(57)【要約】【課題】生体物質標識剤に適したナノサイズであり、「生体の窓」を通過する近赤外発光をし、発光精度の高い蛍光体ナノ粒子を提供する。また、それを用いた生体物質標識剤を提供する。【解決手段】平均粒径が２〜５０ｎｍであり、かつ７００〜９００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光により励起されたときに、７００〜２０００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光の発光を示す近赤外発光蛍光体ナノ粒子であって、その組成の少なくとも一部が下記一般式（１）で表され、かつその原料を溶媒に溶解した状態で、噴霧焼成炉を通過させることにより、乾燥及び焼成し、製造されたことを特徴とする近赤外発光蛍光体ナノ粒子。一般式（１）：Ａ1-x-yＮｄxＹｂyＰＯ4（式中、ＡはＹ、ＬｕおよびＬａから選ばれる元素であって、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、ｘ＋ｙ＜１．０である。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が２〜５０ｎｍであり、かつ７００〜９００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光により励起されたときに、７００〜２０００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光の発光を示す近赤外発光蛍光体ナノ粒子であって、その組成の少なくとも一部が下記一般式（１）で表され、かつその原料を溶媒に溶解した状態で、噴霧焼成炉を通過させることにより、乾燥及び焼成し、製造されたことを特徴とする近赤外発光蛍光体ナノ粒子。
一般式（１）：Ａ1-x-yＮｄxＹｂyＰＯ4
（式中、ＡはＹ、ＬｕおよびＬａから選ばれる元素であって、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、ｘ＋ｙ＜１．０である。）
【請求項２】
請求項１に記載の近赤外発光蛍光体ナノ粒子であって、その表面が親水化処理されていることを特徴とする近赤外発光蛍光体ナノ粒子。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれか一項に記載の近赤外発光蛍光体ナノ粒子と分子標識物質とを有機分子を介して結合させたことを特徴とする生体物質標識剤。
【請求項４】
前記分子標識物質がヌクレオチド鎖であることを特徴とする請求項３に記載の生体物質標識剤。
【請求項５】
前記近赤外発光蛍光体ナノ粒子と分子標識物質とを結合させる有機分子が、ビオチン及びアビジンであることを特徴とする請求項３又は４に記載の生体物質標識剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外発光蛍光体ナノ粒子、それを用いた生体物質標識剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体物質を標識する手段として、分子標識物質をマーカー物質に結合した生体物質標識剤を用いる方法が検討されている。マーカー物質に蛍光材料が用いられる場合には励起光として用いられる波長の短い紫外域の光が細胞にダメージを与えることが問題となっており、ダメージの少ない長波長励起・発光の蛍光体が求められている。
【０００３】
一方、特に近年、小動物を対象としたｉｎ  ｖｉｖｏ光イメージングが注目されており、小動物の生体内の細胞を外部より、生体を傷つけることなく（非侵襲で）観察するような光学系装置が各メーカから販売され始めている。これは、生体内の観察したい部位に選択的に集まるような標識をつけた蛍光材料を生体内に注入し、外部より励起光を照射し出てきた発光を外部でモニターする方法である。
【０００４】
このように、生体内の蛍光材料を励起し、発光を外部に取り出すためには、励起光及び発光が生体を透過する必要がある。紫外光及び可視光は、生体の吸収が高く、ほとんど透過することができないので好ましくない。また、１０００ｎｍ以上の波長では、水の吸収が立ち上がり透過率が低くなり、好ましくない。しかしながら、近赤外線の７００〜１０００ｎｍは、「生体の窓」及び「分光領域の窓」と呼ばれる生体の透過率が特異的に高い領域であり、この範囲内で励起及び発光を示す蛍光材料が求められている。
【０００５】
上記方法で従来使用されてきた有機蛍光色素などのマーカー物質は、励起光照射時の劣化が激しく寿命が短いことが欠点であり、また発光効率が低く、感度も十分ではなかった。
【０００６】
そのため、近年、上記マーカー物質として半導体ナノ粒子を用いる方法が注目されている。例えば、極性官能基を有する高分子を半導体ナノ粒子の表面に物理的および／または化学的に吸接合した生体物質標識剤が検討されている（例えば特許文献１参照）。また、有機分子をＳｉ／ＳｉＯ2型半導体ナノ粒子の表面に結合した生体物質標識剤が検討されている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、これら従来の半導体ナノ粒子を用いた生体物質標識剤には発光精度等において未解決の問題が存在した。
【０００８】
例えば、特許文献１で実質的にその効果も含めて開示されている半導体ナノ粒子は、（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ型）半導体ナノ粒子であるが、一般的に量子ドットと呼ばれボーア励起子のサイズよりも小さな粒径を持つ場合に、バンドギャップがサイズに依存して変化するという性質、すなわち、同一組成で粒子サイズを変化させることで発光波長が変化するという特徴を持っている。このような量子ドット蛍光材料はサイズにより発光波長を自在に変化させることが可能であるという長所を持つ一方、粒径制御の精度が発光波長の精度につながるという短所があった。
【０００９】
一方、近赤外励起で発光する近赤外発光蛍光体は、近年、現金に変わる支払い方法として用いられているクレジットカードやプリペイドカードの偽造防止用の潜像形成インクとして一般的に使用されている。公知例としては、Ａ1-x-yＮｄxＹｂyＰＯ4（式中、ＡはＹ、ＬｕおよびＬａから選ばれる少なくとも１種であって、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、ｘ＋ｙ＜１．０である。）などが知られている（特許文献３参照）。これらはいずれも、近赤外発光ダイオード（中心波長８８０ｎｍ）で励起、９８０ｎｍで発光するため、励起光及び発光のどちらも「生体の窓」を通過し、好ましい組成であることがわかる。
【００１０】
しかしながら、潜像形成インクとして使用される場合には蛍光体粒子のサイズは数ミクロンからサブミクロンの範囲で形成されることが一般的であり、安定な発光精度は得られているが、生体標識剤として好適に用いることのできる１００ｎｍ以下の粒子は従来用いられていなかった（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２９６８６号公報
【特許文献２】特開２００５−１７２４２９号公報
【特許文献３】特許第３３３６５７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、生体物質標識剤に適したナノサイズであり、「生体の窓」を通過する近赤外発光をし、発光精度の高い蛍光体ナノ粒子を提供することである。またそれを用いた生体物質標識剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、特定の粒径の蛍光体ナノ粒子を特定の組成の蛍光体ナノ粒子として、特定の製造方法によって製造すると、近赤外発光蛍光体ナノ粒子が得られることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【００１４】
１．平均粒径が２〜５０ｎｍであり、かつ７００〜９００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光により励起されたときに、７００〜２０００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光の発光を示す近赤外発光蛍光体ナノ粒子であって、その組成の少なくとも一部が下記一般式（１）で表され、かつその原料を溶媒に溶解した状態で、噴霧焼成炉を通過させることにより、乾燥及び焼成し、製造されたことを特徴とする近赤外発光蛍光体ナノ粒子。
一般式（１）：Ａ1-x-yＮｄxＹｂyＰＯ4
（式中、ＡはＹ、ＬｕおよびＬａから選ばれる元素であって、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、ｘ＋ｙ＜１．０である。）
２．前記１に記載の近赤外発光蛍光体ナノ粒子であって、その表面が親水化処理されていることを特徴とする近赤外発光蛍光体ナノ粒子。
【００１５】
３．前記１〜２のいずれか一項に記載の近赤外発光蛍光体ナノ粒子と分子標識物質とを有機分子を介して結合させたことを特徴とする生体物質標識剤。
【００１６】
４．前記分子標識物質がヌクレオチド鎖であることを特徴とする前記３に記載の生体物質標識剤。
【００１７】
５．前記近赤外発光蛍光体ナノ粒子と分子標識物質とを結合させる有機分子が、ビオチン及びアビジンであることを特徴とする前記３又は４に記載の生体物質標識剤。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の上記手段により、生体物質標識剤に適したナノサイズであり、「生体の窓」を通過する近赤外発光をし、発光精度の高い蛍光体ナノ粒子を提供することができる。また、それを用いた生体物質標識剤を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の近赤外発光蛍光体ナノ粒子は、平均粒径が２〜５０ｎｍであり、かつ７００〜９００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光により励起されたときに、７００〜２０００ｎｍの範囲内の波長の近赤外光の発光を示す近赤外発光蛍光体ナノ粒子であって、その組成の少なくとも一部が前記一般式（１）で表され、かつその原料を溶媒に溶解した状態で、噴霧焼成炉を通過させることにより、乾燥及び焼成し、製造されたことを特徴とする。この特徴は、請求項１〜５に係る発明に共通する技術的特徴である。
【００２０】
本発明の実施態様として、本発明の近赤外発光蛍光体ナノ粒子は、その表面が親水化処理されていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の近赤外発光蛍光体ナノ粒子は、分子標識物質と有機分子を介して結合させることにより生体物質標識剤とすることができる。なお、生体物質標識剤において、前記分子標識物質がヌクレオチド鎖であることが好ましい。また、前記有機分子が、ビオチン及びアビジンであることが好ましい。
【００２２】
なお、本願において、「ナノ粒子」とは、平均粒径（直径）が、１００ｎｍ未満の粒子をいい、本発明において好ましい平均粒径は、２〜５０ｎｍである。
【００２３】
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための最良の形態・態様等について詳細な説明をする。
【００２４】
（近赤外発光蛍光体ナノ粒子）
本発明の近赤外発光蛍光体ナノ粒子は、その組成の少なくとも一部が下記一般式（１）で表されることを特徴とする。
一般式（１）：Ａ1-x-yＮｄxＹｂyＰＯ4
（式中、ＡはＹ、ＬｕおよびＬａから選ばれる少なくとも１種であって、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ≦０．５、ｘ＋ｙ＜１．０である。）
本発明の近赤外発光蛍光体ナノ粒子は、７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲の波長を有する近赤外光により励起されたときに、７００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲の波長の近赤外光の発光を示す特性を持たせるために当該ナノ粒子の平均粒径を２〜５０ｎｍにすることを要する。また、好ましい態様としては、共賦活剤として、Ｐｒ及びＴｂのうちの少なくともいずれかの元素を含有させる。
【００２５】
なお、最終的に形成する近赤外発光蛍光体ナノ粒子が５０ｎｍ以下の粒子である場合、構成元素中の金属元素の数が４種類以上となったときや、１０原子（ａｔｏｍ）％以下の共賦活剤を含有すると、従来の固相法で製造された粒子に比べて、また、金属元素が３種類のときや、共賦活剤を含有しないときにと比べて、格段に発光強度が高くなる。
【００２６】
本発明の近赤外発光蛍光体ナノ粒子を製造するための原料としては、一般式（１）に含まれている各種元素の酸化物やハロゲン化物等を用いることができる。例えば、酸化ネオジム、塩化ネオジム、硝酸ネオジム、酸化イッテルビウム、塩化イッテルビウム、硝酸イッテルビウム、酸化ランタン、塩化ランタン、硝酸ランタン、酸化イットリウム、塩化イットリウム、硝酸イットリウム、塩化プラジオセム、塩化テルビウム、オルトリン酸、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム等を用いることができる。
【００２７】
本発明において、上記近赤外発光蛍光体ナノ粒子の平均粒径は本来３次元で求める必要があるが、微粒子過ぎるため難しく、現実には二次元画像で評価せざるを得ないため、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて電子顕微鏡写真の撮影シーンを変えて数多く撮影し平均化することで求めることが好ましい。従って、本発明において、当該平均粒径は、ＴＥＭを用いて電子顕微鏡写真を撮影し十分な数の粒子について断面積を計測し、その計測値を相当する円の面積としたときの直径を粒径として求めて、その算術平均を平均粒径とした。ＴＥＭで撮影する粒子数としては２０個以上が好ましく、１００個の粒子を撮影するのが更に好ましい。
【００２８】
（近赤外発光蛍光体ナノ粒子の製造方法）
本発明の特徴であるナノサイズの近赤外発光蛍光体は、原料を溶媒に溶解した状態で、噴霧焼成炉を通過させることにより、乾燥及び焼成する製造方法により達成される。
【００２９】
噴霧・乾燥熱分解法は、一般的には原料溶液をノズル、超音波により霧化して微小な液滴にし、この液滴の溶媒を高温で蒸発させると共に、得られた固体粒子を高温で熱分解して目的とする化合物の微粒子（以下、単に「粒子」ともいう。）を得る方法である。蛍光体の粒径は、液滴サイズと原料溶液濃度によりコントロールすることが出来る。
【００３０】
さらに、この際に、リン酸フラックスを蛍光体原料として同時に噴霧することで、粒子同士の凝集による大サイズ化を防ぐことが出来る。蛍光体粒子はフラックスに包まれた状態で回収されるため、仮に噴霧焼成後の粒子が凝集してしまっても、フラックス部分がくっついた状態であり、内部の粒子は単体のまま保たれるため、フラックスを溶解・除去することで、ナノ粒子化を達成することが出来た。
【００３１】
〔近赤外発光蛍光体ナノ粒子集合体の親水化処理〕
上述した近赤外発光蛍光体ナノ粒子は集合体として得られるが、当該集合体表面は、一般的には、疎水性であるため、例えば生体物質標識剤として使用する場合は、このままでは水分散性が悪く、粒子が凝集してしまう等の問題があるため、当該ナノ粒子の表面を親水化処理することが好ましい。親水化処理の方法としては例えば、表面の親油性基をピリジン等で除去した後に粒子表面に表面修飾剤を化学的及び／又は物理的に結合させる方法がある。表面修飾剤としては、親水基として、カルボキシル基・アミノ基を持つものが好ましく用いられ、具体的にはメルカプトプロピオン酸、メルカプトウンデカン酸、アミノプロパンチオールなどがあげられる。
【００３２】
具体的には、例えば、近赤外発光蛍光体ナノ粒子１０-5ｇをメルカプトウンデカン酸０．２ｇが溶解した純水１０ｍｌ中に分散させて、４０℃、１０分間攪拌し、シェルの表面を処理することで近赤外発光蛍光体ナノ粒子の表面をカルボキシル基で修飾することができる。
【００３３】
〔生体物質標識剤〕
本発明に係る生体物質標識剤は、上述した親水化処理された近赤外発光蛍光体ナノ粒子と、分子標識物質と有機分子を介して結合させて得られる。
【００３４】
〈分子標識物質〉
本発明に係る生体物質標識剤は分子標識物質が目的とする生体物質と特異的に結合及び／又は反応することにより、生体物質の標識が可能となる。
【００３５】
当該分子標識物質としては例えば、ヌクレオチド鎖、抗体、抗原およびシクロデキストリン等が挙げられる。
【００３６】
〈有機分子〉
本発明に係る生体物質標識剤は、親水化処理された近赤外発光蛍光体ナノ粒子と、分子標識物質とが有機分子により結合されている。該有機分子としては近赤外発光蛍光体ナノ粒子と分子標識物質とを結合できる有機分子であれば特に制限はないが、例えば、タンパク質中でも、アルブミン、ミオグロビンおよびカゼイン等、またタンパク質の一種であるアビジンをビオチンと共に用いることも好適に用いられる。上記結合の態様としては特に限定されず、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合、物理吸着および化学吸着等が挙げられる。結合の安定性から共有結合などの結合力の強い結合が好ましい。
【００３７】
具体的には、近赤外発光蛍光体ナノ粒子をメルカプトウンデカン酸で親水化処理した場合は、有機分子としてアビジンおよびビオチンを用いることができる。この場合親水化処理された当該ナノ粒子のカルボキシル基はアビジンと好適に共有結合し、アビジンがさらにビオチンと選択的に結合し、ビオチンがさらに生体物質標識剤と結合することにより生体物質標識剤となる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下においては、近赤外発光蛍光体粒子を単に「蛍光体」と称する。
【００３９】
下記の種々の方法により、蛍光体：Ｎｄ0．1Ｙｂ0．1Ｙ0．8ＰＯ4を作製した。
【００４０】
〈実施例１〉蛍光体１の製造方法
リン酸二水素アンモニウム１１５ｇ、硝酸ネオジム４４ｇ、硝酸イッテルビウム４１ｇ、硝酸イットリウム３０．６ｇを希硝酸に溶解し２００ｍｌとしＡ液とする。
【００４１】
Ａ液を、特開２００３−２７７７４５号明細書記載の噴霧焼成装置を用い、乾燥工程２００℃・焼成工程１２００℃で反応を行ったのち、得られた粉体を８０℃の熱水中に１０時間浸漬した。冷却後、１Ｎの硝酸で洗浄し、その後水洗して蛍光体１を得た。
【００４２】
〈実施例２〉：蛍光体２の製造方法
リン酸二水素アンモニウム２３０ｇ、硝酸ネオジム４４ｇ、硝酸イッテルビウム４１ｇ、硝酸イットリウム３０．６ｇを希硝酸に溶解し５００ｍｌとしＢ液とした以外は実施例１と同様にして蛍光体２を得た。
【００４３】
〈比較例１〉蛍光体３の製造方法
下記粉末原料リン酸二水素アンモニウム２３ｇ、酸化ネオジム３．５ｇ、酸化イッテルビウム４．０ｇ、酸化イットリウム１８．０ｇを乳鉢にいれ、十分混合した後、アルミナ製のフタ付きルツボに充填した後、電気炉に入れ、室温から１２００℃迄、一定昇温速度で２時間かけて昇温し、しかる後１２００℃で５時間焼成した。焼成終了後、ただちに電気炉から取り出し空気中で冷却した。次いで、ルツボ内に水を入れ、８０℃の熱水中に１０時間浸漬した。冷却後、１Ｎの硝酸で洗浄し、その後水洗して蛍光体３を得た。
【００４４】
上記のようにして形成した蛍光体１、２および３のＴＥＭ観察を行い、粒子１００個について粒径を測定し、平均粒径を求めた。
【００４５】
また、励起光８１０ｎｍでの発光スペクトルを観察した。蛍光体１の発光ピーク強度を１００とした相対発光強度を示す。
【００４６】
以上の結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2009138119.tif 000002
【００４８】
表１に示した結果から、本発明で得られる蛍光体は、９７０〜９８０ｎｍの範囲に極大（最大）発光波長をもち、かつ高い発光強度を示しており、同時に平均粒径が２〜５０ｎｍの範囲にあることがわかる。
【００４９】
〈実施例３〉
蛍光体１：１．０×１０-5ｍｏｌ／ｌの水分散液にアビジン２５ｍｇを添加し４０℃で１０分間攪拌を行い、アビジンコンジュゲートナノ粒子を作製した。
【００５０】
得られたアビジンコンジュゲートナノ粒子溶液にビオチン化された塩基配列が既知であるオリゴヌクレオチドを混合攪拌し、ナノ粒子で標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドを作製した。
【００５１】
さまざまな塩基配列を持つオリゴヌクレオチドを固定化したＤＮＡチップ上に上記の標識（ラベリング）したオリゴヌクレオチドを滴下・洗浄したところ、標識（ラベリング）されたオリゴヌクレオチドと相補的な塩基配列をもつオリゴヌクレオチドのスポットのみが８１０ｎｍの励起光により発光した。
【００５２】
このことより、ナノ粒子でのオリゴヌクレオチドの標識（ラベリング）を確認することができた。すなわち、この結果により、本発明の近赤外発光蛍光体ナノ粒子を用いた生体物質標識剤を提供することができることが分かる。