JP4476899B2 - 金属ナノ微粒子複合体およびその製造方法、金属ナノ微粒子複合体凝集物およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ナノ化学技術に関するものであり、金属ナノロッドなどの金属ナノ微粒子が化学修飾された金属ナノ微粒子複合体およびその製造方法、金属ナノ微粒子複合体凝集物およびその製造方法に関する。

金属ナノ微粒子は、入射光の振動電場と金属ナノ微粒子内の自由電子とが共鳴的に振動することにより、表面近傍に、紫外領域から可視領域にかけて局在表面プラズモン吸収が発現するという性質を有する。例えば、金ナノ微粒子の場合、５２０ｎｍ付近に単一な吸収ピークを示し、赤色に着色することから、古くから色材として利用されてきた。
また、金属ナノ微粒子の一種である金属ナノロッドは、アスペクト比（長軸／短軸の長さ比）を調節することにより、可視光線から近赤外光線までの任意の波長での局在表面プラズモン吸収特性を変化させることができる。しかも、長軸方向と短軸方向とでプラズモン共鳴周波数が異なるため、それぞれの軸方向に対応する２つの吸収ピークが現れる。具体的には、長軸方向の吸収帯が長波長側、短軸方向が短波長側に観測される（非特許文献１参照）。近年、この吸収特性を持つ金属ナノロッドに樹脂を混合し、これを薄膜化することにより、可視光から近赤外光線領域までの任意の特定波長をカットする光吸収フィルター、着色剤、電磁波シールド材などの製品が開発されている（例えば特許文献１参照）。

さらに、金属ナノ微粒子においては、組織化することにより、各種分光スペクトルを増強する効果を発揮することが知られている。
金属ナノロッドの組織化方法としては、いくつかの手法が提案されている。例えば、金ナノロッドの短軸側表面に、３−メルカプトプロピオン酸や１１−メルカプトウンデカン酸など、一端にチオール基、他端にカルボキシル基を有する有機分子を選択的に結合させたものが提案されている（非特許文献２参照）。この方法によれば、カルボン酸同士の水素結合を介して、金ナノロッドを縦列に配列できるとされている。
また、別の組織化方法として、金ナノロッドの短軸側表面に、スルフィド化したビオチン誘導体を固定化させ、ビオチンを吸着するアビジンタンパクを介して、選択的に金ナノロッドを自己組織化させる方法が提案されている（非特許文献３参照）。
また、金属ナノロッドの溶媒への分散性を高めるために付着させた界面活性剤とジカルボン酸置換基を有する有機分子とを静電的に結合させ、水素イオン濃度を変化させることにより金ナノロッドの配列を制御した例も報告されている（非特許文献４参照）。
特開２００３−３１５５３１号公報 エス・リンク(S.Link)ら、「ジャーナルオブフィジカルケミストリービー(Journal of Physical Chemistry B)」、第１０３巻、１９９９年、ｐ．３０７３ ケー・ジー・トーマス (K.G.Thomas)ら、「ジャーナルオブフィジカルケミストリービー(Journal of Physical Chemistry B)」、第１０８巻、２００４年、ｐ１３０６６ ケイ・ケイ・キャスウェル(K.K.Caswell)ら、「ジャーナルオブアメリカンケミカルソサイエティ(Journal of American Chemical Society)、第１２５巻、２００３年、ｐ．１３９１４ シー・ジェイ・オレンドルフ(C.J.Orendorff)ら、「ラングミュラー(Langmuir)」、第２１巻、２００５年、ｐ．２０２２

近年、上記のような金属ナノ微粒子またはその凝集物の性質を利用して、金属ナノ微粒子またはその凝集物を、センシングの分野に応用することが提案されており、さらなる応用展開も期待されている。特に、特異的な吸収特性を持つ金属ナノロッドをセンシングに利用することが期待されているが、これまで具体的な手法が提案されていなかった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、選択的かつ高感度なイオン認識性を有し、センシングに適用できる金属ナノ微粒子複合体およびその製造方法、金属ナノ微粒子複合体凝集物およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の金属ナノ微粒子複合体は、アスペクト比が１より大きい金属ナノロッドの表面に、クラウンエーテル分子が化学修飾されていることを特徴とする。
本発明の金属ナノ微粒子複合体においては、クラウンエーテル分子が、末端に含硫黄有機置換基を有していることが好ましい。
その場合、含硫黄有機置換基が、チオール基、チオアセチル基、スルフィド基、ジスルフィド基から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
また、本発明の金属ナノ微粒子複合体においては、金属ナノロッドが金ナノロッドであることが好ましい。
本発明の金属ナノ微粒子複合体凝集物は、上述した金属ナノ微粒子複合体が凝集していることを特徴とする。
本発明の金属ナノ微粒子複合体の製造方法は、上記金属ナノ微粒子複合体の製造方法であって、アスペクト比が１より大きい金属ナノロッドを含む液にクラウンエーテル分子を添加することを特徴とする。
本発明の金属ナノ微粒子複合体凝集物の製造方法は、アスペクト比が１より大きい金属ナノロッドの表面にクラウンエーテル分子が化学修飾された金属ナノ微粒子複合体に、陽イオンを添加することを特徴とする。

本発明の金属ナノ微粒子複合体および金属ナノ微粒子複合体凝集物は、選択的かつ高感度な陽イオン認識性を有し、センシングに適用できる。
本発明の金属ナノ微粒子複合体の製造方法によれば、選択的かつ高感度な陽イオン認識性を有し、センシングに適用できる金属ナノ微粒子複合体を製造できる。
本発明の金属ナノ微粒子複合体凝集物の製造方法によれば、選択的かつ高感度な陽イオン認識性を有し、センシングに適用できる金属ナノ微粒子複合体凝集物を製造できる。

（金属ナノ微粒子複合体）
本発明の金属ナノ微粒子複合体の一実施形態例について説明する。本実施形態例は、金属ナノ微粒子を構成する金属が金であり、金属ナノ微粒子が、アスペクト比が１より大きい金属ナノロッドの例である。すなわち、図１に示すように、本実施形態例の金属ナノ微粒子複合体１０は、金ナノロッド１１の表面に、クラウンエーテル分子１２，１２・・・が化学修飾されているものである（図示例では、クラウンエーテル分子が１２−ｃｒｏｗｎ−４であり、含硫黄有機置換基の硫黄原子が金ナノロッドに共有結合している）。
なお、本発明における金属ナノロッドの「ナノ」とは、直径が数ｎｍ〜数十ｎｍ、長さが数ｎｍ〜数百ｎｍのことである。
また、化学修飾とは、化学吸着または直接的な結合（共有結合、イオン結合）を意味する。

［金ナノロッド］
金ナノロッド１１は、例えば、非特許文献５に記載されているような化学還元と光反応を組み合わせた方法により合成することができる。この方法によれば、極めて短時間で、均一な形状の金ナノロッドが合成でき、しかも、アスペクト比の異なる金ナノロッド１１が容易に得られ、また同一な合成条件では極めて高い再現性が得られる。以下、図２に示すような、化学還元と光反応を組み合わせた方法について詳細に説明する。
（非特許文献５） ワイ・ニイドメ(Y.Niidome)ら、「ケミカルコミュニケーション(Chemical Communication)、２００３年、ｐ．２３７６

化学還元と光反応を組み合わせた方法では、まず、金塩溶液を化学還元する。出発原料である金塩溶液としては、例えば、ハロゲン化金水溶液やシアン化金水溶液などが挙げられる。金塩溶液の濃度は、１〜１０ｍＭ程度が好ましい。

金塩溶液には、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドなどの界面活性剤を含有させることが好ましい。界面活性剤の添加により、界面活性剤を含有させれば、金ナノロッド１１の表面に界面活性剤が吸着し、金ナノロッドの凝集を防ぎ、安定して水溶液中に分散させることができる。界面活性剤の濃度は、２０〜１００ｍＭであることが好ましい。界面活性剤濃度が２０ｍＭ未満であると、金ナノロッド１１の分散安定性が不足して、凝集しやすくなる傾向にある。また、１００ｍＭを超えると、得られる溶液の粘性が高くなり、金ナノロッド成長反応速度の低下、成長粒子の不均一化、取り扱い性低下などが生じるおそれがある。

また、金塩溶液には、アセトンおよび／またはシクロヘキサンが含まれることが好ましい。アセトンは、光反応の開始剤の役割を担ってロッド成長反応を促進するとともに、光照射による金ナノロッド成長速度を調節できる。また、アセトンの添加量を適宜選択することにより、所望のアスペクト比を有する金ナノロッド１１の収量を変化させることができる。
金塩溶液がシクロヘキサンを含む場合には、金ナノロッド１１の収率を高め、アスペクト比を均一化することができる。

上記金塩溶液に、還元剤を添加して金塩を化学還元する。還元剤としては、金クラスター（ナノ粒子の成長核）の生成割合が低いものが好ましく、具体的には、アスコルビン酸、クエン酸およびその塩などが好ましい。還元剤の添加量は、金塩が還元されるのに充分な量であればよい。

上記化学還元後、光反応を行う。光反応は、還元剤を添加した金塩溶液に紫外線などの光を照射し、金ナノロッド１１を得る反応である。
ここで、光照射においては、金微粒子の成長反応が特定の結晶面に偏る現象を誘起する物質、すなわち金ナノロッド１１の長軸方向の成長を促進する物質（以下、成長促進物質という。）を添加することが好ましい。成長促進物質としては、硝酸銀、塩化銀、臭化銀などの銀塩が好ましい。前記銀塩の添加濃度が高いほど長軸の長い金ナノロッド１１が得られるが、過剰の銀塩の添加は反応速度を低下させる傾向にある。このことから、銀塩の添加濃度は、１μＭ〜１ｍＭ程度であることが好ましい。

光反応においては、光照射時間、光照射強度、照射光波長を適宜選択して金ナノロッド１１の生成量と形状を制御することができる。照射光の波長は、金ナノロッド成長に効果的であることから、３００ｎｍ以下の紫外線であることが好ましく、２５４ｎｍ付近の紫外線であることがより好ましい。光源としては、例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどを利用できる。さらに、所望の波長帯の光（例えば２５４ｎｍ）のみを選択的に透過させるバンドパスフィルターを光源と試料の間に配置してもよい。バンドパスフィルターを光源と試料の間に配置して光照射すれば、金ナノロッド成長反応をより促進させることができる。

光反応後には、精製を行ってもよい。金塩溶液に界面活性剤を含有させた場合、上記の工程を経て得られた金ナノロッド１１は、過剰の界面活性剤を含んでおり、金ナノロッド１表面が界面活性剤で完全に被覆されているため、金ナノロッド複合体１０の形成を阻害することがある。したがって、精製によって過剰な界面活性剤を取り除けば、金ナノロッド複合体形成阻害を防止できる。
精製としては、遠心分離、上澄み除去、純水洗浄の操作を繰り返すことが好ましい。さらに、遠心分離操作は、５℃以上１５℃未満、１分間当たり５０００回転以上、１０分間以上の条件で行うことが好ましい。このような条件では、遠心分離後、上澄み溶液中への金ナノロッド１１の浮遊量が抑えられ、金ナノロッド１１の回収量を高めることができる。ただし、この精製過程を３回以上繰り返し行うと、金ナノロッド１１表面にある界面活性剤が完全に剥がれ落ちて、金ナノロッド１１が水溶液中に安定に分散できなくなる傾向を示す。

金ナノロッド１１は、上記化学還元と光反応を組み合わせた方法以外の方法、例えば、電気化学的合成法、化学合成法、光合成法などによっても合成できる。

［クラウンエーテル分子］
クラウンエーテル分子１２としては、金ナノロッド１１に容易に化学修飾できることから、末端に置換基を有しているものが好ましく、末端に含硫黄有機置換基を有していることがより好ましい。ここで、含硫黄有機置換基としては、金ナノロッド１１に容易に化学修飾できることから、チオール基、チオアセチル基、スルフィド基、ジスルフィド基から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

末端に含硫黄有機置換基を有するクラウンエーテル分子の合成方法の一例について示す。この例では、含硫黄有機置換基がチオール基である場合について説明する。
まず、出発物質であるヒドロキシメチル化クラウンエーテルを、ジメチルフォルムアミド中、水素化ナトリウムの存在下で、ジブロモヘキサンとカップリング反応させる。その後、末端に存在する臭素にチオ尿素を反応させ、酸性化させることにより、末端にチオールを有するクラウンエーテル分子を得ることができる。
上記合成方法で用いるヒドロキシメチル化クラウンエーテルのクラウンエーテル部位としては、例えば、１２−クラウンエーテル−４（１２−ｃｒｏｗｎ−４）、１５−クラウンエーテル−５（１５−ｃｒｏｗｎ−５）、１８−クラウンエーテル−６（１８−ｃｒｏｗｎ−６）、２１−クラウンエーテル−７（２１−ｃｒｏｗｎ−７）、２４−クラウンエーテル−８（２４−ｃｒｏｗｎ−８）などが挙げられる。

なお、含硫黄有機置換基を有するクラウンエーテルの合成方法は上記方法に限定されない。例えば、溶媒はジメチルフォルムアミドに限定されず、他の溶媒を用いることもできる。また、ジブロモヘキサン以外のジハロゲン化アルキル（Ｂｒ（ＣＨ_２）_ｎＢｒ，Ｃｌ（ＣＨ_２）_ｎＣｌ、ｎは１以上１８未満が好ましい。）を用いることができる。また、ジハロゲン化アルキルの代わりに、ジハロゲン化エチレングリコール（例えば、Ｂｒ（ＣＨ_２Ｏ）_ｎＢｒ）をカップリングさせることで、水溶性のチオール化クラウンエーテル分子を得ることもできる。

金ナノロッド複合体は、上記金ナノロッドを含む液にクラウンエーテル分子を添加することにより得られる。この際、クラウンエーテル分子の種類によって、クラウンエーテル分子が金ナノロッドに化学吸着するか、直接結合するかが決まる。

以上説明した金ナノロッド複合体では、クラウンエーテル分子のクラウンエーテル部位の空孔径サイズによって、選択的に陽イオンを認識することができる。そして、このクラウンエーテル分子によるイオン認識性と、金ナノロッドが持つ局在表面プラズモン吸収とを組み合わせることによって、陽イオンのセンシングが可能になる。
この金ナノロッド複合体により認識できる陽イオンとしては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属類、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属類、アンモニウムイオンなどが挙げられる。

（金属ナノロッド複合体凝集物）
本実施形態例の金属ナノロッド複合体凝集物（金属ナノ微粒子複合体凝集物）は、上記金ナノロッド複合体（金属ナノ微粒子複合体）１０が凝集しているものである。
金ナノロッド複合体凝集物を形成するためには、２つ以上の金ナノロッド複合体１０が分散している液に、例えば、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属類の陽イオン、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属類の陽イオン、アンモニウムイオンなどを添加すればよい。これら陽イオンを添加した上で、クラウンエーテル部位の空孔径が陽イオン直径より小さい場合には、２つ以上の金ナノロッド複合体のクラウンエーテル部位が、陽イオンを挟持してサンドイッチ錯体を形成する。したがって、陽イオンを介して、２つ以上の金ナノロッド複合体１０が連結し、凝集状態を形成する。
なお、クラウンエーテル部位の空孔径が陽イオン直径より大きい場合には、金ナノロッド複合体凝集体の形成は困難である。

金ナノロッド複合体凝集物は、金ナノロッド複合体１０，１０・・・が縦列に配列して凝集したもの（図３参照）、横列に配列して凝集したもの（図４参照）に区分される。
金ナノロッド複合体が縦列に配列して凝集したものは、金ナノロッド複合体１０の短軸側表面に修飾されたクラウンエーテル分子１２ａ，１２ａ同士で陽イオン２０が挟持されて形成されている（図５参照）。なお、ここでいう縦列とは、図示例のように、金ナノロッド複合体の短軸側表面同士で連結していることであり、必ずしも直線状でなくてもよい。
金ナノロッド複合体が横列に配列して凝集したものは、金ナノロッド複合体１０の長軸側表面に修飾されたクラウンエーテル分子１２ｂ，１２ｂ同士で陽イオン２０が挟持されて形成されている（図６参照）。

上記金ナノロッド複合体凝集物では、金ナノロッド複合体と同様に、陽イオンのセンシングに適用できる。しかも、金ナノロッド複合体凝集物は組織化されているため、各種分光スペクトルを増強する効果を発揮する。

なお、本発明は、上述した実施形態例に限定されない。例えば、金属ナノ微粒子を構成する金属としては、金以外に、例えば、銀、銅および金、銀、銅のうちの２種以上を含む合金などが利用できる。また、金属ナノ微粒子の形状としては、ロッド状に限定されず、略球状などであっても構わない。金ナノロッド以外の金属ナノ微粒子を用いた場合でも、上記実施形態例と同様の効果を発揮する。ただし、金属ナノ微粒子としては、金属ナノロッドが好ましい。また、アスペクト比に応じて吸収特性が変化するため、波長選択性が発現する。したがって、金属ナノロッドの形状を変えることによって測定波長を選択することができる。さらに、ロッドの長軸・短軸の吸収波長の違いを利用した偏光特性を発揮させることもできる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。
＜合成例１＞金ナノロッド（Ａ−１）の合成
塩化金（III）酸（２ｍＭ）、界面活性剤であるヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（８０ｍＭ）を溶解させた３ｍＬの水溶液中に、アセトン（６５μＬ）、シクロヘキサン（４５μＬ）、及び成長促進物質である硝酸銀を５μＬ滴下した。さらに塩化金酸の還元剤であるアスコルビン酸（４０ｍＭ水溶液）を２００μＬ添加し、１０分間室温で攪拌して透明な金塩溶液を得た。
次いで、この金塩溶液を、１ｃｍ石英セルに移し、撹拌しながらＵＶ光源（ＵＶＬＩＧＨＴＳＯＵＲＣＥ，ＨＯＹＡ−ＳＣＨＯＴＴ，ＨＬＳ１００ＵＭ）を用い、１０分間光照射した。その際、紫外透過フィルター（シグマ光機、ＵＴＶＡＦ−５０Ｓ−３３Ｕ）を用いて可視領域の光をカットし、２５４ｎｍ付近の特定波長のみ照射して、金ナノロッド（Ａ−１）を合成した。
なお、合成した金ナノロッド表面には界面活性剤（ヘキサメチルアンモニウムブロミド）で被覆されているため、数日経過後も凝集することなく安定に水に分散していた。

＜合成例２〜７＞金ナノロッド（Ａ−２〜７）の合成
硝酸銀の滴下量を１０μＬ（Ａ−２），２０μＬ（Ａ−３），３０μＬ（Ａ−４），５０μＬ（Ａ−５），１００μＬ（Ａ−６），２００μＬ（Ａ−７）のいずれかとしたこと以外は合成例１と同様にして金ナノロッドを合成した。

得られた金ナノロッドは、硝酸銀の滴下量に応じて、粒子形状に顕著な差が見られた。すなわち、硝酸銀滴下量が５μＬの試料では、平均直径２８．６ｎｍの球状に近い金ナノ微粒子のみが生成した。それに対し、硝酸銀滴下量１００μＬ以上ではロッド径１０ｎｍ程度、ロッド長４０ｎｍ程度（平均アスペクト比；４．０）で均一な形状の金ナノロッドが得られた。また、金ナノロッドのアスペクト比増大に伴って、吸収スペクトル特性が顕著に変化した。具体的には、上記条件により合成した金ナノロッドでは、吸収帯が５２５ｎｍから７０４ｎｍまで変化した（図７および表１参照）。なお、表１は図７における吸収極大波長を具体的数値で示したものである。また、図７における吸光度は、ピークトップの値で規格化した値である。

＜合成例８＞末端チオール化クラウンエーテル誘導体（Ｂ−１）の合成
末端チオール化１２−クラウンエーテル−４誘導体を、化学式（１）に基づいて合成した。以下、具体的に説明する。

まず、反応フラスコ容器内を充分に脱水脱気し、アルゴンガス置換した後、フラスコ内に２−ヒドロキシメチル−１２−クラウン−４を１ｇ（４．８５ｍｍｏｌ）、水素化ナトリウム（ＮａＨ、６０％分散溶液、オイル中）を０．５ｇ（ＮａＨ量０．３ｇ，１２．５ｍｍｏｌ）、ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）を１０ｍＬ導入した。次いで、室温で３０分間攪拌反応したところ、黄白色の沈殿が生成した。その後、１，６−ジブロモヘキサン５．９２ｇ（２４．３ｍｍｏｌ）を反応溶液内に滴下し、終夜、室温で攪拌反応を継続した。そして、メタノールで反応を停止し、溶媒を除去後、反応溶液にジクロロメタン１００ｍＬ及び純水１００ｍＬを添加し、分液ろうとを用いて洗浄した。その洗浄操作を３回繰り返した後、溶媒を除去し、シリカゲルカラム（溶離剤；ヘキサン：酢酸エチル＝１：１）を用いて反応生成物を精製した。これにより、中間生成物である無色透明なオイル状のブロモ化クラウンエーテル（１２−ｃｒｏｗｎ−４−Ｂｒ）を収量１．５ｇ、収率８３．７％で得た。

次に、撹拌子、還流冷却機を備えた１００ｍＬの四つロフラスコ内に、得られた中間生成物１２−ｃｒｏｗｎ−４−Ｂｒを１ｇ（２．７１ｍｍｏｌ）、チオ尿素を１ｇ（１３．８ｍｍｏｌ）、エタノールを６２．５ｍＬ添加し、油浴温度８５℃で終夜、撹拌しながら還流反応を行った。その後、溶媒を除去し、純水に溶解した水酸化カリウムを１ｇ（１７．５ｍｍｏｌ）反応溶液内に滴下し、引き続き２時間、還流反応を継続した。次いで、１ｍｏｌ／Ｌの塩酸溶液を１５〜２０ｍＬ滴下し、反応溶液をｐＨ７以下にした後、ジクロロメタン１００ｍＬ及び純水１００ｍＬを添加し、分液ろうとを用いて洗浄した。この洗浄操作を３度繰り返した後、溶媒を除去し、シリカゲルカラム（溶離剤；ヘキサン：酢酸エチル＝１：３）を用いて反応生成物を精製した。これにより、最終生成物である無色透明なオイル状のチオール化クラウンエーテル（１２−ｃｒｏｗｎ−４−ＳＨ）を収量３５１．５ｍｇ、収率４０．２％で得た。得られた生成物について、ガスクロマトグラフィ、質量分析、赤外線吸収分析により所望の化合物であることを確認した。

＜合成例９＞末端チオール化クラウンエーテル誘導体（Ｂ−２）の合成
２−ヒドロキシメチル−１２−クラウン−４を、２−ヒドロキシメチル−１５−クラウン−５に変更したこと以外は合成例８と同様にして、１５−ｃｒｏｗｎ−５−ＳＨを合成した。
＜合成例１０＞末端チオール化クラウンエーテル誘導体（Ｂ−３）の合成
２−ヒドロキシメチル−１２−クラウン−４を、２−ヒドロキシメチル−１８−クラウン−６に変更したこと以外は合成例８と同様にして、１８−ｃｒｏｗｎ−６−ＳＨを合成した。
＜合成例１１＞末端チオール化クラウンエーテル誘導体（Ｂ−４）の合成
２−ヒドロキシメチル−１２−クラウン−４を、２−ヒドロキシメチル−２１−クラウン−７に変更したこと以外は合成例８と同様にして、２１−ｃｒｏｗｎ−７−ＳＨを合成した。
＜合成例１２＞末端チオール化クラウンエーテル誘導体（Ｂ−５）の合成
２−ヒドロキシメチル−１２−クラウン−４を、２−ヒドロキシメチル−２４−クラウン−８に変更したこと以外は合成例８と同様にして、２４−ｃｒｏｗｎ−８−ＳＨを合成した。

＜実施例１＞金属ナノロッド複合体（Ｃ−１）の合成
（Ｂ−１）により合成した１２−ｃｒｏｗｎ−４−ＳＨを塩化ナトリウム溶液（イオン濃度；１ｍＭ）に溶解し、１ｍＭ溶液を調製した。この溶液を、金ナノロッド含有液２００μＬ中に２０μＬ滴下し、数分間室温で撹拌して、金ナノロッド複合体（Ｃ−１）を得た。なお、ここで使用した金ナノロッド含有液は、金表面を極力露出させて複合化反応の効率を高めるため、あらかじめ遠心分離（１００００回転／分、１０分、１００℃）、上澄み液除去、純水中への再分散の処理を２度繰り返し行い、過剰な界面活性剤を除去・精製したものである。

＜実施例２＞金属ナノロッド複合体（Ｃ−２）の合成
１２−ｃｒｏｗｎ−４−ＳＨを、１５−ｃｒｏｗｎ−５−ＳＨに変更したこと以外は実施例１と同様にして金ナノロッド複合体およびその凝集物（Ｃ−２）を得た。

＜実施例３＞金属ナノロッド複合体（Ｃ−３）の合成
塩化ナトリウム溶液を塩化カリウム溶液に変更したこと以外は実施例１と同様にして金ナノロッド複合体（Ｃ−３）を得た。
＜実施例４＞金属ナノロッド複合体（Ｃ−４）の合成
塩化ナトリウム溶液を塩化カリウム溶液に変更したこと以外は実施例２と同様にして金ナノロッド複合体（Ｃ−４）を得た。

上記金ナノロッド複合体（Ｃ−１）〜（Ｃ−４）の吸収スペクトルを測定した。その結果、図８に示すように、ナトリウムイオンが存在する金属ナノロッド複合体（Ｃ−１）では、金ナノロッド側面の局在表面プラズモン吸収に対応する７００ｎｍ付近の吸光度が減少した。これは、１２−ｃｒｏｗｎ−４部位の空孔径はナトリウムイオンのイオン径よりも小さいため、隣接する金ナノロッド側面のそれぞれのクラウンエーテル同士がナトリウムイオンを挟持し、２：１型（クラウンエーテル２分子で１つのナトリウムイオンを捕捉）のサンドイッチ錯体を形成して、凝集物を形成したためであると考えられる。
また、ナトリウムイオンより大きなイオン径を有するカリウムイオンが存在する金属ナノロッド複合体（Ｃ−３）では、沈殿形成あるいは非常に大きな凝集体粒子形成の際に見られるスペクトル形状が観測された。すなわち、巨大な粒子形成による光散乱の影響を受け、長波長領域のピークが上昇した。これは、クラウンエーテル２分子以上で１つのカリウムイオンを挟持するサンドイッチ錯体を形成したため、多くの金属ナノロッド複合体が集合して、巨大な凝集粒子を形成したためであると考えられる。
なお、図８および後述の図９における吸光度は、波長５２０ｎｍの吸光度で規格化した値である。

また、金ナノロッド複合体（Ｃ−２）では、図９に示すように、金ナノロッド原液とほぼ同形状の吸収スペクトルが観測された。これは、１５−ｃｒｏｗｎ−５では、１:１型（クラウンエーテル１分子で１つのナトリウムイオンを捕捉）でナトリウムイオンを包含する空孔径を有するため、ナトリウムイオンが存在しても、凝集体が形成しなかったためと思われる。なお、図９において、強度の減少は、クラウンエーテル水溶液添加のための濃度減少によると思われる。
一方、カリウムイオンが存在する金属ナノロッド複合体（Ｃ−４）では、７００ｎｍ付近のピーク強度が減少した。これは、１５−ｃｒｏｗｎ−５は、カリウムイオンを包含する空孔径を有していないため、金ナノロッド複合体（Ｃ−１）と同様に、２：１型（クラウンエーテル２分子で１つのナトリウムイオンを捕捉）のサンドイッチ錯体を形成して、凝集物を構成したためであると考えられる。

さらに、クラウンエーテル誘導体が溶解した塩化ナトリウム水溶液、塩化カリウム水溶液の滴下量を１，３，５，７，１０，１５，２０，２５，３０μＬの間で変化させたこと以外は実施例１〜４と同様にして金ナノロッド複合体を得た。そして、それぞれ、吸収スペクトルを測定したところ、滴下量に応じて吸収スペクトルに変化が見られた（図１０〜１３参照、図１０，１２は塩化ナトリウム水溶液滴下、図１１，１３は塩化カリウム滴下）。具体的には、滴下量が多くなるほど７００ｎｍ付近のピークが小さくなった。

以上のように、（１）金ナノロッド表面のクラウンエーテル部位の空孔径、（２）添加イオンサイズ、（３）添加イオン濃度に応じて吸収特性が異なる。このような性質を利用することにより、イオンを選択的かつ敏感に認識することができ、しかも定量検出することができる。

＜実施例５＞金属ナノロッド複合体凝集物（Ｃ−５）の合成
金ナノロッド含有液２００μＬ中に１２−ｃｒｏｗｎ−４−ＳＨの塩化ナトリウム１ｍＭ溶液を２０μＬ滴下する代わりに５μＬ滴下したこと以外は実施例１と同様にして金ナノロッド複合体凝集物（Ｃ−５）を得た。
この金ナノロッド複合体凝集物（Ｃ−５）を含む溶液１μＬをシリコン基板上にキャストし、８０℃で真空乾燥処理を施して溶媒を除去した。そして、シリコン基板上の、金ナノロッド複合体およびその凝集物（Ｃ−５）の走査型電子顕微鏡写真を撮影した（図１４参照）。この走査型電子顕微鏡像の結果から、金ナノロッド複合体の短軸側表面同士で連結して縦列に配列して凝集した金ナノロッド凝集物を形成していることが確認された。このような縦列凝集は、クラウンエーテルが金ナノロッドの短軸側表面のみに結合しており、隣接する２つの金ナノロッド複合体の各クラウンエーテルでナトリウムイオンを挟むことにより形成されると推測される。

＜実施例６＞金属ナノロッド複合体凝集物（Ｃ−６）の合成
１２−ｃｒｏｗｎ−４−ＳＨの塩化ナトリウム１ｍＭ溶液を、金ナノロッド含有液２００μＬ中に２０μＬ滴下する代わりに５０μＬ滴下したこと以外は実施例１と同様にして金ナノロッド複合体凝集物（Ｃ−６）を得た。
この金ナノロッド複合体凝集物（Ｃ−６）を含む溶液１μＬをシリコン基板上にキャストし、８０℃で真空乾燥処理を施して溶媒を除去した。そして、シリコン基板上の、金ナノロッド複合体凝集物（Ｃ−６）の走査型電子顕微鏡写真を撮影した（図１５参照）。この走査型電子顕微鏡像の結果から、金ナノロッド複合体の長軸側表面同士で連結して横列に配列して凝集した金ナノロッド凝集物を形成していることが確認された。このような横列凝集は、クラウンエーテルが金ナノロッドの長軸側表面に結合しており、隣接する２つの金ナノロッド複合体の長軸側表面の各クラウンエーテルでナトリウムイオンを挟むことにより形成されると推測される。

本発明の金属ナノ微粒子複合体または金属ナノ微粒子複合体凝集物を細胞内に導入することにより、生体内での情報伝達イオンのダイナミクスを追跡するタグ材料（生体マーカー）として利用できる。また、本発明の金属ナノ微粒子複合体または金属ナノ微粒子複合体凝集物の性質を利用すれば、本発明の金属ナノ微粒子複合体または金属ナノ微粒子複合体凝集物を、生体の特定部位に吸着させることができ、非破壊的に染色できる。しかも、本発明の金属ナノ微粒子複合体または金属ナノ微粒子複合体凝集物は安定なナノ微粒子であるから、耐久性に優れ、また、レーザ照射後の退色が抑制されている。したがって、生体分子を長時間観察することが可能になり、高感度バイオイメージングの形成が可能になる。
さらに、金属ナノ粒子複合体凝集物を、ガラスやシリコンなどの基板上に規則的に配列させたり、高分子ゲルなどのソフトマトリックス中に混在させたりすることにより、生体検査チップとしての応用が期待できる。また、イオン捕捉機能を利用すれば、水中の不純物イオンを除去するフィルターとしての利用も考えられる。

本発明の金属ナノ微粒子複合体の一実施形態例を示す模式図である。 本発明の金属ナノ微粒子複合体の一実施形態例を製造するための製造方法を示すフローチャートである。 本発明の金属ナノ微粒子複合体凝集物の一実施形態例であって、金ナノロッドが縦列に配列して凝集した例を示す模式図である。 本発明の金属ナノ微粒子複合体凝集物の他の実施形態例であって、金ナノロッドが横列に配列して凝集した例を示す模式図である。 金属ナノロッドが縦列に配列して凝集する際の様子を示す模式図である。 金属ナノロッドが横列に配列して凝集する際の様子を示す模式図である。 合成の際の硝酸銀添加量が各々異なる金ナノロッドの吸収スペクトルを示すグラフである。 実施例１および実施例３の金属ナノロッド複合体の吸収スペクトルを示すグラフである。 実施例２および実施例４の金属ナノロッド複合体の吸収スペクトルを示すグラフである。 実施例１の金属ナノロッド複合体において、塩化ナトリウム水溶液滴下量を変えた際の吸収スペクトルを示すグラフである。 実施例２の金属ナノロッド複合体において、塩化カリウム水溶液滴下量を変えた際の吸収スペクトルを示すグラフである。 実施例３の金属ナノロッド複合体において、塩化ナトリウム水溶液滴下量を変えた際の吸収スペクトルを示すグラフである。 実施例４の金属ナノロッド複合体において、塩化カリウム水溶液滴下量を変えた際の吸収スペクトルを示すグラフである。 実施例５の金属ナノロッド複合体凝集物を示す走査型電子顕微鏡写真である。 実施例６の金属ナノロッド複合体凝集物を示す走査型電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１０ 金ナノロッド複合体（金属ナノ微粒子複合体）
１１ 金ナノロッド（金属ナノ微粒子）
１２，１２ａ，１２ｂ クラウンエーテル分子
２０ 陽イオン

Claims (7)

1. アスペクト比が１より大きい金属ナノロッドの表面に、クラウンエーテル分子が化学修飾されていることを特徴とする金属ナノ微粒子複合体。
2. クラウンエーテル分子が、末端に含硫黄有機置換基を有していることを特徴とする請求項１に記載の金属ナノ微粒子複合体。
3. 含硫黄有機置換基が、チオール基、チオアセチル基、スルフィド基、ジスルフィド基から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載の金属ナノ微粒子複合体。
4. 金属ナノロッドが金ナノロッドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属ナノ微粒子複合体。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の金属ナノ微粒子複合体が凝集していることを特徴とする金属ナノ微粒子複合体凝集物。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の金属ナノ微粒子複合体の製造方法であって、アスペクト比が１より大きい金属ナノロッドを含む液にクラウンエーテル分子を添加することを特徴とする金属ナノ微粒子複合体の製造方法。
7. アスペクト比が１より大きい金属ナノロッドの表面にクラウンエーテル分子が化学修飾された金属ナノ微粒子複合体に、陽イオンを添加することを特徴とする金属ナノ微粒子複合体凝集物の製造方法。

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