JP5515041B2 - 超分子ナノ集合体の製造方法および超分子ナノ集合体 - Google Patents

Description

本発明は、超分子ナノ集合体の製造方法および超分子ナノ集合体に係り、更に詳細には、遷移金属イオンとヌクレオチドとを室温の水中で混合することを特徴とする新規な超分子ナノ集合体の製造方法、および該製造方法により得られる超分子ナノ集合体に関する。

遷移金属（遷移元素）は、ｄ軌道やｆ軌道等の内殻軌道に、不対電子や空軌道を有するため、触媒活性、磁性等の典型元素とは異なる性質を有している。そのため、遷移金属は、化学分野において、反応触媒等に幅広く利用されているとともに、酵素の活性中心等として生体系においても重要な役割を果たしている。
更に、希土類（ランタノイド）は、発光材料、磁性材料、水素吸蔵合金、二次電池等の構成要素としても重要な枠割を果たしている。そのため、遷移金属を含む超分子ナノ集合体の構築は、ナノテクノロジー分野における重要なテーマの１つである。

遷移金属イオンを含む超分子ナノ集合体の構築については、これまでに多くの方法が知られている。
複数の配位部位を有する合成配位子が、種々の遷移金属イオンと錯形成することによるネットワークの形成、または配位子間の相互作用（水素結合等）を介してナノ錯体粒子を形成することが知られている（例えば、非特許文献１および２参照）。

また、希土類金属を構成成分とする希土類ナノ粒子の合成法としては、熱水法による方法（例えば、非特許文献３参照）、他のナノ粒子をテンプレートとして用いる方法（例えば、非特許文献４参照）、塩基性炭酸イットリウム、塩基性炭酸ガドリニウム、塩基性炭酸ルテチウム、塩基性炭酸ランタン、および塩基性炭酸スカンジウムからなる群より選択される少なくとも１種の塩基性炭酸塩に希土類元素を付活する第１工程と、前記希土類元素が付活された塩基性炭酸塩を焼成する第２工程とを有する方法（特許文献１参照）、およびアニオンと、ルイス塩基の有機酸である界面活性剤とを含む塩基性ｐＨを有する水溶液と、希土類イオンを含む水溶液とを混合する工程を含む方法（特許文献２参照）のいずれかが用いられている。

特開２００４−１０７６１２号公報 特表２００５−５０７３５５号公報 オー（Oh）他、「ネイチャー（Nature）」、（英国）、ネイチャー・パブリッシング・グループ（Nature Publishing Group）、２００５年、第４３８巻、ｐ．６５１−６５４ 前田他、「ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ（Journal of Chemical Society）」、（米国）、アメリカ化学会、２００６年、第１２８巻、第３１号、ｐ．１００２４−１００２５ ワン（Wang）他、「ネイチャー（Nature）」、（英国）、ネイチャー・パブリッシング・グループ（Nature Publishing Group）、２００５年、第４３７巻、ｐ．１２１−１２４ イペ（Ipe）他、「ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ（Journal of Chemical Society）」、（米国）、アメリカ化学会、２００６年、第１２８巻、第６号、ｐ．１９０７−１９１３

しかしながら、これらの超分子ナノ集合体の構築方法には、下記のような課題がある。
非特許文献１および２に記載のナノ錯体粒子の合成方法では、配位子のデザインおよび合成を行う必要がある。
非特許文献３に記載の希土類ナノ粒子の合成方法では、反応混合物を高温（１００〜２００℃）で長時間反応させる必要があるとともに、界面活性剤等を添加することによりミクロエマルジョンを形成する必要がある。
非特許文献４に記載の希土類ナノ粒子の合成方法では、テンプレートとなる金ナノ粒子を従来法により別途合成する必要がある。
特許文献１に記載の方法では、希土類元素を付活した塩基性炭酸塩を高温で焼結する必要がある。
特許文献２に記載の方法では、界面活性剤を用いる必要がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、合成配位子やテンプレートを用いることなく室温で簡単に超分子ナノ集合体を製造する方法および超分子ナノ集合体を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る超分子ナノ集合体の製造方法は、金属塩とヌクレオチドとを室温の水中で混合する工程を有する超分子ナノ集合体の製造方法であって、
前記金属塩がＡｇ塩であり、前記超分子ナノ集合体がナノファイバーである。
ヌクレオチドは、それ自身では自己組織性を示さないが、金属塩と室温の水中で混合することにより、自発的に、遷移金属イオンおよびヌクレオチド分子よりなる超分子ナノ集合体を形成する。
なお、「超分子ナノ集合体」とは、金属イオンおよびヌクレオチド分子の分子間相互作用によって自発的に会合することにより形成される、数ｎｍ〜数μｍのサイズを有する集合体をいい、後述するナノ粒子およびナノファイバーを含む。
また、「ヌクレオチド」には、糖残基としてリボースを有するリボヌクレオチド、糖残基としてデオキシリボース残基を有するデオキシリボヌクレオチド、ならびにそれらの多量体であるオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチドおよびそれらの誘導体、さらに、ＮＡＤ（ニコチンアミドジヌクレオチド）（酸化型のＮＡＤ^＋、および還元型のＮＡＤＨの双方をいう。以下同じ）およびＦＡＤ（フラビンアデニンジヌクレオチド）等の補酵素類、ならびにそれらの誘導体も含まれる。

なお、「ナノ粒子」とは、数十〜数μｍの粒径を有する粒子状の超分子ナノ集合体をいう。

「ナノファイバー」とは、直径が５〜１００ｎｍ、長さが数十ｎｍ〜数ｍｍの繊維状の超分子ナノ集合体をいい、３次元的に架橋化して網目構造を形成し、その内部に溶媒である水を吸収して膨潤したハイドロゲルを形成していてもよい。

第２の発明に係る超分子ナノ集合体は、室温の水中で混合した金属塩およびヌクレオチドの自己組織化により形成される超分子ナノ集合体であって、
前記金属塩がＡｇ塩であり、該超分子ナノ集合体がナノファイバーである。

第２の発明に係る超分子ナノ集合体において、前記金属塩と前記ヌクレオチドとのモル比が電気的中性条件を満たすことが好ましい。
なお、金属塩とヌクレオチドとのモル比が「電気的中性条件を満たす」とは、正電荷ｐを有する金属イオンと、負電荷ｎを有するヌクレオチドとのモル比がｘ：ｙである場合に、ｘとｙとの間に、ｙ／ｘ＝ｐ／ｎなる関係が成立することをいい、後述する滴定法または元素分析のいずれかの方法により求めたｙ／ｘについて、１／３×（ｐ／ｎ）≦ｙ／ｘ≦４／３×（ｐ／ｎ）なる関係が成立する場合も含む。

第２の発明に係る超分子ナノ集合体において、表面がアニオン基を有する化合物で被覆されていてもよい。

第１の発明に係る超分子ナノ集合体の製造方法、および第２の発明に係る超分子ナノ集合体においては、金属塩とヌクレオチドとを室温の水中で混合することにより、両者の自己組織化によって超分子ナノ集合体を形成することができる。そのため、高温の反応条件や、界面活性剤、有機溶媒、およびテンプレートとなるナノ粒子を用いることなく、ナノファイバーとしての超分子ナノ集合体を簡便な操作で製造することができる。
また、ヌクレオチドとして補酵素等も用いることができるため、酸化還元能等の機能を有する官能基が導入された超分子ナノ集合体を容易に得ることができる。
さらに、室温の水中で超分子ナノ集合体を製造することができるので、タンパク質、ペプチド等の生体分子や色素等の機能性分子を容易に導入することもできる。

第２の発明に係る超分子ナノ集合体において、表面がアニオン基を有する化合物で被覆されていると、水中への分散安定性を向上することができる。

第２の発明に係る超分子ナノ集合体において、金属塩とヌクレオチドとのモル比が電気的中性条件を満たすと、金属塩とヌクレオチドの混合比に関わりなく、電気的中性に近い一定の組成を有する希土類ナノ粒子を製造することができる。

第１の発明に係る超分子ナノ集合体の製造方法および第２の発明に係る超分子ナノ集合体において、金属塩が銀（Ａｇ）であり、得られる超分子ナノ集合体がナノファイバーであるため、室温の水中でこれらの金属塩およびヌクレオチドを混合するだけで、ナノファイバーやハイドロゲルを簡単に製造することができる。
また、ナノファイバー中に含まれる金属イオンが、銀イオン等の還元が容易な金属イオンである場合には、還元により、ナノファイバーを「鋳型」として、ユニークな構造を有する金属ナノクラスターを得ることができる。

続いて、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る希土類ナノ粒子は、金属塩の一例である希土類塩の水溶液をヌクレオチドの水溶液に加えて、室温で混合する工程を有する方法により製造され、希土類塩およびヌクレオチドの自己組織化により形成される。混合は、ボルテックスミキサーやマグネチックスターラー等の任意の撹拌手段を用いて撹拌しながら行うのが好ましい。あるいは、撹拌する代わりに超音波照射を行ってもよい。
混合後、希土類ナノ粒子を十分成長させるために、混合溶液を１〜１２時間撹拌するか、１〜２４時間静置してもよい。

溶媒として用いる水は、精製水、超純水、および蒸留水等をそのまま用いてもよいが、Ｔｒｉｓ（トリス（ヒドロキシアミノ）メタン）、ＨＥＰＥＳ（２−［４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジニル］エタンスルホン酸）等の緩衝剤を含むｐＨ７〜８の緩衝溶液が好ましい。希土類塩およびヌクレオチドの濃度について特に制限はなく、１０μＭ〜１０ｍＭオーダーの幅広い濃度で希土類ナノ粒子が生成することが確認されている。

希土類塩としては、ランタノイド族に属する任意の元素（自然界に存在しないプロメチウム（Ｐｍ）を除く）、すなわち、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ならびにスカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）の任意の塩が挙げられるが、例えば、希土類ナノ粒子を発光素子として用いる場合にはＴｂ塩が好ましく、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング法）の造影剤として用いる場合には、Ｇｄ塩が好ましい。
用いることができる塩としては、水溶性の塩を形成するものであれば特に制限はないが、価格や入手の容易さの観点から、塩化物または硝酸塩が好ましい。

ヌクレオチドとしては、塩基（アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、チミン（Ｔ）、ウラシル（Ｕ））、糖（リボース、デオキシリボース）、およびリン酸基の数に関わりなく任意のヌクレオチドならびにその多量体であるオリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチドを用いることができる。
リボヌクレオチドとしては、５’−ＡＭＰ、ｃＡＭＰ、５’−ＡＤＰ、５’−ＡＴＰ、５’−ＧＭＰ、５’−ＧＤＰ、５’−ＧＴＰ、５’−ＣＭＰ、５’−ＣＤＰ、５’−ＣＴＰ、５’−ＴＭＰ、５’−ＴＤＰ、５’−ＴＴＰ、５’−ＵＭＰ、５’−ＵＤＰ、および５’−ＵＴＰが挙げられ、デオキシリボヌクレオチドとしては、５’−ｄＡＭＰ、５’−ｄＡＤＰ、５’−ｄＡＴＰ、５’−ｄＧＭＰ、５’−ｄＧＤＰ、５’−ｄＧＴＰ、５’−ｄＣＭＰ、５’−ｄＣＤＰ、５’−ｄＣＴＰ、５’−ｄＴＭＰ、５’−ｄＴＤＰ、５’−ｄＴＴＰ、５’−ｄＵＭＰ、５’−ｄＵＤＰ、および５’−ｄＵＴＰが挙げられる。
さらに、イノシン５’−リン酸、ＮＡＤおよびＦＡＤ等の補酵素類、末端リン酸基にα−１−グルコシド基等の糖残基が結合した５’−ＵＤＰ等も用いることができる。
また、これらのヌクレオチドは、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属塩として用いることもできる。

得られる希土類ナノ粒子を、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）およびＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察すると、ほぼ粒径の揃った球状のナノ粒子が観察される。また、大変興味深いことに、用いた全ての希土類塩、ならびにｃＡＭＰおよびＮＡＤを除く全てのヌクレオチドについて、得られる希土類ナノ粒子の粒径は２０〜６０ｎｍであるのに対し、ヌクレオチドとしてｃＡＭＰおよびＮＡＤを用いた場合には、全ての希土類塩に対し、粒径１００〜１５０ｎｍ程度の大きな希土類ナノ粒子が得られる。

また、希土類ナノ粒子における希土類イオンとヌクレオチド分子のモル比は、電気的中性を満たす組成に近いが、過剰に存在するイオン種のナノ粒子表面への吸着等の理由で、両者の混合比によって多少（例えば±２０％の範囲内で）変化することが確認されている。希土類イオンおよびヌクレオチド分子が、分子レベルでどのような会合構造を形成しているのかは不明であるが、両者が、典型的には２：３等の簡単な整数比で表される組成を有していること、および希土類ナノ粒子が粒径のそろった球状の粒子であるという事実から、何らかの規則的な構造を形成していると思われる。
なお、希土類イオンとヌクレオチド分子のモル比は、後述する滴定法、またはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）等による元素分析により求めることができる。

希土類ナノ粒子の生成は迅速かつ定量的に進行し、ヌクレオチド水溶液に希土類塩溶液を滴下すると、直ちに白濁し、撹拌を停止すると析出物が沈降する。
生成した希土類ナノ粒子は、例えば、遠心分離、ろ紙やメンブレンフィルター等によるろ過により単離することもできる。ろ紙等の上に回収された希土類ナノ粒子は、数十〜数百ｎｍの厚さを有する薄膜としてそのまま用いることもできる。

上に述べたように、水溶液中で生成した希土類ナノ粒子は、正電荷と負電荷とがつり合った電気的中性条件に近い組成を有するため、凝集しやすく、撹拌を停止すると沈降するため、水中に安定に分散させるためには、適当な分散剤を用いて分散安定性を向上させる必要がある。
希土類ナノ粒子の表面を、例えばアニオン基を有する化合物で被覆すると、希土類ナノ粒子の水中への分散安定性が向上する。
アニオン基を有する化合物としては、ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）等のアニオン性界面活性剤、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、コンドロイチン流酸、ポリヌクレオチド（ポリ（Ａ）Ｎａ）等のポリアニオン類が挙げられるが、コンドロイチン硫酸、およびポリスチレンスルホン酸ナトリウムが好ましく、例えば、ＭＲ造影剤等として生体内に投与して使用する場合には、関節炎の治療のための注射剤としても用いられているコンドロイチン硫酸が、生体適合性という観点から特に好ましい。

また、希土類ナノ粒子中のヌクレオチドに含まれる官能基を化学修飾することにより、様々な機能を付与することもできる。例えば、核酸塩基上のアミノ基を、グルタルアルデヒド等の二官能性アルデヒドで分子間架橋することにより、希土類ナノ粒子の化学的安定性を向上させることができる。

希土類ナノ粒子には、その製造に用いる希土類イオンの性質に応じて様々な機能を発現させることができる。
例えば、希土類イオンとしてＴｂイオンを用いると、５５０ｎｍ付近（緑色）に鋭い発光ピークを有する蛍光性のＴｂナノ粒子が得られる。この場合、ヌクレオチドとしては、グアニン（Ｇ）残基を有する５’−ＧＭＰ、５’−ＧＤＰ、および５’−ＧＴＰが、顕著な発光増大をもたらす点で好ましく、中でも５’−ＧＭＰが最も好ましい。また、酸性雰囲気下では、グアニン残基上のアミノ基がプロトン化され、Ｔｂイオンへのエネルギー移動が減少するため、プロトン化されたプリン環に由来する青色の蛍光発光が観測される。そのため、Ｔｂイオンおよび５’−ＧＭＰよりなるＴｂナノ粒子は、酸性ガスセンサー等への応用が可能である。

希土類イオンとして、例えば、Ｔｂイオンと同様発光体の原料として用いられているＥｕイオンを用いた場合にも、蛍光発光特性を有するＥｕナノ粒子を得ることができる。

また、希土類イオンとしてＧｄイオンを用いると、大きな磁気モーメントを有するＧｄナノ粒子が得られる。得られた希土類ナノ粒子を水中に分散させると、水の^１Ｈ−ＮＭＲ信号についてスピン−格子緩和時間Ｔ_１を大幅に短縮する効果を有している。そのため、ＧｄイオンおよびヌクレオチドよりなるＧｄナノ粒子は、ＭＲ造影剤としての応用が可能である。この場合、ヌクレオチドとしては、５’−ＧＭＰおよび５’−ＡＭＰが好ましい。

複数の希土類イオンを混合して用いることにより、複数の機能を併せ持つ希土類ナノ粒子を得ることができる。例えば、ＴｂイオンおよびＧｄイオンを混合して用いると、蛍光発光が可能で、かつ大きな磁気モーメントを有するＴｂ−Ｇｄナノ粒子が得られる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る超分子ナノ集合体について説明する。
超分子ナノ集合体の一例であるナノファイバーは、銀（Ａｇ）塩の水溶液をヌクレオチドの水溶液に加えて、室温で混合することにより製造される。混合は、超純水にヌクレオチドの水溶液、次いで銀塩の水溶液を滴下し、混合後は、そのまま数時間〜２４時間静置する。

溶媒として用いる水は、精製水、超純水、および蒸留水等をそのまま用いる。銀塩およびヌクレオチドの濃度としては、十分に発達したナノファイバーを得るためには、１ｍＭ以上であることが好ましく、４０ｍＭ以上になると、ナノファイバーが立体的な架橋を形成し、得られる網目構造の内部に水が吸収され膨潤したハイドロゲルを形成する。

銀塩としては、硝酸銀、チオシアン酸銀、テトラフルオロホウ酸銀等の任意の水溶性の銀塩を用いることができるが、価格や入手の容易さの観点から、硝酸銀が好ましい。

用いることができるヌクレオチドは、本発明の第１の実施の形態に係る超分子ナノ集合体の場合と同様であるので、詳しい説明を省略する。

得られるナノファイバーを、ＴＥＭにより観察すると、５〜１０ｎｍの径を有する繊維状の構造体が３次元的に架橋した網目構造が観察される。

銀イオンは、光照射等により容易に還元され、金属銀が黒色の沈殿として得られる。ナノファイバーを含む水溶液およびハイドロゲルに光照射を行い、得られる金属銀の沈殿をＴＥＭにより観察すると、ロッド状等の特異な構造を有する金属銀のクラスターが観察される。特に、光照射したハイドロゲルからは、樹枝状の構造を有する金属銀のクラスターが得られる。これらの観察結果から、ナノファイバー中では、銀イオンおよび光照射により生成するＡｇ（０）種の局所濃度が高く、それが金属銀の結晶核の成長に影響を与えていると思われる。

なお、本実施の形態においては、金属塩としてＡｇ塩を用いた場合について説明したが、Ｍｎ塩、Ｆｅ塩、Ｃｏ塩、Ｎｉ塩、Ｃｕ塩、Ｚｎ塩、Ｃｄ塩、Ｐｄ塩、Ｐｔ塩を用いた場合にも、ナノファイバーを得ることができる。これらの塩は単独で用いてもよく、さらにＡｇ塩を含む群から選択される任意の２以上を組み合わせて用いてもよい。

さらに、金属塩としてアルカリ金属（リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ））塩およびアルカリ土類金属（ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ））塩からなる群より選択される１または任意の２以上を組み合わせて、これをヌクレオチドと室温の水中で混合することによっても超分子ナノ集合体が得られる。例えば、リン酸基と強く結合するＣａ、Ｍｇ等の塩を、室温の水中でヌクレオチドと混合すると、高粘度の溶液が得られる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。ここで、図１は、Ｇｄイオンと５’−ＧＭＰとからなるＧｄナノ粒子の走査型電子顕微鏡写真、図２は、Ｔｂイオンと５’−ＧＭＰとからなるＴｂナノ粒子の走査型電子顕微鏡写真、図３は、Ｔｂイオンと５’−ＧＭＰのモル比とＴｂナノ粒子の生成量との関係を示すグラフ、図４は、Ｔｂナノ粒子の蛍光スペクトルを示す説明図、図５は、Ａｇイオンと５’−ＧＭＰからなるナノファイバーの透過型電子顕微鏡写真、図６は、ナノファイバー中のＡｇイオンを光還元することにより得られる銀ナノクラスターの透過型電子顕微鏡写真であり、（Ａ）はロッド状クラスターの写真、（Ｂ）は樹枝状クラスターの写真である。

実施例１：Ｇｄイオンと５’−ＧＭＰとからなるＧｄナノ粒子の製造
ＨＥＰＥＳ緩衝溶液（ｐＨ＝７．４）に溶解した５’−ＧＭＰ（１０ｍＭ）を、マグネチックスターラーを用いて６００ｒｐｍで撹拌しながら、１０ｍＭＧｄＣｌ_３水溶液を加え、室温で１２時間撹拌した。得られた溶液を、空孔サイズ２００ｎｍのメンブレンフィルターに通し、ろ別した析出物をＳＥＭ（加速電圧１０ｋＶ、倍率１００，０００倍）により観察した。
図１に示すように、３０ｎｍ程度のほぼ均一な粒径を有する、球状のＧｄナノ粒子が得られた。

実施例２：Ｔｂイオンと５’−ＧＭＰとからなるＴｂナノ粒子の合成
ＨＥＰＥＳ緩衝溶液（ｐＨ＝７．４）に溶解した５’−ＧＭＰ（１０ｍＭ、１ｍＬ）を、マグネチックスターラーを用いて６００ｒｐｍで撹拌しながら、１０ｍＭＴｂＣｌ_３水溶液（１ｍＬ）を加え、室温で１２時間撹拌した。得られた溶液を、空孔サイズ２００ｎｍのメンブレンフィルターに通し、ろ別した析出物をＳＥＭ（加速電圧１０ｋＶ、倍率１００，０００倍）により観察した。
図２に示すように、３０ｎｍ程度のほぼ均一な粒径を有する、球状のＴｂナノ粒子が得られた。

他の希土類塩とヌクレオチドとの組み合わせについても、同様の方法により希土類ナノ粒子の製造を行うことができた。

実施例３：滴定法による、Ｔｂナノ粒子におけるＴｂイオンに対する５’−ＧＭＰのモル比の決定
ＨＥＰＥＳ緩衝溶液（ｐＨ＝７．４）に溶解した５’−ＧＭＰ（２．５〜１００ｍＭ、５ｍＬ）を、マグネチックスターラーを用いて６００ｒｐｍで撹拌しながら、１０ｍＭＧｄＣｌ３水溶液（５ｍＬ）を加えた。生成したＴｂナノ粒子の沈殿を遠心分離（１５，０００ｒｐｍ、５分）により回収した。ＨＥＰＥＳ緩衝溶液（１０ｍＬ）を加え、再び遠心分離した後、回収したＴｂナノ粒子を乾燥後、重量を測定した。
Ｔｂイオンに対する５’−ＧＭＰのモル比に対してＴｂナノ粒子の生成量をプロットしたグラフを、図３に示す。このグラフから明らかなように、Ｔｂイオンに対して１．５倍量のＧＭＰを添加したところに明確な変曲点が見られる。このことから、Ｔｂナノ粒子におけるＴｂイオンと５’−ＧＭＰのモル比が２：３であることがわかる。

実施例４：Ｔｂナノ粒子の蛍光スペクトルの測定
Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝溶液（ｐＨ＝７．４３）に溶解した５’−ＧＭＰ（６０μＭ）を、マグネチックスターラーを用いて６００ｒｐｍで撹拌しながら、等量のＴｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝溶液に溶解したＴｂＣｌ_３溶液（２０〜２４０μＭ）を加えて混合し、得られた溶液の蛍光スペクトルを測定した。測定条件は下記のとおりである。
励起波長：２４０ｎｍ
測定温度：２０℃
セル：１ｍｍ石英セル
スリット幅：励起側１０ｎｍ、蛍光側１０ｎｍ
ホトマル電圧：７００Ｖ

Ｔｂナノ粒子の蛍光スペクトルを図４に示す。Ｔｂイオン濃度の増大につれて５５０ｎｍ付近の発光強度が増大していることがわかる。また、５’−ＧＭＰを含まない同一濃度のＴｂＣｌ_３水溶液に比べ、Ｔｂナノ粒子においては蛍光強度が約６０倍に増大していることがわかった。さらに、励起スペクトル測定の結果より、発光強度の増大は、グアニンのプリン環からＴｂイオンへのエネルギー移動によりもたらされることがわかった。

実施例５：Ｇｄナノ粒子水分散液における、水の１Ｈ−ＮＭＲ信号のＴ１測定
５’−ＧＭＰ（０．１、０．２、０．４、１．０ｍＭ）を、マグネチックスターラーを用いて６００ｒｐｍで撹拌しながら、ＨＥＰＥＳ緩衝溶液に溶解した等量のＧｄＣｌ_３水溶液（０．１、０．２、０．４、１．０ｍＭ）を加え、混合することにより、濃度の異なる４種類のＧｄナノ粒子水分散液（以下「ＧＭＰ／Ｇｄ分散液」という）を得た。５’−ＧＭＰの代わりに５’−ＡＭＰを用いて、同様の方法により、濃度の異なる４種類のＧｄナノ粒子水分散液（以下「ＡＭＰ／Ｇｄ分散液」という）を得た。
これらのＧｄナノ粒子水分散液およびＧｄナノ粒子を含まないＨＥＰＥＳ緩衝溶液について、水の^１Ｈ−ＮＭＲ信号のＴ_１（スピン−格子緩和時間）を、日立メディコ製オープンＭＲＩ ＡＩＲＩＳ−ＩＩ（磁場強度０．３Ｔ）を用いて、反転回復法（１８０°−τ−９０°パルス系列）により測定した。
結果を下の表１に示す。なお、表１において、「Ｇｄ濃度」は、Ｇｄナノ粒子の数ではなくＧｄイオンの数をモル濃度に換算した値であり、「Ｇｄ濃度０ｍＭ」は、Ｇｄナノ粒子を含まないＨＥＰＥＳ緩衝溶液の測定結果を示す。

表１から明らかなように、ＧＭＰ／Ｇｄ分散液、およびＡＭＰ／Ｇｄ分散液のいずれの場合についても、Ｇｄ濃度の増大につれてＴ_１が顕著に減少している。この結果から、Ｇｄナノ粒子は、ＭＲ造影剤として利用できる可能性があることが示唆される。

実施例６：アニオン基を有する化合物によるＴｂナノ微粒子の分散安定化
ＨＥＰＥＳ緩衝溶液（ｐＨ＝７．４）に溶解した５’−ＧＭＰ（１０ｍＭ、１ｍＬ）を、マグネチックスターラーを用いて６００ｒｐｍで撹拌しながら、１０ｍＭＴｂＣｌ_３水溶液（１ｍＬ）を加え、室温で２時間撹拌した。遠心分離（１５，０００ｒｐｍ、５分）によりＴｂナノ粒子を分離後、ＨＥＰＥＳ緩衝溶液で洗浄し、再度遠心分離した。洗浄および遠心分離を２回繰返し、得られたＴｂナノ粒子を、各種アニオン性化合物１０ｍＭを含むＨＥＰＥＳ緩衝溶液２ｍＬに加え、１分間超音波照射した。
その結果、アニオン性化合物として、ＳＤＳ（ドデシル流酸ナトリウム）、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリ（Ａ）Ｎａ塩、およびコンドロイチン硫酸を用いた場合に、Ｔｂナノ粒子を安定に分散できることがわかった。

実施例７：ナノファイバーおよびハイドロゲルの製造
超純水（ミリポア超純水製造装置を用いて製造）を用いて、５’−ＧＭＰの１００ｍＭ水溶液、および硝酸銀の１００ｍＭ水溶液を調製した。これらの溶液および超純水を、［５’−ＧＭＰ］＝［ＡｇＮＯ_３］＝１０ｍＭ（溶液１）または４０ｍＭ（溶液２）となるような割合で混合し、得られた溶液１および溶液２を室温で２４時間静置した。
静置後、溶液２は流動性を失い、容器を倒立しても流動しない安定なハイドロゲルを形成した。
溶液１を１０μＬ採取し、カーボン蒸着銅メッシュグリッド上に、液滴を形成するように滴下し、３０秒後、液滴を弾いて除去した。この操作を３回繰り返した後、グリッドを６時間減圧乾燥し、ＴＥＭにより観察した。図５に示すように、径が５〜１０ｎｍの発達したナノファイバー構造が形成していることが確認された。
また、溶液１について紫外可視吸収スペクトルを測定したところ、グアニン基に由来する２６０ｎｍ付近の吸収強度が減少していることが確認された。この結果からも、銀イオンの添加により、５’−ＧＭＰが会合体を形成していることが示唆された。

実施例８：ナノファイバーに含まれる銀イオンの光還元
実施例７と同様に調製した溶液１および溶液２を２４時間静置後、超高圧水銀灯（フィルタなし、２０ｍＷ／２０ｃｍ^２）を用いて３０分間光照射し、銀イオンを光還元した。上澄液５ｍＬを除去した後、超純水５ｍＬを加え、遠心分離（１５，０００ｒｐｍ、５分）を行った。この操作を４回繰り返した後、上澄液５ｍＬを除去した後、超純水５ｍＬを加え、得られた分散溶液を用いて、実施例７と同様の操作を行い、カーボン蒸着銅メッシュグリッド上にＴＥＭ測定用の試料を調製した。
図６（Ａ）に示すように、溶液１より調製した試料では、ロッド状の外観を有する銀クラスターが主に観察された。観察に用いたグリッドをＳＥＭ基板に載せ、白金蒸着を行った後にＳＥＭ観察を行ったところ、同様のロッド状構造が主に観察された。
図６（Ｂ）に示すように、ハイドロゲルを形成した溶液２より調製した試料では、樹枝状の構造を有する銀クラスターが観察された。ハイドロゲル中では、光照射により生成するＡｇ（０）種の局所濃度が高く、それらがＡｇの結晶核の成長に影響したため、ナノファイバーの３次元網目構造を反映した樹枝状クラスターが生成したものと考えられる。

本発明により提供される超分子ナノ集合体の製造方法は、希土類や貴金属元素等の遷移金属を含むナノ粒子やナノクラスターの簡便な製造方法として、ナノテクノロジーの各応用分野において利用することができる。また、水溶性の各種生体物質と遷移金属の新規なナノハイブリッド材料の製造への応用が期待される。
また、本発明により提供される超分子ナノ集合体は、水中への分散安定性の高い発光プローブやＭＲ造影剤として、医療診断分野を含む多方面への応用が期待される。

Ｇｄイオンと５’−ＧＭＰとからなるＧｄナノ粒子の走査型電子顕微鏡写真である。 Ｔｂイオンと５’−ＧＭＰとからなるＴｂナノ粒子の走査型電子顕微鏡写真である。 Ｔｂイオンに対する５’−ＧＭＰのモル比とＴｂナノ粒子の生成量との関係を示すグラフである。 Ｔｂナノ粒子の蛍光スペクトルを示す説明図である。 Ａｇイオンと５’−ＧＭＰからなるナノファイバーの透過型電子顕微鏡写真である。 ナノファイバー中のＡｇイオンを光還元することにより得られる銀ナノクラスターの透過型電子顕微鏡写真であり、（Ａ）はロッド状クラスターの写真、（Ｂ）は樹枝状クラスターの写真である。

Claims (5)

1. 金属塩とヌクレオチドとを室温の水中で混合する工程を有する超分子ナノ集合体の製造方法であって、
   前記金属塩がＡｇ塩であり、前記超分子ナノ集合体がナノファイバーであることを特徴とする超分子ナノ集合体の製造方法。
2. 請求項１記載の超分子ナノ集合体の製造方法において、前記ヌクレオチドの水溶液に対して前記金属塩を加えることにより前記混合する工程を行うことを特徴とする超分子ナノ集合体の製造方法。
3. 室温の水中で混合した金属塩およびヌクレオチドの自己組織化により形成される超分子ナノ集合体であって、
   前記金属塩がＡｇ塩であり、該超分子ナノ集合体がナノファイバーであることを特徴とする超分子ナノ集合体。
4. 請求項３記載の超分子ナノ集合体において、前記金属塩と前記ヌクレオチドとのモル比が電気的中性条件を満たすことを特徴とする超分子ナノ集合体。
5. 請求項３又は４記載の超分子ナノ集合体において、表面がアニオン基を有する化合物で被覆されていることを特徴とする超分子ナノ集合体。