JP2558908B2 - Method for producing magnetic fine particles - Google Patents
Method for producing magnetic fine particlesInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、生体材料に標識される有機被覆層が形成さ
れたマグネタイト磁性微粒子の製造方法に関するもので
ある。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing magnetite magnetic fine particles on which an organic coating layer for labeling a biomaterial is formed.
［従来技術およびその課題］ 磁性微粒子は特定の対象物に結合させた後、磁場によ
る選択的分離や回収、移動が可能であるために、従来か
ら磁性流体や磁性インクとして利用されている。最近は
生体高分子、細胞、ウィルス、あるいは薬の担体として
の利用が提案されている。[Prior Art and its Problems] Since magnetic fine particles can be selectively separated, collected and moved by a magnetic field after being bound to a specific object, they have been conventionally used as a magnetic fluid or a magnetic ink. Recently, use as a carrier for biopolymers, cells, viruses, or drugs has been proposed.
細胞やウィルス等の微小な対象物への結合を目的とし
た磁性微粒子は、従来から磁性流体に用いられていたも
のに比べ、より特性の向上が望まれる。Magnetic fine particles for the purpose of binding to minute objects such as cells and viruses are desired to have improved characteristics as compared with those conventionally used for magnetic fluids.
例えばウィルスへの結合を考えた磁性微粒子の場合に
は、粒径が100Å程度に制御されており、しかも粒度分
布が単分散に近いことが望ましい。この粒径はマグネタ
イト（Fe3O4）を考えたときの値であるが、これはウィ
ルスの大きさと同等の値であり（ウィルスと結合しやす
い）、しかも磁気特性も満足する値である。また個々の
磁性微粒子は凝集しにくいように、その表面に適当な有
機被覆層が形成されており、溶液中で均一に分散してい
る必要がある。For example, in the case of magnetic particles considering binding to a virus, it is desirable that the particle size is controlled to about 100Å and the particle size distribution is close to monodisperse. This particle size is a value when considering magnetite (Fe 3 O 4 ), which is equivalent to the size of a virus (it easily binds to a virus) and also satisfies the magnetic characteristics. Further, it is necessary that an appropriate organic coating layer is formed on the surface of the individual magnetic fine particles so that the magnetic fine particles do not easily aggregate, and that they are uniformly dispersed in the solution.
微小生体材料を捕捉対象とする上記磁性微粒子の製造
方法としては、多糖類であるデキストラン水溶液や、脂
質であるリポソーム中で鉄酸化物を合成する方法が試み
られている。As a method for producing the above-mentioned magnetic fine particles for capturing a micro biomaterial, attempts have been made to synthesize iron oxide in an aqueous solution of dextran, which is a polysaccharide, or liposome, which is a lipid.
本発明者も先に特許出願において、２価および３価の
鉄イオンのモル比が2Fe3+＜Fe2+となるデキストラン水
溶液にアンモニア水を添加することにより、平均粒径10
0Å、またはそれ以上のFe3O4微粒子を合成できることを
報告している。このようにして得られた磁性微粒子は、
その表面がデキストランで被覆されているために、残留
磁化が零であり、超常磁性を示すこと等を明らかにして
きた。The present inventor also previously mentioned in the patent application that by adding ammonia water to an aqueous dextran solution in which the molar ratio of divalent and trivalent iron ions is 2Fe 3+ <Fe 2+ , an average particle size of 10
It has been reported that Fe 3 O 4 fine particles of 0 Å or more can be synthesized. The magnetic fine particles thus obtained are
Since its surface is covered with dextran, the remanent magnetization is zero and it has been clarified that it exhibits superparamagnetism.
上記製造方法は、得られる磁性微粒子を磁気特性と平
均粒径の制御については満足のいくものであったが、磁
性微粒子の粒度分布や溶液中への均一な分散性について
は、必ずしも満足すべきものではなかった。The above-mentioned production method was satisfactory in controlling the magnetic properties and average particle diameter of the obtained magnetic fine particles, but it is not always satisfactory in particle size distribution of the magnetic fine particles and uniform dispersibility in the solution. Was not.
従来、生体材料標識用磁性微粒子はR.S.Moldayand Ma
ckenzie,J.Immunological Methods 52,p353,1982に記載
されている手法によって製造されていた。Conventionally, magnetic particles for labeling biomaterials are RS Molday and Ma
It was produced by the method described in ckenzie, J. Immunological Methods 52, p353, 1982.
この方法はデキストラン、FeCl3、FeCl2を溶解した水
溶液にアンモニア水を滴下することによって、水溶液の
pHを増加させ、マグネタイト微粒子を溶液中に生成させ
るものである。しかしながらこの方法は、アンモニア水
が滴下された部分のpHを急激に変化させる事になり、均
一性に劣る微粒子分散液しか得られないという不都合が
あった。This method involves adding ammonia water to an aqueous solution in which dextran, FeCl 3 and FeCl 2 are dissolved to form an aqueous solution.
The pH is increased and the magnetite fine particles are generated in the solution. However, this method has a disadvantage that the pH of the portion where the ammonia water is dropped is changed abruptly, and only a fine particle dispersion liquid having poor uniformity is obtained.
一方、均一反応を実現するために、記録媒体用のマグ
ネタイト合成では、尿素をあらかじめ塩化鉄水溶液に添
加しておき、温度を上昇させてこれを分解させアンモニ
アを発生させる方法が試みられている。ところが、この
尿素を用いる方法を上記文献の合成方法に適用すると、
300〜400Åのマグネタイト微粒子が一気に沈澱し、デキ
ストラン被覆の微粒子は得られないという問題があっ
た。これは尿素の分解には、80〜90℃と水の沸点に近い
温度が必要とされるため、生成した微粒子の粒径を微小
に保っておくことができないためである。そしてこのよ
うに得られたマグネタイトはもはや超常磁性を示さない
ので、標識用磁性微粒子として用いることができないと
いう不都合があった。On the other hand, in order to realize a uniform reaction, in magnetite synthesis for a recording medium, a method of adding urea to an aqueous solution of iron chloride in advance and raising the temperature to decompose it to generate ammonia has been attempted. However, when this method using urea is applied to the synthesis method of the above-mentioned document,
There was a problem that 300 to 400 Å magnetite particles were precipitated at once, and dextran-coated particles could not be obtained. This is because the decomposition of urea requires a temperature of 80 to 90 ° C., which is close to the boiling point of water, so that the particle size of the generated fine particles cannot be kept small. The magnetite thus obtained no longer exhibits superparamagnetism, so that it cannot be used as magnetic fine particles for labeling.
本発明は、粒径および粒度分布が揃っており、溶液へ
の均一な分散が可能な微小生体材料標識に好適に用いら
れる磁性微粒子を提供することにある。An object of the present invention is to provide magnetic microparticles having a uniform particle size and particle size distribution, which are suitable for use as a microbiomaterial label that can be uniformly dispersed in a solution.
［課題を解決するための手段］ 本発明の製造方法は、２価鉄イオンおよび／または３
価鉄イオンと有機被覆層形成材料とを含有する原料水溶
液のpHを増加せしめて、表面に有機被覆層が形成されて
た磁性微粒子を製造する方法であって、原料水溶液の鉄
イオン濃度の総和を６×10-2mol/以下とするとともに
原料水溶液に尿素を添加し、この尿素を熱分解して原料
水溶液のpHを増加せしめることにより、粒径150Å以下
のマグネタイト磁性微粒子を製造することを解決手段と
した。[Means for Solving the Problems] In the production method of the present invention, divalent iron ions and / or 3
A method for producing magnetic fine particles having an organic coating layer formed on the surface by increasing the pH of a raw material aqueous solution containing valent iron ions and an organic coating layer forming material, the total iron ion concentration of the raw material aqueous solution Of 6 × 10 -2 mol / or less and urea is added to the raw material aqueous solution, and the urea is pyrolyzed to increase the pH of the raw material aqueous solution to produce magnetite magnetic fine particles with a particle size of 150 Å or less. It was taken as a solution.
［作用］ 本発明の製造方法は、尿素の熱分解で生じるアンモニ
アによって、原料水溶液のpHを均一に増加させ、マグネ
タイト微粒子を合成するものである。[Operation] The production method of the present invention is to uniformly increase the pH of the raw material aqueous solution by ammonia generated by thermal decomposition of urea to synthesize magnetite fine particles.
また原料水溶液中の２価および３価の鉄イオン濃度の
総和と有機被覆層形成材料との濃度比を限定することに
より、得られる磁性微粒子の粒径が増大し過ぎ沈降する
のを防止する。Further, by limiting the concentration ratio of the sum of the divalent and trivalent iron ion concentrations in the raw material aqueous solution and the organic coating layer forming material, it is possible to prevent the particle size of the obtained magnetic fine particles from excessively increasing and precipitating.
本発明の製造方法にて用いられる有機被覆層形成材料
としては、デキストラン等の多糖類、リポソーム等の脂
質、ポリビニルビニルアルコール等の水溶液高分子を例
示することができる。Examples of the organic coating layer forming material used in the production method of the present invention include polysaccharides such as dextran, lipids such as liposomes, and aqueous solution polymers such as polyvinyl vinyl alcohol.
なお有機被覆層形成材料の水に対する溶解度は一般に
大きなものではなく、たとえばデキストランの場合に
は、25gデキストラン/100gH2O程度である。よって本発
明では、有機被覆層形成材料の濃度は、水への溶解が可
能な溶解限界に近い一定値を選択し、鉄イオンの濃度を
最適濃度域に設定する実際的方法を採用した。The solubility of the organic coating layer forming material in water is not generally large, and for example, in the case of dextran, it is about 25 g dextran / 100 g H 2 O. Therefore, in the present invention, the concentration of the organic coating layer forming material is set to a constant value close to the solubility limit at which it can be dissolved in water, and a practical method of setting the concentration of iron ions in the optimum concentration range is adopted.
また本発明で原料水溶液中に含有される鉄イオンは、
pHの増加によってマグネタイト微粒子を析出させるもの
であれば特に限定されるものではなく、２価の鉄イオン
（Fe2+）と３価の鉄イオン（Fe3+）の少なくとも一方が
含有されていれば良い。Further, in the present invention, iron ions contained in the raw material aqueous solution are
It is not particularly limited as long as it can precipitate the magnetite fine particles by increasing the pH, and may contain at least one of divalent iron ion (Fe 2+ ) and trivalent iron ion (Fe 3+ ). Good.
［実施例］ 以下、実施例に沿って本発明を詳細に説明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
（実施例１） 横軸に原料水溶液の加熱時間を、縦軸に水溶液のpH変
化をとり、第１図にその結果を示した。(Example 1) The horizontal axis represents the heating time of the raw material aqueous solution, and the vertical axis represents the pH change of the aqueous solution. The results are shown in FIG.
なお、ここでの製造条件は、以下の通りである。 The manufacturing conditions here are as follows.
鉄イオン濃度:4.4×10-3mol/ Fe3+:Fe2+＝1:2 尿素濃度:10g/ デキストラン濃度:10g/ この原料水溶液を密封したテフロン容器にいれて、約
110℃のオイルバスにつけ、一定時間経過した後で取り
出し、次々と分析を行っていったものである。Iron ion concentration: 4.4 × 10 -3 mol / Fe 3+ : Fe 2+ = 1: 2 Urea concentration: 10 g / Dextran concentration: 10 g / Put this raw material aqueous solution in a sealed Teflon container and
It was placed in an oil bath at 110 ° C, taken out after a certain period of time, and analyzed one after another.
ここでは、従来法で生じるマグネタイト微粒子の生成
と成長、そして沈降を示すために、デキストラン濃度を
低く設定してある。なお、前述したMoldayの文献におけ
る製造条件は、 鉄イオン濃度:2.2×10-1mol/ デキストラン濃度:125g/である。Here, the dextran concentration is set low in order to show the generation, growth, and sedimentation of magnetite particles produced by the conventional method. The manufacturing conditions in the above-mentioned Molday document are iron ion concentration: 2.2 × 10 −1 mol / dextran concentration: 125 g /.
この濃度の水溶液に尿素を添加して、同様の実験を行
っても、第１図に示した結果と同様の現象が観察され
る。Even if urea is added to an aqueous solution of this concentration and the same experiment is performed, the same phenomenon as the result shown in FIG. 1 is observed.
加熱後約50分経過すると、塩化鉄水溶液の黄色い色が
黒色に変化する。この時、溶液を取り出し、乾燥させて
Ｘ線回折により分析すると、粒径約70Å程度のマグネタ
イトが生成していることがわかる。さらに加熱を続け、
１時間経過したころから、微粒子の沈降が生じてくる。
この微粒子は沈降後も成長を続け、粒計が１時間半後に
は175Å、２時間後には228Åにまで増大する。この加熱
条件では、約２時間経過すると、pHの値はほぼ飽和状態
となる。About 50 minutes after heating, the yellow color of the iron chloride aqueous solution changes to black. At this time, the solution was taken out, dried and analyzed by X-ray diffraction, and it was found that magnetite having a particle size of about 70Å was produced. Further heating,
Fine particles settle down after 1 hour.
These fine particles continue to grow even after settling, and the particle size increases to 175Å after 1 and a half hours and to 228Å after 2 hours. Under this heating condition, the pH value becomes almost saturated after about 2 hours.
実施例１の鉄イオン濃度（4.4×10-3mol/）で沈澱
を生じないためには、少なくともデキストラン濃度が50
g/であることが明らかになった。In order to prevent precipitation at the iron ion concentration of Example 1 (4.4 × 10 −3 mol /), at least a dextran concentration of 50 was used.
It turned out to be g /.
また実施例１で尿素濃度は10g/としたが、これは塩
化鉄の濃度が比較的低いためである。磁性微粒子を本発
明の製造方法によって製造する場合には、塩化鉄水溶液
が酸性であるため、鉄イオン濃度に応じて尿素を適宜添
加する必要がある。Further, the urea concentration was set to 10 g / in Example 1, which is because the concentration of iron chloride is relatively low. When the magnetic fine particles are produced by the production method of the present invention, since the aqueous iron chloride solution is acidic, it is necessary to appropriately add urea according to the iron ion concentration.
尿素と鉄イオンとのモル比を横軸に、加熱後の塩化鉄
水溶液のpHを縦軸にとった結果を第２図に示した。尿素
と鉄イオンのモル比が50を越えるところからpH＝８以上
となり、以後pHが飽和することがわかる。したがって、
原料水溶液の尿素と鉄イオンとのモル比は、少なくとも
50以上必要であることがわかる。なお実施例１の尿素と
鉄イオンとのモル比は189であり、第２図の条件を満た
している。The results are shown in FIG. 2, in which the horizontal axis represents the molar ratio of urea and iron ions and the vertical axis represents the pH of the iron chloride aqueous solution after heating. It can be seen that when the molar ratio of urea to iron ion exceeds 50, the pH becomes 8 or more, and then the pH becomes saturated. Therefore,
The molar ratio of urea and iron ions in the raw material aqueous solution is at least
It turns out that 50 or more are necessary. The molar ratio of urea to iron ions in Example 1 was 189, which satisfies the condition shown in FIG.
（実施例２） 本発明の製造方法と従来の製造方法（Moldayの文献に
ある方法）とによって、デキストラン被覆マグネタイト
微粒子を懸濁した水溶液サンプルを作製した。そして各
水溶液サンプル中でマグネタイト微粒子が凝集すること
なく、どの程度均一に分散しているかを測定した。以
下、製造および測定の順に詳述していく。Example 2 An aqueous solution sample in which dextran-coated magnetite fine particles were suspended was prepared by the manufacturing method of the present invention and a conventional manufacturing method (method described in Molday's literature). Then, it was measured how uniformly the magnetite fine particles were dispersed in each aqueous solution sample without agglomeration. Hereinafter, the details will be described in the order of manufacture and measurement.
まず本発明の製造方法により水溶液サンプルを作成し
た。First, an aqueous solution sample was prepared by the manufacturing method of the present invention.
鉄イオン濃度（Fe3+:Fe2+＝1:2）:2.2×10-2mol/、
1.1×10-2mol/、7.3×10-3mol/、4.4×10-3mol/
、2.2×10-3mol/の水溶液にそれぞれ100g/のデキ
ストラン（重量平均分子量:40000）と50g/の尿素を加
えて原料水溶液とした。この各原料水溶液を密封するこ
とのできるテフロン容器にいれ、110℃のオイルバスに
２時間浸漬した。その後、各原料水溶液を透析して、鉄
イオン濃度がすべて2.2×10-3mol/になるように純水
で希釈した。Iron ion concentration (Fe 3+ : Fe 2+ = 1: 2): 2.2 × 10 -2 mol /,
1.1 × 10 -2 mol /, 7.3 × 10 -3 mol /, 4.4 × 10 -3 mol /
, 2.2 × 10 −3 mol / aqueous solution, and 100 g / dextran (weight average molecular weight: 40,000) and 50 g / urea were respectively added to prepare a raw material aqueous solution. Each of the raw material aqueous solutions was placed in a Teflon container capable of being sealed and immersed in an oil bath at 110 ° C. for 2 hours. Then, each raw material aqueous solution was dialyzed and diluted with pure water so that the iron ion concentration was 2.2 × 10 −3 mol / all.
次に従来法により水溶液サンプルを作成した。 Next, an aqueous solution sample was prepared by the conventional method.
鉄イオン濃度（Fe2+:Fe3+＝1:2）:4.4×10-2mol/の
水溶液100mlに、25gのデキストラン（重量平均分子量:4
0000）を加えて原料水溶液とした。この原料水溶液に7.
5％アンモニア水を100ml滴下した。滴下時には、溶液温
度を５℃に保ちながら十分かくはんを行った。その後、
60℃で１時間熟成させた。この溶液を透析し、測定時に
は本発明の製造方法によって作製したサンプルと比較す
るため、鉄イオン濃度が2.2×10-3mol/になるように
純水で希釈した。Iron ion concentration (Fe 2+ : Fe 3+ = 1: 2): 4.4 × 10 -2 mol / 100 ml of aqueous solution, 25 g of dextran (weight average molecular weight: 4
0000) was added to make a raw material aqueous solution. Add to this raw material aqueous solution 7.
100 ml of 5% aqueous ammonia was added dropwise. At the time of dropping, sufficient stirring was performed while maintaining the solution temperature at 5 ° C. afterwards,
Aged at 60 ° C for 1 hour. This solution was dialyzed and diluted with pure water so that the iron ion concentration would be 2.2 × 10 −3 mol / for comparison with the sample produced by the production method of the present invention at the time of measurement.
本発明で得られた水溶液サンプルと従来法によって得
られた水溶液サンプルとを比較した。The aqueous solution sample obtained by the present invention was compared with the aqueous solution sample obtained by the conventional method.
有機物被覆超微粒子に関しては、どのようにして分散
性を測定するかが、必ずしも明らかにされていない。一
般的に知られている方法は、透過型電子顕微鏡（TEM）
等を用いて粒子の凝集状態を観察するものであるが、水
溶液を直接測定することは不可能である。そのため水溶
液中の粒子を一度メッシュの上にすくい取り、メッシュ
上での粒子の凝集状態から水溶液中での様子を類推する
方法が取られている。この方法は間接的であり、しかも
数値として表すことが困難であるため、ここでは次に示
す光散乱の角度依存性と、動的光散乱の結果と、TEMの
観察結果とを対応させることにより、より直接的に微粒
子の分散状態を把握するようにした。It is not always clear how to measure the dispersibility of the organic substance-coated ultrafine particles. A commonly known method is transmission electron microscopy (TEM)
Although the state of aggregation of particles is observed by using the above method, it is impossible to directly measure the aqueous solution. Therefore, a method of scooping particles in an aqueous solution onto a mesh once and estimating the state in the aqueous solution from the aggregated state of the particles on the mesh is adopted. Since this method is indirect and difficult to express as a numerical value, here, by correlating the angle dependence of light scattering shown below, the result of dynamic light scattering, and the observation result of TEM, It was made possible to more directly grasp the dispersion state of fine particles.
第３図に光散乱測定系の模式図を示す。この測定方法
は、微粒子を含有する水溶液を満たしたセルに波長0.44
8μｍの光（アルゴンレーザー）を照射し、角度を変化
させながらその散乱光量を測定するものである。この散
乱光は入射光と同じ振動数であり、このような現象を静
的光散乱と呼ぶ。そしてあらかじめベンゼン溶液等の静
的光散乱を標準として測定しておき、その値と比較して
試料の散乱量を決定する。FIG. 3 shows a schematic diagram of the light scattering measurement system. This measurement method uses a wavelength of 0.44 in a cell filled with an aqueous solution containing fine particles.
The amount of scattered light is measured by irradiating with 8 μm light (argon laser) and changing the angle. This scattered light has the same frequency as the incident light, and such a phenomenon is called static light scattering. Then, the static light scattering of a benzene solution or the like is measured in advance as a standard, and the amount of scattering of the sample is determined by comparing with that value.
具体的には、 Ｒ（θ）＝（r2Iθ）／（VI0） r:散乱中心から観測面までの距離、 Ｉθ：散乱光強度、I0:入射光強度、 θ：散乱角度、 V:散乱体積 で表されるレーリー比として求められる。Specifically, R (θ) = (r 2 Iθ) / (VI 0 ) r: distance from scattering center to observation surface, Iθ: scattered light intensity, I 0 : incident light intensity, θ: scattering angle, V : Calculated as the Rayleigh ratio represented by the scattering volume.
第４図に、各水溶液サンプルの散乱角度に対するレー
リー比を示した。図中の数値は各水溶液サンプルの原料
水溶液の鉄イオン濃度を示しており、水溶液サンプルの
濃度はいずれも鉄イオンに換算して2.2×10-3mol/に
統一されている。第４図より、原料水溶液の鉄イオン濃
度が低下するにしたがって、散乱量も低下し、前方散乱
も減少していることがわかる。図が繁雑になるために全
ての水溶液サンプルについては図示していないが、原料
水溶液の鉄イオン濃度が2.2×10-2mol/（従来例の1/1
0の濃度）のサンプル水溶液では、粒子の一部に沈降が
みられ、散乱は従来法の結果とほぼ同等かやや高い値が
得られた。また原料水溶液の鉄イオン濃度が1.1×10-2
（従来例の1/20の濃度）から2.2×10-3mol/（従来法
の1/100の濃度）まででは、鉄イオン濃度と散乱量との
間に一定の比例関係が見られた。FIG. 4 shows the Rayleigh ratio with respect to the scattering angle of each aqueous solution sample. The numerical values in the figure indicate the iron ion concentration of the raw material aqueous solution of each aqueous solution sample, and the concentration of each aqueous solution sample is unified to 2.2 × 10 -3 mol / when converted to iron ion. From FIG. 4, it can be seen that as the iron ion concentration of the raw material aqueous solution decreases, the amount of scattering also decreases and the forward scattering also decreases. All the aqueous solution samples are not shown because the figure becomes complicated, but the iron ion concentration of the raw material aqueous solution is 2.2 × 10 -2 mol / (1/1 of the conventional example).
In the sample aqueous solution (concentration of 0), sedimentation was observed in a part of the particles, and the scattering was almost equal to or slightly higher than the result of the conventional method. The iron ion concentration in the raw material aqueous solution is 1.1 × 10 -2.
From (concentration of 1/20 of the conventional example) to 2.2 × 10 -3 mol / (concentration of 1/100 of the conventional method), a constant proportional relationship was found between the iron ion concentration and the amount of scattering.
これらの水溶液サンプル中の微粒子をメッシュ上に乗
せて一定時間経過後、水分を瀘紙で吸い取ってTEMで観
察（約２万倍の倍率）を行ったところ、散乱光量と微粒
子の凝集常状態のあいだに相関関係のあることが明らか
になった。このことからも有機物被覆微粒子の溶液中で
の分散性を静的光散乱によって評価できることが明らか
にされた。Fine particles in these aqueous solution samples were placed on the mesh for a certain period of time, and then water was absorbed with a filter paper and observed with TEM (magnification of about 20,000 times). It became clear that there was a correlation between them. From this, it was clarified that the dispersibility of the organic substance-coated fine particles in the solution can be evaluated by static light scattering.
また第４図には、単分散していることでよく知られて
いる金微粒子懸濁水溶液（市販品）の散乱特性を比較の
ため併せて示した。この金微粒子懸濁水溶液のレーリー
比は、本実施例による水溶液サンプルの2.2×10-3mol/
の例に最も近く、しかも前方散乱がほとんど見られな
いことが特徴的である。Further, FIG. 4 also shows, for comparison, the scattering characteristics of a gold fine particle suspension aqueous solution (commercially available product), which is well known for its monodispersion. The Rayleigh ratio of this gold fine particle suspension aqueous solution is 2.2 × 10 −3 mol / mL of the aqueous solution sample according to this example.
The feature is that it is the closest to the example of (1) and there is almost no forward scattering.
このことから本発明の製造方法を適用することによ
り、金微粒子と同程度の分散状態のマグネタイト微粒子
が得られることが明らかになった。From this, it was clarified that by applying the production method of the present invention, magnetite fine particles in the same dispersed state as gold fine particles can be obtained.
また、微粒子の粒度分布をより直接的に測定するため
には、動的光散乱法が知られている。この動的光散乱法
は、ブラウン運動をしている溶液中の微粒子にレーザー
光を照射した時に散乱される光の中に、ドップラーシフ
トによって入射光の振動数と異なる振動数の光が観測さ
れることを利用するものであって、入射光の波長の約0/
100の粒径（nmオーダー）をも評価することができるも
のである。Further, in order to measure the particle size distribution of fine particles more directly, a dynamic light scattering method is known. In this dynamic light scattering method, light with a frequency different from that of the incident light is observed due to the Doppler shift in the light scattered when the fine particles in the solution in Brownian motion are irradiated with laser light. The wavelength of incident light is approximately 0 /
A particle size of 100 (nm order) can also be evaluated.
次に上記サンプル水溶液を限外濾過して、余剰デキス
トランを十分に除去した後、動的散乱法によってデキス
トラン被覆マグネタイト微粒子の粒径分布を測定した。
この測定結果を第５図に示す。Next, the sample aqueous solution was subjected to ultrafiltration to sufficiently remove excess dextran, and then the particle size distribution of dextran-coated magnetite fine particles was measured by a dynamic scattering method.
The measurement result is shown in FIG.
第５図より、原料水溶液中の鉄イオンの初期濃度が大
きくなるに従って、得られる微粒子の粒径も大きくな
り、その分布も幅広くなることがわかった。これは一個
の微粒子を粒径を現しているのではなく、いくつかの微
粒子が凝集したときの見かけの粒径を示しているものと
考えられる。この結果は先に述べた静的光散乱の傾向
や、TEMの観察結果を裏付けている。From FIG. 5, it was found that as the initial concentration of iron ions in the raw material aqueous solution increased, the particle size of the obtained fine particles also increased and the distribution thereof became wider. It is considered that this does not show the particle size of one fine particle, but shows the apparent particle size when some fine particles aggregate. This result supports the above-mentioned tendency of static light scattering and the TEM observation result.
（実施例３） 原料水溶液に添加するデキストランの濃度が微粒子の
分散性に与える影響を明らかにするために以下の条件で
実験を行った。Example 3 An experiment was conducted under the following conditions in order to clarify the effect of the concentration of dextran added to the raw material aqueous solution on the dispersibility of fine particles.
原料水溶液の鉄イオン濃度2.2×10-3mol/ Fe3+:Fe2+＝1:2 尿素添加量:25g/ 原料水溶液の他の条件は一定にしてデキストラン濃度
をそれぞれ、25g/、50g/、100g/と変化させて得
られた水溶液サンプルの散乱特性を第６図に示した。第
６図より、デキストラン濃度が増加するに従って光散乱
が減少し、分散特性が向上することが確認できた。デキ
ストラン濃度を約100g/以上とすることによって、レ
ーリー比が５×10-5cm-1以下の分散性に優れた（金微粒
子並の）マグネタイト微粒子懸濁溶液が得られることが
わかった。Iron ion concentration of raw material aqueous solution 2.2 × 10 -3 mol / Fe 3+ : Fe 2+ = 1: 2 Urea addition amount: 25g / Dextran concentration of 25g /, 50g / , 100 g /, and the scattering characteristics of the aqueous solution samples obtained are shown in FIG. From FIG. 6, it was confirmed that the light scattering decreased and the dispersion characteristics improved as the dextran concentration increased. It was found that by setting the dextran concentration to about 100 g / or more, a suspension of magnetite fine particles having a Rayleigh ratio of 5 × 10 −5 cm −1 or less and excellent in dispersibility (like gold fine particles) can be obtained.
また第７図には、原料水溶液への尿素添加量を変化さ
せた場合の光散乱量の変化を示した。原料水溶液の作製
条件は以下の通りである。Further, FIG. 7 shows changes in the amount of light scattering when the amount of urea added to the raw material aqueous solution was changed. The conditions for producing the raw material aqueous solution are as follows.
原料水溶液の鉄イオン濃度2.2×10-3mol/ Fe3+:Fe2+＝1:2 デキストラン濃度:100g/ 第７図より尿素濃度が高いほど、分散性に優れ、光散
乱の少ない水溶液が得られることが分かった。Iron ion concentration of raw material aqueous solution 2.2 × 10 -3 mol / Fe 3+ : Fe 2+ = 1: 2 Dextran concentration: 100g / As shown in Fig. 7, the higher the urea concentration, the better the dispersibility and the less light scattering the aqueous solution. It turned out to be obtained.
（実施例４） 本発明の製造方法によって、どの様な粒径のマグネタ
イトが合成されているのかを明らかにするため、以下の
パラメーターで実験を行った。Example 4 In order to clarify what kind of particle size magnetite was synthesized by the manufacturing method of the present invention, an experiment was conducted with the following parameters.
デキストラン濃度（分子量 40000）:125g/（Molda
yの文献にある値）、250g/ 尿素濃度:50g/ 原料水溶液の鉄イオン濃度:10-3〜10-1mol/ Fe3+:Fe2+＝1:2 作製した微粒子の粒径は、Ｘ線回折によってマグネタ
イトに起因する回折ピークを測定し、その半値幅から求
める方法（SCherrerの式）を用いた。ただし鉄イオンの
初期濃度が10-3オーダーの場合は、デキストランに比較
してマグネタイトの生成量が少なすぎてＸ線による測定
が困難となるため、作製溶液を限外濾過によって濃縮す
る操作を行った後、40℃で乾燥して測定サンプルとし
た。この限外濾過工程によって、マグネタイトに結合し
ていないデキストラン（フリーのデキストランの呼ぶ）
が取り除かれる。第８図に鉄イオンの初期濃度を変えた
ときのサンプルのＸ線回折パターンを示した。大きなハ
ローパターンはデキストランに由来するもので、マグネ
タイトのピークはその上にかぶさる形で現れている。粒
径の評価は最も大きな回折ピークである（311）を用い
て行った。なお、第８図の上２つの回折図は溶液中に均
一に分散しているサンプルのものであり、下の回折図は
沈降したサンプルのものである。沈降したマグネタイト
では、デキストランの有機物被覆層が非常に薄くなって
いることがわかる。Dextran concentration (molecular weight 40,000): 125g / (Molda
y value in literature), 250 g / urea concentration: 50 g / iron ion concentration of raw material aqueous solution: 10 -3 to 10 -1 mol / Fe 3+ : Fe 2+ = 1: 2 The diffraction peak due to magnetite was measured by X-ray diffraction, and the method (SCherrer's formula) of determining from the half-value width was used. However, when the initial concentration of iron ions is on the order of 10 -3, the amount of magnetite produced is too small compared to dextran and it becomes difficult to measure by X-ray, so the operation of concentrating the prepared solution by ultrafiltration is performed. After that, it was dried at 40 ° C. to obtain a measurement sample. By this ultrafiltration process, dextran not bound to magnetite (called free dextran)
Are removed. FIG. 8 shows the X-ray diffraction pattern of the sample when the initial iron ion concentration was changed. The large halo pattern is derived from dextran, and the magnetite peak appears in the form of an overhang. The particle size was evaluated using the largest diffraction peak (311). The upper two diffractograms in FIG. 8 are those of the sample uniformly dispersed in the solution, and the lower two diffractograms are those of the precipitated sample. In the precipitated magnetite, it can be seen that the organic coating layer of dextran is very thin.
また横軸に鉄イオンの初期濃度をとり、縦軸に作製し
たマグネタイト微粒子の粒径をとって、その関係を第９
図に示した。第９図中、白丸はデキストラン濃度が125g
/の場合、黒丸は250g/の場合をそれぞれ表してい
る。原料水溶液の鉄イオン濃度の増加とともに粒径が増
大し、一定の粒径となると沈降が始まる。そしてデキス
トランの濃度が増加すると粒径は減少する傾向にある
が、第９図中に破線にて示したように、沈降が始まる粒
径はデキストラン濃度によって変化せずに150Åであっ
た。また沈降した微粒子の粒径も、原料水溶液の鉄イオ
ン濃度の増加にしたがって増大している。In addition, the horizontal axis represents the initial concentration of iron ions, and the vertical axis represents the particle size of the produced magnetite fine particles.
As shown in the figure. In Figure 9, white circles have a dextran concentration of 125 g.
In the case of /, the black circles represent the case of 250 g /. The particle size increases as the iron ion concentration of the raw material aqueous solution increases, and settling starts when the particle size becomes constant. The particle size tends to decrease as the dextran concentration increases, but as shown by the broken line in FIG. 9, the particle size at which precipitation begins is 150 Å, which does not change depending on the dextran concentration. Further, the particle size of the precipitated fine particles also increases as the iron ion concentration of the raw material aqueous solution increases.
デキストランの水の溶解度は250g/がほぼ限界とな
っている。また前述したように、鉄イオン濃度が4.4×1
0-3mol/の条件でマグネタイト微粒子が沈降しないた
めには、少なくとも50g/以上のデキストラン濃度が必
要である。分散型の優れた溶液を得るためには、第６図
に示したように100g/以上のデキストラン濃度が必要
になる。このためマグネタイト微粒子が沈降せずに分散
性のよい水溶液を得るためには、100〜250g/程度のデ
キストラン濃度が最適となる。またマグネタイト微粒子
が沈降しないためには、原料水溶液中の鉄イオン濃度を
６×10-2mol/以下（デキストラン濃度250g/の場
合）に設定する必要があることがわかる。The solubility of dextran in water is almost limited to 250 g /. Also, as mentioned above, the iron ion concentration is 4.4 × 1
A dextran concentration of at least 50 g / is necessary to prevent the magnetite fine particles from settling under the condition of 0 -3 mol /. In order to obtain an excellent dispersion type solution, a dextran concentration of 100 g / or more is required as shown in FIG. Therefore, in order to obtain an aqueous solution having good dispersibility without the magnetite fine particles settling, a dextran concentration of about 100 to 250 g / is optimal. It is also understood that the iron ion concentration in the raw material aqueous solution must be set to 6 × 10 -2 mol / or less (when the dextran concentration is 250 g /) so that the magnetite fine particles do not settle.
（実施例５） 本発明の製造方法で作製したデキストラン被覆マグネ
タイト微粒子を用いて、インフルエンザウィルスの標識
を行い、これらを磁場を加えて集めた後に透過型電子顕
微鏡（TEM）によって観察を行った。具体的標識方法
は、以下の通りである。デキストランの糖鎖を過よう素
塩酸（たとえばNaIO4）で酸化してアルデヒド基を生じ
させ、これにウサギ高度免疫血清を精製して得られたIg
G抗体を結合させた。第10図はこのようにして得られたI
gG抗体−デキストラン被覆マグネタイト微粒子の電子顕
微鏡写真（10万倍）である。黒く見える分散した点が個
々の微粒子（マグネタイトが黒点にみえる）であり、非
常に均一に分散していることがわかる。Example 5 Influenza virus was labeled using the dextran-coated magnetite fine particles produced by the production method of the present invention, and these were collected by applying a magnetic field and then observed by a transmission electron microscope (TEM). The specific labeling method is as follows. The dextran sugar chain was oxidized with periodic iodine (eg, NaIO 4 ) to generate an aldehyde group, on which rabbit hyperimmune serum was purified to obtain Ig.
G antibody was coupled. Figure 10 shows the I thus obtained
It is an electron micrograph (100,000 times) of gG antibody-dextran-coated magnetite fine particles. It can be seen that the dispersed dots that appear black are individual fine particles (magnetite looks like black dots) and are dispersed very uniformly.
次にインフルエンザウィルス検体（抗原）を加えて35
℃で2.5時間保温して抗原−抗体反応を行わせた。第11
図はこのインフルエンザウィルスに標識された磁性微粒
子を磁場によって集めた後の電子顕微鏡写真（10万倍）
である。直径が約100nmのインフルエンザウィルス粒径
十数個の周りに、磁性体標識抗体（黒く見える）が多数
集まり結合しているのがわかる。Then add the influenza virus sample (antigen)
Antigen-antibody reaction was carried out by incubating at 2.5 ° C for 2.5 hours. 11th
The figure shows an electron micrograph (100,000 times) after collecting magnetic particles labeled with this influenza virus by a magnetic field.
Is. It can be seen that a large number of magnetic substance-labeled antibodies (which appear black) are gathered and bound around around a dozen or so particle diameters of influenza virus having a diameter of about 100 nm.
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の磁性微粒子の製造方法に
よれば、粒径が100Å〜150Åに制御され、かつ溶液中で
の分散性にも優れた磁性微粒子を得ることができる。[Advantages of the Invention] As described above, according to the method for producing magnetic fine particles of the present invention, it is possible to obtain magnetic fine particles having a particle size controlled to 100Å to 150Å and excellent dispersibility in a solution. it can.
また本発明の製造方法は、原料水溶液中の鉄イオン濃
度とデキストラン濃度とを適宜選択することによって、
得られる磁性微粒子の粒径制御と同時に分散性をも制御
することができる。よって本発明の製造方法を免疫検査
分野の標識材料およびドラッグデリバリーシステムの担
体材料等の医療分野に適用すれば、従来の磁性微粒子で
は達成できなかった磁気特性と分散特性とを用いてより
有用性を発揮することができる。Further, the production method of the present invention, by appropriately selecting the iron ion concentration and dextran concentration in the raw material aqueous solution,
It is possible to control the particle size of the obtained magnetic fine particles as well as the dispersibility. Therefore, when the production method of the present invention is applied to the medical field such as a labeling material in the immunoassay field and a carrier material for a drug delivery system, it is more useful by using magnetic properties and dispersion properties that cannot be achieved by conventional magnetic fine particles. Can be demonstrated.
第１図は、原料水溶液の加熱時間と尿素の熱分解による
pHの変化とを示したグラフ、第２図は、原料水溶液の尿
素と鉄イオンとのモル比と、pHの変化との関係を示した
グラフ、第３図は磁性微粒子の分散状態を知るための光
散乱測定系を示したを模式図、第４図は、磁性微粒子の
散乱角度に対するレーリー比を示したグラフ、第５図
は、動的光散乱法によってデキストラン被覆マグネタイ
トの粒径分布を測定した結果を示したグラフ、第６図
は、原料水溶液のデキストラン濃度を変化させたときの
磁性微粒子分散溶液のレーリー比の変化を示したグラ
フ、第７図は、添加する尿素量を変化させたときの磁性
微粒子の分散性の変化をを示したグラフ、第８図は、原
料水溶液中の鉄イオン濃度を変えたときの磁性微粒子の
Ｘ線回折パターンを示したグラフ、第９図は、原料水溶
液中の鉄イオン濃度と得られた磁性微粒子の粒径の関係
を示したグラフ、第10図はIgG抗体−デキストラ被覆磁
気粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真であり、第11図
は、インフルエンザウィルスに磁気標識抗体を結合させ
た粒子の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。Figure 1 shows the heating time of the raw material aqueous solution and the thermal decomposition of urea.
Fig. 2 is a graph showing the change in pH, Fig. 2 is a graph showing the relationship between the molar ratio of urea and iron ions in the raw material aqueous solution and the change in pH, and Fig. 3 is for knowing the dispersion state of magnetic particles. Fig. 4 is a schematic diagram showing the light scattering measurement system of Fig. 4, Fig. 4 is a graph showing the Rayleigh ratio with respect to the scattering angle of magnetic fine particles, and Fig. 5 is the particle size distribution of dextran-coated magnetite measured by the dynamic light scattering method. The graph showing the results, FIG. 6 is a graph showing the change of the Rayleigh ratio of the magnetic fine particle dispersion solution when the dextran concentration of the raw material aqueous solution was changed, and FIG. 7 was the amount of urea added. 8 is a graph showing the change in dispersibility of the magnetic fine particles, FIG. 8 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of the magnetic fine particles when the iron ion concentration in the raw material aqueous solution was changed, and FIG. 9 is the raw material. Iron ion concentration in aqueous solution Graph showing the relationship of the particle size of the magnetic fine particles, Fig. 10 is an electron micrograph showing the particle structure of the IgG antibody-dextra-coated magnetic particles, and Fig. 11 shows the results of binding a magnetically labeled antibody to influenza virus. It is an electron micrograph which shows the particle structure of a particle | grain.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 光利 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 水谷 弘子 東京都渋谷区宇田川町６番11号 (56)参考文献 特開 平３−137022（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−141119（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−175734（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsutoshi Hoshino 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Hiroko Mizutani 6-11 Udagawa-cho, Shibuya-ku, Tokyo ( 56) References JP-A-3-137022 (JP, A) JP-A-3-141119 (JP, A) JP-A-57-175734 (JP, A)
Claims (1)
と有機被覆層形成材料とを含有する原料水溶液のpHを増
加せしめて、表面に有機被覆層が形成されてた磁性微粒
子を製造する方法であって、 原料水溶液の鉄イオン濃度の総和を６×10-2mol/以下
とするとともに原料水溶液に尿素を添加し、この尿素を
熱分解して原料水溶液のpHを増加せしめることにより、
粒径150Å以下のマグネタイト磁性微粒子を製造するこ
とを特徴とする磁性微粒子の製造方法。1. A magnetic fine particle having an organic coating layer formed on its surface by increasing the pH of a raw material aqueous solution containing divalent iron ions and / or trivalent iron ions and an organic coating layer forming material. The method is to set the total iron ion concentration of the raw material aqueous solution to 6 × 10 -2 mol / or less, add urea to the raw material aqueous solution, and thermally decompose the urea to increase the pH of the raw material aqueous solution.
A method for producing magnetic fine particles, which comprises producing magnetite magnetic fine particles having a particle size of 150Å or less.
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