JP7089841B2 - 新規なコアシェル型ナノ粒子およびその製造方法 - Google Patents
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[1](a)Auを含むコアと、
(b)Fe、Co、およびNiからなる群より選択される少なくとも1つを含むシェルと、
を含むコアシェル型ナノ粒子。
[2]部分(a)が、Auからなる、 1に記載のナノ粒子。
[3]部分(b)が、FeおよびCoを含む、1または2のいずれか1項に記載のナノ粒子。
[4]磁性を有する、1から3のいずれか1項に記載のナノ粒子。
[5]部分(b)が、Fe、Co、およびNiからなる群より選択される少なくとも1つの金属状態のものを含む、1から4のいずれか1項に記載のナノ粒子。
[6]部分(b)が、Fe、Co、およびNiからなる群より選択される少なくとも1つを含む酸化物を有する、1から5のいずれか1項に記載のナノ粒子。
[7]酢酸金(III)を還元して部分(a)を得る工程を含む、1から6のいずれか1項に記載のナノ粒子を製造する方法。
[8]酢酸金(III)を、Fe塩およびCo塩の存在下で還元する、7に記載の製造方法。
本発明は、下記の部分(a)および部分(b)を含む、コアシェル型ナノ粒子を提供する。
(a)Auを含むコア
(b)Fe、Co、およびNiからなる群より選択される少なくとも1つを含むシェル
ナノ粒子における部分(a)は、少なくとも金(Au)を含む。AuはAg(銀)より電気陰性度が大きく、そのためコアからシェルへの電子移動の度合いがより大きいことから、Ag@FeCo系よりも優れた酸化耐性を有すると考えられるからである。部分(a)は、Au以外の貴金属である、Ag、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびオスミウム(Os)からなる群より選択される少なくとも一つ、またはAuおよびAgと同じく11属同族元素であり、それらと性質の似た、銅(Cu)を含んでいてもよい。これらの材料は、不活性かつ安定であることから、Auと同様、ナノ粒子の酸化に対する安定性を高めることができる。また、プラズモン吸収等による着色により、ナノ粒子の存在の検出や、吸光度測定による粒子濃度の定量が可能であるという利点も有する。好ましい態様において部分(a)は、部分(b)がいずれの材料であっても、Au、またはAgとAuの合金からなる(Au単体、すなわち実質的にAuのみからなるか、または実質的にAgとAuの合金のみからなる)ことが好ましく、Au単体であることがより好ましい。プラズモン吸収による着色が強く、液中で濃度が低い場合であっても吸光度を測定することで、粒子濃度を決定することが容易だからである。
ナノ粒子における部分(b)は、Fe(鉄)、Co(コバルト)、およびNi(ニッケル)からなる群より選択される少なくとも1つを含む材料で構成される。
本発明のナノ粒子は、コアシェル型であるが、部分(a)がコアであり、かつ部分(b)がシェルである。好ましい態様においては、ナノ粒子は、シェルの外側に第二のシェルを有するダブルシェル型であってもよい。本発明でコアシェル型というときは、特に記載した場合を除き、ダブルシェル型を含み、またシェルというときは、第二のシェル(「ダブルシェル」ともいう。)を含む。なお本発明に関し、ナノ粒子の構成を「@」を用いて表す場合、特に記載した場合を除き、より内側のものを左側により外側のものを右側に示している。例えば「Au@FeCo@Ag」は、ダブルシェル型(コア―シェル―第二のシェル型)のナノ粒子であって、Auで構成されるコアと、FeおよびCoを含む材料で構成されるシェルと、Agで構成される最外側のシェル(ダブルシェル)を含む、ナノ粒子を表す。
ナノ粒子は、磁性を有することが好ましい。ナノ粒子が強磁性、フェリ磁性、または超常磁性を有すると、磁気を利用してナノ粒子を分離・泳動することができ、またナノ粒子の存在を磁気シグナルに基づき検出することができるからである。ナノ粒子は、超常磁性を有することがより好ましい。外部磁場が存在しない場合、ナノ粒子が磁気モーメントを有さないため、ナノ粒子の凝集を抑制できるからである。ナノ粒子が強磁性、フェリ磁性、または超常磁性を有することは、ナノ粒子の磁気特性を超伝導量子干渉磁束計(SQUID)を備えた磁気特性測定装置により測定することで、確認することができる。
本発明においては、次式で表されるナノ粒子に含まれるAuの、Fe、CoおよびNiに対する原子組成比、すなわち(ナノ粒子におけるAu原子濃度):(ナノ粒子におけるFe、CoおよびNiの合計の原子濃度)を、1以上99以下:99以下1以上の範囲とすることができる。ただし(ナノ粒子におけるAu原子濃度)+(ナノ粒子におけるFe、CoおよびNiの合計の原子濃度)=100である。原子組成比は、好ましくは2以上80以下:98以下20以上であり、より好ましくは3以上60以下:97以下40以上であり、さらに好ましくは5以上50以下:95以下50以上である。
本発明のナノ粒子の製造方法としては特に限定されず、種々の物理的な方法(気相蒸着、レーザーアブレーション等)や、化学的方法(金属塩の還元、ゾルゲル法、ミセル、熱分解)等を用いることができる。特に好ましい製造方法の一つは、金属塩の還元を用いる方法である。
本発明におけるナノ粒子の出発原料となる金属塩としては、目的とする金属イオンの各種の塩、金属のアルコキシド、有機金属錯体等の、金属の化合物を用いればよい。
)、ヨウ化金(I)、シアン化金(I)、クロロカルボニル金(I)、シアン化金(I)
カリウム、シアン化金(I)ナトリウム、硫化金(I)、臭化金(III)、塩化金(I
II)、ヨウ化金(III)、酢酸金(III)、ジメチル(アセチルアセトナート)金(III)、塩化金酸(III)4水和物、塩化金酸(III)3水和物、塩化金酸(III)ナトリウム2水和物、塩化金酸カリウム(III)、硫化金(III)等を用いることができる。特に、酢酸金(III)を用いることが、本発明のナノ粒子を得ることが容易であるため、生産性の観点から好ましい。本発明者らの検討によると、塩化金や塩化金酸等その他のAu塩からは、本発明のナノ粒子を得ることは困難である場合が多い。なお前掲非特許文献2においては、酢酸金(III)を用いてAgAu合金@FeCo@AgAu合金であるナノ粒子を製造することが試みられている。
本発明のナノ粒子を製造する上で、酢酸金を、Fe塩、Co塩およびNi塩からなる群より選択されるいずれか(以下、「Fe塩等」という。)と混合し、加熱還元する順序は特に限定されないが、1)室温でFe塩等と酢酸金の混合溶液を調製した後、加熱しても良いし、2)室温でFe塩等と酢酸金の混合溶液を調製し、加熱した後、酢酸金を混合しても良いし、3)酢酸金溶液を事前に加熱した後、Fe塩等を混合しても良いし、4)酢酸金溶液を事前に加熱した後、Fe塩等と酢酸金の混合溶液を混合しても良いし、5)Fe塩等の混合溶液を調製し、加熱した後、酢酸金溶液を混合しても良いし、6)Fe塩等の混合溶液を調製し、加熱した後、Fe塩等と酢酸金の混合溶液を混合しても良いし、7)室温でFe塩等と酢酸金の混合溶液を調製し、加熱した後、Fe塩等と酢酸金の混合溶液を混合しても良いし、8)室温でFe塩等と酢酸金の混合溶液を調製し、加熱した後、Fe塩等を混合しても良いし、9)酢酸金溶液を事前に加熱した後、Fe塩等を混合し、さらに酢酸金を混合しても良いし、10)Fe塩等の混合溶液を調製し、加熱した後、酢酸金溶液を混合し、さらにFe塩等を混合しても良いし、11)室温でFe塩等と酢酸金の混合溶液を調製し、加熱した後、酢酸金を混合し、さらにFe塩等を混合しても良い。室温でFe塩等と酢酸金の混合溶液を調製した後に加熱すると、本発明のナノ粒子が収率よく得られるため、生産性の観点から好ましい。酢酸金の代わりに金コロイドを用いる場合、金コロイドは酢酸金と同様、Fe塩等と種々の段階で混合し、加熱することで、本発明のナノ粒子を製造することができる。また他のAu塩も、酢酸金と同様、Fe塩等と種々の段階で混合し、加熱することで、本発明のナノ粒子を製造することが可能な場合がある。
本発明のナノ粒子は、様々な用途にもちいることができる。本発明のナノ粒子は、磁性-プラズモニック複合ナノ粒子とすることができ、特にライフサイエンス分野において、物質の分離・精製、病気の検査、診断、イメージング、温熱療法、ドラッグデリバリー等への適用が期待できる。
ナノ粒子を真空乾燥し、株式会社リガク製X線回折装置MiniFlex600を使用し、X線源はCuKαを利用して、X線回折(XRD)の測定を行った。測定範囲は2θ=20°~90°とした。得られたピークの結晶相への帰属には、Au相としてはPDFカード番号00-004-0784のデータを、Co50Fe50相としてはPDFカード番号00-049-1567のデータを、CoFe2O4相としてはPDFカード番号00-022-1086のデータを、Fe3O4相としてはPDFカード番号00-019-0629のデータを用いた(粉末回折データベース PDF-2、販売元:株式会社ライトストーン)。
試料をヘキサンで希釈して、マイクログリット上に滴下後乾燥してTEM観察用サンプルとし、株式会社日立ハイテクノロジーズ製透過電子顕微鏡H-7650によりTEM観察を行った。
合成直後のナノ粒子を真空乾燥し、カンタム・デザイン社製の磁気特性測定装置MPMSにより温度300Kで、磁場-50~50(kOe)の範囲で磁化の測定を行ない、飽和磁化を表1の合成直後の欄に記載した。また、測定後のナノ粒子を25℃相対湿度50%の雰囲気で21日保持後、温度300Kで、磁場-50~50(kOe)の範囲で磁化の測定を行ない、飽和磁化を表1の21日後の欄に記載した。
維持率(%)=(21日後の飽和磁化)/(合成直後の飽和磁化)×100
Au@FeCoナノ粒子の合成:
50mL三つ口フラスコを使用し、0.0706gの鉄(III)アセチルアセトナート(Fe(acac)3)と、0.0514gのコバルト(II)アセチルアセトナート(Co(acac)2)と、0.0187gの酢酸金(III)、0.129gの1,2-ヘキサデカンジオール、2.15mLのオレイルアミン、1.28mLのオレイン酸、5mLのテトラエチレングリコールの混合溶液を、アルゴン雰囲気に置換後、撹拌しながら加熱して、100℃10分保持した。
Ag@FeCo@Agナノ粒子の合成:
50mL三つ口フラスコを使用し、0.0170gのAgNO3、0.258gの1,2-ヘキサデカンジオール、2.68gのオレイルアミン、2.26gのオレイン酸、10mLのテトラエチレングリコールの混合溶液を、アルゴン雰囲気に置換後、撹拌しながら加熱して、100℃10分保持した。
Claims (6)
- (a)Auからなるコアと、
(b)FeとCoの合金で構成されるシェルと、
を含むコアシェル型ナノ粒子。 - FeとCoの合金が、Fe50Co50である、請求項1に記載のナノ粒子。
- さらに、シェルが、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Fe4O5、CoxFe1-xO、CoxFe2-xO4、およびCoFe 2 O 4 からなる群より選択される少なくとも1つの酸化物を有する、請求項1または2に記載のナノ粒子。
- 酸化物として、Fe3O4およびCoFe 2 O 4 を有する、請求項3に記載のナノ粒子。
- 酢酸金(III)を還元してコアを得る工程を含む、請求項1から4のいずれか1項に記載のナノ粒子を製造する方法。
- 酢酸金(III)を、Fe塩およびCo塩の存在下で還元する、請求項5に記載の製造方法。
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