シリコン量子ドット及びそれを用いた生体物質標識剤
【課題】無毒性のシリコン量子ドット及びそれを用いた生体物質標識剤を提供する。
【解決手段】シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするシリコン量子ドット。
【解決手段】シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするシリコン量子ドット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毒性のないシリコン量子ドット及びそれを用いた生体物質標識剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ナノ粒子のうち、電子の波長（１０ｎｍ程度）より小さい粒子径を有するナノサイズの粒子は、量子サイズ効果として電子の運動に対するサイズ有限性の影響が大きくなってくるために、バルク体とは異なる特異な物性を示すことが知られている。一般に、ナノ・メートルサイズの半導体物質で量子閉じ込め（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果を示す半導体ナノ粒子は、「量子ドット」とも称されている。このような量子ドットは、半導体原子が数百個から数千個集まった１０数ｎｍ程度以内の小さな塊であるが、励起源から光を吸収してエネルギー励起状態に達すると、量子ドットのエネルギーバンドギャップに相当するエネルギーを放出する。
【０００３】
したがって、量子ドットは、量子サイズ効果によりユニークな光学特性を有することが知られている。具体的には、（１）粒子のサイズを制御することにより、様々な波長，色を発光させることができる。（２）吸収帯が広く、単一波長の励起光で様々なサイズの微粒子を発光させることができる。（３）蛍光スペクトルが良好な対称形である。（４）有機色素に比べて耐久性、耐退色性に優れる、といった特徴を有する。
【０００４】
一方、小動物を対象としたｉｎ ｖｉｖｏ光イメージングが注目されており、小動物の生体内の細胞を外部より、生体を傷つけることなく（非侵襲で）観察するような光学系装置が各メーカから販売され始めている。これは、生体内の観察したい部位に選択的に集まるような標識をつけた蛍光材料を生体内に注入し、外部より励起光を照射し出てきた発光を外部でモニターする方法である。生体物質を標識する手段として、分子標識物質をマーカー物質に結合した生体物質標識剤を用いる方法が検討されている。
【０００５】
近年、上記マーカー物質として量子ドットを用いる方法が注目されている。例えば、極性官能基を有する高分子を半導体ナノ粒子の表面に物理的および／または化学的に吸接合した生体物質標識剤が検討されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、例えば、特許文献１で実質的にその効果も含めて開示されている量子ドットは、（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ型）量子ドットであり、使用されているカドミウム類は、発光半値幅は狭いが、有害重金属であるため、製造プロセスにおいても環境面への悪影響が懸念され、代替材料が求められている。
【０００７】
このような状況を鑑み、無毒性・無害性の量子ドットとしてシリコン量子ドットが検討をされている。中でも、より簡便なプロセスとして気相法が注目されている（特許文献２および３参照）。特許文献２においては、シリコン量子ドットの製造方法として、（ａ）高周波スパッタリング法を用い、基板上にアモルファス酸化ケイ素膜を作製し、（ｂ）上記アモルファス酸化ケイ素膜に熱処理を施し、該酸化ケイ素膜内に粒子サイズ３．５ｎｍ以下のシリコン量子ドットを形成し、（ｃ）上記酸化ケイ素膜にフッ酸水溶液処理を施して酸化ケイ素を除去して、シリコン量子ドットを露出させ、（ｄ）上記露出したシリコン量子ドットを溶液中に浸漬して溶液処理を施し、付着したフッ酸粒子を除去し、次いで、（ｅ）溶液中のシリコン量子ドットに攪拌処理を施し、シリコン量子ドットを基板から分離、離散させて、シリコン量子ドットが粒子単位で分散した溶液を得る製造方法が開示されている。
【０００８】
また特許文献３には、熱処理ＳｉＯx（ｘ−１．９９９）のフッ酸中溶解によりＳｉ量子ドットを製造する場合、先ず、プラズマＣＶＤによりシリコンウェハー上に成膜したＳｉＯx（ｘ−１．９９９）を不活性ガス雰囲気中で１１００℃、１時間程度アニールを行う。これにより、ＳｉＯ2膜中にＳｉ結晶が析出する。次に、このシリコンウェハーを室温で１％程度のフッ酸水溶液で処理することによりＳｉＯ2膜を除去し、液面に凝集した数ｎｍサイズのＳｉ結晶を回収する方法が開示されている。
【０００９】
ところが、これら従来法により製造されるシリコン量子ドットを用いて本発明者らが、生体標識剤を作製し、細胞内にインジェクションしたところ、その細胞は正常に培養せず、細胞毒性があることが懸念された。
【特許文献１】特開２００３−３２９６８６号公報
【特許文献２】特開２００６−７００８９号公報
【特許文献３】特開２００５−１７２４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、無毒性のシリコン量子ドットを提供することである。また、それを用いた生体物質標識剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、従来法で得られるシリコン量子ドットの細胞毒性は、フッ酸を用いシリコン量子ドットを単離する工程に起因する残存するＳｉＦ基によることを見出した。シリコン量子ドットを単離するためにフッ酸にてシリカを溶解させる工程後に、シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度を一定以下とすることで、無毒性で、生体物質標識剤として好適なシリコン量子ドットを得ることができることを見出し、本発明に至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【００１３】
１．シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするシリコン量子ドット。
【００１４】
２．前記シリコン量子ドットが、その製造工程において、熱水処理を施され、かつ有機塩基処理を施されていることを特徴とする前記１に記載のシリコン量子ドット。
【００１５】
３．前記１又は２に記載のシリコン量子ドットであって、その表面が有機分子により修飾されていることを特徴とするのシリコン量子ドット。
【００１６】
４．前記１〜３のいずれか一項に記載のシリコン量子ドットと分子標識物質とを有機分子を介して結合させたことを特徴とする生体物質標識剤。
【００１７】
５．前記分子標識物質が、ヌクレオチド鎖またはタンパク質であることを特徴とする前記４に記載の生体物質標識剤。
【００１８】
６．前記シリコン量子ドットと分子標識物質とを結合させる有機分子が、ビオチン及びアビジンであることを特徴とする前記４又は５に記載の生体物質標識剤。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の上記手段により、細胞毒性のないシリコン量子ドットを提供することができる。また、それを用いた生体物質標識剤を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のシリコン量子ドットは、当該シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。この特徴は、請求項１〜６に係る発明に共通する技術的特徴である。
【００２１】
なお、前記シリコン量子ドットが、その製造工程において、熱水処理を施され、かつ有機塩基処理を施されていることが好ましい態様である。
【００２２】
本発明のシリコン量子ドットは、毒性がないことより、生体物質標識剤に好適なマーカー物質として使用できる。
【００２３】
なお、生体物質標識剤に適応させる場合、そのために、本発明のシリコン量子ドットの表面が親水化処理されていることも好ましい。本発明のシリコン量子ドットと分子標識物質とを有機分子を介して結合させることも好ましい。この場合、分子標識物質がヌクレオチド鎖であることが好ましい。更に、有機分子が、ビオチン及びアビジンであることが好ましい。
【００２４】
以下、本発明とその構成要素、および発明を実施するための最良の形態について詳細な説明をする。
【００２５】
〔シリコン量子ドットの製造方法〕
本発明のシリコン量子ドットの製造方法においては、従来公知の種々の方法を利用することが出来るが、形成するシリコン量子ドットの粒子サイズを容易に制御することのできる高周波スパッタリング法と、シリコン量子ドットの形態を膜形態から粒子形態へ変えるための酸処理と攪拌処理をする工程を含む製造方法を採用することが好ましい。この製造方法の場合、シリコン量子ドットの形態を、膜形態から粒子形態に変え、溶液中に分散させて蛍光発光させる点に特徴がある。
【００２６】
具体的には、本発明のシリコン量子ドットは、高周波スパッタリング法により製造されたシリコン量子ドットであって、下記製造工程を経て製造されたことを特徴とする。
工程（１）：ターゲット材料としてシリコンとシリカを用い、高周波スパッタリング法により基板上にアモルファス酸化ケイ素薄膜を作製する。
工程（２）：上記アモルファス酸化ケイ素薄膜に熱処理を施し、アモルファス酸化ケイ素薄膜内にシリコン量子ドットを形成する。
工程（３）：上記熱処理後アモルファス酸化ケイ素薄膜に、フッ酸による処理を施して、シリコン量子ドットを露出させる。
工程（４）：上記シリコン量子ドットが露出した薄膜に、水蒸気による処理を施して、シリコン量子ドット表面のＳｉＦ基を加水分解により失活させる。
工程（５）：さらに必要により上記水蒸気処理を施したシリコン量子ドットが露出した薄膜に、ピリジン水溶液蒸気による処理を施して、シリコン量子ドット表面のＳｉＦ基をさらに加水分解により失活させる。
工程（６）：上記ＳｉＦ基を失活させたシリコン量子ドットが露出した基板を溶媒中に浸漬させることで、シリコン量子ドットを基板より離散させて、シリコン量子ドットが分散した溶液を得る。
【００２７】
なお、本発明のシリコン量子ドットは、平均粒径が２〜１０ｎｍであり、かつ２００〜４００ｎｍの範囲内の波長の紫外〜可視光により励起されたときに、４００〜８００ｎｍの範囲内の波長の可視光の発光を示す態様のシリコン量子ドットであることが好ましい。
【００２８】
本発明において、シリコン量子ドットの平均粒径は本来３次元で求める必要があるが、微粒子過ぎるため難しく、現実には二次元画像で評価せざるを得ないため、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子顕微鏡写真の撮影シーンを変えて数多く撮影し平均化することで求めることが好ましい。従って、本発明において、当該平均粒径は、ＴＥＭを用いて電子顕微鏡写真を撮影し十分な数の粒子について断面積を計測し、その計測値を相当する円の面積としたときの直径を粒径として求めて、その算術平均を平均粒径とした。ＴＥＭで撮影するクラスター粒子数としては１００個以上が好ましく、１０００個の粒子を撮影するのが更に好ましい。本願においては、１０００個の粒子の算術平均を平均粒径とした。
【００２９】
〈高周波スパッタリング法〉
本発明に係る高周波スパッタリング法は、シリコン量子ドットの製造初期の段階で、発光色に直接寄与する粒子サイズを自在に制御することができるので、本発明では、様々な発光色を容易に実現することが可能である。
【００３０】
高周波スパッタリング装置としては、側面下部にアルゴンガス導入口と排気口を備える真空チャンバー、真空チャンバーの上面に絶縁材料を介して取り付けられ、冷却管から導入、排出される冷却水で冷却される基板ホルダー、及び、真空チャンバーの下面に絶縁材料を介して取り付けられ、冷却管から導入、排出される冷却水で冷却される陰極シールドを備える高周波電極から構成されている態様の装置が好ましい。
【００３１】
そして、上記装置において、アルゴンガスを真空チャンバー内にアルゴンガス導入口から導入し、高周波コントローラによりアルゴンガスをイオン化し、イオン化されたアルゴンイオンを、高周波電極上のターゲット材料であるシリコンチップと石英ガラスへ衝突させ、ターゲット材料から放出された原子や分子を基板ホルダーに保持した基板上に堆積させ、アモルファス酸化ケイ素薄膜を形成する。
【００３２】
シリコン量子ドットの粒子サイズは、ターゲット材料を構成するシリコンチップと石英ガラスの面積比を変化させることで制御することができる。この面積比は、通常、１〜５０％とするが、好ましくは５〜３０％。さらに好ましくは１０〜１５％である。
【００３３】
次に、上記薄膜を不活性ガス（アルゴン等）の雰囲気中で熱処理して当該薄膜内に、所定粒子サイズのシリコン量子ドットを形成する。
【００３４】
上記熱処理の際、熱処理温度は９００〜１２００℃とするが、好ましくは、１０００〜１１００℃である。また、熱処理時間は１５〜１００分であるが、好ましくは、３０〜８０分、さらに好ましくは、５０〜７０分である。
【００３５】
また、スパッタリング条件である高周波電力やガス圧（作製中の圧力であり、本製造プロセスではアルゴンガスの圧力）を変化させても、粒子サイズを制御することが可能である。このとき、高周波電力は１０〜５００Ｗの範囲内で変化させ、ガス圧は、１．３×１０-2〜１．３×１０Ｐａ（１×１０-4〜１×１０-1ｔｏｒｒ）の範囲内で変化させる。
【００３６】
次に、シリコン量子ドットが形成された酸化ケイ素薄膜を載置する基板をアクリル板に貼り付け、フッ酸水溶液を収容する容器に対し、上記酸化ケイ素薄膜を下にして装着する。このとき，フッ酸水溶液の濃度は１〜５０％とする。好ましくは１０〜４０％であり、さらに好ましくは、２０〜３０％である。
【００３７】
そして、上記フッ酸水溶液を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、フッ酸水溶液処理を行う。
【００３８】
上記処理の際、処理温度は１０〜７０℃である。好ましくは、３０〜５０℃であり、さらに好ましくは、４０℃である。また、処理時間は０．５〜２５分である。好ましくは、１〜２０分である、さらに好ましくは、８〜１５分である。
【００３９】
上記フッ酸水溶液処理においては、容器内の酸水溶液から蒸発したフッ酸が薄膜の表面に付着し、酸化ケイ素薄膜中の酸化ケイ素部分を表面から徐々にエッチングしていく。その結果、基板上には、多数のシリコン量子ドットが凝集状態で露出する。
【００４０】
次に、熱水処理を行い、表面のＳｉＦ基を失活させる。すなわち、アクリル板に貼り付けたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を貼り付けたまま、水を収容する容器に対し、基板を下にして装着する。そして、上記水を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、熱水処理を行う。
【００４１】
上記処理の際、処理温度は２５〜７０℃である。好ましくは、３０〜６０℃であり、さらに好ましくは、３５〜５５℃である。また、処理時間は１〜８時間である。好ましくは、２〜６分である、さらに好ましくは、３〜５時間である。
【００４２】
必要により有機塩基による処理を行い、さらに表面のＳｉＦ基を失活させることもできる。
【００４３】
アクリル板に貼り付けたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を貼り付けたまま、有機塩基を収容する容器に対し、基板を下にして装着する。
【００４４】
そして、上記有機塩基を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、有機塩基処理を行う。
【００４５】
有機塩基としてはピリジンが、揮発性が高く好適に用いることができる。
【００４６】
アクリル板に貼り付けたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を貼り付けたまま、ピリジンを収容する容器に対し、基板を下にして装着する。
【００４７】
そして、上記ピリジン水溶液を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、ピリジン処理を行う。
【００４８】
上記処理の際、処理温度は２５〜７０℃である。好ましくは、３０〜６０℃であり、さらに好ましくは、３５〜５５℃である。また、処理時間は１〜８時間である。好ましくは、２〜６分である、さらに好ましくは、３〜５時間である。
【００４９】
次に、ＳｉＦ基を失活させたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を、エタノールを収容した容器に浸漬する。容器内に磁気撹拌子をいれ、スターラーにて撹拌する又は容器ごと超音波洗浄器に載置して超音波照射を行う。この撹拌処理により、基板上に凝集状態で露出していたシリコン量子ドットは、基板から離散し、エタノール中に分散する。
【００５０】
攪拌処理の処理時間は、通常、１０〜１２０００秒とするが、好ましくは、３０〜９００秒であり、さらに好ましくは、６０〜６００秒である。
【００５１】
（シリコン量子ドットの熱水処理およびフッ化物イオンの定量方法）
得られたシリコン量子ドットに残存するＳｉＦ基を評価するために、加水分解し、フッ化物イオンを遊離させる。加水分解処理は、まず得られたシリコン量子ドットを純水１０ｍｌあたりに１×１０-8〜１×１０-1ｇ、好ましくは１×１０-7〜１×１０-2ｇ、さらに好ましくは１×１０-6〜１×１０-4ｇの条件で分散させる。
【００５２】
処理温度は、１０〜９５℃である。好ましくは、３０〜８５℃であり、さらに好ましくは、６５〜８０℃である。また、処理時間は１〜２４時間である。好ましくは、６〜１６時間である、さらに好ましくは、８〜１４時間である。
【００５３】
遊離したフッ化物イオン濃度は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ３４．１（工業排水試験法）に定められたランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により測定することができる。
【００５４】
本発明においては、合成したシリコン量子ドット１×１０-5ｇを純水１０ｍｌに分散させ、８０℃にて１２時間加熱し、得られた溶液について、上記ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ３４．１（工業排水試験法）に定められたランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法によりフッ化物イオン濃度を測定したときに、フッ化物イオン濃度が１００ｐｐｍ以下であることを要する。なお、当該濃度値が小さいほど、毒性が少なく、好ましい。
【００５５】
〔シリコン量子ドット集合体の親水化処理〕
上述したシリコン量子ドットは集合体として得られるが、当該集合体表面は、一般的には、疎水性であるため、例えば生体物質標識剤として使用する場合は、このままでは水分散性が悪く、粒子が凝集してしまう等の問題があるため、当該シリコン量子ドットの表面を親水化処理することが好ましい。親水化処理の方法としては例えば、表面の親油性基をピリジン等で除去した後に粒子表面に表面修飾剤を化学的及び／又は物理的に結合させる方法がある。表面修飾剤としては、親水基として、カルボキシル基・アミノ基を持つものが好ましく用いられ、具体的にはメルカプトプロピオン酸、メルカプトウンデカン酸、アミノプロパンチオールなどがあげられる。
【００５６】
〔生体物質標識剤〕
本発明に係る生体物質標識剤は、上述したシリコン量子ドットと、分子標識物質と有機分子を介して結合させて得られる。
【００５７】
〈分子標識物質〉
本発明に係る生体物質標識剤は分子標識物質が目的とする生体物質と特異的に結合及び／又は反応することにより、生体物質の標識が可能となる。
【００５８】
当該分子標識物質としては例えば、ヌクレオチド鎖、抗体、抗原およびシクロデキストリン等が挙げられる。
【００５９】
〈有機分子〉
本発明に係る生体物質標識剤は、有機処理されたシリコン量子ドットと、分子標識物質とが有機分子により結合されている。該有機分子としてはシリコン量子ドットと分子標識物質とを結合できる有機分子であれば特に制限はないが、例えば、タンパク質中でも、アルブミン、ミオグロビンおよびカゼイン等、またタンパク質の一種であるアビジンをビオチンと共に用いることも好適に用いられる。上記結合の態様としては特に限定されず、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合、物理吸着および化学吸着等が挙げられる。結合の安定性から共有結合などの結合力の強い結合が好ましい。
【００６０】
具体的には、シリコン量子ドットをメルカプトウンデカン酸で親水化処理した場合は、有機分子としてアビジンおよびビオチンを用いることができる。この場合親水化処理された当該ナノ粒子のカルボキシル基はアビジンと好適に共有結合し、アビジンがさらにビオチンと選択的に結合し、ビオチンがさらに生体物質標識剤と結合することにより生体物質標識剤となる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６２】
〈実施例１〉
（スパッタリングによる成膜）
真空チャンバー内にアルゴンガスを導入し、高周波コントローラによりイオン化されたアルゴンイオンをシリコンチップと石英ガラスからなるターゲット材料に衝突させ、これから放出された原子および分子を半導体基板上に堆積し、シリコン原子と酸素原子が混ざった薄膜を形成した。スパッタリング条件は、プラズマ出力１００Ｗ，アルゴン圧力１Ｐａとし、このときの膜厚は３ミクロンであった。シリコンチップと石英チップの比率をかえた試料を作製し、このときの、シリコンチップの面積％を表１にを示す。
【００６３】
（熱処理）
得られた薄膜を、アルゴン雰囲気中において、１１００℃まで急速に昇温し６０分熱処理を行った。
【００６４】
（酸処理）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜を４０℃のフッ酸蒸気に１０分晒すことで、シリカ溶解処理を行った。
【００６５】
（熱水処理）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜を１００℃の水蒸気に４分晒すことで、表面のＳｉＦ基を失活させた。
【００６６】
（有機塩基処理）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜を５０℃のピリジンの蒸気に４分さらすことで、さらに表面のＳｉＦ基を失活させた。
【００６７】
（発光スペクトル）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜について、磁気撹拌子を備えたビーカーにエタノールを入れたところに浸漬し、６００秒撹拌処理を行うことで、シリコン量子ドットをエタノール分散溶液として得た。波長２８０ｎｍの励起光を照射して発生する蛍光スペクトルを日立分光光度計Ｆ７０００を用いて測定した。発光スペクトルの、極大発光波長を表１に示す。
【００６８】
（親水化処理）
得られたシリコン量子ドット１×１０-5ｇをメルカプトウンデカン酸０．２ｇが溶解した純水１０ｍｌ中に分散させて、４０℃、１０分間攪拌し、シェルの表面を処理することでシリコン量子ドットの表面をカルボキシル基で修飾した。
【００６９】
〈フッ化物イオンの定量〉
合成したシリコン量子ドット１×１０-5ｇを純水１０ｍｌに分散させ、８０℃にて１２時間加熱した。得られた溶液についてＪＩＳ Ｋ ０１０２ ３４．１（工業排水試験法）に定められたランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法によりフッ化物イオン濃度を測定した。結果を表１に示す。
【００７０】
〈毒性評価法および細胞形態観察〉
合成した親水化処理シリコン量子ドットのＥ．ｃｏｌｉ細胞に対する毒性について振盪フラスコ実験で試験した。使用したＥ．ｃｏｌｉ菌株は、ＢＬ２１（ＤＥ３）［ｐＵＣ１８］である。
【００７１】
初めにＬＢ培地で種培養を行った。ＬＢ培地の組成は下記のとおり。１０ｇＮａＣｌ、１０ｇトリプトン、５ｇ酵母抽出物。Ｅ．ｃｏｌｉ細胞を、５００ｍｌの振盪フラスコに入れた１００ｍｌのＬＢ培地中で、３７℃、２２０ｒｐｍで一晩培養した。その後、発酵培養用のＭＲ培地が入れられた５００ｍｌ振盪フラスコに種培養をピペットで加えた。各フラスコには１５ｇ／ｌのグルコースと１０％（ｖ／ｖ）の播種された種培養を含む１００ｍｌのＭＲ培地が入れられている。ＭＲ培地の組成は次のとおり。１３．５ｇＫＨ2ＰＯ4、４．０ｇ（ＮＨ4）2ＨＰＯ4、０．７ｇＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、０．８５ｇクエン酸、１０．０ｍｌの１０ｇ／ｌ ＦｅＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、１０．０ｍｌの微量金属溶液（ＴＥ）、及び１．０ｍｌの２０ｇ／ｌ ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ。各フラスコには更に以下の濃度で異なる量のシリコン量子ドットが加えられている。すなわち全部で４本のフラスコに対して０％（対照）、０．５％、１％、２％である。４本のフラスコを用いて３７℃、２２０ｒｐｍで発酵培養を行った。
【００７２】
分光光度計（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ８４５２Ａ）で６００ｎｍの光学密度を測定し、細胞増殖の指標とした。８時間後の光学密度を測定し、対照試料のそれと同等にある場合、細胞増殖を阻害しない、つまり毒性なし。減少している場合を毒性ありと判定する。結果を表１に示す。
【００７３】
また８時間後にフラスコより採取した培養細胞について光学顕微鏡によりその形態を観察し、対照試料の細胞と、シリコン量子ドット２％添加の試料の細胞とで比較し、形態変化の有無を。目視にて判定した。対照試料との細胞とくらべ、形態が大きく変化しているものを異常。変化のわずかのものを良好、変化がないものを正常と判定した。結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１から本発明の熱水処理を施したシリコン量子ドットは、所望の蛍光発光を示すのはもちろん、フッ化物イオン濃度が十分低く、細胞毒性を示さないことが分かる。また、熱水処理に加え、有機塩基処理を施したものは、さらにフッ化物イオン濃度が低くなっており、培養細胞の形態観察においても正常であった。比較例では、フッ化物イオン濃度が高く、細胞毒性を示したと分かる。このことから、本発明のシリコンナノ粒子は、生体物質標識材料として優れていると言える。
【００７６】
〈実施例２〉
親水化処理シリコン量子ドット１：１．０×１０-5ｍｏｌ／ｌの水分散液にアビジン２５ｍｇを添加し４０℃で１０分間攪拌を行い、アビジンコンジュゲートナノ粒子を作製した。
【００７７】
得られたアビジンコンジュゲートナノ粒子溶液にビオチン化された塩基配列が既知であるオリゴヌクレオチドを混合攪拌し、ナノ粒子で標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドを作製した。
【００７８】
さまざまな塩基配列を持つオリゴヌクレオチドを固定化したＤＮＡチップ上に上記の標識（ラベリング）したオリゴヌクレオチドを滴下・洗浄したところ、標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドと相補的な塩基配列をもつオリゴヌクレオチドのスポットのみが粒子の粒径に依存して異なる色の発光を示すことを確認した。
【００７９】
このことより、ナノ粒子でのオリゴヌクレオチドの標識（ラベリング）を確認することができた。すなわち、この結果により、本発明のシリコン量子ドットを用いた生体物質標識剤を提供することができることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毒性のないシリコン量子ドット及びそれを用いた生体物質標識剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ナノ粒子のうち、電子の波長（１０ｎｍ程度）より小さい粒子径を有するナノサイズの粒子は、量子サイズ効果として電子の運動に対するサイズ有限性の影響が大きくなってくるために、バルク体とは異なる特異な物性を示すことが知られている。一般に、ナノ・メートルサイズの半導体物質で量子閉じ込め（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果を示す半導体ナノ粒子は、「量子ドット」とも称されている。このような量子ドットは、半導体原子が数百個から数千個集まった１０数ｎｍ程度以内の小さな塊であるが、励起源から光を吸収してエネルギー励起状態に達すると、量子ドットのエネルギーバンドギャップに相当するエネルギーを放出する。
【０００３】
したがって、量子ドットは、量子サイズ効果によりユニークな光学特性を有することが知られている。具体的には、（１）粒子のサイズを制御することにより、様々な波長，色を発光させることができる。（２）吸収帯が広く、単一波長の励起光で様々なサイズの微粒子を発光させることができる。（３）蛍光スペクトルが良好な対称形である。（４）有機色素に比べて耐久性、耐退色性に優れる、といった特徴を有する。
【０００４】
一方、小動物を対象としたｉｎ ｖｉｖｏ光イメージングが注目されており、小動物の生体内の細胞を外部より、生体を傷つけることなく（非侵襲で）観察するような光学系装置が各メーカから販売され始めている。これは、生体内の観察したい部位に選択的に集まるような標識をつけた蛍光材料を生体内に注入し、外部より励起光を照射し出てきた発光を外部でモニターする方法である。生体物質を標識する手段として、分子標識物質をマーカー物質に結合した生体物質標識剤を用いる方法が検討されている。
【０００５】
近年、上記マーカー物質として量子ドットを用いる方法が注目されている。例えば、極性官能基を有する高分子を半導体ナノ粒子の表面に物理的および／または化学的に吸接合した生体物質標識剤が検討されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、例えば、特許文献１で実質的にその効果も含めて開示されている量子ドットは、（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ型）量子ドットであり、使用されているカドミウム類は、発光半値幅は狭いが、有害重金属であるため、製造プロセスにおいても環境面への悪影響が懸念され、代替材料が求められている。
【０００７】
このような状況を鑑み、無毒性・無害性の量子ドットとしてシリコン量子ドットが検討をされている。中でも、より簡便なプロセスとして気相法が注目されている（特許文献２および３参照）。特許文献２においては、シリコン量子ドットの製造方法として、（ａ）高周波スパッタリング法を用い、基板上にアモルファス酸化ケイ素膜を作製し、（ｂ）上記アモルファス酸化ケイ素膜に熱処理を施し、該酸化ケイ素膜内に粒子サイズ３．５ｎｍ以下のシリコン量子ドットを形成し、（ｃ）上記酸化ケイ素膜にフッ酸水溶液処理を施して酸化ケイ素を除去して、シリコン量子ドットを露出させ、（ｄ）上記露出したシリコン量子ドットを溶液中に浸漬して溶液処理を施し、付着したフッ酸粒子を除去し、次いで、（ｅ）溶液中のシリコン量子ドットに攪拌処理を施し、シリコン量子ドットを基板から分離、離散させて、シリコン量子ドットが粒子単位で分散した溶液を得る製造方法が開示されている。
【０００８】
また特許文献３には、熱処理ＳｉＯx（ｘ−１．９９９）のフッ酸中溶解によりＳｉ量子ドットを製造する場合、先ず、プラズマＣＶＤによりシリコンウェハー上に成膜したＳｉＯx（ｘ−１．９９９）を不活性ガス雰囲気中で１１００℃、１時間程度アニールを行う。これにより、ＳｉＯ2膜中にＳｉ結晶が析出する。次に、このシリコンウェハーを室温で１％程度のフッ酸水溶液で処理することによりＳｉＯ2膜を除去し、液面に凝集した数ｎｍサイズのＳｉ結晶を回収する方法が開示されている。
【０００９】
ところが、これら従来法により製造されるシリコン量子ドットを用いて本発明者らが、生体標識剤を作製し、細胞内にインジェクションしたところ、その細胞は正常に培養せず、細胞毒性があることが懸念された。
【特許文献１】特開２００３−３２９６８６号公報
【特許文献２】特開２００６−７００８９号公報
【特許文献３】特開２００５−１７２４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、無毒性のシリコン量子ドットを提供することである。また、それを用いた生体物質標識剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、従来法で得られるシリコン量子ドットの細胞毒性は、フッ酸を用いシリコン量子ドットを単離する工程に起因する残存するＳｉＦ基によることを見出した。シリコン量子ドットを単離するためにフッ酸にてシリカを溶解させる工程後に、シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度を一定以下とすることで、無毒性で、生体物質標識剤として好適なシリコン量子ドットを得ることができることを見出し、本発明に至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【００１３】
１．シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするシリコン量子ドット。
【００１４】
２．前記シリコン量子ドットが、その製造工程において、熱水処理を施され、かつ有機塩基処理を施されていることを特徴とする前記１に記載のシリコン量子ドット。
【００１５】
３．前記１又は２に記載のシリコン量子ドットであって、その表面が有機分子により修飾されていることを特徴とするのシリコン量子ドット。
【００１６】
４．前記１〜３のいずれか一項に記載のシリコン量子ドットと分子標識物質とを有機分子を介して結合させたことを特徴とする生体物質標識剤。
【００１７】
５．前記分子標識物質が、ヌクレオチド鎖またはタンパク質であることを特徴とする前記４に記載の生体物質標識剤。
【００１８】
６．前記シリコン量子ドットと分子標識物質とを結合させる有機分子が、ビオチン及びアビジンであることを特徴とする前記４又は５に記載の生体物質標識剤。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の上記手段により、細胞毒性のないシリコン量子ドットを提供することができる。また、それを用いた生体物質標識剤を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のシリコン量子ドットは、当該シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。この特徴は、請求項１〜６に係る発明に共通する技術的特徴である。
【００２１】
なお、前記シリコン量子ドットが、その製造工程において、熱水処理を施され、かつ有機塩基処理を施されていることが好ましい態様である。
【００２２】
本発明のシリコン量子ドットは、毒性がないことより、生体物質標識剤に好適なマーカー物質として使用できる。
【００２３】
なお、生体物質標識剤に適応させる場合、そのために、本発明のシリコン量子ドットの表面が親水化処理されていることも好ましい。本発明のシリコン量子ドットと分子標識物質とを有機分子を介して結合させることも好ましい。この場合、分子標識物質がヌクレオチド鎖であることが好ましい。更に、有機分子が、ビオチン及びアビジンであることが好ましい。
【００２４】
以下、本発明とその構成要素、および発明を実施するための最良の形態について詳細な説明をする。
【００２５】
〔シリコン量子ドットの製造方法〕
本発明のシリコン量子ドットの製造方法においては、従来公知の種々の方法を利用することが出来るが、形成するシリコン量子ドットの粒子サイズを容易に制御することのできる高周波スパッタリング法と、シリコン量子ドットの形態を膜形態から粒子形態へ変えるための酸処理と攪拌処理をする工程を含む製造方法を採用することが好ましい。この製造方法の場合、シリコン量子ドットの形態を、膜形態から粒子形態に変え、溶液中に分散させて蛍光発光させる点に特徴がある。
【００２６】
具体的には、本発明のシリコン量子ドットは、高周波スパッタリング法により製造されたシリコン量子ドットであって、下記製造工程を経て製造されたことを特徴とする。
工程（１）：ターゲット材料としてシリコンとシリカを用い、高周波スパッタリング法により基板上にアモルファス酸化ケイ素薄膜を作製する。
工程（２）：上記アモルファス酸化ケイ素薄膜に熱処理を施し、アモルファス酸化ケイ素薄膜内にシリコン量子ドットを形成する。
工程（３）：上記熱処理後アモルファス酸化ケイ素薄膜に、フッ酸による処理を施して、シリコン量子ドットを露出させる。
工程（４）：上記シリコン量子ドットが露出した薄膜に、水蒸気による処理を施して、シリコン量子ドット表面のＳｉＦ基を加水分解により失活させる。
工程（５）：さらに必要により上記水蒸気処理を施したシリコン量子ドットが露出した薄膜に、ピリジン水溶液蒸気による処理を施して、シリコン量子ドット表面のＳｉＦ基をさらに加水分解により失活させる。
工程（６）：上記ＳｉＦ基を失活させたシリコン量子ドットが露出した基板を溶媒中に浸漬させることで、シリコン量子ドットを基板より離散させて、シリコン量子ドットが分散した溶液を得る。
【００２７】
なお、本発明のシリコン量子ドットは、平均粒径が２〜１０ｎｍであり、かつ２００〜４００ｎｍの範囲内の波長の紫外〜可視光により励起されたときに、４００〜８００ｎｍの範囲内の波長の可視光の発光を示す態様のシリコン量子ドットであることが好ましい。
【００２８】
本発明において、シリコン量子ドットの平均粒径は本来３次元で求める必要があるが、微粒子過ぎるため難しく、現実には二次元画像で評価せざるを得ないため、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子顕微鏡写真の撮影シーンを変えて数多く撮影し平均化することで求めることが好ましい。従って、本発明において、当該平均粒径は、ＴＥＭを用いて電子顕微鏡写真を撮影し十分な数の粒子について断面積を計測し、その計測値を相当する円の面積としたときの直径を粒径として求めて、その算術平均を平均粒径とした。ＴＥＭで撮影するクラスター粒子数としては１００個以上が好ましく、１０００個の粒子を撮影するのが更に好ましい。本願においては、１０００個の粒子の算術平均を平均粒径とした。
【００２９】
〈高周波スパッタリング法〉
本発明に係る高周波スパッタリング法は、シリコン量子ドットの製造初期の段階で、発光色に直接寄与する粒子サイズを自在に制御することができるので、本発明では、様々な発光色を容易に実現することが可能である。
【００３０】
高周波スパッタリング装置としては、側面下部にアルゴンガス導入口と排気口を備える真空チャンバー、真空チャンバーの上面に絶縁材料を介して取り付けられ、冷却管から導入、排出される冷却水で冷却される基板ホルダー、及び、真空チャンバーの下面に絶縁材料を介して取り付けられ、冷却管から導入、排出される冷却水で冷却される陰極シールドを備える高周波電極から構成されている態様の装置が好ましい。
【００３１】
そして、上記装置において、アルゴンガスを真空チャンバー内にアルゴンガス導入口から導入し、高周波コントローラによりアルゴンガスをイオン化し、イオン化されたアルゴンイオンを、高周波電極上のターゲット材料であるシリコンチップと石英ガラスへ衝突させ、ターゲット材料から放出された原子や分子を基板ホルダーに保持した基板上に堆積させ、アモルファス酸化ケイ素薄膜を形成する。
【００３２】
シリコン量子ドットの粒子サイズは、ターゲット材料を構成するシリコンチップと石英ガラスの面積比を変化させることで制御することができる。この面積比は、通常、１〜５０％とするが、好ましくは５〜３０％。さらに好ましくは１０〜１５％である。
【００３３】
次に、上記薄膜を不活性ガス（アルゴン等）の雰囲気中で熱処理して当該薄膜内に、所定粒子サイズのシリコン量子ドットを形成する。
【００３４】
上記熱処理の際、熱処理温度は９００〜１２００℃とするが、好ましくは、１０００〜１１００℃である。また、熱処理時間は１５〜１００分であるが、好ましくは、３０〜８０分、さらに好ましくは、５０〜７０分である。
【００３５】
また、スパッタリング条件である高周波電力やガス圧（作製中の圧力であり、本製造プロセスではアルゴンガスの圧力）を変化させても、粒子サイズを制御することが可能である。このとき、高周波電力は１０〜５００Ｗの範囲内で変化させ、ガス圧は、１．３×１０-2〜１．３×１０Ｐａ（１×１０-4〜１×１０-1ｔｏｒｒ）の範囲内で変化させる。
【００３６】
次に、シリコン量子ドットが形成された酸化ケイ素薄膜を載置する基板をアクリル板に貼り付け、フッ酸水溶液を収容する容器に対し、上記酸化ケイ素薄膜を下にして装着する。このとき，フッ酸水溶液の濃度は１〜５０％とする。好ましくは１０〜４０％であり、さらに好ましくは、２０〜３０％である。
【００３７】
そして、上記フッ酸水溶液を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、フッ酸水溶液処理を行う。
【００３８】
上記処理の際、処理温度は１０〜７０℃である。好ましくは、３０〜５０℃であり、さらに好ましくは、４０℃である。また、処理時間は０．５〜２５分である。好ましくは、１〜２０分である、さらに好ましくは、８〜１５分である。
【００３９】
上記フッ酸水溶液処理においては、容器内の酸水溶液から蒸発したフッ酸が薄膜の表面に付着し、酸化ケイ素薄膜中の酸化ケイ素部分を表面から徐々にエッチングしていく。その結果、基板上には、多数のシリコン量子ドットが凝集状態で露出する。
【００４０】
次に、熱水処理を行い、表面のＳｉＦ基を失活させる。すなわち、アクリル板に貼り付けたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を貼り付けたまま、水を収容する容器に対し、基板を下にして装着する。そして、上記水を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、熱水処理を行う。
【００４１】
上記処理の際、処理温度は２５〜７０℃である。好ましくは、３０〜６０℃であり、さらに好ましくは、３５〜５５℃である。また、処理時間は１〜８時間である。好ましくは、２〜６分である、さらに好ましくは、３〜５時間である。
【００４２】
必要により有機塩基による処理を行い、さらに表面のＳｉＦ基を失活させることもできる。
【００４３】
アクリル板に貼り付けたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を貼り付けたまま、有機塩基を収容する容器に対し、基板を下にして装着する。
【００４４】
そして、上記有機塩基を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、有機塩基処理を行う。
【００４５】
有機塩基としてはピリジンが、揮発性が高く好適に用いることができる。
【００４６】
アクリル板に貼り付けたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を貼り付けたまま、ピリジンを収容する容器に対し、基板を下にして装着する。
【００４７】
そして、上記ピリジン水溶液を収容する容器を、ヒーターを備え、純水を収容する恒温水槽内に設置し、ピリジン処理を行う。
【００４８】
上記処理の際、処理温度は２５〜７０℃である。好ましくは、３０〜６０℃であり、さらに好ましくは、３５〜５５℃である。また、処理時間は１〜８時間である。好ましくは、２〜６分である、さらに好ましくは、３〜５時間である。
【００４９】
次に、ＳｉＦ基を失活させたシリコン量子ドットが凝集露出した基板を、エタノールを収容した容器に浸漬する。容器内に磁気撹拌子をいれ、スターラーにて撹拌する又は容器ごと超音波洗浄器に載置して超音波照射を行う。この撹拌処理により、基板上に凝集状態で露出していたシリコン量子ドットは、基板から離散し、エタノール中に分散する。
【００５０】
攪拌処理の処理時間は、通常、１０〜１２０００秒とするが、好ましくは、３０〜９００秒であり、さらに好ましくは、６０〜６００秒である。
【００５１】
（シリコン量子ドットの熱水処理およびフッ化物イオンの定量方法）
得られたシリコン量子ドットに残存するＳｉＦ基を評価するために、加水分解し、フッ化物イオンを遊離させる。加水分解処理は、まず得られたシリコン量子ドットを純水１０ｍｌあたりに１×１０-8〜１×１０-1ｇ、好ましくは１×１０-7〜１×１０-2ｇ、さらに好ましくは１×１０-6〜１×１０-4ｇの条件で分散させる。
【００５２】
処理温度は、１０〜９５℃である。好ましくは、３０〜８５℃であり、さらに好ましくは、６５〜８０℃である。また、処理時間は１〜２４時間である。好ましくは、６〜１６時間である、さらに好ましくは、８〜１４時間である。
【００５３】
遊離したフッ化物イオン濃度は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ３４．１（工業排水試験法）に定められたランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により測定することができる。
【００５４】
本発明においては、合成したシリコン量子ドット１×１０-5ｇを純水１０ｍｌに分散させ、８０℃にて１２時間加熱し、得られた溶液について、上記ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ３４．１（工業排水試験法）に定められたランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法によりフッ化物イオン濃度を測定したときに、フッ化物イオン濃度が１００ｐｐｍ以下であることを要する。なお、当該濃度値が小さいほど、毒性が少なく、好ましい。
【００５５】
〔シリコン量子ドット集合体の親水化処理〕
上述したシリコン量子ドットは集合体として得られるが、当該集合体表面は、一般的には、疎水性であるため、例えば生体物質標識剤として使用する場合は、このままでは水分散性が悪く、粒子が凝集してしまう等の問題があるため、当該シリコン量子ドットの表面を親水化処理することが好ましい。親水化処理の方法としては例えば、表面の親油性基をピリジン等で除去した後に粒子表面に表面修飾剤を化学的及び／又は物理的に結合させる方法がある。表面修飾剤としては、親水基として、カルボキシル基・アミノ基を持つものが好ましく用いられ、具体的にはメルカプトプロピオン酸、メルカプトウンデカン酸、アミノプロパンチオールなどがあげられる。
【００５６】
〔生体物質標識剤〕
本発明に係る生体物質標識剤は、上述したシリコン量子ドットと、分子標識物質と有機分子を介して結合させて得られる。
【００５７】
〈分子標識物質〉
本発明に係る生体物質標識剤は分子標識物質が目的とする生体物質と特異的に結合及び／又は反応することにより、生体物質の標識が可能となる。
【００５８】
当該分子標識物質としては例えば、ヌクレオチド鎖、抗体、抗原およびシクロデキストリン等が挙げられる。
【００５９】
〈有機分子〉
本発明に係る生体物質標識剤は、有機処理されたシリコン量子ドットと、分子標識物質とが有機分子により結合されている。該有機分子としてはシリコン量子ドットと分子標識物質とを結合できる有機分子であれば特に制限はないが、例えば、タンパク質中でも、アルブミン、ミオグロビンおよびカゼイン等、またタンパク質の一種であるアビジンをビオチンと共に用いることも好適に用いられる。上記結合の態様としては特に限定されず、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合、物理吸着および化学吸着等が挙げられる。結合の安定性から共有結合などの結合力の強い結合が好ましい。
【００６０】
具体的には、シリコン量子ドットをメルカプトウンデカン酸で親水化処理した場合は、有機分子としてアビジンおよびビオチンを用いることができる。この場合親水化処理された当該ナノ粒子のカルボキシル基はアビジンと好適に共有結合し、アビジンがさらにビオチンと選択的に結合し、ビオチンがさらに生体物質標識剤と結合することにより生体物質標識剤となる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６２】
〈実施例１〉
（スパッタリングによる成膜）
真空チャンバー内にアルゴンガスを導入し、高周波コントローラによりイオン化されたアルゴンイオンをシリコンチップと石英ガラスからなるターゲット材料に衝突させ、これから放出された原子および分子を半導体基板上に堆積し、シリコン原子と酸素原子が混ざった薄膜を形成した。スパッタリング条件は、プラズマ出力１００Ｗ，アルゴン圧力１Ｐａとし、このときの膜厚は３ミクロンであった。シリコンチップと石英チップの比率をかえた試料を作製し、このときの、シリコンチップの面積％を表１にを示す。
【００６３】
（熱処理）
得られた薄膜を、アルゴン雰囲気中において、１１００℃まで急速に昇温し６０分熱処理を行った。
【００６４】
（酸処理）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜を４０℃のフッ酸蒸気に１０分晒すことで、シリカ溶解処理を行った。
【００６５】
（熱水処理）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜を１００℃の水蒸気に４分晒すことで、表面のＳｉＦ基を失活させた。
【００６６】
（有機塩基処理）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜を５０℃のピリジンの蒸気に４分さらすことで、さらに表面のＳｉＦ基を失活させた。
【００６７】
（発光スペクトル）
得られたシリコン量子ドット含有薄膜について、磁気撹拌子を備えたビーカーにエタノールを入れたところに浸漬し、６００秒撹拌処理を行うことで、シリコン量子ドットをエタノール分散溶液として得た。波長２８０ｎｍの励起光を照射して発生する蛍光スペクトルを日立分光光度計Ｆ７０００を用いて測定した。発光スペクトルの、極大発光波長を表１に示す。
【００６８】
（親水化処理）
得られたシリコン量子ドット１×１０-5ｇをメルカプトウンデカン酸０．２ｇが溶解した純水１０ｍｌ中に分散させて、４０℃、１０分間攪拌し、シェルの表面を処理することでシリコン量子ドットの表面をカルボキシル基で修飾した。
【００６９】
〈フッ化物イオンの定量〉
合成したシリコン量子ドット１×１０-5ｇを純水１０ｍｌに分散させ、８０℃にて１２時間加熱した。得られた溶液についてＪＩＳ Ｋ ０１０２ ３４．１（工業排水試験法）に定められたランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法によりフッ化物イオン濃度を測定した。結果を表１に示す。
【００７０】
〈毒性評価法および細胞形態観察〉
合成した親水化処理シリコン量子ドットのＥ．ｃｏｌｉ細胞に対する毒性について振盪フラスコ実験で試験した。使用したＥ．ｃｏｌｉ菌株は、ＢＬ２１（ＤＥ３）［ｐＵＣ１８］である。
【００７１】
初めにＬＢ培地で種培養を行った。ＬＢ培地の組成は下記のとおり。１０ｇＮａＣｌ、１０ｇトリプトン、５ｇ酵母抽出物。Ｅ．ｃｏｌｉ細胞を、５００ｍｌの振盪フラスコに入れた１００ｍｌのＬＢ培地中で、３７℃、２２０ｒｐｍで一晩培養した。その後、発酵培養用のＭＲ培地が入れられた５００ｍｌ振盪フラスコに種培養をピペットで加えた。各フラスコには１５ｇ／ｌのグルコースと１０％（ｖ／ｖ）の播種された種培養を含む１００ｍｌのＭＲ培地が入れられている。ＭＲ培地の組成は次のとおり。１３．５ｇＫＨ2ＰＯ4、４．０ｇ（ＮＨ4）2ＨＰＯ4、０．７ｇＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、０．８５ｇクエン酸、１０．０ｍｌの１０ｇ／ｌ ＦｅＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、１０．０ｍｌの微量金属溶液（ＴＥ）、及び１．０ｍｌの２０ｇ／ｌ ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ。各フラスコには更に以下の濃度で異なる量のシリコン量子ドットが加えられている。すなわち全部で４本のフラスコに対して０％（対照）、０．５％、１％、２％である。４本のフラスコを用いて３７℃、２２０ｒｐｍで発酵培養を行った。
【００７２】
分光光度計（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ８４５２Ａ）で６００ｎｍの光学密度を測定し、細胞増殖の指標とした。８時間後の光学密度を測定し、対照試料のそれと同等にある場合、細胞増殖を阻害しない、つまり毒性なし。減少している場合を毒性ありと判定する。結果を表１に示す。
【００７３】
また８時間後にフラスコより採取した培養細胞について光学顕微鏡によりその形態を観察し、対照試料の細胞と、シリコン量子ドット２％添加の試料の細胞とで比較し、形態変化の有無を。目視にて判定した。対照試料との細胞とくらべ、形態が大きく変化しているものを異常。変化のわずかのものを良好、変化がないものを正常と判定した。結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１から本発明の熱水処理を施したシリコン量子ドットは、所望の蛍光発光を示すのはもちろん、フッ化物イオン濃度が十分低く、細胞毒性を示さないことが分かる。また、熱水処理に加え、有機塩基処理を施したものは、さらにフッ化物イオン濃度が低くなっており、培養細胞の形態観察においても正常であった。比較例では、フッ化物イオン濃度が高く、細胞毒性を示したと分かる。このことから、本発明のシリコンナノ粒子は、生体物質標識材料として優れていると言える。
【００７６】
〈実施例２〉
親水化処理シリコン量子ドット１：１．０×１０-5ｍｏｌ／ｌの水分散液にアビジン２５ｍｇを添加し４０℃で１０分間攪拌を行い、アビジンコンジュゲートナノ粒子を作製した。
【００７７】
得られたアビジンコンジュゲートナノ粒子溶液にビオチン化された塩基配列が既知であるオリゴヌクレオチドを混合攪拌し、ナノ粒子で標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドを作製した。
【００７８】
さまざまな塩基配列を持つオリゴヌクレオチドを固定化したＤＮＡチップ上に上記の標識（ラベリング）したオリゴヌクレオチドを滴下・洗浄したところ、標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドと相補的な塩基配列をもつオリゴヌクレオチドのスポットのみが粒子の粒径に依存して異なる色の発光を示すことを確認した。
【００７９】
このことより、ナノ粒子でのオリゴヌクレオチドの標識（ラベリング）を確認することができた。すなわち、この結果により、本発明のシリコン量子ドットを用いた生体物質標識剤を提供することができることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするシリコン量子ドット。
【請求項２】
前記シリコン量子ドットが、その製造工程において、熱水処理を施され、かつ有機塩基処理を施されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコン量子ドット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシリコン量子ドットであって、その表面が有機分子により修飾されていることを特徴とするのシリコン量子ドット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコン量子ドットと分子標識物質とを有機分子を介して結合させたことを特徴とする生体物質標識剤。
【請求項５】
前記分子標識物質が、ヌクレオチド鎖またはタンパク質であることを特徴とする請求項４に記載の生体物質標識剤。
【請求項６】
前記シリコン量子ドットと分子標識物質とを結合させる有機分子が、ビオチン及びアビジンであることを特徴とする請求項４又は５に記載の生体物質標識剤。
【請求項１】
シリコン量子ドットの熱水処理により遊離するフッ化物イオン濃度が、ランタン−アリザリンコンプレキソン吸光光度法により１００ｐｐｍ以下であることを特徴とするシリコン量子ドット。
【請求項２】
前記シリコン量子ドットが、その製造工程において、熱水処理を施され、かつ有機塩基処理を施されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコン量子ドット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシリコン量子ドットであって、その表面が有機分子により修飾されていることを特徴とするのシリコン量子ドット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコン量子ドットと分子標識物質とを有機分子を介して結合させたことを特徴とする生体物質標識剤。
【請求項５】
前記分子標識物質が、ヌクレオチド鎖またはタンパク質であることを特徴とする請求項４に記載の生体物質標識剤。
【請求項６】
前記シリコン量子ドットと分子標識物質とを結合させる有機分子が、ビオチン及びアビジンであることを特徴とする請求項４又は５に記載の生体物質標識剤。
【公開番号】特開２００９−９６６６９（Ｐ２００９−９６６６９Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６９８７６（Ｐ２００７−２６９８７６）
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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