特許 7058401 多量子ドットに基づく生体分子高感度検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-14

(45)【発行日】2022-04-22

(54)【発明の名称】多量子ドットに基づく生体分子高感度検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20220415BHJP

   G01N 33/543 20060101ALI20220415BHJP

   G01N 21/76 20060101ALI20220415BHJP

   B82Y 5/00 20110101ALI20220415BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20220415BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 F

G01N33/543 541A

G01N33/543 541Z

G01N33/543 575

G01N21/76

B82Y5/00

B82Y40/00

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020539665

(86)(22)【出願日】2018-09-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-03-04

(86)【国際出願番号】 KR2018011553

(87)【国際公開番号】W WO2019066567

(87)【国際公開日】2019-04-04

【審査請求日】2020-06-01

(31)【優先権主張番号】10-2017-0126515

(32)【優先日】2017-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】520111534

【氏名又は名称】バイオスクエア インコーポレイテッド．

(73)【特許権者】

【識別番号】520111545

【氏名又は名称】コングク ユニバーシティ インダストリアル コーポレイション コープ

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】チョン、ポン ヒュン

(72)【発明者】

【氏名】ユン、スン ウク

(72)【発明者】

【氏名】イ、ユン シク

(72)【発明者】

【氏名】チェ、トン オク

(72)【発明者】

【氏名】ファム、ザン ハング

(72)【発明者】

【氏名】キム、テ ハン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ジュン ウォン

【審査官】大河原 綾乃

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－０１２１７２２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３７４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０９３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５２５８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】SERRANO, Ivan Castello，QD-"Onion"-Multicode silica nanospheres with remarkable stability as pH sensors，Journal of Materials Chemistry，2011年，Vol.21，p.17673-17679

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／６２ － Ｇ０１Ｎ ２１／７４

Ｇ０１Ｎ ３３／５４３

Ｇ０１Ｎ ２１／７６

Ｂ８２Ｙ ５／００

Ｂ８２Ｙ ４０／００

Ｃ０９Ｋ １１／００ － Ｃ０９Ｋ １１／８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれのナノ粒子が、
ポリマー又は無機のコア粒子、
前記コア粒子の表面に結合した複数の量子ドットを含み、かつ、前記コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び
前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェル
を含み、
前記シリカ／量子ドット複合シェルにおいて、前記量子ドットがシリカ中に無作為に埋め込まれている、
量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項2】

前記量子ドット埋め込み層を構成する前記量子ドットが前記シリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料と架橋結合しており、前記架橋により前記量子ドットが前記シリカ材料にランダムに結合した構造が形成されている、請求項１に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項3】

前記量子ドットに対する結合部位を提供する材料によって前記架橋結合が形成されており、前記量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料はその両末端に官能基を有し、前記材料の一方の末端に存在する官能基は前記量子ドットの表面に結合しており、かつ、前記材料の他方の末端に存在する官能基は前記シリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ粒子に結合している、請求項２に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項4】

前記量子ドット埋め込み層を構成する前記量子ドットが、両末端に官能基を有する材料によって共有結合的にコア粒子と結合しており、前記材料の一方の末端の官能基が前記量子ドットに結合した原子を含んでおり、前記材料の他方の末端の官能基が前記コア粒子と結合している、請求項１に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項5】

前記量子ドット埋め込み層は疎水性有機化合物で被覆された前記量子ドットを前記コア粒子の外表面上に複数回ドープすることにより形成されており、ドープされた前記量子ドットは前記コア粒子の周囲に順々に層を形成している、請求項１に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項6】

前記シリカ／量子ドット複合シェルは前記量子ドット埋め込み層の外表面に形成される複数の層から構成される、請求項１に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項7】

前記シリカ／量子ドット複合シェルを取り囲むシリカベースのシェルをさらに含む、請求項１に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項8】

前記量子ドットがタイプＩの量子ドットである、請求項１に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。

【請求項9】

（ａ）量子ドットに対する結合部位を提供する材料でポリマー又は無機のコア粒子の表面を修飾すること、
（ｂ）ステップ（ａ）の反応産物に疎水性有機化合物で被覆された量子ドットを供与し、反応を進行させて、前記コア粒子の外表面を取り囲む前記量子ドットを含む量子ドット埋め込み層を形成すること、
（ｃ）量子ドットに対する結合部位を提供する材料でステップ（ｂ）の反応産物の表面を修飾すること、
（ｄ）ステップ（ｃ）の反応産物に塩基を供与し、反応を進行させて、前記量子ドット埋め込み層の表面上に量子ドットに対する追加の結合部位を形成すること、及び
（ｅ）ステップ（ｄ）の反応産物にシラノール反応物質及び塩基を供与し、反応を進行させ、生じた反応産物を精製して複数の層の前記量子ドットが前記コア粒子を取り囲んでいる構造を有しているシリカ／量子ドット複合シェルを形成すること、
を含み、
前記シリカ／量子ドット複合シェルにおいて、前記量子ドットがシリカ中に無作為に埋め込まれている、
量子ドットでドープされたナノ粒子の作製方法。

【請求項10】

ステップ（ａ）において、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料を前記コア粒子と反応させて量子ドットに対する表面結合部位が形成されているコアを調製する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

ステップ（ｂ）の反応産物に疎水性有機溶媒を供与し、反応を進行させて、未結合の量子ドットをコア表面上の前記量子ドットに対する前記結合部位に結合させる、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

ステップ（ｃ）において、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料をステップ（ｂ）の反応産物に供与し、反応を進行させて、前記材料の一方の末端に存在する官能基が前記量子ドット埋め込み層を構成する前記量子ドットの表面に結合し、かつ、前記材料の他方の末端に存在する官能基が前記シリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料と結合する部位として提供されるようにする、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記量子ドットと、前記コア粒子と、結合部位を提供する前記材料との体積比が、１：０．０００００１～６０：０．０００００１～８９０である、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記コア粒子と、前記量子ドット埋め込み層と、前記シリカ／量子ドット複合シェルとの幅厚比が、１：０．１～９：１～１０である、請求項９に記載の方法。

【請求項15】

量子ドットでドープされたナノ粒子、及び
磁性ビーズ
を含み、
前記量子ドットでドープされたナノ粒子の各々が、
ポリマー又は無機のコア粒子、
前記コア粒子の表面に結合した複数の量子ドットを含み、かつ、前記コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び
前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェル
を含み、
前記シリカ／量子ドット複合シェルにおいて、前記量子ドットがシリカ中に無作為に埋め込まれており、
前記磁性ビーズが磁性材料を含有する高分子量重合体からなる、
バイオプラットフォーム。

【請求項16】

前記量子ドット埋め込み層内の前記量子ドットが前記コア粒子の表面を取り囲み、取り囲んでいる前記量子ドットの複数の層が互いに積層されている、請求項１５に記載のバイオプラットフォーム。

【請求項17】

量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の前記コア粒子と、前記量子ドット埋め込み層と、前記シリカ／量子ドット複合シェルとの幅厚比が１：０．１～９：１～１０である、請求項１６に記載のバイオプラットフォーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、多量子ドットに基づく生体分子の高感度検出方法に関する。より具体的には、本開示は、量子収率（ＱＹ）及び輝度が向上した生体分子を検出可能なバイオプラットフォーム、並びに該バイオプラットフォームに基づく生体分子の高感度検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年のナノサイエンス及びナノテクノロジーの進歩と共に、バイオテクノロジー、新薬開発、及び医学用途などの生物学的用途におけるナノテクノロジーに基づくバイオデバイスについて多くの研究がなされてきた。

【0003】

バイオプラットフォームは、超微細加工用ナノテクノロジーをバイオテクノロジーに適用することにより作製されており、生体分子がナノレベルでうまく組織化されるように生体分子を固定化している。バイオプラットフォームは、ランダムな分子集合体とは異なり、生体分子の活性を維持しつつ個々の分子についての意図されている機能を果たすことができる。よって、バイオプラットフォームは、必要とする試料の量が少ないバイオセンサーとして利用可能であり、かつ、非常に少量の標的物質でさえも良好な感度と選択度で検出するために使用可能である。

【0004】

量子ドットは、バイオセンサーに応用可能なナノ材料であると考えられている。

【0005】

量子ドットはフォトルミネッセンス及びエレクトロルミネッセンスなどの様々なプロセスに利用可能なナノ材料である。量子ドットは球状であり、約５層～約１０層の原子からなり、典型的には１０ｎｍ以下の半径を有する。水分又は酸素が侵入すると量子ドットの部分的な表面酸化を引き起こし、その結果、量子ドットの本来の発光特性が低下又は消失する。したがって、量子ドットのキャッピング、無機材料による量子ドットのコーティング、及びそれらの関連技術が現在開発中である。

【0006】

特に、無機材料による量子ドットのコーティングは水分又は酸素が原因の酸化に対して量子ドットを安定化することができるが、リガンドを強固に支持することはできない。シングル量子ドット含有ナノ粒子についての関連技術においては、シリカシェル等が単純被覆層として働くが、加工後又はバイオプラットフォームに適用された際に、かなりの数の量子ドットが脱落する傾向がある。

【0007】

したがって、量子ドットの安定した結合を維持しつつ、量子ドットに被覆される面積を増加させることで量子収率（ＱＹ）と輝度を改善するための技術を開発する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】韓国特許第８２１１９２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は上記の欠点を克服しようとして行われたものであり、安定した結合を維持しつつ光学安定性を改善するために、無機被覆層で覆われている生物学的用途向け量子ドットを提供することを意図している。

【0010】

具体的には、本発明の一つの目的は各々のナノ粒子がコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカ／量子ドット複合シェルからなる構造を有する、多層多量子ドットでドープされたナノ粒子を提供すること、及び、前記量子ドットに被覆される大きな面積と量子ドットの安定した結合を維持しながら、多層多量子ドットでドープされたナノ粒子を作製する方法を提供することである。

【0011】

本発明の別の目的は、向上した量子収率（ＱＹ）及び輝度で生体分子を検出するために使用することができる、多層多量子ドットでドープされた前記ナノ粒子を含む高感度バイオプラットフォームを提供すること、及び前記バイオプラットフォームに基づいて生体分子を検出する高感度な方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の１つの態様は、量子ドットでドープされたナノ粒子を提供し、ここで、それぞれのナノ粒子は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子の表面に結合し、かつ、前記コア粒子の表面全体を取り囲む複数の量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0013】

本発明のさらなる態様は、量子ドットでドープされたナノ粒子を作製する方法を提供し、ここで該方法は、（ａ）量子ドットに対する結合部位を提供する材料でポリマー又は無機のコア粒子の表面を修飾すること、（ｂ）ステップ（ａ）の反応産物に疎水性有機化合物で被覆された量子ドットを供与し、反応を進行させて、前記コア粒子の外表面を取り囲む前記量子ドットを含む量子ドット埋め込み層を形成すること、（ｃ）未結合の量子ドットに対する追加の結合部位を提供する材料でステップ（ｂ）の反応産物の表面を修飾すること、（ｄ）ステップ（ｃ）の反応産物に塩基を供与し、反応を進行させて、前記量子ドット埋め込み層の表面上に未結合の量子ドットに対する追加の結合部位を形成すること、及び、（ｅ）ステップ（ｄ）の反応産物にシラノール反応物質及び塩基を供与し、反応を進行させ、生じた反応産物を精製して複数の層の前記量子ドットが前記コア粒子を取り囲んでいる構造を有しているシリカ／量子ドット複合シェルを形成すること、を含む。

【0014】

本発明の別の態様は量子ドットでドープされたナノ粒子が固定化されている感応膜表面を含む生物学的検出キットを提供し、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0015】

本発明の別の態様は、量子ドットでドープされたナノ粒子及び量子ドットでドープされた前記ナノ粒子とサンドウィッチアッセイ構造体を形成する磁性ビーズを含むバイオプラットフォームを提供し、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記ポリマー又は無機のコア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0016】

本発明の別の態様は、前記バイオプラットフォームに生物学的試料を注入して反応を進行させること、及び前記反応の間に放出される蛍光の強度を測定することを含む生物学的検出方法を提供し、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子の表面に結合た複数の量子ドットを含み、前記コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含み、前記量子ドット埋め込み層内の前記量子ドットは前記コア粒子の表面を取り囲み、取り囲んでいる前記量子ドットの複数の層が互いに積層されている。

【0017】

本発明の別の態様は、量子ドットでドープされたナノ粒子が固定化されている感応膜表面を含む生物学的検出キットに生物学的試料を注入して反応を進行させること、及び前記反応の間に放出される蛍光の強度を測定することを含む生物学的検出方法を提供し、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0018】

本発明のさらに別の態様は、量子ドットでドープされたナノ粒子及び量子ドットでドープされた該ナノ粒子とサンドウィッチアッセイ構造体を形成する磁性ビーズを含むバイオプラットフォームに生物学的試料を注入して反応を進行させること、及び前記反応の間に放出される蛍光の強度を測定することを含む生物学的検出方法を提供し、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【発明の効果】

【0019】

本発明の多層多量子ドットでドープされたナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカ／量子ドット複合シェルからなる構造を有する。本発明の多層多量子ドットでドープされたナノ粒子は、量子ドットによって被覆される大きな面積と量子ドットの安定した結合を維持しつつ、改善した量子収率（ＱＹ）と輝度で生体分子を検出するために使用することができる。したがって、本発明の多層多量子ドットでドープされたナノ粒子は、バイオプラットフォーム及び生体分子検出のための高感度な方法等の、生物学的用途に好適である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、多量子ドットに基づくナノ粒子の模式図を示す図である。Ａはシリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカシェルから構成される従来の多量子ドットベースナノ粒子の構造を示しており、Ｂはシリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカ／量子ドット複合シェルから構成される本発明の多層多量子ドットベースナノ粒子の構造を示す。

【図2】図２は、図１の多量子ドットベースナノ粒子の電子顕微鏡像を示す図である。Ａはそれぞれのナノ粒子がシリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカシェルからなる構造を有する従来の多量子ドットベースナノ粒子の電子顕微鏡像を示しており、Ｂはそれぞれのナノ粒子がシリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカ／量子ドット複合シェルからなる構造を有する本発明の多層多量子ドットベースナノ粒子の電子顕微鏡像を示す。

【図3】図３は、水溶性リガンドとしてのＣＯＯＨで修飾された量子ドットを含有するナノ粒子（ＱＤ－ＣＯＯＨ）及び図１に示した多量子ドットベースナノ粒子－多量子ドットを含有する従来のナノ粒子（シングルシリカＱＤ、ｓＱＤで示す）及び多量子ドットを含有する本発明のナノ粒子（ＱＤ^２。ｍＱＤで示す）－の量子収率と輝度を比較する。

【図4】図４は、本発明のナノ粒子が（多重）標識部位として機能し得るかどうかの可能性を調べるために測定された、それぞれ異なるサイズの多層多量子ドットを含有する本発明のナノ粒子それぞれの量子収率と輝度を示す。

【図5】図５は、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の生物材料検出キットへの適用と関連領域の部分拡大図を模式的に示す。

【図6】図６は、実際の生物材料検出キットへの本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の適用を示す。

【図7】図７は、サンドウィッチアッセイへの本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の適用を模式的に示す。

【図8】図８は、実際のサンドウィッチアッセイへの本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の適用と、同じ標的物質のリアルタイムＰＣＲによる検出を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

これより本発明をさらに詳細に説明する。

【0022】

本発明は量子ドットでドープされたナノ粒子を提供するが、ここで、量子ドットでドープされた該ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子の表面に結合した複数の量子ドットを含み、コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0023】

本開示において使用される「量子ドット埋め込み層」という用語は、特に記載の無い限り、コア粒子の外表面を取り囲んでいる複数の量子ドットによる層を指す。量子ドット埋め込み層は最も外側の量子ドットを接続する線に沿った仮想上の層であり、かつ、シリカ／量子ドット複合シェルに取り囲まれている界面として定義される。

【0024】

本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子は、量子ドットを含まないシリカシェルを含む従来の多量子ドット含有ナノ粒子、いわゆるシングル量子ドット含有ナノ粒子を改善したものに相当する。シリカ／量子ドット複合シェル中に量子ドットが存在するため、量子収率と輝度の著しい改善が達成可能である。

【0025】

本発明の１つの実施形態によると、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、コア粒子の表面に結合した複数の量子ドットを含み、コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0026】

本発明では、量子ドット埋め込み層を構成する量子ドットはシリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料と架橋結合している。この架橋により、量子ドットがシリカ材料にランダムに結合している構造が形成される。

【0027】

前記架橋結合は、量子ドットに対する結合部位を提供する材料によって形成してもよい。量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料は、その両末端に官能基を有する。前記材料の一方の末端に存在する官能基は量子ドットの表面に結合し、前記材料の他方の末端に存在する官能基はシリカ／量子ドット複合シェルを構成するコア粒子又はシリカ粒子に結合する。

【0028】

先行技術によると、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料は量子ドット埋め込み層に相当する構造体を形成するために使用される。対照的に、本発明において使用される量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料は量子ドット埋め込み層の表面上にも存在し、架橋結合を供与してシリカ／量子ドット複合シェルを形成するが、この点は多量子ドット又はシングル量子ドットに対応する従来のシリカの単独シェルとは異なる。

【0029】

例えば、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料は、その両末端に官能基を有していてもよい。前記材料の一方の末端に存在する官能基が量子ドット埋め込み層を構成する量子ドットの表面に結合し、前記材料の他方の末端に存在する官能基がシリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料に結合することが好ましい。

【0030】

前記材料の一方の末端に存在する官能基は、例えば、シラン基、チオール基、炭素含有疎水性官能基、カルボキシル基、又はアミン基であってもよい。前記材料の他方の末端に存在する官能基は、例えば、チオール基、アミン基、アミン含有基、エポキシ基、ハロゲン含有基、又は炭素含有基であってもよい。

【0031】

このような末端官能基を有するカップリング剤としての前記材料の具体例としては、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトメチルジエトキシシラン、３－メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３－メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２－ジフェニルホスフィノエチルトリエトキシシラン、ジフェニルホスフィノエチルジメチルエトキシシラン、３－アミノプロピルメチルジエトキシシラン、３－アミノプロピルジメチルエトキシシラン、３－アミノプロピルトリエトキシシラン、３－アミノプロピルトリメトキシシラン、４－アミノブチルトリメトキシシラン、３－（ｍ－アミノフェノキシ）プロピルトリメトキシシラン、及びｎ－（２－アミノエチル）－３－アミノプロピルメチルジメトキシシランが挙げられる。

【0032】

シリカ／量子ドット複合シェルを構成する量子ドットは、例えば、量子ドット埋め込み層に未結合の量子ドット、又は量子ドット埋め込み層に最初は結合していたが後に脱離した量子ドットであってもよい。必要であれば、追加の量子ドットを添加し、量子ドットに対する前記結合部位に結合させてよい。

【0033】

シリカ／量子ドット複合シェルは厚さが７ｎｍ～１，０００ｎｍ又は７ｎｍ～３００ｎｍであってもよい。シリカ／量子ドット複合シェルの厚さが上記で定義された下限値に満たない場合、シリカ／量子ドット複合シェルの保護効果は無視できるほどのものである。一方、シリカ／量子ドット複合シェルの厚さが上記で定義された上限値を超える場合、粒子は重くなり、沈降しやすくなり、そのため用途が限定される。

【0034】

本発明によると、コアにはポリマーコア粒子又は無機コア粒子が含まれる。ポリマーコア粒子は、ポリスチレン又はポリメチルメタクリレートなどのスチレン系ポリマー又はアクリル系ポリマーからなるものでもよい。無機コア粒子はシリカ、アルミナ、二酸化チタン、又は二酸化亜鉛からなるものでもよい。コア粒子は１０ｎｍ～１００，０００ｎｍ又は８０ｎｍ～１，０００ｎｍの直径を有し、そのような直径は操作及び追加の後処理の面で好適である。無機コア粒子は良好な安定性を有するため、量子ドットの支持体として使用可能である。この場合、コア粒子のサイズ制御が簡単なので、量子ドット含有粒子は様々なサイズ及び安定した構造を有することができ、したがって様々な特徴を有する蛍光標識として使用可能である。さらに、量子ドット含有粒子は、バイオアッセイ時における生体分子の吸収を防止して正確な分析結果を出すことができる。

【0035】

特に、量子ドットとコア粒子との間の共有結合が強力であるため、光ブリーチングによる量子ドットの安定性の悪化が防止され、かつ、長期間の連続使用の後でも量子ドットの発光特性が維持される。量子ドット埋め込み層を構成する量子ドットは、両末端に官能基を有する材料を介してコア粒子に共有結合していてもよい。前記材料の一方の末端に存在する官能基は量子ドットに結合する原子を含み、前記材料の他方の末端に存在する官能基はコア粒子に結合している。前記原子は硫黄原子、窒素原子、及びリン原子から選択してもよい。前記材料の他方の末端に存在する前記官能基はシラン基、アミノ基、スルホン基、カルボキシル基、又はヒドロキシ基であってもよい。

【0036】

前記量子ドットはＩＩ－ＶＩ族半導体、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、又はＩＶ－ＩＶ族半導体から構成されるシングルコア構造、又は前記シングルコア構造がＩＩ－ＩＶ族半導体でキャップされているコア／キャップ構造を有していてもよい。前記量子ドット含有ナノ粒子は１ｎｍ～５０ｎｍ又は１ｎｍ～２０ｎｍの直径を有していてもよい。ここでシングルコア又はコア／キャップ構造のコアに相当する前記量子ドットは任意の種類の半導体から構成されてよい。例えば、ＩＩ－ＶＩ族半導体は周期表中のＩＩＢ族元素の少なくとも１つとＶＩＢ族元素の少なくとも１つから構成されていてもよい。このようなＩＩ－ＶＩ族半導体の例としては、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＨｇＴｅ、及びＣｄＳｅ_ｘＴｅ_１－ｘが挙げられる。このようなＩＩＩ－Ｖ族半導体の例としてはＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、及びＩｎＰが挙げられる。前記コア材料としてはＩＩ－ＶＩ族半導体が使用されることが好ましく、その直径は１ｎｍ～２０ｎｍ又は２ｎｍ～１０ｎｍである。

【0037】

コア／キャップ構造では、キャップはコア半導体量子ドットに結合してコア半導体の表面に被覆層を形成する半導体量子ドットから構成される。コア／キャップ構造により、ナノ粒子は、シングルコア構造よりも高い量子収率を確保できる。キャップはコア半導体よりも高いバンドギャップを有し、かつ、外部環境からコア半導体を保護するためのパッシベーション層として機能する。キャップは高バンドギャップを有するＩＩ－ＶＩ族半導体から構成され、好ましくはＺｎＳ、ＣｄＳ、又はＺｎＳｅから構成される。コア／キャップ構造は前記半導体を様々な組合せで用いてよい。例えば、コアはＣｄＳｅ又はＣｄＳから構成されていてもよく、キャップはＺｎＳから構成されていてもよい。あるいは、コアがＣｄＳｅから構成されていてもよく、キャップがＣｄＳｅ又はＺｎＳｅから構成されていてもよい。半導体は制限無く組み合わせることができる。

【0038】

量子ドットはタイプＩの量子ドットであってもよい。タイプＩ量子ドットは１２－１６族半導体コア及び１２－１６族半導体シェルから構成される構造を有していてもよく、例えば、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）コア及び該コアをキャップする硫化亜鉛（ＺｎＳ）シェルから構成される構造を有していてもよい。参考までに、高バンドギャップを有するシェルにより低バンドギャップを有するコア粒子をキャッピングすることで、改善した発光特性が達成されることが示されている。例えば、ＣｄＳｅ量子ドットをＺｎＳ層でキャップすると、強い発光特性（３５～５０％の量子収率）が室温で得られる。粉末のサイズを制御することにより発光波長を青色から赤色まで制御することが可能になる。さらに、ＺｎＳキャッピングによりコアの表面が保護され、量子ドットの良好な安定性が確保される。

【0039】

量子ドット埋め込み層は、疎水性有機化合物で被覆された量子ドットをコア粒子の外表面上に複数回ドープすることにより形成してもよい。ドープされた量子ドットは、コア粒子を順々に取り囲む層を形成している。前記量子ドット埋め込み層を構成する前記量子ドットの数は１～４００，０００、１～４，０００、又は４００～５００であってもよい。

【0040】

量子ドット埋め込み層の外表面に形成される複数の層から前記シリカ／量子ドット複合シェルを構成して、量子ドット埋め込み層を順々に取り囲むようにしてもよい。例えば、シリカ／量子ドット複合シェル中に存在する量子ドットの数は１０～１００，０００又は２００～５，０００であってもよい。

【0041】

シリカ／量子ドット複合シェル中の量子ドットの層密度は、量子ドット埋め込み層の仮想表面積に対して０．００００１～９９．９９９９９％の範囲内、好ましくは３０～９０％の範囲内、より好ましくは７０～８０％の範囲内にある。前記密度は、（密度＝質量／体積）という密度についての式を用いることで計算される。この範囲内であれば、多層多量子ドット含有ナノ粒子の量子収率と輝度を改善することができる。

【0042】

本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子は前記シリカ／量子ドット複合シェルを取り囲むシリカベースのシェルをさらに含んでもよい。シリカベースのシェルは、アルミナ、二酸化チタン、又は二酸化亜鉛と組み合わせられると安定なテンプレートを提供することができる。この安定なテンプレートの使用により多層多量子ドット含有ナノ粒子のサイズ制御が容易になり、多層多量子ドット含有ナノ粒子の遠心分離及び洗浄が可能になる。

【0043】

前記多量子ドットベースナノ粒子のうちの１つが図１のＢに模式的に示されている。図１のＢを参照すると、多層多量子ドットベースナノ粒子の構造は、シリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカ／量子ドット複合シェルからなる。以下で具体的に論じるように、最初に、量子ドットに対する結合部位を提供する材料が架橋のために供与され、次に、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、又は水酸化マグネシウムなどの塩基が供与される。この手法によると、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料の一方の末端に存在する官能基が量子ドット埋め込み層を構成する量子ドットの表面に結合し、もう一方の末端官能基がシリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料との結合部位として提供され得る。前記塩基は追加の量子ドットに対する結合部位を提供する。これらは本発明の技術的特徴である。

【0044】

本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子は、シリカ／量子ドット複合シェルの形成を特徴とする。該多層多量子ドット含有ナノ粒子は、従来の量子ドット含有ナノ粒子と比較して均一な高蛍光シグナルを示す。

【0045】

図１のＡはシリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカシェルから構成される従来の多量子ドットベースの構造を示す。量子ドット非含有シリカシェルを単純被覆層として含むシングル量子ドット含有ナノ粒子を作製する従来の方法では、量子ドットに対する結合部位を提供する材料と塩基とを同時に供与して、量子ドットとシリカの単独シェルとの間に架橋結合を与える。よって、この従来法では、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子を提供することはできない。

【0046】

図２は図１の多量子ドットベースナノ粒子の電子顕微鏡像を示す。具体的には、図２のＡは、それぞれのナノ粒子がシリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカシェルからなる構造を有する従来の多量子ドットベースナノ粒子を示しており、図２のＢは、それぞれのナノ粒子がシリカコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカ／量子ドット複合シェルからなる構造を有する本発明の多層多量子ドットベースナノ粒子を示す。

【0047】

量子ドット埋め込み層の表面上における量子ドットの層の密度は、コア粒子の表面積に対する量子ドットの表面積の割合として求めた場合、５％超、又は２０％超であってもよい。本発明では、シリカ／量子複合シェルの表面上における量子ドットの層の密度は、量子ドット埋め込み層の（仮想）表面積に対する量子ドットの表面積の割合として求めた場合、１０％超、又は６０％超であってもよい。後述の実施例から分かるように、コアの表面に強く結合することが可能なチオール基を導入することで、立体障害を受けなければコアの外表面に沿って量子ドットを埋め込むことが可能になる（量子ドット埋め込み層の形成）。コアの表面上に単層の量子ドットを導入する必要が無いので、シリカ／量子ドット複合シェルはより多数の量子ドットの導入を誘導することができる。

【0048】

多層多量子ドット含有ナノ粒子を作製する方法を以下のように実施することができるが、該方法はこれに限定されない。

【0049】

まず、ステップ（ａ）では量子ドットに対する結合部位を提供する材料でポリマー又は無機のコア粒子の表面を修飾する。具体的には、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料をコア粒子と反応させて、量子ドットに対する表面結合部位が作製されているコアを調製する。

【0050】

続くステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）の反応産物に疎水性有機化合物で被覆された量子ドットを供与し、反応を進行させて、コア粒子の外表面を取り囲む前記量子ドットを含む量子ドット埋め込み層を形成する。次に、ステップ（ｂ）の反応産物に疎水性有機溶媒を供与し、反応を進行させて、コア表面上の量子ドットに対する前記結合部位に未結合の量子ドットを結合させる。その後、前記反応を安定化させることが好ましい。例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタン、ベンゼン系溶媒（例えば、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、又はエチルベンゼン）、又はアルキル鎖溶媒（例えば、ヘキサン、ヘプタン、又はシクロヘキサン）などの疎水性溶媒を添加し、前記量子ドットを充分に結合させるために約３０秒～約６０秒撹拌して、量子ドット埋め込み層を含むナノ粒子を形成する。

【0051】

続くステップ（ｃ）では、未結合の量子ドットに対する追加の結合部位を提供する材料でステップ（ｂ）の反応産物の表面を修飾する。具体的には、未結合の量子ドットに対する追加の結合部位を提供する前記材料をステップ（ｂ）の反応産物に供与し、前記材料の一方の末端に存在する官能基が量子ドット埋め込み層を構成する量子ドットの表面に結合し、かつ、前記材料の他方の末端に存在する官能基がシリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料と結合する部位として与えられるように反応を進行させる。

【0052】

ステップ（ｄ）では、塩基をステップ（ｃ）の反応産物に供与し、反応を進行させて、量子ドット埋め込み層の表面上に未結合の量子ドットに対する追加の結合部位を形成する。

【0053】

その後、ステップ（ｅ）では、シラノール反応物質と塩基をステップ（ｄ）の反応産物に供与し、反応を進行させ、生じた反応産物を精製して、量子ドットの複数の層がコア粒子を取り囲んでいる構造を有するシリカ／量子ドット複合シェルを形成する。

【0054】

ステップ（ｃ）及びステップ（ｄ）は、必要に応じて、ある特定の回数繰り返してもよい。ステップ（ｃ）及びステップ（ｄ）は３～４回繰り返されることが好ましい。この場合、２０～５００ｎｍの厚さのシリカ／量子ドット複合シェルを形成することができる。

【0055】

上記の通り、シリカ／量子ドット複合シェルは、量子ドットの複数の層を積層し、かつ、コーティングする適切なプロセスにより形成される。例えば、量子ドット及び該量子ドットに対する結合部位を提供する材料としての３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＳ）を最初に供与し、次に塩基を供与して、量子ドット埋め込み層に未結合の量子ドット、又は量子ドット埋め込み層に最初は結合していたが後に量子ドット埋め込み層から離脱した量子ドットが、量子ドットに対する前記結合部位に結合してシリカシェルに組み込まれるようにする。参考までに、ＭＰＴＳ及び塩基が量子ドットと一緒に添加されると、図１のＡに示されるように単層の被覆が生じる。

【0056】

本発明の方法によると、量子ドットと、コア粒子と、結合部位を提供する前記材料との体積比は、１：０．０００００１～６０：０．０００００１～８９０、好ましくは１：０．０１～２０：０．０１～３００、より好ましくは１：１～２：２～３である。

【0057】

コア粒子と、量子ドット埋め込み層と、シリカ／量子ドット複合シェルとの厚さ比は、１：０．１～９：１～１０、好ましくは１：０．４～４：１～４、より好ましくは１：１～２：１～２である。

【0058】

シリカ／量子ドット複合シェル中の量子ドットの層の密度は、量子ドット埋め込み層の仮想の表面積に対して０．００００１～９９．９９９９９％の範囲内、好ましくは３０～９０％の範囲内、より好ましくは７０～８０％の範囲内にある。前記密度は、（密度＝質量／体積）という密度についての式を用いることで計算される。

【0059】

生じた多層多量子ドット含有ナノ粒子は、複数の量子ドットが安定してコア粒子の表面に結合し、かつ、シェル内にも存在するように構造化されている。この構造により、多層多量子ドット含有ナノ粒子中における量子ドットの数を最大化することができる。さらに、異なるサイズの量子ドットが使用されるときでも、多層多量子ドット含有ナノ粒子は量子ドットのサイズに応じた発光色を観察するために充分な量子収率及び輝度を与える。この利点のため、多層多量子ドット含有ナノ粒子は、生物学的用途で使用されるときに（多重）標識部位として機能することができる。

【0060】

図３は、図１の多量子ドットベースナノ粒子、水溶性リガンドとしてのＣＯＯＨで修飾された量子ドットを含有するナノ粒子（ＱＤ－ＣＯＯＨ）、多量子ドットを含有する従来のナノ粒子（シングルシリカＱＤ、ｓＱＤで示す）、及び多量子ドットを含有する本発明のナノ粒子（ＱＤ^２、ｍＱＤで示す）の量子収率及び輝度を比較している。ＱＤ－ＣＯＯＨ（対照）のＱＹ、シリカ被覆ＱＤのＱＹ、及び多層量子ドット含有ナノ粒子（ＱＤ^２）のＱＹが図３のＡに示される。シングルＱＤ及び多層量子ドット含有ナノ粒子の蛍光強度を図３Ｂに示す。３６５ｎｍのＵＶランプを用いて、シングルＱＤ及び多層量子ドット含有ナノ粒子を観察した（図３Ｃ）。

【0061】

図４は、異なるサイズの多層多量子ドットを含有する本発明のナノ粒子それぞれの量子収率及び輝度を示す。これらは、本発明のナノ粒子が（多重）標識部位として機能し得るかどうかの可能性を調べるために測定された。図４から分かるように、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子は改善した量子収率及び輝度を有し、使用される量子ドットのサイズに応じてそれぞれ異なる発光色及び蛍光色を示した。したがって、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子はバイオプラットフォームを含む生物学的用途に効果的に使用可能である。すなわち、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子は、リアルタイムＰＣＲの感度に比肩するレベルにある高い感度を有する。これにより、極めて高い感度が必要とされる新規感染症病原体の正確かつ迅速な診断が可能になる。さらに、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子は広いダイナミックレンジ（≧ｌｏｇ１０）を有しているため、様々な濃度のバイオマーカーの並行分析を可能にする。

【0062】

生物学的用途の一つの具体例として、本発明は、量子ドットでドープされたナノ粒子が固定化されている感応膜表面を含む生物学的検出キットを提供し、ここで量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0063】

例えば、量子ドットでドープされたナノ粒子は、脱水縮合により感応膜に固定化されていてもよい。

【0064】

例えば、感応膜はガラス板、ポリスチレン板、又はマイクロタイタープレート上に形成されていてもよい。

【0065】

例えば、前記生物学的検出キットは単糖類、多糖類、有機酸、アルコール、コレステロール、コリン、キサンチン、及びそれらの混合物からなる群より選択される物質を検出するために使用されていてもよい。

【0066】

前記生物学的検出キットの使用について図５を参照して説明する。図５は本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の前記生物材料検出キットへの適用、及び関係する領域の部分拡大図を模式的に示す。多量子ドット含有ナノ粒子の該キットへの実際の適用が図５に示されている。前記部分拡大図は、前記キットのニトロセルロース（ＮＣ）膜上の赤線中での抗体結合多量子ドット含有ナノ粒子と、標的物質と、捕捉抗体との反応を説明している。

【0067】

別の具体例としては、磁性ビーズをサンドウィッチアッセイに適用してもよい。この場合、バイオプラットフォームを簡単に回収するために磁石を用いてもよい。本開示において使用される「バイオプラットフォーム」の語は、特段の記載が無い限り、免疫診断などの分子診断に使用されるプラットフォームを指す。このバイオプラットフォームによれば、多層多量子ドット含有ナノ粒子のシェル表面を（多重）標識部位として提供することができる。

【0068】

前記バイオプラットフォームに含まれる多層多量子ドット含有ナノ粒子は、様々なサイズの量子ドットを使用するものであってよい。したがって、前記多層多量子ドット含有ナノ粒子は、非常に少量で使用されるときでも、種々の標的物質に対して異なるルミネッセンス強度を、改善された効率及び輝度で実現する能力を有しているため、（多重）標識部位として機能することができる。

【0069】

例として、標的物質（生物学的試料）に対して相補的に結合する抗体を多層多量子ドット含有ナノ粒子に結合しておいて、該結合抗体が前記生物学的試料（標的物質）を捕捉するようにしてもよい。

【0070】

具体例として、多層多量子ドット含有ナノ粒子が適切なリガンドで修飾され、標的物質（生物学的試料）に相補的に結合する抗体が前記多層多量子ドット含有ナノ粒子に結合され、かつ、当該結合抗体が前記生物学的試料（標的物質）を捕捉する構造を挙げることができる。そのリガンドは当技術分野において知られているリガンドのうちの任意のものであってもよく、例えば、受容体－リガンド間の相互作用を誘導することができる受容体－リガンド対であってもよく、ストレプトアビジン－ビオチン、アビジン－ビオチン、又はアシアロ糖タンパク質－ガラクトースなどであってもよい。

【0071】

前記生物学的試料（標的物質）は、例えば、抗原、受容体、ウイルス、酵素、感染性免疫グロブリン、サイトカイン、及びその他の感染性因子からなる群より選択されてもよい。

【0072】

前記生物学的試料（標的物質）は、後に安定して放射光測定を行うために磁性ビーズで捕捉されたサンドウィッチアッセイ構造を与えてもよい。この場合、前記磁性ビーズは、生物学的試料（標的物質）に相補的に結合する抗体を含み、前記磁性ビーズへ結合した前記抗体は、多層多量子ドット含有ナノ粒子に結合している前記抗体と独立して前記生物学的試料（標的物質）を捕捉する。具体例として、抗体を標的物質（生物学的試料）に相補的に結合するための適切なリガンドで磁性ビーズが修飾され、前記抗体が前記磁性ビーズに結合され、当該結合抗体が前記生物学的試料（標的物質）を捕捉する構造を挙げることができる。前記リガンドは、受容体－リガンド間の相互作用を誘導することができる受容体－リガンド対であってもよく、ストレプトアビジン－ビオチン、アビジン－ビオチン、又はアシアロ糖タンパク質－ガラクトースなどであってもよい。

【0073】

関連する具体例においては、本発明のバイオプラットフォームは、量子ドットでドープされたナノ粒子、及び量子ドットでドープされた前記ナノ粒子とサンドウィッチアッセイ構造体を形成する磁性ビーズを含み、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記ポリマー又は無機のコア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。

【0074】

前記磁性ビーズは１～５μｍの範囲の直径を有してよい。この範囲の直径は、試料の分離及び精製に好適である。前記磁性ビーズは、磁性材料を含有する高分子量重合体からなるものであってもよい。前記磁性ビーズの外表面はシリカシェルによって取り囲まれていてよい。シリカシェルは前記磁性ビーズを保護し、その表面はアッセイのための様々なリガンドで修飾されていてもよい。例えば、前記磁性ビーズは、乳化剤と油溶性過酸化物重合開始剤の存在下でポリスチレンシードとスチレンモノマーとの混合物及びスチレン誘導体を共重合することにより調製された共重合体から形成されていてもよい。前記磁性ポリ（スチレン－ｃｏ－スチレン誘導体）共重合体では基本骨格を構成するスチレン環にスルホン酸官能基が導入されており、該スルホン酸官能基に鉄イオンが結合している。シリカシェルが前記共重合体ビーズの外表面を取り囲む。前記ポリ（スチレン－ｃｏ－スチレン誘導体）共重合体を使用することが好ましいが、これは該共重合体が有する非特異的結合を防止する能力のためである。

【0075】

一つの具体例としては、前記磁性ビーズは以下の順序で調製してもよい。

【0076】

まず、ステップ（ａ）では、分散安定化剤とラジカル開始剤の存在下でスチレンモノマーを乳化剤無しに乳化重合してポリスチレンシードを調製する。

【0077】

ステップ（ｂ）では、フタル酸ジブチルなどの可塑剤の存在下で前記ポリスチレンシードを予備膨潤させる。

【0078】

ステップ（ｃ）では、乳化剤及び油溶性過酸化物重合開始剤の存在下で前記予備膨潤済みポリスチレンシードとスチレンモノマーとの混合物をスチレン誘導体と水分散共重合して、ポリ（スチレン－ｃｏ－ジビニルベンゼン）共重合体ビーズを調製する。

【0079】

ステップ（ｄ）では、前記ポリ（スチレン－ｃｏ－ジビニルベンゼン）共重合体ビーズをスルホン化剤と反応させ、硫酸官能基を含むポリ（スチレン－ｃｏ－ジビニルベンゼン）共重合体ビーズを調製する。一つの具体例としては、スルホン化剤はクロロスルホン酸、アセチル硫酸、及び濃硫酸から選択されてもよく、前記反応は６０～９５℃の温度範囲で実施してもよい。

【0080】

ステップ（ｅ）では、スルホン酸官能基を含む前記ポリ（スチレン－ｃｏ－ジビニルベンゼン）共重合体ビーズを超常磁性鉄前駆体によって磁化する。一つの具体例としては、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ_２）と塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）の混合物を用いて磁化を実施する。前記混合物中のＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ：ＦｅＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏのモル比は、１：５００～１０，０００又は１：１～２であってもよい。

【0081】

次に、ステップ（ｆ）では、前記磁性ポリ（スチレン－ｃｏ－ジビニルベンゼン）共重合体ビーズの外表面を取り囲むようにシリカシェルを形成する。

【0082】

前記バイオプラットフォームを使用する生物学的検出方法は、以下のように実施することができる。

【0083】

まず、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子及び量子ドットでドープされた前記ナノ粒子とサンドウィッチアッセイ構造体を形成する前記磁性ビーズを含む前記バイオプラットフォームに生物学的試料（標的物質）を注入し、反応を進め、そして該反応の間に放出される蛍光の強度を測定する。

【0084】

上記の通り、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含んでいてもよい。

【0085】

前記バイオプラットフォームを構成する、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子は、様々なサイズの量子ドットを用いてもよい。したがって、前記ナノ粒子の各々のシェル表面は、生物学的試料の（多重）標識部位として機能してもよい。

【0086】

蛍光強度を光学的方法により測定しても、蛍光強度から変換された電気的信号を測定してもよい。しかしながら、蛍光強度を測定する方法には制限はない。

【0087】

前記バイオプラットフォームの使用について図７を参照して説明する。図７は、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子のサンドウィッチアッセイへの適用を模式的に示す。

【0088】

図７を参照すると、生物学的試料（標的物質）を含有する水溶液又は有機溶媒に前記多層多量子ドット含有ナノ粒子（又は前記磁性ビーズ）が添加され、前記多層多量子ドット含有ナノ粒子に結合している抗体又は前記磁性ビーズに結合している抗体が生物学的試料（標的物質）の一方の側に結合している溶液が調製され、そして該溶液に前記磁性ビーズ（又は前記多層多量子ドット含有ナノ粒子）が添加される。

【0089】

次に、前記多層多量子ドットに結合した抗体と結合した生物学的試料（標的物質）が、磁性ビーズに結合した抗体と結合している、又は、生物学的試料（標的物質）を磁性ビーズに結合した抗体に結合し、次に前記多層多量子ドットに結合した抗体がそれに結合させられている、プラットフォーム構造体を有する溶液を調製する。

【0090】

その後、前記溶液に磁性物質を適用して前記磁性ビーズを収集し、前記磁性ビーズが収集される領域に存在する前記量子ドット含有粒子の中に存在する前記量子ドットの吸光度又は蛍光強度を測定する。

【0091】

前記標的物質含有溶液は、例えば、心筋梗塞多角的アッセイ、感染性免疫グロブリン並行診断、サイトカイン並行診断、又は血液スクリーニングのための溶液であってもよい。

【0092】

以下の実施例を参照してさらに詳細に本発明を説明する。しかしながら、これらの実施例は本発明の具体的な実施形態を単に例示することを意図したものであり、本発明を限定又は制限するものと解釈すべきではない。

【実施例】

【0093】

実施例１：多層多量子ドット含有量子ドットの調製
＜コア粒子＞
ストーバー（Stober（oはウムラウト））法によって１２０ｎｍの直径を有するシリカ粒子（１０ｍｇ／ｍｌ）を調製した。

【0094】

＜量子ドット埋め込み層＞
量子ドットに対する結合部位を提供する材料として１０μｌの１％（体積／体積）３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＳ）を前記コア粒子に添加した。混合物を２５℃で１２時間撹拌して前記コア粒子の表面にチオール基を導入した。

【0095】

以下の方法により、前記チオール基導入済みコア粒子の外表面に蛍光発光性量子ドットを結合させた。

【0096】

疎水性有機化合物としてのオレイン酸で被覆された７ｍｇの固体量子ドット（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、１０ｎｍ）を前記チオール基導入済みコアに添加した。当該混合物をボルテックスで激しく撹拌した。その結果、前記量子ドットが前記コア表面に導入されたチオール基に結合して、コアを疎水性にしつつ量子ドット埋め込み層を形成した。次に、疎水性溶媒として４ｍＬのジクロロメタンを添加し、続いてさらに３０～６０秒間撹拌して未結合の量子ドットをチオール基に結合させた。

【0097】

次に、量子ドットの結合を与える物質として５０μｌのメルカプトプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）を添加し、１５分間撹拌し、塩基として５０μｌの２５％水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ（水溶液））を添加し、さらに１５分間撹拌して、量子ドット埋め込み層構造を形成したが、該量子ドット埋め込み層構造はコア粒子の外表面を取り囲み、また、追加の量子ドットに対する表面結合部位を有する。

【0098】

＜複合シェル／多層多量子ドット含有ナノ粒子＞
量子ドット埋め込み層の表面に追加の量子ドットに対する結合部位を有する前記構造体をエタノールで３回洗浄した。シラノール反応物質としての５０μｌのオルト珪酸テトラエチル及び塩基としての２５％水酸化アンモニウムを６８ｒｐｍで２０時間撹拌し、エタノールで３回洗浄して、シリカシェル及び該シリカシェル中に存在する多量子ドットから構成されるシリカ／量子ドット複合シェルを形成した。

【0099】

前記シリカコア、前記量子ドット埋め込み層、及び前記シリカ／量子ドット複合シェルからなる前記構造体は、図１のＢに模式的に示されている。図１のＢから分かるように、各層のシェル内に多層多量子ドットが無作為に埋め込まれた。それぞれ前記シリカコア、前記量子ドット埋め込み層、及び前記シリカ／量子ドット複合シェルからなる構造を有する前記多層多量子ドット含有ナノ粒子の電子顕微鏡像が図２のＢに示されている。図２のＢから分かるように、前記構造は多層であった。シリカ／量子ドット複合シェル中の量子ドットの層密度は、量子ドット埋め込み層の仮想表面積に対して７０～８０％であったが、これは０．００００１～９９．９９９９９％の範囲内である。前記密度は、（密度＝質量／体積）という密度についての式を用いることで計算された。

【0100】

比較例１：多量子ドット含有ナノ粒子の調製
５０μｌのメルカプトプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）及び５０μｌの塩基としての２５％水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ（水溶液））を＜量子ドット埋め込み層＞の欄に記載したように連続的に添加するのではなく同時に添加すること以外は実施例１と同様にして多量子ドット含有ナノ粒子を調製した。その結果、多量子ドットを含有するシリカの単独シェルが形成された。

【0101】

前記シリカコア、前記量子ドット埋め込み層、及び前記シリカシェルからなる前記構造体は、図１のＡに模式的に示されている。図１のＡから分かるように、前記単層シェル内に前記多量子ドットが無作為に埋め込まれた。それぞれのナノ粒子が前記シリカコア、前記量子ドット埋め込み層、及び前記シリカシェルからなる構造を有する前記多量子ドット含有ナノ粒子の電子顕微鏡像が図２のＡに示されている。図２のＡから分かるように、前記構造は単層であった。

【0102】

実験例１
実施例１で調製された多量子ドット含有ナノ粒子及び比較例１で調製された多量子ドット含有ナノ粒子の量子収率と輝度を測定した。結果は図３にまとめて示す。図３は水溶性リガンドとしてのＣＯＯＨで修飾された量子ドットを含有するナノ粒子（ＱＤ－ＣＯＯＨ）、比較例１で調製された多量子ドット含有ナノ粒子（シングルシリカＱＤ。ｓＱＤで示す。）、及び実施例１で調製された多量子ドット含有ナノ粒子（ＱＤ^２。ｍＱＤで示す。）の量子収率と輝度を比較している。前記ＱＤ－ＣＯＯＨ（対照）のＱＹ、前記シリカ被覆ＱＤのＱＹ、及び前記多層量子ドット含有ナノ粒子（ＱＤ^２）のＱＹを図３のＡに示す。前記シングルＱＤ及び前記多層量子ドット含有ナノ粒子の蛍光強度を図３のＢに示す。３６５ｎｍのＵＶランプを用いて、前記シングルＱＤ及び前記多層量子ドット含有ナノ粒子を観察した（図３のＣ）。

【0103】

実施例２
この実施例では、種々のサイズの多層多量子ドットを含有するナノ粒子が（多重）標識部位として機能し得るかどうかの可能性を調べた。

【0104】

具体的には、実施例１で調製された前記多層量子ドット含有ナノ粒子を赤色ＱＤ^２とした。量子ドットのサイズを２ｎｍ、２．５ｎｍ、及び３ｎｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして多層量子ドット含有ナノ粒子を調製した。これらの多層量子ドット含有ナノ粒子を、それぞれ、青色ＱＤ^２、緑色ＱＤ^２、及び黄色ＱＤ^２とした。

【0105】

図４は種々の色の前記多層量子ドット含有ナノ粒子の量子収率と輝度を示す。具体的には、図４のＡは、これら多層量子ドット含有ナノ粒子のＱＹを示す。図４のＢは、これら多層量子ドット含有ナノ粒子の標準化された蛍光強度を示す。３６５ｎｍのＵＶランプを用いてこれら多層量子ドット含有ナノ粒子を観察した（図４Ｃ）。

【0106】

応用例１：生物学的検出キット
前記多層多量子ドット含有ナノ粒子の生物学的検出キットへの適用について図５を参照して説明する。図５は、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の生物材料検出キットへの適用と関連領域の部分拡大図を模式的に示す。

【0107】

＜前記多層多量子ドット含有ナノ粒子の表面修飾＞
実施例１で調製された前記多層多量子ドット含有ナノ粒子１ｍｇを（３－アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＳ溶液、５％体積／体積、１ｍＬ）に添加し、室温で１時間撹拌した。次に、当該混合物をエタノールで３回洗浄し、そこに７５ｍｇの無水コハク酸、５００μｌの２－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）溶液、及び３．５０μｌのＮ，Ｎ－ジイソプロピルエチルアミン（ＤＩＥＡ）を添加した。得られた混合物を２時間撹拌した。

【0108】

次に、前記反応混合物をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）で３回洗浄し、そこに１００μｌのジメチルピリジン（ＤＭＰ）及び２．１ｍｇの４－ジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）を添加した。当該混合物に２７μｌのＤＩＣを添加し、室温で１時間撹拌した。当該反応混合物を２－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）で２回洗浄し、三リン酸緩衝溶液（ＴＰＢＳ）で１回洗浄し、リン酸緩衝溶液（ＰＢＳ、ｐＨ７．２）で１回洗浄し、そしてリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ、ｐＨ７．２）中に分散して前記多層多量子ドット含有ナノ粒子の表面を抗体結合のために修飾した。

【0109】

＜抗体結合＞
１０ｐｍｏｌの抗体を１００μｇの前記表面修飾済み多層量子ドット含有ナノ粒子に添加し、室温で２時間振盪した。次に、その反応産物をＰＢＳ（ｐＨ７．２）で４回洗浄し、前記抗体結合多層量子ドット含有ナノ粒子にウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）溶液（５％重量／重量、１ｍＬ）を添加し、続いて室温で１時間振盪した。

【0110】

キットを構築し、図６に示されているように抗原捕捉に使用した。図６は、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の実際の生物材料検出キットへの適用を示す。図６のＡから分かるように、捕捉抗体が存在する吸収パッド上の線において、捕捉された抗原は捕捉抗体及び標的物質に結合した。キット分析機を用いてキットの前記線における蛍光強度を観察した（図６のＢ）。

【0111】

応用例２：サンドウィッチアッセイ
図７に示すように、実施例１と同様にして調製した多層量子ドットナノ粒子及び抗体結合磁性ビーズを用いて抗原に対するサンドウィッチアッセイを実施した。

【0112】

前記磁性ビーズは以下の方法により調製した。

【0113】

＜磁性ビーズの調製＞
＜ポリスチレンシード＞
シード重合により単分散マクロ多孔性ポリスチレン－ジビニルベンゼンビーズを調製した。具体的には、分散重合法を用いて単分散ポリスチレンシード（４μｍ）を調製した。分散媒体は立体安定剤として１ｇのポリビニルピロリドン－４０（ＰＶＰ－４０）を含有するエタノール／２－メトキシエタノール（３：２、体積／体積）（９０ｍＬ）であった。

【0114】

アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ、１５０ｍｇ）を阻害物質が除去されたスチレン（１５ｍＬ）中に溶解した後に、調製したままの前記分散媒体に添加した。１０分間の表面処理の後に円筒形の反応チャンバー中において７０℃で２０時間振盪（１２０ｃｐｍ）しながら分散重合を実施した。この懸濁液を遠心分離にかけ、沈殿物を蒸留水で洗浄した。生じたポリスチレンシードをエタノールで洗浄し、真空下で一晩乾燥してポリスチレンシード（４μｍ、８．３ｇ）を得た。

【0115】

＜単分散マクロ多孔性ポリスチレン－ｃｏ－ＤＶＢの重合＞
オーバーヘッドスターラーと還流濃縮器を取り付けたガラス製反応容器中で、０．２５％（重量／重量）ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を含有するフタル酸ジブチル（ＤＢＰ、０．７ｍＬ）乳化水性媒体（１００ｍＬ）の中に前記ポリスチレンシード（４μｍ、７００ｍｇ）を分散させた。得られた分散媒体を室温、４００ｒｐｍで２０時間撹拌し、スチレン（４．６ｍＬ）及びジビニルベンゼン（ＤＶＢ、２．３ｍＬ）中のＢＰ（２４０ｍｇ）からなるＤＢＰ混合物中で前記ポリスチレンシードを膨潤させ、ホモジナイザーを使用することにより０．２５％（重量／重量）ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を含有する１００ｍＬの水性媒体の中に前記ポリスチレンシードを１分間浸漬した。対応する乳化モノマー溶液を前記フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）膨潤ポリスチレンシード分散媒体に撹拌しながら添加した。

【0116】

＜マクロ多孔性ＰＳ－ＤＶＢビーズの調製＞
連続的に４００ｒｐｍで撹拌しながら室温でモノマー膨潤を２０時間実施した。膨潤処理の後に蒸留水（１０ｍＬ）中の１０％（重量／体積）ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の水溶液を前記分散媒体に添加し、前記媒体を窒素流で３０分間パージした。連続的に２００ｒｐｍで撹拌しながらシード重合を７０℃で２０時間実施して単分散ＰＳ－ＤＶＢビーズを得た。

【0117】

得られたビーズを洗浄し、遠心分離にかけ、そして脱イオン水（５０℃）で洗浄した。次に、収集したビーズをエタノールとテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で洗浄して、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）と直鎖状重合体を除去した。最後に、前記ビーズを真空下、３０℃で２４時間乾燥してマクロ多孔性ＰＳ－ＤＶＢビーズ（７．５μｍ，２．５ｇ）を得た。

【0118】

＜マクロ多孔性ＰＳ－ＤＶＢビーズのスルホン化＞
得られたマクロ多孔性ＰＳ－ＤＶＢビーズ（１ｇ）を氷浴中の５ｍＬの酢酸に添加した。次に、硫酸（５０ｍＬ）を室温でゆっくりと前記ビーズに添加し、温度を９０℃まで上げ、前記樹脂混合物を３０分間～２時間撹拌した。この分散体を氷冷水（４００ｍＬ）中に注いで反応を停止させ、そしてスルホン化ＰＳ－ＤＶＢビーズを遠心分離により収集した。遠心分離を繰り返すことにより脱イオン水で前記ビーズを徹底的に洗浄した。次に、このスルホン化ビーズをエタノールで３回洗浄し、真空下で乾燥した（１．１ｇ）。

【0119】

＜スルホン化マクロ多孔性ＰＳ－ＤＶＢビーズの磁化＞
機械的撹拌（２００ｒｐｍ）及び窒素によるパージを行いながら前記スルホン化マクロ多孔性ＰＳ－ＤＶＢビーズ（５００ｍｇ）を室温の脱イオン水（１０ｍＬ）中に分散し、そして窒素でパージした。新たに調製した、脱イオン水（１０ｍＬ）中のＦｅＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏ（６１８ｍｇ、２．２６ｍｍｏｌ）とＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ（２５７ｍｇ、１．２８ｍｍｏｌ）との混合物を前記分散体に添加して吸着させた。

【0120】

２時間後、連続的に撹拌しながら２８％水酸化アンモニウム（５０ｍＬ）を前記ビーズ懸濁液に４０分間滴下することで添加した。磁化マクロ多孔性ビーズを遠心分離により混合物から単離し、２５％トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）で洗浄し、そして、脱イオン水及びエタノールで洗浄した。最後に磁化マクロ多孔性ビーズを真空下で乾燥した（７．５μｍ、６５３ｍｇ）。

【0121】

＜シェル＞
（３－アミノプロピル）トリエトキシシラン溶液（１％（体積／体積）、１００ｍＬ）を１００ｍｇの前記磁化ビーズに添加し、室温で１０分間振盪した。次に、水酸化アンモニウム（２８％、２ｍＬ）を前記ビーズ分散体に添加し、室温で２０分間振盪した。この分散体にＴＥＯＳ（２ｍＬ）を添加し、室温で１２時間激しく振盪した。生じたシリカ被覆磁性ビーズを磁石により収集し、そしてエタノールで５回洗浄した。

【0122】

＜磁性ビーズの表面修飾＞
実施例１の＜前記多層多量子ドット含有ナノ粒子の表面修飾＞の欄に記載されている方法を繰り返した。

【0123】

＜抗体結合＞
図７に示されているように抗体（１０μＭ）を１００μｇの前記表面修飾済み磁性ビーズに添加し、室温で２時間振盪した。次に、当該混合物をＰＢＳ（ｐＨ７．２）で４回洗浄した。ＢＳＡ溶液（５％（重量／重量）、１ｍＬ）を前記抗体結合磁性ビーズに添加し、室温で１時間振盪し、ＰＢＳ（ｐＨ７．２）で４回洗浄し、そしてＰＢＳ（ｐＨ７．２）中に分散させた。

【0124】

＜サンドウィッチ免疫アッセイ＞
ＰＢＳ（ｐＨ７．２）中に分散した抗原を１００μｇの前記抗体結合磁性ビーズに添加し、室温で１時間振盪した。次に、図７の右側に示されているように磁石を用いて当該混合物をＰＢＳ（ｐＨ７．２）で４回洗浄し、そして１００μｇの前記抗体結合多層量子ドット含有ナノ粒子を当該混合物に添加した。当該混合物を室温で１時間振盪し、１時間にわたってＰＢＳ（ｐＨ７．２）で４回洗浄し、そして３００μｌのＰＢＳ（ｐＨ７．２）中に分散させてバイオプラットフォームを構築した。

【0125】

図７の右側に示されるように、応用例２で構築されたプラットフォームに由来する定量的蛍光シグナルを、ＵＶ可視分光光度計を用いて観察した。具体的には、前記プラットフォーム３００μｌを黒色９６ウェルプレート中に充填した。ＵＶ励起波長は３８５ｎｍであり、発光波長は６２５ｎｍであった。

【0126】

図８は、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の実際のサンドウィッチアッセイへの適用を示す。図８の左側から分かるように、３．２～３．２×１０^－４ＨＡＵの範囲よりも広範な領域で蛍光が検出された。図８の右側から分かるように、リアルタイムＰＣＲで同じ標的物質を検出したときと顕著な差は無かった。これらの結果より、本発明の多層多量子ドット含有ナノ粒子の使用はリアルタイムＰＣＲに比肩するレベルの正確かつ迅速な診断を可能とし、ｌｏｇで１０以上となる広いダイナミックレンジの達成に有効であると結論付けられた。

【0127】

本発明の多層多量子ドットでドープされたナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、量子ドット埋め込み層、及びシリカ／量子ドット複合シェルからなる構造を有する。本発明の多層多量子ドットでドープされたナノ粒子は、量子ドットによって被覆される大面積と量子ドットの安定した結合を維持しつつ、改善した量子収率（ＱＹ）及び輝度を有する生体分子を検出するために使用することができる。したがって、本発明の多層多量子ドットでドープされたナノ粒子はバイオプラットフォーム及び生体分子検出のための高感度な方法などの生物学的用途に好適である。
本開示に係る態様には以下の態様も含まれる。
＜１＞ それぞれのナノ粒子が、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子の表面に結合した複数の量子ドットを含み、かつ、前記コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び、前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む、量子ドットでドープされたナノ粒子。
＜２＞ 前記量子ドット埋め込み層を構成する前記量子ドットが前記シリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料と架橋結合しており、前記架橋により前記量子ドットが前記シリカ材料にランダムに結合した構造が形成されている、＜１＞に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。
＜３＞ 前記量子ドットに対する結合部位を提供する材料によって前記架橋結合が形成されており、前記量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料はその両末端に官能基を有し、前記材料の一方の末端に存在する官能基は前記量子ドットの表面に結合しており、かつ、前記材料の他方の末端に存在する官能基は前記シリカ／量子ドット複合シェルを構成する前記コア粒子又はシリカ粒子に結合している、＜２＞に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。
＜４＞ 前記量子ドット埋め込み層は疎水性有機化合物で被覆された前記量子ドットを前記コア粒子の外表面上に複数回ドープすることにより形成されており、ドープされた前記量子ドットは前記コア粒子の周囲に順々に層を形成している、＜１＞に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。
＜５＞ 前記シリカ／量子ドット複合シェルは前記量子ドット埋め込み層の外表面に形成される複数の層から構成され、前記量子ドット埋め込み層を連続的に取り囲む、＜１＞に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。
＜６＞ 前記シリカ／量子ドット複合シェルを取り囲むシリカベースのシェルをさらに含む、＜１＞に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。
＜７＞ 前記量子ドットがタイプＩの量子ドットである、＜１＞に記載の量子ドットでドープされたナノ粒子。
＜８＞ （ａ）量子ドットに対する結合部位を提供する材料でポリマー又は無機のコア粒子の表面を修飾すること、（ｂ）ステップ（ａ）の反応産物に疎水性有機化合物で被覆された量子ドットを供与し、反応を進行させて、前記コア粒子の外表面を取り囲む前記量子ドットを含む量子ドット埋め込み層を形成すること、（ｃ）量子ドットに対する結合部位を提供する材料でステップ（ｂ）の反応産物の表面を修飾すること、（ｄ）ステップ（ｃ）の反応産物に塩基を供与し、反応を進行させて、前記量子ドット埋め込み層の表面上に量子ドットに対する追加の結合部位を形成すること、及び、（ｅ）ステップ（ｄ）の反応産物にシラノール反応物質及び塩基を供与し、反応を進行させ、生じた反応産物を精製して複数の層の前記量子ドットが前記コア粒子を取り囲んでいる構造を有しているシリカ／量子ドット複合シェルを形成すること、を含む、量子ドットでドープされたナノ粒子の作製方法。
＜９＞ ステップ（ｅ）の前に、ある特定の回数だけ、ステップ（ｃ）及びステップ（ｄ）が繰り返される、＜８＞に記載の方法。
＜１０＞ ステップ（ａ）において、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料を前記コア粒子と反応させて量子ドットに対する表面結合部位が形成されているコアを調製する、＜８＞に記載の方法。
＜１１＞ ステップ（ｂ）の反応産物に疎水性有機溶媒を供与し、反応を進行させて、未結合の量子ドットをコア表面上の前記量子ドットに対する前記結合部位に結合させる、＜８＞に記載の方法。
＜１２＞ ステップ（ｃ）において、量子ドットに対する結合部位を提供する前記材料をステップ（ｂ）の反応産物に供与し、反応を進行させて、前記材料の一方の末端に存在する官能基が前記量子ドット埋め込み層を構成する前記量子ドットの表面に結合し、かつ、前記材料の他方の末端に存在する官能基が前記シリカ／量子ドット複合シェルを構成するシリカ材料と結合する部位として提供されるようにする、＜８＞に記載の方法。
＜１３＞ 前記量子ドットと、前記コア粒子と、結合部位を提供する前記材料との体積比が、１：０．０００００１～６０：０．０００００１～８９０である、＜８＞に記載の方法。
＜１４＞ 前記コア粒子と、前記量子ドット埋め込み層と、前記シリカ／量子ドット複合シェルとの幅厚比が、１：０．１～９：１～１０である、＜８＞に記載の方法。
＜１５＞ 量子ドットでドープされたナノ粒子が固定化されている感応膜表面を含む生物学的検出キット、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。
＜１６＞ 量子ドットでドープされたナノ粒子、及び、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子とサンドウィッチアッセイ構造体を形成する磁性ビーズ、を含み、前記磁性ビーズが磁性材料を含有する高分子量重合体からなる、バイオプラットフォーム。
＜１７＞ 量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々が、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子の表面に結合した複数の量子ドットを含み、かつ、前記コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び、前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェル、を含む、＜１６＞に記載のバイオプラットフォーム。
＜１８＞ 前記量子ドット埋め込み層内の前記量子ドットが前記コア粒子の表面を取り囲み、取り囲んでいる前記量子ドットの複数の層が互いに積層されている、＜１７＞に記載のバイオプラットフォーム。
＜１９＞ 量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の前記コア粒子と、前記量子ドット埋め込み層と、前記シリカ／量子ドット複合シェルとの幅厚比が１：０．１～９：１～１０である、＜１８＞に記載のバイオプラットフォーム。
＜２０＞ ＜１６＞から＜１９＞のいずれか１つに記載のバイオプラットフォームに生物学的試料を注入して反応を進行させること、及び前記反応の間に放出される蛍光の強度を測定すること、を含む生物学的検出方法、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子の表面に結合した複数の量子ドットを含み、かつ、前記コア粒子の表面全体を取り囲む量子ドット埋め込み層、及び、前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェル、を含み、前記量子ドット埋め込み層内の前記量子ドットは前記コア粒子の表面を取り囲み、取り囲んでいる前記量子ドットの複数の層は互いに積層されている。
＜２１＞ 量子ドットでドープされたナノ粒子が固定化されている感応膜表面を含む生物学的検出キットに生物学的試料を注入して反応を進行させること、及び、前記反応の間に放出される蛍光の強度を測定すること、を含む生物学的検出方法、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び、前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェル、を含む。
＜２２＞ 量子ドットでドープされた前記ナノ粒子は様々なサイズの量子ドットを用い、それにより、前記ナノ粒子の各々が有するシェル表面を生物学的試料の（多重）標識部位として機能させることができる、＜２１＞に記載の生物学的検出方法。
＜２３＞ 前記蛍光強度が光学的方法により測定されるか、又は前記蛍光強度から変換された電気的信号が測定される、＜２１＞に記載の生物学的検出方法。
＜２４＞ 量子ドットでドープされたナノ粒子及び量子ドットでドープされた前記ナノ粒子とサンドウィッチアッセイ構造体を形成する磁性ビーズを含むバイオプラットフォームに生物学的試料を注入して反応を進行させること、及び、前記反応の間に放出される蛍光の強度を測定すること、を含む生物学的検出方法、ここで、量子ドットでドープされた前記ナノ粒子の各々は、ポリマー又は無機のコア粒子、前記コア粒子にドープされた量子ドットを含む量子ドット埋め込み層、及び前記量子ドット埋め込み層を取り囲むシリカ／量子ドット複合シェルを含む。
＜２５＞ 前記バイオプラットフォームを構成する量子ドットでドープされた前記ナノ粒子が様々なサイズの量子ドットを用い、それにより、前記ナノ粒子の各々が有するシェル表面を生物学的試料の（多重）標識部位として機能させることができる、＜２４＞に記載の生物学的検出方法。
＜２６＞ 前記蛍光強度が光学的方法により測定されるか、又は前記蛍光強度から変換された電気的信号が測定される、＜２４＞に記載の生物学的検出方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】