用于医学治疗的新的金基纳米晶体及其电化学制造方法

申请号 CN201080036729.4 申请日 2010-07-08 公开(公告)号 CN102548417A 公开(公告)日 2012-07-04
申请人 GR智力储备股份有限公司; 发明人 马克·莫腾松; D·奇勒·皮尔斯; 戴维·布莱斯; 亚当·多夫曼; 里德·韦尔考克斯; 安东尼·洛克特; 米克海尔·莫兹里埃科夫;
摘要 本 发明 涉及具有基本上没有有机杂质或 薄膜 的表面的新的金 纳米晶 体和纳米晶形分布。具体来说,所述表面与使用需要有机还原剂和/或 表面活性剂 从溶液中的金离子生长金 纳米粒子 的化学还原方法所制造的金纳米粒子的表面相比是“干净的”。本发明包括用于制造金基纳米晶体的新的电化学制造装置和技术。本发明还包括其药物组合物以及金纳米晶体或其悬液或胶体的应用,用于 治疗 或 预防 已知使用金疗法的 疾病 或病症,以及更普遍地用于由病理性细胞活化引起的病症,例如炎性(包括慢性炎性)病症、自身免疫病症、超敏性反应和/或癌性疾病或病症。在一个实施方案中,病症由MIF(巨噬细胞移动抑制因子)介导。
权利要求

1.金纳米晶体,其包含:
基本上没有有机杂质或薄膜的表面;以及
选自{111}、{110}和{100}及其等价物的至少一个空间扩展的低指数晶面。
2.权利要求1的金纳米晶体,其中所述纳米晶体的最长尺度小于20nm。
3.权利要求2的金纳米晶体,其中所述纳米晶体包含四面体和十面体至少之一的成形晶体。
4.权利要求1的金纳米晶体,其中所述纳米晶体通过包含中电化学的方法制造。
5.权利要求2的金纳米晶体,其中所述纳米晶体被悬浮在水中。
6.权利要求3的金纳米晶体,其中多个成形晶体被悬浮在水中。
7.权利要求6的金纳米晶体,其中所述成形晶体在所述水中的百分率为5-35%,由此形成悬液。
8.权利要求6的悬液,其中所述成形晶体在所述水中的百分率为5-35%。
9.权利要求8的悬液,其中存在包含四面体和十面体的两种成形晶体。
10.权利要求8的悬液,其中存在包含四面体和十面体的两种成形晶体。
11.权利要求10的悬液,其中包含四面体和十面体的两种成形晶体以15%-50%的范围存在。
12.权利要求11的悬液,其中所述成形晶体具有小于20nm的平均晶体尺寸。
13.金纳米晶体在水中的悬液,其包含:
模式粒度不超过20nm的晶体;
四面体成形晶体和十面体成形晶体,其相对于在所述水中的其他纳米粒子的数量以
16-66%的组合量存在;以及
具有基本上没有有机杂质或薄膜的表面的晶体。
14.权利要求13的悬液,其中所述表面基本上完全没有有机杂质或薄膜。
15.权利要求13的悬液,其中所述表面完全没有有机杂质或薄膜。
16.权利要求15的悬液,其中所述晶体以至少30%的量存在。
17.权利要求15的悬液,其中所述晶体以至少40%的量存在。
18.权利要求15的悬液,其中所述晶体以每毫升至少5毫克的量存在。
19.权利要求13的悬液,其中所述晶体以每毫升约2-100毫克的量存在。
20.权利要求13的组合物,其包含利用所述组合物治疗关节炎。
21.权利要求13的组合物,其包含利用所述组合物治疗多发性硬化症。
22.权利要求13的组合物,其包含利用所述组合物治疗选自炎性病症、慢性炎性病症、自身免疫病症、超敏性反应和癌性疾病或病症的至少一种适应症。
23.权利要求13的组合物,其包含利用所述组合物治疗显示出MIF的任何疾病。
24.在水中生长金纳米晶体的方法,所述方法包含:
向所述水加入至少一种加工增强剂;
将至少一组金电极与所述水相接触
向所述至少一组金电极施加AC电压,以允许金纳米晶体生长成选自四面体和十面体中至少一种形状的形状。
25.权利要求24的方法,其中所述金纳米晶体具有不超过20nm的模式粒度。
26.权利要求24的方法,其中所述AC电压包含20-2000伏特的电压。
27.权利要求24的方法,其中所述AC电压包含100-300伏特的电压。
28.权利要求24的方法,其中所述水被包含在槽式构件中。
29.权利要求28的方法,其中当施加所述AC电压时所述水连续流过所述槽式构件。
30.权利要求29的方法,其中连续流过所述槽式构件的所述水流出所述槽式构件时具有至少8的pH。
31.权利要求24的方法,其中不向所述水中添加有机化合物。

说明书全文

用于医学治疗的新的金基纳米晶体及其电化学制造方法

技术领域

[0001] 本申请要求七份其他专利申请的优先权:1)2009年7月8日提交的USSN61/223,944;2)2009年7月16日提交的USSN 61/226,153;3)2009年7月24日提交的USSN
61/228,250;4)2009年8月20日提交的USSN 61/235,574;5)2009年10月8日提交的USSN
61/249,804;6)2009年11月23日提交的USSN 61/263,648;以及7)2010年1月13日提交的USSN 61/294,690。
[0002] 本发明涉及具有基本上没有有机或其他杂质或薄膜的表面的新的金纳米晶体和纳米晶形分布。具体来说,所述表面与使用需要有机还原剂和/或表面活性剂从溶液中的金离子生长金纳米粒子的化学还原方法所制造的金纳米粒子的表面相比是“干净的”。
[0003] 本发明包括用于制造金基纳米晶体的新的电化学制造装置和技术。本发明还包括其药物组合物以及金纳米晶体或其悬液或胶体的应用,用于治疗或预防已知使用金疗法的疾病或病症,以及更普遍地用于由病理性细胞活化引起的病症,例如炎性(包括慢性炎性)病症、自身免疫病症、超敏性反应和/或癌性疾病或病症。在一个实施方案中,病症由MIF(巨噬细胞移动抑制因子)介导。

背景技术

[0004] 金盐
[0005] 发现氰化金对结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)的抑菌效应归功于罗伯特科赫(Robert Koch)。后来发现,患有结核病的患者当用金盐注射剂治疗该疾病时,常常得到某些炎性病症减轻的益处。这种观察到的炎症减轻导致Forestier在1927年将硫醇金盐用于治疗类湿性关节炎(Panyala,2009)(Abraham,1997)。早期的金基产品典型地采取肌肉内或皮下方式(后来采取关节内方式)注射,并且有一些到今天仍可用于和/或仍被用于治疗类风湿性关节炎。
[0006] 具体来说,多年来已经知道某些金化合物具有抗炎活性。例如,(i)作为Myocrisin销售的硫代苹果酸钠金(也称为“硫代苹果酸金钠”)和作为Myochrisine和Myochrisis销售的相关化学物质形式;(ii)作为Solganol销售的硫代葡萄糖钠金(也称为“硫代葡萄糖金钠”);(iii)作为Sanocrysin销售的硫代硫酸钠金和作为Crisalbine、Aurothion和Sanocrysis销售的相关化学物质形式;以及(iv)作为Allocrysine销售的硫代丙醇磺酸钠金,它们已被用于治疗类风湿性关节炎(Sadler,1976;Shaw,1999;Eisler,p.133,2004)。据信,只有单价金盐对类风湿性关节炎的治疗显示出疗效。1961年,英帝国风湿病委员会(Empire Rheumatism Council)确认注射用金盐显示出效能,并且金盐仍然是进行性类风湿性关节炎的广泛使用的治疗方法(Ueda,1998)。
[0007] 也已提出或无对照地观察到使用各种金盐的治疗对多种其他疾病包括哮喘、HIV、疟疾和癌症有效。在这些疾病中,人类和动物模型中均存在相当大量的证据,表明对于这些未满足医学需求的领域来说金可能是可行的治疗选项(Dabrowiak,2009)。
[0008] 口服金
[0009] 更近些时候,一种口服金产品,作为 或 在世界几个地区销售的2,3,4,6-四-o-乙酰基-1-硫代-β-D-吡喃葡萄糖苷-S-(三乙基膦),已经可以获得(Ho & Tiekink,2005,Dabrowiak,2009)。 在1980年代中期被FDA批准
用于人类; 具有口服吸收的优点,但是被认为与注射用硫醇金盐相比效率较低
(Sadler,1976;Shaw 1999)。
[0010] 金盐和口服金的毒理学
[0011] 在历史上,毒性限制了所有注射和口服的金基疗法,有30-50%之间的患者由于不良或无法忍受的副作用而终止了各种金基治疗。许多传统金疗法的副作用包括皮疹或黏膜皮肤效应(例如瘙痒、皮炎和口炎);血液学变化(例如血小板减少症);尿液含蛋白(蛋白尿);口腔的炎症;循环白细胞数量减少;血小板数量降低;由器官损伤引起的再生障碍性贫血;异常;不良免疫反应,例如嗜酸性细胞增多、淋巴结病、高γ球蛋白血症;严重低血压、心绞痛、心肌梗塞、肾毒性和肾病综合征;肝炎;结肠炎;以及膜、晶状体和皮肤的金质沉着(色素沉着)(Eisler,p.133-134,2004)。金疗法的最常见副作用是皮肤毒性,占所有不良反应的高达60%,特别是苔藓样疹和非特异性皮炎(Eisler,p.133-134,2004)。据信,这些副作用与所使用的制剂(例如载体分子、化合物中金的化状态等)而不是金本身相关(Ho & Tiekink,2005)。
[0012] Payne和Arena在1978年报道了几种口服金化合物包括 与注射的金对照相比,在大鼠中的亚急性和慢性毒性。向Sprague Dawley大鼠给药6周、6个月和1年的时间。在后续研究中,用依序杀死和修改的给药方案重复了1年期的调查。
[0013] 该研究所鉴定的靶器官是胃和肾。胃变化包括延伸直达黏膜的三分之一厚度并覆盖多达5%表面积的黏膜浅表侵蚀。这种变化与剂量相关并伴有体重减轻。愈合病变也是明显的。在SK&F 36914给药六个月的大鼠肾脏中,存在皮质肾小管上皮细胞的膨大(巨细胞症)。此外,存在核的剂量依赖性扩大(核巨大),对于多型和多核细胞来说明显。在1年期研究中也观察到类似变化,但此外还观察到发生率呈剂量依赖性的肾皮质细胞腺瘤(对于对照、低、中和高剂量来说分别为0/38、3/39、6/37和8/37)。在重复的1年期研究中,发生了出人意料的高死亡发生率。这归因于回盲肠病变发展成溃疡,在许多病例中表现出肠壁穿孔。推测死亡起因于急性感染性腹膜炎。在注射的对照中,通过每周一次肌肉内注射给药硫代苹果酸金钠共一年,和在第二项研究中每周一次共46周,然后每日一次共330日。在1年期研究中,观察到肾小管细胞核巨大症,并且在1/16的雌性动物中观察到肾细胞腺瘤,但是在雄性动物中没有观察到。在21个月的研究中,所有存活大鼠都显示出皮质肾小管上皮的核巨大症,并常常观察到囊性肾小管。在存活至21个月的8/8雌性和3/7雄性动物中观察到肾脏腺瘤,偶见多发性的(Payne & Arena,1978)。在狗中观察到了类似结果(Payne & Arena,SK&F 36914和SK&FD-39162在狗中的亚急性和慢性毒性(The subacute and chronic toxicity of SK&F 36914 and SK&F D-39162 in dogs),1978)。
[0014] Szabo等1978a报道了含金化合物包括 对妊娠大鼠和胎畜的影响。调查了硫代苹果酸金钠和口服金化合物 对母体和胎畜毒性和致畸性的影响。口
服金在妊娠第6-15日通过插管法给药,而硫代苹果酸金钠在第6-15日通过皮下注射给药。
这是这类研究中的标准暴露时间段,并且这种暴露被认为等同于人类妊娠的前三个月。使用标准程序检查胎畜,并且组的大小足以用于研究目的。母体和胎畜毒性明显,并且硫代苹果酸金钠给药动物的胎畜显示出与剂量相关的畸形的模式。所使用的剂量引起一定比例的雌亲死亡,并显示出对体重的显著影响(包括给药开始时的实际体重减轻)并减少进食。畸形包括骨骼异常、外部畸形和各种程度的脑积和眼缺陷。SK&F D-39162不影响食物摄取或体重增加,但是与对照相比也伴有胎畜体重减轻。使用SK&FD-39162治疗所发现的唯一重要缺点是水肿。在硫代苹果酸金钠处理的动物中,没有发现硫代苹果酸金钠对着床、再吸收、胎畜数量或胎畜体重的影响的证据。这些作者得出结论,对胎畜的影响是间接的,并可归因于金在卵黄囊上皮溶酶体中的积累,并因此抑制参与胎畜营养的生命所必需的酶。这种假说被发展以解释其他化学物质的致畸性,并可能是合理的(Szabo,Guerriero,& Kang,含金化合物对妊娠大鼠及其胎畜的影响(The effects of gold containing compounds on pregnant rats and their fetuses),1978)。
[0015] Szabo等1978b报道了含金化合物对妊娠兔和胎畜的影响。在该研究中,妊娠的6-18日对妊娠兔给药。硫代苹果酸金钠通过皮下注射给药,口服化合物通过插管法给药。
两种给药途径都引起母体死亡,并且在存活动物中也观察到流产。在注射和口服金两者的较高剂量下,观察到母体进食的剂量相关性降低,引起实际体重降低。对同窝仔畜数量、再吸收数量和平均胎畜体重也有显著影响。也观察到胎畜异常和畸形,主要是在腹部(腹裂和脐疝),而影响脑、心肺和骨骼的异常的发生率较低。作者得出结论,腹部异常的发生率超过所有它们的历史对照数据,表明在兔中对这种金的影响特别敏感(Szabo,DiFebbo,& Phelan,1978)。
[0016] 根据这些研究,相对高剂量含金化合物的口服给药与胃黏膜侵蚀的剂量相关性发生率相关,并且在更长期研究中,与引起大量动物死亡的显著的回盲肠病变(包括溃疡)相关。对呈现的数据的检查表明,胃病变典型为对黏膜的显著的直接局部影响。皮质肾小管上皮是另一种靶组织,可能是通过在尿液浓缩期间产生高的局部浓度。在相当数量的动物中,皮质肾小管上皮病变从核巨大发展成腺瘤形成。尽管这是良性肿瘤,但根据风险评估也不能忽视它。然而,还值得注意的是,啮齿动物的肾脏病变相对常见,特别是在雄性中,但是在这些研究中似乎对雌性的影响相对高于雄性。
[0017] 在给药相对大量金溶液后发生胃病变。在这些研究中还表明重要的毒剂是离子3+
金(例如Au(III)或Au )。这种类型的病变也由在各种形式关节炎的治疗中使用的许多NSAID药剂产生,并一般被认为是尽管不想要、但可管控的副作用。因此,不存在这样的副作用将构成优于现有金基疗法的优势。
[0018] 1996年,Cheriathundam和Alvares在Sprague Dawley大鼠和三个小鼠种系(Swiss-Webster、C3H/Hej和DBA/2J)中评价了硫醇钠金和 对肝脏和肾脏标志物以及金属硫蛋白水平的影响。在大鼠中,硫醇金钠引起肝脏金属硫蛋白水平增加7倍,而在小鼠种系中,金属硫蛋白水平在Swiss-Webster中增加2倍,在近交种系中增加约5倍。
在小鼠种系中,硫醇金钠只引起肾脏金属硫蛋白水平的极小变化。在任何被测物种或种系中,肝脏标志物血清ALAT不受硫醇金钠的改变。肾功能的一种指示物BUN在大鼠中升高
3倍,但是在任何小鼠种系中没有升高。这些数据与硫醇金钠在大鼠和人类中具有肾毒性的观察相一致,但有趣的是注意到在小鼠中没有肾毒性的迹象(Cheriathundam &Alvares,
1996)。
[0019] 在处理两个物种的妊娠动物后观察到胚胎毒性和胎畜缺陷,表明有可能许多、即便不是所有以前使用的形式的金表现出发育风险。这与许多其他当前的RA疗法相一致,例如其中甲蝶呤被要求标注关于对胎儿的潜在有害效应的警示。
[0020] 对于口服金来说,已经鉴定了对临床效能和不良反应两者有贡献的几种可能的药理作用。例如,Walz及其同事显示,浓度为40、20和10mg/kg的 在大鼠中以剂量相关方式抑制角叉菜聚糖诱导的浮肿,其中最大抑制率为86%,在最高剂量下,并且血清金水平约为10μg/mL。 的两种基本配体、即三乙基氧化膦和2,3,4,6-四-o-乙酰基-1-硫代-β-D-吡喃葡萄糖不显示任何显著的生物活性,并且硫代苹果酸金钠、金硫代葡萄糖和硫代苹果酸不显著影响大鼠的爪水肿。已显示, 显著抑制佐剂性关
节炎,而配体没有任何影响。 抑制抗体依赖性补体裂解。已显示
抑制从受刺激的多形核白细胞释放溶酶体酶例如β-葡糖苷酸酶和溶菌酶。
是来自佐剂性关节炎大鼠的多形核白细胞所表现出的抗体依赖性细胞介导的细胞毒性的强抑制剂。与硫代苹果酸金钠相比, 是强得多的超氧化物产生抑制剂。在免
疫吞噬作用测定中,硫代苹果酸金钠在能够引起显著抑制的 浓度的40倍浓度
下,不显示抑制活性(Walz,DiMartino,Intocca,& Flanagan,1983)。
[0021] Walz及其同事还陈述了 作为外周血单核细胞的皮肤迁移、趋化性和吞噬作用的抑制剂,比硫代苹果酸金钠更强。Lipsky及其同事显示, 与硫
代苹果酸金钠一样,在体外通过直接抑制单核吞噬细胞来抑制成淋巴细胞发生。然而,也对淋巴细胞功能具有抑制效应,这在硫代苹果酸金钠中没有观察到。获得
单核细胞抑制的 浓度比硫代苹果酸金钠浓度低10至20倍(Walz,DiMartino,
Intocca,& Flanagan,1983)。
[0022] 一般来说,患有活性类风湿疾病的患者,其有丝分裂原刺激的成淋巴细胞发生或由混合淋巴细胞反应诱导的成淋巴细胞发生的能力降低。尽管一开始首先用硫代苹果酸金钠治疗的患者显示出对有丝分裂原刺激的成淋巴细胞发生的一些抑制,但最终对药物产生响应的患者在体外显示出正常的淋巴细胞应答性。相反,在患者接受 几周内,淋巴细胞响应性被显著抑制。因此, 在比注射用金化合物低一个数量级下显示
出强有力的体外免疫抑制效应,这最可能是由于口服化合物与注射用硫醇金化合物相比药理性质的重大差异(Dabrowiak,2009)。
[0023] 不良反应是使用口服金化合物例如 的主要限制因素,因为约30-50%的被治疗患者发生某些形式的毒性(Dabrowiak,2009)(Kean & Anastassiades,1979)(Kean & Kean,《金的临床药理学》(The clinical Pharmacology of Gold),2008)。
[0024] 皮疹是最常见的不利副作用,并且在约30%患者中发生某些形式的疹。大多数病变发生在手、前臂、躯干和小腿上,但是偶见发生在面部,并表现为具有鳞状小片的小红斑,尺寸为1-10cm,类似于脂溢性疹。罕见记录到钱币状湿疹、完全表皮脱落和强烈搔痒形式的几种皮疹问题。
[0025] 在约20%的接受注射金疗法的患者中,发生类似于口疮性溃疡的口腔溃疡(疼痛和无痛型)。口腔溃疡的发生是继续金疗法的明确禁忌征,因为已知口腔溃疡可能预示天疱疮样大疱性皮肤病变。
[0026] 在Kean和Anastassiades报告的研究中,蛋白尿的频率广泛变化(0-40%),这极有可能反映了对构成蛋白尿的不同定义。在这些研究中,没有由金疗法引起任何长期严重或永久性肾损伤的明确记录的病例;然而,显微镜血尿是中止口服金治疗的原因(Kean & Anastassiades,1979)。
[0027] 由金化合物引起的血小板减少症以两种不同类型发生:更常见的类型与血小板表面IgG抗体相关,另一种不太常见的是骨髓抑制后继发的。遗传标志物HLA DR3可以指示患者发生与血小板表面抗体相关的血小板减少症的风险增加。
[0028] 胆汁郁积性黄疸或急性小肠结肠炎形式的特发性毒性也已与可注射用金化合物、特别是硫代苹果酸金钠相关联,但是使用口服金时还没有报道。
[0029] 元素金在眼晶状体和角膜中的沉积已有报道,但这似乎不引起对视觉敏锐度的任何具体损伤。
[0030] 口服金疗法特有的是发生松软粪便,通常在疗法的第一个月中。在治疗的后几个月中粪便改变的发生率下降可能与对腹泻易感的患者较早退出有关。在2-5%的患者中发生明显的水样腹泻,并且似乎与剂量相关。
[0031] 一般来说,使用口服金时不良事件发生率低于注射金,但可能仍然是显著的。
[0032] 使用现有金基治疗的第二个主要缺点是生效非常慢。患者在体验到任何显著好处之前,经常必须用例如金盐持续治疗3至6个月。这种长期等待任何察觉到的好处,是患者顺从性的主要障碍,并因此对使用效能有不利影响。
[0033] 对金的药物动力学情况的了解主要集中于元素金的测量,而对于金在各种组织或器官中存在时的金结构(例如其化学或物理或晶体结构)了解不多。
[0034] 在口服摄取后,口服金复合物快速但是不完全吸收。注射用金复合物的金部分在肌肉内注射后似乎快速吸收到循环中。在血液循环中, (或其配体)似乎主要与白蛋白结合。具体来说,在将放射性标记的 口服给药于人类志愿者后,在血
浆中检测到约35%的给药剂量,在1-2小时内达到6-9μg/100mL的峰值浓度。血浆半衰期大约15-25天上,在55-80天后几乎完全从体内消除。在180天后,只能检测到约1%的放射性标记的金,而在该时间处,检测到高达30%的来自硫代苹果酸金钠的金。金广泛分布于网状内皮系统,特别是在肝脏、骨髓、淋巴结、脾脏的吞噬细胞中以及在滑膜中。发生在皮肤中的沉积,并且已观察到在真皮中的金量与给予的金的总剂量之间可能存在定量相关性。
在肾脏管状细胞、即富有含巯基酶的另一个位点中,也观察到金的电子致密沉积物,但出现金与肾小球结合似乎并不常见(Walz,DiMartino,Intocca,& Flanagan,1983)(Dabrowiak,
2009)。
[0035] 金纳米粒子
[0036] 已经并继续在开发其他金制剂,它们大多数利用通过各种化学还原技术制造的金纳米粒子,有一些利用水下等离子体电弧技术,并且它们大多数产生各种稳定或部分稳定的金胶体或金纳米粒子悬液。
[0037] 通过化学还原产生的胶体金纳米粒子
[0038] 在1850年代左右,迈克尔·法拉第(Michael Faraday)通过化学还原方法制造了第一个胶体金悬液(Faraday,1857)。法拉第使用还原化学技术,利用分散在醚(例如CH3-CH2-O-CH2-CH3)中的磷、或二硫化(即CS2)作为还原剂,对水性金盐——氯金酸盐(即金(III)盐)进行化学还原。
[0039] 今天,大多数胶体金制备物通过用还原剂例如柠檬酸钠还原氯酸(四氯金酸)以产生“Tyndall紫”来制造。现在,存在多种“典型的”还原化学方法用于形成胶体金。具体来说,存在几类合成路线,其每种在由其产生的最终产物(例如胶体金纳米粒子)中显示出不同特征。已经注意到,除了所使用的还原剂的强度、量和类型之外,稳定剂(即在溶液相合成过程中使用的化学物质)的作用也是关键的(Kimling,2006)。
[0040] 尽管法拉第引入了胶体金溶液,但Turkevich和Frens的均质结晶方法(及其变化形式)在目前最常用,并典型地产生许多粒度的主要为球形的粒子(Kimling,2006)。具体来说,最流行的方法是从金(III)复合物例如四氯金酸(或氯酸)出发,通过使用添加的化学物质还原剂例如硫氰酸钠、白磷、柠檬酸钠和鞣酸、NaBH4、柠檬酸、乙醇抗坏血酸钠、柠檬酸钠、十六烷基苯胺等,将金复合物中的金还原成金金属(即金(0)或金属金)(Brown,2008)。然而,另一种化学还原技术使用氢化钠作为用于AuP(Ph3)的化学物质还原剂(Brown,2008)。取决于在这些化学还原方法中使用的具体加工条件,这些形成的主要为球形的纳米粒子的尺寸在直径为约1nm至约64nm的范围内(Brown,2008)。此外,Kimling所使用的特定柠檬酸盐热还原方法除了球形粒子之外,还产生少部分三角形粒子,其中三角形物质最多约为5%(Kimling 2006)。
[0041] 其他工作致力于控制胶体金属纳米粒子的形状。生物学家和生化学家久已了解到对于蛋白质功能来说,“结构决定功能”。不同形状的金纳米粒子也具有不同性质(例如光学、催化、生物性质等)。控制纳米粒子形状为例如光学调制纳米粒子提供了精巧的方法。尽管所有金纳米粒子都含有面心立方晶格,但如果某些加工条件允许或引起,金纳米粒子能够采取各种晶体形状,其范围从具有带缺陷表面(例如阶)的不规则椭球到具有相对有限表面缺陷的多面体。不同晶体形态与不同晶面(或晶面组)相关。但是,一些最常见的金纳米粒子形态不由单晶畴构成,而是由孪晶面组成(Tao,2008)。
[0042] Yuan等认识到,通过提供种晶,可能更容易从金盐(即HAuCl4或金酸)的硼氢化物还原中获得非球形的金纳米粒子。然后放置种晶,使其与同样的金盐在溶液中接触,并加入化学物质NH2OH、CTAB和柠檬酸钠作为还原剂和/或表面活性剂(例如包覆剂(capping agent))。通过这种方法形成了几种不同晶体形状,包括三角形、截断的三角形、六角形层和假五角形。Yuan得出结论,通过使用不同化学还原技术产生的加工变化能够影响得到的粒子的物理和化学性质。研究人员注意到,包覆剂的选择是控制纳米粒子生长(和形状)的关键因素(Yuan,2003)。
[0043] Yuan所描述和使用的方法被称为“异质成核”,其中种子粒子在单独的合成步骤中产生。因此,这种形状控制类型可以被认为是附晶生长过程(Tao,2008)。许多化学还原技术利用这种更为复杂的两步异质成核和生长过程。然而,其他技术利用单步均质成核,其中种晶首先成核,然后从成核的种晶形成纳米粒子。典型地,在均质成核中同时发生一系列化学反应。均质成核的主要目的是针对晶体生长速率来平衡成核速率并控制粒径,因为成核和生长两者通过相同的化学过程来进行(Tao,2008)。
[0044] 在溶液中合成金属纳米粒子通常需要使用表面活性试剂(表面活性剂)和/或两亲性聚合物作为稳定剂和/或包覆剂。众所周知,表面活性剂和/或两亲性聚合物对于控制分散粒子的尺寸、形状和稳定性起到关键作用(Sakai,2008)。
[0045] 在晶体金纳米粒子中(例如在异质成核过程中)观察到的一些最常见晶体形态不由单晶或单晶畴构成,而是含有往往由孪晶面结合的多晶畴的粒子。正十面体(也称为五角双锥)是完全由三角形(III)小面结合的平衡形状,并可以被认为是共有沿着五重轴的共同边的5个四面体。这些结构通常在通过将金属蒸发到固相基质上和接种异质成核还原化学方法所合成的纳米晶体粒子上观察到(Tao,2008),然而,对于通过Turkevich和Frens的方法合成的纳米粒子来说难以观察到十面体,因为它们起到用于生长纳米丝和纳米杆的合适的种晶作用(Tao,2008)。因此,通过在归属于Turkevich和Frens的还原化学方法期间控制加工条件以及添加和使用的表面活性剂和包覆剂的量和类型,可以获得各种形状。
[0046] 在通过还原化学方法生产的每种胶体金组合物中,显然包含还原剂和/或表面活性剂或包覆剂的一种或多种要素的表面涂层将存在于悬浮的金纳米粒子的至少一部分上(或其中)。还原剂的使用典型地帮助将纳米粒子悬浮在液体(例如水)中。然而,还原剂涂层或表面杂质有时附加有表面活性剂涂层或包覆剂或甚至被其取代。这样的还原剂/表面活性剂涂层或薄膜可以作为位于金属基纳米粒子上和/或其中的杂质被观察到,并可能导致这样的胶体或溶胶实际上具有比金纳米粒子本身更多的保护性涂层或薄膜性质(Weiser,p.42,1933)。
[0047] 例如,表面活性剂和两亲性聚合物不仅深度参与纳米粒子的形成(从而影响尺寸和形状),而且也掺入到纳米粒子本身中。纳米粒子的表面性质被还原剂涂层和/或表面活性剂分子涂层所改变(Sperling,2008)。
[0048] 在成核粒子的表面上吸附疏水性尾、亲水性头基团和某些反离子(至少在使用离子型表面活性剂的情形中),以及金属离子与表面活性剂和/或两亲性聚合物与形成的粒子的络合,都能影响纳米粒子的形状、纳米粒子的表面和/或改变纳米粒子的功能(Sakai,2008)。
[0049] 不同表面化学或表面薄膜(例如存在还原剂副产物组合物和/或还原剂副产物的厚度(例如薄膜))可以引起金纳米粒子与例如生物体中的各种蛋白的不同相互作用。纳米粒子与蛋白的生物物理结合力(例如静电、疏水、氢键键合、范德华结合)不仅影响纳米粒子的尺寸、形状和组成,也影响纳米粒子上的表面杂质或涂层的类型和/或厚度。用于制造金纳米粒子的Turkevich和Frens方法(及其变化形式)是最广泛了解和使用的化学还原方法。使用柠檬酸或柠檬酸钠还原剂在金纳米粒子表面上产生基于柠檬酸的化学物质(例如基于柠檬酸的涂层)(即也称为柠檬酸稳定化的)(Lacerda,2010)。
[0050] 此外,Daniel等综述了主要的金纳米粒子形成技术,包括化学合成和组装过程,包括:(1)柠檬酸还原,其产生附着于金纳米粒子的“相当松散的[基于柠檬酸的]配体的壳”;(2)使用柠檬酸盐和两亲性表面活性剂(用于尺寸控制)的柠檬酸还原方法的变化形式;
(3)产生“强烈结合金”的硫醇或硫醇盐配体的“Brust-Schiffrin”方法;(4)产生含硫配体包括黄原酸盐、二硫化物、二硫醇、三硫醇和间苯二酚芳四硫醇的方法;以及(5)与膦、氧化膦、胺、羧酸酯、芳基异氰酸酯和碘化物相关的其他配体(其能够代替柠檬酸涂层)。作者重申了Brust关于形成的金纳米粒子的陈述:“所得到的物理性质既不是体金属的也不是分子化合物的物理性质,而是强烈依赖于纳米粒子的粒度、粒子间距离、保护性有机壳的性质、和形状。”(Daniel,2004)。
[0051] 尽管金纳米粒子上存在的有机配体(例如基于柠檬酸的配体或者涂层或薄膜)帮助使金纳米粒子在液体中稳定,以阻止纳米粒子例如附着于其他纳米粒子并聚团和/或由于例如重力而从悬液中沉淀出来,但这些有机基配体(例如有机壳)是杂质(即相对于其下的金纳米粒子来说),并造成金纳米粒子与生命系统中的蛋白质的相互作用。这样的涂层或薄膜可能具有强烈生物学影响(Lacerda,2010)。
[0052] 此外,Wang等得出结论,通常使用的柠檬酸还原的金纳米粒子相对于不含还原剂和稳定剂的胶体溶液来说,干扰金纳米粒子的摄取(Wang,2007)。
[0053] 用样地,Lacerda等陈述,更好地理解纳米粒子的生物效应需要了解自身与纳米粒子相结合的体内蛋白的结合性质。纳米粒子上的蛋白质吸附(或蛋白质晕)可以随着纳米粒子的尺寸和表面层组成和厚度而变。Lacerda得出结论,“穿”在纳米粒子上的蛋白质层控制纳米粒子聚集的倾向性并强烈影响它们与生物材料的相 互作用(Lacerda,2010)。
[0054] 对化学还原技术制造的胶体金纳米粒子的清洁
[0055] 在某些情况下,允许还原剂表面涂层或薄膜作为杂质保留在纳米粒子表面上,但是在其他情况下,试图通过各种多少有些复杂和昂贵的技术将其移除。在被移除时,涂层被允许纳米粒子在水合时停留在悬液中的替代组合物或涂层代替。纯度对纳米粒子的化学和性质的影响常常被忽略,但是现在的结果表明纯化程度可能具有显著影响(Sweeney,2006)。这些研究人员注意到纳米粒子的充分纯化可能比制备本身更具挑战性,通常包含繁琐耗时并且浪费的程序,例如大量溶剂清洗和分步结晶。不进行这样的纯化时,化学还原的纳米粒子表面上的表面化学相关污染物的可变性,将影响理解/控制基本结构-功能关系的能力(Sweeney,2006)。
[0056] 随后的加工技术可能也需要一组清洗步骤、某些浓缩或离心步骤和/或随后的化学反应涂层步骤,所有这些步骤对于获得纳米粒子和纳米粒子悬液的期望结果和某些性能特征(例如由于配体交换而产生的稳定化作用、效能等)来说,都是需要的(Sperling,2008)。在其他情况下,使用苛刻的洗提方法确保非常清洁的纳米粒子表面(Panyala,
2009)。
[0057] 因此,其他人得出结论,金纳米粒子在疾病的管理、治疗和/或预防中的发展,受到当前金纳米粒子的制造方法总体基于化学还原方法这一事实的阻碍。具体来说,Robyn Whyman在1996年认识到,在通过各种还原化学技术制造的胶体金的发展中,主要障碍之一是缺乏任何“相对简单、可重复和普遍适用的合成程序”(Whyman 1996)。法拉第当初教导的还原化学技术的变化形式有许多,其每种都能够生产具有各种不同物理性质(例如单独或在悬液中)和还原剂涂层的胶体金,它们当使用在活细胞中或与活细胞一起使用时都能产生不同的效能/毒性情况。这些技术都不满足Whyman的标准。因此,用于制造金纳米晶体的相对简单、可重复和普遍适用的制造方法将是受欢迎的。此外,这种制造方法符合FDA cGMP要求的能力将是更加有价值的。
[0058] 其他人已经开始认识到,从用于制造纳米粒子的化学形成(即化学还原)过程中,不能完全摆脱所形成的纳米粒子的不良物理/生物性能。就此而言,尽管可以利用多少有些复杂、昂贵和环境不友好的清洗或清洁方法来改变或清洁通过还原化学产生的纳米粒子的表面,但化学过程的要素仍可能保留并影响纳米粒子的表面(并因此影响其功能)。此外,纳米粒子形成过程中某些化学物质的存在影响了形成中的纳米粒子的形态(即尺寸和/或形状)。在通过这些还原化学技术生产的许多产品中,不容易观察到某些已知存在于金基晶体系统中的可能需要的形态(形状)。
[0059] 用于制造胶体金的其他技术
[0060] 获得不含表面活性剂和还原剂(例如不添加用于实现金离子物质还原的稳定、包覆或还原剂),已成为明显了解因还原化学方法而存在的还原剂/表面活性剂涂层的一些不良后果的某些研究人员的目标。例如,已经使用超声技术,其中950kHz的频率被施加于四氯金酸水溶液。在高于50℃的温度下制备了20-60nm范围内的球形金纳米粒子,而当混合物在低于50℃下加工时,相对更大的三角形晶片和一些六角球体共存(Sakai,2008)。
[0061] 已经开发了HAuCl4的X-射线辐照来获得不含还原剂和稳定剂的金纳米粒子,以便在生物医学应用中不“危及”生物相容性问题。作者推测,他们通过使用“强”X-射线束+产生氢自由基电子供体来产生Au 的化学还原的所需电子(Wang,2007)。
[0062] 用于最小化或消除对还原剂的需要和/或最小化还原剂的不想要的氧化产物的60 4
另一种更老和更复杂的技术,利用了来自 Co源的剂量率为1.8×10rad/h的γ-辐射
在这种情形中,通过首先从水的辐射分解产生水合电子并利用水合电子还原金离子,将Au(CN)2还原,即:
[0063] eaq-+Au(CN)2→Au0+2CN-(Henglein,1998)。
[0064] 已知金纳米粒子的表面可以通过添加化学物质例如聚乙二醇(PEG)或其他特异性配体进行加工。就此而言,在癌症疗法中出现了大量工作,其中通过各种技术诱导PEG包被的金纳米粒子迁移到癌症或肿瘤位点,随后用例如红外或无线电波辐照以加热和破坏癌细胞(Panyala,2009)。也已知表面PEG化增加了纳米粒子的血液半衰期;并且聚山梨酸酯-80能够提高纳米粒子的血脑屏障运输(Teixido & Giralt,2008)。
[0065] 通过水下电弧放电产生胶体金
[0066] 在本技术领域中,还已知道通过水下电弧放电方法制造金纳米粒子的方法。这种方法首先在1800年代晚期由Bredig开创。Bredig使用直流电在两条导线之间产生水下电弧。Bredig使用了5-10安培的电流和30-110伏特的电压。在某些情况下,Bredig还使用0.001N氢氧化钠代替纯水。Bredig认为他的方法使金属电极粉碎。以这种方式,Bredig获得了金的水溶胶(Weiser,pp.9-17,45-46,1933)。
[0067] 后来,Svedberg通过利用高频电弧代替Bredig的直流电弧,改进了Bredig的方法。Svedberg指出,电弧使金属气体形成,其随后冷凝成胶体尺寸的粒子。围绕该过程的准确机制存在许多争论,然而金属的汽化被视为是重要的(Weiser,pp.9-17,45-46,1933)。
[0068] Svedberg在控制电粉碎过程以形成胶体溶液中最重要的参数是a)粉碎率,b)沉积物与分散的全部金属的比率,c)介质分解的程度,以及d)(a)-(c)对电流特征的依赖性。通过Bredig和Svedberg的方法获得的沉积物的量,在各种加工条件下在约30%至约50%的范围内(Kraemer,1924)。
[0069] 更近些时候,Mucalo等使用Bredig的方法在钯上进行了工作。这些研究人员测试了下述理论,即Bredig溶胶中的金属粒子是否因来自电解质的同时电解质分解产生的杂质和据认为在电弧放电期间形成的氧化材料而变得“不纯”(Mucalo,2001)。这些研究人员利用了现代表面分析技术(即XPS或“x-射线光电子光谱”)来测定表面物质形成的差异随pH的变化。在较低pH下,产生了灰黑色不稳定材料。在较高pH下,溶胶更稳定,但是仍然在1-2周内完全聚集。产生的纳米粒子由形状不规则的球体构成。尽管在较高和较低pH两者下产生的材料在性质上主要是金属性的,但这些不稳定胶体的表面特征不同。较高pH的Bredig溶胶在不稳定的纳米粒子上产生更厚的外部氧化物层(Mucalo,2001)。
[0070] Bredig和Svedberg的方法后来被其他人进行改进,产生了各种不同的基于水下电弧的方法。然而,这些水下电弧放电方法每一种的共同之处是产生多少形状有些不规则的基于金属的球体。就此而言,通过Bredig或Svedberg方法产生的纳米粒子是非特定的球状形状,表明在基于金属的汽化继以快速淬灭的方法中,纳米粒子包被(和/或包含)了各种不同量的不同的基于氧化物的材料。
[0071] 胶体金纳米粒子的毒理学
[0072] 关于金纳米粒子的毒理学的综述由Johnston等进行并在2010年报道。其中总结了用于小鼠和大鼠两者的四种静脉内暴露途径和用于大鼠的一种气管内方法。关于总结的四种静脉内研究,Johnston等报道了根据量的次序,蓄积的组织位点在4个试验的3个中是肝脏-脾脏,在4个试验的1个中是肝脏-肺脏(即最高的金纳米粒子蓄积是在肝脏中)。具体来说,由Johnston等报告的四种静脉内试验概述如下(Johnston,2010)。
[0073] 在通过各种途径暴露后,金属粒子的组织分布(Johnston等,2010)。
[0074]
[0075] Johnston等批评了在大量所评述的毒理学研究中所引入的多种不确定性,包括关于毒性的仅取决于粒度的某些结论(由其他人做出)是不准确的。具体来说,Johnston等报道,Pan等(在2007年)得出结论,在包括1.2nm直径的金纳米粒子在内的一系列纳米粒子尺寸中,1.4nm的金纳米粒子是测试到的毒性最高的金纳米粒子。尽管Pan等相信随着尺寸的变化将存在毒性情况的差异,但Johnston等注意到1.4nm的粒子是由研究人员自己制造的,而1.2nm粒子从外部公司获得的(因此表明两种纳米粒子存在不同的表面特征)。Johnston等得出结论,“聚团状态或表面化学”两者由于“已知改变粒子行为和毒性”,因此是性能差异的原因(Johnston,2010)。
[0076] Johnston等还得出结论,实验设置影响毒性结果,并且生物体中金纳米粒子的组织分布随着暴露途径以及纳米粒子的尺寸、形状和表面化学而变。此外,他们观察到肝脏似乎是首要蓄积位点,并推测该结果是由于肝脏中存在巨噬细胞。他们还指出,纳米粒子摄取可能是在纳米粒子表面上发生的蛋白质结合的类型和程度(例如蛋白质晕)的结果,其随着纳米粒子的尺寸、形状和表面涂层而变。具体来说,他们提到各种细胞类型内化纳米粒子的能力,例如通过胞吞作用。这种胞吞作用机制似乎随着粒子形状、以及粒子表面特征例如其表面上的蛋白质吸附而变。换句话说,生物摄取随着形状、尺寸和电荷而变,并且也是非常血清依赖性的(Johnston,2010)。
[0077] 胶体金的效能
[0078] Abraham和Himmel的工作(在1997年报道)公开了在以前对各种其他金基治疗无响应的10位患者中使用胶体金进行治疗。在研究中使用的胶体金通过Maclagan和Frens的标准“柠檬酸方法”进行了“几种专有修改”后的变化形式来制造。使用浓度为2.5%的麦芽糖糊精(食品级)来防止金粒子的自身聚团(Abraham,2008)。产生的胶体粒子的尺寸据报道小于20nm,这由将胶体悬液通过20nm滤膜(即由Whatman Anotop生产)的方法所证实。后续的TEM工作使Abraham得出结论,产生的粒子的99%小于10nm。还添加了苯甲酸钠(Abraham,2008)。
[0079] 胶体金悬液产生1,000mg/L(即1,000pm)的浓度。向每位患者提供的剂量水平在30mg/天和60mg/天之间变化,大多数剂量为30mg/天,为期24周。这些剂量口服摄取。其中的表1列出了患者的性别、年龄和以前的病症和/或治疗。文章得出结论,10位患者中的
9位“到干预24周时显著改善”(Abraham & Himmel,1997)。Abraham还报道了某些细胞因子包括IL-6和TNF浓度的降低(Abraham,2008)。
[0080] 由Tsai在大鼠中进行胶原蛋白诱导的关节炎的工作得出结论,纳米金粒子与蛋白VEGF结合,并且这种结合是用胶体金关节内注射的大鼠临床表现改善的原因。在这种情况下,注射的胶体金通过利用柠檬酸钠还原氯金酸盐的标准化学还原方法来制备。Tsai等报道,金纳米粒子是球形的,当通过透射电子显微镜测量时具有约13nm的直径。关节内溶液的浓度是180μg/ml(即180ppm)。关节内注射在CIA诱导后第7日或第10日进行一次(Tsai,2007)。
[0081] Brown等在2007年公开了通过标准的化学还原方法、即用柠檬酸钠还原氯金酸所制备的标准的胶体金制备物(被称为Tyndall紫)。产生的金纳米粒子的平均粒度为27+/-3nm。这种胶体金分散在等渗山梨糖醇中,并通过肠胃外和皮下方法注射到出现实验诱导的关节炎的大鼠中。注射的剂量为浓度3.3μg/kg。Brown等还公开了胶体金在皮下给药时,与比较用的硫代苹果酸钠金相比有效性高约1000倍。Brown等还公开了胶体金当口服给药时是无效的,并得出结论,无效性是由于金纳米粒子在胃液和氯化钠存在下的凝结引起的(Brown,2007)。
[0082] Brown等评述了具有各种尺寸和形状的胶体金的备选制备方法(Brown,2008)。Brown等在表2中公开了与“纳米金水溶胶”相关的各种性质。作者得出结论,由它们执行(并由它们评述)的研究“表明基于金纳米粒子(Au0)的药物可能在靶向调节性巨噬细胞的未来临床疗法中发挥作用”(Brown,2008)。
[0083] 在整个“发明背景”中引用的参考文献在下面详细列出。
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[0123] Yuan,H.,Cai,R.X.& Pang,D.W.(2003).“控制非球形金纳米粒子的生长的简 单 方 法”(A Simple Approach to Control the Growth of Non-spherical Gold Nanoparticles),Chinese Chemical Letters,14(11),1163-1166.
[0124] 发明概述
[0125] 提供了新的金纳米晶体,其具有基本上没有(如本文中所定义)有机或其他杂质或薄膜的纳米晶体表面。具体来说,表面相对于使用需要化学还原剂和/或表面活性剂以从溶液中的金离子生长出金纳米粒子的化学还原方法所制造的表面相比是“清洁的”。大部分生长出的金纳米晶体具有独特和可识别的表面特征,例如空间扩展的低指数晶面{111}、{110}和/或{100}和这类晶面(及其等效物)的组。得到的金纳米晶体悬液或胶体具有例如4.0-9.5、但更典型为5.0-9.5的所需pH范围,以及对于目标pH范围来说至少-20mV、更典型至少-40mV、更加典型至少-50mV的ζ电位值。
[0126] 按照下面描述的制造方法制备的这些金纳米晶体的形状和形状分布,包括但不限于三角形(例如四面体)、五角形(五角双锥或十面体)、六角形(例如六角双锥、二十面体、八面体)、菱形(例如八面体、各种拉长的双锥、融合的四面体、侧视双锥)和“其他”。含有上面提到的空间扩展的低指数晶面(其形成上面提到的形状)并具有“清洁”表面的纳米晶体(即通过本文中提出的各种实施方案生长的)的形状分布是独特的。此外,在纳米晶体悬液中形成的四面体和/或五角双锥的百分数也是独特的。
[0127] 可以提供具有小于100nm的任何所需平均尺寸的金纳米晶体。最理想的晶体尺寸范围包括具有绝大部分小于100nm、更典型小于50nm、更典型小于30nm的平均晶体尺寸或“模式”(当通过本文中详细公开的特定技术测量和确定并报告为“TEM平均直径”时),并且在本文公开的许多优选实施方案中,纳米晶体尺寸分布的模式小于21nm,更优选在8-18nm的范围内。
[0128] 按照本发明,可以提供任何金纳米粒子浓度。例如,这些金纳米晶体的浓度可以是百万分之几(即μg/ml或mg/l)直到几百ppm,但典型在2-200ppm(即2μg/ml-200μg/ml)范围内,更经常在2-50ppm(即2μg/ml-50μg/ml)范围内,更典型为5-20ppm(即5μg/ml-20μg/ml)。
[0129] 提供了生产这些独特的金纳米晶体的新方法。方法包含在水中产生金纳米晶体。在优选实施方案中,水含有添加的“加工增强剂”,其不与形成的纳米晶体显著结合,但是在电化学刺激的生长过程中促进成核/晶体生长。加工增强剂在包括在电化学溶液中提供带电离子以允许晶体生长的过程中起到重要作用。这些新的电化学过程可以在分批、半连续或连续过程中发生。这些过程产生受控的金纳米晶体浓度、受控的纳米晶体尺寸和受控的纳米晶体尺寸范围,以及受控的纳米晶体形状和受控的纳米晶形分布。提供了新的制造装配件以生产这些金纳米晶体。
[0130] 还提供了药物组合物,其包含用于治疗医学病症的有效量的这些金纳米晶体。药物组合物可以提供任何所需的系统剂量,其非限制性实例为0.1mg/kg/日或以下、或
0.05mg/kg/日或以下、或更典型0.025mg/kg/日或以下、或最典型为0.001mg/kg/日或以下。
[0131] 因为这些金纳米晶体与以前可用的金纳米粒子相比具有明显更清洁的表面,并可以理想地包含形成新的晶体形状和/或晶体形状分布的空间扩展的低指数晶体学晶面,因此与球形纳米粒子、以及含有来自例如传统化学还原方法的化学还原剂和/或表面活性剂的表面污染物的纳米粒子(或纳米晶体)相比,该纳米晶体似乎更有生物活性(并可能毒性更低)。因此,可能以较低的金剂量执行医学治疗。
[0132] 正如在本发明的详细描述部分中进一步描述的,提供了适合于全身或局部使用的药物组合物,包括口服、静脉内、皮下、动脉内、颊、吸入、气溶胶、推进剂或其他适合液体等。
[0133] 这些表面基本上清洁或表面纯的金晶体可用于治疗已知适用金疗法的任何疾病,其包括广范围的炎症和自身免疫病例如某些传染病(例如HIV、滋病、疟疾和查加斯病)和癌症。这些应用中许多的描述提供在上面的发明背景部分中。
[0134] 现在,作为本发明的一部分,意外地发现金纳米晶体抑制巨噬细胞移动抑制因子(“MIF”)。据信这是首次公开金纳米晶体(或纳米粒子)的这种活性,并可以为了解到目前为止金纳米晶体的医学应用范围提供科学基础。它还为得出金纳米晶体将有效对抗由巨噬细胞移动抑制因子介导的其他疾病这一结论提供了科学基础。此外,已经鉴定到这些金纳米晶体抑制IL-6但不抑制IL-10。例如,因为MIF和/或IL-6出现在多种病症和/或生物信号传导途径中,因此这样的发现证实了新的金纳米晶体将有效用于治疗或预防由病理性细胞活化引起的疾病或病症,例如炎性(包括慢性炎性)病症、自身免疫病症、超敏性反应和/或癌性疾病或病症。
[0135] 此外,遵照本发明的电化学制造方法,这些金基金属纳米晶体可以与液体中的其他金属形成合金或组合,使得可以在其他金属(或其他非金属物质例如SiO2)上出现金“涂层”,或者,金基纳米晶体可以被其他金属涂层。在这样的情况下,金基复合材料或合金可以在胶体或悬液内产生。此外,也可以形成包含金和其他金属两者的某些复合材料。
[0136] 此外,本发明的金基金属纳米晶体悬液或胶体可以与其他金属基溶液或胶体混合或合并,以形成新的溶液或胶体混合物(例如在这种情形下,不同的金属物质仍然能够区分)。附图说明
[0137] 图1a、1b和1c示出了本发明的手动电极装配件的横截面示意图。
[0138] 图2a和2b示出了本发明的自动电极控制装配件的横截面示意图。
[0139] 图3a-3d示出了由自动装置20控制的电极1和5的四种可选的电极控制构造。
[0140] 图4a-4d示出了手动控制的电极1和5的四种可选电极构造。
[0141] 图5a-5e示出了电极1的构造的五种不同代表性实施方案。
[0142] 图6示出了利用对应于图5e的电极1的一种具体构造产生的等离子体的横截面示意图。
[0143] 图7a和7b示出了可以利用的两个电极装配件的横截面透视图。
[0144] 图8a-8d示出了沿着平行于流动方向F的平面排列的四种不同电极装配件的示意性透视图。
[0145] 图9a-9d示出了沿着垂直于流动方向F的平面排列的四种不同电极装配件的示意性透视图。
[0146] 图10a-10e示出了各种槽式构件30的各种横截面。
[0147] 图11a-11h示出了各种槽式构件30的透视图,其中图11c和11d示出了气氛控制装置35’,图11d示出了支撑装置34。
[0148] 图12a和12b示出了用于局部控制电极组1和/或5周围的气氛的各种气氛控制装置35。
[0149] 图13示出了用于控制基本上在整个槽式构件30周围的气氛的气氛控制装置38。
[0150] 图14示出了位于槽式构件30上的一组控制装置20的横截面示意图,其中液体3流过所述槽式构件30并进入储存容器41。
[0151] 图15a和15b示出了槽式构件30的各种角度θ1和θ2的横截面示意图。
[0152] 图16a、16b和16c示出了位于槽式构件30顶部、其上包含电极装配件1和/或5的各种控制装置20的透视图。
[0153] 图16d、16e和16f示出了用于本发明的不同实施方案的AC变压器电路布线图。
[0154] 图16g示出了变压器60的示意图,图16h和16i分别示出了同相和异相的两个正弦波的示意图。
[0155] 图16j、16k和16l各自示出了用于8组电极的8种电路布线图的示意图。
[0156] 图17a示出了与实施例8、9和10相关的用于图22a的槽区段30b中的金导线5a和5b的图。
[0157] 图17b示出了与实施例5、6和7相关的用于图21a的槽区段30b中的金导线5a和5b的图。
[0158] 图17c示出了用于制造实施例16中的样品GB-118的电极构造。
[0159] 图17d-17f示出了在实施例1-4中用于悬液GT032、GT031、GT019和GT033以及在实施例16中制造样品GB-139、GB-141和GB-144的装置20。
[0160] 图17g、17h、17i和7k示出了用于控制在实施例1-4和16中使用的装置20的布线图。
[0161] 图17j和17l示出了用于电源装置20的布线图。
[0162] 图17m-17n示出了用于装置20的可选设计。图17n中的装置20用于实施例18。
[0163] 图18a和18b示出了第一槽式构件30a,其中产生了一个或多个等离子体4。该第一槽式构件30a的输出流入到第二槽式构件30b,如图19a和19b中所示。
[0164] 图19a和19b是具有利用一个变压器(实施例8-10)和利用两个变压器(实施例5-7)的两种不同电极5线路布置的两个槽式构件30a和30b的示意图。
[0165] 图20a-20h是图19a和19b中所示出的装置的替代方案(同样具有不同的电极5线路布置和/或不同的电极数量),其中槽式构件30a’和30b’毗连。
[0166] 图21a-21g示出了与图20a-h以及其中的各个实施例相关的各种槽式构件30b。
[0167] 图22a和22b示出了与图19a、19b和20以及其中的各个实施例相关的槽式构件30b。
[0168] 图23a-23d示出了在实施例19中使用的槽替代实施方案的各种示意和透视图。
[0169] 图24a示出了在分批方法中使用的装置的示意图,其中在第一步中产生了等离子体4以调制流体3。
[0170] 图24b和24c示出了在利用导线5a和5b在悬液中制造纳米晶体(例如胶体)的分批方法中使用的装置的示意图,所述装置与图24a中所示并如本文实施例中所讨论的装置相关联。
[0171] 图25a是从按照实施例5制造的干燥悬液GD-007得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0172] 图25b示出了从按照实施例5制造的悬液GD-007得到的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0173] 图25c示出了按照实施例5制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0174] 图26a是从按照实施例6制造的干燥溶液GD-016得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0175] 图26b示出了按照实施例6制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布。
[0176] 图26c示出了按照实施例6制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0177] 图27a是从按照实施例7制造的干燥溶液GD-015得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0178] 图27b示出了按照实施例7制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0179] 图27c示出了按照实施例7制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0180] 图28a是从按照实施例8制造的干燥溶液GB-018得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0181] 图28b示出了按照实施例8制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0182] 图28c示出了按照实施例8制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0183] 图29a是从按照实施例9制造的干燥溶液GB-019得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0184] 图29b示出了按照实施例9制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0185] 图29c示出了按照实施例9制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0186] 图30a是从按照实施例10制造的干燥溶液GB-020得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0187] 图30b示出了按照实施例10制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0188] 图30c示出了按照实施例10制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0189] 图31a是从按照实施例11制造的干燥溶液1AC-202-7得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0190] 图31b示出了按照实施例11制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0191] 图31c示出了按照实施例11制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0192] 图32a是来自于按照实施例4制造的干燥溶液GT-033的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0193] 图32b示出了按照实施例4制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0194] 图33a是从按照实施例12制造的干燥溶液1AC-261得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0195] 图33b示出了按照实施例12制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0196] 图34a是从按照实施例13制造的干燥溶液GB-154(20Hz正弦波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0197] 图34b示出了按照实施例13制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0198] 图35a是从按照实施例13制造的干燥溶液GB-157(40hz正弦波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0199] 图35b示出了按照实施例GB-157制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0200] 图36a是从按照实施例13制造的干燥溶液GB-159(60Hz正弦波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0201] 图36b示出了GB-159制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0202] 图37a是从按照实施例13制造的干燥溶液GB-161(80Hz正弦波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0203] 图37b示出了GB-161制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0204] 图38a是从按照实施例13制造的干燥溶液GB-173(100Hz正弦波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0205] 图38b示出了GB-173制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0206] 图39a是从按照实施例13制造的干燥溶液GB-156(300Hz正弦波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0207] 图39b示出了GB-156制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0208] 图40是用于在溶液GB-166、GB-165、GB-162、GB-163和GB-164中产生纳米晶体的电气设置的示意图。
[0209] 图41示出了在溶液GB-166、GB-165和GB-162中使用的电波形的示意图。
[0210] 图42a是从按照实施例14制造的干燥溶液GB-166(60Hz正弦波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0211] 图42b示出了GB-166制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0212] 图43a是从按照实施例14制造的干燥溶液GB-165(60Hz方形波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0213] 图43b示出了GB-165制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0214] 图44a是从按照实施例14制造的干燥溶液GB-162(60Hz三角波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0215] 图44b示出了GB-162制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0216] 图45是用于产生GB-163和GB-164的样品的三角形电波形的示意图。
[0217] 图46a是从按照实施例15制造的干燥溶液GB-163(最大占空比三角波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0218] 图46b示出了GB-163制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0219] 图47a是从按照实施例15制造的干燥溶液GB-164(最小占空比三角波)得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0220] 图47b示出了GB-164制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0221] 图48a1是从按照实施例16制造的干燥悬液GB-134得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0222] 图48a2是从按照实施例16制造的干燥悬液GB-134得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0223] 图48b示出了按照实施例16制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0224] 图48c示出了按照实施例16制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0225] 图49a-61a分别示出了按照实施例16制备的干燥样品GB-098、GB-113、GB-118、GB-120、GB-123、GB-139、GB-141、GB-144、GB-079、GB-089、GB-062、GB-076和GB-077的两张代表性TEM显微照片。
[0226] 图49b-61b示出了分别与按照实施例16制备的干燥样品GB-098、GB-113、GB-118、GB-120、GB-123、GB-139、GB-141、GB-144、GB-079、GB-089、GB-062、GB-076和GB-077对应的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0227] 图49c-61c示出了分别与按照实施例16制备的样品GB-098、GB-113、GB-118、GB-120、GB-123、GB-139、GB-141、GB-144、GB-079、GB-089、GB-062、GB-076和GB-077对应的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径);图54d示出了对于按照实施例16制造的GB-139来说,电流随时间的变化。
[0228] 图54d、55d和56d示出了对于按照实施例16制造的样品GB-139、GB-141和GB-144来说,测量到的电流(安培)随加工时间的变化。
[0229] 图61d示出了按照实施例16制造的14种悬液/胶体(即GB-098、GB-113和GB-118)、(GB-120和GB-123)、(GB-139)、(GB-141和GB-144)、(GB-079、GB-089和GB-062)和(GB-076和GB-077)中的每一种,在约250nm-750nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0230] 图61e示出了14种悬液中的每一种在约435nm-635nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0231] 图62a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-151得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0232] 图62b示出了GB-151制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0233] 图63a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-188得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0234] 图63b示出了GB-188制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0235] 图64a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-175得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0236] 图64b示出了GB-175制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0237] 图65a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-177得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0238] 图65b示出了GB-177制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0239] 图66a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-176得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0240] 图66b示出了GB-176制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0241] 图67a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-189得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0242] 图67b示出了GB-189制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0243] 图68a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-194得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0244] 图68b示出了GB-194制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0245] 图69a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-195得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0246] 图69b示出了GB-195制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0247] 图70a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-196得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0248] 图70b示出了GB-196制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0249] 图71a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-198得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0250] 图71b示出了GB-198制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0251] 图72a是从按照实施例18制造的干燥溶液GB-199得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0252] 图72b示出了GB-199制造的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0253] 图72c示出了按照实施例18制造的11种悬液/胶体(即GB-151、GB-188、GB-175、GB-177、GB-176、GB-189、GB-194、GB-195、GB-196、GB-198和GB-199)中的每一种在约250nm-750nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0254] 图72d示出了11种悬液中的每一种在约435nm-635nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0255] 图73a1、a2示出了样品Aurora-020的两张代表性TEM显微照片。
[0256] 图73b示出了来自与干燥样品Aurora-020对应的纳米粒子的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0257] 图73c示出了与样品Aurora-020对应的金纳米粒子的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0258] 图74a1、a2-80a1、a2分别示出了干燥样品GA-002、GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013的两张代表性TEM显微照片。
[0259] 图74b-80b示出了来自分别与干燥样品GA-002、GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013对应的纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0260] 图74c-80c示出了分别与样品GA-002、GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013对应的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0261] 图81a是用于制造代表性/比较性金纳米粒子的比较性Bredig电弧装置的透视图。
[0262] 图81b是用于制造代表性/比较性金纳米粒子的比较性Bredig电弧装置的横截面图。
[0263] 图82a是从按照实施例21制造的干燥溶液ARCG-05得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0264] 图82b是ARCG-05制造的纳米粒子的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0265] 图83a-90a示出了在实施例22中讨论的8种比较性可商购胶体金产品的代表性TEM显微照片。
[0266] 图83b-90b示出了与实施例22中讨论的8种比较性可商购胶体金产品对应的纳米粒子的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0267] 图90c示出了在图22a中讨论的8种可商购金纳米粒子悬液中的7种(Utopia Gold、SNG911219、Nanopartz、Nanocomposix 15nm、Nanocomposix 10nm、Harmonic Gold和MesoGold)中的每一种在约250nm-750nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0268] 图90d示出了图22a中讨论的8种可商购金纳米粒子悬液中的7种(UtopiaGold、SNG911219、Nanopartz、Nanocomposix 15nm、Nanocomposix 10nm、Harmonic Gold和MesoGold)在约435nm-635nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0269] 图91是示出了ζ电位的图。
[0270] 图92是示出了导电性的图。
[0271] 图93示出了按照实施例23a制造的纳米晶体悬液GD-006的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0272] 图94a-94d图示了当在不同量的GB-079存在下通过LPS拮抗时由人类PBMC生产的四种不同细胞因子的量。
[0273] 图95是示出了来自小鼠的胶原蛋白诱导的关节炎(“CIA”)模型的结果的图,显示了对照水、两种实验混合物(即GT-033和GD-007),并将测量到的实验结果与来自典型的甾类模型(即不是在这个模型中测量的)的结果进行比较。
[0274] 图96a-96d示出了不同关节炎阶段时小鼠爪关节横截面的代表性显微照片。
[0275] 图97a-97e示出了不同关节炎阶段时小鼠爪关节横截面的代表性显微照片。
[0276] 图98是示出了来自Biozzi小鼠的实验性自身免疫性脑炎(“EAE”)模型的结果的图,显示了在水对照组1中与GB-056处理组2中相比,发生症状的动物的百分数。
[0277] 图99是示出了来自Biozzi小鼠的实验性自身免疫性脑炎(“EAE”)模型的结果的图,显示了水对照组1中与GB-056处理组2相比的平均临床疾病评分值。
[0278] 图100a-e是从按照实施例17制造的干燥溶液GB-056得到的金纳米晶体的代表性TEM显微照片。
[0279] 图101a示出了按照实施例17制造的金纳米晶体的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0280] 图101b示出了按照实施例17制造的金纳米晶体的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0281] 图102a-d是从按照实施例17制造的干燥溶液GB-056得到的相同金纳米晶体,在实施例26的EAE试验中用作测试化合物24小时后的代表性TEM显微照片。
[0282] 图103a示出了按照实施例17制造的金纳米晶体在实施例26的EAE试验中用作测试化合物24小时后的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0283] 图103b示出了按照实施例17制造的金纳米晶体在实施例26的EAE试验中用作测试化合物24小时后的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0284] 图104a-c是从按照实施例17制造的干燥溶液GB-056得到的相同金纳米粒子,在实施例26的EAE试验中用作测试化合物24小时后的代表性TEM显微照片。
[0285] 图105a示出了按照实施例17制造的纳米晶体在实施例26的EAE试验中用作测试化合物24小时后的TEM测量值的粒度分布直方图。
[0286] 图106示出了在实施例27的长期研究中所有小鼠的平均体重增加。
[0287] 图107示出了在实施例27的长期研究中所有小鼠消耗的处理和对照液体的平均量。
[0288] 图108示出了在实施例28的35日研究中所有小鼠的平均体重增加。
[0289] 图109示出了在实施例28的35日研究中所有小鼠消耗的处理和对照液体的平均量。
[0290] 图110示出了在实施例28的小鼠粪便中发现的金的量。
[0291] 图111示出了在实施例28的小鼠尿液中发现的金的量。
[0292] 图112示出了在实施例28的小鼠器官和血液中发现的金的量。
[0293] 优选实施方案的详细描述
[0294] I.新金纳米晶体
[0295] 提供了新的金纳米晶体,其具有基本上没有有机或其他杂质或薄膜的纳米晶体表面。具体来说,所述表面相对于使用需要化学还原剂和/或表面活性剂以从溶液中的金离子形成金纳米粒子的化学还原方法所制造的表面相比是“清洁的”。新金纳米晶体通过本文中详细描述的新制造程序生产。新制造程序避免了以前使用的添加化学还原剂和/或表面活性剂(例如有机化合物)或其他试剂,这些试剂典型地被带到粒子中或其上或包被在化学还原的粒子的表面上;或者随后使用本身对粒子有影响的不理想的方法洗提或移除还原剂。
[0296] 在优选实施方案中,该方法涉及金纳米晶体在含有“加工增强剂”(典型为无机材料或碳酸盐等)的水中的成核和生长,所述加工增强剂与形成的纳米晶体不显著结合,但是在电化学刺激的生长过程中促进成核/生长。加工增强剂在包括在电化学溶液中提供带电离子以允许晶体生长的过程中起到重要作用。加工增强剂关键是要能够保留在溶液中和/或不形成涂层(例如有机涂层)、和/或对形成的纳米晶体或形成的悬液没有不利影响、和/或在电化学过程期间被破坏、蒸发或以其它方式损失的化合物。优选的加工增强剂碳酸氢钠。其他加工增强剂的实例是碳酸钠、碳酸氢、碳酸钾、磷酸三钠、磷酸二钠、磷酸单钠、磷酸钾或碳酸的其他盐等。其他加工增强剂可以是亚硫酸氢盐或亚硫酸盐,包括钠盐或钾盐。制造在某些条件下用于医学应用的金纳米晶体的其他加工增强剂可以是其他盐、包括钠盐或钾盐,或辅助本文中描述的电化学生长过程、基本上不掺入到金纳米晶体的表面内或表面上,并且不赋予纳米晶体或含有纳米晶体的悬液毒性的任何材料。
[0297] 加工增强剂的理想浓度范围典型地包括0.01-20克/加仑(0.0026-2.1730mg/ml),更典型为0.1-7.5克/加仑(0.0264-1.9813mg/ml),最典型为0.5-2.0克/加仑(0.13210-0.5283mg/ml)。
[0298] 因为生长出的金纳米晶体具有“裸露”或“清洁”的金金属表面(例如在零氧化态下),因此表面具有高度反应性或高度生物催化性(以及高度生物可利用性)。纳米晶体基本上被水套包围。相对于含有例如来自于还原化学过程的有机材料的纳米粒子表面,这些特点提供了增加的体内效能。与含有涂层的或“挂衣的”表面的那些纳米粒子相比,“清洁”表面还可以降低纳米晶体的毒性。这些“清洁的”金纳米晶体的效能增加可以通过获得疗效所需的剂量较低来提供增高的治疗指数。本文中的比较性小鼠模型实施例(实施例25)将本发明的金纳米晶体悬液与金诺芬(Auranofin)、一种可商购并获得FDA批准的金药物进行了比较。该实施例显示,在小鼠中,在广泛接受的胶原蛋白诱导的关节炎的类风湿性关节炎炎症模型中,这些新的金纳米晶体的活性比金诺芬高至少5倍。
[0299] 具体来说,比较性小鼠模型(实施例25)比较了使用本发明的晶体悬液时显示出效果的剂量水平与使用金诺芬这种可商购并获得FDA批准的金基药物时显示出效果的剂量水平。实施例25显示,在小鼠中,在广泛接受的胶原蛋白诱导的关节炎的小鼠炎症模型中,这些新的金纳米晶体实现疗效的剂量水平以比金诺芬的有效剂量水平低至少17倍,并且比金诺芬的有效剂量水平中包含的金含量低5倍。因此,将新的金纳米晶体与金基药物金诺芬的相对效能水平相比以及仅将金含量与金诺芬中的相比,新的金纳米晶体的相对效力比金诺芬高17倍,并且比金诺芬中包含的金高5倍。
[0300] 这种效力的优势意味着可以在低得多的剂量水平下(比金诺芬的剂量低17倍,比金诺芬中包含的金的剂量低5倍)实现疗效,或者,可以在相等的剂量水平下实现可能高得多的效能。
[0301] 新的纳米晶体还在两个其他方面具有其他重要优势:相对毒性和益处发生的相对速度。对于在动物模型中观察到的相对毒性和观察到的益处发生的相对速度两者来说,新的金纳米晶体明显不同于并且明显在性能上优于金诺芬这种现有技术中唯一口服给药的并获得FDA批准的金基药品。
[0302] 在优选实施方案中,纳米晶体在使用前不干燥,而是在形成它们的液体(即形成悬液)或其浓缩物或重构的浓缩物中使用。在某些情况下,似乎将这些晶体从它们的悬液中完全取出(例如完全干燥)可能影响晶体的表面性质(例如可能发生部分氧化)和/或可能通过例如改变最初形成的水套而影响晶体重新水合的能力。这表明,在制造过程中使用无菌医药级水(即USP)和上面提到的加工增强剂可能是最优的。
[0303] 按照本发明制造的金纳米晶体也可用于其中金反应性是重要的(例如催化和/或电化学过程)但是不需要药物级产品的工业应用中。当被制备用于非药物应用时,取决于应用,金纳米晶体可以在更多样的溶剂中并使用更多样的加工增强剂来制造。
[0304] 根据本文的方法,金纳米晶体的生长可以用提供独特和可识别的表面性质的方式,所述表面性质例如空间扩展的低指数晶面{111}、{110}和/或{100}和这类晶面(及其等效物)的组。按照本文描述的方法制备的金纳米晶体的形状包括但不限于三角形(例如四面体)、五角形(例如五角双锥或十面体)、六角形(例如六角双锥、二十面体、八面体)、菱形(例如八面体、各种拉长的双锥、融合的四面体、侧视双锥)和“其他”。含有上面提到的空间扩展的低指数晶面并具有“清洁”表面的纳米晶体(即通过本文中提出的各种实施方案生长的)的百分数,是本发明的另一个新特点。此外,在纳米晶体悬液中形成或存在的四面体和/或五角双锥的百分数也是独特的。
[0305] 在优选实施方案中,五角双锥的百分数为至少约5%或在约5%-35%的范围内,更典型为至少约10%或在约10%-35%的范围内,更典型为至少约15%或在约15%-35%的范围内,更典型为至少约25%,并且在某些情况下为至少约30%。
[0306] 在另一个优选实施方案中,四面体的百分数为至少5%或在约5%-35%的范围内,更典型为至少约10%或在约10%-35%的范围内,更典型为至少约15%或在约15%-35%的范围内,更典型为至少约25%,并且在某些情况下为至少约30%。
[0307] 此外,五角双锥和四面体的组合为至少约15%或在约15%-50%的范围内,更典型为至少约20%或在约20%-50%的范围内,更典型为至少约30%或在约30%-50%的范围内,更典型为至少约35%,并且在某些情况下为至少约45%。
[0308] 此外,五角双锥、四面体、八面体和六角形的组合为至少约50%或在约50%-85%的范围内,更典型为至少约60%或在约60%-85%的范围内,更典型为至少约70%或在约70%-85%的范围内,并且更典型为至少约70%,并且在某些情况下为至少约80%。
[0309] 可以提供具有小于100nm的任何所需平均尺寸的金纳米晶体。最理想的晶体尺寸范围包括具有绝大部分小于100nm、更典型小于50nm、更典型小于30nm的平均晶体尺寸或“模式”(当通过本文中详细公开的特定技术测量和确定并报告为“TEM平均直径”时),并且在本文公开的许多优选实施方案中,纳米晶体尺寸分布的模式小于21nm,更优选在8-18nm的范围内。
[0310] 得到的金纳米晶体悬液或胶体可以被提供成具有靶pH范围或被调整为具有靶pH范围。当使用例如本文中详细公开的量的碳酸氢钠加工增强剂来制备时,pH范围典型为8-9,其可以根据需要进行调整。
[0311] 形成的纳米粒子或纳米晶体上的表面电荷(即正或负电荷)的性质和/或量可能对纳米粒子/悬液或胶体的行为和/或效果具有很大影响。例如在体内形成的蛋白质晕例如白蛋白晕可以受到纳米粒子的表面电荷或表面特征的影响。这样的表面电荷通常被称为“ζ电位”。已知ζ电位(正或负)越大,纳米粒子在溶液中的稳定性越高(即悬液更加稳定)。通过控制形成的纳米粒子或纳米晶体的表面电荷的性质和/或量,可以控制这样的纳米粒子悬液的性能。
[0312] 已知ζ电位是胶体系统中电-动力学电位的度量,并且也被称为粒子上的表面电荷。ζ电位是存在于流体的稳定层与其中分散有粒子的流体之间的电位差。ζ电位通常以毫伏(即mV)度量。约20-25mV的ζ电位值是被选择用于确定分散粒子在分散介质中是否稳定的任意值。因此,当在本文中指称“ζ电位”时,应该理解所指称的ζ电位是对该双层处存在的电荷量的描述或定量。
[0313] ζ电位通过Henry方程从电泳迁移率计算:
[0314]
[0315] 其中z是ζ电位,UE是电泳迁移率,ε是介电常数,η是黏度,f(ka)是Henry函数。对于Smoluchowski近似法(Smoluchowski approximation)来说,f(ka)=1.5。
[0316] 对于按照本文中的方法制备的金纳米晶体来说,ζ电位(“ZP”)典型地具有至少-20mV、更典型至少约-30mV、更典型至少约-40mV和更典型至少约-50mV的ZP。
[0317] II.新金纳米晶体的应用
[0318] 本发明的金纳米晶体可用于治疗已知金疗法对其有效的任何疾病,其包括范围广泛的炎症和自身免疫病例如某些传染病和癌症。许多这些应用的描述提供在上面的发明背景部分中,或在下文中更详细描述。
[0319] 待治疗的对象可以是人类或其他动物例如哺乳动物。非人类对象包括但不限于灵长动物、家畜动物(例如绵羊、奶、猪、山羊)、驯养动物(例如狗、猫)、类和其他动物(例如小鼠、大鼠、豚鼠、兔)。
[0320] 重要的是,作为本发明的一部分,现在意外地发现金纳米粒子(以及特别是在本文中详细描述的金纳米晶体)抑制巨噬细胞移动抑制因子(“MIF”)。据信这是首次公开金纳米粒子的这种活性,并可以为了解到目前为止金组合物的医学应用范围提供科学基础。它还为得出金纳米粒子将有效对抗由巨噬细胞移动抑制因子介导的其他疾病这一结论提供了科学基础。此外,已经鉴定到这些金纳米晶体抑制IL-6但不抑制IL-10。因为MIF和/或IL-6出现在多种病症和/或生物信号传导途径中,因此这样的发现证实了新的金纳米晶体将有效用于治疗或预防由病理性细胞活化引起的疾病或病症,例如炎性(包括慢性炎性)病症、自身免疫病症、某些感染、超敏性反应和/或癌性疾病或病症。
[0321] MIF是巨噬细胞来源的多功能细胞因子,在许多促炎性事件中是重要的。MIF最初被描述为活化的T-淋巴细胞的产物,其抑制巨噬细胞随机迁移。尽管MIF最初被发现在炎性位点处活化巨噬细胞,但现在已显示MIF介导免疫系统中的多种信号传导剂。已经显示,MIF在人类和动物的疾病或病症包括感染、炎症、受伤、缺血和/或恶性肿瘤中表达。MIF似乎在细胞增殖、细胞分化、血管发生和伤口愈合中具有关键作用。MIF似乎还通过抵消糖皮质激素(甾类)的至少一些抗炎效应来介导糖皮质激素(甾类)活性。
[0322] 如实施例25和26中所示,本发明的纳米晶体组合物在CIA和EAE的动物模型中非常有效。这两种动物模型(以及人类疾病状态)之间的关联是存在MIF。
[0323] 最近的研究指出,MIF的单克隆抗体拮抗作用可能可用于治疗败血症、某些类型的癌症和迟发型超敏反应。败血症似乎是由炎症和免疫系统的过度反应触发的。在某些感染中,在被微生物攻击后,先天免疫系统首先反应,从而中性粒细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞(“NK细胞”)被动员。因此细胞因子(以及MIF)作为介导物发挥重要作用,其调节这些细胞的活化和分化。最后,先天免疫系统通过这些以及其他刺激性分子与获得性免疫系统相互作用,藉此获得性免疫系统除了提供病原体特异性保护作用之外还具有构建免疫记忆的能力。
[0324] MIF被视为败血症的主要介导物,因为MIF激起TNF、其他促炎性细胞因子和类二十烷酸的生产,诱导TLR-4的表达,所述TLR-4识别LPS并似乎阻止先天免疫应答的激活。MIF和糖皮质激素作为拮抗剂起作用,并且至少部分负责炎性反应的调控。MIF对典型抑制炎症的糖皮质激素具有抑制效应。
[0325] MIF的治疗性拮抗可以提供“甾类节约”效应,或者甚至可以在“甾类抗性”疾病中具有治疗作用。与其他促炎性分子例如某些细胞因子不同,MIF的表达和/或释放与糖皮质激素偶联(例如可以被其诱导)。MIF似乎能够拮抗糖皮质激素的效应。MIF在促炎性细胞因子的调控中具有重要作用。已经显示,对于分泌TNF、IL-1β、IL-6和IL-8的巨噬细胞来说情况如此。MIF也调节IL-2释放。MIF还在调控T细胞增殖中有作用。在体内,MIF在模型中行使强有力的糖皮质激素拮抗剂效应,所述模型包括内毒素性休克和实验性关节炎(例如胶原蛋白诱导的关节炎或“CIA”模型,例如在本文后面的实施例中使用的模型以及其他炎性病症和免疫疾病包括结肠炎、多发性硬化症(即在实施例26中更详细讨论的EAE模型)、动脉粥样硬化、肾小球肾炎、眼色素层炎和某些癌症的模型)。
[0326] 此外,最近显示,MIF在白细胞-内皮细胞相互作用的控制中是重要的。白细胞与血管内皮细胞相互作用以便获得从血管系统进入组织的出路。MIF在这些过程中的作用被证明是影响白细胞-内皮细胞黏附和迁移。这些过程似乎是几乎所有炎性疾病以及尚未明确鉴定为炎症的疾病包括例如动脉粥样硬化的必要部分。
[0327] MIF也在植物中表达(因此“MIF”也可以指植物MIF),并且在适合时,本发明的金纳米晶体悬液(例如包含水性金基金属纳米晶体和/或金纳米晶体与其他金属的混合物和/或金纳米晶体与其他金属的合金和/或组合治疗方法)可用于植物/农业应用,例如作物控制。
[0328] MIF是转换免疫应答性质的关键细胞因子。免疫应答具有两种效应机制。Th1免疫应答产生杀死病原体和受损/无效细胞的细胞毒性T细胞。Th2应答产生促进吞噬作用并激活补体的抗体。MIF在决定免疫系统的极化中的作用取决于其他细胞因子例如IL-10。IL-10是强力抗炎性细胞因子,其阻断MIF对Th1细胞的作用,导致产生Th2应答。在不存在IL-10的情况下,MIF将刺激Th1细胞产生细胞毒性应答。IL10由单核细胞和B细胞对刺激做出响应后产生,而MIF则例如独立地产生并储存在垂体和T细胞中。因此,MIF在细胞毒性T细胞介导的疾病例如类风湿性关节炎和克隆病以及抗体介导的疾病例如特发性血小板减少症两者中,都发挥重要作用。
[0329] 不希望受到任何特定理论或解释的束缚,当在本文中指称“一个或多个信号传导途径”时,应该理解为是指MIF或至少一种与MIF结合的蛋白(例如包括受体位点例如CD74受体位点)参与先天免疫系统(例如NK和细胞吞噬性细胞、补体蛋白(例如C5a)和/或炎症途径)和获得性免疫系统(例如T细胞依赖性细胞毒性(Th1)和抗体(Th2)途径)。例如,当MIF参与产生细胞毒性T细胞的Th1信号传导途径时,其他蛋白例如IL6、TNF和其他细胞因子也参与了。
[0330] 当Th1信号传导途径活性过高时,能够引起各种疾病,例如风湿性疾病、结缔组织疾病、血管炎、炎性病症、血管疾病、眼病、肺病、癌症、肾病、神经系统病、感染性疾病并发症、超敏性疾病、骨病、皮肤病、1型糖尿病、克隆病、MS和胃肠疾病等。因此,通过降低与这种特定Th1信号传导途径相关的MIF功能的量,可以减轻慢性疾病的状况。
[0331] 同样不希望受到任何特定理论或解释的束缚,相反,当Th2信号传导途径活性过高时,发生各种抗体的生产,引起疾病例如并包括溶血性贫血、ITP(特发性血小板减少性紫癫)、新生儿溶血病等。此外,这种Th2信号传导途径的过高活性可能引起Th1途径活性过低,从而允许各种寄生虫或癌症生长旺盛。例如,在疟疾的情形中,MIF的一种或多种同系物的过量生产导致产生无效抗体应答,其不能有效对抗寄生虫(例如,似乎合理的是,各种细菌、寄生虫、病毒、真菌等制造或呈递了MIF的各种晶体形式或同系物(或其等效物),其每种都可能相对于例如“正常的”人类MIF具有不同的反应性,并可能改变宿主的免疫应答,从而产生至少局部的“免疫豁免”环境)。因此,通过降低与这种特定Th2信号传导途径相关的MIF功能的量,可以减轻其他疾病的状况。
[0332] 此外,不希望受到任何特定理论或解释的束缚,MIF也在驱动与先天免疫相关的信号传导途径中有作用。该途径涉及自然杀伤(“NK”)细胞、吞噬细胞和其他非特异性病原体细胞类型和某些蛋白例如补体蛋白(例如C5a)的活化。过量MIF(和/或MIF同系物)或其类似效应,能够引起该特定信号传导途径中不希望的过表达或过度反应,正如在作为败血症结果的多器官衰竭中看到的。实例包括全身炎性反应综合征(SIRS)。因此,通过降低与这种特定信号传导途径相关的MIF活性的量,可以减轻许多炎性疾病。
[0333] 因此,当通过例如已知的体液测量技术例如ELISA、光谱术等测量到存在内源MIF(例如在局部环境条件下过量)时,可能一种或多种先天或获得性免疫系统的信号传导途径过表达、过度活化或过量生产炎性/免疫组分。如果例如存在的一种或多种形式的MIF导致产生过量T细胞毒性应答或过量抗体应答或过大的NK/吞噬细胞应答,可能引起人类疾病。当例如过多细胞毒性T细胞表达时,可能引起各种慢性炎性病症。同样地,当MIF促进过量的Th2或先天性应答时,产生其他疾病。
[0334] 此外还知道,疟疾寄生虫和其他寄生虫例如线虫和丝虫以及一些癌症产生某些类型的外源或不受调节的MIF或MIF同系物。同样不希望受到任何特定理论或解释的束缚,似乎MIF或其同系物的外源表达引起Th2信号传导途径的刺激,并可能是寄生虫或肿瘤(即“入侵者”)试图产生一种状态,在所述状态中免疫应答被MIF或其同系物激活,使得被激活的特定信号传导途径对肿瘤或寄生虫等无害。
[0335] 对于例如疟疾寄生虫来说,寄生虫可以通过提供过量的外源MIF来刺激Th2信号传导途径,引起抗体而不是细胞毒性T细胞的生产。然而,这样的抗体典型对寄生虫无害。因此,寄生虫似乎产生了至少局部区域的免疫豁免。就此而言,如果替代途径例如Th1途径或自然杀伤(NK)细胞途径可以被重新激活,那么将能发生对寄生虫的损伤(例如免疫系统能够除去寄生虫)。然而,如果例如作为Th2途径倾向性活化的结果而产生过量抗体或其他免疫/炎性产物,有可能过量抗体将终止与各种细胞位点的交联或活化其他免疫分子。当这样的交联或活化发生时,可能产生非常大的炎性应答。不希望受到任何特定理论或解释的束缚,有可能这种炎性应答正是在妊娠并感染有疟疾的女性中发生的使她们更易发生严重疟疾和疟疾性贫血的应答。据信,妊娠女性对这种效应特别易感,因为胎盘有促进Th2应答以及将寄生虫隔绝在这种免疫豁免区域中的免疫效应。
[0336] 同样,不希望受到任何特定理论或解释的束缚,癌细胞也明显表达MIF,以试图至少部分控制对其的免疫应答和/或促进其自身生长。就此而言,似乎癌细胞也试图操纵免疫系统遵循Th2信号传导途径,而不是能够损伤或杀死癌细胞的Th1信号传导途径。例如,通过引起局部免疫豁免的产生,癌细胞没有(或几乎没有)特别风险。相反,如果MIF刺激Th1信号传导途径,那么可能引起细胞因子细胞/炎性应答,导致癌细胞损伤或死亡(例如肿瘤可能被免疫系统自然消除)。
[0337] 同样,不希望受到任何特定理论或解释的束缚,儿童具有不成熟的免疫系统、特别是先天性和Th1途径。在一些儿童中,这种不成熟性引起MIF代谢改变。因此显得MIF的调节在儿童中可以引起感染性或炎性疾病的预防或改善。
[0338] 因此,不希望受到任何特定理论或解释的束缚,本发明的创造性金纳米晶体悬液可以单独或与调节信号传导途径的其他疗法联合,用于调节一种或多种信号传导途径(例如Th1信号传导途径、Th2信号传导途径和/或先天性免疫途径)。因此,通过与牵涉一种或多种信号传导途径的MIF(或MIF同系物)相互作用或对其进行控制,可以打开和/或可以关闭各种免疫应答。因此,可以打开或可以关闭沿着产生细胞毒性T细胞或抗体的Th1和Th2信号传导途径的应答(例如可以控制Th1-Th2切换,以引导更多或更少地调用任一条免疫途径)。同样地,可以打开或可以关闭先天性免疫系统和所产生的炎症。
[0339] 由于了解到可以打开/关闭一种或多种信号传导途径,因此可以发生非常重要的治疗性治疗。例如,对于各种不同疾病,包括例如许多癌症,可以监测或检查各种替代终点。例如,抗原“癌胚抗原”或“CEA”是各种不同癌症中存在的肿瘤量或肿瘤负荷量的已知替代终点标志物。例如,已知CEA的量越高,与卵巢癌、乳腺癌、结肠癌、直肠癌、胰腺癌、肺癌等相关的肿瘤越多。就此而言,可以通过例如抽血并通过已知技术包括例如ELISA和某些光谱技术化验CEA的存在,来测量癌胚抗原的量。就此而言,一旦抽血并进行测量以测定CEA的量后,可以通过监测测量到的CEA量的变化来推动所需的治疗程度(例如药剂、持续时间和/或量)。例如,如果每天使用2-3次15-45ml的10ppm产品,CEA量的监测可以根据所需结果来增加剂量或减少剂量。
[0340] 同样地,前列腺癌具有已知的替代终点“前列腺特异性抗原”或“PSA”。该替代终点也可以通过抽血并通过ELISA技术对其进行搜索来监测。
[0341] 此外,各种癌症例如黑素瘤(例如眼部等)也表达抗原例如“GP 100”和/或“Melan-A”。这些替代终点也可以通过从患者抽血然后通过类似的ELISA或光谱技术测量存在的抗原量来测定。在所有这样的情况下,抗原的存在可以引起所提供的治疗性治疗的量的增加/降低。
[0342] 下面的“表A”显示了许多已知“肿瘤标志物”和相关癌症,以及用于测量这些标志物的生物样品的抽取部位。
[0343] 表A
[0344] 目前使用的常见肿瘤标志物
[0345]
[0346]
[0347] 此外,可以使用炎性标志物例如C反应蛋白(CRP)或红细胞沉降率(ESR)来评估各种免疫和炎症功能障碍疾病,例如类风湿性关节炎和克隆病。这些替代终点也可以通过从患者抽取血液然后通过可视ELISA或光谱技术测量存在的标志物量来测定。在所有这样的情况下,炎性/免疫标志物的变化可以引起所提供的治疗性治疗的量的增加/降低。
[0348] 此外,可以通过存在的特异性抗体的浓度来监测各种基于抗体的疾病,例如溶血性贫血或Rhesus病。这些替代终点也可以通过从患者抽取血液然后通过类似的ELISA或光谱技术测量存在的抗体量来测定。在所有这样的情况下,抗体的存在可以引起所提供的治疗性治疗的量的增加/降低。
[0349] MIF和/或一种或多种MIF信号传导途径的抑制剂或调节剂也可用于可植入装置例如支架中。因此,另一方面,本发明提供了可植入装置,优选为支架,其包含:
[0350] (i)储库,其包含含有金溶液或胶体的金属基化合物的至少一种化合物及其混合物和合金;以及
[0351] (ii)从储库释放或洗脱抑制剂或调节剂的机构。
[0352] 因此,根据本发明,存在着本发明的基于纳米晶体金的疗法将对其具有理想效果的各种适应症,包括各种自身免疫疾病、肿瘤、或慢性或急性炎性病症或疾病、障碍、综合征、状态、趋势或易感性等,其选自:
[0353] 风湿性疾病(包括但不限于类风湿性关节炎、骨关节炎、牛皮癣关节炎、Still病)、脊椎关节病(包括但不限于强直性脊柱炎、反应性关节炎、Reiter综合征)、晶体关节病(包括但不限于痛风、假性痛风、焦磷酸沉积病)、Lyme病、风湿性多肌痛;
[0354] 结缔组织疾病(包括但不限于系统性红斑狼疮、系统性硬化症、硬皮病、多肌炎、皮肌炎、Sjogren综合征);
[0355] 血管炎(包括但不限于多发性结节性动脉炎、韦格纳(Wegener)肉芽肿、Churg-Strauss综合征);
[0356] 炎性病症或趋势包括外伤或缺血的后果、肉样瘤病;
[0357] 血管疾病包括动脉粥样硬化血管病和梗塞、动脉粥样硬化和血管阻塞性疾病(包括但不限于动脉粥样硬化、缺血性心脏病、心肌梗塞、中风、外周动脉病)和血管支架再狭窄
[0358] 眼病包括眼色素层炎、角膜病、虹膜炎、虹膜睫状体炎和白内障
[0359] 自身免疫疾病(包括但不限于糖尿病、甲状腺炎、重症肌无力、硬化性胆管炎、原发性肝硬化);
[0360] 肺病(包括但不限于弥散性间质性肺病、肺尘病、纤维性肺泡炎、哮喘、支气管炎、支气管扩张、慢性阻塞性肺病、成人呼吸窘迫综合征);
[0361] 原发或转移癌症(包括但不限于前列腺癌、结肠癌、膀胱癌、肾癌、淋巴瘤、肺癌、黑素瘤、多发性骨髓瘤、乳腺癌、胃癌、白血病、宫颈癌和转移性癌);
[0362] 肾病,包括肾小球肾炎、间质性肾炎;
[0363] 下丘脑-垂体-肾上腺轴病;
[0364] 神经系统病,包括多发性硬化症、阿兹海默氏(Alzheimer’s)病、帕金森氏(Parkinson’s)病、亨廷顿(Huntington’s)病;
[0365] 以改变的血管发生(例如糖尿病性视网膜病、类风湿性关节炎、癌症)和子宫内膜异位为特征的疾病;
[0366] 传染病,包括但不限于细菌、寄生虫或病毒,包括HIV、HBV、HCV、肺结核、疟疾和蠕虫(包括当前FDA指定的发展中国家被忽视的疾病);
[0367] 感染性疾病的并发症,包括内毒性(败血性)休克、外毒性(败血性)休克、感染性(真正败血性)休克、疟疾的并发症(例如脑型疟疾和贫血)、感染的其他并发症和骨盆炎性疾病;
[0368] 移植物排斥,移植物抗宿主疾病;
[0369] 超敏性疾病,包括过敏症、特应性疾病、超敏性鼻炎;
[0370] 骨病(例如骨质疏松症、Paget病);
[0371] 皮肤病,包括牛皮癣、湿疹、特应性皮炎、UV(B)诱导的真皮细胞活化(例如晒伤、皮肤癌);
[0372] 糖尿病及其并发症;
[0373] 疼痛、睾丸功能障碍和伤口愈合;
[0374] 胃肠疾病,包括炎性肠病(包括但不限于溃疡性结肠炎、克隆病)、消化性溃疡、胃炎、食管炎、肝病(包括但不限于肝硬化和肝炎)。
[0375] 在一个实施方案中,疾病或病症选自类风湿性关节炎、骨关节炎、系统性红斑狼疮、溃疡性结肠炎、克隆病、多发性硬化症、牛皮癣、湿疹、眼色素层炎、糖尿病、肾小球肾炎、动脉粥样硬化血管病和梗塞、哮喘、慢性阻塞性肺病、HIV、HBV、HCV、结核病、疟疾、蠕虫病和癌症。
[0376] III.药物组合物
[0377] 还提供了药物组合物,其包含有效量的用于治疗本申请中描述的任何医学状况的金纳米晶体。在优选实施方案中,所述金纳米晶体在口服递送液体中给药,其中金纳米晶体保留在制造用水中,其可以被浓缩或重构,但优选不干燥至金纳米晶体的表面完全变干或使它们的表面与它们制造时的原始状态相比发生改变的程度。
[0378] 根据实验,由于基本上清洁的非常活性的晶体表面,显得本发明的金纳米晶体与现有技术的金基材料包括获得FDA批准的金基药品和未获得FDA批准的金胶体两者相比,是更强有力的金形式。因此,预计与现有技术的组合物、包括口服金产品金诺芬所需的剂量水平相比,本发明的纳米晶体可以使用明显更低的剂量。
[0379] 例如,在广泛接受的胶原蛋白诱导的关节炎小鼠模型中,标准剂量是40mg/kg/日的金诺芬,其近似于1mg/小鼠/日的金诺芬和金诺芬中包含的0.30mg金/日的金。这种标准的金诺芬剂量水平提供的响应看来与剂量约为0.06mg/日的本发明金纳米晶体所产生的相当(实施例25)。因此,在这样的实验中,经计算,本发明的纳米晶体的效力比金诺芬高17倍,比金诺芬中包含的金物质高5倍。
[0380] 金诺芬在人类中的标准的FDA批准的剂量水平是6mg/日或0.9mg/kg/日。该金诺芬的人类剂量水平中包含的金为1.74mg或0.025mg/kg。由于在活动物模型中所证实的新的金纳米晶体与金诺芬相比的相对效力,可以通过用金诺芬的人类剂量水平除以相对效力系数17X,或者用金诺芬中包含的金的人类剂量水平除以相对效力系数5X,来计算新的金纳米晶体的近似人类剂量水平。这样得到新的金纳米晶体的近似人类剂量水平为0.35mg/日,与此相比,金诺芬需要6mg/日,金诺芬中包含的金需要1.74mg/日。0.35mg/日对于70kg的人来说,是0.005mg/kg/日的剂量。
[0381] 在制定给药水平时,通常在估计的mg/kg剂量附近建立一个数量级或以上的范围。在这种情况下,如果估算建议的基本剂量是金诺芬的基本剂量的1/17或0.348mg/日,其等于0.005mg/kg/日,这表明对于使用新的纳米晶体获得类似金诺芬的效能来说,有效给药范围可以在0.005mg/kg/日的剂量水平处实现,并且在0.01mg/kg/日或0.25mg/kg/日范围内的水平下甚至更加有效。
[0382] 重要的是认识到在药物制品中,目标是确定实现效能所需的最低剂量,从而最小化毒性或并发症的可能性。具有明显更高效力的新的口服给药产品,可以在比现有技术产品更低的剂量水平下实现效能,和/或可以在相等剂量水平下实现明显更高的效能。
[0383] 此外,在动物实验中观察到新纳米晶体的毒性水平低,即使是在最高剂量水平下,这意味着即使在较高剂量水平下,也比现有产品例如金诺芬的毒性更低。
[0384] 在小鼠中还已发现,观察到治疗效果比使用金诺芬时更快,金诺芬的典型发生作用时间为数周,与此相比本发明的纳米晶体为数日(参见实施例25)。这在使用中是重大优势,因为这意味着患者更快地享受到缓解,并且更有可能继续服从治疗方案,因此继续从产品获益。
[0385] 此外,还观察到本发明的金纳米晶体由于实现效能所需的较低剂量以及相伴的较低毒性,因而具有比金诺芬更好的治疗指数。
[0386] 此外,重要的是认识到,为了具有作为药物治疗的真正价值,产品必须按照FDA在良好操作规范(GMP)中的规定,可在药品级制造、来源和质量控制的高标准下制造。常规的金纳米粒子通过各种方法制造,其中大部分方法涉及化学还原方法。似乎没有任何当前的化学还原或其他用于生产金纳米粒子的常规方法符合GMP,并且由于这些方法的本质,符合GMP即使可能,似乎也将是极富挑战性并将需要相当的时间、金钱和创造性工程才能实现。用于生产本发明的新金纳米晶体的方法被设计成符合GMP,这建立起本发明的金纳米晶体的另一个主要区别和优势。
[0387] 尽管需要临床试验来证实治疗有效剂量,但可以合理地推论,每剂剂量从0.05mg或以上(或0.1、0.5、1.0、2.0mg或以上)至10mg或以上的药剂(每日一次、两次或多次)在人类中可有效治疗任何本文中描述的病症。由于这些金纳米晶体的低毒性,因此对于更成问题的疾病来说,适合于使用更高的剂量水平,包括但不限于每剂10mg或以上、例如20mg或以上的剂量。
[0388] 根据本发明,可以提供任何浓度的金纳米晶体。例如,这些金纳米晶体的浓度可以是百万分之几(即μg/ml或mg/l)直到几百ppm,但是典型地在2-200ppm(即2μg/ml-200μg/ml)范围内,更通常在2-50ppm(即2μg/ml-50μg/ml)范围内。典型的适宜浓度可以在5-20μg/ml左右,更典型约为8-15μg/ml。
[0389] 正如在本文中进一步描述的,提供了适合于全身或局部使用的药物组合物,包括口服、静脉内、皮下、动脉内、颊、吸入、气溶胶、推进剂或其他适合的液体等,包括在实施例23中讨论的特定凝胶或霜剂。
[0390] 或者,活性成分的适合剂量可以在每剂每kg体重约0.1ng至每kg体重约1g的范围内。剂量典型地在每剂每kg体重1μg至1g的范围内,例如在每剂每kg体重1mg至1g的范围内。在一个实施方案中,剂量在每剂每kg体重1mg至500mg的范围内。在另一个实施方案中,剂量在每剂每kg体重1mg至250mg的范围内。在另一个优选实施方案中,剂量在每剂每kg体重1mg至100mg范围内,例如高达每剂每kg体重50mg。在另一个实施方案中,剂量在每剂每kg体重1μg至1mg的范围内。
[0391] 适合的剂量和给药方案可以由主治医生或兽医确定,并可能取决于所需的活性抑制和/或调节水平、所治疗的具体病症、病症的严重性、剂量是预防性还是治疗性的、以及对象的一般年龄、健康和体重。
[0392] 包含在例如水性介质、胶体、悬液、泡沫、凝胶、糊剂、液体、霜剂等中的金纳米晶体,可以单剂或一系列多剂给药。尽管含有金属基纳米晶体的水性介质可以通过例如胶体形式单独给药,但包含与其他组合物和/或疗法的活性成分混合物也是可以接受的。此外,可以向活性成分/悬液/胶体添加各种药物组合物。
[0393] 因此,典型地,本发明的金纳米晶体悬液或胶体(例如包含水性金基金属和/或金与其他金属的混合物和/或金与其他金属的合金和/或组合治疗方法)与第二种治疗剂联合给药。更典型地,第二种治疗剂包含糖皮质激素。
[0394] 在本发明的另一方面,提供了药物组合物,其包含本发明的金纳米晶体悬液或胶体(例如包含水性金基金属和/或金与其他金属的混合物和/或金与其他金属的合金和/或组合治疗方法)以及可药用载体、稀释剂或赋形剂。这样的组合物的配制对于本技术领域的专业人员来说是公知的。所述组合物可以含有可药用添加剂例如载体、稀释剂或赋形剂。这些在适当的情况下包括所有常规溶剂、分散剂、填充剂、固体获得剂(solid earners)、涂层剂、抗真菌和/或抗细菌剂、皮肤渗透剂、布洛芬、洛芬、表面活性剂、等渗剂和吸收剂等。应该理解,本发明的组合物也可以包括其他增补的生理活性剂。此外,还可以使用许许多多的膳食增补剂和顺势治疗载体。具体来说,这样的成分的选择可以部分基于这些成分的已知功能或用途,使得当与本发明的活性成分组合时,可以获得累加或协同效应。
[0395] 载体应该在与本发明的金纳米晶体悬液中的其他成分相容的意义上是可药用的,并且对于对象没有伤害(例如在治疗活性量下有毒)。组合物包括适用于口服、直肠、吸入、鼻、透皮、局部(包括颊和舌下)、阴道或肠胃外(包括皮下、肌肉内、脊椎内、静脉内和真皮内)给药的组合物。组合物可以方便地提供成单位剂量形式,并且可以通过制药、顺势疗法和/或膳食增补剂技术领域中公知的任何方法来制备。这样的方法包括将本发明的金属基纳米晶体或悬液与构成一种或多种辅助成分的载体进行缔合的步骤。一般来说,通过将一种或多种活性成分在溶液/胶体中,在以尽可能程度最小化或消除负面或不利反应的适合的非反应性条件下,均匀和充分地进行缔合,来制备组合物。
[0396] 取决于待治疗的疾病或病症,可能希望或可能不希望本发明的金纳米晶体悬液或胶体跨过血脑屏障。
[0397] 因此,本发明的金纳米晶体悬液或胶体可以被制造成具有期望的尺寸、期望的晶面和/或期望的形状或形状分布等(正如在本文中别处讨论的),以协助跨过血脑屏障。
[0398] 本发明的适合于口服给药的金纳米晶体悬液典型地作为稳定溶液、胶体或部分稳定的悬液存在于水中。然而,这样的金纳米晶体也可以包含在非水性液体中作为离散的单位,例如液体胶囊、袋剂或甚至片剂(例如干燥悬液或胶体以产生活性成分金基纳米晶体,只要这样的加工对原始的金纳米晶体表面的功能性没有不利影响即可),其各自含有预定量的例如金纳米晶体活性成分;作为粉剂或颗粒剂;作为在水性或非水性液体中的溶液、胶体或悬液;或作为水包油液体乳剂或油包水液体乳剂。金纳米晶体活性成分也可以合并成大丸剂、干药糖剂或糊剂。
[0399] 从本发明的金纳米晶体悬液或胶体(例如包含水性金基纳米晶体和/或金与其他金属的合金和/或组合治疗方法)和其他材料或化合物制造的片剂,可以通过例如首先干燥悬液或胶体、收集残留的干物质并通过压缩或模制迫使粉末成为适合的片剂等来制造。例如,可以通过将活性成分纳米晶体例如金属基纳米晶体在适合的机器中压制成自由流动的形式例如粉剂或颗粒剂,任选与黏合剂(例如惰性稀释剂、防腐剂、崩解剂(例如淀粉羟基乙酸钠、交联聚乙烯吡咯烷酮、交联羧甲基纤维素钠))、表面活性剂或分散剂混合,来制备压缩片剂。可以例如将用惰性液体稀释剂润湿的粉末状化合物的混合物在适合的机器中模制或压制,来制造模制片剂。片剂可以任选被包衣或刻痕,并可以使用例如用于提供所需释放情况的不同比例的羟丙基甲基纤维素进行配制,以便提供其中的活性成分的缓慢或受控释放。片剂可以任选提供有肠溶包衣,以提供在胃之外的肠道部分中的释放。
[0400] 适合于在口中局部给药的组合物包括在调味基料例如蔗糖和阿拉伯胶或黄蓍胶中包含含有一种或多种活性成分金纳米晶体的悬液或胶体的锭剂;在惰性基料例如明胶和甘油、或蔗糖和阿拉伯胶中包含金纳米晶体活性成分的含锭;以及在适合的液体载体中包含金纳米晶体活性成分的漱口液。
[0401] 本发明的金纳米晶体悬液或胶体(例如包含水性金基金属和/或金与其他金属的混合物和/或金与其他金属的合金和/或组合治疗方法)还可以鼻内或通过吸入给药,例如通过雾化器、气溶胶或喷雾器工具,以使溶液或胶体中的一种或多种组分(例如金纳米晶体)被包含在例如烟雾或喷雾中。
[0402] 适合于局部给药于皮肤的组合物可以包含悬浮在任何适合载体或基料中的本发明的金纳米晶体,并可以采取洗剂、凝胶、霜剂、糊剂、软膏等的形式。适合的载体包括矿物油、丙二醇、聚氧乙烯、聚氧丙烯、乳化蜡、失水山梨糖醇单硬脂酸酯、聚山梨酸酯60、鲸蜡酯蜡、鲸蜡硬脂醇、2-辛基十二烷醇、苯甲醇、卡波姆和水。也可以使用透皮装置例如贴片来给药本发明的化合物。
[0403] 用于直肠给药的组合物可以作为栓剂出现,其具有适合的载体基料,包括例如可可脂、明胶、甘油或聚乙二醇。
[0404] 适用于阴道给药的组合物可以作为子宫栓、塞、霜剂、凝胶、糊剂、泡沫或喷雾制剂出现,其除了活性成分之外还含有例如本技术领域中已知适合的载体。
[0405] 适用于肠胃外给药的组合物包括水性和非水性等渗无菌注射悬液或胶体,其可以含有抗氧化剂、缓冲剂、杀菌剂和赋予组合物与目标受体的血液等渗的溶质;以及水性和非水性无菌悬液,其可以包含悬浮剂和增稠剂。组合物可以存在于单位药剂或多剂密封容器、例如安瓿和小瓶中,并可以储存在冷冻干燥(冻干)状态下,只需要在临使用前添加无菌液体载体例如注射用水。可以从前面描述的种类的无菌粉剂、颗粒剂和片剂制备临用注射液、胶体和悬液。
[0406] 优选的单位剂量组合物是含有活性成分的如上文中所述的每日剂量或单位、每日分剂量、或其适合部分的组合物。
[0407] 应该理解,除了上面具体提到的金纳米晶体活性成分之外,本发明的组合物还可以包括对于所讨论的组合物类型来说在本技术领域中常规使用的其他剂,例如适用于口服给药的组合物可以包含例如黏合剂、甜味剂、增稠剂、调味剂、崩解剂、包衣剂、防腐剂、润滑剂、延时剂和/或定位释放剂这样的其它剂。适合的甜味剂包括蔗糖、乳糖、葡萄糖、阿斯巴甜或糖精。适合的崩解剂包括玉米淀粉、甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、黄原胶、膨润土、海藻酸或琼脂。适合的调味剂包括胡椒薄荷油、和冬青、樱桃、橙子或覆盆子调味油。适合的包衣剂包括丙烯酸和/或甲基丙烯酸和/或它们的酯的聚合物或共聚物、蜡、脂肪醇、玉米蛋白、虫胶或谷蛋白。适合的防腐剂包括苯甲酸钠、维生素E、α-生育酚、抗环血酸、对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸丙酯或亚硫酸氢钠。适合的润滑剂包括硬脂酸镁、硬脂酸、油酸钠、氯化钠或滑石粉。适合的延时剂包括单硬脂酸甘油酯或二硬脂酸甘油酯。
[0408] 此外,通过遵循本发明的电化学制造方法,这些金基金属纳米晶体可以与液体中的其他金属形成合金或组合,使得可以在其他金属(或其他非金属物质例如SiO2)上出现金“涂层”,或者,金基纳米晶体可以被其他金属涂层。在这样的情况下,可以在胶体或悬液中产生金基复合材料或合金。此外,也可以形成包含金和其他金属两者的某些复合材料。
[0409] 此外,本发明的金基金属纳米晶体悬液或胶体可以与其他金属基溶液或胶体混合或组合,以形成新的溶液或胶体混合物(例如在这种情形中,不同的金属物质仍然可区分)。
[0410] IV.制造金纳米晶体的方法
[0411] 提供了生产这些独特的金纳米晶体的新方法。所述方法涉及在水中产生金纳米晶体。在优选实施方案中,水含有添加的“加工增强剂”,其与所形成的纳米晶体不显著结合,而是在电化学刺激的生长过程中促进成核/晶体生长。加工增强剂在包括在电化学溶液中提供带电离子以允许晶体生长的过程中发挥重要作用。这些新的电化学方法可以在分批、半连续或连续过程中发生。这些过程产生受控的金纳米晶体浓度、受控的纳米晶体尺寸和受控的纳米晶体尺寸范围;以及受控的纳米晶体形状和受控的纳米晶形分布。提供了用于生产这些金纳米晶体的制造装配件。
[0412] 在一个优选实施方案中,通过电化学技术在分批、半连续或连续过程中制造或生长金基纳米晶体悬液或胶体,其中量、平均粒度、晶面和/或粒子形状和/或粒子形状分布受到控制和/或被优化,以实现高生物活性和低细胞/生物毒性(例如高治疗指数)。理想的平均晶体尺寸包括各种不同范围,但是最理想的范围包括主要小于100nm、对于许多应用来说更典型小于50nm、对于各种应用例如口服应用来说更典型小于30nm的平均晶体尺寸,并且在本文公开的许多优选实施方案中,纳米晶体尺寸分布的方式是小于21nm以及甚至更优选在8-18nm的范围内,所述晶体尺寸通过将所述溶液干燥并从TEM测量值构建粒度直方图来测量(正如在本文中更详细描述的)。此外,粒子含有晶面是理想的,所述理想的晶面包括具有{111}、{110}和/或{100}小面的晶体,其能够产生理想的晶体形状和理想的晶体形状分布以及比球形或随机形状的金粒子更好的性能。
[0413] 此外,遵照本发明的电化学制造方法,这些金基金属纳米晶体可以与液体中的其他金属形成合金或组合,使得可以在其他金属(或其他非金属物质例如SiO2)上形成金“涂层”,或者,金基纳米晶体可以被其他金属涂层。在这样的情况下,可以在胶体或悬液内产生金基复合材料或合金。此外,也可以形成包含金和其他金属两者的某些复合材料。
[0414] 此外,本发明的金基金属纳米晶体悬液或胶体可以与其他金属基溶液或胶体混合或合并,以形成新的溶液或胶体混合物(例如在这种情形中,不同的金属物质仍然可区分)。
[0415] 用于制造本发明的新的金属基纳米晶体悬液或胶体的方法,总的来说涉及用于在液体中连续、半连续和分批制造各种组分的新方法和新装置,所述组分包括微米尺度粒子、纳米晶体、离子性物质及其基于水的组合物,包括纳米晶体/液体、溶液、胶体或悬液。产生的组分和纳米晶体可以包含各种可能的组成、浓度、尺寸、晶面(例如空间扩展的低指数晶面)和/或形状,其合在一起能够使本发明的组合物表现出各种新颖有趣的物理、催化、生物催化和/或生物物理性质。在该方法中使用和产生/改性的液体,可以在组分(例如纳米晶体)的制造和/或功能化中,独立地或与包含它们的液体协同地发挥重要作用。通过例如典型地利用至少一个可调等离子体(例如通过至少一个AC和/或DC电源产生的),所述可调等离子体与液体表面的至少一部分相接触,使粒子(例如纳米晶体)出现(例如产生和/或所述液体倾向于使它们出现(例如调制过的))在至少一种液体(例如水)中。但是,也可以不使用这样的等离子体来获得有效组分(例如纳米晶体)的悬液或胶体。
[0416] 在可调等离子体形成中,优选使用各种组成和/或独特构造或安排的金属基电极,但是对于至少一部分过程来说,也可以使用非金属基电极。还优选使用至少一种随后的和/或基本上同时的可调电化学加工技术。在电化学加工技术中优选使用各种组成和/或独特构造的金属基电极。存在的电场磁场电磁场、电化学、pH、ζ电位、化学/晶体组分等,仅仅是可以受到可调节等离子体和/或可调节电化学加工技术积极影响的一些参数。在本发明的许多实施方案中,优选使用多种可调等离子体和/或可调电化学技术来获得本发明的许多加工优点、以及通过实践优选实施方案的教示而产生的许多新的纳米晶体和纳米晶体组合物来制造本发明的水性溶液、悬液和/或胶体的几乎无限的组合。
[0417] 在本发明的连续工艺实施方案中,至少一种液体、例如水,流入、流过并流出至少一个槽式构件,并且该液体被所述至少一种可调等离子体和/或所述至少一种可调电化学技术加工、调制、改性和/或作用。连续加工的结果包括液体中的新组分、微米尺度粒子、离子性组分、纳米晶体(例如金属基纳米晶体),所述纳米晶体是新的和/或具有可控的尺寸、流体力学半径、浓度、晶体尺寸和晶体尺寸范围、晶面、空间扩展的低指数晶面、晶体形状和晶形分布以及组成、ζ电位、pH和/或其他性质,这样的纳米晶体/液体混合物以有效和经济的方式产生。
[0418] 在优选实施方案中,过程涉及金纳米晶体在包含“加工增强剂”或“工艺增强剂”(典型为无机材料)的水中的成核和生长,所述加工增强剂在电化学刺激的生长过程中与形成的纳米晶体不显著结合,而是促进成核/生长。加工增强剂在包括在电化学溶液中提供带电离子以允许晶体生长的过程中发挥重要作用。加工增强剂关键是要能够保留在溶液中和/或不形成涂层(例如有机涂层)、和/或对形成的纳米晶体或形成的悬液没有不利影响、和/或在电化学过程期间被破坏、蒸发或以其它方式损失的化合物。优选的加工增强剂碳酸氢钠。其他加工增强剂的实例是碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、磷酸三钠、磷酸二钠、磷酸单钠、磷酸钾或碳酸的其他盐等。其他加工增强剂可以是亚硫酸氢盐或亚硫酸盐,包括钠盐或钾盐。制造在某些条件下用于医学应用的金纳米晶体的其他加工增强剂可以是其他盐、包括钠盐或钾盐,或辅助本文中描述的电化学生长过程的任何材料,以及基本上不掺入到金纳米晶体表面内或表面上、并且不赋予纳米晶体或含有纳米晶体的悬液毒性的任何材料。
[0419] 加工增强剂的理想浓度范围典型地包括0.01-20克/加仑(0.0026-2.1730mg/ml),更典型为0.1-7.5克/加仑(0.0264-1.9813mg/ml),最典型为0.5-2.0克/加仑(0.13210-0.5283mg/ml)。
[0420] 例如,某些加工增强剂可以解离成正离子(阳离子)和负离子(阴离子)。取决于各种因素,包括液体组成、离子浓度、施加的场、施加的场的频率、施加的场的波形、温度、pH、ζ电位等,所述阴离子和/或阳离子将朝向带有相反电荷的电极迁移或移动。当所述离子位于这种电极处或附近时,该离子可能参与与电极和/或位于所述电极处或附近的其他组分的一种或多种反应。有时,离子可能与电极中的一种或多种材料反应(例如当NaCl被用作加工增强剂时,可能形成各种金属氯化物(MCl、MCl2等))。这样的反应在某些情况下可能是需要的,或者在其他情况下是不需要的。此外,有时在电极之间的溶液中存在的离子可以不反应形成产物例如MCl、MCl2等,而是可以影响电极中(或电极附近)的材料以形成从电极所提供的材料“生长出的”金属纳米晶体。例如,某些金属离子可以从电极5进入液体3,并造成在液体3中聚集在一起(例如成核)以形成组分(例如离子、纳米晶体等)。
[0421] 此外,重要的是选择不对金纳米晶体或含有晶体的液体赋予毒性的加工增强剂,以最大化可药用性。例如,对于某些应用来说,氯离子如果产生可能具有毒性的金氯化物盐的话,可能是不希望的。
[0422] 此外,取决于形成的具体产物,也可以利用干燥、浓缩和/或冷冻干燥来除去至少一部分或基本上所有的悬浮液体,产生例如部分或基本上完全脱水的纳米晶体。如果溶液、悬液或胶体被完全脱水,金属基物质应该能够通过添加液体(例如与被除去的液体组成相同或不同的液体)重新水合。然而,不是所有本发明的组合物/胶体都能完全脱水而对组合物/胶体的性能没有不利影响。例如,在液体中形成的许多纳米晶体在干燥时倾向于结团或粘在一起(或附着于表面)。如果这样的结团在随后的重新水合步骤中不可逆,则应该避免脱水。
[0423] 一般来说,可以将按照本发明制造的金的某些溶液、悬液或胶体浓缩几倍,而不会使组合物不稳定。然而,由于例如聚团效应,难以实现完全蒸发。在本文公开的许多实施方案中,似乎在从悬液或胶体中除去初始或起始参比体积的约30%体积时,开始出现这样的聚团效应。此外,人们可以蒸发掉一定体积的液体,然后重构或加回蒸发掉的液体量,以获得当通过例如FAAS、DLS和UV-Vis技术表征时非常相似的产物。例如,将通过与制造GB-139相似的技术(在本文的实施例部分中详细讨论)制造的两份500ml纳米晶体胶体金悬液各自置于玻璃烧杯中,并在加热板上加热至沸腾。将悬液分别蒸发至300mL和200mL,随后用被除去的量的液体(即分别用量为200mL和300mL的通过去离子和反渗透(“DI/RO”)水纯化的水)重构,然后进行表征。此外,在另一种情况下,将两份GB-139悬液再次蒸发至300mL和200mL,然后不重新水化就进行表征。发现这些脱水过程对纳米晶体尺寸或纳米晶体形状只有很少到没有不利影响(即当GB-139胶体被脱水或脱水并重新水化至其初始金浓度或ppm水平时,纳米晶体尺寸范围和纳米晶形分布不显著改变)。
[0424] 本发明的一个重要方面涉及产生至少一个可调等离子体,该可调等离子体位于定位在液体(例如水)表面的至少一部分附近(例如上方)的至少一个电极与液体表面本身的至少一部分之间。所述液体被置于与至少一个第二电极(或多个第二电极)电连通,使液体的表面发挥电极的功能,从而参与可调等离子体的形成。这种构造具有与介质阻挡放电构造类似的某些特征,除了在这种构造中液体的表面是活性电极的参与方之外。
[0425] 每种使用的可调节等离子体可以位于定位在液体表面上方的所述至少一个电极与液体表面之间,这是由于至少一个导电的电极位于(例如至少部分位于)液体内部的某处。至少一个电源(在优选实施方案中,至少一个电压和电流源,例如变压器或电源),在位于液体表面上方的所述至少一个电极与接触液体表面(例如至少部分位于或基本上完全位于液体内)的所述至少一个电极之间,进行电连通。电极可以具有任何适合的组成和适合的物理构造(例如尺寸和形状),其在位于液体表面上方的电极与液体表面本身的至少一部分之间,导致所需等离子体的产生。
[0426] 在电极(例如包括充当用于形成等离子体的至少一个电极的液体表面)之间施加的电力(例如电压和电流),可以通过任何适合的源(例如来自变压器的电压)、包括AC和DC源及其变体和组合而产生。一般来说,位于内部(例如至少一部分低于液体表面)的电极或电极组合,通过向液体或溶液提供电压和电流,参与了等离子体的产生。但是,可调等离子体实际上位于定位在液体表面上方的电极的至少一部分(例如其头部或尖端)与液体表面本身的一个或多个部分或区域之间。就此而言,当在电极与液体表面附近和/或之间达到或维持气体或蒸汽击穿电压时,可以在上面提到的电极(即位于液体表面的至少一部分上方的电极和液体表面本身的一部分)之间产生可调等离子体。
[0427] 在本发明的一个实施方案中,液体包含水(或含有某些加工增强剂的水),并且水的表面与水表面上方的电极之间的气体(即参与可调节等离子体形成的气体或气氛)包含空气。可以控制空气,使其包含各种不同的水含量或所需的湿度,这样可以导致按照本发明产生的组分(例如纳米晶体)具有不同组成、浓度、晶体尺寸分布和/或晶形分布(例如可调等离子体和/或溶液或悬液中不同量的某些组分,可以是位于液体表面上方的空气中水含量的函数),以及获得液体中各种组分的某些浓度所需的不同加工时间等。可调节等离子体4的具体方面在实施例5-7中更详细地讨论。
[0428] 对于干燥空气来说,在标准压力和温度下的击穿电场是约3MV/m或约30kV/cm。因此,当例如金属尖端附近的局部电场超过约30kV/cm时,可以在干燥空气中产生等离子体。方程(1)给出了击穿电场“Ec”与两个电极之间的距离“d”(米)之间的经验关系:
[0429] 方程1
[0430] 当然,击穿电场“Ec”将随着位于电极之间的气体或蒸气的性质和组成而变化。就此而言,在一个优选实施方案中,当水(或含有加工增强剂的水)是液体时,在“电极”之间(即位于水表面上方的所述至少一个电极与充当等离子体形成的一个电极的水表面本身之间)的空气中,可以原本就存在显著量的水蒸气,这样的水蒸气将至少对在它们之间产生等离子体所需的击穿电场有影响。此外,由于可调等离子体与水表面的相互作用,可能引起在产生的等离子体中和周围局部存在更高浓度的水蒸气。在产生的等离子体中和周围存在的“湿度”的量,可以通过各种技术控制或调节,它们将在本文后面更详细讨论。同样地,在任何液体中存在的某些成分可以形成至少一部分组分,这些组分形成了位于液体表面与液体表面附近(例如沿着液体表面)布置的电极之间的可调等离子体。可调等离子体中的组分,以及等离子体本身的物理性质,可以对液体以及某些加工技术具有显著影响(在本文后面更详细讨论)。
[0431] 在电极处和附近产生的电场强度,典型在电极的表面处最大,并典型地随着与它的距离的增加而降低。在涉及在液体表面与位于液体附近(例如上方)的所述至少一个电极之间产生可调等离子体的情况下,位于液体表面上方的电极与液体表面本身的至少一部分之间的一部分气体体积,可以含有足够的击穿电场,以产生可调等离子体。这些产生的电场可以影响例如可调等离子体的行为、液体的行为(例如影响液体的晶体状态)、液体中的组分的行为等。
[0432] 对此,图1a示出了点源电极1的一个实施方案,该电极具有三角形的横截面形状,位于以例如方向“F”流动的液体3的表面2上方的距离“x”。当适合的电源10被连接到点源电极1和电极5之间,使电极5与液体3连通(例如至少部分位于液体3的表面2下方)时,可以在电极1的头部或尖端9与液体3的表面2之间产生可调等离子体4。
[0433] 在图1a中示出的实施方案中产生的可调等离子体区4,对于至少一部分过程来说,可以典型地具有对应于锥状结构或椭球状结构的形状,并且在本发明的某些实施方案中,在基本上整个过程中都可以维持这种形状(例如锥状形状)。可调等离子体4的体积、强度、组分(例如组成)、活性、准确位置等,将随着许多因素变化,这些因素包括但不限于:距离“x”,电极1的物理和/或化学组成,电极1的形状,电源10(例如DC、AC、整流过的AC、施加极性的DC和/或整流AC、AC或DC波形、RF等),通过电源施加的电力(例如施加的电压,其典型为1000-5000伏特、更典型为1000-1500伏特,施加的电流,电子速度等),由施加的电源或周围的电场、磁场或电磁场、声场产生的电场和/或磁场的频率和/或幅度,在电极1与液体3的表面2之间和/或附近的天然存在的或供应的气体或气氛的组成(例如空气、氮气、氦气、氧气、臭氧、还原性气氛等),液体3的温度、压力、体积、在方向“F”上的流速,液体3的光谱特征、组成,液体3的导电性,电极1和5附近和周围的液体的横截面(例如体积),(例如液体3被允许与可调等离子体4相互作用的时间量(即停留时间),以及这种相互作用的强度),在液体3的表面2处或附近的气氛流(例如空气流)的存在(例如风扇或气氛运动机构提供的),等等(在本文后面更详细讨论)。
[0434] 在本发明的一个优选实施方案中,参与了产生图1a的可调等离子体4的电极1的组成,是基于金属的组成(例如,金属例如金和/或其合金或混合物等),但是电极1和5可以由与本文公开的发明的各个方面(例如加工参数)相容的任何适合的材料制成。就此而言,当等离子体4在例如液体3(例如水)的表面2上方的空气中产生时,典型地将产生至少一些臭氧,以及一定量的氧化氮和其它成分(在本文别处更详细讨论)。这些产生的成分可以被控制,并可能对于在液体中所产生的组分(例如纳米晶体)和/或纳米晶体悬液或胶体的形成和/或性能有帮助或有害,并可能需要通过各种不同的技术来控制,这将在本文后面更详细讨论。此外,例如在实施例5-7中所示,每个等离子体4的发射光谱也随着同样的因素而变化(在本文后面更详细讨论)。如图1a中所示,可调等离子体4实际上与液体3的表面2相接触。在本发明的这个实施方案中,电极1的材料(例如金属)可以构成可调等离子体4的一部分(例如,并且因此是等离子体发射光谱的一部分)并,可以被造成在液体3(例如水)上或其中“溅射”。因此,当金属用作电极1时,可以在电等离子体中形成各种组分(例如在实施例5-7中所示出的),导致某些组分变成加工液体3(例如水)的一部分,取决于与可调等离子体4和/或后续的电化学加工操作相关的操作条件的具体设置,可以在液体3中发现包括但不限于元素金属、金属离子、Lewis酸、Bronsted-Lowry酸、金属氧化物、金属氮化物、金属氢化物、金属水合物和/或金属碳化物等(例如对于至少一部分工艺方法来说,并可能能够参与同时/后续的反应)。这些组分可以暂时存在于加工液体3中,或者可以是半永久或永久的。如果这样的组分是暂时或半永久的,那么与这些形成的组分的后续反应(例如电化学反应)的时间安排可以影响产生的最终产物。如果这样的组分是永久的,它们不应该对活性成分纳米晶体的所需性能有不利影响。
[0435] 此外,取决于例如液体3中和周围的电场、磁场和/或电磁场的强度以及暴露于这些场的液体3的体积(在本文别处更详细讨论)、电极1和5的物理和化学结构、气氛(天然存在的或提供的)、液体组成,可以在液体3中发现或多或少量的电极材料(例如金属或金属衍生物)。在某些情况下,见于液体3中(永久或暂时地)或等离子体4中的材料(例如金属或金属复合材料)或组分(例如Lewis酸、Bronsted-Lowry酸等),可能具有非常需要的效应,在这种情况下相对大量的这种材料将是理想的;然而在其它情况下,在液体3中发现的某些材料(例如副产物)可能具有不想要的效应,因此在基于液体的终产物中可能希望这些材料的量最小化。因此,电极组成可以在根据本文公开的实施方案形成的材料中发挥重要作用。本发明的这些组分之间的相互影响,将在本文后面更详细讨论。
[0436] 此外,电极1和5可以具有相似的化学组成(例如具有相同的化学元素作为其最初组分)和/或机械构造,或具有完全不同的组成(例如具有不同的化学元素作为其最初组分),以便获得各种液体组成和/或结构和/或本文后面讨论的具体效应。
[0437] 电极1和5、或1和1(在本文后面示出)、或5和5(在本文后面示出)之间的距离“y”,是本发明的一个重要方面。一般来说,当使用能够在操作条件下产生等离子体的电源工作时,在本发明中使用的电极的最接近部分之间的最小距离“y”的位置,应该大于距离“x”,以防止在电极(例如电极1和电极5)之间出现不想要的电弧或形成不想要的电晕或等离子体(除非在其之间提供了某些类型的电绝缘)。与电极设计、电极位置、以及各种电极之间的电极相互作用相关的本发明特点,在本文后面更详细地讨论。
[0438] 通过电源10施加的电力,可以是在本发明的所有工艺条件下能够产生所需的可调等离子体4的任何适合的电力。在本发明的一个优选方式中,使用了来自升压变压器的交流电。用于本文公开的各种实施方案的优选变压器60(参见例如图16d-16l),通过使用变压器60中的磁分流器,特意使得有可能调整差输出电压。这些变压器60被称为氖信号变压器。这种构造限制了流入电极1/5的电流。使用变化大的输出负载电压,变压器60将输出负载电流维持在相对狭窄的范围内。
[0439] 变压器60的次级开路电压和次级短路电流是额定的。只有当不存在电连接时,开路电压(OCV)才出现在变压器60的输出端。同样地,只有跨那些输出端设置短路时(这种情况下输出电压等于零),才能从输出端引出短路电流。但是,当跨这些相同输出端连接负载时,变压器60的输出电压将下降到零与额定OCV之间的某处。事实上,如果变压器60负载合适,电压将为额定OCV的大约一半。
[0440] 变压器60被称为平衡中点参比设计(以前也称为例如平衡中点接地)。这在中到较高额定电压变压器、大多数是60mA变压器中最经常见到。这是在“中点返回接线(mid-point return wired)”系统中可接受的唯一类型的变压器。“平衡”的变压器60具有一个初级线圈601和两个次级线圈603,在初级线圈601的每侧各有一个(如在图16g的示意图中粗略示出的)。这种变压器60在许多方式下可以像两个变压器一样运行。就像非平衡中点参比芯和线圈一样,每个次级线圈603的一端连接到芯602、然后连接到变压器外壳上,每个次级线圈603的另一端连接到输出导线或端上。因此在不存在连接器的情况下,这种类型的未负载的15,000伏变压器,当从每个次级端到变压器外壳测量时大约为7,500伏,但是在两个输出端之间测量时将为大约15,000伏。这些示例性变压器60被用于形成在本文实施例中公开的等离子体4。然而,还应该理解,其他适合的变压器(或电源)也落于本发明的界限和限度之内。此外,这些变压器60被专用于本文的实施例1-4中。但是在本文公开的大多数其他实施例中,对于电极5/5’使用了不同的AC变压器50和50a(在本文别处讨论)。
[0441] 在另一个优选实施方案中,整流AC源产生了带正电的电极1和液体3的带负电表面2。在另一个优选实施方案中,整流AC源产生了带负电的电极1和液体3的带正电表面2。此外,其它的电源例如RF电源和/或微波电源也可用于本发明。一般来说,电极部件1和5的组合、电极1和5的物理尺寸和形状、电极的制造工艺、电极1和/或5的质量、电极
1的尖端9在液体3的表面2上方的距离“x”、电极尖端9与表面2之间的气体的组成、液体3的流速(如果有的话)和/或流动方向“F”、提供的液体3的量、电源10的类型、电源
10的电力输出的频率和/或波形,都对为了在液体3的表面2与电极尖端9之间获得受控或可调等离子体4所需的设计、以及因此的电力需求(例如击穿电场)有贡献。
[0442] 进一步参考图1a中示出的构造,电极架6a和6b能够通过任何适合的工具降低或升高(因此电极能够被降低或升高)。例如,电极架6a和6b能够在绝缘元件8(以横截面示出)中并通过它被降低或升高。这里示出的机械实施方案包括外/内螺纹。6a和6b部分可以被例如另外的电绝缘7a和7b部分覆盖。电绝缘7a和7b部分可以是当个人与电极架6a和6b相接触时(例如试图调节电极的高度)能够阻止可能发生的不想要的电流、电压、电弧等的任何适合的材料(例如塑料、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、丙烯酸树酯、聚氯乙烯(PVC)、尼龙、橡胶、纤维材料等)。同样地,绝缘元件8可以由能够阻止不想要的电事件(例如电弧、熔化等)发生的任何适合的材料、以及在结构上和环境上适合于实践本发明的任何材料制成。典型的材料包括结构塑料例如聚碳酸酯、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、丙烯酸树酯等。其它适合用于本发明的材料在本文别处更详细讨论。
[0443] 图1c示出了用于升高和降低电极1、5的另一个实施方案。在该实施方案中,每个电极的电绝缘7a和7b部分,由存在于摩擦机构13a、13b和13c与7a和7b部分之间的压力配合固定在位。摩擦机构13a、13b和13c可以由例如弹簧、弹性橡胶等制成,只要能够在其间维持足够的接触或摩擦即可。
[0444] 优选的用于自动升高和/或降低电极1、5的技术在本文后面讨论。电源10可以用任何方便的电方式与电极1和5相连。例如,导线11a和11b可以位于电极架6a、6b(和/或电绝缘7a、7b部分)的至少一部分内,其主要目的是获得部分11a、11b之间、以及因此电极1、5之间的电连接。
[0445] 图2a示出了本发明优选实施方案的另一个示意图,其中本发明的控制装置20与电极1和5相连,使得控制装置20遥控(例如在接到来自另一个装置或部件的命令后)电极1、5相对于液体3的表面2的升高和/或降低。本发明的控制装置20在本文后面更详细讨论。在本发明的这一个优选方面中,电极1和5可以被例如遥控降低和控制,也可以通过包含适合的软件程序的适合的控制器或计算机(在图2a中没有示出)进行监测和控制(在后文中详细讨论)。对此,图2b示出了与图2a中示出的相似的电极构造,只是在电极5与液体3的表面2(或有效表面2’)之间利用泰勒锥(Taylor Cone)“T”进行电连接。因此,在图1a、1b和1c中示出的实施方案应该被当作是使用本发明技术的手动控制装置,而图2a和2b中示出的实施方案应该被当作是包含了可以对适当的命令作出响应、遥控升高和降低电极1和5的自动装置或装配件20。此外,图2a和图2b的本发明的优选实施方案也可以使用计算机监测和计算机控制电极1的尖端9(以及电极5的尖端9’)离开表面2的距离“x”;或者用计算机监测和/或控制电极5前进到液体3中/前进通过液体3的速率(在后文中更详细讨论)。因此,用于升高和/或降低电极1和5的适合的命令,可以来自于个体操作者和/或适合的控制装置例如控制器或计算机(在图2a中没有示出)。
[0446] 图3a很大部分对应于图2a和2b,但是图3b、3c和3d示出了可以与本发明的某些优选实施方案关联使用的各种备选电极构造。图3b基本上示出了图3a中示出的电极装配件的镜像电极装配件。具体来说,正如在图3b中所示,就对应于液体3的流动方向的“F”方向来说,电极5是与以纵向方向“F”流动的液体3相连通的第一个电极,该流体3随后与在电极1处产生的等离子体4接触。图3c示出了位于流体3中的两个电极5a和5b。这种特殊的电极构造对应于本发明的另一个优选实施方案。具体来说,正如在本文中更详细讨论的,图3c中示出的电极构造可以单独使用,或与例如图3a和3b中示出的电极构造组合使用。同样地,第四种可能的电极构造示出在图3d中。在该图3d中,没有示出电极5,而是只示出了电极1a和1b。在这种情况下,在电极的尖端9a和9b与液体3的表面2之间出现了两个可调等离子体4a和4b。距离“xa”和“xb”可以是大约相同的,或可以是显著不同的,只要每个距离“xa”和“xb”不超过电极尖端9a/9b与液体3的表面2之间可以形成等离子体4的最大距离即可。正如上面讨论的,图3d中示出的电极构造可以单独使用,或者可以与图3a、3b和3c中示出的一种或多种电极构造组合使用。对于流体流动方向“F”来说,使用具体的电极构造彼此之间的组合的可取性,将在后文中更详细讨论。
[0447] 同样,大体对应于图1a的一组可手动控制的电极构造,示出在图4a、4b、4c和4d中,所有这些图都显示成部分横截面图。具体来说,图4a对应于图1a。此外,图4b在电极构造上对应于图3b中示出的电极构造;图4c对应于图3c,图4d对应于图3d。大体上,,在图4a-4d中示出的手动电极构造,在功能上可以导致所产生的物质根据本发明的某些方面与对应于图3a-3d中示出的可遥控调节的(例如通过计算机或控制器工具遥控的)电极构造所产生的物质相似。使用各种电极构造组合的可取性,将在后文中更详细讨论。
[0448] 图5a-5e示出了图1-4中(以及后文中讨论的其它图和实施方案中)示出的电极1的各种可取的电极构造的透视图。在图5a-5e中示出的电极构造,是可用于本发明的各种实施方案的许多不同构造的代表。对于电极1来说,选择适合电极的标准包括但不限于下列条件:需要轮廓非常分明的头部或尖端9,组成,机械极限,从构成电极1的材料塑形的能力,构成电极1的材料的调制(例如热处理退火),方便性,引入到等离子体4中的组分,对液体3的影响等。就此而言,在按照本发明产生了可调等离子体4(在后文中更详细讨论)之后,构成在例如图1-4中示出的电极1的小质量材料可以升高到操作温度,使电极1的尺寸或形状可能受到不利的影响。在这种情况下,例如,如果电极1的质量相对较小(例如,如果电极1由金制成,重量为大约0.5克或以下),并包含非常细的尖端作为头部9,那么在本文的各种实施方案中使用的某些条件设置下,在缺少某些类型的附加相互作用(例如内部冷却工具或外部冷却工具例如风扇等)的情况下,有可能细的尖端(例如直径仅仅为几毫米并暴露于几百到几千伏电压下的细导线;或三角形的金属零件)将不能起到电极
1的作用(例如电极1可能不合乎需要地变形或熔化)。因此,由于例如熔点、压力敏感性、环境反应(例如可调等离子体4的局部环境可能引起电极的不利的化学、机械和/或电化学侵蚀)等,电极1的组成(例如构成它的材料)可以影响电极可能适合的物理性状。
[0449] 此外,应该理解,在本发明的其它优选实施方案中,头部9不总是需要轮廓分明的尖端。就此而言,图5e中示出的电极1含有圆形的头部9。应该提到的是,部分圆形或弧形的电极也可以用作电极1,因为在本文示出的(参见例如图1-4)本发明的实施方案中产生的可调等离子体4,可以从带有更锋利的或更尖的零件的圆形电极或电极产生。在本发明的发明技术的实践过程中,这样的可调等离子体可以是定位的,或可以位于沿着图5e中示出的电极1的各个点。就此而言,图6示出了对应于起始点9的各个点“a-g”,针对在电极1与液体3的表面2之间产生的等离子体4a-4g。因此,应该理解,对应于电极1的各种尺寸和形状可用于本发明的教示中。此外,应该指出,在本文中不同的图中分别示出的电极1和5的头9、9’,可以示出为相对尖锐的尖端或相对钝的末端。除非这些电极头9、9’的具体情况在上下文中更详细地讨论,否则在图中示出的电极头9、9’的实际形状将不是特别重要。
[0450] 图7a示出了对应于包含在槽式构件30内的示出在图2a(和图3a)中的电极构造的横截面透视图。该槽式构件30中有从图7a中标明为31的后侧向其供应的液体3,流动方向“F”从页面向外朝向读者并朝向被标明为32的横截面。在这里,槽式构件30被示出为是一种材料的一体部件,但是可以由多种材料装配在一起并通过例如将材料彼此附着的任何可接受的手段进行固定(例如胶粘、机械连接等)而制成。此外,这里示出的槽式构件30的横截面为长方形或正方形的形状,但是也可以包括各种不同的和更适宜的横截面形状(在后文中更详细讨论)。因此,流体3的流动方向是从页面向外朝向读者,并且液体3流过每个电极1和5,所述电极在本实施方案中,相对于槽式构件30中流体3的纵向流动方向“F”彼此基本上排成直线定位。这导致液体3首先经历与可调等离子体4的可调节等离子体相互作用(例如调制反应),随后使调制过的流体3与电极5相互作用。这些电极/液体相互作用和在槽式构件30中的电极放置或电极位置的具体可取特点,将在本文别处更详细讨论。
[0451] 图7b示出了在图2a中(以及图3a中)示出的电极构造的横截面透视图,但是,这些电极1和5相对于图2a和3a中示出的电极1和5而言,在页面上旋转了90度。在本发明的该实施方案中,液体3与电极1和液体3的表面2之间产生的可调等离子体4和电极5的接触,在沿着槽式构件30的纵向流动方向“F”(即从页面向外)上基本上处于相同的点。液体3流动的方向是纵向沿着槽式构件30,并且从纸面向外朝向读者,与图7a中相同。这种电极构造的各种可取方面,将在本文别处更详细讨论。
[0452] 图8a示出了图7a中示出的相同的实施方案的横截面透视图。在该实施方案中,与图7a中相同,流体3首先与在电极1和液体3的表面2之间产生的可调等离子体4相互作用。然后,已经被可调等离子体4改变的(例如调制、改性或制备的)等离子体影响的或调制过的流体3,与电极5连通,从而允许各种电化学反应发生,这样的反应受到状态(例如流体3(以及流体3中的半永久或永久组分)的化学组成、pH、物理或晶体结构、激发状态等)的影响,这将在本文别处更详细讨论。图8b中示出了一种备选实施方案。该实施方案在总的构造上基本上对应于图3b和4b中示出的那些实施方案。在该实施方案中,流体3首先与电极5连通,然后流体3与在电极1和液体3的表面2之间产生的可调等离子体4连通。在该实施方案中,流体3也可以在与电极5相互作用之前已被预先改性。
[0453] 图8c示出了两个电极5a和5b(对应于图3c和4c中示出的实施方案)的横截面透视图,其中流体3的纵向流动方向“F”在流体流动方向“F”上首先接触第一个电极5a,然后接触第二个电极5b。
[0454] 同样地,图8d是横截面透视图,并对应于图3d和4d中示出的实施方案。在该实施方案中,流体3与由第一电极1a产生的第一个可调等离子体4a连通,然后与在第二电极1b与流体3的表面2之间产生的第二个可调等离子体4b连通。
[0455] 图9a示出了横截面透视图,并对应于图7b中示出的电极构造(大体对应于图3a和4a中示出的电极构造,但是相对它们旋转了90度)。所有示出在图9a-9d中的电极构造的位置要使得示出的电极对基本上位于沿着槽式构件30的相同纵向点处,与图7b中相同。
[0456] 同样地,图9b大体对应于图3b和4b中示出的电极构造,并相对于图8b中示出的构造旋转了90度。
[0457] 图9c示出了大体对应于图3c和4c的电极构造,并相对于图8c中示出的电极构造旋转了90度。
[0458] 图9d示出了大体对应于图3d和4d的电极构造,并相对于图8d中示出的电极构造旋转了90度。
[0459] 大体示出在图7、8和9中的电极构造,都能够随着各种特点的变化而产生不同的结果(例如对流体3的不同调制效果,流体3中的不同pH,在流体3中发现的组分(例如纳米晶体物质)的不同纳米晶体尺寸和尺寸分布、不同纳米晶体形状和纳米晶形分布和/或量,流体/纳米晶体组合的不同功能化(例如不同的生物/生物催化效应),不同的ζ电位,等等),所述各种特点包括电极相对于流体流动方向“F”的取向和位置,槽式构件30的横截面形状和尺寸,和/或槽式构件30内液体3的量,和/或槽式构件30内和电极5a/5b中/附近的液体3的流速,电极的厚度,提供的电极对的数量和它们在槽式构件30中相对于彼此的位置以及它们在液体3中的深度(即与液体3接触的量),电极移动到液体3中/通过液体3的速率(其维持或调节电极的表面轮廓或形状),施加到电极对的电能,等等。此外,所提供的不同类型电极的组成、尺寸、具体的形状、数量、施加的电压、在液体3中施加和/或达到的电流、AC电源(和AC电源频率和AC波形的形状、占空比等)、DC电源、RF电源(和RF电源频率、占空比等)、电极极性等,都可以影响当液体3接触、相互作用和/或流过这些电极1、5时液体3(和/或形成或包含在液体3中的纳米晶体)的性质,进而影响从其产生的物质(例如产生的纳米晶体和/或悬液或胶体)的生成的性质。此外,在某些优选实施方案中,含有液体的槽式构件30包含有示出在图7、8和9中的多种电极组合。这些电极装配件可以都具有相同的构造,或者可以是各种不同电极构造的组合(在本文别处更详细地讨论)。此外,所述电极构造可以连续地与流体“F”连通,或者可以同时地、或平行地与流体“F”连通。不同的示例性和优选的电极构造示出在本文后面的其它图中,并在后文中结合所形成的不同组分(例如从其产生的纳米晶体和溶液或纳米晶体悬液或胶体)更详细地讨论。
[0460] 图10a示出了图7、8和9中示出的含有液体的槽式构件30的横截面图。该槽式构件30的横截面对应于长方形或正方形的横截面,并且电极(在图10a中没有示出)可以适当地定位在其中。
[0461] 同样地,含有液体的槽式构件30的几种其它备选横截面实施方案示出在图10b、10c、10d和10e中。对于图10a-10e的每个中示出的优选实施方案来说,测得距离“S”和“S’”在例如约0.25″至约6″之间(约0.6cm-15cm)。距离“M”的范围为约0.25″至约
6″(约0.6cm-15cm)。距离“R”的范围为约1/2″至约7″(约1.2mm到大约17.8cm)。
所有这些实施方案(以及代表了备选实施方案的其它构造处于本发明的公开内容的范围和界限之内),可以与本发明的其它发明方面组合使用。应该指出,在每个含有液体的槽式构件30中包含的液体3的量,不仅是深度“d”的函数,而且也是实际横截面的函数。简单来说,电极1和5中和周围存在的流体3的量,能够影响可调等离子体4对液体3的一种或多种效应,以及电极5与液体3的电化学相互作用。此外,电极1和5之中和周围的液体3的流速也能影响在所生成的胶体或悬液中形成的纳米晶体的许多性质。这些效应不仅包括可调等离子体4对液体3的调制效应(例如等离子体电场和磁场的相互作用,等离子体的电磁辐射相互作用,液体内各种化学物质(例如Lewis酸,Bronsted-Lowry酸)的产生,pH改变,液体的温度变化(例如较慢的液体流动可能引起电极1/5周围较高的液体温度和/或与电极1/5较长的接触或停留时间,其也可能如愿地影响产生的最终产物,例如形成的纳米晶体的尺寸/形状),等等),而且包括了可调等离子体4的浓度以及它与液体3的相互作用。同样地,电极5的许多方面对液体3的影响(例如电化学相互作用、温度等),也至少部分是电极5附近的液体量的函数。所有这些因素都能影响在液体3中生长的纳米晶体的成核与生长之间存在的平衡,导致例如粒度和尺寸范围控制和/或粒子形状和形状范围控制。
[0462] 此外,强的电场和磁场浓度也将影响等离子体4与液体3的相互作用,并影响电极5与液体3的相互作用。这些重要的相互作用的某些重要方面在本文的别处中更详细讨论。
此外,槽式构件30沿其整个纵向长度可以具有一种以上的横截面形状。沿着槽式构件30的纵向长度包含多种横截面形状,可以导致例如由本文公开的本发明的实施方案产生的场或浓度或反应效应(例如,晶体生长/成核效应)的改变(在本文别处更详细讨论)。此外,槽式构件30可以不是线性的或“I形”的,而是可以是“Y形”或“ψ形”的,其中“Y”(或“ψ”)的每个部分具有不同的(或相似的)横截面形状和/或尺寸设置和/或在其中发生的反应条件设置。
[0463] 此外,输入到槽式构件30中的液体3的初始温度也能影响根据本文公开内容生产的产物的各种性质。例如,液体3的不同温度能够影响纳米晶体尺寸和纳米晶体形状、各种形成的组分(例如暂时、半永久或永久组分)的浓度或量、pH、ζ电位等。同样地,沿着槽式构件30的至少一部分或基本上所有部分控制温度,可能具有理想的效应。例如,通过提供局部冷却,可以控制形成的产物所生成的性质(例如纳米晶体尺寸和/或纳米晶体形状)。优选液体3在其加工过程中的温度在凝固点与沸点之间,更典型在室温与沸点之间,更加典型在约40-98℃之间,愈加典型在约50-98℃之间。这样的温度可以通过例如位于加工设备的各个部分处或附近的常规冷却机构来控制。
[0464] 此外,某些加工增强剂也可以添加到液体3中或与其混合。加工增强剂包括固体和液体两者(以及在某些情况下的气体)。加工增强剂可以提供某些加工优势和/或所需的终产物性质。在本发明的电化学生长过程中,一部分加工增强剂可以起到例如所需种晶和/或晶面生长促进剂/阻滞剂的作用、作为所述促进剂/阻滞剂施加影响或成为它们的一部分(或促进所需种晶,或参与成核位点的产生);或者可以在本发明的电化学过程中简单地起到电流或电能调节剂的作用。这样的加工增强剂也可以适宜地影响电极1/5和/或5/5之间的电流和/或电压。
[0465] 优选的加工增强剂是碳酸氢钠。其他加工增强剂的实例是碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、磷酸三钠、磷酸二钠、磷酸单钠、磷酸钾或其他碳酸盐等。其他加工增强剂可以是亚硫酸氢盐或亚硫酸盐,包括钠盐或钾盐。制造在某些条件下用于医学应用的金纳米晶体的其他加工增强剂可以是其他盐、包括钠盐或钾盐,或辅助本文中描述的电化学生长过程的任何材料,以及基本上不掺入到金纳米晶体表面或其表面上、并且不对纳米晶体或含有纳米晶体的悬液赋予毒性的任何材料。加工增强剂可以协助本文中公开的一种或多种电化学反应,和/或可以协助在按照本文的讲授形成的产物中实现一种或多种所需性质。
[0466] 例如,某些加工增强剂可以解离成正离子(阳离子)和负离子(阴离子)。取决于各种因素,包括液体组成、离子浓度、施加的场、施加的场的频率、施加的场的波形、温度、pH、ζ电位等,阴离子和/或阳离子将朝向带有相反电荷的电极迁移或移动。当所述离子位于这种电极处或附近时,该离子可能参与与电极和/或位于所述电极处或附近的其他组分的一种或多种反应。有时,离子可能与电极中的一种或多种材料反应(例如当NaCl被用作加工增强剂时,可能形成各种金属氯化物(MCl、MCl2等))。这样的反应在某些情况下可能是需要的,或者在其他情况下是不需要的。此外,有时在电极之间的溶液中存在的离子可以不反应形成产物例如MCl、MCl2等,而是可以影响电极中(或电极附近)的材料以形成从电极所提供的材料“生长出的”金属纳米晶体。例如,某些金属离子可以从电极5进入液体3,并可以在液体3中聚集在一起(例如成核)以形成组分(例如离子、纳米晶体等)。
[0467] 在金的情况下,可以获得能够发生晶体生长的各种扩展的表面平面,只要杂质(例如有机杂质)不抑制或阻止这种生长即可。尽管已知金具有面心立方(fcc)结构,但按照本发明的方法生长的金纳米晶体不是单晶,并典型是孪晶,以产生各种所需和高反应性纳米晶体形状或形状分布。例如,研究最频繁并且了解最清楚的表面包括单晶表面{111}、{100}和{110}。在电化学晶体成核/生长过程中某些物质例如离子(例如加入的或由电极5贡献的)的存在能够影响(例如成核和/或促进特定形状的纳米晶体的生长或纳米晶形分布)一种或多种这样的扩展表面的存在或不存在。在某些场条件下,某些离子(例如阴离子)可以协助呈现相对于其他晶体表面更多的{111}扩展表面或平面,其能导致相对于其他形状出现某些纳米晶体形状(例如相对于其他形状例如四面体、二十面体、八面体出现更多的十面体形状;或相对于其他晶体形状出现某些晶体形状的组合,等等)。因此,通过控制这些晶面的存在或不存在(例如相对量),可以相对控制晶体形状(例如六角形平面、八面体、四面体和五角双锥(即十面体))和/或晶体尺寸或含有这些晶面、纳米晶体形状的扩展晶面。纳米晶体的尺寸和形状(以及纳米晶体的表面性质)的控制,能够控制它们在各种系统包括生物系统中的功能。
[0468] 具体来说,存在某些含有特定空间扩展的低指数晶面的纳米晶体形状(或形状分布),能够引起不同反应(例如相对于不存在这种形状的纳米粒子来说引起不同生物催化和/或生物物理反应和/或引起不同生物信号传导途径活化/失活)、和/或在基本上一致的条件下选择性地发生不同反应。金纳米粒子的一种晶体形状(例如含有{111}平面的五角双锥结构或十面体或四面体)能够使一组反应发生(例如与特定蛋白或同系物结合和/或影响蛋白或细胞因子的特定生物信号传导途径),而不同的晶体形状(例如含有相同或不同晶面例如{111}或{100}的八面体)能够引起不同的反应终点(即不同的生物催化或信号传导途径效应)。更引人注目的是,缺乏任何扩展晶体生长平面产生球形纳米粒子(例如通过经典的均质化学还原方法所制造的),显著影响纳米粒子的性能(例如相对于扩展平面纳米晶体)。这种性能上的差异可能是由于不同的表面等离子体共振和/或这种共振的强度。因此,通过控制量(例如浓度)、纳米晶体尺寸、某些扩展生长晶面的存在或不存在、和/或纳米晶体形状或形状分布,可以如期影响和/或控制某些反应(例如生物反应和/或生物信号传导途径)。这样的控制能够导致预防和/或治疗某些生物反应和/或信号传导途径在其中起作用的各种不同疾病或病症(在后文中讨论)。
[0469] 此外,某些加工增强剂也可以包括可以起到电荷载体功能但其本身可能不是离子的材料。具体来说,通过本文公开的电化学加工技术导入或原位形成的(例如异质或均质成核/生长)金属基粒子,也可以起到电荷载体、晶体成核剂和/或生长促进剂的作用,其可以导致形成各种不同的晶体形状(例如六角形晶片、八面体、四面体、五角双锥(十面体)等)。同样,这种晶体的特定晶体尺寸、扩展晶面和/或形状或形状分布的存在能够如期影响某些反应(例如与特定蛋白或蛋白同系物结合和/或影响特定生物信号传导途径例如炎性途径或蛋白酶体途径)的发生。此外,因为本发明的加工增强剂没有考虑在传统还原化学技术中使用的基于传统有机物的分子,因此不存在这样的化学还原剂(或添加的表面活性剂)意味着在本发明中生长的纳米晶体相对于通过传统还原化学方法形成的纳米粒子,其表面非常“清洁”。应该理解,当对于纳米晶体表面使用术语“清洁”或者当使用词组“基本上没有有机杂质或薄膜”(或类似词组)时,其意义是指形成的纳米晶体不具有黏附或附着于其表面上的化学组分,所述组分(1)改变纳米晶体的功能,和/或(2)形成覆盖相当部分(例如晶体的至少25%或更典型为晶体的至少50%)的层、表面或薄膜。在优选实施方案中,纳米晶体表面完全没有实质性改变其功能性的任何有机污染物。还应该理解,导致黏附于本发明的纳米晶体并且对本发明的纳米晶体的功能没有不利或实质性影响的偶然组分,仍应该被认为是在本发明的范围和界限之内。完全没有有机杂质或薄膜的纳米晶体表面的一个实例示出在本文的实施例5中。
[0470] 缺乏添加的化学物质(例如有机物质),允许金原子生长成扩展的晶面,产生新的晶体形状分布,并且也影响纳米晶体的体内性能(例如在例如血清中影响纳米粒子/纳米晶体周围形成的蛋白质晕)。例如但不希望受到任何特定理论或解释的束缚,蛋白质晕的形成能够控制纳米粒子/纳米晶体的体内位置,以及控制蛋白质在纳米粒子/纳米晶体表面处或其附近的蛋白质折叠。这种性能上的差异可能是由于这样的因素,其包括但不限于表面电荷、表面等离子体共振、取向附生效应F、表面双层、影响区域等。
[0471] 此外,一旦种晶在过程中出现和/或一组扩展的晶面开始生长(例如均质成核)或单独提供种晶(例如异质成核),在电化学过程中形成的粒子(例如金属原子)被允许在一个或多个电极处或其附近停留的时间量能够引起这种纳米晶体的尺寸随着时间而增加(例如金属原子能够组装成金属纳米晶体,并且如果不被液体中某些有机组分妨碍的话,它们能够生长成各种形状和尺寸)。晶体成核/生长条件存在的时间量能够控制生长的纳米晶体的形状和尺寸。因此,电极处/电极附近的停留时间、液体流速、槽的横截面形状等,都对纳米晶体生长条件有贡献,正如在本文别处讨论的。
[0472] 在优选实施方案中,五角双锥的百分数为至少约5%或在约5%-35%的范围内,更典型为至少约10%或在约10%-35%的范围内,更加典型为至少约15%或在约15%-35%的范围内,愈加典型为至少约25%,并且在某些情况下为至少约30%。
[0473] 在另一个优选实施方案中,四面体的百分数为至少5%或在约5%-35%的范围内,更典型为至少约10%或在约10%-35%的范围内,更加典型为至少约15%或在约15%-35%的范围内,愈加典型为至少约25%,并且在某些情况下为至少约30%。
[0474] 此外,五角双锥和四面体的组合为至少约15%或在约15%-50%的范围内,更典型为至少约20%或在约20%-50%的范围内,更加典型为至少约30%或在约30%-50%的范围内,愈加典型为至少约35%,并且在某些情况下为至少约45%。
[0475] 此外,五角双锥、四面体、八面体和六角形的组合为至少约50%或在约50%-85%的范围内,更典型为至少约60%或在约60%-85%的范围内,更加典型为至少约70%或在约70%-85%的范围内,并且愈加典型为至少约70%,并且在某些情况下为至少约80%。
[0476] 在本文的许多优选实施方案中,使用了一个或多个AC电源。一个电极上从“+”极性向同一电极上“-”极性的变化速率被称为赫兹、Hz、频率或每秒周数。在美国,标准输出频率是60Hz,而在欧洲主要是50Hz。正如在本文的实施例中所示,频率也能影响按照本文公开的电化学技术形成的纳米晶体的尺寸和/或形状。优选的频率为5-1000、更典型为20-500Hz、更加典型为40-200Hz、愈加典型为50-100Hz。举例而言,并且不希望受到任何特定理论或解释的束缚,成核或生长中的晶体由于例如不同电荷吸引可以首先具有施加于它们(或参与形成晶体的晶体生长组分例如离子或原子上)的吸引力,然后是施加于这些组分上的排斥力(例如由于相同电荷排斥)。这些因素也通过影响粒度和/或形状明显在所形成的新的纳米晶体的成核和/或晶体生长中发挥大量作用,并且允许晶体形成而不需还原剂或表面活性剂(即,参与现有的还原化学技术需要添加的还原剂或表面活性剂),从而使纳米晶体表面没有这种添加的化学物质。在生长出的纳米晶体表面上缺少基于有机物的涂层,改变了(并且在某些情况下控制了)它们的生物功能。
[0477] 此外,用于特定频率的具体波形也影响纳米晶体生长条件,并因此影响纳米晶体尺寸和/或形状。尽管美国使用60Hz的标准AC频率,但它也使用“正弦”波的标准波形。正如在本文实施例中显示的,将波形从正弦波改变成方形波或三角波也影响纳米晶体结晶条件,从而影响得到的纳米晶体的尺寸和形状。优选的波形包括正弦波、方形波和三角波,但是杂合波形也应该被认为是在本发明的界限和范围内。
[0478] 此外,在本文公开的新的电化学技术中应用的电压也能影响纳米晶体尺寸和形状。优选的电压范围是20-2000伏特,更优选的电压范围是50-1000伏特,更加优选的电压范围是100-300伏特。除了电压之外,与这些电压一起使用的电流典型为0.1-10安培,更优选的电流范围为0.1-5安培,更加优选的电流范围为0.4-1安培。
[0479] 此外,用于在本文公开的新的电化学技术中使用的每种波形的“占空比”也能影响纳米晶体尺寸和形状。就此而言,不希望受到任何特定理论或解释的束缚,电极正偏压的时间量可以引起第一组反应,而当电极负偏压时可以发生不同的一组反应。通过调整电极正或负偏压的时间量,可以控制生长出的纳米晶体的尺寸和/或形状。此外,电极转换到+或-的速率也是波形形状的函数,并且也影响纳米晶体尺寸和/或形状。
[0480] 温度也发挥重要作用。在本文公开的某些优选实施方案中,在金纳米晶体成核和生长的加工容器的至少一部分中达到水的沸点温度。例如,在本文的连续加工实施例中,输出水温在约60℃-99℃的范围内。然而,正如在本文中别处讨论的,不同的温度范围也是合乎需要的。温度能够影响得到的产物(例如纳米晶体的尺寸和/或形状)以及得到的产物的量(即悬液或胶体中纳米晶体的ppm水平)。例如,尽管有可能通过各种已知技术冷却槽式构件30中的液体3(正如在本文的一些实施例中所公开的),但本文的许多实施例不冷却液体3,导致一部分液体3在其加工过程中蒸发。
[0481] 图11a示出了图10b中示出的基本上整个一个槽式构件30的一个实施方案的透视图,包括入口部分或入口端31和出口部分或出口端32。在本文其它图中讨论的流动方向“F”对应于液体在末端31处或附近进入(例如利用适合的手段在入口部分31处或附近将流体递送到槽式构件30中),并通过末端32从槽式构件30出去。图11b示出了图11a的槽式构件30,其含有三个与槽式构件30可拆式连接的控制装置20a、20b和20c。含有电极1和/或5的控制装置20a、20b和20c的相互作用和操作,在后文中更详细讨论。但是,在本发明的优选实施方案中,控制装置20可以与槽式构件30的顶部部分可拆式连接,使得控制装置20能够放置在沿着槽式构件30的不同位置上,从而影响某些加工参数、产生的组分(例如纳米晶体的尺寸和形状)、产生的组分的反应性,以及由此产生的纳米晶体/流体。
[0482] 图11c示出了气氛控制装置盖35’的透视图。气氛控制装置或盖35’连有与电极1和/或5可控地连接的多个控制装置20a、20b和20c。盖35’的目的是提供在槽式构件
30纵向方向内和/或沿着纵向方向的显著部分(例如大于50%)控制气氛的能力,使得在任何电极1与液体3的表面2之间产生的任何可调等离子体4,可以随着以前讨论的电压、电流、电流密度、极性等参数(在本文别处更详细讨论)以及受控的气氛(也在本文别处更详细讨论)而变化。
[0483] 图11d示出了图11c的装置,其包含附加的支撑机构34,用于支持槽式构件30(例如在其外部部分上),以及(至少部分地)支持控制装置20(没有示出在图11d中)。读者应该理解,可以对例如槽式构件30所示出的横截面形状、气氛控制(例如盖35’)和外部支撑机构(例如支撑机构34)等进行改变的各种详细情况,在本公开的界限和范围内,其中有些在后文中更详细讨论。
[0484] 图11e示出了槽式构件30的备选构造。具体来说,示出该槽式构件30的透视图,并且是“Y形”的。具体来说,该槽式构件30包含顶部部分30a和30b以及底部部分30o。同样地,提供了入口31a和31b以及出口32。部分30d对应于30a和30b与30o的交汇点。
[0485] 图11f示出了与图11e中示出的相同的“Y形”槽式构件,除了图11e的部分30d现在示出为更分明的混合区30d’之外。就此而言,在例如一个或所有的部分30a、30b和/或30c中,在液体3中制造或产生的某些组分,可能希望在点30d(或30d’)处混合在一起。这样的混合可以在图11e中示出的相交处30d自然发生(即可以不需要具体的或特别的区
30d’),或者可以在部分30d’处更具体地控制。应该理解,部分30d’可以被塑造成任何有效的形状,例如正方形、圆形、长方形等,并且相对于槽式构件30的其它部分深度可以相同或不同。就此而言,区域30d可以是混合区或随后的反应区或可以添加加工增强剂的区。交点30d和30d’的更多详细情况将在后文中讨论。
[0486] 图11g和11h示出了“ψ形”槽式构件30。具体来说,加入了新的部分30c。图11g和11h的其它特点与图11e和11f中示出的特点相似。
[0487] 应该理解,槽式构件30可以存在各种不同的形状和/或横截面,其中任一种都能随着各种设计和生产考虑的变化而产生所需的结果。例如,在部分30a、30b和/或30c中产生的一种或多种组分可以是暂时的(例如种晶或成核点)和/或半永久的(例如胶体中存在的生长出的纳米晶体)。如果在例如部分30a中产生的这些组分将合乎需要并可控地与在例如部分30b中产生的一种或多种组分进行反应,那么从这种混合产生的终产物(例如终产物的性质)可以随着在部分30a和30b中形成的组分被混合在一起的时间而变化。此外,进入区段30d(或30d’)的液体的温度可以被监测/控制,以最大化某些所需的加工条件和/或所需的终产物性质,和/或最小化某些不想要的产物。此外,在部分30a、30b、
30c、30d(30d’)和/或30o的一个或多个中(或在槽式构件30中的任何所选位点或部分处)可以选择性利用加工增强剂。
[0488] 图12a示出了局部气氛控制装置35的透视图,它用作控制电极组1和/或5周围的局部气氛的机构,以便各种局部性气体可用于例如控制和/或影响电极1与液体3的表面2之间的可调等离子体4中的某些成分,以及影响电极5处和/或周围的可调电化学反应。在气氛控制装置35中示出的通孔36和37,被提供用于允许外部连通进入和通过装置35的一部分。具体来说,提供了孔或入口37,作为用于将任何气态物质导入到装置35内部的入口连接点。提供了孔36作为伸过它的电极1和/或5的连通端口,电极通过它与例如位于装置35上方的控制装置20相连。通过入口37导入的气体,可以简单地以相对于局部外部气氛的正压力提供,并可以允许其通过任何适合的手段或途径逸出,包括但不限于当装置35的部分39a和/或39b被例如至少部分浸泡在液体3的表面2之下时,在这些部分的周围冒泡。或者,可以在气氛控制装置35中的别处提供第二个孔或出口(未示出)。一般来说,部分39a和39b可以打破液体3的表面2,有效地导致表面2作为密封的一部分起作用,以在电极组1和/或5周围形成局部气氛。当正压力的所需气体通过入口端口37进入时,可以引起小的气泡鼓泡通过例如部分39a和/或39b。或者,气体可以通过气氛控制装置35中的适合出口、例如通过孔36排出。
[0489] 图12b示出了包含在支撑壳34中的、在槽式构件30的前景位置中的第一个气氛控制装置35a的透视图。还包含了第二个气氛控制装置35b,并示出了位于其上的控制装置20。“F”表示液体流过槽式构件30的纵向方向。如果需要,在不同电极组1和/或5周围可以实现局部受控的气氛(例如基本上相同的化学组分、例如空气或氮气,或显著不同的化学组分、例如氦气和氮气)。
[0490] 图13示出了备选的气氛控制装置38的透视图,其中整个槽式构件30和支撑机构34包含在气氛控制装置38内。在这种情况下,可以提供例如气体入口37(37’)和气体出口37a(37a’)。气体入口37(37’)和气体出口37a(37a’)在气氛控制装置38上的准确定位关乎方便,以及关乎其中包含的气氛的组成。就此而言,如果气体比空气重或比空气轻,入口和出口的位置可以被相应地调整。这些因素的情况将在后文更详细讨论。
[0491] 图14示出了根据本发明的某些优选实施方案的讲述使用的通用装置的示意图。具体来说,该图14示出了其中含有液体3的槽式构件30的侧面示意图。在槽式构件30的顶上,放置有多个控制装置20a-20d,它们在本实施方案中是与其可拆式连接的。在实践本发明的各种实施方案时,控制装置20a-20d当然可以永久性地固定在位。控制装置20的准确数量(以及相应的电极1和/或5以及这些电极的构造),以及控制装置20(和相应的电极1和/或5)的定位或位置,随着在本文别处更详细讨论的本发明的各种优选实施方案而变化。但是,一般来说,将输入液体3(例如水或纯水)提供给液体运输机构40(例如液体,用于泵送液体3的重力或液体泵送机构),例如用于将液体水3在第一个末端31处泵送到槽式构件30中的蠕动泵40。液体3是如何导入的具体情况,在本文别处更详细讨论。液体运输机构40可以包括用于移动液体3的任何机构,包括但不限于重力进给或流体静力机构、泵送机构、调节或机构等。但是,液体运输机构40应该能够可靠地和/或可控地将已知量的液体3导入槽式构件30。液体3留在槽式构件30中(例如在一个或多个电极1/5处或附近)的时间量,也影响产生的产物(例如生长出的纳米晶体的尺寸和/或形状)。
[0492] 一旦将液体3提供到槽式构件30中之后,可以需要或可以不需要在槽式构件30内连续移动液体3的机构。但是,用于连续移动液体3的简单方法,包括将槽式构件30放置成相对于放置槽式构件30的支持表面轻度成角度θ(例如对于低黏度流体3例如水来说,小于1度至几度)。例如,在相隔约6英尺(约1.8米)的入口部分31和出口部分32之间相对于支持表面的垂直高度差小于1英寸,就可满足需要,只要液体3的黏度不是太高即可(例如,任何黏度约为水的黏度的流体,一旦包含或位于槽式构件30内之后,就可以被重力流控制)。对此,图15a和15b分别示出了槽式构件30的两种可接受的角度θ1和θ2,所述槽式构件可以处理各种黏度、包括低黏度的流体例如水。对较大的角度θ的需要,可能是由于要加工黏度比水更高的液体3,以及需要液体3以较快速率通过槽30。此外,当液体3的黏度增加到只有重力是不够的情况下,也可以利用其它现象例如特定使用流体静压头压力或流体静压力来实现所需的流体流动。此外,也可以在槽式构件30内部提供用于将液体3沿着槽式构件30移动的其他机构。这样的用于移动流体的机构,包括机械机构例如桨叶、扇、推进器、螺旋钻等,声学机构例如转换器,热力学机构例如加热器和/或急冷器(其可能具有附加的加工益处)等,也可以理想地用于本发明。
[0493] 图14还示出了位于槽式构件30的末端32处的储存罐或储存容器41。这样的储存容器41可以是任何可接受的容器和/或泵送机构,其由一种或多种例如不与槽式构件30内产生的液体3(或其中包含的组分)有不利相互作用的材料制成。可接受的材料包括但不限于塑料例如高密度聚乙烯(HDPE)、玻璃、金属(例如某些级别的不锈钢)等。此外,尽管在本实施方案中示出了储存罐41,但罐41应该被理解为包括了用于对槽式构件30中加工的流体3进行分配或直接装瓶包装的机构。
[0494] 图16a、16b和16c示出了本发明的一个优选实施方案的透视图。在这些图16a、16b和16c中,更详细地示出了8个独立的控制装置20a-h。这样的控制装置20可以利用在例如图8a、8b、8c和8d中示出的一种或多种电极构造。控制装置20(以及相应的电极1和/或5)的准确的定位和操作,将在本文别处更详细讨论。图16b包括了使用两个空气分配或空气操纵装置(例如风扇342a和342b)。这些空气操纵装置能够协助移除例如在电极1/5附近产生的湿润空气。具体来说,在某些情况下需要一定量的湿度,但是在其他情况下,过度的局部湿度可能是不利的。同样地,图16c包含了使用两种供选空气分配或空气操纵装置342c和342d。
[0495] 大致示出在例如图2、3、14和16中的电极控制装置,更详细地示出在图17d、17e、17f、17m和17n中。具体来说,这些图17d、17e、17f、17m和17n示出了本发明的控制装置
20的各种实施方案的透视图。
[0496] 首先,具体参考图17d、17e和17f。在这三个图的每个中,提供了基座部分25,所述基座部分具有上部部分25’和下部部分25″。基座部分25由适合的刚性塑料材料制成,所述材料包括但不限于由结构塑料、树脂、聚氨基甲酸酯、聚丙烯、尼龙、特氟龙、聚乙烯等制成的材料。在两个电极调整装配件之间,提供了分隔壁27。分隔壁27可以由与构成基座部分25的材料相同或不同的材料制成。两个伺服-步进马达21a和21b固定在基座部分25的表面25′上。步进马达21a、21b可以是能够轻微移动(例如在360度的基础上,略小于或略大于1度)的任何步进马达,使得步进马达21a/21b的圆周运动导致与其相连的电极1或5的垂直上升或下降。就此而言,第一个轮形部件23a是与驱动马达21a的输出轴
231a相连的驱动轮,使得当驱动轴231a旋转时,产生轮23a的圆周运动。此外,造成从动轮
24a被压得靠向驱动轮23a,使得在它们之间存在摩擦接触。驱动轮23a和/或从动轮24a在其外部部分上可以包含凹口或槽,以帮助容纳电极1、5。通过位于与从动轮24a相连的部分241a和261a之间的弹簧285,造成从动轮24a被压向驱动轮23a。具体来说,卷曲的弹簧285可以位于从区块261a伸出的轴262a的一部分周围。弹簧应该具有足够的张力,以便在驱动轮23a和从动轮24a之间产生合理的摩擦力,使得当轴231a旋转确定的量时,电极装配件5a、5b、1a、1b等,将在相对于基座部分25垂直的方向上移动。驱动轮23a的这种旋转或圆周运动,导致直接传递本文示出的电极1、5垂直方向的变化。驱动轮23a的至少一部分应该由电绝缘材料制成;而从动轮24a可以由导电材料或电绝缘材料制成,但是典型由电绝缘材料制成。
[0497] 驱动马达21a/21b可以是能够少许旋转(例如略低于1°/360°或略高于1°/360°)的任何驱动马达,使得驱动轴231a的少许旋转变化被转换成电极装配件的少许垂直变化。优选的驱动马达包括由RMS Technologies制造的驱动马达1MC17-S04型步进马达,这是一种直流供电步进马达。该步进马达21a/21b分别包含RS-232接口22a/22b,其允许步进马达通过遥控装置例如计算机或控制器进行驱动。
[0498] 部分271、272和273是主要的高度调节部件,其调节基座部分25相对于槽式构件30的高度。部分271、272和273可以由与基座部分25相同、相似或不同的材料制成。部分
274a/274b和275a/275b也可以由与基座部分25相同、相似或不同的材料制成。但是,这些部分应该是电绝缘的,因为它们容纳与将电压和电流输送到电极装配件1a/1b、5a/5b等相关的各种电线部件。
[0499] 在图17d中具体示出的电极装配件包含电极5a和电极5b(对应于例如图3c中示出的电极装配件)。但是,该电极装配件可以包含只有电极1、电极1和5、电极5和1或只有电极5。对此,图17e示出的装配件,其中提供了两个电极1a/5a,代替了图17d中示出的两个电极5a/5b。图17e中示出的所有其它元件与图17d中示出的相同。
[0500] 对于图17d、17e和17f中示出的控制装置20的尺寸来说,尺度“L”和“W”可以是能够容纳步进马达21a/21b的尺寸、以及槽式构件30的宽度的任何尺度。就此而言,图17f中示出的尺寸“L”必需足够,以便尺度“L”至少与槽式构件30的宽度一样长,并且典型略长一些(例如10-30%)。图17f中示出的尺度“W”必需足够宽以容纳步进马达21a/21b,并且不必宽得不必要地未充分利用沿着槽式构件30的长度的纵向空间。在本发明的一个优选实施方案中,尺度“L”是约7英寸(约19毫米),尺度“W”是约4英寸(约10.5毫米)。基座元件25的厚度“H”是任何足以为基座元件25提供结构、电学和机械刚性的厚度,并且应该在约1/4”-3/4”(约6mm-19mm)左右。尽管这些尺度不是关键的,但尺度给出了对本发明的一个优选实施方案的某些部件的尺寸的一般性了解。
[0501] 此外,在图17d、17e和17f中示出的本发明的每个实施方案中,基座元件25(以及安装在其上的部件)可以由适当的盖子290(示出在图17f中)覆盖,以便电绝缘,以及对附着到基座元件25的所有部件产生局部保护性环境。这样的盖子290可以由能够提供适当的安全性和操作灵活性的任何适合材料制成。示例性的材料包括与用于槽式构件30的其他部分和/或控制装置20相类似的塑料,并且典型为透明的。该盖子元件290也可以由与用于制造基座部分25的相同类型的材料制成。盖子290也被示出为其中具有两个通孔291和292。具体来说,这些通孔可以例如与例如电极5的多余部分对准,这些电极可以与例如一卷电极线(在这些图中没有示出)相连接。
[0502] 图17m和17n示出了控制装置20的备选构造。在这些装置中,编号相同的部件与图17d、17e和17f中示出的那些部件基本相同。图17m和17n中示出的控制装置20之间的主要区别在于,尽管如图17d、17e和17f的实施方案所示提供了类似的主动或驱动轮23a而不提供从动轮24a或241,但提供了如图17m中所示的弹性电接触装置242,其在图17n中示出为242a/242b。就此而言,部分242、242a和242b为在其之间设置的导线5a或5b提供了弹性张力。此外,这种控制装置设计导致在电源50/60与电极1/5之间存在电连接。伺服马达21a起到如上所讨论的功能,但是单个电极(图17m)或两个电极(图17n)由单个伺服驱动马达21a驱动。因此,单个驱动马达21a可以代替图17n中所示实施方案的情形中的两个驱动马达。此外,通过在导线1/5与电源50/60之间提供电接触,所有电连接都被提供在顶部表面(即离液体3更远的表面)上,带来了某些设计和生产优点。
[0503] 图17d和17e示出了耐火材料部件29。部件29由例如适合的耐火成分包括例如氧化等制成。耐火部件29中可以具有横向的通孔,提供了与电极1和/或5的电连接。此外,沿着耐火部件29的长度还存在纵向通孔,使得电极装配件1/5可以延伸通过。
[0504] 图17e示出了控制装置20的底部部分的透视图。在该图17e中,示出了一个电极1a延伸通过第一耐火部分29a,并示出了一个电极5a延伸通过第二耐火部分29b。因此,在本文明确公开的以及本文提到的每个电极装配件,都可以与本文示出的控制装置的优选实施方案组合使用。
[0505] 为了开动控制装置20,需要发生两个通用过程。第一过程包括电激活电极1和/或5(例如,从优选的电源10向其施加电力),第二通用过程的发生包括确定例如向电极施加多少功率,并对这些确定作出响应适当地调整电极1/5的高度(例如,手动和/或自动地调整电极1/5的高度);或随着时间的变化调整电极高度或简单地移动电极以与液体3接触(例如使电极5逐渐前进通过液体3)或脱离接触。在使用控制装置20的情况下,适合的指令通过RS-232端口22a和22b传送到步进马达21。控制装置20的部件以及电极活化过程的重要实施方案,在本文讨论。
[0506] 本发明的优选实施方案使用了示出在本文各图中的自动化控制装置20。在例如图17d-17f和17m-17n中示出的步进马达21a和21b,受到在图17g-17j的每个中图示的电路(例如用于制造等离子体4的电极组1/5或用于电极组5/5的电路)的控制;或受到17k和17l每个图中图示的用于电极组5/5的电路的控制。
[0507] 具体来说,在该实施方案中,图17j的电路是电压监测电路。具体来说,在点“P-Q”和点“P’-Q’”上监测变压器60中次级线圈603的每个输出支线的电压输出。具体来说,被命名为“RL”的电阻器对应于万用表测量装置(未示出)的内部电阻。在点“P-Q”和“P’-Q’”之间测量到的输出电压,对于在本文后面的实施例中示出的几个优选实施方案来说,典型地在约200伏至约4,500伏之间。但是,较高和较低的电压可以用于本文公开的许多实施方案。在后文的实施例1-4中,在沿着槽式构件30的每个位置处,确定了每个电极组1和/或5的理想目标电压。通过使用例如在图17g、17h和17i中示出的线路控制,获得了这种理想的目标电压作为实际施加电压。这些图17g和17h涉及由Velleman K8056线路装配件(具有微芯片PIC16F630-I/P)控制的继电器组。具体来说,检测跨“P-Q”或“P’-Q’”位置的电压,并将该电压与预定的基准电压进行比较(实际上,与目标电压范围进行比较)。如果例如跨点“P-Q”测量到的电压接近预定电压目标范围的上限,那么,例如,Velleman K8056电路装配件使伺服马达21(具体参考图17f)以顺时针方向旋转,从而朝向和/或进入流体3降低电极5a。相反,如果跨点“P-Q”或“P’-Q’”测量到的电压接近目标电压的下限,那么,例如,再次参考图17f,伺服马达21a将使驱动轮23a旋转到逆时针位置,从而相对于流体3升高电极5a。
[0508] 在本发明的实施例1-4中的每组电极,都具有已建立的目标电压范围。可接受的范围的大小或幅度,以目标电压的约1%至约10%-15%之间的量变化。本发明的某些实施方案对于电压变化更敏感,并且这些实施方案典型具有较小的可接受电压范围;而本发明的其他实施方案对电压的敏感性较低,并且典型地将具有较大的可接受范围。因此,通过使用图17j中示出的电路图,在“RL”处(跨端点“P-Q”和“P’-Q’”上)测量来自变压器60的次级线圈603的实际电压输出,然后与预定的电压范围进行比较。当需要时,伺服马达21作出响应,在顺时针方向或逆时针方向上旋转预定的量。此外,具体参考图17g-17j,应该指出,询问程序以确定每个电极的电压、调整高度(如果需要)、和然后前进到下一个电极来顺序发生。换句话说,每个变压器60以图17j中示出的方式电连接。每个变压器60和相关的测量点“P-Q”和“P’-Q’”连接到各继电器上。例如,点“P-Q”对应于图17g中的继电器编号501,并且点“P’-Q’”对应于图17g中的继电器502。因此,每个变压器60需要两个继电器。每个继电器501、502等顺序地询问来自次级线圈603的第一支线的第一输出电压,然后询问来自次级线圈603的第二支线的第二输出电压;并且对来自第二变压器60b的次级线圈603的第一支线上的第一输出电压、然后对次级线圈603的第二支线等继续进行这样的询问。
[0509] 对于所公开的询问电压调整技术的计算机或逻辑控制,可以通过任何常规的程序或控制器实现,包括例如在优选实施方案中,在PC中使用的标准visual basic编程步骤。这样的编程步骤包括询问、读取、比较和发送适合的启动信号以提高或降低电压(例如相对于液体3的表面2升高或降低电极)。这样的技术应该是普通专业技术人员了解的。
[0510] 此外,在对于电极组5/5’的实施例16中使用的本发明的另一个优选实施方案中,自动控制装置20受到图17h、17i、17k和17l的电路的控制。具体来说,图17l的电路是用于测量电流的电压监测电路。在这种情况下,由于电阻器的选择,电压和电流是相同的数值(在后文中讨论)。具体来说,在点“P-Q”和点“P’-Q’”上监测来自每个变压器50的电压输出。具体来说,被命名为“RL”的电阻器对应于万用表测量装置(未示出)的内部电阻。在点“P-Q”和“P’-Q’”之间测量到的输出电压,对于在本文后面的实施例中示出的几个优选实施方案来说,典型地在约0.05伏至约5伏之间。但是,较高或较低的电压可以用于本文公开的许多实施方案。在沿着槽式构件30b’的每个位置处,确定了每个电极组5/5’的理想目标电压。通过使用例如在图17h、17i、17k和17l中示出的线路控制,获得了这种理想的目标电压作为实际施加电压。这些图17涉及由Velleman K8056线路装配件(具有微芯片PIC 16F630-I/P)控制的继电器组。
[0511] 具体来说,在实施例16的实施方案中,引起伺服马达21旋转特定的预定时间,以便维持理想的电极5轮廓。伺服马达21做出响应,以顺时针方向旋转预定量。具体来说,伺服马达21旋转足够的量,导致电极5朝向插口型接收器部分o5前进并进入其中约.009英寸(.229mm) (在例如图20和21的某些图中示出)。因此,电极5逐渐前进通过液体3。在本文讨论的一个优选实施方案中,这种电极5的移动约每5.8分钟发生一次。因此,每个电极5进入插口型接收器部分o5的垂直运动速率约为每8小时3/4英寸(约1.9cm)。
因此,通过电极5恒定或逐渐前进到液体3中并通过液体3,维持了基本上恒定的电极5形状或轮廓。此外,一旦电极5的前进端到达插口型接收器部分o5的纵向末端,可以将电极
5从加工装置中取出。或者,可以提供用于收集“用过的”电极部分的电极收集机构。
[0512] 这样的用于收集电极5的机构包括但不限于卷绕或卷轴装置,以及伸长的部分o5、导线夹或切割装置等。然而,为了获得不同电流/电压情况(并由此获得各种不同的纳米晶体尺寸和/或形状),其他电极移动速率在本发明的界限和范围之内。
[0513] 此外,具体参考图17h、17i、17k和17l,应该指出,询问程序通过确定每个电极的电压而顺序进行,所述电压在实施例16的实施方案中等价于安培值,因为在图17l中,电阻器Ra和Rb约为1ohm,因此V=I。换句话说,每个变压器50以17h、17i、17k和17l中示出的方式电连接。每个变压器50和相关的测量点“P-Q”和“P’-Q’”连接到两个单独的继电器上。例如,点“P-Q”对应于图17k中的继电器编号501和501’,并且点“P’-Q’”对应于图17k中的继电器502和502’。因此,每个电极组5/5都需要继电器。每个继电器501/501’和502/502’等,顺序地询问来自变压器50的输出电压,然后是来自相同变压器50的第二电压,等等。
[0514] 用于所公开的电极高度调整技术的计算机或逻辑控制,可以通过任何常规的程序或控制器实现,包括例如在优选实施方案中,在PC中使用的标准visual basic编程步骤。这样的编程步骤包括读取和发送适合的启动信号以相对于液体3的表面2降低电极。这样的技术应该是普通专业技术人员了解的。
[0515] 定义
[0516] 出于本发明的目的,在说明书权利要求书中出现的下列术语和表述,打算具有下述意义:
[0517] 当在本文实施例23中使用时,“卡波姆(Carbomer)”是指一类合成来源的交联的聚丙烯酸聚合物,其提供了有效的流变学改性,以及增强的自润湿作用以易于使用。一般来说,用例如三乙醇胺或氢氧化钠中和卡波姆/溶剂混合物来充分打开聚合物,以获得制造霜剂或凝胶所需的增稠、悬浮和乳液稳定化性质。
[0518] 当在本文中使用时,“基本上清洁的”当用于描述纳米晶体表面时,应当理解为意指纳米晶体不具有黏附或附着于晶体表面上的、其量将在本文实施例中描述的金纳米晶体的至少一种重要性质方面显著改变纳米晶体的功能的化学组分。或者,金纳米晶体不具有覆盖显著部分(例如晶体的至少25%,或在另一个实施方案中晶体的至少50%)的层、表面或薄膜。它还意味着纳米晶体表面完全没有在裸露的金晶体表面上显著改变其功能性的任何有机污染物。还应该理解,导致黏附于本发明的纳米晶体并且对本发明的纳米晶体的功能没有不利或实质性影响的偶然组分,仍应该被认为是在本发明的范围和界限之内。该术语还应该被理解为是相对术语,用于指称在本发明的生长出的纳米晶体表面上缺少传统的基于有机物的分子(即在传统的还原化学技术中使用的分子)。
[0519] 当在本文中使用时,“诊断有效量”是指足以与MIF结合以便能够检测MIF-化合物复合物、从而可以诊断疾病或病症的量。
[0520] 当在本文中使用时,“有效量”是指一定量的溶液或化合物,其当按照例如所需剂量方案给药时,提供了所需的MIF细胞因子抑制或治疗或治疗性活性,或疾病/病症的预防或MIF信号传导途径。给药可以间隔数分钟、数小时、数日、数周、数月或数年的时间进行,或者在任一这些时间段中连续进行。
[0521] 当在本文中使用时,“免疫豁免”是指活系统(例如身体)内的区域或位点对正常情况下将引发来自免疫系统的应答(例如炎性免疫应答)的抗原的存在具有耐受性。
[0522] 术语对支架“可操作涂层”是指对支架涂层的方式允许在施用涂层支架后,本发明的金属基纳米晶体(例如包含水性金基金属和/或金与其他金属的混合物和/或金与其他金属的合金)适时地释放到待治疗的周围组织中。
[0523] 当在本文中使用时,术语“加工增强剂”或“加工增强的”或“工艺增强剂”,是指至少一种材料(例如固体、液体和/或气体)并典型是指无机材料,所述材料在电化学刺激的生长过程中与形成的纳米晶体不显著结合,而是促进成核/生长。所述材料在包括在电化学溶液中提供带电离子以允许晶体生长的过程中起到重要作用。加工增强剂关键是要能够保留在溶液中和/或不形成涂层(在一个实施方案中为有机涂层)、和/或对形成的纳米晶体或形成的悬液没有不利影响、和/或不在电化学晶体生长过程期间被破坏、蒸发或以其它方式损失的化合物。
[0524] 当在本文中使用时,术语“甾类节约”是指在组合疗法中提供甾类之外的物质,其降低了有效治疗/预防指征所需的甾类的量。
[0525] 当在本文中使用时,词组“槽式构件”应该被理解为是指多种多样的流体操作装置,包括管道、半管、材料或物体中存在的通道或凹槽、导管、管线、筒管、斜槽、软管和/或滑槽,只要它们与本文公开的电化学方法相容即可。
[0526] 下面的实施例用于说明本发明的某些实施方案,但是不应该被解释为限制了在随附的权利要求书中定义的本公开的范围。
[0527] 实施例1-4
[0528] 制造金基纳米粒子/纳米粒子溶液GT032、GT031、GT019和GT033
[0529] 总的来说,实施例1-4的每个都利用了与图16b、16c和16g中一般性示出的装置相关的本发明的某些实施方案。加工和装置的具体差异将显示在每个实施例中。槽式构件30由有机玻璃制成,它们的厚度均为约3mm-4mm(约1/8″)。支撑结构34也由厚度约为
1/4″(约6-7mm厚)的有机玻璃制成。槽式构件30的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即,截短的“V”)。测得截短的“V”的底部部分“R”为约0.5″(约1cm),并且测得每个侧面部分“S”、“S′”为约1.5″(约3.75cm)。V形槽式构件30的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”为约21/4″-25/16″(约5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测得每个部分的厚度约为1/8″(约3mm)厚。测得V形槽式构件30的纵向长度“LT”(参考图11a)从点
31到点32为约6英尺(约2米)长。从槽式构件30的端部31到端部32的垂直高度差,
在其6英尺(约2米)长度上为约1/4-1/2″(约6-12.7mm)(即,小于1°)。
[0530] 在实施例1中,使用纯水(在后文中讨论)作为输入液体3。在实施例2-4中,向输入到槽式构件30中的液体3添加加工增强剂。所添加的具体加工增强剂及其具体量,在这些实施例中有效。然而,其他的加工增强剂及其量,应该被视为处于本公开的界限与范围之内,并且这些具体实施例不应被视为限制了本发明的范围。水3在V-形槽式构件30中的深度“d”(参考图10b),在沿着槽式构件30的不同点处,为约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用闸板(dam)80(示出在图15a和15b中)进行部分控制。具体来说,闸板80设在端部32附近闸板,帮助产生深约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)的深度“d”(示出在图10b中)。测得闸板80的高度“j”为约1/4″(约6mm),并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越槽式构件30的底部尺度3
“R”。因此,在其操作过程中,V形槽式构件30中水3的总体积为约26in(约430ml)。
[0531] 水3在槽式构件30中的流速,是约90ml/分钟。由于槽式构件30中的一些蒸发,槽式构件30的流出略少,约为60-70ml/分钟。水3的这种流入槽式构件30,通过使用L/S泵驱动器40获得,额定功率0.1马力、10-600rpm。 泵40的型号是77300-40。泵驱动器的泵头也由 制造,被称为No.7518-10型Easy-Load。
用通用的术语来说,泵40的头被称为蠕动泵头。泵40和头由 LS数字模块驱动
器控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器的具体设置是例如90毫升/分钟。将直径为1/4″的 管(即,规格06419-25)放置到蠕动泵头中。管由Saint Gobain为 制造。管的一个端部通过位于槽式构件30a中的流动扩散机构传送
到槽式构件30的第一端部31。该流动扩散机构使引入到槽式构件30中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲状况趋于最小化。就此而言,在槽式构件30的端部
31的垂直上方的点处,提供了用作扩散机构的小储液器,以便当储液器溢流时,发生水3相对稳定地流入V形槽式构件30的端部31。
[0532] 对于图16b和16c来说,8个独立的电极组(组1、组2、组3……组8)与8个独立的控制装置20相连。表1a-1d中的每个表以“组#”指称8个电极组中的每个。此外,在任何组#中,使用了与图3a和3c中示出的电极装配件相类似的电极1和5。8个电极组中的每个电极,被设置为在具体的目标电压范围内操作。实际的目标电压列于表1a-1d的每个中。也示出了从每个电极组到相邻电极组的中心线的距离“c-c”(参考图14)。此外,也报告了与任何使用的电极1有关的距离“x”。对于任何电极5’来说,没有报告距离“x”。其他的相关距离报告在例如每个表1a-1d中。
[0533] 用于每个电极组的电源是AC变压器60。具体来说,图16d示出了与变压器60相连接的AC电源62。此外,提供了电容器61,使得可以例如调整电路中的损耗系数。变压器60的输出通过控制装置20与电极1/5相连接。优选的用于本发明的变压器,是使用流入初级线圈601中的交流电流在容易传导通量的芯602中建立起交变磁通量的变压器。
[0534] 当次级线圈603位于初级线圈601和芯602附近时,该通量将次级线圈603与初级线圈601相连接。次级线圈603的这种连接引发了跨次级端子的电压。次级端子处电压的幅度与次级线圈数与初级线圈匝数的比率直接相关。次级线圈603上的匝数多于初级线圈601,导致电压升高,而匝数较少导致电压下降。
[0535] 用于这些实施例中的优选变压器60特意具有差的输出电压调节,这可以通过使用变压器60中的磁分流器造成。这些变压器60被称为氖灯变压器。这种构造限制了流入电极1/5的电流。使用变化大的输出负载电压,变压器60将输出负载电流维持在相对狭窄的范围内。
[0536] 评价变压器60的次级开路电压和次级短路电流。只有当不存在电连接时,开路电压(OCV)才出现在变压器60的输出端处。同样地,只有跨输出端设置短路时(这种情况下输出电压等于零),才能在输出端获得短路电流。但是,当跨同样这些输出端连接负载时,变压器60的输出电压将下降到零与额定OCV之间的某处。事实上,如果变压器60负载合适,电压将为额定OCV的大约一半。
[0537] 变压器60被称为平衡中点基准设计(Balanced Mid-Point Referenced Design)(例如,以前也称为平衡中点接地(balanced midpoint grounded))。这最经常见于中至较高额定电压变压器、并且大多数是60mA变压器中。这是在“中点返回接线”系统中可接受的唯一类型的变压器。“平衡”的变压器60具有一个初级线圈601和两个次级线圈603,在初级线圈601的每侧各一个(正如在图16g的示意图中大体示出的)。这种变压器60可以在许多方式下像两个变压器一样运行。就像非平衡中点基准芯和线圈一样,每个次级线圈603的一端附着到芯602、然后附着到变压器外壳上,并且每个次级线圈603的另一端附着到输出引线或端子。因此,在不存在连接器的情况下,这种类型的未负载的15,000伏变压器,当从每个次级端到变压器外壳测量时大约为7,500伏,但是在两个输出端子之间测量时将为大约15,000伏。
[0538] 在具有线性功率因数为1(或100%)的交流电(AC)线路中,电压和电流开始时各为零,升高到波峰,下降到零,继续到达负波峰,然后回升到零。这完成了典型的正弦波的一个循环。在典型的美国应用中,该循环每秒发生60次。因此,这样的电压或电流具有每秒60周(或60赫兹)电力的特征性“频率”。功率因数涉及电压波形相对于电流波形的位置。当两个波形一起通过零并一起达到波峰时,它们是同相的,功率因数为1或100%。图16h示出了两个彼此同相的波形“V”(电压)和“C”(电流),并且具有1或100%的功率因数;而图16i示出了两个彼此异相的波形“V”(电压)和“C”(电流),具有大约60%的功率因数;两个波形不同时通过零,等等。波形异相时,它们的功率因数小于100%。
[0539] 大部分这样的变压器60的正常功率因数较大,这是由于磁分流器604和次级线圈603的效应,它们在变压器60线路的输出中有效地添加了电感器,以限制流向电极1/5的电流。可以通过使用跨变压器60的初级线圈601放置的电容器61,将功率因数增加到更高的功率因数,其可以将输入电压和电流波变得更加同相。
[0540] 用于本发明的任何变压器60的未负载电压以及其内部结构,都是重要的。理想的用于本发明的未负载变压器包括约9,000伏、10,000伏、12,000伏和15,000伏的变压器。但是,这些具体的未负载变压器的测量值不应该被视为作为附加实施方案限制了可接受的电源的范围。用于这些实施例的具体的、理想的变压器,是由Franceformer制造的目录号为9060-P-E的变压器,其操作条件为:初级120伏,60Hz;次级9,000伏,60mA。
[0541] 图16e和16f示出了本发明的备选实施方案(即没有在本实施例中使用),其中被输入到电极装配件1/5中的变压器60的输出,已经通过二极管装配件63或63’进行了整流。一般来说,结果是AC波变成基本上类似于DC波。换句话说,得到了几乎平的线性DC输出结果(实际上,有时可以获得轻微的120Hz的脉冲)。这种特殊装配件产生了本发明的两个其他优选实施方案(例如对于电极取向来说)。就此而言,从二极管装配件63产生了基本上正的端或输出以及基本上负的端或输出。通过二极管装配件63’获得了相反的极性。这样的正和负输出可以被输入到电极1和/或5任一个中。因此,电极1可以是基本上负的或基本上正的;和/或电极5可以是基本上负的和/或基本上正的。
[0542] 图16j示出了8个独立的变压器装配件60a-60h,它们中的每个分别连接到相应的控制装置20a-20h。该组变压器60和控制装置20用在这些实施例1-4中。
[0543] 图16k示出了8个独立的变压器60a′-60h′,它们中的每个对应于图16e中示出的整流变压器图。该变压器装配件也与一组控制装置20a-20h相连通,并且可用作本发明的优选实施方案,尽管没有用于这些实施例中。
[0544] 图16l示出了8个独立的变压器60a″-60h″,它们中的每个对应于图16f中示出的整流变压器图。该变压器装配件也与一组控制装置20a-20h相连通,并且可用作本发明的优选实施案,尽管没有用于这些实施例中。
[0545] 因此,每个变压器装配件60a-60h(和/或60a′-60h′;和/或60a″-60h″)可以是相同的变压器,或者可以是不同变压器(以及不同极性)的组合。选择变压器、功率因数、电容器61、极性、电极设计、电极位置、电极组成、槽式构件30的横截面形状、局部或整体电极组成、气氛、局部或整体液体3流速、液体3的局部成分、局部受到槽式构件30中各种场的液体3体积、附近的(例如,上游和下游的)电极组、局部场浓度、槽式构件中使用的任何膜的用途和/或位置和/或组成等,都是加工条件以及在液体3中产生的成分的组成和/或体积、按照本文公开的各种实施方案制造的纳米晶体和纳米晶体/悬液或胶体的影响因素。因此,按照本文提出的详细的公开内容,可以实践为数众多的实施方案。
[0546] 使用的每个电极1的尺寸和形状是大约相同的。每个电极1的形状是直角三角形,尺寸为约14mm×23mm×27mm。每个电极1的厚度是约1mm。每个三角形的电极1在其底部部分上还具有贯通的孔,允许由23mm和27mm的边形成的点指向水3的表面2。除非在本文中另有陈述,否则构成每个电极1的材料是99.95%纯的(即3N5)。当金用于每个电极1时,每个电极的重量为约9克。
[0547] 用于将三角形电极1附着到变压器60的导线,对于实施例1-3来说,是99.95%(3N5)铂线,直径为约1mm。
[0548] 用于每个电极5的导线包含99.95%纯(3N5)的金,直径各约为0.5mm。用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得,其地址为1050 Benson Way,Ashland,Oregon 97520。
[0549] 在实施例1中使用的输入到槽式构件30中(以及在实施例2-4中与加工增强剂组合使用)的水3,通过反渗透方法和去离子方法产生。本质上,反渗透(RO)是压力驱动的膜分离方法,其将溶解和/或悬浮的物质与基质水分开。它被称为“反”渗透,是因为施加了压力以逆转自然的渗透流动(寻求膜两侧材料浓度的平衡)。施加的压力迫使水通过膜,将污染物留在膜的一侧,纯化的水在另一侧。反渗透膜使用了几个薄的膜层或膜片,它们黏合在一起,以螺旋构造卷在塑料管周围。(这也被称为薄膜复合材料或TFC膜)。除了去除溶解的物质之外,RO膜也分离出悬浮的物质,包括可能存在于水中的微生物。在RO处理后,使用混合床去离子过滤器。在两种处理后,溶解的总溶剂(“TDS”)通过AR20 pH/电导仪测量为大约0.2ppm。
[0550] 这些实施例对8个电极组使用了金电极。对此,表1a-1d显示了与用于制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液的8个电极组中16个电极的每个电极相关的适当操作参数。
[0551] 表1a
[0552] 冷的输入水(Au)
[0553] 运行ID: GT032
[0554] 流速: 90 ml/min
[0555] 导线直
[0556] 径: .5mm
[0557] 构造:直/直
[0558] PPM: 0.4
[0559] ζ: 未获得
[0560]
[0561] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0562] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0563] 表1b
[0564] .0383mg/mL的NaHCO3(Au)
[0565] 运行ID: GT031
[0566] 流速: 90 ml/min
[0567] NaHCO3: 0.038mg/ml
[0568] 导线直径: .5mm
[0569] 构造:直/直
[0570] PPM: 1.5
[0571] ζ: 未获得
[0572]
[0573] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0574] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0575] 表1c
[0576] .045mg/ml的NaCl(Au)
[0577] 运行ID: GT019
[0578] 流速: 90ml/min
[0579] NaCl: .045mg/ml
[0580] 导线直
[0581] 径: .5mm
[0582] 构造:直/直
[0583] PPM: 6.1
[0584] ζ: 未获得
[0585]
[0586] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0587] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0588] 表1d
[0589] .038mg/mL的NaHCO3(Au)
[0590] 运行ID: GT033
[0591] 流速: 90ml/min
[0592] NaHCO3: 0.038mg/ml
[0593] 导线直径: .5mm
[0594] 构造:直/直
[0595] PPM: 2.0
[0596] Zeta: 未获得
[0597]
[0598] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0599] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0600] 表1a示出了将“1/5”电极构造用于电极组#1和电极组#4,并且所有其他组使用5/5构造;而表1b、1c和1d示出了电极组#1是利用1/5构造的唯一电极组,并且所有其他组使用5/5构造。
[0601] 此外,在制造设置中还利用了下列差异:
[0602] 实施例1:GT032:将进入槽式构件30的输入水3在致冷器装置中急冷,直到它达到约2℃的温度,然后将其泵入到槽式构件30中。
[0603] 实施例2:GT031:向输入水3加入加工增强剂,然后将水3输入到槽式构件30中。具体来说,向水3中加入约0.145克/加仑(即约38.3mg/升)化学式为NaHCO3的碳酸氢钠(“苏打”),并混合。苏打从Alfa Aesar获得,并且该苏打具有84.01的式量和约2.159g/
3
cm 的密度(即货号14707,批号D15T043)。
[0604] 实施例3:GT019:向输入水3加入加工增强剂,然后将水3输入到槽式构件30中。具体来说,向水3中加入约0.17克/加仑(即约45mg/升)化学式为NaCl的氯化钠(盐),并混合。
[0605] 实施例4:GT033:向输入水3加入加工增强剂,然后将水3输入到槽式构件30中。具体来说,向水3中加入约0.145克/加仑(即约38.3mg/升)化学式为NaHCO3的碳酸氢钠(“苏打”),并混合。苏打从Alfa Aesar获得,并且该苏打具有84.01的式量和约2.159g/
3
cm 的密度(即货号14707,批号D15T043)。干燥溶液GT033的代表性TEM显微照片示出在图32a中。此外,图32b示出了悬液GT033的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
[0606] 在实施例3中使用的盐从Fisher Scientific获得(批号080787),并且该盐具有58.44的式量,其实际分析如下:
[0607]测试 100%
钡(BA) 通过检验
溴化物 <0.010%
钙 0.0002%
氯酸盐和硝酸盐 <0.0003%
重金属(AS PB) <5.0ppm
鉴定 通过检验
水不溶性 <0.001%
碘化物 0.0020%
(FE) <2.0ppm
镁 <0.0005%
25℃下5%溶液的pH 5.9
磷酸盐(PO4) <5.0ppm
钾(K) <0.003%
硫酸盐(SO4) <0.0040%
[0608] 表1e归纳了三种悬液GT032、GT031和GT019每种的物理特征结果。GT019的完全表征没有完成,然而,很清楚在本文所讨论的加工条件下,这两种加工增强剂(即苏打和盐)在悬液GT031和GT019中相对于GT032中增加了金的实测ppm。
[0609] 表1e
[0610]
[0611] **值未测量
[0612] 实施例5-7
[0613] 制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液GD-007、GD-016和GD-015
[0614] 总的来说,实施例5-7的每个都利用了与图17b、18a、19a和21a中大体示出的装置相关的本发明某些实施方案。加工和装置的具体差异将在每个实施例中示出。槽式构件30a和30b分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34也由厚度约为1/4″(约6-7mm厚)的有机玻璃制成。图18a中示出的槽式构件30a的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即,截短的“V”)。测得截短的“V”的底部部分“R”为约0.5″(约1cm),并且测得每个侧面部分“S”、“S′”为约1.5″(约
3.75cm)。V形槽式构件30a的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”为约21/4″-25/16″(约
5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测量了每个部分的厚度,约为1/8″(约3mm)厚。V形槽式构件30a的纵向长度“LT”(参考图11a),从点31到点32为约3英尺(约1米)长。
[0615] 将纯水(在本文中别处讨论)与约0.396g/L的NaHCO3混合,并用作液体3输入到槽式构件30a中。尽管使用的NaHCO3的量有效,但该量不应该被视为限制了本发明的界限和范围,其他的量也处于本公开的界限与范围之内。水3在V-形槽式构件30a中的深度“d”(参考图10b),在沿着槽式构件30a的不同点处,为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用闸板80(示出在图18a中)进行部分控制。具体来说,闸板80设在端部32附近闸板,帮助产生深为约7/16″至约1/2″(约11-13mm)深的深度“d”(示出在图10b中)。测得闸板80的高度“j”为约1/4″(约6mm),并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越槽式构件30a的底部尺度“R”。因此,在3
其操作过程中,V形槽式构件30a中水3的总体积为约6.4in(约105ml)。
[0616] 水3流入槽式构件30a的速度,是约150ml/分钟(注意:在槽式构件30a中存在少量蒸发)。水3的这种流入槽式构件30a,是通过使用 L/S泵驱动器40获得的,其额定功率0.1马力,10-600rpm。 泵40的型号是77300-40。泵驱动器的
泵头也由 制造,被称为No.7518-10型Easy-Load。用通用的术语来说,泵40的
头被称为蠕动泵头。泵40和头由 LS数字模块驱动器控制。数字模块驱动器的
型号是77300-80。数字模块驱动器的具体设置是例如150毫升/分钟。将直径为1/4″的管(即,规格06419-25)放置到蠕动泵头中。该管由Saint Gobain为
制造。管的一个端部通过位于槽式构件30a中的流动扩散机构传送到槽式构件30a的第一端部31。流动扩散机构将引入到槽式构件30a中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲状况趋于最小化。对此,在槽式构件30a的端部31的垂直上方的点处,提供了用作扩散机构的小储液器,以便当储液器溢流时,发生水3相对稳定地流入V形槽式构件30a的端部31中。
[0617] 在实施例5-7中使用了5个电极组,并且一个电极组是位于槽式构件30a中的单个电极组1a/5a。在槽式构件30a中产生了来自电极1a的等离子体4,其中电极1a的形状类似于图5e中显示的电极,并且重量约为9.2克。该电极是99.95%纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片,尺寸为约14mm×23mm×27mm,厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。用于产生等离子体4的AC变压器是图16d中示出的并在本文别处讨论的变压器60。AC变压器50(下面讨论)与其他电极组5/5相连。所有其他适当的运行条件示出在表2a、2b和2c中。
[0618] 将加工增强的、调制过的水3’的输出收集在储液器41中,然后通过另一个泵40’以与泵40基本上相同的速率(例如在槽式构件30a中发生的蒸发最小)泵入到第二槽式构件30b中。测得第二槽式构件30b约为30英寸长、1.5英寸宽和5.57英寸高,并在其中含有约2500ml水3”。四个电极组5b、5b’-5e、5e’中的每组都包含99.95%纯的金导线,测得直径约为0.5mm,长度约为5英寸(约12cm),并基本上是直的。将约4.25英寸(约11cm)的导线浸没在深度约为4.5英寸(约11cm)的水3”中。
[0619] 对于图19a和21a来说,4个独立的电极组(组2、组3、组4和组5)与2个独立变压器装置50和50a相连,如图19a中所示。具体来说,变压器50和50a按照图19a中所示的接线图与每个电极组电连接。每个变压器装置50、50a与相对于彼此120°异相的分开的AC输入线相连。变压器50和50a电连接的方式要使得单个电路不过载,并且不引起例如上游断路器脱开(例如当在这些条件下使用时,单个变压器50/50a可能抽出足够电流,从而引起上游电力问题)。每个变压器50/50a是由单个线圈/绕线组构成的可变AC变压器。该绕组用作初级和次级绕组两者的一部分。跨绕组的固定部分施加输入电压。输出电压在绕组的一端与沿着绕组的另一个接头之间获得。通过暴露绕组的一部分并使用滑动电刷制造次级接头,能够获得连续可变比。输出与输入电压的比率等于它们连接的绕组的匝数的比率。具体来说,每个变压器是Mastech TDGC2-5kVA,10A调压器,输出0-250V。
[0620] 每个表2a-2c包含了与槽30b中的4个电极组中用“组#”表示的每个电极组相关的加工信息。槽30b中的4个电极组的每个电极被设定为在特定目标电压下操作。正如在表2a-2c的每个表中列出的,跨电极组施加约255伏的实际操作电压。从每个电极组到相邻电极组的中心线的距离“c-c”(参考图14)也被显示。此外,还报告了与槽30a中使用的电极1相关的距离“x”。对于电极5′来说,没有报告距离“x”。其他的相关参数也报告在每个表2a-2c中。
[0621] 用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得,其地址为1050 Benson Way,Ashland,Oregon 97520。
[0622] 在实施例5-7中使用的水3通过反渗透方法和去离子方法产生,并与NaHCO3加工增强剂混合,并一起输入到槽式构件30a中。本质上,反渗透(RO)是压力驱动的膜分离方法,将溶解和/或悬浮的物质与基质水分开。它被称为“反”渗透,是因为施加了压力以逆转自然的渗透流动(寻求膜两侧材料浓度的平衡)。施加的压力迫使水通过膜,将污染物留在膜的一侧,纯化的水在另一侧。反渗透膜使用了几个薄的膜层或膜片,它们黏合在一起,以螺旋构造卷在塑料管周围。(这也被称为薄膜复合材料或TFC膜)。除了去除溶解的物质之外,RO膜也分离出悬浮的物质,包括可能存在于水中的微生物。在RO处理后,使用混合床去离子过滤器。在这两种处理后,溶解的总溶剂(“TDS”)通过 AR20 pH/电导仪测量为大约0.2ppm。
[0623] 表2a
[0624] 0.396mg/ml的NaHCO3(Au)
[0625] 运行ID: GD-007
[0626] 流速: 150ml/min
[0627] 电压: 255V
[0628] NaHCO3: 0.396mg/ml
[0629] 导线直径: .5mm
[0630] 构造:直/直
[0631] PPM: 14.8
[0632] ζ: 未获得
[0633]
[0634] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0635] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0636] 表2b
[0637] 0.396mg/ml的NaHCO3(Au)
[0638] 运行ID: GD-016
[0639] 流速: 150ml/min
[0640] 电压: 255V
[0641] NaHCO3: 0.396mg/ml
[0642] 导线直径: .5mm
[0643] 构造:直/直
[0644] PPM: 12.5
[0645] ζ: -56.12
[0646]
[0647] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0648] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0649] 表2c
[0650] 0.396mg/ml的NaHCO3(Au)
[0651] 运行ID: GD-015
[0652] 流速: 150ml/min
[0653] 电压: 255V
[0654] NaHCO3: 0.396mg/ml
[0655] 导线直径: .5mm
[0656] 构造:直/直
[0657] PPM: 14.5
[0658] ζ: -69.1
[0659]
[0660] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0661] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0662] 对于按照这些实施例5-7的每个制造的每种干燥悬液,获取了代表性的透射电子显微镜(TEM)显微照片(图25a、26a和27a)。
[0663] 透射电子显微术
[0664] 具体来说,TEM样品利用了用碳稳定化的、目径为200的、Formvar涂层的格栅来制备。首先将格栅在真空下通过等离子体处理进行预处理。将格栅置于衬有矩形滤纸片的显微镜载片上,然后置于安装有所需等离子体发生器附件的Denton真空装置中。将真空维持在75mTorr,启动等离子体并运行约30秒。在完成后,将系统通气并取出格栅。根据湿度条件,将格栅稳定至7-10日,但是在所有情况下其在12小时内使用。
[0665] 将约1μL每种本发明的纳米晶体悬液置于每个格栅上,并允许其在室温下空气干燥20-30分钟,或直到液滴蒸发。在完全蒸发后,将格栅置于架板上,直至进行TEM分析。
[0666] 使用Philips/FEI Tecnai 12透射电子显微镜来探查所有制备的样品。仪器在100keV的加速电压下运行。在电子束对准后,在最高并包括630,000x的各种放大倍数下检查样品。通过相连的Olympus Megaview III侧固定相机收集图像,并将图像直接传送到装备有iTEM和Tecnai用户接口软件的PC上,所述软件分别提供了对相机和TEM仪器二者的控制。
[0667] 在iTEM软件中,通过调整十字瞄准线在圆形参比面上的位置,能够在格栅周围随机移动。通过选择和移动十字瞄准线,人们能够在格栅周围移行。使用这种功能,在圆形参比面的4个象限处对样品进行分析,允许对样品进行无偏的表现。图像以后用ImageJ 1.42软件进行分析。使用另一种类似的软件程序来流水化粒子计数过程,该程序相对于间隔条(spacer bar)中的已知像素数量来计算跨每个粒子的像素数量。按照在测量每个单个粒子之前对软件进行校正的方法,使用图像上的标尺条测量粒子。在校正后,根据下列参数测量粒子:四面体粒子从三角形的顶点到底进行测量。取决于格栅上的粒子取向,五角双锥从菱形的顶点到顶点或五角形的顶点到五角形的底来测量。二十面体使用六角形粒子的两个面之间的最长距离来测量。球形或不规则形状的粒子沿着最长轴测量。将从每个样品组收集的数据输出到Excel,并使用带有最小为5nm、最大为50nm的50个区间(bins)的简单直方TM图功能,产生了直方图。随后,将在Excel中产生的数据输出到Prism(GraphPad ),并与两种模型、即正态分布分布或对数正态分布模型中的一个拟合,每种模型都具有独特的概率密度函数(PDF)。在Prism中,可以通过将直方图数据针对所产生的分布被称为正态分布的数据进行非线性拟合,来分析直方图数据。此外,可以对非线性数据集进行对数转换以产生数据集,然后将其与非线性模型拟合,随后通过指数转换进行转换以产生数据的对数正态拟合。然后将两个模型与直方图目测比较,并选择数据拟合度更好的模型。上面提到的以及在本文的许多直方图和表中报告的粒径,是PDF状态,其被定义为对数正态或正态PDF曲线的最大值。该PDF曲线被叠加在所有直方图上,其中状态值直接显示在上方,并在文本中被称为TEM平均直径。
[0668] 例如,图25b、26b和27b是从分别对应于实施例5、6和7的干燥溶液GD-007、GD-016和GD-015的TEM显微照片测量的晶体尺寸分布直方图。在这些直方图上报告的每个数字对应于上面的讨论。
[0669] 图25a、26a和27a是分别对应于实施例5、6和7的干燥溶液GD-007、GD-016和GD-015的代表性TEM显微照片。
[0670] 图25d和25e中示出的结果,是使用装备有能量散射X-射线光谱检测器(EDS)的Philips 420ST透射电子显微镜获得的。该显微镜位于约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)电子微射束分析部(Electron Microbeam Analytical Facility),并在受过训练的操作人员的指导下操作。简单来说,将约1μL GD-007纳米晶体悬液置于Formvar碳涂层的200目正方形筛孔的镍格栅上,并使其在室温下空气干燥约20-30分钟或直到液滴蒸发。在完全蒸发后,将格栅置于TEM样品架中,并在120keV的加速电压下检查。显微镜的EDS系统包含下列部件:Oxford光电子检测器、Oxford XP3脉冲处理器、以及与Macintosh计算机相连的4pi多通道分析仪。粒子组成通过能量散射x-射线光谱术测定,其中将高能电子束引导至纳米晶体表面,导致内壳层中的电子被逐出,从而产生了外部电子“跌落”进去的可用位点,由此发射特征性x-射线。然后通过分辨率为173.00eV的检测器检测x-射线。
[0671] 图25d示出了按照实施例5生长出的一种金纳米晶体(即GD-007)。纳米晶体如本文中所讨论,用电子束进行探查。
[0672] 图25e示出了来自溶液GD-007的纳米晶体的探查光束点的能量散射x-射线图案。因为这种测量技术精确至约单层原子,因此缺少对应于钠峰的图案表明在晶体表面上不存在基于钠的单层。同样地,也没有可观察到的显著的基于碳的峰,表明缺乏任何基于碳的单层。注意到存在氧峰,其对应于底下的镍格栅。因此,这些图25d和25e显示:1)这些分子上不存在有机物,并且2)纳米晶体含有相对清洁的表面,没有不利的分子或涂层。
[0673] 此外,为了获得按照本文的实施例产生的晶体尺寸的指标(例如流体动力学半径),还使用了动态光散射技术。图25c、26c和27c显示了独立的动态光散射数据集的图形结果。
[0674] 动态光散射
[0675] 具体来说,动态光散射(DLS)测量在Viscotek 802 DLS仪器上进行。在DLS中,当激光击中小粒子和/或小粒子(比波长更小)周围的有组织的水结构时,光在所有方向上散射,引起散射强度的时间依赖性波动。强度波动是由于散射粒子/水结构组合的布朗运动,并包含关于晶体尺寸分布的信息。
[0676] 在实验之前,允许仪器预热至少30分钟。测量使用12μl石英样品杯进行。使用了下列:
[0677] 1.首先,使用1ml微量移液器将1ml DI水加入到样品杯中,然后将水从样品杯倒出到废液烧杯中,将剩余的水甩离样品杯的测量腔室。将该步骤再重复两次以充分漂洗样品杯。
[0678] 2.使用200μl微量移液器将100μl样品加入到样品杯中。然后用同一个移液器使用同一个移液器头将所有液体从样品杯中取出并排到废液烧杯中。使用同一个移液器头再次加入100μl样品。
[0679] 3.将带有样品的样品杯放入Viscotek仪器的温控样品杯区中,使样品杯的磨砂侧朝向左侧。在Viscotek OmniSIZE软件中打开新实验。在温度平衡并且激光功率衰减到适合的值后1分钟开始测量。在所有运行结束后储存结果。
[0680] 4.将样品杯从仪器中取出,并使用在步骤2中使用的相同移液器和移液器头将样品中样品杯中取出。
[0681] 5.对于每个样品,将步骤2至4再重复两次。
[0682] 6.对于新的样品来说,使用用于200μl移液器的新的移液器头以避免前一个样品的污染,并重复步骤1至5。
[0683] 数据收集和处理使用Omnisize软件3,0,0,291版进行。对于所有实验使用了下列参数:运行持续时间-3s;实验-100;溶剂-水,0mmol;黏度-1cP;折射率-1.333;尖峰耐受度-20%;基线漂移-15%;目标衰减-300k计数;区温度-+40℃。在每个实验的数据储存后,在软件的“结果”页面上显示结果。粒度分布(即流体动力学半径)在“强度分布”图中分析。在该图中,0.1nm-10μm范围之外的任何峰被视为假象。具体来说,清洁的水(无粒子)在0.1nm-10μm范围内不产生峰,并在0.1nm以下产生宽峰。该峰被当作仪器的噪音峰(噪音流)。具有非常低浓度或非常小尺寸的悬浮纳米晶体或纳米粒子的样品,可能在“强度分布”图中显示出可测量的噪音峰。如果在0.1nm-10μm范围内的峰具有比噪音峰更高的强度,那些峰被认为是真实的,否则峰是有问题的,并可能代表了数据处理的假象。
[0684] 图25c示出了对应于实施例5(即GD-007)的代表性Viscotek输出数据集的图形数据;图26c示出了对应于实施例6(即GD-016)的代表性Viscotek输出数据集的图形数据;图27c示出了对应于实施例7(即GD-015)的代表性Viscotek输出数据集的图形数据。在每个图25c、26c和27c中的峰的顶部报告的数字,对应于在每种溶液中检测到的纳米晶体的平均流体动力学半径,以及这些纳米晶体周围散射的光。应该指出,检测了大量(例如数百个)数据点以给出每个数据集中报告的数字,正如由“s-形”曲线所表示的(即每条曲线表示一系列收集到的数据点)。每个数据集中报告的“透光率%”对应于为了获得动态光散射数据所需的质询光束的强度。一般来说,但不总是如此,当报告的“透光率%”低于
50%时,存在非常强的粒子和/或粒子/有序水结构。此外,当“透光率%”达到100%时,通常存在离子和/或非常小的粒子(例如皮米尺寸的粒子),并且所报告的流体动力学半径可能包含更有序或结构化的水而不是实际的固体粒子。
[0685] 应该指出,动态光散射粒度信息与TEM测量的直方图有差别,因为动态光散射使用的算法假设纳米晶体都是球形的(它们并不是),并且测量流体动力学半径(例如,除了粒子的实际物理半径之外,还检测并报告了纳米晶体对水的影响)。因此,正如在本文中包含的其他实施例中那样,报告的粒度在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的之间存在差异,并不令人意外。
[0686] 原子吸收光谱
[0687] AAS值从Perkin Elmer AAnalyst 400光谱仪系统获得。
[0688] I)原理
[0689] 火焰原子吸收光谱技术需要将液体样品吸出、雾化并与可燃气体例如乙炔和空气混合。将混合物在温度在约2100至约2400℃的火焰中点燃。在燃烧过程中,样品中目标元素的原子被还原成游离的、未激发的基态原子,其吸收特征波长的光。特征波长是元素特异性的,并精确到0.01-0.1nm。为了提供元素特异性波长,阴极由确定的元素制成的空心阴极灯(HCL)发出的光束通过火焰。光检测器检测由于分析物的吸收引起的光强度的降低量。在光检测器的前方使用单色器以降低背景的环境光,并从选择HCL发出的检测所需的具体波长。此外,氘弧灯对由原子中的非原子物质引起的背景吸收进行校正。
[0690] II)样品制备
[0691] 将10mL样品、0.6mL 36%v/v盐酸和0.15mL 50%v/v硝酸在玻璃管中混合在一起,并在70℃水浴中温育约10分钟。在加入酸之前,如果预计悬液中的金浓度高于10ppm,将样品用DI水稀释,使最终金浓度在1至10ppm的范围内。例如,对于100ppm左右的金浓度来说,在添加酸之前将0.5mL样品用9.5mL DI水稀释。使用可调节微量移液器进行分份,样品、DI水和酸的准确量通过Ohaus PA313微量天平测量。对于用DI水和酸进行的稀释来说,使用组分的重量校正实测浓度。
[0692] 每个样品制备三份平行样,并且在水浴中温育后允许其冷却到室温,然后进行测量。
[0693] III)仪器装置
[0694] 下列装置用于Perkin Elmer AAnalyst 400光谱仪系统:
[0695] a)燃烧器头:10cm单缝类型,根据制造程序在三个轴中对准以便在使用2ppm Cu标准品时获得最大吸收。
[0696] b)喷雾器:塑料制,在撞击珠前方带有间隔器。
[0697] c)气体流:氧化剂(空气)流速约为12L/min,燃料(乙炔)流速约为1.9mL/min。
[0698] d)灯/单色器:Au空心阴极灯,10mA操作电流,1.8/1.35mm狭缝,242.8nm波长,背景校正(氘灯)打开。
[0699] IV)分析程序
[0700] a)运行Au灯和火焰约30分钟以预热系统。
[0701] b)使用3.7%v/v盐酸基质中的1ppm、4ppm和10ppm Au标准品校准仪器。使用3.7%v/v盐酸作为空白。
[0702] c)通过将4ppm标准品作为样品进行测量来验证校准标度。实测浓度应该在3.88ppm至4.12ppm之间。如果在该范围之外,重复步骤b)。
[0703] d)测量样品的三个平行试样。如果平行试样之间的标准偏差高于5%,重复测量,否则前进到下一样品。
[0704] e)经常在测量6个样品或以上后执行验证步骤c)。如果验证失败,执行步骤b)和c)并重新测量在最后一次成功验证后测量的所有样品。
[0705] V)数据分析
[0706] 对每个平行试样的实测浓度值校正水和酸的稀释度,以计算实际样品浓度。对于每个平行样来说,报告的Au ppm值是三个校正过的值的平均数。
[0707] 等离子体辐照和表征
[0708] 本实施例提供了利用金电极1,对可调等离子体4的光谱分析,它们全都用于本文的实施例中。使用了三种不同的具有高灵敏度的光谱仪收集关于等离子体4的光谱信息。具体来说,对几种金电极等离子体进行了光谱分析。观察到了等离子体4中的物质以及某些物质的不同强度。这些物质的存在/不存在可以影响(例如正面或负面)加工参数和按照本文的教导制造的产物。
[0709] 就此而言,图25f示出了用于从本文使用的可调等离子体4收集发射光谱信息的实验设置的示意性透视图。
[0710] 具体来说,用于收集等离子体发射数据(即辐照)的实验装置如图25f中所示。总的来说,三个光谱仪520、521和522通过UV光纤523接收发射光谱数据,所述光纤沿着路径527传送由装配件524收集到的校准过的光谱发射。装配件524可以垂直定位,以便通过使用X-Z载物台525移动装配件524,在可调等离子体4中的不同垂直位置处收集光谱发射。因此,可以随着等离子体4内的质询位置的变化确定等离子体物质的存在/不存在和强度。光谱仪520、521和522的输出通过安装在计算机528中的适合的软件进行分析。所有辐照数据通过位于与非反射性材料530大致相反位置的孔531来收集。孔531的底部位于液体3的上表面处。用于收集发射辐射的装置的更多细节描述如下。
[0711] 装配件524含有一个UV准直仪(LC-10U),其带有用于170-2400nm范围的重聚焦装配件(LF-10U100)。装配件524还包括由Multimode Fiber Optics,Inc.制造的SMA插口型接头。LC-10U和LF-10U100各自具有一个与其相连的UV熔融石英透镜。由LF-10U100在距也包含在装配件524中的LF-10U100中的透镜涡约100mm处提供可调节的聚焦。
[0712] 在可调等离子体4的两端,准直仪的视野直径约为1.5mm,其由包含了抗曝晒UV光纤523(180-900nm范围,由Mitsubishi制造)的455μm纤维芯的直径所确定。UV光纤523在每一端接有SMA插头型接头(由Ocean Optics销售;QP450-1-XSR)。
[0713] UV准直仪-光纤系统523和524,为在可调等离子体4的不同位置中水平定向的直径1.5mm的等离子体柱发出的等离子体辐照提供了180-900nm的灵敏度范围。
[0714] X-Z载物台525包含由Thorlabs Inc.制造的两个线性载物台(PT1),其固定UV准直仪524并控制其沿着X和Z轴的移动。因此,有可能分别水平和垂直地扫描可调等离子体4。
[0715] 由UV准直仪-光纤系统523和524收集的等离子体辐照的发射被投送到连接三个光纤的光谱仪520、521或522的任一个,所述光谱仪由StellarNet,Inc.制造(即用于180-295nm的EPP2000-HR,2400g/mm光栅,用于290-400nm的EPP2000-HR,1800g/mm光栅和用于395-505nm的EPP2000-HR,1200g/mm光栅)。每个光谱仪520、521或522具有7μm入口狭缝,0.1nm光学分辨率和2048像素CCD检测器。测量到的仪器谱线增宽在313.1nm处为0.13nm。
[0716] 光谱数据的获取由StellarNet制造的用于Windows/XP的SpectraWiz软件控制。所有三个EPP2000-HR光谱仪520、521和522与一台装备有4个USB端口的个人计算机528相接。适当设置各种光谱范围和等离子体放电的积分时间和平均数,以提供具有可能的最佳信噪比的未饱和信号强度。典型地,光谱积分时间在1秒左右,数均光谱在1到10的范围内。获取的所有记录的光谱减去了光学背景。在开始获取相应测量值组之前,各使用同样的数据获取参数获取光学背景。
[0717] 使用由Avantes制造的AvaLight-DH-CAL辐照校准光源(未示出),对每个UV光纤-光谱仪系统(即523/520、523/521和523/522)进行校准。在校准后,将所有获取的光2
谱强度表示成光谱辐照的(绝对)单位(mW/m/nm),并对UV光纤-光谱仪的非线性响应进行校正。AvaLight-DH-CAL辐照校准光源在200-1100nm范围内的相对误差不高于10%。
[0718] 在每组测量之前,将UV准直仪装配件524的视野相对于金属电极1的尖端9对齐。通过对齐两个线性载物台并发送光线通过UV准直仪-光纤系统523、524到达每个金属电极1的中心,将UV准直仪装配件524视野的中心置于尖端9处。
[0719] 使用X-Z载物台525将装配件524粗略移动到可调等离子体4的水平中心位置,同时能够垂直地移动装配件524,使得可以对可调等离子体4中不同垂直高度处发生的光谱发射进行分析。就此而言,将装配件524定位于不同高度处,其第一个位置与电极1的尖端9尽可能接近,然后从尖端9移开特定量。等离子体的发射光谱通常随着质询位置的改变而改变。
[0720] 例如,图25g-25j示出了与用于形成可调等离子体4的金(Au)电极1相关的辐照数据。前面提到的图25g-25j的每个图示出了与可调等离子体4内三个不同垂直质询位置相关的发射数据。垂直位置“0”(0nm)对应于紧邻电极1的尖端9收集的发射光谱数据;垂直位置“1/40”(0.635nm)对应于离开尖端9并朝向水3的表面0.635mm的发射光谱数据;垂直位置“3/20”(3.81mm)对应于离开尖端9并朝向水3的表面3.81mm的发射光谱数据。
[0721] 表2d具体示出了当使用金电极1产生等离子体4时在可调等离子体4中鉴定到的每根光谱线。
[0722] 表2d(1/2)
[0723]
[0724] 表2d(2/2)
[0725]N2+(B2∑+u-X2+g)1--系统(1-3) 465.1 465.1300 0.0300
N2+(B2∑+u-X2+g)1--系统(0-2) 470.9 470.8400 -0.0600
NaI3s2S1/2-3p2P03/2 588.99 588.995 0.0050
HI2p2P3/2-3d2D5/2 656.2852 655.8447 -0.4405 82259.287 97492.357 4 6 6.47E+7
NI3s4P5/2-3p4S3/2 746.8312 746.8815 0.0503 83364.62 96750.84 6 4 1.93E+7
N2(B3∏g-A3∑-u)1+-系统 750 749.9618 -0.0382
OI3s5S2-3p5P3 777.1944 776.8659 -0.3285 73768.2 86631.454 5 7 3.69E+7
OI3s3S1-3p3P2 844.6359 844.2905 -0.3454 76794.978 88631.146 3 5 3.22E+7
NI3s4P5/2-3p4D7/2 868.0282 868.2219 0.1937 83364.62 9488182 6 8 2.46E+7
OI3p5P3-3d5D4 926.6006 926.3226 -0.2780 86631.454 97420.63 7 9 4.45E+7[0726] 在表2d中鉴定了与金金属电极1相关的各种物质。这些物质包括例如来自电极
1的金,以及常见物质包括NO、OH、N2等。有趣的是注意到一些物质的存在和/或强度(例如量)随着在可调等离子体内的位置而变。因此,这表明随着本发明的各种加工条件(例如功率、位置、电极1的组成等)的变化,可以引起各种不同物质的出现。
[0727] 实施例8-10
[0728] 制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液GB-018、GB-019和GB-020
[0729] 总的来说,实施例8-10的每个都利用了与在图17a、18a、19b和22a中大体示出的装置(例如锥形槽式构件30b)相关的本发明某些实施方案。加工和装置的具体差异将在每个实施例中示出。槽式构件30a和30b分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34也由厚度约为1/4″(约6-7mm厚)的有机玻璃制成。图18a中示出的槽式构件30a的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即,截短的“V”)。测得截短的“V”的底部部分“R”为约0.5″(约1cm),并且测得每个侧面部分“S”、“S′”为约1.5″(约3.75em)。V形槽式构件30a的侧面部分“S”、“S′”隔
1
开的距离“M”为约2/4-25/16″(约5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测量了每个部分的厚度,约为1/8″(约3mm)厚。测得V形槽式构件30a的纵向长度“LT”(参考图11a),从点
31到点32为约3英尺(约1米)长。
[0730] 将纯水(在本文中别处讨论)与范围为约0.396至0.528g/L的NaHCO3混合,并用作液体3输入到槽式构件30a中。尽管使用该范围的NaHCO3有效,但它不应该被视为限制了本发明的界限和范围。水3在V-形槽式构件30a中的深度“d”(参考图10b),在沿着槽式构件30a的不同点处,为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用闸板80(示出在图18a中)进行部分控制。具体来说,闸板80设在端部32附近,帮助产生深约7/16″至约1/2″(约11-13mm)的深度“d”(示出在图10b中)。闸板80的高度“j”为约1/4″(约6mm),并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越槽式构件30a的底部尺度“R”。因此,在其操作过程中,V形槽式构件30a中3
水3的总体积为约6.4in(约105ml)。
[0731] 水3流入槽式构件30a的速度,是约150ml/分钟到至少280ml/分钟。水3的这种流动,通过使用 L/S泵驱动器40获得,额定功率0.1马力,10-600rpm。泵40的型号是77300-40。泵驱动器的泵头也由 制造,被称为
No.7518-10型Easy-Load。用通用的术语来说,泵40的头被称为蠕动泵头。泵40和头由LS数字模块驱动器控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动
器的具体设置是例如150毫升/分钟。将直径为1/4″的 管(即,规格06419-25)
放置到蠕动泵头中。该管由Saint Gobain为 制造。管的一个端部通过位于槽
式构件30a中的流动扩散机构传送到槽式构件30a的第一端部31。该流动扩散机构将引入到槽式构件30a中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲状况趋于最小化。对此,在槽式构件30a的端部31的垂直上方的点处,提供了用作扩散机构的小储液器,以便当储液器溢流时,发生水3相对稳定地流入V形槽式构件30a的端部31中。
[0732] 在实施例8-10中使用了5个电极组,并且一个电极组是位于槽式构件30a中的单个电极组1a/5a。在槽式构件30a中产生了来自电极1a的等离子体4,其中电极1a的形状类似于图5e中显示的电极,并且重量约为9.2克。该电极是99.95%纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片,尺寸为约14mm×23mm×27mm,厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。用于产生等离子体4的AC变压器是图16d中示出的并在本文别处讨论的变压器60。AC变压器50(在本文别处讨论)与其他电极组5/5相连。所有其他适当的运行条件示出在表3a、3b和3c中。
[0733] 将加工增强的、调制过的水3’的输出收集在储液器41中,然后通过另一个泵40’以与泵40基本上相同的速率(例如在槽式构件30a中出现的蒸发最小)泵入到第二槽式构件30b中。在图22a中示出的第二槽式构件30b是锥形的,约为3.75英寸高,在其端部32处宽约3.75英寸,在其端部31处宽约1英寸,从而形成了锥形形状。该槽式构件30b中含有约1450ml液体3”,其深度约为2.5英寸。四个电极组5b、5b’-5e、5e’中的每个包含
99.95%纯的金导线,测得其长约5英寸(约13cm),在实施例8和9中直径约为0.5mm,在实施例10中直径约为1.0mm。在实施例8-10的每个中,约4.25英寸(约11cm)的导线浸没在深度约为2.5英寸(约6cm)的水3”中。每个电极组5a、5a’-5e、5e’的形状类似“J”,如图17a中所示。在图17a中所示的距离“g”约为1-8mm。
[0734] 对于图19b和22a来说,4个独立的电极组(组2、组3、组4和组5)与单个变压器装置50相连。具体来说,变压器50是与实施例5-7中使用的相同的变压器,但是按照图19b中所示的接线图与每个电极组电连接。相反,这种连线构造与上面讨论的实施例5-7中使用的不同,由于本发明槽30b设计的较低的电流要求(例如较少的导线与液体3接触),因此只需要单个变压器50。
[0735] 各表3a-3c包含了与4个电极组中以“组#”标示的每个组相关的加工信息。槽30b中的4个电极组的每个电极被设定为在特定目标电压下操作。正如在各表3a-3c中列出的,约255伏的实际操作电压被施加到4个电极组上。从每个电极组到相邻电极组的中心线的距离距离“c-c”(参考图14)也被显示。此外,还报告了与槽30a中使用的电极1相关的距离“x”。对于电极5′来说,没有报告距离“x”。其他的相关参数也报告在各表3a-3c中。
[0736] 用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得,其地址为1050 Benson Way,Ashland,Oregon 97520。
[0737] 在实施例8-10中使用的水3通过反渗透方法和去离子方法产生,并与NaHCO3加工增强剂混合,并一起输入到槽式构件30a中。本质上,反渗透(RO)是压力驱动的膜分离方法,将溶解和/或悬浮的物质与基质水分开。它被称为“反”渗透,是因为施加了压力以逆转自然的渗透流动(寻求膜两侧材料浓度的平衡)。施加的压力迫使水通过膜,将污染物留在膜的一侧,纯化的水在另一侧。反渗透膜使用了几个薄的膜层或膜片,它们黏合在一起,以螺旋构造卷在塑料管周围。(这也被称为薄膜复合材料或TFC膜)。除了去除溶解的物质之外,RO膜也分离出悬浮的物质,包括可能存在于水中的微生物。在RO处理后,使用混合床去离子过滤器。在两种处理后,溶解的总溶剂(“TDS”)通过 AR20 pH/电导仪测量为大约0.2ppm。
[0738] 表3a
[0739] 0.528mg/ml的NaHCO3(Au)
[0740] 运行ID: GB-018
[0741] 流速: 280ml/min
[0742] 电压: 255V
[0743] NaHCO3: 0.528mg/ml
[0744] 导线直径: .5mm
[0745] 构造:J/J
[0746] PPM: 2.9
[0747] ζ: -98.84
[0748]
[0749] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0750] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0751] 表3b
[0752] 0.396mg/ml的NaHCO3(Au)
[0753] 运行ID: GB-019
[0754] 流速: 150ml/min
[0755] 电压: 255V
[0756] NaHCO3: 0.396mg/ml
[0757] 导线直径:1mm
[0758] 构造:J/J
[0759] PPM: 23.6
[0760] ζ: -56.6
[0761]
[0762] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0763] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0764] 表3c
[0765] 0.396mg/ml的NaHCO3(Au)
[0766] 运行ID: GB-020
[0767] 流速: 250ml/min
[0768] 电压: 255V
[0769] NaHCO3: 0.396mg/ml
[0770] 导线直径: 1mm
[0771] 构造:J/J
[0772] PPM: 4.9
[0773] ζ: -58.01
[0774]
[0775] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0776] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0777] 图28a、29a和30a分别是对应于干燥悬液GB-018、GB-019和GB-020的代表性TEM显微照片,示出了在各实施例8、9和10中生长的金晶体。
[0778] 图28b、29b和30b是从与实施例8、9和10获得的干燥悬液分别对应的TEM显微照片测得的粒度分布直方图(即使用较早在实施例5-7中描述的软件)。
[0779] 图28c、29c和30c分别示出了在各实施例8、9和10中制造的金纳米晶体悬液的动态光散射数据(即流体动力学半径)。这些图各示出了动态光散射数据集的图形结果。
[0780] 应该指出,动态光散射粒度信息与TEM测量的直方图有差别,因为动态光散射使用的算法假设晶体都是球形的(它们并不是),并且测量流体动力学半径(例如,除了晶体的实际物理半径之外,还检测并报告了晶体对水的影响)。因此,正如在本文中包含的其他实施例中那样,报告的晶体尺寸在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的之间存在差异,并不令人意外。
[0781] 实施例11
[0782] 通过分批方法制造金基纳米粒子/纳米粒子溶液或胶体IAC-202-7
[0783] 本实施例利用了本发明的分批方法。图24a示出了用于调制液体3的装置。在调制后,将液体3’在图24b中示出的装置中加工。
[0784] 表4a示出了矩阵,其中加工增强剂小苏打(即NaHCO3)的量从约1克/加仑至约2克/加仑(即约0.264g/L至约0.528g/L)不等;并且表4a中反映出的在图24c中示出的装置中继续加工之前在图24a的装置中的停留时间(即水3与加工增强剂暴露于等离子体4的时间量),从约20分钟至约60分钟不等。对于由电极1制造的每个等离子体来说,施加的电压约为750伏。该电压通过本文别处讨论的变压器60(即平衡中点基准设计)获得。第二个且不同的变压器与图24c中示出的电极5a/5b电连接。这种变压器是电压范围为0-300V、频率范围为47-400Hz并且最大额定功率为1kVA的hy AC电源。用于表4a和
4b中每个标出的运行的施加电压约为250伏。随时间而变的电流以及最低和最高电流报告在表4b中。所有其他加工变量保持恒定。
[0785] 因此,表4a示出了多个变量(例如加工增强剂和预定停留时间)影响金纳米晶体在水中的量或浓度,以及金纳米晶体的尺寸分布两者。总的来说,当加工增强剂的浓度从约1g/加仑(0.264g/L)增加至约2g/加仑(0.528g/L)时,在给定的加工条件设置下浓度(即“ppm”)或多或少增加。然而,在某些情况下,粒度分布(“psd”)不利地增加,使得形成的纳米晶体不再稳定,并且它们随着时间“沉降”(例如制成了不稳定悬液)。这些沉降状况不是立即出现的,因此表明该纳米晶体在水中的悬液可以被立即加工成有用产物,例如凝胶或霜剂。本实施例清楚地显示了多个加工变量的各种重要效应,其能够至少定向转换到在本文别处公开的本发明的连续工艺中。这些数据是说明性的,不应该被视为限制了本发明的界限和范围。此外,这些说明性数据将为普通专业技术人员提供出色的操作指导以供奉行。
[0786] 作为具体实例,表4c示出了第一个电极组#1(即图24a)在约750伏的电压下运行,以形成等离子体4。这与本文别处报告的其他等离子体4相似。然而,电极组#2(即图24c)由上文讨论的hy-AC源供电。
[0787] 表4a
[0788]
[0789] 表4b
[0790]
[0791] 表4c
[0792] 1.5g/Gal的NaHCO3(Au)
[0793] 运行ID: 1AC-202-7
[0794] 预处理: 20min GZA在3600ml中
[0795] 体积: 800ml
[0796] 运行时间: 35分钟
[0797] 电压: 250V
[0798] NaHCO3: 0.396mg/ml
[0799] 导线直径: .5mm
[0800] 构造:J/J
[0801] PPM: 16.1
[0802] 未获
[0803] ζ:
[0804] 得
[0805]
[0806] 图31a示出了从本实施例11制造的溶液干燥的金晶体的代表性TEM显微照片。
[0807] 图31b示出了基于按照实施例11制造的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0808] 图31c示出了来自本实施例11的动态光散射粒度数据图(即流体动力学半径)。具体来说,与本文别处所报道的相类似,在该图中示出了一个代表性Viscotek数据集。
[0809] 应该指出,动态光散射粒度信息与TEM测量的直方图有差别,因为动态光散射使用的算法假设纳米晶体都是球形的(它们并不是),并且测量流体动力学半径(例如,除了纳米晶体的实际物理半径之外,还检测并报告了纳米晶体对水的影响)。因此,正如在本文中包含的其他实施例中那样,报告的纳米晶体尺寸在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的之间存在差异,并不令人意外。
[0810] 实施例12
[0811] 通过分批方法制造金基纳米粒子/纳米粒子溶液或胶体IAC-261
[0812] 本实施例利用了本发明的分批方法。图24a示出了用于调制液体3的装置。在调制后,在图24c中示出的装置中加工液体3’。
[0813] 加工增强剂小苏打(即NaHCO3)的量约为1.5克/加仑(即约为0.396g/L)。在图24c中示出的装置中继续加工之前,带有加工增强剂的水3暴露于等离子体4的时间量约为60分钟。
[0814] 对于由电极1制造的每个等离子体4来说,施加的电压约为750伏。该电压通过本文别处讨论的变压器60(即平衡中点基准设计)获得。
[0815] 第二个且不同的变压器与图24c中示出的电极5a/5b电连接。这种变压器是电压范围为0-300V、频率范围为47-400Hz并且最大额定功率为1kVA的hy AC电源。施加的电压约为300伏。电流随时间而变,在60分钟的运行时间中,最低电流为0.390安培,最高电流为0.420安培。金导线电极的直径是1mm。
[0816] 在悬液中产生的金纳米粒子的量,通过本文别处讨论的原子吸收光谱技术测量约为13.7ppm。按照本实施例制造的纳米粒子的尺寸和形状在本文的表12中充分讨论。
[0817] 图33a示出了从按照实施例12制造的悬液1AC-261干燥的金晶体的代表性TEM显微照片。
[0818] 图33b示出了基于按照实施例12制造的干燥金纳米粒子的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0819] 实施例13
[0820] 制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液(GB-154-20Hz、GB-157-40Hz、GB-159-60Hz、GB-161-80Hz、GB-173-100Hz和GB-156-300Hz)
[0821] 总的来说,本实施例使用了与实施例16中用于制造GB-134的相同的制造设置,为了简便起见,使用的槽装置的具体情况将在那个实施例中详细讨论。在本实施例中,制造悬液或胶体的主要差别在于使用了来自可编程AC源的不同正弦波形频率作为电极5a/5b的电输入。
[0822] 具体来说,使用了低至20Hz和高至300Hz的正弦波AC频率,按照本文中的讲授来制造纳米晶体悬液或胶体。AC电源501AC使用了Chroma 61604可编程AC源。施加的电压是300伏。波形是正弦波,采取6种不同频率-20、40、60、80、100和300Hz。施加的电流在4.2安培至4.8安培之间不等。
[0823] 图34a示出了从悬液GB-154干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图34b示出了基于来自悬液GB-154的干燥的金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0824] 图35a示出了从悬液GB-157干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图35b示出了基于来自悬液GB-157的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0825] 图36a示出了从悬液GB-159干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图36b示出了基于来自悬液GB-159的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0826] 图37a示出了从悬液GB-161干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图37b示出了基于来自悬液GB-161的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0827] 图38a示出了从悬液GB-173干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图38b示出了基于来自悬液GB-173的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0828] 图39a示出了从悬液GB-156干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图39b示出了基于来自悬液GB-156的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0829] 从本实施例可以清楚看出,在本实施例的条件下,粒度“状态”和粒度分布两者都随着AC正弦波形频率的增加而增加。
[0830] 实施例14
[0831] 制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液(GB-166-正弦、GB-165-正方形和GB-162-三角形)
[0832] 总的来说,本实施例使用了与实施例16中用于制造GB-134的相同的制造设置,为了简便起见,使用的槽装置的具体情况将在那个实施例中详细讨论。在本实施例中,制造悬液或胶体的主要差别在于通过BK Precision 4040 20MHz函数发生器501FG产生了三种不同类型的波形(即正弦、正方和三角形波)。波形输出被输入到chroma61604可编程AC源501AC。所施加的电压对于正弦波(“SI”)和方形波(“SQ”)来说是300伏,而对于三角形波形(“TR”)来说,施加的电压是250伏。这些波形各示出在图41中。具体来说,GB-166利用正弦波;GB-165利用方形波;GB-162利用三角形波作为电极5a/5b的电输入。
[0833] 图42a示出了从悬液GB-166干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图42b示出了基于来自悬液GB-166的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0834] 图43a示出了从悬液GB-165干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图43b示出了基于来自悬液GB-165的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0835] 图44a示出了从悬液GB-162干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图44b示出了基于来自悬液GB-162的干燥的金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0836] 实施例15
[0837] 制造金基纳米粒子/纳米粒子悬液(GB-163和GB-164)
[0838] 总的来说,本实施例使用了与实施例16中用于制造GB-134的相同的制造设置,为了简便起见,使用的槽装置的具体情况将在那个实施例中详细讨论。在本实施例中,制造悬液或胶体的主要差别在于对于来自于信号波发生器501FG和可编程AC源501AC(即在实施例14中所讨论的)的三角形波形,使用了两种不同的占空比。对于每个三角形波形来说,施加的电压是250伏。具体来说,GB-166和GB-164各利用了图45中示出的三角形波形TR-1、TR-2和TR-3作为电极5a/5b的电输入。波形TR-2是最大占空比,而TR-3是最小占空比。
[0839] 图46a示出了从悬液GB-163干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图46b示出了基于来自悬液GB-163的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0840] 图47a示出了从悬液GB-164干燥的金纳米晶体的代表性TEM显微照片;图47b示出了基于来自悬液GB-164的干燥金纳米晶体的TEM测量产生的粒度分布直方图。
[0841] 实施例16
[0842] 制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液(GB-134)、(GB-098、GB-113和GB-118)、(GB-120和GB-123)、(GB-139)、(GB-141和GB-144)、(GB-079、GB-089和GB-062)以 及(GB-076和GB-077)
[0843] 总的来说,本实施例16利用了与图20c-h、21b-g和22b中大体示出的装置相关的本发明某些实施方案。此外,表5归纳了结合图20c-h、21b-g和22b使用的关键加工参数。表5还公开了:1)得到的“ppm”(即金纳米粒子浓度),2)从各图49c-61中示出的三个最高幅度峰的平均值获得的“流体动力学半径”单个数值(在后文中讨论),以及3)“TEM平均直径”,其是对应于最经常出现的粒度的状态,通过图49b-61b中示出的TEM直方图来确定。这些物理表征按照本文别处所讨论的来确定。
[0844] 表5(1/2页)
[0845]
[0846]
[0847] 表5(2/2页)
[0848]
[0849]
[0850] 在上面提到的图中的所有槽式构件30a’和30b’分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34(在许多图中没有示出,但是在本文别处讨论)也由厚度约为1/4″(约6-7mm厚)的有机玻璃制成。与图19a和19b中示出的实施方案相反,每个槽式构件30a与槽式构件30b’整合,因此被称为30a’(例如与前面的某些实施例中相同,在槽式构件30a后没有提供独立的泵送机构)。在本实施例中使用的每个槽式构件30a’的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即是梯形形状的横截面)。每个槽式构件部分30b’的相关尺度在表5中报告为“M1”(即在槽式构件
30b’的入口部分处槽的内部宽度)、“M2”(即在槽式构件30b’的出口部分处槽的内部宽度)、“LT”(即槽式构件30b’的横向长度或流动长度)、“S”(即槽式构件30b’的高度)和“d”(即槽式构件30b’内液体3”的深度)。在某些实施方案中,槽式构件30b’的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”(参见图10a)是相同的。在这些情况下,表5只显示了“M1”的数值尺度,“M2”的入口用“未获得”表示。换句话说,一些槽式构件30b′沿着其纵向长度是逐渐收细的,并且在其他情况下,槽式构件30b′沿着其纵向长度基本上是直的。每个侧壁部分的厚度经测量也约为1/4″(约6mm)厚。对于槽式构件30b’报告了三个不同的纵向长度“LT”(即610mm、914mm或1219mm),然而,其他的长度LT应该被认为也在本发明的槽的界限和范围之内。
[0851] 表5示出了加工增强剂NaHCO3添加到纯水(在本文别处讨论)中的量为约0.4mg/ml或0.53mg/ml。应该理解,该加工增强剂也能起作用的其他量在本发明的界限和范围之内。纯水/NaHCO3混合物用作输入到槽式构件30a’中的液体3。液体3’在形槽式构件30a’(即等离子体4形成的地方)中的深度“d”,在沿着槽式构件30a’的不同点处,为大约
7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用闸板80(示出在图18a和18b中)进行部分控制。具体来说,闸板80设在槽式构件30a’的输出端32附近,帮助产生约
7/16″至约1/2″(约11-13mm)深的深度“d”(图10b中示为“d”)。闸板80的高度“j”为约1/4″(约6mm),并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越槽式构件30a’的底部尺度“R”。因此,在其操作过程中,槽式构件30a’中液体3’的
3 3
总体积为约2.14in(约14.58ml)至约0.89in(约14.58ml)。
[0852] 液体3’进入槽式构件30a’以及进入槽式构件30b’的流速,对于除了一个形成的样品之外(即对于GB-144来说约为110ml/分钟)的所有样品来说是约150ml/分钟,并且在点32处流出槽式构件30b’的速率对于除了GB-144之外的所有样品来说是约110ml/分钟(即由于蒸发),对GB-144来说是62ml/分钟。在GB-144中发生的蒸发量与其他样品相比百分率更高,这是因为相对于按照本实施方案制造的其他样品来说,液体3”在槽式构件30b’中的停留时间更长。其他可接受的流速应该被认为在本发明的界限和范围之内。
[0853] 液体3’的这种流动,通过使用 L/S泵驱动器40获得,额定功率0.1马力,10-600rpm。 泵40的型号是77300-40。泵驱动器的泵头也由
制造,被称为No.7518-10型Easy-Load。用通用的术语来说,泵40的头被称为蠕动泵头。
泵40和头由 LS数字模块驱动器控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。
数字模块驱动器的具体设置是例如对于GB-144之外的所有样品为150毫升/分钟,对于GB-144来说为例如110ml/分钟。将直径为1/4″的 管(即,规格06419-25)放置
到蠕动泵头中。该管由Saint Gobain为 制造。管的一个端部通过位于槽式构
件30a中的流动扩散机构传送到槽式构件30a’的第一端部31。该流动扩散机构将引入到槽式构件30a’中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲状况趋于最小化。
对此,在槽式构件30a’的端部31的垂直上方的点处,提供了用作扩散机构的小储液器,以便当储液器溢流时,发生液体3’相对稳定地流入V形槽式构件30a’的端部31中。
[0854] 表5示出了在本实施例18中使用的有单个电极组1a/5a或两个电极组1a/5a。等离子体4使用电极1产生,电极的形状类似于图5e中显示的电极,并且重量约为9.2克。该电极是99.95%纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片,尺寸为约
14mm×23mm×27mm,厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。所有其他适当的运行条件示出在表5中。
[0855] 如图20c-h中所示,从槽式构件30a′的输出是调制过的液体3′,并且该调制过的液体3′直接流入第二槽式构件30b′。如图21b-g和22b中所示的第二槽式构件30b′具有表5中报告的测量值。该槽式构件30b′取决于槽的尺度和其中液体3”的深度“d”,在其中含有约600ml至约1100ml液体3″。表5与图20c-h、21b-g和22b相结合,示出了各种不同的电极构造。例如,本文前面的实施例公开了使用四个电极组5/5以及一个电极组1/5。在本实施例中,使用了8个或9个电极组(例如一个1/5组与7或8个5/5′组;或两个1/5组与7个5/5′组)。每个电极组5/5′包含99.99%纯的金导线,如表5中所报告的,测得其直径约为0.5mm或直径为1.0mm。每个导线电极5与液体3”相接触的长度(在表5中报告为“WL”),经测量为约0.5英寸(约13mm)长至约2.0英寸(51mm)长。使用了两种不同的电极组构造5/5′。图21b、21c、21e、21f、21g和22b都示出了沿着平面取向的电极组5/5′(例如沿着液体3”的流动方向成直线形式排列)。然而图21d示出了电极组5/5′相对于前面提到的电极组5/5′旋转约90°。此外,图20a-20h中所示的实施方案示出了电极组1/5和5/5′都沿着相同平面定位。然而,应该理解,在每个电极组1/5和/或5/5′的电极之间产生的想象的平面可以与液体3”的流动方向平行或与液体3”的流动方向垂直,或相对于液体3”的流动方向成一定角度。
[0856] 对于图20c-h、21b-g和22b来说,每个独立的电极组5/5′(例如组2、组3-组8或组9)与其中所示的变压器装置50和50a电连接。具体来说,变压器50和50a按照图20c-h中所示的接线图与每个电极组电连接。具体接线在不同实施例之间不同,具体的电连接信息应该参考图20c-20g。在大多数情况下,每个变压器装置50、50a与相对于彼此120°异相的单独的AC输入线相连。变压器50和50a电连接的方式要使得单个电路不过载,并且不引起例如上游断路器脱开(例如当在这些条件下使用时,单个变压器50/50a可能引出足够的电流,从而引起上游电力问题)。每个变压器50/50a是由单个线圈/绕线组构成的可变AC变压器。该绕组用作初级和次级绕组两者的一部分。跨绕组的固定部分施加输入电压。输出电压在绕组的一端与沿着绕组的另一个接头之间获得。通过暴露绕组的一部分并使用滑动电刷制造次级接头,能够获得连续的可变比。输出与输入电压的比率等于它们连接的绕组的匝数的比率。具体来说,每个变压器是Mastech TDGC2-5kVA,10A调压器,输出0-250V。
[0857] 表5用“组#”指称各电极组(例如“组1”到“组9”)。1/5或5/5电极组的每个电极被设定为在特定电压范围内操作。表5中列出的电压是用于每个电极组的电压。从每个电极组到相邻电极组的中线的距离“c-c”(参考图14)也被报告。此外,还报告了与使用的每个电极1相关的距离“x”。对于电极5′来说,没有报告距离“x”。样品GB-118具有与本文的其他实施例略微不同的电极5a/5b排列。具体来说,电极5a/5b分别的顶部或端部5t和5t′,与电极5a/5b的其他部分相比,位置彼此更靠近。顶部5t和5t’之间的距离“dt”在约7/16英寸(约1.2cm)至约2英寸(约5cm)之间变化。其他的相关参数也报告在表5中。
[0858] 用于电极1/5的所有材料从ESPI获得,其地址为1050 Benson Way,Ashland,Oregon 97520。在运行GB-139、GB-141、GB-144、GB-076、GB-077、GB-079、GB-089、GB-098、GB-113、GB-118、GB-120和GB-123中用于电极5/5的所有材料从Alfa Aesar获得,其地址为26Parkridge Road,Ward Hill,MA 01835。在运行GB-062中用于电极5/5的所有材料从ESPI,1050 Benson Way,Ashland,Oregon 97520获得。
[0859] 图49a-61a示出了从表5中提到的并按照实施例16形成的每种悬液或胶体干燥的各种金纳米晶体的两张代表性TEM显微照片。
[0860] 图49b-61b示出了使用较早时在实施例5-7中讨论的TEM仪器/软件,对表5中提到的并按照实施例16形成的每种干燥溶液或胶体测得的金纳米晶体的实测尺寸分布。
[0861] 图49c-61c图示了根据表5中提到的并按照实施例16形成的每种悬液或胶体制造的纳米晶体的动态光散射数据测量值组(即流体动力学半径)。应该指出,动态光散射粒度信息与TEM测量的直方图有差别,因为动态光散射使用的算法假设粒子都是球形的(它们并不是),并且测量流体动力学半径(例如,除了粒子的实际物理半径之外,还检测并报告了粒子对水的影响)。因此,正如在本文中包含的其他实施例中那样,报告的粒度在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的之间存在差异,并不令人意外。
[0862] 现在参考图20c、20h、21e、21f和20g,其是了用于制造样品GB-139、GB-141和GB-144的代表性结构。用于制造这些样品的槽式构件30b′与在本实施例16中使用的其他槽式构件30b′不同,因为:1)8个电极组1/5和5/5都与控制装置20和20a-20g相连(即参见图20h),所述控制装置自动调节例如每个电极组1/5中的每个电极1/5或5/5的高度;并且2)插口型接收管o5a/o5a′-o5g/o5g′与槽式构件30b′的底部相连,以便当需要的时候和情况下,每个电极组5/5中的电极可以可拆式插入到每个插口型接收管o5中。每个插口型接收管o5由聚碳酸酯制成,其内径约为1/8英寸(约3.2mm),并通过溶剂型粘合剂固定在槽式构件30b′的底部适当位置中。槽式构件30b′底部中的孔允许每个管o5的外径固定在其中,使得管o5的一端与槽30b’的底部的表面平齐。管o5的内径有效地阻止任何显著量的液体3″进入插口型接收管o5。然而,一些液体可以流入一个或多个插口型接收管o5的内部。在本实施例中使用的每个插口型接收管o5的长度或垂直高度约为6英寸(约15.24cm),然而,更短或更长的长度也在本公开的界限和范围之内。此外,尽管示出的插口型接收管o5在后来是直的,但这样的管可以弯曲成J-形或U-形方式,使得如果需要,它们远离槽式构件30b’的开口可以高于液体3”的上表面。
[0863] 参考图21e、f和g,每个电极5/5′首先被放置成与液体3″相接触,使得它刚好进入插口型接收管o5。在一定量的加工时间后,从每个导线电极5除去金金属,使得电极5变细(即直径变小),这改变了例如电流密度和/或金纳米粒子形成的速率。因此,将电极5朝插口型接收管o5移动,使得新鲜的更粗的电极5在液体3″的上表面部分处进入液体
3″。实质上,在经过一定量的加工时间后,在电极5上形成了侵蚀型面或锥化效应(即导线靠近液体3″表面的部分典型地比靠近插口型接收管o5的部分更粗),并且如果需要,这种导线电极型面或锥化可以在整个生产过程中维持基本上恒定,导致在生产运行过程中,在最初的预平衡阶段后的任何时间点处产生基本上一致的产物,允许例如工艺符合当前FDA准则下的cGMP和/或也符合ISO 9000。
[0864] 电极5移入插口型接收管o5中可以通过监测随时间改变的各种特定加工参数(例如电流、安培、纳米晶体浓度、光密度或颜色、电导、pH等)来进行,或者可以在各种时间间隔下移动预定的量以产生固定的移动速率,视哪一种在加工环境总体状况下可能更加方便而定。就此而言,图54d、55d和56d示出了对于分别用于制造样品GB-139、GB-141和GB-144的16个电极中的每个电极,监测/控制引起电极5进入插口型接收管o5的垂直移动的电流随时间的变化。在这些加工条件下,每个电极5以每8小时约3/4英寸(约2.4mm/小时)的速率移动,以维持在图54d、55d和56d中报告的电流。图55d和56d示出了典型的爬升或预平衡阶段,其中电流开始在0.2-0.4安培左右,并在约20-30分钟后增加到约0.4-0.75。只从平衡阶段收集样品。预平衡阶段的发生是因为,例如,在液体3″中产生的纳米晶体的浓度随着时间增加,直到浓度达到平衡条件(例如装置内基本上恒定的成核和生长条件),由于本文公开的控制方法,平衡条件在整个剩下的加工中基本上保持恒定。
[0865] 通过使用US-VIS分光光度计获得了实施例16中样品的能量吸收光谱。该信息使用双光束扫描单色器系统获取,该系统能够扫描190nm到1100nm的波长范围。使用Jasco V530 UV-Vis光度计来收集吸收光谱。仪器被设置成使用众多熔融石英样品杯或“比色皿”中的一种来支持低浓度液体样品的测量。各种比色皿允许在10mm、1mm或0.1mm的样品光程下收集数据。在上述的波长范围内,使用250-900nm检测器,使用下列参数来获取数据:带宽2nm,数据节距0.5nm,带有水基线背景的光电二极管。扫描速率为400nm/mm的氘(D2)和卤素(WI)源两者都被用作主要能源。这些光度计的光程被设置成允许能量束通过样品比色皿的中心。样品准备仅限于装入比色皿并盖上盖子,然后将样品物理地放置到全封闭的样品室中的比色皿架中。测定目标材料对能量的光吸收。数据输出被测量并示出为吸光度单位(按Beer-Lambert定律)相对于波长。
[0866] 对于在实施例16中生产的每种溶液/胶体,获得了UV-可见光范围内的光谱图样。
[0867] 具体来说,图61d示出了14种悬液/胶体(GB-134)、(GB-098、GB-113和GB-118)、(GB-120和GB-123)、(GB-139)、(GB-141和GB-144)、(GB-079、GB-089和GB-062)以 及(GB-076和GB-077)的每种在约250nm-750nm的波长范围内的UV-Vis光谱图样。
[0868] 图61e示出了14种悬液/胶体的每种在约435nm-635nm的波长范围内的UV-Vis光谱图样。
[0869] 总的来说,UV-Vis光谱术是测量样品对近紫外和可见光的吸收波长和强度。紫外和可见光的能量足以促使外层电子进入更高的能级。UV-Vis光谱术可以应用于溶液或悬液中的分子和无机离子或复合体
[0870] UV-Vis光谱具有广泛的特征,所述特征可用于样品鉴定,但是也可用于定量测量。溶液中分析物的浓度可以通过测量在某些波长处的吸光度并应用Beer-Lambert定律来确定。
[0871] 实施例17
[0872] 制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液GB-056
[0873] 总的来说,实施例17利用了与图17a、18a、20b和22a中大体示出的装置相关的本发明某些实施方案。槽式构件30a(30a’)和30b分别由厚度为1/4″(约6mm)的有机玻璃和厚度为1/8″(约3mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34也由厚度约为1/4″(约6-7mm厚)的有机玻璃制成。如图20b中所示,槽式构件30a与槽式构件30b’整合在一起并被命名为30a’(例如,在槽式构件30a后没有提供独立的泵送机构,正如在前面的某些实施例中那样)。在图18a和20b中示出的槽式构件30a’的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即,截短的“V”)。测得截短的“V”的底部部分“R”为约0.5″(约1cm),并且测得每个侧面部分“S”、“S′”为约1.5″(约3.75cm)。V形槽式构件30a的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”为约21/4″-25/16″(约5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测量了每个侧壁部分的厚度,约为1/8″(约3mm)厚。V形槽式构件30a’的纵向长度“LT”(参考图11a),从点31到点32为约1英尺(约30cm)长。
[0874] 将纯水(在本文中别处讨论)与约0.396g/L的NaHCO3混合,并用作液体3输入到槽式构件30a’中。液体3’在V-形槽式构件30a’中的深度“d”(参考图10b),在沿着槽式构件30a’的不同点处,为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用闸板80(示出在图18a中)进行部分控制。具体来说,闸板80设在端部32附近,帮助产生约7/16″至约1/2″(约11mm-13mm)深的深度“d”(示出在图10b中)。测得闸板80的高度“j”为约1/4″(约6mm),并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越槽式构件30a’的底部尺度“R”。因此,在其操作过程中,V形槽式构件
3
30a’中液体3’的总体积为约2.14in(约35ml)。
[0875] 液体3’进入槽式构件30a’的流速是约150ml/分钟,在点32处流出槽式构件30b’的流速约为110ml/分钟(即由于蒸发)。液体3’的这种流动,通过使用 L/S泵驱动器40获得,额定功率0.1马力,10-600rpm。 泵40的型号是77300-40。
泵驱动器的泵头也由 制造,被称为No.7518-10型Easy-Load。用通用的术语
来说,泵40的头被称为蠕动泵头。泵40和头由 LS数字模块驱动器控制。数
字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器的具体设置是例如150毫升/分钟。将直径为1/4″的 管(即,规格06419-25)放置到蠕动泵头中。该管由Saint Gobain
为 制造。管的一个端部通过位于槽式构件30a’中的流动扩散机构传送到槽式
构件30a’的第一端部31。流动扩散机构将引入到槽式构件30a’中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲状况趋于最小化。对此,在槽式构件30a’的端部31的垂直上方的点处,提供了用作扩散机构的小储液器,以便当储液器溢流时,发生液体3’相对稳定地流入V形槽式构件30a’的端部31中。
[0876] 在本实施例17中使用了单个电极组1a/5a。等离子体4使用电极1产生,电极1的形状类似于图5e中所示,并且重量约为9.2克。该电极是99.95%纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片,尺寸为约14mm×23mm×27mm,厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。所有其他适当的运行条件示出在表10中。
[0877] 如图20b中所示,来自槽式构件30a’的输出是调制过的液体3’,并且该调制过的液体3’直接流入第二槽式构件30b’中。在图22a中示出的第二槽式构件30b’测得约为3.75英寸高,在其端部32处宽约3.75英寸,在其端部31处宽约1英寸。该槽式构件30b’在其中含有约1450ml液体3”,其深度约为2.5英寸。在本实施例中,四个电极组5a、
5a’-5d、5d’各包含99.95%纯的金导线,测得导线直径约为0.5mm。测得每个导线5长约5英寸(约12cm)。液体3”深约2.5英寸(约6cm),其中浸没有约4.25英寸(约11cm)的j-形导线。每个电极组5b、5b’-5e、5e’的形状类似“J”,如图17a中所示。在图17a中所示的距离“g”测得约为1-8mm。
[0878] 对于图20b和22a来说,4个独立的电极组(组2、组3、组4和组5)与2个独立变压器装置50和50a相连,如图20b中所示。具体来说,变压器50和50a按照图19a中所示的接线图与每个电极组电连接。每个变压器装置50、50a与相对于彼此120°异相的单独的AC输入线相连。变压器50和50a电连接的方式使得单个电路不过载,并且不引起例如上游断路器脱开(例如当在这些条件下使用时,单个变压器50/50a可能引出足够电流以引起上游电力问题)。每个变压器50/50a是由单个线圈/绕线组构成的可变AC变压器。该绕组用作初级和次级绕组两者的一部分。跨绕组的固定部分施加输入电压。输出电压在绕组的一端与沿着绕组的另一个接头之间获得。通过暴露绕组的一部分并使用滑动电刷制造次级接头,能够获得连续可变比。输出与输入电压的比率等于它们连接的绕组的匝数的比率。具体来说,每个变压器是Mastech TDGC2-5kVA,10A调压器,输出0-250V。
[0879] 表6用“组#”指称4个电极组的每个。4个电极组的每个电极被设定为在特定电压范围内操作。正如在表10中列出的,实际电压约为255伏。从每个电极组到相邻电极组的中心线的距离距离“c-c”(参考图14)也被显示。此外,还报告了与使用的电极1相关的距离“x”。对于电极5来说,没有报告距离“x”。其他的相关参数报告在表6中。
[0880] 用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得,其地址为1050 Benson Way,Ashland,Oregon 97520。
[0881] 表6
[0882] 0.396mg/ml的NaHCO3(Au)
[0883] 运行ID: GB-056
[0884] 流速: 150ml/min
[0885] 电压: 255V
[0886] NaHCO3: 0.396mg/ml
[0887] 导线直径: .5mm
[0888] 构造:J/J
[0889] PPM: 12
[0890]
[0891] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0892] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0893] 图100a-e示出了从按照实施例16形成的溶液/胶体GB-056干燥的金纳米晶体的5张代表性TEM显微照片。
[0894] 图101a示出了使用较早时在实施例5-7中讨论过的TEM仪器/软件测量到的从溶液/胶体干燥的金纳米晶体的实测尺寸分布。
[0895] 图101b图示了按照本实施例17制造的纳米晶体的三个动态光散射数据测量组(即流体动力学半径)。应该指出,动态光散射粒度信息与TEM测量的直方图有差别,因为动态光散射使用的算法假设纳米晶体都是球形的(它们并不是),并且测量流体动力学半径(例如,除了纳米晶体的实际物理半径之外,还检测并报告了纳米晶体对水的影响)。因此,正如在本文中包含的其他实施例中那样,报告的纳米晶体尺寸在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的之间存在差异,并不令人意外。
[0896] 图102a-102d示出了按照实施例17制造的同样的悬液/胶体GB-056的其他代表性TEM显微照片,但是该悬液/胶体在实施例26中讨论的治疗组B中,通过小鼠的水瓶暴露于小鼠。应该指出,这些代表性TEM纳米晶体图像是干燥的溶液GB-056的图像,因此某些干燥条件可能影响了图像。显然,在例如干燥期间出现了金纳米晶体的一些簇集在一起的情况。然而,图103a示出的纳米晶体尺寸分布与图101a中示出的基本上相同。就此而言,图102和103中示出的数据对应于在实施例26的EAE研究的第2日与第3日之间在小鼠饮水瓶中保留了24小时时间段的悬液。有趣的是图103b与图101b的比较。就此而言,动态光散射数据发生变化。具体来说,图101b中示出的最大流体动力学半径约为16.8nm,而在图103b中,它约为20.2nm。显然,动态光散射数据识别到了悬液中纳米晶体的某些簇集类型,其也由图102a-102d中示出的干燥悬液/金纳米晶体的TEM显微照片所显示。
[0897] 同样地,图104a-104c、图105a和图105c都对应于在实施例26中讨论的EAE研究的第4日与第5日之间在小鼠饮水瓶中保留了24小时时间段的悬液/胶体GB-056。同样,显然发生了纳米晶体团集在一起的一些类型。
[0898] 尽管图101a、103a和105a在TEM测量的纳米晶体尺寸上基本上类似,但如图105b中所示,显然纳米晶体的动态光散射半径(例如流体动力学半径)相对于图101b中报告的较小的流体动力学半径来说已经增大,正如它在图103b中的增大一样。
[0899] 合在一起,这些数据表明,将本文公开的本发明组合物暴露于例如小鼠唾液中的某些组分,可以导致悬浮在液体中的纳米晶体簇集或团集在一起。因此,长时间暴露于某些蛋白可能对这些本发明的组合物具有“变性”效应。这种“变性”效应是可管控的,并且不希望受到任何特定理论或解释的束缚,可能是非常理想的,因为由于非常“清洁的”表面,这样的反应性可能支持所需的体内活性(例如某些蛋白质结合机制)。
[0900] 实施例18
[0901] 制造金基纳米晶体/纳米晶体悬液(GB-151、GB-188、GB-175、GB-177、GB-176、GB-189、GB-194、GB-195、GB-196、GB-198和GB-199)
[0902] 总的来说,本实施例利用了与图18a和21d中大体示出的装置相关的本发明某些实施方案。控制装置20(在图21d中没有示出)与电极1/5和5/5相连,然而,由于每个“运行ID”中运行时间短,因此不需要启动控制装置20。因此,参考图3c和9c,电极5a和5b的端部9’与槽式构件30b’的底部并置。此外,表7归纳了与图18a和21d结合使用的关键加工参数。此外,表7公开了:1)得到的“ppm”(即金纳米晶体浓度),2)“TEM平均直径”,其是对应于最频繁出现的晶体直径的状态,通过如图62b-72b中所示的TEM直方图确定。这些物理表征按照本文别处的讨论进行。
[0903] 表7(1/2)
[0904]
[0905] 表7(2/2)
[0906]
[0907] 上面提到的图18a和21d中的所有槽式构件30a’和30b’分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34(在所述图中没有示出,但是在本文别处讨论过)也由厚度约为1/4″(约6-7mm厚)的有机玻璃制成。与图19a和19b中所示的实施方案相反,每个槽式构件30a与槽式构件30b’整合在一起,因此被称为30a’(例如在槽式构件30a后没有提供独立的泵送机构,如在以前的某些实施例中那样)。在本实施例中使用的每个槽式构件30a’的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即梯形横截面)。每个槽式构件部分30b’的相关尺度在表7中报告为“M1”(即槽式构件30b’的入口部分处槽的内部宽度)与槽式构件30b’的出口部分处槽的内部宽度相同)、“LT”(即槽式构件30b’的横向长度或流动长度)、“S”(即槽式构件30b’的高度)和“d”(即槽式构件30b’内液体3”的深度)。每个侧壁部分的厚度经测量也约为1/4″(约
6mm)厚。对于槽式构件30b’报告了两个不同的纵向长度“LT”(即762mm或914mm),然而,其他的长度LT应该被认为也在本发明的槽的界限和范围之内。
[0908] 表7示出了加工增强剂NaHCO3添加到纯水(在本文别处讨论)中的量为约0.26mg/ml或0.53mg/ml。应该理解,该加工增强剂(和其他加工增强剂)也能起作用的其他量在本发明的界限和范围之内。纯水/NaHCO3混合物用作液体3输入到槽式构件30a′中。液体3’在槽式构件30a’(即等离子体4形成的地方)中的深度“d”,在沿着槽式构件
30a’的不同点处,为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用闸板
80(示出在图18a和18b中)进行部分控制。具体来说,闸板80设在槽式构件30a’的输出端部32附近,帮助产生约7/16″至约1/2″(约11mm-13mm)深的深度“d”(图10b中示为“d”)。闸板80的高度“j”为约1/4″(约6mm),并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约
13mm)。宽度(未示出)完全跨越槽式构件30a’的底部尺度“R”。因此,在其操作过程中,
3 3
槽式构件30a’中液体3’的总体积为约2.14英寸 (约35ml)至约0.89in(约14.58ml)。
[0909] 液体3进入槽式构件30a’以及进入槽式构件30b’的流速是可变的(如表7中所示),并且由于不同的输入流速和蒸发,在点32处流出槽式构件30b’的速率也是可变的。其他可接受的流速应该被认为在本发明的界限和范围之内。
[0910] 液体3’的这种流动,通过使用 L/S泵驱动器40获得,额定功率0.1马力,10-600rpm。 泵40的型号是77300-40。泵驱动器的泵头也由
制造,被称为No.7518-10型Easy-Load。用通用的术语来说,泵40的头被称为蠕动泵头。
泵40和头由 LS数字模块驱动器控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。
数字模块驱动器的具体设置是例如对于GB-144之外的所有样品为150毫升/分钟,对于GB-144来说为例如110ml/分钟。将直径为1/4″的 管(即,规格06419-25)放置
到蠕动泵头中。该管由Saint Gobain为 制造。管的一个端部通过位于槽式构
件30a中的流动扩散机构传送到槽式构件30a’的第一端部31。流动扩散机构将引入到槽式构件30a’中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲状况趋于最小化。
对此,在槽式构件30a’的端部31的垂直上方的点处,提供了用作扩散机构的小储液器,以便当储液器溢流时,发生液体3’相对稳定地流入V形槽式构件30a’的端部31中。
[0911] 表7示出了在本实施例18中使用的是单个电极组1a/5a。等离子体4使用电极1产生,用电极1的形状类似于图5e中显示的电极,并且重量约为9.2克。该电极是99.95%纯的金。另一个电极5a包含浸没在液体3’中的99.95% 1mm金导线。所有其他适当的运行条件示出在表7中。
[0912] 从槽式构件30a′的输出是调制过的液体3′,并且该调制过的液体3′直接流入第二槽式构件30b′。如图21d中所示的第二槽式构件30b′具有表7中报告的测量值。该槽式构件30b′取决于槽的尺度和其中液体3”的深度“d”,在其中含有约260ml至约980ml液体3″。表7与图21d相结合,示出了使用的电极构造。例如,本文前面的实施例公开了使用四个电极组5/5以及一个电极组1/5。在本实施例中,使用了8个电极组(例如一个1/5组与7或8个5/5′组)。每个电极组5/5′包含99.99%纯的金导线,如表7中所报告的,其直径约为0.5mm或直径1.0mm。每个导线电极5与液体3”相接触的长度(在表7中报告为“WL”),经测量为约0.75英寸(约19mm)长至约1英寸(25mm)长。图21d显示了电极组5/5’如图5c中所示排列。
[0913] 每个电极组5a/5b与Chroma 61604程控的AC电源(未示出,并在本文别处讨论)相连。施加的电压报告在表7中。具体来说,表7用“组#”指称每个电极组(例如“组1”到“组8”)。1/5或5/5电极组的每个电极被设定为在特定电压范围内操作。表7中列出的电压是用于每个电极组的电压。还报告了从每个电极组到相邻电极组的中心线的距离“c-c”(参考图14)。此外,还报告了与所用的每个电极1相关的距离“x”(例如参见图2a)。其他的相关参数也报告在表7中。
[0914] 用于电极1/5的所有材料都从Hi-Rel Alloys获得,其地址为23Lewis Street,Fort Erie,Ontario L2A2P6,加拿大。
[0915] 图62a-72a示出了从表7中提到的并按照实施例18形成的每种溶液或胶体干燥得到的每种金纳米粒子的2张代表性TEM显微照片。
[0916] 图62b-72b示出了使用较早时在实施例5-7中讨论过的TEM仪器/软件测量到的、表7中提到的并按照实施例18形成的每种干燥溶液或胶体的金粒子的实测尺寸分布。
[0917] 对实施例18中的样品,通过使用US-VIS光谱术获得了能量吸收光谱。该信息使用双光束扫描单色器系统获取,该系统能够扫描190nm到1100nm的波长范围。使用Jasco V530 UV-Vis光度计来收集吸收光谱。仪器被设置成使用许多熔融石英样品杯或“比色皿”中的一个来支持低浓度液体样品的测量。各种比色皿允许以10mm、1mm或0.1mm的样品光程来收集数据。在上述的波长范围内,使用250-900nm检测器,使用下列参数来获取数据:带宽2nm,数据节距0.5nm,带有水基线背景的硅光电二极管。扫描速率为400nm/mm的氘(D2)和卤素(WI)源两者都被用作主要能源。这些光度计的光程被设置成允许能量束通过样品比色皿的中心。样品准备仅限于装入比色皿并盖上盖子,然后将样品物理放置到全封闭的样品室中的比色皿架中。测定目标材料对能量的光吸收。测量数据输出并表示为吸光度单位(按Beer-Lambert定律)相对于波长。
[0918] 对于在实施例18中生产的每种溶液/胶体,获得了UV-可见光范围内的光谱图样。
[0919] 具体来说,图72c示出了11种悬液/胶体(GB-151、GB-188、GB-175、GB-177、GB-176、GB-189、GB-194、GB-195、GB-196、GB-198和GB-199)的每种在约250nm-750nm的波长范围内的UV-Vis光谱图样。
[0920] 图72d示出了11种悬液/胶体的每种在约435nm-635nm的波长范围内的UV-Vis光谱图样。
[0921] 总的来说,UV-Vis光谱术是对样品对近紫外和可见光的吸收波长和强度的测量。紫外和可见光的能量足以促使外层电子进入更高的能级。UV-Vis光谱术可以应用于溶液中的分子和无机离子或复合体。
[0922] UV-Vis光谱具有广泛的特征,所述特征可用于样品鉴定,但是也可用于定量测量。溶液中分析物的浓度,可以通过测量在某些波长处的吸光度并应用Beer-Lambert定律来确定。
[0923] 实施例19
[0924] 制造金基纳米粒子/纳米粒子悬液或胶体Aurora-002、Aurora-004、Aurora-006、Aurora-007、Aurora-009、Aurora-011、Aurora-012、Aurora-013、Aurora-014、Aurora-016、Aurora-017、Aurora-019、Aurora-020、Aurora-021、Aurora-022、Aurora-023、Aurora-024、Aurora-025、Aurora-026、Aurora-027、Aurora-028、Aurora-029和Aurora-030
[0925] 总的来说,实施例19利用了与本文公开的任何其他实施例不同的槽式构件30与电极1/5的组合。具体来说,本实施例在槽式构件30a’中利用了第一组4个电极1和单个电极5a,用于产生多个等离子体4,产生调制的液体3′。调制过的液体3′流入并通过纵向槽式构件30b′,其中平行放置的电极5b/5b′基本上沿着槽式构件30b’的整个纵向长度或流动长度定位。具体参考图23a、23b、23c和23d,其示出了本发明的这个实施方案的各种示意透视图。此外,表8包含了与本发明的本实施方案相关的相关加工参数。
[0926]
[0927]
[0928]
[0929] 对于图23a来说,两个AC电源60和60a如所示电连接,并在第一槽式构件部分30a′中四个相应的电极1a、1b、1c和1d处产生了4个独立的等离子体4a、4b、4c和4d。如图23a中所示,只有单个电极5a与所有四个电极1电连通。这些电源60和60a与本文其他实施例中报告的电源相同。向液体3添加两种不同量的加工增强剂NaHCO3,然后进行与表
13中报告的相同的四个等离子体4a-4d调制。所报告的加工增强剂的量和类型不应该被解释为限制本发明。液体3/3′流入和流出槽式构件30a′以及流入槽式构件30b′的流速,也报告在表8中。由于液体中的蒸发损失,流出槽式构件30b′的流速要低约5%至50%,其中在电极5b/5b′处在较高功率下蒸发较高。根据本文的讲授,可以利用液体3/3′的各种流速。
[0930] 在本具体实施方案中仅使用了一组电极5b/5b′。这些电极5b/5b′如本文其他实施例中所述与AC电源50相连。在本具体实施例中使用的金导线电极5b/5b′是与本文报告的其他实施例中使用的相同的金导线,具有表8中报告的尺度。然而,相对长的金导线电极长度(即相对于本文中的其他实施例)沿着槽式构件30b′的纵向长度LT设置。电极5b/5b′的导线长度报告在表8中。使用了两种不同的导线长度,50英寸(127cm)或54英寸(137cm)。此外,还报告了导线5b/5b′之间的不同横向距离。本文中报告了两种不同的横向距离,即0.063英寸(1.6mm)和0.125英寸(3.2mm)。可以利用不同的电极5b/5b′长度以及电极5b/5b′之间的多种不同的横向距离。
[0931] 导线电极5b/5b′由靠近输入端31(参见图23c)的装置Gb、Gb′、T8、T8′、Tb和Tb′以及靠近输出端部32的相应装置Gb、Gb′、Cb、Cb′、Cbb和Cb′b′(参见图23d),在空间上定位于槽式构件30b′中的液体3″内。应该理解,可以利用各种装置使得沿着槽式构件30b′连续布置电极5b/5b′,本文中报告的那些是示例性的。用于布置电极5b/5b′的重要必要条件包括在沿着电极与液体3”接触的整个长度上维持电极间的所需横向间距(例如,电极的彼此接触将引起电短路)。具体来说,电极5b/5b′由靠近输入端部31的聚碳酸酯制成的以及靠近输出端部32的玻璃制成的引导部件Gb和Gb′来牵引。槽式构件30b′每端处的部件Gb和Gb′通过槽式构件30b′的输出端32附近的圆规Cbb、Cb′b′和槽30b′的相反端处的类似圆规Cb和Cb′调整到位。在引导部件Gb和Gb′顶端附近的槽式构件30b′的输出端32处进行与电极5b/5b′的电连接。利用拉伸弹簧Tb和Tb′保持电极导线5b/5b′拉紧,以维持电极相互之间的固定空间关系。就此而言,电极5b/5b′可以沿着其整个长度基本上平行,或者它们可以在其一端相对于另一端更接近(例如沿着其整个长度产生不同的横向距离)。控制电极5b/5b′之间的横向距离影响电流、电流密度浓度、电压等。当然,对于本技术领域的普通专业人员来说,存在其他的定位机构,并且它们在本发明的界限和范围之内。
[0932] 表8示出了各种相关加工条件以及某些结果,包括例如“流体动力学r”(即流体动力学半径(以纳米为单位报告))以及跨电极5b/5b′施加的加工电流。此外,还报告了使用各种加工条件得到的ppm水平,其中低约0.5ppm,高约128ppm。
[0933] 图73a示出了从溶液或胶体Aurora-020干燥得到的金纳米粒子的两张代表性TEM显微照片,所述Aurora-020在合成后第二天测量,报告具有128ppm的金浓度。在两周内,该样品的浓度降低至107ppm,再过5周后,浓度降低至72ppm。
[0934] 图73b示出了通过较早时在实施例5-7中讨论的TEM仪器/软件测量的、干燥Aurora-020对应的金纳米粒子的实测尺寸分布。
[0935] 图73c图示了按照表8中提到的Aurora-020制造并在合成7周后测量的纳米晶体的动态光散射数据测量值组(即流体动力学半径)。强度分布图中的主峰在23nm附近。新鲜Aurora-020样品上的动态光散射测量(未显示)在31nm处产生了主峰。应该指出,动态光散射粒度信息与TEM测量的直方图有差别,因为动态光散射使用的算法假设粒子都是球形的(它们并不是),并且计算流体动力学半径(例如,除了粒子的实际物理半径之外,还检测并报告了粒子对水的影响)。因此,正如在本文中包含的其他实施例中那样,报告的粒度在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的之间存在差异,并不令人意外。
[0936] 因此,从该连续加工方法可以清楚看出,各种加工参数能够影响产生的生成产物。
[0937] 实施例20
[0938] 通过分批方法制造金基纳米粒子/纳米粒子悬液或胶体GA-002、GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013
[0939] 本实施例利用了本发明的分批方法。图24a显示了在本实施例中用于调制液体3的装置。在调制后,将液体3′在图24c所示的装置中加工。本实施例的主要目的是显示各种不同的加工增强剂(在表9中作为“PE”列出)。具体来说,表9示出了用于每个电极1和5的电压、液体3在图24a的装置中暴露于等离子体4的停留时间、在每个图24a和24c中使用的液体体积、用于产生图24a中的等离子体4的电压和用于图24c中的电极5a/5b的电压。
[0940] 表9
[0941]
[0942] 对于所使用的报告的加工增强剂(PE)来说,使用了不同的mg/ml量,以试图使每种溶液具有相近的电导(例如液体3/3′中也存在相近摩尔量的阳离子)。在每个实施例中使用的电极导线直径相同,约1.0mm,正如在本文别处报告的,其从ESPI获得,地址为1050 Benson Way,Ashland,Oregon 97520。
[0943] 电极与图24c所示装置中的液体3’接触的量在每种情况下相同,即0.75英寸(19.05mm)。
[0944] 表9还示出了对于相同加工增强剂即NaHCO3来说,横向电极间隔(即图24c中示出的基本上平行的电极5a/5b之间的距离“b”)的影响。可以清楚看出,对于较近的电极放置(即较小的“b”值)来说,电极电流和相应的最终液体温度较低。
[0945] 使用电压源60(在本文别处讨论)来产生图24a中示出的等离子体4。使用电压源50(在本文别处讨论)在图24c所示的电极5a/5b之间产生电压和电流。
[0946] 表9还报告了实测的流体动力学半径(即图74c-80c的各个图中所示的三个最高幅度峰的平均值获取的“流体动力学半径”单个数值,以及与从图74b-80b中示出的TEM直方图所计算的平均实测金纳米晶体尺寸对应的“TEM平均直径”)。
[0947] 图74a1、a2-80a1、a2示出了按照本实施例形成的、表9中提到的每种溶液或胶体干燥而得到的每种金纳米晶体的两张代表性TEM显微照片。
[0948] 图74b-80b示出了对按照本实施例形成的、在表9中提到的每种悬液或胶体,通过使用较早时在实施例5-7中讨论的TEM仪器/软件测量的金纳米晶体的实测尺寸分布。
[0949] 图74c-80c图示了对按照本实施例形成的、在表9中提到的每种悬液或胶体制造的纳米晶体的动态光散射数据测量组(即流体动力学半径)。应该指出,动态光散射粒度信息与TEM测量的直方图有差别,因为动态光散射使用的算法假设纳米晶体都是球形的(它们并不是),并且计算流体动力学半径(例如,除了纳米晶体的实际物理半径之外,还检测并报告了纳米晶体对水的影响)。因此,正如在本文中包含的其他实施例中那样,报告的纳米晶体尺寸在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的之间存在差异,并不令人意外。
[0950] 比较例21
[0951] 按照Bredig/Svedberg方法制造金基纳米粒子/纳米粒子悬液
[0952] 本实施例利用了在两个金电极之间产生的水下AC等离子体来尝试制造与通过Bredig和Svedberg(在背景中讨论过)制造的类似的金纳米粒子悬液。
[0953] 具体来说,图81a示出了被设计用于起到类似于Svedberg的AC等离子体装置作用的装置的透视图。图81b示出了同一装置的横截面图。在这些图的每个中,各自具有1mm直径的金电极e1和e2浸没在水3中。在玻璃容器中含有约1加仑水3。电绝缘性护套构件s1和s2防止不需要的电弧产生。电极e1和e2用本文别处讨论的相同的变压器60供能。使电极e1紧邻电极e2端部被指为“Sh”的区域。电极e1的端部“ea”被击打成近似扁平。然后使扁平端部ea紧邻电极e2端部的Sh部分附近。当电极端部ea接近Sh部分时,产生水下等离子体4w。在稳定后,允许水下等离子体4w运行约2.5小时,以制造约1加仑胶体。2.5小时的运行结果示出在图82a和82b中。
[0954] 图82a是按照本实施例制造的金纳米粒子的代表性TEM显微照片。图82b是从按照本实施例制造的金纳米粒子的TEM测量值得到的粒度分布直方图。正如从TEM显微照片清楚看到的,不存在与本发明相似的纳米晶体。
[0955] 比较例22a
[0956] 可商购的基于胶体的纳米粒子悬液
[0957] 出于比较的目的,获得了8种可商购的胶体金溶液。商品名和来源列于下面的表10中:
[0958] 表10
[0959]溶液名称 制造商 描述
Utopia Gold Utopia Silver Supplements 胶体金
SNG911219 Source Naturals,Inc. 超级胶体金
Nanopartz Nanopartz 精确球形的金纳米粒子
Nanocomposix 15nm NanoComposix 鞣酸NanoXact金
Nanocomposix 10nm NanoComposix 鞣酸NanoXact金
Harmonic Gold Harmonic Innerprizes
ElectraClear InSpiral Technologies 胶体金
MesoGold Purest Colloids,Inc.
[0960] 图90c示出了在图22a中讨论的8种可商购金纳米粒子悬液中的7种(Utopia Gold、SNG911219、Nanopartz、Nanocomposix 15nm、Nanocomposix 10nm、Harmonic Gold和MesoGold)中的每一种在约250nm-750nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0961] 图90d示出了图22a中讨论的8种可商购金纳米粒子悬液中的7种(UtopiaGold、SNG911219、Nanopartz、Nanocomposix 15nm、Nanocomposix 10nm、Harmonic Gold和MesoGold)在约435nm-635nm的查询波长范围内的UV-Vis光谱图案。
[0962] 粒度和粒子形状分析
[0963] 在实施例5-7中提到的软件的协助下,通过目测观察分析透射电子显微镜(TEM)图像。根据显微照片中示出的二维投影,将各个粒子/晶体指派到5个组中的一个。5种类别是:三角形、五角形、六角形、菱形和其他。这些类别对应于文献和利用倾斜样品架的以前TEM研究中阐述的三维形态。粒子/晶体形状类别的2D/3D对应性列于表11中。
[0964] 表11
[0965]
[0966] 某些纳米晶体形式能够采取多种二维投影。例如,二十面体这种金纳米晶体的可能形状,在TEM显微照片中可以作为六角形、不规则七角形或球形出现。尽管在观察二维投影时注意分辨六角形、八角形和其他形状,但在二维投影中并不总是能够辨别关于这样的纳米晶体的真实形式的结论性信息。因此,只有四面体和五角双锥(即十面体)类别可以绝对辨别。六角形、菱形和其他类别被分组在一起。
[0967] 五角双锥纳米晶体在其侧面观察时可能投影成菱形。但是由于样品底面的平面性质并考虑到在整个分析中计数到的菱形数量非常低,这种情况不太可能发生。通过五角形二维投影计数的那些十面体与这前一组在本质上是不同的,并且它们的计数被当作一种质量因数或区分本发明晶体与现有技术晶体的方法。同样地,三角形或四面体也可容易地区分,并且也能用于比较目的。
[0968] 粒子或纳米晶体的聚集和聚团可能在胶体中发生,或作为TEM样品制备/分析所需的干燥过程的人为现象。由于可能计数错误,没有对致密团块和较大聚集体(超过约50个粒子/纳米晶体)进行分析。对较小聚集体和可目测分辨的团块的晶体/粒子数量和粒子/晶体形状进行了分析。此外,在本调查中只使用了分辨良好的图像。
[0969] 为了非常谨慎起见,在按照本发明生产的所有悬液或胶体的TEM显微照片的分析期间,任何有疑问的晶体被指派到标为“其他”的组中。有疑问的晶体是可能属于意义明确的晶体类别,但是存在某些不确定性的晶体(例如有一个角被邻近粒子遮掩的小五角形)。相反,当对可商购胶体中的粒子进行分析时,形状有疑问的任何粒子被给出“假定无辜判定(the benefit of the doubt)”,并指派到“六角形”类别中,尽管其实际晶体结构存在不确定性。因此,晶体/粒子形状比较是无偏倚的,并且对于可商购胶体与按照本发明制造的纳米晶体胶体之间的可能差异来说是非常谨慎的。
[0970] 从表12可以清楚看出,形状上对应于五角双锥和/或四面体的纳米晶体的存在与可商购胶体和ARCG-05有显著不同。此外,这些纳米晶体具有显著“清洁的”表面,正如在本文别处讨论、示出和确定的。
[0971] 表12
[0972]
[0973] 实施例22b
[0974] ζ电位实施例
[0975] 形成的纳米粒子上的表面电荷(即正或负电荷)的性质和/或量可能对纳米粒子/悬液或胶体的行为和/或效果具有很大影响。例如蛋白质晕可以受到纳米粒子的表面电荷的影响。这样的表面电荷通常被称为“ζ电位”。总的来说,众所周知,ζ电位(正或负)越大,纳米粒子在溶液中的稳定性越高(即悬液更加稳定)。然而,通过控制形成的纳米粒子的表面电荷的性质和/或量,可以控制这样的纳米粒子溶液在各种系统中的性能。对于普通专业人员来说,应该清楚,化学组成、反应性气氛、功率强度、温度等的轻微调整,能够导致形成各种不同的化学化合物(半永久的和暂时的)、纳米粒子(和纳米粒子组分)以及不同的纳米粒子/溶液(例如包括修改液体3(例如水)本身的结构)。因此,本实施例测量了按照本发明制造的几种悬液以及几种通常可获得的胶体金悬液的ζ电位。
[0976] 已知“ζ电位”是胶体系统中电-动力学电位的度量。ζ电位也被称为粒子上的表面电荷。ζ电位也被称为是存在于流体的稳定层与其中分散有粒子的流体之间的电位差。ζ电位通常以毫伏(即mV)度量。约25mV的ζ电位值是被选择用于确定分散的粒子在分散介质中是否稳定存在的任意值。因此,当在本文中提到“ζ电位”时,应该理解所提到的ζ电位是对双层处存在的电荷量的描述或幅度量。
[0977] ζ电位通过Henry方程从电泳迁移率计算:
[0978]
[0979] 其中z是ζ电位,UE是电泳迁移率,ε是介电常数,η是黏度,f(ka)是Henry函数。对于Smoluchowski近似法来说,f(ka)=1.5。
[0980] 通过使用激光多普勒速度测量术(“LDV”)测量粒子在所施加的电场中的速度,来获得电泳迁移率。在LDV中,入射激光束被聚焦于折叠的毛细小室中的粒子悬液,并将从粒子散射的光与参比光束合并。这产生了波动的强度信号,其中波动速率与粒子的速度(即电泳迁移率)成正比。
[0981] 在本实施例中,使用了由Malvern Instruments生产的Zeta-Sizer“Nano-ZS”来测定ζ电位。对于每次测量来说,将1ml样品装入透明的一次性ζ池DTS1060C中。使用5.10版分散技术软件(Dispersion Technology Software)运行Zeta-Sizer并计算ζ电位。使用了下面的设置:分散剂-水,温度-25℃,黏度-0.8872cP,折射率-1.330,介电常数-78.5,近似模型-Smoluchowski。对于每种样品,执行一次100个重复样的运行。
[0982] 图91示出了两种胶体纳米晶体溶液(GB-134和GB-151)的ζ电位随pH的变化。通过用1wt%乙酸溶液进行滴定来改变pH。测量在Malvern Instruments的Zeta-Sizer Nano-ZS90上、在折叠的毛细池DTS1060中、在25℃下进行。每次测量在低和高pH下分别使用了20和50个子运行。
[0983] 图92示出了与进行ζ电位测试的相同的胶体溶液的电导测量值。电导测量值在Malvern Instruments的Zeta Sizer Nano-ZS90上,在测定ζ电位时同时获得。
[0984] 实施例23a
[0985] 本实施例13a使用了与实施例5-7中提出的相似的一组加工条件。本实施例利用了与图17b、18a、19和21中示出的相类似的装置。表8示出了本实施例的具体加工条件,其与实施例5-7中示出的加工条件之间的差异被示出。在本实施例中的主要差异包括向液体3添加了更多加工增强剂以及更快的液体3输入流速。
[0986] 表13
[0987] 0.528mg/ml的NaHCO3(Au)
[0988] 运行ID: GD-006
[0989] 流速: 240ml/min
[0990] 电压: 255V
[0991] NaHCO3: 0.528mg/ml
[0992] 导线直径: .5mm
[0993] 构造:直/直
[0994] PPM: 8.7
[0995]
[0996] *从水入口到第一电极组的中心的距离
[0997] **从最后电极组的中心到水出口的距离
[0998] 图93示出了按照实施例23a生产的悬液的代表性Viscotek输出。报告的数字对应于悬液中纳米晶体的流体动力学半径。
[0999] 实施例23b
[1000] 本实施例23b利用了实施例23a的悬液来制造凝胶或霜剂产物。具体来说,将约1,300克按照实施例23a制造的悬液在约30分钟的时间内加热到约60℃。将悬液在1升烧杯中在金属热板上加热。将约9.5克 (ETD 2020,由Noveon,Inc.,
Cleveland,OH制造的卡波姆)缓慢加入到加热的悬液中,同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器持续搅拌。该混合进行约20分钟,直到大块的Carbopol溶解。
[1001] 向悬液加入约15克高纯度液体羊毛脂(Now Personal Care,Bloomingdale,IL),并使用前面提到的搅拌器混合。
[1002] 然后向悬液加入约16克高纯度霍霍巴油并进行混合。
[1003] 将约16克高纯 度可可脂 块(Soap Making and Beauty Supplies,North Vancouver,B.C.)在单独的500mL 烧杯中并置于热板上加热,直到团块变成液体,然后将液体可可脂添加到上面提到的悬液中并进行混合。
[1004] 然后加入约16克氢氧化钾(18%溶液),并与上面提到的成分一起混合,以使悬液形成凝胶。然后将整个悬液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合,以导致霜剂或凝胶形成。在该约15分钟的最后混合过程中,加入附加的“热带岛屿(tropical island)”香料(2mL)。结果是略带桃色的霜状凝胶。
[1005] 实施例23c
[1006] 本实施例23c利用了按照实施例7制造的悬液。具体来说,本实施例利用了实施例7的产物(即GD-015)来制造凝胶或霜剂产物。具体来说,将约650克按照实施例7制造的溶液经过约30分钟的时间加热到约60℃。将悬液在1升 烧杯中在金属热板上加热。将约9.6克 (ETD 2020,由Noveon,Inc.,Cleveland,OH制造的卡波姆)
缓慢加入到加热的悬液中,同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器持续搅拌。该混合进行约
20分钟,直到大块的Carbopol溶解。
[1007] 向溶液加入约7克高纯度液体羊毛脂(Now Personal Care,Bloomingdale,IL),并使用前面提到的搅拌器混合。
[1008] 然后向悬液加入约8克高纯度霍霍巴油并进行混合。
[1009] 将 约8克 高 纯 度 可 可 脂块 (Soap Making and Beauty Supplies,North Vancouver,B.C.)在单独的500mL 烧杯中并置于热板上加热,直到团块变成液体,然后将液体可可脂添加到上面提到的悬液中并进行混合。
[1010] 向悬液加入约45克装在 液体凝胶帽中的液体(例如液体布洛芬和钾),并进行充分混合。
[1011] 然后加入约8克氢氧化钾(18%溶液)并进行混合,以使悬液形成凝胶。然后将整个溶液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合,以导致霜剂或凝胶形成。在该约15分钟的最后混合过程中,加入附加的“热带岛屿(tropical island)”香料(2mL)。结果是略带桃色的霜状凝胶。
[1012] 实施例23d
[1013] 本实施例23d利用了与GB-139等同的悬液来制造凝胶或霜剂产物。具体来说,将约650克悬液经过约30分钟的时间加热到约60℃。悬液在1升 烧杯中在金属热板上加热。将约6克 (ETD 2020,由Noveon,Inc.,Cleveland,OH制造的卡波姆)
缓慢加入到加热的悬液中,同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器持续搅拌。该混合进行约
20分钟,直到大块的Carbopol溶解。
[1014] 向悬液加入约7克高纯度液体羊毛脂(Now Personal Care,Bloomingdale,IL),并使用前面提到的搅拌器混合。
[1015] 然后向悬液加入约8克高纯度霍霍巴油并进行混合。
[1016] 将 约8克 高 纯 度 可 可 脂块 (Soap Making and Beauty Supplies,North Vancouver,B.C.)在单独的500mL 烧杯中并置于热板上加热,直到团块变成液体,然后将液体可可脂添加到上面提到的悬液中并进行混合。
[1017] 然后加入约8克氢氧化钾(18%溶液)并与上面提到的成分混合在一起,以使悬液形成凝胶。然后将整个悬液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合,以导致霜剂或凝胶形成。结果是略带桃色的霜状凝胶。
[1018] 实施例23e
[1019] 本实施例23e利用了与1AC-261基本上等同的悬液来制造凝胶或霜剂产物。具体来说,将约450克悬液经过约30分钟的时间加热到约60℃。悬液在1升 烧杯中在金属热板上加热。将约4.5克 (ETD2020,由Noveon,Inc.,Cleveland,OH制造
的卡波姆)缓慢加入到加热的悬液中,同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器持续搅拌。该混合进行约20分钟,直到大块的Carbopol溶解。
[1020] 然后加入约6.5克氢氧化钾(18%溶液)并与上面提到的成分混合在一起,以使悬液形成凝胶。然后将整个悬液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合,以导致霜剂或凝胶形成。结果是略带桃色的霜状凝胶。
[1021] 实施例24
[1022] 金纳米晶体制剂GB-079对单核细胞细胞因子产生的影响的体外研究
[1023] 概述
[1024] 本体外实施例被设计用于确定金纳米晶体悬液GB-079对四种不同细胞因子/趋化因子的影响。具体来说,在本实施例中,将人类外周血单核细胞(“hPBMC”)在存在或不存在四种不同浓度或ppm水平的金纳米晶体悬液GB-079(即按照本文一个实施例的公开内容制造的悬液或胶体)中的每一种,以及存在或不存在(正如本文中公开的)细菌脂多糖(“LPS”)的情况下进行培养。
[1025] 已知脂多糖与许多不同的免疫系统细胞上表达的受体TLR4结合,并且这种结合典型地以NFkB依赖性(即核因子kB依赖性)方式触发一系列细胞因子的活化和/或表达。在约37℃、约5% CO2和约95%相对湿度的加湿气氛的培养条件下24小时后,取出上清液并测定一系列不同细胞因子/趋化因子、包括MIF、TNFα、IL-6和IL-10的存在。在hPBMC群体中,这些细胞因子主要但不是唯一的来源预计是单核细胞。在不存在LPS下的培养指示处理是否诱导这些细胞因子/趋化因子的产生,而在存在LPS下的培养将指示处理是否能够对炎性刺激做出响应而调节细胞因子的生产。细胞因子测定通过 细胞外测
定规程来进行。Luminex系统使用与所测定的细胞因子特异性结合的抗体包被的微球。当受到激光激发时,测量已与抗原结合的微球,并且它是产生的细胞因子量的直接评估,数据被提供为每种被测量细胞因子/趋化因子的原始数据和绝对量。
[1026] hPBMC的制备
[1027] 用于细胞制备的材料:
[1028]
[1029] 培养基增补剂
[1030]
[1031] 设备
[1032] NucleoCounter(即由Chemometec制造的细胞数量和生存力计数器)
[1033] 台式离心机
[1034] 组织培养箱
[1035] 人类血液的收集
[1036] 将来自健康志愿者的血液抽取到注射器中,并置于50ml falcon管中。
[1037] 以无菌方式向50ml falcon管加入3.3ml柠檬酸盐抗凝剂(ACD,Sigma)。
[1038] 将管颠倒混合。
[1039] 细胞制备方法
[1040] 1.将10x RPMI+增补剂(25ml 10x RPMI+2.5ml Penstrep+2.5ml L-谷氨酰胺+5ml HEPES+6.7ml碳酸氢钠溶液(7.5%))在falcon管中混合在一起,其在本文中被称为“培养基”。
[1041] 2.将血液重悬浮在等体积的1x RPMI 1640中(从10x RPMI在EFW中稀释,制备200ml[20ml在180ml中]),并在falcon管中颠倒混合。
[1042] 3.将histopaque预加温至室温(RT),并向50ml falcon管加入20ml。
[1043] 4.将30ml血液/培养基轻柔覆盖在histopaque上,然后混合进去。
[1044] 5.将histopaque血液混合样品在台式离心机中,在室温下以1600rpm离心约25min(不停)。
[1045] 6.PBMC被分离在培养基与histopaque之间的界面层中,通过吸取到50ml falcon管中将细胞取出,并向其加入10ml培养基。
[1046] 7.将细胞样品在室温下以1800rpm离心约10分钟。
[1047] 8.将细胞样品用30ml RPMI清洗两次,并重悬浮在培养基中(RPMI,如上所述进行增补=RPMI/无血清)。
[1048] 9.在旋转期间,制备增补有5%AB血清的RPMI。
[1049] 10.将细胞样品重悬浮在2ml RPMI+增补剂+血清中。
[1050] 11.完成细胞计数并使用Nucleocounter(即细胞生存力计数器)执行生存力评估。
[1051] 12.将细胞重悬浮在1x RPMI中,以提供2.5×106个细胞/ml的终浓度。
[1052] 13.将500μl细胞转移到24孔板中。
[1053] 14.通过在falcon管中混合在一起来制备10x RPMI+增补剂(500μl PenStrep,500μl L-谷氨酰胺,1ml HEPES,2.5ml AB血清),由此形成“测试培养基”。
[1054] 15.将本发明的GB-079金纳米晶体悬液添加到24孔板的孔中(900μl总体积)。
[1055] 16.向costar 24孔板的每个孔加入100μl 10x RPMI+增补剂。
[1056] 17.将24孔板在设置为37℃/5% CO2的加湿培养箱中放置1小时。
[1057] 18.将LPS在1x RPMI中制备成4x终浓度。
[1058] 19.向每个孔加入500μl LPS,或者向未接受LPS的孔加入500μl培养基,使每个孔的材料总体积达到2ml。
[1059] 20.将板在设置为37℃/5% CO2的加湿培养箱中放置约24小时。
[1060] 21.取出1800μl(3×600μl等份)上清液,用于ELISA分析和Luminex分析。
[1061] 22.将上清液储存在-80℃,直到在 系统中进行测定。
[1062] 测定系统
[1063] 将上清液按照 细胞外测定规程进行测定,该规程于2010年1月11日在下列地址获取:
[1064] http://www.invitrogen.com/etc/medialib/en/filelibrary/pdf.Par.1540.File.dat/Luminex%20Extracellular%20Protocol.pdf
[1065] 表14
[1066]
[1067] 将细胞用LPS刺激(高剂量为1mg/ml,低剂量为10ng/ml),然后在24小时后收集上清液,并分析本文讨论的4种细胞因子存在的量。对照孔含有细胞和本发明的测试化合物GB-079,但是不含LPS。对每种其他细胞因子/趋化因子获得的结果示出在图94a-94d中。
[1068] 图94a示出了GB-079对人类外周血单核细胞(hPBMC)的IL-6生产的影响。从图94a清楚看出,在LPS刺激的PBMC中,IL-6水平被GB-079降低。在5种不同浓度水平并且不存在LPS刺激下,在使用最高浓度的GB-079时也观察到一些IL-6生产。
[1069] 图94b示出了GB-079对hPBMC的IL-10生产的影响。从图94b清楚看出,观察到的IL-10水平不受添加的所有浓度水平的GB-079的影响。
[1070] 图94c示出了GB-079对hPBMC的MIF生产的影响。具体来说,图94c示出了在LPS刺激后,MIF水平以剂量依赖性方式降低。在1∶5和1∶10的稀释水平下观察到这种降低,而使用1∶20的GB-079浓度时,MIF水平回到对照样品水平。
[1071] 此外,图94d示出了GB-079在最高浓度下引起TNFα水平增加(在两种测试的LPS剂量下)超过介质对照刺激的样品。在不存在LPS刺激的情况下,使用最高GB-079剂量时也观察到一些TNFα生产。
[1072] 实施例25
[1073] 小鼠中胶原蛋白诱导的关节炎(CIA)研究
[1074] 概述
[1075] 本实施例证实了两种本发明的金纳米晶体组合物(即GT033和GD-007)在小鼠CIA模型中的效能。具体来说,在研究的第0日通过在尾根处注射,向雄性DBA/1小鼠(12周龄)给药100μg在弗氏完全佐剂中乳化的鸡II型胶原蛋白(“CII/CFA”)。从第14日开始至第42日结束,每周三次对临床关节肿胀进行评分。那些结果归纳在图95中。处理按照下面的方案来提供。在第0日和第42日取血。在结束时将动物取血,取下后腿,并制备踝关节用于组织病理学检查。组织病理结果示出在表6和表7中。
[1076] 方法
[1077] 动物
[1078] 物种: 小鼠
[1079] 种系: DBA/1
[1080] 来源: Harlan
[1081] 性别和数量 雄性,30只
[1082] 年龄: 在研究开始时约12周龄
[1083] 识别: 每只小鼠给予独特的身份号。
[1084] 动物饲养:在接收时,对所有动物进行疾病-健康的外部征兆的检查,并将所有不健康的动物排除在进一步评估之外。将动物按5只一组,在动物饲养房的恒温监测房间(22±4℃)中在无特定病原体(spf)条件下饲养。在使用前,将动物在标准的动物笼养条件下平衡至少72小时。在此期间监测动物的健康状态,并在研究开始前评估每只动物对实验使用的适合性。
[1085] 笼养 动物以每个笼子10只为组饲养在受控房间中,以确保在研究期间正确的温度、湿度和12小时光/暗周期。
[1086] 饮食:在整个保持、环境适应和给药后时期中,辐照过的颗粒饲料和水可自由采食。
[1087] 化合物和试剂
[1088] II型鸡胶原蛋白(Sigma,C9301)。
[1089] 不完全弗氏佐剂(“IFA”)(Sigma,FF5506)。
[1090] 结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)H37Ra(BD Biosciences,231141)[1091] 磷酸盐缓冲盐水(“PBS”)
[1092] 测试化合物金纳米晶体制剂GT033和GD-007。
[1093] 介质:水。
[1094] 处理组和剂量
[1095] 对照组1,第一处理“组2”,第二处理“组3”,每组各有10只动物。
[1096] 组1:第0日CII/CFA,第0-42日提供正常饮用水
[1097] 组2:第0日CII/CFA,第0-42日提供金纳米晶体制剂(GT033;
[1098] 实施例4/表1d;金ppm 2.0)作为饮用水。
[1099] 组3:第0日CII/CFA,第0-42日提供金纳米晶体制剂(GD-007;
[1100] 实施例5/表2a;金ppm 14.8)作为唯一饮用液体。
[1101] 方案
[1102] 1.在动物到达后,检查所有动物的健康,并在通过健康测试后,将每只用独一的标编号。
[1103] 2.让动物适应环境至少72小时。
[1104] 3.制备鸡II型胶原蛋白,以便获得0.1M乙酸中浓度约为16mg/ml的悬液。在4℃溶解过夜后,将溶液用冷PBS稀释以获得浓度约为8mg/ml的悬液。
[1105] 4.通过将分枝杆菌用研钵和研杵研磨并逐滴加入约7ml IFA以产生终浓度约5mg/ml的CFA乳液或悬液,来制备新鲜的分枝杆菌。
[1106] 5.使用近似等体积的每种鸡II型胶原蛋白和CFA制备它们的乳液,产生胶原蛋白在CFA中的可注射悬液(即“CII/CFA”)。
[1107] 6.在第0日,在尾根处对动物注射50μl CII/CFA溶液。
[1108] 7.按照上面的日程表提供使用金纳米晶体制剂GT033(即组2)和金纳米晶体制剂GD-007(即组3)的处理,直至第42天。具体来说,根据需要每隔一日或每隔两日将含有正常饮用水、GT033或GD-007的每个水瓶补满。在42天的试验期间,瓶子没有特别清理或特别倒空。
[1109] 8.从第14日至研究结束,每周三次测定四肢评分值。按照下列标准对四肢各给出评分值:
[1110] 0=正常
[1111] 1=整个关节轻微肿胀或单个脚趾炎症
[1112] 2=整个关节中度肿胀,超过一个脚趾中具有发红和/或炎症
[1113] 3=严重关节炎症和扩展到多个脚趾的发红
[1114] 4=严重关节炎症和扩展到多个脚趾的发红;骨重塑的明显征兆。
[1115] 9.所有动物在第0日和第42日取血,并将回收的血清储存用于任选的分析。
[1116] 10.在第42日将动物处死并取下踝关节,置于中性缓冲的福尔马林中,进行组织病理学制备。
[1117] 11.将这些切片处理并用苏木精和曙红染色剂(“H & E”)染色,并由有资格的(并对实验情况不知情的)组织病理学家使用浸润和损伤程度的半定量测量进行评分。
[1118] 图95图示了四肢评分CIA测试的结果。显然,实测金浓度约为14.8ppm的金纳米晶体制剂GD-007(组3)表现最好,等同(或好于)使用典型的甾类处理所可能获得的结果,该结果也已经放置在图95上(即使没有实测)。在金纳米晶体以约2.0ppm的浓度悬浮在水中的情况下,金纳米晶体制剂GT033(组2)表现得好于对照组1。
[1119] 对组1(对照)和组3(GD-007)中的10只小鼠的每只小鼠的左爪和右爪进行组织病理学检查。没有对组2的小鼠进行组织病理学检查。
[1120] 对每对爪指派病理学数字编码(例如组1中的一只小鼠为R0248-09),并且来自每只编号动物的四肢被区分为左(“L”)或右(“R”)。
[1121] 组织病理学/方法:
[1122] ·从爪上切下皮肤。
[1123] ·将切下的样品脱钙以允许切片。
[1124] ·将脱钙的样品按照常规处理、切片,并制备一个H & E染色的切片用于检查。这包括每个被半切的样本的两半。
[1125] ·如下所述对每个组织病变爪进行评分。样品以不知情的方式,在不了解实验方案或组的身份的情形下评分。
[1126] ·一般在每个切片上存在多个趾骨和跗骨关节。评分涉及在每种情况下这些关节中受影响最严重的关节。
[1127] 表15
[1128] 评分系统
[1129] 在这种情况下,对关节病理学的三个方面单独评分以产生组合评分值(即最大可能评分值=9)。因此,数字越高,损伤越大。对应于前面提到的0-3级的关节的代表性显微照片分别示出在图96a-96d中。这些0-3级的代表性汇编示出在图97a(即0级)至图97e(即9级)中。
[1130]
[1131] 表16-爪的组织病理学评分
[1132]
[1133] 表17
[1134] 平均组评分值
[1135]组 爪(n=) 平均评分值 受影响关节的数量[%]
1-对照 20 3.65 14/20[70%]
2-GD-007 20 0.85 3/20[15%]
[1136] 正如对于这种类型的鼠类CIA模型来说典型的,处理“组3”GD-007中的一只动物(即R0266-09),在其存在/不存在关节炎方面,右侧和左侧关节之间没有关联性。在一些对照小鼠中存在类似的不一致性,以及在同一小鼠中(例如R0250-09),不同关节之间存在关节炎严重性的差异。
[1137] 然而,显然最严重的病理发生在对照组1(即饮用水)中,最不严重的病理发生在第一“处理组2”(即金纳米晶体制剂GD-007)中。
[1138] 处理组3中的一只动物(即R0267-09)遭到骨折,其可能解释了它的较高评分值。排除这只动物致使平均评分值为0.22。此外,组织病理学数据表明在10只小鼠中的8只(即16个检查的全部爪关节)中完全未产生损伤。显然,在本CIA试验中,金纳米晶体制剂GD-007具有显著的正性效应。
[1139] 显然,按照本发明生产的金纳米晶体制剂与对照相比,在CIA模型中显著降低了负面诱导的关节炎效应。已知降低过量的IL-6和/或降低过量的MIF两者都降低关节炎病症的负面效应。因此,不希望受到任何特定理论或解释的束缚,通过降低过量的MIF和/或与MIF相关的一种或多种信号传导途径,可以减轻关节炎病症。金纳米晶体制剂GD-007相对于对照显示出明显改进的结果。这些结果以及在本文的体外实施例和EAE小鼠模型实施例中示出的结果,一起表明本发明的金纳米晶体组合物可能改变了MIF和/或更多与MIF以及IL-6相关的信号传导途径。
[1140] 实施例:剂量比较
[1141] 如上所述,在金纳米晶体试验中,每只小鼠取用GD-007溶液作为饮用流体的唯一来源。为了计算小鼠每天耗用的金的剂量,使用了下述方程:
[1142]
[1143] 其中
[1144] ·剂量是每只小鼠每天耗用的纳米晶体金,为mg/kg/日,
[1145] ·体积是小鼠每天饮用的GB-134溶液的平均量,为mL/日,
[1146] ·浓度是GD-007溶液中纳米晶体金的量,为mg/mL,
[1147] ·体重是小鼠体重,为kg。
[1148] 使用了下列假设来计算纳米晶体金剂量:
[1149] ·体积=4mL
[1150] ·浓度=0.0148mg/mL
[1151] ·体重=0.025kg
[1152] 这产生的纳米晶体金剂量为2.4mg/kg/日。
[1153] 下面是在II型胶原蛋白诱导的关节炎小鼠模型中,金诺芬处理典型使用的剂量中金含量的比较。典型的金诺芬剂量是40mg/kg/日(Agata等,2000)。因为金诺芬中的金含量是29%,这产生了约12mg/kg/日的金剂量。
[1154] 在唯一已知的使用金纳米粒子的人类研究中(Abraham等,1997,2008),对于体重为108至280lb的患者,使用了30mg/日的金纳米粒子剂量。这相当于约0.24至0.61mg/kg/日的金纳米粒子剂量。
[1155] 在这些不同的效能研究中使用的金诺芬中的金含量、金纳米粒子和新的金纳米晶体中的金的剂量水平之间的比较,示出在下面的表17a中,其证明了本发明的新的金纳米晶体,与无论是采取金诺芬中的分子形式还是如Abraham等中的纳米粒子形式的常规的金相比,都有本质上的不同,并且表现出非常不同和高得多的效力水平。
[1156] 表17a
[1157]研究 金产品类型 金mg/kg/日
小鼠RA CIA 新的金纳米晶体 2.4
Agata/小鼠RA CIA 金诺芬 12(5X)
估算的人类剂量* 新的金纳米晶体 0.005
Abraham/人类 胶体金 0.24至0.61(47X至122X)
[1158] *使用小鼠/小鼠的金诺芬/纳米晶体效力因子应用于金诺芬人类剂量。
[1159] 实施例26
[1160] 实验性自身免疫性脑炎(“EAE”)的急性鼠类模型
[1161] 概述
[1162] 本实施例证实了本发明的金纳米晶体组合物GB-056在小鼠EAE模型中的效能。在研究的第0日,通过在尾根处进行注射,将7-8周龄的雌性Biozzi小鼠在胁侧用CFA中的小鼠脊髓匀浆液激惹。通过使用标准水瓶,将金纳米粒子悬液处理GB-056(即如实施例17中讨论的)作为唯一饮用液体,对10只处理组小鼠进行口服给药。每日伴随干净水瓶提供新鲜的金纳米晶体制剂GB-056。对照组小鼠提供正常的饮用自来水。从第1日直至第28日结束,通过0-5.0计分的标准评分系统完成该EAE测试中的临床评分。那些结果示出在表9a和9b以及图98-99中。按照下列方案提供处理。
[1163] 方法
[1164] 动物
[1165] 物种: 小鼠
[1166] 种系: BIOZZI
[1167] 来源: Harlan
[1168] 性别和数量 雌性,20
[1169] 年龄: 在研究开始时约7-8周龄。
[1170] 身份识别: 每只小鼠给予独一的身份号。
[1171] 动物饲养: 在接收时,对所有动物进行疾病-健康的外部征兆检查,并将所有不健康的动物排除在进一步评估之外。将动物按5只一组,在动物饲养房的恒温监测房间(22±4℃)中在无特定病原体(spf)条件下笼养。在使用前,将动物在标准的动物笼养条件下平衡至少72小时。在此期间监测动物的健康状态,并在研究开始前评估每只动物对实验使用的适合性。
[1172] 笼养 动物以每个笼子10只为组笼养在受控房间中,以确保在研究期间正确的温度、湿度和12小时光/暗周期。
[1173] 饮食:在整个保持、环境适应和给药后时期中,辐照过的颗粒饲料和水可自由采食。
[1174] 化合物和试剂
[1175] 小鼠和脊髓匀浆液(“MSCH”)内部自产。
[1176] 不完全弗氏佐剂(“IFA”)(Sigma,FF5506)
[1177] 结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)H37Ra(BD Biosciences,231141)[1178] 磷酸盐缓冲盐水(“PBS”)自产
[1179] 测试化合物金纳米晶体悬液GB-056(在本文别处讨论)
[1180] 介质:水.
[1181] 处理组和剂量
[1182] 对照组1和处理组2每组各有10只动物。
[1183] 组1:第0日将MSCH/IFA/结核分枝杆菌混合物(参见下面的方案)在每只小鼠的尾根处注射,并从第0日至第28日给每只动物提供从水瓶供给的正常饮用水。
[1184] 组2:第0日将MSCH/CFA/结核分枝杆菌混合物在尾根处注射到每只小鼠中,并从第0日至第28日给每只动物提供从每日清洁的水瓶中供给的金纳米晶体制剂(GB-056)作为唯一饮用液体,所述水瓶装有每日提供的新鲜GB-056。
[1185] 方案
[1186] 在动物到达后,检查所有动物的健康,并在通过健康测试后,将每只用独特的耳标编号。
[1187] 1.让动物适应环境至少72小时。
[1188] 2.将脊髓在含有结核分枝杆菌H37RA的PBS中重构。这产生6.6mg/ml MSCH和400ug/ml H37RA。向该混合物加入等体积的弗氏不完全佐剂以制成最终免疫原(3.3mg/ml SCH和200ug/ml H37RA)。该混合物不能被当作弗氏完全佐剂,因为分枝杆菌的量低得多。
[1189] 3.在第0日,将动物在尾根处用50μl在步骤3中讨论的溶液注射。
[1190] 4.按照上面的日程安排提供使用金纳米晶体制剂GB-056的处理,直到第28日。每日提供新鲜的GB-056(即约每24小时更换)。
[1191] 5.从第1日至研究结束,每日确定评分值。每只小鼠的评分按照下述进行:
[1192] 0:正常
[1193] 0.5:尾轻瘫
[1194] 1.0:尾松垂
[1195] 1.5:翻正反射缓慢和/或不存在
[1196] 2.0:一个后肢麻痹
[1197] 2.5:一个后肢麻痹和异常步态
[1198] 3.0:两个后肢麻痹
[1199] 3.5:两个后肢麻痹+一个前肢轻瘫
[1200] 4.0:两个后肢麻痹+一个或两个前肢麻痹
[1201] 5.0:濒死
[1202] 6.在第28日将动物处死,取出脑和脊髓并置于中性缓冲的福尔马林中,进行组织病理学制备。
[1203] 7.将这些切片处理并用苏木精和曙红染色剂(“H & E”)染色。
[1204] 表9a和9b示出了该EAE研究中的20只小鼠中的每只的原始评分。
[1205]
[1206]
[1207] 图98图示了在对照组1和金纳米晶体处理组2(即GB-056)各组中发生任何疾病症状的动物的百分数。对照组1显示90%的小鼠发生至少一些症状,而在处理组2中只有40%的小鼠发生一定水平的症状。
[1208] 图99示出了每个组的EAE评分平均值。值得注意的是,任何症状的发作在金纳米晶体处理组2中延迟了两天,并且处理组2的总体评分显著低于对照组1中报告的平均值。显然,在本EAE试验中,实测金浓度约为12ppm的金纳米晶体制剂GB-056的表现明显优于对照组1.
[1209] 正如对于这种EAE模型来说典型的,处理组2中的一只动物(即动物4)死亡,而在对照组1中3只动物死亡。
[1210] 在对照组1中发生最严重的病理,而在处理组2中病情最不严重。
[1211] 在处理组2中死亡一只动物(即动物4)使该组具有高得多的评分值。显然,本发明的金纳米晶体悬液GB-056在本EAE试验中具有明显的正性效应。不希望受到任何特定理论或解释的束缚,本实施例的结果与鼠类CIA模型和体外MIF细胞因子分析的结果组合在一起,强烈地表明MIF和/或MIF信号传导途径受到本发明的金纳米晶体组合物的有利影响。
[1212] 实施例27
[1213] 金纳米晶体悬液GD-013在小鼠中的长期暴露
[1214] 本实施例的目的是观察当小鼠长时间随意饮用金纳米晶体悬液GD-013作为其唯一液体来源时,在小鼠中是否发生任何负面毒理效应。
[1215] 在本实施例中使用了总共25只雌性小鼠,对照组使用5只,两个处理组各10只。对照组在其饮水瓶中接受正常瓶装水。两个处理组接受两种不同浓度的GD-013作为其唯一饮用液体。第一处理组接受50%GD-013晶体悬液(其余50%是纯化的DI/RO水),而第二处理组接受100% GD-013晶体悬液。允许所有组按照需要或多或少饮水;食物也自由采食。每周记录每只动物的体重和平均液体耗用量。在研究的第23周,将6只小鼠处死(每个GD-013晶体悬液处理组各3只)用于尸体剖验和病理学研究。剩余的小鼠继续耗用两种处理悬液直至46周。
[1216] 材料和方法:
[1217] 在这种类型的暴露研究中,出于测试毒性的目的,可以接受只使用一种性别,即雌性。来自其他研究的数据显示,一般来说在性别之间不存在差异,但是当一种性别反应更强时,它典型为雌性。雄性只有在存在一些形式的证据表明它们可能具有更强反应时才使用。因为不存在表明雄性以这种方式受到影响的这类信息,因此只使用雌性。使用的雌性是成年、未生育并且未妊娠的雌性。在本实施例中使用Swiss Webster种系的远系繁殖小鼠。选择该种系是由于它广泛用于一般性目的和毒理学研究中。此外还已知它不具有可能干扰数据收集的任何不利的遗传缺陷。
[1218] 表19:研究信息
[1219]
[1220] 药剂制备
[1221] 本研究中包含的所有处理组在它们的水瓶中接受所提到的GD-013纳米晶体悬液。允许小鼠自由选择饮水。对照组接受纯化的瓶装水。
[1222] 表20:GD-013处理信息
[1223]处理组 批号 Au含量
对照 瓶装水 0.0ppm Au
50% GD-013 Au 50% RO H2O 50/50 GD-013/RO H2O 7.6ppm Au
100% GD-013 Au GD-013 15.2ppm Au
[1224] 分笼和饲养
[1225] 所有进入小鼠研究区域的研究人员穿戴个人防护服(即手套、面罩和套)。小鼠购自Harlan Laboratories。在收到小鼠后,以尾巴刺青的形式(Harvard Apparatus Tattoo)给小鼠提供永久性标识。然后将小鼠随机指派,并以每个笼子5只小鼠分组笼养。笼子的大小足以为5个个体提供充分的空间,不至于小得妨碍对每只动物的清楚观察。使小鼠适应实验室环境一周的时间。饲养区域维持在22℃(±3℃)的恒定温度,相对湿度维持在30%-50%。使用人造全光谱光照(PureLite60w,120v灯泡)。使用定时器以实现12小时光照和12小时黑暗的循环。提供食物自由采食。在笼子中提供标准的玉米芯铺垫。每周更换笼子。当发现动物死亡时,在移除死亡动物后将它所在的笼子立即更换。
[1226] 程序和观察
[1227] 在环境适应期后,两个处理组开始在它们的水瓶中接受提到的GD-013纳米晶体悬液。对照组继续接受纯化的饮用水。在处理的第一日,对每只小鼠称重并记录它们的体重。在每周开始时,再次对所有小鼠称重并记录它们的体重。此外,每周记录耗用的水和GD-013晶体悬液的近似量。在整个研究中,观察小鼠的任何异常或不适迹象。
[1228] 体重增加
[1229] 当研究开始时,所有小鼠具有近似相同的体重。每周对每只动物进行称重并记录其体重。然后将组中每只动物的个体体重进行平均并作图于图106中,以显示在研究过程中所有组的平均体重增加。第23周时的竖直线示出在图106中,表示进行组织病理学检查的时间。
[1230] 平均每日耗用量
[1231] 每周测量每个组耗用的(1)水、(2)50% GD-013和(3)100%GD-013的量。一旦确定在前一周期间耗用的液体、50%纯水的量后,进行计算以发现在该周的期间每只动物的近似每日摄入量。46周的液体耗用数据示出在图107中。
[1232] 结果/结论:
[1233] 体重增加
[1234] 执行了组的平均体重的统计分析,以确定组之间是否存在体重增加和/或减轻的任何差异。将每个处理组与对照组进行比较;并且两个处理组也进行相互比较。总体来说,在100%GD-013处理组与对照组之间存在统计显著的体重减轻(P<0.05)。在两个处理组之间或50%GD-013处理组与对照组之间不存在统计显著的体重增加/减轻。
[1235] 平均周耗用量
[1236] 所有三个组耗用了被认为是正常的每日液体量,因此脱水不是问题。同样地,执行了每个组的耗用值的统计分析,以确定耗用量是否存在显著差异。将两个处理组与对照组进行比较,并对两个处理组进行相互比较。对照组耗用量明显低于两个处理组(P<0.05)。在处理组的耗用量之间不存在统计差异(P>0.05)。在健康、行为或与脱水相关的问题方面没有可观察到的差异。
[1237] 死亡率
[1238] 在研究中存在两例记录到的死亡,每个处理组各一例。第一例死亡发生在50% GD-013组中第20周时。第二例死亡发生在100% GD-013组中第22周时。50% GD-013处理组的小鼠总是比其余小鼠小得多,并且没有增加体重;其原因未知。其他小鼠没有显示出不适或健康不良的任何指征。这两只小鼠没有可能的病理。
[1239] 病理学
[1240] 在23周时对来自每个处理组的三只小鼠进行病理学检查。对下述器官进行了组织病理学评价:心脏、胸腺、肺、肝脏、肾脏、脾脏、胃、十二指肠、空肠、回肠、盲肠、结肠、膀胱、卵巢、横纹肌、有毛皮肤、骨髓(股骨/胫骨)、垂体和脑。病理发现得出结论,尽管注意到一些异常,但它们都被认为是与个体之间的正常变异和正常磨损相关的偶发发现。在病理学报告中没有发现表明对靶器官的任何程度的毒性。病理学家对于小鼠在研究中接受何种处理完全不知情,并且病理学家也完全不了解对照小鼠中的处理,以便消除病理学发现中可能的偏见。
[1241] 对所有上面提到的组织进行了大体检查,只有脾脏和肝脏发现有轻微至轻度颜色变化。唯一特异性的组织病理学发现报告在表21中。50% GD-013一行中的数字“2-3”、“2-5”和“4-7”指“备注”所针对的三只不同小鼠。同样地,关于脾脏的组织病理学“备注”针对三只小鼠“3-3”、“5-9”和“5-10”,而关于肝脏的“备注”只适用于一只小鼠(即“5-10”)。所有大体检查符合安乐死造成的充血和/或脂肪储存相一致,并被认为在正常限度之内。
没有注意到肉眼能见到的病灶。
[1242] 表21 病理学发现
[1243]
[1244] 实施例28
[1245] 35日的摄取和分布和急性毒性研究
[1246] 本35日研究的目的是确定两种晶体悬液(GB-134和GB-151)的摄取和分布和急性毒性(如果存在的话),并将结果与可商购的Mesogold产品进行比较。在本研究中包含13只小鼠。测定了试验动物的尿液和粪便以及某些重要器官和血液中的金浓度。此外,对从一些个体选择的器官进行了组织学检查,以确定是否存在任何异常。此外,允许所有小鼠饮用直至为此研究将它们处死的时间点。遵照该程序以确保例如能够测定血液中的准确金浓度。
[1247] 材料和方法
[1248] 表22.研究信息
[1249]
[1250] 药剂制备
[1251] 参与本研究的所有处理组在其水瓶中接受它们的溶液。允许小鼠自由选择饮水。每个组在其饮水瓶中接受:(1)Mesogold、(2)GB-134或(3)GB-151(其全都没有稀释)。
[1252] 表23:Au溶液处理信息
[1253]处理组 批号 Au含量
Mesogold Mesogold 19.8ppm Au
GB-134 GB-134 8.9ppm Au
GB-151 GB-151 8.3ppm Au
[1254] 程序和观察
[1255] 在动物接受其相应处理一日后,开始用代谢笼收集尿液和粪便。每周将总共9只动物饲养在代谢笼中并收集它们的尿液和粪便。当在代谢笼中时,对象小鼠继续在它们的水瓶中接受指派给它们饮用的液体。也测量并记录在24小时时期内耗用的液体量。然后收集尿液和粪便样品并测试Au浓度。也测量并记录排泄的尿液体积和收集的粪便重量。
[1256] 在研究结束时,将所有13只动物送往Taconic Laboratories(Rockville,MD)以执行大体剖验和病理学报告,或收集器官和血样并返回进行进一步分析(在下文中讨论)。对下列组织进行了显微镜评估:心脏、肺、肝脏、脾脏、肾脏、脑、胃、十二指肠、空肠、回肠、盲肠和结肠。此外,将某些心脏、肺(左侧和右侧)、肝脏、脾脏、肾脏(左侧和右侧)和脑收集在空的无菌玻璃小管中并返回,用于进一步浓度分析。
[1257] 粪便和尿液样品的消化程序
[1258] 建立了用于测定粪便和尿液中金量的特定方法。PTFE样品杯和微波消化罐从Fisher Scientific订购和从Parr Instrument Company(www.parrinst.com)获得。将23mL PTFE样品杯(Fisher目录号0102322A)和Parr 4781微波消化罐(Fisher目录号0473155)用于消化。
[1259] 使用的微波是Panasonic 1300瓦,NN-SN667W型,系列号为6B78090247。
[1260] 尿液
[1261] 在PTFE样品杯中称出1.5克尿液。当尿液超过该质量时,准备另一次消化。当尿液样品质量低于1.5克时,加入适量D.I.水以将质量达到约1.5克。向样品杯加入0.24mL50% v/v HNO3,然后加入0.48mL36% v/v HCl。将样品杯密封并置于微波罐内部。将微波罐密封并置于微波中心。对样品进行辐照,直到特氟龙(Teflon)指示螺杆从罐的顶部升高
1mm。取决于尿液样品,罐在微波中用去的时间在约3至60秒范围内。从微波中取出微波消化罐,并冷却20-30分钟,直到特氟龙指示螺杆降低到其原始位置。从微波消化罐中取出样品杯,并将液体样品转移到小管中进行测试。
[1262] 粪便(1粒样品):
[1263] 将单粒粪便在PTFE样品杯中称重。向样品杯加入5mL D.I.水。向样品杯加入0.8mL 50% v/v HNO3,然后加入1.6mL 36% v/v HCl。将样品杯密封并置于微波罐内部。将微波罐密封并置于微波中心。对样品进行辐照,直到特氟龙指示螺杆从罐的顶部升高1mm。
取决于1粒粪便样品的质量,罐在微波中用去的时间在约20至30秒范围内。从微波中取出微波消化罐,并冷却20-30分钟,直到特氟龙指示螺杆降低到其原始位置。从微波消化罐中取出样品杯,并将液体样品转移到小管中进行测试。
[1264] 多量(bulk)粪便样品
[1265] 在PTFE样品杯中称取约0.300克粪便。向样品杯加入5mL D.I.水。向样品杯加入0.8mL 50%v/v HNO3,然后加入1.6mL 36% v/v HCl。将样品杯密封并置于微波罐内部。将微波罐密封并置于微波中心。对样品进行辐照,直到特氟龙指示螺杆从罐的顶部升高1mm。取决于多量粪便样品的质量,罐在微波中花去的时间在约20至40秒范围内。从微波中取出微波消化罐,并冷却20-30分钟,直到特氟龙指示螺杆降低到其原始位置。从微波消化罐中取出样品杯,并将液体样品转移到小管中进行测试。多量粪便样品可能需要几次消化才能消化原始样品中存在的所有粪便。
[1266] 注意:如果显示出样品没有完全消化(即在PTFE样品杯侧壁上仍存在固体/沾污),进行第二次消化。这需要第二次添加对适合样品来说指定体积的D.I.水、50% v/v HNO3和36% v/v HCl。(对于正确体积来说参见上面的程序)。然后将样品再次进行微波处理,并允许其冷却20-30分钟,然后转移到样品小管中进行测试。
[1267] *D.I.水=去离子水。
[1268] *PTFE=聚四氟乙烯
[1269] 在消化后,使用上文中讨论的原子吸收光谱技术分析所有样品。
[1270] 35日研究的病理学发现示出在表24中。对所有组织进行了大体检查,只有脾脏和肝脏发现有轻微至轻度颜色变化。所有大体检查符合安乐死造成的充血和/或脂肪储存,并被认为在正常限度之内。没有注意到肉眼能见到的病灶。备注针对特定小鼠,并在表24中标出。名称“M-3”是指Mesogold组中的一只小鼠;而“GB-134-7”是指“GB-134”组中的一只小鼠;“G151-9”是指“GB-151”组中的一只小鼠
[1271] 表24
[1272]
[1273] 图108示出了在任何组之间没有发现体重增加的显著差异(所有P>0.05)。
[1274] 图109示出了在任何组之间没有发现流体耗用的显著差异(所有P>0.05)。
[1275] 图110示出了在Mesogold组与GB-134和GB-151两个组之间,在粪便中发现的Au的量上存在显著差异(P<0.01)。在GB-134和GB-151组之间没有发现显著差异(P>0.05)。表25示出了实际记录到的结果。
[1276] 表25-在粪便中发现的每周平均Au量
[1277] 处理组
[1278]
[1279] 图111示出了在任何组之间在尿液中没有发现金的平均量的显著差异(所有P>0.05)。
[1280] 表26-尿液中发现的每周平均Au量
[1281] 处理组
[1282]
[1283] 测量组织样品和血液的中子活化分析的程序
[1284] 对心脏、肝脏、脾脏、肾脏、脑和血液的某些样品进行金含量分析。具体来说,利用了中子活化分析。作为工具的中子活化分析(NAA)由于其灵敏度及其准确测定单个样品中的许多元素的能力而特别强有力。NAA不需要样品的任何化学处理或特殊化学制备,因此最小化了例如损失、污染和任何不完全的组织样品溶解的可能性。
[1285] NAA方法包含在聚乙烯小管中对组织样品称重。向每个小管加入惰性材料以防止蒸发性损失。每个小管用条形码进行独一无二的标识,并将中子通量监测器固定到每个小管的底部。将这些小管堆叠成一英尺长的束,用来自核反应器的中子进行辐照。所述束含有随机选择的重复样品,并将金标准品(或已知浓度的金)插入到束的随机位置中。
[1286] 将所有束以相似方式进行处理。将束送往核反应器处暴露于中子通量。具体来说,,将束插入到核反应器的核心中约45分钟。在辐照期间将束转动以便没有水平通量差异。(垂直通量变异使用各个通量监测器监测)。该辐照使样品中存在的任何金变成具有放射活性,然后金开始以穿透性γ-射线的形式发射辐射,所述γ-射线的能量(或波长)是金特征性的(例如Au 198,411.8keV)。
[1287] 在约6天的衰变期后,将辐照过的样品装载在计数系统上。具体来说,将每个辐照过并部分衰变的样品置于带有高分辨率、共轴锗检测器的γ-射线光谱仪附近。γ-射线从每个样品连续辐射(只要金存在),并且辐射的γ-射线与检测器的相互作用导致高度与入射γ-射线能量成正比的不连续的电压脉冲。专门开发的多通道分析仪按照大小从检测器拣出电压脉冲,并数字构建γ-射线能量对强度的谱图。计数时间是每个样品约45分钟。通过使用文库标准品比较谱图峰位置和面积,对金进行定量和定性鉴别。分析结果在下面示出。
[1288] 结合下面的表27,图112示出了小鼠器官类型和身份识别的小鼠口服耗用的胶体的柱图。每个胶体标识末端处的数字指具体的小鼠。具体来说,检查了来自两只小鼠GB-151-4和GB-151-5的器官。GB-151-4意味着耗用GB-151的4号小鼠。也检查了来自另一只小鼠GB-134-3(即耗用悬液GB-134的3号小鼠)的器官。来自另一只小鼠——2号小鼠(Meso-2)的器官,所述小鼠耗用可商购的胶体金。尽管样品量相对小,但差异明显。
[1289] 分别使用0.35ppb和0.25ppb的检测极限,在两个脑样品GB-151-6和GB-134-3中没有检测到金。由于可用于分析的量不够,没有对血液样品GB-151-5和GB-134-3进行分析。
[1290] 表27.通过NAA测量到的不同组织样品和血液中的金浓度。
[1291]样品ID 样品质量,g 金的wt%,ppb
GB-151-4,-5心脏* 0.356 0.89±0.187
GB-151-5肝脏 1.536 1.76±0.107
GB-151-4,-5脾脏* 0.213 1.74±0.244
GB-151-4,-5,-5肾脏* 0.661 2.54±0.170
GB-151-4,-5脑* 0.889 0.73±0.102
GB-151-6心脏 0.129 0.94±0.329
GB-151-6肝脏 0.899 2.34±0.140
GB-151-6脾脏 0.093 4.00±0.480
GB-151-6血液 0.386 1.06±0.212
GB-151-6R&L肾脏 0.476 2.16±0.203
GB-151-6脑 0.432 <0.35
GB-134-3心脏 0.158 1.10±0.275
GB-134-3肝脏 0.523 0.91±0.146
GB-134-3脾脏 0.118 1.14±0.342
GB-134-3R&L肾脏 0.406 1.59±0.191
GB-134-3脑 0.455 <0.25
Meso-2心脏 0.145 1.67±0.301
Meso-2肝脏 0.935 6.67±0.254
Meso-2脾脏 0.080 3.01±0.572
Meso-2R&L肾脏 0.415 7.63±0.351
Meso-2脑 0.400 0.74±0.148
Meso-2血液 0.268 2.05±0.287
[1292] *来自两只小鼠的样品被合并成一个样品
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