(57)【要約】【課題】  水や極性有機溶媒への溶解性又は分散性、分散安定性に優れた高分散性の表面修飾ナノダイヤモンドを得る。【解決手段】  本発明の表面修飾ナノダイヤモンドは、表面が、下記式（１）【化１】2010202458.tif 000017［式中、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている。式（１）において、Ａ2が炭素数３のアルキレン基を示し、−Ｏ−（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n−が数平均分子量２００〜２００００のポリエチレングリコールに対応するポリエチレングリコール鎖であるのが好ましい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が、下記式（１）
【化１】
2010202458.tif 000010
［式中、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンド。
【請求項２】
式（１）において、Ａ2が炭素数３のアルキレン基を示し、−Ｏ−（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n−が数平均分子量２００〜２００００のポリエチレングリコールに対応するポリエチレングリコール鎖である請求項１記載の表面修飾ナノダイヤモンド。
【請求項３】
水素化ナノダイヤモンドに、下記式（２）
【化２】
2010202458.tif 000011
（式中、Ｒ1は水素原子又はアミノ基の保護基を示し、Ａ1は炭素数１〜２０のアルキレン基を示す）
で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルカン酸を反応させ、次いで、下記式（３）
【化３】
2010202458.tif 000012
［式中、Ｒ2は水素原子又はアミノ基の保護基を示し、Ａ2は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸又はその活性な反応性誘導体とを反応させ、Ｒ2がアミノ基の保護基である場合には脱保護し、表面が下記式（１）
【化４】
2010202458.tif 000013
［式中、Ａ1、Ａ2、Ａ3、ｎは前記に同じ］
で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドを得ることを特徴とする表面修飾ナノダイヤモンドの製造法。
【請求項４】
表面が、下記式（４）
【化５】
2010202458.tif 000014
［式中、Ｒ3は蛍光標識基であり、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるポリエチレングリコール鎖及び蛍光標識基を含む基により修飾されている蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンド。
【請求項５】
表面が下記式（１）
【化６】
2010202458.tif 000015
［式中、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドに、アミノ基反応性基を有する蛍光物質を反応させて、表面が下記式（４）
【化７】
2010202458.tif 000016
［式中、Ｒ3は蛍光標識基であり、Ａ1、Ａ2、Ａ3、ｎは前記に同じ］
で表されるポリエチレングリコール鎖及び蛍光標識基を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドを得ることを特徴とする蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンドの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面修飾されたナノダイヤモンドとその製造法に関する。この表面修飾されたナノダイヤモンドは、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ：化学機械研磨）向け研磨剤やドレッサー用材料、燃料電池向け耐腐食性電極メッキ材料、切削工具などの高硬度表面コ−ティング層形成材料、高耐熱・高熱伝導材料など、工学応用分野で利用できる。また、生体適合性の高い医用材料、細胞への導入と可視化、標識細胞の生体内でのモニタリング、ドラッグデリバリーシステム、検査試薬などに応用できる。
【背景技術】
【０００２】
ナノダイヤモンドは、ダイヤモンド固有の性質に加え、平均粒径が小さく、比表面積が大きいという特徴を有する。さらに、比較的安価であり、入手も容易である。
【０００３】
ナノダイヤモンドは、爆発法や高温高圧法によって製造される。爆発法は、トリニトロトルエンおよびヘキソーゲンを爆発させることにより、ナノサイズのダイヤモンドを得る方法である。この方法で得られるナノダイヤモンドは、水への溶解性は高いが、アモルファスカーボンやグラファイトなどの他の炭素質の混入が多く、また表面化学修飾が難しいという問題を有する。一方、高温高圧法は、例えば、密閉された高圧容器内で、鉄やコバルト等の金属の存在下、原料グラファイト粉末を１〜１０ＧＰａの高圧および８００〜２０００℃の高温に保持し、ダイヤモンドに直接相転移させる方法である。この方法で得られるナノダイヤモンドは、アモルファスカーボンやグラファイトなどの他の炭素質の混入が少なく、粒径も揃っているが、水や有機溶媒への溶解性、分散性、分散安定性が低いという問題がある。そのため、ナノダイヤモンドの用途開発はさほど進んでいない。
【０００４】
水や有機溶媒に対する溶解性、分散性を向上させるため、ナノダイヤモンドの表面を化学修飾する試みがなされている（特許文献１〜３参照）。しかし、水或いは極性有機溶媒への溶解性又は分散性、分散安定性は必ずしも十分なものとは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３８４１１号公報
【特許文献２】特開２００８−３０３１０４号公報
【特許文献３】特開２００８−１５０２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、水や極性有機溶媒への溶解性又は分散性、分散安定性に優れた高分散性の表面修飾ナノダイヤモンドと、その製造法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意研究した結果、ナノダイヤモンドの表面を、ポリエチレングリコール鎖を含む特定の基で修飾すると、水や極性有機溶媒への溶解性又は分散性、分散安定性が著しく向上することを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、表面が、下記式（１）
【化１】
2010202458.tif 000002
［式中、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドを提供する。
【０００９】
式（１）において、Ａ2が炭素数３のアルキレン基を示し、−Ｏ−（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n−が数平均分子量２００〜２００００のポリエチレングリコールに対応するポリエチレングリコール鎖であるのが好ましい。
【００１０】
本発明は、また、水素化ナノダイヤモンドに、下記式（２）
【化２】
2010202458.tif 000003
（式中、Ｒ1は水素原子又はアミノ基の保護基を示し、Ａ1は炭素数１〜２０のアルキレン基を示す）
で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルカン酸を反応させ、次いで、下記式（３）
【化３】
2010202458.tif 000004
［式中、Ｒ2は水素原子又はアミノ基の保護基を示し、Ａ2は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸又はその活性な反応性誘導体とを反応させ、Ｒ2がアミノ基の保護基である場合には脱保護し、表面が下記式（１）
【化４】
2010202458.tif 000005
［式中、Ａ1、Ａ2、Ａ3、ｎは前記に同じ］
で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドを得ることを特徴とする表面修飾ナノダイヤモンドの製造法を提供する。
【００１１】
本発明は、さらに、表面が、下記式（４）
【化５】
2010202458.tif 000006
［式中、Ｒ3は蛍光標識基であり、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるポリエチレングリコール鎖及び蛍光標識基を含む基により修飾されている蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンドを提供する。
【００１２】
本発明は、さらにまた、表面が下記式（１）
【化６】
2010202458.tif 000007
［式中、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度を示し、２以上である］
で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドに、アミノ基反応性基を有する蛍光物質を反応させて、表面が下記式（４）
【化７】
2010202458.tif 000008
［式中、Ｒ3は蛍光標識基であり、Ａ1、Ａ2、Ａ3、ｎは前記に同じ］
で表されるポリエチレングリコール鎖及び蛍光標識基を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドを得ることを特徴とする蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンドの製造法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の表面修飾ナノダイヤモンドは、従来のナノダイヤモンドと異なって、水或いは極性有機溶媒への溶解性又は分散性、分散安定性が大幅に向上しており、取り扱い性が格段に向上するだけでなく、水又は極性有機溶媒に安定して溶解又は分散させた状態で各種目的に使用したり、水又は極性有機溶媒中でナノダイヤモンドに対して各種化学的反応や各種物理的反応を行ったりすることが可能となる。このことによって、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）向け研磨剤やドレッサー用材料、燃料電池向け耐腐食性電極メッキ材料、切削工具などの高硬度表面コーティング層形成材料、高耐熱・高熱伝導材料など、工学応用分野で好適に利用し得るナノダイヤモンド材料の提供が達成される。また本発明の表面修飾ナノダイヤモンドは修飾基中にアミノ基を有しており、更に化学修飾することが可能である。このことによって、例えば、生体適合性の高い医用材料、細胞への導入と可視化、標識細胞の生体内でのモニタリング、ドラッグデリバリーシステム、検査試薬などへ応用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の表面修飾ナノダイヤモンドは、表面が、前記式（１）で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている。式（１）中、Ａ1、Ａ2はそれぞれ炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、Ａ3は単結合又は炭素数１〜２０のアルキレン基を示し、ｎは−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−単位の平均重合度（数平均重合度）を示し、２以上である。
【００１５】
Ａ1、Ａ2、Ａ3における炭素数１〜２０のアルキレン基としては、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、ブチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレン、オクタメチレン、デカメチレン、ドデカメチレン、テトラデカメチレン、ヘキサデカメチレン、オクタデカメチレンなどの炭素数１〜２０の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が挙げられる。アルキレン基としては直鎖状のアルキレン基がより好ましい。
【００１６】
Ａ1としては、上記の中でも、炭素数１〜１４のアルキレン基が好ましい。また、Ａ2としては、上記の中でも、炭素数１〜１４のアルキレン基が好ましく、より好ましくは炭素数１〜１０のアルキレン基、特に好ましくは炭素数３のアルキレン基（例えば、トリメチレン基）である。Ａ3としては、単結合又は炭素数１〜１４のアルキレン基が好ましく、より好ましくは、単結合又は炭素数１〜１０のアルキレン基（例えば、炭素数５のアルキレン基）である。
【００１７】
式（１）中のポリエチレングリコール鎖（−Ｏ−（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n−）は、目的とする高分散性が得られる範囲である限り特に制限は無いが、小さすぎるとナノダイヤモンド粒子間相互の反発力が不足するため粒子の凝集を防ぐ効果が損なわれ、溶媒への安定な分散状態の維持には適さなくなる。また、あまり大きいとナノダイヤモンド粒子間でポリエチレングリコール鎖同士が絡み合いを起こして同様に粒子の凝集を起こしやすくなる他、ダイヤモンド材料としての特性が希釈されてしまうことになるので好ましくない。ポリエチレングリコール鎖は、ポリエチレングリコールとしての数平均分子量で、好ましくは１００〜５００００、より好ましくは２００〜２００００、さらに好ましくは１０００〜１００００、特に好ましくは４０００〜６０００である。すなわち、−Ｏ−（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n−としては、数平均分子量１００〜５００００（より好ましくは２００〜２００００、さらに好ましくは１０００〜１００００、特に好ましくは４０００〜６０００）のポリエチレングリコールに相当するポリエチレングリコール鎖であるのが望ましい。
【００１８】
前記表面修飾ナノダイヤモンドの中でも、Ａ2が炭素数３のアルキレン基を示し、−Ｏ−（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n−が数平均分子量２００〜２００００のポリエチレングリコールに対応するポリエチレングリコール鎖であるものが特に好ましい。
【００１９】
本発明の表面修飾ナノダイヤモンドは、水素化ナノダイヤモンドに、前記式（２）で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルカン酸を反応させ、次いで、前記式（３）で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸又はその活性な反応性誘導体とを反応させ、Ｒ2がアミノ基の保護基である場合にはさらに脱保護することにより得ることができる。
【００２０】
ナノダイヤモンド（ＮＤ）に修飾基を導入するにあたっては、直接反応させてもよいが、一旦ＮＤを水素気流中、４００〜１０００℃に加熱して還元し、水素化ナノダイヤモンド（ＮＤ−Ｈ）とするのが（特開２００７−２３８４１１号公報参照）、修飾基の導入率などの点で好ましい。
【００２１】
原料として用いるナノダイヤモンドや水素化ナノダイヤモンドの平均粒子径は、通常３〜２００ｎｍであり、より好ましくは７〜１００ｎｍ、特に好ましくは１０〜４０ｎｍである。原料ナノダイヤモンドの粒子径を選択することにより、目的に適した粒子径の表面修飾ナノダイヤモンドを得ることができる。グラファイトからナノダイヤモンドを製造する製造法や製造条件により、また製造後の分級操作条件により、さまざまな粒子径のものを得ることができ、既存のメーカーから各種製造法によるさまざまな粒子径のものを入手できる。
【００２２】
式（２）中、Ｒ1は水素原子又はアミノ基の保護基を示す。Ａ1は前記に同じである。
【００２３】
Ｒ1におけるアミノ基の保護基としては、有機合成の分野で通常用いられるアミノ基の保護基、例えば、ｔ−ブチルオキシ基、ｔ−ブチルオキシカルボニル（Ｂｏｃ）基、９−フルオレニルオキシメチルカルボニル（Ｆｍｏｃ）基、ベンジルオキシカルボニル（Ｃｂｚ）基、２−クロロベンジルオキシカルボニル（Ｃｌ−Ｚ）基、アリルオキシカルボニル（Ａｌｌｏｃ）基、アダマンチルオキシカルボニル（Ａｄｏｃ）基、トリチル（Ｔｒｔ）基などが挙げられる。これらの保護基は、反応後、通常の手法で脱保護することができる。
【００２４】
好ましいアミノアルカン酸としては、片末端に１級アミノ基、もう片方の末端にカルボン酸基を有する、いわゆるω―アミノカルボン酸類であり、例えばグリシン、β−アラニン、６−アミノカプロン酸、８−アミノオクタン酸、１２−アミノドデカン酸等が挙げられる。
【００２５】
アミノアルカン酸保護誘導体［式（２）において、Ｒ1がアミノ基の保護基である化合物］は、慣用の方法により得ることができる。例えば、上記ω―アミノカルボン酸類、すなわちβ−アラニン、６−アミノカプロン酸、８−アミノオクタン酸、１２−アミノドデカン酸等のアミノアルカン酸のアミノ基を市販のＢｏｃ化試薬（例、ｔ−ブトキシカルボニルクロリド、ジ−ｔ−ブチルジカーボネート、ｔ−ブチルオキシカルボニルオキシ  Ｎ−スクシンイミド、ｔ−ブトキシカルボニルオキシイミノ−２−フェニルアセトニトリル、ｔ−ブチル（ｐ−ニトロフェニル）カーボネート等）と反応させることにより、Ｂｏｃ保護アミノアルカン酸誘導体を得ることができる。また、アミノアルカン酸を、市販のＣｂｚ化試薬（例、ベンジルオキシカルボニルクロリド、ベンジルＮ−スクシンイミジルカーボネート、ベンジル（ｐ−ニトロフェニルオキシ）カーボネート等）と反応させることにより、Ｃｂｚ保護アミノアルカン酸誘導体を得ることができる。さらに、その他のアミノ基保護アミノアルカン酸誘導体についても、ＣｌＺ化試薬（例、２−クロロベンジルオキシカルボニルクロリド）と反応させることによりＣｌ−Ｚ保護アミノアルカン酸が、トリチルクロリドと反応させることによりＴｒｔ保護アミノアルカン酸が、アリルオキシカルボニルクロリドと反応させることによりＡｌｌｏｃ保護アミノアルカン酸が、アダマンチルオキシカルボニルクロリドと反応させることによりＡｄｏｃ保護アミノアルカン酸が得られる。目的に応じて、種々の保護基の異なるアミノアルカン酸保護誘導体が用いられる。
【００２６】
水素化ナノダイヤモンドと式（２）で表される化合物との反応は、必要に応じラジカル開始剤を加え、適当な溶媒（例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）中、適宜な温度、例えば、該ラジカル開始剤の分解温度に応じ適当に選択される温度、例えば過酸化ベンゾイルならば７５℃程度、アゾビスイソブチロニトリルでは６０℃程度に加熱することにより行われる。好ましいラジカル開始剤としては、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル、２−エチルへキシルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。式（２）で表される化合物としては、アミノ基が保護基で保護された化合物を用いるのが好ましい。
【００２７】
式（２）で表される化合物の使用量は、例えば、水素化ナノダイヤモンド１００重量部に対して、２０〜３０００重量部、好ましくは１００〜１２００重量部、さらに好ましくは１５０〜４００重量部である。
【００２８】
反応生成物は、反応終了後、濃縮、沈殿、遠心分離、濾過、抽出、洗浄、乾燥等の分離精製手段、またはこれらの分離精製手段を２以上組み合わせることにより精製できる。
【００２９】
次いで、水素化ナノダイヤモンドと式（２）で表される化合物との反応生成物に、前記式（３）で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸又はその活性な反応性誘導体とを、適当な溶媒（例えば、ジメチルスルホキシド）中、適宜な温度（例えば、０〜１００℃）で反応させ、Ｒ2がアミノ基の保護基である場合にはさらに脱保護する。反応は、必要に応じて、カリウムｔ−ブトキシド等の塩基の存在下で行ってもよい。式（３）中、Ｒ2、Ａ2、Ａ3、ｎは前記に同じである。
【００３０】
水素化ナノダイヤモンドと式（２）で表される化合物との反応生成物のアミノ基が保護基で保護されている場合には、脱保護した後、式（３）で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸又はその活性な反応性誘導体と反応させるのが好ましい。
【００３１】
式（３）で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸において、アミノ基の保護基としては、有機合成の分野で通常用いられるアミノ基の保護基、例えば、前記Ｒ1におけるアミノ基の保護基として例示したものが挙げられる。
【００３２】
前記アミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸の活性な反応性誘導体としては、カルボン酸からエステルやアミドを合成する際に通常用いられる活性な反応性誘導体（−Ｃ＝Ｏ基が活性化された反応性誘導体）、例えば、対応するＮ−ヒドロキシスクシンイミドエステル、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール−１−イルエステル、アジド、ペンタフルオロフェニルエステル、ニトロフェニルエステルなどが挙げられる。
【００３３】
式（３）で表される化合物において、アミノ基がｔ−ブチルオキシカルボニル（Ｂｏｃ）基等の保護基により適切に保護されている場合には、式（３）で表されるカルボン酸を用い（活性な反応性誘導体を用いることなく）、縮合剤やカップリング剤により縮合させることができる。縮合剤としては、エステル化反応、アミド化反応に通常用いられる縮合剤、例えば、Ｎ，Ｎ′−ジシクロへキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、水溶性カルボジイミド塩酸塩（ＷＳＣ）、２−（１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−イル）−１，１，３，３−テトラメチルウロニウムテトラフルオロボレート（ＴＢＴＵ）、２−（１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−イル）−１，１，３，３−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート（ＨＢＴＵ）、Ｏ−（７−アゾベンゾトリアゾール−１−イル−１，１，３，３−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェート（ＨＡＴＵ）、ベンゾトリアゾール−１−イルオキシ  トリスジメチルアミノホスホニウム塩（ＢＯＰ）などが挙げられる。
【００３４】
式（３）で表されるアミノ基が保護基で保護されていてもよいアミノアルキル化ポリエチレングリコールカルボン酸又はその活性な反応性誘導体として、例えば、日油株式会社製のＳＵＮＢＲＩＧＨＴ  ＰＡ−、ＢＯ−、ＭＡ−シリ−ズ等、市販のものを用いることができる。
【００３５】
式（３）で表されるカルボン酸又はその活性な反応性誘導体の使用量は、前工程で用いた式（２）で表される化合物の反応で消費された量１モルに対して、例えば、０．１〜２０モル、好ましくは１．１〜５モル程度である。
【００３６】
Ｒ2がアミノ基の保護基である場合の脱保護は慣用の方法により行うことができる。
【００３７】
生成した式（１）で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドは、反応終了後、濃縮、沈殿、遠心分離、濾過、抽出、洗浄、乾燥等の分離精製手段、またはこれらの分離精製手段を２以上組み合わせることにより精製できる。
【００３８】
式（１）で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドにおいて、化学修飾基の導入量は、目的とする高分散性が得られる範囲である限り特に制限は無いが、ナノダイヤモンド構造部分１００重量部に対して、ポリエチレングリコール鎖を含む化学修飾部分が、好ましくは２０〜３０００重量部、より好ましくは１００〜１２００重量部、さらに好ましくは２００〜４００重量部である。導入量が少なすぎるとナノダイヤモンド表面のポリエチレングリコール鎖を含む化学修飾基による被覆量が不足するため粒子の凝集を防ぐ効果が損なわれ、溶媒への安定な分散状態の維持には適さなくなる。また、あまり導入量が多いとダイヤモンド材料としての特性が希釈されてしまうことになるので好ましくない。表面に導入されたポリエチレングリコール鎖を含む化学修飾部分とナノダイヤモンド構造部分の比は示差熱天秤分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて表面修飾ナノダイヤモンドの熱処理時の重量変化を分析することにより求めることができる。
【００３９】
こうして得られる式（１）で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドは、水や極性有機溶媒に対する溶解性又は分散性、分散安定性に優れており、ＣＭＰ向け研磨剤やドレッサー用材料、燃料電池向け耐腐食性電極メッキ材料、切削工具などの高硬度表面コーティング層形成材料、高耐熱・高熱伝導材料など、工学応用分野で使用できる。また、この表面修飾ナノダイヤモンドは修飾基中にアミノ基を有しており、更に化学修飾することが可能である。
【００４０】
本発明の蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンドは、表面が、前記式（４）で表されるポリエチレングリコール鎖及び蛍光標識基を含む基により修飾されている。式中、Ｒ3は蛍光標識基である。Ａ1、Ａ2、Ａ3、ｎは前記に同じである。
【００４１】
Ｒ3における蛍光標識基としては、蛍光物質にアミノ基との連結基が結合している基を使用できる。蛍光物質としては、特に限定されず、公知の蛍光物質を用いることができ、例えば、フルオロセイン、スルホローダミン、ローダミン、ダンシルクロライド、７−クロロ−４−ニトロベンゾキシアゾール、またはこれらの誘導体（種々の置換基を有する化合物等）などが挙げられる。前記連結基としては、例えば、チオアミド基、スルホニル基、カルボニル基などが挙げられる。
【００４２】
本発明の蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンドは、表面が前記式（１）で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドに、アミノ基反応性基を有する蛍光物質を反応させることにより製造できる。
【００４３】
アミノ基反応性基を有する蛍光物質としては、例えば、前記蛍光物質に、イソチオシアネート基、スルホニルハライド基、カルボニルハライド基などのアミノ基に対して反応性を有する基が結合した物質や、蛍光物質のアミノ基に対して活性な反応性誘導体（例えば、蛍光物質がカルボキシル基を有するときはそのＮ−ヒドロキシスクシンイミドのエステル等）などが挙げられる。代表的なアミノ基反応性基を有する蛍光物質として、フルオロセインイソチオシアナート（ＦＩＴＣ）、カルボキシフルオレセインスクシンイミドエステル（ＮＨＳ−Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ）、フルオロセインイソチオシアナートスクシンイミドエステル（ＦＩＴＣ−ＮＨＳ）などが例示できる。
【００４４】
表面が前記式（１）で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドとアミノ基反応性基を有する蛍光物質との反応は、例えば、適当な溶媒（例えば、ジメチルスルホキシド）中、アミノ規範能性基に応じた温度（例えば、０〜１００℃）で行われる。反応は、必要に応じて、カリウムｔ−ブトキシド等の塩基の存在下で行ってもよい。
【００４５】
アミノ基反応性基を有する蛍光物質の使用量は、表面が前記式（１）で表されるポリエチレングリコール鎖を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンド中のアミノ基に対して、１当量以上（例えば、１〜１０当量程度）であるのが好ましい。
【００４６】
反応生成物は、反応終了後、濃縮、沈殿、遠心分離、濾過、抽出、洗浄、乾燥等の分離精製手段、またはこれらの分離精製手段を２以上組み合わせることにより精製できる。
【００４７】
こうして得られる式（４）で表されるポリエチレングリコール鎖及び蛍光標識基を含む基により修飾されている表面修飾ナノダイヤモンドは、水や極性有機溶媒に対する溶解性又は分散性、分散安定性に優れており、標識細胞の生体内でのモニタリング、ドラッグデリバリーシステム、検査試薬などに使用できる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれよって限定されるものではない。なお、ＰＥＧはポリエチレングリコール鎖を表す。
【００４９】
実施例１
ＢＯＣ−アミノドデカン酸の合成
１２−アミノドデカン酸１０８．６７ｇを３００ｍＬのナスフラスコに入れ、２００ｍＬのテトラヒドロフランを加えた。これにＢｏｃ−Ｃｌ（ｔ−ブトキシカルボニルクロリド）６７．７９ｇを加えた後、トリエチルアミン５５．５６ｇを加えて室温にて２時間撹拌した。反応混合物をロータリーエバポレーターで濃縮し、テトラヒドロフランを除いた後、塩化メチレン２００ｍＬを加え、１０重量％クエン酸水溶液１００ｍＬで３回、引き続いて飽和食塩水で３回洗浄の上、無水硫酸ナトリウムで乾燥、ろ紙でろ過してろ液をロータリーエバポレーターで恒量値まで濃縮して１５０．２６ｇのオイル状物質（ＢＯＣ−アミノドデカン酸）を得た。
【００５０】
ＮＤに対するＢＯＣ−アミノドデカン酸の導入
水素化ＮＤ［ＮＤ３０−Ｈ、平均粒子径３０ｎｍ、トーメイダイヤ（株）］８００ｍｇとＢＯＣ−アミノドデカン酸１．４８７ｇを３００ｍｌのナスフラスコに入れ、２００ｍｌのジメチルホルムアミドを加えた。ラジカル開始剤として過酸化ベンゾイル４００ｍｇを加えた後、７５℃で超音波照射を行った。２時間後、溶媒を留去した後、６０ｍｌの酢酸エチル−ヘキサン（１：１，ｖ／ｖ）混合溶媒を加え、最大加速度１８５００ｇ、温度２０℃で１０分間遠心分離を行った後、上澄みを除去した。沈降した表面修飾ＮＤに対して、６０ｍｌの酢酸エチル−ヘキサン（１：１，ｖ／ｖ）混合溶媒を加え、最大加速度１８５００ｇ、温度２０℃で１０分間遠心分離を行った後、上澄みを除去した。さらに再度、沈降した表面修飾ＮＤに対して、１６ｍｌの酢酸エチル−ヘキサン（１：１，ｖ／ｖ）混合溶媒を加え、最大加速度１８５００ｇ、温度２０℃で１０分間遠心分離を行った後、上澄み溶液を除去した。沈降した表面修飾ＮＤに対して５０ｍｌの酢酸エチルを加え、ポアサイズが２００ｎｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。ろ別された表面修飾ＮＤに対して、１０ｍｌの酢酸エチルで５回、２０ｍｌのトリエチルアミンで５回、水で５回、メタノールで５回、洗浄した後、真空乾燥した。真空乾燥の後に得られた黒色固体ＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＢＯＣ（ＢＯＣ−アミノドデカン酸ＮＤ）は、８２３ｍｇであった。
【００５１】
ＢＯＣ−アミノドデカン酸ＮＤからのＢＯＣ基の脱保護
合成したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＢＯＣ２０．０ｍｇに１ｍｌのトリフルオロ酢酸を加え、０℃で、撹拌を行った。５分後、２ｍｌのクロロホルムを加え、最大加速度１８５００ｇ、温度０℃で１０分間遠心分離を行った後、上澄みを除去した。沈降した表面修飾ＮＤに対して、１０ｍｌのクロロホルムを加え、ポアサイズが１００ｎｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。ろ別された表面修飾ＮＤに対して、１ｍｌの酢酸エチルで２回、１０ｍｌのクロロホルムで５回、水で３回、メタノールで３回、洗浄した後、真空乾燥した。真空乾燥の後に得られた黒色固体ＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3は、１８．５ｍｇであった。
【００５２】
水溶性ＮＤの合成
合成したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3３５．０ｍｇと７０ｍｇのＢＯＣ−ＮＨ−（ＣＨ2）3−ＰＥＧ−ＣＯ−ＮＨＳ（ＮＨＳ：Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル、日油株式会社、「ＳＵＮＢＲＩＧＨＴ  ＢＯ−０５０ＴＳ」、重量平均分子量５０００）を４ｍｌのバイアル瓶に入れ、５２５ｍｌのジメチルスルホキシドを加えた。２分間、超音波照射を行った後、７．００ｍｇのカリウム−ｔ−ブトキシドを加え、さらに２分間、超音波照射を行った。２時間室温で撹拌した後、２ｍｌのジエチルエーテルを加え、ＮＤが沈降した後、上澄みを除去した。沈降した表面修飾ＮＤに対して、２ｍｌのジエチルエーテルを加え、平均ポアサイズが１００ｎｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。ろ別された表面修飾ＮＤに対して、２ｍｌのジエチルエーテルで３回、４ｍｌのトリエチルアミン−メタノール（１：１，ｖ／ｖ）混合溶媒で５回、水で５回、メタノールで５回、洗浄した後、真空乾燥した。真空乾燥の後に得られた黒色固体ＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ−ＢＯＣは、３２．１ｍｇであった。
【００５３】
水溶性ＮＤの分散度
合成したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ−ＢＯＣ１．２２ｍｇと１ｍｌのリン酸緩衝溶液を４ｍｌのバイヤル瓶に加え、２分間、超音波照射を行った後、１日放置した。その後、ポアサイズが１００ｎｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。ろ別された表面修飾ＮＤを１ｍｌの水で１０回洗浄した後、真空乾燥し、１．００ｍｇのリン酸緩衝溶液内で沈降したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ−ＢＯＣが得られた。このことから、リン酸緩衝液内に分散したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ−ＢＯＣの分散度を０．２２ｍｇ／ｍｌであると決定した。
【００５４】
ＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ−ＢＯＣからのＢＯＣ基の脱保護
合成したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ−ＢＯＣ５０．０ｍｇに１ｍｌのトリフルオロ酢酸を加え、０℃で、撹拌を行った。５分後、１５ｍｌのクロロホルムを加え、最大加速度１８５００ｇ、温度０℃で１０分間遠心分離を行った後、上澄みを除去した。沈降したＮＤに対して、１０ｍｌのクロロホルムを加え、ポアサイズが１００ｎｍのメンブランフィルタ−を用いて濾過した。ろ別された表面修飾ＮＤに対して、５ｍｌのクロロホルムで５回、洗浄した後、真空乾燥した。真空乾燥の後に得られた黒色固体ＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3は、３８．４ｍｇであった。
【００５５】
ＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3の分散度
合成したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3１．８２ｍｇと１ｍＬのリン酸緩衝溶液（和光純薬工業株式会社製、細胞培養用Ｄ−ＰＢＳ（−））を４ｍＬのバイヤル瓶に加え、２分間、超音波照射を行った後、１日放置した。その後、ポアサイズが１００ｎｍのメンブランフィルター（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製ＯＭＮＩＰＯＲＥ）を用いて濾過した。ろ別された表面修飾ＮＤを１ｍＬの水で１０回洗浄した後、真空乾燥し、０．７０ｍｇのリン酸緩衝溶液内で沈降したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3が得られた。このことから、リン酸緩衝液内に分散したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3の分散度を１．１２ｍｇ／ｍＬであると決定した。
【００５６】
比較例１
ＮＤ３０−Ｈ１０．０ｍｇをバイアル瓶にとり、１ｍＬの純水を加え、２分間、超音波照射を行った後、１日放置した。その後、ポアサイズ１００ｎｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。メンブランフィルター上にろ別された未分散固形物を１ｍＬの水で１０回洗浄した後、真空乾燥し、重量を測定することにより、純水中に安定的に分散された量を求めたところ、０．２ｍｇ／ｍＬであった。
【００５７】
実施例２
ＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ2への蛍光標識基の導入
合成したＮＤ３０−ＯＣＯ−（ＣＨ2）11−ＮＨ−ＣＯ−ＰＥＧ−（ＣＨ2）3−ＮＨ3ＯＣＯＣＦ3５．０２ｍｇと１．５０ｍｇのＮＨＳ−フルオレセインを４ｍｌのバイヤル瓶に入れ、１２５ｍｌのジメチルスルホキシドを加えた。２分間、超音波照射を行った後、０．８０ｍｇのカリウム−ｔ−ブトキシドを加え、さらに２分間、超音波照射を行った。２時間室温で撹拌した後、６ｍｌのエーテルを加え、表面修飾ＮＤが沈降した後、上澄みを除去した。沈降した表面修飾ＮＤに対して、２ｍｌのエーテルを加え、ポアサイズが１００ｎｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。ろ別された表面修飾ＮＤに対して、２ｍｌのメタノールで１０回、２ｍｌのトリエチルアミン−メタノール（１：１，ｖ／ｖ）混合溶媒で１０回、水で５回、メタノールで５回、洗浄した後、真空乾燥した。真空乾燥の後に得られた黒色固体［下記式（５）で表される蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンド］は、４．０６ｍｇであった。
【００５８】
【化８】
2010202458.tif 000009
【００５９】
水溶性蛍光ＮＤの分散度
合成した前記式（５）で表される蛍光標識された表面修飾ナノダイヤモンド１．２４ｍｇと１ｍｌのリン酸緩衝溶液を４ｍｌのバイヤル瓶に加え、２分間、超音波照射を行った後、１週間放置した。その後、この溶液からチンダル現象が確認され、水溶性を有することを確認した。