JPWO2009028390A1

JPWO2009028390A1 - 半導体ナノ粒子蛍光体の集合体、その製造方法、およびそれを用いた単一分子観察方法

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Publication number: JPWO2009028390A1
Application number: JP2009530069A
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Inventors: 一賀午菴; 塚田　和也; 和也塚田
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Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-12-02
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Abstract

本発明は、半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を蛍光標識剤として一分子観察をする際、粒子ごとの発光波長、発光強度にばらつきがなく、安定した評価をすることができる半導体ナノ粒子蛍光体の集合体、その製造方法及びそれを用いた単一分子観察方法を提供する。本発明の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体は、液相法または気相法によって核粒子の生成を行う工程および当該核粒子を成長もしくは融着させる工程を有する半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法であって、当該核粒子の生成個数濃度が特定濃度以下であることを特徴とする。

Description

本発明は、半導体ナノ粒子蛍光体の集合体、その製造方法、および当該半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を蛍光標識剤として用いた単一分子観察方法に関する。

近年の検出機材の高感度化や標識材料の高輝度化によって、単一分子の検出、同定、および、運動の観察が可能になり、分析化学、分子生物学、およびナノ構造体の解析に大きな役割を果たしてきている。

単一分子の観察に使用される標識材料として、蛍光色素やナノ粒子蛍光体が提案されている。特にナノ粒子蛍光体は蛍光色素に比べて、大きさや材質を選択することにより、およそ４００〜２０００ｎｍの範囲で比較的自由に発光ピーク波長を設定することができること、ストークスシフトを広くとることができ、励起光との重なりやバックグラウンドによるノイズ影響を小さくすることで検出能を高めることができること、また褪色が非常に少ないため、長時間の動体観察が可能であることなど、利点が非常に多い。

一般に、ナノメートルサイズの半導体物質で量子閉じ込め（ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果を示す物質は「量子ドット」と称されている。このような量子ドットは、半導体原子が数百個から数千個集まった１０数ｎｍ程度以内の小さな塊であるが、励起源から光を吸収してエネルギー励起状態に達すると、量子ドットのエネルギーバンドギャップに相当するエネルギーを放出する。したがって、量子ドットの大きさまたは物質組成を調節すると、エネルギーバンドギャップを調節することができて様々な水準の波長帯のエネルギーを利用することができる可能性があると考えられている。

しかしながら、量子ドットは、結晶構造をもち、粒径によりバンドギャップが変化するという性質をもち、バンドギャップの変化に伴い発光波長が変化するため、個々の粒径のばらつきが、直接、粒子ごとの発光スペクトルのばらつきにつながる。これを回避するには、単一スペクトルの粒子を分級するなど煩雑な操作が必要になるなどの原理的な問題を抱えている。

また、実際に利用されるナノ粒子蛍光体の集合体は、粒径分布をもっており、各々の粒子の発光スペクトルや輝度にバラつきがあるため、一分子観察を行う際、安定した評価ができないことが問題となっている。

なお、粒径分布の狭い単分散性のナノ粒子蛍光体の集合体を得るべく、原子ひとつひとつの反応を制御して、ボトムアップ方式（アプローチ）で製造するためには、まず適切な核粒子を形成する必要があると考えられる。

しかしながら、例えば、逆ミセル反応法でナノ粒子を形成する場合、界面活性剤の濃度や種類により、反応場となる逆ミセルの大きさや状態が変わってくるため、ナノ粒子が形成される条件が限られてしまうという問題がある。また、従来公知の特許文献には、核形成後の成長工程に関しては詳細な記載はあるものの、その基盤となる核粒子の状態については、詳細に記載したものはなく、未だ詳しく解明されていない（例えば特許文献１〜３参照）。
特開２０００−３２２４７２号公報特開２００５−２３６０８０号公報特開２００６−６２８８２号公報

本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を蛍光標識剤として一分子観察をする際、粒子ごとの発光波長、発光強度にばらつきがなく、安定した評価をすることができる半導体ナノ粒子蛍光体の集合体、その製造方法およびそれを用いた単一分子観察方法を提供することである。

本発明者は、上記の課題を解決すべく、核粒子が生成する際の濃度に着目して鋭意検討した結果、核粒子生成個数濃度を制御することにより、極めて高輝度の単分散ナノ粒子が形成されることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。

１．液相法によって核粒子の生成を行う工程及び当該核粒子を成長もしくは融着させる工程を有する半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法であって、当該核粒子の生成個数濃度が反応溶液１ｍ^３当たり１．０×１０^２５〜５．０×１０^２６個であることを特徴とする半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法。

２．気相法によって核粒子の生成を行う工程及び当該核粒子を成長もしくは融着させる工程を有する半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法であって、当該核粒子の生成個数濃度が当該半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の膜１ｍ^３当たり１．０×１０^１５〜１．０×１０^１６個であることを特徴とする半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法。

３．前記１または２に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法によって得られることを特徴とする半導体ナノ粒子蛍光体の集合体。

４．前記半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒径が１〜１０ｎｍであることを特徴とする前記３に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体。

５．前記半導体ナノ粒子蛍光体の成分としてＳｉまたはＧｅを含むことを特徴とする前記３または４に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体。

６．前記３乃至５のいずれか一項に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を構成する半導体ナノ粒子蛍光体で標識された分子に励起光を照射し、発光を検出することにより当該分子の同定を行うことを特徴とする単一分子観察方法。

７．前記６に記載の単一分子観察方法において、異なる発光スペクトルをもつ半導体ナノ粒子蛍光体で複数種類の分子をそれぞれ標識し、当該分子に励起光を照射することによって、同時に複数種類の物質の同定を行うことを特徴とする単一分子観察方法。

本発明の上記手段により、半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を蛍光標識剤として一分子観察をする際、粒子ごとの発光波長、発光強度にばらつきがなく、安定した評価をすることができる半導体ナノ粒子蛍光体の集合体、その製造方法およびそれを用いた単一分子観察方法を提供することができる。

本発明の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法は、液相法または気相法によって核粒子の生成を行う工程および当該核粒子を成長もしくは融着させる工程を有する半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法であって、当該核粒子の生成個数濃度が前記特定濃度以下であることを特徴とする。この特徴は、請求の範囲第１項〜第７項に係る発明に共通する技術的特徴である。

本発明の製造方法は、平均粒径が１〜１０ｎｍである半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法として適しており、特に、成分としてＳｉまたはＧｅを含む半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法として適している。

さらに、当該製造方法によって製造された半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ナノ粒子蛍光体で標識された分子に励起光を照射し、発光を検出することにより当該分子の同定を行う単一分子観察方法に適応可能であり、特に、異なる発光スペクトルをもつ半導体ナノ粒子蛍光体で複数種類の分子をそれぞれ標識し、当該分子に励起光を照射することによって、同時に複数種類の物質の同定を行う単一分子観察方法に適している。

なお、本願において、「半導体ナノ粒子蛍光体の集合体」とは、半導体ナノ粒子蛍光体を含有する分散液（溶液、懸濁液を含む。）、半導体ナノ粒子蛍光体からなる粉体、半導体ナノ粒子蛍光体が分散して含有されているシートなどをいう。

以下、本発明とその構成要素、および発明を実施するための最良の形態等について詳細に説明をする。

（半導体ナノ粒子蛍光体の形成材料）
本発明に係る半導体ナノ粒子蛍光体は種々の半導体材料を用いて形成することができる。例えば、元素の周期表のIV族、II−VI族、およびIII−Ｖ族の半導体化合物を用いることができる。

II−VI族の半導体の中では、特に、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅおよびＨｇＴｅを挙げることができる。

III−Ｖ族の半導体の中では、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂおよびＡｌＳが好ましい。

IV族の半導体の中では、Ｇｅ、ＰｂおよびＳｉは特に適している。

本発明においては、蛍光半導体微粒子をコア／シェル構造を有する粒子にすることが好ましい。この場合、半導体ナノ粒子蛍光体は半導体微粒子からなるコア粒子と当該コア粒子を被覆するシェル層とで構成されるコア／シェル構造を有する半導体ナノ微粒子であって、当該コア粒子とシェル層の化学組成が相異するものであることが好ましい。

コア粒子に用いられる半導体材料としては、種々の半導体材料を用いることができる。具体例としては、例えば、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはこれらの混合物等が挙げられる。本発明において、特に好ましい半導体材料は、ＳｉまたはＧｅである。なお、必要があればＧａなどのドープ材料を極微量含んでもよい。

シェルに用いられる半導体材料としては、種々の半導体材料を用いることができる。具体例としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＳ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、またはこれらの混合物等が挙げられる。本発明において、特に好ましい半導体材料は、ＳｉＯ_２、ＺｎＳである。

なお、本発明に係るシェル層は、コア粒子が部分的に露出して弊害を生じない限り、コア粒子の全表面を完全に被覆するものでなくてもよい。

従来、コア粒子の大きさをナノサイズまで微小化して量子サイズ効果を発現させ、さらにコア／シェル構造をとることによって、バンドギャップエネルギーを増大させて、特性を引き出すことが可能になることが知られている。例えば、発光性ナノ粒子の表面が露出していると、ナノ粒子表面に存在する多数の欠陥が発光キラーになってしまい、発光効率が低下してしまう。そこでナノ粒子の発光波長に相当するバンドギャップよりも大きいバンドギャップを持つシェル材料で被覆してコア／シェル構造にすることにより、その発光強度を増強することができる。本発明の製造方法で得られた半導体ナノ粒子蛍光体の集合体においては、特に有効である。

本発明に係る半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒径は、１〜１０ｎｍであることが好ましい。コア／シェル構造をとる際には、コアの平均粒径は、1〜１０ｎｍ、シェル厚は０．２〜０．６ｎｍであることが好ましい。

なお、本発明において、上記半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の平均粒径は本来３次元で求める必要があるが、微粒子過ぎるため難しく、現実には二次元画像で評価せざるを得ないため、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子顕微鏡写真の撮影シーンを変えて数多く撮影し平均化することで求めることが好ましい。したがって、本発明において、当該平均粒径は、ＴＥＭを用いて電子顕微鏡写真を撮影し十分な数の粒子について断面積を計測し、その計測値を相当する円の面積としたときの直径を粒径として求めて、その算術平均を平均粒径とした。ＴＥＭで撮影する粒子数としては１００個以上が好ましく、１０００個の粒子を撮影するのがさらに好ましい。本願においては、１０００個の粒子の算術平均を平均粒径とした。

〈半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法〉
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法は、液相法または気相法によって核粒子の生成を行う工程および当該核粒子を成長もしくは融着させる工程を有する半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法であって、当該核粒子の生成個数濃度が下記特定濃度以下であることを特徴とする。

すなわち、液相法によって核粒子の生成を行う場合は、当該核粒子の生成個数濃度が反応溶液１ｍ^３当たり１．０×１０^２５〜５．０×１０^２６個となるように調整することを要する。当該核粒子の生成個数濃度の調整は、該核粒子の原料の添加量や添加速度、反応温度、液物性などを制御することによって行うことができる。

一方、気相法によって核粒子の生成を行う場合は、当該核粒子の生成個数濃度が当該半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の膜１ｍ^３当たり１．０×１０^１５〜１．０×１０^１６個となるように調整することを要する。当該核粒子の生成個数濃度の調整は、例えばスパッタリング法の場合は、ターゲットと基板の距離、チャンバー内真空度などを制御することによって行うことができる。

ここで、液相法、気相法ともに、核粒子の生成の生成個数濃度が上記範囲より少ないときは、発光するために十分な粒径まで成長する粒子の頻度が小さいため、結果としてバラツキが大きく、蛍光量子収率の低い集合体となってしまう。一方、多いときは、成長時のバラツキが大きく、粒子径分布が広くなり、結果として結晶性もバラツキ、発光波長、発光強度の分布が広くなってしまう。

液相法の製造方法としては、沈殿法、共沈法、ゾル−ゲル法、均一沈殿法、還元法などがある。そのほかに、逆ミセル法、超臨界水熱合成法、などもナノ粒子を作製する上で優れた方法である（例えば、特開２００２−３２２４６８号、特開２００５−２３９７７５号、特開平１０−３１０７７０号、特開２０００−１０４０５８号公報等を参照。）。

なお、液相法により、半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を製造する場合においては、当該半導体の前駆体を還元反応により還元する工程を有する製造方法であることが好ましい。
また、当該半導体前駆体の反応を界面活性剤の存在下で行う工程を有する態様が好ましい。なお、本発明に係る半導体前駆体は、上記の半導体材料として用いられる元素を含む化合物であり、例えば半導体がＳｉの場合、半導体前駆体としてはＳｉＣｌ_４などが挙げられる。その他半導体前駆体としては、ＩｎＣｌ_３、Ｐ（ＳｉＭｅ_３）_３、ＺｎＭｅ_２、ＣｄＭｅ_２、ＧｅＣｌ_４、トリブチルホスフィンセレンなどが挙げられる。

反応前駆体の反応温度としては、半導体前駆体の沸点以上かつ溶媒の沸点以下であれば、特に制限はないが、７０〜１１０℃の範囲が好ましい。

〈還元剤〉
半導体前駆体を還元する還元剤としては、従来周知の種々の還元剤を反応条件に応じて選択し用いることができる。本発明においては、還元力の強さの観点から、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ_４）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ_４）、水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウム、水素化トリ（ｓｅｃ−ブチル）ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ（ｓｅｃ−Ｃ_４Ｈ_９）_３）および水素化トリ（ｓｅｃ−ブチル）ホウ素カリウム、水素化トリエチルホウ素リチウムなどの還元剤が好ましい。特に、還元力の強さから水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ_４）が好ましい。

〈溶媒〉
半導体前駆体の分散用溶媒としては、従来周知の種々の溶媒を使用できるが、エチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、トルエン、デカン、ヘキサンなどの炭化水素類溶媒を使用することが好ましい。本発明においては、特に、トルエン等の疎水性の溶媒が分散用溶媒として好ましい。

〈界面活性剤〉
界面活性剤としては、従来周知の種々の界面活性剤を使用でき、陰イオン、非イオン、陽イオン、両性界面活性剤が含まれる。なかでも第四級アンモニウム塩系である、テトラブチルアンモニウムクロリド、ブロミドまたはヘキサフルオロホスフェート、テトラオクチルアンモニウムブロミド（ＴＯＡＢ）、またはトリブチルヘキサデシルホスホニウムブロミドが好ましい。特に、テトラオクチルアンモニウムブロミドが好ましい。

なお、液相法による反応は、液中の溶媒を含む化合物の状態により大きく変化する。単分散性の、優れたナノサイズの粒子を製造する際には、特に注意を要する必要がある。例えば、逆ミセル反応法では、界面活性剤の濃度や種類により、反応場となる逆ミセルの大きさや状態が変わってくるため、ナノ粒子が形成される条件が限られてしまう。したがって、適切な界面活性剤は溶媒との組み合わせが必要となる。

気相法の製造方法としては、（１）対向する原料半導体を電極間で発生させた第一の高温プラズマによって蒸発させ、減圧雰囲気中において無電極放電で発生させた第二の高温プラズマ中に通過させる方法（例えば特開平６−２７９０１５号公報参照。）、（２）電気化学的エッチングによって、原料半導体からなる陽極からナノ粒子を分離・除去する方法（例えば特表２００３−５１５４５９号公報参照。）、（３）レーザーアブレーション法（例えば特開２００４−３５６１６３号参照。）、（４）高速スパッタリング法（例えば特開２００４−２９６７８１号参照。）などが用いられる。また、原料ガスを低圧状態で気相反応させて、粒子を含む粉末を合成する方法も、好ましく用いられる。

（応用例）
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体は、種々の技術分野における単一分子分析に応用できる。例えば、上記単一分子観察方法において、異なる発光スペクトルをもつ半導体ナノ粒子蛍光体で複数種類の分子をそれぞれ標識し、当該分子に励起光を照射することによって、同時に複数種類の分子の同定を行うこともできる。なお、適用可能な複数種類の分子としては、化学組成は同じであるが化学構造の異なる構造異性体等も含む。

以下において、代表的な応用例について説明する。

（生体物質標識剤とバイオイメージング）
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体は、生体物質蛍光標識剤に適応することができる。また、標的（追跡）物質を有する生細胞もしくは生体に本発明に係る生体物質標識剤を添加することで、標的物質と結合もしくは吸着して、当該結合体もしくは吸着体に所定の波長の励起光を照射し、当該励起光に応じて蛍光半導体微粒子から発生する所定の波長の蛍光を検出することにより、上記標的（追跡）物質の蛍光動態イメージングを行うことができる。すなわち、本発明に係る生体物質標識剤は、バイオイメージング法（生体物質を構成する生体分子やその動的現象を可視化する技術手段）に利用することができる。

〔半導体ナノ粒子蛍光体集合体の親水化処理〕
上述した半導体ナノ粒子蛍光体集合体表面は、一般的には、疎水性であるため、例えば生体物質標識剤として使用する場合は、このままでは水分散性が悪く、粒子が凝集してしまう等の問題があるため、コア／シェル型半導体ナノ粒子蛍光体のシェルの表面を親水化処理することが好ましい。

親水化処理の方法としては、例えば、表面の親油性基をピリジン等で除去した後に粒子表面に表面修飾剤を化学的および／または物理的に結合させる方法がある。表面修飾剤としては、親水基として、カルボキシル基・アミノ基をもつものが好ましく用いられ、具体的にはメルカプトプロピオン酸、メルカプトウンデカン酸、アミノプロパンチオールなどがあげられる。具体的には、例えば、Ｇｅ／ＧｅＯ_２型ナノ粒子１０^−５ｇをメルカプトウンデカン酸０．２ｇが溶解した純水１０ｍｌ中に分散させて、４０℃、１０分間攪拌し、シェルの表面を処理することで無機ナノ粒子のシェルの表面をカルボキシル基で修飾することができる。

〔生体物質標識剤〕
本発明に係る生体物質標識剤は、上述した親水化処理された半導体ナノ粒子蛍光体と、分子標識物質と有機分子を介して結合させて得られる。

〈分子標識物質〉
本発明に係る生体物質標識剤は分子標識物質が目的とする生体物質と特異的に結合および／または反応することにより、生体物質の標識が可能となる。

当該分子標識物質としては、例えば、ヌクレオチド鎖、抗体、抗原およびシクロデキストリン等が挙げられる。

〈有機分子〉
本発明に係る生体物質標識剤は、親水化処理された半導体ナノ粒子蛍光体と、分子標識物質とが有機分子により結合されている。当該有機分子としては半導体ナノ粒子蛍光体と分子標識物質とを結合できる有機分子であれば特に制限はないが、例えば、タンパク質、なかでも、アルブミン、ミオグロビンおよびカゼイン等、またタンパク質の一種であるアビジンをビオチンとともに用いることも好適に用いられる。上記結合の態様としては特に限定されず、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合、物理吸着および化学吸着等が挙げられる。結合の安定性から共有結合などの結合力の強い結合が好ましい。

具体的には、半導体ナノ粒子蛍光体をメルカプトウンデカン酸で親水化処理した場合は、有機分子としてアビジンおよびビオチンを用いることができる。この場合親水化処理されたナノ粒子のカルボキシル基はアビジンと好適に共有結合し、アビジンがさらにビオチンと選択的に結合し、ビオチンがさらに生体物質標識剤と結合することにより生体物質標識剤となる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〈実施例１〉
（液相法によるＳｉナノ粒子蛍光体の集合体の調製）
トルエン２００ｍｌにテトラオクチルアンモニウムブロマイド（ＴＯＡＢ）３ｇを溶解する。室温で攪拌しながらＳｉＣｌ_４を表１に示す量滴下し、１時間後に、水素化リチウムアルミニウムをＳｉＣｌ_４の２倍モル滴下して還元反応させる。３時間後にメタノール４０ｍｌを添加して、余分な還元剤を失活させたのちに、アリルアミンを白金触媒とともに添加してから、ロータリーエバポレーターで溶媒を除去する。メチルホルムアミドと純水で数回洗浄し、水に分散したＳｉナノ粒子蛍光体の集合体の試料を得た。

（核生成個数濃度の測定）
Ｓｉナノ粒子蛍光体の集合体の調製において、水素化リチウムアルミニウムを添加する直前に、アルゴン雰囲気下で反応溶液を一部サンプリングし、動的光散乱法によりＴＯＡＢ／ＳｉＣｌ_４により形成された逆ミセル粒径を測定する。得られた粒径と添加量の関係より、溶液中の逆ミセルの個数を算出し、核粒子の生成個数濃度とした。

（気相法によるＳｉナノ粒子蛍光体の集合体の調製）
ＳｉＯ_２（６５ｍｍφ）上に３枚のＳｉタブレット（２０ｍｍφ）を乗せたものをターゲットとし、高周波スパッタ装置により溶融石英基板上に成膜した。スパッタ条件は、ベース圧力２．５×１０^−５Ｐａ、導入アルゴン圧力１Ｐａ、ＲＦ出力２００Ｗで行った。ターゲットと基板間の距離は表２に示す通りとした。

これらの試料をアルゴン雰囲気中１０００℃で熱処理を行った後、ＳｉＯ_２膜厚が１μｍ以下になるようにフッ酸で処理をする。ＳｉＯ_２膜を基板から剥離し、エタノール中で超音波分散を行う。濾過をすることで、エタノールに分散されたＳｉナノ粒子蛍光体の集合体の試料を得た。

（核生成個数濃度の測定）
Ｓｉナノ粒子蛍光体の集合体の調製において、同一条件でスパッタを行った試料について、レーザーで表面を削りながらＸ線光電子分光法によりＳｉ／ＳｉＯ_２比を求める。一方、膜断面のＴＥＭ像を撮影し、各１，０００個以上の粒子を実測して、Ｓｉ／ＳｉＯ_２比とあわせて膜中に存在するＳｉナノ粒子個数を算出し、核粒子の生成個数濃度とした。

（粒径分布測定）
得られた分散液のＴＥＭ像を撮影し、各１，０００個以上の粒子を実測して、分散液中のナノ粒子の平均粒径を求めた。測定結果を表１及び表２に示す。

（結晶性）
水に分散する前のＳｉナノ粒子蛍光体の粉体を一部サンプリングして、波長５１５ｎｍのアルゴンイオンレーザーを用いて、Ｒａｍａｎ散乱測定を行った。シリコン結晶に由来する５２０ｃｍ-1の鋭いピークと、シリコンのアモルファスに由来するブロードなピークが観察された。結晶ピーク強度を１としたときのアモルファスピーク強度を表１及び表２に示す。この値が小さいほど結晶性が高いといえる。

（蛍光量子収率）
上記で得られた１８種類のナノ粒子蛍光体分散液について、波長３５０ｎｍの励起光を照射して発生する蛍光スペクトルを測定した。相対量子収率は、試料の吸収スペクトルから得られるモル吸光係数、蛍光スペクトルの波数積分値、溶媒の屈折率を、分散液１を基準とすることにより求めた。

試料の量子収率をφｘ、標準物質の量子収率をφｒとすると、φｘは以下の式で求めることができる。
φｘ＝Ｆ_ｘｎ_ｘ ^２／Ｆ_ｒｎ_ｒ ^２・ε_ｒｃ_ｒｄ_ｒ／ε_ｘｃ_ｘｄ_ｘ・φ_ｒ・・・（Ａ）
ここで、Ｆ_ｘは試料の波数積分値、ｎ_ｘは標準物質の溶媒の屈折率、ε_ｘｃ_ｘｄ_ｘは試料の吸光度、Ｆ_ｒは標準物質の波数積分値、ｎ_ｒは標準物質の溶媒の屈折率、ε_ｒｃ_ｒｄ_ｒは標準物質の吸光度である。

分散液１の相対量子収率を１．０として、上記の評価結果を表１及び表２に示す。

（単一分子観察）
それぞれの分散液について、近接場光走査型光学顕微鏡を用いて、波長３５０ｎｍで励起させたときの一粒子ごとの発光スペクトルを観察した。各分散液で１００個の粒子の発光スペクトルを測定し、発光ピーク強度の標準偏差を算出した。極大発光波長の変動幅とあわせて、測定結果を表１および表２に示した。

なお、表１の核生成数の欄内の、例えば３．０Ｅ＋２４は３．０×１０^２４を意味する。表１および表２における他の核生成個数も同様に表現する。

表１および表２に示した結果から明らかなように、本発明の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体は、比較例より蛍光量子収率が高く、且つ粒子ごとの発光強度の標準偏差が小さくバラツキが少ない。このことから、本発明の半導体ナノ粒子蛍光体は、単一分子観察の標識材料として優れているといえる。

＜実施例２＞
実施例１において作製した各種Ｓｉ半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を、メルカプトウンデカン酸０．２ｇを溶解した１０ｍｌ純水中に１×１０^−５ｇ再分散させ、４０℃、１０分間攪拌することで表面が親水化処理された各種ナノ粒子を得た。

その後、表面が親水化処理された各種ナノ粒子の水溶液それぞれにアビジン２５ｍｇを添加し４０℃で１０分間攪拌を行い、アビジンコンジュゲートナノ粒子を作製した。

得られたアビジンコンジュゲートナノ粒子溶液にビオチン化された塩基配列が既知であるオリゴヌクレオチドを混合攪拌し、ナノ粒子で標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドを作製した。

様々な塩基配列をもつオリゴヌクレオチドを固定化したＤＮＡチップ上に、上記の標識（ラベリング）したオリゴヌクレオチドを滴下・洗浄したところ、標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドと相補的な塩基配列をもつオリゴヌクレオチドのスポットのみが紫外線照射により半導体ナノ粒子蛍光体の粒径依存して異なる色の発光をすることが確認された。

このことより、本発明に係る半導体ナノ粒子蛍光体でのオリゴヌクレオチドの標識（ラベリング）が可能なことを確認することができた。

Claims

液相法によって核粒子の生成を行う工程および当該核粒子を成長もしくは融着させる工程を有する半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法であって、当該核粒子の生成個数濃度が反応溶液１ｍ^３当たり１．０×１０^２５〜５．０×１０^２６個であることを特徴とする半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法。
気相法によって核粒子の生成を行う工程及び当該核粒子を成長もしくは融着させる工程を有する半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法であって、当該核粒子の生成個数濃度が当該半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の膜１ｍ^３当たり１．０×１０^１５〜１．０×１０^１６個であることを特徴とする半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法。
請求の範囲第１項または第２項に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体の製造方法によって得られることを特徴とする半導体ナノ粒子蛍光体の集合体。
前記半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒径が１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体。
前記半導体ナノ粒子蛍光体の成分としてＳｉまたはＧｅを含むことを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体。
請求の範囲第３項乃至第５項のいずれか一項に記載の半導体ナノ粒子蛍光体の集合体を構成する半導体ナノ粒子蛍光体で標識された分子に励起光を照射し、発光を検出することにより当該分子の同定を行うことを特徴とする単一分子観察方法。
請求の範囲第６項に記載の単一分子観察方法において、異なる発光スペクトルをもつ半導体ナノ粒子蛍光体で複数種類の分子をそれぞれ標識し、当該分子に励起光を照射することによって、同時に複数種類の物質の同定を行うことを特徴とする単一分子観察方法。