JP2018127595A - Highly dispersible metal nano particles and method for producing the same - Google Patents

Highly dispersible metal nano particles and method for producing the same Download PDF

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達生 丸山
Tatsuo Maruyama
達生 丸山
千誠 東
Chiaki Azuma
千誠 東
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide highly dispersible metal nano particles which hardly cause peeling of a surfactant which coats metal nano particles and have extremely excellent dispersibility and to provide a method capable of easily producing such highly dispersible metal nano particles.SOLUTION: There is provided a method for producing highly dispersible metal nano particles, which comprises: a step of mixing a polymerizable surfactant having a hydrocarbon group, a hydrophilic group and a radical polymerizable group and raw material metal nano particles to coat the raw material metal nano particles with the polymerizable surfactant; and a step of polymerizing the polymerizable surfactant.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、分散性に極めて優れた高分散性金属ナノ粒子と、当該高分散性金属ナノ粒子を簡便に製造することができる方法に関するものである。   The present invention relates to a highly dispersible metal nanoparticle having extremely excellent dispersibility and a method capable of easily producing the highly dispersible metal nanoparticle.

金属ナノ粒子はバルクではみられないナノ粒子特有の性質を示す。例えば、金ナノ粒子(AuNPs)は粒径や粒子の形状に依存して赤〜青の鮮やかな色を示すといった光学的性質や特異的な熱・電気・磁気的性質をもつことが知られており、量子ドット(QDs)は粒子径に依存した蛍光色を示し、光安定性が高く、励起光の波長帯が広いといった有機蛍光物質とは異なる光特性を有している。また、酸化鉄ナノ粒子は超常磁性を示す。このように、金属ナノ粒子は金属種に応じて様々な性質を有している。近年、これらの性質を利用して、生体分子や高分子材料と複合化させることによるバイオ分野や医療分野等への応用が試みられている。   Metal nanoparticles exhibit unique properties of nanoparticles that are not found in bulk. For example, gold nanoparticles (AuNPs) are known to have optical properties and specific thermal, electrical, and magnetic properties such as vivid red to blue colors depending on particle size and particle shape. In addition, the quantum dots (QDs) exhibit a fluorescent color depending on the particle diameter, have high light stability, and have optical characteristics different from those of organic fluorescent materials such as a wide wavelength band of excitation light. In addition, iron oxide nanoparticles exhibit superparamagnetism. Thus, the metal nanoparticles have various properties depending on the metal species. In recent years, attempts have been made to apply these properties to biotechnology, medical treatment, etc. by combining with biomolecules or polymer materials.

しかしながら、金属ナノ粒子表面は一般に強い疎水性や疎溶媒性を示すため応用の過程において溶媒中で凝集してしまうことや、生体分子との相性が悪いことや、反応点が限られているといった問題がある。すなわち、金属ナノ粒子と他の材料を複合化させるためには、金属ナノ粒子表面を化学的に修飾し、表面改質を行うことが必要である。   However, the surface of the metal nanoparticles generally exhibits strong hydrophobicity and lyophobic properties, so that it aggregates in the solvent during the application process, has poor compatibility with biomolecules, and has limited reaction points. There's a problem. That is, in order to combine the metal nanoparticles with other materials, it is necessary to chemically modify the surface of the metal nanoparticles and perform surface modification.

金属ナノ粒子の表面改質法としては、チオール化合物を用いる方法が知られている。具体的には、特に金はチオール基やジスルフィド基との親和性が高く、且つ、それに続く鎖状構造がファンデルワース力により相互作用し、自己組織化単分子膜(SAM)と呼ばれる膜が金表面に形成される。鎖状構造の反対側末端には、反応性基など様々な基を導入することが可能である。   As a surface modification method for metal nanoparticles, a method using a thiol compound is known. Specifically, gold, in particular, has a high affinity with thiol groups and disulfide groups, and the subsequent chain structure interacts by van der Waals force, and a film called a self-assembled monolayer (SAM) is formed. Formed on the gold surface. Various groups such as a reactive group can be introduced at the opposite end of the chain structure.

しかしチオール化合物を用いた表面改質法には、チオール化合物と金属表面との親和性が金属種によって異なり、適用金属が限定されるという問題がある。また、チオール化合物と金属表面との相互作用がいかなる結合によるのか明らかになっておらず、チオール化合物が金属表面から剥離する場合がある。さらに、チオール化合物には毒性があるため、チオール化合物を用いて金属表面を改質できたとしても、生体には適用し難いという問題もある。   However, the surface modification method using a thiol compound has a problem that the affinity between the thiol compound and the metal surface varies depending on the metal species, and the applicable metal is limited. Moreover, it is not clear what kind of bond the interaction between the thiol compound and the metal surface is, and the thiol compound may peel from the metal surface. Furthermore, since the thiol compound is toxic, there is a problem that even if the metal surface can be modified using the thiol compound, it is difficult to apply to a living body.

その他、界面活性剤を用いて金属ナノ粒子の表面を改質する方法も知られている。界面活性剤を用いた表面改質法では、界面活性剤が材料表面に吸着して規則正しく並ぶという性質を利用して、表面改質を行う。例えば特許文献1には、界面活性剤被覆磁性ナノ粒子を含む相変化磁気インクが開示されている。特許文献2には、無機ナノ粒子の表面が界面活性剤で被覆されている無機ナノ粒子−高分子複合体が開示されている。   In addition, a method for modifying the surface of metal nanoparticles using a surfactant is also known. In the surface modification method using a surfactant, the surface modification is performed by utilizing the property that the surfactant is adsorbed on the material surface and regularly arranged. For example, Patent Document 1 discloses a phase change magnetic ink containing surfactant-coated magnetic nanoparticles. Patent Document 2 discloses an inorganic nanoparticle-polymer composite in which the surface of an inorganic nanoparticle is coated with a surfactant.

ところで、本発明者らの研究グループは、重合性の界面活性剤によりカーボンナノチューブなどの炭素材料の分散性を向上させる技術を開発している。しかし、炭素材料と金属ナノ粒子の表面性状は、共に疎水性ではあるものの、まったく異なるといえる。例えば、芳香族疎水性基は炭素材料の表面に対して高い親和性を示すことが知られているが、芳香族疎水性基が金属ナノ粒子の表面に親和性を示すという知見は無い。   By the way, the research group of the present inventors has developed a technique for improving the dispersibility of carbon materials such as carbon nanotubes using a polymerizable surfactant. However, although the surface properties of the carbon material and the metal nanoparticles are both hydrophobic, it can be said that they are completely different. For example, it is known that an aromatic hydrophobic group has a high affinity for the surface of a carbon material, but there is no finding that an aromatic hydrophobic group has an affinity for the surface of a metal nanoparticle.

特開2012−193356号公報JP 2012-193356 A 国際公開第2009/096365号パンフレットInternational Publication No. 2009/096365 Pamphlet 特開2013−1212431号公報JP 2013-1212431 A 特開2014−176844号公報JP 2014-176844 A

上述したように、従来、金属ナノ粒子の表面を界面活性剤で被覆して改質する技術は知られていた。しかしながら、界面活性剤の金属ナノ粒子表面への吸着は、物理的な吸着平衡に支配されるため、界面活性剤が材料表面から脱着してしまうという課題があった。界面活性剤の脱着によって最終的に粒子同士が凝集してしまうだけでなく、フリーの界面活性剤が生体分子の機能を阻害する恐れがある。   As described above, conventionally, a technique for modifying the surface of metal nanoparticles by coating with a surfactant has been known. However, since the adsorption of the surfactant to the metal nanoparticle surface is governed by physical adsorption equilibrium, there is a problem that the surfactant is desorbed from the material surface. Not only the particles eventually aggregate due to the desorption of the surfactant, but the free surfactant may inhibit the function of the biomolecule.

そこで本発明は、金属ナノ粒子を被覆している界面活性剤が剥離し難く、分散性に極めて優れた高分散性金属ナノ粒子と、かかる高分散性金属ナノ粒子を簡便に製造することができる方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention makes it possible to easily produce highly dispersible metal nanoparticles and highly dispersible metal nanoparticles having excellent dispersibility, in which the surfactant that coats the metal nanoparticles is difficult to peel off. It aims to provide a method.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、金属ナノ粒子の表面で特定の重合性界面活性剤同士を重合させることにより、界面活性剤層が金属ナノ粒子表面から剥離し難く分散性に極めて優れる高分散性金属ナノ粒子を製造できることを見出して、本発明を完成した。
以下、本発明を示す。
The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, by polymerizing specific polymerizable surfactants on the surface of the metal nanoparticles, it is possible to produce highly dispersible metal nanoparticles that are extremely excellent in dispersibility because the surfactant layer is difficult to peel off from the surface of the metal nanoparticles. And the present invention was completed.
Hereinafter, the present invention will be described.

[1] 高分散性金属ナノ粒子を製造するための方法であって、
炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基を有する重合性界面活性剤と原料金属ナノ粒子とを混合して、当該原料金属ナノ粒子を当該重合性界面活性剤で被覆する工程、および、
上記重合性界面活性剤を重合する工程を含むことを特徴とする方法。
[1] A method for producing highly dispersible metal nanoparticles,
Mixing a raw material metal nanoparticle with a polymerizable surfactant having a hydrocarbon group, a hydrophilic group and a radical polymerizable group, and coating the raw material metal nanoparticle with the polymerizable surfactant; and
A method comprising polymerizing the polymerizable surfactant.

[2] 上記重合性界面活性剤として、下記式(I)で表される重合性界面活性剤またはその塩を用いる上記[1]に記載の方法。
[式中、R1はC6-20アルキル基を示し;R2は水酸基を有していてもよいC1-4アルキレ
ン基を示し;R3は水酸基を有していてもよいC1-4アルキレン基を示し;Xは、N、N+
−R4、S+およびP+−R4からなる群より選択される1以上の基を示し(R4はC1-4アルキル基を示す);Yはラジカル重合性基を示し;Zは親水性基を示す]
[2] The method according to [1] above, wherein a polymerizable surfactant represented by the following formula (I) or a salt thereof is used as the polymerizable surfactant.
[Wherein, R 1 represents a C 6-20 alkyl group; R 2 represents a C 1-4 alkylene group which may have a hydroxyl group; and R 3 represents a C 1- group which may have a hydroxyl group. 4 represents an alkylene group; X represents N, N +
One or more groups selected from the group consisting of —R 4 , S + and P + —R 4 (R 4 represents a C 1-4 alkyl group); Y represents a radically polymerizable group; Shows hydrophilic group]

[3] 上記原料金属ナノ粒子に対する上記重合性界面活性剤の割合を0.1質量倍以上、10×108質量倍以下とする上記[1]または[2]に記載の方法。 [3] The method according to [1] or [2], wherein the ratio of the polymerizable surfactant to the raw metal nanoparticles is 0.1 mass times or more and 10 × 10 8 mass times or less.

[4] 上記重合性界面活性剤および上記原料金属ナノ粒子に加えてさらに2以上のラジカル重合性基を有する架橋剤を混合する上記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。   [4] The method according to any one of [1] to [3], wherein in addition to the polymerizable surfactant and the raw material metal nanoparticles, a crosslinking agent having two or more radical polymerizable groups is further mixed.

[5] 炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基を有する重合性界面活性剤の重
合体により原料金属ナノ粒子が被覆されているものであることを特徴とする高分散性金属ナノ粒子。
[5] Highly dispersible metal nanoparticles, wherein the raw metal nanoparticles are coated with a polymer of a polymerizable surfactant having a hydrocarbon group, a hydrophilic group and a radical polymerizable group.

[6] 上記親水性基がポリアルキレングリコール基を含む上記[5]に記載の高分散性金属ナノ粒子。   [6] The highly dispersible metal nanoparticles according to [5], wherein the hydrophilic group includes a polyalkylene glycol group.

[7] 上記親水性基が、エポキシ基、アミノ基、カルボキシ基、活性エステル基、チオール基およびジスルフィド基からなる群より選択される1以上の反応性官能基を含む上記[5]または[6]に記載の高分散性金属ナノ粒子。   [7] The above [5] or [6], wherein the hydrophilic group includes one or more reactive functional groups selected from the group consisting of epoxy groups, amino groups, carboxy groups, active ester groups, thiol groups, and disulfide groups. ] Highly dispersible metal nanoparticles described in the above.

本発明において「C6-20アルキル基」とは、炭素数6以上、20以下の直鎖状または分枝鎖状の一価飽和脂肪族炭化水素基をいう。例えば、ヘキシル、オクチル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、イコシル等を挙げることができる。好ましくはC8-16アルキル基であり、より好ましくはC10-14
アルキル基である。
「C1-4アルキレン基」とは、炭素数1以上、4以下の直鎖状または分枝鎖状の二価飽
和脂肪族炭化水素基をいう。例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、メチルエチレン、ジメチルメチレン、ブチレン、メチルプロピレン等を挙げることができる。好ましくはC1-3アルキル基またはC2-4アルキル基である。
「C1-4アルキル基」とは、炭素数1以上、4以下の直鎖状または分枝鎖状の一価飽和
脂肪族炭化水素基をいう。例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチルである。好ましくはC1-2アルキル基であ
り、より好ましくはメチルである。
In the present invention, the “C 6-20 alkyl group” refers to a linear or branched monovalent saturated aliphatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms. Examples include hexyl, octyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, hexadecyl, octadecyl, icosyl and the like. Preferably it is a C 8-16 alkyl group, more preferably C 10-14.
It is an alkyl group.
The “C 1-4 alkylene group” refers to a linear or branched divalent saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. For example, methylene, ethylene, propylene, methylethylene, dimethylmethylene, butylene, methylpropylene and the like can be mentioned. A C 1-3 alkyl group or a C 2-4 alkyl group is preferred.
The “C 1-4 alkyl group” refers to a linear or branched monovalent saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. For example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, s-butyl, t-butyl. A C 1-2 alkyl group is preferable, and methyl is more preferable.

本発明に係る高分散性金属ナノ粒子は、表面の界面活性剤層が剥離し難く安全なものであり、分散性に極めて優れる。また、界面活性剤層には反応性官能基を導入することも可能であるので、金属ナノ粒子の応用の幅がさらに拡大することが期待できる。   The highly dispersible metal nanoparticles according to the present invention are safe because the surfactant layer on the surface is difficult to peel off and are extremely excellent in dispersibility. Moreover, since it is also possible to introduce a reactive functional group into the surfactant layer, it can be expected that the application range of metal nanoparticles will be further expanded.

図1は、後記の実施例で製造した重合性界面活性剤の1H−NMRスペクトルとMALDI−TOF/MSスペクトルである。FIG. 1 is a 1 H-NMR spectrum and a MALDI-TOF / MS spectrum of a polymerizable surfactant produced in Examples described later. 図2は、後記の実施例で製造した重合性界面活性剤の重合操作後のMALDI−TOF/MSスペクトルである。FIG. 2 is a MALDI-TOF / MS spectrum after the polymerization operation of the polymerizable surfactant produced in the examples described later. 図3は、後記の実施例で製造した重合性界面活性剤と金ナノ粒子を含む分散液の重合操作後のMALDI−TOF/MSスペクトルである。FIG. 3 is a MALDI-TOF / MS spectrum after a polymerization operation of a dispersion liquid containing a polymerizable surfactant and gold nanoparticles produced in Examples described later. 図4は、未処理金ナノ粒子、重合性界面活性剤で被覆した金ナノ粒子、および重合性界面活性剤で被覆した上で重合操作に付した金ナノ粒子の分散液の酸性条件下での吸光スペクトル測定の結果を示すグラフである。FIG. 4 shows an untreated gold nanoparticle, a gold nanoparticle coated with a polymerizable surfactant, and a dispersion of gold nanoparticles coated with a polymerizable surfactant and subjected to a polymerization operation under acidic conditions. It is a graph which shows the result of an absorption spectrum measurement. 図5は、未処理金ナノ粒子、重合性界面活性剤で被覆した金ナノ粒子、および重合性界面活性剤で被覆した上で重合操作に付した金ナノ粒子の分散液の動的光散乱法(DLS)測定結果を示すグラフである。FIG. 5 shows a dynamic light scattering method of a dispersion of untreated gold nanoparticles, gold nanoparticles coated with a polymerizable surfactant, and gold nanoparticles coated with a polymerizable surfactant and subjected to a polymerization operation. It is a graph which shows a (DLS) measurement result. 図6は、未処理金ナノ粒子、重合性界面活性剤で被覆した金ナノ粒子、および重合性界面活性剤で被覆した上で重合操作に付した金ナノ粒子をジクロロメタン層に抽出した後の吸光度測定結果を示すグラフと、目視観察結果を示す写真である。FIG. 6 shows the absorbance after extraction of untreated gold nanoparticles, gold nanoparticles coated with a polymerizable surfactant, and gold nanoparticles coated with a polymerizable surfactant and subjected to a polymerization operation into a dichloromethane layer. It is the photograph which shows the graph which shows a measurement result, and a visual observation result. 図7は、未処理金ナノ粒子、重合性界面活性剤で被覆した金ナノ粒子、および重合性界面活性剤で被覆した上で重合操作に付した金ナノ粒子を超純水で洗浄した回数と粒径との関係を示すグラフである。FIG. 7 shows the number of times that untreated gold nanoparticles, gold nanoparticles coated with a polymerizable surfactant, and gold nanoparticles coated with a polymerizable surfactant and subjected to a polymerization operation were washed with ultrapure water. It is a graph which shows the relationship with a particle size. 図8は、未処理金ナノ粒子分散液、および重合性界面活性剤で被覆した上で40℃で重合操作に付した金ナノ粒子の分散液の、pH調整前後における吸光スペクトルと外観写真である。FIG. 8 is an absorption spectrum and a photograph of the appearance of an untreated gold nanoparticle dispersion and a gold nanoparticle dispersion coated with a polymerizable surfactant and subjected to a polymerization operation at 40 ° C. before and after pH adjustment. . 図9は、未処理金ナノ粒子分散液、および重合性界面活性剤で被覆した上で45℃で重合操作に付した金ナノ粒子の分散液の、pH調整前後における吸光スペクトルと外観写真である。FIG. 9 is an extinction spectrum and a photograph of the appearance of an untreated gold nanoparticle dispersion and a gold nanoparticle dispersion coated with a polymerizable surfactant and subjected to a polymerization operation at 45 ° C. before and after pH adjustment. . 図10は、未処理金ナノ粒子分散液、および重合性界面活性剤で被覆した上で50℃で重合操作に付した金ナノ粒子の分散液の、pH調整前後における吸光スペクトルと外観写真である。FIG. 10 is an absorption spectrum before and after pH adjustment and a photograph of the appearance of an untreated gold nanoparticle dispersion and a gold nanoparticle dispersion coated with a polymerizable surfactant and subjected to a polymerization operation at 50 ° C. .

先ず、本発明に係る高分散性金属ナノ粒子の製造方法について説明する。
1.被覆工程
本工程では、炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基を有する重合性界面活性剤と原料金属ナノ粒子とを混合して、当該原料金属ナノ粒子を当該重合性界面活性剤で被覆する。
First, a method for producing highly dispersible metal nanoparticles according to the present invention will be described.
1. Coating step In this step, a raw material metal nanoparticle is mixed with a polymerizable surfactant having a hydrocarbon group, a hydrophilic group and a radical polymerizable group, and the raw material metal nanoparticle is coated with the polymerizable surfactant. To do.

本発明で用いる重合性界面活性剤は、炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基を有する。
炭化水素基は、重合性界面活性剤における疎水性部分に相当し、疎水性相互作用により原料金属ナノ粒子の疎水性表面に結合する作用を示す。その炭素数としては、6以上、20以下が好ましい。当該炭素数が6以上であれば、原料金属ナノ粒子の疎水性表面への結合をより確実なものとすることができる。また、当該炭素数が20以下であれば、水系溶媒を用いた場合に水系溶媒に対する溶解性や分散性がより確実に担保される。さらに、当該炭素数が6以上、20以下であれば、水系溶媒を用いた場合に界面活性剤としての機能がより確実に発揮される。当該炭素数としては、8以上がより好ましく、10以上がさらに好ましく、また、18以下または16以下がより好ましく、15以下がさらに好ましい。また、原料金属ナノ粒子の表面に整列し易いことから、当該炭化水素基としてはアルキル基が好ましく、直鎖アルキル基がより好ましい。
The polymerizable surfactant used in the present invention has a hydrocarbon group, a hydrophilic group, and a radical polymerizable group.
The hydrocarbon group corresponds to a hydrophobic portion in the polymerizable surfactant, and exhibits an action of binding to the hydrophobic surface of the raw metal nanoparticles by hydrophobic interaction. The carbon number is preferably 6 or more and 20 or less. If the said carbon number is 6 or more, the coupling | bonding to the hydrophobic surface of a raw material metal nanoparticle can be made more reliable. Moreover, if the said carbon number is 20 or less, when an aqueous solvent is used, the solubility and dispersibility with respect to an aqueous solvent will be ensured more reliably. Furthermore, when the number of carbon atoms is 6 or more and 20 or less, the function as a surfactant is more reliably exhibited when an aqueous solvent is used. As said carbon number, 8 or more are more preferable, 10 or more are more preferable, 18 or less or 16 or less are more preferable, and 15 or less are more preferable. Moreover, since it is easy to align with the surface of raw material metal nanoparticles, the hydrocarbon group is preferably an alkyl group, and more preferably a linear alkyl group.

重合性界面活性剤の親水性部分は、親水性を示すものであれば特に制限されないが、例えば、ポリアルキレングリコール基やポリビニルアルコール基などの非イオン親水性基の他、アミノ基やカルボキシ基などのイオン性親水性基を挙げることができる。   The hydrophilic part of the polymerizable surfactant is not particularly limited as long as it exhibits hydrophilicity. For example, in addition to a nonionic hydrophilic group such as a polyalkylene glycol group or a polyvinyl alcohol group, an amino group, a carboxy group, etc. The ionic hydrophilic group can be mentioned.

ポリアルキレングリコール基としては、例えば、ポリエチレングリコール基、ポリプロピレングリコール基、ポリブチレングリコール基などを挙げることができ、ポリエチレングリコール基またはポリプロピレングリコール基が好ましく、水溶性の観点からはポリエチレングリコール基がより好ましい。また、ポリアルキレングリコール基の末端は水酸基のままであってもよいし、メチル基などによりC1-4アルキルエーテル化されていてもよ
い。末端水酸基は、反応性官能基として、さらに他の分子を結合させることも可能である。
Examples of the polyalkylene glycol group include a polyethylene glycol group, a polypropylene glycol group, and a polybutylene glycol group. A polyethylene glycol group or a polypropylene glycol group is preferable, and a polyethylene glycol group is more preferable from the viewpoint of water solubility. . Moreover, the terminal of the polyalkylene glycol group may remain as a hydroxyl group or may be C 1-4 alkyl etherified with a methyl group or the like. The terminal hydroxyl group can further bind other molecules as a reactive functional group.

ポリアルキレングリコール基(−[C−C−O−]m−)およびポリビニルアルコール
基(−[C−C(OH)−]n−)の重合数mおよびnは特に制限されず、適宜調整すれ
ばよいが、例えば、4以上20以下とすることができる。当該重合数が4以上であれば、ナノ粒子の分散性向上効果など、親水性基による効果をより確実に発揮させることができる。一方、当該重合数が20以下であれば、原料金属ナノ粒子の疎水性表面への重合性界面活性剤の結合をより確実なものとすることができる。当該重合数としては、5以上がより好ましく、6以上がさらに好ましく、また、16以下または14以下がより好ましく、12以下または10以下がさらに好ましい。
The polymerization numbers m and n of the polyalkylene glycol group (— [C—C—O—] m —) and the polyvinyl alcohol group (— [C—C (OH) —] n —) are not particularly limited and may be adjusted as appropriate. For example, it may be 4 or more and 20 or less. When the number of polymerization is 4 or more, the effect of the hydrophilic group such as the effect of improving the dispersibility of the nanoparticles can be more reliably exhibited. On the other hand, when the number of polymerizations is 20 or less, the bonding of the polymerizable surfactant to the hydrophobic surface of the raw metal nanoparticles can be made more reliable. The number of polymerization is more preferably 5 or more, further preferably 6 or more, more preferably 16 or less or 14 or less, and further preferably 12 or less or 10 or less.

親水性部分、特にポリアルキレングリコール基およびポリビニルアルコール基の末端に
は、さらに反応性官能基を結合させてもよい。上記の通り重合性界面活性剤の炭化水素基が原料金属ナノ粒子の疎水性表面に結合するため、親水性部分は相対的に粒子の外側を向く。よって、親水性部分に反応性官能基を導入すれば、優れた分散性を示す金属ナノ粒子の外側に、生体分子などの有用分子を共有結合させることが可能になる。
A reactive functional group may be further bonded to the ends of the hydrophilic portion, particularly the polyalkylene glycol group and the polyvinyl alcohol group. As described above, since the hydrocarbon group of the polymerizable surfactant is bonded to the hydrophobic surface of the raw metal nanoparticles, the hydrophilic portion is relatively directed to the outside of the particle. Therefore, if a reactive functional group is introduced into the hydrophilic portion, useful molecules such as biomolecules can be covalently bonded to the outside of the metal nanoparticles exhibiting excellent dispersibility.

上記反応性官能基としては、例えば、エポキシ基、アミノ基、カルボキシ基、活性エステル基、チオール基およびジスルフィド基からなる群より選択される1以上を挙げることができる。これら反応性官能基により、例えば、ペプチド、DNA、RNA、糖鎖などの生体分子などの分子を高分散性金属ナノ粒子の外側に導入することが可能になる。活性エステル基としては、例えば、スクシンイミドエステル、スルホスクシンイミドエステル、1−ヒドロキシベンゾトリアゾールエステル、1−ヒドロキシ−7−アザベンゾトリアゾールエステル、ペンタフルオロフェノールエステルなどを挙げることができる。また、ジスルフィド基としては、−S−S−CH3基など、−S−S−C1-4アルキル基を挙げることができる。 Examples of the reactive functional group include one or more selected from the group consisting of an epoxy group, an amino group, a carboxy group, an active ester group, a thiol group, and a disulfide group. These reactive functional groups make it possible to introduce molecules such as biomolecules such as peptides, DNA, RNA and sugar chains to the outside of the highly dispersible metal nanoparticles. Examples of the active ester group include succinimide ester, sulfosuccinimide ester, 1-hydroxybenzotriazole ester, 1-hydroxy-7-azabenzotriazole ester, pentafluorophenol ester and the like. In addition, examples of the disulfide group include —S—S—C 1-4 alkyl group such as —S—S—CH 3 group.

重合性界面活性剤のラジカル重合性基はラジカル重合が可能なものであれば特に制限されず、ビニル基(−CH=CH2)自体であってもよいし、少なくとも1つのC1-4アルキル基で置換されたビニル基であってもよい。当該置換基としてはC1-2アルキル基が好ま
しく、メチル基がより好ましい。また、ラジカル重合性基は、アクリレート基(−OC(=O)−CH=CH2)やメタクリレート基(−OC(=O)−C(CH3)=CH2)な
ど、ビニル基またはその誘導体基の他、ビニル基またはその誘導体基の導入を容易にしてラジカル重合性基の合成を容易にする基を含むものであってもよい。
具体的なラジカル重合性基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ビニルエーテル基、アリルエーテル基、アクリレート基、メタクリレート基、アクリロイル基、メタクリロイル基を挙げることができる。
The radical polymerizable group of the polymerizable surfactant is not particularly limited as long as radical polymerization is possible, and may be a vinyl group (—CH═CH 2 ) itself, or at least one C 1-4 alkyl. It may be a vinyl group substituted with a group. As the substituent, a C 1-2 alkyl group is preferable, and a methyl group is more preferable. The radical polymerizable group may be a vinyl group such as an acrylate group (—OC (═O) —CH═CH 2 ) or a methacrylate group (—OC (═O) —C (CH 3 ) ═CH 2 ) or a derivative thereof. In addition to the group, it may include a group that facilitates the synthesis of a radical polymerizable group by facilitating introduction of a vinyl group or a derivative group thereof.
Specific examples of the radical polymerizable group include a vinyl group, allyl group, vinyl ether group, allyl ether group, acrylate group, methacrylate group, acryloyl group, and methacryloyl group.

重合性界面活性剤において、炭化水素基と親水性部分とビニル系重合性基とは互いに直接結合していてもよいし、これらのうち少なくとも2つはリンカー基を介して結合していてもよい。かかるリンカー基は特に制限されないが、例えば、C1-6アルキレン基、アミ
ノ基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、チオニル基、エステル基、アミド基、ウレア基、チオウレア基、および、これら基からなる群より選択される2以上の基が直線状に連結された基を挙げることができる。2以上の基が直鎖状に連結されてリンカー基を形成する場合、同じ種の基を2回以上用いてもよいし、また、基の延べ数の上限は特に制限されないが、例えば10以下とすることができ、8以下が好ましく、5以下がより好ましい。また、水酸基など、結合反応の結果生じる官能基を有していてもよい。
In the polymerizable surfactant, the hydrocarbon group, the hydrophilic portion, and the vinyl polymerizable group may be directly bonded to each other, or at least two of these may be bonded via a linker group. . The linker group is not particularly limited, and examples thereof include a C 1-6 alkylene group, an amino group, an ether group, a thioether group, a carbonyl group, a thionyl group, an ester group, an amide group, a urea group, a thiourea group, and these groups. And a group in which two or more groups selected from the group are linked linearly. When two or more groups are linked in a straight chain to form a linker group, the same type of group may be used twice or more, and the upper limit of the total number of groups is not particularly limited. 8 or less is preferable, and 5 or less is more preferable. Moreover, you may have a functional group which arises as a result of coupling | bonding reaction, such as a hydroxyl group.

重合性界面活性剤においては、炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基がリンカー基を介して結合していることが好ましい。かかる構造により、炭化水素基と親水性基がそれぞれ末端に位置することになり、炭化水素基が金属ナノ粒子に結合し易くなり且つ親水性基が外側に向いて整列し易くなる上に、ラジカル重合性基がその中間に位置することになるため、重合性界面活性剤がナノ粒子の表面で強固に重合することが可能になる。かかる構造としては、例えば、上記式(I)で表される重合性界面活性剤およびその塩を挙げることができる。当該塩としては、例えば、塩化物や臭化物などのハロゲン化物塩を挙げることができる。なお、上記式(I)において、Xが∋N+−R4、>S+−または∋P+−R4であり且つ親水性基がカルボキシ基などのアニオン性基を含む場合には、いわゆる
ベタインとなる。
In the polymerizable surfactant, it is preferable that a hydrocarbon group, a hydrophilic group and a radical polymerizable group are bonded via a linker group. With this structure, the hydrocarbon group and the hydrophilic group are located at the respective terminals, the hydrocarbon group is easily bonded to the metal nanoparticle, the hydrophilic group is easily aligned outward, and a radical is formed. Since the polymerizable group is located in the middle, the polymerizable surfactant can be strongly polymerized on the surface of the nanoparticle. Examples of such a structure include a polymerizable surfactant represented by the above formula (I) and a salt thereof. Examples of the salt include halide salts such as chloride and bromide. In the above formula (I), when X is ∋N + -R 4 ,> S + -or ∋P + -R 4 and the hydrophilic group contains an anionic group such as a carboxy group, so-called Become betaine.

上記式(I)の重合性界面活性剤およびその塩では、炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基を結合するリンカー基が親水性を示す。本発明者らの実験的知見によれば、当該リンカー部分の親水性が、金属ナノ粒子に対する重合性界面活性剤による良好な被覆
に寄与することが明らかにされている。
In the polymerizable surfactant of the above formula (I) and a salt thereof, a linker group that binds a hydrocarbon group, a hydrophilic group, and a radical polymerizable group exhibits hydrophilicity. According to the experimental findings of the present inventors, it has been clarified that the hydrophilicity of the linker moiety contributes to good coating with a polymerizable surfactant on the metal nanoparticles.

本発明で用いる原料金属ナノ粒子の材質は特に制限されないが、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄、ルテニウム、コバルト、ニッケル、モリブデン、インジウム、イリジウム、チタン、アルミニウム、これらの合金、およびこれらの酸化物を挙げることができる。本発明において金属ナノ粒子とは、平均粒子径が1μm未満の金属粒子をいう。当該平均粒子径としては500nm以下が好ましく、100nm以下がより好ましい。一方、当該平均粒子径の下限は特に制限されないが、5nm以上が好ましい。当該平均粒子径が5nm以上であれば、原料金属ナノ粒子の凝集をより効果的に抑制することができる。   The material of the raw metal nanoparticles used in the present invention is not particularly limited, for example, gold, silver, copper, platinum, palladium, iron, ruthenium, cobalt, nickel, molybdenum, indium, iridium, titanium, aluminum, alloys thereof, And oxides thereof. In this invention, a metal nanoparticle means the metal particle whose average particle diameter is less than 1 micrometer. The average particle size is preferably 500 nm or less, and more preferably 100 nm or less. On the other hand, the lower limit of the average particle diameter is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more. If the average particle diameter is 5 nm or more, aggregation of raw material metal nanoparticles can be more effectively suppressed.

原料金属ナノ粒子と重合性界面活性剤の使用量は、原料金属ナノ粒子の表面が重合性界面活性剤により十分に被覆される範囲で適宜調整すればよいが、例えば、原料金属ナノ粒子に対する重合性界面活性剤の使用量を0.1質量倍以上、1.0×108質量倍以下と
することが好ましい。金属ナノ粒子の分散性をより一層向上するという観点からは、上記使用量としては0.8質量倍以上がより好ましく、1.0質量倍以上とすることがよりさらに好ましい。
The amount of the raw material metal nanoparticles and the polymerizable surfactant used may be adjusted as appropriate as long as the surface of the raw material metal nanoparticles is sufficiently covered with the polymerizable surfactant. It is preferable that the usage-amount of a surface active agent shall be 0.1 mass times or more and 1.0 * 10 < 8 > mass times or less. From the viewpoint of further improving the dispersibility of the metal nanoparticles, the amount used is more preferably 0.8 mass times or more, and even more preferably 1.0 mass times or more.

本工程においては、少なくとも原料金属ナノ粒子と重合性界面活性剤との混合を容易にするために、溶媒を用いることが好ましい。本発明で用いる溶媒としては、重合性界面活性剤を溶解することができ且つ原料金属ナノ粒子を良好に分散できるものであれば特に制限されないが、水系溶媒や有機溶媒を挙げることができる。
本発明において水系溶媒とは、水自体および水と水混和性有機溶媒との混合溶媒をいう。水としては、純水、蒸留水、イオン交換水、緩衝液などを挙げることができる。水混和性有機溶媒は、水に対して無制限に混和できる有機溶媒をいい、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの低級アルコール溶媒;アセトニトリルなどの低級ニトリル溶媒;アセトンなどの低級ケトン溶媒;ジメチルホルムアミドやジメチルアセトアミドなどのアミド溶媒;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド溶媒を挙げることができる。
有機溶媒としては、上記水混和性有機溶媒の他、ジクロロメタンやクロロホルムなどのハロゲン化炭化水素溶媒;ベンゼン、トルエン、クロロベンゼンなどの芳香族炭化水素溶媒;酢酸エチルなどのエステル溶媒を挙げることができる。
In this step, it is preferable to use a solvent in order to facilitate at least mixing of the raw metal nanoparticles and the polymerizable surfactant. The solvent used in the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the polymerizable surfactant and can well disperse the raw metal nanoparticles, and examples thereof include an aqueous solvent and an organic solvent.
In the present invention, the aqueous solvent refers to water itself or a mixed solvent of water and a water-miscible organic solvent. Examples of water include pure water, distilled water, ion exchange water, and buffer solution. The water-miscible organic solvent refers to an organic solvent that is miscible with water without limitation, such as lower alcohol solvents such as methanol, ethanol, and isopropanol; lower nitrile solvents such as acetonitrile; lower ketone solvents such as acetone; dimethylformamide, Examples thereof include amide solvents such as dimethylacetamide; sulfoxide solvents such as dimethylsulfoxide.
Examples of the organic solvent include a water-miscible organic solvent, a halogenated hydrocarbon solvent such as dichloromethane and chloroform; an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene and chlorobenzene; and an ester solvent such as ethyl acetate.

溶媒を用いる場合、原料金属ナノ粒子と重合性界面活性剤の濃度は適宜調整すればよいが、例えば、混合液全体に対する原料金属ナノ粒子の濃度としては、1.0×10-11
以上、1.0×10-6M以下とすることができる。当該範囲内であれば、原料金属ナノ粒子を混合液中により容易に分散させることができる。また、混合液全体に対する重合性界面活性剤の濃度としては、0.01mM以上、1M以下が好ましい。当該濃度が0.01mM以上であれば、原料金属ナノ粒子を重合性界面活性剤で十分に被覆し得る。一方、当該濃度が1M以下であれば、重合性界面活性剤の廃棄量を抑制することができる。
In the case of using a solvent, the concentration of the raw metal nanoparticles and the polymerizable surfactant may be appropriately adjusted. For example, the concentration of the raw metal nanoparticles with respect to the entire mixed solution is 1.0 × 10 −11 M.
As mentioned above, it can be set to 1.0 × 10 −6 M or less. If it is in the said range, raw material metal nanoparticles can be disperse | distributed more easily in a liquid mixture. Moreover, as a density | concentration of the polymerizable surfactant with respect to the whole liquid mixture, 0.01 mM or more and 1 M or less are preferable. When the concentration is 0.01 mM or more, the raw metal nanoparticles can be sufficiently covered with the polymerizable surfactant. On the other hand, if the said density | concentration is 1 M or less, the discard amount of polymeric surfactant can be suppressed.

上記の原料金属ナノ粒子と重合性界面活性剤の他、任意成分である溶媒や、後記の架橋剤や重合促進剤の添加順序は特に制限されず、例えば、溶媒に順番に添加していってもよいし、2以上の成分を同時に添加してもよい。   In addition to the raw material metal nanoparticles and the polymerizable surfactant, the order of addition of the optional component solvent, the crosslinking agent and the polymerization accelerator described later is not particularly limited. Alternatively, two or more components may be added simultaneously.

原料金属ナノ粒子は、重合性界面活性剤と混合するのみで重合性界面活性剤で被覆され得る。その際の温度は常温で十分であるが、30℃以上、60℃以下程度で加温してもよい。混合時間も適宜調整すればよく、例えば、吸光スペクトルを適時測定し、凝集体由来のピークが確認されなくなるまでとすることができる。   The raw metal nanoparticles can be coated with the polymerizable surfactant only by mixing with the polymerizable surfactant. The temperature at that time is sufficient at room temperature, but it may be heated at about 30 ° C. or more and 60 ° C. or less. What is necessary is just to adjust mixing time suitably, for example, an absorption spectrum can be measured timely and it can be carried out until the peak derived from an aggregate is no longer confirmed.

2.重合反応工程
本工程では、原料金属ナノ粒子を被覆している重合性界面活性剤を重合反応に付して重合することにより、原料金属ナノ粒子を界面活性剤で強固に被覆して、高分散性金属ナノ粒子を得る。
2. Polymerization reaction step In this step, the polymerizable metallurgy that coats the raw metal nanoparticles is subjected to a polymerization reaction and polymerized, so that the raw metal nanoparticles are firmly coated with the surfactant and highly dispersed. Metal nanoparticles are obtained.

重合反応に際しては、重合性界面活性剤の重合を促進するために、架橋剤を上記混合液に添加してもよい。架橋剤は、2以上のビニル系重合性基が、重合性界面活性剤の上記リンカー基と同様のリンカー基で連結されている構造を有するものである。架橋剤におけるビニル系重合性基の数としては、2または3が好ましい。
架橋剤の使用量は適宜調整すればよいが、例えば、重合性界面活性剤1モルに対して0.01倍モル以上、1倍モル以下程度とすることができる。
In the polymerization reaction, a crosslinking agent may be added to the mixed solution in order to promote polymerization of the polymerizable surfactant. The crosslinking agent has a structure in which two or more vinyl-based polymerizable groups are connected by the same linker group as the linker group of the polymerizable surfactant. The number of vinyl polymerizable groups in the crosslinking agent is preferably 2 or 3.
Although the usage-amount of a crosslinking agent should just be adjusted suitably, it can be about 0.01 times mole or more and 1 time mole or less with respect to 1 mol of polymeric surfactants, for example.

また、重合反応に際しては、重合促進剤を用いてもよい。重合促進剤としては、例えば、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を挙げることができる。
重合促進剤の使用量は適宜調整すればよいが、例えば、重合性界面活性剤1モルに対して0.01倍モル以上、1倍モル以下程度とすることができる。
In the polymerization reaction, a polymerization accelerator may be used. Examples of the polymerization accelerator include N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine (TEMED).
Although the usage-amount of a polymerization accelerator should just be adjusted suitably, it can be 0.01 times mole or more and about 1 time mole or less with respect to 1 mol of polymeric surfactants, for example.

重合反応は、重合開始剤を添加することにより開始することができる。重合開始剤としては水溶性のものが好ましく、例えば、過硫酸アンモニウム(APS)、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩や、過酸化水素、t−ブチルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシドなどの過酸化物を挙げることができる。
重合開始剤の使用量は適宜調整すればよいが、例えば、重合性界面活性剤1モルに対して0.01倍モル以上、1倍モル以下程度とすることができる。
The polymerization reaction can be initiated by adding a polymerization initiator. As the polymerization initiator, water-soluble ones are preferable. For example, persulfates such as ammonium persulfate (APS), sodium persulfate, and potassium persulfate, and peroxides such as hydrogen peroxide, t-butyl peroxide, and methyl ethyl ketone peroxide. Oxides can be mentioned.
Although the usage-amount of a polymerization initiator should just be adjusted suitably, it can be 0.01 times mole or more and about 1 time mole or less with respect to 1 mol of polymeric surfactants, for example.

重合反応は常温でも進行するが、30℃以上、60℃以下程度で加温してもよい。特に金属ナノ粒子に対する重合性界面活性剤の使用量が少ない場合には、反応温度を比較的低く設定することにより粒子の重合をより一層効果的に抑制できるため、当該温度としては45℃以下が好ましく、42℃以下がより好ましい。反応時間は適宜調整すればよいが、例えば、1時間以上、30時間以下程度とすることができる。   The polymerization reaction proceeds even at room temperature, but it may be heated at about 30 ° C. or more and 60 ° C. or less. In particular, when the amount of the polymerizable surfactant used for the metal nanoparticles is small, the polymerization of the particles can be more effectively suppressed by setting the reaction temperature relatively low. Preferably, 42 degrees C or less is more preferable. The reaction time may be appropriately adjusted. For example, it may be about 1 hour or more and 30 hours or less.

なお、上記被覆工程と重合反応工程は、連続的に行ってもよいが、実質的に同時に行ってもよい。例えば、溶媒に、原料金属ナノ粒子、重合性界面活性剤、重合開始剤と、必要に応じて架橋剤および/または重合促進剤を添加して攪拌し、重合性界面活性剤による原料金属ナノ粒子の被覆と重合性界面活性剤の重合反応を同時進行させてもよい。   In addition, although the said coating process and a polymerization reaction process may be performed continuously, you may perform substantially simultaneously. For example, raw material metal nanoparticles, a polymerizable surfactant, a polymerization initiator and, if necessary, a crosslinking agent and / or a polymerization accelerator are added to a solvent and stirred, and the raw material metal nanoparticles by the polymerizable surfactant are used. The polymerization reaction of the coating and the polymerizable surfactant may proceed simultaneously.

3.有用分子の結合工程
上記被覆工程と重合反応工程を経て製造された高分散性金属ナノ粒子は、表面が重合性界面活性剤の重合体により被覆されており、外側を向いた親水性部分同士の静電的反発により高い分散性を示す。また、本工程の実施は任意であるが、親水性部分に反応性官能基が導入されている場合には、当該反応性官能基を介して、例えば生体分子など、様々な分子を結合させることが可能になる。
3. Useful molecule binding step The highly dispersible metal nanoparticles produced through the coating step and the polymerization reaction step have a surface coated with a polymer of a polymerizable surfactant, and the hydrophilic portions facing each other. High dispersibility due to electrostatic repulsion. In addition, the implementation of this step is optional, but when a reactive functional group is introduced into the hydrophilic portion, various molecules such as biomolecules can be bonded through the reactive functional group. Is possible.

例えば、生体分子であるペプチドは末端や側鎖に様々な反応性官能基を有するため、上記反応性官能基と共有結合を形成することが可能である。例えば、上記反応性官能基として親水性部分にエポキシ基、活性エステル基、チオール基、ジスルフィド基などが導入されている場合には、通常のペプチドはその末端や側鎖にアミノ基やチオール基を有するため、金属ナノ粒子の外側にペプチドを容易に結合させることができる。   For example, since a peptide which is a biomolecule has various reactive functional groups at the terminal or side chain, it can form a covalent bond with the reactive functional group. For example, when an epoxy group, an active ester group, a thiol group, a disulfide group or the like is introduced into the hydrophilic portion as the reactive functional group, an ordinary peptide has an amino group or a thiol group at its terminal or side chain. Therefore, the peptide can be easily bound to the outside of the metal nanoparticles.

また、従来、金属ナノ粒子はドラッグデリバリーシステムなどにも利用が検討されてい
ることから、例えば、本発明に係る高分散性金属ナノ粒子に薬剤を結合させ、薬剤を選択的に特定位置へ送達することも可能になり得る。
In addition, since metal nanoparticles have been studied for use in drug delivery systems and the like, for example, a drug is bound to a highly dispersible metal nanoparticle according to the present invention, and the drug is selectively delivered to a specific position. It may also be possible to do.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

実施例1: 本発明に係る金ナノ粒子の作製
(1) 重合性界面活性剤C12−GMA−EG7の合成
m−PEG(8)−amine(1mmol)と炭酸カリウム(3mmol)をジクロロメタン(7mL)に溶解させた。別途、ジクロロメタン(3mL)に溶解させたラウロイルクロライドを滴下しながら加え、室温で24時間反応させた。反応終了後、メンブレンフィルターで固体成分を濾別し、濾液から溶媒を留去した。その後、凍結乾燥を行い、C11−CONH−EG7(Mw:565.4)の粗精製物を得た。
Example 1: Preparation of gold nanoparticles according to the present invention (1) Synthesis of polymerizable surfactant C 12 -GMA-EG 7 m-PEG (8) -amine (1 mmol) and potassium carbonate (3 mmol) were mixed with dichloromethane (3 mmol). 7 mL). Separately, lauroyl chloride dissolved in dichloromethane (3 mL) was added dropwise and reacted at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the solid component was filtered off with a membrane filter, and the solvent was distilled off from the filtrate. Thereafter, freeze-drying, C 11 -CONH-EG 7: to obtain a crude product of (Mw 565.4).

水素化アルミニウムリチウム(6.5mmol)に超脱水THF(45mL)を加えた。三つ口フラスコを用い、超脱水THF(10mL)に溶解させた上記C11−CONH−EG7(1mmol)を加え、窒素雰囲気下、60℃で4時間反応させた。超純水(2m
L)を少しずつ加えて反応を終了させた後に、固体成分を濾別し、濾液から溶媒を減圧留去した。その後、ジエチルエーテルを使って再結晶し、C12−EG7(Mw:551.4
)の粗精製物を得た。
Super dehydrated THF (45 mL) was added to lithium aluminum hydride (6.5 mmol). Using the three-necked flask, the above C 11 -CONH-EG 7 (1 mmol) dissolved in ultra-dehydrated THF (10 mL) was added and reacted at 60 ° C. for 4 hours under a nitrogen atmosphere. Ultrapure water (2m
After the reaction was completed by adding L) little by little, the solid component was filtered off, and the solvent was distilled off from the filtrate under reduced pressure. Thereafter, the solid was recrystallized with diethyl ether, C 12 -EG 7 (Mw: 551.4
) Was obtained.

グリシジルメタクリレート(GMA)(0.6mmol)を超純水(2mL)と混合し、上記C12−EG7(0.3mmol)と重合禁止剤としてヒドロキノン(0.015m
mol)を超純水(3mL)に溶解させた溶液に滴下しながら加え、80℃で3時間反応させた。反応終了後、溶媒を減圧留去し、凍結乾燥することでC12−GMA−EG7(M
w:693.5)の粗精製物を得た。
Glycidyl methacrylate (GMA) (0.6 mmol) was mixed with ultrapure water (2 mL), and hydroquinone (0.015 m) as the above-mentioned C 12 -EG 7 (0.3 mmol) and a polymerization inhibitor.
mol) was added dropwise to a solution in which ultrapure water (3 mL) was dissolved, and the mixture was reacted at 80 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the solvent was distilled off under reduced pressure and freeze-dried to obtain C 12 -GMA-EG 7 (M
w: 693.5) was obtained.

1H−NMRおよびMALDI−TOF/MSにより生成物の同定を行った。図1に、
生成物の1H−NMRスペクトルおよびMALDI−TOF/MSスペクトルの結果を示
した。MALDI−TOF/MSの結果から、目的物であるC12−GMA−EG7由来の
ピークが確認された。また、わずかではあるが未反応のC12−EG7(Mw:551.4
)、および副生成物であるC12−2GMA−EG7(Mw:837.6)のピークも確認
できた。1H−NMRの結果から、目的物であるC12−GMA−EG7由来のピークが確認でき、さらに積分比から、未反応物と副生成物はわずかであると考えられた。
The product was identified by 1 H-NMR and MALDI-TOF / MS. In FIG.
The results of 1 H-NMR spectrum and MALDI-TOF / MS spectrum of the product are shown. From the result of MALDI-TOF / MS, a peak derived from C 12 -GMA-EG 7 as the target product was confirmed. In addition, a slight amount of unreacted C 12 -EG 7 (Mw: 551.4
), And a peak of C 12 -2GMA-EG 7 (Mw: 837.6) as a by-product was also confirmed. From the result of 1 H-NMR, a peak derived from the target product, C 12 -GMA-EG 7 , was confirmed, and from the integration ratio, it was considered that there were few unreacted products and by-products.

(2) 重合性界面活性剤C12−GMA−EG7の重合試験
12−GMA−EG7(15mg)を超純水に溶解させた。架橋剤としてN,N’−メ
チレンビスアクリルアミド(MBAA)、重合開始剤としてアンモニウムペルオキソジサルフェート(APS)、およびN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を超純水に溶解させ、mol比で重合性界面活性剤:MBAA:APS:TEMED=4:1:1:1となるようにシリンジで加えた。室温で17時間撹拌し、反応させた。反応終了後、MALDI−TOF/MSにより分析を行った。
図2に、重合操作後のMALDI−TOF/MSスペクトルを示した。C12−GMA−EG7の分子量に由来する規則的なピークが観測できたため、C12−GMA−EG7の重合反応が進行していることが確認できた。
(2) Polymerization test of polymerizable surfactant C 12 -GMA-EG 7 C 12 -GMA-EG 7 (15 mg) was dissolved in ultrapure water. N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA) as a crosslinking agent, ammonium peroxodisulfate (APS) as a polymerization initiator, and N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (TEMED) are dissolved in ultrapure water. And added with a syringe so that the molar ratio of polymerizable surfactant: MBAA: APS: TEMED = 4: 1: 1: 1. The reaction was stirred for 17 hours at room temperature. After completion of the reaction, analysis was performed by MALDI-TOF / MS.
FIG. 2 shows a MALDI-TOF / MS spectrum after the polymerization operation. Since a regular peak derived from the molecular weight of C 12 -GMA-EG 7 was observed, it was confirmed that the polymerization reaction of C 12 -GMA-EG 7 was in progress.

(3) 重合性界面活性剤C12−GMA−EG7の金ナノ粒子表面上での重合
4×10-9Mの金ナノ粒子水分散液(1mL)(以下、金ナノ粒子を「AuNPs」と略記する)にC12−GMA−EG7を50mMとなるように溶解させた。架橋剤としてN
,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBAA)、重合開始剤としてアンモニウムペルオキソジサルフェート(APS)、およびN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を超純水に溶解させ、mol比で重合性界面活性剤:MBAA:APS:TEMED=4:1:1:1となるようにシリンジで加えた。室温で17時間撹拌し、反応させた。反応終了後、MALDI−TOF/MSによる分析を行った。1M HClをpH1となるように溶液に加えた後に、吸光スペクトル測定を行った。
図3に、重合操作後のAuNPs分散液のMALDI−TOF/MSスペクトルを示した。C12−GMA−EG7の分子量に由来する規則的なピークが観測できたため、AuN
Psが存在する系においてもC12−GMA−EG7の重合反応が進行していることが確認
できた。
図4に、酸性条件下でのAuNPs分散液の吸光スペクトル測定の結果を示した。吸光スペクトル測定の結果より、AuNPsのみの場合は520nmにピークは見られず、溶液を酸性条件にすることでAuNPsが凝集してしまった。C12−GMA−EG7を被覆
および重合した場合は溶液を酸性にした後も吸光スペクトルのピークの位置に変化はなく、AuNPsは分散状態を保っていた。
図5に、酸性条件下でのAuNPs分散液の動的光散乱法(DLS)測定結果を示した。DLS測定の結果より、C12−GMA−EG7の重合操作後に溶液を酸性にすると粒径
が大きくなっているものの、凝集物ほどの大きさはなく、C12−GMA−EG7がAuN
Ps表面を覆った状態で分散していることが示唆された。これらの結果から、C12−GMA−EG7を添加および重合させるとC12−GMA−EG7がAuNPs表面を保護することで酸性条件下でも分散状態を保つことが可能になったことが明らかになった。
(3) Polymerization of the polymerizable surfactant C 12 -GMA-EG 7 on the gold nanoparticle surface 4 × 10 −9 M gold nanoparticle aqueous dispersion (1 mL) (hereinafter referred to as “AuNPs”) C 12 -GMA-EG 7 was dissolved to 50 mM. N as a crosslinking agent
, N′-methylenebisacrylamide (MBAA), ammonium peroxodisulfate (APS) as a polymerization initiator, and N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine (TEMED) are dissolved in ultrapure water, and a molar ratio The polymerizable surfactant: MBAA: APS: TEMED = 4: 1: 1: 1 was added by a syringe. The reaction was stirred for 17 hours at room temperature. After completion of the reaction, analysis by MALDI-TOF / MS was performed. Absorption spectrum measurement was performed after adding 1M HCl to the solution so that pH might be set to 1.
FIG. 3 shows a MALDI-TOF / MS spectrum of the AuNPs dispersion after the polymerization operation. Since a regular peak derived from the molecular weight of C 12 -GMA-EG 7 was observed, AuN
It was confirmed that the polymerization reaction of C 12 -GMA-EG 7 was proceeding even in the system where Ps was present.
FIG. 4 shows the result of the absorption spectrum measurement of the AuNPs dispersion under acidic conditions. From the results of the absorption spectrum measurement, when AuNPs alone was used, no peak was observed at 520 nm, and AuNPs aggregated when the solution was brought to acidic conditions. When C 12 -GMA-EG 7 was coated and polymerized, there was no change in the peak position of the absorption spectrum even after the solution was acidified, and AuNPs kept in a dispersed state.
FIG. 5 shows the results of dynamic light scattering (DLS) measurement of AuNPs dispersion under acidic conditions. The results of DLS measurements, although the particle diameter when the solution is acidified after polymerization operation of C 12 -GMA-EG 7 is large, no big as aggregates, the C 12 -GMA-EG 7 AuN
It was suggested that the Ps surface was dispersed. From these results, it is clear that when C 12 -GMA-EG 7 is added and polymerized, C 12 -GMA-EG 7 protects the AuNPs surface and can maintain a dispersed state even under acidic conditions. Became.

(4) AuNPsの有機溶媒への抽出
AuNPs分散液、C12−GMA−EG7被覆AuNPs分散液、またはC12−GMA
−EG7重合AuNPs分散液(1mL)をそれぞれジクロロメタン(1mL)の上層に
のせ、14,000rpmで20分間遠心分離した。水層を除去した後にジクロロメタン層を撹拌し、吸光スペクトル測定を行った。
図6にAuNPsをジクロロメタン層に抽出した後の吸光度測定および目視観察結果を示した。目視観察より、AuNPsのみの場合は、ジクロロメタンと超純水との界面にAuNPsがとどまり、ジクロロメタン層に抽出することができなかった。それに対してC12−GMA−EG7被覆AuNPsおよびC12−GMA−EG7重合AuNPsはジクロロメタン層に抽出することができた。ジクロロメタン層の吸光スペクトル測定の結果より、C12−GMA−EG7被覆AuNPsは一部凝集してしまったのに対して、C12−GMA
−EG7重合AuNPsは分散状態が維持されていることが明らかになった。C12−GM
A−EG7を重合することで、有機溶媒に対する耐性が向上していると考えられる。
(4) Extraction of AuNPs into organic solvent AuNPs dispersion, C 12 -GMA-EG 7 coated AuNPs dispersion, or C 12 -GMA
Place -EG 7 polymerization AuNPs dispersion (1 mL) in an upper layer of each dichloromethane (1 mL), and centrifuged 20 minutes at 14,000 rpm. After removing the aqueous layer, the dichloromethane layer was stirred and the absorption spectrum was measured.
FIG. 6 shows the absorbance measurement and visual observation results after extracting AuNPs into the dichloromethane layer. From the visual observation, in the case of AuNPs alone, AuNPs stayed at the interface between dichloromethane and ultrapure water and could not be extracted into the dichloromethane layer. In contrast, C 12 -GMA-EG 7 coated AuNPs and C 12 -GMA-EG 7 polymerized AuNPs could be extracted into the dichloromethane layer. From the results of the absorption spectrum measurement of the dichloromethane layer, the C 12 -GMA-EG 7 coated AuNPs partially aggregated, whereas the C 12 -GMA
It was revealed that -EG 7 polymerized AuNPs were maintained in a dispersed state. C 12 -GM
By polymerizing the A-EG 7, considered with resistance to organic solvents is improved.

(5) AuNPsの洗浄
AuNPs分散液、C12−GMA−EG7被覆AuNPs分散液、C12−GMA−EG7重合AuNPs分散液をそれぞれ1mLずつ14,000rpmで20分間遠心分離し、それぞれの上澄み液を800μLずつ取り除いた後に超純水を800μLずつ加えた。この操作を1回の洗浄操作として、2回繰り返した。洗浄操作1回ごとにDLS測定によりAuNPsの分散性を評価した。
図7にAuNPs分散液の洗浄回数に対する粒径を示した。図7より、C12−GMA−EG7重合AuNPsはAuNPsのみ及びC12−GMA−EG7被覆AuNPsに比べて粒径の上昇が抑えられ、凝集を防ぐことができたことが確認できた。
(5) Washing of AuNPs The AuNPs dispersion, the C 12 -GMA-EG 7- coated AuNPs dispersion, and the C 12 -GMA-EG 7 polymerized AuNPs dispersion are each centrifuged at 14,000 rpm for 20 minutes, and the supernatant is obtained. After removing 800 μL of the solution, 800 μL of ultrapure water was added. This operation was repeated twice as one washing operation. The dispersibility of AuNPs was evaluated by DLS measurement for each washing operation.
FIG. 7 shows the particle size with respect to the number of washing times of the AuNPs dispersion. From FIG. 7, it was confirmed that the C 12 -GMA-EG 7 polymerized AuNPs could suppress aggregation and prevent aggregation compared to AuNPs alone and C 12 -GMA-EG 7 coated AuNPs.

実施例2: 重合反応に対する温度の影響
12−GMA−EG7水溶液(200μL)に4×10-9MのAuNPs水分散液(8
00μL)を加えた。C12−GMA−EG7の濃度は、終濃度で1mM、0.5mMまた
は0.3mMとなるように調整した。架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBAA)、重合開始剤としてアンモニウムペルオキソジサルフェート(APS)、およびN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を超純水に溶解させ、mol比で重合性界面活性剤:MBAA:APS:TEMED=40:1:1:1となるように加えた。40℃、45℃または50℃で24時間撹拌し、反応させた。反応終了後、1H−NMRによる分析および吸光スペクトル測定を行った。また、反応溶液
を別容器に移し替え、pH1となるように1M HClを溶液に加えた後に、再度吸光スペクトル測定を行った。
40℃、45℃、50℃の反応温度でのpH調整前後のAuNPs分散液吸光スペクトルと外観写真を、それぞれ図8〜10に示す。図8〜10に示す結果の通り、AuNPs分散液は、pHを1に調整することによりAu粒子が凝集し、無色透明になってしまった。それに対してC12−GMA−EG7重合AuNPs分散液では、pHを1にしても色や
吸光スペクトルはほとんど変化せず、Au粒子が分散性を維持していた。このように本発明によれば、金属粒子の分散液を顕著に改善できることが明らかとなった。
Example 2: Effect of temperature on the polymerization reaction A C 12 -GMA-EG 7 aqueous solution (200 μL) in 4 × 10 −9 M AuNPs aqueous dispersion (8
00 μL) was added. The concentration of C 12 -GMA-EG 7 was adjusted to 1 mM, 0.5 mM, or 0.3 mM at the final concentration. N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA) as a crosslinking agent, ammonium peroxodisulfate (APS) as a polymerization initiator, and N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (TEMED) are dissolved in ultrapure water. And added in a molar ratio such that polymerizable surfactant: MBAA: APS: TEMED = 40: 1: 1: 1. The mixture was stirred at 40 ° C., 45 ° C. or 50 ° C. for 24 hours to be reacted. After completion of the reaction, analysis by 1 H-NMR and measurement of absorption spectrum were performed. Further, the reaction solution was transferred to another container, and 1M HCl was added to the solution so that the pH was 1, and then the absorption spectrum measurement was performed again.
The AuNPs dispersion absorption spectra and external appearance photographs before and after pH adjustment at reaction temperatures of 40 ° C., 45 ° C., and 50 ° C. are shown in FIGS. As shown in FIGS. 8 to 10, in the AuNPs dispersion, when the pH was adjusted to 1, Au particles aggregated and became colorless and transparent. In contrast, in the C 12 -GMA-EG 7 polymerized AuNPs dispersion, even when the pH was 1, the color and the absorption spectrum hardly changed, and the Au particles maintained dispersibility. As described above, according to the present invention, it was revealed that the dispersion of metal particles can be remarkably improved.

Claims (7)

高分散性金属ナノ粒子を製造するための方法であって、
炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基を有する重合性界面活性剤と原料金属ナノ粒子とを混合して、当該原料金属ナノ粒子を当該重合性界面活性剤で被覆する工程、および、
上記重合性界面活性剤を重合する工程を含むことを特徴とする方法。
A method for producing highly dispersible metal nanoparticles comprising:
Mixing a raw material metal nanoparticle with a polymerizable surfactant having a hydrocarbon group, a hydrophilic group and a radical polymerizable group, and coating the raw material metal nanoparticle with the polymerizable surfactant; and
A method comprising polymerizing the polymerizable surfactant.
上記重合性界面活性剤として、下記式(I)で表される重合性界面活性剤またはその塩を用いる請求項1に記載の方法。
[式中、R1はC6-20アルキル基を示し;R2は水酸基を有していてもよいC1-4アルキレ
ン基を示し;R3は水酸基を有していてもよいC1-4アルキレン基を示し;Xは、N、N+
−R4、S+およびP+−R4からなる群より選択される1以上の基を示し(R4はC1-4アルキル基を示す);Yはラジカル重合性基を示し;Zは親水性基を示す]
The method according to claim 1, wherein a polymerizable surfactant represented by the following formula (I) or a salt thereof is used as the polymerizable surfactant.
[Wherein, R 1 represents a C 6-20 alkyl group; R 2 represents a C 1-4 alkylene group which may have a hydroxyl group; and R 3 represents a C 1- group which may have a hydroxyl group. 4 represents an alkylene group; X represents N, N +
One or more groups selected from the group consisting of —R 4 , S + and P + —R 4 (R 4 represents a C 1-4 alkyl group); Y represents a radically polymerizable group; Shows hydrophilic group]
上記原料金属ナノ粒子に対する上記重合性界面活性剤の割合を0.1質量倍以上、10×108質量倍以下とする請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the polymerizable surfactant to the raw metal nanoparticles is 0.1 mass times or more and 10 x 10 8 mass times or less. 上記重合性界面活性剤および上記原料金属ナノ粒子に加えてさらに2以上のラジカル重合性基を有する架橋剤を混合する請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a crosslinking agent having two or more radical polymerizable groups is further mixed in addition to the polymerizable surfactant and the raw metal nanoparticles. 炭化水素基、親水性基およびラジカル重合性基を有する重合性界面活性剤の重合体により原料金属ナノ粒子が被覆されているものであることを特徴とする高分散性金属ナノ粒子。   A highly dispersible metal nanoparticle, wherein the raw metal nanoparticle is coated with a polymer of a polymerizable surfactant having a hydrocarbon group, a hydrophilic group and a radical polymerizable group. 上記親水性基がポリアルキレングリコール基を含む請求項5に記載の高分散性金属ナノ粒子。   The highly dispersible metal nanoparticles according to claim 5, wherein the hydrophilic group includes a polyalkylene glycol group. 上記親水性基が、エポキシ基、アミノ基、カルボキシ基、活性エステル基、チオール基およびジスルフィド基からなる群より選択される1以上の反応性官能基を含む請求項5または6に記載の高分散性金属ナノ粒子。   The high dispersion according to claim 5 or 6, wherein the hydrophilic group includes one or more reactive functional groups selected from the group consisting of an epoxy group, an amino group, a carboxy group, an active ester group, a thiol group, and a disulfide group. Metal nanoparticles.
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