СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МИКРОСФЕР, СОДЕРЖАЩИХ КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ Российский патент 2016 года по МПК B82B3/00 B82B1/00 B82Y15/00 B82Y40/00 C09K11/08 C08L25/04 B82Y5/00 

Описание патента на изобретение RU2600108C1

Изобретение относится к области высокомолекулярных соединений, содержащих квантовые точки, а именно к способу получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки.

Полимерные микросферы широко используются в качестве калибровочных эталонов в электронной и оптической микроскопии, светорассеивании, при счете аэрозольных частиц и малоугловой рефракции рентгеновских лучей, для определения размеров пор фильтров и биологических мембран, в качестве модельных коллоидных систем для изучения их реологии, стабильности, седиментации и т.д., а также в качестве носителей биолигандов при создании диагностических тест-систем. При этом полимерные микросферы должны характеризоваться узким распределением по размерам и быть агрегативно устойчивыми в процессе синтеза, при хранении и в физиологических растворах [1-3].

Кроме того, полимерные микросферы могут содержать визуализурующие метки, в частности квантовые точки, которые определяют их применение в различных видах анализа с визуальной или инструментальной детекцией результатов биоспецифических реакций [4-6].

Квантовые точки (КТ) представляют собой полупроводниковые флуоресцентные нанокристаллы, размеры которых, как правило, находятся в диапазоне от 1 до 10 нм и состоят из атомов элементов, находящихся в II-VI (например, CdSe) или II-V (например, InP) группах периодической таблицы Д.И. Менделеева. Квантовые точки обладают фотостабильностью и высоким квантовым выходом и широко применяются в современных методах флуоресцентной визуализации и оптической диагностики, в частности для флуоресцентного анализа биологических образцов, исследования иммунохимических реакций, диагностики различных вирусных и инфекционных заболеваний и заболеваний сердечно-сосудистой системы, например, исследования кровеносного русла, состояния сосудов и капилляров [7-9].

Из уровня техники известны различные способы получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки, направленные на включение квантовых точек либо в объем полимерных микросфер, либо на локализацию на их поверхности. Такие способы основаны на: 1) набухании полимерных микросфер в растворителе и введении квантовых точек; 2) послойном осаждении квантовых точек на поверхность микросфер; 3) электростатическом взаимодействии; 4) непосредственном ковалентном присоединении квантовых точек; 5) включении квантовых точек в процессе синтеза полимерных микросфер. [10]

Из уровня техники известен способ включения квантовых точек в полистирольные микросферы в процессе эмульсионной полимеризации стирола [11]. Однако полученные полимерные микросферы характеризовались широким распределением по размерам и низкой интенсивностью флуоресценции.

Введение квантовых точек на стадии синтеза полимерных микросфер снижает их агрегативную устойчивость при хранении, что усложняет процесс их получения с заданным комплексом свойств. Кроме того, такой подход является трудоемким и малоэффективным.

Из уровня техники известен способ включения квантовых точек в полиакролеиновые микросферы и сополимерные (акролеин/стирол) микросферы путем их набухания в смеси растворителей пропанол-2/ хлороформ, содержащей квантовые точки [12].

В качестве недостатков указанного способа можно отметить невысокую агрегативную устойчивость полимерных микросфер и невозможность введения квантовых точек в полимерных микросферы в контролируемом количестве.

Также известен способ получения функционализированных сополимерных (акролеин/стирол) микросфер, заключающийся в обработке их поочередно положительно заряженным полиэлектролитом, затем отрицательно заряженным полиэлектролитом, что приводит к формированию полиэлектролитного комплекса на поверхности микросфер, и после двукратного повторения процедуры последовательного осаждения полиэлектролитного комплекса в один или более слоев вводят квантовые точки [5].

В качестве недостатков указанного способа можно отметить невысокую агрегативную устойчивость полимерных микросфер и невозможность введения квантовых точек в полимерных микросферы в контролируемом количестве.

Настоящее изобретение направлено на разработку эффективного способа получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки в контролируемом количестве, которые характеризуются высокой интенсивностью сигнала, устойчивостью и стабильностью свойств во времени.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение агрегативной устойчивости полимерных микросфер и квантовых точек на всех стадиях, предшествующих иммобилизации их в полимерные микросферы, и в увеличении процента квантовых точек, иммобилизованных в полимерные микросферы.

Технический результат достигается тем, что готовят раствор квантовых точек в органическом растворителе, содержащем катионактивный ПАВ, представляющий собой соль четвертичного аммониевого основания, в количестве 1-2% мас., таким образом, что концентрация квантовых точек в растворе составляет 0,1-1,0 г/л, к раствору добавляют полимерные микросферы при соотношении полимер:раствор квантовых точек, равном 1:1, полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке, затем выдерживают в течение 2-6 часов при комнатной температуре и диспергируют в С24-алифатическом спирте, содержащем катионактивный ПАВ, представляющий собой соль четвертичного аммониевого основания, взятый в количестве 1-2% мас., выдерживают в течение 5-15 минут, затем центрифугируют для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки.

В процессе осуществления изобретения в качестве растворителя можно использовать хлороформ, дихлорэтан стирол, толуол или метилметакрилат, в качестве С24-алифатического спирта - этанол, в качестве катионактивного ПАВ - алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид.

При осуществлении заявленного способа использовали квантовые точки марки QD-Light - поставляются Центром высоких технологий ФГУП «НИИПА» (http://www.nanotech-dubna.ru) в толуольном либо хлороформном растворе концентрацией 1 г/л.

Необходимой концентрации квантовых точек в растворе (0,1-1,0 г/л) добиваются разбавлением исходного раствора квантовых точек.

При осаждении на полимерную поверхность квантовые точки ведут себя одинаково вне зависимости от того, в каком растворителе они диспергированы: в толуоле, хлороформе или их смеси. Их устойчивость и способность к самоагрегации определяется исключительно степенью стабилизации и отсутствием резкого перехода от неполярной среды к полярной.

Пример 1

К 0,5 г толуольного раствора квантовых точек (концентрация квантовых точек 0,1 г/л), содержащего 0,01 г (2% мас.) алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорида (катионактивный ПАВ, представляющий собой соль четвертичного аммониевого основания), добавляли 0,5 г полистирольных микросфер диаметром 0,2 мкм. Полученную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 5 минут, затем выдерживали в течение 3 часов при комнатной температуре. Окончание набухания полимерных микросфер наблюдали визуально. Затем смесь диспергировали в этаноле, содержащем 2% мас. алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорида, выдерживали в течение 10 минут, затем центрифугировали для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки.

Пример 2

К 1,0 г толуольного раствора квантовых точек (концентрация квантовых точек 0,2 г/л), содержащего 0,01 г (1% мас.) алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорида (катионактивный ПАВ, представляющий собой соль четвертичного аммониевого основания), добавляли 1,0 г полиметилметакрилатных микросфер диаметром 1 мкм. Полученную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 10 минут, затем выдерживали в течение 4 часов при комнатной температуре. Окончание набухания полимерных микросфер наблюдали визуально. Затем смесь диспергировали в изопропаноле, содержащем 2% мас. алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорида, выдерживали в течение 15 минут, затем центрифугировали для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки.

Пример 3

К 1,5 г толуольного раствора квантовых точек (концентрация квантовых точек 0,5 г/л), содержащего 0,03 г (2% мас.) алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорида (катионактивный ПАВ, представляющий собой соль четвертичного аммониевого основания), добавляли 1,5 г полистирольных микросфер диаметром 6,0 мкм. Полученную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 15 минут, затем выдерживали в течение 5 часов при комнатной температуре. Окончание набухания полимерных микросфер наблюдали визуально. Затем смесь диспергировали в этаноле, содержащем 2% мас. алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорида, выдерживали в течение 15 минут, затем центрифугировали для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки.

После осаждения квантовых точек процедура набухания-осаждения может повторяться многократно для достижения необходимой концентрации квантовых точек на поверхности. Чем меньше концентрация квантовых точек в исходном растворе, тем большее количество стадий осаждения необходимо провести. Это увеличивает время получения продукта, но позволяет добиться равномерного распределения квантовых точек на поверхности микросферы.

Процент включения квантовых точек определяли по сравнению интенсивностей флуоресценций суспензии полимерных микросфер с квантовыми точками на поверхности и остаточных квантовых точек в супернатанте. Для этих исследований использовался спектрометр. Доля иммобилизованных квантовых точек составляла от 70% до 90%.

С помощью микроскопа марки «Levenhuk D670T» было визуально установлено, что полученные полимерные микросферы с иммобилизованными на их поверхности квантовыми точками устойчивы к агрегации. На фиг. 1 показана флуоресценция полимерных микросфер, содержащих квантовые точки, полученных по примеру 3.

Разработанный способ позволяет использовать полимерные микросферы требуемого размера в соответствии с областью применения получаемого продукта. Отличительной особенностью заявленного способа является то, что могут использоваться полимерные микросферы с различным диаметром частиц в интервале от 0,1 до 10,0 мкм с узким распределением частиц по размерам, полученные, например, способами, описанными в уровне техники [13-16].

Источники информации

1. Волкова Е.В. / Создание диагностических тест-систем с использованием полимерных микросфер / Автореф. дис. на соиск. учен, степ. канд. хим. наук / М. - 2014.

2. Грицкова И.А. и др. Биотест-системы на основе полимерных микросфер // Вестник МИТХТ / 2006, Т. 2, С. 5-21.

3. P. Tallury, K. Payton, S. Santra. / Silica-based multimodal / multifunctional nanoparticles for bioimaging and biosensing applications / Nanomedicine, 2008, Vol. 3, P. 579-592.

4. Сизова C.B. / Получение биоаналитических реагентов на основе полимерно-капсулированных полупроводниковых (CdSe)ZnS нанокристаллов / Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим. Наук / М. - 2009.

5. Патент РФ №2532559.

6. Синтез опалоподобных структур на основе монодисперсных люминофор-содержащих полимерных частиц / Сборник трудов Всероссийской молодежной конференции «Опалоподобные структуры», Санкт-Петербург - 2012, С. 15-19.

7. Здобнова Т.А. и др. / Квантовые точки для молекулярной диагностики опухолей / ACTA NATURAE, 2011, Т. 3, №1 (8), С. 30-50.

8. Ralph A Tripp et al. / Bioconjugated nanoparticle detection of respiratory syncytial virus infection / International Journal of Nanomedicine, 2007, Vol. 2, N3, P. 117-124.

9. Byron Ballou et al. / Imaging Vasculature and Lymphatic Flow in Mice Using Quantum Dots / Methods in Molecular Biology, 2009, Vol. 574, P. 63-74.

10. Олейников В.A. / Полупроводниковые флуоресцентные нанокристаллы (квантовые точки) в белковых биочипах (обзорная статья) / Биоорганическая химия, 2011, Т. 37, №2, С. 171-189.

11. Yang X et al. / Encapsulation of quantum nanodots in polystyrene and silica micro-nanoparticles / Langmuir, 2004, Vol. 20, P. 6071-6073.

12. Генералова A.H. и др. / Синтез субмикронных сополимерных (акролеин/стирол) микросфер, содержащих флуоресцентные полупроводниковые CdSe/ZnS нанокристаллы / Российские нанотехнологии, 2007, Т. 2, №7-8, С. 144-154.

13. Патент РФ №2459834.

14. Грицкова И.А. и др. / Разработка полимерных микросфер для иммунофлуоресцентного анализа / Биотехнология, 2012, №4, С. 74-80.

15. Чадаев П.Н. / Полимерные микросферы в качестве антистатических компонентов защитных слоев фотографических материалов / Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим. наук / М. - 2011.

16. Злыднева Л.Ю. / Гетерофазная полимеризация виниловых мономеров в присутствии кремнийорганических ПАВ различной природы / Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим. наук / М. - 2013.

Похожие патенты RU2600108C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МИКРОСИСТЕМ 2013
  • Генералова Алла Николаевна
  • Суханова Татьяна Владимировна
  • Сизова Светлана Викторовна
  • Манохина Вероника Владимировна
  • Мочалов Константин Евгеньевич
  • Олейников Владимир Александрович
  • Набиев Игорь Руфаилович
RU2532559C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ СУСПЕНЗИЙ 2015
  • Грицкова Инесса Александровна
  • Ежова Анна Алексеевна
  • Шрагин Денис Игоревич
  • Гусев Сергей Андреевич
  • Копылов Виктор Михайлович
RU2610272C1
Люминесцентный сенсор для мультиплексного (спектрально-временного) детектирования аналитов в водных средах и способ его получения 2020
  • Дубовик Алексей Юрьевич
  • Баранов Александр Васильевич
  • Кузнецова Вера Александровна
  • Куршанов Данил Александрович
  • Ушакова Елена Владимировна
  • Баранов Михаил Александрович
  • Осипова Виктория Александровна
  • Черевков Сергей Александрович
RU2769756C1
Люминесцентный сенсор концентрации ионов тяжёлых металлов (преимущественно кобальта) в воде на основе квантовых точек тройного состава 2019
  • Дубовик Алексей Юрьевич
  • Баранов Александр Васильевич
  • Куршанов Данил Александрович
  • Баранов Михаил Александрович
  • Богданов Кирилл Вадимович
  • Ушакова Елена Владимировна
  • Черевков Сергей Александрович
RU2733917C1
Способ синтеза наночастиц полупроводников 2015
  • Журавлев Олег Евгеньевич
  • Пресняков Илья Андреевич
RU2607405C2
ПРИМЕНЕНИЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ С УЗКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ПО РАЗМЕРАМ 2015
  • Грицкова Инесса Александровна
  • Ежова Анна Алексеевна
  • Шрагин Денис Игоревич
  • Милушкова Елена Владимировна
  • Скопинцев Виктор Борисович
  • Копылов Виктор Михайлович
RU2611629C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИМИКРОБНОГО СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩЕГО ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА 2016
  • Ерохина Екатерина Вячеславовна
  • Галашина Валентина Николаевна
  • Дымникова Наталья Сергеевна
  • Богачкова Татьяна Николаевна
  • Морыганов Андрей Павлович
  • Дьячин Сергей Александрович
  • Старостин Андрей Георгиевич
RU2640277C2
Способ изготовления индикаторных микрокапсул с использованием магнитных и плазмонных наночастиц 2020
  • Дубовик Алексей Юрьевич
  • Куршанов Данил Александрович
  • Рогач Андрей
  • Арефина Ирина Александровна
RU2758098C1
Состав для подавления набухаемости глин при заводнении нефтяных пластов 1988
  • Ивашов Валерий Иванович
  • Ирматов Эркен Кенжаевич
SU1596085A1
ПОЛИМЕРНЫЙ ПРОППАНТ ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОПРОЧНОСТИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2013
  • Афанасьев Владимир Владимирович
  • Алхимов Сергей Анатольевич
  • Беспалова Наталья Борисовна
  • Киселев Игорь Алексеевич
  • Маслобойщикова Ольга Васильевна
  • Шутко Егор Владимирович
  • Юмашева Татьяна Модестовна
RU2524722C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 600 108 C1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МИКРОСФЕР, СОДЕРЖАЩИХ КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки. Описан способ получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки, включающий приготовление раствора квантовых точек в органическом растворителе, содержащем катионактивное ПАВ, представляющее собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид в количестве 1-2 мас.%, с концентрацией квантовых точек в растворе 0,1-1,0 г/л, с последующим добавлением к раствору квантовых точек полимерных микросфер полистирола или полиметилметакрилата, при соотношении полимер:раствор квантовых точек, равном 1:1, полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке, затем выдерживают в течение 2-6 часов при комнатной температуре и диспергируют в С24-алифатическом спирте с катионактивным ПАВ, представляющим собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид, взятый в количестве 1-2 мас.%, выдерживают в течение 5-15 минут, затем центрифугируют для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки. Технический результат - повышение агрегативной устойчивости полимерных микросфер и квантовых точек на всех стадиях, предшествующих иммобилизации их в полимерные микросферы, и увеличение процента квантовых точек, иммобилизованных в полимерные микросферы. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.,1 ил.

Формула изобретения RU 2 600 108 C1

1. Способ получения полимерных микросфер, содержащих квантовые точки, включающий приготовление раствора квантовых точек в органическом растворителе, содержащем катионактивное ПАВ, представляющее собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид в количестве 1-2 мас.%, с концентрацией квантовых точек в растворе 0,1-1,0 г/л, с последующим добавлением к раствору квантовых точек полимерных микросфер полистирола или полиметилметакрилата, при соотношении полимер:раствор квантовых точек, равном 1:1, полученную смесь подвергают ультразвуковой обработке, затем выдерживают в течение 2-6 часов при комнатной температуре и диспергируют в С24-алифатическом спирте с катионактивным ПАВ, представляющим собой алкилдиметилэтилбензиламмоний хлорид, взятый в количестве 1-2 мас.%, выдерживают в течение 5-15 минут, затем центрифугируют для выделения образовавшегося осадка, состоящего из полимерных микросфер, содержащих квантовые точки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют хлороформ, дихлорэтан стирол, толуол или метилметакрилат.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве С24-алифатического спирта используют этанол.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2600108C1

Кожевникова Н.С., Горбунова Т.И., Ворох А.С., Бажин Д.Н., Зепалов А.Я., Салоутин В.И., Ремпель А.А., Чупахин О.Н., "Влияние поверхностно-активных веществ на агрегативнуюустойчивость гидрофобного золя CdS" МАТЕРИАЛЫ МОЛОДЕЖНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 10-14 мая 2011г., Екатеринбург
Qiang Ma, Chao Wang, Xingguang Su "Synthesis and

RU 2 600 108 C1

Авторы

Лукашевич Андрей Дмитриевич

Левачев Сергей Михайлович

Грицкова Инесса Александровна

Гусев Сергей Андреевич

Милушкова Елена Владимировна

Долгушин Сергей Анатолиевич

Герасименко Александр Юрьевич

Терещенко Сергей Андреевич

Селищев Сергей Васильевич

Даты

2016-10-20Публикация

2015-09-29Подача