金コロイド

金 コロイドとは

金コロイドは、1マイクロメートル以下の金微粒子（ナノ粒子）が液体中に分散した状態を指します。その特徴的な性質から、様々な分野で利用されています。特に、粒子の大きさに応じて色が変化する現象は、古代から知られていました。

金 コロイドの性質

金コロイドの色は、金微粒子のサイズによって変化します。一般的に、10ナノメートル程度の微粒子は赤色を呈し、粒径が小さくなると薄黄色、大きくなると紫色から薄青色、100ナノメートルを超えると濁った黄色になります。この色の変化は、金微粒子が持つ表面プラズモン共鳴（局在プラズモン共鳴）という現象によるものです。

- 単分散の金微粒子は単一波長の光を吸収します。
- 棒状の微粒子（ナノロッド）は、長さと幅で異なる波長の光を吸収します。
- 金微粒子の形状は、粒子の会合状態にも影響を与えます。

液中で金微粒子が安定して分散しているのは、クエン酸などの安定剤が微粒子表面に吸着し、電気二重層（シュテルン層）を形成し、イオン反発が起こるためです。ただし、この吸着は静電的なものであり、溶液の状態によっては電気二重層が破壊され、金微粒子が凝集・沈殿する可能性があります。そのため、金微粒子の表面に分子を化学結合させ、より安定化させる方法も用いられます。

金 コロイドの歴史

金の微粒子による発色は、古くからステンドグラスの着色に使われてきました。しかし、その原理が解明されたのは19世紀に入ってからです。

- 古代ローマ時代: ガラスに様々な色をつけるために金の添加量が調整されていました。
- 16世紀: 錬金術師パラケルススが「飲用金」を発表しました。
- 17世紀: ヨハン・クンケルが金コロイドを使った赤の発色方法を改良し、アンドレア・カシウスが水酸化スズと金を使った紫色の着色法を発見しました（「カシウスの紫」）。
- 1842年: ジョン・ハーシェルが金コロイドを使った感光写真（クリソタイプ）を発明しました。
- 1857年: マイケル・ファラデーが「飲用金」を再現し、「カシウスの紫」の発色が金の微粒子によるものであることを明らかにしました。
- 1898年: リヒャルト・ジグモンディが金の希薄コロイドの作成に成功しました。

このほか、テオドール・スヴェドベリやグスタフ・ミーも金コロイドの研究に貢献しています。

金 コロイドの合成法

[金]]コロイドの合成には様々な方法がありますが、一般的なのはテトラクロロ金]酸 (H[AuCl4]) を液中で還元する方法です。均一な粒径の[[コロイドを得るためには、H[AuCl4]を攪拌しながら還元剤を添加し、金原子が結合して微粒子を形成させる必要があります。また、凝集を防ぐために、添加剤を用いることが多いです。

トゥルケヴィッチ法

最も簡便で効率的な合成法として知られています。テトラクロロ[金]酸とクエン酸ナトリウムを水に溶かし、加熱することで金コロイドが得られます。クエン酸イオンが還元剤と安定剤の両方の役割を果たします。

- 10～20ナノメートルの単分散球状金ナノコロイドに適しています。
- 大きな粒子を得るには、クエン酸ナトリウムの量を減らします。

ブラスト法

有機液体中で[金]]コロイドを合成する方法で、5～6ナノメートル程度の金コロイドを作ることができます。この方法では、テトラクロロ金]酸の[[トルエン溶液、テトラオクチルアンモニウムブロミド(TOAB)、水素化ホウ素ナトリウム（NaBH4）を使用します。NaBH4が還元剤、TOABが相間移動触媒兼安定剤として働き、アルカンチオールで表面を安定化させることもあります。

超音波法

超音波を用いて金コロイドを合成する方法もあります。例えば、HAuCl4とグルコースが入った水溶液に超音波を当てると、グルコースが還元剤となり、リボン状の金コロイドが得られます。グルコースをシクロデキストリンなどに変えると、球形の金コロイドが得られます。

ブロックコポリマー法

ブロック共重合体を用いる方法もあります。ブロック共重合体が還元剤と安定剤の両方の役割を果たし、金コロイドの生成速度を速めることができます。この方法では、金塩の還元、金クラスターの付着と成長、金微粒子の安定化の3段階を経て金コロイドが形成されます。

金 コロイドの利用

金コロイドは、その特性から電子顕微鏡、医療、ナノテクノロジーなど様々な分野で利用されています。

電子顕微鏡

金コロイドは、電子顕微鏡観察用の標識として生物試料に利用されています。生物学的プローブと結合させ、プローブが結合する対象の局在を観察することができます。また、粒径を変えることで複数の対象を同時に観察することも可能です。

医療

- 金療法: 金イオンや金コロイドが病気の治療に利用されます。例えば、金チオリンゴ酸ナトリウムは関節リウマチの治療薬として用いられます。
- アルツハイマー病の治療: 金コロイドとマイクロ波照射を組み合わせることで、アルツハイマー病の原因物質であるベータアミロイドを破壊できる可能性が示唆されています。
- 薬物輸送: 金コロイドを薬物輸送のキャリアとして利用し、特定の組織に薬物を運ぶ研究が進められています。
- 腫瘍検出: 金コロイドを腫瘍に取り込ませ、表面増強ラマン散乱を利用して腫瘍を検出する研究も行われています。

まとめ

金コロイドは、その特異な性質と多様な合成法から、科学技術の進歩とともに、その応用範囲を広げています。今後も、その未知なる可能性が探求され、様々な分野で革新的な技術が生まれることが期待されます。

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