JP4970477B2 - Cationic curdlan derivative / gold nanowire composite - Google Patents
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Description
本発明は、ナノテクノロジーの技術分野に属し、詳細には、カチオン性多糖誘導体と金ナノワイヤーとから成る複合体およびその製造方法、ならびに該複合体の応用に関する。 The present invention belongs to the technical field of nanotechnology, and particularly relates to a composite comprising a cationic polysaccharide derivative and gold nanowire, a method for producing the same, and application of the composite.
近年、金をはじめとする各種金属のナノ構造体の特徴的な電子的、光学的、磁気的特性が注目されている。金の光学的性質の例では、金ナノ構造体の形状やサイズに依存することから、構造体の形状とサイズを制御する研究が盛んに行われている。中でもナノロッドやナノワイヤー、ナノリボンといった一次元金ナノ構造体はナノ配線などへの応用が検討されており(非特許文献1〜3)、これまでにテンプレート法や光還元法、シード法、電気化学的手法など、様々な合成手法が報告されている(非特許文献4〜6)。中でも生体分子をテンプレートにした手法はその容易さおよびグリーンケミストリーの観点から注目されている手法の一つである。これまでDNAやタンパク質をテンプレートとした手法が多数報告されているが、それらのほとんどは金ナノ粒子を一次元状に配列するものであり、金イオンの還元から構造体形成までを一つの分子で担う手法はほとんど見当たらない。また、これまでの手法では形成された金ナノ構造体の表面に自在に機能を付与することは困難であり、新たな手法の確立が求められている。 In recent years, the characteristic electronic, optical, and magnetic properties of nanostructures of various metals including gold have attracted attention. Since examples of the optical properties of gold depend on the shape and size of the gold nanostructure, research on controlling the shape and size of the structure has been actively conducted. Among them, one-dimensional gold nanostructures such as nanorods, nanowires, and nanoribbons have been studied for application to nanowiring (Non-Patent Documents 1 to 3). So far, template methods, photoreduction methods, seed methods, and electrochemistry Various synthesis methods such as a manual method have been reported (Non-Patent Documents 4 to 6). Among them, the method using a biomolecule as a template is one of the methods that are attracting attention from the viewpoint of ease and green chemistry. Many methods using DNA and proteins as templates have been reported so far, but most of them are one-dimensional arrangements of gold nanoparticles, and from the reduction of gold ions to the formation of structures in one molecule. There is almost no method to bear. In addition, it is difficult to freely impart a function to the surface of the formed gold nanostructure by conventional methods, and establishment of a new method is required.
本発明者らは、多糖β−1,3−グルカンの一種であるシゾフィラン(SPG)やカードラン(CUR)の内部疎水場が一次元ホストとして働き、様々なゲスト分子を包接することを見出している。近年ではSPGのゲスト分子として金ナノ粒子を用いることで金ナノ粒子の一次元配列化および後続処理によるナノワイヤー化を達成している(特許文献1および2)。しかしながら、この手法でも既成の金ナノ粒子を配列するに留まっており、金属イオンの還元から形状制御、さらには表面の機能化までを担ったテンプレート分子とは言えない。 The present inventors have found that the internal hydrophobic field of schizophyllan (SPG) or curdlan (CUR), which is a kind of polysaccharide β-1,3-glucan, acts as a one-dimensional host and includes various guest molecules. Yes. In recent years, by using gold nanoparticles as SPG guest molecules, one-dimensional arrangement of gold nanoparticles and formation of nanowires by subsequent processing have been achieved (Patent Documents 1 and 2). However, even with this method, it is only possible to arrange pre-made gold nanoparticles, and it cannot be said that it is a template molecule responsible for metal ion reduction, shape control, and surface functionalization.
本発明の目的は、金イオンを還元してナノワイヤー化することにより水溶液中で分散・安定な複合体を得ることができ、さらに、得られた複合体の高機能化まで可能とする新しい技術を開発することにある。 The object of the present invention is to provide a new technology that can obtain a composite that is dispersed and stable in an aqueous solution by reducing gold ions to form a nanowire, and that further increases the functionality of the resulting composite. Is to develop.
本発明者らは、カチオン性カードランの特性を利用することにより上記目的が達成されることを見出し、本発明を導き出したものである。
かくして、本発明者に従えば、カチオン性カードラン誘導体と金ナノワイヤーとから成ることを特徴とする複合体が提供される。
さらに、本発明に従えば、その複合体を製造する方法であって、カチオン性カードラン誘導体の存在下、塩基性条件下で塩化金酸塩を水溶液中で光還元することを特徴とする方法が提供される。
The present inventors have found that the above object can be achieved by utilizing the characteristics of the cationic curdlan, and have derived the present invention.
Thus, according to the present inventor, a composite comprising a cationic curdlan derivative and gold nanowire is provided.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for producing the complex, which comprises photoreducing chloroaurate in an aqueous solution under basic conditions in the presence of a cationic curdlan derivative. Is provided.
また、本発明は、上記の複合体の用途として、当該複合体を使用してアニオン性化合物を検出する方法であって、(1)複合体とアニオン性化合物を水溶液中で混合する工程、および(2)得られた溶液を乾燥して、そのラマン散光を測定する工程を含むことを特徴とする方法を提供する。 Further, the present invention is a method for detecting an anionic compound using the complex as an application of the complex, wherein (1) a step of mixing the complex and the anionic compound in an aqueous solution, and (2) A method comprising drying the obtained solution and measuring its Raman scattering is provided.
さらに、本発明は、上記複合体の更なる用途として、当該複合体に静電的相互作用によりアニオン性化合物が結合して成ることを特徴とする塩を提供する。 Furthermore, the present invention provides a salt characterized in that an anionic compound is bonded to the complex by electrostatic interaction as a further use of the complex.
本発明の複合体を構成するカチオン性カードラン誘導体とは、多糖であるβ−1,3−グルカンに属するカードランの側鎖に各種のカチオン性の官能基または原子団が導入されたものであるが、好ましい例として、下記の式(I)で表される繰り返し単位から成るものが挙げられる。 The cationic curdlan derivative constituting the complex of the present invention is one in which various cationic functional groups or atomic groups are introduced into the side chain of the curdlan belonging to the β-1,3-glucan which is a polysaccharide. However, preferred examples include those composed of repeating units represented by the following formula (I).
式(I)中、Rはカチオン性置換基を表わす。カチオン性置換基として好ましい例は4級アンモニウム基(例えば、トリメチルアンモニウム基)であるが、これに限定されるものではない。 In formula (I), R represents a cationic substituent. A preferred example of the cationic substituent is a quaternary ammonium group (for example, trimethylammonium group), but is not limited thereto.
本発明で使用する如上のカチオン性カードラン誘導体は既知の反応を組み合わせることにより合成することができる。例えば、カードランをアジド化し(非特許文献7)、次いでClick Chemistry(非特許文献8および特許文献3)の手法でイオン性置換基を導入することができる(非特許文献9および10)。
例えば、カチオン性置換基に−N+(CH3)3(トリメチルアンモニウム)を用いる場合の合成条件の詳細は特許文献4に記述されているが、略述すれば、原料のアジド化カードランをDMSOのような溶媒に溶かし、これに、蒸留水、プロピルアミン、CuBr2、アスコルビン酸を加えた後、1−プロピニル−トリメチルアンモニウムを加え、室温で1〜10時間攪拌し、得られた溶液を透析、凍結乾燥することにより得られる。
原料として用いるカードランの分子量は特に限定されるものではないが、重量平均分子量として約1,000,000のものが比較的容易に入手可能である。
The above cationic curdlan derivatives used in the present invention can be synthesized by combining known reactions. For example, curdlan can be azide (Non-Patent Document 7), and then an ionic substituent can be introduced by the technique of Click Chemistry (Non-Patent Document 8 and Patent Document 3) (Non-Patent Documents 9 and 10).
For example, the details of the synthesis conditions when -N + (CH 3 ) 3 (trimethylammonium) is used as the cationic substituent are described in Patent Document 4, but in brief, the azide curdlan of the raw material is Dissolve in a solvent such as DMSO, add distilled water, propylamine, CuBr 2 , ascorbic acid, add 1-propynyl-trimethylammonium, and stir at room temperature for 1-10 hours. It is obtained by dialysis and lyophilization.
The molecular weight of curdlan used as a raw material is not particularly limited, but a weight average molecular weight of about 1,000,000 is relatively easily available.
本発明のカチオン性カードラン誘導体と金ナノワイヤーとから成る複合体は、上述したようなカチオン性カードラン誘導体の存在下に、塩化金酸塩を水溶液中で光還元することにより製造(調製)される。
金イオンを還元して金ナノ構造体を得るには、従来からも、種々の方法が提案されている。例えば、まず、還元剤あるいは還元を行なうための電子源が必要であり、NaBH4やアスコルビン酸などの還元剤による還元(非特許文献11)や、糖類やアミン類などの電子源として熱・光・超音波等とを作用することによる還元が行なわれている(非特許文献12)。一方、還元により生成した金を溶液中で安定に存在させるシステムが必要であり、カチオン性界面活性剤のCetyltrimethylammonium Bromide(CTAB)を安定剤として用いる方法が多数報告されている(非特許文献11および13)。CTABは金の安定剤としてのみではなく、還元される金イオンの濃縮効果もあると言われている(非特許文献13)。つまり、還元により形状が制御された金ナノ構造体を効率的に構築するには、(1)金イオンの濃縮効果を担う分子、(2)金イオンを効率よく還元する電子源、(3)還元された金を安定に存在させる安定剤が必要であると考えられるが、単一の物質がこれらの役割を担うような簡便な還元による金ナノ構造体を製造する方法は見当たらない。
The composite comprising the cationic curdlan derivative of the present invention and the gold nanowire is produced (prepared) by photoreducing chloroaurate in an aqueous solution in the presence of the cationic curdlan derivative as described above. Is done.
Various methods have been proposed in the past for reducing gold ions to obtain a gold nanostructure. For example, first, a reducing agent or an electron source for carrying out the reduction is necessary. Reduction with a reducing agent such as NaBH 4 or ascorbic acid (Non-patent Document 11), or heat / light as an electron source such as sugars or amines. Reduction is performed by acting ultrasonic waves or the like (Non-patent Document 12). On the other hand, there is a need for a system that allows gold produced by reduction to exist stably in a solution, and many methods using the cationic surfactant Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) as a stabilizer have been reported (Non-patent Documents 11 and 11). 13). CTAB is said not only as a gold stabilizer but also has an effect of concentrating reduced gold ions (Non-patent Document 13). That is, in order to efficiently construct a gold nanostructure whose shape is controlled by reduction, (1) a molecule responsible for the effect of concentrating gold ions, (2) an electron source that efficiently reduces gold ions, (3) Although it is thought that a stabilizer that allows the reduced gold to exist stably is necessary, there is no method for producing a gold nanostructure by simple reduction in which a single substance plays these roles.
本発明において、カチオン性カードラン誘導体(以下CUR−N+と略記することがある)は、(1)多くのカチオン部位が局在しているため金イオンの濃縮効果が期待できる、(2)糖であるため水酸基が還元の電子源として働く(非特許文献13)、(3)還元された金をらせん内部(疎水空間)に包接し安定剤として働く、と一つの分子で三条件の全てを満たし、格別に還元剤や安定剤の添加剤を必要とせず、金イオンの還元に最適な化合物と考えられる。 In the present invention, a cationic curdlan derivative (hereinafter sometimes abbreviated as CUR-N + ) can be expected from (1) a concentration effect of gold ions because many cationic sites are localized, (2) Since it is a saccharide, the hydroxyl group acts as an electron source for reduction (Non-patent Document 13), (3) the reduced gold is included in the interior of the helix (hydrophobic space) and acts as a stabilizer. Therefore, it is considered that it is an optimal compound for reducing gold ions without requiring a reducing agent or a stabilizer additive.
図1には、本発明に従う複合体生成におけるカチオン性カードラン誘導体の作用及び得られる複合体の構造を模式的に示している。カチオン性カードラン誘導体(CUR−N+)と金ナノワイヤーとから成る本発明の複合体は、CUR−N+が一次元ホストとして働き、金ナノ構造体(金ナノワイヤー)をそのらせん状内部(疎水空間)に包接して安定化するとともに、表面にCUR−N+の側鎖に由来するカチオン性の置換基が存在する。金ナノワイヤーの幅は、一般に約10〜200nmであるが、好ましくは20〜50nm程度である。本発明に従うCUR−N+/金ナノワイヤー複合体がこのような構造を呈することは、各種の分析手段により確認されている(後述の実施例参照)。 FIG. 1 schematically shows the action of the cationic curdlan derivative and the structure of the resulting complex in the formation of the complex according to the present invention. The composite of the present invention comprising a cationic curdlan derivative (CUR-N + ) and a gold nanowire has a CUR-N + functioning as a one-dimensional host, and the gold nanostructure (gold nanowire) is formed in its spiral interior. In addition to being stabilized by inclusion in (hydrophobic space), there is a cationic substituent derived from the side chain of CUR-N + on the surface. The width of the gold nanowire is generally about 10 to 200 nm, but preferably about 20 to 50 nm. It has been confirmed by various analytical means that the CUR-N + / gold nanowire composite according to the present invention exhibits such a structure (see Examples described later).
塩化金酸塩を水溶液中で還元すると金が生成することは知られているが、本発明に従いCUR−N+/金ナノワイヤー複合体を製造するに際しては、還元反応におけるpH条件が肝要である。すなわち、酸性あるいは中性条件下において金イオンの光還元を行っても特徴的な金のナノ構造体は形成されず、塩基性条件下で光還元を行うことによりはじめてワイヤー状の金ナノ構造体が形成される。これは、pHによって塩化金酸の構造が変化し、それに伴いCUR−N+との相互作用も変化するためと理解される。 It is known that gold is produced when chloroaurate is reduced in an aqueous solution. However, when producing a CUR-N + / gold nanowire composite according to the present invention, pH conditions in the reduction reaction are essential. . In other words, a characteristic gold nanostructure is not formed even if photoreduction of gold ions is performed under acidic or neutral conditions, but only after performing photoreduction under basic conditions, is a wire-like gold nanostructure Is formed. It is understood that this is because the structure of chloroauric acid changes with pH, and the interaction with CUR-N + changes accordingly.
本発明に従いカチオン性カードラン誘導体/金ナノワイヤー複合体を製造するには、光還元により得られた溶液は、通常、適当な分離手段(好ましくは遠心分離)に供されて、沈殿物を回収する。 In order to produce a cationic curdlan derivative / gold nanowire composite according to the present invention, the solution obtained by photoreduction is usually subjected to an appropriate separation means (preferably centrifugation) to recover the precipitate. To do.
光還元工程における光量や光照射時間、あるいは分離工程における遠心分離の回転数などの操作条件は、原料の濃度(量)などに依存するが、TEMやAFMなどによる観察により所望の金ナノワイヤーを生成するよう操作条件を定めることができる(後述の実施例参照)。 The operating conditions such as the amount of light and light irradiation time in the photoreduction process, and the number of rotations of the centrifugation in the separation process depend on the concentration (amount) of the raw material, but the desired gold nanowire can be obtained by observation with a TEM or AFM. The operating conditions can be defined to generate (see examples below).
本発明は、CUR−N+をテンプレートとして利用することにより、安定した金ナノ構造体(金ナノワイヤー)を含む複合体の形成を可能にしたものである。その際、CUR−N+は、金(金イオン)を還元して金ナノ構造体を得るための必要条件のすべてを満たす理想的なテンプレート分子として機能し、このような効果は他の物質をテンプレートとして試みても得られない(後述の比較例参照)。 The present invention makes it possible to form a composite including a stable gold nanostructure (gold nanowire) by using CUR-N + as a template. In that case, CUR-N + functions as an ideal template molecule that satisfies all of the requirements for reducing gold (gold ions) to obtain gold nanostructures, and this effect can be achieved with other substances. It cannot be obtained even if it is tried as a template (see the comparative example below).
カチオン性カードラン誘導体と金ナノワイヤーとから成る本発明の複合体は、その表面にカチオン性置換基が存在してカチオン性であるため、通常、水中ではCl−などの単原子のアニオンで中和されている。しかしながら、そのアニオンをより複雑な、高度の機能を有するアニオン性化合物に代替することが考えられる。事実、本発明の複合体を特定のアニオン性化合物を混合してラマン散光測定に供すると、SERS(表面増強ラマン散光)を呈することが見出されている。かくして、本発明に従えば、本発明の複合体とアニオン性化合物(具体的にはアニオン性化合物を含有する可能性のある試料)を水溶液中で混合する工程、および得られた溶液を乾燥してラマン散光を測定する工程を含むアニオン性化合物の検出方法が提供される。検出対象となるアニオン性化合物はラマン散光を有するものであれば原理的に可能であるが、特に好ましいアニオン性化合物の例として、シアニン系色素化合物またはポルフィリン系化合物が挙げられる。具体的には、テトラキス(4−スルホナトフェニル)ポルフィリン(TPPS)が挙げられる。 Complexes of the present invention comprising a cationic curdlan derivatives and gold nanowires are the cationic exist cationic substituent on its surface, usually in water Cl - Medium with monoatomic anion such as It has been summed up. However, it is conceivable to replace the anion with a more complex anionic compound having a higher function. In fact, it has been found that when the complex of the present invention is mixed with a specific anionic compound and subjected to Raman scattering measurement, it exhibits SERS (surface enhanced Raman scattering). Thus, according to the present invention, the step of mixing the complex of the present invention and an anionic compound (specifically, a sample that may contain an anionic compound) in an aqueous solution, and drying the resulting solution And a method for detecting an anionic compound comprising the step of measuring Raman scattering. The anionic compound to be detected is theoretically possible as long as it has Raman scattering, but examples of particularly preferred anionic compounds include cyanine dye compounds and porphyrin compounds. Specific examples include tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin (TPPS).
SERSは非常に高感度なセンシング法であるが、高感度故に系中に存在する不純物まで検出してしまう難点である。しかし、本発明に従うアニオン性化合物の検出方法においては、添加剤を用いずCUR−N+のみを利用しており、TPPS等の目的のアニオン性化合物のみを感度よく検出することができる。 SERS is a very sensitive sensing method, but it is difficult to detect impurities present in the system because of the high sensitivity. However, in the method for detecting an anionic compound according to the present invention, only CUR-N + is used without using an additive, and only the target anionic compound such as TPPS can be detected with high sensitivity.
さらに、本発明に従えば、別の視点として、如上の検出方法で検出されるような本発明のカチオン性カードラン誘導体/金ナノワイヤー複合体に静電的相互作用によりアニオン性化合物が結合して成る塩も発明の対象となる。このような塩は、本発明のカチオン性複合体の表面に、高度の機能を有するアニオン性化合物を結合させることにより、そのアニオン性化合物に由来する機能を発揮する素子等として有用性が期待される。 Furthermore, according to the present invention, as another viewpoint, an anionic compound is bound to the cationic curdlan derivative / gold nanowire composite of the present invention as detected by the above detection method by electrostatic interaction. The salt comprising Such a salt is expected to be useful as an element that exhibits a function derived from an anionic compound by binding an anionic compound having a high function to the surface of the cationic complex of the present invention. The
例えば、TPPSは、光合成のモデル体として考えられ、光捕集アンテナや光応答(センシング)素子などの用途が期待されている。これらの機能を発揮するためには、ポルフィリン分子の会合状態を厳密に制御することが必要であるとされている。本発明の複合体にTPPSを反応させることによりSERSが確認できたことは、その複合体の表面でのTPPSの会合状態が厳密に制御されてセンシングされたと理解され(後述の実施例参照)、光捕集アンテナや光応答素子などへの応用が期待される。シアニン系色素はポルフィリン系化合物と同様、光応答性が知られており、本発明のCUR−N+/金ナノワイヤー複合体に静電的相互作用により結合された塩として、その光応答性機能材料等として応用が期待される。 For example, TPPS is considered as a model body for photosynthesis, and uses such as a light collecting antenna and a light response (sensing) element are expected. In order to exert these functions, it is necessary to strictly control the association state of porphyrin molecules. The fact that SERS was confirmed by reacting the complex of the present invention with TPPS was understood that the association state of TPPS on the surface of the complex was strictly controlled and sensed (see Examples below), Applications to light collection antennas and light response elements are expected. Like the porphyrin compound, the cyanine dye is known to have photoresponsiveness, and as a salt bound to the CUR-N + / gold nanowire composite of the present invention by electrostatic interaction, its photoresponsive function Applications are expected as materials.
以下、本発明の詳細について、実施例により説明する。
〔実施例1〕
(CUR−N+による金イオンの光還元におけるpH依存性)
HAuCl4水溶液(40mM)にNaOH水溶液(1.0M)を加え、pH値が3.4、6.8および10.3となるように調製した。次に表1に従ってHAuCl4水溶液とCUR−N+〔式(I)におけるRがとりメチルアンモニウム基であるもの〕水溶液(5mg/mL)を混合し、高圧水銀灯(USHIO Optical Modulex, 100W)の照射によってpHの異なるサンプル1〜3中の金イオンの光還元(光量:15mW、全光、1h)を行なった。その結果、pH10.3のサンプル3のみが淡黄色から黒緑色へと変化し、Au(III)からAu(0)への還元が進行した。遠心分離(2000rpm,10min)によりサンプル1と3の凝集体を回収、洗浄した。サンプル2から得られた凝集体は金属光沢があり、バルクの金が形成されたと考えられる。一方、サンプル3から得られた凝集体は黒緑色であった。得られた各凝集体を蒸留水に再分散させ、TEMおよびAFM観察を行った。
Hereinafter, details of the present invention will be described by way of examples.
[Example 1]
(PH dependence in photoreduction of gold ion by CUR-N + )
NaOH aqueous solution (1.0 M) was added to HAuCl 4 aqueous solution (40 mM) to prepare pH values of 3.4, 6.8 and 10.3. Next, according to Table 1, HAUCl4 aqueous solution and CUR-N + [wherein R in formula (I) is a methylammonium group] aqueous solution (5 mg / mL) are mixed and irradiated with a high pressure mercury lamp (USHIO Optical Modulex, 100W). Photoreduction of gold ions in samples 1 to 3 having different pHs (light quantity: 15 mW, total light, 1 h) was performed. As a result, only sample 3 having a pH of 10.3 changed from pale yellow to black-green, and the reduction from Au (III) to Au (0) proceeded. The aggregates of Samples 1 and 3 were collected and washed by centrifugation (2000 rpm, 10 min). The aggregate obtained from Sample 2 has a metallic luster, and it is considered that bulk gold was formed. On the other hand, the aggregate obtained from Sample 3 was blackish green. Each obtained aggregate was redispersed in distilled water, and TEM and AFM observations were performed.
TEM観察の結果、サンプル2からは数十μm以上の大きな凝集体の他に、金が結晶成長したような六角形の構造体が多数観察された(図3)。一方、サンプル3からは幅が10〜100nm程度とばらつきはあるものの、ワイヤー状の構造体が多数観察された(図4)。そのワイヤー状の像を詳しく見ると、金と思われる強いコントラストの周囲には、非常に薄いコントラストが確認された。また、AFM観察(図5)からも高さが10nm程度の構造体が確認され、このことからも得られた構造体がワイヤー状であることが理解される。
参照実験として、CUR−N+を含まないHAuCl4水溶液(pH10.3)の光還元を行ったが、金イオンの還元はほとんど確認されなかった。このことからCUR−N+を電子源として金イオンの還元反応が進行したと考えられる。金イオンはpH10.3の水溶液中ではほとんどがAu(OH)4 −の状態で存在しており、AuCl4 −に比べてカチオンと相互作用しやすいと言われている(非特許文献14)。そのために、CUR−N+による濃縮効果が高まって還元が促進されたものと考えられる。
As a result of TEM observation, in addition to the large aggregates of several tens of μm or more, a large number of hexagonal structures in which gold crystal was grown were observed from Sample 2 (FIG. 3). On the other hand, a large number of wire-like structures were observed from sample 3, although the width varied from about 10 to 100 nm (FIG. 4). When the wire-like image was examined in detail, a very thin contrast was confirmed around the strong contrast that seems to be gold. In addition, a structure having a height of about 10 nm is also confirmed from AFM observation (FIG. 5), and it is understood that the structure obtained from this also has a wire shape.
As a reference experiment, photoreduction of an aqueous solution of HAuCl 4 (pH 10.3) not containing CUR-N + was performed, but almost no reduction of gold ions was confirmed. From this, it is considered that the reduction reaction of gold ions progressed using CUR-N + as an electron source. Gold ions are mostly present in the state of Au (OH) 4 − in an aqueous solution at pH 10.3, and are said to be more likely to interact with cations than AuCl 4 − (Non-patent Document 14). For this reason, it is considered that the concentration effect by CUR-N + is enhanced and the reduction is promoted.
〔実施例2〕
(遠心操作による構造体の分離)
実施例より、CUR−N+によりワイヤー状の金ナノ構造体が構築されることが示された。しかし、再現性良く構造体が確認されている条件であっても、その溶液中に存在する構造体は幅が数十nm−数百nmとばらつきがあった。そこで、遠心分離により構造体のサイズ分離を試みた。HAuCl4水溶液(40mM,pH10.4,150μL)、蒸留水(300μL)、CUR−N+水溶液(5mg/mL,150μL)の順に混合し、Auイオンの光還元(光量:15mW、水フィルター、1h)を行った。得られた溶液を500rpm、1000rpm、3000rpm(いずれも10min)の遠心分離に順にかけ、それぞれの回転数に応じた沈殿物500、沈殿物1000、沈殿物3000を回収した。各沈殿物を蒸留水に再分散させTEM観察を行った。
TEM観察の結果、沈殿物500からはワイヤー状というよりもシート状に近い大きな構造体あるいはその凝集体が多数観察された(図6A)。また、沈殿物1000からは幅が80nm−200nm程度のワイヤー状構造体やその凝集体が確認された(図6B)。一方、沈殿物3000からは幅が20−50nmのワイヤー状の金ナノ構造体が多数観察され、大きな凝集体はほとんど確認されなかった(図6C)。
[Example 2]
(Separation of structures by centrifugation)
From the examples, it was shown that a wire-like gold nanostructure was constructed by CUR-N + . However, even under conditions where the structure was confirmed with good reproducibility, the structures present in the solution varied in width from several tens of nm to several hundreds of nm. Therefore, an attempt was made to separate the size of the structure by centrifugation. HAuCl 4 aqueous solution (40 mM, pH 10.4, 150 μL), distilled water (300 μL), CUR-N + aqueous solution (5 mg / mL, 150 μL) were mixed in this order, and photoreduction of Au ions (light amount: 15 mW, water filter, 1 h) ) The obtained solution was subjected to centrifugation at 500 rpm, 1000 rpm, and 3000 rpm (both for 10 min) in order, and a precipitate 500, a precipitate 1000, and a precipitate 3000 corresponding to the respective rotation speeds were collected. Each precipitate was redispersed in distilled water and observed by TEM.
As a result of TEM observation, a large number of large structures close to a sheet shape rather than a wire shape or aggregates thereof were observed from the precipitate 500 (FIG. 6A). In addition, a wire-like structure having a width of about 80 nm to 200 nm or an aggregate thereof was confirmed from the precipitate 1000 (FIG. 6B). On the other hand, a large number of wire-like gold nanostructures having a width of 20-50 nm were observed from the precipitate 3000, and almost no large aggregates were confirmed (FIG. 6C).
〔実施例3〕
(高分解能TEM観察による光還元生成物の構造解析)
実施例2の同様の条件で溶液を混合し、Auイオンの光還元(光量:15mW、水フィルター、1h)を行った。遠心分離(2000G,10min)により目的物を回収・洗浄し、蒸留水に再分散させ、HRTEM観察およびEDXスペクトル測定を行った。その結果(図7)から、一つの構造体から異なる配向をした格子縞が観察された。これは、金ナノ構造体が複数のナノ粒子から形成されていることを示すものである。また、金ナノ構造体の電子線回折測定を行ったところ、(111)面、(200)面、(220)面、(311)面、および(420)面に帰属される散乱パターンが確認された。これは、金ナノワイヤーが多数のナノ粒子から形成されていることを示す結果であり、HRTEM観察の結果と一致している。さらに、ワイヤー状の金ナノ構造体の側面に厚さが1−2nm程度のコントラストの薄い層が観察された。また、この領域に対してEDSスペクトル測定を行ったところAuの存在を示すピークの他に、C、NおよびOに帰属されるピークが確認され、構造体中にCUR−N+が存在することが認められた。この構造体に対するEDXの線分析の結果、N原子およびO原子が中心部分よりも側面に多く存在している様子が確認され、CUR−N+が構造体の表面に存在することが判明した。
Example 3
(Structural analysis of photoreduction products by high-resolution TEM observation)
The solution was mixed under the same conditions as in Example 2, and Au ion photoreduction (light amount: 15 mW, water filter, 1 h) was performed. The target product was collected and washed by centrifugation (2000 G, 10 min), redispersed in distilled water, and subjected to HRTEM observation and EDX spectrum measurement. As a result (FIG. 7), lattice stripes having different orientations were observed from one structure. This indicates that the gold nanostructure is formed of a plurality of nanoparticles. Moreover, when the electron beam diffraction measurement of the gold nanostructure was performed, the scattering pattern attributed to the (111) plane, the (200) plane, the (220) plane, the (311) plane, and the (420) plane was confirmed. It was. This is a result showing that the gold nanowire is formed of a large number of nanoparticles, which is consistent with the result of HRTEM observation. Furthermore, a thin layer having a thickness of about 1-2 nm was observed on the side surface of the wire-like gold nanostructure. Further, when EDS spectrum measurement was performed on this region, in addition to the peak indicating the presence of Au, peaks attributed to C, N, and O were confirmed, and CUR-N + was present in the structure. Was recognized. As a result of EDX line analysis of this structure, it was confirmed that N atoms and O atoms were present more on the side surface than the central portion, and CUR-N + was found to exist on the surface of the structure.
〔実施例4〕
(光還元における照射時間の影響)
実施例2のサンプルと同様の条件で溶液を混合し、その一部を光路長1mmの吸収セルに取り、光照射を行った。光照射前、光照射1分後、2分後、4分後、6分後、10分後そして15分後の吸収スペクトル測定を行った。その結果を図8に示した。
光照射2分後には溶液全体が黒緑色となり、光の照射時間とともに濃くなった。光照射10分までは目視での凝集は確認されなかったが、15分後には目視で凝集体が確認された。吸収スペクトル測定の結果、光照射2分後のサンプルから近赤外領域にブロードな吸収が確認された。金ナノ構造体に由来する表面プラズモン吸収と考えられる。ピークがブロードなのは、構造体が均一でないため、あるいは構造体による散乱のためものと考えられる。光照射時間の経過とともに近赤外領域の吸収が上昇し、構造体の成長が示唆された。
Example 4
(Influence of irradiation time in photoreduction)
The solution was mixed under the same conditions as in the sample of Example 2, and a part of the solution was taken in an absorption cell having an optical path length of 1 mm and irradiated with light. Absorption spectra were measured before light irradiation, 1 minute, 2 minutes, 4 minutes, 6 minutes, 10 minutes and 15 minutes after light irradiation. The results are shown in FIG.
The whole solution turned black-green after 2 minutes of light irradiation and became darker with the light irradiation time. Aggregation was not confirmed visually until 10 minutes after irradiation with light, but aggregates were confirmed visually after 15 minutes. As a result of the absorption spectrum measurement, broad absorption was confirmed in the near infrared region from the sample after 2 minutes of light irradiation. It is considered as surface plasmon absorption derived from gold nanostructures. The peak is broad because the structure is not uniform or due to scattering by the structure. The absorption in the near-infrared region increased with the lapse of light irradiation time, suggesting the growth of the structure.
以上の結果を踏まえ、光照射時間が10分のサンプルを調製し、詳細な検討を行った。実施例2と同様の条件となるように溶液を調製し、金イオンの光還元(光量:15mW、水フィルター、10min)を行った。得られた黒緑色の溶液を遠心分離(1000rpm、10min)にかけ黒色の沈殿物Aを得た。その上澄み溶液は薄緑色透明であったため、さらに遠心分離(3000rpm、10min)にかけたところ上澄みは淡黄色透明になり、沈殿物Bを回収した。沈殿物AとBを遠心分離で十分に洗浄し蒸留水に再分散させたところ、それぞれ淡緑色透明および淡青色透明の溶液を得た。各分散水溶液の吸収スペクトル測定、DLS測定、ゼータ電位測定およびTEM観察を行い、詳細な検討を行った。
吸収スペクトル測定の結果、沈殿物Aの分散水溶液からは650nm付近と1050nm付近に僅かな肩が確認されたものの、明瞭なピークは確認されなかった。一方、沈殿物Bの分散水溶液からは598nmと1098nmを極大吸収波長に持つ吸収が確認された(図9)。前者はナノ粒子の会合を(非特許文献15)、後者は軸比の高い金ナノ構造体の形成を示すものである(非特許文献16)。
Based on the above results, a sample with a light irradiation time of 10 minutes was prepared and examined in detail. A solution was prepared so that the same conditions as in Example 2 were obtained, and gold ions were photoreduced (light amount: 15 mW, water filter, 10 min). The resulting black-green solution was centrifuged (1000 rpm, 10 min) to obtain a black precipitate A. Since the supernatant solution was light green and transparent, when it was further centrifuged (3000 rpm, 10 min), the supernatant became light yellow and transparent, and the precipitate B was recovered. When the precipitates A and B were sufficiently washed by centrifugation and redispersed in distilled water, a light green transparent solution and a light blue transparent solution were obtained, respectively. Absorption spectrum measurement, DLS measurement, zeta potential measurement, and TEM observation of each aqueous dispersion were performed for detailed examination.
As a result of the absorption spectrum measurement, although a slight shoulder was confirmed around 650 nm and 1050 nm from the aqueous dispersion of precipitate A, no clear peak was confirmed. On the other hand, absorption having a maximum absorption wavelength of 598 nm and 1098 nm was confirmed from the aqueous dispersion of the precipitate B (FIG. 9). The former indicates the association of nanoparticles (Non-patent Document 15), and the latter indicates the formation of a gold nanostructure with a high axial ratio (Non-Patent Document 16).
続いて、各分散水溶液のTEM観察を行ったところ、沈殿物Bの分散水溶液からは図10(右)に示されるような、直径2nm程度の金ナノ粒子が組織化したような構造体が多数観察された。その組織体の幅は50−100nm程度であり、これまで観察されたワイヤー状金ナノ構造体の値とほぼ一致していた。この結果は吸収スペクトル測定の結果と一致している。
一方で、沈殿物Aの分散水溶液からはワイヤー状の金ナノ構造体が確認され、直径が5nm程度のナノ粒子が密に組織化したような箇所も見られた。つまり、観察されているワイヤー状金ナノ構造体は、小さな金ナノ粒子が密に集まり融合することで形成されていると考えられる(非特許文献17)。この結果はHRTEM観察の結果と一致している。
また、400nm以下にCUR−N+に由来すると思われる吸収が確認された。CUR−N+が独立して存在していると通常3000rpm程度の遠心分離では落ちてこない。つまり、回収した構造体中にCUR−N+が存在していることが示唆された。
Subsequently, when TEM observation of each dispersion aqueous solution was performed, as shown in FIG. 10 (right), many structures such as gold nanoparticles having a diameter of about 2 nm were organized from the dispersion aqueous solution of the precipitate B. Observed. The width | variety of the structure | tissue is about 50-100 nm, and corresponded with the value of the wire-like gold nanostructure observed so far. This result is consistent with the result of the absorption spectrum measurement.
On the other hand, a wire-like gold nanostructure was confirmed from the dispersed aqueous solution of the precipitate A, and a part where nanoparticles having a diameter of about 5 nm were densely organized was also observed. That is, the observed wire-like gold nanostructure is considered to be formed by closely gathering and fusing small gold nanoparticles (Non-patent Document 17). This result is consistent with the result of HRTEM observation.
Moreover, the absorption considered to originate in CUR-N + at 400 nm or less was confirmed. If CUR-N + is present independently, it usually does not fall off by centrifugation at about 3000 rpm. That is, it was suggested that CUR-N + was present in the recovered structure.
さらに、各分散水溶液のDLS測定およびゼータ電位測定を行った。DLS測定の結果、沈殿物A分散水溶液からは流体力学半径が1100nm程度(intensity)の構造体の存在が示された。一方で、沈殿物の分散水溶液からは140nmと1000nm程度にピークトップを持つシグナル(intensity)が確認された。つまり、多少小さな構造体が存在するものの、図9に示されるような金ナノ粒子の組織体が溶液中で形成されていることが示唆された。これは吸収スペクトル測定の結果とも一致している。また、ゼータ電位測定の結果(図11)、沈殿物AおよびBいずれの分散水溶液からも+16.3〜+25.8mVの値が得られ、溶液中に存在する構造体、組織体の表面がカチオン性であることが示唆された。
以上の結果より、観察されているワイヤー状の金ナノ構造体が、金ナノ粒子を種として異方的に結晶成長しているのではなく、直径が数nmの金ナノ粒子が組織化・融合することで形成されていると考えられる。これはCUR−N+による金イオンの濃縮効果とゲスト包接能によるものと考えられる。
Furthermore, DLS measurement and zeta potential measurement of each dispersion aqueous solution were performed. As a result of the DLS measurement, the precipitate A-dispersed aqueous solution showed the presence of a structure having a hydrodynamic radius of about 1100 nm (intensity). On the other hand, a signal (intensity) having peak tops at about 140 nm and about 1000 nm was confirmed from the dispersed aqueous solution of the precipitate. In other words, it was suggested that a structure of gold nanoparticles as shown in FIG. 9 was formed in the solution although there was a somewhat small structure. This is consistent with the result of the absorption spectrum measurement. In addition, as a result of the zeta potential measurement (FIG. 11), a value of +16.3 to +25.8 mV was obtained from both the aqueous dispersions of precipitates A and B, and the surface of the structure or tissue existing in the solution was a cation. It was suggested that it is sex.
Based on the above results, the observed wire-like gold nanostructures are not grown anisotropically using gold nanoparticles as seeds, but gold nanoparticles with a diameter of several nanometers are organized and fused. It is thought that it is formed by doing. This is considered to be due to the concentration effect of gold ions by CUR-N + and the guest inclusion ability.
〔実施例5〕
(CUR−N+/Auナノ構造体とアニオン性色素の相互作用)
以上の実施例により、CUR−N+/Auナノ構造体中でCUR−N+はその表面に存在することが明らかとなった。この特徴を利用しCUR−N+/Auナノ構造体表面へのアニオン性色素の静電相互作用による吸着を試みることとした。今回、アニオン性の色素として光合成モデル体としても注目されているプロトン化tetrakis(4−sulfonatophenyl)porphyrin(H4TPPS2−)を用いた。
実施例2と同様の条件でCUR−N+による金イオンの光還元を行った。一時間光照射を行った後に遠心分離(3000rpm,2times)により金ナノ構造体のみを回収、洗浄した。蒸留水(200μL)に再分散させCUR−N+/Au水溶液とした。
表2に従って、サンプル管にH4TPPS2−水溶液、AcOH/AcONa緩衝水溶液(pH3.4)、蒸留水およびCUR−N+/Au水溶液を順に混合し、吸収およびCDスペクトル測定を行った。
Example 5
(Interaction of CUR-N + / Au nanostructure and anionic dye)
From the above examples, it was clarified that CUR-N + exists on the surface of the CUR-N + / Au nanostructure. Taking advantage of this feature, an attempt was made to try to adsorb an anionic dye on the surface of the CUR-N + / Au nanostructure by electrostatic interaction. This time, protonated tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin (H 4 TPPS 2− ), which has been attracting attention as a photosynthesis model, was used as an anionic dye.
Gold ions were photoreduced with CUR-N + under the same conditions as in Example 2. After light irradiation for 1 hour, only the gold nanostructure was collected and washed by centrifugation (3000 rpm, 2times). It was redispersed in distilled water (200 μL) to give a CUR-N + / Au aqueous solution.
According to Table 2, the sample tube was mixed with H 4 TPPS 2- water solution, AcOH / AcONa buffer solution (pH 3.4), distilled water and CUR-N + / Au solution in order, and absorption and CD spectrum measurements were performed.
吸収スペクトル測定の結果(図12)、CUR−N+/Au水溶液を加えることでH4TPPS2−のJ会合種に由来するピークが現れた。また、J会合種に由来する極大吸収波長をゼロ点とするCDシグナルも確認され、CUR−N+とH4TPPS2−の相互作用が確認された。 As a result of the absorption spectrum measurement (FIG. 12), a peak derived from the J-associated species of H 4 TPPS 2 appeared by adding the CUR-N + / Au aqueous solution. Further, a CD signal having a maximum absorption wavelength derived from the J-associated species as a zero point was also confirmed, and an interaction between CUR-N + and H 4 TPPS 2- was confirmed.
〔実施例6〕
(表面増強ラマン散乱測定)
実施例5より、CUR−N+/Auナノ構造体とH4TPPS2−が相互作用し、H4TPPS2−のJ会合体形成が促進されることが確認された。金ナノ構造体表面では表面プラズモン共鳴によりラマン散乱が増強される。本システムでは静電相互作用によりCUR−N+/Auナノ構造体表面にH4TPPS2−が安定に吸着しているため、高効率な表面増強ラマン散乱(SERS)が観測されると期待される(非特許文献18)。
サンプル103と同様の条件でH4TPPS2−水溶液、AcOH/AcONa緩衝水溶液(pH3.4)、蒸留水およびCUR−N+/Au水溶液を混合した。この溶液をガラス基板にキャストし、十分に乾燥させた。リファレンスサンプルとして、H4TPPS2−水溶液(in pH3.4 buffer,1.3×10−3M)のみをガラス基板にキャストし十分に乾燥させた。
ラマン散乱測定の結果、H4TPPS2−のみからは明瞭なシグナルは確認されなかった。一方で、CUR−N+/Auナノ構造体を添加したサンプルからはポルフィリンに由来するピーク(1550cm−1,1450cm−1,1347cm−1,1029cm−1)が鮮明に検出され、SERSが確認された(図13)。
Example 6
(Surface enhanced Raman scattering measurement)
From Example 5, it was confirmed that CUR-N + / Au nanostructures and H 4 TPPS 2− interacted with each other to promote the formation of J aggregates of H 4 TPPS 2− . On the gold nanostructure surface, Raman scattering is enhanced by surface plasmon resonance. In this system, H 4 TPPS 2− is stably adsorbed on the surface of the CUR-N + / Au nanostructure by electrostatic interaction, so it is expected that highly efficient surface enhanced Raman scattering (SERS) will be observed. (Non-patent Document 18).
H 4 TPPS 2- water solution, AcOH / AcONa buffer solution (pH 3.4), distilled water, and CUR-N + / Au solution were mixed under the same conditions as in sample 103. This solution was cast on a glass substrate and sufficiently dried. As a reference sample, only an H 4 TPPS 2- water solution (in pH 3.4 buffer, 1.3 × 10 −3 M) was cast on a glass substrate and sufficiently dried.
As a result of the Raman scattering measurement, no clear signal was confirmed only from H 4 TPPS 2- . On the other hand, CUR-N + / Au peak nanostructures were from sample addition derived from porphyrin (1550cm -1, 1450cm -1, 1347cm -1, 1029cm -1) is detected clearly, SERS is confirmed (FIG. 13).
〔比較例1〕
(CUR−N+/SWNT複合体を用いたリファレンス実験)
これまでの実験より、CUR−N+によるAuイオンの光還元が促進され、ワイヤー状の金ナノ構造体が形成されることが明らかとなった。その中で、CUR−N+の疎水空間が金ナノ構造体形成に重要な役割を果たしていると考察してきた。そこで、(1)CUR−N+がゲスト分子を包接した場合Auイオンの還元は進行するか、(2)進行するとしたらどのような構造体を形成するのかを調べるためにCUR−N+/SWNT(単層カーボンナノチューブ)複合体を用いたAuイオンの光還元を行った。
表3に従って各溶液を混合し、Auイオンの光還元(光量:15mW、水フィルター、1h)を行った。サンプル27はCUR−N+/SWNT複合体のみを添加し、サンプル30にはCUR−N+/SWNT複合体とCUR−N+を添加している。
[Comparative Example 1]
(Reference experiment using CUR-N + / SWNT complex)
From the experiments so far, it has been clarified that the photoreduction of Au ions by CUR-N + is promoted and a wire-like gold nanostructure is formed. Among them, it has been considered that the hydrophobic space of CUR-N + plays an important role in the formation of gold nanostructures. Therefore, (1) if CUR-N + includes a guest molecule, reduction of Au ions proceeds, or (2) if it proceeds, what structure is formed to determine CUR-N + / Photoreduction of Au ions using a SWNT (single-walled carbon nanotube) composite was performed.
Each solution was mixed according to Table 3, and Au ion photoreduction (light quantity: 15 mW, water filter, 1 h) was performed. In sample 27, only the CUR-N + / SWNT complex was added, and in sample 30, CUR-N + / SWNT complex and CUR-N + were added.
サンプル27ではAuイオン水溶液にCUR−N+/SWNT複合体水溶液を加えるとすぐに小さな凝集体が確認された。一方、サンプル30ではCUR−N+/SWNT複合体水溶液添加後も凝集は確認されなかった。各サンプルに光を照射しAuイオンの光還元を行ったところ、サンプル27では光照射数分後には小さな凝集体が集まったような塊が生じたが、軽く振ると再分散した。また、サンプル30からも10分後には大きな凝集体が確認されたが、こちらも軽く振ると再分散した。1時間光照射を行った後、遠心分離により黒色の沈殿物を回収・洗浄した。各回収物を蒸留水に再分散させ、TEM観察を行った。
TEM観察の結果(図14)、いずれのサンプルからもSWNTと思われるワイヤー上に粒径1−2nm程度の微粒子が存在している様子が確認された。これは、CUR−N+を用いて金イオンの光還元を行った際、最初に金のナノ粒子が形成され、それが高密度に組織化そして融合することでワイヤー状の金ナノ構造体が形成されているという考察と一致している。これを拡大してみると微粒子がワイヤーに沿って配列しているようにも見える。また、サンプル30からはこれまで観察されたワイヤー状の構造体も多数観察された。しかし、これらワイヤー状の構造体にSWNTが関与している様子は確認されなかった。
以上の結果より、CUR−N+/SWNT複合体を用いてAuイオンの光還元を行った場合、本発明のようにCUR−N+を用いた場合にこれまで観察されたような金ナノ構造体は確認されず、SWNTの周囲を多数の金ナノ粒子が覆っている像が確認された。これは、ワイヤー状の金ナノ構造体を形成するにはCUR−N+の内部空間が重要な役割を果たしていることを示すものである。
In sample 27, small aggregates were confirmed as soon as the CUR-N + / SWNT complex aqueous solution was added to the Au ion aqueous solution. On the other hand, in sample 30, no aggregation was confirmed even after addition of the CUR-N + / SWNT complex aqueous solution. When each sample was irradiated with light and photoreduction of Au ions was performed, in Sample 27, a lump such that small aggregates gathered after several minutes of light irradiation was redispersed when lightly shaken. In addition, a large aggregate was also confirmed 10 minutes after Sample 30, but this was also redispersed when shaken lightly. After light irradiation for 1 hour, black precipitates were collected and washed by centrifugation. Each recovered material was redispersed in distilled water and observed by TEM.
As a result of TEM observation (FIG. 14), it was confirmed that fine particles having a particle diameter of about 1-2 nm were present on the wire considered to be SWNT from any sample. This is because when gold ions are photoreduced using CUR-N + , first, gold nanoparticles are formed, and the gold-like gold nanostructure is formed by high-density organization and fusion. This is consistent with the idea that it is formed. When this is enlarged, it seems that the fine particles are arranged along the wire. Further, many wire-like structures observed so far were also observed from the sample 30. However, it was not confirmed that SWNT was involved in these wire-like structures.
From the above results, when Au ions were photoreduced using a CUR-N + / SWNT complex, a gold nanostructure as observed so far when CUR-N + was used as in the present invention. The body was not confirmed, and an image in which a large number of gold nanoparticles covered the periphery of SWNT was confirmed. This indicates that the internal space of CUR-N + plays an important role in forming a wire-like gold nanostructure.
〔比較例2〕
(カチオン性ポリマーを用いたリファレンス実験)
CUR−N+のリファレンス化合物として、カチオン性のポリマーであるPoly(diallyldimethylammoniumchloride)(PDDA)を用いてAuイオンの光還元を行った。表4に従ってサンプルを調製し、Auイオンの光還元(光量:15mW、水フィルター、1h)を行った。PDDAのストック溶液の濃度(2.5mg/mL)は、カチオン部位の濃度がCUR−N+(5mg/mL)と同じになるように調製した。
[Comparative Example 2]
(Reference experiment using cationic polymer)
As a CUR-N + reference compound, poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDDA), which is a cationic polymer, was used for photoreduction of Au ions. Samples were prepared according to Table 4, and Au ion photoreduction (light quantity: 15 mW, water filter, 1 h) was performed. The concentration of the PDDA stock solution (2.5 mg / mL) was prepared such that the concentration of the cation site was the same as CUR-N + (5 mg / mL).
光照射10分後ではいずれのサンプルも黄色透明のままで、大きな変化は見られなかった。光照射20分後には溶液が白濁し、40分後にはいずれのサンプルでも黄色の沈殿が確認された。遠心分離(2000rpm,10min)により沈殿物を回収したところ、いずれの沈殿物も金属光沢があり、バルクの金が形成されていると予想された。また、上澄みは黄色透明であり、還元が十分に進行していないことが示唆された。このことからもCUR−N+が光還元の電子源として働いていると考えられる。
TEM観察の結果(図15)、いずれのサンプルからも大きな凝集体が確認され、CUR−N+を用いた場合に観察されたようなワイヤー状の構造体は観察されなかった。このことから、ワイヤー状の金ナノ構造体を構築するにはCUR−N+の還元能およびその特異的な疎水空間が必要であることが示唆された。
After 10 minutes of light irradiation, all samples remained yellow and transparent, and no significant change was observed. After 20 minutes of light irradiation, the solution became cloudy, and after 40 minutes, yellow precipitates were confirmed in all samples. When precipitates were collected by centrifugation (2000 rpm, 10 min), all the precipitates had a metallic luster, and it was predicted that bulk gold was formed. Moreover, the supernatant was yellow and transparent, suggesting that the reduction did not proceed sufficiently. From this, it is considered that CUR-N + works as an electron source for photoreduction.
As a result of TEM observation (FIG. 15), large aggregates were confirmed from any of the samples, and a wire-like structure as observed when CUR-N + was used was not observed. This suggests that the ability to reduce CUR-N + and its specific hydrophobic space are required to construct a wire-like gold nanostructure.
〔比較例3〕
(キトサンを用いたリファレンス実験)
アミン部位を有する多糖であるキトサンを用いて金イオンの光還元を試みた。キトサンはD−グルコサミンがβ1→4結合を有する多糖であり、β−1,3−グルカンとは異なり直鎖構造を有している。HAuCl4水溶液(40mM,pH10.4,150μL)、蒸留水(300μL)およびキトサン水溶液(2.5mg/mL,150μL)を順に混合し、金イオンの光還元(光量:15mW、水フィルター、全光)を行った。
キトサン水溶液を加えても凝集は確認されなかった。光照射数分後には溶液全体が黒色になっており、金イオンの還元が示唆された。しかし、光照射一時間後も大きな凝集体は観察されず、均一に分散していた。遠心分離(6000rpm,30min)により構造体の一部を回収した。TEM観察の結果(図14)、微粒子が集まった球状の構造体や様々な形状の金構造体が凝集した像が多数観察され、ワイヤー状の構造体は観察されなかった。このことから還元能を有する多糖を用いてもワイヤーは形成されないことが明らかとなった。つまり、CUR−N+カチオン部位によるAuイオンの濃縮効果あるいは疎水空間の存在によりワイヤー状の金ナノ構造体が形成されていると考えられる。
[Comparative Example 3]
(Reference experiment using chitosan)
Photoreduction of gold ions was attempted using chitosan, which is a polysaccharide having an amine moiety. Chitosan is a polysaccharide in which D-glucosamine has a β1 → 4 bond, and has a linear structure unlike β-1,3-glucan. HAuCl 4 aqueous solution (40 mM, pH 10.4, 150 μL), distilled water (300 μL) and chitosan aqueous solution (2.5 mg / mL, 150 μL) were mixed in order, and photoreduction of gold ions (light amount: 15 mW, water filter, total light) )
Aggregation was not confirmed even when the chitosan aqueous solution was added. The whole solution turned black after several minutes of light irradiation, suggesting the reduction of gold ions. However, no large aggregates were observed even after 1 hour of light irradiation, and the particles were uniformly dispersed. A part of the structure was recovered by centrifugation (6000 rpm, 30 min). As a result of TEM observation (FIG. 14), a large number of images of agglomeration of spherical structures in which fine particles gathered and various shapes of gold structures were observed, and no wire-like structures were observed. From this, it was clarified that no wire was formed even when a polysaccharide having reducing ability was used. That is, it is considered that a wire-like gold nanostructure is formed by the concentration effect of Au ions by the CUR-N + cation site or the presence of a hydrophobic space.
本発明によって、ナノデバイスの分野で新規な素材として注目を浴びている金ナノワイヤーを天然多糖であるカードランのカチオン性誘導体との複合体として製造することができる。さらに、その複合体の表面部位を機能性アニオン化合物で静電的に中和することにより、ナノセンシング素子等への応用が期待できる。
According to the present invention, gold nanowires that are attracting attention as a novel material in the field of nanodevices can be produced as a complex with a cationic derivative of curdlan, which is a natural polysaccharide. Furthermore, it can be expected to be applied to a nano-sensing element or the like by electrostatically neutralizing the surface portion of the complex with a functional anion compound.
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