JPWO2003099708A1 - ナノ粒子の製造方法及び該製造方法によって製造されたナノ粒子 - Google Patents

ナノ粒子の製造方法及び該製造方法によって製造されたナノ粒子 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2003099708A1
JPWO2003099708A1 JP2004507375A JP2004507375A JPWO2003099708A1 JP WO2003099708 A1 JPWO2003099708 A1 JP WO2003099708A1 JP 2004507375 A JP2004507375 A JP 2004507375A JP 2004507375 A JP2004507375 A JP 2004507375A JP WO2003099708 A1 JPWO2003099708 A1 JP WO2003099708A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
protein
nanoparticles
apoferritin
group
complex
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.)
Granted
Application number
JP2004507375A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3683265B2 (ja
Inventor
山下　一郎
一郎 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP3683265B2 publication Critical patent/JP3683265B2/ja
Publication of JPWO2003099708A1 publication Critical patent/JPWO2003099708A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/005—Epitaxial layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/54—Organic compounds
    • C30B29/58—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/605—Products containing multiple oriented crystallites, e.g. columnar crystallites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02557—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/0256—Selenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02601—Nanoparticles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02628—Liquid deposition using solutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本発明のナノ粒子の製造方法は、アポフェリチンに代表されるような内部に空洞部を有するタンパク質、ＣｄおよびＺｎに代表されるＩＩ族元素イオンおよびＳおよびＳｅに代表されるＶＩ族元素イオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内にＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含む。好ましくは、前記溶液が、さらにアンモニウムイオンを含み、前記ＶＩ族元素イオン（Ｘ２−）の前記溶液中への供給が、Ｈ２ＮＣＸＮＨ２が前記溶液中に添加されることによる。上記方法によって、粒径が均一な半導体ナノ粒子を製造することができる。

Description

［技術分野］
本発明は、化合物半導体のナノ粒子の製造方法、該製造方法によって製造されたナノ粒子及び該製造方法の製造工程で生成されたナノ粒子とタンパク質からなる複合体に関する。
［背景技術］
これまでの機能材料開発の主流は、所望の機能を発現させる新規化合物の探索、合成によって行なわれている。しかしながら、近年は、物質をナノメートルサイズまでに微細化したナノ粒子を作製することで、バルク状態では得られない新機能を発現させることが望まれるようになっている。特に、半導体や金属化合物を中心とする無機材料のナノ粒子化が強く望まれている。
半導体ナノ粒子は、エネルギー準位の量子化によりエネルギー準位が互いに離れた状態となり、かつそれらがナノ粒子の粒径の関数として制御されるようになる。よって、半導体ナノ粒子において、半導体結晶の基礎吸収の長波長側吸収端よりもわずかに低エネルギーに現れる励起子吸収帯のピーク位置は半導体ナノ粒子の粒径を変えることで制御することができ、バルクとは異なる電磁波の吸収及び発生能を示すことから、発光材料や記憶材料としての使用が期待されている。
例えば、ＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体であるＣｄＳｅ、ＺｎＳｅは、蛍光を発することが知られているが、その蛍光波長は、粒子のサイズ（粒径）によって異なる。このような半導体ナノ粒子の量子効果を工学的に利用するためには、粒径が均一なナノ粒子を作製することが必要となる。
従来、ナノ粒子を作製する方法は、物理的粉砕法および化学的合成法などによって行なわれている。例えば、物理的粉砕法は、セラミックスを焼成する際の出発材料を得るために広く用いられている。また、化学的合成法としては、長鎖の有機化合物の間で、塩化金酸を還元することによって金のナノ粒子を作製する方法などがある。ここで、長鎖の有機化合物は、金粒子が成長して巨大化することを阻害している。
また、有機化合物とナノ粒子との複合体を作り、化学反応させて均一な粒子を作る方法もある。この応用としては、ＳＡＭ膜を形成するための材料に金原子を固定し、上記材料を金原子を中心にして集合させることによって、表面にＳＡＭ膜が形成された金のナノ粒子を得る方法もある。さらに、ナノ粒子を形成する材料を含むミセルをつくり、ミセル中での化学反応を用いてナノ粒子を作製することも行われている。
しかしながら、上述の従来の方法では粒径が均一なナノ粒子を得ることは難しい。例えば、物理的粉砕法では、そもそも粒径をミクロンサイズよりも小さくすることが困難であり、ナノメートルオーダーに近づいたとしても粒径を一定にするメカニズムがない。このため、得られるナノ粒子の粒径には必然的に大きなバラツキが生じる。また、化学的合成法では、化学反応を利用しているため、これもまた得られるナノ粒子の粒径には必然的に大きなバラツキが生じる。また、所要時間、コストの面でも非常に不利である。
一方、バイオテクノロジーを他分野に応用する試みの一つとして、金属化合物を保持する機能を有するタンパク質であるアポフェリチンに金属または金属化合物を取り込ませ、ナノオーダーの均一なサイズのナノ粒子を作製しようという研究がある。ナノ粒子の用途に応じて種々の金属あるいは金属化合物をアポフェリチンに導入すべく研究が進められている。
アポフェリチンは、生物界に広く存在するタンパク質であり、生体内では必須微量元素である鉄の量を調節する役割を担っている。鉄または鉄化合物とアポフェリチンとの複合体はフェリチンと呼ばれる。鉄は必要以上に体内に存在すると生体にとって有害であるため、余剰の鉄分はフェリチンの形で体内に貯蔵される。そして、フェリチンは必要に応じて鉄イオンを放出し、アポフェリチンに戻る。
第１図は、アポフェリチンの構造を示す模式図である。第１図に示すように、アポフェリチン１は、１本のポリペプチド鎖から形成されるモノマーサブユニットが非共有結合により２４個集合した分子量約４６万の球状タンパク質であり、その直径は約１２ｎｍで、通常のタンパク質に比べ高い熱安定性と高いｐＨ安定性を示す。アポフェリチン１の中心には直径約６ｎｍの空洞状の保持部４があり、外部と保持部４とはチャネル３を介してつながっている。例えば、アポフェリチン１に２価の鉄イオンが取り込まれる際、鉄イオンはチャネル３から入り、一部のサブユニット内にあるｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｓｅ ｃｅｎｔｅｒ（鉄酸化活性中心）と呼ばれる場所で酸化された後、保持部４に到達し、保持部４の内表面の負電荷領域で濃縮される。そして、鉄原子は３０００〜４０００個集合し、フェリハイドライト（５Ｆｅ２Ｏ３・９Ｈ２Ｏ）結晶の形で保持部４に保持される。保持部４に保持された金属原子を含むナノ粒子の粒径は、保持部４の直径とほぼ等しく、約６ｎｍとなっている。
このアポフェリチンを用いて、人工的に鉄以外の金属や金属化合物を保持させたナノ粒子−アポフェリチン複合体も作製されている。
現在までに、マンガン（Ｐ．Ｍａｃｋｌｅ，１９９３，Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１５，８４７１−８４７２； Ｆ．Ｃ．Ｍｅｌｄｒｕｍら，１９９５，Ｊ．Ｉｎｏｒｇ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．５８，５９−６８）、ウラン（Ｊ．Ｆ．Ｈａｉｎｆｅｌｄ，１９９２，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８９，１１０６４−１１０６８）、ベリリウム（Ｄ．Ｊ．Ｐｒｉｃｅ，１９８３， Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２５８，１０８７３−１０８８０）、アルミニウム（Ｊ．Ｆｌｅｍｉｎｇ，１９８７，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８４，７８６６−７８７０）、亜鉛（Ｄ．Ｐｒｉｃｅ ａｎｄ Ｊ．Ｇ．Ｊｏｓｈｉ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，１９８２，７９，３１１６−３１１９）、コバルト（Ｔ．Ｄｏｕｇｌａｓ ａｎｄ Ｖ．Ｔ．Ｓｔａｒｋ，Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，３９，２０００，１８２８−１８３０）といった金属あるいは金属化合物のアポフェリチンへの導入が報告されている。これらの金属あるいは金属化合物からなるナノ粒子の粒径も、アポフェリチンの保持部４の直径とほぼ等しく、約６ｎｍとなる。
自然界において、鉄原子を含むナノ粒子がアポフェリチン内に形成される過程の概略は次の通りである。
アポフェリチン１の外部と内部とを結ぶチャネル３（第１図参照）の表面には、ｐＨ７〜８の条件下でマイナス電荷を持つアミノ酸が露出しており、プラス電荷を持っているＦｅ２＋イオンは静電相互作用によりチャネル３に取り込まれる。
アポフェリチン１の保持部４の内表面には、チャネル３の内表面と同じく，ｐＨ７〜８でマイナス電荷を持つアミノ酸残基であるグルタミン酸残基が多く露出しており、チャネル３から取り込まれたＦｅ２＋イオンはｆｅｒｒｏｘｉｄａｓｅ ｃｅｎｔｅｒで酸化され、内部の保持部４へと導かれる。そして、静電相互作用により鉄イオンは濃縮されて、フェリハイドライト（５Ｆｅ２Ｏ３・９Ｈ２Ｏ）結晶の核形成が起こる。
その後、順次取り込まれる鉄イオンがこの結晶の核に付着して酸化鉄からなる核が成長し、粒径６ｎｍのナノ粒子が保持部４内に形成される。以上が、鉄イオンの取り込みと酸化鉄からなるナノ粒子形成の概略である。
なお、ここまで鉄イオンのアポフェリチンへの取り込みメカニズム及び酸化鉄を内包したアポフェリチンの調製法について述べたが、これまでに導入が報告されている他の金属イオンについては、鉄イオンとほぼ同じメカニズムで進むと考えられる。
しかしながら、上述の方法によって空洞部内に取り込むことができるのは、特定の金属または金属化合物に限定されていた。
［発明の開示］
本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的とするものであり、粒子径が均一な半導体ナノ粒子を得ることができるナノ粒子の製造方法を提供する。
本発明のナノ粒子の製造方法は、内部に空洞部を有するタンパク質および化合物半導体の原料となる元素のイオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内に前記化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含む。
一つの実施形態では、タンパク質、ＩＩ族元素イオン、およびＶＩ族元素イオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内にＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含む。尚、本明細書でいうＩＩ族元素とは、周期表第１２族元素のことであり、具体的にはＺｎおよびＣｄを意味する。ＶＩ族元素とは、周期表第１６族元素のことであり、具体的にはＯ、Ｓ、およびＣｅを意味する。
好ましくは、前記溶液が、前記ＩＩ族元素イオンを中心金属とする錯イオンを含む。好ましくは、前記タンパク質の空洞部内に、前記ＩＩ族元素イオンを中心金属とする錯イオンが含まれている。
例えば、前記溶液が、さらにアンモニウムイオンを含む。そして、例えば、前記ＩＩ族元素イオンが中心金属であって、アンモニアが配位子である錯イオンが前記溶液中に存在する。例えば、前記ＩＩ族元素イオンが中心金属であって、アンモニアが配位子である錯イオンが前記タンパク質の空洞部内に存在する。
好ましくは、前記ＶＩ族元素イオン（Ｘ２−）の前記溶液中への供給は、Ｈ２ＮＣＸＮＨ２が前記溶液中に添加されることによる。例えば、前記Ｘは、ＳｅまたはＳである。
例えば、前記ＩＩ族元素が亜鉛（Ｚｎ）またはカドミウム（Ｃｄ）であり、前記ＶＩ族元素がイオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）である。
例えば、前記ナノ粒子がＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳからなる群から選択される少なくとも一つの化合物半導体から形成されているものである。
例えば、前記タンパク質が、アポフェリチン、Ｄｐｓタンパク質、ＣＣＭＶタンパク質またはＴＭＶタンパク質の少なくとも一つである。
また、前記ナノ粒子を形成した後、タンパク質を熱処理によって除去する工程をさらに含むものであってもよい。
また、本発明は、前記製造方法によって製造されたナノ粒子である。
また、本発明は、ナノ粒子とタンパク質からなる複合体であって、前記ナノ粒子の製造方法の製造過程で生成された複合体である。前記タンパク質は、特定のタンパク質に特異的に結合する部分を備えているものであってもよい。
［発明を実施するための最良の形態］
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
本実施形態では、均一な粒径のＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を作製するために、Ｃｄ２＋とＳｅ２−とをタンパク質の直径数ナノメートルの空洞内で反応させる。タンパク質としては、以下に示す条件を満たすものを用いることができる。
まず第１に、一定の大きさの空洞を内部に有する。
第２に、空洞の表面がプラスまたはマイナス電荷を有し、且つ外部に対して電位差を有する。
第３に、空洞と外部とを結ぶチャネルが存在する。
第４に、チャネルは、イオンが通過可能な大きさを有し、イオンの通過を妨げる障害を持たない。
第５に、ナノ粒子を作製するための化学反応条件下で、十分安定である。
上記第１から第５までの条件を満たすタンパク質であれば、単一のサブユニットから構成されているタンパク質であっても、複数のサブユニットから構成されているタンパク質であっても良い。また、タンパク質は、その空洞部の形状が球状のものに限定されることはなく、ロッド状、リング状等の空洞部を有するものであっても良い。上記第１から第５までの条件を満たすタンパク質は多数存在し、代表的なタンパク質として、アポフェリチン、Ｄｐｓタンパク質、ならびにウイルスタンパク質などが挙げられる。ウイルスタンパク質としては、例えば、ＣＰＭＶ、ＣＣＭＶ、ＨＳＶ、Ｒｏｔａｖｉｒｕｓ、Ｒｅｏｖｉｒｕｓ、ＬＡ−１、Ｐｏｌｙｏｍａ、ＣａＭＶ、ＨＰＶ、ＲｏｓｓＲｉｖｅｒ、ＳｐＶ−４、φＸ１７４、ＦＨＶ、ＨＲＶ−１４、Ｐｏｌｉｏ等のウイルスのタンパク質が挙げられる。好ましくは、ＣＰＭＶ、ＣＣＭＶのウイルスタンパク質を用いることができる。本実施形態の方法によると、使用するタンパク質の空洞部の形状、大きさに応じたナノ粒子が形成されることになる。本明細書におけるナノ粒子とは、長径５０ｎｍ以下であって、粒子として安定に存在する大きさ以上の粒子をいう。一例を挙げるのであれば、長径１ｎｍ〜５０ｎｍの粒子がナノ粒子に該当する。
タンパク質はＤＮＡ情報から作製され、公知の方法で多数複製することが容易である。また、同じＤＮＡから多数複製されたタンパク質が、オングストロームの精度で同じ構造であることは周知である。したがって、上記第１の条件を満たすタンパク質を調製することは容易である。
本実施形態では、金属または金属化合物を保持する機能を有するタンパク質であるアポフェリチンを利用する。
次に、アポフェリチンを用いてＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を内包したタンパク質からなる複合体（以下、ＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体ともいう）を作製する方法を、第２図を参照しながら具体的に説明する。第２図は、本実施形態の半導体ナノ粒子の製造方法を表すフローチャートである。なお、以下に示す本実施形態の方法の全ての工程は、室温にて２００ｍｌスケールで実施される。また、特に記載のない限り、ここで用いる用語「溶液」は、溶媒として水を用いた溶液を意味する。
まず、第２図に示すように、ステップＳｔ１において、５０ｍｇ／ｍｌのアポフェリチン溶液、１００ｍＭの酢酸カドミウム溶液、１Ｍの酢酸アンモニウム溶液、１００ｍＭのアンモニア水を用意する。また、少量のエタノール（１０μｌ程度）にセレノ尿素（Ｈ２ＮＣＳｅＮＨ２）を溶解させ、これを１００ｍＭ濃度になるように純水を加えて１００ｍＭのセレノ尿素溶液を用意する。なお、セレノ尿素は水に溶解すると不安定であるので、次に述べる工程の直前にセレノ尿素溶液を調製する。
次に、ステップＳｔ２において、上記ステップＳｔ１で用意した各溶液を混合し、全体の容量が２００ｍｌになるまで純水を加えることによって、反応溶液を調製する。上記の反応溶液におけるアポフェリチン、酢酸カドミウム、酢酸アンモニウム、セレノ尿素およびアンモニアの各濃度は、第３図に示す通りとなっている。なお、第３図は、ステップＳｔ１およびステップＳｔ２を表す模式図である。
つづいて、第３図に示すように、反応溶液を攪拌しながら反応を進行させる。上記反応溶液では、調製した直後から反応が自発的に開始する。本実施形態では、さらに反応溶液の攪拌を一昼夜に亘って行なう。ここで生じる反応は急速ではないが、数分から数時間で完結する。この操作により、アポフェリチンの保持部内にＣｄＳｅが導入され、ＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体（以下、単に複合体とも称す）が生成される。
次に、ステップＳｔ３において、反応溶液を容器に入れ、遠心分離機を用いて毎分３０００回転、２０分の条件で遠心分離し、沈殿を除去する。このとき、上澄み液中には、複合体が分散された状態で存在している。
次に、ステップＳｔ４において、沈殿を除去した後の上澄み液をさらに毎分１００００回転、３０分の条件で遠心分離し、複合体を沈殿させる。
次に、ステップＳｔ５において、上記ステップＳｔ４で得られた沈殿を１５０ｍＭのＮａＣｌ溶液に懸濁し、複合体溶液を作製する。ここでは、特にｐＨ調整を行わなくてもよい。
以上のようにして、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を内包するアポフェリチン、すなわちＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体が得られる。
ここで、上記ステップＳｔ２においてＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体が形成されるメカニズムを推測して、第４図を参照しながら説明する。第４図は、ＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体が形成されるメカニズムを説明するための模式図である。なお、第４図では、理解を容易にするために、第１図に示すアポフェリチンをさらに単純化して示している。このため、第４図においても、第１図と共通の参照符号を用いている。
上記ステップ２において、反応溶液中で起こっていると推測される反応は、次に示す反応式１で表される。
反応式１
［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋＋（ＮＨ２）２ＣＳｅ→ＣｄＳｅ＋４ＮＨ３＋（ＮＨ２）２Ｃ２＋
第４図に示すように、上記反応溶液の条件では、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）が多数存在する条件となっている。このため、カドミウムイオン（Ｃｄ２＋）の大半は、錯イオンである［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋となって安定化する。従って、［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋の濃度とＣｄ２＋の濃度との関係は、「［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋の濃度＞＞Ｃｄ２＋の濃度」となっている。
アポフェリチン１の保持部４の表面は、マイナス電荷に帯電しているため、［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋は、矢印Ａに示すようにチャネル３を通って保持部４内に導入される。この結果、［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋が保持部４内で高濃度に濃縮される。
セレノ尿素は電荷を持たないため、アポフェリチン１の保持部４内と外部とで均等に存在する。セレノ尿素は、室温で水に溶解すると、ゆっくりではあるが直ちに分解を始める。全ての分解には数時間かかり、Ｓｅ２−が発生する。
アポフェリチン１の保持部４内で発生したＳｅ２−は、高濃度に濃縮された［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋から供給されるＣｄ２＋が存在するため、直ちに反応してＣｄＳｅが析出し、結晶化する。
Ｃｄ２＋およびＳｅ２−は、ＣｄＳｅになると水に不溶性であるため可逆的にイオン化することはない。このため、アポフェリチン１の保持部４内では、溶液中の［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋およびセレノ尿素の濃度が低下する。従って、アポフェリチン１の保持部４内と外部とで濃度勾配が生じ、外部に存在する［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋およびセレノ尿素が、矢印ＡおよびＢに示すように、チャネル３を通ってアポフェリチン１の保持部４内に導入される。アポフェリチン１の保持部４内では、［Ｃｄ（ＮＨ３）４］２＋およびセレノ尿素からのＣｄ２＋およびＳｅ２−の供給が終わるまで、ＣｄＳｅの生成反応が繰り返される。
一方、アポフェリチン１の外部では、反応開始時点からＣｄ２＋が非常に少ないので、発生したＳｅ２−がＣｄ２＋と反応する速度は非常に遅い。従って、アポフェリチン１の外部では、ＣｄＳｅがほとんど生成しない。すなわち、アポフェリチン１の空洞部内で優先的に各イオンを反応させることができる。
なお、セレノ尿素は反応の直前に水に溶解させているが、水中ではセレノ尿素は不安定で、その結果反応溶液を調製すると同時にセレノ尿素のセレン原子が電離し、反応溶液中にＳｅ２−が供給されると考えられる。このため、本実施形態では、アポフェリチン１の保持部４内でＳｅ２−が不足しないように、Ｓｅ２−がＣｄ２＋の５倍量となるように、セレノ尿素を過剰に添加している。
ここで、本実施形態のステップＳｔ１において、アンモニアの添加量を変えて、ＣｄＳｅのナノ粒子を形成させ、ステップＳｔ２の直後に反応溶液を電子顕微鏡で観察した様子を第５図（ａ）〜（ｃ）に示す。第５図（ａ）〜（ｃ）は、反応溶液に添加するアンモニア水を調節し、反応溶液中でのアンモニア（ＮＨ３）の濃度をそれぞれ０ｍＭ、０．５ｍＭおよび１．０ｍＭとしたときのナノ粒子の形成状態を表す電子顕微鏡写真である。なお、酢酸アンモニウムから解離するアンモニアはごく微量であり、ここで示すアンモニアの濃度にはほとんど影響しないと考えられる。ＣｄＳｅの半導体ナノ粒子は、代表的には、第５図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）中の白抜きの矢印で示されている。
第５図（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＣｄＳｅの半導体ナノ粒子の形成は、アンモニアの濃度に依存しており、アンモニアの濃度が０．５ｍＭである場合にナノ粒子の形成が最も良好である。
第５図（ａ）に示す反応溶液はｐＨ６．６であり、第５図（ｂ）に示す反応溶液はｐＨ７．４であり、第５図（ｃ）に示す反応溶液はｐＨ７．９である。従って、アンモニアは、Ｃｄ２＋に配位して安定化すると同時に、緩衝剤の入っていない反応溶液を高ｐＨに保ち、ＣｄＳｅが析出しやすくする働きもあると考えられる。このため、反応溶液のｐＨは、ｐＨ７．０以上９．５以下の範囲内に保つことが好ましい。なお、アンモニアを表１の混合率で２００００まで上げても同様の効果は得られる。
以上のような反応機構が想定されることから、それぞれの化学物質の混合比率は、アポフェリチンの分子数を１として、表１に示す範囲内の分子数であることが望ましいと考えられる。
Figure 2003099708
以上に述べた製造方法によって、アポフェリチン内に優先的にＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を形成することができる。
アポフェリチンを含めて、タンパク質はＤＮＡ情報から作製され、公知の方法で多数複製することは容易である。また、同じＤＮＡから多数複製されたタンパク質が、オングストロームの精度で同じ構造であることは周知である。このため、本実施形態で用いるアポフェリチンが有する空洞状の保持部は、全て同じ形状である。
従って、本実施形態のように、タンパク質の内部で化学反応によって半導体ナノ粒子を作製すれば、半導体ナノ粒子の粒径がタンパク質により規定されるので、粒径が均一な半導体ナノ粒子が得られる。反応溶液を図３に示すものとなるようにした本実施形態において得られたＣｄＳｅナノ粒子は、球状であり、その直径は、６ｎｍ（標準偏差１ｎｍ）であった。すなわち、均一な粒径のナノ粒子が得られたといえる。
なお、本実施形態ではタンパク質としてアポフェリチンを用いたが、アポフェリチンの代わりにＤｐｓタンパク質（直径９ｎｍであり、内部に直径４ｎｍの保持部を有する球殻状タンパク質）を用いれば、粒径が４ｎｍの半導体ナノ粒子を作製することができる。さらに、アポフェリチンの代わりにＣＣＭＶおよびＴＭＶ等のウイルスタンパク質などを用いても、それぞれのタンパク質が有する内部の保持部の形状に応じた半導体ナノ粒子を作製することができる。
また、本実施形態では、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を作製する場合について説明したが、他のＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体、例えばＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳ等からなる半導体ナノ粒子を作製する場合にも、本実施形態とほぼ同じ方法を適用することができる。
例えば、ＺｎＳｅからなる半導体ナノ粒子を作製する場合、本実施形態で用いた酢酸カドミウム溶液の代わりに、酢酸亜鉛溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、本実施形態に述べた通りである。
また、ＣｄＳからなる半導体ナノ粒子を作製する場合、本実施形態で用いたセレノ尿素溶液の代わりに、チオ尿素（Ｈ２ＮＣＳＮＨ２）溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、本実施形態に述べた通りである。
ＺｎＳからなる半導体ナノ粒子を作製する場合、酢酸カドミウム溶液の代わりに酢酸亜鉛溶液を、セレノ尿素溶液の代わりにチオ尿素溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、本実施形態に述べた通りである。
尚、ＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体は、直接遷移のワイドバンドギャップ半導体であり、ナノ粒子としての特性に加えてかかる特性をも利用でき、さまざまな用途に有用である。
以下の実施形態では、本実施形態において作製されたナノ粒子およびナノ粒子−タンパク質複合体の利用例を説明する。
（実施形態２）
ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳ等からなる半導体ナノ粒子は、内部の電子順位が量子化されており、蛍光波長がその粒径で変化することが示されている。そこで、第６図（ａ）および（ｂ）に示すように、異なる粒径の半導体ナノ粒子を細胞のアクチンフィラメントと核とにそれぞれ結合させておき、単一の波長で励起することによって、異なる蛍光色を発現させ、簡単に細胞中の２つのタンパク質の移動や位置を観察する方法が報告されている（Ｒ．Ｆ．Ｓｅｖｉｃｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８１巻、１９９８年、１９３０〜１９３１ページ、Ｍ．Ｂｒｕｃｈｅｚ Ｊｒ．ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８１巻、１９９８年、２０１３〜２０１６ページ、およびＷ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８１巻、１９９８年、２０１６〜２０１８ページ）。
これまで細胞などの蛍光観察にはローダミンなどの蛍光染色剤が用いられていた。しかし、ローダミンなどの蛍光染色剤は蛍光そのものが弱く、しかも数秒でクエンチングと呼ばれる蛍光退色が起こり発光しなくなる。また、ローダミンなどの蛍光染色剤では、蛍光が赤方（長波長側）への伸び（レッドテイリングと呼ばれる）、他の蛍光染色剤の蛍光領域まで進入して、クロストークが発生する。さらに、蛍光を観察するために照射する励起光波長と、蛍光染色剤からの蛍光波長との差が数十ｎｍ程度であるため、急峻な波長フィルターが必要である。このため、蛍光染色剤の数だけ励起光装置と波長フィルターとが必要となって蛍光観察装置（例えば、蛍光顕微鏡）の構成が複雑となる。蛍光観察装置の構成が複雑になると、光量の確保が難しくなり、明るいレンズが必要となる。従って、蛍光観察装置の設計が難しくなり、蛍光観察装置の値段もきわめて高価となる。
しかし、上記の報告で説明されている、異なる粒径のＣｄＳｅからなるナノ粒子を用いた蛍光観察では、励起光として蛍光波長から離れた短波長側の１つ波長の光（例えば紫外線）を用いればよい。蛍光の色は、ＣｄＳｅからなるナノ粒子の粒径で決まるので、レッドテイリングが無く、フィルターも不要となり、蛍光観察装置の構成が簡単になる。従って、光量の確保が容易になり、簡単で安価な蛍光顕微鏡を用いても、鮮明な蛍光観察が可能になる。
つまり、数種類の粒径毎に、粒径が均一なＣｄＳｅの半導体ナノ粒子が得られれば、きわめて安価に細胞内のタンパク質をラベルして蛍光観察することができるようになる。
しかしながら、従来の物理的粉砕法や化学合成法などでは、作製されたＣｄＳｅおよびＺｎＳｅの半導体ナノ粒子の粒径が一定でなく、様々な蛍光波長の粒子が混在してしまう。従って、従来の物理的粉砕法や化学合成法などで作製された半導体ナノ粒子を蛍光ラベル用として、そのまま使用できない。このため、上記の報告では、ＣｄＳｅおよびＺｎＳｅの半導体ナノ粒子を蛍光ラベル材料として使用するために、ナノメートルオーダーの粒径によって分離する精密な精製工程が必要となっている。従って、半導体ナノ粒子の量産性が非常に低く、蛍光観察するためのコストも非常に高い。
また、従来の方法による半導体ナノ粒子の作製時には、半導体ナノ粒子の表面が被覆されていないので、分散および凝集を制御することが難しい。これを回避するために、上記の報告では、半導体ナノ粒子の表面を有機材料でコーティングすることが提案されている。しかしながら、半導体ナノ粒子の表面を有機材料でコーティングするための工程が更に追加されるので、更に半導体ナノ粒子の量産性が低く、蛍光観察するための製造コストも非常に高くなる。
一方、上記実施形態１で得られる半導体ナノ粒子は、粒径が均一である。従って、半導体ナノ粒子を保持する保持部の直径が異なる数種類のタンパク質を用いれば、数種類の粒径毎に、粒径が均一であるＣｄＳｅの半導体ナノ粒子が容易に得られ、半導体ナノ粒子を粒径によって分離する精密な精製工程が不要となる。従って、きわめて安価に細胞内のタンパク質をラベルして蛍光観察することができるようになる。
さらに、上記実施形態１で得られる半導体ナノ粒子−タンパク質複合体では、タンパク質の表面にはアミノ酸残基が露出している。表面に露出しているアミノ酸残基は、組み換えなどの遺伝子工学的な手法で改変することが可能である。このことによって、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体の表面の任意の位置に、正や負の電荷を帯びさせる、あるいは疎水性または親水性を付与することが可能となる。従って、半導体ナノ粒子の表面を有機材料等でコーティングすることなく、半導体ナノ粒子の分散および凝集を制御することができる。
また、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体において、タンパク質の一部のアミノ酸を化学修飾することによって、他のタンパク質と相互作用させることができる。具体的には、第７図を参照しながら説明する。第７図（ａ）および（ｂ）は、抗体を利用して半導体ナノ粒子−タンパク質複合体でタンパク質をラベルする方法を表す模式図である。
半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ１は、第７図（ａ）に示すように、Ｄｐｓタンパク質１１とＣｄＳｅの半導体ナノ粒子１４ａとからなる複合体である。Ｄｐｓタンパク質１１の表面には、タンパク質Ｘを特異的に認識する抗体Ｉｘのうちの、タンパク質Ｘに結合しない側の末端（Ｈ鎖のＣ末端）が結合されている。
半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ２は、第７図（ｂ）に示すように、アポフェリチン１とＣｄＳｅの半導体ナノ粒子４ａとからなる複合体である。アポフェリチン１の表面には、タンパク質Ｙを特異的に認識する抗体Ｉｙのうちの、タンパク質Ｙに結合しない側の末端（Ｈ鎖のＣ末端）が結合されている。
つまり、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ１およびＣ２は、２種類の異なる粒径毎に、粒径が均一なＣｄＳｅの半導体ナノ粒子を内包している。また、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ１は、タンパク質Ｘに特異的に結合し、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ２は、タンパク質Ｙに特異的に結合する。従って、単一の波長の励起光（例えば紫外線）を照射することによって、タンパク質ＸおよびＹ毎に異なる蛍光色を発現させ、簡単に細胞中の２つのタンパク質の移動や位置を観察することができる。
以上に述べたように、上記実施形態１で得られる半導体ナノ粒子−タンパク質複合体は、半導体ナノ粒子がタンパク質で覆われる構成となっているので、タンパク質を改変することによって、蛍光を利用した生体の観察に利用することが容易である。
なお、本実施形態では、蛍光材料としてＣｄＳｅの半導体ナノ粒子を用いた例を説明をしたが、その他の蛍光材料（ＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳ等）を用いても、当然同じ効果が得られる。
（実施形態３）
本実施形態では、上記実施形態１において作製されたナノ粒子−タンパク質複合体を利用して形成されるドット体をフローティングゲートとして含む不揮発メモリセルについて説明する。
第８図（ａ）〜第８図（ｄ）は、本実施形態の不揮発性メモリセルの製造方法を示す工程断面図である。
まず、第８図（ａ）に示す工程で、ｐ型Ｓｉ基板１０１上に、ＬＯＣＯＳ法により、活性領域を取り囲む素子分離酸化膜１０２を形成した後、基板上にトンネル絶縁膜として機能するゲート酸化膜１０３を熱酸化法によって形成する。その後、６ｎｍ程度の粒径を有するナノ粒子からなるドット体１０４を基板上に形成する。なお、ドット体１０４を基板上に形成する方法については、後述する。
次に、第８図（ｂ）に示す工程で、基板上に、スパッタ法またはＣＶＤ法により、ドット体１０４を埋めるＳｉＯ２膜を堆積する。
次に、第８図（ｃ）に示す工程で、基板上にＡｌ膜を堆積する。つづいて、フォトレジストマスクＰｒ１を用いて、ＳｉＯ２膜およびＡｌ膜のパターニングを行なって電極間絶縁膜となるシリコン酸化膜１０５及び制御ゲート電極となるＡｌ電極１０６を形成する。このとき、ゲート酸化膜１０３のうちフォトレジストマスクＰｒ１で覆われていない部分は除去されるので、その上のドット体１０４も同時に除去される。その後、フォトレジストマスクおよびＡｌ電極１０６をマスクとして不純物イオンの注入を行なって、第１、第２ｎ型拡散層１０７ａ、１０７ｂを形成する。
その後、第８図（ｄ）に示す工程で、周知の方法により、層間絶縁膜１０８の形成と、層間絶縁膜１０８へのコンタクトホール１０９の開口と、コンタクトホール１０９内へのタングステンの埋め込みによるタングステンプラグ１１０の形成と、第１、第２アルミニウム配線１１１ａ、１１１ｂの形成とを行なう。
本実施形態では、基板としてｐ型Ｓｉ基板を用いたが、ｎ型Ｓｉ基板を用いてもよく、さらに、ＧａＡｓをはじめとする化合物半導体その他の半導体により構成される基板を用いてもよい。
次に、第８図（ａ）に示す工程において、ドット体１０４を基板上に形成する方法を、第９図および第１０図を参照しながら以下に説明する。なお、ドット体１０４を基板上に形成する方法は、以下に説明する方法には限定されず、他の公知の方法を適用することも可能である。
まず、第９図（ａ）に示す工程で、上記実施形態１で得られたナノ粒子−タンパク質複合体（以下、複合体と略す）１５０を用意し、この複合体１５０を基板１３０の表面上に配置する。このことによって、複合体１５０が基板１３０の表面上に高密度、且つ高精度で配置された複合体膜が形成される。なお、基板１３０とは、第８図（ａ）に示す工程で、ｐ型Ｓｉ基板１０１上に、ＬＯＣＯＳ法により、活性領域を取り囲む素子分離酸化膜１０２を形成した後、基板上にトンネル絶縁膜として機能するゲート酸化膜１０３が熱酸化法によって形成されたものを指す。以下の説明においても同様である。
次に、第９図（ｂ）に示す工程で、複合体１５０のうちのタンパク質１４０を除去して、ナノ粒子１０４ａのみを残存させることによって、基板１３０上にドット体１０４を形成する。
ここで、第９図（ａ）に示す工程において、複合体１５０を基板１３０の表面上に高密度、且つ高精度で配置する、すなわち、基板１３０の表面上に２次元状に配列および固定する方法について説明する。本実施形態では、以下に、特開平１１−４５９９０号公報に記載の方法を第１０図を参照しながら説明する。
まず、第１０図（ａ）に示すように、複合体１５０を分散した液体１６０を用意する。本実施形態では、液体１６０として、２０ｍＭのＮａＣｌ溶液と２０ｍＭのＭＥＳ緩衝溶液との混合液（ｐＨ５．８）にナノ粒子−タンパク質複合体を分散した液体を用いる。なお、ＭＥＳとは２−モルホリノエタンスルホン酸を意味する。
つづいて、第１０図（ｂ）に示すように、ＰＢＬＨ（Ｐｏｌｙ−１−Ｂｅｎｚｉｌ−Ｌ−Ｈｉｓｔｉｄｉｎｅ）を注射器などで静かに液体１６０の表面に展開する。このことによって、液体１６０の表面にＰＢＬＨからなるポリペプチド膜１７０が形成される。この後、液体１６０のｐＨを調節しておく。
次に、第１０図（ｃ）に示すように、時間の経過に伴って複合体１５０がポリペプチド膜１７０に付着し、複合体１５０の２次元結晶ができる。これは、ポリペプチド膜１７０が正電荷を帯びているのに対し、複合体１５０は負電荷を帯びているからである。
次に、第１０図（ｄ）に示すように、ポリペプチド膜１７０上に基板１３０を載置して（浮かべて）、ポリペプチド膜１７０を基板１３０に付着させる。
次に、第１０図（ｅ）に示すように、基板１３０を取り出せば、ポリペプチド膜１７０を介して、複合体１５０の２次元結晶が付着した基板１３０を得ることができる。
次に、第９図（ｂ）に示す工程をさらに詳細に説明する。
タンパク質は一般に熱に弱いため、複合体１５０のうちのタンパク質１４０の除去は、熱処理によって行なう。例えば、窒素等の不活性ガス中において、４００〜５００℃にて、約１時間静置すると、タンパク質１４０およびポリペプチド膜１７０が焼失し、基板１３０上にはナノ粒子１０４ａが２次元状に、高密度で、且つ高精度で規則正しく配列したドット体１０４として残存する。
以上のようにして、第９図（ｂ）に示すように、複合体１５０に保持させたナノ粒子１０４ａを、基板１３０上に２次元状に出現させ、高密度且つ高精度に配列したドット体１０４を形成することができる。
第８図（ｄ）に示すように、本実施形態のメモリセル１００は、制御ゲートとして機能するＡｌ電極１０６と、ソースまたはドレインとして機能する第１、第２ｎ型拡散層１０７ａ、１０７ｂとからなるＭＯＳトランジスタ（メモリセルトランジスタ）を備え、フローティングゲートとして機能するドット体１０４に蓄えられた電荷の量で上記メモリトランジスタの閾値電圧が変化することを利用した不揮発性メモリセルである。
この不揮発性メモリセルは、二値を記憶するメモリとしての機能が得られるが、ドット体１０４に蓄えられる電荷の有無のみだけでなく電荷の蓄積量を制御することで、三値以上の多値メモリを実現することもできる。
データの消去の際には、酸化膜を介したＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）電流や直接トンネリング電流を利用する。
また、データの書き込みには、酸化膜を介したＦＮ電流や直接トンネリング電流あるいはチャネルホットエレクトロン（ＣＨＥ）注入を用いる。
本実施形態の不揮発性メモリセルでは、フローティングゲートが量子ドットとして機能できる程度に粒径の小さいナノ粒子により構成されているので、電荷の蓄積量がわずかである。したがって、書き込み、消去の際の電流量を小さくでき、低消費電力の不揮発性メモリセルを構成することができる。
また、本実施形態の不揮発性メモリセルでは、フローティングゲートを構成するナノ粒子の粒径が均一であるため、電荷の注入、引き抜きの際の特性が各ナノ粒子間で揃っており、これらの操作において制御が容易に行なえる。
上記のメモリセルの製造において、第８図（ｂ）に示す工程で、ドット体１０４を埋め込むようにＳｉＯ２膜１０５を堆積する際には、スパッタ法が用いられることが多い。
これまでにアポフェリチンを用いて得られている鉄、コバルト等のナノ粒子はアポフェリチンの内部では酸化物として存在する。このため、鉄、コバルト等のナノ粒子を利用してドット体を形成する場合、第８図（ｂ）に示す工程においてナノ粒子を電荷保持特性を有するドット体とするためには、ナノ粒子を還元する必要がある。
しかしながら、本実施形態で用いる、上記実施形態１によって得られるＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＦｅＰｔおよびＣｏＰｔ等からなるナノ粒子は、還元しなくとも電気保持特性を備えている。このため、ナノ粒子の還元工程を行なう必要がなくなる。従って、ドット体形成の際のコストを下げることが可能になる。
（その他の実施形態）
上記実施形態３で示したように、本発明によれば、ナノ粒子を基板上にナノメートルスケールで集積することも可能である。従って、例えば、蛍光を生じる半導体ナノ粒子間における光エネルギーの授受を利用する演算素子を作製することも可能であると考えられる。
本発明によれば、粒径が均一な半導体ナノ粒子が得られる。粒径が均一な半導体ナノ粒子に、励起光を照射すると、特定の波長の蛍光を放出する。
また、ＦｅＰｔおよびＣｏＰｔからなるナノ粒子を作製する場合にも、実施形態１とほぼ同じ方法を適用することができる。
ＦｅＰｔからなるナノ粒子を作製する場合、実施形態１で用いた酢酸カドミウム溶液の代わりに硫酸アンモニウム鉄溶液を、セレノ尿素溶液の代わりにＫ２ＰｔＣｌ４溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、実施形態１に述べた通りである。
ＣｏＰｔからなるナノ粒子を作製する場合、具体的には、実施形態１で用いた酢酸カドミウム溶液の代わりに酢酸コバルト溶液を、セレノ尿素溶液の代わりにＫ２ＰｔＣｌ４溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、実施形態１に述べた通りである。
［産業上の利用可能性］
本発明の半導体ナノ粒子は、粒径が均一であるため、その特性を利用して種々の発光材料、記憶材料に利用可能である。例えば、ケミカルセンシング、ＤＮＡのシーケンシング、ハイスループットスクリーニング、蛍光偏光イノムアッセイ、時間ゲートイノムアッセイ、時間分解イノムアッセイ、酵素結合免疫吸着検査（ＥＬＩＳＡ）アッセイ、濾過試験、及び標的化タギングなどに利用可能である。また、本発明の半導体ナノ粒子を、ポリマー等とブレンドして薄膜状とし、ディスプレイパネル、発光ダイオード、光ディスクの超解像膜、光導波路等に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、アポフェリチンの構造を示す模式図である。
第２図は、半導体ナノ粒子の製造方法を表すフローチャートである。
第３図は、第２図に示すステップＳｔ１およびステップＳｔ２を表す模式図である。
第４図は、第２図に示すステップＳｔ２において起こっていると思われる反応を表す模式図である。
第５図（ａ）〜（ｃ）は、ナノ粒子の形成状態を表す電子顕微鏡写真である。
第６図（ａ）および（ｂ）は、異なる粒径の半導体ナノ粒子を細胞のアクチンフィラメントと核とにそれぞれ結合させた状態を表す模式図である。
第７図（ａ）および（ｂ）は、抗体を利用して半導体ナノ粒子−タンパク質複合体でタンパク質をラベルする方法を表す模式図である。
第８図（ａ）〜（ｄ）は、不揮発性メモリセルの製造方法を示す工程断面図である。
第９図は、ドット体を基板の表面上に２次元状に配列および固定する方法を示す工程断面図である。
第１０図は、複合体を基板の表面上に２次元状に配列および固定する方法について説明する図である。
本発明は、化合物半導体のナノ粒子の製造方法、該製造方法によって製造されたナノ粒子及び該製造方法の製造工程で生成されたナノ粒子とタンパク質からなる複合体に関する。
これまでの機能材料開発の主流は、所望の機能を発現させる新規化合物の探索、合成によって行なわれている。しかしながら、近年は、物質をナノメートルサイズまでに微細化したナノ粒子を作製することで、バルク状態では得られない新機能を発現させることが望まれるようになっている。特に、半導体や金属化合物を中心とする無機材料のナノ粒子化が強く望まれている。
半導体ナノ粒子は、エネルギー準位の量子化によりエネルギー準位が互いに離れた状態となり、かつそれらがナノ粒子の粒径の関数として制御されるようになる。よって、半導体ナノ粒子において、半導体結晶の基礎吸収の長波長側吸収端よりもわずかに低エネルギーに現れる励起子吸収帯のピーク位置は半導体ナノ粒子の粒径を変えることで制御することができ、バルクとは異なる電磁波の吸収及び発生能を示すことから、発光材料や記憶材料としての使用が期待されている。
例えば、II族−VI族化合物半導体であるＣｄＳｅ、ＺｎＳｅは、蛍光を発することが知られているが、その蛍光波長は、粒子のサイズ（粒径）によって異なる。このような半導体ナノ粒子の量子効果を工学的に利用するためには、粒径が均一なナノ粒子を作製することが必要となる。
従来、ナノ粒子を作製する方法は、物理的粉砕法および化学的合成法などによって行なわれている。例えば、物理的粉砕法は、セラミックスを焼成する際の出発材料を得るために広く用いられている。また、化学的合成法としては、長鎖の有機化合物の間で、塩化金酸を還元することによって金のナノ粒子を作製する方法などがある。ここで、長鎖の有機化合物は、金粒子が成長して巨大化することを阻害している。
また、有機化合物とナノ粒子との複合体を作り、化学反応させて均一な粒子を作る方法もある。この応用としては、ＳＡＭ膜を形成するための材料に金原子を固定し、上記材料を金原子を中心にして集合させることによって、表面にＳＡＭ膜が形成された金のナノ粒子を得る方法もある。さらに、ナノ粒子を形成する材料を含むミセルをつくり、ミセル中での化学反応を用いてナノ粒子を作製することも行われている。
しかしながら、上述の従来の方法では粒径が均一なナノ粒子を得ることは難しい。例えば、物理的粉砕法では、そもそも粒径をミクロンサイズよりも小さくすることが困難であり、ナノメートルオーダーに近づいたとしても粒径を一定にするメカニズムがない。このため、得られるナノ粒子の粒径には必然的に大きなバラツキが生じる。また、化学的合成法では、化学反応を利用しているため、これもまた得られるナノ粒子の粒径には必然的に大きなバラツキが生じる。また、所要時間、コストの面でも非常に不利である。
一方、バイオテクノロジーを他分野に応用する試みの一つとして、金属化合物を保持する機能を有するタンパク質であるアポフェリチンに金属または金属化合物を取り込ませ、ナノオーダーの均一なサイズのナノ粒子を作製しようという研究がある。ナノ粒子の用途に応じて種々の金属あるいは金属化合物をアポフェリチンに導入すべく研究が進められている。
アポフェリチンは、生物界に広く存在するタンパク質であり、生体内では必須微量元素である鉄の量を調節する役割を担っている。鉄または鉄化合物とアポフェリチンとの複合体はフェリチンと呼ばれる。鉄は必要以上に体内に存在すると生体にとって有害であるため、余剰の鉄分はフェリチンの形で体内に貯蔵される。そして、フェリチンは必要に応じて鉄イオンを放出し、アポフェリチンに戻る。
図１は、アポフェリチンの構造を示す模式図である。図１に示すように、アポフェリチン１は、１本のポリペプチド鎖から形成されるモノマーサブユニットが非共有結合により２４個集合した分子量約４６万の球状タンパク質であり、その直径は約１２ｎｍで、通常のタンパク質に比べ高い熱安定性と高いｐＨ安定性を示す。アポフェリチン１の中心には直径約６ｎｍの空洞状の保持部４があり、外部と保持部４とはチャネル３を介してつながっている。例えば、アポフェリチン１に２価の鉄イオンが取り込まれる際、鉄イオンはチャネル３から入り、一部のサブユニット内にあるferrooxidase center（鉄酸化活性中心）と呼ばれる場所で酸化された後、保持部４に到達し、保持部４の内表面の負電荷領域で濃縮される。そして、鉄原子は３０００〜４０００個集合し、フェリハイドライト（５Ｆｅ2Ｏ3・９Ｈ2Ｏ ）結晶の形で保持部４に保持される。保持部４に保持された金属原子を含むナノ粒子の粒径は、保持部４の直径とほぼ等しく、約６ｎｍとなっている。
このアポフェリチンを用いて、人工的に鉄以外の金属や金属化合物を保持させたナノ粒子−アポフェリチン複合体も作製されている。
現在までに、マンガン（例えば、非特許文献１参照）、ウラン（例えば、非特許文献２参照）、ベリリウム（例えば、非特許文献３参照）、アルミニウム（例えば、非特許文献４参照）、亜鉛（例えば、非特許文献５参照）、コバルト（例えば、非特許文献６参照）といった金属あるいは金属化合物のアポフェリチンへの導入が報告されている。これらの金属あるいは金属化合物からなるナノ粒子の粒径も、アポフェリチンの保持部４の直径とほぼ等しく、約６ｎｍとなる。
自然界において、鉄原子を含むナノ粒子がアポフェリチン内に形成される過程の概略は次の通りである。
アポフェリチン１の外部と内部とを結ぶチャネル３（図１参照）の表面には、ｐＨ７〜８の条件下でマイナス電荷を持つアミノ酸が露出しており、プラス電荷を持っているＦｅ2+イオンは静電相互作用によりチャネル３に取り込まれる。
アポフェリチン１の保持部４の内表面には、チャネル３の内表面と同じく，ｐＨ７〜８でマイナス電荷を持つアミノ酸残基であるグルタミン酸残基が多く露出しており、チャネル３から取り込まれたＦｅ2+イオンはferroxidase centerで酸化され、内部の保持部４へと導かれる。そして、静電相互作用により鉄イオンは濃縮されて、フェリハイドライト（５Ｆｅ2Ｏ3・９Ｈ2Ｏ）結晶の核形成が起こる。
その後、順次取り込まれる鉄イオンがこの結晶の核に付着して酸化鉄からなる核が成長し、粒径６ｎｍのナノ粒子が保持部４内に形成される。以上が、鉄イオンの取り込みと酸化鉄からなるナノ粒子形成の概略である。
なお、ここまで鉄イオンのアポフェリチンへの取り込みメカニズム及び酸化鉄を内包したアポフェリチンの調製法について述べたが、これまでに導入が報告されている他の金属イオンについては、鉄イオンとほぼ同じメカニズムで進むと考えられる。
Ｐ．Ｍａｃｋｌｅ，１９９３，Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１５，８４７１−８４７２； Ｆ．Ｃ．Ｍｅｌｄｒｕｍら，１９９５，Ｊ．Ｉｎｏｒｇ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．５８，５９−６８ Ｊ．Ｆ．Ｈａｉｎｆｅｌｄ，１９９２，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８９，１１０６４−１１０６８ Ｄ．Ｊ．Ｐｒｉｃｅ，１９８３， Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２５８，１０８７３−１０８８０ Ｊ．Ｆｌｅｍｉｎｇ，１９８７，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８４，７８６６−７８７０ Ｄ．Ｐｒｉｃｅ ａｎｄ Ｊ．Ｇ．Ｊｏｓｈｉ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，１９８２，７９，３１１６−３１１９ Ｔ．Ｄｏｕｇｌａｓ ａｎｄ Ｖ．Ｔ．Ｓｔａｒｋ，Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，３９，２０００，１８２８−１８３０
しかしながら、上述の方法によって空洞部内に取り込むことができるのは、特定の金属または金属化合物に限定されていた。
本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的とするものであり、粒子径が均一な半導体ナノ粒子を得ることができるナノ粒子の製造方法を提供する。
本発明のナノ粒子の製造方法は、内部に空洞部を有するタンパク質および化合物半導体の原料となる元素のイオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内に前記化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含む。
一つの実施形態では、タンパク質、II族元素イオン、およびVI族元素イオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内にII族−VI族化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含む。尚、本明細書でいうII族元素とは、周期表第１２族元素のことであり、具体的にはＺｎおよびＣｄを意味する。VI族元素とは、周期表第１６族元素のことであり、具体的にはＯ、Ｓ、およびＣｅを意味する。
好ましくは、前記溶液が、前記II族元素イオンを中心金属とする錯イオンを含む。好ましくは、前記タンパク質の空洞部内に、前記II族元素イオンを中心金属とする錯イオンが含まれている。
例えば、前記溶液が、さらにアンモニウムイオンを含む。そして、例えば、前記II族元素イオンが中心金属であって、アンモニアが配位子である錯イオンが前記溶液中に存在する。例えば、前記II族元素イオンが中心金属であって、アンモニアが配位子である錯イオンが前記タンパク質の空洞部内に存在する。
好ましくは、前記VI族元素イオン（Ｘ２−）の前記溶液中への供給は、Ｈ２ＮＣＸＮＨ２が前記溶液中に添加されることによる。例えば、前記Ｘは、ＳｅまたはＳである。
例えば、前記II族元素が亜鉛（Ｚｎ）またはカドミウム（Ｃｄ）であり、前記VI族元素がイオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）である。
例えば、前記ナノ粒子がＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳからなる群から選択される少なくとも一つの化合物半導体から形成されているものである。
例えば、前記タンパク質が、アポフェリチン、Ｄｐｓタンパク質、ＣＣＭＶタンパク質またはＴＭＶタンパク質の少なくとも一つである。
また、前記ナノ粒子を形成した後、タンパク質を熱処理によって除去する工程をさらに含むものであってもよい。
また、本発明は、前記製造方法によって製造されたナノ粒子である。
また、本発明は、ナノ粒子とタンパク質からなる複合体であって、前記ナノ粒子の製造方法の製造過程で生成された複合体である。前記タンパク質は、特定のタンパク質に特異的に結合する部分を備えているものであってもよい。
本発明によると、粒径が均一なII族−VI族化合物半導体のナノ粒子が得られる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
本実施形態では、均一な粒径のＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を作製するために、Ｃｄ2+とＳｅ2-とをタンパク質の直径数ナノメートルの空洞内で反応させる。タンパク質としては、以下に示す条件を満たすものを用いることができる。
まず第１に、一定の大きさの空洞を内部に有する。
第２に、空洞の表面がプラスまたはマイナス電荷を有し、且つ外部に対して電位差を有する。
第３に、空洞と外部とを結ぶチャネルが存在する。
第４に、チャネルは、イオンが通過可能な大きさを有し、イオンの通過を妨げる障害を持たない。
第５に、ナノ粒子を作製するための化学反応条件下で、十分安定である。
上記第１から第５までの条件を満たすタンパク質であれば、単一のサブユニットから構成されているタンパク質であっても、複数のサブユニットから構成されているタンパク質であっても良い。また、タンパク質は、その空洞部の形状が球状のものに限定されることはなく、ロッド状、リング状等の空洞部を有するものであっても良い。上記第１から第５までの条件を満たすタンパク質は多数存在し、代表的なタンパク質として、アポフェリチン、Ｄｐｓタンパク質、ならびにウイルスタンパク質などが挙げられる。ウイルスタンパク質としては、例えば、ＣＰＭＶ、ＣＣＭＶ、ＨＳＶ、Ｒｏｔａｖｉｒｕｓ、Ｒｅｏｖｉｒｕｓ、ＬＡ−１、Ｐｏｌｙｏｍａ、ＣａＭＶ、ＨＰＶ、Ｒｏｓｓ Ｒｉｖｅｒ、ＳｐＶ−４、φＸ１７４、ＦＨＶ、ＨＲＶ−１４、Ｐｏｌｉｏ等のウイルスのタンパク質が挙げられる。好ましくは、ＣＰＭＶ、ＣＣＭＶのウイルスタンパク質を用いることができる。本実施形態の方法によると、使用するタンパク質の空洞部の形状、大きさに応じたナノ粒子が形成されることになる。本明細書におけるナノ粒子とは、長径５０ｎｍ以下であって、粒子として安定に存在する大きさ以上の粒子をいう。一例を挙げるのであれば、長径１ｎｍ〜５０ｎｍの粒子がナノ粒子に該当する。
タンパク質はＤＮＡ情報から作製され、公知の方法で多数複製することが容易である。また、同じＤＮＡから多数複製されたタンパク質が、オングストロームの精度で同じ構造であることは周知である。したがって、上記第１の条件を満たすタンパク質を調製することは容易である。
本実施形態では、金属または金属化合物を保持する機能を有するタンパク質であるアポフェリチンを利用する。
次に、アポフェリチンを用いてＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を内包したタンパク質からなる複合体（以下、ＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体ともいう）を作製する方法を、図２を参照しながら具体的に説明する。図２は、本実施形態の半導体ナノ粒子の製造方法を表すフローチャートである。なお、以下に示す本実施形態の方法の全ての工程は、室温にて２００ｍｌスケールで実施される。また、特に記載のない限り、ここで用いる用語「溶液」は、溶媒として水を用いた溶液を意味する。
まず、図２に示すように、ステップＳｔ１において、５０ｍｇ／ｍｌのアポフェリチン溶液、１００ｍＭの酢酸カドミウム溶液、１Ｍの酢酸アンモニウム溶液、１００ｍＭのアンモニア水を用意する。また、少量のエタノール（１０μｌ程度）にセレノ尿素（Ｈ２ＮＣＳｅＮＨ２）を溶解させ、これを１００ｍＭ濃度になるように純水を加えて１００ｍＭのセレノ尿素溶液を用意する。なお、セレノ尿素は水に溶解すると不安定であるので、次に述べる工程の直前にセレノ尿素溶液を調製する。
次に、ステップＳｔ２において、上記ステップＳｔ１で用意した各溶液を混合し、全体の容量が２００ｍｌになるまで純水を加えることによって、反応溶液を調製する。上記の反応溶液におけるアポフェリチン、酢酸カドミウム、酢酸アンモニウム、セレノ尿素およびアンモニアの各濃度は、図３に示す通りとなっている。なお、図３は、ステップＳｔ１およびステップＳｔ２を表す模式図である。
つづいて、図３に示すように、反応溶液を攪拌しながら反応を進行させる。上記反応溶液では、調製した直後から反応が自発的に開始する。本実施形態では、さらに反応溶液の攪拌を一昼夜に亘って行なう。ここで生じる反応は急速ではないが、数分から数時間で完結する。この操作により、アポフェリチンの保持部内にＣｄＳｅが導入され、ＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体（以下、単に複合体とも称す）が生成される。
次に、ステップＳｔ３において、反応溶液を容器に入れ、遠心分離機を用いて毎分３０００回転、２０分の条件で遠心分離し、沈殿を除去する。このとき、上澄み液中には、複合体が分散された状態で存在している。
次に、ステップＳｔ４において、沈殿を除去した後の上澄み液をさらに毎分１００００回転、３０分の条件で遠心分離し、複合体を沈殿させる。
次に、ステップＳｔ５において、上記ステップＳｔ４で得られた沈殿を１５０ｍＭのＮａＣｌ溶液に懸濁し、複合体溶液を作製する。ここでは、特にｐＨ調整を行わなくてもよい。
以上のようにして、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を内包するアポフェリチン、すなわちＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体が得られる。
ここで、上記ステップＳｔ２においてＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体が形成されるメカニズムを推測して、図４を参照しながら説明する。図４は、ＣｄＳｅ−アポフェリチン複合体が形成されるメカニズムを説明するための模式図である。なお、図４では、理解を容易にするために、図１に示すアポフェリチンをさらに単純化して示している。このため、図４においても、図１と共通の参照符号を用いている。
上記ステップ２において、反応溶液中で起こっていると推測される反応は、次に示す反応式１で表される。
Figure 2003099708
図４に示すように、上記反応溶液の条件では、アンモニウムイオン（ＮＨ4 +）が多数存在する条件となっている。このため、カドミウムイオン（Ｃｄ2+）の大半は、錯イオンである[Ｃｄ（ＮＨ3）4]2+となって安定化する。従って、［Ｃｄ（ＮＨ3）4］2+の濃度とＣｄ2+の濃度との関係は、「［Ｃｄ（ＮＨ3）4］2+の濃度＞＞Ｃｄ2+の濃度」となっている。
アポフェリチン１の保持部４の表面は、マイナス電荷に帯電しているため、 [Ｃｄ（ＮＨ3）4]2+は、矢印Ａに示すようにチャネル３を通って保持部４内に導入される。この結果、[Ｃｄ（ＮＨ3）4]2+が保持部４内で高濃度に濃縮される。
セレノ尿素は電荷を持たないため、アポフェリチン１の保持部４内と外部とで均等に存在する。セレノ尿素は、室温で水に溶解すると、ゆっくりではあるが直ちに分解を始める。全ての分解には数時間かかり、Ｓｅ2-が発生する。
アポフェリチン１の保持部４内で発生したＳｅ2-は、高濃度に濃縮された[Ｃｄ（ＮＨ3）4]2+から供給されるＣｄ2+が存在するため、直ちに反応してＣｄＳｅが析出し、結晶化する。
Ｃｄ2+およびＳｅ2-は、ＣｄＳｅになると水に不溶性であるため可逆的にイオン化することはない。このため、アポフェリチン１の保持部４内では、溶液中の[Ｃｄ（ＮＨ3）4]2+およびセレノ尿素の濃度が低下する。従って、アポフェリチン１の保持部４内と外部とで濃度勾配が生じ、外部に存在する[Ｃｄ（ＮＨ3）4]2+およびセレノ尿素が、矢印ＡおよびＢに示すように、チャネル３を通ってアポフェリチン１の保持部４内に導入される。アポフェリチン１の保持部４内では、 [Ｃｄ（ＮＨ3）4]2+およびセレノ尿素からのＣｄ2+およびＳｅ2-の供給が終わるまで、ＣｄＳｅの生成反応が繰り返される。
一方、アポフェリチン１の外部では、反応開始時点からＣｄ2+が非常に少ないので、発生したＳｅ2-がＣｄ2+と反応する速度は非常に遅い。従って、アポフェリチン１の外部では、ＣｄＳｅがほとんど生成しない。すなわち、アポフェリチン１の空洞部内で優先的に各イオンを反応させることができる。
なお、セレノ尿素は反応の直前に水に溶解させているが、水中ではセレノ尿素は不安定で、その結果反応溶液を調製すると同時にセレノ尿素のセレン原子が電離し、反応溶液中にＳｅ2-が供給されると考えられる。このため、本実施形態では、アポフェリチン１の保持部４内でＳｅ2-が不足しないように、Ｓｅ2-がＣｄ2+の５倍量となるように、セレノ尿素を過剰に添加している。
ここで、本実施形態のステップＳｔ１において、アンモニアの添加量を変えて、ＣｄＳｅのナノ粒子を形成させ、ステップＳｔ２の直後に反応溶液を電子顕微鏡で観察した様子を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５（ａ）〜（ｃ）は、反応溶液に添加するアンモニア水を調節し、反応溶液中でのアンモニア（ＮＨ３）の濃度をそれぞれ０ｍＭ、０．５ｍＭおよび１．０ｍＭとしたときのナノ粒子の形成状態を表す電子顕微鏡写真である。なお、酢酸アンモニウムから解離するアンモニアはごく微量であり、ここで示すアンモニアの濃度にはほとんど影響しないと考えられる。ＣｄＳｅの半導体ナノ粒子は、代表的には、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）中の白抜きの矢印で示されている。
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＣｄＳｅの半導体ナノ粒子の形成は、アンモニアの濃度に依存しており、アンモニアの濃度が０．５ｍＭである場合にナノ粒子の形成が最も良好である。
図５（ａ）に示す反応溶液はｐＨ６．６であり、図５（ｂ）に示す反応溶液はｐＨ７．４であり、図５（ｃ）に示す反応溶液はｐＨ７．９である。従って、アンモニアは、Ｃｄ2+に配位して安定化すると同時に、緩衝剤の入っていない反応溶液を高ｐＨに保ち、ＣｄＳｅが析出しやすくする働きもあると考えられる。このため、反応溶液のｐＨは、ｐＨ７．０以上９．５以下の範囲内に保つことが好ましい。なお、アンモニアを表１の混合率で２００００まで上げても同様の効果は得られる。
以上のような反応機構が想定されることから、それぞれの化学物質の混合比率は、アポフェリチンの分子数を１として、表１に示す範囲内の分子数であることが望ましいと考えられる。
Figure 2003099708
以上に述べた製造方法によって、アポフェリチン内に優先的にＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を形成することができる。
アポフェリチンを含めて、タンパク質はＤＮＡ情報から作製され、公知の方法で多数複製することは容易である。また、同じＤＮＡから多数複製されたタンパク質が、オングストロームの精度で同じ構造であることは周知である。このため、本実施形態で用いるアポフェリチンが有する空洞状の保持部は、全て同じ形状である。
従って、本実施形態のように、タンパク質の内部で化学反応によって半導体ナノ粒子を作製すれば、半導体ナノ粒子の粒径がタンパク質により規定されるので、粒径が均一な半導体ナノ粒子が得られる。反応溶液を図３に示すものとなるようにした本実施形態において得られたＣｄＳｅナノ粒子は、球状であり、その直径は、６ｎｍ（標準偏差１ｎｍ）であった。すなわち、均一な粒径のナノ粒子が得られたといえる。
なお、本実施形態ではタンパク質としてアポフェリチンを用いたが、アポフェリチンの代わりにＤｐｓタンパク質（直径９ｎｍであり、内部に直径４ｎｍの保持部を有する球殻状タンパク質）を用いれば、粒径が４ｎｍの半導体ナノ粒子を作製することができる。さらに、アポフェリチンの代わりにＣＣＭＶおよびＴＭＶ等のウイルスタンパク質などを用いても、それぞれのタンパク質が有する内部の保持部の形状に応じた半導体ナノ粒子を作製することができる。
また、本実施形態では、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ粒子を作製する場合について説明したが、他のII族−VI族化合物半導体、例えばＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳ等からなる半導体ナノ粒子を作製する場合にも、本実施形態とほぼ同じ方法を適用することができる。
例えば、ＺｎＳｅからなる半導体ナノ粒子を作製する場合、本実施形態で用いた酢酸カドミウム溶液の代わりに、酢酸亜鉛溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、本実施形態に述べた通りである。
また、ＣｄＳからなる半導体ナノ粒子を作製する場合、本実施形態で用いたセレノ尿素溶液の代わりに、チオ尿素（Ｈ２ＮＣＳＮＨ２）溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、本実施形態に述べた通りである。
ＺｎＳからなる半導体ナノ粒子を作製する場合、酢酸カドミウム溶液の代わりに酢酸亜鉛溶液を、セレノ尿素溶液の代わりにチオ尿素溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、本実施形態に述べた通りである。
尚、II族−VI族化合物半導体は、直接遷移のワイドバンドギャップ半導体であり、ナノ粒子としての特性に加えてかかる特性をも利用でき、さまざまな用途に有用である。
以下の実施形態では、本実施形態において作製されたナノ粒子およびナノ粒子−タンパク質複合体の利用例を説明する。
（実施形態２）
ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳ等からなる半導体ナノ粒子は、内部の電子順位が量子化されており、蛍光波長がその粒径で変化することが示されている。そこで、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、異なる粒径の半導体ナノ粒子を細胞のアクチンフィラメントと核とにそれぞれ結合させておき、単一の波長で励起することによって、異なる蛍光色を発現させ、簡単に細胞中の２つのタンパク質の移動や位置を観察する方法が報告されている（Ｒ．Ｆ．Ｓｅｖｉｃｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８１巻、１９９８年、１９３０〜１９３１ページ、Ｍ．Ｂｒｕｃｈｅｚ Ｊｒ．ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８１巻、１９９８年、２０１３〜２０１６ページ、およびＷ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８１巻、１９９８年、２０１６〜２０１８ページ）。
これまで細胞などの蛍光観察にはローダミンなどの蛍光染色剤が用いられていた。しかし、ローダミンなどの蛍光染色剤は蛍光そのものが弱く、しかも数秒でクエンチングと呼ばれる蛍光退色が起こり発光しなくなる。また、ローダミンなどの蛍光染色剤では、蛍光が赤方（長波長側）への伸び（レッドテイリングと呼ばれる）、他の蛍光染色剤の蛍光領域まで進入して、クロストークが発生する。さらに、蛍光を観察するために照射する励起光波長と、蛍光染色剤からの蛍光波長との差が数十ｎｍ程度であるため、急峻な波長フィルターが必要である。このため、蛍光染色剤の数だけ励起光装置と波長フィルターとが必要となって蛍光観察装置（例えば、蛍光顕微鏡）の構成が複雑となる。蛍光観察装置の構成が複雑になると、光量の確保が難しくなり、明るいレンズが必要となる。従って、蛍光観察装置の設計が難しくなり、蛍光観察装置の値段もきわめて高価となる。
しかし、上記の報告で説明されている、異なる粒径のＣｄＳｅからなるナノ粒子を用いた蛍光観察では、励起光として蛍光波長から離れた短波長側の１つ波長の光（例えば紫外線）を用いればよい。蛍光の色は、ＣｄＳｅからなるナノ粒子の粒径で決まるので、レッドテイリングが無く、フィルターも不要となり、蛍光観察装置の構成が簡単になる。従って、光量の確保が容易になり、簡単で安価な蛍光顕微鏡を用いても、鮮明な蛍光観察が可能になる。
つまり、数種類の粒径毎に、粒径が均一なＣｄＳｅの半導体ナノ粒子が得られれば、きわめて安価に細胞内のタンパク質をラベルして蛍光観察することができるようになる。
しかしながら、従来の物理的粉砕法や化学合成法などでは、作製されたＣｄＳｅおよびＺｎＳｅの半導体ナノ粒子の粒径が一定でなく、様々な蛍光波長の粒子が混在してしまう。従って、従来の物理的粉砕法や化学合成法などで作製された半導体ナノ粒子を蛍光ラベル用として、そのまま使用できない。このため、上記の報告では、ＣｄＳｅおよびＺｎＳｅの半導体ナノ粒子を蛍光ラベル材料として使用するために、ナノメートルオーダーの粒径によって分離する精密な精製工程が必要となっている。従って、半導体ナノ粒子の量産性が非常に低く、蛍光観察するためのコストも非常に高い。
また、従来の方法による半導体ナノ粒子の作製時には、半導体ナノ粒子の表面が被覆されていないので、分散および凝集を制御することが難しい。これを回避するために、上記の報告では、半導体ナノ粒子の表面を有機材料でコーティングすることが提案されている。しかしながら、半導体ナノ粒子の表面を有機材料でコーティングするための工程が更に追加されるので、更に半導体ナノ粒子の量産性が低く、蛍光観察するための製造コストも非常に高くなる。
一方、上記実施形態１で得られる半導体ナノ粒子は、粒径が均一である。従って、半導体ナノ粒子を保持する保持部の直径が異なる数種類のタンパク質を用いれば、数種類の粒径毎に、粒径が均一であるＣｄＳｅの半導体ナノ粒子が容易に得られ、半導体ナノ粒子を粒径によって分離する精密な精製工程が不要となる。従って、きわめて安価に細胞内のタンパク質をラベルして蛍光観察することができるようになる。
さらに、上記実施形態１で得られる半導体ナノ粒子−タンパク質複合体では、タンパク質の表面にはアミノ酸残基が露出している。表面に露出しているアミノ酸残基は、組み換えなどの遺伝子工学的な手法で改変することが可能である。このことによって、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体の表面の任意の位置に、正や負の電荷を帯びさせる、あるいは疎水性または親水性を付与することが可能となる。従って、半導体ナノ粒子の表面を有機材料等でコーティングすることなく、半導体ナノ粒子の分散および凝集を制御することができる。
また、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体において、タンパク質の一部のアミノ酸を化学修飾することによって、他のタンパク質と相互作用させることができる。具体的には、図７を参照しながら説明する。図７（ａ）および（ｂ）は、抗体を利用して半導体ナノ粒子−タンパク質複合体でタンパク質をラベルする方法を表す模式図である。
半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ１は、図７（ａ）に示すように、Ｄｐｓタンパク質１１とＣｄＳｅの半導体ナノ粒子１４ａとからなる複合体である。Ｄｐｓタンパク質１１の表面には、タンパク質Ｘを特異的に認識する抗体Ｉｘのうちの、タンパク質Ｘに結合しない側の末端（Ｈ鎖のＣ末端）が結合されている。
半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ２は、図７（ｂ）に示すように、アポフェリチン１とＣｄＳｅの半導体ナノ粒子４ａとからなる複合体である。アポフェリチン１の表面には、タンパク質Ｙを特異的に認識する抗体Ｉｙのうちの、タンパク質Ｙに結合しない側の末端（Ｈ鎖のＣ末端）が結合されている。
つまり、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ１およびＣ２は、２種類の異なる粒径毎に、粒径が均一なＣｄＳｅの半導体ナノ粒子を内包している。また、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ１は、タンパク質Ｘに特異的に結合し、半導体ナノ粒子−タンパク質複合体Ｃ２は、タンパク質Ｙに特異的に結合する。従って、単一の波長の励起光（例えば紫外線）を照射することによって、タンパク質ＸおよびＹ毎に異なる蛍光色を発現させ、簡単に細胞中の２つのタンパク質の移動や位置を観察することができる。
以上に述べたように、上記実施形態１で得られる半導体ナノ粒子−タンパク質複合体は、半導体ナノ粒子がタンパク質で覆われる構成となっているので、タンパク質を改変することによって、蛍光を利用した生体の観察に利用することが容易である。
なお、本実施形態では、蛍光材料としてＣｄＳｅの半導体ナノ粒子を用いた例を説明をしたが、その他の蛍光材料（ＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳ等）を用いても、当然同じ効果が得られる。
（実施形態３）
本実施形態では、上記実施形態１において作製されたナノ粒子−タンパク質複合体を利用して形成されるドット体をフローティングゲートとして含む不揮発メモリセルについて説明する。
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、本実施形態の不揮発性メモリセルの製造方法を示す工程断面図である。
まず、図８（ａ）に示す工程で、ｐ型Ｓｉ基板１０１上に、ＬＯＣＯＳ法により、活性領域を取り囲む素子分離酸化膜１０２を形成した後、基板上にトンネル絶縁膜として機能するゲート酸化膜１０３を熱酸化法によって形成する。その後、６ｎｍ程度の粒径を有するナノ粒子からなるドット体１０４を基板上に形成する。なお、ドット体１０４を基板上に形成する方法については、後述する。
次に、図８（ｂ）に示す工程で、基板上に、スパッタ法またはＣＶＤ法により、ドット体１０４を埋めるＳｉＯ2膜を堆積する。
次に、図８（ｃ）に示す工程で、基板上にＡｌ膜を堆積する。つづいて、フォトレジストマスクＰｒ１を用いて、ＳｉＯ2膜およびＡｌ膜のパターニングを行なって電極間絶縁膜となるシリコン酸化膜１０５及び制御ゲート電極となるＡｌ電極１０６を形成する。このとき、ゲート酸化膜１０３のうちフォトレジストマスクＰｒ１で覆われていない部分は除去されるので、その上のドット体１０４も同時に除去される。その後、フォトレジストマスクおよびＡｌ電極１０６をマスクとして不純物イオンの注入を行なって、第１、第２ｎ型拡散層１０７ａ、１０７ｂを形成する。
その後、図８（ｄ）に示す工程で、周知の方法により、層間絶縁膜１０８の形成と、層間絶縁膜１０８へのコンタクトホール１０９の開口と、コンタクトホール１０９内へのタングステンの埋め込みによるタングステンプラグ１１０の形成と、第１、第２アルミニウム配線１１１ａ、１１１ｂの形成とを行なう。
本実施形態では、基板としてｐ型Ｓｉ基板を用いたが、ｎ型Ｓｉ基板を用いてもよく、さらに、ＧａＡｓをはじめとする化合物半導体その他の半導体により構成される基板を用いてもよい。
次に、図８（ａ）に示す工程において、ドット体１０４を基板上に形成する方法を、図９および図１０を参照しながら以下に説明する。なお、ドット体１０４を基板上に形成する方法は、以下に説明する方法には限定されず、他の公知の方法を適用することも可能である。
まず、図９（ａ）に示す工程で、上記実施形態１で得られたナノ粒子−タンパク質複合体（以下、複合体と略す）１５０を用意し、この複合体１５０を基板１３０の表面上に配置する。このことによって、複合体１５０が基板１３０の表面上に高密度、且つ高精度で配置された複合体膜が形成される。なお、基板１３０とは、図８（ａ）に示す工程で、ｐ型Ｓｉ基板１０１上に、ＬＯＣＯＳ法により、活性領域を取り囲む素子分離酸化膜１０２を形成した後、基板上にトンネル絶縁膜として機能するゲート酸化膜１０３が熱酸化法によって形成されたものを指す。以下の説明においても同様である。
次に、図９（ｂ）に示す工程で、複合体１５０のうちのタンパク質１４０を除去して、ナノ粒子１０４ａのみを残存させることによって、基板１３０上にドット体１０４を形成する。
ここで、図９（ａ）に示す工程において、複合体１５０を基板１３０の表面上に高密度、且つ高精度で配置する、すなわち、基板１３０の表面上に２次元状に配列および固定する方法について説明する。本実施形態では、以下に、特開平１１−４５９９０号公報に記載の方法を図１０を参照しながら説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、複合体１５０を分散した液体１６０を用意する。本実施形態では、液体１６０として、２０ｍＭのＮａＣｌ溶液と２０ｍＭのＭＥＳ緩衝溶液との混合液（ｐＨ５．８）にナノ粒子−タンパク質複合体を分散した液体を用いる。なお、ＭＥＳとは２−モルホリノエタンスルホン酸を意味する。
つづいて、図１０（ｂ）に示すように、ＰＢＬＨ（Ｐｏｌｙ−１−Ｂｅｎｚｉｌ−Ｌ−Ｈｉｓｔｉｄｉｎｅ）を注射器などで静かに液体１６０の表面に展開する。このことによって、液体１６０の表面にＰＢＬＨからなるポリペプチド膜１７０が形成される。この後、液体１６０のｐＨを調節しておく。
次に、図１０（ｃ）に示すように、時間の経過に伴って複合体１５０がポリペプチド膜１７０に付着し、複合体１５０の２次元結晶ができる。これは、ポリペプチド膜１７０が正電荷を帯びているのに対し、複合体１５０は負電荷を帯びているからである。
次に、図１０（ｄ）に示すように、ポリペプチド膜１７０上に基板１３０を載置して（浮かべて）、ポリペプチド膜１７０を基板１３０に付着させる。
次に、図１０（ｅ）に示すように、基板１３０を取り出せば、ポリペプチド膜１７０を介して、複合体１５０の２次元結晶が付着した基板１３０を得ることができる。
次に、図９（ｂ）に示す工程をさらに詳細に説明する。
タンパク質は一般に熱に弱いため、複合体１５０のうちのタンパク質１４０の除去は、熱処理によって行なう。例えば、窒素等の不活性ガス中において、４００〜５００℃にて、約１時間静置すると、タンパク質１４０およびポリペプチド膜１７０が焼失し、基板１３０上にはナノ粒子１０４ａが２次元状に、高密度で、且つ高精度で規則正しく配列したドット体１０４として残存する。
以上のようにして、図９（ｂ）に示すように、複合体１５０に保持させたナノ粒子１０４ａを、基板１３０上に２次元状に出現させ、高密度且つ高精度に配列したドット体１０４を形成することができる。
図８（ｄ）に示すように、本実施形態のメモリセル１００は、制御ゲートとして機能するＡｌ電極１０６と、ソースまたはドレインとして機能する第１、第２ｎ型拡散層１０７ａ、１０７ｂとからなるＭＯＳトランジスタ（メモリセルトランジスタ）を備え、フローティングゲートとして機能するドット体１０４に蓄えられた電荷の量で上記メモリトランジスタの閾値電圧が変化することを利用した不揮発性メモリセルである。
この不揮発性メモリセルは、二値を記憶するメモリとしての機能が得られるが、ドット体１０４に蓄えられる電荷の有無のみだけでなく電荷の蓄積量を制御することで、三値以上の多値メモリを実現することもできる。
データの消去の際には、酸化膜を介したＦＮ（Fowler-Nordheim）電流や直接トンネリング電流を利用する。
また、データの書き込みには、酸化膜を介したＦＮ電流や直接トンネリング電流あるいはチャネルホットエレクトロン（ＣＨＥ）注入を用いる。
本実施形態の不揮発性メモリセルでは、フローティングゲートが量子ドットとして機能できる程度に粒径の小さいナノ粒子により構成されているので、電荷の蓄積量がわずかである。したがって、書き込み、消去の際の電流量を小さくでき、低消費電力の不揮発性メモリセルを構成することができる。
また、本実施形態の不揮発性メモリセルでは、フローティングゲートを構成するナノ粒子の粒径が均一であるため、電荷の注入、引き抜きの際の特性が各ナノ粒子間で揃っており、これらの操作において制御が容易に行なえる。
上記のメモリセルの製造において、図８（ｂ）に示す工程で、ドット体１０４を埋め込むようにＳｉＯ2膜１０５を堆積する際には、スパッタ法が用いられることが多い。
これまでにアポフェリチンを用いて得られている鉄、コバルト等のナノ粒子はアポフェリチンの内部では酸化物として存在する。このため、鉄、コバルト等のナノ粒子を利用してドット体を形成する場合、図８（ｂ）に示す工程においてナノ粒子を電荷保持特性を有するドット体とするためには、ナノ粒子を還元する必要がある。
しかしながら、本実施形態で用いる、上記実施形態１によって得られるＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＦｅＰｔおよびＣｏＰｔ等からなるナノ粒子は、還元しなくとも電気保持特性を備えている。このため、ナノ粒子の還元工程を行なう必要がなくなる。従って、ドット体形成の際のコストを下げることが可能になる。
（その他の実施形態）
上記実施形態３で示したように、本発明によれば、ナノ粒子を基板上にナノメートルスケールで集積することも可能である。従って、例えば、蛍光を生じる半導体ナノ粒子間における光エネルギーの授受を利用する演算素子を作製することも可能であると考えられる。
本発明によれば、粒径が均一な半導体ナノ粒子が得られる。粒径が均一な半導体ナノ粒子に、励起光を照射すると、特定の波長の蛍光を放出する。
また、ＦｅＰｔおよびＣｏＰｔからなるナノ粒子を作製する場合にも、実施形態１とほぼ同じ方法を適用することができる。
ＦｅＰｔからなるナノ粒子を作製する場合、実施形態１で用いた酢酸カドミウム溶液の代わりに硫酸アンモニウム鉄溶液を、セレノ尿素溶液の代わりにＫ2ＰｔＣｌ4溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、実施形態１に述べた通りである。
ＣｏＰｔからなるナノ粒子を作製する場合、具体的には、実施形態１で用いた酢酸カドミウム溶液の代わりに酢酸コバルト溶液を、セレノ尿素溶液の代わりにＫ2ＰｔＣｌ4溶液を反応溶液中に混合する。他の条件は、実施形態１に述べた通りである。
本発明の半導体ナノ粒子は、粒径が均一であるため、その特性を利用して種々の発光材料、記憶材料に利用可能である。例えば、ケミカルセンシング、ＤＮＡのシーケンシング、ハイスループットスクリーニング、蛍光偏光イノムアッセイ、時間ゲートイノムアッセイ、時間分解イノムアッセイ、酵素結合免疫吸着検査（ＥＬＩＳＡ）アッセイ、濾過試験、及び標的化タギングなどに利用可能である。また、本発明の半導体ナノ粒子を、ポリマー等とブレンドして薄膜状とし、ディスプレイパネル、発光ダイオード、光ディスクの超解像膜、光導波路等に用いることも可能である。
アポフェリチンの構造を示す模式図である。 半導体ナノ粒子の製造方法を表すフローチャートである。 図２に示すステップＳｔ１およびステップＳｔ２を表す模式図である。 図２に示すステップＳｔ２において起こっていると思われる反応を表す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ナノ粒子の形成状態を表す電子顕微鏡写真である。 （ａ）および（ｂ）は、異なる粒径の半導体ナノ粒子を細胞のアクチンフィラメントと核とにそれぞれ結合させた状態を表す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、抗体を利用して半導体ナノ粒子−タンパク質複合体でタンパク質をラベルする方法を表す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、不揮発性メモリセルの製造方法を示す工程断面図である。 ドット体を基板の表面上に２次元状に配列および固定する方法を示す工程断面図である。 複合体を基板の表面上に２次元状に配列および固定する方法について説明する図である。
符号の説明
１ アポフェリチン
３ チャンネル
４ 保持部
４ａ、１４ａ 半導体ナノ粒子
１１ タンパク質
Ｃ１、Ｃ２ 半導体ナノ粒子−タンパク質複合体
Ｉｘ、Ｉｙ 抗体
Ｘ、Ｙ タンパク質
１０１ ｐ型Ｓｉ基板
１０２ 素子分離酸化膜
１０３ ゲート酸化膜
１０４ ドット体
１０５ シリコン酸化膜
１０６ Ａｌ電極
１０７ａ 第１ｎ型拡散層
１０７ｂ 第２ｎ型拡散層
１０８ 層間絶縁膜
１０９ コンタクトホール
１１０ タングステンプラグ
１１１ａ 第１アルミニウム配線
１１１ｂ 第２アルミニウム配線
１３０ 基板
１４０ タンパク質
１５０ ナノ粒子−タンパク質複合体
１６０ 液体
１７０ ポリペプチド膜
本発明のナノ粒子の製造方法は、内部に空洞部を有するタンパク質および化合物半導体の原料となる元素のイオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内に前記化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含むナノ粒子の製造方法であって、タンパク質、II族元素イオン、およびVI族元素イオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内にII族−VI族化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含み、前記溶液が、前記II族元素イオンが中心金属であって、アンモニアが配位子である錯イオンを含む。
尚、本明細書でいうII族元素とは、周期表第１２族元素のことであり、具体的にはＺｎおよびＣｄを意味する。VI族元素とは、周期表第１６族元素のことであり、具体的にはＯ、Ｓ、およびＣｅを意味する。
好ましくは、前記タンパク質の空洞部内に、前記II族元素イオンを中心金属とする錯イオンが含まれている。
例えば、前記溶液が、さらにアンモニウムイオンを含む。

Claims (17)

  1. 内部に空洞部を有するタンパク質および化合物半導体の原料となる元素のイオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内に前記化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含む、ナノ粒子の製造方法。
  2. タンパク質、ＩＩ族元素イオン、およびＶＩ族元素イオンを含む溶液中で、該タンパク質の空洞部内にＩＩ族−ＶＩ族化合物半導体のナノ粒子を形成させる工程を含む、請求の範囲第１項に記載のナノ粒子の製造方法。
  3. 前記溶液が、さらにアンモニウムイオンを含む、請求の範囲第２項に記載のナノ粒子の製造方法。
  4. 前記溶液が、前記ＩＩ族元素イオンを中心金属とする錯イオンを含む、請求の範囲第２項に記載のナノ粒子の製造方法。
  5. 前記タンパク質の空洞部内に、前記ＩＩ族元素イオンを中心金属とする錯イオンが含まれている、請求の範囲第２項に記載のナノ粒子の製造方法。
  6. 前記ＩＩ族元素イオンが中心金属であって、アンモニアが配位子である錯イオンが前記溶液中に存在する、請求の範囲第３項に記載のナノ粒子の製造方法。
  7. 前記ＩＩ族元素イオンが中心金属であって、アンモニアが配位子である錯イオンが前記タンパク質の空洞部内に存在する、請求の範囲第３項に記載のナノ粒子の製造方法。
  8. 前記ＶＩ族元素イオン（Ｘ２−）の前記溶液中への供給は、Ｈ２ＮＣＸＮＨ２が前記溶液中に添加されることによる、請求の範囲第２項に記載のナノ粒子の製造方法。
  9. 前記ＸがＳｅである、請求の範囲第８項に記載のナノ粒子の製造方法。
  10. 前記ＸがＳである、請求の範囲第８項に記載のナノ粒子の製造方法。
  11. 前記ＩＩ族元素が亜鉛（Ｚｎ）またはカドミウム（Ｃｄ）であり、前記ＶＩ族元素がイオウ（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）である、請求の範囲第２項に記載のナノ粒子の製造方法。
  12. 前記ナノ粒子がＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳからなる群から選択される少なくとも一つの化合物半導体から形成されている、請求の範囲第２項に記載のナノ粒子の製造方法。
  13. 前記タンパク質が、アポフェリチン、Ｄｐｓタンパク質、ＣＣＭＶタンパク質またはＴＭＶタンパク質の少なくとも一つである、請求の範囲第１項に記載のナノ粒子の製造方法。
  14. 前記ナノ粒子を形成した後、タンパク質を熱処理によって除去する工程をさらに含む、請求の範囲第１項に記載のナノ粒子の製造方法。
  15. 請求の範囲第１項に記載の製造方法によって製造されたナノ粒子。
  16. ナノ粒子とタンパク質からなる複合体であって、請求の範囲第１項に記載のナノ粒子の製造方法の製造過程で生成された複合体。
  17. 前記タンパク質は、特定のタンパク質に特異的に結合する部分を備えている請求の範囲第１６項に記載の複合体。
JP2004507375A 2002-05-28 2003-05-28 ナノ粒子の製造方法及び該製造方法によって製造されたナノ粒子 Expired - Lifetime JP3683265B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002154778 2002-05-28
JP2002154778 2002-05-28
PCT/JP2003/006637 WO2003099708A1 (fr) 2002-05-28 2003-05-28 Procede de production de nanoparticules et nanoparticules produites selon ce procede

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP3683265B2 JP3683265B2 (ja) 2005-08-17
JPWO2003099708A1 true JPWO2003099708A1 (ja) 2005-09-22

Family

ID=29561382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004507375A Expired - Lifetime JP3683265B2 (ja) 2002-05-28 2003-05-28 ナノ粒子の製造方法及び該製造方法によって製造されたナノ粒子

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7129058B2 (ja)
EP (1) EP1514838B1 (ja)
JP (1) JP3683265B2 (ja)
AU (1) AU2003241813A1 (ja)
DE (1) DE60328492D1 (ja)
WO (1) WO2003099708A1 (ja)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090080611A1 (en) * 2001-10-18 2009-03-26 Ganz Brian L Computer Controllable LED Light Source for Device for Inspecting Microscopic Objects
FI20030615A0 (fi) * 2003-04-24 2003-04-24 Marko Virta Nanopartikkeli bioaffiniteettimäärityksiin
CN100459170C (zh) * 2004-01-06 2009-02-04 Nxp股份有限公司 在其隧穿层中具有量子点的晶体管
US7588828B2 (en) 2004-04-30 2009-09-15 Nanoco Technologies Limited Preparation of nanoparticle materials
GB0409877D0 (en) 2004-04-30 2004-06-09 Univ Manchester Preparation of nanoparticle materials
US7968273B2 (en) 2004-06-08 2011-06-28 Nanosys, Inc. Methods and devices for forming nanostructure monolayers and devices including such monolayers
US7776758B2 (en) * 2004-06-08 2010-08-17 Nanosys, Inc. Methods and devices for forming nanostructure monolayers and devices including such monolayers
US8709892B2 (en) * 2005-05-23 2014-04-29 Darpa Nanoparticles in a flash memory using chaperonin proteins
WO2006132050A1 (ja) 2005-06-07 2006-12-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 酸化亜鉛－タンパク質複合体の製造方法
KR100756320B1 (ko) * 2005-06-29 2007-09-07 한국화학연구원 단백질 나노입자를 이용한 탄소나노튜브 트랜지스터 및이의 제조 방법
US7927948B2 (en) 2005-07-20 2011-04-19 Micron Technology, Inc. Devices with nanocrystals and methods of formation
US7989290B2 (en) 2005-08-04 2011-08-02 Micron Technology, Inc. Methods for forming rhodium-based charge traps and apparatus including rhodium-based charge traps
US7575978B2 (en) 2005-08-04 2009-08-18 Micron Technology, Inc. Method for making conductive nanoparticle charge storage element
GB2472541B (en) 2005-08-12 2011-03-23 Nanoco Technologies Ltd Nanoparticles
JP5071854B2 (ja) * 2005-09-12 2012-11-14 独立行政法人科学技術振興機構 微粒子−タンパク質複合体およびその作製方法、半導体装置、蛍光標識方法
GB0522027D0 (en) 2005-10-28 2005-12-07 Nanoco Technologies Ltd Controlled preparation of nanoparticle materials
GB0606845D0 (en) 2006-04-05 2006-05-17 Nanoco Technologies Ltd Labelled beads
US20090075926A1 (en) * 2006-12-06 2009-03-19 Bamdad Cynthia C Method for identifying and manipulating cells
JP4149504B2 (ja) * 2006-12-07 2008-09-10 松下電器産業株式会社 フェリチンを基板上に二次元配列させる方法
JP5306604B2 (ja) * 2007-02-28 2013-10-02 富士通株式会社 二値半導体記憶装置
US8170665B2 (en) * 2007-03-23 2012-05-01 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Quantum dot labeled stem cells for use in providing pacemaker function
US8563348B2 (en) 2007-04-18 2013-10-22 Nanoco Technologies Ltd. Fabrication of electrically active films based on multiple layers
US20080264479A1 (en) * 2007-04-25 2008-10-30 Nanoco Technologies Limited Hybrid Photovoltaic Cells and Related Methods
US8367506B2 (en) 2007-06-04 2013-02-05 Micron Technology, Inc. High-k dielectrics with gold nano-particles
CN101096687B (zh) * 2007-07-11 2012-08-29 武汉大学 一种利用微生物细胞制备硒化镉量子点的方法
WO2009040553A2 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Nanoco Technologies Limited Core shell nanoparticles and preparation method thereof
US8784701B2 (en) 2007-11-30 2014-07-22 Nanoco Technologies Ltd. Preparation of nanoparticle material
CN103554477B (zh) 2008-02-25 2017-03-01 纳米技术有限公司 半导体纳米粒子包覆剂
GB0813273D0 (en) 2008-07-19 2008-08-27 Nanoco Technologies Ltd Method for producing aqueous compatible nanoparticles
GB0814458D0 (en) 2008-08-07 2008-09-10 Nanoco Technologies Ltd Surface functionalised nanoparticles
KR20160017117A (ko) 2008-10-09 2016-02-15 미네르바 바이오테크놀로지 코포레이션 세포내에서 다능성을 유도하기 위한 방법
GB0820101D0 (en) 2008-11-04 2008-12-10 Nanoco Technologies Ltd Surface functionalised nanoparticles
GB0821122D0 (en) 2008-11-19 2008-12-24 Nanoco Technologies Ltd Semiconductor nanoparticle - based light emitting devices and associated materials and methods
GB0901857D0 (en) * 2009-02-05 2009-03-11 Nanoco Technologies Ltd Encapsulated nanoparticles
MY157524A (en) * 2009-06-11 2016-06-15 Minerva Biotechnologies Corp Culturing embryonic stem cells, embryonic stem-like cells, or induced pluripotent stem cells with a muc1 or muc1* ligand
GB0916699D0 (en) 2009-09-23 2009-11-04 Nanoco Technologies Ltd Semiconductor nanoparticle-based materials
GB0916700D0 (en) 2009-09-23 2009-11-04 Nanoco Technologies Ltd Semiconductor nanoparticle-based materials
JP5690348B2 (ja) * 2009-11-17 2015-03-25 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 光吸収性基板の表面の微細構造化
US8808558B2 (en) * 2010-02-04 2014-08-19 National Sun Yat-Sen University System and method for alignment of nanoparticles on substrate
TWI455868B (zh) * 2010-02-04 2014-10-11 Univ Nat Sun Yat Sen 排列奈米粒子於基板上之系統
GB201005601D0 (en) 2010-04-01 2010-05-19 Nanoco Technologies Ltd Ecapsulated nanoparticles
EP2626367A1 (en) * 2012-02-10 2013-08-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for obtaining three-dimensional actin structures and uses thereof
JP5989442B2 (ja) * 2012-07-30 2016-09-07 京セラ株式会社 量子ドット粒子およびその製造方法、ならびに太陽電池
JP6919243B2 (ja) * 2016-03-17 2021-08-18 味の素株式会社 複合体ナノ粒子の製造方法
WO2018008441A1 (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 長瀬産業株式会社 金属内包かご状タンパク質の製造方法
US20220344606A1 (en) * 2019-10-02 2022-10-27 Sharp Kabushiki Kaisha Display device and method of manufacturing display device
US20220320191A1 (en) * 2019-10-02 2022-10-06 Sharp Kabushiki Kaisha Display device and method for manufacturing display device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2064069A1 (en) * 1989-08-18 1991-02-19 Bruce F. Monzyk Ferritin analogs
DE69825939T2 (de) * 1997-05-30 2005-09-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Anordnung mit Quanten-Schachteln
EP1327145B1 (en) * 2000-10-06 2009-03-11 Life Technologies Corporation Cells having a spectral signature, and methods of preparation and use thereof
US7147687B2 (en) * 2001-05-25 2006-12-12 Nanosphere, Inc. Non-alloying core shell nanoparticles

Also Published As

Publication number Publication date
US7129058B2 (en) 2006-10-31
AU2003241813A1 (en) 2003-12-12
US20040110347A1 (en) 2004-06-10
JP3683265B2 (ja) 2005-08-17
EP1514838A4 (en) 2008-06-25
EP1514838B1 (en) 2009-07-22
WO2003099708A1 (fr) 2003-12-04
EP1514838A1 (en) 2005-03-16
DE60328492D1 (de) 2009-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3683265B2 (ja) ナノ粒子の製造方法及び該製造方法によって製造されたナノ粒子
JP3703479B2 (ja) ナノ粒子の製造方法及び該製造方法によって製造されたナノ粒子
Pellegrino et al. On the development of colloidal nanoparticles towards multifunctional structures and their possible use for biological applications
EP1436844B1 (en) Passivated nanoparticles, method of fabrication thereof, and devices incorporating nanoparticles
Casavola et al. Colloidal strategies for preparing oxide‐based hybrid nanocrystals
US7824653B2 (en) Water soluble quantum dots
JP5071854B2 (ja) 微粒子−タンパク質複合体およびその作製方法、半導体装置、蛍光標識方法
KR101651798B1 (ko) 양자점 함유 입자 및 이의 제조 방법
Li et al. Highly luminescent water-soluble InP/ZnS nanocrystals prepared via reactive phase transfer and photochemical processing
US20070275383A1 (en) Novel Hybrid Probes with Heightened Luminescence
JP2007507908A (ja) 不揮発性メモリデバイス
JP2005508163A (ja) 遺伝学的に操作された中規模ウイルスを使用したハイブリッド材料のナノスケーリング秩序化
JP4985541B2 (ja) ナノ粒子内包シリカ、それを用いた生体物質の標識物質および生体物質の標識方法
Zhang et al. A novel method to enhance quantum yield of silica-coated quantum dots for biodetection
JP4596705B2 (ja) 複合微細粒子およびその製造方法
JP2003025299A (ja) 半導体ナノ粒子及びその製造方法
US7223847B2 (en) Method for producing cobalt-protein complex
JP2006008436A (ja) ナノ粒子−タンパク質複合体とその作製方法
Lesnyak et al. Aqueous based colloidal quantum dots for optoelectronics
RU2332352C1 (ru) Нанокомпозиционный материал
Bailey et al. Core–Shell Semiconductor Nanocrystals for Biological Labeling
Page Ratiometric Sensing of Unlabeled Analytes via Quantum Dot/Förster Resonance Energy Transfer
Bailey et al. Biological Labeling
Wang Synthesis, functionalization, and biological tagging applications of II-VI semiconductor nanocrystals
KR20080083699A (ko) 수성 또는 수용성 용매 내의 얼로이된 나노 결정 합성

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20050524

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050524

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3683265

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090603

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100603

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100603

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110603

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120603

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120603

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130603

Year of fee payment: 8

EXPY Cancellation because of completion of term