JP6780657B2 - 色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法 - Google Patents

色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、免疫観察において行われる免疫染色等に利用することができる色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法に関する。
医学的診断の1つとして行われている病理診断では、様々な所見を得るために、臓器摘出や針生検によって得た組織検体を厚さ数ミクロン程度に薄切して得られた切片を組織標本とし、これを光学顕微鏡により拡大観察することが広く行われている。具体的には、免疫染色と呼ばれる、組織標本に含まれる検出対象である抗原や遺伝子の発現を確認するための染色を行なった後、遺伝子やタンパクの発現異常といった機能異常を診断する免疫観察が行なわれている。
免疫染色に用いられる染色法としては、例えば、DAB染色法などの酵素を用いた色素染色法がある。しかし、DAB染色法のような酵素による染色法は、染色濃度が温度や時間などの環境条件により大きく左右されるため、染色濃度から実際の抗原等の量を算出することが難しいという欠点がある。
そのため、病理診断における免疫観察では、蛍光標識体を用いる蛍光標識法が行われることが多い。この方法はDAB染色と比べて定量性に優れるという特徴がある。蛍光標識法は、蛍光色素により修飾された抗体を蛍光標識体として用いて、対象となる抗原を染色して観察することで抗原量を測定する方法である。例えば、病理組織切片上で興味のある抗原に、蛍光色素を含有する樹脂粒子(以下、蛍光色素含有樹脂粒子ともいう。)で修飾された抗体を結合することで標識化し、これを蛍光顕微鏡観察する。蛍光色素含有樹脂粒子には輝度が高いことや、粒子数計測が可能といった特徴がある。組織切片の蛍光顕微鏡像に現れる蛍光色素含有樹脂粒子に由来する輝点を観察する事で、抗原の状態や量を確認することができる。
蛍光色素含有樹脂粒子数の計測は、検量線を基にして樹脂粒子の1粒子当たりの輝度を求めて行っている。このため、蛍光色素含有樹脂粒子ごとの輝点強度にバラツキがあると、樹脂粒子から発せられる蛍光シグナルの判定精度が悪化する。この輝点強度のバラツキの原因として、蛍光色素含有樹脂粒子の粒子径のバラツキが挙げられる。すなわち、蛍光色素含有樹脂粒子の粒子径の大小により輝度が変化し、色素含有樹脂粒子の粒子径が小さいと輝度が低くなるので、例えば蛍光シグナル検出閾値未満の輝度の粒子径を有する蛍光色素含有樹脂粒子が存在する場合、蛍光色素含有樹脂粒子が存在するにもかかわらず、蛍光シグナルが検出されないという問題が生ずる。逆に、蛍光シグナル検出閾値をはるかに超える輝度となる粒子径を有する蛍光色素含有樹脂粒子が存在する場合、サチレーションにより輝点同士が融合して個々の輝点の判別がつかなくなるという問題が発生する。
蛍光色素含有樹脂粒子は、一般に蛍光色素存在下でモノマーを重合させて製造される。従来の製造方法で得られる蛍光色素含有樹脂粒子は、粒子径の変動係数が10〜15%程度であり、粒子径のバラツキが大きいので、この樹脂粒子を用いると輝度のバラつきにより、輝点数の検出精度が低い。輝点数の検出精度が高い蛍光色素含有樹脂粒子を得るには、製造された蛍光色素含有樹脂粒子に遠心分離などを施して、粒子径をそろえるなどの後処理を行う必要があった。
また、永久切片を作製する際には、切片に含まれる水分をエタノールおよびキシレンで置換する透徹を行う。この透徹によって蛍光色素が溶出するという問題が発生することがある。例えば、蛍光色素を含有する電荷を有しないポリスチレン粒子を蛍光色素含有樹脂粒子として含む染色剤を用いて染色した切片を透徹すると、蛍光色素が滲み出て、輝点の観察が困難となって、蛍光シグナルの判定精度が悪化する。特に、化学構造中にベンゼン環を含む蛍光色素の場合、永久切片の作製に使用される油系封入剤に蛍光色素が滲み出やすいので、蛍光シグナルの判定精度が悪化する傾向が強い。
特願平8−48492号公報 WO2014/136885号公報
本発明は、高精度で検出することが可能な、蛍光色素などの色素を含有する樹脂粒子(以下、色素含有樹脂粒子ともいう。)の製造方法を提供することである。
本発明は、熱硬化性樹脂により形成されたシード粒子を分散媒に分散させ、得られた分散液中で色素及び酸触媒の存在下に熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させる、色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法である。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記シード粒子の平均粒子径が20〜150nmであることが好ましい。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記酸触媒がドデシルベンゼンスルホン酸を含む2種の酸の混合物であることが好ましい。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の平均粒子径が60〜750nmであることが好ましい。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記分散液中で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて得られる樹脂が、メラミン、尿素、グアナミン、フェノール、キシレンまたはこれらの誘導体から形成される構成単位を含むことが好ましい。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記シード粒子を形成する熱硬化性樹脂が、前記分散液中で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて得られる熱硬化性樹脂と同種であることが好ましい。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記シード粒子を、熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて作製することができる。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記シード粒子を、色素の存在下で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて作製することができる。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記シード粒子の作製時に存在した色素を、前記分散液中における熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合時に存在した色素と同種とすることができる。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記色素は有機蛍光色素であることが好ましい。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法において、前記有機蛍光色素がローダミンまたは芳香族系色素であることが好ましい。
本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法によれば、遠心分離などの後処理を行うことなく粒子径の変動係数が小さい、例えば8%以下の色素含有樹脂粒子を製造することができる。このため、本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法により製造された蛍光色素含有樹脂粒子を用いた蛍光標識法により免疫観察を行うと、高い輝点検出精度が得られる。
また、本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法により製造された色素含有樹脂粒子においては、色素は樹脂粒子から離脱しにくい。このため、本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法により製造された蛍光色素含有樹脂粒子を用いた蛍光標識法により免疫観察を行った場合、蛍光観察の際に輝点の滲みを抑制することができる。
本発明に係る色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法においては、熱硬化性樹脂により形成されたシード粒子を分散媒に分散させ、得られた分散液中で色素及び酸触媒の存在下に熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させる。
前記色素含有熱硬化性樹脂粒子とは、熱硬化性樹脂から形成される粒子であって、色素を含有する粒子である。
前記熱硬化性樹脂は、色素を含有できれば特に制限はなく、その具体例としては、メラミン、尿素、グアナミン、フェノール、キシレン、またはメラミン、尿素、グアナミン、フェノールもしくはキシレンの誘導体から形成される構成単位を含むポリマーからなる熱硬化性樹脂を挙げることができる。
前記シード粒子は、前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の種となる粒子である。本発明の製造方法における後の工程において、シード粒子の表面に熱硬化性樹脂が形成され、粒子が成長し、色素含有熱硬化性樹脂粒子となる。
シード粒子の平均粒子径は、好ましくは20〜150nm、より好ましくは40〜120nm、さらに好ましくは60〜100nmである。シード粒子の平均粒子径が前記範囲内であると、色素含有樹脂粒子の粒子径の変動係数を小さくすることができ、具体的には8%以下にすることができる。シード粒子の粒子径の変動係数は、特に制限はないが、通常8〜14%であり、好ましくは8〜12%である。
本発明において示される樹脂粒子の平均粒子径および粒子径の変動係数は、樹脂粒子のSEM観察を行い、得られたSEM像から任意に樹脂粒子1000個の粒子径を計測し、その計測値から算出された平均粒子径及び変動係数である。
前記シード粒子は前記熱硬化性樹脂により形成される。シード粒子を形成する熱硬化性樹脂は、前記分散液中で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて得られる熱硬化性樹脂と異なっていてもよいが、同種であることが好ましい。
シード粒子は、例えば、熱硬化性樹脂合成用モノマーを分散重合法等により重合させて作製することができる。シード粒子を形成する熱硬化性樹脂が前記分散液中で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて得られる熱硬化性樹脂と同種である場合、シード粒子の作製に使用する熱硬化性樹脂合成用モノマーは、前記分散液中における重合に使用する熱硬化性樹脂合成用モノマーと同種にすることができる。熱硬化性樹脂合成用モノマーについては後述する。
前記分散重合法としては、例えば、熱硬化性樹脂合成用モノマー、酸触媒、界面活性剤等を分散媒に溶解し、撹拌下で重合させ、分散媒中に生成された粒子を濾過して取得する方法を挙げることができる。酸触媒としては、ドデシルベンゼンスルホン酸、スルファミン酸、ギ酸、酢酸、硫酸、塩酸、硝酸、パラトルエンスルホン酸等を挙げることができる。界面活性剤については後述する。分散媒としては、特に制限はないが、水を好適に用いることができる。水にN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、エタノール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサンなどの溶媒を混合して用いても良い。分散媒としては、前記重合を実施することができる液材を選択して使用することができる。
熱硬化性樹脂合成用モノマー、酸触媒及び乳化剤等の配合量ならびに重合温度及び重合時間は、熱硬化性樹脂合成用モノマー、酸触媒等に応じて適宜決定することができる。
例えば、メラミン樹脂により形成されたシード粒子は、次のような工程により作製することができる。乳化重合用乳化剤「エマルゲン(登録商標)」(ポリオキシエチレンオレイルエーテル、花王(株)製)の5%水溶液1.5〜2.0mLを水20mLに加え、この溶液を攪拌しながら68〜72℃に加温する。この溶液にメラミン樹脂原料「ニカラックMX−035」(日本カーバイド工業(株)製)を0.1〜0.5g、酸触媒としてドデシルベンゼンスルホン酸(関東化学(株)製)の10%水溶液を400〜750μL加え、40〜90分間攪拌する。その後88〜92℃に昇温して20〜40分間撹拌する。以上の工程により樹脂粒子を含有した分散液が得られる。この分散液から樹脂粒子を分離し、これをシード粒子とする。
上記熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合は色素の存在下で行ってもよい。色素の存在下で重合を行うと、重合により生成したポリマーが色素を包み込みながら成長するので、色素を含有したシード粒子が得られる。この重合により生成したポリマーは三次元的な網目構造を有するので、これに包み込まれた色素はシード粒子から離脱しにくい。メラミン樹脂により形成されたシード粒子の作製において色素を用いる場合、例えば、上記工程において乳化剤とともに色素を水に加えればよい。シード粒子の作製時に使用する色素は、前記分散液中における熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合時に存在する色素と同種とすることができる。色素については後述する。
上記のように作製されたシード粒子は、未反応の熱硬化性樹脂合成用モノマーなどを含んでいることがあるので、純水等による洗浄によりこれらの不純物を除去することが好ましい。シード粒子が未反応の熱硬化性樹脂合成用モノマーなどを含んでいると、色素含有樹脂粒子の粒子径の変動係数を小さくすることが困難になる場合がある。
前記分散液からの樹脂粒子の分離及び純水等による洗浄には遠心分離等を用いることができる。
本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法においては、前記シード粒子を分散媒に分散させ、得られた分散液中で色素及び酸触媒の存在下に熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させる。
前記分散媒としては、特に制限はないが、水を好適に用いることができる。水にN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、エタノール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサンなどの溶媒を混合して用いても良い。分散媒としては、前記重合を実施することができる液材を選択して使用することができる。
熱硬化性樹脂合成用モノマー、酸触媒及び色素を分散媒に添加する。シード粒子、熱硬化性樹脂合成用モノマー、酸触媒及び色素を分散媒に添加する順序としては、分散媒に、まず色素、シード粒子及び熱硬化性樹脂合成用モノマーを加え、最後に酸触媒を加えることが好ましい。
前記熱硬化性樹脂合成用モノマーとは、重合することにより熱硬化性樹脂となる化合物を意味する。熱硬化性樹脂合成用モノマーとしては、例えば、メラミン、尿素、グアナミン、フェノール、キシレン、ならびにメラミン、尿素、グアナミン、フェノール及びキシレンの誘導体等が挙げられる。熱硬化性樹脂合成用モノマーとしてメラミンまたはその誘導体を用いれば、その重合によりメラミン樹脂が得られ、尿素またはその誘導体を用いれば、その重合により尿素樹脂が得られ、グアナミンまたはその誘導体を用いれば、その重合によりグアナミン樹脂が得られ、フェノールまたはその誘導体を用いれば、その重合によりフェノール樹脂が得られ、キシレンまたはその誘導体を用いれば、その重合によりキシレン樹脂が得られる。前述のシード粒子の作製に用いられる熱硬化性樹脂合成用モノマーについてもここで述べた熱硬化性樹脂合成用モノマーと同様である。
前記シード粒子の投入粒子数と熱硬化性樹脂合成用モノマーの体積から、目的とする粒径に必要な熱硬化性樹脂合成用モノマーの添加量を計算により求めることができる。投入するシード粒子数は6.0×1014個以下とし、この範囲での粒子数を基にモノマー量を決定する。熱硬化性樹脂合成用モノマー及びシード粒子の添加量をこのように決定すると、色素含有樹脂粒子の粒子径の変動係数を小さくしやすく、好適には8%以下にすることができる。
前記酸触媒は、熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合反応の触媒であり、樹脂粒子の形成を促進する。シード粒子の分散液中で前記酸触媒を用いて熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合を行うと、色素含有樹脂粒子の粒子径の変動係数を小さくすることができ、具体的には8%以下にすることができる。酸触媒としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸、スルファミン酸、ギ酸、酢酸、硫酸、塩酸、硝酸、パラトルエンスルホン酸等が挙げられる。特に、ドデシルベンゼンスルホン酸とスルファミン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸とギ酸、ドデシルベンゼンスルホン酸と酢酸、ドデシルベンゼンスルホン酸とパラトルエンスルホン酸、といった、ドデシルベンゼンスルホン酸と他の酸の組み合わせが特に好ましい。
酸触媒の添加量は、水20mLに対し、通常30〜200mg、好ましくは50〜150mgである。
前記色素としては、特に制限がないが、色素含有樹脂粒子を免疫染色に使用する場合には、有機蛍光色素が好ましい。有機蛍光色素としては、例えば、ローダミン系色素、BODIPY(登録商標、インビトロジェン社製)、スクアリリウム系色素、芳香族系色素等の各系統の色素の中から選択することができる。
このうち、芳香族炭化水素系色素などの芳香族系色素、ローダミン系色素などは、比較的耐光性が高いので好ましく、なかでも芳香族系色素に属するペリレン(perylene)やピレン(Pyrene)、ペリレンジイミド(perylene diimide)が好ましい。さらにローダミン系色素やペリレンジイミドは量子収率や吸光等が優れており、発光効率が優れるので、これらを含有した樹脂粒子は、他の色素を含有した樹脂粒子と比べて発光強度が優れる。
ローダミン系色素の具体例としては、5−カルボキシ−ローダミン、6−カルボキシ−ローダミン、5,6−ジカルボキシ−ローダミン、ローダミン 6G、テトラメチルローダミン、X−ローダミン、テキサスレッド、SpectrumRed、LD700PERCHLORATE、それらの誘導体などが挙げられる。
BODIPY系色素の具体例としては、BODIPY FL、BODIPY TMR、BODIPY 493/503、BODIPY 530/550、BODIPY 558/568、BODIPY 564/570、BODIPY 576/589、BODIPY 581/591、BODIPY 630/650、BODIPY 650/665(以上インビトロジェン社製)、それらの誘導体などが挙げられる。
スクアリリウム系色素の具体例としては、SRfluor680−Carboxylate、1,3−Bis[4−(dimethylamino)−2−hydroxyphenyl]−2,4−dihydroxycyclobutenediylium dihydroxide, bis、1,3−Bis[4−(dimethylamino)phenyl]−2,4−dihydroxycyclobutenediylium dihydroxide, bis、2−(4−(Diethylamino)−2−hydroxyphenyl)−4−(4−(diethyliminio)−2−hydroxycyclohexa−2,5−dienylidene)−3−oxocyclobut−1−enolate、2−(4−(Dibutylamino)−2−hydroxyphenyl)−4−(4−(dibutyliminio)−2−hydroxycyclohexa−2,5−dienylidene)−3−oxocyclobut−1−enolate、2−(8−Hydroxy−1,1,7,7−tetramethyl−1,2,3,5,6,7−hexahydropyrido[3,2,1−ij]quinolin−9−yl)−4−(8−hydroxy−1,1,7,7−tetramethyl−2,3,6,7−tetrahydro−1H−pyrido[3,2,1−ij]quinolinium−9(5H)−ylidene)−3−oxocyclobut−1−enolate、それらの誘導体などが挙げられる。
芳香族炭化水素系色素の具体例としては、N, N−Bis−(2,6−diisopropylphenyl)−1,6,7,12−(4−tert−butylphenoxy)−perylene−3,4,9,10−tetracarbonaciddiimide、N,N'−Bis(2,6−diisopropylphenyl)−1,6,7,12−tetraphenoxyperylene−3,4:9,10−tetracarboxdiimide、N,N'−Bis(2,6−diisopropylphenyl)perylene−3,4,9,10−bis(dicarbimide)、16,N,N'−Bis(2,6−dimethylphenyl)perylene−3,4,9,10−tetracarboxylicdiimide、4,4'−[(8,16−Dihydro−8,16−dioxodibenzo[a,j]perylene−2,10−diyl)dioxy]dibutyric acid、2,10−Dihydroxy−dibenzo[a,j]perylene−8,16−dione、2,10−Bis(3−aminopropoxy)dibenzo[a,j]perylene−8,16−dione, 3,3'−[(8,16−Dihydro−8,16−dioxodibenzo[a,j]perylen−2,10−diyl)dioxy]dipropylamine、17−BIS(Octyloxy)Anthra[9,1,2−cde−]Benzo[RST]Pentaphene−5−10−Dione、Octadecanoicacid, 5,10−dihydro−5,10−dioxoanthra[9,1,2−cde]benzo[rst]pentaphene−16,17−diylester、Dihydroxydibenzanthrone、Benzenesulfonicacid, 4,4',4'',4'''−[[2,9−bis[2,6−bis(1−methylethyl)phenyl]−1,2,3,8,9,10−hexahydro−1,3,8,10−tetraoxoanthra[2,1,9−def:6,5,10−d'e'f']diisoquinoline−5,6,12,13−tetrayl]tetrakis(oxy)]tetrakis-,Benzeneethanaminium、4,4',4'',4'''−[[2,9−bis[2,6−bis(1−methylethyl)phenyl]−1,2,3,8,9,10−hexahydro−1,3,8,10−tetraoxoanthra[2,1,9−def:6,5,10−d'e'f']diisoquinoline−5,6,12,13−tetrayl]tetrakis(oxy)]tetrakis[N,N,N−trimethyl−]、それらの誘導体などが挙げられる。
色素の添加量は、熱硬化性樹脂合成用モノマー1gに対し、通常17〜27mg、好ましくは20〜25mgである。
前述のシード粒子の作製に用いられる色素についてもここで述べた色素と同様である。
上記のように製造された色素含有熱硬化性樹脂粒子の平均粒子径は60〜750nmであることが好ましく、60〜500nmであることがより好ましい。
前記分散液には界面活性剤を加えることが好ましい。界面活性剤を加えて前記重合を行うことにより、得られる色素含有樹脂粒子の粒子径を調整することができる。界面活性剤を熱硬化性樹脂合成用モノマーに対して10〜60重量%添加すると、粒子径30〜300nmの粒子を作製しやすい。界面活性剤の割合を増やすと粒子径を小さくすることができ、30nm以下の粒子を作製することもできる。界面活性剤の割合を減らすと粒子径を大きくすることができ、300nm以上の粒子を作製することもできる。
界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン系およびカチオン系の全ての界面活性剤を用いることができる。アニオン系の界面活性剤としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。ノニオン系の界面活性剤としては、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。カチオン系の界面活性剤としては、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。
市販の界面活性剤としては、例えば、「エマルゲン」(登録商標、花王(株)製)や「ネオペレックス」(登録商標、花王(株)製)を好適に用いることができる。エマルゲンの有効成分はポリオキシエチレンアルキルエーテルであり、ネオペレックスの有効成分はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである。
界面活性剤は、重合工程で行う熱硬化反応温度より曇点が高いものを選択する必要がある。熱硬化反応温度より曇点が低い界面活性剤を選択すると、界面活性剤が水との水和力を失って、その機能を果たさなくなり、樹脂粒子ができずに、樹脂の塊状物となってしまうからである。
前述のシード粒子の作製に用いられる界面活性剤についてもここで述べた界面活性剤と同様である。
熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合における熱硬化温度、重合時間等の反応条件は、熱硬化性樹脂合成用モノマーの種類に応じて決定され、公知の方法に即して決定することができる。反応条件は、色素の性能が低下しない反応条件、すなわち色素の耐熱温度範囲内である必要がある。
例えば、熱硬化性樹脂がメラミン樹脂である場合、熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合反応は通常70℃〜200℃、好ましくは150〜200℃で行われる。色素の耐熱温度は、例えば、ローダミン系色素で200℃、BODIPY(登録商標、インビトロジェン社製)で200℃、スクアリリウム系色素で200℃、芳香族炭化水素系色素で300℃以上であるので、これらの色素が耐えうる反応条件とする必要がある。
この重合反応により、シード粒子表面を覆いながらポリマーが生成される。その結果、中央部にシード粒子、外周部に熱硬化性樹脂を有する熱硬化性樹脂粒子が形成される。この重合反応において生成したポリマーは色素を包み込みながら成長するので、外周部の熱硬化性樹脂に色素が含有され、形成された粒子は色素含有熱硬化性樹脂粒子となる。シード粒子が色素を含有する場合には、シード粒子及び外周部がともに色素を含有する色素含有熱硬化性樹脂粒子が得られる。
この重合により生成したポリマーは三次元的な網目構造を有するので、これに包み込まれた色素は樹脂粒子から離脱しにくい。重合反応が不十分で、色素含有樹脂粒子からの色素の離脱が生じる場合には、色素含有樹脂粒子を、樹脂の分解温度や溶融温度以下の温度であって、色素及び樹脂粒子に悪影響が出ない温度においてさらに加熱処理して、熱硬化、つまり架橋を促進させて、色素の離脱を抑制させる処理を行ってもよい。
この反応により生成した色素含有熱硬化性樹脂粒子は反応液中に分散しているので、遠心分離等により反応液から色素含有樹脂粒子を分離する。得られた色素含有樹脂粒子は、通常、未反応の熱硬化性樹脂合成用モノマー、余剰の色素や酸触媒等を含んでいるので、得られた色素含有樹脂粒子を洗浄して、これらの不純物を除去することが好ましい。例えば、反応液から分離された樹脂に超純水を加えて、超音波照射して再度分散させ、遠心分離して上澄みを除去することで洗浄を行う。前記超純水への再分散、遠心分離、上澄み除去の一連の洗浄操作は、上澄みに樹脂や色素に由来する吸光や蛍光が見られなくなるまで、複数回繰り返し行うことが好ましい。
本発明の製造方法により製造された色素含有熱硬化性樹脂粒子は、粒子径の変動係数が小さく、具体的には8%以下である。すなわち、本発明の製造方法により製造された色素含有熱硬化性樹脂粒子は単分散性が高い。このため、本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法により製造された蛍光色素含有樹脂粒子を用いた蛍光標識法により免疫観察を行うと、樹脂粒子の粒子径のバラツキに起因する輝点強度のバラツキが小さいので、輝点検出精度が高く、色素含有樹脂粒子を高精度で検出でき、粒子数計測を正確に行える。
また、本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法により製造された色素含有樹脂粒子においては、前述のとおり、三次元的な網目構造を有するポリマーにより色素が包まれた状態で含有されているので、色素は樹脂粒子に保持され、樹脂粒子の外側に離脱しにくい。このため、本発明の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法により製造された蛍光色素含有樹脂粒子を用いた蛍光標識法により免疫観察を行った場合、蛍光観察の際に起こる輝点の滲みを抑制できる。
一方、上記製造方法において熱硬化性樹脂ではなく熱可塑性樹脂を用いた場合、粒子径の変動係数が小さい色素含有樹脂粒子は得られるが、これを構成するポリマーは三次元的な網目構造を有しないので、色素をポリマーにより包に込むことが困難であり、色素は樹脂粒子の外側に離脱しやすい。このため、熱可塑性樹脂を用いて得られた蛍光色素含有樹脂粒子を用いて蛍光標識法による免疫観察を行った場合、蛍光観察の際に輝点の滲みが生じやすい。
実施例で行った測定方法及び評価方法を以下に示す。
[樹脂粒子の平均粒子径及び粒子径の変動係数測定]
樹脂粒子分散液を基板上で乾燥させて、樹脂粒子のSEM観察を行い、得られたSEM像から任意に粒子1000個の粒子径を計測し、平均粒子径と粒子径の変動係数を算出した。
[輝点バラつき評価]
ガラス基板上に樹脂粒子分散液を塗布し、蛍光顕微鏡画像を撮影した。その後同視野でSEM観察を行った。得られた蛍光顕微鏡画像とSEM画像から、任意に1粒子の輝点100個について輝点輝度を計測した。輝点輝度の平均値を算出し、平均値の1/2〜2倍の範囲から外れる粒子の数が1個以内である場合を「A」、2〜4個である場合を「B」、5個以上である場合を「C」として評価した。
[色素保持性評価]
粒子含有量が1mg/mLである粒子分散液1mLを2本のプラスチック遠心チューブにそれぞれ入れ、遠心分離を行って粒子を分離した。ここにエタノールを加えて超音波分散し、粒子液をエタノールで置換した状態とした。再度、遠心分離し上澄みを除去後片方のチューブにはDMFを、もう一方のチューブにはキシレンをそれぞれのチューブに1mLずつ加え、超音波分散を行った。10分間放置後、遠心分離を行ない、沈殿生成の有無を評価した。沈殿が生成し上澄みが無色のものは色素保持性が「A」、沈殿が生成せずに液が着色しているものは色素保持性が「C」とした。
[実施例1]
(シード粒子の作製)
蛍光色素であるペリレンジイミド4.4mgを水20mLに溶解して得られた溶液に乳化重合用乳化剤である「エマルゲン(登録商標)430」(ポリオキシエチレンオレイルエーテル、花王(株)製)の5質量%水溶液を2mL加えた。この溶液をホットスターラー上で撹拌しながら70℃まで昇温させた後、この溶液にメラミン樹脂原料である「ニカラックMX−035」(日本カーバイド工業(株)製)を固形分量として0.14g加えた。さらに、この溶液に酸触媒であるドデシルベンゼンスルホン酸(関東化学(株)製)の10質量%水溶液を0.70mL加え、70℃に加熱して50分間撹拌し、さらに90℃に昇温して20分間撹拌して、メラミン樹脂の合成を行った。
得られた樹脂粒子の分散液からの樹脂粒子の分離、さらに樹脂粒子に付着する余剰の樹脂原料や蛍光色素等の不純物を除くための洗浄を次のように行った。上記分散液を遠心分離機(クボタ(株)製マイクロ冷却遠心機3740)にて20000Gで90分間遠心分離し、上澄みを除去した後、分離された粒子に超純水を加え、超音波照射を行って再分散した。遠心分離、上澄み除去および超純水への再分散による処理を5回繰り返した。得られた樹脂粒子をシード粒子1とした。シード粒子1の平均粒子径は20nm、粒子径の変動係数は12%であった。
(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)
蛍光色素であるペリレンジイミド1.9mgを水20mLに加えて溶解して得られた溶液に乳化重合用乳化剤である「エマルゲン(登録商標)430」(ポリオキシエチレンオレイルエーテル、花王(株)製)の5質量%水溶液を2mL加えた。この溶液をホットスターラー上で撹拌しながら70℃まで昇温させた後、この溶液にシード粒子1を5.0×1014個加え、得られた分散液にメラミン樹脂原料である「ニカラックMX−035」(日本カーバイド工業(株)製)を固形分量として0.06g加えた。この分散液に、酸触媒であるスルファミン酸(関東化学(株)製)の2.47質量%水溶液と酸触媒であるドデシルベンゼンスルホン酸の10質量%水溶液とを1:3の比率で混合して得られた酸溶液を0.70mL加え、70℃に加熱して50分間攪拌し、さらに90℃に昇温して20分間撹拌して、メラミン樹脂の合成を行った。
得られた樹脂粒子の分散液からの樹脂粒子の分離、さらに樹脂粒子に付着する余剰の樹脂原料や蛍光色素等の不純物を除くための洗浄を次のように行った。上記分散液を遠心分離機(クボタ(株)製マイクロ冷却遠心機3740)にて20000Gで90分間遠心分離し、上澄みを除去した後、分離された粒子に超純水を加え、超音波照射を行って再分散した。遠心分離、上澄み除去および超純水への再分散による処理を5回繰り返した。得られた樹脂粒子を色素含有熱硬化性樹脂粒子1とした。色素含有熱硬化性樹脂粒子1の平均粒子径は50nm、粒子径の変動係数は10%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子1につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例2]
(シード粒子の作製)
ペリレンジイミドを4.9mg、ニカラックMX−035を固形分量として0.18gとしたこと以外は実施例1の「(シード粒子の作製)」と同様にしてシード粒子2を作製した。シード粒子2の平均粒子径は30nm、粒子径の変動係数は11%であった。
(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)
シード粒子としてシード粒子2を4.0×1014個使用したこと、ニカラックMX−035を固形分量として0.1g使用したこと、ペリレンジイミドを3.2mg使用したこと以外は実施例1の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子2を製造した。色素含有熱硬化性樹脂粒子2の平均粒子径は60nm、粒子径の変動係数は8%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子2につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
(シード粒子の作製)
ペリレンジイミドを7.8mg、ニカラックMX−035を固形分量として0.24gとしたこと以外は実施例1の「(シード粒子の作製)」と同様にしてシード粒子3を作製した。シード粒子3の平均粒子径は60nm、粒子径の変動係数は12%であった。
(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)
シード粒子としてシード粒子3を1.0×1014個使用したこと、ニカラックMX−035を固形分量として0.3g使用したこと、ペリレンジイミドを9.5mg使用したこと以外は実施例1の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子3を製造した。色素含有熱硬化性樹脂粒子3の平均粒子径は150nm、粒子径の変動係数は8%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子3につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
(シード粒子の作製)
ペリレンジイミドを9.9mg、ニカラックMX−035を固形分量として0.32gとしたこと以外は実施例1の「(シード粒子の作製)」と同様にしてシード粒子4を作製した。シード粒子4の平均粒子径は80nm、粒子径の変動係数は12%であった。
(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)
シード粒子としてシード粒子4を2.7×1013個使用したこと、ニカラックMX−035を固形分量として0.6g使用したこと、ペリレンジイミドを13.3mg使用したこと以外は実施例1の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子4を製造した。色素含有熱硬化性樹脂粒子4の平均粒子径は300nm、粒子径の変動係数は7%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子4につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
(シード粒子の作製)
ペリレンジイミドを14.4mg、ニカラックMX−035を固形分量として0.45gとしたこと以外は実施例1の「(シード粒子の作製)」と同様にしてシード粒子5を作製した。シード粒子5の平均粒子径は150nm、粒子径の変動係数は14%であった。
(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)
シード粒子としてシード粒子5を2.8×1012個使用したこと、ニカラックMX−035を固形分量として0.9g使用したこと、ペリレンジイミドを19.9mg使用したこと以外は実施例1の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子5を製造した。色素含有熱硬化性樹脂粒子5の平均粒子径は750nm、粒子径の変動係数は6%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子5につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例6]
実施例2の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」において、蛍光色素として「スルホローダミン101」(シグマアルドリッチ社製)を2.9mg使用したこと以外は実施例2と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子6を作製した。色素含有熱硬化性樹脂粒子6の平均粒子径は60nm、粒子径の変動係数は6%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子6につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例7]
実施例3の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」において、蛍光色素として「スルホローダミン101」(シグマアルドリッチ社製)を9.1mg使用したこと以外は実施例3と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子7を作製した。色素含有熱硬化性樹脂粒子7の平均粒子径は150nm、粒子径の変動係数は8%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子7につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例8]
実施例4の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」において、蛍光色素として「スルホローダミン101」(シグマアルドリッチ社製)を12.8mg使用したこと以外は実施例4と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子8を作製した。色素含有熱硬化性樹脂粒子8の平均粒子径は300nm、粒子径の変動係数は7%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子8につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例9]
実施例5の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」において、蛍光色素として「スルホローダミン101」(シグマアルドリッチ社製)を19.0mg使用したこと以外は実施例5と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子9を作製した。色素含有熱硬化性樹脂粒子9の平均粒子径は750nm、粒子径の変動係数は6%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子9につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例10]
酸触媒溶液を、スルファミン酸の2.47質量%水溶液とドデシルベンゼンスルホン酸の10質量%水溶液とを1:3の比率で混合して得られた酸溶液からドデシルベンゼンスルホン酸の10質量%水溶液に変更した以外は実施例3と同様にして色素含有熱硬化性樹脂粒子10を作製した。色素含有熱硬化性樹脂粒子10の平均粒子径は150nm、粒子径の変動係数は10%であった。
色素含有熱硬化性樹脂粒子10につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
蛍光色素であるペリレンジイミド10.0mgを水20mLに加えて溶解して得られた溶液に乳化重合用乳化剤である「エマルゲン(登録商標)430」(ポリオキシエチレンオレイルエーテル、花王(株)製)の5質量%水溶液を2mL加えた。この溶液をホットスターラー上で撹拌しながら70℃に昇温させた後、この溶液にメラミン樹脂原料である「ニカラックMX−035」(日本カーバイド工業(株)製)を固形分として0.31g加えた。さらに、この溶液に酸触媒であるドデシルベンゼンスルホン酸(関東化学(株)製)の10質量%水溶液を0.70mL加え、70℃に加熱して50分間撹拌し、さらに90℃に昇温して20分間撹拌して、メラミン樹脂の合成を行った。
得られた樹脂粒子の分散液からの樹脂粒子の分離、さらに樹脂粒子に付着する余剰の樹脂原料や蛍光色素等の不純物を除くための洗浄を次のように行った。上記分散液を遠心分離機(クボタ(株)製マイクロ冷却遠心機3740)にて20000Gで15分間遠心分離し、上澄みを除去した後、分離された粒子に超純水を加え、超音波照射を行って再分散した。遠心分離、上澄み除去および超純水への再分散による処理を5回繰り返した。得られた樹脂粒子を色素含有樹脂粒子R1とした。色素含有樹脂粒子R1の粒子径は60nm、変動係数は12%であった。
色素含有樹脂粒子R1につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表2に示す。
[比較例2]
「ニカラックMX−035」を固形分量として0.45g使用したこと、ペリレンジイミドを14.4mg使用したこと以外は比較例1と同様にして色素含有樹脂粒子R2を製造した。色素含有樹脂粒子R2の平均粒子径は150nm、粒子径の変動係数は13%であった。
色素含有樹脂粒子R2につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表2に示す。
[比較例3]
「ニカラックMX−035」を固形分量として0.60g使用したこと、ペリレンジイミドを18.0mg使用したこと以外は比較例1と同様にして色素含有樹脂粒子R3を製造した。色素含有樹脂粒子R3の平均粒子径は300nm、粒子径の変動係数は17%であった。
色素含有樹脂粒子R3につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表2に示す。
[比較例4]
「ニカラックMX−035」を固形分量として0.84g使用したこと、ペリレンジイミドを27.0mg使用したこと以外は比較例1と同様にして色素含有樹脂粒子R2を製造した。色素含有樹脂粒子R4の平均粒子径は750nm、粒子径の変動係数は18%であった。
色素含有樹脂粒子R4につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表2に示す。
[比較例5]
(シード粒子の作製)
反応容器に水20mL、スチレン0.20g、グリシジルメタクリレート0.04gを入れ、Arバブリングを行った。この溶液に、水溶性ラジカル発生剤である2,2−Azobis(2−methylpropionamidine)dihydrochloride 50mgを水0.50mLに溶解して得られた水溶液を0.20mL添加した。反応容器にふたをして、70℃に加熱して12時間反応を行った。生成した樹脂粒子を含む白濁した反応液を遠心分離機(クボタ(株)製マイクロ冷却遠心機3740)にて20000Gで90分間遠心分離して、樹脂粒子を回収した。上澄みを除去した後、分離された粒子に超純水を加え、超音波照射を行って再分散した。遠心分離、上澄み除去および超純水への再分散による処理を3回繰り返した。得られた樹脂粒子をシード粒子R5とした。シード粒子R5の平均粒子径は60nm、粒子径の変動係数は11%であった。
(色素含有樹脂粒子の製造)
反応容器に水20mL、スチレン0.20g、グリシジルメタクリレート0.04g、1.0×1014個のシード粒子R5を入れ、Arバブリングを行った。この分散液に、2,2−Azobis(2−methylpropionamidine)dihydrochloride50mgを水0.50mLに溶解して得られた水溶液20mgを添加した。反応容器にふたをして、70℃に加熱して12時間反応を行った。生成した樹脂粒子を含む白濁した反応液を遠心分離機(クボタ(株)製マイクロ冷却遠心機3740)にて20000Gで90分間遠心分離して、樹脂粒子を回収した。上澄みを除去した後、分離された粒子に超純水を加え、超音波照射を行って再分散した。遠心分離、上澄み除去および超純水への再分散による処理を3回繰り返した。得られた樹脂粒子の水分散液に、これと同量のメタノールを加え、スターラーを用いて室温で激しく攪拌しながら、ペリレンジイミド9.5mgをメタノール溶液として加えた。8時間後、水分散液を遠心分離機(クボタ(株)製マイクロ冷却遠心機3740)にて20000Gで90分間遠心分離して、樹脂粒子を回収した。上澄みを除去した後、回収した樹脂粒子を水に分散し、1.0μmのフィルターでろ過し、余剰の色素を除去した。ろ別された樹脂粒子を水に再分散し、上記と同条件での遠心分離、上澄み除去および水への再分散による処理を3回繰り返した。得られた粒子を色素含有樹脂粒子R5とした。色素含有樹脂粒子R5の平均粒子径は150nm、粒子径の変動係数は7%であった。
色素含有樹脂粒子R5につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表2に示す。
[比較例6]
シード粒子としてシード粒子R5を使用したこと以外は実施例3の「(色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造)」と同様にして色素含有樹脂粒子R6を製造した。色素含有樹脂粒子R6の平均粒子径は150nm、粒子径の変動係数は8%であった。
色素含有樹脂粒子R6につき輝点バラつき評価及び色素保持性評価を行った。結果を表2に示す。
Figure 0006780657
Figure 0006780657

Claims (10)

  1. 熱硬化性樹脂により形成されたシード粒子を分散媒に分散させ、得られた分散液中で色素及び酸触媒の存在下に熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させ、前記分散液中で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて得られる樹脂が、メラミン、尿素、フェノール、キシレンまたはこれらの誘導体から形成される構成単位のみを含む、色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  2. 前記シード粒子の平均粒子径が20〜150nmである請求項1に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  3. 前記酸触媒がドデシルベンゼンスルホン酸を含む2種の酸の混合物である請求項1または2に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  4. 前記色素含有熱硬化性樹脂粒子の平均粒子径が60〜750nmである請求項1〜3のいずれか一項に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  5. 前記シード粒子を形成する熱硬化性樹脂が、前記分散液中で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて得られる熱硬化性樹脂と同種である請求項1〜4のいずれか一項に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  6. 前記シード粒子を、熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて作製する請求項1〜5のいずれか一項に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  7. 前記シード粒子を、色素の存在下で熱硬化性樹脂合成用モノマーを重合させて作製する請求項6に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  8. 前記シード粒子の作製時に存在した色素が、前記分散液中における熱硬化性樹脂合成用モノマーの重合時に存在した色素と同種である請求項7に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  9. 前記色素が有機蛍光色素である請求項1〜8のいずれか一項に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。
  10. 前記有機蛍光色素がローダミンまたは芳香族系色素である請求項9に記載の色素含有熱硬化性樹脂粒子の製造方法。

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