様式３R1315

NEXAFS 法による金属ナノ粒子表面上に吸着した有機分子の化学状態分析
Chemical states analysis for organic molecule adsorbed on metal
nanoparticle by means of NEXAFS measurement
塚田 千恵a, 小川 智史a, 山中 恵介b, 太田 俊明b, 吉田 朋子a,c, 八木 伸也a,c
Chie Tsukadaa, Satoshi Ogawaa, Keisuke Yamanakab, Toshiaki Ohtab, Tomoko Yoshidaa,c, Shinya Yagia,ca

名古屋大学大学院工学研究科, b 立命館大学 SR センター, c 名古屋大学エコトピア科学研究所
aGraduate School of Engineering, Nagoya University, bThe SR Center, Ritsumeikan University,c
EcoTopia Science Intsitute, Nagoya University

液中プラズマ法で作製した Au ナノ粒子（Au NPs）へのフォスファチジルコリン（PC）分子の吸着反応に寄与する官能基を明らかにするために、Au NPs または Au 板表面に吸着した PC 分子に対して N 及び O-K 吸収端 NEXAFS 測定を行った。Au NPs との反応では吸着に寄与していない PC 分子が多く存在するため反応前後でスペクトルの変化がほとんど見られなかった。しかしながら Au板表面では反応後にピーク強度の減少が顕著に見られ、PC 分子は親水基部で Au 表面に吸着することが示唆された。
To reveal the functional groups contributed for the adsorption reaction of phosphatidylcholine (PC) on Aunanoparticles (Au NPs), N and O K-edges NEXAFS measurements have been carried out for PC adsorbed on
Au NPs or Au sheet. The spectra for before/after PC adsorption reaction on Au NPs do not almost change. On
the other hand, the peak intensity for Au sheet decreases significantly compared with that before adsorption
reaction. This result implies that the spectrum change depends upon the amount of the contribution of PC for
the adsorption reaction. It is thought that the PC adsorbs at the part of hydrophilic group on Au surface.
Keywords: phosphatidylcholine (PC), Au materials, adsorption reaction, N and O K-edges NEXAFS
背景と研究目的： 金ナノ粒子（Au NPs）は医療分野でドラッグデリバリーシステム[1]などへの応用に期待されている。しかしながらNPsは生体分子との吸着反応活性が高いため、生体に対する安全性の評価が必要である。
そこで我々は生体環境を模したin-vitro条件
でAu NPsと生体分子の吸着反応を促し、NPs表面への吸着に寄与する分子の官能基、及び反応後に生じるNPsの形状変化について解明したいと考えた。生体は約 70%が水で構成されるため、吸着反応は水環境下で促すことを条件とし、また、反応分子は生体細胞膜を成す主なリン脂質のフォスファチジルコリン（PC）を選んだ。PC分子は大別して親水基部と疎水基部の 2 つの部分から成っており、その親水基は水素と炭素以外に窒素（N）、酸素（O）そしてリン（P）で構成される。PC分子は親水基または疎水基同士で結合し凝集体を形成しやすいため、本報告では、Au NPsとPC分子を反応させた場合の結果に加え、Au板とPC分子の反応の結果についても記述する。それは、反応後に板表面をmilli-Q水でリンスすることで化学吸着した分子のみを残すことが容易に可能であると考えたためである。よって本研究の目的は、吸着反応前後のN-及びO-K吸収端近傍X線吸収微細構造（NEXAFS）
スペクトルの変化から、PC分子のAu NPsへの吸着に寄与する官能基を明らかにすることである。
実験： 以下に2種類の試料及び標準試料の作製方法、そして測定の詳細について記す。
（１）Au NPsとPC分子の吸着反応
Au NPsコロイド水溶液は液中プラズマ法[2,3]を用い、NaCl水溶液中で2本のAuロッド間にグロー放電を起こし作製した。続いてPC粉末をmilli-Q水に溶かし、遠心分離にて凝集体を沈殿させた。その上澄み液をAu NPsコロイド水溶液中に滴下し、吸着反応を促した。
未反応のPC分子を除去するため、反応により生じた沈殿物を別の容器に取り出してmilli-Q水を加えた後、再び生じた沈殿物の上澄み液を取り除きmilli-Q水を加える、というリンス様式３標準試料であるAuと未反応のPC分子は、PC水溶液をAu板表面に滴下し自然乾燥させて作製した。この試料をPC multilayerと記す。
またFePO4粉末はIn板に擦りつけ、O-K吸収端NEXAFSの標準試料として測定した。
N-及びO-K吸収端NEXAFS測定は、立命館大学SRセンターBL-2で実施した。測定は全電子収量法（TEY）で行った。入射光エネルギーは、h-BN粉末のN-K吸収端及びα-Fe2O3粉末のO-K吸収端NEXAFSスペクトルの第一ピー
クをそれぞれ399.1 eVと529.4 eVにすることで校正した。
結果、および、考察：
Fig.1、2 に PC/Au NPs 及び PC/Au sheet のN-K 吸収端 NEXAFS 測定の結果をそれぞれ赤色で示す。PC/Au NPs のデータは In 板のスペクトルを差し引いた後を示している（PC/Au NPs - In sheet と記す）。また、青色で標準試料の PC multilayer のスペクトルも示す。
PC multilayer、PC/Au NPs、PC/Au sheet の全てのスペクトルで 403.6 eV にピークが見られるが、PC 分子は N-CH3 の結合を有するため、このピークは N-CH3 のσ*(N-C)に由来するといえる。PC/Au NPs - In sheet と PC multilayerのスペクトルを比較すると、394~410 eV で同じ形状を示した。ここには示さないが、NEXAFS 測定を行った試料と同じ沈殿物に対して透過型電子顕微鏡による観察を行ったところ、リポソームの凝集体と考えられる像が得られ、かつ Au NPs が吸着していない箇所（全てのリポソーム表面が Au NPs の吸着で覆われていない状態）が多く見られた。したがって Au NPs と未反応の PC 分子が多く存在しているため、PC/Au NPs - In sheet のスペク
トルは PC multilayer と比べて変化が見られなかったと考えられる。一方で、PC/Au sheet
は PC multilayer と比較して 403.6 eV のピーク強度が減少している。これは PC 分子が Au
板表面に N-CH3 のメチル基で吸着し、Au 板からσ*(N-C)に電子が流入したことや、N-C 結

Total Electron Yield (arb. units)（２） Au板とPC分子の吸着反応
Au板をPC水溶液中に浸して吸着反応を促した後、板表面をmilli-Q水でリンスして化学吸着した分子のみを残した。この試料をPC/Au sheetと記す。

合が解離したために生じたと考えられる。
N K-edge (TEY)403.6eVσ*(N-C)

400

410

420

PC multilayer
PC/Au NPs - In sheet

400405410
Photon Energy (eV)415

Fig.1. N K-edge NEXAFS spectra for PC/Au NPs In sheet and PC multilayer.
Total Electron Yield (arb. units)の作業を数回行った。沈殿物はIn板に滴下し、自然乾燥させた。この試料をPC/Au NPsと記す。

403.6eVσ*(N-C)N K-edge (TEY)

PC multilayer
PC/Au sheet

395

400

405
410415Photon Energy (eV)420425Fig.2. N K-edge NEXAFS spectra for PC/Au sheet
and PC multilayer.

Fig.3 に PC/Au NPs - In sheet、PC/Au sheet、PC multilayer および FePO4 粉末の O-K 吸収端
NEXAFS 測定の結果を示す。PC 分子は O-C及び O-P の結合をもつ。岡島らは PC 分子ではないが、有機分子について、Fig.3 に示す位
置に O=C や O-C 結合に関するπ*及びσ*のピークや肩構造が見られると報告しており[4]、これらの位置は本研究で得られたスペクトルの位置とも一致した。また、O=P 及び O-P 結合をもつ FePO4 粉末のスペクトルにもπ*やσ*に起因するピークや肩構造が確認され、それらの位置についても近いピーク位置に同様の結果が得られた。PC/Au NPs - In sheet と
PC/Au sheet の ス ペ ク ト ル に つ い て 、 PC
multilayer のそれと比較してそれぞれピーク強度が減少しているため、上記の結合の酸素原子にて Au NPs や Au 板表面に吸着していると考えられる。特に、PC multilayer に見られ様式３た 531.5 eV のπ*の鋭いピークの強度が減少し、かつ 545 eV 付近の肩構造が PC/Au NPs - Insheet や PC/Au sheet では消失していたことから、PC 分子は O=C や O=P の酸素で結合し、それら二重結合が解離したと推測される。この結果は、あいちシンクロトロン光センターや広島大学放射光科学研究センターで実施したリン K 吸収端 NEXAFS 測定の結果から得られた吸着モデルとも一致する。以上の結果から、PC 分子は親水基部の全体で Au 表面に吸着していると考えられる。
O K-edge (TEY)536.4 eVO1s→σ*(O-CH 2)[4]

Total Electron Yield (arb. units)534.4 eVO1s(O-C)→π*(O=C)[4]

538.3 eV539.5eVaround 545 eV
O1s→σ*(O=C) [4] and σ*(O=P)

531.5 eVO1s(O=C)→π*(O=C)[4]

PC multilayer
PC/Au NPs - In sheet

540.0 eVO1s→σ*(O-C) [4]around 545 eV
O1s→σ*(O=C) [4] and σ*(O=P)

PC multilayer
PC/Au sheet

544.6 eVO1s→σ*(O=P)
530.2 eVO1s(O=P)→π*(O=P)

537.3 eVO1s→σ*(O-P)

FePO4 powder

531.5 eVO1s(O-P)→π*(O=P)

520 525 530 535 540 545 550 555 560 565
Photon Energy (eV)Fig.3. O K-edge NEXAFS spectra for PC/Au NPs In sheet, PC/Au sheet, PC multilayer and FePO4powder, respectively.

文 献[1] F. Wang, Y.-C. Wang, S. Dou, M.-H. Xiong,T.-M. Sun and J. Wang, J. Am. Chem. Soc. 5(2011) 3679.
[2] H. Nameki, private communication in Aichi
Prefectural Technical Report (2010).
[3] T. Mizutani, Y. Abe, H. Hamaguchi, H.

Nameki and S. Yagi, Thomson Reuters database(2012).
[4] T. Okajima, K. Hara, M. Yamamoto, K. Seki,
BUNSEKI KAGAKU 59 (2010) 477.
論文・学会等発表[1] C. Tsukada, T. Tsuji, K. Matsuo, G. Kutluk, H.
Nameki, T. Yoshida, S. Yagi,
The 4th International Symposium on Surface andInterface of Biomaterials : ISSIB2013 (口頭発表)[2] 塚田千恵、松尾光一、野本豊和、アーリップ・クトゥルク、沢田正博、生天目博文、
谷口雅樹、吉田朋子、八木伸也、
第 27 回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム (ポスター発表)