JP2008247713A - Fluorescent coloring material-containing nano-silica particle, and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method for efficiently and stably preparing fluorescent coloring material-containing nano-silica particles having high fluorescent intensity, to provide fluorescent coloring material-containing nano-silica particles obtained by the method, and to provide its application as a detection reagent. <P>SOLUTION: The fluorescent coloring material-containing nano-silica particles are prepared through the following stages (a) to (d): a stage (a) where a fluorescent coloring material bonding group is introduced into the surface of each nano-silica particle via the OH group thereof; a stage (b) where each nano-silica particle obtained by the above stage is reacted with a compound having fluorescent coloring material molecules, so as to bond a fluorescent coloring material to the surface of each nano-silica particle; a stage (c) where each fluorescent coloring material-bonded nano-silica particle obtained by the above stage is reacted with a silica compound, so as to introduce the silica compound into the fluorescent coloring material-bonded group in the surface of each fluorescent coloring material-bonded nano-silica particle; and a stage (d) where each nano-silica particle obtained by the above stage is reacted with a silane compound, so as to form a silica film on the surface of each nano-silica particle. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、検出試薬として有用な蛍光色素含有ナノシリカ粒子およびその調製方法に関する。より詳細には、本発明は、粒径が数十nm以下、特に30nm以下や10nm以下などの微粒子でありながらも、高い蛍光強度を有する蛍光色素含有ナノシリカ粒子およびその調製方法に関する。   The present invention relates to a fluorescent dye-containing nanosilica particle useful as a detection reagent and a method for preparing the same. More specifically, the present invention relates to a fluorescent dye-containing nanosilica particle having a high fluorescence intensity while having a particle size of several tens of nm or less, particularly 30 nm or less or 10 nm or less, and a method for preparing the same.

近年、検出試薬として蛍光色素を含む微粒子を利用した生化学的検査手法が各種研究されており、例えば、パッカード社によりアルファスクリーン技法が商品化されている(非特許文献1、特許文献1〜7)。これは、直径250nmのラテックス製のドナービーズ(登録商標)とアクセプタービーズ(登録商標)を使用したものであり、ドナービーズとアクセプタービーズが結合した後、ドナービーズをレーザーで励起すると、内部の蛍光分子からの蛍光で一重項酸素分子が生成し、これがアクセプタービーズ中の蛍光物質と化学反応して化学発光を生じ、これを観測するというものである。   In recent years, various biochemical examination methods using fine particles containing a fluorescent dye as a detection reagent have been studied. For example, the alpha screen technique has been commercialized by Packard (Non-Patent Document 1, Patent Documents 1-7). ). This is made using latex donor beads (registered trademark) and acceptor beads (registered trademark) with a diameter of 250 nm. After the donor beads and acceptor beads are combined, The singlet oxygen molecule is generated by the fluorescence from the fluorescent molecule, and this chemically reacts with the fluorescent substance in the acceptor bead to generate chemiluminescence, and this is observed.

また、上記のビーズ(微粒子)としてシリカ球を用いた検出試薬も研究されており、内部に蛍光色素分子を入れたシリカ球の製法も各種提案されている。かかるシリカ球は、内部に保持した蛍光色素分子をシリカで囲った形態を備えており、その結果、外部因子による消光(例えば生化学的高分子等による励起エネルギーの吸収)を抑制することができるため、高感度な検出試薬として各種の検査に応用されることが期待されている。   In addition, detection reagents using silica spheres as the beads (fine particles) have been studied, and various methods for producing silica spheres with fluorescent dye molecules in the interior have been proposed. Such silica spheres have a form in which fluorescent dye molecules held inside are surrounded by silica, and as a result, quenching by external factors (for example, absorption of excitation energy by biochemical polymers) can be suppressed. Therefore, it is expected to be applied to various tests as a highly sensitive detection reagent.

この代表的な試薬の調製方法として、予め3-(アミノプロピル)トリエトキシシラン〔APS:3-(aminopropyl)triethoxysilane〕に直接フルオレセインイソチオシアネート〔FITC:fluorescein isothiocyanate〕を結合させたAPS-FITC〔N-1-(3-triethoxysilylpropyl)-N’-fluoresceyl thiourea〕を、アンモニアを含むエタノール水溶液中でN-tris(hydroxylmethyl)methyl-2-aminoethane sulfonic acid(TES)と反応させる方法がある(非特許文献2)。この方法によると、高濃度の蛍光色素分子(FITC)をシリカ球内部に保持させることができるが、その一方で、その最大濃度では、シリカ球内部で消光が起こることも報告されている(非特許文献2)。またかかる方法では、FITCとAPSの結合性は余り高くなく製造効率が悪いと共に、粒子サイズが単一であって、しかも数百ナノメーターと比較大きいシリカ球しか得られないという欠点がある。   As a typical method for preparing this reagent, APS-FITC [N, wherein fluorescein isothiocyanate (FITC) is directly bonded to 3- (aminopropyl) triethoxysilane (APS: 3- (aminopropyl) triethoxysilane] in advance. There is a method in which -1- (3-triethoxysilylpropyl) -N'-fluoresceyl thiourea] is reacted with N-tris (hydroxylmethyl) methyl-2-aminoethane sulfonic acid (TES) in an aqueous ethanol solution containing ammonia (non-patent literature) 2). According to this method, a high concentration of fluorescent dye molecules (FITC) can be retained inside the silica sphere, but at the maximum concentration, it has also been reported that quenching occurs inside the silica sphere (non-) Patent Document 2). In addition, such a method has the disadvantages that FITC and APS are not so high in bonding ability and have poor production efficiency, and that only a single particle size and a silica sphere larger than several hundred nanometers can be obtained.

こうした問題を解消する方法として、本発明者は、スクシンイミドにFITC等の蛍光色素を結合させたスクシンイミジルエステル化合物を用いて、APS等のアミノ基を有するシリカ化合物に蛍光分子を化学結合し、次いでこれにテトラエトキシシラン(TEOS)等のシリカ化合物を重合させていくことによって、蛍光色素を含有するシリカ粒子を調製する方法を既に提案している(特許文献8)。この方法は、比較的大きな蛍光色素含有シリカ粒子の調製には適しているものの、10nm以下のシリカ粒子を原料とする場合には1〜2個の蛍光色素分子しか導入できないなど、いわゆるナノシリカ粒子と呼ばれる粒径の小さいシリカ粒子を用いて高い蛍光強度を有する試薬を調製する方法としては適していない。
US 4918200 A WO 917087 A1 EP 502060 A1 特開平5-501611号公報 US 5252743 A US 5451683 A US 5482867 A WO 2006/070582 Analytica Chimica Acta 1998, 367, 159 A.Imhof, et al., “Spectroscopy of Fluorescein (FITC) Dyed Colloidal Silica Spheres”, J. Phys. Chem. B 1999,103, 1408-1415
As a method for solving such a problem, the present inventors chemically bonded a fluorescent molecule to a silica compound having an amino group such as APS, using a succinimidyl ester compound in which a fluorescent dye such as FITC is bonded to succinimide, Next, a method for preparing silica particles containing a fluorescent dye by polymerizing a silica compound such as tetraethoxysilane (TEOS) has been proposed (Patent Document 8). This method is suitable for the preparation of relatively large fluorescent dye-containing silica particles. However, when silica particles of 10 nm or less are used as raw materials, only one or two fluorescent dye molecules can be introduced. This method is not suitable as a method for preparing a reagent having high fluorescence intensity using silica particles having a small particle diameter.
US 4918200 A WO 917087 A1 EP 502060 A1 Japanese Patent Laid-Open No. 5-501611 US 5252743 A US 5451683 A US 5482867 A WO 2006/070582 Analytica Chimica Acta 1998, 367, 159 A. Imhof, et al., “Spectroscopy of Fluorescein (FITC) Dyed Colloidal Silica Spheres”, J. Phys. Chem. B 1999,103, 1408-1415

DNAなどのミクロの分子を修飾する蛍光剤としては、(1)粒径が数十nm以下、特に30nm以下や10nm以下などの微小なサイズを有し、(2)高い蛍光強度を備え、かつ(3)例えばCdSeを用いた蛍光剤などのように毒性が問題とならないものが求められている。しかし、前述するように、従来の方法(例えば特許文献8など)で粒径が10nm以下の蛍光色素含有ナノシリカ粒子を調製すると、蛍光強度が大幅に低下し、高感度な試薬(蛍光剤)が得られないという問題があった。これは、調製するシリカ粒子の体積が小さすぎるため、低分子シリカ化合物を重合させる際に蛍光色素分子を導入するスペースが少なく、シリカ粒子1個あたり1〜2個程度しか蛍光色素分子が入らないことが原因と考えられる。   As a fluorescent agent for modifying micromolecules such as DNA, (1) the particle size is a few tens of nm or less, particularly 30 nm or less or 10 nm or less, (2) high fluorescence intensity, and (3) For example, a fluorescent agent using CdSe that does not cause toxicity is required. However, as described above, when a fluorescent dye-containing nanosilica particle having a particle size of 10 nm or less is prepared by a conventional method (for example, Patent Document 8), the fluorescence intensity is greatly reduced, and a highly sensitive reagent (fluorescent agent) is produced. There was a problem that it could not be obtained. This is because the volume of silica particles to be prepared is too small, so there is little space for introducing fluorescent dye molecules when polymerizing a low molecular silica compound, and only about 1 or 2 fluorescent dye molecules per silica particle enter. This is thought to be the cause.

本発明は、かかる従来方法では調製が困難であった、粒径が30nm以下、特に10nm以下の微小サイズでありながらも、高い蛍光強度を有する蛍光色素含有ナノシリカ粒子を提供することを目的とする。さらに本発明は、かかる蛍光色素含有ナノシリカ粒子を、効率的に、また安定して調製する方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide fluorescent dye-containing nanosilica particles having a high fluorescence intensity while having a particle size of 30 nm or less, particularly 10 nm or less, which is difficult to prepare by such conventional methods. . Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for efficiently and stably preparing such fluorescent dye-containing nanosilica particles.

本発明者らは、上記目的を達成するために日夜鋭意検討していたところ、粒径数nmサイズの極めて微小なシリカ粒子(ナノシリカ粒子)を核として、その表面にアミノ基(-NH2)、カルボキシル基(-COOH)、イソチオシアネート基(-N=C=S)またはエステル基(-COOR)を有するシランカップリング試薬を結合させ、これらの基を介してシリカ粒子の表面に蛍光色素を結合させて、次いで、その表面の蛍光色素と結合していないアミノ基(-NH2)、カルボキシル基(-COOH)、イソチオシアネート基(-N=C=S)またはエステル基(-COOR)にシリカ化合物を反応させて、蛍光色素で標識されたシリカ粒子の表面にシリカ皮膜を形成することにより、上記目的に適った蛍光色素含有ナノシリカ粒子、すなわち、粒径が数十nm以下、特に30nm以下や10nm以下のサイズでありながらも高い蛍光強度を有する蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、しかもナノシリカ粒子の表面に蛍光色素が安定に保持されてなる標識試薬(蛍光プローブ)が得られることを確認した。また当該方法において、ナノシリカ粒子の表面に蛍光色素を結合させる前に、当該ナノシリカ粒子の表面に、蛍光色素と反応しない分子(本発明では「スペーサー分子」ともいう)を結合させておくことにより、蛍光色素の結合量を調節でき、当該結合量の増加に基づく濃度消光(蛍光強度の低下)が防止できることを確認した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。 The inventors of the present invention have been diligently studying day and night to achieve the above object. As a result, an extremely small silica particle (nanosilica particle) having a particle size of several nm is used as a nucleus, and an amino group (—NH 2 ) is formed on the surface. , A silane coupling reagent having a carboxyl group (—COOH), an isothiocyanate group (—N═C═S) or an ester group (—COOR) is bonded to the surface of the silica particle via these groups. To the amino group (—NH 2 ), carboxyl group (—COOH), isothiocyanate group (—N═C═S) or ester group (—COOR) that is not bound to the fluorescent dye on the surface. By reacting the silica compound to form a silica film on the surface of the silica particles labeled with the fluorescent dye, the fluorescent dye-containing nanosilica particles suitable for the above purpose, that is, the particle size is several tens nm or less, particularly 30 nm or less. And sizes below 10nm A fluorescent dye-containing nanosilica particles having a high fluorescence intensity, yet is, moreover fluorescent dye on the surface of nano silica particles was confirmed that an indicator reagent comprising held stably (fluorescent probe) is obtained. In the method, before binding the fluorescent dye to the surface of the nanosilica particle, by binding a molecule that does not react with the fluorescent dye (also referred to as “spacer molecule” in the present invention) to the surface of the nanosilica particle, It was confirmed that the binding amount of the fluorescent dye can be adjusted and concentration quenching (decrease in fluorescence intensity) based on the increase in the binding amount can be prevented. The present invention has been completed based on such findings.

本発明には、下記に掲げる態様が含まれる:
(I)蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法
(I-1).下記の工程(a)〜(d)を有する、蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法;
(a)ナノシリカ粒子(1)の表面に、そのOH基を介して蛍光色素結合基を導入する工程、
(b)上記工程で得られたナノシリカ粒子(2)に、蛍光色素分子を有する化合物(3)を反応させて、ナノシリカ粒子の表面に蛍光色素を結合させる工程、
(c)上記工程で得られた蛍光色素結合ナノシリカ粒子(4)に、シリカ化合物(5)を反応させて、当該ナノシリカ粒子(4)表面に上記シリカ化合物(5)を導入する工程、および
(d)上記工程で得られたナノシリカ粒子(6)にシラン化合物(7)を反応させて、当該ナノシリカ粒子(6)の表面にシリカ皮膜を形成する工程。
(I-2).上記「蛍光色素分子を有する化合物(3)」としてエステル結合(-CO-O-)を介して蛍光色素分子とスクシンイミドとが結合してなるスクシンイミジルエステル化合物(3)」、
上記「シリカ化合物(5)」として「トリアルコキシシリル基を有するシリカ化合物(5)」、および
上記「シラン化合物(7)」として「テトラアルコキシシラン(7)」を用いる、
(I-1)に記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法。
(I-3).上記(a)の工程の後に、下記の工程(a’)を有し、次いで当該工程(a’)で得られたナノシリカ粒子(2’)に対して上記工程(b)を行う、(I-1)または(I-2)に記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法:
(a’) 蛍光色素結合基と結合する化合物(8)を、上記工程(a)で得られたナノシリカ粒子(2)と反応させて、当該ナノシリカ粒子(2)表面の蛍光色素結合基の一部を保護する工程。
(I-4).蛍光色素結合基が、アミノ基、カルボキシル基、イソチオシアネート基またはエステル基である、(I-1)乃至(I-3)のいずれかに記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法。
The present invention includes the following embodiments:
(I) Method for preparing fluorescent dye-containing nanosilica particles (I-1). A method for preparing fluorescent dye-containing nanosilica particles, comprising the following steps (a) to (d);
(a) introducing a fluorescent dye binding group into the surface of the nanosilica particles (1) via the OH group;
(b) reacting the nanosilica particles (2) obtained in the above step with a compound (3) having a fluorescent dye molecule to bind the fluorescent dye to the surface of the nanosilica particles;
(c) reacting the fluorescent dye-bonded nanosilica particles (4) obtained in the above step with a silica compound (5) to introduce the silica compound (5) onto the surface of the nanosilica particles (4); and
(d) A step of reacting the nanosilica particles (6) obtained in the above step with a silane compound (7) to form a silica film on the surfaces of the nanosilica particles (6).
(I-2). “Succinimidyl ester compound (3)” in which a fluorescent dye molecule and succinimide are bonded via an ester bond (—CO—O—) as the “compound having a fluorescent dye molecule (3)”,
Using the `` silica compound (5) having a trialkoxysilyl group '' as the `` silica compound (5) '' and the `` tetraalkoxysilane (7) '' as the `` silane compound (7) '',
(I-1) The preparation method of the fluorescent-dye containing nano silica particle described.
(I-3). After the step (a), the following step (a ′) is included, and then the step (b) is performed on the nanosilica particles (2 ′) obtained in the step (a ′). -1) or preparation method of the fluorescent dye-containing nanosilica particles described in (I-2):
(a ′) The compound (8) that binds to the fluorescent dye-binding group is reacted with the nanosilica particle (2) obtained in the step (a) to obtain one of the fluorescent dye-binding groups on the surface of the nanosilica particle (2). Protecting the part.
(I-4). The method for preparing fluorescent dye-containing nanosilica particles according to any one of (I-1) to (I-3), wherein the fluorescent dye-binding group is an amino group, a carboxyl group, an isothiocyanate group, or an ester group.

(II)蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法
(II-1).ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
前記ナノシリカ粒子の粒径が20nm以上、30nm未満であり、且つ、
前記ナノシリカ粒子1粒子に対して、100分子以上の蛍光色素分子が結合していることを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
(II-2).ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
前記ナノシリカ粒子の粒形が10nm以上、20nm未満であり、且つ
前記ナノシリカ粒子1粒子に対して、50分子以上の蛍光色素分子が結合していることを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
(II-3).ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
前記ナノシリカ粒子の粒径が10nm未満であり、且つ、
前記ナノシリカ粒子1粒子に対して、2分子以上の蛍光色素分子が結合していることを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
(II-4).ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
その分散水溶液での蛍光強度が、当該ナノシリカ粒子に結合している前記蛍光色素分子の濃度と同じ濃度で、前記ナノシリカ粒子に結合していない遊離の蛍光色素分子が分散している水溶液での蛍光強度よりも高いことを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
(II-5).ナノシリカ粒子に結合している蛍光色素分子がさらにシリカ層で覆われてなるものである、(II-1)乃至(II-4)のいずれかに記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
(II-6).上記(I-1)乃至(I-4)のいずれかの方法によって調製されるものである、(II-1)乃至(II-5)のいずれかに記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
(II) Preparation method of fluorescent dye-containing nanosilica particles (II-1). Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
The nano silica particles have a particle size of 20 nm or more and less than 30 nm, and
Fluorescent dye-containing nanosilica particles characterized in that 100 or more fluorescent dye molecules are bonded to one nanosilica particle.
(II-2). Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
Fluorescent dye-containing nanosilica particles, wherein the nanosilica particles have a particle shape of 10 nm or more and less than 20 nm, and 50 or more fluorescent dye molecules are bonded to one nanosilica particle.
(II-3). Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
The nanosilica particles have a particle size of less than 10 nm, and
Two or more fluorescent dye molecules are bonded to one nanosilica particle, and the fluorescent dye-containing nanosilica particles are characterized in that
(II-4). Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
The fluorescence intensity in the dispersed aqueous solution is the same as the concentration of the fluorescent dye molecules bound to the nanosilica particles, and the fluorescence in the aqueous solution in which free fluorescent dye molecules not bound to the nanosilica particles are dispersed. Fluorescent dye-containing nanosilica particles characterized by higher than strength.
(II-5). The fluorescent dye-containing nanosilica particles according to any one of (II-1) to (II-4), wherein the fluorescent dye molecules bonded to the nanosilica particles are further covered with a silica layer.
(II-6). The fluorescent dye-containing nanosilica particles according to any one of (II-1) to (II-5), which are prepared by any one of the methods (I-1) to (I-4).

なお、ナノ粒子とは、一般に粒径がナノオーダーである1〜100nm程度の粒子を意味する。本発明が対象とするナノシリカ粒子も、かかる技術常識に従って通常粒径1〜100nm程度のものを意味するが、好ましくは100nm未満、好ましくは50nm以下、より好ましくは30nm以下、さらに好ましくは20nm以下、とくに好ましくは10nm以下の粒子である。なお、かかる粒子の粒径(直径)の測定方法としては、対象とする粒子を純水中に分散した後、カーボンを蒸着した銅グリッド上に滴下乾燥して電子線で測定する透過型電子顕微鏡法を挙げることができる。   In addition, a nanoparticle generally means a particle having a particle size of about 1 to 100 nm which is nano-order. Nanosilica particles targeted by the present invention also mean those having a normal particle size of about 1 to 100 nm according to such technical common sense, but preferably less than 100 nm, preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, Particularly preferred are particles of 10 nm or less. As a method for measuring the particle size (diameter) of the particles, a transmission electron microscope in which the target particles are dispersed in pure water and then dropped on a copper grid on which carbon is vapor-deposited and measured with an electron beam. The law can be mentioned.

本発明によれば、粒径が数十nm以下、特に30nm以下や10nm以下の微小サイズでありながらも、高い蛍光強度を有する蛍光色素含有ナノシリカ粒子を提供することができる。さらに本発明の方法によれば、かかる蛍光色素含有ナノシリカ粒子を、効率的にまた安定して調製することができる。   According to the present invention, it is possible to provide fluorescent dye-containing nanosilica particles having high fluorescence intensity while having a particle size of a few tens of nm or less, particularly 30 nm or less or 10 nm or less. Furthermore, according to the method of the present invention, such fluorescent dye-containing nanosilica particles can be prepared efficiently and stably.

本発明が提供する蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、上記特性に基づいて、微小な領域(例えば、細胞などのミクロ領域)でも使用可能な、高感度な標識試薬(蛍光プローブ)として有効に使用することができる。例えば、本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、単独若しくはリガンドと組み合わせて、ハプテン、抗原、抗体、酵素、核酸(DNA、RNA)などの生体物質の検定(免疫検定や核酸検定などを利用した診断または研究)、ならびに親和性精製や細胞分離などに用いることができる。また、疾患との関連性が明らかになりつつある種々の遺伝子多型を検出し同定するための蛍光プローブとして有用である。   The fluorescent dye-containing nanosilica particles provided by the present invention can be effectively used as a highly sensitive labeling reagent (fluorescent probe) that can be used in a minute region (for example, a micro region such as a cell) based on the above characteristics. Can do. For example, the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention can be used alone or in combination with a ligand to assay biological substances such as haptens, antigens, antibodies, enzymes, nucleic acids (DNA, RNA), etc. Or research), affinity purification and cell separation. In addition, it is useful as a fluorescent probe for detecting and identifying various gene polymorphisms whose association with diseases is becoming clear.

本発明が提供する蛍光色素含有ナノシリカ粒子と市場で競合する標識試薬としては、有機色素を用いたナノ粒子、およびCdSe(セレン化カドミウム)を用いたナノ粒子(例えば、Quantum Dot社の「Qdot(登録商標)」など)を挙げることができる。有機色素は蛍光効率や退色性に問題があるため、市場は後者の「Qdot(登録商標)」に置きかわりつつあるが、CdSeは毒性の強い物質であるため環境への問題が懸念されている。これに対して、本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、輝度および退色性に優れるうえに、無毒である酸化物材料を用いているため安全性が高く、環境負荷の低い標識試薬である。しかも、予め粒径が調整された市販のナノシリカ粒子を原料に用いて調製することにより、粒径のそろった均質な蛍光色素含有ナノシリカ粒子を提供することができる。また原料として使用するナノシリカ粒子の粒径を選択することにより、同色発光でサイズの異なるナノ粒子の試薬を作成することが可能であり、用途に適した標識試薬を、ユーザーに提供することができる。   Labeling reagents that compete with the fluorescent dye-containing nanosilica particles provided by the present invention in the market include nanoparticles using organic dyes, and nanoparticles using CdSe (cadmium selenide) (for example, “Qdot (Quantum Dot) Registered trademark) ”and the like. Since organic dyes have problems in fluorescence efficiency and fading, the market is being replaced by the latter “Qdot (registered trademark)”, but CdSe is a highly toxic substance, so there are concerns about environmental problems. . In contrast, the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention are a labeling reagent that is excellent in luminance and fading property, and has high safety and low environmental impact because it uses a non-toxic oxide material. In addition, by preparing commercially available nanosilica particles having a particle size adjusted in advance as raw materials, it is possible to provide homogeneous fluorescent dye-containing nanosilica particles having a uniform particle size. In addition, by selecting the particle size of the nanosilica particles to be used as a raw material, it is possible to create reagents for nanoparticles with the same color emission and different sizes, and to provide users with labeling reagents suitable for the application. .

下記表1に、有機色素および「Qdot(登録商標)」と対比した、本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子(本発明品)の優位性を示す。   Table 1 below shows the superiority of the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention (product of the present invention) in comparison with organic dyes and “Qdot (registered trademark)”.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

(1)蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法
本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法は、核となるナノシリカ粒子(1)を原料として用いる方法であって、下記(a)〜(d)の工程を有することを特徴とする。
(a)ナノシリカ粒子(1)の表面に、そのOH基を介して蛍光色素結合基を導入する工程、
(b)上記工程で得られたナノシリカ粒子(2)に、蛍光色素分子を有する化合物(3)を反応させて、ナノシリカ粒子の表面に蛍光色素を結合させる工程、
(c)上記工程で得られた蛍光色素結合ナノシリカ粒子(4)に、シリカ化合物(5)を反応させて、当該蛍光色素結合ナノシリカ粒子(4)表面の、蛍光色素と結合していない蛍光色素結合基に上記シリカ化合物(5)を導入する工程、および
(d)上記工程で得られたナノシリカ粒子(6)に、シラン化合物(7)を反応させて、当該ナノシリカ粒子(6)の表面にシリカ皮膜を形成する工程。
(1) Method for Preparing Fluorescent Dye-Containing Nanosilica Particles The method for preparing the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention is a method using the core nanosilica particles (1) as a raw material, and includes the following (a) to (d): It has the process.
(a) introducing a fluorescent dye binding group into the surface of the nanosilica particles (1) via the OH group;
(b) reacting the nanosilica particles (2) obtained in the above step with a compound (3) having a fluorescent dye molecule to bind the fluorescent dye to the surface of the nanosilica particles;
(c) A fluorescent dye that is not bound to a fluorescent dye on the surface of the fluorescent dye-bonded nanosilica particle (4) by reacting the fluorescent dye-bonded nanosilica particle (4) obtained in the above step with a silica compound (5) Introducing the silica compound (5) into a bonding group; and
(d) A step of reacting the nanosilica particles (6) obtained in the above step with a silane compound (7) to form a silica film on the surfaces of the nanosilica particles (6).

以下、各工程ごとに、本発明の調製方法を説明する。   Hereinafter, the preparation method of the present invention will be described for each step.

工程(a)
本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製において原料として使用するナノシリカ粒子(1)は、その粒径(直径)を特に制限するものではない。粒径(直径)100nm以下、好ましくは50nm以下、より好ましくは30nm以下、さらに好ましくは20nm以下、とくに好ましくは10nm以下といった微小な蛍光色素含有ナノシリカ粒子を調製するという本発明の目的から、通常30nm未満、好ましくは20nm未満、より好ましくは10nm未満、さらに好ましくは9nm以下、8nm以下、5nm以下、とくに好ましくは3nm以下を挙げることができる。
Step (a)
The particle diameter (diameter) of the nanosilica particles (1) used as a raw material in the preparation of the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention is not particularly limited. For the purpose of the present invention to prepare fine fluorescent dye-containing nanosilica particles having a particle size (diameter) of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, particularly preferably 10 nm or less, usually 30 nm. Less than, preferably less than 20 nm, more preferably less than 10 nm, still more preferably 9 nm or less, 8 nm or less, 5 nm or less, and particularly preferably 3 nm or less.

かかる粒径を有するナノシリカ粒子は商業的に入手することができる。例えば、LUDOX(登録商標)TM-50コロイダルシリカ(平均粒径22nm、比表面積140m2/g以下、50wt%懸濁液)、LUDOX(登録商標)HS-40コロイダルシリカ(平均粒径12nm、比表面積220m2/g以下、40wt%懸濁液)、LUDOX(登録商標)HS-30コロイダルシリカ(平均粒径7.2nm、比表面積220m2/g以下、30wt%懸濁液)、およびLUDOX(登録商標)AS-40コロイダルシリカ(平均粒径19.2nm、比表面積135m2/g以下、40wt%懸濁液)〔以上、いずれもLUDOX社製〕を挙げることができる(例えば、B. H. Milosavlievic, S. M. Pimblot, and D. Meisel, J. Phys. Chem. B 108, 6996-7001, 2004.参照))。 Nano silica particles having such a particle size can be obtained commercially. For example, LUDOX® TM-50 colloidal silica (average particle size 22 nm, specific surface area 140 m 2 / g or less, 50 wt% suspension), LUDOX® HS-40 colloidal silica (average particle size 12 nm, ratio Surface area 220 m 2 / g or less, 40 wt% suspension), LUDOX® HS-30 colloidal silica (average particle size 7.2 nm, specific surface area 220 m 2 / g or less, 30 wt% suspension), and LUDOX (registered) (Trademark) AS-40 colloidal silica (average particle size 19.2 nm, specific surface area 135 m 2 / g or less, 40 wt% suspension) (all of which are manufactured by LUDOX) (for example, BH Milosavlievic, SM Pimblot) , and D. Meisel, J. Phys. Chem. B 108, 6996-7001, 2004.)).

なお、当該ナノシリカ粒子(1)は、その表面に後述の蛍光色素結合基を導入する前に、予め珪酸ナトリウム(Na2O・nSiO2:n=0.5〜4)で処理を行ってもよく、かかる処理を行うことによって、ナノシリカ粒子(1)の表面積を大きくして、表面により多くの蛍光色素結合基を導入することができる。かかる蛍光色素結合基は、その名の通り蛍光色素分子との結合部位となるため、より多くの蛍光色素結合基が導入されることによって、より多くの蛍光色素をナノシリカ粒子の表面に結合させることができ、その結果、蛍光強度の増強(高感度化)をはかることができる。 The nanosilica particles (1) may be previously treated with sodium silicate (Na 2 O · nSiO 2 : n = 0.5 to 4) before introducing a fluorescent dye-binding group described later on the surface thereof, By performing such treatment, the surface area of the nanosilica particles (1) can be increased and more fluorescent dye-binding groups can be introduced onto the surface. As the fluorescent dye binding group becomes a binding site with the fluorescent dye molecule as the name suggests, more fluorescent dye binding groups are introduced to bind more fluorescent dyes to the surface of the nanosilica particles. As a result, the fluorescence intensity can be enhanced (sensitized).

ここで使用される珪酸ナトリウム(Na2O・nSiO2:n=0.5〜4)は、20-30重量%程度のSiO2を含有するアルカリ水溶液であり、具体的にはAldrich 社製の珪酸ナトリウム水溶液(Sodium silicate solution, Contains 〜14% NaOH, 〜27% SiO2)を挙げることができる。ナノシリカ粒子(1)の珪酸ナトリウムによる処理は、制限されないが、一例をあげると、ナノシリカ粒子(1)を含む水溶液に、例えば0.54重量%程度に希釈した珪酸ナトリウム水溶液を、その濃度が0.06〜0.05重量%程度となるような割合で添加して、室温または約60℃の加熱条件下で混合撹拌を10分〜1時間処理することによって行うことができる。 The sodium silicate used here (Na 2 O · nSiO 2 : n = 0.5-4) is an alkaline aqueous solution containing about 20-30% by weight of SiO 2 , specifically, sodium silicate manufactured by Aldrich. An aqueous solution (Sodium silicate solution, Contains ~ 14% NaOH, ~ 27% SiO 2 ) can be mentioned. The treatment of the nanosilica particles (1) with sodium silicate is not limited, but as an example, an aqueous solution containing nanosilica particles (1), for example, an aqueous sodium silicate solution diluted to about 0.54% by weight, has a concentration of 0.06 to 0.05. The mixture can be added at a ratio of about wt% and mixed and stirred at room temperature or about 60 ° C. for 10 minutes to 1 hour.

工程(a)は、かかるナノシリカ粒子(1)の表面に、そのOH基を介して蛍光色素結合基を導入する工程である。蛍光色素結合基は、蛍光色素と結合する基であればよく、制限されないが、通常アミノ基(-NH2)、カルボキシル基(-COOH)、イソチオシアネート基(-N=C=S)およびエステル基(-COOR)を挙げることができる。好ましくはアミノ基である。 Step (a) is a step of introducing a fluorescent dye-binding group onto the surface of the nanosilica particle (1) via its OH group. The fluorescent dye-binding group is not limited as long as it is a group that binds to the fluorescent dye, but is usually an amino group (—NH 2 ), a carboxyl group (—COOH), an isothiocyanate group (—N═C═S), and an ester. And a group (-COOR). An amino group is preferred.

例えば、ナノシリカ粒子(1)の表面に、蛍光色素結合基としてアミノ基(-NH2)を導入する方法としては、下式で示すようにナノシリカ粒子(1)と3-(アミノプロピル)トリエトキシシラン、または3-[2-(2-アミノエチルアミノ)エチルアミノ]プロピル-トリエトキシシラン、N-2(アミノエチル)3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシランなどの、アミノ基を有するシリカ化合物とを反応させる方法を挙げることができる。 For example, as a method for introducing an amino group (—NH 2 ) as a fluorescent dye binding group onto the surface of the nanosilica particle (1), the nanosilica particle (1) and 3- (aminopropyl) triethoxy are represented by the following formula: Silanes or amino such as 3- [2- (2-aminoethylamino) ethylamino] propyl-triethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane The method of making it react with the silica compound which has group can be mentioned.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

ナノシリカ粒子(1)とアミノ基を有するシリカ化合物との反応は、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で、混合撹拌処理することによって行うことができる。また、反応に使用するナノシリカ粒子(1)とアミノ基を有するシリカ化合物との割合は、制限はされないが、ナノシリカ粒子(1)1モルに対してアミノ基を有するシリカ化合物1〜0.6モル、好ましくは0.5〜0.3モルの範囲を例示することができる。   The reaction between the nanosilica particles (1) and the silica compound having an amino group can be carried out using a water-soluble solvent by mixing and stirring at room temperature or under heating conditions of about room temperature to 60 ° C. Moreover, the ratio of the nano silica particle (1) used for the reaction and the silica compound having an amino group is not limited, but is preferably 1 to 0.6 mol of the silica compound having an amino group with respect to 1 mol of the nano silica particle (1). Can exemplify a range of 0.5 to 0.3 mol.

ナノシリカ粒子(1)の表面に、蛍光色素結合基としてイソチオシアネート基(-N=C=S)を導入する方法としては、ナノシリカ粒子(1)に3-チオシアナトプロピルトリエトキシシラン(3-Thiocyanato propyl triethoxy silane)などのイソチオシアネート基を有するシリカ化合物を反応させる方法を挙げることができる。かかる反応は、上記と同様に、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で、混合撹拌処理することによって行うことができる。また、反応に使用するナノシリカ粒子(1)とイソチオシアネート基を有するシリカ化合物との割合は、制限はされないが、ナノシリカ粒子(1)1モルに対してイソチオシアネート基を有するシリカ化合物1〜0.6モル、好ましくは0.5〜0.3モルの範囲を例示することができる。   As a method for introducing an isothiocyanate group (-N = C = S) as a fluorescent dye binding group onto the surface of the nanosilica particle (1), 3-thiocyanatopropyltriethoxysilane (3- Examples thereof include a method in which a silica compound having an isothiocyanate group such as Thiocyanato propyl triethoxy silane) is reacted. In the same manner as described above, this reaction can be carried out by mixing and stirring with a water-soluble solvent at room temperature or under heating conditions of about room temperature to 60 ° C. Moreover, the ratio of the nano silica particle (1) used in the reaction and the silica compound having an isothiocyanate group is not limited, but 1 to 0.6 mol of the silica compound having an isothiocyanate group with respect to 1 mol of the nano silica particle (1). Preferably, a range of 0.5 to 0.3 mol can be exemplified.

また、ナノシリカ粒子(1)の表面に、蛍光色素結合基としてカルボキシル基(-COOH)を導入する方法としては、上述のナノシリカ粒子(1)と、3-チオシアナトプロピルトリエトキシシラン(3-Thiocyanato propyl triethoxy silane)などのイソチオシアネート基を有するシリカ化合物と反応させて、表面にイソチオシアネート基(-N=C=S)を導入した後、L-アラニンなどのアミノ基とカルボキシル基を有する化合物とを反応させる方法を挙げることができる。斯くしてナノシリカ粒子(1)表面のイソチオシアネート基と当該化合物のアミノ基とが反応して、当該粒子にカルボキシル基を導入することができる。かかる反応は、前述と同様に、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で、混合撹拌処理することによって行うことができる。また、反応に使用するナノシリカ粒子(1)とカルボキシル基を有するシリカ化合物との割合は、制限はされないが、ナノシリカ粒子(1)1モルに対してカルボキシル基を有するシリカ化合物3〜1モル、好ましくは2.6〜1.5モルの範囲を例示することができる。   Moreover, as a method for introducing a carboxyl group (—COOH) as a fluorescent dye binding group onto the surface of the nanosilica particle (1), the above-described nanosilica particle (1) and 3-thiocyanatopropyltriethoxysilane (3- A compound having an amino group and a carboxyl group such as L-alanine after reacting with a silica compound having an isothiocyanate group such as Thiocyanato propyl triethoxy silane) and introducing an isothiocyanate group (-N = C = S) on the surface Can be mentioned. Thus, the isothiocyanate group on the surface of the nanosilica particle (1) reacts with the amino group of the compound to introduce a carboxyl group into the particle. This reaction can be carried out by mixing and stirring at room temperature or from about room temperature to 60 ° C. under a heating condition using a water-soluble solvent as described above. Moreover, the ratio of the nano silica particle (1) used for the reaction and the silica compound having a carboxyl group is not limited, but it is preferably 3 to 1 mol of the silica compound having a carboxyl group with respect to 1 mol of the nano silica particle (1). Can be exemplified by a range of 2.6 to 1.5 mol.

さらにまた、ナノシリカ粒子(1)の表面に、蛍光色素結合基としてエステル基(-COOR)を導入する方法としては、ナノシリカ粒子(1)と上述のナノシリカ粒子(1)と、3-チオシアナトプロピルトリエトキシシラン(3-Thiocyanato propyl triethoxy silane)などのイソチオシアネート基を有するシリカ化合物と反応させて表面にイソチオシアネート基(-N=C=S)を結合させ、次いで、L-アラニンなどのカルボキシル基とアミノ基を有する化合物の当該アミノ基とナノシリカ粒子(1)表面のイソチオシアネート基を反応させて、カルボキシル基を導入した後、N-ヒドロキシスクシンイミド(N-hydroxysucinimide)などのエステル基を有するシリカ化合物を、WSCを触媒として表面のカルボキシル基を結合させてエステル化させる方法を挙げることができる。かかる反応も、前述と同様に、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で、混合撹拌処理することによって行うことができる。また、反応に使用するナノシリカ粒子(1)とエステル基を有するシリカ化合物との割合は、制限はされないが、ナノシリカ粒子(1)1モルに対してエステル基を有するシリカ化合物3〜1モル、好ましくは2.6〜1.5モルの範囲を例示することができる。   Furthermore, as a method for introducing an ester group (—COOR) as a fluorescent dye binding group onto the surface of the nanosilica particle (1), the nanosilica particle (1), the nanosilica particle (1) described above, and 3-thiocyanato It reacts with a silica compound having an isothiocyanate group such as propyltriethoxysilane (3-Thiocyanato propyl triethoxysilane) to bond an isothiocyanate group (-N = C = S) to the surface, and then a carboxyl such as L-alanine. Silica having an ester group such as N-hydroxysucinimide after reacting the amino group of the compound having a group and an amino group with the isothiocyanate group on the surface of the nanosilica particle (1) to introduce a carboxyl group An example is a method in which a compound is esterified by bonding a carboxyl group on the surface using WSC as a catalyst. Similarly to the above, this reaction can also be performed by mixing and stirring at room temperature or under heating conditions of about room temperature to 60 ° C. using a water-soluble solvent. Moreover, the ratio of the nano silica particle (1) used for the reaction and the silica compound having an ester group is not limited, but it is preferably 3 to 1 mol of the silica compound having an ester group with respect to 1 mol of the nano silica particle (1). Can be exemplified by a range of 2.6 to 1.5 mol.

工程(b)
工程(b)は、上記工程(a)で調製された、表面に蛍光色素結合基を有するナノシリカ粒子(2)に、蛍光色素分子を有する化合物(3)を反応させて、ナノシリカ粒子の表面に蛍光色素を結合させる工程である。
Step (b)
In the step (b), the nanosilica particles (2) having a fluorescent dye binding group on the surface prepared in the above step (a) are reacted with the compound (3) having a fluorescent dye molecule, and the surface of the nanosilica particles is reacted. This is a step of binding a fluorescent dye.

蛍光色素分子を有する化合物(3)としては、一例としてエステル結合(-CO-O-)を介して蛍光色素分子とスクシンイミドとが結合してなるスクシンイミジルエステル化合物(3)を挙げることができる、ここで、当該スクシンイミジルエステル化合物(3)としては、下記の一般式で示される化合物を挙げることができる。   As an example of the compound (3) having a fluorescent dye molecule, a succinimidyl ester compound (3) in which a fluorescent dye molecule and succinimide are bonded via an ester bond (—CO—O—) can be given. Here, examples of the succinimidyl ester compound (3) include compounds represented by the following general formula.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

ここで、Rは蛍光色素分子を意味する。より詳細には、Rは、下式に示すように、エステル結合(-CO-O-)を介してスクシンイミドと結合することができるものである。   Here, R means a fluorescent dye molecule. More specifically, R can be bonded to succinimide via an ester bond (—CO—O—) as shown in the following formula.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

(式中、Rは蛍光色素分子、R’は水素原子または任意の基を意味する。)
具体的には、上記Rとしては、上記式に示すように、側鎖として-COOR’基(R’は水素原子または任意の基を意味する)を結合することによってカルボン酸またはその誘導体を形成するものを挙げることができる。上記において化合物(0)として示されるカルボン酸またはその誘導体としては、例えば、5-カルボキシ-フルオレセイン、6-カルボキシ-フルオレセイン、5(6)-カルボキシ-フルオレセイン、6-カルボキシ-2’,4,4’,5’,7,7’-ヘキサクロロフルオレセイン、6-カルボキシ-2’,4,7,7’-テトラクロロフルオレセイン、6-カルボキシ-4’,5’-ジクロロ-2’,7’-ジメトキシフルオレセイン、5-カルボキシ-ローダミン、6-カルボキシ-ローダミン、5(6)-カルボキシ-ローダミン、Alexa Fluor 350 カルボン酸、Alexa Fluor 405 カルボン酸、Alexa Fluor 430 カルボン酸、Alexa Fluor 488 カルボン酸、Alexa Fluor 500カルボン酸、Alexa Fluor 514カルボン酸、Alexa Fluor 532 カルボン酸、Alexa Fluor 546カルボン酸、Alexa Fluor 555カルボン酸、Alexa Fluor 568 カルボン酸、Alexa Fluor 594 カルボン酸、Alexa Fluor 610 カルボン酸、Alexa Fluor 633カルボン酸、Alexa Fluor 647カルボン酸、Alexa Fluor 660カルボン酸、Alexa Fluor 680 カルボン酸、Alexa Fluor 700 カルボン酸、Alexa Fluor 750 カルボン酸、Alexa Fluor 790カルボン酸、等を挙げることができる。好ましくは赤色色素である5-カルボキシ-ローダミン、6-カルボキシ-ローダミン、5(6)-カルボキシ-ローダミンである。
(In the formula, R represents a fluorescent dye molecule, and R ′ represents a hydrogen atom or an arbitrary group.)
Specifically, as the above R, as shown in the above formula, a carboxylic acid or a derivative thereof is formed by bonding a —COOR ′ group (R ′ means a hydrogen atom or an arbitrary group) as a side chain. Can be listed. Examples of the carboxylic acid or derivative thereof shown as compound (0) in the above include, for example, 5-carboxy-fluorescein, 6-carboxy-fluorescein, 5 (6) -carboxy-fluorescein, 6-carboxy-2 ′, 4,4 ', 5', 7,7'-Hexachlorofluorescein, 6-carboxy-2 ', 4,7,7'-tetrachlorofluorescein, 6-carboxy-4', 5'-dichloro-2 ', 7'-dimethoxy Fluorescein, 5-carboxy-rhodamine, 6-carboxy-rhodamine, 5 (6) -carboxy-rhodamine, Alexa Fluor 350 carboxylic acid, Alexa Fluor 405 carboxylic acid, Alexa Fluor 430 carboxylic acid, Alexa Fluor 488 carboxylic acid, Alexa Fluor 500 Carboxylic acid, Alexa Fluor 514 carboxylic acid, Alexa Fluor 532 carboxylic acid, Alexa Fluor 546 carboxylic acid, Alexa Fluor 555 carboxylic acid, Alexa Fluor 568 carboxylic acid, Alexa Fluor 594 carboxylic acid, Alexa Fluor 610 carboxylic acid, Alexa Fluor 633 carboxylic acid, Alexa Fluor 647 carboxylic acid, Alexa Fluor 660 carboxylic acid, Alexa Fluor 680 carboxylic acid, Alexa Fluor 700 carboxylic acid, Alexa Fluor 750 carboxylic acid, Alexa Fluor 790 carboxylic acid, and the like. Preferred are red pigments such as 5-carboxy-rhodamine, 6-carboxy-rhodamine and 5 (6) -carboxy-rhodamine.

なお、本発明の工程(b)で用いるスクシンイミジルエステル化合物(3)は、上記式に示すように、カルボン酸またはその誘導体〔化合物(0)〕とN−ヒドロキシスクシンイミドとを定法に従ってエステル化反応することによって調製することができる。但し、簡便には商業的に入手することも可能である。   The succinimidyl ester compound (3) used in the step (b) of the present invention is obtained by esterifying a carboxylic acid or a derivative thereof [compound (0)] and N-hydroxysuccinimide according to a conventional method as shown in the above formula. It can be prepared by reacting. However, it can also be obtained commercially for convenience.

スクシンイミジルエステル化合物(3)として具体的には、上記カルボン酸またはその誘導体〔化合物(1)〕に対応して、5-スクシンイミジルエステル-フルオレセイン、6-スクシンイミジルエステル-フルオレセイン、5(6)- スクシンイミジルエステル-フルオレセイン、6-スクシンイミジルエステル-2’,4,4’,5’,7,7’-ヘキサクロロフルオレセイン、6-スクシンイミジルエステル-2’,4,7,7’-テトラクロロフルオレセイン、6-スクシンイミジルエステル-4’,5’-ジクロロ-2’,7’-ジメトキシフルオレセイン、5-スクシンイミジルエステル-ローダミン、6-スクシンイミジルエステル-ローダミン、5(6)-スクシンイミジルエステル-ローダミン、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 350、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 405、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 430、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 488、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 500、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 514、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 532、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 546、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 555、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 568、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 594、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 610、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 633、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 647、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 660、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 680、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 700、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 750、スクシンイミジルエステル-Alexa Fluor 790 あるいはDYOMICS社のDY-495/5-MHS-Ester,DY-495/6-NHS-Ester,DY-500-XL-NHS-EsterDY-505/5-NHS-Ester,DY-505/6-NHS-Ester,DY-550-NHS-Ester,DY-555-NHS-Ester,DY-610-NHS-Ester,DY-615-NHS-Ester,DY-630-NHS-Ester,DY-631-NHS-Ester,DY-633-NHS-Ester,DY-635-NHS-Ester,DY-636-MHS-Ester,DY-650-NHS-Ester,DY-651-NHS-Ester,DYQ-660-NHS-Ester,DYQ-661-NHS-Ester,DY-675-NHS-Ester,DY-676-NHS-Ester,DY-680-NHS-Ester,DY-681-NHS-Ester,DY-700-NHS-Ester,DY-701-NHS-Ester,DY-730-NHS-Ester,DY-731-NHS-Ester,DY-750-NHS-Ester,DY-751-MHS-Ester,DY-776-NHS-Ester,DY-781-NHS-Ester,DY-782-NHS-Ester,等を挙げることができる。好ましくはRhodamin Red-X, succinimidylester(Molecular Probes R6160、Invitorgen社)を例示することができる。   Specifically, as the succinimidyl ester compound (3), 5-succinimidyl ester-fluorescein, 6-succinimidyl ester-fluorescein, 5 corresponding to the carboxylic acid or derivative thereof [compound (1)] (6) -succinimidyl ester-fluorescein, 6-succinimidyl ester-2 ', 4,4', 5 ', 7,7'-hexachlorofluorescein, 6-succinimidyl ester-2', 4,7 , 7'-tetrachlorofluorescein, 6-succinimidyl ester-4 ', 5'-dichloro-2', 7'-dimethoxyfluorescein, 5-succinimidyl ester-rhodamine, 6-succinimidyl ester-rhodamine, 5 (6) -succinimidyl ester-rhodamine, succinimidyl ester-Alexa Fluor 350, succinimidyl ester-Alexa Fluor 405, succinimidyl ester-Alexa Fluor 430, Cuccinimidyl ester-Alexa Fluor 488, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 500, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 514, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 532, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 546, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 555, succinimidyl ester-Alexa Fluor 568, succinimidyl ester-Alexa Fluor 594, succinimidyl ester-Alexa Fluor 610, succinimidyl ester-Alexa Fluor 633, succinimidyl ester-Alexa Fluor 647, succin Imidyl ester-Alexa Fluor 660, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 680, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 700, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 750, Succinimidyl ester-Alexa Fluor 790 or DY-495 / from DYOMICS 5-MHS-Ester, DY-495 / 6-NHS-Ester, DY-500-XL-NHS-EsterDY-505 / 5-NHS-Ester, DY-505 / 6-NHS-Ester, DY -550-NHS-Ester, DY-555-NHS-Ester, DY-610-NHS-Ester, DY-615-NHS-Ester, DY-630-NHS-Ester, DY-631-NHS-Ester, DY-633 -NHS-Ester, DY-635-NHS-Ester, DY-636-MHS-Ester, DY-650-NHS-Ester, DY-651-NHS-Ester, DYQ-660-NHS-Ester, DYQ-661-NHS -Ester, DY-675-NHS-Ester, DY-676-NHS-Ester, DY-680-NHS-Ester, DY-681-NHS-Ester, DY-700-NHS-Ester, DY-701-NHS-Ester , DY-730-NHS-Ester, DY-731-NHS-Ester, DY-750-NHS-Ester, DY-751-MHS-Ester, DY-776-NHS-Ester, DY-781-NHS-Ester, DY -782-NHS-Ester, etc. Preferably, Rhodamin Red-X, succinimidylester (Molecular Probes R6160, Invitorgen) can be exemplified.

スクシンイミジルエステル化合物(3)とナノシリカ粒子(2)との反応は、DMSOや水等の溶媒に溶解した後、室温条件下で攪拌しながら反応することによって行うことができる。反応に使用するスクシンイミジルエステル化合物(3)とナノシリカ粒子(2)との割合は特に制限されないが、好適にはナノシリカ粒子(2)1モルに対して、スクシンイミジルエステル化合物(3)3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合を挙げることができる。   The reaction between the succinimidyl ester compound (3) and the nanosilica particles (2) can be performed by dissolving in a solvent such as DMSO or water and then reacting with stirring at room temperature. The ratio of the succinimidyl ester compound (3) and the nanosilica particles (2) used in the reaction is not particularly limited, but preferably the succinimidyl ester compound (3) 3 per 1 mol of the nanosilica particles (2). A proportion of ˜1 mol, more preferably 2.6 to 1.5 mol can be mentioned.

ナノシリカ粒子(2)が表面にアミノ基(-NH2)を有するものである場合、下式に示すように、スクシンイミジルエステル化合物(3)のカルボニル基とナノシリカ粒子(2)のアミノ基とがアミド結合(-NH-CO-)することによって蛍光色素分子が結合し、表面に蛍光色素が結合したナノシリカ粒子(4)が生成する。 When the nanosilica particle (2) has an amino group (—NH 2 ) on the surface, as shown in the following formula, the carbonyl group of the succinimidyl ester compound (3) and the amino group of the nanosilica particle (2) Amide bonds (—NH—CO—) bind the fluorescent dye molecules, and nanosilica particles (4) with the fluorescent dye bonded to the surface are generated.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

ナノシリカ粒子(2)が表面にアミノ基(-NH2)を有するものである場合は、上記アミド結合(-NH-CO-)のほか、ウレタン結合(-NH-CO-O-)を介して蛍光色素分子を固定することもできる。 When the nanosilica particle (2) has an amino group (-NH 2 ) on the surface, in addition to the amide bond (-NH-CO-) above, via a urethane bond (-NH-CO-O-) Fluorescent dye molecules can also be immobilized.

この場合、具体的には、ナノシリカ粒子(2) のアミノ基とスクシンイミジルエステル化合物(3)のカルボニル基とがウレタン結合(-NH-CO-O-)することによって、ナノシリカ粒子(2)の表面に蛍光色素分子が結合して、蛍光色素結合ナノシリカ粒子(4)が生成される。より具体的には、上述した方法によってシリカ粒子表面にアミノ基を導入固定した後、同水溶液中にスクシンイミジルエステル化合物(3)を、ナノシリカ粒子1モルに対してスクシンイミジルエステル化合物(3)3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合で加え、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で10分から1時間混合撹拌することで、シリカ粒子表面にウレタン結合(-NH-CO-O-)を介して蛍光色素分子を固定する。   In this case, specifically, the silica group (2) is produced by the urethane bond (—NH—CO—O—) between the amino group of the nanosilica particle (2) and the carbonyl group of the succinimidyl ester compound (3). Fluorescent dye molecules are bonded to the surface of the fluorescent dye-binding nanosilica particles (4). More specifically, after introducing and fixing an amino group on the surface of the silica particles by the method described above, the succinimidyl ester compound (3) is added to the aqueous solution, and the succinimidyl ester compound (3 ) 3 to 1 mol, more preferably 2.6 to 1.5 mol, and the mixture is stirred at room temperature or room temperature to 60 ° C. for 10 minutes to 1 hour, whereby urethane bonds (—NH Fluorescent dye molecules are immobilized via -CO-O-).

ナノシリカ粒子(2)が表面にイソチオシアネート基(-N=C=S)を有するものである場合も同様に、そのイソチオシアネート基(-N=C=S)とアミノ基を有する蛍光色素分子がチオウレア結合(-NH-CS-NH-)することによって蛍光色素分子が結合し、表面に蛍光色素が結合したナノシリカ粒子(4)が生成する。具体的には、上述した方法と同様の方法によって、3-Thiocyanato propyl triethoxy silaneを混合してナノシリカ粒子表面にイソチオシアネート基を固定した後、アミノ基を有する化合物を、ナノシリカ粒子1モルに対してアミノ基を有する化合物3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合で加え、室温または室温〜約60℃程度の加熱条件下で10分から1時間混合撹拌することで、シリカ粒子表面にチオウレア結合(-NH-CS-NH-)を介してアミノ基を有する蛍光色素分子を固定する。   Similarly, when the nanosilica particle (2) has an isothiocyanate group (-N = C = S) on the surface, the fluorescent dye molecule having the isothiocyanate group (-N = C = S) and an amino group By the thiourea bond (-NH-CS-NH-), the fluorescent dye molecules are bonded to form nanosilica particles (4) having the fluorescent dye bonded to the surface. Specifically, 3-Thiocyanato propyl triethoxy silane is mixed by the same method as described above to fix the isothiocyanate group on the nanosilica particle surface, and then the amino group-containing compound is added to 1 mol of the nanosilica particle. The compound having an amino group is added in an amount of 3 to 1 mol, more preferably 2.6 to 1.5 mol, and the mixture is stirred at room temperature or from room temperature to about 60 ° C. for 10 minutes to 1 hour, so that the silica particle surfaces are mixed. A fluorescent dye molecule having an amino group is immobilized through a thiourea bond (-NH-CS-NH-).

ナノシリカ粒子(2)が表面にカルボキシル基、またはエステル基を有するものである場合も同様に、そのカルボキシル基とカルボジイミド(例えばWSCI)などの縮合剤を用いてN-hydroxysuccinimideを結合させてスクシンイミジルエステル基を導入した後、アミノ基を有する蛍光色素分子がアミド結合(-NH-CO-)することによって蛍光色素分子が結合し、表面に蛍光色素が結合したナノシリカ粒子(4)が生成する。具体的には、上述した方法と同様の方法によって、カルボジイミド(例えばWSCI)などの縮合剤を用いてN-hydroxysuccinimideを結合させてスクシンイミジルエステル基を導入後、アミノ基を有する化合物を、ナノシリカ粒子1モルに対してアミノ基を有する化合物3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合で加え、室温または室温〜約60℃程度の加熱条件下で10分から1時間混合撹拌することで、シリカ粒子表面にアミド結合(-NH-CO-)を介してアミノ基を有する蛍光色素分子を固定する。   Similarly, when the nanosilica particles (2) have a carboxyl group or an ester group on the surface, N-hydroxysuccinimide is bonded to the carboxyl group using a condensing agent such as carbodiimide (for example, WSCI). After the introduction of the ester group, the fluorescent dye molecule having an amino group undergoes an amide bond (—NH—CO—), whereby the fluorescent dye molecule is bonded to form nanosilica particles (4) having the fluorescent dye bonded to the surface. Specifically, by a method similar to the method described above, N-hydroxysuccinimide is bonded using a condensing agent such as carbodiimide (for example, WSCI), a succinimidyl ester group is introduced, and the compound having an amino group is then converted to nano silica. Add 3 to 1 mole of compound having an amino group to 1 mole of particles, more preferably 2.6 to 1.5 mole, and mix and stir for 10 minutes to 1 hour at room temperature or under heating conditions of room temperature to about 60 ° C. The fluorescent dye molecule having an amino group is immobilized on the silica particle surface via an amide bond (—NH—CO—).

かかる(b)工程の反応は、(a)工程で得られたナノシリカ粒子(2)に対して直接行うこともできるが、(a)工程で得られたナノシリカ粒子(2)の表面に、予めスペーサーとなる分子を導入し、当該スペーサー分子を導入したナノシリカ粒子(2’)に対して(b)工程を行ってもよい。ナノシリカ粒子(2)の表面に、スペーサー分子を導入することによって、ナノシリカ粒子(2)の表面に蛍光色素が密集して結合することによって生じる濃度消光(蛍光強度の低下)を防止することができる。   The reaction in the step (b) can be performed directly on the nanosilica particles (2) obtained in the step (a), but the surface of the nanosilica particles (2) obtained in the step (a) A molecule serving as a spacer may be introduced, and the step (b) may be performed on the nanosilica particles (2 ′) into which the spacer molecule has been introduced. By introducing a spacer molecule on the surface of the nanosilica particle (2), concentration quenching (decrease in fluorescence intensity) caused by dense binding of fluorescent dyes to the surface of the nanosilica particle (2) can be prevented. .

スペーサー分子としては、ナノシリカ粒子(2)の表面の蛍光色素結合基、具体的にはアミノ基(-NH2)、カルボキシル基(-COOH)、イソチオシアネート基(-N=C=S)またはエステル基(-COOR)と反応してこれらの基に結合する化合物(8)を挙げることができる。さらに当該化合物は、蛍光色素結合基と結合することによって、次の工程(b)における蛍光色素分子を有する化合物(3)(スクシンイミジルエステル化合物(3))との反応から当該蛍光色素結合基を保護することのできる化合物であることが好ましい。 Spacer molecules include fluorescent dye binding groups on the surface of nanosilica particles (2), specifically amino groups (-NH 2 ), carboxyl groups (-COOH), isothiocyanate groups (-N = C = S) or esters. The compound (8) which reacts with group (-COOR) and couple | bonds with these groups can be mentioned. Further, the compound binds to the fluorescent dye-binding group, thereby reacting with the fluorescent dye-binding group from the reaction with the compound (3) having a fluorescent dye molecule (succinimidyl ester compound (3)) in the next step (b). It is preferable that it is a compound which can protect.

例えば、ナノシリカ粒子(2)が表面にアミノ基(-NH2)を有するものである場合に使用されるスペーサー分子としては、スクシンイミジルエステル基を有する化合物であって蛍光を発しない化合物を挙げることができる。かかる化合物として、具体的には、カルボキシル基(-COOH)を有する安息香酸にカルボジイミド(例えばWSCI)などの縮合剤を用いてN-hydroxysuccinimideを結合させてスクシンイミジルエステル基を導入した化合物を例示することができる。また、ナノシリカ粒子(2)が表面にカルボキシル基(-COOH)を有するものである場合に使用されるスペーサー分子としては、アミノプロピルエトキシシラン(APS)、アミノアゾベンゼン、アミノ安息香酸などのアミノ基を有する化合物を挙げることができる。これらの化合物は、カルボジイミド(例えばWSCI)などの縮合剤によってナノシリカ粒子表面のカルボキシル基(-COOH)とN-hydroxysuccinimideとを結合させた後に加えることによって、ナノシリカ粒子の表面に固定することができる。また、ナノシリカ粒子(2)が表面にイソチオシアネート基(-N=C=S)またはエステル基(-COOR)を有するものである場合に使用されるスペーサー分子としては、アミノプロピルエトキシシラン(APS)、アミノアゾベンゼン、アミノ安息香酸などのアミノ基を有する化合物を挙げることができる。 For example, the spacer molecule used when the nanosilica particle (2) has an amino group (—NH 2 ) on the surface includes a compound having a succinimidyl ester group and not emitting fluorescence. be able to. Specific examples of such compounds include compounds in which a succinimidyl ester group is introduced by binding N-hydroxysuccinimide to a benzoic acid having a carboxyl group (—COOH) using a condensing agent such as carbodiimide (for example, WSCI). can do. In addition, spacer molecules used when the nanosilica particles (2) have carboxyl groups (—COOH) on the surface include amino groups such as aminopropylethoxysilane (APS), aminoazobenzene, and aminobenzoic acid. The compound which has can be mentioned. These compounds can be fixed on the surface of the nanosilica particles by adding the carboxyl group (—COOH) and N-hydroxysuccinimide on the surface of the nanosilica particles after condensing with a condensing agent such as carbodiimide (for example, WSCI). As the spacer molecule used when the nanosilica particles (2) have an isothiocyanate group (-N = C = S) or an ester group (-COOR) on the surface, aminopropylethoxysilane (APS) And compounds having an amino group such as aminoazobenzene and aminobenzoic acid.

蛍光色素分子を有する化合物としては、シリカ粒子表面に結合する特性を有する基あるいは静電的に結合する基を含む化合物でもよい。   The compound having a fluorescent dye molecule may be a compound containing a group having a property of binding to the surface of silica particles or a group binding electrostatically.

工程(c)
工程(c)は、上記工程(b)で調製された蛍光色素結合ナノシリカ粒子(4)にシリカ化合物(5)を反応させる工程である。かかる処理によって、当該蛍光色素結合ナノシリカ粒子(4)の表面の、蛍光色素と反応していない蛍光色素結合基〔アミノ基(-NH2)、カルボキシル基(-COOH)、イソチオシアネート基(-N=C=S)またはエステル基(-COOR)〕に、上記シリカ化合物(5)を導入することができる。なお、当該シリカ化合物(5)としては、トリアルコキシシリル基〔-Si(OR)3〕を有するシリカ化合物(5)、ケイ酸ナトリウム水溶液(〜27%SiO2)、および3-(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレートを挙げることができる。
Step (c)
Step (c) is a step of reacting the fluorescent dye-bonded nanosilica particles (4) prepared in the step (b) with the silica compound (5). By this treatment, fluorescent dye-binding groups [amino group (—NH 2 ), carboxyl group (—COOH), isothiocyanate group (—N) that have not reacted with the fluorescent dye on the surface of the fluorescent dye-bonded nanosilica particles (4). = C = S) or ester group (-COOR)], the silica compound (5) can be introduced. The silica compound (5) includes a silica compound (5) having a trialkoxysilyl group [—Si (OR) 3 ], an aqueous sodium silicate solution (˜27% SiO 2 ), and 3- (trimethoxysilyl). ) Propyl methacrylate.

好ましくはトリアルコキシシリル基〔-Si(OR)3〕を有するシリカ化合物(5)である。ここで、トリアルコキシシリル基〔-Si(OR)3〕として、好ましくはトリエトキシシリル基(TEOS基)を挙げることができる。 The silica compound (5) having a trialkoxysilyl group [—Si (OR) 3 ] is preferred. Here, the trialkoxysilyl group [—Si (OR) 3 ] is preferably a triethoxysilyl group (TEOS group).

例えば、ナノシリカ粒子(4)の表面に残存するアミノ基(-NH2)にシリカ化合物(5)を導入する方法としては、下式で示すように、ナノシリカ粒子(4)に、3-チオシアナトプロピルトリエトキシシラン(CNS)などの、-Si(OEt)3基を有するシリカ化合物(5)を反応させる方法を挙げることができる。なお、-Si(OR)3基を有するシリカ化合物(5)は、上記の3-チオシアナトプロピルトリエトキシシラン(CNS)に限らず、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン(APS)、3-グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、または3-[2-(2-アミノエチルアミノ)エチルアミノ]プロピル-トリエトキシシランなどを用いることもできる。 For example, as a method of introducing the silica compound (5) into the amino group (—NH 2 ) remaining on the surface of the nanosilica particle (4), as shown by the following formula, the nanosilica particle (4) is added with 3-thiocyanate. A method of reacting a silica compound (5) having a —Si (OEt) 3 group, such as topropyltriethoxysilane (CNS), can be mentioned. The silica compound (5) having a -Si (OR) 3 group is not limited to the above-mentioned 3-thiocyanatopropyltriethoxysilane (CNS), but also γ-mercaptopropyltriethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane ( APS), 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, 3- [2- (2-aminoethylamino) ethylamino] propyl-triethoxysilane, or the like can also be used.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

かかる反応は、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度に加熱条件下で、混合撹拌することによって行うことができる。反応に使用するナノシリカ粒子(4)とシリカ化合物(5)との割合は、特に制限されないが、好適にはナノシリカ粒子(4)1モルに対して、シリカ化合物(5)3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合を挙げることができる。   Such a reaction can be performed by mixing and stirring at room temperature or from room temperature to about 60 ° C. under a heating condition using a water-soluble solvent. The ratio of the nanosilica particles (4) and the silica compound (5) used in the reaction is not particularly limited, but preferably 3 to 1 mol of the silica compound (5) with respect to 1 mol of the nanosilica particles (4). Preferably, a proportion of 2.6 to 1.5 mol can be mentioned.

また、ナノシリカ粒子(4)の表面に残存するカルボキシル基(-COOH)にシリカ化合物(5)を導入する方法としては、ナノシリカ粒子(4)に、N-hydroxysuccinimideを加え、カルボジイミド(例えばWSCI)などの縮合剤によってスクシンイミジルエステルとした後、アミノ基と-Si(OR)3基を有するシリカ化合物 、例えばAPSを反応させる方法を挙げることができる。かかる反応は、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で混合撹拌することによって行うことができる。反応に使用するナノシリカ粒子(4)とシリカ化合物(5)との割合は、特に制限されないが、好適にはナノシリカ粒子(4)1モルに対して、シリカ化合物(5)3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合を挙げることができる。 As a method of introducing the silica compound (5) into the carboxyl group (—COOH) remaining on the surface of the nanosilica particle (4), N-hydroxysuccinimide is added to the nanosilica particle (4), and carbodiimide (for example, WSCI) is used. A method of reacting a silica compound having an amino group and a —Si (OR) 3 group, for example, APS, after making a succinimidyl ester with the above condensing agent can be mentioned. Such a reaction can be performed by mixing and stirring at room temperature or under a heating condition of about room temperature to 60 ° C. using a water-soluble solvent. The ratio of the nanosilica particles (4) and the silica compound (5) used in the reaction is not particularly limited, but preferably 3 to 1 mol of the silica compound (5) with respect to 1 mol of the nanosilica particles (4). Preferably, a proportion of 2.6 to 1.5 mol can be mentioned.

ナノシリカ粒子(4)の表面に残存するイソチオシアネート基(-N=C=S)にシリカ化合物を導入する方法としては、ナノシリカ粒子(4)に、アミノ基を有するAPSなどの-Si(OR)3基を有するシリカ化合物(5)を反応させる方法を挙げることができる。かかる反応は、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で混合撹拌することによって行うことができる。反応に使用するナノシリカ粒子(4)とシリカ化合物(5)との割合は、特に制限されないが、好適にはナノシリカ粒子(4)1モルに対して、シリカ化合物(5)3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合を挙げることができる。 As a method of introducing a silica compound into the isothiocyanate group (-N = C = S) remaining on the surface of the nanosilica particle (4), -Si (OR) such as APS having an amino group in the nanosilica particle (4). A method of reacting the silica compound (5) having three groups can be mentioned. Such a reaction can be performed by mixing and stirring at room temperature or under a heating condition of about room temperature to 60 ° C. using a water-soluble solvent. The ratio of the nanosilica particles (4) and the silica compound (5) used in the reaction is not particularly limited, but preferably 3 to 1 mol of the silica compound (5) with respect to 1 mol of the nanosilica particles (4). Preferably, a proportion of 2.6 to 1.5 mol can be mentioned.

さらにナノシリカ粒子(4) に残存する表面のエステル基(-COOR)にシリカ化合物(5)を導入する方法としては、ナノシリカ粒子(4)に、N-hydroxysuccinimideを加えカルボジイミド(例えばWSCI)などの縮合剤によってスクシンイミジルエステルとした後、アミノ基と-Si(OR)3基を有するシリカ化合物 、例えばAPSを反応させる方法を挙げることができる。かかる反応は、水溶性の溶媒を用いて、室温または室温〜60℃程度の加熱条件下、混合撹拌することによって行うことができる。反応に使用するナノシリカ粒子(4)とシリカ化合物(5)との割合は、特に制限されないが、好適にはナノシリカ粒子(4)1モルに対して、シリカ化合物(5)3〜1モル、より好適には2.6〜1.5モルの割合を挙げることができる。 Furthermore, as a method of introducing the silica compound (5) into the ester group (-COOR) on the surface remaining in the nanosilica particle (4), N-hydroxysuccinimide is added to the nanosilica particle (4) and condensation such as carbodiimide (eg WSCI) is performed. An example is a method in which a succinimidyl ester is formed by an agent, and then a silica compound having an amino group and a —Si (OR) 3 group, for example, APS is reacted. Such a reaction can be carried out by mixing and stirring at room temperature or under a heating condition of about room temperature to 60 ° C. using a water-soluble solvent. The ratio of the nanosilica particles (4) and the silica compound (5) used in the reaction is not particularly limited, but preferably 3 to 1 mol of the silica compound (5) with respect to 1 mol of the nanosilica particles (4). Preferably, a proportion of 2.6 to 1.5 mol can be mentioned.

斯くして、ナノシリカ粒子(4)の表面に、蛍光色素を結合させるとともに、シリル基、特にトリアルコキシシリル基(-Si(OR)3基)を有するナノシリカ粒子(6)を調製することができる。 Thus, nanosilica particles (6) having a silyl group, particularly a trialkoxysilyl group (—Si (OR) 3 group) can be prepared while binding a fluorescent dye to the surface of the nanosilica particle (4). .

工程(d)
工程(d)は、上記工程(c)で調製されたナノシリカ粒子(6)の表面に形成されたシリル基、特に好ましくはトリアルコキシシリル基〔-Si(OR)3〕に、シラン化合物(7)を反応させる工程である。かかるシラン化合物(7)として、好適には、3-(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、およびテトラアルコキシシラン〔Si(OR)4〕を挙げることができ、この場合の反応を下式に示す。なお、ここでテトラアルコキシシラン(7)としては、好ましくはテトラエトキシシラン(TEOS)を挙げることができる。
Step (d)
In the step (d), the silyl group formed on the surface of the nanosilica particles (6) prepared in the above step (c), particularly preferably a trialkoxysilyl group [—Si (OR) 3 ] is added to a silane compound (7 ) Is reacted. Preferred examples of the silane compound (7) include 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate and tetraalkoxysilane [Si (OR) 4 ]. The reaction in this case is represented by the following formula. Here, the tetraalkoxysilane (7) is preferably tetraethoxysilane (TEOS).

Figure 2008247713
Figure 2008247713

かかる反応によって、表面に蛍光色素(上記式中、「R」で示される)を結合したナノシリカ粒子(4)〔ナノシリカ粒子(6)〕の表面に、蛍光色素の層を覆うようにシリカ皮膜を形成することができる。 As a result of this reaction, the surface of the nanosilica particles (4) [nanosilica particles (6)] bound with a fluorescent dye (indicated by “R 1 ” in the above formula) is coated on the surface of the silica dye so as to cover the fluorescent dye layer. Can be formed.

当該反応に使用されるナノシリカ粒子(6)とシラン化合物(7)との割合は、特に制限されないが、通常核となるナノシリカ粒子の粒径とシリカ層の厚みに応じて適宜設定することができる。すなわち、核(原料)として用いるナノシリカ粒子の大きさとその周りに形成するシリカ層の厚みによって規定される。例えば、ナノシリカ粒子(6)1モルに対するテトラアルコキシシラン(7)のモル比として、表のような数値を挙げることができる。   The ratio of the nanosilica particles (6) and the silane compound (7) used in the reaction is not particularly limited, but can be appropriately set according to the particle diameter of the nanosilica particles serving as the nucleus and the thickness of the silica layer. . That is, it is defined by the size of the nano silica particles used as the nucleus (raw material) and the thickness of the silica layer formed around the nano silica particles. For example, as a molar ratio of tetraalkoxysilane (7) to 1 mol of nanosilica particles (6), numerical values as shown in the table can be given.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

この反応は、アルコール、水及びアンモニアの存在下で行われる。ここでアルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール等の炭素数1〜3の低級アルコールを挙げることができる。かかる反応系における水とアルコールの割合は、特に制限されないが、好ましくは水1容量部に対してアルコールを0.5〜8容量部、好ましくは1〜5容量部、より好ましくは1〜2容量部の範囲を挙げることができる。アンモニアの量も特に制限されないが、例えば、反応させるテトラアルコキシシラン(7)1モルに対して、モル比で、1〜30モル、好ましくは3〜24モル、より好ましくは6〜18モルの割合を挙げることができる。なお、この反応において、これらの反応溶液中に珪酸ナトリウムを含有させてもよい。   This reaction is carried out in the presence of alcohol, water and ammonia. Examples of the alcohol include lower alcohols having 1 to 3 carbon atoms such as methanol, ethanol, and propanol. The ratio of water and alcohol in such a reaction system is not particularly limited, but preferably 0.5 to 8 parts by volume, preferably 1 to 5 parts by volume, more preferably 1 to 2 parts by volume of alcohol with respect to 1 part by volume of water. A range can be mentioned. Although the amount of ammonia is not particularly limited, for example, a ratio of 1 to 30 moles, preferably 3 to 24 moles, more preferably 6 to 18 moles, with respect to 1 mole of tetraalkoxysilane (7) to be reacted. Can be mentioned. In this reaction, sodium silicate may be contained in these reaction solutions.

この反応は室温または室温〜60℃程度の加熱条件下で行うことができる。また制限されないが、攪拌しながら行うことが好ましい。通常、数十分〜数十時間の反応で、シリカ皮膜が形成でき、本発明が目的とする蛍光色素分子を含有するナノシリカ粒子を調製することができる。   This reaction can be performed at room temperature or under heating conditions of room temperature to about 60 ° C. Moreover, although it does not restrict | limit, performing with stirring is preferable. Usually, a silica film can be formed by a reaction of several tens of minutes to several tens of hours, and nanosilica particles containing the fluorescent dye molecules targeted by the present invention can be prepared.

なお、当該工程(d)において、使用するテトラアルコキシシラン(7)の濃度を調整したり、反応時間を調整することにより、調製するシリカ球の大きさ(直径)を適宜調節することができる。使用するテトラアルコキシシラン(7)の濃度を多くしたり、また反応時間を長くすることにより、より大きいナノシリカ粒子を調製することができる(例えば、Blaaderen et al., “Synthesis and Characyerization of Monodisperse Collidal Organo-silica Spheres”, J. Colloid and Interface Science 156, 1-18.1993参照)。このように本発明の方法によれば、得られる蛍光色素含有ナノシリカ粒子の粒径(直径)を、所望の大きさに、例えば十数nmオーダーから数十nmオーダーへと自在に調整することができる。具体的には、本発明の方法によれば、後述する実施例に示すように、数〜数十nmサイズ、具体的には10nm以下から30nmといった微小な大きさを有する蛍光色素含有ナノシリカ粒子を調製することも可能である。また必要に応じて、その後の限界ろ過膜などを利用した分画操作により、希望する粒子径分布となるように調整することもでき、斯くして所望の粒子径分布範囲にあるナノシリカ粒子を得ることもできる。   In addition, in the said process (d), the magnitude | size (diameter) of the silica sphere to prepare can be suitably adjusted by adjusting the density | concentration of the tetraalkoxysilane (7) to be used, or adjusting reaction time. Larger nanosilica particles can be prepared by increasing the concentration of tetraalkoxysilane (7) used and increasing the reaction time (eg, Blaaderen et al., “Synthesis and Characyerization of Monodisperse Collidal Organo -silica Spheres ”, J. Colloid and Interface Science 156, 1-18.1993). Thus, according to the method of the present invention, the particle diameter (diameter) of the obtained fluorescent dye-containing nanosilica particles can be freely adjusted to a desired size, for example, from the order of several tens of nm to the order of several tens of nm. it can. Specifically, according to the method of the present invention, as shown in the examples described later, fluorescent dye-containing nanosilica particles having a size of several to several tens of nanometers, specifically, a minute size of 10 nm or less to 30 nm. It is also possible to prepare. Further, if necessary, it can be adjusted to a desired particle size distribution by a fractionation operation using a subsequent ultrafiltration membrane or the like, thus obtaining nanosilica particles in a desired particle size distribution range. You can also

例えば、粒径が30nm以下の蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、例えば、ろ過膜アミコンYM100(分画分子量100kDa)(日本ミリポア社製)など限外ろ過フィルター(ディスク)を備えた限外ろ過装置を用いることにより取得することができる。また、粒径が10nm以下の蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、例えば、上記ろ過膜アミコンYM100(分画分子量100kDa)(日本ミリポア社製)による限外ろ過処理で回収した蛍光色素含有ナノシリカ粒子を、さらにろ過膜アミコンYM10(分画分子量10kDa)(日本ミリポア社製)を備えた限外ろ過装置で処理することにより取得することができる。   For example, for a fluorescent dye-containing nanosilica particle having a particle size of 30 nm or less, an ultrafiltration apparatus equipped with an ultrafiltration filter (disk) such as a filtration membrane Amicon YM100 (fractional molecular weight 100 kDa) (manufactured by Nihon Millipore) is used. Can be obtained. The fluorescent dye-containing nanosilica particles having a particle size of 10 nm or less include, for example, the fluorescent dye-containing nanosilica particles recovered by ultrafiltration using the above filtration membrane Amicon YM100 (fractional molecular weight 100 kDa) (manufactured by Nihon Millipore). It can be obtained by processing with an ultrafiltration apparatus equipped with a filtration membrane Amicon YM10 (fractional molecular weight: 10 kDa) (manufactured by Nihon Millipore).

このようにして得られる蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、必要に応じて、透析などの慣用の方法を利用して共存イオンや共存する不要物を除いて精製してもよい。   The fluorescent dye-containing nanosilica particles obtained in this manner may be purified by removing a coexisting ion or an unnecessary coexisting matter using a conventional method such as dialysis as necessary.

後述する実施例に示すように、本発明の方法によれば、蛍光色素を化学結合したシリカ化合物を順次重合していく方法(化学結合法)に比べて、1粒子あたりに配合できる蛍光色素分子量が多く、有意に高い蛍光強度を有する標識試薬(蛍光プローブ)を調製することができる。また、本発明の方法、特にスペーサー分子の導入工程〔(a’)工程〕を有する本発明の方法によれば、自己消光(濃度消光)を起こすことなく、多くの蛍光色素分子をシリカ粒子表面に固定することができる。このため、本発明の方法によると、微小な領域でも使用可能な、高感度な検出試薬を提供することが可能である。   As shown in the examples to be described later, according to the method of the present invention, the molecular weight of the fluorescent dye that can be blended per particle as compared to the method of sequentially polymerizing the silica compound chemically bonded to the fluorescent dye (chemical bonding method). Therefore, a labeling reagent (fluorescent probe) having a significantly high fluorescence intensity can be prepared. In addition, according to the method of the present invention, particularly the method of the present invention having a spacer molecule introduction step [(a ′) step], a large number of fluorescent dye molecules can be attached to the silica particle surface without causing self-quenching (concentration quenching). Can be fixed to. Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to provide a highly sensitive detection reagent that can be used even in a minute region.

(2)蛍光色素含有ナノシリカ粒子
本発明は、高い蛍光強度を有する蛍光色素含有ナノシリカ粒子を提供する。かかる蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、核となるナノシリカ粒子(便宜上、以下「核粒子」という)に蛍光色素分子が結合してなるものである。さらに、本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、当該核粒子に結合した蛍光色素分子がさらにシリカ層で覆われてなることを特徴とする。
(2) Fluorescent dye-containing nanosilica particles The present invention provides fluorescent dye-containing nanosilica particles having high fluorescence intensity. Such fluorescent dye-containing nanosilica particles are obtained by binding fluorescent dye molecules to nanosilica particles (hereinafter referred to as “nuclear particles” for convenience). Furthermore, the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention are characterized in that the fluorescent dye molecules bonded to the core particles are further covered with a silica layer.

当該蛍光色素含有ナノシリカ粒子には、核粒子の粒径が30nm未満であって、当該核粒子1粒子に対して蛍光色素分子が100分子以上の割合で結合してなるナノシリカ粒子が含まれる。当該蛍光色素含有ナノシリカ粒子には、具体的には核粒子の粒径が20nm以上30nm未満であって、当該核粒子1粒子中に蛍光色素分子が100分子以上、好ましくは120分子以上、好ましくは200分子以上、より好ましくは500分子以上の割合で結合してなるナノシリカ粒子が含まれる。なお、当該蛍光色素分子の結合数の上限は制限されないが、1500分子程度を挙げることができる。   The fluorescent dye-containing nanosilica particles include nanosilica particles having a core particle size of less than 30 nm and having one or more fluorescent dye molecules bonded to one core particle. Specifically, the fluorescent dye-containing nanosilica particles have a core particle size of 20 nm or more and less than 30 nm, and one core particle has 100 or more, preferably 120 or more, preferably 120 or more fluorescent dye molecules. Nano silica particles formed by bonding at a ratio of 200 molecules or more, more preferably 500 molecules or more are included. The upper limit of the number of bonds of the fluorescent dye molecule is not limited, but can include about 1500 molecules.

また本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子には、核粒子の粒径が20nm未満であって、当該核粒子1粒子に対して蛍光色素分子が50分子以上の割合で結合してなるナノシリカ粒子が含まれる。当該蛍光色素含有ナノシリカ粒子には、具体的には核粒子の粒径が10nm以上20nm未満であって、当該核粒子1粒子中に蛍光色素分子が50分子以上、好ましくは60分子以上、好ましくは70分子以上、より好ましくは75分子以上の割合で結合してなるナノシリカ粒子が含まれる。なお、当該蛍光色素分子の結合数の上限は制限されないが、1000分子程度、好ましくは100分子程度を挙げることができる。   In addition, the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention include nanosilica particles having a core particle size of less than 20 nm and having a fluorescent dye molecule bound at a ratio of 50 or more to one core particle. It is. Specifically, the fluorescent dye-containing nanosilica particles have a core particle size of 10 nm or more and less than 20 nm, and one core particle particle contains 50 or more fluorescent dye molecules, preferably 60 or more molecules, preferably Nano silica particles formed by bonding at a ratio of 70 molecules or more, more preferably 75 molecules or more are included. The upper limit of the number of bonds of the fluorescent dye molecule is not limited, but can be about 1000 molecules, preferably about 100 molecules.

さらに本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子には、核粒子の粒径が10nm未満であって、当該核粒子1粒子に対して蛍光色素分子が2分子以上の割合で結合してなるナノシリカ粒子が含まれる。当該蛍光色素含有ナノシリカ粒子には、具体的には核粒子の粒径が2nm以上10nm未満であって、当該核粒子1粒子中に蛍光色素分子が2分子以上、好ましくは4分子以上、好ましくは6分子以上、より好ましくは10分子以上の割合で結合してなるナノシリカ粒子が含まれる。なお、当該蛍光色素分子の結合数の上限は制限されないが、100分子程度、好ましくは50分子程度を挙げることができる。   Further, the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention include nanosilica particles having a core particle diameter of less than 10 nm and having two or more fluorescent dye molecules bonded to one core particle. It is. Specifically, the fluorescent dye-containing nanosilica particles have a core particle diameter of 2 nm or more and less than 10 nm, and two or more fluorescent dye molecules, preferably 4 or more molecules, preferably 1 core particle. Nano silica particles formed by bonding at a ratio of 6 molecules or more, more preferably 10 molecules or more are included. The upper limit of the number of bonds of the fluorescent dye molecule is not limited, but can be about 100 molecules, preferably about 50 molecules.

なお、核粒子1粒子に対して結合している蛍光色素の分子数、言い換えると、蛍光色素含有ナノシリカ粒子1粒子中に含まれる蛍光色素の分子数は、当該ナノシリカ粒子を分散させた水溶液(水分散液)の当該ナノシリカ粒子の濃度([SiO2]p)と、その水分散液の吸収スペクトルを測定して得られるピーク吸光度に基づいてLambert-Beerの法則から算出される蛍光色素分子の濃度(C)から下式(1)に従って求めることができる。 The number of molecules of the fluorescent dye bonded to one core particle, in other words, the number of molecules of the fluorescent dye contained in one particle of the fluorescent dye-containing nanosilica particles is determined by an aqueous solution (water) in which the nanosilica particles are dispersed. Concentration of the nanosilica particles in the dispersion) ([SiO 2 ] p ) and the concentration of the fluorescent dye molecule calculated from the Lambert-Beer law based on the peak absorbance obtained by measuring the absorption spectrum of the aqueous dispersion (C) can be determined according to the following equation (1).

Figure 2008247713
Figure 2008247713

かかる本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、その分散水溶液の蛍光強度が、当該ナノシリカ粒子に結合している蛍光色素分子の濃度と同じ濃度で、遊離の蛍光色素分子(すなわち、ナノシリカ粒子に結合していない蛍光色素分子)が分散している水溶液での蛍光強度よりも高いことを特徴とする。これは、本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子の1粒子の蛍光強度が、当該1粒子に含まれている蛍光色素の分子数と同じ分子数からなる遊離の蛍光色素の蛍光強度よりも高いことを意味する。   Such fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention have free fluorescent dye molecules (that is, bonded to nanosilica particles) at the same concentration as that of the fluorescent dye molecules bonded to the nanosilica particles. The fluorescent intensity is higher than that in an aqueous solution in which a non-fluorescent dye molecule is dispersed. This is because the fluorescence intensity of one particle of the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention is higher than the fluorescence intensity of a free fluorescent dye having the same number of molecules as the number of molecules of the fluorescent dye contained in the one particle. means.

かかる微小且つ高感度な蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、制限はされないが、例えば前述する本発明の方法により調製することができる。   Such fine and highly sensitive fluorescent dye-containing nanosilica particles are not limited, but can be prepared, for example, by the method of the present invention described above.

斯くして調製される蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、好ましくは50nm以下の粒径を有しており、所望の孔径を有する膜(例えば限外濾過膜など)を用いて濾別するなどの方法によって、所望の粒径を有する蛍光色素含有ナノシリカ粒子を調整することができる。例えば、具体的な方法として、実施例で説明する方法、すなわち、分画分子量100kDaを有する限外濾過膜(ろ過膜アミコンYM100、日本ミリポア製)を装着した限外ろ過装置を使用して濾過することによって、粒径が30nm以下の蛍光色素含有ナノシリカ粒子を取得することができる。また、斯くして調整した蛍光色素含有ナノシリカ粒子(粒径が30nm以下)を、さらに分画分子量10kDaを有する限外濾過膜(ろ過膜アミコンYM10、日本ミリポア製)を装着した限外ろ過装置を使用して濾過することによって、粒径が10nm以下の蛍光色素含有ナノシリカ粒子を取得することができる。   The fluorescent dye-containing nanosilica particles thus prepared preferably have a particle size of 50 nm or less, and are filtered by a method using a membrane having a desired pore size (such as an ultrafiltration membrane). The fluorescent dye-containing nanosilica particles having a desired particle diameter can be adjusted. For example, as a specific method, filtration is performed using the method described in the examples, that is, using an ultrafiltration apparatus equipped with an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 100 kDa (filtration membrane Amicon YM100, manufactured by Nihon Millipore). As a result, fluorescent dye-containing nanosilica particles having a particle size of 30 nm or less can be obtained. In addition, an ultrafiltration apparatus equipped with the thus prepared fluorescent dye-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less) and an ultrafiltration membrane (filtration membrane Amicon YM10, manufactured by Nihon Millipore) having a molecular weight cut-off of 10 kDa By using and filtering, fluorescent dye-containing nanosilica particles having a particle size of 10 nm or less can be obtained.

なお、シリカ粒子は、一般に、化学的に不活性であると共に、その修飾が容易であることが知られている。本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子もまた、容易に所望の分子を表面に結合させることが可能であり、またその表面をメソポーラスや平滑状にすることもできる。   Silica particles are generally known to be chemically inert and easy to modify. The fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention can also easily bind desired molecules to the surface, and the surface can be made mesoporous or smooth.

以下、本発明を詳細に説明するために、実施例を記載する。但し、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではない。   Hereinafter, examples will be described to describe the present invention in detail. However, the present invention is not limited to these examples.

なお、下記の実施例において使用する下記の用語の意味は、次の通りである:
CNS:3-チオシナトプロピルトリエトキシシラン
APS:アミノプロピルエトキシシラン
TEOS:テトラエトキシシラン
YM100:ろ過膜アミコンYM100(分画分子量100kDa)(日本ミリポア社製)
YM10:ろ過膜アミコンYM10(分画分子量10kDa)(日本ミリポア社製)
DMSO:ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide)
HS-30:核粒子として使用した粒径7nmのナノシリカ粒子(LUDOX HS-30 colloidal silica、30%懸濁液)
HS-40:核粒子として使用した粒径12nmのナノシリカ粒子(LUDOX HS-40 colloidal silica、40%懸濁液)
TM-50:核粒子として使用した粒径22nmのナノシリカ粒子(LUDOX TM-50 colloidal silica、50%懸濁液)
WSCI:1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, hydrochloride
NHS:N-hydroxy-succinimide
実施例1
(1)蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製
市販のナノシリカ粒子の懸濁液〔(1)粒径7nm:LUDOX HS-30 colloidal silica、30%懸濁液、(2)粒径12nm:LUDOX HS-40 colloidal silica、40%懸濁液、(3)粒径22nm:LUDOX TM-50 colloidal silica、50%懸濁液〕を10倍希釈した水溶液を1μl採取し、蒸留水1mlに加えた後、珪酸ナトリウム水溶液〔NaSixO2-x(0.54% SiO2)水溶液〕を10〜100μl加えて、約60℃で混合撹拌処理して、ナノシリカ粒子の表面を活性化した。このナノシリカ粒子含有溶液に、3-チオシナトプロピルトリエトキシシラン(CNS)とアミノプロピルエトキシシラン(APS)との混合液1μL(CNSとAPSを体積比1:1の割合で混合した溶液20μLとDMSO 200μlとの混合液220μLの1μL)を加えて、スペーサー溶液10μLを加えて撹拌し、約60℃の条件で10分〜1時間混合撹拌して反応させた。なお、スペーサー溶液として、安息香酸3.7mg、WSCI 1mg、NHS 3.7mg、およびAPS 1.8μlをDMSO 1mlに加えて室温で1時間撹拌反応させて調製した安息香酸シリケート(=スペーサー)を含む溶液を用いた。
In addition, the meaning of the following term used in the following Example is as follows:
CNS: 3-thiocinatopropyltriethoxysilane
APS: Aminopropylethoxysilane
TEOS: Tetraethoxysilane
YM100: Filtration membrane Amicon YM100 (fractional molecular weight 100 kDa) (manufactured by Nihon Millipore)
YM10: filtration membrane Amicon YM10 (fractional molecular weight 10 kDa) (manufactured by Nihon Millipore)
DMSO: dimethyl sulfoxide
HS-30: 7nm nano silica particles used as core particles (LUDOX HS-30 colloidal silica, 30% suspension)
HS-40: 12nm nano silica particles used as core particles (LUDOX HS-40 colloidal silica, 40% suspension)
TM-50: 22 nm nano silica particles used as core particles (LUDOX TM-50 colloidal silica, 50% suspension)
WSCI: 1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, hydrochloride
NHS: N-hydroxy-succinimide
Example 1
(1) Preparation of fluorescent dye-containing nanosilica particles Suspension of commercially available nanosilica particles [(1) particle size 7 nm: LUDOX HS-30 colloidal silica, 30% suspension, (2) particle size 12 nm: LUDOX HS-40 1 μl of 10-fold diluted aqueous solution of colloidal silica, 40% suspension, (3) particle size 22 nm: LUDOX TM-50 colloidal silica, 50% suspension] was added to 1 ml of distilled water, and then sodium silicate An aqueous solution [NaSi x O 2-x (0.54% SiO 2 ) aqueous solution] was added in an amount of 10 to 100 μl and mixed and stirred at about 60 ° C. to activate the surface of the nanosilica particles. To this nanosilica particle-containing solution, 1 μL of a mixed solution of 3-thiocinatopropyltriethoxysilane (CNS) and aminopropylethoxysilane (APS) (20 μL of a mixture of CNS and APS at a volume ratio of 1: 1) and DMSO 1 μL of 200 μL of the mixed solution 220 μL) was added, 10 μL of the spacer solution was added and stirred, and the mixture was stirred and reacted at about 60 ° C. for 10 minutes to 1 hour. In addition, as a spacer solution, a solution containing benzoic acid silicate (= spacer) prepared by adding 3.7 μl of benzoic acid, WSCI 1 mg, NHS 3.7 mg, and APS 1.8 μl to DMSO 1 ml and stirring reaction at room temperature for 1 hour is used. It was.

次いで、これに、エステル結合を介してローダミンとスクシンイミドとが結合してなるRhodamin Red-X, N-hydroxysuccinimidyl ester(Molecular Probes Co. Ltd.)を50μL(75μg)添加し、約60℃の加熱条件で、10分から1時間かけて混合撹拌して反応させた。さらに、これにエタノール4ml、テトラエトキシシラン(TEOS)10μlおよびアンモニア水100μlを加えて室温で24時間攪拌した。   Next, 50 μL (75 μg) of Rhodamin Red-X, N-hydroxysuccinimidyl ester (Molecular Probes Co. Ltd.), in which rhodamine and succinimide are bonded via an ester bond, is heated at about 60 ° C. The mixture was stirred and reacted for 10 minutes to 1 hour. Further, 4 ml of ethanol, 10 μl of tetraethoxysilane (TEOS) and 100 μl of aqueous ammonia were added thereto and stirred at room temperature for 24 hours.

斯くして得られたローダミン含有ナノシリカ粒子を、分画分子量100kDaを有する限外濾過膜(ろ過膜アミコンYM100、日本ミリポア製)を装着した限外ろ過装置を使用して濾過して、粒径が30nm以下のローダミン含有ナノシリカ粒子を取得した。次いで、斯くして調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子を、さらに分画分子量10kDaを有する限外濾過膜(ろ過膜アミコンYM10、日本ミリポア製)を装着した限外ろ過装置を使用して濾過して、粒径が10nm以下のローダミン含有ナノシリカ粒子を取得した。   The rhodamine-containing nanosilica particles thus obtained were filtered using an ultrafiltration apparatus equipped with an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 100 kDa (filtration membrane Amicon YM100, manufactured by Nihon Millipore). Rhodamine-containing nanosilica particles of 30 nm or less were obtained. Next, the fluorescent dye-containing nanosilica particles thus prepared were further filtered using an ultrafiltration apparatus equipped with an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut-off of 10 kDa (filtration membrane Amicon YM10, manufactured by Nihon Millipore) Rhodamine-containing nanosilica particles having a particle size of 10 nm or less were obtained.

(2)蛍光色素含有ナノシリカ粒子の評価
(2-1) (1)粒径7nmのナノシリカ粒子(HS-30)、(2)粒径12nmのナノシリカ粒子(HS-40)、および(3)粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)を原料として上記で調製した、ローダミン含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下、および粒径10nm以下)について、それを水に分散させた水溶液(水分散液)を調製し、(a)当該水分散液中のローダミン含有ナノシリカ粒子の濃度([SiO2]p)、(b) 当該水分散液中のローダミンの濃度([Rhodamin])、(c) ローダミン含有ナノシリカ粒子1粒子あたりのローダミン色素分子の数、および(d)当該粒子濃度における蛍光強度を測定した。なお、(d)蛍光強度は下記のようにして測定し、これからLambert-Beerの法則から(b) 当該水分散液中のローダミンの濃度([Rhodamin])を算出して、前述する式(1)に従って(c)ローダミン含有ナノシリカ粒子1粒子あたりのローダミン色素分子の数を求めた。
(2) Evaluation of nano-silica particles containing fluorescent dye
(2-1) (1) Nanosilica particles with a particle size of 7 nm (HS-30), (2) Nanosilica particles with a particle size of 12 nm (HS-40), and (3) Nanosilica particles with a particle size of 22 nm (TM-50) An aqueous solution (water dispersion) prepared by dispersing rhodamine-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less and particle size of 10 nm or less) in water as a raw material was prepared as described above, and (a) the aqueous dispersion Concentration of rhodamine-containing nanosilica particles ([SiO 2 ] p), (b) Rhodamine concentration in the aqueous dispersion ([Rhodamin]), (c) Number of rhodamine dye molecules per rhodamine-containing nanosilica particle And (d) The fluorescence intensity at the particle concentration was measured. Note that (d) fluorescence intensity was measured as follows, and from this (b) the concentration of rhodamine ([Rhodamin]) in the aqueous dispersion was calculated from Lambert-Beer's law. ) To determine the number of rhodamine dye molecules per particle of (c) rhodamine-containing nanosilica particles.

<蛍光強度の測定方法>
容器に、蛍光色素含有ナノシリカ粒子の分散水溶液を0.1ml採取して、蛍光分光光度計(島津RF5300PC)を用いて蛍光スペクトルを測定し(測定条件:SLIT(EX/EM)=1.5NM/1.5NM, Low sensitivity)、その最大ピークの蛍光強度を求める。なお、蛍光強度は、上記蛍光分光光度計に限らず、1μL蛍光スペクトロメーター(例えば、ナノドロップ社製ND-3300)を用いて測定することもできる。この場合、被験試料として蛍光色素含有ナノシリカ粒子の分散水溶液1μLを用いる。
<Measurement method of fluorescence intensity>
Collect 0.1 ml of a dispersion solution of fluorescent dye-containing nanosilica particles in a container and measure the fluorescence spectrum using a fluorescence spectrophotometer (Shimadzu RF5300PC) (measuring condition: SLIT (EX / EM) = 1.5NM / 1.5NM , Low sensitivity), the fluorescence intensity of the maximum peak is obtained. The fluorescence intensity is not limited to the fluorescence spectrophotometer, but can be measured using a 1 μL fluorescence spectrometer (for example, ND-3300 manufactured by Nanodrop). In this case, 1 μL of a dispersed aqueous solution of fluorescent dye-containing nanosilica particles is used as a test sample.

結果を表3に示す。   The results are shown in Table 3.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

なお、上記で蛍光色素として使用したローダミン(遊離のローダミン)について、それを水に溶解した水溶液中のローダミン濃度と蛍光強度との関係を示す図1に示す。このグラフから、0.098μMのローダミンの蛍光強度は、1.7706となる。   In addition, about the rhodamine (free rhodamine) used as a fluorescent pigment | dye above, it shows in FIG. 1 which shows the relationship between the rhodamine density | concentration in the aqueous solution which melt | dissolved it in water, and fluorescence intensity. From this graph, the fluorescence intensity of 0.098 μM rhodamine is 1.7706.

(2-2)(1)で調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)の分散水溶液を光路長1cmの石英セルにいれて、1500WのXeランプ(Nihon bunko FP-6500)を120分間にわたって照射しながら、蛍光強度(励起波長:570nm、測定波長:595nm)を測定した。結果を図2に示す。図中、「TKR-1」は(1)粒径7nmのナノシリカ粒子(HS-30)、「TKR-2」は(2)粒径12nmのナノシリカ粒子(HS-40)、および「TKR-3」は(3)粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)を、それぞれ原料として調製したローダミン含有ナノシリカ粒子の結果を示す。図に示すように、120分間にわたって光照射しても、蛍光強度が92%以上も維持されていることから、本発明の方法で調製された蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、光に対して極めて安定であることがわかる。   (2-2) Place the aqueous dispersion of fluorescent dye-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less) prepared in (1) into a quartz cell with an optical path length of 1 cm, and run a 1500 W Xe lamp (Nihon bunko FP-6500) for 120 minutes. Fluorescence intensity (excitation wavelength: 570 nm, measurement wavelength: 595 nm) was measured during irradiation. The results are shown in FIG. In the figure, “TKR-1” is (1) 7 nm nano silica particles (HS-30), “TKR-2” is (2) 12 nm nano silica particles (HS-40), and “TKR-3” "(3) shows the results of rhodamine-containing nanosilica particles prepared by using nanosilica particles (TM-50) having a particle diameter of 22 nm as raw materials. As shown in the figure, the fluorescent dye-containing nanosilica particles prepared by the method of the present invention are extremely stable against light because the fluorescence intensity is maintained at 92% or more even after light irradiation for 120 minutes. It can be seen that it is.

(2-3) 粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)を原料として調製したローダミン含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)を、成人胸腺細胞(Adult thymocytes)と混合した後、その蛍光強度を、フローサイトメーターを用いて測定した。結果を図3に示す。なお、図3中、横軸は蛍光強度(FL3-H)、縦軸は粒子数(Counts)を示す。図3中、右図は本発明のローダミン含有ナノシリカ粒子を用いて行った実験の結果であり、左図は、ローダミン含有ナノシリカ粒子を加えないで測定したNegative controlの結果である。   (2-3) Rhodamine-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less) prepared using nanosilica particles (TM-50) with a particle size of 22 nm as raw materials were mixed with adult thymocytes, and the fluorescence intensity was Measurement was performed using a flow cytometer. The results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents fluorescence intensity (FL3-H), and the vertical axis represents the number of particles (Counts). In FIG. 3, the right figure shows the results of experiments conducted using the rhodamine-containing nanosilica particles of the present invention, and the left figure shows negative control results measured without adding the rhodamine-containing nanosilica particles.

図3に示すように、ローダミン含有ナノシリカ粒子と成人胸腺細胞を反応させることにより、ピーク値(縦軸のカウント値が最大の時の横軸(蛍光強度))が、Negative controlの5から20
に増加した。このことから、成人胸腺細胞に本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子が吸着し、濃縮された結果、蛍光強度が増加したと考えられた。
As shown in FIG. 3, by reacting rhodamine-containing nanosilica particles with adult thymocytes, the peak value (horizontal axis (fluorescence intensity when the count value on the vertical axis is maximum)) is 5 to 20 of Negative control.
Increased to. From this, it was considered that the fluorescence intensity increased as a result of adsorption and concentration of the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention on adult thymocytes.

(2-4) (1)粒径7nmのナノシリカ粒子(HS-30)、(2)粒径12nmのナノシリカ粒子(HS-40)、および(3)粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)をそれぞれ原料として調製したローダミン含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)をアガロースゲル電気泳動にかけた。具体的には、これらの蛍光色素含有ナノシリカ粒子を、アガロースゲルのマイナス極側に滴下して高電圧(100V)をかけ、ローダミンの蛍光を検出することにより、当該ナノシリカ粒子の移動度を測定した(BioRad molecular Imager FX Proを使用)。結果を図4に示す。図4に示すように、いずれのローダミン含有ナノシリカ粒子もアガロースゲルのプラス極側(左側)に移動した。このことから、上記で調製されたローダミン含有ナノシリカ粒子はいずれもマイナスに帯電していること、すなわちその表面が、-Si-O-結合を有するシリカ(マイナスに帯電)で被覆された粒子として形成されていることがわかる。なお、移動度は通常、粒子の大きさに依存するが、今回、粒子の移動距離にほとんど差が出なかったのは、粒子が小さすぎるためと考えられた。   (2-4) (1) Nanosilica particles with a particle size of 7nm (HS-30), (2) Nanosilica particles with a particle size of 12nm (HS-40), and (3) Nanosilica particles with a particle size of 22nm (TM-50) Rhodamine-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less) prepared using the above as raw materials were subjected to agarose gel electrophoresis. Specifically, the mobility of the nanosilica particles was measured by dropping these fluorescent dye-containing nanosilica particles on the negative electrode side of the agarose gel, applying a high voltage (100 V), and detecting the fluorescence of rhodamine. (Use BioRad molecular Imager FX Pro). The results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, any rhodamine-containing nanosilica particles moved to the positive electrode side (left side) of the agarose gel. From this, the rhodamine-containing nanosilica particles prepared above are all negatively charged, that is, the surface is formed as particles coated with silica having a —Si—O— bond (negatively charged). You can see that The mobility usually depends on the size of the particle, but this time, the reason why there was almost no difference in the moving distance of the particle was considered that the particle was too small.

(2-5) 各粒子濃度(μM)における蛍光強度(島津分光光度計RF5300PCで測定)を表4に示す。比較のため、市販の有機色素(CdSe)を用いたナノ粒子(Qdot525、Qdot605:いずれもQuantmDot社製、「Qdot」は登録商標)の各粒子濃度(μM)における蛍光強度も併せて示す。   (2-5) Table 4 shows the fluorescence intensity (measured with Shimadzu spectrophotometer RF5300PC) at each particle concentration (μM). For comparison, the fluorescence intensity at each particle concentration (μM) of nanoparticles (Qdot525, Qdot605: both manufactured by QuantmDot, “Qdot” is a registered trademark) using a commercially available organic dye (CdSe) is also shown.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

この結果から、Qdotの大きさと同じあるいはそれ以下の大きさにおいて、本発明の蛍光色素含有ナノシリカ粒子の蛍光強度(粒子濃度に対する蛍光強度)が勝っていることがわかる。   From this result, it can be seen that the fluorescence intensity (fluorescence intensity relative to the particle concentration) of the fluorescent dye-containing nanosilica particles of the present invention is superior at the same size as Qdot or less.

(2-6) (1)粒径7nmのナノシリカ粒子、(2)粒径12nmのナノシリカ粒子、および(3)粒径22nmのナノシリカ粒子を原料としてそれぞれ調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)約1mLを、1.5mLのチューブに加えた後、遮光箱にいれて放置した(1000時間)。経時的に、各蛍光色素含有ナノシリカ粒子の蛍光スペクトルを測定し(測定条件:(Slit(Ex/Em)=1.5nm/1.5nm、 Low sensitivity、励起波長573nm、測定波長585nm)、その蛍光ピークの強度を算出した。結果を図5に示す(縦軸に放置時間、横軸に蛍光強度)。   (2-6) (1) Nanosilica particles with a particle size of 7 nm, (2) Nanosilica particles with a particle size of 12 nm, and (3) Fluorescent dye-containing nanosilica particles prepared using nanosilica particles with a particle size of 22 nm as raw materials (particle size of 30 nm (Below) About 1 mL was added to a 1.5 mL tube, then left in a light shielding box (1000 hours). Measure the fluorescence spectrum of each fluorescent dye-containing nanosilica particle over time (measurement conditions: (Slit (Ex / Em) = 1.5 nm / 1.5 nm, Low sensitivity, excitation wavelength 573 nm, measurement wavelength 585 nm)) Intensities were calculated, and the results are shown in Fig. 5 (vertical time on the vertical axis and fluorescence intensity on the horizontal axis).

この図に示すように、本発明の方法によって調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子はいずれも、1000時間にわたって安定であった。   As shown in this figure, all the fluorescent dye-containing nanosilica particles prepared by the method of the present invention were stable for 1000 hours.

実施例2
(1)蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製
粒径約3nmのナノシリカ粒子および粒径22nmのナノシリカ粒子をそれぞれ原料とし、蛍光色素として上記実施例1で使用したローダミンに代えて、フルオレセイン、DY485、DY521(以上、DYOMICS社)またはAlexa647(Molecular Probes社)を用いて、実施例1の方法に従って、同様に反応させて、蛍光色素含有ナノシリカ粒子を調製した。なお、DY485およびDY521の化学式を下式に示す。
Example 2
(1) Preparation of fluorescent dye-containing nanosilica particles Nanosilica particles having a particle size of about 3 nm and nanosilica particles having a particle size of 22 nm were used as raw materials, and instead of rhodamine used in Example 1 as a fluorescent dye, fluorescein, DY485, DY521 ( As described above, using DYOMICS) or Alexa647 (Molecular Probes), the same reaction was carried out according to the method of Example 1 to prepare fluorescent dye-containing nanosilica particles. The chemical formulas of DY485 and DY521 are shown below.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

Figure 2008247713
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なお、本発明において使用する「蛍光色素を有する化合物(3)」(具体的には、スクシンイミジルエステル化合物(3))は、上記DY485およびDY521を、N-ヒドロキシスクシンイミドとエステル化反応することによって調製することができる。   The “compound having fluorescent dye (3)” (specifically, succinimidyl ester compound (3)) used in the present invention is an esterification reaction of DY485 and DY521 with N-hydroxysuccinimide. Can be prepared.

粒径22nmのナノシリカ粒子は、市販のナノシリカ粒子の懸濁液〔粒径22nm:LUDOX TM-50 colloidal silica、50%懸濁液〕を用いた、また粒径約3nmのナノシリカ粒子は、粒径22nmのナノシリカ粒子の懸濁液〔粒径22nm:LUDOX TM-50 colloidal silica、50%懸濁液〕を、YM-100でろ過し、その溶出液を、さらにYM-10(2.6nmポアサイズ)でろ過し、ろ過されずに残った溶液から調製した。   For the nanosilica particles having a particle size of 22 nm, a commercially available suspension of nanosilica particles (particle size 22 nm: LUDOX TM-50 colloidal silica, 50% suspension) was used. A 22 nm nanosilica particle suspension (particle size 22 nm: LUDOX TM-50 colloidal silica, 50% suspension) was filtered with YM-100, and the eluate was further filtered with YM-10 (2.6 nm pore size). Prepared from the solution that was filtered and remained unfiltered.

(2)蛍光色素含有ナノシリカ粒子の評価
斯くして得られた、蛍光色素含有ナノシリカ粒子の特性(1粒子あたりの蛍光色素の分子数、蛍光強度など)を実施例1の方法に従って求めた。結果を表5に示す。
(2) Evaluation of fluorescent dye-containing nanosilica particles The properties of the fluorescent dye-containing nanosilica particles thus obtained (number of molecules of fluorescent dye per particle, fluorescent intensity, etc.) were determined according to the method of Example 1. The results are shown in Table 5.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

粒径22nmのナノシリカ粒子を原料として調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子の結果を、表の上段に、粒径約3nmのナノシリカ粒子を原料として調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子の結果を、表の下段に示す。この結果からわかるように、粒径22nmのナノシリカ粒子を原料としてFluorescein、DY-485XL、DY-485XL+DY-521XL、およびAlexa647の4種類の蛍光色素を配合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子が調製できた。また、粒径3nmのナノシリカ粒子を原料として、Fluorescein、DY-521XL、およびAlexa647の3種類の蛍光色素を配合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子が調製できた。なお、核が粒径22nmの蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、Alexa647の場合を除いて1粒子中に蛍光色素分子が200分子以上固定されていることがわかる。従来公知の方法(WO2006/070582)による1粒子あたりの固定数は100分子であるので、上記の結果はこの2倍以上に相当する。また、核が粒径3nmの蛍光色素含有ナノシリカ粒子は、1粒子中に2分子以上の蛍光分子を含んでいた。これは従来法(WO2006/070582)の2倍以上に相当する。   The results for fluorescent dye-containing nanosilica particles prepared using nanosilica particles with a particle size of 22 nm as the raw material are shown in the upper part of the table, and the results for the fluorescent dye-containing nanosilica particles prepared using nanosilica particles with a particle size of about 3 nm as the raw material are shown in the lower part of the table Show. As can be seen from these results, we have prepared fluorescent dye-containing nanosilica particles containing four types of fluorescent dyes, Fluorescein, DY-485XL, DY-485XL + DY-521XL, and Alexa647, using nanosilica particles with a particle size of 22 nm. . In addition, fluorescent dye-containing nanosilica particles were prepared by blending three types of fluorescent dyes, Fluorescein, DY-521XL, and Alexa647, using nanosilica particles with a particle size of 3 nm as a raw material. In addition, it can be seen that in the fluorescent dye-containing nanosilica particles having a nucleus of 22 nm in diameter, 200 or more fluorescent dye molecules are fixed in one particle except in the case of Alexa647. Since the fixed number per particle by the conventionally known method (WO2006 / 070582) is 100 molecules, the above result corresponds to more than twice this. In addition, the fluorescent dye-containing nanosilica particles having a core with a particle size of 3 nm contained two or more fluorescent molecules in one particle. This corresponds to more than twice the conventional method (WO2006 / 070582).

実施例3
市販のナノシリカ粒子の懸濁液〔(1)粒径7nm:LUDOX HS-30 colloidal silica、30%懸濁液、(2)粒径12nm:LUDOX HS-40 colloidal silica、40%懸濁液、(3)粒径22nm:LUDOX TM-50 colloidal silica、50%懸濁液〕を10倍希釈した水溶液を1μl採取し、蒸留水900μLまたは1mlに加えた後、珪酸ナトリウム水溶液〔NaSixO2-x(0.54% SiO2)水溶液〕を10〜100μl, 1μLスペーサー溶液10μLを加えて撹拌し、室温で混合撹拌処理して、ナノシリカ粒子の表面を活性化した。なお、スペーサー溶液として、安息香酸3.7mg、WSCI 1mg、NHS 3.7mg、およびAPS 1.8μlをDMSO 1mlに加えて室温で1時間撹拌反応させて調製した安息香酸シリケート(=スペーサー)を含む溶液を用いた。次いで、これにアミノプロピルエトキシシラン(APS)を1μlと3-Thiocyanato propyl triethoxy silane (CNS)を2μl加えてから、室温の条件で10分〜1時間混合撹拌して反応させた。
Example 3
Suspension of commercially available nano silica particles [(1) particle size 7 nm: LUDOX HS-30 colloidal silica, 30% suspension, (2) particle size 12 nm: LUDOX HS-40 colloidal silica, 40% suspension, ( 3) Particle size 22nm: LUDOX TM-50 colloidal silica, 50% suspension] is diluted 10 times and 1 μl of aqueous solution is collected and added to 900 μL or 1 ml of distilled water, followed by sodium silicate aqueous solution [NaSi x O 2-x (0.54% SiO 2 ) aqueous solution] was added with 10 to 100 μl and 1 μL spacer solution 10 μL and stirred, and mixed and stirred at room temperature to activate the surface of the nanosilica particles. In addition, as a spacer solution, a solution containing benzoic acid silicate (= spacer) prepared by adding 3.7 μl of benzoic acid, WSCI 1 mg, NHS 3.7 mg, and APS 1.8 μl to DMSO 1 ml and stirring reaction at room temperature for 1 hour is used. It was. Next, 1 μl of aminopropylethoxysilane (APS) and 2 μl of 3-Thiocyanato propyl triethoxysilane (CNS) were added thereto, and the mixture was stirred and reacted at room temperature for 10 minutes to 1 hour.

次いで、エステル結合を介してローダミンとスクシンイミドとが結合してなるRhodamin Red-X, N-hydroxysuccinimidyl ester(Molecular Probes Co. Ltd.)を、50μL(75μg)添加し、室温または約60℃の加熱下の条件で、10分〜1時間混合撹拌して反応させた。その後、YM-10でろ過して蒸留水で洗浄し、蛍光スペクトル(島津蛍光分光光度計RF5300PC)及び吸収スペクトル測定(島津UV-1700)を行った。なお、斯くして調製された試料(No.73:原料HS-30使用、No.75:原料HS-40使用、No.76:原料TM-50使用)は、各原料ナノシリカ粒子表面に蛍光色素(ローダミン)とスペーサー分子(CNS)を固定しただけのものであり、その表面にシリカ層は形成されていない。   Next, Rhodamin Red-X, N-hydroxysuccinimidyl ester (Molecular Probes Co. Ltd.) formed by binding rhodamine and succinimide through an ester bond is added at 50 μL (75 μg) and heated at room temperature or about 60 ° C. The mixture was stirred for 10 minutes to 1 hour to cause the reaction. Thereafter, the mixture was filtered with YM-10, washed with distilled water, and subjected to fluorescence spectrum (Shimadzu fluorescence spectrophotometer RF5300PC) and absorption spectrum measurement (Shimadzu UV-1700). Samples prepared in this way (No. 73: using raw material HS-30, No. 75: using raw material HS-40, No. 76: using raw material TM-50) are fluorescent dyes on the surface of each raw nanosilica particle. (Rhodamine) and spacer molecule (CNS) are only fixed, and no silica layer is formed on the surface.

次いで、この試料に、エタノール4mlとテトラエトキシシラン(TEOS)10μlおよびアンモニア水100μlを加えて室温で24時間攪拌した(シリカ層の形成)。斯くして得られたローダミン含有ナノシリカ粒子を、分画分子量100kDaを有する限外濾過膜(ろ過膜アミコンYM-100、日本ミリポア製)を装着した限外ろ過装置を使用して濾過して、粒径が30nm以下の蛍光色素含有ナノシリカ粒子を取得した。その後、YM10でろ過して蒸留水で洗浄し、これを蒸留水に分散させて調製した水分散液の蛍光スペクトル及び吸収スペクトルを測定した(No.73’:原料HS-30使用、No.75’:原料HS-40使用、No.76’:原料TM-50使用)。   Next, 4 ml of ethanol, 10 μl of tetraethoxysilane (TEOS) and 100 μl of aqueous ammonia were added to this sample and stirred at room temperature for 24 hours (formation of a silica layer). The rhodamine-containing nanosilica particles thus obtained are filtered using an ultrafiltration apparatus equipped with an ultrafiltration membrane (filtration membrane Amicon YM-100, manufactured by Nihon Millipore) having a molecular weight cut off of 100 kDa, Fluorescent dye-containing nanosilica particles having a diameter of 30 nm or less were obtained. After that, it was filtered with YM10, washed with distilled water, and the fluorescence spectrum and absorption spectrum of the aqueous dispersion prepared by dispersing this in distilled water were measured (No.73 ': raw material HS-30 used, No.75 ': Raw material HS-40 used, No. 76': Raw material TM-50 used).

吸収スペクトル測定の結果から、水分散液中のローダミンの濃度([Rhodamin])を、Lambert-Beerの法則により計算して横軸に、また縦軸にその濃度における蛍光強度をプロットしたグラフを図6に示す。前述する式(1)に従って、ローダミン含有ナノシリカ粒子1粒子中に含まれる蛍光色素(ローダミン)の分子数([Rhodamin]/[SiO2]p)を求めた。 From the results of the absorption spectrum measurement, the concentration of rhodamine in the aqueous dispersion ([Rhodamin]) is calculated according to Lambert-Beer's law, and the graph shows the fluorescence intensity at that concentration plotted on the horizontal axis and on the vertical axis. It is shown in FIG. According to the above-mentioned formula (1), the number of molecules ([Rhodamin] / [SiO 2 ] p) of the fluorescent dye (rhodamine) contained in one rhodamine-containing nanosilica particle was determined.

結果を下記に示す。なお、[SiO2]pは、ローダミン含有ナノシリカ粒子の分散水溶液に含まれる当該ナノシリカ粒子の濃度である:
ローダミン含有ナノシリカ粒子1粒子中に含まれるローダミンの分子数([Rhodamin]/[SiO 2 ]p)
No.73’(原料HS-30使用):2
No.75’(原料HS-40使用):12
No.76’(原料TM-50使用):190。
The results are shown below. [SiO 2 ] p is the concentration of the nanosilica particles contained in the aqueous dispersion of rhodamine-containing nanosilica particles:
Number of rhodamine molecules contained in one rhodamine-containing nanosilica particle ([Rhodamin] / [SiO 2 ] p)
No.73 '(using raw material HS-30): 2
No.75 '(using raw material HS-40): 12
No.76 '(using raw material TM-50): 190.

この結果から、蛍光色素含有ナノシリカ粒子の表面をシリカ層で被覆することによって蛍光強度が増大することがわかる。その理由として、ローダミン分子の表面をシリカ層で覆うことによってローダミン分子が外界(水溶液)から保護されためであると考えられる。   From this result, it can be seen that the fluorescence intensity is increased by coating the surface of the fluorescent dye-containing nanosilica particles with a silica layer. The reason is considered to be that rhodamine molecules are protected from the outside (aqueous solution) by covering the surface of the rhodamine molecules with a silica layer.

実施例4
上記実施例3で調製したローダミン含有ナノシリカ粒子No.73’(原料HS-30使用)について、(1)粒径、および(2)水分散液中での蛍光寿命を評価した。
Example 4
For rhodamine-containing nanosilica particles No. 73 ′ (using raw material HS-30) prepared in Example 3 above, (1) particle size and (2) fluorescence lifetime in an aqueous dispersion were evaluated.

(1)粒径
(株)東レリサーチセンター形態科学研究部に依頼して、ローダミン含有ナノシリカ粒子No.73’(原料HS-30使用)の透過電子顕微鏡像(TEM像)を得るとともに、TEM像をネガティブ染色(PTA(リンタングステン酸)染色)した。その結果を、図7に示す。図7からわかるように、粒子が多くの分岐をもち、数珠状に連なって凝集しているのが観察された。一次粒子径は約5nm〜13nmであり、不定形であった。次いで、得られたTEM像について、目視で粒子を判別し、粒度分布を分析した。結果を図8に示す。一次粒子径は、8.2±0.5 nm (n=146)であった。
(1) Particle size Requested by Department of Morphology Research, Toray Research Center Co., Ltd. Obtained a transmission electron microscope image (TEM image) of rhodamine-containing nanosilica particles No. 73 '(using raw material HS-30) and TEM image Was negatively stained (PTA (phosphotungstic acid) staining). The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 7, it was observed that the particles have many branches and are aggregated in a bead shape. The primary particle diameter was about 5 nm to 13 nm, and it was irregular. Subsequently, about the obtained TEM image, particle | grains were discriminate | determined visually and the particle size distribution was analyzed. The results are shown in FIG. The primary particle size was 8.2 ± 0.5 nm (n = 146).

(2)水分散液中での蛍光寿命
(株)東レリサーチセンターに依頼して、ローダミン含有ナノシリカ粒子No.73’(原料HS-30使用)の水分散液の蛍光寿命を測定した〔測定装置:NAES-1100時間分解分光光度計(堀場製作所)、励起波長550nm、積算時間6時間〕。結果を図9に示す。
(2) Fluorescence lifetime in aqueous dispersion
The fluorescence lifetime of the aqueous dispersion of rhodamine-containing nanosilica particles No. 73 '(using raw material HS-30) was measured at the Toray Research Center, Inc. [Measuring device: NAES-1100 time-resolved spectrophotometer (Horiba Manufacturing), excitation wavelength 550 nm, integration time 6 hours]. The results are shown in FIG.

図からわかるように、1成分解析により得られた蛍光寿命は、4.09±0.02nsecであった。この値は、ローダミンの色素分子そのものの、水分散液中での蛍光寿命1.9nsecよりも長く、かつエタノール中での蛍光寿命2.9nsecよりも長かった(F. L. Arbeloa et al., J. of Luminescence, 44, 1989, 105)。このことから、ローダミン含有ナノシリカ粒子No.73’において、シリカナノ粒子(HS-30)表面に結合集積したローダミン蛍光分子は、消光することなく、エネルギー移動の起こらない状態で存在していることを示している。 As can be seen from the figure, the fluorescence lifetime obtained by the one-component analysis was 4.09 ± 0.02 nsec. This value was longer than the fluorescence lifetime of 1.9 nsec in the aqueous dispersion of the rhodamine dye molecule itself and longer than the fluorescence lifetime of 2.9 nsec in ethanol (FL Arbeloa et al., J. of Luminescence, 44 , 1989, 105). This indicates that in the rhodamine-containing nanosilica particles No. 73 ', the rhodamine fluorescent molecules bound and accumulated on the silica nanoparticle (HS-30) surface exist without quenching and energy transfer. ing.

実施例5 カルボキシル基を組み込んだローダミン含有シリカナノ粒子の調製
市販のナノシリカ粒子の懸濁液〔(1)粒径7nm:LUDOX HS-30 colloidal silica、30%懸濁液、(2)粒径12nm:LUDOX HS-40 colloidal silica、40%懸濁液、(3)粒径22nm:LUDOX TM-50 colloidal silica、50%懸濁液〕を10倍希釈した水溶液を1μl採取し、これに10mMのクエン酸10μl、5μl、10μl、または100μlを加え、蒸留水900μLまたは1mlに加えた後、珪酸ナトリウム水溶液〔NaSixO2-x(0.54% SiO2)水溶液〕を10〜100μl ,1μLスペーサー溶液10μLを加えて撹拌し、室温で混合撹拌処理して、ナノシリカ粒子の表面を活性化した。なお、スペーサー溶液として、安息香酸3.7mg、WSCI 1mg、NHS 3.7mg、およびAPS 1.8μlをDMSO 1mlに加えて室温で1時間撹拌反応させて調製した安息香酸シリケート(=スペーサー)を含む溶液を用いた。次いで、これにアミノプロピルエトキシシラン(APS)を1μlと3-Thiocyanato propyl triethoxy silane (CNS)を2μl加えてから、室温の条件で10分〜1時間混合撹拌して反応させた。
Example 5 Preparation of Rhodamine-Containing Silica Nanoparticles Incorporating Carboxyl Groups Suspension of commercially available nanosilica particles [(1) particle size 7 nm: LUDOX HS-30 colloidal silica, 30% suspension, (2) particle size 12 nm: LUDOX HS-40 colloidal silica, 40% suspension, (3) Particle size 22 nm: LUDOX TM-50 colloidal silica, 50% suspension] was diluted 10-fold, and 1 μl of 10 mM citric acid was collected. Add 10 μl, 5 μl, 10 μl, or 100 μl, add to 900 μL or 1 ml of distilled water, then add 10 to 100 μl of sodium silicate aqueous solution [NaSixO 2 -x (0.54% SiO 2 ) aqueous solution] and 10 μL of 1 μL spacer solution and stir The surface of the nano silica particles was activated by mixing and stirring at room temperature. In addition, as a spacer solution, a solution containing benzoic acid silicate (= spacer) prepared by adding 3.7 μl of benzoic acid, WSCI 1 mg, NHS 3.7 mg, and APS 1.8 μl to DMSO 1 ml and stirring reaction at room temperature for 1 hour is used. It was. Next, 1 μl of aminopropylethoxysilane (APS) and 2 μl of 3-Thiocyanato propyl triethoxysilane (CNS) were added thereto, and the mixture was stirred and reacted at room temperature for 10 minutes to 1 hour.

次いで、エステル結合を介してローダミンとスクシンイミドとが結合してなるRhodamin Red-X, N-hydroxysuccinimidyl ester(Molecular Probes Co. Ltd.)を、50μL(75μg)添加し、室温または約60℃の加熱下の条件で、10分〜1時間混合撹拌して反応させた。その後、YM-10でろ過して蒸留水で洗浄し、蛍光スペクトル(島津蛍光分光光度計RF5300PC及びナノドロップ1μ蛍光スペクトロメーター)及び吸収スペクトル測定(島津UV-1700)を行った。なお、斯くして調製された試料(No.73:原料HS-30使用、No.75:原料HS-40使用、No.76:原料TM-50使用)は、各原料ナノシリカ粒子表面に蛍光色素(ローダミン)とスペーサー分子(CNS)を固定しただけのものであり、その表面にシリカ層は形成されていない。   Next, Rhodamin Red-X, N-hydroxysuccinimidyl ester (Molecular Probes Co. Ltd.) formed by binding rhodamine and succinimide through an ester bond is added at 50 μL (75 μg) and heated at room temperature or about 60 ° C. The mixture was stirred for 10 minutes to 1 hour to cause the reaction. Thereafter, the mixture was filtered with YM-10, washed with distilled water, and subjected to fluorescence spectrum (Shimadzu fluorescence spectrophotometer RF5300PC and nanodrop 1 μ fluorescence spectrometer) and absorption spectrum measurement (Shimadzu UV-1700). Samples prepared in this way (No. 73: using raw material HS-30, No. 75: using raw material HS-40, No. 76: using raw material TM-50) are fluorescent dyes on the surface of each raw nanosilica particle. (Rhodamine) and spacer molecule (CNS) are only fixed, and no silica layer is formed on the surface.

次いで、この試料に、エタノール4mlとテトラエトキシシラン(TEOS)10μlおよびアンモニア水100μlを加えて室温で24時間攪拌した(シリカ層の形成)。斯くして得られたローダミン含有ナノシリカ粒子はその表面にクエン酸を有している。このナノシリカ粒子を、分画分子量100kDaを有する限外濾過膜(ろ過膜アミコンYM-100、日本ミリポア製)を装着した限外ろ過装置を使用して濾過して、粒径が30nm以下の蛍光色素含有ナノシリカ粒子を取得した。その後、YM10でろ過して蒸留水で洗浄し、これを蒸留水に分散させて調製した水分散液の蛍光スペクトルを測定した。   Next, 4 ml of ethanol, 10 μl of tetraethoxysilane (TEOS) and 100 μl of aqueous ammonia were added to this sample and stirred at room temperature for 24 hours (formation of a silica layer). The rhodamine-containing nanosilica particles thus obtained have citric acid on the surface. The nanosilica particles are filtered using an ultrafiltration device equipped with an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 100 kDa (filtration membrane Amicon YM-100, manufactured by Nihon Millipore), and a fluorescent dye having a particle size of 30 nm or less Contained nanosilica particles were obtained. Thereafter, the mixture was filtered with YM10, washed with distilled water, and dispersed in distilled water to measure the fluorescence spectrum of an aqueous dispersion prepared.

図10に、原料HS-30を用いて調製したローダミン含有ナノシリカ粒子について、横軸に使用した10mMクエン酸量(μl)を、縦軸にナノドロップ1μ蛍光スペクトロメーターで測定したナノシリカ粒子の相対蛍光量(RFU)をプロットした。図10にみられるように、原料HS-30に対してクエン酸(10mM)を10μl用いた場合に相対蛍光強度が最大になった。   Fig. 10 shows the relative fluorescence of nanosilica particles measured for rhodamine-containing nanosilica particles prepared using raw material HS-30, with the amount of 10 mM citric acid (μl) used on the horizontal axis and the nanodrop 1μ fluorescence spectrometer on the vertical axis. The quantity (RFU) was plotted. As seen in FIG. 10, the relative fluorescence intensity was maximized when 10 μl of citric acid (10 mM) was used for the raw material HS-30.

図11に、原料HS-30, HS-40, またはTM-50を用いて調製した各ローダミン含有ナノシリカ粒子について、横軸にローダミン分子濃度(10-8M)、縦軸にナノドロップ1μ蛍光スペクトロメーターで測定した相対蛍光強度(RFU)をプロットした。なお加えたクエン酸(10mM)は10μlである。図11に見られるように、原料としてHS-40を用いて調製したローダミン含有ナノシリカ粒子が、同じローダミン分子濃度で最小となることがわかる。 FIG. 11 shows the rhodamine-containing nanosilica particles prepared using raw materials HS-30, HS-40, or TM-50, with the rhodamine molecule concentration (10 −8 M) on the horizontal axis and the nanodrop 1 μ fluorescence spectrum on the vertical axis. Relative fluorescence intensity (RFU) measured with a meter was plotted. The added citric acid (10 mM) is 10 μl. As seen in FIG. 11, it can be seen that the rhodamine-containing nanosilica particles prepared using HS-40 as a raw material are minimized at the same rhodamine molecular concentration.

このようにクエン酸量と原料のシリカナノ粒子の大きさが蛍光強度に影響を与えることから、クエン酸分子が蛍光色素を覆うシリカ層に取り込まれることを示している。クエン酸分子は、シリカ層に取り込まれ、表面にはカルボキシル基(-COOH)を有する。   Thus, the amount of citric acid and the size of the raw silica nanoparticles affect the fluorescence intensity, indicating that citric acid molecules are incorporated into the silica layer covering the fluorescent dye. Citric acid molecules are taken into the silica layer and have carboxyl groups (—COOH) on the surface.

実施例6 フルオレセイン含有ナノシリカ粒子の調製
2.0mgの5(6)-Carboxy-fluorecein-N-hydroxy succinimide ester (FLUOS, Roche Co. Ltd.)を1.5mlのDMSOに溶解した溶液から10μLを採取して、フルオレセイン含有ナノシリカ粒子の調製に用いた。まず、1μLのナノシリカ粒子の懸濁液〔粒径7nm:LUDOX HS-30 colloidal silica、1/10希釈〕に1mLの蒸留水を加えて混合した後、珪酸ナトリウム水溶液(NaSixO2-x(0.54wt%のSiO2)水溶液)10μL、APSとCNSの混合溶液(10μL+10μL in 200μL DMSO)1μL、スペーサー溶液10μLを加えて撹拌し、約60℃で15分加熱しながらさらに撹拌混合した。なお、スペーサー溶液として、安息香酸3.7mg、WSC 1mg、NHS 3.7mg、およびAPS 1.8μlをDMSO 1mlに加えて室温で1時間撹拌反応させて調製した安息香酸シリケート(=スペーサー)を含む溶液を用いた。
Example 6 Preparation of nanosilica particles containing fluorescein
10 μL was taken from a solution of 2.0 mg of 5 (6) -Carboxy-fluorecein-N-hydroxy succinimide ester (FLUOS, Roche Co. Ltd.) in 1.5 ml of DMSO to prepare nanosilica particles containing fluorescein. It was. First, 1 mL of nanosilica particle suspension (particle size 7 nm: LUDOX HS-30 colloidal silica, diluted 1/10) was added and mixed with 1 mL of distilled water, and then an aqueous sodium silicate solution (NaSi x O 2-x ( 0.54 wt% SiO 2 ) aqueous solution) 10 μL, APS and CNS mixed solution (10 μL + 10 μL in 200 μL DMSO) 1 μL, spacer solution 10 μL were added and stirred, and further stirred and mixed while heating at about 60 ° C. for 15 minutes. In addition, as a spacer solution, a solution containing benzoic acid silicate (= spacer) prepared by adding 3.7 mg of benzoic acid, WSC 1 mg, NHS 3.7 mg, and APS 1.8 μl to DMSO 1 ml and stirring reaction at room temperature for 1 hour is used. It was.

その後、この水溶液にエタノール4mLとTEOS溶液0.01ml、アンモニア水溶液0.1mlを加えて撹拌し、さらに15分間約60℃で加熱し撹拌した。得られた溶液をYM-100でろ過洗浄し、粒径が10nm未満のフルオレセイン含有シリカナノ粒子を得た。   Thereafter, 4 mL of ethanol, 0.01 ml of TEOS solution and 0.1 ml of aqueous ammonia solution were added to the aqueous solution and stirred, and the mixture was further heated and stirred at about 60 ° C. for 15 minutes. The resulting solution was filtered and washed with YM-100 to obtain fluorescein-containing silica nanoparticles having a particle size of less than 10 nm.

比較例
ローダミン含有シリカ化合物の調製、及びこれを用いたナノシリカ粒子〔ローダミン含有ナノシリカ粒子〕(化学結合型)の調製
(1)ローダミン含有シリカ化合物(化学結合型)の調製
下式に従って、ローダミン含有シリカ化合物を調製した。
Comparative example
Preparation of Rhodamine-Containing Silica Compound and Preparation of Nanosilica Particles [Rhodamine-Containing Nanosilica Particles] (Chemical Bond Type) Using This (1) Preparation of Rhodamine-Containing Silica Compound (Chemical Bond Type) Prepared.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

〔式中、Rはローダミン(標識分子)を意味する。R中、*はエステル基との結合部を意味する。〕
具体的には、まずスクシンイミジルエステル化合物として、エステル結合を介してローダミンとスクシンイミドが結合してなる5-carboxyltetramethylrhodamin succinimidyl ester(9)(Molecular Probes社製)約5mgを、1mlのDMSO溶液に溶解した後、アミノ基を有するシリカ化合物として3-(アミノプロピル)トリエトキシシラン(APS)(2) を、上記スクシンイミジルエステル化合物(9)と等モルになるように約1.2μl加えて、約1時間スターラーピースを用いて攪拌して反応させて、スクシンイミジルエステル化合物(9)のカルボニル基とシリカ化合物(2)のアミノ基がアミド結合してなるローダミン(標識分子)含有シリカ化合物(10)を調製した。
[Wherein R 3 means rhodamine (labeled molecule). In R 3 , * means a bond with an ester group. ]
Specifically, as a succinimidyl ester compound, about 5 mg of 5-carboxyltetramethylrhodamin succinimidyl ester (9) (Molecular Probes) consisting of rhodamine and succinimide bonded via an ester bond is first dissolved in 1 ml of DMSO solution. Then, 3- (aminopropyl) triethoxysilane (APS) (2) as a silica compound having an amino group was added in an amount of about 1.2 μl so as to be equimolar with the succinimidyl ester compound (9). Rhodamine (labeled molecule) -containing silica compound (10) in which the carbonyl group of the succinimidyl ester compound (9) and the amino group of the silica compound (2) are amide-bonded by stirring with a stirrer piece for 1 hour. ) Was prepared.

(2)ローダミン含有ナノシリカ粒子(化学結合型)の調製
下式に従って、ローダミン含有シリカ化合物(10)からローダミン含有ナノシリカ粒子(12)を調製した。
(2) Preparation of rhodamine-containing nanosilica particles (chemically bonded type) Rhodamine-containing nanosilica particles (12) were prepared from the rhodamine-containing silica compound (10) according to the following formula.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

〔式中、Rはローダミンを意味する。〕
具体的には、上記で得られた反応溶液〔ローダミン含有シリカ化合物(10)〕のDMSO溶液0.05mlに、テトラエトキシシラン(TEOS)0.05ml、水1ml及びエタノール3.95mlを加えて(エタノール:水=4:1、容量比)、これに約30%のアンモニア水0.1mlを加えて、一日撹拌しながら室温条件下に放置した。得られた溶液(反応終了液)を、限外ろ過装置〔アミコン(登録商標)攪拌式セル〕(フィルター;UFディスクYM100ウルトラセルRC100K NMWL)(販売会社:MILLIPORE)〔Nominal Molecular Weight Limit(NMWL):100 kDa〕を使用してろ過し、蒸留水を使用したろ過洗浄を数回繰り返して、ローダミン含有ナノシリカ粒子(11)(粒径20nm)を調製した。さらにこのろ液をさらにYM-10でろ過洗浄して、粒径10nm程度のローダミン含有ナノシリカ粒子を調製した。
[Wherein R 3 represents rhodamine. ]
Specifically, 0.05 ml of tetraethoxysilane (TEOS), 1 ml of water and 3.95 ml of ethanol were added to 0.05 ml of the DMSO solution of the reaction solution [rhodamine-containing silica compound (10)] obtained above (ethanol: water). = 4: 1, volume ratio), 0.1 ml of about 30% ammonia water was added thereto, and the mixture was allowed to stand at room temperature with stirring for one day. The obtained solution (reaction completed solution) was subjected to ultrafiltration device [Amicon (registered trademark) stirring cell] (filter; UF disk YM100 Ultracell RC100K NMWL) (sales company: MILLIPORE) [Nominal Molecular Weight Limit (NMWL) : 100 kDa], and filtration and washing with distilled water were repeated several times to prepare rhodamine-containing nanosilica particles (11) (particle size 20 nm). The filtrate was further filtered and washed with YM-10 to prepare rhodamine-containing nanosilica particles having a particle size of about 10 nm.

上記実施例5で得られた蛍光色素含有ナノシリカ粒子および参考例で得られた蛍光色素含有ナノシリカ粒子(化学結合型)の1粒子あたりの蛍光色素分子数と蛍光強度をそれぞれ測定した(島津蛍光分光光度計RF5300PC)。その結果を、実施例1で調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子と併せて、表6に示す。また、比較のため、市販のCdSe標識剤の蛍光強度も併せて示す。   The number of fluorescent dye molecules and the fluorescence intensity of each of the fluorescent dye-containing nanosilica particles obtained in Example 5 and the fluorescent dye-containing nanosilica particles (chemically bonded type) obtained in Reference Example were measured (Shimadzu fluorescence spectroscopy). Photometer RF5300PC). The results are shown in Table 6 together with the fluorescent dye-containing nanosilica particles prepared in Example 1. For comparison, the fluorescence intensity of a commercially available CdSe labeling agent is also shown.

Figure 2008247713
Figure 2008247713

遊離(free)のローダミンについて、それを水に溶解した水溶液中のローダミン濃度と蛍光強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rhodamine density | concentration in the aqueous solution which melt | dissolved the free rhodamine in water, and fluorescence intensity. 実施例1(1)で調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)の分散水溶液に1500WのXeランプ(Nihon bunko FP-6500)を120分間にわたって照射しながら、蛍光強度(励起波長:570nm、測定波長:595nm)を測定した結果を示す。図中、「TKR-1」は(1)粒径7nmのナノシリカ粒子(HS-30)、「TKR-2」は(2)粒径12nmのナノシリカ粒子(HS-40)、および「TKR-3」は(3)粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)を、それぞれ原料として調製したローダミン含有ナノシリカ粒子の結果を示す。Fluorescence intensity (excitation wavelength: 570 nm) while irradiating the dispersion aqueous solution of the fluorescent dye-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less) prepared in Example 1 (1) with a 1500 W Xe lamp (Nihon bunko FP-6500) for 120 minutes. , Measurement wavelength: 595 nm) is shown. In the figure, “TKR-1” is (1) 7 nm nano silica particles (HS-30), “TKR-2” is (2) 12 nm nano silica particles (HS-40), and “TKR-3” "(3) shows the results of rhodamine-containing nanosilica particles prepared by using nanosilica particles (TM-50) having a particle diameter of 22 nm as raw materials. 実施例1(1)で粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)を原料として調製したローダミン含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)を、成人胸腺細胞(Adult thymocytes)と混合した後、その蛍光強度を、フローサイトメーターを用いて測定した結果を示す。横軸は蛍光強度(FL3-H)、縦軸は粒子数(Counts)を示す。図中、右図は本発明のローダミン含有ナノシリカ粒子を用いて行った実験の結果であり、左図は、ローダミン含有ナノシリカ粒子を加えないで測定したNegative controlの結果である。Rhodamine-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less) prepared from nanosilica particles (TM-50) having a particle size of 22 nm in Example 1 (1) as raw materials were mixed with adult thymocytes, and then the fluorescence intensity thereof was mixed. Shows the results of measurement using a flow cytometer. The horizontal axis represents fluorescence intensity (FL3-H), and the vertical axis represents the number of particles (Counts). In the figure, the right figure shows the results of experiments conducted using the rhodamine-containing nanosilica particles of the present invention, and the left figure shows the results of negative control measured without adding the rhodamine-containing nanosilica particles. 実施例1(1)で(1)粒径7nmのナノシリカ粒子(HS-30)、(2)粒径12nmのナノシリカ粒子(HS-40)、および(3)粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)をそれぞれ原料として調製したローダミン含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)をアガロースゲル電気泳動にかけた結果を示す。In Example 1 (1), (1) nano silica particles (HS-30) having a particle size of 7 nm, (2) nano silica particles having a particle size of 12 nm (HS-40), and (3) nano silica particles having a particle size of 22 nm (TM- 50 shows the results of subjecting rhodamine-containing nanosilica particles (particle size of 30 nm or less) prepared using 50) as raw materials to agarose gel electrophoresis. 実施例1(1)で(1)粒径7nmのナノシリカ粒子(HS-30)、(2)粒径12nmのナノシリカ粒子(HS-40)、および(3)粒径22nmのナノシリカ粒子(TM-50)を原料としてそれぞれ調製した蛍光色素含有ナノシリカ粒子(粒径30nm以下)の、経時的な蛍光強度の変化を示す(測定条件:(Slit(Ex/Em)=1.5nm/1.5nm、 Low sensitivity、励起波長573nm、測定波長585nm)。(縦軸:放置時間(hour)、横軸:蛍光強度)。In Example 1 (1), (1) nano silica particles (HS-30) having a particle size of 7 nm, (2) nano silica particles having a particle size of 12 nm (HS-40), and (3) nano silica particles having a particle size of 22 nm (TM- 50) shows the change in fluorescence intensity over time of nano-silica particles containing fluorescent dyes (particle size of 30 nm or less) prepared using raw materials (measurement conditions: (Slit (Ex / Em) = 1.5 nm / 1.5 nm, Low sensitivity Excitation wavelength 573 nm, measurement wavelength 585 nm) (vertical axis: standing time (hour), horizontal axis: fluorescence intensity). 実施例3で調製したローダミン含有ナノシリカ粒子(シリカ層被覆なし;No.73(原料HS-30使用)、No.75(原料HS-40使用)、No.76(原料TM-50使用)、およびシリカ層被覆あり;No.73’(原料HS-30使用)、No.75’(原料HS-40使用)、No.76’(原料TM-50使用))の水分散液中のローダミンの濃度([Rhodamin])(横軸)とその濃度における蛍光強度(縦軸)の関係を示す。Rhodamine-containing nanosilica particles prepared in Example 3 (without silica layer coating; No. 73 (using raw material HS-30), No. 75 (using raw material HS-40), No. 76 (using raw material TM-50), and Silica layer coating; concentration of rhodamine in aqueous dispersion of No. 73 '(using raw material HS-30), No. 75' (using raw material HS-40), No. 76 '(using raw material TM-50)) The relationship between ([Rhodamin]) (horizontal axis) and fluorescence intensity (vertical axis) at that concentration is shown. 実施例3で調製したローダミン含有ナノシリカ粒子No.73’(原料HS-30使用)の透過電子顕微鏡像(TEM像)のネガティブ染色(PTA(リンタングステン酸)染色)画像である(実施例4)。It is a negative dyeing | staining (PTA (phosphotungstic acid) dyeing | staining) image of the transmission electron microscope image (TEM image) of the rhodamine containing nano silica particle No.73 '(raw material HS-30 use) prepared in Example 3 (Example 4). . 実施例3で調製したローダミン含有ナノシリカ粒子No.73’(原料HS-30使用)の粒度分布を示す(実施例4)。図中、棒グラクで示される「B」は、ローダミン含有ナノシリカ粒子の個数を意味し、その粒子の分布をガウス近似した結果が、図中、線グラフで示される「フィット」である。The particle size distribution of rhodamine-containing nanosilica particles No. 73 '(using raw material HS-30) prepared in Example 3 is shown (Example 4). In the figure, “B” indicated by a bar graph means the number of rhodamine-containing nanosilica particles, and the result of Gaussian approximation of the distribution of the particles is “fit” indicated by a line graph in the figure. 実施例3で調製したローダミン含有ナノシリカ粒子No.73’(原料HS-30使用)について、水分散液中での蛍光寿命を評価した結果を示す(実施例4)。The result of evaluating the fluorescence lifetime in the aqueous dispersion of Rhodamine-containing nanosilica particles No. 73 ′ (using raw material HS-30) prepared in Example 3 is shown (Example 4). 原料HS-30を用いて調製したローダミン含有ナノシリカ粒子について、横軸に使用した10mMクエン酸量(μl)を、縦軸にナノドロップ1μ蛍光スペクトロメーターで測定したナノシリカ粒子の相対蛍光量(RFU)をプロットした図である(実施例5)。For the rhodamine-containing nanosilica particles prepared using the raw material HS-30, the 10 mM citric acid amount (μl) used on the horizontal axis and the relative fluorescence (RFU) of the nanosilica particles measured with a nanodrop 1 μ fluorescence spectrometer on the vertical axis (Example 5) which plotted this. 原料HS-30, HS-40, またはTM-50を用いて調製した各ローダミン含有ナノシリカ粒子について、横軸にローダミン分子濃度(10-8M)、縦軸にナノドロップ1μ蛍光スペクトロメーターで測定した相対蛍光強度(RFU)をプロットした図である(実施例5)。Each rhodamine-containing nanosilica particle prepared using raw material HS-30, HS-40, or TM-50 was measured with a rhodamine molecule concentration (10 -8 M) on the horizontal axis and a nanodrop 1 μ fluorescence spectrometer on the vertical axis. It is the figure which plotted the relative fluorescence intensity (RFU) (Example 5).

Claims (9)

下記の工程(a)〜(d)を有する、蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法;
(a)ナノシリカ粒子(1)の表面に、そのOH基を介して蛍光色素結合基を導入する工程、
(b)上記工程で得られたナノシリカ粒子(2)に、蛍光色素分子を有する化合物(3)を反応させて、ナノシリカ粒子の表面に蛍光色素を結合させる工程、
(c)上記工程で得られた蛍光色素結合ナノシリカ粒子(4)に、シリカ化合物(5)を反応させて、当該ナノシリカ粒子(4)表面に上記シリカ化合物(5)を導入する工程、および
(d)上記工程で得られたナノシリカ粒子(6)にシラン化合物(7)を反応させて、当該ナノシリカ粒子(6)の表面にシリカ皮膜を形成する工程。
A method for preparing fluorescent dye-containing nanosilica particles, comprising the following steps (a) to (d);
(a) introducing a fluorescent dye binding group into the surface of the nanosilica particles (1) via the OH group;
(b) reacting the nanosilica particles (2) obtained in the above step with a compound (3) having a fluorescent dye molecule to bind the fluorescent dye to the surface of the nanosilica particles;
(c) reacting the fluorescent dye-bonded nanosilica particles (4) obtained in the above step with a silica compound (5) to introduce the silica compound (5) onto the surface of the nanosilica particles (4); and
(d) A step of reacting the nanosilica particles (6) obtained in the above step with a silane compound (7) to form a silica film on the surfaces of the nanosilica particles (6).
上記「蛍光色素分子を有する化合物(3)」としてエステル結合(-CO-O-)を介して蛍光色素分子とスクシンイミドとが結合してなるスクシンイミジルエステル化合物(3)」、
上記「シリカ化合物(5)」として「トリアルコキシシリル基を有するシリカ化合物(5)」、および
上記「シラン化合物(7)」として「テトラアルコキシシラン(7)」を用いる、
請求項1に記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法。
“Succinimidyl ester compound (3)” in which a fluorescent dye molecule and succinimide are bonded via an ester bond (—CO—O—) as the “compound having a fluorescent dye molecule (3)”,
Using the `` silica compound (5) having a trialkoxysilyl group '' as the `` silica compound (5) '' and the `` tetraalkoxysilane (7) '' as the `` silane compound (7) '',
A method for preparing the fluorescent dye-containing nanosilica particles according to claim 1.
上記(a)の工程の後に、下記の工程(a’)を有し、次いで当該工程(a’)で得られたナノシリカ粒子(2’)に対して上記工程(b)を行う、請求項1または2に記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法:
(a’) 蛍光色素結合基と結合する化合物(8)を、上記工程(a)で得られたナノシリカ粒子(2)と反応させて、当該ナノシリカ粒子(2)表面の蛍光色素結合基の一部を保護する工程。
The step (b) is performed on the nanosilica particles (2 ') obtained in the step (a') after the step (a), and then the step (a '). Method for preparing fluorescent dye-containing nanosilica particles described in 1 or 2:
(a ′) The compound (8) that binds to the fluorescent dye-binding group is reacted with the nanosilica particle (2) obtained in the step (a) to obtain one of the fluorescent dye-binding groups on the surface of the nanosilica particle (2). Protecting the part.
蛍光色素結合基が、アミノ基、カルボキシル基、イソチオシアネート基またはエステル基である、請求項1乃至3のいずれかに記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子の調製方法。   The method for preparing fluorescent dye-containing nanosilica particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluorescent dye-binding group is an amino group, a carboxyl group, an isothiocyanate group or an ester group. ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
前記ナノシリカ粒子の粒径が20nm以上、30nm未満であり、且つ、
前記ナノシリカ粒子1粒子に対して、100分子以上の蛍光色素分子が結合していることを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
The nano silica particles have a particle size of 20 nm or more and less than 30 nm, and
Fluorescent dye-containing nanosilica particles characterized in that 100 or more fluorescent dye molecules are bonded to one nanosilica particle.
ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
前記ナノシリカ粒子の粒形が10nm以上、20nm未満であり、且つ
前記ナノシリカ粒子1粒子に対して、50分子以上の蛍光色素分子が結合していることを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
Fluorescent dye-containing nanosilica particles, wherein the nanosilica particles have a particle shape of 10 nm or more and less than 20 nm, and 50 or more fluorescent dye molecules are bonded to one nanosilica particle.
ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
前記ナノシリカ粒子の粒径が10nm未満であり、且つ、
前記ナノシリカ粒子1粒子に対して、2分子以上の蛍光色素分子が結合していることを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
The nanosilica particles have a particle size of less than 10 nm, and
Two or more fluorescent dye molecules are bonded to one nanosilica particle, and the fluorescent dye-containing nanosilica particles are characterized in that
ナノシリカ粒子に蛍光色素分子が結合した蛍光色素含有ナノシリカ粒子であって、
その分散水溶液での蛍光強度が、当該ナノシリカ粒子に結合している前記蛍光色素分子の濃度と同じ濃度で、前記ナノシリカ粒子に結合していない遊離の蛍光色素分子が分散している水溶液での蛍光強度よりも高いことを特徴とする蛍光色素含有ナノシリカ粒子。
Fluorescent dye-containing nanosilica particles in which fluorescent dye molecules are bonded to nanosilica particles,
The fluorescence intensity in the dispersed aqueous solution is the same as the concentration of the fluorescent dye molecules bound to the nanosilica particles, and the fluorescence in the aqueous solution in which free fluorescent dye molecules not bound to the nanosilica particles are dispersed. Fluorescent dye-containing nanosilica particles characterized by higher than strength.
ナノシリカ粒子に結合している蛍光色素分子がさらにシリカ層で覆われてなるものである、請求項5乃至8のいずれかに記載する蛍光色素含有ナノシリカ粒子。 The fluorescent dye-containing nanosilica particles according to any one of claims 5 to 8, wherein the fluorescent dye molecules bonded to the nanosilica particles are further covered with a silica layer.
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