JP2018520098A - 放射性ナノ粒子ならびにその製造方法および使用方法 - Google Patents

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Abstract

一態様では、放射性ナノ粒子が本明細書で記載される。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コア、金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側金属シェル、および金属ナノ粒子コア内または外側金属シェル内に配置された金属放射性同位体を含む。いくつかの事例では、放射性ナノ粒子は、３次元で約３０〜５００ｎｍの寸法を有する。さらに、いくつかの実施形態では、放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コアと外側金属シェルとの間に配置された内側金属シェルをさらに含む。放射性ナノ粒子の、金属ナノ粒子コア、外側金属シェルおよび内側金属シェルは、種々の金属組成物を有することができる。
【選択図】図３６

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づいて２０１０年６月１６日に出願の米国特許仮出願第６１／３５５，３６４号の優先権を主張する２０１１年６月１５日に出願の米国特許出願第１３／１６１，２５１号の一部継続出願である、２０１５年５月２２日に出願された米国特許出願第１４／７１９，９２１号の優先権を主張する。これらの特許文献のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
連邦政府支援研究に関する記載
本発明は、米国科学財団により授与された契約ＥＣＣＳ−０９０１８４９の下で政府の支援を受けて行われた。米国政府は本発明に対し一定の権利を有する。
発明の分野
本発明は、放射性ナノ粒子ならびに放射性ナノ粒子の製造およびブラキセラピー用を含む使用方法に関する。
癌などの疾患の処置用としての放射性同位体の使用は、２０世紀の初めに遡る。特に、局所放射線治療は、多くの癌のための標準的治療選択肢になっている。放射線を腫瘍部位に限定するために、実地臨床では、次の２つの一般的手法が現在使用されている。（１）放射性医薬品を使った全身放射性同位体療法および（２）「密封線源」放射線療法またはブラキセラピー。最初の手法では、放射性構築物が患者に全身的に投与される。その後、投与された構築物は、代謝または特異的生物学的イベントを介して腫瘍を標的にする。β粒子、α粒子、またはオージェ電子を放出する放射性核種がこの手法に使用されてきた。都合の悪いことに、多くの放射性薬剤の腫瘍部位内標的化効力および保持割合は、大きな課題のまま残されている。正常組織による放射性医薬品の望ましくない取り込みもまた、全身性放射線療法の手法に伴う問題として残されている。
ブラキセラピーでは、放射線源は、腫瘍塊中にまたはそれに隣接して配置される。以前のブラキセラピー法では、放射性同位体は、放射線源が、埋め込み部位などの所望の部位に確実に残留するようにミリメートルサイズの金属容器またはカプセル内に封入される。さらに、金属カプセルを貫通する必要性があるため、以前のブラキセラピー法ではガンマまたはＸ線を放出する放射性同位体が通常使用される。臨床適用では、ブラキセラピーカプセルまたは「シード」は、外科手術により腫瘍中に永久に配置される。したがって、ブラキセラピーシードから放出される放射線は、外部放射線療法ほど多くの正常組織を横切ることなく、「内側から外側へ」腫瘍を処置するために使用される。しかし、ミリメートルサイズのシードの外科移植は、多くの有害副作用を引き起こすことがあり、異なる腫瘍型、寸法、および位置に対するブラキセラピーの適用を大きく制限する
したがって、疾患の照射線処置などの医療用途に対するものを含めて、改善された放射性組成物に対する必要性が残されている。
一態様では、放射性ナノ粒子が本明細書で記載され、該ナノ粒子は、いくつかの事例では、いくつかのその他のナノ粒子に比べて、１つまたは複数の利点を提供できる。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、非外科的ブラキセラピーを可能とする。特に、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、高度に分散した均一な溶液またはコロイドとして、腫瘍部位に注入できる。さらに、放射性ナノ粒子は、注入部位で長期間維持できる。このようにして、本明細書で記載の組成物は、手術に伴ういくつかの合併症および有害作用を回避しながら、向上した治療効果を提供できる。さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子はまた、ブラキセラピーの能力を、小さい寸法の腫瘍および／または外科的手段では安全にアクセスするのがより困難な患者の領域内に位置する腫瘍に使用されるように拡張し得る。さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子はまた、ガンマ線またはＸ線放射体ではなくβ放射体である放射性同位体を使ったブラキセラピーの実施を可能とする。したがって、本明細書で記載の組成物は、ブラキセラピー様式の範囲を実質的に拡張する。本開示の放射性ナノ粒子の他の利点は、以降でさらに説明される。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コア、金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側金属シェル、金属ナノ粒子コア内または外側金属シェル内に配置された金属放射性同位体を含む。さらに、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コアと外側金属シェルとの間に配置された内側金属シェルをさらに含む。本明細書の以降でさらに説明されるように、金属ナノ粒子コア、外側金属シェル、および内側金属シェルは、種々の金属を含むことができる、または種々の金属から形成できる。さらに、コア、外側シェル、および内側シェルは、同じまたは異なる金属組成を有することができる。さらに、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、３次元で約３０〜５００ｎｍまたは約８０〜２００ｎｍの寸法を有する。さらにいくつかの事例では、本明細書で記載の組成物は、複数のまたは一群の放射性ナノ粒子を含み、複数のまたは一群の放射性ナノ粒子は、狭い粒度分布を示す。
別の態様では、放射性ナノ粒子の製造方法が本明細書で記載される。いくつかの実施形態では、放射性ナノ粒子の製造方法は、金属ナノ粒子コアを用意すること、および第１の金属または金属の組み合わせの無電解析出により金属ナノ粒子コアのまわりに内側金属シェルを形成することを含む。特に、第１の金属または金属の組み合わせは、金属ナノ粒子コアの外表面上に沈着させることができる。方法はまた、金属ナノ粒子コアのまわりに外側金属シェルを形成することを含む。特に、外側金属シェルは、少なくとも一部の内側金属シェルの、第２の金属または金属の組み合わせとのガルバニック置換により形成することができ、第２の金属または金属の組み合わせは、金属放射性同位体を含む。さらに、いくつかの事例では、第２の金属または金属の組み合わせは、非放射性金属同位体をさらに含む。さらに、いくつかの事例では、外側金属シェルを形成することは、内側金属シェルと金属放射性同位体との間の第１のガルバニック置換反応を実施すること、およびその後、内側金属シェルと非放射性金属同位体との間の第２のガルバニック置換反応を実施することを含む。さらに、本明細書の以降でさらに記載されているように、金属放射性同位体の量は、外側シェルの形成に使われる非放射性金属同位体の量に比べて、少なくすることができる。さらに追加して、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の製造方法は、非金属還元剤を使用することなく実施できる。
さらに別の態様では、ブラキセラピーを実施する方法が本明細書で記載される。いくつかの事例では、このような方法は、本明細書で記載の組成物を腫瘍などの生体コンパートメント内に配置することを含む。特に、組成物は、本明細書で記載の複数の放射性ナノ粒子を含むことができる。例えば、いくつかの事例では、複数の放射性ナノ粒子の内の少なくとも１個は、金属ナノ粒子コア、金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側金属シェル、および金属ナノ粒子コア内または外側金属シェル内に配置された金属放射性同位体を含む。さらに、いくつかの事例では、放射性ナノ粒子は、３次元で約３０〜５００ｎｍの寸法を有する。さらに、いくつかの実施形態では、組成物は、複数の放射性ナノ粒子のコロイド状分散体である。さらに、いくつかの事例では、少なくとも約８０％の放射性ナノ粒子が、放射性ナノ粒子が腫瘍またはその他の生体コンパートメント内に配置された時間後、少なくとも３週間にわたり腫瘍またはその他の生体コンパートメント内に維持される。
これらおよび他の実施形態は、以下の詳細説明および実施例によりさらに詳細に記載される。
図１Ａは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適する三電極セルを示す。図１Ｂは、図１Ａのセル中の積層膜のいくつかのチャネルの拡大図である。 図２Ａは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適するアルミナ膜の上面を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。図２Ｂは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適するアルミナ膜の断面を示すＳＥＭ像である。 図３Ａは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適するアルミナ膜のＳＥＭ像である。スケールバー＝１μｍ。挿入図は拡大図である。挿入図のスケールバー＝２００ｎｍ。図３Ｂは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適するアルミナ膜のＳＥＭ像である。スケールバー＝１μｍ。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、電着金属上の中空金（Ａｕ）ナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１μｍ。 図５Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による中空Ａｕナノ粒子の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。スケールバー＝１００ｎｍ。図５Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による中空ナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー＝１０ｎｍ。図５Ｃは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による中空ナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー＝５ｎｍ。図５Ｄは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による中空Ａｕナノ粒子の選択領域電子線回折（ＳＡＥＤ）パターンである。 図６Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、イオンミリング前の中空Ａｕナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１００ｎｍ。図６Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、イオンミリング後の中空Ａｕナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１００ｎｍ。 図７Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、動的光散乱（ＤＬＳ）により測定した中空Ａｕナノ粒子群の粒度分布のプロットである。平均半径は、５３±５ｎｍである。 図７Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝２００ｎｍ。 図８Ａは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適する三電極セルを示す。図８Ｂは、図８Ａのセル中の銀／ガラス基板の拡大図である。図８Ｃは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適するパターン形成基板のＳＥＭ像である。 図９Ａは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適する基板のためのフォトリソグラフィフォトマスクパターンを示す。 図９Ｂは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適する、シリカ（ＳｉＯ２）上の銀（Ａｇ）ストライプを含むパターン形成基板を示す。スケールバー＝１００μｍ。 図１０Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、Ａｇ／ＳｉＯ２基板上のＡｕナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１μｍ。 図１０Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、Ａｇ／ＳｉＯ２基板上のＡｕナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１μｍ。 図１１Ａは、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適する、銅メッシュおよび炭素膜を含むＴＥＭグリッドを示す。図１１Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、本明細書で記載のいくつかの方法での使用に好適するＴＥＭグリッドの炭素膜上のＡｕナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１μｍ。 図１２Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による多孔質シェルを有する中空Ａｕナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー＝１０ｎｍ。図１２Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による多孔質シェルを有する中空Ａｕナノ粒子の高解像度ＴＥＭ（ＨＲ−ＴＥＭ）像である。スケールバー＝２ｎｍ。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、イオンミリング処理後の二重シェルナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝２００ｎｍ。 図１４Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、二重シェルナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１００ｎｍ。図１４Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、二重シェルナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１００ｎｍ。図１４Ｃは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、二重シェルナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１００ｎｍ。図１４Ｄは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による二重シェルナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー＝２０ｎｍ。 図１５Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による多孔質ナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー＝２０ｎｍ。図１５Ｂは、本明細書で記載の一実施形態による複合粒子の製造方法を示す。 図１６Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態にしたがって他のナノ粒子を充填する前の、本明細書で記載のいくつかの実施形態による多孔質ナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー＝２００ｎｍ。 図１６Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、充填後の図１６Ａのナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー＝２００ｎｍ。 図１６Ｃは、図１６Ｂ由来の１個の複合ナノ粒子のエネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＳ）である。 図１６Ｄは、図１６Ｂ由来の３つの複合ナノ粒子のＳＡＥＤパターンである。 図１７Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による複合ナノ粒子を含むバイアルの一連の写真である。 図１７Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態によるナノ粒子の水性懸濁液の吸収スペクトルである。 本明細書で記載のいくつかの実施形態によるナノ粒子の乾燥粉末のヒステリシスループである。 本明細書で記載の一実施形態による複合粒子の製造方法を示す。 本明細書で記載の一実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による複合粒子のラマンスペクトルである。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、水中および１０ｍＭのリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）中のナノ粒子の吸収スペクトルの比較である。 図２３Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、ＤＬＳにより測定したナノ粒子の粒度分布のプロットである。図２３Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、ナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝５ｎｍ。 図２４Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子のＳＥＭ像である。図２４Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子のＳＥＭ像である。図２４Ｃは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子のＳＥＭ像である。 図２５Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子の実験による（実線）およびシミュレーションによる（破線）吸収スペクトルの比較である。図２５Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子の実験による（実線）およびシミュレーションによる（破線）吸収スペクトルの比較である。図２５Ｃは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子の実験による（実線）およびシミュレーションによる（破線）吸収スペクトルの比較である。 図２６Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、ナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１００ｎｍ。図２６Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、ナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー＝１００ｎｍ。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、光熱特性を測定するための実験を示す。 図２８Ａは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子、および水の、種々の測定距離でのいくつかの光熱特性の比較である。図２８Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、種々の距離および時間で測定した中空Ａｕナノ粒子のいくつかの光熱特性の比較である。図２８Ｃは、種々の距離および時間で測定した水のいくつかの光熱特性の比較である。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子を含むキュベットの赤外吸光度像である。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中実Ａｕナノ粒子、中空Ａｕナノ粒子、および水に関連する温度上昇の比較である。 一連のサイクリックボルタンメトリ測定値である。データは５ｍＶ／秒の走査速度で開路電位から−１．０Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ）まで記録された。１０％亜硫酸金ナトリウム（Ｎａ３Ａｕ（ＳＯ３）２））（水溶液）を含み、約６のｐＨを示す異なる電解質で測定した。三角形で標識したデータの電解質には、スルファミン酸ニッケル（Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２）をさらに含めた。円で標識したデータの電解質は、Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２）およびエチレンジアミン（ＥＤＡ）をさらに含めた。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、印加電位に対する中空Ａｕナノ粒子寸法のプロットである。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、反応時間に対する中空Ａｕナノ粒子寸法のプロットである。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、水のキュベットおよび中空Ａｕナノ粒子（１ｍＬ当たり１．９ｘ１０９個の粒子）の水性懸濁液を含むキュベットの、光照射時間の関数としての測定温度の比較を示す図である。照射は、キュベットの中央に向けた３５０ｍＷの入射レーザー出力および３ｍｍ直径コリメートガウシアンビームを有する近赤外（ＮＩＲ）レーザー（８００ｎｍ）を使って実施した。入射光束は１．２Ｗ／ｃｍ２であった。本明細書で記載のいくつかの実施形態による、中空Ａｕナノ粒子を含むキュベットの温度上昇は、１０分の照射後３８℃であった。 図３５Ａは、ミー理論を使って同心状の中空ナノスフェアに対し計算した合計消光、散乱および吸収効率を示す。図３５Ｂは、本明細書で記載のいくつかの実施形態による、異なる寸法を有する中空Ａｕナノ粒子の測定吸収スペクトルである。 本明細書で記載の一実施形態による放射性ナノ粒子製造方法の模式図である。 本明細書で記載の一実施形態による放射性ナノ粒子に対応する非放射性ナノ粒子のＴＥＭ像である。スケールバー挿入図は５０ｎｍに相当する。 本明細書で記載の一実施形態による放射性ナノ粒子に対応する非放射性ナノ粒子のＳＥＭ像である。スケールバー挿入図は２００ｎｍに相当する。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、放射性ナノ粒子で処置した担腫瘍マウスの連続的ＳＰＥＣＴ／ＣＴイメージングである。図３９の白色矢印は、腫瘍の位置を示す。 本明細書で記載のいくつかの実施形態による、放射性ナノ粒子で処置したマウスの腫瘍、肝臓、および脾臓からの放射能の定量的ＳＰＥＣＴ分析（グラム当たりの注入投与量％、％ＩＤ／ｇ、として定量）の結果を示す図である。 対照組成物および本明細書で記載のいくつかの実施形態による放射性ナノ粒子で処置したマウスの腫瘍体積を示す図である。 対照組成物および本明細書で記載のいくつかの実施形態による放射性ナノ粒子で処置したマウスの体重を示す図である。 対照組成物および本明細書で記載のいくつかの実施形態による放射性ナノ粒子で処置したマウスの連続的ＦＤＧ−ＰＥＴ／ＣＴ画像である。図４３の白色矢印は、腫瘍の位置を示す。 対照組成物および本明細書で記載のいくつかの実施形態による放射性ナノ粒子で処置したマウスの定量的ＰＥＴ分析の結果を示す図である。 対照組成物および本明細書で記載のいくつかの実施形態による放射性ナノ粒子で処置したマウスのＣＴスキャン分析により測定された腫瘍体積変化（平均±ＳＥＭ）を示す図である。
本明細書で記載の実施形態は、次の詳細説明、図面ならびに実施例およびそれらの前述のおよび以降の説明を参照することにより、より容易に理解することができる。しかし、本明細書で記載の要素、装置および方法は、詳細説明、図面および実施例で提示される特定の実施形態に限定されるものではない。これら実施形態は、本発明の原理を単に例示しているものと理解されるべきである。本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、多くの変更および修正が当業者には容易に明らかとなるであろう。
さらに、本明細書で開示の全ての範囲は、その範囲に包含される任意のおよび全ての部分範囲を包含すると理解されよう。例えば、「１．０〜１０．０」の表示範囲は、最小値１．０またはそれを超える値で始まり最大値１０．０またはそれ未満の値で終わるいずれかのおよび全ての部分範囲、例えば、１．０〜５．３、または４．７〜１０．０、または３．６〜７．９、を含むと見なされるべきである。
本明細書で開示の全ての範囲はまた、明示的に別義が示されない限り、その範囲の端点を含むと見なされるべきである。例えば、「５と１０の間」、「５から１０」、または「５〜１０」の範囲は通常、端点５および１０を含むと見なされるべきである。
さらに、語句「まで」が量（ａｍｏｕｎｔ）または量（ｑｕａｎｔｉｔｙ）に関連して使用される場合、量は少なくとも検出可能な量（ａｍｏｕｎｔ）または量（ｑｕａｎｔｉｔｙ）であると理解されるべきである。例えば、明記した量「まで」の量で存在する材料は、検出可能な量から明記した量までおよびその値を含む量で存在できる。
Ｉ．中空ナノ粒子
一態様では、中空ナノ粒子が本明細書で記載され、該ナノ粒子は、いくつかの実施形態では、以前のナノ粒子に比べて、１つまたは複数の利点を提供し得る。いくつかの実施形態では、例えば、本明細書で記載の中空ナノ粒子は、約６００ｎｍ〜約９００ｎｍの調整可能なＳＰＲピークを示し、それにより、種々の画像化、治療、セラノスティックおよびセンシング用途に有用な特性を与える。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子は、望ましい磁気および／または光熱特性を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）および陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）にとって有用である。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子は、望ましい触媒特性を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子は、非毒性である。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子は、光熱療法用として機能させることが可能である。
いくつかの実施形態では、中空金属ナノ粒子は、金属シェルおよびそのシェルよって実質的に画定される空洞を含み、シェルは約５ｎｍ以上の厚さを有し、空洞は曲面を有する。いくつかの実施形態では、中空金属ナノ粒子は、金属系シェルおよびそのシェルよって実質的に画定される空洞を含み、シェルは約５ｎｍ以上の厚さを有し、空洞は曲面を有する。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、多結晶金属シェルおよびそのシェルよって実質的に画定される空洞を含み、空洞は曲面を有する。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、多結晶金属系シェルおよびそのシェルよって実質的に画定される空洞を含み、空洞は曲面を有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々の形態を示す空洞を有する。いくつかの実施形態では、例えば、空洞は実質的に球状または半球形である。いくつかの実施形態では、空洞は実質的に放物面状、楕円形、または楕円体形である。いくつかの実施形態では、空洞は多角形またはファセット面を含む。いくつかの実施形態では、空洞は種々の寸法を示す。いくつかの実施形態では、空洞は約５０ｎｍ〜約３００ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、空洞は約５０ｎｍの直径を有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々の形態を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、実質的に半球形である。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は実質的に管状である。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は湾曲した外表面を含む。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は実質的に球状である。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は放物面状外表面を含む。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は実質的に楕円形または楕円体形である。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々の寸法を有する。いくつかの実施形態では、金属シェルおよびそのシェルよって実質的に画定される空洞を含む中空金属ナノ粒子は、シェルは約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、約５０ｎｍ〜約１６０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１６０ｎｍ、約８０ｎｍ〜約１６０ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍの直径を有する。
いくつかの実施形態では、実質的に管状の中空ナノ粒子は、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲の直径、および約５００ｎｍ〜約２μｍの範囲の長さを有する。いくつかの実施形態では、実質的に管状の中空ナノ粒子は、約１μｍの長さを有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複数の中空ナノ粒子は、狭い粒度分布を有する。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複数の中空ナノ粒子は、約２０％以下の標準偏差を有する粒度分布を有する。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複数の中空ナノ粒子は、約１５％以下、約１０％以下、または約５％以下の標準偏差を有する粒度分布を有する。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複数の中空ナノ粒子は、１０６ｎｍ±１０ｎｍの粒度分布を有し、１０６ｎｍは平均直径であり、１０ｎｍは標準偏差である。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々のシェル構造を示す。いくつかの実施形態では、中空金属ナノ粒子のシェルは多孔質である。いくつかの実施形態では、例えば、シェルは約０．５ｎｍ〜約３ｎｍの寸法を有する細孔を有する。いくつかの実施形態では、シェルは約２ｎｍ〜約３ｎｍの寸法を有する細孔を有する。いくつかの実施形態では、中空金属ナノ粒子のシェルは非多孔性である。いくつかの実施形態では、シェルは多結晶体である。いくつかの実施形態では、シェルは約３ｎｍ〜約８ｎｍの結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、シェルは約５ｎｍ〜約８ｎｍの結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、シェルは約５ｎｍ未満の結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、シェルは単結晶である。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々のシェル厚を示す。いくつかの実施形態では、中空金属ナノ粒子のシェルは、約５ｎｍ〜約１０００ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは約２０ｎｍを超える厚さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは約５ｎｍ〜約８ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは、約５ｎｍ〜約２０ｎｍ、約８ｎｍ〜約２５ｎｍ、約８ｎｍ〜約４５ｎｍ、約２５ｎｍ〜約４５ｎｍ、約２５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約２５ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約４５ｎｍ〜約３００ｎｍ、約４５ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約４５ｎｍ〜約１０００ｎｍの厚さを有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々の表面粗さを示す。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の表面粗さ値は、ＨＲ−ＴＥＭで測定された表面の結晶粒径に基づいている。いくつかの実施形態では、例えば、測定された約５ｎｍの結晶粒径に対応する約５ｎｍの表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、約５ｎｍ未満の表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約３ｎｍ〜約８ｎｍの表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約５ｎｍ〜約８ｎｍの表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約３ｎｍ未満または約８ｎｍを超える表面粗さを有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々の組成を有するシェルを含む。いくつかの実施形態では、例えば、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子のシェルは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、およびスズ（Ｓｎ）の内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、シェルはＡｕを含む。いくつかの実施形態では、シェルは、酸化−還元反応により沈着され得る金属を含む。いくつかの実施形態では、シェルは、無電解析出し得る金属を含む。いくつかの実施形態では、シェルは、実質的に類似の還元電位を有する複数の金属を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、種々の光学特性を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）ピークを含む吸収プロファイルを示す。いくつかの実施形態では、例えば、本明細書で記載の金属シェルを含む中空金属ナノ粒子は、約６００ｎｍ〜約９００ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約６００ｎｍ〜約７５０ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約６５０ｎｍ〜約９００ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子は、金属シェルにより画定される空洞内に種々の材料を含む。いくつかの実施形態では、本発明の目的と矛盾しないいずれの材料も使用し得る。いくつかの実施形態では、空洞は、気体、ナノ粒子、治療薬、酵素、触媒、および染料の内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、空洞は気体を含む。いくつかの実施形態では、気体は、還元性気体を含む。いくつかの実施形態では、還元性気体は、１種または複数の金属を高次の酸化状態から低次の酸化状態に還元することができる。いくつかの実施形態では、還元性気体は、１種または複数の金属を正の酸化状態からゼロの酸化状態に還元することができる。いくつかの実施形態では、例えば、気体はＨ２を含む。いくつかの実施形態では、気体はＮＨ３を含む。いくつかの実施形態では、気体は電気化学的に生成された気体を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、金属シェルにより画定された空洞中に少なくとも部分的に配置された１個または複数の追加のナノ粒子をさらに含む。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、金属シェルにより画定された空洞中に少なくとも部分的に配置された複数の第２のナノ粒子をさらに含む。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、金属シェルにより画定された空洞中に少なくとも部分的に配置された少なくとも１個の第２のナノ粒子をさらに含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、一群のナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、有機ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、無機ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、半導体ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、第２のナノ粒子は、金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、金属酸化物ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、セラミックナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、量子ドットを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、磁気ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、磁気ナノ粒子は超常磁性である。いくつかの実施形態では、磁気ナノ粒子は強磁性である。
いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、各種組成物を実例で明らかにすることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、酸化鉄を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、ドープＦｅ３Ｏ４を含む。いくつかの実施形態では、ドープＦｅ３Ｏ４は、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）に有用な１種または複数の核種を含む。いくつかの実施形態では、ドープＦｅ３Ｏ４は、６４Ｃｕ、８９Ｚｒ、１１Ｃ、１８Ｆ、および６７Ｇａの内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、ドープＦｅ３Ｏ４は、６４Ｃｕおよび８９Ｚｒの内の１種または複数を含む。
いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、第２の中空金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、第２の中空金属ナノ粒子は、シェルと同じ化学的組成を有する。
中空金属ナノ粒子が、少なくとも１個の第２のナノ粒子を含むいくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、約５０ｎｍ未満の直径を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、約２０ｎｍ未満の直径を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子は、約５ｎｍ〜約２０ｎｍまたは約３０ｎｍ〜約５０ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、シェルは多孔質であり、少なくとも１個の第２のナノ粒子は細孔径を超える直径を有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子の空洞は、治療薬を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は気体を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は水溶液を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は薬物を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空金属ナノ粒子は、ナノ粒子の１つまたは複数の外表面に結合した種々の化学種をさらに含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に直接結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に直接結合した１種または複数の化学種を介して外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、標的化薬剤を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、ラマン活性種を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、ポリエチレングリコール部分を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した第１の化学種はラマン活性種を含み、第１層を形成し、また、外表面に結合した第２の化学種はポリエチレングリコール部分を含み、第２の層を形成し、第２の層は第１の層を実質的に取り囲む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した第１の化学種は、ポリエチレングリコール部分を含み、外表面に結合した第２の化学種は標的化薬剤を含む。
ＩＩ．中空ナノ粒子の製造方法
別の態様では、中空ナノ粒子の製造方法が本明細書で記載され、該方法は、いくつかの実施形態では、以前のナノ粒子の製造方法に比べて、１つまたは複数の利点を提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、単純、効率的、規模拡大可能、安価で再現可能である。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子の製造方法は、複数の気泡を形成すること、および複数の気泡の内の少なくとも１個の表面上にシェルを形成して中空ナノ粒子を形成することを含み、気泡の内の少なくとも１個は、電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、複数の気泡を形成することは、複数の気泡を電気化学的に形成することを含む。いくつかの実施形態では、複数の気泡の内の少なくとも１個の表面上にシェルを形成し、中空ナノ粒子を形成することは、少なくとも１個の電気化学的に生成された気泡の表面上にシェルを形成することを含む。いくつかの実施形態では、シェルは金属系である。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、種々の物理的および化学的特性を有する複数の気泡を形成することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は還元性気体を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡はＨ２を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡はＮＨ３を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は酸化性気体を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡はＯ２を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は相対的に不活性な気体を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡はＣＯ２を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、種々の寸法の気泡の内の少なくとも１個の上にシェルを形成することを含む。例えば、いくつかの実施形態では、その上にシェルが形成される少なくとも１個の気泡は、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍの直径を有する。例えば、いくつかの実施形態では、その上にシェルが形成される少なくとも１個の気泡は、約５０ｎｍ〜約３００ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、その上にシェルが形成される少なくとも１個の気泡は、約５０ｎｍの直径を有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、少なくとも１個の気泡を種々の印加電位で電気化学的に形成することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、平衡電位よりより負の電位で電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、気体放出の平衡電位よりより負の電位で電気化学的に生成される。例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、Ａｇ／ＡｇＣｌに対する約−０．６Ｖより負の電位で電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、Ａｇ／ＡｇＣｌに対する約−０．７Ｖ〜−０．８５Ｖの電位で電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、Ａｇ／ＡｇＣｌに対する約−０．５５Ｖ〜−０．８Ｖの電位で電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、約２５℃、約５〜約８のｐＨで、Ａｇ／ＡｇＣｌに対する約−０．６Ｖより負の電位で電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、約２５℃、約５〜約８のｐＨで、Ａｇ／ＡｇＣｌに対する約−０．７Ｖ〜−０．８５Ｖの電位で電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の気泡は、約２５℃、約５〜約８のｐＨで、Ａｇ／ＡｇＣｌに対する約−０．５５Ｖ〜−０．８Ｖの電位で電気化学的に生成される。
いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子の製造方法は、複数の気泡を形成すること、および複数の気泡の内の少なくとも１個の表面上にシェルを形成して中空ナノ粒子を形成することを含み、少なくとも１個の気泡が電気化学的に生成され、シェルを形成することが１種または複数の酸化−還元反応により材料を沈着させることを含む。いくつかの実施形態では、シェルを形成することは、無電解析出により材料を沈着させることを含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、種々の特性および組成を有する電解質を提供することをさらに含む。いくつかの実施形態では、複数の気泡を形成すること、およびシェルを形成することは、電解質の存在下で発生する。いくつかの実施形態では、電解質は約５〜約８のｐＨを示す。いくつかの実施形態では、電解質は約６〜約７のｐＨを示す。
いくつかの実施形態では、電解質は金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、電解質は酸化−還元反応により沈着され得る金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、電解質は無電解析出し得る金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、電解質は、Ｈ２により還元できる金属を含む金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、電解質は、ＮＨ３により還元できる金属を含む金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、電解質は、水性の還元剤により還元できる金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、電解質は、実質的に類似の還元電位を有する複数の金属含有化学種を含む。例えば、いくつかの実施形態では、それぞれの複数の金属含有化学種は、同じ還元剤により還元できる。いくつかの実施形態では、電解質は、Ｏ２により酸化できる金属を含む金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、電解質は、水性の酸化剤により酸化できる金属含有化学種を含む。いくつかの実施形態では、金属含有化学種は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、およびＳｎの内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、金属含有化学種はＡｕを含む。いくつかの実施形態では、金属含有化学種は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎの内の１種または複数を含む。
いくつかの実施形態では、電解質は還元剤を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの還元剤も使用し得る。いくつかの実施形態では、還元剤は、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、ヒドラジン、ホウ化水素、シアノ水素化ホウ素、トリアルキルアミンおよびトリアルキルホスフィンの内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、還元剤は、グリオキシル酸、次亜リン酸ナトリウム（Ｎａ２Ｈ２ＰＯ２）、次亜リン酸ナトリウム一水和物（Ｎａ２Ｈ２ＰＯ２・Ｈ２Ｏ）、ホルムアルデヒド、ホウ化水素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、シアノ水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ３（ＣＮ））、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ヒドラジン一水和物（Ｎ２Ｈ４・Ｈ２Ｏ）、ヒドラジンボラン、ヒドロキシルアミン塩酸塩、ギ酸、トリメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、チオ尿素、アスコルビン酸、三塩化チタン、リチウムアルミニウム水素化物、トリエチルシラン、メルカプトコハク酸、９−ボラビシクロ［３．３．１］ノナン、ゼラチン、およびクエン酸ナトリウムの内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、電解質は酸化剤を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの酸化剤も使用し得る。いくつかの実施形態では、酸化剤は、過マンガン酸塩、クロム酸塩、重クロム酸塩、過塩素酸塩、およびペルオキシドの内の１種または複数を含む。
いくつかの実施形態では、電解質は安定化配位子を含む。いくつかの実施形態では、安定化配位子は、１個または複数の中空ナノ粒子を凝集または凝塊に対し安定化するように機能し得る。いくつかの実施形態では、安定化配位子は、１個または複数の中空ナノ粒子の表面と結合するように機能し得る第１の末端および溶液と相互作用するように機能し得る第２の末端を有する化学種を含む。いくつかの実施形態では、安定化配位子は界面活性剤を含む。いくつかの実施形態では、安定化配位子はチオールを含む。いくつかの実施形態では、安定化配位子は、アミン、ホスフィン、カルボン酸、およびカルボン酸塩の内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態での使用に好適する安定化配位子の非限定的例には、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、ヘキサデシルアミン、トリフェニルホスフィン、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、クエン酸およびクエン酸ナトリウムが挙げられる。
いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子の製造方法は、複数の気泡を形成すること、および複数の気泡の内の少なくとも１個の表面上にシェルを形成して中空ナノ粒子を形成することを含み、少なくとも１個の気泡が電気化学的に生成され、複数の気泡を形成することおよびシェルを形成することが電解質の存在下で発生し、電解質が金属含有化学種および１種または複数の促進剤を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の促進剤はエチレンジアミン（ＥＤＡ）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の促進剤はエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の促進剤は（ＳＯ３）２−を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の促進剤はＮｉ２＋、Ｐｄ２＋、およびＰｔ２＋の内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の促進剤はＮｉ２＋を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、１種または複数の核生成基板を用意することを含む。いくつかの実施形態では、複数の気泡を形成することは、少なくとも１種の核生成基板上で少なくとも１個の気泡を形成することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、固体表面を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、作用電極として機能する表面を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、電極として機能しない少なくとも１つの表面を含む。
いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、有機ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、無機材料を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、銀（Ａｇ）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、ケイ素（Ｓｉ）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、シリカ（ＳｉＯ２）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、チタニア（ＴｉＯ２）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、銅（Ｃｕ）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、炭素（Ｃ）を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、パターン形成基板を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、パターン形成ガラス基板を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、少なくとも１つのＡｇストライプを含むＳｉＯ２基板を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、ＴＥＭグリッドを含む。
いくつかの実施形態では、少なくとも１種の核生成基板は、膜を含む。いくつかの実施形態では、膜は高表面積を有する。いくつかの実施形態では、膜はトラックエッチドメンブレンを含む。いくつかの実施形態では、膜はポリカーボネートを含む。いくつかの実施形態では、膜はポリエステルを含む。いくつかの実施形態では、膜はセルロースを含む。いくつかの実施形態では、膜は、再生セルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、および混合セルロースエステルの内の１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、膜はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。いくつかの実施形態では、膜はポリアミドを含む。いくつかの実施形態では、膜はナイロンを含む。いくつかの実施形態では、膜はポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を含む。いくつかの実施形態では、膜はポリプロピレンを含む。いくつかの実施形態では、膜は多孔質ガラスを含む。いくつかの実施形態では、膜は陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）を含む。いくつかの実施形態では、膜は、約１００ｎｍ〜約３０００ｎｍの直径を有する細孔を含む。いくつかの実施形態では、膜は、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの直径を有する細孔を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、複数の核生成基板を用意することを含む。いくつかの実施形態では、複数の核生成基板は積層膜を含む。いくつかの実施形態では、複数の核生成基板は、陽極酸化アルミニウムを含む積層膜を含む。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、シェルの形成後、１種または複数の核生成基板を選択的に溶解することをさらに含む。
いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子の製造方法は、複数の気泡を形成すること、複数の気泡の内の少なくとも１個の表面上にシェルを形成して中空ナノ粒子を形成すること、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意すること、およびシェルにより画定される空洞内で１種または複数の前駆物質から少なくとも１個の第２のナノ粒子を形成することを含み、少なくとも１個の気泡は電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、シェルは少なくとも１個の第２のナノ粒子を実質的に取り囲む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意することが、第２の前駆物質を用意することの前に第１の前駆物質を用意することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意することが、１種または複数の前駆物質の少なくとも１種の水溶液を用意することを含む。
いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子の製造方法は、複数の気泡を形成すること、複数の気泡の内の少なくとも１個の表面上にシェルを形成して中空ナノ粒子を形成すること、複数の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意すること、およびシェルにより画定される空洞内で１種または複数の前駆物質から複数の第２のナノ粒子を形成することを含み、少なくとも１個の気泡は電気化学的に生成される。いくつかの実施形態では、シェルは複数の第２のナノ粒子を実質的に取り囲む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、１つまたは複数のシェルの外表面に対し１種または複数の化学種を結合させることをさらに含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、シェルの外表面に直接結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に直接結合した１種または複数の化学種を介して外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、シェルの外表面に結合した１種または複数の化学種は、ポリエチレングリコール部分を含む。いくつかの実施形態では、シェルの外表面に結合した１種または複数の化学種は、標的化薬剤を含む。いくつかの実施形態では、シェルの外表面に結合した１種または複数の化学種は、ラマン活性種を含む。
本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法のいくつかの実施形態では、方法はワンポット法である。いくつかの実施形態では、ワンポット法は、ワンポット中または単一反応槽中の１種または複数の出発材料からナノ粒子を形成することを含む。いくつかの実施形態では、単一反応槽中のいずれの出発材料も予め形成されたナノ粒子を含まない。いくつかの実施形態では、単一反応槽中のいずれの出発材料も中実の予め形成されたナノ粒子を含まない。本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法のいくつかの実施形態では、方法は１段階法である。いくつかの実施形態では、１段階法は、最初に中空ナノ粒子用の中実コアを作成することなく、中空ナノ粒子を形成することを含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の１つまたは複数の方法にしたがって作成された中空ナノ粒子は、中空ナノ粒子に対し本明細書で記載されているいずれかの特性を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、本明細書に記載の寸法または形状を有する空洞を有する中空ナノ粒子を作成することを含む。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の中空ナノ粒子の製造方法は、本明細書に記載の厚さまたは組成を有するシェルを有する中空ナノ粒子を作成することを含む。
ＩＩＩ．複合粒子
別の態様では、複合粒子が本明細書で記載され、該複合粒子は、いくつかの実施形態では、以前の複合粒子に比べて、１つまたは複数の利点を提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は、セラノスティックスおよび／またはデュアルイメージング特性を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）および陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）に有用である。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は非毒性である。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は、光熱療法用として機能させることが可能である。
いくつかの実施形態では、複合粒子は、少なくとも１個のナノ粒子および少なくとも１個のナノ粒子を実質的に封入した多結晶金属シェルを含み、少なくとも１個のナノ粒子の少なくとも１つの表面は、シェルと接触していない。いくつかの実施形態では、複合粒子は、少なくとも１個のナノ粒子および少なくとも１個のナノ粒子を実質的に封入した金属シェルを含み、金属シェルは約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有し、少なくとも１個のナノ粒子の少なくとも１つの表面はシェルと接触していない。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の粒子のどの表面もシェルと接触していない。いくつかの実施形態では、いずれのナノ粒子の表面もシェルと接触していない。いくつかの実施形態では、シェルは金属系である。
いくつかの実施形態では、複合粒子は、複数のナノ粒子および複数のナノ粒子を実質的に封入した多結晶金属シェルを含み、少なくとも１個のナノ粒子の少なくとも１つの表面は、シェルと接触していない。いくつかの実施形態では、複合粒子は、複数のナノ粒子および複数のナノ粒子を実質的に封入した金属シェルを含み、金属シェルは約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有し、少なくとも１個のナノ粒子の少なくとも１つの表面はシェルと接触していない。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子のどの表面もシェルと接触していない。いくつかの実施形態では、いずれのナノ粒子の表面もシェルと接触していない。いくつかの実施形態では、シェルは金属系である。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合材料は、種々の寸法および形態を示し得る。いくつかの実施形態では、複合粒子は実質的に球状である。いくつかの実施形態では、複合粒子は実質的に球状であり、約６０ｎｍ〜約１０００ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、複合粒子は、約８０ｎｍ〜約１６０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約１６０ｎｍの直径を有する。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合材料は、種々の厚さ、形態、および組成を有するシェルを含む。いくつかの実施形態では、シェルは多孔質である。いくつかの実施形態では、シェルは少なくとも１個のナノ粒子より小さい細孔を有する。いくつかの実施形態では、シェルは約０．５ｎｍ〜約３ｎｍの範囲の細孔を有する。いくつかの実施形態では、シェルは約２ｎｍ〜約３ｎｍの寸法範囲の細孔を有する。いくつかの実施形態では、シェルは非多孔質である。
いくつかの実施形態では、シェルは多結晶である。いくつかの実施形態では、シェルは多結晶で、約３ｎｍ〜約８ｎｍの結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、シェルは多結晶で、約５ｎｍ〜約８ｎｍの結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、シェルは多結晶で、約５ｎｍ未満の結晶粒径を有する。いくつかの実施形態では、シェルは単結晶である。
いくつかの実施形態では、シェルは約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは約２０ｎｍを超える厚さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは約１０ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは約１０ｎｍ〜約４５ｎｍ、約２５ｎｍ〜約４５ｎｍ、または約４５ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有する。
いくつかの実施形態では、シェルは約５ｎｍ未満の表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは、約５ｎｍ〜約８ｎｍの表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは、約３ｎｍ〜約８ｎｍの表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは約３ｎｍ未満の表面粗さを有する。いくつかの実施形態では、シェルは約８ｎｍを超える表面粗さを有する。
いくつかの実施形態では、シェルは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、およびＳｎの内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、シェルはＡｕを含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は、種々の光学特性を示す。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は、表面プラズモン共鳴ピークを含む吸収プロファイルを示す。いくつかの実施形態では、複合粒子は、約６００ｎｍ〜約９００ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。いくつかの実施形態では、複合粒子は、約６００ｎｍ〜約７５０ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。いくつかの実施形態では、複合粒子は、約６５０ｎｍ〜約９００ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。いくつかの実施形態では、複合粒子は、約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの表面プラズモン共鳴ピークを示す。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は、種々の寸法、形態、組成、および特性を有するナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は実質的に球状である。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は実質的に球状で、約５０ｎｍ未満の直径を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、約２０ｎｍ未満の直径を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、約３０ｎｍ〜約５０ｎｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、一群のナノ粒子を含む。
いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、磁気ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、磁気ナノ粒子は超常磁性である。いくつかの実施形態では、磁気ナノ粒子は強磁性である。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、酸化鉄を含む。いくつかの実施形態では、ナノ粒子はドープＦｅ３Ｏ４を含む。いくつかの実施形態では、ドープＦｅ３Ｏ４は、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）に有用な１種または複数の核種を含む。いくつかの実施形態では、ドープＦｅ３Ｏ４は、６４Ｃｕ、８９Ｚｒ、１１Ｃ、１８Ｆ、および６７Ｇａの内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、ドープＦｅ３Ｏ４は、６４Ｃｕおよび８９Ｚｒの内の１種または複数を含む。
いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、有機ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、無機ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、半導体ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、金属酸化物ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、セラミックナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個のナノ粒子は、量子ドットを含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子は、複合粒子の外表面に結合した種々の化学種をさらに含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に直接結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に直接結合した１種または複数の化学種を介して外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、ラマン活性種を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、ポリエチレングリコール部分を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、標的化薬剤を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した第１の化学種はラマン活性種を含み、第１層を形成し、また、外表面に結合した第２の化学種はポリエチレングリコール部分を含み、第２の層を形成し、第２の層は第１の層を実質的に取り囲む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した第１の化学種は、ポリエチレングリコール部分を含み、外表面に結合した第２の化学種は標的化薬剤を含む。
ＩＶ．複合粒子の製造方法
別の態様では、複合粒子の製造方法が本明細書で記載され、該方法は、いくつかの実施形態では、以前の複合粒子の製造方法に比べて、１つまたは複数の利点を提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、単純、効率的、規模拡大可能、安価で再現可能である。いくつかの実施形態では、複合粒子の製造方法は、多孔質中空ナノ粒子を用意すること、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意すること、１種または複数の前駆物質を中空ナノ粒子と混合すること、および中空ナノ粒子内で１種または複数の前駆物質から少なくとも１個の第２のナノ粒子を形成することを含む。いくつかの実施形態では、複合粒子の製造方法は、多孔質中空ナノ粒子を用意すること、複数の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意すること、１種または複数の前駆物質を中空ナノ粒子と混合すること、および中空ナノ粒子内で１種または複数の前駆物質から複数の第２のナノ粒子を形成することを含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、本明細書で記載のいずれかの多孔質中空ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属系ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属酸化物ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空半導体ナノ粒子を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、種々の形態および手段で少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意し、混合することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を用意することが、１種または複数の前駆物質の少なくとも１種の水溶液を用意することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質を混合することは、第２の前駆物質と中空ナノ粒子との混合の前に、第１の前駆物質と中空ナノ粒子とを混合することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質と中空ナノ粒子とを混合することは、少なくとも１種の水溶液中に中空ナノ粒子を浸漬することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質と中空ナノ粒子とを混合することは、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質の１種または複数の水溶液を中空ナノ粒子を含む膜を通して流すことを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の水溶液を膜を通して流すことは、真空濾過を使って、１種または複数の水溶液を膜を通して流すことを含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、多孔質中空ナノ粒子を密封することをさらに含む。いくつかの実施形態では、密封することは、多孔質中空ナノ粒子の表面上に酸化−還元反応により沈着され得る金属含有化学種を供給することを含む。いくつかの実施形態では、密封することは、多孔質中空ナノ粒子の表面上に無電解析出され得る金属含有化学種を供給することを含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、複合粒子の外表面に対し１種または複数の化学種を結合させることをさらに含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に直接結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、１種または複数の化学種は、外表面に直接結合した１種または複数の化学種を介して外表面に間接的に結合する。いくつかの実施形態では、外表面に結合した１種または複数の化学種は、ポリエチレングリコール部分を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した１種または複数の化学種は、標的化薬剤を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した１種または複数の化学種は、ラマン活性種を含む。
いくつかの実施形態では、複合粒子の製造方法は、多孔質中空ナノ粒子を用意すること、１種または複数の治療薬を用意すること、および１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子を混合し、少なくとも１種の治療薬を中空ナノ粒子内に配置することを含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、本明細書で記載のいずれかの多孔質中空ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属系ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属酸化物ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空半導体ナノ粒子を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、種々の形態および手段で少なくとも１種または複数の治療薬を用意し、混合することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の治療薬を用意することは、１種または複数の治療薬の少なくとも１種の水溶液を用意することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子とを混合することは、少なくとも１種の水溶液中に中空ナノ粒子を浸漬することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子とを混合することは、１種または複数の治療薬の１種または複数の水溶液を中空ナノ粒子を含む膜を通して流すことを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の水溶液を膜を通して流すことは、真空濾過を使って、１種または複数の水溶液を膜を通して流すことを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子とを混合することは、約２５℃を超える温度で混合することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子とを混合することは、約３７℃を超える温度で混合することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子とを混合することは、約４０℃を超える、約５０℃を超える、約６０℃を超える、約７０℃を超える、約８０℃を超える、または約９０℃を超える温度で混合することを含む。
いくつかの実施形態では、複合粒子の製造方法は、多孔質中空ナノ粒子を用意すること、１種または複数の治療薬を用意すること、１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子を混合し、少なくとも１種の治療薬を中空ナノ粒子内に配置すること、および多孔質中空ナノ粒子を密封することを含む。いくつかの実施形態では、密封することは、多孔質中空ナノ粒子の表面上に酸化−還元反応を介して沈着され得る金属含有化学種を供給することを含む。いくつかの実施形態では、密封することは、多孔質中空ナノ粒子の表面上に無電解析出され得る金属含有化学種を供給することを含む。
いくつかの実施形態では、複合粒子の製造方法は、多孔質中空ナノ粒子を用意すること、１種または複数の治療薬を用意すること、１種または複数の治療薬と中空ナノ粒子を混合し、少なくとも１種の治療薬を中空ナノ粒子内に配置すること、および１種または複数の化学種を複合粒子の外表面に結合させることを含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、ポリエチレングリコール部分を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、標的化薬剤を含む。いくつかの実施形態では、外表面に結合した少なくとも１種の化学種は、ラマン活性種を含む。
いくつかの実施形態では、複合粒子の製造方法は、中空ナノ粒子を用意すること、１種または複数のラマン活性種を用意すること、および１種または複数のラマン活性種と中空ナノ粒子とを混合し、少なくとも１種のラマン活性種を中空ナノ粒子の外表面に結合させることを含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、本明細書で記載のいずれかの中空ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属系ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属酸化物ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空半導体ナノ粒子を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、種々の形態および手段で１種または複数のラマン活性種を用意し、混合することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数のラマン活性種を用意することは、１種または複数のラマン活性種の少なくとも１種の水溶液を用意することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の水溶液は、約１μＭ以上の濃度の少なくとも１種のラマン活性種を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の水溶液は、約１０μＭ以上、約１００μＭ以上、または約１０００μＭ以上の濃度の少なくとも１種のラマン活性種を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の水溶液は、約１μＭ〜約１ｍＭの濃度の少なくとも１種のラマン活性種を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の水溶液は、約３０μＭ〜約５０μＭの濃度の少なくとも１種のラマン活性種を含む。いくつかの実施形態では、１種または複数のラマン活性種と中空ナノ粒子とを混合することは、少なくとも１種のラマン活性種を含む少なくとも１種の水溶液中に中空ナノ粒子を浸漬することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数のラマン活性種と中空ナノ粒子とを混合することは、少なくとも１種のラマン活性種を含む少なくとも１種の水溶液中に中空ナノ粒子を含む膜を浸漬することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数のラマン活性種と中空ナノ粒子とを混合することは、少なくとも１種のラマン活性種を含む少なくとも１種の溶液を中空ナノ粒子を含む膜を通して流すことを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の水溶液を膜を通して流すことは、真空濾過を使って、１種または複数の水溶液を膜を通して流すことを含む。
いくつかの実施形態では、複合粒子の製造方法は、中空ナノ粒子を用意すること、１種または複数のラマン活性種を用意すること、１種または複数のラマン活性種と中空ナノ粒子とを混合し、少なくとも１種のラマン活性種を中空ナノ粒子の外表面に結合させること、ポリエチレングリコール部分を含む１種または複数の化学種を用意すること、およびポリエチレングリコール部分を含む１種または複数の化学種を混合して、ポリエチレングリコール部分を含む少なくとも１種の化学種を中空ナノ粒子の外表面に結合させることを含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子の外表面との結合は、直接結合である。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子の外表面との結合は、間接的結合である。いくつかの実施形態では、ラマン活性種は、第１の層を形成し、また、ポリエチレングリコール部分を含む化学種は、第２の層を形成し、第２の層は第１の層を実質的に取り囲む。いくつかの実施形態では、方法はワンポット法である。いくつかの実施形態では、方法は１段階法である。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の１つまたは複数の方法にしたがって作成された複合粒子は、複合粒子または中空ナノ粒子に対し本明細書で記載されているいずれかの特性を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、本明細書に記載の寸法または形状を有する空洞を有する複合粒子を作成することを含む。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、本明細書に記載の厚さまたは組成を有するシェルを有する複合粒子を作成することを含む。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の複合粒子の製造方法は、本明細書に記載の外表面に結合した１種または複数の化学種を有する複合粒子を作成することを含む。
Ｖ．生物学的環境を画像化および処置する方法
別の態様では、生物学的環境を画像化および処置する方法が開示される。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の生物学的環境を画像化する方法は、本明細書で記載の中空ナノ粒子を用意すること、および中空ナノ粒子に電磁放射線を照射することを含む。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の生物学的環境を処置する方法は、本明細書で記載の中空ナノ粒子を用意すること、および中空ナノ粒子に電磁放射線を照射することを含む。いくつかの実施形態では、生物学的環境を画像化および処置することは、実質的に同時に実施することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも一部の電磁放射線は、中空ナノ粒子により非弾性的に散乱される。いくつかの実施形態では、少なくとも一部の電磁放射線は、中空ナノ粒子の表面プラズモンと相互作用する。いくつかの実施形態では、照射は、光熱加熱を誘導する。いくつかの実施形態では、照射は、中空ナノ粒子の破壊を誘導する。いくつかの実施形態では、生物学的環境の画像化は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）イメージングによる画像化を含む。いくつかの実施形態では、生物学的環境の画像化は、表面増感ラマン分光法（ＳＥＲＳ）による画像化を含む。いくつかの実施形態では、生物学的環境の画像化は、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）による画像化を含む。いくつかの実施形態では、生物学的環境の画像化は、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）による画像化を含む。いくつかの実施形態では、生物学的環境の画像化は、ＳＰＲイメージング、ＳＥＲＳ、ＭＲＩ、およびＰＥＴの内の２種以上の組み合わせによる画像化を含む。いくつかの実施形態では、生物学的環境の処置は、癌の処置を含む。
ＶＩ．ペイロードの送達方法
別の態様では、ペイロードの送達方法が本明細書で記載され、該方法は、いくつかの実施形態では、以前のペイロード送達方法に比べて、１つまたは複数の利点を提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載のペイロードの送達方法は、安全で効率的である。いくつかの実施形態では、ペイロードの送達方法は、シェル、シェルにより実質的に画定される空洞、および空洞内のペイロードを含む中空ナノ粒子を用意すること、およびペイロードを放出することを含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、本明細書で記載のいずれかの中空ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属系ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空金属酸化物ナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、中空半導体ナノ粒子を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載のペイロードの送達方法は、種々の手段でペイロードを放出することを含む。いくつかの実施形態では、放出することは、シェルを破壊させることを含む。いくつかの実施形態では、シェルを破壊させることは、ナノ粒子に放射線を向けることを含む。いくつかの実施形態では、放射線を向けることは、可視放射線を向けることを含む。いくつかの実施形態では、放射線を向けることは、近赤外（ＮＩＲ）放射線を向けることを含む。いくつかの実施形態では、ペイロードを放出することは、ナノ粒子から拡散させることを含む。いくつかの実施形態では、ペイロードは気体を含む。いくつかの実施形態では、気体はＨ２を含む。いくつかの実施形態では、ペイロードは治療薬を含む。いくつかの実施形態では、ペイロードは遺伝子を含む。
本明細書で記載のペイロードを送達する方法のいくつかの実施形態では、ペイロードは、中空ナノ粒子をペイロードを含む溶液中に浸漬することにより空洞内に供給される。いくつかの実施形態では、ペイロードは、ペイロードを含む溶液中に中空ナノ粒子を含む膜を浸漬することにより空洞内に供給される。いくつかの実施形態では、ペイロードは、ペイロードを含む１種または複数の溶液を中空ナノ粒子を含む膜を通して流すことにより空洞内に供給される。いくつかの実施形態では、ペイロードは中空ナノ粒子とペイロードとを高圧下で混合することにより供給され、中空ナノ粒子は多孔質シェルを有する。いくつかの実施形態では、ペイロードは、高温で空洞内に供給される。いくつかの実施形態では、ペイロードは、約２５℃を超える、約３７℃を超える、約４０℃を超える、約５０℃を超える、約６０℃を超える、約７０℃を超える、約８０℃を超える、または約９０℃を超える温度で空洞内に供給される。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載のペイロードの送達方法は、本明細書で記載のいずれかの中空ナノ粒子または複合粒子を用意することを含む。
ＶＩＩ．表面上に中空ナノ粒子を選択的に沈着させる方法
別の態様では、表面上に中空ナノ粒子を選択的に沈着させる方法が本明細書で記載され、該方法は、いくつかの実施形態では、以前の方法に比べて、１つまたは複数の利点を提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の表面上に中空ナノ粒子を選択的に沈着させる方法は、簡単で効率的である。いくつかの実施形態では、表面上に中空ナノ粒子を選択的に沈着させる方法は、異なる疎水性を有する複数の領域を有する基板を用意すること、複数の気泡を形成すること、および複数の気泡の内の少なくとも１個の表面上にシェルを形成し、中空ナノ粒子を形成することを含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子は、第１の疎水性を有する１個または複数の領域上に選択的に沈着される。いくつかの実施形態では、基板はパターン形成基板を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の表面上に中空ナノ粒子を選択的に沈着させる方法は、本明細書で記載のいずれかの中空ナノ粒子を沈着させることを含む。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、種々の寸法の空洞を有するナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、空洞寸法は、電解質組成およびｐＨ、印加電位、印加電位時間プロファイル、および核生成基板組成を含む、多くの合成パラメータの内の１種または複数を変更することにより変えることができる。理論に束縛されることを意図するものではないが、空洞寸法は対応する気泡の寸法により影響を受けると考えられている。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の気泡寸法は、電解質組成、安定性およびｐＨ；印加電位；印加電位時間プロファイル；作用電極組成；ならびに核生成基板の疎水性および表面形態を含む、１種または複数の合成パラメータを変更することにより変えることができる。再度、理論に束縛されることを意図するものではないが、本明細書で記載の気泡寸法および気泡の粒度分布は電気化学的気体生成の効率および程度により影響を受けると考えられている。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の前述の合成パラメータを変更することは、電気化学の気体生成の効率を変える。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の前述の合成パラメータを変更することは、交換電流密度を変える。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、種々の寸法の中空ナノ粒子および複合粒子を含む。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子または複合粒子の寸法は、電解質組成およびｐＨ、印加電位、印加電位時間プロファイル、核生成基板組成、および反応時間を含む、多くの合成パラメータの内の１つまたは複数を変更することにより変えることができる。理論に束縛されることを意図するものではないが、中空ナノ粒子または複合粒子の寸法は、対応する気泡の寸法により影響を受けると考えられている。したがって、いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子または複合粒子の寸法は、基板上の気泡の核生成に影響を与える合成パラメータを変更することにより制御できる。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子または複合粒子の寸法は、シェル厚さにより影響を受ける。したがって、いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子または複合粒子の寸法は、シェル厚さを変更することにより制御できる。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、種々の厚さを有するシェルを含む。いくつかの実施形態では、シェル厚さは、電解質組成およびｐＨ、印加電位、印加電位時間プロファイル、および反応時間を含む、多くの合成パラメータを変更することにより変えることができる。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、種々の表面プラズモン共鳴ピークを示す中空ナノ粒子または複合粒子を含む。いくつかの実施形態では、ＳＰＲピーク波長は、中空ナノ粒子または複合粒子組成、表面粗さ、およびシェル厚さを含む、多くの合成パラメータの内の１つまたは複数を変更することにより変えることができる。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、種々の表面粗さを有するシェル、中空ナノ粒子、または複合粒子を含む。いくつかの実施形態では、表面粗さは、電解質組成およびｐＨ、反応時間、印加電位、および印加電位時間プロファイルの内の１種または複数を変更することにより変えることができる。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、種々の組成を有するシェルを含む。いくつかの実施形態では、シェル組成は、電解質組成を変更することにより変えることができる。いくつかの実施形態では、電解質組成は、１種または複数の金属含有化学種の固有の性質を変更することにより変えることができる。理論に束縛されることを意図するものではないが、いくつかの実施形態では、各種組成を有するシェルは、１種または複数の金属含有化学種を含む電解質を使用することにより得ることができ、少なくとも１種の金属含有化学種は少なくとも１種の電気化学的に生成された気体により還元または酸化することができる。再度、理論に束縛されることを意図するものではないが、いくつかの実施形態では、各種組成を有するシェルは、１種または複数の金属含有化学種を含む電解質を使用することにより得ることができ、少なくとも１種の金属含有化学種は、酸化−還元反応により沈着されるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の金属含有化学種は、無電解析出を受けるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、複数の金属含有化学種は、実質的に類似の還元電位を有する。いくつかの実施形態では、各種組成を有するシェルは、１種または複数の金属含有化学種を含む電解質を使用することにより得ることができ、少なくとも１種の金属含有化学種は、気泡の表面上で酸化−還元反応により沈着されるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、各種組成を有するシェルは、１種または複数の金属含有化学種を含む電解質を使用することにより得ることができ、少なくとも１種の金属含有化学種は、気泡の表面上で無電解析出を受けるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、各種組成を有するシェルは、１種または複数の金属含有化学種を含む電解質を使用することにより得ることができ、少なくとも１種の金属含有化学種は、金属シェルの表面上での酸化−還元により沈着されるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、各種組成を有するシェルは、１種または複数の金属含有化学種を含む電解質を使用することにより得ることができ、少なくとも１種の金属含有化学種は、金属シェルの表面上で無電解析出を受けるように機能させ得る。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、種々の寸法の細孔を含む。いくつかの実施形態では、細孔径は、反応時間、電解質組成およびｐＨ、印加電位、および印加電位時間プロファイルの内の１種または複数を変更することにより制御することができる。いくつかの実施形態では、電解質組成を変更することは、電解質中の金属含有化学種の濃度を変更することを含む。いくつかの実施形態では、電解質組成を変更することは、電解質中の還元剤の濃度を変更することを含む。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、多孔質シェル内に少なくとも１個の第２のナノ粒子を形成することを含み、少なくとも１個の第２のナノ粒子は種々の寸法を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１個の第２のナノ粒子の寸法は、反応時間、少なくとも１個の第２のナノ粒子の１種または複数の前駆物質の濃度、細孔径、および空洞寸法、の内の１種または複数を変更することにより制御することができる。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、治療薬を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの好適な治療薬も使用し得る。いくつかの実施形態では、治療薬は気体を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は液体を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は溶液を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は薬物を含む。いくつかの実施形態では、治療薬は水溶性薬物を含む。いくつかの実施形態で有用な治療薬の非限定的例には、ミトキサントロンおよびゲムシタビンが挙げられる。好適な治療薬は、市販品入手源から購入するか、または当該技術分野において既知の方法に従って調製してよい。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、標的化薬剤を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの好適な標的化薬剤も使用し得る。いくつかの実施形態では、標的化薬剤は、検体またはバイオマーカーと選択的に相互作用するように機能させ得る化学種を含む。いくつかの実施形態では、標的化薬剤は、抗原と選択的に相互作用するように機能させ得る化学種を含む。いくつかの実施形態では、標的化薬剤は、タンパク質（天然のタンパク質または遺伝子操作タンパク質）、抗体、抗体断片、ペプチド、および小分子の内の１種または複数を含む。いくつかの実施形態では、標的化薬剤はタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、標的化薬剤は抗体を含む。いくつかの実施形態では、標的化薬剤はペプチドを含む。いくつかの実施形態では、標的化薬剤は小分子を含む。標的化薬剤はまた、ミニボディ、ダイアボディ、トリアボディ、テトラボディ、アプタマー、アフィボディ、またはペプトイドであり得る。いくつかの実施形態で有用な標的化薬剤の特定の非限定的例には、ストレプトアビジン、ビオチン、抗ＰＳＭＡ、ＮＨ２ＧＲ１１、およびｃ（ＲＧＤｙＫ）が挙げられる。好適な化学種は、市販品入手源から購入するか、または当該技術分野において既知の方法に従って調製してよい。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、ラマン活性種を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの好適なラマン活性種も使用し得る。いくつかの実施形態では、ラマン活性種は正電荷を含む。いくつかの実施形態では、ラマン活性種は非局在化πシステムを含む。いくつかの実施形態では、ラマン活性種はチオール部分を含む。いくつかの実施形態では、ラマン活性種は、表面と硫黄−金属結合を形成するように機能するチオール部分を含む。いくつかの実施形態で有用なラマン活性種の非限定的例には、クレシルバイオレット、ナイルブルー、ローダミン６Ｇ、テトラフルオロボレート、ジエチルチアトリカルボシアニン（ＤＴＴＣ）、ＤＴＴＣアイオダイド、クリスタルバイオレット、ＩＲ１４０（メソ−ジフェニルアミン置換ヘプタメチン）、ＨＩＴＣアイオダイド（１，１’，３，３，３’，３’−ヘキサメチルインドトリカルボシアニンアイオダイド）、およびＤＯＴＣアイオダイド（３−エチル−２−［７−（３−エチル−２（３Ｈ）−ベンゾオキサゾリリデン）−１，３，５−ヘプタトリエニル］ベンゾオキサゾリウムアイオダイド）が挙げられる。好適な化学種は、市販品入手源から購入するか、または当該技術分野において既知の方法に従って調製してよい。ラマン活性種を含むいくつかの実施形態では、中空ナノ粒子検出のダイナミックレンジは、約３０ｄＢまでである。いくつかの実施形態では、中空ナノ粒子検出のダイナミックレンジは、約１０ｐＭ〜約１０ｎＭである。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）部分を含む化学種を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれのポリエチレングリコール部分を含む好適な化学種も使用し得る。いくつかの実施形態では、化学種は、単官能メチルエーテルＰＥＧ（ｍＰＥＧ）部分を含む。いくつかの実施形態では、化学種は、チオール化ポリエチレングリコール部分を含む。いくつかの実施形態では、化学種は、ポリエチレングリコール部分およびカルボン酸部分を含む。いくつかの実施形態では、化学種は、チオール化ポリエチレングリコール部分およびカルボン酸部分を含む。いくつかの実施形態では、化学種は、ポリエチレングリコール部分を含み、２つの末端を有するオリゴマーまたはポリマー種を含み、１つの末端はチオール部分を含み、もう一方の末端はカルボン酸部分を含む。いくつかの実施形態では、化学種は式：ＨＳ−（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ−ＣＯＯＨを有する。好適な化学種は、市販品入手源から購入するか、または当該技術分野において既知の方法に従って調製してよい。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、１種または複数の化学種を外表面に結合させることを含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの好適な結合方法も使用し得る。いくつかの実施形態では、結合させることは、外表面と外表面に結合した１種または複数の化学種との間に１種または複数の共有結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、結合させることは、１個または複数の金属−硫黄結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、結合させることは、１個または複数のＡｕ−Ｓ結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、結合させることは、外表面と外表面に結合した１種または複数の化学種との間に１個または複数の非共有結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、１種または複数の非共有結合を形成することは、１個または複数の水素結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、結合させることは、１個または複数のイオン結合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、結合させることは、外表面と外表面に結合した１種または複数の化学種との間に１種または複数の静電相互作用を形成することを含む。いくつかの実施形態では、結合させることは、外表面と外表面に結合した１種または複数の化学種との間に１種または複数の疎水性相互作用を形成することを含む。いくつかの実施形態では、結合させることは、１種または複数のファンデルワールス相互作用を形成することを含む。
いくつかの実施形態では、結合させることは、外表面と、外表面に直接結合した１種または複数の第１の化学種との間に１種または複数の直接結合（例えば、共有結合、非共有結合、水素結合、イオン結合、静電相互作用、またはファンデルワールス相互作用）を形成すること、および少なくとも１種の第１の化学種と、外表面と直接結合していない少なくとも１種の第２の化学種との間の１種または複数の結合をさらに形成することを含む。いくつかの実施形態では、第１の化学種および第２の化学種は、共有結合、非共有結合、水素結合、イオン結合、静電相互作用、またはファンデルワールス相互作用の内の１種または複数により結合される。いくつかの実施形態では、第１の化学種および第２の化学種は、共有結合化学により結合される。いくつかの実施形態では、第１の化学種および第２の化学種は、カルボジイミド化学により結合される。いくつかの実施形態では、第１の化学種および第２の化学種は、クリックケミストリーにより結合される。いくつかの実施形態では、第１の化学種は外表面を実質的に取り囲む第１の層を形成し、第２の化学種は第１の層を実質的に取り囲む第２の層を形成する。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、電気化学的に生成された気泡を含む。いくつかの実施形態では、電気化学的に生成された気泡は、電極の表面に形成された１種または複数の化学種を含む気泡を含む。いくつかの実施形態では、電気化学的に生成された気泡は、電極の表面で発生する酸化または還元反応から形成された１種または複数の化学種を含む気泡を含む。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、電解質を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの好適な電解質も使用し得る。いくつかの実施形態では、電解質は１種または複数の金属の電着のために機能させ得る電解質を含む。いくつかの実施形態では、電解質は、１種または複数の酸化−還元反応を介して１種または複数の金属の沈着のために機能させ得る電解質を含む。いくつかの実施形態では、電解質は１種または複数の金属の無電解析出のために機能させ得る電解質を含む。いくつかの実施形態では、電解質は市販の電解質を含む。いくつかの実施形態では、電解質は改良型の市販の電解質を含む。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、促進剤を含む電解質を含む。いくつかの実施形態では、促進剤は気泡の効率的生成を促進するように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は気体の効率的な電気化学的生成を促進するように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は水素の効率的な電気化学的生成を促進するように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は実質的に球状の気泡の核生成を促進するように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は核生成基板の疎水性を変えるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は核生成基板の疎水性を下げるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は核生成基板の疎水性を高めるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は、アルミナを含む基板の疎水性を高めるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は、金属含有化学種を安定化するように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は金属含有化学種の不均斉化を抑えるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は、電極表面から汚染物質を除去するように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は、電極表面から酸化物を除去するように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は、電極表面上に電着されるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は電極の交換電流密度を高めるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は電極の水素交換電流密度を高めるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は気体放出の電流密度を約５０％〜約４００％高めるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は気体放出の電流密度を約１００％〜約３００％高めるように機能させ得る。いくつかの実施形態では、促進剤は、金属に結合できる少なくとも１個の孤立電子対を含む。いくつかの実施形態では、促進剤は、酸素に結合できる少なくとも１個の孤立電子対を含む。いくつかの実施形態では、促進剤は、多座種を含む。いくつかの実施形態では、促進剤は、二座種を含む。いくつかの実施形態では、促進剤は、金属含有化学種中に含まれる１種または複数のイオンと同じ１種または複数の溶液相イオン源を含む。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、核生成基板を含む。本発明の目的と矛盾しないいずれの好適な核生成基板も使用し得る。いくつかの実施形態では、核生成基板は、１種または複数の気泡の核形成を支援するように機能させ得る表面を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、１種または複数のナノ粒子の核形成および成長を支援するように機能させ得る表面を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、複数のチャネルを含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、少なくとも１個の亀裂、孔、隆起部、または欠陥を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、粗い表面を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、複数の領域を含む。いくつかの実施形態では、領域は境界または分岐点により分離される。いくつかの実施形態では、１種または複数の領域は、異なる特性を示す。いくつかの実施形態では、１種または複数の領域は、異なる疎水性を示す。いくつかの実施形態では、１種または複数の領域は、異なる表面処理を示す。いくつかの実施形態では、核生成基板は、Ａｇを含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、Ｓｉを含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、ＳｉＯ２を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、ＴｉＯ２を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、Ａｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、Ｃｕを含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、Ｃを含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、パターン形成基板を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、パターン形成ガラス基板を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、少なくとも１つのＡｇストライプを含むＳｉＯ２基板を含む。いくつかの実施形態では、核生成基板は、作用電極として機能する。いくつかの実施形態では、核生成基板は、膜を含む。いくつかの実施形態では、膜は陽極酸化アルミニウムを含む。
ＶＩＩＩ．放射性ナノ粒子
別の態様では、放射性ナノ粒子が本明細書で記載される。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コアおよび金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側金属シェルを含む。さらに少なくとも１種の金属放射性同位体が金属ナノ粒子コアおよび／または外側金属シェル内に配置される。さらに、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コアと外側金属シェルとの間に配置された内側金属シェルをさらに含む。
ここで特定の放射性ナノ粒子の成分について検討すると、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コアを含む。本開示の目的と矛盾しないいずれの金属ナノ粒子コアも使用し得る。例えば、いくつかの事例では、金属ナノ粒子コアは、本明細書セクションＩで前述の中空金属ナノ粒子または上記本明細書セクションＩＩＩで前述の複合粒子を含む。例えば、いくつかの事例では、金属ナノ粒子コアは複合粒子を含み、複合粒子は本明細書で記載の中空金属ナノ粒子を含み、本明細書で記載の磁気ナノ粒子は、中空金属ナノ粒子の金属シェルにより画定される空洞中に配置される。いくつかのこのような事例では、磁気ナノ粒子はＦｅ３Ｏ４などの酸化鉄を含むまたはそれから形成され、これは本明細書で前述の方式でアンドープまたはドープされ得る。他の実施形態では、金属ナノ粒子コアは、遷移金属もしくはＦｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、もしくはＡｕなどの「ｄ−ブロック」金属を含むまたはそれらから形成される、または２種以上の前述の金属元素の混合物もしくは合金から形成される中実ナノ粒子などの中実金属ナノ粒子を含む。いくつかの事例では、金属ナノ粒子コアは、Ｓｍなどのランタニド金属を含むまたはそれから形成される。さらに、いくつかの事例では、金属が金属酸化物などで生じ得るような酸化状態にある化学種から形成されるのとは対照的に、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属ナノ粒子コアは、元素状態または「ゼロ」酸化状態にある１種または複数の金属から形成できる。
本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属ナノ粒子コアはまた、本開示の目的とは矛盾しない任意の寸法、形状、および構造を有することができる。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属ナノ粒子コアは、球状または実質的に球状である。他の実施形態では、金属ナノ粒子コアは扁球状である。金属ナノ粒子コアはまた、多面体のまたはファセット形状または不規則形状を有し得る。さらに、いくつかの実施形態では、金属ナノ粒子コアは、それ自体コア−シェル構造またはその他の複合体構造を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属ナノ粒子コアは、コア−シェル構造を有するナノロッドである。さらに、このようなコア−シェル構造は、交互するコア−シェル構造、例えば、第１のＣｏシェル（例えば、５〜１０ｎｍの厚さを有する）、第２のＡｕシェル（例えば、１０〜２０ｎｍの厚さを有する）、第３のＣｏシェル（例えば、５〜１０ｎｍの厚さを有する）、および第４のＡｕシェル（例えば、１０〜２０ｎｍの厚さを有する）によりに取り囲まれたＡｕナノロッドコア（例えば、１０〜３０ｎｍの直径を有する）からなるナノロッドにより示される構造であり得る。その他の複合金属ナノ粒子コアも使用し得る。さらに、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属ナノ粒子コアは、約３０〜５００ｎｍの２次元または３次元の合計寸法を有する。いくつかの実施形態では、金属ナノ粒子コアは、２次元または３次元のそれぞれで、約３０〜４００ｎｍ、３０〜３００ｎｍ、５０〜５００ｎｍ、５０〜４００ｎｍ、５０〜３００ｎｍ、５０〜２５０ｎｍ、５０〜２００、ｎｍ、５０〜１５０ｎｍ、８０〜５００ｎｍ、８０〜３００ｎｍ、８０〜２００ｎｍ、１００〜５００ｎｍ、１００〜４００ｎｍ、１００〜３００ｎｍ、１００〜２００ｎｍ、１２０〜４５０ｎｍ、１２０〜３００ｎｍ、１２０〜２００ｎｍまたは１２０〜１８０ｎｍの寸法を有する。
本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、外側金属シェルも含む。外側金属シェルは、本開示の目的と矛盾しない任意の金属または金属の組み合わせを含むことができ、またはそれから形成できる。いくつかの事例では、外側金属シェルは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕの内の１種または複数を含む遷移金属を含む、またはそれから形成される。いくつかの実施形態では、外側金属シェルは、Ｓｍなどのランタニド金属を含むまたはそれから形成される。さらに、いくつかの事例では、外側金属シェルは、前述の金属２種以上の混合物または合金から形成される。さらに、外側金属シェルを形成する金属または金属の組み合わせは、元素状態であり得る。さらに、本明細書の以降でさらに説明されるように、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の外側金属シェルは、金属ナノ粒子コアと同じ金属（または金属の組み合わせ）または異なる金属（または金属の組み合わせ）を含むまたはそれらから形成できる。したがって、いくつかの実施形態では、金属ナノ粒子コアおよび外側金属シェルは、同じ金属または金属の組み合わせから形成され、他の実例では、金属ナノ粒子コアおよび外側金属シェルは、異なる金属または金属の組み合わせから形成される。さらに、いくつかの事例では、金属ナノ粒子コアは、外側金属シェルの金属より高い還元電位を有する金属から形成される。例えば、いくつかの事例では、金属ナノ粒子コアは、Ａｕから形成され、外側金属シェルはＰｄから形成される。あるいは、金属ナノ粒子コアの金属が外側金属シェルの金属より低い還元電位を有することも可能である。
さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の外側金属シェルは、本開示の目的とは矛盾しない任意の厚さを有することができる。いくつかの事例では、例えば、外側金属シェルは、約１〜５０ｎｍ、１〜２０ｎｍ、１〜１０ｎｍ、１〜５ｎｍ、５〜５０ｎｍ、５〜２０ｎｍ、５〜２０ｎｍ、５〜１０ｎｍ、または１０〜５０ｎｍの平均厚さを有する。他の厚さも可能である。さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の外側金属シェルは、完全な金属シェルまたは実質的に完全な金属シェルであってよく、「実質的に」完全な金属シェルは、下層の金属ナノ粒子コアの外表面の少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または少なくとも約９８％を覆う。あるいは、他の実例では、外側金属シェルは、完全なまたは実質的に完全な金属シェルではない。さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の外側金属シェルは、多孔質または非多孔質であり得る。
いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コアと外側金属シェルとの間に配置された内側金属シェルをも含む。内側金属シェルは、本開示の目的と矛盾しない任意の金属または金属の組み合わせから形成できる。例えば、いくつかの事例では、内側金属シェルは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕの内の１種または複数を含む遷移金属を含む、またはそれから形成される。いくつかの実施形態では、内側金属シェルは、Ｓｍなどのランタニド金属を含むまたはそれから形成される。さらに、内側金属シェルを形成する金属または金属の組み合わせは、元素状態であり得る。
さらに、いくつかの事例では、内側金属シェルは、本明細書の以降のセクションＩＸでさらに記載されるように、無電解金属析出または化学メッキにより金属ナノ粒子コアの表面上に金属系シェルを形成できる金属または金属の組み合わせを含むまたはそれから形成される。さらに、いくつかのこのような事例では、内側金属シェルはまた、放射性ナノ粒子の外側金属シェルの金属より低い還元電位を有する金属を含む、またはそれから形成される。本明細書の以降のセクションＩＸでさらに記載されるように、このような金属または金属の組み合わせから形成される内側金属シェルは、放射性ナノ粒子の形成中に、外側金属シェルにより少なくとも部分的に置換され得る。例えば、いくつかの事例では、内側金属シェルは、外側金属シェルのイオン化金属とのガルバニック置換反応を受ける。本明細書で記載の放射性ナノ粒子の１つの非限定的例では、金属ナノ粒子コアは、Ａｕから形成され、内側金属シェルはＣｕから形成され、および外側金属シェルはＰｄ、Ｒｈ、Ａｕまたはこれらの組み合わせから形成される。その他の金属の組み合わせも可能である。
さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の内側金属シェルは、存在する場合、本開示の目的とは矛盾しない任意の厚さを有することができる。いくつかの事例では、内側金属シェルは、約１０ｎｍ未満、約５ｎｍ未満、約３ｎｍ未満、または約１ｎｍ未満の平均厚さを有する。他の厚さも可能である。
本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、金属放射性同位体も含む。本開示の目的と矛盾しないいずれの金属放射性同位体も使用し得る。さらに、当業者ならわかるように、金属放射性同位体は、放射性である、または１０２２年未満の半減期を有する同位体などの不安定核を有する金属の同位体であり得る。さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属放射性同位体は、本開示の目的とは矛盾しない任意の金属元素を含むまたはそれから形成できる。いくつかの事例では、例えば、金属放射性同位体は、遷移金属の放射性同位体、例えば、イットリウム（Ｙ）、レニウム（Ｒｅ）、Ｆｅ、Ｃｏ、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕを含む。金属放射性同位体は、ランタニド金属またはアクチニド金属の放射性同位体も含む。本明細書で記載のいくつかの実施形態で使用し得る金属放射性同位体の非制限的例には、Ｃｕ−６４、Ｃｕ−６７、Ｙ−９０、Ｐｄ−１０３、Ｒｈ−１０５、Ｒｅ−１８６、Ｒｅ−１８８、Ｉｒ−１９２、およびＡｕ−１９８が挙げられる。他の放射性同位体も使用し得る。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属放射性同位体は、所望のタイプの放射性崩壊が得られるように選択できる。例えば、いくつかの事例では、金属放射性同位体はβ放射体である。さらに、いくつかの実施形態では、金属放射性同位体はその半減期に基づいて選択できる。例えば、いくつかの事例では、金属放射性同位体は、比較的短い半減期、例えば、７２時間以下の半減期を有するように選択される。あるいは、他の実施形態では、金属放射性同位体は、比較的長い半減期、例えば、１０日以上の半減期を有するように選択される。さらに、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、複数の異なる金属放射性同位体を含む。いくつかのこのような事例では、異なる金属放射性同位体を組み合わせて、比較的迅速な崩壊プロファイルおよび比較的遅い崩壊プロファイルの両方を得ることができる。例えば、いくつかの事例では、第１の金属放射性同位体は、Ｙ−９０（６４時間の半減期を有する）を含むことができ、第２の金属放射性同位体はＰｄ−１０３（１７日の半減期を有する）を含むことができる。より一般的には、このような放射性ナノ粒子の第２の金属放射性同位体は、第１の金属放射性同位体よりも、少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、または少なくとも約２０倍長い半減期を有し得る。いくつかの事例では、本明細書の以降でさらに記載するように、上述のような異なる金属放射性同位体の組み合わせを含む放射性ナノ粒子は、低線量率（ＬＤＲ）および高線量率（ＨＤＲ）処置を生体コンパートメントに適用するのに特に有用であり得る。さらに、いくつかの事例では、このような放射性ナノ粒子は、相乗的効果を与えることもできる。
いくつかの事例では、第２の金属放射性同位体またはその他の追加の放射性同位体は、放射性ナノ粒子の外側シェルの一部としてではなく、代わりに、放射標識有機配位子またはキレート錯体の一部として、本明細書で記載の放射性ナノ粒子内に含めることができるということがさらに理解されるべきである。このような配位子またはキレート錯体は、放射性ナノ粒子の外表面への付加のためのまたは外表面との結合のための（セクションＶＩＩで外表面との結合のために前述の方式を含む）第１の部分、および金属放射性同位体にキレート化または結合するための第２の部分を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、配位子またはキレート錯体は、チオール化１，４，７，１０−テトラアザシクロドデカン−１，４，７，１０−四酢酸（ＤＯＴＡ）を含むことができる。このような実例では、チオール化ＤＯＴＡの１つまたは複数のチオール部分は、放射性ナノ粒子の表面（例えば、外側シェルの外表面）に結合または付加でき、四酢酸部分は金属放射性同位体（例えば、Ｙ−９０）にキレート化できる。他のこのような配位子または錯体を使って、追加の放射性同位体を本明細書で記載の放射性ナノ粒子に供給することも可能である。
さらに、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属放射性同位体の化学的な固有の特性は、金属ナノ粒子コア、内側金属シェル、および外側金属シェルの内の１種または複数などの、放射性ナノ粒子の１種または複数のその他の構成要素の化学的組成および／または還元電位に基づいて選択される。例えば、金属放射性同位体が外側金属シェル内に配置されるいくつかの事例では、金属放射性同位体は、内側金属の金属より高い還元電位を有する金属、および／または外側金属シェルの金属と同じ金属を含む。あるいは、他の事例では、金属放射性同位体および外側金属シェルは、異なる金属元素から形成される。
さらに、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の金属放射性同位体は、イオン状態の場合と対照的に、元素状態であり得る。したがって、金属放射性同位体は、外側金属シェルの表面にのみ存在するのとは対照的に、または放射標識または放射性有機金属化合物もしくは分子金属錯体とは対照的に、外側金属シェルの金属と一体化できる。さらに、金属放射性同位体が、本開示の目的と矛盾しない量で外側金属シェル中に存在し得る。いくつかの事例では、例えば、放射性金属同位体が、０．００１〜１０ｐｐｂ、０．００１〜１ｐｐｂ、０．０１〜１０ｐｐｂ、０．０１〜１ｐｐｂ、０．１〜１０ｐｐｂ、または０．１〜１ｐｐｂの量で外側シェル中に存在する。放射性同位体は、１０ｐｐｂを超える量で外側シェル中に存在してもよい。例えば、いくつかの事例では、放射性金属同位体が、１００〜１０００ｐｐｂ、１〜１０００ｐｐｍ、１〜１００ｐｐｍ、１〜１０ｐｐｍ、１０〜１０００ｐｐｍ、１０〜１００ｐｐｍ、または１００〜１０００ｐｐｍの量で外側シェル中に存在する。他の量も可能である。
本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、本開示の目的とは矛盾しない任意の全体寸法および形状を有することができる。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、球状または実質的に球状である。他の事例では、放射性ナノ粒子は扁球状である。放射性ナノ粒子はまた、多面体もしくはファセット形状または不規則形状を有し得る。さらに、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、３次元で約３０〜５００ｎｍの寸法を有する。いくつかの実施形態では、放射性ナノ粒子は、２次元または３次元のそれぞれで、約３０〜４００ｎｍ、３０〜３００ｎｍ、５０〜５００ｎｍ、５０〜４００ｎｍ、５０〜３００ｎｍ、５０〜２５０ｎｍ、５０〜２００、ｎｍ、５０〜１５０ｎｍ、８０〜５００ｎｍ、８０〜３００ｎｍ、８０〜２００ｎｍ、１００〜５００ｎｍ、１００〜４００ｎｍ、１００〜３００ｎｍ、１００〜２００ｎｍ、１２０〜４５０ｎｍ、１２０〜３００ｎｍ、１２０〜２００ｎｍまたは１２０〜１８０ｎｍの寸法を有する。さらに、いくつかの事例では、特定の次元での放射性ナノ粒子の寸法は、有機または無機の配位子シェル、生体分子、または放射性ナノ粒子の外表面上に存在し得るまたは外表面に結合し得るその他の化学種によってもたらされるいずれの寸法寄与も含まないことは理解されるべきである。他の事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の寸法は、水溶液、緩衝液、および／または血清中の流体力学サイズを含む流体力学サイズである。さらに、特定の方向における放射性ナノ粒子の「寸法」は、その方向における放射性ナノ粒子の最大長さまたは直径であることは理解されるべきである。理論に束縛されることを意図するものではないが、いくつかの事例では、本明細書で記載の寸法を有する放射性ナノ粒子は、治療有効期間中、腫瘍などの生体コンパートメント内で保持できると考えられている。
さらに、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、本明細書で記載の複数のまたは一群の分散した放射性ナノ粒子を含む組成物などの組成物中に存在できる。例えば、このような組成物は、放射性ナノ粒子のコロイドまたは溶液であってよい。このような実施形態では、複数のまたは一群の放射性ナノ粒子は、狭い粒度分布を示す。さらに、いくつかの事例では、複数の放射性ナノ粒子の粒度分布は、放射性ナノ粒子を形成するのに使われる金属ナノ粒子コアの粒度分布と同じまたは実質的に同じである。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の一群の放射性ナノ粒子は、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、または約５％以下の標準偏差を有する単峰性粒度分布を示し、標準偏差は平均寸法を基準にしている。さらに、本明細書で記載の粒度分布は、１、２、または３次元で測定された粒度分布とすることができることは理解されるべきである。
さらに、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、負の外表面電荷を含む負の表面電荷を有することができる。本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、正の外表面電荷を含む正の表面電荷を有してもよい。例えば、いくつかの事例では、放射性ナノ粒子は、少なくとも±５ｍＶ、少なくとも±１０ｍＶ、少なくとも±２０ｍＶ、または少なくとも±２５ｍＶのゼータ電位を有する。いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、約±５ｍＶ〜約±１００ｍＶ、約±５ｍＶ〜約±５０ｍＶ、約±１０ｍＶ〜約±１００ｍＶ、約±１０ｍＶ〜約±５０ｍＶ、約±１０ｍＶ〜約±３０ｍＶ、または約±１５ｍＶ〜約±３５ｍＶのゼータ電位を有する。
理論に束縛されることを意図するものではないが、本明細書で記載の負の表面電荷を有する放射性ナノ粒子は、溶液中で向上した安定性および／または長期「貯蔵寿命」を示すと考えられており、「溶液」中での安定性は、放射性ナノ粒子のコロイドならびに溶液での安定性を含み得る。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の溶液またはコロイドは、９０日までの間、６０日までの間、または３０日までの間、非凝集または実質的に非凝集にすることができ、「実質的に非凝集」は、溶液またはコロイド中に存在する放射性ナノ粒子の総重量を基準にして、１０重量％未満、５重量％未満、または１重量％未満の凝集を意味する。いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の溶液またはコロイドは、１５〜９０日、１５〜４５日、３０〜９０日、３０〜４５日、または３０〜６０日間にわたり、非凝集または実質的に非凝集を示す。さらに、凝集が起こる本明細書で記載の放射性ナノ粒子の溶液またはコロイドは通常、本明細書で記載の方式で使用する前に、再分散できることにさらに留意されるべきである。
本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、本開示の目的とは矛盾しない任意の放射能を有することもできる。例えば、いくつかの事例では、単一放射性ナノ粒子は、約０．４〜４００Ｂｑまたは約４〜４０Ｂｑの放射能を有することができる。いくつかの事例では、放射性ナノ粒子の溶液またはコロイドは、約３７〜３７００ＭＢｑ、約３７〜３７０ＭＢｑ、または約３７〜１８５ＭＢｑの放射能を有する。他の放射能レベルも可能である。
ＩＸ．放射性ナノ粒子の製造方法
別の態様では、放射性ナノ粒子の製造方法が本明細書で記載される。いくつかの実施形態では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の製造方法は、金属ナノ粒子コアを用意すること、および金属ナノ粒子コアのまわりに内側金属シェルを形成することを含み、内側金属シェルは第１の金属または金属の組み合わせを含む。さらに、方法は、金属ナノ粒子コアのまわりに外側金属シェルを形成することをさらに含み、外側金属シェルは、少なくとも１種の金属放射性同位体を含む第２の金属または金属の組み合わせを含む。いくつかの事例では、第２の金属または金属の組み合わせは、非放射性金属同位体をさらに含む。
ここで本明細書で記載の方法の特定のステップについて検討すると、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の製造方法は、金属ナノ粒子コアを用意することを含む。金属ナノ粒子コアは、本開示の目的と矛盾しないいずれの方法でも提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、金属ナノ粒子コアを用意することは、本明細書のセクションＩＩで前述の方式で中空金属ナノ粒子を作成することまたは本明細書のセクションＩＶで前述の方式で複合粒子を作成することを含む。他の事例では、金属ナノ粒子コアを用意することは、本明細書のセクションＶＩＩＩで前述の寸法、形状、および／または化学的組成を有する金属ナノ粒子コアを用意することを含む。例えば、いくつかの事例では、金属ナノ粒子コアを用意することは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、もしくはＡｕなどの遷移金属から形成される、または２種以上の前述の金属元素の混合物もしくは合金から形成される中実ナノ粒子を用意することを含む。さらに、いくつかの事例では、金属ナノ粒子コアを用意することは、複数の金属ナノ粒子コアを含む溶液、コロイド、またはその他の組成物を用意することを含む。
本明細書で記載の方法はまた、金属ナノ粒子コアのまわりに内側金属シェルを形成することを含む。内側金属シェルは、本開示の目的と矛盾しないいずれの方法でも金属ナノ粒子コアのまわりに形成し得る。いくつかの事例では、内側金属シェルは、第１の金属または金属の組み合わせの金属ナノ粒子コアの外表面上への無電解析出または化学メッキにより形成される。当業者ならわかるように、このような第１の金属または金属の組み合わせの無電解析出または化学メッキは、第１の金属または金属の組み合わせと、金属ナノ粒子コアの外表面との間の自己触媒レドックス反応であり得る。したがって、第１の金属または金属の組み合わせは、金属ナノ粒子コアの表面上で無電解析出を受けることができる任意の金属または金属の組み合わせを含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、内側金属シェルを形成することは、第１の金属または金属の組み合わせの溶液を金属ナノ粒子コアに添加することを含み、第１の金属または金属の組み合わせは、非ゼロまたは正の酸化状態にある。いくつかのこのような実例では、第１の金属または金属の組み合わせは、１種または複数の金属塩、有機金属化合物、または金属錯体として提供される。
さらに、いくつかの事例では、第１の金属または金属の組み合わせは、本明細書のセクションＶＩＩＩで放射性ナノ粒子の内側シェル用として前述した金属を含む。例えば、いくつかの実施形態では、第１の金属または金属の組み合わせは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕおよびＳｍの内の１種または複数を含む遷移金属またはランタニド金属を含む。さらに、上述のように、内側金属シェルは、金属ナノ粒子コアと同じ金属（または金属の組み合わせ）または異なる金属（または金属の組み合わせ）を含むまたはそれらから形成できる。
本明細書で記載の方法はまた、金属ナノ粒子コアのまわりに外側金属シェルを形成することを含む。外側金属シェルは、本開示の目的と矛盾しないいずれの方法でも形成し得る。例えば、内側金属シェルの形成と同様に、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の外側金属シェルは、内側金属シェルが形成された後で、第２の金属または金属の組み合わせの溶液と、金属ナノ粒子コアとを混合することにより形成できる。任意の第２の金属または金属の組み合わせの溶液を使用してよい。例えば、いくつかの事例では、溶液は、正のまたは非ゼロ酸化状態にある第２の金属または金属の組み合わせの塩または他の錯体を含む。
さらに、いくつかの事例では、外側金属シェルは、少なくとも一部の内側金属シェルの、第２の金属または金属の組み合わせとのガルバニック置換により形成される。いくつかのこのような事例では、外側金属シェルを形成することは、一続きのまたは一連のガルバニック置換反応を実施することを含む。例えば、いくつかの事例では、第１のガルバニック置換反応が内側金属シェルと金属放射性同位体との間で実施され、およびその後、第２のガルバニック置換反応が内側金属シェルと非放射性金属同位体との間で実施される。いくつかの実施形態では、このような一連のガルバニック置換反応を実施することは、比較的少量の金属放射性同位体を使用して、放射性同位体が放射性ナノ粒子の外側金属シェル中に組み込まれることを可能とする。したがって、いくつかの事例では、金属放射性系同位体の量は、外側シェルの形成に使われる非放射性金属同位体の量に比べて、少ない。例えば、いくつかの事例では、非放射性金属同位体の、放射性金属同位体に対するモル比率は、１０：１より大きい、１００：１より大きい、１０００：１より大きい、１０，０００：１より大きい、または１００，０００：１より大きい。いくつかの事例では、非放射性金属同位体の、放射性金属同位体に対する比率は、１０：１〜１００，０００：１、１００：１〜１００，０００：１、１０００：１〜１００，０００：１、１０００：１〜１０，０００：１、または１０，０００：１〜１００，０００：１である。さらに、いくつかの実施形態では、放射性金属同位体は、約１０−７ｍｏｌ／Ｌ〜約１０−９ｍｏｌ／Ｌの濃度で使用される。
さらに、第２の金属または金属の組み合わせの金属放射性同位体および非放射性金属同位体は、同じ金属または異なる金属の同位体とすることができる。例えば、いくつかの事例では、金属放射性同位体は、Ｐｄ−１０３を含み、非放射性金属同位体はＰｄ−１０６などのＰｄの非放射性同位体を含む。他の事例では、金属放射性同位体は、Ｐｄ−１０３を含み、非放射性金属同位体はＡｕ−１９７などのＡｕの非放射性同位体を含む。さらに、本明細書のセクションＶＩＩＩで前述のいずれかの金属放射性同位体とすることができる。さらに、いくつかの事例では、金属放射性同位体の化学的な固有の特性は、金属ナノ粒子コア、内側金属シェル、および外側金属シェルの内の１種または複数などの、放射性ナノ粒子の１種または複数のその他の構成要素の化学的組成および／または還元電位に基づいて選択される。例えば、いくつかの事例では、金属放射性同位体は、内側金属シェルの金属より高い還元電位を有する金属を含む。本明細書で記載のいくつかの実施形態で使用し得る金属放射性同位体の非制限的例には、Ｃｕ−６４、Ｃｕ−６７、Ｐｄ−１０３、Ｒｈ−１０５、Ｉｒ−１９２、およびＡｕ−１９８が挙げられる。他の放射性同位体も使用し得る。
より一般的には、第２の金属または金属の組み合わせは、本開示の目的と矛盾しない任意の金属を含むことができる。いくつかの事例では、第２の金属または金属の組み合わせは、内側金属シェルを形成する第１の金属または金属の組み合わせより高い還元電位を有する１種または複数の金属を含む。いくつかの実施形態では、第２の金属または金属の組み合わせは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕの内の１種または複数を含む遷移金属を含む。いくつかの実施形態では、第２の金属または金属の組み合わせは、Ｓｍなどのランタニド金属を含む。他の金属も使用し得る。
さらに、セクションＶＩＩＩで前述のように、本明細書で記載の方法にしたがって金属ナノ粒子コア、内側金属シェル、および外側金属シェルの形成に使用される金属または金属の組み合わせは通常、上述のように、容易なおよび／または効率的な無電解析出および／またはガルバニック置換反応を促進するような方法などにおいて、それらの相対的反応性または還元電位に基づいて選択できる。例えば、いくつかの実施形態では、金属ナノ粒子コアは、Ａｕから形成され、第１の金属または金属の組み合わせはＣｕを含み、第２の金属または金属の組み合わせは、Ｐｄ、Ｒｈ、またはＡｕの放射性同位体およびＰｄ、Ｒｈ、またはＡｕの非放射性同位体を含む。当業者ならわかるように、金属の他の組み合わせも、本開示の教示から逸脱することなく可能である。
さらに、本明細書で記載のいくつかの事例では、放射性ナノ粒子の形成の間に、外側金属シェルは完全にまたは実質的に完全に内側金属シェルを置換する。本明細書での参照の目的で、内側金属シェルを「実質的に完全に」置換する外側金属シェルは、置換ステップ前に存在する内側金属シェルの合計量を基準にして、内側金属シェルの、少なくとも約９０ｍｏｌ％、少なくとも約９５ｍｏｌ％、少なくとも約９８ｍｏｌ％、または少なくとも約９９ｍｏｌ％を置換する。このような実施形態では、内側金属シェルは、最終的放射性ナノ粒子中に非存在または実質的に完全に非存在であり得る。しかし、他の事例では、若干量の内側金属シェルが存続し、完成した放射性ナノ粒子内で検出され得る。
本明細書に記載のように、本開示による放射性ナノ粒子の製造方法は容易なおよび／または効率的な方法で実施できる。さらにいくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の製造方法は、材料系への電流の適用なしに、および／または外部または非金属酸化剤または還元剤使用なしに実施でき、この場合の「外部」還元剤は、それ自体、放射性ナノ粒子の金属ナノ粒子コア、内側金属シェル、または外側金属シェルの一部ではない還元剤を意味し得る。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子の内側金属シェルおよび外側金属シェルは、非金属還元剤を使用することなく形成される。同様に、外側金属シェルの形成は、外側金属シェルのための金属源として機能する金属種（例えば、金属塩またはその他の金属含有錯体）以外のいずれか他の反応物質または還元剤を使用せずに実施できる。さらに、このような反応は、水溶液中で実施できる。
放射性ナノ粒子は、前述の方法とは異なる方式で作成することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、内側金属シェルは、外側金属シェルの形成の前に、１種または複数のガルバニック置換反応によって金属ナノ粒子コアのまわりで形成されない場合がある。その代わりに、いくつかの事例では、放射性ナノ粒子の製造方法は、金属ナノ粒子コアを用意すること、および少なくとも一部の金属ナノ粒子コアの、第２の金属または金属の組み合わせとのガルバニック置換によって、金属ナノ粒子コアのまわりに外側金属シェルを形成することを含み、第２の金属または金属の組み合わせは、金属放射性同位体を含む。第２の金属または金属の組み合わせは、非放射性金属同位体も含み得る。さらに、第２の金属または金属の組み合わせは、金属ナノ粒子コアより高い還元電位を有し得る。さらに、いくつかの実施形態では、外側シェルは一連のガルバニック置換反応から形成される。例えば、いくつかの事例では、外側金属シェルを形成することは、金属ナノ粒子コアと金属放射性同位体との間の第１のガルバニック置換反応を実施すること、およびその後、金属ナノ粒子コアと非放射性金属同位体との間の第２のガルバニック置換反応を実施することを含む。このようにして、金属ナノ粒子コアの少なくとも一部（例えば、外表面部分）が第２の金属または金属の組み合わせにより置換されて、コア−シェル構造を有する放射性ナノ粒子が得られる。例えば、一非限定的例では、放射性Ｐｄ同位体および非放射性Ｐｄ同位体を含む放射性Ｐｄシェルが、Ｃｕから形成される金属ナノ粒子コアのまわりに形成できる。他の金属の組み合わせも使用し得る。
さらに他の事例では、放射性ナノ粒子は、放射性同位体を金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側シェルに組み込むことに代えてまたは加えて、放射性同位体を金属ナノ粒子コア内に組み込むことにより作成できる。例えば、いくつかの実施形態では、放射性ナノ粒子の製造方法は、多孔質中空ナノ粒子（例えば、本明細書で前述の多孔質中空ナノ粒子）を用意すること、１種または複数の放射性同位体と中空ナノ粒子を混合し、放射性同位体を中空ナノ粒子内に配置すること、および多孔質中空ナノ粒子を密封することを含む。いくつかの事例では、多孔質中空ナノ粒子を密封することは、本明細書のセクションＩＶで前述のように、酸化−還元反応により多孔質中空ナノ粒子の表面上に沈着され得る金属含有化学種を供給することを含む。例えば、いくつかの実施形態では、密封することは、多孔質中空ナノ粒子の表面上に無電解析出され得る金属含有化学種を供給することを含む。このような方法で使用される放射性同位体は、Ｌｕ−１７７またはＡｃ−２２５または本明細書セクションＶＩＩＩで前述の金属放射性同位体などの金属放射性同位体、またはＢ−１０、Ｐ−３２、Ｉ−１２５、またはＩ−１３１などの金属放射性同位体とすることができる。
Ｘ．ブラキセラピーの実施方法
さらに別の態様では、ブラキセラピーを実施する方法が本明細書で記載される。いくつかの実施形態では、ブラキセラピーの実施方法は、本明細書で記載の組成物を生体コンパートメント内に配置することを含む。例えば、いくつかの事例では、組成物は複数の分散した放射性ナノ粒子を含み、「分散した」放射性ナノ粒子は、非凝集化または実質的に非凝集化ナノ粒子であり、本明細書セクションＶＩＩＩで前述の平均寸法を有するナノ粒子が含まれる。例えば、いくつかの実施形態では、組成物は、複数の放射性ナノ粒子のコロイド状分散体である。当業者ならわかるように、このようなコロイド状分散体は、ナノ粒子を分散させる溶媒または分散媒をさらに含むことができる。本開示の目的と矛盾しないいずれの溶媒または分散媒も使用し得る。例えば、いくつかの事例では、コロイド状分散体は水性分散液である。さらに、いくつかの実施形態では、放射性ナノ粒子は血清または緩衝液中に分散される。本明細書でさらに前述したように、このような放射性ナノ粒子のコロイド状分散体は、ブラキセラピーを実施する以前の方法で使用される比較的大きなカプセル化放射線療法剤よりも多くの利点を提供できる。
さらに、いくつかの事例では、生体コンパートメント中に配置される組成物は、複数の放射性ナノ粒子を含み、複数の放射性ナノ粒子の内の少なくとも１個は、本明細書セクションＶＩＩＩで前述のコア−シェルまたはコア−シェル−シェル構造を有する放射性ナノ粒子である。一般に、本明細書セクションＶＩＩＩで前述の任意の放射性ナノ粒子を使用できる。例えば、いくつかの実施形態では、放射性ナノ粒子は、金属ナノ粒子コア、金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側金属シェル、および金属ナノ粒子コア内または外側金属シェル内に配置された金属放射性同位体を含む。さらに、いくつかの事例では、放射性ナノ粒子は、３次元で約３０〜５００ｎｍの寸法を有する。他の事例では、放射性ナノ粒子は、２次元または３次元のそれぞれで、約３０〜４００ｎｍ、３０〜３００ｎｍ、５０〜５００ｎｍ、５０〜４００ｎｍ、５０〜３００ｎｍ、５０〜２５０ｎｍ、５０〜２００、ｎｍ、５０〜１５０ｎｍ、８０〜５００ｎｍ、８０〜３００ｎｍ、８０〜２００ｎｍ、１００〜５００ｎｍ、１００〜４００ｎｍ、１００〜３００ｎｍ、１００〜２００ｎｍ、１２０〜４５０ｎｍ、１２０〜３００ｎｍ、１２０〜２００ｎｍまたは１２０〜１８０ｎｍの寸法を有する。理論に束縛されることを意図するものではないが、本明細書で記載の寸法を有する放射性ナノ粒子は、ナノ粒子が配置される生体コンパートメント内で、５週間まで、８週間まで、または１０週間までの期間などの長期間保持できると考えられている。このような保持は、生体コンパートメントが腫瘍または癌性組織である実施形態に対しては特に望ましい場合がある。例えば、複数の放射性ナノ粒子が、腫瘍または癌性生体コンパートメント中に配置されるいくつかの実施形態では、少なくとも約７０％または少なくとも約８０％の放射性ナノ粒子が少なくとも３週間にわたり腫瘍内に維持される。いくつかの事例では、約７０〜９９％、７０〜９５％、７０〜９０％、７０〜８０％、８０〜９９％、８０〜９５％、８０〜９０％、８５〜９９％、または８５〜９５％の放射性ナノ粒子が、１〜１０週間、１〜５週間、１〜３週間、３〜１０週間、３〜８週間、３〜５週間、５〜１０週間、または５〜８週間の期間にわたり腫瘍内に維持される。
さらに、本明細書で記載の寸法を有する放射性ナノ粒子を含む組成物はまた、組成物が、手術ではなく注入により、生体コンパートメントに配置されるのを可能にし得る。したがって、いくつかの事例では、本明細書で記載のブラキセラピーを実施する方法は、組成物を、腫瘍または腫瘍に直接隣接した領域などの生体コンパートメントに注入することを含み、ここで、腫瘍に「直接隣接した」領域は、腫瘍の約５ｃｍ以内、約２ｃｍ以内、または約１ｃｍ以内であってよい。さらに、いくつかの事例では、組成物は、生体コンパートメントに連結された動脈などの血管中に注入される。例えば、いくつかの実施形態では、組成物は、本明細書の実施例で後述するような動脈注入処置の一部として注入される。
本明細書で記載のブラキセラピーを実施する方法は、本開示の目的と矛盾しない任意の腫瘍または癌性組織の処置に使用できることがさらに理解されるべきである。例えば、いくつかの事例では、生体コンパートメントは、固形癌、肉腫、リンパ腫、白血病、芽細胞腫、または胚細胞性腫瘍を含む。より具体的には、いくつかの事例では、生体コンパートメントは、乳癌組織、前立腺癌組織、肺癌組織、膵臓癌組織、結腸癌組織、肝臓癌組織、食道癌組織、婦人科癌組織、肛門癌または直腸癌組織、頭頸部癌組織、脳癌組織、または骨癌組織を含む。さらに、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の方法は、切除不能のまたは別の方法では外科的除去が最適でない悪性腫瘍の処置に使用できる。腫瘍は、腫瘍が患者の重要な構造体に癒着している場合、または腫瘍除去の手術が患者に対する不可逆的損傷を引き起こす場合、「切除不能」と見なすことができる。本明細書で記載の方法はまた、５ｃｍ以下、２ｃｍ以下、１ｃｍ以下、または０．５ｃｍ以下の寸法を有する腫瘍などの比較的小さな腫瘍を術中に処置するのに使用できる。さらに、本明細書で前述のように、本明細書で記載の方法を使って、放射性ナノ粒子の動脈内注入を実施し、それにより、任意の寸法の腫瘍の処置を可能とすることができる。
同様に、いくつかの事例では、本明細書で記載の方法を使って、切除後または他のより大きな疾患部位の処置後を含む、残留微視的病巣の発生し得る領域に対しブラキセラピーを施すことができる。したがって、いくつかの事例では、本明細書で記載の方法の生体コンパートメントは、腫瘍またはその他の患部組織が以前に除去された部位である。生体コンパートメントはまた、潜在的患部組織の微視的領域であってもよく、「微視的」領域は１０ｍｍ３未満または１ｍｍ３未満の体積を有することができる。他の実施形態では、放射性ナノ粒子が注入されるまたは配置される生体コンパートメントは、このような微視的領域に直接隣接している。
当業者ならわかるように、腫瘍などの生体コンパートメント中での本明細書で記載の放射性組成物を配置することにより、放射性組成物から放出される放射線による生体コンパートメントに対するブラキセラピーを提供できる。さらに、いくつかの実施形態では、本明細書で記載の方法は、生体コンパートメントへの内部放射線を提供することを目的とするものに加えてさらなる治療ステップを実施することにより、生体コンパートメントに対しさらなる処置または治療を提供できる。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の方法は、生体コンパートメントを電離放射線の外部ビームで照射することをさらに含む。当業者ならわかるように、「電離放射線」は、原子または分子から電子を遊離させることによる原子または分子をイオン化するのに十分なエネルギーを有する様々な種類の放射線を含むことができる。電子を遊離させるのに必要なエネルギー量は、原子または分子の固有の性質または環境に応じて変化し得るとさらに理解される。いくつかの実施形態では、電離放射線は、スペクトルの水素ライマンアルファ（Ｈライマンα）、真空紫外（ＶＵＶ）、または極紫外（ＥＵＶ）領域中のガンマ線、Ｘ線、および／または紫外線を含む放射線などの電離電磁放射線とすることができる。他の事例では、電離放射線は、アルファ粒子、ベータ粒子、または中性子などの放射性崩壊生成物を含むことができる。さらに、いくつかの事例では、本明細書で記載の放射性ナノ粒子は、生体コンパートメント用の放射線増感剤とすることができる。したがって、いくつかの事例では、本明細書で記載の組成物を使って、内部放射線療法またはブラキセラピーを提供することにより、また、外部放射線療法の効果を高めることにより、癌などの疾患を処置できる。さらに、いくつかの実施形態では、放射性ナノ粒子は、放射性ナノ粒子それ自体により放出される放射線のための放射線増感剤であってよく、それにより、放射性ナノ粒子により提供される内部放射線療法の効果が高められるということも理解されるべきである。
さらに、いくつかの事例では、本明細書で記載の組成物は、温熱療法剤でもあり得る。このような実施形態では、組成物の放射性ナノ粒子は、適切な波長の電磁放射線を吸収し、その結果、吸収された電磁放射線の少なくとも一部のエネルギーを、熱エネルギーに変換し、放射性ナノ粒子およびナノ粒子の周辺環境の温度の増加をもたらすことができる。したがって、いくつかの事例では、本明細書で記載の方法は、放射性ナノ粒子が配置されている生体コンパートメントを、放射性ナノ粒子により吸収され得る波長を有する電磁放射線のビームに暴露することを含む。いくつかの事例では、電磁放射線は、可視光を含むか、または電磁スペクトルの可視領域の中央、例えば、４５０ｎｍ〜７５０ｎｍに位置している。いくつかの事例では、電磁放射線は、赤外（ＩＲ）光を含むか、または電磁スペクトルのＩＲ領域の中央に位置する光を含む。いくつかの実施形態では、電磁放射線は、近赤外（ＮＩＲ、７５０ｎｍ〜１．４μｍ）、短波長ＩＲ（ＳＷＩＲ、１．４〜３μｍ）、中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ、３〜８μｍ）、または長波長ＩＲ（ＬＷＩＲ、８〜１５μｍ）領域の中央に位置する。さらに、いくつかの実施形態では、電磁放射線は、水および／または生物学的組織が吸収極小を有するスペクトル波長、例えば、約７００ｎｍ〜約８００ｎｍまたは約１．２５μｍ〜約１．３５μｍの波長と重なる。
さらにいくつかの実施形態では、本明細書で記載の組成物は、画像化および処置の両方を提供できる造影剤またはセラノスティックス剤であってもよい。例えば、いくつかの事例では、本明細書で記載の組成物は、ＭＲＩ活性および／またはＰＥＴ活性でもある本明細書で記載の放射性ナノ粒子を含む。いくつかのこのような実施形態では、放射性ナノ粒子は、本明細書のセクションＩＩＩで前述の複合粒子、例えば、金属ナノ粒子コアにより画定される空洞内に磁気ナノ粒子を含む複合粒子を含む。いくつかの実施形態では、複合粒子はＦｅ３Ｏ４などの酸化鉄を含む。
本明細書で記載のいくつかの実施形態は、次の非限定的実施例でさらに説明される。
実施例１
積層膜を使って形成した中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。図１に示すように、参照電極としての３ＭのＮａＣｌ溶液中のＡｇ／ＡｇＣｌ電極および対極としての白金メッシュを備えた三電極電着セルを使ってナノ粒子を形成した。Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２７３Ａ Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ／Ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔを使って、作用電極に電位を印加した。２〜５枚の市販のアルミナ膜の積層体（Ｗｈａｔｍａｎ Ｃｏｒｐ．）が複数の核生成基板を提供した。それぞれの膜は約６０μｍの厚さで、全体厚さを貫通するチャネルが設けられた。それぞれの膜の片側には、小さい分岐部が認められた。チャネル直径は、約３００ｎｍであり、分岐部の直径は、約２０ｎｍ〜約２００ｎｍに変動した。チャネル密度は、約１０９／ｃｍ２であった。膜の上面図および断面図を図２に示す。それぞれの膜の分岐側が、たとえ存在しても上の膜ではなく、下の膜に最近接となるように、膜を積層した（すなわち、分岐側を膜積層体の各層の上端ではなく下端になるように配向させた）。５００ｎｍのＣｕ層を積層体の下端の膜の底側上にスパッタリング蒸着し、作用電極として機能させた。１ｃｍの直径のオーリングを備えたテフロン（登録商標）セルを膜積層体の最上部に配置した。
電解質を上記電着セル中に配置した。最初に、約３体積％の硫酸（１８Ｍ、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ）、約３体積％のエチレンジアミン（ＥＤＡ、９９％から希釈した５０％溶液、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、約１０体積％の亜硫酸金ナトリウム（Ｎａ３Ａｕ（ＳＯ３）２、Ｃｏｌｏｎｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ，Ｉｎｃ．から購入したｐＨ１０．５の溶液から希釈した１０％溶液）、および約７体積％の亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）（２Ｍ水溶液、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）から構成される水溶液を調製することにより電解質を調製した。溶液は、約７．０のｐＨであった。その後、溶液に０．０１Ｍの硫酸（Ｈ２ＳＯ４）または０．４Ｍの水性のスルファミン酸ニッケル（Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２、脱イオン水およびＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入した９８％のスルファミン酸ニッケル四水和物（Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ）を使って調製した）を加えてｐＨ約６に下げた。
電解質を電着セル中に配置した後、−０．６Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ）より負の電位を印加し、大きなＡｕナノロッドおよびより小さい中空Ａｕナノ粒子が形成された。全ての膜の内側細孔壁面上に中空Ａｕナノ粒子が観察された。底部電極により近い膜中では、より多くの中空ナノ粒子が観察された。図３に示すように、これらの中空ナノ粒子の数は、底部電極からの距離と共に徐々に減少した。いくつかの電着Ａｕナノロッドは、図４の底部で見ることができ、一方、いくつかの中空Ａｕナノ粒子は、図３および４で見ることができる。それぞれの膜の底部にある分岐部は、図３Ａおよび図３Ｂの底部で見ることができる。
中空Ａｕナノ粒子は、最初に電解質をセルから注ぎ出し、脱イオン水を使って洗浄することにより単離される。その後、脱イオン水をセルに加えて、少なくとも３０分間そこに保持し、電解質を膜から完全に拡散させる。このプロセスを少なくとも３回繰り返した。その後、１Ｍの水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液を使って、積層体中の膜を個別に溶解した。残りの中空Ａｕナノ粒子を脱イオン水中の数回の分散とそれに続く遠心分離により精製した。図４は、第１の膜を溶解後の作用電極上の電着金属の上端上への中空Ａｕナノ粒子の蓄積を示す。
中空Ａｕナノ粒子は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、および動的光散乱（ＤＬＳ）を使って特性が明らかにされた。３００ｋＶで動作するＨｉｔａｃｈｉ Ｈ９５００ ＨＲ−ＴＥＭを使って、明視野画像および選択的領域電子線回折（ＳＡＥＤ）パターンを取得した。１滴の中空Ａｕナノ粒子懸濁液を炭素コーティングした銅グリッド上に置き、粒子がグリッド上に沈降するあいだ１０分間待ち、その後、余剰溶液を除去することにより、試料を調製した。図５は、中空Ａｕナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真（Ａ〜Ｃ）および選択領域回折パターン（Ｄ）を示す。さらなる特性評価のために、イオンミリングを使って、中空Ａｕナノ粒子を切り開いた。ＺＥＩＳＳ Ｓｕｐｒａ ５５ ＶＰ ＳＥＭを使ってＳＥＭ顕微鏡写真を取得した。中空Ａｕナノ粒子の希釈した水性懸濁液を一片のシリコンウエハ上に広げて、表面上にナノ粒子の単分子膜を形成することにより試料を調製した。４．５ｋｅＶのイオン銃を備えたＧａｔａｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍを使って、４°傾斜で５分間イオンミリングを実施した。２つのビーム電流を３６μＡおよび４８μＡとし、試料を４ｒｐｍで回転した。図６は、処理した中空Ａｕナノ粒子を示す。図７は、ＤＬＳを使った中空Ａｕナノ粒子群の粒度分布を示す。
実施例２
パターン形成基板を使って形成した中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。図８に示すように、参照電極としての３ＭのＮａＣｌ溶液中のＡｇ／ＡｇＣｌ電極および対極としての白金メッシュを備えた三電極セルを使って中空Ａｕナノ粒子を形成した。ガラス基板（光学顕微鏡スライド）上のＡｇストライプからなるリソグラフィーによりパターン形成した電極を作用電極として使用した。光学顕微鏡ガラススライドを脱イオン水で濯いだ後、使用の前にプラズマ処理で清浄化した。フォトリソグラフィを使って、ガラス基板にパターン形成した。フォトマスク設計を図９Ａに示す。ストライプの幅は５０μｍとし、ストライプを１００μｍ毎に繰り返した。Ａｇストライプパターン形成基板を図９Ｂに示す。基板の非コーティングガラス領域は、中空Ａｕナノ粒子の核生成および成長のための表面を提供した。Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２７３Ａ Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ／Ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔを使って、作用電極に電位を印加した。
電解質を上記電着セル中に配置した。試薬グレード化学薬品を使って、下記を含む種々の電解質を調製した。ｐＨ約１０．５の亜硫酸金ナトリウム（Ｎａ３Ａｕ（ＳＯ３）２）水溶液をＣｏｌｏｎｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｉｎｃ．から購入し、脱イオン水で１０％または５％に希釈した。エチレンジアミン（ＥＤＡ、９９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を脱イオン水で５０％または５％に希釈した。ｐＨ約５．８の０．４Ｍスルファミン酸ニッケル（Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２）水溶液を、脱イオン水およびＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入した９８％のスルファミン酸ニッケル四水和物（Ｎｉ（ＳＯ３ＮＨ２）２・４Ｈ２Ｏ）を使って調製した。一連の電解質を調製するために、表１に示す成分を混合し、５％硫酸を使って、電解質を約６のｐＨになるようにさらに酸性化した。
Figure 2018520098
電解質を電着セル中に配置後、電位を印加した。水素放出平衡電位より負の電位がＡｇストライプに印加された場合、図１０に示すように（スケールバーは１μｍ）、多数の金ナノ粒子がガラス領域に形成される。図１０Ａのナノ粒子は、Ｎｉ２＋を含まない電解質を使って形成された。図１０Ｂのナノ粒子は、Ｎｉ２＋を含む電解質を使って形成された。
実施例３
ＴＥＭグリッドを使った中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。ＴＥＭグリッドを作用電極および核生成基板として使用したこと以外は、実施例２で記載のものに類似の方法を使って中空Ａｕナノ粒子を形成した。ＴＥＭグリッドは、炭素膜でコーティングされた銅メッシュから構成された。図１１に示すように、中空Ａｕナノ粒子が炭素膜上で観察された。スケールバーは１μｍである。電着後に、何らそれ以上の処理をすることなく、高解像度ＴＥＭ（ＨＲ−ＴＥＭ）による特性評価を実施した。
実施例４
多孔質シェルを有する中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。実施例１で記載のものに類似の方法を使ってナノ粒子を形成した。５枚の陽極酸化アルミナ濾過膜の代わりに２枚の積層体を使い、７００ｎｍ層のＣｕをスパッタリング沈着して、底部膜の細孔を塞ぎ、作用電極として機能させたことを除いて、実施例１に記載のように電着セルを使った。市販のＡｕ亜硫酸塩溶液（Ｔｅｃｈｎｉ−Ｇｏｌｄ ２５ ＥＳ ＲＴＵ（Ｔｅｃｈｎｉｃ，Ｉｎｃ．製））を電解質として使用した。溶液の初期ｐＨは約７．０であった。溶液に０．４Ｍのスルファミン酸Ｎｉ溶液を加えて、ｐＨを約６．０にした。Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２７３Ａ Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ／Ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔを使って、−０．８０Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極）の電位を作用電極に印加した。この電位で水素放出が発生した。多孔質シェルを有する中空Ａｕナノ粒子を得るために、反応時間を１０分未満に保持した。実施例１に記載のようにして、多孔質シェルを有する中空Ａｕナノ粒子を精製し、単離した。
実施例５
中空Ａｕナノ粒子を含む中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。印加電位をパルス出力したことを以外は、実施例１で記載のものに類似の方法を使って中空Ａｕナノ粒子を形成した。ナノ粒子の製作を、６００秒間の−０．８Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ）の印加電位で開始し、続けて、３００秒間の開回路とした。２回の追加のサイクルにわたりパルス出力電位を繰り返した。図１３に示すように、二重シェルナノ粒子が得られた。内側の空洞の平均直径は約５０ｎｍで、全体寸法は約３００ｎｍであった。スケールバーは２００ｎｍである。その他の二重シェルナノ粒子を図１４に示す。図１４Ａ〜Ｃのスケールバーは１００ｎｍである。図１４Ｄのスケールバーは２０ｎｍである。
実施例６
Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子を含む中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致するＦｅ３Ｏ４ナノ粒子を含む中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。多孔質シェルを有する中空Ａｕナノ粒子を実施例４に記載されているものに類似の方法で調製した。０．２Ｍの亜硫酸ナトリウムを使って電解質のｐＨ値を約６．５に調節し、反応時間を４００〜６００秒とした。得られた中空Ａｕナノ粒子は、直径約５０ｎｍの空洞および約２５ｎｍ未満の厚さのシェルを有していた。シェルは多孔質で、ＨＲ−ＴＥＭで測定して、約２〜３ｎｍの細孔寸法を示した。
中空Ａｕナノ粒子内に酸化鉄ナノ粒子を作成するために、５．２ｇ（０．０３２ｍｏｌ）の無水ＦｅＣｌ３および２ｇ（０．０１６ｍｏｌ）のＦｅＣｌ２を、０．８５ｍＬのＨＣｌ（１２．１Ｎ）を含む２５ｍＬの脱イオン水に激しく撹拌しながら添加した。この後、ＦｅＣｌ２およびＦｅＣｌ３の混合溶液を脱イオン水で４０倍に希釈した。得られた水溶液を、真空濾過を使って、上記中空Ａｕナノ粒子を充填したアルミナ膜のチャネル中に送達した。この場合、アルミナ膜は、真空濾過手順における「フィルター」の役割を果たした。その後、湿潤アルミナ膜をＦｅＣｌ３／ＦｅＣｌ２溶液中に約３０分間浸漬した。次に、膜を５ｍＬの３０％ＮＨ４ＯＨ水溶液中に移し、そのままで、さらに１０〜２０分間保持した。黄色がかっているオレンジ色が現れ、酸化鉄ナノ粒子の形成を示した。アルミナ膜内であるが、中空Ａｕナノ粒子空洞の外側に形成された遊離酸化鉄ナノ粒子（約１０ｎｍの直径）を、真空濾過下で膜中を脱イオン水を通過させることにより取り除いた。次に、膜を１〜２ＭのＮａＯＨ（水溶液）を使って溶解し、Ｆｅ３Ｏ４／Ａｕコア／シェルナノ粒子を溶液中に放出させた。ナノ粒子を脱イオン水中への数回の分散とそれに続く遠心分離により精製した。このプロセスを図１５に示した。
エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＳ）および選択領域電子線回折（ＳＡＥＤ）を含むＴＥＭで複合ナノ粒子の特性を明らかにした。複合粒子の光学的および磁気的性質も調べた。図１６は、酸化鉄ナノ粒子の中空Ａｕナノ粒子中への充填前（図１６Ａ）および充填後（図１６Ｂ）のＴＥＭ像を示す。中空Ａｕナノ粒子の空洞内でのＦｅ３Ｏ４ナノ粒子の析出中に、Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子は空洞の外側にも形成される。しかし、ＴＥＭ像は、中空Ａｕナノ粒子の外表面に付着した小さい酸化鉄ナノ粒子は存在しないことを示した。遊離（中空Ａｕナノ粒子空洞内に捕捉されていない）Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子は、直径２０ｎｍ未満であり、濾過および遠心分離を使って、Ｆｅ３Ｏ４／Ａｕ複合粒子から容易に分離された。Ｆｅ３Ｏ４の多孔質中空Ａｕナノ粒子のコアへの充填は、単一複合粒子のＥＤＳ分析（図１６Ｃ）、および３個の複合粒子に由来する選択領域電子線回折（ＳＡＥＤ）パターン（図１６Ｄ）により確認された。
Ｆｅ３Ｏ４／Ａｕ複合粒子の水性懸濁液を図１７Ａに示す。懸濁液は青緑色であり、懸濁液が赤色光を吸収したことを示す。中空Ａｕナノ粒子のＳＰＲ波長に対応する吸収ピークを図１７Ｂに示す。中空Ａｕナノ粒子の吸収プロファイルは、Ｆｅ３Ｏ４充填の前後でほとんど変わらなかった。理論に束縛されることを意図するものではないが、吸収プロファイルの維持は、Ａｕシェルの厚さ（＞２０ｎｍ）に起因したのかもしれない。したがって、中空ナノ粒子ホストの光学特性を独立に選択し、維持することが可能であった。
さらに、図１７Ａに示すように、複合粒子は永久磁石の方向に引っ張られることが可能であった。図１８に示すように、Ｆｅ３Ｏ４／Ａｕ複合粒子を含む乾燥粉末の磁化曲線は、ヒステリシスを示す。曲線の形状は、中空Ａｕナノ粒子の空洞内に、いくつかのより小さい（＜２０ｎｍ）超常磁性Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子、ならびにいくつかのより大きな（＞３０ｎｍ）強磁性体Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子の存在を示唆した。
実施例７
ドープＦｅ３Ｏ４ナノ粒子を含む中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致するドープＦｅ３Ｏ４ナノ粒子を含む中空Ａｕナノ粒子が以下のように形成される。Ｆｅ２＋およびＦｅ３＋イオンと共にドーパントイオン源も供給されること以外は、Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子を含む中空Ａｕナノ粒子を実施例６に記載されているものに類似の方法で調製した。ドーパントイオンには、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）画像化に有用な６４Ｃｕ２＋または８９Ｚｒ４＋などの核種が含まれる。実施例６に記載されているものに類似の方法によって、Ａｕ／ドープＦｅ３Ｏ４ナノ複合材料が調製および精製されると、表面が以下のように官能化される。アルミナ膜の溶解の前に、リポ酸またはジヒドロリポ酸（ＤＨＬＡ）の溶液が膜に添加され、この配位子と中空Ａｕナノ粒子表面との結合が生じる。その後、膜は脱イオン水でさらに濯がれる。その後、リポ酸／ＤＨＬＡ配位子のカルボン酸基は、Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）−Ｎ”−エチルカルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）およびＮ−ヒドロキシスルホスクシンイミド（スルフォＮＨＳ）によるカルボジイミドカップリングを用いてＮＨ２ＧＲ１１にカップリングされる。ＮＨ２ＧＲ１１は、例えば、Ｇａｏ ｅｔ ａｌ．，Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄｓ，２０１０ Ｍａｒｃｈ １１：２０２２１６５０に記載されている前立腺癌特異的ポリアルギニンペプチドである。この文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ペプチド標的化薬剤を含むナノ複合粒子は、その後、サイズ排除高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）または３サイクルの約３０ｋＤａの分画分子量のセントリコンフィルターを使った遠心分離濾過により精製される。このプロセスを図１９に示す。
実施例８
治療薬を含む中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子が以下のように形成される。多孔質シェルを有する中空Ａｕナノ粒子が実施例４または実施例６に記載されているものに類似の方法で調製される。その後、多孔質中空Ａｕナノ粒子を充填したアルミナ膜が薬物などの治療薬の濃縮溶液中に浸漬される。膜を溶液中に十分な時間にわたり保持し（例えば、１０〜６００分）、治療薬をＡｕナノ粒子空洞中に拡散させる。その後、Ｎａ３Ａｕ（ＳＯ３）２などの金属含有前駆物質を膜中の溶液に添加し、多孔質Ａｕシェルを成長させて、少なくとも一部の細孔を密封する。その後、得られた治療薬を含む中空Ａｕナノ粒子は医学的処置に使用できる。封入された治療薬は、Ａｕシェルの破壊により放出される。シェルのＳＰＲ周波数またはそれに近い波長を有する光をシェルに照射することによりシェルは破壊される。
実施例９
ラマン活性種を含む中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。中空金ナノ粒子を実施例４に記載のように合成した。中空金ナノ粒子は、約５０ｎｍの空洞直径および約１００ｎｍの外径で、７３０ｎｍを中心とする吸収ピークを有する。約１．１ｘ１０１１個のナノ粒子／ｍＬを含む陽極酸化アルミニウム膜を新たに作製した２０ｍＬの、５μＭのジエチルチアトリカルボシアニン（ＤＴＴＣ）ラマンレポーター染料の溶液中に浸漬し、室温で３時間保持した。その後、アルミナ膜を脱イオン水で数回濯いだ。その後、ナノ粒子充填膜を、２０μＭのＳＨ−ｍＰＥＧ（ＭＷ ５ｋＤａ、ｍＰＥＧはメトキシポリエチレングリコールを意味する）の溶液中に４℃で一晩浸漬した。次に、１ＭのＮａＯＨ溶液を使って、アルミナ膜を溶解した。ナノ粒子を脱イオン水中への数回の分散とそれに続く遠心分離により精製した。このプロセスは、図２０に図示されている。
ラマン分光分析により得られたラマン活性種（「ラマンナノタグ」とも呼ばれる）を含む中空Ａｕナノ粒子の特性を明らかにした。７８５ｎｍのレーザー光を備えた自家製の装置でラマン分光分析測定を実施した。レーザー光は、光ファイバー（６００μｍ、ＮＡ＝０．３９）を通してラマンモジュールに伝えた。ラマンモジュールでは、このファイバーからの光を、中性フィルター（ＮＤ＝０．２）により減衰させ、作動距離８．４ｃｍの２０Ｘ、０．４ＮＡ対物レンズに反射するダイクロイックミラーに入射させる前にコリメートした。表面増感ラマン分光法（ＳＥＲＳ）測定のために、ラマンナノタグ懸濁液を含むセルをこのレンズの焦点位置に配置した。懸濁液により反射され、散乱された光を対物レンズにより収集し、ダイクロイックミラーによりノッチフィルターへ伝送した後、１０Ｘ、２．５ＮＡレンズにより光ファイバー（６００μｍ、ＮＡ＝０．３９）に焦点を合わせて、この光ファイバーにより、光を分光装置に伝送した。スペクトルを８秒間の暴露時間で取得した。５．８ｘ１０１０ナノ粒子／ｍＬの濃度のラマンナノタグ溶液５０μＬのラマンスペクトルは、図２１に示すように、３７９、４８９、６２２、７７８、８４３、１０１７、１０７４、１１０３、１１２９、１２３２、１３２９、１４０５、１４６０および１５１３ｃｍ−１の位置に、ＤＴＴＣの主振動モードを示した。ラマンナノタグは、図２２に示すように、１０ｍＭのリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）中で安定であった。ラマンナノタグはまた、３ＭのＮａＣｌ中、室温で１ヶ月間まで安定であった。可視・紫外分光法により、凝集は観察されなかった。ラマンナノタグの寸法は、ＰＢＳ中でＤＬＳにより測定された。図２３に示すように、ＰＢＳ中での測定寸法は、ＳＥＭにより示された寸法より約１０ｎｍ大きかった。スケールバーは５００ｎｍである。
ＰＣ−３細胞株、ヒト前立腺癌細胞株（アメリカ合衆国培養細胞系統保存機関、Ｍａｎａｓｓａｓ，ＶＡ）を使って、ラマンナノタグの細胞傷害性を評価した。５％ＦＢＳ（ウシ胎仔血清）およびＩＸペニシリン／ストレプトマイシンを補充したＧＩＢＣＯのＴ培地中で細胞を維持した。細胞を５％のＣＯ２環境中、３７℃でインキュベートし、７５％集密度でＰ１５０プレートに移した。ＰＢＳおよびトリプシン／ＥＤＴＡを使って、培養したＰＣ−３細胞を単分子膜から採取し、５％ＦＢＳを含むＴ培地中に懸濁した。［３Ｈ］−チミジン取り込みを使って細胞傷害性評価を実施した。これは、ＤＮＡに取り込まれた［３Ｈ］−チミジンを細胞増殖のためのマーカーとして使用してＤＮＡ合成速度を測定するものである。約３０００個の細胞を、平底９６ウエルポリスチレンコートプレートに播種し、５％ＣＯ２インキュベーター中、３７℃で２４時間インキュベートした。異なるコーティング（ＰＥＧのみ対ＰＥＧを有するラマンレポーター染料）を有する中空金ナノ粒子をＴ培地中に懸濁した。評価した濃度は、９６０、４８０、９６、および９．６ｍＭとした。中空金ナノ粒子充填Ｔ培地をプレートに６重に添加した。細胞とナノ粒子の２４時間のインキュベーション後、Ｔ培地をそれぞれのウエルから吸引し、細胞層を完全成長Ｔ培地で３回濯いだ後、［３Ｈ］−チミジン溶液（１μＣｉ／１００μＬのＴ培地）をそれぞれのウエルに加えた。インキュベーションの２時間後、培地をそれぞれのウエルから吸引し、細胞層を完全成長Ｔ培地で３回濯いだ。その後、細胞を２ＮのＮａＯＨ溶液１００μＬで可溶化した。ウエルから溶液を収集し、５ｍＬのＢｕｄｇｅｔ−Ｓｏｌｖｅ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ Ｃｏｃｋｔａｉｌを含むシンチレーションバイアルに加えた。最後に、ＤＮＡ中の取り込まれた［３Ｈ］−チミジンを、Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ β−Ｃｏｕｎｔｅｒ（Ｂｅｃｋｍａｎ ＬＳ ６５００）により定量した。統計的には、処置細胞は、対照と同じ生存能力を示した。
実施例１０
標的化化学種を含む中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。ラマンレポーター染料およびポリエチレングリコールの添加を次のように実施したこと以外は、実施例９に記載のようにしてラマンナノタグを調製した。新たに調製したラマンレポーター染料の溶液を、多孔質中空Ａｕナノ粒子を充填したアルミナ膜を通して流し、続けて、ＳＨ−ｍＰＥＧ（１０μＭ、ＭＷ ５ｋＤａ）およびＳＨ−ＰＥＧ−ＣＯＯＨ（１μＭ、ＭＷ ２ｋＤａ）の体積比２：７の溶液の混合物を膜を通過させた。精製ラマンナノタグの１ｍＬの溶液に、ＥＤＣおよびスルフォＮＨＳを添加し、３０分間インキュベートした。その後、複合粒子を、３回の遠心分離とそれに続くＰＢＳ中の再分散により精製した。次に、抗ＰＳＭＡ（「ＰＳＭＡ」は、前立腺癌中で過剰発現したＩＩ型膜貫通型糖タンパク質を意味する）を活性化エステルナノタグの溶液に加え、混合物を４℃で一晩反応させた。得られた抗体−ナノタグコンジュゲートをサイズ排除カラム分離またはセントリコン遠心分離により精製した。
実施例１１
粗面化表面を有する中空Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する中空Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。電解質のｐＨを下記のように変更した以外は、粗面化表面を有する中空Ａｕナノ粒子を実施例１に記載されているものに類似の方法で調製した。約６．０のｐＨ有する電解質を使って調製した中空Ａｕナノ粒子は、比較的平滑なシェルを示した。表面粗さを高めるために、２ＭのＮａ２ＳＯ３（ｐＨ約９．０）の添加により、電解質のｐＨを約６．５または７．０に高めた。理論に束縛されることを意図するものではないが、粗度のｐＨ依存は、ｐＨによるＮａ３Ａｕ（ＳＯ３）２の自己触媒反応の速度の増加（およびそれに伴う、結晶粒成長および最終結晶粒径の増加）に起因し得る。図２４は、異なるｐＨ値の電解質を使って合成した中空金ナノ粒子の表面形態を示す。図２４Ａは、約６．０の電解質ｐＨで形成された平滑なシェルを示す。図２４Ｂは、約５ｎｍの表面粗さを有し、約６．５の電解質ｐＨで形成されたシェルを示す。図２４Ｃは、約８ｎｍの表面粗さを有し、約７．０の電解質ｐＨで形成されたシェルを示す。図２５は、中空Ａｕナノ粒子の水性懸濁液の対応する吸収スペクトルを示す。図２５の破線は、シミュレートした吸収プロファイルに対応する。プラズモンピークは、電解質ｐＨの増加と共により長い波長にシフトした。ｐＨは、約６．０〜６．５〜７．０に変化する場合、ＳＰＲピークは、約６００ｎｍ〜６３０ｎｍ〜７３０ｎｍにシフトした。
実施例１２
半球形および管状Ａｕナノ粒子
本明細書のいくつかの実施形態と一致する半球形および管状Ａｕナノ粒子を以下のように形成した。実施例１に記載されているものに類似の電気化学的沈着セルを使用した。電解質を電着セル中に配置した。最初に、約３％の硫酸、約３％のエチレンジアミン（ＥＤＡ）、約１０％の亜硫酸金ナトリウム（Ｎａ３Ａｕ（ＳＯ３）２、および約７％の亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）から構成される水溶液を調製することにより電解質を調製した。溶液は、約７．０のｐＨであった。次に、溶液に０．０１Ｍの硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を加えて、ｐＨを約４．０に下げた。電解質を電着セル中に配置した後、−０．６Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ）より負の電位を約１０〜６０分間印加した。約１０分の沈着時間では、半球形金ナノ粒子が細孔壁上に観察された（図２６Ａ）。約６０分の沈着時間では、管状金ナノ粒子が観察された（図２６Ｂ）。図２６のスケールバーは２００ｎｍである。理論に束縛されることを意図するものではないが、ナノ粒子の形態は、Ｈ２気泡の細孔壁面に対する接触角により影響を受け、次に、この接触角は細孔壁面の疎水性に影響されると考えられている。
実施例１３
中空Ａｕナノ粒子の光熱特性
近赤外（ＮＩＲ）レーザー照射下での組織様ファントム中の中空Ａｕナノ粒子の光熱特性を調査した。１％イントラリピッド、ゼラチン粉末、およびパラホルムアルデヒドを使って、ゲル状ファントムを調製した。簡単に説明すると、２４００ｍｇの高度精製ゼラチン粉末を２２８ｍＬの脱イオン水と混合した。次に、混合物を、間欠的に混合を加えながら、ゼラチンが完全に溶解し、溶液が透明で無色に見えるまで、マイクロ波で２〜４分間（約９００℃に）加熱した。室温で連続的な混合を行って、ゼラチン溶液を６００℃まで冷却させ、この時点で、１２ｍＬの１％イントラリピッド（２０％脂肪乳剤、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）および１４０ｍｇのパラホルムアルデヒド（９５％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を加え、これにより、その溶液を白色で不透明にした。ゲル状ファントムの形成後、ファントム中に細長いポケットを形成した。７５０ｎｍを中心とする波長のＳＰＲピークを有する中空Ａｕナノ粒子の懸濁液（５０μＬ、３．０ｘ１０９個のナノ粒子／ｍＬ）をピペットを使ってポケット中に配置した。ダイオードレーザーファイバー（平均波長８１０ｎｍ）をナノ粒子懸濁液に接触させてポケットの中央に配置した。レーザーファイバーを使って、中空Ａｕナノ粒子を照射した。ファントム中の温度変化を温度計により距離と時間の関数として記録した。図２７は実験構成を示す。
ＮＩＲダイオードレーザーからの照射を３００Ｗ／ｃｍ２の出力密度で１分間実施した。１分の照射時間で、照射点から１、３、および４ｍｍの距離で、温度はそれぞれ、２３、１３、および８℃上昇した。水も８１０ｎｍで吸収するので、対照実験は、中空Ａｕナノ粒子の懸濁液ではなく、水を使って実施した。対照実験の温度上昇は、１、３、および４ｍｍの距離で、それぞれ、１２、７、および５℃であった。結果を図２８に示す。
同様に、中空Ａｕナノ粒子の光熱特性を、検出窓が８〜９．６μｍの赤外線焦点面アレイカメラ（ＦＬＩＲモデルＳＣ６０００、６４０ｘ５１３ピクセル、２５μｍピッチ）を使って調査した。この方法は、下記の２種の異なるナノ粒子懸濁液を含む２つのキュベットの光熱特性を比較した：（１）約８０ｎｍの直径を有する中実球状金ナノ粒子（１．０ｘ１０１０個の粒子／ｍＬ）および（２）約５０ｎｍの空洞直径および約１００ｎｍの外径を有する中空金ナノ粒子（１．０ｘ１０１０個の粒子／ｍＬ）。それぞれのキュベットをカメラレンズの焦点面に配置し、コリメートしたレーザー光（８００ｎｍを中心とする）をキュベットの中心に向けた。入射レーザー出力は３５０ｍＷで、コリメートしたガウシアンビームの直径は３ｍｍであった。金懸濁液の入射光束は１．２Ｗ／ｃｍ２であった。画像取得速度は１フレーム／秒で、照射の開始から始まる。キュベットはそれぞれ１０分間照射した。画像を３０分間記録した。温度を各イメージピクセルに対する測定赤外線強度と相関させるために、較正実験を実施した。較正は、加熱水浴から循環させた水が通るキュベットの画像を記録することにより実施した。水浴中に配置した熱電対により画像取得と同期して連続的に温度を測定した。図２９は、中空金ナノ粒子を充填したキュベットの赤外吸光度画像を示す。最大温度上昇は、キュベットの中心で発生した。図３０に示すように、中実球状金ナノ粒子に比較して、中空金ナノ粒子の温度上昇は大きく高められた。
実施例１４
放射性ナノ粒子
本明細書で記載のいくつかの実施形態による放射性ナノ粒子を以下のように形成した。
最初に、金属ナノ粒子コアを形成するために、実施例１に一般的に記載されているように、中空Ａｕナノ粒子を調製した。より具体的には、１ｃｍの直径を有する陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）膜および３００ｎｍの直径の貫通チャネルを使って、中空Ａｕナノ粒子を収集した。得られた中空Ａｕナノ粒子は、単分散で、１００ｎｍを超える外径を有していた。中空Ａｕナノ粒子はまた、直径５０〜７０ｎｍの空洞および２５ｎｍ未満の厚さを有する多結晶Ａｕシェルを有した。
次に、図３６に模式的に示すように、内側金属シェルおよび外側金属シェルを順次金属ナノ粒子コア上に形成した。図示する目的のために、図３６のナノ粒子は、切取図として示す。しかし、このような描写は、図示の目的のみのためであり、不完全な内側金属シェルまたは外側金属シェルの存在を示すものではないと理解されるべきである。図３６に示すように、中空Ａｕナノ粒子は、最初に、無電解析出プロセスによりＣｕでコーティングされた。具体的には、それぞれの捕捉した中空Ａｕナノ粒子を含むアルミナ膜を、９ｍＬのＣｕ２＋メッキ溶液（１：１：１ｖ／ｖ比率の、５ｗ／ｖ％のＥＤＴＡ中の０．４ＭのＣｕＳＯ４、３７ｖ／ｖ％のホルムアルデヒド、および１．０ＭのＮａＯＨ）で２０分間処理した。２０分後、Ｃｕメッキ中空Ａｕナノ粒子を含む膜を水で３回洗浄した。
次に、ガルバニック置換反応により、Ｃｕ層をＰｄで置換した。より具体的には、２種の逐次ガルバニック置換反応を実施した。第１のガルバニック置換反応では、銅の金属ナノ粒子コア上への化学メッキ後に、金属放射性同位体Ｐｄ−１０３を含む溶液を組成物に添加した。第２のガルバニック置換反応では、非放射性のＰｄを組成物に添加した。具体的には、それぞれのＡＡＯ膜を最初に水切りし、真空濾過装置を使って、０．１Ｍのクエン酸溶液で濯ぎ（３回）、膜チャネルをクエン酸で完全に浸漬し、その後、３ｍＬの４．３７ｍＣｉのＰｄ−１０３を含む０．１Ｍのクエン酸溶液を加えた。その後、「ホット」Ｐｄ−１０３のメッキを２４時間継続し、続いて「コールド」Ｐｄメッキ溶液（０．４Ｍのクエン酸溶液中の０．００２５ＭのＰｄＣｌ２を含む）を添加した。１時間後、２ＭのＮａＯＨを加えて膜を溶解し、得られたナノ粒子懸濁液を水を使って、各遠心分離実施後に超音波処理（Ｂｒａｎｓｏｎ ２５１０，ＣＴ，ＵＳＡ）を加えながら、１４０００ｒｐｍで１０分間の遠心分離（Ｌｅｇｅｎｄ Ｍｉｃｒｏ ２１，ＦＬ，ＵＳＡ）により３回洗浄した。このようにして、中空Ａｕナノ粒子コアおよびＰｄ−１０３および非放射性のＰｄを含む外側金属シェルを有する放射性ナノ粒子を調製した。これらの放射性ナノ粒子は、「１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシード」と表記され得る。１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシードのペレットを超音波処理によりＰＢＳ（ｐＨ７．４）中に分散した。全体プロセスでは、投与量較正器（Ｃａｐｉｎｔｅｃｈ Ｉｎｃ，ＰＡ，ＵＳＡ）で測定して、８０％を超える放射標識効率で１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシードが得られた。この場合のパーセント効率は、使用したＰｄ−１０３の合計量を基準にしている。動的光散乱（ＤＬＳ）評価により、合成した１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシードは平均粒径１４０．５±７．６ｎｍの単分散であることが確認された。さらに、１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシードは高度に負電荷であった（−２５．８１±１．８ｍＶ）。さらに、図３７に示すように、ＴＥＭ顕微鏡により、ナノ粒子のコア−シェル構造が実証された。図３８に示すように、ＳＥＭ顕微鏡は、ほぼ完全な球形状および極めて狭いナノ粒子群の粒度分布を示した。安全性および法令遵守の理由から、図３７および図３８に示された顕微鏡画像は、この実施例に記載の放射性ナノ粒子に対応する、非放射性ナノ粒子であるという点に留意すべきである。具体的には、図３７および図３８の非放射性ナノ粒子は、放射性同位体を使用しないこと以外は、放射性ナノ粒子のために本明細書に記載のものと同じ方法で作成され、また、同じ構造を有していた。１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシードは、極めて安定で、溶液として、８±２℃で２ヶ月間貯蔵した後でも、それらの元の寸法を維持していることが明らかになった。貯蔵中に１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシードの固化が観察されたが、ナノシードは、３０秒間の軽い超音波処理によりＰＢＳ中に再分散されるであろう。
上記手順では、ＰｄＣｌ２およびＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏは、それぞれ、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）およびＡｌｆａ Ａｅｓａｒ（Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ，ＭＡ）から入手した。放射性Ｐｄ−１０３はＮｏｒｄｉｏｎ（Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ）から購入した。ＰＢＳはＩｎｖｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ）から購入した。その他の全ての溶媒および試薬は、分析純度グレードであり、ＶＷＲ（Ｂｒｉｓｂａｎｅ，ＣＡ）から購入した。全ての水溶液は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｍｉｌｌｉ−Ｑ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ）から得たＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉ−Ｑ水（１８ＭΩ−ｃｍ）を用いて調製した。
実施例１５
ブラキセラピーの実施方法
実施例１４の放射性ナノ粒子のブラキセラピーのための使用を動物モデルで以下のように評価した。
Ａ．動物調査
実施例１４の放射性ナノ粒子または「ナノシード」の、それらの腫瘍部位での保持、毒性、および治療効力を含むインビボ評価のために、ヒト前立腺癌腫瘍担持ＳＣＩＤマウスを使用した。Ｍａｔｓｕｎｏ ｅｔ ａｌ．，“Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｔｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｆｏｒｍｅｄ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｓｏｌｉｄ ｔｕｍｏｒｓ ｂｙ ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｕｍｏｒ ｖａｓｃｕｌａｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ ｎｅｗ ａｎｔｉ−ｅｎｄｏｇｌｉｎ ｍｏｎｏｃｌｏｎａｌ ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ，” Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，５，３７１− ３８２（１９９９）；およびＶａｎＷｅｅｌｄｅｎ ｅｔ ａｌ．，“Ａｐｏｐｔｏｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ＭＣＦ−７ ｘｅｎｏｇｒａｆｔｓ ｉｎ ｎｕｄｅ ｍｉｃｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｉｔａｍｉｎ Ｄ３ ａｎａｌｏｇ，ＥＢ１０８９，” Ｅｎｄｏｃｒｉｎｏｌｏｇｙ，１３９，２１０２−２１１０（１９９８）に従い、わずかな修正を加えて、腫瘍誘導を実施した。さらに詳細は下記に提供される。３ｘ１０６個のＰＣ３細胞を含む細胞懸濁液をＳＣＩＤマウスの両肩部の皮下に移植した。腫瘍を４週間増殖させ、約１８１．６７±６２．１４ｍｍ３の触知可能寸法に達した。０日目に動物を３つの群（ｎ＝６）、すなわち、（ａ）ＰＢＳ溶液、（ｂ）「コールド」Ｐｄ＠Ａｕナノ粒子ＰＢＳ懸濁液（このような「コールド」ナノ粒子は、放射性のＰｄ−１０３を含まないこと以外は、実施例１４ノナのシードと同じであった）、または（ｃ）「ホット」ナノシードＰＢＳ懸濁液、に無作為化し、ＳＣＩＤマウス担持腫瘍に注入した。群（ａ）および（ｂ）は、対照としての役割をする。６〜９箇所の無作為に選択した部位に注入を実施し、全腫瘍性腫瘤中に投与量を均一に分配した。実験試料（すなわち、ホットナノシード試料）として、Ｐｄ−１０３を含む１．５ｍＣｉのホットナノシードを腫瘍中に注入した。懸濁液の体積は、２．０３ｘ１０１０個のナノ粒子／ｍＬのナノ粒子濃度で４０μＬであった。同じ量のＰＢＳ溶液およびコールドナノシード組成物を２つの対照群の腫瘍中に注入した。
Ｂ．腫瘍部位での放射性ナノ粒子の保持
実施例１４のホットナノシードで処置した群では、腫瘍内注入後、時間経過に従って（注入後０、１、２、４日目（ｄ．ｐ．ｉ）および注入後、１、２、４および５週目（ｗ．ｐ．ｉ．））、ＳＰＥＣＴ／ＣＴイメージングを実施し、小動物用ＳＰＥＣＴ／ＣＴスキャナーによるＰｄ−１０３の低エネルギーＸ線放射の取得により、ナノシードの保持を非侵襲的にモニターした。結果を図３９と図４０に示す。１ｄ．ｐ．ｉでの定量的ＳＰＥＣＴ分析（図４０）は、注入投与量は投与部位で留まり（１０１．５０±２３．７２％ＩＤ／ｇ）、無視できる量の放射能が肝臓（０．１１±０．０６％ＩＤ／ｇ）でおよび脾臓（０．１４±０．０１％ＩＤ／ｇ）で観察されたことを示した。調査が進むに伴い、定量的ＳＰＥＣＴ分析で測定された腫瘍中の取り込みレベルは、５ｗ．ｐ．ｉ．で、徐々に２７４．４８±７７．６２％ＩＤ／ｇまで増加した。この理由は、ナノシードの放射線療法効果に起因して、腫瘍体積が収縮するためである。
並列エクスビボアッセイによりナノシードの体内分布をさらに調査した。調査中の異なる時点（注入後、１日目、１週目、２週目、３週目、および５週目）で、ホットナノシードで処置した３匹のマウスを屠殺し、目的の臓器（血液、心臓、肺、筋肉、骨、脂肪、肝臓、脾臓、腎臓、胃、小腸、大腸、脳、尾、および腫瘍）を摘出して秤量し、その後、γカウンターで放射能を測定した。その後、王水を使って組織を溶解し、ＩＣＰ−ＭＳを使って分析し、ＡｕおよびＰｄ含量を測定した。γカウンターとＩＣＰ−ＭＳ結果との間で良好な一致が認められ（統計的有意差はない。ｐ＝０．８８）、放射性のＰｄ−１０３が治療薬調査の５週間にわたりナノシードと共に存在したことを示す。エクスビボ体内分布調査では、９５．１９±０．９４％のナノシードが腫瘍内に残ったが、３．３１±１．１１％および０．３９±０．２４％が、それぞれ肝臓と脾臓に移行したことを示した。その他の組織では、有意性のある取り込みは観察されなかった。さらに、腫瘍取り込みは、調査の５週間にわたり、基本的に同じままであった（ｐ＝０．３５）。
Ｃ．放射性ナノ粒子の毒性
実施例１４の放射性ナノ粒子の毒性を評価し、上述の対照群および「コールド」ナノシードと比較した。５週の処置期間にわたり、全血球数（ＣＢＣ）、アラニンアミノ基転移酵素（ＡＬＴ）、アスパラギン酸アミノ基転移酵素（ＡＳＴ）、血中尿素窒素（ＢＵＮ）、およびクレアチニンレベルを１０および３０ｄ．ｐ．ｉ．にモニターした。赤血球（ＲＢＣ）数およびＲＢＣ当たりの平均ヘモグロビン量（ＭＣＨ）は、調査の全期間にわたり影響を受けず、治療が溶血作用を誘発しなかったことを示す。１０ｄ．ｐ．ｉで、放射線療法でよく認められる、放射性ナノ粒子による初期の白血球（ＷＢＣ）数の低下があったことがさらに注目される。しかし、３０ｄ．ｐ．ｉ後にＷＢＣ数の正常値への復帰が認められることから、この効果は可逆的であることが明らかになった。類似の効果は、血小板数およびその他のパラメータの場合にも観察された。ＢＵＮ、ＡＬＴ、ＡＳＴおよびクレアチニン試験は、３つの群のマウスの間で顕著な変化を示さず、放射性ナノ粒子に伴う腎臓および肝臓関連毒性がないことを示した。
Ｄ．放射性ナノ粒子の治療効力
３つの群の担腫瘍マウスの腫瘍体積（図４１）を、ノギスを使って１日おきに二重盲検方式で測定した。１５ｄ．ｐ．ｉ後、明確に異なる腫瘍成長傾向が認められた（ｐ＜０．０００１）。放射性ナノ粒子で処置した対象では、腫瘍体積の顕著な減少が認められたが、ＰＢＳおよびコールドナノシードの両群では、腫瘍体積の徐々に進行する増大が観察された。放射性ナノ粒子試験群における２匹のマウスの２つの腫瘍の体積が、３５ｄ．ｐ．ｉ後には認められなくなるほどに収縮したことは注目に値する。ＰＢＳおよびコールドナノシード群の平均腫瘍体積は、６７．０８±３０．９６ｍｍ３および５８．７５±３５．２９ｍｍ３から、それぞれ、１８７±８０．１１ｍｍ３および１２２．１４±４．０８２ｍｍ３まで増大した。一方、放射性ナノ粒子群では、３５日の処置後、８２．７５±４６．２５ｍｍ３から１９．８３±２０．１２ｍｍ３（ｐ＜０．００１）への有意な腫瘍体積の低減が観察された。
［Ｆ１８］ＦＤＧ（２−［１８Ｆ］フルオロ−２−デオキシグルコース）陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）イメージングも、実施例１４の放射性ナノ粒子の治療効力の評価に用いた。図４３は、３調査群のマウスの異なる時点での典型的なＦＤＧ−ＰＥＴ／ＣＴスキャン画像を示す。０日目には、全３群のマウスは、ほぼ同じ腫瘍寸法および類似のＦＤＧ取込を有するが、３５日間の調査の進行に伴い、ＰＢＳ（下段パネル）およびコールドナノシード（中段パネル）処置群に比べて、放射性ナノ粒子処置群（上段パネル）で有意な腫瘍ＦＤＧ取込の減少が観察されたことを認めることができる。最大規格化取り込み値（ＳＵＶｍａｘ）対時間として、定量的ＰＥＴ分析を図４４に示す。ＳＵＶは、注入ＦＤＧ投与量および体重に対し正規化された腫瘍中の放射能の濃度を表す。放射性ナノ粒子で処置したマウスに対するＳＵＶｍａｘは、０日目から３５日目で６２％減少し（ｐ＝０．０００４１）、３５日目では、ＰＢＳおよびコールドナノシード処置群より、それぞれ、６５％（ｐ＝０．０００１９）および６６．５％（ｐ＝０．０００２８）少ないことを示す。放射性ナノ粒子処置群のＳＵＶｍａｘのこのような低いレベルへの減少は、放射性ナノ粒子による放射線療法に対する腫瘍の病理学的応答の証拠である。図４５に示すように、腫瘍体積の測定にＣＴ画像も利用した。
Ｅ．方法
Ｐｄ−１０３の低エネルギー放射を使ったＳＰＥＣＴイメージング法
ＮａｎｏＳＰＥＣＴ／ＣＴ Ｐｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｂｉｏｓｃａｎ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，ＵＳＡ）によるＰｄ−１０３を使ったＳＰＥＣＴイメージング法を開発した。エネルギーピークおよび幅を、それぞれ、１８ｋｅＶおよび６０％に設定することにより、Ｐｄ−１０３同位体をＮａｎｏＳＰＥＣＴ／ＣＴ Ｐｌｕｓ同位体ライブラリーに加えた。その後、３ｍＬのシリンジおよび１．２ｍＣｉのＰｄ−１０３を使って、定量化較正を実施した。
放射性ナノ粒子の腫瘍内投与およびＳＰＥＣＴ分析
放射性ナノ粒子投与量（約１．５ｍＣｉ）をＰＢＳ中で調製し（ｐＨ７．４）、ＰＣ３−腫瘍担持ＳＣＩＤマウスの腫瘍内に注入した。６〜９箇所の無作為に選択した部位に腫瘍内注入を注意深く実施した。注入後、ＮａｎｏＳＰＥＣＴ／ＣＴ Ｐｌｕｓシステムを使って、小動物画像化を実施した。それぞれの投与量の腫瘍内注入後、ＳＰＥＣＴおよびＣＴ画像を、０、１、２、４、７、１４、２１および３５ｄ．ｐ．ｉ．に取得した。ＳＰＥＣＴ／ＣＴの視野（ＦＯＶ）の中心をマウスの肩部に置いた。５５ｋＶｐ、１０００ｍｓ露出、および１：１のビニング数の条件で１回転当たり３６０投影によりＣＴイメージングを実施した。０．７３ｍｍの再構築後の解像度をもたらすマルチピンホール開口でコリメートした４検出器アレイでＳＰＥＣＴデータを収集した。ＳＰＥＣＴ像再構築を、３５％平滑化、１００％分解能、および３ｘ３繰り返し（標準モード）で、ＨｉＳＰＥＣＴ ＮＧ（Ｓｃｉｖｉｓ ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈｅ Ｂｉｌｄｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ ＧｍｂＨ，Ｇｅｒｍａｎｙ）を使って実施した。ＩｎＶｉｖｏＳｃｏｐｅ２．０ソフトウェアパッケージ（Ｂｉｏｓｃａｎ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，ＵＳＡ）を使って腫瘍活性の定量化を実施した。ＣＴおよびＳＰＥＣＴ画像の同時位置合わせ後、臓器を含む全ての面の腫瘍および肝臓を包含する円筒形関心領域（ＲＯＩ）を描出した。
ＦＤＧ−ＰＥＴ／ＣＴイメージング
視野（ＦＯＶ）の中心で有効空間分解能が１．４ｍｍのＳｉｅｍｅｎｓ Ｉｎｖｅｏｎ ＰＥＴ／ＣＴマルチモダリティーシステム（Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ，ＴＮ）を使って、マウスＰＥＴ／ＣＴイメージングを実施した。ＰＥＴイメージングの前１２時間にわたり全動物を絶食させた。各マウスは、１５０μＬの生理食塩水中の１５０μＣｉのＦＤＧを尾静脈注射により静脈内に投与された。画像収集の前およびその間、マウスをヒートパッド上に置いた。注射後（Ｐ．Ｉ．）１時間目に、動物に２．５％イソフルランを投与して、ＰＥＴ画像を１５分間取得した。ＰＥＴ画像を３Ｄ Ｏｒｄｅｒｅｄ Ｓｕｂｓｅｔｓ Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＯＳＥＭ３Ｄ／ＭＡＰ）アルゴリズムを使ってシングルフレームに再構築した。ＰＥＴ直後に、マウスの肩部を中心とするＦＯＶで、ＣＴ画像を取得した。８０ｋＶｐの電力、５００μＡの電流、１４５ｍｓの露出時間、４のビンニング、および１０２μｍの有効ピクセルサイズの条件でＣＴ投影像（３６０ステップ／回転）を取得した。ダウンサンプル因子２を用いたＣＴ像再構築プロトコルを設定して、双一次的に補間し、Ｓｈｅｐｐ−Ｌｏｇａｎフィルターを使用した。分析を行うために、Ｉｎｖｅｏｎ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｐｌａｃｅ（Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ，ＴＮ）によりＰＥＴおよびＣＴ画像を同時位置合わせした。組織を含む全ての面の腫瘍を包含する関心領域（ＲＯＩ）を手作業で描出した。グラムあたりのパーセンテージ注入投与量として標的活性を計算した。
種々の臓器中の放射能ならびにＡｕおよびＰｄ含量のエクスビボ測定
放射性ナノ粒子の注入後、１日目、１週目、２週目、３週目、および５週目に、３匹のマウスを屠殺し、血液、心臓、肺、筋肉、骨、脂肪、肝臓、脾臓、腎臓、胃、小腸、大腸、脳、尾、および腫瘍を含む目的の臓器を採取して秤量し、２０ｍＬのバイアルに移した。それぞれの臓器の放射能を測定するために、それぞれのバイアルの放射能をγカウンター（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ ２４８０ Ｗｉｚａｒｄ）で測定し、１分当たりのカウント数として記録した。その後、バイアルに王水を加えて一晩放置し、臓器を消化した。２４時間後、１５０℃で王水を煮沸除去した。煮沸後、１０ｍＬの１％ＨＣｌ溶液をバイアルに加えた後、３０分間超音波処理した。次に、誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ、Ａｇｉｌｅｎｔ ７７００ｘ）でＡｕおよびＰｄ濃度を測定した。各試料について、この測定を少なくとも３回繰り返した。
統計分析
定量データは、平均±平均の標準誤差（ＳＥＭ）で表した。１元配置分散分析により平均値間の比較および有意性評価を実施した。０．０５未満のＰ値を統計的に有意と見なした。異なる時点の、異なる群およびそれぞれ個々の群由来のデータを比較し、それらが統計的に区別可能かどうかを判定した。全データ解析は、ＳＰＳＳバージョン１６．０ソフトウェア（ＩＢＭ ＳＰＳＳ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ）を使って実施した。
実施例１６
放射性ナノ粒子およびブラキセラピーの実施方法
以下のように、本明細書で記載の一実施形態による放射性ナノ粒子が調製され、ブラキセラピーを実施するために使用される。
最初に、１０３Ｐｄ＠Ａｕナノシードを実施例１４で上記のように調製した。次に、チオール化１，４，７，１０−テトラアザシクロドデカン−１，４，７，１０−四酢酸（ＤＯＴＡ）をナノシードの表面に結合させた。最後に、結合したＤＯＴＡ配位子は、Ｙ−９０で放射標識され、（１）Ｙ−９０による与えられるより急速崩壊プロファイルおよび（２）Ｐｄ−１０３により与えられるより遅い崩壊プロファイル、という、２種の異なる放射性同位体由来の２種の異なる放射線プロファイルを含む複合放射線プロファイルを有する放射性ナノ粒子が得られる。これらの二重放射性の放射性ナノ粒子は、その後、経動脈的に肝臓に投与される。具体的には、放射性ナノ粒子は、肝動脈に注入され、原発性肝臓癌または肝細胞癌（ＨＣＣ）を、低線量率（ＬＤＲ）および高線量率（ＨＤＲ）の両方で処置する。
実施例１７
放射性の磁気ナノ粒子ならびにブラキセラピーおよび画像化の実施方法
以下のように、本明細書で記載の一実施形態による放射性ナノ粒子が調製され、同時またはセラノスティックス法によるものを含む、ブラキセラピーおよびＭＲＩを実施するために使用される。
磁気ナノシードの調製
最初に、複合磁気ナノ粒子が調製される。具体的には、Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子を含む中空Ａｕナノ粒子が実施例６で上記されたように調製される。しかし、ＮａＯＨを使った膜の溶解の前に、インサイツ複合磁気ナノ粒子が本明細書の実施例１４で前述の方法の金属ナノ粒子コアとして使用される。さらに、実施例１４に記載の追加のステップを実施する前に、ＡＡＯ膜の内側のチャネルの壁上に配置された中空Ａｕナノ粒子（これはＡｕナノ粒子の空洞内にＦｅ３Ｏ４ナノ粒子を含む）が完全に洗浄されるが、ＡＡＯ膜内にはまだ残っている。このようにして、合成手順中に形成された小さい（＜２０ｎｍ）Ｆｅ３Ｏ４ナノ粒子が洗い流される。
次に、実施例１４で上記されたＣｕメッキとＰｄの置換反応を実施するために、ＣｕおよびＰｄ溶液がＡＡＯ膜のチャネルを通過する。最後のＰｄ置換反応が発生後、膜がＮａＯＨ溶液中で溶解され、最終的な放射性磁気ナノ粒子が溶液中に放出される。これらのナノ粒子は、「磁気ナノシード」と呼ばれ得る。
磁気ナノシードのコロイド安定性を高めるために、ペグ化が使用される。具体的には、チオールが末端にあるポリ（エチレン）グリコール（または類似の化学種）を使って、磁気ナノシードの外側（Ｐｄ）表面が処理される。白金族金属と、穏やかな硫黄系「配位子」ドナーとの間の強力な相互作用により、硫黄含有配位子が磁気ナノシードのための極めて有効な安定剤になる。したがって、Ｐｄ表面を有する磁気ナノシードは、チオール−Ｐｄ結合によりペグ化される。このペグ化プロセスは、アルミナ膜の溶解の前または後で、ナノシードが膜内にある間に、またはナノシードが溶液中にある間に、実施することができる。膜の溶解の前にペグ化が起こる場合には、ペグ化はナノシード充填膜を２００μＭのＳＨ−ｍＰＥＧ（ＭＷ ５ｋＤａ）中に一晩、４０℃で撹拌しながら浸漬することにより実施し得る。アルミナ膜はその後に、１ＭのＮａＯＨ溶液を使って溶解され、遊離したナノシードは数回の脱イオン水中への分散とそれに続く遠心分離により精製される。
上記および実施例１４のプロセスで、前述のプロセスに代えて、コバルト（Ｃｏ）をＣｕの代わりに使用し得ることに留意されたい。さらに、このような実例では、Ｃｏは、外側金属シェル（例えば、Ｐｄ）の形成のために前述したガルバニック置換反応によって完全には置換されない内側金属シェルを形成することができる。その代わりに、ＭＲＩまたはその他の磁気の画像化目的のためを含む、Ｃｏシェルが磁気成分（例えば、超常磁性成分）としての役割をするように、Ｃｏシェルの十分な部分が維持できる。さらに、いくつかのこのような実施形態では、中空金属ナノ粒子の空洞内で磁気ナノ粒子（Ｆｅ３Ｏ４など）を形成するステップは、省略することができる。この場合、Ｃｕ内側シェルがＣｏ内側シェルで置換されること以外は、磁気ナノシードは、図３６の最終生成物の一般的構造を有し、このＣｏ内側シェルの部分は、ナノシードに放射能を付与するために使用されるその後のガルバニック置換反応の後でも維持される。したがって、封入された磁気ナノ粒子ではなく、残っているＣｏ内側シェルは、磁気ナノシードに対し磁気的機能を付与する。
ブラキセラピーおよび画像化
前述の構造の１つを有する磁気ナノシードを、ブラキセラピーを、ブラキセラピー剤のリアルタイムイメージングと組み合わされる用途を含む、画像化および／またはセラノスティックス用途に使用することができる。例えば、いくつかの事例では、上記の磁気ナノシードは、インビボＭＲＩの造影剤として使用される。当業者ならわかるように、超常磁性粒子の磁気モーメントは通常、常磁性材料より１０４倍高く、局所磁界の実質的外乱を生成し、プロトンの急速ディフェージング（Ｔ２緩和）に繋がり得る。Ｔ２＊強調ＭＲイメージング法は、他の超常磁性ナノ粒子による画像化に対し最も一般的に使用されている。しかし、他の超常磁性剤を使ったＴ２＊強調画像は、多くの場合、低い信号対雑音比である。Ｔ２＊強調ＭＲ像はまた、いくつかの薬剤の存在により生成された磁化率に対し極めて感受性が高く、蓄積した薬剤の実寸法より大きいシグナルボイドを生成する。さらに、このような薬剤由来の画像欠損は、その他の組織欠損または組織界面で発生し得る極端な磁気異方性が原因の欠損様信号と鑑別することが困難な場合がある。これらの制限を克服するために、オフ共鳴飽和（ＯＲＳ）イメージング法を使用し得る。ＯＲＳ法は、本明細書で記載の磁気ナノシードなどの超常磁性ナノ粒子系薬剤から、大幅に向上した画像化精度を備えた「ポジティブ」ＭＲＩコントラストを生成できる。本方法は通常、オフ共鳴周波数のＲＦパルスの適用を含む。ポジティブコントラストは、飽和のある画像と、飽和のない画像との比率または減算を取ることにより得ることができる。この技術は、造影前取得なしで、画像コントラストの可視化を可能とする。したがって、ＯＲＳ−ＭＲＩを使って、組織内の磁気ナノシードを追跡することができる。
動物モデルとして、神経膠腫を調べるために開発された十分に確立された動物モデルであるＲＧ−２ラット神経膠腫の腫瘍モデルを本実施例に使用した。目的の対象における平均腫瘍直径が、ＭＲＩにより確認して、３〜４ｍｍに達した後、麻酔下で、磁気ナノシード懸濁液の定位的腫瘍内投与を実施した。特に、１ｍＣｉの投与量の１０μＬのナノシードを腫瘍領域に注入した。その後、ＯＲＳ−ＭＲＩを使用して（例えば、１週間にわたり）、腫瘍内の磁気ナノシードの分布をモニターする。さらに、Ｔ１強調コントラスト増強（ガドテリドールを使って）ＭＲイメージングを使ってブラキセラピー効果を評価した。
本明細書で参照された全ての特許文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本発明の種々の目的を実現するために本発明の各種実施形態について記載してきた。これら実施形態は、本発明の原理を単に例示しているものと理解されるべきである。本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、当業者であれば、多くの変更および修正が容易に明らかとなるであろう。

Claims (20)

  1. 放射性ナノ粒子であって、
    金属ナノ粒子；
    前記金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側金属シェル；および
    前記金属ナノ粒子コア内または前記外側金属シェル内に配置された金属放射性同位体、
    を含み、
    前記放射性ナノ粒子が、３次元で３０〜５００ｎｍの寸法を有する、放射性ナノ粒子。
  2. ３次元で８０〜２００ｎｍの寸法を有する、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  3. 前記金属ナノ粒子コアと前記外側金属シェルとの間に配置された内側金属シェルをさらに含む、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  4. 前記内側金属シェルが、前記外側金属シェルの金属より低い還元電位を有する金属から形成される、請求項３に記載の放射性ナノ粒子。
  5. 前記金属ナノ粒子コアおよび前記外側金属シェルが、同じ金属または金属の組み合わせから形成される、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  6. 前記金属ナノ粒子コアおよび前記外側金属シェルが、異なる金属または金属の組み合わせから形成される、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  7. 前記金属ナノ粒子コアが、前記外側金属シェルの金属より高い還元電位を有する金属から形成される、請求項６に記載の放射性ナノ粒子。
  8. 前記金属ナノ粒子コアが、Ａｕから形成され、前記内側金属シェルがＣｕから形成され、前記外側金属シェルがＰｄ、Ｒｈ、またはＡｕから形成される、請求項３に記載の放射性ナノ粒子。
  9. 前記金属放射性同位体が、前記外側金属シェル内に配置される、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  10. 前記金属放射性同位体が、前記外側金属シェルの金属と同じ金属を含む、請求項９に記載の放射性ナノ粒子。
  11. 前記金属放射性同位体および前記外側金属シェルが、異なる金属元素から形成される、請求項９に記載の放射性ナノ粒子。
  12. 前記金属ナノ粒子コア内または前記外側金属シェル内に配置された第２の金属放射性同位体をさらに含む、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  13. 前記金属放射性同位体が、前記金属ナノ粒子コア内に配置される、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  14. 前記金属放射性同位体が、Ｃｕ−６４、Ｃｕ−６７、Ｙ−９０、Ｐｄ−１０３、Ｒｈ−１０５、Ｒｅ−１８６、Ｒｅ−１８８、Ｉｒ−１９２、またはＡｕ−１９８を含む、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  15. 前記放射性ナノ粒子が、負の表面電荷を有する、請求項１に記載の放射性ナノ粒子。
  16. ブラキセラピーの実施方法であって、
    生体コンパートメント内に組成物を配置することを含み、
    前記組成物が、複数の放射性ナノ粒子を含み、前記複数の放射性ナノ粒子の内の少なくとも１個が、
    金属ナノ粒子；
    前記金属ナノ粒子コアのまわりに配置された外側金属シェル；および
    前記金属ナノ粒子コア内または前記外側金属シェル内に配置された金属放射性同位体、
    を含み、
    前記放射性ナノ粒子が、３次元で３０〜５００ｎｍの寸法を有する、方法。
  17. 前記金属放射性同位体がβ放射体である、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記生体コンパートメントが腫瘍である、請求項１６に記載の方法。
  19. 少なくとも８０％の前記放射性ナノ粒子が、少なくとも３週間にわたり前記腫瘍内に維持される、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記生体コンパートメントを電離放射線の外部ビームで照射することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。


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