JP2010504381A - ナノ複合材料及び強磁性流体といった磁性ナノ粒子又はポリマーを含む材料系ならびにその用途 - Google Patents
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Abstract
Description
詳細には、鉄を含む金属酸化物と有機ポリマーとを含む材料系に関し、更に、これらの材料を得るための方法ならびに異なる分野(生命工学又は特に生物医学を含む)でのそれらの用途・応用に関する。
それらナノ粒子の産業用途に関しては、磁気記録[Veitch,R.J.IEEE Trans Magn 2001,37,1609]、磁気冷却[Bisio,G.;Rubatto,G.;Schiapparelli,P.Energ.Convers.Manage.1999,40,1267]、磁気印刷[Meisen,U.;Kathrein,H.J.Imaging Sci.Techn 2000,44,508]、磁気インク[Manciu,F.S.,Manciu,M.;Sen,S.J.Magn.Magn.Mater.2000,220,285]、潤滑及び真空システムのシーリング[Bhimani,Z.;Wilson,B.Ind.Lubr.Tribol.1997,49,288]、減衰システム[Kamiyama,S.;Okamoto,K.;Oyama,T.Energ.Convers.Manage.2002,43,281]、地磁気検出器[Crainic,M.S.;Schlett,Z.J.Magn.Magn.Mater.2004,268,8]、アクチュエータ[Buioca,C.D.;lusan,V.;Stanci,A.;Zoller,C.J.Magn.Magn.Mater.2002,252,318]、触媒[Liao,M.H.;Chen,D.H.J.MoI.Catal.B−Enzym.2002,18,81.]、金属回収及び浄水[Takafuji,M.;Ide,S.;lhara,H.;Xu,Z.H.Chem.Mater.2004,16,1977]、磁気薄膜[Sourty,E.;Ryan,D.H.;Marchessault,H.Cellulose 1998,5,5]、通信技術におけるインダクタ及びアンテナ[Korenivski,V.J.Magn.Magn.Mater.2000,215,800]、磁気シールド及びマイクロ波吸収[Rozanov,K.N.IEEE Trans.Ant.Propagat.2000,48,1230]、スマート材料[Chatterjee,J.;Haik,Y.;Chen,C.J.Colloid Polym.Sci.2003,281,892]、磁気導体物質[Sunderland,K.;Brunetti,P.;Spinu,L.;Fang,J.Y.;Wang,Z.J.;Lu,W.G.Mater.Lett.2004,58,3136]、透明磁石[Vassiliou,J.K.;Mehrotra,V.;Otto,J.W.;Dollahon,N.R.Mater.Sci.Forum 1996,225,725]、発光磁石[Wang,D.S.;He,J.B.;Rosenzweig,N.;and Rosenzweig,Z.Nano Lett.2004,4,409]、磁気光学装置[Redl,F.X.;Cho,K.S.;Murray,C.B.;O’Brien,C.B.Nature 2003,423,968]、マイクロマシン技術[Brosseau,C;Ben Youssef,J.;Talbot,P.;Konn,A.M.J.Appl.Phys.2003,93,9243]、並びにその他[Pileni,M.P.Adv.Funct.Mater.2001,11,323]での有用性が記載されている。これらの用途は、それらの高比表面積に基づくと共に、生物学的障壁を超える能力、生体適合性、イオン吸収能力に基づいており、主に、ナノメータ規模でのみ現れる独特な磁気特性(例えば超常磁性、磁気抵抗効果、磁気異方性等)に基づく。
a)前記ポリマー(P)は、クーロン力、ファンデルワールス力又は配位結合によって金属イオンと相互作用することができる活性官能基を有するモノマー(I)を含んでおり、
b)モル比[Fe]/[モノマー(I)]が、0.01〜10であって、
c)前記ナノ粒子は、平均粒径のサイズ分散が15%未満であることを特徴とする磁性ナノ粒子材料系に関する。
a1)クーロン力、ファンデルワールス力又は配位結合によって金属イオンと相互作用することができる活性官能基を有する前記モノマー(I)を含み、有機溶剤と任意で混合される、
前記ポリマー(P)の水溶液を
a2)モル比[Fe]/[モノマー(I)]が0.01〜10の範囲である少なくとも一つ以上の鉄塩を含み、有機溶剤と任意で混合される、水溶液と混合する工程と、
b)pH8〜14になるのに十分な量の塩基を加える工程と、
を含む方法に関する。
a)前記ポリマー(P)は、クーロン力、ファンデルワールス力又は配位結合によって金属イオンと相互作用することができる活性官能基を有するモノマー(I)を含んでおり、
b)モル比[Fe]/[モノマー(I)]が、0.01〜10であって、
c)前記ナノ粒子は、平均粒径のサイズ分散が15%未満である。
a)天然生体分子:単体又は二本鎖核酸(DNA又はRNA)、酵素、抗体、膜タンパク質、熱ショックタンパク質、シャペロニン、他のタンパク質、単糖類、多糖類、糖タンパク質、脂肪酸、テルペン、ステロイド、天然脂質の他の分子、リポタンパク、ホルモン類、ビタミン、代謝産物、炭化水素、チオール、又は、タンパク質、核酸の少なくとも1つ以上によって構成された高分子集合体、又は、前記記載の分子の他の組合せと
b)生体外選択工程によって得られた天然生体分子:アプタマ、リボザイム、アプタザイム(aptazymes)と、
c)人工生体分子:ペントース核酸(PNA)、天然核酸の他の類似物、天然及び人工の核酸チマース、形状を認識する能力を備えたポリマー(「分子インプリントポリマー(molecular imprinted polymers)又はMIP)、人工抗体、組換え抗体又はミニ抗体とである。
a)金属酸化物としてのマグヘマイトと、
b)ポリマーマトリックスであって、
i.4−ビニルピリジン[モノマー(I)]と、
ii.ポリ(エチレングリコール)(PEG)で官能化されたビニルモノマー[モノマー(II)]と、
iii.−NH2、−SH、−COOH又はCONH2から選択される官能基を有しているビニルモノマー[モノマー(III)]とを有する高分子マトリックスと、
c)前記ナノ粒子材料系をpH7.4に維持するリン酸緩衝液(PBS)と、
を含んでいる。
a)混合
a1)クーロン力、ファンデルワールス力又は配位結合によって金属イオンと相互作用することができる活性官能基を有するモノマー(1)を含むポリマー(P)の水溶液(有機溶剤と任意で混合される)を、
a2)モル比[Fe]/[モノマー(I)]が、0.01〜10の範囲である少なくとも一の鉄塩を有する水溶液(有機溶剤と任意で混合される)と混合する工程と、
b)pH8〜14となるのに十分な量の塩基を加える工程と、を含む。
Claims (60)
- 鉄を含む金属酸化物及びポリマー(P)からなる磁性ナノ粒子を含む磁性ナノ粒子材料系であって、
a)前記ポリマー(P)は、クーロン力、ファンデルワールス力又は配位結合によって金属イオンと相互作用することができる活性官能基を有するモノマー(I)を含んでおり、
b)モル比[Fe]/[モノマー(I)]が、0.01〜10であって、
c)前記ナノ粒子は、平均粒径のサイズ分散が15%未満である磁性ナノ粒子材料系。 - 前記金属酸化物は、少なくともFe+2とFe+3のいずれか一方を含む請求項1に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記金属酸化物は、Co2+、Ni2+、Mn2+、Gd2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Ba2+の中から選択されるいずれか1つ以上を有する請求項2に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記金属酸化物は、マグへタイト(γ−Fe2O3)を含む請求項1に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記金属酸化物は、マグネタイト(Fe3O4)を含む請求項1に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記金属酸化物は、フェライト(MFe2O4)含んでおり、MはCo2+、Ni2+、Mn2+、Gd2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Ba2+である請求項3に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記フェライトは、バリウム・フェライト(BaFe2O4)である請求項6に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ポリマー(P)は、有機物である請求項1に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ポリマー(P)は、有機無機ハイブリッドポリマーである請求項1に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記モノマー(I)は、アルコール、アルコキシド、カルボキシル、無水物、リン酸塩、ホスフィンの中から選択されるいずれか1つ以上を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記モノマー(I)は、複数の窒素官能基を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記複数の窒素官能基は、アミン、アミド、ニトリル、アジドの中から選択されるいずれか1つ以上を有する請求項11に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記複数の窒素官能基は、イミン及び複素環(ピリジン、ピロール、ピロリドン、ピリミジン、アデニン等)の中から選択されるいずれか1つ以上を有する請求項11に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記モノマー(I)は、ビニル系モノマーである請求項1〜13のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ナノ粒子は球形であって、前記ポリマー(P)はラジカル経路によって得られる請求項1〜14のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ナノ粒子は長形であって、前記ポリマー(P)はアニオン性経路によって得られる請求項1〜14のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ビニル系モノマーは、ビニルピリジンである請求項14に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記モル比[Fe]/モノマー(I)は、0.03〜2である請求項1〜17のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記磁性ナノ粒子材料系が固体(ナノ複合材)である請求項1〜18のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記磁性ナノ粒子材料系が液体(強磁性流体)である請求項1〜18のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 水又は生体適合性水溶液を含む請求項20に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記水溶液は、緩衝剤として作用する物質を含む請求項21に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ポリマー(P)は、親水官能基を有するモノマー(II)を更に含む請求項20に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記モノマー(II)は、ビニル系モノマーで請求項23に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ビニル系モノマーは、アクリレート、メタクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、ビニルピロリドン又はその誘導体の中から選択されるいずれか1つ以上を有する請求項24に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ビニル系モノマーは、ポリエチレングリコール(PEG)メタクリル酸エステルである請求項25に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ポリマー(P)は、生物学的活性分子を固定することができる官能基を有するモノマー(III)を更に含む請求項23〜26のいずれか1項に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記生物学的活性分子は、共有結合によって前記モノマー(III)に固定される請求項27に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記モノマー(III)の官能基は、−NH2、−SH、−COOH又はCONH2の中から選択されるいずれか1つ以上を有する請求項28に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記モノマー(III)は、ビニル系モノマーである請求項27に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 前記ポリマー(P)は、二種類のモノマーを含む請求項27に記載の磁性ナノ粒子材料系。
- 金属酸化物及び有機ポリマーからなる磁性ナノ粒子を含む液体磁性ナノ粒子材料系であって、
a)金属酸化物としてのマグヘマイトと、
b)ポリマーマトリックスであって、4−ビニルピリジン[モノマー(I)]と、ポリ(エチレングリコール)(PEG)によって官能基化されるビニルモノマー[モノマー(II)]と、−NH2、−SH、−COOH又はCONH2の中から選択されるいずれか1つ以上を有するビニルモノマー[モノマー(III)]と、前記材料系をpH7.4に維持する、リン酸緩衝液(PBS)の水溶液と、を有するポリマーマトリックスと、
を含む液体磁性ナノ粒子材料系。 - 請求項1〜32のいずれか1項に記載の発明の磁性ナノ粒子材料系を生成する方法であって、
a1)クーロン力、ファンデルワールス力又は配位結合によって金属イオンと相互作用することができる活性官能基を有するモノマー(I)を含み、有機溶剤と任意で混合される、ポリマー(P)の水溶液を、
a2)モル比[Fe]/[モノマー(I)]が0.01〜10の範囲である少なくとも一つ以上の鉄塩を含み、有機溶剤と任意で混合される、水溶液と混合する工程と、
b)pH8〜14になるのに十分な量の塩基を加える工程と、
を含む方法。 - 前記溶液a2)は、少なくとも一つ以上の二価金属塩及びFe+3の塩を含む溶液を有する請求項33に記載の方法。
- 前記二価金属塩は、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Gd2+、Be2+、Mg2+、Ca2+又はBa2+からなる金属のうちの少なくとも1つ以上を有する金属塩である請求項34に記載の方法。
- 前記二価金属塩は、Fe+2の塩である請求項35に記載の方法。
- 前記溶液a2)は、FeBr2及びFeBr3を含む請求項36に記載の方法。
- 前記溶液a2)は、一価臭化物を有する請求項37に記載の方法。
- 前記一価臭化物は、KBr、RbBr、NaBr、CsBr、(CH3)4NBr、(CH3CH2)4NBrの中から選択されるいずれか1つ以上を有する請求項38に記載の方法。
- 鉄を含む金属酸化物のナノ粒子の平均粒径は、モル比Fe+2/Fe+3を変化させることによって制御される請求項36〜39のいずれか1項に記載の方法。
- 鉄を含む金属酸化物のナノ粒子の平均粒径は、前記b)に加えられた塩基と前記a)に含まれる鉄との間のモル比を変化させることによって制御される請求項33〜41のいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶液a1)と前記溶液a2)は、モル比[Fe]/[モノマー(I)]が0.03〜2になるように混合された請求項33〜41のいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程b)において、塩基はpH12.5〜13になるまで加えられる請求項33〜42のいずれか1項に記載の方法。
- 前記a1)で使用されるポリマー(P)は、アルコール、アルコキシド、カルボキシル、無水物、リン酸塩、ホスフィンの中から選択されるいずれか1つ以上を有するモノマー(I)を含む請求項33〜43のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマー(P)は、窒素官能基を有するモノマー(I)を含む請求項33〜43のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマー(P)は、イミン又は複素環(ピリジン、ピロール、ピロリドン、ピリミジン、アデニン等)を有するモノマー(I)を含む請求項33〜43のいずれか1項に記載の方法。
- 前記モノマー(I)は、ビニル系モノマーである請求項33〜46のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ビニル系モノマーは、ビニルピリジンである請求項47に記載の方法。
- 前記ポリマー(P)は、ラジカル経路によって得られる請求項33〜48のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマー(P)は、アニオン性経路によって得られる請求項33〜48のいずれか1項に記載の方法。
- 前記工程a)の前にポリマーPを生成する工程を更に含む請求項33〜50のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマー(P)は、コポリマーであって、親水基を有するモノマー(II)を用いて、更に、生物学的活性分子を固定することができる官能基を有するモノマー(III)を任意に用いて、前記モノマー(I)との同時又は連続した共重合によって生成される請求項51に記載の方法。
- 前記工程b)の後、親水基を有するモノマー(II)と、更に、生物活性分子を固定することができる官能基を有するモノマー(III)とを任意に用いて、前記ポリマー(P)を共重合させる工程c)を更に有しており、この工程c)において、共重合が2つの前記モノマー(II)及び前記ポリマー(III)を用いてなされる場合、前記共重合は連続して又は同時になされる請求項33〜50のいずれか1項に記載の方法。
- 前記酸化金属核と前記ポリマー(P)とを有する磁性ナノ粒子を含む固体系(ナノ複合材)を得るために前記工程b)の生成物を固体‐液体相分離にかける工程を更に含む請求項33〜52のいずれか1項に記載の方法。
- 前記鉄を含む酸化金属とポリマー(P)からなる磁性ナノ粒子を含む固体系(ナノ複合材)を得るために、付加的な工程c)の生産物を固体‐液体相分離にかける工程を更に含む請求項53に記載の方法。
- 前記液体系(強磁性流体)を得るために、適当な液体媒体において固体生成物(ナノ複合材)を分散させる工程を更に含む請求項54及び55に記載の方法。
- 前記液体は、生体適合性水溶液である請求項56に記載の方法。
- 前記水溶液は、緩衝剤として作用する物質を含む請求項57に記載の方法。
- 磁気冷却、磁気印刷、磁気インク、ローター潤滑、変圧器、低騒音レベルソレノイド、切り換え装置、磁性流体、磁気的に活性なファイバー、強化ポリマー複合材料、真空システムのシーリング、減衰システム、拡声器、地磁気検出器、アクチュエータ、触媒反応、金属回収又は浄水、通信技術におけるインダクタ及びアンテナ、磁気シールド材及びマイクロ波吸収体、ポリマー硬化、エキポシ樹脂硬化、非接触加熱、ならびに、生物工学、獣医学又は医学的な用途のための請求項20〜32のいずれか1項に記載の液体材料系(強磁性流体)の使用。
- 医学的用途は、人間の疾患の診断及び治療を含む請求項59に記載の液体系(強磁性流体)の使用。
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