(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染された水流の量を検出するための方法であって、
ある部位にセンサを提供する工程と、
前記部位に汚染された水を通す工程と、
光の中で前記センサの色を観測する工程と
を含み、
前記センサが、有機テンプレート化ナノメタルオキシ水酸化物内に埋め込まれた量子クラスタを有し、前記有機テンプレート化ナノメタルオキシ水酸化物内への埋め込みが、前記汚染された水に存在するイオンから量子クラスタを保護し、
第１の色から第２の色への前記色の変化は、特定量の汚染された水が前記部位を通過したことを示すことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記光が、可視光または紫外光の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有機テンプレート化ナノメタルオキシ水酸化物が、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記量子クラスタが、銀量子クラスタである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記銀量子クラスタが、ゲル状態のＯＴＢＮに複数の銀イオンを含浸させることによってＯＴＢＮ内に埋め込まれ、前記銀イオンが、還元剤の使用および表面保護剤による保護によってゼロ価の状態に還元されている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
銀量子クラスタは、外部で調製された銀量子クラスタをゲル状態のＯＴＢＮと接触させることによってＯＴＢＮ内に埋め込まれる、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
銀量子クラスタは、外部で調製された銀量子クラスタを固体状態のＯＴＢＮと接触させることによってＯＴＢＮ内に埋め込まれる、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
銀イオンまたは銀量子クラスタの１つを、ＯＴＢＮに一滴ずつ添加する工程を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
約３０分から約１２時間までの間のＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの浸漬を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記有機テンプレートが、キトサン、バナナシルクおよびセルロースの少なくとも１つから調製される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記還元剤が、水素化ホウ素ナトリウムである、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
銀量子クラスタの調製のために使用される銀前駆体を更に含み、前記銀前駆体が、硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、硫酸銀および亜硝酸銀の少なくとも１つでできている、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ＯＴＢＮに対する銀量子クラスタの質量比が、約０．０１％〜約１０％である、請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
ＯＴＢＮに対する銀量子クラスタの質量比が、約０．０１％〜約５％である、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
前記還元剤の濃度が、約０．００５Ｍ〜約１Ｍの範囲である、請求項５に記載の方法。
【請求項１６】
量子クラスタは、銀、金、銅、鉄、ニッケル、白金およびパラジウムの少なくとも１つに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノメタルが、アルミニウム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、ランタン、セリウムおよびジルコニウムの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
重力送りの浄水デバイスであって、
水をフィルタにかけるように構成された粒子フィルタと、
前記粒子フィルタ内を水が移動することを可能にする第１の入口と、
前記粒子フィルタから前記水を出すように構成された第１の出口と、
前記粒子フィルタから前記水を受け取るように構成された水流計と
を備え、
前記水流計が、前記水流計の内側に存在するセンサと、前記水が流れているときの前記センサの色の変化を観測することを可能にする透明ケースとを備え、
前記センサが、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタを有し、前記ＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの埋め込みが、水中に存在するイオンから銀量子クラスタを保護し、
第１の色から第２の色への前記色の変化が、特定量の汚染された水が前記水流計を通過したことを示すことを特徴とする、浄水デバイス。
【請求項１９】
水流計であって、
前記水流計の内側に水を流すための第２の入口と、
前記水流計の外側に水を流すための第２の出口と、
前記水流計の内側に存在するセンサと、
前記水が流れているときの前記センサの色を観測することを可能にする透明ケースとを備え、
前記センサが、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタを有し、前記ＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの埋め込みが、汚染された水に存在するイオンから銀量子クラスタを保護し、
第１の色から第２の色への前記色の変化が、特定量の汚染された水が前記水流計を通過したことを示すことを特徴とする、水流計。
【請求項２０】
前記ＯＴＢＮが、複数の微粒子の形態にある、請求項１９に記載の水流計。
【請求項２１】
前記複数の微粒子の粒子サイズが、約０．３ｍｍ〜約５ｍｍである、請求項１９に記載の水流計。
【請求項２２】
前記複数の微粒子の粒子サイズが、約０．３ｍｍ〜約１ｍｍである、請求項１９に記載の水流計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ｏｒｇａｎｉｃ−ｔｅｍｐｌａｔｅｄ−ｂｏｅｈｍｉｔｅ−ｎａｎｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタの調製と、浄水デバイスを通過した水の量を評価するための可視光またはＵＶ光における色変化センサとしてのそれの使用と、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
安全で値段が手頃な飲料水を提供する目的は、世界的規模の任務であり、それは、国際連合ミレニアム開発目標２０１５、国際連合総会決議（６４／２９２および６５／１５４）ならびにＩｎｄｉａｎ  Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎのａｒｔｉｃｌｅ４７に雄弁に明確に示されている。これに対する主な貢献は、使用時に値段が手頃で安全な飲料水を提供することによって行われ得、それは、環境を意識した技術の非利用可能性に起因して今までのところ大きく制限されている。
【０００３】
過去数年間、さまざまな調査グループが、浄水のための新規材料の開発に取り組んでいる。殺虫剤などの汚染物質の広範囲を除去する値段が手頃で全てを含んだ浄水器は、インド国特許２００７６７および米国特許７９６８４９３によって開示されており、微生物の除去については、インド国特許２００７０６０８およびインド国特許出願９４７／ＣＨＥ／２０１１や４３００／ＣＨＥ／２０１１によって開示されており、フッ化物の除去については、インド国特許出願２０８９／ＣＨＥ／２００９、１５２９／ＣＨＥ／２０１０や４０６２／ＣＨＥ／２０１１によって開示されており、重金属の除去については、インド国特許出願１６９／ＣＨＥ／２００９、２４３３／ＣＨＥ／２０１０や２５６３／ＣＨＥ／２０１０によって開示されている。浄水デバイスは、インド国特許出願２８９２／ＣＨＥ／２０１０および１５２２／ＣＨＥ／２０１１に更に説明される。
【０００４】
浄水器の重要な態様は、浄化器の規定された寿命全体を通して良質の出力水の供給を確保することである。通常、消費者が浄水器を通過した水の量を記録することはかなり困難である。冷蔵庫、洗濯機などのような他の消費財とは異なり、浄水器は、それの性能が著しく下がっている可能性があるものの、依然として機能し続き得る。出力水の質は、消費者の健康に直接的に関わる。それ故、出力水の質についての妥当な検査を確保することが必要である。
【０００５】
先行技術から明らかであろうように、出力水の質についてのそのような検査は、典型的に、通過した水の量を測定する流量計を使用して実施される。現場における実際の水質測定の欠如のために、出力水の質のための防御が第一線である。しかしながら、周知であろうように、インドにわたる水質は、浄水デバイスの性能もまた変動することに起因して、著しく変動する。それ故、入力水の質に加えて通過した水の量の同時測定のような防御といった第２線を有することが重要である。入力水の質に依存して、水の量の測定は、浄水デバイスが消耗されたかどうかを示すべきである。これは、この出願に明確に示された発明の重要な前提である。
【０００６】
貴金属の量子クラスタは、電子のフェルミ波長にほぼ等しい、コア寸法が１ｎｍよりも少ない新たな材料の部類である（銀の場合、約０．５ｎｍ、Ｍ．Ａ．Ｈ．Ｍｕｈａｍｍｅｄ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、ｉｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｒｅｐｏｒｔｅｒｓ  ｉｎ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  ｂｉｏｌｏｇｙ  ＩＩ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ、ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ａｎｄ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ、Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｐ．Ｄｅｍｃｈｅｎｋｏ（ｅｄ．）、２０１０、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ）。これらは、ナノ粒子とは明確に異なる。それらにおいて、帯域構造は離散的エネルギー準位に割り込み、それらは、電子構造において非常に高い閉じ込めを有し、それらは、ルミネッセンスなどの分子特性を呈し、通常、ナノ粒子で見付けられるプラズモン共鳴は無い。これらの特性に起因して、量子クラスタは、光記憶装置、生体標識、触媒作用、センサ、磁気作用、光吸収同調性などのいくつかの用途において新たな有用性を有する。
【０００７】
金属イオンに対するクラスタの感度は、そのグループによって報告されている（Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ａｕ２５ｃｌｕｓｔｅｒｓ  ｗｉｔｈ  Ａｕ３＋、Ｍ．Ａ．Ｈａｂｅｅｂ  Ｍｕｈａｍｍｅｄ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、２００７、４４９、１８６−１９０）。蛍光クラスタは、蛍光ターンオン機構による池の水や土などの環境サンプルにおける重金属イオンのための感度のよい簡単なプローブとして使用される（Ｇ．−Ｙ．Ｌａｎ、Ｃ．−Ｃ．Ｈｕａｎｇ、Ｈ．−Ｔ．Ｃｈａｎｇ、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、２０１０、４６、１２５７−１２５９）。励起および発光波長の同調性を提供する高い２光子励起断面を伴う新たな部類の水溶性銀クラスタは、高感度の生体標識として使用され得る（Ｓ．Ａ．Ｐａｔｅｌ、Ｃ．Ｉ．Ｒｉｃｈａｒｄｓ、Ｊ．−Ｃ．Ｈｓｉａｎｇ、Ｒ．Ｍ．Ｄｉｃｋｓｏｎ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ、２００８、１３０、１１６０２−１１６０３）。ＤＮＡテンプレートを変動することによって蛍光発光波長について同調され得るＤＮＡ配列テンプレート化銀クラスタが合成されており、有用な生体用途を含む（Ｊ．Ｓｈａｒｍａ、Ｈ．−Ｃ．Ｙｅｈ、Ｈ．Ｙｏｏ、Ｊａｍｅｓ  Ｈ．Ｗｅｒｎｅｒ、Ｊ．Ｓ．Ｍａｒｔｉｎｅｚ、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、２０１０、４６、３２８０−３２８２）。水溶性蛍光銀クラスタの特性は、異なる合成経路およびそれらの安定化ポリマー配位子を採用することによって変動され得る（Ｈ．Ｘｕ、Ｋ．Ｓ．Ｓｕｓｌｉｃｋ、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．、２０１０、２２、１０７８−１０８２）。水溶性Ａｇ−チオフラビンＴナノクラスタは、生体外と生体内の両方で極めて感度のよい生物検定の追跡における使用について実証されている（Ｎ．Ｍａｋａｒａｖａ、Ａ．Ｐａｒｆｅｎｏｖ、ｌ．Ｖ．Ｂａｓｋａｋｏｖ、Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．、２００５、８９、５７２−５８０）。重要な生物検体、システインは、特定の蛍光消光機構を伴うポリ（メタクリル酸）テンプレート化銀クラスタによって低濃度で検知され得る（Ｌ．Ｓｈａｎｇ、Ｓ．Ｄｏｎｇ、Ｂｉｏｓｅｎｓ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ、２００９、２４、１５６９−１５７３）。量子光電子論理操作は、室温における個別の銀ナノクラスタのエレクトロルミネッセンスを用いて作り出され得る（Ｔ．−Ｈ．Ｌｅｅ、Ｊ．Ｉ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ、Ｊ．Ｚｈｅｎｇ、Ｒ．Ｍ．Ｄｉｃｋｓｏｎ、Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．、２００５、３８、５３４−５４１）。ＤＮＡを包み込んだＡｇナノクラスタは、近赤外において高い蛍光を呈し、単一分子の特定の集群特徴を可能にする（Ｔ．Ｖｏｓｃｈ、Ｙ．Ａｎｔｏｋｕ、Ｊ．−Ｃ．Ｈｓｉａｎｇ、Ｃ．Ｉ．Ｒｉｃｈａｒｄｓ、Ｊ．Ｉ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ、Ｒ．Ｍ．Ｄｉｃｋｓｏｎ、ＰＮＡＳ、２００７、１０４、１２６１６−１２６２１）。金属酸化物担持銀量子クラスタは、触媒として使用される（Ａ．Ｌｅｅｌａｖａｔｈｉ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｒｅｓ．Ｌｅｔｔ、２０１１、６、１２３−１３２）。担持銀クラスタによるカルボニル化合物に対するアルコールの脱水素もまた、報告されている（Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ、Ｋ．Ｓｕｇｉｎｏ、Ｋ．Ｓａｗａｂｅ、Ａ．Ｓａｔｓ���ｍａ、Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２００９、１５、２３４１−２３５１）。アルミナ担持銀クラスタは、高い選択性でのアルコールとアミンからの直接アミド合成のために使用されている（Ｋ．Ｓｈｉｍｉｚｕ、Ｋ．Ｏｈｓｈｉｍａ、Ａ．Ｓａｔｓｕｍａ、Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２００９、１５、９９７７−９９８０）。ポリ（メタクリル酸）安定化銀ナノクラスタは、分子センシングに有用なソルバトクロミックおよびソルバト−フルオロクロミック（すなわち、吸収および発光特性）反応があることによって環境に反応する（Ｉ．Ｄｉｅｚ、Ｍ．Ｐｕｓａ、Ｓ．Ｋｕｌｍａｌａ、Ｈ．Ｊｉａｎｇ、Ａ．Ｗａｌｔｈｅｒ、Ａ．Ｓ．Ｇｏｌｄｍａｎｎ、Ａ．Ｈ．Ｅ．Ｍｕｌｌｅｒ、Ｏ．Ｉｋｋａｌａ、Ｒ．Ｈ．Ａ．Ｒａｓ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２００９、４８、２１２２−２１２５）。
【０００８】
音響化学方法によって調製されたポリ（メタクリル酸）安定化銀ナノクラスタは、バイオイメージング、化学およびバイオセンシング、単一分子研究、ならびに場合によっては触媒作用のために使用され得る（Ｈ．Ｘｕ、Ｋ．Ｓ．Ｓｕｓｌｉｃｋ、ＡＣＳ  Ｎａｎｏ、２０１０、４、３２０９−３２１４）。サブナノメートルクラスタは、単一分子についての真の化学情報を識別するためのラマン標識として使用される（Ｌ．Ｐ．−Ｃａｐａｄｏｎａ、Ｊ．Ｚｈｅｎｇ、Ｊ．Ｉ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ、Ｔ．−Ｈ．Ｌｅｅ、Ｓ．Ａ．Ｐａｔｅｌ、Ｒ．Ｍ．Ｄｉｃｋｓｏｎ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．、２００５、９４、０５８３０１）。マイクロエマルジョン法によって合成された銀クラスタは、常磁性挙動を示す（Ａ．Ｌ．−Ｓｕａｒｅｚ、Ｊ．Ｒｉｖａｓ、Ｃ．Ｆ．Ｒ．−Ａｂｒｅｕ、Ｍ．Ｊ．Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ、Ｅ．Ｐａｓｔｏｒ、Ａ．Ｈ．−Ｃｒｅｕｓ、Ｓ．Ｂ．Ｏｓｅｒｏｆｆ、Ｍ．Ａ．Ｌ．−Ｑｕｉｎｔｅｌａ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．、２００７、４６、８８２３−８８２７）。水溶性蛍光銀クラスタはまた、金属イオンセンシングのために使用されている（Ｋ．Ｖ．Ｍｒｕｄｕｌａ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．、２００９、１９、４３３５−４３４２；Ｂ．Ａｄｈｉｋａｒｉ、Ａ．Ｂａｎｅｒｊｅｅ、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、２０１０、２２、４３６５）。
【０００９】
銀量子クラスタはまた、さまざまな観点、すなわち、合成（さまざまな種類の分子クラスタ）、特性付けおよび有用性（センシングや触媒作用）から研究されている。金属イオンセンシングやセルイメージングなどのいくつかの他の用途は、金クラスタでも同様に行われた。銀クラスタについての代表的なリストは、以下のように与えられる。
【００１０】
合成
（ｉ）Ａｇ７Ａｕ６：Ａ１３  ａｔｏｍ  ａｌｌｏｙ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｌｕｓｔｅｒ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｙ．Ｓｕｎ、Ｎ．Ｇｏｓｗａｍｉ、Ｓ．Ｋ．Ｐａｌ、Ｋ．Ｂａｌａｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．、２０１２、５１、２１５５−２１５９
（ｉｉ）Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃｈａｒｇｅ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ａｇ＠ｃｉｔｒａｔｅ  ｃｏｌｌｏｉｄｓ  ｔｏ  ｔｈｉｏｌ  ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ、Ｌ．Ｄｈａｎａｌａｋｓｈｍｉ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、２０１２、４８、８５９−８６１
（ｉｉｉ）Ａ  ｆｉｆｔｅｅｎ  ａｔｏｍ  ｓｉｌｖｅｒ  ｃｌｕｓｔｅｒ  ｃｏｎｆｉｎｅｄ  ｉｎ  ｂｏｖｉｎｅ  ｓｅｒｕｍ  ａｌｂｕｍｉｎ、Ａ．Ｍａｔｈｅｗ、Ｐ．Ｒ．Ｓａｊａｎｌａｌ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．、２０１１、２１、１１２０５−１１２１２
（ｉｖ）Ａｇ９ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｌｕｓｔｅｒ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ａ  ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｒｏｕｔｅ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｂ．Ｎａｔａｒａｊｕ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、  ２０１０、１３２、１６３０４−１６３０７
（ｖ）Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ａｇ７ａｎｄ  Ａｇ８Ｃｌｕｓｔｅｒｓ  ｂｙ  ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．、２０１０、４９、３９２５−３９２９
【００１１】
特性付け
（ｉ）Ｆｉｒｓｔ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｔｗｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ  ｏｆ  ｓｉｌｖｅｒ、Ａｇ７（Ｈ２ＭＳＡ）７ａｎｄ  Ａｇ８（Ｈ２ＭＳＡ）８ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒａ、Ｙ．Ｓｕｎ、Ｋ．Ｂａｌａｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ、Ｃ、  ２０１１、１１５、４２、２０３８０−２０３８７
【００１２】
有用性
（ｉ）Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ  ｏｆ  ｓｉｌｖｅｒ  ａｓ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ  ｆｏｒ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、Ａ．Ｌｅｅｌａｖａｔｈｉ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、  ２０１１、６、１２３−１３２
（ｉｉ）Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｉｎｔｏ  ｔｈｅ  ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｕｎｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ａｎｄ  ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  Ａｇ７ａｎｄ  Ａｇ８ｃｌｕｓｔｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｔｏｘｉｃ  ｍｅｔａｌ  ｉｏｎｓ、Ｍ．Ｓ．Ｂｏｏｔｈａｒａｊｕ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、  ２０１１、２７、８１３４−８１４３
（ｉｉｉ）Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｓｕｂ−ｎａｎｏｍｅｔｅｒ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ  ｆｏｒ  ｍｅｔａｌ  ｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｎｇ：ａ  ｎｅｗ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ、Ｉ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｊ．Ｈａｚ．Ｍａｔｅｒ．、２０１２、２１１−２１２、３９６−４０３
【００１３】
きれいで値段が手頃な飲料水を大衆に提供する重要な目的は、使用時に純水の供給を確保するためである。きれいな飲料水の消費を確保することは、きれいな水が認可された要素であるという、基本的な生存権の現実化を容易にするであろう。これはまた、国際連合ミレニアム開発目標２０１５の重要な要素である。
【００１４】
使用時に良質の飲料水を確保するために、技術的に２つの可能なアプローチがある。第１は、飲料水の汚染物質、特に、微生物の微量濃度の検出のための値段が手頃なセンサを開発することである。このアプローチは、世界中にわたるさまざまな調査研究所で依然として開発中である。第２は、既知の寿命を有する厳しく試験された浄水器と流量計を統合することである。流量計は、浄水器の既知の寿命が過ぎたときをユーザに知らせることになり、カートリッジなどの消耗品は交換を必要とする。実際、第１のアプローチは、より信頼できるが、技術は依然として開発中であるので、信頼できる解決策が準備できるまで流量計に注目するのは賢明である。
【００１５】
なお、重力送りの貯蔵浄水器は、高い圧力（Ｐ＜０．５ｐｓｉ）の利用不能性に起因して典型的な流量計と動作できない。そのような場合において、少数のアプローチが、通過した水の量の検出について報告されている。
【００１６】
ＷＯ２０１１／０１３１４２においてＡｈｍａｄ  ｅｔ  ａｌ．は、水にやや溶けにくい塩でできたタブレットと共に機械的デバイスの使用を報告している。意図は、予め決定した量の水の通過後にタブレットをゆっくりと溶解させることにある。タブレットが一旦溶解されると、液体の流れを阻止する機械的作用が始められる。
【００１７】
別の試みは、ＷＯ２００７／１４４２５６においてＪａｍｂｅｋａｒ  ｅｔ  ａｌ．によって報告されており、使用された殺生剤は、水にやや溶けにくく、それの溶解後、機械的作用は、水流の閉鎖を始める。
【００１８】
米国特許番号５４５８７６６においてＥｈａｒａ  ｅｔ  ａｌ．は、フィルタの寿命の決定のためにＬＥＤと共にバッテリを使用している。米国特許番号７２４９５２４においてＷｉｌｌｉａｍｓ  ｅｔ  ａｌ．は、カートリッジを通過する水の流れや量を決定するためのセンサとしてインペラデバイスを使用している。米国特許番号６５８５８８５においてＬａｒｋｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．は、水の量を正確に示すために電子制御部と結合されたセンシング素子を含む浄水システムを報告している。米国特許番号４９１８４２６においてＢｕｔｔｓ  ｅｔ  ａｌ．は、フィルタにかけられた流体の総量を測定するために可動部を有さない流量計から成る直列フィルタを報告している。米国特許７１０７８３８においてＣｈａｉ  ｅｔ  ａｌ．は、分配された水の量を検知するための電極対から成る水フィルタを報告している。米国特許番号６６１３２３６においてＧｕｅｓｓ  ｅｔ  ａｌ．は、フィルタを通過した水の量を示すために三色ＬＥＤ発光を使用している。
【００１９】
この発明は、通常、飲料水において見付けられる塩との連続的な相互作用後に色の変化を受ける新規な組成物の使用によって、浄水デバイスを通過した水の量の検出を報告する。イオン性塩との相互作用後のナノ材料、特に、貴金属ナノ粒子における色変化の態様は、よく研究されている。先行技術からの結論は、ナノ粒子が、塩の軽濃度への露出後に即時の凝集を経ることである。これは、対イオンとの相互作用後の金属ナノ粒子の表面エネルギーの低減に起因する。通常、金属ナノ粒子、特に銀の凝集は、１００ｐｐｍ以上の塩濃度でほぼ瞬時に起こる。
【００２０】
上述に鑑みて、上記問題および先行技術の方法や構成と関連付けられた他の欠点に取り組む必要性が存在する。これらの必要性および他の必要性は、本開示に説明される方法やデバイスによって満たされる。
【発明の概要】
【００２１】
発明の（複数の）目的に従って、本明細書に具体化され広く説明されるように、この開示は、一態様では、浄水に関する。詳細には、開示は、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタの調製と、浄水デバイスを通過した水の量を評価するための可視光またはＵＶ光における色変化センサとしてのそれの使用と、に関する。
【００２２】
本発明の目的は、飲料水に存在する共通イオンの分離から銀量子クラスタを保護するためにＯＴＢＮマトリックスにおいて銀クラスタを合成することである。
【００２３】
本発明の別の目的は、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタを調製するための方法を提供することである。
【００２４】
発明の更に別の目的は、浄水器の寿命を検出するようにカートリッジを通過した水の量のための低コストの可視センサを考案することである。
【００２５】
本発明の更に別の目的は、流れている水の量を検出するためにＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀量子クラスタを有する水流計を備える浄水デバイスを提供することである。
【００２６】
発明の更に別の目的は、浄水デバイスの寿命のインジケータとして、通過した水の量で吸収された可視光における色の変化を利用することである。
【００２７】
発明の更に別の目的は、浄水デバイスの寿命のインジケータとして、通過した水の量で吸収されたＵＶ光におけるルミネッセンスの変化を利用することである。
【００２８】
一態様では、本開示は、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造内に埋め込まれた銀量子クラスタ（ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮ）を使用して水流の量を検出するための方法を提供する。ＯＴＢＮマトリックスは、銀量子クラスタを保護するために使用される。方法は、ある光における銀量子クラスタの色を観測することを含む。第１の色から第２の色への銀量子クラスタの色の変化は、特定量の汚染された水が通過したことを示す。
【００２９】
本開示の別の態様では、水流計が設けられている。水流計は、それぞれ、流量計の中や外への水の流れのための水入口および水出口と、センサと、透明ケースと、を含む。センサは、流量計の内側に存在する。センサは、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタを有する。ＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの埋め込みは、汚染された水に存在するイオンの分離から銀量子クラスタを保護する。透明ケースは、水が流れているときにセンサの色を観測することを可能にする。第１の色から第２の色へのセンサの色の変化は、特定量の汚染された水が水流計を通過したことを示す。
【００３０】
この明細書に組み込まれ、この明細書の一部を構成する添付の図面は、いくつかの態様を例示し、その記載と共に発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のある態様に従って、浄水デバイスの斜視図を示す。
【図２】本発明のある態様に従って、水流の量を検出する方法を示すフローチャートを示す。
【図３】本発明のある態様に従って、ＵＶランプの下でＯＴＢＮ内に埋め込まれグルタチオンで保護されたＡｇＱＣ（調製は実施例１に詳述）のルミネッセンスを示す。
【図４】ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣを通る合成チャレンジ（ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）水の通過の間に観察された色変化を示す（第１の列：可視光におけるディスクの写真、第２の列：ＵＶ光におけるディスクの写真）。可視光におけるここで述べた色変化は、０Ｌ：ピンク、５０Ｌ：薄い茶色、１００Ｌ：濃い茶色、１５０Ｌ：濃い黄色、２００Ｌ：黄緑色、２５０Ｌ：黒色である。ＵＶ光におけるここで述べた色変化は、０Ｌ：赤色、５０Ｌ：紫色、１００Ｌ：くすんだ紫色、１５０Ｌ：濃い青色、２００Ｌ：青色、２５０Ｌ：黒色である。画像は、本発明のある態様に従って黒と白の色合いで示される。
【図５】本発明のある態様に従って、（ａ）ＯＴＢＮマトリックス内に埋め込まれたＡｇＱＣのＴＥＭ画像と（ｂ）２０分間の電子ビーム照射後の、ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮのＴＥＭ画像を示す。
【図６】本発明のある態様に従って、（ａ）ＯＴＢＮ、（ｂ）ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣおよび（ｃ）２５０Ｌの合成チャレンジ水の通過後のＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣのＦＴＩＲスペクトルを示す。
【図７】本発明のある態様に従って、４５０ｎｍで励起された、（ａ）ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣと、（ｂ）５０Ｌ、（ｃ）１５０Ｌおよび（ｄ）２５０Ｌの水の通過後のものとのルミネッセンススペクトルを示す。
【図８】本発明のある態様に従って、（ａ）ＡＩＯＯＨ（ＪＣＰＤＳ  ＰＤＦ＃８３２３８４）、（ｂ）キトサン、（ｃ）ＯＴＢＮ、（ｄ）ＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀量子クラスタ、（ｅ）２５０Ｌの合成チャレンジ水の通過後のＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀クラスタおよび（ｆ）硫化銀（ＪＣＰＤＳ  ＰＤＦ＃８９３８４０）のＸ線ディフラクトグラムを示す。
【図９】ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣのＥＤＡＸスペクトル。挿入：サンプルのＡｌＫα、ＯＫα、ＣＫα、ＡｇＬαおよびＳＫαの元素Ｘ線画像。対応するＳＥＭ画像もまた、本発明のある態様に従って、挿入に図示される。
【図１０】２５０Ｌの水の通過後のＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣのＥＤＡＸスペクトル。挿入：サンプルのＡｌＫα、ＯＫα、ＣＫα、ＡｇＬα、ＳｉＫα、ＣａＫα、ＣｌＫαおよびＳＫαの元素Ｘ線画像。対応するＳＥＭ画像もまた、本発明のある態様に従って、挿入に図示される。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、発明の以下の発明を実施するための形態およびそれに含まれる実施例を参照することによってより容易に理解され得る。
【００３３】
本化合物、組成物、物品、システム、デバイス、および／または方法が開示され説明される前に、それらは、他に規定されない限り、特定の合成方法に限定されない、あるいは、他に規定されない限り、特定の試薬に限定されず、それ自体は、もちろん、変動し得ることが理解されることになる。また、本明細書に使用される用語は、特定の態様だけを説明する目的のためのものであり、限定することを意図されないことが理解されることになる。本明細書に説明したものに類似のまたは等しい任意の方法および材料が、本発明の実施あるいは試験において使用され得るが、方法および材料例は、ここで説明される。
【００３４】
本明細書に記述された全ての刊行物は、刊行物が引用されるものに関して方法および／または材料を開示し説明するために参照により組み込まれる。
【００３５】
ここで報告された組成物の新規性は、合成チャレンジ水に存在するさまざまなイオンからの銀表面の保護を可能にする、ナノ構造マトリックス内に銀クラスタを埋め込む態様にある。
【００３６】
本発明は、銀量子クラスタを含浸させた有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮ）の合成、特性付けおよび適用を開示する。合成したままのＡｇＱＣ−ＯＴＢＮ組成物は、多数の分光学的および微視的技法によって特性付けられる。浄水デバイスを通過した水の量の可視センサとしてのＡｇＱＣ−ＯＴＢＮの有用性は、実証されている。
【００３７】
合成されたＡｇＱＣ−ＯＴＢＮは、通常、浄水デバイスにおいて使用される。より具体的には、ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮは、流れている水の量を検出するために水流計において使用される。
【００３８】
開示のある実施形態に従う重力送りの浄水デバイス１００の斜視図が、図１に示される。図１に示されるさまざまな要素は、代表的な目的のためのものである。重力送りの浄水デバイス１００およびそれらの要素の寸法や設計は、要求に従って変動することが認識されるべきである。重力送りの浄水デバイス１００は、粒子フィルタ１０２および水流計１０４を主に含む。重力送りの浄水デバイス１００は、汚染された水を浄化するように構成される。
【００３９】
開示のある実施形態では、水流計１０４は、図１に示されるように水フィルタ１０２の後に存在する。開示の別の実施形態では、水流計は、水フィルタの前に存在する（図面には示されない）。水流計１０４はまた、水フィルタ１０４の存在に関わらず使用され得ることが認識されるべきである。水流計１０４の使用は、粒子水フィルタ１０２に限定されない。市場において利用可能な任意の他の種類の水フィルタの使用は、この開示の範囲内に十分にある。
【００４０】
汚染された水は、第１の入口１０６を通って粒子フィルタ１０２に供給される。汚染された水は、粒子フィルタ１０２内でフィルタにかけられ、第１の出口１０８を通って水流計１０４の上を通過される。水流計１０４の内側には、部位１１０が設けられている。部位１１０は、センサ１１２を含む。センサ１１２は、開示のある実施形態に従うＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀量子クラスタである。ＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの埋め込みは、水に存在するイオンの分離から銀量子クラスタを保護する。水は、図１に示されるように、第２の入口１１４を通って部位１１０に入り、第２の出口１１６から部位１１０の外に出る。水流計１０４は、透明ケース１１８または透明窓１１８を更に含む。水は、銀量子クラスタにわたって流れるので、銀量子クラスタの色は、第１の色から第２の色に変化する。透明ケース１１８は、ユーザが、ＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀量子クラスタの色を観測することを可能にする。色の変化は、特定量の水が水流計から通過され、同じ量の水が浄水デバイス１００を使用して浄化されたことを示す。
【００４１】
銀量子クラスタの色の変化は、可視光または紫外光の１つを使用することによって検出される。可視光または紫外光における銀量子クラスタの色のさまざまな変化は、開示のある実施形態に従う図４に示される。
【００４２】
水流計１０４を使用して汚染された水の量を検出するための方法は、図１の実施形態に従って図２のフローチャート２００に示される。ステップ２０２で、センサ１１２が部位１１０に設けられる。センサ１１２は、ＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀量子クラスタである。ＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの埋め込みは、水に存在するイオンの分離から銀量子クラスタを保護する。ステップ２０４で、水は、部位１１２を通過される。そして、最終的に、ステップ２０６で、銀量子クラスタの色は、透明ケース１１８を通して観測される。色の変化は、特定量の水が水流計１０４を通過したことを示す。
【００４３】
開示において報告された銀量子クラスタの組成物の新規性は、ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮに基づく可視センサが、機械的流量計が行うように通過した水の量を評価することのみならず、それが、入力水の質に基づいてカートリッジの寿命を評価することである。入力水の質の測定は、入力水のイオン強度として行われ得る。
【００４４】
開示のある実施形態では、センサ１１２の出力読み取りは、ユーザの要求に従って調整される。センサ１１２は、固定位置に存在する。水が流量計１０４の内側を流れると、（流量計１０４に入ってくる）水の総量を超える一定量Ｖ１の水だけがセンサ１１２を通過する。それ故、一定量Ｖ１だけの通過が、ピンクから黒色へのＡｇＱＣ−ＯＴＢＮセンサの色変化を結果としてもたらす。例えば、仮に、センサが、流量計１０４に入ってくる水の１０％だけがセンサ１１２を通過するような手法で配置されるとする。センサ１１２の色は、２５０Ｌの通過後に変化したことに留意する。１０％だけがセンサを通って流れるので、我々は、合計２５００Ｌが流量計１０４を通過したと計算する。従って、センサ１１２の出力読み取りを調整することが必要である。
【００４５】
例示的な実施形態では、本発明は、ピンクから黒色へのＡｇＱＣ−ＯＴＢＮの可視色変化は、定義された量の任意の入力水が通過した後に起こらないことを説明する。色変化は、入力水のＴＤＳが１，０００ｐｐｍよりも大きい場合に減らされた量の水で起こり、入力水のＴＤＳが１００ｐｐｍよりも少ない場合にかなり大きな量の水の後に起こることになる。
【００４６】
吸着をベースとした汚染物質の除去の効率は、入力水のイオン組成物に依存する。水における妨害イオンは、吸着をベースとしたフィルタの性能／寿命を減らすことが知られている。従って、フィルタの寿命は、高イオン強度の入力水が通過される場合、期待性能から激しく低減されることになる。それ故、任意の吸着をベースとしたフィルタの場合、入力水の質に基づいて機能する寿命センサを有することが非常に重要である。以下の実験的な方法およびそれらの結果は、そのような色変化センサを詳細に説明する。
実験的な方法
材料特性付け
【００４７】
調製したままのサンプルの（複数の）相の識別は、λ＝１．５４１８ÅでのＣｕ−Ｋα照射を使用するＸ線粉末回折（Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ、Ｄ８  Ｄｉｓｃｏｖｅｒ、ＵＳＡ）によって実行した。表面モルホロジー、元素分析および元素マッピング研究は、Ｘ線のエネルギー分散解析（ＥＤＡＸ）（ＦＥＩ  Ｑｕａｎｔａ２００）を備える走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して行った。これについて、ゲル形態のサンプルは、１０分間の音波処理によって水内で再懸濁し、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）導電性ガラス上に落とされた液滴は、乾燥させた。高分解能透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）は、ＪＥＭ３０１０（ＪＥＯＬ、Ｊａｐａｎ）を使用して行った。サンプルは、非晶質炭素被膜銅格子上に点在させ、室温で乾燥させた。ＦＴ−ＩＲスペクトルは、Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｏｎｅ計器を使用して測定し、ＫＢｒ結晶は、サンプルを調製するためのマトリックスとして使用した。ルミネッセンス測定は、Ｊｏｂｉｎ  Ｖｙｏｎ  ＮａｎｏＬｏｇ計器を使用することによって実行した。励起および発光のための帯域通過は、２ｎｍとして設定した。
【００４８】
この明細書に組み込まれ、この明細書の一部を構成する付随例および図面や実施例は、いくつかの態様を例示し、その記載と共に発明の原理を説明するのに役立つ。しかしながら、これは、発明の範囲を限定するものとして解釈されないものとする。
実施例１
【００４９】
この実施例は、ＯＴＢＮゲル内にグルタチオンによって保護された銀量子クラスタのその場での調製を説明する。ＯＴＢＮは、以前の特許出願（１５２９／ＣＨＥ／２０１０）に報告されるように調製した。フィルタにかけられたＯＴＢＮゲルは、銀量子クラスタのその場での調製のためのマトリックスとして使用した。調製したＯＴＢＮゲルは、水内で再懸濁し、それに対して銀前駆体（硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、過マンガン酸銀、硫酸銀、亜硝酸銀、サリチル酸銀またはそれらの組み合わせ）を一滴ずつ添加した。ＯＴＢＮゲル内の銀荷重の割合は３％であった。１時間ゲルを撹拌した後、表面保護剤（グルタチオン）は一滴ずつ添加し、その後、溶液は１時間の撹拌を許した。水素化ホウ素ナトリウムは、氷のように冷たい条件で上記溶液に一滴ずつ添加した（還元剤に対する銀前駆体の割合のモル比は１：４であった）。その後、溶液は、１時間の撹拌を許され、フィルタにかけ、室温（２８℃）で乾燥させた。
実施例２
【００５０】
実施例１において説明した方法は、ＯＴＢＮゲル材料内にグルタチオンで保護された蛍光銀量子クラスタを調製するように修正した。グルタチオンに対する銀の比率は、１：１から１：１０に変動させた。
実施例３
【００５１】
実施例１において説明した方法は、１：４や１：８などの水素化ホウ素ナトリウムに対する銀のさまざまなモル比でＯＴＢＮゲル材料上にグルタチオンで保護された蛍光銀量子クラスタを調製するように修正した。
実施例４
【００５２】
実施例１において説明した方法は、ＯＴＢＮゲル内にメルカプトコハク酸、ポリビニルピロリドンおよびクエン酸三ナトリウムのような異なる表面保護剤でクラスタを調製するように修正した。
実施例５
【００５３】
この実施例は、ＯＴＢＮ粉末上のグルタチオンで保護された銀量子クラスタのその場での調製を説明する。乾燥したＯＴＢＮ粉末は、１００〜１５０μｍの粒子サイズに粉砕した。粉末は、シェーカーを使用して水内で振り混ぜ、それに対して銀前駆体（硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、過マンガン酸銀、硫酸銀、亜硝酸銀、サリチル酸銀またはそれらの組み合わせ）は一滴ずつ添加した。ＯＴＢＮ粉末内の銀荷重の割合は３％であった。分散物を１時間振り混ぜた後、グルタチオンは一滴ずつ添加し、その後、分散物は１時間振り混ぜた。水素化ホウ素ナトリウムは、氷のように冷たい条件で上記分散物に一滴ずつ添加した（還元剤に対する銀の割合のモル比は１：４であった）。その後、分散物は、１時間振り混ぜ、フィルタにかけ、室温（２８℃）で乾燥させた。
実施例６
【００５４】
この実施例は、さまざまなキトサン−金属酸化物／水酸化物／オキシ水酸化物複合ゲルにおける銀量子クラスタの調製を説明する。金属酸化物／水酸化物／オキシ水酸化物は、アルミニウム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、ランタン、セリウム、ジルコニウムまたはそれらの組み合わせに基づき得る。そのような組成物のための合成手順は、以下のようなものである。すなわち、選んだ塩溶液は、６０分間の強烈な撹拌の下で（１〜５％の氷酢酸もしくはＨＣｌまたはそれの組み合わせ内に溶解した）キトサン溶液にゆっくりと添加し、一晩中、静止状態を保った。アンモニア水またはＮａＯＨ溶液は、金属−キトサン複合物を沈殿させるために強烈な撹拌の下で金属−キトサン溶液にゆっくりと添加した。これらのゲルは、配位子で保護された銀量子クラスタのその場の調製のためのマトリックスとして使用した。
実施例７
【００５５】
この実施例は、磁性材料上への蛍光銀量子クラスタの調製を説明する。超常磁性  Ｆｅ３Ｏ４  は、先行技術（Ｍ．Ｔ．Ｌｏｐｅｚ−Ｌｏｐｅｚ、Ｊ．Ｄ．Ｇ．Ｄｕｒａｎ、Ａ．Ｖ．Ｄｅｌｇａｄｏ、Ｆ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ−Ｃａｂａｌｌｅｒｏ、Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉ．、２００５、２９１、１４４−１５１）に報告されたような方法によって調製した。新たに調製した超常磁性粒子は、キトサン溶液に添加し、２時間の撹拌を許し、ＮａＯＨまたはアンモニア水を使用してｐＨ９で沈殿し、塩分を除去するためにフィルタにかけた。超常磁性複合物は、水内で再懸濁し、それに対して銀前駆体（硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、過マンガン酸銀、硫酸銀、亜硝酸銀、サリチル酸銀またはそれらの組み合わせ）は一滴ずつ添加した。Ｆｅ３Ｏ４−キトサンゲルにおける銀荷重の割合は３％であった。溶液を１時間撹拌した後、表面保護剤（グルタチオン）は一滴ずつ添加し、その後、溶液は１時間の撹拌を許した。水素化ホウ素ナトリウムは、氷のように冷たい条件で上記ゲルに一滴ずつ添加した（還元剤に対する銀の割合のモル比は１：４であった）。その後、溶液は、１時間の撹拌を許し、フィルタにかけ、室温（２８℃）で乾燥させた。
実施例８
【００５６】
この実施例は、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造内の銀量子クラスタ（ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮ）を使用してカラムを通過した水の量のための可視センサを説明する。既知の量のＡｇＱＣ−ＯＴＢＮは、カラム内のどこででも３５ｍｍから５５ｍｍの間の直径のディスクとして詰めた。汚染物質除去を試験するためにＵＳ  ＮＳＦによって規定されたようなイオン濃度を有するチャレンジ水は、研究に使用した。標準炭素片からの出力水は、６０から１２０ｍＬ／分の流量でＡｇＱＣ−ＯＴＢＮディスクを通過させた。定期的な間隔で、ディスクの色を撮影し、材料の発光スペクトルを集めた。ピンクから黒色への色の変化は、２５０Ｌの水の通過後に観察した。材料は、集め、乾燥し、さまざまな技法を使用して分析した。実験は、同様にＡｇＱＣ−ＯＴＢＮディスクの出力における炭素片で行った。
実施例９
【００５７】
この実施例は、カラムを通過した水の量を定量化するためにＡｇＱＣ−ＯＴＢＮの蛍光消光に基づく可視センサを説明する。既知の量のＡｇＱＣ−ＯＴＢＮは、どこででも３５ｍｍから５５ｍｍまでの間の直径のディスクの形態で詰めた。供給水は、８０ｍＬ／分の流量でこのディスクを通過させた。周期的な間隔で、ディスクの色を撮影し、材料の発光スペクトルを集めた。ピンクから黒色への色の変化は、２５０Ｌの水の通過後に観察した。黒色材料は、集め、乾燥し、ＸＲＤおよびＥＤＡＸを使用して分析した。
結果
【００５８】
図３は、本発明のある態様に従って、ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮがＵＶ光の下で強発光性であり、ルミネッセンスが低ＵＶ強度（８Ｗの低圧Ｈｇランプ）の下でさえも観察され得ることを灰色の色合いで描写する。実験は、ＵＶ光の下でのＡｇＱＣ−ＯＴＢＮのピンクのルミネッセンスを結果としてもたらす。２０ｇのグルタチオン−ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮは、ペトリ皿に取られ、８Ｗの低圧ＨｇＵＶランプの下で保持した。ここで示す組成物は、安定しており、それは、周囲の条件下での数か月の貯蔵後でさえもピンクのルミネッセンス強度を呈した。図３は、ペトリ皿の中央領域におけるルミネッセンスとして黒と白のさまざまな色合いを示す。これは、それらが周囲の条件下で不十分な安定性を呈するとして文献に報告された他の単一層で保護されたＡｇクラスタとは対照的である。ＯＴＢＮ内のＡｇＱＣの安定性は、量子クラスタ周りで高度に保護するＯＴＢＮ環境の存在に起因する。安定化ナノ粒子におけるＯＴＢＮマトリックスの役割は、我々の以前の特許出願（９４７／ＣＨＥ／２０１１）において既に実証されている。ＯＴＢＮマトリックスの存在は、合成チャレンジ水条件における銀ナノ粒子の安定性を確保し、水処理用途のためにうまく使用され得ることが分かっている。実施例６に説明したような他のマトリックス、特に、チタン、亜鉛、セリウム、およびジルコニウムのもの内に調製されたＡｇＱＣもまた、発光性であった。
【００５９】
図４は、本発明のある態様に従って、ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣが、水濾過部によってフィルタにかけられ得る水の量を検出するためのセンサとして使用されることを示す。図面は、ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣの色が、特定量の水の通過後に４０２における灰色の明るい色合いから４０４における灰色の暗い色合いに変化することを示す。任意の浄水器の寿命は入力水の質に依存するので、ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮセンサは、フィルタを通過され得る水の量を示すべきであり、また、浄水デバイスが消耗されたか否かを示すべきである。これを実現するために、水濾過部からの出力水は、センサ材料を通過され、貯蔵容器内に集められる。水の通過後、ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮの色は、図４に示されるように変化する。図４における第１の列は、可視光におけるＡｇＱＣ−ＯＴＢＮディスクの色を示し、第２の列は、ＵＶ光におけるＡｇＱＣ−ＯＴＢＮディスクのルミネッセンスを示す。水の通過前、材料は、ピンク色であり（４０２における灰色の明るい色合いは図４に示される）、高いルミネッセンスを呈する。水の通過後、材料は、徐々の変化を受け、ルミネッセンスの消光で最終的に黒色に変わる（４０４における灰色の暗い色合いは図４に示される）。可視光におけるここで述べた色変化は、０Ｌ：ピンク、５０Ｌ：薄い茶色、１００Ｌ：濃い茶色、１５０Ｌ：濃い黄色、２００Ｌ：黄緑色、２５０Ｌ：黒色である。ＵＶ光におけるここで述べた色変化は、０Ｌ：赤色、５０Ｌ：紫色、１００Ｌ：くすんだ紫色、１５０Ｌ：濃い青色、２００Ｌ：青色、２５０Ｌ：黒色である。画像は、本発明のある態様に従って黒と白の色合いで示される。ＯＴＢＮマトリックスを単独で有する空の試みは、ＯＴＢＮマトリックスが、水の通過後に色変化に貢献しないことを示した。これは、材料の色の変化は、銀量子クラスタに起因することを裏付ける。類似の色の変化は、チタン、亜鉛、セリウム、およびジルコニウムを含有するマトリックスにおいて調製したＡｇＱＣに見られた。
【００６０】
図５（ａ）は、本発明のある態様に従って、ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣのＴＥＭ画像を示す。ＯＴＢＮ内のクラスタは、ＴＥＭ画像では観察できない。これは、ＡｇＱＣのサブナノメートルサイズに起因する。先行の報告において、むき出しのグルタチオンで保護された銀クラスタ上への電子の露出後の大きなサイズの銀ナノ粒子の形成が観察された（Ｔ．Ｕ．Ｂ．Ｒａｏ、Ｂ．Ｎａｔａｒａｊｕ、Ｔ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２０１０、１３２、１６３０４‐１６３０７）。むき出しのクラスタとは異なり、この発明において説明されたＯＴＢＮ内のＡｇＱＣは、電子ビームの下で安定した（図５ｂ）。電子ビームの下でのＯＴＢＮ内のＡｇＱＣの安定性は、ＡｇクラスタがＯＴＢＮマトリックスによって高度に保護されることを裏付ける。ここで、電子ビームで誘発される銀クラスタの凝集は、クラスタがＯＴＢＮマトリックスの内側に埋め込まれたので起こらなかった。
【００６１】
図６は、本発明のある態様に従って、（ａ）ＯＴＢＮ、（ｂ）ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣ、および（ｃ）２５０Ｌの合成チャレンジ水の通過後のＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣのＦＴＩＲスペクトルを描写する。ＯＴＢＮ内へのＡｇＱＣの含浸は、（曲線ｂに示される）１４０２ｃｍ−１あたりのＮ−Ｈ伸縮帯域の変化につながる。２５０Ｌの合成チャレンジ水の通過後、Ｎ−Ｈ帯域は、ＯＴＢＮのものと同じように類似する。２０００〜５００ｃｍ−１の範囲内に存在する特徴は、グルタチオンの存在を裏付ける（Ｍ．Ａ．Ｈａｂｅｅｂ  Ｍｕｈａｍｍｅｄ、Ｓ．Ｒａｍｅｓｈ、Ｓ．Ｓ．Ｓｉｎｈａ、Ｓ．Ｋ．ＰａｌおよびＴ．Ｐｒａｄｅｅｐ、Ｎａｎｏ  Ｒｅｓ．、２００８、１、３３３−３４０）。スペクトルは、水和水に起因して３４５０ｃｍ−１で強い帯域を示す。
【００６２】
図７は、本発明のある態様に従って、（ａ）ＯＴＢＮ内に埋め込まれたＡｇＱＣの、また、（ｂ）５０Ｌ、（ｃ）１５０Ｌおよび（ｄ）２５０Ｌの水の通過後のそれらのものの、ルミネッセンススペクトルを示す。励起スペクトルは４５０ｎｍで測定したのに対して、対応する発光スペクトルは６５０ｎｍあたりで測定した。ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮのルミネッセンスは、合成チャレンジ水の通過後に徐々に減少することが観察され得る。２５０Ｌの通過後、発光は、完全に消光した。なお、λ＝４００ｎｍと４７５ｎｍで観察されたピークは、励起源の不純線である。
【００６３】
図８は、本発明のある態様に従って、（ａ）ＡｌＯＯＨ（ＪＣＰＤＳ  ＰＤＦ＃８３２３８４）、（ｂ）キトサン、（ｃ）ＯＴＢＮ、（ｄ）ＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀量子クラスタ、（ｅ）２５０Ｌの合成チャレンジ水の通過後のＯＴＢＮ内に埋め込まれた銀クラスタ、および（ｆ）硫化銀のＪＣＰＤＳ  ＰＤＦ＃８９３８４０のＸ線ディフラクトグラムである。Ａｇ２Ｓに帰するピークは（ｅ）に示される。合成したままのＯＴＢＮのＸＲＤは、（１２０）、（０１３）、（０５１）、（１５１）、（２００）、（２３１）および（２５１）面に対応するピークを示した（図８ｃ）。全てのこれらのピークは、斜方晶系−ＡｌＯＯＨ（ＪＣＰＤＳ  ＰＤＦ＃８３２３８４）に索引付けされ得る（図８ａ）。広がったＸＲＤピークは、ＯＴＢＮ結晶子サイズが非常に小さいことを暗示する。シェラーの式から計算された平均結晶子サイズは、ナノ結晶が約３．５ｎｍのものであることを示す。有機テンプレート（キトサン）の存在もまた、ＸＲＤデータから明らかである。図８ｃにおける２θ（度単位）の１８．７°、２０．６°、４１．２°に対応するピークは、有機テンプレートの存在に帰する。ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮのＸＲＤ（図８ｄ）は、ＯＴＢＮ（図８ｃ）と変わらない。これは、クラスタが、ごく少数の原子から成り、また、使用されるＸ線の波長よりも小さいという事実に起因する。図８ｅは、２５０リットルの水の通過後に、新たなピークが硫化銀に対応して現れたことを示す。新たなピークは、標準硫化銀（ＪＣＰＤＳ  ＰＤＦ＃８９３８４０）のパターンに基づいて索引付けされる（図８ｆ）。（■）で印を付けたラベル付けされたピークは、それぞれ（−１２１）や（−１１２）として指定される。
【００６４】
図９や図１０は、本発明のある態様に従って、ＯＴＢＮ内に埋め込まれた合成したままのＱＣのＥＤＡＸスペクトルを示す。これは、Ａｇ、Ｓ、ＣおよびＯなどの予想した元素全ての存在を裏付ける。挿入は、水の通過前のＳＥＭとそれの元素マッピングを示す。２５０Ｌの合成チャレンジ水の通過後のＥＤＡＸスペクトルは、図１０に示され、それは、Ａｌ、ＯＫ、ＣＫ、ＡｇＬ、ＳｉＫ、ＣａＫ、ＣｌＫおよびＳＫなどの予想した元素全ての存在を裏付ける。Ｃａ、ＳｉおよびＣｌは水からのものである。挿入は、水の通過後の材料のＳＥＭと元素マップを示す。ＡｇＱＣ−ＯＴＢＮ上のＣａ、ＳｉおよびＣｌの存在は、ルミネッセンスの消光と色の変化が、銀量子クラスタの塩誘発性凝集に起因することを示す。図９や図１０における画像は、本発明のある態様に従って、黒と白の色合いで示される。
【００６５】
記載された態様は、発明の例示的なものであり、限定的なものではない。従って、それの趣旨または本質的な特性から逸脱すること無く、この発明の原理を使う、この発明において説明した任意の修正は、発明の範囲内に依然としてあることは自明である。その結果として、設計、方法、構造、順序、材料および同様のものの修正は、発明の範囲内に更に依然としてあることが、当業者に明らかであろう。
【００６６】
さまざまな修正や変形が、発明の範囲や趣旨から逸脱すること無く、本発明においてなされ得ることは当業者に明らかであろう。発明の他の実施形態は、明細書と本明細書に開示した発明の実施の考察から当業者に明らかであろう。明細書および実施例は、以下の特許請求の範囲によって示される発明の真の範囲や趣旨を用いて、例示的なものだけであるとしてみなされることが意図される。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕汚染された水流の量を検出するための方法であって、
ある部位にセンサを提供する工程と、
前記部位に汚染された水を通す工程と、
光における前記センサの色を観測する工程と
を含み、
前記センサが、有機テンプレート化ナノメタルオキシ水酸化物内に埋め込まれた量子クラスタを有し、前記有機テンプレート化ナノメタルオキシ水酸化物内への埋め込みが、前記汚染された水に存在するイオンから量子クラスタを保護し、
第１の色から第２の色への前記色の変化は、特定量の汚染された水が前記部位を通過したことを示すことを特徴とする、方法。
〔２〕前記光が、可視光または紫外光の１つである、前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕前記有機テンプレート化ナノメタルオキシ水酸化物が、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）である、前記〔１〕に記載の方法。
〔４〕前記量子クラスタが、銀量子クラスタである、前記〔１〕に記載の方法。
〔５〕前記銀量子クラスタが、ゲル状態のＯＴＢＮに複数の銀イオンを含浸させることによってＯＴＢＮ内に埋め込まれ、前記銀イオンが、還元剤の使用および表面保護剤による保護によってゼロ価の状態に還元されている、前記〔４〕に記載の方法。
〔６〕銀量子クラスタは、外部で調製された銀量子クラスタをゲル状態のＯＴＢＮと接触させることによってＯＴＢＮ内に埋め込まれる、前記〔４〕に記載の方法。
〔７〕銀量子クラスタは、外部で調製された銀量子クラスタを固体状態のＯＴＢＮと接触させることによってＯＴＢＮ内に埋め込まれる、前記〔４〕に記載の方法。
〔８〕銀イオンまたは銀量子クラスタの１つを、ＯＴＢＮに一滴ずつ添加する工程を更に含む、前記〔４〕に記載の方法。
〔９〕約３０分から約１２時間までの間のＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの浸漬を更に含む、前記〔４〕に記載の方法。
〔１０〕前記有機テンプレートが、キトサン、バナナシルクおよびセルロースの少なくとも１つから調製される、前記〔１〕に記載の方法。
〔１１〕前記還元剤が、水素化ホウ素ナトリウムである、前記〔５〕に記載の方法。
〔１２〕銀量子クラスタの調製のために使用される銀前駆体を更に含み、前記銀前駆体が、硝酸銀、フッ化銀、酢酸銀、硫酸銀および亜硝酸銀の少なくとも１つでできている、前記〔１〕に記載の方法。
〔１３〕ＯＴＢＮに対する銀量子クラスタの質量比が、約０．０１％〜約１０％である、前記〔１〕に記載の方法。
〔１４〕ＯＴＢＮに対する銀量子クラスタの質量比が、約０．０１％〜約５％である、前記〔１〕に記載の方法。
〔１５〕前記還元剤の濃度が、約０．００５Ｍ〜約１Ｍの範囲である、前記〔５〕に記載の方法。
〔１６〕量子クラスタは、銀、金、銅、鉄、ニッケル、白金およびパラジウムの少なくとも１つに基づく、前記〔１〕に記載の方法。
〔１７〕前記ナノメタルが、アルミニウム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、ランタン、セリウムおよびジルコニウムの少なくとも１つである、前記〔１〕に記載の方法。
〔１８〕重力送りの浄水デバイスであって、
水をフィルタにかけるように構成された粒子フィルタと、
前記粒子フィルタ内を水が移動することを可能にする第１の入口と、
前記粒子フィルタから前記水を出すように構成された第１の出口と、
前記粒子フィルタから前記水を受け取るように構成された水流計と
を備え、
前記水流計が、前記流計の内側に存在するセンサと、前記水が流れているときの前記センサの色の変化を観測することを可能にする透明ケースとを備え、
前記センサが、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタを有し、前記ＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの埋め込みが、水中に存在するイオンの分離から銀量子クラスタを保護し、
第１の色から第２の色への前記色の変化が、特定量の汚染された水が前記水流計を通過したことを示すことを特徴とする、浄水デバイス。
〔１９〕水流計であって、
前記流計の内側に水を流すための第２の入口と、
前記流計の外側に水を流すための第２の出口と、
前記流計の内側に存在するセンサと、
前記水が流れているときの前記センサの色を観測することを可能にする透明ケースとを備え、
前記センサが、有機テンプレート化ベーマイトナノ構造（ＯＴＢＮ）内に埋め込まれた銀量子クラスタを有し、前記ＯＴＢＮ内への銀量子クラスタの埋め込みが、汚染された水に存在するイオンの分離から銀量子クラスタを保護し、
第１の色から第２の色への前記色の変化が、特定量の汚染された水が前記水流計を通過したことを示すことを特徴とする、水流計。
〔２０〕前記ＯＴＢＮが、複数の微粒子の形態にある、前記〔１９〕に記載の水流計。
〔２１〕前記複数の微粒子の粒子サイズが、約０．３ｍｍ〜約５ｍｍである、前記〔１９〕に記載の水流計。
〔２２〕前記複数の微粒子の粒子サイズが、約０．３ｍｍ〜約１ｍｍである、前記〔１９〕に記載の水流計。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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