JP4665161B2 - Method for measuring Raman spectrum, noble metal particles used in the method, and method for producing the noble metal particles - Google Patents
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Description
本発明は、ラマンスペクトルの測定方法、当該方法に使用する貴金属粒子、および当該貴金属粒子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for measuring a Raman spectrum, a noble metal particle used in the method, and a method for producing the noble metal particle.
生体は、外部環境や内部環境の変化に対して恒常性を保つための複雑な機構を有しており、斯かる機構に乱れが生じると、疾病などの症状として表われる。従って、恒常性の維持に関わる情報伝達物質(例えば、ホルモンやオータコイド)等の生体内における存在状態を把握することによって、疾病の診断に応用できる可能性がある。例えば癌細胞では、特定遺伝子が過剰に発現していたり或いは発現が抑制されていることから、当該遺伝子に対応する化合物(RNAや情報伝達物質など)の存在を測定することによって、癌を診断したり或いはその予兆の有無を判断できる可能性があると考えられる。 A living body has a complicated mechanism for maintaining homeostasis against changes in the external environment and the internal environment, and when such a mechanism is disturbed, it appears as a symptom such as a disease. Therefore, there is a possibility that it can be applied to diagnosis of diseases by grasping the state of existence of information transmission substances (for example, hormones and otachoids) related to maintenance of homeostasis in the living body. For example, in a cancer cell, a specific gene is excessively expressed or the expression is suppressed. Therefore, cancer is diagnosed by measuring the presence of a compound (RNA, signal transmitter, etc.) corresponding to the gene. It is thought that there is a possibility that the presence or absence of a sign can be determined.
そこで、標的とする化合物へ特異的に結合する基(抗体など)を介して蛍光基などで標識し、その蛍光発色の強度により標的化合物を定量分析する方法が種々検討されている。そして近年では、従来の蛍光等を利用した定量分析方法のみならず、ラマンスペクトルを利用した方法も研究されている。 Thus, various methods have been studied in which a target compound is labeled with a fluorescent group or the like through a group (such as an antibody) that specifically binds to the target compound, and the target compound is quantitatively analyzed based on the intensity of fluorescence development. In recent years, not only a conventional quantitative analysis method using fluorescence but also a method using a Raman spectrum has been studied.
ラマンスペクトルとは、物質に一定振動数ν0の単色光を照射することにより発生する散乱光中、同一振動数以外(ν0±νi)の散乱光(ラマン散乱光)のスペクトルである。そして、このラマン振動数νiは、物質を構成する分子や結晶の振動や回転のエネルギー準位間の振動数に等しいことから、物質のエネルギー準位を決定、同定、定量するための情報源となる(「化学大辞典」東京化学同人を参照)。しかし、このラマン散乱光は非常に微弱であるため、表面プラズモン共鳴効果を利用して増強した上で測定することが行なわれている。この表面プラズモン共鳴効果は、一般に光は電子波(プラズモン)とはカップリングしないが、金属粒子表面ではカップリングを起こすという現象を利用したものであって、例えば金粒子を用いた場合には、520nm付近の光に対して強い吸収ピークが現われる。斯かる技術を応用したものとしては、特許文献1と2で開示されている発明がある。これら発明では、抗体等へ結合するための反応性基を末端に有するポリエチレングリコールで金等の粒子を被覆することによって溶液中での粒子の分散安定性を高めた上で、表面プラズモン共鳴効果により標的化合物のラマン散乱光の増強を図っている。 The Raman spectrum is a spectrum of scattered light (Raman scattered light) other than the same frequency (ν 0 ± ν i ) in the scattered light generated by irradiating a substance with monochromatic light having a constant frequency ν 0 . This Raman frequency ν i is equal to the vibration frequency between the vibrational and rotational energy levels of the molecules and crystals that make up the material, so it is an information source for determining, identifying, and quantifying the energy level of the material. (See "Chemical Dictionary", Tokyo Chemical Doujin). However, since the Raman scattered light is very weak, it is measured after being enhanced using the surface plasmon resonance effect. This surface plasmon resonance effect is based on the phenomenon that light does not generally couple with electron waves (plasmons) but causes coupling on the surface of metal particles. For example, when gold particles are used, A strong absorption peak appears for light near 520 nm. As an application of such a technique, there are inventions disclosed in Patent Documents 1 and 2. In these inventions, the dispersion stability of particles in a solution is improved by coating particles such as gold with polyethylene glycol having a terminal reactive group for binding to an antibody, etc., and then surface plasmon resonance effect is applied. The Raman scattered light of the target compound is enhanced.
しかし当該技術では、化学構造など、標的化合物への特異的結合を達成するための詳細な情報が必要であり、また、当該化合物を標識するための化合物を調製しなければならない。 However, in the art, detailed information such as chemical structure to achieve specific binding to a target compound is required, and a compound for labeling the compound must be prepared.
一方、特定化合物のみならず、試料全体に存在する化合物の情報をラマンスペクトルにより得られれば、その試料に関する総合的な判断が可能になり得る。例えば、生体試料については、疾病の診断やその予兆を把握することができ、排水であれば、如何なる有害物質が含まれているか判断し得る。また、ラマンスペクトルによれば、未知の化合物の構造に関する情報も得られるため、新たな有用化合物の探索にも利用し得る。 On the other hand, if information on not only a specific compound but also compounds existing in the entire sample can be obtained by a Raman spectrum, a comprehensive judgment on the sample can be made. For example, with respect to biological samples, it is possible to grasp disease diagnosis and signs thereof, and it is possible to determine what harmful substances are contained in the wastewater. Further, according to the Raman spectrum, information on the structure of an unknown compound can also be obtained, so that it can be used for searching for a new useful compound.
しかし、様々な化合物が含まれる生体試料等の場合、ラマンスペクトル測定の感度をより一層高める必要がある。そこで、表面プラズモン共鳴効果を向上すべく、金属粒子の表面積を大きくすることが考えられるが、粒子が大きくなるほど当然に分散安定性が低下することになる。 However, in the case of a biological sample containing various compounds, it is necessary to further increase the sensitivity of Raman spectrum measurement. Therefore, it is conceivable to increase the surface area of the metal particles in order to improve the surface plasmon resonance effect. However, the dispersion stability naturally decreases as the particles become larger.
従来、ラマンスペクトル測定で用いられる金属微粒子では、試料中での分散安定性を確保するために、表面にクエン酸等のイオン性基を担持せしめ、粒子間のイオン反発力を利用していた。ところが、金属表面にイオン性基が存在すると、試料のイオン強度が高い場合に極めて容易に粒子が凝集沈降し、測定できないという問題があった。 Conventionally, in order to ensure dispersion stability in a sample, metal fine particles used in Raman spectrum measurement have an ionic group such as citric acid supported on the surface and have used ion repulsion between particles. However, when an ionic group is present on the metal surface, there is a problem that particles cannot be measured and aggregated very easily when the ionic strength of the sample is high.
一方、特許文献1と2に記載の技術を応用して、金属表面にポリエチレングリコールを担持することによって、粒子の凝集沈降を抑制することも考えられる。しかしそれでは、ラマン散乱光の増強という目的が達成できない。即ち、表面プラズモン共鳴効果は金属粒子の表面積が大きい程その効果は高まるために、凝集沈降しない範囲で金属粒子どうしを接近させ、見かけ上の粒子表面積を高めることが効果的である。ところが、粒子の表面がポリエチレングリコール等の高分子で覆われていると、金属粒子同士の接近には限界があるために、表面プラズモン共鳴効果は、単独の粒子に固有のものに留まらざるを得ない。 On the other hand, it is also conceivable to apply the techniques described in Patent Documents 1 and 2 to suppress aggregation and sedimentation of particles by supporting polyethylene glycol on the metal surface. However, the purpose of enhancing Raman scattered light cannot be achieved. That is, since the surface plasmon resonance effect increases as the surface area of the metal particles increases, it is effective to increase the apparent particle surface area by bringing the metal particles closer to each other without causing aggregation and sedimentation. However, if the surface of the particle is covered with a polymer such as polyethylene glycol, there is a limit to the proximity of the metal particles, so the surface plasmon resonance effect must remain unique to a single particle. Absent.
以上の通り、ラマンスペクトル測定において微弱なラマン散乱光を増強するためには、測定時に金属粒子を適度に凝集させることによって見かけ上の粒子表面積を高め、表面プラズモン共鳴効果を有効に利用することが考えられる。ところが、斯かる凝集を達成しようとすると、粒子の分散安定性が低下することになる。この様に、従来の技術では、金属粒子の分散安定性と表面プラズモン共鳴効果の有効利用という互いに相反する特性を、同時に満たすことはできなかった。 As described above, in order to enhance the weak Raman scattered light in the Raman spectrum measurement, it is possible to increase the apparent particle surface area by appropriately agglomerating metal particles at the time of measurement and effectively use the surface plasmon resonance effect. Conceivable. However, when such aggregation is achieved, the dispersion stability of the particles decreases. As described above, the conventional techniques cannot simultaneously satisfy the mutually contradicting characteristics of the dispersion stability of the metal particles and the effective use of the surface plasmon resonance effect.
また、特許文献1と2に記載の製造方法では、主に塩化金酸を水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤で還元することによって金属粒子を製造しているが、斯かる方法で得られた金属粒子は粒径が小さく、表面プラズモン共鳴効果を十分に発揮することはできない。 Further, in the production methods described in Patent Documents 1 and 2, metal particles are produced mainly by reducing chloroauric acid with a reducing agent such as sodium borohydride, but the metal obtained by such a method is used. The particles have a small particle size and cannot fully exhibit the surface plasmon resonance effect.
一方、特許文献3では、特に還元剤を使用することなく糖類自身の還元力によって、金と糖類が硫黄原子を介して結合している化合物を製造している。ところが斯かる化合物は、その使用目的(写真用材料の合成中間体および写真用添加剤)や、塩化金酸と糖類とを氷冷しながら混合していることを考慮すれば、金属粒子上に糖類が置換しているものであるとは考え難い。実際、当該文献記載の一般式や実際に合成されたものの化学式(C6H11SAu=392.17)は、金原子(Au)と糖類が1対1で結合していることを示しており、糖類のかさ高さを考慮すれば、この化合物が集合して粒子を形成しているとは到底考えられない。つまり当該化合物は、技術常識をもって判断すれば、金粒子の表面に糖類が置換したものではないといえる。
上述した状況の下、本発明が解決すべき課題は、特定の化合物のみならず試料に含まれている化合物の総合的なラマンスペクトルを得ることができる方法であって、添加剤の分散安定性と表面プラズモン共鳴効果によるラマン分散光の増強という相反する特性を両立することに成功した方法を提供することにある。 Under the circumstances described above, the problem to be solved by the present invention is a method capable of obtaining a comprehensive Raman spectrum of not only a specific compound but also a compound contained in a sample, and the dispersion stability of the additive It is to provide a method that has succeeded in satisfying both conflicting characteristics of enhancement of Raman-dispersed light by the surface plasmon resonance effect.
また、本発明では、分散安定性に優れ且つ表面プラズモン共鳴効果を有効に発揮することができラマン分散光を増強することが可能な貴金属粒子、およびその製造方法を提供することも目的としている。 Another object of the present invention is to provide noble metal particles that are excellent in dispersion stability, can effectively exhibit the surface plasmon resonance effect, and can enhance Raman-dispersed light, and a method for producing the same.
本発明者は、上記課題を解決すべく、分散安定性に優れる一方で、一定条件により適度に凝集して表面プラズモン共鳴効果を有効に発揮することができる貴金属粒子を探索すべく、鋭意研究を進めた。その結果、水酸基を置換基として有する糖類を貴金属粒子表面に担持せしめれば、分散安定性が向上し、且つ陽イオンの存在によって適度に凝集し、試料のラマン散乱光を一層増強できることを見出して、本発明を完成した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conducted intensive research in order to search for noble metal particles that are excellent in dispersion stability and can be appropriately aggregated under a certain condition to effectively exhibit the surface plasmon resonance effect. Proceeded. As a result, it was found that if a saccharide having a hydroxyl group as a substituent is supported on the surface of the noble metal particle, the dispersion stability is improved, and it is appropriately aggregated by the presence of a cation to further enhance the Raman scattered light of the sample. The present invention has been completed.
即ち、本発明に係るラマンスペクトル測定方法は、下記式(I)で表される置換基を表面に有する貴金属粒子を試料に添加することを特徴とし、本発明の貴金属粒子は、下記式(I)で表される置換基を表面に有することを特徴とする。 That is, the Raman spectrum measurement method according to the present invention is characterized in that noble metal particles having a substituent represented by the following formula (I) on the surface are added to a sample, and the noble metal particles of the present invention have the following formula (I It is characterized by having a substituent represented by
[式中、(Saccharide)は側鎖にイオン性基を有しない単糖類または二糖類を示す。]。 [In the formula, (Saccharide) represents a monosaccharide or disaccharide having no ionic group in the side chain. ].
上記ラマンスペクトル測定方法および上記貴金属粒子においては、粒子の平均粒径を30〜50nmとすることが好ましい。平均粒径が当該範囲にある貴金属粒子は、試料中における分散安定性とラマン分散光の増強効果が一層優れているからである。 In the Raman spectrum measurement method and the noble metal particles, the average particle size of the particles is preferably 30 to 50 nm. This is because the noble metal particles having an average particle diameter in the above range are more excellent in the dispersion stability in the sample and the effect of enhancing Raman dispersion light.
更に、本発明に係る貴金属粒子の製造方法は、ハロゲン化貴金属酸若しくはその塩または無機酸の貴金属塩の溶液に、加熱しながら下記式(II)で表される化合物の溶液を滴下することを特徴とする。 Furthermore, in the method for producing noble metal particles according to the present invention, a solution of a compound represented by the following formula (II) is added dropwise to a halogenated noble metal acid or a salt thereof or a solution of a noble metal salt of an inorganic acid while heating. Features.
[上記式中、(Saccharide)は側鎖にイオン性基を有しない単糖類または二糖類を示す。]。 [In the above formula, (Saccharide) indicates a monosaccharide or disaccharide having no ionic group in the side chain. ].
当該製造方法によれば、適度な粒径を有するのみならず、個々の粒子の粒径が比較的そろっており粒径分布範囲が狭く、ラマン分散光の増強効果に優れる貴金属粒子を容易に得ることができる。 According to the production method, not only has an appropriate particle size, but also the particle sizes of individual particles are relatively uniform, the particle size distribution range is narrow, and noble metal particles having an excellent Raman dispersion light enhancement effect can be easily obtained. be able to.
本発明のラマンスペクトル測定方法は、微弱なラマン分散光を効果的に増強できることから、従来の測定方法に比して極めて感度が高い。その上、本発明の測定方法で使用される貴金属粒子は分散安定性に極めて優れていることから、生体試料など電解質が多く含まれる試料について測定を行なう場合であっても容易に凝集沈降することはなく、安定して測定できる。従って、本発明のラマンスペクトル測定方法は、病気の診断や多数の化合物が含まれると予想される廃液の分析等に応用でき得る点で、非常に有用である。 Since the Raman spectrum measurement method of the present invention can effectively enhance weak Raman dispersion light, the sensitivity is extremely high as compared with the conventional measurement method. Moreover, since the noble metal particles used in the measurement method of the present invention are extremely excellent in dispersion stability, they can easily aggregate and settle even when measuring a sample containing a large amount of electrolyte such as a biological sample. It can be measured stably. Therefore, the Raman spectrum measurement method of the present invention is very useful in that it can be applied to diagnosis of diseases and analysis of waste liquids that are expected to contain a large number of compounds.
更に、本発明の貴金属粒子は上記測定方法で使用される添加剤として、また、本発明の製造方法は当該貴金属粒子を大量かつ安価に製造できるものとして、産業上有用である。 Furthermore, the noble metal particles of the present invention are industrially useful as an additive used in the above-described measurement method, and the production method of the present invention is capable of producing the noble metal particles in a large amount and at a low cost.
本発明に係るラマンスペクトルの測定方法は、下記式(I)で表される置換基を表面に有する貴金属粒子を試料に添加することに要旨を有する。 The method for measuring a Raman spectrum according to the present invention is summarized in that noble metal particles having a substituent represented by the following formula (I) on the surface are added to a sample.
[式中、(Saccharide)は側鎖にイオン性基を有しない単糖類または二糖類を示す。]。 [In the formula, (Saccharide) represents a monosaccharide or disaccharide having no ionic group in the side chain. ].
「貴金属」とは、金,銀,白金,ロジウム,ルテニウム,パラジウム,オスミウム,イリジウムをいい、本発明では、金,銀,白金またはロジウムの何れかを用いることが好ましく、特に金または銀を好適に使用できる。金と銀は、表面プラズモン共鳴効果を良好に発揮することが実証されているからである。 “Noble metal” refers to gold, silver, platinum, rhodium, ruthenium, palladium, osmium, and iridium. In the present invention, any of gold, silver, platinum, or rhodium is preferably used, and gold or silver is particularly preferable. Can be used for This is because gold and silver have been demonstrated to exhibit the surface plasmon resonance effect well.
本発明において「粒子」とは、上記貴金属原子が金属結合により互いに結合しているものをいい、従って、貴金属イオンがカウンターイオンとのイオン結合により集合しているものではない。 In the present invention, the term “particle” refers to a particle in which the noble metal atoms are bonded to each other by a metal bond, and therefore, the noble metal ions are not aggregated by an ionic bond with a counter ion.
本発明の貴金属微粒子は、式(I)で表される置換基を表面に有する。当該置換基と貴金属との化学結合の種類は必ずしも明らかではないが、少なくとも貴金属イオンと硫黄イオン基とのイオン結合ではない。貴金属イオンの集合体には、表面プラズモン共鳴効果は認められないからである。 The noble metal fine particles of the present invention have a substituent represented by the formula (I) on the surface. The type of chemical bond between the substituent and the noble metal is not necessarily clear, but it is not an ionic bond between at least the noble metal ion and the sulfur ion group. This is because no surface plasmon resonance effect is observed in the aggregate of noble metal ions.
また、本発明の貴金属粒子は、貴金属原子と置換基(I)が1対1で結合しているものではない。置換基(I)は粒子表面に存在し、粒子内部には実質的に貴金属原子のみが存在するはずであり、また、糖類のかさ高さから、粒子表面の貴金属原子1に対して1の糖類が結合しているとは考え難いことによる。この点で、金原子と糖類が1対1で結合している特許文献3に記載の化合物とは、明瞭に区別することができる。 In the noble metal particles of the present invention, the noble metal atom and the substituent (I) are not bonded one to one. Substituent (I) is present on the particle surface, and only noble metal atoms should be present inside the particle, and from the bulk of the saccharide, one saccharide per noble metal atom 1 on the particle surface It is difficult to think that is bound. In this respect, it can be clearly distinguished from the compound described in Patent Document 3 in which a gold atom and a saccharide are bonded one to one.
本発明において「イオン性基」とは、比較的温和な条件下でもその構造中に電荷を有し得、カウンターイオンの存在により貴金属粒子が容易に凝集沈降する原因となる基をいう。この様な基としては、例えば、アミノ基,カルボキシル基,リン酸基,およびこれらに置換されている低級アルキル基を挙げることができる。尚、水酸基は強塩基の存在によりイオンとなり得るが、強塩基が存在している状態は比較的温和な条件とはいえないことから、水酸基はイオン性基ではない。 In the present invention, the “ionic group” refers to a group that can have a charge in its structure even under relatively mild conditions, and that causes noble metal particles to easily aggregate and settle due to the presence of counter ions. Examples of such groups include amino groups, carboxyl groups, phosphoric acid groups, and lower alkyl groups substituted therewith. In addition, although a hydroxyl group can become an ion by presence of a strong base, since the state in which a strong base exists is not a relatively mild condition, a hydroxyl group is not an ionic group.
本発明における「単糖類」は、一般的な糖質であってそれ以上加水分解できないものから1の水酸基が脱離した1価の基をいい、「二糖類」とは同一または互いに異なる2つの単糖類が結合した1価の基をいう。 The “monosaccharide” in the present invention refers to a monovalent group in which one hydroxyl group is eliminated from a general carbohydrate that cannot be hydrolyzed any more, and two “disaccharides” are the same or different from each other. A monovalent group to which a monosaccharide is bonded.
従って、本発明の「(Saccharide)」(側鎖にイオン性基を有しない単糖類または二糖類)の例としては、三炭糖(グリセルアルデヒド);四炭糖(エリスロースまたはスレオース);リボースやキシロース等の五炭糖;グルコースやフルクトース等の六炭糖;及びこれらから選択される2つの糖類が結合した二糖類であって、1の水酸基が脱離した1価の基をいう。そして、粒子表面に存在する「(Saccharide)」は、イオン性基を有さない一方で少なくとも1の水酸基を有していることから、適量の陽イオンが存在している場合、貴金属粒子を適度に凝集させることにより高い表面プラズモン共鳴効果を発揮できるので、微弱なラマン分散光を効果的に増強することが可能になる。 Accordingly, examples of “(Saccharide)” (monosaccharide or disaccharide having no ionic group in the side chain) of the present invention include tricarbon sugar (glyceraldehyde); tetracarbon sugar (erythrose or throse); A pentose such as ribose or xylose; a hexose such as glucose or fructose; and a disaccharide in which two saccharides selected from these are combined, and a monovalent group in which one hydroxyl group is eliminated. And “(Saccharide)” present on the particle surface has at least one hydroxyl group while having no ionic group. Since the high surface plasmon resonance effect can be exhibited by aggregating the light, it is possible to effectively enhance the weak Raman dispersion light.
但し、後述する本発明方法により貴金属粒子を製造する場合には、(Saccharide)中に存在する水酸基の一部が酸化され、アルデヒド基になっていることがある。本発明の「(Saccharide)」の定義には、この様にアルデヒド基を有する単糖類または二糖類も含むものとする。 However, when producing noble metal particles by the method of the present invention described later, a part of hydroxyl groups present in (Saccharide) may be oxidized to form aldehyde groups. The definition of “(Saccharide)” in the present invention includes monosaccharides or disaccharides having an aldehyde group as described above.
置換基中の(Saccharide)にアルデヒド基が存在すると、アミノ基と反応してイミノ基を形成し得る。後述する本発明方法により製造された貴金属粒子の置換基である(Saccharide)では、一部の水酸基が酸化されてアルデヒド基となっている場合がある。従って、本発明の貴金属粒子は、その構造中にアミノ基を有するタンパク質等に結合して、そのラマン散乱光を特に増強できる可能性がある。従来技術で同様の効果を得ようとすれば、例えばポリエチレングリコールの末端へ、標的化合物との反応性を有する官能性基を事前に導入しなければならない。 When an aldehyde group is present at (Saccharide) in a substituent, it can react with an amino group to form an imino group. In the case of (Saccharide) which is a substituent of the noble metal particles produced by the method of the present invention described later, some hydroxyl groups may be oxidized to form aldehyde groups. Therefore, the noble metal particles of the present invention may be particularly able to enhance the Raman scattered light by binding to a protein having an amino group in the structure. In order to obtain the same effect with the prior art, for example, a functional group having reactivity with the target compound must be introduced into the terminal of polyethylene glycol in advance.
本発明の貴金属粒子の平均粒径は、30〜50nmの範囲内とすることが好ましい。30nm未満であるとラマン散乱光の増強効果が十分でない場合があり、また、50nmを超えると測定時において粒子が過剰に凝集するおそれがあるからである。さらに、当該範囲内の貴金属粒子は、測定系への塩の適量添加等によって、凝集沈降しない程度に適度な粒径を有する凝集体を形成し、ラマン分散光をより一層増強することができる。但し、当該範囲は平均粒径のものであるので、平均粒径が当該範囲内にあっても、粒径が約20nmや約60nmの粒子も存在し得る。平均粒径が当該範囲内にあれば、粒径が30〜50nmの範囲内にない粒子が存在することによって、より優れた効果が発揮される場合もある。即ち、粒径が約20nmの粒子は分散安定性に優れており、約60nmの粒子は表面積が大きいことから、良好な表面プラズモン共鳴効果を発揮することができる。 The average particle diameter of the noble metal particles of the present invention is preferably in the range of 30 to 50 nm. This is because if it is less than 30 nm, the effect of enhancing Raman scattered light may not be sufficient, and if it exceeds 50 nm, particles may aggregate excessively during measurement. Furthermore, the noble metal particles within the above range can form an aggregate having an appropriate particle size to such an extent that aggregation and sedimentation is not caused by addition of an appropriate amount of salt to the measurement system, and Raman scattering light can be further enhanced. However, since the range has an average particle size, even when the average particle size is in the range, particles having a particle size of about 20 nm or about 60 nm may exist. If the average particle size is within the range, there may be a case where a more excellent effect is exhibited by the presence of particles having a particle size not within the range of 30 to 50 nm. That is, particles having a particle size of about 20 nm are excellent in dispersion stability, and particles having a particle size of about 60 nm have a large surface area, so that a good surface plasmon resonance effect can be exhibited.
平均粒径の測定方法は特に制限されないが、測定対象となる粒子径が数nm〜数十nmの範囲にあると考えられるので、微粒子の粒径測定に適したレーザー散乱法が適用できる装置(レーザー散乱光度計)により粒径分布を測定した上で、粒径の平均を計算すればよい。 The method for measuring the average particle size is not particularly limited, but it is considered that the particle size to be measured is in the range of several nanometers to several tens of nanometers, so that a laser scattering method suitable for particle size measurement of fine particles can be applied ( The average particle size may be calculated after measuring the particle size distribution with a laser scattering photometer.
貴金属粒子の形状は、ほぼ球状であると考えられるが、多面体構造を有するものが好適である。多面体構造の貴金属粒子では、その頂点で高い表面プラズモン共鳴効果が期待できるからである。 The shape of the noble metal particles is considered to be almost spherical, but those having a polyhedral structure are suitable. This is because a polyhedral noble metal particle can be expected to have a high surface plasmon resonance effect at its apex.
本発明のラマンスペクトル測定方法は、公知の測定方法や測定装置を利用することができる。但し、試料としては液状のものを用い、必要である場合には、測定時に塩を添加する。 The Raman spectrum measuring method of the present invention can use a known measuring method or measuring apparatus. However, a liquid sample is used, and if necessary, a salt is added during measurement.
具体的には、試料として液体試料、または試料を液体に溶解もしくは分散させたものを用いる。試料の調製に用いる溶媒は、水;または水と低級アルコール等の水溶性溶媒との混合溶媒、が好ましい。本発明の貴金属粒子は親水性が高いため、水系溶媒であれば容易に溶解或いは均一分散させることができるからである。 Specifically, a liquid sample or a sample in which a sample is dissolved or dispersed in a liquid is used. The solvent used for preparing the sample is preferably water; or a mixed solvent of water and a water-soluble solvent such as a lower alcohol. This is because the noble metal particles of the present invention are highly hydrophilic and can be easily dissolved or uniformly dispersed in an aqueous solvent.
また、測定時には、必要に応じて塩を添加する。本発明の貴金属粒子はイオン性基を有していないので、試料中にイオンが存在していても容易には凝集沈降することはない。その一方で、少なくとも1の水酸基を有していることから、陽イオンの存在によって適度に凝集し、貴金属粒子が単独で存在する場合に比して一層高い表面プラズモン共鳴効果を発揮することができ、ラマン分散光の強度を高めることができる。従って、試料中に適度の陽イオンが含まれている場合にはそのまま測定すればよいが、貴金属粒子が適度に凝集しない場合には、塩(電解質)を適量添加する。この様な塩としては、NaCl,NaH2PO4,NaBr,NaI,CH3CO2Na,NaNO3など一般的なナトリウム塩を使用できる。また、試料のイオン強度が高すぎる場合には、前述した溶媒によって試料を希釈すればよい。これらの具体的な条件は、予備実験により決定することができる。 Further, at the time of measurement, a salt is added as necessary. Since the noble metal particles of the present invention do not have an ionic group, they will not easily aggregate and settle even if ions are present in the sample. On the other hand, since it has at least one hydroxyl group, it can be appropriately aggregated by the presence of a cation, and can exhibit a higher surface plasmon resonance effect than when noble metal particles are present alone. , The intensity of Raman dispersed light can be increased. Therefore, when a proper cation is contained in the sample, it may be measured as it is, but when the precious metal particles do not aggregate appropriately, an appropriate amount of salt (electrolyte) is added. As such a salt, common sodium salts such as NaCl, NaH 2 PO 4 , NaBr, NaI, CH 3 CO 2 Na, NaNO 3 can be used. Further, when the ionic strength of the sample is too high, the sample may be diluted with the above-described solvent. These specific conditions can be determined by preliminary experiments.
上述した様に、測定系における陽イオンの存在や適量の塩の添加によって、本発明の貴金属粒子は、凝集沈降することなく適度な粒径の凝集体を形成し得る。斯かる凝集体の粒径は、0.6〜1.5μm程度であれば、凝集沈降せず、且つ見かけ上の表面積が増大することから、一層優れたラマン分散光の増強効果を示す。このことは、後述する実施例にて実証されている。 As described above, the presence of cations in the measurement system and the addition of an appropriate amount of salt allow the noble metal particles of the present invention to form aggregates with an appropriate particle size without agglomeration and sedimentation. If the particle size of such an aggregate is about 0.6 to 1.5 μm, it does not aggregate and settle, and the apparent surface area increases, so that it shows a more excellent Raman dispersion light enhancement effect. This is demonstrated in the examples described later.
本発明の貴金属粒子は、対応するハロゲン化貴金属酸若しくはその塩または無機酸の貴金属塩の溶液に、加熱しながら下記化合物(II)の溶液を滴下することによって合成することができる。 The noble metal particles of the present invention can be synthesized by dropping a solution of the following compound (II) into a corresponding halogenated noble metal acid or a salt thereof or a solution of a noble metal salt of an inorganic acid while heating.
[上記式中、(Saccharide)は前述したものと同義を示す。]。 [In the above formula, (Saccharide) has the same meaning as described above. ].
「ハロゲン化貴金属酸」は、目的とする貴金属粒子を構成する貴金属に応じたものを使用すればよく、例えば、塩化金酸等のハロゲン化金酸や塩化第二白金酸等のハロゲン化白金酸を原料とすればよい。また、「ハロゲン化貴金属酸の塩」としては、ハロゲン化金属酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を使用できる。「無機酸の貴金属塩」は、一般的な無機酸の貴金属塩であればよく、例えば硝酸銀など硝酸の貴金属塩を使用できる。但し、ハロゲン化貴金属酸およびその塩並びに無機酸の貴金属塩は、溶液とする必要があるため、用いる溶媒に対して溶解性を示すものである必要がある。 The “halogenated noble metal acid” may be any one depending on the noble metal constituting the target noble metal particle. For example, a halogenated platinic acid such as chloroauric acid or a haloplatinic acid such as chloroplatinic acid. Can be used as a raw material. Further, as the “halogenated noble metal acid salt”, an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt of a metal halide acid can be used. The “noble metal salt of an inorganic acid” may be a common noble metal salt of an inorganic acid. For example, a noble metal salt of nitric acid such as silver nitrate can be used. However, since the halogenated noble metal acid and its salt and the noble metal salt of an inorganic acid need to be in solution, it must be soluble in the solvent used.
化合物(II)は、単糖類または二糖類の水酸基のうち1つの水酸基がチオール基により置換されたものである。この化合物(II)は、市販されていればそれを用いればよく、また、市販されていない場合であっても、対応する単糖類または二糖類から容易に合成することができる。 Compound (II) is a monosaccharide or disaccharide having one hydroxyl group substituted with a thiol group. If this compound (II) is marketed, it may be used, and even if it is not commercially available, it can be easily synthesized from the corresponding monosaccharide or disaccharide.
貴金属粒子および化合物(II)の溶液に用いる溶媒は、これら化合物を適度に溶解または均一分散できるものであれば特に制限されないが、例えば、水(純水や蒸留水など、水を主成分とするものであれば特にその名称は問わない);または水と低級アルコール等の水溶性溶媒との混合溶媒、即ち水系溶媒を好適に用いることができる。また、これら溶液に用いる溶媒は、異なったものを用いてもよいが、同一とすることが好ましい。 The solvent used in the solution of the noble metal particles and the compound (II) is not particularly limited as long as these compounds can be appropriately dissolved or uniformly dispersed. For example, water (pure water, distilled water, or the like containing water as a main component) As long as it is a thing, the name will not ask | require in particular); Or the mixed solvent of water and water-soluble solvents, such as a lower alcohol, ie, an aqueous solvent, can be used conveniently. Further, different solvents may be used for these solutions, but the same is preferable.
本発明に係る貴金属粒子の製造方法では、ハロゲン化貴金属酸の溶液を加熱しつつ化合物(II)の溶液を滴下する。この際、温度が高いほど得られる貴金属粒子の粒径は大きくなる傾向にあるので、好適には加熱還流する。加熱還流温度は用いる溶媒によるが、本発明方法では溶媒として水または水を含む混合溶媒(水系溶媒)を主に用いるので、約80〜約110℃の範囲内になる。また、滴下速度が遅いほど粒子径は大きくなる傾向にあるので、所望の粒子径に応じて滴下速度を調整すればよい。更に、反応液の温度変化が小さいほど粒子径の分布範囲は狭くなると考えられるので、滴下速度は、所望の粒子径が得られる範囲で、できる限り遅くすることが好ましい。 In the method for producing noble metal particles according to the present invention, the solution of the compound (II) is dropped while heating the halogenated noble metal acid solution. At this time, since the particle diameter of the noble metal particles obtained tends to increase as the temperature increases, it is preferably heated to reflux. The heating reflux temperature depends on the solvent to be used, but in the method of the present invention, water or a mixed solvent containing water (aqueous solvent) is mainly used as the solvent, and therefore the temperature is in the range of about 80 to about 110 ° C. In addition, since the particle diameter tends to increase as the dropping speed decreases, the dropping speed may be adjusted according to the desired particle diameter. Furthermore, since the distribution range of the particle diameter is considered to be narrower as the temperature change of the reaction solution is smaller, the dropping speed is preferably as slow as possible within the range in which a desired particle diameter can be obtained.
上述した様に、化合物(II)の溶液の滴下速度と生成する粒子の粒径との間には密接な関係がある。従って、当該滴下速度を制御する必要がある。しかし、ハロゲン化貴金属酸の溶液と化合物(II)の溶液の濃度を低くすることによって、特に滴下速度を制御することなく、良好な貴金属粒子を製造することもできる。例えば、化合物(II)の溶液の濃度を0.1g/L〜1g/L程度、ハロゲン化貴金属酸の溶液の濃度を0.05g/L〜0.4g/L程度とすることによって、化合物(II)の溶液の滴下速度を厳密に制御しなくても、凝集沈降なく、粒径分布が比較的狭く、適度な平均粒径を有する貴金属粒子が得られる。 As described above, there is a close relationship between the dropping rate of the solution of compound (II) and the particle size of the generated particles. Therefore, it is necessary to control the dropping speed. However, by reducing the concentration of the halogenated noble metal acid solution and the compound (II) solution, good noble metal particles can be produced without particularly controlling the dropping rate. For example, by adjusting the concentration of the compound (II) solution to about 0.1 g / L to 1 g / L and the concentration of the halogenated noble metal acid solution to about 0.05 g / L to 0.4 g / L, the compound (II) Even if the dropping rate of the solution of II) is not strictly controlled, noble metal particles having a relatively narrow particle size distribution and an appropriate average particle size can be obtained without aggregation and sedimentation.
反応終了後は、所望の粒径に対応する孔径のメンブランフィルターを用いて精製を行なえば、分散安定性に劣る粗大な粒子を排除することができる。また、異なる孔径のメンブランフィルターを更に用いることによって、過剰に小さい粒子も排除することができる。因みに、本発明の製造方法によれば、適度な粒径を有する貴金属粒子を効率よく製造できるので、不必要な粒子を排除しなくても、十分に実用に耐え得る。また、本発明の製造方法は非常に簡便であるので、目的の貴金属粒子を安価に且つ大量に製造することができる。更に、後述する実施例で実証している通り、本発明方法で製造された貴金属粒子は、特に表面プラズモン共鳴効果の高い多面体構造を有している。 After completion of the reaction, if purification is performed using a membrane filter having a pore size corresponding to a desired particle size, coarse particles having poor dispersion stability can be excluded. Further, excessively small particles can be eliminated by further using membrane filters having different pore sizes. Incidentally, according to the production method of the present invention, noble metal particles having an appropriate particle size can be produced efficiently, so that they can be sufficiently put into practical use without eliminating unnecessary particles. Further, since the production method of the present invention is very simple, the target noble metal particles can be produced at low cost and in large quantities. Furthermore, as demonstrated in the examples described later, the noble metal particles produced by the method of the present invention have a polyhedral structure having a particularly high surface plasmon resonance effect.
以下に、実施例を示すことによって本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
製造例1 チオグルコース修飾金ナノ粒子の製造 Production Example 1 Production of thioglucose-modified gold nanoparticles
[上記式中、生成化合物は模式的に表現してあり、粒子の形状や表面に存在している糖の数はこの限りでない。]
チオグルコース(42.3mg,0.194mmol)を水(5mL)に溶解し、38.8mMのチオグルコース水溶液を調製した。別途、反応容器に塩化金酸(HAuCl4,24.7mg,0.12mmol)と水(50mL)を入れて加熱還流した。ここへ、事前に調製しておいたチオグルコース水溶液の内、先ず総量の26%(1.3mL)を80〜95μL/秒の速度で滴下し、続いて残量を60〜70μL/秒の速度で滴下したところ、反応液の色は、黄色から金粒子の形成を示す赤紫色へ速やかに変化した。滴下終了後においても、加熱還流を更に10分間継続した。
[In the above formula, the product compound is schematically represented, and the shape of the particles and the number of sugars present on the surface are not limited to this. ]
Thioglucose (42.3 mg, 0.194 mmol) was dissolved in water (5 mL) to prepare a 38.8 mM thioglucose aqueous solution. Separately, chloroauric acid (HAuCl 4 , 24.7 mg, 0.12 mmol) and water (50 mL) were placed in a reaction vessel and heated to reflux. First, 26% (1.3 mL) of the total amount of thioglucose aqueous solution prepared in advance was dropped at a rate of 80 to 95 μL / second, and then the remaining amount at a rate of 60 to 70 μL / second. When dropped, the color of the reaction solution quickly changed from yellow to reddish purple indicating the formation of gold particles. Even after the completion of the dropwise addition, heating under reflux was continued for another 10 minutes.
その後、孔径50nmメンブランフィルター(whatman社製,ニュクリポアー・ポリカーボネート・トラックエッチ・メンブラン)を用いて濾過することによって、純粋なチオグルコース修飾金ナノ粒子を得た。 Then, pure thioglucose modified gold nanoparticles were obtained by filtration using a membrane filter having a pore size of 50 nm (manufactured by whatman, Nycrypore Polycarbonate Track Etch Membrane).
製造例2 チオグルコース修飾金ナノ粒子の製造
上記製造例1よりも、濃度の低いチオグルコース溶液と金イオン溶液を用いて、ナノ金粒子の製造を行なった。
Production Example 2 Production of Thioglucose-Modified Gold Nanoparticles Nanogold particles were produced using a thioglucose solution and a gold ion solution having a concentration lower than that of Production Example 1.
チオグルコース(2.73 mg 0.0125 mmol)を水(5 ml)に溶解させ、2.5 mMのチオグルコース水溶液を調整した。別途、反応容器に塩化金酸(10.3 mg,0.025 mmol)と水(50 ml)を入れて加熱還流した。ここへ、特に滴下速度を制御することなく、事前に調整しておいたチオグルコース水溶液を滴下したところ、反応液は黄色から金粒子の形成を示す赤紫色へと速やかに変化した。滴下終了後、さらに10分間加熱還流させた。20 mlの反応溶液をSpectrum社製透析チューブ(Spectra/Por cellulose ester MWCO:5000)に採り、pH 10に調整した1 Lの超純水中24時間透析し、未反応原料を取り除き精製した。 Thioglucose (2.73 mg 0.0125 mmol) was dissolved in water (5 ml) to prepare a 2.5 mM thioglucose aqueous solution. Separately, chloroauric acid (10.3 mg, 0.025 mmol) and water (50 ml) were added to the reaction vessel and heated to reflux. Here, when the thioglucose aqueous solution prepared in advance was dropped without particularly controlling the dropping rate, the reaction solution rapidly changed from yellow to reddish purple indicating the formation of gold particles. After completion of the dropwise addition, the mixture was further heated to reflux for 10 minutes. 20 ml of the reaction solution was put in a dialysis tube (Spectra / Por cellulose ester MWCO: 5000) manufactured by Spectrum and dialyzed for 24 hours in 1 L of ultrapure water adjusted to pH 10 to remove unreacted raw materials and purify.
比較製造例1 クエン酸修飾金ナノ粒子の製造
反応容器に0.01質量%の塩化金酸水溶液(50mL)を入れて加熱還流し、ここへ、別途調製した1.0質量%のクエン酸ナトリウム水溶液(0.5mL)を滴下した。滴下後、更に10分間加熱還流を継続したところ反応液は青色に変化し、やがて赤色に変化した。
Comparative Production Example 1 Production of Citric Acid-Modified Gold Nanoparticles A 0.01% by mass chloroauric acid aqueous solution (50 mL) was placed in a reaction vessel and heated to reflux, and 1.0% by mass sodium citrate separately prepared here Aqueous solution (0.5 mL) was added dropwise. After the dropwise addition, the mixture was further heated and refluxed for 10 minutes. As a result, the reaction solution turned blue and eventually turned red.
反応終了後、上記製造例1と同様の方法によって精製し、クエン酸修飾金ナノ粒子を得た。 After completion of the reaction, the product was purified by the same method as in Production Example 1 to obtain citric acid-modified gold nanoparticles.
試験例1 チオグルコース修飾金ナノ粒子の光学特性の測定
種々の金ナノ粒子の光学特性を、紫外可視分光光度計(日本分光社製,U-560)を使用して測定した。結果を図1に示す。
Test Example 1 Measurement of optical properties of thioglucose-modified gold nanoparticles The optical properties of various gold nanoparticles were measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, U-560). The results are shown in FIG.
ここで、一般的に、粒径の大きな粒子ほど極大波長における吸収強度(Iλ max)は高くなるが、溶液中で粒子の凝集が進行するとIλ maxは低下し、800nm付近の近赤外領域での吸収強度(I800)は高くなるといえる。つまり、合成された金ナノ粒子の粒径や分散状態の指標として、Iλ maxやI800を用いることができる。そこで、表1に示す通り、I350に対するIλ maxとI800の相対強度によって、金ナノ粒子を4つのクラスに便宜上分類した。即ち、Iλ max/I350=0.8を基準に粒子径が比較的小さいものをクラスIとII,比較的大きいものをクラスIIIとIVとし、I800/I350=0.2を基準に比較的凝集傾向にあるものをクラスIIとIV、凝集傾向が比較的低いものをクラスIとIIIとした。 Here, in general, the larger the particle size, the higher the absorption intensity (Iλ max ) at the maximum wavelength, but as the particle aggregation proceeds in the solution, Iλ max decreases, and in the near infrared region near 800 nm. It can be said that the absorption strength (I 800 ) of the resin increases. That is, as an indicator of the particle size and dispersion state of the synthesized gold nanoparticles, can be used Airamuda max and I 800. Therefore, as shown in Table 1, the relative intensity of Airamuda max and I 800 for I 350, for convenience categorized gold nanoparticles into four classes. That is, with respect to Iλ max / I 350 = 0.8, those having a relatively small particle size are class I and II, those having a relatively large particle size are class III and IV, and based on I 800 / I 350 = 0.2. Those having a relatively tendency to aggregate were designated as classes II and IV, and those having a relatively low tendency to aggregate were designated as classes I and III.
図1によれば、チオグルコース修飾金ナノ粒子の吸収スペクトルは、520nm付近に強い吸収を示した。これは、金の表面プラズモン共鳴効果に由来すると考えられる。また、クラスIVの金ナノ粒子は極大波長における吸収が最も強く、粒径の大きな粒子であることが分かる。しかし、600nm以上に粒子の凝集による吸収ピークが存在するため、分散安定性が多少低いと考えられる。一方、クラスIとIIIの金ナノ粒子の吸収スペクトルには粒子の凝集を示す吸収ピークは認められず、分散安定性に極めて優れていることが分かった。上記製造例1で製造した金ナノ粒子の光学特性を測定したところ、クラスIに分類できるものであった。従って、上記製造例1で得られた金ナノ粒子は、分散安定性に優れていることが明らかにされた。 According to FIG. 1, the absorption spectrum of the thioglucose modified gold nanoparticles showed strong absorption around 520 nm. This is considered to be derived from the surface plasmon resonance effect of gold. It can also be seen that class IV gold nanoparticles have the strongest absorption at the maximum wavelength and are large in particle size. However, since there is an absorption peak due to particle aggregation at 600 nm or more, it is considered that the dispersion stability is somewhat low. On the other hand, no absorption peak indicating aggregation of particles was observed in the absorption spectra of class I and III gold nanoparticles, indicating that the dispersion stability was extremely excellent. When the optical properties of the gold nanoparticles produced in Production Example 1 were measured, they could be classified into Class I. Therefore, it was revealed that the gold nanoparticles obtained in Production Example 1 are excellent in dispersion stability.
試験例2 チオグルコース修飾金ナノ粒子の平均粒径と粒径分布の測定
上記製造例1で製造した金ナノ粒子の平均粒径と粒径分布を、動的光散乱光度計(大塚電子社製,DLS-6000DLX)を使用して測定した。結果を図2に示す。当該結果によれば、製造例1の金ナノ粒子の平均粒径は約33.8nmであって、粒径分布も比較的狭く、また、凝集体の形成も確認されなかった。従って、当該金ナノ粒子は、分散安定性に優れ且つ優れたラマン増感用試薬としての応用が期待できる。
Test Example 2 Measurement of Average Particle Size and Particle Size Distribution of Thioglucose-modified Gold Nanoparticles The average particle size and particle size distribution of the gold nanoparticles produced in Production Example 1 were measured using a dynamic light scattering photometer (Otsuka Electronics Co., Ltd. , DLS-6000DLX). The results are shown in FIG. According to the result, the average particle size of the gold nanoparticles of Production Example 1 was about 33.8 nm, the particle size distribution was relatively narrow, and formation of aggregates was not confirmed. Therefore, the gold nanoparticles can be expected to be applied as an excellent Raman sensitizing reagent with excellent dispersion stability.
試験例3 チオグルコース修飾金ナノ粒子の形状
上記製造例1で製造した金ナノ粒子を透過型電子顕微鏡(日本電子社製,JEM-100CX型)で観察した。その電子顕微鏡写真を図3として示す。当該結果によれば、多面体型の粒子が確認された。多面体構造の金属粒子では、その頂点で高い電場増強効果が生じると報告されていることから(K.L.Kellyら,Computing in Science & Engineering,第3巻,第67〜73(2001年)を参照)、製造例1の金ナノ粒子は電場増強効果が高く、ラマン増感用試薬として優れることが実証された。
Test Example 3 Shape of Thioglucose Modified Gold Nanoparticles The gold nanoparticles produced in Production Example 1 were observed with a transmission electron microscope (JEM-100CX type, manufactured by JEOL Ltd.). The electron micrograph is shown in FIG. According to the result, polyhedral particles were confirmed. Polyhedral metal particles have been reported to have a high electric field enhancement effect at the apex (see KLKelly et al., Computing in Science & Engineering, Vol. 3, 67-73 (2001)). The gold nanoparticle of Example 1 has a high electric field enhancing effect and was proved to be excellent as a reagent for Raman sensitization.
試験例4 金ナノ粒子の分散安定性評価
上記製造例1および比較製造例1で製造した金ナノ粒子を100mM NaCl水溶液に再分散させ、吸収スペクトルの強度変化を観察した。結果を図4に示す。当該結果によれば、表面にイオン性基(カルボキシル基)が存在するクエン酸修飾金ナノ粒子では、再分散直後から粒子の凝集が急速に進行し、3時間後には析出した。一方、本発明のチオグルコース修飾金ナノ粒子では、24時間後も吸収強度にほとんど変化がなく、高いイオン強度下においても安定であることが確認された。
Test Example 4 Evaluation of Dispersion Stability of Gold Nanoparticles The gold nanoparticles produced in Production Example 1 and Comparative Production Example 1 were redispersed in a 100 mM NaCl aqueous solution, and the intensity change of the absorption spectrum was observed. The results are shown in FIG. According to the result, in the citric acid-modified gold nanoparticles having an ionic group (carboxyl group) on the surface, the aggregation of the particles proceeded immediately after redispersion, and precipitated after 3 hours. On the other hand, with the thioglucose-modified gold nanoparticles of the present invention, it was confirmed that there was almost no change in absorption intensity even after 24 hours and that the thioglucose-modified gold nanoparticles were stable even under high ionic strength.
更に、様々なイオン強度(10〜200mM NaCl)のHEPES緩衝溶液(pH=7.4)に再分散させ、可視透過率の変化を観察した。結果を図5と6に示す。当該結果によれば、クエン酸修飾金ナノ粒子は再分散した後即座に凝集し、緩衝溶液中では評価できない程不安定であった。一方、チオグルコース修飾金ナノ粒子では、200mMのイオン強度下では分散安定性に多少の低下が認められたものの、100mM以下のイオン強度下では24時間後も金ナノ粒子の吸収強度にほとんど変化はなく、安定であることが確認できた。 Furthermore, it was redispersed in a HEPES buffer solution (pH = 7.4) having various ionic strengths (10 to 200 mM NaCl), and changes in visible transmittance were observed. The results are shown in FIGS. According to the results, the citrate-modified gold nanoparticles aggregated immediately after being redispersed and were so unstable that they cannot be evaluated in a buffer solution. On the other hand, with thioglucose-modified gold nanoparticles, although a slight decrease in dispersion stability was observed under an ionic strength of 200 mM, there was almost no change in the absorption strength of the gold nanoparticles after 24 hours under an ionic strength of 100 mM or less. It was confirmed that it was stable.
試験例5 チオグルコース修飾金ナノ粒子の粒径分布と形状
上記製造例2で製造した金ナノ粒子について、上記試験例2と同様に、平均粒径と粒径分布を測定した。結果を図7に示す。当該結果によれば、製造例1の金ナノ粒子の平均粒径は約34.7±9.7nmであって、粒径分布も比較的狭く、凝集体の形成も確認されなかった。また、上記試験例3と同様に、透過型電子顕微鏡で観察した。その電子顕微鏡写真を図8として示す。当該結果によれば、多面体型の粒子が確認された。
Test Example 5 Particle Size Distribution and Shape of Thioglucose-Modified Gold Nanoparticles For the gold nanoparticles produced in Production Example 2, the average particle size and particle size distribution were measured in the same manner as in Test Example 2. The results are shown in FIG. According to the results, the average particle size of the gold nanoparticles of Production Example 1 was about 34.7 ± 9.7 nm, the particle size distribution was relatively narrow, and formation of aggregates was not confirmed. Moreover, it observed with the transmission electron microscope similarly to the said Experimental example 3. The electron micrograph is shown in FIG. According to the result, polyhedral particles were confirmed.
当該結果より、濃度の低いチオグルコース溶液と金イオン溶液を原料として用いた場合には、チオグルコース溶液の滴下速度を厳密に制御しなくても、優れた性質を有するナノ金粒子を製造できることが実証された。 From these results, when using a low concentration thioglucose solution and a gold ion solution as raw materials, nanogold particles having excellent properties can be produced without strictly controlling the dropping rate of the thioglucose solution. Proven.
試験例6 ラマンスペクトル測定
上記製造例2と同様の方法でチオグルコース修飾金ナノ粒子を製造した。当該金ナノ粒子の粒径分布と平均粒径を試験例2と同様の方法で測定したところ、図9(a)に示す通りであった。この金ナノ粒子を10mM HEPES緩衝液(pH 7.4)に溶解し、500〜600nm付近に観察される可視部吸収帯の強度が、1.0になるように溶液の濃度を調整した。この溶液の1.0 mlを取り、濃度が65mMになるようにNaClを加え、0.9〜1.3μm程度の大きさの凝集体を形成させた(図9(b))。当該凝集体は凝集沈降することなく、緩衝液中に分散していた。
Test Example 6 Raman spectrum measurement Thioglucose-modified gold nanoparticles were produced in the same manner as in Production Example 2 above. When the particle size distribution and average particle size of the gold nanoparticles were measured by the same method as in Test Example 2, it was as shown in FIG. The gold nanoparticles were dissolved in 10 mM HEPES buffer (pH 7.4), and the concentration of the solution was adjusted so that the intensity of the visible absorption band observed near 500 to 600 nm was 1.0. 1.0 ml of this solution was taken and NaCl was added to a concentration of 65 mM to form aggregates having a size of about 0.9 to 1.3 μm (FIG. 9B). The aggregate was dispersed in the buffer without aggregation and sedimentation.
得られた凝集体分散液を、10 μLの1mMピリジン水溶液または10μMメルカプトフェノール水溶液とよく混合した後、顕微レーザーラマン分光測定装置(堀場ジョバイボン社製、LabRam HR-800)を用いて波長:785nm、出力:30mWの半導体レーザー光を照射し、ラマンスペクトルを測定した。比較のために、金ナノ粒子を添加しない場合についても測定を行なった。結果を図10(a)と(b)に示す。 The obtained aggregate dispersion was mixed well with 10 μL of 1 mM pyridine aqueous solution or 10 μM mercaptophenol aqueous solution, and then wavelength: 785 nm using a microscopic laser Raman spectrometer (LabRam HR-800, manufactured by Horiba Jobibon). Output: A semiconductor laser beam of 30 mW was irradiated, and a Raman spectrum was measured. For comparison, measurement was also performed when no gold nanoparticles were added. The results are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
また、塩としてNaClの代わりに各種無機塩(NaF,NaBr,NaI,NaOAc,NaNO3またはNaH2PO4)を添加した他は上記と同様の方法により金ナノ粒子凝集体の分散液を調製し、10 μLの1μMローダミン6G(蛍光色素)水溶液に添加して、ラマンラマンスペクトルを測定した。結果を図10(c)に示す。 Also, a dispersion of gold nanoparticle aggregates was prepared by the same method as above except that various inorganic salts (NaF, NaBr, NaI, NaOAc, NaNO 3 or NaH 2 PO 4 ) were added instead of NaCl. And 10 μL of 1 μM rhodamine 6G (fluorescent dye) aqueous solution, and Raman Raman spectrum was measured. The results are shown in FIG.
以上の結果より、本発明に係るチオグルコース修飾金ナノ粒子を添加してラマンスペクトルを測定することによって、通常では計測できない低濃度の化合物の環呼吸振動が強く観察された(図10(a)と(b)を参照)。このように、ラマン散乱光強度を著しく増強できるという効果は、いずれの無機塩で凝集させた金ナノ粒子でも観察されたが,特にNaBrを凝集剤に利用したとき最も顕著な増強効果が観測された(図10(c)を参照)。 From the above results, by adding the thioglucose-modified gold nanoparticles according to the present invention and measuring the Raman spectrum, a ring concentration vibration of a low concentration compound that cannot be measured normally was strongly observed (FIG. 10 (a)). And (b)). As described above, the effect that the Raman scattered light intensity can be remarkably enhanced was observed in gold nanoparticles aggregated with any inorganic salt, but the most remarkable enhancement effect was observed particularly when NaBr was used as a flocculant. (See FIG. 10 (c)).
また、本発明方法によれば、785nmという近赤外光を励起光として利用しても、ラマンスペクトル測定が可能であることが実証された。このことは、特に生体試料に対して害があると考えられる短波長の光を使用しなくとも、ラマンスペクトル測定が可能であることを示すものである。 Further, according to the method of the present invention, it has been proved that Raman spectrum measurement is possible even when near infrared light of 785 nm is used as excitation light. This indicates that Raman spectrum measurement can be performed without using light having a short wavelength that is considered to be harmful to a biological sample.
試験例7
上記製造例2で製造したチオグルコース修飾金ナノ粒子を10mM HEPES緩衝液(pH 7.4)に溶解し、500〜600nm付近に観察される可視部吸収帯の強度が1.0になるように溶液の濃度を調整した。当該溶液20 mLへ、濃度が10mMになるようにエチレンジアミン(1.2 mg,0.02 mmol)を加え、室温で30分攪拌した。時間の経過とともに反応液は赤色から青色へと変化し、金ナノ粒子が凝集することがわかったが、凝集沈降することはなかった。この反応溶液を透析チューブ(Spectra/Por cellulose ester MWCO:5000)に取り、pH 10に調整した 1Lの超純水中24時間透析し、未反応のエチレンジアミンを取り除き精製した。透析後、溶媒を取り除き、残渣を減圧下乾燥させ、金ナノ粒子のIRスペクトルを測定した。比較のために、エチレンジアミンで処理することなく精製した金ナノ粒子についても、同様にIRスペクトルを測定した。結果を図11に示す。
Test Example 7
The thioglucose-modified gold nanoparticles produced in Production Example 2 above are dissolved in a 10 mM HEPES buffer (pH 7.4), and the intensity of the visible absorption band observed at around 500 to 600 nm is 1.0. The concentration was adjusted. Ethylenediamine (1.2 mg, 0.02 mmol) was added to 20 mL of the solution so that the concentration became 10 mM, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. The reaction solution changed from red to blue with the passage of time, and it was found that the gold nanoparticles aggregated, but they did not aggregate and settle. This reaction solution was put into a dialysis tube (Spectra / Por cellulose ester MWCO: 5000), dialyzed for 24 hours in 1 L of ultrapure water adjusted to pH 10, and purified by removing unreacted ethylenediamine. After dialysis, the solvent was removed, the residue was dried under reduced pressure, and the IR spectrum of the gold nanoparticles was measured. For comparison, IR spectra were similarly measured for gold nanoparticles purified without being treated with ethylenediamine. The results are shown in FIG.
当該結果によれば、未処理の金ナノ粒子には、アルデヒド基に由来する1731 cm-1の吸収ピークが見られた。これは、金ナノ粒子表面に置換しているグルコースの水酸基の一部が酸化されたものであると考えられる。また、エチレンジアミンで処理した金ナノ粒子のIRスペクトルでは1731 cm-1の吸収ピークは消失し、代わりにイミノ基に由来する1635 cm-1の吸収ピークが現れた。 According to the result, an untreated gold nanoparticle showed an absorption peak at 1731 cm −1 derived from an aldehyde group. This is considered that a part of the hydroxyl group of glucose substituted on the gold nanoparticle surface is oxidized. Further, in the IR spectrum of gold nanoparticles treated with ethylenediamine, the absorption peak at 1731 cm −1 disappeared, and the absorption peak at 1635 cm −1 derived from the imino group appeared instead.
以上の結果より、本発明に係る金ナノ粒子の置換基にはアルデヒド基が導入されており、アミノ基との反応能を有することから、アミノ基を有する化合物へ結合し、当該化合物に起因するラマン散乱光の強度を増強できると考えられる。従って、本発明に係る金ナノ粒子は、タンパク質などアミノ基を含む生体分子の検出に利用可能である。 From the above results, the aldehyde group is introduced into the substituent of the gold nanoparticle according to the present invention, and since it has the ability to react with an amino group, it binds to a compound having an amino group and is attributed to the compound. It is considered that the intensity of Raman scattered light can be enhanced. Therefore, the gold nanoparticles according to the present invention can be used for detection of biomolecules containing amino groups such as proteins.
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