金属纳米颗粒及制备所述金属纳米颗粒的方法
领域
本发明涉及纳米颗粒。具体地，本发明涉及金属纳米颗粒、包含金属纳米颗粒的组合物及制备诸如金属纳米棒的金属纳米颗粒的方法。
背景
金属纳米颗粒可用于各种应用。金属纳米颗粒(例如金属纳米球和纳米棒)是用于各种应用的特别有吸引力的类型的金属纳米颗粒。金属纳米棒由于其在从可见光延伸至近红外的区域中的强吸收带而具有各种用途，并且可以通过简单地控制金属纳米棒的构造来调节金属纳米棒的吸收最大值。
金属纳米棒具有作为近红外探针的实用性，因为它们的表面改性能够改变它们的物理性质。金属纳米棒是用于未来太阳能电池、癌症治疗、诊断成像等应用的重要构建模块。
若干方法可用于制造金属纳米棒，包括电解、化学还原和光还原方法。然而，用于产生金属纳米棒的本体溶液合成方法通常产生不同尺寸和形状的纳米颗粒，因此倾向于具有相对低的期望尺寸和形状的纳米颗粒的产率(Murphy,Science,2002,298:2139-41)。
更具体地，在产生金纳米棒的电解方法中，用恒定电流电解含有阳离子表面活性剂的溶液，并且在阳极处从金板上浸出金团簇。在化学还原方法中，诸如NaBH4的材料还原氯金酸并且原位产生金纳米棒。这些金纳米棒用作“晶种颗粒”，并且它们随后在溶液中的生长产生金纳米棒。产生的金纳米棒的长度受生长溶液中的“晶种颗粒”与氯金酸的比率影响，然而，对纳米颗粒的尺寸和形状的严格控制可能难以实现，并且得到的溶液通常含有必须仔细分离和纯化的许多粒度和形状的混合物。
光还原方法包括将氯金酸添加至与电解方法中基本相同的溶液中，并且使用紫外线照射来影响氯金酸的还原。还可以控制照射时间以产生更长的棒。
显然，在以上列出的金纳米棒产生方法中，产生了多种尺寸和形状的金纳米棒，特定尺寸和形状的金纳米棒的数量密度通常较小，和/或需要金纳米球的“晶种”颗粒来生长更长的金纳米棒。此外，上述方法仅可以以相对小的规模进行(通常产生毫克量的金纳米棒)。在大多数情况下，尝试放大规模生产导致得到的产物金纳米棒的形状和/或尺寸的均一性的侵蚀，并且这些方法中没有一个被证明适用于放大规模。
最常用于产生金纳米棒的方法类似于Murphy(Adv.Mater.,2001,13:1389)和El-Sayad(Chem.Mater.,2003,15:1957)的方法，其中通过在高浓度的长链阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵，或CTAB)的存在下还原较高氧化态的金化合物来产生金颗粒的晶种溶液。这种方法已经显示出产生了良好限定的金纳米棒，但是数量少(通常远小于0.50g)。Zubarev的第2011/0189483号美国专利申请公开证明了也使用晶种介导的方法并且通过仔细控制关于使用的还原技术和封端剂的选择的反应条件来产生真实克数量的金纳米棒的能力。
一贯地，这两种方法都需要一定量的金晶种和由大量的细胞毒性阳离子表面活性剂(例如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))构成的稳定反应介质。已显示，金纳米棒的平均尺寸和品质取决于晶种颗粒的平均尺寸、它们的品质和它们的封端剂。对于金纳米棒的体内应用，由于使用细胞毒性阳离子表面活性剂引起的可能的副作用可能是显著的，并且因此，已经开发了将细胞毒性表面活性剂与聚合物稳定剂交换的方法。尽管理论上去除、包被或交换一些细胞毒性表面活性剂是可行的，但在交换过程期间不可避免地损失一些金纳米棒，从而降低最终产率，并且将总是存在一些细胞毒性表面活性剂留在纳米棒表面上，其可能在体内应用中释放。
因此，胶体化学家已经实现了对金纳米棒粒度和形状的一些控制；然而，已经证明了在不存在细胞毒性稳定阳离子表面活性剂和/或不使用晶种颗粒的情况下产生金纳米棒的成功有限。
因此，对开发产品、组合物和/或方法存在需要，其消除或减轻上述缺点中的至少一个或提供有用的替代。
发明概述
一方面，提供了用于制备金属纳米棒的方法，所述方法包括：将金属阳离子的源与至少一种表面活性剂组合以形成混合物，其中还原所述金属阳离子并且产生所述金属纳米棒。
关于本文所述的方法，以任何适合的排列提供如下方面：另一方面，其中至少一种表面活性剂还原所述金属阳离子。另一方面，其中所述组合还包括组合至少一种还原剂用于还原所述金属阳离子。另一方面，其中所述至少一种表面活性剂形成稳定的表面活性剂组合物。另一方面，其中将所述混合物维持在促进形成所述金属纳米棒的任意适合的温度。另一方面，其中所述温度维持在约20℃至约50℃。另一方面，其中将所述混合物维持促进形成所述金属纳米棒的任意适合的时间段。另一方面，其中所述时间段为至多约24小时。另一方面，其中组合还包括还原剂。另一方面，其中所述还原剂选自抗坏血酸、葡萄糖、葡糖胺、氢醌、铝、钙、氢、锰、钾、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、诸如氯化锡(II)的含有Sn2+离子的化合物、亚硫酸盐化合物、肼、锌-汞汞齐、二异丁基氢化铝、草酸、甲酸、亚磷酸盐、次磷酸盐、亚磷酸、二硫苏糖醇(DTT)、诸如硫酸亚铁(II)的含有Fe2+离子的化合物、一氧化碳、碳、三(2-羧基乙基)膦HCl及其组合。另一方面，其中所述还原剂是抗坏血酸和/或硼氢化钠。另一方面，其中所述还原剂的量基于所述混合物的总重量为约0.001wt％至约0.002wt％、约0.001wt％至约0.0018wt％、或约0.0013wt％至0.0017wt％。另一方面，其中所述至少一种表面活性剂的量基于所述混合物的总重量为约0.05wt％至约5wt％。另一方面，其中所述至少一种表面活性剂产生蠕虫状胶束。另一方面，其中所述至少一种表面活性剂包含至少一个带正电荷的部分和/或至少一个带负电荷的部分。另一方面，其中所述带正电荷的部分包含至少一种仲胺、叔胺或季铵。另一方面，其中所述带负电荷的部分包含羧基。另一方面，其中所述至少一种表面活性剂包括第一表面活性剂和第二表面活性剂，其中所述第一表面活性剂和所述第二表面活性剂是不同的。另一方面，其中所述第一表面活性剂和所述第二表面活性剂具有基本上相同长度的烃基尾部。另一方面，其中所述第一表面活性剂产生蠕虫状胶束。另一方面，其中所述第二表面活性剂增加所述第一表面活性剂的溶解度。另一方面，其中所述第一表面活性剂和所述第二表面活性剂独立地选自两性离子型表面活性剂和两性型表面活性剂。另一方面，其中所述第一表面活性剂是两性型表面活性剂，并且所述第二表面活性剂是两性离子型表面活性剂。另一方面，其中所述两性离子型表面活性剂是式(I)的化合物：
其中：
R1表示疏水基团，其中所述疏水基团包括取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；
R2和R3各自独立地选自氢或者取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；以及
R4为取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团。另一方面，其中R1选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基和不饱和或饱和的烃基酰氨基烃基，其中每个基团可以是取代或未取代的。另一方面，其中R1的所述烃基表示含有约12个至24个碳原子的基团。另一方面，其中R2和R3各自独立地选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基、不饱和或饱和的羧基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基-聚氧化烯，其中每个基团可以是取代或未取代的。另一方面，其中R2基团和R3基团中的每一个具有约1个至20个碳原子，例如1个至10个碳原子、或约1个至6个碳原子。另一方面，其中R2和R3各自的所述烃基独立地选自甲基和乙基，所述芳烃基为苄基，所述羟基烃基选自羟基乙基和羟基丙基，和/或所述羧基烃基选自乙酸酯和丙酸酯。另一方面，其中R4为不饱和或饱和的烃基，例如任选地具有约1个至4个碳原子的链长度的亚烷基。另一方面，其中R4选自亚甲基和亚乙基。另一方面，其中所述两性离子型表面活性剂选自烃基N,N-二甲基甜菜碱、烃基N,N-二乙基甜菜碱、烃基N-乙基、N-甲基甜菜碱、
其中：
R1表示疏水基团，其中所述疏水基团包括取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；
R2和R3各自独立地选自氢或者取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；以及
R4为取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团。另一方面，其中所述两性型表面活性剂选自烃基甜菜碱、氨基甜菜碱、N-烃基β-丙氨酸、酰氨基甜菜碱、咪唑啉甜菜碱和胺氧化物。另一方面，其中两性型表面活性剂是肉豆蔻基二甲基胺氧化物。另一方面，其中所述第一表面活性剂的量基于所述混合物的总重量为约0.05wt％至约3wt％、约0.1wt％至约3wt％、约0.25wt％至约3wt％、约0.5wt％至约3wt％、约0.05wt％至约2wt％、约0.1wt％至约2wt％、约0.25wt％至约2wt％、或约0.5wt％至约2wt％。另一方面，其中所述第二表面活性剂的量基于所述混合物的总重量为约0.05wt％至约3wt％、约0.1wt％至约3wt％、约0.25wt％至约3wt％、约0.5wt％至约3wt％、约0.05wt％至约2wt％、约0.1wt％至约2wt％、约0.25wt％至约2wt％、或约0.5wt％至约2wt％。另一方面，其中所述第一表面活性剂与所述第二表面活性剂的比率基于表面活性剂的总重量为约0.04:0.96至约0.96:0.04(w/w)，例如约0.10:0.90至约0.90:0.10(w/w)；约0.3:0.7至约0.7:0.3(w/w)；或约0.6:0.4至约0.4:0.6(w/w)。另一方面，其中所述方法是单锅反应。另一方面，其中所述至少一种表面活性剂包括至少一种双子表面活性剂。另一方面，另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂为式m-s-n的化合物，其中m和n独立地表示烃尾部并且s为间隔物。另一方面，其中m和n是相同的。另一方面，其中m和n是不同的。另一方面，其中m和/或n是饱和的。另一方面，其中m和n小于20。另一方面，其中s是对称的。另一方面，其中s是不对称的。另一方面，其中s是饱和的。另一方面，其中s是亚丁基。另一方面，其中所述金属纳米棒的长度与s成比例。另一方面，其中所述双子表面活性剂是式(V)的化合物：
其中：
R1和R7各自独立地为疏水基团，其中所述疏水基团包括取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；
R2、R3、R5和R6各自独立地选自氢或者取代或未取代的烃基、和取代或未取代的杂基团；以及
R4选自取代或未取代的烃基和取代或未取代的杂基团。另一方面，其中R1和R7各自独立地选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基和不饱和或饱和的烃基酰氨基烃基，其中每个基团可以是取代或未取代的。另一方面，其中R1和R7各自的所述烃基表示含有约6个至24个碳原子，例如约12至约24个碳原子的基团。另一方面，其中R2、R3、R5和R6各自独立地选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基、不饱和或饱和的羧基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基-聚氧化烯，其中每个基团可以是取代或未取代的。另一方面，其中R2基团、R3基团、R5基团和R6基团各自具有约1个至20个碳原子，例如1个至10个碳原子、或约1个至6个碳原子。另一方面，其中R2、R3、R5和R6各自的所述烃基独立地选自甲基和乙基，所述芳烃基为苄基，所述羟基烃基选自羟基乙基和羟基丙基，和/或所述羧基烃基选自乙酸酯和丙酸酯。另一方面，其中R4为不饱和或饱和的烃基，例如任选地具有约1个至12个碳原子的链长度的亚烷基。另一方面，其中R4选自亚甲基和亚乙基。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂选自N,N′-二烷基-N,N,N′,N′-四烷基亚烷基-α,ω-二溴化二铵。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂选自N,N′-二(十二烷基)-N,N,N′,N′-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(12-4-12)、N,N'-二(十二烷基)-N,N,N′,N′-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(12-4-12)、N,N′-二(十二烷基)-N,N,N′,N′-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(12-6-12)、N,N′-二(十四烷基)-N,N,N′,N′-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)、N,N′-二(十六烷基)-N,N,N′,N′-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(16-4-16)和N,N′-十六烷基-N,N,N′,N′-四甲基辛烷-1,8-二溴化二铵(16-8-16)。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂是N,N'-二(十四烷基)-N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)。另一方面，其中所述双子表面活性剂的量为约0.5wt％至约3wt％、或约0.75wt％至约2wt％。另一方面，其中所述金属阳离子选自过渡金属阳离子及其组合。另一方面，其中所述过渡金属阳离子选自贵金属阳离子及其组合。另一方面，其中所述金属阳离子选自金、镍、钯、铂、铜、银、锌、镉及其组合。另一方面，其中所述金属阳离子是金(I)或金(III)。另一方面，其中所述金属阳离子是金(III)。另一方面，其中所述金属阳离子的源包括至少一种金属盐。另一方面，其中所述金属盐选自氯化金(III)、硫代苹果酸金钠、硫代硫酸金钠、三乙基膦金、硫代葡萄糖金钠、溴化金(III)、碘化金(III)、硝酸金(III)。另一方面，其中所述金属盐是氯化金(III)。另一方面，其中所述金属阳离子的源的量基于所述混合物的总重量为约0.004wt％至约0.04wt％、约0.005wt％至约0.03wt％、或约0.007wt％至0.02wt％。另一方面，其中所述金属纳米棒包括包含合金或复合金属。另一方面，还包括添加金属晶种。另一方面，其中所述方法不使用金属晶种。另一方面，其中所述金属晶种包括金晶种。另一方面，其中所述方法不含细胞毒性表面活性剂。另一方面，其中所述方法不含细胞毒性阳离子表面活性剂。另一方面，其中所述方法不含CTAB。另一方面，其中所述方法不含聚合物稳定剂。另一方面，其中所述混合物的所有组分是药物可接受的和/或无毒的。另一方面，其中所述混合物具有约4至约9的pH。另一方面，其中组合还包括将溶剂与所述金属阳离子的源和所述至少一种表面活性剂组合。另一方面，其中所述溶剂选自水、低分子量醇、烃或其混合物。另一方面，其中所述溶剂是水。另一方面，其中水是三重去离子水。另一方面，其中水缺乏导电性。另一方面，其中水基本上缺乏导电性。另一方面，其中所述金属纳米棒以至少一克的量产生。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒具有约5nm至约50nm的直径。另一方面，其中所述直径为约5nm至约30nm。另一方面，其中所述直径为约15nm至约30nm。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒具有约20nm至约500nm的轴向长度。另一方面，其中所述轴向长度为约30nm至约500nm。另一方面，其中所述轴向长度为约50nm至约300nm。另一方面，其中所述轴向长度为约80nm至约100nm。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒具有约1.1至约100或约1.1至约91的纵横比。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒的长度、直径和/或纵横比是基本上均一的。另一方面，其中所述金属纳米棒为至少约95％金属、至少约96％金属、至少约97％金属、至少约98％金属、至少约99％金属、至少约99.9％金属或至少约99.99％金属。另一方面，其中所述金属是金。另一方面，还包括将靶向部分应用于所述金属纳米棒。另一方面，其中所述靶向部分是蛋白质。另一方面，其中所述靶向部分是肿瘤特异性的。另一方面，其中足以产生金属纳米棒的时间为约10分钟至约24小时。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒的尺寸和/或形状是基本上均一的。
另一方面，提供了用于制备金属纳米棒的方法，所述方法包括：将金属晶种与包含至少一种双子表面活性剂和金属阳离子的源的生长溶液组合以形成混合物，其中还原所述金属阳离子并且产生所述金属纳米棒。
关于本文所述的方法，以任何适合的排列提供如下方面：另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂还原所述金属阳离子。另一方面，其中组合还包括至少一种还原剂用于还原金属阳离子。另一方面，其中所述还原剂的量基于所述混合物的总重量为约0.001wt％至约0.002wt％、约0.001wt％至约0.0018wt％、或约0.0013wt％至0.0017wt％。另一方面，其中所述还原剂选自抗坏血酸、葡萄糖、葡糖胺、氢醌、铝、钙、氢、锰、钾、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、诸如氯化锡(II)的含有Sn2+离子的化合物、亚硫酸盐化合物、肼、锌-汞汞齐、二异丁基氢化铝、草酸、甲酸、亚磷酸盐、次磷酸盐、亚磷酸、二硫苏糖醇(DTT)、诸如硫酸亚铁(II)的含有Fe2+离子的化合物、一氧化碳、碳、三(2-羧基乙基)膦HCl及其组合。另一方面，其中所述至少一种还原剂包括抗坏血酸和/或NaBH4。另一方面，其中将所述混合物维持在促进形成所述金属纳米棒的任意适合的温度。另一方面，其中将所述混合物维持促进形成所述金属纳米棒的任意适合的时间段。另一方面，其中所述温度维持在约20℃至约35℃。另一个方面，其中所述时间段为约几分钟至约24小时。另一方面，还包括在所述组合步骤之前，通过还原包含至少一种双子表面活性剂和金属阳离子的源的晶种溶液中的金属阳离子来形成金属晶种。另一方面，其中所述晶种溶液量与所述生长溶液量的比率基于晶种溶液和生长溶液的总重量为约0.005:0.995至约0.05:0.95(w/w)、0.006:0.994至约0.05:0.95(w/w)、约0.008:0.992至约0.05:0.95(w/w)；约0.01:0.99至约0.05:0.95(w/w)，约0.005:0.995至约0.01:0.99(w/w)、约0.005:0.995至约0.009:0.991(w/w)；约0.005:0.995至约0.008:0.992(w/w)；或约0.005:0.995至约0.007:0.993(w/w)。另一方面，其中所述晶种溶液中的所述至少一种双子表面活性剂和所述生长溶液中的所述至少一种双子表面活性剂是相同的或不同的。另一方面，其中所述晶种溶液中的所述金属阳离子的源和所述生长溶液中的所述金属阳离子的源是相同的或不同的。另一方面，其中所述晶种溶液还包含还原剂。另一方面，其中所述晶种溶液的所述还原剂包括抗坏血酸和/或NaBH4。另一方面，其中用NaBH4还原所述金属阳离子，并且所述晶种溶液中的残余NaBH4还原所述生长溶液中的所述金属阳离子。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂产生蠕虫状胶束。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂为式m-s-n的化合物，其中m和n独立地表示烃尾部并且s为间隔物。另一方面，其中m和n是相同的。另一方面，其中m和n是不同的。另一方面，其中m和/或n是饱和的。另一方面，其中m和n小于20。另一方面，其中s是对称的。另一方面，其中s是不对称的。另一方面，其中s是饱和的。另一方面，其中s是亚丁基。另一方面，其中所述金属纳米棒的长度与s成比例。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂是式(V)的化合物：
其中：
R1和R7各自独立地为疏水基团，其中所述疏水基团包括取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；
R2、R3、R5和R6各自独立地选自氢或者取代或未取代的烃基、和取代或未取代的杂基团；以及
R4选自取代或未取代的烃基和取代或未取代的杂基团。另一方面，其中R1和R7各自独立地选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基和不饱和或饱和的烃基酰氨基烃基，其中每个基团可以是取代或未取代的。另一方面，其中R1和R7各自的所述烃基表示含有约6个至24个碳原子，例如约12个至约24个碳原子的基团。另一方面，其中R2、R3、R5和R6各自独立地选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基、不饱和或饱和的羧基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基-聚氧化烯，其中每个基团可以是取代或未取代的。另一方面，其中R2基团、R3基团、R5基团和R6基团各自具有约1个至20个碳原子，例如1个至10个碳原子、或约1个至6个碳原子。另一方面，其中R2、R3、R5和R6各自的所述烃基独立地选自甲基和乙基，所述芳烃基为苄基，所述羟基烃基选自羟基乙基和羟基丙基，和/或所述羧基烃基选自乙酸酯和丙酸酯。另一方面，其中R4为不饱和或饱和的烃基，例如任选地具有约1个至12个碳原子的链长度的亚烷基。另一方面，其中R4选自亚甲基和亚乙基。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂选自N,N'-二烷基-N,N,N',N'-四烷基亚烷基-α,ω-二溴化二铵。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂选自N,N'-二(十二烷基)-N,N,N',N'-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(12-4-12)、N,N'-二(十二烷基)-N,N,N',N'-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(12-4-12)、N,N'-二(十二烷基)-N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(12-6-12)、N,N'-二(十四烷基)-N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)、N,N'-二(十六烷基)-N,N,N',N'-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(16-4-16)和N,N′-十六烷基-N,N,N′,N′-四甲基辛烷-1,8-二溴化二铵(16-8-16)。另一方面，其中至少一种双子表面活性剂是N,N′-二(十四烷基)-N,N,N′,N′-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)。另一方面，其中所述至少一种双子表面活性剂的量为约0.05wt％至约5wt％、约0.5wt％至约3wt％、或约0.75wt％至约2wt％。另一方面，其中所述金属阳离子选自过渡金属阳离子及其组合。另一方面，其中所述过渡金属阳离子选自贵金属阳离子及其组合。另一方面，其中所述金属阳离子选自金、镍、钯、铂、铜、银、锌、镉及其组合。另一方面，其中所述金属阳离子是金(I)或金(III)。另一方面，其中所述金属阳离子是金(III)。另一方面，其中所述金属离子的源包括金属盐。另一方面，其中所述金属盐选自氯化金(III)、硫代苹果酸金钠、硫代硫酸金钠、三乙基膦金、硫代葡萄糖金钠、溴化金(III)、碘化金(III)、硝酸金(III)。另一方面，其中所述金属盐是氯化金(III)。另一方面，其中所述金属纳米棒包含合金或复合金属。另一方面，其中所述方法不含阳离子表面活性剂。另一方面，其中所述方法不含细胞毒性表面活性剂。另一方面，其中所述方法不含细胞毒性阳离子表面活性剂。另一方面，其中所述方法不含CTAB。另一方面，其中所述方法不含聚合物稳定剂。另一方面，其中所述混合物的所有组分是药物可接受的和/或无毒的。另一方面，其中所述混合物具有约4至约9的pH。另一方面，其中组合还包括将溶剂与所述金属阳离子的源和所述至少一种表面活性剂组合。另一方面，其中所述溶剂选自水、低分子量醇、烃或其混合物。另一方面，其中所述溶剂是水。另一方面，其中水是三重去离子水。另一方面，其中水缺乏导电性。另一方面，其中水基本上缺乏导电性。另一方面，其中所述金属纳米棒以至少一克的量产生。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒具有约5nm至约50nm的直径。另一方面，其中所述直径为约5nm至约30nm。另一方面，其中所述直径为约15nm至约30nm。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒具有约20nm至约500nm的轴向长度。另一方面，其中所述轴向长度为约30nm至约500nm。另一方面，其中所述轴向长度为约50nm至约300nm。另一方面，其中所述轴向长度为约80nm至约100nm。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒具有约1.1至约100或约1.1至约10的纵横比。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒的长度、直径和/或纵横比是基本上均一的。另一方面，还包括将靶向部分应用于金属纳米棒。另一方面，其中所述靶向部分是蛋白质。另一方面，其中所述靶向部分是肿瘤特异性的。另一方面，其中足以产生金属纳米棒的时间为约10分钟至约24小时。另一方面，其中产生的纳米棒的溶液在约15℃至35℃、约20℃至30℃、约25℃至28℃、或在约27℃的温度产生。另一方面，其中通过所述方法产生的金属纳米棒的尺寸和/或形状是基本上均一的。
关于由本文所述的方法产生的纳米棒或通过其它方法产生的纳米棒的额外的处理/纯化/稳定性，以任何适合的排列提供如下方面：另一方面，其中所述方法还包括将所述金属纳米棒溶液加热至适合的温度以调节长度和/或形状中的至少一种。另一方面，其中所述温度为约30℃至约89℃，并且pH为约4至约9。另一方面，其中所述方法还包括添加助表面活性剂、共溶剂或氧化剂。另一方面，其中所述方法还包括离心以去除杂质。另一方面，还包括从金属纳米棒溶液中纯化金属纳米棒的方法，包括：将所述金属纳米棒溶液与双子表面活性剂和盐组合，其中所述双子表面活性剂和所述盐形成凝聚物；以及分离所述凝聚物，其中所述凝聚物含有所述金属纳米棒。另一方面，所述方法还包括添加金属盐和相分离表面活性剂，用于将金属纳米棒分离成含相分离表面活性剂的层的富含表面活性剂的相。另一方面，其中所述金属盐选自碱金属盐、碱土金属盐、过渡金属盐或其组合。另一方面，其中所述金属盐是碱金属盐。另一方面，其中所述碱金属盐是氯化钠。另一方面，其中所述方法还包括离心所述金属纳米棒溶液以形成金属纳米棒团块和溶剂层，将所述溶剂层与所述金属纳米棒团块分离，添加水，以及离心。另一方面，其中所述方法还包括将至少一种增溶物添加至包含所述金属纳米棒的金属纳米棒溶液中。另一方面，其中所述至少一种增溶物是生物分子。另一方面，其中所述生物分子选自蛋白质、核酸、多糖、糖蛋白质、类黄酮、维生素、抗氧化剂、芳香酸、氨基酸、单羟基苯甲酸、单糖、二糖、胆汁盐、核苷酸或其组合。另一方面，其中所述至少一种增溶物选自明胶、β酪蛋白、抗生蛋白链菌素、金属纳米棒-抗生蛋白链菌素缀合物、牛血清白蛋白、槲皮素、表没食子儿茶素没食子酸酯、姜黄素、姜黄素、谷胱甘肽、含氧/脱氧胆汁酸、邻氨基苯甲酸、肉桂酸、生物素、对羟基苯甲酸或其组合。另一方面，其中所述至少一种增溶物被吸附在所述金属纳米棒的表面活性剂双层上。另一方面，其中所述至少一种增溶物的量基于所述金属纳米棒溶液的总重量为约0.03％至约20％(w/w)；约0.1％至约20％(w/w)；约0.03％至约10％(w/w)；约0.03％至约5％(w/w)；约0.1％至约15％(w/w)；或约0.1％至约10％(w/w)。另一方面，其中所述金属纳米棒具有包裹在聚合物中的表面活性剂双层。另一方面，其中所述聚合物选自蛋白质、明胶、牛血清白蛋白、聚苯乙烯磺酸酯、聚环氧乙烷、硫醇化聚环氧乙烷、具有终止羧酸官能团的硫醇化聚环氧乙烷、具有终止胺酸官能团的硫醇化聚环氧乙烷或其组合。另一方面，其中所述聚合物与蛋白质、多肽、抗体、抗体片段、IgG类抗体、多克隆抗体、单克隆抗体或其组合中的至少一种形成共价键或非共价键。另一方面，其中所述金属纳米棒还包含封端剂。另一方面，其中从所述金属纳米棒溶液中去除溶剂或过量的表面活性剂，随后添加所述封端剂的水溶液。另一方面，其中所述方法还包括从所述金属纳米棒溶液中去除大于约95％的溶剂，随后添加第一封端剂，以及从得到的金属纳米棒团块中去除大于约95％的得到的溶剂。另一方面，其中所述去除包括离心。另一方面，还包括将所述得到的金属纳米棒团块分散进入第二封端剂的水溶液中。另一方面，所述第一封端剂和所述第二封端剂可以是相同的或不同的。另一方面，其中所述金属纳米棒带正电并且具有约+5mV至约+40mV的电荷，或者所述金属纳米棒带负电并且具有约-5mV至约-55mV的电荷。另一方面，其中所述封端剂是表面活性剂和硫醇化聚合物的混合物。另一方面，其中所述封端剂是表面活性剂、助表面活性剂和小生物分子的混合物，其中所述小生物分子选自一般类型的类黄酮、抗氧化剂、芳香酸、氨基酸、单羟基苯甲酸、单糖、二糖、胆汁盐、核苷酸或其组合。另一方面，其中所述方法还包括选自槲皮素、表没食子儿茶素没食子酸酯、姜黄素、谷胱甘肽、抗坏血酸、柠檬酸、邻氨基苯甲酸、肉桂酸、胆汁酸、对羟基苯甲酸、生物酸的金属阴离子盐或其组合的共封端剂。另一方面，其中所述方法还包括提取所述金属纳米棒并且将所述金属纳米棒再分散在包含稳定剂的表面活性剂组合物中。另一方面，其中提取包括离心，随后再分散进入具有pH调节剂的表面活性剂组合物中。另一方面，其中所述稳定剂包含与用于制备所述金属纳米棒的所述至少一种表面活性剂相比具有更少碳原子的至少一种表面活性剂。另一方面，其中所述稳定剂包含至少一种烃基甘氨酸表面活性剂和至少一种烃基N-氧化物表面活性剂。另一方面，其中至少一种烃基N-氧化物表面活性剂选自任何适合的两性型N-氧化物表面活性剂。
关于本文所述的方法，另一方面，其中将所述金属阳离子的源的至少约40％还原成纳米颗粒；至少约50％还原成纳米颗粒；至少约60％还原成纳米颗粒；至少约70％还原成纳米颗粒；至少约80％还原成纳米颗粒；至少约90％还原成纳米颗粒；或者至少约99％还原成纳米颗粒。
另一方面，提供了通过本文所述的方法产生的金属纳米棒。
另一方面，提供了不含细胞毒性表面活性剂的金属纳米棒。另一方面，所述金属纳米棒不含阳离子细胞毒性表面活性剂。另一方面，所述金属纳米棒不含CTAB。另一方面，使用不含金属晶种的组合物产生所述金属纳米棒。另一方面，所述金属纳米棒不含聚合物稳定剂。
另一方面，提供了使用不含金属晶种的组合物产生的金属纳米棒。
另一方面，提供了不含聚合物稳定剂的金属纳米棒。
另一方面，提供了通过本文所述的方法产生的本文所述的金属纳米棒。
另一方面，提供了包含本文所述的金属纳米棒的组合物。另一方面，其中所述金属纳米棒基本上是纯的。另一方面，其中所述组合物是稳定的。
另一方面，提供了包含本文所述的金属纳米棒或本文所述的组合物的装置。另一方面，其中所述装置是侧流测定装置。另一方面，其中所述装置是侧流条免疫测定装置或垂直流免疫测定装置。另一方面，其中所述金属纳米棒包括金属纳米棒和抗体缀合物。另一方面，其中所述金属纳米棒和抗体缀合物能够从测试溶液中捕获生物标记物。
另一方面，提供了治疗癌症的方法，所述方法包括向个体施用治疗有效量的本文所述的金属纳米棒并且应用红外光以加热所述金属纳米棒。
另一方面，提供了对肿瘤成像的方法，所述方法包括向个体施用成像有效量的本文所述的金属纳米棒并且对所述肿瘤成像，其中所述金属纳米棒为所述图像提供对比度。
另一方面，提供了诊断癌症的方法，所述方法包括向个体施用诊断量的本文所述的金属纳米棒并且对所述个体成像，其中通过所述金属纳米棒提供的对比度是癌症的证据。
另一方面，提供了治疗有效量的本文所述的金属纳米棒与红外光组合用于治疗癌症的用途。
另一方面，提供了成像有效量的本文所述的金属纳米棒用于对肿瘤成像的用途。
另一方面，提供了诊断量的本文所述的金属纳米棒用于成像并且由此诊断癌症的用途。
另一方面，提供了用于在晶种生长方法中控制金属纳米棒的尺寸和/或纵横比的方法，所述方法包括将双子表面活性剂与金属晶种和金属阳离子的源组合。
另一方面，提供了双子表面活性剂用于控制金属纳米棒的尺寸和/或纵横比的用途。
在检查以下本发明的详细描述后，本发明的新颖特征对于本领域技术人员将变得显而易见。然而，应理解，本发明的详细描述和呈现的具体实施例虽然指出了本发明的某些实施方案，但仅出于说明的目的而提供，所以根据随后的本发明的详细描述和随附的权利要求，在本发明的主旨和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图简述
参考附图，根据以下描述将进一步理解本发明，其中：
图1示出了双子表面活性剂的一般结构。
图2示出了在0.30g硬脂基甜菜碱和0.080g AmmonyxTM MO的表面活性剂混合物中产生的金纳米棒的透射电子显微镜(TEM)图像。
图3示出了在0.30g硬脂基甜菜碱和0.080g AmmonyxTM MO的表面活性剂混合物中产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图4示出了在0.30g硬脂基甜菜碱和0.05g AmmonyxTM MO的表面活性剂混合物中产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图5示出了在0.30g硬脂基甜菜碱和0.05g AmmonyxTM MO的表面活性剂混合物中产生的金纳米棒的TEM图像。
图6示出了在0.35g硬脂基甜菜碱和0.45g AmmonyxTM MO的表面活性剂混合物中产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图7示出了在0.30g硬脂基甜菜碱和0.50g AmmonyxTM MO的表面活性剂混合物中产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图8示出了在0.15g硬脂基甜菜碱和0.45g AmmonyxTM MO的表面活性剂混合物中产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图9示出了用12-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的透射电子显微镜(TEM)图像。
图10示出了用14-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的透射电子显微镜(TEM)图像。
图11示出了用16-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的透射电子显微镜(TEM)图像。
图12示出了用18-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的透射电子显微镜(TEM)图像。
图13示出了用12-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图14示出了用14-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图15示出了用16-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图16示出了用18-碳双子表面活性剂产生的金纳米棒的UV-Vis光谱。
图17示出了间隔物长度对使用16-x-16表面活性剂产生的金纳米棒的长度的影响，其中x是间隔物长度。
图18示出了分散在14-6-14双子表面活性剂中，使用本文所述的凝聚物分离方法分离的金纳米棒体系的图像。
图19示出了在14-6-14双子表面活性剂中生长并且使用本文所述的凝聚物分离方法纯化的金纳米棒的TEM。
图20示出了在14-6-14双子表面活性剂中生长并且使用表面活性剂掺混分离方法纯化的金纳米棒的TEM。
图21示出了姜黄素-金纳米棒缀合物(黑线)和吸附在表面活性剂双层中的姜黄素(灰线)的SERS光谱。
图22示出了聚苯乙烯磺酸盐包裹的金纳米棒，示出了在90s硝酸纤维膜上的平滑流动。
图23示出了比较原始金纳米棒溶液(A)和再分散的金纳米棒溶液(B)的TEM图像。
图24示出了包裹在不同生物聚合物中的金纳米棒的UV-Vis迹线。
图25示出了无晶种金纳米棒产生方法(实施例8)的代表性UV-Vis迹线，示出了反应前(浅灰色)和反应后(深灰色)的纳米棒。
图26示出了对称蚀刻的金纳米棒。
具体实施方式
本文描述了使用表面活性剂组合物制备金属纳米颗粒(例如纳米棒)的方法。还描述了金属纳米棒及其组合物和用途。在典型的实施方案中，本文所述的方法、纳米棒和组合物涉及使用引导金属纳米棒形成的至少一种表面活性剂。在实施方案中，使用至少一种表面活性剂替代在金纳米棒的大多数常规商业制备中使用的细胞毒性CTAB表面活性剂。
金属纳米棒(例如金纳米棒)在医学中可用于许多目的，例如癌症的成像、诊断和治疗。金纳米棒具有特殊的光学性质，它们可以吸收约700nm至约900nm的红外区中的光，并且当具有相似波长(大约800nm)的激光束照射到它们上时，可以容易地检测到。这种波长的激光对于生物组织是安全的，生物组织对这种光是透明的，这意味着组织不吸收这种光。因此，金纳米棒可以直接注射进入血流中，并且可以使用安全的激光(也称为红外照射)来确定它们的位置/分布。
此外，当激光照射在它们上时，金属纳米棒(例如金纳米棒)可以被加热。这种性质导致它们局部增加温度的能力，例如在特定靶标的紧邻区域中。如果该靶标是肿瘤或单个癌细胞，则当使用激光时，肿瘤或细胞将被损坏或破坏。这允许使用金属纳米棒进行无创抗癌治疗或光热治疗。此外，当金属纳米棒用特定蛋白质包被时，光热治疗可以是选择性的。此类蛋白质可以将金属纳米棒主要递送至肿瘤。然而，即使没有特定的靶向蛋白质，金属纳米棒也已经证明了在实体肿瘤中累积的趋势，因为在供给实体肿瘤的血管中存在孔，所述孔的尺寸比本文所述的金属纳米棒的尺寸大约5倍至约10倍。相反，此类大孔往往不存在于正常的脉管系统中。因此，本文所述的金属纳米棒具有穿透这些肿瘤相关的孔，离开血流并且在肿瘤中累积的能力。然后可以使用红外光加热金属纳米棒并且治疗肿瘤。
在实施方案中，本文所述的金属纳米棒能够产生许多颜色。具体地，纳米棒可以是红色、蓝色、绿色、紫色或棕色的。因此，金属纳米棒可以用作纸和基于膜的定点护理装置的颜色指示器。
金属纳米棒在纳米技术中也具有许多应用。它们已经用于制备超材料并且发现用于例如防反射涂层。
定义
在本文中使用以下定义，并且解释权利要求和说明书时应参考以下定义：
如本文使用，术语“纳米棒”表示实心或空心的基本上圆柱形和/或多边形的形状。在实施方案中，纳米棒的表面的至少一部分可以是基本上平滑的和/或表面的至少一部分可以被蚀刻(例如，对称地蚀刻和/或不对称地蚀刻；通常，对称地蚀刻)。在某些实施方案中，可以对称地蚀刻纳米棒以提供多谐形状(例如，在2-D中表现为波)。典型地，纳米棒具有约5nm至约50nm的直径或横截面，例如约5nm、约10nm、约15nm、约20nm、约25nm、约30nm、约35nm、约40nm、或约45nm，至约10nm、约15nm、约20nm、约25nm、约30nm、约35nm、约40nm、约45nm或约50nm。例如，直径可以为约5nm至约30nm或约15nm至约30nm。
纳米棒可以通常具有约20nm至约500nm的轴向长度，例如约20nm、约30nm、约40nm、约50nm、约60nm、约70nm、约80nm、约90nm、约100nm、约125nm、约150nm、约175nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm或约450nm，至约30nm、约40nm、约50nm、约60nm、约70nm、约80nm、约90nm、约100nm、约125nm、约150nm、约175nm、约200nm、约250nm、约300nm、约350nm、约400nm、约450nm或约500nm。例如，轴向长度可以为约30nm至约500nm、约50nm至约300nm、或约80nm至约100nm。
此外，纳米棒可以通常具有约1.1至约100的纵横比(即，纳米棒的长轴与纳米棒的短轴的长度比)，例如约1.1、约1.2、约1.3、约1.4、约1.5、约1.6、约1.7、约1.8、约1.9、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约20、约30、约40、约50、约60、约70、约80或约90，至约1.2、约1.3、约1.4、约1.5、约1.6、约1.7、约1.8、约1.9、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约20、约30、约40、约50、约60、约70、约80、约90或约100。例如，纵横比可以为约1.1至约10。
本文所述的纳米棒通常是金属，并且在实施方案中，选自过渡金属或贵金属，并且通常选自金、镍、钯、铂、铜、银、锌、镉及其组合。本文所述的方法、组合物和纳米棒已经关于金作为金属和阳离子的源进行了例示，然而，应理解，所述方法同样适用于其它金属的纳米棒，特别是以上列出的那些。金属纳米棒可以包含单一金属或可以是合金(即，溶液混合物)或包含一种、两种、三种或更多种额外的金属(例如，金和银两者)的复合物(即，非溶液混合物)(参见，Sun,Y.“Silver Nanowires—Unique Templates For FunctionalNanostructures,”Nanoscale 2:1626-1642；Wang,H.等人(2009)“Nucleic AcidConjugated Nanomaterials for Enhanced Molecular Recognition,”ACS Nano3(9):2451-2460)。此外，还可以形成金属氧化物纳米棒，包括氧化钛，氧化铈和其它陶瓷。
“金属纳米棒团块”是指金属纳米棒的沉淀物。“团块”是用于描述可以经离心产生的沉淀物的术语。
“金属阳离子的源”是指带正电荷的金属离子。如果金属是金，则金属阳离子可以是金(I)、金(II)、金(III)、金(IV)和/或金(V)，并且通常是金(I)或金(III)，更通常是金(III)。金属阳离子的源通常是金属盐。例如，银阳离子的源包括无机银盐或有机银盐，例如但不限于，乙酸银、氯化银、高氯酸银、氯酸银、溴化银、氟化银、乳酸银、硝酸银、硫酸银、酒石酸银或其组合。金阳离子的源包括无机金盐或有机金盐或混合的金盐，例如但不限于，氯化金(III)、硫代苹果酸金钠、硫代硫酸金钠、三乙基膦金、硫代葡萄糖金钠、溴化金(III)、碘化金(III)、硝酸金(III)及其组合。通常，金阳离子的源是氯化金(III)。金属阳离子的其它适合的源将是本领域技术人员熟知的。
术语“表面活性剂”是表面活性试剂的简称。表面活性剂是两亲性化合物，意指它们含有以其纯形式不溶于彼此的两个或更多个基团。表面活性剂通常具有至少一个疏水尾部和至少一个亲水头部，并且更通常地，表面活性剂具有单个疏水尾部和单个亲水头部。表面活性剂通常起到降低表面张力的作用，并且可以提供润湿、乳化、起泡和去污。在典型的实施方案中，本文所述的表面活性剂包含至少一个带正电荷的部分和至少一个带负电荷的部分，并且可以被分类为两性离子型表面活性剂和/或两性型表面活性剂。所述至少一个带正电荷的部分可以具有至少一个在任何pH永久带正电荷的部分和/或可以具有至少一个在预定pH或预定pH范围带正电荷的部分。所述至少一个带负电荷的部分可以具有至少一个在预定pH或预定pH范围带负电荷的部分。应理解，在一定pH或pH范围，许多两性离子型表面活性剂和两性型表面活性剂的电荷将是中性的；还应理解，在一定pH范围内，两性型表面活性剂的性质变成两性离子型。
“两性离子型表面活性剂”是既具有正电荷又具有负电荷并且通常具有宽的等电范围的类型的表面活性剂。通常，两性离子型表面活性剂具有永久带正电荷的第一部分和在宽的pH范围内带负电荷的第二部分，所述宽的pH范围例如约1至约14，或约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8或约9，至约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约11、约12、约13或约14，例如约2至约14。
任何适合的两性离子型表面活性剂可以用于本文所述的组合物和方法。实例包括具有各种取代或未取代的烃基链或者取代或未取代的杂链的表面活性剂，例如取代或未取代的烃基链长度，例如约C8至C22、约C10至C18、并且更通常C14至C18。典型的链是烃基、烃氧基烃基、烃基芳基或烃基酰氨基烃基。两性离子型表面活性剂的阳离子通常是铵，取代的铵例如烃基取代的铵和季铵。两性离子型表面活性剂的阴离子通常是羧酸根、硫酸根或磺酸根。
本文考虑的两性离子型表面活性剂的其它实例由式(I)表示：
其中：
R1表示疏水基团，其中所述疏水基团包括取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；
R2和R3各自独立地选自氢或者取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；以及
R4为取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团。
在更典型的实施方案中，R1表示疏水基团，其中所述基团选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基和不饱和或饱和的烃基酰氨基烃基，其中每个基团可以是取代或未取代的。在其它实施方案中，烃基表示含有约12个至24个碳原子的基团。
在更典型的实施方案中，R2和R3各自独立地选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基、不饱和或饱和的羧基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基-聚氧化烯，其中每个基团可以是取代或未取代的。在其它实施方案中，每个基团具有约1个至20个碳原子，更典型地1个至10个碳原子，并且最典型地约1个至6个碳原子。典型地，烃基包括甲基和乙基，典型的芳烃基包括苄基，典型的羟基烃基包括羟基乙基和羟基丙基，并且典型的羧基烃基包括乙酸酯和丙酸酯。
在另一个实施方案中，R4是不饱和或饱和的烃基。通常，烃基是亚烷基。更典型地，亚烷基具有约1个至4个碳原子的链长度。典型地，所述基团包括亚甲基和亚乙基。
两性离子型表面活性剂的一些具体实例包括但不限于，烃基N,N-二甲基甜菜碱、烃基N,N-二乙基甜菜碱、烃基N-乙基,N-甲基甜菜碱。其它两性离子型表面活性剂包括但不限于，甜菜碱型表面活性剂，例如
在实施方案中，选择两性离子型表面活性剂，使得得到的表面活性剂组合物基本上不干扰金属阳离子还原成金属。
“两性型表面活性剂”是取决于pH而具有正电荷和/或负电荷、或者呈中性的并且通常具有窄的等电范围的类型的表面活性剂。通常，两性型表面活性剂具有第一部分和第二部分。在通常为弱酸性的第一预定pH范围内(例如，约4至约7，例如约4、约5或约6，至约5、约6或约7)，第一部分带正电荷，并且第二部分带负电荷。
在通常为弱碱性的第二预定pH范围内(例如，约7至约12，例如约7、约8、约9、约10或约11，至约8、约9、约10、约11或约12)，第一部分不带电荷，并且第二部分带负电荷。
最终，在通常为中等酸性的第三预定pH范围内(例如，约2至约6，例如约2、约3、约4或约5，至约3、约4、约5或约6)，第一部分带正电荷，并且第二部分不带电荷。
任何适合的两性型表面活性剂可以用于本文所述的组合物和方法中。实例包括具有各种取代或未取代的烃基链或者取代或未取代的杂链的表面活性剂，例如取代或未取代的烃基链长度，例如约C8至C22、约C10至C18、并且更通常C12至C16。典型的链是烃基、烃氧基烃基、芳烃基、杂烃基或烃基酰氨基烃基。两性型表面活性剂的阳离子通常是仲铵或叔铵基团。两性型表面活性剂的阴离子通常是羧酸根、硫酸根或磺酸根。
本文考虑的两性型表面活性剂的其它实例由式(II)、式(III)和式(IV)表示：
其中R1、R2、R3和R4如以上关于式(I)所描述。
两性型表面活性剂的一些具体实例包括，例如，烃基甜菜碱、氨基甜菜碱、N-烃基β-丙氨酸、酰氨基甜菜碱、咪唑啉甜菜碱和胺氧化物，例如肉豆蔻基二甲基胺氧化物，也称为N,N-二甲基十四烷基胺氧化物。肉豆蔻基二甲基胺氧化物的实例包括但不限于AmmonyxTMMO。
“阳离子表面活性剂”意指具有含有正离子电荷的“头部基团”的表面活性剂。
“双子表面活性剂”是具有两个表面活性剂部分的类型的表面活性剂，通过间隔物/连接基连接的每个表面活性剂部分包含疏水尾部和极性头部基团。图1示出了双子表面活性剂的一般结构。每个表面活性剂部分的亲水基团和疏水基团可以是已知用于具有一个亲水基团和一个疏水基团的常规表面活性剂中的那些中的任一种。双子表面活性剂通常用命名法m-s-n表示，其中m和n表示疏水尾部的长度，并且s表示间隔物长度。如果m＝n，则认为双子表面活性剂是对称的，并且如果m≠n，则认为双子表面活性剂是不对称的。例如，14-6-14是对称双子表面活性剂，其中两个尾部均为14个碳长并且间隔物是6个碳长：
应理解，m和n可以具有任何适合的长度，并且可以是相同的或不同的。例如，m和n可以独立地具有约6个至约24个碳原子，例如约6个、约7个、约8个、约9个、约10个、约11个、约12个、约13个、约14个、约15个、约16个、约17个、约18个、约19个、约20个、约21个、约22或约23个，至约7个、约8个、约9个、约10个、约11个、约12个、约13个、约14个、约15个、约16个、约17个、约18个、约19个、约20个、约21个、约22个、约23或约24个碳原子。通常，m和n独立地具有约8个至约22个碳原子，更通常10个至18个碳原子，并且更通常14个至18个碳原子。
还应理解，m和n可以独立地为取代或未取代的烃基链或者取代或未取代的杂链。典型的链例如是烃基、烃氧基烃基、烃基芳基或烃基酰氨基烃基。
双子表面活性剂的极性头部基团可以独立地是阳离子的、阴离子的、两性的或非离子的。典型地，极性头部基团是阳离子的，并且典型地，阳离子是例如铵，取代的铵例如烃基取代的铵，或季铵。此类双子表面活性剂的阴离子(抗衡离子)通常是卤素，最通常是溴。典型地，存在两个头部基团和两个疏水尾部，然而，包括其它排列的双子表面活性剂，例如具有三个头部基团和两个疏水尾部的双子表面活性剂也被考虑用于本文。
同样地，应理解，间隔物s可以具有任何适合的长度，并且可以是柔性或刚性的、芳香族或非芳香族的、取代或未取代的烃基链、取代或未取代的杂链以及对称或不对称的。因此，双子表面活性剂不需要围绕间隔物的中心对称地设置。间隔物可以经由两个极性头部基团连接两个疏水尾部，或者它可以在远离一个或两个极性头部基团的点处连接疏水尾部。典型地，间隔物包含约1个至约12个碳原子，例如约1个、约2个、约3个、约4个、约5个、约6个、约7个、约8个、约9个、约10或约11个，至约2个、约3个、约4个、约5个、约6个、约7个、约8个、约9个、约10个、约11个或约12个碳原子。例如，间隔物可以是–(CH2)x-，其中x＝2-12；
-(CH2)x-O-(CH2CH2O)yCH2z-，其中x＝0-3，y＝0-3，z＝0-3并且x+y+z>0；-(CH2)xN(CH3)(CH2)y-，其中x＝1-3并且y＝1-3。
双子表面活性剂的具体实例可以在表面活性剂文献中找到，例如，在“GeminiSurfactants:A distinct class of self-assembling Molecules”(S.P Moulik等人，Current Science,第82卷，第9期，2002年5月10日)以及“Gemini Surfactants”(Surfactant Science Series第117卷，Ed.R.Zana,2003,Taylor&Francis Publishers,Inc),Okahara等人，J.Japan Oil Chem.Soc.746(Yukagaku)(1989)；Zhu等人，67JAOCS 7,459(1990年7月)；Zhu等人，68JAOCS 7,539(1991)；Menger等人，J.Am.Chemical Soc.113,1451(1991)；Masuyama等人，41J.Japan Chem.Soc.4,301(1992)；Zhu等人，69JAOCS 1,30(1992年1月)；Zhu等人，69JAOCS 7,626，1992年7月)；Menger等人，115J.Am.Chem.Soc.2,10083(1993)；Rosen,Chemtech 30(1993年3月)；以及Gao等人，71JAOCS 7,771(1994年7月)，第2,374,354号美国专利，Kaplan；第2,524,218号美国专利，Bersworth；第2,530,147号美国专利，Bersworth(两个疏水尾部和三个亲水头部)；第3,244,724号美国专利，Guttmann；第5,160,450号美国专利，Okahara等人，其各自通过援引整体并入本文。
双子表面活性剂可以是阴离子的、非离子的、阳离子的或两性的。例如，典型的非离子双子表面活性剂，例如双聚氧乙烯烃基醚，将含有两个聚氧乙烯体积醚部分。每个部分将含有亲水基团(例如，聚环氧乙烷)和疏水性基团(例如，烃基链)。
典型地，双子表面活性剂可以在低浓度下自组装并且具有比常规表面活性剂更好的表面活性。双子表面活性剂对于催化和吸附应用、用于基因转染的新合成载体、分析分离、溶解过程、纳米技术、生物技术、增强的油回收和作为涂料添加剂是非常有吸引力的。
本文考虑的双子表面活性剂的其它实例由式(V)表示：
其中：
R1和R7各自独立地为疏水基团，其中所述疏水基团包括取代或未取代的烃基、或者取代或未取代的杂基团；
R2、R3、R5和R6各自独立地选自氢或者取代或未取代的烃基、和取代或未取代的杂基团；以及
R4选自取代或未取代的烃基和取代或未取代的杂基团。
在更典型的实施方案中，R1和R7独立地表示疏水基团并且可以是相同的或不同的，其中所述疏水基团选自不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基和不饱和或饱和的烃基酰氨基烃基，其中每个基团可以是取代或未取代的。在其它实施方案中，烃基表示含有约6个至24个碳原子的基团。
在更典型的实施方案中，R2、R3、R5和R6各自独立地选自氢、不饱和或饱和的烃基、不饱和或饱和的芳烃基、不饱和或饱和的杂芳烃基、不饱和或饱和的烃氧基烃基、不饱和或饱和的羧基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基、不饱和或饱和的羟基烃基-聚氧化烯，其中每个基团可以是取代或未取代的。在其它实施方案中，每个基团具有约1个至20个碳原子，更典型地1个至10个碳原子，并且最典型地约1个至6个碳原子。典型的烃基包括甲基和乙基，典型的芳烃基包括苄基，典型的羟基烃基包括羟基乙基和羟基丙基，并且典型的羧基烃基包括乙酸酯和丙酸酯。
在另一个实施方案中，R4是不饱和或饱和的烃基。典型地，烃基是亚烷基。更典型地，亚烷基具有约1个至12个碳原子的链长度。更典型地，亚烷基具有约1个至4个碳原子的链长度。所述基团可以包括亚甲基和亚乙基。
在其它实施方案中，双子表面活性剂选自被称为N,N'-二烷基-N,N,N',N'-四烷基亚烷基-α,ω-二溴化二铵的双子表面活性剂，包括双(烷基二甲基铵)亚烷基二溴化物系列。
双子表面活性剂的一些具体实例包括但不限于，N,N'-二(十二烷基)-N,N,N',N'-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(12-4-12)、N,N'-二(十二烷基)-N,N,N',N'-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(12-4-12)、N,N'-二(十二烷基)-N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(12-6-12)、N,N'-二(十四烷基)-N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)、N,N'-二(十六烷基)-N,N,N',N'-四甲基丁烷-1,4-二溴化二铵(16-4-16)和N,N'-十六烷基-N,N,N',N'-四甲基辛烷-1,8-二溴化二铵(16-8-16)。在典型的实施方案中，双子表面活性剂为N,N'-二(十四烷基)-N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)。
在实施方案中，选择双子表面活性剂，使得得到的表面活性剂组合物基本上不干扰金属阳离子还原成金属。
术语“疏水基团”意指倾向于不溶于水，不与水混合或不被水润湿。
术语“烃基团”或“烃基”意指碳原子链，通常为10个至25个碳原子，更通常为12个至24个碳原子。烃基团可以具有直链或支链结构。典型的烃基团具有一个或两个支链，典型地一个支链。典型地，烃基团是饱和的。不饱和烃基团可以具有一个或多个双键、一个或多个三键或其组合。典型的不饱和烃基团具有一个或两个双键或一个三键；更典型地，不饱和烃基团具有一个双键。
术语“杂基团”意指包含碳原子和至少一个杂原子的非氢成员原子的饱和或不饱和链。杂基团通常具有1个至25个成员原子。更典型地，链含有1个至12个、1个至10个、最典型地1个至6个成员原子。链可以是直链或支链的。典型的支化杂基团具有一个或两个支链，更典型地一个支链。通常，杂基团是饱和的。不饱和杂基团可以具有一个或多个双键、一个或多个三键或两者。典型的不饱和杂基团具有一个或两个双键或者一个三键。更典型地，不饱和杂基团具有一个双键。
当术语“不饱和的”与任何基团结合使用时，该基团可以是完全不饱和的或部分不饱和的。然而，当术语“不饱和的”与本文定义的特定基团结合使用时，该术语维持该特定基团的限制。
当单独使用或在其它术语例如“卤代烃基”和“烃基氨基”中使用术语“烃基”时，其涵盖具有例如一个至约二十五个碳原子(取决于是否需要疏水性)或在具体实施方案中一个至约十二个碳原子的直链或支链碳基团。在其它实施方案中，烃基是具有一个至约六个碳原子的“低级烷基”。此类基团的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、己基等。在更具体的实施方案中，低级烷基具有一个至四个碳原子。其它烃基涵盖具有例如十二个至约二十五个碳原子的直链或支链碳基团。通常，烃基是饱和的。不饱和烃基可以具有一个或多个双键、一个或多个三键或其组合。典型的不饱和烃基具有一个或两个双键或者一个三键；更典型地，不饱和烃基具有一个双键。
术语“卤代”意指卤素，例如氟、氯、溴或碘原子。
术语“卤代烃基”涵盖其中任何一个或多个烃基碳原子被如上定义的卤素取代的基团。具体包括单卤代烃基、二卤代烃基和多卤代烃基，包括全卤代烃基。单卤代烃基，例如，可以在基团内具有碘、溴、氯或氟原子。二卤代烃基和多卤代烃基可以具有两个或更多个相同的卤代原子或不同卤代基团的组合。“低级卤代烃基”涵盖具有1个至6个碳原子的基团。在一些实施方案中，低级卤代烃基具有一个至三个碳原子。卤代烃基的实例包括氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、氯甲基、二氯甲基、三氯甲基、五氟乙基、七氟丙基、二氟氯甲基、二氯氟甲基、二氟乙基、二氟丙基、二氯乙基和二氯丙基。
术语“羟基烃基”涵盖具有例如但不限于一个至约十个碳原子的直链或支链烃基，所述碳原子中的任一个可以被一个或多个羟基取代。在实施方案中，羟基烃基是具有一个至六个碳原子和一个或多个羟基的“低级羟基烃基”。此类基团的实例包括羟基甲基、羟基乙基、羟基丙基、羟基丁基和羟基己基。
术语“烃氧基”或“烃氧基烃基”涵盖各自具有例如但不限于一个至约十个碳原子的烃基部分的直链或支链含氧基团。在实施方案中，烃氧基是具有一个至六个碳原子的“低级烃氧基”。此类基团的实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基和叔丁氧基。在某些实施方案中，低级烃氧基具有一个至三个碳原子。“烃氧基”基团还可以被一个或多个卤素原子(例如氟、氯或溴)取代，以提供“卤代烃氧基”基团。在其它实施方案中，低级卤代烃氧基具有一个至三个碳原子。此类基团的实例包括氟甲氧基、氯甲氧基、三氟甲氧基、三氟乙氧基、氟乙氧基和氟丙氧基。
术语“芳香族基团”或“芳基”意指具有一个或多个环的芳香族基团，其中此类环可以以悬垂方式连接在一起或者可以稠合。在具体的实施方案中，芳香族基团是一个、两个或三个环。单环芳香族基团可以在环中含有4个至10个碳原子，典型地4个至7个碳原子，并且更典型地4个至6个碳原子。典型的多环芳香族基团具有两个或三个环。多环芳香族基团具有两个环，在环中典型地具有8个至12个碳原子，典型地具有8个至10个碳原子。芳香族基团的实例包括但不限于苯基、萘基、四氢萘基、茚满基、联苯基、菲基、蒽基或苊基。
术语“杂芳香族基团”或“杂芳基”意指具有一个或多个环的芳香族基团，其中此类环可以以悬垂方式连接在一起或者可以稠合，其中芳香族基团具有至少一个杂原子。单环杂芳香族基团可以在环中含有4个至10个成员原子，典型地4个至7个成员原子，并且更典型地4个至6个成员原子。典型的多环杂芳香族基团具有两个或三个环。多环芳香族基团具有两个环，在环中典型地具有8个至12个成员原子，更典型地具有8个至10个成员原子。杂芳香族基团的实例包括但不限于吡咯、咪唑、噻唑、噁唑、呋喃、噻吩、三唑、吡唑、异噁唑、异噻唑、吡啶、吡嗪、哒嗪、嘧啶、三嗪、吲哚、苯并呋喃、苯并噻吩、苯并咪唑、苯并噻唑、喹啉、异喹啉、喹唑啉、喹喔啉等。
术语“羧基基团”或“羧基”，无论是单独使用还是与其它术语一起使用(例如“羧基烃基”)，均表示-(C＝O)-O-。
术语“羰基”，无论是单独使用还是与其它术语一起使用(例如“氨基羰基”)，均表示-(C＝O)-。
术语“烃基氨基烃基”涵盖具有独立地被烃基取代的氮原子的氨基烃基。在某些实施方案中，烃基氨基烃基是具有一个至六个碳原子的烃基的“低级烃基氨基烃基”。在其它实施方案中，低级烃基氨基烃基具有一个至三个碳原子的烃基。适合的烃基氨基烃基可以是单烃基或二烃基取代的，例如N-甲基氨基甲基、N,N-二甲基-氨基乙基、N,N-二乙基氨基甲基等。
术语“烃基酰氨基烃基”涵盖具有独立地被烃基取代的酰胺的氮原子的酰氨基烃基。在某些实施方案中，烃基酰氨基烃基是具有一个至六个碳原子的烃基的“低级烃基酰氨基烃基”。在其它实施方案中，低级烃基酰氨基烃基具有一个至三个碳原子的烃基。适合的烃基酰氨基烃基可以是单烃基或二烃基取代的，例如N-甲基酰氨基甲基、N,N-二甲基-酰氨基乙基、N,N-二乙基酰氨基甲基等。
术语“芳烃基”涵盖芳基取代的烃基。在实施方案中，芳烃基是具有与具有一个至六个碳原子的烃基连接的芳基的“低级芳烃基”。在其它实施方案中，低级芳烃基是苯基与具有一个至三个碳原子的烃基部分连接。此类基团的实例包括苄基、二苯基甲基和苯基乙基。所述芳烃基中的芳基可以额外地被卤素、烃基、烃氧基、卤代烃基和卤代烃氧基取代。
术语“烃基氨基”表示被一个烃基和两个烃基取代的氨基，包括术语“N-烃基氨基”和“N,N-二烃基氨基”。在实施方案中，烃基氨基是具有一个或两个与氮原子连接的一个至六个碳原子的烃基的“低级烃基氨基”。在其它实施方案中，低级烃基氨基具有一个至三个碳原子。适合的“烃基氨基”可以是单烃基氨基或二烃基氨基，例如N-甲基氨基、N-乙基氨基、N,N-二甲基氨基、N,N-二乙基氨基等。
与本文所述的基团结合使用的术语“适合的取代基”、“取代基”或“取代的”是指化学和药物可接受的基团，即不使本发明化合物的治疗活性失效的部分。应理解，本领域普通技术人员可以选择本发明化合物上的取代基和对本发明化合物的取代模式以提供化学稳定且可以容易地通过本领域已知的技术以及下文阐述的那些方法合成的化合物。如果取代基本身被多于一个的基团取代，则应理解，这些多个基团可以在相同的碳/成员原子上或在不同的碳/成员原子上，只要产生稳定的结构即可。一些适合的取代基的示例性实例包括环烷基、杂环基、羟基烷基、苄基、羰基、卤代、卤代烷基、全氟烷基、全氟烷氧基、烷基、烯基、炔基、羟基、氧代、巯基、烷硫基、烷氧基、芳基或杂芳基、芳氧基或杂芳氧基、芳烷基或杂芳烷基、芳烷氧基或杂芳烷氧基、HO-(C＝O)-、酰氨基、氨基、烷基氨基和二烷基氨基、氰基、硝基、氨基甲酰基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基氨基羰基、二烷基氨基羰基、芳基羰基、芳氧基羰基、烷基磺酰基和芳基磺酰基。典型的取代基包括芳香族基团、取代的芳香族基团、包括烷基(例如甲基)的烃基、取代的烃基(例如苄基)和包括烷氧基(例如甲氧基)的杂基团。
与本文所述的基团结合使用的术语“取代的”是指化学可接受的基团，即不使表面活性剂的活性失效的部分。应理解，本领域普通技术人员可以选择表面活性剂上的取代基和对表面活性剂的取代模式以提供化学稳定且可以容易地通过本领域已知的技术合成的化合物。如果取代基本身被多于一个的基团取代，则应理解，这些多个基团可以在相同的碳/成员原子上或在不同的碳/成员原子上，只要得到稳定的结构即可。一些适合的取代基的示例性实例包括例如环烷基、杂环基、羟基烷基、苄基、羰基、卤代、卤代烷基、全氟烷基、全氟烷氧基、烷基、烯基、炔基、羟基、氧代、巯基、烷硫基、烷氧基、芳基或杂芳基、芳氧基或杂芳氧基、芳烷基或杂芳烷基、芳烷氧基或杂芳烷氧基、HO-(C＝O)-、酰氨基、氨基、烷基氨基和二烷基氨基、氰基、硝基、氨基甲酰基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基氨基羰基、二烷基氨基羰基、芳基羰基、芳氧基羰基、烷基磺酰基和芳基磺酰基。
在实施方案中，选择两性型表面活性剂/或双子表面活性剂，使得得到的表面活性剂组合物基本上不干扰金属阳离子还原成金属。
在另一个实施方案中，两性型表面活性剂和/或双子表面活性剂在其中表面活性剂基本上是中性的pH范围内使用，例如在298K下pH为7。
在实施方案中，本文所述的组合物和方法中使用的至少一种表面活性剂形成胶束。在另一个实施方案中，胶束是蠕虫状胶束。“蠕虫状胶束”是通过两亲物的聚集而形成的长的柔性自组装结构。在大于阈值浓度时，它们缠结成动态网络，类似于聚合物溶液，并且显示粘弹性。例如，两性离子型表面活性剂可以形成蠕虫状胶束和/或双子表面活性剂可以形成蠕虫状胶束
在另一个实施方案中，选择至少一种表面活性剂以改善在本文所述的方法和组合物中使用的至少一种其它表面活性剂的溶解度。例如，可以选择两性型表面活性剂以改善两性离子型表面活性剂的溶解度。此外，可以选择双子表面活性剂以改善另一种表面活性剂的溶解度。
在另一个实施方案中，在本文所述的组合物和方法中使用的至少一种表面活性剂使还原的中性金属颗粒稳定。例如，可以选择两性型表面活性剂和/或双子表面活性剂以使还原的金属颗粒稳定。
在另一个实施方案中，选择用于本文所述的组合物和方法中的表面活性剂形成稳定的表面活性剂组合物。术语“稳定的”意指组合物的形态不经历任何可以影响金属纳米颗粒的产生和分散的显著变化。
在某些实施方案中，当在本文所述的方法和组合物中使用多于一种表面活性剂时，选择表面活性剂使得它们的烃尾部具有相同的长度或具有基本上相同的长度。
在某些实施方案中，本文使用的一种或多种表面活性剂是药物可接受的，并且更具体地，是无毒的。
应理解，本文所述的表面活性剂可以是干燥形式或溶液形式。当在溶液中时，使用表面活性剂通常可溶于其中的“溶剂”。适合的溶剂的实例包括水、低分子量醇(例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇等)、烃及其混合物。通常选择溶剂以避免对金属阳离子还原成金属的显著干扰。
“非混浊的”意指对裸眼基本上清澈或透明的溶液，其可以与例如去离子水相当。例如，表面活性剂(例如至少一种两性型表面活性剂和至少一种两性离子型表面活性剂)以形成非混浊溶液的量组合。至少一种两性型表面活性剂与至少一种两性离子型表面活性剂的这种量基于表面活性剂的总重量为例如约0.04:0.96至约0.96:0.04(w/w)、更典型地为约0.10:0.90至约0.90:0.10(w/w)；约0.3:0.7至约0.7:0.3(w/w)；或为约0.6:0.4至约0.4:0.6(w/w)。
本文使用的术语“还原剂”是指能够在化学氧化还原反应中对其它物质提供电子的物质。具体地，本文所述的还原剂能够将金属阳离子还原成金属。通常，还原剂是温和的还原剂。还原剂的实例包括抗坏血酸、葡萄糖、葡糖胺、氢醌、铝、钙、氢、锰、钾、硼氢化钠、三乙酰氧基硼氢化钠、诸如氯化锡(II)的含有Sn2+离子的化合物、亚硫酸盐化合物、肼、锌-汞汞齐、二异丁基氢化铝、草酸、甲酸、亚磷酸盐、次磷酸盐、亚磷酸、二硫苏糖醇(DTT)、诸如硫酸亚铁(II)的含有Fe2+离子的化合物、一氧化碳、碳、三(2-羧基乙基)膦HCl及其组合。典型地，还原剂是抗坏血酸和/或硼氢化钠。
术语“晶种溶液”是指含有金属晶种的溶液。在实施方案中，金属晶种在晶种溶液中生长。
术语“生长溶液”是指其中生长金属纳米棒的溶液。
“助水溶物”是通常增加微溶溶质在溶液中的溶解度的一类化合物。除了增溶以外，助水溶物可用于囊泡制备和选择性分离，作为o/w微乳液的稳定剂，粘度调节剂和作为去浊剂制剂中的澄清剂。基于甲苯、二甲苯和枯烯的烃基苯磺酸盐、多羟基苯、低级链烃醇的钠盐和芳香酸的衍生物通常被认为是有效的助水溶物(参见S.E.Friberg和M.Chiu,J.Dispersion Science and Technology,9(5&6),第443页至第457页,(1988-1989)，通过援引整体并入本文)。通常，助水溶物是水杨酸钠。
“凝聚物”是指通过疏水力保持在一起的胶体液滴的球形聚集体。术语“凝聚物”衍生自拉丁文coacervare，意指“组装在一起或聚集”。术语“凝聚”通常用于描述独特类型的静电驱动的液-液相分离，其通常由带相反电荷的大离子的缔合产生。凝聚物液滴的直径可以测量为例如约1μm至约100μm，而它们的可溶性前体的尺寸通常在纳米范围内。在实施方案中，本文所述的方法例示了凝聚物层的收集和纳米颗粒分离。盐溶液(包括但不限于水杨酸钠)的使用可以导致凝聚物的自发形成。典型地，盐溶液(例如水杨酸钠)以约0.2wt％至约2.0wt％，或更典型地为约0.4wt％至约1.0wt％的量使用。
“双层”是指分子层，例如，其中双层的任一侧上的第一区域是亲水头部基团，并且双层的核内的第二区域是疏水尾部。在实施方案中，双层可以是吸附在金属纳米颗粒(例如纳米棒)的表面上的表面活性剂双层。在实施例中，从金属纳米颗粒的金属表面向外移动，遇到表面活性剂头部基团，随后是一层的表面活性剂尾部，然后是表面活性剂尾部，随后是第二层的表面活性剂头部基团。表面活性剂可以是相同或不同的。
“表面活性剂相分离”是指表面活性剂溶液从澄清到略微浑浊、漂浮表面活性剂晶体和/或漂浮表面活性剂沉淀物的转变。
“封端剂”是指吸附在金属纳米颗粒的表面上并且提供抵抗纳米颗粒的大量聚集的稳定性的化学实体。
“生物缀合物”是指金属纳米颗粒(例如纳米棒)和生物分子通过共价键合或非共价键合的基本上稳定的复合物。
“基本上不含”在本文意指被相关试剂污染小于约5％、典型地小于约2％、更典型地小于约1％、甚至更典型地小于约0.5％、最典型地小于约0.1％，所述相关试剂例如细胞毒性表面活性剂，例如CTAB。
“超纯水”是指已经三重去离子并且具有相对高的电阻率的水，并且其通常被木炭过滤(例如，存在很少的导电颗粒和溶解的固体)。
“混合物”或“组合”是可以互换使用的术语。混合物不限于已经混合的两种或更多种组分。混合物可以是组合却未混合的两种或更多种组分。
“基本上纯的”金属纳米棒组合物意指基于组合物的总重量包含至少约90wt％的金属纳米棒的组合物，通常基于组合物的总重量包含至少约95wt％、至少约96wt％、至少约97wt％、至少约98wt％或至少约99wt％的金属纳米棒的组合物。
“基本上均一的长度、直径和/或纵横比”用于指金属纳米棒的群体，其中大多数金属纳米棒具有在用于随后的群体分析的可接受方差内的相同的长度、直径和/或纵横比。所述群体可以是样品中的单一群体或样品内的亚群体。在具体的实施方案中，群体或亚群体中任何给定的金属纳米棒的长度、直径和/或纵横比的可接受方差可以与群体中金属纳米棒的平均长度、直径和/或纵横比相差至多10％、8％、5％、2％、1％或0.1％。在实施方案中，群体可以由至少90％、95％、99％或99.9％的具有特定长度、直径和/或纵横比的金属纳米棒构成。
如本文使用，“治疗”或“疗法”是用于获得有益或期望的临床结果的方法。为了本文所述的目的，有益或期望的临床结果包括但不限于，症状减轻、疾病程度减轻、疾病状态稳定(即，不恶化)、疾病演进延迟或减缓、疾病状态的改善或减轻以及缓解(不论是部分或全部)，无论是可检测的还是不可检测的。“治疗”和“疗法”还可以意指在与如果未接受治疗或疗法的预期生存期相比，生存期延长。因此，“治疗”或“疗法”是意图改变病症的病理而进行的干预。具体地，治疗或疗法可以直接预防、减缓或以其它方式降低疾病或病症(例如癌症)的病理，或者可以使细胞更易感于其它治疗剂的治疗或疗法。
术语“治疗有效量”、“有效量”或“足够量”意指当向个体(包括哺乳动物，例如人)施用时足以实现期望结果的量，例如有效治疗癌症的量。本文所述的金属纳米棒的有效量可根据诸如个体的疾病状态、年龄、性别和体重等因素而变化。如技术人员所理解的，可以调节剂量或治疗方案以提供最佳治疗反应。
此外，使用治疗有效量的个体的治疗方案可以由单次给药构成，或者替代地包括一系列的应用。治疗周期的长度取决于各种因素，例如疾病的严重程度、个体的年龄、药剂的浓度、患者对药剂的反应性或其组合。还应理解，用于治疗的药剂的有效剂量可以在特定治疗方案的过程中增加或减少。通过本领域已知的标准诊断测定方法，剂量的变化可以得到并且变得明显。在实施方案中，可以在使用相关疾病或病症(例如癌症)的常规疗法治疗之前、期间或之后施用本文所述的金属纳米棒。
术语“诊断有效量”或“成像有效量”意指当向个体(包括哺乳动物，例如人)施用时足以实现期望结果的量，例如有效对肿瘤进行诊断或成像的量。在实施方案中，诊断或成像有效量不同于治疗有效量。
如本文使用的术语“个体”是指动物界的任何成员，典型地为哺乳动物。术语“哺乳动物”是指被分类为哺乳动物的任何动物，包括人、其它高级灵长类动物、家养动物和农场动物，以及动物园、运动或宠物动物，例如狗、猫、牛、马、绵羊、猪、山羊、兔等。典型地，哺乳动物是人。
“与”一种或多种其它治疗剂“联合”给药包括同时(并行)给药和以任何顺序连续给药。
术语“药物可接受的”意指化合物或化合物的组合与用于药物用途的制剂的剩余成分是相容的，并且根据已确立的政府标准(包括美国食品和药物管理局公布的那些标准)对人施用通常是安全的。
术语“药物可接受的载体”包括但不限于溶剂、分散介质、包衣、抗细菌剂、抗真菌剂、等渗剂和/或吸收延迟剂等。药物可接受的载体的使用是众所周知的。
术语“无毒的”是指使用药理学水平的本文所述的金属纳米棒却未发生病理学现象。术语基本上无毒被定义为包括可接受的低毒性以及无毒性。
在理解本申请的范围时，冠词“一(a)”、“一(an)”、“该(the)”和“所述”旨在意指存在一个或多个要素。另外，如本文使用的术语“包含”
及其派生词旨在是开放式术语，其指明规定的特征、元件、组件、组、整数和/或步骤的存在，但不排除其它未规定的特征、元件、组件、组、整数和/或步骤的存在。上文还适用于具有类似含义的词语，例如术语“包括”、“具有”及其派生词。
应理解，描述为“包含”某些组分的任何实施方案也可以“由…构成”或“基本上由…构成”，其中“由…构成”具有封闭性或限制性的含义，并且“基本上由…构成”意指包括指定的组分，但不包括除了作为杂质(由于用于提供组分的过程而存在的不可避免的材料)存在的材料以外的其它组分，以及出于除了实现本发明的技术效果以外的目的而添加的组分。例如，使用短语“基本上由...组成”限定的组合物涵盖任何已知的药物可接受的添加剂、赋形剂、稀释剂、载体等。通常，基本上由一组组分构成的组合物将包含小于5wt％、典型地小于3wt％、更典型地小于1wt％的非指定组分。
应理解，本文定义为被包含的任何组分可以通过附加条件或否定限定的方式明确地排除在所要求保护的发明之外。例如，在实施方案中，金晶种的使用、细胞毒性表面活性剂(例如CTAB)的使用和/或表面活性剂与聚合物稳定剂的交换明确地排除在本文所述的组合物和方法之外。
此外，本文给出的所有范围包括范围的端值并且还包括任何中间范围点，无论是否明确指出。
最后，如本文使用的诸如“基本上”、“约”和“大约”的程度术语意指被修饰的术语的合理的偏差量，使得最终结果未显著改变。这些程度术语应被解释为如果该偏差不会否定其修饰的词语的含义，则包括被修饰的术语的至少±5％的偏差。
还应理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，而不是旨在进行限制。本文引用专利申请、专利和出版物以帮助理解描述的方面。本文引用的所有此类参考文献通过援引整体并入本文，并且出于所有目的以相同程度并入本文，如同每个单独的出版物或专利或专利申请被具体且单独地指出为出于所有目的通过援引整体并入本文。当通过援引并入的出版物和专利或者专利申请与本说明书中包含的公开内容相矛盾时，本说明书旨在代替和/或优先于任何此类相矛盾的材料。
金属纳米棒
用于生长金纳米棒的当前商用方法最常采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为其中制备金纳米棒的表面活性剂介质。不幸的是，CTAB是细胞毒性的，并且金属纳米棒的某些应用要求溶液是“不含CTAB的”。甚至最佳的纯化方法也不能去除100％的CTAB。因此，使用CTAB生长的金属纳米棒通常被包裹在聚合物分子中，以便用于此类应用。因此，本文描述了金属纳米棒，例如金纳米棒，其基本上不含细胞毒性表面活性剂，例如阳离子表面活性剂，并且更具体地，基本上不含CTAB或不含CTAB的金属纳米棒。
此外，由于本文所述的金属纳米棒基本上不含或不含细胞毒性表面活性剂(例如CTAB)，因此不需要聚合物稳定剂来“包裹”金属纳米棒或与细胞毒性稳定剂交换。因此，在其它或额外的实施方案中，本文所述的金属纳米棒不包含聚合物稳定剂。
在其它实施方案中，使用不含金属晶种(例如金晶种)的组合物或使用不含CTAB(或其它细胞毒性表面活性剂)的金属晶种制备金属纳米棒。如上所述，在常规方法中产生的金属纳米棒的长度受到生长溶液中金属晶种与氯金酸的比率影响。尽管如此，也难以实现金属纳米棒的直径、长度和纵横比的均一性。在实施方案中，通过避免使用金属晶种和/或通过使用金属晶种与双子表面活性剂的组合，本文所述的金属纳米棒的长度、直径和/或纵横比是基本上均一的。
此外，在实施方案中，本文所述的金属纳米棒是无毒的和/或药物可接受的，并且因此适于体内用于治疗疾病或病症(例如癌症)，或用于诊断或成像目的。还考虑了包含本文所述的金属纳米棒的组合物，包括药物可接受的组合物和工业上有用的组合物。
根据所需的给药形式，可以使用各种类型的药物组合物。例如，水性组合物包含溶解和/或分散在药物可接受的载体和/或水性介质中的有效量的本文所述的金属纳米棒。本文所述的药物组合物可以还包含补充的活性成分，例如抗癌剂。
根据某些实施方案，药物组合物被配制成用于肠胃外给药，例如被配制成用于经由静脉内、肌内、皮下、病灶内和腹膜内途径注射。典型地，此类组合物被制备成液体溶液剂或混悬剂；也可以制备成适于在注射之前经添加液体来用于制备溶液剂和/或混悬剂的固体形式；并且制剂也可以被乳化。本文所述的金属纳米棒组合物可以配制成例如中性和/或盐形式的组合物。可以使用本领域技术人员已知的任何药物可接受的盐，条件是其不会干扰金属纳米棒的功能。
通常通过将需要量的活性化合物(具体地，金属纳米棒)与如上详述的其它成分(根据需要)掺入进适当的溶剂中，随后过滤灭菌来制备无菌可注射溶液。
通常，通过将各种灭菌的活性成分掺入进含有基本分散介质和/或如本文上述的需要的其它成分的无菌溶媒中来制备分散体。在用于制备无菌可注射溶液的无菌粉末的情况下，典型的制备方法是真空干燥和/或冷冻干燥技术，其从其先前无菌过滤的溶液得到活性成分加上任何额外的所需成分的粉末。还考虑了用于直接注射的更加和/或高度浓缩的溶液的制备，其中设想使用DMSO作为溶剂以产生非常快速的渗透，将高浓度的活性剂递送至小的靶标区域。
在配制时，以与剂量制剂相容的方式和/或以治疗有效的量施用溶液。制剂容易以各种剂型施用，例如上述可注射溶液的类型，但也可以采用药物释放胶囊等。金属纳米棒组合物的其它药物可接受的形式包括例如片剂和/或用于口服给药的其它固体；脂质体制剂；定时释放胶囊；和/或当前使用的任何其它形式，包括霜剂。还可以使用本文所述的金属纳米棒的鼻用溶液剂和/或喷雾剂、气雾剂和/或吸入剂组合物。鼻用溶液剂通常是设计成以滴剂和/或喷雾剂施用至鼻通道的水溶液。
适用于其它给药模式的其它制剂包括阴道栓剂和/或子宫托。也可以使用直肠子宫托和/或栓剂。栓剂是用于插入直肠、阴道和/或尿道中的通常含药的各种重量和/或形状的固体剂型。在插入之后，栓剂软化、融化和/或溶解在腔流体中。通常，对于栓剂，可以包括传统的粘合剂和/或载体，例如聚烯烃基二醇和/或甘油三酯。
本发明的其它递送方法包括包含与至少一个金属纳米棒缔合的一个或多个脂质的组合物。脂质是特征在于不溶于水并且可用有机溶剂提取的物质。脂质包括，例如，包含天然存在于细胞质中的脂肪液滴的物质，以及本领域技术人员公知的含有长链脂肪族烃及其衍生物的一类化合物，例如脂肪酸、醇、胺、氨基醇和醛。这些实例并非意图进行限制，并且除了本文具体描述的那些脂质以外，本领域技术人员理解为脂质的化合物也包括在本发明的组合物和方法中。
例如，脂质可以是天然存在的或合成的(即，由人设计或产生)。然而，脂质通常是生物物质。生物脂质是公知的，并且包括例如中性脂肪、磷脂、磷酸甘油酯、类固醇、萜烯、溶血脂质、鞘糖脂、糖脂、硫脂、具有醚和酯连接的脂肪酸的脂质和可聚合的脂质及其组合。在具体的实施方案中，脂质包括脂质体。脂质体是涵盖通过产生封闭的脂质双层或聚集体而形成的多种单层和多层脂质载体的通用术语。脂质体可表征为具有囊泡结构，所述囊泡结构具有通常包含磷脂的双层膜和通常包含水性组合物的内部介质。
多层脂质体具有由水性介质分开的多个脂质层。当包含磷脂的脂质悬浮在过量的水溶液中时，它们自发地形成。脂质组分在形成封闭结构之前经历自我重排，在脂质双层之间截留水和溶解的溶质。亲脂性分子或具有亲脂性区域的分子也可以溶解在脂双层中或与脂双层缔合。
在具体的实施方案中，金属纳米棒可以例如被包封在脂质体的水性内部中，散布在脂质体的脂质双层中，经由与脂质体和金属纳米棒缔合的连接分子连接至脂质体，包埋在脂质体中，与脂质体复合等。
如本文所述使用的脂质体可以通过不同的方法制备，如本领域普通技术人员已知的。当分散在水中时，取决于脂质与水的摩尔比，磷脂可以形成除了脂质体以外的多种结构。在低比率下，脂质体是典型的结构。
脂质体的尺寸根据合成方法而变化。本文所述的脂质体可以具有多种尺寸。在某些实施方案中，脂质体的外径较小，例如小于约100nm、约90nm、约80nm、约70nm、约60nm或小于约50nm。在制备此类脂质体时，可以使用本文所述的任何方案，或本领域普通技术人员已知的任何方案。制备脂质体的其它非限制性实例描述于第4,728,575号、第4,737,323号、第4,533,254号、第4,162,282号、第4,310,505号和第4,921,706号美国专利中；脂质囊泡及其制备方法的全面综述描述于“Liposome Technology”(1984.Gregoriadis G.编辑，CRCPress Inc Boca Raton Florida Vol I II&III)中。
脂质体经由四种不同的机制与细胞相互作用以递送药剂：通过网状内皮系统的吞噬细胞(例如巨噬细胞和/或嗜中性粒细胞)的内吞作用；通过非特异性弱疏水力和/或静电力，和/或通过与细胞表面组分的特异性相互作用吸附至细胞表面；通过将脂质体的脂质双层插入浆膜与浆细胞膜融合，同时将脂质体内容物释放进细胞质中；和/或通过将脂质体脂质转移至细胞和/或亚细胞膜，和/或反之亦然，而不与脂质体内容物有任何关联。改变脂质体制剂可以改变哪种机制起效，尽管多于一种机制可以同时起效。
根据某些实施方案，将配体添加至脂质体中以促进含金属纳米棒的脂质体递送至所需的细胞或组织。尽管本文参考脂质体描述了靶向配体，但应理解，该描述同样涉及可以在没有脂质体的情况下使用的靶向配体。通过添加配体实现靶向递送，而不损害这些脂质体递送大量金属纳米棒的能力。预期这将能够递送至特定的细胞、组织和器官。基于配体的递送系统的靶向特异性基于配体受体在不同细胞类型上的分布。靶向配体可以与脂质复合物非共价地缔合或共价地缔合，并且可以通过多种方法与脂质体缀合。此外，在不存在脂质复合物的情况下，靶向配体可以与金属纳米棒本身非共价地缔合或共价地缔合。
靶向配体可以锚定在复合物的疏水部分中或连接至复合物的亲水部分的反应性末端基团上。靶向配体可以经由与反应性基团的连接(例如在亲水聚合物的远端)连接至脂质体。典型的反应性基团包括氨基、羧基、酰肼基团和硫醇基团。可以通过本领域技术人员已知的有机化学的标准方法进行靶向配体与亲水聚合物的偶联。在某些实施方案中，靶向配体的总浓度可以为例如约0.01％mol至约10％mol。
靶向配体是对靶向区域的特征组分特异的任何配体。典型的靶向配体包括蛋白质，例如多克隆抗体或单克隆抗体、抗体片段或嵌合抗体、酶、或激素、或糖(例如单糖、寡糖和多糖)。例如，二唾液酸神经节苷脂GD2是在神经外胚层起源的肿瘤(例如成神经细胞瘤、黑素瘤、小细胞肺癌、神经胶质瘤和某些肉瘤)中已经鉴定的肿瘤抗原。含有抗二唾液酸神经节苷脂GD2单克隆抗体的脂质体已被用于帮助脂质体靶向表达肿瘤抗原的细胞。在另一个非限制性实例中，乳腺和妇科癌症抗原特异性抗体描述于第5,939,277号美国专利中。在另一个非限制性实例中，前列腺癌特异性抗体公开于第6,107,090号美国专利中。因此，预期本领域普通技术人员已知的抗体可以用于将本文所述的金属纳米棒靶向特定组织和细胞类型。在本发明的某些实施方案中，预期的靶向配体与整联蛋白、蛋白聚糖、糖蛋白、受体或转运蛋白相互作用。适合的配体包括对靶器官的细胞或由于局部病理(例如肿瘤)而暴露于循环的靶器官的结构特异的任何配体。
在某些实施方案中，为了增强细胞的转导，增加靶细胞的转导，或限制不希望的细胞的转导，抗体或环肽靶向部分(配体)与脂质复合物或金属纳米棒缔合。此类方法是本领域已知的。例如，在第5,786,214号美国专利中已经描述了特异性靶向哺乳动物中枢神经系统的细胞的脂质体。脂质体基本上由N-戊二酰基磷脂酰乙醇胺、胆固醇和油酸构成，其中对于神经胶质特异的单克隆抗体与脂质体缀合。预期单克隆抗体或抗体片段可用于靶向递送至动物的特定细胞、组织或器官，例如脑、心脏、肺、肝等。
此外，金属纳米棒可以经由受体介导的递送和/或靶向载体(包括脂质或脂质体)递送至靶细胞。这些利用了通过受体介导的内吞作用选择性摄取大分子，所述内吞作用将在靶细胞中发生。考虑到各种受体的细胞类型特异性分布，这种递送方法为本文所述的实施方案增添了其它程度的特异性。因此，在某些实施方案中，将对应于在靶细胞群上特异性表达的受体选择配体。细胞特异性金属纳米棒递送和/或靶向载体可以包含与脂质体组合的特异性结合配体。待递送的金属纳米棒容纳在脂质体内，并且特异性结合配体功能性地掺入脂质体膜中。或者，特异性结合配体功能性地掺入到金属纳米棒本身上。因此脂质体或金属纳米棒将特异性结合靶细胞的受体并且将内容物递送至细胞。此类系统已经显示为功能性使用系统，例如，在该系统中表皮生长因子(EGF)被用于将核酸受体介导的递送至表现出EGF受体上调的细胞。
在其它实施方案中，特异性结合配体可以包含一种或多种引导细胞特异性结合的脂质或糖蛋白。例如，第5,432,260号美国专利公开了当与多肽的主链偶联时，糖甘露糖基、岩藻糖基或N-乙酰基葡糖胺结合高亲和性甘露糖受体。预期本文所述的金属纳米棒可以以类似的方式特异性地递送至靶细胞或组织中。
叶酸和叶酸受体也被描述为可用于细胞靶向(第5,871,727号美国专利)。在该实施例中，维生素叶酸与脂质体或金属纳米棒偶联。叶酸受体对其配体具有高亲和力，并且在包括肺、乳腺和脑肿瘤的几种恶性细胞系的表面上过度表达。
叶酸拮抗物(例如甲氨蝶呤)也可用作靶向配体。转铁蛋白介导的递送系统靶向表达转铁蛋白受体的宽范围的复制细胞。
技术人员认识到，本发明的系统和方法可以用于各种类型的实验、治疗和诊断程序，包括体外或体内实验程序。
在另一个实施方案中，描述了用于肿瘤的微创主动靶向、荧光成像和NIR光热治疗的系统、装置、材料和技术，其可以应用于多种癌症类型。
产生金属纳米棒的方法
包括使用包含带电部分的表面活性剂的制备金属纳米棒的方法
在实施方案中，通过将金属阳离子的源与包含至少一个带正电荷的部分和/或至少一个带负电荷的部分的至少一种表面活性剂组合以形成混合物来产生本文所述的金属纳米棒，其中还原金属阳离子并且产生金属纳米棒。
至少一种表面活性剂可以用作还原剂和/或可以添加至少一种还原剂以还原金属阳离子。将混合物维持在促进形成金属纳米棒的任何适合的温度和任何适合的时间段内。典型地，将温度维持在约20℃至约50℃、约20℃至约45℃、约20℃至约40℃、约25℃至约40℃或约25℃至约30℃。时间段可以是约几分钟至约几小时，例如但不限于此，至多约24小时、或约12小时至约24小时。
在本文所述的方法的实施方案中，带正电荷的部分包含至少一种仲胺、叔胺或季铵，和/或带负电荷的部分包含羧基。
在另一个实施方案中，至少一种表面活性剂基于混合物的总重量以约0.05wt％至约5wt％的量使用。典型的范围包括约0.25wt％至约3wt％，并且更典型地约0.5wt％至3wt％。当使用两种表面活性剂时，第一表面活性剂的典型范围包括约0.5wt％至约3wt％，并且第二表面活性剂的典型范围包括约0.25wt％至约3wt％。
在另一个实施方案中，选择用于本文所述的组合物和方法的表面活性剂，形成稳定的表面活性剂组合物。典型地，本文所述的方法包括使用通常不同的第一表面活性剂和第二表面活性剂。
在实施方案中，通过本文所述的方法产生的金属纳米棒是无毒的、药物可接受的，并且适用于以有效浓度在体内使用用于实现所需结果，例如癌症的治疗、成像等。
在实施方案中，所述方法以适用于工业规模应用的克数量产生金属纳米棒。因此，在实施方案中，所述方法是可规模化的并且产生尺寸和/或形状基本上均一的金属纳米棒。在其它实施方案中，以良好的产率产生纳米棒并且减少金属废料。
在实施方案中，通过本文所述的方法产生的金属纳米棒是药物治疗的候选物，并且适用于以有效浓度在体内使用用于实现所需结果，例如癌症的治疗、成像等。
在其它实施方案中，本文所述的方法提供了金属纳米棒的简化的纯化方法，因此，本文考虑了组合的产生和纯化过程。通过选择具有不同溶解度的表面活性剂，得到的混合物与主要在一个层中并且相对纯的金属纳米棒分离。
此类方法的某些实施方案还描述如下：
(i)包括使用第一表面活性剂和第二表面活性剂的制备金属纳米棒的方法(OMNI)
在实施方案中，通过将金属阳离子的源与第一表面活性剂和第二表面活性剂组合以形成混合物来产生本文所述的金属纳米棒，其中还原金属阳离子并且产生金属纳米棒。
表面活性剂可以用作还原剂和/或可以添加至少一种还原剂以还原金属阳离子。将所述混合物维持在促进形成金属纳米棒的任何适合的温度和任何适合的时间段内。典型地，将温度维持在约20℃至约50℃、约20℃至约45℃、约20℃至约40℃、约25℃至约40℃或约25℃至约30℃。时间段可以是约几分钟至约几小时，例如但不限于，至多约24小时、或约12小时至约24小时。
在另一个实施方案中，第一表面活性剂和第二表面活性剂基于混合物的总重量以约0.05wt％至约5wt％的量使用。典型的范围包括约0.05wt％至约3wt％、约0.1wt％至约3wt％、约0.25wt％至约3wt％、约0.5wt％至约3wt％、约0.05wt％至约2wt％、约0.1wt％至约2wt％、约0.25wt％至约2wt％、或约0.5wt％至约2wt％。在某些实施方案中，第一表面活性剂的范围包括约0.5wt％至约3wt％，并且第二表面活性剂的范围包括约0.25wt％至约3wt％。
在实施方案中，第一表面活性剂和第二表面活性剂独立地选自两性离子型表面活性剂和两性型表面活性剂，其中第一表面活性剂是两性型表面活性剂，并且第二表面活性剂是两性离子型表面活性剂。
在另一个实施方案中，第一表面活性剂与第二表面活性剂的比率以使得形成非混浊溶液的量组合。典型的范围基于表面活性剂的总重量包括约0.04:0.96至约0.96:0.04(w/w)，更典型地约0.10:0.90至约0.90:0.10(w/w)；约0.3:0.7至约0.7:0.3(w/w)；或约0.6:0.4至约0.4:0.6(w/w)。
在另一个实施方案中，选择用于本文所述的组合物和方法的表面活性剂，形成稳定的表面活性剂组合物。
在另一个实施方案中，金属阳离子的源基于混合物的总重量以约0.004wt％至约0.04wt％的量使用。典型的范围包括约0.005wt％至约3wt％，并且更典型地约0.007wt％至0.02wt％。
在实施方案中，与CTAB方法相比，在本文所述的方法中，金属阳离子还原成纳米颗粒(例如纳米棒)更多。在实施方案中，所述金属阳离子的源的至少约40％被还原成纳米颗粒；至少约50％被还原成纳米颗粒；至少约60％被还原成纳米颗粒；至少约70％被还原成纳米颗粒；至少约80％被还原成纳米颗粒；至少约90％被还原成纳米颗粒；或者至少约99％被还原成纳米颗粒。
在另一个实施方案中，所述混合物还包含还原剂。还原剂基于混合物的总重量以约0.001wt％至约0.002wt％的量使用。典型的范围包括约0.001wt％至约0.0018wt％，并且更典型地约0.0013wt％至0.0017wt％。
基于本文的描述，本领域技术人员将知道调节在本文所述的方法中的组分的量以实现所需的金属纳米棒。
本文所述的方法可以放大规模。例如，所述方法可以通过增加混合物的总体积来放大规模，由此与较低体积的混合物相比，基本上保持反应物(例如表面活性剂)和金属阳离子的源的比率。在实施方案中，较低规模的总体积可以为约5ml至约500ml，并且放大规模体积可以为至多约4L。较低规模的反应物的比例可以类似于较高的放大规模的反应物的比例。在某些实施方案中，金属阳离子的量可以进一步调节。关于温度，可以保持温度。在典型的放大规模中，温度可以低于用于较低体积的温度，以提供类似或较高丰度的金属纳米棒。可以取决于所需的纳米棒尺寸进行调节。在一些实施方案中，放大规模的反应温度比在较低体积下使用的温度低约1℃至约3℃，或者比在较低体积下使用的温度低约1℃至约2℃。在任何情况下，本领域技术人员将理解如何调节本文所述的方法中的条件和反应物以实现放大规模。
在另一个实施方案中，不搅拌本文所述的方法中的反应物。在另一个实施方案中，搅拌所述方法中的反应物。典型地，以约5rpm至约100rpm的速度摇动混合物。
在实施方案中，本文所述的方法以单锅进行，意味着使用单个反应容器。在实施方案中，所述方法可以在单个步骤中通过将所有试剂或组分组合并且将得到的混合物老化一段时间来进行。
关于上述方法，不希望受特定理论束缚，认为混合物中的金属阳离子被抗坏血酸或其它较温和的还原剂还原成金属盐，从较高的氧化态还原至最低的非零氧化态。然后表面活性剂将金属阳离子从它们的最低的非零氧化态还原至零氧化态。完全还原的金属阳离子开始聚集，这导致通过混合的表面活性剂封端而稳定的纳米晶体的形成。这些新形成的纳米晶体有助于将额外的金属阳离子还原至零氧化态并且因此在尺寸上生长。同时，表面活性剂溶液开始经历从小球形胶束至液晶的相变，从而控制纳米晶体至纳米棒或其它纳米颗粒的转变。
(ii)包括使用双子表面活性剂的制备金属纳米棒的方法
在实施方案中，通过将金属阳离子的源与至少一种双子表面活性剂组合以形成混合物来产生本文所述的金属纳米棒，其中还原金属阳离子并且产生金属纳米棒。
双子表面活性剂可以用作还原剂和/或可以添加至少一种还原剂以还原金属阳离子。在实施方案中，所述方法还包括将金属晶种(例如金属晶种溶液)与金属阳离子的源和双子表面活性剂(例如生长溶液)组合。在另一个实施方案中，所述方法还包括形成金属晶种，如在下面将更详细地描述。
在某些实施方案中，金属晶种溶液量与生长溶液量的比率是实现所需纳米棒的任何量。典型的范围基于晶种溶液和生长溶液的总重量包括约0.005:0.995至约0.05:0.95(w/w)、0.006:0.994至约0.05:0.95(w/w)、约0.008:0.992至约0.05:0.95(w/w)；约0.01:0.99至约0.05:0.95(w/w)、约0.005:0.995至约0.01:0.99(w/w)、约0.005:0.995至约0.009:0.991(w/w)；约0.005:0.995至约0.008:0.992(w/w)；或约0.005:0.995至约0.007:0.993(w/w)。
将混合物维持在促进形成金属纳米棒的任何适合的温度和任何适合的时间段内。典型地，将温度维持在约20℃至约50℃、约20℃至约45℃、约20℃至约40℃、约25℃至约40℃或约25℃至约30℃。时间段可以是约几分钟至约几小时，例如但不限于，至多约24小时、或约12小时至约24小时。
在另一个实施方案中，至少一种表面活性剂基于所述混合物的总重量以约0.05wt％至约5wt％的量使用。典型的范围包括约0.25wt％至约3wt％，并且更典型地约0.5wt％至3wt％。当使用两种表面活性剂时，第一表面活性剂的典型范围包括约0.5wt％至约3wt％，并且第二表面活性剂的典型范围包括约0.25wt％至约3wt％。
在另一个实施方案中，选择用于本文所述的组合物和方法的表面活性剂，形成稳定的表面活性剂组合物。典型地，本文所述的方法仅包括使用单一的双子表面活性剂；使用两种双子表面活性剂可以对金纳米棒的长度和纵横比提供额外的控制。当使用两种双子表面活性剂时，第一双子表面活性剂和第二双子表面活性剂通常选自以上列出的阳离子双子表面活性剂的类型。
在另一个实施方案中，金属阳离子的源基于混合物的总重量以约0.004wt％至约0.04wt％的量使用。典型的范围包括约0.005wt％至约0.03wt％，并且更典型地约0.007wt％至0.02wt％。
在实施方案中，与CTAB方法相比，在本文所述的方法中，金属阳离子还原至纳米颗粒(例如纳米棒)更多。在实施方案中，所述金属阳离子的源的至少约40％被还原成纳米颗粒；至少约50％被还原成纳米颗粒；至少约60％被还原成纳米颗粒；至少约70％被还原成纳米颗粒；至少约80％被还原成纳米颗粒；至少约90％被还原成纳米颗粒；或者至少约99％被还原成纳米颗粒。
在另一个实施方案中，所述混合物还包含还原剂。还原剂基于混合物的总重量以约0.001wt％至约0.002wt％的量使用。典型的范围包括约0.001wt％至约0.0018wt％，并且更典型地约0.0013wt％至0.0017wt％。
在另一个实施方案中，纳米棒的棒长度随着间隔物长度的增加而增加，而棒的宽度保持相对恒定。用于生长金属纳米棒的大多数常规方法已经使用十六个碳链长度或更长的表面活性剂。在实施方案中，本文所述的方法可以用于产生具有较短链长度的表面活性剂的金属纳米棒。例如，如下所示，12-x-12系列双子表面活性剂成功地用于生长金属纳米棒。这些双子表面活性剂具有比常规方法中使用的表面活性剂更短的尾部长度，并且与使用CTAB的方法相比以更低的浓度使用。此外，常用的CTAB定向生长方法使用分散在CTAB中的金晶种溶液。在实施方案中，本文所述的方法可以在CTAB分散的金晶种和双子分散的金晶种、或仅双子分散的金晶种的情况下用于生长金属纳米棒。
不希望受具体理论束缚，认为混合物中的金属阳离子被组合物中的表面活性剂或通过使用外源性还原剂还原成金属。认为表面活性剂与生长中的金属颗粒的表面结合并且阻止小金属颗粒沿着某些面生长。
已知用于产生金属纳米棒的表面活性剂的化学性质是重要的。然而，迄今为止，对有用的表面活性剂的选择是有限的。
应理解，晶种溶液中金属晶种的浓度、金属阳离子的源(例如氯化金(III))的浓度和添加的可还原盐(例如硝酸银)的量均影响得到的纳米棒的纵横比和长度。另外，应理解，使用双子表面活性剂的本文所述的方法能够通过表面活性剂结构的变化来控制各种实施方案的金属纳米棒的生长，产生所需长度和纵横比的金属纳米棒。最后，公知的，在使用CTAB的普通晶种生长方法中，表面活性剂的浓度无法大大降低至低于0.10M(3.6w/v％)的常用浓度而不显著降低产生的纳米棒的产率和质量。在本文考虑的方法的实施方案中，用于产生金属纳米棒的表面活性剂浓度小于在其它方面等同方法中使用的CTAB的浓度的50％。在产生金属纳米棒期间添加芳香族抗衡离子(例如水杨酸根或苯甲酸根)可以进一步减少所需的双子表面活性剂的量，同时改善主要尺寸/形状的纳米棒的品质和产率。适用于这种目的特定抗衡离子的选择对于本领域技术人员是显而易见的。
通过本文所述的方法产生的金属纳米棒已经显示具有各种长度，但特别适用于具有中等纵横比和大长度的棒(例如，宽度为约5nm至约15nm并且长度为约30nm至约100nm的棒)。在某些实施方案中，已经使用具有约12至约18的尾部长度和约4至约10的间隔物长度的各种不对称和对称的表面活性剂来生长金纳米棒。通过改变尾部长度和间隔物长度，生长了表面等离子体共振为约650nm至约950nm的各种金纳米棒。
考虑到上述情况，应理解，在实施方案中，不需要控制金属晶种的量来进行生长。在实施方案中，金属纳米棒的生长是间隔物长度依赖型，从而允许双边控制金属纳米颗粒的尺寸。因此，双子表面活性剂可以被称为“形状导向型表面活性剂”。此外，可以在不使用CTAB的情况下成功地生长金属晶种(如金属纳米棒)。另外，与CTAB的链长度相比，金属纳米棒可以在较短的表面活性剂碳链长尾部的情况下生长。
本文所述的方法可以放大规模。例如，所述方法可以通过增加混合物的总体积来放大规模，由此与较低体积的混合物相比，基本上保持反应物(例如表面活性剂)和金属阳离子的源的比率。在实施方案中，较低规模的总体积可以为约5ml至约500ml，并且放大规模的体积可以为至多约4L。较低规模的反应物的比例可以类似于较高放大规模的反应物的比例。在某些实施方案中，金属阳离子的量可以进一步调节。关于温度，可以保持温度。在典型的放大规模中，温度可以低于用于较低体积的温度，以提供类似或较高丰度的金属纳米棒。可以取决于所需的纳米棒尺寸进行调节。在一些实施方案中，放大规模的反应温度比在较低体积下使用的温度低约1℃至约3℃，或比在较低体积下使用的温度低约1℃至约2℃。在任何情况下，本领域技术人员将理解如何调节本文所述的方法中的条件和反应物以实现放大规模。
形成金属晶种的方法
在其它实施方案中，提供了形成金属晶种的方法，其中将双子表面活性剂溶液、金属阳离子的源和还原剂组合。这种方法提供了不含细胞毒性表面活性剂(例如CTAB)的金属晶种的源。使用适合的量。使用与上述类似的量。在实施方案中，双子表面活性剂溶液基于混合物的总重量以约1.0wt％至约2wt％、约1.5wt％至约2wt％、约1.7wt％至约2wt％、或约1.75wt％至约1.95wt％的量使用。
分离金属纳米棒的方法
在实施方案中，本文所述的方法提供了金属纳米棒的更简化的纯化方法，因此，本文考虑了组合的产生和纯化过程。通过选择具有不同溶解度的表面活性剂并且用额外的表面活性剂处理金属纳米棒溶液，得到的混合物与大部分颗粒包含在一个层中并且相对纯的具有主要尺寸/形状的金属纳米棒分离。
为了获得特定尺寸范围的金属纳米棒，即，为了获得适当数量的预定特定长度的金属纳米棒，通常通过使用各种过滤技术和基于所需长度的金属纳米棒与“杂质”的不同沉降速率的分离技术来实现所需纳米棒与其它纳米颗粒(“杂质”)的分离。本领域技术人员已知这些技术既耗时又在完全初始分离时效率相对不足。在本文所述的金属纳米棒的制备中，发现使用表面活性剂相分离方法将所需实施方案的金属纳米棒与其它小颗粒分离，其中均质的金属溶胶通过改变溶液的离子强度而自发地相分离。更具体地，使用无机盐和两亲性有机盐，可以通过使用称为凝聚物的表面活性剂的浓缩溶液或在有效量的有机盐或无机盐的存在下可以优先与金属纳米颗粒表面相互作用的含有第二表面活性剂的溶液，进行所需的金属纳米颗粒与“杂质”的有效分离。
在另一个实施方案中，金属纳米棒的纯化方法包括向金属纳米棒溶液中添加金属盐。所述方法还可以包括在添加金属盐和相分离表面活性剂时的表面活性剂相分离，以允许某些金属纳米颗粒几何形状(例如纳米棒)优先分离到含相分离表面活性剂的层的富含表面活性剂的相中。金属盐可以选自碱金属盐、碱土金属盐、过渡金属盐及其组合。典型地，盐是碱金属盐，例如氯化钠。金属盐的量可以基于纳米棒溶液温度为约0.2％至约5％(w/w)，更典型地为约1％至约1.5％(w/w)。所述方法可以重复多次。可以使用任何适合的温度，使用的典型温度为约4℃至约22℃。
为了使用凝聚物纯化含有金属纳米棒的溶液，可以将含有金属纳米棒的混合物平衡一段时间。例如，可以将混合物平衡至约25℃的温度约1小时或更长。一旦平衡，将有效浓度的用相关表面活性剂诱导凝聚物的盐溶液添加至平衡的混合物中，自发地形成含有金属纳米棒的凝聚物相。盐溶液可以例如包含助水溶物。
在实施方案中，从含金属纳米棒的溶液中纯化金属纳米棒的方法包括：将含金属纳米棒的溶液与双子表面活性剂和盐组合，其中双子表面活性剂和盐形成凝聚物；以及分离得到的凝聚物，其中凝聚物含有金属纳米棒。
在另一个实施方案中，金属纳米棒的纯化方法包括离心金属纳米颗粒溶液，从得到的金属纳米颗粒团块中分离溶剂层，添加超纯水，并且以适合的rcf值离心。用于溶解的超纯水的体积可以为原始溶剂层体积的约4％至约100％。离心前的溶解温度可以为约30℃至约99℃。在具体的实施方案中，离心包括在约25℃且约300r.c.f.下至在25℃且约3550r.c.f.下的约两个十分钟旋转，这取决于纳米棒团块的稀释。
所述方法可以用于控制长度和再成形中的至少一个。例如，通过控制温度可以改变这些性质。在实施方案中，提供了将较长的金属纳米棒转变为较短的金属纳米棒，再成形(例如表面的蚀刻)的方法。在某些实施方案中，方法包括将金属纳米棒溶液加热至适合的温度以减小纳米棒的长度。温度可以为约30℃至约89℃，并且pH为约4至约9。助表面活性剂或共溶剂(例如胺或醇)、或氧化剂(例如H2O2)的存在可以用于加速该过程。加热时间可以在低温至高温的循环形式下为约15分钟至约12小时，其间没有等待时间。离心可以用于消除在再成形期间产生的杂质(通常，一个或两个离心循环，在约25℃和约300r.c.f.至约3550r.c.f下持续约10分钟的时间)。额外的离心循环可能是必需的，并且离心循环的数量、持续时间和温度可以由本领域技术人员确定。可以在再成形中实现任何轴向长度，因此，原则上都可以使用这种再成形方法实现任何纵向和横向吸收。这种方法本质上是更简单和改善的纯化方法，例如，允许棒尽可能单分散。通过离心，可以存在宽范围的纳米棒长度。与已知的方法相比，这种方法能够用较低数量的离心步骤产生在UV中较窄的峰范围。在实施方案中，可以由这种方法制备对称蚀刻的金属纳米棒(参见图26)。纳米棒表现为四个连接的球体(例如，对称蚀刻的具有多谐形状的纳米棒)。
在双层中用增溶物制备金属纳米棒的方法
还提供了将增溶物装载进入金属纳米棒表面活性剂双层中的方法。
在实施方案中，所述方法包括向金属纳米棒溶液中添加至少一种增溶物并且使溶液平衡一段时间。例如，可以将混合物平衡至约4℃至约25℃的温度至少约1小时。
增溶物的实例可以是部分或完全水溶性的任何适合的分子。增溶物可以是生物分子，例如蛋白质、核酸、多糖、糖蛋白质、类黄酮、维生素、抗氧化剂、芳香酸、氨基酸、单羟基苯甲酸、单糖、二糖、胆汁盐和核苷酸。其它实例包括明胶、β酪蛋白、抗生蛋白链菌素、金属纳米棒-抗生蛋白链菌素缀合物、牛血清白蛋白、槲皮素、表没食子儿茶素没食子酸酯、姜黄素、姜黄素、谷胱甘肽、含氧/脱氧胆汁酸、邻氨基苯甲酸、肉桂酸、生物素和对羟基苯甲酸。
基于金属纳米棒溶液的总重量，可以吸附在金属纳米颗粒的表面活性剂双层中的增溶物的量可以为约0.03％至约20％(w/w)；0.1％至约20％(w/w)；0.03％至约10％(w/w)；0.03％至约5％(w/w)；0.1％至约15％(w/w)；或0.1％至约10％(w/w)。
在另一种方法中，可以将具有表面活性剂双层的金属纳米棒包裹在聚合物中(例如，图24)。在实施方案中，包裹聚合物可以包括蛋白质、明胶、牛血清白蛋白、聚苯乙烯磺酸酯、聚环氧乙烷、硫醇化聚环氧乙烷、具有终止羧酸官能团的硫醇化聚环氧乙烷、具有终止胺酸官能团的硫醇化聚环氧乙烷及其组合。
在实施方案中，包裹聚合物可以与其它聚合物、蛋白质等形成共价键或非共价键。在某些实施方案中，硫醇化聚环氧乙烷的羧基端与蛋白质、多肽、抗体、抗体片段、IgG类抗体、多克隆抗体、单克隆抗体及其组合结合。在另一个实施方案中，硫醇化聚环氧乙烷的胺端与蛋白质、多肽、抗体、抗体片段、IgG类抗体、多克隆抗体、单克隆抗体及其组合结合。这种共价结合的生物缀合物可以由例如本文所述的任何金属纳米棒、聚合物与例如抗体、蛋白质、多肽、抗体、抗体片段、IgG类抗体、多克隆抗体、单克隆抗体形成。
在实施方案中，单链或双链核酸可以被系留至具有金属-硫醇键的金属纳米棒上。在实施方案中，寡核苷酸可以被系留至具有金属-硫醇键的金属纳米棒上。
用封端制备金属纳米棒的方法
描述了包含各种封端剂和生物缀合的金属纳米棒。在实施方案中，用非表面活性剂封端金属纳米棒的方法包括首先从金属纳米棒溶液中去除溶剂或过量的表面活性剂，随后添加封端剂的水溶液。在典型的实施方案中，去除约95％至约98％的溶剂并且添加相似量的新封端剂的水溶液。
在更具体的实施方案中，所述方法包括从金属纳米棒溶液中去除约95％至约98％的溶剂，随后添加相似量的第一封端剂(例如离子聚合物，通常为阴离子聚合物)的水溶液，并且使溶液平衡一段时间。例如，可以将混合物平衡到约4℃至约25℃的温度至少约1小时。然后例如通过使用离心法从得到的纳米颗粒团块中去除约95％至约98％的得到的溶剂，并且将得到的金属纳米颗粒团块再分散到第二封端剂(例如，与第一封端剂相同或不同)的水溶液中。
在封端之后，在实施方案中，金属纳米棒带正电荷，并且可以具有约+5mV至约+40mV的电荷。在其它实施方案中，金属纳米棒带负电荷，并且可以具有约-5mV至约-55mV的电荷。
在实施方案中，胶体溶液形式的金属纳米棒的封端剂可以是表面活性剂和硫醇化聚合物(约1000kDa至约5000kDa重均分子量的聚乙二醇)的混合物。在实施方案中，胶体溶液形式的金属纳米棒的封端剂可以是来自表面活性剂溶液的表面活性剂和硫醇化聚合物(约1000kDa至约5000kDa重均分子量的聚乙二醇)的混合物。在实施方案中，金属纳米棒的封端剂可以是表面活性剂、助表面活性剂和小生物分子的混合物。小生物分子可以选自一般类型的类黄酮、抗氧化剂、芳香酸、氨基酸、单羟基苯甲酸、单糖、二糖、胆汁盐、核苷酸或其组合。在实施方案中，可以添加共封端剂，例如槲皮素、表没食子儿茶素没食子酸酯、姜黄素、谷胱甘肽、抗坏血酸、柠檬酸、邻氨基苯甲酸、肉桂酸、胆汁酸和对羟基苯甲酸、生物酸的金属阴离子盐或其组合。
用与表面活性剂组合物交换的溶剂制备金属纳米棒的方法
在实施方案中，描述了金属纳米棒再分散到更稳定的介质中。所述方法可以包括提取金属纳米棒并且将其再分散到表面活性剂组合物中。表面活性剂组合物包含稳定剂。例如，使用离心机(约1000r.c.f.至约100000r.c.f.)持续约1分钟至约60分钟(典型地约10分钟至约15分钟)的时间段，然后再分散(任选地加热和/或超声)进入具有pH调节剂的表面活性剂组合物中，从反应表面活性剂中提取金属纳米棒。pH可以为约4至约8或更典型地为约4至约6，并且最典型地为约4.5至约5.5。表面活性剂组合物可以包含为金属纳米棒溶液提供稳定性的任何适合的稳定剂。
表面活性剂组合物可以包含用于制备原始金属纳米棒溶液的表面活性剂和/或表面活性剂可以是不同的。在实施方案中，表面活性剂组合物包括Ammonyx MO和甘氨酸甜菜碱表面活性剂，例如但不限于链长度为约8个至约14个碳的那些。在其它实施方案中，表面活性剂组合物包含至少一种烃基甘氨酸表面活性剂(典型地具有小于用于制备金属纳米棒的方法中的底物表面活性剂的链长度)和至少一种烃基N-氧化物表面活性剂。烃基N-氧化物表面活性剂可以是本文所述的任何适合的N-氧化物两性型表面活性剂(例如烷基二甲基胺氧化物表面活性剂)。在其它实施方案中，使用酸或碱调节溶液的pH，并因此改变包含纳米棒的表面活性剂双层的头部基团的电荷。
在其它实施方案中，图23显示了原始金纳米棒溶液(A)与具有改善的分散能力的再分散的金纳米棒表面活性剂组合物(B)之间的比较，其使用TEM进行定性评估。基于本文的描述，用于这种纯化步骤的表面活性剂的类型对于本领域技术人员将是显而易见的。
金属纳米棒的用途
发现了本文所述的金属纳米棒的工业、化妆品、医药、电子等用途。具体的应用领域是其中可以利用金属纳米棒的等离子性质来实现初级目标或利用金属纳米棒的等离子性质来实现次级目标的应用领域。在典型的实施方案中，发现了本文所述的金属纳米棒的治疗癌症、诊断和成像用途。
例如，本文所述的金属纳米棒可以是用于涂料组合物、涂层、膜、布线材料、电极材料、催化剂、着色剂、化妆品、近红外吸收剂、防伪油墨或电磁屏蔽材料的适合的材料。此外，本文所述的金属纳米棒可以用于表面增强荧光传感器、生物标记物和纳米波导的材料。
具体地，其中分散本文所述的金属纳米棒的溶液可以用作防伪油墨的组分。对于防伪油墨，将金属纳米棒的吸收特定波长、散射光或荧光的特性用于检测方法。例如，由于金纳米棒吸收特定的波长例如在约600nm至约2,100nm的波长区域内，因此可以将检测波长设定为该范围。通过将特定的吸收波长设定在760nm至1,500nm的近红外区域中，可以获得在可见光区域中透明的不可见油墨。由于不可见油墨在近红外区域是可识别的，因此它可以用作防伪油墨。通过在这种油墨中使用本文所述的金属纳米棒，涂覆有所述油墨的膜可以具有耐候性、耐热性和/或耐化学品性的性质。此外，对于用于金属纳米棒的表面处理的分散剂，可以选择与待使用的溶剂相容的分散剂。因此，技术人员可以适当地选择防伪油墨的溶剂。
此外，本文所述的金属纳米棒可以用作化妆品的着色剂和免疫测定应用的颜色指示剂。当本文所述的金属纳米棒分散在基于油的基体材料中时，它们难以/不可能用裸眼检测。因此，可以获得具有高透明度的涂层。此外，通过向化妆品中添加少量本文所述的金属纳米棒，可以实现强着色强度和高色饱和度。
此外，可以配制含有金属纳米棒的导电浆料；这种浆料可以用作布线材料或电极材料。可以通过印刷将这种导电浆料应用于绝缘基体材料上，然后干燥或烘烤。由此，可以形成可以具有导电性和抗迁移性的性质的布线图或电极。对于这种导电浆料，例如，可以使用相对于100重量份的本文所述的金属纳米棒含有1重量份至20重量份的粘合剂的浆料。
此外，本文所述的金属纳米棒可以以高密度固定在玻璃衬底的表面上，以分别增强表面增强拉曼光谱(SERS)和表面增强荧光光谱(SEFS)的红外线吸收或荧光发射。本文所述的金属纳米棒可以适用于基于SERS和/或SEFS的传感器材料。例如，由于本文所述的金纳米棒可以具有在约550nm至约800nm的波长区域中具有强吸光度的吸收区域，因此通过将用具有硫醇端的硅烷试剂(例如，3-巯基丙基三甲基硅烷)处理的金纳米棒以高密度固定在玻璃衬底上所形成的传感器材料可以适用于SEFS光谱传感器，其中在该波长区域中发射荧光的荧光物质(例如，若丹明系列荧光颜料)用作标记物。
此外，当本文所述的金属纳米棒以高密度和规则性一维布置时，在纳米颗粒附近产生的近场光的相互作用使得颗粒之间能够透光。由此，可以获得可以适用于一维波导的纳米波导。例如，可以通过以下方法获得纳米波导：首先，使用诸如原子力显微镜(AFM)或扫描隧道显微镜(STM)的操纵器一维布置金属纳米棒。然后，将发光纳米颗粒(例如氧化锌或CdTe)固定在一维布置的金属纳米棒的一端，并且将近场显微镜的光纤传感器定位在该布置的相对端。通过形成这种结构，可以获得纳米波导。
此外，本文所述的金属纳米棒可以用作响应于近红外线的生物标记物。例如，具有750nm至1,100nm波长的近红外线基本上不被有机物质吸收。然而，取决于纵横比，本文所述的金纳米棒可以在约750nm至约1,100nm的波长区域中具有特定的吸收特性。因此，在其中用金纳米棒染色活体的特定部位的情况下，当辐射近红外线时，近红外线被该部位吸收，从而可以识别该部位。因此，对于不能通过涉及生物材料的悬浮或着色的常规方法容易地测量的厚生物材料，可以观察到由本文所述的金属纳米棒着色的任选部分。
本文所述的金属纳米棒可以用于侧流测定装置或方法。例如，在侧流条免疫测定或垂直流免疫测定中。此类测定可以包括硝酸纤维素膜。金属纳米棒和抗体缀合物可以用于侧流测定。金属纳米棒和抗体缀合物可以在硝酸纤维素膜上流动。在实施方案中，金属纳米棒和抗体缀合物能够从测试溶液中捕获生物标记物。例如，可以形成金属纳米棒和抗体缀合物-生物标记复合物。在实施方案中，金属纳米棒和抗体缀合物-生物标记复合物可以被作为测试线沉积在硝酸纤维素膜上的初级抗体捕获。
具体地，可以使用本文所述的金属纳米棒对活体进行染色。金属纳米棒可以未涂覆地使用，或者任选地，它们可以用具有高生物相容性的化合物涂覆，例如，聚乙二醇、磷脂、糖链或抗体。未涂覆的金属纳米棒或涂覆有生物相容性化合物(例如聚乙二醇或磷脂)的金属纳米棒可以适用于均匀地染色活体或其部分，而不会在特定的器官或组织处集中。另一方面，某些靶向分子(例如糖链或抗体)可以在特定器官或组织中累积，因此可以适用于对特定器官或组织进行染色。
因此，本文所述的金属纳米棒可以使用涉及特异性化学相互作用(例如，抗原-抗体结合等)的靶向方案施用于细胞或组织，或可以由金属纳米棒简单递送至所需区域(通常通过递送包含金属纳米棒的药物组合物)构成。治疗的方向或靶向可以指向个体细胞和/或组织的表面，或者可以指向其它内部部位。
以上公开内容一般性地描述了本发明。通过参考以下具体实施例可以获得更完整的理解。实施例仅为了说明的目的而描述，而不是旨在限制本发明的范围。随着环境可以显示或提供便利，考虑形式的变化和等同物的替代。尽管在本文使用了特定的术语，但这些术语旨在描述性的含义，而不是为了限制的目的。
实施例
实施例1-金纳米棒的单锅反应和产生
在本实施例中，将约0.30g的硬脂基甜菜碱(约95％纯度)和约0.08g的AmmonyxTMMO(约29wt％至30wt％的肉豆蔻基二甲基胺氧化物溶液)溶解在约20ml的超纯水(例如三重去离子水或缺乏导电性的水)中。添加约8μL的约30wt％的HAuCl4溶液。然后添加约10μl的约0.01M抗坏血酸溶液。在约10分钟至约20分钟内，在得到的混合物中开始形成纳米棒，并且在没有任何搅拌的情况下，在约27℃，使该纳米棒的溶液老化过夜。通过透射电子显微镜(TEM)(图2)和UV-Vis光谱(图3)表征通过该程序制备的金纳米棒。通过这种方法产生的金纳米棒显示出具有各种长度，但特别适用于具有高纵横比和大长度的棒(例如，宽度为约15nm且长度超过约100nm的棒)。图4至图8显示了使用不同量的硬脂基甜菜碱和AmmonyxTMMO产生的金纳米棒的TEM和UV-Vis光谱。
在这种方法中，金纳米棒生长不需要金晶种溶液，并且反应在一锅中进行。此外，金纳米棒生长不需要硝酸银。不使用细胞毒性表面活性剂CTAB，并且使用无毒的表面活性剂混合物代替CTAB。
实施例1a-单锅反应放大规模至4L-摇动
在本实施例中，将约22g的硬脂基甜菜碱(约95％纯度)和约6.6g的AmmonyxTM MO溶解在约3.7L的超纯水中。然后将该溶液在约39℃平衡约1小时。向溶液中添加约1ml的约30％HAuCl4并且搅拌。添加约3ml的约0.1M抗坏血酸溶液并且搅拌。然后将混合物转移到设定为约24℃的水浴中，并且以约40rpm摇动过夜。UV-Vis光谱表明在约541nm附近的峰，并且另一个在约1050nm处开始向上倾斜。
在这种方法中，金纳米棒生长不需要金晶种溶液，并且反应在一锅中进行。此外，金纳米棒生长不需要硝酸银。不使用细胞毒性表面活性剂CTAB，并且使用无毒的表面活性剂混合物代替CTAB。
实施例1b-单锅反应放大规模至4L-静置
在本实施例中，将约22g的硬脂基甜菜碱(约95％纯度)和约6.6g的AmmonyxTM MO溶解在约3.7L的超纯水中。然后将该溶液在约39℃平衡约1小时。向溶液中添加约1ml的约30％HAuCl4并且搅拌。添加约3ml的约0.1M抗坏血酸溶液并且搅拌。然后将混合物转移到设定为约24℃的水浴中，并且不搅拌留置过夜(静置)。UV-Vis光谱表明在约541nm附近的峰，并且另一个在约1050nm处开始向上倾斜。
在这种方法中，金纳米棒生长不需要金晶种溶液，并且反应在一锅中进行。此外，金纳米棒生长不需要硝酸银。不使用细胞毒性表面活性剂CTAB，并且使用无毒的表面活性剂混合物代替CTAB。
实施例2-使用双子表面活性剂产生金纳米棒
在本实施例中，使用金晶种溶液制备金纳米棒。以与类似于上述Murphy/El-Sayad程序的方式制备金晶种溶液(Adv.Mater.,2001,13:1389；Chem.Mater.,2003,15:1957)，其通过援引并入本文，其中CTAB已被双子表面活性剂N,N′-二(十四烷基)-N,N,N′,N′-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)替代。晶种溶液由约7.5ml的约N,N′-二(十四烷基)-N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)溶液构成，向其中添加约250μl的约0.01MHAuCl4溶液。添加约350μl的约0.01M NaBH4溶液。使得到的晶种溶液静置约3小时至4小时，产生金晶种。
然后将约40μl含有残余NaBH4的晶种溶液添加至生长溶液中，所述生长溶液在单独的烧瓶中制备(将所有试剂放大至最终体积为20ml)。生长溶液含有约0.025M的N,N′-二(十四烷基)-N,N,N′,N′-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)、约800μl的约0.01MHAuCl4、约70μl的约0.01M AgNO3和约96μl的约0.1M抗坏血酸。在约10分钟至约20分钟内，在得到的混合物中开始形成纳米棒，并且在没有任何搅拌的情况下，在约27℃使纳米棒的溶液老化过夜。
发现通过改变双子表面活性剂的性质，可以产生多种金纳米棒。表1显示了用于制备约0.025M晶种溶液和生长溶液的双子表面活性剂的量。
表1：用于晶种溶液和生长溶液的双子表面活性剂的量
实施例3-金纳米棒的表征
通过透射电子显微镜(TEM)(图9至图12)、UV-Vis光谱(图13至图16)和动态光散射表征使用如实施例1、实施例1a、实施例1b和实施例2中所述的不同结构的双子表面活性剂制备的未纯化的金纳米棒。使用不对称双子表面活性剂和对称双子表面活性剂已经生长了金纳米棒。图18显示了间隔物长度对使用16-x-16表面活性剂产生的金纳米棒的长度的影响，其中x是间隔物长度。
实施例4-使用凝聚方法纯化金纳米棒
在本实施例中，以类似于实施例2的方式制备晶种溶液。生长溶液含有约0.025M的N,N′-二(十四烷基)-N,N,N′,N′-四甲基己烷-1,6-二溴化二铵(14-6-14)、约30μl的约0.0017M苯甲酸钠、约800μl的约0.01M HAuCl4、约70μl的约0.01M AgNO3和约96μl的约0.1M抗坏血酸。在约10分钟至约20分钟内，在得到的混合物中开始形成纳米棒，并且在没有任何搅拌的情况下，在约27℃，使该纳米棒的溶液老化过夜。
以与以上给出的两个实施例类似的方式制备用于制备金纳米颗粒的其它双子溶液。
通过将双子稳定的金纳米棒溶液与0.4wt％至1.0wt％的水杨酸钠混合(这导致凝聚物的自发形成)来完成使用14-6-14双子表面活性剂制备的含金纳米棒的溶液的纯化。在凝聚物形成期间发生纳米棒分离。使含有凝聚物的溶液相分离。收集凝聚物层(发现其含有所需长度的金纳米棒)，并且从凝聚物与本体溶液之间的界面层收集小颗粒。以这种方式处理的金纳米颗粒溶液的照片显示在图18中，并且经由凝聚物方法纯化的金纳米棒的TEM显示在图19中。
实施例5-使用表面活性剂掺混方法纯化金纳米棒
为了将所需的金纳米颗粒与一些杂质分离，将约20mL的实施例2的14-6-14双子表面活性剂稳定的金纳米棒溶液以约22000r.c.f在约25℃离心约10分钟以形成金纳米颗粒团块(即金纳米棒和其它金纳米颗粒的混合物)和溶剂层。将溶剂层与沉淀的金纳米颗粒团块分离并且将团块再分散在约20ml的超纯水中，以及以约22000r.c.f.在约25℃离心约10分钟以形成团块和溶剂层。将溶剂层与沉淀的金纳米颗粒团块分离。
将金纳米颗粒团块再分散在小体积(5ml至10ml)的混合的表面活性剂溶液中。混合的表面活性剂溶液含有两性型表面活性剂和两性离子型表面活性剂(约0.10g的AmmonyxMO、约30％的活性物质，以及约0.30g的硬脂基甜菜碱、约30％的活性物质)，尽管也可以使用其它适合的表面活性剂的组合。将溶液不搅拌留置约1小时。通过添加有效量的NaCl溶液调节溶液的离子强度，并且不搅拌留置约2.5小时以允许发生相分离并且形成沉淀物。将含有过量金纳米棒的沉淀物溶解在超纯水中。这种分离技术利用了两种表面活性剂在具有不同几何形状的纳米颗粒的混合物中的不同吸附能力。具体地，不希望受理论束缚，认为较大尺寸的纳米棒被截留在表面活性剂沉淀中，将杂质留在本体溶液中。经由这种方法纯化的金纳米棒的TEM显示在图20中。
在另一种方法中，将来自实施例2的金纳米棒双子表面活性剂溶液在离心机中以约22000rcf在约25℃至30℃的温度旋转约10分钟至20分钟，以形成金纳米颗粒团块。然后将金纳米颗粒团块分散在约0.11％EBB、约0.17％的AmmonyxTM MO的混合物中。添加约0.8ml的约0.1M乙酸以将pH调节至约5.5。然后将这种溶液在离心机中以约300rcf至4000rcf在约25℃至30℃的温度旋转约10分钟至20分钟，直到达到所需的纵横比。这种分离技术再次利用了两种表面活性剂在具有不同几何形状的纳米颗粒的混合物中的不同吸附能力。
实施例6-由实施例1a产生的金纳米棒的纯化
将实施例1a的金纳米棒的4L溶液中的约1L添加至分液漏斗中，使其在室温下平衡。将盐溶液(约14g的NaCl溶解在约50ml的超纯水中)添加至分液漏斗中。在添加盐溶液之后，摇动分液漏斗并且静置，直到表面活性剂沉淀物上升至顶部。然后通过将溶剂通过粗滤纸排出来分离得到的溶剂层，并且在滤纸上收集金纳米棒的表面活性剂沉淀物。
实施例7-由实施例1b产生的金纳米棒的纯化
将实施例1b的金纳米棒的4L溶液中的约1L添加至分液漏斗中，使其在室温下平衡。将约42.5ml至45.5ml的盐溶液(约10g的NaCl溶解在约50ml的超纯水中)添加至分液漏斗中。在添加盐溶液之后，摇动分液漏斗并且静置，直到表面活性剂沉淀物上升至顶部。然后通过将溶剂通过粗滤纸排出来分离得到的溶剂层，并且在滤纸上收集大量金纳米棒(没有金纳米棒(或至少较少金纳米棒))的表面活性剂沉淀物，并且滤液通过。
将以上获得的滤液添加至分液漏斗中。向装有约5.5ml至7.5ml的盐溶液(约10g的NaCl溶解在约50ml的超纯水中)的50ml小瓶中添加约4g的固体NaCl并且添加超纯水以达到约30ml的最终体积。将该溶液添加至分液漏斗中的滤液中。摇动分液漏斗，并且不搅拌留置约10小时至15小时，使其静置直至表面活性剂沉淀物上升至顶部。然后通过将溶剂通过粗滤纸排出来分离得到的溶剂层，并且在滤纸上收集金纳米棒的表面活性剂沉淀物。将来自这种分离的表面活性剂沉淀物溶解在约50ml超纯水中以形成金纳米棒胶体用于进一步加工。在添加42.5ml至45.5ml的NaCl溶液之后获得的表面活性剂沉淀物可以溶解在50ml超纯水中用于进一步加工。
通过首先将沉淀物溶解在超纯水中，至多50ml总体积，并且用在约30℃以约3200r.c.f.的一次至三次旋转离心约10分钟来完成实施例6和实施例7中的沉淀物的进一步纯化。每次旋转后，将含有纯纳米棒的顶层与沉淀物分离，所述沉淀物包括沉积在底部的杂质。
实施例8-将较长的金纳米棒转化为较短的金纳米棒
在本实施例中，提供了将尺寸为(约10±3nm)×(约100±8nm)且吸光度为约1090nm的金纳米棒转化为尺寸为(约10±3nm)×(约45±5nm)且吸光度为约850nm的金纳米棒。将来自实施例5、实施例6或实施例7的含有过量金纳米棒的表面活性剂沉淀物溶解在约50ml的超纯水中。将溶液加热至约75℃以溶解表面活性剂沉淀物并且保持从约85℃至约75℃循环的温度。约30分钟后，测量金纳米棒溶液的吸光度接近约850nm。进行额外的加热循环使得吸光度为850nm。图25是用于将较长的纳米棒转化成较短的纳米棒的代表性UV-Vis，其中纵向表面等离子体共振接近约850nm。
实施例9-用于改善金纳米棒溶液的胶体稳定性的分散体溶液交换
在本实施例中，将来自实施例1至实施例8的方法中的任一种的金纳米棒溶液在离心机中以约22000rcf在约25℃旋转约10分钟，产生金纳米棒团块和溶剂。去除约95％至98％的溶剂并且添加相似量的约0.11％EBB和约0.17％的AmmonyxTM MO的混合物。将金纳米棒团块溶液的烧瓶置于超声浴中，并且使用约5％乙酸溶液将pH调节至约5.5。发现金纳米棒分散体在6个月内是稳定的。发现这些金纳米棒在侧流测定开发应用中性能更好，例如使用硝酸纤维素膜。(参见图22)。
实施例10-在金纳米棒的表面活性剂双层中的姜黄素溶解
在本实施例中，将约0.1％姜黄素溶解在约0.6wt/v％T904TM聚合物(BASF)溶液中。将约50μL的该溶液添加至金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)中，并且使其在约25℃平衡约2小时。使用DLS和SERS方法测试姜黄素在金纳米棒溶液的表面活性剂双层中的溶解度(参见图21)。
实施例11-表没食子儿茶素没食子酸酯(ECGC)溶解在金纳米棒的表面活性剂双层中
在本实施例中，将约4.4mg的ECGC溶解在约1.1g的水中以制备ECGC的水溶液。将约50μL的该溶液添加至约4ml的金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)中，并且使其在约25℃平衡约2小时。使用如实施例10的DLS和SERS方法测试ECGC在金纳米棒溶液的表面活性剂双层中的溶解度。
实施例12-HIV CoA gp-41(重组蛋白)金纳米棒缀合物-被动结合
将约2.9mg的CoA gp-41蛋白溶解在约20ml的NanopureTM水中，并且在磷酸盐缓冲溶液(pH为约7.3)中使用约14kDa的透析管透析。将约0.2ml的CoA gp-41蛋白溶液与约1.8ml金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)混合。在该添加之后，金纳米棒溶液的ζ电位从约+25mV变化至约-7mV，这表明形成了缀合物。作为标准测试，添加约0.4ml的约10％NaCl溶液以检查缀合物的稳定性，并且发现缀合物是稳定的。这适用于其它重组蛋白。
实施例13-生物素金纳米棒缀合物-被动结合
将约1mg的固体生物素分散在约0.25ml的金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)中。摇动该溶液并且在室温孵育约1小时。然后，通过倾析去除过量的生物素。使用链霉抗生物素蛋白捕获线在侧流测定条上测试并确认生物素金纳米棒缀合物的形成。各种生物素浓度、金纳米棒的尺寸和浓度均产生相似的结果。
实施例14-姜黄素金纳米棒缀合物-被动结合
在具有约2.0的光密度(OD)的约1ml的金纳米棒溶液(来自实施例6或实施例7)中，添加约1mg的姜黄素并且通过摇动分散。然后将该溶液在约70℃保持约40分钟。然后，在SERS中观察到该溶液的强信号。通过离心法去除过量的姜黄素和表面活性剂，并且测试SERS信号以确认姜黄素金纳米棒缀合物的形成。这种方法适用于其它类黄酮、芳香族多羟基化合物和其它小的亲水分子。
实施例15-金纳米棒的聚合物包裹
将约1.5ml的金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)在离心机中以约22000rcf在约25℃旋转约10分钟。去除约95％至98％的溶剂以提供金纳米棒团块。将约100μL的聚合物溶液添加至金纳米棒团块，并且将含有聚合物溶液和团块的小瓶置于超声浴中，并且将团块分散在聚合物溶液中以形成聚合物包裹的金纳米棒。使用的聚合物溶液的实例是：约100μL的硫醇化聚环氧乙烷(约30mg/ml)溶液(Mwt为约1000、约2000或约5000kDa)；约1％的聚苯乙烯磺酸盐溶液；约5％牛血清白蛋白(BSA)溶液；约1％的明胶溶液；约0.1％的β酪蛋白溶液；约100μL的具有羧基终止端的硫醇化聚环氧乙烷溶液(约30mg/ml)；或约100μL的具有胺终止端的硫醇化聚环氧乙烷溶液(约30mg/ml)。
实施例16-带负电荷的金纳米棒
将约1.5ml的金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)在离心机中以约22000rcf在约25℃旋转约10分钟。去除约95％至98％的溶剂并且添加相似量的约0.47w/w％聚苯乙烯磺酸盐(PSS)溶液(Mol.Wt.约100KDa)。然后将该溶液在室温下孵育约20分钟。通过离心去除过量的未结合的聚合物，其中使用超纯水进行稀释。在约-50mV至约-58mV之间测量该溶液的ζ电位。发现这些金纳米棒在侧流测定开发应用中性能更好，例如使用硝酸纤维素膜(参见图22)。
实施例17-金纳米棒的羧基官能化-共价结合
将约1.5ml的金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)在离心机中以约22000rcf在约25℃旋转约10分钟。去除约95％至98％的溶剂以提供金纳米棒团块。添加约100μL的具有羧基终止端的硫醇化聚环氧乙烷溶液(约30mg/ml)(Mwt为约1000、约2000或约5000kDa)以再分散金纳米棒团块。将该溶液孵育约2小时至12小时，并且添加约1.5ml的超纯水以提供羧基为末端的硫醇化聚环氧乙烷包裹的金纳米棒。使用离心方法去除过量的聚合物。
实施例18-金纳米棒的胺官能化-共价结合
将约1.5ml的金纳米棒溶液(来自实施例1至实施例9)在离心机中以约22000rcf在约25℃旋转约10分钟。去除约95％至98％的溶剂以提供金纳米棒团块。添加约100μL的具有胺终止端的硫醇化聚环氧乙烷溶液(约30mg/ml)(Mwt为约1000、约2000或约5000kDa)以再分散金纳米棒团块。将该溶液孵育约2小时至12小时，并且添加约1.5ml的超纯水以提供胺为末端的硫醇化聚环氧乙烷包裹的金纳米棒。使用离心方法去除过量的聚合物。
实施例19-金纳米棒与抗体的共价缀合
在本实施例中，提供IgG类单克隆抗体的共价缀合。使用离心机浓缩约1.5ml的金纳米棒(来自实施例18或实施例19，包裹在羧基/胺为末端的硫醇化聚环氧乙烷(Mwt为约3000)中)。用pH为约7.4的磷酸盐缓冲盐水(PBST)缓冲液中的IgG抗体(约1mg/ml)溶液将金纳米棒溶液恢复至约50μL体积。将该溶液在约4℃孵育约30分钟。然后，使用pH为约7.4的PBST缓冲溶液将溶液体积增加至约1.0ml，并且离心以洗涤过量的抗体。产生与抗体缀合的金纳米棒团块，并且再分散在约50μL的PBST缓冲液中。
实施例20-金纳米棒与抗体的被动生物缀合
在本实施例中，提供IgG类单克隆抗体的共价缀合。将来自实施例1至实施例9以及实施例15和实施例16的1.0ml的金纳米棒溶液以约22000rcf在约25℃旋转约10分钟。弃去上清液，将金纳米棒团块分散在1ml的超纯水中。在另一个小瓶中获得pH为8.5的100uL的25mM硼酸盐缓冲溶液，并且向该溶液中添加1.0μL至1.8uL的浓度为6mg/ml的抗体溶液。将这两种溶液混合在一起，并且使其在约25℃孵育约10分钟。添加20μl的pH 9.0的10％BSA(牛血清白蛋白)作为封闭剂，并且将溶液在约25℃孵育约10分钟。通过离心法去除过量的抗体和BSA。对于本领域技术人员，应理解，这种方法可以应用于其它类型的抗体、抗体片段和抗体模拟物。
应理解，尽管以上关于金属纳米棒描述了本发明，但也可以产生具有不同形状的其它金属纳米颗粒，例如纳米球。应理解，改变金属阳离子的浓度和/或其它反应条件，本文所述的方法将产生不同形状的纳米颗粒。
应理解，上述实施方案的某些上述结构、功能和操作对于实践本发明不是必需的，并且仅为了示例性实施实施方案的完整性而被包括在描述中。此外，应理解，在上述援引的专利和出版物中阐述的具体结构、功能和操作可以结合本发明来实践，但它们对于其实践不是必需的。因此，应理解，在未实际上背离如所附权利要求限定的本发明的主旨和范围的情况下，可以以不同于具体描述的其它方式实践本发明。
