JP5904499B2

JP5904499B2 - 粒子集積体、粒子集積体の製造方法、光増強素子及び光化学反応を利用する装置

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Publication number: JP5904499B2
Application number: JP2013501096A
Authority: JP
Inventors: 居城　邦治; 邦治居城; 謙一新倉; 直希伊與; 崇西尾
Original assignee: Hokkaido University NUC
Current assignee: Hokkaido University NUC
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-02-22
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Description

本発明は、粒子集積体、粒子集積体の製造方法、光増強素子及び光化学反応を利用する装置に関する。

ナノメートルレベルのサイズを有する金属ナノ粒子は、バルクと異なる性質を有することが知られている。金属ナノ粒子は、例えば、融点低下、量子効果、比表面積増大などの性質を有する。近年、金属ナノ粒子を集積させることにより、新たな性質が付加されることが見出され、これに関する研究が盛んに行われてきた。例えば、金属ナノ粒子集積体の応用例として、光触媒反応、ラマン増強素子、化学センサー等についての報告が多数なされてきた。

例えば、非特許文献１には、酸化亜鉛微粒子の３次元的集積体が、光散乱を増強させ、太陽電池における光電変換効率を増加させたことが記載されている。また、非特許文献２には、金ナノ微粒子の３次元超格子構造体が、ラマン散乱スペクトルを著しく増強したことが記載されている。さらに、特許文献１には、コロイド粒子を規則的に配列させることで、赤外線が効率よく反射され、可視光の透過率が増大されたことが記載されている。非特許文献３には、薬剤を封入させたコロイド微粒子を、ドラックデリバリーシステムとして用いたことが記載されている。

金属ナノ粒子集積体に関する研究が進む一方で、金属ナノ粒子を集積化させる方法がいくつか見出され、報告されてきた。

例えば、非特許文献４では、金属ナノ粒子を、高分子を介在させた基板上で集積させる方法が開示されている。また、非特許文献５では、金属ナノ粒子を、シリカ粒子からなる鋳型（テンプレート）を用いることで集積させる方法が開示されている。

特開２００９−２０４３７号公報

ＱｉｆｅｎｇＺｈａｎｇ，ｅｔａｌ，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２００８,１８，１６５４−１６６０Ｅ．Ｓ．Ｓｈｉｂｕ，ｅｔａｌ，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００９,２１，３７７３−３７８１Ｄ．Ｐａｔｒａ，ｅｔａｌ，Ｃｈｅｍ．ＡｓｉａｎＪ．２０１０，５，２４４２−２４５３ＳｈｏｕｈｅｎｇＳｕｎ，ｅｔａｌ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００２，１２４（１２），２８８４−２８８５Ｓａｎｇ−ＷｏｏｋＫｉｍ，ｅｔａｌ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００２，１２４（２６），７６４２−７６４３

非特許文献４に記載されたナノ粒子集積方法では、平面基板上での集積化に限られ、また、複数の加工工程が必要となるため操作が煩雑になりやすい。また、非特許文献５に記載されたナノ粒子集積方法では、集積化にテンプレートを要し、かつ、ナノ粒子集積後、テンプレートをフッ化水素で溶解して取り除く操作が必要となるため、操作が煩雑になりやすい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な操作により製造することができ、かつ光増強効果に優れた、粒子集積体、光増強素子及び光化学反応を利用する装置を提供することを目的とする。また、本発明は、簡便な操作により実施することができる粒子集積体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る粒子集積体は、金属コアが、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基を含む第１のセグメントと、少なくとも１つの親水性基を有し前記第１のセグメントの主鎖の一端に結合している第２のセグメントと、前記第１のセグメントの主鎖の他端に直接又は間接に結合されかつ前記金属コアと結合可能な官能基と、を備える金属コアの表面修飾剤で修飾されている、ことを特徴とする自己組織化可能な粒子が複数集積されてなる中空粒子集積体である。

前記金属コアの表面修飾剤は、一般式Ｒ_ｔ−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−Ｒ_ｆ−Ｒ_ａ−Ｘ
〔式中、Ｒ_ｔは水素原子、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシル基又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ_ｈは炭素数２〜６の分岐していてもよいアルキレン基を表し、Ｒ_ｆは下記一般式（１）及び（２）
からなる群より選択され、Ｒ_ａは炭素数３〜１８の直鎖アルキル、炭素数３〜１８の分岐アルキル又は炭素数３〜１８のアラルキルを表し、Ｘはチオール基、シアノ基、ジチオール基、アミノ基又はイソシアノ基を表し、Ｙ_１及びＹ_２は水素原子又はフッ素原子を表しかつＹ_１及びＹ_２のうち少なくとも１つはフッ素原子であり、ｌは１〜１２の整数を表し、ｍは１〜１２の整数を表し、ｎは１〜６の整数を表し、−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−は環状基を含む〕
で表されてもよい。

前記中空粒子集積体は、略球体であってもよい。

前記略球体の直径は、３０〜４００ｎｍであってもよい。

前記金属コアの表面における前記金属コアの表面修飾剤の被覆率は、２０％以上であってもよい。

前記金属コアは、金、白金、銀、銅、鉄又は半導体量子ドットを含んでいてもよい。

本発明の第２の観点に係る粒子集積体の製造方法は、配位子を表面に有する金属コアと、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基を含む第１のセグメントと、少なくとも１つの親水性基を有し前記第１のセグメントの主鎖の一端に結合している第２のセグメントと、前記第１のセグメントの主鎖の他端に直接又は間接に結合されかつ前記金属コアと結合可能な官能基と、を備える金属コアの表面修飾剤と、を溶媒中で混合させる工程を含む、ことを特徴とする。

前記粒子集積体の製造方法は、前記工程の後に、前記溶媒を置換溶媒に置換させる工程をさらに含んでいてもよい。

本発明の第３の観点に係る光増強素子は、前記中空粒子集積体を含む。

本発明の第４の観点に係る光化学反応を利用する装置は、前記光増強素子を備える。

本発明によれば、簡便な操作により製造することができ、かつ光増強効果に優れた、中空粒子集積体、光増強素子及び光化学反応を利用する装置を提供することができる。また、本発明は、簡便な操作により実施することができる中空粒子集積体の製造方法を提供することができる。

本発明の実施例による粒子集積体の溶液中におけるサイズ分布を表したグラフである。本発明の実施例による複数の粒子集積体の電子顕微鏡像（ＳＥＭイメージ）を示す図である。本発明の実施例による１つの粒子集積体の電子顕微鏡像（ＳＥＭイメージ）を示す図である。本発明の実施例による１つの粒子集積体の電子顕微鏡像（ＴＥＭイメージ）を示す図である。本発明の実施例による複数の粒子集積体の電子顕微鏡像（ＴＥＭイメージ）を示す図である。本発明の実施例による粒子集積体の吸光度を表すグラフ図である。ＳＡＸＳ分析のフィッティングに用いられるコアーシェルモデルを示す図である。ＳＡＸＳ分析におけるＸ線散乱強度を示すグラフ図である。ＰＥＧセグメントを有しない金粒子の電子顕微鏡像を示す図である。フッ素化セグメントを有しない金粒子の電子顕微鏡像を示す図である。本発明の実施例による粒子集積体の基板上でのラマンスペクトルを表したグラフである。本発明の実施例による粒子集積体の溶液中でのラマンスペクトルを表したグラフである。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

まず、本発明による自己組織化可能な粒子及び金属コアの表面修飾剤について、詳細に説明する。

本発明による自己組織化可能な粒子は、金属コアが、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基を含む第１のセグメントと、少なくとも１つの親水性基を有し第１のセグメントの主鎖の一端に結合している第２のセグメントと、第１のセグメントの主鎖の他端に直接又は間接に結合されかつ前記金属コアと結合可能な官能基と、を備える金属コアの表面修飾剤で修飾されていることを特徴とする。

金属コアとは、ナノメートルレベルの直径を有する金属ナノ粒子をいう。
金属コアの構成元素としては、例えば、金、白金、銀、銅、鉄、半導体量子ドット、酸化亜鉛微粒子、酸化チタン微粒子等、又はこれらの混合物が用いられる。金属コアの構成元素としては、例えば、金、白金、銀、銅を用いることで、後述の局在表面プラズモン共鳴による光吸収を増強させる効果が高くなる。金属コアの構成元素に関しては、本発明の効果を奏する元素であれば、適宜選択され得る。
金属コアの直径は、１〜２００ｎｍ程度であり、例えば、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ等である。金属コアの直径については、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍにおいて、後述の局在表面プラズモン共鳴による光吸収を増強させる効果が高くなる。

金属コアの表面修飾剤に備えられた第１のセグメントは、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基を有する。

フッ素化アルキレングリコール基としては、例えば、フッ素化テトラエチレングリコール（ＦＴＥＧ）、フッ素化トリエチレングリコール、フッ素化ジエチレングリコール、フッ素化モノエチレングリコール、フッ素化プロピレングリコール、フッ素化ブチレングリコール等が有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基を除きかつ他方の１個のヒドロキシル基から水素原子１個を除いた基等が挙げられる。

フッ素化アルキレングリコール基は、下記一般式で表されてもよい。この場合、Ｙ_１及びＹ_２は水素原子又はフッ素原子を表しかつＹ_１及びＹ_２のうち少なくとも１つはフッ素原子であり、ｍは１〜１２の整数を表し、ｎは１〜６の整数を表す。

フッ素化アルキレングリコール基としては、例えば、フッ素化テトラエチレングリコール（ＦＴＥＧ）、フッ素化トリエチレングリコール、又はフッ素化ジエチレングリコールが有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基を除きかつ他方の１個のヒドロキシル基から水素原子１個を除いた基が好適に用いられ、例えば、フッ素化テトラエチレングリコール（ＦＴＥＧ）が有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基を除きかつ他方の１個のヒドロキシル基から水素原子１個を除いた基がより好適に用いられる。

フッ素化アルキレン基として、例えば炭素数２〜１２のアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。フッ素化アルキレン基は、例えばエーテル結合を有していてもよい。エーテル結合を有するフッ素化アルキレン基として、例えば、１Ｈ，１Ｈ，４Ｈ，４Ｈ−ペルフルオロ−１，４−ブタンジオール、１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ，５Ｈ−ペルフルオロ−１，５−ペンタンジオール、１Ｈ，１Ｈ，６Ｈ，６Ｈ−ペルフルオロ−１，６−ヘキサンジオール、１Ｈ，１Ｈ，８Ｈ，８Ｈ−ペルフルオロ−１，８−オクタンジオール、１Ｈ，１Ｈ，９Ｈ，９Ｈ−ペルフルオロ−１，９−ノナンジオール、１Ｈ，１Ｈ，１０Ｈ，１０Ｈ−ペルフルオロ−１，１０−デカンジオール、１Ｈ，１Ｈ，１２Ｈ，１２Ｈ−ペルフルオロ−１，１２−ドデカンジオール等が有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基を除きかつ他方の１個のヒドロキシル基から水素原子１個を除いた基等が挙げられる。

フッ素化アザアルキレン基としては、例えば、炭素数２〜１２のアザアルキレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された基等が挙げられる。例えば、−ＣＨ_２−ＣＦ_２−ＮＨ−，−ＣＦ_２−ＣＦ_２−ＮＨ−，−ＣＦ_２−ＣＨ_２−ＮＨ−，−ＣＨ_２−ＣＦ_２−ＮＨ−ＣＦ_２−ＣＨ_２−ＮＨ−，−ＣＦ_２−ＣＦ_２−ＮＨ−ＣＦ_２−ＣＨ_２−ＮＨ−，−ＣＨ_２−ＣＦ_２−ＮＨ−ＣＨ_２−ＣＦ_２−ＮＨ−等が用いられる。

フッ素化アザアルキレン基は、下記一般式で表されてもよい。この場合、Ｙ_１及びＹ_２は水素原子又はフッ素原子を表しかつＹ_１及びＹ_２のうち少なくとも１つはフッ素原子であり、ｍは１〜１２の整数を表し、ｎは１〜６の整数を表す。

第１のセグメントが有する、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基、又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基に関しては、本発明の効果を奏する基であれば、適宜選択され得る。

第１のセグメントは、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基、又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基を有することで、疎水性有機溶媒に親和性が高く、水に親和性が低い性質を有する。

金属コアの表面修飾剤に備えられた第２のセグメントは、少なくとも１つの親水性基を有する。第２のセグメントは、親水性基として、例えば、ヒドロキシル基、エーテル基等を有する。エーテル基として、例えば、テトラエチレングリコール（ＰＥＧ４）、トリエチレングリコール（ＰＥＧ３）、ジエチレングリコール（ＰＥＧ２）、エチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ノナエチレングリコール、ヘプタエチレングリコール、デカエチレングリコール、ドデカエチレングリコール等が有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基から１個の水素原子を除いた基等が挙げられる。また、エーテル基として、例えば、１２−クラウン４−エーテル、１５−クラウン５−エーテル、１８−クラウン６−エーテル等を含む基等を用いることができる。

第２のセグメントは、一般式Ｒ_ｔ−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−で表されてもよい。この場合、Ｒ_ｔは水素原子、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシル基又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ_ｈは炭素数２〜６の分岐していてもよいアルキレン基を表し、ｌは１〜１２の整数を表し、−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−は環状基を含む。アルコキシル基は、例えば、メトキシ基、エトキシ基等を含む。

第２のセグメントとしては、例えば、ＰＥＧ４、ＰＥＧ３、ＰＥＧ２、エチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ノナエチレングリコール、ヘプタエチレングリコール、デカエチレングリコール、ドデカエチレングリコール等が有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基から１個の水素原子を除いた基が好適に用いられ、例えば、ＰＥＧ４、ＰＥＧ３又はＰＥＧ２が有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基から１個の水素原子を除いた基がより好適に用いられる。第２のセグメントが有する親水性基に関しては、本発明の効果を奏する基であれば、適宜選択され得る。

第２のセグメントは、少なくとも１つの親水性基を有することで、疎水性有機溶媒に親和性が低く、水に親和性が高い性質を有する。

第２のセグメントは、第１のセグメントの主鎖の一端に、例えば共有結合により結合している。

金属コアの表面修飾剤に備えられた官能基は、金属コアと結合可能な官能基である。金属コアと結合可能な官能基であれば用いることができ、この官能基として、例えば、チオール基、シアノ基、ジチオール基、アミノ基又はイソシアノ基等が挙げられ、例えば、チオール基を好適に用いることができる。この官能基に関しては、本発明の効果を奏する基であれば、適宜選択され得る。

金属コアの表面修飾剤に備えられた官能基は、第１のセグメントの主鎖の、第２のセグメントが結合された一端に対する他端に直接又は間接に結合される。

官能基が第１のセグメントの主鎖の他端に直接に結合される場合とは、第１のセグメントの主鎖の他端に、官能基が、例えば共有結合により結合している場合をいう。

官能基が第１のセグメントの主鎖の他端に間接に結合される場合とは、例えば、第１のセグメントの主鎖の他端に結合された第３のセグメントを介して、第１のセグメントが官能基に結合している場合をいう。この第３のセグメントには、例えば、炭素数３〜１８の直鎖アルキル、炭素数３〜１８の分岐アルキル又は炭素数３〜１８のアラルキル等が用いられる。この場合、第３のセグメントの主鎖の、第１のセグメントが結合された一端に対する他端に、官能基が、例えば共有結合により結合している。

金属コアの表面修飾剤は、以上のように、前述の第１のセグメントと、前述の第２のセグメントと、前述の官能基とを備える。

金属コアの表面修飾剤は、一般式Ｒ_ｔ−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−Ｒ_ｆ−Ｒ_ａ−Ｘで表されてもよく、式中、Ｒ_ｔは水素原子、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシル基又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ_ｈは炭素数２〜６の分岐していてもよいアルキレン基を表し、Ｒ_ｆは下記一般式（１）及び（２）
からなる群より選択され、Ｒ_ａは炭素数３〜１８の直鎖アルキル、炭素数３〜１８の分岐アルキル又は炭素数３〜１８のアラルキルを表し、Ｘはチオール基、シアノ基、ジチオール基、アミノ基又はイソシアノ基を表し、Ｙ_１及びＹ_２は水素原子又はフッ素原子を表しかつＹ_１及びＹ_２のうち少なくとも１つはフッ素原子であり、ｌは１〜１２の整数を表し、ｍは１〜１２の整数を表し、ｎは１〜６の整数を表し、−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−は環状基を含む。

金属コアの表面修飾剤が、一般式Ｒ_ｔ−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−Ｒ_ｆ−Ｒ_ａ−Ｘで表される場合、式中、Ｒ_ｔ−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−は第２のセグメントを表し、Ｒ_ｆは第１のセグメントを表し、Ｒ_ａは第３のセグメントを表し、Ｘは官能基を表す。

金属コアの表面修飾剤として、例えば、１４，１４，１６，１６，１７，１７，１９，１９，２０，２０，２２，２２−ドデカフルオロ−３５−メルカプト−３，６，９，１２，１５，１８，２１，２４−オクタオキサペンタトリアコンタン−１−オール（ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ），１１，１１，１３，１３，１４，１４，１６，１６，１７，１７，１９，１９−ドデカフルオロ−３２−メルカプト−３，６，９，１２，１５，１８，２１−ヘプタオキサドトリアコンタン−１−オール（ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ），８，８，１０，１０，１１，１１，１３，１３，１４，１４，１６，１６−ドデカフルオロ−２９−メルカプト−３，６，９，１２，１５，１８−ヘキサオキサノナコサン−１−オール（ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ）を好適に用いることができる。本明細書において、第１のセグメントをフッ素化セグメント、第２のセグメントをＰＥＧセグメントと称する場合がある。各化合物の構造は下記化学式の通りである。

本発明による自己組織化可能な粒子は、金属コアが、前述の金属コアの表面修飾剤で修飾されていることを特徴とする。ここでいう修飾とは、金属コアの表面修飾剤に備えられた官能基が、金属コアに、例えば配位結合することにより、表面修飾剤と金属コアとが結合されている状態をいう。この場合、金属コア表面における表面修飾剤の被覆率（表面修飾剤が結合している金属原子の数／金属コア表面に露出している金属原子の数×１００）は、例えば金属コアが５ｎｍの直径を有する金ナノ粒子の場合では、２０％以上であればよく、例えば５０〜６０％程度が好ましい。

金属コア表面における表面修飾剤の被覆率は、ＩＣＰ発光分析装置（例えば、ＩＣＰＥ−９０００（島津製作所製））を用いて測定することができる。例えば、金属コアの構成元素として金、及び表面修飾剤としてＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ、ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ又はＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨを用いた場合、得られた中空粒子集積体（後述）を王水に溶解させ、高周波誘導結合プラズマにより燃焼させることで、金原子及び硫黄原子の成分比を求め、算出することができる。

本発明による自己組織化可能な粒子の一例として、金ナノ粒子からなる金属コアが、ＦＴＥＧが有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基を除きかつ他方の１個のヒドロキシル基から水素原子１個を除いた基からなる第１のセグメントと、ＰＥＧ４が有する２個のヒドロキシル基のうちの１個のヒドロキシル基から１個の水素原子を除いた基からなる第２のセグメントと、チオール基からなる官能基と、炭素数１１のアルキル鎖からなる第３のドメインと、を備える、金属コアの表面修飾剤ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨで被覆された、フッ素化チオール提示金粒子を挙げることができる。フッ素化チオール提示金粒子は、下記の通り表される。

次に、本発明による粒子集積体について、詳細に説明する。

本発明による粒子集積体は、前述の自己組織化可能な粒子が複数集積されてなる中空粒子集積体である。自己組織化可能な粒子は、３次元的に集積される。本発明による中空粒子集積体は、前述の自己組織化可能な粒子が、例えば、１００〜２００個程度集積されてなる。

本発明による中空粒子集積体は、内部に空間を有することで、溶媒中における中空粒子集積体の分散性を向上させることができる。また、中空粒子集積体内部の空間に薬剤等を封入することにより、中空粒子集積体を、後述の体内診断薬、ドラッグデリバリーシステム等に用いることができる。

本発明による中空粒子集積体が中空体であることについては、例えば、電子顕微鏡（ＴＥＭイメージ）で中空粒子集積体の内部が透けて見えることを観察することにより、確認され得る。また、Ｘ線小角散乱（ＳＡＸＳ）分析において、中空粒子集積体のＸ線散乱強度の実測値とコアーシェルモデルのそれとを比較して、ＳＡＸＳ散乱プロファイルが一致するか否かを検討することによっても、確認され得る。本発明の効果を奏する確認方法であれば、適宜選択され得る。

本発明による中空粒子集積体は、例えば、略球体状、略楕円球体状、ドーム状、平板状等に形成され得るが、好ましくは略球体状に形成される。

本発明の中空粒子集積体の形状（略球体等）は、例えば、電子顕微鏡での観察（ＳＥＭイメージ又はＴＥＭイメージ）により確認され得る。本発明の効果を奏する形状確認方法であれば、適宜選択され得る。

本発明による中空粒子集積体が略球体である場合、その直径は、３０〜４００ｎｍである。用途により直径を適宜調整できるが、一般には３０〜２００ｎｍが好ましい。例えば、後述の光増強素子及び光センシング材料に使用する場合、光増強の観点から、その直径は、好ましくは５０〜２００ｎｍ、より好ましくは８０〜１２０ｎｍである。また、後述のドラッグデリバリーシステムに使用する場合、送達効率の観点から、その直径は、好ましくは３０〜２００ｎｍ、より好ましくは５０〜１００ｎｍである。なお、中空粒子集積体（略球体）の平均直径は、例えば、７０〜８０ｎｍに分布がある場合、約６０ｎｍである。

本発明の中空粒子集積体（略球体）の直径は、例えば、電子顕微鏡での観察（ＳＥＭイメージ又はＴＥＭイメージ）により測定され得る。本発明の効果を奏する直径測定方法であれば、適宜選択され得る。

本発明による中空粒子集積体（略球体）においては、複数の自己組織化可能な粒子が、略球体表面に、例えば、１層構造又は２層構造、好ましくは１層構造により配列しており、球体内部に球状の空間が存在する。この場合の球体内部の球状の空間の内径は、例えば、５０〜６０ｎｍ程度となり得る。

本発明による中空粒子集積体は、例えば、ドロップキャスト法によって固体基板上に展開することができる。本発明による中空粒子集積体は、例えば、固体基板上に展開された場合のような乾燥状態においても、中空粒子集積体が形成された状態を安定的に維持することができる。

本発明による中空粒子集積体は、例えば、ポリマー中に包埋された状態でも、ポリマー中にて安定的かつ均一に分散された状態で存在することができる。該ポリマーとしては、例えば、エポキシ樹脂、アガロースゲル、メタクリレート樹脂、イソプロピルアクリルアミド等が用いられ得る。本発明の効果を奏するポリマーであれば、適宜選択され得る。なお、中空粒子集積体をポリマー中に包埋させる方法については、中空粒子集積体とポリマーとを混合し、熱硬化又は光硬化させる方法等が例示されるが、本発明の効果を奏する包埋方法であれば、適宜選択され得る。

次に、本発明による粒子集積体の製造方法について詳細に説明する。

本発明による粒子集積体の製造方法は、配位子を表面に有する金属コアと、前述の金属コアの表面修飾剤と、を溶媒中で混合させる工程（以下、混合工程という）を含む。

金属コアが表面に有する配位子としては、例えばクエン酸、アスコルビン酸、タンニン酸等の有機酸、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、セチルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。例えば、配位子としてクエン酸、アスコルビン酸、タンニン酸を表面に有する金属コアを用いることで、後述の配位子交換反応及び自己組織化をより良好に進行させることができる。
金属コアの構成材料としては、例えば、金、白金、銀、銅、鉄、半導体量子ドット、酸化亜鉛微粒子、酸化チタン微粒子等が挙げられる。
配位子を表面に有する金属コアとして、例えば、市販の金クエン酸コロイド溶液等を用いてもよい。

混合工程においては、配位子を表面に有する金属コアと、金属コアの表面修飾剤と、を溶媒中で混合させることで、金属コアの表面修飾剤に備えられる官能基を金属コアの表面に、例えば配位結合により結合させることができる。配位子を表面に有する金属コアと表面修飾剤とを溶媒中で混合することにより、例えば、金属コアの表面に存する配位子が、表面修飾剤に備えられる官能基に置き換わる反応（以下、配位子交換反応という）が起こる。このようにして、本発明による自己組織化可能な粒子を得ることができる。

混合工程においては、粒子の自己組織化が起こっている。本明細書でいう自己組織化とは、外部からの誘導や支配によらずに、自然な秩序により粒子が組織化及び集合化することをいう。粒子の自己組織化は、前述の配位子交換反応と並行して進行する。本発明による粒子集積体は、粒子の自己組織化により形成される。自己組織化により、例えば、直径が均一な中空粒子集積体を得ることができる。

混合工程における自己組織化には、金属コアの表面修飾剤に備えられる第１のセグメントの疎水性有機溶媒親和性と第２のセグメントの疎水性有機溶媒非親和性とのバランスが関与していると考えられる。また、自己組織化は、溶媒中における第２のセグメント同士の反発し合う作用により、自発的に起こると考えられる。さらに、例えば、前述の第３のセグメントを備える表面修飾剤を用いることで、第３のセグメントが、金属コアと第１のセグメントとの間のスペーサーとなり、自己組織化が良好に進行する場合がある。

混合工程において、溶媒としては、例えば、エーテル結合を有する溶媒、ＳＰ値８〜１０（ｃａｌ／ｍｌ）程度を有する溶媒等、又はこれらの混合物が用いられる。本明細書でいうＳＰ値とは、Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄらによる溶解性パラメーター（ＳｏｌｕｂｉｌｉｔｙＰａｒａｍｅｔｅｒ）を表す数値であり、凝集エネルギー密度（ＣｏｈｅｓｉｖｅＥｎｅｒｇｙＤｅｎｓｉｔｙ：１分子の単位面積当たりの蒸発エネルギー）を１／２乗したもので、単位体積当たりの極性の大きさを表す値である。
エーテル結合を有する溶媒として、例えば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジ−ｎ−ブチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチル−エーテル、アニソール、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、テトラヒドロピラン等、又はこれらの混合物が挙げられる。
ＳＰ値８〜１０（ｃａｌ／ｍｌ）程度を有する溶媒として、例えば、シクロヘキサン、四塩化炭素、キシレン、酢酸エチル、トルエン、ベンゼン、クロロホルム、トリクロロエチレン、メチルエチルケトン、アセトン等、又はこれらの混合物が用いられる。
混合工程で用いる溶媒としては、例えば、エーテル結合を有する溶媒を好適に用いることができ、例えば、ＴＨＦをより好適に用いることができる。
混合工程で用いられる溶媒に関しては、本発明の効果を奏する溶媒であれば、適宜選択され得る。

混合工程における、金属コアと表面修飾剤との配合比は、例えば、金属コア：表面修飾剤＝１：１００，０００〜１：５００，０００（モルベース）が好ましい。この配合比の範囲においては、配位子交換反応及び自己組織化をより良好に進行させることができる。

混合工程において、配位子を表面に有する金属コアと表面修飾剤とを溶媒中で混合させる際には、攪拌を行ってもよい。こうすることで、配位子交換反応及び自己組織化をより良好に進行させることができる。また、配位子を表面に有する金属コアと表面修飾剤とを溶媒中で混合させる際には、超音波処理を行ってもよい。超音波処理を行うことで、配位子を表面に有する金属コアの溶媒中における溶解性を向上させることができ、配位子交換反応及び自己組織化をより良好に進行させることができる。

混合工程においては、金属コアの表面修飾剤として、例えば、異なる種類の表面修飾剤からなる混合物を用いてもよい。

混合工程においては、粒子集積体を得ることができる。この工程において得られる粒子集積体には、自己組織化可能な粒子が含まれていてもよい。例えば、混合工程において配位子交換反応及び自己組織化が良好に進行した場合には、より多くの粒子集積体を得ることができる。

本発明による粒子集積体の製造方法は、混合工程の後に、例えば、配位子を表面に有する金属コアと表面修飾剤との混合液を遠心分離し、上清を除去し、ペレットに溶媒を加え、撹拌、超音波処理を行い、再び遠心分離、上清除去するといった工程（以下、再分散工程という）をさらに含むことができる。再分散工程を行うことで、混合液中の夾雑物が取り除かれ、自己組織化を良好に進行させることができる場合がある。こうすることで、より多くの粒子集積体を得ることが可能となる。再分散工程で用いられる溶媒としては、混合工程で用いられる溶媒と同様のものを用いることができる。

混合工程における一連の操作は、配位子を表面に有する金属コアと、表面修飾剤と、を溶媒中で単に混合させるだけで簡便に行うことができる。このように、本発明による粒子集積体の製造方法は、簡便な操作により実施することが可能である。

なお、粒子集積体が形成されたことは、例えば、混合工程後の反応溶液の吸光度を測定し、混合工程前の反応溶液の吸光度又は粒子集積体を形成していない溶液の吸光度に比べて長波長側にシフトしていることを観察することで確認され得る。また、粒子集積体が形成されたことは、例えば、反応溶液の色の変化を観察することでも確認され得る。反応溶液の色は、混合工程前後で、例えば、赤色から紫色に変化する。

本発明による粒子集積体の製造方法は、混合工程又は再分散工程の後に、溶媒を置換溶媒に置換させる工程をさらに含むことができる。置換溶媒については、混合工程又は再分散工程で用いる溶媒と同様のものを使用してもよく、混合工程又は再分散工程で用いる溶媒と異なるものを使用してもよい。置換溶媒としては、例えば、ＴＨＦ、酢酸エチル、ジクロロメタン、ブタノール、メタノール、アセトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等を用いることができる。本発明による粒子集積体は、置換溶媒中においても、粒子集積体が形成された状態を安定的に維持することができる。本発明による粒子集積体は、混合工程又は再分散工程において溶媒中で形成された後に、置換溶媒に置換されても、粒子集積体が形成された状態を安定的に維持することができる。

混合工程における配位子交換反応及び自己組織化の一例を下記に示す。配位子を表面に有する金属コアとして金クエン酸コロイド溶液、金属コアの表面修飾剤としてＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨを用いた一例である。

次に、本発明による光増強素子について詳細に説明する。

本発明による光増強素子は、前述の中空粒子集積体を含む。

本明細書でいう光増強素子とは、局在表面プラズモン共鳴による光吸収を増強させる素子をいう。局在表面プラズモン共鳴による光吸収とは、粒子及び粒子集積体が特定の波長の光を吸収することで、粒子及び粒子集積体に光のエネルギー又はそれにより生じる電場が集積することをいう。局在表面プラズモン共鳴による光吸収は、粒子においても生じるが、粒子が複数集積して集積体となることで、増強される場合がある。粒子が複数集積して集積体となることで、粒子間に隙間（ギャップ）が生じ、このギャップに光が集積するからである。局在表面プラズモン共鳴による光吸収を確認する方法として、例えば、ラマン分光法を用いることができる。ラマン分光法においては、局在表面プラズモン共鳴による電場増強を利用することで、ラマンスペクトルの測定がより容易となる。

本発明による光増強素子には、例えば、光反応触媒が含まれる。この光反応触媒は、本発明による中空粒子集積体を含むため、光を集積させることができる。そのエネルギーにより、例えば、化学反応を進行させることができる。

本発明による光増強素子には、例えば、体内診断薬が含まれる。この場合、例えば、まず、中空粒子集積体内部の空間に、光増強効果により可視化が可能となる薬剤等を封入する。次に、このような薬剤が封入された中空粒子集積体を患者に投与し、病変部（例えば、癌組織）に中空粒子集積体が集まった時点で、患者の体外から光を照射する。中空粒子集積体に封入された薬剤は、光増強効果により可視化が可能となり、患者の病変部について診断を行うことができる。

本発明による光増強素子には、例えば、ドラッグデリバリーシステムが含まれる。この場合、例えば、まず、中空粒子集積体内部の空間に、薬剤等を封入する。次に、薬剤が封入された中空粒子集積体を患者に投与し、病変部（例えば、癌組織）に中空粒子集積体が集まった時点で中空粒子集積体を崩壊させるよう制御する。こうすることで、病変部において中空粒子集積体内部から薬剤を放出させることができ、病変部を治療することができる。

一般的に、ドラッグデリバリーシステムに用いられる媒体の直径は、特に癌細胞を標的とした場合の送達効率の観点から、１００ｎｍ以下であることが望ましい。本発明によれば、中空粒子集積体（略球体）の直径を５０〜１００ｎｍとすることができるため、より送達効率の高いドラッグデリバリーシステムを提供し得る。

本発明による中空粒子集積体内部に薬剤等を内包させることで、より高いラマン活性散乱増強効果が得られる。したがって、例えば、中空粒子集積体に抗癌剤を内包させる（さらにラマンプローブを内包させてもよい）ことで、癌組織の検出感度を向上させることができ、また同時に、標的部位である癌組織において中空粒子集積体内部から抗癌剤を放出させることが可能である。このように、本発明による中空粒子集積体によれば、病変部の診断及び治療を同時に行い得る。

本発明による光増強素子に含まれるものは、本発明の効果を奏する範囲において適宜選択される。

次に、本発明による光化学反応を利用する装置について詳細に説明する。

本発明による、光化学反応を利用する装置は、前述の光増強素子を備える。この装置には、例えば、光センシング装置、光センシング材料、太陽電池等が含まれる。

本発明による光センシング装置は、前述の光増強素子を備えるため、光を集積することができる。このため、この光センシング装置においては、感度良くセンシングを行うことができる。また、例えば、中空粒子集積体内部の空間に封入された薬剤等をプローブとして、センシングを行うことも可能である。

本発明による光センシング材料は、前述の光増強素子を備える。光増強素子は、粒子間の距離が変わることによって、色が変化する性質を有する。このため、例えば、ポリマーに、本発明による光センシング材料を混合（包埋）させることにより、温度変化、湿度変化等により引き起こされるポリマーの伸縮、ひずみ等を、色の変化により検出することが可能である。また、本発明による光センシング材料は、前述の通り、ポリマー中でも安定的かつ均一に分散された状態で存在し得る点においても有用である。

本発明による太陽電池は、前述の光増強素子を備えるため、太陽光を集積させることができる。このため、この太陽電池は、効率よく光エネルギーを電力に変換することができる。

本発明による光化学反応を利用する装置に含まれるものは、本発明の効果を奏する範囲において適宜選択される。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、実施例は、本発明を限定するものではない。

（金属コアの表面修飾剤であるＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨの合成）

（Ａ）１０−ウンデセン−１−トシラート（Ｃ１１−ＯＴｓ）の合成
Ｃ１１−ＯＴｓは以下の通り合成された。
３００ｍＬ三角フラスコ内で、１０−ウンデセン−１−オール５．０ｇ（２９．４ｍｍｏｌ）をジクロロメタン２０ｍＬに溶解させた。これを０℃に冷却後、撹拌しながら、トリエチルアミン８．１４ｍＬ（５８．８ｍｍｏｌ）、ｐ−トルエンスルホニルクロリド（ｐ−ＴｓＣｌ）６．７３ｇ（３５．３ｍｍｏｌ）、及びトリメチルアンモニウムクロリド（Ｍｅ_３Ｎ・ＨＣｌ）０．５６ｇ（５８．８ｍｍｏｌ）をジクロロメタン１０ｍＬに溶解させた溶液を滴下した。混合液を室温で２時間撹拌した後、クロロホルム１０ｍＬを加えて希釈した。飽和食塩水約１０ｍＬで２回洗浄した後、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧濃縮した。その後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開；ヘキサン→ヘキサン：クロロホルム＝１：１）による精製を行い、透明な液体状のＣ１１−ＯＴｓ（７．４９ｇ，２３．２３ｍｍｏｌ，７９％）を得た。得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（６００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝１．２１−１．３７（ｂｒ，１２Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），１．５９−１．６５（ｂｒ，２Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），２．０３（ｑ，２Ｈ，Ｊ＝７．４４Ｈｚ，＝ＣＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２），２．４５（ｓ，３Ｈ，ＣＨ_３ｍｅｔｈｙｌ），４．０１（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝１３．０８，−ＣＨ_２−Ｏ−），４．９２−５．０１（ｂｒ，２Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ），５．７６−５．８４（ｂｒ，１Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ），７．３４（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝８．２２Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ），７．７９（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝８．２２Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ）であった。

（Ｂ）２−（２−（２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ）エトキシ）エチル４−メチルベンゼンスルホネート（ＰＥＧ４−ＯＴｓ），２−（２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ）エチル４−メチルベンゼンスルホネート（ＰＥＧ３−ＯＴｓ），２−（２−ヒドロキシエトキシ）エチル４−メチルベンゼンスルホネート（ＰＥＧ２−ＯＴｓ）の合成
ＰＥＧ４−ＯＴｓ、ＰＥＧ３−ＯＴｓ、ＰＥＧ２−ＯＴｓは以下の通り合成された。
３００ｍＬフラスコ内で、テトラエチレングリコール１０ｇ（５１．５ｍｍｏｌ）をジクロロメタン２０ｍＬに溶解させた。これを０℃に冷却後、撹拌しながら、トリエチルアミン（Ｅｔ_３Ｎ）７．１２ｍＬ（５１．５ｍｍｏｌ）、ｐ−トルエンスルホニルクロリド（ｐ−ＴｓＣｌ）９．８２ｇ（５１．５ｍｍｏｌ）、及びトリメチルアンモニウムクロリド（Ｍｅ_３Ｎ・ＨＣｌ）０．９８ｇ（１０．３ｍｍｏｌ）をジクロロメタン３０ｍＬに溶解させた溶液を滴下した。混合液を室温で２時間撹拌した後、クロロホルム１０ｍＬを加えて希釈した。飽和食塩水約１０ｍＬで２回洗浄した後、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧濃縮した。その後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開；クロロホルム）による精製を行い、黄色の液体状のＰＥＧ４−ＯＴｓ（１０．０５ｇ，２３．０ｍｍｏｌ，４５％）を得た。得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝２．４４（ｓ，３Ｈ，ｍｅｔｈｙｌ），３．５６−３．７０（ｂｒ，１４Ｈ，−ＣＨ_２−Ｏ−），４．１５（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝９．４８Ｈｚ，−ＣＨ_２−Ｏ−Ｓ），７．３４（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝８．２１Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ），７．７９（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝８．２１Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ）であった。
テトラエチレングリコールの代わりにトリエチレングリコールジ及びエチレングリコールを用いて上述と同様に合成することにより、ＰＥＧ３−ＯＴｓ（７．９４ｇ，２６．１ｍｍｏｌ，３９％）及びＰＥＧ２−ＯＴｓ（９．７１ｇ，３６．９ｍｍｏｌ，３２％）を得た。得られたＰＥＧ３−ＯＴｓの^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝２．４４（ｓ，３Ｈ，ｍｅｔｈｙｌ），３．５３−３．５８（ｂｒ，６Ｈ，−ＣＨ_２−Ｏ−），３．６８（ｔ，４Ｈ，Ｊ＝９．２Ｈｚ，−ＣＨ_２−Ｏ−），４．１６（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝８．６８Ｈｚ，−ＣＨ_２−Ｏ−Ｓ），７．３５（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．３２Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ），７．７９（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．３２Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ）であり、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ分析の結果（ｍ／ｚ）は、［Ｍ＋Ｈ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ１３Ｈ２１Ｏ６Ｓ，３０５．３６；ｆｏｕｎｄ，３０５．２，［Ｍ＋Ｎａ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ１３Ｈ２０Ｏ６ＳＮａ，３２７．３５；ｆｏｕｎｄ，３２７．２０，［Ｍ＋Ｋ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ１３Ｈ２０Ｏ６Ｋ，３４３．４６；ｆｏｕｎｄ，３４３．１であった。得られたＰＥＧ２−ＯＴｓの^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝２．４５（ｓ，３Ｈ，ｍｅｔｈｙｌ），３．５４−３．７１（ｂｒ，６Ｈ，−ＣＨ_２−Ｏ−），４．２０（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝８．６０Ｈｚ，−ＣＨ_２−Ｏ−Ｓ），７．３５（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．６６Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ），７．８０（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．６６Ｈｚ，ｐｈｅｎｙｌ）であり、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ分析の結果（ｍ／ｚ）は、［Ｍ＋Ｈ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ１１Ｈ１７Ｏ５Ｓ，２６１．３１；ｆｏｕｎｄ，２６１．５，［Ｍ＋Ｎａ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ１１Ｈ１６Ｏ５ＳＮａ，２８３．３；ｆｏｕｎｄ，２８３．６であった。

（Ｃ）２，２，４，４，５，５，７，７，８，８，１０，１０−ドデカフルオロ−３，６，９，１２−テトラオキサトリコス−２２−エン−１−オール（ＦＴＥＧ−Ｃ１１）の合成
ＦＴＥＧ−Ｃ１１は、以下の通り合成された。
３００ｍＬナスフラスコ内で、フッ素化テトラエチレングリコール（ＦＴＥＧ）７．５９ｇ（１８．５ｍｍｏｌ）と炭酸カリウム７．５９ｇ（１３．９ｍｍｏｌ）とをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５ｍＬに溶解させた。これに、上述の通り得られたＣ１１−ＯＴｓ３．０ｇ（９．２５ｍｍｏｌ）をＤＭＦ３ｍＬに溶解させた溶液を撹拌しつつ滴下し、さらに８０℃、窒素雰囲気下で１４時間撹拌した。溶媒をロータリーエバポレーターで留去後、酢酸エチル３０ｍＬを加えて残渣を希釈し、１５重量％の塩化アンモニウム水溶液２０ｍＬで洗浄した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧濃縮した。その後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開；クロロホルム：ヘキサン＝１：２）による精製を行い、透明な液体状のＦＴＥＧ−Ｃ１１（３．３９ｇ，６．０２ｍｍｏｌ，６４％）を得た。得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝１．２１−１．４１（ｂｒ，１２Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），１．５５−１．６２（ｂｒ，２Ｈ，），２．０３（ｑ，２Ｈ，Ｊ＝７．６４Ｈｚ，＝ＣＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２），３．６０（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝６．６４Ｈｚ，ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ−），３．８１（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝９．６８Ｈｚ，−ＣＦ_２−ＣＨ_２−Ｏ−），３．９３（ｑ，２Ｈ，Ｊ＝９．６０，ＨＯ−ＣＨ_２−ＣＦ_２），４．９２−５．０１（ｂｒ，２Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ），５．７８−５．８５（ｂｒ，１Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ）であった。

（Ｄ）１４，１４，１６，１６，１７，１７，１９，１９，２０，２０，２２，２２−ドデカフルオロ−３，６，９，１２，１５，１８，２１，２４−オクタオキサトリコス−３４−エン−１−オール（ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１），１１，１１，１３，１３，１４，１４，１６，１６，１７，１７，１９，１９−ドデカフルオロ−３，６，９，１２，１５，１８，２１−ヘプタオキサドトリアコント−３１−エン−１−オール（ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１），８，８，１０，１０，１１，１１，１３，１３，１４，１４，１６，１６−ドデカフルオロ−３，６，９，１２，１５，１８−ヘキサオキサノナコス−２８−エン−１−オール（ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１）の合成
ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１、ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１、ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１は以下の通り合成された。
１００ｍＬナスフラスコに、上述の通り得られたＦＴＥＧ−Ｃ１１を２．１２ｇ（３．７７ｍｍｏｌ）を入れ、フラスコ内を窒素置換した。これに、ジオキサン（脱水グレード）１５ｍＬを加え、よく撹拌しながらさらに６０％水素化ナトリウム（ＮａＨ）２２６ｍｇ（５．６６ｍｍｏｌ）を加え、２０分間撹拌した。白色の発泡が収まった後、これに、上述の通り得られたＰＥＧ４−ＯＴｓ３．３ｇ（９．０５ｍｍｏｌ）をジオキサン４ｍＬに溶解させた溶液を滴下し、さらに５０℃で一晩撹拌した。メタノールを少量加え、溶媒をロータリーエバポレーターで留去した。残渣をクロロホルム３０ｍＬに溶解し、飽和食塩水約１０ｍＬで３回洗浄した後、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧濃縮した。その後シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開；クロロホルム：ヘキサン＝４：１→クロロホルム：酢酸エチル＝２：１）による精製を行い、透明な液体状のＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１（１．２２ｇ，１．６５ｍｍｏｌ，４４％）を得た。得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝１．２２−１．３０（ｂｒ，１０Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），１．５３−１．６３（ｂｒ，５Ｈ，），２．０５（ｑ，２Ｈ，Ｊ＝７．７６Ｈｚ，ＣＨ_２＝ＣＨ−ＣＨ_２−），３．５８−３．９４（ｂｒ，２４Ｈ），４．９２−５．０１（ｂｒ，２Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ），５．７６−５．８４（ｂｒ，１Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ）であった。また、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ分析の結果（ｍ／ｚ）は、［Ｍ＋Ｎａ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２７Ｈ４２Ｆ１２Ｏ９Ｎａ，７６１．５０；ｆｏｕｎｄ，７６１．３１２９，［Ｍ＋Ｋ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２７Ｈ４２Ｆ１２Ｏ９Ｋ，７７７．７０；ｆｏｕｎｄ，７７７．２９４９であった。
ＰＥＧ４−ＯＴｓの代わりに、上述の通り得られたＰＥＧ３−ＯＴｓ及びＰＥＧ２−ＯＴｓを用いて上述と同様に合成することにより、ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１（１．１９ｇ，１．７１ｍｍｏｌ，４５％）及びＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１（４９０ｍｇ，０．７５ｍｍｏｌ，２８％）を得た。得られたＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（６００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝１．２５−１．４１（ｂｒ，１３Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），１．５８−１．６０（ｂｒ，２Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），２．０４（ｑ，２Ｈ，Ｊ＝７．５６Ｈｚ，＝ＣＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２），３．５９−３．９４（ｂｒ，１８Ｈ，−ＣＨ_２−Ｏ−），４．９１−５．００（ｂｒ，２Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ），５．７８−５．８３（ｂｒ，１Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ）であり、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ分析の結果（ｍ／ｚ）は、［Ｍ＋Ｈ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２５Ｈ３９Ｆ１２Ｏ８，６９５．５５；ｆｏｕｎｄ，６９５．４，［Ｍ＋Ｎａ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２５Ｈ３８Ｆ１２Ｏ８Ｎａ，７１７．５４；ｆｏｕｎｄ，７１７．４，［Ｍ＋Ｋ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２５Ｈ３８Ｆ１２Ｏ８Ｋ，７３３．６５；ｆｏｕｎｄ，７３３．４であった。得られたＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝１．２４−１．４１（ｂｒ，１３Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），１．５５−１．６０（ｂｒ，２Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），２．０４（ｑ，２Ｈ，Ｊ＝７．６８Ｈｚ，＝ＣＨ−ＣＨ_２−ＣＨ_２），３．５８−３．８３（ｂｒ，１２Ｈ，−ＣＨ_２−Ｏ−），３．９１（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝９．７２４，−ＣＦ_２−ＣＨ_２−Ｏ−），４．９１−５．００（ｂｒ，２Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ），５．７８−５．８３（ｂｒ，１Ｈ，ｏｌｅｆｉｎ）であった。

（Ｅ）１４，１４，１６，１６，１７，１７，１９，１９，２０，２０，２２，２２−ドデカフルオロ−３，６，９，１２，１５，１８，２１，２４−オクタオキサトリコス−１−オール−３５−イルエタンエチオナート（ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ），１１，１１，１３，１３，１４，１４，１６，１６，１７，１７，１９，１９−ドデカフルオロ−３，６，９，１２，１５，１８，２１−ヘプタオキサドトリアコント−１−オール−３２−イルエタンエチオナート（ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ），８，８，１０，１０，１１，１１，１３，１３，１４，１４，１６，１６−ドデカフルオロ−３，６，９，１２，１５，１８−ヘキサオキサノナコス−１−オール−２９−イルエタンエチオナート（ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ）の合成
ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ、ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ、ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅは以下の通り合成された。
１００ｍＬナスフラスコ内で、上述の通り得られた、ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１１．２２ｇ（１．６５ｍｍｏｌ）をＴＨＦ（脱水グレード，安定剤無添加）１５ｍＬに溶解した。これに、チオ酢酸（ＡｃＳＨ）５８７μｌ（８．２６ｍｍｏｌ）を撹拌しながら加え、さらに２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）２７１ｍｇ（１．６５ｍｍｏｌ）を加えた。この溶液を１００℃で４５分間撹拌しつつ還流した。その後、メタノール１０ｍＬを加えて希釈し、溶媒をロータリーエバポレーターで留去後、減圧濃縮した。残渣を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開；クロロホルムのみ→クロロホルム：酢酸エチル＝２：１）により精製し、透明な液体状のＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ（１．１０ｇ，１．３５ｍｍｏｌ，８２％）を得た。得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝１．２４−１．３２（ｂｒ，１５Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），１．５０−１．６９（ｂｒ，３Ｈ），２．０４（ｓ，１Ｈ），２．３２（ｓ，３Ｈ，ＣＨ_３ＣＯ−），２．８６（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，−ＣＨ_２−ＳＡｃ），３．５８−３．８３（ｂｒ，２１Ｈ），３．９２（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，−ＣＦ_２−ＣＨ_２−Ｏ−）であった。また、得られた化合物のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ分析の結果（ｍ／ｚ）は、［Ｍ＋Ｎａ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２９Ｈ４６Ｆ１２Ｏ１０ＳＮａ，８３７．７１；ｆｏｕｎｄ，８３７．０１２３であった。
ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１の代わりに、上述の通り得られたＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１及びＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１を用いて上述と同様に合成することにより、ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ０．９９ｇ（１．２８ｍｍｏｌ，７７％）及びＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ５２０ｍｇ（０．７１ｍｍｏｌ，９７％）を得た。

（Ｆ）ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨの合成
ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨは以下の通り合成された。
１００ｍＬナスフラスコ内で、上述の通り得られたＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ１．１０ｇ（１．３５ｍｍｏｌ）をメタノール（脱水グレード）２０ｍＬに撹拌しながら溶解させた。これに、２８％ナトリウムメトキシド（ＮａＯＭｅ）をメタノールに溶解させた溶液２６μＬ（０．１３５ｍｍｏｌ）を加え、５０℃で２時間撹拌した。その後、メタノールで洗浄したＤｏｗｅｘ（５０ＷＸ８−２００，ダウケミカル社製）を約１ｇ加え、溶媒をロータリーエバポレーターで留去後、減圧濃縮した。クロロホルムで溶解した残渣を、ＰＬＣプレート（ＰＬＣガラスプレートシリカゲル６０Ｆ２５４，０．５ｍｍ，Ｍｅｒｃｋ＆Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，ＵＳＡ）に展開して精製を行い（展開溶媒；酢酸エチル＋メタノール）、白色の結晶状のＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ４６０ｍｇ（０．５９ｍｍｏｌ，４４％）を得た。得られた化合物の^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルデータ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）は、δ／ｐｐｍ＝１．２７−１．３５（ｂｒ，１６Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），１．５７−１．６０（ｂｒ，４Ｈ，ａｌｋｙｌｃｈａｉｎ），３．５８−３．８３（ｂｒ，２２Ｈ），３．９３（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝１０Ｈｚ）であった。また、得られた化合物のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ分析（ｍ／ｚ）の結果は、［Ｍ＋］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２７Ｈ４４Ｆ１２Ｏ９Ｓ，７７２．６８；ｆｏｕｎｄ，７７２．４５，［Ｍ＋Ｎａ］ｃａｌｃｄｆｏｒＣ２７Ｈ４４Ｆ１２ＮａＯ９Ｓ，７９５．６７；ｆｏｕｎｄ，７９４．５１であった。
ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅの代わりに、ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅ及びＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＯＭｅを用いて上記と同様に合成することにより、ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ３６０ｍｇ（０．４９４ｍｍｏｌ，３９％），又はＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ１４０ｍｇ（０．２０４ｍｍｏｌ，２９％）を得た。

以上のようにして、金属コアの表面修飾剤であるＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ，ＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨを得た。各化合物の構造式は下記の通りである。

（配位子交換反応及び自己組織化）
１．５ｍＬマイクロチューブに、５ｎｍ金クエン酸コロイド溶液（ＧｏｌｄＣｏｌｌｏｉｄ５ｎｍ，ＢｒｉｔｉｓｈＢｉｏＣｅｌｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製）１ｍＬ（１７ｐｍｏｌ／ｍＬ）を入れ、１０，０００ｒｐｍ、４℃で９０分間遠心分離を行った。上清をマイクロピペッターを用いて取り除き、約１００倍に濃縮された金クエン酸コロイド溶液を調製した。別の１．５ｍＬマイクロチューブに、上述の通り得られたＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ（メタノール中に溶解）２μｍｏｌを入れ、メタノールを風乾させた。それに、ＴＨＦ４９０μＬを加えて、ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨを溶解させた。ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨが入っている１．５ｍＬマイクロチューブを水槽中で超音波（使用機器：超音波洗浄機１５１０Ｊ−ＭＴ、ヤマト科学株式会社製）に暴露させつつ、上述の通り調製された金クエン酸コロイド溶液１０μＬを滴下した。さらに２０分間、上述と同様に超音波に暴露させた後、２日間常温で撹拌した。このとき、反応溶液内の金濃度は濃縮前の金クエン酸コロイド溶液の濃度とほぼ同じ値（＝１７ｐｍｏｌ／ｍＬ）であり、ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨの分子数は溶液内金微粒子の全結合サイト数に対して約７５倍であった。なお、この際、溶液の色は、赤色から紫色に変化した。その後、１０，０００ｒｐｍ、４℃で５分間遠心分離を行った。マイクロピペッターで上清を除いた後、ペレットにＴＨＦ５００μＬを加えた。再び遠心分離を行い、上清を除いた。ペレットにＴＨＦ２００μＬを加え、上述と同様に超音波に暴露させた。このようにして、フッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液を得た。
同様に、ＰＥＧ４−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨの代わりに上述の通り得られたＰＥＧ３−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ及びＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨを用いて上述と同様に合成することにより、フッ素化チオール（ＰＥＧ３）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液及びフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液を得た。

（溶液中のフッ素化チオール提示金粒子集積体のサイズ分布）
上述の通り得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液、フッ素化チオール（ＰＥＧ３）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液、及びフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液を用いて、各粒子集積体の溶液中における動的光散乱（ＤｙｎａｍｉｃＬｉｇｈｔＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＤＬＳ）を測定した。ＤｅｌｓａＮａｎｏＨＣ（ベックマンコールター社製）を用いて、ＴＨＦ中、摂氏２０度で測定を行った。結果を図１に示す。ＤＬＳピーク値は、各集積体において５０〜７０ｎｍ程度であることが確認された。

（フッ素化チオール提示金粒子集積体の観察）
上述の通り得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液をＴＥＭ電子顕微鏡用グリッドメッシュ（エラスチックカーボン支持膜、ＳＴＥＭ１００Ｃｕグリッド、グリッドピッチ１００μｍ）に展開し、風乾させた。電子顕微鏡（ＨＤ−２０００、日立製作所社製）により加速電圧２００ｋＶでフッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体を観察した。結果を図２Ａ−Ｄに示す。図２ＢのＳＥＭイメージにより、球形構造体表面が粒子で覆われていることが確認され、３次元的な球形構造体が形成されていることが確認された。また、図２ＣのＴＥＭイメージにより、球形構造体の内部が透けて見えていることが確認され、前述のＳＥＭイメージの結果と併せることで、中空体状の球形構造体が形成されていることが確認された。また、この球形構造体の直径は、約１００ｎｍであった。さらに、図２ＤのＴＥＭイメージにより、直径２００〜４００ｎｍ程度の球形構造体の存在も確認された。このことから、フッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示粒子集積体が、３次元的な球形構造体を形成していることが、乾燥状態において確認された。

（フッ素化チオール提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液の吸光度測定）
溶液中において粒子集積体が形成されているか確認するために、上述の通り得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液、フッ素化チオール（ＰＥＧ３）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液、フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液の吸光度、及びコントロールとして作成したドデカンチオール提示金粒子ＴＨＦ溶液の吸光度を、各溶液でほぼ同一の金ナノ粒子濃度において、紫外可視分光光度計（ＵＶ−１６５０ＰＣ、島津製作所社製）を用いて測定した。なお、ドデカンチオール提示金粒子は、フッ素化セグメント及びＰＥＧセグメントを有しない。結果を図３及び表１に示す。ドデカンチオール提示金粒子ＴＨＦ溶液の吸光度に比して、フッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液、フッ素化チオール（ＰＥＧ３）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液、及びフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液の吸光度は、長波長側にシフトしていることが確認された。このことから、溶液中において粒子集積体が形成されていることが確認された。

（フッ素化チオール提示金粒子集積体の被覆率測定）
上述の通り得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液を用いて、金属コアである金粒子表面におけるＰＥＧ２−ＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨの被覆率を、測定した。測定には、ＩＣＰ発光分析装置（ＩＣＰＥ−９０００、島津製作所製）を用いた。

上述の通り得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液を王水に溶解させ、高周波誘導結合プラズマにより燃焼させることで、金原子及び硫黄原子の成分比を求めた。該成分比から、表面に提示されている金原子の原子数に基づき、被覆率を算出した。その結果、被覆率は５８．１％であった。

（Ｘ線小角散乱（ＳＡＸＳ）分析）
前述で得られた粒子集積体が中空体であることをさらに確認するために、上述の通り得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液を用いて、Ｘ線小角散乱（ＳＡＸＳ：Ｓｍａｌｌ−ａｎｇｌｅＸ−ｒａｙｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）分析を行った。具体的には、該粒子集積体のＸ線散乱強度の実測値と、コアーシェルモデルのＸ線散乱強度（フィッティング）とを比較して、ＳＡＸＳ散乱プロファイルが一致するか否かを検討した。該粒子集積体のＸ線散乱強度の測定には、Ｘ−ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒＮＡＮＯ−Ｖｉｅｗｅｒ（リガク社製）を用いた（測定条件；カメラ長：６００ｍｍ、露光時間：３時間、検出：イメージングプレート、Ｘ線波長：０．１５４２ｎｍ）。また、分析には、解析ソフトであるＮＡＮＯ−Ｓｏｌｖｅｒ（Ｖｅｒ３．４）（リガク社製）を用いた。

以下、ＳＡＸＳ分析について説明する。Ｘ線散乱強度（Ｉ（ｑ））は、散乱体の形状及びサイズ（形状因子（Ｆ（ｑ））を反映する）並びに散乱体間距離（構造因子（Ｓ（ｑ））を反映する）に依存し、下記式で表される。
（ｑ：散乱ベクトル、λ：Ｘ線波長、θ：散乱ビームと入射ビームとの間の角度の半分）
この場合、形状因子のみが考慮される。散乱体モデルがコアーシェルモデルの場合、形状因子は下記式で表される。
（Ｒ：シェルの内側半径、ｄ：シェルの厚さ、ρ_０：シェル外側の密度、ρ_１：シェルの密度、ρ_２：シェル内側の密度（図４））
各パラメータは、以下の通り固定された；ρ_０＝０．８９ｇ／ｃｍ^３（ＴＨＦ）、ρ_１＝１９．３２ｇ／ｃｍ^３（Ａｕ）、ρ_２＝０．８９ｇ／ｃｍ^３（ＴＨＦ）、ｄ＝１０ｎｍ。

該粒子集積体のＸ線散乱強度の実測値とフィッティングとを比較した曲線を図５に示す。実測値の曲線とフィッティングの曲線とは、ほぼ一致していた。このことから、該粒子集積体は中空体であることが確認された。

〔比較例〕
ＰＥＧセグメントを有しないＦＴＥＧ−Ｃ１１−ＳＨ、又はフッ素化セグメントを有しないＰＥＧ４−Ｃ１１−ＳＨと５ｎｍ金クエン酸コロイド溶液とを各々混合して、上述と同様に配位子交換反応を行い、ＰＥＧセグメントを有しない金粒子溶液又はフッ素化セグメントを有しない金粒子溶液を得た。ＰＥＧセグメントを有しない金粒子及びフッ素化セグメントを有しない金粒子は、各々下記に示される。

電子顕微鏡を用いて前述と同様に各々の粒子を観察した。結果を図６Ａ及び６Ｂに示す。図６Ａは、ＰＥＧセグメントを有しない金粒子の電子顕微鏡像、図６Ｂはフッ素化セグメントを有しない金粒子の電子顕微鏡像である。両粒子とも、粒子集積体を形成していないことが確認された。このことから、フッ素化セグメント（第１のセグメント）とＰＥＧセグメント（第２のセグメント）とを備える表面修飾剤を用いることで、粒子の自己組織化が実現し、粒子集積体を得ることが可能であることが明らかとなった。

本発明による中空粒子集積体の、基板上におけるラマン活性散乱増強作用について検討した。

実施例１で得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液８０μＬにクリスタルバイオレット（ＣＶ）１０μＬを加え、ＴＨＦに溶解させた。溶解１時間後、この溶解液をシリコン基板（ケイ素／ウェ−ハφ１００×０．５ｍｍ，Ｌｏｗ，１１１，Ｎ−ｔｙｐｅ、ニラコ社製）上に滴下し、溶媒を乾燥させたものを用いて、励起波長５３２ｎｍ、対物レンズ５０倍、レーザー出力１０％、積算時間５秒にてラマンシフトを測定した（測定装置：顕微ラマンマイクロスコープシステムｉｎＶｉａＲｅｆｌｅｘ、レニショー社製）。コントロールとして、実施例１で用いた５ｎｍ金クエン酸コロイド溶液及びＣＶを上述と同様のシリコン基板上に滴下したものを用いて、ラマンシフトを測定した。その結果、図７に示されるように、５ｎｍ金クエン酸コロイド溶液ではＣＶ由来のピークが検出されなかったが、フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液では、ＣＶ由来のピークが検出された。このことから、フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体は、ラマン散乱活性を増強させることが確認された。つまり、フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体は、基板上に展開された場合において、局在表面プラズモン共鳴による光吸収を増強させることが明らかとなった。

本発明による中空粒子集積体の、溶液中におけるラマン活性散乱増強作用について検討した。

以下のサンプル（ａ）〜（ｄ）を各々調製した。
（ａ）：ＴＨＦにＣＶのみを添加した（ＣＶ濃度：１×１０^−５μＭ）。
（ｂ）：実施例１で得られたドデカンチオール提示金粒子ＴＨＦ溶液にＣＶを添加した（ＣＶ濃度：１×１０^−５μＭ）。
（ｃ）：実施例１で得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液にＣＶを添加した（ＣＶ濃度：１×１０^−５μＭ）。
（ｄ）：フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体の中空部分にＣＶを内包させた、ＣＶ内包型粒子集積体を調製した。具体的には、実施例１（配位子交換反応及び自己組織化）で用いるＴＨＦを、上述の（ａ）に換える以外は実施例１と同様にして、ＣＶ内包型粒子集積体を得た。

上記のサンプル（ａ）〜（ｄ）を用いて、ＴＨＦ溶液中のＣＶ（１×１０^−５μＭ）のラマンシフトを、励起波長５３２ｎｍ、対物レンズ２０倍、レーザー出力５％、積算時間１０秒にて測定した（測定装置：顕微ラマンマイクロスコープシステムｉｎＶｉａＲｅｆｌｅｘ、レニショー社製）。結果を図８に示す。図８において、丸印は、ＣＶ由来のラマンシグナルを表す。（ｃ）及び（ｄ）においては、（ａ）及び（ｂ）に比して、ラマン散乱活性が増強された。また、（ｄ）では（ｃ）に比して、さらにラマン散乱活性が増強された。

以上より、フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体は、溶液中に存在する場合において、局在表面プラズモン共鳴による光吸収を増強させることが明らかとなった。また、フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体の中空部分にＣＶを内包させることで、より高い光吸収増強効果が得られることが示された。

フッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体を各溶媒に置換した場合の球形構造体形成について比較した。

実施例１で得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ４）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液について、１０，０００ｒｐｍ、４℃で５分間遠心分離を行った。マイクロピペッターで上清を除いた後、ペレットに酢酸エチル、ジクロロメタン、アセトン、ブタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）の各置換溶媒を加え、上述と同様に約１０秒間超音波に暴露させることで各置換溶媒に置換した。これを上述と同様のＴＥＭ電子顕微鏡用グリッドメッシュに滴下し、半日以上乾燥させ、上述と同様に電子顕微鏡にて観察した。結果を表２に示す。アセトン及びＤＭＦでは、球形構造体のものと球形構造体が崩れたものとが混在しており、視野内において球形構造体のものが全体の５０％程度みられた。酢酸エチル、ジクロロメタン、ブタノール、メタノールでは、球形構造体が良好に維持されていた。このことから、本発明による中空粒子集積体は、置換溶媒中においても、粒子集積体が形成された状態を安定的に維持できることが明らかとなった。

エポキシ樹脂に包埋されたフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体の安定性を評価した。

実施例１で得られたフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体ＴＨＦ溶液５０μＬとエポキシ樹脂（Ｅｐｏｋ８１２、応研商事社）４５０μＬとを混合し、６０℃で１２時間硬化させることにより、エポキシ樹脂にフッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体を包埋させた。硬化反応前のエポキシ樹脂の色は紫色であったが、硬化反応後１カ月間室温にて置かれたエポキシ樹脂の色は、依然として紫色であった。

以上より、フッ素化チオール（ＰＥＧ２）提示金粒子集積体は、エポキシ樹脂に包埋された状態においても、粒子集積体が形成された状態を安定的に維持できること、及びエポキシ樹脂中にて均一に分布していることが明らかとなった。これらのことから、この樹脂を、光センシング材料として利用できることが考えられる。

以上説明したように、本発明による中空粒子集積体、光増強素子及び光化学反応を利用する装置は、簡便な操作により製造することができ、かつ光増強効果に優れる。また、本発明による中空粒子集積体の製造方法は、簡便な操作により実施することができる。

なお、本発明は、本発明の広義の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、２０１１年２月２２日に出願された日本国特許出願２０１１−０３６４６８号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１１−０３６４６８号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

Claims

金属コアが、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基を含む第１のセグメントと、少なくとも１つの親水性基を有し前記第１のセグメントの主鎖の一端に結合している第２のセグメントと、前記第１のセグメントの主鎖の他端に直接又は間接に結合されかつ前記金属コアと結合可能な官能基と、を備える金属コアの表面修飾剤で修飾されている、
ことを特徴とする自己組織化可能な粒子が複数集積されてなる中空粒子集積体。
前記金属コアの表面修飾剤が、
一般式Ｒ_ｔ−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−Ｒ_ｆ−Ｒ_ａ−Ｘ
〔式中、Ｒ_ｔは水素原子、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシル基又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ_ｈは炭素数２〜６の分岐していてもよいアルキレン基を表し、Ｒ_ｆは下記一般式（１）及び（２）
からなる群より選択され、Ｒ_ａは炭素数３〜１８の直鎖アルキル、炭素数３〜１８の分岐アルキル又は炭素数３〜１８のアラルキルを表し、Ｘはチオール基、シアノ基、ジチオール基、アミノ基又はイソシアノ基を表し、Ｙ_１及びＹ_２は水素原子又はフッ素原子を表しかつＹ_１及びＹ_２のうち少なくとも１つはフッ素原子であり、ｌは１〜１２の整数を表し、ｍは１〜１２の整数を表し、ｎは１〜６の整数を表し、−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−は環状基を含む〕
で表される、
ことを特徴とする請求項１に記載の中空粒子集積体。
略球体である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空粒子集積体。
前記略球体の直径は、３０〜４００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項３に記載の中空粒子集積体。
前記金属コアは、金、白金、銀、銅、鉄又は半導体量子ドットを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の中空粒子集積体。
配位子を表面に有する金属コアと、分岐していてもよいフッ素化アルキレングリコール基、分岐していてもよいフッ素化アルキレン基又は分岐していてもよいフッ素化アザアルキレン基を含む第１のセグメントと、少なくとも１つの親水性基を有し前記第１のセグメントの主鎖の一端に結合している第２のセグメントと、前記第１のセグメントの主鎖の他端に直接又は間接に結合されかつ前記金属コアと結合可能な官能基と、を備える金属コアの表面修飾剤と、を溶媒中で混合させる工程を含む、
ことを特徴とする粒子集積体の製造方法。
前記金属コアの表面修飾剤が、
一般式Ｒ_ｔ−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−Ｒ_ｆ−Ｒ_ａ−Ｘ
〔式中、Ｒ_ｔは水素原子、ヒドロキシル基、炭素数１〜４のアルコキシル基又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ_ｈは炭素数２〜６の分岐していてもよいアルキレン基を表し、Ｒ_ｆは下記一般式（１）及び（２）
からなる群より選択され、Ｒ_ａは炭素数３〜１８の直鎖アルキル、炭素数３〜１８の分岐アルキル又は炭素数３〜１８のアラルキルを表し、Ｘはチオール基、シアノ基、ジチオール基、アミノ基又はイソシアノ基を表し、Ｙ_１及びＹ_２は水素原子又はフッ素原子を表しかつＹ_１及びＹ_２のうち少なくとも１つはフッ素原子であり、ｌは１〜１２の整数を表し、ｍは１〜１２の整数を表し、ｎは１〜６の整数を表し、−（Ｒ_ｈ−Ｏ）_ｌ−は環状基を含む〕で表される、
ことを特徴とする請求項６に記載の粒子集積体の製造方法。
前記工程の後に、前記溶媒を置換溶媒に置換させる工程をさらに含む、請求項６又は７に記載の粒子集積体の製造方法。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の中空粒子集積体を含む光増強素子。
請求項９に記載の光増強素子を備える、光化学反応を利用する装置。