專利名稱：量子點、制造量子點的方法以及使用量子點的方法
量子點、制造量子點的方法以及使用量子點的方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2008年9月3日提交的、題為“QUANTUM DOTS, METHODS OF MAKING QUANTUM DOTS，AND METHODS OF USINGQUANTUM DOTS (量子點、制造量子點的方法以及使用 量子點的方法)”的具有序列號61/093，801的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，其通過引用完整地 并入本文。關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)的聲明根據(jù)由NIH授予的第GM072069號準許，由政府支持完成本發(fā)明。政府具有使用本 發(fā)明的某些權(quán)利。背景半導體量子點(QD)是具有獨特的光特性和電特性的納米尺寸的粒子，并且對于 范圍廣泛的應用目前在加強研究期間，應用例如太陽能轉(zhuǎn)換以及分子和細胞成像。已經(jīng) 在高度結(jié)晶且單分散的QD的化學合成方面取得了重大進展，尤其是與有機金屬和螯合鎘 前體、非配位溶齊[J (noncoordinatingsolvent)禾口無機純化殼(inorganic passivating shell)的使用一起。然而，產(chǎn)生的納米晶體通常是疏水的，并且對于很多重要的應用必須是 被包封且被溶解的后合成。水合成工藝已經(jīng)用作制備水溶性QD的可選擇的方法，其使用小 的含硫醇的分子或作為穩(wěn)定劑的具有羧酸官能團的聚合物。但是，這些方法不能產(chǎn)出通常 使用高溫有機工藝實現(xiàn)的具有熒光亮度或尺寸單分散性的QD。概述本公開內(nèi)容的實施方式提供了 制造量子點的方法、量子點以及類似物。除了 別的以外，制造量子點的方法的實施方式包括將溶解于非配位溶劑中的兩親聚合物 (amphiphilic polymer)與第一前體混合以產(chǎn)生羧酸酯前體；將羧酸酯前體與第二前體混 合以形成量子點核(quantum dot core)；將該點核與選自由第三前體、第四前體及其組合 組成的組的前體混合以在量子點核上形成量子點蓋(quantum dot cap)，從而形成量子點， 其中量子點包括置于量子點的表面上的兩親聚合物層。本公開內(nèi)容的實施方式包括通過該 方法制成的量子點。除了別的以外，制造量子點的方法的實施方式包括將溶解于PEG中的兩親聚合 物與CdO混合以產(chǎn)生羧酸酯前體；將羧酸酯前體與碲前體混合以形成CdTe核；將CdTe量 子點核與硒前體混合以在CdTe核上形成CcKe蓋，從而形成CdTe/CcKe量子點，其中CdTe/ CdSe量子點包括置于CdTe/Cdk量子點的表面上的兩親聚合物層。本公開內(nèi)容的實施方式 包括通過該方法制成的量子點。除了別的以外，量子點的實施方式包括形成CdTe/Cdk量子點的在CdTe核上的 CdSe蓋，其中CdTe/CcKe量子點包括置于CdTe/CcKe量子點的表面上的兩親聚合物層。附圖簡述可以參照以下附圖以更好地理解本公開內(nèi)容的很多方面。附圖中的組成部分不必 按比例繪制，而是將重點放在清楚地說明本公開內(nèi)容的原理。此外，在附圖中，幾個附圖中 的相同參考數(shù)字是指對應的部分。
圖IA是具有多個螯合的鎘離子的兩親多齒配位體的示意性結(jié)構(gòu)。圖IB是示出了 結(jié)合至QD表面的多齒配位體的圖。當由此產(chǎn)生的納米晶體暴露于水時，納米晶體被具有相 同多齒聚合物的第二層自發(fā)地包封并增溶。圖2A至圖2C是通過在一鍋法工藝中使用多齒聚合物配位體制備的CdTe核QD 的熒光發(fā)射和電子顯微鏡結(jié)構(gòu)特征的數(shù)字圖像。圖2A是一系列單分散CdTe QD的灰度照 片，其示出了當使用UV燈照射時從綠色到紅色(515nm至655nm)的明亮的熒光。圖2B是 具有35nm至50nm半寬度(FWHM) (QY 30% )的CdTe QD的歸一化的帶緣熒光發(fā)射光譜 (normalized band-edge fluorescence emission spectra) 圖 2B 是具有不同尺寸白勺 QD 的代表性的發(fā)射光譜(從藍色到栗色)。隨著粒子的增大，發(fā)射被紅移，從而導致光譜的位 移。圖2C是示出了均勻的、近似球形的粒子(平均直徑=4. 2nm，標準偏差 10%)的CdTe 核(發(fā)射= 655nm)的透射電子顯微照片。圖3A至圖;3B示出了一鍋法中合成的II型核-殼CdTe/CdSe QD。圖3A是歸一化 的熒光發(fā)射光譜的數(shù)字圖像，其示出了在近紅外區(qū)域內(nèi)發(fā)射的從CdTe核QD到CdTe/Cdk 核-殼QD的躍遷。圖3A對應于粒子的隨著鈍化殼的生長的發(fā)射光譜。紅色曲線僅僅是無 殼的核(在該情況下，CdTe)。隨著殼的生長，發(fā)射光譜紅移(趨向黑色曲線)。圖:3B是示 出了光學吸光度的圖，其顯示出隨著Cek殼在CdTe核上的生長，第一激子峰的紅移和最終 消失，典型的是II型QD。圖:3B對應于粒子的隨著鈍化殼的生長的吸收光譜。紅色曲線僅 僅是無殼的核(在該情況下，CdTe)。隨著殼的生長，吸收峰紅移。此外，因為該殼材料產(chǎn)生 II型QD，因此吸收光譜的峰應該消失(如黑色曲線所示)，從而證明殼生長是成功的。圖4A至圖4B示出了聚合物合成工藝的獨特生長特征。圖4A示出了隨時間和聚 合物濃度變化的熒光波長和半寬度(FWHM)，其顯示出隨著聚合物前體濃度的增加，納米粒 子生長率的下降(與單價前體相反的作用)。圖4B示出了準備容納有兩種前體的反應瓶， 然后快速地升高溫度導致無需注入步驟的納米粒子的成核，所述注入步驟是使用單價前體 的合成所必需的。圖4B表示反應的發(fā)射光譜，其中所有材料在低溫下被添加到單一容器 中，并且溫度被升高以引起成核(而不是單獨地制備前體以及在高溫下將一個前體添加到 另一個前體)。這些曲線示出了特征QD發(fā)射的漸變現(xiàn)象，其表明使用該方法合成QD是成功 的。圖5A至圖5B示出了 CdTe核合成的反應動力學。圖5A示出了使用兩親多齒配位 體工藝合成的CdTe核的吸收光譜的短暫發(fā)展。圖5B示出了與傳統(tǒng)的單齒配位體相比多齒 配位體的反應動力學。圖6是CdTe核的大小直方圖。CdTe核QD使用聚合物工藝合成。獲得并分析透射 電子顯微照片以確定粒子的粒度分布(平均直徑=4. 2nm，標準偏差 10% )。詳細描述在更詳細地描述本公開內(nèi)容之前，應理解，本公開內(nèi)容不限于所描述的特定實施 方式，當然就其本身而言可以變化。還應理解，本文所使用的術(shù)語僅用于描述特定的實施方 式的目的，且不意圖是限制性的，因為本公開內(nèi)容的范圍將僅由所附的權(quán)利要求來限定。如果提供值的范圍，那么應理解，在該范圍的上限與下限之間達到下限單位的十 分之一(除非上下文以其它方式清楚地規(guī)定)的每個中間值以及在該規(guī)定的范圍中的任何 其它規(guī)定的值或中間值被包含在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。這些更小范圍的上限和下限可以單獨地被包括在更小的范圍內(nèi)并且也被包含在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)，其以在規(guī)定的范圍內(nèi)的 任何專門排除的界限為條件。如果規(guī)定的范圍包括這些界限中的一個或兩個，那么排除包 括那些界限中的一個或兩個的界限的范圍也被包括在本公開內(nèi)容中。除非另外定義，否則本文所使用的所有技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語具有與該公開內(nèi)容所 屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意義相同的意義。盡管與本文所描述的方法和材料 相似或等效的任何方法和材料也可以在實施或測試本公開內(nèi)容中使用，但是現(xiàn)在描述優(yōu)選 的方法和材料。該說明書中所引用的所有出版物和專利通過引用并入本文，就如同每個單獨的出 版物或?qū)＠粚ｉT地且單獨地指出通過引用并入一樣，并且所有出版物和專利通過引用并 入本文以公開并描述與引用這些出版物有關(guān)的方法和/或材料。任何出版物的引用是針對 在提交日期之前的其公開內(nèi)容，并且不應該被解釋為承認由于現(xiàn)有公開內(nèi)容而使本公開內(nèi) 容不具有先于這樣的出版物的資格。此外，所提供的出版物的日期可以與可能需要單獨確 認的實際出版日期不同。正如在閱讀該公開內(nèi)容時對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的，本文所描述和所示出的 各個實施方式中的每一個實施方式具有分立的組成和特征，其可以容易地與其它幾個實施 方式中任一個實施方式的特征分離或組合，而沒有偏離本公開內(nèi)容的范圍或精神?？梢园?所述的事件的順序來實現(xiàn)任何所述的方法，或者可以按邏輯上可能的任何其它順序來實現(xiàn) 任何所述的方法。除非另外指示，否則本公開內(nèi)容的實施方式將使用屬于本領(lǐng)域的技術(shù)的范圍內(nèi)的 化學、合成有機化學、生物化學、生物學、分子生物學的技術(shù)以及類似技術(shù)。這些技術(shù)在文獻 中被完整地解釋。下面的實施例被給出以便給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員提供關(guān)于如何執(zhí)行本文所公 開和要求保護的方法以及使用所公開和要求保護的組合物和化合物的完整的公開內(nèi)容和 描述。已經(jīng)努力確保關(guān)于數(shù)字(例如，量、溫度等)的精度，但是應該考慮到一些誤差和偏 差。除非另外指示，否則部分是按重量計的部分，溫度是以。C計，且壓力是處于大氣壓或接 近大氣壓。標準溫度和標準壓力被定義為20°c和1個大氣壓。在詳細描述本公開內(nèi)容的實施方式之前，應理解，除非另外指示，否則本公開內(nèi)容 不受限于特定的材料、試劑、反應材料、制造工藝或類似物，就其本身而言可以改變。還該理 解，本文所使用的術(shù)語僅用于描述特定的實施方式的目的，而不意圖是限制性的。在本公開 內(nèi)容中能夠按邏輯上是可能的不同順序來執(zhí)行這些步驟也是可能的。必須注意，除非上下文另外清楚地指定，否則說明書和所附的權(quán)利要求中所使用 的單數(shù)形式的“一(a)”、“一(an)”和“該(the) ”包括復數(shù)指示對象。因此，例如，對“一個 支持物”的提及包括多個支持物。在該說明書和隨后的權(quán)利要求中，除非相反的意圖是明顯 的，否則將對將被定義為具有以下含義的大量術(shù)語作出參考。^X在描述和要求保護所公開的主題時，將使用以下符合在下文中給出的定義的術(shù)語。本文所使用的術(shù)語“量子點”(QD)是指半導體納米晶體或人造原子，它們是包含 100至1，000之間的任何數(shù)量的電子并且大小為約2nm至IOnm的半導體晶體。一些QD的直徑可以在約Inm至40nm之間。QD具有高量子產(chǎn)率，這使它們對于光學應用特別有用。QD 是通過形成激子來發(fā)熒光的熒光團，這可以看成是傳統(tǒng)熒光團的激發(fā)態(tài)，但是具有高達200 納秒的較長生存期。該特性給QD提供了低光漂泊。可以通過改變QD的尺寸和形狀以及QD 的位勢深度來控制QD的能級。小激子QD的光學特性之一是染色，這是由點的尺寸確定。點 越大，則越紅，或者越趨向于熒光光譜的紅色端。點越小，則越藍，或者越趨向于熒光光譜的 藍色端。確定能量并且因此確定熒光顏色的帶隙能量反比于QD尺寸的平方。較大的QD具 有更緊密地間隔開的更大能級，從而允許QD吸收包含更少能量的光子，例如，接近光譜的 紅色端的那些光子。因為點的發(fā)射頻率取決于帶隙，因此可以非常精確地控制點的輸出波 長。術(shù)語“脂族基”是指飽和的或不飽和的直鏈烴基或支鏈烴基，并且包括例如烷基、 烯基和炔基。術(shù)語“烷基(alk) ”或“烷基(alkyl)”是指具有1至12個碳原子，優(yōu)選地1至8 個碳原子的直鏈烴基或支鏈烴基，例如，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁 基、戊基、己基、庚基、正辛基、十二烷基、十八烷基、戊基、2-乙基己基以及類似物。術(shù)語“取 代的烷基”是指被一個或多個基團取代的烷基，所述基團優(yōu)選地選自芳基、取代的芳基、雜 環(huán)、取代的雜環(huán)、碳環(huán)、取代的碳環(huán)、商代、羥基、保護的羥基、烷氧基(例如，C1到(7)(任選 地取代)、?；?例如，C1到C7)、芳氧基(例如，C1到C7)(任選地取代)、烷基酯(任選地取 代)、芳基酯(任選地取代)、烷?；?任選地取代)、芳?；?任選地取代)、羧基、保護的 羧基、氰基、硝基、氨基、取代的氨基、(單取代的)氨基、(二取代的)氨基、保護的氨基、酰 氨基、內(nèi)酰胺、脲、聚氨酯、磺?；取Ｐg(shù)語“烯基”是指具有2至12個碳原子，優(yōu)選地2至4個碳原子以及至少一個碳碳 雙鍵(順式或反式)的直鏈烴基或支鏈烴基，例如乙烯基。術(shù)語“取代的烯基”是指被一個 或多個基團取代的烯基，所述基團優(yōu)選地選自芳基、取代的芳基、雜環(huán)、取代的雜環(huán)、碳環(huán)、 取代的碳環(huán)、商代、羥基、烷氧基(任選地取代)、芳氧基(任選地取代)、烷基酯(任選地取 代)、芳基酯(任選地取代)、烷酰基(任選地取代)、芳?；?任選地取代)、氰基、硝基、氨 基、取代的氨基、酰氨基、內(nèi)酰胺、脲、聚氨酯、磺酰基以及類似物。術(shù)語“炔基”是指具有2至12個碳原子，優(yōu)選地2至4個碳原子以及至少一個碳 碳三鍵的直鏈烴基或支鏈烴基，例如乙炔基。術(shù)語“取代的炔基”是指被一個或多個基團取 代的炔基，所述基團優(yōu)選地選自芳基、取代的芳基、雜環(huán)、取代的雜環(huán)、碳環(huán)、取代的碳環(huán)、 鹵代、羥基、烷氧基(任選地取代)、芳氧基(任選地取代)、烷基酯(任選地取代)、芳基酯 (任選地取代)、烷酰基(任選地取代)、芳酰基(任選地取代)、氰基、硝基、氨基、取代的氨 基、酰氨基、內(nèi)酰胺、脲、聚氨酯、磺?；约邦愃莆铩６陶Z“生物分子”的使用旨在包含脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、核苷酸、 寡核苷酸、核苷、多核苷酸、蛋白質(zhì)、肽、多肽、硒蛋白、抗體、抗原、蛋白質(zhì)復合物、適體、半抗 原、其組合以及類似物?！吧飳W的”或“生物學靶”的使用旨在包含生物分子(例如，脫氧核糖核酸(DNA)、 核糖核酸(RNA)、核苷酸、寡核苷酸、核苷、多核苷酸、蛋白質(zhì)、肽、多肽、硒蛋白、抗體、抗原、 蛋白質(zhì)復合物、適體、半抗原、其組合)以及類似物。具體地說，生物學的或生物學靶可以包 括但不限于天然存在的物質(zhì)，例如，多肽、多核苷酸、脂質(zhì)、脂肪酸、糖蛋白、碳水化合物、月旨肪酸、脂肪酯、大分子多肽復合物、維生素、輔因子、全細胞、真核細胞、原核細胞、膠束、諸如 病毒、細菌、原生動物、古生菌、真菌、藻類、孢子、頂覆蟲(apicomplexan)、吸蟲、線蟲、支原 體等的微生物或其組合。此外，生物學靶可以包括天然的完整細胞、病毒、細菌以及類似物。術(shù)語“親和力”的使用可以包括生物學相互作用和/或化學相互作用。生物學相 互作用可以包括但不限于位于第一生物分子或第一生物學靶以及第二生物分子或第二生 物學靶上的一個或多個生物學官能團之間的結(jié)合或雜交。在這方面，第一(或第二)生物 分子可以包括一個或多個生物學官能團，其選擇性地與第二(或第一)生物分子的一個或 多個生物學官能團相互作用。化學作用可以包括但不限于位于生物分子上的一個或多個官 能團(例如，有機和/或無機官能團)之間的結(jié)合。疾病(或者疾患或病癥)的“治療(treating)”或“治療(treatment) ”包括防止 易患疾病但是還未經(jīng)歷或表現(xiàn)出疾病的癥狀的動物患上疾病(預防性冶療)、抑制疾病(減 緩或阻止其發(fā)展)、提供對疾病的癥狀或副作用的緩解(包括姑息療法)以及消除疾病(引 起疾病消退)。關(guān)于癌癥，這些術(shù)語還意味著增加患上癌癥的個體的平均壽命，或者減少疾 病的癥狀中的一個或多個。本文所使用的術(shù)語“主體(host) ”或“有機體”包括人類、哺乳動物(如貓、狗、馬 等)、活細胞以及其它生物體。生物體可以與例如單個真核細胞一樣簡單，或者與哺乳動物 一樣復雜?？墒┯帽竟_內(nèi)容的實施方式的典型主體將是哺乳動物，特別是靈長類動物，具 體地說，人類。對于動物疾病應用，各種受試者將是適合的，例如，諸如牛、綿羊、山羊、奶牛、 豬以及類似物的家畜；諸如雞、鴨、鵝、火雞以及類似物的家禽；以及家養(yǎng)動物特別是諸如 狗和貓等的寵物。對于診斷或研究應用，各種哺乳動物將是適當?shù)氖茉囌?，其包括嚙齒類動 物(例如，小鼠、大鼠、倉鼠)、兔子、靈長類動物以及諸如近親交配豬等的豬以及類似物。此 外，對于體外應用，例如，體外診斷和研究應用，上述受試者的體液和細胞樣本將適合使用， 例如，哺乳動物(特別是諸如人類等的靈長類動物)的血液、尿液或組織樣本，或者獸醫(yī)應 用所提到的動物的血液、尿液或組織樣本。在一些實施方式中，系統(tǒng)包括樣本和主體。術(shù)語 “活主體”是指活著且未死的上文提到的主體或有機體。術(shù)語“活主體”是指整個主體或有 機體，而不僅僅是從活主體上切除的部分(例如，肝臟或其他器官)。術(shù)語“樣本”可以是指組織樣本、細胞樣本、流體樣本以及類似物。樣本可以從主 體取得。組織樣本可以包括頭發(fā)(包括根部)、口腔拭子、血液、唾液、精液、肌肉或來自任何 內(nèi)部器官。流體可以是但不限于尿液、血液、腹水、胸腔積液、脊髓液以及類似物。體組織可 以包括但不限于皮膚組織、肌肉組織、子宮內(nèi)膜組織、子宮組織和宮頸組織。在本公開內(nèi)容 中，樣本的來源并不是至關(guān)重要的。術(shù)語“可檢測的”是指檢測到超過背景信號的信號的能力。術(shù)語“可檢測信號”是源自量子點的信號?？蓹z測信號是可檢測的，并且與可以由 主體產(chǎn)生的其它背景信號區(qū)分。換言之，在可檢測信號與背景之間存在可測量的且統(tǒng)計上 顯著的差異(例如，統(tǒng)計上顯著的差異是足以用于區(qū)分聲音可檢測信號與背景的差異，例 如，在可檢測信號與背景之間大約存在0. 1%、1%、3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%或 40%或者更多的差異)。標準曲線和/或校準曲線可以用于確定聲音可檢測信號和/或背 景的相對強度。討論
根據(jù)在本文中所體現(xiàn)的且廣泛描述的本公開內(nèi)容的目的，在一個方面，本公開內(nèi) 容的實施方式涉及量子點、制造量子點的方法、使用量子點的方法以及類似的。具體地說， 本公開內(nèi)容的實施方式包括使用用于合成、包封和增溶量子點的“合為一體(all-in-one)，， 策略來制造量子點，同時仍然產(chǎn)生具有可檢測信號的量子點。量子點可以用于很多領(lǐng)域，例 如但不限于成像(在體外和在體內(nèi))、生物感測、生物標記、基因表達研究、蛋白質(zhì)研究、醫(yī) 療診斷、診斷庫、微流體系統(tǒng)、遞送媒介物、結(jié)石造影和圖案形成以及類似領(lǐng)域。本公開內(nèi)容的實施方式提供了用于產(chǎn)生水溶性的、核-殼量子點的“一鍋法”工藝 (例如，可以在單一反應容器中制備量子點)。本公開內(nèi)容的實施方式包括使用兩親多齒 配位體和非配位溶劑。由于至少以下原因，兩親多齒配位體和非配位溶劑的使用是有利的 增加的粒子溶解度、增強的粒子生長生長動力學的控制和/或產(chǎn)生超小量子點的能力。本 公開內(nèi)容的實施方式提供了無機鈍化量子點殼在量子點核上的原位生長過程。此外，本公 開內(nèi)容的實施方式可以使用過量的兩親聚合物，這使得量子點被立即轉(zhuǎn)移至大量溶劑，例 如，水、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亞砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、氯仿、二氯甲 烷(DCM)、四氫呋喃(THF)、甲苯及其任何組合。另外的細節(jié)將在實施例中描述。通常，本公開內(nèi)容的實施方式提供了制造量子點的方法。該方法包括將溶解在非 配位溶劑中的兩親聚合物與第一前體混合以產(chǎn)生羧酸酯前體。在一個實施方式中，溫度可 以為約25°C至300°C，并且pH取決于溶劑(例如，對于PEG，其是略微中性的；對于疏水性 溶劑，PH是酸性的(低于7)以保持由于溶解性原因而被質(zhì)子化的羧酸基團)。然后，將所述羧酸酯前體與第二前體混合，以形成量子點核。在一個實施方式中， 溫度和PH與前面所述的溫度和pH類似。在一個實施方式中，第二前體的添加包括在高溫 (例如，約2000CM 3500C )下快速注入。接下來，將量子點核與前體(例如，第三前體、第四前體或其組合)混合，以在量子 點核上形成量子點蓋從而形成量子點。量子點包括置于量子點的表面上的兩親聚合物層。 在一個實施方式中，溫度為約150°C至350°C。關(guān)于本公開內(nèi)容的量子點和制造量子點的方 法的實施方式的另外的細節(jié)在實施例中被描述。可以在單一反應容器中進行上文所述的組分的混合。此外，量子點蓋和兩親聚合 物層可以原位形成?？梢允褂霉姆椒ê拖到y(tǒng)來控制反應的溫度和環(huán)境。具體實例在實 施例中被描述。在一個實施方式中，可以在單獨的反應容器中實施混合步驟，但是在單一反 應容器中反應是有利的。在將前體材料、兩親聚合物和/或非配位溶劑放置在反應容器中 以前，可以在單獨的反應容器中將其預先制成，以產(chǎn)生本公開內(nèi)容的量子點。在可選擇的方 式中，可以將組分(例如，羧酸酯前體)添加到在其中制備了前體材料、兩親聚合物和/或 非配位溶劑的反應容器中。盡管每個反應步驟不是同時在相同的反應容器中發(fā)生，但是可 以在單一反應容器中進行每個反應步驟。在一個實施方式中，兩親聚合物可以是兩親多齒聚合物。在一個實施方式中，兩 親聚合物可以是包含具有能夠與量子點原子配位的官能團(例如，羧酸官能團或磷酸官能 團)的疏水性部分和親水性部分的聚合物。兩親多齒聚合物包含脂肪鏈和羧酸官能團。在 一個實施方式中，脂肪鏈可以具有約2至20、約6至16或者約8至14個碳鏈。在一個實 施方式中，這些鏈可以具有相同的長度或者包括不同長度的鏈。在一個實施方式中，脂肪鏈 可以具有12個碳鏈。在一個實施方式中，兩親多齒聚合物可以包括約3至幾百(例如，100至500或者更多)、約5至100或者約8至M個羧酸官能團(或者，在另一個實施方式中， 磷酸基團)。兩親多齒聚合物可以具有約500至100，000、約2000至20，000或者約2500 至7500的分子量。在一個實施方式中，兩親多齒聚合物可以包括如下各項中的一個或多 個聚(丙烯酸)_十二烷胺、聚(丙烯酸)_辛胺、聚(馬來酐)-alt-Ι-十八烯、聚(馬來 酐)-alt-l-十四烯、其組合以及類似物。術(shù)語“非配位溶劑”指不會或基本上不會與晶體納米粒子的表面配位或相互作用 的溶劑。在一個實施方式中，非配位溶劑可以包括缺乏與量子點相互作用的官能團的高沸 點溶劑。在一個實施方式中，與水混溶的溶劑是轉(zhuǎn)移至水的一鍋法工藝所必需的。在另一個 實施方式中，疏水性溶劑可以用于將粒子轉(zhuǎn)移至其它溶劑，例如上文列出的那些溶劑。在一 個實施方式中，非配位溶劑可以包括聚乙二醇、十八烷、十八烯、十六烷、十六烯及其任何組 合。在一個實施方式中，聚乙二醇具有約150至幾萬、約200至1500或者約250至1000AMU 的低分子量。量子點的核和蓋可以由三種、四種或五種或者更多種前體制成。在使用三種前體 的一個實施方式中，使得產(chǎn)生量子點核的兩種前體中的一種前體完全耗盡，以使前體中的 另一種前體然后可以與第三前體混合以產(chǎn)生量子點的蓋。在另一個實施方式中，使用了四 種前體。使得被用于形成量子點核的兩種前體完全耗盡，而添加兩種另外的前體以形成量 子點的蓋。為了清楚起見，下面的實例示出了使用三種前體。然而，四種或更多種前體可以 用于形成量子點。在一個實施方式中，第一前體、第二前體和第三前體是用于形成量子點的核和蓋 的組分。第一前體、第二前體和第三前體可以是金屬、非金屬或硫?qū)倩铮竟_內(nèi)容在討 論量子點時描述了其中的一些。第一前體、第二前體和第三前體可以獨立地選自Cd前體 (例如，CdO、醋酸Cd、乙酰丙酮鎘、CdCl2以及類似物)、％前體(例如，純硒、具有三丁基膦 或三辛基膦的向心配位體(coordinating ligand)的k以及類似物)、Te前體(例如，純 碲、具有三丁基膦或三辛基膦的向心配位體的Te以及類似物)、Hg前體(例如，乙酸汞、氧 化汞、氯化汞以及類似物)、1 前體(例如，乙酸鉛、氧化鉛、氯化鉛以及類似物)、Si前體 (例如，乙酸鋅、氧化鋅、氯化鋅以及類似物)以及S前體(例如，純硫、具有三丁基膦或三辛 基膦的向心配位體的硫以及類似物)。第一前體、第二前體和第三前體可以彼此不同。量子點可以包括但不限于熒光半導體量子點。通常，量子點包括核和蓋，然而，無 蓋的量子點也可以使用?！昂恕笔羌{米尺寸的半導體。雖然在本公開內(nèi)容的上下文中可以使 用IIA-VIA、IIIA-VA或者IVA-IVA、IVA-VIA半導體的任何核，但是該核應使得在與蓋結(jié)合 時產(chǎn)生熒光量子點結(jié)果。IIA-VIA半導體是這樣的化合物，其包含了來自周期表的IIA族 的至少一種元素和來自周期表的VIA族的至少一種元素等。核可以包括兩種或更多種元 素。在一個實施方式中，核是IIA-VIA、IIIA-VA、或IVA-IVA半導體，其直徑可以為約Inm至 40nm、約Inm至30nm、約Inm至20nm或者約Inm至10nm。在另一個實施方式中，核可以為 IIA-VIA半導體，并且其直徑可以為約2nm至10nm。例如，核可以是CdS、CcKe、CdTe、a^e、 ZnS, PbS, PbSe或者合金。在一個實施方式中，核是CdTe?！吧w”是與核的半導體不同并且結(jié)合核，從而在核上形成表面層的半導體。蓋通常 通過具有比核更高的帶隙而使核鈍化。在一個實施方式中，蓋可以是具有高帶隙的IIA-VIA 半導體。例如，蓋可以是SiS或CdS。核和蓋的組合可以包括但不限于當核是CcKe或CdS時蓋是SiS，而當核是CcKe時蓋是CdS。其它示例性的量子點包括但不限于CdS、a^e、CdSe、 CdTe, CdSexTe1^x, InAs, InP, PbTe, PbSe, PbS, HgS, HgSe, HgTe, CdHgTe 和 GaAs。蓋的直徑尺 寸可以為約0. 1至10nm、約0. 1至5nm或者約0. 1至2nm。在一個實施方式中，蓋是CdSe?？梢愿鶕?jù)量子點的物理特征例如納米晶體的尺寸和材料來選擇由量子點發(fā)射的 波長(例如，顏色)。眾所周知，量子點發(fā)射從約300納米(nm)至2000nm的光(例如，UV、 近頂和頂)。量子點的顏色包括但不限于紅色、藍色、綠色及其組合。可以連續(xù)調(diào)整顏色或 熒光發(fā)射波長。由量子點發(fā)射的光的波長帶由核的尺寸或者核和蓋的尺寸確定，這取決于 制造核和蓋的材料?？梢酝ㄟ^改變QD的組成和尺寸和/或以同心殼的形式在核的周圍增 加一個或多個蓋來調(diào)整發(fā)射波長帶。在一個實施方式中，核(第一第二量子點核)可以是0(1%丄(15、取5、取56、？匕5、 PbSe, ZnS, ZnSe, ZnTe以及類似物。在一個實施方式中，蓋(第一第三量子點蓋)可以是 CdTe、CdS、CcKe、ZnS*a^e。在一個實施方式中，蓋核(第一第二 /第一第三)組合 可以包括CdTe/CdSe、CdSe/CdS、CdSe/ZnS和CdTe/ZnSe。另外的細節(jié)在實施例中被描述。如上所述，在具有第一前體的非配位溶劑中溶解兩親聚合物以產(chǎn)生羧酸酯前體。 在本公開內(nèi)容的一個實施方式中，可以將羧酸酯前體描述為具有疏水性部分和親水性部 分的兩親聚合物，所述疏水性部分和親水性部分具有多個(兩個或更多個)配位前體原子 (例如，Cd、Si、Hg以及類似物)。如上所述，兩親聚合物層被置于量子點的表面上。在一個實施方式中，可以將兩親 聚合物層描述為具有與量子點的表面相互作用的配位官能團和暴露于溶劑的疏水性部分 的配位層。在一個實施方式中，當轉(zhuǎn)移至水時，在疏水性部分與第一層疏水性部分相互作 用且親水性部分與水溶劑相互作用下，沉積第二層兩親聚合物。層的厚度可以為約0. 5至 10nm、約1至5nm或者約1. 5至3nm。在一個實施方式中，聚合物第一前體(金屬原子)的摩爾比為約1 10至 250 1或者約1 5至10 1。在一個實施方式中，第一前體第二前體的摩爾比為約 10 1至1 10或者約1 1至3 1。在一個實施方式中，第一前體(金屬原子)第 三前體(金屬原子)的摩爾比為約10 1至1 10或者約1 1至5 1。在一個實施 方式中，溶劑與第一前體(金屬原子)的摩爾比可以為約150 1。該比為第一前體(金屬 原子)提供了約20mM的最終濃度，但是可以從約5mM至50mM。在一個實施方式中，如果上 文提到的比的任何組合適合于產(chǎn)生期望的量子點，則可以結(jié)合上文提到的比的任何組合。在一個特定的實施方式中，可以使用本公開內(nèi)容的方法來形成具有置于CdTe/ CdSe量子點的表面上的兩親聚合物層的CdTe/CcKe量子點。與制造CdTe/CcKe量子點的方 法有關(guān)的細節(jié)在實施例中描述。在一個實施方式中，兩親聚合物溶解在PEG中并且與Cd前體(例如，CdO)混合 以產(chǎn)生羧酸酯前體。兩親聚合物可以是上文提到的兩親聚合物中的任何一種。在一個實 施方式中，兩親聚合物可以是聚(丙烯酸)_十二烷胺、聚(丙烯酸)_辛胺、聚合物(馬來 酐)-alt-l-十八烯、聚(馬來酐)-alt-l-十四烯、其組合以及類似物。PEG可以與上文 提到的兩親聚合物中的任何一種混合。在一個實施方式中，PEG可以是PEG 25(K250的分 子量)、PEG 350(350的分子量)或PEG 1000 (1000的分子量)。在一個實施方式中，羧酸 酯前體可以是上文提到的羧酸酯前體中的任何一種。在一個實施方式中，羧酸酯前體可以CN 102144279 A
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是聚(丙烯酸)_十二烷胺、聚(丙烯酸)_辛胺、聚(馬來酐)-alt-Ι-十八烯、聚(馬來 酐)-alt_l-十四烯、其組合以及類似物，例如，其中每一個與金屬離子配合。在一個實施方 式中，溫度可以是約500C至2500C、約75°C至150°C或者約100°C。pH將取決于所使用的溶 劑。在一個實施方式中，將羧酸酯前體與碲前體混合以形成CdTe核。碲前體可以是上 文提到的碲前體中的任何一種。在一個實施方式中，碲前體是純碲、具有三丁基膦或三辛基 膦的向心配位體的Te或類似物。CdTe核可以具有約1. 5至IOnm的直徑。在一個實施方式 中，溫度可以為約25°C至300°C或者約100°C至200°C。在一個實施方式中，將CdTe量子點核與硒前體混合以在CdTe核上形成Cdk蓋從 而形成CdTe/Cdk量子點。該過程還形成了置于CdTe/Cdk量子點的表面上的兩親聚合物 層。CdTe/CcKe量子點可以具有約3至20nm的直徑。層可以具有約0. 25至IOnm的直徑。 加上層的CdTe/CcKe量子點可以具有約5至50nm的直徑。CdTe/CcKe量子點可以具有約 500至1200nm的發(fā)射光譜。硒前體可以為上文提到的硒前體中的任何一種。在一個實施方 式中，硒前體是純硒或具有諸如三丁基膦、三辛基膦等的向心配位體的硒。兩親聚合物層可 以是上文所描述的那些兩親聚合物層中的任何一種。在一個實施方式中，兩親聚合物層可 以是聚(丙烯酸)_十二烷胺、聚(丙烯酸)_辛胺、聚(馬來酐)-alt-Ι-十八烯、聚(馬來 酐)-alt-l-十四烯或其組合。在一個實施方式中，反應溫度可以為約100°C至300°C或者 約150°C至250°C (例如，溫度隨著更多殼材料在核上的生長而逐漸升高)。具有層的CdTe/Cdk量子點可以溶解在水、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿、二甲 亞砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、氯仿、二氯甲烷(DCM)、四氫呋喃(THF)、甲苯及其任何 組合中。在一個實施方式中，可以使用各種組分的比來描述各種組分的相對量。在一個實 施方式中，聚合物與Cd金屬原子的摩爾比可以為約1 10至250 1或者約1 5至 10 l;Cd原子Te原子的摩爾比可以為約10 1至1 10或者約1 1至3 1;以 及Cd原子義原子的摩爾比可以為約1 10至10 1或者約1 1至5 1。在一個 實施方式中，溶劑與Cd金屬原子的摩爾比可以為約150 1。在一個實施方式中，Cd金屬 原子的最終濃度可以為約5mM至50mM或者約20mM。與本公開內(nèi)容的實施方式有關(guān)的另外的細節(jié)在實施例中被描述?？梢栽趩我环磻萜髦袑嵤┥衔拿枋龅慕M分的混合。此外，量子點蓋和兩親聚合 物層可以原位形成?？梢允褂霉姆椒ê拖到y(tǒng)來控制反應的溫度和環(huán)境。具體的實例在 實施例中描述。在一個實施方式中，可以在單獨的反應容器中實施混合步驟，但是在單一反 應容器中反應是有利的。在將前體材料、兩親聚合物和/或非配位溶劑置于反應容器中以 前，可以在單獨的反應容器中將其預先制成，以產(chǎn)生本公開內(nèi)容的量子點。在可選擇的方式 中，可以將組分(例如，羧酸酯前體)添加到在其中制備了前體材料、兩親聚合物和/或非 配位溶劑的反應容器中。盡管每個反應步驟不是同時在相同的反應容器中發(fā)生，但是可以 在單一反應容器中實施每個反應步驟。使用方法如上所述，本公開內(nèi)容通常涉及用于檢測、定位和/或定量生物學靶、細胞事件、 診斷、癌癥和疾病成像、基因表達、蛋白質(zhì)研究和相互作用等的方法。本公開內(nèi)容還涉及使用本公開內(nèi)容的實施方式在主體活細胞、組織或器官或者主體活生物體內(nèi)多重成像的方 法。生物學靶可以包括但不限于病毒、細菌、細胞、組織、血管系統(tǒng)、微生物、人工構(gòu)造 的納米結(jié)構(gòu)(如膠束)、蛋白質(zhì)、多肽、抗體、抗原、適體(多肽和多核苷酸)、半抗原、多核苷 酸和類似物以及上文的定義部分中所描述的那些生物學靶。試劑盒本公開內(nèi)容包括試劑盒，其包括但不限于量子點和說明書(其使用的書面說明 書)。上文列出的組分可以根據(jù)將要進行的特定研究來修改。試劑盒還可以包括在本領(lǐng)域 中已知的適當?shù)木彌_劑和試劑，以用于將上文列出的組分的各種組合施用于主體細胞或主 體生物體。此外，本公開內(nèi)容包括試劑盒，該試劑盒包括但不限于制造量子點的組分和制造 量子點的說明書。
實施例現(xiàn)已描述本公開內(nèi)容的實施方式，實施例將總體描述了本公開內(nèi)容的一些另外的 實施方式。雖然結(jié)合實施例和相應的文檔和附圖描述了本公開內(nèi)容的實施方式，但是不應 該將本公開內(nèi)容的實施方式限制于這些描述。與之相反，其目的是涵蓋本公開內(nèi)容的實施 方式的精神和范圍中包括的所有可選方式、修改和等效物。實施例1 簡要說明該實施例描述了基于使用兩親聚合物配位體和多齒聚合物配位體來“一鍋法”合 成、包封和增溶高品質(zhì)量子點。在該“合為一體”工藝中，由此產(chǎn)生的QD首先由多齒配位體 蓋住，且然后當暴露于水時由相同多齒聚合物的第二層自發(fā)地包封并增溶。除了提供對納 米晶體成核以及生長動力學的更好的控制(包括阻止Qstwald熟化)以外，該工藝還使得 無機鈍化殼在納米晶體核上原位生長，從而使具有從可見光波長到近紅外波長的可調(diào)光發(fā) 射的I型和II型核-殼QD 二者能夠一鍋法合成。討論用于同時合成、包封和增溶高品質(zhì)量子點的該一鍋法方法是基于兩親多齒配位體 和非配位溶劑的使用，所述非配位溶劑例如低分子量聚乙二醇(PEG) (MW = 350道爾頓)。 多齒聚合物配位體包括脂肪鏈和羧酸官能團，并且發(fā)現(xiàn)其用作鎘前體配位體和納米粒子表 面穩(wěn)定劑二者，從而導致化學反應動力學的改進控制以及增強的對Ostwald熟化的阻止。 當暴露于水時，在沒有任何另外的材料或步驟的情況下，過量的聚合物分子自發(fā)地包封并 增溶QD。此外，該合成工藝允許無機鈍化殼在納米晶體核上原位生長，從而使I型和II型 核-殼QD 二者能夠一鍋法合成(參見J. Am. Chem. Soc. 2003，125，11466-11467，其通過引用 被并入本文)。圖IA和圖IB示出了用于一鍋法QD合成和自包封QD的多齒聚合物配位體的示意 性結(jié)構(gòu)。中間體是螯合鎘離子簇，其是通過在高溫下，在非配位聚乙二醇中溶解兩親聚合物 和氧化鎘或乙酸鎘而形成。該集簇的鎘前體的反應性在控制納米晶體的成核和生長動力學 方面起到了重要的作用。通過增加聚合物主鏈的長度以及疏水性側(cè)鏈的密度，顯著的立體位阻效應開始發(fā)生，導致均勻的成核和生長，而傳統(tǒng)的單價配位體的使用導致不可控的且 不均勻的反應(未示出數(shù)據(jù))。通過使疏水性段(segment)和親水性段之間的平衡最優(yōu)化， 由此產(chǎn)生的QD在反應混合物暴露于水時由相同的兩親聚合物的第二層來自發(fā)地增溶(參 見

圖1B)。然而，如果疏水性接枝百分比太高，那么對于水增溶作用來說，表面羧酸官能團的 數(shù)量將變得太低。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，約百分之40的接枝百分比(也就是說，約40%的羧酸基團用 疏水的12個碳脂肪族尺寸鏈來修飾)對于可控的納米粒子生長和對于在水中增溶被加蓋 的QD是有利的。反應動力學的該改進控制允許在廣泛的范圍內(nèi)更精確地調(diào)節(jié)納米粒子的尺寸以 及熒光發(fā)射波長(圖2A)。實際上，QD熒光發(fā)射可以始終被控制在低至2nm內(nèi)。隨著QD逐 漸被用于多種生物學和臨床測定，該高精度將變得越來越重要，其中，一致性和可重復性是 至關(guān)重要的。多齒聚合物前體的使用還提供了一種得到超小QD的新途徑；例如，可以合成 在綠色范圍(515-525nm，低至1.5nm)內(nèi)發(fā)射的具有狹窄粒度分布的小CdTe核，提供從綠色 波長到遠紅外波長的非常大的動態(tài)范圍(圖2A)。值得注意的是，由于小粒子的動力控制 的問題，因此超小QD通常難以用傳統(tǒng)的單價前體合成。用多齒配位體加蓋的QD還強力地 阻止Ostwald熟化。實際上，每個聚合物具有約15個能夠與表面原子配位的羧酸官能團。 通過經(jīng)由多價相互作用增加整體結(jié)合親和力并且提供位阻，聚合物加蓋可以更好地穩(wěn)定納 米粒子并減少熟化。然而，一些熟化是在上升溫度在很長時間段之后發(fā)生，如在以280°C在 1小時以后通過所獲得的栗色曲線所示(圖2B，輕微拖尾)。概括地說，透射電子顯微鏡顯 示了沒有聚類或聚集的均勻的、近似球形的粒子(圖2C)，其證明了用多齒配位體合成并保 護的QD的穩(wěn)定性和單分散性。因為QD核顯示出在水中氧化的特性，因此開發(fā)了用無機鈍化殼來蓋住它們的原 位工藝。無機殼具有通過選擇合適的殼材料來增加量子產(chǎn)率以及開啟帶隙工程(bandgap engineering)的可能性的其它益處。在該工藝中，過量的鎘被用于啟動合成(鎘與碲摩爾 的摩爾比通常為2 1)，并且允許繼續(xù)進行反應，直到限制的物種(碲)被耗盡。這留下了 可用于并入鈍化殼的過量的鎘前體。CdSe被用作CdTe核的模型殼材料，這是因為帶偏移使 得CeTe/CcKe成為具有在近紅外光譜中的光發(fā)射的II型QD (參見J. Am. Chem. Soc. 2003， 125，11466-11467，其通過引用被并入本文)。熒光發(fā)射光譜(圖3A)顯示出當殼在粒子表 面生長時，從650nm到SlOnm的原始QD核發(fā)射的顯著紅移，量子產(chǎn)率(QY)與文獻(參見 J. Am. Chem. Soc. 2003，125，11466-11467，其通過引用被并入本文)中報告的那些一致。觀 察到發(fā)射峰隨著殼生長的明顯加寬，這與II型QD的情況一致。QD吸收光譜的監(jiān)控還證明 殼生長和向II型情況的轉(zhuǎn)變(圖:3B)。例如，CdTe核中所見的不同的激子峰(紅色曲線) 逐漸紅移，并且最終在殼沉積期間消失。因為CdTe/CdSe QD應該表現(xiàn)為接近帶邊緣的間接 半導體，因此這是預期的。低分子量PEG的作用也是令人關(guān)注的。它們不僅在高溫下為QD合成提供了惰性 的且非配位的環(huán)境，而且還用作促進納米晶體在各種溶劑中溶解的“佐劑”。實際上，在該研 究中報道的QD顯示出“雙重”情況，并且可溶于包括水、DMF、丙酮和氯仿的許多親水性溶劑 和疏水性溶劑中。概括地說，該實施例說明了用于基于在高溫下使用兩親多齒配位體和短聚乙二醇 來制備高品質(zhì)的QD的新的、一鍋法工藝的實施方式。與使用聚合物前體相關(guān)聯(lián)的一些新特征包括但不限于更好地控制納米晶體生長動力學、阻止Qswald熟化和/或合成具有藍移發(fā) 射光譜的超小點。該合成工藝還允許無機鈍化殼(CdSe)在QD核上原位生長、開啟這些納 米粒子的帶隙工程的可能性并且提供了從可見光到近紅外的QD發(fā)射的大的動態(tài)范圍。支持信息聚合物合成使用標準的碳二亞胺化學來合成兩親聚合物(約3500道爾頓)。簡要地，5ISmg 的聚(丙烯酸)(MW = 1800道爾頓)和53;3mg的十二烷胺被溶解在IOmL的DMF中。滴加 溶解在最少量的DMF中的609mg的二環(huán)己基碳二亞胺，并且將該溶液劇烈地混合M小時， 以產(chǎn)生具有羧酸官能團的40%用12碳脂肪鏈修飾的兩親聚合物。使用多齒聚合物配位體合成CdTe核約170mg(0. 6mmol COOH基團)的兩親聚合物(約3500MW，使用碳二亞胺偶合的 十二烷胺到1800麗的聚(丙烯酸)的40%接枝百分比)在真空下在100°C溶解到1.5mL 的PEG(350MW)中，以移除水和溶解的氣體。加入12. 84mg(0. lmmol) CdO，并且在氬氣下將該 溶液加熱至200°C以形成羧酸酯前體。加入2. SmL的PEG以稀釋溶液，并且在惰性環(huán)境下使 用標準無空氣工藝來實施剩余的工藝。將溶液加熱到300°C，并且在劇烈攪拌下快速注入碲 前體溶液下溶解在25 μ L三丁基膦和ImL PEG中的0. 05mmol Te)以使納米晶體開 始生長。通過使用標準無空氣技術(shù)在各個時間點時獲得250 μ L等份試樣并且快速地冷卻 至室溫以停止納米晶體生長來監(jiān)控反應進展。用CcKe對CdTe核QD原位加蓋按照如上所述的方法來合成CdTe核。允許該反應繼續(xù)完成以耗盡溶液中的Te前 體(通過觀察熒光光譜中的移動來監(jiān)控)。然后，將該溶液冷卻至130-180°C以用于Cdk 加蓋工藝。使用標準的無空氣技術(shù)來制備0. IM的硒前體溶液。簡要地，在50°C將78.96mg 的Se溶解在250 μ L的三丁基膦和9. 75mL的PEG中，且然后將其冷卻至室溫。在一個小時 的時間內(nèi)，滴加2mL的％前體溶液，同時劇烈攪拌核溶液，并觀察熒光光譜和吸收光譜以監(jiān) 控核沉積。補充信息QD合成和反應動力學進行實驗以確定用于QD合成的期望反應參數(shù)，并且分析當使用聚合物配位體時 觀察到的成核和生長動力學。在與單價合成工藝相同的條件下制備QD，用多齒鎘前體代替 油酸鎘前體。當分析聚合物制備的QD的生長動力學時，可以觀察到大量所關(guān)注的特性。通 過增加反應混合物中的聚合物的濃度(有效地增加COOH Cd的比)，可以觀察到成核和生 長動力學的減少(圖4A)。因為在單價合成技術(shù)中所見的反應動力學的分析顯示出相反的 效果，因此這是未預期的。該差異可能是由多齒聚合物前體的位阻引起。使用鎘前體的單價配位體，位阻不 會在納米粒子成核或生長的動力學中起到重要的作用，因為前體始終主要由配位單個鎘離 子的兩個油酸分子組成，而與油酸的濃度無關(guān)。通過增加油酸的濃度，只有鎘螯合物的反應 性通過增加溶液中存在的羧酸的濃度來影響。與之相反，通過在制備鎘前體時改變多齒聚 合物的濃度，鎘聚合物(polyate)的結(jié)構(gòu)被改變。在低聚合物濃度時，最可能獲得的結(jié)構(gòu)是 其中多個鎘離子由單個聚合物配位的結(jié)構(gòu)，如圖1中的示意圖所示。然而，隨著聚合物濃度的增加，每個聚合物的鎘離子數(shù)量減少，而鎘離子可以由來自不同聚合物的羧酸基團配位 的可能性提高。該現(xiàn)象實質(zhì)上使得通過改變聚合物鎘的比來調(diào)節(jié)前體的有效分子量。由 于分子量的增加，位阻在反應動力學中起作用。隨著位阻的增加，盡管溶液中的羧酸濃度增 加，但是成核和納米晶體生長動力學被減緩，從而成為一種用于控制納米粒子生長的令人 關(guān)注的方法。用于QD合成的聚合物過程的另一個令人關(guān)注的特征是執(zhí)行納米晶體的“非注入” 成核的能力。對于使用單價前體的典型合成工藝，單獨地制備陰離子硫?qū)僭厍绑w(硫、 硒、碲)的溶液并且將其快速地注入熱的鎘前體溶液中以開始納米粒子成核和接下來的生 長。這提出了關(guān)于這些反應過程的按比例增加的問題，這是因為越來越難以快速地注入更 大量的硫?qū)僭厍绑w，并且完全混合溶液所需的時間增加。這可以導致更多的多分散產(chǎn)物， 從而降低了由此產(chǎn)生的納米粒子的品質(zhì)。通過使用鎘聚合物前體，硫?qū)僭厍绑w可以被單 獨地制備并在低溫下添加并且使之完全混合。在獲得了均質(zhì)溶液以后，然后可以增加溫度 以引發(fā)納米粒子的成核，如圖4b所見。這種發(fā)展提供了朝向QD納米粒子的大規(guī)模生產(chǎn)的 可能途徑，這將是大量重要應用所需的。接下來，使用多齒配位體合成的納米粒子的整個生長速率將與使用單齒油酸前體 的工藝直接比較。在相同的情況下實施CdTe核合成反應，其中，對于兩種過程，COOH 鎘的 比為6 1(圖5A和5B)。聚合物合成過程導致非常慢的納米晶體生長，如在一段時間內(nèi)得 到的吸收光譜所證實的(圖5A)。實際上，根據(jù)聚合物濃度，在270°C時在超出10分鐘以后 納米晶體仍然生長。與之相反，用油酸前體合成的QD非?？焖俚厣L，并且遠快于平臺時 期(圖5B)。這也是由于聚合物配位體的增加的位阻以及多價引起的。隨著納米粒子的形 成和生長，認為聚合物能夠以多價的方式結(jié)合QD的表面(參見圖IB中的圖)。假設(shè)當結(jié) 合到納米粒子表面時，油酸以及兩親聚合物中的羧酸的和速率相似，則多價結(jié)合將 產(chǎn)生比單價結(jié)合更低的有效kd(離解常數(shù))(這意味著實際上更高的結(jié)合親和力)。因為這 種更高的親和力，因此期望鎘和硫?qū)僭貑误w在由聚合物配位體保護的QD的表面上的沉 積被顯著地減慢，這與數(shù)據(jù)一致。此外，單個兩親聚合物的尺寸比油酸分子的尺寸大12倍 ( 3500Da比282. 5Da)，這還可以通過位阻效應來減慢動力學。粒子尺寸特征使用PEG中的多齒聚合物前體制備的QD的尺寸單分散性與使用高溫有機溶液中 的傳統(tǒng)單價配位體產(chǎn)生的納米粒子相當?？梢詫颖緢?zhí)行TEM并且對其分析以得到QD的 尺寸柱狀圖(圖6)。在特征樣本中，制備的納米晶體具有4. 2nm的平均直徑，其標準偏差為 約 10%。應該注意的是，本文可以用范圍格式表示比、濃度、量和其它數(shù)值數(shù)據(jù)。應理解， 為了方便和簡潔而使用了該范圍格式，并且因此，該范圍格式應該以靈活的方式解釋為不 僅包括被清楚列舉為范圍極限的數(shù)值，而且還包括包含在該范圍中的所有單個數(shù)值或子范 圍，就如同每個數(shù)值和子范圍被清楚地列出一樣。為了說明，“約0. 至約5%”的濃度范 圍應該解釋為不僅包括清楚列出的約0. 至約5wt%的濃度，而且還包括所示的范圍 中的單個濃度(例如，1%、2%、3%和4% )以及子范圍(例如，0. 5%U. 1%>2. 2%,3. 3% 和4.4% )。術(shù)語“約”可以包括所修改的數(shù)值的士 1%、士2%、士3%、士4%、士5%、士6%、 士7%、士8%、士9%或者士 10%，或者更大。此外，短語“約‘X’至‘y’”包括“約‘X’至約
應該強調(diào)的是，本公開內(nèi)容的上述實施方式僅僅是實施的可能實施例，并且僅為 了清楚地理解本公開內(nèi)容的原理而被闡述。在基本上不偏離本公開內(nèi)容的精神和原理的情 況下，可以對本公開內(nèi)容的上述實施方式進行很多變化和修改。在這里所有這些修改和變 化意圖包括在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造量子點的方法，包括a)將溶解于非配位溶劑中的兩親聚合物與第一前體混合，以產(chǎn)生羧酸酯前體；b)將所述羧酸酯前體與第二前體混合，以形成量子點核；c)將所述量子點核與選自由第三前體、第四前體及其組合組成的組的前體混合，以在 所述量子點核上形成量子點蓋從而形成量子點，其中所述量子點包括置于所述量子點的表 面上的兩親聚合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1和2至6中任一項所述的方法，其中所述a)、所述b)和所述c)在 單一反應容器中進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2和6中任一項所述的方法，其中所述兩親聚合物是兩親多齒聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述兩親多齒聚合物包含脂肪鏈和羧酸官能團。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中混合所述兩親聚合物包括形成具有多個螯合的第 一金屬離子的兩親多齒配位體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中所述第一前體、所述第二前體和所 述前體獨立地選自由Cd前體、Se前體、Te前體、Hg前體、Pb前體、Zn前體和S前體組成的 組，其中所述第一前體、所述第二前體和所述前體彼此不同。
7.—種結(jié)構(gòu)，包括通過權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法制成的量子點。
8.—種制造量子點的方法，包括a)將溶解于PEG中的兩親聚合物與CdO混合以產(chǎn)生羧酸酯前體；b)將所述羧酸酯前體與碲前體混合以形成CdTe核；c)將所述CdTe量子點核與硒前體混合以在所述CdTe核上形成Cdk蓋從而形成CdTe/ CdSe量子點，其中所述CdTe/Cdk量子點包括置于所述CdTe/Cdk量子點的表面上的兩親 聚合物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8和10至16中任一項所述的方法，其中所述a)、所述b)和所述c) 在單一反應容器中進行。
10.根據(jù)權(quán)利要求8、9和11至16中任一項所述的方法，其中所述兩親聚合物是兩親多 齒聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9、10和12至16中任一項所述的方法，其中所述兩親多齒聚合物 包含脂肪鏈和羧酸官能團。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11和13至16中任一項所述的方法，其中所述脂肪鏈具有2至 20個碳。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12和14至16中任一項所述的方法，其中混合所述兩親聚合物 包括形成具有多個螯合的鎘離子的兩親多齒配位體。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13和15至16中任一項所述的方法，其中所述兩親多齒聚合物 是選自由聚(丙烯酸)_十二烷胺、聚(丙烯酸)_辛胺、聚(馬來酐)-alt-Ι-十八烯、聚 (馬來酐)-alt-l-十四烯及其任何組合組成的組的聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至14和16中任一項所述的方法，其中所述CdTe核為約1.5至 IOnm0
16.根據(jù)權(quán)利要求8至16中任一項所述的方法，其中所述方法是原位進行的。
17.一種結(jié)構(gòu)，包括通過權(quán)利要求8至16中任一項所述的方法制成的量子點。
18.一種量子點，包括形成CdTe/Cdk量子點的在CeTe核上的Cdk蓋，其中所述 CdTe/CdSe量子點包括置于所述CdTe/Cdk量子點的表面上的兩親聚合物層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18和20至25中任一項所述的量子點，其中所述兩親聚合物是兩親 多齒聚合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求18、19和21至25中任一項所述的量子點，其中所述兩親多齒聚合物 包含脂肪鏈和羧酸官能團。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20和22至25中任一項所述的量子點，其中所述脂肪鏈具有2 至20個碳。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21和23至25中任一項所述的量子點，其中混合所述兩親聚合 物包括形成具有多個螯合的鎘離子的兩親多齒配位體。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22和M至25中任一項所述的量子點，其中所述兩親多齒聚合 物是選自由聚(丙烯酸)_十二烷胺、聚(丙烯酸)_辛胺、聚(馬來酐)-alt-Ι-十八烯、聚 (馬來酐)-alt_l-十四烯及其任何組合組成的組的聚合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23和25中任一項所述的量子點，其中所述CdTe核為約1.5至 IOnm0
25.根據(jù)權(quán)利要求18至M中任一項所述的量子點，其中所述CdTe/Cdk量子點具有 可溶于選自由以下組成的組的溶劑中的特征水、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜 (DMS0)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、氯仿、二氯甲烷(DCM)、四氫呋喃(THF)、甲苯及其任何組合。
全文摘要
本公開內(nèi)容的實施方式提供了制造量子點的方法、量子點以及類似物。
文檔編號H01L21/31GK102144279SQ200980134490
公開日2011年8月3日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者書明·聶, 安德魯·史密斯, 布萊德·A·凱爾道夫 申請人:愛默蕾大學