JP2003279491A - 半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測定方法及び該測定方法を用いる半導体ナノ粒子の品質評価方法 - Google Patents
半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測定方法及び該測定方法を用いる半導体ナノ粒子の品質評価方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来、半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測
定は、溶液中における吸光度および蛍光強度を測定する
ことで評価が行われてきており、相対的な評価しか行う
ことができず、作業も煩雑であった。 【解決手段】 半導体ナノ粒子溶液を乾燥状態にし、測
定を行うことにより、簡便な作業と工業的な評価方法を
実現した。さらに、乾燥状態下における測定により、生
体高分子マイクロアレイ等に半導体ナノ粒子を応用する
ことが可能となった。
定は、溶液中における吸光度および蛍光強度を測定する
ことで評価が行われてきており、相対的な評価しか行う
ことができず、作業も煩雑であった。 【解決手段】 半導体ナノ粒子溶液を乾燥状態にし、測
定を行うことにより、簡便な作業と工業的な評価方法を
実現した。さらに、乾燥状態下における測定により、生
体高分子マイクロアレイ等に半導体ナノ粒子を応用する
ことが可能となった。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】半導体ナノ粒子の発光強度や
発光特性などを解析して、評価する半導体ナノ粒子を用
いる反応の反応測定方法、及び該反応測定方法を用いる
半導体ナノ粒子の品質評価方法に関する。
発光特性などを解析して、評価する半導体ナノ粒子を用
いる反応の反応測定方法、及び該反応測定方法を用いる
半導体ナノ粒子の品質評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】粒径が１０ｎｍ以下の半導体ナノ粒子
は、バルク半導体結晶と分子との遷移領域に位置するこ
とから、いずれとも異なった物理化学特性を示す。この
ような領域では、量子サイズ効果の発現により、粒径の
減少に伴って半導体ナノ粒子のエネルギーギャップが増
大する。さらにこれに付随して、バルク半導体で見られ
たエネルギーバンドの縮退が解け軌道が離散化し、伝導
帯下端が負側に、価電子帯上端が正側にシフトする。
は、バルク半導体結晶と分子との遷移領域に位置するこ
とから、いずれとも異なった物理化学特性を示す。この
ような領域では、量子サイズ効果の発現により、粒径の
減少に伴って半導体ナノ粒子のエネルギーギャップが増
大する。さらにこれに付随して、バルク半導体で見られ
たエネルギーバンドの縮退が解け軌道が離散化し、伝導
帯下端が負側に、価電子帯上端が正側にシフトする。
【０００３】半導体ナノ粒子の製造方法は、Ｃｄおよび
Ｘ（ＸはＳ，Ｓｅ，Ｔｅ）の前駆体を等モル量溶解する
ことで簡単に調製することができる。これらは、ＣｄＳ
ｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＨｇＳ，ＨｇＳｅ，ＰｂＳ，Ｐ
ｂＳｅなどにおける製造についても同様である。しか
し、前記方法により得られた半導体ナノ粒子は、広い粒
径分布を示すため、半導体ナノ粒子の特性を十分に利用
することができない。このため、調製直後の広い粒径分
布を有する半導体ナノ粒子から、化学的手法を用いて粒
径分離を精密に行い、特定の粒子サイズの半導体ナノ粒
子のみを分離・抽出することで単分散化することが試み
られている。これまでに、ナノ粒子の有する表面電荷が
粒径によって変化することを利用した電気泳動分離法、
粒径による保持時間の差を利用した排除クロマトグラフ
ィー、粒子サイズの違いによる有機溶媒中への分散性の
差を利用したサイズ選択沈殿法があり、これらの手法と
はまったく異なる方法として、半導体ナノ粒子溶液への
単色光照射により粒径制御を行うサイズ選択光エッチン
グ法などが報告されている。
Ｘ（ＸはＳ，Ｓｅ，Ｔｅ）の前駆体を等モル量溶解する
ことで簡単に調製することができる。これらは、ＣｄＳ
ｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＨｇＳ，ＨｇＳｅ，ＰｂＳ，Ｐ
ｂＳｅなどにおける製造についても同様である。しか
し、前記方法により得られた半導体ナノ粒子は、広い粒
径分布を示すため、半導体ナノ粒子の特性を十分に利用
することができない。このため、調製直後の広い粒径分
布を有する半導体ナノ粒子から、化学的手法を用いて粒
径分離を精密に行い、特定の粒子サイズの半導体ナノ粒
子のみを分離・抽出することで単分散化することが試み
られている。これまでに、ナノ粒子の有する表面電荷が
粒径によって変化することを利用した電気泳動分離法、
粒径による保持時間の差を利用した排除クロマトグラフ
ィー、粒子サイズの違いによる有機溶媒中への分散性の
差を利用したサイズ選択沈殿法があり、これらの手法と
はまったく異なる方法として、半導体ナノ粒子溶液への
単色光照射により粒径制御を行うサイズ選択光エッチン
グ法などが報告されている。
【０００４】以上のような方法により得られた半導体ナ
ノ粒子は、比較的波長幅の狭いピークを持つスペクトル
を示す。得られた半導体ナノ粒子の評価は、一般的に、
前記スペクトル幅の狭さおよび全体的な強度を評価基準
としており、これらは製造ロットあたりに毎々異なるも
のである。粒径がそろっているかどうかを調べるために
吸光度を用いた計測も行われている。
ノ粒子は、比較的波長幅の狭いピークを持つスペクトル
を示す。得られた半導体ナノ粒子の評価は、一般的に、
前記スペクトル幅の狭さおよび全体的な強度を評価基準
としており、これらは製造ロットあたりに毎々異なるも
のである。粒径がそろっているかどうかを調べるために
吸光度を用いた計測も行われている。
【０００５】しかしながら、既知の半導体ナノ粒子の品
質評価はいずれも溶液中での発光又は吸光を調べるもの
であった。溶液中の半導体ナノ粒子に励起光を照射する
と、励起光強度とそれによる蛍光発光強度は直線的に比
例せず、半導体ナノ粒子の濃度に依存する。これは、半
導体ナノ粒子の濃度が高いと励起光が全ての半導体ナノ
粒子に等しく照射されないことや、発光した蛍光が他の
半導体ナノ粒子によって遮蔽されることによる。同様
に、吸光度についても吸光度は半導体ナノ粒子の濃度に
依存している。このように、溶液中での半導体ナノ粒子
の品質評価法は、操作性が悪く、得られた発光量、発光
特性、吸光量、吸光特性の信頼性は充分ではなく、再現
性にも劣るものであった。
質評価はいずれも溶液中での発光又は吸光を調べるもの
であった。溶液中の半導体ナノ粒子に励起光を照射する
と、励起光強度とそれによる蛍光発光強度は直線的に比
例せず、半導体ナノ粒子の濃度に依存する。これは、半
導体ナノ粒子の濃度が高いと励起光が全ての半導体ナノ
粒子に等しく照射されないことや、発光した蛍光が他の
半導体ナノ粒子によって遮蔽されることによる。同様
に、吸光度についても吸光度は半導体ナノ粒子の濃度に
依存している。このように、溶液中での半導体ナノ粒子
の品質評価法は、操作性が悪く、得られた発光量、発光
特性、吸光量、吸光特性の信頼性は充分ではなく、再現
性にも劣るものであった。
【０００６】そこで、従来の溶液中での半導体ナノ粒子
の品質評価方法に代わる、操作性、信頼性、及び再現性
に優れた新たな品質評価方法が必要となった。また、従
来の半導体ナノ粒子を用いる各種反応では、反応の進行
状況を測定するために、溶液中の半導体ナノ粒子の蛍光
強度や吸光度などの光学特性や光学的強度を求めてい
た。
の品質評価方法に代わる、操作性、信頼性、及び再現性
に優れた新たな品質評価方法が必要となった。また、従
来の半導体ナノ粒子を用いる各種反応では、反応の進行
状況を測定するために、溶液中の半導体ナノ粒子の蛍光
強度や吸光度などの光学特性や光学的強度を求めてい
た。
【０００７】しかしながら、上記と同様の理由で、溶液
中での半導体ナノ粒子の測定法は、操作性が悪く、反応
物から得られた発光量、発光特性、吸光量、吸光特性の
信頼性は充分ではなく、再現性にも劣るものであった。
そこで、従来の半導体ナノ粒子を用いる各種反応の進行
状況を測定するために、溶液中での光学的測定法に代わ
る、操作性、信頼性、及び再現性に優れた新たな測定方
法が必要となった。
中での半導体ナノ粒子の測定法は、操作性が悪く、反応
物から得られた発光量、発光特性、吸光量、吸光特性の
信頼性は充分ではなく、再現性にも劣るものであった。
そこで、従来の半導体ナノ粒子を用いる各種反応の進行
状況を測定するために、溶液中での光学的測定法に代わ
る、操作性、信頼性、及び再現性に優れた新たな測定方
法が必要となった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体ナノ
粒子を乾燥状態で、その光学的強度、光学的特性などを
測定することにより解決されることを本発明者らは見出
した。即ち、本発明の半導体ナノ粒子を用いる反応の反
応測定方法は、半導体ナノ粒子を用いる反応途中及び／
または反応後に、基板上に一定容量の半導体ナノ粒子溶
液を滴下し、前記半導体ナノ粒子溶液を前記基板上で乾
燥させ、半導体ナノ粒子の乾燥物を光学的に処理し、そ
の光学的データから、前記半導体ナノ粒子を用いる反応
の反応測定を行うものである。具体的には、半導体ナノ
粒子の乾燥物の光学的処理としては、蛍光発光測定と吸
光度測定が挙げられる。また、その測定結果の処理法は
限定されず、例えば、蛍光顕微鏡等を用いる画像処理と
コンピュータによる解析や、感光フィルムを用いる感光
法が例示される。
粒子を乾燥状態で、その光学的強度、光学的特性などを
測定することにより解決されることを本発明者らは見出
した。即ち、本発明の半導体ナノ粒子を用いる反応の反
応測定方法は、半導体ナノ粒子を用いる反応途中及び／
または反応後に、基板上に一定容量の半導体ナノ粒子溶
液を滴下し、前記半導体ナノ粒子溶液を前記基板上で乾
燥させ、半導体ナノ粒子の乾燥物を光学的に処理し、そ
の光学的データから、前記半導体ナノ粒子を用いる反応
の反応測定を行うものである。具体的には、半導体ナノ
粒子の乾燥物の光学的処理としては、蛍光発光測定と吸
光度測定が挙げられる。また、その測定結果の処理法は
限定されず、例えば、蛍光顕微鏡等を用いる画像処理と
コンピュータによる解析や、感光フィルムを用いる感光
法が例示される。
【０００９】第１に、前記半導体ナノ粒子の乾燥物の光
学的処理が、前記半導体ナノ粒子の乾燥物に励起光を照
射し、前記照射により発光する蛍光強度を求めるもので
あることによって前記課題は解決される。ここで、前記
発光する蛍光強度の総和を求めることで、前記照射によ
る全発光量を求め、単位量当りの発光量を求めることが
できる。
学的処理が、前記半導体ナノ粒子の乾燥物に励起光を照
射し、前記照射により発光する蛍光強度を求めるもので
あることによって前記課題は解決される。ここで、前記
発光する蛍光強度の総和を求めることで、前記照射によ
る全発光量を求め、単位量当りの発光量を求めることが
できる。
【００１０】また、半導体ナノ粒子の乾燥物に励起光を
照射し、前記照射により発する蛍光を画像としてスキャ
ナーにより取り込み、前記取り込んだ画像を処理・解析
することにより、前記照射による発光強度を求めること
ができる。第２に、前記半導体ナノ粒子の乾燥物の光学
的処理が、前記半導体ナノ粒子の乾燥物に光を照射し、
前記照射による吸光度を求めるものであることことによ
って前記課題は解決される。
照射し、前記照射により発する蛍光を画像としてスキャ
ナーにより取り込み、前記取り込んだ画像を処理・解析
することにより、前記照射による発光強度を求めること
ができる。第２に、前記半導体ナノ粒子の乾燥物の光学
的処理が、前記半導体ナノ粒子の乾燥物に光を照射し、
前記照射による吸光度を求めるものであることことによ
って前記課題は解決される。
【００１１】本発明において、前記半導体ナノ粒子を用
いる反応は特に限定されない。例えば、正または負電荷
をもつ半導体ナノ粒子を、サンプル生体高分子の持つ負
または正電荷に静電的に結合させることにより、また
は、サンプルＤＮＡおよびＲＮＡを増幅させる反応を行
い、前記反応中に表面が塩基等により修飾された半導体
ナノ粒子を取り込むような操作を行い、または、半導体
ナノ粒子表面を官能基修飾し化学結合によるサンプルＤ
ＮＡの修飾を施すことで、プローブ生体高分子との結合
の有無および結合量を検出する生体高分子の検出反応や
生体観察を行うことが例示される。他に、前記半導体ナ
ノ粒子を用いる反応として、細胞工学における生体組織
の染色反応が例示される。
いる反応は特に限定されない。例えば、正または負電荷
をもつ半導体ナノ粒子を、サンプル生体高分子の持つ負
または正電荷に静電的に結合させることにより、また
は、サンプルＤＮＡおよびＲＮＡを増幅させる反応を行
い、前記反応中に表面が塩基等により修飾された半導体
ナノ粒子を取り込むような操作を行い、または、半導体
ナノ粒子表面を官能基修飾し化学結合によるサンプルＤ
ＮＡの修飾を施すことで、プローブ生体高分子との結合
の有無および結合量を検出する生体高分子の検出反応や
生体観察を行うことが例示される。他に、前記半導体ナ
ノ粒子を用いる反応として、細胞工学における生体組織
の染色反応が例示される。
【００１２】また、本発明は、上記の半導体ナノ粒子を
用いる反応の反応測定方法を用いることを特徴とする半
導体ナノ粒子の品質評価方法である。更に、本発明は、
上記の半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測定方法を用
いることを特徴とする半導体ナノ粒子の品質表示方法で
ある。
用いる反応の反応測定方法を用いることを特徴とする半
導体ナノ粒子の品質評価方法である。更に、本発明は、
上記の半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測定方法を用
いることを特徴とする半導体ナノ粒子の品質表示方法で
ある。
【００１３】上記のように、従来は、半導体ナノ粒子を
用いる反応の反応測定や半導体ナノ粒子の品質評価は、
溶液中にて行われており、乾燥状態における反応測定、
及び評価・解析は行われていない。この度、半導体ナノ
粒子は、その溶液をスライドグラスに滴下させた乾燥状
態においても蛍光強度及び蛍光スペクトルなどの蛍光特
性や、吸光強度（ａｂｓ．）や吸光スペクトルなどの吸
光度特性を示すことに着目した。しかも、乾燥状態にお
いては、半導体ナノ粒子の１個１個について、粒子間の
電子移動のない状態で光学的測定を行うことができるこ
とに着目した。これにより、乾燥状態では溶液中で行う
反応測定及び測定・評価以上の精度で、半導体ナノ粒子
を用いる反応の反応測定及び評価・解析を行うことが可
能となる。
用いる反応の反応測定や半導体ナノ粒子の品質評価は、
溶液中にて行われており、乾燥状態における反応測定、
及び評価・解析は行われていない。この度、半導体ナノ
粒子は、その溶液をスライドグラスに滴下させた乾燥状
態においても蛍光強度及び蛍光スペクトルなどの蛍光特
性や、吸光強度（ａｂｓ．）や吸光スペクトルなどの吸
光度特性を示すことに着目した。しかも、乾燥状態にお
いては、半導体ナノ粒子の１個１個について、粒子間の
電子移動のない状態で光学的測定を行うことができるこ
とに着目した。これにより、乾燥状態では溶液中で行う
反応測定及び測定・評価以上の精度で、半導体ナノ粒子
を用いる反応の反応測定及び評価・解析を行うことが可
能となる。
【００１４】本発明は、半導体ナノ粒子を用いる反応の
反応測定、及び半導体ナノ粒子の品質評価方法であり、
半導体ナノ粒子の製造方法は何ら限定されない。単分散
化した半導体ナノ粒子の製造方法は様々な方法があり、
半導体ナノ粒子を調製後、サイズに応じて分離・抽出を
行う方法と、あらかじめ単分散化した半導体ナノ粒子を
調製する方法の二つに大別される。前者の方法として、
ナノ粒子の有する表面電荷が粒径によって変化すること
を利用した電気泳動分離法、粒径による保持時間の差を
利用した排除クロマトグラフィー、粒子サイズの違いに
よる有機溶媒中への分散性の差を利用したサイズ選択沈
殿法が挙げられる。後者の方法として、高温環境化にお
いて前駆体を反応・成長させ、反応時間により粒径を制
御する高温成長法、半導体ナノ粒子溶液への単色光照射
により粒径制御を行うサイズ選択光エッチング法、界面
活性剤を利用し、有機溶媒と水溶媒の体積比により粒径
を制御する逆ミセル法が挙げられる。
反応測定、及び半導体ナノ粒子の品質評価方法であり、
半導体ナノ粒子の製造方法は何ら限定されない。単分散
化した半導体ナノ粒子の製造方法は様々な方法があり、
半導体ナノ粒子を調製後、サイズに応じて分離・抽出を
行う方法と、あらかじめ単分散化した半導体ナノ粒子を
調製する方法の二つに大別される。前者の方法として、
ナノ粒子の有する表面電荷が粒径によって変化すること
を利用した電気泳動分離法、粒径による保持時間の差を
利用した排除クロマトグラフィー、粒子サイズの違いに
よる有機溶媒中への分散性の差を利用したサイズ選択沈
殿法が挙げられる。後者の方法として、高温環境化にお
いて前駆体を反応・成長させ、反応時間により粒径を制
御する高温成長法、半導体ナノ粒子溶液への単色光照射
により粒径制御を行うサイズ選択光エッチング法、界面
活性剤を利用し、有機溶媒と水溶媒の体積比により粒径
を制御する逆ミセル法が挙げられる。
【００１５】半導体ナノ粒子の材質としては何ら制限さ
れないが、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｃｄ
Ｏ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、
ＨｇＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡ
ｓ、ＴｉＯ2、ＷＯ3、ＰｂＳ、又はＰｂＳｅ等が好まし
く例示される。以上のような方法により調製された半導
体ナノ粒子は、一般的に溶液中における吸光度および蛍
光強度を測定することで測定や評価が行われてきた。本
発明では、溶液中ではなく乾燥状態で半導体ナノ粒子の
測定及び評価・解析を行うことを特徴とする。
れないが、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｃｄ
Ｏ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、
ＨｇＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡ
ｓ、ＴｉＯ2、ＷＯ3、ＰｂＳ、又はＰｂＳｅ等が好まし
く例示される。以上のような方法により調製された半導
体ナノ粒子は、一般的に溶液中における吸光度および蛍
光強度を測定することで測定や評価が行われてきた。本
発明では、溶液中ではなく乾燥状態で半導体ナノ粒子の
測定及び評価・解析を行うことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】（実施例１）ここでは、半導体ナ
ノ粒子の評価方法および解析方法を例示する。ここで測
定・評価を行う半導体ナノ粒子は、ヘキサメタリン酸ナ
トリウム（０．１ｍｍｏｌ）とか塩素酸カドミウム
（０．２ｍｍｏｌ）の水溶液を１０００ｍｌ作成し、ｐ
Ｈ１０．３に調整した後、硫化水素ガス（０．２ｍｍｏ
ｌ）を激しく攪拌させながら溶液中に注入することで調
製した。得られた半導体ナノ粒子を、光エッチング法に
より単分散化した。このように調製および製造された単
分散化ＣｄＳ半導体ナノ粒子の水溶液をスライドガラス
等の基板上に滴下し、乾燥させた（図１）。その後、波
長約３５０ｎｍの励起光を照射した。
ノ粒子の評価方法および解析方法を例示する。ここで測
定・評価を行う半導体ナノ粒子は、ヘキサメタリン酸ナ
トリウム（０．１ｍｍｏｌ）とか塩素酸カドミウム
（０．２ｍｍｏｌ）の水溶液を１０００ｍｌ作成し、ｐ
Ｈ１０．３に調整した後、硫化水素ガス（０．２ｍｍｏ
ｌ）を激しく攪拌させながら溶液中に注入することで調
製した。得られた半導体ナノ粒子を、光エッチング法に
より単分散化した。このように調製および製造された単
分散化ＣｄＳ半導体ナノ粒子の水溶液をスライドガラス
等の基板上に滴下し、乾燥させた（図１）。その後、波
長約３５０ｎｍの励起光を照射した。
【００１７】蛍光顕微鏡（オリンパス光学工業株式会社
製 ＢＸ６０）等からなる読取装置により画像化を行
い、コンピュータ上で画像解析を行い、蛍光領域の積算
処理を行った。これにより、スライドガラス上の半導体
ナノ粒子の総発光量を求めることができ、滴下した半導
体ナノ粒子溶液量と相関させることで、単位量あたりの
発光量を求めることができた（図２）。あるいは、ある
指定領域に励起光を照射し、光学的スペクトルを取るこ
とにより評価を行うことも可能である。さらに、吸光度
と蛍光量の相関、および複数のスペクトルの相関によ
り、さらに正確な評価が可能となる。
製 ＢＸ６０）等からなる読取装置により画像化を行
い、コンピュータ上で画像解析を行い、蛍光領域の積算
処理を行った。これにより、スライドガラス上の半導体
ナノ粒子の総発光量を求めることができ、滴下した半導
体ナノ粒子溶液量と相関させることで、単位量あたりの
発光量を求めることができた（図２）。あるいは、ある
指定領域に励起光を照射し、光学的スペクトルを取るこ
とにより評価を行うことも可能である。さらに、吸光度
と蛍光量の相関、および複数のスペクトルの相関によ
り、さらに正確な評価が可能となる。
【００１８】（実施例２）ここでは、半導体ナノ粒子を
用いる反応の反応測定方法（半導体ナノ粒子を用いた生
体高分子解析方法）を示す。従来、半導体ナノ粒子を用
いた生体高分子の検出においては、主に溶液中による光
学的スペクトルを取ることにより評価されてきた。しか
しながら、ＤＮＡマイクロアレイに代表される生体高分
子マイクロアレイによる解析においては、溶液中で行う
ことは非常に困難であった。
用いる反応の反応測定方法（半導体ナノ粒子を用いた生
体高分子解析方法）を示す。従来、半導体ナノ粒子を用
いた生体高分子の検出においては、主に溶液中による光
学的スペクトルを取ることにより評価されてきた。しか
しながら、ＤＮＡマイクロアレイに代表される生体高分
子マイクロアレイによる解析においては、溶液中で行う
ことは非常に困難であった。
【００１９】本発明においては、乾燥状態下における半
導体ナノ粒子量を測定することにより、生体高分子マイ
クロアレイにおける解析を可能とするものである。とこ
ろで、先に本出願人は、表面を化学修飾した半導体ナノ
粒子をたんぱく質やＤＮＡの検出試薬として用いる発明
を出願した（特願２００２−２７６１６号）。図３を参
照して、表面を化学修飾した半導体ナノ粒子を用いて、
生体高分子を検出するメカニズムを説明する。図３にお
いて、平面又はビーズ状を形成する表面基板１が有する
正電荷とプローブＤＮＡ２の燐酸側鎖の負電荷との結合
により、基板１に対してプローブＤＮＡ２が固定化され
ている。プローブＤＮＡ２とサンプルＤＮＡ３は互いに
水素結合でハイブリダイズする。これによりサンプルＤ
ＮＡ３の燐酸側鎖の負電荷が上昇する。このサンプルＤ
ＮＡ３の負電荷に正電荷を有する半導体ナノ粒子４が結
合し、その結合量によりハイブリダイズしたサンプルＤ
ＮＡ３に関する情報を信号として提供する。図３の場合
は、プローブＤＮＡ２が負電荷で半導体ナノ粒子４が正
電荷であったが、逆であっても良い。たんぱく質等で
は、等電点が存在し、ＰＨの高低によってサンプルＤＮ
Ａ３の電荷も正負に変化する。サンプルＤＮＡ３の電荷
が正の場合は負電荷を有する半導体ナノ粒子４を用いれ
ば良い。
導体ナノ粒子量を測定することにより、生体高分子マイ
クロアレイにおける解析を可能とするものである。とこ
ろで、先に本出願人は、表面を化学修飾した半導体ナノ
粒子をたんぱく質やＤＮＡの検出試薬として用いる発明
を出願した（特願２００２−２７６１６号）。図３を参
照して、表面を化学修飾した半導体ナノ粒子を用いて、
生体高分子を検出するメカニズムを説明する。図３にお
いて、平面又はビーズ状を形成する表面基板１が有する
正電荷とプローブＤＮＡ２の燐酸側鎖の負電荷との結合
により、基板１に対してプローブＤＮＡ２が固定化され
ている。プローブＤＮＡ２とサンプルＤＮＡ３は互いに
水素結合でハイブリダイズする。これによりサンプルＤ
ＮＡ３の燐酸側鎖の負電荷が上昇する。このサンプルＤ
ＮＡ３の負電荷に正電荷を有する半導体ナノ粒子４が結
合し、その結合量によりハイブリダイズしたサンプルＤ
ＮＡ３に関する情報を信号として提供する。図３の場合
は、プローブＤＮＡ２が負電荷で半導体ナノ粒子４が正
電荷であったが、逆であっても良い。たんぱく質等で
は、等電点が存在し、ＰＨの高低によってサンプルＤＮ
Ａ３の電荷も正負に変化する。サンプルＤＮＡ３の電荷
が正の場合は負電荷を有する半導体ナノ粒子４を用いれ
ば良い。
【００２０】半導体ナノ粒子への官能基修飾は、半導体
ナノ粒子溶液中へチオール化合物を混合させることによ
り、半導体ナノ粒子表面とチオール化合物の置換反応を
起こさせることで容易に行うことができる。ここでは、
官能基により修飾された半導体ナノ粒子を用いたＤＮＡ
マイクロアレイによる解析方法を例示する。例として、
チオコリン（（２−メルカプトエチル）トリメチルアン
モニウム）により反応表面を修飾することによる応用例
を示す。
ナノ粒子溶液中へチオール化合物を混合させることによ
り、半導体ナノ粒子表面とチオール化合物の置換反応を
起こさせることで容易に行うことができる。ここでは、
官能基により修飾された半導体ナノ粒子を用いたＤＮＡ
マイクロアレイによる解析方法を例示する。例として、
チオコリン（（２−メルカプトエチル）トリメチルアン
モニウム）により反応表面を修飾することによる応用例
を示す。
【００２１】窒素で飽和させた２ｍｏｌ・ｄｍ-3ＨＣｌ
水溶液１．２ｃｍ3にヨウ化アセチルチオコリン３５０
ｍｇを溶かし、１２時間室温で放置した。これに窒素雰
囲気下２８％アンモニア水を０．２ｃｍ3加え中和し、
弱アルカリ性の０．８６ｍｏｌ・ｄｍ-3チオコリン
（（２−メルカプトエチル）トリメチルアンモニウム）
水溶液を作成した。これによってナノ粒子表面を修飾す
ることによって、正電荷を粒子表面に有するチオコリン
修飾ＣｄＳナノ粒子を調整した。この溶液をサイズ選択
光エッチング後のＣｄＳナノ粒子溶液中に４．６５ｍｌ
加え、溶液を攪拌させながら、室温にて２４時間放置し
た。これによって得られた半導体ナノ粒子は、正電荷を
持ち、負電荷に帯電したＤＮＡやたんぱく質等に容易に
吸着する。ここでは、この性質を利用したＤＮＡマイク
ロアレイへの応用例について説明する。ＤＮＡマイクロ
アレイとは、基板上に化学的に固定された多数の既知の
プローブＤＮＡに対し、検定を行いたいサンプルＤＮＡ
をプローブ上に展開させ、プローブＤＮＡとサンプルＤ
ＮＡの結合の有無および結合量により、サンプルの配列
特性を知る方法である。今まで、ＤＮＡの結合の有無お
よび結合量については、サンプルに対して蛍光物質ある
いは放射性物質を修飾し、それらを光学的に検出するこ
とによって、結合の有無および結合量の測定を行う方法
が一般的であった。本発明によれば、前もってサンプル
に対して修飾する必要がないため、ＲＮＡ逆転写反応や
ＰＣＲ反応によるサンプルの前処理が不要であるという
特徴をもつ。
水溶液１．２ｃｍ3にヨウ化アセチルチオコリン３５０
ｍｇを溶かし、１２時間室温で放置した。これに窒素雰
囲気下２８％アンモニア水を０．２ｃｍ3加え中和し、
弱アルカリ性の０．８６ｍｏｌ・ｄｍ-3チオコリン
（（２−メルカプトエチル）トリメチルアンモニウム）
水溶液を作成した。これによってナノ粒子表面を修飾す
ることによって、正電荷を粒子表面に有するチオコリン
修飾ＣｄＳナノ粒子を調整した。この溶液をサイズ選択
光エッチング後のＣｄＳナノ粒子溶液中に４．６５ｍｌ
加え、溶液を攪拌させながら、室温にて２４時間放置し
た。これによって得られた半導体ナノ粒子は、正電荷を
持ち、負電荷に帯電したＤＮＡやたんぱく質等に容易に
吸着する。ここでは、この性質を利用したＤＮＡマイク
ロアレイへの応用例について説明する。ＤＮＡマイクロ
アレイとは、基板上に化学的に固定された多数の既知の
プローブＤＮＡに対し、検定を行いたいサンプルＤＮＡ
をプローブ上に展開させ、プローブＤＮＡとサンプルＤ
ＮＡの結合の有無および結合量により、サンプルの配列
特性を知る方法である。今まで、ＤＮＡの結合の有無お
よび結合量については、サンプルに対して蛍光物質ある
いは放射性物質を修飾し、それらを光学的に検出するこ
とによって、結合の有無および結合量の測定を行う方法
が一般的であった。本発明によれば、前もってサンプル
に対して修飾する必要がないため、ＲＮＡ逆転写反応や
ＰＣＲ反応によるサンプルの前処理が不要であるという
特徴をもつ。
【００２２】ＤＮＡマイクロアレイ上にサンプルＤＮＡ
溶液を滴下し、カバーグラスを静置した後、ＣＨＢＩＯ
（日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社製）を用
いて、密閉環境下で１６時間反応させた。反応後、スラ
イドガラスを取り出し、２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤＳ溶
液中にスライドガラスを浸漬してカバーグラスを取り除
いた後、ＣｄＳ半導体ナノ粒子濃度１．２×１０17個ｍ
ｏｌ・ｄｍ-3を含む２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤＳ溶液中
に２時間浸漬した。その後、２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤ
Ｓ溶液中で室温にて２０分間振とうし、０．２×ＳＳＣ
０．１％ＳＤＳ溶液中で室温にて２０分間振とうをお
こなった。さらに非特異吸着サンプルを除去するため
に、０．２×ＳＳＣ０．１％ＳＤＳ溶液中で５５℃にて
２０分間振とうし、同様な操作を再度繰り返した。その
後０．２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤＳ溶液中で室温にて数
回振とうを行い、０．２×ＳＳＣ、０．０５×ＳＳＣの
それぞれの溶液中で室温にて数回振とうさせた。以上の
浸漬および洗浄工程は、いずれも染色壷を用いて行っ
た。その後、遠心乾燥させたスライドガラスは、落射式
蛍光顕微鏡を用い、半導体ナノ粒子の蛍光波長のみをフ
ィルタリングして解析を行った。その結果、ＤＮＡマイ
クロアレイの各スポットから鮮やかな赤色の蛍光発光が
測定された。本実施例により、半導体ナノ粒子を用いる
各種反応において、乾燥状態での半導体ナノ粒子の光学
的測定が反応測定に役立つことが分かった。本方法は、
生体高分子マイクロアレイ全般に応用することができ、
ＤＮＡマイクロアレイだけでなく、たんぱく質マイクロ
アレイ等の同様の原理を持った他の生体高分子マイクロ
アレイおよびセンサーへ応用可能である。
溶液を滴下し、カバーグラスを静置した後、ＣＨＢＩＯ
（日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社製）を用
いて、密閉環境下で１６時間反応させた。反応後、スラ
イドガラスを取り出し、２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤＳ溶
液中にスライドガラスを浸漬してカバーグラスを取り除
いた後、ＣｄＳ半導体ナノ粒子濃度１．２×１０17個ｍ
ｏｌ・ｄｍ-3を含む２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤＳ溶液中
に２時間浸漬した。その後、２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤ
Ｓ溶液中で室温にて２０分間振とうし、０．２×ＳＳＣ
０．１％ＳＤＳ溶液中で室温にて２０分間振とうをお
こなった。さらに非特異吸着サンプルを除去するため
に、０．２×ＳＳＣ０．１％ＳＤＳ溶液中で５５℃にて
２０分間振とうし、同様な操作を再度繰り返した。その
後０．２×ＳＳＣ ０．１％ＳＤＳ溶液中で室温にて数
回振とうを行い、０．２×ＳＳＣ、０．０５×ＳＳＣの
それぞれの溶液中で室温にて数回振とうさせた。以上の
浸漬および洗浄工程は、いずれも染色壷を用いて行っ
た。その後、遠心乾燥させたスライドガラスは、落射式
蛍光顕微鏡を用い、半導体ナノ粒子の蛍光波長のみをフ
ィルタリングして解析を行った。その結果、ＤＮＡマイ
クロアレイの各スポットから鮮やかな赤色の蛍光発光が
測定された。本実施例により、半導体ナノ粒子を用いる
各種反応において、乾燥状態での半導体ナノ粒子の光学
的測定が反応測定に役立つことが分かった。本方法は、
生体高分子マイクロアレイ全般に応用することができ、
ＤＮＡマイクロアレイだけでなく、たんぱく質マイクロ
アレイ等の同様の原理を持った他の生体高分子マイクロ
アレイおよびセンサーへ応用可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明により、半導体ナノ粒子を用いる
反応の反応測定を、簡便にかつ再現性良く行うことが可
能となった。また、半導体ナノ粒子の品質評価を簡便に
行うことが可能となり、品質指標を明示することができ
るようになった。
反応の反応測定を、簡便にかつ再現性良く行うことが可
能となった。また、半導体ナノ粒子の品質評価を簡便に
行うことが可能となり、品質指標を明示することができ
るようになった。
【図１】半導体ナノ粒子溶液の基板への滴下のイメージ
図。
図。
【図２】コンピュータによる解析画面例。
【図３】化学的に修飾された半導体ナノ粒子を用いてＤ
ＮＡを検出することを説明する模式図。
ＮＡを検出することを説明する模式図。
１：基板、２：プローブＤＮＡ、３：サンプルＤＮＡ、
４：正電荷を持った半導体ナノ粒子。
４：正電荷を持った半導体ナノ粒子。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
// Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｚ
21/64 21/64 Ｚ
33/58 33/58 Ｚ
(72)発明者 桑畑 進
大阪府吹田市山田丘２−１ 大阪大学大学
院工学研究科内
Ｆターム(参考） 2G043 AA01 BA16 CA04 DA02 EA01
FA02 GA07 GB21
2G045 BA14 BB24 CB01 DA12 DA13
DA14 DA36 FB02 FB12 FB16
GC10 GC15 HA06 HA09 HA16
JA01
2G054 AA02 AA06 CA22 CA23 EA03
EA04 FA19 GA04 GB04 GE03
2G059 AA05 BB10 BB12 CC01 CC20
DD03 EE01 EE07 EE12 FF03
KK01
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体ナノ粒子を用いる反応途中及び／
または反応後に、基板上に前記半導体ナノ粒子を含む一
定容量の溶液を滴下し、前記半導体ナノ粒子溶液を前記
基板上で乾燥させ、半導体ナノ粒子の乾燥物を光学的に
処理し、その光学的データから、前記半導体ナノ粒子を
用いる反応の測定を行うことを特徴とする反応測定方
法。 - 【請求項２】 前記半導体ナノ粒子の乾燥物の光学的処
理が、前記半導体ナノ粒子の乾燥物に励起光を照射し、
前記照射により発光する蛍光強度を求めるものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の反応測定方法。 - 【請求項３】 前記発光する蛍光強度の総和を求めるこ
とで、前記照射による全発光量を求め、単位量当りの発
光量を求めることを特徴とする請求項２に記載の反応測
定方法。 - 【請求項４】 半導体ナノ粒子の乾燥物に励起光を照射
し、前記照射により発する蛍光をスキャナーにより画像
として取り込み、前記取り込んだ画像を処理・解析する
ことにより、前記照射による発光強度を求めることを特
徴とする請求項２または３に記載の反応測定方法。 - 【請求項５】 前記半導体ナノ粒子の乾燥物の光学的処
理が、前記半導体ナノ粒子の乾燥物に光を照射し、前記
照射による吸光度を求めるものであることを特徴とする
請求項１に記載の反応測定方法。 - 【請求項６】 前記半導体ナノ粒子を用いる反応が、正
または負電荷をもつ半導体ナノ粒子を、サンプル生体高
分子の持つ負または正電荷に静電的に結合させることに
より、プローブ生体高分子との結合の有無および結合量
を検出する生体高分子の検出反応であることを特徴とす
る請求項１〜５に記載の反応測定方法。 - 【請求項７】 前記半導体ナノ粒子を用いる反応が、生
体組織の染色反応であることを特徴とする請求項１〜５
に記載の反応測定方法。 - 【請求項８】 前記半導体ナノ粒子を用いる反応が、生
体高分子の修飾反応であることを特徴とする請求項１〜
５に記載の反応測定方法。 - 【請求項９】 前記請求項１〜５に記載の半導体ナノ粒
子を用いる反応の反応測定方法を用いることを特徴とす
る半導体ナノ粒子の品質評価方法。 - 【請求項１０】 前記請求項１〜５に記載の半導体ナノ
粒子を用いる反応の反応測定方法を用いることを特徴と
する半導体ナノ粒子の品質表示方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087768A JP3955225B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測定方法及び該測定方法を用いる半導体ナノ粒子の品質評価方法 |
| US10/368,477 US20030186216A1 (en) | 2002-03-27 | 2003-02-20 | Reaction measurement method for reactions using semiconductor nanoparticles, and quality evaluation method for semiconductor nanoparticles using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087768A JP3955225B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測定方法及び該測定方法を用いる半導体ナノ粒子の品質評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003279491A true JP2003279491A (ja) | 2003-10-02 |
| JP3955225B2 JP3955225B2 (ja) | 2007-08-08 |
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ID=28449403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002087768A Expired - Fee Related JP3955225B2 (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 半導体ナノ粒子を用いる反応の反応測定方法及び該測定方法を用いる半導体ナノ粒子の品質評価方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030186216A1 (ja) |
| JP (1) | JP3955225B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1650812B2 (en) † | 2003-07-24 | 2019-10-23 | Kaneka Corporation | Method for making a silicon based thin film solar cell |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20050059042A1 (en) * | 2003-05-16 | 2005-03-17 | Rothberg Lewis J. | Colorimetric and fluorescent methods for sensing of oligonucleotides |
| JP2008527999A (ja) * | 2005-01-21 | 2008-07-31 | ユニバーシティー オブ ロチェスター | 長い１本鎖核酸および２本鎖核酸から短い１本鎖核酸を分離するための方法、ならびに関連した生体分子アッセイ法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5846525A (en) * | 1995-12-19 | 1998-12-08 | Trega Biosciences, Inc. | Protected biopolymers for oral administration and methods of using same |
| US6127184A (en) * | 1998-03-07 | 2000-10-03 | Robert A. Levine | Calibration of a whole blood sample analyzer |
| US6309701B1 (en) * | 1998-11-10 | 2001-10-30 | Bio-Pixels Ltd. | Fluorescent nanocrystal-labeled microspheres for fluorescence analyses |
| US6761877B2 (en) * | 2000-02-18 | 2004-07-13 | Biocrystal, Ltd. | Functionalized encapsulated fluorescent nanocrystals |
| US20020083888A1 (en) * | 2000-12-28 | 2002-07-04 | Zehnder Donald A. | Flow synthesis of quantum dot nanocrystals |
-
2002
- 2002-03-27 JP JP2002087768A patent/JP3955225B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-02-20 US US10/368,477 patent/US20030186216A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1650812B2 (en) † | 2003-07-24 | 2019-10-23 | Kaneka Corporation | Method for making a silicon based thin film solar cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3955225B2 (ja) | 2007-08-08 |
| US20030186216A1 (en) | 2003-10-02 |
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