(57)【要約】本発明は、シリカに封入され、金属／合金クラスターのサイズが５ｎｍ未満である、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを開示する。さらに、本発明は、シリカに封入され、熱的に安定で凝集のない金属／合金クラスターを作成する簡易でコスト効率の高いプロセスを開示する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカに封入され、１００未満の原子数を有し、非凝集金属／合金クラスターのサイズが５ｎｍ未満であって触媒として用いられる、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項２】
前記超微細クラスターが直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入される、請求項１に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項３】
超微細金属／合金クラスターが金、銀、白金、パラジウムの１種又はそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項４】
前記超微細金属／合金クラスターが水媒質中で安定である、請求項１に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項５】
シリカに封入され、金原子を１００未満有し、サイズが５ｎｍ未満の超微細金クラスターである、請求項１に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項６】
（ａ）メタノールおよび水の１：１混合物中で金属／合金：チオールの比率を３：１とし、チオレート配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いる改良ブラスト法により、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートクラスターを得ること、
（ｂ）エタノールおよび水の混合物中でオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いる一段加水分解によりシリカで封入して、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートクラスターを封入する単一分散シリカ球を得ること
を有する、単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを合成するプロセス。
【請求項７】
前記ナノクラスターが直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入される、請求項６に記載の封入プロセス。
【請求項８】
前記金属／合金−チオレートクラスターを封入する前記単一分散シリカ粒子を３５０℃の空気フロー下で焼成することをさらに有し、ナノ粒子サイズが〜５ｎｍの安定な金属クラスターを得る、請求項６に記載のプロセス。
【請求項９】
単一分散シリカ粒子に封入される前記安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターは、混合物である、請求項６に記載の単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項１０】
単一分散シリカ粒子に封入される前記安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターは、特異な光学特性を示し、生体撮像に適用される、請求項６に記載の単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカに封入され、金属／合金クラスターのサイズが５ｎｍ未満である安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターに関する。金属クラスターは、特異な光学特性を有しており、バイオイメージング（生体撮像）に適用される。さらに、本発明は、シリカに封入され、熱的に安定で凝集のない金属／合金クラスターを作成する簡易でコスト効率の高いプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
超微細金属クラスターは、サブナノメートルから２ｎｍの範囲のサイズを有しており、より大きなサイズのナノ粒子と比較して、光学的、磁性的および電子的特性が顕著であることが優れている。このような金属クラスターの合成、精製および特性評価の方法を改良することは、様々な研究計画や文献の主目的である。
【０００３】
しかしながら、クラスターコロイド溶液は、本来の不安定さ、化学反応性および凝集しやすいこともあって取り扱いが難しいため、これらの物質を広く利用することには限界がある。したがって、より安定的な水分散性クラスター及びそれらを改良して機能的にできることは、様々な用途へ潜在的に使用できるため強く望まれている。
【０００４】
近年、より大きなファセットナノ粒子において、表面相互作用、生物学的適合性および安定性を向上させる手段として、シリカ等の不動酸化物によるコーティングが開発されている。ストーバー法などの様々な従来方法、シランカップリング剤の使用、そして近年ではマイクロエマルジョン法などが採用され、このような場合、Ａｕ＠ＳｉＯ２型のコアシェル構造が得られる。
【０００５】
Rongchao Jinらによる「量子ナノサイズの、チオレートで保護された金ナノクラスター」（Nanoscale, 2010, 2, 343-362）というタイトルの論文には、超微細金ナノ粒子を得
る合成における様々な利点がまとめられている。この論文では、主に、チオレート配位子で保護された超微細金ナノ粒子（コア径が＜２ｎｍ）の特別なタイプについて着目されている。この論文では、さらに、チオールのような強い配位子を用いてチオール：Ａｕの比率を３：１とすることによりクラスターを安定化することについて開示されている。さらに、配位子でナノクラスターを機能化することにより凝集を抑制することについて述べられている。
【０００６】
Andre's Guerrero-Martinezらによる「ナノ粒子のシリカコーティングに関する最近の
進捗状況、及び関連ナノ物質」（Adv. Mater. 2010, 22, 1182-1195）の論文では、コロ
イドナノ粒子をシリカコーティングするプロセスについて記載されている。ポリマーと形状誘導剤としての界面活性剤とを用いることにより球状の異方性ナノ粒子とナノ複合材料の両方を合成する様々な湿式化学手法が説明されている。この論文では、さらに、調節可能な肉厚を有し、周期的なメソ多孔性有機シリカの中空球を作成するＣＴＡＢのｓｅについて開示されている。そして、水から様々な溶媒（エタノール等）へナノ粒子を移動させるのに大いに役立つ安定剤により表面改質することについて説明されており、加水分解の調整およびＴＥＯＳの縮合を通してシリカコーティングを達成できる。
【０００７】
しかしながら、その技術で説明されるプロセスは、シリカに金クラスターをうまく封入させられない。これは、よく採用されるコーティング条件下におけるクラスターの安定性という本来の問題によるものと考えられる。したがって、安定なクラスターを反応条件下で合成し、それらを、空間を十分に隔てた状態で封入させる可能性は、その技術において
取り組まれていない分野である。
【０００８】
貴金属ナノ粒子（ＮＰｓ）を触媒として用いるとき、凝集およびそれに伴う表面特性の変化に起因する活性の損失によって、最も大きい副作用が生じる。さらに、表面機能化の存在により、このような物質を厳しい環境下で触媒に広く用いることは制限される。様々な反応条件に対して優れた特性を有するナノ粒子を開発するには、その表面特性を損ねず、かつ表面部位を反応物分子と接近しやすくすると同時に、それらナノ粒子を凝集から保護する必要がある。これは、担持触媒では、ある程度達成されているが、これらのシステムでは、焼結しやすく、また活性金属部位がにじみ出やすいという貴金属の傾向が問題となる。しかしながら、近年、多孔質酸化物に封入されたナノ粒子は、これらの問題に対処する見込みがあることから注目されている。酸化物、特にシリカでナノ粒子をコーティングすることは、研究分野でかなり進んでおり、ナノ粒子を安定化させるためによく用いられるにもかかわらず、このような物質は触媒プロセスに貢献しない。主な欠点は、反応物分子の活性表面部位への接近を自由にさせない高密度の酸化被膜によって、ナノ粒子（ＮＰｓ）を完全に封入してしまうことである。したがって、前駆体としてクラスターが封入されるシリカを用いる簡易な方法が研究されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の主な目的は、シリカなどの不動酸化物に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを提供することである。本発明の超微細金属／合金クラスターは、水中で安定化されており、１００原子未満で、クラスターのサイズが５ｎｍ未満である。本発明の超微細金属／合金クラスターは、触媒として用いることができ、特異な光学特性を示し、生体撮像に適用することができる。
【００１０】
本発明の別の目的は、シリカなどの不動酸化物に封入された非凝集な超微細金属／合金クラスターを合成する簡易なプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の概要）
したがって、本発明は、シリカに封入され、１００未満の原子数を有し、安定かつ非凝集な金属／合金クラスターのサイズが５ｎｍ未満であって触媒として用いられる、非凝集金属／合金クラスターを提供する。
【００１２】
本発明の一態様において、前記超微細クラスターが直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入される。
【００１３】
本発明の他の態様において、超微細金属／合金クラスターが金、銀、白金、パラジウムの１種又はそれらの組み合わせから選択される。
【００１４】
本発明の他の態様において、前記超微細金属／合金クラスターが水媒質中で安定である。
【００１５】
本発明の他の態様において、シリカに封入され、金原子を１００未満有し、サイズが５ｎｍ未満の超微細金クラスターである。
【００１６】
本発明の他の態様において、
（ａ）メタノールおよび水の１：１混合物中で金属／合金：チオールの比率を３：１とし、チオレート配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いる改良ブラスト法により、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートク
ラスターを得ること、
（ｂ）エタノールおよび水の混合物中でオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いる一段加水分解によりシリカで封入して、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートクラスターを封入する単一分散シリカ球を得ること
を有する、単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを合成するプロセスである。
【００１７】
本発明の他の態様において、前記ナノクラスターが直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入される。
【００１８】
本発明の他の態様において、金属／合金−チオレートクラスターを封入する単一分散シリカ粒子を３５０℃の空気フロー下で焼成することをさらに有し、ナノ粒子サイズが〜５ｎｍの安定な金属クラスターを得る。
【００１９】
本発明の他の態様において、単一分散シリカ粒子は混合物である。
【００２０】
本発明の他の態様において、請求項６に記載の単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターであって、単一分散シリカ粒子に封入される前記安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターは、特異な光学特性を示し、生体撮像に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】クラスター溶液のＨＲＴＥＭ画像である。
【図２】図２ａはＵＶであり、図２ｂは蛍光発光スペクトルである。
【図３】シリカ球に封入される金クラスターである。
【図４】図４ａはＵＶであり、図４ｂはシリカコーティング後の蛍光発光スペクトルであり、光学特性が損なわれていないことを示す。
【図５】初期およびシリカが被覆されたクラスターの蛍光画像である。
【図６】多孔質シリカでコーティングされた焼成クラスターのＴＥＭである。
【図７】焼成後のＰｄ＠ＳｉＯ２のＴＥＭであり、（ａ）は３５０℃、（ｂ）は５００℃、（ｃ）は７５０℃である。
【図８】６５０ｎｍでの吸光度とＨ２Ｏ２濃度との直線校正プロットである。
【図９】６５０ｎｍでの吸光度とグルコース濃度との直線校正プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
様々な側面がより十分に理解され、高く評価されるよう、本発明はいくつかの好ましい態様および選択的な態様に関し詳細に説明され、次の通り、簡潔に述べられている。
【００２３】
本発明は、シリカに封入され、金属／合金原子を１００未満有し、クラスターのサイズが５ｎｍ未満であり、水媒質中で安定である、安定な超微細金属／合金クラスターに関する。
【００２４】
混合物は、疎水性配位子、金属／合金クラスター、ＳｉＯ２を含む。超微細金属／合金クラスターは、金属／合金の原子を１００未満含有し、５ｎｍよりも小さいサイズであり、最大で５５０℃まで安定である。本態様において、新規な疎水性配位子は、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムから選択され、当技術分野で公知のプロセスにより作成される。新規なチオレート配位子は、クラスターを水媒体中で安定させることが可能であり、またクラスターにケイ酸塩前駆体の集合および縮合を処理しやすくすることが可能である。
【００２５】
他の態様において、本発明は、金属／合金からなる水分散性超微細クラスターの簡易な合成、および直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子への効果的な封入を提供する。
【００２６】
多孔質シリカへ封入することにより、クラスターの触媒活性を損ねないと同時に、凝集および失活化を抑制するため反応物分子の拡散を可能とする。
【００２７】
本態様において、金属／合金−チオレート配位子ナノクラスターのシリカへの封入は、簡易な一段加水分解を有する。一段加水分解では、塩基が存在する水およびエタノールの混合物に金属／合金−チオレート配位子ナノクラスターを混合し、それに続いてオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を添加し、室温で２日間撹拌する。その間に、チオレート配位子としてＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いて、５ｎｍ未満のナノクラスターを得る。
【００２８】
金属／合金−チオレートクラスターは、メタノールおよび水の１：１混合物中で金属／合金：チオールの比率を３：１とし、新規なチオレート配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いる改良ブラスト法により得られる。
【００２９】
単一分散シリカ粒子に封入されて、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを合成するプロセスは、以下の通りである。
１．メタノールおよび水の１：１混合物中で金：チオールの比率を３：１とし、チオレート配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いる改良ブラスト法により、金チオレートクラスターを得ること。
２．エタノールと水の混合物中でオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いる簡易な一段加水分解によりシリカに封入し、金属クラスターを封入する単一分散シリカ球を得ること。
３．上述の金属クラスターを封入する単一分散シリカ球を３５０℃の空気フロー下で焼成し、ナノ粒子サイズが〜５ｎｍの安定した金属クラスターを得ること。
【００３０】
上記プロセスのステップ１によれば、極性非プロトン性溶媒に溶解した金属前駆体溶液に、メタノール中のＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを添加し、その混合物を３０分撹拌する。さらに、ＮａＢＨ４の低級アルコール溶液（１．５７Ｍ）を添加し、４５分以上撹拌し続ける。反応の全ステップを０℃で実行する。金ナノ粒子溶液に水を添加する。その溶媒をローター蒸発により取り除く。透析により水溶液中の金ナノクラスターをさらに精製する。
【００３１】
改良ブラスト法により得られ、結果として生じた金属またはその合金−チオレートクラスターの黄色溶液について、ＨＲＴＥＭおよびＩＲ、紫外−可視および蛍光分光法により特性を明らかにする。
【００３２】
本発明のステップ２および３によれば、金属／合金ナノクラスター溶液を水−エタノール混合物で混合する。その混合物に水酸化ナトリウム溶液を添加した後、続いてオルトケイ酸テトラエチル（９８重量％、アルドリッチ）を添加する。その混合物を室温で２日間撹拌する。１４０００ｒｐｍで遠心分離してエタノール中に分散させることにより、金属／合金ナノクラスターを封入するシリカを反応媒質から分離する。シリカ封入型金属／合金クラスター溶液を１００℃で乾燥し、そして空気中でランプ速度１°ｍｉｎ−１により２５０℃で焼成する。
【００３３】
極性非プロトン性溶媒はアセトニトリル、酢酸エチル、アセトン、ＴＨＦ等から選択される。金属は金、銀、白金、パラジウムの１種又はそれらの組み合わせから選択される。
【００３４】
本発明のプロセスによれば、シリカコーティング後であっても光学特性が損なわれない金属／合金クラスターを得られる。
【００３５】
好ましい態様において、本発明は、シリカに封入され、金クラスターの非凝集構造が５ｎｍ未満であり、水媒質中で安定となる安定かつ非凝集な超微細金クラスター、および上述の方法により作成するプロセスに関する。
【００３６】
したがって、メタノールおよび水の１：１混合物中で金：チオールの比率を３：１として用いる改良ブラスト法により、金−チオレートクラスターを得る。結果として生じた黄色溶液について、ＨＲＴＥＭおよびＩＲ、紫外−可視および蛍光分光法により特性を明らかにする。ＨＲＴＥＭによれば、平均サイズが１．２ｎｍで綿密に分散した微粒子が見える（図１）。
【００３７】
このクラスター溶液を、エタノール−水混合物中での簡易な加水分解法（改良ストーベル法）を用いることにより、シリカに封入する。ＨＲＴＥＭ解析によれば、それぞれの中にクラスターを封入する２０−３０ｎｍの単一分散シリカ球の存在が示された。クラスターは、損傷がなく、シリカ球の空間内で分離し、凝集していないように見える（図２）。
【００３８】
ＳＥＭ−ＥＤＡＸ解析によれば、シリカ中に金が存在しており、封入されている形跡が示された（図３）。集束イオンビームを用いて引き伸ばす表面分析のＥＤＡＸ解析によれば、エッチング後に濃度がわずかに増加することが示された。被覆されたクラスターの紫外可視スペクトルによれば、むき出しのクラスターから何も変化しないことが示された。また、蛍光発光によれば、シリカコーティング後であっても損傷していないことが確認されており、シリカコーティング後における図４ａのＵＶおよび図４ｂの蛍光発光スペクトルは、光学特性が損なわれていないことを示す。
【００３９】
クラスターと封入されたクラスターの両方の蛍光画像（図５）によれば、それらを生体撮像に適用できることが示される。
【００４０】
１つのシリカ球におけるクラスターの数は調整されているので、これらＡｕ＠ＳｉＯ２物質は、クラスターナノ粒子のサイズを調整して合成できる。
【００４１】
本発明の他の態様において、３５０℃の空気フロー下での焼成を調整することにより、金属の粒子サイズは〜５ｎｍでほぼ統一される。驚くことに、シリカコーティングは、ＴＥＭ（図６）に示すように多孔質となる。
【００４２】
他の態様において、本発明は、シリカに封入される銀、パラジウムおよび白金クラスターと、それらの作成プロセスに関する。さらに、焼成を調整することにより、多孔質シリカに封入されるクラスターを得られる。封入されたクラスターの熱安定性は、パラジウムの場合、７５０℃でも非常によいことが分かっている。
【００４３】
他の態様において、金やパラジウムなどのクラスター混合物は、シリカに封入されて用いられ、その後の焼成により金−パラジウム合金ナノ粒子が形成される。本発明は、シリカに封入され、金属／合金クラスターの非凝集構造が５ｎｍ未満であり、水媒質中で安定である、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを提供する。
【００４４】
他の側面において、本発明は、水分散性の超微細金属クラスターの簡易な合成、および直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子への効果的な封入を提供する。
【００４５】
多孔質シリカへ封入することにより、クラスターの触媒活性を損ねないと同時に、凝集および失活化を抑制するため反応物分子の拡散を可能とする。
【００４６】
他の側面において、本発明は、水媒体中でクラスターを安定化させ、また疎水性配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いたケイ酸塩前駆体の集合および縮合を受けやすいクラスターを形成する新規なチオレート配位子を用いる。
【００４７】
他の態様において、金属／合金−チオレート配位子ナノクラスターのシリカへの封入は、簡易な一段加水分解を有しており、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）が添加された塩基が存在する水およびエタノールの混合物に金属／合金−チオレート配位子ナノクラスターを混合し、室温で２日間撹拌する。その間に、チオレート配位子としてＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いて、５ｎｍ未満のナノクラスターを得る。
【００４８】
したがって、ＳｉＯ２を用いて得られる金属クラスター混合物は多孔質であり、熱的に安定で非凝集である。
【００４９】
金属／合金−チオレートクラスターは、メタノールおよび水の１：１混合物中で金／合金：チオールの比率を３：１として、新規なチオレート配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いる改良ブラスト法により得られる。
【００５０】
クラスターは、封入システムと同様に、特異な光学特性を有しており、生体撮像に適用することができる。
【００５１】
本発明は、好ましい態様および実施例を参照して説明される。これらの実施例は本発明を示しており、これらにより本発明の範囲は限定されない。
【実施例】
【００５２】
（実施例１：チオール配位子の合成）
Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムの合成
トリプロピルアミンのエタノール溶液（１０．２ｇ、５８ｍｍｏｌ）に１１−ブロモ−1−ウンデセン（５．４ｇ、２１ｍｍｏｌ）を添加し、８０℃の還流条件下で２日間撹拌
した。真空内で溶媒を減少させ、結果的に臭化物塩（Ｓ）を得た。超音波処理下において、それをヘキサン（１００ｍｌ）で洗浄して（３回）精製した（収率９３％）。
１Ｈ  ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，４００ＭＨｚ）：５．７３−５．８３（ｍ，１  Ｈ，ＣＨ＝ＣＨ２），４．８６−４．９６（ｍ，２  Ｈ，ＣＨ＝ＣＨ２），３．３１−３．３７（ｍ，６  Ｈ，ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋），２．９７−３．０３（ｍ，２  Ｈ，−ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋），１．９６−２．０３（ｑ，７  Ｈｚ，２  Ｈ，ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ２），１．６２−１．９１（ｍ，６  Ｈ，ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋），１．１９−１．４３（ｍ，１２  Ｈ，ＣＨ２），１．０３（ｔ，７Ｈｚ，９  Ｈ，ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋）．
【００５３】
（Ｓ）をトルエン：エタノールの１：１混合物に溶解した溶液（１９．０ｍｍｏｌ）に、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）（１０．０ｍｍｏｌ）およびチオ酢酸（８０ｍｍｏｌ）を添加した。還流条件下において４時間撹拌することにより反応させた。真空内で溶媒を減少させ、結果的にチオエステル（Ｇ）を得た。超音波処理下において、それをヘキサン：酢酸エチルの９：１混合物（１００ｍｌ）で洗浄して（３回）精製した。
【００５４】
メタノール（４０ｍｌ）中でＧと高濃度の塩酸（２ｍｌ）とを還流条件下で１２時間撹
拌した。それから真空中で溶媒を減少させ、結果的にチオールＦを得た。超音波処理下において、それをヘキサン：酢酸エチルの９：１混合物（１００ｍｌ）で洗浄して（３回）精製した（収率７５％）。
１Ｈ  ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，４００ＭＨｚ）：３．３４−３．３９（ｍ，６  Ｈ，ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋），２．９０−３．０１（ｍ，２  Ｈ，−−ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋），２．５１−２５５（ｑ，２  Ｈ，ＨＳ−ＣＨ２−），１．５８−１．９１（ｍ，６  Ｈ，ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋），１．２０−１．３９（ｍ，１６  Ｈ，−ＣＨ２），１．０７（ｔ，７  Ｈｚ，９  Ｈ，ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋），．０８９−１．０３（ｍ，２  Ｈ，−−ＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋）．ＩＲ：３３９１，３１４１，２９７２，２９２４，２８５７，２６３２，２０６４，１６２４，１４６７，１４００，９６６，８４５，７５７，５６０ｃｍ−１
【００５５】
（実施例２：チオールで安定化された金クラスターの合成）
ＨＡｕＣｌ４のアセトニトリル溶液８．５ｍｌ（１０ｍｍｏｌ）と２０ｍｌのアセトニトリルを混合した。この混合物に対して、２ｍｌのメタノール中のチオール０．５９３ｇを添加した。この混合物を３０分間撹拌した。ＮａＢＨ４のメタノール溶液１００μｌ（１．５７Ｍ）を添加し、４５分以上撹拌し続けた。全ステップの反応を０℃で行った。３０ｍｌの水を金ナノ粒子溶液に添加した。ローター蒸発によりアセトニトリルを取り除いた。透析により水溶液中の金ナノクラスターを精製した。金ナノクラスターの紫外可視スペクトルによれば、特性における指数関数的な減衰曲線が示される。金（Ｓ／Ａｕ）に対するチオールの比率を１８とした。
【００５６】
（実施例３：金ナノクラスターが封入されたシリカの合成）
エタノール−水混合物中で簡易な加水分解法（改良ストーバー法）を用いることにより金クラスター溶液をシリカに封入した。５００μｌの金ナノクラスター溶液を水（２ｍｌ）とエタノール（８ｍｌ）の混合物と一緒に混合した。この混合物に３０μｌの水酸化ナトリウム溶液（０．１Ｍ）を添加した。オルトケイ酸テトラエチル（９８重量％、アルドリッチ）０．０５ｍｍｏｌを添加し、その混合物を室温で２日間撹拌した。１４０００ｒｐｍで遠心分離してエタノール中に分散させることにより、金ナノクラスター封入のシリカを反応媒質から分離した。
【００５７】
（実施例４：金クラスターが封入された多孔質シリカの合成）
シリカ封入型金クラスター溶液を１００℃で乾燥させ、空気中でランプ速度１°ｍｉｎ−１として２５０℃で焼成した。
【００５８】
（実施例５：銀クラスターの合成）
ＡｇＮＯ３の水溶液３８．５ｍｌ（２．２ｍＭ）とチオール０．１４８ｇを混合し、さらにＮａＢＨ４のメタノール溶液４５０μｌ（１．５７Ｍ）をすぐに添加した。６０分以上撹拌し続けた。全ステップの反応を氷冷条件下で行った。セルロース膜（アルドリッチ、孔サイズ１２ｋＤａ）を用いた透析により、銀ナノクラスターの水溶液を精製した。
【００５９】
（実施例６：白金クラスターの合成）
Ｈ２ＰｔＣｌ６の水溶液３２．２ｍｌ（３．１５ｍＭ）とチオール０．１４８ｇを混合した。この混合物を３０分間撹拌した。この混合物にＮａＢＨ４のメタノール溶液４５０μｌ（１．５７Ｍ）を添加し、６０分以上撹拌し続けた。全ステップの反応を氷冷条件下で行った。セルロース膜（アルドリッチ、孔サイズ１２ｋＤａ）を用いた透析により、白金ナノクラスターの水溶液を精製した。
【００６０】
（実施例７：パラジウムクラスターの合成）
Ｋ２ＰｄＣｌ４の水溶液３２．８ｍｌ（２．５６ｍＭ）とチオール０．１４８ｇを混合した。この混合物を３０分間撹拌した。この混合物にＮａＢＨ４のメタノール溶液４５０
μｌ（１．５７Ｍ）を添加し、６０分以上撹拌し続けた。全ステップの反応を氷冷条件下で行った。セルロース膜（アルドリッチ、孔サイズ１２ｋＤａ）を用いた透析により、パラジウムナノクラスターの水溶液を精製した。
【００６１】
（実施例８：シリカ封入型銀ナノクラスターの合成）
エタノール−水混合物中で簡易な加水分解法（改良ストーバー法）を用いて銀クラスター溶液をシリカに封入した。５００μｌの銀ナノクラスター溶液を水（２ｍｌ）とエタノール（８ｍｌ）の混合物と一緒に混合した。この混合物に４５μｌの水酸化ナトリウム溶液（０．１Ｍ）を添加した。オルトケイ酸テトラエチル（９８重量％、アルドリッチ）０．０７ｍｍｏｌを添加し、その混合物を室温で２日間撹拌した。１４０００ｒｐｍで遠心分離してエタノール中に分散させることにより、金ナノクラスターが封入されたシリカを反応媒質から分離した。
【００６２】
（実施例９：シリカ封入型白金ナノクラスターの合成）
エタノール−水混合物中で簡易な加水分解法（改良ストーバー法）を用いて白金クラスター溶液をシリカに封入した。１０ｍｌの白金ナノクラスター溶液を水（４０ｍｌ）とエタノール（１６０ｍｌ）の混合物と一緒に混合した。この混合物に０．９ｍｌの水酸化ナトリウム溶液（０．１Ｍ）を添加した。オルトケイ酸テトラエチル（９８重量％、アルドリッチ）１．３５ｍｍｏｌを添加し、その混合物を室温で２日間撹拌した。１４０００ｒｐｍで遠心分離してエタノール中に分散させることにより、白金ナノクラスターが封入されたシリカを反応媒質から分離した。
【００６３】
（実施例１０：シリカ封入型パラジウムナノクラスターの合成）
エタノール−水混合物中で簡易な加水分解法（改良ストーバー法）を用いてパラジウムクラスター溶液をシリカに封入した。１０ｍｌのパラジウムナノクラスター溶液を水（４０ｍｌ）とエタノール（１６０ｍｌ）の混合物と一緒に混合した。この混合物に０．９ｍｌの水酸化ナトリウム溶液（０．１Ｍ）を添加した。オルトケイ酸テトラエチル（９８重量％、アルドリッチ）１．３５ｍｍｏｌを添加し、その混合物を室温で２日間撹拌した。１４０００ｒｐｍで遠心分離してエタノール中に分散させることにより、パラジウムナノクラスターが封入されたシリカを反応媒質から分離した。
【００６４】
（実施例１１：銀クラスターが封入された多孔質シリカの合成）
シリカ封入型銀クラスター溶液を１００℃で乾燥させ、空気中でランプ速度１°ｍｉｎ−１として３５０℃で焼成した。
【００６５】
（実施例１２：白金クラスターが封入された多孔質シリカの合成）
シリカ封入型白金クラスター溶液を１００℃で乾燥させ、空気中でランプ速度１°ｍｉｎ−１として３５０℃で焼成した。
【００６６】
（実施例１３：パラジウムクラスターが封入された多孔質シリカの合成）
シリカ封入型パラジウムクラスター溶液を１００℃で乾燥させ、空気中でランプ速度１°ｍｉｎ−１として３５０℃で焼成した。
【００６７】
（実施例１４：金−パラジウム合金クラスターが封入されたシリカの合成）
エタノール−水混合物中で簡易な加水分解法（改良ストーバー法）を用いて金およびパラジウムクラスターをシリカに封入した。２５０μｌの金ナノクラスター溶液および２５０μｌのパラジウムナノクラスター溶液を水（２ｍｌ）とエタノール（８ｍｌ）の混合物と一緒に混合した。この混合物に４５μｌの水酸化ナトリウム溶液（０．１Ｍ）を添加した。オルトケイ酸テトラエチル（９８重量％、アルドリッチ）０．０７ｍｍｏｌを添加し、その混合物を室温で２日間撹拌した。１４０００ｒｐｍで遠心分離してエタノール中に
分散させることにより、金−パラジウムナノクラスターが封入されたシリカを反応媒質から分離した。
【００６８】
（実施例１５：金−パラジウム合金クラスターが封入された多孔質シリカの合成）
シリカ封入型金−パラジウムクラスター溶液を１００℃で乾燥させ、空気中でランプ速度１°ｍｉｎ−１として３５０℃で焼成した。
【００６９】
（実施例１６：金ナノ粒子が封入された多孔質シリカの触媒活性）
多孔質シリカ中の金ナノリアクターを用いたＨ２Ｏ２およびグルコース検出
金ナノリアクターの活性のようなペルオキシダーゼを示すため、Ｈ２Ｏ２の存在下でＴＭＢ（３，３´，５，５´−テトラメチルベンジジン）を触媒により酸化させた。代表的な実験において、９．４１×１０４ＭのＴＭＢを２９４μｌ、手持ちの触媒溶液を３５μｌ、異なる濃度の３５０μｌ、ｐＨ７．０で１６０ｍＭのリン酸緩衝液を１６μｌを添加し、４０℃の水浴で１０分間保温した。それから、結果的に得られた溶液を、パーキンエルマーλ３５分光光度計による６５０ｎｍの吸光測定に用いた。
【００７０】
グルコースを検出する場合、２．０ｍｇ／ｍＬのグルコース酸化酵素を２０μＬ、異なる濃度のグルコースを３５０μＬおよび１６０ｍＭのリン酸緩衝液７．０を１６μＬ、４０℃の水浴で５０分間保温した。それから、上述の溶液に９．４１×１０４ＭのＴＭＢを３１５μＬ、手持ちの触媒溶液を３５μＬ添加し、さらに混合溶液を４０℃の水浴で１０分間保温した。結果的に得られた溶液を吸光分光法に用いた。
【００７１】
図８に、６５０ｎｍでの吸光度とＨ２Ｏ２濃度との直線校正プロットを示す。その挿入されたものによれば、Ｈ２Ｏ２濃度１０μＭから１ｍＭまでの範囲において、６５０ｎｍでの吸光度の相違が示されている。
図９に、６５０ｎｍでの吸光度とグルコース濃度との直線校正プロットを示す。その挿入されたものによれば、グルコース濃度１０μＭから１ｍＭまでの範囲において、６５０ｎｍでの吸光度の相違が示されている。
【００７２】
（実施例１７：パラジウムナノ粒子が封入された多孔質シリカの触媒活性：トランス−スチルベンの水素化）
トランス−スチルベン（１８０ｍｇ、１ｍｍｏｌ）および触媒（１０．３ｍｇ、０．２モル％のパラジウム）をＴＨＦ（９ｍｌ）中で混合した。混合物をＨ２のバルーン下で２５℃、２時間撹拌した。トランス−スチルベンが１００％変換されて１，２−ジフェニルエタンが形成された。生成物をガスクロマトグラフィーにより測定した。
【００７３】
本発明の利点は、
１．高い熱安定性を有するナノクラスター
２．外側のシリカシェルは多孔質である
３．その空隙率によりクラスターは優れた触媒となる
４．シリカ封入後であっても光学特性が損なわれない
５．クラスターは生体撮像に適用できる
【図８】
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【図９】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月18日(2012.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）メタノールおよび水の１：１混合物中で金属／合金：チオールの比率を３：１とし、チオレート配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いる改良ブラスト法により、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートクラスターを得ること、
（ｂ）エタノールおよび水の混合物中でオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いる一段加水分解によりシリカで封入して、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートクラスターを封入する単一分散シリカ球を得ること
を有する、単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを合成するプロセス。
【請求項２】
前記ナノクラスターが直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入される、請求項１に記載の封入プロセス。
【請求項３】
前記金属／合金−チオレートクラスターを封入する前記単一分散シリカ粒子を３５０℃の空気フロー下で焼成することをさらに有し、ナノ粒子サイズが〜５ｎｍの安定な金属クラスターを得る、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
シリカに封入され、１００未満の原子数を有し、前記非凝集金属／合金クラスターのサイズが５ｎｍ未満であって触媒として用いられる、請求項１に記載のプロセスにより作成される安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項５】
前記超微細クラスターが直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入される、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項６】
超微細金属／合金クラスターが金、銀、白金、パラジウムの１種又はそれらの組み合わせから選択される、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項７】
前記超微細金属／合金クラスターが水媒質中で安定である、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項８】
シリカに封入され、金原子を１００未満有し、サイズが５ｎｍ未満の超微細金クラスターである、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項９】
混合物である、請求項５に記載の単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項１０】
特異な光学特性を示し、生体撮像に適用される、請求項５に記載の単一分散シリカ粒子に封入される安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
貴金属ナノ粒子（ＮＰｓ）を触媒として用いるとき、凝集およびそれに伴う表面特性の変化に起因する活性の損失によって、最も大きい副作用が生じる。さらに、表面機能化の存在により、このような物質を厳しい環境下で触媒に広く用いることは制限される。様々な反応条件に対して優れた特性を有するナノ粒子を開発するには、その表面特性を損ねず、かつ表面部位を反応物分子と接近しやすくすると同時に、それらナノ粒子を凝集から保護する必要がある。これは、担持触媒では、ある程度達成されているが、これらのシステムでは、焼結しやすく、また活性金属部位がにじみ出やすいという貴金属の傾向が問題となる。しかしながら、近年、多孔質酸化物に封入されたナノ粒子は、これらの問題に対処する見込みがあることから注目されている。酸化物、特にシリカでナノ粒子をコーティングすることは、研究分野でかなり進んでいるにもかかわらず、触媒プロセスに貢献しない物質のようなナノ粒子を安定化させるためによく用いられる。主な欠点は、高密度の酸化被膜によってナノ粒子（ＮＰｓ）を完全に封入してしまうことであり、酸化被膜は反応物分子の活性表面部位への接近を自由にさせない。したがって、前駆体としてクラスターが封入されるシリカを用いる簡単な方法が研究されている。
Garciaらによれば、Microporus and Mesoporus,vol 117,No.1-2,2009,pages170-177に
おいて、単一分散パラジウムナノ粒子について言及されている。Minkeeらによれば、Journal of the American Chemical society vol132,No.26,July 2010,pages9129-9137において、ゼオライトへの金属クラスターの封入について言及されている。Si-Han Wuらによれ
ば、Journal of Materials Chemistry vol 21,No.3,Jan 2011,page789において、単一分
散の中空シリカナノ球におけるサイズが調整された金ナノ触媒（２０８−４０５ｎｍ）について言及されている。Zoltanらによれば、Chemistry of materials,vol 15,No.6,march
2003,pages1242-1248において、サイズが統一された金ナノ粒子を、予め合成されたメソ多孔性ケイ酸塩に封入することについて言及されている。
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月7日(2013.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）メタノールおよび水の１：１混合物中で金属／合金：チオールの比率を３：１とし、チオレート配位子であるＮ，Ｎ，Ｎ−トリプロピル（１１−メルカプトウンデシル）塩化アンモニウムを用いることにより、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートクラスターを得ること、
（ｂ）エタノールおよび水の混合物中でオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を用いる一段加水分解によりシリカで封入して、２ｎｍ未満の金属／合金チオレートクラスターを封入する単一分散シリカ球を得ること
を有する、単一分散シリカ粒子に封入され、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスターを合成するプロセス。
【請求項２】
前記ナノクラスターが直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入される、請求項１に記載の封入プロセス。
【請求項３】
前記金属／合金−チオレートクラスターを封入する前記単一分散シリカ粒子を３５０℃の空気フロー下で焼成することをさらに有し、ナノ粒子サイズが〜５ｎｍの安定な金属クラスターを得る、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
直径２０−３０ｎｍの単一分散シリカ粒子に封入され、１００未満の原子数を有し、サイズが５ｎｍ未満である、安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項５】
金属／合金が金、銀、白金、パラジウムの１種又はそれらの組み合わせから選択される、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項６】
前記超微細金属／合金クラスターが水媒質中で安定である、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項７】
シリカに封入され、金原子を１００未満有し、かつサイズが５ｎｍ未満の超微細金クラ
スターである、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項８】
単一分散シリカ粒子に封入されて混合物として用いられる、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項９】
触媒として用いられる、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【請求項１０】
特異な光学特性を有し、生体撮像に適用される、請求項４に記載の安定かつ非凝集な超微細金属／合金クラスター。
【国際調査報告】
2014517764.tif 000012
2014517764.tif 000013