專利名稱：制備具有受控的納米級粒子覆蓋率的表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及表面化學(xué)領(lǐng)域。更具體的，本發(fā)明涉及具有納米尺寸性能的表面。
背景技術(shù)：
固體表面與活的生物組織的相互作用問題是在醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，例如生物材料、生物傳感器、和受控的給藥中重復(fù)的主題。其他應(yīng)用領(lǐng)域是食品加工技術(shù)和生物技術(shù)加工化學(xué)、其中存在著與生物產(chǎn)生的物質(zhì)期望的或者不期望的相互作用的領(lǐng)域。因此，一直需要具有改進的功能和特性的新材料，日益需要適于特定應(yīng)用領(lǐng)域的試驗表面改性。納米技術(shù)領(lǐng)域在過去幾十年內(nèi)已經(jīng)取得了重大的進步，這主要歸因于這樣的事實，即，結(jié)構(gòu)尺寸為1 -1OOOnm的納米結(jié)構(gòu)化材料在優(yōu)化與生物流體和活體組織的相互作用方面具有非常令人感興趣的性能。本專利申請的核心是最近出版的論文，其描述了一種制造具有大約IOnm的納米結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)化固體表面的方法[I]。該方法包括使得平坦的金表面與硫醇端接的、直鏈烷烴(二硫醇)反應(yīng)，來將一個硫醇基團結(jié)合到金表面，而另一硫醇端將形成原質(zhì)硫醇基團的覆蓋毯層。將尺寸8_12nm的帶負電金粒子的穩(wěn)定膠體溶液與所述表面接觸，并且將該金粒子吸附到前述的原質(zhì)硫醇基團上。已經(jīng)觀察到吸附粒子之間的距離可以通過改變吸附過程中所用的檸檬酸鹽緩沖液的離子強度來進行控制。當(dāng)緩沖液的摩爾濃度(濃度)在IO-OnM變化時,距離(中心到中心)會在IO-1OOnm變化，這是通過用掃描電鏡(SEM)的目測試驗來判斷的。類似的結(jié)果已經(jīng)更早的在表面帶電的聚合物粒子的靜電穩(wěn)定的溶液到礦物表面例如玻璃、二氧化硅或者云母上的粒子吸附試驗中得以證明[2-5]。另外，類似的結(jié)果還已經(jīng)在帶負電的金表面納米粒子從靜電穩(wěn)定的溶液到玻璃表面或者二氧化硅表面(其由于化學(xué)改性而帶正電)上的吸附中已經(jīng)提出[6]。靜電控制的粒子吸附的原理表示在圖2中。將含有表面帶電的納米粒子200的靜電穩(wěn)定的溶液202施涂到燒杯201中(圖2A)。將制備表面203引入到該容器中(圖2B)，并且使粒子200依靠靜電、半共價、共價或者其他類型的鍵合來結(jié)合到表面203上，這導(dǎo)致在一段時間后獲得了穩(wěn)定的吸附(圖2C)。這些粒子彼此間具有某些距離r。這種條件代表了用于吸附的終端條件，并且延長的培養(yǎng)時間不會對粒子的表面覆蓋率產(chǎn)生任何進一步的影響。當(dāng)將該表面從粒子溶液中除去時，兩個相鄰粒子之間的距離可以通過根據(jù)DLVO理論的相互作用的成對電勢來評估[1，7]，圖3。簡言之，成對電勢U(r)(這里r是兩個粒子間的距離)可以作為來源于粒子間分散力的吸引電勢(r)以及來源于粒子間的靜電排斥的排斥電勢Ufiw (r)之和來計算。排斥電勢的形狀可以以不同的形式來計算，但是總是隨著所謂的德拜距離而變化，其是粒子表面外的電勢下降的近似度量。短的德拜距離表示排斥電勢在粒子表面外快速下降。德拜距離依次取決于粒子溶液202的離子強度，并且可以表達為:
權(quán)利要求
1.一種用于制備沿著固體表面(203)的連續(xù)梯度的沉積的和帶電荷的納米粒子(200)的方法，其中每單位面積的表面(203)上沉積的和帶電荷的納米粒子(200)的數(shù)目在該表面的一端上是相對高的，并且在該表面的相對端上是相對低的，和其中在沉積時，沉積粒子之間的距離是通過溶液(402)中的納米粒子之間的靜電排斥來調(diào)節(jié)的，特征在于溶液(402)中的粒子的靜電排斥度是通過將鹽溶液(403)擴散到包含納米粒子的溶液(402)中來獲得的。
2.權(quán)利要求1的方法，其中鹽溶液(403)的擴散通過在一層包含納米粒子的基本上無鹽的溶液(402)下以相對高的密度和濃度來形成一層鹽溶液來獲得的，和連續(xù)梯度是通過鹽溶液(403)中的鹽的擴散時間和濃度來調(diào)節(jié)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的方法，其中鹽溶液(403)的擴散是如下來獲得的:將鹽溶液(403)保持在存儲器￠03)中，與納米粒子懸浮液(602)接觸，所述的懸浮液進一步包含基質(zhì)，其允許納米粒子擴散，但是阻止對流，和將納米粒子懸浮液(602)與固體表面(203)接觸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該納米粒子(200)是由金屬、陶瓷例如玻璃、或者聚合物材料組成的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該固體表面(203)是由金屬、陶瓷例如玻璃、或者聚合物材料組成的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其中納米粒子(200)和表面(203)之間的鍵合力包含共價鍵、庫侖相互作用、金屬鍵、范德華鍵、氫鍵、偶極-偶極鍵或者離子-偶極鍵。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其中該表面(203)是具有鍵合的二硫醇試劑的金，和該納米粒子(200)共價鍵合到該金表面上所鍵合的二硫醇分子的硫醇基團上。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其中將帶負電荷、但是非表面結(jié)合性粒子(604)與表面結(jié)合性納米粒子(200)進行混合。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其進一步包含將第一單獨表面(801)和第二單獨表面(802)增加到表面(203)上，其中該第一單獨表面(801)具有類似于納米粒子(200)的表面化學(xué)，和該第二單獨表面(802)具有類似于表面(203)的表面化學(xué)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其進一步包含將刻度線(702，703，704)增加到表面(203)上。
11.一種表面(203，700)，其具有連續(xù)梯度的沉積的和帶電荷的納米粒子(200)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的表面，其中該梯度長度是lmm-50mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12的表面，其中該納米粒子(200)的平均直徑是10-60nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13任一項的表面，其中該梯度是線性的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14任一項的表面，其中該納米粒子的平均中心到中心距離在梯度的一端是大約10-60nm，和在梯度的另一端是大約100_150nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15任一項的表面，其中該納米粒子(200)和/或表面(203)是由金屬、陶瓷例如玻璃或者聚合物材料組成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16任一項的表面，其中該納米粒子(200)和/或表面(203)具有共軛到它們上的化合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的表面，其中該化合物選自二硫醇基團、硫醇基團例如甲基端接的、氨基端接的、酸端接的、肽端接的、糖類共軛的或者PEG共軛的硫醇、或者硫醇硅烷；PEG例如聚-L-賴氨酸-PEG、PEG改性的硅烷、馬來酰亞胺-PEG ;和氨基硅烷。
19.一種用于分析附著現(xiàn)象的裝置(800)，其包含根據(jù)權(quán)利要求11-18任一項的梯度表面(203，700)、第一單獨表面(801)和第二單獨表面(802)，其中該表面是分開的，并且該第一單獨表面(801)具有類似于納米粒子(200)的表面化學(xué)，和該第二單獨表面(802)具有類似于梯度表面(203)的表面化學(xué)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置(800)，其中該納米粒子(200)、梯度表面(203)、第一單獨表面(801)或者第二單獨表面(802)具有共軛到它們上的相同或者不同的化合物，其中該化合物選自硫醇基團例如甲基端接的、氨基端接的、酸端接的、肽端接的、糖類共軛的或者PEG共軛的硫醇、或者硫醇硅烷；PEG例如聚-L-賴氨酸-PEG、PEG改性的硅烷、馬來酰亞胺-PEG ;和氨基硅烷。
21.根據(jù)權(quán)利要求11-18的表面(203，700)或者根據(jù)權(quán)利要求19-20的裝置的用途，其用于附著分析。
22.根據(jù)權(quán)利要求22的用途，其中該分析基于表面等離子體共振(SPR)、電化學(xué)、光學(xué)顯微鏡學(xué)或者掃描 電子顯微鏡學(xué)(SEM)。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米表面和特別是梯度基納米表面。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，一種表面結(jié)合梯度是通過沿著平面表面分布的納米粒子來產(chǎn)生的。這種程序明顯的降低了所需要制備的表面的數(shù)目，以及吸附和附著現(xiàn)象分析的方法誤差。
文檔編號B05D1/18GK103180055SQ201180051333
公開日2013年6月26日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者安德斯·隆格倫, 馬蒂亞斯·貝麗林, 漢斯·埃爾溫, 馬茨·胡蘭德 申請人:克萊因科學(xué)公司