JP2005330558A - 貴金属コロイド、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒径がコントロールされた貴金属コロイド、およびそれを製造する方法の提供、及び、安価な分散安定剤を用いて安定な貴金属コロイドを製造する方法、それにより製造された貴金属コロイドを提供すること、また、貴金属二次粒子のコロイドを安定的に調製しうる方法を提供する。
【解決手段】（１）式で表される化合物で分散されてなる貴金属のコロイド。

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数が６〜２２のアルキル基、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８は、同一か異なっていてもよい水素または、炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ_９、Ｒ_１０は炭素数１〜５のアルキル鎖）
【選択図】なし

Description

本発明は、貴金属コロイド、およびそれを製造する方法に関する。

貴金属、中でも金コロイドの研究は１９世紀に始まっている。貴金属コロイドは、粒子の粒径がナノサイズと小さいことから固体電解燃料電池の電極、写真増感剤等の用途に、凝集すると赤紫色の色相が変化することから抗原抗体反応を利用した標識抗体または抗原等の免疫学的測定用標識剤の用途に使用されている。

このような貴金属コロイドは、塩化貴金属酸の水溶液に撹拌下に還元剤を添加して金属を析出させることにより製造している。これら化学的還元法で製造された金属コロイドは、その酸化金属アニオンまたは対アニオンの由来により、負に帯電した表面を持つ。このような場合に金属コロイドが安定化するためには、静電的な機構が関与している。しかしこの静電的な機構が破壊されると、金属コロイド同士が集まり、凝集が起こる。

静電的な安定性はしばしば金属塩等がコロイドに添加されることにより破壊されて、凝集が起こり、色相が次第に変化する。この問題貯蔵安定性を向上させるため、コロイド溶液に分散安定剤を添加してコロイドの凝集を防止することが一般的に行われている。このような分散安定剤としては、例えば、牛血清アルブミン，グロブリン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングコール等の水溶性高分子、ポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル等のノニオン系分散安定剤等が用いられている。

従来、イムノクロマト法では、細菌やウイルスを特異的に検出するために、金コロイドで標識された抗体を用いることが一般的である。しかしながら、この金コロイド標識を用いたイムノクロマト法の感度は、現在充分な水準にあるとは言えず、抗原が微量であっても検出できる高感度な標識が求められている。このためには平均粒径が小さいコロイドが望まれる。そこで、金コロイドに代わって白金コロイドを抗体の標識に用いることが考えられるが、この場合、白金コロイドは粒径が小さ過ぎるために発色が不充分であるという問題があった。この場合、白金コロイドが二次粒子を形成していれば発色の問題は解消される。このように、貴金属コロイドの粒径を自由に調節できる技術が望まれている。

特許文献１には、チオール又はジスルフィド結合を有するチオクラウンエーテルを分散安定剤として用い、その化合物を選択することにより金コロイドの粒径を調節する技術が開示されている。しかし、この文献に記載されている技術ではコロイドを一旦有機溶媒相と接触させ、しかる後に水相に転換させるという複雑な工程が必要とされている。
特開２００１−８９１４０

本発明は、粒径がコントロールされた貴金属コロイド、およびそれを製造する方法を提供することを目的としている。本発明はまた、安価な分散安定剤を用いて安定な貴金属コロイドを製造する方法、それにより製造された貴金属コロイドを提供することを目的としている。本発明はまた、安定な貴金属二次粒子のコロイドを調製しうる方法を提供することを目的としている。

すなわち、本発明は、下記（１）式で表される化合物で分散されてなる貴金属のコロイドである。
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数が６〜２２のアルキル基、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ₈は、同一か異なっていてもよい水素または、炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ₉、Ｒ₁₀は炭素数１〜５のアルキル鎖）

本発明は、好ましくは下記（２）式で表される化合物で分散されてなる貴金属のコロイドである。

貴金属コロイドは、単粒子の分散体であることが好ましい。

貴金属は、金または白金であることが好ましい。

貴金属コロイドは、単粒子の集合体の分散体であることが好ましい。

本発明は、また下記（１）式の化合物を分散させた水中に、予め貴金属イオンを溶解しておき、還元剤を添加することにより貴金属コロイドを製造する方法である。

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数が６〜２２のアルキル基、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ₈は、同一か異なっていてもよい水素または、炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ₉、Ｒ₁₀は炭素数１〜５のアルキル鎖）

本発明では、安価な分散安定剤を用いて安定な貴金属コロイドを製造することができる。本発明では、貴金属コロイド粒子の粒径をコントロールすることができる。本発明による貴金属コロイドを製造では、安定な貴金属二次粒子コロイドを調製することができる。本発明の貴金属コロイドは粒径が小さく、粒度分布が狭いため、同一濃度での色調が高いという利点がある。

本発明の実施の形態につき詳しく説明する。本発明では特定の分散剤を用いた貴金属コロイドである。

本発明における貴金属とは、金、銀、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、ゲルマニウム等の高価で有用な金属類をいう。本発明では、金または白金、中でも金を特に対象としている。

本発明におけるコロイドとは、平均粒径が５００ｎｍ、好ましくは２００ｎｍ以下、特に１００ｎｍ以下の金属微粒子の水散体をいう。

上記のような貴金属のコロイドは、例えば、貴金属の塩化物、例えば金では塩化金酸、白金では、塩化白金酸、銀では硝酸銀等を還元剤で還元することにより製造することができる。

本発明で用いることのできる還元剤としては、公知の如く、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、水素化ホウ素ナトリウム、ヒドラジン、および水素ガスなどが好適に使用される。これらの中では、クエン酸ナトリウムが安価でかつ性能が優れているため好ましい。

上記反応は溶媒中で行う。溶媒としては、通常、水が用いられ、超純水や、イオン交換水を数回蒸留したものを使用することが好ましい。また、水は窒素ガスなどの不活性気体を吹き込んで、溶存酸素を除去した状態で行うことが好ましい。

還元剤の濃度は、溶媒全量に対して、０.００５〜０.５重量／容量％（とすることが好ましい。

本発明では、下記（１）式で表される化合物を貴金属コロイドの分散安定剤として用いる。

上記（１）式において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数が６〜２２のアルキル基、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ₈は、同一か異なっていてもよい水素または、炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ₉、Ｒ₁₀は炭素数１〜５のアルキル鎖である。

上記（１）式において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は、同一または異なっていてもよい炭素数が６〜２２、好ましくは炭素数８〜２０のアルキル基である。このアルキル基の長さを調節することにより貴金属コロイドの平均粒径、粒度分布、二次粒子生成の有無を調節することができる。すなわち、アルキル基の長さが長くなる程貴金属コロイドの平均粒径は小さくかつ粒度分布も狭くなる。アルキル基の長さが１０付近にあると、二次凝集粒子の分散体を生じやすくなる。

上記（１）式において、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ₈は、同一か異なっていてもよい水素または、炭素数１〜３のアルキル基であり、好ましくはメチル基である。

Ｒ₉、Ｒ₁₀は炭素数１〜５のアルキル鎖、好ましくはエチレン鎖である。

本発明で用いる分散安定剤は、好ましくは下記（２）式の構造式の化合物である。

上記の化合物は、例えば下記（３）式の原料と、下記（４）式の原料とから下記（５）式の反応により製造することができる。

本発明の貴金属コロイドは、上記（１）式の化合物を分散させた水中に、予め貴金属イオンを溶解しておき、還元剤を添加する、好ましくは貴金属イオン水溶液を強撹拌しながら還元剤を滴下する方法により製造することができる。

上記本発明の方法で製造された貴金属コロイドは、単分散している場合、その粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは、２〜３０ｎｍ、特に好ましくは３〜２０ｎｍの範囲の金コロイドが使用される。貴金属が単粒子の集合体が分散している場合、単一粒子の大きさは１〜２０ｎｍ、二次粒子の場合、粒径が１０ｎｍ〜１００００ｎｍ、好ましくは、１０〜１０００ｎｍ、特に好ましくは２０〜５００ｎｍの範囲にある。

本発明において、金コロイド粒子および金属コロイド粒子は、電子顕微鏡観察により直接測定された。コロイドの粒度分布は、コロイドを顕微鏡で観察し、画像解析処理を行うことにより求められる。

本発明の貴金属のコロイドは、分散安定剤の上記（１）式におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３が、炭素数１２〜２２の比較的長鎖アルキル基である場合、単分散、すなわち一次粒子に完全に分散した状態のコロイドが得られやすい。

一方、分散安定剤の上記（１）式におけるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３が、炭素数６〜１１の比較的短鎖のアルキル基である場合、単粒子の集合体の分散体、すなわち一次粒子が凝集して二次粒子を形成した状態で安定化されたコロイドが得られやすい。

本発明の貴金属コロイドを標識抗体または抗原等の免疫学的測定用標識剤として用いる場合、貴金属コロイドと抗原、または抗体、発現酵素、あるいは遺伝子等を混合することにより作製される。免疫学的測定用材料とは、より具体的には、例えばアルブミン，ヘモグロビン，ミオグロビン，トランスフェリン，プロテインＡ，Ｃ反応性蛋白質等のタンパク質、例えば高比重リポ蛋白質（ＨＬＤ），低比重リポ蛋白質（ＬＤＬ），超低比重リポ蛋白質等の脂質蛋白質、例えばデオキシリボ核酸（ＤＮＡ），リボ核酸（ＲＮＡ）等の核酸、例えばアルカリ性ホスファターゼ，乳酸脱水素酵素，リパーゼ，アミラーゼ等の酵素、例えばＩgＧ，ＩgＭ，ＩgＡ，ＩgＤ，ＩgＥ等の免疫グロブリン（或はこれらの、例えばＦc部，Ｆab部，Ｆ(ab)₂部等の断片）、例えばフィブリノーゲン，トロンビン等の血液凝固因子、例えば抗ストレプトリジン抗体，抗ウイルス抗体，リュウマチ因子等の抗体等を挙げることができる。

遺伝子としては、（１）ウイルス性疾病、細菌性疾病、寄生虫病など種々の感染症に対する感染防御抗原をコードする遺伝子、例えば、インフルエンザウイルスのＮＰまたはＨＡ、狂犬病ウイルスの糖蛋白、ヒト免疫不全ウイルスのエンベロープ蛋白やＲｅｖ、単純ヘルペスウイルスの糖蛋白ＢまたはＤ、ウシヘルペスの糖蛋白、Ｂ型肝炎ウイルスの表面抗原やコア蛋白Ｃ型肝炎ウイルスのヌクレオカプシド、パピローマウイルス、ヒトＴ細胞白血病ウイルス（ＨＴＬＶ−１）のウイルスエンベローブ、サイトメガロウイルスのウイルスセグメント、マラリア原虫のスポロゾイト蛋白、日本住血吸虫のパラミオシン蛋白等をコードする遺伝子、（２）ガン特異的抗原等をコードする遺伝子、例えば、Ｂ細胞リンパ腫のイディオタイプ抗体、ヒト免疫グロブリンV領域、ＭＨＣクラスI分子等をコードする遺伝子、（３）リウマチ性関節炎などの自己免疫疾患に対して治療効果を示すＴ細胞レセプターベーター鎖をコードする遺伝子等を挙げることができる。

次に実施例を挙げて本発明につき更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例になんら制約されるものではない。

（実施例１）
（分散安定剤）
（２）式において、ｎ＝１４の化合物（以下「３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱ」という）の化合物を分散安定剤として用いた。

（コロイドの調整）
塩化金酸０．０４ｍｍｏｌ／ｌを含む水溶液２０ｍｌを容器内に入れ、その中に分散安定剤として３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱを６ｍｇを投入し、ホットスターラ上で撹拌して十分に溶解させた。３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱを溶解させた後、液を撹拌しながら、次いでＮａＢＨ_４０．２ｍｏｌ／ｌをスポイドで液中に徐々に投入した。引き続き撹拌を続け、６０分後撹拌を停止し、放置し、２４時間後にコロイドの特性を測定した。

（形状測定）
以上の方法で得た金コロイドの平均粒径、及び粒度分布を測定した。結果を表１に示す。また、ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルを測定した。結果を図１（３）に示す。また、コロイド粒子の電子顕微鏡写真を図２（３）に示す。その結果、３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱを配合したコロイドでは吸光度の変化はほとんどなく、凝集しにくいという結果を得た。

（実施例２）
実施例１において用いた３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱの代わりに、（２）式において、ｎ＝１２の化合物（以下「３Ｒ_１２ｄｉｅｎＱ」という）の化合物を分散安定剤として用い、配合量をｃｍｃの１０倍である２９ｍｇとする以外は実施例１と同様に行った。粒径、及び粒度分布の測定結果を表１に、ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルの測定結果を図１（２）に、コロイド粒子の電子顕微鏡写真を図２（２）に示す。

（実施例３）
実施例１において用いた３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱの代わりに、（２）式において、ｎ＝１６の化合物（以下「３Ｒ_１６ｄｉｅｎＱ」という）の化合物を分散安定剤として用い、配合量を１４ｍｇとする以外は実施例１と同様に行った。粒径、及び粒度分布の測定結果を表１に、ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルの測定結果を図１（４）に、コロイド粒子の電子顕微鏡写真を図２（４）に示す。

（実施例４）
実施例１において用いた３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱの代わりに、（２）式において、ｎ＝１０の化合物（以下「３Ｒ_１０ｄｉｅｎＱ」という）の化合物を分散安定剤として用い、配合量を２００ｍｇとする以外は実施例１と同様に行った。粒径、及び粒度分布の測定結果を表１に、ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルの測定結果を図１（１）に、コロイド粒子の電子顕微鏡写真を図３に示す。

（実施例５）
実施例４においてＮａＢＨ_４０．２ｍｏｌ／ｌを１０倍の２ｍｏｌ／ｌとする以外は実施例４と同様に行った。ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルにおいて、金コロイド粒子に特徴的な吸収が５２０ｎｍ付近に観察された。

（実施例６）
実施例４において得たコロイド粒子を凍結乾燥した後、その再分散安定性を調査した。凍結乾燥前後のＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルにおいて、金コロイド粒子に特徴的な吸収が５２０ｎｍ付近に観察された。

（比較例１）
実施例１において、３Ｒ_１４ｄｉｅｎＱを配合しない以外は実施例１と同様に行った。コロイドは安定に形成せず、黒色沈澱を生じた。

（比較例２）
実施例４において用いた３Ｒ_１０ｄｉｅｎＱの代わりに、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ６０）２００ｍｇを用いる以外は実施例４と同様に行った。コロイドは安定に形成せず、一ヶ月後に黒色沈澱を生じた。

（比較例３）
実施例５において用いた３Ｒ_１０ｄｉｅｎＱの代わりに、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ６０）２００ｍｇを用いる以外は実施例５と同様に行った。コロイドは安定に形成せず、黒色沈澱を生じた。

（実施例７）
実施例１において用いた塩化金酸の代わりに、塩化白金酸水溶液を用いる以外は実施例１と同様に行った。色相が黄色を呈し、黄色の白金コロイド溶液を得た。得られた白金コロイドは、長期間無沈殿であった。

本発明の貴金属コロイドは上記特徴があるため、タンパク質染色剤および免疫学的測定用標識剤として有用である。二次粒子を形成しているコロイドは特に白金コロイドのように従来粒径が小さすぎて免疫学的測定用標識剤として使用できなかった貴金属コロイドを免疫学的測定用標識剤として使用することが可能になる。また本発明の貴金属コロイドは触媒としての性能が優れている。特に二次粒子を形成しているため、電池材料，触媒材料，ガスセンサ材料，メッキ，着色，核融合材料，レーザ素材，光学材料などに広く利用できる。

図１は、実施例において得られた貴金属コロイドのＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルの測定結果を表したグラフである。 図２は、実施例１〜３において得られた貴金属コロイド粒子の電子顕微鏡写真である。 図３は、実施例４において得られた貴金属コロイド粒子の電子顕微鏡写真である。

Claims (6)

1. 下記（１）式で表される化合物で分散されてなる貴金属のコロイド。
   （式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数が６〜２２のアルキル基、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ₈は、同一か異なっていてもよい水素または、炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ₉、Ｒ₁₀は炭素数１〜５のアルキル鎖）
2. 下記（２）式で表される化合物で分散されてなる貴金属のコロイド。
   
3. 貴金属コロイドが、単粒子の分散体であることを特徴とする特許請求の範囲１〜２に記載の貴金属のコロイド。
4. 貴金属が、金または白金であることを特徴とする特許請求の範囲１〜３に記載の貴金属のコロイド。
5. 貴金属コロイドが、単粒子の集合体の分散体であることを特徴とする特許請求の範囲１〜４に記載の貴金属のコロイド。
6. 下記（１）式の化合物を分散させた水中に、予め貴金属イオンを溶解しておき、還元剤を添加することにより貴金属コロイドを製造する方法。
   （式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は炭素数が６〜２２のアルキル基、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ₈は、同一か異なっていてもよい水素または、炭素数１〜３のアルキル基、Ｒ₉、Ｒ₁₀は炭素数１〜５のアルキル鎖）