被覆金属微粒子およびその製造方法、
【課題】耐食性に優れ、かつ比表面積が大きい被覆金属微粒子、及びかかる被覆金属微粒子を製造する方法を提供する。
【解決手段】Ｔｉを含む粉末（ただしＴｉ酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する工程と、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で６５０〜９００℃の温度で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る工程と、前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する工程を有することを特徴とする。
【解決手段】Ｔｉを含む粉末（ただしＴｉ酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する工程と、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で６５０〜９００℃の温度で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る工程と、前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する工程を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
磁気テープや磁気記録ディスク等の磁気記録媒体、電波吸収体、インダクタ、プリント基板等の電子デバイス、ヨーク等の軟磁性体、光触媒、核酸抽出用やたんぱく質捕捉用の磁気ビーズ、医療用マイクロスフィア等に用いる被覆磁性金属粒子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能化及び小型軽量化に伴い、電子デバイスの高性能化及び小型軽量化とともに、電子デバイスを構成する材料の高性能化及びナノサイズ化も要求されている。例えば磁気テープに塗布する磁性粒子は、磁気記録密度の向上を目的として、ナノサイズ化と磁化の向上が同時に要求されている。
【０００３】
ナノ磁性粒子は主に共沈法や水熱合成法等の液相合成法により製造されている。液相法で得られるナノ磁性粒子はフェライトやマグネタイト等の酸化物粒子である。最近では有機金属化合物の熱分解を利用した方法も採用されており、例えばFe(CO)5からFeのナノ粒子が製造されている。
【０００４】
金属の磁性粒子は酸化物磁性粒子に比べて磁化が大きいため、工業的利用への期待が大きい。例えば、金属Feの飽和磁化は218A・m2/kgと酸化鉄に比べて非常に大きいので、磁場応答性に優れ、信号強度が大きくとれるという利点がある。しかし金属Fe等の金属粒子は容易に酸化し、例えば100μm以下、特に1μm以下の微粒子状にすると、比表面積の増大により大気中で激しく燃えるので、乾燥状態で取り扱うのが難しい。そのため、フェライトやマグネタイト等の酸化物粒子が広く利用されてきた。
【０００５】
乾燥金属粒子を取り扱う場合、金属粒子を直接大気（酸素）に触れさせないように粒子表面に被膜を付与することが不可欠である。しかし、自身の金属酸化物で表面を被覆する方法は、少なからず金属を酸化劣化させる。また、特許文献１に示す方法のように高温でグラファイトの被膜を形成する方法では、工程や装置が複雑となり、生産性の点で十分ではない。その上、グラファイトはグラフェンシートが積層した構造を有するため、球状の金属粒子を被覆した場合、必ず格子欠陥が導入される。これらの欠陥が存在する被覆では、磁気ビーズ等、高耐食性が要求される用途では不満足である。そのため、高耐食性の金属微粒子、及びそれを安価に製造し得る工業生産性に優れた方法が望まれている。これに対して、本発明者らは簡便な方法により、酸化物で被覆された耐食性等に優れた金属微粒子を提供する方法を見出した（例えば特許文献２）。すなわち、金属Ｍ１の酸化物粉末と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔＧＭ１−Ｏ＞ΔＧＭ２−Ｏの関係を満たす元素Ｍ２を含む粉末とを混合し、その混合粉末を非酸化性雰囲気中で熱処理することにより、元素Ｍ２によって還元された金属Ｍ１の金属微粒子の表面をＭ２、Ｍ２の酸化物、Ｍ２の窒化物の少なくとも一つによって被覆された金属微粒子が提供される。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４３５０２号公報
【特許文献２】特開２００５―１２０４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の製造方法によれば、簡便な方法で被覆された金属微粒子を提供することが可能であるが、金属微粒子には安定で、耐食性の高いものが要求される。金属微粒子を安定かつ完全に被覆して高耐食性を発現するためには、被覆層を厚くする必要がある。しかし被覆層を単純に厚くすると全体の粒子径が大きくなってしまう。粒子径の増大は比表面積の低下を招き、例えば医療用マイクロスフィアとして用いる場合には目的物質との反応性が低下してしまう。すなわち金属微粒子の耐食性を向上させることと、比表面積を大きくすることとの両立は困難であった。
【０００８】
上記問題に鑑み、本発明は、耐食性に優れ、かつ比表面積が大きい被覆金属微粒子、及びかかる被覆金属微粒子を製造する方法を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の被覆金属微粒子の製造方法は、以下の３つの工程を有する。第１の工程は、Tiを含む粉末（ただしTi酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する、混合工程である。第２の工程は、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で650〜900℃で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る熱処理工程である。ここで「ＴｉＯ2を主体とする」とは、Ｘ線回折測定で検出されるＴｉＯ2以外のTi酸化物（例えば不定比組成のＴｉnＯ2n-1）も含むＴｉ酸化物に相当する回折ピークの中で、ＴｉＯ２に相当するピークの強度が最大であることを意味する。均一性の観点から、実質的にＴｉＯ2からなるのが好ましい。ここで「実質的にＴｉＯ2からなる」とは、Ｘ線回折パターンでＴｉＯ2以外のＴｉ酸化物のピークが明確に確認できない程度にＴｉＯ2の割合が多いことを言う。従って、Ｘ線回折パターンでノイズ程度にＴｉＯ2以外のＴｉ酸化物のピークがあっても、「実質的にＴｉＯ2からなる」の条件は満たす。第３の工程は、得られた前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する、浸漬処理工程である。この浸漬処理工程によって、凹凸の構造、例えば花弁状の凹凸を前記被覆金属微粒子の表面に形成することができる。ここで、生体擬似液とは、血漿を模倣して作製された水溶液であり、生理食塩水、ＰＢＳバッファー、ハンクス液、擬似体液（Simulated Body Fluid／ＳＢＦ液）が挙げられる。より好ましくはNa＋、K＋、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3-、HPO4-、SO42-を含む水溶液であることが好ましく、ハンクス液およびＳＢＦ液がこれに相当する。
【００１０】
また、本発明の被覆金属微粒子は、金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は花弁状の凹凸である被覆金属微粒子であることを特徴とする。この花弁状凹凸を粒子表面に付与することにより、比表面積が増大し、１粒子あたりの反応性が向上する。例えばたんぱく質を捕捉する磁気ビーズとして用いる際には、捕捉率が向上するため、前記被覆金属微粒子は、生体物質分離などの用途に用いられる磁気ビーズに好適である。
【００１１】
また、本発明の他の被覆金属微粒子は、金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤであることを特徴とする。前記ナノワイヤの形成により、被覆金属微粒子の比表面積が増大し、１粒子あたりの表面反応性が向上する。かかる構成の被覆金属微粒子も、前記被覆金属微粒子と同様に磁気ビーズ用途に好適である。
【００１２】
さらに、前記被覆金属微粒子において、前記被覆金属微粒子の密度と比表面積から換算される平均粒子径＜ｄ＞と、レーザー回折型粒径分布測定器で測定したｄ５０との比＜ｄ＞／ｄ５０が０．０７以下であることが好ましい。なお、ここで平均粒径＜ｄ＞とは、被覆金属微粒子の粉末を、粒径が等しい球体の集合体と仮定し、密度と比表面積の値から換算される平均粒子径である。＜ｄ＞／ｄ５０が０．０７超であると比表面積が小さくなり、１粒子当たりの反応有効面積が低下し、抗体などのたんぱく質捕捉能向上が十分ではなくなる。より好ましくは＜ｄ＞／ｄ５０が０．０６以下、さらに好ましくは０．０５以下である。
【００１３】
さらに、前記被覆金属微粒子において、Ｘ線回折パターンにおいてＴｉＯ２の最大ピークの半値幅が０．３°以下であり、かつ金属Ｍの最大ピークに対するＴｉＯ2の最大ピークの強度比が０．０３以上であることが好ましい。該構成は、ＴｉＯ２の結晶性が高いとともに、被覆であるＴｉＯ2の割合が高いことを意味し、コアとなる金属微粒子を十分強固に保護することができる。
【００１４】
さらに、前記被覆金属微粒子において、抗体（ＩｇＧ）濃度２００ μｇ/ｍｌの溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子１０ｍｇを加え１６時間攪拌したときのＩｇＧ吸着量が前記被覆金属微粒子１ｍｇあたり１０μｇ以上であることが好ましい。前記被覆金属微粒子は高耐食性かつ高比表面積を有することから、高い抗体捕捉能を発揮する。かかる高い捕捉能を有する被覆金属微粒子は、抗体も含めたたんぱく質等の生体物質分離用磁気ビーズとして好適である。
【００１５】
さらに、前記被覆金属微粒子において、前記金属ＭがＦｅであることが好ましい。高飽和磁化の被覆金属微粒子が得られる。
【００１６】
さらに、前記被覆金属微粒子において、濃度６Ｍのグアニジン塩酸塩水溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子２５ｍｇを２４時間浸漬した後で、Ｆｅのイオン溶出量が１００ｍｇ/ｌ以下であることが好ましい。前記構成のように、Ｆｅをコアの金属とすることで高い飽和磁化を有するとともに、高い耐食性も有する被覆金属微粒子は、生体物質分離用磁気ビーズとして特に好適である。磁気ビーズとしての性能を維持し、生体物質分離能への影響を抑えるためには、前記Ｆｅのイオンの溶出量は５０ｇ/ｍｌがより好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐食性に優れ、かつ比表面積が大きい被覆金属微粒子、及びかかる被覆金属微粒子の製造方法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】
【００１８】
本発明の被覆粒子の製造方法は、Ｔｉを含む粉末（ただしＴｉ酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する工程と、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で６５０〜９００℃の温度で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る工程と、前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する工程を有する。以下、本発明について具体的に説明する。
【００１９】
（１）被覆金属微粒子の製造工程
まず、Tiを含む粉末（ただしTi酸化物粉末を除く）と酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Mの酸化物粉末とを混合し、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で熱処理することにより、金属Mの酸化物をTiにより還元するとともに、得られた金属Mの微粒子の表面をTiO2を主体とするTi酸化物で被覆する。
【００２０】
金属Mの酸化物粉末の粒径は、被覆金属微粒子の目標粒径に合わせて選択し得るが、0.001〜5μmの範囲内であるのが好ましい。粒径が0.001μm未満では、金属酸化物粉末の「かさ」が大きくなるだけでなく二次凝集が激しいため、以下の製造工程での取り扱いが困難である。また5μm超だと、金属酸化物粉末の比表面積が小さすぎ、還元反応が進行しにくい。金属酸化物粉末の実用的な粒径は0.005〜1μmである。金属Mは、例えば遷移金属、貴金属及び希土類金属から選ばれるが、磁気ビーズ用途など磁性材料として用いる場合であればFe、Co、Ni又はこれら合金が好ましい。この場合、その酸化物としてはFe2O3、Fe3O4、CoO、Co3O4、NiO等を用いればよい。特にFeは飽和磁化が高い点、酸化物としてはFe2O3が安価である点、後述する凹凸が粒子表面に効率よくが形成する点で好ましい。より高い磁化を得ることを目的としてＦｅＣｏ合金生成のためにＦｅ２Ｏ３とＣｏ３Ｏ４を所定の比率で混合してもよい。酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満す金属Mの酸化物であれば、Tiを含む非酸化物粉末によって還元することができる。ΔGM-Oは金属Mの酸化物の標準生成エネルギーであり、ΔGTiO2（−889 kJ/mol）はTiの酸化物の標準生成エネルギーである。例えばFe2O3（ΔGFe2O3＝−740 kJ/mol）はΔGFe2O3＞ΔGTiO2を満たす。すなわち、TiはFeより酸化物の標準生成エネルギーが小さいため、Fe酸化物を効率良くかつ確実に還元することができる。TiO2の被覆が形成されていることにより、金属微粒子の比重が低下する。さらに、TiO2は親水性であるので、TiO2被覆金属微粒子は、例えば磁気ビーズ用のように水中に分散させる場合に好適である。
【００２１】
Tiを含む粉末は、Ti単体粉末の他、Ti-X（ただしXは、標準酸化物生成自由エネルギーΔGX-OがTiO2の生成標準自由エネルギーΔGTiO2より大きい元素である。）により表されるTi化合物又はそれらの混合物の粉末である。具体的には、XはAg、Au、B、Bi、C、Cu、Cs、Cd、Ge、Ga、Hg、K、N、Na、Pd、Pt、Rb、Rh、S、Sn、Tl、Te及びZnからなる群から選ばれた少なくとも一種である。Ti酸化物は還元剤として機能しないので、Tiを含む粉末から除く。ΔGX-O＜ΔGTiO2を満たす元素Xの場合、元素Xが還元剤として作用するので、Ti酸化物が生成しなくなる。M酸化物を還元するに足るTiが含まれていれば、Xの含有量は特に限定されない。Ti-XとしてはTiCが好ましい。反応後にTiO2以外の相が形成されにくいからである。還元反応を効率的に行なうためには、Tiを含む非酸化物粉末の粒径は0.01μm〜20μmであるのが好ましい。0.01μm未満の粒径であると、大気中でTiを含む非酸化物粉末が酸化し易いので、ハンドリングが難しい。また２０μｍ超であると比表面積が小さく、還元反応が進行しにくい。特に０.１μｍ〜５μｍの粒径がより好ましい。該範囲の粒径の粉末を用いれば、大気中での酸化を抑制しつつ、還元反応の十分な進行を図ることができる。
【００２２】
M酸化物の粉末に対するTi含有粉末の割合は、少なくとも還元反応の化学量論比であることが好ましい。Tiが不足すると、熱処理中にM酸化物粉末が焼結し、バルク化してしまう。例えばFe2O3とTiCとの組合せの場合、Fe2O3＋TiCに対してTiCは25質量％以上であることが好ましい。TiCが25質量％未満であると、TiCによるFe2O3の還元が不十分である。一方、TiCの比率が高くなりすぎると、Feの比率が低下し、得られるTiO2被覆Fe微粒子の飽和磁化が低下し、保磁力が増大する。従って、TiCの上限は50質量％が好ましい。Fe2O3＋TiCに対するTiCの割合はより好ましくは30〜50質量％であり、さらに好ましくは30〜40質量％であり、特に好ましくは30〜35質量％である。保磁力は、TiCが35質量％になると8 kA/mに達し、40質量％になると10 kA/mに達し、50質量％になると15 kA/mに達する。M酸化物粉末とTi含有非酸化物粉末との混合には、乳鉢、スターラ、Ｖ字型ミキサ、ボールミル、振動ミル等の攪拌機を用いる。
【００２３】
Ｍ酸化物粉末とＴｉ含有粉末（Ｔｉ酸化物粉末を除く）の混合粉末を非酸化性雰囲気中で熱処理すると、Ｍ酸化物粉末とＴｉ含有粉末との還元反応が起こり、TiO2を主体とするＴｉ酸化物で被覆された金属Ｍの粒子が生成する。熱処理雰囲気は非酸化性であるのが好ましい。非酸化性雰囲気としては、例えばAr，He等の不活性ガスや、N2、CO2、NH3等が挙げられるが、これらに限定されない。但し、量産性の観点からは、安価なN2が好ましい。熱処理温度は６５０〜９００℃が好ましい。650℃未満であると還元反応が十分に進行せず、また９００℃超であると不定比組成のTinO2n-1が主として生成することがある。TinO2n-1は、９００℃超で金属MがTiO2から酸素を取り込むか、TiO2が非酸化性雰囲気中に酸素を放出することにより生成する。その結果、金属Mの還元が不十分であるか、被覆層が不完全となる。熱処理温度が650〜900℃の場合に、欠陥が少なく、均一性の高いほぼTiO2からなる被膜が形成される。TiO2からなる被膜は、光触媒用の被覆金属微粒子を作製するのにも好適である。
【００２４】
被覆金属微粒子の表面に花弁状の凹凸を付与するために、被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬させることが好ましい（生体擬似液浸漬処理）。生体擬似液は、血漿を模倣して作製された水溶液であり、Na＋、K＋、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3-、HPO4-、SO42-を含む水溶液であることが好ましい。より好ましくは擬似体液（Simulated Body Fluid; SBF）やハンクス液（Hank’s balanced salt solution）である。生体擬似液浸漬処理の手法は、被覆金属微粒子を２５〜１００℃の温度で生体擬似液に浸漬させることが好ましい。例えば生体擬似液に被覆金属微粒子を投入し、湯浴等で加温することにより処理することができる。温度が２５℃未満であると被覆金属微粒子と生体擬似液との反応が進行しにくくなり好ましくない。１００℃を越えると水が蒸発するため実効的ではない。より好ましくは３０〜６０℃であり、更に好ましくはヒト体温付近である３０〜４０℃である。上記生体擬似液浸漬処理により、被覆金属微粒子表面に凹凸として、被覆金属微粒子本体に比べて微細な花弁状の凹凸（花弁状構造体）を付与することができる（花弁状粒子）。花弁状の凹凸とは、薄片状の構造体が入り組んだ状態がなす凹凸である。
【００２５】
表面に凹凸を有する本発明に係る被覆金属微粒子についてさらに詳述する。本発明に係る被覆金属微粒子は、金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有する。この凹凸は、うねりや空孔などの、前記生体擬似液浸漬処理前の被覆であるＴｉＯ２そのものの凹凸とは構造が異なる。前記凹凸は例えば花弁状の凹凸である。該花弁状の凹凸は、被覆金属微粒子の表面に連続的に形成され、該表面の少なくとも一部を覆うように形成されるが、被覆粒子の表面全体を覆うように形成されていることがより好ましい。かかる構成の被覆金属微粒子は、前記製造方法によって、得ることができる。この花弁状の凹凸は金属Ｍの酸化物を主体としている。前記花弁状の凹凸は、この花弁状の凹凸によって比表面積が大きくなる。
【００２６】
前記凹凸の他の形態として、金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤとしてもよい。ここで、ナノワイヤとは、直径がナノサイズ、すなわち１μｍ未満のワイヤである。金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤを粒子表面に生成させるためには、前記被覆金属微粒子をアルカリ源含有水溶液に浸漬させることが好ましい。この浸漬処理においては、表面に剥き出しの金属Ｍが水溶液と反応することによって金属Ｍの酸化物がナノワイヤ状に生成する。ナノワイヤ状とならず粒子表面に酸化膜として金属Ｍの酸化物が形成することもある。このため、前記アルカリ浸漬処理は被覆金属微粒子の耐食性を向上させる効果もある。アルカリ浸漬処理に用いるアルカリ源は、水溶液としたときアルカリ性を呈する化合物であれば良く、例えばNaOH、KOHの他、アルカリ性界面活性剤等が挙げられる。より好ましくはNaOHである。十分アルカリ浸漬処理の効果を発揮するためにはNaOH濃度は0.3〜10Mが好ましい。0.3M未満であると希薄のためアルカリ浸漬処理の効果が発現し難い。１０Ｍ以上では安全に取り扱うことが困難である。アルカリ浸漬処理は、例えばボールミル等を用いて、アルカリ水溶液に被覆金属微粒子を浸漬し、攪拌することにより行なうことができる。また被覆金属微粒子を加温したアルカリ水溶液中に保持してもよい。温度は２５℃以上、１００℃未満が好ましい。２５℃未満であるとアルカリ水溶液と被覆金属微粒子との反応が進行しにくくなる。１００℃以上は水が蒸発するため実効的でない。より好ましくは３０〜７０℃である。加温処理は、例えばアルカリ水溶液と被覆金属微粒子を投入したポリ容器を湯浴で加温することにより行なうことができる。上記加温処理によって、被覆金属微粒子の表面に金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤ（以下、Ｍ酸化物ナノワイヤ）が形成される。このＭ酸化物ナノワイヤにより比表面積が大きくなる。Ｍ酸化物ナノワイヤの直径は０.０５〜０.１μｍ、長さは０.５〜３μｍであるのが好ましい。これより大きいと、被覆金属微粒子の飽和磁化の低下や、Ｍ酸化物ナノワイヤの遊離が起きやすくなる。
【００２７】
（２）被覆金属微粒子の構造及び特性
上記方法により得られる被覆金属微粒子の粒径は、M酸化物粉末の粒径に依存する。高い耐食性及び分散性を得るためには、被覆金属微粒子の平均粒径d50は0.1μm〜10μmが好ましく、0.1〜6μmがより好ましい。平均粒径が0.1μm未満であると、被覆金属微粒子は十分な厚さの被膜を確保できずに耐食性が低くなるだけでなく、1粒子当たりの磁化が極めて小さくなり磁気応答性が低くなってしまう。また平均粒径が10μmを超えると、液体中での被覆金属微粒子の分散性が低下する。平均粒径d50はレーザー回折による湿式粒径測定器で測定した値を用いる。また被覆金属微粒子の密度と比表面積から換算される平均粒子径を<d>とすると<d>/d50は０．０７以下が好ましい。０．０７を越える値であると被覆金属微粒子の比表面積が小さくなり、磁気ビーズとしての機能が低下する。十分な磁気応答性を確保しつつ、磁気ビーズ性能を高めるためには、<d>/d50が0.06以下であることがより好ましい。
【００２８】
Ｍ金属粒子とＴｉ酸化物被覆層とは１対１のコア−シェル構造になっている必要はなく、TiO2を主体とするＴｉ酸化物層中に２個以上のＭ金属粒子が分散した構造であっても良い。Ｔｉ酸化物の中に２個以上のＭ金属粒子が含まれていると、金属Ｍは高含有率で、かつ確実に被覆されるので好ましい。本発明では、Ｍ酸化物の還元によるＭ金属微粒子の形成と、Ｔｉ酸化物被膜の形成とが同時に行われるので、Ｍ金属微粒子とＴｉ酸化物被膜との間にＭ金属酸化物層が認められない。また６５０℃以上の熱処理により得られるＴｉ酸化物被膜の結晶性は高く、ゾル−ゲル法等により得られる非晶質又は低結晶性のＴｉ酸化物被膜より高い耐食性を示す。また、TiO2を主体とした被膜を有する本発明の被覆金属微粒子は、被膜に欠陥が少ないので、不定比組成のTinO2n-1の被膜を有するものよりも高い耐食性を示す。
【００２９】
被覆金属微粒子のX線回折パターンにおけるTiO2の最大ピークの半値幅が0.3°以下で、金属Mの最大ピークに対するTiO2の最大ピークの強度比が0.03以上である場合に、Ti酸化物の結晶性が良い（従って、被覆金属微粒子の耐食性も良い）と判断した。非晶質又は低結晶性の場合、ピークは観察されないかブロードであるため、最大ピーク強度比は小さく、半値幅は広い。最大ピーク強度比はより好ましくは0.05以上である。最大ピーク強度比が高くなると被膜の割合が多くなり、飽和磁化が低下する。そのため、最大ピーク強度比は3以下が好ましい。
【００３０】
金属Ｍが磁性金属Ｆｅの場合、前記製法により得られた被覆金属微粒子は５０〜１８０A・m2/kgの範囲の飽和磁化を有し、磁性粒子として機能する。これは、被覆金属微粒子が磁性金属FeとTiO2から形成されている場合、Fe＋Tiに対するTiの割合が11〜67質量％であることに相当する。Ｔｉの割合は、Ｘ線回折パターンから被覆金属微粒子がFeとTiO2からなることを確認した後で、被覆金属微粒子の飽和磁化の測定値から算出できる。磁性粒子の飽和磁化が50 A・m2/kg未満と小さいと、磁界に対する応答が鈍い。また１８０A・m2/kg超であるとTiO2を主体とするTi酸化物の含有率が小さく（Ｆｅ＋Ｔｉに対するＴｉの質量比率が１１％未満）、金属Ｆｅ粒子を十分にＴｉ酸化物で被覆できないために耐食性が低く、磁気特性が劣化しやすい。従って、高い飽和磁化及び十分な耐食性を同時に得るために、被覆金属微粒子の飽和磁化は１８０A・m2/kg以下とするのが好ましい。磁気ビーズ等に用いる場合の回収効率や磁気分離性能に優れるためには、被覆金属微粒子の飽和磁化は９５〜１８０A・m2/kgであるのがより好ましい。この範囲の飽和磁化は、９２A・m2/kg程度の飽和磁化しか有さないマグネタイト（Fe3O4）では得られない。分散性の観点から、被覆金属微粒子の保磁力は15 kA/m以下が好ましく、８kA/m（100 Oe）以下がより好ましく、６kA/m以下が最も好ましい。保磁力が大きい場合でもTiO2被膜を厚くすれば高分散性が得られるが、そうすると被覆金属微粒子の飽和磁化が低下してしまう。保磁力が８kA/mを超えると、磁性粒子は無磁場でも磁気的に凝集しやすくなるので、液中での分散性が低下する。
【００３１】
モル濃度が6 Mのグアニジン塩酸塩水溶液1 ml中に、金属MがFeである被覆金属微粒子25 mgを25℃で24時間浸漬したときのFeイオン溶出量は100 mg/l以下であるのが好ましい。この被覆金属微粒子は高カオトロピック塩濃度においても高い耐食性を示すため、カオトロピック塩水溶液中での処理を必要とするDNA抽出等の用途に好適である。Feイオン溶出量が100 mg/l以下の耐食性レベルは、アルカリ浸漬処理を施さない場合でも発現することがあるが、確実に上記耐食性レベルを得るためにはアルカリ浸漬処理を行うのが好ましい。
【００３２】
本発明の被覆金属微粒子は、高耐食性を有し、水溶液中で安定である上、比表面積が大きいためDNAやたんぱく質などの生体物質を効率良く吸着させることができる。例えばたんぱく質を吸着させるために被覆金属微粒子表面を以下のように機能化することができる。第1処理としてゾル-ゲル法によって被覆金属微粒子をシリカで被覆することが好ましいが、本処理は省略することもできる。第2処理として、被覆金属微粒子を無水コハク酸と混和することにより、上記被覆金属微粒子の表面にカルボキシル基を導入する。このカルボキシルを導入した被覆金属微粒子10 mgをカルボジイミドで活性化させた後、200 μg/mlに調整したIgG抗体の緩衝溶液1 mlに投入して室温で16時間攪拌することにより、被覆金属微粒子1mgあたりIgG抗体を１０μg以上吸着させることができる。本発明の被覆金属微粒子は比表面積が大きく、特にナノワイヤや花弁状構造体によって極めて大きい比表面積を有する為、生体物質を被覆金属微粒子表面に吸着させる磁気ビーズ用途に好適である。
【実施例】
【００３３】
（実施例1）
平均粒径0.03μmのα-Fe2O3粉末と、平均粒径1μmのTiC粉末とを、7：3の質量比（TiC：30質量％）でボールミルにより10時間混合し、得られた混合粉末をアルミナボート内で、窒素ガス中で８００℃で８時間熱処理し、室温まで冷却した。得られた試料粉末をリガク社：ＲＩＮＴ２５００にてＣｕ−Ｋα線を線源としてＸ線回折測定したところ、Ｘ線回折パターンに出現した回折ピークはα−Ｆｅ及びルチル構造のＴｉＯ２と同定された。酸化物の標準生成エネルギーは、ΔGFe2O3＝−740 kJ/molに対して、ΔGTiO2＝−889 kJ/molであるため、TiO2の標準生成エネルギーの方が小さい。従って、α-Fe2O3がTiにより還元され、TiO2が生成したと言える。さらにこの試料粉末5 gとイソプロピルアルコール（IPA）５０ｍｌとを１００ｍｌのビーカに投入し、１０分間超音波を照射した。次いで永久磁石をビーカの外面に1分間接触させ、磁性粒子だけをビーカ内壁に吸着させ、黒灰色の上澄み液を除去した。この磁気分離操作を５０回繰り返し、得られた精製磁性粒子を室温で乾燥させた。
【００３４】
前記磁性粒子１ｇを１Ｍ濃度のＮａＯＨ水溶液５０ｍｌ中に投入し、６０℃で２４時間保持するアルカリ浸漬処理を行なった。アルカリ浸漬処理後、磁性粒子を純水で洗浄し乾燥させて試料粉末を得た。得られた試料粉末のｄ５０をレーザー回折型粒径分布測定器（ＨＯＲＩＢＡ：ＬＡ−９２０）にて測定したところ、２．０μｍであった。また磁気特性を、最大印加磁界を１．６ＭＡ/ｍとしてＶＳＭ（振動型磁力計）により測定したところ、飽和磁化（Ｍｓ）は１１２Ａｍ２／ｋｇ、保磁力（Ｈｃ）は５．３ｋＡ／ｍであった。上記試料粉末をＳＥＭにより観察した結果を図１に示す。粒子以外に繊維状のナノワイヤ１が多数析出している様子が分かる。上記ナノワイヤの直径は５０〜２００ｎｍの範囲、その長さは０．５〜１μｍの範囲であるものが多い。上記ナノワイヤの形状は直線状であり、その直径は全長に渡ってほぼ一定である。上記ナノワイヤは被覆金属微粒子に接触しているものが多く、被覆金属微粒子から成長したことを表している。また、その成長方向はランダムであり、カーボンナノチューブに見られるような同方向にナノワイヤ同士が配向したバンドル構造は見られない。このナノワイヤをアルバック・ファイ製PHI700TMにてオージェ電子分光分析した。図２はナノワイヤから得たオージェ電子スペクトルであるが、FeとOに相当するスペクトルが主要であり、微量のTiも検出した。なお、Cは不可避不純物、Alは試料を設置しているAlステージから検出されたものであり、ナノワイヤに含まれるものではない。図２より、ナノワイヤが酸化鉄主体であることが分かる。また上記ナノワイヤを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）付属のエネルギー分散Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）で組成分析した。結果を図３に示す。O、Fe及びTiを検出した。なお、CuはTEM観察用試料を保持しているメッシュから検出されるものであり、ナノワイヤに含まれる元素ではない。このスペクトルから算出した各元素の原子比率はFe：Ti：O=38.0：2.3：59.7であった。以上、EDXの結果からも、上記ナノワイヤは酸素以外の元素の中でＦｅの原子割合が最も大きく、酸化鉄主体であることが分かる。また、このナノワイヤは５％以下の微量のTiが含まれていることが分かる。また、得られた試料粉末について測定したＸ線回折パターンを図４に示す。各回折ピークはα-Ｆｅ、ルチル構造のＴｉＯ２、Ｆｅ３Ｏ４に相当する。Ｆｅ３Ｏ４はアルカリ浸漬処理によって析出したものである。２θ＝２７．４°のとき得られたＴｉＯ２の最大回折ピークの半値幅は０．１４°であり、ＴｉＯ２の最大回折ピーク強度のα−Ｆｅの最大回折ピーク［（110）ピーク］強度に対する比は０．０６であった。これから、ＴｉＯ２が高い結晶性を有することが分かる。上記試料粉末２５ｍｇを濃度６Mのグアニジン塩酸塩水溶液１ｍｌ中に２５℃で２４時間浸漬させた（浸漬試験）後のＦｅイオン溶出量をＩＣＰ分析（エスアイアイナノテクノロジー社：ＳＰＳ３１００Ｈ）により測定した。結果を表１に示す。
【００３５】
（比較例１）
実施例１と同様にして得た精製磁性粒子にアルカリ浸漬処理を施さずに、ｄ５０、磁気特性、Ｆｅイオン溶出量を評価した。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
ここで上記被覆金属微粒子の製造工程において、アルカリ源の濃度を変化させた場合の特性の変化を表２に示す。アルカリ源であるＮａＯＨの濃度を変えることにより、Ｆｅイオン溶出量を低減することが可能である。ＮａＯＨ濃度０．２Ｍ以上でＦｅイオン溶出量は１００ｍｇ／ｌ以下、０．４Ｍ以上で５０ｍｇ／ｌ以下となり、耐食性が向上する。このようにアルカリ源の濃度を変えることにより、被覆金属微粒子に高耐食性を付与することができる。ＮａＯＨ濃度が１Ｍである実施例１の被覆金属微粒子では、２５ｍｇ／ｌ以下のＦｅイオン溶出量となっており、比較例１に比べて高い耐食性を示している。
【００３８】
【表２】
【００３９】
（実施例２）
混合粉末の熱処理温度を９００℃、熱処理時間を８ｈに変えた以外は実施例１と同様にして被覆金属微粒子を作製した。この試料粉末の磁気特性を実施例１と同様にして測定したところ、飽和磁化は１２０Ａｍ２／ｋｇであったため、含有されるＦｅは５５ｍａｓｓ％と算出された。上記試料粉末がＦｅとＴｉＯ２から成ることを考慮してこの試料粉末の粒子密度ρを以下の計算式を用いて算出した。
１／ρ＝０．５５／ρＦｅ＋０．４５／ρＴｉＯ２
ここで、ρＦｅ＝７．８Ｍｇ／ｍ3、ρＴｉＯ２＝５．０７Ｍｇ／ｍ3を用いた。その結果、ρ＝６．７Ｍｇ／ｍ3であった。またこの試料粉末のｄ５０を実施例１と同様にして測定した。またこの試料粉末の比表面積を(株)マウンテック製Macsorb-Hmmodel-1201を用いてBET法によって測定した。結果を表３に示す。また密度６．７Ｍｇ／ｍ3を用いて比表面積値Ｓから平均粒子径を換算した。すなわち、
Ｓ＝６／（＜ｄ＞・ρ）
の式から換算粒径＜ｄ＞を求めた。＜ｄ＞／ｄ５０の値と共に表３に示す。
【００４０】
（実施例３〜７）
実施例２で得た試料粉末2gを擬似体液（Simulated Body Fluid/SBF液）50ml中に投入し、表3に示す各条件で浸漬させた（実施例３〜７）。水洗後、乾燥して試料粉末を得た。実施例1と同様にして測定したd50及び実施例２と同様にして測定した比表面積、<d>及び<d>/d50の値を表３に示す。また実施例６の試料粉末をＳＥＭ観察すると、花弁状の表面凹凸２を有する粒子（以下、花弁状粒子）が観察された。結果を図５に示す。花弁状の凹凸を詳細に観察すると、厚さ１０ｎｍ程度の燐片上の凹凸が複雑に共存した表面構造であり、サブミクロンサイズの花弁が幾重にも重なったように観察される。この花弁状凹凸は粒子表面に均一に生成している。図５に示すような表面を有する粒子が実施例３〜５、７の試料にも見られた。また実施例６の試料粉末について実施例１と同様にしてＸ線回折パターンを測定したところ、図４と同様のパターンを得た。２θ＝２７．４°のとき得られたＴｉＯ２の最大回折ピークの半値幅は０．１６°であり、ＴｉＯ２の最大回折ピーク強度のα−Ｆｅの最大回折ピーク［（110）ピーク］強度に対する比は０．０６であった。これから、ＴｉＯ２が高い結晶性を有することが分かる。
【００４１】
（実施例８）
実施例２で得た試料粉末2gをハンクス液50ml中に投入し、表３に示す条件で浸漬させた。実施例1 と同様にしてd50、実施例２と同様にして比表面積、<d>、<d>/d50を求めた。結果を表３に示す。
【００４２】
（実施例９）
比較例１で得た試料粉末２ｇを実施例６と同様にＳＢＦ液中に浸漬させ、実施例１と同様にしてd50、実施例２と同様にして比表面積、<d>、<d>/d50を求めた。結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３より、本発明の試料においてはd50に比べて<d>が非常に小さく、<d>/d50が０．０６以下であることが分かる。図２で示したナノワイヤの生成が比表面積の増大（<d>の微細化）の原因であると推察される。特に生体擬似液中に試料粉末を浸漬させることによって比表面積が増大しており、<d>/d50は０．０４以下まで低下している。これは図５で示した花弁状粒子が比表面積の増大に寄与しているためである。
【００４５】
（実施例１０）
実施例６で作成した試料粉末に、以下に説明する手法で抗体を吸着させた。上述の試料粉末と体積比１％の３−アミノプロピルトリエトキシシラン(APS)水溶液とを混和し、1時間攪拌した。さらに、大気中において120 ℃で3時間加熱処理を施した。得られた試料粉末のd50を実施例1と同様にして測定したところ、3.7μmであった。次に、無水コハク酸と混和することにより、上記磁性粒子の表面にカルボキシル基を導入した（以後、カルボキシル基コート磁気ビーズ）。前記カルボキシル基コート磁気ビーズに抗体を吸着させた。すなわちこの磁気ビーズ10mgをカルボジイミドで活性化させた後、クエン酸緩衝液により200μg/mlに調整したＩｇＧ抗体（Rabbit-IgG）溶液1 mlを投入し室温で16時間攪拌した。攪拌後磁気分離により上澄み液を分取した。カルボキシル基コート磁気ビーズ1 mgあたりのIgG吸着量は投入したIgG量（200 μg）から上記上澄み液に残留したIgGの量を引き10で割ることにより求めた。上澄み液に残留したIgG濃度、および加えたIgG溶液の濃度は吸光度を測定し定量、調整した。IgG濃度は260 nmの吸光度（A260）、280 nmの吸光度（A280）および320 nmの吸光度（A320）を日立ハイテクノロジーズ社製ダイオードアレー型バイオ光度計U-0080D（1cmの光路長セルを使用）にて測定し、以下の式に従い算出した。
IgG濃度（mg/ml）＝（A280-A320）×1.55-(A260-A320)×0.76
その結果、磁気ビーズ1 mgあたりのIgG吸着量10.4μgであった。
【００４６】
（実施例１１）
実施例６で作成した試料粉末を、以下に説明する手法でシリカ被覆処理を施した。上述の試料粉末５ｇをエタノール溶媒１００ｍｌ中に分散し、これにテトラエトキシシランを１ｍｌ添加した。次にこの溶媒を攪拌しながら純水２２ｇとアンモニア水４ｇの混合溶液を添加し、上記混合溶液を１時間攪拌した。攪拌後、シリカ被覆磁性粒子を磁石でビーカ内壁に捕捉しながら上澄み液を除去した。このシリカ被覆処理を合計3回繰り返した後、イソプロピルアルコールで溶媒置換を行い、ドラフト内で乾燥させた。このシリカ被覆磁性粒子に実施例１０と同様にしてカルボキシル基を導入し、ＩｇＧ抗体の吸着性能を評価した。結果を表４に示す。
【００４７】
（比較例２）
比較例１で得た試料粉末について実施例１０と同様にしてカルボキシル基を導入し、ＩｇＧ抗体の吸着性能を評価した。結果を表４に示す。
【００４８】
（比較例３）
比較例１で作成した試料粉末に実施例１１と同様の手法でシリカ被覆処理を施し、実施例１０と同様にしてカルボキシル基を導入し、ＩｇＧ抗体の吸着性能を評価した。結果を表４に示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
以上より、本発明の磁気ビーズは1mgあたりＩｇＧ抗体を１０μg以上吸着し、優れた抗体吸着性能を示すことが分かる。また、さらに表面にシリカ被覆を形成することにより、ＩｇＧ抗体の吸着量は１５μｇ以上となり、いっそう優れた抗体吸着性能を発揮していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】アルカリ浸漬処理後の試料粉末についてＳＥＭ観察した結果である。
【図２】被覆金属微粒子の表面のナノワイヤから得たオージェ電子スペクトルである。
【図３】被覆金属微粒子の表面のナノワイヤをエネルギー分散X線分析装置（EDX）で組成分析した結果である。
【図４】アルカリ浸漬処理後の試料粉末について測定したＸ線回折パターンである。
【図５】花弁状の凹凸を有する被覆金属微粒子のＳＥＭ観察像である。
【符号の説明】
【００５２】
１：ナノワイヤ ２：花弁状の表面凹凸
【技術分野】
【０００１】
磁気テープや磁気記録ディスク等の磁気記録媒体、電波吸収体、インダクタ、プリント基板等の電子デバイス、ヨーク等の軟磁性体、光触媒、核酸抽出用やたんぱく質捕捉用の磁気ビーズ、医療用マイクロスフィア等に用いる被覆磁性金属粒子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能化及び小型軽量化に伴い、電子デバイスの高性能化及び小型軽量化とともに、電子デバイスを構成する材料の高性能化及びナノサイズ化も要求されている。例えば磁気テープに塗布する磁性粒子は、磁気記録密度の向上を目的として、ナノサイズ化と磁化の向上が同時に要求されている。
【０００３】
ナノ磁性粒子は主に共沈法や水熱合成法等の液相合成法により製造されている。液相法で得られるナノ磁性粒子はフェライトやマグネタイト等の酸化物粒子である。最近では有機金属化合物の熱分解を利用した方法も採用されており、例えばFe(CO)5からFeのナノ粒子が製造されている。
【０００４】
金属の磁性粒子は酸化物磁性粒子に比べて磁化が大きいため、工業的利用への期待が大きい。例えば、金属Feの飽和磁化は218A・m2/kgと酸化鉄に比べて非常に大きいので、磁場応答性に優れ、信号強度が大きくとれるという利点がある。しかし金属Fe等の金属粒子は容易に酸化し、例えば100μm以下、特に1μm以下の微粒子状にすると、比表面積の増大により大気中で激しく燃えるので、乾燥状態で取り扱うのが難しい。そのため、フェライトやマグネタイト等の酸化物粒子が広く利用されてきた。
【０００５】
乾燥金属粒子を取り扱う場合、金属粒子を直接大気（酸素）に触れさせないように粒子表面に被膜を付与することが不可欠である。しかし、自身の金属酸化物で表面を被覆する方法は、少なからず金属を酸化劣化させる。また、特許文献１に示す方法のように高温でグラファイトの被膜を形成する方法では、工程や装置が複雑となり、生産性の点で十分ではない。その上、グラファイトはグラフェンシートが積層した構造を有するため、球状の金属粒子を被覆した場合、必ず格子欠陥が導入される。これらの欠陥が存在する被覆では、磁気ビーズ等、高耐食性が要求される用途では不満足である。そのため、高耐食性の金属微粒子、及びそれを安価に製造し得る工業生産性に優れた方法が望まれている。これに対して、本発明者らは簡便な方法により、酸化物で被覆された耐食性等に優れた金属微粒子を提供する方法を見出した（例えば特許文献２）。すなわち、金属Ｍ１の酸化物粉末と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔＧＭ１−Ｏ＞ΔＧＭ２−Ｏの関係を満たす元素Ｍ２を含む粉末とを混合し、その混合粉末を非酸化性雰囲気中で熱処理することにより、元素Ｍ２によって還元された金属Ｍ１の金属微粒子の表面をＭ２、Ｍ２の酸化物、Ｍ２の窒化物の少なくとも一つによって被覆された金属微粒子が提供される。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４３５０２号公報
【特許文献２】特開２００５―１２０４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の製造方法によれば、簡便な方法で被覆された金属微粒子を提供することが可能であるが、金属微粒子には安定で、耐食性の高いものが要求される。金属微粒子を安定かつ完全に被覆して高耐食性を発現するためには、被覆層を厚くする必要がある。しかし被覆層を単純に厚くすると全体の粒子径が大きくなってしまう。粒子径の増大は比表面積の低下を招き、例えば医療用マイクロスフィアとして用いる場合には目的物質との反応性が低下してしまう。すなわち金属微粒子の耐食性を向上させることと、比表面積を大きくすることとの両立は困難であった。
【０００８】
上記問題に鑑み、本発明は、耐食性に優れ、かつ比表面積が大きい被覆金属微粒子、及びかかる被覆金属微粒子を製造する方法を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の被覆金属微粒子の製造方法は、以下の３つの工程を有する。第１の工程は、Tiを含む粉末（ただしTi酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する、混合工程である。第２の工程は、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で650〜900℃で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る熱処理工程である。ここで「ＴｉＯ2を主体とする」とは、Ｘ線回折測定で検出されるＴｉＯ2以外のTi酸化物（例えば不定比組成のＴｉnＯ2n-1）も含むＴｉ酸化物に相当する回折ピークの中で、ＴｉＯ２に相当するピークの強度が最大であることを意味する。均一性の観点から、実質的にＴｉＯ2からなるのが好ましい。ここで「実質的にＴｉＯ2からなる」とは、Ｘ線回折パターンでＴｉＯ2以外のＴｉ酸化物のピークが明確に確認できない程度にＴｉＯ2の割合が多いことを言う。従って、Ｘ線回折パターンでノイズ程度にＴｉＯ2以外のＴｉ酸化物のピークがあっても、「実質的にＴｉＯ2からなる」の条件は満たす。第３の工程は、得られた前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する、浸漬処理工程である。この浸漬処理工程によって、凹凸の構造、例えば花弁状の凹凸を前記被覆金属微粒子の表面に形成することができる。ここで、生体擬似液とは、血漿を模倣して作製された水溶液であり、生理食塩水、ＰＢＳバッファー、ハンクス液、擬似体液（Simulated Body Fluid／ＳＢＦ液）が挙げられる。より好ましくはNa＋、K＋、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3-、HPO4-、SO42-を含む水溶液であることが好ましく、ハンクス液およびＳＢＦ液がこれに相当する。
【００１０】
また、本発明の被覆金属微粒子は、金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は花弁状の凹凸である被覆金属微粒子であることを特徴とする。この花弁状凹凸を粒子表面に付与することにより、比表面積が増大し、１粒子あたりの反応性が向上する。例えばたんぱく質を捕捉する磁気ビーズとして用いる際には、捕捉率が向上するため、前記被覆金属微粒子は、生体物質分離などの用途に用いられる磁気ビーズに好適である。
【００１１】
また、本発明の他の被覆金属微粒子は、金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤであることを特徴とする。前記ナノワイヤの形成により、被覆金属微粒子の比表面積が増大し、１粒子あたりの表面反応性が向上する。かかる構成の被覆金属微粒子も、前記被覆金属微粒子と同様に磁気ビーズ用途に好適である。
【００１２】
さらに、前記被覆金属微粒子において、前記被覆金属微粒子の密度と比表面積から換算される平均粒子径＜ｄ＞と、レーザー回折型粒径分布測定器で測定したｄ５０との比＜ｄ＞／ｄ５０が０．０７以下であることが好ましい。なお、ここで平均粒径＜ｄ＞とは、被覆金属微粒子の粉末を、粒径が等しい球体の集合体と仮定し、密度と比表面積の値から換算される平均粒子径である。＜ｄ＞／ｄ５０が０．０７超であると比表面積が小さくなり、１粒子当たりの反応有効面積が低下し、抗体などのたんぱく質捕捉能向上が十分ではなくなる。より好ましくは＜ｄ＞／ｄ５０が０．０６以下、さらに好ましくは０．０５以下である。
【００１３】
さらに、前記被覆金属微粒子において、Ｘ線回折パターンにおいてＴｉＯ２の最大ピークの半値幅が０．３°以下であり、かつ金属Ｍの最大ピークに対するＴｉＯ2の最大ピークの強度比が０．０３以上であることが好ましい。該構成は、ＴｉＯ２の結晶性が高いとともに、被覆であるＴｉＯ2の割合が高いことを意味し、コアとなる金属微粒子を十分強固に保護することができる。
【００１４】
さらに、前記被覆金属微粒子において、抗体（ＩｇＧ）濃度２００ μｇ/ｍｌの溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子１０ｍｇを加え１６時間攪拌したときのＩｇＧ吸着量が前記被覆金属微粒子１ｍｇあたり１０μｇ以上であることが好ましい。前記被覆金属微粒子は高耐食性かつ高比表面積を有することから、高い抗体捕捉能を発揮する。かかる高い捕捉能を有する被覆金属微粒子は、抗体も含めたたんぱく質等の生体物質分離用磁気ビーズとして好適である。
【００１５】
さらに、前記被覆金属微粒子において、前記金属ＭがＦｅであることが好ましい。高飽和磁化の被覆金属微粒子が得られる。
【００１６】
さらに、前記被覆金属微粒子において、濃度６Ｍのグアニジン塩酸塩水溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子２５ｍｇを２４時間浸漬した後で、Ｆｅのイオン溶出量が１００ｍｇ/ｌ以下であることが好ましい。前記構成のように、Ｆｅをコアの金属とすることで高い飽和磁化を有するとともに、高い耐食性も有する被覆金属微粒子は、生体物質分離用磁気ビーズとして特に好適である。磁気ビーズとしての性能を維持し、生体物質分離能への影響を抑えるためには、前記Ｆｅのイオンの溶出量は５０ｇ/ｍｌがより好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐食性に優れ、かつ比表面積が大きい被覆金属微粒子、及びかかる被覆金属微粒子の製造方法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】
【００１８】
本発明の被覆粒子の製造方法は、Ｔｉを含む粉末（ただしＴｉ酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する工程と、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で６５０〜９００℃の温度で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る工程と、前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する工程を有する。以下、本発明について具体的に説明する。
【００１９】
（１）被覆金属微粒子の製造工程
まず、Tiを含む粉末（ただしTi酸化物粉末を除く）と酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Mの酸化物粉末とを混合し、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で熱処理することにより、金属Mの酸化物をTiにより還元するとともに、得られた金属Mの微粒子の表面をTiO2を主体とするTi酸化物で被覆する。
【００２０】
金属Mの酸化物粉末の粒径は、被覆金属微粒子の目標粒径に合わせて選択し得るが、0.001〜5μmの範囲内であるのが好ましい。粒径が0.001μm未満では、金属酸化物粉末の「かさ」が大きくなるだけでなく二次凝集が激しいため、以下の製造工程での取り扱いが困難である。また5μm超だと、金属酸化物粉末の比表面積が小さすぎ、還元反応が進行しにくい。金属酸化物粉末の実用的な粒径は0.005〜1μmである。金属Mは、例えば遷移金属、貴金属及び希土類金属から選ばれるが、磁気ビーズ用途など磁性材料として用いる場合であればFe、Co、Ni又はこれら合金が好ましい。この場合、その酸化物としてはFe2O3、Fe3O4、CoO、Co3O4、NiO等を用いればよい。特にFeは飽和磁化が高い点、酸化物としてはFe2O3が安価である点、後述する凹凸が粒子表面に効率よくが形成する点で好ましい。より高い磁化を得ることを目的としてＦｅＣｏ合金生成のためにＦｅ２Ｏ３とＣｏ３Ｏ４を所定の比率で混合してもよい。酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満す金属Mの酸化物であれば、Tiを含む非酸化物粉末によって還元することができる。ΔGM-Oは金属Mの酸化物の標準生成エネルギーであり、ΔGTiO2（−889 kJ/mol）はTiの酸化物の標準生成エネルギーである。例えばFe2O3（ΔGFe2O3＝−740 kJ/mol）はΔGFe2O3＞ΔGTiO2を満たす。すなわち、TiはFeより酸化物の標準生成エネルギーが小さいため、Fe酸化物を効率良くかつ確実に還元することができる。TiO2の被覆が形成されていることにより、金属微粒子の比重が低下する。さらに、TiO2は親水性であるので、TiO2被覆金属微粒子は、例えば磁気ビーズ用のように水中に分散させる場合に好適である。
【００２１】
Tiを含む粉末は、Ti単体粉末の他、Ti-X（ただしXは、標準酸化物生成自由エネルギーΔGX-OがTiO2の生成標準自由エネルギーΔGTiO2より大きい元素である。）により表されるTi化合物又はそれらの混合物の粉末である。具体的には、XはAg、Au、B、Bi、C、Cu、Cs、Cd、Ge、Ga、Hg、K、N、Na、Pd、Pt、Rb、Rh、S、Sn、Tl、Te及びZnからなる群から選ばれた少なくとも一種である。Ti酸化物は還元剤として機能しないので、Tiを含む粉末から除く。ΔGX-O＜ΔGTiO2を満たす元素Xの場合、元素Xが還元剤として作用するので、Ti酸化物が生成しなくなる。M酸化物を還元するに足るTiが含まれていれば、Xの含有量は特に限定されない。Ti-XとしてはTiCが好ましい。反応後にTiO2以外の相が形成されにくいからである。還元反応を効率的に行なうためには、Tiを含む非酸化物粉末の粒径は0.01μm〜20μmであるのが好ましい。0.01μm未満の粒径であると、大気中でTiを含む非酸化物粉末が酸化し易いので、ハンドリングが難しい。また２０μｍ超であると比表面積が小さく、還元反応が進行しにくい。特に０.１μｍ〜５μｍの粒径がより好ましい。該範囲の粒径の粉末を用いれば、大気中での酸化を抑制しつつ、還元反応の十分な進行を図ることができる。
【００２２】
M酸化物の粉末に対するTi含有粉末の割合は、少なくとも還元反応の化学量論比であることが好ましい。Tiが不足すると、熱処理中にM酸化物粉末が焼結し、バルク化してしまう。例えばFe2O3とTiCとの組合せの場合、Fe2O3＋TiCに対してTiCは25質量％以上であることが好ましい。TiCが25質量％未満であると、TiCによるFe2O3の還元が不十分である。一方、TiCの比率が高くなりすぎると、Feの比率が低下し、得られるTiO2被覆Fe微粒子の飽和磁化が低下し、保磁力が増大する。従って、TiCの上限は50質量％が好ましい。Fe2O3＋TiCに対するTiCの割合はより好ましくは30〜50質量％であり、さらに好ましくは30〜40質量％であり、特に好ましくは30〜35質量％である。保磁力は、TiCが35質量％になると8 kA/mに達し、40質量％になると10 kA/mに達し、50質量％になると15 kA/mに達する。M酸化物粉末とTi含有非酸化物粉末との混合には、乳鉢、スターラ、Ｖ字型ミキサ、ボールミル、振動ミル等の攪拌機を用いる。
【００２３】
Ｍ酸化物粉末とＴｉ含有粉末（Ｔｉ酸化物粉末を除く）の混合粉末を非酸化性雰囲気中で熱処理すると、Ｍ酸化物粉末とＴｉ含有粉末との還元反応が起こり、TiO2を主体とするＴｉ酸化物で被覆された金属Ｍの粒子が生成する。熱処理雰囲気は非酸化性であるのが好ましい。非酸化性雰囲気としては、例えばAr，He等の不活性ガスや、N2、CO2、NH3等が挙げられるが、これらに限定されない。但し、量産性の観点からは、安価なN2が好ましい。熱処理温度は６５０〜９００℃が好ましい。650℃未満であると還元反応が十分に進行せず、また９００℃超であると不定比組成のTinO2n-1が主として生成することがある。TinO2n-1は、９００℃超で金属MがTiO2から酸素を取り込むか、TiO2が非酸化性雰囲気中に酸素を放出することにより生成する。その結果、金属Mの還元が不十分であるか、被覆層が不完全となる。熱処理温度が650〜900℃の場合に、欠陥が少なく、均一性の高いほぼTiO2からなる被膜が形成される。TiO2からなる被膜は、光触媒用の被覆金属微粒子を作製するのにも好適である。
【００２４】
被覆金属微粒子の表面に花弁状の凹凸を付与するために、被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬させることが好ましい（生体擬似液浸漬処理）。生体擬似液は、血漿を模倣して作製された水溶液であり、Na＋、K＋、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3-、HPO4-、SO42-を含む水溶液であることが好ましい。より好ましくは擬似体液（Simulated Body Fluid; SBF）やハンクス液（Hank’s balanced salt solution）である。生体擬似液浸漬処理の手法は、被覆金属微粒子を２５〜１００℃の温度で生体擬似液に浸漬させることが好ましい。例えば生体擬似液に被覆金属微粒子を投入し、湯浴等で加温することにより処理することができる。温度が２５℃未満であると被覆金属微粒子と生体擬似液との反応が進行しにくくなり好ましくない。１００℃を越えると水が蒸発するため実効的ではない。より好ましくは３０〜６０℃であり、更に好ましくはヒト体温付近である３０〜４０℃である。上記生体擬似液浸漬処理により、被覆金属微粒子表面に凹凸として、被覆金属微粒子本体に比べて微細な花弁状の凹凸（花弁状構造体）を付与することができる（花弁状粒子）。花弁状の凹凸とは、薄片状の構造体が入り組んだ状態がなす凹凸である。
【００２５】
表面に凹凸を有する本発明に係る被覆金属微粒子についてさらに詳述する。本発明に係る被覆金属微粒子は、金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有する。この凹凸は、うねりや空孔などの、前記生体擬似液浸漬処理前の被覆であるＴｉＯ２そのものの凹凸とは構造が異なる。前記凹凸は例えば花弁状の凹凸である。該花弁状の凹凸は、被覆金属微粒子の表面に連続的に形成され、該表面の少なくとも一部を覆うように形成されるが、被覆粒子の表面全体を覆うように形成されていることがより好ましい。かかる構成の被覆金属微粒子は、前記製造方法によって、得ることができる。この花弁状の凹凸は金属Ｍの酸化物を主体としている。前記花弁状の凹凸は、この花弁状の凹凸によって比表面積が大きくなる。
【００２６】
前記凹凸の他の形態として、金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤとしてもよい。ここで、ナノワイヤとは、直径がナノサイズ、すなわち１μｍ未満のワイヤである。金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤを粒子表面に生成させるためには、前記被覆金属微粒子をアルカリ源含有水溶液に浸漬させることが好ましい。この浸漬処理においては、表面に剥き出しの金属Ｍが水溶液と反応することによって金属Ｍの酸化物がナノワイヤ状に生成する。ナノワイヤ状とならず粒子表面に酸化膜として金属Ｍの酸化物が形成することもある。このため、前記アルカリ浸漬処理は被覆金属微粒子の耐食性を向上させる効果もある。アルカリ浸漬処理に用いるアルカリ源は、水溶液としたときアルカリ性を呈する化合物であれば良く、例えばNaOH、KOHの他、アルカリ性界面活性剤等が挙げられる。より好ましくはNaOHである。十分アルカリ浸漬処理の効果を発揮するためにはNaOH濃度は0.3〜10Mが好ましい。0.3M未満であると希薄のためアルカリ浸漬処理の効果が発現し難い。１０Ｍ以上では安全に取り扱うことが困難である。アルカリ浸漬処理は、例えばボールミル等を用いて、アルカリ水溶液に被覆金属微粒子を浸漬し、攪拌することにより行なうことができる。また被覆金属微粒子を加温したアルカリ水溶液中に保持してもよい。温度は２５℃以上、１００℃未満が好ましい。２５℃未満であるとアルカリ水溶液と被覆金属微粒子との反応が進行しにくくなる。１００℃以上は水が蒸発するため実効的でない。より好ましくは３０〜７０℃である。加温処理は、例えばアルカリ水溶液と被覆金属微粒子を投入したポリ容器を湯浴で加温することにより行なうことができる。上記加温処理によって、被覆金属微粒子の表面に金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤ（以下、Ｍ酸化物ナノワイヤ）が形成される。このＭ酸化物ナノワイヤにより比表面積が大きくなる。Ｍ酸化物ナノワイヤの直径は０.０５〜０.１μｍ、長さは０.５〜３μｍであるのが好ましい。これより大きいと、被覆金属微粒子の飽和磁化の低下や、Ｍ酸化物ナノワイヤの遊離が起きやすくなる。
【００２７】
（２）被覆金属微粒子の構造及び特性
上記方法により得られる被覆金属微粒子の粒径は、M酸化物粉末の粒径に依存する。高い耐食性及び分散性を得るためには、被覆金属微粒子の平均粒径d50は0.1μm〜10μmが好ましく、0.1〜6μmがより好ましい。平均粒径が0.1μm未満であると、被覆金属微粒子は十分な厚さの被膜を確保できずに耐食性が低くなるだけでなく、1粒子当たりの磁化が極めて小さくなり磁気応答性が低くなってしまう。また平均粒径が10μmを超えると、液体中での被覆金属微粒子の分散性が低下する。平均粒径d50はレーザー回折による湿式粒径測定器で測定した値を用いる。また被覆金属微粒子の密度と比表面積から換算される平均粒子径を<d>とすると<d>/d50は０．０７以下が好ましい。０．０７を越える値であると被覆金属微粒子の比表面積が小さくなり、磁気ビーズとしての機能が低下する。十分な磁気応答性を確保しつつ、磁気ビーズ性能を高めるためには、<d>/d50が0.06以下であることがより好ましい。
【００２８】
Ｍ金属粒子とＴｉ酸化物被覆層とは１対１のコア−シェル構造になっている必要はなく、TiO2を主体とするＴｉ酸化物層中に２個以上のＭ金属粒子が分散した構造であっても良い。Ｔｉ酸化物の中に２個以上のＭ金属粒子が含まれていると、金属Ｍは高含有率で、かつ確実に被覆されるので好ましい。本発明では、Ｍ酸化物の還元によるＭ金属微粒子の形成と、Ｔｉ酸化物被膜の形成とが同時に行われるので、Ｍ金属微粒子とＴｉ酸化物被膜との間にＭ金属酸化物層が認められない。また６５０℃以上の熱処理により得られるＴｉ酸化物被膜の結晶性は高く、ゾル−ゲル法等により得られる非晶質又は低結晶性のＴｉ酸化物被膜より高い耐食性を示す。また、TiO2を主体とした被膜を有する本発明の被覆金属微粒子は、被膜に欠陥が少ないので、不定比組成のTinO2n-1の被膜を有するものよりも高い耐食性を示す。
【００２９】
被覆金属微粒子のX線回折パターンにおけるTiO2の最大ピークの半値幅が0.3°以下で、金属Mの最大ピークに対するTiO2の最大ピークの強度比が0.03以上である場合に、Ti酸化物の結晶性が良い（従って、被覆金属微粒子の耐食性も良い）と判断した。非晶質又は低結晶性の場合、ピークは観察されないかブロードであるため、最大ピーク強度比は小さく、半値幅は広い。最大ピーク強度比はより好ましくは0.05以上である。最大ピーク強度比が高くなると被膜の割合が多くなり、飽和磁化が低下する。そのため、最大ピーク強度比は3以下が好ましい。
【００３０】
金属Ｍが磁性金属Ｆｅの場合、前記製法により得られた被覆金属微粒子は５０〜１８０A・m2/kgの範囲の飽和磁化を有し、磁性粒子として機能する。これは、被覆金属微粒子が磁性金属FeとTiO2から形成されている場合、Fe＋Tiに対するTiの割合が11〜67質量％であることに相当する。Ｔｉの割合は、Ｘ線回折パターンから被覆金属微粒子がFeとTiO2からなることを確認した後で、被覆金属微粒子の飽和磁化の測定値から算出できる。磁性粒子の飽和磁化が50 A・m2/kg未満と小さいと、磁界に対する応答が鈍い。また１８０A・m2/kg超であるとTiO2を主体とするTi酸化物の含有率が小さく（Ｆｅ＋Ｔｉに対するＴｉの質量比率が１１％未満）、金属Ｆｅ粒子を十分にＴｉ酸化物で被覆できないために耐食性が低く、磁気特性が劣化しやすい。従って、高い飽和磁化及び十分な耐食性を同時に得るために、被覆金属微粒子の飽和磁化は１８０A・m2/kg以下とするのが好ましい。磁気ビーズ等に用いる場合の回収効率や磁気分離性能に優れるためには、被覆金属微粒子の飽和磁化は９５〜１８０A・m2/kgであるのがより好ましい。この範囲の飽和磁化は、９２A・m2/kg程度の飽和磁化しか有さないマグネタイト（Fe3O4）では得られない。分散性の観点から、被覆金属微粒子の保磁力は15 kA/m以下が好ましく、８kA/m（100 Oe）以下がより好ましく、６kA/m以下が最も好ましい。保磁力が大きい場合でもTiO2被膜を厚くすれば高分散性が得られるが、そうすると被覆金属微粒子の飽和磁化が低下してしまう。保磁力が８kA/mを超えると、磁性粒子は無磁場でも磁気的に凝集しやすくなるので、液中での分散性が低下する。
【００３１】
モル濃度が6 Mのグアニジン塩酸塩水溶液1 ml中に、金属MがFeである被覆金属微粒子25 mgを25℃で24時間浸漬したときのFeイオン溶出量は100 mg/l以下であるのが好ましい。この被覆金属微粒子は高カオトロピック塩濃度においても高い耐食性を示すため、カオトロピック塩水溶液中での処理を必要とするDNA抽出等の用途に好適である。Feイオン溶出量が100 mg/l以下の耐食性レベルは、アルカリ浸漬処理を施さない場合でも発現することがあるが、確実に上記耐食性レベルを得るためにはアルカリ浸漬処理を行うのが好ましい。
【００３２】
本発明の被覆金属微粒子は、高耐食性を有し、水溶液中で安定である上、比表面積が大きいためDNAやたんぱく質などの生体物質を効率良く吸着させることができる。例えばたんぱく質を吸着させるために被覆金属微粒子表面を以下のように機能化することができる。第1処理としてゾル-ゲル法によって被覆金属微粒子をシリカで被覆することが好ましいが、本処理は省略することもできる。第2処理として、被覆金属微粒子を無水コハク酸と混和することにより、上記被覆金属微粒子の表面にカルボキシル基を導入する。このカルボキシルを導入した被覆金属微粒子10 mgをカルボジイミドで活性化させた後、200 μg/mlに調整したIgG抗体の緩衝溶液1 mlに投入して室温で16時間攪拌することにより、被覆金属微粒子1mgあたりIgG抗体を１０μg以上吸着させることができる。本発明の被覆金属微粒子は比表面積が大きく、特にナノワイヤや花弁状構造体によって極めて大きい比表面積を有する為、生体物質を被覆金属微粒子表面に吸着させる磁気ビーズ用途に好適である。
【実施例】
【００３３】
（実施例1）
平均粒径0.03μmのα-Fe2O3粉末と、平均粒径1μmのTiC粉末とを、7：3の質量比（TiC：30質量％）でボールミルにより10時間混合し、得られた混合粉末をアルミナボート内で、窒素ガス中で８００℃で８時間熱処理し、室温まで冷却した。得られた試料粉末をリガク社：ＲＩＮＴ２５００にてＣｕ−Ｋα線を線源としてＸ線回折測定したところ、Ｘ線回折パターンに出現した回折ピークはα−Ｆｅ及びルチル構造のＴｉＯ２と同定された。酸化物の標準生成エネルギーは、ΔGFe2O3＝−740 kJ/molに対して、ΔGTiO2＝−889 kJ/molであるため、TiO2の標準生成エネルギーの方が小さい。従って、α-Fe2O3がTiにより還元され、TiO2が生成したと言える。さらにこの試料粉末5 gとイソプロピルアルコール（IPA）５０ｍｌとを１００ｍｌのビーカに投入し、１０分間超音波を照射した。次いで永久磁石をビーカの外面に1分間接触させ、磁性粒子だけをビーカ内壁に吸着させ、黒灰色の上澄み液を除去した。この磁気分離操作を５０回繰り返し、得られた精製磁性粒子を室温で乾燥させた。
【００３４】
前記磁性粒子１ｇを１Ｍ濃度のＮａＯＨ水溶液５０ｍｌ中に投入し、６０℃で２４時間保持するアルカリ浸漬処理を行なった。アルカリ浸漬処理後、磁性粒子を純水で洗浄し乾燥させて試料粉末を得た。得られた試料粉末のｄ５０をレーザー回折型粒径分布測定器（ＨＯＲＩＢＡ：ＬＡ−９２０）にて測定したところ、２．０μｍであった。また磁気特性を、最大印加磁界を１．６ＭＡ/ｍとしてＶＳＭ（振動型磁力計）により測定したところ、飽和磁化（Ｍｓ）は１１２Ａｍ２／ｋｇ、保磁力（Ｈｃ）は５．３ｋＡ／ｍであった。上記試料粉末をＳＥＭにより観察した結果を図１に示す。粒子以外に繊維状のナノワイヤ１が多数析出している様子が分かる。上記ナノワイヤの直径は５０〜２００ｎｍの範囲、その長さは０．５〜１μｍの範囲であるものが多い。上記ナノワイヤの形状は直線状であり、その直径は全長に渡ってほぼ一定である。上記ナノワイヤは被覆金属微粒子に接触しているものが多く、被覆金属微粒子から成長したことを表している。また、その成長方向はランダムであり、カーボンナノチューブに見られるような同方向にナノワイヤ同士が配向したバンドル構造は見られない。このナノワイヤをアルバック・ファイ製PHI700TMにてオージェ電子分光分析した。図２はナノワイヤから得たオージェ電子スペクトルであるが、FeとOに相当するスペクトルが主要であり、微量のTiも検出した。なお、Cは不可避不純物、Alは試料を設置しているAlステージから検出されたものであり、ナノワイヤに含まれるものではない。図２より、ナノワイヤが酸化鉄主体であることが分かる。また上記ナノワイヤを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）付属のエネルギー分散Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）で組成分析した。結果を図３に示す。O、Fe及びTiを検出した。なお、CuはTEM観察用試料を保持しているメッシュから検出されるものであり、ナノワイヤに含まれる元素ではない。このスペクトルから算出した各元素の原子比率はFe：Ti：O=38.0：2.3：59.7であった。以上、EDXの結果からも、上記ナノワイヤは酸素以外の元素の中でＦｅの原子割合が最も大きく、酸化鉄主体であることが分かる。また、このナノワイヤは５％以下の微量のTiが含まれていることが分かる。また、得られた試料粉末について測定したＸ線回折パターンを図４に示す。各回折ピークはα-Ｆｅ、ルチル構造のＴｉＯ２、Ｆｅ３Ｏ４に相当する。Ｆｅ３Ｏ４はアルカリ浸漬処理によって析出したものである。２θ＝２７．４°のとき得られたＴｉＯ２の最大回折ピークの半値幅は０．１４°であり、ＴｉＯ２の最大回折ピーク強度のα−Ｆｅの最大回折ピーク［（110）ピーク］強度に対する比は０．０６であった。これから、ＴｉＯ２が高い結晶性を有することが分かる。上記試料粉末２５ｍｇを濃度６Mのグアニジン塩酸塩水溶液１ｍｌ中に２５℃で２４時間浸漬させた（浸漬試験）後のＦｅイオン溶出量をＩＣＰ分析（エスアイアイナノテクノロジー社：ＳＰＳ３１００Ｈ）により測定した。結果を表１に示す。
【００３５】
（比較例１）
実施例１と同様にして得た精製磁性粒子にアルカリ浸漬処理を施さずに、ｄ５０、磁気特性、Ｆｅイオン溶出量を評価した。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
ここで上記被覆金属微粒子の製造工程において、アルカリ源の濃度を変化させた場合の特性の変化を表２に示す。アルカリ源であるＮａＯＨの濃度を変えることにより、Ｆｅイオン溶出量を低減することが可能である。ＮａＯＨ濃度０．２Ｍ以上でＦｅイオン溶出量は１００ｍｇ／ｌ以下、０．４Ｍ以上で５０ｍｇ／ｌ以下となり、耐食性が向上する。このようにアルカリ源の濃度を変えることにより、被覆金属微粒子に高耐食性を付与することができる。ＮａＯＨ濃度が１Ｍである実施例１の被覆金属微粒子では、２５ｍｇ／ｌ以下のＦｅイオン溶出量となっており、比較例１に比べて高い耐食性を示している。
【００３８】
【表２】
【００３９】
（実施例２）
混合粉末の熱処理温度を９００℃、熱処理時間を８ｈに変えた以外は実施例１と同様にして被覆金属微粒子を作製した。この試料粉末の磁気特性を実施例１と同様にして測定したところ、飽和磁化は１２０Ａｍ２／ｋｇであったため、含有されるＦｅは５５ｍａｓｓ％と算出された。上記試料粉末がＦｅとＴｉＯ２から成ることを考慮してこの試料粉末の粒子密度ρを以下の計算式を用いて算出した。
１／ρ＝０．５５／ρＦｅ＋０．４５／ρＴｉＯ２
ここで、ρＦｅ＝７．８Ｍｇ／ｍ3、ρＴｉＯ２＝５．０７Ｍｇ／ｍ3を用いた。その結果、ρ＝６．７Ｍｇ／ｍ3であった。またこの試料粉末のｄ５０を実施例１と同様にして測定した。またこの試料粉末の比表面積を(株)マウンテック製Macsorb-Hmmodel-1201を用いてBET法によって測定した。結果を表３に示す。また密度６．７Ｍｇ／ｍ3を用いて比表面積値Ｓから平均粒子径を換算した。すなわち、
Ｓ＝６／（＜ｄ＞・ρ）
の式から換算粒径＜ｄ＞を求めた。＜ｄ＞／ｄ５０の値と共に表３に示す。
【００４０】
（実施例３〜７）
実施例２で得た試料粉末2gを擬似体液（Simulated Body Fluid/SBF液）50ml中に投入し、表3に示す各条件で浸漬させた（実施例３〜７）。水洗後、乾燥して試料粉末を得た。実施例1と同様にして測定したd50及び実施例２と同様にして測定した比表面積、<d>及び<d>/d50の値を表３に示す。また実施例６の試料粉末をＳＥＭ観察すると、花弁状の表面凹凸２を有する粒子（以下、花弁状粒子）が観察された。結果を図５に示す。花弁状の凹凸を詳細に観察すると、厚さ１０ｎｍ程度の燐片上の凹凸が複雑に共存した表面構造であり、サブミクロンサイズの花弁が幾重にも重なったように観察される。この花弁状凹凸は粒子表面に均一に生成している。図５に示すような表面を有する粒子が実施例３〜５、７の試料にも見られた。また実施例６の試料粉末について実施例１と同様にしてＸ線回折パターンを測定したところ、図４と同様のパターンを得た。２θ＝２７．４°のとき得られたＴｉＯ２の最大回折ピークの半値幅は０．１６°であり、ＴｉＯ２の最大回折ピーク強度のα−Ｆｅの最大回折ピーク［（110）ピーク］強度に対する比は０．０６であった。これから、ＴｉＯ２が高い結晶性を有することが分かる。
【００４１】
（実施例８）
実施例２で得た試料粉末2gをハンクス液50ml中に投入し、表３に示す条件で浸漬させた。実施例1 と同様にしてd50、実施例２と同様にして比表面積、<d>、<d>/d50を求めた。結果を表３に示す。
【００４２】
（実施例９）
比較例１で得た試料粉末２ｇを実施例６と同様にＳＢＦ液中に浸漬させ、実施例１と同様にしてd50、実施例２と同様にして比表面積、<d>、<d>/d50を求めた。結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３より、本発明の試料においてはd50に比べて<d>が非常に小さく、<d>/d50が０．０６以下であることが分かる。図２で示したナノワイヤの生成が比表面積の増大（<d>の微細化）の原因であると推察される。特に生体擬似液中に試料粉末を浸漬させることによって比表面積が増大しており、<d>/d50は０．０４以下まで低下している。これは図５で示した花弁状粒子が比表面積の増大に寄与しているためである。
【００４５】
（実施例１０）
実施例６で作成した試料粉末に、以下に説明する手法で抗体を吸着させた。上述の試料粉末と体積比１％の３−アミノプロピルトリエトキシシラン(APS)水溶液とを混和し、1時間攪拌した。さらに、大気中において120 ℃で3時間加熱処理を施した。得られた試料粉末のd50を実施例1と同様にして測定したところ、3.7μmであった。次に、無水コハク酸と混和することにより、上記磁性粒子の表面にカルボキシル基を導入した（以後、カルボキシル基コート磁気ビーズ）。前記カルボキシル基コート磁気ビーズに抗体を吸着させた。すなわちこの磁気ビーズ10mgをカルボジイミドで活性化させた後、クエン酸緩衝液により200μg/mlに調整したＩｇＧ抗体（Rabbit-IgG）溶液1 mlを投入し室温で16時間攪拌した。攪拌後磁気分離により上澄み液を分取した。カルボキシル基コート磁気ビーズ1 mgあたりのIgG吸着量は投入したIgG量（200 μg）から上記上澄み液に残留したIgGの量を引き10で割ることにより求めた。上澄み液に残留したIgG濃度、および加えたIgG溶液の濃度は吸光度を測定し定量、調整した。IgG濃度は260 nmの吸光度（A260）、280 nmの吸光度（A280）および320 nmの吸光度（A320）を日立ハイテクノロジーズ社製ダイオードアレー型バイオ光度計U-0080D（1cmの光路長セルを使用）にて測定し、以下の式に従い算出した。
IgG濃度（mg/ml）＝（A280-A320）×1.55-(A260-A320)×0.76
その結果、磁気ビーズ1 mgあたりのIgG吸着量10.4μgであった。
【００４６】
（実施例１１）
実施例６で作成した試料粉末を、以下に説明する手法でシリカ被覆処理を施した。上述の試料粉末５ｇをエタノール溶媒１００ｍｌ中に分散し、これにテトラエトキシシランを１ｍｌ添加した。次にこの溶媒を攪拌しながら純水２２ｇとアンモニア水４ｇの混合溶液を添加し、上記混合溶液を１時間攪拌した。攪拌後、シリカ被覆磁性粒子を磁石でビーカ内壁に捕捉しながら上澄み液を除去した。このシリカ被覆処理を合計3回繰り返した後、イソプロピルアルコールで溶媒置換を行い、ドラフト内で乾燥させた。このシリカ被覆磁性粒子に実施例１０と同様にしてカルボキシル基を導入し、ＩｇＧ抗体の吸着性能を評価した。結果を表４に示す。
【００４７】
（比較例２）
比較例１で得た試料粉末について実施例１０と同様にしてカルボキシル基を導入し、ＩｇＧ抗体の吸着性能を評価した。結果を表４に示す。
【００４８】
（比較例３）
比較例１で作成した試料粉末に実施例１１と同様の手法でシリカ被覆処理を施し、実施例１０と同様にしてカルボキシル基を導入し、ＩｇＧ抗体の吸着性能を評価した。結果を表４に示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
以上より、本発明の磁気ビーズは1mgあたりＩｇＧ抗体を１０μg以上吸着し、優れた抗体吸着性能を示すことが分かる。また、さらに表面にシリカ被覆を形成することにより、ＩｇＧ抗体の吸着量は１５μｇ以上となり、いっそう優れた抗体吸着性能を発揮していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】アルカリ浸漬処理後の試料粉末についてＳＥＭ観察した結果である。
【図２】被覆金属微粒子の表面のナノワイヤから得たオージェ電子スペクトルである。
【図３】被覆金属微粒子の表面のナノワイヤをエネルギー分散X線分析装置（EDX）で組成分析した結果である。
【図４】アルカリ浸漬処理後の試料粉末について測定したＸ線回折パターンである。
【図５】花弁状の凹凸を有する被覆金属微粒子のＳＥＭ観察像である。
【符号の説明】
【００５２】
１：ナノワイヤ ２：花弁状の表面凹凸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉを含む粉末（ただしＴｉ酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する工程と、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で６５０〜９００℃の温度で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る工程と、前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する工程を有する被覆金属微粒子の製造方法。
【請求項２】
金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は花弁状の凹凸であることを特徴とする被覆金属微粒子。
【請求項３】
金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤであることを特徴とする被覆金属微粒子。
【請求項４】
前記被覆金属微粒子の密度と比表面積から換算される平均粒子径＜ｄ＞と、レーザー回折型粒径分布測定器で測定したｄ５０との比＜ｄ＞／ｄ５０が０．０７以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の被覆金属微粒子。
【請求項５】
Ｘ線回折パターンにおいてＴｉＯ２の最大ピークの半値幅が０．３°以下であり、かつ金属Ｍの最大ピークに対するＴｉＯ2の最大ピークの強度比が０．０３以上であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の被覆金属微粒子。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の被覆金属微粒子において、濃度２００μｇ/ｍｌの抗体ＩｇＧ溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子１０ｍｇを加え１６時間攪拌したときのＩｇＧ吸着量が前記被覆金属微粒子１ｍｇあたり１０μｇ以上であることを特徴とする被覆金属微粒子。
【請求項７】
前記金属ＭがＦｅであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の被覆金属微粒子。
【請求項８】
請求項７に記載の被覆金属微粒子において、濃度６Ｍのグアニジン塩酸塩水溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子２５ｍｇを２４時間浸漬した後で、Ｆｅのイオン溶出量が１００ｍｇ/ｌ以下であることを特徴とする被覆金属微粒子。
【請求項１】
Ｔｉを含む粉末（ただしＴｉ酸化物粉末を除く）と、酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍの酸化物粉末とを混合する工程と、得られた混合粉末を非酸化性雰囲気中で６５０〜９００℃の温度で熱処理することによって、前記金属Ｍの酸化物を還元するとともに、得られた金属Ｍの微粒子の表面をＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆して被覆金属微粒子を得る工程と、前記被覆金属微粒子を生体擬似液に浸漬する工程を有する被覆金属微粒子の製造方法。
【請求項２】
金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は花弁状の凹凸であることを特徴とする被覆金属微粒子。
【請求項３】
金属のコア粒子がＴｉＯ２を主体とするＴｉ酸化物で被覆された被覆金属微粒子であって、前記金属は、その酸化物の標準生成自由エネルギーがΔGM-O＞ΔGTiO2の関係を満たす金属Ｍであり、前記被覆金属微粒子は表面に凹凸を有し、前記凹凸は金属Ｍの酸化物を主体とするナノワイヤであることを特徴とする被覆金属微粒子。
【請求項４】
前記被覆金属微粒子の密度と比表面積から換算される平均粒子径＜ｄ＞と、レーザー回折型粒径分布測定器で測定したｄ５０との比＜ｄ＞／ｄ５０が０．０７以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の被覆金属微粒子。
【請求項５】
Ｘ線回折パターンにおいてＴｉＯ２の最大ピークの半値幅が０．３°以下であり、かつ金属Ｍの最大ピークに対するＴｉＯ2の最大ピークの強度比が０．０３以上であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の被覆金属微粒子。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の被覆金属微粒子において、濃度２００μｇ/ｍｌの抗体ＩｇＧ溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子１０ｍｇを加え１６時間攪拌したときのＩｇＧ吸着量が前記被覆金属微粒子１ｍｇあたり１０μｇ以上であることを特徴とする被覆金属微粒子。
【請求項７】
前記金属ＭがＦｅであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の被覆金属微粒子。
【請求項８】
請求項７に記載の被覆金属微粒子において、濃度６Ｍのグアニジン塩酸塩水溶液１ｍｌ中に前記被覆金属微粒子２５ｍｇを２４時間浸漬した後で、Ｆｅのイオン溶出量が１００ｍｇ/ｌ以下であることを特徴とする被覆金属微粒子。
【図２】
【図３】
【図４】
【図１】
【図５】
【図３】
【図４】
【図１】
【図５】
【公開番号】特開２００８−７５１１８（Ｐ２００８−７５１１８Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５４６７１（Ｐ２００６−２５４６７１）
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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