(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの金属量子クラスター前駆体化合物を少なくとも１つの重合性材料と混合して混合物を形成することと、
前記混合物を少なくとも１つの重合剤と一緒にして、前記金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスを形成することと、
還元剤を前記多孔質ゲルマトリックスに添加して、多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスターを成長させることと、
前記金属量子クラスターを前記多孔質ゲルマトリックスから単離すること、
を含む、金属量子クラスターを作製する方法。
【請求項２】
少なくとも１つの金属量子クラスター前駆体化合物を少なくとも１つの重合性材料と混合して混合物を形成することと、
前記混合物を少なくとも１つの重合剤と一緒にして、前記金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスを形成することと、
還元剤を前記多孔質ゲルマトリックスに添加して、多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスターを成長させることとを含み、
前記重合性材料が、アクリルアミド、ビスアクリルアミド、ピペラジンジ−アクリルアミド、ジアリル酒石酸ジアミド、ジヒドロキシエチレン−ビス−アクリルアミド、ビス−アクリリルシスタミンまたはその混合物である、
金属量子クラスターを作製する方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの金属量子クラスター前駆体化合物を、金属含有化合物をキャッピング剤と反応させて前記金属量子クラスター前駆体化合物を生成させることによって調製する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属含有化合物が、金属チオラート、有機金属化合物、金属酸化物、無機塩、配位化合物およびその組合せを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記金属含有化合物が、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｓ、Ｎｉを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記キャッピング剤が、芳香族基、共役π系、π結合、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子、芳香族チオール、脂肪族チオールまたはその組合せを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記キャッピング剤が有機硫黄化合物である、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記金属量子クラスター前駆体が金属チオラートである、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記重合性材料が、アクリルアミド、ビスアクリルアミド、ピペラジンジ−アクリルアミド、ジアリル酒石酸ジアミド、ジヒドロキシエチレン−ビス−アクリルアミド、ビス−アクリリルシスタミンまたはその混合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記還元剤が無機塩である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属量子クラスターの平均径が５μｍ未満である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属量子クラスターの平均径が１００ｎｍ〜０．５ｎｍである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属量子クラスターの直径が単分散である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属量子クラスターを前記多孔質ゲルマトリックスから単離することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属量子クラスターを精製することをさらに含む、請求項１又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記単離することの後に、溶媒を添加することによって前記金属量子クラスターを沈殿させることをさらに含む、請求項１又は１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属量子クラスターを水に溶解することと、
有機溶媒に溶解した相間移動試薬を添加し、それによって前記金属量子クラスターを有機相に移行させることと
をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの金属含有化合物および少なくとも１つのキャッピング剤を含む第１の混合物を用意することと、
ゲル形成溶液を用意することと、
前記第１の混合物と前記ゲル形成溶液を一緒にして第２の混合物を形成することと、
前記第２の混合物から多孔質ゲルマトリックスを形成することと、
還元剤を前記多孔質ゲルマトリックスに添加して、金属量子クラスターを形成することと
前記金属量子クラスターを前記多孔質ゲルマトリックスから単離すること、
を含む金属量子クラスターを作製する方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの金属含有化合物および少なくとも１つのキャッピング剤を含む第１の混合物を用意することと、
重合性材料を含むゲル形成溶液を用意することと、
前記第１の混合物と前記ゲル形成溶液を一緒にして第２の混合物を形成することと、
前記第２の混合物から多孔質ゲルマトリックスを形成することと、
還元剤を前記多孔質ゲルマトリックスに添加することと
を含み、
前記重合性材料が、アクリルアミド、ビスアクリルアミド、ピペラジンジ−アクリルアミド、ジアリル酒石酸ジアミド、ジヒドロキシエチレン−ビス−アクリルアミド、ビス−アクリリルシスタミンまたはその混合物である、
金属量子クラスターを作製する方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかの金属量子クラスターを作製する方法に使用されるキットであって、
少なくとも１つの金属含有化合物、
少なくとも１つのキャッピング剤、
重合性材料を含むゲル形成溶液、
少なくとも１つの還元剤、および
前記金属量子クラスターを調製するための取扱説明書
を含み、
前記重合性材料が、アクリルアミド、ビスアクリルアミド、ピペラジンジ−アクリルアミド、ジアリル酒石酸ジアミド、ジヒドロキシエチレン−ビス−アクリルアミド、ビス−アクリリルシスタミンまたはその混合物である、
キット。
【請求項２１】
請求項１〜１９のいずれかの金属量子クラスターを作製する方法に使用されるキットであって、
少なくとも１つの金属含有化合物、
少なくとも１つのキャッピング剤、
重合性材料を含むゲル形成溶液、
少なくとも１つの還元剤、
相間移動試薬、および
前記金属量子クラスターを調製するための取扱説明書
を含むキット。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの金属含有化合物が、金属チオラート、有機金属化合物、金属酸化物、無機塩、配位化合物およびその組合せを含む、請求項２０又は２１に記載のキット。
【請求項２３】
前記キャッピング剤が、芳香族基、共役π系、π結合、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子またはその組合せを含む、請求項２０又は２１に記載のキット。
【請求項２４】
相間移動試薬を含む容器をさらに含む、請求項２０に記載のキット。
【請求項２５】
少なくとも１つの重合開始剤；および
少なくとも１つの触媒をさらに含む、請求項２０又は２１に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
金属量子クラスター（ＭＱＣ）は、それらの吸収および放出スペクトルにおける離散電子エネルギー準位および「分子様（molecule-like）」光学遷移を含む非常に興味深いサイズ依存特性を有している。したがって、ＭＱＣは単一の分子光学、ナノフォトニクス、生物科学、触媒および他の類似の用途に使用することができる。そうした用途におけるＭＱＣの実際の使用は、単分散ＭＱＣの大規模合成を必要とすることになる。
【０００２】
ＭＱＣの合成のための従来の方法は、溶液相経路に基づいている。一般に、合成手順において、種々のサイズのＭＱＣを一緒に作製する。明確な分子式を有する単分散ＭＱＣを得るためには、手の込んだクロマトグラフ的手法を用いたサイズ分離を必要とする。
【発明の概要】
【０００３】
本開示は、説明される特定のシステム、デバイスおよび方法に限定されず、したがってこれらは変化させることができる。本説明において使用する用語は、特定のバージョンまたは実施形態を説明する目的のためだけのものであり、その範囲を限定しようとするものではない。
【０００４】
多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスターを成長させる方法を本明細書で説明する。これらの方法は、金属量子クラスターの利用可能性および有用性を改善することができる単一段階によるアプローチを用いた、単分散金属量子クラスターの大規模合成を可能にする。多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスターを成長させることによって、単分散の均一ナノ粒子を、自由溶液アプローチより簡単にかつ／またはより良好な収率で生成することができる。金属量子クラスターの成長はゲルマトリックスの細孔内で促進されるが、その細孔のサイズによって制限されると考えられる。個々のクラスター成長は細孔サイズによって決定されるので、単分散の均一な集合体（population）が容易に作製される。
【０００５】
一実施形態では、金属量子クラスターを合成する方法は、多孔質ゲルマトリックス中で金属量子クラスターを成長させることを含む。この実施形態は、金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスの形成および金属量子クラスターを形成するための還元剤の導入を含む。
【０００６】
一実施形態では、金属量子クラスターを合成する方法は、金属含有化合物、キャッピング剤およびゲル形成溶液を含む混合物から多孔質ゲルマトリックスを形成させることと、還元剤を添加して金属量子クラスターを形成することを含む。
【０００７】
一実施形態では、金属量子クラスターを合成するためのキットは、金属含有化合物、キャッピング剤、ゲル形成溶液、還元剤および使用のための取扱説明書を含む。
【０００８】
一実施形態では、ゲルマトリックスは、金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化する多孔質ゲルを含む。
【０００９】
一実施形態では、ゲルマトリックスは、式Ａｇ１８（グルタチオン）２５の金属量子クラスターをカプセル化する多孔質ゲルを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態にしたがって金属量子クラスターを合成するための典型的な方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスターを成長させる方法を本明細書で説明する。これらの方法は、金属量子クラスターの利用可能性および有用性を改善することができる単一段階によるアプローチを用いた、単分散金属量子クラスターの大規模合成を可能にする。
【００１２】
一実施形態では、金属量子クラスターを多孔質ゲルマトリックス内で成長させる。サイズレジーム（regime）、特性および構造（makeup）に基づく小さなサイズの粒子に関する命名法のバリエーションにもかかわらず、金属量子クラスターという用語は、限定しようとするものではなく、その代わり、本明細書で説明される一般的な方法の特定の生成物を指す。
【００１３】
金属量子クラスターの平均径は、約５μｍ未満、または約１００ｎｍ〜約０．５ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約１ｎｍであってよい。平均径の具体的な例は、約５μｍ、約４００ｎｍ、約３００ｎｍ、約２００ｎｍ、約１００ｎｍ、約５０ｎｍ、約４０ｎｍ、約３０ｎｍ、約２０ｎｍ、約１０ｎｍ、約１ｎｍ、約０．５ｎｍおよびこれらの値の任意の２つの間の範囲を含む。金属量子クラスターの直径の標準偏差は、平均径の約１５％以下、平均径の約１０％以下、平均径の約５％以下であってよい、または金属量子クラスターは単分散であってよい。
【００１４】
金属量子クラスターを作製するための材料は当業者に周知であり、本明細書で説明する例は、それを限定しようとするものではない。金属量子クラスターは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｓ、Ｎｉまたはその組合せを含むことができる。例えば、金属量子クラスターは式Ａｇ２５（グルタチオン）１８のものであってよい。
【００１５】
図１は、一実施形態にしたがって多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスターを合成するための方法を説明するフローダイヤグラムである。図１に示すように、金属含有化合物をキャッピング剤と混合して（１０５）、金属量子クラスター前駆体化合物を形成することができる。
【００１６】
金属量子クラスターを作製するために使用される金属含有化合物は、金属チオラート、有機金属化合物、金属酸化物、無機塩、配位化合物またはその組合せであってよい。一実施形態では、金属量子クラスターを作製するために使用される金属含有化合物は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｓ、Ｎｉまたはその組合せを含有することができる。例えば、金属量子クラスターを作製するために使用される金属含有化合物はＡｇＮＯ３であってよい。
【００１７】
金属量子クラスターの表面は、キャッピング剤の少なくとも１つの層を含むことができる。キャッピング剤は、成長を制御し、溶解性を改善し、化学的機能を提供する、あるいは金属量子クラスターの特性を変えるために使用することができる。キャッピング剤として使用される材料は当業者に周知であり、本明細書で説明する例は、それを限定しようとするものではない。化学的構造および特性に基づく金属の表面機能化に関する命名法のバリエーションにもかかわらず、キャッピング剤という用語は、限定しようとするものではなく、その代わり、本明細書で説明される一般的な方法の特定の生成物を指す。キャッピング剤は、芳香族基、共役π系、π結合、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子、芳香族チオールまたは脂肪族チオールを含むことができる。一実施形態では、キャッピング剤は有機硫黄化合物であってよい。例えば、キャッピング剤はチオールであってよい。具体的な例として、キャッピング剤はグルタチオンチオラートであってよい。
【００１８】
金属量子クラスター前駆体化合物は、金属量子クラスターの形成において使用される出発原料である。金属量子クラスター前駆体化合物は金属含有化合物であってよい、または金属量子クラスター前駆体化合物は、金属含有化合物をキャッピング剤と混合することによって形成することができる。
【００１９】
金属量子クラスター前駆体化合物は任意選択で超音波処理する（１１０）ことができる。場合によって、金属量子クラスター前駆体化合物中に凝集体が存在することがある。望ましくない任意の凝集体を、金属量子クラスター前駆体化合物を超音波処理する（１１０）ことによって分散させることができる。
【００２０】
混合物は、ゲル形成溶液、重合剤および金属量子クラスター前駆体化合物を一緒にすることによって形成する（１１５）ことができる。ゲル形成溶液は、多孔質ゲルマトリックスを形成するために使用される材料を含む液体である。一実施形態では、ゲル形成溶液はポリマーであっても重合性材料であってもよい。例えば、重合性材料は、アクリルアミド、ビスアクリルアミド、ピペラジンジ−アクリルアミド、ジアリル酒石酸ジアミド、ジヒドロキシエチレン−ビス−アクリルアミド、ビス−アクリリルシスタミンまたはその混合物であってよい。重合性材料の典型的な混合物は、アクリルアミドと、ビスアクリルアミド、ピペラジンジ−アクリルアミド、ジアリル酒石酸ジアミド、ジヒドロキシエチレン−ビス−アクリルアミドおよびビス−アクリリルシスタミンから選択される少なくとも１つの架橋剤を含むことができる。いくつかの例では、重合性材料はアクリルアミドと架橋剤ビスアクリルアミドの混合物であってよい。
【００２１】
ゲル形成溶液は、温度の変化、追加の試薬または温度の変化と追加の試薬の両方を用いて多孔質ゲルマトリックスを形成することができる。追加の試薬は、触媒および重合開始剤ならびにその組合せなどの重合剤であってよい。例えば、重合剤はＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−エタン−１，２−ジアミン（ＴＭＥＤ）、過硫酸アンモニウム、リボフラビン−５’−ホスファートまたはその混合物であってよい。
【００２２】
ゲル形成溶液、重合剤および金属量子クラスター前駆体化合物の混合物を重合させ、金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスの形成（１２０）を可能にすることができる。一実施形態では、多孔質ゲルマトリックスは、試薬の物質移動を制御し、好ましい金属量子クラスターの核となるのに使用できる分子かごから構成される。この方法を用いて成長した金属量子クラスターは、多孔質ゲルマトリックスによって少なくとも部分的にカプセル化することができる。
【００２３】
多孔質ゲルマトリックスを作製するための材料および方法は当業者に周知であり、本明細書で説明する例は、それを限定しようとするものではない。多孔質ゲルマトリックスは、ゾル−ゲルまたはポリマーを含むことができる。一実施形態では、多孔質ゲルマトリックスはアガロースまたは架橋ポリアクリルアミドを含むことができる。例えば、多孔質ゲルマトリックスは、ビスアクリルアミド、アガロースゲル、セルロースゲルまたはデンプンゲルと架橋したポリアクリルアミドを含むことができる。
【００２４】
多孔質ゲルマトリックスの細孔サイズを変える方法は、多孔質ゲルマトリックス内で成長する金属量子クラスターの直径を変更することができる。いくつかの実施形態では、ゲル形成溶液中の架橋剤濃度を増加させると、多孔質ゲルマトリックスの細孔サイズの系統的な増大を誘発することができ、マトリックス内でのより大きい金属量子クラスターの成長を容易にすることができる。以下の表は例に過ぎず、本発明を限定しようとするものではまったくない。
【００２５】
【表１】
0006006319.tif 000002
【００２６】
本明細書で説明する方法を用いて、所望の細孔サイズが得られるように、ゲル形成溶液を使用して多孔質ゲルマトリックスを作製し、所望のサイズの所望の量子クラスターをもたらすことができる。ここで、得られる量子クラスターは、実質的にすべて所望の量子クラスターであり、多分散プラズモニックナノ粒子を実質的に含まない。所望の金属量子クラスターの含量は、形成されるすべての金属量子クラスターの約８０％超、約９０％超、約９５％超、約９７％超、約９９％超、約９９．５％超または約９９．９％超であることが好ましい。例えば、５１％アクリルアミドモノマーおよび７．８％ビスアクリルアミド架橋剤を含む多孔質ゲルマトリックスは、実質的にすべてがＡｇ２５（グルタチオン）１８金属量子クラスターである金属量子クラスターを含むマトリックスをもたらす。Ａｇ２５（グルタチオン）１８金属量子クラスターの含量は、形成されるすべての金属量子クラスターの約８０％超、約９０％超、約９５％超、約９７％超、約９９％超、約９９．５％超または約９９．９％超であることが好ましい。
【００２７】
金属量子クラスターサンプルの単分散は、ＵＶ−Ｖｉｓ分光法、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法およびエレクトロスプレーイオン化質量分析で確認することができる。単分散金属量子クラスターのサンプルは、光学吸収スペクトルにおける多重分子様遷移（multiple molecule-like transition）などの強い量子サイズ効果を示すことができ、他方、金属ナノ粒子は支配的なプラズモン共振バンドを示すことができる。一実施形態では、Ａｇ２５（グルタチオン）１８金属量子クラスターの水溶液のＵＶ−Ｖｉｓスペクトルは、得られたクラスターが単分散であることを示す約３５０、４８０および６５０ｎｍでの顕著な特徴を示す。金属量子クラスターサンプルにおける単分散のさらなる確認はゲル電気泳動法で行うことができる。ここで、単一バンドの溶出は１つのタイプのクラスターだけしか存在しないことを示すことができる。一実施形態では、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法にかけた場合、Ａｇ２５（グルタチオン）１８金属量子クラスターのサンプルは単一バンドを生成した。最後に、単分散金属量子クラスターの質量スペクトルは、イオン化金属量子クラスターおよび配位子脱プロトン化に由来するその多価イオンに対応しないすべての特徴を実質的に含まない可能性がある。一実施形態では、負イオンモードでとったＡｇ２５（グルタチオン）１８のエレクトロスプレーイオン化質量スペクトルは、ｍ／ｚ＝１６４１．１での［Ａｇ２５（グルタチオン）１８］−の親ピークおよび１８個のグルタチオン配位子の脱プロトン化に由来する一連の多価イオンからのピークだけしか示さなかった。
【００２８】
一実施形態では、多孔質ゲルマトリックスは、金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化することができる。金属量子クラスター前駆体化合物は、金属量子クラスター前駆体化合物をゲル形成溶液に添加することによって、金属量子クラスター前駆体化合物を多孔質ゲルマトリックスに添加することによって、または、多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスター前駆体化合物を形成することによって多孔質ゲルマトリックス中に導入することができる。
【００２９】
図１にもどって参照して、還元剤を、金属量子クラスター前駆体をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスに添加する（１２５）ことができる。還元剤を用いて、金属量子クラスター前駆体化合物の還元によって、多孔質ゲルマトリックス内で金属量子クラスターを形成することができる。還元剤として使用される材料は当業者に周知であるが、本明細書で説明する例はそれを限定しようとするものではない。還元剤は無機塩であってよい。いくつかの実施形態では、還元剤はＮａＢＨ４、ＬｉＡｌＨ４、発生期水素、ボラン−テトラヒドロフラン錯体またはシアノ水素化ホウ素ナトリウムであってよい。
【００３０】
還元剤をゲル形成溶液に添加することによって、還元剤を多孔質ゲルマトリックス中に受動的に浸透させることによって、または還元剤を多孔質ゲルマトリックスを通って運ぶために電流を印加することによって、還元剤を多孔質ゲルマトリックス中に導入することができる。
【００３１】
一実施形態では、好ましい金属量子クラスターの形成は、還元剤と金属量子クラスター前駆体化合物の反応温度を低下させることを含むことができる。例えば、還元剤を多孔質ゲルマトリックス中に導入する前に、還元剤、および金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスを室温より低く冷却することができる。いくつかの実施形態では、約２０℃以下、約１５℃以下、約１０℃以下、約５℃以下もしくは約０℃またはこれらの値の任意の２つの間の範囲に冷却する。具体的には、還元剤を多孔質ゲルマトリックス中に導入する前に、還元剤、および金属量子クラスター前駆体化合物をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスを約０℃に冷却することができる。
【００３２】
金属量子クラスターの形成に続いて、反応を、多孔質ゲルマトリックスから過剰な還元剤を除去することによって停止させることができる。過剰な還元剤を除去するために溶媒抽出を使用することができる。抽出溶媒は、エタノールまたはメタノールなどのアルコールであってよい。
【００３３】
金属量子クラスターのさらなる使用は、多孔質ゲルマトリックスからの金属量子クラスターの分離または単離を含むことができる。多孔質ゲルマトリックスを微粉化すると、多孔質ゲルマトリックスからの金属量子クラスターの単離を改善することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、溶媒抽出を、多孔質ゲルマトリックスから金属量子クラスターを抽出するために使用することができる。抽出溶媒は水系であってよい。例えば、抽出溶媒は、水、水と約２０％メタノール、水と約２０％テトラヒドロフランまたは水と約２０％ジメチルホルムアミドであってよい。遠心分離を、金属量子クラスターを含有する溶液から不溶性ゲル残留物（fragment）を分離するために使用することができる。溶解した金属量子クラスターの精製は、金属量子クラスターを沈殿させることによって遂行することができる。一実施形態では、溶媒の添加を用いて、金属量子クラスターを水溶液から沈殿させることができる。沈殿溶媒は、エタノールまたはメタノールなどのアルコールであってもアセトンまたはアセトニトリルなどの有機溶媒であってもよい。
【００３５】
他の実施形態では、多孔質ゲルマトリックスを、適切な溶媒で溶解させることができる。金属量子クラスターを多孔質ゲルマトリックスで溶解させるか、またはそれを不溶性のままにしておくことができる。金属量子クラスターが多孔質ゲルマトリックスと一緒に溶解しない実施形態では、遠心分離を用いて不溶性金属量子クラスターをその溶液から分離することができる。金属量子クラスターが多孔質ゲルマトリックスと一緒に溶解する実施形態では、選択的沈殿を用いて金属量子クラスターを単離することができる。
【００３６】
溶媒の除去を用いて、金属量子クラスターの乾燥粉末を得ることができる。溶媒は、真空状態にする、温度を上げる、デカントすることによってまたはこれらの任意の組合せによって除去することができる。例えば、高温で真空状態にすることによって溶媒を除去することができる。金属量子クラスターの単離収率は、金属含有化合物の重量に基づいて約３０％〜約１００％、約５０％〜約８０％、約６６％または約６３％であってよい。収率の具体的な例は、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、約９９％およびこれらの値の任意の２つの間の範囲を含む。理想的な例では、収率は約１００％または１００％である。
【００３７】
金属量子クラスターの溶解性特性を変えるために相間移動試薬を使用することができる。金属量子クラスターを水性溶媒に溶解し、有機溶媒に溶解した相間移動試薬を添加することによって、水溶性金属量子クラスターを有機溶媒に移行させることができる。金属量子クラスターと相間移動試薬の混合物を加熱する、撹拌する、または加熱、撹拌することができる。適切な相間移動試薬には、これらに限定されないが、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリドまたはテトラオクチルアンモニウムブロミドなどの四級アンモニウムカチオン、およびテトラフェニルホスホニウムクロリドなどのホスホニウム塩が含まれる。相間移動試薬はテトラオクチルアンモニウムブロミドであってよい。有機溶媒は水と非混合性であってよい。例えば、適切な溶媒には、トルエン、ジクロロメタン、四塩化炭素、ヘキサン、シクロヘキサン、ペンタンおよびジエチルエーテルなどの有機溶媒が含まれる。
【００３８】
水性溶媒と有機溶媒は分離することができる。例えば、エタノールを有機層に添加して、相間移動金属量子クラスターを沈殿させることができる。沈殿した相間移動金属量子クラスターを洗浄し、単離し、乾燥することができ、またはその任意の組合せを行うことができる。沈殿した相間移動金属量子クラスターを、有機溶媒中に再分散させることができる。相間移動金属量子クラスターは、水溶液中での金属量子クラスターと比較して、より安定である可能性がある。
【００３９】
一実施形態では、金属量子クラスターを作製するためのキットを提供することができる。このキットは：金属含有化合物、キャッピング剤、ゲル形成溶液、還元剤および金属量子クラスターを調製するための取扱説明書を含むことができる。一実施形態では、キットは、金属含有化合物が第１の容器中にあり、キャッピング剤が第２の容器中にあり、ゲル形成溶液が第３の容器中にあり、還元剤が第４の容器中にある４つの容器を備えることができる。
【００４０】
キット中に提供される金属含有化合物は、金属チオラート、有機金属化合物、金属酸化物、無機塩、配位化合物またはその組合せであってよい。一実施形態では、キット中に提供される金属含有化合物はＭｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｓ、Ｎｉまたはその組合せを含有することができる。例えば、キット中に提供される金属含有化合物はＡｇＮＯ３であってよい。
【００４１】
キット中に提供されるキャッピング剤は、芳香族基、共役π系、π結合、窒素原子、酸素原子、硫黄原子またはリン原子を含むことができる。一実施形態では、キット中に提供されるキャッピング剤は有機硫黄化合物であってよい。例えば、キット中に提供されるキャッピング剤はチオールであってよい。特に、キット中に提供されるキャッピング剤はグルタチオンチオラートであってよい。
【００４２】
キット中に提供されるゲル形成溶液は、多孔質ゲルマトリックスを形成するのに使用される材料を含む液体である。一実施形態では、キット中に提供されるゲル形成溶液はポリマーまたは重合性材料であってよい。例えば、キット中に提供される重合性材料は、アクリルアミド、ビスアクリルアミド、ピペラジンジ−アクリルアミド、ジアリル酒石酸ジアミド、ジヒドロキシエチレン−ビス−アクリルアミド、ビス−アクリリルシスタミンまたはその混合物であってよい。特に、キット中に提供される重合性材料はアクリルアミドとビスアクリルアミドの混合物であってよい。
【００４３】
キット中に提供されるゲル形成溶液は、温度の変化、追加の試薬または温度の変化と追加の試薬の両方を用いて多孔質ゲルマトリックスを形成することができる。追加の試薬は触媒および重合開始剤などの重合剤であってよく、それらをキット中に含むことができる。一実施形態では、重合剤Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−エタン−１，２−ジアミン（ＴＭＥＤ）および過硫酸アンモニウムを含む２つの追加の容器がキット中に提供される。当業者は理解されるように、重合剤は、重合が求められるまで、重合性材料から分離されていなければならない。
【００４４】
キット中に提供される還元剤は無機塩であってよい。例えば、還元剤はＮａＢＨ４であってよい。
【００４５】
キットを用いて作製される金属量子クラスターの溶解性は、有機性から水性へ、または水性から有機性へ任意選択で変えることができる。一実施形態では、キットは、相間移動剤を含む追加の容器を提供することになる。相間移動試薬はテトラオクチルアンモニウムブロミドであってよい。
【００４６】
以下の非限定的な実施例を参照することによって、用いられる方法および材料を例示する実施形態をさらに理解することができる。
【実施例１】
【００４７】
多孔質ゲル中での金属量子クラスターの調製。
金属量子クラスター前駆体化合物を、ＡｇＮＯ３（４７ｍｇ、２７６ｍＭ）およびグルタチオン（ＧＳＨ）（１５０ｍｇ、４８９ｍＭ）をＮａＯＨの１ｍＬ溶液（６０ｍｇ、１．５ｍＭ、３回蒸留した水）に室温で溶解して形成した。溶液を強力に撹拌し、超音波処理してＡｇ（Ｉ）チオラートの均一溶液を作製した。
【００４８】
ゲル形成溶液を、２５０ｍＬビーカー中でアクリルアミド（Ｔ）／ビスアクリルアミド（Ｃ）（５１％Ｔ、７．８％Ｃ）と２０μＬの０．１％過硫酸アンモニウムを混合して形成した。０．７ｍＬの金属量子クラスター前駆体溶液を添加し、撹拌した。１０μＬのＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−エタン−１，２−ジアミン（ＴＭＥＤ）を添加し、重合すると多孔質ゲルマトリックスが生成した。このゲルを０℃に冷却した。
【００４９】
金属量子クラスターの形成は、氷冷したＮａＢＨ４（０．５Ｍ、１０ｍＬ）水溶液を、金属量子クラスター前駆体をカプセル化する多孔質ゲルマトリックスの頂部に添加して開始させた。ゲルの色は、３０分以内に淡黄色から暗褐色へ変化した。これは、ゲル−カプセル化された金属量子クラスターの形成を示している。
【実施例２】
【００５０】
多孔質ゲルマトリックスからの金属量子クラスターの単離。
多孔質ゲルマトリックスを微粉化し、金属量子クラスターを水に抽出した。金属量子クラスターのこの水溶液を１５，０００ｒｐｍで遠心分離して多孔質ゲルマトリックスの痕跡を除去した。過剰なエタノールを添加して金属量子クラスターを沈殿させた。減圧下で溶媒を除去して金属量子クラスターの乾燥粉末を得た。
【実施例３】
【００５１】
金属量子クラスターの相間移動。
金属量子クラスターの水溶液（５ｍｇ／ｍＬ）を、トルエン中の５ｍＭテトラオクチルアンモニウムブロミド（ＴＯＡＢｒ）と混合し、２分間強力に撹拌した。金属量子クラスターに、水層からトルエン層への迅速で完全な相間移動がなされた。相間移動を、水層とトルエン層の色の変化によって目視で監視した。無色のトルエン層は赤茶色に変わり、当初赤茶色であった水層は撹拌後、無色になった。エタノールをトルエン層に添加して、相間移動した金属量子クラスターを沈殿させた。沈殿物をエタノールで２回洗浄し、遠心分離にかけて乾燥した。この粉末は、トルエンに再分散可能であった。
【実施例４】
【００５２】
生成物の単分散および組成の判定
実施例２からの生成物の水溶液のＵＶ−Ｖｉｓスペクトルは３３０、４７８および６４０ｎｍで顕著な特徴を示し、プラズモン共振バンドは存在しない。光学吸収スペクトルにおけるこれらの多重分子様遷移は、単分散金属量子クラスターを含有するサンプルを示している。
【００５３】
ポリアクリルアミドゲル電気泳動ゲルを１ｍｍの厚さのスペーサーで作製した。ここで、アクリルアミドモノマーの合計含量は、分離および縮合ゲルについて、それぞれ２８％（ビス（アクリルアミド：アクリルアミド）＝７：９３）および３％（ビス（アクリルアミド：アクリルアミド）＝６：９４）であった。溶離緩衝剤は１９２ｍＭグリシンおよび２５ｍＭトリス（ヒドロキシメチルアミン）からなるものであった。赤茶色粉末として、実施例２から反応で得られた金属量子クラスターの粗製混合物を、５％（ｖ／ｖ）グリセロール水溶液（１．０ｍＬ）に６０ｍｇ／ｍＬの濃度で溶解した。サンプル溶液（１．０ｍＬ）を１ｍｍゲルにロードし、１５０Ｖの一定電圧で４ｈ溶離させて分離を遂行した。ゲルにおいて金属量子クラスターは単一バンドとして現われた。これは、サンプルが単分散金属量子クラスターを含有していたことをさらに示している。
【００５４】
エレクトロスプレーイオン化質量分析を、塩化メチレン中の実施例３からの生成物で実施した。負イオンモードでとったスペクトルは、ｍ／ｚ＝１６４１．１での［Ａｇ２５（グルタチオン）１８］−の親ピークおよび１８個のグルタチオン配位子の脱プロトン化に由来する一連の多価イオンからのピークだけしか示さなかった。他の特徴の不在および所望の金属量子クラスターとの質量相関は、合成された生成物がＡｇ２５（グルタチオン）１８金属量子クラスターであることを裏付けている。
【実施例５】
【００５５】
ナノ粒子の調製。
硝酸銀（ＡｇＮＯ３、４７ｍｇ、２７６ｍＭ）およびグルタチオン（ＧＳＨ）（１５０ｍｇ、４８９ｍＭ）をＮａＯＨの１ｍＬ溶液（６０ｍｇ、１．５ｍＭ、３回蒸留した水）に室温で溶解させる。溶液を強力に撹拌し、超音波処理してＡｇ（Ｉ）チオラートの均一溶液を作製する。氷冷したＮａＢＨ４水溶液（０．５Ｍ、１０ｍＬ）をＡｇ（Ｉ）チオラートの溶液に添加して、ナノ粒子の形成を開始させる。多分散プラズモニックナノ粒子を、遠心分離、上澄みの除去、得られたペレットの水への分散、２回目の遠心分離および上澄み除去段階によって単離する。
【００５６】
本開示において、その一部をなす添付の図面への参照がなされる。詳細な説明、図面および特許請求の範囲において説明される例示的な実施形態はそれを限定することを意味するものではない。本明細書で提示する主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、他の変更を加えることができる。本明細書で一般的に説明され、図面において例示されるような本開示の態様は、さまざまな異なる構成（configuration）に、アレンジし、置き換え、組み合わせ、分離し、設計することができ、そのすべてが明確に本明細書で考慮されることを容易に理解されよう。
【００５７】
本開示は、種々の態様の例示を目的とする本出願において説明される特定の実施形態に関して限定されないものとする。当業者に明らかなように、その趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの改変および変更を加えることができる。本明細書で挙げるものに加えて、本開示の範囲内で機能的に均等な方法および装置は、上記説明から当業者に明らかであろう。そうした改変形態および変更形態は添付の特許請求の範囲内に包含されるものとする。本開示は、そうした特許請求の範囲がそれに対して資格を有する全範囲の均等物と一緒に、添付の特許請求の範囲の条項（terms）によってのみ限定されるものとする。本開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物または生物学的系に限定されず、それらはもちろん変えることができるということを理解すべきである。本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定しようとするものではないことも理解すべきである。
【００５８】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００５９】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は��「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００６０】
さらに、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループに関して説明されている場合、当業者は、それによって本開示が、マーカッシュグループの任意の個別メンバーまたはメンバーのサブグループに関しても説明されていることを理解されよう。
【００６１】
当業者は理解されるように、記述された説明の提供に関するなどのあらゆる目的のために、本明細書で開示されるすべての範囲は、可能性のあるあらゆる下位範囲およびその下位範囲の組合せも包含する。挙げられている任意の範囲は、前記範囲が少なくとも均等な２分の１、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１等にブレイクダウンされると十分に説明しており、それが可能であると容易に理解することができる。非限定的な例として、本明細書で論じる各範囲は、低位の３分の１、中位の３分の１および高位の３分の１等に容易にブレイクダウンすることができる。やはり当業者は理解されるように、「最大で（up to）」、「少なくとも」などのすべての用語は、列挙される数を含み、続いて上記で論じたような下位範囲にブレイクダウンすることができる範囲を指す。最後に、当業者が理解されるように、ある範囲は各個別のメンバーを含む。したがって、例えば、１〜３個の置換基を有する基は、１、２または３個の置換基を有する基を指す。同様に、１〜５個の置換基を有する基は、１、２、３、４または５個の置換基を有する基を指す等々である。
【図１】
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