(57)【要約】  本発明は、塩基性緩衝溶液を用いた均一の大きさのシリカナノ粒子の大量製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、（ｉ）有機溶媒にシリカ前駆体を溶かした溶液を塩基性緩衝溶液に添加して加熱する段階；及び（ｉｉ）上記（ｉ）段階で生成されたシリカナノ粒子を分離する段階を含む均一の大きさのシリカナノ粒子の製造方法に関するものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）有機溶媒に、シリカ前駆体を溶かした溶液を塩基性緩衝溶液に添加して加熱する段階；及び
（ｉｉ）前記（ｉ）段階で生成されたシリカナノ粒子を分離する段階を含む均一の大きさのシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項２】
前記シリカ前駆体は、テトラエチルオルトシリケート、テトラメトキシシラン及びシリコンテトラクロリドからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項３】
前記有機溶媒は、シクロヘキサン、ヘキサン、ヘプタン及びオクタンからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項４】
前記塩基性緩衝溶液のpHは9−14であることを特徴とする請求項１に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項５】
前記塩基性緩衝溶液は、NH4Cl・NH3緩衝溶液、KCl・NaOH緩衝溶液、リシン水溶液及びアルギニン水溶液からなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項６】
前記（ｉ）段階の加熱温度は、25℃〜80℃であることを特徴とする請求項１に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項７】
前記（ｉ）段階の加熱温度を変化させて生成されるシリカナノ粒子の大きさを調節することを特徴とする請求項１に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項８】
前記シリカナノ粒子の大きさは5nm〜50nmであることを特徴とする請求項１に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項９】
さらに、（ｉｉｉ）前記（ｉｉ）段階で得たシリカナノ粒子を水とエタノールの混合物に分散させる段階；及び
（ｉｖ）前記（ｉｉｉ）段階の分散液に塩基性触媒を添加して前記シリカナノ粒子を再成長させる段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１０】
前記塩基性触媒は、アンモニア水であることを特徴とする請求項９に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記再成長されたシリカナノ粒子の大きさは、60nm〜2，000nmであることを特徴とする請求項９に記載の均一のシリカナノ粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、塩基性緩衝溶液を用いた均一の大きさのシリカナノ粒子の大量製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、（ｉ）有機溶媒にシリカ前駆体を溶かした溶液を塩基性緩衝溶液に添加して加熱する段階；及び（ｉｉ）上記（ｉ）段階で生成されたシリカナノ粒子を分離する段階を含む均一の大きさのシリカナノ粒子の製造方法に関するものである。
［背景技術］
ここ数年、シリカを基盤とするナノ粒子の開発と応用に関する研究が活発に進められている。シリカは、米国のFDA（U．S． Food and Drug Administration）により「generally recognized as safe（GRAS）」と承認を受けた物質である。シリカナノ粒子は、生体適合性が非常に優れるため、生体研究に多様に用いられる。
【０００２】
また、シリカの表面に、タンパク質、酵素、DNAなどのような多様なバイオ分子を標識しやすいだけでなく、アミン基、カルボキシル基などのような機能基を標識する方法も非常に多様に開発された（Yan， Jilin，et al．，Nano Today，2007， 2， 3）。
【０００３】
従って、このようなシリカを基盤とするナノ粒子に蛍光染料、磁性物質、放射性同位元素のような標識物質をドープし、バイオセンサとして生体内と生体外のバイオ実験に広く用いられている（Piao， Y．，et al．，Advanced Functional Materials， 2008， 18， 3745−3758）。
【０００４】
そして、シリカナノ粒子にメソポア（mesopore）を形成させることにより、シリカナノ粒子の内部または上記ナノ粒子の表面に、DNA、抗癌剤などを担持して薬物伝達体として用いられることもある（Slowing，Igor I．，Trewyn， Brian G．，Giri， Supratim， Lin， Victor S．−Y Advanced Functional Materials， 2007， 17， 1225−1236）。
【０００５】
産業的にも、乾燥剤、触媒支持体、添加剤のような材料として広く用いられている（Kim， J．，et al． Angewandte Chemie International Edition， 2006， 45，4789−4793）。
【０００６】
また、水系でよく分散され、水酸化ナトリウム（NaOH）溶液により容易に除去できるため、各種ナノ材料合成の鋳型として用いられている。即ち、シリカナノ粒子を造粒した後、炭素前駆体を表面に挿入して炭化した後、シリカを除去すれば、気孔性炭素構造、即ち、中空の炭素ナノカプセルのようなナノ材料を合成できる（Arnal， P．M．，Schuth， F．，Kleitz， F． Chem． Commun．2006， 1203；Bon， S．，Sohn， Y． K．，Kim， J． Y．，Shin， C．−H．， Yu， J．−S．，Hyeon， T．，Advanced Material． 2002， 14， 19）。
【０００７】
シリカナノ粒子を上記のような研究に用いる時、シリカナノ粒子の大きさが非常に重要である。生体実験に用いられるシリカ材料は、大きすぎても小さすぎてもだめである。
シリカナノ粒子が大きすぎれば、生体で流動できず、生体免疫システムにより除去される。しかし、シリカナノ粒子が小さすぎれば、滞留時間があまりにも短くなってイメージ分析が困難になる。
【０００８】
気孔性ナノ材料として用いられる場合にも、シリカナノ粒子の大きさに応じて気孔の大きさが決定され、このような性質を調節することにより、比表面積のような性質も決定される。
【０００９】
そして、シリカナノ粒子を産業的に応用するためには、大量生産が可能でなければならない。従って、大きさが均一のシリカナノ粒子を様々な大きさに大量に製造することが非常に重要である。
【００１０】
現在、広く用いられるシリカナノ粒子の合成は、ストーバー法（Stober， W． and A．Fink， Bohn， Journal of Colloid and Interface Science， 1986， 26， 62）である。この方法によれば、シリカ前駆体であるテトラエチルオルトシリケート（tetraethyl orthosilicate， TEOS）がアルカリ性触媒を添加した水性−アルカリ性溶媒で加水分解されながらシリカナノ粒子が形成される。ここで、触媒としてアンモニア水（NH3）、水酸化ナトリウム（NaOH）などを用いる。
【００１１】
上記ストーバー方法では50nm〜2μmの大きさでシリカ粒子を合成できる。しかし、100nm以下では、シリカ粒子の大きさが均一でなく、形状も球状で合成することが容易でない。
【００１２】
他の1つの方法としては、逆相マイクロエマルジョン方法（F． J．Arriagada and K． Osseo−Asare， Journal of Colloid and Interface Science 1999， 211， 210）がある。上記逆相マイクロエマルジョン方法によれば、水が油上で界面活性剤により小さいマイクロエマルジョンを形成するが、上記マイクロエマルジョンを鋳型として用い、TEOSを前駆体として用い、アルカリ性触媒を用いることによりシリカナノ粒子が生成される。上記方法を用いれば、30〜70nmの大きさのシリカナノ粒子が形成され、粒子の大きさが均一で円形の球に近い。
【００１３】
しかし、逆相マイクロエマルジョン方法では、大量の界面活性剤が用いられ、実際の応用では、大部分、この界面活性剤を除去しなければならない問題がある。また、逆相マイクロエマルジョン方法の特性上、シリカナノ粒子を大量に合成し難い。従って、従来の方法では、大きさが小さく、均一度のよいシリカナノ粒子を大量に合成することが非常に困難である。
［発明の詳細な説明］
［技術的課題］
本発明の目的は、（ｉ）有機溶媒にシリカ前駆体を溶かした溶液を塩基性緩衝溶液に添加して加熱する段階；及び（ｉｉ）上記（ｉ）段階で生成されたシリカナノ粒子を分離する段階を含む均一の大きさのシリカナノ粒子の製造方法を提供することにある。
［課題の解決手段］
前述した本発明の目的は、（ｉ）有機溶媒にシリカ前駆体を溶かした溶液を塩基性緩衝溶液に添加して加熱する段階；及び（ｉｉ）上記（ｉ）段階で生成されたシリカナノ粒子を分離する段階を含む均一の大きさのシリカナノ粒子の製造方法を提供することにより達成される。
【００１４】
本発明の均一の大きさのシリカナノ粒子の製造方法に用いられる上記シリカ前駆体は、テトラエチルオルトシリケート（tetraethylorthosilicate（TEOS））、テトラメトキシシラン（tetramethoxysilane（TMOS））またはシリコンテトラクロリド（sililcon tetrachloride）であってもよいが、これに制限されない。また、上記有機溶媒は、シクロヘキサン、ヘキサン、ヘプタンまたはオクタンであってもよいが、これに制限されない。
【００１５】
上記塩基性緩衝溶液のpHは9−14であることが好ましく、例えば、NH4Cl・NH3緩衝溶液、KCl・NaOH緩衝溶液、リシン（lysin）水溶液またはアルギニン（arginine）水溶液であってもよいが、これに制限されない。
【００１６】
上記（ｉ）段階の加熱温度は25℃〜80℃であることが好ましく、より好ましくは50℃〜70℃である。上記（ｉ）段階の加熱温度を異にすることにより、上記シリカナノ粒子の大きさを調節できる。即ち、上記（ｉ）段階の反応温度を高めれば、生成されるシリカナノ粒子の大きさが大きくなり、反応温度を下げれば、生成されるシリカナノ粒子の大きさが小さくなる。
【００１７】
上記（ｉ）段階で合成される上記シリカナノ粒子の大きさは5nm〜50nmである。
本発明の均一の大きさのシリカナノ粒子の製造方法は、さらに、（ｉｉｉ）上記（ｉｉ）段階で得たシリカナノ粒子を水とエタノールの混合物に分散させる段階；及び（ｉｖ）上記（ｉｉｉ）段階の分散液に塩基性触媒を添加して上記シリカナノ粒子を再成長させる段階を含むことができる。
【００１８】
上記（ｉｉｉ）段階の塩基性触媒は、アンモニア水、NaOH水溶液またはKOH水溶液であることが好ましい。上記（ｉｉｉ）段階の反応は室温で進めることが好ましい。
上記（iv）段階で再成長されたシリカナノ粒子の大きさは60nm〜2，000nmである。
［発明の効果］
本発明の方法によれば、5nm〜50nm大きさの均一のシリカナノ粒子を大量に製造できる。また、上記シリカナノ粒子の再成長過程を通じて、シリカ粒子の大きさを2μmまで増加させることができる。
【００１９】
また、本発明の方法により製造されるシリカナノ粒子は球状であり、粒子同士の凝集現象がなく、水系に十分に分散する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の方法により、アルカリ性緩衝溶液を用いて合成した直径5nm〜35nmのシリカナノ粒子のTEM写真である。
【図２】図1のナノ粒子を核として用いて再成長（regrowth）させることにより、大きさを100nm、250nmに調節したシリカナノ粒子のTEM写真である。
【図３】アルカリ性緩衝溶液を用いて合成した直径20nmのシリカナノ粒子のSEM写真である。
【図４】図3のナノ粒子を核として用いて再成長（regrowth）させることにより、大きさを100nmに調節したシリカナノ粒子のSEM写真である。
【図５】ストーバー法で合成した約40nmの大きさのシリカナノ粒子のTEM写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［発明の実施のための最善の形態］
以下、次の実施例または図面を挙げて発明をより具体的に説明する。しかし、次の実施例または図面に関する説明は、本発明の具体的な実施態様を特定して説明するためのものに過ぎず、本発明の権利範囲をこれらに記載された内容に限定したり制限解釈しようと意図するものではない。
［実施例］
まず、NH4Cl・NH3緩衝溶液を製造した。0．24 gの塩化アンモニウム（NH4Cl）を水330mLに十分に溶解させた後、pHメーター器を用いてpHを測定した。pHが9．0になるように30％のアンモニア水または塩酸で調節した。続いて、水を追加して全体積が350mLになるようにした。このようにして製造された緩衝溶液350mLを反応溶媒として用いた。上記反応溶媒を60℃まで加熱した後、温度が一定に維持されるようにした。これにシリカ前駆体として100mLのテトラエチルオルトシリケート（tetraethyl orthosilicate（TEOS））と50mLのシクロヘキサンの混合溶液を投入した後、均一に攪拌しながら60℃で24時間反応させた。反応が終わった後、上層の有機溶媒層を除去した。反応の結果、約12．73gの大きさが25nmであるシリカナノ粒子が形成されることをTEM、SEMで確認した（図1及び図3）。上記溶液を25〜80℃の範囲で温度を調節しながら24時間攪拌すると、大きさを均一に調節できた。
【００２２】
このようにして得たナノ粒子1mLを核として用いて水9mLとエタノール90mLの混合溶液に十分に分散させた。その後、TEOS 0．5mLとアンモニア水2．5mLを追加して常温で24時間反応させて100nmの大きさのシリカ粒子が形成され、アンモニア水の量を調節することにより、ナノ粒子の大きさを調節できた（図2及び図4）。
［比較例］
ストーバー法でシリカナノ粒子を合成した。水10mLとエタノール50mLの混合溶液にTEOSを1mL追加し、アンモニア水3mLをゆっくりと注入した。常温で24時間攪拌しながら反応させた。反応の結果、40nm〜70nmの大きさが均一でなく、形状が球状ではないシリカナノ粒子が多量に形成された（図5）。
［産業上の利用可能性］
本発明の方法により製造されたシリカナノ粒子は、生体内、生体外の実験のような生命、医学分野などに多様な用途に広く応用され得、大量合成が可能なために各種の気孔性ナノ材料のテンプレートだけでなく、触媒支持体等の分野にも活用が可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2014520755.tif 000015
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