(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの、サイズの異なる金属原子量子クラスター（ＡＱＣ）であるＭｎおよびＭ’ｎ’の電荷移動錯体であって、
一般式（Ｉ）：
Ｍｎ＋Ｍ’ｎ’−        （Ｉ）
（式中、
前記金属ＡＱＣの前記金属ＭおよびＭ’は、同一または異なる金属であり、
Ｍｎは、その酸化形態Ｍｎ＋で存在する小さい方のＡＱＣであり、Ｍ’ｎ’は、その還元形態Ｍ’ｎ’−で存在する大きい方のＡＱＣであり、Ｍｎ＋およびＭ’ｎ’−は、静電気相互作用で結合されており、ｎおよびｎ’は、それぞれ、ＭおよびＭ’の金属原子の数であり、ならびにｎは、ｎ’よりも小さい。）
で表され、
前記金属原子量子クラスターの前記同一または異なる金属ＭおよびＭ’が、遷移金属Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、およびこれらの組み合わせから選択され、かつ、
前記少なくとも２つの、サイズの異なる金属原子量子クラスターの前記金属原子の数ｎおよびｎ’が、２から３０９個の金属原子、
であることを特徴とする、電荷移動錯体。
【請求項２】
ｎとｎ’との間の差が、５から５０個の原子である、請求項１に記載の電荷移動錯体。
【請求項３】
前記原子量子クラスターＭｎおよびＭ’ｎ’に付着されたω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸リガンドをさらに含む、請求項１または２に記載の電荷移動錯体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に定義されている、電荷移動錯体の発光ナノ化合物としての使用。
【請求項５】
前記発光が、外部励起源によって前記電荷移動錯体が励起された後に得られる、請求項４に記載の電荷移動錯体の使用。
【請求項６】
前記発光が、蛍光である、請求項４または５に記載の電荷移動錯体の使用。
【請求項７】
前記電荷移動錯体が、１５０ｎｍよりも大きいストークスシフトを有する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の電荷移動錯体の使用。
【請求項８】
前記電荷移動錯体が、３００ｎｍよりも大きいストークスシフトを有する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の電荷移動錯体の使用。
【請求項９】
前記発光が、０．１μｓよりも長い減衰時間を有する、請求項４〜８のいずれか１項に記載の電荷移動錯体の使用。
【請求項１０】
前記発光が、１μｓよりも長い減衰時間を有する、請求項４〜８のいずれか１項に記載の電荷移動錯体の使用。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか１項に定義されている電荷移動錯体の検出方法であって、
ａ）所定の励起波長（λｅｘｃ）の外部励起源を用いて前記電荷移動錯体を励起すること、および
ｂ）適切な検出手段により、前記電荷移動錯体の以下のパラメーター：
発光波長（λｅｍ）、
強度、
平均寿命、
異方性、
のうちの１つ以上を検出すること、
の工程を含むことを特徴とする、電荷移動錯体の検出方法。
【請求項１２】
請求項１または２に定義されている電荷移動錯体を得る方法であって、
ａ）小さい方のＡＱＣであるＭｎの水溶液を作製すること、
ｂ）大きい方のＡＱＣであるＭ’ｎ’の水溶液を作製すること、および
ｃ）前記小さい方のＡＱＣの水溶液を、前記大きい方のＡＱＣの水溶液と共に混合すること、
の工程を含むことを特徴とする、電荷移動錯体を得る方法。
【請求項１３】
請求項３に定義されている電荷移動錯体を得る方法であって、
ａ）水性媒体中、塩基の存在下にてω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸を混合することにより、ナノソームを作製すること、
ｂ）工程ａ）で作製された前記混合物に、少なくとも１つの金属塩を添加すること、および
ｃ）工程ｂ）で得られた前記混合物を還元することおよび
ｄ）工程ｃ）で得られた前記混合物中に存在する前記ナノソームを破壊すること、
の工程を含むことを特徴とする、電荷移動錯体を得る方法。
【請求項１４】
前記ナノソームを破壊する工程が、超遠心分離によって行われる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望に応じて、有機配位子（有機リガンド）が配位していてよい金属原子量子クラスター（ＡＱＣ）の電荷移動（ＣＴ）錯体（複合体（ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ））、その入手方法、および発光ナノ化合物としてのその使用、特に、蛍光ナノ化合物としてのその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、蛍光分光法、蛍光顕微鏡法、フローサイトメトリー、または生体内蛍光イメージングなどの蛍光技術の使用により、生体分子間の相互作用、またはこれらの生体分子と、例えば薬物などのその他の無機または有機分子との相互作用の迅速、明白で信頼できる簡便な検出が可能となっている。このような技術は、励起波長（λｅｘｃ）、発光波長（λｅｍ）、強度または量子収率、平均寿命、および蛍光異方性などの特定の実験パラメーターの測定を必要とする。
【０００３】
創薬、遺伝子分析、フローサイトメトリー、または高速スクリーニングにおけるナノセンサーまたはバイオプローブとしての使用に適する蛍光プローブは、以下のような特性を有するべきである。すなわち、それを取り巻くマトリックスに影響を与えることなく励起可能でなければならないこと、容易に検出可能であること、高い量子収率を有すること、細胞培養物を例とする媒体に適合可能であること、安定であること、および分子標識を可能とする官能基を持つことである。また、このような蛍光プローブは、長い平均寿命を有すること、無毒性であること、およびその発光パラメーターが経時で再現可能であることも有利でありえる。
【０００４】
今日、２００ｎｍを超える非常に大きなストークスシフトおよびマイクロ秒を超える長い減衰時間を有することが知られている唯一の蛍光システムは、希土類イオンに基づくものである。しかしながら、これらは、その蛍光特性を失うことなくマトリックス中に組み込むことが困難であること、各希土類に対応する固定された特定の励起、発光、およびストークスシフトの特性が存在するために、それらを変更できないこと、ならびにそれらが高価であり希少な物質であることなどの複数の欠点を有する。これらのシステムとしては、例えば、Sardar, D.K. et al., Biophotonics, January 2008；Resch-Genger, U., Advanced Fluorescence Reporters in Chemistry and Biology II Springer Series on Fluorescence, 2010, Volume 9, Part 1, 3-40；Harma H. et al., Analytical Chemistry, 2005, 77, 2643-2648、米国特許第７４６５７４７  Ｂ２号、米国特許出願第２０１０／０２２４８３１  Ａ１号、および米国特許第４２８３３８２号に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、希土類元素に基づくナノ粒子のこれらの欠点を克服する蛍光プローブを見つけ出すことが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
驚くべきことに、本発明の発明者らは、非常に大きなストークスシフト、および現行技術で報告されているものよりも非常に長い減衰時間を有し、希土類元素を用いないＡＱＣの電荷移動錯体の形態の蛍光ナノ化合物を発見した。これらの錯体は、ナノメートルサイズであることにより、広範な数々の用途での使用に有利である。さらに、その合成方法により、発明者らは、ＡＱＣのサイズを選択することができる。すなわち、励起および発光波長を選択することができる。従って、蛍光化合物としての各適用に対して所望されるストークスシフトを選択することができる。
【０００７】
従って、本発明の１つの態様は、このようなナノ化合物に関するものであり、ナノ化合物は、少なくとも２つのサイズの異なる金属原子量子クラスター（ＡＱＣ）であるＭｎおよびＭ’ｎ’の電荷移動錯体であって、
一般式（Ｉ）：
Ｍｎ＋Ｍ’ｎ’−        （Ｉ）
（式中、
金属ＡＱＣの金属ＭおよびＭ’は、同一または異なる金属であり、
Ｍｎは、その酸化形態Ｍｎ＋で存在する小さい方のＡＱＣであり、
Ｍ’ｎ’は、その還元形態Ｍ’ｎ’−で存在する大きい方のＡＱＣであり、
Ｍｎ＋およびＭ’ｎ’−は、静電気相互作用で結合されており、
ｎおよびｎ’は、それぞれ、ＭおよびＭ’の金属原子の数であり、ならびに
ｎは、ｎ’よりも小さい。、）
で表される。
【０００８】
１つの実施形態では、金属ＡＱＣの金属ＭおよびＭ’は、遷移金属またはその組み合わせから選択され、好ましくは、遷移金属は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｈ、およびこれらの組み合わせから成る群より選択され、より好ましくは、それらは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、およびこれらの組み合わせから成る群より選択され、より好ましくは、遷移金属は、Ａｕ、Ａｇ、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される。
【０００９】
別の実施形態では、少なくとも２つの、サイズの異なる金属原子量子クラスターの金属原子の数ｎおよびｎ’は、
２から３０９個の金属原子、
２から１０２個の金属原子、
２から５５個の金属原子、および
２から２５個の金属原子、
である。
【００１０】
さらなる実施形態では、ｎとｎ’との間の差は、５から５０個の原子、または５から２５個の原子である。
【００１１】
好ましい実施形態では、電荷移動錯体は、原子量子クラスターＭｎおよびＭ’ｎ’に付着される有機リガンドと追加的に結合される。有機リガンドは、好ましくは、ω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸リガンドから選択される。
【００１２】
本発明の別の態様は、上記で定義されている電荷移動錯体の発光ナノ化合物としての使用に関する。
【００１３】
１つの実施形態では、発光は、外部励起源によって電荷移動錯体が励起された後に得られる。
【００１４】
好ましい実施形態では、発光は、蛍光である。
【００１５】
別の実施形態では、発光を作り出すストークスシフトは、約１５０ｎｍよりも大きく、３００ｎｍよりも大きいことが好ましい。
【００１６】
さらなる実施形態では、発光は、０．１μｓよりも長い減衰時間を有し、１μｓよりも長い減衰時間を有することが好ましい。
【００１７】
さらなる態様では、本発明は、上記に定義されている、電荷移動錯体の検出方法に関し、その方法は、
ａ）所定の励起波長（λｅｘｃ）の外部励起源を用いて電荷移動錯体を励起すること、および
ｂ）適切な検出手段により、前記電荷移動錯体の以下のパラメーター：
発光波長（λｅｍ）、
強度、
平均寿命、
異方性、
のうちの１つ以上を検出すること、
の工程を含む。
【００１８】
別のさらなる態様では、本発明は、上記に定義されている、電荷移動錯体を得る方法に関し、その方法は、
ａ）小さい方のＡＱＣの水溶液を作製すること、
ｂ）大きい方のＡＱＣの水溶液を作製すること、および
ｃ）小さい方のＡＱＣの水溶液を、大きい方のＡＱＣの水溶液と共に混合すること、
を含む。
【００１９】
別の態様では、本発明は、有機リガンドと追加的に結合されている電荷移動錯体を得る方法に関し、この方法は、
ａ）水性媒体中、塩基の存在下にてω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸を混合することにより、ナノソームを作製すること、
ｂ）工程ａ）で作製された混合物に、少なくとも１つの金属塩を添加すること、および
ｃ）工程ｂ）で得られた混合物を還元すること、および
ｄ）工程ｃ）で得られた混合物中に存在するナノソームを破壊すること、
の工程を含む。有機リガンドは、好ましくは、原子量子クラスターＭｎおよびＭ’ｎ’に付着されるω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸リガンドから選択される。
【００２０】
１つの好ましい実施形態では、ナノソームを破壊する工程は、超遠心分離によって行われる。
【００２１】
このようなナノ化合物では、希土類に基づくシステムで得られるものよりも高い量子収率が得られる。
【００２２】
励起および発光波長は、電荷移動錯体中に存在するＡＱＣのサイズに応じて異なる。励起および発光波長は、必要なサイズのＡＱＣの形成を指示することで、任意に選択することができる。よって、得られることになるストークスシフトを任意に選択することができる。このため、希土類に基づく蛍光法に存在する、一定の特定の問題から解放される。さらに、使用されるＡＱＣの特性に起因して、光退色が発生しない。
【００２３】
例えば、ＡｕまたはＡｇなどの遷移金属元素は、非常に低濃度で存在する場合は毒性ではなく、使用することができる。さらに、これらの元素が天然に非常に豊富であることから、これは完全に持続可能な方法である。合成される発光ナノ化合物、すなわち、有機リガンドと結合している、または結合していない電荷移動錯体は、
天然光および室温下、少なくとも１年間の保存期間にわたってその特性を喪失せず、安定であり、
３から１０のｐＨ範囲で安定であり、
乾燥形態であってもその蛍光特性を失うことなく、濃縮乾固することができ、
乾燥後、その蛍光特性を失うことなく、再溶解することができ、さらには、
希土類元素に基づく発光システムで使用されるよりも低い濃度で使用される。
【００２４】
電荷移動錯体は、追加的に有機リガンドと結合されていてよく、それによって、異なる環境中で使用するため、その外側面をさらに官能化することができる。好ましい実施形態では、有機リガンドは、ω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸リガンドである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、ω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸がナノソーム（ｎａｎｏｓｏｍｅ）の単分子層を形成しているナノソームの概略図を示し、単分子層は、約５ｎｍの厚さを有し、酸基がナノソームの外側面を形成し、ヒドロキシルＯＨ、およびメルカプトＳＨの基が、内側に向いて、ナノソームの内部空洞の表面を形成していることが分かる。
【図２】図２は、ナノシステムの内部、特にナノソームの内部のＡＱＣの形成の概略図を示す。
【図３】図３は、リガンドが付着していない電荷移動錯体を得る方法、および電荷移動機構を示す。
【図４】図４は、リガンドが付着した電荷移動錯体を得る方法、および電荷移動機構を示す。
【図５】図５は、実施例１で得られた電荷移動錯体の光学特性を示す。
【図６】図６は、実施例１で得られた電荷移動錯体のＥＳＩ−ｏｒｂｉｔｒａｐ質量スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の用語の意味について以下に詳細に記載する。
【００２７】
ＡＱＣとして略される「原子量子クラスター」の用語は、既に述べたように、金属原子量子クラスターとして理解される。金属原子量子クラスターは、ゼロ酸化状態金属原子のみによって形成され、本発明では、好ましくは、３０９個以下の金属原子によって形成される。ＡＱＣは、経時的に安定である。好ましくは、本発明のＡＱＣは、約０．３から２．２ｎｍ、好ましくは、約０．３から２ｎｍ、より好ましくは、約０．３から１．８ｎｍのサイズである。これらの金属ＡＱＣは、もはや「金属」のようには挙動せず、その挙動は、分子のようになる。従って、ナノ粒子、マイクロ粒子、または塊としての金属材料では観察されない新しい特性が、これらのクラスターに出現する。従って、ＡＱＣの物理化学的特性は、ナノ／マイクロ粒子のそれらから単純に推定できるものではない。
【００２８】
「ナノ化合物」の用語は、本明細書にて、一般式（Ｉ）：
Ｍｎ＋Ｍ’ｎ’−        （Ｉ）
の電荷移動錯体を含むナノ金属化合物を意味し、この一般式（Ｉ）の電荷移動錯体は、所望に応じて結合される有機リガンドを有していてもよい。ナノ化合物の外径は、約４ｎｍ以下、好ましくは、３ｎｍ以下、より好ましくは、２ｎｍ以下である。別の実施形態では、ナノ化合物の外径は、１ｎｍ以下、または０．６ｎｍ以下である。
【００２９】
ＣＴ錯体、ＣＴＣ、または電子供与体−受容体錯体とも称される「電荷移動錯体」の用語は、本明細書にて、少なくとも２つのＡＱＣの会合体として理解される。ここで、電荷、すなわち電子の一部が、ＡＱＣ間を移動される結果として、ＡＱＣの一方が酸化形態を形成し、他方のＡＱＣが還元形態を形成する。得られた静電相互作用、すなわち、静電引力は、この分子錯体を安定化させる。電荷が移動される元のＡＱＣは、電子供与体と称され、受ける側のＡＱＣは、電子受容体と称される。本発明において、
Ｍｎは、電子供与体であり、錯体内の小さい方のＡＱＣであり、
Ｍ’ｎ’は、電子受容体であり、錯体内の大きい方のＡＱＣである。
【００３０】
「小さい方」および「大きい方」の用語は、電荷移動錯体に存在する少なくとも２つのＡＱＣの各々の金属原子数ｎおよびｎ’を比較して意味する。従って、ｎは、ｎ’よりも小さい（ｎ＜ｎ’）。
【００３１】
好ましい実施形態では、少なくとも２つのＡＱＣであるＭｎおよびＭ’ｎ’の間で移動される電子は１つだけである。よって、イオンの形態であるＭｎ＋、すなわち、Ｍｎの酸化形態、およびＭ’ｎ’−、すなわち、Ｍ’ｎ’の還元形態が得られる。ここで、「＋」は、正電荷であり、「−」は、負電荷である。
【００３２】
一般式（Ｉ）における文字「Ｍ」および「Ｍ’」は、ＡＱＣの遷移金属を意味する。上記のように、「Ｍ」および「Ｍ’」は、同一または異なる遷移金属であってよい。好ましくは、遷移金属は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｈ、およびこれらの組み合わせから選択され、好ましくは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、およびこれらの組み合わせから選択され、より好ましくは、Ａｕ、Ａｇ、およびこれらの組み合わせから選択される。
【００３３】
本発明の範囲において、「遷移金属の組み合わせ」の用語は、少なくとも２つの異なる遷移金属の原子を有するＡＱＣ、ならびに一方の遷移金属のＡＱＣが、一方の遷移金属のＡＱＣとは異なる別の遷移金属のＡＱＣの存在下で存在することを意味する。それによって、サイズの異なる少なくとも２つのＡＱＣは、同じ遷移金属を有するＡＱＣ、異なる遷移金属を有するＡＱＣ、または同一もしくは異なる２つの金属の組み合わせを有するＡＱＣであり得る。
【００３４】
「ｎ」および「ｎ’」の文字は、各ＡＱＣの遷移金属原子の数を意味する。上述のように、ｎは、ｎ’よりも小さい（ｎ＜ｎ’）。好ましくは、ｎとｎ’との間の最小の差は、５金属原子である。好ましい実施形態では、ｎとｎ’との間の差は、５から５０原子であり、好ましい実施形態では、ｎとｎ’との間の差は、５から２５原子であり、別の実施形態では、ｎとｎ’との間の差は、５から１５である。
【００３５】
「有機配位子（有機リガンド）」は、電荷移動錯体に結合されていてもよく、少なくとも２つの異なる種類の有機リガンドである。少なくとも２つの異なる種類の有機リガンドは、好ましくは、ω−ヒドロキシ酸（ＨＯ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＯＯＨ）およびω−メルカプト酸（ＨＳ−（ＣＨ２）ｐ−ＣＯＯＨ）のリガンドから選択される。ここで、ｍおよびｐは、２から３０の値であり、好ましくは、ｍおよびｐは、１０から２０の値である。好ましい実施形態では、ｍおよびｐは、１５の値である。別の好ましい実施形態では、ｍおよびｐは、１１の値である。ｍおよびｐの値は、異なっていても、同一であってもよい。ｍおよびｐが異なる場合、それらの間の差は、６炭素未満であり、好ましくは、ｍおよびｐの値の差は、１から４である。好ましい実施形態では、ｍおよびｐは、同一である。少なくとも２つの異なる種類の有機リガンドが、ω−ヒドロキシ酸（ＨＯ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＯＯＨ）およびω−メルカプト酸（ＨＳ−（ＣＨ２）ｐ−ＣＯＯＨ）のリガンドから選択される場合、酸基である、−ＣＯＯＨ（または、対応する酸の塩が用いられる場合は、−ＣＯＯ−）は、ナノ化合物の外側面の方向に向けられ、−ＯＨおよび−ＳＨの基は、内側の方向に、すなわち、それらに結合、付着、または配位したイオン化ＡＱＣであるＭｎ＋およびＭ’ｎ’−の方向に向けられる。
【００３６】
別の実施形態では、電荷移動錯体に付着されてよい「有機リガンド」は、ヒドロキシル−ＯＨ、またはメルカプト−ＳＨの基以外の他の官能基、−ＮＨ２、−ＮＨ−、−Ｃｌ、−ＰＨ３、−ＳＲ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−ＮＨＲ、−ＮＲ−などを有する。ここで、Ｒは、ＡＱＣまたはイオン化ＡＱＣである、Ｍｎ＋およびＭ’ｎ’−に結合、付着、または配位することができる短い炭化水素鎖Ｃ１からＣ４の有機基を表す。また、ω−ヒドロキシ酸（ＨＯ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＯＯＨ）およびω−メルカプト酸（ＨＳ−（ＣＨ２）ｐ−ＣＯＯＨ）のリガンドのヒドロキシル−ＯＨ、またはメルカプト−ＳＨの基を、同様にＡＱＣの金属と相互作用を起こす上述の他の基と交換することも可能である。
【００３７】
本発明の文脈において、前記発光ナノ化合物は、約１５０ｎｍよりも大きい、好ましくは、約３００ｎｍよりも大きいストークスシフトを示す。
【００３８】
従って、本発明の別の態様は、記載したナノ化合物を検出するための方法に関するものであり、
ａ）励起波長λｅｘｃの外部励起源を用いてナノ化合物を励起すること、
ｂ）適切な検出手段により、前記ナノ化合物の以下のパラメーター：
発光波長（λｅｍ）、
強度、
平均寿命、
異方性、
のうちの１つ以上を検出すること
の工程を含む。
【００３９】
好ましい実施形態では、ナノ化合物を検出する方法は、以下のパラメーター、すなわち、発光波長、強度、平均寿命、または異方性のうちの１つ以上を検出する工程ｂ）が、特定の遅延時間で行われることを含む。この実施形態は、本発明のナノ化合物の発光の平均寿命の時間が、０．１μｓよりも長いことに基づいている。１つ以上のパラメーターを検出、測定する際の遅延時間は、０．１μｓよりも長く、１μｓよりも長いことが好ましい。このようにすることで、外部励起源の励起波長λｅｘｃでの励起によって生じるおそれがある、本発明の対象であるナノ化合物の発光に付随する他の発光波長λｅｍによる干渉を排除できる。
【００４０】
「励起する」とは、本発明の範囲において、特定の波長の光放射線をナノ化合物に照射することをいう。
【００４１】
「適切な検出手段」は、当業者にとっては公知の上記パラメーターを検出し、所望に応じて測定する、当業者に公知の方法に関し、すなわち、発光、特には蛍光の発光波長を検出する方法、発光、特には蛍光の強度を検出する方法、発光の強度の平均寿命を検出する方法、または異方性を検出する方法に関するものである。
【００４２】
好ましい実施形態では、３０秒毎に３００ｎｍで試料を励起しても、少なくとも５００分間は、ブリンキングや光退色は発生しない。
【００４３】
励起の終了から発光強度が最大強度の１／ｅに減少するまで、すなわち、約３７％に減少するまでの経過時間である発光減衰時間または平均寿命である発光寿命（τ）が測定されてよい。本発明の実施形態では、発光、好ましくは蛍光の平均寿命は、０．１μｓより長く、１μｓより長いことが好ましい。好ましい実施形態では、ナノ化合物は、マイクロ秒を超えて、蛍光信号の３７％以上を示すような発光寿命を有する。
【００４４】
本発明の別の態様は、本発明のナノ化合物を得るための方法に関する。
【００４５】
１つの方法は、ＡＱＣであるＭｎおよびＭ’ｎ’の水溶液を作製する工程を含む。好ましくは、両方の溶液が、ほぼ同じ濃度のＡＱＣを有し、すなわち、両方の溶液が、等モル濃度、またはほぼ等モル濃度である。さらなる工程において、両方の溶液は、一緒に混合、撹拌されて、電荷移動機構の発生が可能とされる。好ましい実施形態では、反応温度は、２０℃から８０℃である。別の実施形態では、反応時間は、５分間から１６時間である。
【００４６】
本発明の電荷移動錯体を得る別の方法は、以下の工程を含む。電荷移動錯体は、特に、追加的に有機リガンドを含み、有機リガンドは、原子量子クラスターＭｎおよびＭ’ｎ’に付着されたω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸などの両親媒性分子である。
ａ）水性媒体中、塩基の存在下で、ω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸を混合することによって、ナノソームを作製すること、
ｂ）工程ａ）で作製した混合物に、少なくとも１つの金属塩を添加すること、
ｃ）工程ｂ）で得られた混合物を還元すること、および
ｄ）工程ｃ）で得られた混合物中に存在するナノソームを破壊すること。
【００４７】
本発明において、「ナノソーム」の用語は、人工的に形成したナノメートルサイズの小胞（ベシクル）に関する。すなわち、「ナノソーム」の用語は、脂肪族−（ＣＨ２）ｎ−鎖の両端それぞれ、または脂肪族ＣＨ３−（ＣＨ２）ｎ−鎖の端から３番目の位置χ、末端から２番目の位置ψに結合した二つの親水性基を有する両親媒性分子（例えば、脂質）による単層によって形成されたナノメーターサイズの回転楕円体形状の超分子構造物を意味する。
【００４８】
本発明のナノソームの前記単分子層を形成する両親媒性分子は、
−ベシクルの外側面上にあって、脂肪族鎖の一端に位置している、例えばカルボキシル（ＣＯＯＨ）、カルボキシレート（ＣＯＯ−）、またはホスフェート（ＰＯ４−）の基などの親水性基を含み、
−脂肪族ＣＨ３−（ＣＨ２）ｎ−鎖の末端から３番目の位置χ、末端から２番目の位置ψ、または脂肪族−（ＣＨ２）ｎ−鎖の末端の位置ω位が、例えば、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＮＨ２、−ＮＨ−、−Ｃｌ、−ＰＨ３、−ＳＲ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−ＮＨＲ、または−ＮＲ−など（Ｒは、短い炭化水素鎖Ｃ１からＣ４を有する有機基を表わす）で置換されて、これらの基が小胞の内側に向かって位置するようなナノソームを形成できるようになっていて、脂肪鎖の他端、すなわち、親水性基から最も遠い位置で、内径が１０ｎｍ以下、好ましくは約５ｎｍ以下、さらに好ましくは０．８から４ｎｍのナノ空洞（キャビティー）を形成するようなものである。好ましい実施形態では、ナノキャビティの内径は、約１．５から１．８ｎｍである。
【００４９】
好ましい実施形態では、「ナノソーム」の用語は、ω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸によって形成される回転楕円体形状ナノメートルサイズの超分子構造を意味する。この好ましい実施形態では、ナノソームは、上記で定義されているように、ω−ヒドロキシ酸（ＨＯ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＯＯＨ）およびω−メルカプト酸（ＨＳ−（ＣＨ２）ｐ−ＣＯＯＨ）を含む（図１参照）。ナノソーム中に存在する、ω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸は、ナノシステム、すなわちナノソームの外側面の方向に向けられる酸基−ＣＯＯＨ（または、対応する酸の塩が用いられる場合は、−ＣＯＯ−）、および内側の方向に向けられてナノソーム中に内部キャビティを形成する−ＯＨおよび−ＳＨの基によって球状単分子層を形成しており、それによって、２つのほぼ同心球体、または文献で参照されるような脂肪酸の「ボーラ（bola）」の形態で形成される。この球状単分子層は、約２から１０ｎｍ、好ましくは、約５ｎｍの厚さを有しうる。
【００５０】
ナノソームの内部キャビティは閉じられている。内部キャビティの内径は、１０ｎｍ以下、好ましくは、約５ｎｍ以下であり、より好ましくは、内部キャビティの内径は、約０．８から４ｎｍである。好ましい実施形態では、この内部ナノキャビティの直径は、約１．５から１．８ｎｍである。ナノソームのこの好ましい実施形態では、ナノキャビティは、水酸基−ＯＨ、およびメルカプト基−ＳＨによって形成されるが、これらの官能基を、−ＮＨ２、−ＮＨ−、−Ｃｌ、−ＰＨ３、−ＳＲ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−ＮＨＲ、−ＮＲ−など（Ｒは、ナノソームを形成することができる短い炭化水素鎖Ｃ１からＣ４の有機基を表す。）の金属と相互作用を起こす他の基と交換することも可能である。
【００５１】
水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラオクチルアンモニウム、水酸化トリエチルベンジルアンモニウム、水酸化トリ−ｎ−オクチルメチルアンモニウム、水酸化トリメチルデシルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、または対イオンなどのかさ高い基を有するその他のいずれかの水酸化物、好ましくは、水酸化テトラブチルアンモニウムが、ω−ヒドロキシ酸およびω−メルカプト酸を混合することによってナノソームを作製する工程ａ）において塩基として用いられてよい。
【００５２】
工程ｂ）において、遷移金属の金属塩またはその組み合わせを使用することができる。金属塩の例は、遷移金属の硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、塩化物、臭化物、ヨウ化物、リン酸塩、水酸化物、シアン酸塩、カルボン酸塩、チオリンゴ酸塩、チオグルコセート（ｔｈｉｏｇｌｕｃｏｓａｔｅｓ）に限定されない。単一の金属塩または他の金属塩との組み合わせとして用いられる、これらの金属塩の例としては、ＡｇＮＯ３、ＣＨ３ＣＯＯＡｇ、Ａｇ３ＡｓＯ４、ＡｇＢｒＯ３、ＡｇＢｒ、Ａｇ２ＣＯ３、ＡｇＣｌＯ３、ＡｇＣｌ、ＡｇＣｒＯ４、ＡｇＯＣＮ、ＡｇＩＯ３、ＡｇＩ、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＣｌＯ４、Ａｇ３ＰＯ４、Ａｇ２ＳＯ４、Ａｇ２Ｓ、Ａｇ２ＳＯ３、ＣｕＳＯ４、ＣｕＣｌ２、ＣｕＢｒ２、ＣｕＩ２、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＣＮ、ＣｕＣＯ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｃｕ（ＯＨ）２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、Ｃｕ（ＣｌＯ４）２、Ｃｕ（ＨＣＯ２）２、またはＣｕ（ＣＯ２ＣＨ３）２などがある。組み合わせて用いられる、金の金属塩の例としては、ＨＡｕＣｌ４、ＡｕＣｌ、ＡｕＣｌ３、ＨＡｕＣｌ４、ＨＡｕＣｌ４・ａｑ、ＫＡｕＣｌ４、ＬｉＡｕＣｌ４、（ＣＨ３）２ＳＡｕＣｌ、Ｃ３Ｈ９ＡｕＣｌＰ、Ｃ６Ｈ１５ＡｕＣｌＰ、Ｃ１８Ｈ１５ＡｕＣｌＰ、Ｃ８Ｈ１１ＡｕＣｌＰ、Ｃ５Ｈ５ＡｕＣｌ３Ｎ、（Ｃ４Ｈ９）３ＰＡｕＣｌ、Ｃ２７Ｈ３６ＡｕＣｌＮ２、Ｃ２１Ｈ１２ＡｕＣｌＦ９Ｐ、Ｃ２０Ｈ２７ＡｕＣｌＰ、Ｃ３３Ｈ４９ＡｕＣｌＰ、Ｃ４２Ｈ６３ＡｕＣｌＯ３Ｐ、Ｃ２１Ｈ２４ＡｕＣｌＮ２、Ｃ３５Ｈ４９ＡｕＦ６ＮＯ４ＰＳ２、または（Ｃ２０Ｈ１５ＡｕＦ６ＮＯ４ＰＳ２）・２Ｃ７Ｈ８に限定されない。
【００５３】
工程ｃ）で得られた混合物を還元するために工程ｃ）で使用される、還元システムまたは還元剤の例としては、ＮａＢＨ４、ＤＩＢＡＨ、ＬｉＡｌＨ４、Ｎ２Ｈ４、またはＳｎＣｌ２、ならびにさらには、次亜リン酸ナトリウム、アミン類、糖類、有機酸、ポリビニルピロリドンなどのポリマー、ＵＶ−可視放射線、超音波、および光還元などのより温和な還元剤に限定されない。
【００５４】
本方法の工程ｂ）およびｃ）の後、「ＡＱＣを含むナノソーム」が形成される。このような「ＡＱＣを含むナノソーム」は、少なくとも２つのサイズの異なるＡＱＣ、すなわちＭｎおよびＭ’ｎ’を、その内部キャビティ内に、すなわち封入された状態で含む。
【００５５】
これらの、「ＡＱＣを含むナノソーム」の特定の例は、Ｇａｉｌｌａｒｄ， Ｃ．， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉd and Interface Science, Vol. ３３７， ２， ６１０−６１３に記載されており、このようなナノシステム内部での金粒子合成について述べている。
【００５６】
ナノソームを破壊する工程は、すでに合成されたナノソームを不安定化（ｄｅｓｅｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）させるプロセスである。この工程は、種々の機構で達成されうる。好ましい実施形態では、ナノソームの破壊またはナノソームを不安定にする工程は、超遠心分離によって行われるが、熱処理またはｐＨ変動などの本技術分野にて公知のその他のいずれの手段も、ナノソームの破壊に有用でありうる。電荷移動機構は、ナノソームを破壊する工程の過程で発生する。従って、ナノソームは、不安定化され、一般式（Ｉ）の電荷移動錯体が形成される。
【００５７】
本発明の範囲内において、電荷移動錯体は、その内部キャビティに少なくとも２つのサイズの異なるＡＱＣ、すなわちＭｎおよびＭ’ｎ’を含むナノソーム以外のその他のナノシステムを破壊することによって得ることもできる。
【００５８】
「ナノシステム」の用語は、両親媒性分子の１または２つの層によって形成される回転楕円体形状様であるナノメートルサイズの超分子構造を意味する。両親媒性分子は、ナノシステムの内側にナノキャビティを形成する。特に、ナノシステムは、約２０ｎｍ以下、好ましくは、１８ｎｍ以下、より好ましくは、１５ｎｍ以下の外径を有する。ナノシステムの内側には、１０ｎｍ以下、好ましくは、約５ｎｍ以下、より好ましくは、０．８から４ｎｍの内径を有する少なくとも１つのナノキャビティが含まれる。好ましい実施形態では、ナノキャビティの内径は、約１．５から１．８ｎｍである。ナノシステムは、例えば、ナノソームだけでなく、ミセル、逆ミセル、ナノエマルジョン、またはマイクロエマルジョンに限定されない。好ましい実施形態では、ナノシステムは、ナノソームである。
【００５９】
「回転楕円体形状様」とは、形状が球に類似した立体幾何学的形状を意味する。
【００６０】
ナノシステムを形成する両親媒性分子は、同一または異なっていてよく、好ましくは、２種類の異なる形態の分子であり、各分子は、親水性および親油性の両方を有する。
【００６１】
親油性は、通常、炭化水素部分である基によって与えられ、炭化水素部分である基としては、ＣＨ３−（ＣＨ２）ｎ−、または−（ＣＨ２）ｎ−の形態の脂肪族鎖などであり、３０＞ｎ＞２、好ましくは、２０＞ｎ＞１０である。
【００６２】
親水性は、親水性基によって与えられる。親水性基は、帯電基または極性非帯電基であってよい。帯電基は、アニオン性基から選択され、好ましくは、カルボキシレート、サルフェート、スルホネート、およびホスフェートによって形成される基から選択される。極性非帯電基は、−ＯＨ、−ＳＨ、−ＮＨ２、−ＮＨ−、−Ｃｌ、−ＰＨ３、−ＳＲ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−ＮＨＲ、および−ＮＲ−によって形成される基から選択される。Ｒは、短い炭化水素鎖Ｃ１からＣ４の有機アルキル基を表し、好ましくは、メチル、エチル、またはプロピル基である。
【００６３】
両親媒性分子は、１つの脂肪族ＣＨ３−（ＣＨ２）ｎ−鎖、およびそれに結合した１つの親水性基、または脂肪族−（ＣＨ２）ｎ−鎖の各末端に１つずつ結合した２つの親水性基を有してよい。
【００６４】
「ミセル」の用語は、両親媒性分子の凝集体を意味する。水性媒体中において、分子凝集体の親油性部分は、ミセルの内側を向き、親水性部分が、媒体に接触している。「逆ミセル」では、親油性領域が外側に露出し、親水性領域が内側を向くように整列されている。現行技術において、「マイクロエマルジョン」の用語は、「逆ミセル」を意味するためにも用いられ、すなわち、「マイクロエマルジョン」は、「逆ミセル」の好ましい実施形態である。「マイクロエマルジョン」の用語は、少なくとも３つの成分による（水、一般的には油として知られる有機溶媒、および両親媒性化合物）、単一相で熱力学的に安定であり、ナノメートルサイズの液滴によって形成されるシステムを意味する。水滴が有機媒体中に分散されている油中水型マイクロエマルジョンの使用は、限定されるものではないが、本発明において特に興味深い。このような油中水型マイクロエマルジョンの中でも、例えば、ラジカル光重合開始剤などのように、何らかの開始剤を導入することで重合されるアクリルアミドまたは１，６−ヘキサンジオールジアクリレートなどのアクリルモノマーを水滴中に含有するマイクロエマルジョンに関連する重合されたマイクロエマルジョンの使用も、その安定性のために、興味深い。従って、マイクロエマルジョンの液滴は、耐性をより高めるようにできる。
【００６５】
「ナノエマルジョン」の用語は、少なくとも３つの成分による（水、有機溶媒、および安定化化合物）、二相で熱力学的に不安定であるが、化学的または物理的プロセスによって一時的に安定化されており、ナノメートルサイズの液滴によって形成されるシステムを意味する。ナノメートルサイズの液滴の形成が、ナノエマルジョンと現行技術で公知のエマルジョンとを区別する唯一のものであるため、「ナノエマルジョン」の用語は、一般的に、液滴がナノメートルサイズであるエマルジョンを意味する。
【００６６】
好ましい実施形態では、ナノシステムは、ナノソーム、ミセル、および逆ミセルによって形成される群より選択され、好ましくは、ナノシステムは、ナノソームである。
【００６７】
ナノシステムが逆ミセルである好ましい実施形態では、逆ミセルは、少なくとも２つの異なる界面活性剤を含み、少なくとも１つは、チオールまたはチオエーテル基を極性基として含む。より好ましい実施形態では、少なくとも２つの界面活性剤は、アルコールエトキシレートおよびω−メルカプト酸である。
【００６８】
ナノシステムの内部キャビティは、閉じられている。上述のように、前記内部キャビティの内径は、１０ｎｍ以下であり、、好ましくは、約５ｎｍ以下であり、より好ましくは、約０．８から４ｎｍである。好ましい実施形態では、この内部ナノキャビティの直径は、約１．５から１．８ｎｍである。
【００６９】
クラスターの励起および発光波長は、ジェリウムモデル（例えば、Ｊ．Ｃａｌｖｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｅｄ．  ｂｙ  Ｂ．Ｂｈｕｓｈａｎ，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒａｇ，  ２０１１参照）による近似によっておおよそ推定することができる。このモデルによって、クラスターのエネルギー禁制帯（バンドギャップ）が近似的に分かるので、発光禁制帯の位置を予測することができる。クラスターの励起禁制帯は、約５０から１００ｎｍのサイズのクラスターにおけるストークスシフトを考慮して発光禁制帯から、同様に予測することができる。以下の表１には、このモデルによるＡｕまたはＡｇのＡＱＣの理論値示している。すなわち、おおよその励起波長λｅｘｃおよび発光波長λｅｍを、ＡｕまたはＡｇのＡＱＣについて、±５０ｎｍの誤差で、ジェリウムモデルＥｅｍ＝ＥＦ／Ｎ１／３によって計算した。ここで、Ｅｅｍは、発光エネルギー、Ｎは、ＡＱＣ中の原子数、ＥＦは、フェルミレベルであり、金および銀の場合は同じく、約５．５ｅＶである。
【００７０】
【表１】
0006411361.tif 000002
【００７１】
これらの値は、ナノシステムを反応させて、ナノシステムの内部ナノキャビティ中のＯＨおよびＳＨの基を他のリガンドと交換することでも実用上変化させることができる。交換するリガンドとしては、−ＮＨ２、−ＮＨ−、−Ｃｌ、−ＰＨ３、−ＳＲ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−ＮＨＲ、および−ＮＲ−から選択することができるが、これらに限定されるものではない。なお、上記のＲは、ナノソームを形成することができる短い鎖状有機基を表わす。
【００７２】
すなわち、特定の励起および発光波長が得られるように、用いられるクラスターの種類は、上記の表から決定することができる。従って、例えば、励起波長３００ｎｍ、発光波長６００ｎｍ、およびストークスシフト３００ｎｍのシステムを得るためには、以下のようなクラスターサイズを選択すればよい。
励起クラスター（「供与体」、Ｍｎ）：Ｍ３／Ｍ５
発光クラスター（「受容体」、Ｍ’ｎ’）：Ｍ’１２／Ｍ’２０
【００７３】
このことは、実施例１において、質量分析によって実験的に確認された（図６、Ａｕ８／Ａｕ９およびＡｕ１８／Ａｕ２０に対するシグナルが見られ、両方共に、予測されたＡＱＣの範囲に近い）。
【００７４】
本明細書で用いられている、「約」の用語は、指定の値からの僅かな変動、好ましくは、特定の値の１０パーセント以内の変動を意味する。しかしながら、「約」の用語は、例えば、用いられる実験的手法を用いたときは、それに応じて、より大きな変動の許容範囲を意味する場合もある。当業者には、特定の値の前記変動は公知であり、それは、本発明の文脈の範囲内に含まれる。さらに、より正確な記述のため、本明細書に記載された数値表現のなかには、「約」の用語を伴わずに記載されているものもある。「約」の用語が明示的に用いているか否かに関わらず、本明細書に示された個々の数量は、そこに実際に示された数値を言うことを意図したものである。また、その値の測定および／または実験条件による相当値や近似値を含む、技術的常識に照らして合理的に推測される程度の概値を言うことを意図している。
【実施例】
【００７５】
実施例１．  Ａｕ８‐９‐Ａｕ１８‐１９電荷移動錯体の合成
最初に、１２−メルカプトドデカン酸および１２−ヒドロキシドデカン酸のストック溶液を、１０ｍｇ／ｍＬの濃度で準備する。、所定量の水酸化テトラブチルアンモニウム溶液（水中に１．５Ｍ）を添加して、脂肪酸／ＴＢＡＯＨのモル比が確実に１となるようにしておく。次に、所定量の各脂肪酸ストック溶液を、２５ｍＬの純水と混合してナノソームを調整する（３．６ｍＬの１２−メルカプトドデカン酸および１０ｍＬの１２−ヒドロキシドデカン酸）。
【００７６】
第二段階として、０．０１４７ＭのＨＡｕＣｌ４のストック溶液を純水で調製する。次に、この溶液２．７ｍＬを、ナノソーム試料中へ注ぎ入れる。過剰量のＴＢＡＯＨ溶液をこの混合物へ添加して、材料が確実に再分散するようにする。次に、新しく調製した０．０５ＭのＮａＢＨ４のストック溶液２．７ｍＬを、激しく撹拌しながら試料中に滴下する。反応は、サーモスタット付きの水浴中、３５℃で１時間撹拌して、反応を完了する。
【００７７】
続いて、上記で得られたＡｕＡＱＣナノソームの溶液を、９００００ｒｐｍで１時間、超遠心分離させ、分離された上澄としてＡｕ８‐９‐Ａｕ１８‐１９電荷移動錯体を得た。
【００７８】
Ａｕ８‐９‐Ａｕ１８‐１９電荷移動錯体の蛍光特性を図５に示し、３００ｎｍのストークスシフトが示される。図６は、ＥＳＩ−Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量スペクトルを示し、ここで、Ａｕ８、Ａｕ９、Ａｕ１８、およびＡｕ１９のピークが見出された。
【００７９】
実施例２．  Ａｕ１３‐Ａｕ２５電荷移動錯体の合成
図３に示すように、２つの等モル濃度のＡｕ１３およびＡｕ２５である、水溶性ＡＱＣ（水中に０．１ｍＭ）の等体積を、一晩混合し、撹拌する。
【００８０】
Ａｕ１３およびＡｕ２５のＡＱＣの合成例は、例えば、Ａｂａｄ， Ｊ．Ｍ． ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． ２００７， １２９ （４３）， １２９３２−１２９３３およびＳｈｉｃｈｉｂｕ， Ｙ． ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． ２００５， １２７ （３９）， １３４６４−１３４６５に見出される。
【図１】
0006411361.tif 000003
【図２】
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【図３】
0006411361.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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