(57)【要約】【課題】分散媒に分散させた場合に分散安定性が優れるシリカナノ粒子、及びその製造方法を提供する。【解決手段】原子の結合ネットワークが、少なくとも、ケイ素原子、酸素原子及び炭素原子からなり、これらの原子が結合ネットワークの構成原子として共有結合してなる、ナノシリカ粒子、及び分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物とを縮重合し、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とがシロキサン結合により結合したシリカナノ粒子を製造する、シリカナノ粒子の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子の結合ネットワークが、少なくとも、ケイ素原子、酸素原子及び炭素原子からなり、これらの原子が結合ネットワークの構成原子として共有結合してなる、ナノシリカ粒子。
【請求項２】
分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とが、シロキサン結合により結合してなる、請求項１に記載のシリカナノ粒子。
【請求項３】
前記炭素構造部が、シロキサン結合を形成するケイ素原子と共有結合により結合している、請求項２に記載のシリカナノ粒子。
【請求項４】
前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が１０％以上である、請求項２又は３に記載のシリカナノ粒子。
【請求項５】
前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が２０％以上である、請求項２〜４のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
【請求項６】
前記炭素構造部の分子量が６０以上５５０以下である、請求項２〜５のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
【請求項７】
前記炭素構造部が、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項２〜６のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
【請求項８】
前記シリカナノ粒子の密度が１．２０ｇ／ｃｍ３以上１．４５ｇ／ｃｍ３以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
【請求項９】
前記シリカナノ粒子の平均粒径が６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子を分散媒に分散させてなる、シリカナノ粒子の分散液。
【請求項１１】
前記分散媒が水及び水系溶媒からなる群より選ばれる、請求項１０に記載の分散液。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子又はシリカナノ粒子の分散液を含んでなる、生体分子検出用キット。
【請求項１３】
分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物とを縮重合し、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とがシロキサン結合により結合したシリカナノ粒子を製造する、シリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１４】
前記炭素構造部が、シロキサン結合を形成するケイ素原子と共有結合により結合している、請求項１３に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１５】
前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が１０％以上である、請求項１３又は１４に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１６】
前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が２０％以上である、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１７】
前記炭素構造部の分子量が６０以上５５０以下である、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１８】
前記炭素構造部が、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項１９】
前記シリカナノ粒子の密度が１．２０ｇ／ｃｍ３以上１．４５ｇ／ｃｍ３以下である、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項２０】
前記シリカナノ粒子の平均粒径が６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【請求項２１】
分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物とを縮重合し、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とをシロキサン結合により結合させ、シリカナノ粒子の粒子密度を調整する、シリカナノ粒子密度の調整方法。
【請求項２２】
前記炭素構造部が、シロキサン結合を形成するケイ素原子と共有結合により結合している、請求項２１に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【請求項２３】
前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が１０％以上である、請求項２１又は２２に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【請求項２４】
前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が２０％以上である、請求項２１〜２３のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【請求項２５】
前記炭素構造部の分子量が６０以上５５０以下である、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【請求項２６】
前記炭素構造部が、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項２１〜２５のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【請求項２７】
前記シリカナノ粒子の密度を１．２０ｇ／ｃｍ３以上１．４５ｇ／ｃｍ３以下に調整する、請求項２１〜２６のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【請求項２８】
前記シリカナノ粒子の平均粒径が６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項２１〜２７のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカナノ粒子、シリカナノ粒子の製造方法、及びシリカナノ粒子の分散液に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数ｎｍ〜１μｍ程度の微粒子が様々な病原菌の検出に応用され、注目を集めている。例えば、蛍光色素を含むシリカナノ粒子等は、特にバイオテクノロジーの分野において、新たな標識用粒子としての応用が期待されている。高濃度の色素を含むシリカナノ粒子もまた、高いモル吸光係数を有することから、より高感度な標識用粒子としての応用が期待されている。
上記標識用粒子は、特定の標的分子との結合能を有する生体分子（抗体等）をその表面に結合させることで、インフルエンザ核タンパク質などの生体分子の検出、定量等に利用可能な標識試薬として利用することができる。
【０００３】
球状の多孔質シリカ粒子の製造方法としては、ゾル・ゲル法により作製することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。シリカ粒子分散液から有機化合物や無機化合物を加熱洗浄により除去し、シリカ粒子を多孔質化させる方法が、特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５０−１４０３９７号公報
【特許文献２】特開平７−１７２８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、分散媒に分散させた場合に分散安定性が優れるシリカナノ粒子の提供を課題とする。
また、本発明は、前記シリカナノ粒子の製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
多孔質シリカ粒子を分散媒に分散して標識用粒子として用いる場合、安定した分散性の維持が求められる。しかし、従来のシリカナノ粒子は分散安定性が劣り、長時間の分散状態を維持することは容易ではなかった。分散性が低い場合、シリカナノ粒子と検体とを混合後、標的物質を検出することが困難となり、作業者に再分散作業を強いることになる。その結果、作業能率が低下する。
【０００７】
得られるシリカナノ粒子分散系の分散安定性を高める方法として、シリカナノ粒子の密度を制御する方法が考えられる。
前記特許文献１及び２に記載の方法では、シリカ粒子を多孔質化することで粒子密度を低下させ、粒子の沈降速度を低下させている。しかし、特許文献１に記載のゾル・ゲル法によるシリカ粒子の製造方法では粒子内部に生じる空孔量を制御できず、所望の粒子密度に制御することが難しい。また、特許文献２に記載の方法では、粒子密度の制御は容易であるが、有機化合物又は無機化合物の除去のために加熱洗浄工程が必要となる。そのため、シリカ粒子の親水性が低下する。さらに、仮に低密度分子を導入させ、その後加熱洗浄工程を行わなかった場合であっても、シリカと低分子密度が化学的に結合してないので、長期保存すると低密度分子が粒子から分離し、粒子密度が変化する場合がある。
【０００８】
本発明者らはこのような問題点に鑑み鋭意検討を行った。その結果、シリカナノ粒子の骨格内に、低密度分子構造を化学結合により導入することで、シリカナノ粒子の粒子密度の制御が可能となることを見い出した。例えば、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とをシロキサン結合により結合させて、得られたシリカナノ粒子が、優れた分散安定性を示し、分散状態を長期間維持できることを見い出した。
本発明はこれらの知見に基づき完成されるに至ったものである。
【０００９】
本発明の上記課題は、下記の手段により解決された。
（１）原子の結合ネットワークが、少なくとも、ケイ素原子、酸素原子及び炭素原子からなり、これらの原子が結合ネットワークの構成原子として共有結合してなる、ナノシリカ粒子。
（２）分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とが、シロキサン結合により結合してなる、前記（１）項に記載のシリカナノ粒子。
（３）前記炭素構造部が、シロキサン結合を形成するケイ素原子と共有結合により結合している、前記（２）項に記載のシリカナノ粒子。
（４）前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が１０％以上である、前記（２）又は（３）項に記載のシリカナノ粒子。
（５）前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が２０％以上である、前記（２）〜（４）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
（６）前記炭素構造部の分子量が６０以上５５０以下である、前記（２）〜（５）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
（７）前記炭素構造部が、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、前記（２）〜（６）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
（８）前記シリカナノ粒子の密度が１．２０ｇ／ｃｍ３以上１．４５ｇ／ｃｍ３以下である、前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
（９）前記シリカナノ粒子の平均粒径が６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子。
【００１０】
（１０）前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子を分散媒に分散させてなる、シリカナノ粒子の分散液。
（１１）前記分散媒が水及び水系溶媒からなる群より選ばれる、前記（１０）項に記載の分散液。
（１２）前記（１）〜（１１）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子又はシリカナノ粒子の分散液を含んでなる、生体分子検出用キット。
【００１１】
（１３）分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物とを縮重合し、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とがシロキサン結合により結合したシリカナノ粒子を製造する、シリカナノ粒子の製造方法。
（１４）前記炭素構造部が、シロキサン結合を形成するケイ素原子と共有結合により結合している、前記（１３）項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
（１５）前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が１０％以上である、前記（１３）又は（１４）項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
（１６）前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が２０％以上である、前記（１３）〜（１５）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
（１７）前記炭素構造部の分子量が６０以上５５０以下である、前記（１３）〜（１６）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
（１８）前記炭素構造部が、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、前記（１３）〜（１７）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
（１９）前記シリカナノ粒子の密度が１．２０ｇ／ｃｍ３以上１．４５ｇ／ｃｍ３以下である、前記（１３）〜（１８）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
（２０）前記シリカナノ粒子の平均粒径が６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、前記（１３）〜（１９）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子の製造方法。
【００１２】
（２１）分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物とを縮重合し、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とをシロキサン結合により結合させ、シリカナノ粒子の粒子密度を調整する、シリカナノ粒子密度の調整方法。
（２２）前記炭素構造部が、シロキサン結合を形成するケイ素原子と共有結合により結合している、前記（２１）項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
（２３）前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が１０％以上である、前記（２１）又は（２２）項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
（２４）前記シリカナノ粒子の単位体積に対する前記炭素構造部の体積の割合が２０％以上である、前記（２１）〜（２３）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
（２５）前記炭素構造部の分子量が６０以上５５０以下である、前記（２１）〜（２４）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
（２６）前記炭素構造部が、アルキル基、アルケニル基、及びアルキニル基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、前記（２１）〜（２５）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
（２７）前記シリカナノ粒子の密度を１．２０ｇ／ｃｍ３以上１．４５ｇ／ｃｍ３以下に調整する、前記（２１）〜（２６）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
（２８）前記シリカナノ粒子の平均粒径が６０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、前記（２１）〜（２７）のいずれか１項に記載のシリカナノ粒子密度の調整方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシリカナノ粒子は分散安定性に優れ、分散状態を長期間維持することができる。
また、本発明のシリカナノ粒子の製造方法は、前記シリカナノ粒子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のシリカナノ粒子の表面近傍の構造を模式的に示す図である。なお図１中、「Ｒ」は炭素構造部を示す。
【図２】従来のシリカナノ粒子の表面近傍の構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のナノシリカ粒子は、原子の結合ネットワークが少なくとも、ケイ素原子、酸素原子及び炭素原子を有してなる。すなわち、これらの原子が結合ネットワークの構成原子として共有結合している。本発明のナノシリカ粒子は従来のシリカナノ粒子と比較して、粒子１個当たりの密度（g/cm３）が低い。そのため、本発明のナノシリカ粒子を分散媒に分散させた場合、粒子の沈降速度が低下し、分散安定性が優れるため、沈降しにくい。
本発明のシリカナノ粒子の好ましい形態について、従来のシリカナノ粒子との対比で、図１及び２を参照しながら説明する。しかし、本発明はこの形態に制限するものではない。
【００１６】
従来のシリカナノ粒子は、図２に示すように、１種又は２種以上のシラン化合物の縮重合反応により、シロキサン成分がシロキサン結合により結合してなる化学構造を有し、主元素がケイ素原子（Si、原子量28）と酸素原子（O、原子量16）で構成されている。
これに対して本発明のシリカナノ粒子は、図１に示すように、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分とシロキサン成分とが、シロキサン結合により結合してなる化学構造を有する。そして、ケイ素原子、酸素原子及び炭素原子を結合ネットワークの構成原子として、共有結合（化学結合）を形成する。従来のシリカナノ粒子におけるシロキサン結合による主元素のネットワークに、主元素の一部を炭素原子（C、原子量12）に置換し、適宜に水素原子（H、原子量1）含有して構成される炭素構造部を共有結合により導入することで、粒子内部に空孔を設けて粒子密度を小さくし、分散性を向上させることができる。
【００１７】
本発明のシリカナノ粒子は、図１に示すように、前記炭素構造部は、シロキサン結合を形成するケイ素原子と共有結合により結合している。さらに前記炭素構造部を構成する水素原子や官能基は、配位結合、水素結合、ファンデルワールス結合、分子間力などの任意の化学結合により結合ネットワークの構成原子と結合していてもよい。
なお本明細書において「結合」とは、複数のものが分離した状態から連続して一体となることを全般的に指し、直接複数のものが結合しても、別のものを介して間接的に結合していることも意味する。
【００１８】
シリカナノ粒子に導入する炭素構造部の分子量は、所定の粒子密度を実現し、所望の分散状態を達成できるよう、適宜設定することができる。例えば、炭素構造部の分子量は６０以上が好ましい。またその上限値は、５５０以下が好ましい。
【００１９】
本発明における「炭素構造部」としては特に制限はなく、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよいし、環状であってもよい。具体例としては、アルキル基（例えば、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基など）、アルケニル基（例えば、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基など）、アルキニル基（例えば、ペンチニル基、ヘキシニル基、ヘプチニル基、オクチニル基など）、シクロアルキル基（例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基など）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基など）、アラルキル基（例えばベンジル基など）などが挙げられる。これらの炭素構造部は、ヒドロキシル基やオキソ基などの置換基を有してもよい。
このうち、粒子内部に空孔を設ける観点から、本発明における炭素構造部は直鎖状であることが好ましい。直鎖状の炭素構造部としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基などが挙げられる。
炭素構造部の炭素数に特に制限はなく、所定の粒子密度を実現し、所望の分散状態を達成できるよう、適宜設定することができる。例えば、炭素構造部の炭素数は５以上が好ましい。またその上限値は、３９以下が好ましい。
【００２０】
本発明において、図１に示すように、前記炭素構造部はシロキサン結合を形成するケイ素原子と直接結合してもよい。あるいは、エーテル結合、エステル結合、アミド結合等を介して、シロキサン結合を形成するケイ素原子と炭素構造部とが結合してもよい。
【００２１】
本発明のシリカナノ粒子は、機能性化合物を内包していてもよい。本発明で用いることができる機能性分子としては、ＴＡＭＲＡ（商品名、フナコシ社製）、ローダミン、フルオレセイン、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）、Ｃｙ３（商品名、Thermo Fisher Scientific社製）、Ｃｙ５（商品名、Thermo Fisher Scientific社製）、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）等の蛍光分子、ポルフィリン、フタロシアニン等の特定の波長に吸収をもつ色素分子、ルミノール等の発光分子、放射性分子、磁性分子、ｐＨ感受性色素分子、酵素等が挙げられる。このような機能性分子をシリカナノ粒子に内包させることで、機能性分子を標識とする標識試薬に、本発明のシリカナノ粒子を用いることができる。
機能性分子を内包したシリカナノ粒子の製造方法に特に制限はない。例えば、常法により機能性分子をオルガノシロキサン成分に導入し、機能性分子含有オルガノシロキサン成分とシロキサン成分とを、シロキサン結合により結合させることで、作製することができる。
【００２２】
本発明のシリカナノ粒子の密度は、好ましくは１．２０ｇ／ｃｍ３以上である。またその上限値は、好ましくは１．４５ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは１．３５ｇ／ｃｍ３以下である。
本発明において、シリカナノ粒子の密度は、粒子の体積と粒子の重さから単位体積当たりの重さとして算出する。具体的には、シリカナノ粒子を走査型電子顕微鏡（SEM）で撮影し、SEM画像から無作為に１００個の粒子を選定し、粒子の平均粒径を算出し、その値から体積を近似的に算出する。そして、常法により別途測定したシリカナノ粒子重さから、シリカナノ粒子の密度を算出する。
【００２３】
本発明において、シリカナノ粒子への炭素構造部の導入量に特に制限はないが、シリカナノ粒子の単位体積当たりの炭素構造部の割合は、好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上である。またその上限値は、好ましくは８０％以下であり、より好ましくは５０％以下である。
シリカナノ粒子の単位体積当たりの炭素構造部の割合は、エネルギー分散型X線分析（EDX）等の常法に従いシリカナノ粒子の組成分析を行い、その結果から炭素構造体の導入量を算出する。
【００２４】
本発明のシリカナノ粒子は、球状、又は球状に近いシリカ粒子であることが好ましい。ここで、「球状に近いシリカ粒子」とは、具体的には長軸と短軸の比が２以下の形状である。
シリカナノ粒子の平均粒径に特に制限はないが、２０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましく、６０ｎｍ以上がさらに好ましく、１０００ｎｍ未満が好ましく、６００ｎｍ以下がより好ましく、５００ｎｍ以下がさらに好ましく、３００ｎｍ以下が特に好ましい。
本発明において、前記平均粒径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の画像から無作為に選択した１００個の標識試薬シリカ粒子の合計の投影面積からシリカナノ粒子の占有面積を画像処理装置によって求め、この合計の占有面積を、選択したシリカナノ粒子の個数（１００個）で割った値に相当する円の直径の平均値（平均円相当直径）を求めたものである。
なお、前記平均粒径は、一次粒子が凝集してなる二次粒子を含む概念の後述する「動的光散乱法による粒度」とは異なり、一次粒子のみからなる粒子の平均粒径である。
所望の平均粒径のシリカナノ粒子を得るためには、ＹＭ−１０、ＹＭ−１００（いずれも商品名、ミリポア社製）等の限外ろ過膜を用いて限外ろ過を行い、粒径が大きすぎたり小さすぎる粒子を除去するか、又は適切な重力加速度で遠心分離を行い、上清若しくは沈殿のみを回収することで可能である。
シリカナノ粒子は粒状物質として単分散であることが好ましい。シリカナノ粒子の粒度分布の変動係数、いわゆるＣＶ値に特に制限はないが、１０％以下が好ましく、８％以下がより好ましい。
【００２５】
本明細書において、前記「動的光散乱法による粒度」とは、動的光散乱法により測定され、前記の平均粒径とは異なり、一次粒子だけでなく、一次粒子が凝集してなる二次粒子をも含めた概念であり、前記複合粒子の分散安定性を評価する指標となる。
動的光散乱法による粒度の測定装置としては、ゼータサイザーナノ（商品名；マルバーン社製）が挙げられる。この手法は、微粒子などの光散乱体による光散乱強度の時間変動を測定し、その自己相関関数から光散乱体のブラウン運動速度を計算し、その結果から光散乱体の粒度分布を導出するというものである。
【００２６】
本発明のシリカナノ粒子は通常、適当な分散媒に分散させた分散液の形態で使用する。本発明で好ましく用いることができる分散媒としては、シリカナノ粒子を均一に分散するものであれば特に制限はない。例えば、水、並びにリン酸バッファー、ボラックスバッファーなどの水系溶媒が挙げられる。
【００２７】
本発明のシリカナノ粒子の製造方法に特に制限はなく、任意のいかなる製造方法によってシリカナノ粒子を得ることができる。例えば、Journal  of  Colloid  and  Interface  Science，159，p．150-157（1993）に記載のゾル−ゲル法や、国際公開第２００７／０７４７２２号パンフレットに記載されたコロイドシリカ粒子の調製方法、特開昭５０−１４０３９７号公報、特開平７−１７２８１４号公報などに記載の方法を参照することができる。
以下、本発明のシリカナノ粒子の製造方法について、好ましい実施態様を概括的に説明する。しかし、本発明はこれに制限されるものではない。
【００２８】
（１）分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物の調製
まず、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物を調製する。このようなオルガノシロキサン化合物は、炭素構造部と結合する官能基又は活性基と、シラン化合物が有する官能基又は活性基とを結合させることで調製することができる。前記官能基の具体例としては、アミノ基、カルボキシル基、チオール基等が挙げられる。また前記活性基の具体例としては、スクシンイミド基やマレイミド基が挙げられる。
例えば、下記スキームＩに従い、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物を調製する。
【００２９】
【化１】
2017155069.tif 000003
【００３０】
前記スキームＩは、シランカップリング剤としてアミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＳ）を用いた場合を示す。
まず、N-ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）エステル基、マレイミド基、イソシアナート基、イソチオシアナート基、アルデヒド基、パラニトロフェニル基、ジエトキシメチル基、エポキシ基、シアノ基等の活性基を有する化合物と、これら活性基と対応して反応する置換基（例えば、カルボキシル基、アミノ基、水酸基、チオール基）を有する炭化水素化合物とを反応させる。
そして、得られた生成物と、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＳ）などのシランカップリング剤との縮合反応により、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物を調製する。使用するシランカップリング剤に特に制限はなく、具体例としてはＡＰＳのほか、3-［2-（2-アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピル−トリエトキシシラン、N-2（アミノエチル）3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基を有するシランカップリング剤が挙げられる。
【００３１】
（２）分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物との脱水縮合反応
次に、下記スキームＩＩに従い、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物との脱水縮合反応を行う。この反応により、シリカナノ粒子の基本骨格となるシロキサン成分と、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン成分との間で共有結合が形成される。
【００３２】
【化２】
2017155069.tif 000004
【００３３】
前記スキームＩＩは、シラン化合物としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた場合を示す。
前記スキームに示すように、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物との脱水縮合反応を行い、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物との間でシロキサン結合を形成する。ここで使用するシラン化合物に特に制限はなく、具体例としては、ＴＥＯＳのほか、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＳ）、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、ＡＰＳ、3-チオシアナトプロピルトリエトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、及び3-［2-（2-アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピル−トリエトキシシラン等を挙げることができる。
【００３４】
（３）粒子形成、粒子成長
最後に、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物とシラン化合物との脱水縮合反応により得られた生成物を、シラン化合物と縮合重合反応させることにより、下記スキームＩＩＩに示す模式に従い粒子形成と粒子成長が進行する。
【００３５】
【化３】
2017155069.tif 000005
【００３６】
本発明のシリカナノ粒子の用途に特に制限はなく、生体分子の検出用試薬に好適に用いることができる。ここで「生体分子」とは、抗原、抗体、核酸、糖、糖鎖、リガンド、受容体、ペプチド、その他生体活性を有する化学物質等が挙げられる。本発明のシリカナノ粒子又はその分散液は、このような生体分子の検出用キットに包含させることができる。
例えば、シリカナノ粒子の表面に抗体又は抗原を結合させることで、各種免疫学的検査（イムノアッセイ）の標識試薬として用いることができる。当該イムノアッセイとしては、イムノクロマトグラフィー、エンザイムイムノアッセイ（EIA、例えばEnzyme-Linked ImmunoSorbent Assay（ELISA）等）、蛍光イムノアッセイ（FIA）、ラジオイムノアッセイ（RIA）等の標識粒子として適用することができる。
また、免疫凝集法（抗体又は抗原を結合した粒子と検体とを混合し、検体に含まれる抗原又は抗体との抗原抗体反応によって粒子を凝集させる検査方法）、免疫比濁法（抗体又は抗原を結合した粒子と検体とを混合し、検体に含まれる抗原又は抗体との抗原抗体反応によって生じる抗原−抗体複合体の沈降物を形成させ、その凝集塊に光を照射して、散乱による照射光の減衰を分光光度計で計測して検体に含まれる抗原量を測定する検査方法）、免疫比ろう法（抗体又は抗原を結合した粒子と検体とを混合し、検体に含まれる抗原または抗体との抗原抗体反応によって生じる抗原−抗体複合物を形成させ、その複合物の分散液に光をあて散乱した光を測定することで、検体に含まれる抗原または抗体を定量する検査方法）、ＣＬＥＩＡ法（化学発光酵素免疫測定法；抗体を結合した粒子及び酵素標識抗体と抗原を含む検体とを混合し、粒子−抗原−酵素標識抗体の複合体を形成し、未反応物を除去後、発光試薬を添加し、その発光量を測定して検出対象物を定量する検査方法）などにも利用できる。
その他にも、本発明のシリカナノ粒子は、フローサイトメトリーにおける標識粒子や、各種バイオチップ等における標識粒子としても用いることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
オレイン酸（東京化成工業株式会社製）とＡＰＳ（信越シリコーン社製  LS-3150）とをモル比で１：１になるように混合し、１時間以上撹拌し、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物を調製した。
【００３９】
１４質量％のアンモニア水をエタノールで５倍希釈し、３．５ｍＬのアンモニア水含有溶媒を調製した。該アンモニア水含有溶媒にＴＥＯＳ（信越シリコーン社製、商品名：LS-2430）３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、６０ｍＭの濃度になるようにジメチルスルフォキシド（ＤＭＦ）に溶解した前記オルガノシロキサン化合物１６μＬ（１６０ｎｍｏｌ）とを添加して、４０℃で３０分攪拌することで、シリカナノ粒子（以下、「コア粒子」という。）含有分散液を得た。
【００４０】
得られたコア粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、６０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物１１μＬ（１１０ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌することでコア粒子の表面にシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第１シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第１シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た。
【００４１】
前記第１シリカナノ粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ１０μＬ（４５μｍｏｌ）と、６０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物５．３μＬ（５３ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌し、第１シリカナノ粒子の表面にさらにシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第２シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第２シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た（平均粒径：２５０ｎｍ、粒子密度：１．４４g/cm３）。
【００４２】
（実施例２）
１４質量％のアンモニア水をエタノールで５倍希釈し、３．５ｍＬのアンモニア水含有溶媒を調製した。該アンモニア水含有溶媒にＴＥＯＳ（信越シリコーン社製、商品名：LS-2430）３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、１８０ｍＭの濃度になるようにジメチルスルフォキシド（ＤＭＦ）に溶解した、実施例１で調製したオルガノシロキサン化合物１６μＬ（１６０ｎｍｏｌ）とを添加して、４０℃で３０分攪拌することで、シリカナノ粒子（以下、「コア粒子」という。）含有分散液を得た。
【００４３】
得られたコア粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、１８０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物１１μＬ（１１０ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌することでコア粒子の表面にシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第３シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第３シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た。
【００４４】
前記第３シリカナノ粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ１０μＬ（４５μｍｏｌ）と、１８０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物５．３μＬ（５３ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌し、第３シリカナノ粒子の表面にさらにシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第４シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第４シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た（平均粒径：２５０ｎｍ、粒子密度：１．３５g/cm３）。
【００４５】
（実施例３）
１４質量％のアンモニア水をエタノールで５倍希釈し、３．５ｍＬのアンモニア水含有溶媒を調製した。該アンモニア水含有溶媒にＴＥＯＳ（信越シリコーン社製、商品名：LS-2430）３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、３００ｍＭの濃度になるようにジメチルスルフォキシド（ＤＭＦ）に溶解した、実施例１で調製したオルガノシロキサン化合物１６μＬ（１６０ｎｍｏｌ）とを添加して、４０℃で３０分攪拌することで、シリカナノ粒子（以下、「コア粒子」という。）含有分散液を得た。
【００４６】
得られたコア粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、３００ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物１１μＬ（１１０ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌することでコア粒子の表面にシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第５シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第５シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た。
【００４７】
前記第５シリカナノ粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ１０μＬ（４５μｍｏｌ）と、３００ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物５．３μＬ（５３ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌し、第５シリカナノ粒子の表面にさらにシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第６シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第６シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た（平均粒径：２５０ｎｍ、粒子密度：１．２０g/cm３）。
【００４８】
（実施例４）
安息香酸（東京化成工業株式会社製）とＡＰＳ（信越シリコーン社製  LS-3150）とをモル比で１：１になるように混合し、１時間以上撹拌し、分子鎖末端に炭素構造部を有するオルガノシロキサン化合物を調製した。
【００４９】
１４質量％のアンモニア水をエタノールで５倍希釈し、３．５ｍＬのアンモニア水含有溶媒を調製した。該アンモニア水含有溶媒にＴＥＯＳ（信越シリコーン社製、商品名：LS-2430）３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、３００ｍＭの濃度になるようにジメチルスルフォキシド（ＤＭＦ）に溶解した前記オルガノシロキサン化合物１６μＬ（１６０ｎｍｏｌ）とを添加して、４０℃で３０分攪拌することで、シリカナノ粒子（以下、「コア粒子」という。）含有分散液を得た。
【００５０】
得られたコア粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、３００ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物１１μＬ（１１０ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌することでコア粒子の表面にシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第７シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第７シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た。
【００５１】
前記第７シリカナノ粒子含有分散液にＴＥＯＳ１０μＬ（４５μｍｏｌ）と、３００ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した前記オルガノシロキサン化合物５．３μＬ（５３ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌し、第７シリカナノ粒子の表面にさらにシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第８シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第８シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た（平均粒径：２５０ｎｍ、粒子密度：１．３８g/cm３）。
【００５２】
（比較例１）
5-カルボキシローダミン６Ｇ（商品名、ＡＮＡＳＰＥＣ社製）とＡＰＳ（信越シリコーン社製）とをモル比で１：１になるように混合し、１時間以上撹拌し、5-カルボキシローダミン６Ｇ−ＡＰＳ複合体を得た。
【００５３】
１４質量％のアンモニア水をエタノールで５倍希釈し、３．５ｍＬのアンモニア水含有溶媒を調製した。該アンモニア水含有溶媒にＴＥＯＳ（信越シリコーン社製、商品名：LS-2430）３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、６０ｍＭの濃度になるようにジメチルスルフォキシド（ＤＭＦ）に溶解した5-カルボキシローダミン６Ｇ−ＡＰＳ複合体１６μＬ（１６０ｎｍｏｌ）とを添加して、４０℃で３０分攪拌すること、シリカナノ粒子（以下、「コア粒子」という。）含有分散液を得た。
【００５４】
得られたコア粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、１０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した5-カルボキシローダミン６Ｇ−ＡＰＳ複合体１１μＬ（１１０ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌することでコア粒子の表面にシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第９シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第９シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た。
【００５５】
前記第９シリカナノ粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ１０μＬ（４５μｍｏｌ）と、１０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した5-カルボキシローダミン６Ｇ−ＡＰＳ複合体５．３μＬ（５３ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌し、第９シリカナノ粒子の表面にさらにシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第１０シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第１０シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た（平均粒径：２５０ｎｍ、粒子密度：１．４８g/cm３）。
【００５６】
（比較例２）
１４質量％のアンモニア水をエタノールで５倍希釈し、３．５ｍＬのアンモニア水含有溶媒を調製した。該アンモニア水含有溶媒にＴＥＯＳ（信越シリコーン社製、商品名：LS-2430）３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、１８０ｍＭの濃度になるようにジメチルスルフォキシド（ＤＭＦ）に溶解した、比較例１で調製した5-カルボキシローダミン６Ｇ−ＡＰＳ複合体１６μＬ（１６０ｎｍｏｌ）とを添加して、４０℃で３０分攪拌すること、シリカナノ粒子（以下、「コア粒子」という。）含有分散液を得た。
【００５７】
得られたコア粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ３０μＬ（１３５μｍｏｌ）と、１８０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した5-カルボキシローダミン６Ｇ−ＡＰＳ複合体１１μＬ（１１０ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌することでコア粒子の表面にシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第１１シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第１１シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た。
【００５８】
前記第１１シリカナノ粒子含有分散液に、ＴＥＯＳ１０μＬ（４５μｍｏｌ）と、１８０ｍＭの濃度になるようにＤＭＦに溶解した5-カルボキシローダミン６Ｇ−ＡＰＳ複合体５．３μＬ（５３ｎｍｏｌ）とを追添し、４０℃で３０分攪拌し、第１１シリカナノ粒子の表面にさらにシェル層を形成させたシリカナノ粒子（以下、「第１２シリカナノ粒子」という。）を含む分散液（以下、「第１２シリカナノ粒子含有分散液」という。）を得た（平均粒径：２５０ｎｍ、粒子密度：１．４７g/cm３）。
【００５９】
（比較例３）
１４質量％のアンモニア水をエタノールで５倍希釈し、３．５ｍＬのアンモニア水含有溶媒を調製した。該アンモニア水含有溶媒にＴＥＯＳ（信越シリコーン社製、商品名：LS-2430）90μＬ（１３５μｍｏｌ）を添加して、４０℃で９０分攪拌することで、シリカナノ粒子含有分散液を得た（平均粒径：２５０ｎｍ、粒子密度：１．５０g/cm３）。
【００６０】
（試験例）
実施例及び比較例で調製したシリカ粒子を精製水に分散させ、０．２５ｍｇ/ｍＬの分散液１０ｍＬを103ｍｍ×φ16ｍの容器（商品名：先細スピッツ）に注入した。
液面から１０ｍｍの位置から分散液６μＬ抜き取り、水で200倍に希釈して吸光度を測定した（波長：420ｎｍ）。そして、測定開始時の値から１／１００まで吸光度が低下するまでの時間を沈降時間とした。その結果を表１に示す。
また、各粒子に導入された添加剤（オレイン酸、安息香酸、5-カルボキシローダミン６Ｇ）の導入量は、EDXによって分析した（型番：HORIBA  X-Max）。その結果も表１に示す。
【００６１】
【表１】
2017155069.tif 000006
【００６２】
表１に示すように、比較例の粒子はいずれも沈降までの時間が短く、分散状態を長期間維持することができなかった。
これに対して、本発明のシリカナノ粒子いずれも、沈降までの時間が８時間以上であり、分散状態を長期間維持することができた。
【図１】
2017155069.tif 000007
【図２】
2017155069.tif 000008