[发明专利]发光粒子和使用发光粒子探测生物实体的方法

说明书

本发明涉及发光粒子和使用发光粒子探测生物实体的方法。

本发明公开了发光粒子。诸如荧光分子的有机染料已被用于标记生物 材料。然而，这些荧光染料或荧光团有数个缺点。例如，荧光染料通常具 有窄的吸收波长带(例如，约30-50nm)、宽的发射波长带(例如，约100nm)、 以及在光谱的红色侧的宽的发射尾(例如，另一个100nm)。由于这些荧光 团的波长性质，使用多个不同彩色荧光分子的可能性受到了严重削弱。此 外，荧光极易受到光褪色的影响。纳米大小的半导体粒子(纳米粒子)是 在其发光性质中呈现量子限制效应的粒子。这些半导体纳米粒子也称作“量 子点”。包含量子点的胶状粒子能够由单个激发源激发，提供非常鲁棒的、 宽广地可调谐的纳米发射器。此外，纳米粒子呈现出的光学性质优于有机 染料的光学性质。它们的特别的发光性质给予量子点显著改善在生物研究 使用荧光标志的潜力。量子点是普遍已知的，例如，从美国专利申请 US2004/0033345A1。

最近，因为光学成像使用具有高分辨率的相当便宜的设备拥有非侵入 式成像的前景，针对医学应用的光学成像中的兴趣升高了。这似乎是特别 有用的方法，特别是对于癌症治疗的阶变。包含量子点的发光粒子的优点 也能够是高度相关的，例如纳米粒子量子点不光褪色的优于已知有机染料 的优点，光褪色即在照明下退化，其在3D成像中非常相关，其中部件会被 长时间辐照。此外，它们具有较大的吸收横截面，这使得量子点比染料亮。 此外，它们具有长的发光寿命，这使得可能通过时间门控的(time-gated) 成像分开对量子点发射的自体发光。然而，目前大多数工作集中在诸如 CdSe的Cd基的量子点上。这些是不可能被允许用于人类应用的有毒材料。 已知发光量子点粒子的另外的缺点是激发辐射和/或量子点的发射辐射的 反射引起了发光性质中相当大的损耗。这强烈地限制了使用量子点发光粒 子的可能性，例如作为生物应用中的造影剂。

因此本发明的目的是提供发光粒子、造影剂、使用发光粒子探测生物 实体的方法，以及发光粒子作为造影剂由此增强发光粒子的发光性质的使 用。

通过包括核心区域和壳体区域的发光粒子实现了以上目的，所述核心 区域由所述壳体区域覆盖，所述核心区域通过纳米晶体材料在所述发光粒 子上针对最少一个激发波长和至少一个发射波长赋予了发光行为，而设置 所述壳体区域使得它实现所述核心区域的抗反射涂层。

其优点在于潜在地可作为发射辐射获得较高百分比的激发辐射能量。 这大大提高了发射并降低了反射损耗。

根据本发明，非常优选地，所述核心区域设置为通过非Cd基纳米晶体 材料实现的量子点结构和/或所述核心区域设置为通过无毒纳米晶体材料 实现的量子点结构。这使得可能设置材料为量子点材料，其能够用于生物 体内，例如作为造影剂。

此外，根据本发明，优选地，所述核心区域设置为通过InP基材料实 现的量子点结构。InP作为用于核心区域的材料会提供高性能的量子点发光 粒子。明智地选择核心区域的大小是可能的，即量子点的大小，例如约直 径7mm，并且由此调谐所述发光粒子的激发和发射频率或激发和发射波长。

根据本发明，非常优选地，在电磁光谱的近红外部分设置所述激发波 长和所述发射波长。然后，可能使用有成本效益的辐射源用于提供激发光 并且也可能使用有成本效益的辐射探测器例如用于生物体内的医学应用。

根据本发明，进一步优选地，在人类组织的主要成分中，尤其是在人 类组织液体和/或脂质中，在有最小红外吸收的光谱窗口中设置所述激发波 长和所述发射波长。非常优选地，在700nm和800nm之间设置所述激发波 长和所述发射波长。这使得可能使用发光粒子作为造影剂或至少作为造影 剂的部分例如用于医学使用。

根据本发明，优选地，所述激发波长设置在约720nm和/或所述发射波 长设置在约780nm。这使得可能使用在人类组织的主要成分中有最小红外 吸收的光谱窗口里面甚至强烈显著的吸收最小值。