JP2016530395A - 貴金属ナノ粒子の粒度が制御された懸濁液 - Google Patents

Abstract

貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を作製するための方法が開示される。この方法は、貴金属を備えるターゲット材料をアブレーション容器中の液体分散媒へ提供することを備える。この分散媒は、所定の電気伝導率範囲内の電気伝導率を有する。レーザパルスは、この容器内のターゲットからナノ粒子を発生するために使用される。ナノ粒子を発生しながら、分散媒の電気伝導率が監視されて所定の範囲内に維持され、それによって、発生されたナノ粒子が所定の範囲内で製造される。発生されたナノ粒子は、コロイド状懸濁液を形成するために使用される。

Description

関連出願

本願は、２０１３年４月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／７６４，６４９号の利益を享受する。

本発明は、信頼できる粒度制御された貴金属ナノ粒子の水性懸濁液を製造するための方法に関する。

貴金属ナノコロイド（ＰＭＮＣ）とも呼ばれる貴金属ナノ粒子（ＰＭＮＰ）及びコロイド状ＰＭＮＰは、広範な生物学用途及び医療用途でのそれらの使用の可能性について広く研究されている。対象の貴金属（ＰＭ）は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム及びこれらの金属の内の少なくとも一つを含む任意の合金を含む。ＰＭＮＣの用途は、造影剤、検知剤、遺伝子調整剤、標的薬物送達担体として、又は光応答抗菌性治療薬としてＰＭＮＣを使用することを含む。これらの用途の大部分は、ＰＭＮＰ上の表面改質を必要とし、それは、また、表面機能化とも呼ばれる。

ＰＭＮＰの他の重要な用途は、ナノ粒子中の自由電子の集団運動に起因する局所化表面プラズモン源から生じる独自の光特性を利用することによる分光法の分野である。表面増強ラマン拡散や表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）は、ある金属表面上に吸収された又はそこに位置された分子によるラマン散乱を増強する非常に高感度で高価な分析方法である。信号増強は、１０^６以上と高く、従ってこの方法は、問題の単分子又は分析物を検出するために使用されることができる。この増強の正確なメカニズムは、現在、分かっていないが、ＳＥＲＳに対する典型的な表面を銀、金、銅、パラジウム又は白金のような貴金属の粒子や粗くされた表面よりなる。

これらの用途に対して、約１０ｎｍ以上の大きさの平均直径サイズ（平均粒度）を有するＰＭＮＰは、以下の三つの特徴に関して有利である。第一に、約１０ｎｍ以上の大きさの粒度を有するＰＭＮＰは、ＳＥＲＳのようなプラズモン分光法のために使用される時に、より大きな信号増強を与える。例えば、金のナノ粒子の場合、４６乃至７４ｍｍの粒径が、Ｓｔｅｖｅｎ Ｅ．Ｊ．Ｂｅｌらによる、Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，１１，７４５５（２００９）の 「ＳＥＲＳ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｂｙ ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ Ａｕ ｃｏｌｌｏｉｄｓ：ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ」によれば、ＳＥＲＳに対して最適であると報告されている。銀のナノ粒子の場合、最適粒度は、Ｋ．Ｇ．ＳｔａｍｐｌｅｃｏｓｋｉｅらによるＪ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ １１５，１４０３（２０１１）の「Ｏｐｔｉｍａｌ Ｓｉｚｅ ｏｆ Ｓｉｌｖｅｒ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」によれば、直径が約５０から６０ｎｍである。

第二に、約１０ｎｍよりも大きな粒度を有するＰＭＮＰは、人が遠心分離技術を使用してＰＭＮＰの使用中又はリガンドとの機能化反応中にＰＭＮＰの異なる粒度の個体群を浄化する又は隔離することができるのに十分であるように十分に大きい。一般的に、リガンド分子によるこれらのナノ粒子の表面機能化は、これらの分子がナノ粒子の全利用可能表面を占有するのに必要な量を越えるリガンド分子をコロイド状溶液に過剰に追加することによってなされる。次に、遠心浄化は、コロイド状溶液から未付着分子を除去するために適用されることができる。しかしながら、本発明者は、貴金属の最大相対密度の一つを有する金の場合でも、ＰＭＮＰの粒度が１０ｎｍよりも小さい時にＰＭＮＰの遠心沈降を引き起こすことが困難であることを発見した。

第三に、より大きな粒子は、より大きな表面積を有し、それにより、一個の粒子に付される種々の機能性分子を有することができる。例えば、機能性分子は、異なる蛍光波長のための異なる蛍光分子であってもよいし、又はそれらは、異なる振動スペクトルを有するラマン活性分子であってもよい。

現在、ＰＭＮＣの大部分は、貴金属をイオン状態に還元することに基づくものやリガンド分子で錯イオンを形成することに基づくもの等の化学的合成方法のようなボトムアップ製作方法によって作られている。しかしながら、ボトムアップ製作方法は、これらの方法での粒子成長を制御することの困難性のために、制御された方法でより大きな粒子を作製することに大きな困難性がある。また、化学的合成は、コロイド状溶液の電解液中の残留イオンとなる貴金属の還元中に相手反応の結果として化学的副産物を固有に生成する。更に、化学的合成で作られる現在市販のＰＭＮＣは、ＰＭＮＰがコロイド状溶液から凝集し沈降することを防止する安定化剤を含む。安定化剤又は化学的副産物の残留イオンの存在は、ＳＥＲＳのような感知性分光測定を損なう望ましくないノイズ信号となり得る。

液体パルス化レーザアブレーション（ＰＬＡＬ）は、バルク材から直接にＰＭＮＰを合成するための方法であり、安定化剤を含まないコロイド状溶液において安定している全体的にリガンドの無いＰＭＮＰを提供できる。２０１１年３月２日に出願され、且つシリアル番号第１３／０３８，７８８号が付与された本願と共に所有される米国特許出願公開第２０１２／０２２５０２１号は、ターゲット材料としてバルク金でＰＬＡＬ方法を使用するトップダウン製作方法を開示している。

ＰＬＡＬ方法におけるそのような最近の進歩にもかかわらず、正確で信頼できるＰＬＡＬのためのＰＭＮＰの粒度制御はいまだ困難である。

例えば、ナノ粒子粒度制御に関連する挑戦は、最近、Ｃ．Ｒｅｈｂｏｃｋらの２０１２年１０月３日に出版された（Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，「Ｓｉｚｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｌａｓｅｒ−ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ−ｆｒｅｅ ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｌｙ ｄｉｌｕｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｂｉｏ−ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ」，ＤＯＩ：１０．１０３９／Ｃ２ＣＰ４２６４１Ｂによって論証されている。この論文では、金ナノ粒子（ＡｕＮＰ）と、ナノ秒ＰＬＡＬアプローチと高希釈電解液での粒度制御を使用することによって金ナノ粒子を生体共役させたものを発生する方法を示していた。より具体的には、ＡｕＮＰが発生し、僅かの塩を含む水の担体流に分散した。高希釈電解液でＰＬＡＬによるＡｕＮＰの粒度を制御するために、Ｃ．Ｒｅｈｂｏｃｋらは、既知の量の特定のイオンを水の担体流に導入することによるＡｕＮＰの粒度制御を論証した。１０ｎｍ以上の直径にＡｕＮＰを生成することは、Ｃ．Ｒｅｈｂｏｃｋらの論文に示されているイオン濃度の正確な制御が必要である。理由は、ＡｕＮＰの製造粒度は、イオン濃度が３０μモル（μＭ）未満の範囲にある場合、イオン濃度に強く依存するからである。この低濃度範囲では、汚染のような、微量の外部から導入されたイオンのナノ粒子の粒度への影響は、最早無視できない。
このような微量の外部から導入されたイオンは、汚染のみならず、ＰＬＡＬのために使用された水中に水容器から浸出するイオンから生じ得る。また、外部から導入されたイオンの量の不確実性は、ＰＬＡＬ前に又はその最中に水が露出された大気等からの溶解ガスから生じる物を含む。原理的には、誘導結合プラズマ質量分光法（ＩＣＰ−ＭＳ）のような分子解析に基づく、又は高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、液体クロマトグラフィー質量分析（ＬＣ−ＭＳ）、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）、及びラマン散乱（ＲＳ）のような分子解析に基づく、電解液中の個々のイオンを解析するための種々の方法がある。しかしながら、これらの測定法の全ては、コストが高過ぎであり、ＰＬＡＬプロセスで生成されたＰＭＮＰの粒度を実際に決定する、正味のイオン濃度を定量化するためにＰＬＡＬの前に毎回実行するのに時間がかかり過ぎる。

本発明の概要は、以下に詳細な説明で更に記述される単純化された形態に概念の選択を導入されるために提供される。この概要は、請求項の主題のキーとなる特徴又は必須の特徴を識別することを意図してはおらず、請求項の範囲を制限するために使用されることを意図しているわけでもない。

一実施形態において、本発明は、貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を製造する方法であって、この方法は、ａ）所定の電気伝導率範囲内にある電気伝導率を有する液体の分散媒と接触状態にある貴金属を備えるターゲット材料を提供するステップを備え、前記ターゲット材料と前記分散媒がアブレーション容器と接触状態にあり、ｂ）レーザパルスを前記アブレーション容器内の前記ターゲット材料に送出することによって複数の貴金属ナノ粒子を発生するステップと、ｃ）前記複数の貴金属ナノ粒子を発生する前又は発生中に、前記分散媒の前記電気伝導率を、所定の粒度範囲を有する前記貴金属ナノ粒子を生じさせる前記所定の電気伝導率範囲に維持するために前記分散媒の前記電気伝導率を監視しつつ選択的に調整するステップと、ｄ）前記貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を形成するステップとを備える。

他の実施形態では、本発明は、電解質液を含む液中において０．０１ｎＭを越える濃度を有する複数の貴金属ナノ粒子を備えるコロイド状懸濁液であって、前記コロイド状懸濁液が、閾値レベル未満への前記コロイド状懸濁液の電気伝導率の減少で前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す。

上述の実施形態の他の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な記述、添付の特許請求の範囲、及び同様な参照番号が類似又は同一の要素を識別する添付の図面からより十分に明らかになる。

液体パルス化レーザアブレーション（ＰＬＡＬ）によるナノ粒子の発生のための従来の技術のプロセスを示す流れ図である。

本発明の例示の実施形態に係るＰＬＡＬ方法を使用して貴金属のバルクターゲットからＰＭＮＣを製造するためのレーザベースのシステムの概略図である。

本発明の例示の実施形態に係るＰＬＡＬ方法を使用してワイヤ形状の貴金属バルクターゲットからＰＭＮＣを製造するためのレーザベースのシステムの概略図である。

本発明の例示の実施形態に係る図２Ａに示されるＰＬＡＬ方法によるナノ粒子の発生のプロセスを示す流れ図である。

本発明の例示の実施形態に係る四つの異なる市販の容器に室温で格納された電解質含有脱イオン化水中における電気伝導率の時間的漸進的変化の例を示す。

本発明の例示の実施形態に係る分散媒の異なる電気伝導率でＰＬＡＬ方法によって発生されたＡｕＮＰの粒度分布の正規化プロットを示す。

本発明の例示の実施形態に係る異なる電気伝導率の電解液においてＰＬＡＬ方法によって発生されたＡｕＮＰの粒度分布における正規化粒度ピークのプロットである。

ＰＬＡＬに対する分散媒において電気伝導率を安定化するために領域を強調する斜線部分を有する均等目盛で異なる電気伝導率に対するＡｕＰＮの粒度ピークのプロットである。

本発明に係る遠心分離による微粒子化前後に得られる粒度分布を示す。

ＰＭＮＰの粒度分布へのＰＭＮＣにおける電気伝導率の低下の影響を示す。

ＰＭＮＣは分析物を含む溶液が混合されている、ラマン分光法のための装置を概略的に示す。

分析物が混合されたＰＭＮＣのキャストフィルムが使用される、ラマン分光法のための他の装置を示す。

顕微鏡画像形成方法のための造影剤としてのＰＭＮＰの例示の用途を示す。

放射線学的画像形成方法のためのコントラスト剤（造影剤）としてのＰＭＮＰの例示の用途を示す。

以降、例示の実施形態が図面を参照して記述される。

ここで使用されるように、ナノ粒子が、例えば、全体的に幾分均一的に展開される媒体は、「分散媒」として又は単に「媒体」と呼ばれる。例えば、その媒体は、脱イオン化水及び電解液を含む。

ここで使用されるように、用語「コロイド状懸濁液」、「懸濁液」、「コロイド状溶液」及び「コロイド」は、相互交換可能に使用されることができ、ナノ粒子が分散媒中に分散されるコロイド系を示す。例えば、懸濁液は、金属ナノ粒子、脱イオン化水及び電解質を含むことができる。

ここで使用されるように、「懸濁液体」「コロイド状懸濁液体」及び「液体」は、相互交換可能に使用されて粒子を含むことができる又は粒子を含むことができない媒体を示す。これら三つの用語は、粒子が媒体中に存在するか否かを指定する必要がない場合にのみ相互交換的に使用される。

貴金属（ＰＭ）は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、及び上記に列挙された金属の少なくとも一つを含む合金を含む。貴金属ナノ粒子（ＰＭＮＰ）は、貴金属微粒子又は合体された貴金属微粒子を指し、球形ナノ粒子の直径を含む、少なくとも一次元の全体のサイズは、１ナノメートルから１０００ナノメートルの範囲内である。上記で列挙された貴金属である、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）及びオスミウム（Ｏｓ）の対応するナノ粒子は、夫々、これらの元素の原子記号を使用して、ＡｕＮＰ、ＡｇＮＰ、ＣｕＮＰ、ＰｔＮＰ、ＰｄＮＰ、ＲｈＮＰ、ＲｕＮＰ、ＩｒＮＰ及びＯｓＮＰと略記される。貴金属ナノコロイド（ＰＭＮＣ）は、ＰＭＮＰのコロイド状懸濁液を指す。それに対応して、上記に列挙された貴金属である、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）及びオスミウム（Ｏｓ）のナノコロイドは、夫々、ＡｕＮＣ、ＡｇＮＣ、ＣｕＮＣ、ＰｔＮＣ、ＰｄＮＣ、ＲｈＮＣ、ＲｕＮＣ、ＩｒＮＣ及びＯｓＮＣと略記される。

ここで、用語「レーザビーム」、「パルス化レーザビーム」は、相互交換的に使用されることができ、ターゲット材料の照射のために少なくとも一つのパルスを提供する間欠レーザ処理ビームを指すことができ、更に、（時間的）パルス幅、パルス持続時間、パルスエネルギー、ピーク電力のような時間的パラメータ、又はビームサイズ、ビームプロファイル、スポット分配、又はスポットサイズのような空間的パラメータによって特徴付けられることができる。

以下の詳細な記述は、また、一般的に従来の技術で周知である多くの頭字語を利用する。定義は、典型的には、各頭字語の最初の例を備えるが、便宜上、表１は、頭字語とそれらの夫々の定義と共に使用される略記のリストを提供している。

便宜上、表２は、本発明に含まれるＰＭ、ＰＭＮＰ及びＰＭＮＣの略記のリストを提供する。

便宜上、表３は、長さ、濃度、時間等の種々の単位を列挙する。

概略

一態様では、本発明は、ＰＭＮＰを含有するコロイド状懸濁液の発生、及びそれを発生するための方法とシステムに関する。本発明に従って、ＰＭＮＰのコロイド状懸濁液は、液体パルス化レーザアブレーション（ＰＬＡＬ）を介して発生させることができる。

ＰＭＮＰがＰＬＡＬによって発生される種々の実施形態において、発生されたＰＭＮＰが分散されるべき水又は電解液中において指定値に又は指定範囲内に電気伝導率を安定化する又は維持するステップは、特に、全イオン濃度の正確な制御が必要とされる約１０ｎｍ以上の粒度範囲のナノ粒子に対して、発生されたＰＭＮＰの平均粒度を正確に調整するために含まれる。他の態様では、微粒子化のステップは、ＰＭＮＰの粒度の分散を減少するために含まれる。これら二つのステップの組合せによって、良好に制御されたピークを有する粒度の対数正規的確率分布及び二次ピーク、ショルダ、ウイング及び他の異常が大きく排除される狭められた全体の粒度分布となる。

分散されたＰＭＮＰの水又は電解液中に外部から導入されたイオンの影響が研究された。イオン濃度は、電気伝導率の測定によって決定されることができる。異なる市販の容器中に室温で格納された脱イオン化された水における電位伝導率の時間の漸進的変化が測定され、特に、一か月を越える長い格納期間後において、格納されたＰＭＮＣに対して顕著な変動を示した。

種々の好適な実施形態では、電気伝導率の監視と制御は、ＰＭＮＰ発生時に実行されることができる。このような監視や制御は、ＰＬＡＬでは有利である。

電気伝導率の監視と制御は、ＰＭＮＰが分散されるべき媒体中において且つＰＬＡＬ装置におけるレーザ照射に先立って実行されると、ＰＬＡＬによって生成されたＰＭＮＰの品質を安定化する。

以下の記述において、ＰＬＡＬベースの方法とシステムの例が実験結果と共に開示される。ここで記述されるように、本発明の実施形態は、貴金属ナノ粒子（ＰＭＮＰ）のコロイド状懸濁液を生成するための方法及びその方法で作製されるＰＭＮＰ懸濁液に関する。開示されたＰＬＡＬ方法によるＰＭＮＣの製造は、ＰＭＮＰを発生するためにＰＬＡＬを実行する前又はその実行中に分散媒の電気伝導率を監視することを含み、且つ電気伝導率の調整がＰＭＮＰの決定されたサイズの発生を確実にするために必要な場合、分散媒の電気伝導率を調整することも含む。

図１は、ＰＬＡＬ方法によるナノ粒子の発生の従来の方法を示す流れ図である。図示のように、ステップ１１２で、ＰＭターゲット材料と懸濁液体が提供される。ステップ１１４で、ＰＭＮＰが、レーザパルスをＰＭターゲット材料に集中させることによって発生される。ステップ１１８では、粒度分布ＰＭＮＰがある期間容器に格納される。

図２Ａは、本発明の例示的実施形態に係る貴金属のバルクターゲットからＰＭＮＣを製造するためのＰＬＡＬ方法のためのレーザベースのシステムの概略図である。図示のように、ＰＬＡＬシステム２００は、レーザビーム２０２、レンズ２０４、ガイド機構２０６、ターゲット２０８、ターゲットホルダ２１０、懸濁液体２１２、容器２１４、撹拌バー２１６、発生されたＰＭＮＰ２１８、光学窓２２０、Ｏリングシール２２２、運動ステージ２２４、入口２２６、出口２２８、電気伝導率調整システム２３０、電気伝導率監視デバイス２３２、電気伝導率監視デバイス２３４、コントローラ２３６、及び容器２７０への収集及び格納に先立つ液体の領域としてコロイド状懸濁液２５０を含む。

レーザビーム２０２は、パルス化レーザ源（図示せず）によって送出されることができ、レンズ２０４によって集光され且つガイド機構２０６によって案内されてターゲット２０８に照射する。他の例示的実施形態では、レンズ２０４は、ガイド機構２０６の後に配置されてもよい。レーザビーム２０２を発生するためのパルス化レーザ源は、１００ｋＨｚ乃至５１ＭＨｚの調整可能パルス繰り返し数を有する１０４５ナノメートル（ｎｍ）で動作する市販の超高速ファイバレーザであってもよい。例えば、ＩＭＲＡ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．から入手可能なＤ−１０００ＩＭＲＡ超高速ファイバレーザは、レーザパルス源としてシステム２００において利用されることができる。Ｄ−１０００超高速ファイバレーザは、１００ｋＨｚの繰り返し数でパルス当り１０マイクロジュール（μＪ）までのパルスエネルギー及び７００フェムト秒（ｆｓ）より短いパルス幅を有するレーザパルスを生成できる。例として、レーザビーム２０２は、二次元レーザ走査システム、例えば、Ｆθレンズであってもよい焦点レンズ２０４を備えるＸ−Ｙガルバノメータスキャナ２０６でターゲットに案内されることができる。この例では、レーザ走査装置は、ポストオブジェクティブ操作システムとして構成される。他の適切な操作装置及びビーム／ターゲット位置決め機構は、走査速度、位置決め精度、及び他の変数に基づいて設計上の選択で利用されることができる。

市販の貴金属バルクターゲットとして受け取られることができるターゲット２０８は、ターゲットホルダ２１０に取り付けられることができる。ターゲット２０８は、平坦な表面を有する対象のバルク貴金属であり得る。ターゲット２０８とターゲットホルダ２１０は、数ミリメートル、好ましくは、２ｃｍ未満だけ、容器２１４中の懸濁液体２１２の表面よりも下に沈められる。撹拌バー２１６は、発生されたＰＭＮＰ２１８がレーザ照射エリアに残ることを防止するのを助ける懸濁液体２１２の流れを発生することができる。懸濁液体２１２の流れは、また、レーザ焦点量（ｌａｓｅｒ ｆｏｃａｌ ｖｏｌｕｍｅ）を冷却する。

図２Ａの例では、容器２１４は、光学窓２２０によって覆われる。Ｏリングシール２２２は、懸濁液体２１２が漏れるのを防止するために光学窓２２０と容器２１４との間に配置される。容器２１４は、容器２１４と懸濁液体２１２の指示されるような並進運動を生成する運動ステージ２２４に固定される。容器２１４は、入口２２６と出口２２８を有し、懸濁液体２１２は容器２１４を通って入口２２６から出口２２８に流れ、それによって、発生されたＰＭＮＰ２１８が運び出されて容器２１４から外へ容器２７０に収集される。種々の実施では、懸濁液体２１２の流れは、ターゲット２０８の除去された材料と光学窓２２０との間のギャップを充填するのに十分に速くされるべきであり、それによって、レーザアブレーション中に発生されたガスの泡が光学窓２２０に留まることを回避する。光学窓２２０は、典型的にはガラス窓である。

懸濁液体２１２は、水、エタノール、アセトン、又は電解質を含む他の有機液体を含むことができ、ＰＭＮＣを発生するための分散媒として働く。

電気伝導率調整システム２３０は、入口２２６近くの容器２１４の上流の位置に配置され、コントローラ２３６によって制御される。電気伝導率監視デバイス２３２は、電気伝導率調整システム２３０の前に懸濁液体２１２の上流側電気伝導率を監視するために使用される。電気伝導率監視デバイス２３４は、ＰＭＮＰ２１８を発生した後に容器２１４内の懸濁液体２１２の電気伝導率を監視するために使用される。コントローラ２３６は、電気伝導率監視デバイス２３２と２３４から夫々フィードバックデータ２３８と２４０を受け取り、電気伝導率調整システム２３０を制御し、それによって、要求された電気伝導率は、ＰＬＡＬによってＰＭＮＰ２１８を発生する丁度前に懸濁液体２１２において安定化される。フィードバックデータ２３８と２４０は、コントローラ２３６と電気伝導率調整システム２３０と共に使用されて電気伝導率を監視且つ調整してそれをＰＭＮＰの望ましい粒度に依存する望ましい範囲内に維持できる。

図３は、本発明の例示的実施形態に係る図２Ａに示されるＰＬＡＬ方法によるナノ粒子の発生から準備されたＰＭＮＣの格納までのプロセスを示す流れ図である。図示のように、プロセス３００は、ＰＭＮＣを発生するためのＰＬＡＬを含み、このＰＬＡＬは、液体中の電解質の電気伝導率を監視可能物理的パラメータとして使用して発生されたＰＭＮＰの粒度を正確に制御する。ＰＬＡＬによって発生されたＰＭＮＣは、ＰＭＮＰを発生する前又はその発生中に電解液の電気伝導率を監視し且つ調整するプロセスを含む。ＰＬＡＬは、部分的に分散媒の電気コンダクタンスに基づいてＰＭＮＰの粒度を正確に制御する方法を提供できる。当業者によって理解されているように、溶液の電気抵抗率は、電気伝導率の逆数であり、従って、他の実施形態では、電解液又は分散媒の電気抵抗がデバイス２２３及び２２４の代わりに抵抗メータを使用して監視されてＰＬＡＬによる発生された粒子サイズを制御するために望ましいパラメータ内に保たれる。本明細書及び特許請求の範囲において、電気伝導率が監視され且つ調整されるパラメータであるが、電気抵抗率は、望ましい電気伝導率値の逆数への変換の後に、電気伝導率に代えられることができる。

図示のように、ステップ３０２において、貴金属のターゲット２０８は、アブレーションターゲットのために、受け取られるか或いは提供される。一例示的実施形態では、ターゲット２０８は、容器２１４の頂部に除去可能光学窓２２０を有する容器２１４内に位置されるバルク金ターゲットを含む。ターゲット２０８は、懸濁液体２１２の表面より下、数ミリメートルから好ましくは１センチメートル未満の距離沈められる。ステップ３０２では、ＰＭＮＰが中に分散されるべき媒体のような液体２１２も提供される。懸濁液体２１２は、レーザビーム２０２の波長に対して透過性があり且つ分布されるべきナノ粒子に対する分散媒として働く任意の液体でよく、且つナノ粒子は、分散媒全体を通して略均一に分布されることができる。懸濁液体２１２は、水、メタノール、エタノール、アセトン、又は電解質を含む他の有機液体を含むことができる。一実施形態では、懸濁液体２１２は、中に溶解された電解質を有する脱イオン化又は希釈水であり、そこでは、懸濁液体２１２の電気伝導率は、発生されたＰＭＮＰ２１８に対して必要なサイズに従って、２０μＳ／ｃｍよりも小さい値、又は１μＳ／ｃｍから１０μＳ／ｃｍまでの値、又は１．５μＳ／ｃｍから８μＳ／ｃｍまでの値に調整される。このように、ＰＬＡＬは、コロイド状金懸濁液が形成されるように、懸濁液体２１２中に現場でコロイド状金粒子（ＡｕＮＣ）を発生することができる。次に、形成された金ナノ粒子（ＡｕＮＰ）は、懸濁液体２１２内に安定的に懸濁され、従って、分散剤、安定化剤、界面活性剤又は他の材料は、コロイド状金懸濁液を安定状態に維持するために必要はない。このように、生の金ナノ粒子を含む独自のコロイド状金懸濁液が発生される。ここで、懸濁液体２１２中のイオン濃度は、懸濁液体２１２における電解質の量及び電解質の希釈又は濃縮のファクタ（倍数）に従って事前に推定されることができる。

ステップ３０４では、ＰＭＮＰ２１８を発生する前又はその最中の懸濁液体２１２の電気伝導率は、電気伝導率監視デバイス２３２，２３４によって監視される。懸濁液体２１２の電気伝導率は、その電気伝導率の調整がＰＭＮＰ２１８の所定の粒度のために必要である場合、電気伝導率調整システム２３０によって調整されることができる。

上述のように、水中の全イオン濃度は、製造環境や格納のための容器材料への露出や大気への露出のような外部要因によって容易に変化する。容器との接触に続いて、水は、事前に推定されたイオン量に追加のイオンを含むことができ、それは、ＰＬＡＬを使用して高度に希釈された電解液における発生されたＰＭＮＰ２１８に対する大きな衝撃を有することができる。実際に、水や電解液が何らかの外部接触を回避することは困難である。しかしながら、高度に希釈された電解液における全イオン濃度の不確実性の問題は、高度に希釈された電解液の電気伝導率を測定することによって、好ましくは、レーザビーム２０２をターゲット２０８に照射する前に高度に希釈された電解液の電気伝導率を測定することによって、本発明の少なくとも一実施形態で解決される。電気伝導率監視デバイス２３２，２３４は、高度に希釈された電解液の電気伝導率を測定するために種々の実施形態で使用される。例えば、電気伝導率監視デバイス２３２は、高度に希釈された電解液が容器２１４に入る前に高度に希釈された電解液の電気伝導率を測定するために入口２２６に配置される。電気伝導率監視デバイス２３４は、高度に希釈された電解液の電気伝導率を測定するために、ＰＭＮＰが発生されない入口２２６に近接して容器２１４内に配置される。電気伝導率監視デバイス２３２，２３４は、市販の電気伝導率メータ、例えば、市販の水電気伝導率メータであってもよい。幾つかの実施形態では、約１μＳ／ｃｍと５μＳ／ｃｍとの間の電気伝導率における最小の検出可能変化は、市販の電気伝導率メータが電気伝導率監視デバイス２３２，２３４のために使用されることが必要である。上で論じたように、抵抗率は、電気伝導率の逆数であり、電気伝導率の１μＳ／ｃｍから５μＳ／ｃｍの範囲は、電気伝導率監視デバイス２３２，２３４のために抵抗率で１ＭΩｃｍから０．２ＭΩｃｍまでの範囲に変換される。抵抗率と電気伝導率との間の変換関係は、ＭΩｃｍにおける抵抗率＝１／（μＳ／ｃｍにおける電気伝導率）である。以降、これらの等価パラメータは、電気伝導率（μＳ／ｃｍ）に統合される。幾つかの実施形態では、電気伝導率測定に対する解は、約１μＳ／ｃｍ以上である。

実験では、水又は電解液に外部から導入されたイオンの影響は、イオン濃度が３０μＭ未満の範囲にある場合、最早無視できないことを示した。このように、発生されたＡｕＮＰの粒径は、イオン濃度が３０μＭ未満の範囲にある場合、変化する。

一般的に、電解液の電気伝導率は、固体が塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）であると仮定すると、水中の全溶解固体（ＴＤＳ）に変換される。この変換を介して、１μＳ／ｃｍの電気伝導率は、モル濃度で約１０μＭである、水のＮａＣｌ／ｋｇの約０．６ｍｇに対応する。その変換を考慮して、３０μＭのイオン濃度（その濃度未満では発生されたＡｕＮＰの粒度がそのイオン濃度に強く依存する）は、約３μＳ／ｃｍの電気伝導率に対応する。特に、１０μＭ以下のイオン濃度は、Ｃ．Ｒｅｈｂｏｃｋらによれば、約１５ｎｍより大きなＡｕＮＰを製造するために必要である。

上で計算したように、ＮａＣｌの１０μＭの導入は、約１μＳ／ｃｍの電気伝導率の増加を引き起こす。それに比例して、ＮａＣｌの１μＭの導入は、電気伝導率の０．１μＳ／ｃｍの増加を与えるに過ぎない。２５℃の極度に浄化された水の電気伝導率は、０．０５５μＳ／ｃｍ程度に低いことが理論的に予測されている。しかしながら、実際に、格納され且つ室温で大気中において平衡化された脱イオン化水の典型的な電気伝導率は、０．５μＳ／ｃｍと１．５μＳ／ｃｍとの間の範囲にあることが認識されている。その結果、例えば、高度に希釈された電解液を格納容器からアブレーション容器２１４へ単純に転送すること且つ引き続くコロイド状懸濁液の格納は、分散媒中の初期のイオンの量を変化し得る。図４は、本発明の例示的実施形態に係る四つの異なる市販の容器に室温で格納された、電解質を含む脱イオン化水中の電気伝導率の時間の漸進的変化の例である。これらの容器は、三つの異なる透明なホウケイ酸ガラス瓶Ａ、Ｂ、とＣ、及び一つの透明なポリカーボネート瓶Ｄである。脱イオン化水の初期の電気伝導率は、最初に取り出された時には、約１μＳ／ｃｍである。図４に示されるように、脱イオン化水の電気伝導率は、それが格納される時間経過で増加する。特に、ガラス瓶では、最初の１週間における電気伝導率の増加は、１．３μＳ／ｃｍ以上である。その増加のレートは、最初の一週間後に減少されるが、電気伝導率は、なお、２００日後に１３μＳ／ｃｍまで増加し続ける。そのデータは、プラスチック瓶内での格納は、時間経過にわたって電気伝導率の増加が最も遅く且つ最も小さくなることを示した。このように、好ましくは、発生されたＰＭＮＣと接触している、図２Ａに示される容器２４４の材料は、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート共重合体、又はポリスチレンのようなポリマー又はプラスチックである。そのような容器材料を使用することは、分散媒とＰＭＮＣの電気伝導率を更に安定化することになる。

電気伝導率調整ステップ３０４は、現場で又は現場外（実験施設内）で実行されることができる。電気伝導率を制御することに関して、現場外のケースでは、懸濁液体２１２の外部イオン源への更なる露出が最小化された時にナノ粒子を発生するステップに先行して、直ちにその制御を実行することが望ましい。現場でのケースでは、一例示的実施形態では、図２Ａに示されるＰＬＡＬシステム２００は、電気伝導率監視デバイス２３４を備えることができる。

電気伝導率調整に関して、現場外のケースでは、電気伝導率調整ステップ３０４は、懸濁液体２１２の外部イオン源への更なる露出が最小化された時にナノ粒子を発生する次のステップに先行して、直ちに実行されることが好ましい。懸濁液体２１２の電気伝導率を増加するためには、ＫＣｌ及びＮａＯＨのような上記に列挙された電解質の溶液が、懸濁液体２１２に追加されることができる。懸濁液体２１２の電気伝導率を減少するためには、電気伝導率が２乃至３μＳ／ｃｍ以下である微量の電解質を含み得る脱イオン化又は希釈水が、懸濁液体２１２に追加されることができる。現場でのケースでは、一例示的実施形態では、図２Ａに示されるレーザベースのシステム２００は、上流の位置に、コントローラ２３６によって制御される電気伝導率調整システム２３０を有することができる。他の電気伝導率監視デバイス２３２は、電気伝導率調整システム２３０の前に、懸濁液体２１２の上流側電気伝導率を監視するために使用されることができる。電気伝導率監視デバイス２３２と２３４からのフィードバックデータ２３８と２４０を受け取ると、コントローラ２３６は、電気伝導率調整システム２３０を制御して、必要な電気伝導率がＰＬＡＬによるＰＭＮＰの発生が起こる前に、懸濁液体２１２中において安定化される。

少なくとも一つの実施では、システムは、電気伝導率調整の自動制御のために構成されることができる。第１の液体からの流れ制御は、電気伝導率を増加するように制御されることができ、第２の液体からは、電気伝導率を減少するように制御されることができる。コントローラ２３６は、電気伝導率を監視し較正情報に基づいて、電気伝導率を調整するためのプログラムを含むコンピュータ（図示せず）に動作上接続されることができる。幾つかの実施では、半自動又はコンピュータ支援制御が実施されることができる。

ステップ３０６では、金ナノ粒子（ＡｕＮＰ）は、レーザビーム２０２をターゲット２０８に照射することによって発生される。図２Ａに示されるように且つ上で論じられたように、レーザビーム２０２は、パルス化レーザ源（図示せず）によって送出され、レンズ２０４によって集光され且つガイド機構２０６によってターゲット２０８に案内される。ターゲットホルダ２１０に取り付けられたターゲット２０８は、平坦な表面を有する金のような貴金属のバルク材である。ターゲット２０８とターゲットホルダ２１０は、容器２１４中の懸濁液体２１２の表面より下、数ミリメートル、好ましくは２ｃｍ未満だけ沈めされる。撹拌バー２１６の移動によって発生された懸濁液体２１２の流れは、発生されたＰＭＮＰ２１８がレーザ照射エリアに留まることを防止するのを助ける。懸濁液体２１２の流れは、レーザ焦点容積を冷却もする。液体層の厚みは、レーザビーム２０２の無視できる線形並びに非線形吸収によって決定される。このように、パルス化レーザ源の波長は、中赤外光から近赤外光範囲（例えば、約２０００ｎｍから７８０ｎｍまで）、可視光範囲（例えば、７００ｎｍから４００ｎｍまで）、又は紫外光範囲（例えば、３９５ｎｍから２６６ｎｍまで）までであり得る。レーザビーム２０２は、１０ナノジュール（ｎＪ）から２ミリジュール（ｍＪ）まで、又は５０ｎＪから３００ミクロンジュール（μＪ）まで、又は０．１から１００μＪまでのパルスエネルギーを提供できる。レーザビーム２０２は、１０フェムト秒（ｆｓ）から１００ナノ秒（ｎｓ）までの、又は１００ｆｓから１０ｎｓまでの、又は１００ｆｓから１０ピコ秒（ｐｓ）までの持続時間を有するパルスを提供できる。

極端に短いパルス持続時間、例えば、１００ｆｓよりも短い持続時間は、望ましくない熱の影響を減少するが、パルス持続時間がｆｓの数十分の一に近づく場合、又は液体層が無視できない厚みを有する場合、液体（例えば、懸濁液体２１２）中の屈折率の波長分散に起因するパルスの時間的広がりが顕著になる。このような分散は、一つの技術又は複数の技術の組合せを使用して、補償されることができる。分散補償のための追加の光学的コンポーネントは、パルスの分散を補償するために光路中に挿入されることができる。分散補償のための光学的コンポーネントは、本発明を制限するわけではないが、一対の光学回折格子及び一対の容量ブラッグ格子を含む。反対の符号の分散を有する材料の挿入は、パルスの分散を補償することができる。光学導波路は、発明を制限するわけではないが、光ファイバ、フォトニック結晶ファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ、非線形光ファイバを含み、ファイバブラッグ格子は、パルス持続時間の影響を補償できる。

種々の例示的実施形態では、レーザビーム２０２は、１ｋＨｚから１００ＭＨｚまでの、又は１０ｋＨｚから１ＭＨｚまでの、又は１００ｋＨｚから１ＭＨｚまでの、又は１００ｋＨｚから１０ＭＨｚまでのパルス繰り返し数を提供できる。ガイド機構２０６は、ターゲット２０８の表面へのレーザビーム２０２の高速走査又は他の移動のために構成された振動ミラーであり得る。振動ミラーの振動周波数は、１ｍｒａｄ以上の角度振幅を有する１０Ｈｚ以上であることが好ましく、その表面への走査速度は、０．０１ｍ／ｓ以上である。振動ミラーは、圧電駆動ミラー、ガルバノメータミラー、又はビーム移動のための他の適切な装置であり得る。二つ以上のミラーは、上で論じられたように、対物レンズの画像面での二次元移動を達成するために使用されることができる。好ましくは、画像面とターゲット２０８のターゲット表面は、全体的に平行であり、より好ましくは、レーザビーム２０２のターゲット２０８への入射角は、画像平面におけるスポットの位置から独立した一定角度である。他のレンズや他の複数のレンズは、光路に沿ってレーザビーム２０２の焦点の位置を調整するために実施されることもできる。

幾つかの実施では、切断、プレス、機械加工及び形成後処理のようなモールディングステップ又は成形ステップは、ターゲット２０８の表面を平坦にするためにターゲット２０８のバルク貴金属に対して適用されることができる。平坦な表面は、研磨されることができる。

ターゲットホルダ２１０は、ガラスのような光学的に耐久性があり化学的に不活性な材料で作られることができるが、それは、ターゲット２０８が所定位置に安定して保持される限り必要ない。

懸濁液体２１２は、中に溶解された電解質を有する脱イオン化又は希釈された水であってよく、懸濁液体２１２の電気伝導率は、発生されたＰＭＮＰ２１８に必要なサイズに従って、ある特定の値、例えば、２５μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、１μＳ／ｃｍから１０μＳ／ｃｍまで、より好ましくは、１．５μＳ／ｃｍから８μＳ／ｃｍまでに調整されることができる。

溶解された電解質は、以下の群から少なくとも一つの元素で形成された陰イオン及び陽イオンを含む無機又は有機塩であることができる。
Ｎａ及びＫのようなアルカリ金属（例えば、周期表の第１族の元素）；
Ｍｇ及びＣａのようなアルカリ土類金属（例えば、周期表の第２族の元素）；
Ｎ及びＰのようなプニクトゲン（例えば、周期表の第１５族の元素）；
Ｏ及びＳのようなカルコゲン（例えば、周期表の第１６族の元素）；
Ｃｌ、Ｂｒ及びＩのようなハロゲン（例えば、周期表の第１７族の元素）；及び
カルボン酸（ＣＯＯ−）のような有機酸基。

レーザアブレーションシステム２００は、液体循環システム（図示せず）を含む。懸濁液体２１２の流れは、入口２２６と出口２２８を介して液体循環システムによって容器２１４に導入される。懸濁液体２１２は、好ましくは、１ｍｌ／ｓ以上の速度で、より好ましくは、１０ｍｌ／ｓ以上の速度で流れる。ここで、懸濁液体２１２の流れ、レーザビーム２０２のターゲット２０８への移動、又はそれらの両方は、レーザ照射のエリアでの熱の蓄積を制御するために使用されることができる。

光学窓２２０は、ターゲット２０８とガラスウインドウ２２０との間のギャップが流れる懸濁液体２１２で充填されるように、小さな粒子発生のために容器２１４の頂部に配置される。液体の流れは、発生されたＰＭＮＰ２１８を懸濁液体２１２内に均一に分配することができる。容器２１４の頂部に光学窓２２０が無い場合、流れる懸濁液体２１２の上表面は、流れる間中変動する可能性があり、アブレーションターゲット２０８の上方で懸濁液体２１２の厚みに変動が引き起こされる可能性がある。これは、レーザビーム２０２の光路を変化する可能性があり、発生されたＰＭＮＰ２１８のより広い粒度分布を引き起こす可能性がある。従って、本発明の望ましい実施形態では、流れる懸濁液体２１２の上方の光学窓２２０は、アブレーションターゲット２０８の上方に懸濁液体２１２の一定深さを保つために導入される。更に、循環システム無しでは、例えば、図２Ａに示されるようにレーザビーム２０２に対して垂直な、運動ステージ２２４に対する横方向振動移動ＡＡ−ＢＢは、懸濁液体２１２をターゲット２０８のアブレーションスポットを横切るように局所的に流させることもある。

運動ステージ２２４は、好ましくは、数Ｈｚの振動周波数、例えば、約０．００１から１００Ｈｚの範囲内の振動周波数と、数ミリメートルの振幅を有する。シェイカー（図示せず）は、液体循環を発生するために使用されてもよく、シェーカーの円運動は、懸濁液体２１２の円運動も引き起こす。光学窓２２０は、運動ステージ２２４又はシェーカーを使用するために必要ないかもしれない。しかしながら、運動ステージ２２４又はシェーカーの使用は、ターゲット２０８の上方の液層の厚みに不均一を導入する可能性があり、発生されたＰＭＮＰ２１８のより広い粒度分布を引き起こす可能性がある。

代替の実施形態では、ターゲット２０８は、懸濁液体２１２中に完全に沈められなくてもよい。ターゲット２０８の一部が懸濁液体２１２と接触状態にある限り、ＰＬＡＬによるレーザアブレーションは、ターゲット２０８と懸濁液体２１２との界面で発生し得る。

発生されたＰＭＮＰ２１８が存在する懸濁液体２１２の一部は、液体２１２の領域２５０として示される、コロイド状懸濁液の形態で収集され、ステップ３０６の結果として容器２７０に収集され格納される。コロイド状懸濁液２５０の収集は、ステップ３０６の後又はそのステップ中に行われる。循環システムのために、コロイド状懸濁液２５０は、懸濁液体２１２が出口２２８から入口２２６に移動する間の任意の適切な位置で取り出されることができる。

ＰＬＡＬの他の実施形態では、ターゲット材料は、図２Ｂにおいて概略的に示されるように外部から液体中に送られるワイヤ形状の貴金属であってもよい。レーザベースのシステム２０１は、レーザビーム２０２Ｂ、レンズ２０４Ｂ、ガイド機構２０６Ｂ、アブレーションのためのワイヤ形状ターゲット２０８Ｂ、懸濁液体２１２Ｂ、容器２１４Ｂ、撹拌バー２１６Ｂ、発生されたＰＭＮＰ２１８Ｂ、光学窓２２０Ｂ、Оリングシール２２２Ｂ、入口２２６Ｂ、出口２２８Ｂ、電気伝導率調整システム２３０Ｂ、電気伝導率監視デバイス２３２Ｂ，２３４Ｂ、及びコントローラ２３６Ｂを含む。図２Ａの実施の形態と図２Ｂの実施の形態との違いは、図２Ａにおいて、ターゲット２０８が、ワイヤ形状ターゲット２０８Ｂによって置き換えられていることである。ワイヤ形状ターゲット２０８Ｂは、ワイヤ形状ターゲット２０８Ｂの先頭がレーザビーム２０２Ｂの焦点量内に維持されるように容器２１４Ｂに流れ込むことができる。このように、レーザベースのシステム２０１は、運動ステージを含まない。一例示的実施形態では、ワイヤ形状ターゲット２０８Ｂは、一片の金ワイヤである。

図５Ａは、本発明の例示的実施形態に係るＰＬＡＬ方法によって発生されたＡｕＮＰの粒度分布の漸進的変化である。電気伝導率のレベルは、１．０μＳ／ｃｍから７５μＳ／ｃｍの範囲であり、電気伝導率が粒度分布に劇的に影響を及ぼすことが理解される。例えば、ペンシルベニア州のＣＰＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｉｎｃ．から入手されるＣＰＳ Ｄｉｓｋ Ｃｅｎｔｒｉｇｕｇｅ ＤＣ２４０００ＵＨＲを使用する解析超遠心分離の方法がＡｕＮＰのサイズ分布を測定するために適用される。粒度分布は、ＡｕＮＰの重み分布に基づいて得られた。重み分布は、粒子の数とその粒度での一つの粒子の質量の積の分布である。図５Ａに示される正規化分布は、異なる電気伝導率の電解質懸濁液媒体で作られたＡｎＮＰの相対的個体群密度を示す。

図５Ｂは、異なる電気伝導率電解質懸濁液媒体においてＰＬＡＬ方法によって発生されたＡｕＮＰの粒度分布における粒度ピークのプロットである。電解質懸濁媒体の電気伝導率が示されるように適切に安定化されると、３５ｎｍ以上の粒度、好適には、ＡｕＮＰの約１０ｎｍから約６０ｎｍまでの範囲の粒度を製造できる。Ｃ．Ｒｅｈｏｃｋらは、約３２ｎｍの最も大きな粒度は、電気伝導率が、恐らく少なくとも０．５μＳ／ｃｍよりも低い時に１μＭ ＮａＣｌ溶液で作られることを報告している。しかしながら、本発明は、３５ｎｍＡｕＮＰが、図５Ｂに示されるように、１．６μＳ／ｃｍの電気伝導率を有する電解質溶液で作られることができることを示している。その結果として、電解質溶液中のイオンの過剰量の存在は、提案されており、それは、ＮａＣｌの既知の量から推定される物よりも電解質溶液のかなりより高い電気伝導率を引き起こしている。これは、本発明で開示されるように、全イオン濃度が電気伝導率を介して適切に推定される場合に、イオン濃度と粒度に関して、Ｒｅｈｂｏｃｋらの教示と正反対である。

図５Ｃにおいて、粒度ピークは、均等目盛で懸濁液媒体の電気伝導率に対してプロットされている。図５Ｃは、望ましい粒度を生成するためにＰＬＡＬに対する分散媒において電気伝導率を安定化することが如何に決定的に重要であるかを強調している。図５Ｃの斜線エリア５５０は、１０ｎｍ以上のピーク粒度を有するＡｕＮＰを作製するために必要な領域である。電気伝導率依存性の勾配は、ＡｕＮＰのターゲット粒度がより大きくなるに従って、増々急勾配になる。勾配の絶対値は、斜線エリア５５０において約０．８３（ｎｍ）／（μＳ／ｃｍ）から約３３（ｎｍ）／（μＳ／ｃｍ）に変化する。

その結果は、電気伝導率を介する電解質溶液における全イオン濃度を測定し且つ維持することがＰＬＡＬによって生成されるＰＭＮＰの粒度を確実にするために非常に重要なステップであることを確認する。

ステップ３０８で、発生されたＰＭＮＰ又はＰＭＮＣの粒度分布は精製される。電気伝導率安定化電解液におけるＰＬＡＬは正確に制御された粒度ピークを有する粒度分布を生成するが、粒度分布は、なお、副ピーク又はショルダ構造を含みうる。望ましくない粒度を有するこれらの粒子を除去するために、例えば、遠心力場が適用される。より大きなサイズの粒子の除去のためには、例えば、上澄み部分が遠心力を受けたＰＭＮＣから取り出されることができる。より小さなサイズの粒子の除去のために、ペレット部分が遠心力を受けたＰＭＮＣから取り出されることができ、次に、そのペレット部分は、電解質溶液又は脱イオン化水を添加することによって、再分散されることができる。図５Ｄは、遠心分離方法によって精製された粒度分布に対するデータを示す。ＡｕＮＰの元の分布は、短い点線でプロットされている。粒度の少なくとも二つの個体群があることが明瞭に認められる。約１０ｎｍの第１の鋭いピークがあり、約１５ｎｍから約７５ｎｍの範囲に広いショルダがある。実線は、６０分にわたる５００Ｇでの遠心分離の後に除去された上澄み液中の粒度分布を示す。このデータは、１５ｎｍから３０ｎｍの粒度の粒子の小さな尾部を有する５乃至１５ｎｍのより小さな粒度の粒子は上澄み液中に留まることを明確に示している。破線は、分散媒中への再懸濁後のペレット中の粒度分布を示している。粒子の大部分を有する７から１２ｎｍの範囲にある少数の粒子は、１５から７５ｎｍの範囲内にあることを知ることができる。この例示の方法では、粒度分布は、遠心力を使用して、その分布を少なくとも二つの粒度分布の個体群に分離することによって精製されることができる。

ステップ３１０では、発生されたＰＭＮＣは、ＳＥＲＳのような用途で使用される前に適切な格納状態下で容器に格納される。本発明に係るＰＬＡＬによって発生されたＰＭＮＣは、２０μＳ／ｃｍ未満の、大部分は、１μＳ／ｃｍから１０μＳ／ｃｍの範囲内の電気伝導率を有する。しかしながら、図４に示されるように、この電気伝導率は、ＰＭＮＣが容器に格納される時に時間経過と共に増加を続ける。増加のレートは、容器の化学的性質によって部分的に決定される。

発生されたＰＭＮＣと接触している容器の材料は、好ましくは、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート共重合体、又はポリスチレンのようなポリマー又はプラスチックである。図４からの結果は、ホウケイ酸系ガラス、及び多分全てのガラス容器が格納容器のためには回避されるべきであることを提案している。電気伝導率が種々のガラス容器に対するプラスチック容器における少なくとも時間経過に従って変化した。

溶解ガスは、コロイド状溶液の結果としての電気伝導率に影響を及ぼす可能性があり、従って、容器は、窒素ガス又はヘリウム、ネオン、アルゴン及びクリプトン雰囲気を含む希ガスのような不活性ガス化でパージされ且つシールされる。

格納温度に関して、ＰＭＮＣは、冷蔵庫におけるように、４０℃未満、好ましくは，２５℃未満に維持されることができる。

格納環境に関して、太陽光への露出は、回避されなければならない。好ましくは、ＰＭＮＣを有する容器は、暗い場所に維持されるか又は琥珀色の容器が使用されなければならない。

発生後約４か月の間２５μＳ／ｃｍよりも低い電気伝導率を保つために、電気伝導率の増加のレートは、一週間当たり１．５μＳ／ｃｍ以下、好ましくは、一週間当り１μＳ／ｃｍ以下、最も好ましくは、一週間当たり０．５μＳ／ｃｍ以下であることが必要である。このように、コロイド状懸濁液の電気伝導率は、好ましくは、２５μＳ／ｃｍ未満であり、約１μＳ／ｃｍから２２μＳ／ｃｍ、又は約１．５μＳ／ｃｍから１５μＳ／ｃｍの範囲内にあり得る。電気伝導率の変化に関して、容器に格納されたコロイド状懸濁液の電気伝導率の増加は、好ましくは、一週間当たり１．５μＳ／ｃｍ未満、一週間当たり１μＳ／ｃｍ未満、或いは一週間当たり０．５μＳ／ｃｍ未満である。

本発明の驚くべき有利な効果は、種々の実施形態で製造されたＰＭＮＰは、平均粒度を更に増加するために利用されることができ、それは、ＰＭＮＣの電気伝導率が減少すると生じることである。粒度増加を制御する能力は、本発明を介して準備されたＰＭＮＣが認識されることができる性質のみならず、例えば、約１５ｎｍ以上の大きさのＰＭＮＰの収率を増加するために利用されることができる有用な機能である。所与の幅の広い粒度分布から指定の粒度範囲を得るために、図５Ｄに示される遠心分離による粒度分布精製が適用されることができる。しかしながら、遠心分離方法は、原則として、通常ＰＭＮＰの大きな損失を引き起こし且つ低収率となる、粒度フィルタ処理プロセスである。対照的に、脱イオン水又は高希釈電解質溶液での希釈による、又は幾つかの実施形態では、透析によるようなＰＭＮＣ中における電気伝導率の減少は、粒度ピークをより大きなサイズの粒子にシフトし、それによって、１００％の収率を達成できる。粒度増加が生じる電気伝導率の最小閾値は、２０μＳ／ｃｍ以下、１０μＳ／ｃｍ以下、又は５μＳ／ｃｍ以下であり得る。

図６は、ＰＭＮＰの粒度分布に対するＰＭＮＣ中の電気伝導率を低下する効果を示す。６．６μＳ／ｃｍの初期の電気伝導率を有するＡｕＮＣは、ＰＬＡＬ方法で準備された。これらのＡｕＮＣは、約１０ｎｍのピーク粒度を有していた。粒子は、脱イオン化水で希釈されて電気伝導率を３．４μＳ／ｃｍまで減少し、且つ粒度ピークが約１１ｎｍまでシフトアップされた。粒子は、更に２．４μＳ／ｃｍの電気伝導率に希釈され、且つピークが１２．５ｎｍ超えるまで上昇された。電気伝導率が減少すると、粒度のピークがより大きな平均粒度へシフトし、それは、特に、ＳＥＲＳのような以下で記述される種々の用途に対して有利である。電気伝導率に対する閾値の理想は、電気伝導率がこの閾値未満の時に、ナノ粒子の流動がより低い電気伝導率によって劇的に増加されることができることが、図５Ｃに示されるこのデータから知られることができる。正確なメカニズムを理解することは、個体群のサイズの変更を実行するために必要ではないが、本願の発明者等は、電気伝導率減少によって起動される粒度の増加が、遷移凝集状態を介する粒子の合体に起因することを仮定する。このことは、電気伝導率の増加直後に、集合が初期に起こるが、次にその集合が、安定し且つ単一の粒子のように挙動する粒子の合体になることを意味する。

本願の発明者等の実験から決定された本発明の他の有利な効果は、電気伝導率の良好に制御され且つ抑制された増加のおかげでコロイドの長期間の安定性が増加することである。準備された時の初期の電解質濃度が非常に小さい場合でも、コロイド系は、関連するイオンが容器の表面からコロイド状溶液に出続けるので、格納中時間経過と共に、不安定になる。図４で論証されているように、外部から導入された電解質の量の時間の漸進的変化は、電気伝導率を監視することによって推定されることができ、且つ事前に決定されることができる。

本発明に従って準備されたＰＭＮＣの分光用途は、本発明を制限するわけではないが、表面増強共振ラマン分光法（ＳＥＲＲＳ）、表面増強ハイパーラマン分光法（ＳＥＨＲＳ）又は表面増強コヒーレントアンチストークラマン分光法（ＳＥＣＡＲＳ）を含む。これらの分光用途に対して、ＰＭＮＣの物理形態は、図７Ａに示されるようにコロイド状懸濁液であってもよいし、又は図７Ｂに示されるように、懸濁液体の蒸発によってＰＭＮＣ溶液から作られたＰＭＮＰのキャストフィルムであってもよい。

図７Ａにおいて、ＰＭＮＣ７１１は、対象の分析物７１２を含む溶液と混合される。混合された溶液は、少なくとも一波長を有する励起光７１３がラマン散乱を発生するために照射される石英キュベットのような光学的に透明な容器７１５内に配置される。散乱光７１４は、レンズ７１９によって集められ、対象のラマン信号７５０が存在する散乱光におけるスペクトルの一部又は全てを測定する分光計７２０に適切な案内光学系を介して送達される。ＰＭＮＣへの分析物結合は、信号の強調を引き起こす。案内光学系は、励起光からの信号を減少するために一つ以上の光学フィルタを有する。励起光７１３の光源は、連続波又はパルス化レーザ、又はハロゲンランプのようなランプであり得る。

図７Ｂは、分析物が混合されたＰＭＮＣのキャストフィルムが使用されるラマン分光器のための他の装置を示す。二つの溶液が図７Ａに示されるのと同じ方法で混合され、その混合液がスライドガラスのような基板７１６上に滴下されて分析物を有するＰＭＮＰを含有するキャストフィルム７１８を形成する。基板の材料は、基板からのラマン信号が分析物に対する測定において干渉しないように選択されることができる。キャストフィルムの基板に対する分光法を実行するために、例えば、対物レンズ７１８を有する顕微鏡ラマンシステムが利用されることができる。

他の有益な用途は、表面増強ラマン方法の上記ファミリを含む光学顕微鏡画像形成及び顕微鏡ラマン画像形成のための物のような造影剤としてＰＭＮＰを使用することである。

図８は、顕微鏡画像形成のために造影剤としてのＰＭＮＰの例示の用途を示す。例えば、ＰＭＮＣ８０３中のＰＭＮＰ８０５は、細胞８１５が成長される細胞培養環境に追加される。細胞８１５は、２時間から２乃至３日の間ＰＭＮＰ８０５で培養され、次に、恐らく、光学顕微鏡下で見られる、細胞培養環境として使用される容器又は皿で培養される。ＰＭＮＰ８０５は、細胞の内側又はその周りに局所化されることができるか、又は細胞核１７のような細胞の指定の部分に局所化されることができ、細胞の形状が可視化される。ＰＭＮＰ８０５の表面は、ＰＭＮＰ８０５が対象の細胞の一部分又は部分に具体的に結合するように、ターゲットとされたリガンドのような分子で機能化されることができる。

上記のＰＭＮＰの用途として、ＰＭＮＰの局所化された表面プラズモンリソースから生じる光学特性が利用されることができる。

ＰＭＮＣは、ｘ線を介する放射線医学画像形成のような画像形成用途にも使用されることができ、大きな横断面を有するＰＭＮＰの利点が利用される。ＰＭＮＰが大きければ大きい程、それらの横断面が大きく、それは、放射線透過写真におけるコントラストも向上する。

図９は、放射線医学画像形成のための造影剤（コントラスト剤）としてのＰＭＮＰの例示の用途を示す。ＰＭＮＰ９０１は、体内に腫瘍９５０を有する被験者９２０に注入される。ＰＭＮＰ９０１の表面は、一つ以上のリガンドで機能化されてＰＭＮＰ９０１が送達されるように設計される腫瘍を標的とする。ＰＭＮＰ９０１が腫瘍９５０の周りに局所化されるのに十分に長い培養時間の後に、被験者９２０の放射線透過写真が腫瘍９５０の位置を可視化するためにＸ線９１０を使用して取られる。ＰＭＮＰは、Ｘ線画像におけるコントラストを強調する。

市販の簡易妊娠テストキットにおいて使用されているように側方流動免疫クロマトグラフィー分析法のような免疫クロマトグラフィー方法は、「Ａ ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ−ｂａｓｅｄ ｉｍｍｕｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ａｓｓａｙ：Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｓｉｚｅ」Ａｎａｌｙｓｔ，２０１２，１３７，１１７４−１１８１においてＳ．ＬｏｕらによるＡｕＮＰで報告されているように大きな粒度は感度を向上するために、ＰＭＮＰに対する他の一つの将来有望な用途である。ここで記述されるようにコロイド状懸濁液から得られる貴金属ナノ粒子は、化学的に作られた貴金属ナノ粒子に対する代替として免疫クロマトグラフィーのためのシステムの少なくとも一つの実施形態において利用されることができる。

ＰＭＮＰの光学的性質を利用するために、ＰＭＮＰの正確なサイズ制御は、光学特性がＰＭＮＰの粒度で敏感に変化するので、種々の好適な実施形態において実施される。ラマン分光計では、テスト中の材料との放射線相互作用のために大きな横断面を提供することが望ましい。このように、より大きなナノ粒子、例えば、約１５から７５ｎｍの最大直径を有するナノ粒子の相対的個体群密度（粒子／容積）を増加することは有利である。しかしながら、図５Ｃに斜線エリア５５０で示されるように、要求された粒度が、極端に急峻な勾配のために、より大きくなると、ＰＬＡＬが粒度を制御することが増々困難になる。

ＰＭＮＰの粒度は、ＰＬＡＬを実行することに先立って、液体に導入された既知の量の電解質によって調整されることができる。しかしながら、高希釈電解質溶液が１０ｎｍ以上、特に２０ｎｍ以上の大きさのＰＭＮＰを製造することが必要な場合、汚染物のような予期せずに導入された微量の電解質は、粒度へのその影響に関して最早無視できない。本発明の実施形態は、予期せずに導入された電解質の量の不確実さに起因する結果としての粒度の不確実さを減少すると共に、ラマン用途での収率も増加する。換言すれば、本発明に係る電気伝導度によって表される、分散媒中の全イオン濃度を測定する方法を知ることなく、全イオン濃度への粒度の徹底的な依存性は、予測されなかった。

少なくとも一つの実施形態において、本発明は、貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を作製する方法であって、その方法は、ａ）所定の電気伝導率範囲内にある電気伝導率を有する液体の分散媒と接触状態にある貴金属を備えるターゲット材料を提供するステップを備え、前記ターゲット材料と前記分散媒がアブレーション容器と接触状態にあり、ｂ）レーザパルスを前記アブレーション容器内の前記ターゲット材料に送出することによって複数の貴金属ナノ粒子を発生するステップと、ｃ）前記複数の貴金属ナノ粒子を発生する前又は発生中に、前記分散媒の前記電気伝導率を、所定の粒度範囲を有する前記貴金属ナノ粒子を生じさせる前記所定の電気伝導率範囲に維持するために前記分散媒の前記電気伝導率を監視しつつ選択的に調整するステップと、ｄ）前記貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を形成するステップとを備える。

少なくとも一つの実施形態では、本方法は、貴金属のナノ粒子における、夫々が異なる維持された電気伝導率を有する分散媒の中に発生される複数の個体群を発生するステップと、各個体群を収集し、各電気伝導率で正規化されたピークのナノ粒子の粒度よりなる一連のデータポイントを決定するために各個体群における前記ナノ粒子の粒度と個体群密度分布とを測定するステップと、前記電気伝導率に対する前記ピークのナノ粒子の粒度をグラフ化して、前記データポイントを結合するラインをプロットするステップとを更に備え、前記ラインは、前記所定の粒度範囲を得る前記所定の電気伝導率範囲を選択可能な（ｎｍでの粒度）／（μＳ／ｃｍ）の勾配を有している。

少なくとも一つの実施形態では、本方法は、約０．８３（ｎｍ）／（μＳ／ｃｍ）以上の大きさの前記勾配の絶対値を有する前記ラインの一部から前記所定の電気伝導率範囲を選択する更なるステップを備える。

少なくとも一つの実施形態では、本方法は、約３３（ｎｍ）／（μＳ／ｃｍ）以上の大きさの前記勾配の絶対値を有する前記ラインの一部から前記所定の電気伝導率範囲を選択する更なるステップを備える。

少なくとも一つの実施形態では、本方法は、遠心力を前記コロイド状懸濁液に付与して前記ナノ粒子を上澄み部分とペレット部分とに分離して、前記所定の粒度範囲を狭めることを許容する更なるステップを備える。

少なくとも一つの実施形態では、前記電気伝導率を監視する前記ステップは、一つ以上の電気伝導率監視デバイスによって実行される。

少なくとも一つの実施形態では、前記分散媒の前記電気伝導率を監視しつつ選択的に調整する前記ステップは、前記アブレーション容器の入口近くの前記アブレーション容器の上流位置に配置された電気伝導率調整システムによって実行される。

少なくとも一つの実施形態では、前記電気伝導率調整システムは、前記分散媒中に配置された一つ以上の電気伝導率監視デバイスを備え、前記一つ以上の電気伝導率監視デバイスの内の第１の電気伝導率監視デバイスは、前記アブレーション容器の前記入口に配置され、前記一つ以上の電気伝導率監視デバイスの内の第２の電気伝導率監視デバイスは、貴金属ナノ粒子が発生されない前記入口近くの前記アブレーション容器に配置される。

少なくとも一つの実施形態では、前記電気伝導率調整システムは、前記所定の電気伝導率が前記貴金属ナノ粒子の発生前又は発生中に安定化されるように、前記第１と前記第２の電気伝導率監視デバイスからのフィードバックデータを受け取るコントローラによって制御される。

少なくとも一つの実施形態では、貴金属ナノ粒子を発生する前記ステップは、パルス化レーザアブレーションビームで前記ターゲット材料を照射すること及び前記貴金属の複数のナノ粒子を形成することを含み、前記ナノ粒子は、約１ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲内の所定の粒度範囲を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記ナノ粒子は、約５から１５０ｎｍまでの範囲内の所定の粒度範囲を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記ナノ粒子は、約１０から１００ｎｍまでの範囲内の所定の粒度範囲を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記分散媒の前記電気伝導率は、２５μＳ／ｃｍ以下の範囲内の所定の電気伝導率範囲に調整される。

少なくとも一つの実施形態では、前記分散媒の前記電気伝導率は、１μＳ／ｃｍから１０μＳ／ｃｍまでの範囲内の所定の電気伝導率範囲に調整される。

少なくとも一つの実施形態では、前記分散媒の前記電気伝導率は、１．５μＳ／ｃｍから８μＳ／ｃｍまでの範囲内の所定の電気伝導率範囲に調整される。

少なくとも一つの実施形態では、前記レーザパルスは、１ｋＨｚから１００ＭＫｚまでの範囲内の繰り返し数を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記レーザパルスは、１０ｎＪから２ｍＪまでの範囲内のパルスエネルギーを有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記レーザパルスは、紫外線光、可視光、又は近赤外光波長に波長の中心を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記レーザパルスは、１００ｆｓから１０ｎｓまでの範囲内のパルス持続時間を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記レーザパルスは、１００ｆｓから１０ｐｓまでの範囲内のパルス持続時間を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記分散媒は、前記アブレーション容器の入口から出口まで流れる。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、１μＳ／ｃｍより大きく且つ２２μＳ／ｃｍよりも小さい電気伝導率を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、１．５μＳ／ｃｍより大きく且つ１５μＳ／ｃｍよりも小さい電気伝導率を有する。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、格納容器に配置され、前記容器内の前記コロイド状懸濁液の電気伝導率の増加は、一週間当り１．５μＳ／ｃｍ未満である。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、格納容器に配置され、前記容器内の前記コロイド状懸濁液の電気伝導率の増加は、一週間当り１μＳ／ｃｍ未満である。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、格納容器に配置され、前記容器内の前記コロイド状懸濁液の電気伝導率の増加は、一週間当り０．５μＳ／ｃｍ未満である。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、又は前記貴金属の内の少なくとも一つを含む合金から成る群から選択される。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属は、第１１族元素である。

少なくとも一つの実施形態では、前記分散媒は、少なくとも一つの陰イオン又は陽イオンを含む有機塩又は無機塩である電解質を備える。

少なくとも一つの実施形態では、前記少なくとも一つの陰イオン又は陽イオンは、周期表における第１族元素、周期表における第２族元素、周期表における第１５族元素、周期表における第１６族元素、周期表のおける第１７族元素、及び有機酸基からなる群から選択された少なくとも一つの元素を含む。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の濃度は、０．０１ｎＭよりも高い。

少なくとも一つの実施形態では、本発明は、電解質を含む液体中に０．０１ｎＭを越える濃度を有する複数の貴金属ナノ粒子を備えるコロイド状懸濁液であって、前記コロイド状懸濁液は、閾値未満に前記コロイド状懸濁液の電気伝導率が減少すると、前記貴金属ナノ粒子の前記平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が増加するために必要な前記電気伝導率の前記閾値は、２０μＳ／ｃｍ以下である。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が増加するために必要な前記電気伝導率の前記閾値は、１０μＳ／ｃｍ以下である。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が増加するために必要な前記電気伝導率の前記閾値は、５μＳ／ｃｍ以下である。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度は、約１０ｎｍ以上である。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度は、約１５ｎｍ以上である。

少なくとも一つの実施形態では、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度は、約２０ｎｍ以上である。

少なくとも一つの実施形態では、分光法システムは、電解質を含む液体中に０．０１ｎＭを越える濃度を有する貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を備え、前記コロイド状懸濁液は、閾値未満に前記コロイド状懸濁液の電気伝導率が減少すると、前記貴金属ナノ粒子の前記平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、前記分光法システムは、ラマン分光法のために構成される。

少なくとも一つの実施形態では、前記ラマン分光法は、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、表面増強共振ラマン分光法（ＳＥＲＲＳ）、表面増強ハイパーラマン分光法（ＳＥＨＲＳ）又は表面増強コヒーレントアンチストークラマン分光法（ＳＥＣＡＲＳ）を備える。

少なくとも一つの実施形態では、本発明は、基板上に配置されたキャストフィルムを備える分光法システムであって、前記キャストフィルムは、電解質を含む液体中に０．０１ｎＭより超える濃度を有する複数の貴金属ナノ粒子を備えるコロイド状懸濁液と電解質との混合物から得られる貴金属の粒子を備え、前記コロイド状懸濁液は、閾値未満に前記コロイド状懸濁液の電気伝導率が減少すると、前記貴金属ナノ粒子の前記平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、前記分光法システムは、ラマン分光法のために構成される。

少なくとも一つの実施形態では、前記ラマン分光法は、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、表面増強共振ラマン分光法（ＳＥＲＲＳ）、表面増強ハイパーラマン分光法（ＳＥＨＲＳ）又は表面増強コヒーレントアンチストークラマン分光法（ＳＥＣＡＲＳ）を備える。

少なくとも一つの実施形態では、本発明は、電解質を含む液体中に０．０１ｎＭより超える濃度を有する複数の貴金属ナノ粒子を備えるコロイド状懸濁液から得られる貴金属ナノ粒子を備える免疫クロマトグラフィー分析法のための装置であって、前記コロイド状懸濁液は、閾値未満に前記コロイド状懸濁液の電気伝導率が減少すると、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、本発明は、電解質を含む液体中に０．０１ｎＭより超える濃度を有する複数の貴金属ナノ粒子を備えるコロイド状懸濁液から得られる貴金属ナノ粒子を備える画像形成剤であって、前記コロイド状懸濁液は、閾値未満に前記コロイド状懸濁液の電気伝導率が減少すると、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、前記画像形成剤は、光画像形成のためである。

少なくとも一つの実施形態では、前記画像形成剤は、放射線医学画像形成のためである。

少なくとも一つの実施形態では、前記画像形成剤は、生物学画像形成である。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率が２０μＳ／ｃｍ以下の量だけ初期の値から減少すると、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率が１０μＳ／ｃｍ以下の量だけ初期の値から減少すると、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、前記コロイド状懸濁液は、前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率が５μＳ／ｃｍ以下の量だけ初期の値から減少すると、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す。

少なくとも一つの実施形態では、本発明は、コロイド状懸濁液中の貴金属のナノ粒子の個体群を前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が減少するように変化する方法であって、前記方法は、ａ）初期の電気伝導率を有するコロイド状懸濁液を受け取るステップと、ｂ）前記初期値から前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率を減少させるステップとを備える。

少なくとも一つの実施形態では、前記方法のステップｂ）は、前記コロイド状懸濁液の遠心分離浄化又は透析を備える。

少なくとも一つの実施形態では、ステップｂ）における前記電気伝導率の前記減少は、２０μＳ／ｃｍ以下である。

少なくとも一つの実施形態では、ステップｂ）における前記電気伝導率の前記減少は、１０μＳ／ｃｍ以下である。

少なくとも一つの実施形態では、ステップｂ）における前記電気伝導率の前記減少は、５μＳ／ｃｍ以下である。

本発明を要約する目的で、本発明の幾つかの態様、利点及び新規な特徴がここで記述される。しかしながら、そのような利点の全てが、特定の実施形態に従って必ずしも達成されるわけではないことが理解されるべきである。このように、本発明は、ここで教示又は提案されるように、他の利点を必ずしも達成するのではなく一つ以上の利点を達成する方法で具体化又は実施されることができる。

このように、ここでは幾つかの実施形態のみが具体的に記述されたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変更がこれらの実施形態に対してなされることができることは明白である。装置は、相互に排他的ではないことが理解されるべきである。要素は、望ましい設計目的を成就するために適切な方法において実施形態同士で組み合わされてもよい。更に、頭字語は、明細書と特許請求の範囲の読み易さを向上するために単に使用される。これらの頭字語は、使用された用語の一般性を減ずることを意図してはおらず、それらは、ここで記述された実施形態に特許請求の範囲を制限するものと解釈されるべきではないことに留意すべきである。

Claims (58)

1. 貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を作製する方法であって、前記方法は、
   ａ）所定の電気伝導率範囲内にある電気伝導率を有する液体の分散媒と接触状態にある貴金属を備えるターゲット材料を提供するステップを備え、前記ターゲット材料と前記分散媒がアブレーション容器と接触状態にあり、
   ｂ）レーザパルスを前記アブレーション容器内の前記ターゲット材料に送出することによって複数の貴金属ナノ粒子を発生するステップと、
   ｃ）前記複数の貴金属ナノ粒子を発生する前又は発生中に、前記分散媒の前記電気伝導率を、所定の粒度範囲を有する前記貴金属ナノ粒子を生じさせる前記所定の電気伝導率範囲に維持するために前記分散媒の前記電気伝導率を監視しつつ選択的に調整するステップと、
   ｄ）前記貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液を形成するステップとを備える方法。
2. 貴金属のナノ粒子における、夫々が異なる維持された電気伝導率を有する分散媒の中に発生される複数の個体群を発生するステップと、
   各個体群を収集し、各電気伝導率で正規化されたピークのナノ粒子の粒度よりなる一連のデータポイントを決定するために各個体群における前記ナノ粒子の前記粒度と個体群密度分布とを測定するステップと、
   前記電気伝導率に対する前記ピークのナノ粒子の粒度をグラフ化して、前記データポイントを結合するラインをプロットするステップとをさらに備え、前記ラインは、前記所定の粒度範囲を得る前記所定の電気伝導率範囲を選択可能な（ｎｍでの粒度）／（μＳ／ｃｍ）の勾配を有している請求項１に記載の方法。
3. 約０．８３（ｎｍ）／（μＳ／ｃｍ）以上の大きさの前記勾配の絶対値を有する前記ラインの一部から前記所定の電気伝導率範囲を選択する更なるステップを備える請求項２に記載の方法。
4. 約３３（ｎｍ）／（μＳ／ｃｍ）以上の大きさの前記勾配の絶対値を有する前記ラインの一部から前記所定の電気伝導率範囲を選択する更なるステップを備える請求項２に記載の方法。
5. 遠心力を前記コロイド状懸濁液に付与して前記ナノ粒子を上澄み部分とペレット部分とに分離して、前記所定の粒度範囲を狭めることを許容する更なるステップを備える請求項１に記載の方法。
6. 前記電気伝導率を監視する前記ステップは、一つ以上の電気伝導率監視デバイスによって実行される請求項１に記載の方法。
7. 前記分散媒の前記電気伝導率を監視しつつ選択的に調整する前記ステップは、前記アブレーション容器の入口近くの前記アブレーション容器の上流位置に配置された電気伝導率調整システムによって実行される請求項１に記載の方法。
8. 前記電気伝導率調整システムは、前記分散媒中に配置された一つ以上の電気伝導率監視デバイスを備え、前記一つ以上の電気伝導率監視デバイスの内の第１の電気伝導率監視デバイスは、前記アブレーション容器の前記入口に配置され、前記一つ以上の電気伝導率監視デバイスの内の第２の電気伝導率監視デバイスは、貴金属ナノ粒子が発生されない前記入口近くの前記アブレーション容器に配置される請求項７に記載の方法。
9. 前記電気伝導率調整システムは、前記所定の電気伝導率が前記貴金属ナノ粒子の発生前又は発生中に安定化されるように、前記第１と前記第２の電気伝導率監視デバイスからのフィードバックデータを受け取るコントローラによって制御される請求項８に記載の方法。
10. 貴金属ナノ粒子を発生する前記ステップは、パルス化レーザアブレーションビームで前記ターゲット材料を照射すること及び前記貴金属の複数のナノ粒子を形成することを含み、前記ナノ粒子は、約１ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲内の所定の粒度範囲を有する請求項１に記載の方法。
11. 前記ナノ粒子は、約５から１５０ｎｍまでの範囲内の所定の粒度範囲を有する請求項１０に記載の方法。
12. 前記ナノ粒子は、約１０から１００ｎｍまでの範囲内の所定の粒度範囲を有する請求項１０に記載の方法。
13. 前記分散媒の前記電気伝導率は、２５μＳ／ｃｍ以下の範囲内の所定の電気伝導率範囲に調整される請求項１に記載の方法。
14. 前記分散媒の前記電気伝導率は、１μＳ／ｃｍから１０μＳ／ｃｍまでの範囲内の所定の電気伝導率範囲に調整される請求項１に記載の方法。
15. 前記分散媒の前記電気伝導率は、１．５μＳ／ｃｍから８μＳ／ｃｍまでの範囲内の所定の電気伝導率範囲に調整される請求項１に記載の方法。
16. 前記レーザパルスは、１ｋＨｚから１００ＭＫｚまでの範囲内の繰り返し数を有する請求項１に記載の方法。
17. 前記レーザパルスは、１０ｎＪから２ｍＪまでの範囲内のパルスエネルギーを有する請求項１に記載の方法。
18. 前記レーザパルスは、紫外線光、可視光、又は近赤外光波長に波長の中心を有する請求項１に記載の方法。
19. 前記レーザパルスは、１００ｆｓから１０ｎｓまでの範囲内のパルス持続時間を有する請求項１に記載の方法。
20. 前記レーザパルスは、１００ｆｓから１０ｐｓまでの範囲内のパルス持続時間を有する請求項１に記載の方法。
21. 前記分散媒は、前記アブレーション容器の入口から出口まで流れる請求項１に記載の方法。
22. 前記コロイド状懸濁液は、１μＳ／ｃｍより大きく且つ２２μＳ／ｃｍよりも小さい電気伝導率を有する請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
23. 前記コロイド状懸濁液は、１．５μＳ／ｃｍより大きく且つ１５μＳ／ｃｍよりも小さい電気伝導率を有する請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
24. 前記コロイド状懸濁液は、格納容器に配置され、前記容器内の前記コロイド状懸濁液の電気伝導率の増加は、一週間当り１．５μＳ／ｃｍ未満である請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
25. 前記コロイド状懸濁液は、格納容器に配置され、前記容器内の前記コロイド状懸濁液の電気伝導率の増加は、一週間当り１μＳ／ｃｍ未満である請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
26. 前記コロイド状懸濁液は、格納容器に配置され、前記容器内の前記コロイド状懸濁液の電気伝導率の増加は、一週間当り０．５μＳ／ｃｍ未満である請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
27. 前記貴金属は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、又は前記貴金属の内の少なくとも一つを含む合金から成る群から選択される請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
28. 前記貴金属は、第１１族元素である請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
29. 前記分散媒は、少なくとも一つの陰イオン又は陽イオンを含む有機塩又は無機塩である電解質を備える請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
30. 前記少なくとも一つの陰イオン又は陽イオンは、周期表における第１族元素、周期表における第２族元素、周期表における第１５族元素、周期表における第１６族元素、周期表のおける第１７族元素、及び有機酸基からなる群から選択された少なくとも一つの元素を含む請求項２９に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
31. 前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の濃度は、０．０１ｎＭよりも高い請求項１に記載の方法によって作製されるコロイド状懸濁液。
32. 電解質を含む液体中に０．０１ｎＭを越える濃度を有する複数の貴金属ナノ粒子を備えるコロイド状懸濁液であって、
    前記コロイド状懸濁液は、閾値未満に前記コロイド状懸濁液の電気伝導率が減少すると、前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示すコロイド状懸濁液。
33. 前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が増加するために必要な前記電気伝導率の前記閾値は、２０μＳ／ｃｍ以下である請求項３２に記載のコロイド状懸濁液。
34. 前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が増加するために必要な前記電気伝導率の前記閾値は、１０μＳ／ｃｍ以下である請求項３３に記載のコロイド状懸濁液。
35. 前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が増加するために必要な前記電気伝導率の前記閾値は、５μＳ／ｃｍ以下である請求項３４に記載のコロイド状懸濁液。
36. 前記貴金属ナノ粒子の平均粒度は、約１０ｎｍ以上である請求項３２に記載のコロイド状懸濁液。
37. 前記貴金属ナノ粒子の平均粒度は、約１５ｎｍ以上である請求項３２に記載のコロイド状懸濁液。
38. 前記貴金属ナノ粒子の平均粒度は、約２０ｎｍ以上である請求項３２に記載のコロイド状懸濁液。
39. 請求項３２に記載の貴金属ナノ粒子のコロイド状懸濁液よりなる分光法システム。
40. 前記システムは、ラマン分光法のために構成される請求項３９に記載の分光法システム。
41. 前記ラマン分光法は、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、表面増強共振ラマン分光法（ＳＥＲＲＳ）、表面増強ハイパーラマン分光法（ＳＥＨＲＳ）又は表面増強コヒーレントアンチストークラマン分光法（ＳＥＣＡＲＳ）を備える請求項４０に記載の分光法システム。
42. 基板上に配置されたキャストフィルムを備える分光法システムであって、前記キャストフィルムは、請求項３２に記載のコロイド状懸濁液と分析物との混合物から得られる貴金属の粒子を備える分光法システム。
43. 前記システムは、ラマン分光法のために構成される請求項４２に記載の分光法システム。
44. 前記ラマン分光法は、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、表面増強共振ラマン分光法（ＳＥＲＲＳ）、表面増強ハイパーラマン分光法（ＳＥＨＲＳ）又は表面増強コヒーレントアンチストークラマン分光法（ＳＥＣＡＲＳ）を備える請求項４３に記載の分光法システム。
45. 請求項３２に記載のコロイド状懸濁液から得られる貴金属ナノ粒子を備える、免疫クロマトグラフィー分析法のための装置。
46. 分析物が混合された請求項３２に記載のコロイド状懸濁液から得られる貴金属ナノ粒子を備える画像形成剤。
47. 前記画像形成剤は、光画像形成のためである請求項４６に記載の画像形成剤。
48. 前記画像形成剤は、放射線医学画像形成のためである請求項４６に記載の画像形成剤。
49. 前記画像形成剤は、生物学的画像形成のためである請求項４６に記載の画像形成剤。
50. 前記コロイド状懸濁液は、前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率が減少すると、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す請求項３２に記載のコロイド状懸濁液。
51. 前記コロイド状懸濁液は、前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率が２０μＳ／ｃｍ以下の量だけ初期の値から減少すると、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す請求項５０に記載のコロイド状懸濁液。
52. 前記コロイド状懸濁液は、前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率が１０μＳ／ｃｍ以下の量だけ初期の値から減少すると、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す請求項５０に記載のコロイド状懸濁液。
53. 前記コロイド状懸濁液は、前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率が５μＳ／ｃｍ以下の量だけ初期の値から減少すると、前記コロイド状懸濁液中の前記貴金属ナノ粒子の平均粒度の増加を示す請求項５０に記載のコロイド状懸濁液。
54. コロイド状懸濁液中の貴金属のナノ粒子の個体群を前記貴金属ナノ粒子の平均粒度が減少するように変化する方法であって、前記方法は、
    ａ）初期の電気伝導率を有する請求項３６に記載のコロイド状懸濁液を受け取るステップと、
    ｂ）前記初期値から前記コロイド状懸濁液の前記電気伝導率を減少させるステップとを備える方法。
55. 前記方法のステップｂ）は、前記コロイド状懸濁液の遠心分離浄化又は透析を備える請求項５４に記載の方法。
56. ステップｂ）における前記電気伝導率の前記減少は、２０μＳ／ｃｍ以下である請求項５４に記載の方法。
57. ステップｂ）における前記電気伝導率の前記減少は、１０μＳ／ｃｍ以下である請求項５４に記載の方法。
58. ステップｂ）における前記電気伝導率の前記減少は、５μＳ／ｃｍ以下である請求項５４に記載の方法。
    

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