JP6960696B2 - 磁性−光学複合ナノ構造体 - Google Patents

Description

本発明は、磁性−光学複合ナノ構造体に関し、磁性−光学複合ナノ構造体は、第１のコア−シェルナノ粒子及び第２のコア−シェルナノ粒子の異種ナノ粒子から構成されて磁性と光学機能とを同時に具現することができる。

既存の体外診断生体分子検知法として酵素結合免疫分析法（Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ Ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ Ａｓｓａｙ、ＥＬＩＳＡ）、フローサイトメトリー（ｆｌｏｗ ｃｙｔｏｍｅｔｒｙ）などが使用されているが、前記分析法を用いる場合、輸入製品を使用するため、高価な費用及び多くの時間を要するという短所を持つ。それだけでなく、有機蛍光体は、ライフタイムが短く、安定性が低下するという側面から検査ミスが発生する可能性が大きい。

これらの問題を解決するため、近年、検知感度の高いナノ素材を様々な観点から使用している。その中でも、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）現象を用いた生体分子又は生体物質の検知は、様々な形態の金、銀ナノ粒子を用いて応用されている（特許文献１）。しかし、前記方法は、磁気的（ｍａｇｎｅｔｉｃ）特性を有していないため、捕捉しようとする分子又はタンパク質を単独で分離することができない。

したがって、磁気的特性を有するビーズ（ｂｅａｄ）を使用しているが、前記ビーズを使用した方法は、捕捉しようとする特定の分子及びタンパク質を抽出するのに工程が複雑であるという問題点を有する。

代案として提示された金属及び金属酸化物が複合された多機能性ナノ粒子は、その応用性が非常に大きいものと期待されるにもかかわらず、単一のナノ粒子内で均一な磁気的特性と光学的特性を同時に持つのが困難であるため、その応用性が制限されている。

韓国公開特許第１０−２００９−００３０７７５号公報

本発明は、表面増強ラマン散乱（Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；ＳＥＲＳ）信号を有する貴金属（金及び／又は銀）及び磁性ナノ粒子から構成された多様な形態の多機能性磁性−光学複合ナノ構造体及びその製造方法、前記磁性−光学複合ナノ構造体を用いた細胞画像能力及び生体分子又は生体物質検知能力を提供することを目的とする。

本発明は、磁性ナノ粒子にセラミックシェルを形成して第１のコア−シェルナノ粒子を製造する段階と、
前記第１のコア−シェルナノ粒子に金ナノ粒子を付着させて金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を製造する段階と、
前記金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子の前記金ナノ粒子を１次成長させる段階と、
前記１次成長した金ナノ粒子上にラマン分子を機能化させてラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子を製造する段階と、
前記ラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子のラマン分子が機能化された金ナノ粒子に金、銀、又は金−銀合金シェルを形成して第２のコア−シェルナノ粒子を形成する段階と、を含む磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法を提供する。

また、本発明は、前述の製造方法によって製造され、
磁性ナノ粒子コア及びシリカシェルを含む第１のコア−シェルナノ粒子と、
金ナノ粒子コア及び金、銀又は金と銀の合金であるシェルを含む第２のコア−シェルナノ粒子と、を含み、
前記第１のコア−シェルナノ粒子のシェルの表面に形成された官能基に第２のコア−シェルナノ粒子が結合されており、
前記金ナノ粒子コアは、ラマン分子として機能化されている磁性−光学複合ナノ構造体を提供する。

また、本発明は、磁性−光学複合ナノ構造体を含む分析物検出用キット、分子診断チップ、又は画像診断用組成物を提供する。

また、本発明は、前述の磁性−光学複合ナノ構造体の表面に検出しようとする分析物と結合しうるバイオ分子を機能化する段階と、
前記機能化された磁性−光学複合ナノ構造体を一つ以上の分析物を含む試料に露出させる段階と、
ラマン分光法を用いて磁性−光学複合ナノ構造体に結合された分析物を確認する段階と、を含む、分析物を検出、画像化又は分離する方法を提供する。

本発明では、磁性ナノ粒子の表面に貴金属ナノ粒子シードを化学的に結合し、前記貴金属ナノ粒子シードを成長させて、様々な構造の多機能性ナノ粒子を製造する方法を提供する。

本発明では、金イオン前駆体及び銀前駆体の含量比率を調節して、多様な構造を有する磁性−光学複合ナノ構造体を製造しうる。

前記本発明による磁性−光学複合ナノ構造体は、ラマン分子及び生体にやさしい有機分子で機能化されているので、特異的に生体分子又は生体物質を捕捉、検知、及び分離し得、また、細胞画像を可能にし得る。

したがって、本発明の複合ナノ構造体は、疾病診断及び細胞分離と画像などの様々なバイオメディカル分野において活用されてもよい。

図１は、本発明による磁性−光学複合ナノ構造体の製造過程の模式図（ａ）、前記模式図において、それぞれの段階の透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＴＥＭ）写真（ｂ）、及び（Ｓ３）の透過電子顕微鏡写真とエネルギー分散型分光分析法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＸ）写真（ｃ）を示す。 図２は、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率に応じて製造された複合ナノ構造体の透過電子顕微鏡写真（ａ）、前記複合ナノ構造体の低倍率透過電子顕微鏡写真、エネルギー分散型分光分析法写真と金／銀原子百分率（ａｔｏｍｉｃ ｐｅｒｃｅｎｔ）表（ｂ）、及び複合ナノ構造体の合成原理模式図（ｃ）を示す。 図３は、１次成長した金ナノ粒子に１，４−ＢＤＴの機能化なしに２次成長を行った場合、均一な２次金／銀シェルを形成することを確認した透過電子顕微鏡写真を示す。 図４は、第１のコア−シェルナノ粒子上に付着される第２のコア−シェルナノ粒子の透過電子顕微鏡写真の粒度分布（ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を示す。このとき、粒度分布の測定時、アイランドを除いたサイズを測定する。 図５は、２次成長した金／銀のエピタキシャル成長を示す高解像度透過電子顕微鏡写真とＦａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＦＦＴ）回折写真（ａ）、磁性−光学複合ナノ構造体のエネルギー分散型分光分析法写真と第２のコア−シェルナノ粒子における金及び銀原子の組成比を測定した結果（ｂ）、及び磁性−光学複合ナノ構造体の高倍率透過電子顕微鏡写真と第１のコア−シェルナノ粒子上に密集された第２のコア−シェルナノ粒子（金／銀ナノ粒子）の組成を示すエネルギー分光分析法の結果（ｃ、ｄ）を示す。 図６は、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率による光学的特性を紫外線可視光線分光器（ＵＶ−Ｖｉｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）で確認した結果（ａ）、及び１次金成長、２次金／銀成長段階による光学特性変化を紫外線可視光線分光器で確認した結果（ｂ）を示す。 図７は、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率を１：１で固定した場合（Ｓ３）、２次金／銀成長段階で混合される金及び銀イオン前駆体の量による磁性−光学複合ナノ構造体における密集した第２のコア−シェルナノ粒子（金／銀ナノ粒子）のサイズの変化を示す透過電子顕微鏡写真（ａ）及び光学的特性の変化を紫外線可視光線分光器で確認した結果（ｂ）を示す。 図８は、２次成長時、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率による複合ナノ構造体のレーザー６３３ｎｍの波長に対する表面増強ラマン散乱信号強度の測定結果（ａ）、１，４−ＢＤＴの指紋ピークのうち一つである１０６７ｃｍ^−１における表面増強ラマン散乱信号強度を７回測定して信号の信頼性を確認した評価結果（ｂ）、２次成長時、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率による複合ナノ構造体のレーザー７８５ｎｍ波長に対する表面増強ラマン散乱信号強度の測定結果（ｃ）及び１，４−ＢＤＴの指紋ピークのうち一つである１０６７ｃｍ^−１における表面増強ラマン散乱信号強度を７回測定して信号の信頼性を確認した評価結果（ｄ）を示す。 図９は、（Ｓ３）複合ナノ構造体を用いたＵ８７ＭＧ、ＭＣＦ７、ＨｅＬａ細胞画像の結果を示す。 図１０は、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率を１：１としたとき、すなわち、（Ｓ３）複合ナノ構造体を用いたＵ８７ＭＧ細胞磁性分離及び画像の結果を示す。 図１１は、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率を１：１としたとき、すなわち、（Ｓ３）複合ナノ構造体を用いたＵ８７ＭＧ細胞磁性分離効率の結果を示す。 図１２は、インフルエンザＡウイルス検知抗体が表面機能化された複合ナノ構造体（Ｓ３）とインフルエンザＡウイルス捕捉抗体が機能化されたＡｕ基板を用いたインフルエンザＡ抗原の濃度による走査電子顕微鏡写真（ａ）とインフルエンザＡ抗原の濃度による２５μｍ^２の面積による表面増強ラマン散乱信号強度（ｂ）を示す。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明は、磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法に関し、前記磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法は、（Ａ）磁性ナノ粒子にセラミックシェルを形成して第１のコア−シェルナノ粒子を製造する段階（以下、第１のコア−シェルナノ粒子製造段階）と、
（Ｂ）前記第１のコア−シェルナノ粒子に金ナノ粒子を付着させて金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を製造する段階（以下、金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子製造段階）と、
（Ｃ）前記金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子の前記金ナノ粒子を１次成長させる段階（以下、１次成長段階）と、
（Ｄ）前記１次成長した金ナノ粒子上にラマン分子を機能化させてラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子を製造する段階（以下、ラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子製造段階）と、
（Ｅ）前記ラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子のラマン分子が機能化された金ナノ粒子に金、銀、又は金−銀合金シェルを形成して第２のコア−シェルナノ粒子を形成する段階（以下、２次成長段階）と、を含んでもよい。

本発明において、（Ａ）第１のコア−シェルナノ粒子製造段階は、磁性ナノ粒子にセラミックシェルを形成して磁性ナノ粒子−セラミックコア−シェルナノ粒子を製造する段階である。

前記段階は、磁性ナノ粒子を含む第１の溶液にセラミック前駆体溶液を混合して行ってもよく、前記段階によって第１のコア−シェルナノ粒子を含む第２の溶液を製造してもよい。

一具体例において、磁性ナノ粒子は、前記第１のコア−シェルナノ粒子のコアを形成する。前記磁性ナノ粒子は、金属酸化物ナノ粒子であってもよく、前記金属酸化物は、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｏＦｅ_２Ｏ_４、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４、ＭｎＦｅ_２Ｏ_４、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＭｇＯからなるグループから選ばれた一つ以上であってもよい。本発明では、前記金属酸化物を使用して最終的に製造される複合ナノ構造体に磁性を付与してもよい。

前記磁性ナノ粒子は、磁性ナノ粒子のクラスターから構成されてもよい。

このような磁性ナノ粒子又はクラスターの平均粒径は、後述の第２のコア−シェルナノ粒子より大きければ、制限されないが、例えば、１０〜５００ｎｍ、５０〜４００ｎｍ、又は１００〜２００ｎｍであってもよい。また、前記磁性ナノ粒子又はクラスターは、球状であってもよい。本発明において、用語の「球状」は、一点から同じ距離にあるすべての点からなる立体形状という数学的な定義の球だけでなく、外見上、丸みを帯びた形状のものを全て包括してもよい。

一具体例において、セラミックシェルは、磁性ナノ粒子を保護する役割を果たすことができる。

前記セラミックは、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、及びゼオライトからなるグループから選ばれた一つ以上を含んでもよく、本発明では、シリカを使用してもよい。前記シリカを使用する場合、シェルをシリカシェルと表現してもよい。

このようなシェルの厚さは、特に制限されず、例えば、シェルの厚さを１〜１００ｎｍ、又は１〜２０ｎｍに調節してもよい。

一具体例において、セラミックシェルは、磁性ナノ粒子とセラミック前駆体の反応によって形成されてもよい。このとき、セラミック前駆体としてアルコキシ化合物を使用してもよく、具体的にテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を使用してもよい。

本発明において、（Ｂ）金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子製造段階は、前記第１のコア−シェルナノ粒子に金ナノ粒子を付着させて金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を製造する段階である。

前記段階は、第１のコア−シェルナノ粒子のシェルの表面に官能基を導入する段階と、前記官能基に金ナノ粒子シードを結合させる段階と、を含んでもよい。

具体的に、前記段階は、段階（Ａ）で製造された第２の溶液に官能基含有化合物を添加して行ってもよく、前記段階を通じてシェルの表面に官能基が導入された磁性ナノ粒子−セラミックコア−シェルナノ粒子を含む第３の溶液を製造してもよい。そして、前記第３の溶液に金ナノ粒子を添加して金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を含む第４の溶液を製造してもよい。

一具体例において、セラミックスシェルの表面に官能基を導入し、前記官能基は、金ナノ粒子シードと多重結合を形成することになる。

一具体例において、前記官能基は、アミン基（−ＮＨ）、サイオール基（−ＳＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、及びドーパミンからなるグループから選ばれてもよい。具体的に、前記官能基は、アミン基であってもよく、第１のコア−シェルナノ粒子とアミン基含有化合物を反応させて、前記シェルの表面にアミン基を導入してもよい。

一具体例において、前記官能基は、金ナノ粒子シードと結合して、前記第１のコア−シェルナノ粒子上に金ナノ粒子シードが付着されてもよい。

このとき、金ナノ粒子シードは、当業界の一般的な製造方法によって製造されてもよく、具体的に、水溶液上で金イオン前駆体溶液及び還元剤を用いて合成してもよい。

前記金イオン前駆体としては、塩化金水和物（ｇｏｌｄ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｔｒｉｈｙｄｒａｔｅ、ＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏ）、カリウム塩化金化合物（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｇｏｌｄ（ＩＩＩ）ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、Ｋ（ＡｕＣｌ_４）及びシアン化金カリウム（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｄｉｃｙａｎｏａｕｒａｔｅ、ＫＡｕ（ＣＮ）_２）からなるグループから選ばれた一つ以上を使用してもよく、還元剤としては、ヒドロキノン（ｈｙｄｒｏｑｕｉｎｏｎｅ）、ナトリウムボロハイドライド（ＮａＢＨ４）、アスコルビン酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ａｓｃｏｒｂａｔｅ）、及びヒドロキシルアミン（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ａｍｉｎｅ）からなるグループから選ばれた一つ以上を使用してもよい。

前記還元剤は、水溶液上で金を還元させる還元剤として作用するだけでなく、合成された金ナノ粒子の周囲に負電荷を与えることができる。したがって、還元された金ナノ粒子シードは、表面負電荷によって水溶液上でよく分散しており、アミン基などの官能基と接触して強く結合されてもよい。したがって、前記金ナノ粒子シードは、第１のコアシェルナノ粒子のセラミックシェル表面の官能基と強い結合を形成して、前記第１のコアシェルナノ粒子に金ナノ粒子シードが付着されてもよい。

本発明において、（Ｃ）１次成長段階は、前記金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子の前記金ナノ粒子を１次成長させる段階である。

前記段階は、前記（Ｂ）で製造された第４の溶液に金イオン前駆体溶液を添加して行ってもよく、前記段階を通じて第５の溶液を製造してもよい。

還元剤によって還元された金ナノ粒子シードは、そのサイズが小さすぎて、低い光学的特性のために、産業的な利用に限界を有する。したがって、本発明では、小さな金ナノ粒子シードのサイズと光学的特性をより大きくするため、セラミックシェルの表面に付着される前記金ナノ粒子シードをシードとして用いて前記シードを中心にナノ粒子を成長させることができる。

一具体例において、前記段階は、金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を金イオン前駆体溶液、還元剤、及び安定化剤と混合して行ってもよい。そして、金イオン前駆体の自己核成長を抑制するため、金イオン前駆体を複数回にわたって混合してもよい。前記金イオン前駆体としては、前述の種類を使用してもよく、還元剤としては、ヒドロキノン（ｈｙｄｒｏｑｕｉｎｏｎｅ）、ナトリウムボロハイドライド（ＮａＢＨ４）、ナトリウムアスコルビンベイト（ｓｏｄｉｕｍ ａｓｃｏｒｂａｔｅ）、及びヒドロキシルアミン（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ａｍｉｎｅ）からなるグループから選ばれた一つ以上を使用してもよく、安定化剤としては、ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）、及びＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）からなるグループから選ばれた一つ以上を使用してもよい。

一具体例において、金ナノ粒子の成長は、金イオン前駆体の含量を変えて調節してもよく、成長した金ナノ粒子の平均粒径は、５〜５０ｎｍであってもよい。

本発明において、金ナノ粒子シードの成長は、前記金ナノ粒子シードを前記第１のコア−シェルナノ粒子のセラミック表面に付着させた後、１次成長させるので、前記金ナノ粒子は、セラミックの表面に当接して成長するので、しっかりと固定されて、経済的かつ工程が容易な長所を有する。また、金ナノ粒子を成長させると、前記ナノ粒子間のネットワーキングが発生してセラミックの表面から決して取り外すことができない頑丈な構造を形成することもできる。

本発明において、（Ｄ）ラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子製造段階は、前記１次成長した金ナノ粒子上にラマン分子を機能化させてラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子を製造する段階である。

前記段階は、前記段階（Ｃ）で製造された第５の溶液をラマン分子溶液と混合して行ってもよく、前記段階を通じてラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子を含む第６の溶液を製造してもよい。

本発明では、ラマン分子を使用して、前記ラマン分子と後述の第２のコア−シェルナノ粒子間の表面増強ラマン散乱（Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；ＳＥＲＳ）現象を用いた細胞画像と生体分子検知を可能にすることができる。特に、ラマン分子は、第２のコア−シェルナノ粒子のシェルの形状に大きな影響を及ぼすことができるが、ラマン分子を使用することにより、所望の形状の複合ナノ構造体の製造が可能である。

ラマン分子は、１，４−ＢＤＴ（１，４−ベンゼンジチオール）、ＦＡＭ（フルオレセイン）、ダブシル（Ｄａｂｃｙｌ）、ＴＲＩＴ（テトラメチルローダミンイソチオール）、ＮＢＤ（７−ニトロベンズ２−１，３−ダイヤゾール）、テキサスレッド（Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ）染料、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、クレシルファストバイオレット、クレシルブルーバイオレット、ブリリアント（ｂｒｉｌｌｉａｎｔ）クレシルブルー、パラ−アミノ安息香酸、エリスロシン、ビオチン、ジゴキシゲニン（ｄｉｇｏｘｉｇｅｎｉｎ）、５−カルボキシ−４’，５’−ジクロロ−２’，７’−ジメトキシ、５−カルボキシ−２’，４’，５’，７’−テトラクロロフルオレセイン、５−カルボキシフルオレセイン、５−カルボキシローダミン、６−カルボキシローダミン、６−カルボキシテトラメチルアミノフタロシアニン、アゾメチン、キサンチン、スクシニルフルオレセイン、アミノアクリジン、量子点、カーボンナノチューブ、炭素同素体、シアン化物、チオール、クロリン、臭素、メチル、リン、硫黄及びシアニン染料（Ｃｙ３、Ｃｙ３．５、Ｃｙ５）及びローダミンからなるグループから選ばれた一つ以上を含んでもよい。前記ラマン分子溶液におけるラマン分子の濃度は、０．０１ｍＭ〜１Ｍであってもよい。また、前記ラマン分子溶液の溶媒は、アルコール、水又はこれらの混合物であってもよい。

本発明において、（Ｅ）２次成長段階は、前記ラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子のラマン分子が機能化された金ナノ粒子に金、銀、又は金−銀合金シェルを形成する段階である。前記段階を通じて、第２のコア−シェルナノ粒子が形成され、最終的に磁性−光学複合ナノ構造体が製造されてもよい。

前記段階は、段階（Ｄ）で製造された第６の溶液を金イオン前駆体溶液及び／又は銀イオン前駆体溶液と混合して行ってもよく、前記段階を通じて金、銀、又は金−銀合金シェルが形成された磁性−光学複合ナノ構造体を含む第７の溶液を製造してもよい。前記磁性−光学複合ナノ構造体において金ナノ粒子及び前記金ナノ粒子に形成された金、銀、又は金−銀合金シェルを第２のコア−シェルナノ粒子と表現してもよい。

一具体例において、第６の溶液に金イオン前駆体溶液及び／又は銀イオン前駆体溶液の他に還元剤、自己核形成抑制剤、及び安定化剤などをさらに混合してもよい。前記金イオン前駆体、還元剤、金の自己核形成抑制剤、及び安定化剤として前述の種類を使用してもよく、銀イオン前駆体としてＡｇＮＯ_３及びＡｇＣｌＯ_４からなるグループから選ばれた一つ以上を使用してもよい。また、銀の自己核形成抑制剤としてアセトニトリルを使用してもよい。

一具体例において、金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の金及び銀の濃度は、それぞれ０．０１ｍＭ〜１Ｍであってもよい。また、前記金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の重量比は、１：０〜０：１であってもよい。

本発明では、ラマン分子により、金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の含量によって金及び／又は銀の他の２次成長の結果をもたらすことができる。

例えば、金イオン前駆体溶液のみを使用するか、または金イオン及び銀イオンの混合含量に対して金イオンの含量が５０モル％以上である金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の混合溶液を使用すると、すなわち、イオン含量（モル）がＡｕ≧Ａｇであれば、シェルは、エピタキシャル成長パターンを示すことができる。すなわち、均一な金シェル又は金−銀合金シェルが形成されてもよい。特に、前記混合溶液において金イオンの含量が増加するほどよりエピタキシャル成長パターンを示すことができる。

一方、銀イオン前駆体溶液のみを使用するか、又は金イオン及び銀イオンの混合含量に対して銀イオンの含量が５０モル％を超える金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の混合溶液を使用すれば、すなわち、イオン含量（モル）がＡｇ＞Ａｕであれば、シェルは、結晶性アイランド（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｉｓｌａｎｄ）に成長し得、アイランドシェルが局部的に成長し得る。

エピタキシャル、すなわち、均一な金−銀合金シェル又は金シェルが形成されるとき、金−銀ナノ粒子間のネットワーキング（プラズモンカップリング）が発生しうる。このとき、エピタキシャル成長は、金ナノ粒子上に均一な薄膜層が形成されることを意味し、結晶性アイランドは、金ナノ粒子の核を中心に半球状にシェルが形成されることを意味する。本発明では、２次成長した金属をシェルと表現しうる。

一具体例において、エピタキシャルに成長した第２のコア−シェルナノ粒子のサイズは、５ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。また、銀アイランドに成長した第２のコア−シェルナノ粒子のサイズは、５ｎｍ〜５００ｎｍであってもよい。

また、本発明は、前述の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法によって製造された磁性−光学複合ナノ構造体に関する。前記磁性−光学複合ナノ構造体は、複合ナノ構造体と表現してもよい。

本発明による磁性−光学複合ナノ構造体は、磁性ナノ粒子コア及びセラミックシェルを含む第１のコア−シェルナノ粒子と、
金ナノ粒子コア及び金、銀又は金と銀の合金であるシェルを含む第２のコア−シェルナノ粒子を含んでもよい。

一具体例において、前記第１のコア−シェルナノ粒子のシェルの表面に形成された官能基に第２のコア−シェルナノ粒子が結合されていてもよい。このとき、前記第２のコア−シェルナノ粒子は、互いに当接して連結されたネットワークを形成してもよい。具体的に、複合ナノ構造体の製造時、第１のコア−シェルナノ粒子のシェルの表面の官能基を介して結合された金ナノ粒子は、１次成長及び２次成長を通じて成長してネットワーキングを実現しうる。

また、前記金ナノ粒子コアは、ラマン分子で官能化されていてもよい。

一具体例において、前記第２のコア−シェルナノ粒子のシェルは、コアを包囲する均一な厚さのシェルの形状を有していてもよく、又は、コア上に銀アイランドのみ局部的に形成された形状を有していてもよい。

また、本発明は、前述の磁性−光学複合ナノ構造体を含む分析物検出用キット、分子診断チップ、又は画像診断用組成物に関する。

また、本発明は、磁性−光学複合ナノ構造体の表面に検出しようとする分析物と結合しうるバイオ分子を機能化する段階と、
前記機能化された磁性−光学複合ナノ構造体を一つ以上の分析物を含む試料に露出させる段階と、
ラマン分光法を用いて磁性−光学複合ナノ構造体に結合された分析物を確認する段階と、を含む、分析物を検出、分離、又は画像化する方法に関する。

本発明による磁性−光学複合ナノ構造体は、検出しようとする分析物を認識しうるバイオ分子が機能化されて各種の生体分子を検出するのに応用できるプローブとして使用されてもよい。

一具体例において、検出しようとする分析物は、アミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、グリコプロテイン、リポプロテイン、ヌクレオシド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、糖、炭水化物、オリゴ糖、多糖、脂肪酸、脂質、ホルモン、代謝産物、サイトカイン、ケモカイン、受容体、神経伝達物質、抗原、アレルゲン、抗体、基質、補助因子、抑制剤、薬物、薬学物、栄養物、プリオン、毒素、毒物、爆発物、殺虫剤、化学兵器剤、生体有害性製剤、放射線同位元素、ビタミン、ヘテロサイクリック芳香族化合物、発がん物質、突然変異誘発要因、麻酔剤、アンフェタミン、バルビツレート、幻覚剤、廃棄物、又は汚染物であってもよい。また、分析物が核酸である場合、前記核酸は、遺伝子、ウイルスＲＮＡ及びＤＮＡ、バクテリアＤＮＡ、カビＤＮＡ、哺乳動物ＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ＲＮＡ、及びＤＮＡ断片、オリゴヌクレオチド、合成オリゴヌクレオチド、改質されたオリゴヌクレオチド、単一鎖及び二重鎖核酸、自然的及び合成核酸であってもよい。

一具体例において、分析物を認識しうる、本発明による複合ナノ構造体の表面に結合されてもよいバイオ分子は、抗体、抗体断片、遺伝操作抗体、単一鎖抗体、受容体タンパク質、結合タンパク質、酵素、抑制剤タンパク質、レクチン、細胞癒着タンパク質、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、核酸、又はアプタマーであってもよい。

一具体例において、前記ラマン分光法は、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、表面増強共鳴ラマン分光法（ＳＥＲＲＳ）、又はハイパー−ラマン及び／又は非干渉性反ストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ）であってもよい。

表面増強ラマン散乱技術は、基本的に低いパワーのレーザーを使用するため、試料に対して非破壊的である。また、プローブの製作技術の発展とともに生体適合性に優れた材料を用いて細胞及び生体内での疾病診断に多角的に適用されてもよい。細胞及び生体内でプローブの移動及び生体適合性を高めるため、プローブの表面を高分子リガンドやシリカのような生体適合性物質でコーティングしてもよい。また、バイオ物質間の特異的反応（ＤＮＡ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ、抗原−抗体反応など）を用いて細胞及び生体内で特定の疾病に対する高感度診断が可能である。また、身元の確認、血縁関係の確認、細菌や細胞同定又は動植物の原産地の確認に使用してもよい。

したがって、本発明による複合ナノ構造体を使用した非破壊表面増強ラマン分析技術は、生きている細胞及び生体内で特定の疾病に対するリアルタイムモニタリング及び治療薬物開発分野に活用されてもよい。

さらに、本発明による複合ナノ構造体は、ＳＥＲＳ信号が極大化できる微細構造を再現性よく確保可能であるため、非常に信頼度の高い有用な超高感度生体分子分析法に使用されてもよく、体外診断法の他にも生体内イメージング技術としても非常に有用である。

一具体例において、分析物の分離は、例えば、磁性分離を用いて行ってもよい。本発明による磁性−光学複合構造体は、磁性を持つため、磁性分離によって分析物を容易に分離しうる。

＜実施例＞
実施例１．磁性−光学ナノ複合構造体の製造
１．酸化鉄（磁鉄鉱、ｍａｇｎｅｔｉｔｅ、Ｆｅ_３Ｏ_４）ナノ粒子の合成

酸化鉄ナノ粒子の合成は、ポリオール方法で行った。

塩化鉄６水和物（ｉｒｏｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｈｅｘａｈｙｄｒａｔｅ、ＦｅＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏ）は、鉄イオン前駆体として、エチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ、ＥＧ）は、還元剤でありながら溶媒として、酢酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ａｃｅｔａｔｅ、ＮａＯＡｃ）、Ｈ_２Ｏは、加水分解を助ける補助剤として使用した。

ＥＧ５０ｍＬにＦｅＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏ ２ｍｍｏｌ、ＮａＯＡｃ ６ｍｍｏｌ、Ｈ_２Ｏ １５０ｍｍｏｌを入れ、３口フラスコに入れた後、機械的ステアリング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｉｒｒｉｎｇ）を行いながら１５分間、２００℃まで急速に加熱した。反応時間を３時間３０分に維持し、冷却させた後、エタノールを用いて洗浄した。

２．金（Ａｕ）ナノ粒子の合成
塩化金水和物（ｇｏｌｄ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｔｒｉｈｙｄｒａｔｅ、ＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏ）は、金イオン前駆体として、水素化ホウ素ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ、ＮａＢＨ_４）は、還元剤として、クエン酸ナトリウム（ｔｒｉｓｏｄｉｕｍ ｃｉｔｒａｔｅ）は、安定化剤として、Ｈ_２Ｏは、溶媒として使用した。

Ｈ_２Ｏ５０ｍＬにＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏの濃度を０．２５ｍＭ、クエン酸ナトリウムの濃度を０．２５ｍＭに合わせて冷たいＨ_２Ｏ１．５ｍＬ（０．１ＭＮａＢＨ_４を含む）を入れた。常温で磁気攪拌（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ）を保ったまま反応させた（金ナノ粒子溶液の製造）。

３．金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子の製造
酸化鉄ナノ粒子にストーバー（Ｓｔｏｂｅｒ）法を用いてシリカ（ｓｉｌｉｃａ）シェル（ｓｈｅｌｌ）を形成した。

エタノール（ｅｔｈａｎｏｌ）、水（Ｈ_２Ｏ）は、溶媒として、ポリビニルピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、ＰＶＰ）は、安定化剤として、水酸化アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＮＨ_４ＯＨ）溶液は、触媒剤として、エチルシリケート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、ＴＥＯＳ）は、シリカ前駆体として使用した。

エタノール５０ｍＬ、Ｈ_２Ｏ７．５ｍＬ、ＮＨ_４ＯＨ２．５ｍＬ、及びＰＶＰ４００ｍｇを混合した後、前記溶液内に酸化鉄ナノ粒子２５ｍｇを入れて酸化鉄ナノ粒子が混合された均一な混合溶液を製造した。前記混合溶液にＴＥＯＳ０．０５０ｍＬを入れた後、常温で１時間３０分の間シェイキング（ｓｈａｋｉｎｇ）した。そして、エタノールで洗浄し、エタノール１０ｍＬに分散させた。これにより、酸化鉄ナノ粒子−シリカコア−シェルナノ粒子が合成された（第２の溶液の製造）。

前記酸化鉄ナノ粒子−シリカコア−シェルナノ粒子に金ナノ粒子を付着した。

（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（３−Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、ＡＰＴＥＳ）は、アミン基（−ＮＨ_２）の前駆体として、２−プロパノール（２−ｐｒｏｐａｎｏｌ）は、溶媒として使用した。

第２の溶液である酸化鉄ナノ粒子−シリカコア−シェルナノ粒子を含むエタノール４ｍＬ（酸化鉄ナノ粒子２．５ｍｇ／ｍＬを含む）を２−プロパノール１０ｍＬに溶媒置換し、ＡＰＴＥＳ０．０５０ｍＬを入れてシェイキングした。そして、８０℃で４時間の間音波処理（ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）した後、Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ５ｍＬに分散させた（第３溶液の製造）。

前記アミン基が表面に機能化された酸化鉄−シリカコア−シェルナノ粒子を含む第３の溶液５ｍＬと２．で製造された金ナノ粒子溶液３０ｍＬを混合し、１６時間の間振った。そして、後処理でＰＶＰ１ｗｔ％が溶けているＨ_２Ｏを安定化剤として入れた後、均一にシェイキングした。その後、Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ２０ｍＬに分散させた（第４の溶液の製造）。

４．磁性−光学複合ナノ構造体の製造
酸化鉄ナノ粒子−シリカコア−シェルナノ粒子上の金ナノ粒子を１次成長させるため、ＰＶＰは、安定化剤として、四塩化金酸水和物（ＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏ）は、金イオン前駆体として、アスコルビン酸（Ｌ−ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）は、還元剤として、Ｈ_２Ｏは、溶媒として使用した。

５ｍＭ ＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏを含むＨ_２Ｏ溶液を準備した。第４の溶液である金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子溶液０．４ｍＬ（酸化鉄ナノ粒子０．５ｍｇ／ｍＬを含む）、Ｈ_２Ｏ３．６ｍＬ（１ｗｔ％ＰＶＰを含む）、２０ｍＭアスコルビン酸水溶液０．０８０ｍＬが均一に混合されるようにシェイキングした。そして、自己核形成（ｓｅｌｆ−ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）抑制のため、１０分ごとに５ｍＭ ＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏ溶液を０．０２ｍＬずつ６回に分けて入れた。常温でシェイキングを行いながら１時間の間反応した。Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ_４ｍＬに分散させた（第５溶液の製造）。

その後、１，４−ベンゼンジチオール（１，４−ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｔｈｉｏｌ、１，４−ＢＤＴ）を使用してラマン分子機能化を行った。

第５溶液である１次成長した金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を含む溶液を１ｍＭ１，４−ＢＤＴを含むエタノール溶液０．０４０ｍＬに入れ、１時間３０分間常温でステアリングを保ったまま反応させた。Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ０．４ｍＬに分散させた（第６溶液）。

ラマン分子が機能化された１次成長した金ナノ粒子を金と銀を成分とする２次シェルに成長させた。

２次シェルに成長させるため、ＰＶＰは、安定化剤として、ＡｇＣｌは、生成抑制剤として、アスコルビン酸は、還元剤として、アセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）は、Ａｇの自己核形成抑制剤として、ＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏは、金イオン前駆体として、ＡｇＮＯ_３は、銀イオン前駆体として使用した。

すなわち、ラマン分子が機能化された１次成長した金ナノ粒子溶液（第６溶液）にＨ_２Ｏ３．６ｍＬ（ＰＶＰ１ｗｔ％を含む）、２０ｍＭアスコルビン酸水溶液０．０８０ｍＬを均一に混合されるようにシェイキングした。そして、５ｍＭＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏ水溶液と５ｍＭＡｇＮＯ_３水溶液を準備した。前記水溶液の総和は、０．０８ｍＬに固定し、比率が、それぞれ１：０（Ｓ１）、２：１（Ｓ２）、１：１（Ｓ３）、１：２（Ｓ４）、０：１（Ｓ５）となるように混合水溶液を製造した。１０分ごとに前記混合水溶液を０．０２ｍＬずつ４回に分けて入れた。反応は、常温でシェイキングしながら４０分間行った。Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ４ｍＬに分散させた（第７溶液の製造）。

比較例１．
ラマン分子で機能化していないことを除いては、実施例１と同様の方法で磁性−光学ナノ複合構造体を製造した。

実験例１．磁性−光学複合ナノ構造体の物理的特性
図１の（ａ）は、本発明による磁性−光学複合ナノ構造体の製造過程（段階）模式図であり、（ｂ）は、前記模式図において、それぞれの段階の透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＴＥＭ）写真であり、（ｃ）は、（Ｓ３）で製造時の透過電子顕微鏡写真、及びＦｅ、Ｓｉ、Ａｕ、Ｓ（ラマン分子のサイオール基（−ＳＨ））及びＡｇのエネルギー分散型分光分析法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＸ）写真を示す。

前記図１に示すように、本発明による磁性−光学複合ナノ構造体は、磁性ナノ粒子コア及びシリカシェルを含む第１のコア−シェルナノ粒子と、金ナノ粒子コア及び金と銀の合金であるシェルを含む第２のコア−シェルナノ粒子を含み、前記第１のコア−シェルナノ粒子のシェルの表面に形成された官能基に第２のコア−シェルナノ粒子が結合されたことを確認しうる。

また、図２の（ａ）は、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率に応じて製造された複合ナノ構造体の透過電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は、前記複合ナノ構造体の低倍率透過電子顕微鏡写真、エネルギー分散型分光分析法写真、及び金／銀原子百分率（ａｔｏｍｉｃ ｐｅｒｃｅｎｔ）表であり、（ｃ）は、複合ナノ構造体の合成原理模式図を示す。

前記図２に示すように、金イオンは、均一なシェルを形成しながら２次成長する反面、銀イオンは、ダンベル構造で銀アイランドのみ局部的に形成することを確認しうる。

ラマン分子が存在していない比較例１の場合、すべての製造されたナノ粒子が均一なシェルを形成しながら成長することを確認しうる（図３参照）。これにより、ラマン分子によって金及び／又は銀イオンの２次成長が調節されて所望の形状の複合ナノ構造体を製造できることを確認しうる。

また、図４は、第２のコア−シェルナノ粒子の透過電子顕微鏡写真の粒度分布（ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を示す。

前記図４に示すように、金ナノ粒子シードは、１次成長及び２次成長を通じて平均粒径が増加することを確認しうる。

また、図５は、（Ｓ３）において、（ａ）は、２次成長する金／銀の成長を示す透過電子顕微鏡写真とＦａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＦＦＴ）回折写真を示し、（ｂ）は、エネルギー分散型分光分析法写真と第２のコア−シェルナノ粒子における金及び銀原子の組成比を示し、（ｃ）及び（ｄ）は、磁性−光学複合ナノ構造体の高倍率透過電子顕微鏡写真と第１のコア−シェルナノ粒子上に密集された第２のコア−シェルナノ粒子（金／銀ナノ粒子）の組成を示すエネルギー分光分析法の結果を示す。

前記図５に示すように、磁性−光学複合ナノ構造体は、第１のコア−シェルナノ粒子上に第２のコア−シェルナノ粒子が密集された構造を有することを確認しうる。また、（Ｓ３）複合ナノ構造体は、第２のコア−シェルナノ粒子においてシェル部分が金／銀合金で現れることを確認しうる。

また、図６の（ａ）は、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率による光学的特性を紫外線可視光線分光器（ＵＶ−Ｖｉｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）で確認した結果を示し、（ｂ）は、１次金成長、２次金／銀成長段階による光学的特性の変化を紫外線可視光線分光器で確認した結果を示す。

前記図６に示すように、密集された第２のコア−シェルナノ粒子（金／銀ナノ粒子）によって構造特異的光学特性を有することを確認しうる。

また、図７の（ａ）は、２次金／銀の成長において、金前駆体（５ｍＭ ＨＡｕＣｌ_４・３Ｈ_２Ｏ）と銀前駆体（５ｍＭ ＡｇＮＯ_３）の混合比率を１：１としたとき（Ｓ３）、前記混合水溶液量が増加するほど金／銀合金シェルの厚さが増加することを高倍率透過電子顕微鏡写真で確認した結果を示す。このとき、前記混合水溶液を０．０２ｍＬずつ３回（ａ１）、８回（ａ２）、そして、１６回（ａ３）に分けて入れた。また、（ｂ）は、２次金／銀成長段階で形成される金／銀合金シェルの厚さによる光学的特性の変化を紫外線可視光線分光器で確認した結果を示す。

図７に示すように、第２のコア−シェルナノ粒子（金／銀ナノ粒子）のサイズが増加するほど赤外線波長部分における光の吸収強度が強く現れるが、これは、第１のコア−シェルナノ粒子上に結合された第２のコア−シェルナノ粒子が近づくと同時にサイズが増加するからである。これにより、金前駆体及び銀前駆体の使用含量を調節して、第２のコア−シェルナノ粒子のサイズと光学的特性の調節が可能であることを確認しうる。

実験例２．磁性−光学複合ナノ構造体を活用したがん細胞画像
実施例で製造された磁性−光学複合ナノ構造体をカバーグラス（ｃｏｖｅｒ ｇｌａｓｓ）上に乾燥させて、単一ナノ構造体に対する表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）信号の強度を共焦点ラマン顕微鏡（Ｃｏｎｆｏｃａｌ Ｒａｍａｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定した。このとき、１００倍対物レンズを使用し、レーザー波長は、６３３ｎｍと７８５ｎｍを使用した。レーザー波長６３３ｎｍの照射時のレーザーパワーは、１ｍＷ、獲得時間（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）は、１秒測定した。レーザー波長７８５ｎｍの照射時、レーザーパワーは、４ｍＷ、獲得時間（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）は、５秒測定した。

図８（ａ）は、２次成長時、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率による複合ナノ構造体のレーザー６３３ｎｍ波長に対する表面増強ラマン散乱信号強度の測定結果を示す。表面増強ラマン散乱信号は、１，４−ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｔｈｉｏｌの指紋ピークである７３５ｃｍ^−１、１０６７ｃｍ^−１、１５６２ｃｍ^−１で確認された。

図８（ｂ）は、前記（ａ）で１，４−ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｔｈｉｏｌの指紋ピークのうち一つである１０６７ｃｍ^−１における表面増強ラマン散乱信号強度を７回測定して信号の信頼性を確認した評価結果を示す。

図８（ｃ）は、２次成長時、金イオン前駆体及び銀イオン前駆体の比率による複合ナノ構造体のレーザー７８５ｎｍ波長に対する表面増強ラマン散乱信号強度の測定結果を示す。表面増強ラマン散乱信号は、１，４−ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｔｈｉｏｌの指紋ピークである７３５ｃｍ^−１、１０６７ｃｍ^−１、１５６２ｃｍ^−１で確認された。

図８（ｄ）は、前記（ｃ）で１，４−ｂｅｎｚｅｎｅｄｉｔｈｉｏｌの指紋ピークのうち一つである１０６７ｃｍ^−１における表面増強ラマン散乱信号強度を７回測定して信号の信頼性を確認した評価結果を示す。

結果として、（Ｓ１）、（Ｓ３）に該当する複合ナノ構造体は、均一なシェルを形成し、銀含量が増加するにつれて表面増強ラマン散乱信号強度が増加することを確認しうる。一方、（Ｓ５）に該当する複合ナノ構造体は、銀含量が最も高いにもかかわらず、表面増強ラマン散乱信号強度が（Ｓ３）に比べて低く測定されたが、これは、銀アイランドが局部的に形成されるとともに、シェルがダンベル構造で形成されるからである。

一方、（Ｓ３）に該当する複合ナノ構造体のカルボキシル基の表面機能化のため、ＳＨ−ＰＥＧ−ＣＯＯＨ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ５０００、ＭＷ５０００）、Ｈ_２Ｏを溶媒として、ｓｏｄｉｕｍ ｄｏｄｅｃｙｌ ｓｕｌｆａｔｅ（ＳＤＳ）を安定化剤として使用した。

第７溶液である複合ナノ構造体溶液１ｍＬ（０．０１％ＳＤＳ）（酸化鉄ナノ粒子０．０５ｍｇ／ｍＬを含む）、５ｍｇ／ｍＬＳＨ−ＰＥＧ−ＣＯＯＨ０．２ｍＬを均一に混合し、１６時間の間シェイキングした。そして、Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ１ｍＬに分散した（カルボキシル基で機能化された複合ナノ構造体溶液の製造）。以後、細胞画像を行うのに用いられるペプチドであるｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）で機能化した。具体的に、前記カルボキシル基で機能化された複合ナノ構造体溶液１ｍＬを５０ｍＭ ＭＥＳ ｂｕｆｆｅｒ １ｍＬに溶媒を置換した。１−ｅｔｈｙｌ−３−（−３−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＥＤＣ）（２０ｍＭ）溶液０．１ｍＬ、ｓｕｌｆｏ−Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ（ＮＨＳ）（２０ｍＭ）溶液０．１ｍＬを混合し、少なくとも１０分以上シェイキングした。そして、Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ０．２ｍＬに分散した。以後、ｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）（１ｍＭ）水溶液０．２ｍＬを入れてステアリングを少なくとも６時間の間行った。そして、Ｈ_２Ｏ又はｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｕｆｆｅｒ ｓａｌｉｎｅ（ＰＢＳ）で洗浄し、０．５ｍＬの溶液に分散させた（ｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）で機能化された複合ナノ構造体溶液の製造）。

前記ｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）で機能化された複合ナノ構造体溶液０．０２５ｍＬをＨｅＬａ、Ｕ８７ＭＧ細胞、ＭＣＦ７細胞がそれぞれ７０，０００個付着されているグラスボトムディッシュ（Ｇｌａｓｓ ｂｏｔｔｏｍ ｄｉｓｈ）に少なくとも３時間の間培養（ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ）し、固定（ｆｉｘａｔｉｏｎ）した。そして、共焦点ラマン顕微鏡を通じて細胞画像を行った。このとき、ＨｅＬａ細胞の場合、レーザー波長は、７８５ｎｍ、レーザーパワーは、４．３６ｍＷ、獲得時間（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）は、０．０５秒測定し、Ｕ８７ＭＧ細胞とＭＣＦ７細胞の場合、レーザー波長は、６３３ｎｍ、レーザーパワーは、３．９ｍＷ、獲得時間は、０．０３５秒測定した。

図９は、Ｕ８７ＭＧ、ＭＣＦ７、ＨｅＬａがん細胞画像の結果を示す。

前記図９に示すように、磁性−光学複合ナノ構造体が水溶液上で細胞画像プローブとして利用可能であることを確認できる。

具体的に、図９（ａ）は、がん細胞画像プローブとしての応用概略図を示す。本実施例では、ｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）で表面機能化された複合ナノ構造体を細胞とともに培養した後、洗浄及び固定し、レーザーを照射して細胞画像化を行った。

図９（ｂ）は、インテグリンαＶβ３が高い数値で発現されるＵ８７ＭＧ細胞を画像化した結果を示す。ｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）のインテグリンαＶβ３に特定的に結合する受容体によってがん細胞は、複合ナノ構造体によって画像化されてもよい。前記図面の赤色の点は、複合ナノ構造体がある部位を意味し、前記図面を通じて相当数の複合ナノ構造体が細胞の表面に付着したことを確認しうる。

図９（ｃ）は、インテグリンαＶβ３が低い数値で発現されるＭＣＦ７細胞を画像化した結果を示す。前記がん細胞は、複合ナノ構造体によって画像化されてもよい。赤色の点は、複合ナノ構造体のある部位を意味し、前記図面を通じて複合ナノ構造体が細胞の表面に未付着されたことを確認しうる。

図９（ｄ）は、Ｕ８７ＭＧ細胞の表面に付着した複合ナノ構造体によって画像化されたがん細胞の特定の部位における表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）信号の強度を示す。細胞ではない他の部分は、複合ナノ構造体による表面増強ラマン散乱信号が現れず、細胞表面には複合ナノ構造体による表面増強ラマン散乱信号が高く現れたことを確認しうる。

また、図９（ｅ）は、ＨｅＬａ細胞を画像化した結果を示す。具体的に、ｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）のインテグリンαＶβ３に特定的に結合する受容体により前記がん細胞が複合ナノ構造体によって画像化された結果を示す。赤色の点は、複合ナノ構造体のある部位を意味し、相当数の複合ナノ構造体が、細胞の表面に付着したことを確認しうる。

前記図９の結果から、様々ながん細胞に適用可能な複合ナノ構造体の応用性を確認しうる。また、様々なレーザーの波長（６３３ｎｍ及び７８５ｎｍ）における複合ナノ構造体の応用性を確認しうる。特に、本発明による複合ナノ構造体は、水溶液分散性に優れており、細胞画像プローブとして利用可能であることを確認できる。

実験例３．磁性−光学複合ナノ構造体を活用したがん細胞の分離
実験例２で製造されたｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）で機能化された複合ナノ構造体溶液０．０５ｍＬをＵ８７ＭＧ細胞が１３０，０００個分散されているＰＢＳ溶液と３０分間培養（ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ）し、ＰＢＳ溶液で磁性分離を用いて洗浄した後、１ｍＬ ＰＢＳ溶液に再分散した。

その後、磁性分離されたがん細胞をマイクロ流体チップのチャネルに注入した。マイクロ流体チップのチャネルの一方の面に磁石を配置して、特定の方向にがん細胞を捕集した後、７８５ｎｍのレーザーを照射して画像化を行った。

図１０は、Ｕ８７ＭＧ細胞に対する細胞磁性分離及び画像結果を示す。

図１０に示すように、磁性−光学複合ナノ構造体は、細胞分離と画像プローブとして利用可能であることが確認できる。

具体的に、図１０（ａ）は、磁性−光学複合ナノ構造体を用いた細胞分離と画像を示す模式図である。図１０（ｂ）は、マイクロ流体チップチャネルで磁石が配置されていない面の共焦点ラマン顕微鏡写真であり、図１０（ｃ）は、磁石が配置された面の共焦点ラマン顕微鏡写真と画像写真である。図１０（ｄ）は、前記（ｃ）の磁性捕集されたがん細胞画像写真で表示した部分を７８５ｎｍのレーザーを用いて、表面増強ラマン信号を測定した結果を示す。

前記図１０によって、複合ナノ構造体のがん細胞に対する磁性分離と画像化応用性を確認しうる。また、様々なレーザーの波長（６３３ｎｍ及び７８５ｎｍ）における複合ナノ構造体の応用性を確認しうる。特に、本発明による複合ナノ構造体は、水溶液分散性に優れており、細胞画像と同時に磁性分離プローブとして利用可能であることが確認できる。

実験例４．磁性−光学複合ナノ構造体を活用したがん細胞の捕集
実験例２で製造されたｃｙｃｌｏ（−ＲＧＤｙＫ）で機能化された複合ナノ構造体溶液０．０５０ｍＬをＵ８７ＭＧ細胞が１３０，０００個のＰＢＳ溶液と３０分間培養し、ＰＢＳ溶液で磁性分離を用いて洗浄した。そして、１ｍＬ ＰＢＳ溶液に再分散して磁性分離された細胞の数を計算した。

図１１は、Ｕ８７ＭＧ細胞に対する磁性分離効率の結果を示す。

図１１に示すように、磁性−光学複合ナノ構造体が細胞捕集に利用可能であることを定量的に確認しうる。

具体的に、図１１（ａ）は、磁性−光学複合ナノ構造体を用いた細胞分離効率の評価を示す模式図である。図１１（ｂ）は、細胞分離効率を示す。

前記図１１の結果から、複合ナノ構造体のがん細胞に対する磁性分離プローブとして応用性を確認しうる。

実験例５．磁性−光学複合ナノ構造体を活用した免疫検知
（Ｓ３）に該当する複合ナノ構造体のカルボキシル基の表面機能化のため、ＳＨ−ＰＥＧ−ＣＯＯＨ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ５０００、ＭＷ５０００）、Ｈ_２Ｏを溶媒として、ｓｏｄｉｕｍ ｄｏｄｅｃｙｌ ｓｕｌｆａｔｅ（ＳＤＳ）を安定化剤として使用した。

第７溶液である複合ナノ構造体溶液１ｍＬ（０．０１％ＳＤＳ）、５ｍｇ／ｍＬＳＨ−ＰＥＧ−ＣＯＯＨ０．２ｍＬを均一に混合し、１６時間の間シェイキングした。そして、Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ１ｍＬ（０．２ｍｇ／ｍＬ）に分散した。

以後、インフルエンザＡ免疫検知のために使用されるインフルエンザＡ検知抗体として機能化した。具体的に、前記カルボキシル基で機能化された複合ナノ構造体溶液１ｍＬをＭＥＳ ｂｕｆｆｅｒ １ｍＬ（５０ｍＭ）に溶媒置換した。１−ｅｔｈｙｌ−３−（−３−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＥＤＣ）（２０ｍＭ）溶液０．１ｍＬ、ｓｕｌｆｏ−Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ（ＮＨＳ）（２０ｍＭ）溶液０．１ｍＬを混合し、少なくとも１０分以上シェイキングした。そして、Ｈ_２Ｏで洗浄し、Ｈ_２Ｏ０．２ｍＬに分散した。以後、ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｕｆｆｅｒ ｓａｌｉｎｅベースの特定の抗原検知抗体溶液０．１ｍＬ（０．５ｍｇ／ｍＬ）を入れてステアリングを少なくとも１６時間以上行った。そして、ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｕｆｆｅｒ ｓａｌｉｎｅを用いて洗浄し、０．５ｍＬのＰＢＳ溶液（０．４ｍｇ／ｍＬ）に分散させた。

抗体−抗原サンドイッチ結合のための基板は、Ａｕ基板に特定の抗原捕捉抗体を機能化した。具体的に、４ｍｍ＊４ｍｍ Ａｕ基板を３−Ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｉｏｎｉｃ ａｃｉｄ水溶液０．１ｍＬ（１０ｍＭ）及びＨ_２Ｏを入れ、少なくとも１２時間以上シェイキングした。そして、ＭＥＳ ｂｕｆｆｅｒ １ｍＬ（５０ｍＭ）に溶媒置換し、１−ｅｔｈｙｌ−３−（−３−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＥＤＣ）（２０ｍＭ）溶液０．１ｍＬ、ｓｕｌｆｏ−Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ（ＮＨＳ）（２０ｍＭ）溶液０．１ｍＬを混合し、少なくとも２０分以上シェイキングした。以後、ＰＢＳで洗浄し、ＰＢＳ溶液１ｍＬインフルエンザＡ捕捉抗体溶液０．１ｍＬ（０．０５ｍｇ／ｍＬ）を入れ、常温で少なくとも１２時間以上シェイキングした。そして、１％ｂｏｖｉｎｅ ｓｅｒｕｍ ａｌｂｕｍｉｎのＰＢＳ溶液１ｍＬ環境下で保管した。

インフルエンザＡ検知抗体が機能化された複合ナノ構造体と特定の抗原をシェイキングして磁性分離（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を行った後、特定の抗原に対する捕捉抗体が機能化されたＡｕ基板と反応させた。そして、Ｔｗｅｅｎ２０を含むＰＢＳ溶液を用いて洗浄した。乾燥させた後に、１００倍対物レンズを使用し、レーザー波長は、７８５ｎｍ、１μｍ^２面積当たりの獲得時間を１秒とし、抗原濃度別２５μｍ^２の面積による表面増強ラマン散乱信号強度を測定した。

図１２（ａ）は、インフルエンザＡウイルス検知抗体が表面機能化された複合ナノ構造体とインフルエンザＡウイルス捕捉抗体が機能化されたＡｕ基板を用いた、インフルエンザＡ抗原の濃度による走査電子顕微鏡写真を示す。（ｂ）は、インフルエンザＡ抗原の濃度による２５μｍ^２の面積による表面増強ラマン散乱信号強度を示す。

前記図１２に示すように、検知抗体が機能化された複合ナノ構造体は、Ａｕ基板にインフルエンザＡ抗原の濃度が高いほど多く結合されることを確認しうる。そして、抗原濃度が高いほど高い表面増強ラマン散乱信号を同一のＡｕ基板面積に対して得ることができる。

前記結果から、疾病診断、バイオチップなど多角的に診断市場における応用可能性を確認しうる。

Claims (17)

1. 磁性ナノ粒子にセラミックシェルを形成して第１のコア−シェルナノ粒子を製造する段階と、
   前記第１のコア−シェルナノ粒子に金ナノ粒子を付着させて金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を製造する段階と、
   前記金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子の前記金ナノ粒子を１次成長させる段階と、
   前記１次成長した金ナノ粒子上にラマン分子を機能化させてラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子を製造する段階と、
   前記ラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子のラマン分子が機能化された金ナノ粒子に金、銀、又は金−銀合金シェルを形成して第２のコア−シェルナノ粒子を形成する段階と、を含む、
   磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
2. 磁性ナノ粒子は、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｏＦｅ_２Ｏ_４、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４、ＭｎＦｅ_２Ｏ_４、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＭｇＯからなるグループから選ばれた一つ以上の金属酸化物ナノ粒子である、請求項１に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
3. 磁性ナノ粒子の平均粒径は、１０〜５００ｎｍである、請求項１に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
4. セラミックは、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、及びゼオライトからなるグループから選ばれた一つ以上を含むものである、請求項１に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
5. 金ナノ粒子が付着したコア−シェルナノ粒子を製造する段階は、
   第１のコア−シェルナノ粒子のシェルの表面に官能基を導入する段階と、
   前記官能基に金ナノ粒子シードを結合させる段階と、を含むものである、請求項１に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
6. 官能基は、アミン基（−ＮＨ）、サイオール基（−ＳＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、及びドーパミンからなるグループから選ばれた一つ以上を含むものである、請求項５に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
7. 金ナノ粒子を１次成長させる段階において、前記成長した金ナノ粒子の平均粒径は、５〜５０ｎｍである、請求項１に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
8. ラマン分子が機能化されたコア−シェルナノ粒子を製造する段階において、ラマン分子は、１，４−ＢＤＴ（１，４−ベンゼンジチオール）、ＦＡＭ（フルオレセイン）、ダブシル（Ｄａｂｃｙｌ）、ＴＲＩＴ（テトラメチルローダミンイソチオール）、ＮＢＤ（７−ニトロベンズ２−１，３−ダイヤゾール）、テキサスレッド（Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ）染料、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、クレシルファストバイオレット、クレシルブルーバイオレット、ブリリアント（ｂｒｉｌｌｉａｎｔ）クレシルブルー、パラ−アミノ安息香酸、エリスロシン、ビオチン、ジゴキシゲニン（ｄｉｇｏｘｉｇｅｎｉｎ）、５−カルボキシ−４’，５’−ジクロロ−２’，７’−ジメトキシ、５−カルボキシ−２’，４’，５’，７’−テトラクロロフルオレセイン、５−カルボキシフルオレセイン、５−カルボキシローダミン、６−カルボキシローダミン、６−カルボキシテトラメチルアミノフタロシアニン、アゾメチン、キサンチン、スクシニルフルオレセイン、アミノアクリジン、量子点、カーボンナノチューブ、炭素同素体、シアン化物、チオール、クロリン、臭素、メチル、リン、硫黄及びシアニン染料（Ｃｙ３、Ｃｙ３．５、Ｃｙ５）及びローダミンからなるグループから選ばれた一つ以上を含むものである、請求項１に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
9. 金、銀、又は金−銀合金シェルを形成する段階において、金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の金イオン及び銀イオンの濃度は、それぞれ０．０１ｍＭ〜１Ｍであり、
   前記金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の重量比は、１：０〜０：１である、請求項１に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
10. 金イオン前駆体溶液のみを使用するか、又は金イオン及び銀イオンの混合含量に対して金イオンの含量が５０モル％以上である金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の混合溶液を使用すると、シェルは、エピタキシャル成長パターンを示すものである、請求項９に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
11. エピタキシャルに成長した第２のコア−シェルナノ粒子のサイズは、５ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１０に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
12. 銀イオン前駆体溶液のみを使用するか、又は金イオン及び銀イオンの混合含量に対して銀イオンの含量が５０モル％を超える金イオン前駆体溶液及び銀イオン前駆体溶液の混合溶液を使用すると、シェルは、銀アイランド（ｉｓｌａｎｄ）に成長するものである、請求項９に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
13. 銀アイランドに成長した第２のコア−シェルナノ粒子のサイズは、５ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１２に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の製造方法。
14. 磁性ナノ粒子コア及びセラミックシェルを含む第１のコア−シェルナノ粒子と、
    金ナノ粒子コア及び金、銀又は金と銀の合金であるシェルを含む第２のコア−シェルナノ粒子を含み、
    前記第１のコア−シェルナノ粒子のシェルの表面に形成された官能基に第２のコア−シェルナノ粒子が結合されており、
    前記金ナノ粒子コアは、ラマン分子で機能化されている、磁性−光学複合ナノ構造体。
15. 第２のコア−シェルナノ粒子は、前記第１のコア−シェルナノ粒子の表面よりも内部に位置しているものである、請求項１４に記載の磁性−光学複合ナノ構造体。
16. 請求項１４に記載の磁性−光学複合ナノ構造体を含む分析物検出用キット、分子診断チップ又は画像診断用組成物。
17. 請求項１４に記載の磁性−光学複合ナノ構造体の表面に検出しようとする分析物と結合できるバイオ分子を機能化する段階と、
    前記機能化された磁性−光学複合ナノ構造体を一つ以上の分析物を含む試料に露出させる段階と、
    ラマン分光法を用いて磁性−光学複合ナノ構造体に結合された分析物を確認する段階と、を含む
    分析物を検出、分離又は画像化する方法。

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