JP6661871B2 - Method for producing noble metal nanoparticle multimer, method for recovering noble metal nanoparticle isomer, method for controlling absorption spectrum of noble metal nanoparticle isomer, and method for controlling optical characteristics of noble metal nanoparticle isomer - Google Patents

Method for producing noble metal nanoparticle multimer, method for recovering noble metal nanoparticle isomer, method for controlling absorption spectrum of noble metal nanoparticle isomer, and method for controlling optical characteristics of noble metal nanoparticle isomer Download PDF

Info

Publication number
JP6661871B2
JP6661871B2 JP2017197425A JP2017197425A JP6661871B2 JP 6661871 B2 JP6661871 B2 JP 6661871B2 JP 2017197425 A JP2017197425 A JP 2017197425A JP 2017197425 A JP2017197425 A JP 2017197425A JP 6661871 B2 JP6661871 B2 JP 6661871B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
noble metal
metal nanoparticle
multimer
isomer
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017197425A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019070188A (en
Inventor
惠子 江刺家
惠子 江刺家
Original Assignee
惠子 江刺家
惠子 江刺家
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 惠子 江刺家, 惠子 江刺家 filed Critical 惠子 江刺家
Priority to JP2017197425A priority Critical patent/JP6661871B2/en
Publication of JP2019070188A publication Critical patent/JP2019070188A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6661871B2 publication Critical patent/JP6661871B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

本技術は、貴金属ナノ粒子多量体の製造方法、貴金属ナノ粒子同量体の回収方法、貴金属ナノ粒子同量体の吸収スペクトル制御方法、及び貴金属ナノ粒子同量体の光学的特性の制御方法に関する。   The present technology relates to a method for producing a precious metal nanoparticle multimer, a method for recovering a precious metal nanoparticle isomer, a method for controlling the absorption spectrum of the precious metal nanoparticle isomer, and a method for controlling the optical characteristics of the precious metal nanoparticle isomer. .

半導体を中心とするエレクトロニクス、医療など様々な分野においてナノスケール材料の必要性がますます高まっている。ナノスケールの大きさを持つ材料を集積化することで新たな機能を発現させることができる。このため、集積化技術や集積化構造体は注目すべき技術や材料となっている(特許文献1参照)。   There is an increasing need for nanoscale materials in various fields such as semiconductors, electronics and medicine. By integrating materials having a nanoscale size, new functions can be developed. For this reason, the integration technology and the integrated structure are notable technologies and materials (see Patent Document 1).

ナノスケールの材料、例えば半導体ナノ粒子や金属ナノ粒子は、その量子効果によって、新たな機能をもたらしてきた。ここで、「ナノスケールの材料」とは、1〜100nmの粒径の範囲の材料をいう。ナノスケールの材料である金属ナノ粒子はその半径に相当する大きさの局在光(近接場光)を発生させることができ、大きさや形状により大きな電場や吸収波長などの光学的特性を持ち合わせている。また、金属ナノ粒子同士の間隔を数1〜10nmで結合させた構造体は、間隙中に大きな電場や非常に明るい近接場光を発生させ、光学的特性を制御することが可能である。   Nanoscale materials, such as semiconductor nanoparticles and metal nanoparticles, have provided new functions due to their quantum effects. Here, “nano-scale material” refers to a material having a particle size in the range of 1 to 100 nm. Metal nanoparticles, which are nanoscale materials, can generate localized light (near-field light) of a size corresponding to their radius, and have optical characteristics such as a large electric field and absorption wavelength depending on their size and shape. I have. In addition, a structure in which the metal nanoparticles are coupled to each other with a spacing of several to 10 nm can generate a large electric field or very bright near-field light in the gap, and can control optical characteristics.

ナノスケールの材料は、光デバイス、高感度センサー、触媒、エネルギー、イメージングなど光エレクトロニクスへ応用が期待されている。これらへ応用するためには、金属ナノ構造体の大きさ、形状、間隔を制御することが技術的に求められる。金属ナノ粒子の形状をナノロッドにすることは、感度を飛躍的に増強させることとなり、光学的特性の制御が可能になることから大きな関心が寄せられている。しかしながら、ナノロッドは大きさ、形状にばらつきがあり、感度や光学特性を均一に保つことができない。また、生体内の使用における毒性も懸念されている。金属ナノ粒子同士の間隔を制御する方法の現状としては、基板上において主に行われており、化学的、物理的な方法などが数多くの提案されている(特許文献2参照、)。しかしながら、これらの提案されている手法は、固定技術を用いるため使用用途が限られてしまう。   Nanoscale materials are expected to be applied to optoelectronics such as optical devices, high-sensitivity sensors, catalysts, energy, and imaging. In order to apply to these, it is technically required to control the size, shape, and interval of the metal nanostructure. Making the shape of the metal nanoparticle into a nanorod greatly enhances the sensitivity, and it is possible to control the optical characteristics. However, nanorods vary in size and shape, and cannot maintain uniform sensitivity and optical characteristics. In addition, there is a concern about toxicity in use in a living body. The current state of the method of controlling the distance between metal nanoparticles is mainly performed on a substrate, and many chemical and physical methods have been proposed (see Patent Document 2). However, these proposed methods have limited uses because of the use of fixing techniques.

分散溶液中で、構造体(多量体)を大きさ、形状、間隔を制御し、感度や光学特性を均一に保つことがでれば、さまざまな溶媒中で使用することが可能となる。これは他の物質との複合体を形成することによる乗的効果も期待され、またインビボ、インビトロといった生態水系で使用することもできる。このことから今後の多くの分野での発展が期待される。   In a dispersion solution, if the structure (multimer) can be controlled in size, shape, and interval to maintain uniform sensitivity and optical characteristics, it can be used in various solvents. This is expected to have a synergistic effect by forming a complex with other substances, and can be used in ecological water systems such as in vivo and in vitro. From this, development in many fields is expected in the future.

特開2012−2510号公報JP 2012-2510 A 国際公開第2011/135924号International Publication No. 2011/135924

本発明は、液中において大きさ、形状が揃った貴金属ナノ粒子の粒子間距離を制御し結合させることにより、均一な特性を持ち合わせた貴金属粒子多量体の製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing a precious metal particle multimer having uniform characteristics by controlling the distance between particles of precious metal nanoparticles of uniform size and shape in a liquid and binding them. .

本発明は課題を解決するため、以下の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法を提供する。
本発明の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法は、
表面に反応基を有するアルキル鎖が結合した貴金属ナノ粒子を溶媒中で分散させる工程と、
前記溶媒を高塩濃度の溶媒に置換することで貴金属ナノ粒子多量体を得る工程と、
を含む。
In order to solve the problem, the present invention provides the following method for producing a noble metal nanoparticle polymer.
The method for producing a noble metal nanoparticle polymer of the present invention,
A step of dispersing in a solvent noble metal nanoparticles bonded to an alkyl chain having a reactive group on the surface,
Step of obtaining a noble metal nanoparticle polymer by replacing the solvent with a solvent having a high salt concentration,
including.

均一な特性を持ち合わせた貴金属粒子多量体の製造方法を提供することができる。   It is possible to provide a method for producing a precious metal particle multimer having uniform characteristics.

本発明の実施形態である貴金属ナノ粒子多量体の製造方法を説明するための模式図であり、(a)は貴金属ナノ粒子多量体の製造工程を示す模式図であり、(b)は製造された貴金属ナノ粒子二量体を示す模式図であり、(c)は(b)における結合部の拡大図である。It is a mimetic diagram for explaining the manufacturing method of the noble metal nanoparticle multimer which is an embodiment of the present invention, (a) is a schematic diagram showing a manufacturing process of a noble metal nanoparticle multimer, (b) is manufactured It is a schematic diagram which shows the noble metal nanoparticle dimer, and (c) is an enlarged view of the bonding part in (b). 本発明の貴金属ナノ粒子の多量体分散液を、電気泳動法により同量体の回収方法を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for recovering the isomer of a multimeric dispersion of noble metal nanoparticles of the present invention by electrophoresis. 本発明の30nm、40nm、50nm貴金属ナノ粒子におけるアルキル鎖長−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH15−の有機分子で結合した多量体分散液のアガロースゲル電気泳動画像である。30nm of the present invention, 40 nm, the alkyl chain length in 50nm noble metal nanoparticles - (CH 2) 5 -, - (CH 2) 7 -, - (CH 2) 10 -, - (CH 2) 15 - in organic molecules 3 is an agarose gel electrophoresis image of a bound multimeric dispersion. 本発明の30nm、40nm、50nm貴金属ナノ粒子におけるアルキル鎖長−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH15−の有機分子で結合した二量体の吸収スペクトルである。30nm of the present invention, 40 nm, the alkyl chain length in 50nm noble metal nanoparticles - (CH 2) 5 -, - (CH 2) 7 -, - (CH 2) 10 -, - (CH 2) 15 - in organic molecules It is an absorption spectrum of a bound dimer. 本発明の40nm貴金属ナノ粒子におけるアルキル鎖長−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH15−の有機分子で結合した二量体のクライオTEM法による粒子間距離観察写真である。Alkyl chain length of 40nm noble metal nanoparticles of the present invention - (CH 2) 5 -, - (CH 2) 7 -, - (CH 2) 10 -, - (CH 2) 15 - dimer bound in organic molecules It is a photograph of distance observation between particles of a body by a cryo-TEM method. 本発明の40nm貴金属ナノ粒子におけるアルキル鎖長−(CH−、−(CH−の有機分子で結合した単量体、二量体、三量体の吸収スペクトルである。Alkyl chain length of 40nm noble metal nanoparticles of the present invention - (CH 2) 5 -, - (CH 2) 7 - monomers bound in organic molecules, dimers, the absorption spectrum of the trimer. 本発明の40nm貴金属ナノ粒子におけるアルキル鎖長−(CH−の有機分子で結合した二量体を0.5xTBE緩衝液、アセトン、エタノール溶媒に分散させた吸収スペクトルである。Alkyl chain length of 40nm noble metal nanoparticles of the present invention - (CH 2) 7 - 0.5xTBE buffer dimer bound organic molecule, the absorption spectrum dispersed acetone, ethanol solvent.

以下、図1を参照しながら、本発明の実施形態である、貴金属ナノ粒子多量体分散液製造法を説明する。なお、図1は、本発明の実施形態である貴金属ナノ粒子多量体の製造方法を説明するための模式図であり、(a)は貴金属ナノ粒子多量体の製造工程を示す模式図であり、(b)は製造された貴金属ナノ粒子二量体を示す模式図であり、(c)は(b)における貴金属ナノ粒子二量体の結合部の拡大図である。     Hereinafter, a method for producing a noble metal nanoparticle multimer dispersion, which is an embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method for producing a noble metal nanoparticle multimer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (a) is a schematic diagram showing a process for producing a noble metal nanoparticle multimer. (B) is a schematic diagram showing a manufactured noble metal nanoparticle dimer, and (c) is an enlarged view of a bonding portion of the noble metal nanoparticle dimer in (b).

本発明の貴金属ナノ粒子1の大きさは10〜100nmの粒径範囲であることが望ましく、形状は粒径、球状にばらつきがないこと、また凝集などなく分散していることが好ましい。使用する光の波長において呈色特性の良好な貴金属ナノ粒子を選択することが好ましく、中でも金ナノ粒子は、自然光においてプラズモン共鳴による赤色の呈色を示すことから、視確しやすく好ましく利用することができる。   The size of the noble metal nanoparticles 1 of the present invention is desirably in a particle size range of 10 to 100 nm, and it is preferable that the shape has no variation in particle size and sphere, and that the particles are dispersed without aggregation. It is preferable to select a noble metal nanoparticle having good coloration characteristics at the wavelength of light to be used, and among them, gold nanoparticle shows red coloration due to plasmon resonance in natural light, so that it is easy to see and preferably used. Can be.

以下、貴金属ナノ粒子1は金ナノ粒子1である場合を例に説明する。   Hereinafter, the case where the noble metal nanoparticles 1 are the gold nanoparticles 1 will be described as an example.

金ナノ粒子1の分散液を遠心分離2により沈殿させ、塩(無機塩、有機塩)を含む溶媒3に分散させる。貴金属ナノ粒子は粒子径の大きさに伴い遠心分離の回転数、塩濃度による凝集が発生しやすくなることから、粒径ごとに最適な回転数と塩濃度を使用することが好ましい。使用回転数は1000rpm〜12000rpm、使用塩濃度は10mM〜80mMである。   A dispersion of the gold nanoparticles 1 is precipitated by centrifugation 2 and dispersed in a solvent 3 containing a salt (inorganic salt, organic salt). Since the noble metal nanoparticles tend to be aggregated due to the rotation speed of centrifugation and the salt concentration as the particle size increases, it is preferable to use the optimum rotation speed and salt concentration for each particle size. The rotation speed used is 1000 rpm to 12000 rpm, and the salt concentration used is 10 mM to 80 mM.

上記金ナノ粒子の分散液に、有機分子4を加える。有機分子4はチオール基、ジスルフィド基などの連結分子5を有し、金ナノ粒子表面と連結する。連結可能な官能であれば特に制限されず、チオール基5は貴金属ナノ粒子と接合しやすく強固に接合することができる。   Organic molecules 4 are added to the gold nanoparticle dispersion. The organic molecule 4 has a connecting molecule 5 such as a thiol group or a disulfide group, and is connected to the gold nanoparticle surface. The functional group is not particularly limited as long as it can be connected, and the thiol group 5 can be easily bonded to the noble metal nanoparticle and can be firmly bonded.

連結分子5を有する有機分子4のアルキル鎖同士は、ファンデルワールス力や疎水性相互作用などの分子間力相互作用のより、分子が集合し親和的に働き自己組織化的に単分子層を形成する。基板上に形成した場合の単分子膜は、このアルキル鎖のメチレンユニット(−CH−)数が一つ増減するごとに0.2nm膜厚が変化するとされている。 The alkyl chains of the organic molecule 4 having the linking molecule 5 form a monomolecular layer by self-assembly due to the aggregation of the molecules due to intermolecular force interaction such as van der Waals force and hydrophobic interaction. Form. It is said that the monomolecular film formed on the substrate changes in thickness by 0.2 nm each time the number of methylene units (—CH 2 —) in the alkyl chain increases or decreases by one.

連結分子を有する有機分子4は3以上20以下の炭素を備えたアルキル鎖6を有していることが好ましい。このアルキル鎖のメチレンユニット(−CH−)数により粒子間距離を0.5〜4nm程で制御できる。 The organic molecule 4 having a linking molecule preferably has an alkyl chain 6 having 3 to 20 carbons. The distance between particles can be controlled to about 0.5 to 4 nm by the number of methylene units (—CH 2 —) in the alkyl chain.

有機分子4のアルキル鎖の末端官能基はカルボン酸7であることが望ましい。7ではカルボキシル基として示してあるが、塩を含む溶媒3中ではCOOとして存在する。末端が負の電荷により有することにより、金ナノ粒子1は反発し緩衝液溶媒中で分散を保つことができる。 The terminal functional group of the alkyl chain of the organic molecule 4 is desirably carboxylic acid 7. In FIG. 7, it is shown as a carboxyl group, but exists as COO − in the solvent 3 containing a salt. When the terminal has a negative charge, the gold nanoparticle 1 repels and can maintain the dispersion in the buffer solvent.

金ナノ粒子1と有機分子4連結温度8を30〜60℃にすることが好ましい。   The connection temperature 8 between the gold nanoparticles 1 and the organic molecules 4 is preferably set to 30 to 60 ° C.

金ナノ粒子1と有機分子4の連結時間9を30分〜3時間であることが好ましい。   The connection time 9 between the gold nanoparticles 1 and the organic molecules 4 is preferably 30 minutes to 3 hours.

上記後、有機分子4と金ナノ粒子1は連結し複合体10を形成する。速やかに結合されなかった有機分子11を除くため、塩を含む溶媒3で洗浄12を行う。   After the above, the organic molecule 4 and the gold nanoparticle 1 are connected to form the complex 10. Washing 12 is performed with a solvent 3 containing a salt in order to remove the organic molecules 11 that have not been quickly bound.

洗浄12後、金ナノ粒子複合体10に塩を含む溶媒13に分散させる。連結時の塩を含む溶媒3より塩濃度を高濃度にし、使用塩濃度は40mM〜320mMであることが好ましい。   After washing 12, the gold nanoparticle composite 10 is dispersed in a solvent 13 containing a salt. It is preferable that the salt concentration is higher than that of the solvent 3 containing the salt at the time of connection, and the salt concentration used is 40 mM to 320 mM.

塩濃度上げることにより、金ナノ粒子同士が近づきそれぞれに連結したアルキル鎖6が分子間力相互作用により集合し結合することから、金属ナノ粒子多量体を形成することができる。このアルキル鎖6により粒子間距離を一定に保つことができ、アルキル鎖のメチレンユニット(−CH−)の数を増減することで粒子間距離を制御するこができる。 By increasing the salt concentration, the gold nanoparticles approach each other, and the alkyl chains 6 connected to each other are assembled and bonded by the intermolecular force interaction, so that a metal nanoparticle multimer can be formed. The distance between particles can be kept constant by the alkyl chain 6, and the distance between particles can be controlled by increasing or decreasing the number of methylene units (—CH 2 —) in the alkyl chain.

上記分散液を温度70〜120℃で1〜7分間、アニーリング14を行う。アニーリングは金ナノ粒子多量体の結合効率を増加させることができる。   The above dispersion is annealed 14 at a temperature of 70 to 120 ° C. for 1 to 7 minutes. Annealing can increase the binding efficiency of the gold nanoparticle multimer.

上記分散液は、アニーリング後室温に15分以上放置する。   The above dispersion is left at room temperature for 15 minutes or more after annealing.

上記分散液は塩を含まない溶媒15で洗浄12する。塩を除くことにより、結合部位は一定距離に保ちつつ、分散液中で分散した金ナノ粒子多量体(単量体16、二量体17、三量体18など)を含む分散液19を製造することができる。   The dispersion is washed 12 with a salt-free solvent 15. By removing the salt, a dispersion 19 containing a gold nanoparticle polymer (monomer 16, dimer 17, trimer 18, etc.) dispersed in the dispersion is produced while keeping the binding site at a fixed distance. can do.

金ナノ粒子多量体分散液19は、単一金ナノ粒子のプラズモン共鳴による赤色の呈色から、赤紫〜紫色に変化する。この色の変化は粒子径とアルキル鎖のメチレンユニット(−CH−)数の違いで異なる。 The gold nanoparticle multimer dispersion liquid 19 changes from red coloration by plasmon resonance of the single gold nanoparticles to reddish purple to purple color. This color change methylene units of the particle size and the alkyl chain - different difference numbers (-CH 2).

以下、図2を参照しながら、本発明の実施形態である、貴金属ナノ粒子同量体分散液の分離、回収方法を説明する。なお、図2は、本発明の貴金属ナノ粒子の多量体分散液を、電気泳動法により同量体の回収方法を示す模式図である。   Hereinafter, a method for separating and recovering an isomer dispersion of noble metal nanoparticles, which is an embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for recovering the isomer of the multimeric dispersion of the noble metal nanoparticles of the present invention by electrophoresis.

金ナノ粒子多量体分散液19は遠心分離2により沈殿させ、沈殿した金ナノ粒子多量体をゲル電気泳動法21により精製分離を行う。金ナノ粒子の多量体19は粒子数により移動度が異なるため、ゲル22上でバンドとなり分離することができる。粒子数が少ない程先に移動し、単量体16、二量体17、三量体18、四量体の順となり、この分離状態で金ナノ粒子多量体分散液19の製造効率を確認できる。分離した単量体バンド16は赤色を呈し、多量体(二量体17、三量体18、四量体等)のバンドは赤紫〜紫色である。この色の変化は粒子径とアルキル鎖のメチレンユニット(−CH−)数の違いで異なる。 The gold nanoparticle polymer dispersion 19 is precipitated by centrifugation 2, and the precipitated gold nanoparticle polymer is purified and separated by gel electrophoresis 21. Since the mobility of the polymer 19 of gold nanoparticles varies depending on the number of particles, the polymer 19 can be separated into a band on the gel 22. The smaller the number of particles, the faster the movement, the order of the monomer 16, the dimer 17, the trimer 18, and the tetramer. In this separated state, the production efficiency of the gold nanoparticle polymer dispersion 19 can be confirmed. . The separated monomer band 16 is red, and the bands of multimers (dimer 17, trimer 18, tetramer, etc.) are purple-purple. This color change methylene units of the particle size and the alkyl chain - different difference numbers (-CH 2).

金ナノ粒子多量体分散液19は単量体16、二量体17、三量体18、四量体など粒子数の異なる多量体を含んでいる。この分散液19から同一粒子数の多量体分散液(同量体分散液)27にする製造法としては、ゲル22作成時に、沈殿した金ナノ粒子多量体19を注入する注入ウェル23の下流の位置に回収用ウェル24を作成する。このゲル22を緩衝液の入った電気泳動槽に入れ、遠心分離2により沈殿させた金ナノ粒子多量体19を注入ウェル23に注入し、一方から電圧26をかける。これによりゲル上で分離した目的とする多量体のバンド部分が回収用ウェル24に到達したときに、ピペットマン25等で吸い上げ回収することにより、金ナノ粒子の同量分散液27を得ることができる。   The gold nanoparticle multimer dispersion 19 contains multimers having different particle numbers, such as a monomer 16, a dimer 17, a trimer 18, and a tetramer. As a production method of converting the dispersion 19 into a multimer dispersion liquid (equivalent dispersion liquid) 27 having the same number of particles, a method of preparing a gel 22 is provided at the downstream of the injection well 23 into which the precipitated gold nanoparticle multimer 19 is injected. A collection well 24 is created at the position. The gel 22 is placed in an electrophoresis tank containing a buffer, and the gold nanoparticle polymer 19 precipitated by centrifugation 2 is injected into the injection well 23, and a voltage 26 is applied from one side. Thereby, when the band portion of the target multimer separated on the gel reaches the collection well 24, the same amount dispersion liquid 27 of the gold nanoparticles can be obtained by sucking and collecting with the pipetteman 25 or the like. .

回収された同量体分散液27を遠心分離2により塩を含まない溶媒15により洗浄12し、分散溶媒28に分散させることができる。この分散溶媒27としては、水、緩衝液、アルコール類、有機溶媒等、多量体の構造等変化させないもの、プラズモン共鳴が起こらないもの、凝集が発生しないなどであれば変えることができる。   The recovered isomer dispersion liquid 27 can be washed 12 with a solvent 15 containing no salt by centrifugation 2 and dispersed in a dispersion solvent 28. The dispersion solvent 27 can be changed as long as it does not change the structure of the multimer, such as water, buffer, alcohols, organic solvents, etc., does not cause plasmon resonance, or does not cause aggregation.

本発明の同量体分散液27は、粒子間距離を0.5〜4nmで結合しているため、金ナノ粒子の525nm付近の吸収スペクトルの他に長波長側に吸収スペクトルが得られる。この長波長側の吸収スペクトルは金ナノ粒子の粒子径と粒子間距離を保つ、アルキル鎖のメチレンユニット(−CH−)数により制御される。この長波長側の吸収波長により同量体分散液27は赤紫〜紫色の色である。 In the isomer dispersion liquid 27 of the present invention, since the distance between the particles is bound to each other at 0.5 to 4 nm, an absorption spectrum can be obtained on the longer wavelength side in addition to the absorption spectrum of the gold nanoparticles near 525 nm. The absorption spectrum on the longer wavelength side is controlled by the number of methylene units (—CH 2 —) in the alkyl chain, which keeps the particle size and the distance between the gold nanoparticles. Due to the absorption wavelength on the longer wavelength side, the isomer dispersion liquid 27 has a purple-violet color.

本発明の貴金属ナノ粒子の同量体分散液27は、結合部20に大きな電場や非常に明るい近接場光を発生させることができる。   The isomer dispersion liquid 27 of the noble metal nanoparticles of the present invention can generate a large electric field or very bright near-field light at the joint 20.

粒径30nm、40nm、50nmの田中貴金属工業製の中性タイプの金ナノ粒子分散溶液を用いた。金ナノ粒子濃度は30nm:3.7×1011/ml、40nm:1.6×1011/ml、50nm:8.0×1010/mlである。 A neutral type gold nanoparticle dispersion solution manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo with particle diameters of 30 nm, 40 nm, and 50 nm was used. Gold nanoparticle concentration is 30 nm: a 3.7 × 10 11 /ml,40nm:1.6×10 11 /ml,50nm:8.0×10 10 / ml.

この金ナノ粒子溶液にビス(p-スルホナトフェニル)フェニルホスフィン二水和物二カリウム塩(BSPP)を1mg/ml濃度になるように加え、50℃で1時間インキュベーション後、遠心分離により金ナノ粒子を沈殿させる。遠心分離の回転数は30nm:6500rpm、40nm:5000rpm、50nm:3500rpmで15分間行う。   Bis (p-sulfonatophenyl) phenylphosphine dihydrate dipotassium salt (BSPP) was added to this gold nanoparticle solution to a concentration of 1 mg / ml, incubated at 50 ° C. for 1 hour, and centrifuged to separate the gold nanoparticle. Let the particles settle. Centrifugation is performed at a rotation speed of 30 nm: 6500 rpm, 40 nm: 5000 rpm, and 50 nm: 3500 rpm for 15 minutes.

次に、この金ナノ粒子の沈殿物に、30nm:TBE50(50mM Nal、0.5xTBE、0.5mg/ml BSPP)、40nm:TBE40(40mM NaCl、0.5xTBE、0.5mg/ml BSPP)、50nm:TBE30(30mM NaCl、0.5xTBE、0.5mg/ml BSPP)の塩を含む緩衝液溶媒に再分散させる。   Next, 30 nm: TBE50 (50 mM NaI, 0.5 × TBE, 0.5 mg / ml BSPP), 40 nm: TBE40 (40 mM NaCl, 0.5 × TBE, 0.5 mg / ml BSPP) were added to the precipitate of the gold nanoparticles. 50 nm: redispersed in a buffer solvent containing a salt of TBE30 (30 mM NaCl, 0.5 × TBE, 0.5 mg / ml BSPP).

次に、この金ナノ粒子分散液に、アルカンチオールのアルキル鎖長−(CH−:5−カルボキシ−1−ペンタンチオール、−(CH−:7−カルボキシ−1−へプタンチオール、−(CH10−:10−カルボキシ−1−デカンチオール、−(CH15−:15−カルボキシ−1−ペンタデカンチオールをそれぞれ加え、50℃で1時間インキュベーションを行い金ナノ粒子表面に連結させる。 Then, the gold nanoparticle dispersion, alkyl chain length of alkanethiol - (CH 2) 5 -: 5- carboxy-1-pentane-thiol, - (CH 2) 7 - : 7- carboxy-1-heptanoic thiol, - (CH 2) 10 - : 10- carboxy-1-decanethiol, - (CH 2) 15 - : 15- carboxy-1 added pentadecane thiol respectively, gold nanoparticles for 1 h at 50 ° C. Connect to the surface.

次に、上記回転数で、15分間遠心分離を行い、結合されなかったアルカンチオールを除くため、上記塩を含む緩衝液溶媒で洗浄を行う。   Next, centrifugation is performed at the above-mentioned rotation speed for 15 minutes, and washing with a buffer solution containing the above-mentioned salt is performed to remove unbound alkanethiol.

次に、この金ナノ粒子の沈殿物に、30nm:TBE200(200mM NaCl、0.5xTBE、0.5mg/ml BSPP)、40nm:TBE160(160mM NaCl、0.5xTBE、0.5mg/ml BSPP)、50nm:TBE120(120mM NaCl、0.5xTBE、0.5mg/ml BSPP)の塩を含む緩衝液溶媒に再分散させ、92℃で5分間アニーリングを行う。   Next, 30 nm: TBE200 (200 mM NaCl, 0.5 × TBE, 0.5 mg / ml BSPP), 40 nm: TBE160 (160 mM NaCl, 0.5 × TBE, 0.5 mg / ml BSPP) were added to the precipitate of the gold nanoparticles. 50 nm: Redispersed in a buffer solvent containing a salt of TBE120 (120 mM NaCl, 0.5 × TBE, 0.5 mg / ml BSPP), and annealed at 92 ° C. for 5 minutes.

次に、室温に放置後、上記回転数、15分間遠心分離を行い、0.5xTBEにより塩を除くため洗浄を行う。これにより金ナノ粒子多量体を形成した分散液を得ることができた。   Next, after leaving at room temperature, centrifugation is performed for 15 minutes at the above rotation speed, and washing is performed with 0.5 × TBE to remove salts. Thereby, a dispersion liquid in which a gold nanoparticle multimer was formed was obtained.

この金ナノ粒子多量体分散液の製造効率は、金ナノ粒子多量体分散液を遠心分離し、アガロースゲル上にこの沈殿物を注入し電気泳動することにより確認する。電気泳動条件としては、1.5%アガロースゲル、0.5xTBE泳動バッファー、電圧175V、15分 フィコール400のローディングバッファーである。   The production efficiency of the gold nanoparticle polymer dispersion is confirmed by centrifuging the gold nanoparticle polymer dispersion, injecting the precipitate on an agarose gel, and performing electrophoresis. The electrophoresis conditions are 1.5% agarose gel, 0.5 × TBE running buffer, voltage of 175 V, loading buffer of Ficoll 400 for 15 minutes.

図3は、粒子径30nm、40nm、50nmのアルカンチオールのアルキル鎖長−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH15−における多量体分散液のアガロース電気泳動の結果画像である。少ない粒子数の順に移動し、単量体、二量体、三量体、四量体等分離されたバンドが確認できる。単量体バンドは赤色を呈し、二量体、三量体、四量体等バンドは赤紫から濃い紫を呈する。この多量体の色は粒子間を結合するアルカンチオールのアルキル鎖長により異なる。 FIG. 3 shows the alkyl chain lengths of alkanethiols having particle diameters of 30 nm, 40 nm, and 50 nm,-(CH 2 ) 5 -,-(CH 2 ) 7 -,-(CH 2 ) 10- , and-(CH 2 ) 15- . It is a result image of agarose electrophoresis of a multimer dispersion liquid. Moving in the order of smaller number of particles, bands separated from each other such as a monomer, a dimer, a trimer, and a tetramer can be confirmed. The monomer band exhibits red, and the bands such as dimer, trimer, and tetramer exhibit reddish purple to deep purple. The color of this multimer depends on the alkyl chain length of the alkanethiol that links between the particles.

図4は、粒子径30nm、40nm、50nmのアルカンチオールのアルキル鎖長−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH15−の金ナノ粒子多量体分散液を遠心分離し、図2の回収用アガロースゲル上に沈殿物を注入し電気泳動を行い、回収した二量体の吸収スペクトルの測定結果である。525nm付近での吸収ピークの他に長波長側に吸収ピークが現れ、アルカンチオールのアルキル鎖長短くなるほど長波長側に現れる。粒子径が大きくなるほど、より長波長側に現れる。長波長側に現れる最大吸収波長はアルキル鎖長−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH15−順に粒子径30nm:589nm、574nm、560nm、なしであった。粒子径40nm:628nm、609nm、594nm、574nmであった。粒子径50nm:655nm、630nm、599nm、591nmであった。 FIG. 4 shows the results of the alkyl chain lengths of alkanethiol having particle diameters of 30 nm, 40 nm, and 50 nm,-(CH 2 ) 5 -,-(CH 2 ) 7 -,-(CH 2 ) 10- , and-(CH 2 ) 15- . FIG. 4 shows the measurement results of the absorption spectrum of the dimer collected by centrifuging the gold nanoparticle dispersion and injecting the precipitate on the recovery agarose gel shown in FIG. 2 and performing electrophoresis. In addition to the absorption peak near 525 nm, an absorption peak appears on the longer wavelength side, and appears on the longer wavelength side as the alkyl chain length of the alkanethiol becomes shorter. The larger the particle size, the longer the wavelength. Maximum absorption wavelength appearing in the long wavelength side alkyl chain length - (CH 2) 5 -, - (CH 2) 7 -, - (CH 2) 10 -, - (CH 2) 15 - in order particle size 30 nm: 589 nm, 574 nm, 560 nm, none. Particle diameter 40 nm: 628 nm, 609 nm, 594 nm, 574 nm. Particle size 50 nm: 655 nm, 630 nm, 599 nm, 591 nm.

図5は、粒子径40nmのアルカンチオールのアルキル鎖長−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH15−のクライオ透過型電子顕微鏡(TEM)観察画像である。溶媒中の状態のまま凍らせて観察する方法であることから、溶媒中での金ナノ粒子二量体の結合距離が観察される。アルキル鎖のチレンユニット(−CH2−)数に伴い、粒子間距離が長くなることが分かった。画像から二量体の粒子間距離を測定した結果は平均−(CH−::0.97nm、−(CH−:1.45nm、−(CH10−:2.21nm、−(CH15−:3.91nmであった。 Figure 5 is an alkyl chain length of the particle diameter 40nm alkanethiol - (CH 2) 5 -, - (CH 2) 7 -, - (CH 2) 10 -, - (CH 2) 15 - cryo transmission electron It is a microscope (TEM) observation image. Since the method is a method of observing by freezing in a solvent state, the bonding distance of the gold nanoparticle dimer in the solvent is observed. It was found that the distance between the particles increased with the number of the ethylene units (-CH2-) in the alkyl chain. The average results of measuring the distance between the particles of the dimer from the image - (CH 2) 5 - :: 0.97nm, - (CH 2) 7 -: 1.45nm, - (CH 2) 10 -: 2. 21nm, - (CH 2) 15 -: was 3.91Nm.

図6は、粒子径40nmのアルカンチオールのアルキル鎖長−(CH−、−(CH−の単量体、二量体、三量体の吸収スペクトルの測定結果である。アルキル鎖長−(CH−の単量体は528nmに単一の吸収ピークが現れ、二量体では528nm、627nmに吸収ピークが現れ、三量体では528nm、665nmに吸収ピークが現れる。アルキル鎖長−(CH−の単量体は527nmに単一の吸収ピークが現れ、二量体では527nm、609nmに吸収ピークが現れ、三量体では527nm、643nmに吸収ピークが現れる。二量体より三量体がより長軸方向に吸収ピークが現れ、アルキル鎖長が短いほうがより長軸方向にピークが現れることが分かった。 FIG. 6 shows the measurement results of the absorption spectra of the monomer, dimer, and trimer of the alkyl chain length-(CH 2 ) 5- and-(CH 2 ) 7-of alkanethiol having a particle diameter of 40 nm. Monomers having an alkyl chain length of — (CH 2 ) 5 — show a single absorption peak at 528 nm, dimers show absorption peaks at 528 nm and 627 nm, and trimers show absorption peaks at 528 nm and 665 nm. . The monomer having an alkyl chain length of-(CH 2 ) 7- has a single absorption peak at 527 nm, a dimer has absorption peaks at 527 nm and 609 nm, and a trimer has absorption peaks at 527 nm and 643 nm. . It was found that the trimer showed an absorption peak in the longer axis direction more than the dimer, and the shorter the alkyl chain length, the more the peak appeared in the longer axis direction.

図7は、粒子径40nmのアルカンチオールのアルキル鎖長−(CH−における二量体分散液を0.5xTBE緩衝液、アセトン、エタノール溶媒に分散させた吸収スペクトルの測定結果である。溶媒により吸収スペクトルに少しシフトは起こるが、長波長のピークは確認される。ことから溶媒の置換が可能であると分かった。 FIG. 7 is a measurement result of an absorption spectrum obtained by dispersing a dimer dispersion of an alkanethiol having a particle diameter of 40 nm with an alkyl chain length of — (CH 2 ) 7 — in a 0.5 × TBE buffer, acetone, and ethanol solvent. Although a slight shift occurs in the absorption spectrum depending on the solvent, a long wavelength peak is observed. This proved that the solvent could be replaced.

本発明の貴金属ナノ粒子多量体は、大きさ、形状、間隔を分散溶媒中で制御することがすることが可能であり、粒子径と連結分子のアルキル鎖を増減させることで局在プラズモンの波長を自在に変えることができる。光デバイス、高感度センサー、触媒など光エレクトロニクスへの利用がされるとともに、溶媒分散液であることから、他の物質との相互的反応や生態系、バイオセンサーなど医療分野などでの利用も期待できる。   The noble metal nanoparticle multimer of the present invention can control the size, shape, and spacing in a dispersion solvent, and increase or decrease the particle diameter and the alkyl chain of the connecting molecule to increase or decrease the wavelength of the localized plasmon. Can be changed freely. Expected to be used in optoelectronics such as optical devices, high-sensitivity sensors, and catalysts, and because it is a solvent dispersion, it is expected to be used in medical fields such as interactive reactions with other substances, ecosystems, and biosensors. it can.

1・・・金ナノ粒子、2・・・遠心分離、3・・・塩を含む溶媒、4・・・有機分子、5・・・連結分子、6・・・アルキル鎖、7・・・末端官能基、8・・・連結温度、9・・・連結時間、10・・・有機分子を連結した金ナノ粒子複合体、11・・・連結されなかった有機分子、12・・・洗浄、13・・・溶媒3より高濃度な塩を含む溶媒、14・・・アニーリング、15・・・塩を含まない溶媒、16・・・単量体、17・・・二量体、18・・・三量体、19・・・金ナノ粒子多量体分散液、20・・・結合部、21・・・電気泳動、22・・・ゲル、23・・・注入用ウェル、24・・・回収用ウェル、25・・・ピペットマン、26・・・電圧、27・・・同量体分散液、28・・・分散溶媒











DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gold nanoparticle, 2 ... Centrifugation, 3 ... Solvent containing salt, 4 ... Organic molecule, 5 ... Linked molecule, 6 ... Alkyl chain, 7 ... Terminal Functional group, 8: connection temperature, 9: connection time, 10: gold nanoparticle composite with organic molecules connected, 11: unconnected organic molecules, 12: washing, 13 ... Solvent containing salt at a higher concentration than solvent 3, 14 ... Annealing, 15 ... Salt-free solvent, 16 ... Monomer, 17 ... Dimer, 18 ... Trimer, 19: Gold nanoparticle multimer dispersion, 20: binding part, 21: electrophoresis, 22: gel, 23: injection well, 24: collection Well, 25: Pipetman, 26: Voltage, 27: Isomeric dispersion, 28: Dispersion solvent











Claims (8)

アルキル鎖の一方に貴金属ナノ粒子の表面と連結可能な反応基を有し、他方の末端官能基はカルボン酸を含む有機分子が結合した貴金属ナノ粒子を溶媒中で分散させる工程と、
前記溶媒濃度を分散工程よりも高い塩濃度の溶媒に置換することで貴金属ナノ粒子多量体を得る工程と、
を含む貴金属ナノ粒子多量体の製造方法。
One of the alkyl chains has a reactive group that can be connected to the surface of the noble metal nanoparticle, the other terminal functional group is a step of dispersing the noble metal nanoparticle in which the organic molecule containing a carboxylic acid is bonded in a solvent,
A step of obtaining a noble metal nanoparticle polymer by replacing the solvent concentration with a solvent having a higher salt concentration than the dispersion step ,
A method for producing a noble metal nanoparticle multimer comprising:
前記貴金属ナノ粒子多量体をゲル電気泳動法により分離する工程を含む、請求項1に記載の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法。   The method for producing a noble metal nanoparticle multimer according to claim 1, comprising a step of separating the noble metal nanoparticle multimer by gel electrophoresis. 粒径が10〜100nmの貴金属ナノ粒子からなる貴金属ナノ粒子多量体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法。 The method for producing a noble metal nanoparticle multimer according to claim 1, wherein the method is a noble metal nanoparticle multimer composed of noble metal nanoparticles having a particle size of 10 to 100 nm . 前記反応基は、チオール基及びジスルフィド基からなる群から選択される1以上である、請求項1から3のいずれか1項に記載の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法。   4. The method of claim 1, wherein the reactive group is at least one selected from the group consisting of a thiol group and a disulfide group. 5. 前記アルキル鎖は、炭素数3以上20以下のアルキル鎖を含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法。   The method for producing a noble metal nanoparticle polymer according to any one of claims 1 to 4, wherein the alkyl chain includes an alkyl chain having 3 to 20 carbon atoms. 前記貴金属ナノ粒子多量体を構成する貴金属ナノ粒子の粒子間距離は、0.5〜4nmである、請求項1から3のいずれかに記載の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法。 The method for producing a precious metal nanoparticle multimer according to any one of claims 1 to 3, wherein a distance between the noble metal nanoparticles constituting the precious metal nanoparticle multimer is 0.5 to 4 nm. 前記貴金属ナノ粒子が分散された溶媒は、水、有機溶媒、及びアルコールからなる群から選択される1以上である、請求項1から7のいずれか1項に記載の貴金属ナノ粒子多量体の製造方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the solvent in which the noble metal nanoparticles are dispersed is at least one selected from the group consisting of water, an organic solvent, and an alcohol. Method. 請求項1から7のいずれか一項に記載の製造方法により製造された貴金属ナノ粒子多量体を、ゲル電気泳動法により粒子数で分離した多量体のバンド部分を回収することで、貴金属ナノ粒子同量体を得る工程を含む、貴金属ナノ粒子同量体の製造方法A noble metal nanoparticle obtained by recovering a band portion of the noble metal nanoparticle multimer produced by the production method according to any one of claims 1 to 7 by the number of particles by gel electrophoresis. A method for producing an isomer of a noble metal nanoparticle, comprising a step of obtaining an isomer .
JP2017197425A 2017-10-11 2017-10-11 Method for producing noble metal nanoparticle multimer, method for recovering noble metal nanoparticle isomer, method for controlling absorption spectrum of noble metal nanoparticle isomer, and method for controlling optical characteristics of noble metal nanoparticle isomer Active JP6661871B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017197425A JP6661871B2 (en) 2017-10-11 2017-10-11 Method for producing noble metal nanoparticle multimer, method for recovering noble metal nanoparticle isomer, method for controlling absorption spectrum of noble metal nanoparticle isomer, and method for controlling optical characteristics of noble metal nanoparticle isomer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017197425A JP6661871B2 (en) 2017-10-11 2017-10-11 Method for producing noble metal nanoparticle multimer, method for recovering noble metal nanoparticle isomer, method for controlling absorption spectrum of noble metal nanoparticle isomer, and method for controlling optical characteristics of noble metal nanoparticle isomer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019070188A JP2019070188A (en) 2019-05-09
JP6661871B2 true JP6661871B2 (en) 2020-03-11

Family

ID=66441076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017197425A Active JP6661871B2 (en) 2017-10-11 2017-10-11 Method for producing noble metal nanoparticle multimer, method for recovering noble metal nanoparticle isomer, method for controlling absorption spectrum of noble metal nanoparticle isomer, and method for controlling optical characteristics of noble metal nanoparticle isomer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6661871B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112366236B (en) * 2020-11-18 2023-02-28 沈阳大学 Light energy collecting microstructure, photosensitive element and optical device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019070188A (en) 2019-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10179841B2 (en) Sorting two-dimensional nanomaterials by thickness
Nasrollahzadeh et al. Types of nanostructures
Rezapour et al. Graphene and graphene analogs toward optical, electronic, spintronic, green-chemical, energy-material, sensing, and medical applications
Lin et al. Luminescent graphene quantum dots as new fluorescent materials for environmental and biological applications
Polleux et al. Ligand‐directed assembly of preformed titania nanocrystals into highly anisotropic nanostructures
Sato et al. Propionic-acid-terminated silicon nanoparticles: synthesis and optical characterization
Banerjee et al. Synthesis and characterization of carbon nanotube− nanocrystal heterostructures
US9221064B2 (en) Sorting two-dimensional nanomaterials by thickness
López-Lorente et al. Analytical potential of hybrid nanoparticles
Du et al. Photoluminescence of graphene oxide in visible range arising from excimer formation
Chen et al. Electronic detection of bacteria using holey reduced graphene oxide
Beke et al. Dominant luminescence is not due to quantum confinement in molecular-sized silicon carbide nanocrystals
Miller et al. Purifying colloidal nanoparticles through ultracentrifugation with implications for interfaces and materials
US20160137505A1 (en) Method for separating metallic single-walled carbon nanotube from semiconductive single-walled carbon nanotube
JP2010538422A (en) Transparent conductor prepared from classified carbon nanotubes and adjustment method thereof
Zhang et al. Enhanced photoresponse of conductive polymer nanowires embedded with Au nanoparticles
JP2006036630A (en) Carbon nanotube microfiber
Shiigi et al. Construction of nanoantennas on the bacterial outer membrane
Velázquez et al. Langmuir‐Blodgett Methodology: A Versatile Technique to Build 2D Material Films
JP6661871B2 (en) Method for producing noble metal nanoparticle multimer, method for recovering noble metal nanoparticle isomer, method for controlling absorption spectrum of noble metal nanoparticle isomer, and method for controlling optical characteristics of noble metal nanoparticle isomer
Wang et al. Self-assembled MoS 2/rGO nanocomposites with tunable UV-IR absorption
KR20140146349A (en) Sensor and method for sensing metal ion based on graphene
WO2005058758A1 (en) Quasi-one-dimensional polymers based on the metal-chalcogen-halogen system
Kislov et al. Organized superstructures at nanoscale and new functional nanomaterials
Weng et al. Highly oxidized graphene with enhanced fluorescence and its direct fluorescence visualization

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171212

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181012

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191211

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200122

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6661871

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250