JP5108568B2 - Nanomolecules capable of binding biomolecules and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、生体分子の結合可能かつ水溶化されたナノ粒子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a biomolecule-bondable and water-soluble nanoparticle and a method for producing the same.
近年、バイオテクノロジーやナノテクノロジーをはじめとする技術の進歩により、物質間の相互作用を検出する様々な技術(以下、「センシング技術」という)が開発・実用化されている。このセンシング技術を用いれば、体内に存在する、または体内で生成される極微量の物質を高感度に検出することができる。これにより、人の健康状態の診断・予測、創薬、その他の分野において、広範囲に活用することができる。センシング技術の検出対象となる標的物質としては、ゲノムDNA、RNAなどの核酸、タンパク質、ペプチド、糖、脂質、ホルモンなどが挙げられる。現在、蛍光色素などの標識体を調べたい検体物質に直接結合して、その検体物質と基板上の固定化物質との相互作用の有無を、その蛍光シグナルから判断する手法が主流となっている。 In recent years, various technologies for detecting interactions between substances (hereinafter referred to as “sensing technologies”) have been developed and put into practical use due to advances in technologies such as biotechnology and nanotechnology. By using this sensing technology, it is possible to detect a very small amount of a substance present in the body or generated in the body with high sensitivity. As a result, it can be widely used in diagnosis and prediction of human health, drug discovery, and other fields. Examples of target substances to be detected by the sensing technology include nucleic acids such as genomic DNA and RNA, proteins, peptides, sugars, lipids, hormones, and the like. Currently, the mainstream method is to directly bind the labeling substance such as a fluorescent dye to the analyte to be examined, and determine the presence or absence of interaction between the analyte and the immobilized substance on the substrate from the fluorescence signal. .
例えば、核酸を検出する手段として、多数のプローブ核酸を基材に固定したDNAチップが知られている。検体から抽出し標識化した核酸若しくはその複製物を、プローブ核酸に反応させ、ハイブリダイゼーションさせて基材上に固定化する。基材上の標識のシグナルを検出して、物質間の相互作用の有無を検出する。または、非標識のままの核酸若しくはその複製物をハイブリダイゼーションさせて基材上に固定化後に、化学反応などで核酸に結合させてシグナルを検出する方法もある。 For example, a DNA chip in which a large number of probe nucleic acids are immobilized on a substrate is known as a means for detecting nucleic acids. A labeled nucleic acid extracted from a specimen or a replica thereof is reacted with a probe nucleic acid, hybridized and immobilized on a substrate. The signal of the label on the substrate is detected to detect the presence or absence of interaction between substances. Alternatively, there is a method in which a signal is detected by hybridizing unlabeled nucleic acid or a replica thereof and immobilizing it on a substrate, and then binding the nucleic acid by a chemical reaction or the like.
また、タンパク質を検出する場合には、タンパク質−タンパク質相互作用、核酸−タンパク質相互作用を用いて、基材上に固定化する。これにより、特定のタンパク質をセンシングすることができる。 Moreover, when detecting protein, it fixes on a base material using protein-protein interaction and nucleic acid-protein interaction. Thereby, a specific protein can be sensed.
現在、一般的に標識体としては有機化合物からなる蛍光色素が用いられているが、微量な検体を用いた場合、検出感度が不足したり、またシグナルが弱くノイズとの明確な判別が困難であったりする問題があった。 Currently, fluorescent dyes made of organic compounds are generally used as labels. However, when a very small amount of sample is used, detection sensitivity is insufficient, and it is difficult to clearly distinguish noise from weak signals. There was a problem.
この課題を克服するために、高輝度かつ安定性の高い半導体ナノ粒子を生体分子検出の標識体に用いる試みが盛んに行なわれてきている(例えば特許文献1)。半導体ナノ粒子(以降、「ナノ粒子」と略記することがある。)とは、ナノメートルオーダーの半導体からなる粒子で、バンドギャップエネルギーに相当する蛍光を発する。無機半導体であるため有機色素と比較し安定であることなど高い蛍光特性を有することが知られている。また、粒子が小さくなるにつれて材料中の電子の状態が変わって、より短い波長の光を吸収したり放出したりする量子サイズ効果という現象により、粒子径を変化させることにより様々な波長の発光を得ることが可能となる。 In order to overcome this problem, many attempts have been made to use high-luminance and highly stable semiconductor nanoparticles as a label for biomolecule detection (for example, Patent Document 1). A semiconductor nanoparticle (hereinafter sometimes abbreviated as “nanoparticle”) is a particle made of a semiconductor of nanometer order and emits fluorescence corresponding to band gap energy. Since it is an inorganic semiconductor, it is known to have high fluorescence characteristics such as being more stable than organic dyes. In addition, as the particles become smaller, the state of electrons in the material changes, and the phenomenon of the quantum size effect that absorbs and emits light of shorter wavelengths allows the emission of various wavelengths by changing the particle diameter. Can be obtained.
半導体ナノ粒子は有機相中で合成されることが多く、多くのナノ粒子は疎水性を有する。生体分子の相互作用の検出用標識体として用いるためには、半導体ナノ粒子を水溶化すること、および表面に生体分子と結合可能な官能基の導入が必要となる。 Semiconductor nanoparticles are often synthesized in the organic phase, and many nanoparticles are hydrophobic. In order to use as a label for detecting the interaction of biomolecules, it is necessary to solubilize the semiconductor nanoparticles and introduce functional groups capable of binding to biomolecules on the surface.
ナノ粒子表面を親水性の高いリガンドで被覆することより、ナノ粒子の水溶化が可能となるが、ナノ粒子の核(コア)表面に吸着する化合物によっては蛍光が消光してしまうことがあり、この消光を抑制するためにナノ粒子のコアをZnSやZnOなどで被覆した構造(コアシェル構造)にすることが行なわれている。しかし、このコアシェル構造にすることにより、核酸やタンパク質と比較してナノ粒子の粒径が非常に大きくなり、これらを検出する際の標識体としては好ましくない。 By coating the surface of the nanoparticle with a highly hydrophilic ligand, it becomes possible to make the nanoparticle water-soluble. However, depending on the compound adsorbed on the core surface of the nanoparticle, the fluorescence may be quenched. In order to suppress this quenching, a structure (core-shell structure) in which the core of the nanoparticles is coated with ZnS, ZnO, or the like is performed. However, with this core-shell structure, the particle size of the nanoparticles becomes very large compared to nucleic acids and proteins, which is not preferred as a label for detecting these.
この半導体ナノ粒子として非常に高輝度な特性を有するカドミウム(Cd)系ナノ粒子(CdSe、CdTeなど)が代表として挙げられ、最も一般的に用いられている。しかし、毒性が高いことが実用化に向けて大きな障害になっている。そこで近年、低毒性の半導体ナノ粒子が開発されるようになった。低毒性ナノ粒子の例として、亜鉛、周期表第11属元素および周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物からなり、常温で発光を生じるナノ粒子が知られている(特許文献2および3)。 As the semiconductor nanoparticles, cadmium (Cd) -based nanoparticles (CdSe, CdTe, etc.) having extremely high luminance characteristics are cited as representatives, and are most commonly used. However, high toxicity is a major obstacle to commercialization. Therefore, in recent years, low toxicity semiconductor nanoparticles have been developed. As an example of a low toxicity nanoparticle, a nanoparticle that is made of zinc, a sulfide or an oxide containing a Group 11 element of the periodic table and a Group 13 element of the periodic table, and emits light at room temperature is known (Patent Document 2 and 3).
ナノ粒子の水溶化および生体分子との反応性基の導入のために表面修飾が必要となるが、ナノ粒子のコアへの表面修飾リガンドを結合させることにより、発光強度が著しく低下することが課題となっていた。本発明は、発光強度を保持しつつ水溶化されたナノ粒子を提供することを目的とする。 Surface modification is required for water-solubilization of nanoparticles and introduction of reactive groups with biomolecules, but the problem is that the emission intensity is significantly reduced by binding the surface-modified ligand to the core of the nanoparticles. It was. An object of the present invention is to provide nanoparticles that are water-soluble while maintaining emission intensity.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討をした結果、低毒性のナノ粒子を用い、その核の表面に反応する官能基、および生体分子と反応する官能基を有する両親媒性化合物をリガンドとして用いることにより、発光能を保持しつつ、生体分子との反応性基を有するナノ粒子の水溶化が可能となることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、以下のとおりである。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have used amphiphilic substances having functional groups that react with the surface of the nucleus and functional groups that react with biomolecules using low-toxic nanoparticles. It has been found that by using a compound as a ligand, it becomes possible to water-solubilize nanoparticles having a reactive group with a biomolecule while maintaining the luminous ability, and the present invention has been completed. That is, the present invention is as follows.
すなわち、本発明は、以下の〔1〕〜〔15〕を提供するものである。
〔1〕 亜鉛、周期表第11族元素および周期表第13族元素を含む硫化物もしくは酸化物を成分とするか、又は周期表第11族元素及び周期表第13族を含む硫化物もしくは酸化物を成分とするナノ粒子であり、該ナノ粒子の表面に、
一般式(1)
(R1−X)p−(Y)q−(OCH2CH2)m−R2
(式中、R1は含窒素官能基または含硫黄官能基を、R2は核酸及びタンパク等の生体分子に対し結合能を有する反応性基を含む官能基を、Xはへテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を、Yは2価の連結基をそれぞれ示す。pは1または2、qは0または1、mは1〜6の整数をそれぞれ示す。)
で表される化合物1を含むナノ粒子。
〔2〕 一般式(1)のR1がメルカプト基、ジチオカルボキシル基、およびアミノ基からなる群の少なくとも一つを含む置換基である〔1〕に記載のナノ粒子。
〔3〕 一般式(1)のR2がカルボキシル基、カルボキシル基誘導体、ビオチニル基及びビオチニル基を含む官能基からなる群の少なくとも一つを含む置換基である〔1〕または〔2〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔4〕 一般式(1)のXがアミド結合を有してもよい飽和脂肪族炭化水素基である〔1〕から〔3〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔5〕 一般式(1)のXが−(CH2)11−か、または−(CH2)10−CONH−(CH2)2−である〔1〕から〔3〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔6〕 一般式(1)のmが3〜6である〔1〕から〔4〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔7〕 前記周期表第13族元素はインジウムである〔1〕から〔6〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔8〕 前記周期表第11族元素は銀である〔1〕から〔7〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔9〕 前記ナノ粒子の表面に、
一般式(2)
R3−(CH2)n−R4
(式中、R3は含窒素官能基または含硫黄官能基を、R4はイオン性官能基を、nは1〜11の整数をそれぞれ示す。)
で表される化合物2を含む〔1〕から〔8〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔10〕 一般式(2)におけるR3がメルカプト基、ピリジルチオ基、ジチオカルボキシル基、およびアミノ基からなる群の少なくとも一項から選択される〔1〕から〔9〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔11〕 一般式(2)におけるnが2もしくは3、R4がSO3 −またはN(CH3)3 +である〔1〕から〔10〕のいずれかに記載のナノ粒子。
〔12〕 亜鉛、周期表第11族元素および周期表第13族元素を含む硫化物もしくは酸化物を成分とするか、又は周期表第11属元素および周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物を成分とするナノ粒子に、
一般式(1)
(R1−X)p−(Y)q−(OCH2CH2)m−R2
(式中、R1は含窒素官能基または含硫黄官能基を、R2は核酸及びタンパク等の生体分子に対し結合能を有する反応性基を含む官能基を、Xはへテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を、Yは2価の連結基をそれぞれ示す。pは1または2、qは0または1、mは1〜6の整数をそれぞれ示す。)
で表される化合物1を反応させる工程を含むナノ粒子の製造方法。
〔13〕 〔12〕に記載のナノ粒子の製造方法においてさらに、
一般式(2)
R3−(CH2)n−R4
(式中、R3は含窒素官能基または含硫黄官能基を、R4はイオン性官能基を、nは1〜10の整数をそれぞれ示す。)で表される化合物2を反応させる工程、
を含むナノ粒子の製造方法。
〔14〕 一般式(2)のnが2または3、R4がSO3 −またはN(CH3)3 +である〔13〕に記載のナノ粒子の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [15].
[1] Sulfide or oxide containing zinc, Group 11 element of Periodic Table and Group 13 element of Periodic Table, or containing Group 11 Element of Periodic Table and Group 13 of Periodic Table It is a nanoparticle containing a substance as a component, and on the surface of the nanoparticle,
General formula (1)
(R 1 -X) p - ( Y) q - (OCH 2 CH 2) m -R 2
Wherein R 1 is a nitrogen-containing functional group or sulfur-containing functional group, R 2 is a functional group containing a reactive group capable of binding to biomolecules such as nucleic acids and proteins, and X is a heteroatom. And Y represents a divalent linking group, p represents 1 or 2, q represents 0 or 1, and m represents an integer of 1 to 6, respectively.
Nanoparticles comprising Compound 1 represented by
[2] The nanoparticle according to [1], wherein R 1 in the general formula (1) is a substituent containing at least one of the group consisting of a mercapto group, a dithiocarboxyl group, and an amino group.
[3] R 2 in the general formula (1) is a substituent containing at least one of the group consisting of a carboxyl group, a carboxyl group derivative, a biotinyl group, and a functional group containing a biotinyl group, either [1] or [2] Nanoparticles according to crab.
[4] The nanoparticle according to any one of [1] to [3], wherein X in the general formula (1) is a saturated aliphatic hydrocarbon group which may have an amide bond.
[5] Any one of [1] to [3], wherein X in the general formula (1) is — (CH 2 ) 11 — or — (CH 2 ) 10 —CONH— (CH 2 ) 2 —. Nanoparticles.
[6] The nanoparticle according to any one of [1] to [4], wherein m in the general formula (1) is 3 to 6.
[7] The nanoparticle according to any one of [1] to [6], wherein the Group 13 element of the periodic table is indium.
[8] The nanoparticle according to any one of [1] to [7], wherein the Group 11 element of the periodic table is silver.
[9] On the surface of the nanoparticles,
General formula (2)
R 3 — (CH 2 ) n —R 4
(In the formula, R 3 represents a nitrogen-containing functional group or a sulfur-containing functional group, R 4 represents an ionic functional group, and n represents an integer of 1 to 11, respectively.)
The nanoparticle in any one of [1] to [8] containing the compound 2 represented by these.
[10] The nano according to any one of [1] to [9], wherein R 3 in the general formula (2) is selected from at least one member selected from the group consisting of a mercapto group, a pyridylthio group, a dithiocarboxyl group, and an amino group. particle.
[11] The nanoparticle according to any one of [1] to [10], wherein n in the general formula (2) is 2 or 3, and R 4 is SO 3 − or N (CH 3 ) 3 + .
[12] A sulfide or oxide containing zinc, Group 11 element of Periodic Table and Group 13 element of Periodic Table, or a sulfide containing Group 11 Element of Periodic Table and Group 13 Element of Periodic Table or To nanoparticles that contain oxides,
General formula (1)
(R 1 -X) p - ( Y) q - (OCH 2 CH 2) m-R 2
Wherein R 1 is a nitrogen-containing functional group or sulfur-containing functional group, R 2 is a functional group containing a reactive group capable of binding to biomolecules such as nucleic acids and proteins, and X is a heteroatom. And Y represents a divalent linking group, p represents 1 or 2, q represents 0 or 1, and m represents an integer of 1 to 6, respectively.
The manufacturing method of the nanoparticle including the process of making the compound 1 represented by these react.
[13] In the method for producing nanoparticles according to [12],
General formula (2)
R 3 — (CH 2 ) n —R 4
(Wherein R 3 represents a nitrogen-containing functional group or a sulfur-containing functional group, R 4 represents an ionic functional group, and n represents an integer of 1 to 10, respectively),
A method for producing nanoparticles comprising:
[14] The method for producing nanoparticles according to [13], wherein n in the general formula (2) is 2 or 3, and R 4 is SO 3 — or N (CH 3 ) 3 + .
周期表第11属元素および周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物を成分とするナノ粒子若しくは亜鉛、周期表第11属元素および周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物を成分とするナノ粒子を用い、このナノ粒子の核に、生体分子と反応可能な官能基を有する表面修飾リガンドを反応させることにより、発光能を保持しつつ、ナノ粒子の水溶化および生体分子と反応可能な官能基の導入が可能となる。さらに、ナノ粒子表面に親水性の高い官能基を共存させることにより、ナノ粒子の水溶性をより向上させることが可能となる。 A nanoparticle or zinc containing a sulfide or oxide containing a Group 11 element of the periodic table and a Group 13 element of the periodic table as a component, or a sulfide or oxide containing a Group 11 element of the periodic table and a Group 13 element of the periodic table By using the nanoparticles as a component and reacting the surface of the nanoparticles with a surface-modifying ligand having a functional group capable of reacting with biomolecules, while maintaining the luminous ability, It is possible to introduce a functional group capable of reacting. Furthermore, the water solubility of the nanoparticles can be further improved by allowing a highly hydrophilic functional group to coexist on the surface of the nanoparticles.
以下に、本発明を実施するための好適な形態について説明する。 Below, the suitable form for implementing this invention is demonstrated.
[ナノ粒子の作製]
本発明のナノ粒子の核となるナノ粒子は、周期表第11族元素および周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物を成分とするナノ粒子、または、亜鉛、周期表第11族元素および周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物を成分とする。
[Production of nanoparticles]
Nanoparticles serving as the core of the nanoparticles of the present invention are nanoparticles comprising a sulfide or oxide containing a Group 11 element and a Group 13 element of the periodic table, or zinc, Group 11 elements of the periodic table And a sulfide or oxide containing a Group 13 element of the periodic table as a component.
周期表第11属元素としては特に限定されるものではないが、銅(Cu),銀(Ag),金(Au)が挙げられ、このうちCu,Agが好ましくAgが特に好ましい。周期表第13族元素としては、特に限定されるものではないが、ガリウム(Ga),インジウム(In),タリウム(Tl)が挙げられ、このうちGa,Inが好ましくInが特に好ましい。 Although it does not specifically limit as a periodic table 11 group element, Copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) are mentioned, Among these, Cu and Ag are preferable and Ag is especially preferable. Although it does not specifically limit as a periodic table group 13 element, Gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl) are mentioned, Among these, Ga and In are preferable and In is especially preferable.
本発明において、周期表第11属元素及び周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物を成分とするナノ粒子としては、インジウム、銀の硫化物を成分とするナノ粒子(InAgSナノ粒子)が好ましい。亜鉛、周期表第11属元素及び周期表第13族元素を含む硫化物を成分とするナノ粒子としては、亜鉛、インジウム、銀の硫化物を成分とするナノ粒子(ZnInAgSナノ粒子)が好ましい。尚、硫化物を成分とするナノ粒子の場合も、本発明の効果を損なわない程度において、同元素の酸化物が微量または少量含まれていてもよい。また、本発明のナノ粒子には、本発明の効果を損なわない程度において、核となるナノ粒子の原料及び製造段階で混入する可能性がある微量または少量の不純物、例えば金属元素に対する配位子の分解生成物等の成分が含まれていてもよい。 In the present invention, nanoparticles containing sulfides or oxides containing Group 11 elements of Periodic Table and Group 13 elements of Periodic Tables are used as nanoparticles (InAgS nanoparticles). Is preferred. Nanoparticles containing zinc, sulfides containing Group 11 elements and periodic table Group 13 elements as components are preferably nanoparticles containing Zn, indium, and silver sulfide (ZnInAgS nanoparticles). In the case of nanoparticles containing sulfide as a component, a small amount or a small amount of an oxide of the same element may be contained as long as the effects of the present invention are not impaired. In addition, the nanoparticle of the present invention includes a ligand for a minute amount or a small amount of impurities that may be mixed in the raw material of the core nanoparticle and the production stage, for example, a metal element, to the extent that the effects of the present invention are not impaired. Ingredients such as decomposition products may be contained.
上記の周期表第11族元素および周期表第13族元素を含む硫化物若しくは酸化物を成分とするナノ粒子、および該ナノ粒子においてさらに亜鉛を成分とするナノ粒子の作製は、それぞれの族に属する複数の種類の元素の原料塩と、硫黄を配位元素とする配位子もしくは酸素を配位元素とする配位子とを混合する方法によることができる。または亜鉛およびそれぞれの族に属する複数の種類の元素の原料塩と、硫黄を配位元素とする配位子もしくは酸素を配位元素とする配位子とを混合することにより錯体とし、該錯体を加熱することにより熱分解生成物とし、該熱分解生成物を脂溶性化合物と共に加熱することによっても製造が可能であり、これにより脂溶性化合物で被覆されたナノ粒子として得ることができる。 Preparation of nanoparticles containing the above-mentioned periodic table group 11 element and periodic table group 13 element as a component, and nanoparticles containing zinc as a component in the nanoparticles, It can be based on a method of mixing a raw material salt of a plurality of kinds of elements belonging to the ligand and a ligand having sulfur as a coordination element or a ligand having oxygen as a coordination element. Alternatively, a complex is prepared by mixing a raw material salt of zinc and a plurality of types of elements belonging to each group and a ligand having sulfur as a coordination element or a ligand having oxygen as a coordination element, and the complex It is possible to produce a thermal decomposition product by heating and heating the thermal decomposition product together with a fat-soluble compound, thereby obtaining nanoparticles coated with the fat-soluble compound.
錯体を熱分解する条件としては、使用する元素により異なるが、通常100〜300℃の範囲で行い、150〜200℃の範囲で行なうことが好ましい。また、反応時間は反応温度により異なるが、1〜60分の範囲で設定することが好ましい。 The conditions for thermally decomposing the complex vary depending on the elements used, but it is usually carried out in the range of 100 to 300 ° C, preferably in the range of 150 to 200 ° C. Moreover, although reaction time changes with reaction temperature, it is preferable to set in the range of 1 to 60 minutes.
さらに、熱分解生成物を脂溶性化合物と共に加熱する際の条件としては、使用する元素により異なるが、150〜200℃の範囲で行うことが好ましい。また、反応時間は反応温度により異なるが、1〜60分の範囲で設定することが好ましい。 Further, the conditions for heating the pyrolysis product together with the fat-soluble compound are preferably in the range of 150 to 200 ° C., although depending on the elements used. Moreover, although reaction time changes with reaction temperature, it is preferable to set in the range of 1 to 60 minutes.
本ナノ粒子のサイズについては、量子サイズ効果が現れることを考慮し、100nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましく、生体分子との反応を考慮すると20nm以下が更に好ましい。 The size of the nanoparticle is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less in consideration of the appearance of a quantum size effect, and further preferably 20 nm or less in consideration of the reaction with biomolecules.
脂溶性化合物としては、前記硫化物もしくは酸化物を成分とする粒子表面に結合可能であればよい。そのときの結合様式は特に限定されるものではないが、例えば共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合、ファンデルワールス結合などが挙げられる。脂溶性化合物の具体例としては、例えば炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含酸素化合物などが挙げられる。炭化水素基としては、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基などの飽和脂肪族炭化水素基;オレイル基などの不飽和脂肪族炭化水素基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの脂環式炭化水素基;フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ナフチルメチル基などの芳香族炭化水素基などが挙げられる。これらのうち飽和脂肪族炭化水素基や不飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。含窒素化合物としてはアミン類やアミド類が挙げられ、含硫黄化合物としてはメルカプト基、アルキルジチオ基等のジスルフィド結合を有する基、アルキルチオ基等のスルフィド結合を有する基、ピリジルチオ基、ジチオカルボキシル基などが挙げられ、含酸素化合物としては脂肪酸類などが挙げられる。例えばブチルアミンやヘキシルアミンなどのアルキルアミンや、オレイルアミンなどのアルケニルアミンが好ましい。 The fat-soluble compound only needs to be capable of binding to the particle surface containing the sulfide or oxide as a component. The bonding mode at that time is not particularly limited, and examples thereof include a covalent bond, an ionic bond, a coordination bond, a hydrogen bond, and a van der Waals bond. Specific examples of the fat-soluble compound include a sulfur-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, a nitrogen-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, and a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. Examples thereof include oxygen-containing compounds. As hydrocarbon groups, saturated aliphatic hydrocarbon groups such as n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, hexadecyl group, octadecyl group; oleyl group, etc. An unsaturated aliphatic hydrocarbon group; an alicyclic hydrocarbon group such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; and an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a benzyl group, a naphthyl group, and a naphthylmethyl group. Of these, saturated aliphatic hydrocarbon groups and unsaturated aliphatic hydrocarbon groups are preferred. Examples of the nitrogen-containing compound include amines and amides. Examples of the sulfur-containing compound include a group having a disulfide bond such as a mercapto group and an alkyldithio group, a group having a sulfide bond such as an alkylthio group, a pyridylthio group and a dithiocarboxyl group. Examples of the oxygen-containing compound include fatty acids. For example, alkylamines such as butylamine and hexylamine, and alkenylamines such as oleylamine are preferred.
硫黄を配位元素とする配位子としては特に限定されるものではないが、例えば、2,4−ペンタンジチオンなどのβ−ジチオン類;1,2−ビス(トリフルオロメチル)エチレン−1,2−ジチオールなどのジチオール類;ジエチルジチオカルバミド酸塩などが挙げられる。酸素を配位元素とする配位子としては特に限定されるものではないが、例えば、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトンなどのβ−ジケトン類;トロポロンなどが挙げられる。 The ligand having sulfur as a coordination element is not particularly limited. For example, β-dithiones such as 2,4-pentanedithione; 1,2-bis (trifluoromethyl) ethylene-1, Dithiols such as 2-dithiol; and diethyldithiocarbamate. The ligand having oxygen as a coordination element is not particularly limited, and examples thereof include β-diketones such as acetylacetone and hexafluoroacetylacetone; and tropolone.
[表面修飾リガンド]
本発明における表面修飾リガンドとは、ナノ粒子の表面を修飾するリガンドを意味し、代表的なものとして、生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドと水溶性向上のためのリガンドを指す。本発明においては、ナノ粒子に対し生体分子と反応可能な官能基を有する表面修飾リガンドを反応させることにより、ナノ粒子の発光能を保持しつつ、その水溶化および生体分子と反応可能な官能基の導入が可能となる。更に、これに加えて水溶性向上のためのリガンドを導入することにより、水溶化をより向上させることが可能となる。
[Surface modifying ligand]
The surface-modifying ligand in the present invention means a ligand that modifies the surface of the nanoparticle, and typically represents an amphiphilic ligand having a reactive group with a biomolecule and a ligand for improving water solubility. . In the present invention, by reacting a nanoparticle with a surface-modified ligand having a functional group capable of reacting with a biomolecule, the functional group capable of reacting with the water molecule and reacting with the biomolecule while maintaining the luminous ability of the nanoparticle. Can be introduced. Furthermore, by introducing a ligand for improving the water solubility in addition to this, it is possible to further improve the water solubility.
(生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンド)
生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドとしては、
一般式(1)
(R1−X)p−(Y)q−(OCH2CH2)m−R2
で表される化合物1を挙げることができる。
(Amphiphilic ligands having reactive groups with biomolecules)
As an amphiphilic ligand having a reactive group with a biomolecule,
General formula (1)
(R 1 -X) p - ( Y) q - (OCH 2 CH 2) m -R 2
The compound 1 represented by these can be mentioned.
一般式(1)において、R1は含窒素官能基または含硫黄官能基を示す。これらの官能基は、ナノ粒子表面との反応が可能であり、リガンドを粒子表面に安定に結合する役割を有すると推測される。
R1の含窒素官能基としては例えば窒素原子を含む官能基であればよく、例えばアミノ基、イミノ基、アミド基、イミド基等が挙げられる。含硫黄官能基としては硫黄を含む官能基であればよく、例えばメルカプト基、ジスルフィド結合を有する基、スルフィド結合を有する基、ピリジルチオ基、ジチオカルボキシル基、などが挙げられる。この中で粒子への安定性を考慮すると含硫黄官能基が好ましく用いられる。
R1の好ましい例としては、メルカプト基、アルキルジチオ基、アルキルチオ基、ピリジルチオ基、ジチオカルボキシル基、アミノ基を挙げることができ、このうちメルカプト基が特に好ましい。
In the general formula (1), R 1 represents a nitrogen-containing functional group or a sulfur-containing functional group. These functional groups can react with the nanoparticle surface and are presumed to have a role of stably binding a ligand to the particle surface.
The nitrogen-containing functional group for R 1 may be, for example, a functional group containing a nitrogen atom, and examples thereof include an amino group, an imino group, an amide group, and an imide group. The sulfur-containing functional group may be any functional group containing sulfur, and examples thereof include a mercapto group, a group having a disulfide bond, a group having a sulfide bond, a pyridylthio group, and a dithiocarboxyl group. Among these, a sulfur-containing functional group is preferably used in consideration of stability to particles.
Preferable examples of R 1 include a mercapto group, an alkyldithio group, an alkylthio group, a pyridylthio group, a dithiocarboxyl group, and an amino group, and among these, a mercapto group is particularly preferable.
また、一般式(1)中、Xはヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を示す。ナノ粒子の表面は脂溶性化合物で安定に被覆されることから、表面修飾リガンド中には脂溶性基が存在することが望ましい。この脂溶性基としては、飽和脂肪族炭化水素基、不飽和脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられ、中でも飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。Xとして含んでいてもよいヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子が挙げられるが、窒素原子及び酸素原子が最も好ましい。ヘテロ原子はアミド結合(−CO−NH−)として含まれることが好ましく、アミド結合の数は0または1つであることが好ましい。このようなXとしては、アミド結合を0または1つ含む飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の炭素数は通常は1〜24であり、好ましくは1〜18であり、より好ましくは6〜15である。
好ましいXとしては、−(CH2)2−、−(CH2)6−、−(CH2)11−、−(CH2)10−CONH−(CH2)3−を挙げることができる。
Moreover, in General formula (1), X shows the hydrocarbon group which may contain the hetero atom. Since the surface of the nanoparticles is stably coated with a fat-soluble compound, it is desirable that a fat-soluble group is present in the surface-modified ligand. Examples of the fat-soluble group include a saturated aliphatic hydrocarbon group, an unsaturated aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group, and among them, a saturated aliphatic hydrocarbon group is preferable. Examples of the hetero atom that may be contained as X include an oxygen atom, a nitrogen atom, and a sulfur atom, and a nitrogen atom and an oxygen atom are most preferable. The hetero atom is preferably contained as an amide bond (—CO—NH—), and the number of amide bonds is preferably 0 or 1. Examples of such X include saturated aliphatic hydrocarbon groups containing 0 or 1 amide bond. Carbon number of a hydrocarbon group is 1-24 normally, Preferably it is 1-18, More preferably, it is 6-15.
Preferred examples of X include — (CH 2 ) 2 —, — (CH 2 ) 6 —, — (CH 2 ) 11 —, and — (CH 2 ) 10 —CONH— (CH 2 ) 3 —.
一般式(1)中のYは、2価の連結基を示す。連結基としては、エーテル結合及び芳香環を有する炭化水素基が好ましい。 Y in the general formula (1) represents a divalent linking group. The linking group is preferably a hydrocarbon group having an ether bond and an aromatic ring.
Yの代表的な例は以下の一般式(Y−1)である。
一般式(Y−1)中のr1は1〜10の整数を示し、1〜5であることが好ましく、1であることが最も好ましい。一般式(Y−1)中のr2は0〜10の整数を示し、0〜5であることが好ましく、0または1であることが最も好ましい。一般式(Y−1)中のR5は炭化水素基を示し、飽和脂肪族炭化水素基(直鎖炭化水素基)が好ましく、−C(CH3)2−が最も好ましい。 R1 in the general formula (Y-1) represents an integer of 1 to 10, preferably 1 to 5, and most preferably 1. R2 in the general formula (Y-1) represents an integer of 0 to 10, preferably 0 to 5, and most preferably 0 or 1. R 5 in the general formula (Y-1) represents a hydrocarbon group, preferably a saturated aliphatic hydrocarbon group (straight chain hydrocarbon group), and most preferably —C (CH 3 ) 2 —.
Yの最も好ましい具体例を、下記の式(Y−2)と(Y−3)に示す。
一般式(1)中、pは1または2の整数を示す。また、qは0または1の整数を示す。pが1のときはqは0であることが好ましく、pが2のときはqが1であることが好ましい。 In general formula (1), p represents an integer of 1 or 2. Q represents an integer of 0 or 1. When p is 1, q is preferably 0, and when p is 2, q is preferably 1.
さらに、この表面修飾リガンド中には、エチレングリコール基(OCH2CH2)が含まれる。エチレングリコール基は親水性基としてナノ粒子の水溶化のために役立つと推測される。なお、エチレングリコール基は、スルホン酸およびスルホン酸塩、カルボキシル基やカルボン酸塩、四級アミンや四級アミン塩などへの置き換えが可能である。
一般式(1)中mは上記エチレングリコール基の繰り返し数を示すが、このmは1〜6の整数である。好ましくは3〜6の整数である。
Further, this surface-modifying ligand contains an ethylene glycol group (OCH 2 CH 2 ). The ethylene glycol group is presumed to be useful for water-solubilization of nanoparticles as a hydrophilic group. The ethylene glycol group can be replaced with sulfonic acid and sulfonate, carboxyl group or carboxylate, quaternary amine or quaternary amine salt.
In general formula (1), m represents the number of repeating ethylene glycol groups, and m is an integer of 1 to 6. Preferably it is an integer of 3-6.
一般式(1)中のR2は生体分子に対し結合能を有する反応基を含む官能基を示す。生体分子の定義については後述するとおりである。生体分子に対し結合能を有する反応基としては特に限定されるものではないが、カルボキシル基、カルボキシル基を含む官能基やカルボキシル基の誘導体を含む官能基等のカルボキシル基誘導体、アミノ基、アミノ基誘導体、ビオチニル基、ビオチニル基を含む官能基などが挙げられる。この中で生体分子との反応性を考慮すると、カルボキシル基、カルボキシル基誘導体、ビオチニル基、ビオチニル基誘導体が好ましい。R2に生体分子に対し結合能を有する反応基を含む官能基以外の基が含まれていてもよく、例えば、アミド結合、酸素原子、炭化水素鎖などを挙げることができる。 R 2 in the general formula (1) represents a functional group containing a reactive group capable of binding to a biomolecule. The definition of the biomolecule is as described later. Although it does not specifically limit as a reactive group which has a binding ability with respect to a biomolecule, carboxyl group derivatives, such as a carboxyl group, a functional group containing a carboxyl group, and a functional group containing a derivative of a carboxyl group, an amino group, an amino group Derivatives, biotinyl groups, functional groups containing biotinyl groups and the like can be mentioned. Among these, in view of reactivity with biomolecules, a carboxyl group, a carboxyl group derivative, a biotinyl group, and a biotinyl group derivative are preferable. R 2 may contain a group other than a functional group containing a reactive group capable of binding to a biomolecule, and examples thereof include an amide bond, an oxygen atom, and a hydrocarbon chain.
R2の具体例として、カルボキシル基を含む官能基としては、−OCH2COOHを挙げることができる。カルボキシル基の誘導体を含む官能基としては、スクシンイミドエステルを含む官能基、すなわち式(R2−1)
以上説明したような、生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドとしては、下記の式(1−1)〜(1−6)で表されるものを挙げることができる。
(水溶性向上のためのリガンド;水溶化リガンド)
水溶性向上のためのリガンドとしては、
一般式(2)
R3−(CH2)n−R4
で表される化合物2を挙げることができる。
(Ligand for improving water solubility; water-soluble ligand)
As a ligand for improving water solubility,
General formula (2)
R 3 — (CH 2 ) n —R 4
The compound 2 represented by these can be mentioned.
一般式(2)において、R3はナノ粒子表面との反応可能な官能基であることが好ましく、例えば含窒素官能基または含硫黄官能基が挙げられる。含窒素官能基としては、アミド基、イミド基等が挙げられる。この中で粒子への安定性を考慮すると含硫黄官能基が好ましく用いられる。含硫黄官能基としてはメルカプト基、ジスルフィド基、スルフィド基、ピリジルスルフィド基、ジチオカルボキシル基、などが挙げられる。このうちメルカプト基が好ましい In the general formula (2), R 3 is preferably a functional group capable of reacting with the nanoparticle surface, and examples thereof include a nitrogen-containing functional group and a sulfur-containing functional group. Examples of nitrogen-containing functional groups include amide groups and imide groups. Among these, a sulfur-containing functional group is preferably used in consideration of stability to particles. Examples of sulfur-containing functional groups include mercapto groups, disulfide groups, sulfide groups, pyridyl sulfide groups, dithiocarboxyl groups, and the like. Of these, a mercapto group is preferable.
また一般式(2)において、R4はイオン性官能基を示す。イオン性官能基としては、特に制限はないが、構造中にイオン対を有し、水中にて電離する構造であればよい。親水性の高い官能基が望ましく、スルホン酸およびスルホン酸塩、カルボキシル基やカルボン酸塩、四級アミン、四級アミン塩などが挙げられる。これらの中でスルホン酸塩、四級アミン、四級アミン塩が好ましく、スルホン酸塩が特に好ましい。
一般式(2)において、nは1〜18の整数を示し、1〜10であることが好ましく、2または3であることが特に好ましい。
In the general formula (2), R 4 represents an ionic functional group. Although there is no restriction | limiting in particular as an ionic functional group, What is necessary is just a structure which has an ion pair in a structure and ionizes in water. Highly hydrophilic functional groups are desirable, and examples thereof include sulfonic acids and sulfonates, carboxyl groups and carboxylates, quaternary amines, and quaternary amine salts. Of these, sulfonates, quaternary amines and quaternary amine salts are preferred, and sulfonates are particularly preferred.
In General formula (2), n shows the integer of 1-18, it is preferable that it is 1-10, and it is especially preferable that it is 2 or 3.
以上説明したような、水溶化リガンドとしては、下記の式(2−1)で表されるメルカプトエタンスルホン酸および式(2−2)で表されるメルカプトプロパンスルホン酸を挙げることができる。
式(2−1):メルカプトエタンスルホン酸(MES)
HS−(CH2)2−SO3 −Na+
式(2−2):メルカプトプロパンスルホン酸(MPS)
HS−(CH2)3−SO3 −Na+
Examples of the water-soluble ligand as described above include mercaptoethanesulfonic acid represented by the following formula (2-1) and mercaptopropanesulfonic acid represented by the formula (2-2).
Formula (2-1): Mercaptoethanesulfonic acid (MES)
HS- (CH 2) 2 -SO 3 - Na +
Formula (2-2): Mercaptopropanesulfonic acid (MPS)
HS- (CH 2) 3 -SO 3 - Na +
[ナノ粒子表面への表面修飾リガンドの導入]
表面修飾リガンドのナノ粒子への導入方法は、特に限定はないが、ナノ粒子作製時に表面修飾リガンドを添加しても良いし、前記した錯体の熱分解精製物や他の脂溶性化合物と共に加熱しても良い。また、ナノ粒子作製後に表面修飾リガンドと混合し、表面に結合している脂溶性化合物と表面置換により導入しても良い。例えば図1の工程(A)に示すように生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドとナノ粒子を混合・攪拌することにより、ナノ粒子表面へ置換反応により該リガンドを導入することが可能となる。次いで図1の工程(B)に示すように、水溶化向上リガンドを添加・攪拌することによりナノ粒子の水溶性が向上することが可能となる。生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドと水溶化リガンドは逐次反応で導入しても良いし、これらを予め混合した溶液を用いて反応させ、工程(A)と(B)を同時に行うものであっても良い。逐次反応の場合、好ましい形態としては、あらかじめ存在しているナノ粒子表面の脂溶性化合物が示す粒子表面への親和性と比べて、表面修飾リガンドが有する親和性が弱いか同程度の場合は、大過剰に加えればよい。あらかじめ存在している脂溶性化合物が示す粒子表面への親和性よりも、表面修飾リガンドが有する親和性が強い方がよい。
[Introduction of surface-modifying ligands on the surface of nanoparticles]
The method for introducing the surface-modified ligand into the nanoparticle is not particularly limited, but the surface-modified ligand may be added at the time of nanoparticle preparation, or it may be heated together with a thermally decomposed purified product of the above-mentioned complex or other fat-soluble compound. May be. Alternatively, after nanoparticle preparation, it may be mixed with a surface modifying ligand and introduced by surface substitution with a fat-soluble compound bonded to the surface. For example, as shown in step (A) of FIG. 1, an amphiphilic ligand having a reactive group with a biomolecule and a nanoparticle are mixed and stirred to introduce the ligand into the nanoparticle surface by a substitution reaction. It becomes possible. Next, as shown in step (B) of FIG. 1, the water solubility of the nanoparticles can be improved by adding and stirring the water-solubilizing ligand. The amphiphilic ligand having a reactive group with a biomolecule and the water-solubilizing ligand may be introduced by sequential reaction, or they are reacted using a solution in which these are mixed in advance, and the steps (A) and (B) are simultaneously performed. It may be what you do. In the case of sequential reaction, as a preferred form, when the affinity of the surface modifying ligand is weak or comparable to the affinity to the particle surface indicated by the pre-existing lipid-soluble compound on the surface of the nanoparticle, Add a large excess. It is better that the affinity of the surface-modifying ligand is stronger than the affinity of the pre-existing fat-soluble compound for the particle surface.
[生体分子のナノ粒子への結合]
本発明のナノ粒子には、生体分子を結合させることができる。生体分子としては、ゲノムDNA、RNA等の核酸、タンパク質、ペプチド、糖、脂質、ホルモンなどを挙げることができ、このうち代表的なものは核酸、タンパク質である。
[Binding biomolecules to nanoparticles]
Biomolecules can be bound to the nanoparticles of the present invention. Examples of biomolecules include nucleic acids such as genomic DNA and RNA, proteins, peptides, sugars, lipids, hormones, etc. Among them, typical ones are nucleic acids and proteins.
生体分子が核酸の場合、核酸の一部に反応性基を導入し、その反応性基とナノ粒子の官能基を反応させることにより核酸への結合が可能となる。例えば、末端アミノ基を有するオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いポリメラーゼチェインリアクション(PCR)反応を行なうことにより、末端アミノ基を有する二本鎖核酸が作製可能である。この核酸の末端アミノ基とナノ粒子に導入したカルボキシル基と縮合反応をさせることにより、核酸へのナノ粒子の結合が可能となる。この縮合反応の縮合剤としては、特に制限はないが、ジシクロヘキシルカルボジイミド、N−エチル−5−フェニルイソオキサゾリウム−3’−スルホナートなどの様々な縮合剤が用いられている。これらの中でも、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)は、毒性が少ないことや、反応系からの除去が比較的容易なことから、アミン基とカルボキシル基との縮合反応にはもっとも有効な縮合剤の1つである。 When the biomolecule is a nucleic acid, a reactive group is introduced into a part of the nucleic acid, and the reactive group and the functional group of the nanoparticle are reacted to enable binding to the nucleic acid. For example, a double-stranded nucleic acid having a terminal amino group can be prepared by performing a polymerase chain reaction (PCR) reaction using an oligonucleotide having a terminal amino group as a primer. By allowing the terminal amino group of the nucleic acid to undergo a condensation reaction with the carboxyl group introduced into the nanoparticle, the nanoparticle can be bound to the nucleic acid. The condensing agent for this condensation reaction is not particularly limited, and various condensing agents such as dicyclohexylcarbodiimide, N-ethyl-5-phenylisoxazolium-3'-sulfonate are used. Among these, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) is less toxic and relatively easy to remove from the reaction system. It is one of the most effective condensing agents for the reaction.
また生体分子がタンパク質の場合、タンパク質中のリジン残基のアミノ基とナノ粒子中のカルボキシル基と縮合反応させることにより、ナノ粒子とタンパク質を結合することが可能となる。 When the biomolecule is a protein, the nanoparticle and the protein can be bound by a condensation reaction between the amino group of the lysine residue in the protein and the carboxyl group in the nanoparticle.
またカルボキシル基誘導体に含まれる、活性エステルをナノ粒子に導入した場合、縮合剤なしでアミノ基と縮合反応を行なうことができる。この活性エステルの例としては、N−ヒドロキシスクシンイミド、p−ニトロフェニル、ペンタフルオロフェニル、およびN−ヒドロキシベンゾトリアゾリルなどが挙げられる。
さらにビオチニル基を有するナノ粒子を用いた場合、アビジン−ビオチン相互作用によりアビジン分子への固定化が可能となる。また、アビジンは1分子に4つ結合部位をもつため、例えば、ビオチニル基を導入した核酸に、まずアビジンを結合させ、さらに、ビオチニル基を有するナノ粒子をアビジンの未結合部位に作用させることにより、核酸をナノ粒子で標識することが可能となる。
When the active ester contained in the carboxyl group derivative is introduced into the nanoparticles, the condensation reaction with the amino group can be performed without a condensing agent. Examples of this active ester include N-hydroxysuccinimide, p-nitrophenyl, pentafluorophenyl, and N-hydroxybenzotriazolyl.
Furthermore, when nanoparticles having a biotinyl group are used, the avidin molecule can be immobilized by the avidin-biotin interaction. In addition, since avidin has four binding sites in one molecule, for example, by first binding avidin to a nucleic acid into which a biotinyl group has been introduced, and then allowing nanoparticles having a biotinyl group to act on the unbound site of avidin The nucleic acid can be labeled with nanoparticles.
以下本発明を詳細に説明するため実施例を挙げるが、本発明は実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Examples will be given below to describe the present invention in detail, but the present invention is not limited to the examples.
実施例1−1〜1−3及び参考例1−4〜1−6
(InAgSナノ粒子の調製)
内径16mmの試験管にジチオカルバメイト(1.126g)、硝酸銀(0.2124g)と硝酸インジウム三水和物(0.4436g)を純水に加え、30℃に温め、30分間マイクロ攪拌子で攪拌した。攪拌後、卓上小型遠心器(KUBOTA2420、Kubota社製)により、回転速度2500rpmで遠心分離し上澄みを除去、純水で洗浄し、この遠心分離と純水洗浄の操作を4回繰り返した。その後、メタノールで洗浄し遠心分離で上澄みを除去する操作を2回繰り返し、沈殿物をデシケータで一晩乾燥し、金属錯体を得た。次いでこの金属錯体粉末を50mg取り、18mm長の試験管に入れ、セプタムキャップで栓をし、試験管内をアルゴンで三回置換した。この試験管をオイルバスにより180℃で3分間加熱した。次いで、この試験管に液体のオレイルアミンを3ml加え、アルゴン置換した。この試験管をオイルバスにより180℃で3分間加熱し30分間放冷した。得られた懸濁液を遠心分離にかけて上澄みを回収し、0.22μmのメンブレンフィルターでろ過した。ろ液に3mlのメタノールを加え溶液を懸濁させ、遠心分離後に上澄みを回収し、メタノールで洗浄の工程を3回繰り返した。その後、1mlのクロロホルムを加えナノ粒子を溶解させた。
Examples 1-1 to 1-3 and Reference Examples 1-4 to 1-6
(Preparation of InAgS nanoparticles)
Dithiocarbamate (1.126 g), silver nitrate (0.2124 g) and indium nitrate trihydrate (0.4436 g) are added to pure water in a test tube having an inner diameter of 16 mm, warmed to 30 ° C., and heated with a micro stirrer for 30 minutes. Stir. After stirring, the mixture was centrifuged with a tabletop small centrifuge (KUBOTA 2420, manufactured by Kubota) at a rotational speed of 2500 rpm, the supernatant was removed, washed with pure water, and this centrifugation and pure water washing operation was repeated four times. Thereafter, the operation of washing with methanol and removing the supernatant by centrifugation was repeated twice, and the precipitate was dried overnight in a desiccator to obtain a metal complex. Next, 50 mg of this metal complex powder was taken, put into an 18 mm long test tube, capped with a septum cap, and the inside of the test tube was replaced with argon three times. The test tube was heated in an oil bath at 180 ° C. for 3 minutes. Next, 3 ml of liquid oleylamine was added to the test tube and purged with argon. The test tube was heated in an oil bath at 180 ° C. for 3 minutes and allowed to cool for 30 minutes. The resulting suspension was centrifuged and the supernatant was collected and filtered through a 0.22 μm membrane filter. 3 ml of methanol was added to the filtrate to suspend the solution, and the supernatant was collected after centrifugation, and the washing step with methanol was repeated three times. Thereafter, 1 ml of chloroform was added to dissolve the nanoparticles.
(ナノ粒子への表面修飾リガンドの導入)
6種類の表面修飾リガンド、モノチオールアルカンエチレングリコール(末端カルボキシル化SPT0012a;リガンド1(実施例1−1)、末端スクシンイミド化SPT0012c;リガンド2(実施例1−2)、末端ビオチン化SPT0012d;リガンド3(実施例1−3))、いずれも米国センソパステクノロジー社製)、ジチオールリジッドロッドモノディスパースエチレングリコール(末端カルボキシル化ベンゼン環1つSPT0014;リガンド4(参考例1−4))、米国センソパステクノロジー社製)、短鎖アルカンエチレングリコール(Thiol−dPEG4 TM−acid;リガンド5(参考例1−5)、クウォンタバイオデザイン社製)、ジチオールリジッドロッドモノディスパースエチレングリコール(末端カルボキシル化ベンゼン環1つSPT0015;リガンド6(参考例1−6))、米国センソパステクノロジー社製)のそれぞれについて、クロロホルム溶液(濃度200μM)を調製した(各リガンドの構造は表1参照)。6つのサンプル瓶と、それぞれナノ粒子のクロロホルム溶液200μlに、上記6種類のリガンド溶液100μlをそれぞれ加え、マイクロ攪拌子で16時間攪拌した。
(Introduction of surface-modified ligands into nanoparticles)
Six types of surface-modified ligands, monothiol alkane ethylene glycol (terminal carboxylated SPT0012a; ligand 1 (Example 1-1) , terminal succinimide SPT0012c; ligand 2 (Example 1-2) , terminal biotinylated SPT0012d; ligand 3 (Example 1-3)) , all manufactured by Senso Pass Technology, USA, dithiol rigid rod monodisperse ethylene glycol (one terminal carboxylated benzene ring SPT0014; ligand 4 (Reference Example 1-4)) , US Senso Manufactured by Path Technology), short-chain alkane ethylene glycol (Thio-dPEG 4 TM- acid; Ligand 5 (Reference Example 1-5) , manufactured by Quanta Biodesign), dithiol rigid rod monodisperse ethylene glycol ( A chloroform solution (concentration 200 μM) was prepared for each of the terminal carboxylated benzene rings SPT0015; Ligand 6 (Reference Example 1-6)) , manufactured by Sensopath Technology, USA (see Table 1 for the structure of each ligand) . To 6 sample bottles and 200 μl each of the nanoparticle chloroform solution, 100 μl of each of the above 6 kinds of ligand solutions was added, and stirred for 16 hours with a micro stirrer.
次いで、400μlのプロパノール、400μlの純水を加え、16時間攪拌した。その後、反応液をエッペンチューブに移し、遠心分離を12000rpm、12分間行い、上澄みを除去し、クロロホルムで残渣を洗浄し、2000μlの純水に溶解させた。 Subsequently, 400 μl of propanol and 400 μl of pure water were added and stirred for 16 hours. Thereafter, the reaction solution was transferred to an Eppendorf tube, centrifuged at 12,000 rpm for 12 minutes, the supernatant was removed, the residue was washed with chloroform, and dissolved in 2000 μl of pure water.
(水溶化ナノ粒子の吸光度測定)
ナノ粒子の水溶化を確認するため、ナノ粒子水溶液の光吸収を測定した。測定は紫外・可視分光光度計(UV−1650PC、島津製作所製)を用い、光路長1cmのセルを用いて行なった。波長543nmにおける吸光度を測定した結果を表2に示す。6種類のリガンド1〜6すべてにおいて、ナノ粒子に起因する波長543nmの吸収が観察されたことから、6種類すべてにおいて、ナノ粒子は水溶化が可能であることが示された。
(Measurement of absorbance of water-soluble nanoparticles)
In order to confirm the water-solubilization of the nanoparticles, the light absorption of the aqueous nanoparticle solution was measured. The measurement was performed using an ultraviolet / visible spectrophotometer (UV-1650PC, manufactured by Shimadzu Corporation) using a cell having an optical path length of 1 cm. Table 2 shows the results of measuring the absorbance at a wavelength of 543 nm. In all six types of ligands 1-6, absorption at a wavelength of 543 nm due to the nanoparticles was observed, indicating that the nanoparticles can be water-solubilized in all six types.
(ナノ粒子への水溶化リガンドの導入)
6種類のリガンド1から6の導入されたナノ粒子を、上記と同様の手順で作製した。次いで、400μlのプロパノール、400μlの1Mメルカプトエタンスルホン酸ナトリウム塩(MES、東京化成社製、MESの構造は表3参照)水溶液を加え、16時間攪拌した。その後、反応液をエッペンチューブに移し、卓上遠心器(CFM−200、IWAKI社製)を用い、回転数12000rpmで遠心分離を12分間行い、上澄みを除去し、クロロホルムで残渣を洗浄し、2000μlの純水に溶解させた。これらナノ粒子の水溶液を紫外・可視分光光度計により、波長543nmにおける吸光度を測定した。その結果を表4に示す。
(Introduction of water-soluble ligand to nanoparticles)
Nanoparticles into which six types of ligands 1 to 6 were introduced were prepared in the same procedure as described above. Next, 400 μl of propanol and 400 μl of 1M mercaptoethanesulfonic acid sodium salt (MES, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., see Table 3 for the structure of MES) were added and stirred for 16 hours. Thereafter, the reaction solution was transferred to an Eppendorf tube, centrifuged using a tabletop centrifuge (CFM-200, manufactured by IWAKI) for 12 minutes at a rotational speed of 12000 rpm, the supernatant was removed, the residue was washed with chloroform, and 2000 μl of residue was washed. Dissolved in pure water. The absorbance of these nanoparticle aqueous solutions at a wavelength of 543 nm was measured with an ultraviolet / visible spectrophotometer. The results are shown in Table 4.
この結果、表4から明らかな通り6種類のリガンドすべてにおいて、MESでさらに表面修飾することにより、水溶化ナノ粒子に起因する波長543nmの吸光度が増加した。このことから、ナノ粒子に対し、生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドによる修飾に加え、さらに水溶化リガンドによる修飾を行うことにより、水溶性が向上することが分かる。 As a result, as is apparent from Table 4, the absorbance at a wavelength of 543 nm due to the water-solubilized nanoparticles was increased by further surface modification with MES in all six types of ligands. From this, it can be seen that the water solubility is improved by modifying the nanoparticles with a water-soluble ligand in addition to the modification with an amphiphilic ligand having a reactive group with a biomolecule.
(ナノ粒子水溶液の蛍光強度測定)
水溶化したナノ粒子の発光能を確認するために、水溶液中のナノ粒子の発光強度の測定を行なった。測定は蛍光分光測定装置(FluoroMax−3、Horiba社製)を用い、4mm角のセルを用いて行なった。スリット幅は3nm、励起波長は543nmとし、波長750nmの蛍光強度(発光強度)を測定した。表5に上記リガンド1から6で表面修飾後のナノ粒子水溶液を用いて蛍光測定を行なった際の、750nmの波長の蛍光強度を示す。ここから、いずれの水溶化ナノ粒子も発光能を有していることが示された。また、表6にリガンド1から6で表面修飾およびMESで表面処理後の750nmの波長の蛍光強度を示す。これらの結果から、生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドで表面修飾すると、発光能を保持できること、さらに水溶化リガンドで表面処理後も発光能を保持していることが示された。
(Measurement of fluorescence intensity of nanoparticle aqueous solution)
In order to confirm the luminous ability of the water-soluble nanoparticles, the luminescence intensity of the nanoparticles in the aqueous solution was measured. The measurement was performed using a fluorescence spectrometer (FluoroMax-3, manufactured by Horiba) using a 4 mm square cell. The slit width was 3 nm, the excitation wavelength was 543 nm, and the fluorescence intensity (emission intensity) at a wavelength of 750 nm was measured. Table 5 shows the fluorescence intensity at a wavelength of 750 nm when fluorescence measurement was performed using the nanoparticle aqueous solution after surface modification with the ligands 1 to 6. From this, it was shown that all the water-solubilized nanoparticles have a light-emitting ability. Table 6 shows fluorescence intensity at a wavelength of 750 nm after surface modification with ligands 1 to 6 and surface treatment with MES. From these results, it was shown that, when the surface is modified with an amphiphilic ligand having a reactive group with a biomolecule, the luminous ability can be retained, and further, the luminous ability is retained after the surface treatment with the water-soluble ligand. .
実施例2−1〜2−3及び参考例2−4〜2−6
(ZnInAgSナノ粒子の調製)
内径16mmの試験管にジチオカルバメイト(1.126g)、硝酸亜鉛六水和物(0.104g)、硝酸銀(0.1826g)と硝酸インジウム三水和物(0.3815g)を用いて、実施例1−1〜1−3及び参考例1−4〜1−6と同様の手順でナノ粒子の調製を行ない、1mlのナノ粒子のクロロホルム溶液を得た。
Examples 2-1 to 2-3 and Reference Examples 2-4 to 2-6
(Preparation of ZnInAgS nanoparticles)
Using dithiocarbamate (1.126 g), zinc nitrate hexahydrate (0.104 g), silver nitrate (0.1826 g) and indium nitrate trihydrate (0.3815 g) in a test tube with an inner diameter of 16 mm Nanoparticles were prepared in the same procedure as in Examples 1-1 to 1-3 and Reference Examples 1-4 to 1-6 to obtain 1 ml of a nanoparticle chloroform solution.
(ナノ粒子への表面修飾リガンドの導入)
ZnInAgSナノ粒子のクロロホルム溶液を用いて実施例1−1〜1−3及び参考例1−4〜1−6と同様の手順で、ナノ粒子表面へのリガンド1〜6の導入および純水への水溶化を行なった。さらに水溶化リガンドMES導入によるナノ粒子の水溶化後、実施例1−1〜1−3及び参考例1−4〜1−6と同様の手順で、リガンド1〜6で表面修飾後のナノ粒子の水溶液、および、リガンド1〜6およびMESで表面修飾後のナノ粒子水溶液の波長543nmの吸光度および波長700nmの発光強度の測定を行なった。吸光度および発光強度の結果をそれぞれ表2および表5に示す。ここからZnInAgSナノ粒子を用いた場合においても、リガンド1〜6すべてにおいて、発光能を保持したままでの水溶化が可能であることが示された。さらに、リガンド1〜6で表面修飾および水溶化リガンドで表面処理後、ナノ粒子を純水へ溶解した水溶液の波長543nmの吸光度を表4に、波長700nmの蛍光強度を表6に示す。これらの結果から、生体分子との反応性基を有する両親媒性リガンドで表面修飾すると、発光能を保持しつつ水溶化できること、さらに水溶化リガンドで表面修飾後も発光能を保持したままでさらに水溶化が可能であり、かつ、水溶化リガンドで表面修飾することにより、ナノ粒子の水溶化効率が向上していることが示された。
(Introduction of surface-modified ligands into nanoparticles)
Using a chloroform solution of ZnInAgS nanoparticles, introduction of ligands 1-6 to the nanoparticle surface and pure water in the same procedure as in Examples 1-1 to 1-3 and Reference Examples 1-4 to 1-6 Water solubilization was performed. Furthermore, after water-solubilization of the nanoparticles by introducing the water-soluble ligand MES, the nanoparticles after surface modification with the ligands 1-6 in the same procedure as in Examples 1-1 to 1-3 and Reference Examples 1-4 to 1-6 And the absorbance of the aqueous nanoparticle after surface modification with ligands 1 to 6 and MES were measured for the absorbance at a wavelength of 543 nm and the emission intensity at a wavelength of 700 nm. The results of absorbance and emission intensity are shown in Table 2 and Table 5, respectively. From these results, it was shown that even when ZnInAgS nanoparticles were used, all of the ligands 1 to 6 could be water-solubilized while maintaining their luminous ability. Further, Table 4 shows the absorbance at a wavelength of 543 nm and Table 6 shows the fluorescence intensity at a wavelength of 700 nm of an aqueous solution obtained by surface modification with a ligand 1 to 6 and surface treatment with a water-soluble ligand and then dissolving nanoparticles in pure water. From these results, when surface modification with an amphipathic ligand having a reactive group with a biomolecule, it is possible to water-solubilize while maintaining the light-emitting ability, and further, while maintaining the light-emitting ability after surface modification with a water-soluble ligand. It was shown that the water-solubilization efficiency of the nanoparticles was improved by water-solubilization and surface modification with a water-solubilizing ligand.
実施例3
水溶化向上リガンドとしてメルカプトプロパンスルホン酸(MPS、東京化成社製、表3参照)を用いた。5.346gのMPSを30mlの純水に溶解した。
Example 3
Mercaptopropanesulfonic acid (MPS, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., see Table 3) was used as a ligand for improving water solubility. 5.346 g of MPS was dissolved in 30 ml of pure water.
実施例2−1と同様の手順でZnAgInSナノ粒子作製およびリガンド1の導入を行なった。次いで、400μlのプロパノール、400μlの1MのMPS水溶液を加え16時間攪拌した。その後、反応液をエッペンチューブに移し、遠心分離を12000rpm、12分間行い、上澄みを除去し、クロロホルムで残渣を洗浄し、2000μlの純水に溶解させた。その後このナノ粒子水溶液の波長543nmの吸光度および波長543nmで励起時の700nmの発光強度を表7に示す。ここから水溶化リガンドとしてMESを用いたときとほぼ同等の吸光度および発光強度が得られた。(表4および表6との比較) It was performed introducing ZnAgInS nanoparticles produced and ligand 1 in the same manner as in Example 2 -1. Next, 400 μl of propanol and 400 μl of 1M MPS aqueous solution were added and stirred for 16 hours. Thereafter, the reaction solution was transferred to an Eppendorf tube, centrifuged at 12,000 rpm for 12 minutes, the supernatant was removed, the residue was washed with chloroform, and dissolved in 2000 μl of pure water. Table 7 shows the absorbance of this aqueous nanoparticle solution at a wavelength of 543 nm and the emission intensity at 700 nm when excited at a wavelength of 543 nm. From this, almost the same absorbance and emission intensity as those obtained when MES was used as the water-soluble ligand were obtained. (Comparison with Table 4 and Table 6)
比較例1
11−メルカプトウンデカン酸〔MUA〕(HS−(CH2)10−COOH、リガンド7、シグマ社製)0.0131gを300mlのクロロホルムに溶解し、濃度200μMとした。
Comparative Example 1
0.0131 g of 11-mercaptoundecanoic acid [MUA] (HS— (CH 2 ) 10 —COOH, Ligand 7, manufactured by Sigma) was dissolved in 300 ml of chloroform to a concentration of 200 μM.
このリガンド7のクロロホルム溶液100μlに、ナノ粒子のクロロホルム溶液200μlを加え、マイクロ攪拌子で16時間攪拌した。次いで、400μlのプロパノール、400μlの純水を加え、2時間攪拌した。その後、反応液をエッペンチューブに移し、遠心分離を12000rpm、12分間行い、上澄みを除去し、クロロホルムで残渣を洗浄し、2000μlの純水に溶解させた。表8に得られたナノ粒子水溶液の波長543nmにおける吸光度を示す。 200 μl of the nanoparticle chloroform solution was added to 100 μl of the ligand 7 chloroform solution, and the mixture was stirred with a micro stirrer for 16 hours. Next, 400 μl of propanol and 400 μl of pure water were added and stirred for 2 hours. Thereafter, the reaction solution was transferred to an Eppendorf tube, centrifuged at 12,000 rpm for 12 minutes, the supernatant was removed, the residue was washed with chloroform, and dissolved in 2000 μl of pure water. Table 8 shows the absorbance of the aqueous nanoparticle solution obtained at a wavelength of 543 nm.
ここからMUAで被覆されたナノ粒子は殆ど水溶化しないことが示された。 From this, it was shown that the nanoparticles coated with MUA are hardly water-soluble.
Claims (9)
一般式(1)
(R1−X)p−(Y)q−(OCH2CH2)m−R2
(式中、R1はメルカプト基、ジスルフィド基、スルフィド基、ジチオカルボキシル基およびアミノ基からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、R2はカルボキシル基、カルボキシル基誘導体、アミノ基、アミノ基誘導体、ビオチニル基およびビオチニル基を含む官能基からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、Xは−(CH 2 ) 11 −か、または−(CH 2 ) 10 −CONH−(CH 2 ) 2 −を、Yは2価の連結基をそれぞれ示す。pは1または2、qは0または1、mは1〜6の整数をそれぞれ示す。)
で表される化合物1を含むナノ粒子。 Zinc, a sulfide or oxide containing a Group 11 element of the periodic table and a Group 13 element of the periodic table, or a sulfide or oxide containing a Group 11 element of the periodic table and Group 13 of the periodic table And on the surface of the nanoparticle,
General formula (1)
(R 1 -X) p - ( Y) q - (OCH 2 CH 2) m -R 2
Wherein R 1 is a substituent containing at least one of the group consisting of a mercapto group, a disulfide group, a sulfide group, a dithiocarboxyl group and an amino group, and R 2 is a carboxyl group, a carboxyl group derivative, an amino group, an amino group A substituent containing at least one of the group consisting of a derivative, a biotinyl group and a functional group containing a biotinyl group, X is — (CH 2 ) 11 — or — (CH 2 ) 10 —CONH— (CH 2 ) 2 - a, Y is .p showing respectively a divalent linking group represents 1 or 2, q is 0 or 1, m is an integer of 1 to 6, respectively).
Nanoparticles comprising Compound 1 represented by
一般式(2)
R3−(CH2)n−R4
(式中、R3はメルカプト基、ジスルフィド基、スルフィド基、ピリジルスルフィド基、ジチオカルボキシル基およびアミノ基からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、R4はスルホン酸、スルホン酸塩、カルボキシル基、カルボン酸塩、四級アミンおよび四級アミン塩からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、nは1〜10の整数をそれぞれ示す。)
で表される化合物2を含む請求項1から4のいずれかに記載のナノ粒子。 On the surface of the nanoparticles,
General formula (2)
R 3 — (CH 2 ) n —R 4
Wherein R 3 is a substituent containing at least one of the group consisting of mercapto group, disulfide group, sulfide group, pyridyl sulfide group, dithiocarboxyl group and amino group, and R 4 is sulfonic acid, sulfonate, carboxyl A substituent containing at least one of the group consisting of a group, a carboxylate, a quaternary amine, and a quaternary amine salt, and n represents an integer of 1 to 10, respectively.
The nanoparticle in any one of Claim 1 to 4 containing the compound 2 represented by these.
一般式(1)
(R1−X)p−(Y)q−(OCH2CH2)m−R2
(式中、R1はメルカプト基、ジスルフィド基、スルフィド基、ジチオカルボキシル基およびアミノ基からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、R2はカルボキシル基、カルボキシル基誘導体、アミノ基、アミノ基誘導体、ビオチニル基およびビオチニル基を含む官能基からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、Xは−(CH 2 ) 11 −か、または−(CH 2 ) 10 −CONH−(CH 2 ) 2 −を、Yは2価の連結基をそれぞれ示す。pは1または2、qは0または1、mは1〜6の整数をそれぞれ示す。)
で表される化合物1を反応させる工程を含むナノ粒子の製造方法。 Zinc, a sulfide or oxide containing a group 11 element of the periodic table and a group 13 element of the periodic table, or a sulfide or oxide containing a group 11 element of the periodic table and a group 13 element of the periodic table To the nanoparticles as a component,
General formula (1)
(R 1 -X) p - ( Y) q - (OCH 2 CH 2) m -R 2
Wherein R 1 is a substituent containing at least one of the group consisting of a mercapto group, a disulfide group, a sulfide group, a dithiocarboxyl group and an amino group, and R 2 is a carboxyl group, a carboxyl group derivative, an amino group, an amino group A substituent containing at least one of the group consisting of a derivative, a biotinyl group and a functional group containing a biotinyl group, X is — (CH 2 ) 11 — or — (CH 2 ) 10 —CONH— (CH 2 ) 2 - a, Y is .p showing respectively a divalent linking group represents 1 or 2, q is 0 or 1, m is an integer of 1 to 6, respectively).
The manufacturing method of the nanoparticle including the process of making the compound 1 represented by these react.
一般式(2)
R3−(CH2)n−R4
(式中、R3はメルカプト基、ジスルフィド基、スルフィド基、ピリジルスルフィド基、ジチオカルボキシル基およびアミノ基からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、R4はスルホン酸、スルホン酸塩、カルボキシル基、カルボン酸塩、四級アミンおよび四級アミン塩からなる群の少なくとも一つを含む置換基を、nは1〜10の整数をそれぞれ示す。)で表される化合物2を反応させる工程、
を含むナノ粒子の製造方法。 The method for producing nanoparticles according to claim 7 , further comprising:
General formula (2)
R 3 — (CH 2 ) n —R 4
Wherein R 3 is a substituent containing at least one of the group consisting of mercapto group, disulfide group, sulfide group, pyridyl sulfide group, dithiocarboxyl group and amino group, and R 4 is sulfonic acid, sulfonate, carboxyl A substituent comprising at least one of the group consisting of a group, a carboxylate salt, a quaternary amine and a quaternary amine salt, wherein n represents an integer of 1 to 10, respectively)
A method for producing nanoparticles comprising:
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