НОВЫЕ СУСПЕНЗИИ ОСНОВАННЫХ НА ЗОЛОТЕ И ПЛАТИНЕ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОКРИСТАЛЛОВ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ИХ ПРОИЗВОДСТВА И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
NEW SUSPENSIONS OF GOLD AND PLATINUM BASED BIMETALLIC NANOCRYSTALS ELECTROCHEMICAL METHODS OF THEIR PRODUCTION AND APPLICATION

Область техники, к которой относится изобретение
По настоящей заявке испрашивается приоритет по USSN 61/469525, поданной 30 марта 2011 г. Настоящее изобретение относится к новым суспензиям основанных на золоте и платине биметаллических нанокристаллов, которые имеют поверхности нанокристаллов, которые по существу свободны от органических или других примесей или пленок, связанных с типичными химическими восстановителями/стабилизаторами, и/или исходных материалов, используемых в способах образования наночастиц. При этом данные поверхности "чисты" по сравнению с поверхностями основанных на металле наночастиц, изготовленных с применением способов химического восстановления (и других), для которых требуются органические (или другие) восстановители и/или поверхностно-активные вещества, для того чтобы выращивать (и/или суспендировать) металлические наночастицы из металлических ионов в растворе.
Настоящее изобретение включает в себя новые электрохимические приспособления и технологии производства для изготовления суспензий биметаллических нанокристаллов. Данные технологии не требуют применения или присутствия ионов/атомов хлора и/или хлоридов или основанных на хлоре материалов для способа производства/конечной суспензии. Настоящее изобретение дополнительно включает в себя их фармацевтические композиции и применение биметаллических нанокристаллов или их суспензий или коллоидов для лечения или предупреждения заболеваний или состояний, для которых основанная на металле терапия уже известна, в том числе, например, для раковых заболеваний или состояний.
Уровень техники настоящего изобретения
Одним из побуждений для изготовления наночастиц на основе металла являются новые результаты, получаемые на наноразмерном уровне, при сравнении с объемными материалами. Материалы наноскопического размера обладают множеством свойств, отличных от наблюдаемых на макроразмерном уровне, что потенциально делает возможным множество уникальных применений. В частности, нанометаллы проявляют разнообразные электронные, оптические, магнитные и/или химические свойства, которые, как правило, не достижимы, когда металлические материалы находятся в своей объемной форме. Например, металлы, которые относительно инертны на макроразмерном уровне, такие как платина и золото, являются отличными катализаторами на наноразмерном уровне. Кроме того, комбинации двух различных металлов (биметаллические) на наноразмерном уровне предлагают дополнительные интересные функциональные особенности. Различные металлы могут иметь вид смесей металлов, сплавов или гетерогенных структур, каждая из которых может проявлять различные физические свойства и/или функциональные характеристики. Применения для биметаллических металлов в форме наночастиц включают электронику и вычислительные устройства, бионанотехнологию, медицинское лечение и диагностику и производство и хранение энергии. Применение таких биметаллических нанометаллов для разнообразных применений требует эффективных и безопасных подходов для производства таких материалов.
Обычно применяются два фундаментально различающихся подхода к производству биметаллических наноматериалов, и их называют подходами "сверху вниз" и "снизу вверх". В подходе сверху вниз биметаллические наноматериалы производят из единиц большего размера, как правило, без контроля на атомном уровне. Типичные подходы сверху вниз включают такие технологии, как фотолитография и электронно-лучевая литография, которые начинают с больших материалов и используют технологии или машинной обработки, или травления для получения малых материалов. Лазерная абляция также является известным подходом сверху вниз.
Напротив, в подходе "снизу вверх" биметаллические наноматериалы производят из двух или нескольких молекулярных компонентов, которые вынуждают собираться в биметаллические материалы в форме наночастиц. В данном случае вначале формируют структурные элементы, и затем структурные элементы собирают в конечный наноматериал. В подходе снизу вверх имеет место множество используемых общих синтетических подходов. Например, несколько биметаллических подходов включают сборку на подложке, химический синтез, сонохимические подходы, электрохимические подходы, соноэлектрохимические подходы, способы термического и фотохимического восстановления, включая γ-лучи, рентгеновские лучи, лазер и микроволны, каждый из которых имеет определенные отрицательные ограничения способа и/или продукта, связанные с ним.
Какой бы подход ни применялся, результаты контроля размера биметаллических частиц, распределения по размеру частиц, контроля формы, контроля конфигурации или структуры, способности к масштабированию и совместимости образуемого биметаллического наноматериала при конечном применении являются проблемами, всем из которых следует уделить внимание.
В случае, когда биметаллические наночастицы формируют из двух металлов, дополнительные обстоятельства, такие как являются ли биметаллические наночастицы сплавами, частичными сплавами, или с частично разделенными фазами, или с полностью разделенными фазами, также важны, поскольку конкретная конфигурация наночастиц может приводить к различной эффективности (например, биологической или каталитической). Существует множество технологий для формирования из двух различных металлов множества биметаллических наночастиц, некоторые из которых рассмотрены ниже.
A. Технологии химического восстановления
3
2
3
2
Майклу Фарадею приписывают изготовление первой суспензии коллоидного золота с помощью способов химического восстановления около 1850-х годов (Фарадей, 1857). Фарадей использовал технологии восстановительной химии, для того чтобы химически восстанавливать водную соль золота, хлораурат (т.е. соль золота (III)), используя или фосфор, диспергированный в эфире (например, CH-CH-O-CH2-CH), или дисульфид углерода (т.е. CS) в качестве восстановителя.
В настоящее время большинство препаратов коллоидного золота изготавливают посредством восстановления хлорноватой кислоты (тетрахлораурат водорода) с помощью восстановителя, такого как цитрат натрия, для получения "тиндалевского пурпурного". В настоящее время существует множество "типичных" способов восстановительной химии, применяемых для образования коллоидного золота. Например, существует несколько классов путей синтеза, каждый из которых демонстрирует различные характеристики в конечных продуктах (например, наночастицах коллоидного золота), получаемых с их помощью. Следует заметить, что в дополнение к силе, количеству и типу используемого восстановителя критическим является действие стабилизатора (т.е. химиката, используемого в способе синтеза в фазе раствора) (Kimling, 2006).
3
4
3
Тогда как Фарадей предложил растворы коллоидного золота, способы гомогенной кристаллизации Turkevich и Frens (и их варианты) в настоящее время применяются гораздо шире и, как правило, приводят главным образом к частицам сферической формы в диапазоне размеров частиц (Kimling, 2006). Как правило, самые современные способы начинают с комплекса золота (III), такого как тетрахлораурат водорода (или хлорноватая кислота), и восстанавливают золото в комплексе золота до золотого металла (т.е. золота (0) или металлического золота) с применением добавляемых химических частиц-восстановителей, таких как тиоцианат Na, белый P, цитрат Na и дубильная кислота, NaBH, лимонная кислота, этанол, аскорбат Na, цитрат Na, гексадециланилин и другие (Brown, 2008).
Синтез металлических наночастиц в растворе(ах) обычно требует применения поверхностно-активных средств (поверхностно-активных веществ) и/или амфифильных полимеров в качестве стабилизирующих средств и/или защитных средств. Хорошо известно, что поверхностно-активные вещества и/или амфифильные полимеры играют важную роль в управлении размером, формой и стабильностью диспергированных частиц (Sakai, 2008).
Биметаллические нанокристаллы формируют посредством ряда различных технологий, включая формирование наночастиц из твердого, газообразного и растворенного состояний. Твердое состояние, как правило, требует нагрева до высокой температуры и отжига. Типичные подходы газообразного состояния обычно используют технологии молекулярного луча, а именно испарение смешанного металлического порошка посредством лазеров, импульсно-дуговых пучков и т.д. Тем не менее, растворенное состояние является гораздо более широко используемой технологией образования биметаллических наночастиц. В типичной методике, основанной на растворе, для получения целевых металлических наночастиц требуются соответствующие химические реагенты (например, основанные на металле соли и восстановители и/или стабилизаторы), соответствующий контроль определенных промежуточных реакций (которые могут происходить или происходят) и контроль соответствующих реакций кристаллизации (Wang, 2011). Кроме того, можно получать различные типы биметаллических нанокристаллов, такие как ядро/оболочка (также известный как гетероагрегат), гетероструктура или гетероагрегат, интерметаллическое соединение, смесь или сплав, а также различные расположения ядра и оболочки (Wanjala, 2011). Все эти различные типы биметаллических нанокристаллов могут обладать совершенно различными физическими функциональными свойствами.
Кроме того, известно, что изготовление золото-платиновых сплавов может быть весьма сложным, поскольку такие сплавы являются метастабильными и сложными для получения (Zhou, 2007). Типичные сложности производства проистекают от разнообразных проблем обработки, включая различные окислительно-восстановительные потенциалы, имеющие место для различных металлов/металлических ионов. Кроме того, известно, что когда платина и золото сплавлены, биметаллические наночастицы Pt-Au демонстрируют уникальные физико-химические свойства, отличные от свойств монометаллических и несплавных твердых веществ (Hernandez-Fernandez, 2007).
Существует множество различных подходов к образованию биметаллических Pt-Au наноструктур ядро-оболочка, но, как правило, золото расположено в ядре, а платина расположена на поверхности формируемых биметаллических нанокристаллов. Изготавливать такие структуры ядро-оболочка относительно легко благодаря различным восстановительным потенциалам типичных ионов Au и ионов Pt в растворе (Ataee-Esfahani, 2010).
Кроме того, возрастает осознание того, что восстановитель, и/или стабилизаторы, и/или другие компоненты исходного материала, обычно используемые во время образования наночастиц, включая биметаллические Pt-Au наночастицы, могут оказывать очень большое влияние на итоговое функционирование наночастиц. В частности, например, при том, что многие исторически наблюдали и сообщали о дифференциальном функционировании наночастиц вследствие влияния размера и формы наночастиц (т.е. полагают, что размер и форма определяют функционирование), только недавно были предприняты попытки количественно охарактеризовать влияние материалов, присутствующих на поверхности наночастицы. Присутствие примесей, как например возникающих от разнообразных стабилизаторов, и/или восстановителей, и/или исходных материалов, используемых во время производства наночастиц, может изменять функционирование сильнее, чем только размер и форма (например, размер и форма могут быть вторичными, в некоторых случаях, относительно химии поверхности). В этой связи некоторые в настоящее время "бьют тревогу", что влияние стабилизатора (например, примеси на поверхности наночастиц) на свойства наночастиц вызывает изменения в их каталитических свойствах. Таким образом, рассмотрение того, как наночастицы были образованы, и их конкретной химии поверхности является чрезвычайно важным для понимания их функциональных характеристик (Zhang, 2010).
Кроме того, следует заметить, что значительное количество применяемых поверхностно-активных веществ и диспергентов также вызывает затруднение, поскольку такие добавки усложняют определение истинной каталитической активности платиновой поверхности (например, функционирования наночастицы) (Roy, 2012).
Поскольку важность химии поверхности наночастиц в настоящее время привлекает внимание в качестве ключа к пониманию и контролированию вопросов функционирования наночастиц, в настоящее время предпринимаются попытки удалить составляющие, связанные со способами производства, которые расположены на поверхности образованной наночастицы (например, внешний слой или присутствие составляющих, образованных в результате применения восстанавливающего средства, и/или поверхностного защитного средства, и/или других исходных материалов), в том числе доходящие до использования кислородной плазмы в сочетании с электрохимическим отделением (Yang, 2011). Тем не менее, такие подходы с модификацией поверхности приводят к собственным изменениям поверхности наночастиц.
Некоторые измеряли определенные свойства, связанные с морфологией поверхности (т.е. составляющие, расположенные на поверхности наночастиц как функция способа образования) и сделали вывод, что конечная морфология поверхности наночастиц влияет на их исходную каталитическую активность может быть даже больше, чем влияют размер и форма (Liang, 2007).
B. Очищение наночастиц коллоидного золота, изготовленных посредством химической восстановительной технологии
В некоторых случаях поверхностному покрытию или пленке восстановителя позволяют остаться в качестве примеси на поверхности наночастиц, но в других случаях ее пытаются удалить посредством разнообразных до некоторой степени сложных и дорогих технологий. При удалении покрытие, как правило, заменяется альтернативными композицией или покрытием, для того чтобы позволить наночастицам остаться в суспензии при гидратировании. Влияние чистоты поверхности на химию и свойства наночастиц часто недооценивают; однако современные результаты указывают, что степень очистки может оказывать значительное воздействие (Sweeney, 2006). Эти исследователи отметили, что достаточная очистка наночастиц может быть более сложной, чем само получение, обычно включающее в себя трудоемкие, требующие времени и неэкономичные процедуры, такие как длительное отмывание растворителя и фракционная кристаллизация. При отсутствии такой очистки разнообразие в связанных с поверхностной химией загрязняющих примесях на поверхности химически восстановленных наночастиц влияет на способность понимать/контролировать основные взаимосвязи структуры и функции (Sweeney, 2006).
Технологии последующей обработки могут также требовать ряда стадий отмывания, некоторых стадий концентрирования или центрифугирования и/или последующих стадий покрытия с помощью химической реакции, все из которых требуются для достижения желательных результатов и определенных функциональных характеристик (например, стабилизации вследствие обмена лигандами, эффективности и т.д.) наночастиц и суспензий наночастиц (Sperling, 2008). В других случаях применяют способы агрессивного отделения для обеспечения очень чистых поверхностей наночастиц (Panyala, 2009).
При этом другие сделали вывод, что использование наночастиц в ведении, лечении и/или предупреждении заболеваний затруднено тем фактом, что современные способы производства для наночастицы в целом основаны на способах химического восстановления. В частности, Robyn Whyman в 1996 году признал, что одним из главных препятствий в продвижении коллоидного золота, производимого посредством разнообразных технологий восстановительной химии, оказалось отсутствие каких-либо "относительно простых, воспроизводимых и широко применимых синтетических способов" (Whyman, 1996).
Другие начали признавать невозможность полностью отделить нежелательную физическую/биологическую активность образованных наночастиц от способов химического образования (т.е. химического восстановления), применяемых для их изготовления. В этой связи даже несмотря на то, что могут применяться в некоторой степени сложные, дорогие и недружественные по отношению к окружающей среде способы отмывания или очищения, для того чтобы попытаться изменить или очистить поверхность наночастиц, получаемую посредством восстановительной химии, элементы химического способа могут оставаться и оказывать влияние на поверхность наночастиц (и, следовательно, на их функционирование, включая биологическую эффективность и/или токсичность).
Другие разрабатывали способы удаления ПВП посредством простого и нового химического способа в сочетании с минимизацией химических изменений во время удаления (Monzo, 2012), пытаясь получить чистые поверхности наночастиц. Тем не менее, удаление таких материалов посредством традиционных подходов с отмыванием остается трудным.
Ясно, что в каждой из коллоидных композиций, получаемых посредством подходов восстановительной химии, поверхностное покрытие, содержащее один или несколько элементов восстановителя и/или поверхностно-активного вещества или защитного средства, будет присутствовать на (или в) по меньшей мере части суспендированных наночастиц. Применение восстановителя (т.е. восстанавливающего средства) может помочь при суспендировании наночастиц в жидкости (например, воде). При этом покрытие или поверхностная примесь восстанавливающего средства иногда дополняется или даже заменяется покрытиями поверхностно-активного вещества или защитными средствами. Такие покрытия или пленки восстановитель/поверхностно-активное вещество могут наблюдаться в виде примесей, расположенных на и/или в основанных на металле наночастицах, и могут приводить к тому, что такие коллоиды или золи фактически проявляют больше свойств защитного покрытия или пленки, чем самой наночастицы (Weiser, p.42, 1933).
Например, поверхностно-активные вещества и амфифильные полимеры начинают широко использовать не только при образовании наночастиц (тем самым влияя на размер и форму), но также в самих наночастицах. Поверхностные свойства наночастиц модифицируют посредством покрытий восстановителя и/или покрытий молекулами поверхностно-активного вещества (Sperling, 2008).
C. Технологии изготовления наночастиц, которые не основаны на добавлении химических восстановителей
1. Соноэлектрохимия
4
2
4
4
2
2
6
2
3
2
-
Существует множество соноэлектрохимических технологий для получения как наночастиц из одного металла, так и биметаллических наночастиц. Соноэлектрические способы, как правило, направляют электрическую и акустическую энергию на основанные на металле соли исходного материала (например, HAuCl⋅4HO (AuCl), NaAuCl⋅2HO, HPtCl⋅6HO, HAuCl⋅3HO и т.д.), и металлические ионы в данных солях принуждают к восстановлению посредством одного или нескольких видов восстанавливающих частиц, создаваемых соноэлектрохимическим способом. В этой связи часто один электрод вызывает рост наночастиц на нем на электрохимической стадии, за чем следует акустическая стадия, которая в той или иной степени пытается извлечь наночастицы с электрода и также создает дополнительный восстанавливающий материал посредством, например, лизиса молекул воды. В этой связи один электрод, как правило, выполняет двойную работу в области как электрохимии (например, образование наночастиц), так и акустической химии (например, образование восстановителя) (Nagata, 1996).
4
2
-
Большинство соноэлектрохимических технологий используют один или несколько восстановителей и/или защитных средств в дополнение ко всем тем, которые могут быть образованы на месте посредством способа. В этой связи в качестве защитных средств для наночастиц из одного металла используют множество различных полимеров (Saez, 2009). Тем не менее, другие работы (Liu, 2004; Ou, 2011; Mai, 2011; и Liu, 2006) раскрывают аналогичные соноэлектрохимические технологии для изготовления золотых наночастиц с помощью соноэлектрохимических импульсных способов без применения, как утверждается, добавляемых восстановителей. Например, раскрыто применение раствора кислоты в комбинации с электрохимическими циклами для отделения ионов золота от золотого электрода и образования соединений AuCl в водном растворе (Liu, 2004). Затем ионы золота восстанавливают созданными восстанавливающими частицами (например, продуктами лизиса HO), получаемыми в данном соноэлектрохимическом способе. Очевидно, однако, что концентрации получаемых золотых наночастиц существенно ограничены (например, 3 ч/млн) при данной технологии без добавления других материалов (например, стабилизаторов) (Ou, 2011).
4
2
3
-
Для изготовления золотых наночастиц применяли альтернативные соноэлектрохимические способы. А именно, регулировали pH исходных материалов HAuCl⋅4HO и KNO посредством добавления NaOH, для того чтобы получать различные pH, причем было отмечено, что pH, равный приблизительно 10, является оптимальным. Получали наночастицы с диаметрами, равными приблизительно 20 нм. Поверхностный потенциал золотых наночастиц вокруг pH 10 составлял -54,65 мВ. Было сделано заключение, что группы OH адсорбировались на золотых наночастицах и создавали электростатическое отталкивание между ними. Таким образом, отсутствовала необходимость в добавлении восстановителей (Shen, 2010).
Для изготовления биметаллических наночастиц также было предложено множество соноэлектрохимических методов. Например, изготавливали наночастицы платина-золото, стабилизированные ПЭГ-МС (полиэтиленгликольмоностеаратом) (Fujimoto, 2001). Кроме того, также изготавливали бинарные наночастицы золото/платина, изготовленные посредством соноэлектрохимии с применением поверхностно-активных веществ (анионных поверхностно-активных веществ; додецилсульфата натрия (ДСН) или неионного поверхностно-активного вещества полиэтиленгликольмоностеарата ПЭГ-МС) (Nakanishi, 2005). Сообщали об обязательности добавления в данном способе некоторых поверхностно-активных веществ (Nakanishi, 2005). Аналогично, в связанной работе сообщали о применении ДСН или ПЭГ-МС в комбинации с различными соноэлектрохимическими технологиями (Takatani, 2003). Все эти биметаллические нанокристаллы, изготовленные посредством соноэлектрохимических технологий, требовали применения поверхностно-активных веществ.
2. Гамма-излучение
60
4
2
Радиолитические технологии для изготовления наночастиц направляли преимущественно на монометаллы (т.е. не биметаллы). Другая более старая и более сложная технология для минимизации или устранения необходимости в восстанавливающих средствах и/или минимизации нежелательных продуктов окисления восстановителя использует γ-излучение от источника Co при мощности дозы, равной 1,8×10 рад/ч. В данном случае Au(CN) восстанавливают посредством создания вначале гидратированных электронов радиолизом воды и использования данных гидратированных электронов для восстановления ионов золота, а именно:
aq
2
-
0
-
e + Au(CN) → Au + 2CN (Henglein, 1998).
Кроме того, также имело место создание гидратированных электронов и радикалов OH посредством включения импульсов от линейного ускорителя (Ghosh-Mazumdar, 1968). Такие создаваемые частицы способствуют восстановлению различных металлов из водных солей на основе металла.
3. Рентгеновское излучение
Большая часть работ с применением рентгеновского излучения для производства основанных на металле наночастиц была сфокусирована на наночастицах на основе металла с монометаллическим составом, однако также существует несколько недавних работ по интенсивному рентгеновскому излучению для изготовления сплавов (с поверхностно-активными веществами).
4
3
3
-
Применение синтеза HAuCl с добавлением NaCO с помощью синхротронного рентгеновского излучения использовали для изготовления наночастиц коллоидного золота без добавления дополнительного восстанавливающего средства (Yang, 2006). В этой технологии для изготовления раствора растворяли соль золота и добавляли к нему соответствующее количество NaCO. В опубликованном результате измеренные размеры частиц составляли 10-15 нм, pH составлял приблизительно 7, и суспензии золота были относительно стабильны благодаря координации групп OH вокруг наночастиц золота (Yang, 2006).
Также существуют монометаллические нанозоли золота, стабилизированные с помощью электростатической защиты вследствие рентгеновского излучения (Wang, 2007; Wang, 2007). Рентгеновские лучи создавали восстанавливающие электроны в исходном растворе. Было отмечено, что данный подход требует очень интенсивных лучей рентгеновского излучения (что требует синхротронных источников) (Wang, 2007; Wang, 2007). Кроме того, были образованы суспензии наночастиц с pH, равным 9, и они имели потенциал поверхности, равный -57,8 +/- мВ по измерениям с помощью прибора для измерения дзета-потенциала. Образованные наночастицы имели размер приблизительно 10 нм. Кроме того, осуществляли изменение pH до значений между 6-9 посредством добавления к раствору NaOH (Wang, 2007). Кроме того, применяемые рентгеновские лучи сильно выше пороговой энергии радиолиза воды, и дополнительная рентгеновская энергия может вызывать промежуточные реакции, которые они не учитывают (например, кинетические эффекты) (Wang, 2007).
Кроме того, для изготовления суспензий наночастиц золота использовали рентгеновские фотохимические реакции (Ma, 2008). Было отмечено, что знание деталей промежуточных реакций до образования наночастиц является критическим для управления размером, формой и свойствами (Ma, 2008).
4
2
2
6
2
Также был раскрыт однореакторный синтез сплавов Au-Pt с помощью интенсивного рентгеновского излучения (Wang, 2011). Падающие рентгеновские лучи облучают раствор солей золота/платины (т.е. HAuCl⋅3HO и HPtCl⋅6HO), содержащий ПЭГ (обычная поверхностно-активная молекула, о которой известно, что она предупреждает агрегацию наночастиц). Однако было отмечено, что ПЭГ может отрицательно влиять на применения, чувствительные к поверхностным условиям, такие как катализ (Wang, 2011).
4. Лазерное излучение
4
2
2
6
2
Биметаллические наночастицы Pt-Au изготавливали посредством фемтосекундного лазерного синтеза (Chau, 2011). А именно, растворы солей золота и платины (т.е. HAuCl⋅4HO, HPtCl⋅6HO) объединяли с ПВП (известное диспергирующее/стабилизирующее средство), и раствор облучали лазером. В связанной работе осуществляли высокоинтенсивное лазерное облучение аналогичного раствора солей золота и платины. При этом в данный раствор не добавляли ПЭГ, и было обнаружено, что получаемые наночастицы являются стабильными (Nakamura, 2011; Nakamura, 2010; Nakamura, 2009).
5. Лазерная абляция
Также делались попытки применять подход сверху вниз с использованием лазерной абляции для изготовления наночастиц золота. Однако лазерная абляция, как правило, приводит к некоторым типам оксидов на поверхности металлической мишени (Sylvestre, 2004).
6. Электронные ускорители
4
2
6
Биметаллические наночастицы золото-платина также изготавливали посредством облучения электронными пучками (Mirdamadi-Esfahani, 2010). Конкретнее, в данном подходе излучение электронных пучков создает гидратированные электроны и восстанавливающие радикалы вследствие радиолиза воды. Металлические соли золота и платины (т.е. KAuCl и HPtCl) смешивали с полиакриловой кислотой (т.е. диспергентом/стабилизирующим средством) и направляли туда ускоренные электроны.
D. Биологическое функционирование
Различные химии поверхности или поверхностные пленки (например, присутствие композиций побочных продуктов восстановителей и/или сгущений (например, пленок) восстановителей или побочных продуктов восстановителей) может приводить к различным взаимодействиям наночастиц с, например, разнообразными белками в организме. Биофизические силы связи (например, электростатические, гидрофобные, водородные связи, ван-дер-ваальсовы) наночастиц с белками являются функцией не только размера, формы и состава наночастиц, но также типа и/или толщины поверхностных примесей или покрытия(ий) на наночастицах (Lacerda, 2010).
Лучшее понимание биологического действия наночастиц требует понимания свойств связывания белков in vivo, которые сами связываются с наночастицами. Белковая абсорбция (или белковая корона) на наночастицах может изменяться как функция размера наночастиц и состава и толщины поверхностного слоя. Белковые слои, которыми "одета" наночастица, контролируют склонность наночастиц агрегировать и сильно влияют на их взаимодействие с биологическими материалами (Lacerda, 2010).
Кроме того, как форма, так и химия поверхности наночастиц влияли на цитотоксичность и клеточный захват в модельных биологических системах (Qiu, 2010). Тем не менее, был сделан вывод, что только химия поверхности вносит вклад в нежелательную цитотоксичность. В частности, было показано, что покрытые ЦТАБ (т.е. бромидом цетилтриметаммония) наночастицы золота выделяют части своих покрытий в различные моменты биологического процесса и/или в различных местоположениях в организме, что приводит к токсичности (Qui, 2010).
Кроме того, в важной статье, опубликованной в 2010 г., авторы утверждают, что с 1981 г. более чем в 230 опубликованных исследованиях используют наночастицы золота, получаемые в способе цитратного восстановления, с недостаточными данными по отличным от золота компонентам в реакционной системе (Balassubramanian, 2010). Авторы делают вывод об очевидности того, что большая часть исследований биологического функционирования искажена из-за недостаточного внимания к компонентам, присутствующим в/на наночастицах (например, к химии поверхности), отличным от наночастиц самих по себе (Balassubramanian, 2010).
Белковая корона, которая образуется на наночастице, является важной, поскольку именно белковая корона дает биологическую идентичность наночастице (Lynch, 2007). Поверхность наночастицы способствует образованию белковой короны, также как и ее размер и ее форма (Lynch, 2007).
Кроме того, в качестве нового терапевтического подхода признана доставка основанных на альбумине препаратов (Wunder, 2003; Stehle, 1997; Stehle, 1997). Конкретнее, связывание альбумина участвует в доставке терапевтического средства в желательные целевые местоположения, что приводит к более высокой эффективности/более низкой токсичности.
Ссылки
Ссылки, упомянутые на протяжении раздела "Уровень настоящего изобретения", подробно перечислены в списке ниже.
Сущность изобретения
Предлагаются новые суспензии биметаллических нанокристаллов, которые имеют нанокристаллические поверхности, которые могут быть по существу свободными (как определено в настоящем описании) от органических или других примесей или пленок, или в некоторых случаях могут содержать какую-либо желательную пленку или частичное покрытие. Конкретнее, поверхности "чисты" по сравнению с изготовленными с применением способов химического восстановления, для которых требуются химические восстановители и/или поверхностно-активные вещества, для того чтобы выращивать наночастицы золота из металлических ионов в растворе. Получаемые биметаллические нанокристаллические суспензии или коллоиды обладают желательными диапазонами pH, такими как 4,0-12,0, но, более типично, 5,0-11,0, и, даже более типично, 8,0-11,0, и во многих вариантах осуществления 10,0-11,0, и значениями дзета-потенциала, равными по меньшей мере -20 мВ, и, более типично, по меньшей мере -40 мВ, и, даже более типично, по меньшей мере -50 мВ для представляющих интерес диапазонов pH.
Формы и распределения по форме данных биметаллических нанокристаллов, получаемых в соответствии со способом производства, описанным ниже, включают, но без ограничения, сферы, пятиугольники, шестиугольники (например, шестиугольные бипирамиды, икосаэдры, октаэдры) и "другие".
Может быть обеспечен любой желаемый средний размер биметаллических нанокристаллов ниже 100 нм. Наиболее желательные диапазоны размера кристаллов включают диапазоны со средним размером кристаллов (измеренным и определенным посредством специальных технологий, раскрытых подробно в настоящем описании), который, преимущественно, меньше чем 100 нм, и, более типично, меньше чем 50 нм, даже более типично меньше чем 30 нм, и во многих из предпочтительных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем описании, средний размер кристалла для распределения по размеру нанокристаллов составляет менее чем 20 нм, и даже более предпочтительный диапазон составляет 8-18 нм. Тем не менее, для некоторых применений электрохимические технологии, раскрытые в настоящем описании, могут использоваться для получения нанокристаллов большего размера, если требуется.
В соответствии с настоящим изобретением может быть обеспечено множество концентраций биметаллических нанокристаллов. Например, общие атомные концентрации металла биметаллических нанокристаллов, получаемых вначале, могут составлять от нескольких частей на миллион (т.е. мкг/мл или мг/л) вплоть до нескольких сотен ч/млн, но, как правило, лежат в диапазоне 2-200 ч/млн (т.е. 2 мкг/мл-200 мкг/мл), и, более часто, в диапазоне 2-50 ч/млн (т.е. 2 мкг/мл-50 мкг/мл), и, даже более типично, 5-20 ч/млн (т.е. 5 мкг/мл-20 мкг/мл). При этом в настоящем описании раскрыты новые технологии концентрирования, которые позволяют формировать концентрированный "начальный" продукт с ч/млн в диапазоне 200-5000 ч/млн, и, более предпочтительно, 200-3000 ч/млн, и, более предпочтительно, 200-1000 ч/млн
Биметаллические нанокристаллы в суспензии могут быть изготовлены в виде сплавов, частичных сплавов, разделенных фаз или гетероагрегатов или смесей. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего описания биметаллические нанокристаллы представляют собой сплавы и/или гетероагрегаты. Золото является, как правило, главным составляющим (т.е. большим по весу и большим по объему), а платина является, как правило, дополнительным составляющим (т.е. меньшим по весу и меньшим по объему). Типичный диапазон отношений от 2/1 до 10/1, причем предпочтительные диапазоны составляют от 3/1 до 8/1 и, даже более предпочтительно, от 3/1 до 6/1.
Предлагается ряд новых способов получения таких уникальных биметаллических нанокристаллов. Каждый способ использует создание биметаллических нанокристаллов в воде. В предпочтительном варианте осуществления вода содержит добавленный "усилитель процесса", который не связывается значительно с образующимися нанокристаллами, но в некоторой степени облегчает зародышеобразование/рост кристаллов во время электрохимически стимулируемого процесса роста. Усилитель процесса играет важную роль в данном процессе, включая, например, предоставление заряженных ионов в электрохимическом растворе для обеспечения роста кристаллов.
В предпочтительном варианте осуществления первая стадия включает в себя образование платиновых основанных на металле частиц с помощью по меньшей мере одного усилителя процесса, а затем образованную водную суспензию/раствор используют в качестве раствора/суспензии исходного материала во второй стадии, в которой золотые основанные на металле частицы восстанавливают и/или совосстанавливают, для того чтобы выращивать биметаллические нанокристаллы в воде. Конкретнее, данные способы используют вначале электрохимическое образование по меньшей мере одного типа частиц платины в воде и по меньшей мере одного продукта лизиса воды, посредством чего создаются частицы платины и водный материал; и использование создаваемого платинового/водного материала во второй электрохимической реакции для образования суспензии биметаллических золото-платиновых нанокристаллов в воде.
Следуя разработанным электрохимическим способам производства настоящего изобретения, данные биметаллические нанокристаллы могут образовывать сплавные или металлические "покрытия" (или части покрытий, например острова) на металлах ядра или, альтернативно, из гетероагрегатов. Альтернативно, может быть изготовлена смесь нанокристаллов. Кроме того, диапазон сплавов, или смесей, или гетероагрегатов может сводиться к одному коллоиду или суспензии, если требуется. В некоторых случаях желательные остаточные металлические ионы могут присутствовать в растворе в суспензии.
Данные новые электрохимические способы могут осуществляться периодическим, полунепрерывным или непрерывным способом. Данные способы приводят к контролируемым концентрациям биметаллических нанокристаллов, контролируемым размерам нанокристаллов и контролируемым диапазонам размеров нанокристаллов. Предлагаются новые производственные сборные конструкции для производства данных биметаллических нанокристаллов.
Поскольку данные биметаллические нанокристаллы имеют по существу более чистые поверхности, чем у ранее доступных наночастиц на основе металла (или на биметаллической основе), и могут, что желательно, содержать пространственно протяженные кристаллографические плоскости с низким индексом, образующие новые формы кристаллов и/или распределения по форме кристаллов, биметаллические нанокристаллы оказываются более активными (например, более биологически активными, и могут быть менее токсичными) по сравнению с содержащими поверхностные загрязняющие примеси, такие как химические восстановители и/или поверхностно-активные вещества или остаточные исходные материалы, которые появляются при традиционных способах химического восстановления (или других). Следовательно, на применения наночастиц, такие как процессы катализа, медицинское лечение, биологические процессы, медицинская диагностика и т.д., можно воздействовать при более низких концентрациях нанокристаллов на основе металла, изготовленных в соответствии с технологиями настоящего описания.
-
Кроме того, поскольку металлические ионы исходного материала, используемые для того чтобы выращивать биметаллические нанокристаллы, предоставляются расходуемыми металлическими электродами, используемыми во время различных электрохимических процессов, отсутствуют требования к солям на основе золота (или эквивалентам) или солям на основе платины (или эквивалентам), предоставляемым в качестве исходных материалов для образования суспензий биметаллических нанокристаллов Au-Pt. Соответственно, нет необходимости в том, чтобы компоненты, такие как Cl, хлориды или основанные на хлоре материалы, были частью нового способа или частью получаемых новых суспензий биметаллических нанокристаллов. Кроме того, для получения биметаллических суспензий Au-Pt не требуются основанные на хлоре кислоты.
Кроме того, вышеупомянутые суспензии или коллоиды основанных на металле биметаллических нанокристаллов настоящего изобретения можно смешивать или комбинировать с другими растворами или коллоидами на основе металла для образования новых растворов или коллоидных смесей (например, в данном случае, различные типы металлических частиц могут оставаться различимыми, или как композиты, или как различные типы частиц в суспензии).
Краткое описание чертежей
Фигура 1 показывает схематический вид в разрезе управляемой вручную сборной конструкции электродов в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 2 показывает схематический вид в разрезе сборной конструкции с автоматическим управлением электродами в соответствии с настоящим изобретением.
Фигуры 3a-3e показывают пять различных типичных вариантов осуществления конфигураций для электрода 1.
Фигура 4 показывает схематический вид в разрезе плазм, производимых с применением одной конкретной конфигурации электрода 1, соответствующего фигуре 3e.
Фигуры 5a-5e показывают несколько видов в разрезе различных лотковых элементов 30.
Фигура 6 показывает схематический вид в разрезе набора управляющих устройств 20, расположенных на лотковом элементе 30, с жидкостью 3, протекающей через него и в накопительный контейнер 41.
Фигура 7a показывает схему электрической проводки трансформатора переменного тока для применения с различными вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фигура 7b показывает схематический вид трансформатора 60, и фигуры 7c и 7d показывают схематические представления двух синусоидальных волн в фазе и не в фазе соответственно.
Фигура 8a показывает вид золотых проводов 5a и 5b, используемых в некоторых примерах в настоящем описании.
Фигура 8b показывает вид золотых проводов 5a и 5b, используемых в некоторых примерах в настоящем описании.
Фигура 8c показывает устройство 20, используемое во всех примерах лотков в настоящем описании, которые используют плазму.
Фигуры 8d, 8e, 8f и 8g показывают схемы проводки, используемые для наблюдения и/или управления устройствами 20.
Фигуры 8h и 8i показывают схемы проводки, используемые для питания устройств 20.
Фигура 8j показывает конструкцию для питания проводов 5/5 в устройствах 20.
Фигура 9 показывает первый лотковый элемент 30a', в котором создается одна плазма 4a. Вывод этого первого лоткового элемента 30a' перетекает во второй лотковый элемент 30b'.
фигуры 10a-10d показывают альтернативную конструкцию лоткового элемента 30b', в котором узлы 30a' и 30b' лотковых элементов соприкасаются.
Фигуры 11a-11b показывают два лотковых элемента 30b', используемых в соответствии с фигурами 10a-10d и различными примерами настоящего описания.
Фигура 11c показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих золотых составляющих, образованных в соответствии с примером 1.
Фигура 11d показывает гистограмму распределения по размеру частиц по измерениям с помощью ПЭМ для составляющих, образованных в соответствии с примером 1.
Фигура 11e показывает спектральные картины в УФ и видимой областях каждой из золотых суспензий, изготовленных в соответствии с примером 1.
Фигура 12a показывает схему приспособления, используемого в периодическом способе, в котором на первой стадии создают плазму 4 для приведения жидкости 3' в требуемое состояние.
Фигуры 12b и 12c показывают схему приспособления, используемого в периодическом способе, с применением проводов 5a и 5b для образования биметаллических нанокристаллов в суспензии (например, коллоиде) совместно с приспособлением, показанным на фигуре 12a, и как рассмотрено в различных примерах в настоящем описании.
Фигура 12d показывает схему приспособления, используемого в периодическом способе, с применением проводов 5a и 5b для образования биметаллических нанокристаллов в суспензии (например, коллоиде) совместно с приспособлением, показанным на фигуре 12a, и как рассмотрено в различных примерах в настоящем описании.
Фигура 12e показывает схематический вид усилителя, используемого в примерах 2 и 3.
Фигура 12f показывает схематический вид источника питания, используемого в примерах 2 и 3.
Фигура 12g показывает спектральную картину в УФ и видимой областях биметаллических суспензий Au-Pt, изготовленных в соответствии с примером 6.
Фигура 13 представляет собой схему установки электрического питания, используемой для создания нанокристаллов во многих примерах в настоящем описании.
Фигура 14 показывает типичную ПЭМ-микрофотография сухих платиновых составляющих, образованных в соответствии с примером 2.
Фигура 15a показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих платиновых составляющих, образованных в соответствии с примером 3.
Фигура 15b показывает гистограмму распределения по размеру частиц по измерениям ПЭМ для составляющих, образованных в соответствии с примером 3.
Фигура 16 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих платиновых составляющих, образованных в соответствии с примером 4.
Фигура 17 показывает спектральные картины в УФ и видимой областях каждой из семи платиновых растворов/суспензий, изготовленных в соответствии с примером 5.
Фигура 18 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 6.
Фигура 19 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 7.
Фигура 20 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 8.
Фигуры 21a и 21b показывают типичные ПЭМ-микрофотографии сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 9.
Фигуры 22a и 22b представляют собой типичные спектры ЭДС, соответствующие фигурам 21a и 21b соответственно.
Фигуры 23a и 23b показывают типичные ПЭМ-микрофотографии сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 9.
Фигуры 24a и 24b представляют собой типичные спектры ЭДС, соответствующие фигурам 23a и 23b соответственно.
Фигура 25 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 10; и фигура 25b представляет собой типичные спектры ЭДС, соответствующие фигуре 25a.
Фигура 26a показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 11; и фигура 26b представляет собой типичные спектры ЭДС, соответствующие фигуре 26a.
Фигура 27 показывает спектрограмму GPB-032 в УФ и видимой областях.
Фигура 28a показывает три спектрограммы в УФ и видимой областях трех биметаллических суспензий Au-Pt.
Фигура 28b показывает спектрограммы в УФ и видимой областях для пяти различных биметаллических суспензий GPB.
Фигура 28c показывает график радиуса частиц в зависимости от частоты для биметаллических наночастиц, изготовленных в соответствии с примером 16.
Фигура 29a показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 17.
Фигура 29b представляет собой типичные спектры ЭДС, соответствующие фигуре 29a.
Фигура 29c показывает типичную ПЭМ-микрофотографию сухих составляющих, изготовленных в соответствии с примером 17.
Фигура 29d представляет собой типичные спектры ЭДС, соответствующие фигуре 29c.
Фигуры 29e, 29f и 29g представляют собой изображения сканирующей просвечивающей электронной микроскопии нанокристаллов в суспензии GPB-040.
Фигуры 29h и 29i представляют собой типичные спектры РФЭС, соответствующие примеру 17.
Фигура 30 представляет собой спектрограмму GPP-040, изготовленной в соответствии с примером 17, в УФ и видимой областях.
Фигуры 31a и 31b представляют собой схематические представления процедуры диализа, используемой в примере 18; и фигура 31c представляет собой схематическое представление приспособления для ТПФ.
Фигуры 32a-32ad представляют собой графические изображения противораковой активности двух суспензий (NE10214 и суспензии биметаллических нанокристаллов GPB-032).
Фигуры 33a и 33b показывают результаты ксенографтных тестов на рак, изложенные в примере 20a.
Фигуры 34a и 34b показывают результаты ксенографтных тестов на рак, изложенные в примере 20b.
Фигуры 35a и 35b показывают результаты ксенографтных тестов на рак, изложенные в примере 20c.
Фигуры 36a и 36b показывают результаты ксенографтных тестов на рак, изложенные в примере 20d.
Фигуры 37a и 37b показывают результаты ксенографтных тестов на рак, изложенные в примере 20e.
Фигуры 38a и 38b показывают результаты ксенографтных тестов на рак, изложенные в примере 20f.
Фигуры 39a и 39b представляют величину потребления жидкости и прирост веса для мышей, изложенные в примере 21.
Фигуры 40a и 40b представляют собой диаграммы, изображающие величину поглощения GPB-11 и различных связывающих белок веществ.
Фигура 40c показывает АФС-микрофотографии связывания ДНК с нанокристаллами GPB-11.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
I. Новые нанокристаллы на основе металла
Новые водные суспензии биметаллических нанокристаллов производят из комбинации материалов золотых и платиновых донорных электродов, причем такие биметаллические нанокристаллы имеют нанокристаллические поверхности, которые могут быть по существу свободны от органических или других примесей или пленок. Конкретнее, поверхности биметаллических нанокристаллов "чисты" по сравнению с поверхностями наночастиц с аналогичным химическим составом, изготовленных с применением: (1) способов химического восстановления, для которых требуются химические восстановители, и/или поверхностно-активные вещества, и/или различные соединения солей как части исходных материалов, используемых для образования наночастиц на биметаллической основе из ионов переходных металлов, содержащихся в растворе исходного материала; и (2) других способов (включая соноэлектрохимию, гамма-излучение, рентгеновское излучение, лазерное излучение, электронные ускорители и т.д.), в которых используют, например, разнообразные восстановители или основанные на хлоре (или основанные на солях) исходные материалы (например, металлические соли).
Новые биметаллические нанокристаллы золота и платины получают посредством новых электрохимических способов производства, подробно описанных в настоящем документе. Новые электрохимические способы производства не требуют добавления химических восстановителей и/или поверхностно-активных веществ (например, органических соединений) или других средств, добавляемых для восстановления металлических ионов и/или стабилизации образуемых биметаллических нанокристаллов. Кроме того, данные способы не требуют добавления исходных материалов, которые содержат как металлические ионы (которые восстанавливаются, образуя металлические наночастицы), так и связанные ионы или частицы, которые уравновешивают электрический заряд положительно заряженного(ых) металлического(их) иона(ов). Такие добавленные восстановители, стабилизаторы и неметаллические ионные составляющие исходных материалов являются нежелательными, когда они, как правило, оказываются захвачены в частицах или на них, или, что нежелательно, прилипают к по меньшей мере части поверхности химически восстановленных частиц, и/или остаются в виде ионов в суспензии. В настоящее время понятно, что определенные требования к функционированию нанокристаллов могут оставаться не удовлетворенными с такими примесями, расположенными на поверхности или связанными с ней, и такие примеси должны быть последовательно отделены или удалены с применением различных нежелательных способов, каковые способы сами по себе могут оказывать влияние на поверхность наночастиц (например, плазменное травление).
В предпочтительном варианте осуществления первый ряд электрохимических стадий данного способа включает в себя создание in situ частиц платины (например, исходных материалов) из источника платинового металла. Частицы платины создаются в воде, которая содержит "усилитель процесса" или "усилитель обработки" (как правило, неорганический материал, или карбонат, или тому подобное), который не связывается значительно с образуемыми нанокристаллами в суспензии, но в некоторой степени облегчает удаление металлических ионов с донорного платинового электродного источника металла и/или способствует зародышеобразованию/росту во время стимулируемых электрохимически процессов роста нанокристаллов. Более конкретно, усилитель процесса играет важную роль в данном способе, включая предоставление заряженных ионов в электрохимическом растворе для обеспечения наличия металлических ионов в растворе и/или для обеспечения роста нанокристаллов. Усилитель процесса, что немаловажно, является соединением(ями), которое остается в растворе, и/или не образует покрытие (например, органическое покрытие), и/или не влияет неблагоприятным образом на функционирование образуемых нанокристаллов или образуемой(ых) суспензии(ий) (например, является инертным), и/или может быть разрушен, выпарен, удален или как-либо еще утрачен во время одной или нескольких стадий электрохимического способа. Предпочтительным усилителем процесса является бикарбонат натрия. Примерами других усилителей процесса являются карбонат натрия, гидроксид натрия, бикарбонат калия, карбонат калия, гидроксид калия, фосфат тринатрия, фосфат динатрия, фосфат мононатрия, фосфаты калия или тому подобные и их комбинации. Другим особенно предпочтительным усилителем обработки является смесь бикарбоната натрия и гидроксида калия.
Желательные диапазоны концентрации для усилителя обработки на первой стадии данного способа включают, как правило, 0,01-20 грамм/галлон (0,0026-2,1730 мг/мл), более типично, 0,1-7,5 грамм/галлон (0,0264-1,9813 мг/мл) и, наиболее типично, 0,5-2,0 грамм/галлон (0,13210-0,5283 мг/мл).
Кроме того, желательные концентрации частиц платины, изготовленных на первых электрохимических стадиях данного способа, лежат в диапазоне от приблизительно 0,5 ч/млн до приблизительно 20 ч/млн, и, наиболее типично, приблизительно 1-8 ч/млн, и, даже более типично, приблизительно 0,5-4 ч/млн Результатом первого ряда электрохимических стадий являются платиновые частицы в воде. Частицы платины могут, преимущественно, представлять собой нанокристаллы или смесь нанокристаллов и ионов платины. В предпочтительном варианте осуществления частицы платины, преимущественно, представляют собой ионы, и материал ионы платины-вода применяют во втором ряде электрохимических стадий для образования биметаллических нанокристаллов Au-Pt в суспензии.
Конкретнее, в предпочтительном варианте осуществления второй ряд стадий электрохимического способа включает в себя зародышеобразование и рост биметаллических нанокристаллов, причем такой рост включает в себя: (1) смеси двух металлов, (2) сплавы двух металлов и/или (3) гетероагрегаты (например, композиты) двух металлов. Например, вывод частиц платины и воды от первых стадий предпочтительного варианта осуществления (следует заметить, что электрохимический усилитель обработки, используемый во время первой электрохимической обработки, также присутствует) выполняет роль ввода исходного материала во вторые стадии электрохимической обработки предпочтительного варианта осуществления. В зависимости от конкретных концентраций и типа образованных частиц платины, компонентов усилителя(ей) обработки, исходного материала и условий осуществления электрохимических способов (включая используемые устройства) во время второго ряда стадий электрохимической обработки могут быть получены один или несколько из вышеупомянутых биметаллических нанокристаллических компонентов в виде стабильных нанокристаллов в водной суспензии.
-
-
3
2
2
Поскольку выращенные биметаллические нанокристаллы имеют "обнаженные" или "чистые" поверхности из золотого и/или платинового металла (например, в состоянии нулевого окисления), то поверхности биметаллических нанокристаллов являются высоко каталитическими или высоко биокаталитическими (а также высоко биодоступными). Биметаллические нанокристаллы по существу окружены рубашкой на основе воды, содержащей, например, частицы воды, которые становятся доступными вследствие, например, лизиса воды, который происходит на одной или нескольких стадиях предпочтительного варианта осуществления. Частицы после лизиса могут включать гидратированные электроны, OH, H*, HO, HO и т.д. При этом, без ограничения какой-либо конкретной теорией или объяснением, группы OH (например, от лизированной воды или от усилителя обработки) могут располагаться вокруг образованных биметаллических кристаллов и создавать электростатическое взаимодействие с ними. Эти особенности чистых поверхностей предоставляют новое и улучшенное функционирование в разнообразных промышленных и медицинских применениях и/или могут приводить к снижению нежелательной общей токсичности в медицинских применениях, поскольку нежелательные токсины или яды не присутствуют на поверхностях благодаря данному способу производства.
-
-
В предпочтительном варианте осуществления нанокристаллы не высушивают перед использованием, но вместо этого непосредственно используют в жидкости, в которой они образовались (т.е. образуя суспензию). Альтернативно, образованные суспензии могут быть преобразованы в их концентрат или восстановленный концентрат. Как оказалось, полное удаление данных кристаллов из их суспензионной жидкости (например, полное высушивание) может, в некоторых случаях, отрицательно повлиять на поверхностные свойства кристаллов (например, может происходить частичное окисление, стабилизирующие группы могут быть необратимо повреждены и т.д.) и/или может отрицательно повлиять на возможность регидратации кристаллов. Например, если первоначально образованная водная рубашка содержит OH, которые способствуют электростатическим взаимодействиям, то изменение координации OH может нарушить стабильность суспензии.
Тем не менее, было обнаружено, что можно использовать определенный способ концентрирования, использующий процедуру диализа. Процедура диализа включает в себя помещение суспензии образованных биметаллических нанокристаллов в диализный мешок. Раствор полиэтилена, помещенный снаружи от диализного мешка (например, диализный мешок можно помещать в подходящий контейнер, содержащий полиэтиленгликоль (ПЭГ)), позволяет удалять воду из суспензии образованных биметаллических нанокристаллов посредством осмотического давления без воздействия на стабильность нанокристаллов в суспензии. Кроме того, если некоторые ионные составляющие остаются в жидкости, в которой суспендированы нанокристаллы, некоторые или все такие ионные составляющие могут быть удалены из такой жидкости, если требуется, при условии, что такое удаление не повлияет отрицательно на стабильность и/или функционирование биметаллических нанокристаллов или суспензии нанокристаллов.
Кроме того, для некоторых медицинских продуктов может быть оптимальным использование стерильной воды фармацевтической степени чистоты (например, USP) или тому подобной в дополнение к вышеупомянутым усилителям процесса, используемым в способах производства. В некоторых случаях вода может стать даже более чистой, чем USP, благодаря применению обратного осмоса и/или средств ионной фильтрации.
Альтернативно, в другом варианте осуществления биметаллические нанокристаллы могут быть высушены in situ в/на, например, электроде или субстрате, который принимает участие в другой реакции, такой как другой электрохимический, химический или каталитический процесс. Например, биметаллические нанокристаллы, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, могут также использоваться для промышленного применения, в котором важна реактивность металла (например, каталитический и/или электрохимический процессы), но в котором не требуются продукты/ингредиенты фармацевтической степени чистоты. При получении для нефармацевтических применений биметаллические нанокристаллы могут быть изготовлены в более широком множестве растворителей и с применением более широкого множества усилителей процесса, как рассмотрено в настоящем описании, в зависимости от конкретного применения. Однако аспекты чистоты поверхностей биметаллических нанокристаллов должны быть сохранены для достижения большей активности.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения стадиями электрохимического способа настоящего изобретения можно управлять, так чтобы получать более чем один тип биметаллических нанокристаллов, присутствующий в итоговой суспензии. Например, смеси платиновых и золотых нанокристаллов могут существовать в суспензии, сплавы платиновых и золотых нанокристаллов могут существовать в суспензии, и/или гетероагрегаты нанокристаллов платины и золота могут также существовать в суспензии.
В соответствии со способами настоящего описания, биметаллические нанокристаллы можно выращивать образом, который обеспечивает уникальные и идентифицируемые характеристики поверхности, такие как пространственно протяженные кристаллографические плоскости с низким индексом {111}, {110} и/или {100} и группы таких плоскостей (и их эквиваленты). Такие кристаллографические плоскости могут демонстрировать различные и желательные каталитические активности. В суспензиях биметаллических наночастиц, изготовленных в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем описании, можно обнаружить множество кристаллических форм. Кроме того, поверхности выращенных биметаллических нанокристаллов должны быть высокоактивными вследствие состояния их кристалличности (например, поверхностных дефектов), а также быть чистыми.
Может быть получен любой желаемый средний размер биметаллических нанокристаллов ниже 100 нм. Наиболее желательные диапазоны размера нанокристаллов включают диапазоны со средним размером кристаллов (измеренным и определенным посредством специальных технологий, раскрытых подробно в настоящем описании), который, преимущественно, меньше чем 100 нм, и, более типично, меньше чем 50 нм, даже более типично меньше чем 30 нм, и во многих из предпочтительных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем описании, мода для распределения по размеру нанокристаллов составляет менее чем 20 нм, и даже более предпочтительный диапазон составляет 8-18 нм. Тем не менее, для некоторых применений технологии настоящего изобретения могут использоваться для получения частиц гораздо большего размера.
-
В результате могут быть обеспечены биметаллические нанокристаллические суспензии или коллоиды, которые имеют, или отрегулированы, для того чтобы иметь целевые диапазоны pH. При получении с, например, бикарбонатом натрия или другим "основным" (например, таким, в котором концентрацию OH вынуждают быть относительно высокой) усилителем процесса, в количествах, раскрытых подробно в настоящем описании, диапазон pH составляет, как правило, 8-11, и может быть отрегулирован по желанию. Кроме того, применение некоторых усилителей обработки может приводить к даже более высоким диапазонам pH, таким как pH, составляющий приблизительно 9-12 или даже 10,3-12,0.
Природа и/или величина поверхностного заряда (т.е. положительный или отрицательный) на образованных биметаллических нанокристаллах может оказывать большое влияние на поведение и/или действие нанокристалла/суспензии или коллоида (или концентрированных нанокристаллов). Например, для биомедицинского применения белковые короны, такие как альбуминовые короны и/или трансферриновые короны, образованные in vivo, могут подвергаться воздействию поверхностного заряда или характеристик поверхности (включая, например, примеси или остаточные компоненты, оставшиеся от технологий обработки) наночастицы. Такие короны определяют биологическую идентичность наночастиц и, следовательно, направляют биологическую доступность.
Такие поверхностные заряды обычно называют "дзета-потенциалом". Известно, что чем больше дзета-потенциал (или положительный, или отрицательный), тем выше стабильность наночастиц в растворе (т.е. суспензия более стабильна). Посредством контроля природы и/или количества поверхностных зарядов образованных наночастиц или нанокристаллов функционированием таких суспензий наночастиц в биологических и небиологических применениях можно управлять.
Дзета-потенциал известен как мера электрокинетического потенциала в коллоидных системах и также называется поверхностным зарядом на частицах. Дзета-потенциал представляет собой разность потенциалов, которая существует между неподвижным слоем жидкости и жидкостью, в которой частица диспергирована. Дзета-потенциал часто измеряют в милливольтах (т.е. мВ). Величина дзета-потенциала, равная приблизительно 20-25 мВ, представляет собой произвольное значение, которое было выбрано для определения того, является ли диспергированная частица стабильной в дисперсной среде или нет. Таким образом, когда в настоящем описании делается ссылка на "дзета-потенциал", следует понимать, что дзета-потенциал, на который ссылаются, представляет собой описание или количественное выражение величины электрического заряда, присутствующего в двойном слое.
Дзета-потенциал вычисляют из электрофоретической подвижности посредством уравнения Генри:
E
где z представляет собой дзета-потенциал, U представляет собой электрофоретическую подвижность, ε представляет собой диэлектрическую постоянную, η представляет собой вязкость, f(ka) представляет собой функцию Генри. В приближении Смолуховского f(ka)=1,5.
Дзета-потенциалы ("ZP") для биметаллических нанокристаллов, получаемых в соответствии со способами настоящего описания, как правило, имеют ZP, равный по меньшей мере -20 мВ, более типично по меньшей мере приблизительно -30 мВ, даже более типично по меньшей мере приблизительно -40 мВ и, даже более типично по меньшей мере приблизительно -50 мВ.
-
Кроме того, другой важный аспект предпочтительных вариантов осуществления заключается в том, что металлические ионы исходного материала производятся металлами донорных электродов из Pt и Au (например, расходуемых или донорных электродов) вследствие условий обработки предпочтительных вариантов осуществления. Данный первый ряд электрохимических стадий "сверху вниз" означает, что материалы, обычно используемые для изготовления основанных на металле наночастиц в других технологиях, такие как металлические соли (например, соли Pt, соли Au и т.д.) нет необходимости использовать в вариантах осуществления, раскрытых в настоящем описании. Таким образом, другие составляющие (которые могут быть нежелательными) металлических солей, такие как Cl или различные основанные на хлоре материалы, не имеют места или не являются необходимой частью продукта, изготовленного в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего описания. Другими словами, например, нет необходимости, чтобы другие составляющие, которые содержат различные основанные на металле соли исходного материала, присутствовали в суспензиях биметаллических нанокристаллов, рассматриваемых в настоящем описании (например, биметаллические суспензии могут быть свободны от хлора или хлоридов). Разумеется, следует отметить, что присутствие основанных на хлоре материалов, растворенных в суспензии и не являющихся необходимыми или существенными для способа получения наночастиц, рассматриваются как лежащее в пределах настоящего раскрытия.
II. Способ производства биметаллических нанокристаллов
Предлагается ряд новых стадий способа, для того чтобы получать данные уникальные биметаллические нанокристаллы. Стадии способа включают в себя создание биметаллических нанокристаллов в воде. В предпочтительном варианте осуществления вода содержит добавленный "усилитель процесса", который не связывается значительно с образующимися нанокристаллами, но в некоторой степени облегчает зародышеобразование/рост кристаллов во время электрохимически стимулируемого процесса роста. Усилитель процесса играет важную роль в данном процессе, включая, например, предоставление заряженных ионов в электрохимическом растворе для обеспечения роста кристаллов. Данные новые электрохимические способы могут осуществляться периодическим, полунепрерывным или непрерывным способом. Данные способы приводят к контролируемым концентрациям биметаллических нанокристаллов из золота и платины, контролируемым размерам биметаллических нанокристаллов и контролируемым диапазонам размеров биметаллических нанокристаллов. Предлагаются новые производственные сборные конструкции для получения данных биметаллических нанокристаллов. В другом варианте осуществления могут быть включены составляющие на основе металла, такие как желательные металлические ионы, отдельно или в сочетании с суспензиями биметаллических нанокристаллов.
В одном предпочтительном варианте осуществления суспензии биметаллических нанокристаллов или коллоиды изготавливают или выращивают посредством электрохимических технологий периодическим, полунепрерывным или непрерывным способом, причем количество, средний размер частиц, кристаллографическую(ие) плоскость(и) и/или форму(ы) частиц и/или распределения по форме частиц контролируют и/или оптимизируют для достижения высокой биологической активности и низкой клеточной/биологической токсичности (например, высокого терапевтического индекса). Желательные средние размеры кристаллов включают множество различных диапазонов, но наиболее желательные диапазоны включают средние размеры кристаллов, которые, преимущественно, меньше чем 100 нм, и, более типично, для многих применений, меньше чем 50 нм, и, даже более типично для множества, например, пероральных применений, менее чем 30 нм, и во многих из предпочтительных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем описании, мода для распределения по размеру нанокристаллов составляет менее чем 20 нм и лежит в пределах даже более предпочтительного диапазона 2-18 нм, измеряемого с помощью Zetasizer (как описано более подробно в настоящем документе). Кроме того, частицы, что желательно, содержат кристаллографические плоскости, причем такие желательные (и часто высоко реактивные) кристаллографические плоскости включают кристаллы, имеющие грани {111}, {110} и/или {100}, а также дефекты, что может приводить к сильным взаимодействиям, таким как каталитические.
Кроме того, следуя разработанным электрохимическим способам производства настоящего изобретения, данные биметаллические нанокристаллы могут представлять собой сплавы, или могут быть объединены с другими металлами в жидкостях, так что могут возникать металлические "покрытия" на других металлах с образованием композитов или гетероагрегатов, или, альтернативно, могут быть изготовлены смеси основанных на металле нанокристаллов.
Кроме того, суспензии биметаллических нанокристаллов или коллоиды настоящего изобретения можно смешивать или комбинировать с другими растворами или коллоидами на основе металла для образования новых растворов или коллоидных смесей (например, в данном случае, различные типы металлических частиц могут оставаться различимыми).
Способы изготовления новых суспензий или коллоидов нанокристаллов на основе металла в соответствии с настоящим изобретением относятся в целом к новым способам и новым устройствам для непрерывного, полунепрерывного и периодического производства множества составляющих в жидкости, включая частицы микронного размера, нанокристаллы, ионные частицы и их водные композиции, включая нанокристалл/жидкость(и), раствор(ы), коллоид(ы) или суспензию(и). Получаемые составляющие и биметаллические нанокристаллы могут содержать множество возможных составов, концентраций, размеров, кристаллографических плоскостей (например, пространственно протяженных кристаллографических плоскостей с низким индексом) и/или форм, которые вместе могут вызывать проявление разработанными композициями множества новых и интересных физических, каталитических, биокаталитических и/или биофизических свойств. Жидкость(и), используемая и создаваемая/модифицируемая во время данного процесса, может играть важную роль в производстве и/или функционировании составляющих (например, нанокристаллов) независимо или синергетически с жидкостями, которые их содержат. Частицы (например, нанокристаллы) вынуждают присутствовать (например, создаваться, и/или жидкость предрасположена к их присутствию (например, приведена в требуемое состояние)) в по меньшей мере одной жидкости (например, воде) посредством, например, обычного применения по меньшей мере одной регулируемой плазмы (например, созданной посредством по меньшей мере одного источника постоянного и/или переменного тока), каковая регулируемая плазма сообщается с по меньшей мере частью поверхности жидкости. Однако суспензии или коллоиды эффективных составляющих (например, нанокристаллов) могут также быть получены без применения таких плазм.
Электроды на основе золота и платины различного состава(ов) и/или уникальных конфигураций или расположений являются предпочтительными для применения в образовании регулируемой плазмы (плазм). Также предпочтительным является использование по меньшей мере одной технологии последующей и/или по существу одновременной регулируемой электрохимической обработки. Электроды на основе золота и платины являются предпочтительными для применения в технологии(ях) электрохимической обработки. Электрические поля, магнитные поля, электромагнитные поля, электрохимия, pH, дзета-потенциал, присутствующие химические/кристаллические составляющие и т.д. представляют собой лишь некоторые переменные, на которые можно положительно воздействовать посредством регулируемой плазмы (плазм) и/или технологии(ий) регулируемой электрохимической обработки настоящего изобретения. Множество регулируемых плазм и/или регулируемых электрохимических технологий являются предпочтительными во многих вариантах осуществления настоящего изобретения для получения множества преимуществ обработки настоящего изобретения, а также множества новых биметаллических нанокристаллов и композиций биметаллических нанокристаллов, которые получают в результате осуществления на практике идей изготовления почти неограниченного набора разработанных водных растворов, суспензий и/или коллоидов из предпочтительных вариантов осуществления.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения с непрерывным способом по меньшей мере одна жидкость, например вода, течет в по меньшей мере один первый лотковый элемент, через него и из него, и такую жидкость обрабатывают, приводят в требуемое состояние, модифицируют и/или воздействуют на нее посредством упомянутой по меньшей мере одной регулируемой плазмы и/или упомянутой по меньшей мере одной регулируемой электрохимической технологии. Результаты непрерывной обработки в первом лотковом элементе включают новые составляющие в жидкости, такие как ионные составляющие, нанокристаллы (например, нанокристаллы на основе платины) с новыми и/или контролируемыми размером, гидродинамическим радиусом, концентрацией, размерами кристаллов и диапазонами размера кристаллов, дзета-потенциалом, pH и/или свойствами, причем такую смесь платиновый нанокристалл/ион/жидкость получают эффективным и экономичным способом.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления первый ряд стадий данного способа включает в себя создание in situ частиц платины (например, исходных материалов) из платинового источника металла. Частицы платины создаются в воде, которая содержит "усилитель процесса" или "усилитель обработки" (как правило, неорганический материал, или карбонат, или тому подобное), который не связывается значительно с образуемыми нанокристаллами в суспензии, но в некоторой степени облегчает удаление металлических ионов с донорного источника металла и/или способствует зародышеобразованию/росту во время стимулируемых электрохимически процессов роста нанокристаллов. Более конкретно, усилитель процесса играет важную роль в данном способе, включая предоставление заряженных ионов в электрохимическом растворе для обеспечения роста нанокристаллов. Усилитель процесса, что немаловажно, является соединением(ями), которое остается в растворе, и/или не образует покрытие (например, органическое покрытие), и/или не влияет неблагоприятным образом на функционирование образуемых нанокристаллов или образуемой(ых) суспензии(ий) (например, является инертным), и/или может быть разрушен, выпарен, удален или как-либо еще утрачен во время одной или нескольких стадий электрохимического способа. Предпочтительным усилителем процесса является бикарбонат натрия. Примерами других усилителей процесса являются карбонат натрия, бикарбонат калия, карбонат калия, тринатрийфосфат, динатрийфосфат, мононатрийфосфат, фосфаты калия или тому подобные и их комбинации. Другим особенно предпочтительным усилителем обработки является смесь бикарбоната натрия и гидроксида калия.
Желательные диапазоны концентрации для усилителя обработки включают, как правило, 0,01-20 грамм/галлон (0,0026-2,1730 мг/мл), более типично, 0,1-7,5 грамм/галлон (0,0264-1,9813 мг/мл) и, наиболее типично, 0,5-2,0 грамм/галлон (0,13210-0,5283 мг/мл).
В предпочтительном варианте осуществления второй ряд стадий данного способа включает в себя зародышеобразование и рост биметаллических нанокристаллов на биметаллической основе, причем такой рост представляет собой: (1) смеси двух металлов, (2) сплавы двух металлов и/или (3) гетероагрегаты двух металлов. Например, водный вывод от первых стадий предпочтительного варианта осуществления, содержащий воду, частицы платины, получаемые на первых стадиях данного способа, и усилитель обработки, используемый во время первого ряда стадий, выполняет роль ввода исходного материала во вторые электрохимические стадии предпочтительного варианта осуществления. В зависимости от конкретных концентраций частиц платины, составляющего(их) усилителя(ей) обработки и условий осуществления электрохимических способов (включая используемые устройства) во время второго ряда стадий могут быть получены один или несколько из вышеупомянутых биметаллических нанокристаллических компонентов в виде стабильных биметаллических нанокристаллов в водной суспензии.
Некоторые усилители обработки могут диссоциировать на положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы). Анионы и/или катионы в зависимости от разнообразных факторов, включая состав жидкости, концентрацию ионов, состояние изменения ионов, прикладываемые поля, частоту прикладываемых полей, форму волны прикладываемого поля, температуру, pH, дзета-потенциал и т.д., будут перемещаться или двигаться в направлении противоположно заряженных электродов. Когда упомянутые ионы расположены на таких электродах или вблизи них, данные ионы могут принимать участие в одной или нескольких реакциях с электродом(ами) и/или другим составляющим(и), расположенным или созданным на таком электроде(ах) или вблизи него. Иногда ионы могут реагировать с одним или несколькими материалами в электроде. Такие реакции могут быть желательными в некоторых случаях или нежелательными в других. Кроме того, иногда ионы, присутствующие в растворе между электродами, могут не реагировать с образованием продукта, но могут в некоторой степени воздействовать на материал в электроде (или вблизи электрода), для того чтобы образовывались металлические нанокристаллы, "выращиваемые" из материала, предоставляемого донорным электродом. Например, некоторые металлические ионы могут входить в жидкость 3 из электрода 5 и быть принуждены собираться вместе (например, образовывать зародыш) для образования составляющих (например, ионов, нанокристаллов и т.д.) в жидкости 3.
Кроме того, важно выбирать усилитель процесса, который не будет влиять отрицательно на функционирование, как, например, придавать отрицательное функционирование или, например, токсичность биметаллическим нанокристаллам или жидкости, в которой кристалл суспендирован, для того чтобы максимально увеличить приемлемость для различных коммерческих применений (например, фармацевтических, каталитических, медицинских диагностических и т.д.). Например, для некоторых применений ионы хлора, или хлориды, или основанные на хлоре материалы могут быть нежелательными, если такие частицы создают, например, соли хлорида золота, которые могут быть нежелательными по некоторым причинам (например, могут влиять на токсичность, стабильность и т.д.).
-
3
Кроме того, некоторые усилители обработки, которые содержат гидроксильные группы OH (например, которые являются частью усилителя обработки или возникают при добавлении усилителей обработки к жидкости 3), могут быть также желательными. В этой связи желательные усилители обработки NaOH, KOH и NaHCO (и их смеси) специально раскрыты как желательные в некоторых предпочтительных вариантах осуществления в настоящем описании.
Кроме того, в зависимости от конкретных образуемых продуктов, для удаления по меньшей мере части или по существу всей суспендирующей жидкости можно также применять высушивание, концентрирование и/или высушивание замораживанием, что приводит к, например, частично или по существу полностью дегидрированным биметаллическим нанокристаллам. Если такие нанокристаллы в итоге расположены на субстрате (например, субстрате катализа или электроде), может требоваться полное высушивание. Если растворы, суспензии или коллоиды полностью дегидрированы, частицы на основе металла в некоторых случаях должны быть способны к регидратации при добавлении жидкости (например, такого же или другого состава, чем та, которую удалили). При этом не все композиции/коллоиды настоящего изобретения могут быть полностью дегидрированы без отрицательного влияния на функционирование композиции/коллоида. Например, многие нанокристаллы, образованные в жидкости, имеют склонность к комкованию или склеиванию вместе (или прилипанию к поверхностям) при высушивании. Если такое комкование не является обратимым во время последующей стадии регидратации, дегидратации следует избегать. Тем не менее, для множества применений такое комкование может быть приемлемым. Кроме того, при высушивании на субстрате такого комкования можно избежать.
-
-
Как правило, можно сконцентрировать в несколько раз некоторые растворы, суспензии или коллоиды биметаллических нанокристаллов, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, без дестабилизации композиции. Например, не желая связывать себя, если первоначально образованная водная рубашка содержит OH, которые способствуют электростатическим взаимодействиям, то какие-либо изменения координации OH могут нарушить стабильность суспензии.
Тем не менее, было обнаружено, что можно использовать определенный способ концентрирования, использующий процедуру диализа. Процедура диализа включает в себя помещение суспензии образованных биметаллических нанокристаллов в диализный мешок. Раствор полиэтилена помещают снаружи от диализного мешка (например, диализный мешок можно помещать в подходящий контейнер, содержащий полиэтиленгликоль (ПЭГ)), и вода может быть удалена из суспензии образованных биметаллических нанокристаллов посредством осмотического давления без воздействия на стабильность нанокристаллов в суспензии. Кроме того, если некоторые ионные составляющие остаются в жидкости, в которой суспендированы нанокристаллы, некоторые или все такие ионные составляющие могут быть удалены из такой жидкости, при условии, что такое удаление не влияет отрицательно на стабильность и/или функционирование биметаллических нанокристаллов или суспензии нанокристаллов.
При том, что предполагается, что нижеследующее рассмотрение является полным, можно также адресовать читателя к родственной заявке, международная публикация № WO/2011/006007, опубликованной 13 января 2011 г., объект которой прямо включен в настоящее описание посредством ссылки.
Один важный аспект настоящего изобретения включает в себя создание по меньшей мере одной регулируемой плазмы, каковая регулируемая плазма расположена между по меньшей мере одним электродом, расположенным рядом с (например, над) по меньшей мере частью поверхности жидкости (например, воды), и по меньшей мере частью самой поверхности жидкости. Жидкость помещают в электрической связи с по меньшей мере одним вторым электродом (или множеством вторых электродов), что заставляет поверхность жидкости функционировать в качестве электрода, таким образом принимая участие в образовании регулируемой плазмы. Такая конфигурация имеет некоторые характеристики, аналогичные конфигурации для диэлектрического барьерного разряда, за исключением того, что поверхность жидкости является активным электродом, участвующим в данной конфигурации.
Каждая используемая регулируемая плазма может быть расположена между по меньшей мере одним электродом, расположенным над поверхностью жидкости, и поверхностью жидкости благодаря по меньшей мере одному электропроводящему электроду, расположенному где-либо внутри (например, по меньшей мере частично внутри) жидкости. По меньшей мере один источник питания (в предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один источник напряжения и тока, такой как трансформатор или источник питания) подсоединен электрически между по меньшей мере одним электродом, расположенным над поверхностью жидкости, и по меньшей мере одним электродом, контактирующим с поверхностью жидкости (например, расположенным по меньшей мере частично или по существу полностью внутри жидкости). Электрод(ы) может иметь любой подходящий состав (однако платина и золото являются предпочтительными) и подходящую физическую конфигурацию (например, размер и форму), что приводит к созданию желательной плазмы между электродом(ами), расположенным над поверхностью жидкости, и по меньшей мере частью самой поверхности жидкости.
Прикладываемая мощность (например, напряжение и сила тока) между электродом(ами) (например, включая поверхность жидкости, функционирующую как по меньшей мере один электрод для образования плазмы) может быть создана посредством любого подходящего источника (например, напряжения от трансформатора), включая источники как постоянного, так и переменного тока и их варианты и комбинации. Обычно электрод или комбинация электродов, расположенные внутри (например, по меньшей мере частично ниже поверхности жидкости), принимают участие в создании плазмы посредством подачи напряжения и тока на жидкость или раствор. При этом регулируемая плазма фактически расположена между по меньшей мере частью электрода(ов), расположенной над поверхностью жидкости (например, его концом или точкой), и одной или несколькими частями или участками самой поверхности жидкости. В этой связи регулируемая плазма может быть создана между вышеупомянутыми электродами (т.е. электродами, расположенными над по меньшей мере частью поверхности жидкости, и частью самой поверхности жидкости), когда достигается или поддерживается напряжение пробоя газа или пара вокруг и/или между электродом(ами) и поверхностью жидкости.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения жидкость содержит воду (или воду, содержащую какой-либо усилитель(и) обработки), и газ между поверхностью воды и электродом(ами) над поверхностью воды (т.е. тот газ или атмосфера, которые принимают участие в образовании регулируемой плазмы) содержит воздух. Воздух может быть отрегулирован, так чтобы он имел различное содержание(я) воды или целевую влажность, что может приводить к различным составам, концентрациям, распределениям по размерам кристаллов и/или распределениям по форме кристаллов составляющих (например, нанокристаллов), получаемых в соответствии с настоящим изобретением (например, различные количества некоторых составляющих в регулируемой плазме и/или в растворе или суспензии могут быть функцией содержания воды в воздухе, расположенном над поверхностью жидкости), а также различным временам обработки, требуемым для получения определенных концентраций различных составляющих в жидкости и т.д.
c
Электрическое поле пробоя при стандартных давлениях и температурах для сухого воздуха составляет приблизительно 3 МВ/м или приблизительно 30 кВ/см. Таким образом, когда локальное электрическое поле вокруг, например, металлической точки превосходит приблизительно 30 кВ/см, плазма может быть создана в сухом воздухе. Уравнение (1) дает эмпирическую взаимосвязь между электрическим полем пробоя "E" и расстоянием "d" (в метрах) между двумя электродами:
c
Разумеется, электрическое поле пробоя "E" изменяется как функция свойств и состава газа или пара, расположенного между электродами. В этой связи в одном предпочтительном варианте осуществления, в котором вода (или вода, содержащая усилитель обработки) представляет собой жидкость, значительные количества водяного пара могут изначально присутствовать в воздухе между "электродами" (т.е. между по меньшей мере одним электродом, расположенным над поверхностью воды и самой поверхностью воды, которая функционирует как один электрод для образования плазмы), и такой водяной пар должен оказывать воздействие на по меньшей мере электрическое поле пробоя, требуемое для создания плазмы между ними. Кроме того, взаимодействие регулируемой плазмы с поверхностью воды может служить причиной локального присутствия более высокой концентрации водяного пара в созданной плазме и вокруг нее. Количество "влажности", присутствующей в созданной плазме и вокруг нее, можно контролировать или регулировать посредством множества технологий, рассмотренных подробнее в настоящем описании далее. Аналогично, некоторые компоненты, присутствующие в любой жидкости, могут образовывать по меньшей мере часть составляющих, образующих регулируемую плазму, расположенную между поверхностью жидкости и электродом(ами), расположенным рядом с поверхностью жидкости (например, вдоль). Составляющие в регулируемой плазме, а также физические свойства плазмы сами по себе, могут оказывать существенное влияние на жидкость, а также на некоторые из технологий обработки (рассмотренные более подробно в настоящем описании далее).
Напряженности электрических полей, создаваемых на электродах и вблизи них, достигают, как правило, максимума у поверхности электрода и, как правило, уменьшаются при увеличении расстояния от них. В случаях с использованием создания регулируемой плазмы между поверхностью жидкости и по меньшей мере одним электродом(ами), расположенным рядом с (например, над) жидкостью, в части объема газа между электродом(ами), расположенным над поверхностью жидкости, и по меньшей мере частью самой поверхности жидкости может существовать достаточное электрическое поле пробоя для создания регулируемой плазмы. Такие созданные электрический поля могут оказывать влияние, например, на поведение регулируемой плазмы, поведение жидкости (например, оказывать влияние на кристаллическое состояние жидкости), поведение составляющих в жидкости и т.д.
В этой связи фигура 1 показывает один вариант осуществления электрода 1 с точечным источником, имеющего в разрезе треугольную форму, расположенного на расстоянии "x" над поверхностью 2 жидкости 3, текущей, например, в направлении "F". Регулируемая плазма 4 может быть создана между концом или точкой 9 электрода 1 и поверхностью 2 жидкости 3, когда соответствующий источник питания 10 подсоединен между электродом 1 с точечным источником и электродом 5, каковой электрод 5 сообщается с жидкостью 3 (например, расположен по меньшей мере частично ниже поверхности 2 жидкости 3).
Область 4 регулируемой плазмы, создаваемая в варианте осуществления, показанном на фигуре 1, может, как правило, иметь форму, соответствующую конусообразной структуре или эллипсоидной структуре, в течение по меньшей мере части процесса, а в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может поддерживать такую форму (например, конусообразную форму) в течение по существу всего процесса. Объем, интенсивность, составляющие (например, состав), активность, точные местоположения и т.д. регулируемой плазмы (плазм) 4 будут изменяться в зависимости от ряда факторов, включая, но без ограничения, расстояние "x", физический и/или химический состав электрода 1, форму электрода 1, источник питания 10 (например, постоянного тока, переменного тока, выпрямленного переменного тока, прикладываемой полярности постоянного тока и/или выпрямленного переменного тока, формы волны переменного тока или постоянного тока, РЧ и т.д.), мощность, прикладываемую источником питания (например, прикладываемый вольтаж, который, как правило, составляет 1000-5000 вольт, и, более типично, 1000-1500 вольт, прикладываемую силу тока, скорость электронов и т.д.), частоту и/или величину электрических и/или магнитных полей, создаваемых применяемым источником питания или внешних, электрические, магнитные или электромагнитные поля, акустические поля, состав естественного или подаваемого газа или атмосферы (например, воздух, азот, гелий, кислород, озон, восстанавливающие атмосферы и т.д.) между электродом 1 и поверхностью 2 жидкости 3 и/или вокруг них, температуру, давление, объем, скорость потока жидкости 3 в направлении "F", спектральные характеристики, состав жидкости 3, проводимость жидкости 3, площадь сечения (например, объем) жидкости вблизи электродов 1 и 5 и вокруг них (например, продолжительность времени (т.е. время пребывания), в течение которого жидкость 3 может взаимодействовать с регулируемой плазмой 4, и интенсивность таких взаимодействий), наличие атмосферного потока (например, потока воздуха) у поверхности 2 жидкости 3 или вблизи нее (например, снабжение вентилятором(ами) или средством для движения атмосферы) и т.д. (рассмотрено более подробно в настоящем описании далее).
Состав электрода(ов) 1, участвующего в создании регулируемой плазмы (плазм) 4, с фигуры 1 в одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой основанные на металле составы (например, металлы, такие как золото, платина и/или их сплавы или смеси и т.д.), но электроды 1 и 5 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, совместимого с различными аспектами (например, параметрами обработки) изобретений, раскрытых в настоящем описании. В этой связи при создании плазмы 4 в, например, воздухе над поверхностью 2 жидкости 3 (например, воды) будет, как правило, образовываться по меньшей мере немного озона, а также некоторые количества оксида азота и других компонентов. Эти образуемые компоненты можно контролировать, и они могут быть полезными или вредными для образования и/или функционирования итоговых составляющих в жидкости (например, нанокристаллов) и/или получаемых суспензий или коллоидов нанокристаллов, и может оказаться необходимым контролировать их посредством множества различных технологий. Как показано на фигуре 1, регулируемая плазма 4 фактически контактирует с поверхностью 2 жидкости 3. В данном варианте осуществления настоящего изобретения материал (например, металл) от электрода 1 может образовывать часть регулируемой плазмы 4 (и таким образом быть, например, частью спектра излучения плазмы) и может быть вынужден, например, "распыляться" на и/или в жидкость 3 (например, воду). Соответственно, когда в качестве электрода(ов) 1 используют металл(ы), в электрической плазме может быть образовано множество составляющих, что приводит к тому, что в некоторые составляющие, становящиеся частью жидкости 3 обработки (например, воды), включая, но без ограничения, элементарные металл(ы), металлические ионы, кислоты Льюиса, кислоты Бренстеда-Лоури, оксиды металлов, нитриды металлов, гидриды металлов, гидраты металлов и/или карбиды металлов и т.д., могут быть обнаружены в жидкости 3 (например, для по меньшей мере части процесса, и могут быть способны к участию в одновременных/последующих реакциях) в зависимости от конкретного ряда условий осуществления, связанных с регулируемой плазмой 4 и/или последующими операциями электрохимической обработки. Такие составляющие могут временно присутствовать в жидкости 3 обработки, или могут быть полупостоянными или постоянными. Если такие составляющие являются временными или полупостоянными, то время проведения последующих реакций (например, электрохимических реакций) с такими образованными составляющими может оказывать влияние на получаемые конечные продукты. Если такие составляющие являются постоянными, то они не должны отрицательно воздействовать на желательное функционирование нанокристаллов активных ингредиентов.
Кроме того, в зависимости от, например, напряженности электрического, магнитного и/или электромагнитного поля в жидкости 3 и вокруг нее и объема жидкости 3, подверженного влиянию таких полей, физической и химической конструкции электрода(ов) 1 и 5, атмосферы (естественной или подаваемой), состава жидкости, большие или меньшие количества материалов электрода(ов) (например, металла(ов) или производных металлов) могут быть обнаружены в жидкости 3. В некоторых ситуациях материал(ы) (например, металл(ы) или композит(ы) металла(ов)) или составляющие (например, кислоты Льюиса, кислоты Бренстеда-Лоури и т.д.), обнаруживаемые в жидкости 3 (постоянно или временно) или в плазме 4, могут оказывать очень желательные воздействия, в каковом случае относительно большие количества таких материалов будут желательными; тогда как в других случаях некоторые материалы, обнаруживаемые в жидкости 3 (например, побочные продукты), могут оказывать нежелательные воздействия, и, следовательно, минимальные количества таких материалов могут быть желательными в основанном на жидкости конечном продукте. Соответственно, состав электрода может играть важную роль для материалов, образуемых в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем описании. Взаимосвязь между этими компонентами настоящего изобретения рассмотрена более подробно в настоящем описании далее.
Кроме того, электрод(ы) 1 и 5 могут иметь схожие химический состав (например, иметь один и тот же химический элемент в качестве своего первичного составляющего) и/или механическую конфигурацию или полностью различные составы (например, иметь различные химические элементы в качестве своих первичных составляющих), для того чтобы получать различные составы и/или структуры жидкостей и/или определенные эффекты, рассмотренные в настоящем описании далее.
Расстояние "y" между электродом(ами) 1 и 5; или 1 и 1 (показаны в настоящем описании далее) или 5 и 5 (показаны в настоящем описании далее) является одним из важных аспектов настоящего изобретения. Обычно при работе с источниками питания, способными к созданию плазмы в условиях эксплуатации, наименьшее расстояние "y" между ближайшими частями электрода(ов), используемого в настоящем изобретении, должно быть больше, чем расстояние "x", для того чтобы предотвратить возникновение нежелательной арки или образования ненужной короны или плазмы между электродами (например, электродом(ами) 1 и электродом(ами) 5) (если между ними не обеспечена электрическая изоляция какого-либо типа). Отличительные признаки настоящего изобретения, относящиеся к конструкции электродов, расположению электродов и взаимодействиям электродов между множеством электродов, рассмотрены более подробно в настоящем описании далее.
Мощность, прикладываемая посредством источника питания 10, может представлять собой любую подходящую мощность, которая создает желательную регулируемую плазму 4 во всех условиях способа настоящего изобретения. В одном предпочтительном исполнении настоящего изобретения применяют переменный ток от повышающего трансформатора. Предпочтительный трансформатор(ы) 60 (см., например, фигуры 7a-7b) для применения в различных вариантах осуществления, раскрытых в настоящем описании, имеет намеренно слабую регулировку выходного напряжения, которая возможна посредством использования магнитных шунтов в трансформаторе 60. Такие трансформаторы 60 известны как трансформаторы для неоновых ламп. Такая конфигурация ограничивает протекание тока в электрод(ы) 1/5. При большом изменении в напряжении выходной нагрузки трансформатор 60 поддерживает ток выходной нагрузки в пределах относительно узкого диапазона.
Трансформатор 60 классифицируют по его вторичному напряжению разомкнутой цепи и вторичному току короткого замыкания. Напряжение разомкнутой цепи (OCV) появляется на выходных клеммах трансформатора 60, только когда электрическое соединение отсутствует. Аналогично, ток короткого замыкания идет от выходных клемм, только если эти клеммы замыкают накоротко (в каковом случае выходное напряжение равно нулю). Однако, если между теми же самыми клеммами подсоединить нагрузку, выходное напряжение трансформатора 60 должно упасть до величины где-то между нулем и номинальным OCV. Фактически, если трансформатор 60 нагружен правильно, это напряжение составляет приблизительно половину номинального OCV.
Трансформатор 60 известен как симметричная конструкция с опорной средней точкой (например, также ранее известен как симметричный с заземленной средней точкой). Он наиболее широко представлен среди трансформаторов с напряжением от среднего до высокого и большинства трансформаторов с 60 мА. Это единственный тип трансформаторов, пригодный для системы с "обратным проводом средней точки". "Симметричный" трансформатор 60 имеет одну первичную обмотку 601 с двумя вторичными обмотками 603 по одной с каждой стороны от первичной обмотки 601 (как показано в общем в схематическом виде на фигуре 7b). Такой трансформатор 60 может во многих случаях работать как два трансформатора. Как и у несимметричного с опорной средней точкой варианта сердечника и обмотки, один конец каждой вторичной обмотки 603 прикреплен к сердечнику 602 и затем к корпусу трансформатора, а другой конец каждой вторичной обмотки 603 прикреплен к выходному концу или клемме. Таким образом, при отсутствии соединителей на ненагруженном 15000-вольтовом трансформаторе данного типа будет измеряться приблизительно 7500 вольт между каждой вторичной клеммой и корпусом трансформатора, но между двумя выходными клеммами будет измеряться приблизительно 15000 вольт. Примеры таких трансформаторов 60 применяли для образования плазм 4, раскрытых в примерах в настоящем описании. При этом следует понимать также, что другие подходящие трансформаторы (или источники питания) лежат в границах настоящего изобретения. При этом другой источник питания 501AC (рассмотренный в другом месте в настоящем описании) использовали для электродов 5/5' в большинстве других примеров, раскрытых в настоящем описании.
В продолжение рассмотрения конфигураций, показанных на фигуре 1, держатели 6a и 6b электродов способны опускаться и подниматься с помощью любого подходящего средства (и, следовательно, электроды способны опускаться и подниматься). Например, держатели 6a и 6b электродов способны опускаться и подниматься в изоляционном элементе 8 (показан в разрезе) и через него. В механическом варианте осуществления, показанном здесь, используется внутренняя/внешняя винтовая резьба. Части 6a и 6b могут быть покрыты, например, дополнительными электроизоляционными частями 7a и 7b. Электроизоляционные части 7a и 7b могут представлять собой любой подходящий материал (например, пластик, поликарбонат, поли(метилметакрилат), полистирол, акрилик, поливинилхлорид (ПВХ), нейлон, резину, волокнистые материалы и т.д.), который предотвращает нежелательные токи, напряжение, образование дуги и т.д., которые могут возникать, когда индивидуум взаимодействует с держателями 6a и 6b электродов (например, пытается отрегулировать высоту электродов). Аналогично, изоляционный элемент 8 может быть изготовлен из любого подходящего материала, который предотвращает возникновение нежелательных электрических явлений (например, образование дуги, плавление и т.д.), а также любого материала, который структурно и с точки зрения окружающей среды подходит для осуществления настоящего изобретения на практике. Типичные материалы включают структурные пластики, такие как поликарбонаты, плексиглас (поли(метилметакрилат)), полистирол, акрилик и тому подобные. Дополнительные подходящие материалы для применения с настоящим изобретением рассмотрены более подробно в другом месте в настоящем описании.
Предпочтительные технологии для автоматического подъема и/или опускания электродов 1, 5 рассмотрены в настоящем описании далее. Источник питания 10 может быть подсоединен любым подходящим электрическим способом к электродам 1 и 5. Например, провода 11a и 11b могут быть расположены внутри по меньшей мере части держателей 6a, 6b электродов (и/или электроизоляционных частей 7a, 7b), причем первичной задачей является достижение электрических соединений между частями 11a, 11b и, следовательно, электродами 1, 5.
Фигура 2 показывает другую схему предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, в которой к электродам 1 и 5 подсоединено управляющее устройство 20, так что управляющее устройство 20 удаленно (например, по команде от другого устройства или компонента) поднимает и/или опускает электроды 1, 5 относительно поверхности 2 жидкости 3. Управляющее устройство 20 рассмотрено более подробно в настоящем описании далее. В данном предпочтительном аспекте настоящего изобретения электроды 1 и 5 можно, например, удаленно опускать и управлять ими, и можно также контролировать и управлять ими посредством подходящего контроллера или компьютера (не показаны на фигуре 2), имеющих соответствующее управляющее программное обеспечение. Соответственно, вариант осуществления, показанный на фигуре 1, следует рассматривать как приспособление с ручным управлением для применения с технологиями настоящего изобретения, тогда как вариант осуществления, показанный на фигуре 2, следует рассматривать как включающий в себя автоматическое приспособление или сборную конструкцию 20, которые могут удаленно поднимать и опускать электроды 1 и 5 в ответ на соответствующие команды. Кроме того, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения с фигуры 2 могут также использовать компьютерный контроль и компьютерное управление расстоянием "x" концов 9 электродов 1 (и концов 9' электродов 5) от поверхности 2; или компьютерный контроль и/или управление скоростью(ями), с которой электрод 5 проходит в/через жидкость 3. Таким образом, соответствующие команды для подъема и/или опускания электродов 1 и 5 могут приходить персонально от оператора и/или от подходящего управляющего устройства, такого как контроллер или компьютер (не показаны на фигуре 2).
Фигуры 3a-3e показывают перспективные виды различных желательных конфигураций электрода для электрода 1, показанного на фигурах 1-2 (а также на других фигурах и вариантах осуществления, рассмотренных в настоящем описании далее). Конфигурации электрода, показанные на фигурах 3a-3e, являются типичными представителями ряда различных конфигураций, используемых в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Критерии выбора соответствующего электрода для электрода 1 включают, но без ограничения, следующие условия: необходимость в очень хорошо определенном конце или точке 9, состав, механические ограничения, способность принимать формы материала, образующего электрод 1, приведение в требуемое состояние (например, термическая обработка или отжиг) материала, образующего электрод 1, удобство, составляющие, вводимые в плазму 4, влияние на жидкость 3 и т.д. В этой связи небольшая масса материала, образующего электроды 1, показанные на, например, фигурах 1-2, может после создания регулируемых плазм 4 в соответствии с настоящим изобретением (рассмотрено более подробно в настоящем описании далее) нагреваться до рабочей температуры, при которой размер и/или форма электрода(ов) 1 могут быть подвержены отрицательному воздействию. В этой связи, например, если электрод 1 имеет относительно небольшую массу (например, если электрод(ы) 1 изготовлен из золота и весит приблизительно 0,5 грамма или меньше) и содержит очень маленькую точку в качестве конца 9, то возможно, что при определенном ряде условий, применяемых в различных вариантах осуществления настоящего описания, эта маленькая точка (например, тонкая проволока, имеющая диаметр только несколько миллиметров и находящаяся под воздействием от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт; или кусок металла треугольной формы) не сможет функционировать в качестве электрода 1 (например, электрод 1 может нежелательно деформироваться или расплавиться) при отсутствии каких-либо дополнительных типов взаимодействий (например, внутреннего средства для охлаждения или внешнего средства для охлаждения, такого как вентилятор, и т.д.). Соответственно, состав (например, образующий материал) электрода(ов) 1 может оказывать влияние на возможную подходящую физическую форму электрода вследствие, например, точек плавления, чувствительности к давлению, реакций с окружающей средой (например, локальное окружение регулируемой плазмы 4 может вызывать нежелательное химическое, механическое и/или электрохимическое разрушение электрода(ов)) и т.д.
Кроме того, следует понимать, что в альтернативных предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения для конца 9 не всегда требуются хорошо определенные острые точки. В этой связи электрод 1, показанный на фигуре 3e, содержит закругленный конец 9. Следует отметить, что частично закругленные или дугообразные электроды могут также функционировать в качестве электрода 1, поскольку регулируемая плазма 4, которая создается в разработанных вариантах осуществления, показанных в настоящем описании (см., например, фигуры 1-2), может быть создана из закругленных электродов или электродов с более острыми или более заостренными формами. Во время осуществления разработанных технологий настоящего изобретения на практике такие регулируемые плазмы могут находиться или могут располагаться вдоль различных точек электрода 1, показанного на фигуре 3e. В этой связи фигура 4 показывает множество точек "a-g", которые соответствуют первоначальным точкам 9 для плазм 4a-4g, которые возникают между электродом 1 и поверхностью 2 жидкости 3. Соответственно, следует понимать, что можно использовать множество размеров и форм, соответствующих электроду 1, в соответствии с идеями настоящего изобретения. Кроме того, следует отметить, что концы 9, 9' электродов 1 и 5 соответственно, показанные на различных фигурах в настоящем описании, могут быть показаны как имеющие относительно острую точку или относительно тупой конец. Если конкретные аспекты этих концов 9, 9' электродов не рассмотрены в контексте более подробно, фактической форме конца(ов) 9, 9' электродов, показанных на фигурах, не следует придавать большого значения.
Конфигурации электродов, показанные в общем на фигурах 1 и 2, могут давать различные результаты (например, различные эффекты приведения в требуемое состояние для жидкости 3, различные pH в жидкости 3, различные размеры нанокристаллов и распределение по размерам, различные формы нанокристаллов и распределения по форме нанокристаллов и/или количества составляющих (например, веществ нанокристаллов и/или металлических ионов из донорного электрода(ов)), обнаруживаемых в жидкости 3, различное функционирование комбинаций жидкость/нанокристалл (например, различные биологические/биокаталитические действия), различные дзета-потенциалы и т.д.) как функцию от множества отличительных признаков, включая ориентацию и положение электрода относительно направления "F" потока жидкости, форму и размер сечения лоткового элемента 30 (или 30a', и/или 30b'), и/или количество жидкости 3 в лотковом элементе 30, и/или скорость потока жидкости 3 в лотковом элементе 30 и в электродах 5a/5b и вокруг них, толщину электродов, количество предлагаемых пар электродов и их расположение в лотковом элементе 30 друг относительно друга, а также их глубину в жидкости 3 (т.е. величину контакта с жидкостью 3), скорость движения электродов в/через жидкость 3 (что поддерживает или регулирует профиль поверхности или форму электродов), мощность, прикладываемую к паре электродов, и т.д. Кроме того, составы, размер, конкретная форма(ы) электродов, количество предлагаемых различных типов электродов, прикладываемое напряжение, прикладываемая и/или достигаемая в жидкости 3 сила тока, источник переменного тока (и частота источника переменного тока, и форма волны переменного тока, рабочий цикл и т.д.), источник постоянного тока, РЧ-источник (и частота РЧ-источника, рабочий цикл и т.д.), полярность электродов и т.д. могут оказывать влияние на свойства жидкости 3 (и/или образующихся или содержащихся в жидкости 3 нанокристаллов), поскольку жидкость 3 контактирует с данными электродами 1, 5, взаимодействует с ними и/или обтекает их, и, следовательно, на итоговые свойства материалов (например, получаемых нанокристаллов, металлических ионов и/или суспензии или коллоида), получаемых из нее.
Фигуры 5a-5e показывают виды в разрезе содержащего жидкость лоткового элемента 30, применяемого в предпочтительных вариантах осуществления настоящего описания. Расстояние "S" и "S'" для предпочтительного варианта осуществления, показанного на каждой из фигур 5a-5e, составляет, например, между приблизительно 0,25" и приблизительно 6" (приблизительно 0,6 см - 15 см). Расстояние "M" лежит в диапазоне от приблизительно 0,25" до приблизительно 6" (приблизительно 0,6 см - 15 см). Расстояние "R" лежит в диапазоне от приблизительно 1/2" до приблизительно 7" (от приблизительно 1,2 см до приблизительно 17,8 см). Все эти варианты осуществления (а также дополнительные конфигурации, которые представляют альтернативные варианты осуществления, лежащие в границах настоящего раскрытия изобретения) можно использовать в комбинации с другими разработанными аспектами настоящего изобретения. Следует отметить, что количество жидкости 3, содержащееся в каждом из содержащих жидкость лотковых элементов 30 (или 30a', и/или 30b'), является функцией не только глубины "d", но также функцией фактической площади поперечного сечения. Кратко говоря, количество жидкости 3, присутствующей в электроде(ах) 1 и 5 и вокруг них, может оказывать влияние на одно или несколько действий регулируемой плазмы 4 на жидкость 3, а также на электрохимическое взаимодействие(ия) электрода 5 с жидкостью 3. Кроме того, скорость потока жидкости 3 в электроде(ах) 1 и 5 и вокруг них может также оказывать влияние на многие свойства нанокристаллов, образуемых в итоговых коллоидах или суспензиях. Такие воздействия включают не только приводящие в требуемое состояние воздействия регулируемой плазмы 4 (например, взаимодействия электрических и магнитных полей плазмы, взаимодействия электромагнитного излучения плазмы, создание различных химических частиц (например, кислот Льюиса, кислот Бренстеда-Лоури) в жидкости, изменения pH, изменения температуры жидкости (например, замедление потока жидкости может приводить к более высоким температурам жидкости и/или более продолжительному контакту или времени пребывания рядом с электродами 1/5 или вокруг них, что может также оказывать желательное влияние на получаемые конечные продукты, как, например, на размер/форму образуемых нанокристаллов и т.д.) на жидкость 3, но также концентрирование или взаимодействие регулируемой плазмы 4 с жидкостью 3. Аналогично, влияние множества аспектов электрода 5 на жидкость 3 (например, электрохимические взаимодействия, температура и т.д.) представляет собой также, по меньшей мере частично, функцию количества жидкости, находящегося рядом с электродом(ами) 5. Все эти факторы могут оказывать влияние на равновесие, которое существует между зародышеобразованием и ростом нанокристаллов, выращиваемых в жидкости 3, приводящее к, например, контролю размеров и диапазонов размеров частиц и/или контролю форм и диапазонов форм частиц.
Кроме того, начальная температура жидкости 3, входящей в лотковый элемент 30 (или 30a', и/или 30b'), может также оказывать влияние на множество свойств продуктов, получаемых в соответствии с раскрытием настоящего описания. Например, различные температуры жидкости 3 могут оказывать влияние на размер(ы) нанокристаллов и форму(ы) нанокристаллов, концентрацию или количества различных образуемых составляющих (например, временных, полупостоянных или постоянных составляющих), ионный контроль жидкости, pH, дзета-потенциал и т.д. Аналогично, контроль температуры вдоль по меньшей мере части или по существу всего лоткового элемента 30 (или 30a', и/или 30b') может оказывать желательное воздействие. Например, посредством обеспечения локального охлаждения можно контролировать итоговые свойства образуемых продуктов (например, размер(ы) нанокристаллов и/или форму(ы) нанокристаллов). Предпочтительные температуры жидкости 3 во время ее обработки лежат между точками замерзания и кипения, более типично, между комнатной температурой и точками кипения, и, даже более типично, между приблизительно 40 и 98 градусами C, и, более типично, между приблизительно 50 и 98 градусами C. Такую температуру можно контролировать посредством, например, обычного средства для охлаждения, расположенного на различных частях приспособления для обработки или вблизи них.
Кроме того, некоторые усилители обработки можно также добавлять или смешивать с жидкостью(ями) 3. Усилители обработки включают как твердые вещества, так и жидкости (и газы в некоторых случаях). Усилитель(и) обработки может предоставлять определенные преимущества при обработке и/или желательные характеристики конечного продукта. Некоторая часть усилителя(ей) обработки может функционировать как, например, желательные затравочные кристаллы (или порождать желательные затравочные кристаллы, или участвовать в создании участков зародышеобразования) и/или усилители/подавители роста кристаллографической плоскости, оказывать влияние на них или становиться их частью в электрохимических способах выращивания настоящего изобретения; или может просто функционировать как регулятор тока или мощности в электрохимических способах настоящего изобретения. Такие усилители обработки также могут благоприятно воздействовать на условия тока и/или напряжения между электродами 1/5 и/или 5/5.
-
Предпочтительным усилителем обработки является бикарбонат натрия. Примерами других усилителей процесса являются карбонат натрия, бикарбонат калия, карбонат калия, фосфат тринатрия, фосфат динатрия, фосфат мононатрия, гидроксид калия, фосфаты калия или тому подобные и их комбинации. Другим особенно предпочтительным усилителем обработки является смесь бикарбоната натрия и гидроксида калия. Другим усилителем процесса для изготовления биметаллических нанокристаллов для медицинских применений в некоторых условиях может быть любой материал, который способствует электрохимическим способам выращивания, описанным в настоящем документе; и любой материал по существу не внедрен в поверхность нанокристаллов золота или на нее; и не привносит токсичность в нанокристаллы или в суспензию, содержащую нанокристаллы. Усилители обработки могут способствовать одной или нескольким электрохимическим реакциям, раскрытым в настоящем описании; и/или могут способствовать достижению одного или нескольких желательных свойств в продуктах, образованных в соответствии с идеями настоящего описания. Предпочтительно, такие усилители обработки не содержат Cl, или хлориды, или основанные на хлоре материалы, которые требуются другими технологиями обработки.
Например, некоторые усилители обработки могут диссоциировать на положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы). Анионы и/или катионы в зависимости от множества факторов, включая состав жидкости, концентрацию ионов, прикладываемые поля, частоту прикладываемых полей, форму волны прикладываемого поля, температуру, pH, дзета-потенциал и т.д., будут перемещаться или двигаться в направлении противоположно заряженных электродов. Когда упомянутые ионы расположены на таких электродах или вблизи них, ионы могут принимать участие в одной или нескольких промежуточных реакциях с электродом(ами) и/или другим составляющим(ами), расположенным на таком электроде(ах) или вблизи него. Иногда ионы могут реагировать с одним или несколькими материалами в электроде и вызывать получение металлических ионов в жидкости. Конкретнее, иногда ионы, присутствующие в растворе между электродами, могут оказывать влияние на материал в электроде (или вблизи электрода), для того чтобы образовывались металлические нанокристаллы, "выращиваемые" из материала, предоставляемого электродом. Например, некоторые металлические ионы могут входить в жидкость 3 из электрода 5 и быть принуждены собираться вместе (например, образовывать зародыш) для образования составляющих (например, ионов, нанокристаллов и т.д.) в жидкости 3. Такие ионы можно затем использовать в качестве исходного материала для роста биметаллических нанокристаллов.
Присутствие некоторых нанокристаллических форм (или распределений по форме), содержащих определенные пространственно протяженные кристаллографические плоскости с низким индексом, может вызывать различные реакции (например, различные каталитические, электрохимические, биокаталитические и/или биофизические реакции и/или приводить различные биологические сигнальные пути в активное/неактивное состояние по сравнению с отсутствием наночастиц таких форм) и/или выборочное осуществление различных реакций в по существу идентичных условиях. Такие отличия в функционировании могут быть обусловлены различающимися поверхностными плазмонными резонансами и/или интенсивностью таких резонансов. Таким образом, посредством контроля количества (например, концентрации), размеров нанокристаллов, присутствия или отсутствия определенных кристаллографических плоскостей протяженного роста и/или нанокристаллических форм или распределения(й) по форме на определенные реакции (например, каталитические, электрохимические, биологические реакции и/или биологические сигнальные пути) можно желательным образом оказывать влияние и/или управлять ими. Такое управление может приводить к предупреждению и/или лечению множества различных заболеваний или симптомов, являющихся функцией от определенных биологических реакций и/или сигнальных путей, а также к контролю ряда путей небиологических реакций.
Кроме того, некоторые усилители обработки могут также включать в себя материалы, которые могут функционировать как носители заряда, но сами могут не быть ионами. Конкретнее, частицы на основе металла, или привнесенные, или образованные in situ (например, гетерогенное или гомогенное зародышеобразование/рост) посредством технологий электрохимической обработки, раскрытых в настоящем описании, могут также функционировать как носители заряда, затравки для кристаллов и/или усилители роста, что может приводить к образованию множества различных кристаллических форм (например, гексагональных плоскостей, октаэдров, тетраэдров, пятиугольных бипирамид (декаэдров) и т.д.). Еще раз следует отметить, что присутствие определенных размеров частиц кристаллов, протяженных кристаллографических плоскостей и/или форм или распределений по форме таких кристаллов, может желательным образом оказывать влияние на осуществление некоторых реакций (например, связывания с определенным белком или гомологом белка и/или воздействия на определенный биологический сигнальный путь, такой как воспалительный путь или протеасомальный путь).
Например, если рассмотреть фигуры 9 и 10a-10d, частицы платины, которые образуются в первом лотковом элементе 30a'/30b', вынуждены течь во второй лотковый элемент 30a'/30b' и принимать там участие в образовании биметаллических нанокристаллов. Более конкретно, первый ряд электрохимических реакций происходит в воде, содержащей подходящий усилитель обработки, для создания модифицированного раствора/суспензии вода-усилитель обработки, который затем служит в качестве запаса исходного материала для второго ряда электрохимических реакций, которые происходят во втором лотковом элементе 30a'/30b'. В некоторых случаях два отдельных лотковых элемента оставляют отдельными элементами, и выводу первого лоткового элемента дают охладиться до того, как он войдет во второй лотковый элемент. Однако в другом варианте осуществления два лотковых элемента могут представлять собой одно целое, со средством охлаждения, расположенным между двумя идентифицируемыми частями 30a'/30b', или без него.
Кроме того, поскольку усилители обработки настоящего изобретения не предполагают традиционных органических молекул, используемым в традиционных технологиях восстановительной химии, отсутствие такого химического восстановителя (или добавленного поверхностно-активного вещества) означает, что поверхности выращиваемых нанокристаллов по настоящему изобретению очень "чистые" по сравнению с наночастицами, которые образованы посредством традиционных подходов восстановительной химии. Следует понимать, что когда по отношению к поверхностям нанокристаллов применяют термин "чистый", или когда применяют фразу "по существу свободный от органических примесей или пленок" (или аналогичную фразу), это означает, что образованные нанокристаллы не имеют химических составляющих, прилипших или прикрепленных к их поверхностям, которые (1) изменяют функционирование нанокристалла и/или (2) образуют слой, поверхность или пленку, которые покрывают значительную часть (например, по меньшей мере 25% кристалла, или более типично, по меньшей мере 50% кристалла). В предпочтительных вариантах осуществления поверхности нанокристаллов полностью свободны от любых органических загрязняющих примесей или реагентов, которые существенно изменяют их функциональность. Следует, кроме того, понимать, что несущественные компоненты, которые прилипают к нанокристаллам настоящего изобретения и не оказывают отрицательного или существенного воздействия на функционирование разработанных нанокристаллов, должны рассматриваться как лежащие в границах настоящего изобретения.
Отсутствие добавленных химических веществ (например, органических веществ или основанных на хлоре материалов) обеспечивает рост атомов металла, а также не оказывает отрицательного воздействия на функционирование нанокристаллов (например, в реакциях катализа или в биологических реакциях, in vivo оно оказывает воздействие на белковую корону, образованную вокруг наночастиц/нанокристаллов в, например, сыворотке, и/или уменьшает количество токсичных соединений, вводимых в клетки или в организм). Например, но без ограничения какой-либо конкретной теорией или объяснением, в биологических реакциях образование белковой короны может управлять местоположением наночастицы/нанокристалла in vivo, а также управлять белковым фолдингом белков на поверхностях наночастиц/нанокристаллов или вблизи них. Такие изменения в функционировании могут быть обусловлены такими факторами как, но без ограничения, поверхностный заряд, поверхностный плазмонный резонанс, эпитаксиальные эффекты, двойные слои поверхности, зоны влияния, токсичные поверхностные загрязняющие примеси и другие. Такие новые формы также оказывают воздействие, например, на катализ.
Кроме того, если в процессе возникает затравочный кристалл, и/или ряд протяженных кристаллографических плоскостей начинает расти (например, гомогенное зародышеобразование), или затравочный кристалл предоставляется отдельно (например, гетерогенное зародышеобразование), интервал времени, который образованная частица (например, атом металла) может оставаться на одном или нескольких электродах или вблизи них в электрохимическом способе, может приводить к повышению размера биметаллических нанокристаллов как функции времени (например, атомы металла могут собираться в металлические нанокристаллы и, если нет препятствий со стороны некоторых органических составляющих в жидкости, они могут вырастать во множество форм и размеров). Продолжительность времени, в течение которого присутствуют условия зародышеобразования/роста кристаллов, может управлять формой(ами) и размером(ами) выращенных биметаллических нанокристаллов. Соответственно, время пребывания на электродах/вокруг них, скорость(и) потока жидкости, форма(ы) сечения лотка и т.д. вносят вклад в условия выращивания нанокристаллов, как рассмотрено в другом месте в настоящем описании.
-
3
2
2
Во многих из предпочтительных вариантов осуществления настоящего описания используют один или несколько источников переменного тока (например, трансформатор(ы) 60 и источник питания 501AC). Скорость смены полярности "+" на одном электроде на полярность "-" на том же электроде известна как герцы, Гц, частота или колебания в секунду. В Соединенных Штатах стандартная выходная частота составляет 60 Гц, тогда как в Европе она, преимущественно, составляет 50 Гц. Как показано в примерах в настоящем описании, частота может также оказывать влияние на размер, и/или форму, и/или присутствие нанокристаллов и/или ионов, образованных в соответствии с электрохимическими технологиями, раскрытыми в настоящем описании. Предпочтительные частоты составляют 5-1000 Гц, более типично 20-500 Гц, даже более типично 40-200 Гц, и, даже более типично, 50-100 Гц. Например, и без ограничения какой-либо конкретной теорией или объяснением, зарождающиеся или растущие кристаллы могут вначале испытывать действие сил притяжения на них (или на составляющие для кристаллического роста, такие как ионы или атомы, принимающие участие в образовании кристалла(ов)) вследствие, например, притяжения различных зарядов, а затем на такие составляющие действуют силы отталкивания (например, вследствие отталкивания одинаковых зарядов). Данные факторы также, очевидно, играют большую роль в зародышеобразовании и/или кристаллическом росте новых нанокристаллов, образуемых посредством воздействия на размер и/или формы частиц; а также позволяют кристаллам образовываться без необходимости в восстановителях или поверхностно-активных веществах (т.е. того, что необходимо добавлять для использования в технологиях восстановительной химии известного уровня техники), что является причиной свободы поверхностей нанокристаллов от таких добавленных химических частиц. Отсутствие органических покрытий на поверхности выращиваемых нанокристаллов изменяет (и в некоторых случаях контролирует) их биологическую функцию. Кроме того, когда в качестве жидкости применяют воду, на электродах может происходить гидролиз, приводящий к получению газа и получению других продуктов лизиса воды, включая гидратированные электроны, OH, H*, HO, HO и т.д. Такие продукты лизиса также могут участвовать в способах выращивания кристаллов, раскрытых в настоящем описании, и/или способствовать стабилизации биметаллических нанокристаллов в суспензии.
Кроме того, конкретная форма волны, используемая для определенной частоты, также оказывает воздействие на условия роста нанокристаллов и, следовательно, воздействуют на размер(ы) и/или форму(ы) нанокристаллов. При том, что в США используют стандартную частоту переменного тока, равную 60 Гц, там также используют стандартную форму "синусоидальной" волны. Как показано в примерах в настоящем описании, изменение формы волны с синусоидальной волны на квадратную волну или треугольную волну также оказывает воздействие на условия кристаллизации нанокристаллов и, следовательно, оказывает воздействие на итоговые размер(ы) и форму(ы) нанокристаллов. Предпочтительные формы волны включают синусоидальные волны, квадратные волны и треугольные волны, однако и гибридные формы волны следует рассматривать как лежащие в границах настоящего изобретения.
Кроме того, напряжение, прикладываемое в новых электрохимических технологиях, раскрытых в настоящем описании, также может оказывать воздействие на нанокристаллические размер(ы) и форму(ы). Предпочтительный диапазон напряжения составляет 20-2000 вольт, более предпочтительный диапазон напряжения составляет 50-1000 вольт, и даже более предпочтительный диапазон напряжения составляет 100-300 вольт. В дополнение к напряжениям, силы тока, используемые с данными напряжениями, как правило, составляют 0,1-10 ампер, более предпочтительный диапазон силы тока составляет 0,1-5 ампер, и даже более предпочтительный диапазон силы тока составляет 0,4-1 ампер на набор электродов при параметрах обработки, раскрытых в настоящем описании.
Кроме того, "рабочий цикл", используемый для каждой формы волны, применяемой в новых электрохимических технологиях, раскрытых в настоящем описании, может также оказывать воздействие на нанокристаллический размер(ы) и форму(ы). В этой связи, без ограничения какой-либо конкретной теорией или объяснением, интервал времени, в который электрод имеет положительное смещение, может приводить к первому ряду реакций, тогда как другой ряд реакций может происходить, когда электрод имеет отрицательное смещение. Регулируя продолжительность времени, в течение которого электроды имеют положительное или отрицательное смещение, можно контролировать размер(ы) и/или форму(ы) выращиваемых нанокристаллов. Кроме того, скорость, с которой электрод переходит к + или -, также является функцией формы волны и также влияет на размер(ы) и/или форму(ы) нанокристаллов.
Важную роль может также играть температура. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, раскрытых в настоящем описании, температура подходит к точке кипения воды в по меньшей мере части сосуда для обработки, где нанокристаллы зарождаются и растут. Например, выходная температура воды в примерах непрерывной обработки в настоящем описании лежит в диапазоне приблизительно 60-99°C. Однако, как рассмотрено в другом месте в настоящем описании, также желательными являются другие диапазоны температуры. Температура может оказывать влияние на итоговый продукт (например, размер и/или форму нанокристаллов), а также на количество итогового продукта (т.е. уровень нанокристаллов в суспензии или коллоиде в ч/млн). Например, хотя можно охлаждать жидкость 3 в лотковом элементе 30 с помощью множества известных технологий (как раскрыто в некоторых примерах в настоящем описании), во многих примерах настоящего описания жидкость 3 не охлаждают, что приводит к испарению части жидкости 3 во время ее обработки.
Следует понимать, что может существовать множество различных форм и/или сечений лоткового элемента 30 (или 30a', и/или 30b'), и все из них могут производить требуемые результаты как функцию разнообразных условий проектирования и производства. Например, одно или несколько составляющих, получаемых в части(ях) 30a' или 30b', может быть временным (например, затравочный кристалл или точка зародышеобразования) и/или полупостоянным (например, выращенные нанокристаллы, присутствующие в коллоиде). Если такое составляющее(ие), получаемое, например, в части 30a', должно желательным образом и контролируемо реагировать с одним или несколькими составляющими, получаемыми в, например, части 30b', то конечный продукт (например, свойства конечного продукта), который появляется в результате такого смешивания, может быть функцией того, когда составляющие, образованные в частях 30a' и 30b', смешиваются вместе. Кроме того, временные составляющие, образованные в первом лотковом элементе 30a'/30b', могут также оказывать воздействие на последующее образование биметаллических нанокристаллов во втором лотковом элементе 30a'/30b'. Таким образом, интервал времени, который проходит между получением первого водного продукта в первом лотковом элементе и тем, когда такой первый продукт становится исходным материалом во втором лотковом элементе, может также оказывать влияние на образование суспензии биметаллических нанокристаллов. Таким образом, температура входящих и выходящих жидкостей может подвергаться контролю/регулированию для максимального увеличения определенных желательных условий обработки, и/или желательных свойств конечных продуктов, и/или минимизации определенных нежелательных продуктов. Кроме того, усилители обработки можно выборочно использовать в одной или нескольких частях различных лотковых элементов.
Фигура 6 показывает схематический вид общего приспособления, используемого в соответствии с идеями некоторых предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. В частности, эта фигура 6 показывает боковой схематический вид лоткового элемента 30, содержащего в себе жидкость 3. Поверх лоткового элемента 30 расположено несколько управляющих устройств 20a-20d, которые, в данном варианте осуществления, прикреплены к нему съемным образом. Управляющие устройства 20a-20d могут, разумеется, постоянно быть зафиксированы в данном положении при осуществлении на практике различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Точное количество управляющих устройств 20 (и соответствующих электродов 1 и/или 5, а также конфигураций таких электродов) и расстановка или расположение управляющих устройств 20 (и соответствующих электродов 1 и/или 5) являются функцией различных предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, рассмотренных более подробно в другом месте в настоящем описании. Однако, как правило, входящая жидкость 3 (например, вода или очищенная вода, содержащая усилитель процесса) подается на средство 40 для перемещения жидкости (например, насос для жидкости, самотечное или перекачивающее жидкость средство для перекачивания жидкости 3), такое как перистальтический насос 40, для перекачивания жидкости 3 в лотковый элемент 30 с его переднего конца 31. Средство 40 для перемещения жидкости может включать любое средство для движения жидкости 3, включая, но без ограничения с подачей самотеком или гидростатическое средство, перекачивающее средство, регулирующее или клапанное средство и т.д. При этом средство 40 для перемещения жидкости должно быть способно к надежному и/или контролируемому введению известных количеств жидкости 3 в лотковый элемент 30. Продолжительность времени, в течение которого жидкость 3 содержится в лотковом элементе 30 (например, на одном или нескольких электродах 1/5 или вокруг них), также оказывает влияние на получаемые продукты (например, на размеры и/или формы выращиваемых нанокристаллов).
Когда жидкость 3 перемещена в лотковый элемент 30, может требоваться или не требоваться средство для непрерывного движения жидкости 3 в лотковом элементе 30. При этом простое средство для непрерывного движения жидкости 3 включает расположение лоткового элемента 30 под небольшим углом θ (например, меньшим чем несколько градусов, для жидкости 3 с низкой вязкостью, такой как вода) относительно поверхности опоры, на которой лотковый элемент 30 расположен. Например, разница в высоте по вертикали меньше чем один дюйм между входной частью 31 и выходной частью 32, удаленной приблизительно на 6 футов (приблизительно 1,8 метра) от поверхности опоры, может быть достаточной, при условии, что вязкость жидкости 3 не слишком высока (например, любую вязкость, близкую к вязкости воды, можно контролировать посредством течения самотеком, если такие жидкости содержатся или расположены в лотковом элементе 30). Необходимость в большем угле θ может возникать при обработке жидкости 3, имеющей более высокую вязкость, чем вода; при необходимости прохождения жидкости 3 через лоток 30 с большей скоростью и т.д. Кроме того, когда вязкости жидкости 3 повышаются так, что одной только силы тяжести недостаточно, для получения требуемого потока жидкости могут также применяться другие явления, такие как определенные применения давления гидростатического напора или гидростатического давления. Кроме того, внутри лоткового элемента 30 также может предоставляться дополнительное средство для движения жидкости 3 вдоль лоткового элемента 30. Такие средства для движения жидкости, включая механические средства, такие как мешалки, вентиляторы, винты, буры и т.д., акустические средства, такие как преобразователи, термические средства, такие как нагреватели и/или охладители (которые могут иметь дополнительные преимущества при обработке) и т.д., также желательны для применения с настоящим изобретением.
Фигура 6 также показывает накопительный резервуар или накопительный сосуд 41 у конца 32 лоткового элемента 30. Такой накопительный сосуд 41 может представлять собой любой приемлемый сосуд и/или средство для перекачивания, изготовленные из одного или нескольких материалов, которые, например, не взаимодействуют отрицательно с жидкостью 3 (или составляющими, содержащимися в ней), получаемой в лотковом элементе 30. Приемлемые материалы включают, но без ограничения, пластики, такие как полиэтилен высокой плотности (ПНД), стекло, металл(ы) (такой как некоторые сорта нержавеющей стали) и т.д. Кроме того, при том, что в данном варианте осуществления показан накопительный резервуар 41, следует понимать, что данный резервуар 41 включает в себя средство для распределения или непосредственного разлива или упаковывания жидкости 3, обработанной в лотковом элементе 30.
Устройства управления электродами, показанные в целом на, например, фигурах 2 и 6, показаны более подробно на фигуре 8c. В частности, фигура 8c показывает перспективный вид управляющего устройства 20. Фигура 8c показывает, что предлагается основная часть 25, причем упомянутая основная часть имеет верхнюю часть 25' и нижнюю часть 25''. Основная часть 25 изготовлена из подходящего жесткого пластмассового материала, включая, но без ограничения, материалы, изготовленные из структурных пластиков, резин, полиуретана, полипропилена, нейлона, тефлона, поливинила и т.д. Между двумя сборными конструкциями для регулирования электродов предусмотрена перегородка 27. Перегородка 27 может быть изготовлена из того же или другого материала, чем материал, образующий основную часть 25. Два шаговых серводвигателя 21a и 21b прикреплены к поверхности 25' основной части 25. Шаговые двигатели 21a, 21b могут представлять собой любые шаговые двигатели, способные к небольшому перемещению (например, исходя из 360 градусов, немного меньше или немного больше чем 1 градус), так что круговое движение шаговых двигателей 21a/21b приводит к вертикальному подъему или опусканию электрода 1 или 5, связанного с ними. В этой связи, первый компонент 23a в форме колеса представляет собой ведущее колесо, соединенное с выходным валом 231a приводного двигателя 21a, так что когда приводной вал 231a вращается, создается круговое движение колеса 23a. Кроме того, ведомое колесо 24a вынуждено давить на ведущее колесо 23a и в его направлении, так что между ними существует фрикционный контакт. Ведущее колесо 23a и/или ведомое колесо 24a могут включать прорезь или паз на своей внешней части, облегчающий размещение электродов 1, 5. Пружина 285, расположенная между частями 241a и 261a, прикрепленными к ведомому колесу 24a, вынуждает ведомое колесо 24a давить в направлении ведущего колеса 23a. В частности, винтовая пружина 285 может быть расположена около части оси 262a, которая выходит из блока 261a. Пружины должны иметь достаточную упругость, для того чтобы создавать приемлемые силы трения между ведущим колесом 24a и ведомым колесом 24a, так что при повороте вала 231a на определенную величину электродные сборные конструкции 5a, 5b, 1a, 1b и т.д. будут двигаться в вертикальном направлении относительно базовой части 25. Такое вращательное или круговое движение ведущего колеса 23 приводит к прямой передаче вертикальных изменений направления на электроды 1, 5, показанные в настоящем описании. По меньшей мере часть ведущего колеса 23a должна быть изготовлена из электроизоляционного материала; тогда как ведомое колесо 24a может быть изготовлено из электропроводящего материала или электроизоляционного материала, но, как правило, из электроизоляционного материала.
Приводные двигатели 21a/21b могут представлять собой любой подходящий приводной двигатель, который способен к небольшим поворотам (например, немного меньше 1°/360° или немного больше 1°/360°), так что небольшие вращательные изменения в приводном валу 231a трансформируются в небольшие вертикальные изменения в электродных сборных конструкциях. Предпочтительный приводной двигатель включает приводной двигатель, производимый RMS Technologies, шаговый двигатель модели 1MC17-S04, который представляет собой шаговый двигатель с питанием от постоянного тока. Данные шаговые двигатели 21a/21b включают в себя RS-232 соединение 22a/22b соответственно, которые позволяют приводить данные шаговые двигатели в действие посредством приспособления для удаленного управления, такого как компьютер или контроллер.
Части 271, 272 и 273 в первую очередь представляют собой регуляторы высоты, которые регулируют высоту основной части 25 относительно лоткового элемента 30. Части 271, 272 и 273 могут быть изготовлены из одинаковых, схожих или других материалов, чем основная часть 25. Части 274a/274b и 275a/275b также могут быть изготовлены из такого же, схожего или другого материала, чем основная часть 25. При этом эти части должны быть электроизоляционными, поскольку они содержат различные проводные компоненты, связанные с передачей напряжения и тока на электродные сборные конструкции 1a/1b, 5a/5b и т.д.
Что касается размера управляющего устройства 20, показанного на фигуре 8c, длина и ширина могут представлять собой любые размеры, которые охватывают размер шаговых двигателей 21a/21b и ширину лоткового элемента 30. В этой связи, длина должна быть по меньшей мере такой же, как ширина лоткового элемента 30, и, как правило, немного больше (например, на 10-30%). Ширина должна быть достаточной для помещения шаговых двигателей 21a/21b и быть не настолько большой, чтобы излишне недоиспользовать продольное пространство вдоль длины лоткового элемента 30. В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения длина составляет приблизительно 7 дюймов (приблизительно 19 миллиметров), а ширина составляет приблизительно 4 дюйма (приблизительно 10,5 миллиметра). Толщина основного элемента 25 представляет собой любую достаточную толщину, которая обеспечивает структурную, электрическую и механическую жесткость основного элемента 25, и должна по порядку величины составлять приблизительно 1/4''-3/4'' (приблизительно 6 мм-19 мм). Хотя эти размеры не являются чрезвычайно важными, данные размеры дают общее понимание размера некоторых компонентов одного предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.
Кроме того, основной элемент 25 (и компоненты, установленные на нем) может быть закрыт подходящей крышкой (не показана), для того чтобы изолировать электрически, а также создать локальную защитную среду для всех компонентов, прикрепленных к основному элементу 25. Такая крышка может быть изготовлена из любого подходящего материала, который обеспечивает соответствующую безопасность и эксплуатационную гибкость. Примеры материалов включают пластики, аналогичные используемым для других частей лоткового элемента 30 и/или управляющего устройства 20, и, как правило, прозрачны. Данный закрывающий элемент может также быть изготовлен из того же типа материалов, что и используемые для изготовления основной части 25. Крышка может включать в себя сквозные отверстия, которые могут быть выровнены с добавочными частями, например, электродов 5, которые могут быть соединены с, например, барабаном электродных проводов (не показаны на данных чертежах).
Как показано на фигуре 8j, части 242, 242a и 242b обеспечивают упругое натяжение провода 5a или 5b, помещаемого между ними. Дополнительно, данная конструкция управляющего устройства обусловливает наличие электрического соединения между источниками питания 60 или 501AC и электродами 1/5. Серводвигатель 21a функционирует, как рассмотрено выше, но два электрода приводятся в движение одним приводным серводвигателем 21a. Соответственно, один приводной двигатель 21a может заменить два приводных двигателя в случае варианта осуществления, показанного на фигуре 8j. Кроме того, посредством обеспечения электрического контакта между проводами 1/5 и источниками питания 60/501AC все электрические соединения располагаются на верхней поверхности (т.е. поверхности, удаленной от жидкости 3), что приводит к определенным преимуществам при проектировании и производстве.
Фигура 8c показывает компонент 29a, 29b из огнеупорного материала. Компонент 29 изготовлен из, например, подходящего огнеупорного компонента, включая, например, оксид алюминия или тому подобное. Огнеупорный компонент 29 может иметь в себе поперечное сквозное отверстие, которое предусмотрено для электрических соединений электрода(ов) 1 и/или 5. Кроме того, продольное сквозное отверстие присутствует вдоль длины огнеупорного компонента 29, так что электродные сборные конструкции 1/5 могут проходить через него.
Фигура 8c, в частности, показывает один электрод(ы) 1a как проходящий через первую огнеупорную часть 29a, и один электрод(ы) 5 показан как проходящий через вторую огнеупорную часть 29b. Соответственно, все электродные сборные конструкции, явным образом раскрытые в настоящем описании, а также те, на которые даются ссылки в настоящем описании, могут использоваться в комбинации с предпочтительными вариантами осуществления управляющего устройства, показанного в настоящем описании.
Для того чтобы приводить в действие управляющие устройства 20, необходимо, чтобы были осуществлены два общих способа. Первый способ использует электрическую активацию электрода(ов) 1 и/или 5 (например, прикладывание к нему мощности от предпочтительного источника питания 10), а осуществление второго общего способа включает в себя определение того, например, насколько большая мощность (например, напряжение и/или ток) приложена к электроду(ам), и соответствующую регулировку высоты электрода 1/5 в ответ на такие определения (например, ручную и/или автоматическую регулировку высоты электродов 1/5); или регулировку высоты электродов, или просто движение электрода в (например, поступательное продвижение электрода(ов) 5 через жидкость 3) жидкость 3 или в положение без контакта с ней как функцию времени. В случае применения управляющего устройства 20, подходящие инструкции передаются в шаговый двигатель 21 через порты RS-232 22a и 22b. Важные варианты осуществления компонентов управляющего устройства 20, а также способ активации электродов, рассмотрены в настоящем описании.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения используются автоматические управляющие устройства 20, показанные на различных фигурах в настоящем описании. Шаговые двигатели 21a и 21b, показаны, например, на фигуре 8c. За электродами 1/5 или наблюдают с помощью электрической схемы, представленной на каждой из фигур 8d-8h (например, для наборов электродов 1/5, которые производят плазму 4, или для наборов электродов 5/5); или наблюдают с помощью электрической схемы, представленной на каждой из фигур 8g и 8i, для наборов электродов 5/5 в некоторых вариантах осуществления настоящего описания.
L
В частности, в данном варианте осуществления электрическая схема с фигуры 8h представляет собой схему контроля напряжения. Конкретнее, за выводом напряжения от каждого из выходных плеч вторичной обмотки 603 в трансформаторе 60 наблюдают по точкам "P-Q" и точкам "P'-Q'". Конкретнее, резистор обозначенный "R", соответствует внутреннему сопротивлению измеряющего устройства-мультиметра (не показано). Выходные напряжения, измеренные между точками "P-Q" и "P'-Q'", как правило, для нескольких предпочтительных вариантов осуществления, показанных в примерах в настоящем описании, далее лежат в диапазоне между приблизительно 200 вольт и приблизительно 4500 вольт. Тем не менее, более высокие и более низкие напряжения могут работать во многих вариантах осуществления, раскрытых в настоящем описании. В каждом положении вдоль лоткового элемента 30a' для каждого набора электродов 1 и/или 5 определяли желательные целевые напряжения. Такие желательные целевые напряжения становятся фактическими прикладываемыми напряжениями посредством применения, например, управления схемой, показанного на фигурах 8d, 8e и 8f. Данные фигуры 8d, 8e и 8f относятся к наборам реле, управляемым посредством схемы в сборе Velleman K8056 (несущей микрочип PIC16F630-I/P). Каждый трансформатор 60 соединен электрически способом, показанным на фигуре 8h. Каждый трансформатор 60 и связанные точки измерения "P-Q" и "P'-Q'" соединены с отдельным реле. Например, точки "P-Q" соответствуют реле номер 501 на фигуре 8d, и точки "P'-Q'" соответствуют реле 502 на фигуре 8d. Соответственно, для каждого трансформатора 60 требуются два реле. Каждое реле 501, 502 и т.д. последовательно запрашивает первое выходное напряжение от первого плеча вторичной обмотки 603 и затем второе выходное напряжение от второго плеча вторичной обмотки 603; и такое запрашивание продолжается на первом выходном напряжении от второго трансформатора 60b на первом плече его вторичной обмотки 603 и затем на втором плече вторичной обмотки 603 и так далее.
Компьютер или логическое управление для раскрытых технологий регулирования напряжения с помощью запрашивания получают с помощью любых обычных программы или контроллера, включая, например, в предпочтительном варианте осуществления стандартные стадии выполнения программы на Visual Basic, используемые в ПК. Такие стадии выполнения программы включают запрашивание, считывание, сравнение и отсылку соответствующего кода выполнения действия (например, поднятия или опускания электрода относительно поверхности 2 жидкости 3). Такие технологии должны быть понятны среднему специалисту в данной области техники.
L
Кроме того, в другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, используемом в примере 1 для наборов электродов 5/5', автоматическими управляющими устройствами 20 управляют посредством электрических схем с фигур 8e, 8f, 8g и 8i. В частности, электрическая схема с фигуры 8i представляет собой схему контроля напряжения, применяемую для измерения тока. В данном случае напряжение и ток представляют собой одинаковые численные значения вследствие выбора резистора (рассмотренного в настоящем описании далее). Конкретнее, за выходом напряжения от каждого источника питания 501AC наблюдают по точкам "P-Q" и точкам "P'-Q'". Конкретнее, резистор обозначенный "R", соответствует внутреннему сопротивлению измеряющего устройства-мультиметра (не показано). Выходные напряжения, измеренные между точками "P-Q" и "P'-Q'", как правило, для нескольких предпочтительных вариантов осуществления, показанных в примерах в настоящем описании далее, лежат в диапазоне между приблизительно 0,05 вольт и приблизительно 5 вольт. Тем не менее, более высокие и более низкие напряжения могут работать во многих вариантах осуществления, раскрытых в настоящем описании. В каждом положении вдоль лоткового элемента 30b' для каждого набора электродов 5/5' определяли желательные целевые напряжения. Такие желательные целевые напряжения становятся фактическими прикладываемыми напряжениями посредством применения, например, управления схемой, показанного на фигурах 8e, 8f, 8g и 8i. Данные фигуры 8 относятся к наборам реле, управляемым посредством схемы в сборе Velleman K8056 (несущей микрочип PIC16F630-I/P).
В частности, серводвигатель 21 приводят во вращение в конкретное заранее определенное время, для того чтобы поддерживать желательный профиль электрода 5. Серводвигатель 21 отвечает поворотом на заранее определенную величину в направлении по часовой стрелке. Конкретнее, серводвигатель 21 поворачивается на достаточную величину, так что приблизительно 0,009 дюйма (0,229 мм) электрода 5 продвигается в направлении и внутрь охватывающей приемной части o5 (показанной, например, на фигурах 10b и 11a). Таким образом, электрод 5 поступательно продвигается через жидкость 3. В одном предпочтительном варианте осуществления, рассмотренном в настоящем описании, такое движение электрода 5 происходит приблизительно каждые 4,3 минуты. Соответственно, скорость вертикального движения каждого электрода 5 в охватывающую приемную часть o5 составляет приблизительно 1 дюйм (приблизительно 1,9 см) каждые 8 часов. Соответственно, по существу постоянные форма или профиль электрода 5 поддерживаются его постоянным или постепенным продвижением в и через жидкость 3. Кроме того, когда передний конец электрода 5 достигает продольного конца охватывающей приемной части o5, электрод 5 может быть удален из приспособления для обработки. Альтернативно, может предоставляться средство для сбора электродов для сбора "использованных" частей электрода.
Такие средства для сбора электрода(ов) 5 включают, но без ограничения, свивающее или намоточное устройство, и выступающую часть o5, устройство для разрезания или нарезки проволоки и т.д. При этом, для того чтобы получать разные профили тока/напряжения (и, следовательно, множество различных размеров и/или форм нанокристаллов), другие скорости движения электрода также лежат в границах настоящего изобретения.
Кроме того, рассматривая конкретно фигуры 8e, 8f, 8g и 8i, следует отметить, что процедура запрашивания происходит последовательно посредством определения напряжения каждого электрода, которое в вариантах осуществления настоящего описания эквивалентно силе тока, поскольку на фигуре 8i сопротивления Ra и Rb составляют приблизительно 1 Ом, соответственно V=I. Другими словами, каждый источник питания 501AC соединен электрически способом, показанным на фигурах 8e, 8f, 8g и 8i. Каждый источник питания 501AC и связанные точки измерения "P-Q" и "P'-Q'" соединены с двумя отдельными реле. Например, точки "P-Q" соответствуют реле номер 501 и 501' на фигуре 8g, и точки "P'-Q'" соответствуют реле 502, 502' на фигуре 8g. Соответственно, для каждого набора электродов 5/5 требуются реле. Каждое реле 501/501' и 502/502' и т.д. последовательно запрашивает выходное напряжение от источника питания 501AC и затем второе напряжение от того же источника питания 501AC и так далее.
Компьютер или логическое управление для раскрытых технологий регулирования высоты электрода получают с помощью любых обычных программы или контроллера, включая, например, в предпочтительном варианте осуществления стандартные стадии выполнения программы на Visual Basic, используемые в ПК. Такие стадии выполнения программы включают считывание и отсылку соответствующего кода выполнения действия, для того чтобы опустить электрод относительно поверхности 2 жидкости 3. Такие технологии должны быть понятны среднему специалисту в данной области техники.
Определения
Для целей настоящего изобретения нижеследующие термины и выражения, встречающиеся в описании изобретения и формуле изобретения, имеют следующие значения.
"По существу чистый", как используется в настоящем описании, при использовании для описания поверхностей нанокристаллов следует понимать как означающий, что нанокристаллы не имеют химических составляющих, прилипших или прикрепленных к их поверхностям в таких количествах, которые существенно изменяют функционирование нанокристалла в по меньшей мере одном из его существенных свойств как нанокристалла на основе металла, изложенных в примерах в настоящем описании. Альтернативно, нанокристалл на основе металла не имеет слоя, поверхности или пленки, которые покрывают значительную часть (например, по меньшей мере 25% кристалла или в другом варианте осуществления по меньшей мере 50% кристалла). Это также может означать, что поверхности нанокристаллов полностью свободны от любых органических загрязняющих примесей, которые существенно изменяют их функциональность, поверх открытых поверхностей золотых кристаллов. Следует понимать, что несущественные компоненты, которые прилипают к нанокристаллам настоящего изобретения и не оказывают отрицательного или существенного воздействия на функционирование разработанных нанокристаллов, должны рассматриваться как лежащие в границах настоящего изобретения. Следует также понимать, что данный термин является относительным понятием, ссылающимся на отсутствие традиционных органических молекул (т.е. тех, которые используют в традиционных технологиях восстановительной химии) на поверхностях выращиваемых нанокристаллов настоящего изобретения.
Как используется в настоящем описании, термин "усилитель обработки", или "улучшенная обработка", или "усилитель процесса" обозначает по меньшей мере один материал (например, твердый, жидкий и/или газообразный) и, как правило, обозначает неорганический материал, каковой материал не связывается значительно с образуемыми нанокристаллами, но в некоторой степени облегчает зародышеобразование/рост во время электрохимически стимулируемого процесса роста. Данный материал играет важную роль в данном процессе, включая предоставление заряженных ионов в электрохимическом растворе для обеспечения роста кристаллов. Усилитель процесса, что немаловажно, является соединением(ями), которое остается в растворе, и/или не образует покрытие (в одном варианте осуществления органическое покрытие), и/или не влияет неблагоприятным образом на образуемые нанокристаллы или образуемую суспензию(и), и/или разрушается, выпаривается или как-либо еще утрачивается во время электрохимического процесса выращивания кристаллов.
Следует понимать, что фраза "лотковый элемент", как используется в настоящем описании, обозначает большое множество устройств для работы с жидкостью, включая трубки, желоба, каналы или протоки, существующие в материалах или объектах, трубопроводы, водоводы, трубы, спуски, шланги и/или сливы, при условии, что они совместимы с электрохимическими способами, раскрытыми в настоящем описании.
Нижеследующие примеры служат для иллюстрации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения, но не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего раскрытия, как определено в прилагаемой формуле изобретения.
Пример 1
Получение основанных на золоте нанокристаллов/суспензий нанокристаллов NE10214
В целом, данный пример использует некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Все лотковые элементы 30a' и 30b' на вышеупомянутых фигурах были изготовлены соответственно из плексигласа толщиной 1/8'' (приблизительно 3 мм) и поликарбоната толщиной 1/4'' (приблизительно 6 мм). Поддерживающая структура 34 (не показана на многих фигурах, но показана на фигуре 9) была также изготовлена из плексигласа, который имел толщину приблизительно 1/4'' (толщину приблизительно 6-7 мм). Каждый лотковый элемент 30a' был объединен с лотковым элементом 30b'. Форма сечения лоткового элемента 30a', используемого в данном примере, соответствовала форме, показанной на фигуре 5b (т.е. сечение было трапециевидным). Соответствующими размерами для 30a' были "S,S'", которые составляли приблизительно 1,5'' (приблизительно 3,81 см), "M", который составлял приблизительно 2,5'' (приблизительно 6,35 см), "R", составлявший приблизительно 3/4'' (приблизительно 1,9 см), и "d'", который составлял приблизительно 1/2'' (приблизительно 1,3 см).
T
Каждый лотковый элемент 30b' имел форму сечения, соответствующую фигуре 5a. Соответствующие размеры для лоткового элемента 30b' приведены в таблице 1 как "M" (т.е. внутренняя ширина лотка у входа и точно соответствующая часть лоткового элемента 30b'), "L" (т.е. поперечная длина или длина потока лоткового элемента 30b'), "S" (т.е. высота лоткового элемента 30b') и "d''" (т.е. глубина жидкости 3'' в лотковом элементе 30b'). Толщина каждой боковой части лотка 30b' также имела толщину приблизительно 1/4'' (приблизительно 6 мм).
Воду 3, использованную в примере 1 в качестве ввода в лотковый элемент 30a' (и использованную в примерах 1-17 в комбинации с усилителем обработки), получали посредством обратного осмотического процесса и процесса деионизации (в настоящем описании называется деионизированной водой). По существу, обратный осмос (RO) представляет собой процесс разделения на мембране под действием давления, которым отделяют частицы, которые представляют собой растворенные и/или суспендированные вещества, от грунтовой воды. Он называется "обратным" осмосом, поскольку давление прикладывается в обратную сторону по сравнению с естественным потоком осмоса (который добивается равновесия концентрации материалов на обеих сторонах мембраны). Прикладываемое давление двигает воду через мембрану, оставляя загрязняющие примеси на одной стороне мембраны и очищенную воду на другой. Обратноосмотическая мембрана использует несколько тонких слоев или листов пленки, которые скреплены вместе и свернуты в спиральную конфигурацию вокруг пластиковой трубки. (Это также известно как тонкопленочная композитная или TFC мембрана.) Помимо удаления растворенных частиц, RO мембрана также выделяет суспендированные материалы, включая микроорганизмы, которые могут присутствовать в воде. После RO обработки использовали деионизационный фильтр смешанного действия. Общее содержание растворенных растворителей ("TDS") после обеих обработок составляло приблизительно 0,2 ч/млн по измерениям с помощью измерителя pH/проводимости Accumet AR20.
3
3
3
3
Таблица 1 показывает, что количество усилителя обработки (PE) (NaHCO), которое добавляли к очищенной воде, составляло приблизительно 0,53 мг/мл. Следует понимать, что другие количества данного усилителя обработки также функциональны в границах настоящего изобретения. Смесь очищенная вода/NaHCO использовали в качестве ввода жидкости 3 в лотковый элемент 30a'. Глубина "d'" жидкости 3' в лотковом элементе 30a' (т.е. там, где образуется плазма(ы) 4) составляла от приблизительно 7/16'' до приблизительно 1/2'' (от приблизительно 11 мм до приблизительно 13 мм) в различных точках вдоль лоткового элемента 30a'. Глубиной "d'" частично управляли посредством применения перемычки 80 (показана на фигуре 9). Конкретнее, вблизи выходного конца 32 лоткового элемента 30a' устанавливали перемычку 80, и она помогала создавать глубину "d'" (показана на фигуре 5b как "d"), равную приблизительно 7/6''-1/2'' (приблизительно 11-13 мм). Высота перемычки 80 была равна приблизительно 1/4'' (приблизительно 6 мм), а продольная длина была равна приблизительно 1/2'' (приблизительно 13 мм). Ширина полностью охватывала нижний размер "R" лоткового элемента 30a'. Соответственно, общий объем жидкости 3' в лотковом элементе 30a' во время ее работы составлял от приблизительно 2,14 дюйм (приблизительно 35 мл) до приблизительно 0,89 дюйм(приблизительно 14,58 мл).
Скорость потока жидкости 3' в лотковом элементе 30a', а также в лотковом элементе 30b' составляла приблизительно 230 мл в минуту, и скорость потока вне лоткового элемента 30b' в точке 32 составляла приблизительно 220 мл в минуту (т.е. благодаря испарению). Другие приемлемые скорости потока должны рассматриваться как лежащие в границах настоящего изобретения.
Такой поток жидкости 3' получали с помощью применения привода 40 насоса Masterflex L/S, работающего на 0,1 лошадиных сил, 10-600 об/мин. Номер модели насоса 40 Masterflex был 7523-80. Привод насоса имеет насадку насоса, также изготовленную Masterflex, известную как Easy-Load, модель № 77201-60. В общих чертах, насадка для насоса 40 известна как перистальтическая насадка. Точные настройки насоса были 230 миллиметров в минуту. Трубку Tygon с диаметром, равным 1/4'' (т.е. размером 06419-25), помещали в перистальтическую насадку. Трубка была изготовлена Saint Gobain для Masterflex. Один конец трубки подводили к первому концу 31 лоткового элемента 30'a.
Таблица 1 показывает, что был один набор электродов 1a/5a. Источником питания для каждого набора электродов 1/5 был трансформатор 60 переменного тока. Конкретнее, фигура 7a показывает источник питания переменного тока 62, соединенный с трансформатором 60. Кроме того, предлагается конденсатор 61, для того чтобы, например, коэффициенты потерь в схеме можно было регулировать. Выход трансформатора 60 соединен с электродом(ами) 1/5 посредством управляющего устройства 20. Предпочтительным трансформатором для применения с настоящим изобретением является трансформатор, который использует переменный ток, протекающий в первичной обмотке 601, для создания переменного магнитного потока в сердечнике 602, который легко проводит данный поток.
Когда вторичная обмотка 603 расположена вблизи первичной обмотки 601 и сердечника 602, данный поток связывает вторичную обмотку 603 с первичной обмоткой 601. Эта связь вторичной обмотки 603 вызывает напряжение на вторичных клеммах. Величина напряжения на вторичных клеммах непосредственно связана с отношением витков вторичной обмотки к виткам первичной обмотки. Большее количество витков на вторичной обмотке 603, чем на первичной обмотке 601, приводит к повышению напряжения, тогда как меньшее количество витков приводит к понижению напряжения.
Предпочтительный трансформатор(ы) 60 для применения в данных примерах имеет намеренно слабую регулировку выходного напряжения, которая возможна посредством использования магнитных шунтов в трансформаторе 60. Такие трансформаторы 60 известны как трансформаторы для неоновых ламп. Такая конфигурация ограничивает протекание тока в электрод(ы) 1/5. При большом изменении в напряжении выходной нагрузки трансформатор 60 поддерживает ток выходной нагрузки в пределах относительно узкого диапазона.
Трансформатор 60 классифицируют по его вторичному напряжению разомкнутой цепи и вторичному току короткого замыкания. Напряжение разомкнутой цепи (OCV) появляется на выходных клеммах трансформатора 60, только когда электрическое соединение отсутствует. Аналогично, ток короткого замыкания идет от выходных клемм, только если эти клеммы замыкают накоротко (в каковом случае выходное напряжение равно нулю). Однако, когда между теми же самыми клеммами подсоединить нагрузку, выходное напряжение трансформатора 60 должно упасть до величины где-то между нулем и номинальным OCV. Фактически, если трансформатор 60 нагружен правильно, это напряжение составляет приблизительно половину номинального OCV.
Трансформатор 60 известен как симметричная конструкция с опорной средней точкой (например, также ранее известен как симметричный с заземленной средней точкой). Он наиболее широко представлен среди трансформаторов с напряжением от среднего до высокого и большинства трансформаторов с 60 мА. Это единственный тип трансформаторов, пригодный для системы с "обратным проводом средней точки". "Симметричный" трансформатор 60 имеет одну первичную обмотку 601 с двумя вторичными обмотками 603 по одной с каждой стороны от первичной обмотки 601 (как показано в общем в схематическом виде на фигуре 7bg). Такой трансформатор 60 может во многих случаях работать как два трансформатора. Как и у несимметричного с опорной средней точкой варианта сердечника и обмотки, один конец каждой вторичной обмотки 603 прикреплен к сердечнику 602 и затем к корпусу трансформатора, а другой конец каждой вторичной обмотки 603 прикреплен к выходному концу или клемме. Таким образом, при отсутствии соединителей на ненагруженном 15000-вольтовом трансформаторе данного типа будет измеряться приблизительно 7500 вольт между каждой вторичной клеммой и корпусом трансформатора, но между двумя выходными клеммами будет измеряться приблизительно 15000 вольт.
В цепях переменного тока (AC) с коэффициентом линейной мощности, равным 1 (или 100%), как напряжение, так и ток вначале равны нулю, поднимаются до пикового значения, падают до нуля, доходят до отрицательного пикового значения и снова до нуля. Это составляет один период типичной синусоидальной волны. Это происходит 60 раз в секунду при типичном применении в США. Таким образом, такое напряжение или ток имеет характеристическую "частоту" мощности, равную 60 циклов в секунду (или 60 герц). Коэффициент мощности зависит от расположения кривой напряжения относительно кривой тока. Когда обе кривые проходят через нуль вместе и их пиковые значения достигаются вместе, они находятся в фазе и коэффициент мощности равен 1 или 100%. Фигура 7c показывает две кривые "V" (напряжение) и "C" (ток), которые находятся в фазе друг с другом и имеют коэффициент мощности, равный 1 или 100%; тогда как фигура 7d показывает две кривые "V" (напряжение) и "C" (ток), которые находятся не в фазе друг с другом и имеют коэффициент мощности, равный приблизительно 60%; обе кривые не проходят через нуль в одно и то же время и т.д. Кривые находятся не в фазе, и их коэффициент мощности составляет менее чем 100%.
Нормальный коэффициент мощности большинства таких трансформаторов 60 главным образом обусловлен эффектом магнитных шунтов 604 и вторичной обмотки 603, которые эффективно добавляют индуктивность на выход схемы трансформатора 60 для ограничения тока на электроды 1/5. Коэффициент мощности может быть увеличен до более высокого коэффициента мощности посредством применения конденсатора(ов) 61, помещенного параллельно первичной обмотке 601 трансформатора 60, что приводит волны входного напряжения и тока в фазу в большей степени.
Напряжение без нагрузки любого трансформатора 60, предназначенного для применения в настоящем изобретении, является важным, также как и его внутренняя структура. Желательные трансформаторы без нагрузки для применения в настоящем изобретении включают трансформаторы, которые имеют около 9000 вольт, 10000 вольт, 12000 вольт и 15000 вольт. При этом эти конкретные значения напряжения на трансформаторе без нагрузки не следует рассматривать как ограничивающие объем приемлемых источников питания как дополнительных вариантов осуществления. Конкретным желательным трансформатором для применения в данных примерах является изготовленный Franceformer, каталожный № 9060-P-E, который работает с параметрами: первичный 120 вольт, 60 Гц; и вторичный 9000 вольт, 60 мА.
Соответственно, каждое трансформаторное устройство 60a-60h (и/или 60a'-60h'; и/или 60a''-60h'') может представлять собой один и тот же трансформатор, или может быть комбинацией различных трансформаторов (а также различных полярностей). Выбор трансформатора, коэффициент мощности, конденсатор(ы) 61, полярность, конструкции электродов, расположение электродов, состав электродов, форма(ы) сечения лоткового элемента 30a', локальный или глобальный состав электродов, атмосфера(ы), локальная или глобальная скорость(и) потока жидкости 3, локальные компоненты жидкости 3', объем жидкости 3', локально подвергаемый воздействию различных полей в лотковом элементе 30a', соседние (например, как вверх, так и вниз по потоку) наборы электродов, локальные концентрации поля, применение, и/или расположение, и/или состав всех используемых в лотковом элементе мембран и т.д. являются факторами, которые оказывают влияние на условия обработки, а также композицию и/или объем составляющих, получаемых в жидкости 3', нанокристаллов и суспензий или коллоидов нанокристаллов, изготавливаемых в соответствии с различными вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем описании. Соответственно, на практике можно осуществлять множество вариантов осуществления в соответствии с подробным раскрытием, представленным в настоящем описании.
Провода, используемые для присоединения электрода 1 к трансформатору 60, представляли собой для примеров 1-3 провод из золота 99,95% (3N5) с диаметром, равным приблизительно 1 мм. Плазму 4 создавали с помощью электрода 1, аналогичного по форме показанному на фигуре 3e и весившего приблизительно 9,2 грамм. Данный электрод состоял более чем на 99,95% из чистого золота. Другой электрод 5a имел размер приблизительно 1 мм по толщине золотой проволоки (99,95%) и был приблизительно на 9 мм погружен в жидкость 3'.
L
Как показано на фигурах 10b и 11a, вывод из лоткового элемента 30a' представлял собой приведенную в требуемое состояние жидкость 3', и данная приведенная в требуемое состояние жидкость 3' текла непосредственно во второй лотковый элемент 30b'. Второй лотковый элемент 30b', показанный на фигурах 10b и 11a, имел размеры, приведенные в таблице 1. Данный лотковый элемент 30b' содержал приблизительно 885 мл жидкости 3''. В таблице 1 приведена конфигурация электродов, показанная на фигурах 8b и 11a, что означает, что семь наборов электродов 5/5' (показаны на фигуре 8b) были расположены, как показано на фигуре 11a (т.е. перпендикулярно направлению потока жидкости 3''). Каждый набор электродов 5/5' содержал проволоку из чистого золота 99,99% с размером приблизительно 1,0 мм в диаметре, как указано в таблице 1. Длина каждого проволочного электрода 5, которая имела контакт с жидкостью 3'' (приведена как "W" в таблице 1), составляла приблизительно 1'' (приблизительно 25,4 мм). Другие ориентации лежат в границах настоящего раскрытия.
Источник питания (или трансформатор) переменного тока 501AC, показанный на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, приведенных в настоящем описании. Данный трансформатор 501AC представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 2 кВА. Что касается фигур 10a-10d и 11a-11b, каждый отдельный набор электродов 5/5' (например, набор 2, набор 3 - набор 8 или набор 9) был электрически соединен с источником питания 501AC, как показано на фигуре 10a. Конкретнее, источник питания 501AC был электрически соединен с каждым набором электродов, в соответствии со схемой проводки, показанной на фигуре 10a. В таблице 1 каждый из наборов электродов обозначен как "набор №" (например, от "набора 1" до "набора 8"). Каждый электрод из наборов электродов 1/5 или 5/5 был настроен для работы при определенном напряжении. Напряжения, перечисленные в таблице 1, являются напряжениями, используемыми для каждого набора электродов. Также приведено расстояние "c-c" (на фигуре 6) от центральной линии каждого набора электродов до соседнего набора электродов. Кроме того, также приведено расстояние "x", связанное с каждым используемым электродом 1. Для электрода 5 расстояние "x" не приведено. Также в таблице 1 приведены другие соответствующие параметры. Все материалы для электродов 1/5 получали от Hi-Rel, расположенной по адресу 23 Lewis Street, Fort Erie, Онтарио, Канада, L2A 2P6. Как видно на фигурах 10b, 10c и 11a, каждый электрод 5/5' вначале приводили в контакт с жидкостью 3", так что он едва входил в охватывающую приемную трубку o5. Через некоторое количество времени, в которое шел процесс, золотой металл удалялся с каждого проволочного электрода 5, что делало электрод 5 тоньше (т.е. он становился меньше в диаметре), что изменяло, например, плотность тока и/или скорость, с которой образовывались наночастицы золота. Соответственно, электроды 5 сдвигали в направлении охватывающих приемных трубок o5, что приводило ко входу в жидкость 3'' в верхней части ее поверхности свежих и более толстых электродов 5. По существу, на электродах 5 формируется эрозионный профиль или эффект заострения после некоторой продолжительности времени обработки (т.е. части проволоки вблизи поверхность жидкости 3'' были, как правило, толще, чем части вблизи охватывающих приемных трубок o5), и такой профиль или заострение проволочных электродов может оставаться по существу постоянным на протяжении всего процесса получения, если требуется, что приводит к получению по существу идентичного продукта в любой момент времени после начальной фазы предравновесия во время производственного процесса, что делает возможным, например, соответствие данного способа cGMP по современным руководствам FDA и/или также соответствие ISO 9000.
Электроды 5/5 приводили в действие или двигали со скоростью, равной приблизительно 1 дюйм за 8 часов. Образцы собирали только в фазе равновесия. Имеет место фаза предравновесия, поскольку, например, концентрация нанокристаллов, производимых в жидкости 3'', возрастает как функция времени, до тех пор пока концентрация не достигнет условий равновесия (например, условий по существу постоянного зародышеобразования и роста в приспособлении), каковые условия равновесия остаются по существу постоянными на протяжении остальной обработки благодаря способам управления, раскрытым в настоящем описании.
Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами от 20 до 20g, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 1/5 или 5/5 в каждом наборе электродов. Две охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g' были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется. Каждая охватывающая приемная трубка o5 была изготовлена из поликарбоната и имела внутренний диаметр, равный приблизительно 1/8 дюйма (приблизительно 3,2 мм), и была прикреплена на своем месте посредством раствора клея к нижней части лоткового элемента 30b'. Отверстия внизу лоткового элемента 30b' позволяли закреплять в них внешний диаметр каждой трубки o5, так что один конец трубки o5 был вровень с поверхностью нижней части лотка 30b'. Нижнюю часть трубки o5 закупоривают. Внутренние диаметры трубок o5 эффективно препятствуют сколько-нибудь значительным количествам жидкости 3" входить в охватывающую приемную трубку o5. Однако некоторое количество жидкости может втекать внутрь одной или нескольких охватывающих приемных трубок o5. Длина или вертикальная высота каждой охватывающей приемной трубки o5, используемой в данном примере, составляла приблизительно 6 дюймов (приблизительно 15,24 см), однако меньшие или большие длины лежат в границах настоящего раскрытия. Кроме того, хотя охватывающие приемные трубки o5 показаны далее прямыми, такие трубки могут быть изогнуты в форме буквы J или буквы U, так что их отверстия, противоположные лотковому элементу 30b', могут быть выше верхней поверхности жидкости 3'', если требуется.
3
3
В опыте, описанном в данном примере, использовали следующий усилитель обработки. А именно, приблизительно 2,0 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,528 г/литр) гидрокарбоната натрия ("соды"), имеющего химическую формулу NaHCO, добавляли к воде 3 и смешивали с ней. Соду получали от Alfa Aesar, и сода имела вес по формуле, равный 84,01, и плотность, равную приблизительно 2,159 г/см.
При этом переменный ток частоты 60 Гц с синусоидальной волной использовали для изготовления суспензий или коллоидов нанокристаллов и/или растворов ионов в соответствии с идеями настоящего описания. Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый источник переменного тока Chroma 61604. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 220 вольт. Прикладываемый ток составлял между приблизительно 4,5 ампера и приблизительно 5,5 ампера.
Таблица 1 суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10c. Также таблица 1 раскрывает: 1) "Получаемое Au, ч/млн" (например, концентрации нанокристаллов золота); 2) "средний диаметр по ПЭМ", который представляет собой моду, соответствующую диаметру кристаллов, который встречается наиболее часто, определенную посредством ПЭМ-анализа; и 3) "гидродинамический радиус", измеренный с помощью Zetasizer ZS-90. Данное определение физических характеристик осуществляли, как рассмотрено в другом месте в настоящем описании.
Просвечивающая электронная микроскопия
Как правило, образцы для ПЭМ получали посредством использования сетки, покрытой формваром, стабилизированной с помощью углерода, с размером отверстий 200. Вначале сетки подвергали предварительной обработке посредством обработки плазмой под вакуумом. Сетки помещали на предметное стекло микроскопа, выровненное с прямоугольным листом фильтровальной бумаги, и затем помещали в аппарат Denton Vacuum с обязательно установленным вспомогательным приспособлением для плазменного генератора. Вакуум поддерживали на уровне 75 мТорр, и плазму вызывали и поддерживали в течение приблизительно 30 секунд. После окончания систему вентилировали и удаляли сетки. Сетки были стабильными вплоть до 7-10 дней в зависимости от условий влажности, но во всех случаях их использовали в течение 12 часов.
Приблизительно 1 мкл каждой разработанной суспензии нанокристаллов помещали на каждую сетку и давали высохнуть на воздухе при комнатной температуре в течение 20-30 минут или до тех пор, пока не испарялись капли. После полного испарения сетки помещали на держатель на время осуществления ПЭМ-анализа.
Для исследования всех полученных образцов использовали просвечивающий электронный микроскоп Philips/FEI Tecnai 12. Данный прибор эксплуатировали при ускоряющем напряжении, равном 100 кэВ. После регулировки пучка образцы изучали при различных увеличениях вплоть до и включая 630000×. Изображения собирали посредством прикрепленной камеры Olympus Megaview III, установленной сбоку, которая передавала изображения непосредственно на ПК, оснащенный программным обеспечением iTEM и Tecnai User Interface, которое предназначено для управления камерой и прибором ПЭМ соответственно.
Фигура 11c показывает типичную ПЭМ-микрофотографию, соответствующую высушенному раствору NE10214, содержащему золотые нанокристаллы, высушенные из суспензии, изготовленной в соответствии с данным примером. Фигура 11d соответствует измеренному с помощью ПЭМ распределению по размеру, используемому для вычисления среднего диаметра по ПЭМ и приведенному в таблице 1.
Измерения pH производили с помощью измерителя pH/проводимости Accumet AR20, в котором pH-зонд помещали во флакон емкостью 50 мл, содержащий представляющие интерес образцы, которым дали стабилизироваться. Затем три отдельных измерения pH проводили и усредняли по образцам. NE10214 имел pH, равный приблизительно 8,94.
Спектры поглощения энергии для образцов получали с применением спектроскопии в УФ и видимой областях. Данную информацию получали с применением спектрометра для УФ и видимой областей Thermofisher Evolution 201, оснащенного двухлучевой системой монохроматора Черни-Тэрнера и двумя кремниевыми фотодиодами. Было предусмотрено оборудование для облегчения измерения образцов жидкостей с низкими концентрациями с помощью одного из нескольких держателей для образца из плавленного кварца или "кювет". Данные получали в диапазоне длин волн приблизительно 300-900 нм со следующими параметрами: ширина полосы 1 нм, шаг данных 0,5 нм. Первичным источником энергии была ксеноновая импульсная лампа. Оптический путь спектрометра располагали так, чтобы предоставить возможность лучу энергии проходить через центр кюветы каждого образца. Подготовка образцов ограничивалась заполнением и закрыванием кювет и затем физическим помещением образцов в держатель кювет в полностью закрытом кюветном отсеке спектрометра. Определяли оптическое поглощение энергии для каждого образца. Выходные данные измеряли и отображали в единицах поглощения (по закону Бера-Ламберта) в зависимости от длины волны.
Фигура 11e показывает спектральные картины в УФ и видимой областях для суспензии/коллоида NE10214 для диапазона длин волн, составляющего приблизительно 350 нм - 900 нм.
Динамическое рассеяние света на Zetasizer
Как правило, измерения динамического рассеяния света (ДРС) осуществляли на приборе для ДРС Zetasizer Nano ZS-90. При ДРС, когда лазерный свет попадает на небольшие частицы и/или организованные водные структуры вокруг небольших частиц (меньших, чем длина волны), свет рассеивается во всех направлениях, что приводит к зависимой от времени флуктуации в интенсивности рассеяния. Флуктуации интенсивности обусловлены броуновским движением рассеивающей комбинации частиц/водных структур и содержат информацию о распределении по размеру кристаллов.
Прибору давали прогреться в течение по меньшей мере 30 минут до экспериментов. Измерения проводили с применением квадратной стеклянной ячейки PCS8501 с длиной оптического пути 1 см. Использовали следующую методику:
1. Вначале добавляли в ячейку 1 мл DI воды с помощью микропипетки на 1 мл, затем воду сливали из ячейки в стакан для отходов и остаток воды вытряхивали из измерительной полости ячейки. Эту стадию повторяли еще дважды, для того чтобы тщательно промыть ячейку.
2. 1 мл образца добавляли в ячейку с помощью микропипетки на 1 мл. После этого всю жидкость удаляли из ячейки с помощью той же пипетки с применением того же наконечника для пипетки и удаляли в стакан для отходов. Снова добавляли 1 мл образца с применением того же наконечника.
3. Ячейку с образцом помещали в блок для ячейки с контролем температуры прибора Zetasizer выгравированным знаком вперед. Открывали новый эксперимент в программном обеспечении Zetasizer. Измерение начинали через 1 минуту после установления температурного равновесия, и мощность лазера уменьшали до соответствующего значения. Результаты сохраняли после окончания всех опытов.
4. Ячейку вынимали из прибора, и образец удаляли из ячейки с помощью тех же пипетки и наконечника, которые использовали на стадии 2.
5. Стадии со 2 по 4 повторяли еще дважды для каждого образца.
6. Для нового образца брали новый наконечник пипетки на 1 мл, для того чтобы избежать загрязнения предыдущим образцом, и повторяли стадии с 1 по 5.
Сбор и обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения Zetasizor версии 6.20. Следующие параметры использовали для всех экспериментов: продолжительность опыта - 20; эксперименты - 10; растворитель - вода, 0 ммоль; вязкость - 0,8872 сП; показатель преломления - 1,333; температура блока - +25°C. После сохранения данных каждого эксперимента результаты просматривали на странице "Records view" программного обеспечения. Распределение по размеру частиц (т.е. гидродинамические радиусы) анализировали по графику "Intensity PSD". Технологии динамического рассеяния света применяли для получения измерения размеров кристаллов (например, гидродинамических радиусов), получаемых в соответствии с данным примером. Гидродинамический радиус приведен в таблице 1 равным 19,43 нм.
Атомно-абсорбционная спектроскопия
Значения ААС получали на системе спектрометра Perkin Elmer AAnalyst 400. Атомно-абсорбционную спектроскопию применяют для определения концентрации частиц, приводимой в "ч/млн" (миллионных долях).
I) Принцип
Технология пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии требует, чтобы образец жидкости был аспирирован, аэрозолизирован и смешан с горючими газами, такими как ацетилен и воздух. Смесь воспламеняется в пламени, температура которого лежит в диапазоне от приблизительно 2100 до приблизительно 2400 градусов C. Во время горения атомы представляющего интерес элемента в образце восстанавливаются до свободных атомов в невозбужденном основном состоянии, которые поглощают свет на характеристических длинах волн. Характеристические длины волн являются элемент-специфичными и имеют точность до 0,01-0,1 нм. Для обеспечения элемент-специфичных длин волн световой луч от лампы с полым катодом (ЛПК), катод которой изготовлен из определяемого элемента, пропускают через пламя. Фотодетектор регистрирует величину уменьшения интенсивности света из-за поглощения аналитом. Перед фотодетектором используют монохроматор для уменьшения естественного фонового света и для выбора конкретной длины волны от ЛПК, требуемой для детектирования. Кроме того, дейтериевая лампа корректирует фоновое поглощение, вызываемое неатомными частицами в атомном облаке.
II) Подготовка образца
10 мл образца, 0,6 мл соляной кислоты 36% об./об. и 0,15 мл азотной кислоты 50% об./об. смешивали вместе в стеклянном флаконе и инкубировали в течение приблизительно 10 минут в водяной бане при 70 градусах C. Если ожидалось, что концентрация золота в суспензии будет выше 10 ч/млн, образец перед добавлением кислот разбавляли DI водой, для того чтобы привести конечную концентрацию золота в диапазон от 1 до 10 ч/млн. Например, для концентрации золота около 100 ч/млн 0,5 мл образца разбавляли 9,5 мл DI воды перед добавлением кислот. Отбирали аликвоты с помощью регулируемых микропипеток и измеряли точное количество образца, DI воды и кислот с помощью микровесов Ohaus PA313. Вес компонентов использовали для внесения поправки в измеренную концентрацию на разбавление DI водой и кислотами.
Каждый образец готовили в трех параллелях и после инкубирования в водяной бане давали ему остыть до комнатной температуры перед проведением измерения.
III) Установка прибора
Следующие установки использовали для системы спектрометра Perkin Elmer AAnalyst 400:
a) Головка горелки: 10 см с одним разъемом, выровненная по трем осям в соответствии с производственной методикой для получения максимального поглощения со стандартом 2 ч/млн Cu.
b) Распылитель: пластиковый с прокладкой перед ударным шариком.
c) Поток газа: скорость потока окислителя (воздуха) приблизительно 12 л/мин, скорость потока топлива (ацетилена) приблизительно 1,9 мл/мин.
d) Лампа/монохроматор: лампа с полым Au катодом, рабочий ток 10 мА, щели 1,8/1,35 мм, длина волны 242,8 нм, поправка на фон (дейтериевая лампа) включена.
IV) Методика анализа
a) Включают Au лампу и пламя приблизительно на 30 минут до прогрева системы.
b) Калибруют прибор с Au стандартами 1 ч/млн, 4 ч/млн и 10 ч/млн в матрице соляной кислоты 3,7% об./об. Используют соляную кислоту 3,7% об./об. в качестве контроля.
c) Проверяют калибровочную шкалу посредством измерения 4 ч/млн стандарта в качестве образца. Измеренная концентрация должна быть между 3,88 ч/млн и 4,12 ч/млн. Повторяют стадию b), если концентрация вне данного диапазона.
d) Проводят измерения для трех реплик образца. Если стандартное отклонение между репликами выше чем 5%, повторяют измерения, иначе переходят к следующему образцу.
e) Осуществляют стадию проверки c) после проведения измерений шести образцов или чаще. Если проверка заканчивается неудачно, осуществляют стадии b) и c) и повторяют измерения для всех образцов, измерения для которых проводили после последней удачной проверки.
V) Анализ данных
Для вычисления фактической концентрации образца делали поправку измеренного значения концентрации для каждой реплики на разбавление водой и кислотой. Приводимое значение в ч/млн для Au является средним из трех скорректированных значений для отдельной реплики.
Таблица 1 ссылается на итоговую концентрацию по ААС как на "Получаемое Au, ч/млн" с соответствующим значением, равным 6,6 ч/млн.
Пример 2
Получение наночастиц/растворов или коллоидов наночастиц на основе платины периодическим способом
В данном примере используют периодический способ в соответствии с настоящим изобретением. Фигура 12a показывает приспособление, используемое для приведения жидкости 3 в требуемое состояние. После приведения в требуемое состояние жидкость 3' обрабатывали в приспособлении, показанном на фигуре 12c.
3
3
4
2
4
Количество используемого усилителя обработки NaHCO составляло от приблизительно 0,375 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,10 г/л) до приблизительно 3,0 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,79 г/л). Количество используемого усилителя обработки KOH составляло приблизительно 0,95 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,25 г/л). Количество используемого усилителя обработки KBr составляло приблизительно 4,6 грамм/галлон (т.е. приблизительно 1,22 г/л). Количество используемого усилителя обработки NaPO составляло приблизительно 3,94 грамм/галлон (т.е. приблизительно 1,04 г/л). Количество используемого усилителя обработки KHPO составляло 3,24 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,86 г/л). Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляла приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 12c.
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Второй и отличающийся трансформатор был электрически соединен с электродами 5a/5b, показанными на фигуре 12c. Данный трансформатор представлял собой мощный источник питания переменного тока с диапазоном напряжения, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 47-400 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 1 кВА. Прикладываемое напряжение лежало в диапазоне между приблизительно 58 вольт и приблизительно 300 вольт. Диаметр платиновых проволочных электродов составлял или приблизительно 0,5 мм, или 1 мм.
Другой источник питания использовали для способов с частотой между 1 и 5 Гц включительно. Электроды 5a, 5b были электрически соединены с усилителем мощности, как показано на фигуре 12e. Источник питания для усилителя приведен на фигуре 12f. Усилитель мощности приводили в действие с помощью внешнего генератора функций, соединенного с входными контактами усилителя.
Количество платиновых наночастиц, получаемых в суспензиях, изменялось между приблизительно 10 ч/млн и приблизительно 25 ч/млн по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании. Размеры наночастиц, изготовленных в соответствии с данным примером, полностью рассмотрены в таблицах 2 и 3 в настоящем описании.
Подготовка образцов для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) была идентичной способам, описанным ранее, но запрос осуществляли на ПЭМ Philips EM 420, оснащенном цифровой ПЗС-камерой SIS Megaview III. ПЭМ-микроснимки показывают, что частицы имеют средний диаметр менее чем 10 нм.
Фигура 14 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию платиновых нанокристаллов, полученных высушиванием из суспензии GRPt-621, изготовленной в соответствии с данным примером.
Пример 3
Получение наночастиц/растворов или коллоидов наночастиц на основе платины периодическим способом
В данном примере используют периодический способ в соответствии с настоящим изобретением. Фигура 12a показывает приспособление, используемое для приведения жидкости 3 в требуемое состояние. После приведения в требуемое состояние жидкость 3' обрабатывали в приспособлении, показанном на фигуре 12d.
3
4
Количество используемого усилителя обработки KBr составляло приблизительно 4,6 грамм/галлон (т.е. приблизительно 1,22 г/л) или приблизительно 1,4 г/галлон (т.е. приблизительно 0,4 г/л). Количество используемого усилителя обработки NaPO составляло приблизительно 1,9 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,5 г/л). Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с каждым усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляло приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 12d.
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Источник питания (показанный на фигуре 12f) использовали, для того чтобы прикладывать синусоидальное напряжение с частотой, равной приблизительно 2,5 Гц, к электродам 5a и 5b. Электроды были электрически соединены с усилителем мощности, как показано на фигуре 12e. Расстояние между электродами во всех суспензиях было зафиксировано на приблизительно 7 мм. Усилитель мощности приводили в действие с помощью внешнего генератора функций, соединенного с входными контактами усилителя.
Количество наночастиц на основе платины и/или ионов на основе платины, получаемых в суспензиях, измеряли с помощью технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании. Суспензии PRX37-01 и PRX37-02 показывают, что для заданной проводимости воды 3 и заданного прикладываемого напряжения при фиксированном расстоянии до электродов 5a и 5b количество платины в конечной суспензии увеличивается при увеличении количества усилителя обработки KBr.
Средние гидродинамические радиусы образованных частиц в воде анализировали с помощью технологий динамического рассеяния света, рассмотренных в другом месте в настоящем описании. Гидродинамический радиус не приведен (н.п.) для композиции PRX37-02, поскольку величина пропускания, полученная в устройстве ДРС, составила 100%, что указывает на большое количество растворенных частиц платины (например, ионов).
Подготовка образцов для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) была идентичной способам, описанным ранее, но запрос осуществляли на ПЭМ Philips EM 420, оснащенном цифровой ПЗС-камерой SIS Megaview III. PRX37-03 представляла собой единственную композицию, проанализированную с помощью ПЭМ. ПЭМ-микроснимки показывают, что частицы в суспензии в композиции PRX37-03 имели средний диаметр, равный приблизительно 7 нм. Распределение по размеру частиц показано на фигуре 15b. Фигура 15a показывает типичную ПЭМ-микрофотографию платиновых нанокристаллов, полученных высушиванием из суспензии PRX37-03, изготовленной в соответствии с данным примером 3. Включена таблица 4, для того чтобы показать соответствующие используемые условия обработки, а также некоторые итоговые физические свойства композиции PRX37.
Пример 4
Получение наночастиц/растворов, или коллоидов, или ионов наночастиц на основе платины с помощью лоткового способа с применением множества усилителей процесса (PB-09, PB-10/PB-13, PB-16, PB-17, PB-18, PB-19, PB-20, PB-21, PB-23, PB-24, PB-25, PB-26, PB-27, PB-28, PB-32, PB-33, PB-34, PB-35, PB-40, PB-41, PB-42, PB-43)
В целом, в данном примере используются некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10d и 11b. Источник питания переменного тока (или трансформатор) 501AC, показанный на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали (как раскрыто в настоящем описании), для того чтобы приводить в действие источник питания переменного тока 501AC. Данный трансформатор 501AC представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 2 кВА. Точные электрические соединения рассмотрены в другом месте в настоящем описании. Управляющие устройства 20, как показано на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно. При этом вследствие малых времен выполнения для каждого "идентификатора опыта" отсутствовала необходимость приведения в действие управляющих устройств 20. Таким образом, концы 9' электродов 5a и 5b были помещены рядом с дном лоткового элемента 30b'.
3
3
2
4
2
Количество используемого усилителя обработки NaHCO(Fisher Scientific, каталожный № S631-3) составляло от приблизительно 2,5 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,67 г/л) до приблизительно 3,5 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,93 г/л). Количество используемого усилителя обработки KHCO составляло приблизительно 2,31 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,61 г/л). Количество используемого усилителя обработки NaOH составляло приблизительно 0,70 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,19 г/л). Количество используемого усилителя обработки KOH составляло приблизительно 0,72 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,19 г/л). Количество используемого усилителя обработки NaBr составляло приблизительно 2,18 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,58 г/л). Количество используемого усилителя обработки KBr составляло приблизительно 2,04 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,54 г/л). Количество используемого усилителя обработки NaPO составляло приблизительно 1,08 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,29 г/л). Количество используемого усилителя обработки NaCl составляло приблизительно 1,27 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,34 г/л). Количество используемого усилителя обработки CaCl составляло приблизительно 1,16 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,31 г/л).
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый блок Chroma 61604. В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 5 Гц и 80 Гц для изготовления суспензий или коллоидов и/или ионов нанокристаллов в соответствии с идеями настоящего описания. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 175 вольт. Дополнительно, генератор функций 501FG подавал синусоидальные волны с частотами менее чем 15 Гц на источник питания переменного тока 501AC, который затем усиливал входной сигнал до приблизительно 175 вольт на различных частотах. Прикладываемый ток изменялся между приблизительно 3,0 ампера и приблизительно 6,5 ампера.
Способы подготовки образцов для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) были идентичны способам, описанным ранее в настоящем описании, но запросы осуществляли на ПЭМ FEI Tecnai 12, оснащенном цифровой ПЗС-камерой SIS Megaview III. ПЭМ-микроснимки показывают, что образованные частицы имеют средний диаметр менее чем 10 нм. Фигура 16 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию платиновых нанокристаллов, полученных высушиванием из суспензии PB-13, изготовленной в соответствии с данным примером 4.
Количество платиновых наночастиц или ионов, получаемых в композициях, изменялось между приблизительно 1,0 ч/млн и приблизительно 15 ч/млн по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Таблицы 5-8 суммируют основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9a и 10d. Кроме того, таблицы 5-8 раскрывают: 1) итоговые "ч/млн" (например, концентрации платиновых нанокристаллов/ионов).
Следует отметить, что хотя для изготовления частиц платины в воде использовали два различных основанных на хлоре усилителя обработки, при изготовлении суспензий нанокристаллов на основе золота существует множество проблем, что делает их менее желательными для суспензий нанокристаллов Au-Pt.
Пример 5
Получение частиц на основе платины в воде с множеством частот, прикладываемых к электродам в непрерывном лотковом способе
3
В целом, в данном примере используются некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10d и 11b. Источник питания переменного тока (или трансформатор) 501AC, показанный на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали (как раскрыто в настоящем описании), для того чтобы приводить в действие источник питания переменного тока 501AC. Данный трансформатор 501AC представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 2 кВА. Точные электрические соединения рассмотрены в другом месте в настоящем описании. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно. При этом вследствие малых времен выполнения для каждого "идентификатора опыта" отсутствовала необходимость приведения в действие управляющих устройств 20. Таким образом, концы 9' электродов 5a и 5b были помещены рядом с дном лоткового элемента 30b'. В каждом опыте в данном примере использовали приблизительно 2,5 г/галлон NaHCO в качестве усилителя обработки и скорость потока жидкости, равную приблизительно 220 мл/мин.
Кроме того, для того чтобы продемонстрировать воздействие различных частот на способ и/или составляемые продукты, использовали изменяющиеся частоты синусоидальной волны. В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока настолько низкие, как приблизительно 1 Гц, и настолько высокие, как приблизительно 200 Гц, для изготовления суспензий или коллоидов и/или ионов нанокристаллов в соответствии с идеями настоящего описания. Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый источник переменного тока Chroma 61604. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 175 вольт с соответствующей синусоидальной волной на шести различных частотах, равных приблизительно 15, 40, 60, 80, 100 и 200 Гц. Дополнительно, генератор функций 501FG подавал синусоидальные волны с частотами менее чем 15 Гц на источник питания 501AC, который затем усиливал входной сигнал до приблизительно 175 В на различных частотах, а именно 1 Гц и 5 Гц. Прикладываемый ток изменялся между приблизительно 4,5 ампера и 6,0 ампера.
Количество платиновых наночастиц или ионов, получаемых в композициях, изменялось между приблизительно 7,0 ч/млн и приблизительно 15 ч/млн по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Таблицы 9-10 суммируют основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10d. Кроме того, таблицы 9-10 раскрывают: 1) итоговые "ч/млн" (т.е. концентрации платины).
Получали спектры поглощения энергии для образцов с применением способов спектроскопии в УФ и видимой областях, как изложено в другом месте в настоящем описании. Фигура 17 содержит данные в УФ и видимой областях, собранные для вышеуказанных образцов, конкретно отображая диапазон 265 нм-750 нм.
Пример 6
3
Получение суспензии биметаллических нанокристаллов Au-Pt с помощью периодического способа с применением NaHCO в качестве усилителя процесса - ID# 111710-9
В данном примере используется периодический способ в соответствии с настоящим изобретением. Фигура 12a показывает приспособление, используемое для приведения жидкости 3 в требуемое состояние. После приведения в требуемое состояние жидкость 3' обрабатывали в приспособлении, показанном на фигуре 12c или 12d для ионов/частиц платины и биметаллических нанокристаллов соответственно. Общий способ создания суспензии биметаллических нанокристаллов описан ниже и суммирован в таблице 11.
3
Вначале ионы и/или частицы платины создавали в воде с помощью следующего способа. Приблизительно 4,0 грамм/галлон (т.е. приблизительно 1,06 мг/мл) усилителя обработки пищевой соды (т.е. NaHCO) добавляли к приблизительно 1 галлону деионизированной воды. Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляла приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 12c.
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, создаваемой у электрода 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании. Следует отметить, что в таблице 11 (и в других местах в настоящем описании) обозначение "GZA" соответствует созданию плазмы 4.
Второй и отличающийся трансформатор был электрически соединен с электродами 5a/5b, показанными на фигуре 12c. Данный трансформатор представлял собой мощный источник питания переменного тока с диапазоном напряжения, составляющим приблизительно 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим приблизительно 47-400 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 1 кВА. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 100 вольт с частотой, равной приблизительно 60 герц, в течение приблизительно двухчасового времени работы. Диаметр платиновых проволочных электродов составлял 1 мм. Длина платиновой проволоки составляла приблизительно 51 мм.
3
Затем частицы платины и водную композицию (исходный материал), полученную выше, смешивали с равным количеством приведенной в требуемое состояние воды, каковую приведенную в требуемое состояние воду 3' получали с помощью платинового электрода 1, создавая плазму 4 в течение приблизительно 30 минут, и усилителя обработки NaHCO 0,5 г/галлон (0,132 мг/мл) в отношении 1:1 до общего объема, равного приблизительно 800 мл. Затем жидкость 3' подвергали обработке посредством приспособления с фигуры 12d с золотыми электродами (99,99%, диаметр приблизительно 0,5 мм и длина приблизительно 6,25 дюймов (15,88 см)) в течение приблизительно 40 минут с помощью мощного источника питания переменного тока с прикладываемым напряжением приблизительно 160 вольт и приблизительно 47 герц. Гидродинамический радиус изготовленных биметаллических нанокристаллов составлял приблизительно 14,7 нм по измерениям с помощью ViscoTek. Суспензия содержала приблизительно 16,1 ч/млн Au и приблизительно 2,1 ч/млн Pt по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Фигура 18 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию суспензии биметаллических нанокристаллов, полученных высушиванием из композиции 110910-4, которая была изготовлена с помощью технологий, эквивалентных рассмотренным в других местах в настоящем описании.
Получали спектры поглощения энергии для данного образца (111710-a) с применением способов спектроскопии в УФ и видимой областях, как изложено в другом месте в настоящем описании. Фигура 12g содержит данные в УФ и видимой областях, собранные для данного образца (111710-a), конкретно отображая диапазон 350-900 нм.
Таблица 11
Компонент 1
Предварительная обработка - GZA
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
110910-2
3785
4
0,5
Обработка ионами Pt (платиновая проволока, 99,99%)
Объем (мл)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
3785
100
60
2
2,01/5,1
1
Компонент 2
Предварительная обработка - Pt GZA
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
н.д.
3785
0,5
0,5
Составная смесь
Смесь компонентов 1 и 2
Идентификатор опыта
Объем 1 комп. (мл)
Объем 2 комп. (мл)
Объем (мл)
111710-9
400
400
800
Обработка наночастицами Au (золотая проволока, 99,99%)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Ток (А)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
160
47
0,67
1,28
6,25/15,88
0,5
Динамическое рассеяние света
Как правило, измерения динамического рассеяния света (ДРС) осуществляли на приборе для ДРС Viscotek 802. При ДРС, когда лазерный свет попадает на небольшие частицы и/или организованные водные структуры вокруг небольших частиц (меньших, чем длина волны), свет рассеивается во всех направлениях, что приводит к зависимой от времени флуктуации в интенсивности рассеяния. Флуктуации интенсивности обусловлены броуновским движением рассеивающей комбинации частиц/водных структур и содержат информацию о распределении по размеру кристаллов.
Прибору давали прогреться в течение по меньшей мере 30 минут до экспериментов. Измерения проводили с применением кварцевой ячейки 12 мкл. Использовали следующую методику:
7. Вначале добавляли в ячейку 1 мл DI воды с помощью микропипетки на 1 мл, затем воду сливали из ячейки в стакан для отходов и остаток воды вытряхивали из измерительной полости ячейки. Эту стадию повторяли еще дважды, для того чтобы тщательно промыть ячейку.
8. 100 мкл образца добавляли в ячейку с помощью микропипетки на 200 мкл. После этого всю жидкость удаляли из ячейки с помощью той же пипетки с применением того же наконечника для пипетки и удаляли в стакан для отходов. Снова добавляли 100 мкл образца с применением того же наконечника.
9. Ячейку с образцом помещали в блок для ячейки с контролем температуры прибора Viscotek полупрозрачной стороной ячейки влево. Открывали новый эксперимент в программном обеспечении Viscotek OmniSIZE. Измерение начинали через 1 минуту после установления температурного равновесия, и мощность лазера уменьшали до соответствующего значения. Результаты сохраняли после окончания всех опытов.
10. Ячейку вынимали из прибора, и образец удаляли из ячейки с помощью тех же пипетки и наконечника, которые использовали на стадии 2.
11. Стадии со 2 по 4 повторяли еще дважды для каждого образца.
12. Для нового образца брали новый наконечник пипетки на 200 мкл, для того чтобы избежать загрязнения предыдущим образцом, и повторяли стадии с 1 по 5.
Сбор и обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения OmniSIZE версии 3,0,0,291. Следующие параметры использовали для всех экспериментов: продолжительность опыта - 3 с; эксперименты - 100; растворитель - вода, 0 ммоль; вязкость - 1 сП; показатель преломления - 1,333; устойчивость к всплескам - 20%; смещения базовой линии - 15%; затухание цели - 300 тысяч импульсов; температура блока - +40°C. После сохранения данных каждого эксперимента результаты просматривали на странице "Results" программного обеспечения. Распределение по размеру частиц (т.е. гидродинамические радиусы) анализировали по графику "Intensity distribution". На этом графике все пики вне диапазона 0,1 нм - 10 мкм рассматривали как артефакты. В частности, чистая вода (частицы отсутствуют) приводит к отсутствию пиков в диапазоне 0,1 нм - 10 мкм и широкому пику ниже 0,1 нм. Этот пик считают шумовым пиком (шумовым потоком) прибора. Образцы с очень низкой концентрацией или очень малым размером суспендированных нанокристаллов или наночастиц могут демонстрировать на графике "Intensity distribution" измеримый шумовой пик. Если пики в диапазоне 0,1 нм - 10 мкм имеют более высокую интенсивность, чем шумовой пик, эти пики считают реальными, в противном случае пики являются вызывающими сомнения и могут представлять артефакты обработки данных.
Следует отметить, что информация о размере частиц по динамическому рассеянию света отличается от гистограмм, получаемых по измерениям с помощью ПЭМ, поскольку динамическое рассеяние света использует алгоритмы, в которых предполагается, что все нанокристаллы являются сферами (которыми они не являются), а также измеряет гидродинамический радиус (например, влияние нанокристаллов на воду также обнаруживается и выдается в дополнение к фактическим физическим радиусам частиц). Соответственно, не является удивительным, что существует различие в получаемых размерах частиц между получаемыми по данным гистограммы ПЭМ и получаемыми по данным динамического рассеяния света, также как и в других примерах, включенных в настоящее описание.
Пример 7
3
Получение суспензии биметаллических нанокристаллов Au-Pt с помощью периодического способа с применением NaHCO в качестве усилителя процесса - ID# 110810
В данном примере используется периодический способ в соответствии с настоящим изобретением. Фигура 12a показывает приспособление, используемое для приведения жидкости 3 в требуемое состояние. После приведения в требуемое состояние жидкость 3' обрабатывали в приспособлении, показанном на фигуре 12c или 12d для ионов/частиц платины и биметаллических нанокристаллов соответственно. Общий способ создания суспензии биметаллических нанокристаллов описан ниже и суммирован в таблице 12.
3
Вначале ионы и/или частицы платины создавали в воде с помощью следующего способа. Приблизительно 4,0 грамм/галлон (т.е. приблизительно 1,06 мг/мл) усилителя обработки пищевой соды (т.е. NaHCO) добавляли к приблизительно 1 галлону деионизированной воды. Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляла приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 12c. Следует отметить, что в таблице 12 (и в других местах в настоящем описании) обозначение "GZA" соответствует созданию плазмы 4.
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, создаваемой у электрода 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Второй и отличающийся трансформатор был электрически соединен с электродами 5a/5b, показанными на фигуре 12c. Данный трансформатор представлял собой мощный источник питания переменного тока с диапазоном напряжения, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим приблизительно 47-400 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 1 кВА. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 100 вольт с частотой, равной приблизительно 60 герц, в течение приблизительно двухчасового времени работы. Диаметр платиновых проволочных электродов составлял приблизительно 1 мм.
3
Затем частицы платины и водную композицию (исходный материал), полученную выше, смешивали с приблизительно 6,29 мМ NaHCO в отношении приблизительно 3:1 для создания общего объема приблизительно 3785 мл. Эту жидкость 3' затем подвергали обработке посредством приспособления, показанного на фигуре 12d, с золотыми электродами (99,99%, 0,5 мм) в течение приблизительно 90 минут с помощью мощного источника питания переменного тока с прикладываемым напряжением приблизительно 200 вольт и приблизительно 60 герц. Гидродинамический радиус изготовленных биметаллических нанокристаллов составлял приблизительно 15,4 нм по измерениям с помощью ViscoTek. Суспензия содержала приблизительно 5,6 ч/млн Au и приблизительно 1,6 ч/млн Pt по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Фигура 19 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию суспензии биметаллических нанокристаллов, полученных высушиванием из композиции 101910-6, которую получали с помощью технологий, эквивалентных раскрытым в другом месте в настоящем описании.
Таблица 12
Компонент 1
Предварительная обработка - GZA
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
102910
3785
4
0,5
Обработка ионами Pt (платиновая проволока, 99,99%)
Объем (мл)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
3785
100
60
2
2,01/5,1
1
Компонент 2
2 г NaHCO<sub>3</sub> (без GZA)
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
н.д.
3785
2,0
н.д.
Составная смесь
Смесь компонентов 1 и 2
Идентификатор опыта
Объем 1 комп. (мл)
Объем 2 комп. (мл)
Объем (мл)
110810
946
2839
3785
Обработка наночастицами Au (золотая проволока, 99,99%)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Ток (А)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
200
60
1,5
1,07
6,25/15,88
0,5
Пример 8
Получение суспензии биметаллических нанокристаллов Au-Pt с помощью периодического способа с применением KOH в качестве усилителя процесса - ID# 122310A
В данном примере используется периодический способ в соответствии с настоящим изобретением. Фигура 12a показывает приспособление, используемое для приведения жидкости 3 в требуемое состояние. После приведения в требуемое состояние жидкость 3' обрабатывали в приспособлении, показанном на фигуре 12c или 12d для ионов/частиц платины и биметаллических нанокристаллов соответственно. Общий способ создания суспензии биметаллических нанокристаллов описан ниже и суммирован в таблице 13.
Вначале ионы и/или частицы платины создавали в воде с помощью следующего способа. Приблизительно 0,580 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,153 мг/мл) усилителя обработки гидроксида калия (т.е. KOH) добавляли к приблизительно 1 галлону деионизированной воды. Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляла приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 12c.
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, создаваемой у электрода 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании. Следует отметить, что в таблице 13 (и в других местах в настоящем описании) обозначение "GZA" соответствует созданию плазмы 4.
Второй и отличающийся трансформатор был электрически соединен с электродами 5a/5b, показанными на фигуре 12c. Данный трансформатор представлял собой мощный источник питания переменного тока с диапазоном напряжения, составляющим приблизительно 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим приблизительно 47-400 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 1 кВА. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 260 вольт с частотой, равной приблизительно 60 герц, в течение приблизительно двухчасового времени работы. Диаметр платиновых проволочных электродов составлял приблизительно 1 мм. Длина платиновой проволоки составляла приблизительно 51 мм (2,01 дюйм/5,1 см).
Затем частицы платины и водную композицию (исходный материал), полученную выше, подвергали дальнейшей обработке, как описано ниже. Жидкость 3' затем подвергали обработке посредством приспособления с фигуры 12d с золотыми электродами (99,99%, диаметр приблизительно 0,5 мм и общая длина приблизительно 6,25 дюймов (15,88 см)) в течение приблизительно 2 часов с помощью мощного источника питания переменного тока с прикладываемым напряжением приблизительно 180 вольт и приблизительно 47 герц. Гидродинамический радиус изготовленного материала золото/платина составлял приблизительно 12,5 нм по измерениям с помощью ViscoTek. Суспензия содержала приблизительно 8,0 ч/млн Au и приблизительно 1,8 ч/млн Pt по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Фигура 20 показывает типичную ПЭМ-микрофотографию суспензии биметаллических нанокристаллов, полученных высушиванием из композиции ID# 122310A, изготовленной в соответствии с данным примером 8.
Таблица 13
Компонент 1
Предварительная обработка - GZA
Идентификатор опыта
Объем (мл)
KOH<sub></sub>(грамм)
Время (часы)
122210-2
3785
0,580
0,5
Обработка ионами Pt (платиновая проволока, 99,99%)
Объем (мл)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
3785
260
60
2
2,01/5,1
1
Компонент 2
н.д.
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
Составная смесь
Смесь компонентов 1 и 2
Идентификатор опыта
Объем 1 комп. (мл)
Объем 2 комп. (мл)
Объем (мл)
122310A
3785
0
3785
Обработка наночастицами Au (золотая проволока, 99,99%)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Ток (А)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
180
47
2,0
0,717
6,25/15,88
0,5
Пример 9
Сравнение биметаллических нанокристаллов, изготовленных по двум различным технологиям
В данном примере используется периодический способ в соответствии с настоящим изобретением. Фигура 12a показывает приспособление, используемое для приведения жидкости 3 в требуемое состояние. После приведения в требуемое состояние жидкость 3' обрабатывали в приспособлении, показанном на фигуре 12c или 12d для ионов/нанокристаллов платины и для нанокристаллов золота соответственно. Общий способ создания отдельных суспензий нанокристаллов и соответственно смешивания их вместе для образования суспензии биметаллических наночастиц описан ниже и суммирован в таблице 14.
3
Вначале ионы и/или частицы платины создавали в воде с помощью следующего способа. Приблизительно 4,0 грамм/галлон (т.е. приблизительно 1,06 мг/мл) усилителя обработки пищевой соды (т.е. NaHCO) добавляли к приблизительно 1 галлону деионизированной воды. Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляла приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 12c.
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, создаваемой у электрода 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Второй и отличающийся трансформатор был электрически соединен с электродами 5a/5b, показанными на фигуре 12c. Данный трансформатор представлял собой мощный источник питания переменного тока с диапазоном напряжения, составляющим приблизительно 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим приблизительно 47-400 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 1 кВА. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 130 вольт с частотой, равной приблизительно 60 герц, в течение приблизительно 30-минутного времени работы. Диаметр платиновых проволочных электродов составлял приблизительно 1 мм. Длина платиновой проволоки составляла приблизительно 51 мм. Материал с частицами платины и водой был отставлен в сторону.
3
Отдельную суспензию золотых нанокристаллов получали следующим образом. Приблизительно 1,0 грамма/галлон (т.е. приблизительно 0,264 мг/мл) усилителя обработки пищевой соды (т.е. NaHCO) добавляли к приблизительно 1 галлону деионизированной воды. Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляла приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 12c.
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Второй и отличающийся трансформатор был электрически соединен с электродами 5a/5b, показанными на фигуре 12d. Данный трансформатор представлял собой мощный источник питания переменного тока с диапазоном напряжения, составляющим приблизительно 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим приблизительно 47-400 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей приблизительно 1 кВА. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 300 вольт с частотой, равной приблизительно 60 герц, в течение приблизительно 30-минутного времени работы. Диаметр золотых проволочных электродов составлял приблизительно 0,5 мм. Длина золотой проволоки составляла приблизительно 159 мм.
2
2
2
2
Затем полученные по отдельности Pt и Au материалы на основе воды, Pt композицию и Au композицию, полученные выше, смешивали вместе в присутствии катализатора пероксида водорода (HO, Alfa Aesar каталожный номер L14000) и затем изучали. Конкретнее, объединяли приблизительно 300 мл Pt композиции 062810 и приблизительно 700 мл Au композиции 061610 и добавляли приблизительно 250 мкл HO 0,8% об./об. Измеренный гидродинамический радиус объединенных композиций составлял приблизительно 35 нм по измерениям с помощью ViscoTek. Итоговая суспензия содержала приблизительно 8,0 ч/млн Au и приблизительно 1,8 ч/млн Pt по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Затем осуществляли сравнение данной суспензии с рассмотренной ранее суспензией биметаллических наночастиц. Конкретнее, анализ с высоким разрешением и энергодисперсионный рентгеновский анализ показали, что в итоговых коллоидах или суспензиях физически почти отсутствовала платина между образованными золотыми нанокристаллами, как показано на типичных фигурах 23a-23b и на типичных фигурах ЭДС 24a-24b.
Напротив, в образце 111710-9, изготовленном по существу так же, как образец 112210-1, как описано в примере 6, присутствовало идентифицируемое количество платины на образованных биметаллических нанокристаллах. Измеренный гидродинамический радиус биметаллических нанокристаллов составлял приблизительно 14,7 нм по измерениям с помощью ViscoTek. Суспензия содержала приблизительно 16,1 ч/млн Au и приблизительно 2,1 ч/млн Pt по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании. Типичные фигуры 21a-21b иллюстрируют структуры, образованные при получении, описанном выше. Из энергодисперсионного анализа очевидно, что платина присутствует в детектируемых концентрациях, как показано на типичных фигурах 22a-22b.
Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения и ЭДС
Образцы для ПЭМ получали посредством использования медной сетки, покрытой формваром/углеродом, с порами разного размера с размером отверстий 200. Приблизительно 1-3 мкл каждой разработанной суспензии, коллоида и/или раствора нанокристаллов помещали на каждую сетку и давали высохнуть на воздухе при комнатной температуре в течение 20-30 минут или до тех пор, пока не испарялись капли. После полного испарения сетки помещали на держатель на время осуществления ПЭМ-анализа.
Для исследования всех полученных образцов использовали просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения Philips CM300 FEG, оснащенный детектором легких элементов с узким окном Oxford и процессором Emispec ES vision 4. Данный прибор эксплуатировали при ускоряющем напряжении, равном приблизительно 297 кВ. После регулировки пучка электронов полученные образцы изучали при различных увеличениях вплоть до и включая 800000×. Изображения собирали посредством интегрированной ПЗС-камеры, установленной сзади фильтра изображений Gatan (GIF), который связан непосредственно с ПК, оснащенным программным обеспечением Digital Micrograph и программным обеспечением Emispec ES Vision 4.0. Изображения собирали при размере пятна пучка, равном 2, соответствующем установке ширины пучка, выбранной на приборе, а энергодисперсионные рентгеновские спектры собирали при размере пятна между 3 и 5, который делал возможным сбор максимального количества электронов. Для дальнейшего повышения отношения сигнала к шуму держатель Philips с двойным изгибом поворачивали на 10 градусов в направлении детектора. В конце пучок конденсировали на представляющий интерес участок и затем открывали клапан детектора и начинали последующий сбор.
Таблица 14
Компонент 1 - раствор Pt
Предварительная обработка - Au GZA
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
062810
3785
4,0
0,5
Обработка ионами Pt (платиновая проволока, 99,99%)
Объем (мл)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
800
130
60
0,5
2,01/5,1
1
Компонент 2 - раствор золота
Предварительная обработка - Au GZA
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
061610
800
1,0
0,5
Обработка наночастицами Au (золотая проволока, 99,99%)
Объем (мл)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
800
300
60
0,5
6,25/15,88
0,5
Смесь
Идентификатор опыта
Объем 1 комп. (Pt) (мл)
Объем 2 комп. (Pt) (мл)
Концентрация H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> (% об./об.)
Объем H<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>(мл)
MT-55-04
300
700
0,800
250
Пример 10
Получение биметаллической нанокристаллической суспензии Au-Pt с помощью лоткового способа с применением гидроксида калия в качестве усилителя обработки (PGT001)
В целом, в данном примере использовали некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10d и 11b. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для данного примера, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Точные электрические соединения описаны в другом месте в настоящем описании. Управляющие устройства 20, как показано на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно. При этом вследствие относительно малых времен выполнения для каждого "идентификатора опыта" отсутствовала необходимость приведения в действие управляющих устройств 20. Таким образом, концы 9' электродов 5a и 5b были помещены рядом с дном лоткового элемента 30b'.
Количество усилителя обработки гидроксида калия (Fisher Scientific, каталожный № P250-500), используемого в опыте с идентификатором "PB-53", составляло приблизительно 0,604 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,16 мг/мл). Подаваемые электроды представляли собой платиновую проволоку (диаметром 1 мм/0,040''), 99,99%, полученную от Hi-Rel Alloys LTD (Онтарио, Канада).
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый блок Chroma 61604. В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 80 Гц для изготовления суспензий ионов Pt и/или коллоидов Pt в соответствии с идеями настоящего описания. Прикладываемое напряжение составляло 215 вольт с прикладываемым током между приблизительно 4,0 ампера и приблизительно 5,0 ампера.
Затем итоговому основанному на Pt и воде материалу давали остыть до приблизительно 50 градусов Цельсия. В этот момент основанный на Pt и воде материал вводили в другой отдельный и отличающийся лотковый блок, как описано ниже.
В целом, этот дополнительный лоток, который использовал некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, был связан с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в другом месте в настоящем описании. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
В частности, использовали частоту синусоидального переменного тока 60 Гц для образования биметаллической нанокристаллической суспензии в соответствии с идеями настоящего описания. Основанный на платине и воде материал "PB-53", как рассмотрено выше, подавали в качестве исходного материала посредством насоса 40 в плазменную лотковую секцию 30a', как показано на фигуре 10c. Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый источник переменного тока Chroma 61604. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 260 вольт в течение приблизительно двух минут, за чем следовало приблизительно 220 вольт на время осуществления опыта. Прикладываемый ток изменялся между приблизительно 4 амперами и приблизительно 5 амперами.
Для исследования биметаллических нанокристаллов, изготовленных в соответствии с данным примером, использовали просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ). В частности, подготовка образцов для ПЭМ была идентичной способам, описанным ранее в разделе, посвященном ПЭМ высокого разрешения и ЭДС. ПЭМ-микроснимки показывают, что образованные биметаллические нанокристаллы существуют в некоторых случаях в виде золотых нанокристаллов в форме цепочки с платиновыми соединениями, как видно на фигурах 25a и 25b, полученных высушиванием из суспензии GPB-0001, изготовленной в соответствии с данным примером.
Общее количество частиц платины и частиц золота, содержащихся в данной биметаллической нанокристаллической суспензии, составляло приблизительно 1,6 ч/млн и 7,7 ч/млн соответственно по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Таблица 15 суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10b. Таблица 15 также раскрывает: 1) итоговые "ч/млн" (т.е. атомные концентрации платины и золота).
Пример 11
Получение биметаллической нанокристаллической суспензии Au-Pt с помощью периодического способа с применением KOH в качестве усилителя процесса (PGB002)
В данном примере использовали периодический способ в соответствии с настоящим изобретением. Фигура 12a показывает приспособление, используемое для приведения жидкости 3 в требуемое состояние. После приведения в требуемое состояние жидкость 3' обрабатывали в приспособлении, показанном на фигуре 12c или 12d для ионов/частиц платины и биметаллических нанокристаллов соответственно. С помощью общего способа создавали суспензию биметаллических нанокристаллов, как описано ниже и суммировано в таблице 16.
Вначале ионы и/или частицы платины получали с помощью следующего способа. Приблизительно 0,580 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,153 мг/мл) усилителя обработки гидроксида калия (т.е. KOH) добавляли к 1 галлону деионизированной воды. Продолжительность времени, в течение которого вода 3 с усилителем обработки подвергалась воздействию плазмы 4, составляла приблизительно 30 минут перед последующей обработкой в приспособлении, показанном на фигуре 24c.
Прикладываемое напряжение для плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании. Следует отметить, что в таблице 16 (и в других местах в настоящем описании) обозначение "GZA" соответствует созданию плазмы 4.
Второй и отличающийся трансформатор был электрически соединен с электродами 5a/5b, показанными на фигуре 12c. Данный трансформатор представлял собой мощный источник питания переменного тока с диапазоном напряжения, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 47-400 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 1 кВА. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 100 вольт с частотой, равной 60 герц, в течение приблизительно 3 часов работы. Диаметр платиновых проволочных электродов составлял приблизительно 1 мм.
Затем частицы платины и водный материал, полученные выше, подвергали дальнейшей обработке, как описано ниже. Частицы платины и водный материал затем подвергали обработке посредством приспособления с фигуры 12d с золотыми электродами (99,99%, 0,5 мм) в течение приблизительно 3 часов с помощью мощного источника питания переменного тока с прикладываемым напряжением приблизительно 180 вольт и приблизительно 47 герц. Средний радиус полученных биметаллических нанокристаллов составлял приблизительно 14,6 нм по измерениям с помощью ViscoTek. Суспензия содержала приблизительно 7,3 ч/млн Au и приблизительно 1,2 ч/млн Pt по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Фигуры 26a и 26b показывают соответственно типичные ПЭМ-микрофотографии и энергодисперсионные рентгеновские спектры образованных биметаллических нанокристаллов, полученных высушиванием из суспензии ID# PGB002, изготовленной в соответствии с данным примером 11.
Таблица 16
Компонент 1
Предварительная обработка - GZA
Идентификатор опыта
Объем (мл)
KOH(грамм)
Время (часы)
Pt011011
3785
0,580
0,5
Обработка ионами Pt (платиновая проволока, 99,99%)
Объем (мл)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
3785
100
60
3
2,01/5,1
1
Компонент 2
н.д.
Идентификатор опыта
Объем (мл)
NaHCO<sub>3 </sub>(грамм)
Время (часы)
н.д.
н.д.
н.д.
н.д.
Составная смесь
Смесь компонентов 1 и 2
Идентификатор опыта
Объем 1 комп. (мл)
Объем 2 комп. (мл)
Объем (мл)
Pt011011
3785
0
3785
Обработка наночастицами Au (золотая проволока, 99,99%)
Напряжение (В)
Частота (Гц)
Время (часы)
Ток (А)
Длина проволоки (дюйм/см)
Диаметр проволоки (мм)
180
47
3,0
н.д.
6,25/15,88
0,5
Пример 12
Получение нанокристаллов/суспензий нанокристаллов на основе платины с помощью непрерывного лоткового способа (PB56001)
3
В целом, в данном примере использовали некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10d и 11b. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для данного примера, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в подробном описании предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно. При этом вследствие малых времен выполнения для каждого "идентификатора опыта" отсутствовала необходимость приведения в действие управляющих устройств 20. Соответственно, согласно фигурам 3c и 9c, концы 9' электродов 5a и 5b были помещены рядом с дном лоткового элемента 30b'. В данном примере использовали приблизительно 3,5 г/галлон (т.е. приблизительно 0,925 мг/мл) NaHCO в качестве усилителя обработки и скорость потока, равную приблизительно 150 мл/мин.
В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 5 Гц для изготовления частиц Pt в воде в соответствии с идеями настоящего описания. Генератор функций 501FG подавал синусоидальные волны с частотами менее чем 15 Гц на источник питания 501AC, программируемый источник переменного тока Chroma 61604, который затем усиливал входной сигнал до приблизительно 150 В. Прикладываемый ток изменялся от приблизительно 5,0 ампера до приблизительно 6,5 ампера.
Количество частиц платины, производимых в воде, составляло приблизительно 15,9 ч/млн по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Таблица 17 суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10d. Таблица 17 также раскрывает итоговый "ч/млн" (т.е. атомные концентрации платиновых нанокристаллов).
Пример 13
Получение нанокристаллов/суспензий нанокристаллов на основе платины с помощью установки непрерывного лоткового способа (PB57001)
3
В целом, в данном примере использовали некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10d и 11b. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для данного примера, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в подробном описании предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно. При этом вследствие малых времен выполнения для каждого "идентификатора опыта" отсутствовала необходимость приведения в действие управляющих устройств 20. Соответственно, концы 9' электродов 5a и 5b были помещены рядом с дном лоткового элемента 30b'. В данном примере использовали приблизительно 2,5 г/галлон (т.е. приблизительно 0,661 мг/мл) NaHCO в качестве усилителя обработки и скорость потока, равную приблизительно 220 мл/мин.
В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 5 Гц для изготовления частиц Pt в воде в соответствии с идеями настоящего описания. Генератор функций 501FG подавал синусоидальные волны с частотами менее чем 15 Гц на источник питания 501AC, программируемый источник переменного тока Chroma 61604, который затем усиливал входной сигнал до приблизительно 175 В. Прикладываемый ток изменялся от приблизительно 4,0 ампера до приблизительно 6,5 ампера.
Количество частиц платины, производимых в водных суспензиях, составляло приблизительно 7,8 ч/млн по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Таблица 18 суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10d. Таблица 18 также раскрывает итоговый "ч/млн" (т.е. атомные концентрации платиновых нанокристаллов).
Пример 14
Получение суспензии биметаллических нанокристаллов Au-Pt с применением непрерывного лоткового способа с применением гидроксида калия и бикарбоната натрия в качестве усилителя обработки (GPB-032)
В целом, в данном примере использовали некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
Количество усилителя обработки гидроксида калия (Fisher Scientific, каталожный № P250-500), используемого в опыте с идентификатором "PB-106-2", составляло приблизительно 0,450 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,119 мг/мл). Кроме того, количество бикарбоната натрия (Fisher Scientific, каталожный № S631-3), используемого в опыте с идентификатором "PB-106-2", составляло приблизительно 0,850 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,22 мг/мл). Подаваемые электроды представляли собой платиновую проволоку (диаметром 1 мм/0,040"), 99,99%, полученную от Hi-Rel Alloys LTD (Онтарио, Канада).
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый блок Chroma 61604. В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 80 Гц для изготовления по меньшей мере одного типа частиц платины в воде в соответствии с идеями настоящего описания. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 215 вольт с прикладываемым током между приблизительно 4,0 ампера и приблизительно 7,0 ампера.
Затем итоговому материалу с частицами платины в воде давали остыть в течение ночи до приблизительно 23 градусов Цельсия. В этот момент основанный на Pt и воде материал вводили во второй отдельный и отличающийся лотковый блок, как описано ниже.
В целом, этот второй лоток использовал некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
В частности, использовали частоту синусоидального переменного тока 60 Гц для изготовления суспензии, или коллоида, или иона золотых нанокристаллов в соответствии с идеями настоящего описания. Основанный на платине и воде материал "PB-106-2", как рассмотрено выше, подавали посредством насоса 40 в плазменную лотковую секцию 30a', как показано на фигуре 10c. Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый источник переменного тока Chroma 61604. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 260 вольт в течение приблизительно двух минут, за чем следовало приблизительно 220 вольт на время осуществления опыта. Прикладываемый ток изменялся между приблизительно 4 амперами и приблизительно 7 амперами.
Общее количество платины и золота, содержащихся в суспензии биметаллических нанокристаллов данного материала, составляло соответственно приблизительно 3,0 ч/млн и 9,2 ч/млн по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Таблица 19 суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10b. Таблица 19 также раскрывает: 1) итоговые "ч/млн" (т.е. атомные концентрации платины и золота).
В данном примере использовали Zeta-Sizer "Nano-ZS", выпускаемый Malvern Instruments, для определения дзета-потенциала (особенности которого описаны ранее в настоящем документе). Для каждого измерения образцом объемом 1 мл заполняли чистую одноразовую дзета-ячейку DTS1060C. Использовали программное обеспечение Dispersion Technology, версия 5.10, для того чтобы эксплуатировать Zeta-Sizer и вычислять дзета-потенциал. Использовали следующие установки: диспергент - вода, температура - 25°C, вязкость - 0,8872 сП, коэффициент преломления - 1,330, диэлектрическая постоянная - 78,5, модель аппроксимации - Смолуховского. Три повторения по 60 опытов на одно повторение проводили для каждого образца. Получали спектры поглощения энергии для данного образца (GPB-032) с применением способов спектроскопии в УФ и видимой областях, как изложено в другом месте в настоящем описании. Фигура 27 содержит данные в УФ и видимой областях, собранные для данного образца (GPB-032), конкретно отображая диапазон 350-900 нм.
Пример 15
Получение суспензии биметаллических нанокристаллов Au-Pt с применением непрерывного лоткового способа с применением бикарбоната натрия в качестве усилителя обработки (GPB-010)
В целом, в данном примере использовали некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
Количество бикарбоната натрия (Fisher Scientific, каталожный № S631-3), используемого в опыте с идентификатором "PB-74", составляло приблизительно 2,5 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,66 г/л). Подаваемые электроды представляли собой платиновую проволоку (диаметром 1 мм/0,040''), 99,99%, полученную от Hi-Rel Alloys LTD (Онтарио, Канада).
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый блок Chroma 61604. В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 80 Гц для изготовления по меньшей мере одного типа частиц платины в воде в соответствии с идеями настоящего описания. Прикладываемое напряжение составляло 175 вольт с прикладываемым током между приблизительно 4,0 ампера и приблизительно 7,0 ампера.
Затем итоговому материалу с частицами платины в воде давали остыть в течение ночи до приблизительно 23 градусов Цельсия. В этот момент основанный на Pt и воде материал вводили во второй, отдельный и отличающийся лотковый блок, как описано ниже.
В целом, этот второй лоток использовал некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
В частности, использовали частоту синусоидального переменного тока 60 Гц для изготовления суспензии, или коллоида, или иона золотых нанокристаллов в соответствии с идеями настоящего описания. Основанный на платине и воде материал "PB-74", как рассмотрено выше, подавали посредством насоса 40 в плазменную лотковую секцию 30a', как показано на фигуре 10b. Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый источник переменного тока Chroma 61604. Прикладываемое напряжение первоначально было выставлено на 200 вольт, но было выставлено на 165 вольт из-за того, что начальные значения тока попадали вне нормального диапазона, как правило, между 2,5 А и 3,5 А. Прикладываемый ток изменялся между приблизительно 4 амперами и приблизительно 7 амперами.
Общее количество атомных платины и золота, содержащихся в суспензии биметаллических нанокристаллов, составляло, соответственно, приблизительно 1,7 ч/млн и 7,8 ч/млн по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании. Следует отметить, что данная конкретная суспензия биметаллических нанокристаллов Au-Pt не была стабильной, поскольку она оседала за период времени, не превышающий четырех месяцев после производства. Соответственно, при определенных наборах условий обработки бикарбонат натрия сам по себе без добавления KOH или других подходящих усилителей обработки не способствует созданию высокостабильных суспензий биметаллических нанокристаллов Au-Pt. Тем не менее, данные суспензии могут подходить для некоторых целей.
Таблица 20 суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10b. Таблица 20 также раскрывает: 1) итоговые "ч/млн" (т.е. атомные концентрации платины и золота) и 2) "гидродинамический радиус" (нм).
Пример 16
Получение множества суспензий биметаллических нанокристаллов Au-Pt с применением непрерывного лоткового способа при различных прикладываемых частотах (GPB-017, GPB-018, GPB-019, GPB-020, GPB-021, GPB-023, PGT024, PGT025, PGT026)
В целом, в данном примере использовали некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
Количество усилителя обработки гидроксида калия (Fisher Scientific, каталожный № P250-500), используемого в опытах с идентификаторами "PB-83, 85, 87 и 88", составляло приблизительно 0,450 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,12 мг/мл). Кроме того, количество бикарбоната натрия (Fisher Scientific, каталожный № S631-3), используемого в опытах с идентификаторами "PB-83, 85, 87 и 88'', составляло приблизительно 0,850 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,22 мг/мл). Подаваемые электроды представляли собой платиновую проволоку (диаметром 1 мм/0,040''), 99,99%, полученную от Hi-Rel Alloys LTD (Онтарио, Канада).
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый блок Chroma 61604. В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 80 Гц для по меньшей мере одного типа частиц платины в воде в соответствии с идеями настоящего описания. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 215 вольт с прикладываемым током между приблизительно 4,0 ампера и приблизительно 7,0 ампера.
Затем итоговому материалу с частицами платины в воде давали остыть в течение ночи до приблизительно 23 градусов Цельсия. В этот момент основанный на Pt и воде материал вводили во второй, отдельный и отличающийся лотковый блок, как описано ниже.
В целом, этот второй лоток использовал некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
В частности, использовали частоту синусоидального переменного тока 5 Гц-200 Гц для изготовления суспензий, или коллоидов, или ионов золотых нанокристаллов в соответствии с идеями настоящего описания. Основанный на платине и воде материал "PB-83, 85, 87 и 88", как рассмотрено выше, подавали посредством насоса 40 в плазменную лотковую секцию 30a', как показано на фигуре 10b. Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый источник переменного тока Chroma 61604. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 260 вольт в течение приблизительно двух минут, за чем следовало приблизительно 220 вольт на время осуществления опыта. Прикладываемый ток изменялся между приблизительно 4 амперами и приблизительно 7 амперами.
Общее количество атомных платины и золота, содержащихся в суспензии биметаллических нанокристаллов, приведено в таблицах 21a, 21b и 21c. Таблица 21a излагает условия работы с платиной, используемые для образования частиц платины в воде, а таблицы 21b и 21c излагают условия работы, используемые для образования суспензий биметаллических нанокристаллов Au-Pt.
Таблица 21a суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 10c. Таблицы 21a, 21b и 21c также раскрывают: 1) итоговые "ч/млн" (т.е. атомные концентрации платины и золота), 2) гидродинамический радиус и 3) дзета-потенциал.
Для данных образцов (PGT024, PGT025, PGT026) получали спектры поглощения энергии с применением способов спектроскопии в УФ и видимой областях, как изложено в другом месте в настоящем описании. Фигура 28a содержит данные в УФ и видимой областях, собранные для данных образцов (PGT024, PGT025, PGT026), конкретно отображая диапазон 350-900 нм.
Получали спектры поглощения энергии для данных образцов (GPB-017, GPB-018, GPB-019, GPB-020, GPB-023) с применением способов спектроскопии в УФ и видимой областях, как изложено в другом месте в настоящем описании. Фигура 28a содержит данные в УФ и видимой областях, собранные для данных образцов (GPB-017, GPB-018, GPB-019, GPB-020, GPB-023), конкретно отображая диапазон 350-900 нм.
Множество суспензий биметаллических нанокристаллов Au-Pt получали при частотах, как описано в данном примере, в диапазоне приблизительно 5-200 Гц. Представительное сравнение размера частиц в зависимости от частоты показано на фигуре 28c.
Пример 17
Анализ поверхности произведенных суспензий биметаллических нанокристаллов Au-Pt с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения/сканирующей просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (GPB-040)
В целом, в данном примере использовали некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a, для изготовления суспензий биметаллических нанокристаллов Au-Pt. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 18c и 18j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
Количество усилителя обработки гидроксида калия (Fisher Scientific, каталожный № P250-500), используемого в опыте с идентификатором "PB-118", составляло приблизительно 0,450 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,12 мг/мл.). Кроме того, количество бикарбоната натрия (Fisher Scientific, каталожный № S631-3), используемого в опыте с идентификатором "PB-118", составляло приблизительно 0,850 грамм/галлон (т.е. приблизительно 0,22 мг/мл). Подаваемые электроды представляли собой платиновую проволоку (диаметром 1 мм/0,040''), 99,99%, полученную от Hi-Rel Alloys LTD (Онтарио, Канада).
Прикладываемое напряжение для каждой плазмы 4, производимой электродом 1, составляло приблизительно 750 вольт. Данное напряжение получали посредством трансформатора 60 (т.е. симметричной конструкции с опорной средней точкой), рассмотренного в другом месте в настоящем описании.
Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый блок Chroma 61604. В частности, использовали частоты синусоидального переменного тока 80 Гц для изготовления по меньшей мере одного типа частиц платины в воде в соответствии с идеями настоящего описания. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 215 вольт с прикладываемым током между приблизительно 4,0 ампера и приблизительно 7,0 ампера.
Затем итоговому материалу с частицами платины в воде давали остыть в течение ночи до приблизительно 23 градусов Цельсия. В этот момент основанный на Pt и воде материал вводили во второй, отдельный и отличающийся лотковый блок, как описано ниже.
В целом, этот второй лоток использовал некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, связанные с приспособлениями, показанными в общем на фигурах 9, 10c и 11a. Электрическое устройство 501AC, показанное на фигуре 13, использовали в качестве источника питания для примеров, содержащихся в настоящем описании, тогда как генератор функций 501FG иногда использовали, для того чтобы приводить в действие 501AC. Данный трансформатор представлял собой источник питания переменного тока (Chroma 61604) с диапазоном напряжения переменного тока, составляющим 0-300 В, диапазоном частоты, составляющим 15-1000 Гц, и максимальной номинальной мощностью, составляющей 2 кВА. Обсуждение электрической совместимости можно найти в разделе, посвященном подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления. Управляющие устройства 20, показанные на фигурах 8c и 8j, были соединены с электродами 1/5 и 5/5 соответственно, и электроды 5/5 были приведены в движение со скоростью, равной приблизительно 1'' за 8 часов. Все восемь наборов электродов 1/5 и 5/5 были соединены с управляющими устройствами 20 и 20i, которые автоматически регулировали высоту, например, каждого электрода 5/5 в каждом наборе электродов 5/5, имеющем 2 охватывающие приемные трубки o5a/o5a'-o5g/o5g', которые были соединены с нижней частью лоткового элемента 30b', так что электроды в каждом наборе электродов 5/5 можно было съемным образом вставлять в каждую охватывающую приемную трубку o5, когда, и если, требуется.
В частности, использовали частоту синусоидального переменного тока 60 Гц для изготовления суспензии, или коллоида, или иона золотых нанокристаллов в соответствии с идеями настоящего описания. Основанный на платине и воде материал "PB-118", как рассмотрено выше, подавали посредством насоса 40 в плазменную лотковую секцию 30a', как показано на фигуре 10c. Источник питания переменного тока 501AC использовал программируемый источник переменного тока Chroma 61604. Прикладываемое напряжение составляло приблизительно 260 вольт в течение приблизительно двух минут, затем следовало приблизительно 220 вольт на время осуществления опыта. Прикладываемый ток изменялся между приблизительно 4 амперами и приблизительно 7 амперами.
Общее количество атомных платины и золота, содержащихся в биметаллической нанокристаллической суспензии, составляло приблизительно 3,2 ч/млн и 9,3 ч/млн соответственно по измерениям посредством технологий атомно-абсорбционной спектроскопии, рассмотренных в другом месте в настоящем описании.
Таблица 22 суммирует основные параметры обработки, используемые вместе с фигурами 9 и 11a. Таблица 22 также раскрывает: 1) итоговые "ч/млн" (т.е. атомные концентрации платины и золота), 2) "гидродинамический радиус" и 3) "дзета-потенциал".
Просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения (ПЭМВР) осуществляли с помощью просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения Philips CM300 FEG, описанного в другом месте в настоящем описании. Сканирующую просвечивающую электронную микроскопию (СПЭМ) также осуществляли на CM300 в режиме СПЭМ. Калибровку проводили перед анализом посредством процедуры внутренней калибровки в компьютере прибора. Фигуры 29a и 29c представляют собой типичные ПЭМ-микроснимки. Фигуры 29b и 29d представляют собой типичные спектры ЭДС высушенных нанокристаллов с фигур 29a и 29c. Фигуры 29e, 29f и 29g представляют собой картирования СПЭМ высушенных биметаллических нанокристаллов Au-Pt, полученных высушиванием из суспензий нанокристаллов.
Получали спектры поглощения энергии для данного образца (GPB-040) с применением способов спектроскопии в УФ и видимой областях, как изложено в другом месте в настоящем описании. Фигура 30 содержит данные в УФ и видимой областях, собранные для данного образца (GPB-040), конкретно отображая диапазон 350-900 нм.
Концентрированные образцы GPB-040 получали с помощью тангенциальной поточной фильтрации (ТПФ), как описано в настоящем описании, при которой диафильтрационный буфер замещали деионизированной водой для удаления усилителя процесса из раствора. GPB-040 концентрировали в 20 раз по объему три раза, каждый раз разбавляя до исходной концентрации деионизированной водой. Затем концентрированный с помощью ТПФ GPB-040 центрифугировали при 11000 об/мин в течение 10 минут, что приводило к присутствию биметаллической Au-Pt пеллеты на дне центрифужной пробирки объемом 1,5 мл. Использовали приблизительно 24 пробирки для сбора конечного образца объемом приблизительно 1,5 мл с концентрацией, которая приблизительно в 400 раз выше, чем в исходном растворе. Затем данный раствор помещали на столик для образца, как рассмотрено ниже.
Тангенциальная поточная фильтрация (ТПФ)
Для того чтобы сконцентрировать биметаллические нанокристаллы в GPB-040, использовали способ тангенциальной поточной фильтрации (ТПФ). В данном способе фильтрация представляет собой процесс разделения под действием давления, в котором применяют мембраны для разделения нанокристаллов в суспензии на основании различий в их размере и/или заряде. При ТПФ жидкость тангенциально прокачивают вдоль поверхности мембраны. Схема простой системы ТПФ показана на фигуре 31c.
Питающий резервуар 1001 подает жидкость на питающий насос 1002 и в фильтрационный модуль 1003. Поток 1004 фильтрата удаляют. Ретентат отводят через клапан 1005 ретентата и возвращают как 1006 в питающий резервуар 1001. Во время каждого прохода жидкости над поверхностью мембраны в фильтрационном модуле 1003 прикладываемое давление вынуждает часть жидкости проходить через мембрану и в поток 1004 фильтрата. Все частицы и макромолекулы, которые слишком велики, для того чтобы проходить через поры мембраны, остаются в верхнем потоке и увлекаются тангенциальным потоком в ретентат 1006. Ретентат, имеющий более высокую концентрацию коллоидных частиц, возвращается назад в питающий резервуар 1001. Если в питающий резервуар не добавляют диафильтрационный буфер, то объем коллоида в питающем резервуаре 1001 уменьшается на количество удаленного фильтрата, и суспензия становится концентрированной.
В данном примере использовали кассеты Millipore Pellicon XL с целлюлозными мембранами с MWCO 5 кДа и 10 кДа. Давление ретентата было выставлено на 40 PSI с помощью клапана 1005 ретентата. Мембрана 10 кДа позволяла использовать приблизительно в 4 раза более высокую скорость потока фильтрата по сравнению с мембраной 5 кДа при том же трансмембранном давлении, что ожидаемо для большего размера пор. В то же время поры мембраны 10 кДа достаточно малы, для того чтобы сохранять все образованные биметаллические нанокристаллы в ретентате в GPB-040.
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
-8
Химический анализ поверхности биметаллических золото-платиновых нанокристаллов осуществляли с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Спектры собирали с применением фотоэлектронного спектрометра Physical Electronics (PHI) модели 5400, оснащенного источником Mg K-альфа, работающим при мощности пучка 300 Вт, с ускоряющим напряжением, равным 15 кВ. Испущенные фотоэлектроны детектировали с помощью полусферического анализатора, который обеспечивал высокие чувствительность и разрешение. Рабочее давление в камере образца во время анализа было ниже 5×10 Торр.
5/2
7/2
5/2
7/2
Спектры получали в двух диапазонах (т.е. обзорное сканирование с низким разрешением и мультиплексное сканирование с более высоким разрешением в определенных областях интереса). Обзорные сканирования проводили при энергиях связывания 0-1200 эВ, тогда как сканирования с более высоким разрешением проводили при 80-100 эВ и 65-85 эВ. Элементарное золото демонстрирует мультиплет (4f и 4f) при 87,6 эВ и 83,9 эВ соответственно и информацию, такую как состав и концентрация оксидов, можно определить из расширенной области 80-100 эВ. Платина демонстрирует мультиплет (4f и 4f) при 74,5 эВ и 71,2 эВ соответственно и информацию, такую как состав и концентрация оксидов, можно определить из расширенной области 65-85 эВ.
-8
Очистку распылением и профилирование по глубине осуществляли с помощью пушки для ионного распыления (PHI, модель 04-303). Бомбардирующая ионами пушка работала при ускоряющем напряжении, равном 4,0 кэВ, и в образце поддерживали токи приблизительно 25 мА по всей площади образца. В главной камере поддерживали давление приблизительно 5×10 Торр. Соответствующий размер растра составляет 4×4 мм с давлением, равным 25 мПа. Распыление проводили с интервалами, равными 5, 10, 20, 30, 40, 50, 70, 90, 120, 180 и 240 минут.
Фигуры 29h-29i представляют собой спектры, полученные от GPB-040, золото-платиновой суспензии биметаллических нанокристаллов. Спектры получали, помещая 100-200 мкл образца на столик для образца и последовательно создавая вакуум для высушивания материала на углеродной ленте. Затем камеру открывали и помещали другие 100-200 мкл. Данный способ повторяли одиннадцать раз для получения тонкой пленки материала на углеродной ленте.
Начальное обзорное сканирование, фигура 29h, полезно для определения поверхностных загрязняющих примесей и элементарного состава нанокристаллов. Явно отмечены пики, указывающие на углерод, кислород, платину и золото. Небольшой углеродный пик при 285 эВ происходит от неполного покрытия образцом углеродной ленты, тогда как кислородный пик при 531 эВ обусловлен, вероятно, кислородом, захваченным вследствие технологии подготовки образцов; однако в адсорбционном слое кислород может начать захватываться между нанесением капель. Пики при 690 эВ и 750 эВ можно отнести к загрязнению камеры образцами фтора и кислородом соответственно. В обоих случаях данные пики исчезают после 30 минут распыления.
5/2
7/2
Мультиплексные сканирования с более высоким разрешением, фигура 29i, при 60-100 эВ предоставляют дополнительную информацию о композиции золота и платины в нанокристаллах. Пик 4f Au на 88 эВ содержит небольшое плечо, которое можно отнести к заряду образца. После распыления в течение 30 минут поток положительных ионов аргона нейтрализовывал образец и плечо исчезало. Кроме того, после распыления в течение 30 минут вырастает пик 4f Pt на приблизительно 71 эВ.
7/2
7/2
Как ясно показано на фигурах 29a-g, растворы биметаллических нанокристаллов Au-Pt гетерогенны по структуре по отношению к атомной платине и атомному золоту. Как указывают определенные представляющие интерес области на фигурах 29a и 29c, энергодисперсионные спектры (ЭДС) получали посредством конденсирования электронного пучка ПЭМ на отдельные нанокристаллы. Итоговые данные ЭДС изображены на фигурах 29b и 29d. В обоих случаях присутствуют пик платины при приблизительно 9,4 кэВ и пик золота при приблизительно 9,7 кэВ. Фигуры 29e-g представляют собой изображения сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (СПЭМ) биметаллических нанокристаллов из суспензии GPB-040. Фигура 29e представляет собой СПЭМ-изображение по меньшей мере четырех биметаллических нанокристаллов Au-Pt, высушенных на медной сетке. Фигуры 29f и g представляют собой картирования ЭДС соответственно платины и золота нанокристаллов, изображенных на фигуре 29e. Из фигур 29f и 29g ясно, что как платина, так и золото существуют гетерогенным образом во всем объеме исследованных нанокристаллов. Кроме того, фигуры 29h и 29i предлагают дополнительное доказательство того, что поверхности нанокристаллов как свободны от органических загрязнений, так и не проявляют поведения ядро-оболочка. Относительные интенсивности 4f Au и 4f Pt не меняются как функция времени распыления. Можно было ожидать, что относительные интенсивности Pt уменьшатся, если бы нанокристаллы имели природу ядро-оболочка. Из объединенных данных ПЭМВР, ЭДС и РФЭС ясно, что нанокристаллы, полученные с помощью способов, раскрытых в данном примере, представляют собой биметаллические сплавы Au-Pt.
Пример 18
Концентрирование биметаллических суспензий золота и золота/платины с помощью технологии диализа
Технология диализных мешков делает возможным осуществление постепенного концентрирования коллоидов, изготовленных в соответствии с идеями настоящего описания. Коллоидные суспензии помещали внутрь диализного мешка и сам мешок погружали в водный раствор полимера на основе ПЭГ, который создает отрицательное осмотическое давление. Отрицательное осмотическое давление приводило к извлечению воды из коллоида, содержащегося в (т.е. внутри) диализном мешке.
Конкретнее, фигура 31a показывает диализный мешок 2000, содержащий типичные коллоидные суспензии 3000. Подходящий пластиковый контейнер 5000 (изготовленный из пластика ПНД) и в нем полимерный материал на основе ПЭГ 1000.
Диализная мембрана, которая образует диализный мешок 2000, характеризуется порогом отсекаемого молекулярного веса (MWCO) - приблизительный достигаемый пороговый размер, выше которого частицы большего размера будут оставаться внутри мембраны. Диализное концентрирование достигалось с применением целлюлозной мембраны, имеющей MWCO 3,5 кДа, для диализного мешка 2000, а раствор 1000 полимера был изготовлен из полимера ПЭГ-8000. В этих условиях молекулы воды и небольшие ионы могли проходить через диализную мембрану мешка 2000, но коллоидные наночастицы, большие чем MWCO 3,5 кДа, оставались внутри диализного мешка. При этом молекулы ПЭГ-8000 не могли проходить (т.е. вследствие их размера) через мембрану и оставались снаружи диализного мешка 2000.
Фигура 31b показывает, что диализный мешок 2000 уменьшался в объеме (с течением времени) относительно его размера на фигуре 31a. Диализному мешку 2000 не следует позволять схлопываться, когда жидкость удаляется из этого мешка. В этой связи нанокристаллы, которые могут оставаться на внутренней поверхности мешка, не должны подвергаться излишней нагрузке для предотвращения их возможной агрегации.
В каждый диализный мешок 2000 помещали приблизительно от 400 до 500 мл суспензии 3000 нанокристаллов, и их держали в растворе 1000 ПЭГ-8000 до тех пор, пока объем мешка не уменьшался приблизительно в 10 раз по размеру и объему. Дополнительное концентрирование суспензии, если требуется, осуществляли посредством объединения концентрированных 10× коллоидов из нескольких мешков в один мешок и повторения того же ряда стадий концентрирования снова. Диализные мешки 2000 можно безопасно использовать приблизительно 10 раз без появления каких-либо заметных неисправностей мембраны.
Начальная концентрация ПЭГ-8000 1000 в растворе полимера снаружи диализного мешка 2000 составляла приблизительно 250 г/л, и концентрация естественным образом понижалась вследствие вытягивания воды из коллоида 3000 сквозь диализные мешки 2000 (т.е. вследствие созданного осмотического давления). Более высокие концентрации полимера и плавное перемешивание могут увеличивать скорость удаления воды из коллоида 3000.
Данный способ диализа концентрировал коллоиды золота без видимого окрашивания диализных мешков 2000. Концентрацию оставшихся нанокристаллов золота в суспензии 4000 определяли по уменьшению объема, а также измеряли с помощью технологий ИСП-МС (рассмотренных подробно в настоящем описании далее). Оставшееся золото в суспензии 4000 было близко к концентрации золота, измеренной непосредственно с помощью технологий ИСП-МС. Однако в случае суспензии биметаллических нанокристаллов золото/платина часть платины, производимой на первой электрохимической стадии, была ионной, и некоторое количество данной ионной формы платины удалялось после вторых стадий электрохимической обработки и проходило через диализный мешок 2000 во время концентрирования. Этот эффект приводил к более низкому коэффициенту концентрации для атомной платины по сравнению с атомным золотом (очевидно, что все атомное золото было в металлической форме). Кроме того, суспензия биметаллических нанокристаллов Au-Pt немного окрашивала мембрану диализного мешка 2000 в равномерный желтовато-зеленый цвет.
Технологию диализного мешка использовали для получения серии диапазонов концентраций двух различных коллоидных суспензий, которые использовали в последующем эксперименте с клеточными культурами in vitro. Конкретнее, таблица 23 приводит 9 различных концентраций металлов в образованной суспензии золота (NE10214) и в биметаллической суспензии Au/Pt (GPB-032), образование которых описано ранее в настоящем документе. Значения концентрации измеряли с помощью масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), как описано непосредственно ниже.
Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС)
Значения ИСП-МС получали на Agilent 7700x
I) Принцип
Технология спектроскопии - масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой требует, чтобы образец жидкости вводили в камеру для образца с помощью распылителя, благодаря чему удаляются капли большего размера, и в камеру горелки вводится струя мелкого аэрозоля, который несет подаваемый инертный газ аргон. Температура горелки лежит в диапазоне 8000-10000 К. Аэрозоль мгновенно высыхает и ионизируется в плазме и извлекается в область предварительного вакуума через пробоотборный конус, а затем последовательно проходит через второе отверстие, конус скиммера. Затем ионы коллимируют с помощью системы линз и затем фокусируют с помощью ионной оптики.
Ионные линзы позволяют ИСП-МС достигать высокой чувствительности сигнала посредством предотвращения достижения фотонами и нейтральными частицами детектора с помощью установки квадруполя и детектора не на оси входа ионного пучка. В ОРС, которая представляет собой октупольный ионопровод, расположенный между ионной линзой в сборе и квадруполем, вводят газ клетки, гелий. Интерференции, такие как полиатомные частицы, удаляют посредством дискриминации по кинетической энергии. Прошедшие ионы затем переходят в квадрупольный масс-анализатор, который состоит из четырех длинных металлических стержней. К стержням прикладывают РЧ и постоянные напряжения, и именно изменение напряжений позволяет стержням фильтровать ионы определенных отношений массы к заряду.
Затем ионы подвергают измерениям с помощью импульсного аналогового детектора. Когда ион входит в электронный умножитель, он ударяет динод и создает избыток свободных электронов, которые затем ударяют следующий динод, что приводит к созданию дополнительных электронов. Количество ионов от определенного элемента коррелирует с количеством созданных электронов, что приводит к большему или меньшему количеству импульсов или имп/с.
II) Подготовка образцов
3
Образцы получали посредством разбавления 500 мкл образца в 4,5 мл 5% HNO/2% HCl в течение 30 минут при 70°C. Образцы получали в трех параллелях. После этого образцы переносили в полипропиленовую тестовую пробирку, которую затем помещали в стойку в автоматический дозатор Cetac.
III) Установка прибора
3
Включали плазму в ИСП-МС Agilent 7700x, и начинали процедуру запуска. Плазме давали прогреться в течение 26 минут до запуска начальной оптимизации. После успешного завершения стадий оптимизации прибор был готов для анализа. Осуществляли быструю ручную настройку и проверяли сигнал низкой, средней и высокой масс (59, 89 и 205), для того чтобы убедиться, что прибор удовлетворяет нашим внутренним спецификациям. Затем подвод внутреннего стандарта переключали с чистой 5% HNO на внутренний стандартный раствор, содержащий In 115.
IV) Методика анализа
-1
-1
-1
-1
-1
3
Калибровочные образцы и стандарты для независимой непрерывной проверки концентрации (ICCV) получали из внешних исходных растворов, полученных с помощью SPEX CertiPrep. 3 мультиэлементных калибровочных стандарта, содержащих золото, последовательно разбавляли от 10 ч/млн до 1000 млрд, 100 млрд, 10 млрд и 1 млрд соответственно. Чистый раствор разбавителя 5% HNO/2% HCl использовали в качестве стандарта 0 млрд. Образец ICCV помещали во флакон для образца и помещали на стойку с калибровочными стандартами.
-1
-1
-1
-1
-1
3
Перед анализом образца получали калибровочную кривую посредством проведения измерений 0 млрд, 1 млрд, 10 млрд, 100 млрд и 1000 млрд. Затем подвергали измерению представляющие интерес образцы с 90-секундной стадией промывания 5% HNO в промежутках между вводом образцов. После каждых 6 образцов проводили ICCV, для того чтобы удостовериться, что калибровочная кривая лежит в пределах 10% фактических значений.
V) Анализ данных
Данные экспортировали из программного обеспечения для анализа данных Mass Hunter в Excel для форматирования и проверки. Повторы усредняли для получения средней концентрации, стандартного отклонения и относительного стандартного отклонения.
Пример 19
Сравнение эффективности in vitro по отношению к клеточным линиям рака между концентрированной суспензией Au (NE10214) и концентрированной биметаллической суспензией Au/Pt (GPB-032)
Панель клеточных линий составляли с 30 различными типами человеческой опухоли, выбранными из банков культур ATCC и DSMZ (все клеточные линии DSMZ отмечены "**"), и она включала в себя типичные раки мочевого пузыря, молочной железы, шейки матки, ЦНС, толстой кишки, головы и шеи, легкого, яичников, предстательной железы, желудка, щитовидной железы, матки и вульвы. 30 конкретных клеточных линий и типов опухоли приведены в таблице 24.
Методика эксперимента:
2
2
Клетки выращивали в RPMI1640, 10% ФБС, 2 мМ L-аланил-L-глутамина, 1 мМ пирувата Na в увлажненной атмосфере с 5% CO при 37°C. Клетки высеивали в 384-луночные планшеты и инкубировали в увлажненной атмосфере с 5% CO при 37°C. Соединения NE10214 и GPB-032 добавляли через 24 часа после посева клеток. В то же время начинали отсчет времени для планшета с необработанными клетками.
После 72-часового периода инкубирования клетки закрепляли и окрашивали флуоресцентно мечеными антителами и ядерным красителем для получения возможности визуализации ядер, апоптотических клеток и митотических клеток. Апоптотические клетки обнаруживали с применением антитела к активной каспазе-3. Митотические клетки обнаруживали с применением антитела к фосфогистону-3.
Концентрированную суспензию Au (NE10214, также "соединение 1") и концентрированную биметаллическую суспензию Au/Pt (GPB-032, также "соединение 2") разбавляли, как показано в таблице 25 ниже, и проводили анализ по 9 концентрациям от самой высокой тестируемой концентрации до самой низкой тестируемой концентрации. Когда два тестируемых соединения добавляли к среде для роста, они становились разбавленными средами для роста. Фактические атомные концентрации металлических компонентов (т.е. Au в NE10214; и Au+Pt в GPB-032) в средах для роста показаны в таблице 25 как "Конц. in vitro, мкМ".
Автоматическую флуоресцентную микроскопию проводили с применением GE Healthcare IN Cell Analyzer 1000, и изображения собирали с помощью объектива 4X.
Анализ данных
50
50
50
50
Двенадцатибитные изображения в формате TIFF получали с применением InCell Analyzer 1000 3.2 и анализировали с помощью программного обеспечения Developer Toolbox 1.6. Значения EC и IC вычисляли с применением нелинейной регрессии, для того чтобы описать данные с помощью сигмоидальной 4-точечной 4-параметрической одноцентровой модели доза-ответ, в которой y(fit)=A+[(B-A)/(1+((C/x)^D))]. Подбор кривой, вычисления EC/IC и создание отчета осуществляли с применением специального основанного на MathIQ программного обеспечения с механизмом уплотнения данных (AIM).
Интерпретация данных
Мультиплексный анализ цитотоксичности использовал технологию анализа, основанного на изображениях клеток, в которой клетки закрепляли и окрашивали с помощью флуоресцентно меченных антител и ядерного красителя, как отмечено выше.
Клеточную пролиферацию измеряли с помощью интенсивности сигнала включенного ядерного красителя. Результат анализа клеточной пролиферации называется относительным числом клеток. Для определения конечной точки клеточной пролиферации вывод данных клеточной пролиферации преобразовывали в процентную долю от контроля (POC) с применением следующей формулы:
POC = относительное число клеток (лунки с соединением)/относительное число клеток (лунки с основой)×100
50
50
50
IC относительного числа клеток представляет собой концентрацию тестируемого соединения при 50% от максимального возможного ответа. EC относительного числа клеток представляет собой концентрацию тестируемого соединения в точке перегиба кривой или половины эффективного ответа (параметр C при нахождении аппроксимирующей кривой). GI представляет собой концентрацию, необходимую для уменьшения наблюдаемого роста наполовину. Он представляет собой концентрацию, которая ингибирует рост до середины между необработанными клетками и числом клеток, посеянных в лунку (значение в начале отсчета времени).
Необработанный планшет в начале отсчета времени применяют для определения числа удвоений за 72-часовой период анализа: число удвоений за 72 часа = LN[количество клеток (конечная точка через 72 часа)*количество клеток (начало отсчета времени)]/LN(2)
Выходное значение для каждого биомаркера представляет собой кратность превышения над фоном основы, нормализованную на относительное количество клеток в каждой лунке.
95
Маркер активированная каспаза-3 помечает клетки от ранней до поздней стадии апоптоза. Результат показан как кратность увеличения числа апоптотических клеток по сравнению с фоном основы, нормализованная на относительное количество клеток в каждой лунке. Концентрации тестируемого соединения, которые вызывают 5-кратное индуцирование сигнала каспазы-3, указывают на значительное индуцирование апоптоза. Лунки с концентрациями более высокими, чем IC относительного числа клеток, не учитывают при анализе индуцирования каспазы-3.
Фосфогистоновый-3 маркер помечает митотические клетки. Результат показан как кратность индуцирования митотических клеток по сравнению с фоном основы, нормализованная на относительное количество клеток в каждой лунке. Когда кратность индуцирования сигнала митотических клеток по сравнению с фоном составляет ~1, "воздействие" на клеточный цикл отсутствует. Двукратное или более увеличение сигнала фосфогистона-3 по сравнению с фоном основы указывает на значительное индуцирование тестируемым соединением митотического блока.
95
95
95
Двукратное или более уменьшение сигнала фосфогистона-3 может указывать на блок G1/S, только когда уровень цитотоксичности ниже измеренной IC относительного числа клеток. Когда двукратное или более уменьшение сигнала фосфогистона-3 наблюдают при концентрациях, более высоких, чем IC относительного числа клеток, уменьшение числа митотических клеток наиболее вероятно обусловлено более общим цитотоксическим эффектом, а не истинным блоком фазы G1/S. Лунки с концентрациями более высокими, чем IC относительного числа клеток, не учитывают при анализе с помощью фосфогистона-3.
Критерии положительных ответов
- Клеточная пролиферация, измеренная по относительному числу клеток
- Апоптоз:
- >5-кратное увеличение сигнала активированной каспазы-3 указывает на апоптотический ответ
- Митоз:
- >2-кратное увеличение фосфогистона-3 указывает на митотический блок
- <2-кратное уменьшение фосфогистона-3 указывает на блок G1/S
Поскольку соединения in vitro имеют относительно низкий уровень концентрации, большинство предлагаемых концентраций оказались слишком низкими для получения результатов IC50. При повышении уровня концентрации активность становится ясно видимой с обоими соединениями во многих протестированных опухолевых клеточных линиях. В таблице 27 выше, озаглавленной "Сводная информация по функционированию для соединений 1 (NE10214) и 2 (GPB-032)", в колонке 3 ("клеточная линия") выделена с помощью "*" каждая опухолевая клеточная линия, в которой демонстрировалась значительная противораковая активность для каждой комбинации соединение/клеточная линия.
Результаты
Данные, суммированные в таблице 27, ясно демонстрируют значительную противораковую активность в ответ на обработку с помощью концентрированной суспензией Au (NE10214) в 13 из 30 протестированных опухолевых клеточных линий и в 23 из 30 опухолевых клеточных линий, обработанных концентрированной биметаллической суспензией Au-Pt (GPB-032).
Столь же важно, что концентрированная суспензия Au и концентрированная биметаллическая суспензия Au-Pt показывают заметно различные картины присутствия противораковой активности и заметно различные картины типа противораковой активности среди тридцати различных опухолевых клеточных линий.
Теперь следует рассмотреть фигуры 32a-32ad. Данные фигуры показывают графически отличие в функционировании соединения 1 и соединения 2 в каждой из 30 протестированных клеточных линий. Конкретнее, приведены сравнения для каждого параметра из "относительного числа клеток, %", "апоптоза (кратность индуцирования)" и "митоза (кратность индуцирования)". Данные показывают, что имеет место значительное возрастание индуцирования апоптоза в восьми различных опухолевых клеточных линиях, обработанных концентрированной биметаллической суспензией Au-Pt (GPB-032), но данный тип активности не показан в какой-либо из опухолевых клеточных линий, обработанных концентрированным соединением Au (NE10214).
Значительное возрастание индуцирования апоптоза явно присутствует в восьми опухолевых клеточных линиях, перечисленных ниже, обработанных концентрированной биметаллической суспензией Au-Pt, но ни в одной из обработанных концентрированной суспензией Au:
22Rv1
предстательная железа
SW962
вульва
BHT 101
эндокринная железа
BT474
молочная железа
CaOV-3
яичник
DoTc2 4510
шейка матки
Du 145
предстательная железа
KPL-1
молочная железа
Во-вторых, имеет место значительное индуцирование блока митоза в пяти различных опухолевых клеточных линиях, обработанных концентрированной биметаллической суспензией Au-Pt (GPB-032), но данный тип активности не показан в какой-либо из клеточных линий при обработке концентрированной суспензией Au (NE10214).
Значительное индуцирование митотического блока присутствует в пяти типах опухолевых клеточных линий, перечисленных ниже, обработанных концентрированной биметаллической суспензией Au-Pt, но ни в одной из обработанных концентрированной суспензией Au:
SW837
прямая кишка
RL95-2
матка
EFM-19
молочная железа
SW962
вульва
CAOV3
яичник
В-третьих, концентрированная биметаллическая суспензия Au-Pt демонстрирует значительную противораковую активность в двенадцати опухолевых клеточных линиях, в которых концентрированное соединение Au вовсе не проявляет активности, и концентрированная суспензия Au эффективна в двух дополнительных опухолевых клеточных линиях, в которых концентрированная биметаллическая суспензия Au-Pt вовсе не проявляет активности, - всего в четырнадцати из тридцати опухолевых клеточных линий, отсутствовало наблюдаемое перекрывание в присутствии какого-либо типа противораковой активности.
Кроме того, в двадцати пяти из тридцати клеточных линий, в которых или концентрированная суспензия Au, или концентрированная биметаллическая суспензия Au-Pt, или они обе демонстрировали противораковую активность, только в четырех (4/30=13%) оба соединения имели одинаковый характер или тип противораковой активности. В двадцати трех из двадцати семи случаев характер активности значительно отличается.
В заключение,
1) Значительный уровень противораковой активности: или концентрированная суспензия Au, или концентрированная биметаллическая суспензия Au-Pt, или оба соединения имели значительную противораковую активность против двадцати пяти из тридцати (25/30=83%) протестированных опухолевых клеточных линий;
2) Значительно различные характеры противораковой активности: характер противораковой активности двух соединений (Au и Au-Pt) значительно различался в двадцати одной из двадцати пяти опухолевых клеточных линий, в которых активность имела место, 21/25→84% имели характеры активности, значительно отличающиеся между концентрированной суспензией Au и концентрированной биметаллической суспензией Au-Pt.
Пример 20a
Ксенографтное исследование рака у мышей - пероральное введение HCT116
Сущность
3
3
Данный пример демонстрирует эффективность нескольких вводимых перорально композиций изобретения в мышиной ксенографтной модели рака. Самкам Balb/C, иммунологически дефицитным реципиентным мышам (в возрасте 6-8 недель), были имплантированы опухоли. Донорных мышей Balb/C использовали, для того чтобы выращивать опухоли HCT116, каковые опухоли у них вырезали и последовательно нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Реципиентным мышам Balb/C делали краткую общую анестезию, и затем один фрагмент опухоли HCT116 размером 2 мм от донорных мышей имплантировали в правый и левый бока реципиентных мышей с применением иглы-троакара. Когда опухоли в реципиентных мышах достигали измеримого размера, равного приблизительно 4×4 мм по измерениям с помощью калиперов, помещаемых на кожу каждой мыши, реципиентных мышей случайным образом распределяли по группам лечения по 3 на группу, и начинали пероральное лечение. Лечение осуществляли исключительно посредством бутылочки для питья, совместно используемой для 3 мышей в каждой группе. Размер опухоли определяли пять раз в неделю с применением пары калиперов, и также получали вес мыши с помощью весов, причем эти измерения продолжали, пока мышь не умирала (или пока ее не удаляли из исследования), или исследование прекращали в день 24. Результаты данного примера суммированы на фигурах 33a-33b.
Получали некоторые сравнительные суспензии нанокристаллов и ионные растворы для сравнения с суспензиями биметаллических нанокристаллов Au-Pt.
Кратко говоря, GB-218 получали аналогично примеру 1, что давало концентрацию золота, равную 7,6 ч/млн по измерениям с помощью ААС. Дополнительно определяли, что упомянутый раствор имеет гидродинамический радиус, равный 15,1 нм по измерениям с помощью Viscotek. GB-219 получали аналогично примеру 1, причем гидроксид калия в качестве усилителя процесса был заменен на бикарбонат натрия в концентрации, равной 0,63 г/галлон (т.е. приблизительно 0,17 мг/мл). GB-219 имел концентрацию золота, равную 8,7 ч/млн по измерениям с помощью ААС. Дополнительно определяли, что упомянутый раствор имеет гидродинамический радиус, равный 18,3 нм по измерениям с помощью Viscotek.
Кроме того, PB-39 получали аналогично PB57001 примера 13, что давало суспензию нанокристаллических платиновых частиц, имеющую концентрацию Pt, равную 7,4 ч/млн PB-22-C4 получали аналогично примеру 13, причем прикладываемая частота 501AC была выставлена на 80 Гц вместо 5 Гц для получения раствора, состоящего преимущественно из ионных частиц Pt с небольшим количеством нанокристаллических частиц Pt. Концентрация бикарбоната натрия составляла 2,5 г/галлон (т.е. приблизительно 0,66 мг/мл). PB-22-C4 затем последовательно концентрировали с применением электрической плитки для получения концентрации Pt, равной приблизительно 8,3 ч/млн.
Методика
Животные
Вид:
Мыши
Линия:
Иммунодефицитные мыши Balb/C
Источник:
Harlan
Пол и количество:
Самки, 24
Возраст:
Приблизительно 6-8 недель на момент начала исследования.
Идентификация:
Каждая мышь получала уникальный идентификационный номер.
Содержание животных:
При поступлении всех животных проверяли на внешние признаки болезненности, и всех нездоровых животных исключали из последующего исследования. Животных помещали группами по три в свободных от особых патогенов (spf) условиях в термостатически контролируемой комнате (22±4°C) в блоке для животных. Животных выдерживали в стандартных условиях помещения животных в течение по меньшей мере 72 часов перед использованием. За состоянием здоровья животных наблюдали на протяжении всего этого периода, и перед началом исследования определяли пригодность каждого животного для использования в эксперименте.
Размещение:
Животных помещали группами по 3 на клетку в контролируемой комнате для обеспечения корректных температуры, влажности и 12-часового цикла свет/темнота во время исследования.
Рацион:
Облученный гранулированный корм и вода были доступны ad libitum на протяжении периодов содержания, акклиматизации и после введения.
Соединение и реагенты
Клеточная линия HCT 116 (ATCC CCL-247).
Фосфатно-солевой буфер ("ФСБ").
Тестируемые соединения: суспензия платиновых нанокристаллов, суспензия золотых нанокристаллов и биметаллическая суспензия Au-Pt.
Соединение положительного контроля: цисплатин.
Соединение отрицательного контроля: питьевая вода.
Группы лечения и дозировки
Группа 1 отрицательного контроля: дни 0-24, давали обычную питьевую воду.
Группа 2 положительного контроля: дни 0-24, давали обычную питьевую воду; и давали ежедневную дозу цисплатина, равную 8 мг/кг посредством внутрибрюшинной инъекции ("IP").
Группа лечения 3-6: дни 0-24, давали тестируемые соединения в качестве питьевой воды.
Протокол A: Подготовка и выращивание донорских опухолей
a) Подготовка опухолевых клеток
1. Клетки выращивали в полной среде и исключали все загрязняющие примеси.
2. Когда клетки становились приблизительно на 70-80% конфлюэнтными, приблизительно за 3-4 часа до сбора старую среду для роста клеток заменяли свежей средой для роста клеток, для того чтобы удалить все мертвые и/или отсоединившиеся клетки.
3. Среду для роста клеток удаляли еще раз, и промывали клетки с помощью ФСБ. Затем добавляли небольшое количество (например, 10 мл) трипсина-ЭДТА. Затем клетки диспергировали в полной среде для роста клеток в отношении между 10/1 и 5/1. Вслед за тем диспергированные клетки и среду немедленно центрифугировали при приблизительно 1500 об/мин в течение приблизительно 5 минут и дополнительно промывали дважды с помощью ФСБ, и клетки хранили на льду.
4. Затем клетки обычным образом помещали на предметное стекло и подсчитывали с применением гемоцитометра.
6
5. Затем добавляли краситель трипановый синий для идентификации и последующего исключения мертвых клеток. Конкретнее, клетки смешивали в отношении приблизительно 1:1, используя раствор трипанового синего. Трипановый синий разбавляли до приблизительно 0,8 мМ в ФСБ. Трипановый синий хранили при комнатной температуре. Поскольку все живые или жизнеспособные клетки не включают в себя трипановый синий, мертвые клетки окрашиваются красителем в синий цвет. Соответственно, удаляли все клетки, окрашенные в синий цвет. Клетки суспендировали, так чтобы приблизительно в 300 мкл содержалось приблизительно 3×10 клеток для выращивания опухоли. Данная концентрация клеток была необходима для успешного роста опухоли в каждом участке инъекции.
b) Инъекция и рост опухолевых клеток
1. Одновременно с получением клеток для выращивания опухоли заранее поступали мыши Balb/C, и их здоровье подвергали проверке.
2. Всем животным позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3. Все мыши имели возраст приблизительно 6-8 недель во время инокуляции. Участок инокуляции очищали и стерилизовали с помощью этанола перед инокуляцией.
4. Шприц объемом 1 куб. см наполняли раковыми клетками посредством втягивания смеси клеток в шприц без иглы. Затем к шприцу присоединяли иглу калибра 26.
3
5. Затем клетки инъецировали подкожно в нижнюю часть одного бока каждой мыши и позволяли им расти, до тех пор пока они не образовывали опухоль, которая достигала среднего объема, равного приблизительно 50-60 мм.
6. Затем мышей анестезировали, и опухоли собирали с помощью скальпеля и соответствующим образом хранили до инъекции реципиентным мышам.
Протокол B: Внедрение опухолей из донорных мышей реципиентным мышам
1. Дополнительные реципиентные мыши Balb/C поступали заранее. После поступления реципиентных мышей здоровье всех мышей подвергали проверке; и после прохождения теста на здоровье каждую нумеровали с помощью уникальной ушной бирки.
2. Реципиентным мышам позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3
3
3
3. Опухоли HCT116, полученные в протоколе A выше, удаляли у донорных мышей с помощью скальпеля и нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Опухоли размером 2 ммимплантировали с применением шприца-троакара диаметром 3 мм в правый и левый бока каждой мыши (т.е. 1 опухоль на бок). Опухолям давали расти в реципиентных мышах, до тех пор пока они не достигали размера, равного приблизительно 100-200 мм, до начала лечения в день 0. Лечение продолжали в течение 24 дней или до тех пор, пока мышь не удаляли из исследования и не усыпляли, или пока мышь не умирала.
4. Размеры опухолей и веса животных определяли ежедневно до окончания исследования в день 24.
Фигуры 33a и 33b графически показывают результаты перорального теста. Фигура 33a показывает явное различие в измеряемом объеме опухоли как функции времени между различными соединениями. Чем меньше опухоль, тем лучше. Кроме того, фигура 33b показывает различия в среднем весе мышей как функции времени между различными соединениями. Чем больше вес, тем лучше.
Таблица 28 приводит количество и момент времени в продолжение исследования, в который мыши были удалены из исследования. Причинами выбывания мышей из исследования были, в первую очередь, смерть и большой размер опухоли, что приводило к усыплению. Идентификаторы образцов соотносятся с соединениями, производимыми в соответствии со способами, рассмотренными ранее в настоящем описании.
Пример 20b
Ксенографтное исследование рака у мышей - внутриопухолевое введение HCT116
Сущность
3
3
Данный пример демонстрирует эффективность нескольких вводимых внутрь опухоли ("IT") суспензий металлических нанокристаллов изобретения в мышиной ксенографтной модели рака. Самкам Balb/C, иммунологически дефицитным реципиентным мышам (в возрасте 6-8 недель), были имплантированы опухоли. Донорных мышей Balb/C использовали, для того чтобы выращивать опухоли HCT116, каковые опухоли у них вырезали и последовательно нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Реципиентным мышам Balb/C делали краткую общую анестезию, и затем один фрагмент опухоли HCT116 размером 2 мм от донорных мышей имплантировали в правый и левый бока реципиентных мышей с применением иглы-троакара. Когда опухоли в реципиентных мышах достигали измеримого размера, равного приблизительно 7×7 мм по измерениям с помощью калиперов, помещаемых на кожу каждой мыши, реципиентных мышей случайным образом распределяли по группам лечения по 3 на группу и начинали "IT" лечение. Лечение осуществляли исключительно посредством инъекций с помощью иглы в опухоль дважды в день. Размер опухоли определяли пять раз в неделю с применением пары калиперов, и также получали вес мыши с помощью весов, причем эти измерения продолжали, пока мышь не умирала (или пока ее не удаляли из исследования), или исследование прекращали в день 30. Результаты данного примера суммированы на фигуре 34a-34b.
Получали некоторые сравнительные суспензии нанокристаллов и ионные растворы для сравнения с суспензиями биметаллических нанокристаллов Au-Pt.
Кратко говоря, GB-218 получали аналогично примеру 1, что давало концентрацию золота, равную 7,6 ч/млн по измерениям с помощью ААС. Дополнительно определяли, что упомянутый раствор имеет гидродинамический радиус, равный 15,1 нм по измерениям с помощью Viscotek. GB-219 получали аналогично примеру 1, причем гидроксид калия в качестве усилителя процесса был заменен на бикарбонат натрия в концентрации, равной 0,63 г/галлон (т.е. приблизительно 0,17 мг/мл). GB-219 имел концентрацию золота, равную 8,7 ч/млн по измерениям с помощью ААС. Дополнительно определяли, что упомянутый раствор имеет гидродинамический радиус, равный 18,3 нм по измерениям с помощью Viscotek.
Кроме того, PB-39 получали аналогично PB57001 примера 13, что давало суспензию нанокристаллических платиновых частиц, имеющую концентрацию Pt, равную 7,4 ч/млн PB-22-C4 получали аналогично примеру 13, причем прикладываемая частота 501AC была выставлена на 80 Гц вместо 5 Гц для получения раствора, состоящего преимущественно из ионных частиц Pt с небольшим количеством нанокристаллических частиц Pt. Концентрация бикарбоната натрия составляла 2,5 г/галлон (т.е. приблизительно 0,66 мг/мл). PB-22-C4 затем последовательно концентрировали с применением электрической плитки для получения концентрации Pt, равной приблизительно 8,3 ч/млн
Методика
Животные
Вид:
Мыши
Линия:
Иммунодефицитные мыши Balb/C
Источник:
Harlan
Пол и количество:
Самки, 24
Возраст:
Приблизительно 6-8 недель на момент начала исследования.
Идентификация:
Каждая мышь получала уникальный идентификационный номер.
Содержание животных:
При поступлении всех животных проверяли на внешние признаки болезненности, и всех нездоровых животных исключали из последующего исследования. Животных помещали группами по три в свободных от особых патогенов (spf) условиях в термостатически контролируемой комнате (22±4°C) в блоке для животных. Животных выдерживали в стандартных условиях помещения животных в течение по меньшей мере 72 часов перед использованием. За состоянием здоровья животных наблюдали на протяжении всего этого периода, и перед началом исследования определяли пригодность каждого животного для использования в эксперименте.
Размещение:
Животных помещали группами по 3 на клетку в контролируемой комнате для обеспечения корректных температуры, влажности и 12-часового цикла свет/темнота во время исследования.
Рацион:
Облученный гранулированный корм и вода были доступны ad libitum на протяжении периодов содержания, акклиматизации и после введения.
Соединение и реагенты
Клеточная линия HCT 116 (ATCC CCL-247).
Фосфатно-солевой буфер ("ФСБ").
Тестируемые соединения: суспензия платиновых нанокристаллов, суспензия золотых нанокристаллов и биметаллическая суспензия Au-Pt.
Соединение положительного контроля: цисплатин.
Соединение отрицательного контроля: питьевая вода.
Группы лечения и дозировки
Группа 1 отрицательного контроля: дни 0-30, инъекция солевого раствора дважды в день, всего 100 мкл в каждую опухоль, разделенные между 2-3 точками инъекции; (давали пить обычную питьевую воду).
Группа 2 положительного контроля: дни 0-30, инъекция цисплатина 8 мг/кг один раз в день в брюшину (IP) (давали пить обычную питьевую воду).
Группа лечения 3-6: дни 0-30, инъекция композиции нанокристаллов дважды в день, всего 100 мкл в каждую опухоль, разделенные между 2-3 точками инъекции; (давали пить обычную питьевую воду).
Протокол A: Подготовка и выращивание донорских опухолей
a) Подготовка опухолевых клеток
1. Клетки выращивали в полной среде и исключали все загрязняющие примеси.
2. Когда клетки становились приблизительно на 70-80% конфлюэнтными, приблизительно за 3-4 часа до сбора старую среду для роста клеток заменяли свежей средой для роста клеток, для того чтобы удалить все мертвые и/или отсоединившиеся клетки.
3. Среду для роста клеток удаляли еще раз, и промывали клетки с помощью ФСБ. Затем добавляли небольшое количество (например, 10 мл) трипсина-ЭДТА. Затем клетки диспергировали в полной среде для роста клеток в отношении между 10/1 и 5/1. Вслед за тем диспергированные клетки и среду немедленно центрифугировали при приблизительно 1500 об/мин в течение приблизительно 5 минут и дополнительно промывали дважды с помощью ФСБ, и клетки хранили на льду.
4. Затем клетки обычным образом помещали на предметное стекло и подсчитывали с применением гемоцитометра.
6
5. Затем добавляли краситель трипановый синий для идентификации и последующего исключения мертвых клеток. Конкретнее, клетки смешивали в отношении приблизительно 1:1, используя раствор трипанового синего. Трипановый синий разбавляли до приблизительно 0,8 мМ в ФСБ. Трипановый синий хранили при комнатной температуре. Поскольку все живые или жизнеспособные клетки не включают в себя трипановый синий, мертвые клетки окрашиваются красителем в синий цвет. Соответственно, удаляли все клетки, окрашенные в синий цвет. Клетки суспендировали, так чтобы приблизительно в 300 мкл содержалось приблизительно 3×10 клеток для выращивания опухоли. Данная концентрация клеток была необходима для успешного роста опухоли в каждом участке инъекции.
b) Инъекция и рост опухолевых клеток
1. Одновременно с получением клеток для выращивания опухоли заранее поступали мыши Balb/C, и их здоровье подвергали проверке.
2. Всем животным позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3. Все мыши имели возраст приблизительно 6-8 недель во время инокуляции. Участок инокуляции очищали и стерилизовали с помощью этанола перед инокуляцией.
4. Шприц объемом 1 куб. см наполняли раковыми клетками посредством втягивания смеси клеток в шприц без иглы. Затем к шприцу присоединяли иглу калибра 26.
3
5. Затем клетки инъецировали подкожно в нижнюю часть одного бока каждой мыши и позволяли им расти, до тех пор пока они не образовывали опухоль, которая достигала среднего объема, равного приблизительно 50-60 мм.
6. Затем мышей анестезировали, и опухоли собирали с помощью скальпеля и соответствующим образом хранили до инъекции реципиентным мышам.
Протокол B: Внедрение опухолей из донорных мышей реципиентным мышам
5. Дополнительные реципиентные мыши Balb/C поступали заранее. После поступления реципиентных мышей здоровье всех мышей подвергали проверке; и после прохождения теста на здоровье каждую нумеровали с помощью уникальной ушной бирки.
6. Мышам позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3
3
7. Опухоли HCT116, полученные в протоколе A выше, удаляли у донорных мышей с помощью скальпеля и нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Опухоли размером 2 ммимплантировали с применением шприца-троакара диаметром 3 мм в правый и левый бока каждой мыши (т.е. 1 опухоль на бок). Опухолям давали расти в реципиентных мышах, до тех пор пока они не достигали размера, равного приблизительно 7×7 мм, до начала лечения в день 0. Лечение продолжали в течение 30 дней или до тех пор, пока мышь не удаляли из исследования и не усыпляли, или пока мышь не умирала.
8. Размеры опухолей и веса животных определяли ежедневно до окончания исследования в день 24.
Протокол C: Внутриопухолевая инъекция реципиентных мышей
1. В каждую опухоль у каждой реципиентной мыши инъецировали дважды в день (приблизительно через 12 часов) приблизительно 100 мкл отрицательного контроля, положительного контроля или тестируемого соединения. Используемая для инъекции игла представляла собой иглу или 25Ga, или 26Ga. В зависимости от размера опухоли были или 2, или 3 точки инъекции для каждой опухоли.
Фигуры 34a и 34b показывают графически результаты IT теста. Фигура 34a показывает явное различие в измеряемом объеме опухоли как функции времени между различными соединениями. Чем меньше опухоль, тем лучше. Кроме того, фигура 34b показывает различия в среднем весе мышей как функции времени между различными соединениями. Чем больше вес, тем лучше.
Таблица 29 приводит количество и момент времени в продолжение исследования, в который мыши были удалены из исследования. Причинами выбывания мышей из исследования были, в первую очередь, смерть и большой размер опухоли, что приводило к усыплению. Идентификаторы образцов соотносятся с соединениями, производимыми в соответствии со способами, рассмотренными ранее в настоящем описании.
Пример 20c
Ксенографтное исследование рака у мышей - пероральное введение HCT116
Сущность
3
3
Данный пример демонстрирует относительную эффективность четырех перорально вводимых суспензий металлических нанокристаллов изобретения в мышиной ксенографтной модели рака. Самкам Balb/C, иммунологически дефицитным реципиентным мышам (в возрасте 6-8 недель), были имплантированы опухоли. Донорных мышей Balb/C использовали, для того чтобы выращивать опухоли HCT116, каковые опухоли у них вырезали и последовательно нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Реципиентным мышам Balb/C делали краткую общую анестезию, и затем один фрагмент опухоли HCT116 размером 2 мм от донорных мышей имплантировали в правый и левый бока реципиентных мышей с применением иглы-троакара. Когда опухоли в реципиентных мышах достигали измеримого размера, равного приблизительно 4×4 мм по измерениям с помощью калиперов, помещаемых на кожу каждой мыши, реципиентных мышей случайным образом распределяли по группам лечения по 6 на группу, и начинали пероральное лечение. 6 мышей были в группе положительного контроля ("цисплатин"), и 6 мышей были в группе отрицательного контроля и получали только воду ("контроль"). Лечение осуществляли исключительно посредством бутылочки для питья, совместно используемой для мышей в каждой группе лечения. Цисплатин давали посредством внутрибрюшинной инъекции на день 0. Размер опухоли определяли пять раз в неделю с применением пары калиперов, и также получали вес мыши с помощью весов, причем эти измерения продолжали, пока мышь не умирала (или пока ее не удаляли из исследования), или исследование прекращали в соответствии с графиком. Результаты данного примера суммированы на фигурах 35a-35b.
Методика
Животные
Вид:
Мыши
Линия:
Иммунодефицитные мыши Balb/C
Источник:
Harlan
Пол и количество:
Самки, 36
Возраст:
Приблизительно 6-8 недель на момент начала исследования.
Идентификация:
Каждая мышь получала уникальный идентификационный номер.
Содержание животных:
При поступлении всех животных проверяли на внешние признаки болезненности, и всех нездоровых животных исключали из последующего исследования. Животных помещали группами по три в свободных от особых патогенов (spf) условиях в термостатически контролируемой комнате (22±4°C) в блоке для животных. Животных выдерживали в стандартных условиях помещения животных в течение по меньшей мере 72 часов перед использованием. За состоянием здоровья животных наблюдали на протяжении всего этого периода, и перед началом исследования определяли пригодность каждого животного для использования в эксперименте.
Размещение:
Животных помещали группами по 3 на клетку в контролируемой комнате для обеспечения корректных температуры, влажности и 12-часового цикла свет/темнота во время исследования.
Рацион:
Облученный гранулированный корм и вода были доступны ad libitum на протяжении периодов содержания, акклиматизации и после введения.
Соединение и реагенты
Клеточная линия HCT 116 (ATCC CCL-247).
Фосфатно-солевой буфер ("ФСБ").
Тестируемые соединения: суспензия платиновых нанокристаллов, суспензия золотых нанокристаллов и биметаллическая суспензия Au-Pt.
Соединение положительного контроля: цисплатин.
Соединение отрицательного контроля: питьевая вода.
Группы лечения и дозировки
Группа 1 отрицательного контроля: дни 0-24, давали обычную питьевую воду.
Группа 2 положительного контроля: дни 0-24, давали обычную питьевую воду; и давали однократно дозу цисплатина, равную 8 мг/кг, посредством внутрибрюшинной инъекции ("IP") на день 0.
Группа лечения 3-6: дни 0-24, давали тестируемые соединения в качестве питьевой воды.
Протокол A: Подготовка и выращивание донорских опухолей
a) Подготовка опухолевых клеток
1. Клетки выращивали в полной среде и исключали все загрязняющие примеси.
2. Когда клетки становились приблизительно на 70-80% конфлюэнтными, приблизительно за 3-4 часа до сбора старую среду для роста клеток заменяли свежей средой для роста клеток, для того чтобы удалить все мертвые и/или отсоединившиеся клетки.
3. Среду для роста клеток удаляли еще раз, и промывали клетки с помощью ФСБ. Затем добавляли небольшое количество (например, 10 мл) трипсина-ЭДТА. Затем клетки диспергировали в полной среде для роста клеток в отношении между 10/1 и 5/1. Вслед за тем диспергированные клетки и среду немедленно центрифугировали при приблизительно 1500 об/мин в течение приблизительно 5 минут и дополнительно промывали дважды с помощью ФСБ, и клетки хранили на льду.
4. Затем клетки обычным образом помещали на предметное стекло и подсчитывали с применением гемоцитометра.
6
5. Затем добавляли краситель трипановый синий для идентификации и последующего исключения мертвых клеток. Конкретнее, клетки смешивали в отношении приблизительно 1:1, используя раствор трипанового синего. Трипановый синий разбавляли до приблизительно 0,8 мМ в ФСБ. Трипановый синий хранили при комнатной температуре. Поскольку все живые или жизнеспособные клетки не включают в себя трипановый синий, мертвые клетки окрашиваются красителем в синий цвет. Соответственно, удаляли все клетки, окрашенные в синий цвет. Клетки суспендировали, так чтобы приблизительно в 300 мкл содержалось приблизительно 3×10 клеток для выращивания опухоли. Данная концентрация клеток была необходима для успешного роста опухоли в каждом участке инъекции.
b) Инъекция и рост опухолевых клеток
1. Одновременно с получением клеток для выращивания опухоли заранее поступали мыши Balb/C, и их здоровье подвергали проверке.
2. Всем животным позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3. Все мыши имели возраст приблизительно 6-8 недель во время инокуляции. Участок инокуляции очищали и стерилизовали с помощью этанола перед инокуляцией.
4. Шприц объемом 1 куб. см наполняли раковыми клетками посредством втягивания смеси клеток в шприц без иглы. Затем к шприцу присоединяли иглу калибра 26.
3
5. Затем клетки инъецировали подкожно в нижнюю часть одного бока каждой мыши и позволяли им расти, до тех пор пока они не образовывали опухоль, которая достигала среднего объема, равного приблизительно 50-60 мм.
6. Затем мышей анестезировали, и опухоли собирали с помощью скальпеля и соответствующим образом хранили до инъекции реципиентным мышам.
Протокол B: Внедрение опухолей из донорных мышей реципиентным мышам
9. Дополнительные реципиентные мыши Balb/C поступали заранее. После поступления реципиентных мышей здоровье всех мышей подвергали проверке; и после прохождения теста на здоровье каждую нумеровали с помощью уникальной ушной бирки.
10. Реципиентным мышам позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3
3
3
11. Опухоли HCT116, полученные в протоколе A выше, удаляли у донорных мышей с помощью скальпеля и нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Опухоли размером 2 мм имплантировали с применением шприца-троакара диаметром 3 мм в правый и левый бока каждой мыши (т.е. 1 опухоль на бок). Опухолям давали расти в реципиентных мышах до тех пор, пока они не достигали размера, равного приблизительно 100-200 мм, до начала лечения в день 0. Лечение продолжали в течение 24 дней или до тех пор, пока мышь не удаляли из исследования и не усыпляли, или пока мышь не умирала.
12. Размеры опухолей и веса животных определяли ежедневно до окончания исследования в день 24.
Фигуры 35a и 35b графически показывают результаты перорального теста. Фигура 35a показывает явное различие в измеряемом объеме опухоли как функции времени между различными соединениями. Чем меньше опухоль, тем лучше. Кроме того, фигура 35b показывает различия в среднем весе мышей как функции времени между различными соединениями. Чем больше вес, тем лучше.
Таблица 30 приводит количество и момент времени в продолжение исследования, в который мыши были удалены из исследования. Причинами выбывания мышей из исследования были, в первую очередь, смерть и большой размер опухоли, что приводило к усыплению. Идентификаторы образцов соотносятся с соединениями, производимыми в соответствии со способами, рассмотренными ранее в настоящем описании.
Таблица 31 предлагает сравнение времени удвоения (RTV2) для каждой группы исследования. Кроме того, таблица 31 также содержит задержку роста в днях, максимальную потерю веса в процентах и статистическую значимость данных.
Пример 20d
Ксенографтное исследование рака у мышей - пероральное введение HCT116
Сущность
3
3
Данный пример демонстрирует относительную эффективность трех перорально вводимых суспензий металлических нанокристаллов изобретения в мышиной ксенографтной модели рака относительно цисплатина. Самкам Balb/C, иммунологически дефицитным реципиентным мышам (в возрасте 6-8 недель), были имплантированы опухоли. Донорных мышей Balb/C использовали, для того чтобы выращивать опухоли HCT116, каковые опухоли у них вырезали и последовательно нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Реципиентным мышам Balb/C делали краткую общую анестезию, и затем один фрагмент опухоли HCT116 размером 2 мм от донорных мышей имплантировали в правый и левый бока реципиентных мышей с применением иглы-троакара. Когда опухоли в реципиентных мышах достигали измеримого размера, равного приблизительно 4×4 мм по измерениям с помощью калиперов, помещаемых на кожу каждой мыши, реципиентных мышей случайным образом распределяли по группам лечения по 8 на группу, и начинали пероральное лечение. 8 мышей были в группе положительного контроля ("цисплатин"), и 8 мышей были в группе отрицательного контроля и получали только воду ("контроль"). Лечение осуществляли исключительно посредством бутылочки для питья, совместно используемой для мышей в каждой группе лечения. Цисплатин давали посредством внутрибрюшинной инъекции на день 0. Размер опухоли определяли пять раз в неделю с применением пары калиперов, и также получали вес мыши с помощью весов, причем эти измерения продолжали, пока мышь не умирала (или пока ее не удаляли из исследования), или исследование прекращали в соответствии с графиком. Результаты данного примера суммированы на фигурах 36a-36b.
Методика
Животные
Вид:
Мыши
Линия:
Иммунодефицитные мыши Balb/C
Источник:
Harlan
Пол и количество:
Самки, 36
Возраст:
Приблизительно 6-8 недель на момент начала исследования.
Идентификация:
Каждая мышь получала уникальный идентификационный номер.
Содержание животных:
При поступлении всех животных проверяли на внешние признаки болезненности, и всех нездоровых животных исключали из последующего исследования. Животных помещали группами по три в свободных от особых патогенов (spf) условиях в термостатически контролируемой комнате (22±4°C) в блоке для животных. Животных выдерживали в стандартных условиях помещения животных в течение по меньшей мере 72 часов перед использованием. За состоянием здоровья животных наблюдали на протяжении всего этого периода, и перед началом исследования определяли пригодность каждого животного для использования в эксперименте.
Размещение:
Животных помещали группами по 3 на клетку в контролируемой комнате для обеспечения корректных температуры, влажности и 12-часового цикла свет/темнота во время исследования.
Рацион:
Облученный гранулированный корм и вода были доступны ad libitum на протяжении периодов содержания, акклиматизации и после введения.
Соединение и реагенты
Клеточная линия HCT 116 (ATCC CCL-247).
Фосфатно-солевой буфер ("ФСБ").
Тестируемые соединения: суспензии биметаллических нанокристаллов Au-Pt.
Соединение положительного контроля: цисплатин.
Соединение отрицательного контроля: питьевая вода.
Группы лечения и дозировки
Группа 1 отрицательного контроля: дни 0-21, давали обычную питьевую воду.
Группа 2 положительного контроля: дни 0-21, давали обычную питьевую воду; и давали однократно дозу цисплатина, равную 8 мг/кг, посредством внутрибрюшинной инъекции ("IP") на день 0.
Группа лечения 3-5: дни 0-21, давали тестируемые соединения в качестве питьевой воды.
Протокол A: Подготовка и выращивание донорских опухолей
a) Подготовка опухолевых клеток
1. Клетки выращивали в полной среде и исключали все загрязняющие примеси.
2. Когда клетки становились приблизительно на 70-80% конфлюэнтными, приблизительно за 3-4 часа до сбора старую среду для роста клеток заменяли свежей средой для роста клеток, для того чтобы удалить все мертвые и/или отсоединившиеся клетки.
3. Среду для роста клеток удаляли еще раз, и промывали клетки с помощью ФСБ. Затем добавляли небольшое количество (например, 10 мл) трипсина-ЭДТА. Затем клетки диспергировали в полной среде для роста клеток в отношении между 10/1 и 5/1. Вслед за тем диспергированные клетки и среду немедленно центрифугировали при приблизительно 1500 об/мин в течение приблизительно 5 минут и дополнительно промывали дважды с помощью ФСБ, и клетки хранили на льду.
4. Затем клетки обычным образом помещали на предметное стекло и подсчитывали с применением гемоцитометра.
6
5. Затем добавляли краситель трипановый синий для идентификации и последующего исключения мертвых клеток. Конкретнее, клетки смешивали в отношении приблизительно 1:1, используя раствор трипанового синего. Трипановый синий разбавляли до приблизительно 0,8 мМ в ФСБ. Трипановый синий хранили при комнатной температуре. Поскольку все живые или жизнеспособные клетки не включают в себя трипановый синий, мертвые клетки окрашиваются красителем в синий цвет. Соответственно, удаляли все клетки, окрашенные в синий цвет. Клетки суспендировали, так чтобы приблизительно в 300 мкл содержалось приблизительно 3×10 клеток для выращивания опухоли. Данная концентрация клеток была необходима для успешного роста опухоли в каждом участке инъекции.
b) Инъекция и рост опухолевых клеток
1. Одновременно с получением клеток для выращивания опухоли заранее поступали мыши Balb/C, и их здоровье подвергали проверке.
2. Всем животным позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3. Все мыши имели возраст приблизительно 6-8 недель во время инокуляции. Участок инокуляции очищали и стерилизовали с помощью этанола перед инокуляцией.
4. Шприц объемом 1 куб. см наполняли раковыми клетками посредством втягивания смеси клеток в шприц без иглы. Затем к шприцу присоединяли иглу калибра 26.
3
5. Затем клетки инъецировали подкожно в нижнюю часть одного бока каждой мыши и позволяли им расти, до тех пор пока они не образовывали опухоль, которая достигала среднего объема, равного приблизительно 50-60 мм.
6. Затем мышей анестезировали, и опухоли собирали с помощью скальпеля и соответствующим образом хранили до инъекции реципиентным мышам.
Протокол B: Внедрение опухолей из донорных мышей реципиентным мышам
13. Дополнительные реципиентные мыши Balb/C поступали заранее. После поступления реципиентных мышей здоровье всех мышей подвергали проверке; и после прохождения теста на здоровье каждую нумеровали с помощью уникальной ушной бирки.
14. Реципиентным мышам позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3
3
3
15. Опухоли HCT116, полученные в протоколе A выше, удаляли у донорных мышей с помощью скальпеля и нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Опухоли размером 2 мм имплантировали с применением шприца-троакара диаметром 3 мм в правый и левый бока каждой мыши (т.е. 1 опухоль на бок). Опухолям давали расти в реципиентных мышах, до тех пор пока они не достигали размера, равного приблизительно 100-200 мм, до начала лечения в день 0. Лечение продолжали в течение 21 дня или до тех пор, пока мышь не удаляли из исследования и не усыпляли, или пока мышь не умирала.
16. Размеры опухолей и веса животных определяли ежедневно до окончания исследования в день 21.
Фигуры 36a и 36b графически показывают результаты перорального теста. Фигура 36a показывает явное различие в измеряемом объеме опухоли как функции времени между различными соединениями. Чем меньше опухоль, тем лучше. Кроме того, фигура 36b показывает различия в среднем весе мышей как функции времени между различными соединениями. Чем больше вес, тем лучше.
Таблица 32 приводит количество и момент времени в продолжение исследования, в который мыши были удалены из исследования. Причинами выбывания мышей из исследования были, в первую очередь, смерть и большой размер опухоли, что приводило к усыплению. Идентификаторы образцов соотносятся с соединениями, производимыми в соответствии со способами, рассмотренными ранее в настоящем описании.
Таблица 33 предлагает сравнение времени удвоения (RTV2) для каждой группы исследования. Кроме того, таблица 33 также содержит задержку роста в днях, максимальную потерю веса в процентах и статистическую значимость данных.
Пример 20e
Ксенографтное исследование рака у мышей - пероральное введение H460
Сущность
3
3
Данный пример демонстрирует относительную эффективность трех перорально вводимых суспензий биметаллических наночастиц Au-Pt изобретения в мышиной ксенографтной модели рака относительно цисплатина. Самкам Balb/C, иммунологически дефицитным реципиентным мышам (в возрасте 6-8 недель), были имплантированы опухоли. Донорных мышей Balb/C использовали, для того чтобы выращивать опухоли H460, каковые опухоли у них вырезали и последовательно нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Реципиентным мышам Balb/C делали краткую общую анестезию, и затем один фрагмент опухоли H460 размером 2 мм от донорных мышей имплантировали в правый и левый бока реципиентных мышей с применением иглы-троакара. Когда опухоли в реципиентных мышах достигали измеримого размера, равного приблизительно 4×4 мм по измерениям с помощью калиперов, помещаемых на кожу каждой мыши, реципиентных мышей случайным образом распределяли по группам лечения по 8 на группу, и начинали пероральное лечение. 8 мышей были в группе положительного контроля ("цисплатин"), и 8 мышей были в группе отрицательного контроля и получали только воду ("контроль"). Лечение осуществляли исключительно посредством бутылочки для питья, совместно используемой для мышей в каждой группе лечения. Цисплатин давали посредством внутрибрюшинной инъекции на день 0. Размер опухоли определяли пять раз в неделю с применением пары калиперов, и также получали вес мыши с помощью весов, причем эти измерения продолжали, пока мышь не умирала (или пока ее не удаляли из исследования), или исследование прекращали в соответствии с графиком. Результаты данного примера суммированы на фигурах 37a-37b.
Методика
Животные
Вид:
Мыши
Линия:
Иммунодефицитные мыши Balb/C
Источник:
Harlan
Пол и количество:
Самки, 36
Возраст:
Приблизительно 6-8 недель на момент начала исследования.
Идентификация:
Каждая мышь получала уникальный идентификационный номер.
Содержание животных:
При поступлении всех животных проверяли на внешние признаки болезненности, и всех нездоровых животных исключали из последующего исследования. Животных помещали группами по три в свободных от особых патогенов (spf) условиях в термостатически контролируемой комнате (22±4°C) в блоке для животных. Животных выдерживали в стандартных условиях помещения животных в течение по меньшей мере 72 часов перед использованием. За состоянием здоровья животных наблюдали на протяжении всего этого периода, и перед началом исследования определяли пригодность каждого животного для использования в эксперименте.
Размещение:
Животных помещали группами по 3 на клетку в контролируемой комнате для обеспечения корректных температуры, влажности и 12-часового цикла свет/темнота во время исследования.
Рацион:
Облученный гранулированный корм и вода были доступны ad libitum на протяжении периодов содержания, акклиматизации и после введения.
Соединение и реагенты
Клеточная линия H460 (ATCC HTB-177).
Фосфатно-солевой буфер ("ФСБ").
Тестируемые соединения: суспензии биметаллических нанокристаллов Au-Pt.
Соединение положительного контроля: цисплатин.
Соединение отрицательного контроля: питьевая вода.
Группы лечения и дозировки
Группа 1 отрицательного контроля: дни 0-21, давали обычную питьевую воду.
Группа 2 положительного контроля: дни 0-21, давали обычную питьевую воду; и давали однократно дозу цисплатина, равную 8 мг/кг, посредством внутрибрюшинной инъекции ("IP") на день 0.
Группа лечения 3-5: дни 0-21, давали тестируемые соединения в качестве питьевой воды.
Протокол A: Подготовка и выращивание донорских опухолей
a) Подготовка опухолевых клеток
1. Клетки выращивали в полной среде и исключали все загрязняющие примеси.
2. Когда клетки становились приблизительно на 70-80% конфлюэнтными, приблизительно за 3-4 часа до сбора старую среду для роста клеток заменяли свежей средой для роста клеток, для того чтобы удалить все мертвые и/или отсоединившиеся клетки.
3. Среду для роста клеток удаляли еще раз, и промывали клетки с помощью ФСБ. Затем добавляли небольшое количество (например, 10 мл) трипсина-ЭДТА. Затем клетки диспергировали в полной среде для роста клеток в отношении между 10/1 и 5/1. Вслед за тем диспергированные клетки и среду немедленно центрифугировали при приблизительно 1500 об/мин в течение приблизительно 5 минут и дополнительно промывали дважды с помощью ФСБ, и клетки хранили на льду.
4. Затем клетки обычным образом помещали на предметное стекло и подсчитывали с применением гемоцитометра.
6
5. Затем добавляли краситель трипановый синий для идентификации и последующего исключения мертвых клеток. Конкретнее, клетки смешивали в отношении приблизительно 1:1, используя раствор трипанового синего. Трипановый синий разбавляли до приблизительно 0,8 мМ в ФСБ. Трипановый синий хранили при комнатной температуре. Поскольку все живые или жизнеспособные клетки не включают в себя трипановый синий, мертвые клетки окрашиваются красителем в синий цвет. Соответственно, удаляли все клетки, окрашенные в синий цвет. Клетки суспендировали, так чтобы приблизительно в 300 мкл содержалось приблизительно 3×10 клеток для выращивания опухоли. Данная концентрация клеток была необходима для успешного роста опухоли в каждом участке инъекции.
b) Инъекция и рост опухолевых клеток
1. Одновременно с получением клеток для выращивания опухоли заранее поступали мыши Balb/C, и их здоровье подвергали проверке.
2. Всем животным позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3. Все мыши имели возраст приблизительно 6-8 недель во время инокуляции. Участок инокуляции очищали и стерилизовали с помощью этанола перед инокуляцией.
4. Шприц объемом 1 куб. см наполняли раковыми клетками посредством втягивания смеси клеток в шприц без иглы. Затем к шприцу присоединяли иглу калибра 26.
3
5. Затем клетки инъецировали подкожно в нижнюю часть одного бока каждой мыши и позволяли им расти, до тех пор пока они не образовывали опухоль, которая достигала среднего объема, равного приблизительно 50-60 мм.
6. Затем мышей анестезировали, и опухоли собирали с помощью скальпеля и соответствующим образом хранили до инъекции реципиентным мышам.
Протокол B: Внедрение опухолей из донорных мышей реципиентным мышам
17. Дополнительные реципиентные мыши Balb/C поступали заранее. После поступления реципиентных мышей здоровье всех мышей подвергали проверке; и после прохождения теста на здоровье каждую нумеровали с помощью уникальной ушной бирки.
18. Реципиентным мышам позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3
3
3
19. Опухоли H460, полученные в протоколе A выше, удаляли у донорных мышей с помощью скальпеля и нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Опухоли размером 2 мм имплантировали с применением шприца-троакара диаметром 3 мм в правый и левый бока каждой мыши (т.е. 1 опухоль на бок). Опухолям давали расти в реципиентных мышах, до тех пор пока они не достигали размера, равного приблизительно 100-200 мм, до начала лечения в день 0. Лечение продолжали в течение 24 дней или до тех пор, пока мышь не удаляли из исследования и не усыпляли, или пока мышь не умирала.
20. Размеры опухолей и веса животных определяли ежедневно до окончания исследования в день 21.
Фигуры 37a и 37b графически показывают результаты перорального теста. Фигура 37a показывает явное различие в измеряемом объеме опухоли как функции времени между различными соединениями. Чем меньше опухоль, тем лучше. Кроме того, фигура 37b показывает различия в среднем весе мышей как функции времени между различными соединениями. Чем больше вес, тем лучше.
Таблица 34 приводит количество и момент времени в продолжение исследования, в который мыши были удалены из исследования. Причинами выбывания мышей из исследования были, в первую очередь, смерть и большой размер опухоли, что приводило к усыплению. Идентификаторы образцов соотносятся с соединениями, производимыми в соответствии со способами, рассмотренными ранее в настоящем описании.
Таблица 35 предлагает сравнение времени удвоения (RTV2) для каждой группы исследования. Кроме того, таблица 35 также содержит задержку роста в днях, максимальную потерю веса в процентах и статистическую значимость данных.
Пример 20f
Ксенографтное исследование рака у мышей - пероральное введение HCT116
Сущность
3
3
Данный пример демонстрирует относительную эффективность одной перорально вводимой биметаллической нанокристаллической суспензии Au-Pt изобретения в мышиной ксенографтной модели рака. Самкам Balb/C, иммунологически дефицитным реципиентным мышам (в возрасте 6-8 недель), были имплантированы опухоли. Донорных мышей Balb/C использовали, для того чтобы выращивать опухоли HCT116, каковые опухоли у них вырезали и последовательно нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Реципиентным мышам Balb/C делали краткую общую анестезию, и затем один фрагмент опухоли HCT116 размером 2 мм от донорных мышей имплантировали в правый и левый бока реципиентных мышей с применением иглы-троакара. Когда опухоли в реципиентных мышах достигали измеримого размера, равного приблизительно 4×4 мм по измерениям с помощью калиперов, помещаемых на кожу каждой мыши, реципиентных мышей случайным образом распределяли по группам лечения по 8 на группу, и начинали пероральное лечение. 8 мышей были в группе положительного контроля ("цисплатин"), и 8 мышей были в группе отрицательного контроля и получали только воду ("контроль"). Лечение осуществляли исключительно посредством бутылочки для питья, совместно используемой для мышей в каждой группе лечения. Цисплатин давали посредством внутрибрюшинной инъекции на день 0. Размер опухоли определяли пять раз в неделю с применением пары калиперов, и также получали вес мыши с помощью весов, причем эти измерения продолжали, пока мышь не умирала (или пока ее не удаляли из исследования), или исследование прекращали в соответствии с графиком. Результаты данного примера суммированы на фигурах 38a-38b.
Методика
Животные
Вид:
Мыши
Линия:
Иммунодефицитные мыши Balb/C
Источник:
Harlan
Пол и количество:
Самки, 36
Возраст:
Приблизительно 6-8 недель на момент начала исследования.
Идентификация:
Каждая мышь получала уникальный идентификационный номер.
Содержание животных:
При поступлении всех животных проверяли на внешние признаки болезненности, и всех нездоровых животных исключали из последующего исследования. Животных помещали группами по три в свободных от особых патогенов (spf) условиях в термостатически контролируемой комнате (22±4°C) в блоке для животных. Животных выдерживали в стандартных условиях помещения животных в течение по меньшей мере 72 часов перед использованием. За состоянием здоровья животных наблюдали на протяжении всего этого периода, и перед началом исследования определяли пригодность каждого животного для использования в эксперименте.
Размещение:
Животных помещали группами по 3 на клетку в контролируемой комнате для обеспечения корректных температуры, влажности и 12-часового цикла свет/темнота во время исследования.
Рацион:
Облученный гранулированный корм и вода были доступны ad libitum на протяжении периодов содержания, акклиматизации и после введения.
Соединение и реагенты
Клеточная линия HCT 116 (ATCC CCL-247).
Фосфатно-солевой буфер ("ФСБ").
Тестируемые соединения: суспензия золотых нанокристаллов NE-28-10X (получение NE-28 эквивалентно NE10214 в примере 1), сконцентрированная 10x.
Соединение положительного контроля: цисплатин.
Соединение отрицательного контроля: питьевая вода.
Группы лечения и дозировки
Группа 1 отрицательного контроля: дни 0-21, давали обычную питьевую воду.
Группа 2 положительного контроля: дни 0-21, давали обычную питьевую воду; и давали однократно дозу цисплатина, равную 8 мг/кг, посредством внутрибрюшинной инъекции ("IP") на день 0.
Группа лечения 3: дни 0-21, давали тестируемые соединения в качестве питьевой воды.
Протокол A: Подготовка и выращивание донорских опухолей
a) Подготовка опухолевых клеток
1. Клетки выращивали в полной среде и исключали все загрязняющие примеси.
2. Когда клетки становились приблизительно на 70-80% конфлюэнтными, приблизительно за 3-4 часа до сбора старую среду для роста клеток заменяли свежей средой для роста клеток, для того чтобы удалить все мертвые и/или отсоединившиеся клетки.
3. Среду для роста клеток удаляли еще раз, и промывали клетки с помощью ФСБ. Затем добавляли небольшое количество (например, 10 мл) трипсина-ЭДТА. Затем клетки диспергировали в полной среде для роста клеток в отношении между 10/1 и 5/1. Вслед за тем диспергированные клетки и среду немедленно центрифугировали при приблизительно 1500 об/мин в течение приблизительно 5 минут и дополнительно промывали дважды с помощью ФСБ, и клетки хранили на льду.
4. Затем клетки обычным образом помещали на предметное стекло и подсчитывали с применением гемоцитометра.
6
5. Затем добавляли краситель трипановый синий для идентификации и последующего исключения мертвых клеток. Конкретнее, клетки смешивали в отношении приблизительно 1:1, используя раствор трипанового синего. Трипановый синий разбавляли до приблизительно 0,8 мМ в ФСБ. Трипановый синий хранили при комнатной температуре. Поскольку все живые или жизнеспособные клетки не включают в себя трипановый синий, мертвые клетки окрашиваются красителем в синий цвет. Соответственно, удаляли все клетки, окрашенные в синий цвет. Клетки суспендировали, так чтобы приблизительно в 300 мкл содержалось приблизительно 3×10 клеток для выращивания опухоли. Данная концентрация клеток была необходима для успешного роста опухоли в каждом участке инъекции.
b) Инъекция и рост опухолевых клеток
1. Одновременно с получением клеток для выращивания опухоли заранее поступали мыши Balb/C, и их здоровье подвергали проверке.
2. Всем животным позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3. Все мыши имели возраст приблизительно 6-8 недель во время инокуляции. Участок инокуляции очищали и стерилизовали с помощью этанола перед инокуляцией.
4. Шприц объемом 1 куб. см наполняли раковыми клетками посредством втягивания смеси клеток в шприц без иглы. Затем к шприцу присоединяли иглу калибра 26.
3
5. Затем клетки инъецировали подкожно в нижнюю часть одного бока каждой мыши и позволяли им расти, до тех пор пока они не образовывали опухоль, которая достигала среднего объема, равного приблизительно 50-60 мм.
6. Затем мышей анестезировали, и опухоли собирали с помощью скальпеля и соответствующим образом хранили до инъекции реципиентным мышам.
Протокол B: Внедрение опухолей из донорных мышей реципиентным мышам
21. Дополнительные реципиентные мыши Balb/C поступали заранее. После поступления реципиентных мышей здоровье всех мышей подвергали проверке; и после прохождения теста на здоровье каждую нумеровали с помощью уникальной ушной бирки.
22. Реципиентным мышам позволяли акклиматизироваться в течение по меньшей мере 72 часов.
3
3
3
23. Опухоли HCT116, полученные в протоколе A выше, удаляли у донорных мышей с помощью скальпеля и нарезали на небольшие фрагменты размером приблизительно 2 мм. Опухоли размером 2 мм имплантировали с применением шприца-троакара диаметром 3 мм в правый и левый бока каждой мыши (т.е. 1 опухоль на бок). Опухолям давали расти в реципиентных мышах, до тех пор пока они не достигали размера, равного приблизительно 100-200 мм, до начала лечения в день 0. Лечение продолжали в течение 21 дня или до тех пор, пока мышь не удаляли из исследования и не усыпляли, или пока мышь не умирала.
24. Размеры опухолей и веса животных определяли ежедневно до окончания исследования в день 21.
Фигуры 38a и 38b графически показывают результаты перорального теста. Фигура 38a показывает явное различие в измеряемом объеме опухоли как функции времени между различными соединениями. Чем меньше опухоль, тем лучше. Кроме того, фигура 38b показывает различия в среднем весе мышей как функции времени между различными соединениями. Чем больше вес, тем лучше.
Таблица 36 приводит количество и момент времени в продолжение исследования, в который мыши были удалены из исследования. Причинами выбывания мышей из исследования были, в первую очередь, смерть и большой размер опухоли, что приводило к усыплению. Идентификаторы образцов соотносятся с соединениями, производимыми в соответствии со способами, рассмотренными ранее в настоящем описании.
Таблица 37 предлагает сравнение времени удвоения (RTV2) для каждой группы исследования. Кроме того, таблица 37 также содержит задержку роста в днях, максимальную потерю веса в процентах и статистическую значимость данных.
Пример 21
Исследование in vivo воздействий биметаллической Au-Pt нанокристаллической композиции GPB-15-1, GPB-15-2 и GPB-030-01 на поведение и качество жизни мышей
Сущность
Данный эксперимент in vivo был спланирован для определения воздействий биметаллических Au-Pt нанокристаллических суспензий GPB-15-1, GPB-15-2 и GPB-030-1 на поведение и качество жизни мышей Swiss Webster. Конкретнее, самки мышей получали GPB-15-1 ad libitum с начала исследования (17 июня 2011 г.) в течение 47 дней. GPB-15-2 давали ad libitum в течение 56 дней начиная с 2 августа 2011 г. GPB-030-01 давали ad libitum начиная с 26 сентября 2011 г. и вводят в настоящее время. Данные три различные биметаллические нанокристаллические суспензии были изготовлены по существу одним и тем же способом и эквивалентны PGT25 настоящего описания. Самки Swiss Webster активно пили GPB-030-01 в течение 147 дней на 2/20/2012. GPB-030-01 начинали с 9/26/2011.
Животные
Вид:
Мыши
Линия:
Swiss Webster ND4
Источник:
Harlan
Пол и количество:
Самки, 13
Возраст:
Приблизительно 6-8 недель на момент начала исследования.
Идентификация:
Каждая мышь получала уникальный идентификационный цвет.
Содержание животных:
При поступлении всех животных проверяли на внешние признаки болезненности, и всех нездоровых животных исключали из последующего исследования. Животных помещали группами по 6 и 7 в условиях нормального питья в термостатически контролируемой комнате (22±4°C) в блоке для животных. За состоянием здоровья животных наблюдали на протяжении всего этого периода, и перед началом исследования определяли пригодность каждого животного для использования в эксперименте.
Размещение:
Животных помещали группами по 6 и 7 на клетку в контролируемой комнате для обеспечения корректных температуры, влажности и 12-часового цикла свет/темнота во время исследования в течение выходных. 8 часов света и 16 часов темноты в течение рабочей недели с понедельника по пятницу.
Рацион:
Корм 5002 для грызунов и бутилированная вода (такая как "Deer Park") или нанокристаллические суспензии золото/платина доступны ad libitum на протяжении всего экспериментального периода исследования. Только бутилированная вода и корм 5002 для грызунов присутствовали во время периода акклиматизации.
Реагенты
Тестируемые биметаллические нанокристаллические суспензии золото/платина GPB-15-1, GPB-15-2 и GPB-030-01 (эквивалент PGT24).
Основа: вода.
Группы лечения и дозировки
Контрольная "клетка 1", лечения "клетка 2". Количество животных в каждой группе составляло соответственно 6 и 7.
Клетка 1 (контроль): День 0, обычная питьевая вода, давали обычный корм 5002 для грызунов с дня 0 по месяц 8 и по настоящее время.
Клетка 2 (лечение): День 0, биметаллическая нанокристаллическая суспензия золото/платина GPB-15-1 (в среднем 4,0 мл в день; ч/млн золота: 8,6, ч/млн платины: 2,3) в качестве питьевой воды с дня 0 по день 47. GPB-15-2 (в среднем 3,9 мл в день; ч/млн золота: 8,6, ч/млн платины: 2,3) в качестве питьевой воды с дня 48 по день 101. GPB-030-01 (в среднем 4,3 мл в день; ч/млн золота: 8,6, ч/млн платины: 2,5) в качестве питьевой воды с дня 102 в течение 39 недель. Мышам давали обычный корм 5002 для грызунов с дня 0 в течение 39 недель.
Протокол
Здоровье всех животных проверяли при поступлении животных, и после прохождения теста на здоровье каждую помечали с помощью уникальной цветной метки на хвосте.
Животным давали акклиматизироваться в течение по меньшей мере 1 недели.
13 животных закупали и разделяли по двум стеклянным резервуарам по десять галлонов. Семь животных помещали в группу лечения, и 6 животных помещали в контрольную группу.
Биметаллическую нанокристаллическую суспензию золото/платина готовили так, чтобы получить суспензию с концентрацией, равной приблизительно 8,6 ч/млн Au и 2,3 ч/млн Pt для GPB-15-1, 8,6 ч/млн Au и 2,3 ч/млн Pt для GPB-15-2 и 8,6 ч/млн Au и 2,5 ч/млн Pt в GPB-030-01.
Лечение предлагали ежедневно, т.е. новые суспензии заменяли каждые 24 часа до 11 октября 2011 г., после этой даты суспензии меняли каждые 48 часов. Образцы проверяли на размер частиц, чтобы увидеть, если происходит какой-либо рост. После сбора данных во время 24-часового периода смены суспензии при отсутствии значительного эффекта роста суспензии заменяли каждые 48 часов.
Все суспензии давали в стеклянной бутылочке для устранения потенциального воздействия пластмассовой бутылочки.
Животных помещали в стеклянный резервуар объемом 10 галлонов с металлической сетчатой крышкой. В качестве материала пола использовали кукурузный подстилочный материал (Bed O'Cobs производимый Andersons), давали одну подстилку Nestlet (закупали у Ancare) на животное в неделю. Животные имели доступ к колесу для упражнений (колесо для бега по кругу диаметра 8, производимое Super Pet), а также к модулю для размещения (Pet igloo от Super Pet) и пластмассовой пластиковой тарелке (пластмассовая тарелка Petco) для сертифицированного корма для грызунов.
Чистка клеток происходила еженедельно, причем животных помещали в маленькую пластмассовую клетку с пищей и раствором для питья не более чем на два часа.
Каждое животное взвешивали еженедельно с помощью откалиброванных весов. Весы проверяли с помощью сертифицированного веса 50 г, для того чтобы удостовериться, что не произошло смещение. (Весы Scout pro на 200 г покупали у Fisher Scientific.)
Здоровье животных контролировали ежедневно.
Результаты
1. Все животные оказались с хорошим состоянием здоровья и нормально себя вели с начала исследования 17 июня 2011 г. Ни одно животное не было утрачено или удалено из исследования вследствие болезни.
2. Фигура 39a показывает среднее потребление биметаллических нанокристаллических суспензий Au-Pt для клетки 2 ("лечение") и среднее потребление контрольной питьевой воды в клетке 1 ("контроль") за период 39 недель.
Фигура 39b показывает средний прирост веса в группе 2 лечения и контрольной группе 1.
3. Не наблюдается разницы в количестве потребляемой жидкости или в приросте веса.
Пример 22
Исследование связывания суспензии биметаллических Au-Pt нанокристаллов GPB-11 с геномной ДНК и альбумином in vitro
Сущность
Данный эксперимент in vitro был спланирован для определения того, могут ли нанокристаллы в биметаллической суспензии Au-Pt GPB-11 связываться с геномной ДНК и/или альбумином; и имеет ли место предпочтительное связывание. GPB-11 инкубировали с геномной ДНК человека или мыши в присутствии или в отсутствие человеческого, мышиного или бычьего альбумина. Связывание ДНК или альбумина с GPB-11 качественно и количественно характеризовали с помощью спектрофотометрии в УФ и видимом диапазоне.
Альбумин является известным стабилизирующим средством и может обеспечивать биофункционализированный слой для диспергированных в воде наночастиц. Отмечалось, что сродство к связыванию между наночастицами золота и ДНК оказывает воздействие на транскрипцию ДНК. Также известно, что альбумин способствует доставке препаратов.
Альбумин инкубировали с GPB-11 в буфере для связывания при комнатной температуре в течение приблизительно 1 часа, для того чтобы определить дифференциальное связывание альбумина с GPB-11 в отсутствие или в присутствии геномной ДНК. Аналогично, при той же температуре и в том же буфере для связывания инкубировали геномную ДНК с GPB-11 в течение приблизительно 1 часа, для того чтобы измерить способность ДНК к связыванию с GPB-11 при совместной инкубации с альбумином или без него. После того как реакции давали возможность произойти, суспензию GPB-11 осаждали центрифугированием, промывали и помещали в буфер для элюции для измерений поглощения.
За способностью альбумина или ДНК к связыванию с GPB-11 наблюдали с помощью спектрометра 201-UV-VIS при A280 или A260 (например, λ=280 или λ=260). Спектры поглощения образцов получали с помощью двухлучевой системы монохроматора Черни-Тэрнера и двух кремниевых фотодиодов, которыми оснащен 201-UV-VIS. Фон GPB-11, альбумина и ДНК вычитали из реакционных пробирок.
Кроме того, для визуализации взаимодействия между ДНК и GPB-11 использовали быстросканирующую установку для атомно-силовой микроскопии (АСМ). Дополнительно использовали тип сканирования с разрешением в масштабе наноразмеров, зондовую микроскопию, для получения микрофотографии взаимодействия.
Концентрация суспензии Au-Pt биметаллических нанокристаллов GPB-11
Оборудование и материалы, используемые для концентрирования
Поставщик
Каталожный номер
Центрифуга Eppendorf
Brinkmann Instruments Inc
5417 C с ротором
Zetasizer
Malvern
Nano-ZS90; модель: Zen3690
Пробирки Eppendorf 1,5 мл
Fisher Scientific
05-402-24B
Наконечники пипеток
Fisher Scientific
02-681-140
Пипеттор
Fisher Scientific
21-377-821
Бикарбонат натрия
Fisher Scientific
144-55-8
Гидроксид калия
Fisher Scientific
1310-58-3
Способ концентрирования
1. GPB-11 (имеющую атомную концентрацию Au 8,2 ч/млн; и Pt 2,5 ч/млн) помещали в пробирки Eppendorf и центрифугировали при приблизительно 20000g в течение приблизительно 10 минут.
2. На дне данных пробирок ясно наблюдали пеллеты. Удаляли верхние 95% супернатанта и собирали нижние 5% супернатанта и пеллеты. Концентрированную суспензию затем ресуспендировали при исследованиях реакций связывания.
Регидратация концентрированной GPB-11
Концентрированную суспензию GPB-11 регидратировали в растворе, содержащем 2,7 мМ гидрокарбоната натрия и 2,1 мМ гидроксида калия, используя количество, равное количеству вышеописанного супернатанта. Дзета-потенциалы растворов регидратированной GPB-11 и исходной GPB-11 измеряли с применением Zetasizer, как рассмотрено в другом месте в настоящем описании, и результаты составляли соответственно -50,3 мВ и -51,7 мВ. Очень близкие значения дзета-потенциалов означают, что регидратация концентрированной GPB-11 при исследованиях реакций связывания должна иметь такой же эффект, что и добавление исходной концентрации GPB-11.
Анализ связывания альбумина или геномной ДНК с coнанокристаллической GPB-11
Оборудование и материалы, используемые для анализа связывания
Поставщик
Каталожный номер
201-UV-VIS (Uvcalc-bio)
Thermo Spectronic
001201
Измеритель pH/проводимости
Fisher Scientific
Accumet AR 20; ID: 1928
Вихревая мешалка
Fisher Scientific
02215365
Бычий сывороточный альбумин
Sigma Aldrich
A9418
Мышиный сывороточный альбумин
Sigma Aldrich
A3139
Человеческий сывороточный альбумин
MP Biomedicals, LLC
191349
Человеческая геномная ДНК (женская)
Promega
G1521
Изопропиловый спирт
Sigma Aldrich
W292907
Этанол
Sigma Aldrich
459836
Набор для выделения геномной ДНК Wizard
Promega
A1120
Трис-основание
Fisher Scientific
77-86-1
Хлорид калия (KCl)
Fisher Scientific
7447-40-7
Хлорид магния (MgCl2)
Sigma Aldrich
M4880
IGEPAL CA-630
Sigma Aldrich
18896
Соляная кислота
Fisher Scientific
7647-01-0
Гидроксид натрия (NaOH)
Fisher Scientific
1310-73-2
Этилендиаминтетра-уксусная кислота (ЭДТА)
Acros Organics
60-00-4
Выделение геномной ДНК из мышиной селезенки и человеческой цельной крови
Выделение геномной ДНК из мышиной селезенки
- 10 мг оттаявшей нормальной мышиной селезенки добавляли к 600 мкл охлажденного раствора для лизиса ядер и инкубировали при 65°C в течение 20 минут.
- 3 мкл раствора РНКазы добавляли в тканевый лизат ядер, смешивали и инкубировали при 37°C в течение 25 минут. После инкубирования лизаты охлаждали до комнатной температуры.
- 200 мкл раствора для осаждения белка смешивали с тканевым лизатом, перемешивали на вихревой мешалке и охлаждали на льду в течение 5 минут.
- Вышеуказанную смесь центрифугировали при 16000×g в течение 4 минут.
- После центрифугирования супернатант переносили в чистую пробирку, содержащую 600 мкл изопропанола комнатной температуры, и аккуратно смешивали посредством переворачивания.
- Вышеуказанную реактивную смесь центрифугировали при 16000×g в течение 1 минуты.
- Супернатант удаляли, и пеллету ресуспендировали в 600 мкл 70% этанола комнатной температуры и центрифугировали при 16000×g в течение 1 минуты.
- Этанол аспирировали, и пеллету ДНК сушили на воздухе в течение 15 минут.
- Высушенную пеллету ДНК регидратировали в 100 мкл раствора для регидратации ДНК в течение ночи при 4°C.
Выделение геномной ДНК из человеческой цельной крови
- 3 мл нормальной человеческий мужской цельной крови объединяли с 9 мл раствора для лизиса клеток, перемешивали посредством переворачивания и инкубировали в течение 10 минут при комнатной температуре.
- Вышеуказанный смешанный раствор центрифугировали при 2000×g в течение 10 минут. Супернатант удаляли и пеллету перемешивали на вихревой мешалке.
- 3 мл раствора для лизиса ядер добавляли к вышеуказанной пеллете и смешивали посредством переворачивания.
- 1 мл раствора для осаждения белка добавляли в вышеуказанный лизат ядер и перемешивали на вихревой мешалке в течение 20 секунд с последующим центрифугированием при 2000×g в течение 10 минут.
- После центрифугирования супернатант переносили в чистую пробирку, содержащую 3 мл изопропанола комнатной температуры, и аккуратно смешивали.
- Вышеуказанную реактивную смесь центрифугировали при 2000×g в течение 1 минуты.
- Супернатант удаляли, и пеллету промывали в 3 мл 70% этанола комнатной температуры и центрифугировали при 2000×g в течение 1 минуты.
- Этанол аспирировали, и пеллету ДНК сушили на воздухе в течение 15 минут.
- Высушенную пеллету ДНК регидратировали в 250 мкл раствора для регидратации ДНК в течение ночи при 4°C.
Получение буфера для связывания
2
Буфер для связывания готовили с 20 мМ Трис, 100 мМ KCl, 3 мМ MgCl и 0,1% IGEPAL. pH доводили до приблизительно 7,5 с помощью измерителя pH/проводимости соляной кислотой и NaOH.
Получение буфера для элюции ДНК
Для изготовления 10X 50T1E (50 мМ Трис-HCl/1 мМ ЭДТА) 6,05 граммов Трис-основания и 0,37 граммов ЭДТА смешивали в 100 мл дистиллированной воды для растворения. pH раствора доводили приблизительно до 8, контролируя с помощью измерителя pH/проводимости и регулируя с помощью соляной кислоты и NaOH. До элюции ДНК из наночастиц раствор 10X 50T1E разбавляли в 10 раз дистиллированной водой.
План анализа связывания
Таблица 38
Комбинации
Группы
1
2
3
4
5
6
7
8
Альбумин
0,4 мг/мл
-
+
-
+
-
+
-
+
ДНК
15 мкг/мл
-
-
-
-
+
+
+
+
GPB11
22 мкг/мл
-
-
+
+
-
-
+
+
Буфер для связывания
+
+
+
+
+
+
+
+
Протокол анализа связывания
25. Реакцию связывания осуществляли посредством инкубирования GPB-11, альбумина и ДНК с буфером для связывания в течение приблизительно 1 часа при комнатной температуре в восьми комбинациях, как показано в таблице 29. Во время инкубирования образцы перемешивали на вихревой мешалке каждые 5 минут.
26. После инкубирования реакционный раствор осаждали центрифугированием при 20000×g в течение приблизительно 10 минут при комнатной температуре.
27. Пеллеты промывали единожды и ресуспендировали в 400 мкл буфера для элюции ДНК.
28. Измеряли поглощение при 280 нм для альбумина (т.е. пик поглощения) и 260 нм для ДНК (т.е. пик поглощения) с помощью 201-UV-VIS.
АСМ-визуализация связывания ДНК
Оборудование и материалы, используемые для визуализации
Поставщик
Каталожный номер
АСМ-система Dimension FastScan
Bruker
Зонд FastScan A
AppNano
Модель зонда: серия UHF
Слюда
Bruker
Спин-коатер
Instras Scientific
SCK-100
Получение и анализ образцов для АСМ
После того как давали произойти реакции связывания, 50 мкл смеси человеческой женской геномной ДНК и GPB-11 в буфере для связывания помещали и наносили способом центрифугирования (по меньшей мере 3000 об/мин) на чистый слюдяной лист. Содержащий слюду образец ополаскивали единожды чистой водой, после чего сушили в воздухе. Визуализацию осуществляли с помощью АСМ FastScan с NanoScope V и ступенчатым контроллером. АСМ работал в полуконтактном режиме, и использовали зонд FastScan A (k~17 Н/м). Фазовое картирование с высоким разрешением, топографию поверхности (3D) и высоту на поперечных сечениях анализировали с помощью программного обеспечения FastScan NanoScope. Результаты рассмотрены в настоящем описании далее.
Связывание альбумина
Поглощение связывания альбумина с GPB-11 измеряли при 280 нм. Исследовали различные комбинации альбумина и GPB-11 в присутствии или в отсутствие геномной ДНК. Таблица 39 показывает, что в различных комбинациях альбумина и GPB11 получали очень близкие результаты. Типичные данные также изображены на фигуре 40a.
Таблица 39
Комбинации
Эксперименты
1
2
3
4
5
6
Альбумин
Бычий
+
-
-
+
-
-
Мышиный
-
+
-
-
+
-
Человеческий
-
-
+
-
-
+
ДНК
Мышиная
-
-
-
+
+
-
Человеческая
-
-
-
-
-
+
GPB-11
+
+
+
+
+
+
Конкретнее, фигура 40a показывает графически величину связывания мышиного альбумина в присутствии или в отсутствие мышиной геномной ДНК как функцию поглощения при 280 нм. В отсутствие геномной ДНК связывание альбумина с биметаллическими нанокристаллами в GPB-11 значительно. Но, когда геномную ДНК добавляли в анализ связывания, не наблюдали связывания альбумина с нанокристаллами в GPB-11. Данные результаты показывают, что нанокристаллы в GPB-11 могут связываться с альбумином, но, преимущественно, связываются с мышиной геномной ДНК. Другими словами, биметаллические нанокристаллы Au-Pt в GPB-11 имеют, очевидно, рыхлую корону из альбумина.
Связывание ДНК
Связывание ДНК с нанокристаллами в GPB-11 определяли посредством измерения поглощения при 260 нм. Способность к связыванию мышиной или человеческой геномной ДНК с биметаллическими нанокристаллами в GPB-11 измеряли с различными комбинациями альбумина. Таблица 40 показывает различные протестированные комбинации или смеси. Наблюдали высоко согласованные результаты между различными комбинациями ДНК и нанокристаллов в GPB-11. Типичные результаты изображены графически на фигуре 40b.
Таблица 40
Комбинации
Эксперименты
1
2
3
4
5
Геномная ДНК
Мышиная
+
-
+
-
+
Человеческая
-
+
-
+
-
Альбумин
Бычий
-
-
+
-
-
Мышиный
-
-
-
-
+
Человеческий
-
-
-
+
-
GPB-11
+
+
+
+
+
Конкретнее, фигура 40b показывает графически величину связывания ДНК в присутствии или в отсутствие мышиного альбумина. Фигура 40b показывает, что как в присутствии, так и в отсутствие альбумина геномная ДНК значительно связывается с нанокристаллами в GPB-11. Когда альбумин отсутствовал, величина связывания ДНК с нанокристаллами GPB-11 была очень большой. Даже когда добавляли большое количество альбумина в анализ связывания, наблюдали, что статистически значимое количество ДНК связывается с биметаллическими нанокристаллами GPB-11. Данные результаты дополнительно подтверждают, что биметаллические нанокристаллы в GPB-11 связываются с геномной ДНК гораздо сильнее, чем альбумин. Кроме того, без ограничения какой-либо конкретной теорией или объяснением, возможно, что биметаллические нанокристаллы Au-Pt в GPB-11 могут связываться с геномной ДНК (когда она присутствует) ковалентными связями. Такое связывание может оказывать воздействие на функцию ДНК.
Предпринимали попытку визуализировать связывание ДНК с биметаллическими нанокристаллами Au-Pt. Конкретнее, образцы в анализе связывания ДНК визуализировали с помощью АФМ. Типичный результат показан на фигуре 40c. Ясно показано, что биметаллические нанокристаллы Au-Pt связываются с человеческой геномной ДНК. Наблюдали, что большинство нанокристаллов связывается с концом цепочек молекул ДНК. Диаметры визуализированных наночастиц лежат в пределах диапазона размеров нанокристаллов в GPB-11, что подтверждает связывание.