JP4642779B2 - 安定化無機ナノ粒子、安定化無機ナノ粒子群、安定化無機ナノ粒子の製造方法及び安定化無機ナノ粒子の利用方法 - Google Patents

Description

本発明は、安定化無機ナノ粒子、安定化無機ナノ粒子群、安定化無機ナノ粒子の製造方法及び安定化無機ナノ粒子の利用方法に関する。
更に詳しくは、本発明は、金属、金属酸化物、半導体物質等からなるナノスケールの微粒子の表面に保護リガンドを結合させて粒子状態を安定化させた安定化無機ナノ粒子であって、粒子表面にフリーな結合サイトを十分に残しているために、更に好ましくは結合した保護リガンドの置換反応性が高いために、機能性リガンドの結合による無機ナノ粒子の機能化を容易かつ迅速に行い得る安定化無機ナノ粒子に関する。
又、本発明は、このような安定化無機ナノ粒子を製造するための新規な製造方法と、製造された安定化無機ナノ粒子に対して種々の機能性リガンドを結合させて種々の目的下での多様な特性又は機能を付与する安定化無機ナノ粒子の利用方法に関する。

〔金属ナノ粒子〕
無機ナノ粒子、例えば金などの金属を超微粒子化させて得られる金属ナノ粒子は、バルク状の金属には見られない化学的、電気的、光学的作用や触媒活性等を示すため、光電気化学的なデバイス、ドラッグデリバリーシステム、センサーその他の非常に広範囲の技術分野において応用が研究され、多様な用途開発が図られている。
しかし極めて微細な金属ナノ粒子は、そのままでは容易に凝集して比較的大径の粒子となる（ナノ粒子ではなくなる）と言う不安定性を持っており、この点が金属ナノ粒子の利用上の重大な欠点となっている。そのため、金属ナノ粒子には例えば保存性がなく、金属ナノ粒子をその調製後に直ちに使用する必要がある。又、金属ナノ粒子を調製した後、その使用前にキャラクタリゼーションを行うことも困難もしくは不可能である。
〔金属ナノ粒子の安定化〕
ところが、極めて微小な金属ナノ粒子においては、粒子を構成する金属原子の内のかなりの個数が粒子表面に存在し、チオール、ジスルフィド、フォスフィン、アミンその他の種々の官能基と結合可能である。そこで、金属ナノ粒子表面の金属原子を結合サイトとして、これに粒子安定化用の保護リガンドを結合させ、その修飾作用によって金属ナノ粒子に安定性（保存性）を与える方法が提案されている。
〔文献１〕Ｍａｔｈｉａｓ Ｂｒｕｓｔ，Ｍｅｒｒｙｌ Ｗａｌｋｅｒ，Ｄｏｎａｌｄ Ｂｅｔｈｅｌｌ，Ｄａｖｉｄ Ｊ．Ｓｃｈｉｆｆｒｉｎ ａｎｄ Ｒｏｂｉｎ Ｗｈｙｍａｎ″Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｉｏｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｓｅｄ Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ａ Ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ″，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，８０１−８０２（１９９４）
〔文献２〕Ｍ．Ｂｒｕｓｔ，Ｊ．Ｆｉｎｋ，Ｄ．Ｂｅｔｈｅｌｌ，Ｄ．Ｊ．Ｓｃｈｉｆｆｒｉｎ ａｎｄ Ｃ．Ｋｉｅｌｙ″Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ″，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１６５５−１６５６（１９９５）
例えばＢｒｕｓｔらは、上記の文献１及び文献２において、金ナノ粒子の調製とその保護リガンド（チオール化合物）による安定化とを行う方法を提案している。その内容の要点は、ＮａＢＨ_４水溶液の存在下にトルエン中でＡｕＣｌ_４ ⁻を還元して金ナノ粒子を生成させるものであり、トルエン溶液は金属クラスターの安定化に必要なｎ−ドデカンチオールのような保護リガンドと、相転移剤であるテトラオクチルアンモニウムを含んでいる。
又、この方法による場合、調製される金ナノ粒子の粒径分布範囲が狭いことも報告されている。金属ナノ粒子においては、その粒子サイズも金属ナノ粒子の種々の性質に大きく影響することが知られているので、粒径分布範囲が狭いことは好ましいと評価することができる。
なお、寺西らは、下記の文献３及び文献４において、チオール化合物で保護され非常に狭い粒径分布を持つ金ナノ粒子が、予め準備された固形サンプルの制御された温度処理によって得られることを示している。
〔文献３〕Ｔ．Ｔｅｒａｎｉｓｈｉ，Ｓ．Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｔ．Ｓｈｉｍｉｚｕ ａｎｄ Ｍ．Ｍｉｙａｋｅ″Ｈｅａｔ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｉｚｅ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ″Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１３，１６９９−１７０１（２００１）
〔文献４〕Ｔ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｔ．Ｔｅｒａｎｉｓｈｉ，Ｓ．Ｈａｓｅｇａｗａ ａｎｄ Ｍ．Ｍｉｙａｋｅ″Ｓｉｚｅ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｋａｎｅｔｈｉｏｌ−ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ″Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ １０７，２７１９−２７２４（２００３）
しかしながら、金属ナノ粒子の表面が種々の官能基と結合可能である事の最も重要な意義は、微粒子安定化のための保護リガンドの結合よりも、金属ナノ粒子の機能化、即ち多様な特性や機能を持った分子種（機能性リガンド）を金属ナノ粒子の表面に結合させることにある。金属ナノ粒子の機能化によって、機能性リガンドの物理化学的性質を金属ナノ粒子の表面に付与したり、金属ナノ粒子に新たな性質を発現させたりすることができる。ひいては金属ナノ粒子の多種多様な応用の可能性が更に大きく拡張される。
前記Ｂｒｕｓｔらの報告においては、金ナノ粒子が安定化されることの他に、その保護リガンドを機能性リガンドと置換反応させて金ナノ粒子を機能化する点についても述べている。しかし、Ｂｒｕｓｔらの報告に係る安定化金ナノ粒子の場合、保護リガンドであるドデカンチオールを機能性リガンドと十分に置換反応させるためには一般的に２日以上を要し、その非効率から実用性を期待できない。
保護リガンドの置換反応性を高めるため、ドデカンチオールに替えてトリフェニルフォスフィン、アミン、ｔｅｒｔ−ドデカンチオール等の結合性の弱い保護リガンドの利用も提案されている。しかし本願発明者の実験によれば、これらの代替保護リガンドを利用しても、機能性リガンドとの置換反応性は余り向上しない。即ち、単なる保護リガンドの代替によっては、この問題の解決が難しいように思われる。
〔文献５〕Ｍ．Ｍｏｎｔａｌｔｉ，Ｌ．Ｐｒｏｄｉ，Ｎ．Ｚａｃｃｈｅｒｏｎｉ，Ｇ．Ｂａｔｔｉｓｔｉｎｉ″Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｖｅｒａｇｅ″Ｌａｎｇｍｕｉｒ ２００４，２０，７８８４−７８８６
上記の文献５には、金ナノ粒子に対する蛍光分子の被覆（Ｃｏｖｅｒａｇｅ）の程度を制御する研究が開示されているが、蛍光スイッチングのための研究であって、金ナノ粒子に結合させる蛍光分子には金ナノ粒子の安定性と機能性を両立させうとする目的は見られず、又、金ナノ粒子における蛍光分子の表面密度は専ら反応系への蛍光分子の投与量によって調整しており、そのＦｉｇ．１によれば、蛍光分子の表面密度と、金ナノ粒子の安定性及び機能性との間に、特徴的な関係は認められない。
以上の課題は金属ナノ粒子に関して述べたものであるが、ナノ粒子が金属以外の無機材料、例えば金属酸化物や半導体材料等からなる場合においても、事情は同様であると考えられる。

そこで本発明は、表面に結合された保護リガンドによって十分に安定化され、しかも任意の機能性リガンドを迅速に結合させ得る安定化無機ナノ粒子と、その製造方法と、その有利な利用方法とを提供することを目的とする。
本願発明者は、無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合形成のプロセスと、保護リガンドによる無機ナノ粒子の安定化のメカニズムとを詳細に実験・検討した。そして、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合量の増大の過程で、あるいは保護リガンドによる無機ナノ粒子の修飾の過程で、無機ナノ粒子が十分に安定化されると共に機能性リガンドの迅速かつ十分な結合が可能であると言う、特殊な臨界領域が存在することを見出した。本願発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。
（第１発明）
本願の第１発明は、粒子表面に結合した保護リガンドによって安定化された安定化無機ナノ粒子であって、
前記無機ナノ粒子表面の結合サイトの一部が前記保護リガンドと結合すると共に他の結合サイトは保護リガンドと結合していないフリーサイトとして残されており、かつ無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合量が下記（１）〜（３）に規定する臨界結合量であるか、あるいは結合した保護リガンドによる無機ナノ粒子表面の修飾形態が下記（４）に規定する臨界修飾形態である、安定化無機ナノ粒子である
（１）無機ナノ粒子を安定化させるに必要な下限の結合量以上であって、かつ、無機ナノ粒子に対する機能性リガンドの結合に対して実質的な阻害要因とならないための上限の結合量以下である。
（２）無機ナノ粒子の安定性と高反応性が確保されていることを条件として、保護リガンドが無機ナノ粒子表面の結合サイトの内の８〜３０％の結合サイトに結合しており、かつ、無機ナノ粒子の安定性と高反応性が確保されている。
（３）無機ナノ粒子と保護リガンドの結合反応が、緩慢に結合形成が進行する誘導期間の後に急速な結合形成期を迎えると言うプロセスを伴う場合においては、前記誘導期間の経過前に結合反応を強制停止させた状態での結合量。
（４）保護リガンドの分子骨格部分が無機ナノ粒子表面の接線方向に配向する空間的配置状態にあり、この分子骨格によって無機ナノ粒子表面のフリーサイトが被覆された修飾形態である。
なお、上記の第１発明において、上記の「実質的な阻害要因とならない」とは、「機能性リガンドの結合によって無機ナノ粒子に付与しようとする新たな性質又は特性を十分に発現させることができない程度には阻害要因とならない」と言う意味であり、無機ナノ粒子の機能化の種類や機能化無機ナノ粒子に対する実際の要求性能等によって、その程度は区々に異なる。従って、その程度を具体的に一律に規定することは困難である。
又、上記の（２）における「無機ナノ粒子の安定性と高反応性が確保されていることを条件として、」とは、無限定な任意の修飾基が無限定な任意の手段又は方法によって無機ナノ粒子表面の結合サイトの内の８〜３０％の結合サイトに結合したとしても、実施例で後述するような安定性と高反応性は必ずしも確保されないので、このような安定性と高反応性が確保されていない状態の無機ナノ粒子は包含されないと言う意味である。
第１発明の安定化無機ナノ粒子においては、無機ナノ粒子が十分に安定化されると共に、この無機ナノ粒子に対して多様な特性や機能を付与するための機能性リガンドが迅速かつ十分に結合できる。従って、無機ナノ粒子をそのまま実用やキャラクタリゼーションに供するための一時的な保存形態としても好適であるし、各種の機能性リガンドを結合させた機能性無機ナノ粒子を得るための原料形態としても極めて好適である。
本願発明者は、無機ナノ粒子の形成反応と、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合形成反応とのプロセスとを詳細に実験・検討する過程で、反応液の特定波長での吸収スペクトルの経時的変化の観察等を通じて、以下の２点の重要な知見を得た。
第１の知見は、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合形成が、初期の誘導期間とも呼ぶべき非常に緩徐な結合形成期を経た後に迅速な結合形成期を迎え、誘導期間を経過した後には、無機ナノ粒子の大半又は全ての結合サイトが速やかに保護リガンドと結合する、と言うことである。このような知見は、Ｂｒｕｓｔらの前記報告も含めた各種の公知文献には、全く開示又は示唆されていない。
第２の知見は、上記の誘導期間中に機能性リガンドの結合反応を停止させた無機ナノ粒子では、表面の結合サイトの一部分が保護リガンドと結合しているが、他の大部分の結合サイトはフリーサイト（保護リガンドと結合していないフリーな結合サイト）として残されており、この状態において、無機ナノ粒子が十分に安定化されると共に、機能性リガンドの結合に対して高反応性である、と言うことである。
本願発明者は、このような安定化と高反応性の理由が、保護リガンドによる無機ナノ粒子の修飾形態の特殊性にあると考えている。
前記Ｂｒｕｓｔらの作製した安定化無機ナノ粒子においでは無機ナノ粒子表面の大半あるいは全ての結合サイトが保護リガンドと結合しているため、第１図（ａ）に示すように、安定化無機ナノ粒子１において、保護リガンド２（チオール基化合物として表記している）が粒子３の表面の全面に隙間なく結合し、これらの保護リガンド２は必然的にラジアル方向に配向していると考えられる。この場合、無機ナノ粒子が安定化される反面、高密度の保護リガンドで修飾された無機ナノ粒子に対して機能性リガンドが接触し難く、しかも保護リガンドと置換しなければ無機ナノ粒子に結合できない。従って無機ナノ粒子の迅速な機能化が困難である。
一方、第１図（ｂ）に示すように、第１発明に係る安定化無機ナノ粒子１では、無機ナノ粒子３の表面に低密度に結合した保護リガンド２の分子骨格部分が無機ナノ粒子３表面の接線方向に配向し、その分子骨格によって無機ナノ粒子表面のフリーサイトを効率的に被覆する修飾形態であると考えられる。このような修飾形態であるため、無機ナノ粒子が十分に安定化される一方、フリーサイトに対する機能性リガンドの結合はほとんど阻害されず、かつ、保護リガンドと機能性リガンドの置換も起こり易いと考えられる。
なお、第１発明に係る安定化無機ナノ粒子の調製過程において、無機ナノ粒子や保護リガンドの種類、あるいは安定化無機ナノ粒子の調製方法の如何に関わらず必ず上記のような誘導期間が出現するのか否かについては、未だ十分に確認していない。しかし、誘導期間を伴う安定化無機ナノ粒子の調製例での知見を契機として、保護リガンドが臨界結合量又は臨界修飾形態にある安定化無機ナノ粒子では、安定化と機能性リガンドに対する高反応性を両立できることが既に判明している。
従って、仮に、安定化無機ナノ粒子の調製過程に誘導期間が見られない場合であっても、例えば標準実験データの蓄積により臨界結合量や臨界修飾形態に達する時期の把握は十分に可能であり、その時点で反応を停止させれば、第１発明の安定化無機ナノ粒子を得ることができる。無機ナノ粒子に対して保護リガンドが臨界結合量となるように反応系のモル比を設計することによっても（この場合、反応を中途で強制的に停止させることは不要である）、第１発明の安定化無機ナノ粒子を得ることができる。
第１発明の安定化無機ナノ粒子においても、機能性リガンドの一部は保護リガンドとの置換反応によって結合する可能性があるため、そのような機能性リガンドの結合速度は保護リガンドの置換反応性に依存する。しかし、大半の機能性リガンドはフリーサイトへ迅速に結合し、そのことによって無機ナノ粒子の機能化の目的は実質的に達成される。従って、第１発明の安定化無機ナノ粒子においては、保護リガンドの置換反応性が高いことは好ましい条件ではあるが、不可欠の条件ではない。
（第２発明）
本願の第２発明においては、前記第１発明に係る無機ナノ粒子が下記（５）及び／又は（６）に該当する。
（５）無機ナノ粒子が金属、金属酸化物又は半導体物質からなる。
（６）無機ナノ粒子の粒径が１〜２００ｎｍの範囲内にある
安定化無機ナノ粒子のコアとなる無機ナノ粒子の種類や粒径は任意に選択することができるが、例えば、無機ナノ粒子が金属、金属酸化物又は半導体物質からなることが好ましく、あるいは、無機ナノ粒子の粒径が１〜２００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。
（第３発明）
本願の第３発明においては、前記第１発明又は第２発明に係る保護リガンドが下記（７）から選ばれる任意の分子骨格を持つ化合物であり、かつその分子が備える下記（８）から選ばれる任意の官能基によって無機ナノ粒子表面の結合サイトに結合したものである。
（７）アルキル化合物骨格、アリール化合物骨格及び複素環化合物骨格。
（８）チオール基、ジスルフィド基、フォスフィン基、アミノ基、カルボキシル基、イソニトリル基及びピリジル基。
安定化無機ナノ粒子における保護リガンドの種類も任意に選択することができるが、例えば、前記（７）に規定するいずれかの分子骨格を持つ化合物であり、及び／又は、前記（８）に規定するいずれかの官能基によって無機ナノ粒子表面の結合サイトに結合したものを好ましく例示することができる。
（第４発明）
本願の第４発明は、第１発明〜第３発明のいずれかに係る安定化無機ナノ粒子の集合体であって、それらの平均粒径が１〜２００ｎｍの範囲内にあり、かつ、平均粒径値に対する±１０％の粒径値範囲内に全粒子の９０％以上が含まれると言う粒径分布を示す安定化無機ナノ粒子群である。
安定化無機ナノ粒子を後述の製造方法により製造したとき、汎用性のある平均粒径で、かつ粒径分布範囲の狭い安定化無機ナノ粒子群が得られると言う特徴がある。これらの安定化無機ナノ粒子群としては、平均粒径が１〜２００ｎｍの範囲内にあって、平均粒径値に対する±１０％の粒径値の範囲内に全粒子の９０％以上が含まれると言う粒径分布を示すものが、特に好ましい。
（第５発明）
本願の第５発明は、必要な反応系及び反応条件を設定したもとで、第２発明に係るいずれかの無機ナノ粒子を調製すると共に、この無機ナノ粒子を安定した粒子状態に維持しつつ、第３発明に係るいずれかの保護リガンドとの結合反応を開始させた後、その結合反応を下記（９）又は（１０）に従う時点で強制的に停止させることにより、第１発明〜第３発明のいずれかに係る安定化無機ナノ粒子又は第４発明に係る安定化無機ナノ粒子群を得る安定化無機ナノ粒子の製造方法である。
（９）予め実験的に取得した標準データに基づき、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合量が第１発明の（１）又は（２）に規定する臨界結合量であり、又は保護リガンドによる無機ナノ粒子表面の修飾形態が第１発明の（４）に規定する臨界修飾形態にあると経験的に判断される時点。
（１０）予め実験的に取得した標準データに基づき、又はこのような標準データに基づくことなく当該結合反応の適宜な手段を通じた経時的観察に基づき、無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応が第１発明の（３）に規定する誘導期間の経過前であると判断される時点。
第５発明の製造方法によって、第１発明〜第３発明の安定化無機ナノ粒子又は第４発明の安定化無機ナノ粒子群を良好に製造することができる。第５発明における重要なポイントは、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合反応を強制的に停止させるタイミングである。
（第６発明）
本願の第６発明は、第１発明の（１）又は（２）に規定する臨界結合量を実験的に予め把握したもとで、反応系の設定において保護リガンドが無機ナノ粒子に対して臨界結合量となるようにモル比を設計して安定化無機ナノ粒子の調製反応を行い、第１発明〜第３発明のいずれかに係る安定化無機ナノ粒子又は第４発明に係る安定化無機ナノ粒子群を得る安定化無機ナノ粒子の製造方法である。
第６発明の製造方法によっても、第１発明〜第３発明の安定化無機ナノ粒子又は第４発明の安定化無機ナノ粒子群を良好に製造することができる。第６発明における重要なポイントは、反応系における無機ナノ粒子製造原料と保護リガンドとのモル比の設定である。
（第７発明）
本願の第７発明においては、前記第５発明又は第６発明に係る無機ナノ粒子が金属ナノ粒子である場合において、その原料である金属塩の水溶液を調製して保護リガンドと相転移剤とを含むトルエン相と接触させ、次いでトルエン相を還元することにより金属ナノ粒子の生成反応と生成した金属ナノ粒子に対する保護リガンドの結合反応を起こさせて安定化無機ナノ粒子を得る。
第５発明又は第６発明における反応系及び反応方法の設定は、良好な安定化無機ナノ粒子の製造が可能である限りにおいて特段に限定されないが、例えば第７発明の製造方法を好ましく例示できる。この方法は、本発明の特徴的な点を除き、基本的に前記Ｂｒｕｓｔらの方法に準じたものである。
（第８発明）
本願の第８発明においては、前記第５発明〜第７発明のいずれかに係る製造方法によって得られる安定化無機ナノ粒子の平均粒径を、その合成反応系における反応試薬濃度、反応温度又は反応時間の制御によって変更する。
安定化無機ナノ粒子のサイズに関しては、その粒径分布が狭いことが重要であるが、安定化無機ナノ粒子の用途次第では好ましい平均粒径値についても種々の要求がある。本願発明者は、第８発明に規定する各種のファクターの制御によって平均粒径を任意に変更できることを確認している。
（第９発明）
本願の第９発明においては、前記第５発明、第７発明あるいは第８発明に係る無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応を強制的に停止させる手段が、下記（１１）及び／又は（１２）の手段である。
（１１）少なくとも請求項７に規定する還元用の試薬を包含する、無機ナノ粒子の生成反応をコントロールしている試薬の不活性化。
（１２）反応溶液の希釈化。
前記の第５発明等においては、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合反応を必要なタイミングにおいて強制的に停止させることが必要であるが、そのための停止手段としては、例えば第９発明の（１１）及び／又は（１２）の手段を好ましく例示することができる。
（第１０発明）
本願の第１０発明は、第１発明〜第３発明のいずれかに係る安定化無機ナノ粒子、又は第４発明に係る安定化無機ナノ粒子群に対して、任意の機能性リガンドを結合させることにより、任意の特性又は機能が新たに付与された機能性無機ナノ粒子を得る安定化無機ナノ粒子の利用方法である。
第１０発明によって、無機ナノ粒子に対して任意の機能性リガンドを結合させた機能性無機ナノ粒子を得ることができる。この場合、第１発明〜第３発明の安定化無機ナノ粒子又は第４発明の安定化無機ナノ粒子群を原料として用いるので、前記のように原料の事前のキャラクタリゼーションや保存に余計な苦労がなく、しかも無機ナノ粒子の機能化を非常に迅速に行うことができる。
（第１１発明）
本願の第１１発明においては、前記第１０発明に係る機能性無機ナノ粒子において、無機ナノ粒子に結合した機能性リガンドが、（Ａ）安定化無機ナノ粒子のフリーサイトに結合したものからなり、又は、（Ｂ）安定化無機ナノ粒子のフリーサイトに結合したものと、保護リガンドとの置換によって安定化無機ナノ粒子に結合したものとからなる。
前記の第１０発明によって得られる機能性無機ナノ粒子としては、機能性リガンドの結合量の点から、第１１発明の（Ｂ）に規定するものが特に好ましいと考えられる。
安定化無機ナノ粒子における保護リガンドの置換反応性が低く、かつその置換反応を迅速に終結させた場合には、第１１発明の（Ａ）に規定するものが得られる可能性がある。しかしこの場合でも、保護リガンドに対して機能性リガンドの結合量が圧倒的に多いため、機能性無機ナノ粒子としては十分に好ましい。
（第１２発明）
本願の第１２発明においては、前記第１０発明又は第１１発明に係る機能性リガンドが、下記の（１３）〜（１９）から任意に選ばれる１種又は２種以上である。
（１３）少なくともＤＮＡ及びタンパク質を包含する各種の生理活性分子に対して特異的に結合するリガンド。
（１４）少なくとも蛍光性リガンド及びリン光性リガンドを包含する各種の発行性リガンド。
（１５）特定のイオン又は化学種に対して特異的に結合するリガンド。
（１６）伝導性又は超伝導性の電気特性を有するリガンド。
（１７）電界発光特性を有するリガンド。
（１８）非線形光学特性を有するリガンド。
（１９）レーザー発光性を有するリガンド。
機能性無機ナノ粒子を構成すべき機能性リガンドの種類は全く限定されないが、例えば第１２発明に列挙するものを好ましく例示できる。

第１図は保護リガンドによる無機ナノ粒子の修飾形態を説明する図である。第２図は反応液における所定波長での吸収の経時変化を示すグラフである。第３図は反応液の紫外−可視スペクトルを時間経過別に示す図である。第４図は実施例で得られた安定化無機ナノ粒子群のＴＥＭ写真を示す図である。第５図は実施例で得られた安定化無機ナノ粒子群の粒径分布を示すグラフである。第６図は実施例で用いた機能性リガンドを示す図である。第７図は実施例に係る安定化金ナノ粒子の結合活性を示す図である。第８図は従来型の安定化金ナノ粒子の結合活性を示す図である。

次に、本願の第１発明〜第１２発明を実施するための形態を、その最良の形態を含めて説明する。この項において「本発明」と言う時は、上記の各発明のうち該当する発明を一括して指している。
〔無機ナノ粒子及び保護リガンド〕
本発明の安定化無機ナノ粒子は無機ナノ粒子及び保護リガンドを構成要素とするので、まず、これらの構成要素から説明する。
無機ナノ粒子とは一定の無機材料からなるナノメートルサイズの粒子である。その粒子形状は、例えば図示説明等では球形に表現することが多いが、実際には一律ではなく、球形に近いもの、やや偏平なもの、角張った各種立体形状のものなど様々であり、それらのいずれもが本発明の範囲に含まれる。
無機ナノ粒子の構成材料の種類も、ナノ粒子としての使用価値がある限りにおいて限定されない。代表的な構成材料として、金属、金属酸化物又は半導体物質を好ましく例示できる。金属の種類は限定されないが、金、白金、銀等を好ましく例示できる。金属酸化物の種類も限定されないが、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化シリコン、酸化タングステン等を好ましく例示できる。半導体物質の種類も限定されないが、セレン化カドミウム、ガリウムヒ素、シリコン等を好ましく例示できる。
安定化無機ナノ粒子のコアである無機ナノ粒子の粒径は、その利用目的に応じて種々であり得るが、例えば１〜２００ｎｍ程度のものが好ましく、とりわけ１〜５ｎｍのものが好ましい。そして安定化無機ナノ粒子の集合体におけるコアとしての無機ナノ粒子の粒径は、平均粒径が上記と同等であって、かつ一般的には、平均粒径値に対する±１０％の粒径値の範囲内に好ましくは全体の９０％以上、更に好ましくは全体の９５％以上の粒子が含まれるような狭い粒径分布であることが好ましい。
本発明において保護リガンドとは、一定の官能基によって無機ナノ粒子表面の結合サイト（例えば、金属ナノ粒子における表面金属原子に基づく結合サイト）に結合し、その修飾作用によって無機ナノ粒子を安定化する化合物を言う。このような定義に合致する限りにおいて保護リガンドの種類は限定されず、極めて多様な保護リガンドを利用することができる。
特に好ましいものを限定的に例示すると、無機ナノ粒子に結合する官能基としては、チオール基、ジスルフィド基、フォスフィン基、アミノ基、カルボキシル基、イソニトリル基、ピリジル基等が挙げられる。これらの官能基において、通常の化学反応の際に指摘される置換容易性は必ずしも重要ではない。保護リガンドの分子骨格としては、例えば、アルキル化合物骨格、アリール化合物骨格及び複素環化合物骨格を挙げることができる。言い方を変えれば、直鎖状アルカンや分岐鎖状アルカン、芳香族環を含むアルカン、複素環化合物を含むアルカン等が挙げられる。これらのアルカンにおいては、炭素数が４〜３０程度であることが特に好ましい。上記した分子骨格を持つと共に上記の官能基を２個以上あるいは２種以上備える保護リガンドも利用することができる。
〔安定化無機ナノ粒子〕
本発明の安定化無機ナノ粒子は、粒子表面の結合サイトに結合した保護リガンドによって安定化された無機ナノ粒子であって、保護リガンドが結合した結合サイトは一部に過ぎず、大部分の結合サイトは未結合のフリーサイトとして残されている点に大きな特徴がある。
このような安定化無機ナノ粒子では、保護リガンドの結合量は化学量論的には非常に不十分であるが、その結合量が後述の臨界結合量の範囲内にあり、あるいは保護リガンドの修飾形態が後述の臨界修飾形態である場合には、無機ナノ粒子は十分に安定化される。しかもこのような安定化無機ナノ粒子においては、コアである無機ナノ粒子に対する機能性リガンドの迅速かつ十分量の結合が容易に行われる。
〔臨界結合量〕
無機ナノ粒子に対する保護リガンドの臨界結合量については、下記の幾通りかの定義が可能である。
最も合目的的な臨界結合量の定義は、「無機ナノ粒子を安定化させるに必要な下限の結合量以上であって、かつ、無機ナノ粒子に対する機能性リガンドの結合に対して実質的な阻害要因とならないための上限の結合量以下である」と言うことである。任意の安定化無機ナノ粒子合成系において上記の「実質的な阻害」の程度を明確に定めておけば、若干の実験的なトライ・アンド・エラーを通じて、この定義に従う臨界結合量の安定化無機ナノ粒子を製造することは特に困難ではない。
最も定量的な臨界結合量の定義は、無機ナノ粒子の安定性と高反応性が確保されていることを条件として、「保護リガンドが無機ナノ粒子表面の結合サイトの内の８〜３０％の結合サイトに結合している」と言うことである。この臨界結合量のパーセンテージは、１０〜２０％であることが特に好ましい。特定の無機ナノ粒子、例えば金ナノ粒子において、粒子の形状及び粒径が特定されれば、粒子表面の結合サイトの個数（粒子表面に存在する金原子の個数）は計算により求まり、この定義に従う臨界結合量も計算により求まる。従って、任意の安定化無機ナノ粒子合成系において、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの経時的な結合量の増大を若干の実験に基づいて標準曲線化しておけば、この定義に従う臨界結合量の安定化無機ナノ粒子を製造することは別段に困難ではない。
最も実用的な臨界結合量の定義は「無機ナノ粒子と保護リガンドの結合反応が、緩慢に結合形成が進行する誘導期間の後に急速な結合形成期を迎えると言うプロセスを伴う場合には、前記誘導期間の経過前に結合反応を強制停止させた状態での結合量」と言うことである。後述の実施例においては、この定義に従って、良好な安定化無機ナノ粒子を製造している。但し、任意の安定化無機ナノ粒子合成系においてこのような誘導期間が常に見られるかどうかは、未だ十分に確認していない。
〔臨界修飾形態〕
臨界修飾形態とは、「無機ナノ粒子表面の一部の結合サイトに結合した保護リガンドの分子骨格部分が、無機ナノ粒子表面の接線方向に配向する空間的配置状態にあり、この分子骨格によって無機ナノ粒子表面のフリーサイトが被覆された修飾形態」を言う。
この、前記第１図（ｂ）に示すような修飾形態を考えることによって初めて、無機ナノ粒子同士の直接の接合・凝集が妨げられる一方で、機能性リガンドの無機ナノ粒子表面への結合や、既に結合している保護リガンドとの置換は妨げられない、と言う特徴の具体的かつ合理的な説明が可能となる。
〔安定化無機ナノ粒子の製造方法〕
本願発明者は、後述の実施例に係る安定化無機ナノ粒子の製造方法において、無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応の進行中に上記のような特徴的な誘導期間が存在することを見出している。このような誘導期間が任意の安定化無機ナノ粒子合成系において常に発現するかどうかは未確認であるが、誘導期間の有無に関わらず、保護リガンドが臨界結合量の領域にあり、あるいは臨界修飾形態にあれば、本発明の安定化無機ナノ粒子特有の効果は確保される。以上の点から、安定化無機ナノ粒子の製造方法には、以下の第１〜第３の方法が含まれる。
（第１の製造方法）
上記の無機ナノ粒子を調製すると共に、この無機ナノ粒子を安定した粒子状態に維持しつつ保護リガンドとの結合反応を開始させた後、予め実験的に取得した標準データに基づき、保護リガンドの結合量が臨界結合量である時点、又は保護リガンドが臨界修飾形態にある時点で、その結合反応を強制的に停止させることにより、良好な安定化無機ナノ粒子（又は良好な安定化無機ナノ粒子群）を得る方法である。
この第１の製造方法において、無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応を強制的に停止させる手段は、安定化無機ナノ粒子の機能を阻害しない限りにおいて特段に限定されないが、下記（１１）及び／又は（１２）の手段を好ましく例示することができる。
（１１）少なくとも請求項７に規定する還元用の試薬を包含する、無機ナノ粒子の生成反応をコントロールしている試薬の不活性化。
（１２）反応溶液の希釈化。
（第２の製造方法）
無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応の進行に上記の誘導期間が存在する場合に適用する製造方法であって、無機ナノ粒子を調製すると共に、この無機ナノ粒子を安定した粒子状態に維持しつつ保護リガンドとの結合反応を開始させた後、予め実験的に取得した標準データに基づき、又はこのような標準データに基づくことなく当該結合反応の適宜な手段を通じた経時的観察に基づき、無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応が誘導期間の経過前であると判断される時点でその結合反応を強制的に停止させることにより、良好な安定化無機ナノ粒子（又は良好な安定化無機ナノ粒子群）を得る方法である。
上記の「適宜な手段を通じた経時的観察」の内容は、その目的を達する限りにおいて限定されないが、例えば、反応液における特定の波長域の光吸収スペクトル変化の観察を通じて、保護リガンド結合量の変化を経時的にチェックすることが挙げられる。
この第２の製造方法においても、無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応を強制的に停止させる手段として、上記（１１）及び／又は（１２）の手段を好ましく例示することができる。
（第３の製造方法）
保護リガンドの臨界結合量が予め判明している安定化無機ナノ粒子を合成する場合に適用される方法であって、反応系において、無機ナノ粒子又はその原料物質と保護リガンドとのモル比を、結果的に臨界結合量の保護リガンドを結合した無機ナノ粒子が生成するように設定したもとで、安定化無機ナノ粒子の合成反応を行う方法である。この方法による場合、保護リガンドが特定の無機ナノ粒子に対して集中的に結合することを回避すべく、例えば十分な攪拌を伴う等の工夫を伴うことが好ましい。
（安定化無機ナノ粒子の製造方法の実施形態例）
上記した第１〜第３の製造方法において、より具体的には、例えば次の内容で製造方法の実施形態を設計することができる。
即ち、無機ナノ粒子が金属ナノ粒子（とりわけ、金ナノ粒子）である場合には、まず、金属ナノ粒子の原料となる金属塩の水溶液を調製し、この水溶液を、保護リガンドと相転移剤とを含むトルエン相と接触させることにより、金属塩イオンをトルエン相へ移行させる。次いで、トルエン相を還元することにより、金属ナノ粒子の生成反応と、生成した金属ナノ粒子に対する保護リガンドの結合反応とを起こさせて、安定化無機ナノ粒子を得るのである。
（安定化無機ナノ粒子の製造方法における平均粒系の調整）
上記したいずれの安定化無機ナノ粒子の製造方法においても、得られる安定化無機ナノ粒子は粒径分布の範囲の狭いものであるが、その平均粒径を使用目的に応じて適当に設定することも重要である。このような安定化無機ナノ粒子の平均粒径は、その合成反応系における反応試薬濃度、反応温度又は反応時間の制御によって任意に変更することができる。例えば反応時における反応温度を高い方へシフトさせると、平均粒径がより大きくなる。又、反応時における反応時間を長くすると、平均粒径がより大きくなる。
〔安定化無機ナノ粒子の利用方法〕
本発明に係る安定化無機ナノ粒子の利用方法においては、上記の安定化無機ナノ粒子に対して任意の機能性リガンドを結合させることにより、任意の特性又は機能が新たに付与された機能性無機ナノ粒子を得る。
この場合において、機能性リガンドは少なくとも安定化無機ナノ粒子のフリーサイトには十分に結合している。保護リガンドが機能性リガンドによって置換され易い場合には、機能性リガンドは保護リガンドが結合していた結合サイトにも、置換によって十分に結合している。保護リガンドが機能性リガンドによって置換され難い場合には、保護リガンドの機能性リガンドによる置換率は機能性リガンド結合反応の継続時間その他の要因に左右される。
機能性無機ナノ粒子において一部の保護リガンドが未置換のまま残っていても、前記した保護リガンドの臨界結合量から考えれば、圧倒的に多量の機能性リガンドが結合しているので、機能性無機ナノ粒子としての実用性は実質的に確保されている。
機能性リガンドの種類は、その分子中に無機ナノ粒子に結合するための官能基と特定の機能又は特性を発揮するための構造部分とを備える限りにおいて特段に限定されないが、例えば以下の（１３）〜（１９）に例示するものの内から１種又は２種以上を任意に選択して用いることができる。
（１３）少なくともＤＮＡ及びタンパク質を包含する各種の生理活性分子に対して特異的に結合するリガンド。
（１４）少なくとも蛍光性リガンド及びリン光性リガンドを包含する各種の発行性リガンド。
（１５）特定のイオン又は化学種に対して特異的に結合するリガンド。
（１６）伝導性又は超伝導性の電気特性を有するリガンド。
（１７）電界発光特性を有するリガンド。
（１８）非線形光学特性を有するリガンド。
（１９）レーザー発光性を有するリガンド。

次に本発明の実施例を説明する。以下の実施例は本発明の技術的範囲を限定するものではない。
〔実施例１：安定化金ナノ粒子の合成〕
ＨＡｕＣｌ_４水溶液（０．３０ｇ／２２．５ｍＬ脱イオン純水）を収容した丸底フラスコにテトラオクチルアンモニウムブロマイドのトルエン溶液（１．６３ｇ／６０ｍＬ）を加え、ＡｕＣｌ_４ ⁻イオンのトルエン層への移行によりトルエン層が特徴的な赤色を呈すると共に水層の色がなくなるまで攪拌した。上記のテトラオクチルアンモニウムブロマイドは、ＡｕＣｌ_４ ⁻イオンをトルエン層へ移行させるための相転移剤として使用したものである。
その後、水層を注意深く除去し、温度を３０°Ｃに調整してから、保護リガンドとして０．１５ｍＬのｔｅｒｔ−ドデカンチオールを加えた。すると約１時間でトルエンの色が赤色から淡黄色ないしオレンジ色に変化した。トルエンのこの色変化は、トルエンに対するｔｅｒｔ−ドデカンチオールの添加により、金イオンとｔｅｒｔ−ドデカンチオールとの結合反応が起こったことを意味する。
次に、上記のトルエンに対して、攪拌しながらＮａＢＨ_４のホウ酸バッファー溶液（０．３ｇ／１９ｍＬ）を加えたところ、トルエン層が暗いワインレッド色に変化した。このトルエン層の色変化は、ＮａＢＨ_４の添加により金イオンが還元され、原子状の金が生成し、これがクラスターを形成し始めたことを意味している。
上記のＮａＢＨ_４を添加してから４５分後に水層を注意深く除去し、トルエン層を約１Ｍの塩化ナトリウム溶液で洗浄した。続いてトルエン層を純水で洗浄した後、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）で乾燥させ、なるべく低温に保った２０〜３０ｍｍＨｇのフラッシュ・エバポレーター中で濃縮させた。この濃縮物にエタノールを滴下すると暗色の固形物の沈殿を生成した。この沈殿が本発明に係る安定化金ナノ粒子である。この沈殿を遠心分離した後エタノールで洗浄し、減圧乾燥させてから冷蔵庫に保管した。
安定化金ナノ粒子の収量は２５０ｍｇであった。安定化金ナノ粒子の元素分析を行った結果、Ｃ＝４．６２％、Ｈ＝０．８１％、Ｎ＝０．０６％であった。
〔実施例２：安定化金ナノ粒子のキャラクタリゼーション〕
実施例１により合成した安定化金ナノ粒子５．６５３ｍｇをサンプルとして、紫外可視光スペクトル分析に供したところ、反応時間の関数として、５１０ｎｍの波長における吸収の減少と、５５０ｎｍ以上の波長領域における吸収の増大とが観察された。
上記の「反応時間」とは、トルエンにＮａＢＨ_４を添加した時点から開始される、金ナノ粒子の形成とそれに対する保護リガンドの結合反応の経過時間を言う。実施例１では、この結合反応を反応液の希釈によって（トルエンに対して純水を加えることにより）強制的に終了させているので、「反応時間」とは、より具体的には、ＮａＢＨ_４を添加した時点から、純水を加えた時点までの経過時間として規定される。
第２図は、実施例１におけるＮａＢＨ_４の添加後の反応混合物について、前記の反応時間（ＮａＢＨ_４添加後の経過時間）を種々に設定した場合における紫外可視光スペクトルの測定結果（この測定結果は図示を省略する）に基づいて得られたデータであって、反応時間の関数としての波長５１４ｎｍ及び６５０ｎｍでのプラズモン吸収を示す。波長５１４ｎｍでの吸収の減少は、保護リガンドと結合せず、又は保護リガンドとの結合量が一定量（臨界結合量）以下である金ナノ粒子の減少を意味する。波長６５０ｎｍでの吸収の増大は、保護リガンドとの結合量が臨界結合量を超え、粒子表面の結合サイトの大半又は全てが保護リガンドと結合した金ナノ粒子の増大を意味する。
第２図から明らかなように、反応時間が約２時間の誘導期間を経過するまではスペクトル変化が非常に小さいが、その後は金ナノ粒子の表面に対するｔｅｒｔ−ドデカンチオール分子の比較的迅速な結合に起因して、シャープなスペクトル変化が起こることが注目される。
従って、反応が上記の誘導期間を経過すると、金ナノ粒子に対する保護リガンドの結合反応が急速に進行して、機能性リガンドに対する反応性の乏しい安定化金ナノ粒子が生成する。一方、誘導期間の経過前に金ナノ粒子に対する保護リガンドの結合反応を停止させると、機能性リガンドに対する反応性の高い安定化金ナノ粒子を得ることができる。これらの反応性については、後述の実施例において確認している。
〔実施例３：臨界結合量等〕
実施例１と同様にして調製した、機能性リガンドに対する反応性の高い安定化金ナノ粒子のサンプル１及びサンプル２について、それらの安定化金ナノ粒子についての炭素、水素、窒素の元素分析結果から、金ナノ粒子表面の結合サイトの個数Ｘ（金ナノ粒子の表面金原子の個数）と、金ナノ粒子に結合した保護リガンド（ｔｅｒｔ−ドデカンチオール）の分子数Ｙとの比を計算したところ、以下の結果が得られた。
サンプル１：安定化金ナノ粒子のコアである金ナノ粒子の平均粒径は３ｎｍであったので、金ナノ粒子が球形であると仮定すると、上記の個数Ｘは３９０と計算される。元素分析の結果は以下の通りであった。
Ｃ＝６．９５％
Ｈ＝１．０９％
Ｎ＝０．０６％
一方、Ａｕ９７６（ｔ−ｄｃｔ）７７（ＴＯＡ）９で計算した元素組成は以下の通りである。なお、「ｔ−ｄｃｔ」はｔｅｒｔ−ドデカンチオールを、「ＴＯＡ」はテトラオクチルアンモニウムを、それぞれ意味する。
Ｃ＝６．８６６％
Ｈ＝１．２４％
Ｎ＝０．０５９５％
Ｓ＝１．１６％
その結果、Ｙ＝Ｘ／５．１と計算された。即ち、金ナノ粒子の結合サイトに対する保護リガンドの結合量は２０％弱であった。
サンプル２：安定化金ナノ粒子のコアである金ナノ粒子の平均粒径は３．２ｎｍであったので、金ナノ粒子が球形であると仮定すると、上記の個数Ｘは４８２と計算される。元素分析の結果は以下の通りであった。
Ｃ＝４．６２
Ｈ＝０．８１
Ｎ＝０．０６％
一方、Ａｕ１２８９（ｔ−ｄｃｔ）５５（ＴＯＡ）１２で計算した元素組成は以下の通りである。
Ｃ＝４．６３％
Ｈ＝０．８３６％
Ｎ＝０．０６２％
Ｓ＝０．６５％
その結果、Ｙ＝Ｘ／８．８と計算された。即ち、金ナノ粒子の結合サイトに対する保護リガンドの結合量は１０％強であった。
以上のサンプル１，２、及びその幾つかのサンプルでの計算結果から、金ナノ粒子に対する保護リガンドの臨界結合量はおよそ８〜３０％程度、特に効果の顕著な臨界結合量は１０〜２０％であると考えられる。又、その場合の保護リガンドの修飾形態は、第１図（ｂ）のようなものであると考えられる。
〔実施例４：調製後の安定化金ナノ粒子〕
第３図には、前記実施例１におけるＮａＢＨ_４との反応開始直後の混合物の紫外可視光スペクトル（「ｉｎｉｔｉａｌ」と表記したもの）、エタノール滴下による沈殿生成直前の濃縮物の紫外可視光スペクトル（「ｓｏｌ．ｂｅｆｏｒｅ ｐｒｅｃ．」と表記したもの）、及び沈殿として分離された固形物の紫外可視光スペクトル（「ｓｏｌｉｄ」と表記したもの）を示す。第３図に示す各スペクトル線図は互いに非常に類似しており、固形物中のナノ粒子に結合したチオール化合物の量が反応開始直後から変化していないことが分かる。
第４図には得られた機能化金ナノ粒子の典型的なＴＥＭ像を示し、第５図にはそれらの機能化金ナノ粒子の粒径分布のヒストグラムを示す。第５図から計算した機能化金ナノ粒子の平均粒径は３．３±１．０ｎｍであった。又、機能化金ナノ粒子のトルエン溶液を水−空気の境界で自然乾燥させて得られた単層凝集物において、より大径のものが中央部に集合し、最も小径のものは周縁部に分布していた。
〔実施例５：安定化金ナノ粒子の機能性リガンドとの結合活性〕
本実施例において「実施例に係る安定化金ナノ粒子」とは金ナノ粒子に対する保護リガンドの結合量が臨界結合量の範囲内にある金ナノ粒子であり、「従来型の安定化金ナノ粒子」とは、金ナノ粒子の表面の結合サイトの大半又は全てが保護リガンドと結合した金ナノ粒子である。なお、機能性リガンドとしては、第６図に示すｍｅｓｏ−テトラピリジルポルフィリン（ＴＰｙＰ）を用いた。
実施例に係る安定化金ナノ粒子のトルエン溶液（０．１ｇ／Ｌ）１００μＬをＴＰｙＰのクロロホルム溶液（１．２ｘ１０^−４ｍｏｌ／Ｌ）３ｍＬに加えた場合における吸収スペクトルの経時的変化を第７図に示す。第７図において「０ｍｉｎ」で示すスペクトルがＴＰｙＰ添加直後のものであり、「１ｍｉｎ」〜「９０ｍｉｎ」がそれぞれＴＰｙＰを添加してから１分〜９０分の所定時間経過後のものである。第７図から、「０ｍｉｎ」における５２０ｎｍ付近のプラズモン吸収が、ＴＰｙＰとの反応の進行に従い６００ｎｍ付近までシフトすることが分かる。
第７図内部の右上部の挿入図に、７００ｎｍにおける吸光度の時間変化を示す。この右上部の挿入図より、実施例に係る安定化金ナノ粒子に対する機能性リガンドの結合反応の速度定数Ｋ_ｏｂｓを求めることができる。求めたＫ_ｏｂｓのＴＰｙＰ濃度依存性を、第７図内部の真中上部の挿入図に示した。
上記と同様の実験を、従来型の安定化金ナノ粒子を用いて上記と同じ条件で行った。その結果を第８図に示す。第８図においては、「０ｍｉｎ」で示すＴＰｙＰ添加直後の吸収スペクトルと、「２００ｍｉｎ」で示すＴＰｙＰを添加してから２００分経過後の吸収スペクトルとに、ほとんど変化が見られない。即ち、従来型の安定化金ナノ粒子に対する機能性リガンドの結合反応速度が非常に遅いことが分かる。
この場合における７００ｎｍでの吸光度の時間変化（ＴＰｙＰ添加から１００分経過まで）を第８図内部の右上部の挿入図において「Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」と表記して示す。この挿入図中「Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」と表記したものは、前記の図７における右上部の挿入図データの１００分経過までの部分をコピーしたものである。
第８図内部の右上部の挿入図より、（ａ）実施例に係る安定化金ナノ粒子を用いると機能性リガンドの結合反応が約１時間でほぼ完了するが、（ｂ）従来型の安定化金ナノ粒子を用いると１時間の範囲内では反応をほとんど検知することもできない程に結合反応が遅いことが明瞭に分かる。

本発明により、保護リガンドにより安定化され、かつ機能性リガンドとの結合による機能化が迅速で容易な安定化無機ナノ粒子が提供される。

Claims (10)

1. 下記（７）から選ばれる分子骨格を持つ化合物であって下記（８）から選ばれる官能基を備える保護リガンドが、前記官能基によって無機ナノ粒子表面の結合サイトに結合することにより安定化された安定化無機ナノ粒子であって、
   前記無機ナノ粒子表面の結合サイトの一部が前記保護リガンドと結合すると共に他の結合サイトは保護リガンドと結合していないフリーサイトとして残されており、かつ、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合量が下記（２）に規定する臨界結合量であるか、あるいは結合した保護リガンドによる無機ナノ粒子表面の修飾形態が下記（４）に規定する臨界修飾形態である安定化無機ナノ粒子。
   （２）保護リガンドが無機ナノ粒子表面の結合サイトの内の８〜３０％の結合サイトに結合している。
   （４）保護リガンドの分子骨格部分が無機ナノ粒子表面の接線方向に配向する空間的配置状態にあり、この分子骨格部分によって無機ナノ粒子表面のフリーサイトが被覆された修飾形態である。
   （７）アルキル化合物骨格、アリール化合物骨格及び複素環化合物骨格。
   （８）チオール基、ジスルフィド基、フォスフィン基、アミノ基、カルボキシル基、イソニトリル基及びピリジル基。
2. 前記無機ナノ粒子が下記（５）及び／又は（６）に該当する請求項１に記載の安定化無機ナノ粒子。
   （５）無機ナノ粒子が金属、金属酸化物又は半導体物質からなる。
   （６）無機ナノ粒子の粒径が１〜２００ｎｍの範囲内にある。
3. 請求項１又は請求項２に記載の安定化無機ナノ粒子の集合体であって、それらの平均粒径が１〜２００ｎｍの範囲内にあり、かつ、平均粒径値に対する±１０％の粒径値の範囲内に全粒子の９０％以上が含まれると言う粒径分布を示す安定化無機ナノ粒子群。
4. 請求項２に記載のいずれかの無機ナノ粒子を調製すると共に、この無機ナノ粒子を安定した粒子状態に維持しつつ請求項１に記載のいずれかの保護リガンドとの結合反応を開始させた後、その結合反応を下記（９）に従う時点で強制的に停止させることにより、請求項１又は請求項２に記載の安定化無機ナノ粒子又は請求項３に記載の安定化無機ナノ粒子群を得る安定化無機ナノ粒子の製造方法。
   （９）予め実験的に取得した標準データに基づき、無機ナノ粒子に対する保護リガンドの結合量が請求項１の（２）に規定する臨界結合量であると判断される反応時間経過の時点。
5. 請求項１の（２）に規定する臨界結合量を実験的に予め把握したもとで、反応系の設定において保護リガンドが無機ナノ粒子に対して臨界結合量となるようにモル比を設計して安定化無機ナノ粒子の調製反応を行い、請求項１又は請求項２に記載の安定化無機ナノ粒子又は請求項３に記載の安定化無機ナノ粒子群を得る安定化無機ナノ粒子の製造方法。
6. 前記無機ナノ粒子が金属ナノ粒子であって、その原料である金属塩の水溶液を調製して保護リガンドと相転移剤とを含むトルエン相と接触させ、次いでトルエン相を還元することにより金属ナノ粒子の生成反応と生成した金属ナノ粒子に対する保護リガンドの結合反応を起こさせて安定化無機ナノ粒子を得る請求項４又は請求項５に記載の安定化無機ナノ粒子の製造方法。
7. 前記製造方法によって得られる安定化無機ナノ粒子の平均粒径を、その合成反応系における反応試薬濃度、反応温度又は反応時間の制御によって変更する請求項４〜請求項６のいずれかに記載の安定化無機ナノ粒子の製造方法。
8. 前記無機ナノ粒子と保護リガンドとの結合反応を強制的に停止させる手段が、下記（１１）及び／又は（１２）の手段である請求項４、請求項６又は請求項７に記載の安定化無機ナノ粒子の製造方法。
   （１１）少なくとも請求項６に規定する還元用の試薬を包含する、無機ナノ粒子の生成反応をコントロールしている試薬の不活性化。
   （１２）反応溶液の希釈化。
9. 請求項１又は請求項２に記載の安定化無機ナノ粒子、又は請求項３に記載の安定化無機ナノ粒子群に対して、下記の（１３）〜（１９）から選ばれる１種又は２種以上の機能性リガンドを結合させることにより、その機能性リガンドの特性又は機能が新たに付与された機能性無機ナノ粒子を得る安定化無機ナノ粒子の利用方法。
   （１３）少なくともＤＮＡ及びタンパク質を包含する各種の生理活性分子に対して特異的に結合するリガンド。
   （１４）少なくとも蛍光性リガンド及びリン光性リガンドを包含する各種の発光性リガンド。
   （１５）特定のイオン又は化学種に対して特異的に結合するリガンド。
   （１６）伝導性又は超伝導性の電気特性を有するリガンド。
   （１７）電界発光特性を有するリガンド。
   （１８）非線形光学特性を有するリガンド。
   （１９）レーザー発光性を有するリガンド。
10. 前記機能性無機ナノ粒子において、無機ナノ粒子に結合した機能性リガンドが、（Ａ）安定化無機ナノ粒子のフリーサイトに結合したものからなり、又は、（Ｂ）安定化無機ナノ粒子のフリーサイトに結合したものと、保護リガンドとの置換によって安定化無機ナノ粒子に結合したものとからなる請求項９に記載の安定化無機ナノ粒子の利用方法。

Images