使用碳納米管的分子鑒別器的制造方法

使用碳納米管的分子鑒別器的制造方法
【專利摘要】本發明描述了一種方法，所述方法包括：在固體狀態下，使包含第一有機分子的樣品與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述樣品與所述組合物之間形成界面；觀測所述界面的任何運動；和基于所觀測的運動來表征所述第一有機分子。
【專利說明】使用碳納米管的分子鑒別器

【背景技術】
[0001]以下描述用于幫助讀者理解。所提供的信息或引用的參考文獻均不承認為現有技術。
[0002]碳納米管(CNT)已經越來越多地用作化學傳感器和探針。這些用途通常需要CNT分散在液體或固體主體介質中。不過，CNT在主體介質中的此種分散的創建是一項重大的挑戰。例如，CNT容易團聚和束縛在一起，從而在CNT復合材料中造成很多位點缺陷。CNT的官能化是防止團聚和改善CNT與主體材料的相容性的一種方法。
[0003]官能化過程不是沒有缺點:它往往緩慢，困難，并且使用有害的化學物質。例如，CNT可以使用氨基官能化。然而，這種官能化可能會導致CNT的所需性質改變(例如，其疏水性、手性、有效長度、CNT的橫截面積等)。此外，對于單壁碳納米管(SWNT)，官能化可能會形成不期望的交聯結構，這可能最終改變這種獨特納米結構的特有標志特征。
[0004]除非進行官能化，否則如SWNT等CNT是疏水性的。因此，CNT通常難以與如兩親性分子(例如，兩親性脂質、清潔劑等)等某些分子相互作用。特別是，當這些兩親性分子處于水性狀態時，它們容易形成復雜的囊泡或膠束形式，其包裹疏水性CNT，并防止形成CNT與兩親性分子的整體結構直接作用的界面。因此，在使用CNT作為化學傳感器和探針的方面仍存在許多挑戰。


【發明內容】

[0005]本發明的一個方面提供了一種方法，該方法包括:在固體狀態下，使包含第一有機分子的樣品與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述樣品與所述組合物之間形成界面；觀測所述界面的任何運動；和基于所觀測的運動來表征所述第一有機分子。
[0006]本發明的另一方面提供了一種方法，該方法包括:在固體狀態下，使包含(i)兩親性有機分子和(ii)非兩親性有機分子中的至少一種的樣品與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述樣品與所述組合物之間形成界面；觀測所述界面的任何運動；和基于所觀測的運動表征所述碳納米管。
[0007]本發明的另一方面提供了一種使包含碳納米管的組合物官能化的方法，該方法包括:在固體狀態下，使包含疏水性基團的第一有機分子與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述碳納米管的至少一部分在與所述第一有機分子接觸后重新取向。
[0008]前述的
【發明內容】
僅是說明性的，且并非旨在以任何方式進行限制。除了上述說明性方面、實施方式和特征以外，通過參照下面的附圖和【具體實施方式】，其它方面、實施方式和特征將變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1提供了示例性實施方式中的固態毛細管反應的示意圖。
[0010]圖2(a)?2(c)示出了示例性實施方式中SWNT-卵磷脂界面在不同的時間間隔下的一系列顯微鏡明場圖像；圖2(b)和2(c)分別拍攝于第一幅圖像拍攝后的30分鐘和50分鐘。
[0011]圖3 (a)?3 (c)示出了示例性實施方式中SWNT-卵磷脂界面在不同的時間間隔下的一系列熒光圖像；圖3(b)和3(c)分別拍攝于第一幅圖像拍攝后的30分鐘和50分鐘。
[0012]圖4(a)?4(b)分別示出了示例性實施方式中SWNT-卵磷脂界面和SWNT-DPPC界面的突光光譜。
[0013]圖5(a)?5(b)分別示出了示例性實施方式中，在t = 0、45、105和205分鐘時SffNT-卵磷脂界面擴散的一系列FT-1R成像圖像。
[0014]圖6 (a)?6 (b)分別示出了示例性實施方式中SWNT-卵磷脂界面和SWNT-DPPC界面隨時間的擴散模式。
[0015]圖7(a)?7(b)示出了示例性實施方式中MWNT-卵磷脂界面的明場圖像。
[0016]圖8(a)?8(b)分別示出了示例性實施方式中，在t = O和70分鐘觀測到的MWNT-卵磷脂界面的FT-1R圖像。
[0017]圖9 (a)?9(b)分別示出了示例性實施方式中的初始SWNT和MWNT的FT-1R光譜。
[0018]圖10示出了初始單壁碳納米管的拉曼光譜。
[0019]圖11示出了初始單壁碳納米管的拉曼光譜的徑向呼吸模(RBM)。
[0020]圖12示出了由卵磷脂官能化的單壁碳納米管的拉曼光譜。
[0021]圖13示出了由二棕櫚酰磷脂酰膽堿官能化的單壁碳納米管的拉曼光譜。
[0022]圖14示出了由卵磷脂官能化的單壁碳納米管的徑向呼吸模(RBM)。
[0023]圖15示出了由DPPC官能化的單壁碳納米管的徑向呼吸模(RBM)。

【具體實施方式】
[0024]在下面的【具體實施方式】中，參照了構成本文的一部分的附圖。在附圖中，相似的符號通常標識相似的部件，除非上下文另有規定。在【具體實施方式】、附圖和權利要求中描述的示例性實施方式并不意味著進行限制。在不脫離本文提出的主題的精神或范圍的情況下，還可以使用其它實施方式，并且還可以做出其它的變化。
[0025]本發明技術在本文中使用了多個定義進行描述，這些定義貫穿在整個說明書中。
[0026]文中在描述要素的語境中(特別是在權利要求的語境中)使用的術語“一個(a) ”和“一種(an)”和“所述(the)”以及類似的指代應解釋為包括單數和復數，除非在本文中另有說明或與上下文明顯矛盾。
[0027]本文所用的“約”為本領域普通技術人員理解并會根據其使用的語境在一定程度上變化。如果使用了本領域的普通技術人員不清楚的術語，根據其使用的語境，“約”將意指具體術語的至多土 10%-例如，±7%、±5%、±4%、±3%、±2%、±1%、±0.5%>
±0.2%, ±0.1%或 ±0.05%。
[0028]本文所用的“基本上沒有”為本領域的普通技術人員理解表示完全或幾乎完全沒有某物。因此，例如，“基本上沒有熒光”是指完全或幾乎完全沒有熒光。“基本上沒有”某物的例子包括顯示出或包含小于或等于90%，小于或等于91%，小于或等于92%，小于或等于93 %，小于或等于94%，小于或等于95 %，小于或等于96 %，小于或等于97 %，小于或等于98%，或者小于或等于99%的某物，如熒光。
[0029]在一個方面中，本發明提供了一種表征分子的方法，該方法包括:在固體狀態下，使包含第一有機分子的樣品與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述樣品與所述組合物之間形成界面；觀測所述界面的任何運動；和基于所觀測的運動來表征所述第一有機分子。
[0030]碳納米管(CNT)是納米管的子集；CNT可以指包括碳原子的納米管，例如主要由碳原子組成，例如由碳原子組成。碳納米管通常可能具有長的中空結構，以及由單原子厚度的碳原子薄片形成的管壁。這些薄片可能以特定和不連續的(“手性”)角度卷繞(roll)，并且卷繞角度和半徑的組合可以決定納米管的性質。碳納米管可以劃分為單壁納米管(SWNT)和多壁納米管(MWNT)。單個納米管可以使其本身排列成通過范德華力(更具體而言，堆積)結合在一起的“繩”。在本文的一些例子中，CNT可以指包含石墨烯的納米管——例如，卷繞成管狀結構的石墨烯薄片。更通常地，本文的CNT可以指具有大體為圓柱形納米結構的碳的同素異形體。
[0031]該結構不必是完全圓柱形的且可以是與管狀結構類似的幾何形狀。通常，CNT可具有高長徑比(長度-直徑比)，其長徑比在很多實例中高于其它材料。例如，該比例可為至少約10——例如，至少約100、至少約1000、至少約10，000、至少約100，000、至少約I, 000, 000、至少約10，000, 000、至少約100，000, 000或更多。本文描述的CNT可具有任何尺寸。例如，該CNT的直徑可以為Inm?約1nm,例如，約lnm、約2nm、約3nm、約4nm、約5nm、約6nm、約7nm、約8nm、約9nm、約1nm或上述值兩個以上之間和/或包括上述值兩個以上的任意范圍。
[0032]本文提及的第一有機分子可以是適合于可采用本文描述的方法和系統的各種應用的任何有機分子。例如，該有機分子可以是兩親性分子，例如清潔劑。兩親性分子是表現出親水性和親脂性兩種性質的分子。換句話說，兩親性分子可以具有疏水性和極性區域，其中一種或兩種區域可以用作交互探針。如下面將要討論的那樣，在一些實施方式中，不同的兩親性分子在與相同的碳納米管相互作用時可以表現出不同的擴散行為；另一方面，不同的碳納米管在與相同的兩親性分子相互作用時也可以表現出不同的擴散行為。
[0033]在一些實施方式中，有機分子可以包括(或者是)脂質。脂質包括疏水性區域或部分，但也可以是兩親性的并包括極性區域或部分。因此脂質包括但不限于脂肪酸、甘油脂質(例如，甘油單_、雙-和三酯)、磷脂、糖脂、鞘脂(例如，鞘氨醇和鞘磷脂等)或其任意兩種以上的組合。在一些實施方式中，有機分子為磷脂或可以包括磷脂部分。例如，該有機分子可以是卵磷脂、二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)或鞘磷脂中的至少一種。該脂質可以是，例如Ω-3脂肪酸。Ω-3脂肪酸可以是例如亞麻酸和亞油酸等。根據有機分子(例如，月旨質)的類型，可以使用不同種類的CNT。例如，在有機分子為類固醇(例如，膽固醇)的一個實施方式中，采用的納米管可以是包括石墨烯的納米管。
[0034]本文描述的脂質可以具有各種類型的化學結構。例如，脂質可以具有直鏈的、非支化的疏水性基團(或部分)、支化的疏水性基團或兩種基團的組合。在一些實施方式中，月旨質可以包括飽和的和/或不飽和的C4?C3tl烴基。例如，該烴基可以是烷基、烯基、炔基、芳基或芳烷基。在一些實施方式中，烴基可以具有4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24或30個碳或上述值任意兩個以上之間和/或包括上述值任意兩個以上的范圍。
[0035]在本發明方法的一個方面中，CNT可以充當分子探針以觀測和/或表征處于固體狀態的樣品中的有機分子，例如上述的任何有機分子。CNT可以是組合物的一部分。探針可以用于觀測有機分子，并由此通過兩者之間的相互作用表征所述有機分子。
[0036]在一些實施方式中，使包括CNT (如疏水性CNT)的組合物與不同的疏水性、兩親性或非兩親性分子能夠在窄毛細管界面中相互作用。這些分子可以是本文所述有機分子中的任何一種。雖然CNT可以進行官能化，但本文所述方法和系統的出乎意料的優點是CNT(在觀測之前)不必進行官能化來用作并充當分子探針。換句話說，本文描述的系統和方法不需要表面活性劑、加熱或有害化學物質(如本領域中常規采用的經化學途徑進行的大多數官能化過程所需的)。
[0037]在示例性的實施方式中，樣品包括具有疏水性部分和極性部分的脂質，并且，脂質和疏水性CNT間界面處的接觸可以導致該脂質部分在接近界面的區域處重構。在一些實施方式中，本文所述的系統和方法使用所觀測的重構作為表征或鑒別CNT和該脂質有機分子之間的相互作用的機制。
[0038]根據所用的材料，CNT組合物和有機分子可以在任何適合條件下進行接觸。例如，接觸過程可以在環境條件下進行——例如，室溫，Iatm.等。還可以采用其它條件。根據分子情況，接觸過程可以在前述條件下進行，或其它任何條件下進行。例如，接觸過程可以進行約2小時?約10小時-例如，約2小時、約3小時、約4小時、約5小時、約6小時、約
7小時、約8小時、約9小時或在任意兩個上述時間段之間和包含任意兩個上述時間段的范圍。還可以采用更長或更短的時長。
[0039]如本文所述，通過觀測(多個)有機分子和CNT(探針)之間的相互作用，可以表征所述分子。例如，表征可基于接觸過程中有機分子的運動(例如，接觸造成的分子重構所產生的運動)進行。重構可以包括因接觸造成的有機分子的重新取向。作為另一選擇，CNT也可以表現出其結構的重組。在一些實施方式中，碳納米管的一部分在與第一有機分子接觸后可以重新取向。
[0040]在一些實施方式中，相互作用會使樣品(有機分子)和CNT之間形成界面。由此，可以監測分子和CNT之間的界面(通過下述技術)。在一些實施方式中，界面可以表現出量子限域。在一些實施方式中，由于接觸，CNT可能在界面處由第一有機分子非共價地官能化。
[0041]在一些實施方式中，CNT(以及相應的包含CNT的組合物)可以向樣品擴散，并且界面的幾何形狀和界面的擴散運動(在分子和CNT之間)的速率和/或程度取決于脂質結構。在其它實施方式中，CNT可以向有機分子擴散；并且類似于有機分子向CNT的擴散過程，CNT的擴散可能受界面的幾何形狀和界面的擴散運動的速率和/或程度的影響。在一些其它的實施方式中，擴散可以在兩個方向上進行。因此，任何這些改變均可以用作表征所觀測的特定有機分子(例如，脂質)的指標。
[0042]可以采用各種技術進行觀測，這至少取決于有機分子的類型和所關注的性質。例如，可以經由光學顯微術、熒光顯微術、拉曼顯微術、紅外成像術、熱成像術或其任意兩種以上的組合進行觀測。
[0043]熒光顯微術可以用作界面觀測的一個例子。可以采用任何適合的熒光顯微技術，包括取決于所用材料和儀器的各種配置。在一些實施方式中，通過組裝熒光顯微鏡和熒光光譜儀(PTI)，可以獲取碳納米管和脂質之間的界面的熒光光譜。激發波長可以為約200nm?約500nm-例如，約250nm?450nm或約300nm?400nm。在一個實施方式中，激發波長可以為約360nm，并且在熒光光譜儀中約450nm處可觀測到發射。
[0044]在一些實施方式中，熒光顯微術可以顯示出界面處的清晰熒光層，并且熒光強度可以取決于分子的擴散運動。這一技術在多個實例中十分有用，因為在界面處可觀測到熒光，而不在界面處的第一有機分子和組合物基本上沒有熒光，由此可在界面處提供良好的對比度。雖然不希望受縛于理論，但仍然認為界面處的發光因納米管表面官能化后的鈍化而更加明亮:當光子產生的電子和空穴(即激子對)被限域在小于激子玻爾半徑的空間內或量子盒中時，半導體的帶隙變寬并且其熒光藍移。電子和空穴的量子限域可以導致材料在官能化后的有效帶隙增大。因此，受到量子力限域的材料的發射向藍色光譜移動(即，更高能量)。通常，當量子盒的尺寸變小時，強度更高。在一些實施方式中，與有序度較低和/或不規則碎片形的幾何形狀相比，納米維度上更有序、極化的材料的熒光強度更高。因此，在一個實施方式中，卵磷脂官能化的SWNT (有序、極化的官能化的材料)的熒光強度比DPPC官能化的SWNT(有序度較低、不規則碎片形的官能化的材料)更高。
[0045]不同脂質的擴散程度可能不同，因此通過觀測脂質的擴散現象(相對于CNT探針)可以鑒別和/或表征脂質的類型和與此相關的其它性質。例如，單尾(或直鏈)脂質(例如，卵磷脂)可以表現出比支化脂質(例如二棕櫚酰磷脂酰膽堿或DPPC)更高程度的擴散漂移。另外，對于相同的脂質(例如卵磷脂)而言，SWNT和MWNT可以展現出不同的反應擴散模式，并且因此也需要考慮所使用的探針的區別。
[0046]因此，所述的方法和探針系統可以提供通過觀測有機分子相對于探針的擴散(例如，通過熒光和/或幾何形狀的改變)來鑒別有機分子的機制。而且，本文所述方法和探針系統可以用來基于分子各自與探針之間的相互作用來區分不同分子。在一些實施方式中，可以對至少第二(或更多)分子重復前述過程，并且可以基于它們各自的相互作用(即，在各自界面處發生的現象)來區分第一分子和第二分子。
[0047]另外，本文所述方法提供了一種簡單的固態“一鍋法”過程，該過程可以由不同的分子官能化CNT而無需化學預處理。本文所述方法只需簡單架構——例如，只使用CNT和分子(例如，脂質或所用的任何分子)，并且可以在標準溫度和壓力(例如環境條件)下進行。
[0048]實施例
[0049]材料和化學品
[0050]以下實施例中使用了下述材料和化學品。使用了高純度單壁碳納米管(SWNT)、高純度多壁碳納米管(MWNT)、Sigma Aldrich的L- α -磷脂酰膽堿(卵磷脂),Sigma Aldrich的二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)和其它設備(例如，玻璃毛細管、載玻片、針頭等)來進行本實施例所述的研究。
[0051]實施例1:毛細管技術
[0052]在毛細管中研究固態反應的動力學。通過催化化學氣相沉積法合成SWNT和MWNT ；其實例可見于 Colomer 等的 Large-scale synthesis of dingle-wall carbon nanotubesby catalytic chemical vapor deposit1n (CCVD) method, Chem.Phys.Lett.31783-89(2000)。
[0053]如果兩種材料之間具有已知距離的間隔，兩種反應物之間發生非常微不足道的反應，因此將毛細管的一端用脂質密封并且將CNT從另一端緊密堆疊。在室溫下將毛細管固定在載玻片上以供顯微測量。借助顯微鏡(Nikon Eclipse T1-U)觀測界面半月面(interface meniscus)的移動來研究反應的動力學。
[0054]如圖1所示，X和Y是兩種納米材料，B是分離的界面。只有發生反應，界面才會擴散，并可以預期界面處發生分子重新取向。這樣的重新取向(如果有的話)可以認為是如固態化學反應那樣與擴散或易位機制有關的納米級反應。
[0055]實施例2:熒光研究
[0056]在UV激發后通過普通突光顯微鏡(Nikon Eclipse T1-U)以固定的時間間隔捕捉熒光圖像(藍色熒光)。通過組裝熒光顯微鏡和熒光光譜儀(PTI)來拍攝SWNT-脂質界面區域的熒光光譜。激發波長為360nm，在熒光光譜儀中約450nm處可觀測到發射。
[0057]還通過使用三種不同熒光(UV、藍色和綠色)在脂質部分、CNT部分和界面區域激發樣品后來進行動力學研究；并且以固定的時間間隔在這些前述的三個區域觀測發射光譜模式。保持毛細管固定在顯微鏡臺架上，在固體狀態下捕捉SWNT-脂質界面區域的熒光光譜；由此建立在固體狀態下捕捉熒光光譜的方法。
[0058]實施例3:俥単葉奪換紅外(FT-1R)成像術
[0059]使用如上文所述的設備配置，通過FT-1R顯微鏡(JASCO FT/IR-6300)監測成像研究。實驗在毛細管條件下進行，將其設計在板上并在室溫下保持固定在顯微鏡臺架上。毛細管架構包括蓋玻片(即切割和組裝蓋玻片以制造毛細管)，在惰性氣氛中持續進行實驗并將檢測器保持在反射模式來捕捉圖像。在液氮環境中繼續進行整個成像實驗，因為推薦將反射和透射檢測器保持在冷卻條件下。選取覆蓋界面、CNT部分和脂質部分的一小塊區域進行此項研究。紅外光掃描該選定區域的每一個像素并給出該區域的總體IR圖像和光譜。整個實驗持續約5至6小時，并且以固定的時間間隔捕捉IR圖像。成像數據池提供了界面區域的擴散模式的全部信息。
[0060]結果和討論:
[0061]顯微明場圖像
[0062]經由顯微鏡(如上所述的Nikon Eclipse T1-U普通突光顯微鏡)以固定的時間間隔拍攝照片快照來觀測SWNT-脂質和MWNT-脂質半月面的移動。結果顯示在圖2和7中——如圖2 (a)?2 (c)和圖7 (a)?7 (b)各自所示，左手邊是SWNT/MWNT部分且最右邊是脂質部分。弧線表示SWNT/MWNT和脂質的界面區域。界面半月面以非常低的速率向脂質部分擴散。該實驗重復了 5至6次；并且獲得了同樣的結果。
[0063]還觀測到，在前幾種情況中半月面的擴散速率為正，但幾小時后半月面的彎曲度不再隨時間變化，即它保持不變。在數學上，如果‘A’為擴散界面的外周界距先前界面的距離，那么初始(dA/dt)>0，但幾個小時后(dA/dt) = 0，其中t表示時間。
[0064]熒光研究
[0065]還通過熒光顯微鏡進行擴散研究觀測。當僅在UV-輻射下激發毛細管時，觀測到界面中有清晰的熒光層，但在CNT—側或脂質一側都沒有發現發射特征。換句話說，僅在界面處觀測到熒光，如CNT-脂質界面處觀測到的清晰的藍色熒光所示。
[0066]CNT-卵磷脂界面:發現SWNT-卵磷脂界面的清晰熒光層隨時間推移向脂質分子轉移。圖3(a)?3(c)提供了一系列顯示不同時間間隔(時間從左至右推進)下的SWNT-卵磷脂界面的熒光圖像的圖像。另外，圖4(a)和圖4(b)分別示出了 SWNT-卵磷脂和SWNT-DPPC界面的熒光光譜。當在360nm UV輻射下激發界面時，在約450nm處觀測到界面的發射光譜。發現該熒光特征與MWNT-卵磷脂界面相似。
[0067]CNT-DPPC界面:發現DPPC-SWNT熒光層隨時間推移而在固定位置保持不變。特別是，對于SWNT-DPPC界面，擴散是衰減的。當在360nmUV輻射下激發界面時，也在約450nm處觀測到發射光譜，這與SWNT-卵磷脂界面相似；此種對比在圖4(a)?4(b)中示出。觀測到SWNT-DPPC熒光界面沒有空間易位的這種變化。該熒光特征與MWNT-DPPC界面相似。
[0068]因為觀測到高度極化的SWNT的團聚，所以假設界面的發射光譜(藍色)對應于SffNT的高帶隙能量。如果SWNT高度極化并且側面光滑，則它們可以在管-管接觸時可以形成范德華結合能為500eV/微米的納米繩或束。
[0069]如本研究所示，SWNT可以在納米維度與磷脂的疏水性尾部形成高度有序納米繩或束。高度的量子力限域狀態可以提供此種清晰的熒光。隨著時間推移，SWNT-脂質排序更多地擾亂新形成的納米繩或束的電子結構，這可影響SWNT的帶隙能量。當這一情況發生時，它可以擾亂量子限域，導致量子產率更低，隨之導致熒光強度降低。因此，熒光研究對于SffNT-脂質界面的易位和熒光強度與易位的相關性都十分重要。
[0070]FT-1R 成像:
[0071]通過FT-1R成像系統分析納米級界面上磷脂-CNT的相互作用。觀測到，SWNT-卵磷脂界面的漂移程度隨時間推移顯著改變。然而，對于DPPC-SWNT，動態過程是衰減的；圖5(a)?5(d)提供的一系列圖像提供了該對比。
[0072]如圖8(a)?8(b)所示，MWNT-卵磷脂界面的擴散顯示出，界面半月面的變化有更快的動力學。圖9 (a)?9 (b)分別示出了初始的SWNT和MWNT的IR吸收模式的不同。
[0073]固態擴散特征:
[0074]SffNT-卵磷脂界面研究:
[0075]卵磷脂具有單個直鏈疏水性尾部并且SWNT為超疏水性材料。隨著時間推進，SWNT-卵磷脂界面呈現出向脂質分子的漂移(類似于拋物線路徑)。另外，如圖6(a)?6(b)所示，觀測到彎曲度的改變。
[0076]發現彎曲度的改變是漸變的，但45分鐘后有中心漂移。按照拋物線方程:(y-yo)2=_4a (X-Xtl)，其中‘a’是初始焦距；x和y是變量；并且X13和Y0是截距，其中‘a’為無窮大時X =常數一即方程與y軸平行；或者也可以說半月面是平的，但隨著‘a’值減小，弧線的半徑逐漸增大。因此‘a’值與SWNT-卵磷脂界面半月面的彎曲度相關。
[0077]MWNT-卵磷脂界面研究:
[0078]隨著時間的推進，發現MWNT-卵磷脂界面也向脂質分子漂移，但該漂移模式不像在SWNT-卵磷脂界面中觀測到的那樣為拋物線。這是因為MWNT為多個納米管的同心圓柱；因此，疏水性尾部經受來自各個納米管的疏水性牽引，從而在界面半月面上產生不規則碎片形模式。因此，此種疏水性牽引的程度很高，從而使與SWNT-卵磷脂擴散相比反應動力學很快。
[0079]SffNT-DPPC 界面研究:
[0080]DPPC為在Cl和C2碳位置具有兩條棕櫚酸鏈的改性卵磷脂。如圖6所示，對于SWNT-DPPC界面而言，發現反應動力學是衰減的并且發現其擴散模式高度非平面。由于發現界面幾何形狀非歐幾里得化，因而對于這種不規則碎片形界面沒有建立數學公式。
[0081]對于MWNT-DPPC界面而言，還發現反應是衰減的并且還發現其擴散模式是高度非平面的，這與SWNT-DPPC界面相似。
[0082]兩種CNT-脂質界面的比較研究:
[0083]對于本研究中觀測的兩種CNT和不同脂質，發現界面幾何形狀、擴散速率和擴散程度均不同。
[0084]對于CNT部分，這可能歸因于以下事實:MWNT為多個納米管的同心圓柱，使得脂質的疏水性尾部經受來自各個納米管的疏水性牽引，從而在界面半月面上產生不規則碎片形模式。因此，存在界面向脂質分子的漂移。
[0085]另一方面，對于脂質部分，這可能歸因于以下事實:作為單尾磷脂的卵磷脂在結構上與作為支化磷脂的DPPC不同。由于DPPC具有兩條疏水性水平相同的疏水性尾部，SffNT經受來自磷脂的這兩條疏水性尾部的相同程度的疏水性排斥。因此，固態擴散模式依賴于相互作用的分子的分子復雜性。換句話說，本研究顯示，可以基于不同脂質(關于直鏈或支化疏水性尾部或甚至不同的疏水性水平)與CNT探針的相互作用來區分這些脂質。
[0086]研究顯示，SWNT、MWNT和脂質分子以固相相互接觸時彼此相互作用。由界面運動(更準確來說，SWNT/MWNT向脂質分子靠近)的動態過程來觀測相互作用。此種擴散的程度依賴于CNT類型和脂質類型二者的結構。MWNT與SWNT相比可顯示出更快的擴散速率但具有不規則碎片形模式。另一方面，支鏈脂質與單鏈、直鏈脂質相比表現出更慢的擴散。界面運動允許基于分子結構以及電子性質和CNT的手性來分析脂質。
[0087]而且，前述內容顯示，在兩親性分子的存在下，分子的疏水端將朝CNT取向。
[0088]不同納米管的拉曼光譜
[0089]使用共焦微型拉曼光譜儀(LabRAMHR Vis.Horiba Jobin Yvon SAS France)獲得拉曼光譜。結果顯示在圖10?15中。具體來說，圖10和11分別示出了初始單壁碳納米管的拉曼光譜和徑向呼吸模(RBM)的光譜。圖12和13分別示出了由卵磷脂和二棕櫚酰磷脂酰膽堿官能化的單壁碳納米管的拉曼光譜。圖14和15分別示出了由卵磷脂官能化的單壁碳納米管和由DPPC官能化的單壁碳納米管的RBM。
[0090]觀測到，激發波長為785nm、光柵為1200g/mm、數值孔徑為0.55的50X NIR物鏡可給出最佳的共聚焦——即在焦點深度?2 μ m，共聚焦尺寸為100±5 μ m而沒有拉曼信號的損耗。如圖10?15所示，由于樣本上的照射點的最大直徑為?I μ m，在上述光譜儀的工作條件下存在來自初始/官能化的SWNT樣品的拉曼信號的最小損耗。而且，如圖12和13所示，拉曼光譜驗證了脂質對SWNT的官能化。
[0091]等同物
[0092]本文示例性地描述的實施方式可以在缺少本文未具體公開的任意一個或多個要素、一個或多個限制的情況下適宜地實施。因此，例如，術語“包含(comprising) ”、“包括(including) ”、“含有(containing) ”等應被解釋為開放式的并且非限制性的。此外,本文使用的術語和表達僅用作說明性的術語并且是非限制性的，并且在這種術語和表達的使用中沒有排除所示和所述的特征或其一部分的任何等同物的意圖，但應認識到可以在所要求保護的技術范圍內進行多種可能的修改。此外，短語“基本上由……組成”將被理解為包括具體規定的那些要素和基本上不影響所要求保護的技術的基本的和新的特性的那些其他要素。短語“由……組成”不包括未指出的任何要素。
[0093]本發明不受本申請中描述的特定實施方式的限制，該特定實施方式意圖作為多個方面的示例。對本領域技術人員明顯的是，可以進行多種修改和變化而不脫離其精神和范圍。除本文列舉的那些之外，本發明范圍內的功能等同的組合物、裝置和方法將由以上說明而對于本領域技術人員是顯而易見的。這種修改和變化意圖落入所附權利要求的范圍內。本發明僅受所附權利要求的表述連同這些權利要求涵蓋的等同物的全部范圍的限制。應該明白，本發明不限于特定的方法、試劑、化合物、組合物或生物體系，其當然可以變化。還應該明白的是本文使用的術語僅用于描述特定實施方案的目的，并非意在進行限制。
[0094]己經如此對本發明的技術進行了廣義和一般性的描述。落入該一般性
【發明內容】
之中的各種狹義情形和子類分組也構成本發明技術的一部分。這包括采用條件或否定性限制，從該類別中排除任何主題而對本發明技術進行一般性描述，而不管排除的物質是否在本文中有具體陳述。
[0095]此外，如果以馬庫什組的方式描述了本發明的特征和方面，則本領域技術人員會認識到還藉此以馬庫什組中的任何單獨成員或成員子組的方式描述了本發明。
[0096]本領域技術人員應理解的是，出于任何目的和所有目的，例如在提供書面說明方面，本文公開的所有范圍還包括這些范圍的任何或全部可能的子范圍和子范圍的組合。對于任何列出的范圍，都應容易地認識到充分地描述了并能夠得到被分割為至少兩等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的同一范圍。作為非限制性實例，本文所述的每個范圍都可以容易地分割為下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。本領域技術人員還應理解的是，所有例如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等用語都包括了所述的數字，并且指可以繼續分割為上述子范圍的范圍。最后，本領域技術人員還應理解，范圍包括每個單獨的成員。
[0097]雖然已經例舉并描述了特定實施方式，但應當明白的是，在不脫離如以下權利要求中所限定的更廣義的技術范圍的情況下，可以由本領域技術人員在其中做出變更和修改。
【權利要求】
1.一種方法，所述方法包括: 在固體狀態下，使包含第一有機分子的樣品與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述樣品與所述組合物之間形成界面； 觀測所述界面的任何運動；和 基于所觀測的運動來表征所述第一有機分子。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一有機分子為脂質。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，所述第一有機分子為包含直鏈疏水性基團的脂質。
4.如權利要求1或2所述的方法，其中，所述第一有機分子為包含支化疏水性基團的脂質。
5.如權利要求1?4中任一項所述的方法，其中，所述第一有機分子為包含支化或非支化、飽和或不飽和的?(^。經基的脂質。
6.如權利要求1?5中任一項所述的方法，其中，所述第一有機分子為磷脂、糖脂、鞘月旨、類固醇或其任意兩種以上的組合。
7.如權利要求1?6中任一項所述的方法，其中，所述碳納米管為單壁碳納米管。
8.如權利要求1?6中任一項所述的方法，其中，所述碳納米管為多壁碳納米管。
9.如權利要求1?8中任一項所述的方法，其中，所述碳納米管在與所述樣品接觸前未進行化學官能化。
10.如權利要求1?9中任一項所述的方法，其中，所述接觸在室溫進行。
11.如權利要求1?10中任一項所述的方法，其中，所述接觸在約1個大氣壓力下進行。
12.如權利要求1?11中任一項所述的方法，其中，所述觀測經由光學顯微術、熒光顯微術、拉曼顯微術、紅外成像術、熱成像術或其任意兩種以上的組合進行。
13.如權利要求1?12中任一項所述的方法，其中，以所述界面的運動速率觀測所述運動。
14.如權利要求1?13中任一項所述的方法，其中，所述運動的特征在于，所述組合物向所述第一有機分子運動。
15.如權利要求1?14中任一項所述的方法，所述方法還包括: 在固體狀態下，使包含第二有機分子的第二樣品與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述第二樣品與所述組合物之間形成第二界面； 觀測所述第二界面的任何運動；和 基于所觀測的與各界面有關的運動，將所述第二有機分子與所述第一有機分子區分開。
16.—種方法,所述方法包括: 在固體狀態下，使包含(1)兩親性有機分子和(11)非兩親性有機分子中的至少一種的樣品與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述樣品與所述組合物之間形成界面； 觀測所述界面的任何運動；和 基于所觀測的運動表征所述碳納米管。
17.如權利要求16所述的方法，其中，所述運動包括(1)所述第一有機分子和(11)所述組合物中的至少一種的擴散。
18.如權利要求16或17所述的方法，其中，所述第一有機分子為卵磷脂、二棕櫚酰磷脂酰膽堿①--^、鞘磷脂或鞘氨醇。
19.如權利要求16?18中任一項所述的方法，其中，通過熒光光譜術觀測所述界面的運動。
20.如權利要求16?19中任一項所述的方法，其中，在所述界面處觀測到熒光，而不在所述界面處的所述第一有機分子和所述組合物基本上沒有熒光。
21.如權利要求16?20中任一項所述的方法，其中，所述界面表現出量子限域。
22.如權利要求16?21中任一項所述的方法，其中，所述碳納米管的直徑為約211111?約3鹽。
23.如權利要求16?22中任一項所述的方法，其中，所述碳納米管為單壁碳納米管。
24.如權利要求16?23中任一項所述的方法，其中，所述接觸進行約5小時?約6小時。
25.一種使包含碳納米管的組合物官能化的方法，所述方法包括: 在固體狀態下，使包含疏水性基團的第一有機分子與包含碳納米管的組合物接觸，從而使所述碳納米管的至少一部分在與所述第一有機分子接觸后重新取向。
26.如權利要求25所述的方法，所述方法還包括，所述第一有機分子與所述組合物之間在接觸位置形成界面。
27.如權利要求25或26所述的方法，其中，所述碳納米管在所述界面處由所述第一有機分子非共價地官能化。
28.如權利要求25?27中任一項所述的方法，其中，所述接觸進行約5小時?約6小時。
【文檔編號】G01J3/44GK104350364SQ201280073378
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2012年8月6日 優先權日:2012年5月23日
【發明者】安讓·Kr.·達斯古普塔, T·巴特查里亞 申請人:加爾各答大學