专利名称：被覆金属微粒及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在磁带或磁记录盘等磁记录介质、电波吸收体、电感器或印刷电路板 等电子器件(磁轭等软磁性体)、光催化剂、核酸提取用磁珠子、医疗用微球体等中使用的 被覆金属微粒及其制造方法。
背景技术：
随着电子机器及电子器件的高性能化及小型轻质化，对于构成它们的材料要求实 现高性能化及微粒化。例如对于涂布在磁带上的磁性粒子，出于提高磁记录密度的目的，要 求同时实现微粒化和磁化的提高。另外，为了将抗原等蛋白质分离、回收而诊断过敏等疾病，磁分离法逐渐得到广泛 地使用，对具有高磁化且耐腐蚀性优异的微粒的磁珠子的要求不断提高。磁性微粒主要是利用共沉淀法或水热合成法等液相合成法制造的。利用液相合成 法得到的磁性微粒是铁氧体或四氧化三铁等氧化物粒子。最近还采用利用了有机金属化合 物的热分解的方法，例如由Fe (CO) 6来制造Fe的磁性微粒。由于金属的磁性粒子与铁氧体等氧化物粒子相比磁化更大，因此对于在工业上的 利用的期待更大。例如，由于金属Fe的饱和磁化为218Am2/kg，与氧化铁相比非常大，因此 具有磁场响应性优异、可以获得大的信号强度的优点。但是，金属Fe等的金属微粒容易氧 化，例如如果制成具有100 ym以下、特别是以下的粒径的微粒状，则由于比表面积的 增大，在大气中剧烈地燃烧，因此在干燥状态下很难处理。由此，铁氧体或四氧化三铁等氧 化物粒子被广泛地应用。在处置干燥了的金属微粒的情况下，不使金属直接接触大气(氧)地将粒子表面 被覆是不可缺少的。但是，日本特开2000-30920号中记载的用粒子自身的金属氧化物将表 面被覆的方法常常会使金属氧化劣化。日本特开平9-143502号提出如下的方法，S卩，通过将炭黑、天然石墨等碳物质粒 子、与金属单质的粒子或金属化合物粒子(金属化合物选自金属氧化物、金属碳化物及金 属盐。)混合，在惰性气体气氛中以1600 2800°C进行热处理，以45°C /分钟以下的冷却 速度冷却，从而制造石墨被覆金属微粒。但是，该方法由于在1600 2800°C这样极高的温 度下对含有金属的物质粒子进行热处理，因此有可能造成金属微粒的烧结，并且生产效率 低。另外，由于石墨具有石墨烯片层叠的结构，因此在将球状的金属微粒被覆的情况下，必 然会导入晶格缺陷。由此，不能满足磁珠子等要求高耐腐蚀性的用途。所以，希望有高耐腐 蚀性的金属微粒、以及可以廉价制造它的工业生产性优异的方法。
发明内容
所以，本发明的目的在于，提供耐腐蚀性优异、具有高磁化的被覆金属微粒及其制 造方法。鉴于上述目的，进行了深入研究，结果本发明人等发现，通过将含有TiC及TiN的
3粉末和具有比Ti02更高的标准生成自由能的金属氧化物粉末混合，进行热处理，就可以得 到由Ti氧化物被覆了的金属粒子，此外通过将上述Ti氧化物被覆金属粒子的表面再用硅 氧化物被覆，进行筛分，就可以得到分散稳定性优异的磁性二氧化硅粒子。S卩，制造被覆金属微粒的本发明的方法的特征在于，其是制造在金属的核粒子上 依次被覆Ti氧化物和硅氧化物而成的被覆金属微粒的方法，其通过将含有TiC及TiN的粉 末、与标准生成自由能(AGm)满足AG > A GTW2的关系的金属M的氧化物粉末混合，在 非氧化性气氛中进行热处理，而将上述金属M的氧化物利用上述含有TiC及TiN的粉末还 原，并且在将所得的金属M的粒子表面用Ti氧化物被覆，然后再将上述Ti氧化物被覆的表 面用硅氧化物被覆，筛分所得的粒子，以使得中值粒径(d50)为0. 4 0. 7 y m以及表示粒 径分布宽度的变动系数(=标准偏差/平均粒径)达到35%以下。上述筛分优选利用借助磁分离的方法、借助倾析的方法、借助过滤器的方法、借助 离心分离装置的方法、或它们的组合来进行。上述含有TiC及TiN的粉末优选含有10 50质量％的TiN。TiN的含有率是利 用以下的式(1)定义的。TiN含有率(质量％ ) = [TiN(质量％ )]/[TiC(质量％ )+TiN(质量％ )]…式 (1)优选其特征在于，上述Ti氧化物以Ti02作为主体。以Ti02作为主体的Ti氧化物 被覆层为高结晶性，可以充分地保护成为芯的金属微粒(金属的芯粒子)。这里所说的“以 Ti02作为主体”是指，在与也包括以X射线衍射测定检测出的Ti02以外的Ti氧化物(例如 不定比组成的Tin02lri)相当的Ti氧化物的衍射峰当中，与打02相当的峰的强度最大。从均 勻性的观点考虑，优选实质上由Ti02构成。这里所说的“实质上由Ti02构成”是指，Ti02的 比例多到在X射线衍射谱图中无法清楚地确认Ti02以外的Ti氧化物的峰的程度。所以，即 使在X射线衍射谱图中以噪音程度存在Ti02以外的Ti氧化物的峰，也满足“实质上由Ti02 构成”的条件。上述金属M优选为包含选自Fe、Co及Ni中的至少一种元素的磁性金属，特别优选 为Fe。由于Ti与Fe相比氧化物的标准生成自由能小，因此可以将Fe的氧化物有效地可靠 地还原。所以，就可以得到饱和磁化高而耐腐蚀性优异的磁性金属微粒。通过将磁性金属 设为核，就可以作为磁珠子用于磁分离工序中。金属M的氧化物优选为Fe203。为了得到顽磁力降低、分散性提高的被覆金属微粒， 优选含有TiC及TiN的粉末，相对于金属M的氧化物粉末和含有TiC及TiN的粉末的合计 的比率为30 50质量％。上述热处理优选在650 900°C条件下进行。本发明的被覆金属微粒的特征在于，其是在金属的核粒子上依次被覆Ti氧化物 和硅氧化物而成的金属微粒，中值粒径(d50)为0. 4 0. 7 y m，表示粒径分布宽度的变动系 数(=标准偏差/平均粒径)为35%以下。通过被覆硅氧化物，就会体现出作为核酸提取载体的特性。另外，即使在使用酸或 碱的固定化处理中，也会显示出高耐腐蚀性，适于将抗体等固定化的用途。如果中值粒径(d50)超过0. 7 ii m,则溶液中的粒子的沉降就会加快，因而不够理 想。如果小于0.4i!m，则每一个粒子的磁化就会降低，磁分离等的效率降低。如果变动系数超过35%，则脱离0. 4 0. 7 y m的粒径范围的粒子的比例就会增加，因此会产生上述的问 题。通过将变动系数设为35%以下，在构成磁珠子时的免疫检查(immunoassay)中的抗原 检测灵敏度就会变高，变动系数优选为30%以下。本发明的被覆金属微粒优选碳含量为0. 2 1. 4质量％，氮含量为0. 01 0. 2质 量％，更优选碳含量为0. 2 1. 1质量％，氮含量为0. 04 0. 12质量％。碳与氮的含量的 合计优选为0. 24 0. 6质量％，如果是0. 25 0. 55质量％，则可以获得更高的磁化，因此 优选。被覆金属微粒的饱和磁化优选为80Am2/kg以上。80Am2/kg以上的饱和磁化在四氧 化三铁等氧化物磁性体中无法得到。饱和磁化优选为180Am2/kg以下。具有80 180Am2/ kg的范围的饱和磁化的被覆金属微粒可以取得被覆层与磁性体(磁性芯)的量的平衡，具 有优异的耐腐蚀性及磁特性。通过具有这样的高的饱和磁化，就可以明显地提高被覆金属 微粒的磁捕集效率。饱和磁化更优选为95 180Am2/kg，最优选为100 180Am2/kg。被覆金属微粒优选具有8kA/m以下的顽磁力。具有此种顽磁力的被覆金属微粒由 于残留磁化非常小，因此磁凝聚变得极少，分散性优异。更优选的顽磁力为4kA/m以下。在PBS缓冲液中均勻地分散被覆金属微粒，以静置状态测定该分散液的吸光度时 的吸光度的减少速度优选为每秒0. 01 0. 03%。通过使被覆金属微粒的沉降速度慢，就可 以充分地捕捉液中的对象物质。如果吸光度的减少速度小于每一秒0. 01%，则液中的粒子 移动距离过小，因此难以捕捉从磁铁中脱离的物质，效率会降低。优选在被覆金属微粒的X射线衍射谱图中Ti02的最大峰的半值宽度为0. 3°以 下，并且打02的最大峰与金属M的最大峰的强度比为0.03以上。最大峰强度比更优选为 0. 05以上。在本发明的被覆金属微粒的借助X射线光电子分光分析的0、Ti及Fe的定量分析 中，优选Fe含量为14 20原子％，金属Fe成分的比率为Fe整体的7 11%。通过含有 Fe,就可以获得高饱和磁化。对于本发明的被覆金属微粒而言，在浓度为6M的胍盐酸盐水溶液中将上述被覆 金属粒子以25°C浸渍24小时(每1ml上述水溶液中上述被覆金属微粒为25mg的比例) 时，优选其Fe离子溶出量为50mg/L以下。即使在高离液盐(chaotropic salt)浓度下也 显示出高耐腐蚀性的被覆金属微粒适用于DNA提取等用途。本发明的被覆金属微粒优选为进行了碱处理的材料。被覆金属微粒优选用于免疫检查的抗原的检测中。本发明的被覆金属微粒优选还在表面固定化选自氨基、羧基、醛基、硫醇基、甲苯 磺酰基及羟基中的至少一种而成。这样，就可以很容易地将各种物质固定化。本发明的被覆金属微粒优选还在表面固定化配体而成。可以使用配体的特异性反 应来捕捉对象物质。本发明的被覆金属微粒优选还被覆封闭剂(blocking agent)而成。利用封闭剂 可以抑制非特异性吸附。优选将固定化有氨基等或配体的部分以外的表面用封闭剂覆盖。利用本发明的方法，可以廉价并且简单地得到耐腐蚀性优异、捕捉能力优异的被 覆金属微粒。依次被覆Ti氧化物和硅氧化物而成的本发明的被覆金属微粒具有高耐腐蚀 性，可以在腐蚀性的溶液中使用。此外，由于具有小的粒径及窄的粒径分布，因此粒子的沉降速度慢，可以充分地捕捉液中的对象物质。因此，适用于DNA提取等用途、将抗体等固定 化而检测出抗原的用途等中。
图1是表示参考例1的试样粉末的X射线衍射谱图的曲线图。图2是用扫描型电子显微镜拍摄参考例1的试样粉末的照片。图3是表示参考例25及参考例26的DNA提取量与耐久试验时间的关系的曲线图。图4是表示使用流式细胞仪测定时的参考例28、参考例29及比较例A的FITC荧 光强度与粒子数的关系的曲线图。图5是表示使用流式细胞仪测定时的参考例30、参考例31及比较例B的FITC荧 光强度与粒子数的关系的曲线图。图6是表示使用流式细胞仪测定时的参考例32A、参考例32B及比较例C的PE荧 光强度与粒子数的关系的图表。图7是表示使用被覆金属微粒制作的ELISA的示意图。图8是表示参考例35的人脂联素(adiponectin)浓度与信号强度的关系的曲线 图。图9是表示参考例36及参考例37的人脂联素浓度与信号强度的关系的曲线图。图10是表示实施例4及比较例2的被覆金属微粒的分散液的吸光度的时间变化 的曲线图。图11是表示实施例4及比较例2 4的磁珠子的中值粒径与生物素结合量的关 系的曲线图。图12是表示检测灵敏度与磁珠子粒径的变动系数的关系的曲线图。
具体实施例方式[1]被覆金属微粒的制造方法在金属的核粒子上依次被覆Ti氧化物和硅氧化物而成的被覆金属微粒是在金属 上被覆了 Ti氧化物的Ti被覆金属微粒上，再被覆硅氧化物而制造的。通过将所得的二氧 化硅被覆金属微粒(也称作“磁性二氧化硅粒子”。)筛分，就可以得到中值粒径(d50)为 0. 4 0. 7 y m且表示粒径分布宽度的变动系数(=标准偏差/平均粒径)为35 %以下的 二氧化硅被覆金属微粒。(l)Ti被覆金属微粒的制作Ti被覆金属微粒是通过如下操作制作的，即，通过将标准生成自由能(AGm_q)满 足AGm> AGTW2的关系的金属M的氧化物粉末、与含有TiC及TiN的粉末混合，将所得的 混合粉末在非氧化性气氛中进行热处理，而将金属M的氧化物利用TiC及TiN还原，并且将 所得的金属M的粒子表面用以Ti02为主体的Ti氧化物被覆。(i)金属M的氧化物粉末金属M的氧化物粉末的粒径可以与被覆金属微粒的目标粒径匹配地选择，然而优 选为0. 001 5 i! m的范围内。如果粒径小于0. 001 i! m,就会明显地引起二次凝聚，以下的 制造工序中的处置变得困难。另外如果超过5 y m，则金属氧化物粉末的比表面积就会过小，因此还原反应的进行很慢。金属氧化物粉末的实用的粒径为0. 005 1 y m。金属M从过渡 金属、贵金属及稀土类金属中选择，然而如果是磁性材料用，则优选Fe、Co、Ni或它们的合 金，作为其氧化物可以举出Fe203、Fe304、CoO、Co304、NiO等。特别是Fe由于饱和磁化高，因 此优选，作为氧化物，从廉价的方面考虑，优选Fe203。由于Ti与Fe相比氧化物的标准生成 自由能小，因此可以将Fe氧化物有效地并且可靠地还原。只要是标准生成自由能(A Gm_0)满足A Gm_0 > A GTi02的关系的金属M的氧化物， 就可以利用含有TiC及TiN的粉末还原。AGm_q是金属M的氧化物的标准生成自由能， A GTi02 ( = -889kJ/mol)是Ti的氧化物的标准生成自由能。例如Fe203 ( A GFe203 = _740kJ/ mol)由于满足AGFe2Q3> AG■，因此可以利用含有TiC及TiN的粉末还原。当利用还原形 成Ti02的被覆时，被覆金属微粒的比重就会降低。此外由于Ti02亲水性高，因此Ti02被覆 金属微粒例如适用于像磁珠子用途那样分散于溶液中(水中等)而使用的情况。(ii)含有TiC及TiN的粉末为了将M氧化物还原而形成以Ti氧化物来被覆、M与Ti02以外的相减少了的M金 属的微粒，使用含有TiC及TiN的粉末。通过将TiN与TiC并用，C残存量就会减少。为了有效地进行还原反应，含有TiC及TiN的粉末的粒径优选为0. 01 20 y m。 如果是小于0. 01 i! m的粒径，在大气中粉末就容易氧化，因此难以处理。另外，如果超过 20 ym，则比表面积小，还原反应难以进行。为了在抑制大气中的氧化的同时，使还原反应充 分地进行，特别优选0. 1 5 y m的粒径。(iii)还原反应含有TiC及TiN的粉末相对于M氧化物的粉末的比率优选至少为还原反应的化学 计量比。如果Ti不足，则在热处理中M氧化物粉末就会烧结，从而结块化。在将TiC及TiN并用的情况下，TiN的含有率优选为10 50质量％。这里TiN 的含有率是利用式⑴TiN含有率(质量％) = [TiN(质量％)]/[TiC(质量％)+TiN(质 量％)]定义的。在TiN的含有率小于10质量％的情况下，无法充分地获得减少元素C的 效果。如果TiN含有率超过50质量％，则因C不足，而使从氧化物到金属M的还原不够充 分，无法获得完全的被覆金属微粒。在M氧化物粉末与含有TiC及TiN的粉末的混合中，使 用乳钵、搅拌器、V字形混合器、球磨机、振动式磨机等搅拌机。如果将M氧化物粉末与含有TiC及TiN的粉末的混合粉末在非氧化性气氛中进行 热处理，则会引起M氧化物粉末与含有TiC及TiN的粉末的氧化还原反应，生成由以Ti02为 主体的Ti氧化物被覆了的金属M的粒子。热处理气氛优选为非氧化性。作为非氧化性气氛， 例如可以举出Ar、He等惰性气体、N2、C02、NH3等气体，然而并不限定于它们。热处理温度优 选为650 900°C。如果小于650°C，则还原反应不能充分地进行，另外如果超过900°C，则 会生成不定比组成的Tin02n_lt) Tin02lri是因在超过900°C时金属M从Ti02中摄取氧、或Ti02 在非氧化性气氛中放出氧而生成的。其结果是，金属M的氧化物的还原不够充分，或被覆层 变得不完全。在热处理温度为650 900°C的情况下，可以形成由缺陷少、均勻性高的近乎 Ti02构成的被覆(被覆层)。由Ti02构成的被覆适于制作光催化剂用的被覆金属微粒。(iv)磁分离由于所得的磁性被覆金属微粒有时含有非磁性成分(仅由以Ti02为主体的Ti氧 化物构成的粒子)，因此优选根据需要使用永久磁铁进行多次磁分离操作，仅将磁性粒子回收。(2) 二氧化硅被覆金属微粒的制作在Ti被覆金属微粒上，再被覆二氧化硅，制作二氧化硅被覆金属微粒。向分散于 醇溶剂(甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇等)中的Ti被覆金属微粒中，添加烷氧基硅烷 (四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、二乙氧基二甲氧基硅烷、氨 基丙基三甲氧基硅烷等)，通过在碱性催化剂(氨、胺、NaOH或K0H)存在下进行水解及缩 聚，而在Ti被覆金属微粒表面被覆二氧化硅。所得的二氧化硅被覆金属微粒优选根据需要 使用永久磁铁进行多次磁分离操作，仅将磁性粒子回收。烷氧基硅烷也可以添加其他的金属醇盐(异丙醇铝等)而使用。金属醇盐的添加 量优选为烷氧基硅烷的10质量％以下。通过添加金属醇盐，硅氧化物与金属氧化物就会结 合，形成致密的结构。(3) 二氧化硅被覆金属微粒的筛分将二氧化硅被覆金属微粒利用借助磁分离的方法、借助倾析的方法、借助过滤器 的方法、借助离心分离装置的方法、或它们的组合，筛分为中值粒径(d50)为0.4 0.7 ym， 且表示粒径分布宽度的变动系数(=标准偏差/平均粒径)为35%以下。优选在筛分时预 先消除凝聚，优选在上述筛分处理之前实施分散处理。作为分散处理，可以举出机械的破碎 处理、超声波照射分散处理、利用气压差的分散处理等。[2]被覆金属微粒的结构及特性(1)被覆金属微粒的粒径及粒径分布利用上述方法得到的被覆金属微粒的粒径依赖于M氧化物粉末的粒径。为了获 得高的耐腐蚀性及分散性，被覆金属微粒的中值粒径(d50)为0.4 0.7 ym。如果中值粒 径小于0. 4 y m，则无法确保足够的厚度的被覆，耐腐蚀性降低，而且每一个粒子的磁化非常 小，磁响应性降低。如果中值粒径(d50)超过0.7i!m，则分散性降低，液体中的粒子沉降变 快，从而难以处理。表示被覆金属微粒的粒度分布宽度的变动系数优选为35%以下。如果变动系数 超过35%，则由于在0. 4 0. 7 y m的粒径范围之外的粒子的比例增加，因此会产生上述耐 腐蚀性的降低、磁响应性的降低、分散性的降低等问题。通过使变动系数为35%以下，每一 个粒子的磁化的不均就会变小，因此在对分散了的粒子进行磁捕捉时的集磁性就会变得良 好。中值粒径(d50)及变动系数可以用借助激光衍射的湿式粒径测定器来测定。中值 粒径(d50)是在根据粒径分布(体积基准)求出的累积分布曲线中50%的累积值处的粒 径值。变动系数是粒径分布的标准偏差相对于平均粒径的比例，可以用变动系数(％)= [(标准偏差/平均粒径)X 100]表示。这里平均粒径是以粒子体积为基准的算术平均粒径。(2)被覆结构在被覆金属微粒中，在M金属粒子的外周形成依次具有Ti氧化物被覆层和以硅氧 化物为主体的被覆层(也称作“硅氧化物被覆层“。)的三重结构。M金属粒子与Ti氧化 物被覆层不需要形成1对1的芯_壳结构，也可以是在以Ti02为主体的Ti氧化物层中分 散有2个以上的M金属粒子的结构。如果在Ti氧化物中含有2个以上的M金属粒子，则金属M就为高含有率，并且被可靠地被覆，因此优选。本发明的方法中，由于同时地进行借助 M氧化物的还原的M金属微粒的形成、和Ti氧化物被覆的形成，因此在M金属微粒与Ti氧 化物被覆之间看不到M金属氧化物层。另外，利用650°C以上的热处理得到的Ti氧化物被 覆的结晶性高，与利用溶胶-凝胶法得到的非晶体或低结晶性的Ti氧化物被覆相比显示出 更高的耐腐蚀性。另外，具有以Ti02为主体的被覆的本发明的被覆金属微粒由于在被覆中 缺陷少，因此与具有不定比组成的Tin02lri的被覆的微粒相比显示出更高的耐腐蚀性。通过在Ti氧化物被覆层上再形成硅氧化物被覆层，就可以使之具有作为核酸提 取或抗原捕捉载体的特性。硅氧化物被覆层可以通过将烷氧基硅烷、或烷氧基硅烷及金属 醇盐水解和缩聚而形成。(3)被覆厚度以Ti02为主体的Ti氧化物被覆的厚度优选为1 lOOOnm。如果厚度小于lnm，则 被覆金属微粒不具有足够的耐腐蚀性。另外如果厚度超过lOOOnm，则被覆金属微粒过大，不 仅在液中的分散性低，而且在磁性金属微粒的情况下，饱和磁化低。更优选的Ti氧化物被 覆的厚度为5 300nm。硅氧化物被覆的厚度优选为5 500nm，更优选为5 lOOnm。被 覆的厚度是利用被覆金属微粒的透射电子显微镜(TEM)照片求得的。在被覆的厚度不均勻 的情况下，将最大厚度与最小厚度的平均值作为被覆的厚度。而且，金属微粒虽然也可以不 是由以Ti02为主体的Ti氧化物及硅氧化物完全地被覆，而是局部地在表面露出金属粒子， 然而优选完全地被覆。(4) Ti氧化物的结晶性在被覆金属微粒的X射线衍射谱图的打02的最大峰的半值宽度为0. 3°以下，Ti02 的最大峰相对于金属M的最大峰的强度比为0. 03以上的情况下，Ti氧化物的结晶性良好， 被覆金属微粒显示出耐腐蚀性。在Ti02为非晶体或低结晶性的情况下，由于观察不到衍射 峰或峰很宽，因此最大峰强度比小，半值宽度大。最大峰强度比更优选为0.05以上。如果 最大峰强度比变高，则被覆的比例增多，饱和磁化降低。由此，最大峰强度比优选为3以下。(5)作为磁性粒子的功能在金属M为磁性金属Fe的情况下，利用上述制法得到的被覆金属微粒具有50 180Am2/kg的范围的饱和磁化，作为磁性粒子发挥作用。这相当于如下的情况，即，在被覆 金属微粒由磁性金属Fe和Ti02形成时，Ti相对于Fe+Ti的比率为11 67质量％。如果 磁性粒子的饱和磁化小于50Am2/kg，则对磁场的响应迟钝。另外如果超过180Am2/kg，则Ti 氧化物及硅氧化物的含有率小，无法将金属Fe粒子充分地用Ti氧化物及硅氧化物被覆，因 此耐腐蚀性低，磁特性容易劣化。所以，为了同时地获得高饱和磁化及足够的耐腐蚀性，被 覆金属微粒的饱和磁化优选为180Am2/kg以下。为了在用于磁珠子等中时的回收效率或磁 分离性能优异，因此被覆金属微粒的饱和磁化更优选为95 180Am2/kg。该范围的饱和磁 化在将只有92Am2/kg左右的饱和磁化的四氧化三铁(Fe304)粒子用于磁珠子等中的情况下 是无法获得的。如果是该范围的饱和磁化，则在粒子表面捕捉对象物质而进行磁捕集时可 以获得足够的磁场响应性。从分散性的观点考虑，被覆金属微粒的顽磁力优选为15kA/m以 下，更优选为8kA/m(1000e)以下，最优选为4kA/m以下。虽然即使在顽磁力大的情况下，只 要增厚Ti02被覆，也可以获得高分散性，然而被覆金属微粒的饱和磁化会降低。如果顽磁 力超过8kA/m，则即使没有磁场，磁性粒子也会磁性地凝聚，因此在液中的分散性降低。
(6)含有元素的浓度被覆金属微粒中含有的C的量优选为0. 2 1. 4质量％。所含有的C主要来源是 作为原料使用的TiC粉的剩余部分的残留。在将金属M的氧化物主要以Ti作为还原剂向 金属M还原的本发明的制法中，TiC中的C也起到还原剂的作用，辅助性地还原金属M的氧 化物。C量小于0.2质量％意味着M氧化物的还原不够充分，因此不够理想。如果C量超 过1.4质量％，则金属成分的含有率降低，在该金属以选自Fe、Co及Ni中的至少一种元素 作为主成分的情况下，会导致饱和磁化的降低。另外，因C的残留而使被覆金属微粒变为疏 水性，在水溶液中的分散性降低，因此在用于磁珠子等用途的情况下特别不优选。C含量更 优选为0.2 1. 1质量％。被覆金属微粒中所含的N的量优选为0.01 0.2质量％。所含的N是由热处理 中剩余的Ti氮化而带来的N以及在作为原料使用的TiN粉末的热处理后来源于残留部分 的N。如果N量小于0.01质量％，则无法获得TiN的还原效果，因此不够理想。如果N量超 过0. 2质量％，则非磁性成分的氮化钛的含有率增加，饱和磁化降低，因此不够理想。此外 为了将成为芯的金属M的微粒充分地被覆，优选在一定程度上过剩地存在Ti，作为其结果， 优选将一部分的Ti在热处理中氮化。更优选的N量为0. 04 0. 2质量％。为了确保饱和磁化更高，将被覆金属微粒中所含的C和N的总量控制在规定的范 围十分重要，所含的C与N的合计(C+N)优选为0. 24 1. 6质量％，更优选为0. 24 0. 60 质量％。如果C+N小于0. 24质量％，就会脱离上述的C及N含量的合适范围，如果超过1. 6 质量％，则会导致饱和磁化的降低。为了在将金属M的微粒充分地被覆的同时，获得高饱和 磁化，特别优选为0. 60质量％以下。这里上述被覆金属微粒中的C含量是利用高频加热红外吸收法测定的，N含量是 利用惰性气体中加热热传导法或基耶达(Kjeldahl)测氮法测定的。(7)耐腐蚀性在摩尔浓度为6M的胍盐酸盐水溶液lmL中，将金属M为Fe的被覆金属微粒25mg 以25°C浸渍24小时后的Fe离子溶出量优选为50mg/L以下。具有这样的Fe离子溶出量的 被覆金属微粒即使在高离液盐浓度下也会显示出高耐腐蚀性，因此适于需要离液盐水溶液 中的处理的DNA提取等用途中。虽然Fe离子溶出量为50mg/L以下的耐腐蚀性水平即使在 不实施碱处理的情况下有时也会体现出来，然而为了可靠地获得上述耐腐蚀性水平，优选 进行碱处理。需要说明的是，从本申请说明书的耐腐蚀性或X射线衍射的记述中可以看到， 本发明的被覆金属微粒是作为与被覆金属微粒集合体(粉末)相当的用语使用的。(8)被覆金属微粒表面优选在被覆金属微粒表面，固定化氨基、羧基、醛基、硫醇基、甲苯磺酰基、羟基的 至少一种。通过将这些官能团固定化，就可以轻易地将各种配体固定化。另外，还可以利用 官能团来调整在溶液中的分散性。优选在被覆金属微粒表面固定化配体。所谓配体是与特定的物质特异性地结合的 物质。所谓配体是抗生物素蛋白(avidin)、生物素、链霉亲合素(str印tavidin)、二次抗 体、G蛋白、A蛋白、A/G蛋白、L蛋白、抗体、抗原、外源凝集素(lectin)、糖链、激素、核酸等。 这些物质既可以单独地被固定化，也可以固定化多个。通过将抗生物素蛋白或链霉亲合素 固定化在被覆金属微粒表面，就可以与进行了生物素标识的物质，例如生物素标识抗体、生物素标识DNA、生物素标识荧光物质特异性地结合。另外，由于抗生物素蛋白和链霉亲合素 具有4个与生物素的结合部位，因此抗生物素蛋白或链霉亲合素可以与固定化有生物素的 被覆金属微粒结合，进而可以与进行了生物素标识的物质结合。二次抗体由于与特定的抗 体选择性地结合，因此可以将一次抗体固定化。G蛋白由于与免疫球蛋白G(IgG)，特别是与 Fe部位牢固地结合，因此可以与IgG选择性地结合。A蛋白随IgG的种类不同而在结合能 方面有很大的差别，可以与特定的IgG选择性地结合。另外，由于A蛋白与IgG的结合具有 PH依赖性，因此在暂时性地捕捉后，通过改变pH，就可以将其解离，因而可以将修饰有A蛋 白的被覆金属微粒应用于IgG等的提纯用途中。A/G蛋白是将A蛋白和G蛋白的特性组合 了的融合蛋白质，可以作为配体理想地使用。L蛋白由于与牛、山羊、绵羊、鸡以外的Ig结 合，因此可以从含有牛、山羊、绵羊、鸡的血清中选择性地捕捉牛、山羊、绵羊、鸡以外的Ig。 抗体、抗原可以利用抗原抗体反应与特定的抗原、抗体进行结合。例如，可以将固定化有抗 体或抗原的被覆金属微粒应用于免疫学的测定法(Immimoassay)中。另外，抗体、抗原、外 源凝集素、糖链、激素可以将特定的物质特异性地捕捉，例如可以适用于蛋白质、细胞的回 收等中。另外，例如通过将与所需的核酸或所需的核酸的一部分互补的核酸固定化在被覆 金属微粒表面，就可以将所需的核酸选择性地回收。被覆金属微粒表面优选用封闭剂涂覆。这样就可以抑制非特异性吸附。所谓非特 异性吸附(nonspecificity)是指吸附所需的物质以外的情况。作为封闭剂可以使用牛血 清白蛋白(BSA)、脱脂奶等。可以使用市售的封闭剂，例如可以使用Block Ace (雪印乳业株 式会社)等具有抑制非特异性吸附的效果的材料。(9)粒子沉降性在作为核酸提取或抗原捕捉载体使用的情况下，被覆金属微粒最好在溶液中沉降 速度慢。沉降速度是在静置状态下测定均勻地分散于PBS缓冲液中的被覆金属微粒的分散 液的吸光度，以每一秒降低的吸光度的比例(％ )表示。为了使对象物质与粒子充分地反应 而将其捕捉，沉降速度(每一秒的吸光度的降低率)优选为0.01 0. 03%。如果沉降速度 超过0. 03%，则由于粒子沉降速度快，因此粒子与对象物质的反应就会变得不充分。如果沉 降速度小于0. 01%，则粒子在溶液中的移动距离过小，无法将溶液中的对象物质均勻地捕 捉。具备以上的要件的被覆金属微粒由于与溶液中的对象物质的反应性特别高，可以 高灵敏度地检测出对象物质，因此适于用作免疫检查用磁珠子。利用以下的实施例对本发明进行进一步详细说明，然而本发明并不限定于它们。参考例1将中值粒径0. 03 μ m的α -Fe2O3粉末与中值粒径1 μ m的TiC粉末以7 3的质量 比利用球磨机混合10小时，将所得的混合粉末在氧化铝舟皿内，在氮气中以700°C热处理2 小时。将所得的试样粉末的X射线衍射谱图示于图1中。图1的横轴表示衍射的2 θ )， 纵轴表示衍射强度(相对值)。基于MDI公司制分析软件“ Jade，Ver. 5”的分析的结果是， 衍射峰被鉴定为α "Fe及TiO2 (金红石结构)。使用谢勒公式根据α -Fe的(200)峰的半值宽度算出的Fe的平均微晶尺寸为 90ηπι。2θ =27.5°时得到的TiO2的最大衍射峰的半值宽度为0. 14，TiO2的最大衍射峰强 度相对于α "Fe的最大衍射峰[(110)峰]强度的比为0. 18。由此可知，TiO2具有高结晶
11性。用激光衍射型粒度分布测定装置(H0RIBA制LA-920)测定出的该试样粉末的中值粒 径(d50)为 3. 1 μ m。根据图2所示的SEM照片可知，被覆金属微粒具有数μ m的粒径。大部分的被覆 金属微粒在多个Fe粒子2上被覆TiO2层1而形成1个微粒。例如，以箭头1表示的TiO2 层中包含的Fe粒子2 (图2中白色的部分)的粒径约为0. 5 μ m。由于Fe氧化物的标准生成自由能AGFe2Q3 = -740kJ/mol，而Ti氧化物的AGTiQ2 =-889kJ/mol,因此TiO2的标准生成能一方更小。所以可以说，α -Fe2O3被TiC还原，生成 Ti02。将所得的试样粉末5g和50mL的异丙醇(IPA)投入IOOmL的烧瓶中，照射10分钟 的超声波。然后使永久磁铁接触烧瓶的外面1分钟，仅使磁性粒子吸附于烧瓶内壁上，除去 黑灰色的上清液。将该磁分离操作反复进行50次，将所得的提纯磁性粒子在室温下干燥。 将最大施加磁场设为1. 6MA/m，利用VSM(振动型磁力计)测定出该磁性粒子的磁特性。提 纯了的磁性粒子中的Fe与Ti的质量比是在根据X射线衍射谱图确认被覆金属微粒由Fe 和TiO2构成后，根据被覆金属微粒的饱和磁化的测定值算出的。将结果示于表1中。参考例2 参考例5除了将α -Fe2O3粉末与TiC粉末的质量比如表1所示地变更以外，与参考例1相 同地进行试样粉末的制作及提纯，得到磁性粒子。与参考例1相同地测定出这些磁性粒子 的组成及磁特性。将结果示于表1中。将α -Fe2O3粉末与TiC粉末的质量比设为4 6而得的参考例5的磁性粒子具有 高耐腐蚀性，然而饱和磁化Ms变为48Am2/kg，低于50Am2/kg，顽磁力iHc变为18kA/m，超过 15kA/m。根据以上情况可知，为了利用金属Fe粒子的特性而维持高的饱和磁化的值，TiC配 合比优选为30 50质量％。[表1]
权利要求
一种被覆金属微粒的制造方法，其特征在于，其是制造在金属的核粒子上依次被覆Ti氧化物和硅氧化物而成的被覆金属微粒的方法，通过将含有TiC及TiN的粉末、与标准生成自由能ΔGM O满足ΔGM O＞ΔGTiO2的关系的金属M的氧化物粉末混合，在非氧化性气氛中进行热处理，从而利用所述含有TiC及TiN的粉末将所述金属M的氧化物还原，并且在将所得的金属M的粒子表面用Ti氧化物被覆之后，再将所述被覆了Ti氧化物的表面用硅氧化物被覆，筛分所得的粒子，以使得中值粒径d50为0.4～0.7μm，且表示粒径分布宽度的变动系数达到35％以下，其中，所述变动系数如下定义，变动系数＝标准偏差/平均粒径。
2.根据权利要求1所述的被覆金属微粒的制造方法，其特征在于，利用借助磁分离的 方法、借助倾析的方法、借助过滤器的方法、借助离心分离装置的方法或它们的组合来进行 所述筛分。
3.根据权利要求1或2所述的被覆金属微粒的制造方法，其特征在于，所述含有TiC及 TiN的粉末含有10 50质量％的TiN。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的被覆金属微粒的制造方法，其特征在于，所述 Ti氧化物以Ti02作为主体。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的被覆金属微粒的制造方法，其特征在于，在 650 900°C下进行所述热处理。
6.一种被覆金属微粒，其特征在于，是在金属的核粒子上依次被覆Ti氧化物和硅氧化 物而成的金属微粒，中值粒径d50为0. 4 0. 7 y m，表示粒径分布宽度的变动系数为35% 以下，其中，所述变动系数如下定义，变动系数=标准偏差/平均粒径。
7.根据权利要求6所述的被覆金属微粒，其特征在于，碳含量为0.2 1. 4质量％，且 氮含量为0. 01 0. 2质量％。
8.根据权利要求7所述的被覆金属微粒，其特征在于，碳与氮的含量的合计为0.24 0. 6质量％。
9.根据权利要求6 8中任一项所述的被覆金属微粒，其特征在于，饱和磁化为80Am2/ kg以上。
10.根据权利要求6 9中任一项所述的被覆金属微粒，其特征在于，以静置状态测定 在PBS缓冲液中分散而成的分散液的吸光度时，吸光度的减少速度为每秒0. 01 0. 03%。
11.根据权利要求6 10中任一项所述的被覆金属微粒，其特征在于，其在免疫检查的 抗原的检测中使用。
全文摘要
本发明提供一种被覆金属微粒的制造方法，其特征在于，其是制造在金属的核粒子上依次被覆Ti氧化物和硅氧化物而成的被覆金属微粒的方法，通过将含有TiC及TiN的粉末与标准生成自由能(ΔGM-O)满足ΔGM-O＞ΔGTiO2的关系的金属M的氧化物粉末混合，在非氧化性气氛中进行热处理，从而将所述金属M的氧化物利用所述含有TiC及TiN的粉末还原，并且在将所得的金属M的粒子表面用Ti氧化物被覆后，再将所述Ti氧化物的被覆的表面用硅氧化物被覆，筛分所得的粒子，以使得中值粒径(d50)为0.4～0.7μm，且表示粒径分布宽度的变动系数(＝标准偏差/平均粒径)达到35％以下。本发明还提供一种在金属的核粒子上依次被覆Ti氧化物和硅氧化物而成的被覆金属微粒，其特征在于，中值粒径(d50)为0.4～0.7μm，表示粒径分布宽度的变动系数(＝标准偏差/平均粒径)为35％以下。
文档编号B22F9/20GK101977711SQ20098010941
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年3月27日
发明者中林崇, 所久人, 藤井重男 申请人:日立金属株式会社