[发明专利]低密度、高度多孔性纳米结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年1月23日申请的申请号为61/589,777的美国临时专利的优先权，其通过引用整体并入本申请。

背景

纳米粒子在分子成像、早期诊断和靶向疗法等领域被广泛的应用。设计和制备能够包含或携带大量有效载荷并且在同一纳米粒子中实施多种功能的纳米粒子是具有挑战但是需要的。因此，需要不断地开发这种纳米粒子。

发明概述

本申请的一个方面涉及一种纳米结构，所述纳米结构包括嵌入于或者包被于低密度多孔性3-D结构的至少一个核纳米粒子，其能够携带或者结合在纳米结构中或表面的至少一个有效载荷。

在某些实施方式中，所述核纳米粒子包括纳米粒子或纳米粒子簇。单一的核纳米粒子可以包括多个微型纳米粒子或微型纳米粒子簇。在簇中的纳米粒子可以由相同组分或不同组分制备。

在某些实施方式中，所述核纳米粒子包括例如超顺磁性氧化铁(SPIO)纳米粒子或非-SPIO纳米粒子。所述非-SPIO纳米粒子包括例如金属纳米粒子(例如金或银纳米粒子)、金属氧化物纳米粒子、半导体纳米粒子(例如具有单个或多个组分如CdSe/ZnS的量子点、掺杂的无重金属的量子点或其他半导体量子点)；聚合物纳米粒子(例如由PLGA(聚(乳酸共乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PEG(聚乙二醇)或其他聚合物中的一种或组合制备的粒子)；硅纳米粒子；和非-SPIO磁性纳米粒子(例如MnFe2O4、SAF和其他类型的磁性纳米粒子)。所述核纳米粒子的直径范围为约1nm至约900nm(优选尺寸为1-50nm、2-40nm、5-20nm、1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm)。

在某些实施方式中，所述核纳米粒子具有球形、棒状、四脚锥体、角锥体、多臂的、纳米管、纳米线、纳米纤维或纳米板的形状。

在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构指密度至少比现有介孔材料(例如孔径范围为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)的结构。在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构具有<1.0g/cc(例如由0.01mg/cc至1000mg/cc)的密度。在某些实施方式中，所述密度由所述3-D结构的干重除以这种3-D结构在水溶液中的总体积确定。

在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构域具有较高的多孔性。这种低密度结构进一步指在结构上具有至少40％至至少99.9％(优选50％至99.9％)的空白空间或空隙率的结构。在某些实施方式中，至少80％的孔在孔隙半径上具有的尺寸为1nm至500nm。

在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构是在透射电子显微镜下不能明显地观察到或基本上不可见的结构，例如即使当所述低密度结构的特征性尺寸在10多或100多纳米范围内时。

在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构由含有硅的分子制备(例如硅烷、有机硅烷、烷氧基硅烷、硅酸盐及其衍生物)。例如，所述含有硅的分子可以是氨基-丙基三甲氧基硅烷、巯基-丙基-三甲氧基硅烷、羧基-丙基-三甲氧基硅烷、氨基-丙基-三乙氧基硅烷、巯基-丙基-三乙氧基硅烷、羧基-丙基-三乙氧基硅烷、双-[3-(三乙氧基硅基)丙基]-四硫化物、双-[3-(三乙氧基硅基)丙基]-二硫化物、氨基丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)-乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙基-丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、3-氰酸基丙基三乙氧基硅烷和硅酸钠。

在某些实施方式中，所述低密度、多孔性3-D结构与所述核纳米粒子通过分子内相互作用(例如共价键、金属键和/或离子键)或分子间相互作用(例如氢键和/或非共价键)结合。