JP2010215792A - 発光材料、発光材料複合体及びその製造方法、蛍光標識試薬及びその製造方法、並びに、発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】製造する際に大きな熱エネルギーを必要とすることが無く、環境への負荷が小さい発光材料を用いた発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、発光材料の表面に吸着し、あるいは又、発光材料の表面を修飾した蛍光物質、並びに、発光材料及び蛍光物質から成る蛍光材料複合体４０を励起するエネルギー源２０から成る。
【選択図】 図９

Description

本発明は、発光材料、並びに、係る発光材料を用いた発光材料複合体及びその製造方法、蛍光標識試薬及びその製造方法、発光素子に関する。

通常、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）は、青色発光ダイオード、及び、希土類元素から成る蛍光体から構成されているが、波長５２０ｎｍ付近の緑色の輝度が低いといった問題を有する。このような背景の下、近年、白色ＬＥＤ等への応用を目指したシリコンやシリコン酸化物の発光挙動に関する研究が盛んに行われている。例えば、フュームドシリカを原料としたシリカガラスから成る発光素子が、国際公開ＷＯ２００５／０２１４４９から周知である。また、フュームドシリカを原料としたシリカ微粒子から成る発光素子が、例えば、特開２００７−２９０８７３から周知である。

また、疎水性溶媒中の界面活性剤、塩基性電解質を含有する水及び親水性有機溶媒から成る逆ミセル分散系に、シランカップリング剤を添加し、水によりシランカップリング剤を加水分解して、シリカモノマーを重合させて得られたシリカナノ粒子を用いた標識試薬が、例えば、特開２００８−２７３７９０から周知である。

国際公開ＷＯ２００５／０２１４４９ 特開２００７−２９０８７３ 特開２００８−２７３７９０

ところで、フュームドシリカを原料とした発光素子にあっては、フュームドシリカを製造する際に大きな熱エネルギーが必要とされ、環境への負荷が大きいといった問題がある。また、特開２００８−２７３７９０に開示されたシリカナノ粒子を用いた標識試薬にあっては、シリカナノ粒子は、界面活性剤が形成するミセル構造を利用しており、製造する際に、やはり、大きな熱エネルギーが必要とされ、環境への負荷が大きいといった問題がある。

従って、本発明の目的は、製造する際に大きな熱エネルギーを必要とすることが無く、環境への負荷が小さい発光材料、並びに、係る発光材料を用いた発光材料複合体及びその製造方法、蛍光標識試薬及びその製造方法、発光素子を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の発光材料は、植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料である。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光材料複合体は、
（Ａ）上述した本発明の発光材料、並びに、
（Ｂ）発光材料の表面に吸着した蛍光物質、
から成る。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光材料複合体は、
（Ａ）上述した本発明の発光材料、並びに、
（Ｂ）発光材料の表面を修飾した蛍光物質、
から成る。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る蛍光標識試薬は、
（Ａ）上述した本発明の発光材料、並びに、
（Ｂ）発光材料の表面に吸着した蛍光物質、
から成り、エネルギー線の照射によって蛍光物質が発光する。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る蛍光標識試薬は、
（Ａ）上述した本発明の発光材料、並びに、
（Ｂ）発光材料の表面を修飾した蛍光物質、
から成り、エネルギー線の照射によって蛍光物質が発光する。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光素子は、
（Ａ）上述した本発明の発光材料、
（Ｂ）発光材料の表面に吸着した蛍光物質、並びに、
（Ｃ）発光材料及び蛍光物質を励起するエネルギー源、
から成る。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光素子は、
（Ａ）上述した本発明の発光材料、
（Ｂ）発光材料の表面を修飾した蛍光物質、並びに、
（Ｃ）発光材料及び蛍光物質を励起するエネルギー源、
から成る。

上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る発光素子は、
（Ａ）上述した本発明の発光材料、並びに、
（Ｂ）発光材料を励起するエネルギー源、
から成る。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光材料複合体の製造方法、あるいは、本発明の第１の態様に係る蛍光標識試薬の製造方法は、
（ａ）植物由来の材料を、酸素分子を含有する雰囲気中で焼成することで、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料を得た後、
（ｂ）蛍光物質を含む溶液中に発光材料を浸漬することで、発光材料の表面に蛍光物質を吸着させる、
各工程から成る。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光材料複合体の製造方法、あるいは、本発明の第２の態様に係る蛍光標識試薬の製造方法は、
（ａ）植物由来の材料を、酸素分子を含有する雰囲気中で焼成することで、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料を得た後、
（ｂ）溶液に含まれた蛍光物質と発光材料とを反応させることで、発光材料の表面を蛍光物質によって修飾する、
各工程から成る。

本発明の発光材料は、植物由来の材料を酸素分子を含有する雰囲気中で焼成することで得ることができるが故に、製造する際に大きな熱エネルギーを必要とすることが無く、環境への負荷が小さい。そして、バイオマスの新しい活用技術として、注目に値する材料である。本発明は、ＬＥＤや照明等のエレクトロニクス用途への適用だけでなく、特定の細胞や遺伝子認識を始めとする医療用蛍光試薬に応用可能である。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１にて得られた発光材料をＢＪＨ法により細孔径分布を調べた結果を示すグラフ、及び、ＭＰ法により細孔径分布を調べた結果を示すグラフである。 図２は、実施例１にて得られた発光材料にＨｅＣｄレーザ（波長：３２５ｎｍ）を照射し、発光材料のフォトルミネッセンス（ＰＬ）を測定した結果を示すグラフである。 図３は、実施例１にて得られた発光材料のカソードルミネッセンスのスペクトルを示すグラフである。 図４の（Ａ）及び（Ｃ）は、実施例１にて得られた発光材料のカソードルミネッセンス像であり、図４の（Ｂ）及び（Ｄ）は、同じく走査型電子線顕微鏡にて観察された像である。 図５は、実施例１及び実施例２の発光材料複合体、並びに、ローダミン６Ｇの蛍光スペクトルを測定した結果を示すグラフである。 図６は、実施例２において。溶液に含まれた蛍光物質と発光材料とを反応させることで発光材料の表面を蛍光物質によって修飾するスキームを示す図である。 図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び実施例２の発光材料複合体の概念図である。 図８は、実施例２の蛍光標識試薬のアクセプター基が所望の分子、所望の蛋白質あるいは所望の細胞と結合した状態を示す概念図である。 図９は、実施例３の発光素子の模式的な断面図である。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の発光材料、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光材料複合体及びその製造方法、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬及びその製造方法、並びに、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の発光材料、本発明の第１の態様に係る発光材料複合体及びその製造方法、並びに、本発明の第１の態様に係る蛍光標識試薬及びその製造方法）
３．実施例２（本発明の発光材料、本発明の第２の態様に係る発光材料複合体及びその製造方法、並びに、本発明の第２の態様に係る蛍光標識試薬及びその製造方法）
４．実施例３（本発明の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子、その他）

［１．本発明の発光材料、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光材料複合体及びその製造方法、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬及びその製造方法、並びに、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子、全般に関する説明］
本発明の発光材料、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光材料複合体、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光材料複合体の製造方法、あるいは、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬の製造方法（以下、これらを総称して、単に、『本発明』と呼ぶ場合がある）において、植物由来の材料として、籾殻、イネ科アシ類、タケ類、珪藻等の藻類及び珪藻土から成る群から選択された少なくとも１種の材料を挙げることもできる。

上記の好ましい形態を含む本発明にあっては、発光材料の窒素ＢＥＴ法による比表面積の値が１０ｍ²／グラム以上、好ましくは２０ｍ²／グラム以上、より好ましくは５０ｍ²／グラム以上であることが望ましい。発光材料の窒素ＢＥＴ法による比表面積の値を１０ｍ²／グラム以上とすることによって、発光材料の表面に吸着する蛍光物質の量、発光材料の表面を修飾する蛍光物質の量の増加を図ることができる。

更には、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子において、エネルギー源は、限定するものではないが、紫外線又は青色の可視光を出射する発光ダイオードあるいは半導体レーザといった半導体発光素子から成るエネルギー源とすることができる。

更には、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光材料複合体、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光素子、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光材料複合体の製造方法、あるいは、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬の製造方法において、蛍光物質は、ローダミンＢやローダミン６Ｇといったローダミン誘導体；フルオレセイン及びその誘導体；クマリン；テキサスレッド；緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）；青色蛍光タンパク質；シアン蛍光蛋白質；及び、黄色蛍光蛋白質から成る群から選択された少なくとも１種の材料である構成とすることができる。そして、発光材料に形成された微細な孔部に蛍光物質が侵入する結果、高い発光強度を得ることができる。

更には、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬、あるいは、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る蛍光標識試薬の製造方法において、発光材料はアクセプター基を有する形態とすることができる。あるいは又、発光材料は、所望の分子、所望の蛋白質あるいは所望の細胞と結合可能であるアクセプター基を有する形態とすることができる。これらの場合、アクセプター基として、限定するものではないが、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、メルカプト基、チオシアナート基、エポキシ基、イソシアナート基、ケトン基等の有機官能基を例示することができるし、これらの官能基を有する材料を、シランカップリング剤等を介して発光材料の表層に形成することもできる。更には、蛋白質をアクセプター基として発光材料の表面に結合させた形態とすることもでき、このような蛋白質として、例えば、抗原（ＩＬ−２、ＩＬ−４、ＩＬ−５、ＩＬ−１０、ＴＮＦ−α、ＩＦＮ−γ、エリスロポエチン、造血幹細胞因子、トランスフォーミング増殖因子α及びβ、神経細胞増殖因子等）や抗体（イムノグロブリンＡ、イムノグロブリンＥ、イムノグロブリンＧ、イムノグロブリンＭ）等を挙げることができる。一方、アクセプター基が結合可能である分子として、アオコの発するミクロシスチン類；ノジュラリン、シリンドロスパーモプシンといった肝臓毒；アナトキシン類やファントキシン類といった神経毒；各種の有機毒素を挙げることができる。また、アクセプター基が結合可能である所望の蛋白質として、例えば、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、抗体（イムノグロブリンＡ、イムノグロブリンＥ、イムノグロブリンＧ、イムノグロブリンＭ）を挙げることができるし、抗原・抗体反応を引き起こす所望の蛋白質［例えば、抗原（ＩＬ−２、ＩＬ−４、ＩＬ−５、ＩＬ−１０、ＴＮＦ−α、ＩＦＮ−γ、エリスロポエチン、造血幹細胞因子、トランスフォーミング増殖因子α及びβ、神経細胞増殖因子等）や抗体（イムノグロブリンＡ、イムノグロブリンＥ、イムノグロブリンＧ、イムノグロブリンＭ）］等を挙げることができる。更には、アクセプター基が結合可能である所望の細胞として、上皮細胞、収縮性細胞、血液細胞、免疫細胞、肝細胞、脂肪細胞、神経細胞、グリア細胞、生殖細胞、哺育細胞、ホルモンを分泌する細胞、感覚に関与する細胞等を挙げることができる。

本発明の第１の態様〜第２の態様に係る発光材料複合体の製造方法あるいは蛍光標識試薬の製造方法においては、植物由来の材料を、酸素分子を含有する雰囲気中で焼成するが、ここで、酸素分子を含有する雰囲気として、具体的には、大気雰囲気や高濃度酸素雰囲気（例えば、１００％酸素雰囲気）等といった酸素によって炭化水素成分を除去できる雰囲気を挙げることができる。また、焼成温度、焼成時間として、５００゜Ｃ乃至１０００゜Ｃ、１時間乃至５時間を例示することができる。尚、焼成後、塩酸や硝酸等を用いた処理によって、余分なミネラル分を除去し、発光材料を精製することが可能となる。

また、本発明の第１の態様に係る発光材料複合体の製造方法あるいは蛍光標識試薬の製造方法において、蛍光物質が含まれる溶液（溶媒）として、具体的には、分解温度以下で蛍光物質を溶解することが可能であり、細孔内に進入するのに適当な粘性を有するといった条件を満たす溶媒ならば、如何なる溶媒も用いることができる。また、蛍光物質を含む溶液中に発光材料を浸漬する時間として、例えば、６時間乃至１２時間を挙げることができる。

一方、本発明の第２の態様に係る発光材料複合体の製造方法あるいは蛍光標識試薬の製造方法において、蛍光物質が含まれる溶液として、具体的には、分解温度以下で蛍光物質を溶解可能であり、発光材料の細孔表面上の官能基と蛍光物質とが化学反応を進行することが可能であり、また、低い蒸気圧を有するといった条件を満たす溶媒ならば、如何なる溶媒も用いることができる。溶液に含まれた蛍光物質と発光材料との反応条件として、具体的には、発光材料と蛍光材料共に分解温度以下で反応が可能であるといった条件を挙げることができる。

窒素ＢＥＴ法とは、吸着剤（ここでは、発光材料）に吸着分子として窒素を吸脱着させることにより吸着等温線を測定し、測定したデータを式（１）で表されるＢＥＴ式に基づき解析する方法であり、この方法に基づき比表面積や細孔容積等を算出することができる。具体的には、窒素ＢＥＴ法により比表面積の値を算出する場合、先ず、吸着剤（発光材料）に吸着分子として窒素を吸脱着させることにより、吸着等温線を求める。そして、得られた吸着等温線から、式（１）あるいは式（１）を変形した式（１’）に基づき［ｐ／｛Ｖ_a（ｐ₀−ｐ）｝］を算出し、平衡相対圧（ｐ／ｐ₀）に対してプロットする。そして、このプロットを直線と見なし、最小二乗法に基づき、傾きｓ（＝［（Ｃ−１）／（Ｃ・Ｖ_m）］）及び切片ｉ（＝［１／（Ｃ・Ｖ_m）］）を算出する。そして、求められた傾きｓ及び切片ｉから式（２−１）、式（２−２）に基づき、Ｖ_m及びＣを算出する。更には、Ｖ_mから、式（３）に基づき比表面積ａ_sBETを算出する（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第６２頁〜第６６頁参照）。尚、この窒素ＢＥＴ法は、ＪＩＳ Ｒ １６２６−１９９６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」に準じた測定方法である。

Ｖ_a＝（Ｖ_m・Ｃ・ｐ）／［（ｐ₀−ｐ）｛１＋（Ｃ−１）（ｐ／ｐ₀）｝］ （１）
［ｐ／｛Ｖ_a（ｐ₀−ｐ）｝］
＝［（Ｃ−１）／（Ｃ・Ｖ_m）］（ｐ／ｐ₀）＋［１／（Ｃ・Ｖ_m）］ （１’）
Ｖ_m＝１／（ｓ＋ｉ） （２−１）
Ｃ ＝（ｓ／ｉ）＋１ （２−２）
ａ_sBET＝（Ｖ_m・Ｌ・σ）／２２４１４ （３）

但し、
Ｖ_a：吸着量
Ｖ_m：単分子層の吸着量
ｐ ：窒素の平衡時の圧力
ｐ₀：窒素の飽和蒸気圧
Ｌ ：アボガドロ数
σ ：窒素の吸着断面積
である。

窒素ＢＥＴ法により細孔容積Ｖ_pを算出する場合、例えば、求められた吸着等温線の吸着データを直線補間し、細孔容積算出相対圧で設定した相対圧での吸着量Ｖを求める。この吸着量Ｖから式（４）に基づき細孔容積Ｖ_pを算出することができる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第６２頁〜第６５頁参照）。尚、窒素ＢＥＴ法に基づく細孔容積を、以下、単に『細孔容積』と呼ぶ場合がある。

Ｖ_p＝（Ｖ／２２４１４）×（Ｍ_g／ρ_g） （４）

但し、
Ｖ ：相対圧での吸着量
Ｍ_g：窒素の分子量
ρ_g：窒素の密度
である。

メソ細孔の孔径は、例えば、ＢＪＨ法に基づき、その孔径に対する細孔容積変化率から細孔の分布として算出することができる。ＢＪＨ法は、細孔分布解析法として広く用いられている方法である。ＢＪＨ法に基づき細孔分布解析をする場合、先ず、吸着剤（発光材料）に吸着分子として窒素を吸脱着させることにより、脱着等温線を求める。そして、求められた脱着等温線に基づき、細孔が吸着分子（例えば窒素）によって満たされた状態から吸着分子が段階的に着脱する際の吸着層の厚さ、及び、その際に生じた孔の内径（コア半径の２倍）を求め、式（５）に基づき細孔半径ｒ_pを算出し、式（６）に基づき細孔容積を算出する。そして、細孔半径及び細孔容積から細孔径（２ｒ_p）に対する細孔容積変化率（ｄＶ_p／ｄｒ_p）をプロットすることにより細孔分布曲線が得られる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第８５頁〜第８８頁参照）。

ｒ_p＝ｔ＋ｒ_k （５）
Ｖ_pn＝Ｒ_n・ｄＶ_n−Ｒ_n・ｄｔ_n・ｃ・ΣＡ_pj （６）
但し、
Ｒ_n＝ｒ_pn ²／（ｒ_kn−１＋ｄｔ_n）² （７）

ここで、
ｒ_p：細孔半径
ｒ_k：細孔半径ｒ_pの細孔の内壁にその圧力において厚さｔの吸着層が吸着した場合のコア半径（内径／２）
Ｖ_pn：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの細孔容積
ｄＶ_n：そのときの変化量
ｄｔ_n：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの吸着層の厚さｔ_nの変化量
ｒ_kn：その時のコア半径
ｃ：固定値
ｒ_pn：窒素の第ｎ回目の着脱が生じたときの細孔半径
である。また、ΣＡ_pjは、ｊ＝１からｊ＝ｎ−１までの細孔の壁面の面積の積算値を表す。

マイクロ細孔の孔径は、例えば、ＭＰ法に基づき、その孔径に対する細孔容積変化率から細孔の分布として算出することができる。ＭＰ法により細孔分布解析を行う場合、先ず、吸着剤（発光材料）に窒素を吸着させることにより、吸着等温線を求める。そして、この吸着等温線を吸着層の厚さｔに対する細孔容積に変換する（ｔプロットする）。そして、このプロットの曲率（吸着層の厚さｔの変化量に対する細孔容積の変化量）に基づき細孔分布曲線を得ることができる（日本ベル株式会社製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ及びＢＥＬＳＯＲＰ解析ソフトウェアのマニュアル、第７２頁〜第７３頁、第８２頁参照）。

実施例１は、本発明の発光材料、本発明の第１の態様に係る発光材料複合体及びその製造方法、並びに、本発明の第１の態様に係る蛍光標識試薬及びその製造方法に関する。

実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３にあっては、植物由来の材料として籾殻（鹿児島県・輝北産 イセヒカリ）を用いた。そして、先ず、この植物由来の材料を酸素分子を含有する雰囲気中で焼成した。具体的には、５００ミリリットルの三角ビーカーに入れ、大気開放系にて、石英マントルヒーターを用いて５００゜Ｃで５時間焼成することで灰化させた。得られた粉状の発光材料は、表１に示すように、植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料であった。尚、元素分析のための測定機器としてエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＪＥＤ−２２００Ｆ；日本電子株式会社製）を用い、エネルギー分散法（ＥＤＳ）により各元素を定量した。そして、含有量を重量比（重量％）として算出した。測定条件は、走査電圧１５ｋＶ、照射電流１３μＡとした。

発光材料の窒素ＢＥＴ法による比表面積の値は８０ｍ²／グラムであった。ＢＪＨ法により細孔径分布を調べたところ、図１の（Ａ）に示すように、１０ｎｍと３０ｎｍにピークを持つことが判った。また、ＭＰ法により細孔径分布を調べたところ、図１の（Ｂ）に示すように、０．７ｎｍにピークを持つことが判った。

こうして得られた発光材料にＨｅＣｄレーザ（波長：３２５ｎｍ）を照射し、発光材料のフォトルミネッセンス（ＰＬ）を測定した。その結果を図２に示すが、発光材料は波長４２０ｎｍで発光していることが判った。尚、図２の縦軸はフォトルミネッセンス強度（単位：任意）を示し、横軸は発光波長（単位：ｎｍ）を示す。更には、こうして得られた発光材料に電子線ビームを照射して、カソードルミネッセンス（ＣＬ）のスペクトルを測定し、また、カソードルミネッセンス像を得た。併せて、走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ）での観察を行った。カソードルミネッセンスのスペクトルを図３に示す。尚、図３の縦軸はカソードルミネッセンス強度（単位：任意）を示し、横軸は発光波長（単位：ｎｍ）を示す。また、カソードルミネッセンス像を図４の（Ａ）及び（Ｃ）に示し、ＳＥＭ像を図４の（Ｂ）及び（Ｄ）に示すが、図４の（Ａ）及び（Ｂ）は同一視野であり、図４の（Ｃ）及び（Ｄ）は同一視野である。

更には、こうして得られた発光材料を、蛍光物質を含む溶液中に浸漬することで、発光材料の表面に蛍光物質を吸着させた。具体的には、発光材料０．１５グラムを０．０１モル／リットルのローダミン６Ｇ／エタノール溶液１０ミリリットルに一晩浸漬した。蛍光物質を一種、物理的に吸着させた後、メタノール及びトルエンにて十分洗浄を行った。最後に、得られた発光材料複合体を、４０゜Ｃにて真空乾燥させた。

こうして得られた実施例１の発光材料複合体あるいは蛍光標識試薬は、
（Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、及び、
（Ｂ）発光材料の表面に吸着した蛍光物質（具体的には、ローダミン６Ｇ）、
から成る。図５に、波長３７０ｎｍの紫外線を照射したときの実施例１の発光材料複合体（蛍光標識試薬）の蛍光スペクトルを測定した結果（曲線「Ａ」参照）、及び、ローダミン６Ｇの蛍光スペクトルを測定した結果（曲線「Ｃ」参照）を、図５に示す。尚、図５の縦軸はフォトルミネッセンス強度（単位：任意）を示し、横軸は発光波長（単位：ｎｍ）を示す。図５の曲線「Ｃ」から、ローダミン６Ｇに波長３７０ｎｍの紫外線を照射しても、ローダミン６Ｇは発光していないことが判る。また、実施例１の発光材料複合体の概念図を図７の（Ａ）に示す。尚、図７の（Ａ）において、発光材料を灰色の不定形で示し、蛍光物質を黒丸で示す。

更には、こうして得られた実施例１の蛍光標識試薬に、実施例１にあっては、ジメトキシフェニルシランで発光材料表面を修飾し、その後、発煙硫酸雰囲気中に浸すといった処理を施し、発光材料がアクセプター基（具体的には、スルホン基）を有する形態の蛍光標識試薬を得た。具体的には、発光材料の表面に、プローブ分子としてのスルフォニルフェニルシランが化学的に結合している。ここで、実施例１の蛍光標識試薬にあっては、外部からのエネルギー線（測定用エネルギー線、例えば、波長３７０ｎｍの紫外線）の照射によって蛍光物質（具体的には、ローダミン６Ｇ）が発光する。そして、このようなアクセプター基を発光材料に付与することで、蛍光標識試薬は、細胞表面蛋白質（『物質Ａ』と呼ぶ）と結合可能となる。

即ち、所定質量の蛍光標識試薬と所定質量の物質Ａとを混合した液体を濾過して、蛍光標識試薬と結合していない物質Ａを除去した後、濾過残渣である混合物に上記の波長を有する紫外線を照射したときの発光量を予め調べ、物質Ａの質量と発光量の関係を検量線として作成しておく。これによって、所定質量の蛍光標識試薬と物質Ａとを混合した液体を濾過して、物質Ａと結合していない蛍光標識試薬を除去した後、濾過残渣である混合物に上記の波長を有する紫外線を照射したときの発光量を測定することで、物質Ａの質量（含有率）を得ることができる。あるいは又、物質Ａの存在を定性的に確認することができる。

実施例２は、本発明の第２の態様に係る発光材料複合体及びその製造方法、並びに、本発明の第２の態様に係る蛍光標識試薬及びその製造方法に関する。

実施例２にあっては、先ず、実施例１と同様の方法に基づき、実施例１と同じ発光材料を得た。そして、その後、溶液に含まれた蛍光物質と発光材料とを反応させることで、発光材料の表面を蛍光物質によって化学的に修飾した。具体的には、発光材料１グラムとトリメトキシクロロプロピルシラン（ＴＭＣＰＳ）２．８グラムを２０ミリリットルのトルエンにてオイルバスを１３０゜Ｃに設定して１０時間還流を行った。攪拌子の回転数を３００ｒｐｍとした。その後、濾過によって溶媒を除去し、５０゜Ｃにて減圧乾燥を行った。次に、得られたＲＨＳ−ＣＰＳ（籾殻の表面がクロロプロピルシランで修飾された物質）０．５グラムとローダミン６Ｇ（Ｒｈ６Ｇ）２０．２６ミリグラムとをトルエン：エタノール＝１：１の溶液で８時間還流させた。反応後、メタノール及びトルエンにて十分洗浄を行った。最後に、得られた発光材料複合体を、４０゜Ｃにて真空乾燥させた。以上のスキームを図６に示す。

こうして得られた実施例２の発光材料複合体あるいは蛍光標識試薬は、
（Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、及び、
（Ｂ）発光材料の表面を修飾した蛍光物質（具体的には、ローダミン６Ｇ）、
から成る。図５に、波長３７０ｎｍの紫外線を照射したときの実施例２の発光材料複合体（蛍光標識試薬）の蛍光スペクトルを測定した結果（曲線「Ｂ」参照）を示す。また、実施例１の発光材料複合体の概念図を図７の（Ｂ）に示す。尚、図７の（Ｂ）において、発光材料を灰色の不定形で示し、蛍光物質を黒丸で示し、クロロプロピルシランを折れ線で示す。

更には、こうして得られた実施例２の蛍光標識試薬に対して、実施例１と同様の処理を施すことで、実施例１と同様に、発光材料がアクセプター基を有する形態の実施例２の蛍光標識試薬を得た。実施例２の蛍光標識試薬にあっても、実施例１と同様の方法にて用いることで、物質Ａの質量（含有率）の測定を行うことができる。尚、実施例２の蛍光標識試薬のアクセプター基が物質Ａと結合した状態を、図８の概念図に示す。二股状の形状及びそれから延びる線分の部分がアクセプター基を有する分子を模式的に表している。

実施例３は、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子に関する。

実施例３の発光素子は、実施例１にて得られた発光材料及びその表面に吸着した蛍光物質（これらは、実質的に実施例１にて得られた発光材料複合体である）、並びに、発光材料及び蛍光物質を励起するエネルギー源（具体的には、波長５６０ｎｍ若しくは５７０ｎｍを出射する発光ダイオード）から成る。あるいは又、実施例１にて得られた発光材料及びその表面を修飾した蛍光物質（これらは、実質的に実施例２にて得られた発光材料複合体である）、並びに、発光材料及び蛍光物質を励起するエネルギー源から成る。あるいは又、実施例１にて得られた発光材料、並びに、発光材料を励起するエネルギー源から成る。

実施例３の発光素子の模式的な断面図を図９に示す。この発光素子１０は、支持体に固定されたエネルギー源としての発光ダイオード２０、及び、プラスチック製のキャップ３０から構成されている。具体的には、発光ダイオード２０の光出射部にキャップ３０が被せられている。キャップ３０は、発光ダイオード２０を空間３１を介して覆っている。また、具体的には、発光ダイオード２０はサブマウント２１に固定され、発光ダイオード２０は、サブマウント２１に設けられた配線（図示せず）、金線２３Ａ，２３Ｂを介して外部電極２４Ａ，２４Ｂに電気的に接続され、外部電極２４Ａ，２４Ｂは駆動回路（図９には図示せず）に電気的に接続されている。サブマウント２１は接着剤を介してヒートシンク２５に取り付けられている。ヒートシンク２５は、支持部材２２に接着剤にて接着されている。支持部材２２は、ＰＭＭＡ樹脂から成り、射出成形法にて成形されている。キャップ３０と発光素子１０との間の空間３１内には、実施例１にて得られた発光材料、あるいは、実施例１にて得られた発光材料複合体、あるいは、実施例２にて得られた発光材料複合体４０が充填されている。キャップ３０は、アクリル系樹脂から成り、射出成形法にて成形されている。このような発光材料あるいは発光材料複合体４０を空間３１に充填することによって、発光ダイオード２０から出射された光が、発光材料あるいは発光材料複合体４０を励起し、発光材料あるいは発光材料複合体４０からの光（具体的には、白色光）がキャップ３０を介して外部に出射される。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。実施例にあっては、植物由来の材料として、籾殻を用いる場合について説明したが、その他、イネ科アシ類、タケ類、珪藻等の藻類及び珪藻土を用いることもでき、これらを、単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。また、発光素子の構造、構成は、図９に示した構造、構成に限定されない。例えば、発光材料あるいは発光材料複合体をバルク状とし、係る形態の発光材料あるいは発光材料複合体にエネルギー源としての発光ダイオードを照射するの構造、構成とすることもできる。

１０・・・発光素子、２０・・・発光ダイオード、２１・・・サブマウント、２２・・・支持部材、２３Ａ，２３Ｂ・・・金線、２４Ａ，２４Ｂ・・・外部電極、２５・・・ヒートシンク、３０・・・キャップ、３１・・・空間、４０・・・発光材料あるいは発光材料複合体

Claims (20)

1. （Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、
   （Ｂ）発光材料の表面に吸着した蛍光物質、並びに、
   （Ｃ）発光材料及び蛍光物質を励起するエネルギー源、
   から成る発光素子。
2. （Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、
   （Ｂ）発光材料の表面を修飾した蛍光物質、並びに、
   （Ｃ）発光材料及び蛍光物質を励起するエネルギー源、
   から成る発光素子。
3. （Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、並びに、
   （Ｂ）発光材料を励起するエネルギー源、
   から成る発光素子。
4. 植物由来の材料は、籾殻、イネ科アシ類、タケ類、珪藻等の藻類及び珪藻土から成る群から選択された少なくとも１種の材料である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 発光材料の窒素ＢＥＴ法による比表面積の値が１０ｍ²／グラム以上である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
6. エネルギー源は、紫外線又は青色の可視光を出射する発光ダイオードから成る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 蛍光物質は、ローダミン誘導体、フルオレセイン及びその誘導体、クマリン、テキサスレッド、緑色蛍光タンパク質、青色蛍光タンパク質、シアン蛍光蛋白質、黄色蛍光蛋白質から成る群から選択された少なくとも１種の材料である請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
8. （Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、並びに、
   （Ｂ）発光材料の表面に吸着した蛍光物質、
   から成る発光材料複合体。
9. （Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、並びに、
   （Ｂ）発光材料の表面を修飾した蛍光物質、
   から成る発光材料複合体。
10. 植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料。
11. （Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、並びに、
    （Ｂ）発光材料の表面に吸着した蛍光物質、
    から成り、エネルギー線の照射によって蛍光物質が発光する蛍光標識試薬。
12. （Ａ）植物由来の材料を原料とし、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料、並びに、
    （Ｂ）発光材料の表面を修飾した蛍光物質、
    から成り、エネルギー線の照射によって蛍光物質が発光する蛍光標識試薬。
13. 植物由来の材料は、籾殻、イネ科アシ類、タケ類、珪藻等の藻類及び珪藻土から成る群から選択された少なくとも１種の材料である請求項１１又は請求項１２に記載の蛍光標識試薬。
14. 発光材料の窒素ＢＥＴ法による比表面積の値が１０ｍ²／グラム以上である請求項１１又は請求項１２に記載の蛍光標識試薬。
15. 発光材料はアクセプター基を有する請求項１１又は請求項１２に記載の蛍光標識試薬。
16. 発光材料は、所望の分子、所望の蛋白質あるいは所望の細胞と結合可能であるアクセプター基を有する請求項１１又は請求項１２に記載の蛍光標識試薬。
17. （ａ）植物由来の材料を、酸素分子を含有する雰囲気中で焼成することで、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料を得た後、
    （ｂ）蛍光物質を含む溶液中に発光材料を浸漬することで、発光材料の表面に蛍光物質を吸着させる、
    各工程から成る発光材料複合体の製造方法。
18. （ａ）植物由来の材料を、酸素分子を含有する雰囲気中で焼成することで、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料を得た後、
    （ｂ）溶液に含まれた蛍光物質と発光材料とを反応させることで、発光材料の表面を蛍光物質によって修飾する、
    各工程から成る発光材料複合体の製造方法。
19. （ａ）植物由来の材料を、酸素分子を含有する雰囲気中で焼成することで、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料を得た後、
    （ｂ）蛍光物質を含む溶液中に発光材料を浸漬することで、発光材料の表面に蛍光物質を吸着させる、
    各工程から成る蛍光標識試薬の製造方法。
20. （ａ）植物由来の材料を、酸素分子を含有する雰囲気中で焼成することで、ケイ素の含有率が４０重量％以上であり、且つ、酸素の含有率が４０重量％以上である酸化ケイ素を主成分とした発光材料を得た後、
    （ｂ）溶液に含まれた蛍光物質と発光材料とを反応させることで、発光材料の表面を蛍光物質によって修飾する、
    各工程から成る蛍光標識試薬の製造方法。