專利名稱：證實(shí)流體運(yùn)動(dòng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用熒光示蹤劑確定、分析并量化流體的運(yùn)動(dòng)、稀釋和清除過程。具體說來，本發(fā)明涉及用量子尺寸的微粒確定、分析并量化流體的運(yùn)動(dòng)、稀釋和清除過程。本發(fā)明還涉及對溶解在液體中的固體材料進(jìn)行監(jiān)測并量化的方法。
背景技術(shù)：
量子尺寸微粒是指直徑在約0.1-50nm范圍內(nèi)的微粒，也稱量子點(diǎn)或納米晶體。它們以其發(fā)光性質(zhì)而著稱，這種性質(zhì)來自它們的小尺寸、大表面積和光電子性質(zhì)。發(fā)光納米晶體可用作探測標(biāo)記物，用于低聚核苷標(biāo)簽、組織成像染色、蛋白質(zhì)表達(dá)探針等，并用來探測體外和體內(nèi)生物分子。
流體的轉(zhuǎn)移一般借助有機(jī)染料確定，或者借助測定流體通過注射器的流動(dòng)過程來確定。利用有機(jī)染料的一個(gè)缺點(diǎn)是，長時(shí)間和/或反復(fù)受激發(fā)光輻照，會(huì)削弱熒光強(qiáng)度。這種變暗(稱作光漂白)的程度取決于激發(fā)光的強(qiáng)度和輻照的時(shí)間。此外，染料向非熒光物質(zhì)的轉(zhuǎn)化是不可逆的。而且，染料的降解產(chǎn)物是有機(jī)化合物，它可能干擾被檢測物的組成。還有，有機(jī)染料濃度較高時(shí)，它們自身要吸收熒光，這限制了它們的動(dòng)力學(xué)線性范圍。
有機(jī)染料的另一個(gè)缺陷是不同染料之間存在波譜重疊。這部分是因?yàn)橛袡C(jī)染料具有較寬的發(fā)射光譜，它們的光譜在靠近拖尾區(qū)重疊。此外，低分子量染料可能不適合某些應(yīng)用，因?yàn)樗鼈儫o法提供足夠亮的熒光信號(hào)。理想的熒光標(biāo)記物應(yīng)當(dāng)滿足許多要求，包括(1)高熒光強(qiáng)度(便于檢測少量目標(biāo)物)；(2)吸收波譜和熒光波譜之間至少相隔50nm；(3)能溶于待檢測組合物；(4)在高溫等苛刻條件下穩(wěn)定；(5)具有對稱發(fā)射線形，這樣便于分析；(6)能夠均勻分散在待測組合物中；(7)適合自動(dòng)分析；(8)固有動(dòng)力范圍大，自猝滅可能性?。?9)與組成受監(jiān)測流體的活性成分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)熒光染料在化學(xué)性質(zhì)上的差異使多樣品的平行測定非常不切實(shí)際，因?yàn)樵跓晒鈽?biāo)記的各種應(yīng)用中，所用每種染料可能涉及不同的化學(xué)反應(yīng)。此外，標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)熒光染料在化學(xué)性質(zhì)上的差異使多樣品平行測定不切實(shí)際，因?yàn)樵跓晒鈽?biāo)記的各種應(yīng)用中，所用每種染料可能涉及不同的化學(xué)反應(yīng)。
此外，有機(jī)熒光染料的使用還受到化學(xué)和物理方面的限制。其中一種限制是不同顏色染料的激發(fā)波長不同。結(jié)果是，同時(shí)使用兩個(gè)或多個(gè)激發(fā)波長不同的熒光標(biāo)記物需要多個(gè)激發(fā)光源。這種要求增加了使用多種熒光染料的方法的成本和復(fù)雜性。而且，有機(jī)染料即使在中等濃度下仍會(huì)猝滅熒光，引起明顯的非線性稀釋效應(yīng)。
測定流體流過注射器方法的缺陷是，該方法不能證實(shí)流體是否真的送進(jìn)了所需裝置或接收器。
因此，本領(lǐng)域需要一種熒光標(biāo)記物，它能滿足上述標(biāo)準(zhǔn)，用于一種或多種流體轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)中，并且能夠證實(shí)流體加入了反應(yīng)容器等，并對其加以量化。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是克服原有技術(shù)中的缺陷。發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體與傳統(tǒng)有機(jī)染料相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體納米晶體一般比可比較的有機(jī)染料具有更大的吸收截面，更高的量子產(chǎn)率，更好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性，更窄、更對稱的發(fā)射光譜。此外，其吸收性質(zhì)和發(fā)射性質(zhì)隨著粒徑和組成變化，因而可系統(tǒng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。最后，半導(dǎo)體納米晶體可獨(dú)立用來測定發(fā)生轉(zhuǎn)移或受到稀釋的流體的量，并且具有一定的置信度。
制備半導(dǎo)體納米晶體的各種方法已經(jīng)有許多報(bào)道。這些方法包括逆膠束合成、延緩沉積(arrested precipitation)、氣溶膠過程、釜中攪拌(pot-stirring)過程和溶膠凝膠過程。有人報(bào)道過用施加涂層或外殼的方法控制納米晶體的性質(zhì)，特別是在國際專利公開WO 99/26299(PCT/US98/23984)“Highly LuminescentColor-Selective Materials”，申請人是Massachusetts Institute of Technology，公開于1999年5月27日，在此引為參考。例如，施加一種無機(jī)外殼可提高納米晶體的量子產(chǎn)率以及其化學(xué)穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。施加外殼的技術(shù)有攪拌技術(shù)，類似于用來制備芯子的技術(shù)。與芯子的直徑相似，外殼的厚度影響成品的性質(zhì)，厚度可隨著系統(tǒng)參數(shù)變化，這些參數(shù)跟影響芯子的參數(shù)相同。在攪拌釜系統(tǒng)中控制這些參數(shù)的難度帶來了控制成品性質(zhì)和質(zhì)量的難度。
本發(fā)明還基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即半導(dǎo)體納米晶體可在許多生物和化學(xué)應(yīng)用中用作可靠、敏感的可探測標(biāo)記物。所制備的半導(dǎo)體納米晶體(也稱作量子點(diǎn)和QdotTM納米晶體)可具有特征光譜發(fā)射。這些光譜發(fā)射可通過改變微粒的粒徑、粒徑分布和/或組成來調(diào)節(jié)到所需能量。舉例來說，半導(dǎo)體納米晶體的位置可通過用能源輻照樣品來確定，所述能源如激發(fā)光源。半導(dǎo)體納米晶體能發(fā)射可用光譜學(xué)方法觀察和測定的特征發(fā)射光譜。
大量半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)射光譜經(jīng)過調(diào)節(jié)后，線寬可達(dá)到25-30nm這樣窄，具體取決于這些半導(dǎo)體納米晶體的粒徑分布的不均勻程度。因此，用半導(dǎo)體納米晶體允許在單次應(yīng)用中檢測一個(gè)或多個(gè)不同的生物或化學(xué)片段并加以量化?？烧{(diào)性、窄線寬和對稱發(fā)射光譜組合起來，為尺寸不同的納米晶體提供了高分辨率，例如同一個(gè)系統(tǒng)中的一批具有多個(gè)不同粒徑分布的單分散半導(dǎo)體納米晶體，并能用來同時(shí)檢測許多化學(xué)或生物組分并/或加以量化。
此外，納米晶體的激發(fā)波長范圍寬，且比所有可能得到的半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)射波長具有更高的能量。這樣就可以利用單能量源，如光照(通常采用紫外線或藍(lán)光)，同時(shí)有效激發(fā)一個(gè)系統(tǒng)中發(fā)射光譜不同的所有半導(dǎo)體納米晶體。半導(dǎo)體納米晶體還比傳統(tǒng)有機(jī)熒光染料更穩(wěn)定，對光漂白有更好的抵抗力。納米晶體更高的穩(wěn)定性還能減輕待檢測系統(tǒng)中因有機(jī)染料降解產(chǎn)物發(fā)生的污染問題。因此，本發(fā)明提供了一種有價(jià)值的獨(dú)特方法，可用來監(jiān)測化學(xué)或生物系統(tǒng)中混合在一起的各種組分的加入情況并/或進(jìn)行量化。
本發(fā)明還涉及對溶解在液體中的固體材料進(jìn)行監(jiān)測并量化的方法。許多化學(xué)和生物材料在進(jìn)行純化時(shí)，需要形成溶液或溶解在各種有機(jī)溶劑中。通過對這些溶液進(jìn)行一系列操作，例如層析、電泳分離、洗提、透析等，可以將目標(biāo)組分從污染物中分離出來，成為溶液中的提純物質(zhì)。化學(xué)惰性半導(dǎo)體納米晶體可以已知濃度均勻分散在提純流體中。凍干后，半導(dǎo)體納米晶體依舊均勻分散在固體產(chǎn)物中，加入固體形成第二種組合物后，可用它作為跟蹤該固體的量的示蹤劑。這特別適用于常常為凍干材料(由于穩(wěn)定性的原因)制定基準(zhǔn)物，當(dāng)制備原始儲(chǔ)備溶液和制備后面的稀釋液時(shí)，還能改進(jìn)精度。
本發(fā)明一方面提供了證實(shí)流體從第一組合物轉(zhuǎn)移到第二組合物中的方法，該方法包括提供含有第一流體的第一組合物；提供含有第二流體的第二組合物，其中所述第二組合物包含預(yù)定量均勻分散的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體，這種晶體受激發(fā)后能發(fā)射波段較窄的電磁輻射；將所有或部分所述第二組合物轉(zhuǎn)移到所述第一組合物中，形成第三組合物；用能夠激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述第三組合物；檢測從所述第三組合物中的所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射出來的電磁輻射。應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明中，所述第一流體可以是液體、氣體甚至真空。
本發(fā)明另一方面提供了證實(shí)流體從第一組合物轉(zhuǎn)移到第二組合物中的方法，該方法還包括測定所述第三組合物中發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，以證實(shí)所述第二組合物轉(zhuǎn)移到所述第一組合物中形成所述第三組合物的轉(zhuǎn)移量。通過測定第三組合物中發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的相對熒光強(qiáng)度，可以證實(shí)轉(zhuǎn)移量。雖然本發(fā)明介紹的是證實(shí)第二組合物中存在的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明也考慮發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體存在于第一組合物中的情況，將第二組合物加入第一組合物同樣形成第三組合物。
本發(fā)明另一方面提供了證實(shí)流體從第一組合物轉(zhuǎn)移到第二組合物中的方法，其中半導(dǎo)體納米晶體是芯/殼納米晶體。另一方面，半導(dǎo)體納米晶體的半徑在約2-50nm之間，宜在約2-20nm之間。另一方面，半導(dǎo)體納米晶體選自ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe及其混合物。半導(dǎo)體納米晶體宜含有一個(gè)CdSe的芯子和一個(gè)CdS或ZnS的外殼。另一方面，半導(dǎo)體納米晶體芯子的直徑約為2-50nm，宜為2-6nm，外殼厚度約為2nm。該方法可包括核酸的測定。
本發(fā)明另一方面提供了證實(shí)流體從第一組合物轉(zhuǎn)移到第二組合物中的方法，其中半導(dǎo)體納米晶體是單分散的。另一方面，半導(dǎo)體納米晶體與所述第二流體中的組分相聯(lián)系。另一方面，半導(dǎo)體納米晶體均勻分散在所述第二流體中。
本發(fā)明另一方面提供了監(jiān)測試劑流動(dòng)的方法，該方法包括提供一種試劑，它與預(yù)定量的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體混合，該納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；將所有或部分所述試劑轉(zhuǎn)移到反應(yīng)容器中；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述反應(yīng)容器；檢測從所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射。
本發(fā)明另一方面提供了監(jiān)測試劑流動(dòng)的方法，該方法還包括測定所述反應(yīng)容器中發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，以證實(shí)所述試劑的轉(zhuǎn)移量。
本發(fā)明另一方面提過了監(jiān)測試劑流動(dòng)的方法，該方法包括提供一種試劑，它與預(yù)定量的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體混合，該納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；將所有或部分所述試劑轉(zhuǎn)移到反應(yīng)容器中；從所述反應(yīng)容器中取出一個(gè)單元樣品；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述樣品；檢測從所述樣品中所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射。
本發(fā)明另一方面提供了監(jiān)測試劑流動(dòng)的方法，該方法還包括測定所述樣品中發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，以證實(shí)向所述反應(yīng)容器轉(zhuǎn)移的所述試劑的量。
本發(fā)明另一方面提供了證實(shí)許多流體轉(zhuǎn)移到一個(gè)容器中的方法，該方法包括提供許多含有流體的組合物，其中各個(gè)組合物包含預(yù)定量的不同發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體，所述納米晶體受激發(fā)后能發(fā)射不同波段的電磁輻射，每個(gè)波段對應(yīng)于每個(gè)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體；將所有或部分所述許多流體轉(zhuǎn)移到所述容器中；用能激發(fā)所述許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述容器；檢測所述許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射，以確定所述許多流體發(fā)生了轉(zhuǎn)移。在另一種實(shí)施方式中，所述容器可以是個(gè)反應(yīng)容器。
本發(fā)明另一方面提供了證實(shí)許多流體轉(zhuǎn)移到一個(gè)容器中的方法，該方法還包括測定發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，以證實(shí)向所述反應(yīng)容器轉(zhuǎn)移的所述許多組合物的量。
本發(fā)明另一方面提供了證實(shí)許多流體轉(zhuǎn)移到一個(gè)容器中的方法，其中所述許多組合物以批量方式轉(zhuǎn)移或依次轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)移到所述容器中。所述流體可選自試劑、緩沖液、溶劑等，所述容器可以是反應(yīng)容器等。
本發(fā)明另一方面提供了制備稀釋溶液的方法，該方法包括提供含有預(yù)定濃度的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的第一溶液，其中納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；按預(yù)定稀釋比例用第二溶液稀釋所述第一溶液；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻射所述稀釋溶液，檢測從許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射，比較所得熒光量和預(yù)期的熒光量，以證實(shí)預(yù)定稀釋比例。應(yīng)當(dāng)理解，所述第一溶液例如可包含活性成分，所述第二溶液可以是可接受的稀釋劑。
本發(fā)明另一方面提供了確定容器清潔度的方法，該方法包括提供內(nèi)有許多組分的容器；在所述容器中加入發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體，該納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；反應(yīng)完成后從所述容器中除去內(nèi)容物；清潔所述容器；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述容器，檢測從許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射，以證實(shí)來自所述反應(yīng)殘余組分的存在；確定殘留在所述反應(yīng)容器中的所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的相對量。所述組分可以是任何能夠發(fā)生反應(yīng)或轉(zhuǎn)化的化學(xué)物質(zhì)或生物物種或助劑。
本發(fā)明另一方面提供了確定容器清潔度的方法，其中所述容器是反應(yīng)容器，如生物反應(yīng)容器或發(fā)酵器。本發(fā)明另一方面包括反復(fù)清潔所述反應(yīng)容器，直到所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量低于預(yù)定水平。
附圖簡述

圖1是相對熒光強(qiáng)度與發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體和典型熒光團(tuán)的濃度的關(guān)系圖。
優(yōu)選實(shí)施方式詳述除非另有說明，本發(fā)明在實(shí)施中采用傳統(tǒng)的合成有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等技術(shù)，這些是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的。這些技術(shù)在文獻(xiàn)中有充分說明。例如，可參見Kirk-Othmer的Encyclopedia of Chemical Technology；House’s Modern Synthetic Reactions；Marvel等的課文ORGANIC SYNTHESIS；Collective Volume 1，等等。
本說明書所引用的所有出版物都參考結(jié)合于此。盡管已經(jīng)結(jié)合特定優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明主旨的情況下，可以對本發(fā)明作出修改。這些修改也落在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
在描述本發(fā)明時(shí)將使用以下術(shù)語，這些術(shù)語定義如下術(shù)語“半導(dǎo)體納米晶體”和“量子點(diǎn)”可互換使用，指直徑約為1-1000nm或它們之間的任何整數(shù)或分?jǐn)?shù)，宜為約2-50nm或它們之間的任何整數(shù)或分?jǐn)?shù)，更宜約為2-20nm(如約2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20)的無機(jī)微晶。
半導(dǎo)體納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射電磁輻射(即半導(dǎo)體納米晶體發(fā)光)，它包含由一種或多種第一半導(dǎo)體材料組成的“芯子”，可能外面包圍著由第二半導(dǎo)體材料組成的“外殼”。由半導(dǎo)體外殼包圍的半導(dǎo)體納米晶體芯子稱作“芯/殼”半導(dǎo)體納米晶體。周圍的“外殼”材料的帶隙能量宜大于芯材料的帶隙能量，所選“外殼”材料的原子間距接近“芯”基底的原子間距。芯和/或殼可以是一種半導(dǎo)體材料，包括但不限于II-VI族(ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe等)和III-V族(GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb等)和IV族(Ge、Si等)材料，以及合金或它們的混合物。
半導(dǎo)體納米晶體還可被一個(gè)有機(jī)封閉劑“涂層”所覆蓋。有機(jī)封閉劑可以是任何材料，但它要對半導(dǎo)體納米晶體表面有親合力。一般地，封閉劑可以是孤立的有機(jī)分子、聚合物(或聚合反應(yīng)單體)、無機(jī)復(fù)合物和延生晶體結(jié)構(gòu)。該涂層是用來提高溶解性，例如將涂覆的半導(dǎo)體納米晶體均勻分散在選定溶劑里的性質(zhì)，還用來提高官能性、粘結(jié)性質(zhì)等。此外，涂層可用來調(diào)節(jié)半導(dǎo)體納米晶體的光學(xué)性質(zhì)。制備封閉半導(dǎo)體納米晶體的方法將在下面討論，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是熟悉的。
“發(fā)光”是指從物體發(fā)射電磁輻射(光)的過程。發(fā)光來自從激發(fā)態(tài)“松弛”到低能態(tài)的系統(tǒng)，對應(yīng)著以光子的形式釋放能量。這些狀態(tài)可能是電子、電子振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或三者中的任意組合。發(fā)光躍遷可通過儲(chǔ)存在系統(tǒng)中的化學(xué)能的釋放或從外部向系統(tǒng)中加入能量來激發(fā)。外部能源可以具有各種形式，包括化學(xué)、熱、電、磁、電磁、物理或任何其他類型的能源，它們能夠?qū)⑾到y(tǒng)激發(fā)到比基態(tài)能量高的能態(tài)。例如，系統(tǒng)可通過吸收光子、放置在電場中或通過化學(xué)氧化-還原反應(yīng)來激發(fā)。發(fā)光期間發(fā)射的光子能量范圍可從低能微波輻射到高能X射線輻射。一般地，發(fā)光是指范圍從UV到IR輻射的光子。
“單分散微粒”包括這樣一群顆粒，其中至少約60％的顆粒，宜為約75-90％的顆粒，更宜為約80-95％的顆粒，最好約為90-95％的顆粒，或此范圍之間的任何整數(shù)百分?jǐn)?shù)，都落在指定粒徑范圍內(nèi)。這群單分散顆粒的直徑偏差小于10％rms(根均方)，宜小于5％rms。Murray等(J.Am.Chem.Soc.，1158706(1993))對單分散半導(dǎo)體納米晶體進(jìn)行了詳細(xì)敘述；Christopher Murray在其論文“Synthesis and Characterization of II-VI Quantum Dots and TheirAssembly into 3-D Quantum Dot Superlattices”(Massachusetts Institute ofTechnology，September，1995)中對其也有介紹，這些文獻(xiàn)參考結(jié)合于此。
用術(shù)語“窄波段”或“窄波譜線寬”來描述半導(dǎo)體納米晶體的電磁輻射時(shí)，它是指發(fā)射波段的寬度不超過約40nm，宜不超過約20nm，且是中心對稱的。與此不同，典型的染料分子的發(fā)射波寬約為100nm，它還帶有紅尾，這使得波寬再伸長100nm。應(yīng)當(dāng)指出，所稱波寬是測定半峰高上的發(fā)射全寬(FWHM)得到的，適宜范圍約為200-2000nm。
用術(shù)語“寬波段”描述半導(dǎo)體納米晶體的激發(fā)時(shí)，它是指吸收輻射的波長等于或小于引發(fā)輻射的波長(引發(fā)輻射理解為半導(dǎo)體納米晶體能夠吸收的最長波長(能量最低)輻射)。這種引發(fā)在靠近但能量稍高的發(fā)射“窄波段”進(jìn)行。這與染料分子的“窄吸收波段”不同，后者在靠近高能側(cè)的發(fā)射峰處開始，但從此波長開始迅速下降，距發(fā)射100nm以外往往就可忽略不計(jì)。
這里所用術(shù)語“條形碼”是指半導(dǎo)體納米晶體的一種或多種尺寸、尺寸分布、組成或它們的任意組合。半導(dǎo)體納米晶體的每個(gè)尺寸、尺寸分布和/或組成都有一個(gè)特征發(fā)射光譜，例如波長、強(qiáng)度、FWHM和/或熒光壽命。通過控制特定半導(dǎo)體納米晶體的尺寸，除了能夠調(diào)節(jié)發(fā)射能量之外，還能夠改變在特定波長上觀察到的特定發(fā)射的強(qiáng)度，因而能增加半導(dǎo)體納米晶體條形碼系統(tǒng)提供的信息密度。在優(yōu)選實(shí)施方式中，在所需波長上的特定發(fā)射可獲得2-15個(gè)不同的強(qiáng)度，但是本領(lǐng)域的任何普通技術(shù)人員都能認(rèn)識(shí)到，根據(jù)所需特定應(yīng)用，可以獲得15個(gè)以上的不同強(qiáng)度。就本發(fā)明而言，通過改變附著、包埋或連接到某物品、化合物或物質(zhì)上的具有特定尺寸的半導(dǎo)體納米晶體的濃度，可以獲得不同強(qiáng)度。利用“條形碼”可以確定目標(biāo)物品、化合物或物質(zhì)的位置或類別。例如，半導(dǎo)體納米晶體可用來給藥品、血樣、捐獻(xiàn)的血液，包括有機(jī)化合物、核酸、蛋白質(zhì)、肽、糖、脂質(zhì)或它們當(dāng)中一種或多種的組合的組合庫加上條形碼。
術(shù)語“摻雜金屬氧化物納米晶體”是指金屬氧化物和包含一種或多種稀土元素的摻雜劑。例如，合適的金屬氧化物包括但不限于氧化釔(Y2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化銅(CuO或Cu2O)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鐠(Pr2O3)、氧化鑭(La2O3)或它們的合金。稀土元素選自鑭系元素，包括但不限于銪(Eu)、鈰(Ce)、釹(Nd)、釤(Sm)、鋱(Tb)、釓(Gd)、鈥(Ho)、銩(Tm)，它們的氧化物和它們的組合。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，激活的摻雜金屬氧化物納米晶體能夠發(fā)射特定顏色的光，具體取決于摻雜劑。例如，含有Y2O3Eu的摻雜金屬氧化物納米晶體的發(fā)光顏色和亮度(例如強(qiáng)度)取決于Eu的濃度；例如增加Eu的濃度可使發(fā)射光從黃色偏移到紅色。為方便說明，可提供的代表性顏色列于表1。
表1
已知摻雜金屬氧化物納米晶體的制備方法包括但不限于溶膠凝膠法(見美國專利5637258，參考結(jié)合于此)和有機(jī)金屬反應(yīng)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，摻雜金屬氧化物納米晶體中要加入足夠量的摻雜劑(例如一種或多種稀土元素)，這樣才能讓摻雜金屬氧化物納米晶體在熒光檢測中發(fā)揮實(shí)際作用，如下面將要詳細(xì)描述的。如果摻雜劑太少，則摻雜金屬氧化物納米晶體不能發(fā)射可探測的熒光；如果摻雜劑太多，則可能由于濃度猝滅效應(yīng)，熒光減少。在優(yōu)選實(shí)施方式中，摻雜金屬氧化物納米晶體中摻雜劑的量選自約0.1-25％這個(gè)范圍(基于摻雜劑在摻雜金屬氧化物納米晶體中的摩爾量)。摻雜金屬氧化物納米晶體可由單激發(fā)光源激發(fā)，得到高量子產(chǎn)率的可探測熒光(例如單量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度可能是傳統(tǒng)熒光染料分子的熒光強(qiáng)度的10倍或更大)和離散熒光峰。一般地，它們具有小于200的基本均勻的尺寸，其均勻尺寸宜在約1-5nm，或小于1nm的范圍內(nèi)。
半導(dǎo)體納米晶體的形成見述于美國專利5571018、5505928、5262357、5571018和5262357，均參考結(jié)合于此。此外，半導(dǎo)體納米晶體可商購，例如購自Evident Technologies of Troy，New York。
在一種實(shí)施方式中，納米晶體以芯/殼結(jié)構(gòu)形式使用，其中第一半導(dǎo)體納米晶體形成直徑約為(例如)20-100的芯子，另一個(gè)在納米晶體芯上生長的厚度為(例如)1-10個(gè)單層的半導(dǎo)體納米晶體構(gòu)成外殼。舉例來說，當(dāng)在CdSe芯子上外延生長1-10個(gè)單層厚的CdS或ZnS外殼時(shí)，室溫發(fā)光量子產(chǎn)率急劇提高。這種芯/殼納米晶體的形成在Peng等所著“Epitaxial Growth of HighlyLuminescent CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals with Photostability and ElectronicAccessibility”中有更詳細(xì)的介紹(J.Am.Chem.Soc.，Vol.119，Nov.30，1997，pp7019-7029)，該論文參考結(jié)合于此。
本發(fā)明所用半導(dǎo)體納米晶體能夠吸收寬波段的輻射。此波段包括的范圍從γ射線到微波輻射。此外，這些半導(dǎo)體納米晶體能夠發(fā)射約40nm或更短，宜為約20nm或更短的窄波段輻射，這樣就可以在受同一個(gè)能源激發(fā)的情況下，同時(shí)使用多個(gè)發(fā)射不同色光的半導(dǎo)體納米晶體探針，它們的發(fā)射光波長不會(huì)重疊(或重疊很少)。半導(dǎo)體納米晶體的吸收和發(fā)射性質(zhì)優(yōu)于染料分子，后者吸收波段窄(例如約30-50nm)，發(fā)射波段寬(例如約100nm)而且在波譜紅光側(cè)有寬發(fā)射尾(例如再增加100nm)。染料的這些性質(zhì)使得人們難以在用同一能源輻照時(shí)采用多種發(fā)射不同色光的染料。
此外，半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的窄波段光的頻率或波長可進(jìn)一步根據(jù)半導(dǎo)體納米晶體的物理性質(zhì)，例如尺寸進(jìn)行選擇。利用上述實(shí)施方式形成的半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)光波段可根據(jù)(1)芯子的尺寸或(2)芯子和外殼的尺寸確定，具體取決于半導(dǎo)體納米晶體芯子和外殼的組成。例如，由直徑為3nm的CdSe芯子和厚2nm的CdS外殼組成的納米晶體可發(fā)射窄波段光，其峰強(qiáng)度波長為600nm。與此不同，由3nm的CdSe芯子和厚2nm的ZnS外殼組成的納米晶體也發(fā)射窄波段光，但峰強(qiáng)度波長為560nm。單分散CdSe量子點(diǎn)的制備詳情見Murray等(J.Am.Chem.Soc.，1158706(1993))，其內(nèi)容參考結(jié)合于此。
有許多方法可以改變半導(dǎo)體納米晶體的尺寸，以便有選擇地調(diào)整半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)射波長。這些改變方法包括(1)改變納米晶體的組成，(2)以同心外殼的形式在納米晶體芯子周圍添加許多外殼。應(yīng)當(dāng)指出，如果在不同外殼中分別采用不同的半導(dǎo)體納米晶體，即在多個(gè)同心外殼中不用相同的半導(dǎo)體納米晶體，多殼型半導(dǎo)體納米晶體也可以得到不同的波長。
半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)光波長可通過調(diào)整半導(dǎo)體納米晶體的組成或摻合情況來改變。例如，發(fā)光波長為400nm的CdS半導(dǎo)體納米晶體可與發(fā)光波長為530nm的CdSe半導(dǎo)體納米晶體摻合在一起。當(dāng)用CdS和CdSe摻合物制備納米晶體時(shí)，許多相同大小的納米晶體發(fā)光的波長可隨著納米晶體中S與Se之比在400-530nm之間連續(xù)調(diào)節(jié)。在要求半導(dǎo)體納米晶體的尺寸均勻的應(yīng)用中，或在要求所有半導(dǎo)體納米晶體具有極小尺寸的應(yīng)用中，這種在保持半導(dǎo)體納米晶體尺寸相同的情況下可選擇不同發(fā)光波長的能力可能非常重要。
在選定顏色的較窄波譜范圍內(nèi)發(fā)熒光的半導(dǎo)體納米晶體，其制備技術(shù)見述于(例如)Dabbousi等(1997)，J.Phys.Chem.B 1019463-9475和美國專利6322901，它們參考結(jié)合于此。例如，可以制備能發(fā)射可見光的CdSe納米晶體，這樣，如果與能量高于所需顏色最高能量的能源結(jié)合，就可以對這些納米晶體進(jìn)行調(diào)節(jié)，產(chǎn)生具有任何光譜分布的可見光。也可以制備能發(fā)射紫外線和紅外線的半導(dǎo)體納米晶體。發(fā)射紫外線和紅外線的納米晶體的例子分別有CdS、ZnS和ZnSe，以及InAs、CdTe和MgTe。具有特定尺寸、尺寸分布和/或組成的半導(dǎo)體納米晶體產(chǎn)生的光的顏色很容易用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方法計(jì)算或測定。例如，大小在12-115之間的CdSe納米晶體的帶隙見Murray等，J.Am.Chem.Soc.1158706(1993)。用這些技術(shù)也很容易計(jì)算半導(dǎo)體納米晶體的合適尺寸、尺寸分布和/或組成，并選擇合適的激發(fā)光源制備能發(fā)射任何所需波長的光的納米晶體。
Dabbousi等人也介紹了一種方法，可用來涂敷由CdS、CdSe或CdTe與ZnS、ZnSe或它們的混合物組成的納米晶體。在涂敷之前，用Murray等所介紹的方法制備納米晶體芯，基本上得到單分散尺寸分布。這些方法可用來制備不同的半導(dǎo)體納米晶體群，其中每群納米晶體具有不同的特征光致發(fā)光波譜。
本發(fā)明提供了確定流體從一個(gè)容器到另一個(gè)容器的運(yùn)動(dòng)，并對此運(yùn)動(dòng)進(jìn)行量化。舉例來說，本發(fā)明方法可(1)檢測轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器中的試劑是否存在及其量，例如證實(shí)有合適量的反應(yīng)物加入了反應(yīng)容器形成化學(xué)產(chǎn)物；(2)確定化合物的位置，例如確定在后續(xù)加工步驟或產(chǎn)品中是否存在加入的產(chǎn)品及其量，如用于核酸測試或血液測定中的高量篩選；(3)檢測流體是否從容器中清除，例如證實(shí)發(fā)酵器或生物反應(yīng)器是否得到清潔或?qū)η鍧嵆潭冗M(jìn)行定量，并確定是否存在殘余元素、殘余元素種類及其量；(4)對組合物的稀釋進(jìn)行量化，例如證實(shí)基準(zhǔn)物溶液稀釋到了預(yù)定濃度；(5)監(jiān)測流體的輸送情況，例如監(jiān)測液體在水壓系統(tǒng)中的輸送情況；(6)測定并證實(shí)微流稀釋液、取樣體積和其他重要流動(dòng)操作參數(shù)；(7)監(jiān)測溶解在流體中的固體材料并測定其量。
本發(fā)明方法包括在第一流體組合物中加入熒光半導(dǎo)體納米晶體，所述納米晶體含有基于其物理性質(zhì)的確定的特征發(fā)射光譜，通過選擇半導(dǎo)體納米晶體的粒徑、尺寸分布和組成，可調(diào)整到所需能量。將含有半導(dǎo)體納米晶體的第一流體組合物轉(zhuǎn)移到第二流體組合物后，通過對半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)射進(jìn)行光學(xué)監(jiān)測并確定相對熒光強(qiáng)度，可以檢測半導(dǎo)體納米晶體是否存在及其存在量，進(jìn)而檢測第二流體中是否存在第一流體及其存在量，如本領(lǐng)域所熟知的那樣。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，可以在第一流體組合物中加入半導(dǎo)體納米晶體。當(dāng)?shù)谝涣黧w組合物轉(zhuǎn)移到第二流體組合物中之后，要確定第二流體組合物中是否存在第一流體組合物并測定其存在量，可對第二組合物中存在的半導(dǎo)體納米晶體進(jìn)行光譜觀察或其他檢測，例如用激發(fā)光源對組合物進(jìn)行輻照，以確定第二組合物中是否存在第一組合物及其存在量。
由于半導(dǎo)體納米晶體可根據(jù)所選半導(dǎo)體納米晶體的粒徑、尺寸分布和組成而發(fā)射可進(jìn)行觀測的特征光譜，因而可以測定轉(zhuǎn)移到第二組合物中的第一組合物的量。例如，如果知道第一溶液中的半導(dǎo)體納米晶體的量，就可以通過分析本來存在于第一組合物中的半導(dǎo)體納米晶體是否存在及其存在量，測定液體的轉(zhuǎn)移量。類似地，通過測定第二組合物中的半導(dǎo)體納米晶體與第一組合物中的半導(dǎo)體納米晶體之比，可以確定流體轉(zhuǎn)移的程度。
例如，若第一組合物含有100個(gè)半導(dǎo)體納米晶體/ml，將2.5ml第一組合物轉(zhuǎn)移到第二流體組合物中，就可根據(jù)是否存在均勻分散的半導(dǎo)體納米晶體來確定第一流體是否發(fā)生轉(zhuǎn)移，同時(shí)可通過測定第二組合物中半導(dǎo)體納米晶體的量，測定第一流體轉(zhuǎn)移到第二流體中的量。在這個(gè)例子中，如果第二組合物包含245個(gè)半導(dǎo)體納米晶體，就可以判定有2.46ml第一組合物(或98％)轉(zhuǎn)移到第二組合物中。例如，此方法在高量核酸篩選實(shí)驗(yàn)中具有特定用途，作為證實(shí)反應(yīng)轉(zhuǎn)移的技術(shù)。半導(dǎo)體納米晶體的特性之一是它們可發(fā)射可見光范圍之外的光，特別是電磁波譜近紅外區(qū)的交。利用這一點(diǎn)，就可使用半導(dǎo)體納米晶體作為不透明溶液在可見光譜區(qū)的示蹤劑。這種溶液的一個(gè)例子是完整血液。其他例子包括生物反應(yīng)器介質(zhì)、細(xì)胞的碎裂混合物和其他不能進(jìn)行可見光檢測的液體介質(zhì)。
核酸測試(NAT)可通過無數(shù)次復(fù)制目標(biāo)核酸，得到放大(例如)十億倍的目標(biāo)物來檢測極少量的基因物質(zhì)。例如，在對來自多個(gè)供體的16個(gè)生物樣品進(jìn)行測定時(shí)，NAT可檢測HIV-1和HCV中的核糖核酸(RNA)。也可以用它來檢測來自不同個(gè)體的生物樣品，并對DAN、RNA和核苷進(jìn)行標(biāo)記和鑒定。在重復(fù)放大技術(shù)的定量應(yīng)用中，如PCR技術(shù)，放大結(jié)果取決于初始條件。因此，放大之前在同步或非同步復(fù)制中測定核酸組分相對于其原有濃度條件的實(shí)際濃度，對于分析的可重復(fù)性具有重要意義。半導(dǎo)體納米晶體的使用為提高濃度的可靠性和分析的精度提供了有效途徑。
在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明包括在溶有固體材料的第一流體組合物中加入熒光半導(dǎo)體納米晶體，所述納米晶體含有基于其物理性質(zhì)的確定的特征發(fā)射光譜，通過選擇半導(dǎo)體納米晶體的粒徑、尺寸分布和組成，可調(diào)整到所需能量。許多化學(xué)和生物材料的水溶液，或溶解在各種有機(jī)溶劑中形成的溶液，均需進(jìn)行純化。通過對這些溶液進(jìn)行一系列操作，例如層析、電泳分離、洗提、透析等，可將目標(biāo)組分同污染物分離，得到純化物質(zhì)的溶液?；瘜W(xué)惰性半導(dǎo)體納米晶體可以以已知濃度均勻分散在純化溶液中。凍干之后，半導(dǎo)體納米晶體仍然均勻分散在固體產(chǎn)物中，可用來鑒別和測定制備所得溶液時(shí)加入的固體量。此方法特別適用于基準(zhǔn)物，這些基準(zhǔn)物常常以凍干物的形式提供(由于穩(wěn)定性原因)，用來制備原始儲(chǔ)備溶液(以及后來的稀釋液)時(shí)，可提高其精度。此外，用半導(dǎo)體納米晶體對粗樣品中要純化的組分專門作標(biāo)記(不可干擾化學(xué)或生物活性)，就有可能在多個(gè)純化操作中跟蹤純度不斷提高的物質(zhì)。
在另一種實(shí)施方式中，取第二組合物的一個(gè)單元樣品，用激發(fā)光源輻照，對單元樣品進(jìn)行光譜觀察或其他檢測，確定單元樣品中是否存在半導(dǎo)體納米晶體及其存在量，這樣就可以確定第一流體在第二流體中是否存在及其存在量。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，當(dāng)多個(gè)流體組合物中包含根據(jù)粒徑、尺寸分布和組成選擇的不同半導(dǎo)體納米晶體時(shí)，就有可能檢測最終的流體組合物中是否存在多個(gè)依次或同時(shí)加入的流體，并測定加入的量。舉例來說，加入最后組合物中的第一組合物可包含第一發(fā)射光譜的半導(dǎo)體納米晶體，例如，第一光譜可通過激發(fā)光源輻照組合物來激發(fā)，并進(jìn)行光譜觀察或其他檢測。加入最后組合物中的第一組合物可包含根據(jù)半導(dǎo)體納米晶體的粒徑、尺寸分布和組成發(fā)射第二光譜的半導(dǎo)體納米晶體。加入最后組合物中的第三組合物可包含發(fā)射第三光譜的半導(dǎo)體納米晶體，依此類推。轉(zhuǎn)移到最終組合物中的第一、第二和第三等等組合物的量可通過分析最終組合物中是否存在各半導(dǎo)體納米晶體及其存在量來確定，這些半導(dǎo)體納米晶體原本存在于第一、第二、第三等組合物中。類似地，流體從各組合物轉(zhuǎn)移到最終組合物中的程度可通過測定最終組合物中半導(dǎo)體納米晶體與各組合物中半導(dǎo)體納米晶體之比來確定。一群半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)射光譜的線寬可窄至25-30nm。由于可調(diào)、線寬窄、發(fā)射光譜對稱且沒有拖尾區(qū)，多尺寸納米晶體，例如具有多個(gè)獨(dú)立尺寸分布的各群單分散半導(dǎo)體納米晶體可獲得高分辨率。
在另一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)移到最終組合物中的第一、第二、第三等組合物的量可通過分析從最終組合物中取出的單元樣品中是否存在各半導(dǎo)體納米晶體及其存在量來確定。
在另一種實(shí)施方式中，半導(dǎo)體納米晶體含有連接劑，將其加入含有要標(biāo)記的化學(xué)/生物目標(biāo)物的環(huán)境中，半導(dǎo)體納米晶體與目標(biāo)物通過連接劑聯(lián)系起來。將半導(dǎo)體納米晶體連接到化學(xué)或生物目標(biāo)物上的方法在本領(lǐng)域是已知的，例如，可參見美國專利5990479、6207392、6114038、6221602和6235540，它們參考結(jié)合于此。將此組合物轉(zhuǎn)移到后面的組合物中后，可對半導(dǎo)體納米晶體目標(biāo)復(fù)合物進(jìn)行光譜觀察或其他檢測，例如用激發(fā)光源輻照復(fù)合物，以此確定化學(xué)/生物目標(biāo)物是否存在。由于半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射可以觀察和測定的特征波譜，可以測定化學(xué)/生物目標(biāo)物的量。例如，如果知道第一溶液中半導(dǎo)體納米晶體的量，通過確認(rèn)第一組合物中的半導(dǎo)體納米晶體完全轉(zhuǎn)移到第二組合物中，就可以確定液體轉(zhuǎn)移的真實(shí)體積。類似地，通過測定第二組合物中的半導(dǎo)體納米晶體與第一組合物中的半導(dǎo)體納米晶體之比，可以確定流體轉(zhuǎn)移的程度。
本發(fā)明還涉及對流體輸送的監(jiān)測。通過對流體取樣并測定單元樣品中半導(dǎo)體納米晶體的量，可對流體的輸送進(jìn)行批量或連續(xù)測定。此方法在監(jiān)測(例如)水壓系統(tǒng)中的流體輸送，微流稀釋液的測定，體積取樣和其他重要流體操作中特別適用。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，半導(dǎo)體納米晶體可用來測定和證實(shí)微流稀釋液、體積取樣和其他重要流體操作。在微流系統(tǒng)中，控閥、流體轉(zhuǎn)換和取樣操作一般通過改變泵壓速度、進(jìn)料柵和流體岔口完成，或者通過對流體路線進(jìn)行間歇或連續(xù)手工變動(dòng)來完成。目前尚無法證實(shí)給予液體系統(tǒng)元件的這些指令是否得到恰當(dāng)執(zhí)行。在微流系統(tǒng)中添加半導(dǎo)體納米晶體就可精確測定和證實(shí)微流稀釋、體積取樣和其他重要流體操作。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，可用半導(dǎo)體納米晶體確定第一組合物的稀釋情況并測定其稀釋量。通過在第一溶液中加入半導(dǎo)體納米晶體，通過測定稀釋組合物中半導(dǎo)體納米晶體的存在量可準(zhǔn)確配制該溶液的稀釋液。例如，若第一溶液中，每單位體積溶液含100個(gè)均勻分散的半導(dǎo)體納米晶體，則通過測定稀釋組合物中的半導(dǎo)體納米晶體，可對溶液準(zhǔn)確稀釋。舉例來說，含10個(gè)半導(dǎo)體納米晶體的溶液被稀釋到了原來濃度的十分之一?？紤]到半導(dǎo)體納米晶體的靈敏度，稀釋溶液可以是稀釋到1/1000-1/100000的數(shù)量級(jí)，具體取決于半導(dǎo)體納米晶體的起始濃度。舉例來說，此方法特別適合制備基準(zhǔn)物，這種基準(zhǔn)物需要加入準(zhǔn)確、可測體積的物質(zhì)。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，可在反應(yīng)階段將半導(dǎo)體納米晶體加入一個(gè)容器，如反應(yīng)容器中。得到反應(yīng)產(chǎn)物后，反應(yīng)容器就在第一輪清潔中清洗干凈。第一輪清潔之后，對反應(yīng)容器進(jìn)行光譜觀察，或者用激發(fā)光源輻照，以確定反應(yīng)容器中是否存在半導(dǎo)體納米晶體及其存在量。是否存在半導(dǎo)體納米晶體及其存在量可提供有關(guān)反應(yīng)容器是否清潔干凈的信息。接著對反應(yīng)容器可進(jìn)行下一輪清潔，并對半導(dǎo)體納米晶體進(jìn)行下一輪檢測和定量測定，直到將反應(yīng)容器清潔達(dá)到指定程度。此方法特別適用于發(fā)酵器和生物反應(yīng)器。
測定反應(yīng)容器的清潔程度可證實(shí)殘留組分的清除程度。此外，對反應(yīng)容器的清潔程度進(jìn)行定量測定，可使單反應(yīng)容器適用于各種反應(yīng)產(chǎn)物。這在藥品和生物分子制品的生產(chǎn)中尤為重要，因?yàn)檫@可省下再行購置生產(chǎn)設(shè)施的成本。此外，用同一個(gè)反應(yīng)容器制備幾種不同的藥品或生物分子產(chǎn)品，可根據(jù)患者對特定藥品的需求，或根據(jù)特定生物分子產(chǎn)品的應(yīng)用要求，將反應(yīng)容器用于不同的藥品或生物分子產(chǎn)品。
發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體適用于與較大體積溶液混合獲得的低濃度流體。發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體可跟蹤少量材料加入大體積稀釋劑中的情況，發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體與稀釋劑量的差別可達(dá)到百萬分之一或更高。類似地，1ml溶液中剩余的1nl溶液也可用半導(dǎo)體納米晶體檢測到?？梢宰C實(shí)，在1.0ml稀釋劑中使用1-10nl發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體也可實(shí)現(xiàn)有效檢測。此外，由于發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體不發(fā)生自猝滅，可以采用20nM的濃度，得到的稀釋線性范圍相差109。這意味著，在1mL的總體積中可檢測到1pL的加入量或殘余量。而自猝滅和固有的非線性響應(yīng)限制了通常的化學(xué)熒光團(tuán)的應(yīng)用。
以下實(shí)施例是為了說明本發(fā)明。不能認(rèn)為這些實(shí)施例是對本發(fā)明的限制，而只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
用稀釋分析測定發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體相對于標(biāo)準(zhǔn)熒光素異硫氰酸鹽的光學(xué)性質(zhì)。發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體為655Q-Dot，購自Quantum Dot Corporation ofHayward，California，最大發(fā)射波長為655nm，用波長約450nm的光激發(fā)，使其發(fā)射熒光。熒光素異硫氰酸鹽用395nm的光激發(fā)時(shí)發(fā)出約405nm的光。發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體溶液和熒光團(tuán)溶液的濃度均調(diào)節(jié)到20nM，依次稀釋到1/106。觀察并定量測定發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體和熒光素異硫氰酸鹽的發(fā)射光。從圖1可以看出，在此稀釋序列里，發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體明顯比標(biāo)準(zhǔn)熒光團(tuán)——熒光素異硫氰酸鹽具有更好的線性響應(yīng)。這從6log范圍內(nèi)的稀釋序列可以看出來，截距為0。進(jìn)行三次獨(dú)立測試。從圖1可以看出，發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的發(fā)光強(qiáng)度是普通熒光團(tuán)——熒光素異硫氰酸鹽強(qiáng)度的大約2.5倍。
雖然上面結(jié)合特定的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了介紹，但應(yīng)當(dāng)理解，只要不背離本發(fā)明主旨，可以作出各種改變。這些改變歸入所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種證實(shí)流體從第一組合物轉(zhuǎn)移到第二組合物中的方法，該方法包括提供含有第一流體的第一組合物；提供含有第二流體的第二組合物，所述第二組合物包含預(yù)定量的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體，這種晶體受激發(fā)后能發(fā)射波段較窄的電磁輻射；將所有或部分所述第二組合物轉(zhuǎn)移到所述第一組合物中，形成第三組合物；用能夠激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述第三組合物；檢測從所述第三組合物中的所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射出來的電磁輻射。
2.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于它還包括對所述第三組合物中的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體進(jìn)行定量測定，以證實(shí)所述第二組合物向所述第一組合物的轉(zhuǎn)移量，轉(zhuǎn)移后形成所述第三組合物。
3.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體是芯/殼納米晶體。
4.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體的直徑約在2-50nm之間。
5.權(quán)利要求4所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體的直徑約在2-20nm之間。
6.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體選自ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe及其混合物。
7.權(quán)利要求3所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體有一個(gè)包含CdSe的芯。
8.權(quán)利要求7所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體有一個(gè)包含CdS的殼。
9.權(quán)利要求7所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體有一個(gè)包含ZnS的殼。
10.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體是單分散的。
11.權(quán)利要求3所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體的芯的直徑約在2-50nm之間。
12.權(quán)利要求3所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體的芯的直徑約在2-6nm之間。
13.權(quán)利要求11所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體的殼厚約為2nm。
14.權(quán)利要求12所述方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米晶體的殼厚約為2nm。
15.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括將所述半導(dǎo)體納米晶體連接到存在于所述第二流體中的目標(biāo)物上。
16.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述方法還包括進(jìn)行核酸檢測的步驟。
17.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的存在濃度約為0.0002-20nM。
18.一種監(jiān)測試劑流動(dòng)的方法，該方法包括提供一種組合物，將它與預(yù)定量的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體混合，該納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；將所有或部分所述組合物轉(zhuǎn)移到容器中；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述容器；檢測所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射。
19.權(quán)利要求18所述方法，其特征在于該方法還包括測定所述容器中發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，以證實(shí)所述組合物的轉(zhuǎn)移量。
20.權(quán)利要求18所述方法，其特征在于發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的存在濃度約為0.0002-20nM。
21.權(quán)利要求18所述方法，其特征在于所述容器是個(gè)反應(yīng)容器。
22.一種監(jiān)測試劑流動(dòng)的方法，該方法包括提供一種組合物，將它與預(yù)定量的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體混合，該納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；將所有或部分所述組合物轉(zhuǎn)移到容器中；從所述反應(yīng)容器中取出一個(gè)單元樣品；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述樣品；檢測從所述樣品中的所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射。
23.權(quán)利要求22所述方法，其特征在于所述組合物是一種試劑。
24.權(quán)利要求22所述方法，其特征在于該方法還包括測定所述樣品中發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，以證實(shí)向所述反應(yīng)容器轉(zhuǎn)移的所述組合物的量。
25.權(quán)利要求22所述方法，其特征在于發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的存在濃度約為0.0002-20nM。
26.一種證實(shí)許多流體轉(zhuǎn)移到一個(gè)容器中的方法，該方法包括提供許多含有流體的組合物，其中每個(gè)組合物包含預(yù)定量的不同發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體，所述納米晶體受激發(fā)后能發(fā)射不同波段的電磁輻射，每個(gè)波段對應(yīng)于每個(gè)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體；將所有或部分所述許多流體轉(zhuǎn)移到所述容器中；用能激發(fā)所述許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述容器；檢測所述許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射，以確定所述許多流體發(fā)生了轉(zhuǎn)移。
27.權(quán)利要求26方法，其特征在于該方法還包括測定發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量，以證實(shí)向所述反應(yīng)容器轉(zhuǎn)移的所述許多組合物的量。
28.權(quán)利要求26方法，其特征在于所述許多組合物以批量轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)移到所述容器中。
29.權(quán)利要求26方法，其特征在于所述許多組合物以依次轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)移到所述容器中。
30.權(quán)利要求26所述方法，其特征在于所述許多流體選自試劑、緩沖液、溶劑等。
31.一種制備稀釋溶液的方法，該方法包括提供含有預(yù)定濃度的發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的第一溶液，其中納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；按預(yù)定稀釋比例用第二溶液稀釋所述第一溶液；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述稀釋溶液，檢測許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射，以證實(shí)所述預(yù)定的稀釋比例。
32.確定容器清潔度的方法，該方法包括提供含有許多組分的反應(yīng)容器；在所述反應(yīng)容器中加入發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體，該納米晶體受激發(fā)后能夠發(fā)射波段較窄的電磁輻射；反應(yīng)完成后從所述反應(yīng)容器中除去內(nèi)容物；清潔所述反應(yīng)容器；用能激發(fā)所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的能量輻照所述反應(yīng)容器，檢測從許多發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體發(fā)射的電磁輻射；確定在所述反應(yīng)容器中是否存在殘留有所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體。
33.權(quán)利要求32所述方法，其特征在于所述容器是生物反應(yīng)器。
34.權(quán)利要求32所述方法，其特征在于所述容器是發(fā)酵器。
35.權(quán)利要求32方法，其特征在于它還包括反復(fù)清潔所述反應(yīng)容器，直到所述發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的量低于預(yù)定水平。
36.權(quán)利要求32所述方法，其特征在于發(fā)光半導(dǎo)體納米晶體的起始存在濃度約為0.0002-20nM。
全文摘要
介紹了用半導(dǎo)體納米晶體確定流體的運(yùn)動(dòng)、稀釋和清除過程并對其進(jìn)行量化。還介紹了用半導(dǎo)體納米晶體對溶解在液體中的固體材料進(jìn)行監(jiān)測并量化的方法。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1695054SQ03824806
公開日2005年11月9日 申請日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者W·拉格文斯基, C·哈林頓, B·菲爾普斯 申請人:希龍公司