JP2007076975A

JP2007076975A - 親水性ナノ粒子の製造方法

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Publication number: JP2007076975A
Application number: JP2005268776A
Authority: JP
Inventors: Zhelev Zhivko; ジェレフジブコ; Hideki Oba; 英樹大庭; Rumiana Bakalova; バカロヴァルミアナ; Jose Rajan; ジョセラージャン
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: JP4665170B2

Abstract

【課題】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。
【解決手段】以下の工程(1)及び(2)を経て親水性ナノ粒子を製造する：工程(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、及び工程(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。
【選択図】なし

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。

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）。

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。

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。

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。

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。
ＷａｒｒｅｎＣ．Ｗ．ａｎｄＳｈｕｍｉｎｇＮｉｅ， "ＱｕａｎｔｕｍＤｏｔＢｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅｓｆｏｒＵｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅＮｏｎｉｓｏｔｏｐｉｃＤｅｔｅｃｔｉｏｎ"，Ｓｉｃｅｎｃｅ，２８１，ｐｐ２０１６−２０１８（１９９８）．

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（OD_430nm）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（OD_430nm ＝ 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。

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。

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。

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、本実施例２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。

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。

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。

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。

参考例１で得られたCdSeナノ結晶について、UV/VIS吸収スペクトルの測定結果（左図）及び蛍光スペクトルの測定結果（右図）を示す図である。参考例１で得られたCdSeナノ結晶について、Ｘ線解析した結果（Ａ図）及び高分解透過型電子顕微鏡観察した写真（Ｂ及びＣ図）を示す図である。参考例１で得られたCdSeナノ結晶の粒子径の分布を測定した結果を示す図である。実施例１で得られた親水性性CdSeナノ結晶について、UV/VIS吸収スペクトルの測定結果（左図）及び蛍光スペクトルの測定結果（右図）を示す図である。実施例１で得られた親水性CdSeナノ結晶を５ヶ月間、４℃で保存した後に、UV/VIS吸収スペクトルを測定した結果（左図）及び蛍光スペクトルを測定した結果（右図）を示す図である。

Claims

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。
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種である請求項１に記載の方法。
前記金属がＣｄであり、５Ｂ族もしくは６Ｂ族原子がＳｅである、請求項１に記載の方法。
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、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
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、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
得られる親水性ナノ粒子が、平均粒子径（１．８〜２．０）ｎｍの粒子であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
親水性ナノ粒子が親水性のナノ結晶である、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
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。
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。