BCECF (高pH) ;BCECF (低pH);硫酸黃連素；β內(nèi)酰胺酶；Bimane ;雙苯甲 酰胺；雙苯甲酰胺（赫司特公司（Hoechst));雙-BTC ;Blancophor FFG ;Blancophor SV; BOBOtm-I ;B0B0?-3 ;氟硼熒 492/515 ;氟硼熒 493/503 ;氟硼熒 500/510 ;氟硼熒 505/515 ; 氟硼熒530/550 ;氟硼熒542/563 ;氟硼熒558/568 ;氟硼熒564/570 ;氟硼熒576/589 ;氟 硼熒581/591 ;氟硼熒630/650-X ;氟硼熒650/665-X ;氟硼熒665/676 ;氟硼熒Fl ;氟硼熒 FL ATP ;氟硼熒Fl-神經(jīng)酰胺；氟硼熒R6G SE ;氟硼熒TMR ;氟硼熒TMR-X偶聯(lián)物；氟硼熒 TMR-X，SE ;氟硼熒 TR ;氟硼熒 TR ATP ;氟硼熒 TR-X SE ;B0-PR0?-1 ;B0-PR0?-3 ;磺基亮黃 素 （Brilliant Sulphoflavin)FF ;BTC ;BTC-5N ;鈣黃綠素；鈣黃綠素藍(lán)；深紅鈣? ;綠鈣； 綠鈣-ICa2+染料；綠鈣_2Ca2+ ;綠鈣-5N Ca2+ ;綠鈣-ClSCa2+ ;橙鈣；卡爾科弗盧爾熒光增 白劑（Calcofluor White);羧基-X-羅丹明（5-R0X);瀑布藍(lán)（Cascade Blue?);瀑布黃 (Cascade Yellow);兒茶酚胺；CCF2 (GeneBlazer商標(biāo)）；CFDA ;葉綠素；色霉素 A ;色霉素 A ;CL-NERF ;羧基熒光素雙醋酸鹽（CMFDA);香豆素鬼筆環(huán)肽；C-藻青素；CPM甲基香豆素； CTC ;CTC 甲臜；Cy2? ;Cy3. 18 ;Cy3. 5? ;Cy3? ;Cy5. 18 ;Cy5. 5? ;Cy5? ;Cy7? ;環(huán) AMP 氟傳感 器（FiCRhR) ;Dabcyl ;單磺酰；單磺酰胺；單磺酰尸胺；單磺酰氯；單磺酰DHPE ;單磺酰氟； DAPI ;Dapoxyl ;Dapoxyl 2 ;Dapoxyl 3' DCFDA ;DCFH (二氯二氫熒光素二乙酸酯）；DDAO ; DHR(二氫羅丹明 123);二-4-ANEPPS;二-8-ANEPPS(未按照比例）；DiA(4-二-16-ASP); 二氯二氫熒光素二乙酸酯（DCFH) ;DiD-親脂性示蹤劑；DiD(DiIC18(5)) ;DIDS;二氫羅 丹明 123(DHR) ;DiI(DiIC18(3));二硝基酚；DiO(DiOC18(3)) ;DiR;DiR(DiIC18(7)); DM-NERF(高 pH) ;DNP ;多巴胺；DTAF ;DY-630-NHS ;DY-635-NHS ;ELF 97 ;曙紅；赤蘚紅；赤 蘚紅 ITC ;溴化乙錠；乙陡均二聚體-I(EthD-I) ;Euchrysin;EukoLight;氯化銪（III); EYFP ;快藍(lán)；FDA ;富爾根（副品紅）：FIF (甲醛誘導(dǎo)的熒光）；FITC ;Flazo Orange ; Fluo-3 ;Flu〇-4 ;熒光素（FITC);熒光素二乙酸酯；Fluoro-Emerald ;熒光金（羥芪巴 脈）；Fluor_Ruby;Fluor X;FM 1_43?;FM 4_46;Fura Red? (高 pH) ;Fura Red?/Flu〇-3; Fura-2 ；Fura-2/BCECF ；Genacryl Brilliant Red B ；Genacryl Brilliant Yellow IOGF ； Genacryl Pink 3G ；Genacryl Yellow 5GF ；GeneBlazer (CCF2) ；Gloxalic Acid ;粒狀藍(lán)； 血卟啉；Hoechst 33258 ;Hoechst 33342 ;Hoechst 34580 ;HPTS;羥基香豆素；羥芪巴脒 (熒光金）；羥色胺；Indo-1，高鈣；Indo-1，低鈣；噴哚二碳菁（DiD);吲哚三碳菁（DiR); Intrawhite Cf JC-I ；J〇-J〇-l ；J〇-PR〇-l ；LaserPro ；Laurodan；LDS 751 (DNA) ；LDS 751(RNA) ;Leucophor PAF;Leucophor SF;Leucophor WS;_ 絲胺羅丹明；I? 絲胺羅丹明 B ;鈣黃綠素/乙錠均二聚體；L0L0-1 ;L0-PR0-1 ;熒光黃；Lyso示蹤藍(lán)；Lyso示蹤藍(lán)-白； Lyso示蹤綠；Lyso示蹤紅；Lyso示蹤黃；Lyso傳感器藍(lán)；Lyso傳感器綠；Lyso傳感器黃/ 綠；Mag 綠；萘紅（根皮紅 B) ;Mag_Fura 紅；Mag-Fura-2 ;Mag-Fura_5 ;Mag-Ind〇-l ;鎂綠； 緩澄；孔雀石綠；海藍(lán)；Maxilon Brilliant Flavin IOGFF ;Maxilon Brilliant Flavin 8GFF ;血藍(lán)蛋白；甲氧基香豆素；線粒體示蹤綠FM ;線粒體示蹤橙；線粒體示蹤紅；光輝霉 素 ；Monobromobimane ;Monobromobimane (mBBr-GSH) ;Monochlorobimane ;MPS (甲基氯派若 寧二苯乙烯）；NBD ;NBD胺；尼羅紅；Nitrobenzoxadidole ;去甲腎上腺素；核快紅；核黃； Nylosan lliant lavin E8G;俄勒岡綠；俄勒岡綠488-X;俄勒岡綠?;俄勒岡綠"488; 俄勒岡綠"500 ;俄勒岡綠"*514 ;太平洋藍(lán)；副薔薇胺（福爾根）；PBFI ;PE-Cy5 ;PE-Cy7 ; PerCP ;PerCP-Cy5. 5 ;PE-德克薩斯紅[Red 613];根皮紅 B (麥哥達(dá)拉紅）；Phorwite AR ; Phorwite BKL;Phorwite Rev;Phorwite RPA;憐化氫 3R;光刻膠；藻紅蛋白 B[PE];藻 紅蛋白 R[PE] ;PKH26(Sigma) ;PKH67 ;PMIA;Pontochrome Blue Black ;P0P0-1 ;P0P0-3 ; PO - PRO-1 ;P0-PR0-3 ;櫻草黃；普施安黃；碘化丙啶（PI) ;PYMPO ;芘；派若寧；派若寧B ; Pyrozal fcilliant Flavin7GF;QSY 7;喹吖因氮芥；紅613[PE-德克薩斯紅];試鹵靈； RH 414 ;Rhod-2 ;羅丹明；羅丹明110 ;羅丹明123 ;羅丹明5GLD ;羅丹明6G ;羅丹明B ;羅 丹明B 200 ;羅丹明B額外的；羅丹明BB ;羅丹明BG;羅丹明綠；羅丹明Phallicidine ; 羅丹明鬼筆環(huán)肽；羅丹明紅；羅丹明WT ;玫瑰紅；R-藻青蛋白；R-藻紅蛋白（PE) ;S65A ; S65C ;S65L ;S65T ;SBFI ;血清素 ；Sevron 亮紅 2B ;Sevron 亮紅 4G ;Sevron 亮紅 B ;Sevron 橙；Sevron黃L;SITS;SITS(櫻草黃）；SITS(二苯乙烯異硫代磺酸）；SNAFL鈣黃綠素； SNAFL-I ;SNAFL-2 ;SNARF鈣黃綠素 ；SNARFl ;鈉綠；光譜淺綠；光譜綠；光譜橙；光譜紅； SPQ(6-甲氧基-N-(3-硫代丙基）喹啉）；二苯乙烯；硫代羅丹明B和C;硫代羅丹明額 夕卜；SYTO 11 ;SYT0 12 ;SYT0 13 ;SYT0 14 ;SYT0 15 ;SYT0 16 ;SYT0 17 ;SYT0 18 ;SYT0 20 ; SYTO 21 ；SYT0 22 ；SYT0 23 ；SYT0 24 ；SYT0 25 ；SYT0 40 ；SYT0 41 ；SYT0 42 ；SYT0 43 ； SYTO 44 ；SYT0 45 ；SYT0 59 ；SYT0 60 ；SYT0 61 ；SYT0 62 ；SYT0 63 ；SYT0 64 ；SYT0 80 ； SYTO 81 ;SYT0 82 ;SYT0 83 ;SYT0 84 ;SYT0 85 ;SYT0X 藍(lán)；SYTOX 綠；SYTOX 橙；四環(huán)素； 四甲基羅丹明（TRITC);德克薩斯紅?;德克薩斯紅-X?偶聯(lián)物；硫代二羰基菁（DiSC3); 噻嗪紅R ;噻唑橙；硫代黃素5 ;硫代黃素 S ;硫代黃素 TCN ;Thi〇lyte ;硫代噻唑橙； Tinopol CBS (Calcofluor White) ；TMR ；T〇-PR〇-l ；T〇-PR〇-3 ；T〇-PR〇-5 ；TOT〇-l ；TOT〇-3 ； Tricolor (PE-Cy5) ;TRITC四甲基羅丹明異硫氰酸酯；真藍(lán)；真紅；Ultralite ;熒光素鈉 B ; Uvitex SFC ;ffff 781 ;X-羅丹明；XRITC ;二甲苯橙；Y66F ;Y66H ;Y66W ;Y0-PR0-1 ;Y0-PR0-3 ; YOYO-I ;Y0Y0-3 ;Sybr綠、噻唑橙（內(nèi)部螯合染料）、熒光半導(dǎo)體納米粒子、鑭系元素或其組 合。
[0080] 放射性同位素的例子包括 123I、124I、125I、mI、35S、 3H、mIn、112In、14C、64Cu、 67Cu、86Y、 88￥、9°￥、1771^1、 21^、1861^、1881^、1535111、 21也、3午、1卞、2°11'1、 6^、137〇8和其他放射性同位素。
[0081] 酶底物標(biāo)記的例子包括熒光素酶（例如螢火蟲熒光素酶和細(xì)菌熒光素酶）、熒光 素、2, 3-二氫酞嗪二酮、蘋果酸脫氫酶、脲酶、過氧化物酶如辣根過氧化物酶（HRPO)、堿性 磷酸酶、-半乳糖苷酶、葡糖淀粉酶、溶菌酶、糖氧化酶（例如葡萄糖氧化酶、半乳糖氧化酶 和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶）、雜環(huán)氧化酶（如尿酸酶和黃嘌呤氧化酶）、乳過氧化物酶、微過 氧化物酶等。
[0082] 靶向部分對目標(biāo)靶點（例如細(xì)胞、細(xì)胞組分、組織、蛋白、抗體、抗原、DNA、RNA等） 具有親和性。靶向部分的例子包括抗體（例如腫瘤表面抗原的抗體、細(xì)胞特異性抗原的抗 體或受體的抗體）、受體的配體（例如生長因子、激素、細(xì)胞因子或神經(jīng)遞質(zhì)）、適體、肽、抗 原、核酸、多核苷酸、多糖、糖、脂肪酸、類固醇、嘌呤、嘧啶、半抗原或其組合。
[0083] 結(jié)合伴侶的例子包括抗體、抗原、受體、配體、DNA、RNA、肽、適體、生物素、親和素、 鏈霉親和素、凝集素、碳水化合物、蛋白A、抗體Fc、脫硫生物素和亞氨基生物素。
[0084] 生物活性劑的例子包括治療劑、蛋白、抗體、肽、核酸、酶、熱應(yīng)答性分子、光應(yīng)答性 分子、電子應(yīng)答性分子、磁應(yīng)答性分子、PH應(yīng)答性分子、酶促應(yīng)答性分子和/或化合物。示例 性的治療劑包括但不限于局部麻醉劑、抗癲癇藥和抗驚厥劑、抗阿茲海默氏病藥、鎮(zhèn)痛藥、 抗痛風(fēng)、抗高血壓藥、抗心律失常藥、利尿藥、用于治療肝臟疾病的藥物、用于治療胰腺疾病 的藥物、抗組胺藥、抗變態(tài)反應(yīng)藥、糖皮質(zhì)激素藥、性激素藥和避孕藥、降血糖藥、抗骨質(zhì)疏 松藥、抗生素、磺胺類、喹諾酮類和其他合成抗菌藥、抗結(jié)核藥、抗病毒藥、抗腫瘤藥和免疫 調(diào)節(jié)劑。
[0085] 至于抗原或其抗體，目標(biāo)蛋白可以是任意一種或多種下述抗原包括但不限于：1) 白細(xì)胞標(biāo)記物如 CD2、CD3、CD4、CD5、CD6、CD7、CD8、CDlla, b, c、CD13、CD14、CD18、CD19、CD20、 CD22、CD23、CD27及其配體、CD28及其配體B7. 1，B7. 2, B7. 3、CD29及其配體、CD30及其配 體、CD40 及其配體 gp39、CD44、CD45 及其亞型、CDw52 (Campath 抗原）、CD56、CD58、CD69、 CD72、CTLA-4、LFA-1和 TCR;2)組織相容性抗原如MHC I 或 II 類、Lewis Y抗原、SLex、SLey、 SLea 和 SLeb ;3)整合素如 VLA-1、VLA-2、VLA-3、VLA-4、VLA-5、VLA-6 和 LFA-I ;4)粘附分 子如Mac-I和pl50, 95 ;5)選擇素如L-選擇素、P-選擇素和E-選擇素及其反受體VCAM-I、 ICAM-1、ICAM-2 和 LFA-3 ;6)白介素如 IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、 IL-10、IL-11、IL-12、IL-13、IL-14 和 IL-15 ;7)白介素受體如 IL-1R、IL-2R、IL-4R、IL-5R、 IL-6R、IL-7R、IL-8R、IL-10R、IL-11R、IL-12R、IL-13R、IL-14R 和 IL-15R ;8)趨化因子如 PF4、RANTES、MIP1. α、]\〇31、隱卩-2、61'〇11、61'(^和11^-8;9)生長因子如了嚦〇、了6卩0、丁5!1、 VEGF/VPF、PTHrP、EGF家族、FGFJDGF家族、內(nèi)皮素和胃泌素釋放肽（GRP) ;10)生長因子受 體如 TNF a R、RGF β R、TSHR、VEGFR/VPFR、FGFR、EGFR、PTHrPR、PDGFR 家族、EPO-R、GCSF-R 及 其他造血受體；11)干擾素受體如IFN. a . R、IFN. β . R和IFN. γ . R ;12) Ig及其受體如IgE、 FceRI和FCeRII ;13)腫瘤抗原如her2-neu、粘蛋白、CEA和內(nèi)皮唾液酸蛋白；14)過敏原如 屋塵螨抗原、1〇1 Pl (草）抗原和漆酚；15)病毒蛋白如CMV糖蛋白B，H和gCIII、HIV-l包 膜糖蛋白、RSV包膜糖蛋白、HSV包膜糖蛋白、EBV包膜糖蛋白、VZV包膜糖蛋白、HPV包膜糖 蛋白、肝炎家族表面抗原；16)毒素如假單胞菌內(nèi)毒素和骨橋蛋白/尿橋蛋白、蛇毒和蜂毒； 17)血液因子如補(bǔ)體C3b、補(bǔ)體C5a、補(bǔ)體C5b-9、Rh因子、纖維蛋白原、纖維蛋白和髓鞘相關(guān) 生長抑制劑；18)酶如膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白、膜結(jié)合基質(zhì)金屬蛋白酶和谷氨酸脫羧酶（GAD)和 19)雜項抗原包括神經(jīng)節(jié)苷脂⑶3、神經(jīng)節(jié)苷脂GM2、LMP1、LMP2、嗜酸性粒細(xì)胞主要堿性蛋 白、嗜酸性粒細(xì)胞陽離子蛋白、PANCA、Amadori蛋白、IV型膠原、糖化脂質(zhì)、γ -干擾素、A7、 P-糖蛋白和Fas(AFO-I)以及氧化型-LDL。
[0086] 在某些實施方式中，目標(biāo)蛋白可以是與抗原結(jié)合的抗體或其片段（抗原的非限制 性例子如上文所示）?？贵w或其片段可以是多克隆的、單克隆的動物源（例如鼠源、家兔、駱 駝）、人源（例如全人源）、嵌合的、人源化、可變區(qū)、CDR、ScFv、雙特異性的、雙價抗體或具有 抗原結(jié)合能力的其他形式的抗體。
[0087] 可以在納米結(jié)構(gòu)形成過程中或之后引入有效載荷。例如，當(dāng)通過硅烷化過程形成 納米結(jié)構(gòu)時，可以將有效載荷（例如熒光化合物）引入硅烷化系統(tǒng)中，以使得在硅烷化過程 中將所述有效載荷引入納米結(jié)構(gòu)中。對于另一個例子，可以在例如溶液、分散液、混懸液、乳 劑等中將有效載荷與易于形成的納米結(jié)構(gòu)混合以便將所述有效載荷摻入納米結(jié)構(gòu)的多孔 性部分中或者使得所述有效載荷與納米結(jié)構(gòu)上的官能團(tuán)偶聯(lián)。
[0088] 在某些實施方式中，至少一個有效載荷可以與所述多孔性結(jié)構(gòu)結(jié)合。例如，僅一組 有效載荷與所述多孔性結(jié)構(gòu)結(jié)合。對于另一個例子，第一個有效載荷和第二個有效載荷與 所述多孔性結(jié)構(gòu)結(jié)合。盡管有效載荷均選自下組檢測劑、靶向部分、結(jié)合伴侶、生物活性劑、 藥物、治療劑、放射劑、化學(xué)劑、小分子藥物、生物藥（例如肽、蛋白、抗體、抗原、核酸、適體 等）；但是第一有效載荷與第二有效載荷不同。例如，所述第一有效載荷是靶向劑，其使得 所述納米結(jié)構(gòu)特異性結(jié)合至或與靶點（例如癌細(xì)胞）結(jié)合，以及所述第二有效載荷是檢測 劑（用于診斷）或治療劑（用于治療）。
[0089] 在某些實施方式中，第一有效載荷與多孔性結(jié)構(gòu)在所述結(jié)構(gòu)的一個區(qū)域結(jié)合并且 第二有效載荷與多孔性結(jié)構(gòu)在所述結(jié)構(gòu)的另一個區(qū)域結(jié)合，以使得所述納米結(jié)構(gòu)可以是相 對于納米結(jié)構(gòu)中有效載荷的分布是具有方向的或定向的。這種位點選擇性修飾可以通過將 所述多孔性結(jié)構(gòu)沉積于基材上，然后使用保護(hù)性聚合物層（如聚（3-己基-噻吩）（P3HT) 和聚（甲基丙烯酸甲酯））部分涂覆所述基材來實現(xiàn)，在位點選擇性修飾完成后可以使用 某些溶劑如氯仿或批陡將所述護(hù)性聚合物層溶解。（Liu H.等，nano letters, 2004, vol 4.，2397-2401)。第二修飾可以在保護(hù)層被去除并且經(jīng)過修飾的納米結(jié)構(gòu)被暴露后使用不 同的有效載荷進(jìn)行進(jìn)一步的修飾來實現(xiàn)。而且，可以將所述納米結(jié)構(gòu)沉積于與可裂解分 子鍵合的基材上，例如光可裂解分子如光可裂解生物素胺響應(yīng)標(biāo)記試劑（www. ambergen. com)，然后在位點選擇性修飾后可以釋放所述納米結(jié)構(gòu)。此外，在與可裂解接頭分子結(jié)合的 基材上，所述納米結(jié)構(gòu)能夠在第一位點選擇性修飾（SSMl)后被釋放。SSMl可以包括在下一 位點選擇性修飾步驟中用于將SSMl修飾的區(qū)域與基材連接的官能團(tuán)和用于信號產(chǎn)生、藥 物或其他功能性目的的有效載荷。在SSM2中可以重復(fù)該過程。通過控制保護(hù)性聚合物層 的厚度，可以實現(xiàn)第3個、第4個或更多的位點選擇性修飾步驟以使得所述納米結(jié)構(gòu)具有多 個不同的有效載荷區(qū)域。
[0090] 由所述流程制備的產(chǎn)品
[0091] 本申請的另一個方面涉及由本申請?zhí)峁┑娜我夥椒ㄖ苽涞募{米結(jié)構(gòu)。使用本申請 所描述的方法和/或本領(lǐng)域公知的常規(guī)方法，本申請制備的所述納米結(jié)構(gòu)可以被任選地分 離、純化、干燥或與一種或多種有效載荷結(jié)合。本申請制備的納米結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步針對3-D 結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，如所述3-D結(jié)構(gòu)的密度、孔隙度、表面積、厚度等。任選地，有效載荷也可以 以如有效載荷的量或有效載荷的可檢測信號表征。
[0092] 使用方法
[0093] 在某些實施方式中，本申請?zhí)峁┑募{米結(jié)構(gòu)可以用于制備治療或診斷組合物。 [0094] 在某些實施方式中，所述納米結(jié)構(gòu)可以用于遞送一種或多種治療劑。例如，所述納 米結(jié)構(gòu)可以用于提供治療劑所需的遞送（例如靶向遞送）和/或所需的釋放（例如緩釋和 /或控釋）。所述納米結(jié)構(gòu)可以通過適宜的途徑（例如靜脈、腹腔、肌內(nèi)、皮內(nèi)、皮下、透皮、皮 下、顱內(nèi)、鼻內(nèi)、粘膜、肛內(nèi)、陰道、口服、舌下、口腔或鼻）遞送至對象。適于治療用途的納米 結(jié)構(gòu)可以包括一種或多種治療劑，其作為結(jié)合的有效載荷或作為偶聯(lián)的分子（例如前藥）。 任選地，針對祀向遞送，所述納米結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括祀向部分。
[0095] 所述納米結(jié)構(gòu)還可以用于診斷用途的樣品（例如體內(nèi)或離體）。例如，可以在適宜 條件下將所述納米結(jié)構(gòu)用于或與樣品接觸，所述條件允許與在樣品中疑似存在的其靶分子 (例如針對某狀況的生物標(biāo)記物、標(biāo)記物抗原、病原體和/或病毒基因序列）發(fā)生預(yù)期的反 應(yīng)（例如雜交、擴(kuò)增、親和結(jié)合、染色等）?？梢詸z測或測定所述反應(yīng)的存在情況和/或程 度，以提供存在或不存在所述靶分子和/或這種靶分子的量（例如濃度）的信息。在這種 診斷用途中使用的所述納米結(jié)構(gòu)可以包括能夠與目標(biāo)靶分子反應(yīng)的試劑。這種試劑可以是 結(jié)合伴侶如抗體、抗原、適體、核酸、探針、化學(xué)或其他適宜的試劑。這種試劑可以作為有效 載荷與所述納米結(jié)構(gòu)結(jié)合和/或與所述納米結(jié)構(gòu)偶聯(lián)。任選地，所述納米結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步 包括可檢測標(biāo)記，其使得可以對反應(yīng)進(jìn)行檢測。
[0096] 在某些實施方式中，本申請?zhí)峁┑募{米結(jié)構(gòu)可以用于制備用于在定性或定量檢測 中使用的試劑。例如，可以將所述納米結(jié)構(gòu)用于與待分析物接觸并且對待分析物進(jìn)行鑒定 和/或定量。所述待分析物可以是能夠被檢測的任意物質(zhì)如化學(xué)制品、爆炸物（例如TNT)、 藥物（例如可卡因、海洛因、大麻等）、有害物質(zhì)、金屬離子（例如重金屬離子）、污染物、有 機(jī)化合物、乙醇、合成代謝類固醇、質(zhì)子、一氧化氮、血糖和代謝產(chǎn)物等。所述待分析物可以 是任意適宜的樣品形式例如生物樣本（例如尿、汗液、呼吸、頭發(fā)、唾液和血液）、環(huán)境樣本 (例如河水、土壤和空氣）或?qū)嶒炇覙颖荆ɡ缛苡趯嶒炇业木彌_液中）。適于這種分析用 途的所述納米結(jié)構(gòu)可以包含檢測劑（例如作為有效載荷或作為偶聯(lián)分子），其使得所述待 分析物被鑒定和/或定量，并且這種檢測劑可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)針對所述待分析物 公知的檢測方法適當(dāng)?shù)倪x擇。
[0097] 在某些實施方式中，本申請?zhí)峁┑募{米結(jié)構(gòu)可以用于制備用于在分子成像中使用 的試劑。例如，本申請?zhí)峁┑募{米結(jié)構(gòu)可以在體內(nèi)或體外通過適宜的途徑（例如靜脈、動 脈、口服、皮膚應(yīng)用、皮下、肌內(nèi)、腹腔）給予對象（例如哺乳動物、人或其他動物），待所述對 象產(chǎn)生圖像后使用適宜的裝置檢測如X-射線裝置、MRI裝置、CT裝置，或者用于光學(xué)成像、 光學(xué)相干斷層掃描、計算機(jī)斷層掃描或正電子發(fā)射斷層掃描的裝置。可以對所產(chǎn)生的圖像 進(jìn)行進(jìn)一步分析以提供所給予的納米結(jié)構(gòu)在對象中或者在所述對象的目標(biāo)組織、器官或腔 室中的分布情況。用于分子成像的納米結(jié)構(gòu)可以攜帶或與有效載荷結(jié)合，所述有效載荷包 括熒光分子、生物發(fā)光分子、放射性同位素和/或其他適于成像的試劑或造影劑（關(guān)于分子 成像的綜述可以參見 Weissleder, R 等，Radiology, 219:316-333 (2001))。
[0098] 在某些實施方式中，本申請?zhí)峁┑募{米結(jié)構(gòu)可以用于制備用于分離、純化或富集 的試劑。例如，所述納米結(jié)構(gòu)可以用于與混合物接觸，所述混合物含有需要分離/純化/ 富集的組分。所述目標(biāo)組分可以是例如細(xì)胞（例如腫瘤細(xì)胞、表達(dá)特異性標(biāo)記物抗原的細(xì) 胞）、蛋白（例如抗體、抗體片段、抗原等）、核酸和化學(xué)化合物等。所述混合物可以是或來 源于例如生物樣本（例如血液、血清、血漿、尿液、組織、細(xì)胞提取物、細(xì)胞裂解物）、合成的 化學(xué)產(chǎn)品、草藥或植物提取物等。所述納米結(jié)構(gòu)包括與目標(biāo)組分具有親和性的一種或多種 捕獲劑。例如，所述納米結(jié)構(gòu)可以攜帶或與例如抗原、抗體、互補(bǔ)的核酸分子、適體以及任意 其他適宜的結(jié)合伴侶偶聯(lián)?？梢允褂萌我膺m宜的分離方法將具有捕獲于其上的目標(biāo)組分的 納米結(jié)構(gòu)與混合物的其余部分分離，例如通過過濾、離心、色譜（例如體積排阻色譜）、應(yīng)用 磁場（例如針對包括磁性納米粒子的納米結(jié)構(gòu)）或應(yīng)用電場。任選地，由所述納米結(jié)構(gòu)捕 獲目標(biāo)組分是可逆的，以使得在分離/純化/富集后所述組分可以從納米結(jié)構(gòu)釋放。
[0099] 在某些實施方式中，本申請?zhí)峁┑募{米結(jié)構(gòu)可以用于制備半導(dǎo)體。這種半導(dǎo)體可 以用于光發(fā)射裝置、光電器件、熒光標(biāo)記、電極、光伏電池、光學(xué)傳感器和生物傳感器等。這 些應(yīng)用中的一些在 Schmid, G 等在 2011 由 John Wiley&Sons 出版的 Nanoparticles:From Theory to Application中進(jìn)行了詳細(xì)描述。 實施例
[0100] 實施例1具有低密度硅質(zhì)結(jié)構(gòu)的金和半導(dǎo)體量子點納米粒子的制備 [0101] 低密度硅質(zhì)結(jié)構(gòu)是用于制備生物相容性納米粒子的通用的和靈活的平臺。例如， 為了將金納米粒子摻入硅質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可以使用在水溶液或有機(jī)溶液中合成的Au納米粒子。 簡言之，在13k rpm下離心15min將Au沉淀于樣品瓶底部，然后加入硅烷分子如氨基丙基 三甲氧基硅烷和四甲基氫氧化胺（TMOH)。使用更高級的醇如丁醇或丙醇調(diào)節(jié)反應(yīng)溶劑。 然后在持續(xù)通入空氣氣泡條件下將樣品超聲幾小時，隨后加入PEG-硅烷、巰基丙基三甲氧 基硅烷和氨基丙基三甲氧基硅烷，將樣品再超聲2-3小時。隨后，加入氯代三甲基硅烷、甲 醇和TMAOH或其他僅具有一個與硅原子連接的烷氧基的硅烷分子的混合物與已經(jīng)生長的 硅質(zhì)結(jié)構(gòu)表面上存在的表面硅氧基反應(yīng)。經(jīng)過附加的超聲和老化后，通過離心過濾、離心、 透析或任意其他溶液交換方法收集具有高多孔性硅質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定的納米粒子并將其貯存 在生理緩沖溶液中。在TEM下觀察所得到的Au納米結(jié)構(gòu)，示例性的TEM圖像見圖2。所述 納米粒子的核尺寸為約20nm且流體力學(xué)尺寸為約60nm。硅質(zhì)涂層在TEM下不是明顯可見 的。
[0102] 實施例2具有低密度硅質(zhì)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體量子點納米粒子的制備
[0103] 作為另一個例子，還可以將單個納米晶或納米晶簇形式的半導(dǎo)體量子點摻入高多 孔性/低密度的硅質(zhì)結(jié)構(gòu)中。例如，通過加入甲醇然后離心可以將在有機(jī)溶劑如氯仿、甲苯 或己烷中的CdSe/ZnS納米粒子沉淀。然后將納米晶團(tuán)再分散于氨基丙基三甲氧基硅烷或 巰基丙基三甲氧基硅烷中。隨后，加入四甲基氫氧化銨。然后使用更高級的醇如丁醇或丙 醇調(diào)整反應(yīng)溶劑。在將樣品超聲1-4小時并通入空氣氣泡后，隨后加入少量的氨基丙基三 甲氧基娃燒、疏基丙基二甲氧基娃燒、聚環(huán)氧乙燒娃燒和水，然后將樣品再超聲1至4小時。 然后，加入氯代三甲基硅烷、甲醇和TMAOH或其他僅具有一個與硅原子連接的烷氧基的硅 烷分子的混合物。然后將該樣品再超聲1-4小時，隨后在緩慢振動或振蕩下老化過夜。通 過離心過濾、離心、透析或任意其他溶液交換方法將所得到的具有低密度/高多孔性硅質(zhì) 結(jié)構(gòu)的納米粒子轉(zhuǎn)移至生理緩沖溶液中。在TEM下觀察所得到的CdSe/ZnS納米結(jié)構(gòu)的示 例性TEM圖像見圖3。所述納米粒子的核尺寸為約IOnm且流體力學(xué)尺寸為約200nm。娃質(zhì) 涂層在TEM下不是明顯可見的。
[0104] 實施例3低密度磁性粒子的制備和表征
[0105] 磁件LDNS的制各：
[0106] 制備通過將多個小粒子聚集然后將其涂覆形成的磁性粒子。加入不利于產(chǎn)生分散 的納米粒子的溶劑如丁醇或異丙醇以發(fā)生聚集，隨后在持續(xù)通入空氣氣泡條件下加入硅烷 化試劑以形成LDNS。在TEM下觀察制備的磁性LDNS (圖5)。如圖5所示，各個大核納米粒 子包括較小的納米粒子簇，并且涂層在TEM下基本上是不可見的。
[0107] 涂層密度的表征:
[0108] 為計算涂層的密度，對涂層的干重和體積進(jìn)行表征。
[0109] 由于磁性粒子具有較高的磁性應(yīng)答，能夠使用磁鐵直接將其捕獲。這能夠產(chǎn)生用 于檢測物質(zhì)質(zhì)量的干粒子。如下所示對涂覆前后粒子的干重進(jìn)行定量。吸取200ul涂覆粒 子的溶液至已事先稱重的離心管中。將經(jīng)涂覆的磁性納米粒子捕獲至管壁的一側(cè)，并除去 上清液。使用水洗滌所捕獲的粒子。最后，在通風(fēng)櫥內(nèi)干燥開口的管中吸附至側(cè)壁的粒子。 測定包括干燥的經(jīng)涂覆粒子的管的質(zhì)量。通過從內(nèi)部具有干燥的經(jīng)涂覆粒子的管質(zhì)量中減 去管的質(zhì)量計算干燥的經(jīng)涂覆粒子的質(zhì)量。為測定涂覆前粒子的質(zhì)量，將與在經(jīng)涂覆的納 米粒子中相同量的磁性材料對應(yīng)的未經(jīng)涂覆的粒子，假定涂覆過程的產(chǎn)率為80%，捕獲于 管的側(cè)壁，并干燥。通過從內(nèi)部具有干燥的未經(jīng)涂覆粒子的管質(zhì)量中減去管的質(zhì)量測定涂 覆前粒子的干質(zhì)量。涂層的質(zhì)量等于干燥的經(jīng)涂覆粒子的質(zhì)量減去涂覆前粒子的干質(zhì)量。
[0110] 表 1
[0111]

【權(quán)利要求】
1. 一種納米結(jié)構(gòu)，包括： 至少一個核納米粒子，和 低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個核納米粒子被嵌入在所述3-D結(jié)構(gòu)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述核納米粒子包括納米粒子或納米粒子 簇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述核納米粒子包括超順磁性氧化鐵（SPIO) 納米粒子，或非-SPIO納米粒子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述核納米粒子的直徑范圍為約lnm至約 900nm〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)的 密度〈1. 〇g/cc，所述密度由所述3-D結(jié)構(gòu)的干重除以這種3-D結(jié)構(gòu)在水溶液中的總體積確 定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)具有 至少40 %至至少99. 9%的孔隙率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)在透 射電子顯微鏡下不能被明顯觀察到。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)由含 有娃的分子制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)與所 述核納米粒子通過分子內(nèi)相互作用或分子間相互作用結(jié)合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述低密度、多孔性3-D結(jié)構(gòu)的 厚度范圍為lnm至500nm。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)能夠攜帶或與一 個或多個有效載荷結(jié)合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述有效載荷被納米結(jié)構(gòu)攜帶或與之結(jié) 合，所述納米結(jié)構(gòu)包括可檢測劑、靶向部分、結(jié)合伴侶、生物活性劑、藥物、治療劑、放射劑、 化療劑、小分子藥物、生物藥及其任意組合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的納米結(jié)構(gòu)，其中所述可檢測標(biāo)記是熒光分子、化學(xué)發(fā)光分 子、生物發(fā)光分子、放射性同位素、MRI造影劑、CT造影劑、酶-底物標(biāo)記和/或著色劑。
14. 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法包括：在降低交聯(lián)產(chǎn)物 密度的條件下并在存在核粒子的情況下交聯(lián)一種或多種含有硅的化合物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述降低交聯(lián)產(chǎn)物密度的條件選自下組：吹入氣 泡、增加反應(yīng)溫度、微波、超聲、渦旋、搖動/旋轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)溶液中化學(xué)物質(zhì)的組分及其組合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述降低交聯(lián)產(chǎn)物密度的條件包括存在至少一 種具有不少于3或4或5個碳原子的醇。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述醇是CnH(2n+2)0,其中n不少于3、不少于4或 者不少于5。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中所述醇存在的體積分?jǐn)?shù)為約30% -70%。
19. 一種由權(quán)利要求14-18所述的任意一種方法制備的納米結(jié)構(gòu)。
20.權(quán)利要求1-13和19中任意一項所述的納米結(jié)構(gòu)在制備治療或診斷組合物，或者在 制備用于定性或定量檢測的試劑，或者在制備用于分子成像的試劑，或者在制備用于分離、 純化或富集的試劑，或者在制備半導(dǎo)體中的用途。
【文檔編號】B82B3/00GK104364188SQ201380015164
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月23日
【發(fā)明者】付愛華 申請人:納維基因股份有限公司