ナノ粒子の表面修飾剤、金属ナノ粒子及びナノ粒子の表面修飾剤の製造方法
【課題】ナノ粒子が凝集することを防止するとともに、機能性を付与するナノ粒子の表面修飾剤、金ナノ粒子及びナノ粒子の表面修飾剤の製造方法を提供する。
【解決手段】第１のヒドロキシ脂肪酸をシステアミドとアミド結合させてチオール化し、前記チオール化された化合物と、前記第１のヒドロキシ脂肪酸または前記第１のヒドロキシ脂肪酸とは異なる第２のヒドロキシ脂肪酸とを用いてエステル結合させ、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高いアルキル鎖がまばらに並んだ構造とを有する樹状分子を生成する。
【解決手段】第１のヒドロキシ脂肪酸をシステアミドとアミド結合させてチオール化し、前記チオール化された化合物と、前記第１のヒドロキシ脂肪酸または前記第１のヒドロキシ脂肪酸とは異なる第２のヒドロキシ脂肪酸とを用いてエステル結合させ、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高いアルキル鎖がまばらに並んだ構造とを有する樹状分子を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性が付与されたナノ粒子の表面修飾剤、金属ナノ粒子及びナノ粒子の表面修飾剤の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属やポリマーなど様々な原料からナノ粒子を合成することができるようになり、実用的なナノマテリアルの開発が盛んに行われている。例えば、金属ナノ粒子上にＤＮＡ分子や糖鎖を結合させた生体内で利用が可能な微小センサーや、ナノ粒子を用いてインフルエンザウイルスを超高感度で検出する方法などが開発されており、化粧品、医薬品、印刷用トナーなどにも応用されている。また、伝導性ナノ粒子として金ナノワイヤーをスズの微粒子ではんだ付けを行う技術も開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、ナノスケールの粒子は容易に凝集してしまうため、ナノ粒子を合成したり保存したりする際には、分散安定化剤を添加する。例えば、金属ナノ粒子の場合、合成の際に分散安定化剤としてセチルトリメチル臭化アンモニウム（ＣＴＡＢ）の界面活性剤を添加してナノ粒子の表面を覆う方法がよく用いられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６８４４７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Peng,Y.;Cullis,T.;Inkson,B.;Bottom-up Nanoconstruction by the Welding of Individual Metallic Nanoobjects Using Nanoscale Solder. Nano Lett. 2009, 9(1), 91-96.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述したＣＴＡＢは主にアルキル鎖から構成されており、構造が単純であるため、他の化合物と反応させて機能性を付与することが難しく、機能性を付与したとしても、ナノ粒子の物性制御が難しい。また、疎水性の高いアルキル鎖による相互作用でナノ粒子と結合しており、外れやすい構造となっている。さらに、ＣＴＡＢは細胞毒性を有しており、バイオマテリアルとして利用することが難しい。
【０００７】
したがって、この方法を用いてナノ粒子の表面を覆った場合、生成したナノ粒子を機能性物質として応用する際に、界面活性剤を除去してから金属表面の再修飾を行わなければならない。このため、ナノ粒子を応用する際に効率がよくないという問題点がある。
【０００８】
本発明は前述の問題点に鑑み、ナノ粒子が凝集することを防止するとともに、機能性を付与するナノ粒子の表面修飾剤、金属ナノ粒子及びナノ粒子の表面修飾剤の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のナノ粒子の表面修飾剤は、化１に表される構造を有することを特徴とする。
【００１０】
【化１】
（式中、ｘ，ｚ≧２、かつｙ，ｗ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３）
【００１１】
また、本発明のナノ粒子の表面修飾剤の他の特徴とするところは、化２に表される構造を有することを特徴とする。
【００１２】
【化２】
（式中、ｘ，ｚ，ｕ≧２、かつｙ，ｗ，ｖ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３、ｕ＋ｖ≧３）
【００１３】
本発明の金属ナノ粒子は、前記の何れかに記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基と、金または銀とが吸着されていることを特徴とする。
また、本発明の金属ナノ粒子の他の特徴とするところは、前記の何れかに記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基と、金とが吸着されており、さらに、前記ナノ粒子の表面修飾剤と前記金との間にピレンが内包されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法は、第１のジヒドロキシ脂肪酸をシステアミドとアミド結合させてチオール化する工程と、前記チオール化された化合物と、前記第１のジヒドロキシ脂肪酸または前記第１のジヒドロキシ脂肪酸とは異なる第２のジヒドロキシ脂肪酸とを用いてエステル結合させ、樹状の化合物を生成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金などのナノ粒子に表面修飾剤を吸着させることにより、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高い大きなアルキル鎖がまばらに並んだ内部とを有するため、様々な機能性を付与する表面修飾剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】修飾された金ナノ粒子の表面部分の構造例を示す図である。
【図２】樹状分子によって形成された疎水空間にピレンが可溶化している状態を示す図である。
【図３】本発明の実施例における金ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例における吸収分光光度計による金ナノロッドの吸収ピークの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施例で作製した、濃度が1.0×10-5mol/lの金ナノロッドを示すＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の実施例における銀ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例における金ナノ粒子溶液の濃度とピレンの蛍光強度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、鋭意検討した結果、ジヒドロキシ脂肪酸に由来する樹状分子のカルボン酸末端側にチオール基を導入した表面修飾剤が分散安定化剤として、ナノ粒子を合成もしくは保存するために有効であることを見いだした。この表面修飾剤を添加することにより、ナノ粒子の表面に安定的な根としてチオール基が固定され、外部には多数の水酸基があることから親水性が高く、ナノ粒子同士で凝集することを防止することができる。さらに、この表面修飾剤がナノ粒子に固定されると、樹状分子の内部側には大きな空隙ができ、そこにはアルキル基などの疎水性部位が存在するため、生成したナノ粒子を例えばドラッグデリバリーシステムなどの機能性物質として応用することができる。
【００１８】
ここで、ナノ粒子半径は最小で10nm、最大のもので300nm程度の粒径を有している。粒子半径は、調製する際の温度・濃度・反応時間などの実験条件に依存するが、数10nmサイズの粒径を有するナノ粒子は比較的容易に作成することができるという利点がある。
【００１９】
本発明に用いるジヒドロキシ脂肪酸は、ＣnＨ2n-1（ＯＨ）2ＣＯＯＨという分子式をもつ飽和脂肪酸である。このジヒドロキシ脂肪酸は、通常は直鎖状の構造をしているが、水溶液に溶かすと、水酸基を境目にカルボキシル基側とアルキル基側とにＵ字型に折れ曲がった構造となる。これは、親水性の高い水酸基は水分子との水素結合により外側に向くようになり、疎水性の高いアルキル鎖の部分は水分子との相互作用を避けて内側に折れこむからである。このようにＵ字型の構造のジヒドロキシ脂肪酸を用いて樹状分子を合成すると、前述のように、親水性部位と疎水性部位とを併せ持つ構造となる。
【００２０】
ここで、ジヒドロキシ脂肪酸の例として、ｎが５以上であれば何でもよい。なお、ｎが４以下の場合は、カルボニル基のβ位に水酸基が位置することから、比較的不安定な化合物となり、安定して表面修飾剤が得られないため、ｎ≧５である必要がある。但し、ｎが２４以上の場合は、脂肪酸が一般的に入手困難であり、さらには、２つの水酸基が付加されたジヒドロキシ脂肪酸を合成するために多くの手間及びコストがかかる。このため、５≦ｎ≦２３であることが好ましい。なお、本発明において用いるジヒドロキシ脂肪酸は、以下の化３に表される構造を有している。
【００２１】
【化３】
（式中、ｘ＋ｙ＝ｎ−２）
【００２２】
このように、ジヒドロキシ脂肪酸の水酸基の位置によって、式中のｘ及びｙが異なる。前述したように、カルボニル基のβ位に水酸基が位置すると、不安定な化合物となってしまう。一方、２つの水酸基が隣り合う第二級水酸基であると、親水基である水酸基が並んで外側へ位置するようになり、安定した構造となる。以上のことを踏まえ、水溶液中にＵ字型の構造を形成するようにするためには、ｘ≧２、ｙ≧１であり、かつ２つの水酸基が隣り合わせになることが必要である。
【００２３】
なお、２つの水酸基が並んだ脂肪酸を合成する場合に、一価の不飽和脂肪酸を酸化して合成するため、本発明で用いるジヒドロキシ脂肪酸としては、合成及び入手が容易であるものがさらに好ましい。すなわち、原料として入手が容易な不飽和脂肪酸は、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、バクセン酸、ガドレイン酸、エイコセン酸、エルカ酸、及びネルボ酸であることから、本発明で用いるジヒドロキシ脂肪酸としては、9,10−ジヒドロキシテトラデカン酸、9,10−ジヒドロキシヘキサデカン酸、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸、11,12−ジヒドロキシオクタデカン酸、9,10−ジヒドロキシイコサン酸、11,12−ジヒドロキシイコサン酸、13,14−ジヒドロキシドコサン酸、または15,16−ジヒドロキシテトラコサン酸であることがさらに好ましい。また、これらの列挙したジヒドロキシ脂肪酸は、いずれも脂肪酸の代謝過程において人間の体内で生じているものであるため、強い毒性を示すものではない。
【００２４】
本発明のナノ粒子の表面修飾剤は、例えば、以下のような手順により作製することができる。
【００２５】
まず、化３に表されるジヒドロキシ脂肪酸をシステアミンとアミド結合させてチオール基に変換し、以下の化４に表される第一世代型ジヒドロキシ脂肪酸安定化剤を生成する。
【００２６】
【化４】
【００２７】
次に、化４に表される化合物に、化３に表される化合物２分子分を用いてエステル結合させ、以下の化５に表される第二世代型樹状分子安定化剤を生成する。このとき、２分子分のジヒドロキシ脂肪酸を直接エステル結合させるのではなく、２分子分のジヒドロキシ脂肪酸の水酸基をｔ−ブチルジメチルシリル基（ＴＢＳ基）に変換させた後にエステル結合する。
【００２８】
【化５】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００２９】
そして、化５に表される化合物にメタノール等を加え、枝の先端部分（ＴＢＳ基の部分）を水酸基にすることにより、以下の化６に表される樹状分子を生成する。
【００３０】
【化６】
【００３１】
以上のような手順により、樹状分子の表面修飾剤を生成することができるが、さらに親水性を有する水酸基や疎水性を有するアルキル基をより多くするために、同様の手順により以下の化７に表されるような第三世代型樹状分子安定化剤を生成することもできる。
【００３２】
【化７】
【００３３】
ここで、第二世代型や第三世代型樹状分子安定化剤を生成する場合に、必ずしも同一のジヒドロキシ脂肪酸を用いてエステル結合させる必要はない。例えば、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸を用いてチオール化した後に、11,12−ジヒドロキシイコサン酸を用いて第二世代型樹状分子安定化剤を生成してもよく、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸を用いて第二世代型樹状分子安定化剤を生成した後に、11,12−ジヒドロキシイコサン酸を用いて第三世代型樹状分子安定化剤を生成してもよい。但し、各世代では、異なるジヒドロキシ脂肪酸を用いると樹状分子の構造のバランスが失われるため、同一のジヒドロキシ脂肪酸を用いる必要がある。
【００３４】
図１は、修飾された金ナノ粒子の表面部分の構造例を示す図である。
化６または化７に表される樹状分子に酢酸を加え、さらに、金（III）塩及び還元剤を加えると、樹状分子の末端であるチオール基と、金属ナノ粒子の表面とが反応し、図１に示すように、金ナノ粒子１の表面に樹状分子２の末端が結合され、樹状分子により修飾された金ナノ粒子を生成する。また、予め調整した樹状分子が修飾された金ナノ粒子溶液に金コロイド溶液を追加して金ナノ粒子を成長させると、金ナノロッドを得る。この修飾された金ナノ粒子は、図１に示すように、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高いアルキル基がまばらに並んだ内部とで大きく異なる構造を有している。また、金の代わりに銀を用いると、樹状分子が修飾された銀ナノ粒子を生成する。
【００３５】
図２は、樹状分子によって形成された疎水空間にピレンが可溶化している状態を示す図である。
図２に示すように、ピレンは疎水性の芳香族炭化水素であるため、修飾された金ナノ粒子にピレンを加えると、隣り合う樹状分子により形成されるアルキル基が並ぶ空間にピレンが内包し、会合体を形成する。
【００３６】
また、樹状分子の材料として用いられるジヒドロキシ脂肪酸は、脂肪酸の代謝物の一つであるため、毒性が低い。また、ナノ粒子として用いられる金も反応性の低い金属であり、重金属のような毒性を有していない。そこで、この特性を活かし、水に溶けにくい医薬品を疎水性の空間に取り込んだ医薬品の可溶化剤や、ドラッグデリバリー用の機能性材料として利用することが期待できる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例について説明する。
（第１の実施例）
まず、以下の化８に表される9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸10gをジクロロメタン64mlに溶かし、この溶液にジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）7.8gとシステアミン3.0gとを混合し、室温で６時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化９に表される化合物を得た。このとき、収率は９０％であった。
【００３８】
【化８】
【００３９】
【化９】
【００４０】
次に、化８に表される9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸10gをN,N−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）64mlに溶かし、この溶液に炭酸カリウム5gと臭化ベンジル6.5gとを混合し、室温で１２時間放置した。その後、反応容器に5％リン酸水溶液100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１０に表される化合物を得た。このとき、収率は８６％であった。
【００４１】
【化１０】
（式中、Ｂｎはベンジル基）
【００４２】
さらに、得られた化１０に表される化合物10gに、イミダゾール4g、塩化t−ブチルジメチルシリル8g、およびＤＭＦ50mlを混合し、５０℃に保ちつつ２４時間放置した。その後、反応容器に5％リン酸水溶液100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。次に、得られた生成物にメタノール240mlとパラジウム炭素（ＰＤ／Ｃ）500mgとを添加し、水素雰囲気において室温で１２時間放置した。そして、反応溶液をセライトろ過してパラジウム炭素を取り除いたのち、ろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１１に表される化合物を得た。このとき、収率は８５％であった。
【００４３】
【化１１】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００４４】
次に、化１１に表される化合物12gをジクロロメタン220mlに溶かした溶液に、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）5gを加えて撹拌し、懸だく液とした。さらに、化９に表わされる化合物3.8gと、触媒としてジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）1gとを混合し、室温で１２時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。そして、すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１２に表される化合物を得た。このとき、収率は８０％であった。
【００４５】
【化１２】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００４６】
さらに、化１２に表される化合物11gに酢酸100mlを混合し、５０℃に保ちつつ２４時間放置した。その後、酢酸を減圧溜去し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１３に表される第二世代型樹状分子安定化剤を得た。このとき、収率は７３％であった。
【００４７】
【化１３】
【００４８】
次に、濃度が1.0×10-2mol/lの化６に表される樹状分子の水溶液5.0mlと、濃度が5.0×10-4mol/lのテトラクロロ金（III）酸水溶液5.0mlと、還元剤として1.0×10-2mol/lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.6mlとを混合し、５℃に冷却して１時間放置した。そして、パーキンエルマー社製のフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いて吸収ピークを測定した。
【００４９】
図３は、本実施例における金ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
図３に示すように、化１３に表される樹状分子の末端に位置するチオール基のピークν（ＳＨ）が見られなかった。このことから、樹状分子のチオール基が金ナノ粒子の表面と化学吸着を起こし、樹状分子が安定化剤として機能していることがわかる。
【００５０】
次に、1.0×10-2mol/lの化１３に表す樹状分子の水溶液5.0mlと、5.0×10-4mol/lのテトラクロロ金（III）酸水溶液5.0mlと、4.0×10-3mol/lの硝酸銀水溶液0.2mlと、7.9×10-2mol/lのアスコルビン酸70μlとを混合し、前述の手順により作製された、濃度の異なる５種類の修飾安定剤が吸着した金ナノ粒子溶液12μlにそれぞれ添加した。そして、日立製の吸収分光光度計を用いて金ナノロッドの吸収ピークを測定した。
【００５１】
図４は、本実施例における吸収分光光度計による金ナノロッドの吸収ピークの一例を示す図である。図４において、最も濃度が高いナノ粒子溶液の濃度を１００とした場合に、金ナノ粒子溶液に添加しなかった場合の吸収ピーク１１、濃度の割合が２０である金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１２、濃度の割合が６０である金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１３、濃度の割合が８０である金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１４、及び最も濃度が高い金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１５、の５種類の試料について測定した。
【００５２】
図４に示すように、樹状分子の濃度が増加するに従って、吸収ピークが長波長側にシフトしていることから、濃度が増加するとアスペクト比がより大きな金ナノロッドが得られている。
【００５３】
図５は、本実施例で作製した、濃度が1.0×10-5mol/lの金ナノロッドを示すＳＥＭ写真である。
図５に示すように、本実施例で作製した金ナノロッドは、長軸方向ａ及び短軸方向ｂの長さが異なるという特徴があった。図４の吸収スペクトルに観測される520nm〜530nm付近の吸収バンドは、金ナノロッドの短軸成分に対応しており、示している金ナノロッドの場合10nmであった。一方、780nm〜800nm領域に観測される吸収バンドは長軸成分に対応しており、示しているナノロッドの長さは40nm〜50nmであった。なお、アスペクト比（ａ／ｂ）が大きくなるにつれて長軸がより長くなり、吸収スペクトルの吸収ピークがより長波長域にシフトし、最大1300nm付近までシフトすることが知られている。
【００５４】
前述の例では、ナノ粒子として金を用いた例について説明したが、同様に銀のナノ粒子についても実験を行った。1.0×10-2mol/lの化１３に表される化合物（第一世代型ジヒドロキシ脂肪酸安定化剤）の水溶液5.0mlと、5.0×10-4mol/lの銀水溶液5.0mlと、還元剤として1.0×10-2mol/lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.6mlとを混合し、５℃に冷却して１時間放置した。そして、同様に、パーキンエルマー社製のＦＴＩＲを用いて吸収ピークを測定した。
【００５５】
図６は、本実施例における銀ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
図６に示すように、測定の結果、2550cm-1付近のチオール基の吸収帯が消失していることから、樹状分子が銀ナノ粒子表面に結合していることがわかる。このように、これらの銀ナノ粒子においても、表面修飾剤として銀ナノ粒子の表面に吸着していることが確認できた。
【００５６】
次に、前述の手順で作製した、表面修飾剤が吸着した金ナノ粒子溶液5mlを異なる濃度で複数種類作製してそれぞれにピレン1.0×10-3gを混合し、パーキンエルマー社製の蛍光分光光度計を用いてピレンの蛍光強度を測定した。
【００５７】
図７は、本実施例における金ナノ粒子溶液の濃度とピレンの蛍光強度との関係を示す図である。
図７に示すように、樹状分子が吸着した金ナノ粒子の濃度が大きくなるに従い、ピレンの蛍光強度が増大した。これは、図２に示すように、樹状分子が増加するに従ってアルキル基が並ぶ疎水性領域が増え、その分ピレンが可溶化して会合体を形成していることを示している。すなわち、表面修飾剤に疎水性領域が存在していることを示している。
【００５８】
（第２の実施例）
化１１に表される化合物12gをジクロロメタン220mlに溶かした溶液にジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）5gを加えて撹拌し、懸だく液とした。さらに、化１０に表される化合物4.1gと、触媒としてジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）1gとを混合し、室温で１２時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１４に表される化合物を得た。このとき、収率は７８％であった。
【００５９】
【化１４】
（式中、ＲはＴＢＳ基であり、Ｂｎはベンジル基）
【００６０】
次に、化１４に表される化合物11gにメタノール750mlとパラジウム炭素（Ｐｄ／Ｃ）750mgを添加し、水素雰囲気において室温で１２時間放置した。そして、反応溶液をセライトろ過してパラジウム炭素を取り除いたのち、ろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１５に表される化合物を得た。このとき、収率は８５％であった。
【００６１】
【化１５】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００６２】
次に、化１５に表される化合物8.2gをジクロロメタン60mlに溶かした溶液に、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）1.4gを加えて撹拌し、懸だく液とした。さらに、化９に表わされる化合物1.1gと、触媒としてジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）1gとを混合し、室温で１２時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１６に表される化合物を得た。このとき、収率は６６％であった。
【００６３】
【化１６】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００６４】
次に、化１６に表される化合物6.1gにフッ化テトラブチルアンモニウムの1.0 mol/Lテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液20mlを加え、５０℃に保ちつつ２４時間放置した。そして、反応溶液に水50mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１７に表される第三世代樹状分子安定化剤を得た。このとき、収率は７３％であった。
【００６５】
【化１７】
【００６６】
次に、濃度が1.0×10-2 mol/lの化１７に表わす第三世代型樹状分子安定化剤の水溶液5.0mlと、濃度が5.0×10-4 mol/lのテトラクロロ金（III）酸水溶液5.0mlと、還元剤として1.0×10-2mol/lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.6mlとを混合し、５℃に冷却して１時間放置した。そして、日立製の吸収分光光度計を用いて金ナノ粒子の吸収ピークを測定した。測定の結果、実施例１と同様に、化１７に表される第三世代型の樹状分子の末端に位置するチオール基のピークν（ＳＨ）が見られず、第三世代型の場合も樹状分子のチオール基が金ナノ粒子の表面と化学吸着を起こし、樹状分子が安定化剤として機能している。
【００６７】
以上のように本実施例によれば、金または銀のナノ粒子に表面修飾剤を吸着させることにより、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高いアルキル鎖がまばらに並んだ内部とを有するため、様々な機能性を付与する表面修飾剤を提供することができるといえる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 金ナノ粒子
２ 樹状分子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性が付与されたナノ粒子の表面修飾剤、金属ナノ粒子及びナノ粒子の表面修飾剤の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属やポリマーなど様々な原料からナノ粒子を合成することができるようになり、実用的なナノマテリアルの開発が盛んに行われている。例えば、金属ナノ粒子上にＤＮＡ分子や糖鎖を結合させた生体内で利用が可能な微小センサーや、ナノ粒子を用いてインフルエンザウイルスを超高感度で検出する方法などが開発されており、化粧品、医薬品、印刷用トナーなどにも応用されている。また、伝導性ナノ粒子として金ナノワイヤーをスズの微粒子ではんだ付けを行う技術も開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、ナノスケールの粒子は容易に凝集してしまうため、ナノ粒子を合成したり保存したりする際には、分散安定化剤を添加する。例えば、金属ナノ粒子の場合、合成の際に分散安定化剤としてセチルトリメチル臭化アンモニウム（ＣＴＡＢ）の界面活性剤を添加してナノ粒子の表面を覆う方法がよく用いられている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６８４４７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Peng,Y.;Cullis,T.;Inkson,B.;Bottom-up Nanoconstruction by the Welding of Individual Metallic Nanoobjects Using Nanoscale Solder. Nano Lett. 2009, 9(1), 91-96.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述したＣＴＡＢは主にアルキル鎖から構成されており、構造が単純であるため、他の化合物と反応させて機能性を付与することが難しく、機能性を付与したとしても、ナノ粒子の物性制御が難しい。また、疎水性の高いアルキル鎖による相互作用でナノ粒子と結合しており、外れやすい構造となっている。さらに、ＣＴＡＢは細胞毒性を有しており、バイオマテリアルとして利用することが難しい。
【０００７】
したがって、この方法を用いてナノ粒子の表面を覆った場合、生成したナノ粒子を機能性物質として応用する際に、界面活性剤を除去してから金属表面の再修飾を行わなければならない。このため、ナノ粒子を応用する際に効率がよくないという問題点がある。
【０００８】
本発明は前述の問題点に鑑み、ナノ粒子が凝集することを防止するとともに、機能性を付与するナノ粒子の表面修飾剤、金属ナノ粒子及びナノ粒子の表面修飾剤の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のナノ粒子の表面修飾剤は、化１に表される構造を有することを特徴とする。
【００１０】
【化１】
（式中、ｘ，ｚ≧２、かつｙ，ｗ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３）
【００１１】
また、本発明のナノ粒子の表面修飾剤の他の特徴とするところは、化２に表される構造を有することを特徴とする。
【００１２】
【化２】
（式中、ｘ，ｚ，ｕ≧２、かつｙ，ｗ，ｖ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３、ｕ＋ｖ≧３）
【００１３】
本発明の金属ナノ粒子は、前記の何れかに記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基と、金または銀とが吸着されていることを特徴とする。
また、本発明の金属ナノ粒子の他の特徴とするところは、前記の何れかに記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基と、金とが吸着されており、さらに、前記ナノ粒子の表面修飾剤と前記金との間にピレンが内包されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法は、第１のジヒドロキシ脂肪酸をシステアミドとアミド結合させてチオール化する工程と、前記チオール化された化合物と、前記第１のジヒドロキシ脂肪酸または前記第１のジヒドロキシ脂肪酸とは異なる第２のジヒドロキシ脂肪酸とを用いてエステル結合させ、樹状の化合物を生成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金などのナノ粒子に表面修飾剤を吸着させることにより、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高い大きなアルキル鎖がまばらに並んだ内部とを有するため、様々な機能性を付与する表面修飾剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】修飾された金ナノ粒子の表面部分の構造例を示す図である。
【図２】樹状分子によって形成された疎水空間にピレンが可溶化している状態を示す図である。
【図３】本発明の実施例における金ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例における吸収分光光度計による金ナノロッドの吸収ピークの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施例で作製した、濃度が1.0×10-5mol/lの金ナノロッドを示すＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の実施例における銀ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例における金ナノ粒子溶液の濃度とピレンの蛍光強度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、鋭意検討した結果、ジヒドロキシ脂肪酸に由来する樹状分子のカルボン酸末端側にチオール基を導入した表面修飾剤が分散安定化剤として、ナノ粒子を合成もしくは保存するために有効であることを見いだした。この表面修飾剤を添加することにより、ナノ粒子の表面に安定的な根としてチオール基が固定され、外部には多数の水酸基があることから親水性が高く、ナノ粒子同士で凝集することを防止することができる。さらに、この表面修飾剤がナノ粒子に固定されると、樹状分子の内部側には大きな空隙ができ、そこにはアルキル基などの疎水性部位が存在するため、生成したナノ粒子を例えばドラッグデリバリーシステムなどの機能性物質として応用することができる。
【００１８】
ここで、ナノ粒子半径は最小で10nm、最大のもので300nm程度の粒径を有している。粒子半径は、調製する際の温度・濃度・反応時間などの実験条件に依存するが、数10nmサイズの粒径を有するナノ粒子は比較的容易に作成することができるという利点がある。
【００１９】
本発明に用いるジヒドロキシ脂肪酸は、ＣnＨ2n-1（ＯＨ）2ＣＯＯＨという分子式をもつ飽和脂肪酸である。このジヒドロキシ脂肪酸は、通常は直鎖状の構造をしているが、水溶液に溶かすと、水酸基を境目にカルボキシル基側とアルキル基側とにＵ字型に折れ曲がった構造となる。これは、親水性の高い水酸基は水分子との水素結合により外側に向くようになり、疎水性の高いアルキル鎖の部分は水分子との相互作用を避けて内側に折れこむからである。このようにＵ字型の構造のジヒドロキシ脂肪酸を用いて樹状分子を合成すると、前述のように、親水性部位と疎水性部位とを併せ持つ構造となる。
【００２０】
ここで、ジヒドロキシ脂肪酸の例として、ｎが５以上であれば何でもよい。なお、ｎが４以下の場合は、カルボニル基のβ位に水酸基が位置することから、比較的不安定な化合物となり、安定して表面修飾剤が得られないため、ｎ≧５である必要がある。但し、ｎが２４以上の場合は、脂肪酸が一般的に入手困難であり、さらには、２つの水酸基が付加されたジヒドロキシ脂肪酸を合成するために多くの手間及びコストがかかる。このため、５≦ｎ≦２３であることが好ましい。なお、本発明において用いるジヒドロキシ脂肪酸は、以下の化３に表される構造を有している。
【００２１】
【化３】
（式中、ｘ＋ｙ＝ｎ−２）
【００２２】
このように、ジヒドロキシ脂肪酸の水酸基の位置によって、式中のｘ及びｙが異なる。前述したように、カルボニル基のβ位に水酸基が位置すると、不安定な化合物となってしまう。一方、２つの水酸基が隣り合う第二級水酸基であると、親水基である水酸基が並んで外側へ位置するようになり、安定した構造となる。以上のことを踏まえ、水溶液中にＵ字型の構造を形成するようにするためには、ｘ≧２、ｙ≧１であり、かつ２つの水酸基が隣り合わせになることが必要である。
【００２３】
なお、２つの水酸基が並んだ脂肪酸を合成する場合に、一価の不飽和脂肪酸を酸化して合成するため、本発明で用いるジヒドロキシ脂肪酸としては、合成及び入手が容易であるものがさらに好ましい。すなわち、原料として入手が容易な不飽和脂肪酸は、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、バクセン酸、ガドレイン酸、エイコセン酸、エルカ酸、及びネルボ酸であることから、本発明で用いるジヒドロキシ脂肪酸としては、9,10−ジヒドロキシテトラデカン酸、9,10−ジヒドロキシヘキサデカン酸、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸、11,12−ジヒドロキシオクタデカン酸、9,10−ジヒドロキシイコサン酸、11,12−ジヒドロキシイコサン酸、13,14−ジヒドロキシドコサン酸、または15,16−ジヒドロキシテトラコサン酸であることがさらに好ましい。また、これらの列挙したジヒドロキシ脂肪酸は、いずれも脂肪酸の代謝過程において人間の体内で生じているものであるため、強い毒性を示すものではない。
【００２４】
本発明のナノ粒子の表面修飾剤は、例えば、以下のような手順により作製することができる。
【００２５】
まず、化３に表されるジヒドロキシ脂肪酸をシステアミンとアミド結合させてチオール基に変換し、以下の化４に表される第一世代型ジヒドロキシ脂肪酸安定化剤を生成する。
【００２６】
【化４】
【００２７】
次に、化４に表される化合物に、化３に表される化合物２分子分を用いてエステル結合させ、以下の化５に表される第二世代型樹状分子安定化剤を生成する。このとき、２分子分のジヒドロキシ脂肪酸を直接エステル結合させるのではなく、２分子分のジヒドロキシ脂肪酸の水酸基をｔ−ブチルジメチルシリル基（ＴＢＳ基）に変換させた後にエステル結合する。
【００２８】
【化５】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００２９】
そして、化５に表される化合物にメタノール等を加え、枝の先端部分（ＴＢＳ基の部分）を水酸基にすることにより、以下の化６に表される樹状分子を生成する。
【００３０】
【化６】
【００３１】
以上のような手順により、樹状分子の表面修飾剤を生成することができるが、さらに親水性を有する水酸基や疎水性を有するアルキル基をより多くするために、同様の手順により以下の化７に表されるような第三世代型樹状分子安定化剤を生成することもできる。
【００３２】
【化７】
【００３３】
ここで、第二世代型や第三世代型樹状分子安定化剤を生成する場合に、必ずしも同一のジヒドロキシ脂肪酸を用いてエステル結合させる必要はない。例えば、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸を用いてチオール化した後に、11,12−ジヒドロキシイコサン酸を用いて第二世代型樹状分子安定化剤を生成してもよく、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸を用いて第二世代型樹状分子安定化剤を生成した後に、11,12−ジヒドロキシイコサン酸を用いて第三世代型樹状分子安定化剤を生成してもよい。但し、各世代では、異なるジヒドロキシ脂肪酸を用いると樹状分子の構造のバランスが失われるため、同一のジヒドロキシ脂肪酸を用いる必要がある。
【００３４】
図１は、修飾された金ナノ粒子の表面部分の構造例を示す図である。
化６または化７に表される樹状分子に酢酸を加え、さらに、金（III）塩及び還元剤を加えると、樹状分子の末端であるチオール基と、金属ナノ粒子の表面とが反応し、図１に示すように、金ナノ粒子１の表面に樹状分子２の末端が結合され、樹状分子により修飾された金ナノ粒子を生成する。また、予め調整した樹状分子が修飾された金ナノ粒子溶液に金コロイド溶液を追加して金ナノ粒子を成長させると、金ナノロッドを得る。この修飾された金ナノ粒子は、図１に示すように、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高いアルキル基がまばらに並んだ内部とで大きく異なる構造を有している。また、金の代わりに銀を用いると、樹状分子が修飾された銀ナノ粒子を生成する。
【００３５】
図２は、樹状分子によって形成された疎水空間にピレンが可溶化している状態を示す図である。
図２に示すように、ピレンは疎水性の芳香族炭化水素であるため、修飾された金ナノ粒子にピレンを加えると、隣り合う樹状分子により形成されるアルキル基が並ぶ空間にピレンが内包し、会合体を形成する。
【００３６】
また、樹状分子の材料として用いられるジヒドロキシ脂肪酸は、脂肪酸の代謝物の一つであるため、毒性が低い。また、ナノ粒子として用いられる金も反応性の低い金属であり、重金属のような毒性を有していない。そこで、この特性を活かし、水に溶けにくい医薬品を疎水性の空間に取り込んだ医薬品の可溶化剤や、ドラッグデリバリー用の機能性材料として利用することが期待できる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例について説明する。
（第１の実施例）
まず、以下の化８に表される9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸10gをジクロロメタン64mlに溶かし、この溶液にジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）7.8gとシステアミン3.0gとを混合し、室温で６時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化９に表される化合物を得た。このとき、収率は９０％であった。
【００３８】
【化８】
【００３９】
【化９】
【００４０】
次に、化８に表される9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸10gをN,N−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）64mlに溶かし、この溶液に炭酸カリウム5gと臭化ベンジル6.5gとを混合し、室温で１２時間放置した。その後、反応容器に5％リン酸水溶液100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１０に表される化合物を得た。このとき、収率は８６％であった。
【００４１】
【化１０】
（式中、Ｂｎはベンジル基）
【００４２】
さらに、得られた化１０に表される化合物10gに、イミダゾール4g、塩化t−ブチルジメチルシリル8g、およびＤＭＦ50mlを混合し、５０℃に保ちつつ２４時間放置した。その後、反応容器に5％リン酸水溶液100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。次に、得られた生成物にメタノール240mlとパラジウム炭素（ＰＤ／Ｃ）500mgとを添加し、水素雰囲気において室温で１２時間放置した。そして、反応溶液をセライトろ過してパラジウム炭素を取り除いたのち、ろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１１に表される化合物を得た。このとき、収率は８５％であった。
【００４３】
【化１１】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００４４】
次に、化１１に表される化合物12gをジクロロメタン220mlに溶かした溶液に、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）5gを加えて撹拌し、懸だく液とした。さらに、化９に表わされる化合物3.8gと、触媒としてジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）1gとを混合し、室温で１２時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。そして、すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１２に表される化合物を得た。このとき、収率は８０％であった。
【００４５】
【化１２】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００４６】
さらに、化１２に表される化合物11gに酢酸100mlを混合し、５０℃に保ちつつ２４時間放置した。その後、酢酸を減圧溜去し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１３に表される第二世代型樹状分子安定化剤を得た。このとき、収率は７３％であった。
【００４７】
【化１３】
【００４８】
次に、濃度が1.0×10-2mol/lの化６に表される樹状分子の水溶液5.0mlと、濃度が5.0×10-4mol/lのテトラクロロ金（III）酸水溶液5.0mlと、還元剤として1.0×10-2mol/lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.6mlとを混合し、５℃に冷却して１時間放置した。そして、パーキンエルマー社製のフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いて吸収ピークを測定した。
【００４９】
図３は、本実施例における金ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
図３に示すように、化１３に表される樹状分子の末端に位置するチオール基のピークν（ＳＨ）が見られなかった。このことから、樹状分子のチオール基が金ナノ粒子の表面と化学吸着を起こし、樹状分子が安定化剤として機能していることがわかる。
【００５０】
次に、1.0×10-2mol/lの化１３に表す樹状分子の水溶液5.0mlと、5.0×10-4mol/lのテトラクロロ金（III）酸水溶液5.0mlと、4.0×10-3mol/lの硝酸銀水溶液0.2mlと、7.9×10-2mol/lのアスコルビン酸70μlとを混合し、前述の手順により作製された、濃度の異なる５種類の修飾安定剤が吸着した金ナノ粒子溶液12μlにそれぞれ添加した。そして、日立製の吸収分光光度計を用いて金ナノロッドの吸収ピークを測定した。
【００５１】
図４は、本実施例における吸収分光光度計による金ナノロッドの吸収ピークの一例を示す図である。図４において、最も濃度が高いナノ粒子溶液の濃度を１００とした場合に、金ナノ粒子溶液に添加しなかった場合の吸収ピーク１１、濃度の割合が２０である金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１２、濃度の割合が６０である金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１３、濃度の割合が８０である金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１４、及び最も濃度が高い金ナノ粒子溶液の吸収ピーク１５、の５種類の試料について測定した。
【００５２】
図４に示すように、樹状分子の濃度が増加するに従って、吸収ピークが長波長側にシフトしていることから、濃度が増加するとアスペクト比がより大きな金ナノロッドが得られている。
【００５３】
図５は、本実施例で作製した、濃度が1.0×10-5mol/lの金ナノロッドを示すＳＥＭ写真である。
図５に示すように、本実施例で作製した金ナノロッドは、長軸方向ａ及び短軸方向ｂの長さが異なるという特徴があった。図４の吸収スペクトルに観測される520nm〜530nm付近の吸収バンドは、金ナノロッドの短軸成分に対応しており、示している金ナノロッドの場合10nmであった。一方、780nm〜800nm領域に観測される吸収バンドは長軸成分に対応しており、示しているナノロッドの長さは40nm〜50nmであった。なお、アスペクト比（ａ／ｂ）が大きくなるにつれて長軸がより長くなり、吸収スペクトルの吸収ピークがより長波長域にシフトし、最大1300nm付近までシフトすることが知られている。
【００５４】
前述の例では、ナノ粒子として金を用いた例について説明したが、同様に銀のナノ粒子についても実験を行った。1.0×10-2mol/lの化１３に表される化合物（第一世代型ジヒドロキシ脂肪酸安定化剤）の水溶液5.0mlと、5.0×10-4mol/lの銀水溶液5.0mlと、還元剤として1.0×10-2mol/lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.6mlとを混合し、５℃に冷却して１時間放置した。そして、同様に、パーキンエルマー社製のＦＴＩＲを用いて吸収ピークを測定した。
【００５５】
図６は、本実施例における銀ナノ粒子のＦＴＩＲによるスペクトルの分析結果を示す図である。
図６に示すように、測定の結果、2550cm-1付近のチオール基の吸収帯が消失していることから、樹状分子が銀ナノ粒子表面に結合していることがわかる。このように、これらの銀ナノ粒子においても、表面修飾剤として銀ナノ粒子の表面に吸着していることが確認できた。
【００５６】
次に、前述の手順で作製した、表面修飾剤が吸着した金ナノ粒子溶液5mlを異なる濃度で複数種類作製してそれぞれにピレン1.0×10-3gを混合し、パーキンエルマー社製の蛍光分光光度計を用いてピレンの蛍光強度を測定した。
【００５７】
図７は、本実施例における金ナノ粒子溶液の濃度とピレンの蛍光強度との関係を示す図である。
図７に示すように、樹状分子が吸着した金ナノ粒子の濃度が大きくなるに従い、ピレンの蛍光強度が増大した。これは、図２に示すように、樹状分子が増加するに従ってアルキル基が並ぶ疎水性領域が増え、その分ピレンが可溶化して会合体を形成していることを示している。すなわち、表面修飾剤に疎水性領域が存在していることを示している。
【００５８】
（第２の実施例）
化１１に表される化合物12gをジクロロメタン220mlに溶かした溶液にジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）5gを加えて撹拌し、懸だく液とした。さらに、化１０に表される化合物4.1gと、触媒としてジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）1gとを混合し、室温で１２時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１４に表される化合物を得た。このとき、収率は７８％であった。
【００５９】
【化１４】
（式中、ＲはＴＢＳ基であり、Ｂｎはベンジル基）
【００６０】
次に、化１４に表される化合物11gにメタノール750mlとパラジウム炭素（Ｐｄ／Ｃ）750mgを添加し、水素雰囲気において室温で１２時間放置した。そして、反応溶液をセライトろ過してパラジウム炭素を取り除いたのち、ろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１５に表される化合物を得た。このとき、収率は８５％であった。
【００６１】
【化１５】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００６２】
次に、化１５に表される化合物8.2gをジクロロメタン60mlに溶かした溶液に、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）1.4gを加えて撹拌し、懸だく液とした。さらに、化９に表わされる化合物1.1gと、触媒としてジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）1gとを混合し、室温で１２時間放置した。そして、生じた沈殿をろ過したのち、得られたろ液に水100mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１６に表される化合物を得た。このとき、収率は６６％であった。
【００６３】
【化１６】
（式中、ＲはＴＢＳ基）
【００６４】
次に、化１６に表される化合物6.1gにフッ化テトラブチルアンモニウムの1.0 mol/Lテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液20mlを加え、５０℃に保ちつつ２４時間放置した。そして、反応溶液に水50mlを加え、ジクロロメタン100mlで３回抽出した。すべての有機層を混合し、硫酸マグネシウム約10gで乾燥させたのちに濃縮し、得られた生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、以下の化１７に表される第三世代樹状分子安定化剤を得た。このとき、収率は７３％であった。
【００６５】
【化１７】
【００６６】
次に、濃度が1.0×10-2 mol/lの化１７に表わす第三世代型樹状分子安定化剤の水溶液5.0mlと、濃度が5.0×10-4 mol/lのテトラクロロ金（III）酸水溶液5.0mlと、還元剤として1.0×10-2mol/lの水素化ホウ素ナトリウム水溶液0.6mlとを混合し、５℃に冷却して１時間放置した。そして、日立製の吸収分光光度計を用いて金ナノ粒子の吸収ピークを測定した。測定の結果、実施例１と同様に、化１７に表される第三世代型の樹状分子の末端に位置するチオール基のピークν（ＳＨ）が見られず、第三世代型の場合も樹状分子のチオール基が金ナノ粒子の表面と化学吸着を起こし、樹状分子が安定化剤として機能している。
【００６７】
以上のように本実施例によれば、金または銀のナノ粒子に表面修飾剤を吸着させることにより、親水性の高い水酸基で密に覆われた表面と、疎水性の高いアルキル鎖がまばらに並んだ内部とを有するため、様々な機能性を付与する表面修飾剤を提供することができるといえる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 金ナノ粒子
２ 樹状分子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化１に表される構造を有することを特徴とするナノ粒子の表面修飾剤。
【化１】
（式中、ｘ，ｚ≧２、かつｙ，ｗ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３）
【請求項２】
前記ｘとｚとが同じ値であるとともに、前記ｙとｗとが同じ値であることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の表面修飾剤。
【請求項３】
化２に表される構造を有することを特徴とするナノ粒子の表面修飾剤。
【化２】
（式中、ｘ，ｚ，ｕ≧２、かつｙ，ｗ，ｖ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３、ｕ＋ｖ≧３）
【請求項４】
前記ｘとｚとｕとが同じ値であるとともに、前記ｙとｗとｖとが同じ値であることを特徴とする請求項３に記載のナノ粒子の表面修飾剤。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基が、金または銀に吸着されていることを特徴とする金属ナノ粒子。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基が、金に吸着されており、さらに、前記ナノ粒子の表面修飾剤と前記金との間にピレンが内包されていることを特徴とする金属ナノ粒子。
【請求項７】
第１のジヒドロキシ脂肪酸をシステアミドとアミド結合させてチオール化する工程と、
前記チオール化された化合物と、前記第１のジヒドロキシ脂肪酸または前記第１のジヒドロキシ脂肪酸とは異なる第２のジヒドロキシ脂肪酸とを用いてエステル結合させ、樹状の化合物を生成する工程とを有することを特徴とするナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【請求項８】
前記第１のジヒドロキシ脂肪酸及び第２のジヒドロキシ脂肪酸はそれぞれ、9,10−ジヒドロキシテトラデカン酸、9,10−ジヒドロキシヘキサデカン酸、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸、11,12−ジヒドロキシオクタデカン酸、9,10−ジヒドロキシイコサン酸、11,12−ジヒドロキシイコサン酸、13,14−ジヒドロキシドコサン酸、または15,16−ジヒドロキシテトラコサン酸であることを特徴とする請求項７に記載のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【請求項９】
前記樹状の化合物を生成する工程においては、さらに、前記第１のジヒドロキシ脂肪酸、または前記第２のジヒドロキシ脂肪酸、もしくは前記第１のジヒドロキシ脂肪酸及び第２のヒドロキシ脂肪酸とは異なる第３のジヒドロキシ脂肪酸を用いてエステル結合させることを特徴とする請求項７又は８に記載のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【請求項１０】
前記第３のジヒドロキシ脂肪酸は、9,10−ジヒドロキシテトラデカン酸、9,10−ジヒドロキシヘキサデカン酸、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸、11,12−ジヒドロキシオクタデカン酸、9,10−ジヒドロキシイコサン酸、11,12−ジヒドロキシイコサン酸、13,14−ジヒドロキシドコサン酸、または15,16−ジヒドロキシテトラコサン酸であることを特徴とする請求項９に記載のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【請求項１】
化１に表される構造を有することを特徴とするナノ粒子の表面修飾剤。
【化１】
（式中、ｘ，ｚ≧２、かつｙ，ｗ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３）
【請求項２】
前記ｘとｚとが同じ値であるとともに、前記ｙとｗとが同じ値であることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の表面修飾剤。
【請求項３】
化２に表される構造を有することを特徴とするナノ粒子の表面修飾剤。
【化２】
（式中、ｘ，ｚ，ｕ≧２、かつｙ，ｗ，ｖ≧１であり、ｘ＋ｙ≧３、ｚ＋ｗ≧３、ｕ＋ｖ≧３）
【請求項４】
前記ｘとｚとｕとが同じ値であるとともに、前記ｙとｗとｖとが同じ値であることを特徴とする請求項３に記載のナノ粒子の表面修飾剤。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基が、金または銀に吸着されていることを特徴とする金属ナノ粒子。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のナノ粒子の表面修飾剤のチオール基が、金に吸着されており、さらに、前記ナノ粒子の表面修飾剤と前記金との間にピレンが内包されていることを特徴とする金属ナノ粒子。
【請求項７】
第１のジヒドロキシ脂肪酸をシステアミドとアミド結合させてチオール化する工程と、
前記チオール化された化合物と、前記第１のジヒドロキシ脂肪酸または前記第１のジヒドロキシ脂肪酸とは異なる第２のジヒドロキシ脂肪酸とを用いてエステル結合させ、樹状の化合物を生成する工程とを有することを特徴とするナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【請求項８】
前記第１のジヒドロキシ脂肪酸及び第２のジヒドロキシ脂肪酸はそれぞれ、9,10−ジヒドロキシテトラデカン酸、9,10−ジヒドロキシヘキサデカン酸、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸、11,12−ジヒドロキシオクタデカン酸、9,10−ジヒドロキシイコサン酸、11,12−ジヒドロキシイコサン酸、13,14−ジヒドロキシドコサン酸、または15,16−ジヒドロキシテトラコサン酸であることを特徴とする請求項７に記載のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【請求項９】
前記樹状の化合物を生成する工程においては、さらに、前記第１のジヒドロキシ脂肪酸、または前記第２のジヒドロキシ脂肪酸、もしくは前記第１のジヒドロキシ脂肪酸及び第２のヒドロキシ脂肪酸とは異なる第３のジヒドロキシ脂肪酸を用いてエステル結合させることを特徴とする請求項７又は８に記載のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【請求項１０】
前記第３のジヒドロキシ脂肪酸は、9,10−ジヒドロキシテトラデカン酸、9,10−ジヒドロキシヘキサデカン酸、9,10−ジヒドロキシオクタデカン酸、11,12−ジヒドロキシオクタデカン酸、9,10−ジヒドロキシイコサン酸、11,12−ジヒドロキシイコサン酸、13,14−ジヒドロキシドコサン酸、または15,16−ジヒドロキシテトラコサン酸であることを特徴とする請求項９に記載のナノ粒子の表面修飾剤の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９３０１３（Ｐ２０１１−９３０１３Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４６９３３（Ｐ２００９−２４６９３３）
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（５０４２５８５２７）国立大学法人 鹿児島大学 (284)
【出願人】（５０９２９８１７１）サンメーケミカル株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（５０４２５８５２７）国立大学法人 鹿児島大学 (284)
【出願人】（５０９２９８１７１）サンメーケミカル株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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