JP4665170B2 - Method for producing hydrophilic nanoparticles - Google Patents
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Description
本発明は、親水性ナノ粒子の製造方法に関する。詳細には、均一な粒子径を有し、量子効率に優れているナノ粒子の製造方法に関する。更に、本発明は、特に水溶性溶媒中で優れた量子効率を示し、広い波長域の発光スペクトルを示す親水性ナノ粒子に関する。 The present invention relates to a method for producing hydrophilic nanoparticles. In detail, it is related with the manufacturing method of the nanoparticle which has a uniform particle diameter and is excellent in quantum efficiency. Furthermore, the present invention relates to hydrophilic nanoparticles that exhibit excellent quantum efficiency, particularly in a water-soluble solvent, and exhibit an emission spectrum in a wide wavelength range.
近年、各種のナノマテリアルは、新技術の開発や既存技術の高度化や高性能化を拓くものとして期待され、その製造方法および特性について活発な研究開発が行われている。中でも、蛍光性の量子ドットであるCdSe量子ドットは、これまで多用されてきた有機色素に比べて光退色に対して堅牢であるため、タンパク質やＤＮＡなどの生体分子の細胞内での動態観察用蛍光プローブとしての使用が期待されている（非特許文献１）。 In recent years, various nanomaterials are expected to develop new technologies, advance existing technologies, and improve performance, and active research and development have been conducted on their production methods and characteristics. Among them, CdSe quantum dots, which are fluorescent quantum dots, are more robust against photobleaching than organic dyes that have been widely used so far, for observing the dynamics of biomolecules such as proteins and DNA in cells. Use as a fluorescent probe is expected (Non-patent Document 1).
本来、CdSeは広い波長域の発光スペクトルを持つことが知られているが、従来販売されたり、文献等で報告されているCdSe量子ドットは、幅の狭い対称的な発光スペクトルを持ち、本来のCdSeの発光特性を喪失している。このように、従来のCdSe量子ドットの発光特性の欠点は、量子ドットのサイズが不均一であること、即ち未精製溶液中に異なるサイズのナノ結晶が複数存在することに起因していると考えられている。 Originally, CdSe is known to have an emission spectrum in a wide wavelength range, but CdSe quantum dots that have been sold in the past or reported in the literature, etc. have a narrow and narrow emission spectrum. The luminescent properties of CdSe are lost. Thus, the disadvantage of the emission characteristics of conventional CdSe quantum dots is thought to be due to the non-uniform quantum dot size, that is, the presence of multiple nanocrystals of different sizes in the unpurified solution. It has been.
また、従来報告されているCdSe量子ドットは、水性溶媒中では量子効率が著しく低減するため、実用に供し得ないという欠点もある。このようなCdSe量子ドットの量子効率の低減を抑制する手法として、量子ドット表面を様々な物質を用いてコーティングすることが試みられている。しかしながら、従来の量子ドットをコーティングする手法では、粒子サイズの増大や量子効率の低減等を伴うという問題点がある。 Further, conventionally reported CdSe quantum dots have a drawback that they cannot be put to practical use because their quantum efficiency is remarkably reduced in an aqueous solvent. As a technique for suppressing the reduction of the quantum efficiency of such CdSe quantum dots, it has been attempted to coat the surface of the quantum dots with various substances. However, the conventional technique of coating quantum dots has a problem that it involves an increase in particle size, a reduction in quantum efficiency, and the like.
また、従来、報告されているナノ粒子からなる量子ドットの製造方法では、広いサイズ分布をもつ量子ドットが形成される、粒子径を均一にするためにサイズの選択抽出する工程を要する、製造時に高温条件下での反応工程を要する、等の問題点もあった。 In addition, conventionally reported methods for producing quantum dots composed of nanoparticles form quantum dots having a wide size distribution, and require a step of selectively extracting the size in order to make the particle diameter uniform. There were also problems such as requiring a reaction step under high temperature conditions.
このような従来技術を背景として、簡便且つ安全な方法により、均一な粒子径を有し、量子効率に優れ、広い波長域の発光スペクトルを示す親水性のナノ粒子を製造する方法を開発することが望まれていた。
本発明の目的は、均一な粒子径を有し、量子効率に優れ、広い波長域の発光スペクトルを示す親水性ナノ粒子、及び該親水性ナノ粒子を簡便且つ安全に製造する方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide hydrophilic nanoparticles having a uniform particle size, excellent quantum efficiency, and exhibiting an emission spectrum in a wide wavelength range, and a method for easily and safely producing the hydrophilic nanoparticles. It is.
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を行ったところ、金属化合物と５Ｂ族もしくは６Ｂ族原子の供給源である液体化合物を混合し、不均一系で２０〜４０℃の温度条件下で反応させることによって、前記金属、及び５Ｂ族若しくは６Ｂ族原子からなるナノ粒子が均一な粒子径で得られることを見出した。更に、上記方法で得られるナノ粒子を特定の親水性化合物で表面修飾することにより、水性溶媒中でも、量子効率に優れており、広い波長域の発光スペクトルを示す親水性ナノ粒子が得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて、更に改良を重ねることによって完成したものである。 The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above-mentioned problems. As a result, a metal compound and a liquid compound that is a supply source of a group 5B or 6B atom are mixed, and the temperature is 20 to 40 ° C. in a heterogeneous system. It has been found that by reacting under the conditions, nanoparticles composed of the metal and Group 5B or Group 6B atoms can be obtained with a uniform particle size. Furthermore, by modifying the surface of the nanoparticles obtained by the above method with a specific hydrophilic compound, it is possible to obtain hydrophilic nanoparticles that are excellent in quantum efficiency and show an emission spectrum in a wide wavelength region even in an aqueous solvent. I found it. The present invention has been completed by making further improvements based on this finding.
即ち、本発明は、下記に掲げる親水性ナノ粒子の製造方法である：
項１． 下記工程(1)及び(2)を含む、親水性ナノ粒子の製造方法：
(1)金属化合物と５Ｂ族もしくは６Ｂ族原子の供給源である液体化合物を混合し、不均一系で２０〜４０℃の温度条件下で反応させて、ナノ粒子を得る工程、及び
(2)前記工程(1)で得られたナノ粒子の表面を、メルカプト基及び／又はセレノメルカプト基を有する親水性化合物を用いてコーティングする工程。
項２． 前記金属が、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｅｕ、Ｓｍ及びＭｇからなる群より選ばれた少なくとも１種であり、５Ｂ族もしくは６Ｂ族原子がＳ、Ｓｅ及びＴｅからなる群より選ばれた少なくとも１種である項１に記載の方法。
項３． 前記金属がＣｄであり、５Ｂ族もしくは６Ｂ族原子がＳｅである、項１に記載の方法。
項４． 前記親水性化合物が、モノメルカプトコハク酸、ジメルカプトコハク酸、メルカプトプロピオン酸、D,L−システイン、システアミン、及びセレノ−L−メチオニンよりなる群から選択される少なくとも１種である、項１乃至３のいずれかに記載の方法。
項５． 得られる親水性ナノ粒子が、水溶性溶媒中で量子効率５０％以上の発光特性を示すことを特徴とする、項１乃至３のいずれかに記載の方法。
項６． 得られる親水性ナノ粒子が、平均粒子径１．８〜２．０ｎｍの粒子であることを特徴とする、項１乃至４のいずれかに記載の方法。
項７． 親水性ナノ粒子が親水性のナノ結晶である、項１乃至５のいずれかに記載の方法。
That is, the present invention is a method for producing hydrophilic nanoparticles as described below:
Item 1. A method for producing hydrophilic nanoparticles, comprising the following steps (1) and (2):
(1) A step of mixing a metal compound and a liquid compound that is a source of a group 5B or group 6B atom and reacting them in a heterogeneous system at a temperature of 20 to 40 ° C. to obtain nanoparticles, and
(2) A step of coating the surfaces of the nanoparticles obtained in the step (1) with a hydrophilic compound having a mercapto group and / or a selenomercapto group.
Item 3.
Item 4. Item 1 to Item 1, wherein the hydrophilic compound is at least one selected from the group consisting of monomercaptosuccinic acid, dimercaptosuccinic acid, mercaptopropionic acid, D, L-cysteine, cysteamine, and seleno-L-methionine. 4. The method according to any one of 3.
Item 5. Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3, wherein the obtained hydrophilic nanoparticles exhibit a luminescent property with a quantum efficiency of 50% or more in a water-soluble solvent.
Item 6. Item 5. The method according to any one of Items 1 to 4, wherein the obtained hydrophilic nanoparticles are particles having an average particle size of 1.8 to 2.0 nm.
Item 7. Item 6. The method according to any one of Items 1 to 5, wherein the hydrophilic nanoparticles are hydrophilic nanocrystals.
更に、本発明は、下記に掲げる親水性ナノ粒子である：
項８． 請求項１乃至７の何れかに記載の方法により製造される、親水性ナノ粒子。
項９． ＣｄＸ（Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）若しくはＺｎＸ（Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）をコアとし、該コアがメルカプト基及び／又はセレノメルカプト基を有する親水性化合物でコーティングされており、
水溶液中で量子効率４０％以上の発光特性を示すことを特徴とする、親水性ナノ粒子。
Furthermore, the present invention is the hydrophilic nanoparticles listed below:
Item 9. CdX (X = S, Se, Te) or ZnX (X = S, Se, Te) as a core, and the core is coated with a hydrophilic compound having a mercapto group and / or a selenomercapto group,
A hydrophilic nanoparticle characterized by exhibiting a light emission characteristic with a quantum efficiency of 40% or more in an aqueous solution.
Ｉ．親水性ナノ粒子の製造方法
以下、本発明の親水性ナノ粒子の製造方法について、工程毎に説明する。
＜工程(1)＞
工程(1)では、金属イオンの供給源として配位性溶媒に対して溶解度が十分小さい常温で固体の金属化合物をそのまま使用すると共に、５Ｂ族若しくは６Ｂ族原子の供給源化合物として常温で液体の化合物を使用し、金属化合物が液体化合物に分散した状態で２０〜４０℃の温度条件下で反応させることにより、ナノ粒子を調製する。
I. Hereinafter, the manufacturing method of the hydrophilic nanoparticle of this invention is demonstrated for every process.
<Process (1)>
In the step (1), a solid metal compound having a sufficiently low solubility in a coordinating solvent is used as it is as a metal ion supply source, and a liquid compound at room temperature is used as a 5B or 6B group atom source compound. Nanoparticles are prepared by reacting the compound at a temperature of 20 to 40 ° C. with the metal compound dispersed in the liquid compound.
金属化合物
本発明に使用される金属化合物の金属として、３Ａ〜７Ａ、８及び１Ｂ〜３Ｂ族原子が挙げられる。具体的には、該金属原子として、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎ等が例示される。
Metal Compounds The metal of the metal compound used in the present invention includes 3A-7A, 8 and 1B-3B atoms. Specifically, as the metal atom, Cd, Zn, Hg, Cu, Ag, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Mo, Ta, W, Ir, Eu, Sm, Mg, Examples include Al, Ga, and In.
本発明に使用される金属化合物としては、例えば、上記金属の酸化物及び上記金属の塩が挙げられる。 As a metal compound used for this invention, the said metal oxide and the said metal salt are mentioned, for example.
該金属の酸化物としては、各金属の種々の酸化状態の酸化物が広く使用できる。具体的には、酸化亜鉛、酸化カドミウム等が例示される。 As the metal oxide, various oxides of various metals can be widely used. Specific examples include zinc oxide and cadmium oxide.
また、上記金属の塩として、例えば有機酸塩として、酢酸塩、プロピオン酸塩、安息香酸等のモノカルボン酸塩；グリコール酸塩や乳酸塩等のヒドロキシカルボン酸塩、コハク酸塩等のジカルボン酸塩；クエン酸塩等のポリカルボン酸塩；ギ酸塩、メタンスルホン酸塩、トルエンスルホン酸塩等の脂肪族又は芳香族のスルホン酸塩等が挙げられる。その他、アセチルアセトナート塩、リン酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、硫酸塩、塩化物塩、臭化物酸塩、ヨウ化物塩、フッ化物塩、過塩素酸塩等が挙げられる。具体的には、酢酸亜鉛二水和物、アセチルアセトナート亜鉛水和物、硫酸亜鉛水和物、酢酸カドミウム二水和物、アセチルアセトナートカドミウム和物、硫酸カドミウム水和物等が例示される。 In addition, as the metal salt, for example, as an organic acid salt, a monocarboxylic acid salt such as acetate, propionate or benzoic acid; a hydroxycarboxylic acid salt such as glycolate or lactate; a dicarboxylic acid such as succinate Salts: Polycarboxylates such as citrates; aliphatic or aromatic sulfonates such as formate, methanesulfonate, and toluenesulfonate. Other examples include acetylacetonate salt, phosphate salt, carbonate salt, bicarbonate salt, nitrate salt, sulfate salt, chloride salt, bromide salt, iodide salt, fluoride salt, perchlorate salt and the like. Specific examples include zinc acetate dihydrate, acetylacetonate zinc hydrate, zinc sulfate hydrate, cadmium acetate dihydrate, acetylacetonate cadmium hydrate, cadmium sulfate hydrate and the like. .
本発明で使用する金属化合物は、目的とする無機被膜の種類、基材の種類、使用する５Ｂ族元素化合物若しくは６Ｂ族元素化合物の種類等に応じて、適宜選択すればよい。特に、金属化合物は、反応系中における溶解度が十分に低く、一部溶解している金属化合物（例えば金属イオン）と液状の５Ｂ族元素化合物若しくは６Ｂ族元素化合物が反応したときの結晶又は粒子サイズの成長が十分に遅く、結果として粒子径分布の均一なナノ粒子が製造できるように、選択することが望ましい。 What is necessary is just to select the metal compound used by this invention suitably according to the kind of target inorganic film, the kind of base material, the kind of 5B group element compound or 6B group element compound to be used, etc. In particular, the metal compound has a sufficiently low solubility in the reaction system, and a crystal or particle size when a partially dissolved metal compound (for example, metal ion) reacts with a liquid group 5B element compound or group 6B element compound. It is desirable to select such that the growth of the layer is sufficiently slow and, as a result, nanoparticles with a uniform particle size distribution can be produced.
５Ｂ族元素化合物若しくは６Ｂ族元素化合物
本発明で使用される液状の５Ｂ族元素化合物若しくは６Ｂ族元素化合物は、５Ｂ族元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等）若しくは６Ｂ族元素（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等）を含み、前記金属化合物と反応させる際の反応条件下で液状を呈する化合物であれば特に制限されない。
Group 5B element compound or group 6B element compound The liquid group 5B element compound or group 6B element compound used in the present invention is a group 5B element (P, As, Sb, etc.) or a group 6B element (S, Se, Te, etc.). ), And any compound that exhibits a liquid state under the reaction conditions when reacting with the metal compound.
液状の５Ｂ族元素化合物としては、例えば、［（Ｒ）3Ｓｉ］3Ｘ（Ｘは５Ｂ族原子を示し、Ｒは同一または異なってＣ1〜Ｃ20のアルキル基又はフェニル基を示す）で表されるシリル基を含む化合物を使用することができる。このような化合物の具体例としては、トリス（トリメチルシリル）ホスファイド（Ｐ（ＴＭＳ）3）、トリス（トリメチルシリル）アルセナイド（Ａｓ（ＴＭＳ）3）、トリス（トリメチルシリル）アンチモナイド（Ｓｂ（ＴＭＳ）3）等が挙げられる。 Examples of the liquid group 5B element compound include [(R) 3 Si] 3 X (X represents a group 5B atom, and R is the same or different and represents a C 1 to C 20 alkyl group or a phenyl group). The compound containing the represented silyl group can be used. Specific examples of such compounds include tris (trimethylsilyl) phosphide (P (TMS) 3 ), tris (trimethylsilyl) arsenide (As (TMS) 3 ), tris (trimethylsilyl) antimonide (Sb (TMS) 3 ) and the like. Can be mentioned.
液状の６Ｂ族元素化合物としては、例えば、（Ｒ’）3ＰＸ’（Ｘ’は、６Ｂ族原子を示し、Ｒ’は同一または異なってＣ1〜Ｃ20のアルキル基又はフェニル基を示す）で表されるホスフィン化合物を使用することができる。このような化合物の具体例として、セレン化トリブチルホスフィン、セレン化トリオクチルホスフィン、硫黄化トリブチルホスフィン、硫黄化トリオクチルホスフィン、テルル化トリブチルホスフィン、テルル化トリオクチルホスフィン等が挙げられる。 Examples of the liquid group 6B element compound include (R ′) 3 PX ′ (X ′ represents a group 6B atom, and R ′ is the same or different and represents a C 1 to C 20 alkyl group or a phenyl group). The phosphine compound represented by these can be used. Specific examples of such compounds include tributylphosphine selenide, trioctylphosphine selenide, tributylphosphine sulfurated, trioctylphosphine sulfurated, tributylphosphine telluride, trioctylphosphine telluride and the like.
本発明で使用する液状の５Ｂ族元素化合物若しくは６Ｂ族元素化合物は、目的とするナノ粒子の種類、使用する金属化合物の種類等に応じて、適宜選択することができる。具体的には、使用される金属化合物と、液状の５Ｂ族元素化合物若しくは６Ｂ族元素化合物の組み合わせとして、以下の（１）又は（２）の態様が例示される：
（１）金属化合物の金属として、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ，Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＥｕからなる群より選ばれた少なくとも１種を使用する場合、液状６Ｂ族元素化合物として、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅからなる群から選ばれた少なくとも１種から構成される化合物が好ましく使用できる。
（２）金属化合物の金属として、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ及びＳｍからなる群より選ばれた少なくとも１種を使用する場合、液状５Ｂ族元素化合物として、Ｐ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選ばれた少なくとも１種から構成される化合物が好ましく使用できる。
The liquid group 5B element compound or group 6B element compound used in the present invention can be appropriately selected according to the type of the target nanoparticles, the type of the metal compound used, and the like. Specifically, the following aspects (1) or (2) are exemplified as a combination of the metal compound used and the liquid group 5B element compound or group 6B element compound:
(1) As the metal of the metal compound, Cd, Zn, Hg, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co When using at least one selected from the group consisting of Ni, Cu, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm and Eu, a liquid group 6B As the element compound, a compound composed of at least one selected from the group consisting of S, Se and Te can be preferably used.
(2) As the metal of the metal compound, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo , W, Mn, Tc, Fe, Co, Ni, Cu, La, Ce, Pr, Nd, and at least one selected from the group consisting of Sm, P, As and A compound composed of at least one selected from the group consisting of Sb can be preferably used.
以下、液状の５Ｂ族元素化合物若しくは６Ｂ族元素化合物を「液状化合物」ということもある。 Hereinafter, a liquid group 5B element compound or a group 6B element compound may be referred to as a “liquid compound”.
反応
本発明の製造方法では、(i)上記金属化合物及び(ii)上記液状化合物を混合し、不均一反応系で２０〜４０℃の温度条件下で反応させることにより、前記金属、及び５Ｂ族若しくは６Ｂ族原子からなるナノ粒子を形成させる。
Reaction In the production method of the present invention, (i) the metal compound and (ii) the liquid compound are mixed and reacted in a heterogeneous reaction system at a temperature of 20 to 40 ° C. Alternatively, nanoparticles composed of 6B group atoms are formed.
本発明において、不均一反応とは、ナノ粒子を合成する際の反応開始時において、(ii)液状化合物が溶解しており、(i)金属化合物の溶解度が十分に低い状態で反応させることを意味する。（i）金属化合物の溶解度が小さいため、金属化合物の金属イオンの供給量は十分小さい。このため、供給された金属イオンは、液体（又は溶液）状態で存在する液体化合物の５Ｂ族若しくは６Ｂ族元素と速やかに反応して、金属元素及び５Ｂ族若しくは６Ｂ族元素からなるナノ粒子を形成する。 In the present invention, the heterogeneous reaction means that (ii) the liquid compound is dissolved at the start of the reaction when the nanoparticles are synthesized, and (i) the reaction is performed in a state where the solubility of the metal compound is sufficiently low. means. (I) Since the solubility of the metal compound is small, the supply amount of the metal ion of the metal compound is sufficiently small. For this reason, the supplied metal ions react rapidly with the group 5B or 6B element of the liquid compound existing in the liquid (or solution) state to form nanoparticles composed of the metal element and the group 5B or 6B element. To do.
当該反応において、(i)上記金属化合物及び(ii)上記液状化合物の混合比率については、使用する化合物の種類、反応条件等に応じて適宜設定することができる。例えば、(i)上記金属化合物と(ii)上記液状化合物の混合比率としては、該金属化合物の金属元素１モルに対して、該液状化合物の５Ｂ族元素若しくは６Ｂ族元素が、通常０．５〜２０モル、好ましくは０．７〜１０モル、更に好ましくは１．０〜２モルとなる割合が例示できる。 In the reaction, the mixing ratio of (i) the metal compound and (ii) the liquid compound can be appropriately set according to the type of compound used, reaction conditions, and the like. For example, the mixing ratio of (i) the above metal compound and (ii) the above liquid compound is generally 0.5B group element or 6B group element of the liquid compound with respect to 1 mol of the metal element of the metal compound. The ratio which becomes -20 mol, Preferably it is 0.7-10 mol, More preferably, it is 1.0-2 mol can be illustrated.
本発明の製造方法において、当該不均一反応は適当な溶媒中で行うことが望ましい。該不均一反応に使用される溶媒として、好ましくは、５Ｂ族又は６Ｂ族原子からなる化合物に配位する性質を備える溶媒（以下、「配位性溶媒」と表記する）を挙げることができる。このような配位性溶媒を使用することによって、粒子径が均一且つ小さいナノ粒子を一層効率的に形成させることが可能になる。 In the production method of the present invention, the heterogeneous reaction is desirably performed in an appropriate solvent. As the solvent used in the heterogeneous reaction, a solvent having a property of coordinating with a compound composed of a group 5B or 6B group atom (hereinafter referred to as “coordinating solvent”) can be exemplified. By using such a coordinating solvent, nanoparticles having a uniform and small particle size can be formed more efficiently.
該配位性溶媒としては、酸化トリオクチルホスフィン、酸化トリブチルホスフィン等の（Ｒ）3ＰＯ（Ｒは同一又は異なってＣ2〜Ｃ20のアルキル基またはフェニル基を示す）で表されるホスフィンオキサイド化合物を好ましく例示できる。 Examples of the coordinating solvent include phosphine oxides represented by (R) 3 PO (R is the same or different and represents a C 2 to C 20 alkyl group or phenyl group) such as trioctyl phosphine oxide and tributyl phosphine oxide. Preferred examples are compounds.
溶媒中で不均一反応を行う場合、例えば、該溶媒１００モルに対して、上記(i)金属化合物及び(ii)液状化合物の総モル量が４〜１０モル、好ましくは７〜８モルとなる割合で、該溶媒は使用される。 When the heterogeneous reaction is performed in a solvent, for example, the total molar amount of the above (i) metal compound and (ii) liquid compound is 4 to 10 mol, preferably 7 to 8 mol, per 100 mol of the solvent. In proportion, the solvent is used.
当該反応は、温度条件を２０〜４０℃、好ましくは２０〜３０℃、更に好ましくは２０〜２２℃に設定して実施される。このような温度条件下で不均一反応を実施することによって、ナノ粒子が均一な粒子径で生成すると共に、得られるナノ粒子に優れた量子効率及び広い波長域の発光スペクトルを具備させることができる。また、このように、本発明では、上記のように室温程度で反応が実施されるため、十分な安全性を備えている。 The reaction is carried out by setting the temperature condition to 20 to 40 ° C, preferably 20 to 30 ° C, more preferably 20 to 22 ° C. By carrying out a heterogeneous reaction under such temperature conditions, nanoparticles can be produced with a uniform particle size, and the resulting nanoparticles can have excellent quantum efficiency and emission spectrum in a wide wavelength range. . In addition, as described above, since the reaction is performed at about room temperature as described above, the present invention has sufficient safety.
当該反応は、撹拌しながら実施することが望ましい。また、使用する(i)金属化合物、(ii)液体化合物、及び溶媒のいずれかが、大気中で不安定である場合には、当該不均一反応は、アルゴンや窒素など不活性ガス雰囲気下で行うことが望ましい。また、引火性のある溶媒を用いる場合には、引火点以下の温度で反応させる場合にも、不活性ガス雰囲気中で反応させるほうが望ましい。。 It is desirable to carry out the reaction with stirring. Further, when any of the (i) metal compound, (ii) liquid compound, and solvent used is unstable in the air, the heterogeneous reaction is performed under an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. It is desirable to do. Further, when using a flammable solvent, it is desirable to react in an inert gas atmosphere even when the reaction is performed at a temperature below the flash point. .
当該反応に要する時間は、使用する化合物の種類や溶媒の種類等に応じて適宜設定することができる。反応時間の一例としては、滴下終了後、５分間〜２４時間、好ましくは３０分間〜１０時間、更に好ましくは１〜５時間が例示される。 The time required for the reaction can be appropriately set according to the type of compound used, the type of solvent, and the like. An example of the reaction time is 5 minutes to 24 hours, preferably 30 minutes to 10 hours, more preferably 1 to 5 hours after completion of the dropping.
ナノ粒子
上記反応により、金属、及び５Ｂ族若しくは６Ｂ族原子からなるナノ粒子が得られる。
Nanoparticles By the above reaction, nanoparticles comprising a metal and a group 5B or 6B atom are obtained.
斯くして得られるナノ粒子は、平均粒径が１．５〜２．５ｎｍ、好ましくは１．６〜２．２ｎｍ、更に好ましくは１．７５〜２．０ｎｍを有している。 The nanoparticles thus obtained have an average particle size of 1.5 to 2.5 nm, preferably 1.6 to 2.2 nm, more preferably 1.75 to 2.0 nm.
また、該ナノ粒子は、粒径の均一性が高いという特徴があり、平均粒子径の−２０．０〜＋２０．０％の範囲内に、全粒子の８５％以上、好ましくは９０％以上、更に好ましくは９５％以上が含まれている。なお、ここで、粒子径は、ナノ粒子をメタノールに溶解し、超音波処理で分散後、高分解能透過型電子顕微鏡を用いて測定される値であり、粒度分布は、顕微鏡下で約６０個のナノ粒子についてそれぞれ粒子径を正確に測定することにより求められる。 Further, the nanoparticles are characterized by high uniformity of particle size, and within the range of −20.0 to + 20.0% of the average particle size, 85% or more of all particles, preferably 90% or more, More preferably, 95% or more is contained. Here, the particle size is a value measured using a high-resolution transmission electron microscope after the nanoparticles are dissolved in methanol and dispersed by sonication, and the particle size distribution is about 60 particles under the microscope. It is calculated | required by measuring a particle diameter correctly about each nanoparticle.
更に、該ナノ粒子は、上記のように粒径及び粒度分布が均一であるので、広い波長域の発光スペクトルを有している。例えば、該ナノ粒子がCdSeナノ粒子の場合であれば、４７５〜６２５ｎｍの波長域で発光スペクトルを備えている。 Furthermore, since the nanoparticles have a uniform particle size and particle size distribution as described above, they have an emission spectrum in a wide wavelength range. For example, if the nanoparticles are CdSe nanoparticles, they have an emission spectrum in the wavelength region of 475 to 625 nm.
また、該ナノ粒子は、優れた量子効率を備えている。例えば、該ナノ粒子が、ＣｄＸ（Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）若しくはＺｎＸ（Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）を主成分とするナノ粒子の場合には、４０％以上、好ましくは５０％以上の量子効率を備えている。ここで、「量子効率」とは、最大吸収波長の光を照射した際に、吸収した光の量に対して発する光の量の割合（％）である。具体的には、CdSeナノ粒子の場合であれば、420nmの光を該粒子に照射した際に、吸収した光の量に対して発する光の量の割合（％）である。 The nanoparticles also have excellent quantum efficiency. For example, when the nanoparticle is a nanoparticle mainly composed of CdX (X = S, Se, Te) or ZnX (X = S, Se, Te), it is 40% or more, preferably 50% or more. It has quantum efficiency. Here, the “quantum efficiency” is a ratio (%) of the amount of light emitted with respect to the amount of absorbed light when the light having the maximum absorption wavelength is irradiated. Specifically, in the case of CdSe nanoparticles, this is the ratio (%) of the amount of light emitted to the amount of absorbed light when the particle is irradiated with 420 nm light.
＜工程(2)＞
工程(2)では、親水性化合物として、メルカプト基及び／又はセレノメルカプト基を有する化合物を用いて、前記工程(1)で得られたナノ粒子の表面をコーティングを行う。
<Process (2)>
In the step (2), the surface of the nanoparticles obtained in the step (1) is coated using a compound having a mercapto group and / or a selenomercapto group as a hydrophilic compound.
ここで、メルカプト基を有する親水性化合物としては、メルカプト基（-SH）と共に、カルボキシル基、アミノ基、水酸基等の親水性の基を有する化合物であって、前記工程(1)で得られたナノ粒子に対して親水性を付与できる限り、特に制限されない。メルカプト基を有する親水性化合物の具体例としては、モノメルカプトコハク酸、ジメルカプトコハク酸、メルカプトプロピオン酸、D,L−システイン、システアミン、2-メルカプトシステアミン、メルカプト酢酸、及びこれらの塩（例えば、塩酸塩等の有機酸塩）等が例示される。 Here, the hydrophilic compound having a mercapto group is a compound having a hydrophilic group such as a carboxyl group, an amino group, or a hydroxyl group together with a mercapto group (—SH), and obtained in the step (1). There is no particular limitation as long as hydrophilicity can be imparted to the nanoparticles. Specific examples of the hydrophilic compound having a mercapto group include monomercaptosuccinic acid, dimercaptosuccinic acid, mercaptopropionic acid, D, L-cysteine, cysteamine, 2-mercaptocysteamine, mercaptoacetic acid, and salts thereof (for example, Examples thereof include organic acid salts such as hydrochloride.
また、セレノメルカプト基を有する親水性化合物としては、セレノメルカプト基（-SeH）と共に、カルボキシル基、アミノ基、水酸基等の親水性の基を有する化合物であって、前記工程(1)で得られたナノ粒子に対して親水性を付与できる限り、特に制限されない。かかる化合物としては、具体的には、セレノ−L−メチオニン等が例示される。 The hydrophilic compound having a selenomercapto group is a compound having a selenomercapto group (-SeH) and a hydrophilic group such as a carboxyl group, an amino group, a hydroxyl group, and the like obtained in the step (1). There is no particular limitation as long as hydrophilicity can be imparted to the nanoparticles. Specific examples of such compounds include seleno-L-methionine.
上記の親水性化合物は、１種単独で使用してもよく、また２種以上を組み合わせて使用してもよい。 Said hydrophilic compound may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
上記の親水性化合物の中で、好ましくはメルカプト基を有する親水性化合物であり、更に好ましくはモノメルカプトコハク酸である。これらの親水性化合物を使用することにより、反応を簡便に実施できる共に、得られる反応産物を凝集し難くすることもできる。 Among the above hydrophilic compounds, a hydrophilic compound having a mercapto group is preferred, and monomercaptosuccinic acid is more preferred. By using these hydrophilic compounds, the reaction can be easily carried out, and the resulting reaction product can be made difficult to aggregate.
上記の親水性化合物を前記工程(1)で得られたナノ粒子の表面にコーティングするには、例えば、疎水性溶媒中に前記工程(1)で得られたナノ粒子を分散させ、これに親水性化合物を添加して混合することにより行われる。 In order to coat the surface of the nanoparticle obtained in the step (1) with the hydrophilic compound, for example, the nanoparticle obtained in the step (1) is dispersed in a hydrophobic solvent, and the hydrophilic compound is dispersed therein. It is performed by adding and mixing a sex compound.
ここで、前記工程(1)で得られたナノ粒子を分散させるために使用される疎水性溶媒としては、具体的には、クロロホルム、ヘキサン、メタノール、ブタノール等が挙げられる。 Here, specific examples of the hydrophobic solvent used for dispersing the nanoparticles obtained in the step (1) include chloroform, hexane, methanol, butanol and the like.
また、前記工程(1)で得られたナノ粒子は、上記疎水性溶媒中において、通常３０〜４０g/l、好ましくは２０〜３０g/l、更に好ましくは１５〜２０g/lとなる濃度に調整するとよい。 The nanoparticles obtained in the step (1) are usually adjusted to a concentration of 30 to 40 g / l, preferably 20 to 30 g / l, more preferably 15 to 20 g / l in the hydrophobic solvent. Good.
そして、前記工程(1)で得られたナノ粒子を分散させた疎水性溶媒に、上記親水性化合物を添加するには、前記工程(1)で得られたナノ粒子を分散させた疎水性溶媒１００重量部に対して、上記親水性化合物を通常３００〜４００重量部、好ましくは２００〜３００重量部、更に好ましくは１００〜１５０重量部となる添加割合で実施することが望ましい。 In order to add the hydrophilic compound to the hydrophobic solvent in which the nanoparticles obtained in the step (1) are dispersed, the hydrophobic solvent in which the nanoparticles obtained in the step (1) are dispersed. It is desirable to carry out the hydrophilic compound in an addition ratio of usually 300 to 400 parts by weight, preferably 200 to 300 parts by weight, and more preferably 100 to 150 parts by weight with respect to 100 parts by weight.
また、前記工程(1)で得られたナノ粒子を分散させた疎水性溶媒と、上記親水性化合物との混合は、３０〜４０℃、好ましくは２５〜３５℃、更に好ましくは２０〜３０℃の温度条件下で、０．５〜１．０時間、好ましくは０．２〜０．５時間、更に好ましくは０．１〜０．２時間程度、撹拌することにより実施される。 The mixing of the hydrophobic solvent in which the nanoparticles obtained in the step (1) are dispersed with the hydrophilic compound is 30 to 40 ° C., preferably 25 to 35 ° C., more preferably 20 to 30 ° C. Under the temperature conditions of 0.5 to 1.0 hours, preferably 0.2 to 0.5 hours, more preferably about 0.1 to 0.2 hours.
このように、前記工程(1)で得られたナノ粒子を分散させた疎水性溶媒と、上記親水性化合物とを添加・混合することによって、前記工程(1)で得られたナノ粒子の表面に上記親水性化合物のメルカプト基及び／又はセレノメルカプト基が結合して、水溶性ナノ粒子が生成される。目的物である親水性ナノ粒子は、上記の混合液中の親水性画分に存在しているので、当該親水性画分から公知の手段で分離、回収することにより得ることができる。 Thus, the surface of the nanoparticles obtained in the step (1) is added and mixed with the hydrophobic solvent in which the nanoparticles obtained in the step (1) are dispersed and the hydrophilic compound. The mercapto group and / or selenomercapto group of the hydrophilic compound are bonded to water-soluble nanoparticles. Since the target hydrophilic nanoparticle is present in the hydrophilic fraction in the above-mentioned mixed solution, it can be obtained by separating and recovering from the hydrophilic fraction by a known means.
II．親水性ナノ粒子
斯くして得られる親水性ナノ粒子は、前記工程(1)で得られるナノ粒子の本来の発光スペクトル、量子効率、粒子の均一性等を保持したまま、親水性を備えており、親水性のナノマテリアルとして有用である。
II. Hydrophilic nanoparticles The hydrophilic nanoparticles thus obtained have hydrophilicity while retaining the original emission spectrum, quantum efficiency, particle uniformity, etc. of the nanoparticles obtained in the step (1). It is useful as a hydrophilic nanomaterial.
当該親水性ナノ粒子は、平均粒径が１．６〜２．６ｎｍ、好ましくは１．８〜２．２ｎｍ、更に好ましくは１．８〜２．１ｎｍを有している。 The hydrophilic nanoparticles have an average particle size of 1.6 to 2.6 nm, preferably 1.8 to 2.2 nm, and more preferably 1.8 to 2.1 nm.
また、該ナノ粒子は、粒径の均一性が高いという特徴があり、平均粒子径の−２０．０〜＋２０．０％の範囲内に、全粒子の８５％以上、好ましくは９０％以上、更に好ましくは９５％以上が含まれている。ここで、粒子径、及び粒度分布の測定方法は、前述する通りである。 Further, the nanoparticles are characterized by high uniformity of particle size, and within the range of −20.0 to + 20.0% of the average particle size, 85% or more of all particles, preferably 90% or more, More preferably, 95% or more is contained. Here, the measuring method of a particle diameter and a particle size distribution is as above-mentioned.
更に、該親水性ナノ粒子は、上記のように粒径及び粒度分布が均一であるので、広い波長域の発光スペクトルを有している。例えば、該親水性ナノ粒子のコア部分がCdSeナノ粒子の場合であれば、４７５〜６２５ｎｍの波長域で発光スペクトルを備えている。 Further, since the hydrophilic nanoparticles have a uniform particle size and particle size distribution as described above, they have an emission spectrum in a wide wavelength range. For example, when the core portion of the hydrophilic nanoparticle is a CdSe nanoparticle, it has an emission spectrum in a wavelength region of 475 to 625 nm.
また、例えば、上記親水性ナノ粒子が、ＣｄＸ（ＸＳ、Ｓｅ、Ｔｅ）若しくはＺｎＸ（Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）をコアとするナノ粒子の場合には、水溶液中で４０％以上、好ましくは５０％以上の量子効率を備えている。 Further, for example, in the case where the hydrophilic nanoparticles are nanoparticles having CdX (XS, Se, Te) or ZnX (X = S, Se, Te) as a core, 40% or more in an aqueous solution, preferably It has a quantum efficiency of 50% or more.
該親水性ナノ粒子は、公知の方法によって、タンパク質を初めとする各種物質に容易に融合化できるので、蛍光顕微鏡を用いたイメージング、フローサイトメトリー分析、ELISA法、イムノブロッティング、PCR法、ハイブリダイゼーション等に使用される試薬として応用可能である。
The hydrophilic nanoparticles can be easily fused to various substances such as proteins by known methods, so imaging using a fluorescence microscope, flow cytometry analysis, ELISA method, immunoblotting, PCR method, hybridization It can be applied as a reagent used for the above.
本発明によれば、下記の利点を有する親水性のナノ粒子（量子ドット、ナノ結晶）とを効率的に製造することができる。
(1) その製造が室温で実施でき、簡便性と安全性に優れている。
(2) 平均粒子径が１．６〜２．６ｎｍと小さく、その粒子分布の幅が狭く、粒子の均一性が極めて高い。
(3) 水溶性溶媒中で、量子効率が損なわれることなく良好に保持される。
(4) 水溶性溶媒中でも、広い波長域の発光スペクトルを示す。
(5) 高塩濃度中の緩衝液中でも４℃であれば、凝集することなく5ヶ月間は安定である。
(6) ４℃から９５℃の温度変化に対して安定である。
According to the present invention, hydrophilic nanoparticles (quantum dots, nanocrystals) having the following advantages can be efficiently produced.
(1) Its production can be performed at room temperature, and it is excellent in convenience and safety.
(2) The average particle diameter is as small as 1.6 to 2.6 nm, the width of the particle distribution is narrow, and the uniformity of the particles is extremely high.
(3) Quantum efficiency is maintained well in a water-soluble solvent without being impaired.
(4) Even in water-soluble solvents, it shows an emission spectrum in a wide wavelength range.
(5) Even in a buffer solution at a high salt concentration, if it is 4 ° C, it is stable for 5 months without aggregation.
(6) Stable to temperature change from 4 ° C to 95 ° C.
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない
参考例１ 量子ドットの室温合成法
１． セレン化トリオクチルホスフィン（Tri-n-octylphosphine selenide；TOP-Se, Lancaster）溶液の調製
Se粉末(0.7896 g, 10 mM, Aldrich)をTOP (7.413 g, 20 mM)溶液に溶解して、100℃でアルゴン雰囲気下2時間インキュベートとした後、反応溶液の温度を室温まで下げることにより、セレン化トリオクチルホスフィン溶液を調製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
Reference Example 1 Room temperature synthesis method of quantum dots Preparation of tri-n-octylphosphine selenide (TOP-Se, Lancaster) solution
By dissolving Se powder (0.7896 g, 10 mM, Aldrich) in TOP (7.413 g, 20 mM) solution and incubating at 100 ° C. under argon atmosphere for 2 hours, the temperature of the reaction solution is lowered to room temperature. A trioctylphosphine selenide solution was prepared.
２． Cd分散液の調製
酢酸カドミウム(1 g, 3.75 mM, Wako)を丸底フラスコ中で2 mLのトリオクチルホスフィン（Tri-n-octylphosphine；TOP）溶液にアルゴン雰囲気下で分散させ100℃で20分間強く撹拌しながら反応させた後、直ぐに室温まで降温することにより、Cd分散液を調製した。
2. Preparation of Cd dispersion Cadmium acetate (1 g, 3.75 mM, Wako) was dispersed in 2 mL of Tri-n-octylphosphine (TOP) solution in a round bottom flask under an argon atmosphere at 100 ° C. for 20 minutes. After reacting with vigorous stirring, a Cd dispersion was prepared by immediately lowering the temperature to room temperature.
３． CdSeナノ結晶の調製
100mLのフラスコを用いて4mLのセレン化トリオクチルホスフィン溶液と4mLのCd分散液を混合し、（1/6）時間、室温（２５℃）で撹拌しながら強く反応させた。反応中、CdSeナノ結晶の形成はUV/VIS 吸収スペクトルと蛍光スペクトルでモニターしながら確認した。反応は30mLのクロロホルムを添加することによって停止した。斯くして得られた粗製溶液はクロロホルム中に存在する未反応の酢酸カドミウムが不溶なため若干濁りが観られた。この粗製溶液は遠心分離（16,000rpm×20min）し、上清は新しいフラスコに移して、沈殿不溶物を除去した。純粋なCdSeナノ結晶が分散した上清は極めて透明であった。
3. Preparation of CdSe nanocrystals
Using a 100 mL flask, 4 mL of trioctylphosphine selenide solution and 4 mL of Cd dispersion were mixed and reacted strongly with stirring at room temperature (25 ° C.) for (1/6) hour. During the reaction, formation of CdSe nanocrystals was confirmed by monitoring with UV / VIS absorption spectrum and fluorescence spectrum. The reaction was stopped by adding 30 mL of chloroform. The crude solution thus obtained was slightly turbid because unreacted cadmium acetate present in chloroform was insoluble. This crude solution was centrifuged (16,000 rpm × 20 min), and the supernatant was transferred to a new flask to remove insoluble precipitates. The supernatant in which pure CdSe nanocrystals were dispersed was extremely transparent.
得られたCdSeナノ結晶について、UV/VIS吸収スペクトル、蛍光スペクトル、結晶構造、表面形態の評価を行った。尚、UV/VIS吸収スペクトルはHitachi U-4100 spectrophotometer；蛍光スペクトルはHitachi F-4500 fluorescence spectrometer；結晶構造はRigaku (model RINT 2100, Japan) X-ray diffractometer with nickel filtered CuKa radiation；表面形態は高分解透過型電子顕微鏡（JEOL (model JEM 3010, Japan) transmission electron microscope operating at 300 kV）を用いて評価した。高分解透過型電子顕微鏡による観察は、サンプル（CdSeナノ結晶）をメタノール中で超音波処理により分散させた後、カーボン被覆した銅グリッド上に滴下して乾燥させることにより準備した。 The obtained CdSe nanocrystals were evaluated for UV / VIS absorption spectrum, fluorescence spectrum, crystal structure, and surface morphology. UV / VIS absorption spectrum is Hitachi U-4100 spectrophotometer; fluorescence spectrum is Hitachi F-4500 fluorescence spectrometer; crystal structure is Rigaku (model RINT 2100, Japan) X-ray diffractometer with nickel filtered CuKa radiation; surface morphology is high resolution Evaluation was performed using a transmission electron microscope operating at 300 kV (JEOL (model JEM 3010, Japan) transmission electron microscope operating at 300 kV). Observation with a high-resolution transmission electron microscope was prepared by dispersing a sample (CdSe nanocrystal) in methanol by sonication and then dropping it onto a carbon-coated copper grid and drying it.
得られた結果を図１及び２に示す。図１の左図にUV/VIS吸収スペクトルの測定結果、図１の右図に蛍光スペクトルの測定結果（励起波長420nm）；図２のＡにＸ線解析結果；及び図２のＢ及びＣに高分解透過型電子顕微鏡写真を示す。この結果から、得られたCdSeナノ結晶は、粒子径が２ｎｍ程度と極めて小さく、更には広い波長域の発光スペクトルを示すことが確認された。 The obtained results are shown in FIGS. The left figure of FIG. 1 shows the UV / VIS absorption spectrum measurement results, the right figure of FIG. 1 shows the fluorescence spectrum measurement results (excitation wavelength 420 nm), FIG. 2A shows the X-ray analysis results, and FIG. 2 shows B and C. A high resolution transmission electron micrograph is shown. From this result, it was confirmed that the obtained CdSe nanocrystal has a very small particle diameter of about 2 nm and further exhibits an emission spectrum in a wide wavelength region.
また、図３に、得られたCdSeナノ結晶を高分解透過型電子顕微鏡観察した結果（６０個のCdSeナノ結晶の粒子）から求めた粒度分布を示す。 FIG. 3 shows the particle size distribution obtained from the results of observation of the obtained CdSe nanocrystals with a high-resolution transmission electron microscope (60 CdSe nanocrystal particles).
実施例１ CdSeナノ結晶の親水性化(表面修飾)
上記参考例１で得られたCdSeナノ結晶に水溶性を付与して、水溶性溶媒中の特性について評価した。具体的には、上記参考例１で得られたCdSeナノ結晶に水溶性を付与するために表面修飾剤としてモノメルカプトコハク酸を用いて、以下の方法で評価試験を行った。
Example 1 Hydrophilization of CdSe nanocrystals (surface modification)
Water-solubility was imparted to the CdSe nanocrystals obtained in Reference Example 1 above, and the properties in the water-soluble solvent were evaluated. Specifically, an evaluation test was performed by the following method using monomercaptosuccinic acid as a surface modifier in order to impart water solubility to the CdSe nanocrystal obtained in Reference Example 1.
上記参考例１で得られたCdSeナノ結晶をクロロホルム中で分散させ、４３０nmでの吸光度（OD430nm）が0.5になるように調整した。この溶液３ｍLに対して３ mLのモノメルカプトコハク酸(Sigma-Aldrich, dissolved in 100 mM PBS, pH 7.3 at concentration 30 mg/mL)を添加した。混合溶液が黄色になるまで5〜10分間激しくシェイクした。混合後、遠心分離（80xg for 10 min）により有機溶媒層と水層に分離した。水溶性CdSeナノ結晶を含む水層部分を注意深く回収し、直ぐに遠心ろ過濃縮を行うことにより水溶性CdSeナノ結晶を精製した。水溶性CdSeナノ結晶の精製の全ての操作はVivaspin concentrator (Vivascience, Sartorius)を用いて４℃で行った。具体的には、先ず、Vivaspin-20（フィルター分画分子量：3,000MW、ザルトリウス社製）を用いた遠心ろ過濃縮（3,000 x g for 15 min）により、分子量3,000以下のもの（未反応のモノメルカプトコハク酸を含む）を除いた後、６mLの100 mM PBS（Phosphate buffered saline；pH 7.3）で３回フィルター上を洗浄した。フィルター上清を回収し、Vivaspin-20（フィルター分画分子量：10,000MW、ザルトリウス社製）を用いた遠心ろ過(3,000xg for 10 min)濃縮により分子量10,000以下のもの（水溶性ナノ結晶）を下層に回収し、さらに分画分子量が5,000のフィルターで濃縮し、PBS(-)溶液（pH7.3）中で目的の濃度（OD430nm ＝ 0.1；約7.6μＭ）に調整した。PBS(-)の組成は100 mM Na2HPO4x12H2O, 100 mM KH2PO4, 136 mM NaCl, 2 mM KClである。 The CdSe nanocrystals obtained in Reference Example 1 were dispersed in chloroform and adjusted so that the absorbance at 430 nm (OD 430 nm ) was 0.5. 3 mL of monomercaptosuccinic acid (Sigma-Aldrich, dissolved in 100 mM PBS, pH 7.3 at concentration 30 mg / mL) was added to 3 mL of this solution. Shake vigorously for 5-10 minutes until the mixture is yellow. After mixing, the organic solvent layer and the aqueous layer were separated by centrifugation (80 × g for 10 min). The aqueous layer containing water-soluble CdSe nanocrystals was carefully collected, and immediately purified by centrifugal filtration to purify water-soluble CdSe nanocrystals. All operations for purification of water-soluble CdSe nanocrystals were performed at 4 ° C. using a Vivaspin concentrator (Vivascience, Sartorius). Specifically, first, by centrifugal filtration concentration (3,000 xg for 15 min) using Vivaspin-20 (filtered molecular weight: 3,000 MW, manufactured by Sartorius), those having a molecular weight of 3,000 or less (unreacted monomercaptosuccinol). After removing the acid, the filter was washed three times with 6 mL of 100 mM PBS (Phosphate buffered saline; pH 7.3). Collect the supernatant of the filter, and concentrate it by centrifugal filtration (3,000 xg for 10 min) using Vivaspin-20 (filtered molecular weight: 10,000 MW, manufactured by Sartorius). The solution was further concentrated with a filter having a molecular weight cut-off of 5,000, and adjusted to a target concentration (OD 430 nm = 0.1; about 7.6 μM) in a PBS (−) solution (pH 7.3). The composition of PBS (−) is 100 mM Na 2 HPO 4 × 12H 2 O, 100 mM KH 2 PO 4 , 136 mM NaCl, 2 mM KCl.
最終的には、約９０％の親水性ナノ結晶が分画分子量10,000のフィルターを通過し、９５％の親水性ナノ結晶が分画分子量5,000のフィルター上に回収できた。フィルターのサイズから考えて、この結果は精製した結晶の大きさが1.8-2.1 nmであることを示している。 Eventually, about 90% of the hydrophilic nanocrystals passed through a filter with a molecular weight cut off of 10,000, and 95% of the hydrophilic nanocrystals were recovered on the filter with a molecular weight cut off of 5,000. Considering the size of the filter, this result indicates that the purified crystal size is 1.8-2.1 nm.
このようにして、官能基としてカルボキシル基を持つ親水性CdSeナノ結晶を得、これを上記参考例と同様の方法でUV/VIS吸収スペクトル及び蛍光スペクトルについて評価した。なお、当該評価は、PBS溶液(100 mM PBS, pH 6.8-10.8, at 4 oC)中で実施した。得られた結果を図４に示す。図４の左図には、UV/VIS吸収スペクトルの測定結果；図４の右図には、蛍光スペクトルの測定結果を示す。この結果から、得られた親水性CdSeナノ結晶は、実施例１のCdSeナノ結晶のクロロホルム中でのUV/VIS吸収スペクトル及び蛍光スペクトルと同様のスペクトルを有しており、水溶性のPBS溶液(100 mM PBS, pH 6.8-10.8, at 4 oC)中で高い安定性を有していることが確認された。 Thus, a hydrophilic CdSe nanocrystal having a carboxyl group as a functional group was obtained, and this was evaluated for the UV / VIS absorption spectrum and the fluorescence spectrum in the same manner as in the above Reference Example. The evaluation was performed in a PBS solution (100 mM PBS, pH 6.8-10.8, at 4 ° C.). The obtained results are shown in FIG. The left figure of FIG. 4 shows the measurement result of the UV / VIS absorption spectrum; the right figure of FIG. 4 shows the measurement result of the fluorescence spectrum. From this result, the obtained hydrophilic CdSe nanocrystals have the same spectrum as the UV / VIS absorption spectrum and the fluorescence spectrum of the CdSe nanocrystals of Example 1 in chloroform. It was confirmed to have high stability in 100 mM PBS, pH 6.8-10.8, at 4 ° C).
また、得られた親水性CdSeナノ結晶を、５ヶ月間、４℃で保存した後に、上記と同様の方法でUV/VIS吸収スペクトル及び蛍光スペクトルについて評価した。この結果を図５に示す。図５の左図には、UV/VIS吸収スペクトルの測定結果；図５の右図には、蛍光スペクトルの測定結果を示す。この結果から、本実施例１で得られた親水性CdSeナノ結晶は、5ヶ月間、４℃で保存しても安定で発光スペクトルに顕著な変化は生じないことが分かった。 The obtained hydrophilic CdSe nanocrystals were stored at 4 ° C. for 5 months, and then evaluated for UV / VIS absorption spectrum and fluorescence spectrum by the same method as described above. The result is shown in FIG. The left figure of FIG. 5 shows the measurement result of the UV / VIS absorption spectrum; the right figure of FIG. 5 shows the measurement result of the fluorescence spectrum. From this result, it was found that the hydrophilic CdSe nanocrystals obtained in Example 1 were stable even when stored at 4 ° C. for 5 months, and no significant change in the emission spectrum occurred.
更に、得られた親水性CdSeナノ結晶の量子収率を、ローダミン6G(Fluka) を365nmで励起した際の吸光度(<0.015)をもとに評価（具体的には、「Reiss, P.; Bleuse, J.; Pron, A. Nano Lett. 2002, 2, 781-784」に記載の方法に従って測定）した結果、５０％であることが確認された。 Furthermore, the quantum yield of the obtained hydrophilic CdSe nanocrystals was evaluated based on the absorbance (<0.015) when rhodamine 6G (Fluka) was excited at 365 nm (specifically, “Reiss, P .; Bleuse, J .; Pron, A. Nano Lett. 2002, 2, 781-784). As a result, it was confirmed to be 50%.
また、得られた親水性CdSeナノ結晶は、４〜９５℃の間で温度を変化させても、安定であることが確認された。 The obtained hydrophilic CdSe nanocrystals were confirmed to be stable even when the temperature was changed between 4 to 95 ° C.
更に、得られた親水性CdSeナノ結晶の粒子は、上記参考例１で得られたCdSeナノ結晶の粒子と同様に、粒径が均一である。 Further, the obtained hydrophilic CdSe nanocrystal particles have a uniform particle size, similar to the CdSe nanocrystal particles obtained in Reference Example 1.
Claims (5)
(1)Ｃｄ及びＺｎよりなる群から選択される少なくとの１種の金属の金属化合物と、Ｓｅ、Ｓ及びＴｅよりなる群から選択される少なくとの１種の６Ｂ族原子の供給源である液体化合物を、トリオクチルフォスフィンの溶媒中で混合し、２０〜４０℃の温度条件下で反応させて、ナノ粒子を得る工程、及び
(2)前記工程(1)で得られたナノ粒子の表面を、メルカプト基及び／又はセレノメルカプト基を有する親水性化合物を用いてコーティングする工程、
得られる親水性ナノ粒子が、水溶性溶媒中で量子効率５０％以上の発光特性を示すことを特徴とする、親水性ナノ粒子の製造方法。 Includes the following steps (1) and (2)
(1) a source of at least one metal compound selected from the group consisting of Cd and Zn and at least one group 6B atom selected from the group consisting of Se, S and Te. Mixing a liquid compound in a solvent of trioctylphosphine and reacting under a temperature condition of 20 to 40 ° C. to obtain nanoparticles; and
(2) A step of coating the surface of the nanoparticles obtained in the step (1) with a hydrophilic compound having a mercapto group and / or a selenomercapto group,
The method for producing hydrophilic nanoparticles , characterized in that the obtained hydrophilic nanoparticles exhibit a light emission characteristic with a quantum efficiency of 50% or more in a water-soluble solvent .
(1)Ｃｄ及びＺｎよりなる群から選択される少なくとの１種の金属の金属化合物と、Ｓｅ、Ｓ及びＴｅよりなる群から選択される少なくとの１種の６Ｂ族原子の供給源である液体化合物を、トリオクチルフォスフィンの溶媒中で混合し、２０〜４０℃の温度条件下で反応させて、ナノ粒子を得る工程、及び
(2)前記工程(1)で得られたナノ粒子の表面を、メルカプト基及び／又はセレノメルカプト基を有する親水性化合物を用いてコーティングする工程、
得られる親水性ナノ粒子が、平均粒子径１．８〜２．０ｎｍの粒子であることを特徴とする、親水性ナノ粒子の製造方法。 Includes the following steps (1) and (2)
(1) a source of at least one metal compound selected from the group consisting of Cd and Zn and at least one group 6B atom selected from the group consisting of Se, S and Te. Mixing a liquid compound in a solvent of trioctylphosphine and reacting under a temperature condition of 20 to 40 ° C. to obtain nanoparticles; and
(2) A step of coating the surface of the nanoparticles obtained in the step (1) with a hydrophilic compound having a mercapto group and / or a selenomercapto group,
The method for producing hydrophilic nanoparticles, wherein the obtained hydrophilic nanoparticles are particles having an average particle diameter of 1.8 to 2.0 nm .
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