半導体ナノ粒子、生体標識剤、生体標識剤のセットおよび生体分子検出方法
【課題】本発明の目的は、複数の生体分子を同時に効率よく検出可能であり、かつ生体に悪影響を与えることなく安全性に優れた生体物質標識剤、を与える半導体ナノ粒子、それを用いた生体物質標識剤、生体物質標識剤のセットおよび生体分子検出方法を提供することにある。
【解決手段】半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長３６５ｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする半導体ナノ粒子。
【解決手段】半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長３６５ｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする半導体ナノ粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体分子を検出するために用いられる生体標識剤、それを作製するための半導体ナノ粒子およびそれを用いた生体分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の粒径の結晶粒はナノ粒子またはナノクリスタルと呼ばれているが、その粒径がナノメートルサイズであるため、半導体無機ナノ粒子の場合は、バンドギャップエネルギーの増大など量子サイズ効果を発現し、例えば、良好な光吸収特性および発光特性などの光学特性を示すことが知られている。
【０００３】
そのため近年では、半導体ナノ粒子に関する研究報告が活発になされるだけでなく、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ型半導体ナノ粒子、Ｓｉ／ＳｉＯ２型半導体ナノ粒子などの半導体ナノ粒子は、ディスプレー用、ＬＥＤ用等様々な用途での検討が進められている。
【０００４】
一方、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。しかし、上記方法で従来使用されてきた有機蛍光色素などのマーカー物質は、紫外線照射時の劣化が激しく寿命が短いことが欠点であり、発光効率が低く、感度も十分ではなかった。
【０００５】
そのため、近年、上記マーカー物質として半導体ナノ粒子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。）。また、有機分子をＳｉ／ＳｉＯ２型半導体ナノ粒子の表面に結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２参照。）。
【０００６】
また、ナノ粒子の発光効率を向上させるために、例えば、粒子母体であるＺｎＳ中に、Ｍｎをドープしたナノ粒子などのドープ剤を含有するナノ粒子が知られている（例えば、特許文献３参照。）
さらに、粒径の異なる半導体ナノ粒子を複数種類用いることにより、蛍光波長の異なる複数種類の蛍光標識物質を製造し、同一波長の励起光を用い、複数種類の生体高分子を同時に検出すること方法が知られている（特許文献４参照）。
【０００７】
しかしながら、これらのナノ粒子をマーカー物質とした生体標識剤を用いる生体分子検出方法においては、ナノ粒子の粒径の変動により発光波長の変動を生じ、正確な検出を行うには不充分である、検出効率が低いなどの問題があった。
【特許文献１】特開２００３−３２９６８６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７２４２９号公報
【特許文献３】特開２００２−３２２４６８号公報
【特許文献４】特開２００３−３２２６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、複数の生体分子を同時に効率よく検出可能であり、かつ生体に悪影響を与えることなく安全性に優れた生体物質標識剤、を与える半導体ナノ粒子、それを用いた生体物質標識剤、生体物質標識剤のセットおよび生体分子検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る上記課題は、下記の手段により解決される。
１．半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長２８５ｎｍｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする半導体ナノ粒子。
２．前記半導体母材中に２種以上のドープ剤を含有することを特徴とする１に記載の半導体ナノ粒子。
３．前記半導体ナノ粒子がシェル層を有することを特徴とする１または２に記載の半導体ナノ粒子。
４．前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１０．０ｎｍであることを特徴とする１〜３のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
５．前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜５．０ｎｍであることを特徴とする４に記載の半導体ナノ粒子。
６．前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜３．０ｎｍであることを特徴とする５に記載の半導体ナノ粒子。
７．前記半導体母材がＳｉであることを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
８．１〜７のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子に分子標識物質が結合していることを特徴とする生体標識剤。
９．８に記載の生体標識剤を複数種有する生体標識剤のセットであって、該複数種の生体標識剤の、各々の半導体ナノ粒子が各々異なり、かつ各々の分子標識物質が各々異なることを特徴とする生体標識剤のセット。
１０．８に記載の生体標識剤を用いることを特徴とする生体分子検出方法。
１１．９に記載の生体標識剤のセットを用いることを特徴とすると生体分子検出方法。
１２．複数の励起光を用いることを特徴とする１０または１１に記載の生体分子検出方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の上記手段により、複数の生体分子を同時に効率よく検出可能であり、かつ生体に悪影響を与えることなく安全性に優れた生体物質標識剤、を与える半導体ナノ粒子、それを用いた生体物質標識剤のセット、生体分子検出方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長２８５ｎｍｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、特に、波長２８５ｎｍの励起光により、量子サイズ効果により発光するナノ粒子にドープ剤を含有させることで、複数の生体分子を同時に効率よく検出可能である生体物質標識剤を与える半導体ナノ粒子を得ることができる。
【００１３】
本発明に係る半導体ナノ粒子は、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、半導体母材の励起子ボーア半径の４倍以下の粒子径を有する結晶である。
【００１４】
本発明に係る半導体母材は、半導体であり、半導体母材としては、例えば、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはこれらの混合物等が挙げられる。半導体母材としては、量子サイズ効果が大きく生体に与える影響の少ないものが好ましく、ＳｉまたはＧｅが好ましく用いられる。
【００１５】
本発明に係るドープ剤は、半導体母材中で発光中心となる材料であり、例えば、ドープ剤としては、希土類、遷移金属が挙げられ、さらに具体的にはＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉなどが挙げられる。
【００１６】
波長２８５ｎｍの励起光によりドープ剤が発光し、かつ半導体母材が、量子サイズ効果により発光する粒子は、上記のように半導体母材の粒子径を励起子ボーア半径の４倍以下の粒子径として、量子サイズ効果により変動する半導体母材のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有するドープ剤を用いることにより得られる。
【００１７】
ドープ剤を含有させるには、イオン注入法を用いることができる。例えば、数ｋｅＶから数ＭｅＶに加速したドープ剤のイオンを半導体母材に照射する方法が挙げられる。
【００１８】
本発明の半導体ナノ粒子平均粒径としては、量子サイズ効果の面から、０．１〜２０．０ｎｍであり、０．１〜１０．０ｎｍがより好ましく、０．１〜５．０ｎｍがさらに好ましく、特に０．１〜３．０ｎｍが好ましい。
【００１９】
なお、本発明において、上記平均粒径は本来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。
【００２０】
半導体母材中にドープ剤を含有した半導体ナノ粒子を作製する方法としては、固相法、液相法、気相法のいずれも用いることができる。
【００２１】
これらの中でも、液相法、気相法が好ましく用いられる。
【００２２】
液相法としては、共沈法、沈殿法、グリコサーマル法、超臨界法、エマルジョン法、逆ミセル法、噴霧乾燥法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法、ホットソープ法等が挙げられ、気相法では、ＣＶＤ法の各種、還元・酸化・窒化・炭化法、液中還元法、ガス中蒸発法、レーザアブレーション法、スパッタリング法などを用いることができる。
【００２３】
本発明に用いることができる液相法の例を、半導体前駆体を分散用溶媒に分散させ、還元により半導体ナノ粒子製造する方法を挙げて説明する。
【００２４】
半導体前駆体は、上記の半導体ナノ粒子として用いられる元素を含む化合物であり、例えば半導体がＳｉの場合、半導体前駆体としてはＳｉＣｌ４などが挙げられる。その他半導体前駆体としては、ＩｎＣｌ３、Ｐ（ＳｉＭｅ３）３、ＺｎＭｅ２、ＣｄＭｅ２、ＧｅＣｌ４、トリブチルホスフィンセレンなどが挙げられる。
【００２５】
反応前駆体の反応温度としては、半導体前駆体の沸点以上かつ溶媒の沸点以下であれば、特に制限はないが、７０〜１１０℃の範囲が好ましい。
【００２６】
半導体前駆体を還元する還元剤としては、従来周知の種々の還元剤を反応条件に応じて選択し用いることができる。還元剤としては、還元力の強さの観点から、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ４）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウム、水素化トリ（ｓｅｃ−ブチル）ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ（ｓｅｃ−Ｃ４Ｈ９）３）及び水素化トリ（ｓｅｃ−ブチル）ホウ素カリウム、水素化トリエチルホウ素リチウムなどの還元剤が好ましい。特に、還元力の強さから水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ４）が好ましい。
【００２７】
半導体前駆体の分散用溶媒としては、従来周知の種々の溶媒を使用できるが、エチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、トルエン、デカン、ヘキサンなどの炭化水素類溶媒を使用することが好ましい。特に、トルエン等の疎水性の溶媒が分散用溶媒として好ましく用いられる。
【００２８】
分散用溶媒は、半導体前駆体を分散させるために、界面活性剤を含むことが好ましく、界面活性剤としては、従来周知の種々の界面活性剤を使用でき、陰イオン、非イオン、陽イオン、両性界面活性剤が含まれる。
【００２９】
なかでも第四級アンモニウム塩系である、テトラブチルアンモニウムクロリド、ブロミドまたはヘキサフルオロホスフェート、テトラオクチルアンモニウムブロミド（ＴＯＡＢ）、またはトリブチルヘキサデシルホスホニウムブロミドが好ましい。特に、テトラオクチルアンモニウムブロミドが好ましい。
【００３０】
ドープ剤をドープさせる方法としては、半導体ナノ粒子の形成時に同時に添加するか、半導体ナノ粒子の形成後、イオン注入法などによりドープ剤を添加する方法が挙げられる。
【００３１】
半導体母材中のドープ剤の含有量としては、０．１原子％〜５．０原子％が好ましく、さらに０．２原子％〜３．０原子％が好ましく、特に０．５原子％〜１．５原子％が好ましい。
【００３２】
本発明の半導体ナノ粒子は、少なくとも１種のドープ剤を含有する。本発明においては、半導体母材の発光、およびドープ剤の発光により同一の励起光で、波長の異なる複数の発光を生ずる。ドープ剤が１種の場合には、２種の、波長の異なる発光を生ずる。
【００３３】
本発明においては、ドープ剤を２種以上とすることにより、２種以上の、波長の異なる発光を生じさせることができ、好ましい態様である。
【００３４】
例えば、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として、ＴｂおよびＣｒを用いた場合、同一の半導体ナノ粒子を用い、Ｓｉの青色、Ｔｂの緑色、Ｃｒの赤色の発光が得られる。
【００３５】
本発明の半導体ナノ粒子は、その表面にシェルを有することが、発光効率の面から、好ましい。
【００３６】
表面にシェル層を有するとは、所謂コアシェル構造を有することであり、本発明の半導体ナノ粒子がコアとなる。
【００３７】
シェル層に用いられる半導体材料としては、コアとして用いられる半導体母材より、バンドギャップが大きく、格子定数のずれが大きくない種々の半導体材料を用いることができる。
【００３８】
具体例としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＳ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、またはこれらの混合物等が挙げられる。本発明において、シェル層に用いられる特に好ましい半導体材料は、ＳｉＯ２、ＺｎＳである。
【００３９】
なお、シェル層は、コア粒子が部分的に露出して弊害を生じない限り、コア粒子の全表面を完全に被覆するものでなくてもよい。
【００４０】
本発明の半導体ナノ粒子の特に、好ましい態様としては、半導体母材はＳｉでありシェル層を有し、該シェル層がＳｉＯ２である態様であり、さらに、半導体母材はＳｉでありシェル層を有し、該シェル層がＳｉＯ２であり、かつ半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１０．０ｎｍである態様である。
【００４１】
シェル層の形成方法は、半導体ナノ粒子の形成時に同時に形成させるか、もしくは、半導体ナノ粒子の形成後、液相法、気相法などにより形成する方法が好ましく用いられる。
【００４２】
コアとシェルの格子不整合率は、１５．０％以下であることが好ましく、５．０％以下であることがさらに好ましく、特に２．０％以下であることがより好ましい。
【００４３】
（生体標識剤）
本発明に係る生体標識剤は、上記本発明の半導体ナノ粒子に分子標識物質を、直接に、あるいは有機分子を介して結合させたものである。
【００４４】
生体標識剤は、分子標識物質が目的とする生体物質と特異的に結合および／または反応することにより、生体物質の標識が可能となる。
【００４５】
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。
【００４６】
半導体ナノ粒子に分子標識物質を結合させるには、半導体ナノ粒子の表面を親水化処理することが好ましい。
【００４７】
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および／また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。例えば、半導体ナノ粒子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無機ナノ粒子のシェルの表面をカルボキシル基で修飾することができる。
【００４８】
上記半導体ナノ粒子と分子標識物質との結合に用いられる有機分子としては半導体ナノ粒子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、アルブミン、ミオグロビン、カゼイン、アビジンおよびビオチンなどが好適に用いられる。
【００４９】
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。
【００５０】
具体的には、例えば、半導体ナノ粒子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半導体ナノ粒子のカルボキシル基はアビジンと好適に結合し、アビジンがさらにビオチンと選択的に結合し、ビオチンがさら分子標識物質と結合することにより生体標識剤となる。
【００５１】
本発明の半導体ナノ粒子は、一つの励起光により、発光波長の異なる複数の発光を生ずるため、この半導体ナノ粒子を用いることで、生体物質を同時に効率よく検出可能である生体標識剤が得られる。
【００５２】
即ち、同じ半導体母材を用いた半導体ナノ粒子であって、発光波長の異なる半導体ナノ粒子が得られるため、発光波長の異なる半導体粒子を複数用いることにより、発光波長の異なる半導体ナノ粒子を標識剤とした複数の生体標識剤を有するセットを得ることができる。
【００５３】
本発明の生体標識剤のセットは、生体標識剤を複数種有する生体標識剤のセットであって、この複数種の生体標識剤の、各々の半導体ナノ粒子が各々異なり、かつ各々の分子標識物質が各々異なる。
【００５４】
半導体ナノ粒子が異なるとは、励起光による発光波長が異なることであり、分子標識物質が異なるとは、分子標識物質の分子構造が異なることをいう。
【００５５】
本発明のセットの中でも、励起光による発光波長は異なるが、粒径は同じである半導体ナノ粒子を用いる場合が好ましい。特に半導体ナノ粒子の半導体母材がＳｉであり、粒径が同じで、励起光による発光波長が異なる半導体ナノ粒子を用いたセットが、生体に対する悪影響が少なく、また生体内での各生体標識剤の挙動に対する半導体ナノ粒子の影響が少なく好ましい。
【００５６】
生体分子の検出方法は、例えば下記のように行うことができる。
【００５７】
細胞内には様々な分子が存在している。その分子を仮に分子Ａ、分子Ｂ、分子Ｃとした際に、それら各分子に特異的に吸着する抗体α、β、γがあり、その抗体に本発明の半導体ナノ粒子を付加する。半導体ナノ粒子をａ、ｂ、ｃとする際、ａとαを組み合わせることでａは分子Ａと吸着する。蛍光検出時の分子Ａの存在を確認する手法は、ａの蛍光特性（励起光の波長および、発光波長）を判別することで可能となる。例えば、上記ａ、ｂ、ｃとして発光波長の異なる本発明の半導体ナノ粒子を用いることができる。
【００５８】
励起光の光源は、所望の波長と強度の条件を満たすものであれば限定されず、例えば、高圧水銀灯、低圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、ハロゲン、窒素、キセノン等の各ランプ、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等の各レーザー及び、各種ＬＥＤを用いることができる。
【００５９】
光源の選出法は、励起波長と強度で決まり、半導体母体の材料、ドープ剤の材料のエネルギーバンドギャップに適したエネルギーが放出できれば良く、また、強度の制御が可能であるものがより好ましい。
【００６０】
励起光を発生する装置として、上記から選出された光源を、光学台上に配置し、レンズを用いて任意の波長を有した励起光を試料に照射させ、蛍光を得ることができるように構成した装置を用いることができる。
【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
（比較粒子１の作製）（半導体ナノ粒子の粒径がバルクでの大きさの場合）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を用い、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である、比較粒子１を作製した。
【００６３】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は５００ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約１．１３ｅＶである。
【００６４】
この形成粒子（比較粒子１）の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉ粒子からとドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は確認ができなかった。
【００６５】
（半導体ナノ粒子１の作製）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を起用し、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である、半導体ナノ粒子１を作製した。
【００６６】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は１．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約４．２１ｅＶである。この形成粒子（半導体ナノ粒子１）の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青色が、ドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は赤色が確認できた。
【００６７】
（半導体ナノ粒子２の作製）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｆｎ−ｆｎを有するＴｂ３＋と、ｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を起用し、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｔｂ３＋，Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である半導体ナノ粒子２、を作製した。
【００６８】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は１．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約４．２１ｅＶである。この粒子の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青色が、ドープ剤発光中心であるＴｂ３＋からの発光は緑色、Ｃｒ３＋からの発光は赤色が確認できた。
【００６９】
（半導体ナノ粒子３の作製）（コアシェル構造を有する場合）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を起用し、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である半導体ナノ粒子３′を作製した。
【００７０】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は１．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約４．２１ｅＶである。さらに、半導体ナノ粒子３′にシェル層としてＳｉＯ２からなる層を設けた半導体ナノ粒子３を形成した。半導体ナノ粒子３の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青色が、ドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は赤色が確認できた。さらに、各発光機構からの発光強度は、実施例粒子１の発光と比べより大であった。
【００７１】
（半導体ナノ粒子４の作製）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を用い、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である半導体ナノ粒子４を作製した。半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は２．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約２．５２ｅＶである。この粒子の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青緑色が、ドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は赤色〜近赤外光が確認できた。
【００７２】
上記の半導体ナノ粒子１〜４、比較粒子１について、その条件および発光色について表１に示す。励起光としては、いずれも波長２８５ｎｍを用いた。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１から、半導体ナノ粒子１〜４はいずれも複数の発光波長を有するため、マルチ検出が可能であることが分かる。
【００７５】
実施例２
上記の半導体ナノ粒子１〜４、比較粒子１の各１×１０−５ｇを、ポリアクリル酸０．２ｇを溶解した１０ｍｌ純水中に再分散させ、４０℃、１０分間攪拌することで表面が親水化処理された半導体ナノ粒子１〜４、比較粒子１を得た。
【００７６】
その後、表面が親水化処理された各種ナノ粒子の水溶液それぞれにアビジン２５ｍｇを添加し、６０℃で１昼夜攪拌を行い、アビジンコンジュゲートナノ粒子を作製した。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（生体標識剤）を作製した。
【００７７】
様々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各々滴下、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、２８５ｎｍより長波側の励起光照射により、実施例１に示した発光が確認された。
【００７８】
また、上記半導体ナノ粒子２でラベリングした生体標識剤と、上記とは異なるヌクレオチド鎖を有するオリゴヌクレオチドに半導体ナノ粒子４でラベリングした生体標識剤とを組み合わせ生体標識剤のセット１とした。このセット１を用い生体分子検出を行ったところ、それぞれの分子標識物質に対応した分子について同時に検出をすることができ、マルチ検出が可能であった。上記セット１において、半導体ナノ粒子４に換えて半導体ナノ粒子３を用いた他は同様にしてセット２を得た。セット２を用い生体分子検出を行ったところ、それぞれの分子標識物質に対応した分子について同時に検出をすることができ、マルチ検出が可能であった。励起光の波長としては、２８５ｎｍを用いた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体分子を検出するために用いられる生体標識剤、それを作製するための半導体ナノ粒子およびそれを用いた生体分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の粒径の結晶粒はナノ粒子またはナノクリスタルと呼ばれているが、その粒径がナノメートルサイズであるため、半導体無機ナノ粒子の場合は、バンドギャップエネルギーの増大など量子サイズ効果を発現し、例えば、良好な光吸収特性および発光特性などの光学特性を示すことが知られている。
【０００３】
そのため近年では、半導体ナノ粒子に関する研究報告が活発になされるだけでなく、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ型半導体ナノ粒子、Ｓｉ／ＳｉＯ２型半導体ナノ粒子などの半導体ナノ粒子は、ディスプレー用、ＬＥＤ用等様々な用途での検討が進められている。
【０００４】
一方、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。しかし、上記方法で従来使用されてきた有機蛍光色素などのマーカー物質は、紫外線照射時の劣化が激しく寿命が短いことが欠点であり、発光効率が低く、感度も十分ではなかった。
【０００５】
そのため、近年、上記マーカー物質として半導体ナノ粒子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。）。また、有機分子をＳｉ／ＳｉＯ２型半導体ナノ粒子の表面に結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２参照。）。
【０００６】
また、ナノ粒子の発光効率を向上させるために、例えば、粒子母体であるＺｎＳ中に、Ｍｎをドープしたナノ粒子などのドープ剤を含有するナノ粒子が知られている（例えば、特許文献３参照。）
さらに、粒径の異なる半導体ナノ粒子を複数種類用いることにより、蛍光波長の異なる複数種類の蛍光標識物質を製造し、同一波長の励起光を用い、複数種類の生体高分子を同時に検出すること方法が知られている（特許文献４参照）。
【０００７】
しかしながら、これらのナノ粒子をマーカー物質とした生体標識剤を用いる生体分子検出方法においては、ナノ粒子の粒径の変動により発光波長の変動を生じ、正確な検出を行うには不充分である、検出効率が低いなどの問題があった。
【特許文献１】特開２００３−３２９６８６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７２４２９号公報
【特許文献３】特開２００２−３２２４６８号公報
【特許文献４】特開２００３−３２２６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、複数の生体分子を同時に効率よく検出可能であり、かつ生体に悪影響を与えることなく安全性に優れた生体物質標識剤、を与える半導体ナノ粒子、それを用いた生体物質標識剤、生体物質標識剤のセットおよび生体分子検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る上記課題は、下記の手段により解決される。
１．半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長２８５ｎｍｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする半導体ナノ粒子。
２．前記半導体母材中に２種以上のドープ剤を含有することを特徴とする１に記載の半導体ナノ粒子。
３．前記半導体ナノ粒子がシェル層を有することを特徴とする１または２に記載の半導体ナノ粒子。
４．前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１０．０ｎｍであることを特徴とする１〜３のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
５．前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜５．０ｎｍであることを特徴とする４に記載の半導体ナノ粒子。
６．前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜３．０ｎｍであることを特徴とする５に記載の半導体ナノ粒子。
７．前記半導体母材がＳｉであることを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
８．１〜７のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子に分子標識物質が結合していることを特徴とする生体標識剤。
９．８に記載の生体標識剤を複数種有する生体標識剤のセットであって、該複数種の生体標識剤の、各々の半導体ナノ粒子が各々異なり、かつ各々の分子標識物質が各々異なることを特徴とする生体標識剤のセット。
１０．８に記載の生体標識剤を用いることを特徴とする生体分子検出方法。
１１．９に記載の生体標識剤のセットを用いることを特徴とすると生体分子検出方法。
１２．複数の励起光を用いることを特徴とする１０または１１に記載の生体分子検出方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の上記手段により、複数の生体分子を同時に効率よく検出可能であり、かつ生体に悪影響を与えることなく安全性に優れた生体物質標識剤、を与える半導体ナノ粒子、それを用いた生体物質標識剤のセット、生体分子検出方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長２８５ｎｍｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、特に、波長２８５ｎｍの励起光により、量子サイズ効果により発光するナノ粒子にドープ剤を含有させることで、複数の生体分子を同時に効率よく検出可能である生体物質標識剤を与える半導体ナノ粒子を得ることができる。
【００１３】
本発明に係る半導体ナノ粒子は、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、半導体母材の励起子ボーア半径の４倍以下の粒子径を有する結晶である。
【００１４】
本発明に係る半導体母材は、半導体であり、半導体母材としては、例えば、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、またはこれらの混合物等が挙げられる。半導体母材としては、量子サイズ効果が大きく生体に与える影響の少ないものが好ましく、ＳｉまたはＧｅが好ましく用いられる。
【００１５】
本発明に係るドープ剤は、半導体母材中で発光中心となる材料であり、例えば、ドープ剤としては、希土類、遷移金属が挙げられ、さらに具体的にはＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉなどが挙げられる。
【００１６】
波長２８５ｎｍの励起光によりドープ剤が発光し、かつ半導体母材が、量子サイズ効果により発光する粒子は、上記のように半導体母材の粒子径を励起子ボーア半径の４倍以下の粒子径として、量子サイズ効果により変動する半導体母材のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有するドープ剤を用いることにより得られる。
【００１７】
ドープ剤を含有させるには、イオン注入法を用いることができる。例えば、数ｋｅＶから数ＭｅＶに加速したドープ剤のイオンを半導体母材に照射する方法が挙げられる。
【００１８】
本発明の半導体ナノ粒子平均粒径としては、量子サイズ効果の面から、０．１〜２０．０ｎｍであり、０．１〜１０．０ｎｍがより好ましく、０．１〜５．０ｎｍがさらに好ましく、特に０．１〜３．０ｎｍが好ましい。
【００１９】
なお、本発明において、上記平均粒径は本来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。
【００２０】
半導体母材中にドープ剤を含有した半導体ナノ粒子を作製する方法としては、固相法、液相法、気相法のいずれも用いることができる。
【００２１】
これらの中でも、液相法、気相法が好ましく用いられる。
【００２２】
液相法としては、共沈法、沈殿法、グリコサーマル法、超臨界法、エマルジョン法、逆ミセル法、噴霧乾燥法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法、ホットソープ法等が挙げられ、気相法では、ＣＶＤ法の各種、還元・酸化・窒化・炭化法、液中還元法、ガス中蒸発法、レーザアブレーション法、スパッタリング法などを用いることができる。
【００２３】
本発明に用いることができる液相法の例を、半導体前駆体を分散用溶媒に分散させ、還元により半導体ナノ粒子製造する方法を挙げて説明する。
【００２４】
半導体前駆体は、上記の半導体ナノ粒子として用いられる元素を含む化合物であり、例えば半導体がＳｉの場合、半導体前駆体としてはＳｉＣｌ４などが挙げられる。その他半導体前駆体としては、ＩｎＣｌ３、Ｐ（ＳｉＭｅ３）３、ＺｎＭｅ２、ＣｄＭｅ２、ＧｅＣｌ４、トリブチルホスフィンセレンなどが挙げられる。
【００２５】
反応前駆体の反応温度としては、半導体前駆体の沸点以上かつ溶媒の沸点以下であれば、特に制限はないが、７０〜１１０℃の範囲が好ましい。
【００２６】
半導体前駆体を還元する還元剤としては、従来周知の種々の還元剤を反応条件に応じて選択し用いることができる。還元剤としては、還元力の強さの観点から、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ４）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウム、水素化トリ（ｓｅｃ−ブチル）ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ（ｓｅｃ−Ｃ４Ｈ９）３）及び水素化トリ（ｓｅｃ−ブチル）ホウ素カリウム、水素化トリエチルホウ素リチウムなどの還元剤が好ましい。特に、還元力の強さから水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ４）が好ましい。
【００２７】
半導体前駆体の分散用溶媒としては、従来周知の種々の溶媒を使用できるが、エチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、トルエン、デカン、ヘキサンなどの炭化水素類溶媒を使用することが好ましい。特に、トルエン等の疎水性の溶媒が分散用溶媒として好ましく用いられる。
【００２８】
分散用溶媒は、半導体前駆体を分散させるために、界面活性剤を含むことが好ましく、界面活性剤としては、従来周知の種々の界面活性剤を使用でき、陰イオン、非イオン、陽イオン、両性界面活性剤が含まれる。
【００２９】
なかでも第四級アンモニウム塩系である、テトラブチルアンモニウムクロリド、ブロミドまたはヘキサフルオロホスフェート、テトラオクチルアンモニウムブロミド（ＴＯＡＢ）、またはトリブチルヘキサデシルホスホニウムブロミドが好ましい。特に、テトラオクチルアンモニウムブロミドが好ましい。
【００３０】
ドープ剤をドープさせる方法としては、半導体ナノ粒子の形成時に同時に添加するか、半導体ナノ粒子の形成後、イオン注入法などによりドープ剤を添加する方法が挙げられる。
【００３１】
半導体母材中のドープ剤の含有量としては、０．１原子％〜５．０原子％が好ましく、さらに０．２原子％〜３．０原子％が好ましく、特に０．５原子％〜１．５原子％が好ましい。
【００３２】
本発明の半導体ナノ粒子は、少なくとも１種のドープ剤を含有する。本発明においては、半導体母材の発光、およびドープ剤の発光により同一の励起光で、波長の異なる複数の発光を生ずる。ドープ剤が１種の場合には、２種の、波長の異なる発光を生ずる。
【００３３】
本発明においては、ドープ剤を２種以上とすることにより、２種以上の、波長の異なる発光を生じさせることができ、好ましい態様である。
【００３４】
例えば、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として、ＴｂおよびＣｒを用いた場合、同一の半導体ナノ粒子を用い、Ｓｉの青色、Ｔｂの緑色、Ｃｒの赤色の発光が得られる。
【００３５】
本発明の半導体ナノ粒子は、その表面にシェルを有することが、発光効率の面から、好ましい。
【００３６】
表面にシェル層を有するとは、所謂コアシェル構造を有することであり、本発明の半導体ナノ粒子がコアとなる。
【００３７】
シェル層に用いられる半導体材料としては、コアとして用いられる半導体母材より、バンドギャップが大きく、格子定数のずれが大きくない種々の半導体材料を用いることができる。
【００３８】
具体例としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＳ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、またはこれらの混合物等が挙げられる。本発明において、シェル層に用いられる特に好ましい半導体材料は、ＳｉＯ２、ＺｎＳである。
【００３９】
なお、シェル層は、コア粒子が部分的に露出して弊害を生じない限り、コア粒子の全表面を完全に被覆するものでなくてもよい。
【００４０】
本発明の半導体ナノ粒子の特に、好ましい態様としては、半導体母材はＳｉでありシェル層を有し、該シェル層がＳｉＯ２である態様であり、さらに、半導体母材はＳｉでありシェル層を有し、該シェル層がＳｉＯ２であり、かつ半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１０．０ｎｍである態様である。
【００４１】
シェル層の形成方法は、半導体ナノ粒子の形成時に同時に形成させるか、もしくは、半導体ナノ粒子の形成後、液相法、気相法などにより形成する方法が好ましく用いられる。
【００４２】
コアとシェルの格子不整合率は、１５．０％以下であることが好ましく、５．０％以下であることがさらに好ましく、特に２．０％以下であることがより好ましい。
【００４３】
（生体標識剤）
本発明に係る生体標識剤は、上記本発明の半導体ナノ粒子に分子標識物質を、直接に、あるいは有機分子を介して結合させたものである。
【００４４】
生体標識剤は、分子標識物質が目的とする生体物質と特異的に結合および／または反応することにより、生体物質の標識が可能となる。
【００４５】
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。
【００４６】
半導体ナノ粒子に分子標識物質を結合させるには、半導体ナノ粒子の表面を親水化処理することが好ましい。
【００４７】
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および／また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。例えば、半導体ナノ粒子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無機ナノ粒子のシェルの表面をカルボキシル基で修飾することができる。
【００４８】
上記半導体ナノ粒子と分子標識物質との結合に用いられる有機分子としては半導体ナノ粒子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、アルブミン、ミオグロビン、カゼイン、アビジンおよびビオチンなどが好適に用いられる。
【００４９】
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。
【００５０】
具体的には、例えば、半導体ナノ粒子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半導体ナノ粒子のカルボキシル基はアビジンと好適に結合し、アビジンがさらにビオチンと選択的に結合し、ビオチンがさら分子標識物質と結合することにより生体標識剤となる。
【００５１】
本発明の半導体ナノ粒子は、一つの励起光により、発光波長の異なる複数の発光を生ずるため、この半導体ナノ粒子を用いることで、生体物質を同時に効率よく検出可能である生体標識剤が得られる。
【００５２】
即ち、同じ半導体母材を用いた半導体ナノ粒子であって、発光波長の異なる半導体ナノ粒子が得られるため、発光波長の異なる半導体粒子を複数用いることにより、発光波長の異なる半導体ナノ粒子を標識剤とした複数の生体標識剤を有するセットを得ることができる。
【００５３】
本発明の生体標識剤のセットは、生体標識剤を複数種有する生体標識剤のセットであって、この複数種の生体標識剤の、各々の半導体ナノ粒子が各々異なり、かつ各々の分子標識物質が各々異なる。
【００５４】
半導体ナノ粒子が異なるとは、励起光による発光波長が異なることであり、分子標識物質が異なるとは、分子標識物質の分子構造が異なることをいう。
【００５５】
本発明のセットの中でも、励起光による発光波長は異なるが、粒径は同じである半導体ナノ粒子を用いる場合が好ましい。特に半導体ナノ粒子の半導体母材がＳｉであり、粒径が同じで、励起光による発光波長が異なる半導体ナノ粒子を用いたセットが、生体に対する悪影響が少なく、また生体内での各生体標識剤の挙動に対する半導体ナノ粒子の影響が少なく好ましい。
【００５６】
生体分子の検出方法は、例えば下記のように行うことができる。
【００５７】
細胞内には様々な分子が存在している。その分子を仮に分子Ａ、分子Ｂ、分子Ｃとした際に、それら各分子に特異的に吸着する抗体α、β、γがあり、その抗体に本発明の半導体ナノ粒子を付加する。半導体ナノ粒子をａ、ｂ、ｃとする際、ａとαを組み合わせることでａは分子Ａと吸着する。蛍光検出時の分子Ａの存在を確認する手法は、ａの蛍光特性（励起光の波長および、発光波長）を判別することで可能となる。例えば、上記ａ、ｂ、ｃとして発光波長の異なる本発明の半導体ナノ粒子を用いることができる。
【００５８】
励起光の光源は、所望の波長と強度の条件を満たすものであれば限定されず、例えば、高圧水銀灯、低圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、ハロゲン、窒素、キセノン等の各ランプ、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等の各レーザー及び、各種ＬＥＤを用いることができる。
【００５９】
光源の選出法は、励起波長と強度で決まり、半導体母体の材料、ドープ剤の材料のエネルギーバンドギャップに適したエネルギーが放出できれば良く、また、強度の制御が可能であるものがより好ましい。
【００６０】
励起光を発生する装置として、上記から選出された光源を、光学台上に配置し、レンズを用いて任意の波長を有した励起光を試料に照射させ、蛍光を得ることができるように構成した装置を用いることができる。
【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
（比較粒子１の作製）（半導体ナノ粒子の粒径がバルクでの大きさの場合）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を用い、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である、比較粒子１を作製した。
【００６３】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は５００ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約１．１３ｅＶである。
【００６４】
この形成粒子（比較粒子１）の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉ粒子からとドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は確認ができなかった。
【００６５】
（半導体ナノ粒子１の作製）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を起用し、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である、半導体ナノ粒子１を作製した。
【００６６】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は１．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約４．２１ｅＶである。この形成粒子（半導体ナノ粒子１）の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青色が、ドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は赤色が確認できた。
【００６７】
（半導体ナノ粒子２の作製）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｆｎ−ｆｎを有するＴｂ３＋と、ｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を起用し、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｔｂ３＋，Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である半導体ナノ粒子２、を作製した。
【００６８】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は１．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約４．２１ｅＶである。この粒子の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青色が、ドープ剤発光中心であるＴｂ３＋からの発光は緑色、Ｃｒ３＋からの発光は赤色が確認できた。
【００６９】
（半導体ナノ粒子３の作製）（コアシェル構造を有する場合）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を起用し、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である半導体ナノ粒子３′を作製した。
【００７０】
半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は１．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約４．２１ｅＶである。さらに、半導体ナノ粒子３′にシェル層としてＳｉＯ２からなる層を設けた半導体ナノ粒子３を形成した。半導体ナノ粒子３の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青色が、ドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は赤色が確認できた。さらに、各発光機構からの発光強度は、実施例粒子１の発光と比べより大であった。
【００７１】
（半導体ナノ粒子４の作製）
下記のようにして、半導体母材としてＳｉを用い、ドープ剤として電子遷移機構のｄｎ−ｄｎを有するＣｒ３＋を用い、Ｃｒ３＋をイオン化させて母材であるＳｉへ加速させて注入させるイオン注入法を用いることでＳｉ：Ｃｒ３＋の半導体ナノ粒子である半導体ナノ粒子４を作製した。半導体母材であるＳｉナノ粒子の粒子径は２．８ｎｍであり、量子サイズ効果により拡大されたバンドギャップは約２．５２ｅＶである。この粒子の発光強度を日立社製の「日立分光蛍光光度計Ｆ−７０００」により測定した結果、Ｓｉナノ粒子からの発光は青緑色が、ドープ剤発光中心であるＣｒ３＋からの発光は赤色〜近赤外光が確認できた。
【００７２】
上記の半導体ナノ粒子１〜４、比較粒子１について、その条件および発光色について表１に示す。励起光としては、いずれも波長２８５ｎｍを用いた。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１から、半導体ナノ粒子１〜４はいずれも複数の発光波長を有するため、マルチ検出が可能であることが分かる。
【００７５】
実施例２
上記の半導体ナノ粒子１〜４、比較粒子１の各１×１０−５ｇを、ポリアクリル酸０．２ｇを溶解した１０ｍｌ純水中に再分散させ、４０℃、１０分間攪拌することで表面が親水化処理された半導体ナノ粒子１〜４、比較粒子１を得た。
【００７６】
その後、表面が親水化処理された各種ナノ粒子の水溶液それぞれにアビジン２５ｍｇを添加し、６０℃で１昼夜攪拌を行い、アビジンコンジュゲートナノ粒子を作製した。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（生体標識剤）を作製した。
【００７７】
様々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各々滴下、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、２８５ｎｍより長波側の励起光照射により、実施例１に示した発光が確認された。
【００７８】
また、上記半導体ナノ粒子２でラベリングした生体標識剤と、上記とは異なるヌクレオチド鎖を有するオリゴヌクレオチドに半導体ナノ粒子４でラベリングした生体標識剤とを組み合わせ生体標識剤のセット１とした。このセット１を用い生体分子検出を行ったところ、それぞれの分子標識物質に対応した分子について同時に検出をすることができ、マルチ検出が可能であった。上記セット１において、半導体ナノ粒子４に換えて半導体ナノ粒子３を用いた他は同様にしてセット２を得た。セット２を用い生体分子検出を行ったところ、それぞれの分子標識物質に対応した分子について同時に検出をすることができ、マルチ検出が可能であった。励起光の波長としては、２８５ｎｍを用いた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長２８５ｎｍｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする半導体ナノ粒子。
【請求項２】
前記半導体母材中に２種以上のドープ剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項３】
前記半導体ナノ粒子がシェル層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項４】
前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１０．０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項５】
前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜５．０ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項６】
前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜３．０ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項７】
前記半導体母材がＳｉであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子に分子標識物質が結合していることを特徴とする生体標識剤。
【請求項９】
請求項８に記載の生体標識剤を複数種有する生体標識剤のセットであって、該複数種の生体標識剤の、各々の半導体ナノ粒子が各々異なり、かつ各々の分子標識物質が各々異なることを特徴とする生体標識剤のセット。
【請求項１０】
請求項８に記載の生体標識剤を用いることを特徴とする生体分子検出方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の生体標識剤のセットを用いることを特徴とすると生体分子検出方法。
【請求項１２】
複数の励起光を用いることを特徴とする請求項１０または１１に記載の生体分子検出方法。
【請求項１】
半導体母材中にドープ剤を含有する半導体ナノ粒子であって、粒子の平均粒径が０．１〜２０．０ｎｍであり、波長２８５ｎｍの励起光により該ドープ剤が発光し、かつ波長２８５ｎｍｎｍの励起光により該半導体母材が量子サイズ効果により発光することを特徴とする半導体ナノ粒子。
【請求項２】
前記半導体母材中に２種以上のドープ剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項３】
前記半導体ナノ粒子がシェル層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項４】
前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜１０．０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項５】
前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜５．０ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項６】
前記半導体ナノ粒子の平均粒径が０．１〜３．０ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項７】
前記半導体母材がＳｉであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体ナノ粒子に分子標識物質が結合していることを特徴とする生体標識剤。
【請求項９】
請求項８に記載の生体標識剤を複数種有する生体標識剤のセットであって、該複数種の生体標識剤の、各々の半導体ナノ粒子が各々異なり、かつ各々の分子標識物質が各々異なることを特徴とする生体標識剤のセット。
【請求項１０】
請求項８に記載の生体標識剤を用いることを特徴とする生体分子検出方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の生体標識剤のセットを用いることを特徴とすると生体分子検出方法。
【請求項１２】
複数の励起光を用いることを特徴とする請求項１０または１１に記載の生体分子検出方法。
【公開番号】特開２０１０−３２２７６（Ｐ２０１０−３２２７６Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９２９１１（Ｐ２００８−１９２９１１）
【出願日】平成２０年７月２６日（２００８．７．２６）
【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２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２６日（２００８．７．２６）
【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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