(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ナノ結晶、
該半導体ナノ結晶の表面の少なくとも一部を被覆する、親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物、および
該半導体ナノ結晶の表面の少なくとも一部を被覆する、配位性有機化合物、
を有する、水溶性蛍光材料であって、
該親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物が、下記式（Ｉ−１）
【化１】
0004245182.tif 000030
（Ｉ−１）
式（II−１）
【化２】
0004245182.tif 000031
（II−１）
または式（III）
【化３】
0004245182.tif 000032
［式中、Ｘは（ＣＨ２）ＣＯＯＨであり、Ｒ３はＨまたはＣ（ＣＨ３）３であり、ｎは４〜８である。］
で示されるカリックスアレーン誘導体またはチアカリックスアレーン誘導体であり、および
該配位性有機化合物が、トリアルキルホスフィン類、トリアルキルホスフィンオキシド類およびω−アミノアルカン類からなる群から選択される１種または２種以上の化合物である、
水溶性蛍光材料。
【請求項２】
前記半導体ナノ結晶が、
半導体ナノ結晶コア、および
該半導体ナノ結晶コアを被覆するシェル層、
を有する、請求項１記載の水溶性蛍光材料。
【請求項３】
前記半導体ナノ結晶コアは、II−VI族化合物半導体、III−Ｖ族化合物半導体またはIV族半導体を含む、請求項２記載の水溶性蛍光材料。
【請求項４】
前記シェル層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂからなる群から選択される１種またはそれ以上の半導体、またはそれらの合金もしくは混晶を含む、請求項２または３記載の水溶性蛍光材料。
【請求項５】
前記半導体ナノ結晶コアは、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、またはこれらの混合物、合金もしくは混晶を含み、前記シェル層はＺｎＳを含む、請求項２または３記載の水溶性蛍光材料。
【請求項６】
表面が配位性有機化合物によって被覆された半導体ナノ結晶と、親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物と、を溶媒中で混合する混合工程、
を包含する、水溶性蛍光材料の製造方法であって、
該親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物が、下記式（Ｉ−１）
【化４】
0004245182.tif 000033
（Ｉ−１）
式（II−１）
【化５】
0004245182.tif 000034
（II−１）
または式（III）
【化６】
0004245182.tif 000035
［式中、Ｘは（ＣＨ２）ＣＯＯＨであり、Ｒ３はＨまたはＣ（ＣＨ３）３であり、ｎは４〜８である。］
で示されるカリックスアレーン誘導体またはチアカリックスアレーン誘導体であり、および
該配位性有機化合物が、トリアルキルホスフィン類、トリアルキルホスフィンオキシド類およびω−アミノアルカン類からなる群から選択される１種または２種以上の化合物である、
水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項７】
前記半導体ナノ結晶が、
半導体ナノ結晶コア、および
該半導体ナノ結晶コアを被覆するシェル層、
を有する、請求項６記載の水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項８】
前記半導体ナノ結晶コアは、II−VI族化合物半導体、III−Ｖ族化合物半導体またはIV族半導体を含む、請求項７記載の水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項９】
前記シェル層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂからなる群から選択される１種またはそれ以上の半導体、またはそれらの合金もしくは混晶を含む、請求項７または８記載の水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体ナノ結晶コアは、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、またはこれらの混合物、合金もしくは混晶を含み、前記シェル層はＺｎＳを含む、請求項７または８記載の水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項１１】
前記混合工程において超音波処理が用いられる、請求項６〜１０いずれかに記載の水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項１２】
可視および近赤外範囲の発光域を有する水溶性蛍光材料を得るための、請求項６〜１１いずれかに記載の水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項１３】
可視範囲の発光域を有する水溶性蛍光材料を得るための、請求項６〜１１いずれかに記載の水溶性蛍光材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項６〜１３いずれかに記載の製造方法により得られる、水溶性蛍光材料。
【請求項１５】
請求項１〜５いずれかに記載の水溶性蛍光材料の調製における、親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物の使用であって、
該親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物が、下記式（Ｉ−１）
【化７】
0004245182.tif 000036
（Ｉ−１）
式（II−１）
【化８】
0004245182.tif 000037
（II−１）
または式（III）
【化９】
0004245182.tif 000038
［式中、Ｘは（ＣＨ２）ＣＯＯＨであり、Ｒ３はＨまたはＣ（ＣＨ３）３であり、ｎは４〜８である。］
で示されるカリックスアレーン誘導体またはチアカリックスアレーン誘導体である、環状フェノール化合物の使用。
【請求項１６】
表面が配位性有機化合物によって被覆された半導体ナノ結晶と、親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物と、を溶媒中で混合する混合工程、
を包含する、発光波長を変化させた水溶性蛍光材料の製造方法であって、
該親水性基および疎水性基を有する環状フェノール化合物が、下記式（Ｉ−１）
【化１０】
0004245182.tif 000039
（Ｉ−１）
式（II−１）
【化１１】
0004245182.tif 000040
（II−１）
または式（III）
【化１２】
0004245182.tif 000041
［式中、Ｘは（ＣＨ２）ＣＯＯＨであり、Ｒ３はＨまたはＣ（ＣＨ３）３であり、ｎは４〜８である。］
で示されるカリックスアレーン誘導体またはチアカリックスアレーン誘導体であり、および
該配位性有機化合物が、トリアルキルホスフィン類、トリアルキルホスフィンオキシド類およびω−アミノアルカン類からなる群から選択される１種または２種以上の化合物である、
発光波長を変化させた水溶性蛍光材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた発光効率を有する、水溶性蛍光材料に関する。特に本発明は、可視および近赤外範囲において発光域を有しそして優れた発光効率を有する、水溶性蛍光材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光材料は、現在、表示ディスプレイ分野、フォトニックデバイス分野、そしてバイオ用蛍光プローブなどに用いられている。代表的な発光材料として、希土類元素、有機系色素などが挙げられる。【０００３】
希土類元素は、主としてこれを無機ガラス媒体に分散させた、希土類元素含有ガラス発光材料として用いられている。しかしながら希土類元素は一般にその発光寿命が長いため、輝度が小さいという問題がある。加えて、吸収飽和が起きやすいため、輝度をより高めることが困難であるという問題もある。【０００４】
一方、有機系色素は、その発光寿命が短いため輝度が大きいという利点を有する。しかしながら有機系色素は、その励起準位が不連続であるため、吸収する光の波長は特定の範囲に限られている。そのため、利用用途に応じて吸収波長を変化させることは困難である。加えて、有機系色素は光照射によって分子が分解し退色してしまうという問題もある。【０００５】
これらに対して、近年、蛍光材料として半導体ナノ結晶が注目されている。この半導体ナノ結晶は上述の蛍光材料には見られない多様な特性を示すことが知られている。なお、半導体ナノ結晶とは、その粒径が約１〜２００ｎｍの半導体粒子をいう。半導体ナノ結晶の発光特性としては、有機系色素と同程度の発光寿命を有し輝度が大きいこと、加えて退色に対してきわめて安定であること、などが挙げられる。さらに特徴的なことは、この半導体ナノ結晶は、バンド構造を有することである。半導体ナノ結晶は、このバンド構造により、バンドギャップより短波長（高エネルギー）の光を全て吸収し、そしてバンドギャップに依存する波長の光を発光する。そしてこのバンドギャップは半導体ナノ結晶の粒径に依存する。【０００６】
半導体ナノ結晶は、半導体を種々の方法により微細化することにより製造される。しかしながら、この微細化により、結晶表面の反応性が飛躍的に増大することとなる。半導体ナノ結晶の発光は、結晶の表面状態の影響を受けやすく、そのため、結晶表面の反応性が高くなることによって、特定の波長の光を放出する結晶を提供することが困難となる。このような理由により、半導体ナノ結晶を発光材料として使用することは困難であった。【０００７】
半導体ナノ結晶が発光材料として注目され、実用化されるようになったのは、１９９０年後半に、アメリカのAlivisantosとBawendiのグループが、溶液中で半導体結晶表面を有機分子で被覆して不活性化することに成功してからである（X. Peng, M. C. Schlamp、A. V. Kadavanich, A. P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc., 119, 7019(1997)（非特許文献１）、およびB. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463(1997)（非特許文献２））。そしてその後、半導体ナノ結晶を蛍光プローブとして使用するため、半導体ナノ結晶の表面を親水的官能基で化学修飾することにより、水溶性の半導体ナノ結晶を得る研究が盛んに行われてきた。現在知られている化学修飾法として、以下の２つのタイプが挙げられる。【０００８】
第１のタイプは、チオール系の両親媒性化合物により、半導体結晶表面の疎水的被覆剤を置換して水溶化する方法である（W. C.W. Chan, S. Nie, Science, 281, 2016(1998)（非特許文献３）およびD. Gerion, F. Pinaud, S. C. Williams, W. J. Parak, D. Zanchet,  S. Weiss, A. P. Alivasatos, J. Phys. Chem. B, 105, 8861(2001)、（非特許文献４））。このタイプの概略説明図を図１に示す。【０００９】
しかしながら、第１のタイプの方法では、製造工程において、毒性または腐食性を有するチオール系の試薬を使用する必要があり、そのため製造設備などのコストがかかるという問題がある。加えて、この方法により得られる水溶性半導体ナノ結晶は、発光効率が低いという問題もある。【００１０】
第２のタイプは、両親媒性のポリマーにより半導体結晶表面を被覆し水溶化する方法である（国際公開番号ＷＯ００／１７６５５号パンフレット（特許文献１）、B. Dubertret, P. Skourides, D. J. Norris, V. Noireaux, A. H. Brivanlou, A. Libchaber, Science, 298, 1759(2002)（非特許文献５）、およびS. Kim, Y. T. Lim, E. G. Soltesz, A. M. De Grand, J. Lee, A. Nakayama, J. A. Parker, T. Mihaljevic, R. G. Laurence, D. M. Dor, L. H. Cohn, M. G. Bawendi, J. V. Frangioni, Nature Biotech. 22, 93(2004)（非特許文献６））。このタイプの概略説明図を図２に示す。【００１１】
しかしながら、第２のタイプの方法により得られる水溶性半導体ナノ結晶もまた、発光効率が低いという問題がある。加えて、用いられるポリマー系被覆剤が高価であること、そして水溶性半導体ナノ結晶の調製に長時間を要することなどの問題もある。現在、ポリマー系被覆剤を用いて調製された水溶性半導体ナノ結晶（量子ドッド）が、細胞染色用の蛍光プローブとして市販されている。これは、調製の困難性や用いる試薬が高価であることにより、従来の有機色素系のものと比較して非常に高価である。【００１２】
現在知られている２つのタイプの水溶化方法では、得られた水溶性半導体結晶の発光効率が低いこと、そして合成上の安全性、経済性（用いる試薬の調製の困難性、価格が高価であること、調製に多大な時間が費やされることなど）、あるいは調製の簡便さ、のいずれかに問題があるといえる。【００１３】
半導体ナノ結晶は、従来の有機系色素と比較してそのサイズが大きいため、測定対象によってはサイズによる実験誤差や標識化されたものの失活が問題となる場合がある。さらに、半導体ナノ結晶はその粒径によって放出される光の波長が決まるという特徴があり、より長波長側の発光波長を有する半導体ナノ結晶を作製するためには、より粒径の大きな結晶を調製する必要がある。この場合、上述の問題はさらに深刻なものとなり、半導体ナノ結晶の利用用途が制限されることとなる。
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ００／１７６５５号パンフレット
【非特許文献１】X. Peng, M. C. Schlamp、A. V. Kadavanich, A. P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc., 119, 7019(1997)
【非特許文献２】B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463(1997)
【非特許文献３】W. C.W. Chan, S. Nie, Science, 281, 2016(1998)
【非特許文献４】D. Gerion, F. Pinaud, S. C. Williams, W. J. Parak, D. Zanchet,  S. Weiss, A. P. Alivasatos, J. Phys. Chem. B, 105, 8861(2001)
【非特許文献５】B. Dubertret, P. Skourides, D. J. Norris, V. Noireaux, A. H. Brivanlou, A. Libchaber, Science, 298, 1759(2002)
【非特許文献６】S. Kim, Y. T. Lim, E. G. Soltesz, A. M. De Grand, J. Lee, A. Nakayama, J. A. Parker, T. Mihaljevic, R. G. Laurence, D. M. Dor, L. H. Cohn, M. G. Bawendi, J. V. Frangioni, Nature Biotech. 22, 93(2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記従来技術の問題点解決することを課題とする。より特定すれば、本発明は、優れた発光効率を有する、水溶性蛍光材料を提供すること、そしてそれを簡便に調製する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、
半導体ナノ結晶、
この半導体ナノ結晶の表面の少なくとも一部を被覆する、親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物、および
この半導体ナノ結晶の表面の少なくとも一部を被覆する、配位性有機化合物、
を有する、水溶性蛍光材料、を提供するものであり、これにより上記目的が達成される。【００１６】
上記半導体ナノ結晶は、
半導体ナノ結晶コア、および
この半導体ナノ結晶コアを被覆するシェル層、
を有するのが好ましい。【００１７】
また、上記配位性有機化合物が、トリアルキルホスフィン類、トリアルキルホスフィンオキシド類およびω−アミノアルカン類からなる群から選択される１種または２種以上の化合物であるのが好ましい。【００１８】
さらに、上記親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物の１態様として、下記式（Ｉ）【００１９】
【化１】
0004245182.tif 000002
【００２０】
［式中、
Ｘは、Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｍＯＨ、（ＣＨ２）ｍＮＨ２、（ＣＨ２）ｍＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｍＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｍＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝ｍ（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｍは１〜５の整数であり、Ｘは他のフェノール性酸素原子と結合して３〜３０員環のクラウンエーテルを形成してもよく、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはＣ３Ｈ７を表し、
Ｒ３は、Ｈまたは、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜２０の整数であり、そしてＸは同一であっても異なるものであってもよい。］
または、下記式（II）【００２１】
【化２】
0004245182.tif 000003
【００２２】
［式中、
Ｙは、（ＣＨ２）ｔＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｔＯＨ、（ＣＨ２）ｔＮＨ２、（ＣＨ２）tＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｔＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｔＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｔＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝t（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｔは０〜５の整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはＣ３Ｈ７を表し、
Ｒ４は、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜２０の整数であり、そしてＹは同一であっても異なるものであってもよい。］
で示される、１種またはそれ以上のカリックスアレーン誘導体である場合が挙げられる。【００２３】
また、上記親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物の他の１態様として、下記式（III）【００２４】
【化３】
0004245182.tif 000004
【００２５】
［式中、
Ｘは、Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｍＯＨ、（ＣＨ２）ｍＮＨ２、（ＣＨ２）ｍＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｍＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｍＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝m（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｍは１〜５の整数であり、Ｘは他のフェノール性酸素原子と結合して３〜３０員環のクラウンエーテルを形成してもよく、
Ｒ３は、Ｈまたは、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜２０の整数であり、そしてＸは同一であっても異なるものであってもよい。］
または、下記式（IV）【００２６】
【化４】
0004245182.tif 000005
【００２７】
［式中、
Ｙは、（ＣＨ２）ｔＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｔＯＨ、（ＣＨ２）ｔＮＨ２、（ＣＨ２）tＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｔＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｔＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｔＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝t（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｔは０〜５の整数であり、
Ｒ４は、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜２０の整数であり、そしてＹは同一であっても異なるものであってもよい。］
で示される、１種またはそれ以上のチアカリックスアレーン誘導体である場合が挙げられる。【００２８】
さらに、上記親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物の他の１態様として、下記式【００２９】
【化５】
0004245182.tif 000006
【００３０】
【化６】
0004245182.tif 000007
【００３１】
【化７】
0004245182.tif 000008
【００３２】
【化８】
0004245182.tif 000009
【００３３】
［式(Ｖ)〜(VIII)中、
Ｙは、（ＣＨ２）ｔＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｔＯＨ、（ＣＨ２）ｔＮＨ２、（ＣＨ２）tＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｔＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｔＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｔＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝t（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｔは０〜５の整数であり、
Ｒ３は、Ｈまたは、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜２０の整数であり、そしてＹは同一であっても異なるものであってもよい。］
で示される、１種またはそれ以上のカリックスレゾルカレーン誘導体である場合が挙げられる。【００３４】
さらに、上記親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物の他の１態様として、下記式（IX）【００３５】
【化９】
0004245182.tif 000010
【００３６】
［式中、
Ｘは、Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｍＯＨ、（ＣＨ２）ｍＮＨ２、（ＣＨ２）ｍＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｍＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｍＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝m（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｍは１〜５の整数であり、Ｘは他のフェノール性酸素原子と結合して３〜３０員環のクラウンエーテルを形成してもよく、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはＣ３Ｈ７を表し、
Ｒ３は、Ｈまたは、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｈは０〜９９の整数であり、そしてｈが１以上である場合は、Ｘは同一であっても異なるものであってもよい。］
または、下記式（Ｘ）【００３７】
【化１０】
0004245182.tif 000011
【００３８】
［式中、
Ｙは、（ＣＨ２）ｔＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｔＯＨ、（ＣＨ２）ｔＮＨ２、（ＣＨ２）ｔＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｔＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｔＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｔＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝ｔ（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｔは０〜５の整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはＣ３Ｈ７を表し、
Ｒ４は、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｈは０〜９９の整数であり、そしてｈが１以上である場合は、Ｙは同一であっても異なるものであってもよい。］
で示される、１種またはそれ以上の鎖状フェノール化合物誘導体である場合が挙げられる。【００３９】
上記半導体ナノ結晶コアは、II−VI族化合物半導体、III−Ｖ族化合物半導体またはIV族半導体を含むのが好ましい。【００４０】
また、上記シェル層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂからなる群から選択される１種またはそれ以上の半導体、またはそれらの合金もしくは混晶を含むのが好ましい。【００４１】
さらに、上記半導体ナノ結晶コアは、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、またはこれらの混合物、合金もしくは混晶を含み、上記シェル層はＺｎＳを含むのが好ましい。【００４２】
本発明はまた、水溶性蛍光材料の製造方法も提供する。このような製造方法として、
表面が配位性有機化合物によって被覆された半導体ナノ結晶と、親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物と、を溶媒中で混合する混合工程、
を包含する方法が挙げられる。【００４３】
上記方法において、上記半導体ナノ結晶が、半導体ナノ結晶コア、および
この半導体ナノ結晶コアを被覆するシェル層、を有するのが好ましい。【００４４】
また上記方法において、混合工程で用いられる、親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物は、
上記式（Ｉ）または式（II）で示される１種またはそれ以上のカリックスアレーン誘導体、または
上記式（III）または式（IV）で示される１種またはそれ以上のチアカリックスアレーン誘導体、または
上記式（Ｖ）、式（VI）、式（VII）または式（VIII）で示される１種またはそれ以上のカリックスレゾルカレーン誘導体、または
上記式（IX）または式（Ｘ）で示される１種またはそれ以上の鎖状フェノール化合物誘導体であるのが好ましい。【００４５】
また上記方法において、上記半導体ナノ結晶コアは、II−VI族化合物半導体、III−Ｖ族化合物半導体またはIV族半導体を含むのが好ましい。【００４６】
また上記方法において、上記シェル層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂからなる群から選択される１種またはそれ以上の半導体、またはそれらの合金もしくは混晶を含むのが好ましい。【００４７】
また上記方法において、上記半導体ナノ結晶コアは、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、またはこれらの混合物、合金もしくは混晶を含み、上記シェル層はＺｎＳを含むのが好ましい。【００４８】
また上記方法において、混合工程において超音波処理が用いられるのが好ましい。【００４９】
また上記方法において、可視および近赤外範囲の発光域を有する水溶性蛍光材料を得るために行うことができる。さらには、可視範囲の発光域を有する水溶性蛍光材料を得るために行うことができる。【００５０】
さらに本発明は、上記製造方法により得られる水溶性蛍光材料も提供する。【００５１】
また本発明は、上記水溶性蛍光材料の調製における、親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物の使用も提供する。【００５２】
さらに本発明は、表面が配位性有機化合物によって被覆された半導体ナノ結晶と、親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物と、を溶媒中で混合する混合工程、を包含する、発光波長を変化させた水溶性蛍光材料の製造方法も提供する。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によって、従来使われていたチオール系の化合物に代表されるような毒性あるいは腐食性がある被覆剤を使用する必要がなく、安全、簡便且つ迅速に、水溶性蛍光材料を調製することができる。本発明の水溶性蛍光材料は、従来の水溶性半導体ナノ結晶と比較して格段に高い発光効率を有する。例えば、本発明による水溶性蛍光材料は、メルカプトプロピオン酸を用いた水溶性半導体ナノ結晶と比べて、１０倍高い発光効率を有する。さらに本発明の水溶性蛍光材料は、分散安定性にも優れるという利点をも有する。本発明は、これらの利点によって、半導体ナノ結晶を蛍光プローブや発光材料としての応用するための基本的な水溶化技術となりうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来技術の概略説明図である。
【図２】従来技術の概略説明図である。
【図３】本発明の水溶性蛍光材料の模式図である。
【図４】ＦＣＳによる検出及び測定に用いられる装置の基本構造の概略説明図である。
【図５】本発明の水溶性蛍光材料による発光波長のシフトを示すグラフである。
【図６】実施例１の水溶性蛍光材料、比較例１の水溶化ナノ結晶、およびＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ（ＺｎＳ）の蛍光強度を示すグラフである。
【図７】実施例１の水溶性蛍光材料、比較例１の水溶化ナノ結晶、およびＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ（ＺｎＳ）の蛍光強度を示すグラフである。
【図８】ＦＣＳ検出及び測定による、本発明の水溶性蛍光材料の粒径測定に関するグラフである。
【図９】ＧＦＰ抗体をラベル化させる前およびラベル化させた後における、拡散時間の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明の水溶性蛍光材料は、半導体ナノ結晶の表面の少なくとも一部が、親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物によって被覆され、そして半導体ナノ結晶の表面の他の少なくとも一部が、配位性有機化合物によって被覆された構造を有する。【００５６】
半導体ナノ結晶
本発明の水溶性蛍光材料に含まれる半導体ナノ結晶は、可視領域またはその近傍に発光帯を有する半導体ナノ結晶が用いられる。このような半導体ナノ結晶として、半導体ナノ結晶コアと、そしてこの半導体ナノ結晶コアを被覆するシェル層とを有する、いわゆるコアシェル構造の半導体が好ましく用いられる。【００５７】
半導体ナノ結晶コアとして、II−VI族化合物半導体、III−Ｖ族化合物半導体またはIV族半導体が好ましく用いられる。これらの半導体は、可視領域またはその近傍に発光帯を有するからである。III−Ｖ族化合物半導体として、例えば、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳ等が挙げられる。II−VI族化合物半導体として、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ等が挙げられる。IV族半導体として、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｂ等が挙げられる。これらの半導体を１種で用いてもよく、また２種以上を用いてもよい。さらに、これらの半導体は２種以上の半導体からなる合金であってもよく、または混晶であってもよい。【００５８】
半導体ナノ結晶コアとして、II−VI族化合物半導体を用いるのがより好ましく、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、またはこれらの混合物、合金もしくは混晶を用いるのが特に好ましい。これらの半導体は、結晶粒径の制御性に優れ、また高い発光性能を有するからである。【００５９】
半導体ナノ結晶コアの調製方法として、例えば下記方法が挙げられる。
（１）原料水溶液を非極性有機溶媒中の逆ミセルとして存在させ、逆ミセル相中にて結晶成長させる方法（逆ミセル法）。例えばＢ．Ｓ．Ｚｏｕら；Ｉｎｔ．Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｃｈｅｍ．，７２巻，４３９（１９９９）に記載されている、公知の方法である。比較的安価かつ化学的に安定な塩を原料とすることができ、しかも水の沸点を超えない比較的低温で行われるため、工業生産に適した方法である。但し、下記のホットソープ法の場合に比べて現状技術では発光特性に劣る場合がある。
（２）熱分解性原料を高温の液相有機媒体に注入して結晶成長させる方法（ホットソープ法）。例えば前記のＪ．Ｅ．Ｂ．Ｋａｔａｒｉら著の文献に記載される、公知の方法である。上記の逆ミセル法に比べて粒径分布と純度に優れた半導体結晶粒子が得られ、そして得られる生成物は発光特性に優れ有機溶媒に通常可溶であるという特徴がある。ホットソープ法における液相での結晶成長の過程の反応速度を望ましく制御する目的で、半導体構成元素に適切な配位力のある配位性有機化合物が、液相成分（溶媒と配位子を兼ねる）として選択される。このような配位性有機化合物の例としては、トリアルキルホスフィン類、トリアルキルホスフィンオキシド類、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のω−アミノアルカン類などが挙げられる。これらのうち、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）等のトリアルキルホスフィンオキシド類やヘキサデシルアミン等のω−アミノアルカン類などが好適である。
（３）酸塩基反応を駆動力として半導体結晶やその前駆体を、水やエタノールなどのプロトン性溶媒中において１００℃以下程度の比較的低い温度で生成させる工業生産に適した方法（ゾル−ゲル法）。【００６０】
上記調製方法のうち、（２）ホットソープ法を用いるのが好ましい。発光特性により優れる半導体ナノ結晶コアを調製することができるからである。また、L. Qum and X. Peng, J. Am. Chem. Soc., 124, 2049（2002）においても、トリアルキルホスフィンオキシド類によって被覆された半導体ナノ結晶の調製方法が開示されている。【００６１】
半導体ナノ結晶コアは、約１ｎｍ〜約５０ｎｍの粒径を有するのが好ましく、約１ｎｍ〜約２０ｎｍがより好ましく、約１ｎｍ〜約５ｎｍがさらに好まししい。上記範囲の粒径を有することによって、良好な発光特性を有する水溶性蛍光材料を得ることができる。【００６２】
半導体ナノ結晶コアを被覆するシェル層は、バンドギャップ（禁制帯幅）が、半導体ナノ結晶コアのバンドギャップよりも大きな半導体を含む。シェル層にこのような半導体を用いることによって、半導体ナノ結晶にエネルギー的な障壁が形成され、これにより良好な発光性能が得られることとなる。【００６３】
シェル層に好ましく用いられる半導体は、用いられる半導体ナノ結晶コアのバンドギャップにも依存するが、例えばＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂからなる群から選択される１種またはそれ以上の半導体、またはそれらの合金もしくは混晶が好ましく用いられる。この中でもＺｎＳが特に好ましく用いられる。ＺｎＳを用いることによって、コアシェル構造を有する半導体ナノ結晶を容易に調製することができる。【００６４】
コアシェル構造を有する半導体ナノ結晶は、２段階方法により好ましく調製される。これは、上記方法により得られた半導体ナノ結晶コアに、シェル層に含まれる半導体の溶液を添加することにより、半導体ナノ結晶コアを被覆するシェル層を形成することができる。なおこの調製方法は、非特許文献２である、B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463(1997)などに記載されており、公知である。【００６５】
コアシェル構造を有する半導体ナノ結晶は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの粒径を有するのが好ましく、約１ｎｍ〜約４０ｎｍがより好ましく、約１ｎｍ〜約１０ｎｍがさらに好ましい。上記範囲の粒径を有することによって、可視範囲おける発光域を得ることができる。【００６６】
半導体ナノ結晶は市販されているものを用いてもよい。好ましく用いられる半導体ナノ結晶として、Evident Technologies社製、商品名Core-Shell EviDots（ＣｄＳｅ／ＺｎＳおよびＣｄＴｅ／ＣｄＳ半導体結晶）などが挙げられる。【００６７】
本発明においては、半導体ナノ結晶として、その表面を配位性有機化合物で被覆されているものが用いられる。半導体ナノ結晶はその表面の反応性が非常に高いため、一般にトリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）などの配位性有機化合物によって表面が被覆されている。こうして被覆された半導体ナノ結晶は疎水性が非常に高く、クロロホルムやヘキサンなどの有機溶媒にしか分散させることができない。このように水には分散させることができない、配位性有機化合物によって被覆された半導体ナノ結晶は、本発明によって水に分散させることが可能となる。配位性有機化合物として、例えば、トリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）などのトリアルキルホスフィンオキシド類、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）、トリブチルホスフィン（ＴＢＰ）などのトリアルキルホスフィン類、またはヘキサデシルアミンなどのω−アミノアルカン類などが挙げられる。【００６８】
なお、本発明においては、その高い発光性能からコアシェル型の半導体ナノ結晶が好ましく用いられるが、高い発光性能を有する半導体ナノ結晶であればコアシェル型のものに限定されるものではない。例えばドープ型半導体ナノ結晶などを用いてもよい。【００６９】
親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物
本発明の水溶性蛍光材料は、親水性基および疎水性基を有する鎖状または環状フェノール化合物（以下、「フェノール化合物」と略記することもある。）によって、半導体ナノ結晶の表面の少なくとも一部が被覆されている。【００７０】
このようなフェノール化合物として、例えば、カリックスアレーン誘導体、チアカリックスアレーン誘導体、カリックスレゾルカレーン誘導体、そして鎖状フェノール化合物誘導体が挙げられる。カリックスアレーン誘導体、チアカリックスアレーン誘導体およびカリックスレゾルカレーン誘導体は、筒状構造を有する化合物であり、包接機能や触媒機能を有することで知られている。【００７１】
カリックスアレーン誘導体として、下記式（Ｉ）または式（II）に示されるものが挙げられる。【００７２】
【化１１】
0004245182.tif 000012
【００７３】
［式中、
Ｘは、Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｍＯＨ、（ＣＨ２）ｍＮＨ２、（ＣＨ２）ｍＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｍＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｍＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝ｍ（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｍは１〜５の整数であり、Ｘは他のフェノール性酸素原子と結合して３〜３０員環のクラウンエーテルを形成してもよく、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはＣ３Ｈ７を表し、
Ｒ３は、Ｈまたは、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜２０の整数であり、そしてＸは同一であっても異なるものであってもよい。］
Ｘが塩の形態である場合の例として、Ｘが（ＣＨ２）ｍＣＯＯＨまたは（ＣＨ２）ｍＳＯ３Ｈを表し、これらが塩である場合の対イオンとして、例えばＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋などが挙げられる。またＸが（ＣＨ２）ｍＮＨ２を表し、これらが塩である場合の対イオンとして、例えばＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、ＯＨ−、ＣＨ３ＣＯＯ−などが挙げられる。また（ＣＨ２）ｍＰＯ４Ｈ２を表し、これらが塩である場合の対イオンとして、例えばＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋などが挙げられる。【００７４】
【化１２】
0004245182.tif 000013
【００７５】
［式中、
Ｙは、（ＣＨ２）ｔＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｔＯＨ、（ＣＨ２）ｔＮＨ２、（ＣＨ２）tＮ（ＣＨ３）３、（ＣＨ２）ｔＰＯ４Ｈ２、（ＣＨ２）ｔＳＯ３Ｈ、（ＣＨ２）ｔＣＨＯ、｛（ＣＨ２）２Ｏ｝t（ＣＨ２）２ＯＨまたはこれらの塩を表し、ここでｔは０〜５の整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立して、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはＣ３Ｈ７を表し、
Ｒ４は、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜２０の整数であり、そしてＹは同一であっても異なるものであってもよい。］
Ｙが塩の形態である場合の例として、Ｙが（ＣＨ２）ｔＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｔＳＯ３Ｈを表し、これらが塩である場合の対イオンとして、例えばＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋などが挙げられる。またＹが（ＣＨ２）ｔＮＨ２を表し、これらが塩である場合の対イオンとして、例えばＦ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、ＯＨ−、ＣＨ３ＣＯＯ−などが挙げられる。また（ＣＨ２）ｔＰＯ４Ｈ２を表し、これらが塩である場合の対イオンとして、例えばＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋などが挙げられる。【００７６】
上記式（Ｉ）中に含まれるＲ３、および式（II）中に含まれるＲ４の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルは、フッ素、塩素または臭素などの置換基を１〜４つ有していてもよい。【００７７】
上記式（Ｉ）で示されるカリックスアレーン誘導体のうち、
Ｘは、Ｈ、（ＣＨ２）ｍＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｍＳＯ３Ｈ、またはこれらの塩を表し、ここでｍは１〜３の整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれＨを表し、
Ｒ３は、Ｈまたは、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜８の整数であり、Ｘは同一である、
ものがより好ましい。Ｘが塩の形態をとる場合の対イオンとして、Ｎａ＋またはＫ＋が好ましい。【００７８】
また、上記式（II）で示されるカリックスアレーン誘導体のうち、
Ｙは、（ＣＨ２）ｔＣＯＯＨ、（ＣＨ２）ｔＳＯ３Ｈ、またはこれらの塩を表し、ここでｔは０〜２の整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれＨを表し、
Ｒ４は、直鎖または分枝状の、Ｃ１〜Ｃ１２-アルキル、Ｃ３〜Ｃ１２-シクロアルキル、Ｃ６〜Ｃ１２-アリールまたはＣ７〜Ｃ１２-アラルキルを表し、
ｎは４〜８の整数であり、Ｙは同一である、
ものがより好ましい。Ｙが塩の形態をとる場合の対イオンとして、Ｎａ＋またはＫ＋が好ましい。【００７９】
チアカリックスアレーン誘導体として、下記式（III）または式（IV）に示されるものが挙げられる。【００８０】
【化１３】
0004245182.tif 000014
【００８１】
【化１４】
0004245182.tif 000015
【００８２】
上記式（III）中のＲ３、Ｘ、ｎの定義および好ましい範囲は、上記式（Ｉ）における定義および好ましい範囲と同様である。また、上記式（IV）中のＲ４、Ｙ、ｎの定義および好ましい範囲は、上記式（II）における定義および好ましい範囲と同様である。【００８３】
カリックスレゾルカレーン誘導体として、下記式（Ｖ）〜式（VIII）に示されるものが挙げられる。【００８４】
【化１５】
0004245182.tif 000016
【００８５】
【化１６】
0004245182.tif 000017
【００８６】
【化１７】
0004245182.tif 000018
【００８７】
【化１８】
0004245182.tif 000019
【００８８】
上記式（Ｖ）〜（VIII）中のＲ３、ｎの定義および好ましい範囲は、上記式（Ｉ）における定義および好ましい範囲と同様である。また、上記式（Ｖ）〜（VIII）中のＹの定義および好ましい範囲は、上記式（II）における定義および好ましい範囲と同様である。【００８９】
鎖状フェノール化合物誘導体として、下記式（IX）または式（Ｘ）に示されるものが挙げられる。【００９０】
【化１９】
0004245182.tif 000020
【００９１】
【化２０】
0004245182.tif 000021
【００９２】
上記式（IX）中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｘ、ｎの定義および好ましい範囲は、上記式（Ｉ）における定義および好ましい範囲と同様である。また、上記式（Ｘ）中のＲ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｙ、ｎの定義および好ましい範囲は、上記式（II）における定義および好ましい範囲と同様である。上記式（IX）および式（Ｘ）中のｈは、０〜９９の整数であり、好ましくは０〜５０の整数であり、より好ましくは０〜１０の整数である。【００９３】
本発明において、フェノール化合物として、カリックスアレーン誘導体を用いるのがより好ましい。そして、本発明において特に好ましく用いられるカリックスアレーン誘導体として、下記式（Ｉ−１）および式（II−１）に示されるものが挙げられる。下記構造を有するカリックスアレーン誘導体は、水溶化能力が高く、またその前駆体化合物の入手は容易である。【００９４】
【化２１】
0004245182.tif 000022
（Ｉ−１）【００９５】
【化２２】
0004245182.tif 000023
（II−１）【００９６】
カリックスアレーン誘導体の調製方法は、例えば、J. Am. Chem. Soc., (1989), 111, 8192（ｐ−ｔｅｒ−ブチルカリックス（５）アレーンの合成方法が記載されている。）、Macromol. Chem. Rapid Commun. 3, 705, (1982)（ｐ−ｔｅｒ−ブチルカリックス（７）アレーンの合成方法が記載されている。）、J. Org. Chem. (1977), 42, 382およびJ. Org. Chem. (1978), 43, 4280（ｐ−ｔｅｒ−ブチルカリックス（４）アレーンの合成方法が記載されている。）などに記載されており公知である。これらの方法に基づいて、本発明で用いるカリックスアレーン誘導体を調製することができる。そして出発物質を変更して同様の方法を用いることによって、チアカリックスアレーン誘導体、カリックスレゾルカレーン誘導体および鎖状フェノール化合物誘導体を調製することができる。【００９７】
本発明においては、市販のフェノール化合物を用いてもよい。好ましく用いられるカリックスアレーン誘導体（前駆体化合物）として、例えばAldrich社製、4-tert-Butylcalix[4]arene tetraacetic acid tetraethyl ester、Acros Organics社製、4-sulfonic calix[4]areneなどが挙げられる。好ましく用いられるチアカリックスアレーン誘導体（前駆体化合物）として、例えば東京化成社製、4-tert-Butyl-1-(ethoxycarbonylmethoxy)tetra thiacalix[4]arene、4-sulfothiacalix[4]arene sodium saltなどが挙げられる。好ましく用いられるカリックレゾルカレーン誘導体（前駆体化合物）として、例えばAcros Organics社製、C-Undecylcalix[4]resorcinarene monohydrateなどが挙げられる。そして好ましく用いられる鎖状フェノール化合物誘導体（前駆体化合物）として、例えば和光純薬社製、Phenoxyacetic acid、p-Phenolsulfonic acidなどが挙げられる。上記市販化合物はいずれも前駆体化合物として用いられる。本発明で用いられるフェノール化合物は、これらの前駆体化合物を、アルカリ（例えば水酸化ナトリウムなど）を用いて処理することによって、あるいは臭化アルキルを用いて反応させることによって、容易に調製することができる。尚、アルカリ処理は、A. Aruduini, A. Pochini, S. Reverberi, R. Ungaro, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 981-982(1984)に記載される、公知の処理方法である。臭化アルキルとの反応もまた、S. Shinkai, S. Mori, H. Koreishi, T. Tsubaki, O. Manabe, J. Am. Chem. Soc.108, 2409-2416(1986)に記載される、公知の反応である。【００９８】
なおこれらのフェノール化合物は、１種のみを単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。また、これらのフェノール化合物が有する、カルボキシル基またはヒドロキシル基などの親水性基をイオン化させる必要がある場合には、脱プロトン化剤（例えばカリウムｔ−ブトキシド、ジメチルアミノピリジンなど）を用いてイオン化させてもよい。【００９９】
水溶性蛍光材料
本発明の水溶性蛍光材料は、上記した半導体ナノ結晶の表面の少なくとも１部がフェノール化合物に被覆され、そして半導体ナノ結晶の表面の他の少なくとも１部が配位性有機化合物に被覆された構造を有する。つまり、本発明の水溶性蛍光材料は、半導体ナノ結晶の表面がフェノール化合物によって被覆された部分と、配位性有機化合物によって被覆された部分とを有する。本発明の水溶性蛍光材料の構造として、配位性有機化合物によって被覆された半導体ナノ結晶に対して、１またはそれ以上のフェノール化合物が半導体ナノ結晶に配向または付着すると考えられる。限定されるものではなく、また理論に拘束されるものではないが、フェノール化合物が半導体ナノ結晶に配向または付着する際に、フェノール化合物は、半導体ナノ結晶を被覆する配位性有機化合物と置き換わるか、または半導体ナノ結晶を被覆する配位性有機化合物の間に挿入されるか、あるいは半導体ナノ結晶を被覆する配位性化合物からなる疎水的な単分子層に付着・配向すると考えられる。こうして、半導体ナノ結晶の表面の少なくとも１部がフェノール化合物に被覆され、表面の他の少なくとも１部が配位性有機化合物に被覆された構造を有する、水溶性蛍光材料が得られる。【０１００】
フェノール化合物が半導体ナノ結晶に配向または付着する際、フェノール化合物が有する疎水性基が半導体ナノ結晶に配向または付着すると考えられる。例えば上記式（Ｉ）で示されるカリックスアレーン誘導体が半導体ナノ結晶を被覆する場合は、疎水性基であるＲ３で示される基の側が、半導体ナノ結晶に配向または付着し、そして親水性基であるＸで示される基の側が、外側（溶媒側）を向くこととなる。また上記式（II）で示されるカリックスアレーン誘導体が半導体ナノ結晶を被覆する場合は、疎水性基であるＲ４で示される基の側が、半導体ナノ結晶に配向または付着し、そして親水性基であるＹで示される基の側が、外側（溶媒側）を向くこととなる。親水性基が溶媒側を向くことによって、水溶性蛍光材料が得られることとなる。式（III）および式（IV）で示されるチアカリックスアレーン誘導体、式（Ｖ）〜式（VIII）で示されるカリックスレゾルカレーン誘導体、または式（IX）および式（Ｘ）で示される鎖状フェノール化合物誘導体を用いる場合の配向または付着についても同様である。【０１０１】
図３に本発明の水溶性蛍光材料の模式図を示す。これは、本発明の水溶性蛍光材料の一例である、カリックスアレーン誘導体が半導体ナノ結晶の表面の少なくとも１部を被覆する水溶性蛍光材料を、模式的に示している。【０１０２】
本発明の水溶性蛍光材料は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの粒径を有するのが好ましく、約１ｎｍ〜約５０ｎｍがより好ましく、約１ｎｍ〜約２０ｎｍがさらに好ましい。上記範囲の粒径を有することによって、良好な発光特性を得ることができる。【０１０３】
本発明の水溶性蛍光材料の粒径の測定には、蛍光相関分光法（ＦＳＣ）を用いて求めている。蛍光相関分光法は、蛍光強度の揺らぎの自己相関からその分子の大きさを評価する方法である。蛍光相関分光法（ＦＳＣ）を用いて水溶性蛍光材料の粒径を測定することによって、被覆剤をも含めた水溶性蛍光材料の大きさが評価できるという利点がある。例えば、画像として直接観察する透過形電子顕微鏡（ＴＥＭ）などでは、水溶性蛍光材料を構成する半導体ナノ結晶の大きさを測定することは可能であるが、水溶性蛍光材料全体の大きさを測定することは、ほぼ不可能である。以下に、蛍光相関分光法（ＦＳＣ）について簡単に説明する。【０１０４】
ＦＣＳによる検出及び測定に用いられる装置の基本構造を、図４に示す。図４を用いて概略説明すると、（Ａ）はＦＣＳ（蛍光相関分光）装置の模式図を示す。レーザーからの励起光はダイクロイックミラー（ＤＭ）と対物レンズを経由してカバーガラス上の試料溶液に導かれる。蛍光発光はロングパスフィルター（Ｆ）を通り、共焦点上のピンホールで共焦点面以外のバックグラウンド光を取り除き、アバランシェフォトダイオード検出器（ＡＰＤ）へと導かれ、その信号はさらにデジタル相関器で解析される。（Ｂ）は観測領域の拡大模式図を示す。対物レンズによって極限まで絞られた共焦点領域を、ブラウン運動している蛍光分子が通過する様子を示す。（Ｃ）は、蛍光相関解析後の相関曲線を示す。観測される蛍光強度のゆらぎを解析することで、分子の「数」や「大きさ」といった物理量を得ることができる。【０１０５】
ＦＣＳによる測定では、共焦点光学系を用いることにより、試料溶液の極微小領域（直径  約４００ｎｍ, 軸長  約２μｍ, 体積  〜１０-16Ｌ）からの蛍光を検出する（図４）。ＦＣＳ測定装置としては、例えば、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製のＣｏｎｆｏＣｏｒ２、オリンパス社製のＭＦ２０または浜松ホトニクス社製のコンパクトＦＣＳを用いることができる。【０１０６】
ＦＣＳによる測定では、観測領域は開放系であるため、蛍光分子はブラウン運動にしたがい領域内を出入りする。すると、観測領域中の分子の数はある値を中心に変動し、数の揺らぎが生じる。そして、この数の揺らぎに起因した蛍光強度の揺らぎが観測される（蛋白質  核酸  酵素、Vol．44、No.９、1431−1438、1999）。【０１０７】
観測される蛍光強度のゆらぎを、次の数式（１）〜数式（４）を用いて解析することによって、分子の「数」や「大きさ」といった物理量を求めることができる。すなわち、揺らぎの信号から情報を引き出すために自己相関関数を用いる。ＦＣＳで用いる自己相関関数は数式（1）で示される。【０１０８】
【数１】
0004245182.tif 000024
【０１０９】
ここで、ｓはｓ＝ｚ/ｗであり、観測領域の半径（ｗ）と半長軸（ｚ）の比を示す。τＤは拡散時間（又は相関時間）と呼ばれ、蛍光分子が拡散によって観測領域を通過する平均の時間を示す。Ｎは一定時間内に観測領域内に存在する分子の平均の数を示す。【０１１０】
揺らぎを数式(１)により解析すると図４（Ｃ）に示すような曲線が得られ、そこから分子の「動き易さ」を示す拡散時間τＤと分子の「数」Ｎが得られる。相関曲線は、蛍光分子が他の分子と会合するなどして分子のサイズ（大きさ）が大きくなると右にシフトし、反対に解離するなどしてサイズが小さくなると左にシフトする。【０１１１】
数式（１）で得られる拡散時間τＤは、拡散定数Ｄと数式（２）の関係にある。【０１１２】
【数２】
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【０１１３】
更に、拡散定数Ｄは、分子を球と仮定した場合のアインシュタイン‐ストークス（Ｅｉｎｓｔｅｉｎ-Ｓｔｏｋｅｓ）式により、分子の半径ｒと数式（３）に示される関係にある。【０１１４】
【数３】
0004245182.tif 000026
【０１１５】
ここで、κＢ、Ｔ、およびηはそれぞれボルツマン定数、絶対温度、および溶媒の粘性である。【０１１６】
従って、拡散時間τＤは数式(２)と数式(３)より分子の「大きさ」（サイズ）に当たる分子半径ｒと数式（４）のように関係付けられる。【０１１７】
【数４】
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このように蛍光強度の揺らぎを数式（１）及び数式（４）を用いて解析することで、観測領域内に存在する分子の「数」や「大きさ」を得ることができる。揺らぎと自己相関関数に関しての詳しい説明は解説書に解説されている（武者利光著「ブルーバックス  ゆらぎの世界」、講談社、1980；Ｄ．アイゼンバーグ他1名著「生命科学のための物理学(下)」培風館、ｐ596-600、1988；日野幹雄著「スペクトル解析」朝倉書店、ｐ25-39、1977）。【０１１８】
本発明においては、ＦＣＳ測定装置として、浜松ホトニクス社のコンパクトＦＣＳを用いた。測定は、波長４８８ｎｍで３秒間の測定を１０回行う方式で実施した。そして、既知の粒径を有する発光ビーズを内部標準として用い、同条件におけるＦＣＳ検出及び測定を行うことによって、本発明の水溶性蛍光材料の粒径を測定することができる。【０１１９】
本発明の水溶性蛍光材料は、可視および近赤外線光領域、例えば４００〜２０００ｎｍ、特に５００〜１２００ｎｍの範囲に発光ピークを有する、発光半導体ナノ結晶である。そして、本発明の、半導体ナノ結晶の表面上の少なくとも一部がフェノール化合物によって被覆された構造を有する水溶性蛍光材料は、調製に用いた半導体ナノ結晶の発光効率より高い発光効率を有するという、驚くべき性能を有する。理論に拘束されるものではないが、本発明の水溶性蛍光材料が極めて優れた発光効率を有する理由としては、疎水性の高い芳香環を有するフェノール化合物で表面を被覆されることによって、半導体ナノ結晶の表面が高度に水から遮断され、そのため生成する励起子電子と正孔の表面からの電荷移動が抑制されることが考えられる。【０１２０】
本発明のさらなる利点の１つとして、半導体ナノ結晶の粒径を変えることなく、用いるフェノール化合物の選択によって、水溶性蛍光材料の発光波長を変化させることができる点が挙げられる。一般的に発光半導体ナノ結晶の発光ピークの波長は、半導体ナノ結晶の粒径に依存することが知られている。このため従来は、所望とする発光ピーク波長にあわせて、半導体ナノ結晶の粒径を変化させる必要があった。ところが所望の粒径を有する半導体ナノ結晶を得るためには、その調製工程の注意深い制御が必要とされる。また、半導体ナノ結晶の粒径を変化させることによって、その分散性などの他の物性も変化してしまうことが多く、設計上の問題もあった。【０１２１】
本発明においては、例えば、ＴＯＰＯによって被覆された、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ結晶コアおよびＺｎＳからなるシェル層を有する半導体ナノ結晶（ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)）と、カリックス[４]アレーンのアセテート誘導体とを用いて、水溶性蛍光材料を調製することによって、その発光波長を６０ｎｍ程度まで長波長側に変化させることができる。下記表１に、ＴＯＰＯによって被覆されたＣｄＳｅ(ＺｎＳ)の発光波長と、これとカリックス[４]アレーンのアセテート誘導体を用いて調製された水溶性蛍光材料の発光波長とを比較することによって得られたシフトの大きさを示す。また、この水溶性蛍光材料の発光波長のシフトを示すグラフを図５に示す。この現象は、半導体ナノ結晶が非常に電子密度の高い芳香環により包まれることにより半導体の電子状態が影響を受けバンドギャップの大きさを変化したことによると考えられる。【０１２２】
【表１】
0004245182.tif 000028
【０１２３】
本発明の水溶性蛍光材料のさらなる利点の１つとして、分散安定性に優れることが挙げられる。半導体ナノ結晶の分散安定性は優れるものではないことが知られている。例えば、溶液中に分散された半導体ナノ結晶を室温で環境雰囲気下に曝しておくと、２週間程で半導体ナノ結晶は沈殿し、発光しなくなる。これは、半導体ナノ結晶を被覆する界面活性剤が徐々に剥離し、そしてこれらの半導体ナノ結晶がブラウン運動によって互いに凝集し、不完全な化学結合を形成し、欠陥を生じることが原因と考えられている（化学フロンティア  ナノマテリアル最前線〜現実になった究極ものづくり〜、化学同人発行、１７７頁、第１１〜１８行）。これに対して、本発明の水溶性蛍光材料は、従来の半導体ナノ粒子と比べて分散安定性に優れるものである。本発明の水溶性蛍光材料は、例えば溶液中に分散させて、これを室温、環境雰囲気下において約一ヶ月以上保存しても沈殿が生成しないほどに、分散安定性に優れる。本発明の水溶性蛍光材料は単分散性に優れ、そして分散安定性にも優れる。【０１２４】
水溶性蛍光材料の調製方法
本発明の水溶性蛍光材料は、上記した半導体ナノ結晶とフェノール化合物とを、溶媒中で混合することによって調製される。混合方法は特に限定されるものではなく任意の混合方法を用いることができる。【０１２５】
半導体ナノ結晶とフェノール化合物との混合において超音波処理を行うのが好ましく、これによってより短時間で水溶性蛍光材料を調製することができる。【０１２６】
半導体ナノ結晶とフェノール化合物との混合における温度は、特に限定されるものではない。例えば室温などの穏やかな条件下であっても良好に混合することができる。混合時間は、超音波処理を用いる場合は、例えば２秒〜３０分の間で適宜選択することができる。超音波処理を用いない場合は、例えば１０分〜２４時間の間で適宜選択することができる。【０１２７】
混合に用いられる溶媒は、任意の有機溶媒、そして有機溶媒と水溶媒の混合溶媒などを用いることができる。用いることができる有機溶媒の具体例としては、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒；ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アニソール、フェネトールなどのエーテル系溶媒；酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピル、エチレングリコールジアセテートなどのエステル系溶媒；ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのセロソルブ系溶媒；メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール系溶媒；ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒；などが挙げられる。これらの有機溶媒は１種のみを単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒などが作業性の面などから特に好ましく用いられる。【０１２８】
混合に用いられる半導体ナノ結晶とフェノール化合物との重量比は、用いる半導体ナノ結晶の粒径にも依存するが、一般に１：１〜１：１０００程であり、１：２０〜１：１００であるのがより好ましい。【０１２９】
本発明の水溶性蛍光材料およびその製造方法には、下記に挙げるような利点がある：
１．毒性・腐食性のある被覆剤を使用することなく、水溶性蛍光材料を調製することができる。
２．加えて、穏やかな条件下において、短い時間で調製することができる。
３．得られる水溶性蛍光材料は、高い発光効率を有する。
４．得られる水溶性蛍光材料は、分散安定性に優れるものである。
５．用いるフェノール化合物の種類を変更することによって、発光波長を調節することが可能である。
６．単分散性の水溶性蛍光材料（例えば、粒径１０ｎｍ以下のもの）を得ることができる。
７．本発明の水溶性蛍光材料は優れた発光効率を有し、特にタンパク質や抗体、遺伝子などのラベルしたバイオ用蛍光プローブとして好適に使用することができる。
【実施例】
【０１３０】
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。【０１３１】
実施例１
カリックス［４］アレーンのアセテート誘導体を用いた水溶性蛍光材料の調製
L. Qum and X. Peng, J. Am. Chem. Soc., 124, 2049(2002) および B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463(1997)に従って、ＴＯＰＯによって被覆された、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ結晶コアおよびＺｎＳからなるシェル層を有する半導体ナノ結晶（ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)）を調製した。得られたＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶  １ｍｇを、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）  ４ｍＬに溶解した。この溶液に、上記式（Ｉ−１）に示されるカリックス［４］アレーンアセテート誘導体（式中、ｎ＝１およびＲ３＝Ｈ）２０ｍｇを加え、３０秒間超音波処理した。次いでカリウムｔ−ブトキシド  ４０ｍｇを加えて撹拌した。得られたゲル状の沈殿物を遠心分離した。得られた沈殿物に、ＴＨＦ  ４ｍＬを加えて再度遠心分離して、沈殿物に含まれる過剰のカリックス［４］アレーンアセテート誘導体、およびカリウムｔ−ブトキシドを取り除いた。こうして得られた沈殿物を、室温で約１０分間放置して、ＴＨＦを蒸発除去した。その後、沈殿物に蒸留水  約５ｍＬを加えて５分間超音波処理し、次いで０．２ミクロンのフィルターで濾過して、ＣｄＳｅ（ＺｎＳ）水溶性蛍光材料の水溶液を得た。【０１３２】
得られた水溶性蛍光材料の量子収率は、４８０ｎｍ波長光照射励起による発光ピーク６００ｎｍにおいて、０．２６であった。また得られた水溶性蛍光材料１ｍｇを、水２０ｍｌ中に分散させて分散物を作成し、これを環境雰囲気下、室温にて１ヶ月以上保存した後に目視評価を行ったところ、沈殿の発生は確認されず、分散安定性に優れることが確認された。【０１３３】
蛍光強度
実施例１により得られた水溶性蛍光材料１ｍｇを、水２０ｍｌ中に分散させて試料を調製した。さらに、後記比較例１により得られたナノ結晶１ｍｇを、水 ２０ｍｌ中に分散させて試料を調製し、そして実施例１において用いたＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶１ｍｇを、クロロホルム２０ｍｌ中に分散させて試料を調製した。３つの試料はいずれも４８０ｎｍでの光学密度（吸光度）が０．０５になるよう、それぞれの溶媒でさらに希釈した。これらの試料に、波長４８０ｎｍの光を照射し、これにより得られた発光の蛍光強度を、島津製作所社製蛍光分光高度計  RF5300-PCを用いて測定した。得られた蛍光強度のグラフを図６に示す。また、同様にして４８０ｎｍの光を照射した際に得られた蛍光強度のグラフを図７に示す。図６および図７中において、実施例１の水溶性蛍光材料の蛍光強度を（１）、後記比較例１のナノ結晶の蛍光強度を（２）、そして実施例１において用いられたＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶の蛍光強度を（３）に示す。ここで実施例１の蛍光強度（１）および比較例１の蛍光強度（２）は、水溶性蛍光材料  の４８０ｎｍにおける光学密度（吸光度）が０．０５になるように水中に分散させた試料を用いて測定を行っている。一方、ＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶の蛍光強度（３）は、同じく４８０ｎｍにおける光学密度（吸光度）が０．０５になるようクロロホルム中に分散させた試料を用いて測定を行っており、分散溶媒が異なる。【０１３４】
このように蛍光強度の測定において、それぞれのサンプルの光学密度（吸光度）を一定にしている理由は、半導体ナノ結晶は大きさ（粒径）にある程度の分布があるため、分子量が一定ではない点に由来する。このため、吸光度を濃度比較の指標として用いている。励起波長の吸光度が同じであれば、溶液中に分散している半導体ナノ結晶の数（濃度）も同じであるからである。なお、実施例１の水溶性蛍光材料、比較例１のナノ結晶、そしてＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶は、吸光係数が同じであるとみなされる。これらを被覆する材料は、３００ｎｍより長波長における光吸収を有しないからである。【０１３５】
図６および７より、実施例１の水溶性蛍光材料の蛍光強度は、比較例１における従来のチオール系の被覆剤を用いた場合の蛍光強度と比べて、１０倍以上であることがわかる。【０１３６】
発光効率の測定
また、実施例１の水溶性蛍光材料および下記比較例１のナノ結晶１ｍｇを、それぞれ水 ２０ｍｌ中に分散させて試料を調製した。また実施例１で用いたＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶 １ｍｇを、クロロホルム ２０ｍｌ中に分散させて標準試料を調製した。さらに試料はいずれも４８０ｎｍでの光学密度（吸光度）が０．０５になるよう、それぞれの溶媒で希釈した。そして各試料に、波長４８０ｎｍの光を照射した際に得られる発光スペクトルを測定し、次いで同条件におけるクロロホルム溶媒の標準試料の発光スペクトルを測定した。実施例１および比較例１による試料について、波長４８０ｎｍで励起した時に得られた発光スペクトルの強度（発光スペクトルを積分したもの、つまり面積として示される。）を求めた。そして、同条件下における標準試料の発光スペクトルの強度を１００％とすることによって、発光効率を算出した。結果を表２に示す。【０１３７】
【表２】
0004245182.tif 000029
【０１３８】
図６、７、および表２より、下記比較例１のナノ結晶の水中における発光強度は、クロロホルム中  ＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶の発光強度よりも低くなっていることわかる。このデータに示されるように、従来の半導体ナノ結晶においては、水溶化させることによって蛍光強度が低下してしまうという問題があった。一方、実施例１の水溶性蛍光材料の水中における発光強度は、いずれの波長域においても、クロロホルム中  ＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶の発光強度を上まわっている。これらのデータから、本願発明による驚くべき発光効率の向上効果が確認できる。【０１３９】
粒径の測定
実施例１により得られた水溶性蛍光材料の粒径を、浜松ホトニクス社製のコンパクトＦＣＳを用いて、ＦＣＳにより粒径を測定した。波長４８８ｎｍで３秒間の測定を１０回行う方式で実施した。既知の粒径を有する発光ビーズである、蛍光ビーズ（粒径１４ｎｍ）およびローダミン６Ｇ（粒径 約０．５ｎｍ）を内部標準として用い、同条件におけるＦＣＳ検出及び測定を行うことによって、本発明の水溶性蛍光材料の粒径を測定した。測定結果を図８に示す。得られた結果より、本発明の水溶性蛍光材料の粒径は、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが確認できる。【０１４０】
実施例２
スルホン化カリックス［４］アレーンのヘキシルエーテル誘導体を用いた水溶性蛍光材料の調製
L. Qum and X. Peng, J. Am. Chem. Soc., 124, 2049(2002) および B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463(1997)に従って、ＴＯＰＯによって被覆された、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ結晶コアおよびＺｎＳからなるシェル層を有する半導体ナノ結晶（ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)）を調製した。得られたＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶  １ｍｇを、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）４ｍＬに溶解した。この溶液に、式（II−１）に示されるカリックス［４］アレーンヘキシルエーテル誘導体（式中、ｎ＝１およびＲ４＝(ＣＨ２)５ＣＨ３）２０ｍｇを加え、５分間超音波処理した。得られたゲル状の沈殿物を遠心分離した。こうして得られた沈殿物を、室温で約１０分間放置して、ＴＨＦを蒸発除去した。その後、沈殿物に蒸留水  約５ｍＬを加えて５分間超音波処理し、次いで０．２ミクロンのフィルターで濾過し、ＣｄＳｅ（ＺｎＳ）水溶性蛍光材料の水溶液を得た。【０１４１】
実施例２により得られた水溶性蛍光材料１ｍｇを、水 ２０ｍｌ中に分散させて試料を調製した。さらに、後記比較例１により得られたナノ結晶１ｍｇを、水２０ｍｌ中に分散させて試料を調製し、実施例１において用いられたＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶１ｍｇを、クロロホルム２０ｍｌ中に分散させて試料を調製した。３つの試料はいずれも４８０ｎｍでの光学密度（吸光度）が０．０５になるよう、それぞれの溶媒でさらに希釈した。これらの試料に、波長４８０ｎｍの光を照射し、これにより得られた発光スペクトルを、島津製作所社製蛍光分光高度計  RF5300-PCを用いて測定した。実施例２の水溶性蛍光材料の発光強度は、比較例１のものと比べて約３倍の強度であった。また、実施例２の水溶性蛍光材料の発光強度についての、クロロホルム中  ＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)半導体ナノ結晶の発光強度を基準とした発光効率は１３０％であった。【０１４２】
また得られた水溶性蛍光材料１ｍｇを、水２０ｍｌ中に分散させて分散物を作成し、これを環境雰囲気下、室温にて１ヶ月以上保存した後に目視評価を行ったところ、沈殿の発生は確認されず、分散安定性に優れることが確認された。【０１４３】
比較例１
L. Qum and X. Peng, J. Am. Chem. Soc., 124, 2049(2002) および B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463(1997)に従って、ＴＯＰＯによって被覆された、ＣｄＳｅからなる半導体ナノ結晶コアおよびＺｎＳからなるシェル層を有する半導体ナノ結晶（ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)）を調製した。得られたＴＯＰＯ被覆ＣｄＳｅ(ＺｎＳ)を、D. Gerion, F. Pinaud, S. C. Williams, W. J. Parak, D. Zanchet, S. Weiss, and A. P. Alivisantos, J. Phys. Chem. B, 105, 8861(2001)に記載の方法に従って、チオール化合物であるメルカプトプロピオン酸で被覆し、水溶化されたナノ結晶を得た。【０１４４】
実施例３
実施例１の水溶性蛍光材料へのＧＦＰ抗体の導入
カリックス［４］アレーンアセテート誘導体で被覆したＣｄＳｅ（ＺｎＳ）の１μＭ水溶液１０μＬを、ＰＢＳ緩衝液（ｐＨ＝７．４）７０μＬで希釈した。これにＥＤＣ（1-ethyl-3-(3-dimethylamino propyl)carbodiimide）  １０μＬ（５ｍｇ／ｍＬ）を加え、次いでＧＦＰ抗体１０μＬ（５μＭ）を加えた後、室温で１時間撹拌してラベル化させた。ラベル化反応の進行状況は、半導体ナノ粒子の拡散時間を蛍光相関測定によってモニターした。図９は、ＧＦＰ抗体をラベル化させる前およびラベル化させた後における、拡散時間の変化を示すグラフである。ＧＦＰ抗体がラベル化されることによって、水溶性蛍光材料の拡散時間はほぼ２倍になっている。この結果から、本発明の水溶性蛍光材料は、抗原たんぱく質の検出・測定に好適に用いることができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明の水溶性蛍光材料は、穏やかな条件下において、短い時間で調製することができる。そして、調製において毒性・腐食性のある被覆剤を使用する必要がない。そして本発明により得られる水溶性蛍光材料は、優れた発光効率を有し、そして分散安定性にも優れるものである。本発明の水溶性蛍光材料は、表示ディスプレイ分野、フォトニックデバイス分野、そしてバイオ用蛍光プローブなど種々の用途に使用できる。特に高い発光効率を有するため、タンパク質や抗体、遺伝子などのラベルしたバイオ用蛍光プローブとして好適に使用することができる。
【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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