JP2008137911A - Apatite-coated magnetic nanoparticle having high biocompatibility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アパタイト被覆磁性ナノ粒子及びその製造方法に関する。本発明によれば、疾患治療におけて生体親和性が高く、生理活性物質の徐放性に優れたドラッグデリバリーシステム用の担体を提供することができる。また、温熱治療において生体親和性が高く、電磁波温熱効果に優れた温熱治療用発熱体を提供することができる。 The present invention relates to apatite-coated magnetic nanoparticles and a method for producing the same. According to the present invention, it is possible to provide a carrier for a drug delivery system that has high biocompatibility in disease treatment and is excellent in sustained release of a physiologically active substance. In addition, it is possible to provide a heat treatment heating element having high biocompatibility in heat treatment and excellent electromagnetic wave heat effect.
磁性粒子は、その磁化を利用することによって、治療用、診断用、医薬のスクリーニング用など様々な用途に利用されている。例えば、表面に薬剤を担持させて生体内の標的器官や組織などに輸送するドラッグデリバリーシステム用の担体、タンパク質などの生理活性物質の分離精製のための吸着用担体、又は免疫分析方法において抗原や抗体を結合させる不溶性担体として、磁性粒子が利用されている。更に、磁性粒子の電磁波温熱効果を利用することによって、温熱治療用の発熱体に用いる試みが行われてきている。
特に、癌治療の分野においては、磁性粒子をドラッグデリバリーシステムの担体及び温熱治療用の発熱体として利用する試みが行われてきている。具体的には、磁性粒子の表面に抗癌剤を担持させ、そして癌組織へ抗癌剤を輸送し、抗癌剤が癌組織において徐放されることにより、効果的に癌を治療する試みや、また、磁性体が交流磁場下で発熱することを利用して、磁性粒子を発熱体として用い、癌細胞を温熱治療によって死滅させる試みが行われてきている。
Magnetic particles are used for various purposes such as therapeutic, diagnostic, and pharmaceutical screening by utilizing their magnetization. For example, a carrier for a drug delivery system that carries a drug on the surface and transports it to a target organ or tissue in a living body, an adsorption carrier for separation and purification of a physiologically active substance such as a protein, or an antigen in an immunoassay method Magnetic particles are used as insoluble carriers to which antibodies are bound. Furthermore, attempts have been made to use a heating element for thermal therapy by utilizing the electromagnetic wave thermal effect of magnetic particles.
In particular, in the field of cancer treatment, attempts have been made to use magnetic particles as a carrier for a drug delivery system and a heating element for thermotherapy. Specifically, an attempt is made to effectively treat cancer by carrying an anticancer agent on the surface of magnetic particles, transporting the anticancer agent to cancer tissue, and releasing the anticancer agent in the cancer tissue effectively, Attempts have been made to kill cancer cells by hyperthermia using magnetic particles as a heating element by utilizing the fact that heat is generated under an alternating magnetic field.
従来、磁性粒子としては、基体粒子の表面にフェライトなどをメッキした金属酸化物コート粒子が報告されている（特許文献１）。しかしながら、前記金属酸化物コート粒子は、フェライトが粒子の表面のみにメッキされたものであったために、磁性粒子の体積中に占めるフェライトの割合が低かった。従って、ドラッグデリバリーシステムの担体として用いる場合は、磁力による輸送効果が高くなかった。更に、抗癌剤などの薬剤をフェライトの表面に直接担持し、ドラッグデリバリーシステムの担体として利用した場合に、薬剤の徐放後に、生体内に磁性粒子が残留する。そのため、生体の体液成分とフェライトの重金属イオンが直接触れ、重金属がその表面から体液中に溶出することによる副作用が心配されていた。
また、温熱治療用の発熱体として用いる場合も、ナノ粒子の体積中に占めるフェライトの割合が低く、その電磁波温熱効果が高くなかったため、発熱体として十分な効果が得られなかった。更に、磁性粒子が生体内の体液成分と直接触れるため、同じような副作用が心配されていた。
Conventionally, as the magnetic particles, metal oxide coated particles in which ferrite or the like is plated on the surface of base particles have been reported (Patent Document 1). However, since the metal oxide coated particles were obtained by plating ferrite only on the surface of the particles, the ratio of ferrite in the volume of the magnetic particles was low. Therefore, when used as a carrier of a drug delivery system, the transport effect due to magnetic force was not high. Furthermore, when a drug such as an anticancer drug is directly supported on the surface of ferrite and used as a carrier for a drug delivery system, the magnetic particles remain in the living body after the drug is slowly released. For this reason, the body fluid component of the living body and the heavy metal ions of ferrite are in direct contact with each other, and there are concerns about side effects due to the heavy metal eluting from the surface into the body fluid.
In addition, when used as a heating element for thermotherapy, the ratio of ferrite in the volume of the nanoparticles was low, and the electromagnetic wave heating effect was not high, so that a sufficient effect as a heating element could not be obtained. Furthermore, since the magnetic particles are in direct contact with body fluid components in the living body, there are concerns about similar side effects.
一方、温熱療法用の発熱体として用いる磁性粒子として、強磁性フェライト粒子が生体活性な水酸アパタイト等の無機質層で包まれた温熱療法用セラミックス発熱体（特許文献２）が報告されている。また、フェライト粒子表面に水酸アパタイトを被覆した温熱療法用セラミックス発熱体の製造方法が報告されている（特許文献３）。更に、温熱療法に使用可能なアパタイトとフェライトからなる複合多孔体を水熱処理により作製する方法が報告されている（特許文献４）。 On the other hand, as a magnetic particle used as a heating element for thermotherapy, a ceramic heating element for thermotherapy in which ferromagnetic ferrite particles are wrapped with an inorganic layer such as bioactive hydroxyapatite has been reported (Patent Document 2). In addition, a method for producing a ceramic heating element for thermotherapy in which the surface of ferrite particles is coated with hydroxyapatite has been reported (Patent Document 3). Furthermore, a method for producing a composite porous body made of apatite and ferrite that can be used for thermotherapy by hydrothermal treatment has been reported (Patent Document 4).
しかしながら、フェライト粒子の表面は疎水性であり、アパタイトは親水性であるため、アパタイトをフェライト粒子に直接十分に、成膜することは困難であった。従って、アパタイトをフェライト粒子に直接成膜した場合、フェライト粒子表面に緻密なアパタイト層が成膜されないものと考えられた。従って、前記の特許文献２及び３に記載の温熱療法用セラミックス発熱体を生体内で用いた場合は、フェライトをメッキした金属酸化物コート粒子と同じように、生体の体液成分とフェライトの重金属イオンが直接触れるため、重金属がその表面から体液中に溶出することによる副作用が心配されていた。実際に、引用文献２でも、温熱療法用セラミックス発熱体に用いるフェライト粒子は生体に有害な金属イオンを含まない強磁性フェライトを使用することを勧めている。また、前記の特許文献４ではα−ＴＣＰとフェライトを湿式混合してペレットを作製し、ｐＨを８以上の溶液・水蒸気で水熱処理を行っているため、前記のように二つの異なる界面の緊密な結合が無かった。
本発明者らは、生体内で医療用に使用することが可能で、無害な磁性ナノ粒子の開発を行った。特には、癌の組織、例えば肝癌などを標的とし、その部位に抗癌剤等の薬剤を輸送し、徐放することのできるドラッグデリバリーシステム用の担体、及び／又は電磁波温熱効果による治療を可能にする温熱治療用の発熱体として好適であり、人体に対して無害な生体親和性の高い磁性ナノ粒子の創成について、鋭意研究した結果、強磁性粒子コアに、アパタイトを被覆させる場合に、強磁性粒子コア表面にレピドクロサイト含有層を形成させ、そのレピドクロサイト含有層の上にアパタイト層を形成させることにより、強磁性粒子コアの周囲に十分な量のアパタイト層を形成することが可能であることを見出した。そして、それによって、強磁性粒子コアの金属イオンが生体成分と直接接触することを防ぎ、金属イオンが生体の体液中に溶出することがなく、生体親和性の高いアパタイト被覆磁性ナノ粒子を製造することができることを見出した。
本発明は、こうした知見に基づくものである。
The present inventors have developed harmless magnetic nanoparticles that can be used for medical purposes in vivo. In particular, a carrier for a drug delivery system that can target a cancer tissue such as liver cancer and transport a drug such as an anticancer drug to the site and release it slowly, and / or enables treatment by an electromagnetic wave thermal effect. As a result of earnest research on the creation of magnetic nanoparticles with high biocompatibility that are suitable as a heating element for thermotherapy and harmless to the human body, ferromagnetic particles are coated with apatite. It is possible to form a sufficient amount of apatite layer around the ferromagnetic particle core by forming a lipidocrosite-containing layer on the core surface and forming an apatite layer on the lipidocrosite-containing layer. I found out. As a result, the metal particles of the ferromagnetic particle core are prevented from coming into direct contact with biological components, and the metal ions are not eluted into the body fluid of the living body, thereby producing apatite-coated magnetic nanoparticles having high biocompatibility. I found that I can do it.
The present invention is based on these findings.
従って、本発明は、強磁性粒子コアと、その表面と直接に接触してコア表面を覆うレピドクロサイト含有層と、そのレピドクロサイト含有層と直接接触してレピドクロサイト含有層を覆うアパタイト層とを含むことを特徴とする、アパタイト被覆磁性ナノ粒子に関する。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の好ましい態様においては、前記強磁性粒子コアが、マグネタイト粒子、マグヘマイト粒子、コバルト粒子、ニッケル粒子又はいずれかの強磁性粒子が、マンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、バリウム及びストロンチウムからなる群から選択された金属がドープされた強磁性粒子であり、特には、マグネタイト粒子又はマンガン亜鉛フェライト粒子であるである。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の好ましい態様においては、前記アパタイト層が緻密アパタイト層である。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の好ましい態様においては、前記アパタイト層が内側の緻密アパタイト層、及び外側アパタイト層を含み、特には、緻密アパタイト層の比表面積が４０ｍ２／ｇ以下であり、外側アパタイト層の比表面積が２０〜４００ｍ２／ｇである。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の別の好ましい態様においては、磁性粒子状コアの平均粒径が１０μｍ以下であり、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の平均粒径が１００μｍ以下である。
また、本発明は、フェライト粒子の表面を酸化してその表面にレピドクロサイト含有層を形成する工程、及びアパタイト反応溶液を接触させ、アパタイトを析出することによりアパタイト層を形成する工程を含む、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の製造方法にも関する。
更に、本発明は、前記アパタイト被覆磁性ナノ粒子からなるドラッグデリバリーシステム用の担体に関し、特には、癌治療用である。
更に、本発明は、前記アパタイト被覆磁性ナノ粒子からなる、温熱治療用の発熱体にも関する。
更に、本発明は、前記アパタイト被覆磁性ナノ粒子からなる吸着用担体にも関する。
Accordingly, the present invention relates to a ferromagnetic particle core, a lipidocrosite-containing layer that directly contacts the surface and covers the core surface, and an apatite that directly contacts the lipidocrosite-containing layer and covers the lipidocrosite-containing layer. And apatite-coated magnetic nanoparticles.
In a preferred embodiment of the apatite-coated magnetic nanoparticles according to the present invention, the ferromagnetic particle core is magnetite particles, maghemite particles, cobalt particles, nickel particles, or any one of the ferromagnetic particles is manganese, zinc, nickel, lithium, cobalt Doped with a metal selected from the group consisting of copper, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, barium and strontium Ferromagnetic particles, in particular magnetite particles or manganese zinc ferrite particles.
In a preferred embodiment of the apatite-coated magnetic nanoparticles according to the present invention, the apatite layer is a dense apatite layer.
In a preferred embodiment of the apatite-coated magnetic nanoparticle according to the present invention, the apatite layer includes an inner dense apatite layer and an outer apatite layer, and in particular, the specific surface area of the dense apatite layer is 40 m 2 / g or less, The specific surface area of the apatite layer is 20 to 400 m 2 / g.
In another preferred embodiment of the apatite-coated magnetic nanoparticles according to the present invention, the average particle size of the magnetic particulate core is 10 μm or less, and the average particle size of the apatite-coated magnetic nanoparticles is 100 μm or less.
Further, the present invention includes a step of oxidizing the surface of the ferrite particles to form a lipidocrosite-containing layer on the surface, and a step of contacting the apatite reaction solution to form an apatite layer by depositing apatite. It also relates to a method for producing apatite-coated magnetic nanoparticles.
Furthermore, the present invention relates to a carrier for a drug delivery system comprising the apatite-coated magnetic nanoparticles, and particularly for cancer treatment.
Furthermore, the present invention relates to a heating element for thermotherapy comprising the apatite-coated magnetic nanoparticles.
Furthermore, the present invention also relates to an adsorption carrier comprising the apatite-coated magnetic nanoparticles.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、強磁性粒子コアの表面にレピドクロサイト含有層を有し、十分なアパタイトをその表面に結合させている。そのため、ドラッグデリバリーシステム用の担体や温熱治療用の発熱体として用いて、治療後に生体内にアパタイト被覆磁性ナノ粒子が残留しても、外側のアパタイト層により生体の組織とよく親和する。また、強磁性粒子コアの表面が緻密なアパタイト層により覆われているため、重金属を含む強磁性粒子コアが直接、生体内の体液と接触せず、重金属イオンが生体の体液中に溶出することが無く、重金属による副作用を起こす心配が無い。更に、緻密なアパタイト層の外側に多孔性のアパタイト層を設けることによって、ドラッグデリバリーシステム用の担体として用いた場合に、担持している薬剤の徐放性を高めることが可能になった。また、本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、中実な強磁性粒子コアを用いているため、ドラッグデリバリーシステム用の担体や温熱療法の発熱体として用いた場合、少ない外部磁場でアパタイト被覆磁性ナノ粒子を患部に集めることができる。 The apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention have a lipidocrosite-containing layer on the surface of the ferromagnetic particle core, and sufficient apatite is bound to the surface. Therefore, even if apatite-coated magnetic nanoparticles remain in the living body after treatment, they are used as a carrier for a drug delivery system or a heating element for thermotherapy, and the outer apatite layer has a good affinity with the living tissue. In addition, since the surface of the ferromagnetic particle core is covered with a dense apatite layer, the ferromagnetic particle core containing heavy metal does not come into direct contact with the body fluid in the living body, and heavy metal ions are eluted in the body fluid of the living body. There is no worry of causing side effects due to heavy metals. Furthermore, by providing a porous apatite layer outside the dense apatite layer, it has become possible to enhance the sustained release of the drug carried when used as a carrier for a drug delivery system. In addition, since the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention use a solid ferromagnetic particle core, when used as a carrier for a drug delivery system or a heating element for thermotherapy, the apatite-coated magnetic nanoparticles have a small external magnetic field. Particles can be collected in the affected area.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子のコアとして、強磁性粒子を用いることができる。強磁性粒子は、磁場により磁化され、磁場を取り除いても残留磁化を残す粒子であり、例えば、鉄、コバルト、又はニッケルなどの粒子、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）などのフェライト粒子、マグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）粒子などを挙げることができる。 Ferromagnetic particles can be used as the core of the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention. Ferromagnetic particles are particles that are magnetized by a magnetic field and leave residual magnetization even when the magnetic field is removed. For example, particles such as iron, cobalt, or nickel, ferrite particles such as magnetite (Fe 3 O 4 ), maghemite (γ -Fe 2 O 3) particles, and the like.
また、強磁性粒子として、鉄粒子、コバルト粒子、ニッケル粒子、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）などのフェライト粒子、又はマグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）粒子が、マンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、バリウム、又はストロンチウムのいずれか１種又は２種以上の金属でドープされた強磁性粒子を用いることもできる。 Further, as the ferromagnetic particles, iron particles, cobalt particles, nickel particles, ferrite particles such as magnetite (Fe 3 O 4 ), or maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) particles are manganese, zinc, nickel, lithium, cobalt , Copper, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, barium, or strontium Ferromagnetic particles doped with these metals can also be used.
前記フェライト粒子としては、一般にスピネル構造をとるスピネルフェライト粒子を用いることができる。具体的には、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）粒子、又はマグネタイトがマンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅、バリウム及びストロンチウムからなる群から選択された金属によってドープされたフェライト粒子が好ましい。より好ましくは、マグネタイト粒子及びマンガン亜鉛フェライト〔（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４〕粒子であり、最も好ましくは、マンガン亜鉛フェライト粒子である。 As the ferrite particles, spinel ferrite particles generally having a spinel structure can be used. Specifically, magnetite (Fe 3 O 4 ) particles or ferrite particles in which magnetite is doped with a metal selected from the group consisting of manganese, zinc, nickel, lithium, cobalt, copper, barium and strontium are preferred. More preferred are magnetite particles and manganese zinc ferrite [(Mn, Zn) Fe 2 O 4 ] particles, and most preferred are manganese zinc ferrite particles.
強磁性粒子の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、１ｎｍ〜２０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜１０μｍがより好ましく、１００ｎｍ〜５μｍが最も好ましい。強磁性粒子は、粒子径が小さくなるほど磁性が弱くなるため、１ｎｍより小さくなると強磁性粒子の磁性を有効に利用できなくなるためである。また、粒子径が２０μｍより大きくなると、磁性粒子としての保磁力が大きく、凝集を起こすことがある。それによって、粒子の分散性が悪くなり、ドラッグデリバリーシステム用の担体として用いた場合に、操作性が悪くなる。 The average particle diameter of the ferromagnetic particles is not particularly limited, but is preferably 1 nm to 20 μm, more preferably 10 nm to 10 μm, and most preferably 100 nm to 5 μm. This is because the ferromagnetic particles become weaker in magnetism as the particle diameter becomes smaller, so that if the particle size becomes smaller than 1 nm, the magnetic properties of the ferromagnetic particles cannot be used effectively. On the other hand, when the particle diameter is larger than 20 μm, the coercive force as a magnetic particle is large and aggregation may occur. Thereby, the dispersibility of the particles is deteriorated, and the operability is deteriorated when used as a carrier for a drug delivery system.
以下の説明においては、強磁性粒子として、主にフェライトを用いた態様について説明を行うが、その他の強磁性粒子を用いても、本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子を製造し、使用することが可能であり、同じ作用効果を得ることができる。 In the following description, an embodiment using mainly ferrite as the ferromagnetic particles will be described. However, even if other ferromagnetic particles are used, the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention can be produced and used. It is possible and the same effect can be obtained.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、強磁性粒子コアであるフェライト粒子の表面にアパタイト層を有する。通常、フェライト粒子の表面は疎水性であるために、親水性のアパタイトを十分被覆させることができない。本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、フェライト粒子、例えばマグネタイト（主組成、Ｆｅ３Ｏ４）粒子の表面に、水酸基を有するレピドクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）を含有する層が形成されているために、アパタイトが結合する粒子の表面が親水性となっている。レピドクロサイトは、親水性の水酸基を外側に有しているからである。従って、レピドクロサイト含有層の外側に、アパタイトなどの親水性の物質を容易に結合させることが可能である。 The apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention have an apatite layer on the surface of ferrite particles that are ferromagnetic particle cores. Usually, since the surface of the ferrite particle is hydrophobic, the hydrophilic apatite cannot be sufficiently coated. In the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention, a layer containing lipidic crocite (γ-FeOOH) having a hydroxyl group is formed on the surface of ferrite particles, for example, magnetite (main composition, Fe 3 O 4 ) particles. In addition, the surface of the particles to which the apatite binds is hydrophilic. This is because lepidochrosite has a hydrophilic hydroxyl group on the outside. Accordingly, it is possible to easily bind a hydrophilic substance such as apatite to the outside of the lipidocrosite-containing layer.
レピドクロサイト含有層は、レピドクロサイト（鱗鉄鉱、γ−ＦｅＯＯＨ）のみからなるレピドクロサイト層でもよいが、ゲーサイト（針鉄鉱、α−ＦｅＯＯＨ）又はアカガネアイト（赤金鉱、β−ＦｅＯＯＨ）を含むこともできる。レピドクロサイトを形成させる温度条件を変化させることによってゲーサイト（α−ＦｅＯＯＨ）又はアカガネアイト（β−ＦｅＯＯＨ）が形成される。しかし、ゲーサイト又はアカガネアイトも親水性の水酸基を有しており、レピドクロサイトと同じように、アパタイトなどの親水性の物質を容易に結合させることが可能である。レピドクロサイト含有層におけるレピドクロサイトの比率は、特に限定されないが、５０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。 The lepidocrocite-containing layer may be a lepidocrocite layer composed only of lepidocrocite (scaite, γ-FeOOH), but goethite (goethite, α-FeOOH) or akaganeite (red gold ore, β-FeOOH). It can also be included. The goethite (α-FeOOH) or akaganeite (β-FeOOH) is formed by changing the temperature condition for forming the lipid docrosite. However, goethite or akaganeite also has a hydrophilic hydroxyl group, and it is possible to easily bind a hydrophilic substance such as apatite, like lepidochrosite. The ratio of lipidocrosite in the lipidocrosite-containing layer is not particularly limited, but is preferably 50% or more, and more preferably 80% or more.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、レピドクロサイト含有層の外側に、アパタイト層を有している。アパタイト層を構成するアパタイトは、特に限定されないが、例えば、水酸アパタイトを挙げることができる。水酸アパタイトは、一般組成をＣａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２とする化合物である。水酸アパタイト以外のアパタイトとしては、水酸アパタイトのＣａ成分の一部分が、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｙ、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｈなどから選ばれる１種以上で置換されたアパタイト、また、（ＰＯ４）成分の一部分が、ＶＯ４、ＢＯ３、ＳＯ４、ＣＯ３、ＳｉＯ４等から選ばれる１種以上で置換されたアパタイト、（ＯＨ）成分の一部分が、Ｆ、Ｃｌ、Ｏ、ＣＯ３等から選ばれる１種以上で置換されたアパタイト、及び、これらの各成分の一部が欠陥となってアパタイトを挙げることができる。具体的には、フッ素アパタイト（水酸基の部分にフッ素が置換）、塩素アパタイト（水酸基の部分に塩素が置換）、炭酸含有アパタイト（水酸基やリン酸基の部分に炭酸基が置換）に、酸素アパタイト（水酸基の一部が酸素イオンで置換）、カルシウム欠損アパタイト（カルシウム含有量が少ない）、陽イオン置換アパタイト（カルシウム部分にナトリウム、カリウム。マグネシウム、ストロンチウム、バリウムなどが置換）、及び、これらの複合置換化合物などのアパタイト化合物等が含まれる。 The apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention have an apatite layer outside the lipidocrosite-containing layer. The apatite constituting the apatite layer is not particularly limited, and examples thereof include hydroxyapatite. Hydroxyapatite is a compound having a general composition of Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 . As apatite other than hydroxyapatite, a part of Ca component of hydroxyapatite is substituted with one or more selected from Sr, Ba, Mg, Fe, Al, Y, La, Na, K, H, etc. In addition, a part of the (PO 4 ) component is apatite substituted with one or more selected from VO 4 , BO 3 , SO 4 , CO 3 , SiO 4, etc., and a part of the (OH) component is F, Cl Apatite substituted with one or more selected from O, CO, CO 3 and the like, and a part of each of these components become defects, and apatite can be mentioned. Specifically, fluorapatite (fluorine is substituted for the hydroxyl group), chlorine apatite (chlorine is substituted for chlorine), carbonate-containing apatite (hydroxyl group and phosphate group are substituted with carbonate groups), oxygen apatite (Part of the hydroxyl group is replaced by oxygen ions), calcium deficient apatite (low calcium content), cation-substituted apatite (sodium, potassium, magnesium, strontium, barium, etc. are replaced in the calcium part), and a composite thereof Apatite compounds such as substituted compounds are included.
アパタイトのカルシウム及びリンの原子比（Ｃａ／Ｐ）は１．３〜１．８の範囲内にあることが好ましく、特に１．５〜１．７がより好ましい。原子比が１．３〜１．８の範囲内にあると、生成物中のアパタイト（リン酸カルシウム化合物）の組成と結晶構造が、脊椎動物の骨の中に存在するアパタイトと類似の組成と構造をとることができるため、生体親和性がより高くなるからである。 The atomic ratio of calcium and phosphorus (Ca / P) in the apatite is preferably in the range of 1.3 to 1.8, and more preferably 1.5 to 1.7. When the atomic ratio is in the range of 1.3 to 1.8, the composition and crystal structure of the apatite (calcium phosphate compound) in the product is similar to that in the vertebrate bone. This is because the biocompatibility becomes higher.
アパタイト層の調製においては、その調整条件、例えば、カルシウム／リン酸のイオン強度や供給速度、ｐＨ、合成温度、添加有機物、界面活性剤の添加などを変化させることによって、アパタイトの物性、例えば、比表面積、細孔分布、平均細孔径、気孔率などが異なるアパタイトを得ることが可能である。本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子におけるアパタイト層を形成するアパタイトの物性は特に限定されるものではない。アパタイト層は、物性の均一なアパタイトから構成されてもよいが、物性の異なるアパタイトの組み合わせによって構成されてもよい。すなわち、アパタイト層のすべてが、均一な物性を有する単層のアパタイトで構成されてもよく、内側から外側にかけて物性が徐々に変化するようなアパタイト層、例えば、内側が緻密で外側が多孔性のアパタイトへ徐々に変化するアパタイトから構成されてもよい。また、アパタイト層は、物性の異なる２層又は３層以上のアパタイト層から構成されてもよい。 In the preparation of the apatite layer, the physical properties of the apatite, for example, by changing the adjustment conditions, such as ionic strength and supply rate of calcium / phosphate, pH, synthesis temperature, added organic matter, addition of surfactant, etc. It is possible to obtain apatites having different specific surface areas, pore distributions, average pore diameters, porosity and the like. The physical properties of the apatite forming the apatite layer in the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention are not particularly limited. The apatite layer may be composed of apatite having uniform physical properties, but may be composed of a combination of apatites having different physical properties. That is, all of the apatite layer may be composed of a single layer of apatite having uniform physical properties, and an apatite layer whose physical properties gradually change from the inside to the outside, for example, the inside is dense and the outside is porous. You may comprise from the apatite which changes gradually to apatite. The apatite layer may be composed of two or three or more apatite layers having different physical properties.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子をドラッグデリバリーシステム用の担体、又は電磁波温熱効果による温熱治療用の発熱体として生体内で用いる場合は、フェライト粒子の重金属が生体内の体液と直接接触することを防ぐため、レピドクロサイト含有層に直接接触して覆うアパタイト層は緻密なアパタイト層が好ましい。更に、本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、緻密アパタイト層の外側にその用途に応じて、適当な物性の外側アパタイト層を形成させることができる。例えば、生理活性物質などの薬剤を担持させることのできるドラッグデリバリーシステム用の担体として用いる場合は、薬剤を十分に担持させることができるように、緻密アパタイト層の外側に、多孔性の外側アパタイト層を有する２層構造であることが好ましい。また、用途によっては、前記アパタイト層は、３層以上の構造であってもよい。 When the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention are used in vivo as a carrier for a drug delivery system or as a heating element for thermotherapy by electromagnetic wave thermal effect, the heavy metal of ferrite particles should be in direct contact with body fluid in the living body. In order to prevent this, a dense apatite layer is preferable as the apatite layer that is directly in contact with and covered with the lipidocrosite-containing layer. Furthermore, the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention can form an outer apatite layer having appropriate physical properties on the outer side of the dense apatite layer according to the application. For example, when used as a carrier for a drug delivery system capable of supporting a drug such as a physiologically active substance, a porous outer apatite layer is provided outside the dense apatite layer so that the drug can be sufficiently supported. A two-layer structure having Further, depending on the application, the apatite layer may have a structure of three or more layers.
生体内で用いるアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、前記のようにレピドクロサイト含有層の上に、緻密なアパタイト層を形成することが好ましい。緻密なアパタイト層はレピドクロサイト含有層が水酸基を有し、その表面が親水性となっていることにより、形成されるが、アパタイトを被覆させる条件を最適化することによって、より緻密なアパタイト層を形成することが可能である。緻密なアパタイト層は、レピドクロサイト含有層を有するフェライト粒子などの強磁性粒子の表面を完全に覆っており、生体の体液成分と強磁性粒子の接触を防ぐことができるものである。また、アパタイト層が２層以上の構造を取る場合には、外側アパタイト層との結合を強固にする役割も果たす。この、アパタイト被覆磁性ナノ粒子を生体内で用いる場合は、緻密なアパタイト層の厚さは、１０ｎｍ〜１μｍが好ましい。また、アパタイト緻密層の相対気孔率は４０％以下であることが好ましい。ここで相対気孔率とは、窒素ガスを用いたBET法により測定された総容積から以下の式で計算されるものである。
相対気孔率（％）＝測定された総容積（ｍＬ／ｇ）／（測定された総容積（ｍＬ／ｇ）＋０．３１６９（ｍＬ／ｇ））×１００
ここで、０．３１６９ｍＬ／ｇは水酸アパタイトの理論密度３．１４６ｇ／ｃｍ３から単位グラム当たりの体積に換算させた値である。
The apatite-coated magnetic nanoparticles used in vivo preferably form a dense apatite layer on the lipidocrosite-containing layer as described above. A dense apatite layer is formed when the lipidocrosite-containing layer has a hydroxyl group and the surface is hydrophilic. By optimizing the conditions for covering the apatite, the denser apatite layer is formed. Can be formed. The dense apatite layer completely covers the surface of a ferromagnetic particle such as a ferrite particle having a lipidocrosite-containing layer, and can prevent contact between a body fluid component of the living body and the ferromagnetic particle. In addition, when the apatite layer has a structure of two or more layers, it also serves to strengthen the bond with the outer apatite layer. When this apatite-coated magnetic nanoparticle is used in vivo, the thickness of the dense apatite layer is preferably 10 nm to 1 μm. The relative porosity of the apatite dense layer is preferably 40% or less. Here, the relative porosity is calculated by the following formula from the total volume measured by the BET method using nitrogen gas.
Relative porosity (%) = measured total volume (mL / g) / (measured total volume (mL / g) +0.3169 (mL / g)) × 100
Here, 0.3169 mL / g is a value converted from a theoretical density of 3.146 g / cm 3 of hydroxyapatite to a volume per unit gram.
この緻密なアパタイト層の比表面積は、好ましくは４０ｍ２／ｇ以下であり、より好ましくは０．５〜３０ｍ２／ｇであり、最も好ましくは、１〜２０ｍ２／ｇである。緻密なアパタイト層の比表面積が、４０ｍ２／ｇ以下であることによって、フェライト粒子の重金属が生体内の体液と直接接触することを防ぐことができる。比表面積が４０ｍ２／ｇより大きくなると、アパタイトが多孔性となり、フェライト粒子と生体内の体液の接触を防ぐことが困難となるからである。 The specific surface area of the dense apatite layer is preferably 40 m 2 / g or less, more preferably 0.5 to 30 m 2 / g, and most preferably 1 to 20 m 2 / g. When the specific surface area of the dense apatite layer is 40 m 2 / g or less, it is possible to prevent the heavy metal of the ferrite particles from coming into direct contact with the body fluid in the living body. This is because when the specific surface area is larger than 40 m 2 / g, the apatite becomes porous and it is difficult to prevent the contact between the ferrite particles and the body fluid in the living body.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、ドラッグデリバリーシステム用の担体として用いる場合に、緻密アパタイト層に薬剤を担持させることも可能であるが、薬剤の種類によって外側アパタイト層の物性を最適化することにより、薬剤を更に多量に担持させることが可能である。この場合の外側アパタイト層の比表面積は、好ましくは２０〜４００ｍ２／ｇであり、より好ましくは３０〜３００ｍ２／ｇであり、最も好ましくは、５０〜２００ｍ２／ｇである。比表面積が２０ｍ２／ｇ以上であると、生理活性物質などの薬剤の担持できる量が増大するため好ましい。また、比表面積が大きくなるほど薬剤を担持できる量は大きくなるが、比表面積が４００ｍ２／ｇより大きくなると、強い化学的吸着を引き起こすために、生体内で薬剤を放出しにくくなる。しかし、比表面積が、４００ｍ２／ｇ以下であると、アパタイト層が適度に荒い構造を有しているために、多くの薬剤を保持できると共に、生体内で薬剤を徐々に放出することが可能であり、最適な徐放性を得ることができる。 When the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention are used as a carrier for a drug delivery system, it is possible to carry a drug on a dense apatite layer, but the physical properties of the outer apatite layer should be optimized depending on the type of drug. Thus, it is possible to carry a larger amount of the drug. In this case, the specific surface area of the outer apatite layer is preferably 20 to 400 m 2 / g, more preferably 30 to 300 m 2 / g, and most preferably 50 to 200 m 2 / g. A specific surface area of 20 m 2 / g or more is preferable because the amount of a drug such as a physiologically active substance that can be carried increases. In addition, the larger the specific surface area, the larger the amount of the drug that can be carried. However, when the specific surface area exceeds 400 m 2 / g, it causes a strong chemical adsorption, making it difficult to release the drug in vivo. However, when the specific surface area is 400 m 2 / g or less, since the apatite layer has a moderately rough structure, it can hold many drugs and gradually release the drugs in vivo. And optimal sustained release can be obtained.
更に、ドラッグデリバリーシステムの担体として使用する場合は、アパタイト層、特に外側アパタイト層の細孔分布は、好ましくは３〜１０００ｎｍであり、より好ましくは３〜５００ｎｍであり、最も好ましくは、５〜２００ｎｍである。３ｎｍ以上であると薬剤の導入の点で好ましく、１０００ｎｍ以下であると薬物の放出の点で好ましい。平均細孔径は、好ましくは５〜２００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍであり、最も好ましくは、５〜６０ｎｍである。５ｎｍ以上であると薬物の細孔内への導入の点で好ましく、２００ｎｍ以下であると薬物の放出の点で好ましい。更に、相対気孔率は、４０％以上が好ましい。４０％以上であると薬物が吸着できる量の点で好ましい。 Furthermore, when used as a carrier for a drug delivery system, the pore distribution of the apatite layer, particularly the outer apatite layer, is preferably 3 to 1000 nm, more preferably 3 to 500 nm, and most preferably 5 to 200 nm. It is. The thickness is preferably 3 nm or more from the viewpoint of drug introduction, and the thickness is preferably 1000 nm or less from the viewpoint of drug release. The average pore diameter is preferably 5 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm, and most preferably 5 to 60 nm. 5 nm or more is preferable in terms of introduction of the drug into the pores, and 200 nm or less is preferable in terms of release of the drug. Furthermore, the relative porosity is preferably 40% or more. It is preferable that it is 40% or more in terms of the amount of drug adsorbable.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、コアとして強磁性粒子、その表面と直接に接触してコア表面を覆うレピドクロサイト含有層、及びそのレピドクロサイト含有層と直接接触してレピドクロサイト含有層を覆うアパタイト層を有する積層構造を有する。更に、アパタイト層が、内側の緻密アパタイト層及びその外側の外側アパタイト層である積層構造を有することによって、生体内で使用するドラッグデリバリーシステム用の担体として、有用に使用することができる。
アパタイト被覆磁性ナノ粒子の平均粒径は、特に限定されるものではないが、１０ｎｍ〜１００μｍが好ましい。１０ｎｍ未満であると凝集が著しくなり、特に安定なコア部分が３ｎｍ未満になると超常磁性となって強磁性を示さなくなることがある。また、十分なアパタイトの緻密層が形成されないことがある。１００μｍを超えると注射器の針が太くなり、患者への投与の際に痛みを伴うことがあり、大きさとして適していない。アパタイト被覆磁性ナノ粒子の飽和磁化量は、強磁性粒子の飽和磁化量と被覆されるアパタイト層の量によって決定されるが、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の飽和磁化量は、１０〜５０ｅｍｕ／ｇが好ましい。飽和磁化が１０ｅｍｕ／ｇより小さいと、磁石による誘導又は捕集が困難になり１０ｅｍｕ／ｇより大きくするためには、アパタイト層の含有量を少なくする必要があり、実用的ではない。アパタイト被覆磁性ナノ粒子の保磁力は、一般的に保持力が大きくなると磁性ナノ粒子の間の凝集力が大きくなり、分散性が悪くなる。アパタイト被覆磁性ナノ粒子の飽和磁化量は、２０〜４０ｅｍｕ／ｇの範囲であれば、実用上問題ない。
The apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention comprise a ferromagnetic particle as a core, a lipidocrosite-containing layer that directly contacts the surface of the core and covers the core surface, and a lipidocrosite-containing layer that directly contacts the lipidocrosite-containing layer. It has a laminated structure having an apatite layer covering the layer. Furthermore, since the apatite layer has a laminated structure that is an inner dense apatite layer and an outer outer apatite layer, the apatite layer can be usefully used as a carrier for a drug delivery system used in vivo.
The average particle diameter of the apatite-coated magnetic nanoparticles is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 100 μm. When the thickness is less than 10 nm, aggregation is remarkable, and when the stable core portion is less than 3 nm, superparamagnetism may be caused and ferromagnetism may not be exhibited. In addition, a sufficient apatite dense layer may not be formed. If it exceeds 100 μm, the needle of the syringe becomes thick, and it may be painful when administered to a patient, and is not suitable as a size. The saturation magnetization of the apatite-coated magnetic nanoparticles is determined by the saturation magnetization of the ferromagnetic particles and the amount of the apatite layer to be coated. The saturation magnetization of the apatite-coated magnetic nanoparticles is preferably 10 to 50 emu / g. . If the saturation magnetization is less than 10 emu / g, induction or collection by a magnet becomes difficult, and in order to make it larger than 10 emu / g, it is necessary to reduce the content of the apatite layer, which is not practical. As for the coercive force of apatite-coated magnetic nanoparticles, generally, when the coercive force increases, the cohesive force between the magnetic nanoparticles increases and the dispersibility deteriorates. If the saturation magnetization of the apatite-coated magnetic nanoparticles is in the range of 20 to 40 emu / g, there is no practical problem.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子の、強磁性粒子コアに用いる強磁性粒子としては、市販の強磁性粒子を使用することも可能であるが、公知の方法を用いて製造することができる。
例えば、フェライト粒子は、時系列を制御した共沈法、エマルジョン法又は噴霧熱分解法などで製造することが可能である。２価鉄イオン及び３価鉄イオンを含む水溶液とアルカリ溶液とを、液温０℃から１５度で混合し、コロイド粒子を生成し、例えば、８０℃まで温度を上げることによって、フェライトの磁性微粒子を得ることができる。更に、溶液のｐＨを水酸化ナトリウム又はアンモニアなどで８〜１２に調製し、酸化剤の添加、又は空気のバブリングにより、粒子を酸化させることによってフェライト粒子を形成させることが可能である。酸化剤としては、例えば、ＮａＮＯ２及びＫＯＣＯＣＨ３の混合液を用いることができる。また、空気で酸化させる場合は、空気のバブリング速度は１００〜４００リットル／時間が好ましく、溶液の保持温度は、２４〜９０℃が好ましい。また、フェライトの組成としては、外部からの磁場印加によって、より患部に薬剤を効率よく輸送するために磁性を高めるＦｅ以外の金属も導入することができる。例えば、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）に、マンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅等のイオンのドープを行い、Ｆｅの一部をそれらの金属に置き換えたフェライト粒子を作成することも可能である。
As the ferromagnetic particles used in the ferromagnetic particle core of the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention, commercially available ferromagnetic particles can be used, but they can be produced using a known method.
For example, the ferrite particles can be produced by a coprecipitation method, an emulsion method, or a spray pyrolysis method with a controlled time series. An aqueous solution containing divalent iron ions and trivalent iron ions and an alkali solution are mixed at a liquid temperature of 0 ° C. to 15 ° C. to produce colloidal particles. For example, by raising the temperature to 80 ° C., ferrite magnetic fine particles Can be obtained. Furthermore, it is possible to form ferrite particles by adjusting the pH of the solution to 8 to 12 with sodium hydroxide or ammonia and oxidizing the particles by adding an oxidizing agent or bubbling air. As the oxidizing agent, for example, a mixed solution of NaNO 2 and KOCOCH 3 can be used. When oxidizing with air, the bubbling speed of air is preferably 100 to 400 liters / hour, and the solution holding temperature is preferably 24 to 90 ° C. In addition, as a composition of ferrite, a metal other than Fe that enhances magnetism can be introduced by applying a magnetic field from the outside in order to more efficiently transport the drug to the affected area. For example, magnetite (Fe 3 O 4 ) can be doped with ions of manganese, zinc, nickel, lithium, cobalt, copper, etc., and ferrite particles in which part of Fe is replaced with those metals can be created. is there.
前記のフェライト粒子の表面に、直接レピドクロサイト含有層を形成することができる。レピドクロサイト含有層の薄膜の形成は、３価鉄イオンと酸化剤を含む溶液のｐＨを調節し、液相法又はスプレー法などで形成することができる。レピドクロサイト含有層の薄膜の形成のためには、前記溶液のｐＨをｐＨ７〜９に調整することが好ましく、より好ましくはｐＨ７．８〜８．８である。また、反応温度は好ましくは、２０〜１５０℃であり、より好ましくは５０〜１２０℃である。 A lipidocrosite-containing layer can be directly formed on the surface of the ferrite particles. The thin film of the lipid docrosite-containing layer can be formed by adjusting the pH of a solution containing trivalent iron ions and an oxidizing agent, and by a liquid phase method or a spray method. In order to form a thin film of a lipidocrosite-containing layer, the pH of the solution is preferably adjusted to pH 7-9, more preferably pH 7.8-8.8. Moreover, reaction temperature becomes like this. Preferably it is 20-150 degreeC, More preferably, it is 50-120 degreeC.
レピドクロサイト含有層上のアパタイト層は、前記レピドクロサイト含有層を有するフェライト粒子をアパタイト反応溶液に浸漬して作製することができる。例えば、前記レピドクロサイト含有層を有するフェライト粒子を水に分散させる。この分散液にカルシウムイオンが含まれた溶液を加え、アルカリでｐＨを５〜１０に調製する。ｐＨを維持しながら、カルシウムイオンが含まれた溶液とリン酸イオンが含まれた溶液を同時に加え（同時滴下法）で２〜６時間攪拌することにより、アパタイト層を形成することができる。
リン酸イオンとしては、ＰＯ４ ３−、ＨＰＯ４ ２−及びＨ２ＰＯ４ −のいずれをも使用することができる。反応溶液中のリン酸イオンの濃度としては０．３〜５ｍＭの範囲が好ましく、１〜２ｍＭの範囲がより好ましい。反応溶液中のカルシウムイオンの濃度としては０．５〜１０ｍＭの範囲が好ましく、２．５〜５ｍＭの範囲がより好ましい。水溶液中にはリン酸イオンとカルシウムイオンの他に各種イオンを含むことができ、特に生体内の体液や血液に含まれる、Ｈ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンや、ＯＨ−、Ｃｌ−、ＣＯ３ ２−、ＨＣＯ３ −、ＰＯ４ ３−、ＳＯ４ ２−等の陰イオンを適量含む水溶液が好ましい。反応温度は、２〜８０度が好ましく、室温〜４０度がより好ましい。また、水溶液のｐＨは前記のように５〜１０の範囲とすることが望ましく、ｐＨ６〜８がより好ましい。反応水溶液は、ｐＨを調節するために、有機緩衝剤を含むことができる。例えば、トリスヒドロキシルアミノメタン等を使用することができる。ｐＨが５未満では第二リン酸カルシウム塩が析出しやすくなり、ｐＨが１０より大きい場合には水酸化カルシウムが安定相となりアパタイトが析出しにくくなる。
The apatite layer on the lipidocrosite-containing layer can be prepared by immersing ferrite particles having the lipidocrosite-containing layer in an apatite reaction solution. For example, ferrite particles having the lipidocrosite-containing layer are dispersed in water. A solution containing calcium ions is added to the dispersion, and the pH is adjusted to 5 to 10 with an alkali. While maintaining the pH, an apatite layer can be formed by simultaneously adding a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions (simultaneous dropping method) and stirring for 2 to 6 hours.
As the phosphate ion, any of PO 4 3− , HPO 4 2−, and H 2 PO 4 − can be used. The phosphate ion concentration in the reaction solution is preferably in the range of 0.3 to 5 mM, more preferably in the range of 1 to 2 mM. The calcium ion concentration in the reaction solution is preferably in the range of 0.5 to 10 mM, and more preferably in the range of 2.5 to 5 mM. The aqueous solution can contain various ions in addition to phosphate ions and calcium ions, and in particular, cations such as H + , Na + , K + and Mg 2+ contained in body fluids and blood in vivo, OH An aqueous solution containing an appropriate amount of anions such as — , Cl − , CO 3 2− , HCO 3 − , PO 4 3− and SO 4 2− is preferable. The reaction temperature is preferably 2 to 80 degrees, more preferably room temperature to 40 degrees. Further, the pH of the aqueous solution is desirably in the range of 5 to 10 as described above, and more preferably pH 6 to 8. The aqueous reaction solution can contain an organic buffer to adjust the pH. For example, trishydroxylaminomethane or the like can be used. When the pH is less than 5, dicalcium phosphate salt is likely to precipitate, and when the pH is greater than 10, calcium hydroxide becomes a stable phase and apatite is difficult to precipitate.
レピドクロサイト含有層上のアパタイト層は、前記レピドクロサイト含有層を有するフェライト粒子をアパタイト反応溶液に浸漬する高温湿式法によって作製することができる。例えば、前記レピドクロサイト含有層を有するフェライト粒子を、アルカリでｐＨを７〜１４に調整したリン酸イオンが含まれた溶液に分散させる。この分散液にカルシウムイオンが含まれた溶液を加え、最終ｐＨが７〜１０になるように加える。所定のｐＨで合成したい場合はアルカリ溶液とカルシウムイオン溶液を同時に滴下して制御する。反応温度を４０〜１６０度で、２〜１２時間攪拌することにより、緻密なアパタイト層を形成することができる。 The apatite layer on the lipidocrosite-containing layer can be produced by a high-temperature wet method in which ferrite particles having the lipidocrosite-containing layer are immersed in an apatite reaction solution. For example, the ferrite particles having the lipidocrosite-containing layer are dispersed in a solution containing phosphate ions whose pH is adjusted to 7 to 14 with an alkali. A solution containing calcium ions is added to the dispersion and added so that the final pH is 7-10. When it is desired to synthesize at a predetermined pH, the alkaline solution and the calcium ion solution are simultaneously dropped and controlled. A dense apatite layer can be formed by stirring at a reaction temperature of 40 to 160 degrees for 2 to 12 hours.
リン酸イオンとしては、ＰＯ４ ３−、ＨＰＯ４ ２−及びＨ２ＰＯ４ −のいずれをも使用することができる。溶液中のリン酸イオンの濃度としては１．０〜５００ｍＭの範囲が好ましく、１０〜２５０ｍＭの範囲がより好ましい。溶液中のカルシウムイオンの濃度としては１．０〜７５０ｍＭの範囲が好ましく、１５〜５００ｍＭの範囲がより好ましい。水溶液中にはリン酸イオンとカルシウムイオンの他に各種イオンを含むことができ、特に生体内の体液や血液に含まれる、Ｈ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンや、ＯＨ−、Ｃｌ−、ＣＯ３ ２−、ＨＣＯ３ −、ＰＯ４ ３−、ＳＯ４ ２−等の陰イオンを適量含む水溶液が好ましい。反応温度は、４０〜１６０度が好ましく、８０〜１４０度がより好ましい。また、水溶液のｐＨは前記のように７〜１４の範囲とすることが好ましく、ｐＨ７〜１０がより好ましい。ｐＨが７未満では第二リン酸カルシウム塩（モネタイト・ブルッシャイト）が析出しやすくなり、ｐＨが１０より大きい場合にはリン酸カルシウムの析出量が十分でない。この際に形成するアパタイトの結晶形態を制御するために、陽イオン界面活性剤（CTAB、CTAC）や、陰イオン界面活性剤（SDS、AOT）、及び非イオン性界面活性剤（Tween、Ｐ−１２３、Ｆ−１２７）などを適量加えることで可能である。レピドクロサイト含有層上の水酸基と滴下したカルシウムイオンが結合し、周囲のリン酸イオンと反応することでアパタイトの結晶核形成が界面で生じ、同時に高温処理のためアパタイト結晶成長が生じて緻密なアパタイト層が形成する。更に、カルシウム溶液に、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋等の陽イオンを含ませることも可能である。 As the phosphate ion, any of PO 4 3− , HPO 4 2−, and H 2 PO 4 − can be used. As a density | concentration of the phosphate ion in a solution, the range of 1.0-500 mM is preferable, and the range of 10-250 mM is more preferable. The calcium ion concentration in the solution is preferably in the range of 1.0 to 750 mM, and more preferably in the range of 15 to 500 mM. The aqueous solution can contain various ions in addition to phosphate ions and calcium ions, and in particular, cations such as H + , Na + , K + and Mg 2+ contained in body fluids and blood in vivo, OH An aqueous solution containing an appropriate amount of anions such as — , Cl − , CO 3 2− , HCO 3 − , PO 4 3− and SO 4 2− is preferable. The reaction temperature is preferably 40 to 160 degrees, more preferably 80 to 140 degrees. Moreover, it is preferable to make pH of aqueous solution into the range of 7-14 as mentioned above, and pH7-10 is more preferable. When the pH is less than 7, dicalcium phosphate (monetite brushite) is likely to precipitate, and when the pH is greater than 10, the precipitation amount of calcium phosphate is not sufficient. In order to control the crystal form of the apatite formed at this time, a cationic surfactant (CTAB, CTAC), an anionic surfactant (SDS, AOT), and a nonionic surfactant (Tween, P-) 123, F-127) and the like can be added. The hydroxyl groups on the lipidocrosite-containing layer and the dropped calcium ions bind to each other and react with the surrounding phosphate ions to cause apatite crystal nucleation at the interface. An apatite layer is formed. Furthermore, it is also possible to include cations such as Sr 2+ and Ba 2+ in the calcium solution.
更に、レピドクロサイト含有層上のアパタイト層は、前記レピドクロサイト含有層を有するフェライト粒子と第二リン酸カルシウム粒子をリン酸酸性溶液中に分散させて水熱処理を行う水熱法により作製することができる。リン酸酸性溶液のｐＨを２〜７に調整し、分散液を密閉した圧力容器に加える。８０〜２００度の温度で、２時間〜７日間処理を行い、緻密なアパタイト層を形成することができる。 Furthermore, the apatite layer on the lipidocrosite-containing layer can be produced by a hydrothermal method in which ferrite particles having the lipidocrosite-containing layer and dicalcium phosphate particles are dispersed in a phosphoric acid acidic solution and subjected to hydrothermal treatment. it can. The pH of the phosphoric acid solution is adjusted to 2-7 and the dispersion is added to a sealed pressure vessel. A dense apatite layer can be formed by performing a treatment for 2 hours to 7 days at a temperature of 80 to 200 degrees.
リン酸イオンとしては、ＰＯ４ ３−、ＨＰＯ４ ２−及びＨ２ＰＯ４ −のいずれをも使用することができる。第二リン酸カルシウムの反応溶液に対する混合量としては、１００ｍＬ当たり１０ｍｇ〜５ｇの範囲が好ましく、１００ｍｇ〜１ｇの範囲がより好ましい。水溶液中にはリン酸イオンとカルシウムイオンの他に各種イオンを含むことができ、特に生体内の体液や血液に含まれる、Ｈ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンや、ＯＨ−、Ｃｌ−、ＣＯ３ ２−、ＨＣＯ３ −、ＰＯ４ ３−、ＳＯ４ ２−等の陰イオンを適量含む水溶液が好ましい。反応温度は、８０〜２００度が好ましく、１００〜１６０度がより好ましい。また、水溶液のｐＨは前記のように２〜７の範囲とすることが好ましく、ｐＨ３〜５がより好ましい。ｐＨが２未満ではアパタイト被覆磁性ナノ粒子が形成せず、ｐＨが７より大きい場合には緻密なアパタイト層が形成せず、アパタイトとフェライト粒子の混合層になる。この際に形成するアパタイトの結晶形態を制御するために、陽イオン界面活性剤（CTAB、CTAC）や、陰イオン界面活性剤（SDS、AOT）、及び非イオン界面活性剤（Tween、Ｐ−１２３、Ｆ−１２７）などを適量加えることで可能である。更に、アルコール（エタノールなど）を加えることでも結晶形態の制御が可能である。第二リン酸カルシウムは水熱条件下で一度完全に溶解し、レピドクロサイト含有層との界面でアパタイトの核形成並びに結晶化（析出）がおきるため、緻密なアパタイト層が得られる。更に第二リン酸カルシウムの変わりに、第二リン酸ストロンチウムや第二リン酸バリウム更にそれらの混合置換物などを用いることも可能である。 As the phosphate ion, any of PO 4 3− , HPO 4 2−, and H 2 PO 4 − can be used. The amount of dicalcium phosphate mixed with the reaction solution is preferably in the range of 10 mg to 5 g, more preferably in the range of 100 mg to 1 g, per 100 mL. The aqueous solution can contain various ions in addition to phosphate ions and calcium ions, and in particular, cations such as H + , Na + , K + and Mg 2+ contained in body fluids and blood in vivo, OH An aqueous solution containing an appropriate amount of anions such as — , Cl − , CO 3 2− , HCO 3 − , PO 4 3− and SO 4 2− is preferable. The reaction temperature is preferably 80 to 200 degrees, more preferably 100 to 160 degrees. Moreover, it is preferable to make the pH of aqueous solution into the range of 2-7 as mentioned above, and pH 3-5 is more preferable. When the pH is less than 2, apatite-coated magnetic nanoparticles are not formed, and when the pH is greater than 7, a dense apatite layer is not formed, and a mixed layer of apatite and ferrite particles is formed. In order to control the crystal form of the apatite formed at this time, a cationic surfactant (CTAB, CTAC), an anionic surfactant (SDS, AOT), and a nonionic surfactant (Tween, P-123) , F-127) and the like can be added. Furthermore, the crystal form can be controlled by adding alcohol (such as ethanol). Dicalcium phosphate is completely dissolved once under hydrothermal conditions, and apatite nucleation and crystallization (precipitation) occur at the interface with the lipidocrosite-containing layer, so that a dense apatite layer is obtained. Furthermore, instead of dicalcium phosphate, dibasic strontium phosphate, dibarium phosphate, or a mixed substitution thereof may be used.
緻密なアパタイト層上の厚い外側の多孔性のアパタイト層は、緻密なアパタイト層をもつ粒子をアパタイト作製溶液（飽和溶液）に浸漬して作製することができる。例えば、前記緻密なアパタイト層をもつ粒子をアパタイト作製溶液に添加して室温で２〜１２時間攪拌することで外側の多孔性のアパタイト層を形成することができる。
アパタイト作製溶液としては、擬似体液（ｐＨ７．４）（T. Kokubo, H.M. Kim, M. Kawashita, Biomater., 24, 2161 (2003)）に浸漬する方法や塩化ナトリウムとカルシウム及びリン酸を含む溶液に浸漬する方法がある。水溶液中のリン酸イオンの濃度としては０．１〜５ｍＭの範囲が好ましく、０．５〜２ｍＭの範囲がより好ましい。水溶液中のカルシウムイオンの濃度としては０．５〜１０ｍＭの範囲が好ましく、２．０〜５ｍＭの範囲がより好ましい。また、ナトリウム及び塩素イオンの濃度としては、１００〜２００ｍＭの範囲が好ましい。水溶液のｐＨは７〜９の範囲とすることが望ましく、ｐＨ７．２〜８．０がより好ましい。水溶液は、ｐＨを調節するために、有機緩衝剤を含むことができる。例えば、トリスヒドロキシルアミノメタン等を使用することができる。これにより、大きさ１０〜１００μｍの球状粒子が得られる。
The thick outer porous apatite layer on the dense apatite layer can be prepared by immersing particles having a dense apatite layer in an apatite preparation solution (saturated solution). For example, the outer porous apatite layer can be formed by adding particles having a dense apatite layer to the apatite preparation solution and stirring at room temperature for 2 to 12 hours.
As the apatite preparation solution, a method of immersing in a simulated body fluid (pH 7.4) (T. Kokubo, HM Kim, M. Kawashita, Biomater., 24, 2161 (2003)) or a solution containing sodium chloride, calcium and phosphoric acid There is a method of soaking in. As a density | concentration of the phosphate ion in aqueous solution, the range of 0.1-5 mM is preferable, and the range of 0.5-2 mM is more preferable. The concentration of calcium ions in the aqueous solution is preferably in the range of 0.5 to 10 mM, and more preferably in the range of 2.0 to 5 mM. Moreover, as a density | concentration of sodium and a chlorine ion, the range of 100-200 mM is preferable. The pH of the aqueous solution is desirably in the range of 7-9, more preferably pH 7.2-8.0. The aqueous solution can contain an organic buffer to adjust the pH. For example, trishydroxylaminomethane or the like can be used. Thereby, spherical particles having a size of 10 to 100 μm are obtained.
そのほかの方法としては、緻密なアパタイト層をもつ粒子とアパタイト懸濁液を混合分散させ、スプレイドライ処理により１〜２０μｍの球形粒子を作製する方法がある。アパタイト懸濁液は、水酸化カルシウム懸濁液中にリン酸水溶液を滴下し合成する。水酸化カルシウム懸濁液の濃度は、０．０５〜１．０ｍｏｌ／Ｌの範囲が好ましく、０．１５〜０．５ｍｏｌ／Ｌの範囲がより好ましい。またリン酸水溶液の濃度は、０．０５〜１．０ｍｏｌ／Ｌの範囲が好ましく、０．１５〜０．５ｍｏｌ／Ｌの範囲がより好ましい。合成時の温度は０〜８０度の範囲が好ましく、０〜４０度の範囲がより好ましい。水酸化カルシウム懸濁液にＳｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｚｎ２＋等の陽イオンを含ませることも可能である。スプレイドライ処理の条件としては、噴霧圧０．１〜１．５ＭＰａ、送液速度１〜５００ｍＬ、１４０〜２５０℃で行うことが好ましい。 As another method, there is a method in which particles having a dense apatite layer and an apatite suspension are mixed and dispersed, and spherical particles of 1 to 20 μm are produced by spray drying treatment. The apatite suspension is synthesized by dropping a phosphoric acid aqueous solution into a calcium hydroxide suspension. The concentration of the calcium hydroxide suspension is preferably in the range of 0.05 to 1.0 mol / L, more preferably in the range of 0.15 to 0.5 mol / L. The concentration of the phosphoric acid aqueous solution is preferably in the range of 0.05 to 1.0 mol / L, and more preferably in the range of 0.15 to 0.5 mol / L. The temperature during synthesis is preferably in the range of 0 to 80 degrees, more preferably in the range of 0 to 40 degrees. It is also possible to include cations such as Sr 2+ , Ba 2+ and Zn 2+ in the calcium hydroxide suspension. As the conditions for the spray drying treatment, it is preferable to carry out at a spray pressure of 0.1 to 1.5 MPa, a liquid feeding speed of 1 to 500 mL, and 140 to 250 ° C.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、ドラッグデリバリーシステム用の担体として用いることができる。ドラッグデリバリーシステム用の担体として用いる場合、緻密アパタイト層に薬剤を担持させることも可能であるが、外側の多孔性のアパタイト層に生理活性物質、例えば、抗癌剤を担持させることが好ましい。抗癌剤を担持させた担体を磁性により患部へ誘導し、薬剤を体内で徐放させることができる。薬効成分は、多孔質のアパタイト層に担持されているために、徐々に患部において放出され、長期間（約２週間）にわたって癌組織に作用し、これを死滅させることが可能である。 The apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention can be used as a carrier for a drug delivery system. When used as a carrier for a drug delivery system, it is possible to carry a drug on the dense apatite layer, but it is preferable to carry a physiologically active substance, for example, an anticancer drug, on the outer porous apatite layer. A carrier carrying an anticancer drug can be guided to the affected area by magnetism, and the drug can be released gradually in the body. Since the medicinal component is carried on the porous apatite layer, it is gradually released from the affected part, and can act on the cancer tissue for a long period (about 2 weeks) and kill it.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、電磁波温熱効果を利用して、温熱療法用の発熱体として用いることが可能である。電磁波温熱効果は、導電性の磁性体に外部から電磁波を印加することによって誘導加熱を起こさせる現象である。アパタイト被覆磁性ナノ粒子を磁化により癌組織に誘導し、生体外から電磁波を印加し、アパタイト被覆磁性ナノ粒子を加熱することによって、癌細胞を死滅させることができる。 The apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention can be used as a heating element for thermotherapy using the electromagnetic wave thermal effect. The electromagnetic wave heating effect is a phenomenon that induces induction heating by applying an electromagnetic wave from the outside to a conductive magnetic material. Cancer cells can be killed by inducing apatite-coated magnetic nanoparticles into cancer tissue by magnetization, applying electromagnetic waves from outside the body, and heating the apatite-coated magnetic nanoparticles.
また、本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、癌治療においては、ドラッグデリバリーシステム用の担体として抗癌剤を徐放し、化学療法が終了した後に、又は化学療法と平行して、温熱療法用の発熱体として利用し、温熱療法を行うことが可能である。 In addition, the apatite-coated magnetic nanoparticles according to the present invention provide a heating element for thermotherapy in cancer treatment, after slowly releasing an anticancer agent as a carrier for a drug delivery system and after completion of chemotherapy or in parallel with chemotherapy. It can be used as a thermotherapy.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、中実なマグネタイトナノ粒子を用いているため、従来のフェライトがメッキされた磁性粒子と比較すると、１／１０の弱い外部磁場の印加で粒子を患部に集めることが可能である。特には、強磁性粒子コアとしてマンガン亜鉛フェライト〔（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４〕粒子を用いることにより、マグネタイト粒子を用いる場合と比較して、更に、磁化の値を１．７倍高めることが可能である。従って、患部に担体を誘導するために生体の外部から印加する磁場の値をマグネタイト粒子を強磁性粒子コアとして用いた場合に比べて、１／１７に低減できることができる。これにより、生体に強い磁場を印加することによる副作用の影響を抑制することが可能である。 Since the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention use solid magnetite nanoparticles, the particles are collected in the affected part by applying a weak external magnetic field of 1/10 compared with conventional magnetic particles plated with ferrite. It is possible. In particular, by using manganese zinc ferrite [(Mn, Zn) Fe 2 O 4 ] particles as the ferromagnetic particle core, the value of magnetization is further increased by 1.7 times compared to the case of using magnetite particles. Is possible. Therefore, the value of the magnetic field applied from the outside of the living body to guide the carrier to the affected area can be reduced to 1/17 compared to the case where the magnetite particles are used as the ferromagnetic particle core. Thereby, the influence of the side effect by applying a strong magnetic field to a living body can be suppressed.
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、前記のように中実な磁性粒子を用いている。そのため、導電率の高い強磁性粒子、例えばマグネタイト粒子をコアとして用いたアパタイト被覆磁性ナノ粒子を、温熱療法の発熱体として使用する場合は、高周波の印加の条件によっては、温度上昇効果が高すぎる場合があることを見出した。しかしながら、強磁性粒子コアとして、マンガン亜鉛フェライト粒子を用いることによって、磁性体の導電率をマグネタイト粒子より一桁低下させることが可能である。これによって、誘導加熱によって温度が上昇する効果が大幅に抑制され、最適な上昇温度が得ることができる。すなわち、強磁性粒子コアとして、マンガン亜鉛フェライトを用いることにより、弱い磁場の印加で薬剤を患部に確実に集めることが可能であり、更に最適な電磁波温熱効果を同時に実現することに成功した。 The apatite-coated magnetic nanoparticles according to the present invention use solid magnetic particles as described above. Therefore, when using high-conductivity ferromagnetic particles, such as apatite-coated magnetic nanoparticles using magnetite particles as the core, as a heating element for thermotherapy, the effect of raising the temperature is too high depending on the conditions of high-frequency application. Found that there is a case. However, by using manganese zinc ferrite particles as the ferromagnetic particle core, it is possible to reduce the conductivity of the magnetic material by an order of magnitude compared to the magnetite particles. As a result, the effect of increasing the temperature by induction heating is greatly suppressed, and an optimal increased temperature can be obtained. That is, by using manganese zinc ferrite as the ferromagnetic particle core, it is possible to reliably collect the drug in the affected area by applying a weak magnetic field, and succeeded in realizing the optimum electromagnetic wave heating effect at the same time.
アパタイト被覆磁性ナノ粒子を、ドラッグデリバリーシステム用の担体、又は温熱療法の発熱体として用いた場合は、治療が終了した後に、アパタイト被覆磁性ナノ粒子は生体内に残留する。本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子を用いた治療後、１カ月を経過した後にも血液中のＦｅ、Ｍｎ及びＺｎの濃度は正常値の範囲にあり、重金属がアパタイト被覆磁性ナノ粒子から溶解した事実は認められなかった。また、１カ月を経過後にアパタイト被覆磁性ナノ粒子の存在状態を調べたところ、生体の組織とよく親和しており、生体に残留していることによる悪影響は見られないことが確認された。 When the apatite-coated magnetic nanoparticles are used as a carrier for a drug delivery system or a heating element for thermotherapy, the apatite-coated magnetic nanoparticles remain in the living body after the treatment is completed. The fact that the concentration of Fe, Mn and Zn in the blood is within the normal range even after one month has passed after the treatment with the apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention, and the fact that heavy metals were dissolved from the apatite-coated magnetic nanoparticles Was not recognized. Further, when the presence state of the apatite-coated magnetic nanoparticles was examined after one month, it was confirmed that the apatite-coated magnetic nanoparticles had a good affinity with living tissue and no adverse effects due to remaining in the living body were observed.
本発明のアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、吸着用担体として用いることができる。アパタイト層により、ウイルス、細菌、タンパク質などを捕捉し、磁気により効率的にアパタイト被覆磁性ナノ粒子を補修することができ、捕捉したウイルスやタンパク質を単離し回収することが可能である。
また、アパタイト被覆磁性ナノ粒子に抗体を結合させ、その抗体とタンパク質を結合させ、タンパク質などを試料から分離することができる。また、アパタイト被覆磁性ナノ粒子を免疫測定用の磁性粒子としても利用することも可能である。
The apatite-coated magnetic nanoparticles of the present invention can be used as an adsorption carrier. The apatite layer can capture viruses, bacteria, proteins, etc., and can efficiently repair the apatite-coated magnetic nanoparticles by magnetism, and it is possible to isolate and recover the captured viruses and proteins.
Further, an antibody can be bound to the apatite-coated magnetic nanoparticles, the antibody and the protein can be bound, and the protein can be separated from the sample. It is also possible to use apatite-coated magnetic nanoparticles as magnetic particles for immunoassay.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention.
《実施例１》
（１）１６．６ｍｍｏｌ／Ｌの塩化鉄（ＦｅＣｌ２）水溶液を１００ｍＬ、５．３ｍｍｏｌ／Ｌの塩化マンガン（ＭｎＣｌ２）水溶液１４０ｍＬ、及び０．２ｍｍｏｌ／Ｌの塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）水溶液４１５ｍＬを混合した。この混合液を撹拌しながら、水酸化ナトリウムで、ｐＨ８に調製し、粒子を調製した。懸濁液の温度を９０℃まで上昇させ、４．３ｍｍｏｌ／ＬのＮａＮＯ２と６５ｍｍｏｌ／ＬのＫＯＣＯＣＨ３の混合水溶液を滴下し、粒子を酸化させ、マンガン亜鉛フェライトを生成させた。平均粒径が５０ｎｍのマンガン亜鉛フェライト粒子が得られた。
（２）次に、得られたマンガン亜鉛フェライト粒子の表面にレピドクロサイト層を形成させる工程を実施した。マンガン亜鉛フェライト粒子を水溶液中に分散させ、０．０１ｍｏｌ／ＬのＦｅＣｌ２水溶液１００ｍＬ、及び０．００１ｍｏｌ／ＬのＮａＮＯ２ １０ｍＬを加えて、ｐＨを水酸化ナトリウム又はアンモニアで、８．３に調整した。分散液の濃度を２５℃に維持し、空気のバブリングによって、酸化を行い、表面をレピドクロサイトに変換した。表面の水酸基はエックス線光電子分光法（ＸＰＳ）並びに広域エックス線吸収微細構造（ＥＸＡＦＳ）で確認した。
（３）次に、レピドクロサイト層上に、緻密なアパタイト層の形成させる工程を実施した。前記の表面にレピドクロサイト層が形成されたマンガン亜鉛フェライト粒子を、十分に水洗し、３．３ｇの粒子を、５ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウムを添加しｐＨを１３に調整した０．２４ｍｏｌ／Ｌリン酸水素カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）溶液１００ｍＬに添加し、還流装置を備えた反応装置にて温度１２０℃に保持した。Ｃａ／Ｐ比が１０／６になるように濃度調整した０．６６６ｍｏｌ／Ｌの塩化カルシウム溶液６０ｍＬをゆっくりと滴下した。滴下終了後、１２０℃で６時間攪拌した。遠心分離により固液分離を行い、純粋で十分に洗浄を行い１１０℃で乾燥させた。（ここで、アパタイト粒子とフェライト粒子との理論体積比は２：１として合成した。）
（４）最後に、緻密なアパタイト層上に外側アパタイト層を形成する工程を実施した。緻密アパタイト層が形成された粒子２００ｍｇをリン酸カルシウム飽和溶液４００ｍＬ（ｐＨ８．０トリスヒドロキシルアミノメタン；Ｎａ＋２８ｍＭ、Ｃａ２＋２．５ｍＭ、Ｃｌ−２９６ｍＭ、ＨＰＯ４ ２−１．０ｍＭ）に分散させ、攪拌させながら６時間、３７度で保持した。純水で洗浄し、１１０℃で乾燥した。
Example 1
(1) 100 mL of a 16.6 mmol / L aqueous solution of iron chloride (FeCl 2 ), 140 mL of a 5.3 mmol / L aqueous solution of manganese chloride (MnCl 2 ), and 415 mL of a 0.2 mmol / L aqueous solution of zinc chloride (ZnCl 2 ) Mixed. While stirring this mixed solution, the pH was adjusted to 8 with sodium hydroxide to prepare particles. The temperature of the suspension was raised to 90 ° C., and a mixed aqueous solution of 4.3 mmol / L NaNO 2 and 65 mmol / L KOCOCH 3 was added dropwise to oxidize the particles to produce manganese zinc ferrite. Manganese zinc ferrite particles having an average particle size of 50 nm were obtained.
(2) Next, a step of forming a lipidocrocite layer on the surface of the obtained manganese zinc ferrite particles was performed. Manganese zinc ferrite particles are dispersed in an aqueous solution, and 100 mL of 0.01 mol / L FeCl 2 aqueous solution and 10 mL of 0.001 mol / L NaNO 2 are added to adjust the pH to 8.3 with sodium hydroxide or ammonia. did. The concentration of the dispersion was maintained at 25 ° C., oxidation was performed by bubbling air, and the surface was converted to lipidocrocite. The hydroxyl group on the surface was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and wide-area X-ray absorption fine structure (EXAFS).
(3) Next, a step of forming a dense apatite layer on the lipidocrosite layer was performed. Manganese zinc ferrite particles having a lipidocrocite layer formed on the surface were thoroughly washed with water, and 3.3 g of particles were adjusted to pH 13 by adding 5 mol / L sodium hydroxide to 0.24 mol / L. The solution was added to 100 mL of potassium hydrogen phosphate (K 2 HPO 4 ) solution and kept at a temperature of 120 ° C. in a reactor equipped with a reflux device. 60 mL of a 0.666 mol / L calcium chloride solution whose concentration was adjusted so that the Ca / P ratio was 10/6 was slowly added dropwise. After completion of dropping, the mixture was stirred at 120 ° C. for 6 hours. Solid-liquid separation was performed by centrifugation, washing was pure and sufficient, and dried at 110 ° C. (Here, the theoretical volume ratio of apatite particles and ferrite particles was 2: 1).
(4) Finally, a step of forming an outer apatite layer on the dense apatite layer was performed. 200 mg of particles on which a dense apatite layer was formed were dispersed in 400 mL of saturated calcium phosphate solution (pH 8.0 trishydroxylaminomethane; Na + 28 mM, Ca 2+ 2.5 mM, Cl − 296 mM, HPO 4 2− 1.0 mM) and stirred. And held at 37 degrees for 6 hours. Washed with pure water and dried at 110 ° C.
《比較例１》
マンガン亜鉛フェライト粒子に、レピドクロサイト層を形成させる前記工程（２）を除いては、実施例１と同じ前記工程（１）、（３）及び（４）を繰り返した。つまり、レピドクロサイト層を有さない粒子を調製した。
<< Comparative Example 1 >>
The same steps (1), (3) and (4) as in Example 1 were repeated except for the step (2) in which a manganese zinc ferrite particle was formed with a lipidocrocite layer. That is, particles having no lipidocrosite layer were prepared.
《鉄の価数の確認》
マンガン亜鉛フェライトの鉄の価数は、メスバウワー法とエックス線光電子分光法（ＸＰＳ）を併用して確認した。その結果、フェライトのコア粒子表面では鉄は２価と３価の混合である一方、レピドクロサイト層を形成後には鉄は３価のみとなっており、レピドクロサイトの生成が確認された。
<Checking the valence of iron>
The valence of iron of manganese zinc ferrite was confirmed by using both Mossbauer method and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). As a result, on the surface of the ferrite core particles, iron was a mixture of divalent and trivalent, while iron was only trivalent after the formation of the repidocrocite layer, confirming the formation of repidocrocite.
《結晶構造の解析》
マンガン亜鉛フェライトの結晶構造は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の制限視野解析法で観察した。その結果、立方晶のスピネル構造を有していることが明らかになった。
<< Analysis of crystal structure >>
The crystal structure of manganese zinc ferrite was observed by a limited field analysis method using a transmission electron microscope (TEM). As a result, it became clear that it has a cubic spinel structure.
《ＢＥＴ法による比表面積の測定》
比表面積は、自動比表面積測定装置（日本ベル製、ＢＥＬＳＯＲＰ３６）を用いて測定した。１２０℃で真空乾燥したサンプルを、窒素ガスを用いて測定し、ＢＥＴ法に基づく１点法にて比表面積を決定した。
実施例１の緻密アパタイト層は、２２ｍ２／ｇ、外側アパタイト層は５６ｍ２／ｇの比表面積を示した。
<< Measurement of specific surface area by BET method >>
The specific surface area was measured using an automatic specific surface area measuring apparatus (Nippon Bell, BELSORP36). A sample dried in vacuum at 120 ° C. was measured using nitrogen gas, and the specific surface area was determined by a one-point method based on the BET method.
The dense apatite layer of Example 1 showed a specific surface area of 22 m 2 / g, and the outer apatite layer showed a specific surface area of 56 m 2 / g.
《透過型電子顕微鏡による界面観察》
実施例１におけるマンガン亜鉛フェライト粒子とレピドクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）層の界面、及びレピドクロサイト層と緻密なアパタイト層との界面の状態観察、及び比較例１におけるマンガン亜鉛フェライト粒子とアパタイト層の界面の状態観察を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で行った。その結果、レピドクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）層を有する場合に緻密なアパタイト層がその表面近傍に生成するのに対し、レピドクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）層が存在しない場合は、緻密なアパタイト層が生成せず、多孔性のアパタイト層が直接まばらに生成し、その接合強度が低いために容易にマグネタイト及びフェライト表面から剥がれ落ちる傾向があることが確認された。
<< Observation of interface with transmission electron microscope >>
Observation of the state of the interface between the manganese zinc ferrite particles and the lipidocrosite (γ-FeOOH) layer in Example 1 and the interface between the lipidocrosite layer and the dense apatite layer, and the manganese zinc ferrite particles and the apatite layer in Comparative Example 1 The state of the interface was observed with a transmission electron microscope (TEM). As a result, a dense apatite layer is formed in the vicinity of the surface when a lipidocrocite (γ-FeOOH) layer is formed, whereas a dense apatite layer is formed when a lipidocrocite (γ-FeOOH) layer is not present. It was confirmed that a porous apatite layer was sparsely formed, and the joint strength was low, so that it easily detached from the magnetite and ferrite surfaces.
《実施例２》
アパタイト被覆磁性ナノ粒子の表面には抗癌剤（ビスフォスフォネート・タキソール等）を含浸させた。得られた薬剤含浸粒子を生理食塩水・リン酸バッファー溶液に入れて溶出速度を測定した。その結果、約２週間にわたって安定した薬剤の徐放効果が確認された。
Example 2
The surface of the apatite-coated magnetic nanoparticles was impregnated with an anticancer agent (bisphosphonate, taxol, etc.). The obtained drug-impregnated particles were placed in a physiological saline / phosphate buffer solution, and the elution rate was measured. As a result, a stable sustained release effect of the drug was confirmed over about 2 weeks.
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子は、抗癌剤などを癌組織に誘導し、化学療法を行うための、ドラッグデリバリーシステム用の担体として用いることができる。また、磁性ナノ粒子の電磁波温熱効果を利用し、癌細胞を熱によって死滅させる温熱療法における発熱体として用いることができる。更に、アパタイト層により、ウイルス、細菌、タンパク質などを捕捉し、磁気により効率的に集め、捕捉したウイルスやタンパク質を単離し回収する吸着用担体として用いることができる。 The apatite-coated magnetic nanoparticles according to the present invention can be used as a carrier for a drug delivery system for inducing an anticancer agent or the like into a cancer tissue and performing chemotherapy. In addition, it can be used as a heating element in thermotherapy that kills cancer cells by heat using the electromagnetic wave thermal effect of magnetic nanoparticles. Furthermore, viruses, bacteria, proteins, and the like can be captured by an apatite layer, collected efficiently by magnetism, and used as an adsorption carrier for isolating and recovering the captured viruses and proteins.
１・・・強磁性粒子コア（マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）磁性）；
２・・・レピドクロサイト含有層〔レピドクロサイト（Lepidocrocite・燐鉄鋼）Ｆｅ３＋Ｏ（ＯＨ）マグネタイトとアパタイトの接合領域：一体化した界面〕；
３・・・緻密アパタイト層；
４・・・外側アパタイト層〔アパタイト生体親和性・カルシウム機能（多孔層：水酸アパタイトなど）〕。
1 Ferromagnetic particle core (magnetite (Fe 3 O 4 ) magnetism);
2 ... layer containing lepidoccrocite [Lepidocrocite (phosphorus steel) Fe 3+ O (OH) magnetite and apatite joining area: integrated interface];
3 ... dense apatite layer;
4. Outer apatite layer [apatite biocompatibility / calcium function (porous layer: hydroxyapatite, etc.)]
Claims (15)
アパタイト反応溶液を接触させ、アパタイトを析出することによりアパタイト層を形成する工程を含む、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の製造方法。 An apatite-coated magnetic nanoparticle comprising a step of oxidizing a surface of a ferrite particle to form a lipidocrosite-containing layer on the surface, and a step of forming an apatite layer by contacting the apatite reaction solution and depositing apatite Production method.
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