JP4854678B2 - 新規水溶性ナノクリスタルおよびその調製方法 - Google Patents

新規水溶性ナノクリスタルおよびその調製方法 Download PDF

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Description

[0001]本発明は、新規水溶性ナノクリスタルおよびその製造方法に関する。本発明はまた、限定はしないが、例えば、ｉｎ ｖｉｔｒｏまたはｉｎ ｖｉｖｏでの組織または細胞の画像処理における、生物学的物質またはプロセスの検出および／または視覚化などの様々な分析学的および生物医学的適用を含めたこのようなナノクリスタルの使用に関する。本発明はまた、核酸、タンパク質またはその他の生体分子などの分析物の検出において使用できるこのようなナノクリスタルを含有する組成物およびキットに関する。
[0002]半導体ナノクリスタル（量子ドット）には、発光装置（Ｃｏｌｖｉｎ他、Ｎａｔｕｒｅ ３７０、３５４〜３５７、１９９４；Ｔｅｓｓｌｅｒ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９５、１５０６〜１５０８、２００２）、レーザー（Ｋｌｉｍｏｖ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９０、３１４〜３１７、２０００）、太陽電池（Ｈｕｙｎｈ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９５、２４２５〜２４２７、２００２）において、または細胞生物学などの生化学研究分野で蛍光生物学的標識として使用するために、非常に根本的で技術的な関心が寄せられてきた。例えば、Ｂｒｕｃｈｅｚ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．２８１、ｐａｇｅｓ ２０１３〜２０１５、２００１；Ｃｈａｎ ＆ Ｎｉｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．２８１、ｐａｇｅｓ ２０１６〜２０１８、２００１；Ｋｌａｒｒｅｉｃｈ、Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３、ｐａｇｅｓ ４５０〜４５２、２００１に概略された米国特許第６２０７３９２号明細書を参照し、Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｎａｔｕｒｅ、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ｐａｇｅｓ １０１３〜１０１７、２００１および米国特許第６４２３５５１号明細書、米国特許第６３０６６１０号明細書および米国特許第６３２６１４４号明細書も参照のこと。
[0003]生物学的測定法で使用するための非同位体型高感度検出系の開発は、ＤＮＡ配列決定、臨床診断測定法および基礎的な細胞分子生物学プロトコールなどの多くの研究および診断分野に著しい衝撃を与えた。現在の非同位体型検出法は主に、色の変化を生じるか、蛍光、ルミネセンスである有機レポーター分子に基づいている。分子の蛍光標識は、生物学における標準的技術である。この標識は、広範なスペクトル特性、短寿命、光退色および細胞に対する潜在的毒性といった通常の問題を引き起こす有機色素であることが多い。最近出現した量子ドット技術は、無機複合体または粒子を使用して蛍光標識開発の新たな時代を切り開いた。これらの物質は、大きなＳｔｏｃｋシフト、長い発光半減期、狭い発光ピーク幅および最小限の光退色を含むので、有機色素よりも実質的に有利である（前記で引用した文献参照）。
[0004]この１０年、多種多様な半導体ナノクリスタルの合成および特徴付けは大いに前進した。近年の進歩によって、比較的単分散性の量子ドットが大規模に調製されるようになった（Ｍｕｒｒａｙ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１１５、８７０６〜１５、１９９３；Ｂｏｗｅｎ Ｋａｔａｒｉ他、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９８、４１０９〜１７、１９９４；Ｈｉｎｅｓ他、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１００、４６８〜７１、１９９６；Ｄａｂｂｏｕｓｉ他、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１０１、９４６３〜９４７５、１９９７）。
[0005]ルミネセンス量子ドット技術がさらに進歩したことによって、量子ドットの蛍光効率および安定性の増強がもたらされた。量子ドットの顕著なルミネセンス特性は、金属および半導体コア粒子がそれらの励起ボーア半径よりも小さいとき、すなわち約１〜５ｎｍのとき起こる量子の大きさ制限から生じる（Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７１、９３３〜３７、１９９６；Ａｌｉｖｉｓｔｏｓ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１００、１３２２６〜３９、１９９６；Ｂｒｕｓ、Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ．、Ａ５３、４６５〜７４、１９９１；Ｗｉｌｓｏｎ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２６２、１２４２〜４６、１９９３）。最近の研究で、大きさを調節できる低バンドギャップコア粒子を高バンドギャップ無機物質シェルでキャッピングすることによってルミネセンスの増強を実現できることが示された。例えば、ＺｎＳレーザーで被膜保護されたＣｄＳｅ量子ドットは、室温で強く発光し、その放射波長は粒子の大きさを変化させることによって青から赤に調節することができる。さらに、ＺｎＳキャッピング層は、表面の非発光性再結合部位を被膜保護し、量子ドットのより高い安定性をもたらす（Ｄａｂｂｏｕｓｉ他、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０１、９４６３〜７５、１９９７；Ｋｏｒｔａｎ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１２、１３２７〜１３３２、１９９０）。
[0006]ルミネセンス量子ドット技術が前進したにもかかわらず、従来通りキャップされたルミネセンス量子ドットは水溶性ではないので、生物学的適用には適さない。
[0007]この問題を克服するために、量子ドットの有機被膜保護層を水溶性部分と置換した。しかし、得られた誘導体化量子ドットは、荷電キャリアのトンネル効果のために親ドットよりもルミネセンスが少ない（例えば、Ｚｈｏｎｇ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２５、８５８９、２００３を参照）。２−メルカプトエタノールおよび１−チオグリセロールなどの短鎖チオールはまた、水溶性ＣｄＴｅナノクリスタルを調製するための安定化剤として使用されてきた（Ｒｏｇａｃｈ他、Ｂｅｒ．Ｂｕｎｓｅｎｇｅｓ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１００、１７７２、１９９６；Ｒａｊｈ他、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９７、１１９９９、１９９３）。他の取り組みでは、水溶性キャッピング化合物としてデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の使用が記載されている（Ｃｏｆｆｅｒ他、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３、６９、１９９２）。これらの系ではいずれも、コーティングされたナノクリスタルは安定ではなく、時間と共に光ルミネセンス特性は低下した。
[0008]他の研究では、Ｓｐａｎｈｅｌ他は、Ｃｄ（ＯＨ）２キャップＣｄＳゾルを開示した（Ｓｐａｎｈｅｌ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１０９、５６４９、１９８７）。しかし、コロイド状ナノクリスタルは、非常に狭いｐＨ範囲（ｐＨ８〜１０）によってのみ調製することができ、１０を上回るｐＨにおいてのみ狭い蛍光バンドを示した。このようなｐＨ依存性が物質の有用性を著しく制限し、特に、このようなナノクリスタルは生体系での使用には適さない。
[0009]国際特許出願国際公開第００／１７６５６号パンフレットでは、ナノクリスタルを水溶性にするために、カルボン酸または式ＳＨ（ＣＨ２）ｎ−ＣＯＯＨおよびＳＨ（ＣＨ２）ｎ−ＳＯ３Ｈのスルホン酸の化合物それぞれによってキャップされたコア−シェルナノクリスタルが開示されている。同様に、ＰＣＴ出願国際公開第００／２９６１７号パンフレットおよび英国特許出願公開第２３４２６５１号明細書は、メルカプト酢酸またはメルカプトウンデカン酸などの有機酸をナノクリスタルの表面に結合させ、ナノクリスタルを水溶性にし、タンパク質または核酸などの生体分子の結合に適するようにすることを記載している。英国特許出願公開第２３４２６５１号明細書はまた、ナノクリスタルの水溶性をもたらすと推定されるキャッピング物質としてトリオクチルホスフィンを使用することを記載している。
[0010]国際特許出願国際公開第００／２７３６５号パンフレットは、水溶化剤としてのジアミノカルボン酸またはアミノ酸の使用を報告している。国際特許出願国際公開第００／０１７６５５号パンフレットは、親水性部分および疎水性部分を有する水溶化（キャッピング）剤を使用することによって水溶性にされたナノクリスタルを開示している。このキャッピング剤は、疎水性基を介してナノクリスタルに結合し、一方、カルボン酸基またはメタクリル酸基などの親水性基は水溶性をもたらす。他の国際特許出願（国際公開第０２／０７３１５５号パンフレット）では、水溶化剤としてヒドロキサマート、ヒドロキサム酸の誘導体またはエチレンジアミンなどの多座配位錯化剤を使用する水溶性半導体ナノクリスタルが記載されている。最後に、国際特許出願ＰＣＴ国際公開第００／５８７３１号パンフレットは、血球細胞集団を分析するために使用されたナノクリスタルを開示しており、このナノクリスタルには分子量約３０００〜約３００００００のアミノ誘導体化多糖類が結合している。
[0011]しかし、このような進歩にもかかわらず、生物学的測定法において検出目的で使用できるルミネセンスナノクリスタルが依然として必要とされている。これに関して、生体分子の生物学的活性を維持するような方法で生体分子に結合できるナノクリスタルを得ることは有用であろう。さらに、水性媒体中で調製でき、安定で強固な懸濁液または溶液として保存できる水溶性半導体ナノクリスタルを得ることは望ましいであろう。最後に、これらの水溶性ナノクリスタル量子ドットは、高い量子効率でエネルギーを放出することができ、粒子の大きさの範囲は狭くなければならない。
[0012]したがって、本発明の１目的は、前記の必要性に合致するナノクリスタルを提供することである。
[0013]この目的は、それぞれ独立した特許請求の範囲の特性を有するナノクリスタルおよびナノクリスタルの製造方法によって達成される。
[0014]一実施形態では、このようなナノクリスタルは、
元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ、亜族ＩＩＩｂ、亜族ＩＶｂ、亜族Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩ、主族ＩＩＩまたは主族ＩＶの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１を含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
キャッピング試薬がこのナノクリスタルのコアの表面に結合しており、
このキャッピング試薬が水溶性ホスト分子とホストゲスト複合体を形成する水溶性ナノクリスタルである。したがって、この実施形態では、本発明は、純粋な金属コアを有する新しい種類の水溶性ナノクリスタルを対象とする。
[0015]他の実施形態では、本発明のナノクリスタルは、
元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ〜Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩ、主族ＩＩＩまたは主族ＩＶの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１と、元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａとを含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
キャッピング試薬がこのナノクリスタルのコアの表面に結合しており、
このキャッピング試薬が水溶性ホスト分子とホストゲスト複合体を形成する水溶性ナノクリスタルである。
[0016]本発明の他の実施形態では、このようなナノクリスタルは、
元素周期表（ＰＳＥ）の亜族ＩＩｂ〜ＶＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素を含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
キャッピング試薬がこのナノクリスタルのコアの表面に結合しており、
このキャッピング試薬が水溶性ホスト分子と共有結合しており、このホスト分子が炭水化物、環式ポリアミン、環式ジペプチド、カリックスアレーンおよびデンドリマーからなる群から選択された水溶性ナノクリスタルである。
[0017]さらに他の実施形態では、このナノクリスタルは、
元素周期表（ＰＳＥ）の亜族ＩＩｂ〜ＶＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
疎水性キャッピング剤がこのナノクリスタルのコアの表面に結合しており、
この疎水性キャッピング剤がクラウンエーテルと共有結合しており、この疎水性試薬は式（Ｉ）を有する疎水性試薬であり、
Ｈ Ａ Ｘ−Ｙ−Ｚ
式中、ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、
Ａは０〜３の整数であり、
Ｙは少なくとも３個の主鎖原子を有する部分であり、
Ｚは親水性末端基である水溶性ナノクリスタルである。
[0018]したがって、本発明は、ナノクリスタルが容易に水に溶解し、それでも水性媒体中で高い物理化学的安定性を維持するように、（半導体）ナノクリスタルの表面特性を変更するためにホスト分子を使用できるという発見に基づいている。さらに、このようなホスト分子、例えば、限定はしないが、デンドリマー、カリックスアレーンまたはシクロデキストリンなどの炭水化物は一般的に、ゲストとして広範囲の有機分子を受容可能にする比較的大きな疎水性内部空洞（本発明を使用したホスト分子は、比較的親水性の空洞も備えることができる）を備えることが本明細書で発見された。したがって、疎水性（または親水性）空洞を備えたホスト分子は、量子ドットの表面修飾に使用される疎水性（または親水性）試薬とホストゲスト複合体を形成するために適している。さらに、このようなホスト分子はまた、生物学的プローブとの結合に一般的に使用され、したがって数多くの生物学的適用に適したルミネセンスナノクリスタルの生体分子結合体を導く新しい洗練された経路を提供する数多くの化合物（結合剤）とホストゲスト複合体を形成することができる。さらに、ホスト分子は、ヒドロキシル基またはカルボキシル基などの溶媒暴露性の活性化可能基を含有できる。この活性化可能基はまた、ホスト分子とホストゲスト複合体を形成したナノクリスタルに関心のある生体分子を容易に共有結合させる。
[0019]公知のナノクリスタルは全て、本発明で使用することができる。元素Ａが存在しない実施形態では、ナノクリスタルは、金、銀、銅（亜族Ｉｂ）、チタン（亜族ＩＶｂ）、テルビウム（亜族ＩＩＩｂ）、コバルト、白金、ロジウム、ルテニウム（亜族ＶＩＩＩｂ）、鉛（主族ＩＶ）などの１つの金属またはそれらの合金のみから構成される。これに関して、以下において、本発明が対応元素Ａを含むナノクリスタルに関してのみ例示される場合、これらの実施形態全てにおいて同様に、純金属または金属合金から構成されるナノクリスタルを使用できることは明らかであること注意されたい。本発明で使用されるナノクリスタルは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ（亜族ＩＩｂ）、Ｍｇ（主族ＩＩ）、Ｍｎ（主族ＶＩＩｂ）、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ（主族ＩＩＩ）、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ（亜族ＶＩＩｂ）、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｕ（亜族Ｉｂ）などの金属から形成された２成分ナノクリスタルなどの周知のコアシェルナノクリスタルであってよい。このナノクリスタルは、コアおよび／またはシェルがＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅまたはＨｇＴｅを含む任意のＩＩ〜ＶＩ族半導体ナノクリスタルであってよい。このナノクリスタルはまた、コアおよび／またはシェルがＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂを含む任意のＩＩＩ〜Ｖ族半導体ナノクリスタルであってよい。本発明で使用できるコアシェルナノクリスタルの具体例には、限定はしないが、ＺｎＳシェルを有する（ＣｄＳｅ）−ナノクリスタル（（ＣｄＳｅ）−ＺｎＳナノクリスタル）または（ＣｄＳ）−ＺｎＳナノクリスタルが含まれる。
[0020]しかし、本発明は、前述のコアシェルナノクリスタルの使用に限定するものではない。例えば、他の実施形態では、水溶性にさせるべきナノクリスタルは、組成Ｍ１１−ｘＭ２ｘＡを有する均一な３元合金から構成されるナノクリスタルであって、
ａ）Ａが元素周期表（ＰＳＥ）の主族ＶＩの元素を表すとき、Ｍ１およびＭ２が独立して、ＰＳＥの亜族ＩＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、亜族Ｉｂまたは主族ＩＩの元素から選択されるか、または
ｂ）ＡがＰＳＥの主族（Ｖ）の元素を表すとき、Ｍ１およびＭ２はいずれもＰＳＥの主族（ＩＩＩ）の元素から選択されるナノクリスタルであることができる。
[0021]他の実施形態では、均一な４元合金から構成されるナノクリスタルを使用できる。この種の４元合金は、組成Ｍ１１−ｘＭ２ｘＡｙＢ１−ｙを有することができ、
ａ）ＡおよびＢがいずれも元素周期表（ＰＳＥ）の主族ＶＩの元素を表すとき、Ｍ１およびＭ２が独立して、ＰＳＥの亜族ＩＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、亜族Ｉｂまたは主族ＩＩの元素から選択されるか、または
ｂ）ＡおよびＢがいずれもＰＳＥの主族（Ｖ）の元素を表すとき、Ｍ１およびＭ２が独立してＰＳＥの主族（ＩＩＩ）の元素から選択される。
[0022]この種の均一な３成分または４成分ナノクリスタルの例は、Ｚｈｏｎｇ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ、２００３ １２５、８５９８〜８５９４；Ｚｈｏｎｇ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ、２００３ １２５、１３５５９〜１３５５３および国際出願国際公開第２００４／０５４９２３号パンフレットに記載されている。
[0023]このような３成分ナノクリスタルは、
ｉ）ナノクリスタルを生成するために適した形態の元素Ｍ１を含有する反応混合物を適温Ｔ１まで加熱し、この温度で、ナノクリスタルを生成するために適した形態で元素Ａを添加し、前記２成分ナノクリスタルＭ１Ａを形成するための適温で十分な時間この反応混合物を加熱し、その後この反応混合物を冷却させるステップと、
ｉｉ）形成した２成分ナノクリスタルＭ１Ａを沈殿させたり、単離したりすることなく、適温Ｔ２までこの反応混合物を再加熱し、ナノクリスタルの生成に適した形態の元素Ｍ２の十分量をこの温度でこの反応混合物に添加し、次いで前記３成分ナノクリスタルＭ１１−ｘＭ２ｘＡを形成するために適した温度で十分な時間この反応混合物を加熱し、その後この反応混合物を室温まで冷却させ、３成分ナノクリスタルＭ１１−ｘＭ２ｘＡを単離するステップとによって、２成分ナノクリスタルＭ１Ａを形成することを含む方法によって得ることができる。
[0024]これらの３成分ナノクリスタルでは、指数ｘは０．００１＜ｘ＜０．９９９、好ましくは０．０１＜ｘ＜０．９９、０．１＜０．９、より好ましくは０．５＜ｘ＜０．９５の値を有する。さらにより好ましい実施形態では、ｘは［約０．２または約０．３］と［約０．８または約０．９］との間の値を有する。本明細書で使用した４成分ナノクリスタルでは、ｙは０．００１＜ｙ＜０．９９９、好ましくは０．０１＜ｙ＜０．９９、より好ましくは０．１＜ｙ＜０．９５、または約０．２〜約０．８の値を有する。
[0025]ＩＩ〜ＶＩ族３成分ナノクリスタルのいくつかの実施形態では、そこに含まれる元素Ｍ１およびＭ２は、Ｚｎ、ＣｄおよびＨｇからなる群から独立して選択されることが好ましい。これらの３元合金におけるＰＳＥの族ＶＩの元素Ａは、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択されることが好ましい。したがって、これらの元素、Ｍ１、Ｍ２およびＡの組み合わせは全て、本発明の範囲内である。いくつかの本発明の好ましい実施形態では、使用したナノクリスタルは、組成ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅ、ＺｎｘＣｄ１−ｘＳ、ＺｎｘＣｄ１−ｘＴｅ、ＨｇｘＣｄ１−ｘＳｅ、ＨｇｘＣｄ１−ｘＴｅ、ＨｇｘＣｄ１−ｘＳ、ＺｎｘＨｇ１−ｘＳｅ、ＺｎｘＨｇ１−ｘＴｅおよびＺｎｘＨｇ１−ｘＳを有する。
[0026]これに関して、記号Ｍ１およびＭ２は、本出願において互いに交換可能に使用することができ、例えば、ＣｄおよびＨｇを含む合金において、そのいずれもＭ１またはＭ２と称することができることに注意されたい。同様に、ＰＳＥの族ＶまたはＶＩの元素について、ＡおよびＢの記号互いに交換可能に使用することができ、したがって、本発明の４元合金において、ＳｅまたはＴｅはいずれも元素ＡまたはＢと称することができる。
[0027]いくつかの好ましい実施形態では、本明細書で使用した３成分ナノクリスタルは、組成ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅを有する。このようなナノクリスタルは、ｘが０．１０＜ｘ＜０．９０または０．１５＜ｘ＜０．８５の値を有することが好ましく、０．２＜ｘ＜０．８の値を有することがより好ましい。その他の好ましい実施形態では、このナノクリスタルは、組成ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅを有する。このようなナノクリスタルは、ｘが０．１０＜ｘ＜０．９５の値を有することが好ましく、０．２＜ｘ＜０．８の値を有することがより好ましい。
[0028]本発明のＩＩＩ〜ＩＶ族ナノクリスタルの場合、元素Ｍ１およびＭ２は独立して、Ｇａおよびインジウムから選択されることが好ましい。元素Ａは、Ｐ、ＡｓおよびＳｂから選択されることが好ましい。
[0029]上記の説明によれば、いずれのナノクリスタル（量子ドット）も、コアナノクリスタル（の表面）に親和性のある（末端）基を有するキャッピング試薬とその表面が反応できる限り、本発明で使用することができる。したがって、キャッピング試薬は一般的に、ナノクリスタルの表面と共有結合を形成する。コアシェルナノクリスタルの場合、この共有結合は通常、キャッピング試薬とナノクリスタルのシェルとの間に形成される。国際公開第２００４／０５４９２３号パンフレットに記載された均一な３成分または４成分ナノクリスタルを使用する場合、共有結合は均一なコアの表面とキャッピング試薬との間に形成される。このキャッピング剤は、例えば、ホスト分子内部空洞の疎水性（または親水性）に応じて、実質的に親水性または実質的に疎水性のいずれかの性質であることができる。これに関して、用語「（実質的）疎水性分子」の意味はまた、親水性部分が、分子の疎水性部分（すなわち、キャッピング剤）と疎水性内部空洞を有するホスト分子によるホストゲスト複合体の形成を妨害しない限り、疎水性部分に加えて親水性部分も含むことができる分子であることに注意されたい。同様に、「（実質的）親水性分子」という用語は、疎水性部分が、分子の親水性部分（すなわち、キャッピング試薬）と親水性内部空洞を有するホスト分子によるホストゲスト複合体の形成を妨害しない限り、親水性部分に加えて疎水性部分を含むことができる分子を含む。
[0030]一実施形態では、「表面キャッピング」のために使用されるキャッピング試薬は、式（Ｉ）を有する。
ＨＡＸ−Ｙ−Ｚ
式中、ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、Ａは０〜３の整数であり、Ｙは少なくとも３個の主鎖原子を有する分子であり、Ｚは適切なホスト分子とホストゲスト封入複合体を形成できる疎水性末端基である。
[0031]一般的に、このキャッピング試薬の部分Ｙは、３個〜５０個の主鎖原子を含む。この部分Ｙは、この試薬に優れた疎水性特性を付与する任意の適切な部分を主に含むことができる。Ｙで使用できる適切な部分の例には、いくつかを挙げると、ＣＨ２基などのアルキル部分、シクロヘキシル基などのシクロアルキル部分、−ＯＣＨ２ＣＨ２−基などのエーテル部分またはベンゼン環またはナフタレン環などの芳香族部分が含まれる。この部分Ｙは、直鎖、枝分かれ鎖であることができ、主鎖原子に置換を有することもできる。Ｚは、いくつかの例を挙げると、ＣＨ３基、フェニル基（−Ｃ６Ｈ５）、−ＳＨ基、ヒドロキシル基（ＯＨ）、酸基（例えば、−ＳＯ３Ｈ、ＰＯ３Ｈまたは−ＣＯＯＨ）、塩基性基（例えば、ＮＨ２、またはＲ＝ＣＨ３もしくは−ＣＨ２−ＣＨ３であるＮＨＲ１）、ハロゲン（−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−Ｆ）−ＯＨ、−Ｃ≡ＣＨ、−ＣＨ＝ＣＨ２、トリメチルシリル基（−Ｓｉ（Ｍｅ）３）、フェロセン基、またはアダマンチン基であってよい。
[0032]いくつかの実施形態では、ｎが整数３０≧ｎ≧６であるＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＳＨ、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＳＨ、ＨＳＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２（ＳＨ）（ＣＨ２）ｎＣＨ３、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＮＨ２、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＮＨ２、Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３、Ｏ＝Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３などの化合物をキャッピング剤として使用する。他の実施形態では、ｎは整数３０≧ｎ≧８である。
[0033]これに関して、より疎水性の、または実質的に疎水性の特性をもたらすキャッピング試薬の例には、限定はしないが、１−メルカプト−６−フェニルヘキサン酸（ＨＳ−（ＣＨ２）６−Ｐｈ）、１，１６−ジメルカプトヘキサデカン（ＨＳ−（ＣＨ２）−１６−ＳＨ）、１８−メルカプト−オクタデシルアミン（ＨＳ（ＣＨ２）１８−ＮＨ２）、トリオクチルホスフィンまたは６−メルカプト−ヘキサン（ＨＳ−（ＣＨ２）５−ＣＨ３）が含まれることに注意されたい。
[0034]より疎水性の、または実質的に親水性の特性をもたらすキャッピング試薬例には、限定はしないが、６−メルカプト−ヘキサン酸（ＨＳ−（ＣＨ２）６−ＣＯＯＨ）、１６−メルカプト−ヘキサデカン酸（ＨＳ−（ＣＨ２）１６−ＣＯＯＨ）、１８−メルカプト−オクタデシルアミン（ＨＳ（ＣＨ２）１８−ＮＨ２）、６−メルカプト−ヘキシルアミン（ＨＳ−（ＣＨ２）６−ＮＨ２）または８−ヒドロキシ−オクチルチオールＨＯ−（ＣＨ２）８−ＳＨが含まれる。
[0035]任意のホスト分子は、キャッピング試薬と反応することができ、キャップされたナノクリスタルとホスト分子との間に形成された複合体に水溶性を付与することができる限り、本発明で使用することができる。一般的に、このホスト分子は、ヒドロキシル基、カルボキシラート基、スルホナート基、ホスフェート基、アミン基、カルボキシアミド基などの溶媒暴露性極性基を含有する水溶性化合物である。
[0036]適切なホスト分子の例には、限定はしないが、炭水化物、環式ポリアミン、環式ペプチド、クラウンエーテル、デンドリマーなどが含まれる。
[0037]ホスト分子として使用できる環式ポリアミンの例には、１，４，８，１１−テトラアザシクロテトラデカン（シクラムとしても知られる）などのテトラアザ大環状分子および１，４，７，１１−テトラアザシクロテトラデカン（イソシクラム）、１−（２−アミノメチル）−１，４，８，１１−テトラアザシクロテトラデカン（スコーピアンド（ｓｃｏｒｐｉａｎｄ））、１，４，８，１１−テトラアザシクロテトラデカン−６，１３−ジカルボキシレートなどのそれらの誘導体が含まれ、それらは、例えば、Ｓｒｏｃｚｙｎｓｋｉ ａｎｄ Ｇｒｚｅｊｄａｚｉａｋ、Ｊ．Ｉｎｃｌ．Ｐｈｅｎｏｍ．Ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃ Ｃｈｅｍ．３５、２５１〜２６０、１９９９またはＢｅｒｎｈａｒｄｔ他、Ｊ．Ａｕｓ．Ｃｈｅｍ、５６、６７９〜６８４、２００３、ｈｅｘａｚａ ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ、（Ｈａｕｓｍａｎｎ，Ｊ．他、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ａ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ、２００４、１０、１７１６；Ｐｉｏｔｒｏｗｓｋｉ，Ｔ．他、Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ、２０００、１２、１３９７）またはオクタザ大環状化合物（Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｋ．他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９２、１１４、１１０５）に記載されている。前述のＫｏｂａｙａｓｈｉ，Ｋ他によって記載されたオクタザ大環状化合物はまた、極性ゲスト分子（例えば、親水性キャッピング剤）の収容に適した化合物の一例である。限定された範囲でのみ水溶性であることができる環式ポリアミン、例えば、５，５，７，１２，１４，１４−ヘキサメチル−１，４，８，１１−テトラアザシクロテトラデカン（Ｍｅ６シクラム）を使用することもできるし、カルボキシラート基またはスルホナート基などの極性基をもたらす置換基で修飾することも可能である。ホスト分子として使用できる大環状アミンのその他の例は、Ｏｄａｓｈｉｍａ Ｋ．、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｉｎ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９９８、３２、１６５（例えば、その中の化合物２４〜２６を参照）に記載された化合物である。
[0038]適切なカリックスアレーンの例には、４−ｔｅｒｔ−ブチルカリックス［４］アレーンテトラ酢酸テトラエチルエステル、Ｄｏｎｄｏｎｉ他、Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．、Ｊ．３、１７７４、１９９７に記載されたテトラガラクトシルカリックスアレーン（Ｄａｖｉｓ、ＡＰ．他、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄｉｔ．、１９９９、３８、２９７９）、オクタアミノアミドレゾルシン［４］−アレーン（Ｋａｚａｋｏｖ、Ｅ．Ｋ．他、Ｅｕｒ．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、２００４、３３２３）、４−スルホニックカリックス［ｎ］アレーン（Ｙａｎｇ，Ｗ．Ｚ．、Ｊ．Ｐｈａｒｍ．Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ、２００４、５６、７０３）スルホン化チアカリックス［４または６］アレーン（Ｋｕｎｓａｓｇｉ−Ｍａｔｅ Ｓ．、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００４、４５、１３８７）、Ｋｏｂａｙａｓｈｉ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１６、６０８１、１９９４およびＹａｎａｇｉｈａｒａ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１４、１０３０７、１９９２に記載されているカリックスアレーンが含まれる。
[0039]本発明でホスト分子として使用できる環式ペプチドの例には、限定はしないが、Ｇｕｏ，Ｗ他、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００２、４３、５６６５またはＰｅｎｇ Ｌｉ他、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２００２、６に記載されているカリックスアレーンを有するジシクロジペプチドが含まれる。
[0040]ホスト分子として使用できるクラウンエーテルは、任意の大きさの環を有することができ、例えば、いくつかが一般的にＯまたはＳなどのヘテロ原子である８、９、１０、１２、１４、１５、１６、１８または２０個の原子を含む環系を有することができる。本明細書で使用される一般的なクラウンエーテルには、限定はしないが、水溶性８−クラウン−４化合物（４はヘテロ原子の数を示す）、９−クラウン−３化合物、１２−クラウン−４化合物、１５−クラウン−５化合物、１８−クラウン−６化合物および２０−クラウン−８化合物（例えば、図２Ｅも参照）が含まれる。このような適切なクラウンエーテルには、いくつかの例であるが、（１８−クラウン−６）−２，３，１１，１２テトラカルボン酸または１，４，７，１０−テトラアザアシルコドデカン−１，４，７，１０テトラカルボン酸）が含まれる。
[0041]原則として、親水性または疎水性空洞（疎水性または親水性いずれかのキャッピング試薬の使用に応じて）を提供する水溶性デンドリマーはいずれも、本発明で使用されたキャッピング試薬を少なくとも部分的に収容することができる。デンドリマーの適切な種類には、限定はしないが、（例えば、Ｂｏａｓ ａｎｄ Ｈｅｅｇａｒｄ、Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．３３、４３〜６３、２００４に概説されている）ポリプロピレンイミンデンドリマー、ポリアミドアミンデンドリマー、ポリアリールエーテルデンドリマー、ポリリシンデンドリマー、炭水化物デンドリマーおよびシリコンデンドリマーが含まれる。
[0042]一実施形態では、本発明のナノクリスタルは、ホスト分子として炭水化物を含む。この炭水化物ホスト分子は、限定はしないが、オリゴ糖、デンプンまたはシクロデキストリン分子であってよい（Ｄａｖｉｓ ａｎｄ Ｗａｒｅｈａｍ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄｉｔ．３８、２９７９〜２９９６、１９９９）。
[0043]ホスト分子がオリゴ糖である実施形態では、このオリゴ糖は主鎖に２個〜２０個（例えば６個）の単量体単位を含むことができる。これらのオリゴマーは、直鎖または枝分かれ鎖であってよい。適切なオリゴ糖の例には、限定はしないが、１，３−（ジメチレン）ベンゼンジイル−６，６’−Ｏ−（２，２’−オキシジエチル）−ビス−（２，３，４−トリ−Ｏ−アセチル−β−Ｄ−ガラクトピラノシド）、１，３−（ジメチレン）ベンゼンジイル−６，６’−Ｏ−（２，２’−オキシジエチル）−ビス−（２，３，４−トリ−Ｏ−メチル−β−Ｄ−ガラクトピラノシド）（Ｓｈｉｚｕｍａ他、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００２、６７ ４７９５)、シクロトリキス−（１，２，３，４，５，６）−［α−Ｄ−グルコピラノシル］−（１，２，３，４）−α−Ｄ−グルコピラノシル］、（Ｃｅｓｃｕｔｔｉ他、Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、２０００、３２９、６４７）、アセチレノ糖類（Ｂｕｒｌｉ他、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄｉｔ．１９９７、３６、１８５２）または環式フルクト−オリゴ糖類（Ｔａｋａｉ他、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９９３、５３）が含まれる。
[0044]デンプンをホスト分子として使用する場合、このデンプンの分子量Mwは、約１０００〜約６０００Ｄａであってよい。いくつかの実施形態では、このデンプンの分子量Mwは、約４０００Ｄａ≧Ｍｗ≧ら約２０００Ｄａであってよい。使用できるデンプンはまた、アミロース、例えば、α−アミロースまたはβ−アミロースを含む。
[0045]ホスト分子として適切なシクロデキストリンの例には、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、ジメチル−α−シクロデキストリン、トリメチル−α−シクロデキストリン、ジメチル−β−シクロデキストリン、トリメチル−β−シクロデキストリン、ジメチル−γ−シクロデキストリンおよびトリメチル−γ−シクロデキストリンが含まれる。
[0046]上記の開示によれば、一実施形態において、本発明はまた、水溶性ナノクリスタルの調製方法であって、元素周期表（ＰＳＥ）の亜族ＩＩｂ〜ＶＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および（２成分ナノクリスタルを使用する場合）元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素を含むコアを有するナノクリスタルをキャッピング試薬と反応させ、それによってこのナノクリスタルのコアの表面にキャッピング剤を結合させるステップと、このように得られたナノクリスタルとホスト分子を接触させて、この試薬と水溶性ホスト分子との間にホストゲスト複合体を形成するステップとを含む方法に関する。この（キャッピング）試薬の性質は、親水性か、または疎水性であることができる。上で開示したような純金属ナノクリスタルまたは均一な３成分もしくは４成分ナノクリスタルを使用する場合、同様の反応を実施して、本発明のナノクリスタルを調製することができる。
[0047]この反応は通常、キャッピング剤を表面上に有するナノクリスタルを単離する２つの別々のステップで行われる。例えば、トリオクチルホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシドまたはメルカプトウンデカン酸などの試薬と反応したナノクリスタルを単離して、ホスト分子と反応する前に、適切な有機溶媒（例えば、いくつかの例を挙げると、クロロホルム、塩化メチレン、テトラヒドロフラン）中で所望の任意時間保存することができる。
[0048]キャップされたナノクリスタルとホスト分子との間のホストゲスト複合体は、様々な反応条件下で容易に形成され得る。例えば、複合体形成は、ナノクリスタルの溶液をホスト分子の水溶液、例えば、シクロデキストリン溶液と混練するか、またはこのナノクリスタルをそれぞれの水性溶液で還流することによって形成することができる。後者の方法では、有機溶媒中に存在するナノクリスタルを長時間還流した後水溶液中に移すことができる（例えば、実施例２参照）。その他の実行可能な複合体形成には、シクロデキストリン溶液などのホスト分子またはその他のホスト分子の溶液中において、周囲温度で、適切な期間、ナノクリスタル懸濁物を攪拌またはインキュベーションすることが含まれる。一般的なインキュベーション時間は、約１日〜約１０日の範囲であってよいが、より短い、またはより長いインキュベーション時間ももちろん用いることができる。
[0049]本発明はまた、水溶液ナノクリスタルの他の調製方法を対象とする。この方法は、元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、ＩＩｂ〜ＶＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有するナノクリスタルを（キャッピング）試薬と反応させることを含む。この方法では、試薬は、炭水化物、環式ポリアミン、環式ジペプチド、カリックスアレーンおよびデンドリマーからなる群から選択された水溶性ホスト分子に共有結合する。
[0050]この方法ではまた、末端基がナノクリスタルコアに親和性を有する任意のキャッピング試薬を使用することができる。これは、キャッピング試薬が親水性または疎水性試薬であってよいことを意味する。この親水性または疎水性のキャッピング試薬は、末端基を介してナノクリスタルと反応し、一般的にナノクリスタルの表面と共有結合を形成する（Ｍａｓｉｈｕｌ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００２、４３、１１３２）。コアシェルナノクリスタルの場合、この共有結合は通常、ナノクリスタルのシェルおよびキャッピング試薬と共に形成される。国際公開第２００４／０５４９２３号パンフレットに記載された均一な３成分または４成分ナノクリスタルを使用する場合、共有結合は均一なコアの表面とキャッピング試薬との間に形成されるであろう。
[0051]この方法のいくつかの実施形態では、式（ＩＩ）ＨＩＸ−Ｙ−Ｂを有するキャッピング試薬であって、
式中、ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、
Ｉは１〜３の整数であり、
Ｙは少なくとも３個の主鎖原子を有する分子であり、
Ｂはキャッピング試薬に共有結合した水溶性ホスト分子である、キャッピング試薬を使用する。
[0052]これに関して、キャッピング試薬とホスト分子との間に形成された共有結合は、任意の共有結合、例えば、いくつかの例を挙げると、Ｃ−Ｃ結合、エーテル結合（−Ｏ−）、チオエーテル結合（−Ｓ−）、エステル結合、アミド結合またはイミド結合であることができる。この種の共有結合は通常、ホスト分子をキャッピング試薬と結合させると考えられる方法のみに左右される。例えば、キャッピング剤がアルキルハライドで、ホスト分子が遊離の（または活性化した）ヒドロキシル基またはチオール基を有するならば、エーテルまたはチオエーテル結合が形成される（例えば、実施例３および５を参照）。あるいは、キャッピング剤が共有結合にアミン基を提供することができ、ホスト分子が反応性カルボキシル基を有するならば、エステル結合が形成される。したがって、ホスト分子およびキャッピング試薬の共有結合のための反応性基の適切な組み合わせの選択は、当業者の知識の範囲内である。
[0053]これに関して、ナノクリスタルとの反応の前に、共有結合がキャッピング試薬とホスト分子との間に形成される（式（ＩＩ）ＨｌＸ−Ｙ−Ｂの化合物を生じる）必要はないことに注意されたい。むしろ、キャッピング試薬がナノクリスタルと最初に反応し、次いでキャッピング試薬とホスト分子との間に共有結合が形成されることも本発明の範囲内である。
[0054]この方法の一実施形態では、使用したキャッピング試薬は、下式を有し、
ＨＡＸ−Ｙ−Ｚ
式中、ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、Ａは０〜３の整数であり、Ｙは少なくとも３個の主鎖原子を有する分子である。一般的に、（キャッピング）試薬の部分Ｙは、３個〜５０個の主鎖原子を含む。この部分Ｙは、この試薬に優れた疎水性を付与する適切な部分を主に含むことができる。部分Ｙで使用できる適切な部分には、いくつかの例を挙げると、ＣＨ２基などのアルキル部分、シクロヘキシル基などのシクロアルキル部分、−ＯＣＨ２ＣＨ２−基などのエーテル部分またはベンゼン環もしくはナフタレン環などの芳香族部分が含まれる。Ｙは直鎖、枝分かれ鎖であることができ、主鎖原子に置換を有することもできる。Ｚは、ホスト分子に共有結合することができる任意の官能基、例えば、いくつかの例を挙げると、−ＳＨ基、ヒドロキシル基（ＯＨ）、酸基（例えば、−ＳＯ３Ｈ、ＰＯ３Ｈまたは−ＣＯＯＨ）、塩基性基（例えば、ＮＨ２、またはＲ＝ＣＨ３もしくは−ＣＨ２−ＣＨ３であるＮＨＲ１）、またはハロゲン（−Ｃｌ、Ｂｒ、−Ｉ、−Ｆ）であってよい。
[0055]本発明はさらに、本明細書で開示したような、所与の分析物に結合親和性を有する分子と結合したナノクリスタルに関する。所与の分析物に結合親和性を有する分子に結合することによって、マーカー化合物またはプローブが形成される。このプローブでは、本発明のナノクリスタルは、例えば、所与の分析物の検出のために使用できる、光（例えば、電磁スペクトルの可視または近赤外線吸収範囲における光）を放射する標識またはタグとして役立つ。
[0056]原則として、分析物はいずれも、その分析物に少なくともいくらか特異的に結合できる特異的結合相手が存在することについて分析することができる。分析物は、薬剤（例えば、Ａｓｐｉｒｉｎ（登録商標）またはリバビリン）などの化合物、またはタンパク質（例えば、トロポニンまたは細胞表面タンパク質に特異的な抗体）もしくは核酸分子などの生化学的分子であることができる。関心のある分析物、例えば、リバビリンに結合親和性のある適切な分子（分析物結合相手とも称される）に結合させると、得られたプローブは、例えば、患者血漿中の薬剤レベルをモニターするための蛍光免疫測定法で使用することができる。心筋障害、したがって一般的に心不全のマーカータンパク質であるトロポニンの場合、抗トロポニン抗体および本発明のナノクリスタルを含有する結合体は、心不全の診断に使用することができる。本発明のナノクリスタルと腫瘍関連細胞表面タンパク質に特異的な抗体との結合体の場合、この結合体は、腫瘍診断または画像処理に使用することができる。他の例は、ナノクリスタルとストレプトアビジンとの結合体である（図６参照）。
[0057]分析物はまた、限定はしないが、ウイルス粒子、染色体または細胞全体を含む複雑な生物学的構造物であることができる。例えば、分析物結合相手が、細胞膜に結合する脂質の場合、そのような脂質に結合した本発明のナノクリスタルを含む結合体は、細胞全体の検出または視覚化に使用することができる。細胞染色または細胞画像処理などの目的のために、可視光を放射するナノクリスタルを使用することが好ましい。この開示によれば、分析物結合相手に結合した本発明のナノ粒子を含むマーカー化合物の使用によって検出される分析物は、生体分子であることが好ましい。
[0058]したがって、さらに好ましい実施形態では、分析物に結合親和性を有する分子は、タンパク質、ペプチド、免疫原性ハプテンの特性を有する化合物、核酸、炭水化物または有機分子である。分析物結合相手として使用されるタンパク質は、例えば、抗体、抗体断片、リガンド、アビジン、ストレプトアビジンまたは酵素であることができる。有機分子の例は、ビオチン、ジゴキシゲニン、セロトロニン、葉酸誘導体などの化合物である。核酸は、限定はしないが、ＤＮＡ分子、ＲＮＡ分子、ＰＮＡ分子、１０ｂｐ〜５０ｂｐの短いオリゴヌクレオチド又は長い核酸から選択されることができる。
[0059]生体分子の検出に使用するとき、本発明のナノクリスタルは、ホスト分子の表面暴露基を介して結合活性を有する分子に結合させることができる。この目的のために、アミン、ヒドロキシル基またはカルボキシラート基などの表面暴露基は、結合剤と反応することができる。本明細書で使用した結合剤は、このような結合親和性を有する分子に本発明のナノクリスタルを結合できる任意の化合物を意味する。分析物結合相手にナノクリスタルを結合するために使用することができる結合剤の種類の例は、ビス−マレイミド架橋結合試薬、ジスルフィド交換結合試薬およびビス−Ｎ−ヒドロキシスクシニミドエステル架橋結合試薬などの二機能性結合試薬である。適切な結合試薬の例は、Ｎ，Ｎ’−１，４−フェニレンジマレイミド、ビスマレイミドエタン、ジチオビス−マレイミドエタン、１，１１−ビス−マレイミドテトラエチレングリコール、Ｃ−６ビスジスルフィド、Ｃ−９ビスジスルフィド、ジスクシニミジルグルタレート、ジスクシニミジルスベレート、エチレングリコールビス（スクシニミジルスクシナート）である。しかし、水溶性ホスト分子に共有結合するキャッピング試薬を含む本発明のナノクリスタルを使用する場合、このホスト分子は、（ホストゲスト複合体形成の前後であってよいが）所望する結合親和性を有する選択分子に結合した適切な結合剤と結合体を形成することができる。例えば、シクロデキストリンが適切なホスト分子を使用する場合、結合剤には、限定はしないが、フェロセン誘導体、アダマンチン化合物、ポリオキシエチレン化合物、芳香族化合物が含まれ、いずれも関心のある分子と共有結合を形成するために適切な反応基を備えている（参照、図６）。
[0060]さらに、本発明はまた、本明細書で定義した水溶性ナノクリスタルを少なくとも１種含有する組成物を対象とする。このナノクリスタルは、プラスティックビーズ、磁気ビーズまたはラテックスビーズに組み入れることができる。さらに、本明細書で定義したナノクリスタルを含有する検出キットはまた、本発明の一部である。
[0061]本発明はさらに、以下の非限定的例および添付の図面によって例示される。
実施例１
ＴＯＰＯキャップ（ＣｄＳｅ）／ＺｎＳナノクリスタル（量子ドット、ＱＤ）の調製
[0070]トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）／トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）キャップＣｄＳｅナノクリスタルは、以下のように調製した。ＴＯＰＯ（３０ｇ）をフラスコに入れ、真空下で（約１トール）で１８０℃で１時間乾燥させた。次に、このフラスコに窒素を充填し、３５０℃に加熱した。不活性雰囲気の乾燥箱中において、以下の注射溶液、ＣｄＭｅ２（２００ｍｌ）、ＴＯＰＳｅ １Ｍ溶液（４．０ｍｌ）およびＴＯＰ（１６ｍｌ）を調製した。この注射溶液を完全に混合し、シリンジに添加し、乾燥箱から取り出した。
[0071]反応から熱を除去し、反応混合物を１回連続注入で激しく攪拌しているＴＯＰＯに移した。反応フラスコに加熱を行うと、温度は徐々に２６０〜２８０℃に上昇した。反応後、反応フラスコを約６０℃まで冷却し、ブタノール２０ｍｌを添加してＴＯＰＯの固化を防いだ。大過剰のメタノールを添加することによって、粒子の凝集が引き起こされる。この凝集物を遠心によって上清液体から分離し、得られた粉末を様々な有機溶媒に分散させて、光学的に清澄な溶液を作製することができる。
[0072]ＴＯＰＯ５ｇを含有するフラスコを真空下で数時間１９０℃に加熱して、その後６０℃まで冷却し、その後、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）０．５ｍｌを添加した。ヘキサンに分散させたＣｄＳｅドット約０．１〜０．４μｍｏｌをシリンジで反応容器に移し、溶媒をポンプで除去した。ジエチル亜鉛（ＺｎＥｔ２）およびヘキサメチルジシラチアン（（ＴＭＳ）２Ｓ）は、それぞれ、ＺｎおよびＳ前駆体として使用した。等モル量の前駆体を不活性雰囲気球型容器内でＴＯＰ２〜４ｍｌに溶解した。前駆体溶液をシリンジに入れ、反応フラスコに装着した添加漏斗に移した。添加完了後、この混合物を９０℃まで冷却し、数時間攪拌したままにした。ブタノールをこの混合物に添加して、室温までの冷却によってＴＯＰＯが固化するのを防いだ。
実施例２
γ−シクロデキストリンとのホストゲスト複合体の形成による水溶性ナノクリスタルの調製
[0073]ＴＯＰ／ＴＯＰＯによる疎水性キャップを有する実施例１で得られたナノクリスタルをクロロホルム／ヘキサン（１：１）の混合物２００μｌに溶解した。γ−シクロデキストリン０．５ｇおよびナノクリスタル溶液約を脱イオン水２０ｍｌの溶液に添加した。この混合物を、混濁溶液が形成されるまで、約８時間還流した。ロータリーエバポレーターを使用してほとんどの水を除去し、次いで形成したホストゲスト包接複合体を遠心によって単離した。収集した固形物をさらに水で洗浄して、遊離のシクロデキストリン分子を除去した。このようにして得られた、ＴＯＰ／ＴＯＰＯを介してシクロデキストリンとホストゲスト複合体を形成したナノクリスタルを固形状で保存した。これらは、超音波処理によって水に溶解することによって、水に容易に移すことができる。ホスト／ゲスト複合体によって保護されたナノクリスタルは、固形状で比較的長時間安定であることが発見された。
[0074]ホストゲスト複合体の形成による水溶性γ−ＣＤ修飾量子ドットの形成を光学的に追跡することができた。γ−シクロデキストリンをＴＯＰ／ＴＯＰＯキャップＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルを含有するクロロホルム溶液に添加すると、形成したナノクリスタルは、有機クロロホルム相（図３ａ）から水性相（図３ｂ）に移動した（図３ｂ）。
[0075]γ−ＣＤ修飾量子ドットの形成はまた、１Ｈ−ＮＭＲ、ＦＴ−ＩＲ分光法およびＸＲＤ測定法によって確認された（データは示さず）。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（図４）および蛍光画像（例えば、図５参照）は、γ−デキストリンとホストゲスト複合体を形成した量子ドットが高単分散粒子を形成することを示す。さらに、図５は、本発明のＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタル（水中で測定）が、未修飾ＴＯＰ／ＴＯＰＯキャップコアシェルナノクリスタル（ＣＨＣｌ３中で測定）よりも、ホスト複合体形成後に高い蛍光強度を有し、一方、放射極大の波長は変化しないで維持されたことを示す。図６の光ルミネッセンス測定値は、γ−デキストリンとのホストゲスト複合体を形成したＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルはｐＨ７．４のＰＢＳ緩衝液中で非常に安定であり（白丸）（すなわち、生理学的条件下）、ｐＨ５．０（上向きの三角形）およびｐＨ３．０（下向きの三角形）のそれぞれの水溶液中においても十分な安定性を示すことを示唆している。最後に、図７は、γ−シクロデキストリンとホストゲスト複合体を形成した後のＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルが５０℃まで加熱すると水溶液中で良好な熱安定性を示すことを例示している。
実施例３
β−シクロデキストリンモノアルキルチオール（オクタンチオール）の調製
[0076]ＬｉＨ（５ｍｍｏｌ）を乾燥ＴＨＦ（５０ｍｌ）に溶かした乾燥ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル（ＴＢＤＭＳ）保護シクロデキストリン（ＴＢＤＭＳＣＤ）（２．２ｍｍｏｌ）の溶液に添加し、約３時間還流した。次に、トリフェニルメタノール保護８−ブロモ−１−オクタンチオール（４ｍｍｏｌ）を添加し、一晩還流した。溶媒を真空中で除去し、残滓をクロロホルムに溶解した。この溶液を希釈したＨＣｌ溶液、次いで食塩水で洗浄し、乾燥させた。精製は、シリカ（メッシュ２００〜４００）のカラムクロマトグラフィーによって実施した。得られた固形物をＴＦＡ（１０ｍｌ）に溶解した。溶液が無色になったとき、減圧下で残存する微量の酸および粗反応生成物を水に溶解した。精製のため、シクロデキストリンオクタンチオールをジエチルエーテルで洗浄して、未反応開始物質を除去した。凍結乾燥後、生成物は収率２１％で粉末として得られた。１ＨＮＭＲ（Ｄ２Ｏ、δ、ｐｐｍ）：５．１、３．９〜３．２、２．４、１．５〜１．０。
実施例４
シクロデキストリンモノアルキルチオールとのリガンド交換による水溶性量子ドットの調製
[0077]ＴＯＰ／ＴＯＰＯキャップ量子ドットの精製は、Ｚｈｏｎｇ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２５、８５８９、２００３に記載されたように、クロロホルム中で量子ドットを溶解し、アセトンおよびメタノールで沈殿させることによって実施した。得られた量子ドットを乾燥クロロホルムに溶解して、透明な溶液を形成した。攪拌しながら、実施例３で調製した過剰のシクロデキストリンモノアルキルチオールを少しずつ添加した。毎回、溶液が透明になるまでシクロデキストリンモノアルキルチオール（オクタンチオール）を添加した。添加完了後、反応混合物の攪拌を室温で一晩維持した。溶媒を真空中で除去し、得られた固形物をジエチルエーテルで洗浄して、遊離のシクロデキストリンモノアルキルチオールを除去した。得られた粉末を収集し、遠心によって純水溶液からさらに精製した。凍結乾燥後、生成物を収集して、１ＨＮＭＲによって特徴づけた。１ＨＮＭＲ（Ｄ２Ｏ、δ、ｐｐｍ）：５．１、４．１〜３．２、２．３、１．５〜１．０、０．９〜０．８。
実施例５
６−チオ−β−シクロデキストリンの調製
[0078]ペル−６−ヨード−β−シクロデキストリン（１ｇ）をＤＭＦ（１０ｍｌ）に溶解し、次いでチオウレア（０．３０１ｇ）を添加し、この反応混合物を窒素雰囲気下で７０℃まで加熱した。１９時間後、ＤＭＦを減圧下で除去して、黄色油状物を得て、それを水（５０ｍｌ）に溶解した。水酸化ナトリウム（０．２６ｇ）を添加し、反応混合物を窒素雰囲気下で適度に還流するように加熱した。１時間後、得られた懸濁液を水性ＫＨＳＯ４で酸性化し、得られた沈殿物を濾過し、蒸留水で徹底的に洗浄し、その後乾燥させた。ＤＭＦの最後の痕跡を除去するために、生成物を水（５０ｍｌ）に懸濁し、最小料の水酸化カリウムを添加して透明な溶液を作製し、次いで生成物を水性ＫＨＳＯ４で酸性化することによって再沈殿させた。得られた微細沈殿を注意深く濾過して、Ｐ２Ｏ５上で真空下で乾燥させ、ペル−６−チオ−シクロデキストリン（６５％）をオフホワイトの粉末として得た。１Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ、δ、ｐｐｍ）２．１６、２．７９、３．２１、３．３６〜３．４０、３．６０、３．６８、４．９５、５．８３、５．９７。
実施例６
６−チオ−β−シクロデキストリンによってキャップされた水溶性量子ドットの調製
[0079]ＴＯＰ／ＴＯＰＯキャップ量子ドットの精製は、実施例２および４で説明した方法と同様である。得られた量子ドットを乾燥ピリジンに溶解して、透明な溶液を形成した。攪拌しながら、６−チオ−β−シクロデキストリンを添加した。１０分後、反応液は透明になった。攪拌を室温で一晩継続した。溶媒のほとんどを除去して、次いでジエチルエーテル５０ｍｌを添加した。白色の沈殿物を収集して、ジエチルエーテルで再度洗浄した。得られた粉末を濾過して、乾燥させた。１ＨＮＭＲ（ＤＭＳＯ、δ、ｐｐｍ）：５．８、５．１、４．１〜３．２、２．６、２．２、１．５〜１．０。
実施例７
本発明のナノクリスタルを含む結合体の調製
[0080]図８ａは、キャッピング試薬と適切なホスト分子とのホストゲスト複合体を含む本発明のナノクリスタルを調製するための反応スキームを示している。
[0081]上記で説明したように、ナノクリスタルの外面に結合させた適切なキャッピング試薬は、長いアルキル鎖またはポリオキシアルキル鎖を有するチオール化合物であってよい。このようなキャップナノクリスタルは、シクロデキストリンなどのホスト分子と反応して、水溶性ナノクリスタルを非常に安定にすることができる。診断手段として使用できるナノクリスタルの結合体を調製するために、このようなホスト分子を、いくつかの例を挙げると、ビオチン、ジゴキシゲニン、小分子薬剤などの関心のあるリガンドか、またはストレプトアビジン、アビジンまたは抗体などのタンパク質と結合させることができる。
[0082]この結合体は、溶媒暴露性親水性基（例えば、−ＯＨ、ＣＯＯＨ基またはＮＨ２基）などの遊離反応基と関心のあるリガンドとを反応させることによって調製することができる（図８ａ参照）。この結合体はまた、ゲスト分子と、関心のあるリガンドに結合した適切なホスト分子との間にさらにホストゲスト複合体を形成することによって調製することができる。シクロデキストリン化合物とこのような（第２の）ホストゲスト複合体を形成するために使用することができるホスト分子の例を、例えば、図８ｂに示す。これに関して、選択されたホスト分子に適切なゲストを選択することは、平均的な当業者の知識の範囲内であることに注意されたい。ホストゲスト複合体を介して本発明のナノクリスタルの結合体を形成するこの取り組みは、図８ｃに示したストレプトアビジン結合体によって例示される。
シクロデキストリン（ＣＤ）とホストゲスト複合体を形成するナノクリスタルのコアの表面に疎水性試薬が結合しているか（スキームａ））、または水溶性ホスト分子に共有結合する疎水性薬剤が結合している（スキームｂ））本発明の水溶性ナノクリスタルの概略図である。 本発明でホスト分子として使用できる例示的なシクロデキストリンの構造の概略図である。 本発明でホスト分子として使用できる例示的な環式ポリアミンの構造の概略図である。 本発明でホスト分子として使用できる例示的な環式（ジ）ペプチドの構造の概略図である。 本発明でホスト分子として使用できる例示的なカリックスアレーンの構造の概略図である。 本発明でホスト分子として使用できる例示的なクラウンエーテルの構造の概略図である。 本発明でホスト分子として使用できる例示的なデンドリマーの構造の概略図である。 γ−シクロデキストリンの添加によって引き起こされるクロロホルムから（図３の（ａ））水性溶液（図３の（ｂ））へのＴＯＰキャップＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルの相転移を示した図である。 γ−シクロデキストリンとホストゲスト複合体を形成するＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルのＴＥＭ顕微鏡写真を示した図である。 ホストゲスト複合体の形成前の開始ナノクリスタルと比較して本発明のＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルの蛍光強度を示した図である。 γ−シクロデキストリンとホストゲスト複合体を形成する本発明のＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルの光ルミネッセンスに対するｐＨの影響を示した図である。 本発明のＣｄＳｅ／ＺｎＳコアシェルナノクリスタルの５０℃での熱安定性を示した図である。 ホストゲスト複合体を含む本発明のナノクリスタルの調製の概略を示した図であり、ホスト分子は、結合体の調製に使用できる遊離の反応基を有する。 本発明の水溶性ナノクリスタルの結合体を調製するためのシクロデキストリンなどのホスト分子とホストゲスト複合体を形成できるリガンドの例を示している。 本発明のナノクリスタルとストレプトアビジンとの結合体の概略図を示している。

Claims (66)

  1. 元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ、亜族ＩＶｂ、亜族Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩ、主族ＩＩＩまたは主族ＩＶの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１を含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
    キャッピング試薬が前記ナノクリスタルの前記コアの表面に結合しており、
    前記キャッピング試薬が水溶性ホスト分子とホストゲスト複合体を形成し、
    前記ホスト分子は、前記キャッピング試薬を受容可能な内部空洞を備える、
    水溶性ナノクリスタル。
  2. 元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ、亜族ＩＩＩｂ、亜族ＩＶｂ、亜族Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩ、主族ＩＩＩまたは主族ＩＶの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１、および
    元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
    キャッピング試薬が前記ナノクリスタルの前記コアの表面に結合しており、
    前記キャッピング試薬が水溶性ホスト分子とホストゲスト複合体を形成し、
    前記ホスト分子は、前記キャッピング試薬を受容可能な内部空洞を備える、
    水溶性ナノクリスタル。
  3. 前記キャッピング試薬が疎水性または親水性薬剤である、請求項１または２に記載のナノクリスタル。
  4. 前記キャッピング試薬がナノクリスタルコアに親和性のある末端基を有する、請求項３に記載のナノクリスタル。
  5. 前記キャッピング試薬が式（Ｉ）を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
    Ｈ Ａ Ｘ−Ｙ−Ｚ
    ［式中、
    ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、
    Ａは０〜３の整数であり、
    Ｙは少なくとも３個の主鎖原子を有する部分であり、
    Ｚは疎水性末端基である。］
  6. 前記キャッピング試薬の前記部分Ｙが、３個〜５０個の主鎖原子を含む、請求項５に記載のナノクリスタル。
  7. 前記Ｙがアルキル部分、シクロアルキル部分、エーテル部分または芳香族部分を含む、請求項６に記載のナノクリスタル。
  8. 前記キャッピング試薬が、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＳＨ、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＳＨ、ＨＳＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２（ＳＨ）（ＣＨ２）ｎＣＨ３、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＮＨ２、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＮＨ２、Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３、Ｏ＝Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３からなる群から選択され、ｎは≧６の整数である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  9. 前記ｎが≧８の整数である、請求項８に記載のナノクリスタル。
  10. 前記水溶性ホスト分子が、溶媒暴露性極性基を含有する化合物である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  11. 前記ホスト分子が、炭水化物、環式ポリアミン、環式ペプチド、カリックスアレーン、クラウンエーテルおよびデンドリマーからなる群から選択された、請求項１０に記載のナノクリスタル。
  12. 前記炭水化物が、オリゴ糖、デンプンおよびシクロデキストリンからなる群から選択された、請求項１１に記載のナノクリスタル。
  13. 前記デンプンがα−アミロースまたはβ−アミロースである、請求項１２に記載のナノクリスタル。
  14. 前記シクロデキストリンが、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、ジメチル−α−シクロデキストリン、トリメチル−α−シクロデキストリン、ジメチル−β−シクロデキストリン、トリメチル−β−シクロデキストリン、ジメチル−γ−シクロデキストリンおよびトリメチル−γ−シクロデキストリンからなる群から選択された、請求項１２に記載のナノクリスタル。
  15. 前記オリゴ糖が、２個〜２０個の単量体単位を含む、請求項１２に記載のナノクリスタル。
  16. コアシェルナノクリスタルである、請求項２〜１５のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  17. 前記金属が、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕからなる群から選択された、請求項１６に記載のナノクリスタル。
  18. 前記元素Ａが、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択された、請求項１６または１７に記載のナノクリスタル。
  19. ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅおよびＨｇＴｅからなる群から選択されたコアシェルナノクリスタルである、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  20. 組成物Ｍ１１−ｘＭ２ｘＡを有する均一な３元合金からなり、
    ［式中、ａ）ＡがＰＳＥの主族ＶＩの元素を表すとき、Ｍ１およびＭ２が独立して、元素周期表（ＰＳＥ）の亜族ＩＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、亜族Ｉｂまたは主族ＩＩの元素から選択され、
    ｂ）ＡがＰＳＥの主族（Ｖ）の元素を表すとき、Ｍ１およびＭ２がいずれもＰＳＥの主族（ＩＩＩ）の元素から選択される。］
    前記組成物Ｍ１１−ｘＭ２ｘＡは、
    ｉ）ナノクリスタルを生成するために適した形態で前記元素Ｍ１を含有する反応混合物を適温Ｔ１まで加熱し、ナノクリスタルを生成するために適した形態で前記元素Ａを前記温度で添加し、２成分ナノクリスタルＭ１Ａを形成するために適した温度で十分な時間反応混合物を加熱し、その後前記反応混合物を冷却させることによって前記２成分ナノクリスタルＭ１Ａを形成するステップと、
    ｉｉ）形成した２成分ナノクリスタルＭ１Ａを沈殿させたり、単離したりすることなく、適温Ｔ２まで前記反応混合物を再加熱し、ナノクリスタルの生成に適した形態で前記元素Ｍ２の十分量を前記温度で前記反応混合物に添加し、次いで前記３成分ナノクリスタルＭ１１−ｘＭ２ｘＡを形成するために適した温度で十分な時間前記反応混合物を加熱し、その後前記反応混合物を室温まで冷却させ、前記３成分ナノクリスタルＭ１１−ｘＭ２ｘＡを単離するステップと
    を含む方法によって得ることができる、請求項２〜１９のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  21. ０．００１＜ｘ＜０．９９９である、請求項２０に記載のナノクリスタル。
  22. ０．０１＜ｘ＜０．９９である、請求項２０または２１に記載のナノクリスタル。
  23. ０．５＜ｘ＜０．９５である、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  24. 前記元素Ｍ１およびＭ２が独立して、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕからなる群から選択された、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  25. 前記元素Ａが、Ｓ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択された、請求項２０〜２４のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  26. 組成物ＺｎｘＣｄ１−ｘＳｅまたはＺｎｘＣｄ１−ｘＳを有する、請求項２０〜２５のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  27. 水溶性ナノクリスタルの調製方法であって、
    亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ、亜族ＩＶｂ、亜族Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩ、主族ＩＩＩまたは主族ＩＶから選択された元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１を含むコアを有するナノクリスタルとキャッピング試薬とを反応させ、それによって前記ナノクリスタルの前記コアの表面に前記キャッピング試薬を結合させるステップと、
    その後、前記キャッピング試薬と、前記キャッピング試薬を受容可能な内部空洞を備える水溶性ホスト分子との間にホストゲスト複合体を形成するために、このように得られたナノクリスタルとホスト分子を接触させるステップと、
    を含む方法。
  28. 水溶性ナノクリスタルの調製方法であって、
    元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ、亜族ＩＶｂ、亜族Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩ、主族ＩＩＩまたは主族ＩＶの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有するナノクリスタルと、キャッピング試薬とを反応させ、それによって前記ナノクリスタルの前記コアの表面に前記キャッピング試薬を結合させるステップと、
    その後、前記試薬と、前記キャッピング試薬を受容可能な内部空洞を備える水溶性ホスト分子との間にホストゲスト複合体を形成するために、このように得られたナノクリスタルとホスト分子とを接触させるステップと、
    を含む方法。
  29. 前記キャッピング試薬が疎水性または親水性薬剤である、請求項２７または２８に記載の方法。
  30. 前記キャッピング試薬が前記ナノクリスタルコアに親和性のある末端基を有する、請求項２９に記載の方法。
  31. 式（Ｉ）を有するキャッピング試薬を使用する、請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の方法。
    Ｈ Ａ Ｘ−Ｙ−Ｚ
    ［式中、
    ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、
    Ａは０〜３の整数であり、
    Ｙは少なくとも３個の主鎖原子を有する部分であり、
    Ｚは疎水性末端基である。］
  32. 前記キャッピング試薬の前記部分Ｙが、３個〜５０個の主鎖原子を含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記Ｙがアルキル部分、シクロアルキル部分、エーテル部分または芳香族部分を含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 使用した前記試薬が、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＳＨ、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＳＨ、ＨＳＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２（ＳＨ）（ＣＨ２）ｎＣＨ３、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＮＨ２、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＮＨ２、Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３およびＯ＝Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３からなる群から選択され、ｎは≧６の整数である、請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
  35. 使用した前記水溶性ホスト分子が溶媒暴露性極性基を含有する化合物である、請求項２９〜３４のいずれか一項に記載の方法。
  36. 使用した前記ホスト分子が、炭水化物、環式ポリアミン、環式ペプチド、カリックスアレーン、クラウンエーテルおよびデンドリマーからなる群から選択された、請求項３５に記載の方法。
  37. 使用した前記炭水化物が、オリゴ糖、デンプンおよびシクロデキストリンからなる群から選択された、請求項３６に記載の方法。
  38. 前記デンプンがα−アミロースまたはβ−アミロースである、請求項３７に記載の方法。
  39. 使用した前記シクロデキストリンが、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、ジメチル−α−シクロデキストリン、トリメチル−α−シクロデキストリン、ジメチル−β−シクロデキストリン、トリメチル−β−シクロデキストリン、ジメチル−γ−シクロデキストリンおよびトリメチル−γ−シクロデキストリンからなる群から選択された、請求項３７に記載の方法。
  40. 前記オリゴ糖が２個〜２０個の単量体単位を含む、請求項３７に記載の方法。
  41. 前記ホストゲスト複合体が、混練によって、還流によって、攪拌によって、または周囲温度で１日〜１０日間前記ナノクリスタルを前記ホスト分子の水溶液でインキュベートすることによって形成される、請求項３５〜４０のいずれか一項に記載の方法。
  42. 元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ、亜族ＩＶｂ、亜族Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
    キャッピング試薬が前記ナノクリスタルの前記コアの表面に結合しており、
    前記キャッピング試薬が、式（ＩＩ）を有する、水溶性ナノクリスタル。
    Ｈ Ｉ Ｘ−Ｙ−Ｂ（ＩＩ）
    ［式中、
    ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、
    Ｉは１〜３の整数であり、
    Ｙは少なくとも３個〜５０個の主鎖原子を有する部分であり、
    Ｂはデンプンまたはシクロデキストリンである。］
  43. 前記キャッピング試薬が、前記ナノクリスタルに親和性のある末端基を有する疎水性または親水性試薬である、請求項４２に記載のナノクリスタル。
  44. 前記Ｙが、アルキル部分、シクロアルキル部分、エーテル部分または芳香族部分を含む、請求項４２に記載のナノクリスタル。
  45. 前記Ｈ Ｉ Ｘ−Ｙ部分が、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＳＨ、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＳＨ、ＨＳＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２（ＳＨ）（ＣＨ２）ｎＣＨ３、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＮＨ２、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＮＨ２、Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３、Ｏ＝Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３からなる群から選択され、ｎは≧６の整数である化合物に由来するものである、請求項４２〜４４のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  46. 前記ｎが≧８の整数である、請求項４５に記載のナノクリスタル。
  47. 前記デンプンがα−アミロースまたはβ−アミロースである、請求項４２に記載のナノクリスタル。
  48. 使用した前記シクロデキストリンが、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、ジメチル−α−シクロデキストリン、トリメチル−α−シクロデキストリン、ジメチル−β−シクロデキストリン、トリメチル−β−シクロデキストリン、ジメチル−γ−シクロデキストリンおよびトリメチル−γ−シクロデキストリンからなる群から選択された、請求項４２に記載のナノクリスタル。
  49. 元素周期表（ＰＳＥ）の亜族Ｉｂ、亜族ＩＩｂ、亜族ＩＶｂ、亜族Ｖｂ、亜族ＶＩｂ、亜族ＶＩＩｂ、亜族ＶＩＩＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族Ｖまたは主族ＩＶの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
    キャッピング試薬が前記ナノクリスタルの前記コアの表面に結合しており、
    前記キャッピング試薬が水溶性ホスト分子と共有結合しており、
    前記ホスト分子が環式ポリアミン、環式ペプチド、カリックスアレーンおよびデンドリマーからなる群から選択された水溶性ナノクリスタル。
  50. 元素周期表（ＰＳＥ）の亜族ＩＩｂ〜ＶＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有するナノクリスタルと、
    キャッピング試薬とを反応させることを含む水溶性ナノクリスタルの調製方法であって、
    前記キャッピング試薬が、炭水化物に共有結合して、式（ＩＩ）を有する、水溶性ナノクリスタルの調製方法。
    Ｈ Ｉ Ｘ−Ｙ−Ｂ（ＩＩ）
    ［式中、
    ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、
    Ｉは１〜３の整数であり、
    Ｙは少なくとも３個〜５０個の主鎖原子を有する部分であり、
    Ｂはデンプンまたはシクロデキストリンである。］
  51. 前記試薬が前記ナノクリスタルコアに親和性のある末端基を有する疎水性キャッピング試薬または親水性キャッピング試薬である、請求項５０に記載の方法。
  52. 前記Ｙが、アルキル部分、シクロアルキル部分、エーテル部分または芳香族部分を含む、請求項５０に記載の方法。
  53. 前記Ｈ Ｉ Ｘ−Ｙ部分が、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＳＨ、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＳＨ、ＨＳＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２（ＳＨ）（ＣＨ２）ｎＣＨ３、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＮＨ２、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＮＨ２、Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３、Ｏ＝Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３からなる群から選択され、ｎは≧３の整数である化合物に由来する、請求項５０〜５２のいずれか一項に記載の方法。
  54. 使用した前記シクロデキストリンが、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、ジメチル−α−シクロデキストリン、トリメチル−α−シクロデキストリン、ジメチル−β−シクロデキストリン、トリメチル−β−シクロデキストリン、ジメチル−γ−シクロデキストリンおよびトリメチル−γ−シクロデキストリンからなる群から選択された、請求項５０に記載の方法。
  55. 元素周期表（ＰＳＥ）の亜族ＩＩｂ〜ＶＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有するナノクリスタルと、
    キャッピング試薬とを反応させることを含む水溶性ナノクリスタルの調製方法であって、
    前記キャッピング試薬が、環式ポリアミン、環式ジペプチド、カリックスアレーンおよびデンドリマーからなる群から選択された水溶性ホスト分子に共有結合している方法。
  56. 元素周期表（ＰＳＥ）の亜族ＩＩｂ〜ＶＩｂ、主族ＩＩまたは主族ＩＩＩの元素から選択された少なくとも１個の金属Ｍ１および元素周期表の主族ＶまたはＶＩの元素から選択された少なくとも１個の元素Ａを含むコアを有する水溶性ナノクリスタルであって、
    疎水性キャッピング試薬が前記ナノクリスタルの前記コアの表面に結合しており、
    前記疎水性キャッピング試薬がクラウンエーテルと共有結合しており、
    前記疎水性試薬が式（Ｉ）を有する、水溶性クリスタル。
    Ｈ Ａ Ｘ−Ｙ−Ｚ
    ［式中、
    ＸはＳ、Ｎ、ＰまたはＯ＝Ｐから選択された末端基であり、
    Ａは０〜３の整数であり、
    Ｙは少なくとも３個の主鎖原子を有する部分であり、
    Ｚは疎水性末端基である。］
  57. 前記キャッピング試薬の前記部分Ｙが、３個〜５０個の主鎖原子を含む、請求項５６に記載のナノクリスタル。
  58. 前記Ｙがアルキル部分、シクロアルキル部分、エーテル部分または芳香族部分を含む、請求項５７に記載のナノクリスタル。
  59. 前記疎水性試薬が、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＳＨ、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＳＨ、ＨＳＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２（ＳＨ）（ＣＨ２）ｎＣＨ３、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＨ２ＮＨ２、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＮＨ２、Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３およびＯ＝Ｐ（（ＣＨ２）ｎＣＨ３）３からなる群から選択され、ｎは≧６の整数である、請求項５６〜５８のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  60. 前記クラウンエーテルが、８−クラウン−４化合物、９−クラウン−３化合物、１２−クラウン−４化合物、１５−クラウン−５化合物、１８−クラウン−６化合物および２０−クラウン−８化合物からなる群から選択された化合物である、請求項５６〜５９のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  61. 所与の分析物に結合親和性を有する分子と結合した、請求項１〜２６、４２〜４９または５６〜６０のいずれか一項に記載のナノクリスタル。
  62. 所与の分析物に結合親和性を有する前記分子が、生体分子に結合親和性を有する、請求項６１に記載のナノクリスタル。
  63. 分析物に結合親和性を有する前記分子が、タンパク質、ペプチド、免疫原性ハプテンの特性を有する化合物、核酸、炭水化物または有機分子である、請求項６２に記載のナノクリスタル。
  64. 分析物に結合活性を有する前記分子と共有結合剤を介して結合した、請求項６２に記載のナノクリスタル。
  65. 分析物に結合活性を有する前記分子と、前記ホスト分子に結合したリガンドを介して結合した、請求項６２に記載のナノクリスタル。
  66. 分析物検出のための請求項１〜２６、４２〜４９または５６〜６５のいずれか一項に記載のナノクリスタルの使用。
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