專利名稱：帶有聚合物殼的納米顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其上具有聚合物殼的納米顆粒，所述的聚合物殼賦予該納米顆粒一種或多種特選的性質(zhì)。本發(fā)明也涉及制備這種納米顆粒的方法，該方法利用了過(guò)渡金屬和具有特選性質(zhì)的環(huán)鏈烯烴衍生物的開環(huán)易位聚合，優(yōu)選降冰片烯的衍生物的開環(huán)易位聚合。該方法允許所述的聚合物脫離納米顆粒的表面生長(zhǎng)。本發(fā)明還涉及某些新穎的單體和聚合物及其制備方法，涉及用于檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的試劑盒。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)開發(fā)將納米級(jí)結(jié)構(gòu)單元組裝成周期性的功能材料的方法有巨大的興趣。見(jiàn)J.Clust.Sci.，8179(1997)中Storhoff等人的文章以及其中引用的文獻(xiàn)，和JAm.Chem.Soc.，1207654(1998)中Brousseau等人的文章。這些方法既依賴于新穎的結(jié)構(gòu)單元組合物，又依賴于組裝策略。
關(guān)于前者，現(xiàn)今既可以利用無(wú)機(jī)組合物也可以利用有機(jī)組合物。重要的是，這些結(jié)構(gòu)單元中的一些可以以宏觀數(shù)量和單分散狀態(tài)接近。例如，存在各種方法，來(lái)制備直徑范圍為1-40納米的單分散的CdS和CdSe顆粒樣品(Murray et al，J.Am.Chem.Soc.，1158706(1993)；Weller，Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.，3241(1993)；Wang and Herron，J.Phys.Chem.，95525(1991))和金顆粒樣品(Grabar et al，J.Anal.Chem.，67735(1995)；Frens，Nature Phys.Sci.，24120(1973)；Hayat，M.A.(ed)，Colloidal GoldPrinciples，Methods andApplications(Academic，San Diego，1991))。對(duì)這些定義明確的無(wú)機(jī)顆粒的研究，不僅導(dǎo)致了對(duì)量子禁阻效應(yīng)的更好的理解，而且導(dǎo)致了新的有用的光譜方法(Freeman et al.，Science，2671629(1995)；Zhu rt al.，J.Am.Chem.Soc.，119235(1997))和檢測(cè)技術(shù)(Mirkin et al.，Nature，382607(1996)；Elghanian etal.，Science，2771078(1997)；Storhoff et al.，J.Am.Chem.Soc.，1201959(1998))的開發(fā)。類似地，從對(duì)聚合物顆粒組合物的合成、表征和研究中，已經(jīng)學(xué)到大量知識(shí)(Goodwin et al.，Colloid Polym.Sci.，525464(1974)；Goodwin et al.，Colloid Polym.Sci.，25761(1979)；Schmitt et al.，Adv.Mater.，961(1997)；José-Yacamán et al.，Appl.Phys.Lett.，7913(1969)；Olsen and Kafafi，J.Am.Chem.Sco.，1137758(1991)；Spatz et al.，Adv.Mater，8337(1996))。但是，對(duì)這種具有納米尺寸(＜100納米)的體系知之甚少。
制備由納米顆粒核和這種尺寸的有機(jī)聚合物殼組成的結(jié)構(gòu)的合成方法的開發(fā)，將給出通往新的通用的雜合納米顆粒結(jié)構(gòu)單元的通道。重要的是，如果能夠控制聚合物殼的組成和厚度，那么人們將史無(wú)前例地控制這些新材料的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種制備納米顆粒的方法，所述的納米顆粒具有附著于其上的至少一種聚合物殼，每種聚合物殼均具有選定的性質(zhì)。該方法包括使初始單體附著在納米顆粒的表面上。然后，使初始單體附著于其上的納米顆粒與過(guò)渡金屬開環(huán)易位催化劑接觸，以活化初始單體。還使該納米顆粒與一種或多種式P-L-N的增殖單體于有效條件下接觸，以便該單體聚合成一種或多種附著于該納米顆粒上的聚合物殼。在式P-L-N中，N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)，P是賦予每種聚合物殼以特選性質(zhì)的部分，而L是一種化學(xué)鍵或連接物。本發(fā)明也提供所述的納米顆粒、初始單體和增殖單體，在該增殖單體中，P是具有特選性質(zhì)的部分，所述的特選性質(zhì)選自氧化還原活性、光學(xué)活性、電子活性和磁活性。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的方法，包括使本發(fā)明的一種納米顆粒與推測(cè)含有所述分析物的樣品接觸，并檢測(cè)或測(cè)量所述納米顆粒的性質(zhì)，以此來(lái)檢測(cè)或確定該分析物的數(shù)量。本發(fā)明還提供檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的試劑盒，該試劑盒包括容納本發(fā)明的納米顆粒的容器。
另外，本發(fā)明提供連接單體。所述的連接單體具有式N-L-B的結(jié)構(gòu)，其中B是專門與分析物連接的連接部分，而N和L的定義同上。
此外，本發(fā)明提供一種聚合物，該聚合物是由本發(fā)明的一種或多種增殖單體聚合而成的。當(dāng)L包含連接部分B時(shí)，這些聚合物可以用于檢測(cè)或確定分析物的數(shù)量。于是，本發(fā)明還提供一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的方法，包括使推測(cè)含有所述分析物的樣品與該聚合物接觸，并檢測(cè)或測(cè)量該聚合物的性質(zhì)，以此來(lái)檢測(cè)或確定該分析物的數(shù)量。另外，本發(fā)明提供檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的試劑盒，該試劑盒包括容納本發(fā)明的聚合物的容器，其中L包含連接部分B。
最后，本發(fā)明提供一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的方法，包括使所述的分析物與本發(fā)明的一種連接單體接觸，以使該連接單體連接到該分析物上。然后，加入本發(fā)明的一種增殖單體，以便該增殖單體聚合成附著于分析物上的聚合物。之后，檢測(cè)或測(cè)量附著于分析物上的聚合物的性質(zhì)，以此來(lái)檢測(cè)或確定該分析物的數(shù)量。最終，本發(fā)明提供檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的試劑盒，該試劑盒包括容納本發(fā)明的連接單體的容器，容納本發(fā)明的增殖單體的容器，或二者都包括。
附圖簡(jiǎn)述

圖1制備具有嵌段共聚物殼的納米顆粒的示意圖。示出了化合物1、2、3和4的結(jié)構(gòu)式。在結(jié)構(gòu)式1中，Ph＝苯基，Cy＝環(huán)己基。
圖2A-H圖2A-E示出的是下列金納米顆粒(GNPs)的1H NMR譜圖，即由1-癸硫醇和化合物2(δ7-0 ppm)3∶1的混合物功能化的GNPs(圖2A)，由1-癸硫醇和化合物2(δ6.3-5.2ppm)3∶1的混合物功能化的GNPs(圖2B)，經(jīng)1當(dāng)量化合物1處理之后的化合物2改性的GNPs(δ6.3-5.2ppm)(圖2C)，將20當(dāng)量的化合物3加到開環(huán)易位聚合(ROMP)而活化的GNPs之后的化合物2改性的GNPs(δ6.3-5.2ppm)(圖2D)，和GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物雜合體(δ7-0ppm)(圖2E)。圖2F-H示出了GNP-化合物3的聚合物體系(圖2F)、GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物雜合體(圖2G)和化合物3的聚合物(圖2H)的循環(huán)伏安圖。所有的循環(huán)伏安法實(shí)驗(yàn)，均用金作為工作電極，用鉑網(wǎng)作反電極，用銀絲作參比電極。用二茂鐵(雙(環(huán)戊二烯基)鐵)作為內(nèi)參比物。
圖3A-B用化合物2功能化的GNPs(圖3A)和GNP-化合物3的聚合物(圖3B)的透射電子顯微圖(TEM)。
圖4含降冰片烯基的單體的結(jié)構(gòu)圖。
圖5A用GNP-化合物3的聚合物檢測(cè)核酸(靶)的試驗(yàn)圖。
圖5B用含降冰片烯基的熒光單體檢測(cè)核酸(靶)的試驗(yàn)圖。
圖6單體9(圖A)和GNP-化合物9的聚合物(圖B)的熒光發(fā)射-波長(zhǎng)圖。
圖7A-B聚合物-納米顆粒雜合以產(chǎn)生納米顆粒與聚合物的復(fù)合物的交聯(lián)圖。
圖8A-B化合物10-16的結(jié)構(gòu)式。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述用于本發(fā)明的納米顆粒包括金屬(如金、銀、銅、鉑)，半導(dǎo)體(如Si、CdSe、CdS、以及涂敷ZnS的CdS)，聚合物(如聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯)，磁性物質(zhì)(如磁鐵礦)，絕緣體(如SiO2)，和超導(dǎo)體(如YBa2Cu3O7-δ)等膠質(zhì)材料。用于本發(fā)明的其它納米顆粒包括ZnSe、ZnS、ZnO、TiO2、AgI、AgBr、HgI2、PbS、PbSe、PbTe、ZnTe、SiO2、CdTe、In2S3、In2Se3、In2Te3、Cd3P2、Cd3As2、InAs、InP、GaP和GaAs。目前優(yōu)選的是金納米顆粒。
納米顆粒的尺寸優(yōu)選約1納米至約150納米(平均直徑)，更優(yōu)選為約2至約100納米，最優(yōu)選為約2至約30納米。
在現(xiàn)有技術(shù)中，制備金屬、半導(dǎo)體和磁性材料的納米顆粒的方法是眾所周知的。見(jiàn)Schmid，G.(ed.)Clusters and Colloids(VCH，Weinheim，1994)；Hayat，M.A.(ed.)Colloidal Gold Princples，Methode，and Applications(Academic Press，San Diego，1991)；Massart，R.，IEEE Transactions OnMagnetics，17，1247(1981)；Ahmadi，T.S.et al.，Science，272，1924(1996)；Henglein，A.et al.，J.Phys.Chem.，99，14129(1995)；Curtis，A.C.，et al.，Angew.Chem.，Iht Ed.Engl.，27，1530(1988)；Brust et al.，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.，801(1994)；PCT申請(qǐng)WO 98/21587。
在現(xiàn)有技術(shù)中，制備ZnS、ZnO、TiO2、AgI、AgBr、HgI2、PbS、PbSe、ZnTe、CdTe、In2S3、In2Se3、Cd3P2、SiO2、Cd3As2、InAs、ZnSe、InP、GaP和GaAs納米顆粒的方法，同樣是眾所周知的。見(jiàn)Weller，Angew Chem.，Int.Ed.Engl.，32，41(1993)；Henglein，A.，Top.Curr.Chem.，143，113(1988)；Henglein，Chem.Rev.，89，1861(1989)；Brus，Appl.Phys.A.，53，465(1991)；Bahncmann，inPhotochemical Conversion and Storage of solar Energy(eds.Pelizetti andSchiavello 1991)，page 251；Wang and Herron，J.Phys.Chem.，95，525(1991)；Olshavskv et al.，J.Am.Chem.Soc.，112，9438(1990)；Ushida et al，J.Phys.，Chem.，95，5382(1992)；PCT申請(qǐng)WO 98/21587；Xu et al.，Mater.Res.Soc.Symp.Proc.，536，401-405(1999)；Malik et al.，J.Mater.Chem.，8，1885-1888(1998)；Haggata et al.，J.Mater.Chem.，7，1969-1975(1997)；Pickett et al.，J.Mater.Chem.，7，1855-1865(1997)；Micic et al.，J.Lumin.，70，95-107(1996)；Micic et al.，J.Phys.Chem.，99，7754-9(1995)；and Viano et al.，Nanostruct.Mater.，3，239-44(1993)。
另外，在現(xiàn)有技術(shù)中制備聚合物納米顆粒的方法也是眾所周知的。見(jiàn)PCT申請(qǐng)WO98/21 587；Gao，et al.，Chin.J.Polym.Sci.，17，595-601(1999)；Okubo et al.，Colloid Polym.Sci.，277，900-904(1999)；Cairns et al.，Langmuir，15，8052-8058(1999)；Puig，Rev.Mex.Fis.，45，18-20(1999)；Chen et al.，J.Polym.Sci.，Part APolym.Chem.，37，2155-2166(1999)；Landfester et al.，Macromolecules，32，5222-5228(1999)；Stork et al.，Polym.Mater.Sci.Eng.，80，8-9(1999)；Xiangling et al.，Radiat. Phys.Chem.，54，279-283(1999)；Charreyreet al.，J.Bioact.Compat.Polym.，14，64-90(1999)；Sabel et al.，PCT申請(qǐng)WO98/56361；Ming et al.，Macromolecules，32，528-530(1999)，；Schaenl et al.，ProgColloid Polym.Sci.，110，285-290(1998)；Li et al.，Macromolecules，31，6841-6844(1998)；Ming et al.，Macromol.Chem.Phys.，199，1075-1079(1998)；Fritzet al.，J.Colloid Interface Sci.，195，272-288(1997)；Zhang et al.，Macromolecules，30，6388-6390(1997)；Cammas et al.，J.Controlled Release，48，157-164(1997)；Larpent et al.，React.Funct.Polym.，33，49-59(1997)；Huang etal.，Int.J.Polym.Mater.，35，13-19(1997)；Holderle et al.，Polym.Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，38，479-480(1997)；Hoelderle，et al.，Book ofAbstracts，213th ACS National Meeting，San Francisco，April 13-17，1997，OLY-206(1997)；Larpent et al.，Macromolecules，30，354-362(1997)；Venier-Julienneet al.，Pharm.Acta Helv.，71，121-128(1996)；Levy et al.，PCT申請(qǐng)WO96/20698和WO99/53903；Banerjee et al.，Macromolecules，28，3940-3(1995)；Maruyama et al.，Biomaterials，15，1035-42(1994)；Stolnik et al.，J.ControlledRelease，30，57-67(1994)；Paulke et al.，Acta Polym.，43，288-91(1992)；和Mueller，R.H.；Wallis，K.H.Int.J.Pharm.，89，25-31(1993)。
最后，在現(xiàn)有技術(shù)中制備超導(dǎo)體納米顆粒的方法也是眾所周知的。見(jiàn)Geohegan et al.，Appl.Phys Lett.，74，3788-3790(1999)；Fukunaga et.al.，Mater.Trans.，JIM，40，118-122(1999)；Awano et al.，World Congr.Part.Technol.，3，1692-1699(1998)；Fukunaga et al.，J.Mater.Res.，13，2465-2471(1998)；Terrones et al.，Appl.Phys.A.Mater. Sci.Process.，A66，307-317(1998)；Reverchon et al.，Ind.Eng.Chem.Res.，37，952-958(1998)；Chhabra et al.，Tenside，Surfactants，Deterg.，34,156-158,160-162,164-168(1997)；Maser et al.，Adv.Mater(Weinheim，Ger.)，9，503-506(1997)；Fukunaga et al.，Proc.-Electrochem.Soc.，97-2，24-35(1997)；Eastoe et al.，Curr.Opin.ColloidInterface Sci.，1，800-805(1996)；Chhabra et al.，World Surfactants Congr.，4th，1，67-99 (1996)；Pillai et al.，Adv.Colloid Interface Sci.，55，241-69(1995)；Kumaret al.，Mater.Lett.，16，68-74(1993)；Kumar et al.，Appl.Phys.Lett.，62，765-7(1993)；和Pillai et al.，Surfactant Sci.Ser.，66，227-246(1997)。
適宜的納米顆粒也可以從下列公司購(gòu)得，如Ted Pella，Inc.(金納米顆粒)，Amersham Corporation(金納米顆粒)和Nanoprobes，Inc.(金納米顆粒)，BBI(金納米顆粒)，Bangs Laboratories(金、聚合物、硅膠、磁性材料的納米顆粒)，Vector Laboratories(磁性材料、生物聚合物的納米顆粒)，Polysciences(硅膠、聚合物的納米顆粒)，Dynal，Inc.(聚合物、磁性材料的納米顆粒)，Accurate Polymers(聚合物納米顆粒)，Polymer，Inc.(聚合物納米顆粒)，PolyMicrospheres(聚合物、磁性材料的納米顆粒)，Sphereotech(聚合物、熒光劑、磁性材料的納米顆粒)，Xenopore(聚合物納米顆粒)和InterfacialDynamic Corp.(聚合物納米顆粒)。
每種納米顆粒均具有多種附著于其上的初始單體。“初始單體”是一種包含官能團(tuán)和環(huán)鏈烯烴基團(tuán)的化合物，所述的官能團(tuán)使初始單體附著在納米顆粒上。初始單體上有環(huán)鏈烯烴基團(tuán)，以便初始單體附著在納米顆粒上時(shí)，鏈烯烴官能團(tuán)易于參與隨后加入的含環(huán)鏈烯烴的增殖單體的聚合(如下面所述)。這通過(guò)使環(huán)鏈烯烴基團(tuán)遠(yuǎn)離初始單體上的官能團(tuán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選環(huán)鏈烯烴和官能團(tuán)位于初始單體的兩端。這樣，一旦被加入的適宜催化劑活化(如下面所述)，固定不動(dòng)的初始單體就為隨后加入的增殖單體提供聚合位置，并使聚合物嵌段脫離納米顆粒表面選擇性地生長(zhǎng)。
在本文中使用的“環(huán)鏈烯烴”是指這樣的化合物，該化合物含有1-3個(gè)環(huán)，每個(gè)環(huán)含有3個(gè)或更多的碳原子，優(yōu)選含有5-8個(gè)碳原子，而且該化合物還至少一個(gè)碳碳雙鍵于環(huán)上(“鏈烯烴的官能團(tuán)”)。所述的環(huán)鏈烯烴必須能夠進(jìn)行開環(huán)易位聚合(ROMP)。當(dāng)環(huán)上具有足夠的張力，以便開環(huán)反應(yīng)釋放該張力并為聚合物的生成提供熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力時(shí)，環(huán)鏈烯烴就能夠進(jìn)行ROMP。為了估算環(huán)的張力，請(qǐng)參考Greenberg&Liebman，Strained OrganicMolecules，94頁(yè)(Academic Press 1978)。所述的環(huán)鏈烯烴優(yōu)選為降冰片烯、7-氧代降冰片烯、環(huán)辛烯、環(huán)辛二烯、環(huán)戊烯或環(huán)丁烯。最優(yōu)選的環(huán)鏈烯烴是降冰片烯。
已知很多化合物可以借助于官能團(tuán)附著在納米顆粒上(下文中稱作“附著化合物，，)。制備這種附著化合物并使其附著在納米顆粒上的方法是眾所周知的。優(yōu)選附著化合物穩(wěn)定地附著在納米顆粒的表面上，辦法是通過(guò)該化合物分子化學(xué)吸附在納米顆粒上或共價(jià)鍵連接在納米顆粒上。
適用于本發(fā)明的附著化合物及其所附著的相應(yīng)納米顆粒類型包括a.式R1SH、R1SSR2、R1SR2、R1NC、R1CN、R1CO2H、R1SO2H、(R1)3P、(R1)3N或ArSH的化合物可以附著在金納米顆粒上；b.式R1SH、ArSH或(R1)3N的化合物可以附著在銀、銅、鈀和半導(dǎo)體納米顆粒上；c.式R1NC、R2SH、R1SSR2或R1SR2的化合物可以附著在鉑納米顆粒上；d.式R1SH的化合物可以附著在GaAs和InP的納米顆粒上；e.有機(jī)硅烷包括式R1SiCl3和R1Si(OR2)3、(R1COO)2、R1CH＝CH2、R1Li以及R1MgX的化合物，可以附著在Si和SiO2的納米顆粒上；f.式R1COOH或R1CONHR2的化合物可以附著在金屬氧化物的納米顆粒上；g.式R1SH、R1NH2、ArNH2的化合物，吡咯或R1附著在吡咯環(huán)的一個(gè)碳原子上的吡咯衍生物，可以附著在銅酸鹽高溫超導(dǎo)體的納米顆粒上；h.式R1COOH的化合物可以附著在鋁、銅、銀和鉑的納米顆粒上；和i.不飽和的化合物，如偶氮烷(R3NNR3)和異硫氰酸鹽(R3NCS)，可以附著在硅的納米顆粒上。
在上面的各式中如果化合物被R1和R2取代，每個(gè)R1和R2均具有式X(CH2)n的結(jié)構(gòu)，R1和R2可以相同或相異；R3具有X(CH2)n的結(jié)構(gòu)；n為0-30；Ar為芳基；而X為-CH3、-CHCH3、-COOH、-CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亞乙基二醇、六(1，2-亞乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、鹵素、葡萄糖、麥芽糖、富勒烯C60、環(huán)鏈烯烴或核酸，其中m為0-30。
有關(guān)附著化合物及其制備和用途的描述，見(jiàn)Xia and Whitesides，Angew.Chem.Int.Ed.，37，550-575(1998)及其中所引用的參考文獻(xiàn)；Bishop et al.，Curr.Opinion Colloid&Interface Sci.，1，127-136(1996)；Calvert，J.Vac.Sci.Technol.B，11，2155-2163(1993)；Ulman，Chem.Rev.，961533(1996)(烷硫醇附著在金上)；Dubois et al.，Annu.Rev.Phys.Chem.，43437(1992)(烷硫醇附著在金上)；Ulman，An Introduction to Ultratin Organic FilmsFrom Langmuir-Blodgett to Self-Assembly(Academic，Boston，1991)(烷硫醇附著在金上)；Whitesides，Proceedings of the Robert A.Welch Foundation 39th Conference OnChemical Research Nanophase Chemisny，Houston，TX，pages 109-121(1995)(烷硫醇附著在金上)；Mucic et al.Chem.Commun.555-557(1996)(描述了一種將3′硫醇DNA附著在金表面上的方法)；美國(guó)專利US5472881(低聚核苷酸-硫代磷酸酯連接到金表面上)；Burwell，Chemical Technology，4，370-377(1974)和Matteucci and Caruthers，J.Am.Chem.Soc.，103，3185-3191(1981)(低聚核苷酸-烷基硅氧烷連接到硅膠和玻璃表面上)；Grabar et al.，Anal.Chem.，67，735-743(氨基烷基硅氧烷的連接和巰基烷基硅氧烷的類似連接)；Nuzzo，et al.，J.Am.Chem.Soc.，109，2358(1987)(二硫化物附著于金上)；Allara and Nuzzo，Langmuir，1，45(1985)(羧酸附著在鋁上)；Allara與Tompkins，J.ColloidInterface Sci.，49，410-421(1974)(羧酸附著在銅上)；Iler，The Chemisny OfSilica，Chapter 6，(Wiley 1979)(羧酸附著在硅膠上)；Timmons與Zisman，J.Phys.Chem.，69，984-990(1965)(羧酸附著在鉑上)；Soriaga與Hubbard，J.Am.Chem.Soc.，104，3937(1982)(芳環(huán)化合物附著在鉑上)；Hubbard，Acc.Chem.Res，13，177(1980)(環(huán)丁砜、亞砜以及其它功能性溶劑附著在鉑上)；Hickmanet al.，J.Am.Chem.Soc.，111，7271(1989)(異腈附著在鉑上)；Maoz與Sagiv，Langmuir，3，1045(1987)(硅烷附著在二氧化硅上)；Maoz與Sagiv，Langmuir，3，1034(1987)(硅烷附著在二氧化硅上)；Wasserman et al.，Langmuir，5，1074(1989)(硅烷附著在二氧化硅上)；Eltekova and Eltekov，Langmuir，3，951(1987)(芳香羧酸、醛、醇和甲氧基基團(tuán)附著在二氧化鈦和二氧化硅上)；以及Lec et al.，J.Phys.Chem.，92，2597(1988)(剛性磷酸鹽附著在金屬上)；Lo et al.，J.Am.Chem.Soc.，118，11295-11296(1996)(吡咯附著在超導(dǎo)體上)；Chen et al.，J.Am.Chem.Soc.，117，6374-5(1995)(胺和硫醇附著在超導(dǎo)體上)；Chen et al.，Langmuir，12，2622-2624(1996)(硫醇附著在超導(dǎo)體上)；McDevitt et al.，美國(guó)專利US5846909(胺和硫醇附著在超導(dǎo)體上)；Xu et al.，Langmuir，14，6505-6511(1998)(胺附著在超導(dǎo)體上)；Mirkin et al.，Adv.Mater.(Weinheim，Ger.)，9，167-173(1997)(胺附著在超導(dǎo)體上)；Hovis et al.，J.Phys.Chem.B，102，6873-6879(1998)(鏈烯烴和二烯在硅上的附著)；Hovis et al.，Surf.Sci.，402-404，1-7(1998)(鏈烯烴和二烯在硅上的附著)；Hovis et al.，J.Phys.Chem.B，101，9581-9585(1997)(鏈烯烴和二烯在硅上的附著)；Hamers et al.，J.Phys.Chem.B，101，1489-1492(1997)(鏈烯烴和二烯在硅上的附著)，Hamers et al.，美國(guó)專利5908692(鏈烯烴和二烯在硅上的附著)；Ellison et al.，J.Phys.Chem.B，103，6243-6251(1999)(異硫代氰酸酯在硅上的附著)；Ellison et al.，J.Phys.Chem.B，102，8510-8518(1998)(偶氮烷在硅上的附著)；Ohno et al.，Mol.Cryst.Liq.Cryst.Sci.Technol.，Sect.A，295，487-490(1997)(硫醇在GaAs上的附著)；Reuter et al.，Mater.Res.Soc.Symp.Proc.，380，119-24(1995)(硫醇在GaAs上的附著)，Bain，Adv.Mater.(Weinheim，F(xiàn)ed. 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A是包含附著化合物的基團(tuán)。
A的特性取決于組成納米顆粒的材料的特性(見(jiàn)上面)。
除了為化學(xué)鍵之外，L還可以是一種連接物。作為連接物，L可以是任何需要的化學(xué)基團(tuán)。例如，L可以是聚合物(如聚乙二醇、聚亞甲基、蛋白質(zhì)、肽、低聚核苷酸或核酸)，-COO-，-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、 其中R1的定義同上，m為0-30。L還可以為或包含專門與分析物(如抗體或低聚核苷酸)連接的連接部分B(見(jiàn)下面)。
初始單體可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的方法來(lái)合成。具體地說(shuō)，利用標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)化學(xué)合成方法合成所述的初始單體，憑借該合成方法，含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)N與含附著化合物的基團(tuán)A通過(guò)化學(xué)鍵互相偶聯(lián)，或者在此之后與連接物L(fēng)偶聯(lián)，見(jiàn)例如Larock，Comprehensive Organic Transformationsa guide to functional group preparations(VCH Publishers，New York，NY，1998)和Comprehensive Organic group Transformations(Katritzky et al.，PergamonPress，New York，1995)。
目前，用于各種納米顆粒的初始單體優(yōu)選為含降冰片烯基的烷硫醇。后面的實(shí)施例1描述了一種可以用來(lái)制備這種初始單體的方法。
初始單體可以按與附著化合物附著在納米顆粒上的相同的方法附著在納米顆粒上。這些方法在本領(lǐng)域中是眾所周知的。見(jiàn)上面有關(guān)附著化合物的討論中所引用的參考文獻(xiàn)。一般，使納米顆粒與初始單體簡(jiǎn)單地接觸并保持足夠的接觸時(shí)間，以便初始單體附著在納米顆粒上。優(yōu)選使初始單體和相應(yīng)的附著化合物(作為稀釋劑)的混合物與納米顆粒接觸，以便在后續(xù)的聚合期間降低初始單體和增殖聚合物的交聯(lián)。初始單體與附著化合物之間的最佳比例可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，并且取決于初始單體的類型、附著化合物的類型以及納米顆粒的大小和類型?！跋鄳?yīng)的附著化合物”的意思是，初始單體和附著化合物優(yōu)選但不是必須為同類型的物質(zhì)(如烷烴)，并優(yōu)選但不是必須具有相同的官能團(tuán)(如硫醇)。
初始單體附著在納米顆粒上之后，使得到的納米顆粒與一種催化劑接觸，以引發(fā)聚合反應(yīng)。所述的催化劑為過(guò)渡金屬開環(huán)易位催化劑。已知很多這種催化劑適用于環(huán)鏈烯烴衍生物。見(jiàn)美國(guó)專利4250063,4727215,4883851,4945135,4945141,4945144,5146033,5198511,5266665,5296566,5312940,5342909,5728785,5750815,5831108,5849851,以及其中引用的文獻(xiàn)；Schwab et al.，Angew.Chem.Iht.Ed.Engl.，342039(1995)；Lynn etal.，J.Am.Chem.Soc.，1201627(1998)。
優(yōu)選的是具有下式的一族耐受官能團(tuán)的催化劑 其中，M可以是鋨(Os)或釕(Ru)；R1為氫；X1和X2可以是相同或相異的任何陰離子配位體；L1和L2可以是相同或相異的任何中性電子給體；R2可以是氫、取代或非取代的烷基，或者是取代或非取代的芳基。最優(yōu)選X1和X2相同并且為Cl。L1和L2優(yōu)選為式PhosR3R4R5的膦，其中Phos為膦，R3為二級(jí)烷基或環(huán)烷基，R4和R5(可以相同或相異)為芳基、C1-C10的一級(jí)烷基、二級(jí)烷基或環(huán)烷基。最優(yōu)選L1和L2同為-膦(環(huán)己基)3、-膦(環(huán)戊基)3或-膦(異丙基)3。R2優(yōu)選為氫、C1-C20的烷基或芳基。所述的C1-C20的烷基可任選地被一個(gè)或多個(gè)芳基、鹵素、羥基、C1-C20的烷氧基或C2-C20的烷氧基羰基基團(tuán)取代。所述的芳基可以任選地被一個(gè)或多個(gè)C1-C20的烷基、芳基、羥基、C1-C5的烷氧基、氨基、硝基或鹵素基團(tuán)取代。最優(yōu)選的催化劑是圖1中示出的化合物1。這些催化劑的制備及其使用條件，見(jiàn)Schwab et al.，Chem.Int.Ed.Engl.，34，2039(1995)，Lenn et al.，J.Am.Chem.Soc.，1201627(1998)和美國(guó)專利5831108，其中公開的全部?jī)?nèi)容引作本文的參考文獻(xiàn)。這些催化劑產(chǎn)生一種活性的聚合，這種聚合具有很多特性，包括對(duì)聚合物的長(zhǎng)度和化學(xué)組成，以及粒度、溶解性和形狀的特殊控制。
還優(yōu)選包含錸(VII)原子為中心原子的一族催化劑，該錸原子與亞烷基配位體(CHR2)、次烷基(alkylidyne)配位體(CR1)和兩個(gè)其他配位體(R3和R4)相連，這些配位體中至少有一個(gè)是吸電子的配位體，其充分地吸引電子，使錸原子的親電性足以進(jìn)行易位反應(yīng)。由此，該催化劑的結(jié)構(gòu)式為Re(CR1)(CHR2)(R3)(R4)。R1選自1-20個(gè)碳原子的烷基，6-20個(gè)碳原子的芳基，7-30個(gè)碳原子的芳基烷基，鹵素取代的前述每種基團(tuán)的衍生物，以及前述每種基團(tuán)的含硅類似物。R2選自R1，或?yàn)榇呋瘎┑腞e＝CHR2部分與將要易位的鏈烯烴的反應(yīng)所產(chǎn)生的取代基。R1和R2的實(shí)例包括苯基、叔丁基、三甲基甲硅烷基、三苯基、甲基、三苯基甲硅烷基、三叔丁基、三叔丁基甲硅烷基、2，6-二異丙基苯基、2，4，6-三異丙基苯基和2，6-二甲基苯基。R3和R4是充分吸引電子使錸原子的親電性足以進(jìn)行易位反應(yīng)的任何基團(tuán)。盡管優(yōu)選R3和R4同為吸引電子的基團(tuán)，但是催化劑可以只包含一個(gè)吸引電子的配位體。R3和R4可以獨(dú)立地選自R1、鹵素、triflate、以及R3與R4連在一起的組合，其中R3和R4可以獨(dú)立地包含與錸原子相連的醇鹽的氧原子，條件是如果R1和R2為叔丁基且R3和R4相同，那么R3和R4為除叔丁醇鹽、三甲基甲硅烷氧化物、新戊基或鹵素之外的基團(tuán)。優(yōu)選R3和R4同為醇鹽配位體，其中與吸電子醇鹽配位體相對(duì)應(yīng)的醇應(yīng)具有約9或更低的pKa。落入此范圍的適宜的配位體包括酚鹽、六氟叔丁醇鹽和二異丙基酚鹽。R3與R4基團(tuán)連在一起的實(shí)例為頻哪醇鹽(pinacolate)、2，6-二甲基-2，6-庚烷二醇鹽(heptanediolate)和丙烷-1，3-二醇鹽(propan-1，3-diolate)。所述的催化劑通常是單體。但是，如果R3和R4基團(tuán)足夠小，允許兩個(gè)或多個(gè)金屬中心成橋，那么這些催化劑可以形成二聚體、低聚體或聚合物。這些錸催化劑及其合成方法和用途，見(jiàn)美國(guó)專利5146033，該專利的全部公開內(nèi)容引作本文的參考文獻(xiàn)。
另一族優(yōu)選的催化劑是那些具有式M(NR1)(OR2)2(CHR3)的催化劑。M為鉬或鎢；R1和R2為烷基、芳基、芳基烷基、鹵代烷基、鹵代芳基、鹵代芳基烷基或它們的含硅類似物；而R3為烷基、芳基、芳基烷基或所述催化劑的M＝CHR2部分與將要易位的鏈烯烴的反應(yīng)所產(chǎn)生的取代基。所述的烷基包含1-20個(gè)碳原子，所述的芳基包含6-20個(gè)碳原子，所述的芳基烷基包含7-20個(gè)碳原子。R1的實(shí)例包括2，6-二異丙基苯基、2，4，6-三甲基苯基、2，6-二叔丁基苯基、五氟代苯基、叔丁基、三甲代甲硅烷基、三苯基甲基、三苯基甲硅烷基、三叔丁基甲硅烷基和全氟-2-甲基-2-戊基。R2的實(shí)例包括叔丁基、三氟叔丁基、全氟叔丁基、全氟-2-甲基-2-戊基、2，6-二異丙基苯基、五氟苯基、三甲代甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、三叔丁基甲硅烷基和六氟叔丁基。R3起初為叔丁基或苯基，但由于催化劑的M＝CHR3部分緊密地處于所述的催化反應(yīng)中，因此CHR3配位體被另外的亞烷基片段所代替，所述的亞烷基片段來(lái)自將要易位的鏈烯烴。這一族催化劑及其合成方法和用途，見(jiàn)美國(guó)專利4727215，其公開的全部?jī)?nèi)容引作本文的參考文獻(xiàn)。
初始單體通過(guò)本領(lǐng)域中已知的方法用催化劑活化。見(jiàn)上面引用的參考文獻(xiàn)。其他適宜的條件和最佳條件可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
初始單體經(jīng)催化劑活化之后，加入含環(huán)鏈烯烴的增殖單體，并使所述的增殖單體聚合。該增殖單體具有下面的結(jié)構(gòu)式N-L-P其中N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；L是N附著于P上的化學(xué)鍵和連接物；而P是賦予所生成的聚合物以特選的性質(zhì)的任何部分。
L與上面有關(guān)初始單體的描述相同。
P將賦予所產(chǎn)生的聚合物和聚合物-納米顆粒雜合體以所需的性質(zhì)。這些性質(zhì)包括親水性，疏水性，光學(xué)性質(zhì)(如熒光、顏色或非線性光學(xué)特性)，磁活性(如未成對(duì)電子)，電子活性(如導(dǎo)電聚合物)，通過(guò)冠醚選擇性地與離子連接(如與Na+、Pb2+等離子連接)，以及氧化還原活性(如二茂鐵衍生物)。該性質(zhì)優(yōu)選為光學(xué)性質(zhì)或氧化還原活性。
很多適宜的含環(huán)鏈烯烴的增殖單體是已知的。見(jiàn)美國(guó)專利4250063,5064919,5117327,5198511,5200470；Davies et al.，J.Chem.Soc.Perkin I，433(1973)；Posner et al.，Tetrahedron，32，2281(1976)。其他含環(huán)鏈烯烴的增殖單體，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)化學(xué)合成方法合成。具體地說(shuō)，環(huán)鏈烯烴部分N通過(guò)化學(xué)鍵與P部分互相偶聯(lián)，或者接著與連接物L(fēng)偶聯(lián)，所使用的方法是眾所周知的。見(jiàn)例如Larock，Comprehensive organic transformationsa guideto functional group preparations(VCH Publishers，New York，NY，1989)和Comprehensive organic functional group transformations(Katritzky et al.，eds.，Pergamon Press，New York，1995)。一些增殖單體的合成，見(jiàn)下面的實(shí)施例。
增殖單體聚合的適宜條件，包括本領(lǐng)域中已知的環(huán)鏈烯烴及其衍生物的聚合條件。見(jiàn)美國(guó)專利例如4883851,4945135,4945141,4945144,5198511,5266665,5296437,5296566,5312940,5342909,5728785,5750815,5831108,5849851，以及其中引用的參考文獻(xiàn)；Schwab et al.，Angew.Chem.Int.Ed. Engl.，342039(1995)；Lynn et al.，J.Am.Chem.Soc.，1201627(1998)。其他適宜的條件和最佳條件可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
在聚合反應(yīng)中，可以使用單一的具有特殊基團(tuán)P的增殖單體，也可以使用具有不同基團(tuán)P的增殖單體的混合物，以生成具有單一性質(zhì)或多種性質(zhì)的單一的聚合物殼。此外，在單一的單體或單體混合物聚合之后，可以一起或單獨(dú)地聚合一種或多種另外的單體，以形成多種聚合物殼附著在納米顆粒上，每種聚合物殼都具有不同的性質(zhì)。
聚合反應(yīng)及及所產(chǎn)生的聚合物殼的尺寸和性質(zhì)是可以控制的，辦法是適當(dāng)?shù)剡x擇反應(yīng)條件，包括催化劑、溶劑、溫度、增殖單體的類型、增殖單體的加入順序和增殖單體的數(shù)量。為了更好地控制，優(yōu)選通過(guò)加入一種終止聚合的化合物終止所述的聚合反應(yīng)。適宜的這種化合物在本領(lǐng)域中是已知的。見(jiàn)上面引用的參考文獻(xiàn)。
本發(fā)明的聚合物-納米顆粒雜合體具有多種用途。例如，它們可以用作檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的探針。見(jiàn)例如PCT申請(qǐng)WO98/04740；PCT申請(qǐng)WO98/21587；Storhoff et al.，J.Clust.Sci.，8179(1997)；Brousseau et al.，J.Am.Chem.Soc.，1207645(1998)；Freeman et al.，Science，2671629(1995)；Zhu etal.，J.Am.Chem.Soc.，119235(1997)；Miekin et al.，Nature，382607(1996)；Elghanian etal.，Science，2771078(1997)；Storhoff et al.，J.Am.Chem.Soc.，1201959(1998)。
本發(fā)明可以檢測(cè)或確定其數(shù)量的分析物包括多糖、脂類、脂多糖、蛋白質(zhì)、糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、肽、低聚核苷酸和核酸。具體的分析物包括抗體，免疫球蛋白，白蛋白，血紅蛋白，凝結(jié)因子，肽和蛋白質(zhì)激素(如胰島素、促性腺激素、生長(zhǎng)激素)，非肽激素，白細(xì)胞間介素，干擾素，其它細(xì)胞因子，包含腫瘤特異性抗原決定部位(即僅在腫瘤特異性蛋白上發(fā)現(xiàn)的抗原決定部位)的肽，細(xì)胞(如紅色血細(xì)胞)，細(xì)胞表面分子(如CD抗原、整合蛋白、細(xì)胞受體)，微生物(病毒、細(xì)菌、寄生蟲、霉菌和真菌)，微生物片段、部分、組分或制品，小的有機(jī)分子(如地高辛、海洛因、可卡因、嗎啡、麥司卡林、麥角酸、四氫大麻醇、大麻醇、膽甾醇、戊脒和維生素H)，等等?？梢詸z測(cè)或確定其數(shù)量的核酸和低聚核苷酸包括基因(如與特定疾病有關(guān)的基因)，病毒RNA和DNA，細(xì)菌DNA，真菌DNA，哺乳動(dòng)物DN～如人體DNA)，cDNA，mRNA，RNA和DNA片段，低聚核苷酸，合成的低聚核苷酸，改性的低聚核苷酸，單鏈和雙鏈核酸，天然或合成的核酸等。
作為探針，聚合物-納米顆粒雜合體必須具有附著于其上的連接部分B，該連接部分B使得所述的聚合物-納米顆粒雜合體專門與分析物連接。適宜的連接部分及其制備方法在本領(lǐng)域中是眾所周知的。例如，用分析物特異性抗體基本上可以檢測(cè)或確定任何分析物的數(shù)量。另外，可以使用任何專門與所述分析物連接的分子，而且許多這類分子是本領(lǐng)域中已知的。例如，可以用具有與至少部分分析物核酸互補(bǔ)的序列的低聚核苷酸，來(lái)檢測(cè)或確定核酸的數(shù)量。此外，可以用外源凝集素來(lái)檢測(cè)或確定多糖和糖基化蛋白質(zhì)的數(shù)量。另一實(shí)例是，可以用受體檢測(cè)其配體，反之亦然。很多其它適宜的連接部分B是已知的。
連接部分B可以以很多方式附著在聚合物-納米顆粒雜合體上。例如，如上面所提到的那樣，初始單體或增殖單體的連接物L(fēng)可以任何合乎需要的化學(xué)基團(tuán)。這樣，增殖單體和/或初始單體中的連接物L(fēng)可以包含連接部分B，例如蛋白質(zhì)(如抗體)、低聚核苷酸等，而所述的連接部分將混入附著在納米顆粒上的聚合物殼中。當(dāng)所述聚合物-納米顆粒雜合體用作探針時(shí)，優(yōu)選至少一些增殖單體具有連接物L(fēng)，該連接物L(fēng)包含所需的連接部分B。用另一種方法，可以在增殖單體的聚合完成之后，將單獨(dú)的連接單體附著在聚合物-納米顆粒雜合體上。所述的連接單體具有下式的結(jié)構(gòu)N-L-B，其中N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；
L是N附著于B上的化學(xué)鍵或連接物；而B為連接部分。
L與上述有關(guān)初始單體和增殖單體的描述相同。但是優(yōu)選L不包含連接部分B。
連接單體按與初始單體相同的方法合成和附著在聚合物-納米顆粒雜合體上。所述的連接單體，優(yōu)選連接單體與具有所需性質(zhì)的增殖單體的混合物，可以附著在聚合物-納米顆粒雜合體上，于納米顆粒上形成最終的聚合物殼。在這種混合物中，連接單體與增殖單體的比例優(yōu)選盡可能地低。按這種方式，即使單體B單獨(dú)的連接其分析物也產(chǎn)生較大的可檢測(cè)的信號(hào)。
為進(jìn)行本發(fā)明的化驗(yàn)，使推測(cè)含有分析物的樣品與一種類型的聚合物-納米顆粒雜合體接觸，所述的雜合體上附有連接單體B?？梢允褂萌魏晤愋偷臉悠?。例如，該樣品可以是生物流體(如血清、血漿、血液、唾液或尿)，細(xì)胞，細(xì)胞溶解產(chǎn)物，組織，化合物庫(kù)(如有機(jī)化合物或肽)，含PCR組分的溶液等。在本領(lǐng)域中，進(jìn)行這種化驗(yàn)的條件和方式是眾所周知的(例如見(jiàn)上面所引用的參考文獻(xiàn))，也可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。
最后，測(cè)量或檢測(cè)附著在納米顆粒上的聚合物的性質(zhì)，以便檢測(cè)或確定所述分析物的數(shù)量。所述的性質(zhì)如上所述。優(yōu)選該性質(zhì)是氧化還原活性或光學(xué)活性(如熒光或顏色)。檢測(cè)和測(cè)量這些性質(zhì)的方法在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
在圖5A中，解釋了一種檢測(cè)或確定核酸數(shù)量的方式，捕獲的低聚核苷酸(捕獲鏈)附著在金基質(zhì)上(如金電極)。將低聚核苷酸附著在金或其它基質(zhì)上的方法是已知的。見(jiàn)上面所引用的描述官能團(tuán)的那些文獻(xiàn)，特別是PCT申請(qǐng)WO98/0470。所述捕獲的低聚核苷酸的序列與至少部分核酸分析物(靶)的序列互補(bǔ)，而所述的分析物核酸與基質(zhì)相連，以便其與附著在該基質(zhì)上的捕獲低聚核苷酸連接。然后，其上附有低聚核苷酸的聚合物-納米顆粒雜合體與附著在基質(zhì)上的分析物核酸相連。聚合物-納米顆粒雜合體上的低聚核苷酸，具有與至少部分分析物核酸序列互補(bǔ)的序列，并與附著在基質(zhì)上的分析物核酸連接。去除未連接的材料之后，檢測(cè)或測(cè)量附著在納米顆粒上的聚合物的性質(zhì)。如圖5A所解釋的那樣，所述的聚合物為化合物3的聚合物，這是一種具有氧化還原活性的聚合物，而且這種活性可以通過(guò)循環(huán)伏安法來(lái)測(cè)量(見(jiàn)實(shí)施例1)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于化驗(yàn)的試劑盒，以檢測(cè)或確定分析物的數(shù)量。該試劑盒包含一容納聚合物-納米顆粒雜合體的容器，所述的雜合體上附有連接部分B。該試劑盒還包含化驗(yàn)所用的其它試劑和物品。所述的試劑可以包括對(duì)照樣品、標(biāo)準(zhǔn)樣品、PCR試劑、雜合試劑、緩沖液等。作為試劑盒的一部分而提供的其它物品包括反應(yīng)裝置(如試管、微滴盤、其上可能附有捕獲分子的固體表面)，注射器，吸管，比色杯，容器等。
本發(fā)明的聚合物-納米顆粒雜合體還提供一種新的通用的結(jié)構(gòu)單元，化學(xué)家和材料科學(xué)家可以很容易地將其合并于很多現(xiàn)存的顆粒裝配技術(shù)中。例如見(jiàn)PCT申請(qǐng)WO98/04740；Storhoffet al.，J.Clust.Sci.，8179(1997)。例如，在納米顆粒上形成所需的聚合物殼之后，該聚合物可以與少量的終止單體或包含官能團(tuán)的增殖單體反應(yīng)，以便納米顆粒上的聚合物至少有一些被官能團(tuán)所覆蓋，所述的官能團(tuán)允許聚合物-納米顆粒雜合體被附著在其它納米顆粒(由同種或不同種材料制成的)或固體基質(zhì)上，所述的固體基質(zhì)由金屬、磁性或半導(dǎo)體材料所制成(見(jiàn)上述有關(guān)納米顆粒制備的材料)?！敖K止單體”與上述的初始單體相同，而且這段中所稱的“官能團(tuán)”與初始單體討論中所稱的官能團(tuán)相同。
本發(fā)明的新穎的含環(huán)鏈烯烴單體，也可以按與上述方式相同的方式單獨(dú)聚合(即不附著在納米顆粒上)。這種聚合物可以按多種方式使用。例如，由增殖單體組成的其中L包含連接部分B(如低聚核苷酸)的聚合物，可用于檢測(cè)和/或確定分析物的數(shù)量，辦法是通過(guò)檢測(cè)P基團(tuán)的性質(zhì)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于化驗(yàn)的試劑盒，用來(lái)檢測(cè)或確定分析物的數(shù)量。該試劑盒包含一容納聚合物的容器，該聚合物由其中L包含連接部分B的增殖單體所形成。該試劑盒還包含進(jìn)行化驗(yàn)所用的其它試劑和物品。
另外，其中L包含連接部分B的增殖單體可以用于檢測(cè)和/或確定分析物的數(shù)量，辦法是通過(guò)檢測(cè)基團(tuán)P的性質(zhì)。例如，在圖5B中闡明了一種檢測(cè)或確定核酸數(shù)量的方式。在該方式中，合成了單鏈DNA F，并于其3′端進(jìn)行修飾，以引入將DNA附著在基質(zhì)(如透明的玻璃片)上的官能團(tuán)(如氨基基團(tuán))。見(jiàn)上面有關(guān)官能團(tuán)及其附著在基質(zhì)上的討論。F的序列與至少部分目標(biāo)DNA F′-H-G′的序列互補(bǔ)。目標(biāo)DNA的序列G′與第三DNA鏈G互補(bǔ)，第三DNA鏈G已被含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)(例如，如所闡明的那樣，降冰片烯基基團(tuán)，用氨基磷酸酯D(phosporamidite)制備的)修飾。使其上附有捕獲DNA F的基質(zhì)與推測(cè)含有目標(biāo)DNA的樣品接觸足夠的時(shí)間，以使目標(biāo)DNA與F雜合，之后，基質(zhì)與G接觸。經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間使G與目標(biāo)DNA雜合之后，用ROMP催化劑(如圖1中的催化劑1)處理該基質(zhì)，接著使該基質(zhì)暴露于含環(huán)鏈烯烴的熒光單體(如己烷中降冰片烯改性的熒光素單體E)，以產(chǎn)生附著于DNA上的熒光聚合物，所述的DNA附著在基質(zhì)上。由于環(huán)鏈烯烴改性的DNA鏈G不與捕獲鏈F互補(bǔ)，將基質(zhì)暴露于催化劑和隨后的熒光單體將只產(chǎn)生固定的熒光聚合物，如果目標(biāo)鏈出現(xiàn)在初始樣品中。由于所使用的熒光單體過(guò)多，基質(zhì)上的聚合度取決于反應(yīng)時(shí)間，這是一種可選擇的量。用熒光顯微鏡可以容易地檢測(cè)出熒光。這種方法可對(duì)多因素的DNA進(jìn)行高靈敏度與適應(yīng)性的檢測(cè)和定量。首先，只要鏈端點(diǎn)(F′和G′)的序列是已知的，任何目標(biāo)均可以被檢測(cè)出來(lái)。其次，使用兩條與目標(biāo)互補(bǔ)的較短的DNA鏈F和G，較使用一條較長(zhǎng)的DNA鏈(如F-G或F-H-G)，DNA合成化學(xué)將變得更容易和更定量化。最后，由于單個(gè)雜合事件可以導(dǎo)致數(shù)百熒光單體的表面附著，這種技術(shù)可以是超靈敏的(即可以檢出亞飛摩爾(sub-femtomolar)級(jí)的DNA)。當(dāng)然，其它包含不同連接部分和/或具有不同性質(zhì)的增殖單體，同樣可以用于這種方式中，用來(lái)檢測(cè)DNA和其它的分析物。
最后，本發(fā)明提供一種化驗(yàn)用的試劑盒，以檢測(cè)或確定分析物的數(shù)量。該試劑盒包含容納增殖單體的容器，在該單體中L包含連接部分B。該試劑盒也可以包含化驗(yàn)所用的其它試劑和物品。
在本文中使用的“一種類型”是指多種具有相同性質(zhì)的指定材料。例如，“一種類型”的納米顆粒，是指相同的納米顆粒(如具體尺寸的金納米顆粒)。類似地，“一種類型”的其上附有連接部分B的聚合物-納米顆粒雜合體，是指其上附有相同聚合物和連接部分的多種納米顆粒。
實(shí)施例實(shí)施例1本實(shí)施例描述了新的金屬-有機(jī)雜合體納米顆粒的制備，辦法是通過(guò)如圖1中所闡述的開環(huán)易位聚合(ROMP)，控制金納米顆粒模板表面的聚合物生長(zhǎng)。在該方法中，用降冰片烯基終止的線性烷硫醇(2)修飾有機(jī)可溶的金納米顆粒(GNPs)。然后，用能夠耐受官能團(tuán)的ROMP催化劑(1)在顆粒表面直接引發(fā)聚合反應(yīng)，之后將含降冰片烯基的單體原料注入已初始的納米顆粒的溶液中。
出現(xiàn)了兩種試用性概念體系。第一個(gè)是具有聚合物殼的GNPs，該聚合物殼是具有氧化還原活性的由降冰片烯基官能團(tuán)化的二茂鐵3的聚合物殼。第二個(gè)是用3的初始單元官能團(tuán)化，其后再用另一種具有氧化還原活性的含降冰片烯基的單體4官能團(tuán)化的GNPs。4的氧化還原電位為220mV，較3的氧化還原電位更低，而且這兩種物質(zhì)可以容易地通過(guò)循環(huán)伏安法來(lái)區(qū)分。1HNMR光譜、循環(huán)伏安法和透射電子顯微鏡(圖2A-H和圖3A-B)已被用來(lái)表述聚合過(guò)程的特征和所得聚合物改性的納米顆粒的特征。
這些研究表明，所述的合成方法可用于一種新的金屬-有機(jī)雜合體納米顆粒的制備，這種納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)任何含降冰片烯基或環(huán)鏈烯烴的單體的聚合層而功能化。由于該方法是活性聚合，所以其屬性也是多種多樣的，包括對(duì)聚合物的長(zhǎng)度和化學(xué)成分的特別控制，以及對(duì)顆粒尺寸、溶解性和形狀的特別控制。
A.材料及一般方法除非特別注明，所有的反應(yīng)均是采用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法于干燥的氮?dú)夥障逻M(jìn)行的，或者在惰性氣氛的手套箱中進(jìn)行的。蒸餾乙腈和二氯甲烷，使之通過(guò)氫化鈣。蒸餾四氫呋喃(THF)、苯和乙醚，使之通過(guò)鈉/二苯酮。所有的溶劑均在氮?dú)庀抡麴s，并且在使用前用氮?dú)怙柡?。含氘化的溶劑?gòu)自Cambridge Isotope實(shí)驗(yàn)室，無(wú)須進(jìn)一步純化即可使用，但CDCl3除外，它需要蒸餾，使之通過(guò)氫氧化鈣，并且在轉(zhuǎn)移至惰性氣氛的手套箱之前，先真空轉(zhuǎn)移至氣密的溶劑球中。如下面所述，合成化合物1、2、3和4。所有的其它試劑均購(gòu)自Aldrich Chemical Company，而且無(wú)須進(jìn)一步純化即可使用，除非另有說(shuō)明。1HNMR和13CNMR譜是用Varian Gemini 300MHzFT-NMR光譜儀記錄的。對(duì)于含金納米顆粒樣品的1HNMR，譜線增寬設(shè)置為1Hz。GC-MS實(shí)驗(yàn)是在裝有HP 5色譜柱的Hewlett-Packard HP 6980系列儀器上記錄的(用2分鐘將初始溫度設(shè)置為50℃，升溫速度為每分鐘20℃，最終溫度為280℃)。透射電子顯微圖(TEM)是在Hitachi 8100顯微鏡上完成的。高分辨質(zhì)譜圖(HRMS)是在VG 70-SE儀器上完成的。元素分析由Atlantic Microlab Inc.完成的。除非另有說(shuō)明，所有的快速柱色譜均采用內(nèi)徑為56mm長(zhǎng)度為200cm的硅膠柱，于正壓的氮?dú)庀逻M(jìn)行的。
B.催化劑1的合成催化劑1是采用已公開的方法合成的。Schwab et al.，Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.，342039(1995)；Lynn et al.，J.Am.Chem.Soc.，1201627(1998)。
C.1-巰基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷(2)的合成在準(zhǔn)備用于GNPs的易位合成中，存在兩個(gè)關(guān)鍵步驟。第一個(gè)是1-巰基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷2的合成和表征，該癸烷2包含附著在長(zhǎng)鏈烷硫醇上的ROMP-活性的降冰片烯片段。選擇外-異構(gòu)體而不是內(nèi)-異構(gòu)體，是為了優(yōu)化ROMP活性。Wolfe，P.S.，Ph.D.dissertation，University ofFlorida(1997)。
為了制備2，在惰性氣氛的手套箱中，稱取外-5-降冰片烯-2-醇(Posner etal.，Tetrahedron，322281(1976)；Davies et al.，J.Chem.Soc.Perkin I，433(1973)；1.00g，9.1mmol)，并置于50mL的Schlenk燒瓶中。加入THF(15ml)，劇烈攪拌該溶液的同時(shí)，加入無(wú)油的金屬鈉(250mg，10.8mmol)。然后將該混合物從手套箱中取出，在正壓的氮?dú)饬飨禄亓?2小時(shí)，并使之冷卻至室溫。在一單獨(dú)的100mL Schlenk燒瓶中，將甲苯-4磺酸10-氯-癸基酯(Tomohiroet al.，Synthesis，7639(1992))(2.95g，9.5mmol)溶解于THF(15ml)中，并將等壓滴液漏斗裝在所述的燒瓶上。然后通過(guò)套管，將已冷卻的去質(zhì)子的外-5-降冰片烯2-醇溶液轉(zhuǎn)移至等壓滴液漏斗中(過(guò)量的鈉用異丙醇淬滅)，在劇烈攪拌10分鐘內(nèi)慢慢地加至磺酸癸基酯溶液中。然后取下滴液漏斗，換上冷凝器，并將該混合物在正壓的氮?dú)饬飨略倩亓?2小時(shí)。一旦冷卻至室溫，將反應(yīng)混合物倒在乙醚(50mL)中，并用水(50mL)、0.1M的NaOH(50mL)和鹽水(50mL)依次洗滌。收集有機(jī)層，用硫酸鈉干燥，并通過(guò)布氏漏斗過(guò)濾。在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上將溶劑除去。通過(guò)微黃色的油狀的硅膠柱色譜，以8％乙醚己烷溶液作洗脫液，得到1.94g(6.9mmol，81％)澄清油狀的1-氯-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷。
1HNMR(CDCl3)1.05(m，20H)，3.56(s，1H)，3.72(s，1H)，3.95(m，5H)，5 80(m，1H)，6.31(m，1H).13CNMR(CDCl3)26.33,26.92,28.92,29.45,29.49,29.52,30.12,32.69,34.48,40.40,45.26,45.99,46.44,69.34,80.22,133.32,140.61.GC-MS單峰，保留時(shí)間，10.16 min；M+284m/z。
在惰性氣氛的手套箱中，稱取硫代乙酸鉀(240mg，2.1mmol)和1-氯-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷(500mg，1.8mmol)，并分別置于單獨(dú)的50mLSchlenk燒瓶中。將燒瓶從手套箱中取出，并將脫氣乙醇(10mL)用套管轉(zhuǎn)移至每個(gè)燒瓶中。然后，用套管將1-氯-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷溶液轉(zhuǎn)移至硫代乙酸鉀溶液中，并將混合物在正壓的氮?dú)饬飨禄亓?0小時(shí)。一旦冷卻至室溫，將該混合物倒入水(50mL)中并用CH2Cl2(3×50mL)萃取。合并后的有機(jī)萃取液，用鹽水(3×50mL)洗滌，用硫酸鈉干燥并用布氏漏斗過(guò)濾。在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上將溶劑除去。通過(guò)微黃色的油狀的硅膠柱色譜，以CH2Cl2作洗脫液，得到488mg(1.5mmol，85％)澄清油狀的1-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-10-(硫代乙酰基)-癸烷。
1HNMR(CHCl3)1.35(m，15H)，1.58(m，4H)，1.72(d，1H)，2.83(s，1H)，2.9(t，3H)，3.48(m，3H)，5.93(n，1H)，6.20(m，1H).GC-MS單峰，保留時(shí)間，11.34min；M+324m/z。
在惰性氣氛的手套箱中，稱取甲醇鈉(8.1mg，0.15mmol)和1-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-10-(硫代乙酰基)-癸烷(488mg，1.5mmol)，并分別置于單獨(dú)的50mL Schlenk燒瓶中。將兩個(gè)燒瓶從手套箱中取出，并將脫氣甲醇(10mL)用套管轉(zhuǎn)移至每個(gè)燒瓶中。然后，用套管將1-(降冰片-2-烯-5-外-醇)-10-(硫代乙?；?-癸烷溶液轉(zhuǎn)移至甲醇鈉溶液中，并將混合物在正壓的氮?dú)饬飨禄亓?小時(shí)。一旦冷卻至室溫，將該混合物倒入1.0M的HCl(50mL)中并用醚(3×50mL)萃取。合并后的有萃取液，用鹽水(3×50mL)洗滌，用硫酸鈉干燥并在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上將溶劑除去，得到361mg(1.23mmol，85％)的1-巰基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷，其純度足以用于進(jìn)一步的使用。
1HNMR(C6D6)1.25(m，18H)，1.61(q，4H)，1.88(d，1H)，2.28(q，2H)，2.63(s，1H)，2.90(s，1H)，3.35(m，3H)，5.94(m，1H).GC-MS單峰，保留時(shí)間，10.43 min；M+282m/z。
D.外-5-降冰片烯-2-基二茂鐵羧酸酯(3)的合成稱取二茂鐵羧酸(0.511g，2.22mmol)，置于100mL的Schlenk燒瓶中。采用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法將所述的燒瓶置于氮?dú)庀?。用套管加入干燥的二氯甲?50mL)，并將草酰氯(0.291mL，3.34mmol)注入反應(yīng)容器中。室溫下攪拌該混合物2小時(shí)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑和過(guò)量的草酰氯，并通過(guò)套管加入干燥的苯(50mL)。下一步，稱取外-5-降冰片烯-2-醇(0.244g，2.22mmol)，置于250mL的圓底燒瓶中，并采用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法將所述的圓底燒瓶置于氮?dú)庀?。通過(guò)套管加入干燥的苯(50mL)，并將三乙胺(0.62mL，4.44mmol)注入反應(yīng)容器中。然后，通過(guò)套管將Schlenk燒瓶中的酰氯溶液轉(zhuǎn)移至含有醇溶液的圓底燒瓶中，并將該混合物在氮?dú)庀禄亓?2小時(shí)。用鹽水(100mL)稀釋該溶液，并用苯(3×50mL)萃取。合并苯層，并用硫酸鎂干燥，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)將溶劑除去。以戊烷/乙醚(8∶1)為洗脫液，通過(guò)硅膠柱色譜，得到0.215g(0.668mmol，30％)所需的產(chǎn)品，其為黃色的固體。
1HNMR(C6D6)1.58(m，4H)，2.59(s，1H)，2.98(s，1H)，4.02(m，7H)，4.85(d，2H)，4.97(d，1H)，5.79(m，1H)，5.98(m，1H).13CNMR(CDCl3)34.78，40.69，46.37，47.58，69.69，70.08，71.19，74.87，132.85，132.87，141.15，175.60.HRMS(EI)(M+)計(jì)算值C18H18O2Fe322.066m/z；實(shí)驗(yàn)值322.066m/z.計(jì)算值.
C18H18O2FeC67.1；H5.63；實(shí)驗(yàn)值C66.9；H5.76。
E.外-5-降冰片烯-2-基二茂鐵乙酸酯(4)的合成稱取二茂鐵乙酸(0.401g，1.64mmol)，置于100mL的Schlenk燒瓶中。采用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法將所述的燒瓶置于氮?dú)庀隆Ｓ锰坠芗尤敫稍锏亩燃淄?50mL)，并將草酰氯(0.232mL，2.66mmol)注入反應(yīng)容器中。室溫下攪拌該混合物2小時(shí)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑和過(guò)量的草酰氯，并通過(guò)套管加入干燥的苯(50mL)。下一步，稱取外-5-降冰片烯-2-醇(0.181g，1.64mmol)，置于250mL的圓底燒瓶中，并采用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法將所述的圓底燒瓶置于氮?dú)庀隆Ｍㄟ^(guò)套管加入干燥的苯(50mL)，并將三乙胺(0.46mL，3.29mmol)注入反應(yīng)容器中。然后，通過(guò)套管將Schlenk燒瓶中的酰氯溶液轉(zhuǎn)移至含有醇溶液的圓底燒瓶中，并將該混合物在氮?dú)庀禄亓?2小時(shí)。用鹽水(100mL)稀釋該溶液，用苯(3×100ml)萃取。合并苯層，用硫酸鎂干燥，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)將溶劑除去。將苯層通過(guò)短的硅膠填料(30mm長(zhǎng)，于巴斯德吸液管中)，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去溶劑，得到0.281g(0.84mmol，51％)所需的產(chǎn)品，其為棕色的液體。
1HNMR(C6D6)1.58(m，4H)，2.59(s，1H)，2.90(s，1H)，3.19(d，2H)，3.95(d，2H)，4.02(s，5H)，4.19(d，2H)，4.80(m，1H)，5.75(m，1H)，5.98(m，1H).13CNMR(CDCl3)34.45，36.01，40.35，46.15，47.36，67.95，68.46，75 63，80.95，132.43，141.50，141.52.171.55.HRMS(EI)(M+)計(jì)算值C19H20O2Fe336.081 m/z；實(shí)驗(yàn)值336.082m/z。
F.2在GNPs上的固定和2-修飾的GNPs的表征在準(zhǔn)備用于GNPs的易位制備中，第二個(gè)關(guān)鍵步驟是2在3nm的GNPs上的固定。為了制備覆蓋了線性烷硫醇的3nmGNPs，而改進(jìn)Schiffrin方法(Brust et al.，J.Chem.Soc.，Chem.Commun.，801(1994))，辦法是通過(guò)在1-十二硫醇(1.68毫摩爾)與2(0.56毫摩爾)1∶3的混合物的存在下，還原HAuCl4(2.24毫摩爾)，以產(chǎn)生帶有兩種吸附物的改性GNPs。所述的十二硫醇稀釋劑分子被用來(lái)使降冰片烯基基團(tuán)和增殖聚合物的表面交聯(lián)降至最小。
該GNPs可通過(guò)加入乙醇自CH2Cl2中沉淀出來(lái)，而且可以再分散于多種有機(jī)溶劑中，如己烷、乙醚和CH2Cl2中。該改性顆粒于CDCl3中的1HNMR光譜證實(shí)了降冰片烯吸附物確實(shí)附著在它們的表面上，圖2A-B。在δ大約5.9和6.2處的兩個(gè)共振峰，為高度特征性的兩個(gè)降冰片烯基的烯屬質(zhì)子，并且與2(δ5.9和6.2)于CDCl3中的1HNMR光譜中所觀察到的形成鮮明的對(duì)比。這些顆粒于己烷中的UV-可見(jiàn)光譜顯示，在518nm處存在一個(gè)弱的等離子體激元帶，這是該尺寸的金納米顆粒的特征。Duff et al.，J.Chem.Soc.Chem.Common.，96(1993)。
G.GNP-化合物3聚合物的合成和表征在惰性氣氛的手套箱中，稱量由2改性的3nm的GNPs(10mg)，置于頂端螺旋狀的NMR試管中，并加入100μL的CDCl3。將催化劑1(1.5mg，1.8μmol)溶解于200μL的CDCl3，并注入包含2-改性的GNPs的NMR試管中。將該NMR試管蓋上蓋，并置于振蕩器上振蕩10分鐘。下一步，加入3的溶液(12mg，37μmol，于200μL的CDCl3中)，再將NMR試管蓋上蓋，并再振蕩30分鐘，之后錄取1HNMR譜圖。該催化劑用乙基乙烯基醚(約100μL)淬滅。通過(guò)將CDCl3溶液倒入劇烈攪拌的己烷溶液(100mL)，使顆粒-聚合物雜合體(21mg)分離出來(lái)。慢慢地傾倒出母液，用己烷(3×50mL)洗滌所得到的暗棕色沉淀物，并于真空下干燥。該沉淀物可再分散于多種有機(jī)溶劑中，如分散于CH2Cl2和THF中。
在CDCl3中，在GNPs上降冰片烯環(huán)的開環(huán)易位用催化劑1(1個(gè)當(dāng)量；根據(jù)元素分析和NMR滴定估算顆粒上的降冰片烯基環(huán)的數(shù)目)低于10分鐘即可實(shí)現(xiàn)。這種活化過(guò)程的證據(jù)是在δ5.9和6.2處的烯屬共振的丟失，圖2C。
隨后向該溶液加入20當(dāng)量的具有氧化還原活性的復(fù)合物3，使3聚合，如顆粒-聚合物雜合體(GNP-化合物3的聚合物)的1HNMR譜圖所證實(shí)的那樣，在δ5.7-5.2處出現(xiàn)了寬帶共振，圖2D。這些共振是由含降冰片烯基的原料所合成的聚合物的特征。Schwab et al.，Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.，342039(1995)；Lynn er al.，J.Am.Chem.Soc.，1201627(1998)。30分鐘之后，就不存在單體3的證據(jù)了，表明聚合反應(yīng)已經(jīng)完成。
聚合物可以通過(guò)添加輕微過(guò)量的乙基乙烯基醚而不可逆地終止，所述的乙基乙烯基醚是一種已知的催化劑如催化劑1的ROMP終止劑。Wu et al.，J.Am.Chem.Soc.，1175503(1995)。
重要的是，GNP-化合物3聚合物雜合體可以通過(guò)有己烷的CDCl3中沉淀出來(lái)，所述的己烷是一種溶劑，在這種溶劑中2-改性的GNPs完全可以再分散。一旦經(jīng)己烷徹底地洗滌，該GNP-化合物3聚合物雜合體可以再分散于多種更具極性的有機(jī)溶劑中，如分散于CH2Cl2和THF中。這些溶解特性反映出那些解鏈的(untrthered)二茂鐵基均聚物，該均聚物是在近乎同樣的條件下由1和3獨(dú)立合成的(化合物3的聚合物；見(jiàn)下面)。
在Au/Si電極表面的GNP-化合物3雜合體于0.1M的TBAPF6/CH3CN(TBAPF6＝六氟磷酸四丁基銨)中的循環(huán)伏安法，顯示出一可逆波形，該波形與二茂鐵基在180mV處對(duì)FcH/FcH+(二茂鐵/二茂鐵離子)的氧化/還原相聯(lián)系，圖3A-B。
H.GNP-化合物3聚合物-化合物4聚合物的合成與表征為了進(jìn)一步證實(shí)該雜合體納米顆粒制備方法的普遍性和范圍，使兩種不同的降冰片烯基二茂鐵基衍生物3和4的嵌段共聚物，從經(jīng)2改性的和催化劑1處理的顆粒表面連續(xù)生長(zhǎng)。在惰性氣氛的手套箱中，稱量由2改性的3nm的GNPs(10mg)，置于頂端螺旋狀的NMR試管中，并加入100μL的CDCl3。將催化劑1(1當(dāng)量，1.5mg，1.8μmol)溶解于200μL的CDCl3，并注入包含2-改性的GNPs的NMR試管中。將該NMR試管蓋上蓋，并置于振蕩器上振蕩10分鐘。下一步，加入3的溶液(20當(dāng)量，12mg，37μmol，于200μL的CDCl3中)，將NMR試管再蓋上蓋，并再振蕩20分鐘，之后錄取1HNMR譜圖。然后，加入4的溶液(20當(dāng)量，37μmol，于200μL的CDCl3中)，將NMR試管再蓋上蓋，并再振蕩20分鐘，之后錄取1HNMR譜圖。該催化劑用乙基乙烯基醚(約100μL)淬滅。通過(guò)將CDCl3溶液倒入劇烈攪拌的己烷溶液(100mL)，使顆粒-聚合物雜合體(32mg)分離出來(lái)。傾倒出母液，用己烷(3×50mL)洗滌所得到的暗棕色沉淀物，并于真空下干燥。該沉淀物可再分散于多種有機(jī)溶劑中，如分散于CH2Cl2和THF中。
所以選擇化合物4作為第二聚合物結(jié)構(gòu)單元，是因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)循環(huán)伏安法容易地與3區(qū)別開來(lái)?；衔?中的介于羰基和二茂鐵基部分之間的亞甲基，使其接近220mV時(shí)較3更容易氧化。另外，該亞甲基基團(tuán)提供一種光譜標(biāo)簽，使人們可以通過(guò)1HNMR跟蹤聚合反應(yīng)，圖2E(標(biāo)有星號(hào)的共振)。位于δ3.3處的寬共振的增長(zhǎng)，與起始單體4有關(guān)的共振完全丟失相聯(lián)系，表明化合物4完全轉(zhuǎn)化成聚合物(GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物)。
該GNP-化合物3的聚合物-化合物4的聚合物體系顯示出可逆的電化學(xué)性質(zhì)，具有期待的兩個(gè)可區(qū)別的波形，這兩個(gè)波形與兩種不同類型的二茂鐵基部分的氧化/還原相聯(lián)系，所述的二茂鐵基部分位于固定在顆粒上的嵌段共聚物殼中(化合物4的聚合物段對(duì)FcH/FcH+的E1/2s＝-40mV，化合物3的聚合物段對(duì)FcH/FcH+的E1/2s＝180mV)，圖2G。比較與這兩個(gè)波形相關(guān)的積分電流，可以估算3和4在GNP-化合物3聚合物-化合物4聚合物結(jié)構(gòu)中的相對(duì)數(shù)量?；谶@種分析，可以計(jì)算出3和4在嵌段共聚物中的比例為1.4∶1。這一比例不是1∶1，可能是因?yàn)榫酆衔锶軇┗饔玫奈⑿〔町悾蚨鴮?duì)兩種層的電化學(xué)可達(dá)性的程度不同，或者是因?yàn)樗褂玫纳倭吭噭?dǎo)致的化學(xué)計(jì)算法錯(cuò)誤。與這些波形有關(guān)的完美響應(yīng)(峰電流線性地依賴于掃描速率)以及在3嵌段內(nèi)部和電極表面之間的居間電子轉(zhuǎn)移證據(jù)的缺乏，表明在這種結(jié)構(gòu)中，兩種聚合物嵌段均可以接近電極的表面，而且都溶劑化至離子可以進(jìn)出嵌段共聚物結(jié)構(gòu)的程度。重要的是，不論是3和4的聚合所形成均聚物還是嵌段共聚物均顯示出呆滯電子轉(zhuǎn)移和不良聚合物溶劑化作用的寬波形特征，圖2H(作為實(shí)例，給出化合物3的聚合物的波形)。
最后，GNP-化合物3聚合物-化合物4聚合物雜合體的TEM分析表明，該雜合體顆粒保持其3±1nm直徑的金核，但是通過(guò)TEM不能得到聚合物殼層的圖象，因?yàn)榫酆衔餁拥脑咏M分的密度低。
I.化合物3的聚合物的合成將化合物3的溶液(12mg，37μmol，于200μL的CDCl3中)注入頂部螺旋狀的NMR試管中，隨后加入化合物1的溶液(1.5mg，1.8μmol，于300μL的CDCl3中)。將該NMR試管蓋上蓋子并置于振蕩器上30分鐘。用乙基乙烯基醚(約100μL)淬滅催化劑。通過(guò)將該CDCl3溶液倒入劇烈攪拌的己烷溶液(50mL)中，分離出聚合物(11mg)。傾出母液，用己烷(3×25mL)洗滌所得到的淺棕色沉淀物，并于真空下干燥。該沉淀物可再分散于多種有機(jī)溶劑中，如分散于CH2Cl2和THF中。
J.對(duì)照實(shí)驗(yàn)作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，制備一種由含解鏈二茂鐵基的化合物3聚合物和2改性的GNPs組成的溶液，二者的比例可與GNP-化合物3聚合物實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)上面的部分G)中所使用的比例相比較。當(dāng)對(duì)此對(duì)照體系進(jìn)行沉淀實(shí)驗(yàn)時(shí)，2-改性的GNPs保持溶解在己烷中(如1HNMR所證實(shí)的那樣)，盡管希望均聚物(化合物3的聚合物)沉淀出來(lái)。2-改性的GNPs與GNP-化合物3聚合物雜合體之間的溶解性差別，有力地證實(shí)了表面聚合所形成的聚合物實(shí)際上是束縛在GNPs的表面上。總而言之，這些數(shù)據(jù)明確地證實(shí)了，脫離GNPs表面而生長(zhǎng)的聚合物保持著附著于顆粒表面的狀態(tài)。
這些試用性概念的結(jié)果表明，本文中報(bào)導(dǎo)的顆粒合成方法可用來(lái)制備一種新類別的納米顆粒，該納米顆粒可以通過(guò)實(shí)際上的任何含降冰片烯基單體的聚合物層而功能化。實(shí)際上該方法可容易的擴(kuò)展到其他無(wú)機(jī)納米顆粒模板以及光學(xué)活性和電活性的降冰片烯基基團(tuán)。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)納米顆粒已經(jīng)成為許多有用的探針型應(yīng)用的基礎(chǔ)。Storhoff et al.，J.Clust.Sci.，8179(1997)；Brousseau et al.，J.Am.Chem.Soc.，1207645(1998)；Freeman et al.，Science，2671629(1995)；Zhu et al.，J.Am.Chem.Soc.，119235(1997)；Mirkinet al.，Nature，382607(1996)；Elghanian et al.，Science，2771078(1997)；Storhoffet al.，J.Am.Chem.Soc.，1201959(1998)。這里提出的具有高度合成可調(diào)能力的雜合體結(jié)構(gòu)很可能成為化學(xué)和生物化學(xué)檢測(cè)方法中與檢測(cè)探針相同或更重要的探針。此外，這些雜合體是新的和通用型結(jié)構(gòu)單元，化學(xué)家和材料科學(xué)家可容易的將其引入許多現(xiàn)有的顆粒組合技術(shù)中。
實(shí)施例2本實(shí)施例描述了化合物5(見(jiàn)圖4)的合成。向100mL的Schlenk燒瓶加入2-降冰片烯-5-外-醇(1.10g，10mmol)、3-噻吩乙酸(1.42g，10mmol)和一水合對(duì)甲苯磺酸(80mg，0.42mmol)。使上述三種固體溶解于甲苯(60mL)，并在燒瓶的頂部安裝Dean/Stark分水器。水冷凝器置于Dean/Stark分水器的頂部，加熱該混合物使之回流。經(jīng)過(guò)6小時(shí)，反應(yīng)混合物的體積降低至20mL，辦法是偶爾自Dean/Stark分水器的底部收集溶劑。將該混合物冷卻至室溫，倒入水(50mL)中，并用醚(3×50mL)萃取。將有機(jī)部分合并，用鹽水(50mL)洗滌，用硫酸鈉干燥，并過(guò)濾至500mL的圓底燒瓶中。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器于真空下除去溶劑。將所得到的淺黃色的油在硅膠上進(jìn)行色譜分離，以1∶1的CH2Cl2與己烷的混合物作洗脫劑，得到所需的產(chǎn)品(1.68g，7.2mmol，72％)，其為一種澄清的油。
1HNMR(CDCl3)1.40(m，1H)，1.60(m，2H)，1.71(m，1H)，2.87(b，2H)，3.65(s，2H)，4.70(d，1H)，5.97(m，1H)，6.24(m，1H)，7.05(d，1H)，7.15(b，1H)，7.30(m，1H).13C NMR(CDCl3)34.7,36.3,40.7,46.3,47.3,75.8,122.7,125.7,128.5,132.6,133.9,141.2,171.3.
GCMSRetention time 10.86min，m/e+234.計(jì)算值 C13H14O2SC66.64；H6.02；S13.68；實(shí)驗(yàn)值C66.91；H6.15；S13.86。
實(shí)施例3本實(shí)施例描述了化合物6(見(jiàn)圖4)的合成。在惰性氣氛的手套箱中，稱量外-5-降冰片烯-2-醇(710mg，6.45mmol)，置于50mL的Schlenk燒瓶中。加入THF(15mL)，并在劇烈攪拌該溶液的同時(shí)加入無(wú)油的金屬鈉(160mg，6.96mmol)。然后將混合物從手套箱中取出，在氮?dú)夤呐菹禄亓?2小時(shí)，并使之冷卻至室溫。在另一單獨(dú)的100mL Schlenk燒瓶中，將2，5-二溴-3-溴甲基噻吩(2.01g，6.00mmol)溶解于THF(15mL)，并將燒瓶裝上等壓滴液漏斗。然后通過(guò)套管，將已冷卻的去質(zhì)子的外-5-降冰片烯-2-醇溶液轉(zhuǎn)移至等壓滴液漏斗中(過(guò)量的Na用異丙醇淬滅)，并在劇烈的攪拌下于10分鐘內(nèi)緩慢地加到噻吩溶液中。之后，將滴液漏斗換成冷凝器，并使混合物在正壓的氮?dú)饬飨略倩亓?2小時(shí)。一旦冷卻至室溫，就將反應(yīng)混合物倒入乙醚(50mL)中，并用水(50mL)、0.1M NaOH(50mL)、1M HCl(50mL)和鹽水(50mL)依次洗滌。收集有機(jī)層，用硫酸鈉干燥，并用布氏漏斗過(guò)濾。在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上除去溶劑。將所得到的淺黃色的油在硅膠柱上進(jìn)行色譜分離，以20％的CH2Cl2己烷溶液作洗脫劑，得到1.88g所需的產(chǎn)品(5.16mmol，86％)，其為一種澄清的油。
1HNMR(CDCl3)1.41(n，1H)，1.58(m，2H)，1.71(m，1H)，2.82(b，1H)，2.93(b，1H)，3.56(m，1H)，4.40(m，2H)，5.93(m，1H)，6.20(m，1H)，6.99(m，1H).13C NMR(CDCl3)34.53，40.47，46.06，65.12，80.31，109.59，111.21，131.03，133.10，139.80，140.87.GCMS保留時(shí)間12.26min，m/ζ364。
實(shí)施例4本實(shí)施例描述了化合物7(見(jiàn)圖4)的合成。在100mL的Schlenk燒瓶中，加入2-降冰片烯-5-外-乙酸(450mg，3.0mmol)。用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法，將燒瓶置于氮?dú)夥障?。通過(guò)套管加入干燥的CH2Cl2(20mL)，隨后加入草酰氯(5mL，2M的CH2Cl2溶液，10mmol)。將該混合物在室溫下攪拌2小時(shí)。真空下除去溶劑和過(guò)量的草酰氯，并將所得到的酰氯再溶解于干燥的乙醚(20mL)中。向另一單獨(dú)的100mL Schlenk燒瓶中，加入3′-(2-羥乙基)-2，2′5′，2″-terthiophene(850mg，2.91mmol)。將該燒瓶置于氮?dú)夥障拢⒓尤胍颐?20mL)，隨后加入三乙胺(0.84mL，6mmol)。將該燒瓶裝上等壓滴液漏斗。通過(guò)套管，將降冰片烯基酰氯溶液轉(zhuǎn)移至所述的滴液漏斗中，之后，在10分鐘內(nèi)，將其滴加到攪拌著的terthiophene溶液中。將該混合物在室溫下再攪拌10分鐘，然后倒入水(50mL)中并用醚(3×50mL)萃取。收集有機(jī)部分，用鹽水(50mL)洗滌，用硫酸鈉干燥，并過(guò)濾至500mL的圓底燒瓶中。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器于真空下除去溶劑。將所得到的油在硅膠上進(jìn)行色譜分離，以1∶1的CH2Cl2和戊烷作洗脫劑，得到所需的產(chǎn)品(1.15g，2.79mmol，96％)，其為一種淺綠色的油。
1HNMR(CD2Cl2)1.32(m，2H)，1.45(m，1H)，1.86(m，1H)，2.87(b，1H)，2.98(b，1H)，3.10(t，2H)，4.32(t，2H)，6.11(m，2H)，7.05(m，1H)，7.10(m，2H)，7.19(m，2H)，7.26(d，1H)，7.37(d，1H).HRMS計(jì)算值C22H20O2S3412.06；實(shí)驗(yàn)值412.06。
實(shí)施例5本實(shí)施例描述了化合物8(見(jiàn)圖4)的合成。稱量PdCl2(1，1′-雙(二苯基膦基)二茂鐵)(39mg，0.05mmol)，置于100mL的Schlenk燒瓶中，該燒瓶中含有一磁攪拌棒，裝有回流冷凝器和加料漏斗。將燒瓶排空，以除去空氣，并通過(guò)套管加入6(1.00mg，2.75mmol)的干燥乙醚(20mL)溶液。將該燒瓶在丙酮/冰浴中冷卻至-20℃，并通過(guò)加料漏斗在30分鐘內(nèi)加入(2-噻吩基)溴化鎂(8.22g，1.54mmol)的干燥乙醚(20mL)溶液。將反應(yīng)混合物加至室溫，并在正壓的氮?dú)饬飨禄亓鬟^(guò)夜。過(guò)量的格氏試劑通過(guò)向有機(jī)層慢慢加入飽和的氯化銨水溶液而消耗掉，緊接著進(jìn)行三次連續(xù)的水洗(50mL)。收集有機(jī)層，用硫酸鈉干燥，并過(guò)濾至500mL的圓底燒瓶中。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器于真空下除去溶劑。將所得到的暗棕色的油在硅膠上進(jìn)行色譜分離，以1∶1的CH2Cl2和己烷作洗脫劑，得到所需的產(chǎn)品(870mg，86％)，其為一種綠色的油。
1HNMR(CDCl3)1.47(m，1H)，1.59(m，2H)，1.78(m，1H)，2.84(b，1H)，2.98(b，1H)，3.65(m，1H)，4.56(m，2H)，5.94(m，1H)，6.20(m，1H)，7.03(m，1H)，7.09(m，1H)，7.18(m，1H)，7.21(m，1H)，7.22(m，1H)，7.24(m，1H)，7.35(m，1H)13C NMR(CDCl3)GCMS保留時(shí)間18.73min，m/e+370。
單體，諸如5、7和8的單體為含雙鍵可聚合單體，該含雙鍵可聚合單體可以經(jīng)受ROMP化學(xué)反應(yīng)，緊接著經(jīng)受第二次交聯(lián)反應(yīng)，以產(chǎn)生導(dǎo)電的的接枝共聚物合成物。用這種新單體，可以制備新的納米顆粒/導(dǎo)電的聚合物合成物(見(jiàn)圖7A-B)。
實(shí)施例6本實(shí)施例描述了外-5-降冰片烯-2-基芘羧酸酯(圖4中的化合物9)的合成。稱量芘羧酸(0.547g，2.22mmol)，置于100mL的Schlenk燒瓶中。用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法，將該燒瓶置于氮?dú)夥障?。通過(guò)套管加入干燥的二氯甲烷(50mL)，并將草酰氯(0.291mL，3.34mmol)注入到反應(yīng)容器中。室溫下攪拌該混合物2小時(shí)。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去溶劑和過(guò)量的草酰氯，并通過(guò)套管加入干燥的苯(50mL)。下一步，稱量外-5-降冰片烯-2-醇(0.244g，2.22mmol)，置于250mL的圓底燒瓶中，并用標(biāo)準(zhǔn)的Schlenk方法，將該燒瓶置于氮?dú)夥障?。通過(guò)套管加入干燥的苯(50mL)，并將三乙胺(0.62mL，4.44mmol)注入到反應(yīng)容器中。然后將Schlenk燒瓶中的酰氯溶液通過(guò)套管轉(zhuǎn)移至含有醇溶液的圓底燒瓶中。之后，將該混合物在氮?dú)庀禄亓?2小時(shí)。用鹽水(100mL)將溶液稀釋，并用苯(3×100mL)萃取。合并苯層，用硫酸鈉干燥，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去溶劑。通過(guò)硅膠柱色譜，以戊烷/乙醚(8∶1)作洗脫劑，得到0.215g(0.668mmol，30％)所需的產(chǎn)品，其為一種黃色的固體。
1HNMR(C6D6)1.62(m，2H)，1.79(m，2H)，2.62(b，1H)，3.05(b，1H)，5.20(m，1H)，5.94(m，1H)，6.05(m，1H)，7.70(m，2H)，7.81(m，2H)，7.87(m，2H)，7.99(m，1H)，8.72(m，1H)，9.79(m，1H).HRMS(EI)(M+)計(jì)算值C24H18O2338.13m/z；實(shí)驗(yàn)值338.13m/z。
化合物9是熒光性的，而且其本身和其聚合物的熒光發(fā)射譜圖如圖6所示。如所期望的那樣，化合物9聚合物的熒光出現(xiàn)在波長(zhǎng)較低的位置，而且較單體9本身更寬、強(qiáng)度更低。這些行為提示，在化合物9的聚合物中，由于發(fā)色團(tuán)的臨近，因而形成了分子內(nèi)激發(fā)物。
實(shí)施例7本實(shí)施例描述了α-溴-α′-(外-5-降冰片烯-2-醇)-對(duì)-二甲苯(10)(見(jiàn)圖8A)的合成。在惰性氣氛的手套箱中，稱量外-5-降冰片烯-2-醇(820mg，7.44mmol)，置于50mL的Schlenk燒瓶中。加入干燥的THF(15mL)，并將該溶液劇烈攪拌，同時(shí)加入無(wú)油的金屬鈉(250mg，10.9mmol)。然后將混合物從手套箱中取出，在正壓的氮?dú)饬飨禄亓?2小時(shí)，并使之冷卻至室溫。在另一單獨(dú)的100mL Schlenk燒瓶中，將α，α′-二溴對(duì)二甲苯(2.11g，8.00mmol)溶解于干燥的THF(15mL)，并將燒瓶裝上等壓滴液漏斗。然后通過(guò)套管過(guò)濾，將已冷卻的去質(zhì)子的外-5-降冰片烯-2-醇溶液轉(zhuǎn)移至等壓滴液漏斗中，并在劇烈的攪拌下于10分鐘內(nèi)緩慢地加到噻吩溶液中。之后，將滴液漏斗換成冷凝器，并使混合物在正壓的氮?dú)饬飨略倩亓?2小時(shí)。一旦冷卻至室溫，就將反應(yīng)混合物倒入苯(50mL)中，并用水(50mL)、0.1MNaOH(50mL)、1.0M HCl(50mL)和鹽水(50mL)依次洗滌。收集有機(jī)層，用硫酸鈉干燥，并過(guò)濾至500mL的圓底燒瓶中。在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上除去溶劑。通過(guò)硅膠柱色譜，以30％的CH2Cl2己烷溶液作洗脫劑，得到所需的產(chǎn)品10(1.13g，3.87mmol，52％)，其為一種澄清的油。
1HNMR(C6D6)1.42(m，2H)，1.60(m，1H)，1.85(m，1H)，2.61(m，1H)，2.84(m，1H)，3.44(m，1H)，3.99(m，2H)，4.24(m，2H)，5.76(m，1H)，6.26(m，1H)，7.02(m，2H)，7.13(m，2H).13CNMR(C6D6)33.6，35.2，41.2，46.7，71.1，80.7，129.6，133.7，137.5，140.3，141.2。
實(shí)施例8本實(shí)施例描述了N-α-(N，N-二甲基銨-甲基二茂鐵溴化物)-α′-(外-5-降冰片烯-2-醇)-對(duì)-二甲苯(11)(見(jiàn)圖8A)的合成。在100mL的圓底燒瓶中，加入10(293mg，1.00mmol)、無(wú)水乙醚(25mL)，和磁攪棒。向攪拌著的10溶液中，加入N，N-二甲基氨基甲基二茂鐵(243mg，1.00mmol)的無(wú)水乙醚(25mL)溶液。將該混合物攪拌6小時(shí)，在此期間形成黃色的沉淀。在此之后，用套管過(guò)濾設(shè)備從燒瓶中除去乙醚，并用醚(4×50mL)洗滌所得到的黃色粉末。將該固體在真空下干燥過(guò)夜，得到所需的產(chǎn)品11(391mg，0.73mmol，73％)。
1HNMR(D2O)13C NMR(CDCl3)34.7，40.6，46.2，46.7，48.3，65.8，66.9，69.8，70.7，70.8，72.5，80.9，126.7，128.3，133.2，133.5，141.0，142.0。
實(shí)施例9本實(shí)施例描述了10或11的一般聚合方法。這里描述了11的聚合。在惰性氣氛的手套箱中，稱取11(110mg，0.21mmol)，置于25mL的圓底燒瓶中，該燒瓶裝有磁攪拌棒和干燥的MeOH(4mL)。向攪拌著的11溶液中，加入催化劑1(7.0mg，0.0085mmol，4mol％)的干燥CH2Cl2(0.5mL)溶液。將該混合物攪拌30分鐘，然后從干燥箱中移出，用乙基乙烯基醚(1mL)終止聚合反應(yīng)。通過(guò)將混合物倒入無(wú)水乙醚(100mL)中，將聚合物(ROMP-化合物11的聚合物，101mg，92％)分離出來(lái)，并用新鮮的乙醚(4×50mL)重復(fù)過(guò)濾和洗滌。
實(shí)施例10本實(shí)施例描述了12-14(見(jiàn)圖8A)的合成。12的合成具有代表性。將10(440mg，1.5mmol)與9-N，N-二甲基-氨基甲基蒽(235mg，1.0mmol)于DMF(25mL)中的混合物回流16小時(shí)。在此之后，將該混合物倒入乙醚(250mL)中。過(guò)濾并用乙醚(4×50mL)連續(xù)洗滌從該溶液中沉淀出的沉淀，得到所需的產(chǎn)品12(432mg，0.82mmol，82％)。
實(shí)施例11本實(shí)施例描述了15(見(jiàn)圖8B)的合成。在氮?dú)夥障拢瑪嚢柰?5-降冰片烯-2-醇(500mg，4.54mmol)、二異丙基氯代氨基磷酸2-氰乙酯(1.00g，4.22mmo1)和N，N-二異丙基乙胺(0.87mL，5.0mmol)的混合物3小時(shí)。在此之后，將該混合物倒入1.0M的NaHCO3冷溶液(100mL)中，并用CH2Cl2(3×50mL)萃取。真空下除去溶劑，得到所需的產(chǎn)品15(1.24g，95％)。
實(shí)施例12本實(shí)施例描述了16(見(jiàn)圖8B)的合成。將10(1.40g，4.77mmol)、熒光素(800mg，2.40mmol)與碳酸鉀(665mg，4.80mmol)于丙酮(25mL)中的混合物回流36小時(shí)。在此之后，將該混合物倒入冰水(100mL)中，過(guò)濾，并用水(400mL)洗滌。用酸性水自DMF中重結(jié)晶，得到所需的產(chǎn)品16(727mg，0.96mmol，40％)。
權(quán)利要求
1.一種制備納米顆粒的方法，所述的納米顆粒具有附著于其上的至少一個(gè)聚合物殼，包括提供一種納米顆粒；和將一種初始單體附著在所述的納米顆粒上。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述的初始單體包括一種含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述的初始單體包含降降冰片烯基。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述的納米顆粒為金的納米顆粒。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述的初始單體是含降降冰片烯基的烷硫醇。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述的初始單體是1-巰基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述的初始單體與一種附著化合物混合，而且初始單體和附著化合物都附著在納米顆粒的表面。
8.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括使初始單體附著于其上的納米顆粒與過(guò)渡金屬開環(huán)易位催化劑接觸，以活化初始單體；和使該納米顆粒與一種或多種式P-L-N型的增殖單體在有效的條件下接觸，以便所述的增殖單體聚合成一種或多種附著于該納米顆粒上的聚合物殼，其中N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)，P是使每種聚合物殼具有特選性質(zhì)的部分，而L是N附著于P上的化學(xué)鍵或連接物。
9.權(quán)利要求8的方法，其中L為一種聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、 或包含專門與分析物連接的連接部分B，其中R1的通式為X(CH2)m；X為-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亞乙基二醇、六(1，2-亞乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、鹵素、葡萄糖、麥芽糖、富勒烯C60、環(huán)鏈烯烴或核酸；而m為0-30。
10.權(quán)利要求8的方法，其中N為含降冰片烯基的基團(tuán)。
11.權(quán)利要求8或10的方法，其中所述的催化劑具有下式的結(jié)構(gòu) 式中，M為鋨或釕；R1為氫；X1和X2為任何陰離子配位體，可以相異或相同；L1和L2為任何中性的電子給體，可以相異或相同；而R2為氫、取代或非取代的烷基，或者為取代或非取代的芳基。
12.權(quán)利要求11的方法，其中M為釕，R1為氫，R2為苯基，X1和X2均為-C1，而L1和L2均為三環(huán)己基膦。
13.權(quán)利要求8或10的方法，其中所述的催化劑具有下式的結(jié)構(gòu)[Re(CR1)(CHR2)(R3)(R4)]n式中，Re為錸(VII)；R1選自1-20個(gè)碳原子的烷基、6-20個(gè)碳原子的芳基、7-30個(gè)碳原子芳基烷基、每種的鹵素取代衍生物、以及每種的含硅類似物；R2為R1或?yàn)榇呋瘎┑腞e＝CHR2部分與將要易位的鏈烯烴的反應(yīng)所產(chǎn)生的取代基；R3和R4為配位體，該配位體單獨(dú)或一起充分地吸引電子，致使鐵原子充分地親電以進(jìn)行轉(zhuǎn)移反應(yīng)；而n為1或更大。
14.權(quán)利要求8或10的方法，其中所述的催化劑具有下式的結(jié)構(gòu)M(NR1)(OR2)2(CHR3)式中，M為鉬或鎢；每個(gè)R1和R2可以單獨(dú)為1-20個(gè)碳原子的烷基，6-20個(gè)碳原子的芳基，7-20個(gè)碳原子的芳基烷基，所述烷基、芳基或芳基烷基的鹵素取代的衍生物，或者所述烷基、芳基或芳基烷基的含硅類似物；而R3為1-20個(gè)碳原子的烷基，6-20個(gè)碳原子的芳基，7-20個(gè)碳原子的芳基烷基，或者為所述催化劑的M＝CHR3部分與被易位的鏈烯烴的反應(yīng)所產(chǎn)生的取代基。
15.權(quán)利要求8或10的方法，其中所述的納米顆粒與單一類型的增殖單體在有效的條件下接觸，以便所述的增殖單體聚合成單一的附著于該納米顆粒上的聚合物殼。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述的聚合物殼具有氧化還原活性。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述的增殖單體為二茂鐵羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯或二茂鐵乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
18.權(quán)利要求8或10的方法，其中所述的納米顆粒與多種類型的增殖單體在有效條件下接觸，以便所述的增殖單體聚合成一種或多種附著于該納米顆粒上的聚合物殼，每種聚合物殼具有一種或多種特選的性質(zhì)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述的納米顆粒與第一種增殖單體在有效條件下接觸，以便所述的第一種增殖單體聚合成第一種附著于該納米顆粒上的聚合物殼，所述的第一種聚合物殼具有第一種特選的性質(zhì)；然后該納米顆粒與第二種增殖單體在有效條件下接觸，以便所述的第二種增殖單體聚合成第二種附著于第一聚合物殼上的聚合物殼，所述的第二種聚合物殼具有第二種特選的性質(zhì)，該性質(zhì)不同于第一種聚合物殼的第一種特選性質(zhì)。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述的聚合物殼之一具有氧化還原活性。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述的聚合成殼的增殖單體是二茂鐵羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯或二茂鐵乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
22.權(quán)利要求19的方法，其中所述的兩種聚合物殼均具有氧化還原活性。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述的兩種聚合物殼具有不同的氧化還原活性。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述的聚合成第一種聚合物殼的增殖單體是二茂鐵羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯，而聚合成第二種聚合物殼的增殖單體是二茂鐵乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
25.權(quán)利要求8或10的方法，其中所述的聚合反應(yīng)通過(guò)添加終止聚合的化合物而停止。
26.初始單體附著于其上的納米顆粒。
27.權(quán)利要求26的納米顆粒，其中所述的初始單體包含含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)。
28.權(quán)利要求27的納米顆粒，其中所述的初始單體包含降冰片烯基基團(tuán)。
29.權(quán)利要求28的納米顆粒，其中所述的初始單體是含降冰片烯基的烷硫醇。
30.權(quán)利要求29的納米顆粒，其中所述的初始單體為1-巰基-10-(外-5-降冰片烯-2-氧基)-癸烷。
31.包含一種或多種附著于其上的聚合物殼的納米顆粒，所述的聚合物殼是通過(guò)一種或多種式P-L-N的增殖單體的聚合而形成的，其中P是為每種聚合物殼提供所需性質(zhì)的部分；N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；而L是N附著于P上的化學(xué)鍵或連接物。
32.權(quán)利要求31的納米顆粒，其中所述的L為一種聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、 或包含專門與分析物連接的連接部分B，其中R1的通式為X(CH2)m；X為-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亞乙基二醇、六(1，2-亞乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、鹵素、葡萄糖、麥芽糖、富勒烯C60、環(huán)鏈烯烴或核酸；而m為0-30。
33.權(quán)利要求31的納米顆粒，其中N為含降冰片烯基的基團(tuán)。
34.權(quán)利要求31或33的納米顆粒，其上附有一種聚合物殼。
35.權(quán)利要求31或33的納米顆粒，其上附有多種聚合物殼。
36.權(quán)利要求35的納米顆粒，其上附有兩種聚合物殼，第一種聚合物殼與第二種聚合物殼具有不同的性質(zhì)。
37.權(quán)利要求34的納米顆粒，其中所述的聚合物殼具有氧化還原活性。
38.權(quán)利要求35的納米顆粒，其中所述的聚合物殼之一具有氧化還原活性。
39.權(quán)利要求36的納米顆粒，其中所述的第一種聚合物殼具有氧化還原活性，而第二種聚合物殼具有不同于第一種聚合物殼的氧化還原活性。
40.權(quán)利要求31、32或33的納米顆粒，其中一種聚合物殼包含專門與分析物連接的連接部分B。
41.權(quán)利要求40的納米顆粒，其中所述的包含連接部分B的聚合物殼是通過(guò)一種或多種式N-L-B的連接單體的聚合而形成的，其中N、L和B的含義與權(quán)利要求40中的相同。
42.權(quán)利要求41的納米顆粒，其中所述包含連接部分B的聚合物殼是通過(guò)一種或多種連接單體與一種或多種增殖單體的混合物的聚合而形成的。
43.一種具有式P-L-N的增殖單體，其中P是具有所需性質(zhì)的部分，該性質(zhì)選自氧化還原活性、光學(xué)活性、電子活性和磁活性；N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；而L為N附著于P上的化學(xué)鍵或連接物。
44.權(quán)利要求43的單體，其中L為一種聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、 或包含專門與分析物連接的連接部分B，其中R1的通式為X(CH2)m；X為-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亞乙基二醇、六(1，2-亞乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、鹵素、葡萄糖、麥芽糖、富勒烯C60、環(huán)鏈烯烴或核酸；而m為0-30。
45.權(quán)利要求43的單體，其中N為含降冰片烯基的基團(tuán)。
46.權(quán)利要求43或45的單體，其中P為具有氧化還原活性的部分。
47.權(quán)利要求46的單體，其中P為二茂鐵衍生物。
48.權(quán)利要求47的單體，該單體為二茂鐵羧酸外-5-降冰片烯-2-基酯或二茂鐵乙酸外-5-降冰片烯-2-基酯。
49.一種具有式N-L-A的初始單體，其中N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；A是含附著化合物的基團(tuán)，該基團(tuán)包含適于將初始單體附著在納米顆粒上的官能團(tuán)；而L為N附著于A上的化學(xué)鍵或連接物。
50.權(quán)利要求49的初始單體，其中L為一種聚合物、-COO-、-CH2(CH2)mCOO-、-OCO-、-R1N(CH2)m-NR1-、-O(CH2)m-、-(CH2)m-、 或包含專門與分析物連接的連接部分B，其中R1的通式為X(CH2)m；X為-CH3、-CHCH3、-COOH、CO2(CH2)mCH3、-OH、-CH2OH、1，2-亞乙基二醇、六(1，2-亞乙基二醇)、-O(CH2)mCH3、-NH2、-NH(CH2)mNH2、鹵素、葡萄糖、麥芽糖、富勒烯C60、環(huán)鏈烯烴或核酸；而m為0-30。
51.權(quán)利要求49的初始單體，其中包含降冰片烯基基團(tuán)。
52.權(quán)利要求51的初始單體，該單體是含降冰片烯基的烷硫醇。
53.權(quán)利要求52的初始單體，該單體是1-巰基-10-外-5-降冰片烯-2-氧基-癸烷。
54.一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的方法，包括(a)使推測(cè)含有分析物的樣品與權(quán)利要求40的納米顆粒接觸；和(b)檢測(cè)或測(cè)量所述納米顆粒的性質(zhì)，以檢測(cè)或確定分析物數(shù)量。
55.權(quán)利要求54的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸，該低聚核苷酸的序列至少與該分析物核酸序列的至少一部分互補(bǔ)。
56.權(quán)利要求54的方法，其中所述的分析物是抗原或半抗原，而B是專門用于該抗原或半抗原的抗體。
57.權(quán)利要求54的方法，其中所檢測(cè)或測(cè)量的性質(zhì)是熒光性。
58.權(quán)利要求54的方法，其中所檢測(cè)或測(cè)量的性質(zhì)是顏色。
59.權(quán)利要求54的方法，其中所檢測(cè)或測(cè)量的性質(zhì)是氧化還原活性。
60.一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的試劑盒，包含容納權(quán)利要求40的納米顆粒的容器。
61.權(quán)利要求60的試劑盒，其中所述的分析物是核酸，而B為低聚核苷酸，該低聚核苷酸的序列與該分析物核酸序列的至少一部分互補(bǔ)。
62.權(quán)利要求60的試劑盒，其中所述的分析物是抗原或半抗原，而B是專門用于該抗原或半抗原的抗體。
63.權(quán)利要求60的試劑盒，其中所述的性質(zhì)是熒光性。
64.權(quán)利要求60的試劑盒，其中所述的性質(zhì)是顏色。
65.權(quán)利要求60的試劑盒，其中所述的性質(zhì)氧化還原活性。
66.一種具有式N-L-B的連接單體，其中N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；B是專門與分析物連接的連接部分；而L是N附著于B上的化學(xué)鍵或連接物。
67.權(quán)利要求66的連接單體，其中N是含降冰片烯基的基團(tuán)。
68.權(quán)利要求66或67的連接單體，其中B是低聚核苷酸。
69.權(quán)利要求66或67的連接單體，其中B是抗體。
70.一種通過(guò)一種或多種式P-L-N的增殖單體的聚合而形成的聚合物，其中，P是為該聚合物提供所需性質(zhì)的部分；N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；而L是N附著于P上的化學(xué)鍵或連接物。
71.權(quán)利要求70的聚合物，其中N是含降冰片烯基的基團(tuán)。
72.權(quán)利要求70或71的聚合物，其中L包含專門與分析物連接的連接部分B。
73.一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的方法，包括使推測(cè)含有所述分析物的樣品與權(quán)利要求72的聚合物接觸；和檢測(cè)或測(cè)量該聚合物的性質(zhì)，以檢測(cè)或確定所述分析物的數(shù)量。
74.權(quán)利要求73的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸。
75.一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的試劑盒，其中包含容納權(quán)利要求72的聚合物的容器。
76.一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的方法，包括(a)使所述的分析物與一種具有式N-L-B的連接單體接觸，其中N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；B是專門與分析物連接的連接部分；而L是N附著于B上的化學(xué)鍵或連接物；以便所述的連接單體與該分析物連接；(b)然后加入一種具有式P-L-N的增殖單體，其中P為一種可檢測(cè)或可測(cè)量的性質(zhì)；N為含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；而L是N附著于P上的化學(xué)鍵或連接物；以便所述的增殖單體聚合成附著于該分析物上的聚合物；和(c)檢測(cè)或測(cè)量附著于該分析物上的聚合物的性質(zhì)，以檢測(cè)或確定該分析物的數(shù)量。
77.權(quán)利要求76的方法，其中N是含降冰片烯基的基團(tuán)。
78.權(quán)利要求76或77的方法，其中所述的分析物是核酸，而B是低聚核苷酸。
79.權(quán)利要求78的方法，其中進(jìn)一步包括(i)提供一種捕獲低聚核苷酸附著于其上的基質(zhì)，該低聚核苷酸的序列與分析物核酸序列的至少一部分互補(bǔ)；(ii)使所述的分析物核酸與該基質(zhì)接觸，以便該分析物核酸在進(jìn)行步驟(a)至(c)之前與所述的捕獲的低聚核苷酸雜合。
80.權(quán)利要求76或77的方法，其中P是熒光性。
81.權(quán)利要求78的方法，其中P是熒光性
82.權(quán)利要求79的方法，其中P是熒光性
83.一種檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的試劑盒，包括(a)容納一種具有式N-L-B的連接單體的容器，其中N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；B是專門與分析物連接的連接部分；而L是N附著于B上的化學(xué)鍵或連接物；(b)容納一種具有式P-L-N的增殖單體的容器，其中P為一種可檢測(cè)或可測(cè)量的性質(zhì)；N為含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán)；而L是N附著于P上的化學(xué)鍵或連接物；或者(c)既包括(a)容器又包括(b)容器。
84.權(quán)利要求83的試劑盒，其中N是含降冰片烯基的基團(tuán)。
85.權(quán)利要求83或84的試劑盒，其中P是熒光性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備納米顆粒的方法,所述的納米顆粒具有附著于其上的至少一個(gè)聚合物殼,每種聚合物殼具有特選的性質(zhì)。該方法包括將初始單體附著在納米顆粒的表面;使初始單體附著于其上的納米顆粒與過(guò)渡金屬開環(huán)易位催化劑接觸,以活化初始單體;以及使該納米顆粒與一種或多種式P－L－N型的增殖單體在有效的條件下接觸,以便該增殖單體聚合成一種或多種聚合物殼。在式P－L－N中,N是含環(huán)鏈烯烴的基團(tuán),P是使每種聚合物殼具有特選性質(zhì)的部分,而L為化學(xué)鍵或連接物。本發(fā)明還提供由所述增殖單體的聚合而形成的聚合物。本發(fā)明進(jìn)一步提供納米顆粒、初始單體和式P－L－N的增殖單體,其中P具有選自氧化還原活性、光學(xué)活性、電活性和磁活性的性質(zhì),L和N的定義同上。本發(fā)明還提供式B－L－N的連接單體,其中B是專門與一種分析物連接的連接部分,而L和N的定義同上。最后,本發(fā)明提供檢測(cè)或確定分析物數(shù)量的方法和試劑盒。
文檔編號(hào)G01N33/545GK1328641SQ99813888
公開日2001年12月26日 申請(qǐng)日期1999年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者查德·A·米爾金, 桑賓·T·努延 申請(qǐng)人:內(nèi)諾斯佩爾公司