(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ナノ粒子の主に表面サイトに欠陥準位が存在することにより現れる欠陥蛍光を測定することを特徴とする蛍光試薬。
【請求項２】
生体高分子検出に用いられることを特徴とする請求項１に記載の蛍光試薬。
【請求項３】
前記生体高分子検出が、ハイブリダイゼーションを用いるＤＮＡチップまたはビーズを用いるものであることを特徴とする請求項２に記載の蛍光試薬。
【請求項４】
前記生体高分子がＤＮＡであることを特徴とする請求項２または３に記載の生体高分子検出用試薬。
【請求項５】
前記生体高分子がたんぱく質であることを特徴とする請求項２または３に記載の生体高分子検出用試薬。
【請求項６】
生体観察に用いられることを特徴とする請求項１に記載の蛍光試薬。
【請求項７】
前記生体観察が、細胞工学における生体組織の染色剤として半導体ナノ粒子を用いるものであることを特徴とする請求項６に記載の蛍光試薬。
【請求項８】
前記半導体ナノ粒子が、修飾基を介して前記生体高分子や生体組織と静電的に結合するものであることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の蛍光試薬。
【請求項９】
前記半導体ナノ粒子が、修飾基を介して前記生体高分子や生体組織と化学的に結合するものであることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の蛍光試薬。
【請求項１０】
前記半導体ナノ粒子の表面が官能基により修飾されていることを特徴とする請求項1〜９のいずれかに記載の蛍光試薬。
【請求項１１】
前記半導体ナノ粒子が、サイズ選択光エッチング法を用いて製造されたものであることを特徴とする請求項1〜１０のいずれかに記載の蛍光試薬。
【請求項１２】
半導体ナノ粒子の主に表面サイトに欠陥準位が存在することにより現れる欠陥蛍光を測定することを特徴とする蛍光測定方法。
【請求項１３】
正または負電荷をもつ半導体ナノ粒子を、サンプル生体高分子の持つ負または正電荷に静電的に結合させることにより、プローブ生体高分子との結合の有無および結合量を検出する生体高分子の検出方法において、半導体ナノ粒子の主に表面サイトに欠陥準位が存在することにより現れる欠陥蛍光を測定することを特徴とする請求項１２に記載の蛍光測定方法。
【請求項１４】
前記生体高分子の検出が、ハイブリダイゼーションを用いるＤＮＡチップまたはビーズを用いるものであることを特徴とする請求項１３に記載の蛍光測定方法。
【請求項１５】
前記生体高分子がＤＮＡであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の蛍光測定方法。
【請求項１６】
前記生体高分子がたんぱく質であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の蛍光測定方法。
【請求項１７】
生体観察に用いられることを特徴とする請求項１２に記載の蛍光測定方法。
【請求項１８】
前記生体観察が、細胞工学における生体組織の染色剤として半導体ナノ粒子を用いるものであることを特徴とする請求項１７に記載の蛍光測定方法。
【請求項１９】
前記半導体ナノ粒子の表面が官能基により修飾されていることを特徴とする請求項1２〜１８のいずれかに記載の蛍光測定方法。
【請求項２０】
前記半導体ナノ粒子が、サイズ選択光エッチング法を用いて製造されたものであることを特徴とする請求項1２〜１９のいずれかに記載の蛍光測定方法。
【請求項２１】
前記欠陥蛍光が、半導体ナノ粒子のバンドギャップからの蛍光発光がピークを示す励起波長からずらした波長の励起光で励起され、前記欠陥蛍光を顕著に発現させることを特徴とする請求項1２〜２０のいずれかに記載の蛍光測定方法。
【請求項２２】
２種以上の半導体ナノ粒子を用いることにより、２種以上の異なった波長の欠陥蛍光を測定し、２種以上の情報を得るマルチカラー解析であることを特徴とする請求項1２〜２１のいずれかに記載の蛍光測定方法。
【請求項２３】
励起光の波長を変えることにより、半導体ナノ粒子の異なったスペクトルの欠陥蛍光を測定し、前記異なったスペクトルの差分を得、これにより測定誤差の補正を行うことことを特徴とする請求項1２〜２１のいずれかに記載の蛍光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ナノ粒子を利用する蛍光試薬、及び半導体ナノ粒子を利用する蛍光測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粒径が１０ｎｍ以下の半導体ナノ粒子は、バルク半導体結晶と分子との遷移領域に位置することから、いずれとも異なった物理化学特性を示す。このような領域では、量子サイズ効果の発現により、粒径の減少に伴って半導体ナノ粒子のエネルギーギャップが増大する。さらにこれに付随して、バルク半導体で見られたエネルギーバンドの縮退が解け軌道が離散化し、伝導帯下端が負側に、価電子帯上端が正側にシフトする。
【０００３】
半導体ナノ粒子の製造方法は、ＣｄおよびＸ（ＸはＳ、Ｓｅ、Ｔｅ）の前駆体を等モル量溶解することで簡単に調製することができる。これらは、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅなどにおける製造についても同様である。
【０００４】
半導体ナノ粒子が注目されている所以は、半値全幅の狭い強い蛍光を発することを特徴とするため、さまざまな蛍光色の創製が可能であり、将来の応用用途がほぼ無限に考えられるためである。しかし、前記方法により得られた半導体ナノ粒子は、広い粒径分布を示すため、半導体ナノ粒子の特性を十分に利用することができない。
【０００５】
このため、調製直後の広い粒径分布を有する半導体ナノ粒子から、化学的手法を用いて粒径分離を精密に行い、特定の粒子サイズの半導体ナノ粒子のみを分離・抽出することで単分散化することが試みられている。これまでに、ナノ粒子の有する表面電荷が粒径によって変化することを利用した電気泳動分離法、粒径による保持時間の差を利用した排除クロマトグラフィー、粒子サイズの違いによる有機溶媒中への分散性の差を利用したサイズ選択沈殿法、金属カルコゲナイド半導体が溶存酸素下で光照射により酸化溶解することを利用し粒径の単分散化を行うサイズ選択光エッチング法などが報告されている。
【０００６】
以上のような方法により得られた半導体ナノ粒子は、比較的半値全幅(ＦＷＨＭ）の狭いピークを持つスペクトルを示す。したがって、半導体ナノ粒子の粒径を制御することにより、さまざまな半値全幅の狭いスペクトルを示す試薬を創製することが可能となり、これにより、生体高分子検出およびイメージングなどにおいて、マルチカラーによる解析を可能とするものである。また、半導体ナノ粒子は、一般的に用いられている有機色素と比較して、耐久性が高く、ほとんど褪色しない。
【０００７】
ところで、半導体ナノ粒子は、半導体ナノ粒子内部が示すバンドギャップ蛍光のほかに、半導体ナノ粒子内部のエネルギーレベルの禁制帯内に存在するエネルギーレベルから現れる蛍光とはまったく別の欠陥蛍光を発する。
該欠陥蛍光を発するエネルギーレベルは、主に半導体ナノ粒子の表面サイトの欠陥準位が存在することから由来すると考えられており、半値全幅の狭いスペクトルを示す半導体ナノ粒子の性質を阻害するものと考えられ、排除すべき課題とされてきた。しかも、図２を用いて後述するように、サイズ選択光エッチング法等を用いて半導体ナノ粒子を製造すると、該欠陥準位から生じる欠陥蛍光が半導体ナノ粒子内部のバンドギャップから生ずる本来の蛍光よりも強く発光するという現象も現れる。本発明においては、半導体ナノ粒子の主に表面サイトに欠陥準位が存在することにより現れる蛍光を欠陥蛍光と呼ぶ。
【０００８】
この欠陥蛍光の代表的な解決方法として、核となる半導体材料に対し、前記半導体材料よりもより広いバンドギャップを持つ半導体材料、無機材料および有機材料により被覆することにより複層化し、これらの蛍光を抑制する方法が試されている。この方法による試験は様々な材料で行われている。しかし、この方法による半導体ナノ粒子の調製は、試薬の安全性や比較的高温下においての反応を要することなどの理由により、工業的に好ましいものとは言い難たかった。そして、複層化しない半導体ナノ粒子では欠陥準位から生じる蛍光が半導体ナノ粒子内部のバンドギャップから生ずる本来の蛍光よりも強く発光するという現象も現れる。
そこで、半導体ナノ粒子の本来の蛍光測定を阻害する欠陥蛍光の問題を解決する必要があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究し、本来半導体ナノ粒子の蛍光発光を利用する各種測定を阻害するものと考えられていた欠陥蛍光を、逆に積極的に活用することで上記課題を解決した。つまり、半導体ナノ粒子内部のエネルギーレベルの禁制帯内に存在するエネルギーレベルを持つ蛍光とは別に、主に表面サイトの欠陥順位が存在することにより現れる欠陥蛍光を利用することにより、上記課題を解決した。
【００１０】
第一に、本発明の蛍光試薬は、半導体ナノ粒子の主に表面サイトに欠陥準位が存在することにより現れる欠陥蛍光を測定することを特徴とする。
本発明の蛍光試薬は、例えば、生体高分子の検出に好適に用いられる。
生体高分子の検出として、ハイブリダイゼーションを用いるＤＮＡチップまたはビーズを用いるものであることができる。特に、生体高分子がＤＮＡである場合や生体高分子がたんぱく質である場合に用いることができる。
【００１１】
また、本発明の蛍光試薬は、生体観察に好適に用いられる。特に、細胞工学における生体組織の染色剤として用いることが出来る。
また、本発明の蛍光試薬は、前記半導体ナノ粒子に対し表面修飾を行うことで、修飾基を介して前記生体高分子や生体組織と化学的に結合するものであることが出来、表面修飾により前記半導体ナノ粒子に電荷を持たせることにより、前記生体高分子や生体組織と静電的に結合するものであることが出来る。前記半導体ナノ粒子の表面が官能基により修飾されていることが出来る。
更に、前記半導体ナノ粒子が、サイズ選択光エッチング法を用いることで欠陥蛍光が増幅させることが出来る。
【００１２】
第二に、本発明の蛍光測定方法は、半導体ナノ粒子の主に表面サイトに欠陥準位が存在することにより現れる欠陥蛍光を測定する。
本測定方法の具体例として、正または負電荷をもつ半導体ナノ粒子を、サンプル生体高分子の持つ負または正電荷に静電的に結合させることにより、プローブ生体高分子との結合の有無および結合量を検出する生体高分子の検出方法に好ましく適用され、該生体高分子の検出方法において、半導体ナノ粒子の主に表面サイトに欠陥準位が存在することにより現れる欠陥蛍光を測定する。
ここで、前記生体高分子の検出が、ハイブリダイゼーションを用いるＤＮＡチップまたはビーズを用いるものであることが出来る。前記生体高分子がＤＮＡである場合や、前記生体高分子がたんぱく質である場合が好ましい。
【００１３】
本測定方法の他の具体例として、生体観察への適用がある。例えば、前記生体観察が、細胞工学における生体組織の染色剤として半導体ナノ粒子を用いるものが挙げられる。その他、内臓、筋肉、脳、骨などの生体組織の染色剤として半導体ナノ粒子を用いるものが挙げられる。
【００１４】
また、本発明の測定方法は、先に本出願人が特願２００２−２７６１６号として出願した、前記半導体ナノ粒子の表面が官能基により修飾されている生体用高分子の検出に適用出来る。
前記半導体ナノ粒子が、サイズ選択光エッチング法を用いて製造されたものであると、欠陥蛍光が増幅される。
【００１５】
また、前記欠陥蛍光が、半導体ナノ粒子のバンドギャップからの蛍光発光がピークを示す励起波長からずらした波長の励起光で励起され、前記欠陥蛍光を顕著に発現させることが出来る。
また、本発明の蛍光測定方法では、２種以上の半導体ナノ粒子を用いることにより、２種以上の異なった波長の欠陥蛍光を測定し、２種以上の情報を得るマルチカラー解析を行うことが出来る。
【００１６】
更に、励起光の波長を変えることにより、半導体ナノ粒子の異なったスペクトルの欠陥蛍光を測定し、前記異なったスペクトルの差分を得、これにより測定誤差の補正を行うことが出来る。
上記の通り、本発明は、半導体ナノ粒子材料のバンドギャップの禁制帯内に存在する表面サイトの欠陥準位から現れる欠陥蛍光を利用した蛍光試薬、及び蛍光測定方法に関するものである。
【００１７】
半導体ナノ粒子の発する蛍光は、半導体ナノ粒子材料自体の性質によるバンドギャップ蛍光と、調製された半導体ナノ粒子の主に表面サイトの性質による欠陥蛍光とがある。半導体ナノ粒子自体の性質によるバンドギャップ蛍光は、半導体ナノ粒子の粒径によって制御することができ、制御幅は半導体ナノ粒子の材料により決定され、半値全幅の非常に狭いピークを持つスペクトルを示す。一方で、半導体ナノ粒子の欠陥蛍光においては、半導体ナノ粒子の粒径とは関係なく、半導体ナノ粒子を構成する材料によってのみ決定される。欠陥蛍光の持つスペクトルにおける半値全幅はバンドギャップ蛍光と比較し広いが、蛍光強度においては単層半導体ナノ粒子のバンドギャップ蛍光と同等かそれ以上である。したがって、数色における蛍光観察においては、試薬として十分に能力を発揮することができる。
【００１８】
この蛍光は、ＺｎＳにおいては過塩素酸亜鉛と硫化水素ガスを窒素雰囲気下で混合させた場合において強く現れる。また、ＣｄＳにおいては、窒素雰囲気下において過塩素酸カドミウムと硫化水素ガスを窒素雰囲気下において混合し、光エッチング法において粒径を単分散化させた後に強く現れる。また、これ以外の方法により調整された半導体ナノ粒子においても、ほとんどの場合、欠陥蛍光を発する。
【００１９】
本発明に用いられる上記以外の半導体ナノ粒子の材料としては、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＧＡＰ、ＧａＡｓ、ＴｉＯに、ＷＯ３、ＰｂＳ、ＰｂＳｅが例示される。
【００２０】
【実施例】
ここでは、本発明による半導体ナノ粒子の調製方法としてＣｄＳナノ粒子とＺｎＳナノ粒子について説明する。
ＣｄＳ半導体ナノ粒子の調製
半導体ナノ粒子は、その体積に対する表面積の割合が極めて大きく、非常に凝集しやすい状態にある。したがって半導体ナノ粒子を安定に存在させるためには、粒子同士の衝突・融合を防ぐための施策が必要になる。これまでにさまざまな方法が考案されており、大別すると、固体マトリクスおよび高分子マトリクス中への取り込みによる半導体ナノ粒子同士の物理的隔離と、粒子表面の金属イオンサイトをこれと高い作形成能を有する低分子有機物で化学修飾することによる粒子表面の不活性化になる。本方法では、後者の考えに基づき、ヘキサメタリン酸を安定化剤として用いる。
【００２１】
ヘキサメタリン酸ナトリウム（０．１ｍｍｏｌ）とか塩素酸カドミウム（０．２ｍｍｏｌ）の水溶液を１０００ｍｌ作成し、ｐＨ１０．３に調整する。その後、溶液中を窒素ガスでバブリングを行い、硫化水素ガス（０．２ｍｍｏｌ）を激しく攪拌させながら溶液中に注入する。その後、しばらく攪拌を行う。このとき溶液の色は、光学的に透明な無色から光学的に透明な黄色へ変化する。
【００２２】
このときすでにヘキサメタリン酸により安定化された半導体ナノ粒子が溶液中に存在しているが、前記半導体ナノ粒子は、広い粒径分布を持ち、その標準偏差は平均粒径の１５％以上にまでにおよぶ。また、この状態における半導体ナノ粒子は、バンドギャップ蛍光強度および欠陥蛍光強度は、非常に弱い。
【００２３】
ここで、サイズ選択光エッチング法について述べる。半導体ナノ粒子の物理化学特性は、量子サイズ効果により粒径に依存して現れる。したがって、この状態では物性が平均化されてしまい、半導体ナノ粒子の特性を十分に発揮することができない。このため、調製直後の広い粒径分布を有する半導体ナノ粒子から、化学的手法を用いて粒径分離を精密に行い、特定の粒子サイズの半導体ナノ粒子のみを分離・抽出することで単分散化する必要がある。以上の作業を行う方法のひとつとして、サイズ選択光エッチング法が挙げられる。サイズ選択光エッチング法は、半導体ナノ粒子が量子サイズ効果により粒径減少に伴ってエネルギーギャップが増大すること、および金属カルコゲナイド半導体が溶存酸素下で光照射により酸化溶解することを利用しており、広い粒径分布を有する半導体ナノ粒子に、その吸収端の波長よりも短い波長の単色光を照射することで、粒径の大きな半導体ナノ粒子のみを選択的に光励起し溶解させ、より小さな半導体ナノ粒子へと粒径をそろえていく方法である。この過程において、溶液中の半導体ナノ粒子は単分散化し、照射した単色光および半導体ナノ粒子の粒径に応じた半値全幅の狭いスペクトルを示すバンドギャップ蛍光を持つようになる。一方で、主に半導体ナノ粒子表面のエネルギーレベルに起因すると見られる欠陥蛍光は、バンドギャップ蛍光強度よりも比較的強い強度で発現する。本来、このような欠陥蛍光は、半導体ナノ粒子の持つ性質の阻害要因として問題とされるものであるが、本発明においては、この欠陥蛍光を利用した。本発明においては、サイズ選択光エッチング反応を、欠陥蛍光を増幅させる目的で利用している。
【００２４】
ヘキサメタリン酸により安定化された広い粒径分布を持つ半導体ナノ粒子溶液に、窒素ガスでバブリングを行い、さらに１０分間酸素によるバブリングを行う。その後、メチルビオロゲンを溶液中に５０μｍｏｌ／ｌになるように加え、攪拌を行いながらレーザーを当てる。本発明における単色光照射は、半導体ナノ粒子を光溶解させるためのものであり、単色光の波長は、４５０ｎｍとした。
【００２５】
ここで得られた半導体ナノ粒子は、波長４７６．５ｎｍの波長の光を照射した場合、平均粒径３．２ｎｍ、標準偏差０．１９ｎｍであり、標準偏差が平均粒径の約６％と非常に狭い粒径分布を示す。すなわち、きわめて単分散に近い半導体ナノ粒子溶液を得ることができる（図１）。また、得られた半導体ナノ粒子は、極めて高い欠陥蛍光を示す（図２及び図３）。
図２に示されるように、サイズ選択光エッチング処理が進むにつれて欠陥蛍光強度が増していることがわかる。
【００２６】
ＺｎＳ半導体ナノ粒子の調製
本方法では、ＣｄＳナノ粒子と同様のヘキサメタリン酸を安定化剤として用いる。ヘキサメタリン酸ナトリウム（０．１ｍｍｏｌ）と過塩素酸亜鉛（０．２ｍｍｏｌ）の水溶液を１０００ｍｌ作成し、ｐＨ１０．３に調整する。その後、溶液中を窒素ガスでバブリングを行い、硫化水素ガス（０．２ｍｍｏｌ）を激しく攪拌させながら溶液中に注入する。その後、しばらく攪拌を行う。このとき溶液の色は、光学的に透明な無色である。図３に示すように、ＣｄＳ半導体ナノ粒子は、この段階においては強い強度の欠陥蛍光を示さなかったが、ＺｎＳ半導体ナノ粒子は、この段階においてすでに十分な欠陥蛍光強度を示す。図３のように、２種以上の半導体ナノ粒子の欠陥蛍光を同時に用いることで、多波長化を行うことも出来る。これにより、同時に２種以上の情報を得るマルチカラー解析を行うことが出来る。
【００２７】
ここでは、ＣｄおよびＺｎの前駆体とＳの前駆体を等モル量溶解し攪拌することで調製したが、半導体ナノ粒子の調製方法に関しては、その方法を問わない。また、ここでは半導体ナノ粒子の材料に関して、ＣｄＳとＺｎＳに関する方法を例示したが、これ以外のバンドギャップを持つ材料において同様の性質の蛍光を示すものは数多くあり、材料は限定されない。さらに、これらの欠陥蛍光は、半導体ナノ粒子の粒径が単分散化していなくても、顕著に表れる。
続いて、半導体ナノ粒子の欠陥蛍光を利用した応用例を示す。
【００２８】
正電荷帯電半導体ナノ粒子による応用例
以上のような方法等で得られた半導体ナノ粒子は、十分な欠陥蛍光をもち、得られた半導体ナノ粒子単体ではもちろん、半導体ナノ粒子表面を修飾し、官能基を表面に露出させた半導体ナノ粒子とすることで、さらに応用範囲が広がる。
【００２９】
図４を参照して、生体高分子を検出するメカニズムを説明する。図４において、平面又はビーズ状を形成する表面基板１が有する正電荷とプローブＤＮＡ２の燐酸側鎖の負電荷との結合により、基板１に対してプローブＤＮＡ２が固定化されている。プローブＤＮＡ２とサンプルＤＮＡ３は互いに水素結合でハイブリッドする。これによりサンプルＤＮＡ３の燐酸側鎖の負電荷が上昇する。このサンプルＤＮＡ３の負電荷に正電荷を有する半導体ナノ粒子４が結合し、その結合量によりハイブリッド形成されたサンプルＤＮＡ３に関する情報を信号として提供する。
【００３０】
図４の場合は、プローブＤＮＡ２が負電荷で半導体ナノ粒子４が正電荷であったが、逆であっても良い。たんぱく質等では、等電点が存在し、ＰＨの高低によってサンプルＤＮＡ３の電荷も正負に変化する。サンプルＤＮＡ３の電荷が正の場合は負電荷を有する半導体ナノ粒子４を用いれば良い。
以下、チオコリン（（２−メルカプトエチル）トリメチルアンモニウム）により反応表面を修飾することによる応用例を示す。
【００３１】
窒素で飽和させた２ｍｏｌ・ｄｍ-3ＨＣｌ水溶液１．２ｃｍ3にヨウ化アセチルチオコリン３５０ｍｇを溶かし、１２時間室温で放置した。これに窒素雰囲気した２８％アンモニア水を０．２ｃｍ3加え中和し、弱アルカリ性の０．８６ ｍｏｌ・ｄｍ-3チオコリン（（２-メルカプトエチル）トリメチルアンモニウム）水溶液を作成した。これによってナノ粒子表面を修飾することによって、正電荷を粒子表面に有するチオコリン修飾ＣｄＳナノ粒子を調整した。この溶液をサイズ選択光エッチング後のＣｄＳナノ粒子溶液中に４．６５ｍｌ加え、溶液を攪拌させながら、室温にて２４時間放置した。
【００３２】
これによって得られた半導体ナノ粒子は、正電荷を持ち、負電荷に帯電したＤＮＡやたんぱく質等に容易に吸着する。ここでは、この性質を利用したＤＮＡマイクロアレイへの応用例について説明する。ＤＮＡマイクロアレイとは、基板上に化学的に固定された多数の既知のプローブＤＮＡに対し、検定を行いたいサンプルＤＮＡをプローブ上に展開させ、プローブＤＮＡとサンプルＤＮＡの結合の有無および結合量により、サンプルの配列特性を知る方法である。今まで、ＤＮＡの結合の有無および結合量については、サンプルに対して蛍光物質あるいは放射性物質を修飾し、それらを光学的に検出することによって、結合の有無および結合量の測定を行う方法が一般的であった。本発明によれば、前もってサンプルに対して修飾する必要がないため、ＲＮＡ逆転写反応やＰＣＲ反応によるサンプルの前処理が不要であるという特徴をもつ。
【００３３】
ＤＮＡマイクロアレイ上にサンプルＤＮＡ溶液を滴下し、カバーグラスを静置した後、ＣＨＢＩＯ（日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社製）を用いて、密閉環境下で１６時間反応させた。反応後、スライドガラスを取り出し、２×ＳＳＣ  ０．１％ＳＤＳ溶液中にスライドガラスを浸漬してカバーグラスを取り除いた後、ＣｄＳ半導体ナノ粒子濃度１．２×１０17個ｍｏｌ・ｄｍ-3を含む２×ＳＳＣ  ０．１％ＳＤＳ溶液中に２時間浸漬した。
【００３４】
その後、２×ＳＳＣ  ０．１％ＳＤＳ溶液中で室温にて２０分間振とうし、０．２×ＳＳＣ  ０．１％ＳＤＳ溶液中で室温にて２０分間振とうをおこなった。さらに非特異吸着サンプルを除去するために、０．２×ＳＳＣ  ０．１％ＳＤＳ溶液中で５５℃にて２０分間振とうし、同様な操作を再度繰り返した。その後０．２×ＳＳＣ  ０．１％ＳＤＳ溶液中で室温にて数回振とうを行ない、０．２×ＳＳＣ、０．０５×ＳＳＣのそれぞれの溶液中で室温にて数回振とうさせた。以上の浸漬および洗浄工程は、いずれも染色壷を用いて行った。その後、遠心乾燥させたスライドガラスは、落射式蛍光顕微鏡を用い、半導体ナノ粒子の欠陥蛍光のみをフィルタリングして解析を行った。その結果、ＤＮＡマイクロアレイの各スポットから鮮やかな赤色の欠陥蛍光が測定された。本実施例により、半導体ナノ粒子を用いる各種反応において、半導体ナノ粒子の欠陥蛍光の測定が反応測定に役立つことが分かった。
本方法は、生体高分子マイクロアレイ全般に応用することができ、ＤＮＡマイクロアレイだけでなく、たんぱく質マイクロアレイ等の同様の原理を持った他の生体高分子マイクロアレイおよびセンサーへ応用可能である。
【００３５】
欠陥蛍光を用いたマルチカラー解析
先に述べたとおり、半導体ナノ粒子の欠陥蛍光においては、半導体ナノ粒子の粒径とは関係なく、半導体ナノ粒子を構成する材料によってのみ決定される。したがって、欠陥蛍光を用いたマルチカラー解析および観察を実現するためには、その色数と等しい数の半導体ナノ粒子材料が必要である。ここでは、ＣｄＳナノ粒子とＺｎＳナノ粒子を用いたマルチカラー解析について説明する。
【００３６】
図１に示されるように、ＣｄＳとＺｎＳはそれぞれ異なる吸収スペクトルを示す。また、図５は、励起波長による蛍光強度を見るものである。ＣｄＳとＺｎＳは励起スペクトルについてもそれぞれ異なる励起スペクトルを持つ。さらに、図３で示されるように、ＣｄＳとＺｎＳは蛍光スペクトルにおいてもそれぞれ異なるスペクトルを持つ。
【００３７】
ＺｎＳを波長２５０ｎｍにて励起した場合とＣｄＳを波長３５０ｎｍにて励起した場合、それぞれ、波長４２５ｎｍ付近と波長５２５ｎｍ付近に強いピークを持つ蛍光を示す。したがって、これら二つの蛍光試薬を同時に用いることで、一般的に行われてきたマルチカラー解析および観察が半導体ナノ粒子の欠陥蛍光により行うことができる。また、励起スペクトルに基づき、波長３２０ｎｍ付近にて励起させることにより、単一波長の光源による励起が可能となる。
【００３８】
欠陥蛍光のみを発現させる方法
バンドギャップ蛍光と欠陥蛍光の励起スペクトルは、異なった波形を示す。図６に示すように、ＣｄＳ半導体ナノ粒子の場合、バンドギャップ蛍光は、波長４５０ｎｍにおいてピークを示し、欠陥蛍光は、波長５２０ｎｍにおいてピークを示す。バンドギャップ蛍光波長４５０ｎｍにおける励起スペクトルと、欠陥蛍光波長５２０ｎｍにおける励起スペクトルは、いずれも３９０ｎｍ付近にピークを持つが、半値全幅は、バンドギャップ蛍光波長励起スペクトルよりも、欠陥蛍光スペクトルのほうが広い。したがって、半導体ナノ粒子のバンドギャップから現れる蛍光のピーク波長よりもずらした波長において励起させることで、あるいは欠陥蛍光の励起スペクトルのピークを示す波長で励起させることで、欠陥蛍光のみを顕著に発現させることができる。
【００３９】
解析方法
図７は、励起光の波長を変えた場合、半導体ナノ粒子の蛍光スペクトルは、異なったスペクトルであることを示す。この二つの異なるスペクトルを利用し、差分することで、誤差の補正を行うことが可能となる。つまり、図７において、３９０ｎｍのスペクトルと３５０ｎｍのスペクトルの各ベースライン補正を各励起光の強度比で行って標準化を行うことが出来る。
上記実施例においては、励起は光を用いて行っているが、電気的に励起させた場合においても同様の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、半導体ナノ粒子が本来有する欠陥蛍光を利用するため、光エッチング法や複層化などの欠陥蛍光を抑制する手段が不要となる。このため、半導体ナノ粒子の製造において、工業的に適した製法を用いることができ、蛍光試薬を安価に提供することが可能となる。しかも、本来、欠陥蛍光は半導体ナノ粒子が有するバンドギャップから生ずる蛍光よりも強いことから、半導体ナノ粒子を用いる各種測定や観察を容易にし、かつ測定精度を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  半導体ナノ粒子の吸収スペクトル。
【図２】  ＣｄＳナノ粒子における単色光照射時間と蛍光スペクトルの相関。
【図３】  半導体ナノ粒子の蛍光スペクトル。
【図４】  正電荷帯電半導体ナノ粒子模式図。
【図５】  半導体ナノ粒子の励起スペクトル。
【図６】  バンドギャップ蛍光と欠陥蛍光に関する励起波長特性比較。
【図７】  励起波長による蛍光特性の変化。
【符号の説明】
１：基板、２：プローブＤＮＡ、３：サンプルＤＮＡ、４：正電荷を持った半導体ナノ粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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