JP2008260724A - Ferromagnetic nanoparticles having organic molecule immobilized thereon, method for producing the same and method for separating the same - Google Patents
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Abstract
Description
有機分子で修飾された強磁性ナノ粒子並びにその製造方法及び分離方法に関する。 The present invention relates to a ferromagnetic nanoparticle modified with an organic molecule, and a production method and a separation method thereof.
近年ナノ粒子は生物分離や各種測定、ドラッグデリバリーシステム等バイオ分野での幅広い応用が期待されている。ナノ粒子の特徴としては、粒径がナノサイズになることによる体積の減少から用途の拡大、生体適合性の増大が見込め、比表面積の増大から認識能の向上、認識時間の短縮が見込める。そのため、ナノ粒子の開発は大きなテーマとなっており、特にナノ粒子を磁性体とした磁性ナノ粒子はMRIによる測定、磁気誘導によるドラッグデリバリーシステムの構築等、その磁気特性を利用した分野での応用が期待されている(非特許文献1)。 In recent years, nanoparticles have been expected to have a wide range of applications in biological fields such as biological separation, various measurements, and drug delivery systems. The characteristics of the nanoparticles are expected to be expanded applications and biocompatibility due to the decrease in volume due to the nanoparticle size, and increased recognition ability and shortened recognition time due to the increase in specific surface area. Therefore, the development of nanoparticles has become a major theme, and in particular, magnetic nanoparticles using nanoparticles as magnetic materials can be applied in fields that utilize their magnetic properties, such as measurement by MRI and construction of drug delivery systems by magnetic induction. Is expected (Non-patent Document 1).
しかしながら、現状酸化鉄ナノ粒子に代表されるように、磁性粒子の体積を減少させていくと、室温では熱エネルギーによって磁気モーメントの向きが無秩序となる超常磁性体となり、その磁気特性が失われ、ナノサイズでの磁気分離などが不可能とされてきた。 However, as represented by the present iron oxide nanoparticles, when the volume of the magnetic particles is reduced, the magnetic moment becomes disordered by the thermal energy at room temperature, and its magnetic properties are lost. Magnetic separation at nano-size has been considered impossible.
一般的に磁気異方性エネルギーKuと磁性体の体積Vの積が熱エネルギーKTを下回ると、磁性体としての性質を失ってしまうので、室温磁性ナノ粒子の候補としては、磁気異方性エネルギーKuの高いものであることが必要不可欠である。 Generally, when the product of the magnetic anisotropy energy Ku and the volume V of the magnetic material is less than the thermal energy KT, the properties as the magnetic material are lost. It is essential to have a high Ku.
本発明は、室温においてナノサイズでの磁気分離が可能な、有機分子で修飾された強磁性ナノ粒子を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a ferromagnetic nanoparticle modified with an organic molecule that can be magnetically separated in nanosize at room temperature.
本発明の要旨は以下のとおりである。
(1)強磁性FePtナノ粒子に有機分子を固定化してなる有機分子固定化強磁性ナノ粒子。
(2)強磁性FePtナノ粒子がL10規則構造を有する前記(1)に記載の有機分子固定化強磁性ナノ粒子。
(3)強磁性FePtナノ粒子が、Fe錯体及びPt錯体を沸点300℃以上のポリオール系溶媒で処理することにより得られるものである前記(1)又は(2)に記載の有機分子固定化強磁性ナノ粒子。
(4)強磁性FePtナノ粒子に固定化される有機分子が、特異的結合のパートナー及び生理活性物質から選ばれる前記(1)〜(3)のいずれかに記載の有機分子固定化強磁性ナノ粒子。
(5)強磁性FePtナノ粒子を脂肪酸及び脂肪族アミンで処理して、強磁性FePtナノ粒子に脂肪酸及び脂肪族アミンを固定化させた後、カテコール残基を有する有機化合物及びメルカプト基を有する有機化合物で処理することを特徴とする、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の有機分子固定化強磁性ナノ粒子の製造方法。
(6)カテコール残基を有する有機化合物及びメルカプト基を有する有機化合物の少なくとも一方が特異的結合のパートナー、DNA、酵素及び生理活性物質から選ばれる残基を有する前記(5)に記載の製造方法。
(7)前記(5)又は(6)に記載の製造方法により得られた有機分子固定化強磁性ナノ粒子。
(8)前記(1)〜(4)及び(7)のいずれかに記載の有機分子固定化強磁性ナノ粒子、及び/又は該有機分子固定化強磁性ナノ粒子に他の物質が結合した粒子を含む溶液中から磁気により前記有機分子固定化強磁性ナノ粒子及び/又は該有機分子固定化強磁性ナノ粒子に他の物質が結合した粒子を分離することを特徴とする有機分子固定化強磁性ナノ粒子の分離方法。
The gist of the present invention is as follows.
(1) Organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticles obtained by immobilizing organic molecules on ferromagnetic FePt nanoparticles.
(2) an organic molecule immobilized ferromagnetic nanoparticles according to (1) which ferromagnetic FePt nanoparticles have an L1 0 ordered structure.
(3) The organic molecular immobilization strength according to (1) or (2) above, wherein the ferromagnetic FePt nanoparticles are obtained by treating an Fe complex and a Pt complex with a polyol solvent having a boiling point of 300 ° C. or higher. Magnetic nanoparticles.
(4) The organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticle according to any one of (1) to (3), wherein the organic molecule immobilized on the ferromagnetic FePt nanoparticle is selected from a specific binding partner and a physiologically active substance. particle.
(5) After treating the ferromagnetic FePt nanoparticles with a fatty acid and an aliphatic amine to immobilize the fatty acid and the aliphatic amine on the ferromagnetic FePt nanoparticles, an organic compound having a catechol residue and an organic having a mercapto group The method for producing an organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticle according to any one of the above (1) to (4), which is treated with a compound.
(6) The production method according to (5), wherein at least one of the organic compound having a catechol residue and the organic compound having a mercapto group has a residue selected from a specific binding partner, DNA, an enzyme, and a physiologically active substance. .
(7) Organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticles obtained by the production method according to (5) or (6).
(8) Organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticles according to any one of (1) to (4) and (7), and / or particles obtained by binding other substances to the organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticles Organic molecule-immobilized ferromagnet, wherein the organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticle and / or particles having other substances bonded to the organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticle are separated from the solution comprising Nanoparticle separation method.
本発明によれば、室温においてナノサイズでの磁気分離が可能な、有機分子で修飾された強磁性ナノ粒子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ferromagnetic nanoparticle modified with the organic molecule which can be magnetic-separated by nanosize at room temperature can be provided.
本発明に用いる強磁性FePtナノ粒子とは、Fe原子及びPt原子を主成分(通常、全金属原子中Fe原子及びPt原子が合わせて50モル%以上、好ましくは90モル%以上)とする1〜10nm程度の粒径を有する粒子で室温にて磁気ヒステリシスを示すものをいう。 The ferromagnetic FePt nanoparticle used in the present invention is composed mainly of Fe atoms and Pt atoms (usually, 50 mol% or more, preferably 90 mol% or more in total of Fe atoms and Pt atoms in all metal atoms). A particle having a particle diameter of about 10 nm and showing magnetic hysteresis at room temperature.
L10規則構造を示すFePt合金においては高い結晶磁気異方性を有する(International Center For Diffraction Data, Powder Diffraction File SET43 Inorganic and organic, 43-1539)。この高い結晶磁気異方性は1Tbit/inch2以上の超高密度記録が原理的に可能であるとされ(K. Inomata, T. Sawa, S. Hashimoto, J. Appl. Phys. 1996, 64, 2537)、将来の超高密度記録媒体への応用が期待されている。 L1 0 has a high crystal magnetic anisotropy in FePt alloy exhibiting regular structure (International Center For Diffraction Data, Powder Diffraction File SET43 Inorganic and organic, 43-1539). This high magnetocrystalline anisotropy is considered to be possible in principle for ultra-high density recording of 1 Tbit / inch 2 or more (K. Inomata, T. Sawa, S. Hashimoto, J. Appl. Phys. 1996, 64, 2537), and is expected to be applied to future high-density recording media.
本発明では、高い結晶磁気異方性エネルギーKuを有していることから、ナノオーダーでの強磁性を示すFePtナノ粒子を用いる。 In the present invention, FePt nanoparticles exhibiting nano-order ferromagnetism are used because they have high magnetocrystalline anisotropy energy Ku.
FePt合金は安定相であるL10規則構造と準安定構造であるfcc構造の2種の構造を取りうる。ここでL10規則構造はc軸に磁化容易軸があり、高い結晶磁気異方性を有することから強磁性を示すのに対し、準安定構造であるfcc構造は磁化容易軸が存在せず、常磁性を示す(図1)。 FePt alloy may take two structural an fcc structure is a L1 0 ordered structure and metastable structure is stable phase. Here L1 0 ordered structure has the axis of easy magnetization in the c-axis, while exhibiting ferromagnetism because it has a high magnetocrystalline anisotropy, fcc structure is a metastable structure is absent easy magnetization axis, It shows paramagnetism (FIG. 1).
以下、L10−FePt合金の高い結晶磁気異方性の起源を説明する。
4d遷移金属Pd、5d遷移金属Ptは白金族原子と呼ばれ、バルクの単体では常磁性を示すが、強磁性体直前の金属であることが知られている。また、この白金族は鉄族との合金化によって大きなスピン偏極を示すことが知られている。
Hereinafter, the origin of the high magnetocrystalline anisotropy of the L1 0 -FePt alloy will be described.
The 4d transition metal Pd and the 5d transition metal Pt are called platinum group atoms and show paramagnetism in the bulk simple substance, but are known to be metals immediately before the ferromagnet. Further, it is known that this platinum group exhibits a large spin polarization by alloying with the iron group.
図2にFePt合金の状態密度図を示した(A. Sakuma, J. Phys. Soc. Jpn. 1994, 63, 3053)。
FeとPtのmajority spinバンドはフェルミエネルギーEf付近でFe3dバンドとPt4dバンドの混成化に由来する重なりが見られる。この混成化によってPtのスピン磁気モーメントが誘起され、縮退により消滅していたFeの軌道磁気モーメントが復活するといわれている。表1にFe及びPtのスピン軌道結合エネルギーζ、スピン磁気モーメントS、軌道磁気モーメントL、合成磁気モーメントMtotal、磁気モーメントの実測値Mexを示した。Fe及びPtの合金化による、Ptの磁気モーメントの誘起を確認することができる。このPtの磁気モーメントの誘起による大きなスピン軌道結合定数により、FePt合金は大きなスピン軌道相互作用を持つことが分かり、高い磁気異方性の起源となっていることを知ることができる。
FIG. 2 shows a state density diagram of the FePt alloy (A. Sakuma, J. Phys. Soc. Jpn. 1994, 63, 3053).
The majority spin band of Fe and Pt has an overlap due to the hybridization of Fe3d band and Pt4d band in the vicinity of Fermi energy Ef. This hybridization induces a spin magnetic moment of Pt, and it is said that the orbital magnetic moment of Fe that has disappeared due to degeneracy is restored. Table 1 shows the spin orbit coupling energy ζ, the spin magnetic moment S, the orbital magnetic moment L, the synthesized magnetic moment M total , and the measured magnetic moment M ex of Fe and Pt. The induction of the magnetic moment of Pt due to the alloying of Fe and Pt can be confirmed. From the large spin orbit coupling constant induced by the induction of the magnetic moment of Pt, it can be seen that the FePt alloy has a large spin orbit interaction and that it is the origin of high magnetic anisotropy.
FePt合金は一般にFe組成がモル比で45%〜64%のとき、L10規則構造を有する。しかしながら、化学合成などによりFePt合金を作成した場合、準安定相であるfcc不規則相をとることが多い。2000年、S.Sunらによってポリオールプロセスと呼ばれる化学的手法により粒径分布のほとんどないFePtナノ粒子の合成法が報告され(S. Sun, C. B. Murray, D. Weller, L. Folks, A. Moser, Science 2000, 287, 1989; S. Sun, Adv. Mater. 2006, 18, 393)、FePt合金に関する研究が加速し、磁気記録デバイスへの実用化が近いものと期待された。しかしながら、このポリオールプロセスにより合成したFePtナノ粒子もやはり準安定相である不規則相を取っており、高い磁気異方性を有するL10構造への構造転移には600℃程度の熱処理による規則化プロセスが必要であった。この熱処理プロセスはFePtナノ粒子同士の焼結や凝集を招き、これが実用化への大きな障壁となっている。このような問題を解決するために、この熱処理による規則化温度の低減もしくは、熱処理時の焼結を防ぐ試みがなされており、以下に、いくつかの方法を例示する。 FePt alloys when generally Fe composition is 45% to 64% at a molar ratio, having an L1 0 ordered structure. However, when an FePt alloy is produced by chemical synthesis or the like, an fcc irregular phase that is a metastable phase is often taken. 2000, S.M. Sun et al. Reported a method for synthesizing FePt nanoparticles with almost no particle size distribution by a chemical method called polyol process (S. Sun, CB Murray, D. Weller, L. Folks, A. Moser, Science 2000, 287). , 1989; S. Sun, Adv. Mater. 2006, 18, 393), research on FePt alloys was accelerated, and it was expected to be practically used for magnetic recording devices. However, ordered by synthesized FePt nanoparticles also take the disordered phase is still metastable phase, heat treatment at about 600 ° C. The structural transition of the L1 0 structure having high magnetic anisotropy by the polyol process A process was needed. This heat treatment process causes sintering and agglomeration of FePt nanoparticles, which is a big barrier to practical use. In order to solve such problems, attempts have been made to reduce the ordering temperature by this heat treatment or prevent sintering during the heat treatment, and several methods will be exemplified below.
(1)高沸点エチレングリコール系溶媒等のポリオール系溶媒を用いた液層直接合成(K. Sato, B. Jeyadevan, K. Tohji, J. Magn. Magn. Mater. 2005, 289, 1;R. Minami, Y. Kitamoto, T.Chikata, S. Kato, Electrochimica Acta 2005, 51, 864)
この手法は、Fe及びPt化合物の前駆体(錯体、塩など)を、ポリオール系溶媒を還元剤及び溶媒として還元する手法である。エチレングリコール系溶媒等のポリオール系溶媒は、Fe及びPtの還元に際した反応速度を低下させることで、規則化温度を300℃以下に低下させることが知られている。更に、ポリオール系溶媒の一種であり、300℃以上の沸点を持つテトラエチレングリコール等の高沸点ポリオール系溶媒を溶媒として用いることで液層において還元と規則化を同時に起こし、L10規則相を直接合成する手法である。この手法では、L10構造への完全な規則化には至らず、部分的な規則化に留まるという欠点があるものの、得られるFePt合金において高い磁気異方性が確認されており、有効な手法の一つである。
(1) Liquid layer direct synthesis using polyol solvents such as high-boiling ethylene glycol solvents (K. Sato, B. Jeyadevan, K. Tohji, J. Magn. Magn. Mater. 2005, 289, 1; R. Minami, Y. Kitamoto, T. Chikata, S. Kato, Electrochimica Acta 2005, 51, 864)
This technique is a technique for reducing precursors (complexes, salts, etc.) of Fe and Pt compounds using a polyol solvent as a reducing agent and a solvent. It is known that polyol solvents such as ethylene glycol solvents lower the ordering temperature to 300 ° C. or lower by reducing the reaction rate during the reduction of Fe and Pt. Furthermore, a kind of polyol solvents, 300 raised ℃ more high boiling polyol solvents tetraethylene glycol or the like having a boiling point in the liquid layer by using as the solvent a reducing and ordering at the same time, L1 0 ordered phase directly It is a technique to synthesize. In this approach, L1 0 not enough to complete ordering to a structure, although there is a disadvantage that remains in partial ordering are high magnetic anisotropy in the resulting FePt alloy confirmation, effective technique one of.
また、この手法を用いれば、600℃におけるアニーリングというプロセスを省くことができ、更に液相中での合成が可能なことから、合成後の化学的な表面修飾が可能であるという利点がある。本発明にとって、これは大きなアドバンテージであり、後述する実施例で採用した合成法がこの手法である。 Moreover, if this method is used, the process of annealing at 600 ° C. can be omitted, and further, synthesis in a liquid phase is possible, and thus there is an advantage that chemical surface modification after synthesis is possible. This is a great advantage for the present invention, and this is the synthesis method employed in the examples described later.
ここで用いるFe及びPt化合物の前駆体(錯体、塩など)としてはFe元素及びPt元素を含む錯体や金属塩であれば制限はなく、例えばアセチルアセトネート(acac)錯体、カルボニル錯体、エトキシド化合物、塩化物などが挙げられる。 The precursor (complex, salt, etc.) of Fe and Pt compound used here is not limited as long as it is a complex or metal salt containing Fe element and Pt element. For example, acetylacetonate (acac) complex, carbonyl complex, ethoxide compound And chloride.
ここで用いるポリオール系溶媒としては沸点が300℃以上のものであれば制限はないが、好ましくはテトラエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、オクタエチレングリコール、又は高沸点有機溶媒とエチレングリコール系溶媒の混合物等の高沸点エチレングリコール系溶媒が挙げられる。 The polyol solvent used here is not limited as long as it has a boiling point of 300 ° C. or higher, but preferably tetraethylene glycol, hexaethylene glycol, octaethylene glycol, or a mixture of a high boiling organic solvent and an ethylene glycol solvent, etc. And high boiling point ethylene glycol solvents.
Fe錯体とPt錯体の割合は、好ましくは、モル比で45:55〜64:36である。ポリオール系溶媒の使用量は、好ましくは、金属イオン1mmol当たり100ml程度である。 The ratio of Fe complex to Pt complex is preferably 45:55 to 64:36 in molar ratio. The amount of the polyol solvent used is preferably about 100 ml per 1 mmol of metal ions.
(2)第三元素の添加による規則化温度の低減(J. W. Harrell, D. E. Nikles, S. S. Kang, X. C. Sun, Z. Jia, J. Magn. Soc. Jpn. 2004, 28, 847; O. Kitamura, Y. Shimada, K. Oikawa, H. Daimon, K. Fukamichi, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 2147; T. Maeda, T. Kai, A. Kikitu, T. Nagase, J. Akiyama, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 1104; K. M. Park, K. H. Na, J. G. Na, P. W. Jang, H. J. Kim, S. R. Lee, IEEE Trans. Magn. 2000, 38, 1961)
この手法は、Fe及びPtの他に第三の元素を添加することにより、原子拡散を増大させて規則化を促そうという手法である。Ag,Au,Cuといった元素を添加することでL10規則相への構造転移温度が低下するという報告がなされている。この中でも特に大きな規則化温度の低減を齎すのがCuであり、Ag,Auにおいて規則化温度が400℃まで低下するのに対し、Cuの添加は規則化温度を300℃まで低下させている。Ag,Auにおいては熱処理後の元素の析出が観測されているが、Cuにおいては観測されていない。つまり、Au及びAgについては析出により原子の拡散を促し規則化温度を低下させているのに対し、CuはFePt合金中へ固溶することによって、規則相のポテンシャルエネルギーを下げ、規則化を促しているわけである。
(2) Reduction of the ordering temperature by adding a third element (JW Harrell, DE Nikles, SS Kang, XC Sun, Z. Jia, J. Magn. Soc. Jpn. 2004, 28, 847; O. Kitamura, Y Shimada, K. Oikawa, H. Daimon, K. Fukamichi, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 2147; T. Maeda, T. Kai, A. Kikitu, T. Nagase, J. Akiyama, Appl. Phys Lett. 2001, 78, 1104; KM Park, KH Na, JG Na, PW Jang, HJ Kim, SR Lee, IEEE Trans. Magn. 2000, 38, 1961)
This technique is a technique for increasing the atomic diffusion and promoting ordering by adding a third element in addition to Fe and Pt. Ag, Au, reports have been made that the structure transition temperature to L1 0 ordered phase by adding an element such Cu is decreased. Among these, Cu has a particularly large reduction in ordering temperature. In Ag and Au, the ordering temperature decreases to 400 ° C., whereas the addition of Cu decreases the ordering temperature to 300 ° C. In Ag and Au, precipitation of elements after heat treatment is observed, but not in Cu. In other words, while Au and Ag promote the diffusion of atoms by precipitation and lower the ordering temperature, Cu dissolves in the FePt alloy, thereby lowering the potential energy of the ordered phase and promoting ordering. That is why.
本発明においては、この手法を用いることもできる。更に、SiO2ナノリアクター法を用いることもできる。 In the present invention, this method can also be used. Furthermore, a SiO 2 nanoreactor method can also be used.
前述したようにFePt合金は安定相であるL10規則相と準安定相であるfcc不規則相の2種の構造を取りうる。したがって、FePt合金を用いる時には、構造転移の証明や、この構造転移の割合を示すオーダーパラメーターを知ることが大変重要である。これらを知るための手法としてはX線による回折パターンの解析が極めて有効である。L10規則相においては、不規則相であるfcc構造の回折線に加え、規則配置に起因する余分の回折線が出現する。この余分の回折線を超格子反射と呼ぶ。超格子反射の出現は、原子配置の規則化により、消滅則が異なってくることに由来するものである。 FePt alloy as described above can take two kinds of structure of fcc disordered phase is L1 0 ordered phase and the metastable phase is a stable phase. Therefore, when using an FePt alloy, it is very important to prove the structural transition and to know the order parameter indicating the proportion of the structural transition. As a method for knowing these, analysis of a diffraction pattern by X-rays is extremely effective. In the L1 0 ordered phase, in addition to the diffraction lines of the fcc structure which is an irregular phase, extra diffraction lines due to the regular arrangement appear. This extra diffraction line is called superlattice reflection. The appearance of the superlattice reflection originates from the fact that the extinction rule is different due to the regularization of atomic arrangement.
不規則相であるfcc構造の消滅則は、
したがって、X線回折パターンを解析し、超格子反射の出現を観測することで、構造転移の証明が可能となる。 Therefore, it is possible to prove structural transition by analyzing the X-ray diffraction pattern and observing the appearance of superlattice reflection.
本発明において強磁性FePtナノ粒子に固定化させる有機分子は、目的に応じて適宜選択すればよく、例えば特異的結合のパートナー、DNA、酵素、生理活性物質が挙げられる。また、前記有機分子に加えて、目的に応じて、例えば親水性、生体適合性、分散性、各種溶媒への親媒性等を付与する目的でポリエチレングリコール鎖、イオン基を有するアルキル鎖等を組み合わせて固定化することもできる。 In the present invention, the organic molecule immobilized on the ferromagnetic FePt nanoparticles may be appropriately selected according to the purpose, and examples thereof include a specific binding partner, DNA, enzyme, and physiologically active substance. Further, in addition to the organic molecules, depending on the purpose, for example, a polyethylene glycol chain, an alkyl chain having an ionic group, etc. for the purpose of imparting hydrophilicity, biocompatibility, dispersibility, lyophilicity to various solvents, etc. It can also be fixed in combination.
前記特異的結合のパートナーとは、関与する分子の三次元構造に依存する特異的な非共有相互作用により相互作用する分子の対のメンバーをいい、当該特異的結合のパートナーの典型的な対としては、例えば抗原−抗体、ハプテン−抗体、ホルモン−レセプター、核酸鎖−相補的核酸鎖、基質−酵素、基質類似体−酵素、インヒビター−酵素、炭水化物−レクチン、ビオチン−アビジン及びウイルス−細胞レセプターが挙げられる。 The specific binding partner is a member of a pair of molecules that interact by specific non-covalent interactions depending on the three-dimensional structure of the molecule involved, and is a typical pair of the specific binding partner. For example, antigen-antibody, hapten-antibody, hormone-receptor, nucleic acid chain-complementary nucleic acid chain, substrate-enzyme, substrate analog-enzyme, inhibitor-enzyme, carbohydrate-lectin, biotin-avidin and virus-cell receptor. Can be mentioned.
生理活性物質としては、例えば薬物が挙げられる。
例えば、抗体を固定化した強磁性ナノ粒子は細胞分離、化学物質の検出・回収に用いることができ、DNA鎖を固定化した強磁性ナノ粒子はSNPs検出、遺伝子診断、品種識別に用いることができ、酵素を固定化した強磁性ナノ粒子は酵素反応センシング・回収再利用に用いることができ、ビオチンを固定化した強磁性ナノ粒子は、各種測定方法、又はビオチン−アビジン結合を介した各種物質の固定化に用いることができ、薬物を固定化した強磁性ナノ粒子は、ドラッグデリバリーシステムに用いることができる。
Examples of the physiologically active substance include drugs.
For example, ferromagnetic nanoparticles with immobilized antibodies can be used for cell separation and detection / recovery of chemical substances, and ferromagnetic nanoparticles with immobilized DNA strands can be used for SNP detection, genetic diagnosis, and breed identification. The enzyme-immobilized ferromagnetic nanoparticles can be used for enzyme reaction sensing / recovery and reuse. Biotin-immobilized ferromagnetic nanoparticles can be used for various measurement methods or various substances via biotin-avidin bonds. The ferromagnetic nanoparticles having a drug immobilized thereon can be used in a drug delivery system.
強磁性FePtナノ粒子に有機分子を固定化させるためには、目的とする有機分子を含む配位子がFeとPtに対して高いアフィニティを有するカルボキシル基、アミノ基、メルカプト基、水酸基等を末端にもたなければならない。また、バイオ磁性ナノ粒子として、生体内で応用する場合には、親水性、生体適合性の付与、及び目的とする各有機分子間の立体的混雑を避けるスペーサーとして、ポリエチレングリコール鎖(PEG)(好ましくは重合度10〜20)を配位子中に含ませることが好ましい。 In order to immobilize organic molecules on the ferromagnetic FePt nanoparticles, the ligand containing the target organic molecule is terminated with a carboxyl group, amino group, mercapto group, hydroxyl group, etc. having high affinity for Fe and Pt. Must stand. In addition, when applied in vivo as a biomagnetic nanoparticle, a polyethylene glycol chain (PEG) (PEG) (as a spacer for imparting hydrophilicity, biocompatibility, and avoiding steric congestion between target organic molecules. Preferably, the degree of polymerization 10-20) is included in the ligand.
そのため、後述する実施例では、PEGの両末端にビオチン及びメルカプト基を持つビオチン−PEG−SH及び片方の末端にドパミン基を持つドパミン−ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(mPEG)という二つの配位子を設計・合成した。ここでビオチン−PEG−SHはPtに配位し、ドパミン−mPEGはFeに配位する。ドパミン−mPEGはビオチン基を持たないものの、親水性の向上を目的としており、粒子表面のFeの酸化をも同時に防いでいる。 Therefore, in the examples described later, two ligands, biotin-PEG-SH having biotin and mercapto groups at both ends of PEG, and dopamine-polyethylene glycol monomethyl ether (mPEG) having dopamine groups at one end are designed. -Synthesized. Here, biotin-PEG-SH is coordinated to Pt, and dopamine-mPEG is coordinated to Fe. Although dopamine-mPEG does not have a biotin group, it is intended to improve hydrophilicity and simultaneously prevents oxidation of Fe on the particle surface.
次いで、合成した配位子を強磁性FePtナノ粒子上へ固定化させるが、前記のポリオール系溶媒を用いた液層直接合成により強磁性FePtナノ粒子を合成する場合には、合成直後の強磁性FePtナノ粒子は大量のポリオール系溶媒中に存在するため、生成量が非常に少ない合成した配位子を直接固定化させることが困難なことから、一度別の有機配位子、例えば、オクタン酸等の炭素数6〜20の脂肪酸及びオレイルアミン等の炭素数6〜20の脂肪族アミンをFePtナノ粒子上に固定化させ、配位子交換反応を用いて目的の合成した配位子、例えばカテコール残基を有する有機化合物(例えば、ドパミン−mPEG)及びメルカプト基を有する有機化合物(例えば、ビオチン−PEG−SH)をFePtナノ粒子上に固定化させることが好ましい(Rui Hong, Nicholas O. Fischer, Todd Emrick, Vincent M. Rotello, chem. Mater, 2005, 17, 4617)。 Next, the synthesized ligand is immobilized on the ferromagnetic FePt nanoparticles, but when the ferromagnetic FePt nanoparticles are synthesized by liquid layer direct synthesis using the above-mentioned polyol solvent, the ferromagnetic material immediately after the synthesis is obtained. Since FePt nanoparticles are present in a large amount of polyol-based solvents, it is difficult to directly immobilize a synthesized ligand with a very small amount of production, so once another organic ligand such as octanoic acid is used. C6-C20 fatty acid such as oleylamine and the like and C6-C20 aliphatic amine such as oleylamine are immobilized on FePt nanoparticles, and a ligand synthesized by using a ligand exchange reaction, for example, catechol An organic compound having a residue (for example, dopamine-mPEG) and an organic compound having a mercapto group (for example, biotin-PEG-SH) are immobilized on FePt nanoparticles. Doo is preferred (Rui Hong, Nicholas O. Fischer, Todd Emrick, Vincent M. Rotello, chem. Mater, 2005, 17, 4617).
前記脂肪酸の使用量は、好ましくは、目的とする粒子の表面原子数の10倍以上(モル比)であり、脂肪族アミンの使用量は、好ましくは、目的とする粒子の表面原子数の10倍以上(モル比)であり、目的の合成した配位子の使用量は、好ましくは、目的とする粒子の表面原子数の10倍以上(モル比)である。
本発明の有機分子固定化強磁性ナノ粒子は、磁気分離が可能である。したがって、本発明の有機分子固定化強磁性ナノ粒子、及び/又は該有機分子固定化強磁性ナノ粒子に他の物質が結合した粒子を含む溶液中から磁気により前記有機分子固定化強磁性ナノ粒子及び/又は該有機分子固定化強磁性ナノ粒子に他の物質が結合した粒子を分離する方法に適用することができる。
The use amount of the fatty acid is preferably 10 times or more (molar ratio) of the number of surface atoms of the target particle, and the use amount of the aliphatic amine is preferably 10 of the surface atom number of the target particle. The amount of the target synthesized ligand is preferably 10 times or more (molar ratio) of the number of surface atoms of the target particle.
The organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticles of the present invention can be magnetically separated. Accordingly, the organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticle of the present invention and / or the organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticle by magnetism from a solution containing particles in which another substance is bonded to the organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticle. And / or can be applied to a method of separating particles in which another substance is bonded to the organic molecule-immobilized ferromagnetic nanoparticles.
例えば、特定抗体が固定化された強磁性ナノ粒子を診断薬として用いる場合、検体にもし特定の抗原が存在すれば、抗原は抗体が固定化された強磁性ナノ粒子に吸着される。吸着後、標識(発色団など)された抗体(二次抗体)を加え、磁石により検体から分離し、分離された強磁性ナノ粒子を緩衝溶液などで洗浄し、余分な標識抗体を取り除く、次いで、得られた強磁性ナノ粒子を再度緩衝溶液などで希釈し標識部に分光工学的な手法などを用いて抗原の定量が行える。 For example, when using a ferromagnetic nanoparticle on which a specific antibody is immobilized as a diagnostic agent, if a specific antigen is present in the specimen, the antigen is adsorbed on the ferromagnetic nanoparticle on which the antibody is immobilized. After adsorption, a labeled antibody (secondary antibody) (secondary antibody) is added, separated from the sample by a magnet, the separated ferromagnetic nanoparticles are washed with a buffer solution, etc., and the excess labeled antibody is removed, Then, the obtained ferromagnetic nanoparticles can be diluted again with a buffer solution or the like, and the antigen can be quantified using a spectroscopic technique or the like in the labeling portion.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の実施例で使用した測定機器の一覧を表2に示した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, the scope of the present invention is not limited to these Examples.
Table 2 shows a list of measuring instruments used in the following examples.
なお、UV−Visは紫外可視分光光度計を、XRDは粉末X線回折装置を、SQUIDは超伝導量子干渉素子磁力計を、TEMは透過型電子顕微鏡をそれぞれ示し、以後これらの略語を用いて表記する。 UV-Vis is an ultraviolet-visible spectrophotometer, XRD is a powder X-ray diffractometer, SQUID is a superconducting quantum interference element magnetometer, TEM is a transmission electron microscope, and these abbreviations are used hereinafter. write.
(実施例1)ビオチン化FePtナノ粒子の合成
1.有機配位子の合成
FePtナノ粒子に表面修飾する有機配位子としてビオチン−PEG−SH及びドパミン−mPEGの二つの配位子を既報(Rui Hong, Nicholas O. Fischer, Todd Emrick, Vincent M. Rotello, chem. Mater, 2005, 17, 4617; Bryan Parrish and Todd Emrick, Macromplecules, 2004, 37, 5863; Karl Kaiser, Markus Marek, Thomas Haselgrubler, Hansgeorg Schindler, and Hermann J. Gruber ,Bioconjugate chem. 1997, 8, 54)に従い、設計・合成した。全体のスキームは以下の通りとなる。
Example 1 Synthesis of biotinylated FePt nanoparticles Synthesis of organic ligands Two ligands, biotin-PEG-SH and dopamine-mPEG, have been reported as organic ligands for surface modification of FePt nanoparticles (Rui Hong, Nicholas O. Fischer, Todd Emrick, Vincent M. Rotello, chem. Mater, 2005, 17, 4617; Bryan Parrish and Todd Emrick, Macromplecules, 2004, 37, 5863; Karl Kaiser, Markus Marek, Thomas Haselgrubler, Hansgeorg Schindler, and Hermann J. Gruber, Bioconjugate chem. 1997, 8 , 54). The overall scheme is as follows.
ドパミン−mPEGの全体合成反応式
ビオチン−PEG−SHの全体合成反応式
以下、各合成段階の詳細を述べる。
(1)ポリ(エチレングリコール)−コハク酸エステルの合成
(1) Synthesis of poly (ethylene glycol) -succinate
クロロホルム100mlの中にポリ(エチレングリコール)(2.759g,5mmol)、無水コハク酸(1.2525g,12.5mmol)、4−(ジメチルアミノ)ピリジン(0.0648g,0.5mmol)を溶解させ、12時間加熱還流した。その後溶媒を減圧留去し、水に溶解させた後、ヘキサン:酢酸エチル=1:1の混合比で混ぜた溶液で洗浄、ジクロロメタンで抽出した。ジクロロメタン抽出液を硫酸マグネシウムで脱水乾燥させ、硫酸マグネシウムを濾別した後、ジクロロメタンを減圧留去し一昼夜真空乾燥を行いポリ(エチレングリコール)−コハク酸エステルを得た(3.3718g,5mmol,100%)。 Poly (ethylene glycol) (2.759 g, 5 mmol), succinic anhydride (1.2525 g, 12.5 mmol), 4- (dimethylamino) pyridine (0.0648 g, 0.5 mmol) were dissolved in 100 ml of chloroform. And heated to reflux for 12 hours. Thereafter, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was dissolved in water, washed with a solution mixed in a mixing ratio of hexane: ethyl acetate = 1: 1, and extracted with dichloromethane. The dichloromethane extract was dehydrated and dried with magnesium sulfate, and the magnesium sulfate was filtered off. Then, the dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and vacuum drying was performed overnight to obtain poly (ethylene glycol) -succinate (3.3718 g, 5 mmol, 100 %).
(2)ドパミン−ポリ(エチレングリコール)の合成
N,N−ジメチルホルムアミド10ml中に、ポリ(エチレングリコール)−コハク酸エステル(1.3202g,2mmol)、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール(0.2702g,2mmol)、N,N−ジイソプロピルエチルアミン(0.52g,4mmol)を0℃で加え、攪拌した。その後1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(3.902g,20mmol)、ドパミン塩酸塩(0.4025g,2.1mmol)を5分間で加えた。この溶液を窒素パージした後4℃で一夜攪拌し、N,N−ジメチルホルムアミドを減圧留去し、150mlのクロロホルムに溶解させた。1Mの冷やした塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水、brineで洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水乾燥させ、硫酸マグネシウムを濾別した後、クロロホルムを減圧留去し、真空乾燥させドパミン−ポリ(エチレングリコール)を得た(1.28g,1.6mmol,80%)。 In 10 ml of N, N-dimethylformamide, poly (ethylene glycol) -succinic acid ester (1.3202 g, 2 mmol), 1-hydroxybenzotriazole (0.2702 g, 2 mmol), N, N-diisopropylethylamine (0.52 g) 4 mmol) at 0 ° C. and stirred. Thereafter, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (3.902 g, 20 mmol) and dopamine hydrochloride (0.4025 g, 2.1 mmol) were added over 5 minutes. The solution was purged with nitrogen and stirred at 4 ° C. overnight, and N, N-dimethylformamide was distilled off under reduced pressure and dissolved in 150 ml of chloroform. After washing with 1M cooled hydrochloric acid, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, water and brine, dehydrated and dried over magnesium sulfate, and filtered off magnesium sulfate. Chloroform was distilled off under reduced pressure, vacuum dried and dopamine-poly (ethylene glycol). ) Was obtained (1.28 g, 1.6 mmol, 80%).
(3)ビオチン−NHSの合成
N,N−ジメチルホルムアミド中にD−ビオチン(0.5292g,2.17mmol)、N−ヒドロキシスクシンイミド(0.3259g,2.83mmol)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(0.53g,2.76mmol)を窒素パージして一昼夜攪拌した。N,N−ジメチルホルムアミドを減圧留去し、濾過、過剰の水とメタノールで洗浄し、ビオチン−NHSの白色結晶を得た(0.4858g,1.423mmol,65.7%)。 D-biotin (0.5292 g, 2.17 mmol), N-hydroxysuccinimide (0.3259 g, 2.83 mmol), 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride in N, N-dimethylformamide The salt (0.53 g, 2.76 mmol) was purged with nitrogen and stirred overnight. N, N-dimethylformamide was distilled off under reduced pressure, filtered and washed with excess water and methanol to obtain white crystals of biotin-NHS (0.4858 g, 1.423 mmol, 65.7%).
(4)CH3COOH・NH2−PEG800−NH−Bocの合成
O,O’−ビス−(2−アミノプロピル)-ポリプロピレングリコール800(50.7g,63.4mmol)を50mlのメタノールに溶解させ、30分かけて50mlのメタノールに溶解させたdi-tert-butyl pyrocarbonate(Boc2)(12.04g,55.2mmol)を滴下し、窒素でバブリングパージ、一昼夜攪拌した。その後、酢酸3mlとトルエン100mlを加え、50ml以下になるまで減圧留去し、またトルエン100mlを加え50ml以下になるまで減圧留去という作業を二回繰り返し、冷凍保存した。次に反応物の半分をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、展開溶媒クロロホルム/メタノール/酢酸=90:10:0.1)で展開し、TLC(展開溶媒クロロホルム/メタノール/酢酸=100:30:2)でRf値0.29〜0.4の部分を取り出して、前記のトルエンを使用した減圧留去の操作を繰り返し、冷凍保存した。そして、それに水300mlを加え、塩化ナトリウムを過剰に投入、攪拌し濾過、未溶解の塩化ナトリウムを除去した。その後、3回クロロホルム 200mlで抽出を行い、硫酸ナトリウムで一昼夜脱水乾燥した。硫酸ナトリウムを濾別した後、クロロホルムを減圧留去し、真空乾燥によって目的となるCH3COOH・NH2−PEG800−NH−Bocを得た。 Di-tert-butyl in which O, O′-bis- (2-aminopropyl) -polypropylene glycol 800 (50.7 g, 63.4 mmol) was dissolved in 50 ml of methanol and dissolved in 50 ml of methanol over 30 minutes. pyrocarbonate (Boc 2 ) (12.04 g, 55.2 mmol) was added dropwise, and the mixture was purged with nitrogen and stirred overnight. Thereafter, 3 ml of acetic acid and 100 ml of toluene were added and distilled off under reduced pressure until 50 ml or less, and 100 ml of toluene was added and distilled off under reduced pressure until 50 ml or less. Next, half of the reaction product was developed by column chromatography (silica gel, developing solvent chloroform / methanol / acetic acid = 90: 10: 0.1) and TLC (developing solvent chloroform / methanol / acetic acid = 100: 30: 2). A portion having an Rf value of 0.29 to 0.4 was taken out, and the above-described vacuum distillation operation using toluene was repeated and stored frozen. Then, 300 ml of water was added thereto, sodium chloride was added in excess, stirred and filtered, and undissolved sodium chloride was removed. Thereafter, extraction was performed 3 times with 200 ml of chloroform, followed by dehydration drying with sodium sulfate all day and night. After filtering off the sodium sulfate, the chloroform was distilled off under reduced pressure to obtain the object by vacuum drying CH 3 COOH · NH 2 -PEG 800 -NH-Boc.
(5)ビオチン−NH−PEG800−NH−Bocの合成
先に合成したCH3COOH・NH2−PEG800−NH−Boc(1.39g)とビオチン−NHS(0.59g,1.73mmol)を脱水したDMF12mlとトリエチルアミン(Et3N)0.3mlに加え、アルゴンでパージし一昼夜室温で攪拌した。それに水12mlを加えて2時間攪拌し、水を減圧留去、200mMの炭酸ナトリウム水溶液15mlを加え、濾過した。その後、塩化ナトリウムを飽和するまで加え、ジクロロメタン75mlで3回抽出し、硫酸ナトリウムで一昼夜脱水乾燥した。硫酸ナトリウムを濾別した後、ジクロロメタンを減圧留去し、真空乾燥することで、目的となるビオチン−NH−PEG800−NH−Bocを得た。 Previously synthesized CH 3 COOH · NH 2 -PEG 800 -NH-Boc (1.39g) and Biotin -NHS (0.59g, 1.73mmol) in a DMF12ml of dehydrated triethylamine (Et 3 N) 0.3ml In addition, it was purged with argon and stirred overnight at room temperature. 12 ml of water was added thereto and stirred for 2 hours, water was distilled off under reduced pressure, and 15 ml of 200 mM aqueous sodium carbonate solution was added and filtered. Thereafter, sodium chloride was added until saturation, extracted three times with 75 ml of dichloromethane, and dehydrated and dried with sodium sulfate all day and night. After sodium sulfate was filtered off, dichloromethane was distilled off under reduced pressure and vacuum-dried to obtain the target biotin-NH-PEG 800 -NH-Boc.
(6)ビオチン−NH−PEG800−NH2・HClの合成
先に合成したビオチン−NH−PEG800−NH−Bocを12mlのギ酸と水0.3mlに溶解させ、窒素パージし、一昼夜攪拌することにより黄色の溶液が橙色へと変化した。その後、トルエン30mlを加えて減圧留去する操作を二回繰り返し、7mlの水に溶解させた。次に、窒素雰囲気下でイオン交換クロマトグラフィーを行い(Sephadex C−25,水で充填後、窒素バブリングした50mM塩化ナトリウム水溶液で展開)、ニンヒドリン反応で反応したアミノ基をもつ部分を取り出し、減圧留去、brineに溶解させ、80mlのクロロホルムで3回抽出し、硫酸ナトリウムで一昼夜脱水乾燥した。硫酸ナトリウムを濾別した後、クロロホルムを減圧留去し、真空乾燥によって目的となるビオチン−NH−PEG800−NH2・HCl(1.37g,1.3mmol)を得た。 The yellow solution turned orange by dissolving the previously synthesized biotin-NH-PEG 800 -NH-Boc in 12 ml formic acid and 0.3 ml water, purging with nitrogen, and stirring overnight. Thereafter, the operation of adding 30 ml of toluene and distilling off under reduced pressure was repeated twice to dissolve in 7 ml of water. Next, ion exchange chromatography is performed under a nitrogen atmosphere (Sephadex C-25, filled with water and then developed with a 50 mM sodium chloride aqueous solution bubbled with nitrogen), and the portion having the amino group reacted by the ninhydrin reaction is taken out and subjected to vacuum distillation. Lastly, it was dissolved in brine, extracted three times with 80 ml of chloroform, and dehydrated and dried overnight with sodium sulfate. After sodium sulfate was filtered off, chloroform was distilled off under reduced pressure, and the target biotin-NH-PEG 800 -NH 2 .HCl (1.37 g, 1.3 mmol) was obtained by vacuum drying.
(7)ビオチン−NH−PEG800−SHの合成
ビオチン−NH−PEG800−NH2・HCl(930mg,0.78mmol)と3,3’−ジチオ(スクシンイミジルプロピオナート)(800mg,2mmol)、トリエチルアミン500μlをテトラヒドロフラン100mlに窒素雰囲気下で溶解させ、一昼夜攪拌した。その後、溶媒を減圧留去しbufferA(100mM塩化ナトリウム、50mM リン酸二水素ナトリウム、1mMエチレンジアミン四酢酸を水酸化ナトリウムでpH7.5に調整)50mlを加えて濾過した。濾液を2分間窒素バブリングし、1,4−ジチオトレイトール(620mg,4mmol)を加えて更に15分間バブリングした。その後、0.5Mの酢酸を加えてpH4.5とし、溶媒を50mlまで減圧留去した。そして溶液を25ml取り出し、窒素雰囲気下でカラムクロマトグラフィーを行い(Sephadex G−25,展開溶媒bufferB(100mM塩化ナトリウム、20mM酢酸ナトリウムを塩酸でpH4.5に調整)、赤色のアビジン−HABA溶液が黄色に変色したビオチン含有部分を取り出した。その後、クロロホルム150mlで3回抽出を行い、硫酸ナトリウムで一昼夜脱水乾燥した。硫酸ナトリウムを濾別した後、クロロホルムを減圧留去し、目的とするビオチン−NH−PEG800−SHを得た。 Biotin-NH-PEG 800 -NH 2 .HCl (930 mg, 0.78 mmol), 3,3′-dithio (succinimidylpropionate) (800 mg, 2 mmol), 500 μl of triethylamine in 100 ml of tetrahydrofuran under nitrogen atmosphere Dissolved and stirred overnight. Thereafter, the solvent was distilled off under reduced pressure, and 50 ml of buffer A (100 mM sodium chloride, 50 mM sodium dihydrogen phosphate, 1 mM ethylenediaminetetraacetic acid was adjusted to pH 7.5 with sodium hydroxide) was added, followed by filtration. The filtrate was bubbled with nitrogen for 2 minutes, 1,4-dithiothreitol (620 mg, 4 mmol) was added and bubbled for an additional 15 minutes. Thereafter, 0.5 M acetic acid was added to adjust the pH to 4.5, and the solvent was distilled off under reduced pressure to 50 ml. Then, 25 ml of the solution was taken out and subjected to column chromatography under a nitrogen atmosphere (Sephadex G-25, developing solvent buffer B (100 mM sodium chloride, 20 mM sodium acetate adjusted to pH 4.5 with hydrochloric acid), and the red avidin-HABA solution was yellow. Then, the biotin-containing portion that was discolored was taken out, extracted three times with 150 ml of chloroform, dehydrated and dried overnight with sodium sulfate, filtered off sodium sulfate, and then the chloroform was distilled off under reduced pressure to obtain the desired biotin-NH. -PEG 800 -SH was obtained.
2.FePtナノ粒子の合成
本実施例ではポリオールプロセスによる液相直接合成法を採用してFePtナノ粒子を合成した。ポリオールを還元剤及び溶媒として使用し、テトラエチレングリコールを用いることでFe及びPtの還元に際した反応速度を低下させ、液層において還元と規則化を同時に起こし、L10規則相を直接合成する手法である。また、FePt合金への前駆体としての有機金属錯体にはアセチルアセトネート(acac)錯体を使用した。実際には以下のようなプロセスで反応が行われていると考えられている(K. Sato, B. Jeyadevan, K. Tohji, J. Magn. Magn. Mater. 2005, 289, 1)(図3)。
2. Synthesis of FePt Nanoparticles In this example, FePt nanoparticles were synthesized by employing a liquid phase direct synthesis method using a polyol process. Approach using the polyol as a reducing agent and a solvent, lowering the reaction rate Saishi the reduction of Fe and Pt by using tetraethylene glycol undergoes reductive and ordering at the same time in the liquid layer, directly synthesizing the L1 0 ordered phase It is. Moreover, the acetylacetonate (acac) complex was used for the organometallic complex as a precursor to a FePt alloy. It is thought that the reaction is actually carried out in the following process (K. Sato, B. Jeyadevan, K. Tohji, J. Magn. Magn. Mater. 2005 , 289, 1) (Fig. 3 ).
以下に、実験方法を具体的に記す。
Fe(acac)3(0.106g,0.3mmol)とPt(acac)2(0.118mg,0.3mmol)をテトラエチレングリコール80mlに溶解させ、窒素又はアルゴン置換させた後、マントルヒーターで約300℃に加熱、3.5時間加熱還流した。反応後、室温まで空冷し、少量のオレイルアミン及びオクタン酸を反応溶液に加え、ヘキサンを大量に加えた後、窒素もしくはアルゴンパージし、一昼夜油浴中約100℃で加熱還流した。その後ヘキサン層を分取し、ヘキサンを減圧留去、残留物にエタノール約100mlを加えて一夜冷蔵保存した。冷やしたエタノール溶液は遠心分離にかけ(1500rpm,12分)、上澄みを除去し、またエタノールを加えて同様に遠心分離、上澄みを除去し、底に残った黒い粒子を真空乾燥させ、目的のオレイルアミン及びオクタン酸が固定化されたFePtナノ粒子を得た。
The experimental method is specifically described below.
Fe (acac) 3 (0.106 g, 0.3 mmol) and Pt (acac) 2 (0.118 mg, 0.3 mmol) were dissolved in 80 ml of tetraethylene glycol and replaced with nitrogen or argon. Heated to 300 ° C. and heated to reflux for 3.5 hours. After the reaction, the reaction solution was air-cooled to room temperature, a small amount of oleylamine and octanoic acid were added to the reaction solution, a large amount of hexane was added, purged with nitrogen or argon, and heated and refluxed at about 100 ° C. in an oil bath all day and night. Thereafter, the hexane layer was separated, hexane was distilled off under reduced pressure, about 100 ml of ethanol was added to the residue, and the mixture was stored in the refrigerator overnight. The cooled ethanol solution is centrifuged (1500 rpm, 12 minutes), the supernatant is removed, and ethanol is added in the same manner. Centrifugation is performed in the same manner, the supernatant is removed, the black particles remaining at the bottom are vacuum-dried, and the desired oleylamine and FePt nanoparticles with octanoic acid immobilized thereon were obtained.
3.配位子交換反応によるビオチン化FePtナノ粒子の合成
配位子交換反応によるビオチン化FePtナノ粒子の合成過程を図4に示す。以下のようにして、配位子交換反応によりビオチン化FePtナノ粒子を合成した。
オレイルアミン及びオクタン酸を固定化したFePtナノ粒子(38mg)、ドパミン−mPEG(32mg)、ビオチン−PEG−SH(57mg)を8mlのジクロロメタンに溶解させ、窒素又はアルゴン雰囲気下で2日間加熱攪拌した(30〜40℃)。反応後、一度ジクロロメタンを減圧留去し、ジクロロメタンを少量とジエチルエーテルを加えて遠心分離した(1500rpm,12分)。上澄みは捨て、もう一度少量のジクロロメタンとジエチルエーテルを加えた後、もう一度遠心分離し(1500rpm,12分)、上澄みを捨て、沈殿物に目的とする黒色のビオチン化FePtナノ粒子を得た。
3. Synthesis of Biotinylated FePt Nanoparticles by Ligand Exchange Reaction The synthesis process of biotinylated FePt nanoparticles by ligand exchange reaction is shown in FIG. Biotinylated FePt nanoparticles were synthesized by a ligand exchange reaction as follows.
FePt nanoparticles immobilized with oleylamine and octanoic acid (38 mg), dopamine-mPEG (32 mg), biotin-PEG-SH (57 mg) were dissolved in 8 ml of dichloromethane, and the mixture was heated and stirred for 2 days in a nitrogen or argon atmosphere ( 30-40 ° C). After the reaction, dichloromethane was once distilled off under reduced pressure, and a small amount of dichloromethane and diethyl ether were added and centrifuged (1500 rpm, 12 minutes). The supernatant was discarded, a small amount of dichloromethane and diethyl ether were added again, and then centrifuged again (1500 rpm, 12 minutes). The supernatant was discarded, and the desired black biotinylated FePt nanoparticles were obtained in the precipitate.
(実施例2)FePtナノ粒子の評価
SQUIDによる磁化測定及びXRDによるX線回折パターン測定、TEMによる粒径分布の観察を通してFePtナノ粒子の評価を行った。
(Example 2) Evaluation of FePt nanoparticles FePt nanoparticles were evaluated through magnetization measurement by SQUID, X-ray diffraction pattern measurement by XRD, and observation of particle size distribution by TEM.
(1)SQUIDによる磁化測定
FePtナノ粒子の磁化測定に際しては、図5に示すように、セロハンテープでFePtナノ粒子を包み込み、ストローで上下を挟み込んだ測定サンプル作成を行った。このとき、FePtナノ粒子は磁化が非常に大きいので、ストローによる反磁性はほぼ無視できると判断した。
磁化曲線を測定した。すなわち、磁化の磁場依存性を測定した。
更に、ZFC−FCによる磁化測定を行った。
(1) Magnetization measurement by SQUID When measuring the magnetization of FePt nanoparticles, as shown in FIG. 5, a measurement sample was prepared by wrapping FePt nanoparticles with cellophane tape and sandwiching the upper and lower sides with a straw. At this time, since the magnetization of the FePt nanoparticles was very large, it was judged that the diamagnetism due to the straw was almost negligible.
The magnetization curve was measured. That is, the magnetic field dependence of magnetization was measured.
Furthermore, the magnetization measurement by ZFC-FC was performed.
このときの磁化測定の結果を図6に示す。
この結果に見られるように、300Kにおいても明瞭な履歴曲線が観測され、残留磁化及び保磁力が存在することから、室温強磁性ナノ粒子の生成が確認される。実際の値は表3に示すとおりである。
The result of the magnetization measurement at this time is shown in FIG.
As can be seen from this result, a clear hysteresis curve is observed even at 300K, and the presence of remanent magnetization and coercive force confirms the formation of room temperature ferromagnetic nanoparticles. The actual values are as shown in Table 3.
図7にZFC−FC磁化曲線の測定結果を示す。
この結果より、400Kにおいても、室温強磁性ナノ粒子の生成が確認される。
FIG. 7 shows the measurement results of the ZFC-FC magnetization curve.
This result confirms the formation of room temperature ferromagnetic nanoparticles even at 400K.
(2)XRDによるX線回折パターンの測定
合成したFePtナノ粒子がL10規則相を取っているかどうかを調べるには、XRDによるX線回折パターンを調べるのが非常に有効である。このとき、FePtナノ粒子がL10規則相であるならば、消滅則によって本来消えるはずである、fcc構造では確認されない格子のピークが観測されるはずである。つまり、fcc構造では本来観測されない(001),(110),(210),(112)面からの格子反射ピークが観測されれば、そのFePtナノ粒子はL10規則相をとっているということができる。ここで実際に測定したFePtナノ粒子のXRDによる測定結果を図8に示す。
(2) Measurement synthesized FePt nanoparticles X-ray diffraction pattern by XRD determine whether taking an L1 0 ordered phase is very effective to examine the X-ray diffraction pattern by XRD. At this time, if FePt nanoparticles are L1 0 ordered phase should disappear naturally by extinction rule should be observed peaks of the grid that are not confirmed in fcc structure. That is, if a lattice reflection peak from the (001), (110), (210), (112) plane, which is not originally observed in the fcc structure, is observed, the FePt nanoparticle has an L1 0 ordered phase. Can do. The measurement result by XRD of the FePt nanoparticles actually measured here is shown in FIG.
この結果より、(001),(110),(210),(112)というfcc構造では本来見られない超格子ピークが観測されたことから、作成したFePtナノ粒子はL10規則相を取っていることが分かる。
また、格子定数を以下の式を使って計算したところ、a軸は3.85Åとなった。
From the results, (001), (110), (210), since the superlattice peaks not seen originally observed in the fcc structure of (112), FePt nanoparticles created by taking an L1 0 ordered phase I understand that.
Moreover, when the lattice constant was calculated using the following formula, the a-axis was 3.85 mm.
また、このとき、c軸はFeとPtが交互に層状に重なっているので、a軸に比べて少し値が小さくなっており、下の計算式を用いて計算すると、c軸は3.743Åであった。 At this time, since the c-axis has Fe and Pt alternately stacked in layers, the value is slightly smaller than that of the a-axis. Met.
更に、以下に示すScherrerの式により、平均粒子径を計算したところ、平均粒子径は6.36nmとなり、XRDによる測定からナノ粒子の生成が確認された。 Furthermore, when the average particle diameter was calculated by the Scherrer equation shown below, the average particle diameter was 6.36 nm, and the formation of nanoparticles was confirmed by measurement by XRD.
d:面間隔(Å),k:固有係数(約0.9),β:半幅値(rad)
d: surface interval (Å), k: eigencoefficient (approximately 0.9), β: half-width value (rad)
(3)TEMによるFePtナノ粒子の観測
ナノ粒子の粒径分布及び分散を確認するため、TEMによる観測を行った。
観測方法は、グリッドに、作成したオレイルアミン及びオクタン酸を固定化したFePtナノ粒子にヘキサンを加えて分散させ、滴下することで試料を作成した。また、配位子交換法によってビオチンを固定化したFePtナノ粒子については、アセトンを加えて分散させ、同じく滴下することで試料を作成した。観測の結果は以下の図9に示すとおりである。
(3) Observation of FePt nanoparticles by TEM In order to confirm the particle size distribution and dispersion of the nanoparticles, observation was performed by TEM.
In the observation method, a sample was prepared by adding and dispersing hexane to FePt nanoparticles on which oleylamine and octanoic acid were immobilized on a grid, and dropping them. Moreover, about the FePt nanoparticle which fix | immobilized biotin by the ligand exchange method, acetone was added and disperse | distributed and the sample was created by dripping similarly. The observation results are as shown in FIG. 9 below.
これらのTEM画像より、FePtナノ粒子が均一な粒子間距離をもって分散していることが確認され、粒子が凝集状態にないことから、有機配位子が各粒子間のスペーサーとしての役割を果たしているということが確認される。よってFePtナノ粒子上への有機配位子の固定化がここで確認される。
また、各TEM画像より粒径を測定し、分布及び平均粒子径を求めたものを図10に示す。
これより、FePtナノ粒子の合成が確認され、またこれはXRDによるScherrerの式の計算値と大きく違わないことが明らかとなった。
From these TEM images, it was confirmed that the FePt nanoparticles were dispersed with a uniform interparticle distance, and since the particles were not in an aggregated state, the organic ligand played a role as a spacer between the particles. That is confirmed. Thus, the immobilization of organic ligands on the FePt nanoparticles is confirmed here.
Moreover, what measured the particle size from each TEM image, and calculated | required distribution and an average particle diameter is shown in FIG.
From this, the synthesis of FePt nanoparticles was confirmed, and it became clear that this was not significantly different from the calculated value of Scherrer's equation by XRD.
(実施例3)IRスペクトルによる配位子交換の評価
IRスペクトルによって、配位子交換反応が進んだかどうかを検証した。
ここで、オレイルアミン及びオクタン酸を固定化したFePtナノ粒子はKBrによる錠剤法で測定を行い、ビオチン化FePtナノ粒子はCaF2基盤にキャスティングして測定、ビオチン配位子はクロロホルムに溶解させ、CaF2による液体セルでの測定を行った。
(Example 3) Evaluation of ligand exchange by IR spectrum It was verified by IR spectrum whether the ligand exchange reaction proceeded.
Here, FePt nanoparticles with oleylamine and octanoic acid immobilized thereon are measured by a tablet method using KBr, biotinylated FePt nanoparticles are measured by casting on a CaF 2 base, biotin ligand is dissolved in chloroform, CaF Measurements in a liquid cell according to 2 were made.
(1)ビオチン配位子及びビオチン化FePtナノ粒子のIRスペクトルの比較
前記した方法により測定した、ビオチン配位子及びビオチン化FePtナノ粒子のIRスペクトルを図11に示す。
(1) Comparison of IR spectra of biotin ligand and biotinylated FePt nanoparticles FIG. 11 shows IR spectra of biotin ligand and biotinylated FePt nanoparticles measured by the method described above.
ここで、ビオチン配位子はクロロホルムに溶解させたため、3000及び2400cm−1等にクロロホルムの吸収がでている。そこで、配位子交換が行われているかどうかを確認するのに最適な吸収であるSH伸縮振動を比較するため、2500〜2700cm−1の吸収の拡大図を図12に示す。 Here, since the biotin ligand was dissolved in chloroform, the absorption of chloroform appeared at 3000, 2400 cm −1 and the like. Therefore, in order to compare SH stretching vibration, which is the optimum absorption for confirming whether or not ligand exchange is performed, an enlarged view of absorption at 2500 to 2700 cm −1 is shown in FIG.
これより、ビオチン配位子には見られる2585cm−1のSH伸縮振動が、ビオチン化FePtナノ粒子には見られないことから、ビオチン配位子のFePtナノ粒子上への固定化が確認され、またPt−S結合は以下のメカニズムで生成するということが説明されるので、ここからPt−S結合の生成が示唆される。
R−SH + Pt → R−S−Pt + 1/2H2
From this, since the SH stretching vibration of 2585 cm −1 seen in the biotin ligand is not seen in the biotinylated FePt nanoparticles, the immobilization of the biotin ligand on the FePt nanoparticles was confirmed, Further, since it is explained that the Pt-S bond is generated by the following mechanism, this suggests the generation of the Pt-S bond.
R-SH + Pt → RS-S-
(2)配位子交換反応前後でのFePtナノ粒子のIRスペクトルの比較
前記(1)でFePtナノ粒子の方は、配位子のSH伸縮振動の消滅が確認されたが、それは単に配位子が存在していないだけである、という可能性が存在するため、更に、配位子交換反応前後でのIRスペクトルの違いを比較してビオチン配位子の存在を確認するため、オレイルアミン及びオクタン酸を固定化したFePtナノ粒子とビオチン化FePtナノ粒子のIRスペクトルを測定した(図13)。
(2) Comparison of IR spectra of FePt nanoparticles before and after ligand exchange reaction In the case of (1), the FePt nanoparticles were confirmed to disappear from the SH stretching vibration of the ligand. In order to confirm the presence of biotin ligand by comparing the difference in IR spectra before and after the ligand exchange reaction, IR spectra of FePt nanoparticles and biotinylated FePt nanoparticles with immobilized acid were measured (FIG. 13).
図13において、オレイルアミン及びオクタン酸を固定化したFePtナノ粒子には見られない、ビオチン配位子由来の1950cm−1の1,2,4−三置換ベンゼン環倍音、1350cm−1のグリコール変角振動が配位子交換反応後のFePtナノ粒子には見られることから、配位子交換反応後のFePtナノ粒子上にビオチン配位子が存在することが確認された。
これにより、配位子交換反応後のFePtナノ粒子にはビオチン配位子が結合していることがIRスペクトルより示唆された。
In FIG. 13, a 1,950
This suggested that the biotin ligand was bound to the FePt nanoparticles after the ligand exchange reaction.
(実施例4)ゼータ電位によるビオチン化FePtナノ粒子の評価
FePtナノ粒子にビオチン配位子を固定化することで、親水性の付与に成功したかを調べるため、ゼータ電位による微粒子表面の電荷状態を調べた。
(Example 4) Evaluation of biotinylated FePt nanoparticles by zeta potential In order to investigate whether hydrophilicity was successfully imparted by immobilizing biotin ligands on FePt nanoparticles, the charge state of the fine particle surface by zeta potential I investigated.
ここで、FePtナノ粒子にビオチン配位子が固定化されていれば、その配位子に存在するPEG鎖によって負電荷を帯びているはずであり、それによりFePtナノ粒子に親水性が付与されているということが示唆される(図14)。 Here, if a biotin ligand is immobilized on the FePt nanoparticle, it should be negatively charged by the PEG chain present in the ligand, thereby imparting hydrophilicity to the FePt nanoparticle. (Fig. 14).
結果としては、FePtナノ粒子の表面ゼータ電位は−13.74mVであると測定することができたことからFePtナノ粒子のPEG鎖に基づく親水性の付与に成功したことが伺える。 As a result, it was possible to measure that the surface zeta potential of the FePt nanoparticles was -13.74 mV, indicating that the hydrophilicity based on the PEG chain of the FePt nanoparticles was successfully provided.
(実施例5)アビジン−HABA法によるビオチン化FePtナノ粒子の評価
1.溶液中でのビオチン化FePtナノ粒子の定量
ゼータ電位の測定により、ビオチン化FePtナノ粒子の親水性付与が確認され、水中に安定に分散することが確認されたので、次にFePtに結合しているビオチンがアビジンと定量的に結合するかどうかの確認をアビジン−HABA法により行った。
以下の方法で水中に分散させたビオチン化FePtナノ粒子上のビオチンの定量を行った。
ここで測定した試料はビオチン化FePtナノ粒子を分散させた溶液及び対照としてのビオチン溶液である。
(Example 5) Evaluation of biotinylated FePt nanoparticles by avidin-HABA method Quantification of biotinylated FePt nanoparticles in solution Zeta potential measurement confirmed that hydrophilicity of biotinylated FePt nanoparticles was imparted and that it was stably dispersed in water. It was confirmed by avidin-HABA method whether or not biotin bound to the avidin was quantitatively bound.
The biotin on biotinylated FePt nanoparticles dispersed in water was quantified by the following method.
The samples measured here are a solution in which biotinylated FePt nanoparticles are dispersed and a biotin solution as a control.
(1)アビジン−HABA法によるビオチン化FePtナノ粒子の定量
0.1Mリン酸二水素ナトリウム及び0.1Mリン酸水素二ナトリウムを作成し、この二つを混合してpH7.0としたリン酸緩衝液を作成した。以降は溶媒としてこれを用いた。
(i)アビジン−HABA溶液の作成
1.8mgのHABA色素(4−ヒドロキシアゾベンゼン−2’−カルボン酸)を50mlのメスフラスコで調整し、これにアビジン10mgを加えて、アビジン−HABA溶液とした。
(ii)ビオチン溶液の作成
D−ビオチン(122mg,0.5mmol)を200mlメスフラスコで調整し、そこから4ml取り出して50mlのメスフラスコで調整したものをビオチン溶液とした。
(iii)ビオチン及びビオチン化FePtナノ粒子の定量
作成したアビジン−HABA溶液2mlをセルに入れ、UV−visスペクトルで測定した後、ビオチン及びビオチン化FePt溶液を10μlずつ加えて、そのスペクトル変化を観測した。
結果を図15に示す。
(1) Determination of biotinylated FePt nanoparticles by avidin-HABA method 0.1M sodium dihydrogen phosphate and 0.1M disodium hydrogen phosphate were prepared, and the two were mixed to obtain pH 7.0. A buffer was made. Thereafter, this was used as a solvent.
(i) Preparation of avidin-HABA solution 1.8 mg of HABA dye (4-hydroxyazobenzene-2′-carboxylic acid) was prepared in a 50 ml volumetric flask, and 10 mg of avidin was added thereto to obtain an avidin-HABA solution. .
(ii) Preparation of biotin solution D-biotin (122 mg, 0.5 mmol) was prepared in a 200 ml volumetric flask, 4 ml was taken out of it and prepared in a 50 ml volumetric flask to obtain a biotin solution.
(iii) Quantification of biotin and
The results are shown in FIG.
次に500nmにおけるビオチン添加による吸収の減少度を調べるため、500nmにおける吸収の検量線を図16に示す。
これにより、ビオチン化FePtナノ粒子がビオチンと同じように、定量的に500nmの吸収が降下していることが確認されるので、ビオチン化FePtナノ粒子溶液はアビジン−HABA法で定量できることと、アビジンと定量的に結合できることが明らかとなった。
Next, in order to investigate the degree of decrease in absorption due to the addition of biotin at 500 nm, a calibration curve of absorption at 500 nm is shown in FIG.
This confirms that the biotinylated FePt nanoparticles have a quantitative decrease in absorption at 500 nm, similar to biotin, so that the biotinylated FePt nanoparticle solution can be quantified by the avidin-HABA method, and avidin It became clear that it can be combined quantitatively.
この方法は、ビオチンが存在しているかどうかの確認方法として迅速かつ簡便にでき、後述するFePtナノ粒子の溶液中での磁気分離が可能かどうかの判断材料として用いることができる。 This method can be quickly and simply used as a method for confirming whether biotin is present, and can be used as a material for determining whether magnetic separation in a solution of FePt nanoparticles described later is possible.
2.溶液中でのビオチン化FePtナノ粒子の磁気分離
前記1.での実験により、ビオチン化FePtナノ粒子表面のビオチンがアビジンと問題なく定量的に結合し、アビジン−HABA法を用いることでビオチン化FePtナノ粒子上のビオチンの存在を確認することが可能であることが明らかとなったので、ここでは溶液中に分散させたビオチン化FePtナノ粒子の磁気分離が可能であるかどうかを調べた。実験の概要は図17に示す通りである。
2. Magnetic separation of biotinylated FePt nanoparticles in solution The biotin on the surface of the biotinylated FePt nanoparticle can be quantitatively bound to avidin without any problem, and the presence of biotin on the biotinylated FePt nanoparticle can be confirmed by using the avidin-HABA method. Thus, it was examined whether or not magnetic separation of biotinylated FePt nanoparticles dispersed in a solution was possible. The outline of the experiment is as shown in FIG.
この方法により、磁気分離したFePtナノ粒子を、前記1.と同じようにアビジン−HABA溶液2mlのセル中に滴下させ、UV−visスペクトルでその吸収の変化を調べた。ここで500nmの吸収が滴定により減少すれば、ビオチンの存在、つまりビオチン化FePtナノ粒子の存在が明らかとなり、ビオチン化FePtナノ粒子の磁気分離が可能なことが明らかとなる。
結果を図18に示す。
By this method, the magnetically separated FePt nanoparticles are treated as described in 1. above. In the same manner as above, the solution was dropped into a cell of 2 ml of an avidin-HABA solution, and the change in absorption was examined by UV-vis spectrum. Here, if the absorption at 500 nm is decreased by titration, the presence of biotin, that is, the presence of biotinylated FePt nanoparticles becomes clear, and it becomes clear that biotinylated FePt nanoparticles can be magnetically separated.
The results are shown in FIG.
この結果より、滴定後には500nmのアビジン−HABA複合体の吸収が減少していることが確認される。これにより、磁気回収したものにビオチンが含まれていることが明らかとなるので、ビオチン化FePtナノ粒子が回収されたことが確認される。よって、この結果より溶液中でビオチン化FePtナノ粒子を磁気回収することが可能であることが明らかとなった。 This result confirms that the absorption of the 500 nm avidin-HABA complex decreases after titration. This reveals that biotin is contained in the magnetically recovered material, so that biotinylated FePt nanoparticles are confirmed to be recovered. Therefore, it became clear from this result that biotinylated FePt nanoparticles can be magnetically recovered in the solution.
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