JP2007112679A - Nanoparticles and production method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】水性媒体における高められた分散性と反応性を有するナノ粒子を提供する。
【解決手段】コア部とその表面を被覆する表面有機層とで構成されたナノ粒子であって、表面有機層に、R1O−L1−基及びY−L2−基(式中、L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す)で表される表面反応性基を有するナノ粒子。
【選択図】なしNanoparticles having enhanced dispersibility and reactivity in aqueous media are provided.
A nanoparticle composed of a core portion and a surface organic layer covering the surface thereof, wherein the surface organic layer has an R 1 O—L 1 — group and a Y—L 2 — group (wherein L 1 and L 2 each represent a divalent linking group satisfying a length relationship of L 1 <L 2. R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom, and Y represents a reaction with a labeling substance. A nanoparticle having a surface-reactive group represented by:
[Selection figure] None
Description
本発明は、ナノ粒子及びその製造方法に関し、特に、コア部とその表面を被覆する表面有機層とで構成されたナノ粒子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a nanoparticle and a method for producing the same, and more particularly to a nanoparticle composed of a core portion and a surface organic layer covering the surface thereof and a method for producing the same.
半導体ナノ粒子は、無機、結晶性半導性材料で構成されるナノ粒子であり、量子サイズ効果から生じる固有の光物理学、光化学および非直線状の光学特性を有している。それ故、ライフサイエンス領域における生体分子検出試薬として、また光触媒、電荷移動デバイスおよび分析化学の領域における有用な材料としての応用が注目されている。
半導体ナノ粒子は疎水性であるため、このような用途で使用する場合には、水溶解性又は少なくとも水分散性にすることが必要である。このため、半導体ナノ粒子に種々の有機コーティングを用いて良好な水分散性を付与するための方法が提案されている。
Semiconductor nanoparticles are nanoparticles composed of inorganic, crystalline semiconductor materials and have inherent photophysics, photochemistry and non-linear optical properties resulting from quantum size effects. Therefore, its application as a biomolecule detection reagent in the life science field and as a useful material in the field of photocatalyst, charge transfer device and analytical chemistry is attracting attention.
Since semiconductor nanoparticles are hydrophobic, when used in such applications, they must be water soluble or at least water dispersible. For this reason, methods have been proposed for imparting good water dispersibility to semiconductor nanoparticles using various organic coatings.
例えば、特許文献1には界面活性剤モノマーを分散剤として使用し、ナノ粒子は界面活性剤の疎水性領域と相互作用し、親水性領域が水性媒体に対して親和性を有することでナノ粒子の水性懸濁液を安定化するための方法が記載されている。特許文献2には式HS−(CH2)n−Xのモノマー化合物(ここで、nは、好ましくは≧10であり、Xは、カルボキシレートまたはスルホネートである)が、モノマーの界面活性剤の代わりに開示されている。 For example, in Patent Document 1, a surfactant monomer is used as a dispersant, the nanoparticles interact with the hydrophobic region of the surfactant, and the hydrophilic region has an affinity for an aqueous medium. A method for stabilizing an aqueous suspension of is described. In US Pat. No. 6,057,059, a monomeric compound of formula HS— (CH 2 ) n —X, where n is preferably ≧ 10 and X is a carboxylate or sulfonate, is a monomeric surfactant. Instead it is disclosed.
一方、ナノサイズの粒子は分散安定性や表面の非特異吸着が不十分である場合があるので、非特許文献1では、メトキシシランやシラノールを用いて酸化亜鉛表面を修飾することによって、疎水性ナノ結晶の水分散性を向上させている。この技術では、元のホスフィン/ホスフィンオキシド界面活性剤層と、より極性のリガンドとの交換を行っている。しかしながら、この方法では量子収量がかなり減少しかつこれは決して完全には回復されないという欠点を有しており、また、水中に分散された粒子のコロイド安定性は十分ではない。 On the other hand, since nano-sized particles may have insufficient dispersion stability and non-specific adsorption of the surface, Non-Patent Document 1 discloses that hydrophobicity is obtained by modifying the surface of zinc oxide with methoxysilane or silanol. The water dispersibility of nanocrystals is improved. This technique replaces the original phosphine / phosphine oxide surfactant layer with a more polar ligand. However, this method has the disadvantage that the quantum yield is considerably reduced and it is never fully recovered, and the colloidal stability of particles dispersed in water is not sufficient.
また、金属ナノ粒子表面を長鎖のPEGで修飾することが金属ナノ粒子の水分散性を向上させること、抗原性や人体に与える影響が少ないことが一般的に知られている。例えば、非特許文献2では、上記の利点を生かすために、末端にSiCl3を付加させたPEGで酸化亜鉛表面を修飾することによって金属ナノ結晶の水分散性を向上するという表面修飾技術を開示している。また、非特許文献3では、金属ナノ粒子の表面修飾剤として、分子量600の長鎖のPEGの末端に反応性を有する有機性基を付加させたトルフルオロエチルエステル−PEG末端シランを用いて、水分散性を向上させている。これにより、水分散性を向上させている。 In addition, it is generally known that modifying the surface of metal nanoparticles with a long-chain PEG improves the water dispersibility of the metal nanoparticles, and has little effect on antigenicity and the human body. For example, Non-Patent Document 2 discloses a surface modification technique for improving the water dispersibility of metal nanocrystals by modifying the zinc oxide surface with PEG with SiCl 3 added to the end in order to take advantage of the above-mentioned advantages. is doing. In Non-Patent Document 3, as a surface modifier for metal nanoparticles, trifluoroethyl ester-PEG-terminated silane in which a reactive organic group is added to the end of a long-chain PEG having a molecular weight of 600 is used. Improves water dispersibility. Thereby, the water dispersibility is improved.
しかしながら、水分散性を向上させるために長鎖のPEGを表面修飾させた場合、表面に十分な水和層を形成させる十分な数の長鎖PEG分子を導入することができないため充分な水分散性が得られない。また、これを解消するために長鎖のPEGの末端に反応性を有する有機性基を付加させた表面修飾剤を連結させても、長鎖のPEG自体によって有機性基の反応性が阻害されてしまい、効果的に水分散性を向上させることができない。
従って、本発明の目的は、水性媒体における高められた分散性と反応性を有するナノ粒子を提供することである。
However, when long-chain PEG is surface-modified to improve water dispersibility, it is not possible to introduce a sufficient number of long-chain PEG molecules to form a sufficient hydration layer on the surface. Sex cannot be obtained. In order to solve this problem, even when a surface modifier with a reactive organic group added to the end of the long chain PEG is linked, the long chain PEG itself inhibits the reactivity of the organic group. Therefore, the water dispersibility cannot be effectively improved.
Accordingly, an object of the present invention is to provide nanoparticles with enhanced dispersibility and reactivity in aqueous media.
本発明のナノ粒子は、コア部とその表面を被覆する表面有機層とで構成されたナノ粒子であって、表面有機層に、R1O−L1−基及びY−L2−基(式中、L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す)で表される表面反応性基を有することを特徴としている。
上記ナノ粒子において、前記表面有機層が、下記一般式(I)で表される第1の表面処理剤と、下記一般式(II)で表される第2の表面処理剤及び下記一般式(III)で表される第3の表面処理剤とによる表面処理によって形成されたものであることが好ましい。
一般式(I)
M−(R2)4
一般式(II)
R1O−L1−X
一般式(III)
X−L2−Y
(上記式中、MはSi又はTi原子を、R2は有機性基を示す。R2はそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、R2のうちの少なくとも1つは他の有機性基と反応性を有する官能基を示す。L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Xは粒子表面の官能基と結合形成可能な置換基を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す。)
The nanoparticle of the present invention is a nanoparticle composed of a core portion and a surface organic layer covering the surface of the core portion. The surface organic layer has an R 1 O—L 1 — group and a YL 2 — group ( In the formula, L 1 and L 2 represent a divalent linking group satisfying the length relationship of L 1 <L 2. R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom, and Y represents a label. It is characterized by having a surface reactive group represented by (representing a group reactive with a substance).
In the nanoparticle, the surface organic layer includes a first surface treatment agent represented by the following general formula (I), a second surface treatment agent represented by the following general formula (II), and the following general formula ( It is preferably formed by a surface treatment with a third surface treatment agent represented by III).
Formula (I)
M- (R 2 ) 4
Formula (II)
R 1 O-L 1 -X
General formula (III)
X-L 2 -Y
(In the above formula, M represents a Si or Ti atom, and R 2 represents an organic group. R 2 may be the same or different, but at least one of R 2 is different from other organic groups. L 1 and L 2 represent a divalent linking group satisfying a length relationship of L 1 <L 2 , R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom. X represents a substituent capable of forming a bond with the functional group on the particle surface, and Y represents a group reactive with the labeling substance.)
また、上記ナノ粒子において、前記コア部が金属酸化物で構成されていることが好ましい。
上記ナノ粒子において、前記被標識物質が、生体関連分子であることが好ましい。
In the nanoparticle, the core part is preferably composed of a metal oxide.
In the nanoparticle, the labeling substance is preferably a biological molecule.
本発明のナノ粒子の製造方法は、コア部とその表面を被覆する表面有機層とで構成されたナノ粒子の製造方法であって、下記一般式(I)で表される第1の表面処理剤を用いて、前記コア部及び表面有機層で構成された前駆体粒子を形成すること、前記前駆体粒子に対して、下記一般式(II)で表される第2の表面処理剤及び下記一般式(III)で表される第3の表面処理剤による表面処理を行って、R1O−L1−基及びY−L2−基で表される表面反応性基を形成すること、を含むことを特徴としている。
一般式(I)
M−(R2)4
一般式(II)
R1O−L1−X
一般式(III)
X−L2−Y
(上記式中、MはSi又はTi原子を、Rは有機性基を示す。R2はそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、R2のうちの少なくとも1つは他の有機性基と反応性を有する官能基を示す。L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Xは粒子表面の官能基と結合形成可能な置換基を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す。)
The method for producing nanoparticles according to the present invention is a method for producing nanoparticles comprising a core portion and a surface organic layer covering the surface thereof, and the first surface treatment represented by the following general formula (I) Forming a precursor particle composed of the core part and the surface organic layer by using an agent, a second surface treatment agent represented by the following general formula (II) and the following for the precursor particle: Performing a surface treatment with a third surface treating agent represented by the general formula (III) to form a surface reactive group represented by an R 1 O—L 1 — group and a YL 2 — group, It is characterized by including.
Formula (I)
M- (R 2 ) 4
Formula (II)
R 1 O-L 1 -X
General formula (III)
X-L 2 -Y
(In the above formula, M represents a Si or Ti atom, R represents an organic group. R 2 may be the same or different, but at least one of R 2 reacts with another organic group. L 1 and L 2 represent a divalent linking group satisfying a length relationship of L 1 <L 2 , R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom. X represents a substituent capable of forming a bond with a functional group on the particle surface, and Y represents a group reactive with the labeling substance.
本発明にかかるナノ粒子は、ナノ粒子における表面有機層に、L1<L2の長さ関係を満たすことによって長さが異なる2種の表面反応性基を有しているので、L2を含む長鎖の表面反応性基によって水分散性を向上させることができると共に、L1を含む短鎖の表面反応性基によって被標識物質との反応性を向上させることができる。これにより、水分散性と反応性との高いレベルでの両立を図ることができる。 Nanoparticles according to the present invention, the surface organic layer on the nanoparticle, since L 1 <length by satisfying the length relationship of L 2 has two different kinds of surface reactive groups, the L 2 Water dispersibility can be improved by the long-chain surface-reactive group contained, and reactivity with the labeling substance can be improved by the short-chain surface-reactive group containing L 1 . Thereby, coexistence at a high level of water dispersibility and reactivity can be achieved.
本発明によれば、水性媒体における高められた分散性と反応性を有するナノ粒子を提供することができる。 According to the present invention, nanoparticles having enhanced dispersibility and reactivity in an aqueous medium can be provided.
本発明のナノ粒子は、コア部とその表面を被覆する表面有機層とで構成されたナノ粒子であって、表面有機層に、R1O−L1−基及びY−L2−基(式中、L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す)で表される表面反応性基を有している。
このようなナノ粒子は、好ましくは、前記表面有機層が、下記一般式(I)で表される第1の表面処理剤と、下記一般式(II)で表される第2の表面処理剤及び下記一般式(III)で表される第3の表面処理剤による表面処理によって形成されたものである。
The nanoparticle of the present invention is a nanoparticle composed of a core portion and a surface organic layer covering the surface of the core portion. The surface organic layer has an R 1 O—L 1 — group and a YL 2 — group ( In the formula, L 1 and L 2 represent a divalent linking group satisfying the length relationship of L 1 <L 2. R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom, and Y represents a label. A surface-reactive group represented by (representing a group reactive with a substance).
In such nanoparticles, the surface organic layer preferably has a first surface treatment agent represented by the following general formula (I) and a second surface treatment agent represented by the following general formula (II). And a surface treatment with a third surface treatment agent represented by the following general formula (III).
本発明のナノ粒子は、その表面に異なる長さの表面反応性基を有するので、水性媒体における分散性と反応性を高めることができる。これにより、元の粒子の量子効率を保存し、コロイド安定性を維持し、そして粒子径分布の任意の変化を避けるかまたは最小にしながら、水性媒体において疎水性半導性ナノ結晶に分散性を付与することができる。また、このような特性は、ナノ粒子の種類に影響されず、半導性ナノ粒子、疎水性表面を有する他の型のナノ粒子(例えば、結晶性である必要がない半導性ナノ粒子、および他の表面修飾剤で処理されている金属性ナノ粒子)であっても同様である。 Since the nanoparticles of the present invention have surface-reactive groups with different lengths on the surface, the dispersibility and reactivity in an aqueous medium can be enhanced. This preserves the quantum efficiency of the original particles, maintains colloidal stability, and makes dispersibility of hydrophobic semiconducting nanocrystals in aqueous media while avoiding or minimizing any change in particle size distribution. Can be granted. Also, such properties are not affected by the type of nanoparticles, and are semiconducting nanoparticles, other types of nanoparticles having a hydrophobic surface (e.g., semiconducting nanoparticles that need not be crystalline, The same applies to metallic nanoparticles treated with other surface modifiers.
[1]第1の表面修飾剤
本発明にかかる第1の表面修飾剤は、下記一般式(I)で表される化合物又はその分解生成物である。このような表面修飾剤によりコア部の表面を修飾することで、ナノ粒子の水や親水性溶媒への分散性が改良でき、体液などによるナノ粒子蛍光体の溶出や蛍光の消光を防止できる。さらに標的分子を検出するための分子プローブを結合しやすくなるという利点も有する。
一般式(I)
M−(R2)4
[1] First surface modifier The first surface modifier according to the present invention is a compound represented by the following general formula (I) or a decomposition product thereof. By modifying the surface of the core portion with such a surface modifier, the dispersibility of the nanoparticles in water or a hydrophilic solvent can be improved, and elution of the nanoparticle phosphors by body fluids or quenching of the fluorescence can be prevented. Furthermore, there is an advantage that it becomes easy to bind a molecular probe for detecting a target molecule.
Formula (I)
M- (R 2 ) 4
上記式中、Mはケイ素(Si)原子又はチタン(Ti)原子を表し、水分散性の観点からケイ素原子であることが好ましい。
R2は有機性基を示す。R2はそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、R2のうちの少なくとも1つは他の有機性基と反応性を有する官能基を示す。
R2で表わされる有機性基中、他の有機性基と反応性を有する官能基としては、連結基Lを介して、末端にビニル基、アリルオキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアナト基、ホルミル基、エポキシ基、マレイミド基、メルカプト基、アミノ基、カルボキシル基、ハロゲンなどが結合したものである。これらの反応性を有する基の中で生体高分子との反応性の観点から特に好ましくは末端にアミノ基を有するものである。
なお、ここでR2が反応可能な他の有機性基には、被標識物質の他、後述する一般式(III)中のXが含まれる。
In the above formula, M represents a silicon (Si) atom or a titanium (Ti) atom, and is preferably a silicon atom from the viewpoint of water dispersibility.
R 2 represents an organic group. R 2 may be the same as or different from each other, but at least one of R 2 represents a functional group reactive with another organic group.
Among the organic groups represented by R 2 , functional groups having reactivity with other organic groups include a vinyl group, an allyloxy group, an acryloyl group, a methacryloyl group, an isocyanato group, a formyl group via a linking group L. Group, epoxy group, maleimide group, mercapto group, amino group, carboxyl group, halogen and the like are bonded. Among these reactive groups, those having an amino group at the terminal are particularly preferred from the viewpoint of reactivity with biopolymers.
Here, other organic groups capable of reacting with R 2 include X in the general formula (III) described later, in addition to the labeling substance.
連結基Lとしては、例えば、アルキレン基(例:メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、シクロヘキシレン基など炭素数が1〜10、末端の官能基の反応性の観点から好ましくは1〜8の鎖状または環状のもの)が挙げられる。
また、連結基Lは不飽和結合を有していてもよい。不飽和基としては、アルケニレン基(例:ビニレン基、プロペニレン基、1−ブテニレン基、2−ブテニレン基、2−ペンテニレン基、8−ヘキサデセニレン基、1,3−ブタンジエニレン基、シクロヘキセニレン基など炭素数が1〜10、末端の官能基の反応性の観点から好ましくは1〜8の鎖状または環状のもの)、アリーレン基(例:フェニレン基、ナフチレン基など炭素数が6〜10、末端の官能基の反応性の観点から好ましくは6のフェニレン基)が挙げられる。
As the linking group L, for example, an alkylene group (eg, methylene group, ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group, hexamethylene group, propylene group, ethylethylene group, cyclohexylene group, etc., having 1 to 10 carbon atoms, terminal From the viewpoint of the reactivity of the functional group, preferably 1 to 8 chain or cyclic).
The linking group L may have an unsaturated bond. Examples of unsaturated groups include alkenylene groups (eg, vinylene, propenylene, 1-butenylene, 2-butenylene, 2-pentenylene, 8-hexadecenylene, 1,3-butanedienylene, cyclohexenylene, etc. From the viewpoint of the reactivity of the terminal functional group, the number is preferably 1 to 10, and preferably 1 to 8 in the form of a chain or cyclic), an arylene group (eg, phenylene group, naphthylene group, etc., 6 to 10 carbon atoms, terminal From the viewpoint of the reactivity of the functional group, 6 phenylene groups) are preferred.
連結基Lは1個又は2個以上のヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子などの炭素原子以外の任意の原子を意味する)を有していてもよい。へテロ原子は酸素原子又は硫黄原子が好ましく、酸素原子が水分散性の観点からもっとも好ましい。ヘテロ原子の数は特に規定されないが水分散性の観点から5個以下であることが好ましく、より好ましくは3個以下である。 The linking group L may have one or two or more heteroatoms (meaning any atom other than a carbon atom such as a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom). The hetero atom is preferably an oxygen atom or a sulfur atom, and the oxygen atom is most preferable from the viewpoint of water dispersibility. The number of heteroatoms is not particularly limited, but is preferably 5 or less, more preferably 3 or less, from the viewpoint of water dispersibility.
連結基Lは上記ヘテロ原子と隣接する炭素原子を含む官能基を部分構造として含んでいてもよい。該官能基としてはエステル基(カルボン酸エステル、炭酸エステル、スルホン酸エステル、スルフィン酸エステルを含む)、アミド基(カルボン酸アミド、ウレタン、スルホン酸アミド、スルフィン酸アミドを含む)、エーテル基、チオエーテル基、ジスルフィド基、アミノ基、イミド基などが挙げられる。上記の官能基はさらに置換基を有していても良く、これらの官能基はLにそれぞれ複数個存在してもよい。複数個存在する場合には、それらは同一でも異なっていてもよい。
反応性の観点から官能基として好ましくは、アルケニル基、エステル基、アミド基、エーテル基、チオエーテル基、ジスルフィド基又はアミノ基であり、さらに好ましくはアルケニル基、エステル基、エーテル基である。
The linking group L may contain a functional group containing a carbon atom adjacent to the heteroatom as a partial structure. Such functional groups include ester groups (including carboxylic acid esters, carbonic acid esters, sulfonic acid esters, and sulfinic acid esters), amide groups (including carboxylic acid amides, urethanes, sulfonic acid amides, and sulfinic acid amides), ether groups, and thioethers. Group, disulfide group, amino group, imide group and the like. The above functional group may further have a substituent, and a plurality of these functional groups may be present in L. When two or more exist, they may be the same or different.
From the viewpoint of reactivity, the functional group is preferably an alkenyl group, ester group, amide group, ether group, thioether group, disulfide group or amino group, more preferably an alkenyl group, ester group or ether group.
R2で表わされるその他の有機性基としては、任意の基が挙げられるが、反応性の観点から好ましくはメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−プロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ブトキシ基などのアルコキシ基及びフェノキシ基である。これらのアルコキシ基及びフェノキシ基はさらに置換基を有していてもよいが、合計の炭素数が8以下のものが望ましい。本発明に用いられる表面修飾剤は、アミノ基、カルボキシル基などが、酸又は塩基と塩を形成したものでもよい。 The other organic group represented by R 2 includes any group, but from the viewpoint of reactivity, methoxy group, ethoxy group, isopropoxy group, n-propoxy group, t-butoxy group, n- An alkoxy group such as a butoxy group and a phenoxy group; These alkoxy groups and phenoxy groups may further have a substituent, but those having a total carbon number of 8 or less are desirable. The surface modifier used in the present invention may be one in which an amino group, a carboxyl group or the like forms a salt with an acid or base.
本発明に用いられる表面修飾剤の具体例を列挙するが、本発明においてはこれらの化合物に限定されるものではない。なお、これらは単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノフェニルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミン、N−(3−アミノプロピル)−ベンズアミドトリメトキシシラン、3−ヒドラジドプロピルトリメトキシシラン、3−マレイミドプロピルトリメトキシシラン、(p−カルボキシ)フェニルトリメトキシシラン、3−カルボキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルチタニウムトリプロポキシド、3−アミノプロピルメトキシエチルチタニウムジエトキシド、3−カルボキシプロピルチタニウムトリメトキシドなど。
Although the specific example of the surface modifier used for this invention is enumerated, in this invention, it is not limited to these compounds. In addition, these may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.
N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane 3-aminopropyltrimethoxysilane, aminophenyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, bis (trimethoxysilylpropyl) amine, N- (3-aminopropyl) -benzamidotrimethoxysilane, 3-hydrazidepropyl Trimethoxysilane, 3-maleimidopropyltrimethoxysilane, (p-carboxy) phenyltrimethoxysilane, 3-carboxypropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltitanium tripropoxide, 3-aminopropylmethoxyethyl titania Diethoxide, 3-carboxypropyl titanium trimethoxide.
なお、これらのうち、反応性の観点から、次のものが好ましい。
N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン。
Of these, the following are preferable from the viewpoint of reactivity.
N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane.
[2]第2及び第3の表面修飾剤
本発明にかかる第2及び第3の表面修飾剤はそれぞれ、下記一般式(II)及び(III)で表される化合物又はその分解生成物である。
[2] Second and third surface modifiers The second and third surface modifiers according to the present invention are compounds represented by the following general formulas (II) and (III), or decomposition products thereof, respectively. .
一般式(II)
R1O−L1−X
一般式(III)
X−L2−Y
Xで表わされる有機性基は粒子表面の官能基と結合形成可能な置換基である。ここでいう「粒子表面の官能基」とは、コア部の表面のみならず表面修飾剤によりコア部表面の表面有機層中に形成された官能基も含まれ、例えば前述の第1の表面修飾剤におけるR2も該当する。
Xで表わされる有機性基としては、ビニル基、アリルオキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、イソシアナト基、ホルミル基、エポキシ基、マレイミド基、メルカプト基、アミノ基、カルボキシル基、ハロゲンなどがあり、アミノ基との反応性の観点から好ましくはカルボキシル基、マレイミド基、アミノ基であり、最も好ましくはカルボキシル基である。
Yで表される有機性基は被標識物質と反応性を有する基である。Yで表される有機性基としては、マレイミド基、カルボキシル基、アルデヒド基、メタンチオ硫酸基などがあり、SH基との反応性の観点から好ましくは、マレイミド基、アルデヒド基であり、最も好ましくはマレイミド基である。
Formula (II)
R 1 O-L 1 -X
General formula (III)
X-L 2 -Y
The organic group represented by X is a substituent capable of forming a bond with a functional group on the particle surface. The term “functional group on the particle surface” as used herein includes not only the surface of the core part but also functional groups formed in the surface organic layer on the surface of the core part by the surface modifier. R 2 in the agent is also applicable.
Examples of the organic group represented by X include vinyl group, allyloxy group, acryloyl group, methacryloyl group, isocyanato group, formyl group, epoxy group, maleimide group, mercapto group, amino group, carboxyl group, halogen, amino group From the viewpoint of the reactivity with the group, preferred are a carboxyl group, a maleimide group and an amino group, and most preferred is a carboxyl group.
The organic group represented by Y is a group having reactivity with the labeling substance. Examples of the organic group represented by Y include a maleimide group, a carboxyl group, an aldehyde group, a methanethiosulfate group, and the like, and from the viewpoint of reactivity with the SH group, a maleimide group and an aldehyde group are most preferable. Maleimide group.
R1で表される有機性基は、炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表し、このうち、水分散性の観点から好ましくは水素原子である。
連結基L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基である。このようにL1及びL2で長さが異なることによって、水分散性と反応性とを共に高めることができる。
L1、L2としては、例えば、アルキレン基(例:メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、シクロヘキシレン基など炭素数が1〜10、有機性基の反応性の観点から好ましくは1〜8の鎖状または環状のもの)を挙げることができ、これらを単数又は複数組み合わせてもよい。
The organic group represented by R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom, and among these, a hydrogen atom is preferable from the viewpoint of water dispersibility.
The linking groups L 1 and L 2 are divalent linking groups that satisfy a length relationship of L 1 <L 2 . Thus by vary the length by L 1 and L 2, it is possible to increase both the reactivity and the water-dispersible.
L 1 and L 2 include, for example, an alkylene group (eg, methylene group, ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group, hexamethylene group, propylene group, ethylethylene group, cyclohexylene group and the like having 1 to 10 carbon atoms, From the viewpoint of the reactivity of the organic group, preferably 1 to 8 chain or cyclic ones) may be mentioned, and these may be used singly or in combination.
また、連結基L1、L2は不飽和結合を有していてもよい。不飽和基としては、アルケニレン基(例:ビニレン基、プロペニレン基、1−ブテニレン基、2−ブテニレン基、2−ペンテニレン基、8−ヘキサデセニレン基、1,3−ブタンジエニレン基、シクロヘキセニレン基など炭素数が1〜10、好ましくは1〜8の鎖状または環状のもの)、アリーレン基(例:フェニレン基、ナフチレン基、など炭素数が6〜10、好ましくは6のフェニレン基)が挙げることができ、これらを単独又は複数組み合わせてもよく、更には上記のアルキレン基等と組み合わせてもよい。 Further, the linking groups L 1 and L 2 may have an unsaturated bond. Examples of unsaturated groups include alkenylene groups (eg, vinylene, propenylene, 1-butenylene, 2-butenylene, 2-pentenylene, 8-hexadecenylene, 1,3-butanedienylene, cyclohexenylene, etc. A linear or cyclic group having 1 to 10, preferably 1 to 8, and an arylene group (eg, a phenylene group having 6 to 10 carbon atoms, preferably 6 such as a phenylene group or a naphthylene group). These may be used singly or in combination, and may be further combined with the above alkylene group or the like.
これらのうち、L1<L2の長さ関係を満たすことを条件として、L1全体としては、有機性基の反応阻害性の観点から炭素数が1〜10、より好ましくは1〜4の鎖状または環状のものを挙げることができる。これに対してL2全体としては、水分散性の観点から好ましくは炭素数が50〜5000、より好ましくは50〜300の鎖状または環状のものを好ましく挙げることができる。
L1とL2のサイズは、L1<L2の関係が満たされていればどんな相対関係であってもよいが、有機性基の反応阻害性と水分散性の両立の観点から好ましくは、L2はL1の主鎖の長さとして50倍〜5000倍、更に好ましくは50倍〜300倍とすることができる。このような組み合わせとしては、例えば、L1が炭素数1〜4のアルキレン基又は炭素数2から10のポリオキシエチレン基であり、L2が炭素数50〜300のポリオキシエチレン基である組み合わせを挙げることができる。
Among these, on condition that the length relationship of L 1 <L 2 is satisfied, L 1 as a whole has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms from the viewpoint of the reaction inhibition of the organic group. A chain or cyclic thing can be mentioned. On the other hand, the entire L 2 is preferably a chain or cyclic group having 50 to 5000 carbon atoms, more preferably 50 to 300 carbon atoms from the viewpoint of water dispersibility.
The size of L 1 and L 2 may be any relative relationship as long as the relationship of L 1 <L 2 is satisfied, but preferably from the viewpoint of compatibility between the reaction inhibition of the organic group and water dispersibility. , L 2 can be 50 times to 5000 times, more preferably 50 times to 300 times as the length of the main chain of L 1 . As such a combination, for example, L 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a polyoxyethylene group having 2 to 10 carbon atoms, and L 2 is a polyoxyethylene group having 50 to 300 carbon atoms. Can be mentioned.
また、連結基L1、L2は1個又は2個以上のヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子などの炭素原子以外の任意の原子を意味する)を有していてもよい。へテロ原子は酸素原子又は硫黄原子が安定性の観点から好ましく、酸素原子がもっとも好ましい。ヘテロ原子の数は特に規定されないが5個以下であることが好ましく、より好ましくは3個以下である。 The linking groups L 1 and L 2 may have one or more heteroatoms (meaning any atom other than carbon atoms such as nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom). The hetero atom is preferably an oxygen atom or a sulfur atom from the viewpoint of stability, and most preferably an oxygen atom. The number of heteroatoms is not particularly limited, but is preferably 5 or less, more preferably 3 or less.
連結基L1、L2は上記ヘテロ原子と隣接する炭素原子を含む官能基を部分構造として含んでいてもよい。該官能基としてはエステル基(カルボン酸エステル、炭酸エステル、スルホン酸エステル、スルフィン酸エステルを含む)、アミド基(カルボン酸アミド、ウレタン、スルホン酸アミド、スルフィン酸アミドを含む)、エーテル基、チオエーテル基、ジスルフィド基、アミノ基、イミド基などが挙げられる。上記の官能基はさらに置換基を有していても良く、これらの官能基は基L1、L2にそれぞれ複数個存在してもよい。複数個存在する場合には、上記条件が満たされる限りそれらは同一でも異なっていてもよい。 The linking groups L 1 and L 2 may contain a functional group containing a carbon atom adjacent to the hetero atom as a partial structure. Such functional groups include ester groups (including carboxylic acid esters, carbonic acid esters, sulfonic acid esters, and sulfinic acid esters), amide groups (including carboxylic acid amides, urethanes, sulfonic acid amides, and sulfinic acid amides), ether groups, and thioethers. Group, disulfide group, amino group, imide group and the like. The above functional group may further have a substituent, and a plurality of these functional groups may be present in each of the groups L 1 and L 2 . When there are a plurality of them, they may be the same or different as long as the above conditions are satisfied.
官能基として好ましくは、アルケニル基、エステル基、アミド基、エーテル基、チオエーテル基、ジスルフィド基又はアミノ基であり、さらに好ましくはアルケニル基、エステル基、エーテル基である。 The functional group is preferably an alkenyl group, an ester group, an amide group, an ether group, a thioether group, a disulfide group or an amino group, and more preferably an alkenyl group, an ester group or an ether group.
以下、第2の表面修飾剤の具体例を列挙するが、これらの化合物に限定されるものではない。なお、これらは単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
メトキシエトキシ酢酸、メトキシエトキシプロピオン酸、メトキシエトキシブチル酸、メトキシエトキシエトキシ酢酸、メトキシエトキシエトキシプロピオン酸、メトキシエトキシエトキシブチル酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−ヒドロキシブチル酸、3−ヒドロキシペンタン酸、3−ヒドロキシヘキサン酸、3−ヒドロキシヘプタン酸。
Specific examples of the second surface modifier are listed below, but are not limited to these compounds. In addition, these may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.
Methoxyethoxyacetic acid, methoxyethoxypropionic acid, methoxyethoxybutyric acid, methoxyethoxyethoxyacetic acid, methoxyethoxyethoxypropionic acid, methoxyethoxyethoxybutyric acid, 3-hydroxypropionic acid, 3-hydroxybutyric acid, 3-hydroxypentanoic acid, 3 -Hydroxyhexanoic acid, 3-hydroxyheptanoic acid.
また第3の表面修飾剤の具体例を列挙するが、これらの化合物に限定されるものではない。なお、これらは単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
カルボキシ−PEG−アミン、カルボキシ−PEG−アルデヒド、カルボキシ−PEG−カルボン酸、カルボキシ−PEG−NHS、カルボキシ−PEG−マレイミド、カルボキシ−PEG−チオールを上げることができ、このうち、SH基との反応性の観点から、カルボキシ−PEG−NHS、カルボキシ−PEG−マレイミド、カルボキシ−PEG−チオールが好ましく、カルボキシ−PEG−マレイミドが最も好ましい。
Specific examples of the third surface modifier are listed below, but are not limited to these compounds. In addition, these may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.
Carboxy-PEG-amine, Carboxy-PEG-aldehyde, Carboxy-PEG-carboxylic acid, Carboxy-PEG-NHS, Carboxy-PEG-maleimide, Carboxy-PEG-thiol, of which, reaction with SH group From the viewpoint of sex, carboxy-PEG-NHS, carboxy-PEG-maleimide, and carboxy-PEG-thiol are preferable, and carboxy-PEG-maleimide is most preferable.
本発明に用いられるこれらの表面修飾剤のうち一般式(I)〜(III)で表されるものの分解生成物とは、アルコキシ基が加水分解した水酸化物、水酸基同士間の脱水縮合反応により生成した低分子量のオリゴマー(これはリニア構造、環状構造、架橋構造などいずれであってもよい)、水酸基と未加水分解のアルコキシ基による脱アルコール縮合反応生成物、これらがさらに脱水縮合反応して形成したゾル、及びゲルをいう。 Among these surface modifiers used in the present invention, decomposition products of those represented by the general formulas (I) to (III) are hydroxides obtained by hydrolysis of alkoxy groups, and dehydration condensation reaction between hydroxyl groups. The resulting low molecular weight oligomer (which may be any of a linear structure, a cyclic structure, a crosslinked structure, etc.), a dealcoholization condensation reaction product of a hydroxyl group and an unhydrolyzed alkoxy group, and these are further subjected to a dehydration condensation reaction. It refers to the formed sol and gel.
本発明に用いられる表面修飾剤はいずれも、末端のNH2基又はCOOH基が、酸又は塩基と塩を形成したものであってもよい。また、本発明に使用する表面修飾剤は、ナノ粒子の表面全体を被覆していても、その一部に結合していてもよい。また、本発明において各表面修飾剤は、単独で用いても複数併用してもよい。 Any of the surface modifiers used in the present invention may be one in which the terminal NH 2 group or COOH group forms a salt with an acid or base. Moreover, even if the surface modifier used for this invention coat | covers the whole surface of a nanoparticle, it may couple | bond with the one part. In the present invention, each surface modifier may be used alone or in combination.
なお、上記表面修飾剤に加えて、公知の表面修飾剤(例えば、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン(1)ラウリルエーテルリン酸、ラウリルエーテルリン酸、トリオクチルホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシド、ポリリン酸ナトリウム、ビス(2−エチルヘキシル)スルホこはく酸ナトリウムなど)がナノ粒子合成時、あるいは合成後共存させてもよい。 In addition to the above surface modifiers, known surface modifiers (for example, polyethylene glycol, polyoxyethylene (1) lauryl ether phosphate, lauryl ether phosphate, trioctyl phosphine, trioctyl phosphine oxide, sodium polyphosphate, Bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate sodium, etc.) may be present during or after the nanoparticle synthesis.
また、本発明におけるナノ粒子の表面有機層に、R1O−L1−基及びY−L2−基を形成可能であれば、上記表面修飾剤(I)〜(III)による表面修飾処理に限定されない。 Further, the surface organic layer of the nanoparticles in the present invention, R 1 O-L 1 - group and Y-L 2 - group forming possible, the surface modification treatment by the surface modifying agent (I) ~ (III) It is not limited to.
[3]コア部
本発明におけるコア部としては、所定の励起光で蛍光発光する粒子であればよく、所謂ナノサイズの数平均粒径を有するものであれば如何なるものも含まれる。数平均粒径としては、好ましくは0.5〜100nmであり、より好ましくは0.5〜50nmであり、さらに好ましくは1〜10nmである。ナノ粒子の粒径分布は、変動係数で好ましくは0〜50%、より好ましくは0〜20%、さらに好ましくは0〜10%である。なお、変動係数は、算術標準偏差を数平均粒径で除し、これを百分率で表した値(算術標準偏差×100/数平均粒径)を意味する。
[3] Core Part The core part in the present invention may be any particle that emits fluorescence with a predetermined excitation light, and includes any one that has a so-called nano-sized number average particle diameter. As a number average particle diameter, Preferably it is 0.5-100 nm, More preferably, it is 0.5-50 nm, More preferably, it is 1-10 nm. The particle size distribution of the nanoparticles is preferably 0 to 50%, more preferably 0 to 20%, and still more preferably 0 to 10% in terms of variation coefficient. The coefficient of variation means a value (arithmetic standard deviation × 100 / number average particle size) obtained by dividing the arithmetic standard deviation by the number average particle size and expressing this as a percentage.
ナノ粒子として好ましいものは、金属酸化物又は金属硫化物のナノ粒子である。金属酸化物又は金属硫化物を構成する金属としては、例えば、ZnなどのIIB族、Y、Eu、TbなどのIIIA族、Ga、InなどのIIIB族、Zr、HfなどのIVA族、Si、GeなどのIVB族、V、NbなどのVA族、Mo、WなどのVIA族などが挙げられる。これらの中で生体にやさしいZnが特に好ましい。また、Zn2SiO4、CaSiO3、MgWO4、YVO4、Y2SiO5などの複合金属酸化物であってもよい。本発明におけるナノ粒子としては、安定に製造できること、毒性の懸念が少ないこと、安価に製造できること、粒子の単分散性が高いこと、強い発光が得られること、発光スペクトルの波長域が本目的に合致しやすいこと、の観点から、酸化亜鉛(ZnO)及び硫化亜鉛(ZnS)であることが特に好ましく、酸化亜鉛(ZnO)であることが最も好ましい。 Preferable nanoparticles are metal oxide or metal sulfide nanoparticles. Examples of the metal constituting the metal oxide or metal sulfide include a group IIB such as Zn, a group IIIA such as Y, Eu, and Tb, a group IIIB such as Ga and In, a group IVA such as Zr and Hf, Si, Examples include IVB group such as Ge, VA group such as V and Nb, and VIA group such as Mo and W. Among these, Zn which is kind to a living body is particularly preferable. Further, Zn 2 SiO 4, CaSiO 3 , MgWO 4, YVO 4, may be a composite metal oxide such as Y 2 SiO 5. Nanoparticles in the present invention can be manufactured stably, have little concern about toxicity, can be manufactured at low cost, have high monodispersibility of particles, can obtain strong luminescence, and have a wavelength range of emission spectrum for this purpose. From the viewpoint of easy matching, zinc oxide (ZnO) and zinc sulfide (ZnS) are particularly preferable, and zinc oxide (ZnO) is most preferable.
さらに、これらの金属酸化物又は金属硫化物のナノ粒子は、構成する金属酸化物又は金属硫化物中の金属とは異なる金属イオンを少量含有せしめることも好ましい。該金属イオンとしては、Mn、Cu、Eu、Tb、Tm、Ce、Al、Agなどの金属イオンが挙げられる。これらの金属イオンは、塩化物イオンやフッ化物イオンを組み合わせた化合物としてドープされることも好ましい。ドープする金属イオンは1種類の原子も、複数種類の原子からなるものでもよい。該金属イオンの濃度は、ナノ粒子を構成する金属および、その種類によって最適量が異なるが、0.001〜10原子%の範囲が好ましく、0.01〜10原子%の範囲がより好ましい。 Furthermore, it is also preferable that these metal oxide or metal sulfide nanoparticles contain a small amount of metal ions different from the metal in the metal oxide or metal sulfide constituting the metal oxide or metal sulfide. Examples of the metal ion include metal ions such as Mn, Cu, Eu, Tb, Tm, Ce, Al, and Ag. These metal ions are also preferably doped as a compound combining chloride ions and fluoride ions. The metal ion to be doped may be one kind of atom or a plurality of kinds of atoms. The concentration of the metal ions varies depending on the metal constituting the nanoparticle and the type thereof, but is preferably in the range of 0.001 to 10 atomic%, more preferably in the range of 0.01 to 10 atomic%.
また本発明にかかるナノ粒子は、励起光とシグナル蛍光との分離、安価光源の利用、簡便な検出系構築の観点から、好ましくは紫外域の光で励起するものであり、より好ましくは250nm〜380nmの紫外光を励起光とする蛍光体ナノ粒子であることが好ましい。この励起光によって、可視域の光、より好ましくは400nm〜700nmの可視光を発するものであることが好ましい。可視光を発光することによって、可視域の蛍光色素を励起することができ、よりエネルギーが低く、反応性、特に生体に対して激しく反応することなく、蛍光色素を発色させることができる。 The nanoparticles according to the present invention are preferably excited by light in the ultraviolet region, more preferably 250 nm to from the viewpoint of separation of excitation light and signal fluorescence, utilization of an inexpensive light source, and simple detection system construction. Phosphor nanoparticles that use 380 nm ultraviolet light as excitation light are preferred. It is preferable that the excitation light emits light in the visible range, more preferably visible light of 400 nm to 700 nm. By emitting visible light, it is possible to excite the fluorescent dye in the visible range, and it is possible to develop the fluorescent dye with lower energy and reactivity, in particular, without reacting violently with the living body.
本発明におけるナノ粒子は、発光の半値幅が50〜200nmであることが好ましく、簡易な装置で高感度に発光を検出するためには、60〜180nmであることが好ましい。更に、蛍光標識材料としては発光ピーク波長と吸収ピーク波長が異なることが好ましく、高感度に発光を検出するためには、その発光ピーク波長が吸収端波長と20nm以上離れていることがより好ましく、50nm以上離れていることが特に好ましい。このような発光のピーク波長および半値幅を持つ蛍光体ナノ粒子は、金属酸化物又は金属硫化物の蛍光体ナノ粒子であって、当業者であれば、上記のように、構成する金属等を適宜選択することによって容易に得ることができる。 The nanoparticles in the present invention preferably have a half-value width of light emission of 50 to 200 nm, and preferably 60 to 180 nm in order to detect light emission with high sensitivity using a simple device. Furthermore, it is preferable that the emission peak wavelength and the absorption peak wavelength are different as the fluorescent labeling material. In order to detect light emission with high sensitivity, the emission peak wavelength is more preferably separated from the absorption edge wavelength by 20 nm or more. A distance of 50 nm or more is particularly preferable. The phosphor nanoparticles having such a peak wavelength and half width of light emission are phosphor nanoparticles of a metal oxide or a metal sulfide, and those skilled in the art will know the constituent metals and the like as described above. It can obtain easily by selecting suitably.
[4]ナノ粒子およびその分散液の製造方法
金属酸化物で構成されるナノ粒子は、含有される金属のアルコキシド、アセチルアセトナートなどの有機金属化合物を加水分解するゾル−ゲル法、該金属の塩の水溶液にアルカリを加えて水酸化物として沈降させた後、脱水、アニールする水酸化物沈殿法、該金属の上記プレカーサーの溶液を用いて、超音波を照射する超音波分解法、高温高圧下で分解反応を行なうソルボサーマル法、高温下に噴霧するスプレーパイロリシスなどの液相合成法により得ることができる。また、有機金属化合物を用いる熱CVD法やプラズマCVD法、該金属または該金属酸化物のターゲットを用いるスパッタ法やレーザーアブレーション法などの気相合成法によっても得ることができる。
[4] Method for Producing Nanoparticles and Dispersions thereof Nanoparticles composed of metal oxides are prepared by a sol-gel method for hydrolyzing organometallic compounds such as metal alkoxides and acetylacetonates, After adding alkali to the salt aqueous solution and precipitating it as hydroxide, dehydration and annealing hydroxide precipitation method, ultrasonic decomposition method using the above precursor solution of the metal, ultrasonic decomposition method, high temperature and high pressure It can be obtained by a liquid phase synthesis method such as a solvothermal method in which a decomposition reaction is carried out under low pressure, or a spray pyrolysis that is sprayed at high temperatures. Further, it can also be obtained by a vapor phase synthesis method such as a thermal CVD method or a plasma CVD method using an organometallic compound, a sputtering method or a laser ablation method using a target of the metal or the metal oxide.
金属硫化物で構成されるナノ粒子は、含有される金属のジエチルジチオカルバメート化合物などの熱分解性金属化合物をトリアルキルホスフィンオキシド類、トリアルキルホスフィン類、ω−アミノアルカン類などの高沸点有機溶媒中で結晶成長させるホットソープ法、該金属の塩の溶液に硫化ナトリウムや硫化アンモニウムなどの硫化物溶液を添加して結晶成長させる共沈法、界面活性剤を含む上記原料水溶液をアルカン類、エーテル類、芳香族炭化水素などの非極性有機溶媒中に逆ミセルとして存在させ該逆ミセル中で結晶成長させる逆ミセル法などの液相合成法により得ることができる。また、前記金属酸化物ナノ粒子の場合と同様の気相合成法によっても得ることができる。 Nanoparticles composed of metal sulfides are composed of thermally decomposable metal compounds such as diethyldithiocarbamate compounds of metals, high-boiling organic solvents such as trialkylphosphine oxides, trialkylphosphines, and ω-aminoalkanes. Hot soap method for crystal growth, co-precipitation method for crystal growth by adding a sulfide solution such as sodium sulfide or ammonium sulfide to a solution of the metal salt, the raw material aqueous solution containing a surfactant as an alkane, ether In addition, it can be obtained by a liquid phase synthesis method such as a reverse micelle method in which a reverse micelle exists in a nonpolar organic solvent such as an aromatic hydrocarbon and crystal is grown in the reverse micelle. It can also be obtained by the same gas phase synthesis method as in the case of the metal oxide nanoparticles.
上述した表面修飾剤は、ナノ粒子の合成時に添加することもできるが、好ましくは合成後に添加し、その少なくとも一部を加水分解することにより該ナノ粒子と結合して、ナノ粒子の表面の少なくとも一部を被覆(表面修飾)させる。なお、ナノ粒子は遠心分離やろ過などの常法により洗浄、精製後、本発明に用いられる表面修飾剤を含有する溶媒(好ましくはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、2−エトキシエタノールなどの親水性有機溶媒)に分散させて被覆してもよい。 The above-described surface modifier can be added at the time of synthesis of the nanoparticle, but is preferably added after synthesis, and is bonded to the nanoparticle by hydrolyzing at least a part thereof, so that at least the surface of the nanoparticle can be added. A part is coated (surface modified). The nanoparticles are washed and purified by conventional methods such as centrifugation and filtration, and then a solvent containing the surface modifier used in the present invention (preferably a hydrophilic organic such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, 2-ethoxyethanol). The solvent may be dispersed and coated.
表面修飾剤の添加量は、ナノ粒子の粒子サイズ、粒子の濃度、表面修飾剤の種類(大きさ、構造)等により変動するが、第1の表面修飾剤は、金属酸化物又は金属硫化物等に対し、好ましくは0.001〜10倍モル、さらに好ましくは0.01〜2倍モルである。第2の表面修飾剤は、金属酸化物又は金属硫化物等に対して、水分散性の観点から好ましくは1〜200倍モル、更に好ましくは100〜200倍モルであり、第3の表面修飾剤は、第2の表面修飾剤に対して、水分散性の観点から好ましくは0.01〜1倍モル、被標識物質との反応性の観点から更に好ましくは0.1〜1倍モルである。 The addition amount of the surface modifier varies depending on the particle size of the nanoparticles, the concentration of the particles, the type (size, structure) of the surface modifier, etc. The first surface modifier is a metal oxide or metal sulfide. The amount is preferably 0.001 to 10 moles, more preferably 0.01 to 2 moles. The second surface modifier is preferably from 1 to 200 times mol, more preferably from 100 to 200 times mol, from the viewpoint of water dispersibility, relative to the metal oxide or metal sulfide. The agent is preferably 0.01 to 1 times mol from the viewpoint of water dispersibility, and more preferably 0.1 to 1 times mol from the viewpoint of reactivity with the labeling substance, relative to the second surface modifier. is there.
前述した通り、一般式(I)〜(III)で表される表面修飾剤以外に、公知の表面修飾剤を併用することができる。公知の表面修飾剤の添加量は、特に制限はないが、好ましくは金属酸化物又は金属硫化物等に対して、0.01〜100倍モル、さらに好ましくは0.05〜10倍モルである。 As described above, in addition to the surface modifiers represented by the general formulas (I) to (III), a known surface modifier can be used in combination. The addition amount of the known surface modifier is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 100 times mol, more preferably 0.05 to 10 times mol with respect to the metal oxide or metal sulfide. .
表面修飾剤が結合したナノ粒子の分散液において、ナノ粒子の濃度は、蛍光強度によって異なるので特に限定されないが、0.01mM〜1000mMが好ましく、より好ましくは0.1mM〜100mMである。分散媒としては、上記アルコール類の他、DMF、DMSO、THFなどの親水性有機溶媒や水が好ましい。 In the nanoparticle dispersion liquid to which the surface modifier is bound, the concentration of the nanoparticle is not particularly limited because it varies depending on the fluorescence intensity, but is preferably 0.01 mM to 1000 mM, more preferably 0.1 mM to 100 mM. As the dispersion medium, in addition to the above alcohols, hydrophilic organic solvents such as DMF, DMSO, and THF, and water are preferable.
なお、ナノ粒子の表面が表面修飾剤で被覆されていることは、FE−TEM等の高分解性TEMで観察した際に粒子間に一定の間隔が認められること、および化学分析により確認することができる。 In addition, it is confirmed by chemical analysis that the surface of the nanoparticles is coated with a surface modifier, and that a certain interval is observed between the particles when observed with a high-resolution TEM such as FE-TEM. Can do.
上述した本発明のナノ粒子は、好ましくは、上記の一般式(I)で表される第1の表面処理剤を用いて、前記コア部及び表面有機層で構成された前駆体粒子を形成すること、前記前駆体粒子に対して、上記の一般式(II)で表される第2の表面処理剤及び一般式(III)で表される第3の表面処理剤による表面処理を行って、R1O−L1−基及びY−L2−基で表される表面反応性基を形成すること、を含むことにより製造することができる。 The nanoparticles of the present invention described above preferably form precursor particles composed of the core portion and the surface organic layer using the first surface treatment agent represented by the general formula (I). The surface treatment with the second surface treatment agent represented by the general formula (II) and the third surface treatment agent represented by the general formula (III) is performed on the precursor particles. Forming a surface-reactive group represented by an R 1 O—L 1 — group and a YL 2 — group.
このように第1の表面修飾剤によってコア部に対して表面処理を行って前駆体粒子(即ち、表面反応性基未形成粒子)を形成した後に、第2及び第3の表面修飾剤による表面修飾処理を行うことによって、効率よく本発明のナノ粒子を製造することができる。
このとき、第2及び第3の表面修飾剤による表面修飾処理は、同時に行ってもよく、いずれか一方を先に行ってもよい。
After the surface treatment is performed on the core portion with the first surface modifier in this way to form precursor particles (that is, non-surface reactive group-forming particles), the surfaces by the second and third surface modifiers By performing the modification treatment, the nanoparticles of the present invention can be efficiently produced.
At this time, the surface modification treatment with the second and third surface modifiers may be performed simultaneously, or one of them may be performed first.
一般式(1)〜(3)で表される表面修飾剤で被覆された本発明のナノ粒子は、上記表面反応基を表面有機層に有しているので、その表面反応性基であるアミノ基やカルボキシル基などに対するアミド化反応等により、さらに、核酸(単量体やオリゴヌクレオチド等)、抗体(モノクローナルや、その他のタンパク質(アミノ酸)や多糖類などの被標識物質と反応して例えばペプチド結合を形成することにより、特定の生体内分子などに対する蛍光標識物質として作用することが可能になる。 Since the nanoparticles of the present invention coated with the surface modifier represented by the general formulas (1) to (3) have the surface reactive group in the surface organic layer, amino which is the surface reactive group By reacting with a labeling substance such as a nucleic acid (monomer, oligonucleotide, etc.), antibody (monoclonal, other protein (amino acid), polysaccharide, etc.) By forming a bond, it becomes possible to act as a fluorescent labeling substance for a specific biological molecule.
被標識物質としては、生体中に検出されうる生体関連分子や、その他の関連分子を挙げることができ、このうち生体関連分子であることが好ましい。被標識物質としては、抗体、タンパク、ペプチド、酵素基質、ホルモン、リンフォカイン、代謝産物、レセプター、抗原、ハプテン、レクチン、アビジン、ストレプタビジン、トキシン、炭水化物、多糖類、核酸、デオキシ核酸、誘導核酸、誘導デオキシ核酸、DNAフラグメント、RNAフラグメント、誘導DNAフラグメント、誘導RNAフラグメント、天然薬物、ウイルス粒子、バクテリア粒子、ウイルス成分、イースト成分、血液細胞、血液細胞成分、バクテリア、バクテリア成分、天然若しくは合成脂質、薬物、毒薬、環境汚染物質、重合体、重合体粒子、ガラス粒子、プラスチック粒子、重合体膜などを含む物質を挙げることができ、このうち、タンパク質、抗体、ペプチドであることが好ましい。 Examples of the substance to be labeled include biologically relevant molecules that can be detected in a living body and other related molecules, and among these, biologically relevant molecules are preferable. Labeled substances include antibodies, proteins, peptides, enzyme substrates, hormones, lymphokines, metabolites, receptors, antigens, haptens, lectins, avidin, streptavidin, toxins, carbohydrates, polysaccharides, nucleic acids, deoxynucleic acids, derived nucleic acids, derivatives Deoxynucleic acid, DNA fragment, RNA fragment, derived DNA fragment, derived RNA fragment, natural drug, virus particle, bacterial particle, viral component, yeast component, blood cell, blood cell component, bacteria, bacterial component, natural or synthetic lipid, drug And substances including poisons, environmental pollutants, polymers, polymer particles, glass particles, plastic particles, polymer films, etc. Among these, proteins, antibodies and peptides are preferred.
表面有機層中の反応性基と結合する被標識物質上の反応性基としては、表面有機層中の反応性基との組み合わせに応じて特に制限されず、アミノ基及びSH基等を挙げることができるが、被標識物質として抗体を用いる場合には、SH基であることが好ましい。SH基を利用することによって、抗原認識部分の修飾を避けて、特異性を低下させることがなく、その上、非特異吸着の増加を回避することができる。また、ナノ粒子との結合に用いられるSH基としては、ヒンジ部のジスルフィドを開裂させることによって得られたSH基が、抗原認識部位とは無関係であって抗体の特異性を損なわないため、特に好ましい。 The reactive group on the labeling substance that binds to the reactive group in the surface organic layer is not particularly limited depending on the combination with the reactive group in the surface organic layer, and examples include an amino group and an SH group. However, when an antibody is used as the labeling substance, an SH group is preferable. By utilizing the SH group, modification of the antigen recognition moiety can be avoided without reducing the specificity, and in addition, an increase in nonspecific adsorption can be avoided. In addition, as the SH group used for binding to the nanoparticles, the SH group obtained by cleaving the disulfide of the hinge part is not related to the antigen recognition site and does not impair the specificity of the antibody. preferable.
本明細書中で使用される場合、用語「抗体」はポリクローナル調製物およびモノクローナル調製物から得られる抗体を含む。
用語「モノクローナル抗体」は、異種抗体集団を有する抗体組成物をいう。この用語は、抗体の種類または供給源に関して制限されないし、これが作製される様式によって制限されることを意図しない。従って、この用語は、マウスハイブリドーマ、ならびにマウスハイブリドーマではなくヒトハイブリドーマを使用して得られたヒトモノクロナール抗体を含む。
As used herein, the term “antibody” includes antibodies obtained from polyclonal and monoclonal preparations.
The term “monoclonal antibody” refers to an antibody composition having a heterogeneous antibody population. The term is not limited regarding the type or source of the antibody and is not intended to be limited by the manner in which it is made. Thus, this term includes murine hybridomas, as well as human monoclonal antibodies obtained using human hybridomas rather than murine hybridomas.
機能的な抗体フラグメントは、抗体分子から、例えば、ペプシンを使用して、抗原結合を担っていない定常領域を切断することによって産出され得、F(ab’)2フラグメントを生成する。これらのフラグメントは、2つの抗原結合部位を含むが、重鎖の各々から定常領域の部分を欠く。同様に、Fabフラグメント(これは、単一の抗原結合部位を含む)は、例えば、パパインを用いるポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体の消化によって、産出され得る。機能的なフラグメント(重鎖および軽鎖の可変領域のみを含む)が、組替え産出または免疫グロブリン分子の優先的なタンパク質分解切断のような標準的な技術を使用して産出され得る。これらのフラグメントは、Fvとして公知である。
本発明で使用する抗体として好ましくはモノクローナル抗体であり、より好ましくはFab’フラグメントである。
本発明で使用する抗体として、血液診断に有効であれば特に好ましく、例えば抗AFP抗体、抗HBs抗体、抗HCV抗体、抗CRP抗体、抗TP抗体、抗CEA抗体、抗PSA抗体、抗テオフィリン抗体などを挙げることができる。
A functional antibody fragment can be generated from an antibody molecule by cleaving a constant region not responsible for antigen binding, eg, using pepsin, to produce an F (ab ′) 2 fragment. These fragments contain two antigen-binding sites, but lack part of the constant region from each of the heavy chains. Similarly, Fab fragments (which contain a single antigen binding site) can be produced, for example, by digestion of polyclonal or monoclonal antibodies with papain. Functional fragments (including only heavy and light chain variable regions) can be produced using standard techniques such as recombinant production or preferential proteolytic cleavage of immunoglobulin molecules. These fragments are known as Fv.
The antibody used in the present invention is preferably a monoclonal antibody, more preferably a Fab ′ fragment.
As the antibody used in the present invention, it is particularly preferable if it is effective for blood diagnosis. For example, anti-AFP antibody, anti-HBs antibody, anti-HCV antibody, anti-CRP antibody, anti-TP antibody, anti-CEA antibody, anti-PSA antibody, anti-theophylline antibody And so on.
アミド化反応は、カルボキシル基あるいはその誘導基(エステル、酸無水物、酸ハロゲン化物など)とアミノ基の縮合により行なわれる。酸無水物や酸ハロゲン化物を用いる場合には塩基を共存させることが望ましい。カルボン酸のメチルエステルやエチルエステルなどのエステルを用いる場合には、生成するアルコールを除去するために加熱や減圧を行なうことが望ましい。カルボキシル基を直接アミド化する場合には、DCC、Morpho−CDI、WSCなどのアミド化試薬、HBTなどの縮合添加剤、N−ヒドロキシフタルイミド、p−ニトロフェニルトリフルオロアセテート、2,4,5−トリクロロフェノールなどの活性エステル剤などのアミド化反応を促進する物質を共存させたり、予め反応させておいてもよい。また、アミド化反応時、アミド化により結合させる親和性分子のアミノ基またはカルボキシル基のいずれかを常法に従って適当な保護基で保護し、反応後脱保護することが望ましい。 The amidation reaction is carried out by condensation of a carboxyl group or a derivative group thereof (ester, acid anhydride, acid halide, etc.) and an amino group. When an acid anhydride or acid halide is used, it is desirable that a base coexists. When an ester such as methyl ester or ethyl ester of carboxylic acid is used, it is desirable to perform heating or decompression in order to remove the generated alcohol. When directly amidating a carboxyl group, amidation reagents such as DCC, Morpho-CDI, and WSC, condensation additives such as HBT, N-hydroxyphthalimide, p-nitrophenyl trifluoroacetate, 2,4,5- A substance that promotes an amidation reaction such as an active ester such as trichlorophenol may be allowed to coexist or may be reacted in advance. Further, during the amidation reaction, it is desirable to protect either the amino group or carboxyl group of the affinity molecule to be bound by amidation with an appropriate protecting group according to a conventional method, and to deprotect after the reaction.
アミド化反応により被標識物質を結合したナノ粒子は、ゲルろ過などの常法により洗浄、精製後、水または親水性溶媒(好ましくはメタノール、エタノール、イソプロパノール、2−エトキシエタノールなど)に分散させて使用する。この分散液中のナノ粒子の濃度は、蛍光強度によって異なるので特に限定されないが、10-1M〜10-15Mが好ましく、より好ましくは10-2M〜10-10Mである。 Nanoparticles to which a target substance is bound by an amidation reaction are washed and purified by a conventional method such as gel filtration, and then dispersed in water or a hydrophilic solvent (preferably methanol, ethanol, isopropanol, 2-ethoxyethanol, etc.). use. The concentration of the nanoparticles in the dispersion is not particularly limited because it varies depending on the fluorescence intensity, but is preferably 10 −1 M to 10 −15 M, more preferably 10 −2 M to 10 −10 M.
また、タンパク質、抗体、ペプチドを被標識物質として用いる場合には、これらの分子中のSH基と、ナノ粒子表面の表面反応性基とを結合させることもできる。この場合には、ヒンジ法等を用いることによって容易に結合することができる。
この反応は、抗原認識部位とは無関係な、抗体ヒンジ部のジスルフィドを開裂させたSH基を利用する反応である。即ち、ペプシン処理をしてF(ab’)2を調整し、更に還元剤を加えジスルフィドを切断して得られたFab’のSH基とマレイミド基とを反応させることによって、結合することができる。
Moreover, when using protein, an antibody, and a peptide as a to-be-labeled substance, SH group in these molecules and the surface reactive group on the surface of a nanoparticle can also be combined. In this case, it can be easily coupled by using a hinge method or the like.
This reaction is a reaction using an SH group cleaved from the disulfide of the antibody hinge part, which is independent of the antigen recognition site. In other words, F (ab ′) 2 is prepared by pepsin treatment, and further, a reducing agent is added to cleave the disulfide, and the Fab ′ obtained by reacting the SH group and the maleimide group can bind to each other. .
本発明は、水性媒体中で良好な分散性を有するとともに優れたコロイド安定性および光物理的安定性を有するので、種々の分野(生物学、分析化学およびコンビナトリアル化学、医療診断、および遺伝子分析を含む)において有用である。また、蛍光特定性を利用して、バイオ・医療の分野で検査試薬の他、蛍光試薬や発光素子として用いることができる。 Since the present invention has good dispersibility in aqueous media and has excellent colloidal and photophysical stability, it can be used in various fields (biology, analytical chemistry and combinatorial chemistry, medical diagnosis, and genetic analysis). Useful). In addition, using fluorescence specificity, it can be used as a fluorescent reagent or a light-emitting element in addition to a test reagent in the bio / medical field.
[実施例1]
酸化亜鉛ナノ粒子の合成
酢酸亜鉛2水和物(5.49g,25mmol)に脱水エタノール(250ml)を加え、Dean-Steark脱水装置にて溶媒を留去しながら穏やかに2時間加熱還流を行った。留去された溶媒は150mlであった。白濁した反応液に再度脱水EtOHを150ml添加して加熱還流を行い、透明化した反応液を室温まで水冷した。
該反応液にテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(25%メタノール溶液、11.4ml,28mmol)を添加して室温にて4時間攪拌した。
続いて3−アミノプロピルトリメトキシシラン(4.7ml,25mmol)と水(1.5ml,83.3mmol)を添加して60℃にて4時間攪拌を行った。反応開始7分後に白色固体が析出する。反応液を室温まで水冷した後、固体を吸引ろ過し、エタノールで洗浄した。得られた白色粉末を減圧下で乾燥すると表面がアミノ化された酸化亜鉛ナノ粒子が得られた。収量6.0g
[Example 1]
Synthesis of Zinc Oxide Nanoparticles Dehydrated ethanol (250 ml) was added to zinc acetate dihydrate (5.49 g, 25 mmol), and gently refluxed for 2 hours while distilling off the solvent with a Dean-Steark dehydrator. . The solvent distilled off was 150 ml. 150 ml of dehydrated EtOH was again added to the white turbid reaction solution and heated to reflux, and the clarified reaction solution was cooled to room temperature.
Tetramethylammonium hydroxide (25% methanol solution, 11.4 ml, 28 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours.
Subsequently, 3-aminopropyltrimethoxysilane (4.7 ml, 25 mmol) and water (1.5 ml, 83.3 mmol) were added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 4 hours. A white solid precipitates 7 minutes after the start of the reaction. The reaction solution was water-cooled to room temperature, and the solid was suction filtered and washed with ethanol. When the obtained white powder was dried under reduced pressure, zinc oxide nanoparticles having an aminated surface were obtained. Yield 6.0g
上記粒子200mgを蒸留水10mlに溶解し、Sephadex G25を充填したカラムを用いてゲルろ過を行った。以降の反応は全て該脱塩水溶液を使用した。
本処方により合成したナノ粒子は10wt%でも透明な良好な分散状態を示す。粉末X線回折空間群P63mcに属する六方昌系(ウルツ鉱型)酸化亜鉛の標品とピークパターンが一致し、粒径はTEMによる測定で3nmであった。
以下、酸化亜鉛粒子の濃度は粒径3nmの酸化亜鉛の体積(14.13×10-27m3mol-1)、分子量(81.38)、および密度(5.67)から見積もることとした。
200 mg of the particles were dissolved in 10 ml of distilled water, and gel filtration was performed using a column filled with Sephadex G25. All subsequent reactions used the desalted aqueous solution.
The nanoparticles synthesized by this formulation show a transparent and good dispersion state even at 10 wt%. The peak pattern of the hexagonal (wurtzite) zinc oxide sample belonging to the powder X-ray diffraction space group P6 3 mc coincided with the peak pattern, and the particle size was 3 nm as measured by TEM.
Hereinafter, the concentration of zinc oxide particles is estimated from the volume (14.13 × 10 −27 m 3 mol −1 ), molecular weight (81.38), and density (5.67) of zinc oxide having a particle size of 3 nm. .
[実施例2]
酸化亜鉛ナノ粒子への水分散性の付与
0.1M HEPES(pH7.0)緩衝液1mlにWSC、N−ヒドロキシスクシンイミドをそれぞれ5mg加え、更にメトキシエトキシ酢酸を2.5×10-5mol添加して室温で反応させた。30分後、平均直径3nmの酸化亜鉛粒子表面をアミノプロピルシランで被覆したナノ粒子(濃度14mg/ml、milliQ水に分散)1mlを加え、室温で7時間反応させた。PD−10カラム(ファルマシアバイオサイエンス)でゲルろ過した。該粒子は無色透明な良好な水分散物(粒子分散物A)であった。
メトキシエトキシ酢酸の代わりに、メトキシエトキシエトキシ酢酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−ヒドロキシブチル酸を用いて、粒子分散物B〜Dを得た。各粒子分散物の光学的性質について表1に示す。
[Example 2]
Giving water dispersibility to zinc oxide nanoparticles Add 5 mg each of WSC and N-hydroxysuccinimide to 1 ml of 0.1 M HEPES (pH 7.0) buffer, and then add 2.5 × 10 −5 mol of methoxyethoxyacetic acid. And reacted at room temperature. After 30 minutes, 1 ml of nanoparticles (concentration: 14 mg / ml, dispersed in milliQ water) having the surface of zinc oxide particles having an average diameter of 3 nm coated with aminopropylsilane was added and reacted at room temperature for 7 hours. Gel filtration was performed with a PD-10 column (Pharmacia Bioscience). The particles were a colorless and good aqueous dispersion (particle dispersion A).
Particle dispersions B to D were obtained using methoxyethoxyethoxyacetic acid, 3-hydroxypropionic acid, and 3-hydroxybutyric acid instead of methoxyethoxyacetic acid. The optical properties of each particle dispersion are shown in Table 1.
[実施例3]
酸化亜鉛ナノ粒子の親水化及びマレイミド化
HCl・NH2−PEG−COOH(MW.5000、炭素数226;NEKTAR社)50mgを0.1M(pH8.0)HEPES緩衝液1mlに溶解し、3.0mgのN−(2−マレイミドエチルオキシ)スクシミドを添加し室温で6時間反応させた。
平均直径3nmの酸化亜鉛粒子表面をアミノプロピルシランで被覆したナノ粒子(濃度14mg/ml、milliQ水に分散)1mlに0.1M HEPES(pH7.0)緩衝液1ml、上記マレイミド化溶液100μl(第3の表面修飾剤として0.001mmol)を加え、更にWSC、N−ヒドロキシスクシミドをそれぞれ5mg加えて室温で反応させた。30分後、メトキシエトキシ酢酸を2.5×10-5mol添加して3時間20分反応させた。PD−10カラム(ファルマシアバイオサイエンス)で精製し無色透明のマレイミド化酸化亜鉛ナノ粒子分散液(粒子分散液E)を得た。
メトキシエトキシ酢酸の代わりに、メトキシエトキシエトキシ酢酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−ヒドロキシブチル酸を用いた粒子分散液F〜Hを得た。これらの粒子分散液の光学的性質について表2に示す。
[Example 3]
2. Hydrophilization and maleimidation of zinc oxide nanoparticles 50 mg of HCl.NH 2 -PEG-COOH (MW.5000, carbon number 226; NEKTAR) was dissolved in 1 ml of 0.1 M (pH 8.0) HEPES buffer. 0 mg of N- (2-maleimidoethyloxy) succinide was added and reacted at room temperature for 6 hours.
1 ml of 0.1M HEPES (pH 7.0) buffer in 1 ml of nanoparticles (concentration: 14 mg / ml, dispersed in milliQ water) coated with aminopropylsilane on the surface of zinc oxide particles having an average diameter of 3 nm, 100 μl of the maleimidated solution (No. 1) 0.001 mmol) was added as a surface modifier of No. 3, and 5 mg each of WSC and N-hydroxysuccinimide were added and reacted at room temperature. After 30 minutes, 2.5 × 10 −5 mol of methoxyethoxyacetic acid was added and reacted for 3 hours and 20 minutes. Purification with a PD-10 column (Pharmacia Bioscience) gave a colorless and transparent maleimidated zinc oxide nanoparticle dispersion (particle dispersion E).
Particle dispersions F to H using methoxyethoxyethoxyacetic acid, 3-hydroxypropionic acid, and 3-hydroxybutyric acid instead of methoxyethoxyacetic acid were obtained. The optical properties of these particle dispersions are shown in Table 2.
上述した本実施例によるナノ粒子の合成工程については、以下にその一例を示す。 An example of the nanoparticle synthesis process according to the above-described embodiment will be described below.
[実施例4]
酸化亜鉛ナノ粒子と抗テオフィリン抗体の連結
抗テオフィリン抗体をペプシン処理、メルカプトエチルアミン還元により精製したFab’分画溶液0.8ml(100mM HEPES緩衝液(pH6.0);0.96mg/ml)を、実施例3で調整したマレイミド化酸化亜鉛ナノ粒子分散液(4mg/ml)3.5mlと混合し4℃で一晩反応させた。攪拌した後、Sephadex G100(0.1M HEPES緩衝液(pH7.4)で溶離)でゲルろ過により精製、Fab’連結PEG化酸化亜鉛ナノ粒子を得た。
[Example 4]
Ligation of zinc oxide nanoparticles and anti-theophylline antibody 0.8 ml of Fab ′ fraction solution (100 mM HEPES buffer (pH 6.0); 0.96 mg / ml) obtained by purifying anti-theophylline antibody by pepsin treatment and mercaptoethylamine reduction, The mixture was mixed with 3.5 ml of the maleimidated zinc oxide nanoparticle dispersion (4 mg / ml) prepared in Example 3 and reacted at 4 ° C. overnight. After stirring, it was purified by gel filtration with Sephadex G100 (eluted with 0.1 M HEPES buffer (pH 7.4)) to obtain Fab′-linked PEGylated zinc oxide nanoparticles.
このように、本実施例では、蛍光体としての耐久性の高い半導体ナノ粒子と、炭素数が短い、PEG鎖以外の分散促進剤を用いることによって、高い反応性を維持した高機能蛍光体を得ることが可能になった。 Thus, in this example, a highly functional phosphor that maintains high reactivity by using highly durable semiconductor nanoparticles as a phosphor and a dispersion promoter other than a PEG chain having a short carbon number. It became possible to get.
Claims (9)
表面有機層に、R1O−L1−基及びY−L2−基(式中、L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す)で表される表面反応性基を有するナノ粒子。 Nanoparticles composed of a core part and a surface organic layer covering the surface,
In the surface organic layer, R 1 O—L 1 — group and YL 2 — group (wherein L 1 and L 2 represent a divalent linking group satisfying a length relationship of L 1 <L 2 . R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom, and Y represents a group having reactivity with a labeling substance).
一般式(I)
M−(R2)4
一般式(II)
R1O−L1−X
一般式(III)
X−L2−Y
(上記式中、MはSi又はTi原子を、R2は有機性基を示す。R2はそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、R2のうちの少なくとも1つは他の有機性基と反応性を有する官能基を示す。L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Xは一般式(I)中のR2と結合形成可能な基を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す。) The surface organic layer is represented by a first surface treatment agent represented by the following general formula (I), a second surface treatment agent represented by the following general formula (II), and the following general formula (III). The nanoparticle according to claim 1, wherein the nanoparticle is formed by a surface treatment with a third surface treatment agent.
Formula (I)
M- (R 2 ) 4
Formula (II)
R 1 O-L 1 -X
General formula (III)
X-L 2 -Y
(In the above formula, M represents a Si or Ti atom, and R 2 represents an organic group. R 2 may be the same or different, but at least one of R 2 is different from other organic groups. L 1 and L 2 represent a divalent linking group satisfying a length relationship of L 1 <L 2 , R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom. X represents a group capable of forming a bond with R 2 in the general formula (I), and Y represents a group reactive with the labeling substance.)
下記一般式(I)で表される第1の表面処理剤を用いて、前記コア部及び表面有機層で構成された前駆体粒子を形成すること、
一般式(I)
M−(R2)4
(上記式中、MはSi又はTi原子を、R2は有機性基を示す。R2はそれぞれ同一でも異なっていてもよいが、R2のうちの少なくとも1つは他の有機性基と反応性を有する官能基を示す。)
前記前駆体粒子に対して、下記一般式(II)で表される第2の表面処理剤及び下記一般式(III)で表される第3の表面処理剤による表面処理を行って、R1O−L1−基及びY−L2−基で表される表面反応性基を形成すること、
一般式(II)
R1O−L1−X
一般式(III)
X−L2−Y
(上記式中、L1及びL2は、L1<L2の長さ関係を満たす二価の連結基を表す。R1は炭素数1から3のアルキル基又は水素原子を表す。Xは粒子表面の官能基と結合形成可能な基を表す。Yは被標識物質と反応性を有する基を表す。)
を含むことを特徴とするナノ粒子の製造方法。 A method for producing nanoparticles comprising a core portion and a surface organic layer covering the surface thereof,
Using the first surface treating agent represented by the following general formula (I) to form precursor particles composed of the core part and the surface organic layer;
Formula (I)
M- (R 2 ) 4
(In the above formula, M represents a Si or Ti atom, and R 2 represents an organic group. R 2 may be the same or different, but at least one of R 2 is different from other organic groups. Indicates a functional group having reactivity.)
The precursor particles are subjected to a surface treatment with a second surface treatment agent represented by the following general formula (II) and a third surface treatment agent represented by the following general formula (III), and R 1 Forming a surface reactive group represented by an O-L 1 -group and a YL 2 -group,
Formula (II)
R 1 O-L 1 -X
General formula (III)
X-L 2 -Y
(In the above formula, L 1 and L 2 represent a divalent linking group satisfying the length relationship of L 1 <L 2. R 1 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a hydrogen atom. X represents This represents a group capable of forming a bond with a functional group on the particle surface, and Y represents a group reactive with the labeling substance.
The manufacturing method of the nanoparticle characterized by including.
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