JP5065572B2 - 流体の移動を検証するための方法 - Google Patents

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Description

米国特許法第１１９条第（ｅ）項に従って、２００２年９月６日に出願された仮出願番号６０／４０８，２９６の利益が、本願によって主張される。この仮出願の全内容が、本明細書中に参考として援用される。
（発明の背景）
本発明は、一般に、流体の移動、流体の希釈、および流体の除去を決定し、分析し、そして定量するための、蛍光トレーサーの使用に関する。具体的には、本発明は、流体の移動、流体の希釈、および流体の除去を決定し、分析し、そして定量するための、量子サイズの粒子の使用に関する。本発明は、さらに、液体中に溶解した固体物質の量をモニタリングし、そして定量するための方法に関する。
量子サイズの粒子、すなわち、約０．１ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲内の直径を有する粒子（量子ドットまたはナノクリスタルとしてもまた公知）は、それらの小さいサイズ、これらの大きい表面積および光電子的特性に起因して、これらの粒子が保有する発光特性によって公知である。発光ナノクリスタルは、オリゴヌクレオチドタグ、組織画像化染色、タンパク質発現プローブのような用途のため、およびインビボとインビトロとの両方での生物学的化合物の検出において、検出可能な標識として有用であることが示されている。
代表的に、流体の移動は、有機色素を使用すること、または注入器を通過する流体の流れを測定することによって、決定された。有機色素の１つの欠点は、励起光への延長された曝露および／または反復された曝露の際の、蛍光強度の低下である。この退色（フォトブリーチングと称される）は、励起光の強度および照射の持続時間に依存する。さらに、非蛍光性種への色素の転換は、不可逆的である。さらに、色素の分解生成物は、試験されている組成物を妨害し得る有機化合物である。さらに、高濃度において、有機色素は自己吸収し、それらの線状のダイナミックレンジを制限する。
有機色素の別の欠点は、１つの色素から別の色素へと存在するスペクトルオーバーラップである。これは、有機色素の比較的広い発光スペクトルおよびテーリング領域の近くのスペクトルのオーバーラップに部分的に起因する。さらに、低分子量の色素は、いくつかの用途に対して非実用的であり得る。なぜなら、これらの色素は、十分に明るい蛍光信号を提供しないからである。理想的な蛍光標識は、多くの要件を満たすべきである。望ましい特性のうちでもとりわけ、以下である：（ｉ）高い蛍光強度（少量での検出のため）、（ｉｉ）吸収周波数と蛍光周波数との間の少なくとも５０ｎｍの分離、（ｉｉｉ）試験組成物における溶解度（ｉｖ）厳しい条件および高温に対する安定性、（ｖ）容易な分析のための対称的な放出線形状、（ｖｉ）試験組成物における均一な分布；（ｖｉｉ）自動化分析との適合性；（ｖｉｉｉ）最小の自己クエンチを伴う固有の大きいダイナミックレンジ；ならびに（ｉｘ）モニタリングされる流体を形成する活性成分と比較して化学的に不活性であること。
標準的な有機蛍光色素の化学的特性の差異は、複数の並行アッセイを極めて実用的にする。なぜなら、異なる化学反応が、蛍光標識の種々の適用において使用される各色素について関与し得るからである。さらに、標準的な有機蛍光色素の化学的特性の差異は、複数の並行アッセイを非実用的にする。なぜなら、異なる化学反応が、蛍光標識の種々の適用において使用される各色素に関与し得るからである。
さらに、有機蛍光色素の使用に対して、化学的制限および物理的制限が存在する。これらの制限のうちの１つは、異なる色の色素の励起波長のバリエーションである。その結果、異なる励起波長を有する２つ以上の蛍光タグを同時に使用することは、複数の励起光源を必要とする。従って、この要件は、複数の蛍光色素を利用する方法の費用および複雑さを追加する。さらに、有機色素は、中程度の濃度でさえも、蛍光のクエンチを示し、有意な非線形希釈効果を生じる。
注入器を通過する流体の流れを測定することの欠点は、この方法が、所望のデバイスまたはレセプタクルに実際に運ばれた流体を検証することができないことである。
従って、１つ以上の流体が移動され、そして流体の反応容器などへの添加を検証および定量し得るシステムにおいて使用するための、上記基準を満足する蛍光標識に対する必要性が、当該分野において存在する。
（発明の要旨）
本発明の目的は、先行技術の欠点を克服することである。発光半導体ナノクリスタルは、従来の有機色素より優れたいくつかの利点を与える。半導体ナノクリスタルは、代表的に、匹敵する有機色素より高い吸収断面積、より高い量子収量、より良好な化学的安定性および光化学的安定性、ならびにより狭くかつより対称的な発光スペクトルを有する。さらに、吸収特性および放出特性は、粒径および組成と共に変動し、従って、系統的にあつらえられ得る。最後に、半導体ナノクリスタルは、移動または希釈される流体の量を、ある程度確実に独立して定量するために使用され得る。
半導体ナノクリスタルの調製のための、種々の方法が報告されている。これらの方法としては、逆ミセル調製、停止された沈澱、エアロゾル処理、ポット攪拌プロセス、およびゾル−ゲルプロセスが挙げられる。コーティングまたはシェルの適用によるナノクリスタルの特性の制御は、特に、国際特許出願公開番号ＷＯ９９／２６２９９（ＰＣＴ／ＵＳ９８／２３９８４）、「Ｈｉｇｈｌｙ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｃｏｌｏｒ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（出願人）（これは、１９９９年５月２７日に公開され、そして本明細書中に参考として援用される）において報告されている。例えば、無機シェルの適用は、ナノクリスタルの量子収量ならびにその化学的安定性および光安定性を増加させ得る。シェルを適用するための技術は、コアの調製のために使用される技術と通常類似の、攪拌ポット技術である。コアの直径と同様に、シェルの厚さは、仕上げられた製品の特性に影響を与え、そしてその厚さは、コアに影響を与えるものと同じシステムパラメータとともに変動し得る。これらのパラメータを攪拌ポットシステムにおいて制御する際の困難は、最終製品の性質および品質を制御する際の困難を導く。
本発明はまた、半導体ナノクリスタルが、種々の生物学的用途および化学的用途において、信頼性がありかつ感受性のある検出可能な標識として使用され得るという発見に基づく。特徴的なスペクトル放出を有する半導体ナノクリスタル（量子ドットおよびＱｄｏｔＴＭナノクリスタルとしてもまた公知）が製造され得る。これらのスペクトル放出は、粒子の粒径、サイズ分布および／または組成を変動させることによって、所望のエネルギーに調整され得る。半導体ナノクリスタルの位置は、例えば、エネルギー源（例えば、励起光源）でのサンプルの照射によって、決定され得る。半導体ナノクリスタルは、特徴的な発光スペクトルを放出し、このスペクトルは、例えば、分光学的に観察および測定され得る。
半導体ナノクリスタルの集団の発光スペクトルは、サンプル集団のサイズ分布の均質性に依存して、２５〜３０ｎｍ程度に狭い線幅を有するように操作され得る。従って、半導体ナノクリスタルの使用は、１つの用途における１つ、または複数さえの異なる生物学的部分または化学的部分の検出および定量を可能にする。調整可能性、狭い線幅、および対称的な発光スペクトルの組み合わせは、複数のサイズのナノクリスタル（例えば、系内で複数の異なるサイズ分布を有する単分散半導体ナノクリスタルの集団）の高い分解能、ならびに種々の化学的成分または生物学的成分の同時の検出および／または定量を提供する。
さらに、ナノクリスタルの励起波長の範囲は広く、そして全ての入手可能な半導体ナノクリスタルの発光波長よりエネルギーがより高くあり得る。その結果、このことは、異なる発光スペクトルを有する系内の全ての半導体ナノクリスタルの集団の同時の励起を生じるために、単一のエネルギー源（例えば、通常はスペクトルの紫外領域または青色領域の光）の使用を可能にする。半導体ナノクリスタルはまた、従来の有機蛍光色素より強力であり、そしてフォトブリーチングに対して有機色素よりも耐性である。ナノクリスタルの強さはまた、試験されている系内の有機色素の分解生成物の混入の問題を軽減する。従って、本発明は、化学的系または生物学的系において一緒に混合されている成分の追加をモニタリングするため、および／またはこれらの成分の量を定量するための、独特に価値のある方法を提供する。
本発明は、さらに、液体中に溶解された固体物質の量をモニタリングおよび定量するための方法に関する。多くの化学的物質および生物学的物質が、水溶液として、または種々の有機溶媒中に溶解される場合に、生成される。これらの溶液の一連の操作（例えば、クロマトグラフィー、エレクトロポレーション分離、溶出、透析などのような）を介して、標的成分は、混入物から分離され、そして溶液中で精製された物質として得られる。化学的に不活性な半導体ナノクリスタルは、精製された流体内に、既知の濃度で均質に分散され得る。凍結乾燥後、これらの半導体ナノクリスタルは、固体製品中に均質に分散したままであり、そして第二の組成物を作製するために添加される固体の量についてのトレーサーとして働き得る。このことは、（安定性の理由により）凍結乾燥された物質として頻繁に提供される一次標準物質のために特に有用であり、そして最初のストック溶液を調製する場合、および引き続く希釈物を調製する場合に、改善された精度を提供する。
本発明の１つの局面に従って、第一の組成物から第二の組成物への流体の移動を検証するための方法が提供され、この方法は：第一の流体を内部に有する第一の組成物を提供する工程；第二の流体を内部に有する第二の組成物を提供する工程であって、該第二の組成物は、予め決定された量の発光半導体ナノクリスタルを含有し、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合に、狭い波長帯域において電磁放射線を放出することが可能である、工程；該第二の組成物の全てまたは一部分を該第一の組成物内へと移動させて、第三の組成物を形成する工程；該第三の組成物を、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能であるエネルギーに曝露する工程；および該第三の組成物中の該発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出する工程、を包含する。本発明において、第一の流体は、液体、気体、または減圧でさえあり得ることが企図されることが理解される。
本発明の別の局面に従って、第一の組成物から第二の組成物への流体の移動を検証するための方法が提供され、この方法は、さらに、前記第三の組成物中の発光半導体ナノクリスタルを定量して、該第三の組成物を形成するために前記第一の組成物中に送達された前記第二の組成物の量を検証する工程を包含する。この送達量は、第三の組成物中の発光半導体ナノクリスタルの相対蛍光を決定することによって、検証される。本発明は、第二の組成物中に存在する発光半導体ナノクリスタルの量を検証するように記載されるが、本発明はまた、発光半導体ナノクリスタルが第一の組成物中に存在し、これに第二の組成物を添加して第三の組成物を形成することもまた企図することが、理解されるべきである。
本発明の別の局面にしたがって、第一の組成物から第二の組成物への流体の移動を検証するための方法が提供され、ここで、半導体ナノクリスタルは、コア／シェルナノクリスタルである。本発明の別の局面に従って、この半導体ナノクリスタルは、約２ｎｍと約５０ｎｍとの間の直径、好ましくは、約２ｎｍと約２０ｎｍとの間の直径を有する。本発明の別の局面において、この半導体ナノクリスタルは、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、およびこれらの混合物からなる群より選択される。好ましくは、この半導体ナノクリスタルは、ＣｄＳｅを含むコアおよびＣｄＳまたはＺｎＳを含むシェルを有する。本発明の別の局面は、半導体ナノクリスタルが、約２ｎｍと約５０ｎｍとの間のコア直径、好ましくは、約２ｎｍと約６ｎｍとの間のコア直径を有し、そしてシェルが、約２ｎｍの厚さを有することである。この方法は、核酸試験を包含し得る。
本発明の別の局面にしたがって、第一の組成物から第二の組成物への流体の移動を検証するための方法が提供され、ここで、上記半導体ナノクリスタルは、単分散である。本発明の別の局面において、この半導体ナノクリスタルは、上記第二の流体中に存在する成分に連結される。本発明の別の局面において、この半導体ナノクリスタルは、上記第二の流体中に均質に分散される。
本発明の別の局面に従って、試薬の流れをモニタリングするための方法が提供され、この方法は：予め決定された量の発光半導体ナノクリスタルと混合された試薬を提供する工程であって、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合、狭い波長帯域において電磁放射線を放出することが可能である、工程；該組成物の全てまたは一部分を反応容器に移動させる工程；該反応容器を、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに曝露する工程；および該発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出する工程、を包含する。
本発明の別の局面に従って、試薬の流れをモニタリングするための方法が提供され、この方法は、さらに、上記反応容器中の発光半導体ナノクリスタルを定量して、上記試薬の送達量を検証する工程を包含する。
本発明の別の局面に従って、試薬お流れをモニタリングするための方法が提供され、この方法は：予め決定された量の発光半導体ナノクリスタルと混合された試薬を提供する工程であって、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合、狭い波長帯域において電磁放射線を放出することが可能である、工程；該試薬の全てまたは一部分を反応容器に移動させる工程；該反応容器から単位サンプルを得る工程；該サンプルを、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに曝露する工程；上記サンプル中の該発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出して、この試薬の送達を検証する工程、をさらに包含する。
本発明の別の局面に従って、試薬の流れをモニタリングするための方法が提供され、この方法は、上記サンプル中の発光半導体ナノクリスタルを定量して、上記反応容器に送達される試薬の量を検証する工程をさらに包含する。
本発明の別の局面に従って、容器への複数の流体の移動を検証するための方法が提供され、この方法は：内部に流体を有する複数の組成物を提供する工程であって、各個々の組成物は、予め決定された量の異なる発光半導体ナノクリスタルを含有し、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合に、該発光半導体ナノクリスタルに対応する異なる波長帯域にて、電磁放射線を放出することが可能である、工程；該複数の流体の全てまたは一部分を、該容器に移動させる工程；該容器を、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに曝露する工程；および該複数の発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出して、該複数の流体の移動を決定する工程、を包含する。別の実施形態において、この容器は、反応容器であり得る。
本発明の別の局面に従って、反応容器への複数の流体の移動を検証するための方法が提供され、この方法は、発光半導体ナノクリスタルを定量して、上記反応容器内への上記複数の組成物の送達量を検証する工程をさらに包含する。
本発明の別の局面に従って、容器への複数の流体の移動を検証するための方法が提供され、ここで、これらの複数の組成物は、バッチごとの移動でか、または連続的な移動で、この容器内に移動される。これらの流体は、試薬、緩衝液、溶媒などからなる群より選択され得、そしてこの容器は、例えば、反応容器であり得る。
本発明の別の局面に従って、希薄溶液を調製するための方法が提供され、この方法は：予め決定された量の発光半導体ナノクリスタルを含む第一の溶液を提供する工程であって、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合、狭い波長帯域において、電磁放射線を放出することが可能である、工程；該第一の溶液を、予め決定された希釈比まで第二の溶液で希釈する工程；および該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに、該希釈された溶液を曝露し、そして予め決定された希釈比を検証するために、該複数の発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出して、この相対蛍光を、蛍光の予測された量と比較することによって、該予め決定された希釈比を検証する工程、を包含する。この第一の溶液は、例えば、活性成分を含有し得、そして第二の溶液は、例えば、受容可能な希釈剤であり得ることが、理解されるべきである。
本発明の別の局面に従って、容器の清潔さを決定するための方法が提供され、この方法は：
複数の成分を内部に有する反応容器を提供する工程；
該反応容器に、発光半導体ナノクリスタルを添加する工程であって、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合に、狭い波長帯域において電磁放射線を放出することが可能である、工程；反応の完了の際に、該反応容器から内容物を取り出す工程；該反応容器を清浄化する工程；該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに該反応容器を曝露し、そして該複数の発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出し、該反応からの残留成分の存在を検証する工程；および該反応容器内に残っている発光半導体ナノクリスタルの相対量を決定する工程、を包含する。この成分は、任意の化学種または生物学種、あるいはアジュバントであり得、反応もしくは転換され得るか、または反応もしくは転換される。
本発明の別の局面に従って、容器の清潔さを決定するための方法が提供され、ここで、この容器は、例えば、バイオリアクターまたは醗酵槽のような反応容器である。本発明の別の局面は、上記発光半導体結晶の量が予め決定された量未満になるまで、この反応容器を繰り返し清浄化する工程を包含する。
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明の実施は、他に示されない限り、合成有機化学、生化学、分子生物学など従来の技術を使用し、これらは、当該分野の技術の範囲内である。このような技術は、文献中に完全に説明されている。例えば、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｏａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｈｏｕｓｅ’ｓ Ｍｏｄｅｒｎ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ；Ｍａｒｖｅｌらの教科書ＯＲＧＡＮＩＣ ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ；Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ第１巻などを参照のこと。
本明細書中に引用される全ての刊行物は、本明細書中に参考として援用される。本発明は、特に好ましい実施形態を参照して記載されるが、本発明の精神から逸脱することなく改変がなされ得ることが、理解される。このような改変は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入ることが意図される。
本発明を記載する際に、以下の用語が使用され、そして以下に示されるように定義されることが意図される。
用語「半導体ナノクリスタル」および「量子ドット」は、本明細書中で交換可能に使用され、そして約１ｎｍと約１０００ｎｍとの間、またはこれらの間の任意の整数もしくは整数の分数の直径、好ましくは、約２ｎｍと約５０ｎｍとの間、またはこれらの間の任意の整数もしくは整数の分数、より好ましくは、約２ｎｍ〜約２０ｎｍ（例えば、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍ、約１０ｎｍ、約１１ｎｍ、約１２ｎｍ、約１３ｎｍ、約１４ｎｍ、約５ｎｍ、約１６ｎｍ、約１７ｎｍ、約１８ｎｍ、約１９ｎｍ、または約２０ｎｍ）の直径の無機結晶をいう。
半導体ナノクリスタルは、励起の際に、電磁放射線を放出し得（すなわち、半導体ナノクリスタルは、発光性であり）、そして１つ以上の第一の半導体材料の「コア」を備え、そして第二の半導体材料の「シェル」によって囲まれ得る。半導体のシェルに囲まれた半導体のコアは、「コア／シェル」ナノクリ半導体ナノクリスタルと称される。囲んでいる「シェル」材料は、好ましくは、バンドギャップエネルギーを有し、これは、コア材料のバンドギャップエネルギーより大きく、そして「コア」構造の原子間隔に近い原子間隔を有するように選択され得る。コアおよび／またはシェルは、第ＩＩ族〜第ＶＩ族の材料（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅなど）および第ＩＩＩ族〜第Ｖ族の材料（ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなど）、および第ＩＶ族の材料（Ｇｅ、Ｓｉなど）、ならびにこれらの合金または混合物が挙げられるが、これらに限定されない半導体材料であり得る。
半導体ナノクリスタルは、必要に応じて、有機キャッピング剤の「コート」によって囲まれる。この有機キャッピング剤は、多数の材料であり得るが、半導体ナノクリスタル表面に対する親和性を有する。一般に、キャッピング剤は、絶縁された有機分子、ポリマー（または重合反応のためのモノマー）、無機複合体、および拡張した結晶構造であり得る。このコートは、溶解度（例えば、コーティングされた半導体ナノクリスタルが、選択された溶媒中に均質に分散する能力）、機能、結合特性などを与えるために使用される。さらに、このコートは、半導体ナノクリスタルの光学特性をあつらえるために使用され得る。キャッピングされた半導体ナノクリスタルを製造するための方法は、以下に議論されており、そして当業者に公知である。
「発光」とは、物体から電磁放射線（光）を放出するプロセスを意味する。発光は、励起状態からより低い状態へと「緩和」する系から、光子の形態での対応するエネルギー放出を伴って生じる。これらの状態は、電子状態、振動状態、回転状態、またはこれらの３つの任意の組み合わせであり得る。発光を担う遷移は、この系に化学的に保存されたエネルギー、または外部供給源からこの系に追加されたエネルギーの放出を介して、刺激され得る。外部エネルギー源は、種々の型の供給源（化学的な型、熱的な型、電気的な型、磁気的な型、電磁的な型、物理的な型、またはこの系が基底状態より高い状態に励起され得る他の任意の型が挙げられる）であり得る。例えば、系は、光の光子の吸収によってか、電場内に配置されることによってか、または化学的な酸化還元反応を介して、励起され得る。発光の間に放出される光子のエネルギーは、低エネルギーのマイクロ波放射線から、高エネルギーのｘ線放射線までの範囲であり得る。代表的に、発光とは、ＵＶ放射線からＩＲ放射線までの範囲の光子をいう。
「単分散粒子」は、この集団中の粒子の少なくとも約６０％、好ましくは、この集団中の粒子の約７５％〜９０％、より好ましくは、この集団中の粒子の約８０％〜９５％、最も好ましくは、この集団中の粒子の約９０％〜９５％、またはこの範囲の間の任意の整数が、特定された粒径範囲に入る粒子の集団を含む。単分散した粒子の集団は、直径が１０％ｒｍｓ（根平均二乗）未満、そして好ましくは、５％ｒｍｓ未満偏差する。単分散半導体ナノクリスタルは、Ｍｕｒｒａｙら（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１５：８７０６（１９９３））；およびＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｍｕｒｒａｙ，「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＩ−ＶＩ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｉｎｔｏ ３−Ｄ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｖｅｓ」、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９５年９月に詳細に記載されており、これらは、本明細書中に参考として援用される。
半導体ナノクリスタルの電磁放射線放出に関して、用語「狭い波長帯域」または「狭いスペクトル線幅」の使用は、幅が約４０ｎｍを超えず、そして好ましくは、幅が約２０ｎｍを超えず、そして中心の周りで対称である、発光の波長帯域を意味する（赤色テール（これは、さらに１００ｎｍまで帯域幅を広げ得る）を有する代表的な色素分子についての約１００ｎｍの発光帯域幅とは対照的）。言及される帯域幅とは、ピーク高さの半分における発光の全幅（ＦＷＨＭ）の測定から決定され、そして２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲である。
半導体ナノクリスタルの励起に関して、用語「広い波長帯域」の使用は、開始放射線の波長と等しいか、またはこの波長より短い波長を有する放射線の吸収を意味する（開始放射線は、半導体ナノクリスタルによって吸収され得る放射線の最も長い波長（最も低いエネルギー）であると理解される）。この開始は、放射の「狭い波長帯域」の近くであるが、これよりわずかに高いエネルギーで起こる。これは、高エネルギー側の発光ピークの近くで起こる色素分子の「狭い吸収帯域」とは対照的であるが、この波長から急激に低下し、そしてしばしば、発光から１００ｎｍより遠い波長においては、無視可能である。
用語「バーコード」とは、本明細書中で使用される場合、半導体ナノクリスタルの１つ以上のサイズ、サイズ分布、組成、またはこれらの任意の組み合わせをいう。半導体ナノクリスタルの各サイズ、サイズ分布および／または組成は、特徴的な発光スペクトル（例えば、波長、強度、ＦＷＨＭ、および／または蛍光寿命）を有する。特定の半導体ナノクリスタルのサイズを制御することによって、発光エネルギーを調整する能力に加えて、特定の波長において観察されるこの特定の発光の強度はまた、変動され得、従って、半導体ナノクリスタルバーコードシステムによって提供される潜在的情報密度を増加させる。好ましい実施形態において、１〜１５の異なる強度が、所望の波長での特定の発光について達成され得るが、当業者は、目的の特定の用途に依存して、１５より多くの異なる強度が達成され得ることを認識する。本発明の目的で、異なる強度は、物品、化合物、または目的の物体に付着されるか、包埋されるか、または会合される特定のサイズの半導体ナノクリスタルの濃度を変化させることによって、達成され得る。「バーコード」は、特定の物品、化合物または目的の物体の位置または同一性を決定することを可能にする。例えば、半導体ナノクリスタルは、薬学的製品、血液サンプル、供与された血液、コンビナトリアルライブラリー（有機化合物、核酸、タンパク質、ペプチド、糖、脂質もしくはこれらの任意の１つ以上の組み合わせを含む）をバーコード化するために使用され得る。
用語「ドーピングした酸化金属ナノクリスタル」とは、酸化金属と、１種以上の希土類元素から構成されるドーパントとを指す。例えば、適切な酸化金属としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銅（ＣｕＯまたはＣｕ２Ｏ）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、およびこれらの合金が挙げられるが、これらに限定されない。上記希土類元素は、ランタニド系列から選択される元素を包含し、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、それらの酸化物、ならびにそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。当業者にとって公知であるように、ドーパントに依存して、エネルギー付与されたドーピングされた酸化金属ナノクリスタルは、特定の色の光を放射可能である。例えば、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕを含むドーピングされた酸化金属ナノクリスタルの放射色および明るさ（例えば、強度）は、Ｅｕの濃度に依存し得る（例えば、放射色は、Ｅｕ濃度が増加すると、黄色から赤色にシフトし得る）。例示目的のみのために、提供され得る代表的な色が、表１に列挙される。
（表１）
蛍光色 ドーパント
青色 ツリウム
青色 セリウム
黄緑色 テルビウム
緑色 ホルミウム
緑色 エルビウム
赤色 ユーロピウム
赤橙色 サマリウム
橙色 ネオジム
黄色 ジスプロシウム
白色 プラセオジム
橙黄色 ユーロピウム＋テルビウム
橙赤色 ユーロピウム＋サマリウム。
ドーピングした酸化金属ナノクリスタルを生成するための方法としては、ゾル−ゲルプロセス（例えば、本明細書中に参考として援用される米国特許第５，６３７，２５８号を参照のこと）、および有機金属反応が挙げられることは、公知である。当業者に明らかであるように、ドーパント（例えば、１種以上の希土類元素）が、ドーピングされた酸化金属ナノクリスタルが本明細書中により詳細に記載されるような蛍光検出における実用使用に供されるのを可能にするに十分な量で、ドーピングされた酸化金属ナノクリスタル中に組み込まれる。不十分な量は、十分な検出可能な蛍光を放射できない程少なすぎるドーパント、または濃度クエンチングに起因して蛍光の減少を引き起こす多すぎるドーパントのいずれかを含む。好ましい実施形態において、ドーピングされた酸化金属ナノクリスタル中のドーパントの量は、約０．１％〜約２５％の範囲で選択されるドーピングされた酸化金属ナノクリスタル中のモル量である。ドーピングされた酸化金属ナノクリスタルは、単一励起光源で励起され得、分散した蛍光ピークを有する高い量子収量（例えば、従来の蛍光色素の分子よりも１ｌｏｇ以上大きいものであり得る蛍光強度で有する単一量子ドット）の検出可能な蛍光放射を生じる。代表的には、これらは、２００Å未満の実質的に均質なサイズを有し、好ましくは、約１ｎｍ〜約５ｎｍｍ、または１ｎｍ未満のサイズ範囲の実質的に均質なサイズを有する。
半導体ナノクリスタルの形成は、米国特許第５，５７１，０１８号；同第５，５０５，９２８号；同第５，２６２，３５７号；同第５，５７１，０１８号；および同第５，２６２，３５７号（その各々は、参考として本明細書中に具体的に援用される）に記載される。さらに、半導体ナノクリスタルは、例えば、Ｅｖｉｄｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｔｒｏｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋから市販されている。
一実施形態において、ナノクリスタルは、コア／シェル構成で使用され、第一半導体ナノクリスタルは、直径が例えば、約２０Å〜約１００Åの範囲のコアを形成し、厚さが例えば、１〜１０個の単分子層の厚さまでコアナノクリスタルを超えて成長する別の半導体ナノクリスタル物質のシェルを備える。例えば、１〜１０個の単分子層の厚さのＣｄＳまたはＺｎＳのシェルが、ＣｄＳｅのコアを超えてエピタキシャルに成長した場合、室温において、光ルミネッセンス量子収量の劇的増加が存在する。そのようなコア／シェルナノクリスタルの形成は、「Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｈｉｇｈｌｙ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ＣｄＳｅ／ＣｄＳ Ｃｏｒｅ／Ｓｈｅｌｌ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔｈ Ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ」Ｐｅｎｇら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｖｏｌｕｍｅ １１９，Ｎｏｖ．３０，１９９７，ｐａｇｅｓ ７０１９〜７０２９（その主題は、本明細書中に参考として具体的に援用される）という刊行物においてより完全に記載される。
本発明において使用される半導体ナノクリスタルは、広い波長帯域にわたって放射線を吸収する能力を有する。この波長帯域は、γ線からマイクロ波放射線までの範囲を含む。さらに、これらの半導体ナノクリスタルは、約４０ｎｍ以下、好ましくは約２０ｎｍ以下の狭い波長帯域内の放射線を放射する能力を有し、これにより、異なる半導体ナノクリスタルを用いて、同じエネルギー源に曝露した場合に放射される光の波長が重複することなく（ほんの少量しか重複せずに）差次的な色をした複数の半導体ナノクリスタルプローブを同時に使用することを可能する。半導体ナノクリスタルの吸収特性および放射特性は、狭い吸収波長帯域（例えば、約３０〜５０ｎｍ）および広い発光波長帯域（例えば、約１００ｎｍ）および広い発光テール（ｔａｉｌ）（例えば、別の１００ｎｍ）をスペクトルの赤色側に有する、色素分子を超える利点を提供し得る。これらの色素特性の両方が、同じエネルギー源に曝露された場合に、差次的な色の複数の色素を使用する能力を損なう。
さらに、半導体ナノクリスタルから放出される光の狭い波長帯域の周波数または波長は、半導体ナノクリスタルの物理特性（例えば、サイズ）に従ってさらに選択され得る。上記の実施形態を使用して形成される半導体ナノクリスタルにより放射される光の波長帯域は、（１）コアのサイズ、またはコアのサイズとシェルのサイズのいずれかによって、決定され、これは、半導体ナノクリスタルのコアおよびシェルの組成に依存する。例えば、３ｎｍ直径のＣｄＳｅコアと、２ｎｍ厚のＣｄＳシェルとから構成されるナノクリスタルは、６００ｎｍのピーク強度波長を有する光の狭い波長帯域を放射する。対照的に、３ｎｍのＣｄＳｅコアと２ｎｍ厚のＺｎＳシェルとから構成されるナノクリスタルは、ピーク強度波長５６０ｎｍの光の狭い波長帯域を放射する。単分散ＣｄＳｅ量子ドットの調製が、Ｍｕｒｒａｙら（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１５：８７０６（１９９３）（これは、その全体が参考として本明細書中に援用される）に記載されている。
半導体ナノクリスタルの発光波長を選択的に操作するために半導体ナノクリスタルのサイズを変化することに対する複数の代替法が、存在する。これらの代替法としては、（１）ナノクリスタルの組成を変化させること、および（２）同心円シェルの形態のナノクリスタルのコアの周囲に複数のシェルを添加することが、挙げられる。異なるシェル中で異なる半導体ナノクリスタルをそれぞれ使用することにより（すなわち、複数の同心円シェルの各々において同じ半導体ナノクリスタルを使用しないことにより）、異なる波長もまた、複数のシェル型半導体ナノクリスタルにおいて得られ得ることが、留意されるべきである。
半導体ナノクリスタルの発光波長は、半導体ナノクリスタルの組成または合金を調整することによって変化され得る。例として、発光波長４００ｎｍを有するＣｄＳ半導体ナノクリスタルは、５３０ｎｍの発光波長を有するＣｄＳｅ半導体ナノクリスタルを用いて合金にされ得る。ナノクリスタルがＣｄＳとＣｄＳｅとの合金を使用して調製される場合、同一サイズの複数のナノクリスタルからの発光波長は、４００ｎｍから５３０ｎｍまで連続して変わり得、それは、ナノクリスタル中に存在するＳとＳｅとの比に依存する。異なる発光波長を選択しつつ同じサイズの半導体ナノクリスタルを維持する能力は、半導体ナノクリスタルのサイズを均一にする必要がある適用、または例えば、すべての半導体ナノクリスタルが非常に小さい寸法を有する必要がある適用において、重要であり得る。
選択した色の狭いスペクトル分布で発光する半導体ナノクリスタルを生成するための技術が、例えば、Ｄａｂｂｏｕｓｉら（１９９７）Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ １０１：９４６３〜９４７５および米国特許第６，３２２，９０１号（これは、参考として本明細書中に援用される）に考察される。例えば、ヒトの眼に見える光を放出するＣｄＳｅナノクリスタルを生成し得、その結果、望ましい意図の最高エネルギーよりも高いエネルギーの源と組み合わせて、これらのナノクリスタルを調整して、任意の空間分布の可視光を生成し得る。紫外スペクトル範囲および赤外スペクトル範囲で放射する半導体ナノクリスタルもまた、生成され得る。紫外発光ナノクリスタルおよび赤外発光ナノクリスタルの例は、例えば、それぞれ、ＣｄＳ、ＺｎＳおよびＺｎＳｅ、ならびにＩｎＡｓ、ＣｄＴｅおよびＭｇＴｅである。半導体ナノクリスタルの特定のサイズ、サイズ分布、および／または組成により生成される光の色は、当業者にとって明らかである方法により容易に計算または測定され得る。これらの測定技術の例として、１２Å〜１１５Åの範囲のサイズのＣｄＳｅのナノクリスタルのバンドギャップが、Ｍｕｒｒａｙら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１５：８７０６（１９９３）に与えられる。これらの技術は、半導体ナノクリスタルの適切なサイズ、サイズ分布、および／または組成の容易な計算、ならびに望ましい任意の波長の光デバイスを発光可能なナノクリスタルを生成するための励起光源の選択を可能にする。
Ｄａｂｂｏｕｓｉらはまた、ＣｄＳ、ＣｄＳｅまたはＣｄＴｅと、ＺｎＳ、ＺｎＳｅまたはその混合物とから構成されるナノクリスタルをオーバーコートするために使用され得る方法を開示する。オーバーコートする前に、ナノクリスタルコアは、実質的に単分散のサイズ分布を生じる、Ｍｕｒｒａｙらに記載される方法により調製される。これらの方法は、半導体ナノクリスタルの別個の集団を調製するために使用され得、各々の集団は、異なる特徴的光ルミネセンススペクトルを示す。
本発明は、ある容器から別の容器への流体の移動を決定および／または定量するための方法を提供する。本発明の方法は、例として、（１）リアクター容器中に移動される試薬の存在および量を検出（例えば、化学生成物を形成するために反応容器中に適切な量の反応物を添加することを検証）し得；（２）化合物の位置決定（例えば、添加生成物が、その後の処理工程または生成物中に（例えば、核酸試験の高容積スクリーニングもしくは血液試験における使用のために）存在するか否かそしてどれぐらい存在するかを決定）し得；（３）容器からの流体の取り出しを検出（例えば、発酵槽もしくはバイオリアクターの清浄化を検証または定量し、残留要素の存在、正体、および量を定量）し得；（４）組成物の希釈を定量（例えば、主要標準溶液が所定濃度まで希釈されたことを検証）し得；（５）液体移動をモニター（例えば、液体系における液体輸送をモニター）し得；（６）微小流体希釈、容積サンプリング、および他の重要な流体操作を評価および検証し得；そして／あるいは（７）流体中に溶解している固体材料の量をモニターおよび定量し得る。
本発明の方法は、半導体ナノクリスタルの粒子サイズ、サイズ分布および組成の選択により望ましいエネルギーに調整可能である半導体ナノクリスタルの物理的特性に基づいて、規定された特徴的スペクトル発光を有する蛍光半導体ナノクリスタルを、第一流体組成物に添加する工程を包含する。半導体ナノクリスタルを含有する第一の流体組成物が第二の流体組成物に移動されると、この半導体ナノクリスタルの存在および量、従って、第二の流体中の第一の流体の存在および量が、当該分野において理解されるように、この半導体ナノクリスタルの発光を光学的にモニタリングし、そしてその相対蛍光を決定することによって、検出され得る。
本発明の一実施形態において、半導体ナノクリスタルが、第一流体組成物に添加され得る。第一流体組成物が第二流体組成物中に移動した場合に、第二流体組成物中の第一流体の存在および量を測定、決定および定量するために、第二組成物中に存在する半導体ナノクリスタルは、第二組成物中への第一組成物の移動により、分光的に見られ得るか、または他の方法で（例えば、励起光源でその組成物を照射して、第二組成物中の第一組成物の存在および量を決定することによって）、検出され得る。
半導体ナノクリスタルは、半導体ナノクリスタルの粒子サイズ、サイズ分布、および組成物の選択に基づいて、観察および測定され得る特徴的発光スペクトルを放出するので、第二組成物中に移動した第一組成物の量は、決定され得る。例えば、第一溶液中の半導体ナノクリスタルの量を知ることにより、液体移動の真の容積検証が、第二溶液中における、第一組成物中に元々存在した半導体ナノクリスタルの存在および量を分析することによって、決定され得る。同様に、流体移動の程度は、第二組成物中に存在する半導体ナノクリスタルと、第一組成物中に存在する半導体ナノクリスタルとの比を定量することによって、決定され得る。
例えば、第一組成物が、１ｍｌ当たり１００個の半導体ナノクリスタルを含み、２．５ｍｌの第一組成物が第二流体組成物中に移動する場合、第一流体の移動は、均質に分布した半導体ナノクリスタルの存在により検出され得、一方、第二流体中に送達された第一流体の量は、第二組成物中の半導体ナノクリスタルの量を測定することにより検証され得る。この例において、第二組成物が２４５個の半導体ナノクリスタルを含む場合、２．４５ｍｌの第一組成物（または９８％）が第二組成物に送達されたことが定量され得る。この方法は、例えば、反応送達を検証するための技術として、高容積核酸スクリーニングアッセイにおいて、特定の適用を有する。半導体ナノクリスタルの属性のうちの１つは、半導体ナノクリスタルは、通常の可視的範囲の外側のスペクトル領域（特に、電磁スペクトルの近赤外領域）において発光するように構築され得ることである。これは、可視的領域のスペクトルにおける不透明溶液におけるトレーサー（ｔｒａｃｅｒ）として半導体ナノクリスタルを使用することが可能である。そのような溶液の例は、全血である。他の例としては、バイオリアクター媒体、細胞の破砕混合物、および視覚的検査に対して不透明である他の液体媒体が挙げられる。
核酸試験（「ＮＡＴ」）は、非常に少量の遺伝物質を、標的核酸を複数回コピーして、例えば、標的の１０億倍増幅を生じることによって、検出する。例えば、ＮＡＴは、複数のドナーから得た１６個の生物学的サンプルのプールにおいて試験した場合に、ＨＩＶ−１およびＨＣＶからのリボ核酸（ＲＮＡ）を検出し得る。ＮＡＴはまた、個体由来の生物学的サンプルを試験し、ＤＮＡ、ＲＮＡおよびヌクレオチドを標識および同定するために使用され得る。個々の増幅技術（例えば、ＰＣＲ）の定量的適用において、増幅の結果は、初期条件に依存する。従って、核酸成分の実際の濃度を、増幅前に時間同調的または時間非同調的複製物における以前の濃度条件と比較して検証すると、アッセイの再現性に対して有意な関係を有し得る。半導体ナノクリスタルの使用は、濃度の正確性を改善するため、従って、アッセイの精度を改善するための、有用な方法を提供する。
代替的実施形態において、本発明は、規定された特徴的スペクトル発光をその物理的特性に基づいて有する、蛍光半導体ナノクリスタルを、中に固体材料を溶解している第１流体組成物に添加する工程を包含する。このスペクトル発光は、半導体ナノクリスタルの粒子の大きさ、サイズ分布、および組成の選択によって、望ましいエネルギーに調整可能である。多くの化学的材料および生物学的材料が、水溶液として、または種々の有機溶媒中に溶解した場合、精製される。これらの溶液の一連の操作（例えば、クロマトグラフィー、電気泳動分離、溶出、透析など）を通して、標的成分は、混入物から分離され、そして溶液中の精製材料として得られる。化学的に不活性な半導体ナノクリスタルは、上記精製溶液中に既知の濃度で均質に分散され得る。凍結乾燥後、半導体ナノクリスタルは、固体生成物中に均質に分散されたままであり、後の溶液を生成するために添加された固体の量を同定および定量するために役立ち得る。この方法は、（安定性が理由で）凍結乾燥材料として頻繁に提供される主要標準物のために特に有用であり、初期ストック溶液（ならびに後の希釈物）を調製する場合の精度の改善を提供する。さらに、粗状態にある精製されるべき成分を半導体ナノクリスタルで（化学的活性も生物学的活性も妨害しない様式で）特異的に標識することによって、その材料の増加する純度を追跡することが可能である。なぜなら、その成分は、種々の精製操作を介して得られるからである。
代替的実施形態において、第二の流体組成物中の第一流体の存在および量の測定、決定、および定量は、分光的に見られ得るか、または他の方法で（その第二の組成物の単位サンプルを採取すること、そして例えば、その単位サンプルを、励起光源で照射して、その単位サンプル中の半導体ナノクリスタルの存在および量 を決定することによって）検出するかによって、決定され得る。
本発明のなお別の実施形態において、最終流体組成物中の連続添加またはバッチ添加された複数の流体の存在および量を測定、決定、および定量することは、その複数の流体組成物が、半導体ナノクリスタルの粒子サイズ、サイズ分布、および組成物の選択に基づいて異なる半導体ナノクリスタルを含む場合には、可能である。従って、例えば、最終組成物に添加されるべき第一組成物は、分光的に見られるか、または他の方法で（例えば、励起光源でその組成物を照射することによって）検出される、第一発光スペクトルを発光する、半導体ナノクリスタルを含み得る。最終組成物に添加されるべき第二組成物は、その半導体ナノクリスタルの粒子サイズ、サイズ分布、および組成に基づいて、第二の発光スペクトルを放射する半導体ナノクリスタルを含み得る。最終組成物に添加されるべき第三の組成物は、第三の発光スペクトルを発光する半導体ナノクリスタルを含み得るなどである。最終組成物中に移動される第一組成物、第二組成物、第三組成物などの量は、第一組成物、第二組成物、第三組成物など中に元々存在した最終組成物中の個々の半導体ナノクリスタルの存在および量を分析することによって、決定され得る。同様に、最終組成物中に複数の組成物から流体が移動される程度は、最終組成物中の半導体ナノクリスタルと、複数の組成物中に存在する半導体ナノクリスタルとの比を定量することによって、決定され得る。半導体ナノクリスタルの集団の発光スペクトルは、２５〜３０ｎｍ程度に狭い準位幅を有する。調整可能性、狭い準位幅、およびテーリング領域を含まない対称性発光スペクトルの組み合わせは、複数のサイズのナノクリスタル（例えば、複数の別個のサイズ分布を有する単分散半導体ナノクリスタルの集団）の高い解像度を提供する。
代替的に、最終組成物中に移動される第一組成物、第二組成物、第三組成物などの量は、最終組成物から採取した単位サンプル中の個々の半導体ナノクリスタルの存在および量を分析することによって、決定され得る。
別の代替的実施形態において、その半導体ナノクリスタルは、印を付けられるべき化学的標的／生物学的標的を含む環境中に導入される、連結剤を含み、それにより、その半導体ナノクリスタルは、その連結剤により標的と連結される。半導体ナノクリスタルを、化学的標的または生物学的標的と連結することは、例えば、米国特許第５，９９０，４７９号；同第６，２０７，３９２号；同６，１１４，０３８号；同第６，２２１，６０２号および同第６，２３５，５４０号（これらは、本明細書中で参考として援用される）により示されるように、当該分野で公知である。上記組成物が次の組成物に移動された後、半導体ナノクリスタル：標的複合体が、分光的に見られ得るかまたは他の方法で（例えば、励起光源でその複合体を照射して化学的標的／生物学的標的の存在を決定することによって）検出され得る。半導体ナノクリスタルが、観察および測定され得る特徴的発光スペクトルを発光するので、移動される化学的標的／生物学的標的の量は、決定され得る。例えば、第一溶液中の半導体ナノクリスタルの量を知ることによって、液体移動の容積検証は、第一組成物中に存在する半導体ナノクリスタルが、その全体が第二組成物中に存在することを検証することによって決定され得る。同様に、流体移動の程度は、第二組成物中に存在する半導体ナノクリスタルと、第一組成物中に存在する半導体ナノクリスタルとの比を定量することによって、決定され得る。
本発明はまた、流体輸送をモニタリングすることに関する。流体輸送は、流体流れをサンプリングし、単位サンプル中に存在する半導体ナノクリスタルの量を測定することによって、バッチプロセスまたは連続プロセスにおいて測定され得る。この方法は、例えば、液圧系における液体輸送のモニタリング、ならびに微小流体希釈の検証、容積サンプリング、および他の重要な流体操作において、特定の適用を有する。
本発明の別の実施形態において、半導体ナノクリスタルは、微小流体希釈、容積サンプリング、および他の重要な流体操作を評価および検証するために使用される。微小流体系において、バルビング（ｖａｌｖｉｎｇ）、流体分散、およびサンプリングといった動作は、ポンプ速度、電荷ゲーティング（ｇａｔｉｎｇ）および流体交差を変化することによって、または断続的もしくは連続的な流体経路の操作改変によって、最も一般的に行なわれる。現在、液体系要素に対するそれらの命令が適切に実行されたことを検証する方法は存在しない。半導体ナノクリスタルを微小流体系に添加することは、微小流体希釈、容積サンプリング、および他の重要な流体操作の正確な評価および検証を可能にする。
本発明の別の実施形態において、半導体ナノクリスタルは、第一組成物の希釈を決定および定量するために使用される。第一溶液に半導体ナノクリスタルを添加することによって、その溶液の正確な希釈物は、希釈された組成物中の半導体ナノクリスタルの存在を測定および定量することによって、調製され得る。例えば、第一溶液が、１単位容積当たりに均質に分散した１００個の半導体ナノクリスタルを含む場合、その溶液は、希釈された組成物中の半導体ナノクリスタルを測定することにより、正確な標準物により希釈され得る。従って、例えば、１０個の半導体ナノクリスタルを含む溶液は、１０倍希釈されている。半導体ナノクリスタルの感度に起因して、約１，０００〜１００、０００まで希釈され得る希釈組成物が、生成され得、それは、半導体ナノクリスタルの初期濃度に依存する。この方法は、例えば、正確で追跡可能な容積添加物が必要とされる主要標準物の調製において特定の適用を有する。
本発明の別の実施形態において、半導体ナノクリスタルは、反応段階の間に、容器（例えば、反応容器）に添加される。一旦反応産物が得られると、反応容器は、最初の清浄化反復の間に清浄化される。最初の清浄化反復の後、反応容器は、分光的に見られるかまたは他の方法で（励起光源で照射されて）、反応容器中に存在する半導体ナノクリスタルの存在および量が決定される。半導体ナノクリスタルの存在および量は、反応容器が清浄化された程度に関する情報を提供する。その後、反応容器は、さらなる清浄化反復に供され、その後、反応容器が特定の程度まで清浄化されるまで、半導体ナノクリスタルが検出および定量される。この方法は、発酵およびバイオリアクターにおいて特定の適用を有する。
リアクターの清潔さの程度の決定により、除去される残留成分の程度の検証が可能になる。さらに、リアクターの清潔さの程度の定量を可能にすることにより、単一リアクターを種々の反応産物のために使用することが可能になる。これは、別個の生産施設の経費が高いものであり得る、薬剤製品および生分子製品の産生において特に重要である。さらに、いくつかの異なる薬剤製品または生分子製品のために同じリアクターを使用することが可能である場合、特定の薬剤についての患者の需要または特定の生分子製品のために適用要件に依存して、異なる薬剤製品または生分子製品のために１つのリアクターを使用することが可能となる。
発光半導体ナノクリスタルは、大容積溶液と混合した場合に、低濃度の流体で有用である。発光半導体ナノクリスタルは、発光半導体ナノクリスタルと希釈剤との間の差異が１００万分の１以上程度の大きさである、大容積の希釈剤中への小容積の物質の添加を追跡し得る。同様に、１ｍＬから１ｎＬ程度の少なさの溶液の残りは、半導体ナノクリスタルの使用により検出され得る。１．０ｍＬに添加される１〜１０ｎＬ程度の少なさの容積の発光半導体ナノクリスタルの使用が、確認され得る。さらに、発光半導体ナノクリスタルによる自己クエンチングの欠如に起因して、２０μＭまでの濃度が、使用され得る。これは、９ｌｏｇの希釈線形範囲を与える。これは、１ｐＬの添加または残りが、１ｍＬ全容積において定量され得ることを意味する。自己クエンチングおよび生得的非線形応答は、代表的な化学発蛍光団の有用性を制限する。
以下の実施例は、本発明を例示するために役立つ。これらの実施例は、本発明を限定するように解釈されるべきではなく、代わりに、本発明の好ましい実施形態を例示するために役立つ。
透析分析を実施して、標準的発蛍光団であるフルオレセインイソチオシアナートに対する発光半導体ナノクリスタルの光学特性を評価した。Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈａｙｗａｒｄ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから市販されている、発光半導体ナノクリスタルである６５５ Ｑ−Ｄｏｔ（発光極大値６５５ｎｍを有する）を、約４５０ｎｍの光により刺激して蛍光発光させた。フルオレセインイソチオシアナートは、３９５ｎｍで刺激した場合に、約４０５ｎｍで発光した。蛍光半導体ナノクリスタルおよび発蛍光団の溶液を、両方とも濃度２０ｎＭに調節し、６ｌｏｇを通して連続希釈した。発光半導体ナノクリスタルおよびフルオレセインイソチオシアナートの両方の発光が、観察され、それを定量した。図１から観察され得るように、発光半導体ナノクリスタルは、標準的発蛍光団であるフルオレセインイソチオシアナートよりも有意に大きな線形応答を、この希釈系列を介して提供した。これは、６ｌｏｇを超える希釈系列により示され、０で交差する。３つの別個の試験を実行した。図１から観察され得るように、発光半導体ナノクリスタルは、代表的発蛍光団であるフルオレセインイソチオシアナートよりも約２．５倍明るい。
本発明は、特に好ましい実施形態を参照して記載されているが、本発明の趣旨から逸脱することなく、改変がなされ得ることが、認識される。そのような改変は、添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。
図１は、発光半導体ナノクリスタルおよび代表的な発蛍光団の濃度に対する相対蛍光のグラフである。

Claims (27)

  1. 第一の流体組成物への第二の流体組成物の移動を検証するための方法であって、
    第一の流体組成物を提供する工程；
    第二の流体組成物を提供する工程であって、該第二の流体組成物は、予め決定された量の発光半導体ナノクリスタルを含有し、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合に、狭い波長帯域において電磁放射線を放出することが可能である、工程；
    該第二の流体組成物の全てまたは一部分を該第一の流体組成物内へと移動させて、第三の組成物を形成する工程；
    該第三の組成物を、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能であるエネルギーに曝露する工程；および
    該第三の組成物中の該発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出する工程、
    該第三の組成物中の該発光半導体ナノクリスタルを定量して、該第三の組成物を形成するために該第一の流体組成物中に送達された該第二の流体組成物の量を検証する工程；
    を包含する、方法。
  2. 前記半導体ナノクリスタルが、コア／シェルナノクリスタルである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記半導体ナノクリスタルが、約２ｎｍと約５０ｎｍとの間の直径を有する、請求項１に記載の方法。
  4. 前記半導体ナノクリスタルが、約２ｎｍと約２０ｎｍとの間の直径を有する、請求項３に記載の方法。
  5. 前記半導体ナノクリスタルが、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、およびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
  6. 前記半導体ナノクリスタルが、ＣｄＳｅを含むコアを有する、請求項２に記載の方法。
  7. 前記半導体ナノクリスタルが、ＣｄＳを含むシェルを有する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記半導体ナノクリスタルが、ＺｎＳを含むシェルを有する、請求項６に記載の方法。
  9. 前記半導体ナノクリスタルが、単分散である、請求項１に記載の方法。
  10. 前記半導体ナノクリスタルが、約２ｎｍと約５０ｎｍとの間のコア直径を有する、請求項２に記載の方法。
  11. 前記半導体ナノクリスタルが、約２ｎｍと約６ｎｍとの間のコア直径を有する、請求項２に記載の方法。
  12. 前記半導体ナノクリスタルが、約２ｎｍの厚さを有するシェルを備える、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記半導体ナノクリスタルが、約２ｎｍの厚さを有するシェルを備える、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記方法が、前記半導体ナノクリスタルが前記第二の流体組成物中に存在する標的に連結されることをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
  15. 前記方法が、核酸試験の工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
  16. 前記発光半導体ナノクリスタルが、約０．０００２ナノモル濃度〜約２０ナノモル濃度の量で存在する、請求項１に記載の方法。
  17. 組成物の流れをモニタリングするための方法であって、
    予め決定された量の発光半導体ナノクリスタルと混合された組成物を提供する工程であって、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合、狭い波長帯域において電磁放射線を放出することが可能である、工程；
    該組成物の全てまたは一部分を容器に移動させる工程；
    該容器を、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに曝露する工程；および
    該発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出する工程、
    該容器中の発光半導体ナノクリスタルを定量して、該組成物の送達量を検証する工程；
    を包含する、方法。
  18. 前記発光半導体ナノクリスタルが、約０．０００２ナノモル濃度〜約２０ナノモル濃度の量で存在する、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記容器が反応容器である、請求項１７に記載の方法。
  20. 組成物の流れをモニタリングするための方法であって、
    予め決定された量の発光半導体ナノクリスタルと混合された組成物を提供する工程であって、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合、狭い波長帯域において電磁放射線を放出することが可能である、工程；
    該組成物の全てまたは一部分を容器に移動させる工程；
    該容器から単位サンプルを得る工程；
    該サンプルを、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに曝露する工程；
    該サンプル中の発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出して、該組成物の送達を検証する工程、
    該サンプル中の発光半導体ナノクリスタルを定量して、該容器に送達された組成物の量を検証する工程
    を包含する、方法。
  21. 前記組成物が、試薬である、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記発光半導体ナノクリスタルが、約０．０００２ナノモル濃度〜約２０ナノモル濃度の量で存在する、請求項２０に記載の方法。
  23. 容器への複数の流体組成物の移動を検証するための方法であって、
    複数の流体組成物を提供する工程であって、該複数の流体組成物の各メンバーは、予め決定された量の異なる発光半導体ナノクリスタルを含有し、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合に、該発光半導体ナノクリスタルに対応する異なる波長帯域にて、電磁放射線を放出することが可能である、工程；
    該複数の流体組成物の全てまたは一部分を、該容器に移動させる工程；
    該容器を、該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに曝露する工程；および
    該複数の発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出して、該複数の流体組成物の移動を決定する工程、
    該発光半導体ナノクリスタルを定量して、該容器内への該複数の流体組成物の送達量を検証する工程
    を包含する、方法。
  24. 前記複数の流体組成物が、バッチごとの移動で前記容器内に移動される、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記複数の流体組成物が、連続的な移動で前記容器内に移動される、請求項２３に記載の方法。
  26. 前記複数の流体組成物が、試薬、緩衝液、溶媒などからなる群より選択される、請求項２３に記載の方法。
  27. 希釈溶液を調製するための方法であって、
    予め決定された濃度の複数の発光半導体ナノクリスタルを含む第一の溶液を提供する工程であって、該発光半導体ナノクリスタルは、励起される場合、狭い波長帯域において、電磁放射線を放出することが可能である、工程；
    該第一の溶液を、予め決定された希釈比まで第二の溶液で希釈する工程；および
    該発光半導体ナノクリスタルを励起させることが可能なエネルギーに該希釈された溶液を曝露し、そして該予め決定された希釈比を検証するために該複数の発光半導体ナノクリスタルから放出される電磁放射線を検出することによって、該予め決定された希釈比を検証する工程、
    を包含する、方法。
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