JP5644498B2 - ナノ粒子標識薬、及び該ナノ粒子標識薬を用いたシステム - Google Patents
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Description
"ナノ工学・超臨界で量子ドットをつくる"阿尻雅文、第15回バイオイメージング学会学術集会(公開シンポジウム)2006年10月
を含むことを特徴とするナノ粒子標識薬。
前記1〜5のいずれかに記載のナノ粒子標識薬と
の組み合わせ。
前記6〜12のいずれかに記載のナノ粒子標識薬と
の組み合わせ。
近年、SiやGe等に代表される半導体超微粒子、ポーラスシリコン等のII−VI族半導体において、そのナノ構造結晶が特異的な光学的特性を示すことが注目されている。ここで、ナノ構造結晶とは1〜100nm程度のナノメートルオーダーの粒径の結晶粒のことを言い、一般的に「ナノ粒子」、「ナノクリスタル」等の略称で呼ばれている。
コア粒子に用いられる半導体材料としては、種々の半導体材料を用いることができる。具体例としては、例えば、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、GaAs、GaP、GaSb、InGaAs、InP、InN、InSb、InAs、AlAs、AlP、AlSb、AlS、PbS、PbSe、Ge、Si、またはこれらの混合物等が挙げられる。本発明において、特に好ましい半導体材料は、Siである。
シェルに用いられる半導体材料としては、種々の半導体材料を用いることができる。具体例としては、例えば、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaS、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InAs、InN、InP、InSb、AlAs、AlN、AlP、AlSb、またはこれらの混合物等が挙げられる。
本発明に係るコア/シェル型半導体ナノ粒子の平均粒径は、1〜10nmである。
本発明に係るコア/シェル型半導体ナノ粒子の製造方法としては、従来公知の液相法または気相法による製造方法を用いることができる。
半導体前駆体を還元する還元剤としては、従来周知の種々の還元剤を反応条件に応じて選択し用いることができる。本発明においては、還元力の強さの観点から、水素化アルミニウムリチウム(LiAlH4)、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)、水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム、水素化トリ(sec−ブチル)ホウ素リチウム(LiBH(sec−C4H9)3)及び水素化トリ(sec−ブチル)ホウ素カリウム、水素化トリエチルホウ素リチウムなどの還元剤が好ましい。特に、還元力の強さから水素化アルミニウムリチウム(LiAlH4)が好ましい。
半導体前駆体の分散用溶媒としては、従来周知の種々の溶媒を使用できるが、エチルアルコール、sec−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール等のアルコール類、トルエン、デカン、ヘキサンなどの炭化水素類溶媒を使用することが好ましい。本発明においては、特にトルエン等の疎水性の溶媒が分散用溶媒として好ましい。
界面活性剤としては、従来周知の種々の界面活性剤を使用でき、陰イオン、非イオン、陽イオン、両性界面活性剤が含まれる。中でも、第四級アンモニウム塩系である、テトラブチルアンモニウムクロリド、ブロミドまたはヘキサフルオロホスフェート、テトラオクチルアンモニウムブロミド(TOAB)、またはトリブチルヘキサデシルホスホニウムブロミドが好ましい。特に、テトラオクチルアンモニウムブロミドが好ましい。
本発明に係るコア/シェル型半導体ナノ粒子の製造方法においては、半導体ナノ粒子形成後、特にシェル形成後にプラズマ、熱、放射線、または超音波による処理のいずれかの後処理を行う工程を含む態様も好ましい。
本発明において、X線感応材料がスカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)、臭素(Br)、ルビジウム(Rb)、ストロンチウム(Sr)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、イリジウム(Ir)、テルル(Te)、ヨウ素(I)、セシウム(Cs)、バリウム(Ba)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、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)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
《コア/シェル型半導体ナノ粒子とX線感応粒子とを含むナノ粒子標識薬の作製》
(X線感応粒子の調製)
水酸化バリウム1.71gと硫酸0.98gをイオン交換水1000gにそれぞれ溶解し、0.01mol/Lの水酸化バリウム溶液と0.01mol/Lの硫酸溶液とした。次に、2Lフラスコに硫酸溶液を仕込み、テフロン(登録商標)製パドルにて200rpmで攪拌、100℃まで加熱後、100℃に加熱した水酸化バリウム溶液を30秒で投入した。その後、3分間攪拌を続けた後、反応を終了した。次いで、常温まで冷却し、5Cの濾紙で濾過してイオン交換水を用いて水洗後、105℃で3時間乾燥して硫酸バリウムの粉末2.1gを得た。得られたナノ粒子の粒子径は11nmであった。
蛍光性Si量子ドットは、以下のように製造した。
上記方法において調製された15mgのX線感応粒子と、上記方法において調製されたSi量子ドット15mgとを100mlの2−プロパノール中へ超音波処理によって30分間より長時間分散させた。
アクリル酸重合体(和光純薬工業製、平均分子量約5,000)をそれぞれクロロホルム中に溶解し、クロロホルム溶液を調製した。クロロホルム中に上記ナノ粒子を分散した液を200μl、前記重合体クロロホルム溶液800μlを水10mlに投入し、超音波照射と攪拌を行った。クロロホルムを70℃2時間で除去することでポリマーコーティングされたナノ粒子水溶液を得た。
上記溶液にバッファ塩を添加し、更に一端にアミノ基が導入され、且つ片端にカルボキシル基が導入された分子量2000のポリエチレングリコール鎖を持つ表面修飾化合物を選択し、触媒のカルボジイミドとともに加え24時間室温で攪拌した。こうして目的の生体標識剤を得た。得られた生体標識剤の作製に用いた各原材料成分と目的物を選択的に分離するサイズ選択性カラムと化学的吸着するカラムを用いて、連続もしくは別々に全てのカラムでのGPC、HPLC処理を行い、生体標識剤を分取した。
《コア/シェル型半導体ナノ粒子とX線感応粒子と磁性粒子とを含むナノ粒子標識薬の作製》
(磁性粒子の調製)
1.622gの塩化鉄(III)(FeCl3)と5.560gの硫酸鉄(II)(FeSO4・7H2O)を、一晩窒素の泡で脱酸素した200mlの脱イオン水中に溶解した。この鉄(III)イオンの濃度([Fe3+])は0.05mol/Lで、この鉄(II)イオンの濃度([Fe2+])は0.10mol/Lであった。1.0gのポリグリコール−4000をこの混合物中に加え、超音波処理によって30分間分散させた。この混合物を60℃の温度で急速に攪拌した。次いで、10mlの28%アンモニアをこの混合物に急速に加えた。この混合物を常に窒素雰囲気下で30分間急速に攪拌した。この超常磁性粒子を、マグネティックコンセントレーターを用いて分離し、脱イオン水とアルコールで数回洗浄した。これらの粒子を60℃の温度で一晩真空乾燥した。濃い茶色のナノメートルサイズにされた磁性粒子を、すりつぶした後に得た。得られた磁性粒子の粒子径は10nmであった。
実施例1と同様の方法で調製した。
実施例1と同様の方法で調製した。
上記方法において調整された15mgの磁性粒子と上記方法において調製された15mgのX線感応粒子と、上記方法において調製されたSi量子ドット15mgとを、100mlの2−プロパノール中へ超音波処理によって30分間より長時間分散させた。その結果、これら2種類の粒子はこの溶液中へ十分に分散した。以下、実施例1と同様の方法を用いてナノ粒子を得た。得られたナノ粒子は30nmであった。
実施例1と同様の方法で調製した。
《GdVO4:Eu粒子とX線感応粒子とを含むナノ粒子標識薬の作製》
(GdVO4:Eu粒子の調製)
超臨界水熱合成方法によりGdVO4:Eu粒子を調製した。得られた粒径は30nmであった。
実施例1と同様の方法で行った。
上記方法において調製された15mgのGdVO4:Eu粒子と上記方法において調製された15mgのX線感応粒子を、100mlの2−プロパノール中へ超音波処理によって30分間より長時間分散させた。その結果、これら2種類の粒子はこの溶液中へ十分に分散した。以下は実施例1と同様の方法を用いてナノ粒子を得た。得られたナノ粒子は35nmであった。
実施例1と同様の方法で調製した。
以上によって得た生体標識剤をマウス静脈部より注射により血管に注入し、生体標識剤が集まった肝臓部での画像をGE製マイクロX−CTとマイクロMRI、オリンパス社製OV−1000を用いてX線画像コントラスト、MRIコントラストの比較と相対発光強度を測定した。相対発光強度とは、光学イメージングの観察用の励起光を最初に照射したときの発光強度を100としたときの2時間照射後の発光強度である。
◎:非常に鮮明である
○:画像として普通で際立ちは無い
△:画像にぼけとざらつき感がある。
◎:非常に良好な画像で診断可
○:普通の一般画像
△:鮮明性に欠ける。
Claims (16)
- 平均シェル厚みが0.1nm以上、10.0nm以下であるコア/シェル型半導体ナノ粒子とX線感応材料とを含み、且つ、該X線感応材料からなるX線感応粒子の表面に該コア/シェル型半導体ナノ粒子が結合してなる粒子(A)
を含むことを特徴とするナノ粒子標識薬。 - 前記X線感応材料がスカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)、臭素(Br)、ルビジウム(Rb)、ストロンチウム(Sr)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、イリジウム(Ir)、テルル(Te)、ヨウ素(I)、セシウム(Cs)、バリウム(Ba)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、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)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)から選択された少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記粒子(A)が、前記コア/シェル型半導体ナノ粒子とX線感応材料とを結合するための物質を更に含むことを特徴とする請求項1または2に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記結合するための物質がSiO2であることを特徴とする請求項3に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記コア/シェル型半導体ナノ粒子のシェルにSiO2を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記粒子(A)が、更に磁性粒子を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記磁性粒子が超常磁性物質、常磁性物質または強磁性物質であることを特徴とする請求項6に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記超常磁性物質、常磁性物質または強磁性物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項7に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記金属酸化物がコバルトの酸化物、ニッケルの酸化物、マンガンの酸化物及び鉄の酸化物からなる群より選択されることを特徴とする請求項8に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記鉄の酸化物がFe3O4またはγ−Fe2O3であることを特徴とする請求項9に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記常磁性物質がキレート化ガドリニウム複合体を母体とし、常磁性イオンをキレートの中に1種類以上を含むことを特徴とする請求項7に記載のナノ粒子標識薬。
- 前記常磁性イオンがマンガン(Mn)、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)、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)及びルテチウム(Lu)の内の1種類以上を含むことを特徴とする請求項11に記載のナノ粒子標識薬。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬におけるコア/シェル型半導体ナノ粒子の蛍光を検出することができる第一モダリティー、及び請求項1〜5のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬におけるX線感応材料の吸収を検出することができる第二モダリティーを備えており、第一モダリティー及び第二モダリティーを同時に利用することができることを特徴とする高解像度インビボ画像を得るためのシステムと
請求項1〜5のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬と
の組み合わせ。 - 前記第一モダリティーが光学イメージングを含み、前記第二モダリティーがX線イメージングを含むことを特徴とする請求項13に記載の組み合わせ。
- 請求項6〜12のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬におけるコア/シェル型半導体ナノ粒子の蛍光を検出することができる第一モダリティー、請求項6〜12のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬におけるX線感応材料の吸収を検出することができる第二モダリティー、及び請求項6〜12のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬における磁性粒子の磁性を検出することができる第三モダリティーを備えており、第一モダリティー、第二モダリティー及び第三モダリティーが同時に利用することができることを特徴とする高解像度インビボ画像を得るためのシステムと
請求項6〜12のいずれか1項に記載のナノ粒子標識薬と
の組み合わせ。 - 前記第一モダリティーが光学イメージングを含み、前記第二モダリティーがX線イメージングを含み、前記第三モダリティーが磁気共鳴イメージングを含むことを特徴とする請求項15に記載の組み合わせ。
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