JP2019199555A - Composite fluorescent gold nanocluster having high quantum yield and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】高い量子収量を有する複合蛍光金ナノクラスター、およびそれを製造するための方法の提供。【解決手段】金ナノクラスター110と、その金ナノクラスターの外表面の少なくとも一部分を被包するキャッピング層120とを含む複合蛍光金ナノクラスター100。キャッピング層は、ベンゼンベースの化合物でできたマトリックス122と、そのマトリックスに分散された複数のホスフィンベースの化合物124とを含む。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite fluorescent gold nanocluster having a high quantum yield, and a method for manufacturing the same. A composite fluorescent gold nanocluster (100) including a gold nanocluster (110) and a capping layer (120) encapsulating at least a part of an outer surface of the gold nanocluster. The capping layer includes a matrix 122 made of a benzene-based compound and a plurality of phosphine-based compounds 124 dispersed in the matrix. [Selection diagram] Figure 1
Description
本開示は複合蛍光金ナノクラスターに関し、より具体的には高い量子収量を有する複合蛍光金ナノクラスターに関する。 The present disclosure relates to composite fluorescent gold nanoclusters, and more specifically to composite fluorescent gold nanoclusters having high quantum yields.
ナノテクノロジーの急速な進歩によって、現在では細胞トラッキング、分子イメージング、ならびに/または腫瘍ターゲティングおよび診断により多くのナノ材料(例、蛍光プローブ)が用いられている。従来より、さまざまな色を放射できる有機色素は、優れた水溶性および高い塩耐性を有するために、蛍光プローブとして好ましい化合物である。しかし、それらの有機色素は容易に退色し、それらの量子収量はしばしば広く用いるには低すぎる。 With rapid advances in nanotechnology, many nanomaterials (eg, fluorescent probes) are now being used for cell tracking, molecular imaging, and / or tumor targeting and diagnosis. Conventionally, an organic dye capable of emitting various colors is a preferable compound as a fluorescent probe because it has excellent water solubility and high salt tolerance. However, these organic dyes fade easily and their quantum yield is often too low for widespread use.
量子ドット(QD:Quantum dots)は有機色素の代替物を提供するものであり、QDのサイズを変えることによって放射光の色を容易に調整し得る。加えて、ただ1つの光源を用いることによって、さまざまな色を放射するようにQDを励起し得る。最も重要なのは、QDが光退色の不利益を被らないことである。さらに、QDの表面を修飾して、そこに所望の機能性化合物がグラフトされるようにできる。したがって、QDは生物医学分野で広く用いられている。しかし、QDは重金属でできているために環境に優しくないとみなされ、生物に有害である可能性がある。 Quantum dots (QDs) provide an alternative to organic dyes, and the color of the emitted light can be easily adjusted by changing the size of the QDs. In addition, by using only one light source, the QD can be excited to emit various colors. Most importantly, the QD does not suffer from the photobleaching penalty. Further, the surface of the QD can be modified so that a desired functional compound is grafted thereon. Therefore, QD is widely used in the biomedical field. However, because QD is made of heavy metals, it is considered not environmentally friendly and may be harmful to living organisms.
別の選択肢は、たとえば金、銀、銅、プラチナ、パラジウムなどの貴金属から作られた蛍光金属ナノクラスターを用いることである。貴金属ナノクラスターは一般的に数個から数十個の原子からなり、典型的には2ナノメートル未満の寸法である。貴金属ナノクラスターは、電子的、光学的、および化学的特性の点で、バルク金属と個々の原子(およびナノ粒子)との間に位置する。現在は、全放射スペクトルを有する貴金属ナノクラスターが開発されており、生物学的分析(例、バイオマーカー)に用いられている。調製パラメータを変えることによって、(紫外から赤外までの)放射スペクトルを調整してもよい。貴金属ナノクラスターは生体適合性を有するため、多くの調査および開発における注目を集めている。貴金属ナノクラスターの合成のためのさまざまなタイプの方法が報告されており、それらはたとえば化学的還元、光還元、化学エッチング、マイクロ波に支援される方法、および相間移動法などである。 Another option is to use fluorescent metal nanoclusters made from noble metals such as gold, silver, copper, platinum, palladium, etc. Noble metal nanoclusters generally consist of a few to a few tens of atoms and are typically less than 2 nanometers in size. Precious metal nanoclusters are located between bulk metals and individual atoms (and nanoparticles) in terms of electronic, optical, and chemical properties. Currently, noble metal nanoclusters with full emission spectra have been developed and used for biological analysis (eg, biomarkers). The emission spectrum (from ultraviolet to infrared) may be adjusted by changing the preparation parameters. As noble metal nanoclusters are biocompatible, they have attracted much attention in research and development. Various types of methods for the synthesis of noble metal nanoclusters have been reported, such as chemical reduction, photoreduction, chemical etching, microwave assisted methods, and phase transfer methods.
裸の貴金属ナノクラスターはしばしば安定性の点で劣るため、ナノクラスターの凝集を防ぐために付加的な表面リガンドおよび安定剤が必要とされる。しかし、これらの表面リガンドおよび安定剤は生物学的毒性を有することがある。 Since bare noble metal nanoclusters are often poor in stability, additional surface ligands and stabilizers are required to prevent nanocluster aggregation. However, these surface ligands and stabilizers can have biological toxicity.
前記に鑑みて、関連技術分野においては改善された貴金属ナノクラスターおよびそれを調製するための方法が必要とされており、こうした改善された貴金属ナノクラスターは、本技術分野に存在する問題の少なくともいくつかに対処し得る。 In view of the foregoing, there is a need in the related art for improved noble metal nanoclusters and methods for preparing the same, and such improved noble metal nanoclusters are at least some of the problems that exist in the art. Can deal with crab.
以下は、読者に基本的理解を提供するために本開示の簡単な概要を提供するものである。この概要は本開示の広範囲の概観ではなく、本発明の重要/決定的な構成要素を識別するものでも、本発明の範囲を示すものでもない。この概要の唯一の目的は、後に提供されるより詳細な説明の前置きとして、本明細書に開示されるいくつかの概念を簡略化した形で提供することである。 The following provides a brief overview of the present disclosure to provide a basic understanding to the reader. This summary is not an extensive overview of the disclosure and it does not identify key / critical elements of the invention or delineate the scope of the invention. Its sole purpose is to provide some concepts disclosed herein in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.
1つの局面において、本開示は複合蛍光金ナノクラスターに向けられたものである。本開示のさまざまな実施形態に従うと、複合蛍光金ナノクラスターは、金ナノクラスターと、金ナノクラスターの外表面の少なくとも一部分を被包するキャッピング層とを含む。キャッピング層は、ベンゼンベースの化合物でできたマトリックスと、マトリックスに分散された複数のホスフィンベースの化合物とを含む。 In one aspect, the present disclosure is directed to composite fluorescent gold nanoclusters. According to various embodiments of the present disclosure, the composite fluorescent gold nanocluster includes a gold nanocluster and a capping layer that encapsulates at least a portion of the outer surface of the gold nanocluster. The capping layer includes a matrix made of a benzene based compound and a plurality of phosphine based compounds dispersed in the matrix.
本開示の実施形態に従うと、ベンゼンベースの化合物はベンゼン、アルキルベンゼン、ハロベンゼン、フェノール、安息香酸、アセトフェノン、安息香酸メチル、アニソール、アニリン、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、ベンズアミド、ベンゼンスルホン酸、ナフタレン、またはアントラセンのいずれかであってもよい。たとえば、アルキルベンゼンはトルエン、クメン、エチルベンゼン、スチレン、またはキシレンであり、ハロベンゼンはフルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、またはヨードベンゼンである。本開示の特定の実施例に従うと、ベンゼンベースの化合物はトルエンである。 According to embodiments of the present disclosure, the benzene-based compound is of benzene, alkylbenzene, halobenzene, phenol, benzoic acid, acetophenone, methyl benzoate, anisole, aniline, nitrobenzene, benzonitrile, benzamide, benzenesulfonic acid, naphthalene, or anthracene. Either may be sufficient. For example, the alkylbenzene is toluene, cumene, ethylbenzene, styrene, or xylene, and the halobenzene is fluorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, or iodobenzene. According to certain examples of the present disclosure, the benzene-based compound is toluene.
本開示の実施形態に従うと、ホスフィンベースの化合物はホスフィン、ホスフィンオキシド、ホスホニウム、ジホスフィン、トリホスフィン、アルキルホスフィン、シクロアルキルホスフィン、アリールホスフィン、アリールホスフィンオキシド、二座ホスフィン、ホスフィンのシリコーン誘導体、ホスフィンのシロキサンまたはポリシラン誘導体、およびオレフィンホスフィンのいずれかである。いくつかの実施例において、ホスフィンベースの化合物はアルキルホスフィン、たとえばトリオクチルホスフィン(TOP:trioctylphosphine)などである。他の実施例において、ホスフィンベースの化合物はアリールホスフィンオキシド、たとえばトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO:trioctylphosphine oxide)などである。 According to embodiments of the present disclosure, phosphine-based compounds are phosphine, phosphine oxide, phosphonium, diphosphine, triphosphine, alkylphosphine, cycloalkylphosphine, arylphosphine, arylphosphine oxide, bidentate phosphine, phosphine silicone derivatives, phosphine derivatives. Either a siloxane or polysilane derivative, and an olefin phosphine. In some embodiments, the phosphine-based compound is an alkyl phosphine, such as trioctylphosphine (TOP). In other embodiments, the phosphine-based compound is an aryl phosphine oxide, such as trioctylphosphine oxide (TOPO).
いくつかの実施形態において、複合蛍光金ナノクラスターのピーク放射は、約500nmから約580nmである。 In some embodiments, the peak emission of the composite fluorescent gold nanocluster is from about 500 nm to about 580 nm.
別の局面において、本開示は複合蛍光金ナノクラスターを生成するための方法に向けられたものである。本開示の実施形態に従うと、この方法は(a)塩化金(III)(AuCl3)とベンゼンベースの化合物とを1:0.5から1:5のモル比で混合して第1の蛍光金ナノクラスターを生成するステップと、(b)UV、音波、熱、マイクロ波、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源によって第1の蛍光金ナノクラスターを処理して、第2の蛍光金ナノクラスターを生成するステップと、(c)ステップ(b)の第2の蛍光金ナノクラスターをホスフィンベースの化合物で修飾して、請求項1の複合蛍光金ナノクラスターを生成するステップとを含み、この方法は任意の還元剤を用いないことを特徴とする。 In another aspect, the present disclosure is directed to a method for generating composite fluorescent gold nanoclusters. According to an embodiment of the present disclosure, the method comprises mixing (a) gold (III) chloride (AuCl 3 ) and a benzene-based compound in a molar ratio of 1: 0.5 to 1: 5. Generating a gold nanocluster; and (b) treating the first fluorescent gold nanocluster with an energy source selected from the group consisting of UV, sonic, heat, microwave, and combinations thereof; Generating a fluorescent gold nanocluster; and (c) modifying the second fluorescent gold nanocluster of step (b) with a phosphine-based compound to generate the composite fluorescent gold nanocluster of claim 1. Including, this method is characterized in that any reducing agent is not used.
本開示のさまざまな実施形態に従うと、ステップ(a)において、塩化金(III)とベンゼンベースの化合物とは1:0.3から1:2.5のモル比で混合される。 According to various embodiments of the present disclosure, in step (a), gold (III) chloride and a benzene-based compound are mixed in a molar ratio of 1: 0.3 to 1: 2.5.
本開示の実施形態に従うと、ベンゼンベースの化合物はベンゼン、アルキルベンゼン、ハロベンゼン、フェノール、安息香酸、アセトフェノン、安息香酸メチル、アニソール、アニリン、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、ベンズアミド、ベンゼンスルホン酸、ナフタレン、またはアントラセンのいずれかであってもよい。たとえば、アルキルベンゼンはトルエン、クメン、エチルベンゼン、スチレン、またはキシレンであり、ハロベンゼンはフルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、またはヨードベンゼンである。本開示の特定の実施例に従うと、ベンゼンベースの化合物はトルエンである。 According to embodiments of the present disclosure, the benzene-based compound is of benzene, alkylbenzene, halobenzene, phenol, benzoic acid, acetophenone, methyl benzoate, anisole, aniline, nitrobenzene, benzonitrile, benzamide, benzenesulfonic acid, naphthalene, or anthracene. Either may be sufficient. For example, the alkylbenzene is toluene, cumene, ethylbenzene, styrene, or xylene, and the halobenzene is fluorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, or iodobenzene. According to certain examples of the present disclosure, the benzene-based compound is toluene.
本開示の実施形態に従うと、ホスフィンベースの化合物はホスフィン、ホスフィンオキシド、ホスホニウム、ジホスフィン、トリホスフィン、アルキルホスフィン、シクロアルキルホスフィン、アリールホスフィン、アリールホスフィンオキシド、二座ホスフィン、ホスフィンのシリコーン誘導体、ホスフィンのシロキサンまたはポリシラン誘導体、およびオレフィンホスフィンのいずれかである。いくつかの実施例において、ホスフィンベースの化合物はアルキルホスフィン、たとえばトリオクチルホスフィン(TOP)などである。他の実施例において、ホスフィンベースの化合物はアリールホスフィンオキシド、たとえばトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)などである。 According to embodiments of the present disclosure, phosphine-based compounds are phosphine, phosphine oxide, phosphonium, diphosphine, triphosphine, alkylphosphine, cycloalkylphosphine, arylphosphine, arylphosphine oxide, bidentate phosphine, phosphine silicone derivatives, phosphine derivatives. Either a siloxane or polysilane derivative, and an olefin phosphine. In some embodiments, the phosphine-based compound is an alkyl phosphine, such as trioctyl phosphine (TOP). In other examples, the phosphine-based compound is an aryl phosphine oxide, such as trioctyl phosphine oxide (TOPO).
本開示の実施形態に従うと、第1および第2の蛍光金ナノクラスターはそれぞれ青色および黄色の光を放射し、複合蛍光金ナノクラスターは500nmから580nmの範囲のピーク放射波長を有する黄色または緑色の光を放射する。 According to embodiments of the present disclosure, the first and second fluorescent gold nanoclusters emit blue and yellow light, respectively, and the composite fluorescent gold nanocluster has a yellow or green color with a peak emission wavelength in the range of 500 nm to 580 nm. Emits light.
本開示の代替的実施形態に従うと、複合蛍光金ナノクラスターは(a)塩化金(III)(AuCl3)と、ベンゼンベースの化合物と、ホスフィンベースの化合物とを1:0.5:0.1から1:5:20のモル比で混合して第3の蛍光金ナノクラスターを生成するステップと、(b)UV、音波、熱、マイクロ波、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源によって第3の蛍光金ナノクラスターを処理して、複合蛍光金ナノクラスターを生成するステップとを含む方法によって生成されてもよく、この方法は任意の還元剤を用いないことを特徴とする。 According to an alternative embodiment of the present disclosure, the composite fluorescent gold nanocluster comprises (a) gold (III) chloride (AuCl 3 ), a benzene-based compound, and a phosphine-based compound at 1: 0.5: 0. Mixing at a molar ratio of 1 to 1: 5: 20 to produce a third fluorescent gold nanocluster; and (b) selected from the group consisting of UV, sonic, thermal, microwave, and combinations thereof Treating the third fluorescent gold nanocluster with an energy source to produce a composite fluorescent gold nanocluster, wherein the method is characterized in that it does not use any reducing agent. .
本開示の実施形態に従うと、ベンゼンベースの化合物はベンゼン、アルキルベンゼン、ハロベンゼン、フェノール、安息香酸、アセトフェノン、安息香酸メチル、アニソール、アニリン、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、ベンズアミド、ベンゼンスルホン酸、ナフタレン、またはアントラセンのいずれかであってもよい。たとえば、アルキルベンゼンはトルエン、クメン、エチルベンゼン、スチレン、またはキシレンであり、ハロベンゼンはフルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、またはヨードベンゼンである。本開示の特定の実施例に従うと、ベンゼンベースの化合物はトルエンである。 According to embodiments of the present disclosure, the benzene-based compound is of benzene, alkylbenzene, halobenzene, phenol, benzoic acid, acetophenone, methyl benzoate, anisole, aniline, nitrobenzene, benzonitrile, benzamide, benzenesulfonic acid, naphthalene, or anthracene. Either may be sufficient. For example, the alkylbenzene is toluene, cumene, ethylbenzene, styrene, or xylene, and the halobenzene is fluorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, or iodobenzene. According to certain examples of the present disclosure, the benzene-based compound is toluene.
本開示の実施形態に従うと、ホスフィンベースの化合物はホスフィン、ホスフィンオキシド、ホスホニウム、ジホスフィン、トリホスフィン、アルキルホスフィン、シクロアルキルホスフィン、アリールホスフィン、アリールホスフィンオキシド、二座ホスフィン、ホスフィンのシリコーン誘導体、ホスフィンのシロキサンまたはポリシラン誘導体、およびオレフィンホスフィンのいずれかである。いくつかの実施例において、ホスフィンベースの化合物はアルキルホスフィン、たとえばトリオクチルホスフィン(TOP)などである。他の実施例において、ホスフィンベースの化合物はアリールホスフィンオキシド、たとえばトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)などである。 According to embodiments of the present disclosure, phosphine-based compounds are phosphine, phosphine oxide, phosphonium, diphosphine, triphosphine, alkylphosphine, cycloalkylphosphine, arylphosphine, arylphosphine oxide, bidentate phosphine, phosphine silicone derivatives, phosphine derivatives. Either a siloxane or polysilane derivative, and an olefin phosphine. In some embodiments, the phosphine-based compound is an alkyl phosphine, such as trioctyl phosphine (TOP). In other examples, the phosphine-based compound is an aryl phosphine oxide, such as trioctyl phosphine oxide (TOPO).
本開示の実施形態に従うと、複合蛍光金ナノクラスターは、500nmから580nmの範囲のピーク放射波長を有する黄色または緑色の光を放射する。 According to embodiments of the present disclosure, the composite fluorescent gold nanocluster emits yellow or green light having a peak emission wavelength in the range of 500 nm to 580 nm.
本開示に伴う特徴および利点の多くは、添付の図面に関連して考慮される以下の詳細な説明を参照することによって、よりよく理解されるだろう。 Many of the features and advantages associated with the present disclosure may be better understood with reference to the following detailed description considered in conjunction with the accompanying drawings.
本記載は、添付の図面に照らして以下の詳細な説明を読むことによって、よりよく理解されるだろう。 The present description will be better understood by reading the following detailed description in light of the accompanying drawings, in which:
一般的な慣例に従い、記載されるさまざまな特徴/構成要素は一定の縮尺で描かれるのではなく、本発明に関係する特定の特徴/構成要素を最もよく例示するように描かれている。 In accordance with common practice, the various described features / components are not drawn to scale but are drawn to best illustrate certain features / components related to the present invention.
添付の図面に関連して以下に提供される詳細な説明は、本実施例の説明として意図されたものであり、本実施例が構築または使用され得る唯一の形を表すことは意図されていない。この説明は、実施例の機能ならびに実施例を構築および動作するためのステップの順序を示すものである。しかし、異なる実施例によって同じまたは同等の機能および順序が達成されてもよい。 The detailed description provided below in connection with the accompanying drawings is intended as a description of the present embodiments and is not intended to represent the only forms in which the embodiments may be constructed or used. . This description illustrates the functionality of the example and the order of steps for constructing and operating the example. However, the same or equivalent functions and sequences may be achieved by different embodiments.
便宜上、明細書、実施例、および添付の請求項に使用されている特定の用語をここに集めている。本明細書において別様に定義されない限り、本開示において使用される科学用語および技術用語は、通常の当業者が一般的に理解して使用する意味を有する。 For convenience, certain terms employed in the specification, examples, and appended claims are collected here. Unless otherwise defined herein, scientific and technical terms used in this disclosure have the meanings that are commonly understood and used by those of ordinary skill in the art.
状況が別様を要求しない限り、単数形の用語は同じものの複数形を含み、複数形の用語は単数形を含むことが理解されるだろう。加えて、本明細書および請求項で用いられる「少なくとも1つ」および「1つまたはそれ以上」という用語は同じ意味を有し、1、2、3またはそれ以上を含む。さらに、この明細書および添付の請求項全体にわたって用いられる「A、B、およびCの少なくとも1つ」、「A、B、またはCの少なくとも1つ」、ならびに「A、Bおよび/またはCの少なくとも1つ」という語句は、A単独、B単独、C単独、AおよびBの両方、BおよびCの両方、AおよびCの両方、ならびにA、B、およびCのすべてを包含することが意図される。 It will be understood that singular terms include the plural of the same and plural terms include the singular unless the context requires otherwise. In addition, the terms “at least one” and “one or more” as used herein and in the claims have the same meaning and include 1, 2, 3, or more. Further, as used throughout this specification and the appended claims, “at least one of A, B, and C”, “at least one of A, B, or C”, and “of A, B, and / or C” The phrase “at least one” is intended to encompass A alone, B alone, C alone, both A and B, both B and C, both A and C, and all of A, B, and C. Is done.
本発明の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似であるが、特定の実施例において示される数値はできる限り正確に報告している。しかし、任意の数値は本質的に、それぞれのテスト測定値に見出される標準偏差から必然的にもたらされる特定の誤差を含むものである。加えて、本明細書において用いられる「約」という用語は一般的に、所与の値または範囲の10%、5%、1%、または0.5%以内を意味する。代替的に、「約」という用語は、通常の当業者が考慮するときの平均値の許容できる標準誤差以内を意味する。動作/作業実施例以外で、または別様に明白に特定されない限り、本明細書に開示されるたとえば材料の量、持続時間、温度、動作条件、量の比率、およびそれらの類似物などに対するすべての数値的な範囲、量、値、およびパーセンテージは、すべての場合に「約」という用語によって修飾されるものと理解されるべきである。 Although the numerical ranges and parameters indicating the broad scope of the present invention are approximate, the numerical values shown in the specific examples are reported as accurately as possible. Any numerical value, however, inherently contains certain errors necessarily resulting from the standard deviation found in their respective testing measurements. In addition, the term “about” as used herein generally means within 10%, 5%, 1%, or 0.5% of a given value or range. Alternatively, the term “about” means within an acceptable standard error of the average value as considered by one of ordinary skill in the art. All disclosed herein, for example, amounts of materials, durations, temperatures, operating conditions, ratios of amounts, and the like, unless otherwise specified otherwise than in operation / working examples The numerical ranges, amounts, values and percentages of should be understood to be modified by the term “about” in all cases.
本明細書において用いられる「ナノクラスター」という用語は、金属(たとえば金など)の数個から数十個の原子の結合を示す。ナノクラスターは、約0.1nmから約3nmの範囲の直径を有してもよい。 As used herein, the term “nanocluster” refers to a bond of several to tens of atoms of a metal (eg, gold, etc.). Nanoclusters may have a diameter in the range of about 0.1 nm to about 3 nm.
本明細書において用いられる「蛍光(fluorescence)」または「蛍光の(fluorescent)」という用語は、特定の化合物が異なる波長の光を吸収および放射する能力に基づく物理現象を示す。第1の波長における光(フォトン)の吸収の後に、第2の波長におけるフォトンおよび異なるエネルギーの放射が起こる。本明細書において用いられる「赤方偏移」という用語は、蛍光放射プロファイルの1つまたはそれ以上のピークの最大振幅の点がより長い波長にシフトすることを示す。「赤」という名前であるが、赤方偏移は電磁スペクトルの任意の部分で起こり得る。ここでの「量子収量」という用語は、蛍光金ナノクラスターが吸収したフォトンを蛍光に転換する効率を示す。 As used herein, the term “fluorescence” or “fluorescent” refers to a physical phenomenon based on the ability of a particular compound to absorb and emit light of different wavelengths. After absorption of light (photons) at the first wavelength, photons at the second wavelength and emission of different energies occur. As used herein, the term “red shift” indicates that the point of maximum amplitude of one or more peaks of the fluorescence emission profile shifts to a longer wavelength. Although named “red”, redshifts can occur in any part of the electromagnetic spectrum. The term “quantum yield” here refers to the efficiency of converting photons absorbed by the fluorescent gold nanoclusters into fluorescence.
本発明は、たとえばフェニルおよびホスフィンなどの官能基によってナノクラスターコアの表面を修飾すると、ナノクラスターの蛍光特徴(例、調整可能性および量子収量)が改善されるという発見に少なくとも部分的に基づくものである。 The present invention is based at least in part on the discovery that modifying the surface of a nanocluster core with functional groups such as phenyl and phosphine improves the fluorescent characteristics (eg, tunability and quantum yield) of the nanocluster. It is.
図1を参照すると、これは本開示の一実施形態に従う複合蛍光金ナノクラスター100を示す概略図である。示されるとおり、複合蛍光金ナノクラスター100は金ナノクラスター110と、キャッピング層120とを含む。 Reference is made to FIG. 1, which is a schematic diagram illustrating a composite fluorescent gold nanocluster 100 according to one embodiment of the present disclosure. As shown, the composite fluorescent gold nanocluster 100 includes a gold nanocluster 110 and a capping layer 120.
具体的には、金ナノクラスター110は金原子110’の集合体である。認識され得るとおり、図1には特定数の金原子110’が示されているが、本発明の実施形態はそれに限定されない。金ナノクラスター110は、数個から数十個の範囲のあらゆる好適な数の金原子110’を含んでもよい。好ましくは、本明細書に記載される金ナノクラスターは2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、または50の原子を含む。他の好ましい実施形態において、金ナノクラスターは2〜30の原子、5〜25の原子、5〜20の原子、または5〜15の原子を含む。一般的に、金ナノクラスター110の直径は約0.1nmから約3nm、好ましくは約2nm未満である。 Specifically, the gold nanocluster 110 is an aggregate of gold atoms 110 ′. As can be appreciated, although a specific number of gold atoms 110 'is shown in FIG. 1, embodiments of the present invention are not so limited. Gold nanocluster 110 may include any suitable number of gold atoms 110 'ranging from a few to a few tens. Preferably, the gold nanoclusters described herein are 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, Contains 45, 46, 47, 48, 49, or 50 atoms. In other preferred embodiments, the gold nanocluster comprises 2 to 30 atoms, 5 to 25 atoms, 5 to 20 atoms, or 5 to 15 atoms. In general, the diameter of the gold nanocluster 110 is from about 0.1 nm to about 3 nm, preferably less than about 2 nm.
キャッピング層120は、ベンゼンベースの化合物でできたマトリックス122と、マトリックス122に分散された複数のホスフィンベースの化合物124とを含む。図1に示されるとおり、キャッピング層120は金ナノクラスター110全体を被包しているが、他の代替的実施形態において、キャッピング層120は金ナノクラスター110の外表面の一部分のみ、または金ナノクラスター110の外表面のいくつかの部分を被包または被覆する。本明細書に提供される実施例の実験データから明らかであるとおり、キャッピング層にベンゼンおよびホスフィン官能基の両方が存在することが、本複合蛍光金ナノクラスター100に満足できる蛍光特徴を与える。 The capping layer 120 includes a matrix 122 made of a benzene-based compound and a plurality of phosphine-based compounds 124 dispersed in the matrix 122. As shown in FIG. 1, the capping layer 120 encapsulates the entire gold nanocluster 110, but in other alternative embodiments, the capping layer 120 is only a portion of the outer surface of the gold nanocluster 110, or the gold nanocluster 110. Some portions of the outer surface of the cluster 110 are encapsulated or coated. As is apparent from the experimental data of the examples provided herein, the presence of both benzene and phosphine functional groups in the capping layer provides satisfactory fluorescent characteristics for the composite fluorescent gold nanocluster 100.
本開示のさまざまな実施形態に従うと、マトリックス122はベンゼンベースの化合物でできている。ベンゼンベースの化合物の例は、ベンゼン、アルキルベンゼン(たとえばトルエン、クメン、エチルベンゼン、スチレン、およびキシレンなど)、ハロベンゼン(例、フルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、およびヨードベンゼン)、酸素含有ベンゼン(例、フェノール、安息香酸、アセトフェノン、安息香酸メチル、およびアニソール)、窒素含有ベンゼン(例、アニリン、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、およびベンズアミド)、硫黄含有ベンゼン(例、ベンゼンスルホン酸)、またはポリ芳香族(例、ナフタレン、およびアントラセン)を含むが、これらに限定されない。本開示のいくつかの実施例に従うと、ベンゼンベースの化合物はトルエンである。 According to various embodiments of the present disclosure, the matrix 122 is made of a benzene-based compound. Examples of benzene-based compounds include benzene, alkylbenzenes (eg, toluene, cumene, ethylbenzene, styrene, and xylene), halobenzenes (eg, fluorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, and iodobenzene), oxygen-containing benzenes (eg, phenol) , Benzoic acid, acetophenone, methyl benzoate, and anisole), nitrogen-containing benzene (eg, aniline, nitrobenzene, benzonitrile, and benzamide), sulfur-containing benzene (eg, benzenesulfonic acid), or polyaromatic (eg, naphthalene) , And anthracene). According to some embodiments of the present disclosure, the benzene-based compound is toluene.
ホスフィンベースの化合物124に関して、これは少なくとも1つのホスフィン基を有する分子(例、ホスフィン、ホスフィンオキシド、またはホスホニウムの形)を示す。ホスフィンベースの化合物は当業者に公知であり、ホスフィンベースの化合物の好適な例は、ホスフィン、ホスフィンオキシド、ホスホニウム、ジホスフィン、トリホスフィン、アルキルホスフィン、シクロアルキルホスフィン、アリールホスフィン、アリールホスフィンオキシド、二座ホスフィン、ホスフィンのシリコーン誘導体、ホスフィンのシロキサンまたはポリシラン誘導体、およびオレフィンホスフィンを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施例において、ホスフィンベースの化合物はアルキルホスフィン、たとえばトリオクチルホスフィン(TOP)などである。他の実施例において、ホスフィンベースの化合物はアリールホスフィンオキシド、たとえばトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)などである。 With respect to the phosphine-based compound 124, this indicates a molecule having at least one phosphine group (eg, phosphine, phosphine oxide, or phosphonium form). Phosphine-based compounds are known to those skilled in the art, and suitable examples of phosphine-based compounds are phosphine, phosphine oxide, phosphonium, diphosphine, triphosphine, alkylphosphine, cycloalkylphosphine, arylphosphine, arylphosphine oxide, bidentate. Including but not limited to phosphine, phosphine silicone derivatives, phosphine siloxane or polysilane derivatives, and olefin phosphines. In some embodiments, the phosphine-based compound is an alkyl phosphine, such as trioctyl phosphine (TOP). In other examples, the phosphine-based compound is an aryl phosphine oxide, such as trioctyl phosphine oxide (TOPO).
本開示の特定の実施形態に従うと、複合蛍光金ナノクラスター100のピーク放射は約500nmから約580nm、たとえば500、505、510、515、520、525、530、535、540、545、550、555、560、565、570、575、および580nmなどである。いくつかの実施例において、複合蛍光金ナノクラスター100は約570nmのピーク放射波長を有し、他の実施例においては約575nmのピーク放射波長を有する。 According to certain embodiments of the present disclosure, the peak emission of the composite fluorescent gold nanocluster 100 is from about 500 nm to about 580 nm, eg, 500, 505, 510, 515, 520, 525, 530, 535, 540, 545, 550, 555. 560, 565, 570, 575, and 580 nm. In some embodiments, the composite fluorescent gold nanocluster 100 has a peak emission wavelength of about 570 nm, and in other embodiments has a peak emission wavelength of about 575 nm.
本開示のさまざまな実施形態に従うと、本複合蛍光金ナノクラスター100は、実施例に示される任意の方法によって生成されてもよい。本方法は、少なくとも以下に挙げられる局面において有利である。(1)本方法は任意の還元剤の使用を必要としないため、生成される金ナノクラスターは、従来の方法で使用される還元剤によってもたらされ得るいかなる毒性も含まない。(2)本蛍光金ナノクラスターは生体適合性である。(3)光、音波エネルギー、熱、およびマイクロ波を含むがそれらに限定されないエネルギー処理の1つまたはそれ以上を適用することによって、本複合蛍光金ナノクラスターの蛍光特徴(たとえばピーク放射および蛍光強度など)を調整できる。 According to various embodiments of the present disclosure, the present composite fluorescent gold nanocluster 100 may be produced by any method shown in the examples. The method is advantageous in at least the following aspects. (1) Since the method does not require the use of any reducing agent, the resulting gold nanoclusters do not contain any toxicity that may be caused by the reducing agent used in conventional methods. (2) This fluorescent gold nanocluster is biocompatible. (3) By applying one or more of the energy treatments including but not limited to light, sonic energy, heat, and microwaves, the fluorescence characteristics (eg, peak emission and fluorescence intensity) of the composite fluorescent gold nanocluster Etc.) can be adjusted.
本開示のいくつかの実施形態に従うと、複合蛍光金ナノクラスターは、以下のステップを含む方法によって調製される。
(a)塩化金(III)(AuCl3)とベンゼンベースの化合物とを約1:0.5から1:5のモル比で混合して、第1の蛍光金ナノクラスターを生成するステップ、
(b)UV、音波、熱、マイクロ波、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源によって第1の蛍光金ナノクラスターを処理して、第2の蛍光金ナノクラスターを生成するステップ、および
(c)ステップ(b)の第2の蛍光金ナノクラスターをホスフィンベースの化合物で修飾して複合蛍光金ナノクラスターを生成するステップであり、この方法は任意の還元剤を用いないことを特徴とする。
According to some embodiments of the present disclosure, composite fluorescent gold nanoclusters are prepared by a method comprising the following steps.
(A) mixing gold (III) chloride (AuCl 3 ) and a benzene-based compound in a molar ratio of about 1: 0.5 to 1: 5 to produce a first fluorescent gold nanocluster;
(B) treating the first fluorescent gold nanocluster with an energy source selected from the group consisting of UV, sonic, heat, microwave, and combinations thereof to produce a second fluorescent gold nanocluster; And (c) modifying the second fluorescent gold nanocluster of step (b) with a phosphine-based compound to produce a composite fluorescent gold nanocluster, wherein the method does not use any reducing agent And
本方法において用いるために好適なベンゼンベースの化合物の例は、ベンゼン、アルキルベンゼン(たとえばトルエン、クメン、エチルベンゼン、スチレン、およびキシレンなど)、ハロベンゼン(例、フルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、およびヨードベンゼン)、酸素含有ベンゼン(例、フェノール、安息香酸、アセトフェノン、安息香酸メチル、およびアニソール)、窒素含有ベンゼン(例、アニリン、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、およびベンズアミド)、硫黄含有ベンゼン(例、ベンゼンスルホン酸)、またはポリ芳香族(例、ナフタレン、およびアントラセン)を含むが、これらに限定されない。本開示のいくつかの実施例に従うと、ベンゼンベースの化合物はトルエンである。 Examples of benzene-based compounds suitable for use in the present method include benzene, alkylbenzenes (eg, toluene, cumene, ethylbenzene, styrene, and xylene), halobenzenes (eg, fluorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, and iodobenzene) , Oxygen-containing benzene (eg, phenol, benzoic acid, acetophenone, methyl benzoate, and anisole), nitrogen-containing benzene (eg, aniline, nitrobenzene, benzonitrile, and benzamide), sulfur-containing benzene (eg, benzenesulfonic acid), Or including, but not limited to, polyaromatics (eg, naphthalene and anthracene). According to some embodiments of the present disclosure, the benzene-based compound is toluene.
いくつかの実施形態に従うと、第1の蛍光金ナノクラスターを生成するために、塩化金(III)はベンゼンベースの化合物と、ベンゼンベースの化合物1マイクロリットル当り約0.5〜約10マイクログラムの比率で混合される。好ましくは、この比率はベンゼンベースの化合物1マイクロリットル当り約1〜7.5マイクログラムの塩化金(III)である。たとえば、ベンゼンベースの化合物1マイクロリットル当り約0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、または10マイクログラムの量の塩化金(III)が用いられてもよい。別の言い方をすると、塩化金(III)とベンゼンベースの化合物とは約1:0.5から1:5のモル比で混合される。具体的には、1モル部の塩化金(III)に対して、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、または5モル部のベンゼンベースの化合物が存在する。 According to some embodiments, to produce the first fluorescent gold nanocluster, the gold (III) chloride is about 0.5 to about 10 micrograms per microliter of benzene-based compound and benzene-based compound. Are mixed at a ratio of Preferably, this ratio is about 1 to 7.5 micrograms of gold (III) chloride per microliter of benzene-based compound. For example, about 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 per microliter of benzene-based compound. , 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5, or 10 micrograms of gold (III) chloride may be used. In other words, gold (III) chloride and the benzene-based compound are mixed in a molar ratio of about 1: 0.5 to 1: 5. Specifically, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.5, 2, 2.5, 1 mole part of gold chloride (III) There are 3, 3.5, 4, 4.5, or 5 mole parts of a benzene-based compound.
こうして生成された第1の蛍光金ナノクラスターは、励起の際に青色光を放射する。ピーク波長および/または放射強度を調整するために、第1の蛍光金ナノクラスターはさらに少なくとも1つのエネルギー源に特定の期間露出される(すなわちステップ(b))。エネルギー源の例はUV光、音波エネルギー、熱、およびマイクロ波などを含むが、これらに限定されない。本開示の実施形態に従うと、第1の蛍光金ナノクラスターはUV光に1〜5hr(例、2hr)露出されて、励起の際に黄色光を放射する第2の蛍光金ナノクラスターを生成する。代替的または任意に、第1の蛍光金ナノクラスターは熱(たとえば80℃または120℃など)に1〜5hr、好ましくは約2hr露出されて、第2の蛍光金ナノクラスターを生成する。さらに任意には、第1の蛍光金ナノクラスターは熱(たとえば80℃など)に1〜5hr露出され、次いでUVに1〜5hr露出されて、第2の蛍光金ナノクラスターを生成する。 The first fluorescent gold nanoclusters thus generated emit blue light upon excitation. In order to adjust the peak wavelength and / or radiation intensity, the first fluorescent gold nanocluster is further exposed to at least one energy source for a specific period of time (ie step (b)). Examples of energy sources include, but are not limited to, UV light, sonic energy, heat, microwaves, and the like. According to embodiments of the present disclosure, the first fluorescent gold nanocluster is exposed to UV light for 1-5 hr (eg, 2 hr) to produce a second fluorescent gold nanocluster that emits yellow light upon excitation. . Alternatively or optionally, the first fluorescent gold nanocluster is exposed to heat (eg, 80 ° C. or 120 ° C.) for 1-5 hr, preferably about 2 hr, to produce a second fluorescent gold nanocluster. More optionally, the first fluorescent gold nanocluster is exposed to heat (eg, 80 ° C.) for 1-5 hr and then exposed to UV for 1-5 hr to produce a second fluorescent gold nanocluster.
次いで、第2の蛍光金ナノクラスターをホスフィンベースの化合物と混合して、緑色または黄色の光を放射する所望の複合蛍光金ナノクラスターを生成する(すなわちステップ(c))。ホスフィンベースの化合物の好適な例は、ホスフィン、ホスフィンオキシド、ホスホニウム、ジホスフィン、トリホスフィン、アルキルホスフィン、シクロアルキルホスフィン、アリールホスフィン、アリールホスフィンオキシド、二座ホスフィン、ホスフィンのシリコーン誘導体、ホスフィンのシロキサンまたはポリシラン誘導体、およびオレフィンホスフィンを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施例において、ホスフィンベースの化合物はアルキルホスフィン、たとえばトリオクチルホスフィン(TOP)などである。他の実施例において、ホスフィンベースの化合物はアリールホスフィンオキシド、たとえばトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)などである。 The second fluorescent gold nanocluster is then mixed with a phosphine-based compound to produce the desired composite fluorescent gold nanocluster that emits green or yellow light (ie, step (c)). Suitable examples of phosphine-based compounds are phosphine, phosphine oxide, phosphonium, diphosphine, triphosphine, alkylphosphine, cycloalkylphosphine, arylphosphine, arylphosphine oxide, bidentate phosphine, phosphine silicone derivatives, phosphine siloxanes or polysilanes Including, but not limited to, derivatives and olefin phosphines. In some embodiments, the phosphine-based compound is an alkyl phosphine, such as trioctyl phosphine (TOP). In other examples, the phosphine-based compound is an aryl phosphine oxide, such as trioctyl phosphine oxide (TOPO).
本開示の実施形態に従うと、本明細書に記載される方法は、たとえばクエン酸ナトリウムなどの任意の還元剤を用いないことを特徴とする。 According to embodiments of the present disclosure, the methods described herein are characterized by not using any reducing agent such as sodium citrate.
本開示の他の実施形態に従うと、複合蛍光金ナノクラスターは、(a)塩化金(III)(AuCl3)と、ベンゼンベースの化合物と、ホスフィンベースの化合物とを1:0.5:0.1から1:5:20のモル比で混合して第3の蛍光金ナノクラスターを生成するステップと、(b)UV、音波、熱、マイクロ波、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源によって第3の蛍光金ナノクラスターを処理して、複合蛍光金ナノクラスターを生成するステップとを含む方法によって調製される。この方法は、任意の還元剤(例、クエン酸ナトリウム)を用いないことを特徴とする。 According to another embodiment of the present disclosure, the composite fluorescent gold nanocluster comprises (a) gold (III) chloride (AuCl 3 ), a benzene-based compound, and a phosphine-based compound at 1: 0.5: 0. Mixing at a molar ratio of 1 to 1: 5: 20 to produce a third fluorescent gold nanocluster, and (b) selected from the group consisting of UV, sonic, heat, microwave, and combinations thereof Treating the third fluorescent gold nanocluster with an energy source to produce a composite fluorescent gold nanocluster. This method is characterized by not using any reducing agent (eg, sodium citrate).
これらの実施形態の方法が上述の方法と異なる点は、ホスフィンベースの化合物が、エネルギー処理の後ではなくステップ(a)で加えられていることである。しかし、ホスフィンベースの化合物が最初に(例、ステップ(a)で)含まれても、後で(例、UVおよび/または熱処理後に)含まれても、こうして生成された複合蛍光金ナノクラスターはすべて緑色または黄色の光を放射するため、ホスフィンベースの化合物を加えるタイミングは本方法にとって重要ではない。以下に提供される実験データから明らかであるとおり、ホスフィンベースの化合物を熱および/またはUV処理の前後両方で複数回加えることによって、複合蛍光金ナノクラスターの蛍光強度がさらに増加する。 The method of these embodiments differs from the method described above in that the phosphine-based compound is added in step (a) rather than after energy treatment. However, whether the phosphine-based compound is included first (eg, in step (a)) or later (eg, after UV and / or heat treatment), the resulting composite fluorescent gold nanoclusters are The timing of adding the phosphine-based compound is not critical to the method because it emits all green or yellow light. As will be apparent from the experimental data provided below, the fluorescence intensity of the composite fluorescent gold nanoclusters is further increased by adding the phosphine-based compound multiple times both before and after thermal and / or UV treatment.
通常の当業者に認識され得るとおり、本方法における使用のために好適なベンゼンベースの化合物およびホスフィンベースの化合物は、本複合蛍光金ナノクラスターに関連して上述される任意の化合物であり得る。 As can be appreciated by one of ordinary skill in the art, benzene-based compounds and phosphine-based compounds suitable for use in the present methods can be any compound described above in connection with the present composite fluorescent gold nanocluster.
以下の実施例は、本発明の特定の局面を明らかにし、かつ当業者がこの発明を実施することを助けるために提供されるものである。これらの実施例は、任意の態様で本発明の範囲を限定するとは決して考えられるべきでない。当業者は、さらなる詳述なしに本明細書の記載に基づいて本発明を最大限利用できるものと考えられる。 The following examples are provided to clarify certain aspects of the present invention and to assist one of ordinary skill in carrying out the invention. These examples should in no way be considered as limiting the scope of the invention in any way. Those skilled in the art will be able to make the most of the present invention based on the description herein without further elaboration.
実施例1
ベンゼンベースの化合物でできたマトリックスでキャッピングした青色および黄色蛍光金ナノクラスターの調製
本実施例においては、疎水性の無機金含有化合物を出発材料として用い、ベンゼンベースの化合物を溶剤として用いて、任意の還元剤を用いずに蛍光金ナノクラスターを調製した。
Example 1
Preparation of Blue and Yellow Fluorescent Gold Nanoclusters Capped with a Matrix Made of Benzene-Based Compounds In this example, a hydrophobic inorganic gold-containing compound is used as a starting material, and a benzene-based compound is used as a solvent. Fluorescent gold nanoclusters were prepared without using any reducing agent.
1.1 トルエンでキャッピングした青色蛍光金ナノクラスターの調製
無酸素および無水分のグローブボックス中で、1mgの塩化金(III)(AuCl3)を1mlのトルエンに加えた(約1:2.85のモル比)。混合を促進するために混合物を約1分間振とうし、次いで3,000rpmにて5分間遠心分離し、上清を集めた。この上清は、トルエンでキャッピングした青色蛍光金ナノクラスター(またはナノクラスター)(以下、青色蛍光金ナノクラスター1)を含有した。
1.1 Preparation of blue fluorescent gold nanoclusters capped with toluene In an oxygen-free and anhydrous glove box, 1 mg of gold (III) chloride (AuCl 3 ) was added to 1 ml of toluene (approximately 1: 2.85). Molar ratio). The mixture was shaken for about 1 minute to facilitate mixing and then centrifuged at 3,000 rpm for 5 minutes and the supernatant was collected. This supernatant contained blue fluorescent gold nanoclusters (or nanoclusters) capped with toluene (hereinafter referred to as blue fluorescent gold nanocluster 1).
結果として得られた金ナノクラスターの表面に芳香族成分が存在するかどうかを定めるために、生成物にBruker NMR 400MHz分光計を用いた核磁気共鳴(NMR:Nuclear Magnetic Resonance)分光分析を受けさせた。図2Aおよび図2Bはそれぞれ、標準トルエン溶液および本青色蛍光金ナノクラスター1の1H−NMRスペクトルである。図2Aに示したとおり、7〜8ppm付近に有意シグナルが現れており、これらは反磁性環電流によるベンゼン環の特性シグナルであった。図2Bにおいても、約7〜8ppmのベンゼン環シグナルを観察した。この実施例の金ナノクラスターの蛍光特徴および調整可能性は、金ナノクラスターの表面にベンゼン環構造が存在することによるものであったと考えられる。 The product was subjected to nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy using a Bruker NMR 400 MHz spectrometer to determine whether aromatic components were present on the surface of the resulting gold nanocluster. It was. 2A and 2B are 1H-NMR spectra of the standard toluene solution and the present blue fluorescent gold nanocluster 1, respectively. As shown in FIG. 2A, significant signals appeared in the vicinity of 7 to 8 ppm, which were characteristic signals of the benzene ring due to the diamagnetic ring current. Also in FIG. 2B, a benzene ring signal of about 7-8 ppm was observed. It is considered that the fluorescence characteristics and adjustability of the gold nanoclusters in this example were due to the presence of a benzene ring structure on the surface of the gold nanoclusters.
1.2 トルエンでキャッピングした黄色蛍光金ナノクラスターの調製
実施例1.1の青色蛍光金ナノクラスター1を石英セルに入れて、365nmのピーク放射を有するハンドヘルド紫外線(UV:ultraviolet)ランプを用いて2時間照射した。図3Aは、UV照射の前(左側パネル)および後(右側パネル)の金ナノクラスター組成物の写真である。これらの写真から分かるとおり、UV照射後に、金ナノクラスターから放射する蛍光が青色蛍光から黄色蛍光に変化した。図3Bは、こうして生成したトルエンでキャッピングした黄色蛍光金ナノクラスター(以後、黄色蛍光金ナノクラスター)の1H−NMRスペクトルであり、この1H−NMRスペクトルも約7〜8ppmに特性ベンゼン環シグナルを示した。
1.2 Preparation of Toluene Capped Yellow Fluorescent Gold Nanoclusters The blue fluorescent gold nanocluster 1 of Example 1.1 is placed in a quartz cell and using a handheld ultraviolet (UV) lamp with a peak emission of 365 nm. Irradiated for 2 hours. FIG. 3A is a photograph of the gold nanocluster composition before (left panel) and after (right panel) UV irradiation. As can be seen from these photographs, the fluorescence emitted from the gold nanoclusters changed from blue fluorescence to yellow fluorescence after UV irradiation. FIG. 3B is a 1H-NMR spectrum of the yellow fluorescent gold nanocluster (hereinafter referred to as yellow fluorescent gold nanocluster) capped with toluene thus produced, and this 1H-NMR spectrum also shows a characteristic benzene ring signal at about 7-8 ppm. It was.
実施例1.1および1.2両方の結果に基づき、UV放射は蛍光金ナノクラスターの色の赤方偏移をもたらし得ること、およびこうして調製した金ナノクラスターの各々が表面にベンゼン環成分を有することを確認している。 Based on the results of both Examples 1.1 and 1.2, UV radiation can lead to a red shift in the color of fluorescent gold nanoclusters, and each of the gold nanoclusters thus prepared has a benzene ring component on the surface. I have confirmed that I have.
実施例2
熱および/またはUVによる実施例1の蛍光金ナノクラスターの蛍光特徴の調節
この実施例においては、熱および/またはUV照射を用いることによって、実施例1の蛍光金ナノクラスターの蛍光特徴を調べた。
Example 2
Modulation of the fluorescence characteristics of the fluorescent gold nanoclusters of Example 1 by heat and / or UV In this example, the fluorescence characteristics of the fluorescent gold nanoclusters of Example 1 were investigated by using heat and / or UV irradiation. .
簡単にいうと、塩化金(III)(AuCl3)とトルエンとを約1:0.33(トルエン1マイクロリットル当り7.5mgのAuCl3)のモル比で混合し、さらに熱および/またはUV処理を受けさせたことを除いては、実施例1.1と同様の手順に従って青色蛍光金ナノクラスターを調製した。UV処理の場合は、反応混合物を予め遠心分離し、以後の処理および分析のために上清を集めた。 Briefly, gold chloride (III) (AuCl 3 ) and toluene are mixed at a molar ratio of about 1: 0.33 (7.5 mg AuCl 3 per microliter of toluene) and further heat and / or UV A blue fluorescent gold nanocluster was prepared according to the same procedure as in Example 1.1 except that the treatment was performed. In the case of UV treatment, the reaction mixture was pre-centrifuged and the supernatant was collected for further processing and analysis.
2.1 UV処理
図4Aを参照すると、こうして調製した青色蛍光金ナノクラスターは通常の光源の下では無色であり(左側パネル)、光源としてUV光を用いたときには470nmに現れるピーク放射を有する青色蛍光を放射した(右側パネル)ことを写真が示している。
2.1 UV treatment Referring to FIG. 4A, the blue fluorescent gold nanoclusters thus prepared are colorless under a normal light source (left panel) and have a blue emission with a peak emission that appears at 470 nm when UV light is used as the light source. The photograph shows that fluorescence was emitted (right panel).
次いで、青色蛍光金ナノクラスターをトルエンで希釈して1/2、1/4、1/8、または1/16倍希釈の希釈青色蛍光金ナノクラスターを生成し、それらに3時間のUV露光(照射波長:365nm;照射電力:100W)を受けさせて、350nmの励起波長において放射スペクトルを測定した。図3Bの知見と同様に、UV処理の際に、青色蛍光金ナノクラスターはトルエンでキャッピングした黄色蛍光金ナノクラスターに変わった。さらに、その傾向(たとえば約450nmから550nmへの赤方偏移、および量子収量の増加など)は、テストしたすべての希釈の金ナノクラスターに対して同じであった(図4B)。 The blue fluorescent gold nanoclusters were then diluted with toluene to produce 1/2, 1/4, 1/8, or 1/16 times diluted blue fluorescent gold nanoclusters that were subjected to 3 hours of UV exposure ( Irradiation wavelength: 365 nm; irradiation power: 100 W), and the emission spectrum was measured at an excitation wavelength of 350 nm. Similar to the findings in FIG. 3B, during the UV treatment, the blue fluorescent gold nanoclusters changed to yellow fluorescent gold nanoclusters capped with toluene. Furthermore, the trend (eg, red shift from about 450 nm to 550 nm, and increased quantum yield) was the same for all dilutions of gold nanoclusters tested (FIG. 4B).
加えて、青色蛍光金ナノクラスターに最大5時間のUV露光を受けさせると、図4Cに示すとおり、2時間のUV照射後に550nm(励起波長:350nm)に黄色蛍光金ナノクラスターのピーク放射を観察し、このピークは合計5時間のUV露光継続によっても相対的に同じままであった。UVで24時間処理した蛍光金ナノクラスターにおいても、この同じ放射ピーク(約550nm)を観察した(データは示さず)。 In addition, when the blue fluorescent gold nanoclusters were exposed to UV for up to 5 hours, the peak emission of the yellow fluorescent gold nanoclusters was observed at 550 nm (excitation wavelength: 350 nm) after 2 hours of UV irradiation as shown in FIG. 4C. However, this peak remained relatively the same even when UV exposure was continued for a total of 5 hours. This same emission peak (about 550 nm) was also observed in fluorescent gold nanoclusters treated with UV for 24 hours (data not shown).
図4Dは、UV光に24時間露光した後の黄色蛍光金ナノクラスターの電界放出銃透過型電子顕微鏡(FEG−TEM:field emission gun transmission electron microscopic)写真であり、これはナノクラスターの平均直径が約2.6nmであったことを示す。 FIG. 4D is a field emission gun transmission electron microscope (FEG-TEM) photograph of yellow fluorescent gold nanoclusters after 24 hours exposure to UV light, which shows the average diameter of the nanoclusters. It is about 2.6 nm.
この実施例の結果は、UV処理によって蛍光金ナノクラスターの蛍光バンドを調整できること、およびUV処理によってその蛍光強度(すなわち量子収量)も増強することを示した。UV露光後の金ナノクラスターは、350nmの蛍光分光計を用いて励起すると約550nmのピーク放射を有し、これは黄色蛍光を与えた。 The results of this example showed that the fluorescence band of fluorescent gold nanoclusters can be tuned by UV treatment and that the fluorescence intensity (ie quantum yield) is also enhanced by UV treatment. Gold nanoclusters after UV exposure had a peak emission of about 550 nm when excited using a 350 nm fluorescence spectrometer, which gave yellow fluorescence.
2.2 熱処理
この実施例においては、実施例2.1の青色蛍光金ナノクラスターに80℃または120℃の熱処理を1時間受けさせた。結果を図5Aおよび図5Bに示す。青色蛍光金ナノクラスターの放射波長の赤方偏移を引き起こすことにおいて、熱はUV放射と同様に有効であることを見出し、ここではそれぞれ80℃および120℃にて1時間の加熱後に、ピーク放射は450nmから約495nm(緑色蛍光、図5A)および570nm(黄色蛍光、図5B)にシフトした。
2.2 Heat Treatment In this example, the blue fluorescent gold nanocluster of Example 2.1 was subjected to a heat treatment at 80 ° C. or 120 ° C. for 1 hour. The results are shown in FIGS. 5A and 5B. Heat was found to be as effective as UV radiation in causing a red shift of the emission wavelength of blue fluorescent gold nanoclusters, where peak emission after heating for 1 hour at 80 ° C. and 120 ° C., respectively. Shifted from 450 nm to about 495 nm (green fluorescence, FIG. 5A) and 570 nm (yellow fluorescence, FIG. 5B).
図5Cおよび図5Dは、それぞれ図5Aおよび図5Bの緑色および黄色蛍光金ナノクラスターのTEM写真である。これらの蛍光金ナノクラスターの平均直径は約2.6nmであったが、熱処理ではおそらくはクラスターの熱誘導性の凝集のために、比較的大きいサイズの金ナノクラスターがより多く生じる傾向があることを見出した。 5C and 5D are TEM photographs of the green and yellow fluorescent gold nanoclusters of FIGS. 5A and 5B, respectively. Although the average diameter of these fluorescent gold nanoclusters was about 2.6 nm, it was found that heat treatment tends to produce more gold nanoparticles of relatively large size, probably due to heat-induced aggregation of the clusters. I found it.
2.3 熱およびUV処理の組み合わせ
この実施例においては、実施例2.2の緑色蛍光金ナノクラスターと黄色蛍光金ナノクラスターとを独立に2倍段階希釈し、次いでUV照射によって最大5時間処理した(照射波長:365nm;照射電力:100W)。
2.3 Combination of heat and UV treatment In this example, the green fluorescent gold nanoclusters and yellow fluorescent gold nanoclusters of Example 2.2 were independently diluted 2-fold and then treated with UV irradiation for up to 5 hours. (Irradiation wavelength: 365 nm; irradiation power: 100 W).
図5Aの知見と同様に、80℃の熱処理が青色蛍光金ナノクラスターを緑色蛍光金ナノクラスターに変え、ピーク放射は約500nmに赤方偏移した(図6A)。緑色蛍光金ナノクラスターを元の濃度の1/2、1/4、1/8、1/16/、および1/32に希釈したとき、ピーク放射はわずかに青方偏移して約480nmとなり、蛍光強度が有意に増加した(図6A、1/2および1/4希釈のデータのみを示す)。熱処理した金ナノクラスターにUV光の照射を3時間続けたとき、こうして生成した蛍光金ナノクラスターは緑色蛍光の代わりに黄色蛍光を放射し、350nmの励起波長にて575nmにピーク放射が現れた(図6A)。さらに、熱処理蛍光金ナノクラスターの放射スペクトルにおけるUV誘導性の赤方偏移は、UVに2時間露光した後にプラトーに達し、ピーク放射はUV露光を最大5時間続けても相対的に同じ575nmのままであったことに注目した(図6B)。 Similar to the findings in FIG. 5A, the heat treatment at 80 ° C. changed the blue fluorescent gold nanoclusters to green fluorescent gold nanoclusters, and the peak emission shifted red to about 500 nm (FIG. 6A). When green fluorescent gold nanoclusters are diluted to 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 /, and 1/32 of the original concentration, the peak emission is slightly blue shifted to about 480 nm. , The fluorescence intensity increased significantly (FIG. 6A, only data for 1/2 and 1/4 dilutions are shown). When the heat-treated gold nanoclusters were irradiated with UV light for 3 hours, the fluorescent gold nanoclusters thus generated emitted yellow fluorescence instead of green fluorescence, and peak emission appeared at 575 nm at an excitation wavelength of 350 nm ( FIG. 6A). Furthermore, the UV-induced red shift in the emission spectrum of heat-treated fluorescent gold nanoclusters reaches a plateau after 2 hours of UV exposure, and the peak emission is relatively the same at 575 nm even when UV exposure is continued for up to 5 hours. Noted that it remained (FIG. 6B).
図7Aおよび図7Bは、蛍光金ナノクラスターに、120℃にて1時間の加熱および最大5時間のUV露光の組み合わせを受けさせたときの結果である。より高温(すなわち80℃ではなく120℃)での加熱は、ピーク放射をスペクトルの赤色端部に向けてシフトさせる(すなわち570nm)ことを見出した。熱処理金ナノクラスターをさらにUV光に2時間露光したとき、ピーク放射はさらに赤色端部に向かって575nmに移動し(図7A)、それらの金ナノクラスターをたとえば最大5時間などのより長い期間UVに露光し続けてもそのまま変化しなかった(図7B)。 FIGS. 7A and 7B are the results when fluorescent gold nanoclusters were subjected to a combination of heating at 120 ° C. for 1 hour and UV exposure for up to 5 hours. It has been found that heating at a higher temperature (ie 120 ° C. rather than 80 ° C.) shifts the peak emission towards the red end of the spectrum (ie 570 nm). When the heat-treated gold nanoclusters were further exposed to UV light for 2 hours, the peak emission moved further to 575 nm towards the red edge (FIG. 7A), and these gold nanoclusters were exposed to UV for longer periods, for example up to 5 hours. Even if it continued to expose, it did not change as it is (FIG. 7B).
まとめると、本実施例のデータから、熱もしくはUVまたはそれら両方の処理によって、金ナノクラスターの蛍光特徴(たとえば放射ピークおよび蛍光強度など)を調節し得ることを確認した。 In summary, it was confirmed from the data of this example that the fluorescence characteristics (eg, emission peak and fluorescence intensity) of gold nanoclusters can be adjusted by treatment with heat or UV or both.
実施例3
複合蛍光金ナノクラスターの調製および蛍光特徴の調節
この実施例においては、複合蛍光金ナノクラスターの蛍光特徴に界面活性剤が影響するかどうかを調べるために、キャッピング剤としてさまざまな界面活性剤を用いた。
Example 3
Preparation of Composite Fluorescent Gold Nanoclusters and Adjustment of Fluorescent Characteristics In this example, various surfactants were used as capping agents to investigate whether surfactants affect the fluorescent characteristics of composite fluorescent gold nanoclusters. It was.
3.1 トリオクチルホスフィン(TOP)を含有する複合蛍光金ナノクラスターの調製および蛍光特徴の調節
簡単にいうと、TOP/トルエンキャッピング蛍光金ナノクラスターを生成するように、実施例1.1の青色蛍光金ナノクラスターと、200mMのTOPを含有するトルエン溶液とを9:1の体積比で混合した。次いで、TOP/トルエンキャッピング蛍光金ナノクラスターをUVランプ(365nm)で最大2時間照射し、TOP/トルエンキャッピング蛍光金ナノクラスターの蛍光スペクトルを10分ごとに測定した。
3.1 Preparation of Composite Fluorescent Gold Nanoclusters Containing Trioctylphosphine (TOP) and Adjustment of Fluorescent Characteristics Briefly, the blue color of Example 1.1 to produce TOP / toluene capped fluorescent gold nanoclusters Fluorescent gold nanoclusters and a toluene solution containing 200 mM TOP were mixed at a volume ratio of 9: 1. Next, TOP / toluene capping fluorescent gold nanoclusters were irradiated with a UV lamp (365 nm) for a maximum of 2 hours, and the fluorescence spectrum of TOP / toluene capping fluorescent gold nanoclusters was measured every 10 minutes.
図8Aを参照すると、この図面はUV処理前(0分)のTOP/トルエンキャッピング蛍光金ナノクラスターのピーク放射が約450nmから約470nmに赤方偏移し、その半値全幅(FWHM:full width at half maximum)が0.55eVであり、蛍光強度が有意に増加したことを示す。UV処理の持続時間が増加すると、複合蛍光金ナノクラスターのピーク放射は徐々に赤方偏移して500nmとなり、最終FWHMは0.64eVであった。全体として、図8Aにまとめた結果は、TOPによる修飾が複合蛍光金ナノクラスターの蛍光強度を増加させたことを示した。加えて、UV処理を用いてTOP修飾蛍光ナノクラスターの放射スペクトルを調整できた。 Referring to FIG. 8A, this figure shows that the peak emission of the TOP / toluene capping fluorescent gold nanocluster before UV treatment (0 min) is red-shifted from about 450 nm to about 470 nm, and its full width at half maximum (FWHM) is shown. half maximum) was 0.55 eV, indicating that the fluorescence intensity was significantly increased. As the duration of the UV treatment increased, the peak emission of the composite fluorescent gold nanocluster gradually shifted red to 500 nm and the final FWHM was 0.64 eV. Overall, the results summarized in FIG. 8A showed that modification with TOP increased the fluorescence intensity of the composite fluorescent gold nanocluster. In addition, UV treatment could be used to tune the emission spectrum of TOP-modified fluorescent nanoclusters.
代替的には、200mMのTOPを含有するトルエン溶液に塩化金(III)(1mg/mL)を加えることによって、TOPを含む複合蛍光金ナノクラスターを調製した。予想どおり、こうして生成したTOP/トルエンキャッピング蛍光金ナノクラスターのピーク放射は約470nmに出現し、FWHMは約0.45eVであった。さらに、UV照射を受けさせた後、複合蛍光金ナノクラスターのピーク放射はさらに赤色端部に向かって移動して500nmとなり、FWHMは約0.66eVであり、蛍光強度も有意に増加した(図8Bを参照)。 Alternatively, composite fluorescent gold nanoclusters containing TOP were prepared by adding gold (III) chloride (1 mg / mL) to a toluene solution containing 200 mM TOP. As expected, the peak emission of the TOP / toluene capped fluorescent gold nanocluster thus produced appeared at about 470 nm and the FWHM was about 0.45 eV. Furthermore, after UV irradiation, the peak emission of the composite fluorescent gold nanocluster further moved toward the red edge to 500 nm, the FWHM was about 0.66 eV, and the fluorescence intensity also increased significantly (Fig. 8B).
まとめると、この実施例のデータから、TOPは蛍光金ナノクラスターのピーク放射波長の赤方偏移をもたらすだけでなく、蛍光強度も増強し得ることを確認した。加えて、TOPの取り込みは、UV処理による蛍光金ナノクラスターの調整可能性に悪影響を与えない。 In summary, the data from this example confirmed that TOP not only caused a red shift in the peak emission wavelength of fluorescent gold nanoclusters, but also enhanced fluorescence intensity. In addition, TOP incorporation does not adversely affect the tunability of fluorescent gold nanoclusters by UV treatment.
3.2 トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)を含有する複合蛍光金ナノクラスターの調製および蛍光特徴の調節
この実施例においては、実施例3.1に記載したものと類似の態様での蛍光金ナノクラスターの調製において、TOPの代わりにTOPOを用いた。結果を図9に提供する。
3.2 Preparation of composite fluorescent gold nanoclusters containing trioctylphosphine oxide (TOPO) and modulation of fluorescent characteristics In this example, fluorescent gold nanoclusters in a manner similar to that described in Example 3.1 In this preparation, TOPO was used instead of TOP. The results are provided in FIG.
実施例3.1の知見と同様に、TOPOを加えることによって蛍光金ナノクラスターの放射スペクトルの赤方偏移がもたらされ、蛍光金ナノクラスターのピーク放射は450nmから470nmに移動し、FWHMは約0.49eVであった(図9)。蛍光金ナノクラスターをさらに2時間UVで照射したとき、ピーク放射は赤色端部に向かってさらに移動して約500nmとなり、FWHMは約0.64eVに上がった。さらに、こうして生成した複合蛍光金ナノクラスターの蛍光強度もUV処理後に増加した(図9)。 Similar to the findings in Example 3.1, the addition of TOPO resulted in a red shift of the emission spectrum of the fluorescent gold nanocluster, the peak emission of the fluorescent gold nanocluster shifted from 450 nm to 470 nm, and the FWHM is It was about 0.49 eV (FIG. 9). When the fluorescent gold nanoclusters were further irradiated with UV for 2 hours, the peak emission moved further toward the red edge to about 500 nm and the FWHM rose to about 0.64 eV. Furthermore, the fluorescence intensity of the composite fluorescent gold nanoclusters thus generated also increased after UV treatment (FIG. 9).
図8Bの知見と同様に、200mMのTOPOを含有するトルエン溶液に塩化金(III)(1mg/mL)を直接加えることによって、TOPOを含有する複合金ナノクラスターを調製したとき、こうして生成した金ナノクラスターのピーク放射は約470nmに現れ、FWHMは約0.43eVであり、かつUV光で2時間処理した後には放射ピークが550nmに移動し、FWHMは約0.66eVであった(データは示さず)。さらに、こうして生成した複合蛍光金ナノクラスターの蛍光強度も、UV処理後に増加した(データは示さず)。 Similar to the findings of FIG. 8B, the gold produced in this way was prepared when a composite gold nanocluster containing TOPO was prepared by directly adding gold (III) chloride (1 mg / mL) to a toluene solution containing 200 mM TOPO. The peak emission of the nanoclusters appeared at about 470 nm, the FWHM was about 0.43 eV, and after treatment with UV light for 2 hours, the emission peak shifted to 550 nm and the FWHM was about 0.66 eV (data is Not shown). Furthermore, the fluorescence intensity of the composite fluorescent gold nanoclusters thus generated also increased after UV treatment (data not shown).
まとめると、この実施例の結果から、TOPOもTOPと同様に、蛍光金ナノクラスターのピーク放射の赤方偏移およびそれらの蛍光強度の増強に有効であることを確認した。加えて、TOPOの取り込みは、UV処理による蛍光金ナノクラスターの調整可能性に悪影響を与えない。 In summary, from the results of this example, it was confirmed that TOPO was also effective in redshifting the peak emission of fluorescent gold nanoclusters and enhancing their fluorescence intensity, similar to TOP. In addition, TOPO incorporation does not adversely affect the tunability of fluorescent gold nanoclusters by UV treatment.
3.3 1,2−ジオレオイル−3−トリメチルアンモニウム−プロパン(DOTAP:1,2−dioleoyl−3−trimethylammonium−propane)を含有する蛍光金ナノクラスターの調製および蛍光特徴の調節
この実施例においては、実施例3.1に記載したものと類似の態様での蛍光金ナノクラスターの調製において、TOPの代わりにDOTAPを用いた。なお、DOTAPが実施例3.1のTOPまたは実施例3.2のTOPOと異なる点は、分子にホスフィン基を含有しないことである。図10に結果を提供する。
3.3 Preparation of fluorescent gold nanoclusters containing 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane) and modulation of fluorescent characteristics In this example, DOTAP was used instead of TOP in the preparation of fluorescent gold nanoclusters in a manner similar to that described in Example 3.1. The difference between DOTAP and TOP in Example 3.1 or TOPO in Example 3.2 is that the molecule does not contain a phosphine group. The results are provided in FIG.
DOTAPを加えることによって青色蛍光金ナノクラスターのピーク放射が450nmから470nmに赤方偏移し、FWHMは約0.52eVであった。しかし、DOTAPを含まない蛍光金ナノクラスターに比べて、蛍光強度が有意に増加した(図10)。DOTAP含有蛍光金ナノクラスターをさらに2時間UVで照射したとき、ピーク放射はわずかに移動して約480nmとなり、これはなおも青色光の範囲内であった。加えて、FWHMは約0.71eVに上がった。さらに、DOTAP含有蛍光金ナノクラスターの蛍光強度は最大2時間のUV照射によって増加しなかった(図10)。 The peak emission of blue fluorescent gold nanoclusters was red-shifted from 450 nm to 470 nm by adding DOTAP, and the FWHM was about 0.52 eV. However, the fluorescence intensity was significantly increased as compared to the fluorescent gold nanocluster not containing DOTAP (FIG. 10). When the DOTAP-containing fluorescent gold nanoclusters were further irradiated with UV for 2 hours, the peak emission shifted slightly to about 480 nm, which was still in the blue light range. In addition, the FWHM rose to about 0.71 eV. Furthermore, the fluorescence intensity of DOTAP-containing fluorescent gold nanoclusters was not increased by UV irradiation for up to 2 hours (FIG. 10).
代替的に、200mMのDOTAPを含有するトルエン溶液に塩化金(III)(1mg/mL)を直接加えることによって、DOTAPを含む蛍光金ナノクラスターを調製したところ、図10の知見と同様に、約470nmにピーク放射が現れ、FWHMは約0.4eVであった。蛍光金ナノクラスターをさらに2時間UV光で処理した後に、ピーク放射はわずかに移動して480nmとなり、FWHMは約0.7eVであった(データは示さず)。 Alternatively, fluorescent gold nanoclusters containing DOTAP were prepared by adding gold (III) chloride (1 mg / mL) directly to a toluene solution containing 200 mM DOTAP, and as with the findings in FIG. Peak emission appeared at 470 nm and the FWHM was about 0.4 eV. After treating the fluorescent gold nanoclusters with UV light for an additional 2 hours, the peak emission shifted slightly to 480 nm and the FWHM was about 0.7 eV (data not shown).
まとめると、この実施例のデータは、たとえばDOTAPなどのホスフィン非含有界面活性剤を含むことで、蛍光金ナノクラスターの蛍光特徴の調整可能性が危うくなったことを示した。特に、実施例3.1および3.2の複合蛍光金ナノクラスターは、外部エネルギーによってピーク放射および蛍光強度の両方を有意に調節した点で、望ましい調整可能性を示した。他方、DOTAP含有蛍光金ナノクラスターのピーク放射は、2時間のUV照射後に500nmより上に達せられなかった。加えていくつかの場合には、UV処理はDOTAP含有蛍光金ナノクラスターの蛍光強度を実質的に増加できなかった。 In summary, the data in this example showed that inclusion of phosphine-free surfactants such as DOTAP compromised the tunability of the fluorescent characteristics of fluorescent gold nanoclusters. In particular, the composite fluorescent gold nanoclusters of Examples 3.1 and 3.2 showed desirable tunability in that both peak emission and fluorescence intensity were significantly adjusted by external energy. On the other hand, the peak emission of DOTAP-containing fluorescent gold nanoclusters could not reach above 500 nm after 2 hours of UV irradiation. In addition, in some cases, UV treatment failed to substantially increase the fluorescence intensity of DOTAP-containing fluorescent gold nanoclusters.
実施例4
熱および/またはUVによる複合蛍光金ナノクラスターの蛍光特徴の調節
この実施例においては、実施例2に記載したステップに従って蛍光金ナノクラスターを調製し、次いでTOPをさらに加えて、TOPでキャッピングした複合蛍光金ナノクラスターを生成した。
Example 4
Modulation of fluorescence characteristics of composite fluorescent gold nanoclusters by heat and / or UV In this example, fluorescent gold nanoclusters were prepared according to the steps described in Example 2, followed by further addition of TOP and composites capped with TOP Fluorescent gold nanoclusters were generated.
簡単にいうと、実施例2.1(UV処理)または実施例2.2(熱処理)の蛍光金ナノクラスターと、200mMのTOPを含有するトルエン溶液とを9:1の体積比で混合して、TOPでキャッピングした蛍光金ナノクラスターを生成した。次いで、こうして生成した蛍光金ナノクラスターをさらに24時間UV照射で処理した。 Briefly, the fluorescent gold nanocluster of Example 2.1 (UV treatment) or Example 2.2 (heat treatment) and a toluene solution containing 200 mM TOP were mixed at a volume ratio of 9: 1. , Fluorescent gold nanoclusters capped with TOP were generated. The fluorescent gold nanoclusters thus produced were then further treated with UV irradiation for 24 hours.
TPO含有蛍光金ナノクラスターのピーク放射は、対照(すなわち実施例2.1の無TPO蛍光金ナノクラスター)に比べて相対的に変化しないままであることを見出した。他方、TPO含有蛍光金ナノクラスターの蛍光強度は、対照に比べて増加した(図11)。UV処理後、こうして生成した複合蛍光金ナノクラスターの蛍光強度は有意に増加し、ピーク放射は約555nmに赤方偏移した(図11)。 It was found that the peak emission of the TPO-containing fluorescent gold nanoclusters remained relatively unchanged compared to the control (ie the TPO-free fluorescent gold nanocluster of Example 2.1). On the other hand, the fluorescence intensity of TPO-containing fluorescent gold nanoclusters increased compared to the control (FIG. 11). After UV treatment, the fluorescence intensity of the composite fluorescent gold nanoclusters thus generated increased significantly and the peak emission shifted red to about 555 nm (FIG. 11).
いくつかの場合に、複合蛍光金ナノクラスターをTOPでさらに処理した。その結果は、TOP含有蛍光金ナノクラスターにTOPをさらに加えることで蛍光強度がさらに改善する一方、ピーク放射は実質的に同じままであることを示した(図11)。 In some cases, composite fluorescent gold nanoclusters were further treated with TOP. The results showed that further addition of TOP to the TOP-containing fluorescent gold nanoclusters further improved the fluorescence intensity while the peak emission remained substantially the same (FIG. 11).
実施例2.2の熱処理(80℃)蛍光金ナノクラスターについて、希釈したナノクラスターをTOPでキャッピングし、次いで24時間UV照射した。図12に従うと、TOPの添加は、UV処理による熱処理蛍光金ナノクラスターのピーク放射の調整可能性に影響しない。他方、こうして生成した複合蛍光金ナノクラスターの蛍光強度は、TOPの添加によって大きく増強した(図12)。 For the heat treated (80 ° C.) fluorescent gold nanoclusters of Example 2.2, the diluted nanoclusters were capped with TOP and then UV irradiated for 24 hours. According to FIG. 12, the addition of TOP does not affect the tunability of the peak emission of heat treated fluorescent gold nanoclusters by UV treatment. On the other hand, the fluorescence intensity of the composite fluorescent gold nanoclusters thus generated was greatly enhanced by the addition of TOP (FIG. 12).
結論として、実施例1から実施例4の実験結果は、蛍光金ナノクラスターをベンゼン含有化合物(例、トルエン)でキャッピングしたときに、たとえばUV照射、熱、またはそれら両方の組み合わせなどの外部エネルギーを加えることによって、蛍光金ナノクラスターのピーク放射および蛍光強度を調節し得ることを示した。このやり方で、蛍光金ナノクラスターの放射ピークは青色波長から緑色または黄色波長(一般的に約500〜580nmの範囲、たとえば575nmなど)に赤方偏移し、かつその蛍光強度は有意に増加する。他方、青色波長の範囲内またはそれに近い放射ピークを有する蛍光金ナノクラスターに対して、蛍光金ナノクラスターをホスフィンベースの界面活性剤でキャッピングすることも、放射ピークの緑色または黄色波長への赤方偏移を促進する。しかし、比較的安定な緑色または黄色波長の放射ピークを有する蛍光金ナノクラスターに対しては、ホスフィンベースの界面活性剤のキャッピングによってさらなる赤方偏移は起こらない。さらに、ホスフィンベースの界面活性剤のキャッピングによって、蛍光金ナノクラスターの蛍光強度がより高い程度に増加する。認識できるとおり、金ナノクラスターは青色波長の放射ピークを有し、本明細書において提供した実験データから明らかであるとおり、金ナノクラスターをベンゼン含有化合物およびホスフィン含有化合物でキャッピングすることによって、結果として得られる複合蛍光金ナノクラスターは緑色または黄色蛍光を放射してもよく、かつそれらの蛍光強度は大きく増加する。前述に鑑みて、提案した複合蛍光金ナノクラスターは、より良好な(またはより高い)量子収量(すなわち発光効率)を有する。 In conclusion, the experimental results of Examples 1 to 4 show that when the fluorescent gold nanoclusters are capped with a benzene-containing compound (eg, toluene), external energy such as UV irradiation, heat, or a combination of both is applied. It was shown that the peak emission and fluorescence intensity of fluorescent gold nanoclusters can be adjusted by adding. In this manner, the emission peak of the fluorescent gold nanocluster shifts red from a blue wavelength to a green or yellow wavelength (typically in the range of about 500-580 nm, such as 575 nm), and its fluorescence intensity increases significantly. . On the other hand, for fluorescent gold nanoclusters with emission peaks in or near the blue wavelength range, capping the fluorescent gold nanoclusters with a phosphine-based surfactant can also reduce the red to the green or yellow wavelength of the emission peak. Promote the shift. However, for fluorescent gold nanoclusters with relatively stable green or yellow wavelength emission peaks, no further redshift occurs due to capping of the phosphine-based surfactant. Furthermore, capping of the phosphine-based surfactant increases the fluorescence intensity of the fluorescent gold nanocluster to a higher degree. As can be appreciated, gold nanoclusters have a blue wavelength emission peak, and as apparent from the experimental data provided herein, capping the gold nanoclusters with a benzene-containing compound and a phosphine-containing compound results in The resulting composite fluorescent gold nanoclusters may emit green or yellow fluorescence and their fluorescence intensity is greatly increased. In view of the foregoing, the proposed composite fluorescent gold nanocluster has a better (or higher) quantum yield (ie, luminous efficiency).
上記の実施形態の説明は単なる例として与えられるものであり、通常の当業者によってさまざまな修正が行われてもよいことが理解されるだろう。上記明細書、実施例、およびデータは、本発明の例示的実施形態の構造および使用の完全な説明を提供する。本発明のさまざまな実施形態がある程度詳細に、または1つもしくはそれ以上の個々の実施形態を参照して上述されているが、通常の当業者は本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、開示される実施形態に多数の変更を加え得る。 It will be understood that the above description of embodiments is given by way of example only and various modifications may be made by those of ordinary skill in the art. The above specification, examples, and data provide a complete description of the structure and use of exemplary embodiments of the invention. While various embodiments of the present invention have been described above in some detail or with reference to one or more individual embodiments, those of ordinary skill in the art will not depart from the spirit or scope of the present invention. Numerous changes may be made to the disclosed embodiments.
Claims (6)
ベンゼンベースの化合物でできたマトリックスと、前記マトリックスに分散された複数のホスフィンベースの化合物とで構成されるキャッピング層とを含み、
前記キャッピング層は、前記金ナノクラスターの外表面の少なくとも一部分を被包する、複合蛍光金ナノクラスター。 With gold nanoclusters,
A capping layer comprising a matrix made of a benzene-based compound and a plurality of phosphine-based compounds dispersed in the matrix;
The composite fluorescent gold nanocluster, wherein the capping layer encapsulates at least a portion of the outer surface of the gold nanocluster.
前記ハロベンゼンはフルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、またはヨードベンゼンである、請求項2に記載の複合蛍光金ナノクラスター。 The alkylbenzene is toluene, cumene, ethylbenzene, styrene, or xylene;
The composite fluorescent gold nanocluster according to claim 2, wherein the halobenzene is fluorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene, or iodobenzene.
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