ES2228107T3

Water-soluble fluorescent semiconductor nanocrystals

Abstract

Water soluble semiconductor nanocrystal intended for emitting energy, comprising: a semiconductor nanocrystal core having a prohibited band of selected energy; a crust layer that covers the semiconductor nanocrystal core, the crust comprising a semiconductor material that has a prohibited band of energy greater than that of the core; an outer layer comprising a molecule having a first part that comprises at least one linking group for binding to the nanocrystal, and a second part comprising at least one hydrophilic group.

ES2228107T3, drawing sheet 1
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36 claims: 1 independent, 35 dependent

  1. 1
    ES 2 228 107 T3 REIVINDICACIONES 1. Nanocristal semiconductor soluble en agua destinada a emitir energía, que comprende:un núcleo de nanocristal semiconductor que presenta una banda prohibida de energía seleccionada;una capa corteza que reviste el núcleo de nanocristal semiconductor, comprendiendo la corteza un material semiconductor que presenta una banda prohibida de energía superior a la del núcleo;una capa externa que comprende una molécula presentando una primera parte que comprende al menos un grupo enlazante para la unión al nanocristal, y una segunda parte que comprende al menos un grupo hidrófilo.
  2. 2
    Nanocristal semiconductor soluble en agua según la reivindicación 1, en el que la capa externa comprende además una bicapa que reviste la corteza, comprendiendo la bicapa:una capa interna que presenta afinidad con la corteza;y una capa externa que comprende una molécula que presenta un grupo hidrófilo separado de la capa interna mediante una región hidrófoba adyacente a la capa interna.
  3. 3
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, en el que el grupo enlazante comprende un resto seleccionado de entre el grupo consistente en aminas, tioles, fosfinas, óxidos de fosfina, y óxidos de amina.
  4. 4
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, en el que el grupo hidrófilo es un grupo cargado o polar.
  5. 5
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, en el que el grupo hidrófilo se selecciona de entre el grupo constituido por ácido carboxílico, carboxilato (-CO 2 - ), sulfonato (-SO 3 ), hidróxido (-OH), alcóxidos, sales de amonio (-NH4 + ), y fosfato (-PO4 -2 ) y fosfonato (-PO3 -2 ).
  6. 6
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, en el que el grupo hidrófilo comprende un grupo hidrófilo insaturado que es reticulable o polimerizable.
  7. 7
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 6, en el que el grupo hidrófilo insaturado se selecciona de entre el grupo constituido por ácido metacrílico, ácido acrílico, y estireno hidrófilamente derivatizado.
  8. 8
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, en el que el compuesto comprende dos o más grupos hidrófilos.
  9. 9
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, en el que la primera parte está separada de la segunda parte mediante una región hidrófoba.
  10. 10
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 9, en el que la región hidrófoba comprende una cadena hidrocarbonada de la fórmula -(CH 2 ) n -, en la que n es mayor o igual a seis.
  11. 11
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que la molécula presenta la fórmula estructural (I) H z X((CH2) n CO2H) y (I) o una sal de la misma, en la que:X es la primera parte del ligando, y es igual a S, N, P u O=P;n es mayor o igual a 6;y z e y se seleccionan para satisfacer los requisitos de valencia de X.
  12. 12
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que la molécula presenta la fórmula estructural (II) ES 2 228 107 T3 en la que:Y es el resto hidrófilo;Z es una región hidrófoba que presenta una cadena principal de al menos seis átomos;X y X' son, individualmente o juntos, los grupos enlazantes, y son iguales o diferentes, y se seleccionan de entre el grupo de S, N, P y O=P, ó están enlazados juntos para formar un anillo de 5 a 8 miembros mediante la coordinación a la superficie del nanocristal.
  13. 13
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que la molécula presenta la fórmula estructural (III) en la que:Y es el resto hidrófilo;Z es una región hidrófoba que presenta una cadena principal de al menos seis átomos;X, X' y X” son, individualmente o juntos, grupos enlazantes, y son iguales o diferentes, y se seleccionan de entre el grupo de S, N, P y O=P, o están enlazados juntos para formar un anillo de 5 a 8 miembros mediante la coordinación a la superficie del nanocristal.
  14. 14
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que la molécula presenta la fórmula estructural (IV) (R 1 ), - R 2 - [(R 3 )b(R 4 )c] d (IV) en la que:R 1 es la primera parte, y se selecciona de entre el grupo constituido por heteroalquilo, heteroalquenilo, heteroalquinilo, -OR, -SR, -NHR, -NR'R”, -N(O)HR, -N(O)R'R”, -PHR, -PR'R”, -P(NR'R”)NR'R”, -P(O) R'R”, - P(O)(NR’R”)NR’R”, -P(O)(OR')OR”, -P(O)OR, -P(O)NR'R”, -P(S)(OR')R”, y -P(S)OR, en los que R, R' y R” se seleccionan independientemente de entre el grupo constituido por H, un alquilo ramificado o no ramificado, un alquenilo ramificado o no ramificado, un alquinilo ramificado o no ramificado, un heteroalquilo ramificado o no ramificado, un heteroalquenilo ramificado o no ramificado, y un heteroalquinilo ramificado o no ramificado, con la condición de que, cuando a es superior a 1, los grupos R 1 pueden ser iguales o diferentes o pueden estar enlazados para formar un cicloalquilo, cicloalquenilo, heterociclo, arilo, heteroarilo de seis, siete, ocho, nueve o diez miembros, o un éter corona o éter heterocorona de seis a trece miembros;R 2 se selecciona de un enlace, un alquileno ramificado o no ramificado, un alquenileno ramificado o no ramificado, un heteroalquileno ramificado o no ramificado, un heteroalquenileno ramificado o no ramificado, cicloalquilo, cicloalquenilo, cicloalquinilo, heterociclo, arilo y heteroarilo;ES 2 228 107 T3 R 3 se selecciona de un alquileno ramificado o no ramificado, un alquenileno ramificado o no ramificado, un heteroalquileno ramificado o no ramificado, un heteroalquenileno ramificado o no ramificado, cicloalquilo, cicloalquenilo, cicloalquinilo, heterociclo, arilo y heteroarilo;R 4 es la segunda parte, y se selecciona de entre el grupo constituido por hidrógeno, un carboxilato, un tiocarboxilato, una amida, una imida, una hidrazina, un sulfonato, un sulfóxido, una sulfona, un sulfito, un fosfato, un fosfonato, un fosfonio, un alcohol, un tiol, una amina, un amonio, un alquilamonio, un nitrato, un resto de azúcar, y un cicloalquilo, cicloalquenilo, cicloalquinilo, heterociclo, arilo o heteroarilo de cinco, seis, siete, ocho, nueve o diez miembros;a es igual a 1, 2, 3 ó 4;b es igual a 0, 1, 2 ó 3;c es igual a 0, 1, 2 ó 3;y d es igual a 0, 1, 2 ó 3, en la que, cuando d es igual a 2 ó 3, los grupos R 3 pueden ser iguales o diferentes o pueden estar enlazados juntos para formar un cicloalquilo, cicloalquenilo, heterociclo, arilo o heteroarilo de cinco, seis, siete, ocho, nueve o diez miembros.
  15. 15
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 14, en el que R 1 es un tiol, una fosfina, un óxido de fosfina, o una amina.
  16. 16
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 14, en el que R 2 contiene entre 6 y 20 átomos.
  17. 17
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 16, en el que R 2 es un alquileno, alquenileno, alquinileno, heteroalquileno, heteroalquenileno, heteroalquinileno lineales, un cicloalquilo o un heterociclo.
  18. 18
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 14, en el que b es igual a 1, 2 ó 3, y R 3 contiene entre 6 y 20 átomos.
  19. 19
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 18, en el que R 3 es un alquileno, alquenileno, alquinileno, heteroalquileno, heteroalquenileno, heteroalquinileno lineales, un cicloalquilo o un heterociclo.
  20. 20
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 14, en el que R 4 es un, carboxilato (-COO - ), un fosfonato (-PO3 - ), un sulfonato (-SO3 - ), o un amonio (-N + HRR').
  21. 21
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que la molécula comprende la fórmula estructural (V) --Y 2 (R 1 )-— - R 2 I X'(R 4 ) |. (V) en la que:X 2 e Y 2 son iguales o diferentes, y son unidades monoméricas seleccionadas de entre el grupo constituido por acrilato, estireno, imida, acrilamida, etileno, vinilo, diacetileno, fenileno-vinileno, aminoácido, azúcar, sulfona, pirrol, imidazol, tiofeno y éter;R 1 es la primera parte, y se selecciona de entre el grupo constituido por heteroalquilo, heteroalquenilo, heteroalquinilo, -OR, -SR, -NHR, -NR'R”, -N(O)HR, -N(O)R'R”, -PHR, -PR'R”, -P(NR'R”)NR'R”, -P(O) R'R”, -P(O)(NR'R”)NR'R”, -P(O)(OR')OR”, -P(O)OR, -P(O)NR'R”, -P(S)(OR')R”, y -P(S)OR, en los que R, R' y R” se seleccionan independientemente de entre el grupo constituido por H, un alquilo ramificado o no ramificado, un alquenilo ramificado o no ramificado, un alquinilo ramificado o no ramificado, un heteroalquilo ramificado o no ramificado, un heteroalquenilo ramificado o no ramificado, y un heteroalquinilo ramificado o no ramificado, con la condición de que, cuando a es superior a 1, los grupos R 1 pueden ser iguales o diferentes o pueden estar enlazados para formar un cicloalquilo, cicloalquenilo, heterociclo, arilo, heteroarilo de seis, siete, ocho, nueve o diez miembros, o un éter corona o éter heterocorona de seis a treinta miembros;R 2 se selecciona de un enlace, un alquileno ramificado o no ramificado, un alquenileno ramificado o no ramificado, un heteroalquileno ramificado o no ramificado, un heteroalquenileno ramificado o no ramificado, cicloalquilo, cicloalquenilo, cicloalquinilo, heterociclo, arilo y heteroarilo;R 4 es la segunda parte, y se selecciona de entre el grupo constituido por hidrógeno, un carboxilato, un tiocarboxilato, una amida, una imida, una hidrazina, un sulfonato, un sulfóxido, una sulfona, un sulfito, un fosfato, un fosfonato, un fosfonio, un alcohol, un tiol, una amina, un amonio, un alquilamonio, un nitrato, ES 2 228 107 T3 un resto de azúcar, y un cicloalquilo, cicloalquenilo, cicloalquinilo, heterociclo, arilo o heteroarilo de cinco, seis, siete, ocho, nueve o diez miembros;m' está en el intervalo comprendido entre 3 y 100;y n' está en el intervalo comprendido entre 3 y 100.
  22. 22
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 21, en el que la molécula comprende la fórmula en la que:X es igual o diferente, y es igual a S, N, P u O=P, y puede incluir otros sustituyentes a fin de satisfacer los requisitos de valencia;Y es un resto hidrófilo;R es H o un resto polar;R’ es H o un resto no polar;m está en el intervalo comprendido entre 3 y 100;y n está en el intervalo comprendido entre 3 y 100.
  23. 23
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 10 ó 12, en el que n está en el intervalo comprendido entre 10 y 12.
  24. 24
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, 2, 14 ó 21, en el que la molécula es un ligando multidentado.
  25. 25
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que el núcleo del nanocristal es un semiconductor del Grupo II-VI, Grupo III-V o Grupo IV.
  26. 26
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1,2 ó 25, en el que el núcleo comprende CdS, CdSe. CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AlS, PbS, PbSe, Ge, Si, una aleación de los mismos, o una mezcla de los mismos.
  27. 27
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 25 ó 26, en el que la corteza comprende ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaAs, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, una aleación de los mismos, o una mezcla de los mismos.
  28. 28
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, 2, 25 ó 26, en el que el núcleo es CdSe y la corteza es ZnS.
  29. 29
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1, 2, 25, 26, 27 ó 28, en el que el núcleo es un miembro de una población de partículas monodispersas.
  30. 30
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 29, en el que la población de partículas monodispersas se caracteriza porque, cuando la población se irradia, emite luz en un intervalo espectral menor a aproximadamente 40 nm de la anchura total a la mitad del máximo (FWHM), preferentemente no superior a aproximadamente 25 nm de FWHM.
  31. 31
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 29, en el que la población de partículas monodispersas se caracteriza porque muestra una desviación no superior a aproximadamente el 10% de rms en el diámetro del núcleo, preferentemente una desviación no superior a aproximadamente el 5% de rms en el diámetro del núcleo.
  32. 32
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 2, en el que la capa interna comprende un compuesto liófilo de coordinación.
  33. 33
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 32, en el que el compuesto liófilo de coordinación se selecciona de entre el grupo constituido por trialquilfosfinas, óxidos de trialquilfosfina y alquilaminas.
  34. 34
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 2, en el que la capa externa de la bicapa comprende un tensioactivo.
  35. 35
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 34, en el que el tensioactivo se selecciona de entre el grupo ES 2 228 107 T3 constituido por dioctilsulfosuccinato sódico, C 12 H 25 (OCH 2 CH 2 ) 23 OH, C 18 H 37 (OCH 2 CH 2 ) 10 OH y C 18 H 37 (OCH 2 CH 2 ) 20OH.
  36. 36
    Nanocristal soluble en agua según la reivindicación 1 ó 2, en el que el nanocristal soluble en agua está disperso o disuelto en un medio acuoso.
Independent claims36