JP2026013513A - 自己組織化したフラーレンを含む複合材料、その製造方法、光温熱療法薬、光線力学療法薬、および、光音響造影剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 自己組織化したフラーレンを含む複合材料、その製造方法、光温熱療法薬、光線力学療法薬、および、光音響造影剤を提供すること。
【解決手段】 本発明の複合材料は、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球と、固体球の表面に位置する金粒子とを備える。本発明の光温熱療法薬、光線力学療法薬、および、光音響造影剤は、上記複合材料を含む。本発明の複合材料の製造方法は、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球を調製することと、固体球と金粒子とを分散媒中で混合することとを包含する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自己組織化したフラーレンを含む複合材料、その製造方法、光温熱療法薬、光線力学療法薬、および、光音響造影剤に関する。

近年、液－液界面析出法（ＬＬＩＰ法）によって自己組織化したフラーレン-エチレンジアミン中空球体が製造され、スーパーキャパシタへの適用が期待されている（例えば、非特許文献１を参照）。

一方、近赤外線の照射によって発熱するナノ粒子と生体吸収性高分子とを含む複合多孔質材料を光熱療法に使用することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

自己組織化したフラーレンの新たな用途への適用が期待されている。

特開２０１８－８３７８０号公報

Ｌｏｋ Ｋｕｍａｒ Ｓｈｒｅｓｔｈａら，Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０２３，１３，９４６

以上より、本発明の課題は、自己組織化したフラーレンを含む複合材料、その製造方法、光温熱療法薬、光線力学療法薬、および、光音響造影剤を提供することである。

本発明の複合材料は、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球と、前記固体球の表面に位置する金粒子とを備え、これにより上記課題を解決する。
前記金粒子は、球状、ロッド状、スター状、紡錘状、うに状、三角柱、直方体および立方体からなる群から選択される形状を有してもよい。
前記フラーレンは、Ｃ_６０フラーレン、Ｃ_７０フラーレン、Ｃ_７６フラーレン、Ｃ_７８フラーレン、Ｃ_８２フラーレン、Ｃ_８４フラーレン、Ｃ_９０フラーレン、Ｃ_９４フラーレン、および、これらの誘導体からなる群から選択されるフラーレンに基づいてもよい。
前記フラーレンは、Ｃ_６０フラーレンまたはその誘導体であってもよい。
前記固体球は、非晶質であってもよい。
前記脂肪族ジアミンは、＊－ＮＨ－（ＣＨ_２）_ｍ－ＮＨ_２（ｍは１≦ｍ≦１０、＊は結合部位である）で表されてもよい。
前記脂肪族ジアミンは、ｍ＝２のエチレンジアミンであってもよい。
前記固体球に対する前記金粒子の質量比は、０．５以上２．０以下の範囲を満たしてもよい。
前記複合材料の平均粒径は、３２０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の範囲であってもよい。
前記金粒子の平均粒径は、２５ｎｍ以上５５ｎｍ以下の範囲であってもよい。
紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長４３６ｎｍ以上４６２ｎｍ以下の範囲、波長５３６ｎｍ以上５３９ｎｍ以下の範囲、および、波長６７５ｎｍ以上７０５ｎｍ以下の範囲のそれぞれにピークを有してもよい。
ゼータ電位の絶対値は、０ｍＶより大きく２０ｍＶ以下であってもよい。
本発明による複合材料を製造する方法は、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球を調製することと、前記固体球と金粒子とを分散媒中で混合することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記固体球を調製することは、前記フラーレン、前記脂肪族ジアミン、および、芳香族炭化水素を用いた液液界面析出法によって調製してもよい。
前記芳香族炭化水素は、トルエン、ｏ－キシレン、ｍ－キシレン、ｐ－キシレン、および、１，３，５－トリメチルベンゼンからなる群から選択されてもよい。
前記フラーレンに対する前記脂肪族ジアミンは、モル比で、０．９以上３以下の範囲を満たしてもよい。
５００℃以上７５０℃以下の温度範囲でポストアニールすることをさらに包含してもよい。
本発明による光温熱療法薬は、上記複合材料を含み、これにより上記課題を解決する。
本発明による光線力学療法薬は、上記複合材料を含み、これにより上記課題を解決する。
本発明による光音響造影剤は、上記複合材料を含み、これにより上記課題を解決する。

本発明の複合材料は、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球と、その表面に位置する金粒子とを備える。このような複合材料とすることにより、近赤外線を照射した際に優れた光熱効果を奏する。このような複合材料は、光温熱療法薬、光線力学療法薬、および、光音響造影剤として機能する。

本発明の複合材料の製造方法は、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球と金粒子とを単に混合するだけでよいので、熟練の技術や高価な装置を不要とするため、有利である。

本発明の複合材料を示す模式図 本発明の複合材料を製造する工程を示すフローチャート フラーレン－脂肪族ジアミンの固体球のＳＥＭ像を示す図 例１～例４の試料のＳＥＭ像を示す図 例１～例４の試料のＳＴＥＭ像を示す図 例３の試料のＴＥＭ像を示す図 例１～例４の試料のＡＴＲ－ＦＴＩＲスペクトル（Ａ）、ＵＶ－ｖｉｓスペクトル（Ｂ）、ラマン散乱スペクトル（Ｃ）、および、ＸＲＤパターン（Ｄ）を示す図 例３の試料および固体球のＸＰＳスペクトルを示す図 例３の試料および固体球のＸＰＳコアレベルスペクトルを示す図 例３の試料の熱重量変化を示す図 例３の試料の熱重量測定後のＳＥＭ像を示す図 例１～例４の試料のゼータ電位を示す図 例１～例４の試料の光熱効果を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明の複合材料を示す模式図である。

本発明の複合材料１００は、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球１１０と、その固体球１１０の表面に位置する金粒子１２０とを備える。本願発明者らは、このような複合材料１００に近赤外線を照射すると優れた光熱効果を示すことを見出した。各構成要素について詳述する。

複合材料１００は、固体球１１０の形状を反映し、球状を有する。球状とは、電子顕微鏡等によって観察した際に、球と認識できればよく、詳細には、本願明細書では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて算出された、複合材料１００の最短径に対する最長径の比率（アスペクト比）が、１．０以上１．５以下の範囲であれば、球とする。

なお、アスペクト比は次のように算出される。電子顕微鏡像（例えば、１０００倍）から１００個の粒子を選択し、それらの最短径および最長径を測定する。１００個の粒子それぞれのアスペクト比を算出し、その平均値を複合材料１００のアスペクト比とする。

複合材料１００の平均粒径は、好ましくは、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲である。複合材料１００の平均粒径は、より好ましくは、３２０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の範囲である。この範囲であれば、複合材料１００を光温熱療法薬として用いて体内に導入しやすい。なお、平均粒径は、電子顕微鏡像（例えば、５０００倍）で観察される粒子１００個の最長径の平均である。

固体球１１０は、その表面に脂肪族ジアミンを有する。これにより固体球１１０の表面が親水性を有し、生体分野での用途に適する。脂肪族ジアミンは、固体球１１０の自己組織化に伴い導入されるが、好ましくは、＊－ＮＨ－（ＣＨ_２）_ｍ－ＮＨ_２（ｍは１≦ｍ≦１０、＊は結合部位である）で表される。中でも、収率や安全性の観点から、ｍ＝２であるエチレンジアミンが好ましい。

固体球１１０を構成するフラーレンは、フラーレンに基づく炭素原子を主成分とする球状の化合物であれば特に制限はないが、例示的には、Ｃ_６０フラーレン、Ｃ_７０フラーレン、Ｃ_７６フラーレン、Ｃ_７８フラーレン、Ｃ_８２フラーレン、Ｃ_８４フラーレン、Ｃ_９０フラーレン、Ｃ_９４フラーレン、および、これらの誘導体からなる群から選択されるフラーレンに基づく。フラーレンは、好ましくは、Ｃ_６０フラーレンまたはその誘導体である。これにより、後述の方法により、固体球１１０が効率よく生成される。なお、フラーレン誘導体とは、フラーレンの少なくとも一部がエチレンジアミン以外の置換基によって修飾された化合物を意味する。

フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋し、自己組織化が進むと、固体球１１０となるが、このとき、フラーレンと脂肪族ジアミンとの間の架橋の程度によっては、固体球１１０は、非晶質であってもよい。当然に、固体球１１０は、非晶質と結晶性のフラーレンとの混合であってもよい。

金粒子１２０は、金を主成分とする限り任意の粒子を採用できる。金粒子１２０は、例示的には、球状、ロッド状、スター状、紡錘状、うに状、三角柱、直方体および立方体からなる群から選択される形状を有する。なお、主成分とする量は、金を５０質量％以上含有することを意味する。これにより、本発明の複合材料は光熱効果を示す。

金粒子１２０の平均粒径は、好ましくは、１５ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲である。金粒子１２０の平均粒径は、より好ましくは、２５ｎｍ以上５５ｎｍ以下の範囲である。この範囲であれば、固体球１１０と複合化され、優れた光熱効果を示す。ここでも、平均粒径は、電子線顕微鏡像（例えば、２００００倍～３００００倍）で観察される粒子１００個の最長径の平均である。

固体球１１０に対する金粒子１２０の質量比は、好ましくは、０．５以上２．０以下の範囲を満たす。この範囲であれば、優れた光熱効果を示す。質量比は、より好ましくは、１．０以上２．０以下の範囲を満たす。この範囲であれば、さらに優れた光熱効果を示す。質量比は、なお好ましくは、１．５以上２．０以下の範囲を満たす。この範囲であれば、なおさらに優れた光熱効果を示す。

固体球１１０と金粒子１２０とは、共役により複合化されていてよい。ここでいう共役とは、接触や接続等の物理的な結合状態であること、化学的な結合状態にあることのいずれであってもよいが、対象となる複合材料のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によるスペクトルにおいて、Ｎ－Ｃ＝Ｏ結合状態（約４０１．７ｅＶ）、および、Ｏ＝Ｃ結合状態（約５３１．６ｅＶ）が確認されれば、共役しているといえる。

本発明の複合材料１００は、好ましくは、紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長４３６ｎｍ以上４６２ｎｍ以下の範囲、波長５３６ｎｍ以上５３９ｎｍ以下の範囲、および、波長６７５ｎｍ以上７０５ｎｍ以下の範囲のそれぞれにピークを有する。これにより、固体球１１０と金粒子１２０とが共役し、優れた光熱効果を示す。

本発明の複合材料１００は、好ましくは、絶対値で０ｍＶより大きく２０ｍＶ以下の範囲のゼータ電位を有する。金粒子１２０により表面電荷が抑えられるので、反対に帯電した粒子または分子を付着／積層させるのに有利である。本発明の複合材料１００は、より好ましくは、絶対値で０ｍＶより大きく１５ｍＶ以下の範囲のゼータ電位を有する。これにより、反対に帯電した粒子や分子を付着させるのに有利である。

次に、本発明の複合材料１００の製造方法について説明する。
図２は、本発明の複合材料を製造する工程を示すフローチャートである。

本発明の複合材料１００は次の工程により製造される。
ステップＳ２１０：フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球を調製する。
ステップＳ２２０：固体球と金粒子とを分散媒中で混合する。

各工程について詳細に説明する。
ステップＳ２１０において、上述の固体球１１０が得られる限り、調製方法に特に制限はないが、好ましくは、フラーレン、脂肪族ジアミンおよび芳香族炭化水素を用いた液液界面析出法（ＬＬＩＰ）を採用できる。

ここで、フラーレンは、上述したＣ_６０フラーレン、Ｃ_７０フラーレン、Ｃ_７６フラーレン、Ｃ_７８フラーレン、Ｃ_８２フラーレン、Ｃ_８４フラーレン、Ｃ_９０フラーレン、Ｃ_９４フラーレン、および、これらの誘導体からなる群から選択される。中でもＣ_６０フラーレンまたはその誘導体が好ましい。

脂肪族ジアミンは、好ましくは、ＮＨ_２－（ＣＨ_２）_ｍ－ＮＨ_２（ｍは１≦ｍ≦１０である）で表される。中でも、脂肪族ジアミンは、ｍ＝２であるエチレンジアミンがよい。これにより、フラーレンの自己組織化が促進し、表面に脂肪族ジアミンを有する固体球が得られやすい。フラーレンに対する脂肪族ジアミンは、モル比で、０．９以上３以下の範囲を満たすように、混合される。この範囲であれば、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋し、自己組織化が進行し、固体球が生成される。フラーレンに対する脂肪族ジアミンは、好ましくは、モル比で、０．５以上１．５以下の範囲を満たすように、混合される。これにより、固体球が効率よく生成される。フラーレンに対する脂肪族ジアミンは、より好ましくは、モル比で、０．８以上１．２以下の範囲を満たすように、混合される。これにより、固体球が効率よく生成される。

芳香族炭化水素は、好ましくは、トルエン、ｏ－キシレン、ｍ－キシレン、ｐ－キシレン、および、１，３，５－トリメチルベンゼン（メシチレン）からなる群から選択される。これらの溶媒は、フラーレンの良溶媒となる。中でも、１，３，５－トリメチルベンゼンをエチレンジアミンと組み合わせると、フラーレンの自己組織化が促進し、固体球が得られやすい。

具体的な調製は次のように行うことができる。
まず、選択したフラーレン（フラーレン誘導体を含む）を上述の芳香族炭化水素に溶解させ、フラーレンの飽和溶液を得る。このとき超音波処理をしてもよい。次いで、脂肪族ジアミンと芳香族炭化水素とを混合した混合溶媒にフラーレンの飽和溶液を添加・混合し、インキュベートする。インキュベートは、室温（１５℃以上３０℃以下）において、３０分以上１０時間以下の時間行われてよい。これにより、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球が得られる。固体球を、遠心分離および洗浄、凍結乾燥によって粉末として得てもよい。

ステップＳ２２０において、金粒子は、上述した金粒子を採用できるが、市販の金粒子を用いてもよいし、例えば、Ｊ．Ｌｉら，Ｎａｎｏｓｃａｌｅ，８，７９９２－８００７（２０１６）にしたがって合成してもよい。上述の方法で合成すれば、異なるサイズと形状（例えば、ロッド、スター等）とを有する金粒子を得ることができる。

ステップＳ２２０において、分散媒は、水または水を含有する溶媒であってよい。水は、水道水、蒸留水、精製水、超純水、脱イオン水等である。水を含有する溶媒としては、水を含有していればよく、他の溶媒を含有していてもよい。他の溶媒としては特に制限されないが、水と混和する溶媒が好ましく、アルコール（例えばエタノール等）が挙げられる。

ステップＳ２２０において、固体球に対する金粒子の質量比が、好ましくは、０．５以上２．０以下の範囲を満たすように、固体球と金粒子とが混合される。この範囲であれば、優れた光熱効果を有する複合材料１００が得られる。より好ましくは、１．０以上２．０以下の範囲の質量比を満たすように、固体球と金粒子とが混合される。これにより、さらに優れた光熱効果を有する複合材料１００が得られる。

ステップＳ２２０において、混合は、室温（１５℃以上３０℃以下）において、１０分以上５時間以下の時間、超音波処理してよい。これにより、固体球と金粒子とが共役反応し、複合材料が得られる。複合材料を、遠心分離および洗浄、凍結乾燥によって粉末として得てもよい。

ステップＳ２２０に続いて、ステップＳ２２０で得られた生成物を５００℃以上７５０℃以下の温度範囲でポストアニールしてもよい。これにより、表面の金粒子が互いに凝集し、成長し得る。加熱時間は特に制限はないが、例えば、０．５時間以上１２時間以下の範囲であってよい。

次に、本発明の複合材料１００の用途について説明する。
本発明の複合材料１００は、光温熱療法薬として機能し得る。光温熱療法（ＰＴＴ：Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ Ｔｈｅｒａｐｙ）とは、がん細胞が正常細胞に比べて熱に弱いという性質を利用し、がん細胞近傍で金粒子による光熱効果を発現させ、がん細胞を死滅させる治療法である。

生体内に投与された本発明の複合材料１００を含有する光熱療法薬を用いたがん治療方法（使用方法）は、以下のステップを包含する。
ステップＳ３１０：光熱療法薬を生体内に投与する。
ステップＳ３２０：生体に光を照射し、生体内で生じる発熱によってがん細胞を破壊する。

ステップＳ３１０において、生体とは、ヒト、または、ヒトを除く動物であってよい。投与の方法は、経口、静脈注射、あるいは、術後の患部への直接塗布であってよい。本発明の複合材料１００の表面に細胞吸収を促進する物質（例えば、界面活性剤、シクロデキストリン、生体接着性ポリマー等）を付与すれば、経口投与の際に効率よく小腸で吸収される光熱療法薬として機能する。本発明の複合材料１００の表面にがん細胞と結合する物質（例えば、抗体、リガンド、ペプチド等）を付与すれば、経口あるいは静脈注射すると、本発明の光熱療法薬は効率よくがん細胞に集まるため、ステップＳ３２０により効果的にがん細胞を破壊できる。

ステップＳ３２０において、光は、好ましくは、近赤外線であり、具体的には、７００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲の波長を有し、より好ましくは、７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲を有する。これにより、本発明の光熱療法薬は、光の照射により、効果的に発熱し、がん細胞を破壊できる。

本発明の複合材料１００は、光線力学療法薬として機能し得る。光線力学療法（ＰＤＴ：Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ Ｔｈｅｒａｐｙ）とは、活性酸素ががん細胞のＤＮＡを損傷させる性質を利用し、がん細胞近傍で金粒子から活性酸素を生じさせ、がん細胞を死滅させる治療法である。

生体内に投与された本発明の複合材料１００を含有する光線力学療法薬を用いたがん治療方法（使用方法）は、以下のステップを包含する。
ステップＳ４１０：光線力学療法薬を生体内に投与する。
ステップＳ４２０：生体に光を照射し、生体内で生じる活性酸素（一重項酸素）によってがん細胞を破壊する。

ステップＳ４１０は、上述したステップＳ３１０と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ４２０において、光は、好ましくは、近赤外線であり、具体的には、７００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲の波長を有し、より好ましくは、７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲を有する。これにより、本発明の光線力学療法薬は、光の照射により、効果的に活性酸素を生じ、がん細胞を破壊できる。

本発明の複合材料１００は、光音響造影剤として機能し得る。光音響造影（ＰＡＩ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉ Ｉｍａｇｉｎｇ）とは、金粒子の光音響効果を利用したがん、腫瘍等の部位の画像化である。

生体内に投与された本発明の複合材料１００を含有する光音響造影剤を用いた、がん等の部位のイメージング方法（使用方法）は、以下のステップを包含する。
ステップＳ５１０：光音響造影剤を生体内に投与する。
ステップＳ５２０：生体に光を照射し、生体内で生じる光音響信号を検出する。

ステップＳ５１０は、上述したステップＳ３１０と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ５２０において、光は、好ましくは、近赤外線であり、具体的には、７００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲の波長を有し、より好ましくは、７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲を有する。これにより、本発明の光音響造影剤は、光音響効果を生じ、がん、腫瘍等の部位を造影できる。

なお、本発明の光熱療法薬、光線力学療法薬および光音響造影剤は、本発明の複合材料１００とともに、分散媒を含んでもよい。分散媒は、例えば、生理食塩水、注射用蒸留水、リン酸緩衝液等であってよい。光熱療法薬、光線力学療法薬および光音響造影剤は、必要に応じて、薬理上許容可能な添加物をさらに含んでもよい。当然ながら、本発明の光熱療法薬、光線力学療法薬および光音響造影剤を組み合わせてもよい。例えば、光音響造影剤により患部を画像化した後、光音響造影剤と同じ材料である光線療法薬によりがん細胞を破壊してもよい。

次に、具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。

［フラーレン－脂肪族ジアミンの固体球（ＦＥ－ＳＳ）の調製］
フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球を、動的液液界面析出法（ＤＬＬＩＰ）を用いて調製した（図２のステップＳ２１０）。

具体的には、原料のフラーレンとしてフラーレンＣ_６０粉末１４０ｍｇ（純度９９．５％、ＭＴＲ Ｌｔｄ．製）を、１，３，５－トリメチルベンゼン（メシチレン）１４０ｍＬ（純度９８．０％、富士フイルム和光純薬株式会社製）に溶解させ、６０分間、超音波処理をし、フラーレン飽和溶液（以降では単位フラーレン溶液と称する）を調製した。フラーレン溶液中のフラーレン濃度は、１ｍｇ／ｍＬであった。

芳香族ジアミンとしてエチレンジアミン０．５５ｍＬ（ＥＤＡ、純度９９．０％、富士フイルム和光純薬株式会社製）と、芳香族炭化水素としてメシチレン５ｍＬとをガラス瓶に入れ、３０分間、超音波処理をし、ＥＤＡ／メシチレン溶液５．５５ｍＬを調製した。エチレンジアミンは、ＮＨ_２－（ＣＨ_２）_ｍ－ＮＨ_２においてｍ＝２で表される。

フラーレン溶液５ｍＬを、ＥＤＡ／メシチレン溶液５．５５ｍＬに室温（２５℃）で添加した。このとき、フラーレンＣ_６０に対するＥＤＡのモル比は、１であった。次いで、この混合液を、１０秒間、撹拌し、２５℃で１時間インキュベートし、褐色の沈殿物として、フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球（ＦＥ－ＳＳと称する）を得た。この混合液を、３分間、遠心分離（３０００ｒｐｍ）し、イソプロパノール（ＩＰＡ）で３回洗浄し、４８時間、凍結乾燥し、ＦＥ－ＳＳ粉末を得た。ＦＥ－ＳＳ粉末を電界放出型走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、株式会社日立ハイテク製、Ｓ－４８００）により観察した。観察結果を図３に示す。

図３は、フラーレン－脂肪族ジアミンの固体球のＳＥＭ像を示す図である。

図３によれば、液液界面析出法により、フラーレンＣ_６０がＥＤＡと架橋し、球状に自己組織化し、固体球が得られたことが分かった。固体球のアスペクト比を算出したところ、１．０以上１．５以下の範囲であり、粒径はいずれも３００ｎｍ～６００ｎｍを有し、その平均粒径は３１０ｎｍであった。固体球のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によるスペクトルから、固体球は表面にエチレンジアミンを有することを確認した。

［金粒子（ＡｕＮＳ）の調製］
蒸留水３ｍＬとＨＥＰＥＳ緩衝液２ｍＬ（株式会社同仁化学研究所製、１００ｍＭ、ｐＨ７．４）とを、ガラス瓶中で、１０秒間混合した。次いで、この混合液と、塩化金（ＩＩＩ）酸三水和物水溶液５０μＬ（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製、２０ｍＭ）とを混合し、２５℃で９０分間、インキュベートし、金ナノスターである金粒子（ＡｕＮＳ）を含有する青黒い分散液を得た。ＡｕＮＳ分散液は４℃で保管した。

［例１～例４］
例１～例４は、調製した固体球（ＦＥ－ＳＳ）と金粒子（ＡｕＮＳ）とを分散媒中で混合し（図２のステップＳ２２０）、ＦＥ－ＳＳに対するＡｕＮＳの質量比が、それぞれ、０．５、１、１．５および２である複合材料を得た。

具体的には、表１に示すように、固体球（ＦＥ－ＳＳ）の粉末を蒸留水に添加し、１５分間、超音波処理し、均一な固体球の分散液（１ｍｇ／ｍＬ）を得た。この固体球の分散液と、濃度調整した金粒子（ＡｕＮＳ）の分散液（０．５ｍｇ／ｍＬ、１ｍｇ／ｍＬ、１．５ｍｇ／ｍＬ、２ｍｇ／ｍＬ）とを混合し、３０分間、超音波処理した。混合液中に生成した黒い生成物を、３分間、遠心分離（２０００ｒｐｍ）し、蒸留水で２回洗浄し、４８時間、凍結乾燥させた。このようにして得られた生成物を、それぞれ、例１の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ０．５）、例２の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１）、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）、例４の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ２）と称する。

例１～例４の試料を、電界放出型走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、株式会社日立ハイテク製、Ｓ－４８００）、および、電界放出形透過電子顕微鏡（ＴＥＭ、日本電子株式会社製、ＪＥＭ－２１００Ｆ）により観察した。

例１～例４の試料の表面官能基を、全反射式フーリエ変換赤外分光高度計（ＡＴＲ－ＦＴＩＲ、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社、Ｎｅｘｕｓ ６７０）を用いて特定した。例１～例４の試料の紫外可視光（ＵＶ－ｖｉｓ）スペクトルを、分光光度計（日本分光株式会社製、Ｖ－６７０）を用いて測定した。

例１～例４の試料のラマンスペクトルを、トリプルレーザラマン分光測定装置（Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ社製、Ｔ６４０００）を用いて測定した。測定には、０．０１ｍＷ出力の波長５１４．５ｎｍのレーザを用いた。例１～例４の試料を、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ、株式会社リガク製、ＲＩＮＴ－Ｕｌｔｉｍａ ＩＩＩ）を用いて同定した。

例１～例４の試料のＸ線光電子スペクトルを、シータプローブ分光計（サーモエレクトロン社製）を用いて測定した。測定には、Ａｌ－Ｋα単色線（エネルギー１５ｋｅＶ）を用いた。コアレベルＸＰＳのＣ１ｓ（Ｃの１ｓ軌道のエネルギーピーク位置）、Ｏ１ｓ（Ｏの１ｓ軌道のエネルギーピーク位置）、Ｎ１ｓ（Ｎの１ｓ軌道のエネルギーピーク位置）、および、Ａｕ４ｆ（Ａｕの４ｆ軌道のエネルギーピーク位置）を０．０５ｅＶステップで記録した。測定用試料に電荷が蓄積するのを避けるため、測定には、ビルトイン式エレクトロフラッドガンを用いた。

例１～例４の試料の熱重量分析を、熱重量測定装置（ＮＥＴＺＳＣＨ－Ｇｅｒａｔｅｂａｕ ＧｍｂＨ、ＳＴＡ２５００ Ｒｅｇｕｌｕｓ）を用いて測定した。また、熱重量分析の測定後の例１～例４の試料のＳＥＭ像を観察した。

例１～例４の試料のゼータ電位を、ゼータ電位測定装置（マルバーン社製、Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ－ＺＳ ＺＥＮ ３６００）を用いて測定した。例１～例４の試料の光熱効果を測定した。詳細には、近赤外レーザ（波長８０８ｎｍ、出力０．８ｍＷ）を、例１～例４の試料（１．０ｍｇ）に４分照射し、照射前後の温度を測定した。

以上の結果を図４～図１３に示し、まとめて説明する。

図４は、例１～例４の試料のＳＥＭ像を示す図である。
図５は、例１～例４の試料のＳＴＥＭ像を示す図である。
図６は、例３の試料のＴＥＭ像を示す図である。

図４（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、例１の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ０．５）、例２の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１）、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）、および、例４の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ２）のＳＥＭ像である。

図５（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、例１の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ０．５）、例２の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１）、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）、および、例４の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ２）のＳＴＥＭ像である。

図６（Ａ）および（Ｃ）、ならびに、（Ｂ）および（Ｄ）は、それぞれ固体球（ＦＥ－ＳＳ）および例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のＴＥＭ像である。

図４、図５および図６（Ｂ）によれば、例１～例４の試料は、いずれも、表面に粒子を有する球体であった。図３および図６（Ａ）と、図４、図５および図６（Ｂ）とを比較すると、固体球（ＦＥ－ＳＳ）と金粒子（ＡｕＮＳ）とを混合することによって、固体球の表面に金粒子が付着した複合材料となることを示唆する。図４によれば、固体球に対する金粒子の質量比が大きくなるにつれて、金粒子の付着量が増大することが分かった。しかしながら、図４（Ｄ）の例４の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ２）に、矢印で示すように、金粒子の凝集が確認されたため、固体球に対する金粒子の質量比は２．０以下が好ましいことが示唆される。

図６（Ｂ）に示す例３の試料の粒径は３５０ｎｍであり、その平均粒径は、３４０ｎｍであった。例１、例２および例４の試料の平均粒径も３２０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の範囲を満たした。図６（Ｄ）によれば、例３の試料の表面の金粒子（ＡｕＮＳ）は、突起を複数有するスター状の形状を有しており、その平均粒径は３１．２ｎｍであった。

図７は、例１～例４の試料のＡＴＲ－ＦＴＩＲスペクトル（Ａ）、ＵＶ－ｖｉｓスペクトル（Ｂ）、ラマン散乱スペクトル（Ｃ）、および、ＸＲＤパターン（Ｄ）を示す図である。

図７（Ａ）には、原料に用いたフラーレンＣ_６０、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）のＡＴＲ－ＦＴＩＲスペクトルも併せて示す。固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＡＴＲ－ＦＴＩＲスペクトルは、フラーレンＣ_６０のそれとは異なり、３１００ｃｍ^－１～３５００ｃｍ^－１の幅広いＮ－Ｈ伸縮振動バンド、２８６７ｃｍ^－１～２９２２ｃｍ^－１のＣ－Ｈ伸縮振動バンド、１６３５ｃｍ^－１および１４５０ｃｍ^－１のＮ－Ｈ変角振動、および、１１０３ｃｍ^－１のＣ－Ｎ伸縮振動バンドを示した。

図７（Ａ）の例１～例４の試料のスペクトルに着目すれば、固体球に対する金粒子の質量比が大きくなるにつれて、Ｃ－Ｎ伸縮振動バンドの強度が増大し、質量比が１．５でもっとも強度が大きかった。

また、例１～例４の試料のスペクトルでは、３２９９ｃｍ^－１のＮ－Ｈ伸縮振動、１６５８ｃｍ^－１のＮ－Ｈ変角振動等の金粒子（ＡｕＮＳ）の特徴的なピークは、固体球（ＦＥ－ＳＳ）に特徴的なピークと重なっていた。

図７（Ｂ）には、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）のＵＶ－ｖｉｓスペクトルも併せて示す。固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＵＶ－ｖｉｓスペクトルは、４０７ｎｍに顕著な吸収ピークを示した。このピークは、フラーレンＣ_６０の電子振動構造、および、周辺環境の影響に起因する。一方、金粒子（ＡｕＮＳ）のＵＶ－ｖｉｓスペクトルは、５３３ｎｍのコアに関連する高周波プラズモンモードと、６３８ｎｍのスター状の先端に関連する低周波プラズモンモードとを示した。

しかしながら、例１～例４の試料のＵＶ－ｖｉｓスペクトルは、これら固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）のそれとは異なり、３つのピーク（４０７ｎｍ、５３３ｎｍ、６３８ｎｍ）を示した。このことは、固体球と金粒子とが単なる複合化ではなく、共役していることを示唆する。さらに、新たな３つのピークの強度に着目すると、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のピーク強度がもっとも高かった。

図７（Ｃ）には、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）のラマン散乱スペクトルも併せて示す。例１～例４の試料のラマン散乱スペクトルは、固体球（ＦＥ－ＳＳ）に基づく１３５０ｃｍ^－１付近のＤバンドと、１５８８ｃｍ^－１付近のＧバンドとを有するとともに、金粒子（ＡｕＮＳ）に基づく１４６５ｃｍ^－１付近のピークとを示した。１４６５ｃｍ^－１付近のピークの強度は、固体球に対する金粒子の質量比が大きくなるにつれて増大した。詳細には、表面プラズモン効果は、質量比が１以上で増大し始め、質量比が１．５で安定した。

これらからも、固体球（ＦＥ－ＳＳ）と金粒子（ＡｕＮＳ）とを混合することによって、固体球の表面に金粒子が共役した複合材料が得られたことを示唆する。

図７（Ｄ）は、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）および固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＸＲＤパターンを示す。固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＸＲＤパターンは、８．３２°および１８．５８°にピークを有したが、これらのピークは、面心立方構造を有するフラーレンＣ_６０のピークに一致しなかった。このことから、固体球（ＦＥ－ＳＳ）は、非晶質であることが示された。

一方、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のＸＲＤパターンは、３８．２°、４４．４°および７７．７°に金の結晶構造の（１１１）、（２００）および（３１１）格子面に対応するピークを示し、それ以外は、固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＸＲＤパターンと同様（８．３２、１８．５８）であった。このことからも、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）は、フラーレンＣ_６０とＥＤＡとが架橋し、非晶質な固体球に金粒子が結合した複合材料であることが分かった。なお、図示しないが、例１、例２および例４の試料のＸＲＤパターンは、いずれも、３８．２°、４４．４°、６４．７°および７７．７°に金のピークを示し、フラーレンＣ_６０のピークを示すものもあった。

図８は、例３の試料および固体球のＸＰＳスペクトルを示す図である。
図９は、例３の試料および固体球のＸＰＳコアレベルスペクトルを示す図である。

図９（Ａ）～（Ｄ）は、それぞれ、例３の試料および固体球のＣ１ｓスペクトル、Ｎ１ｓスペクトル、Ｏ１ｓスペクトルおよびＡｕ４ｆスペクトルを示す。図８の固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＸＰＳスペクトルによれば、２８４ｅＶ、４００ｅＶおよび５３２ｅＶに主要なピークを示した。これらのピークは、それぞれ、固体球の表面の炭素、窒素および酸素に対応した。一方、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のＸＰＳスペクトルは、上記３つの主要なピークに加えて、Ａｕ４ｆの８４ｅＶ、Ａｕ４ｄの３３５ｅＶおよび３５３ｅＶ、Ａｕ４_ｐ３／２の５４６ｅＶ、Ａｕ４ｐ１／２の６４２ｅＶ、および、Ａｕ４ｓの７６４ｅＶのピークを示した。

図９（Ａ）の固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＸＰＳコアスペクトルは、Ｃ＝Ｃ（ｓｐ^２）結合状態の２８４．５ｅＶ、Ｃ－Ｃ（ｓｐ^３）結合状態の２８４．８ｅＶ、および、Ｃ＝Ｏ結合状態の２８８．３ｅＶのピークを示した。一方、図９（Ａ）の例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のＸＰＳコアスペクトルは、上記３つの炭素の結合状態に加えて、Ｃ－Ｃ結合状態の２８４．５ｅＶのピークを示した。

図９（Ｂ）の固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＸＰＳコアスペクトルは、ＮＨ_２結合状態の３９９．６ｅＶ、および、正に帯電した窒素状態の４００．３ｅＶのピークを示した。一方、図９（Ｂ）の例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のＸＰＳコアスペクトルは、上記２つの窒素の結合状態に加えて、Ｎ－Ｃ＝Ｏ結合状態の４０１．７ｅＶのピークを示した。

図９（Ｃ）の固体球（ＦＥ－ＳＳ）のＸＰＳコアスペクトルは、Ｃ－ＯＨ結合状態の５３１．９ｅＶ、および、Ｃ－Ｏ－Ｃ結合状態の５３２．２ｅＶのピークを示した。一方、図９（Ｃ）の例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のＸＰＳコアスペクトルは、上記２つの酸素の結合状態に加えて、Ｏ＝Ｃ結合状態の５３１．６ｅＶのピークを示した。

図９（Ｄ）の例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）のＸＰＳコアスペクトルは、Ａｕ４ｆ_７／２の８３．７ｅＶ、および、Ａｕ４ｆ_５／２の８７．７ｅＶのピークを示した。

図９（Ａ）～（Ｄ）によれば、例３の試料は、フラーレンＣ_６０とＥＤＡとが架橋し、表面にＥＤＡを有した固体球に、金粒子が共役し、安定化した複合材料であることが分かった。

図１０は、例３の試料の熱重量変化を示す図である。
図１１は、例３の試料の熱重量測定後のＳＥＭ像を示す図である。

図１０には、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）の熱重量変化も併せて示す。図１１（Ａ）～（Ｂ）は、固体球（ＦＥ－ＳＳ）の熱重量測定後のＳＥＭ像であり、図１１（Ｃ）～（Ｄ）は、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）の熱重量測定後のＳＥＭ像である。

固体球（ＦＥ－ＳＳ）の熱重量変化において、１００℃以下で観察された質量損失は、自己組織化中にフラーレン構造内に取り込まれた分散媒（ここでは水）の蒸発に起因し、２００℃近傍で観察された質量損失は、メシチレンおよび未反応のＥＤＡの蒸発に起因し、７５０℃以上で観察された顕著な質量損失は、Ｃ－Ｃ結合の破壊およびアモルファスカーボンの形成に起因した。金粒子（ＡｕＮＳ）の熱重量変化において、２５０℃以上５００℃以下で観察された質量損失は、金粒子を被覆する有機層（ＨＥＰＥＳ緩衝液に基づく）の焼失に起因する。

一方、例３の試料（ＦＥ－ＳＳ／ＡｕＮＳ１．５）の熱重量変化の傾向は、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）のそれに類似したが、全体の質量損失は少なかった。驚くべきことに、例３の試料を７５０℃以上に加熱しても、その質量損失を２０％に抑えられたことは、例３の試料が熱安定性に優れることを示す。これは、フラーレンＣ_６０とＥＤＡとが架橋したＣ_６０－ＥＤＡの固体球の表面に金粒子（ＡｕＮＳ）が共役することにより、金粒子がバリア層としても機能し、固体球の熱による分解を効果的に抑制したと考える。

熱重量測定後の図１１（Ａ）～（Ｂ）と、熱重量測定前の図３とを比較すると、加熱によっても、固体球（ＦＥ－ＳＳ）の大きさに変化は見られなかった。一方、熱重量測定後の図１１（Ｃ）～（Ｄ）と、熱重量測定前の図４とを比較すると、加熱によっても、固体球（ＦＥ－ＳＳ）の大きさに変化は見られなかったが、金粒子（ＡｕＮＳ）の大きさは大きくなった。具体的には、金粒子の平均粒径は、加熱によって、３１．２ｎｍから４９．１ｎｍまで増大した。これは、加熱により、金粒子が互いに結合し、大きな金粒子になったためである。金粒子が大きくなると、表面積の増大と光吸収の改善とにより光熱効果が向上し、より効率的な発熱とがん細胞の破壊とにつながり得る。

図１２は、例１～例４の試料のゼータ電位を示す図である。

図１２によれば、固体球（ＦＥ－ＳＳ）に対する金粒子（ＡｕＮＳ）の質量比が大きくなるにつれて、ゼータ電位の絶対値は減少し、０ｍＶより大きく２０ｍＶ以下の範囲を満たし、－１１.０ｍＶで安定化した。ゼータ電位の絶対値が上記範囲となることにより、反対に帯電した粒子や分子を付着させるのに有利である。

図１３は、例１～例４の試料の光熱効果を示す図である。

図１３には、ガラス基板（アズワン株式会社製、２５ｍｍ×７５ｍｍ、１．０～１．２ｍｍ厚）、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）の光熱効果も併せて示す。図１３によれば、近赤外線を照射しない場合には、いずれの試料も温度変化を示さなかった。また、ガラス基板は、近赤外線を照射時も温度変化を示さなかった。

一方、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）は、近赤外線を照射時に温度上昇し、光熱効果を示した。固体球（ＦＥ－ＳＳ）に金粒子（ＡｕＮＳ）が共役した例１～例４の試料は、近赤外線を照射時に温度上昇し、光熱効果を示したが、いずれも、固体球（ＦＥ－ＳＳ）および金粒子（ＡｕＮＳ）の光熱効果よりも大きな光熱効果を示した。特に、固体球（ＦＥ－ＳＳ）に対する金粒子（ＡｕＮＳ）の質量比が１．５以上２．０以下の範囲において、顕著な光熱効果を示した。このことから、本発明の複合材料は、近赤外線を照射すると光熱効果を生じるため、熱に弱いがん細胞を死滅させることができ、光温熱療法薬として機能し得る。

本発明の複合材料は、近赤外線を照射すると光熱効果、活性酸素、および、光音響効果を生じるため、光温熱療法薬、光線力学療法薬、および、光音響造影剤に応用される。

１００ 複合材料
１１０ 固体球
１２０ 金粒子

Claims (20)

1. フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球と、
   前記固体球の表面に位置する金粒子と
   を備える、複合材料。
2. 前記金粒子は、球状、ロッド状、スター状、紡錘状、うに状、三角柱、直方体および立方体からなる群から選択される形状を有する、請求項１に記載の複合材料。
3. 前記フラーレンは、Ｃ_６０フラーレン、Ｃ_７０フラーレン、Ｃ_７６フラーレン、Ｃ_７８フラーレン、Ｃ_８２フラーレン、Ｃ_８４フラーレン、Ｃ_９０フラーレン、Ｃ_９４フラーレン、および、これらの誘導体からなる群から選択されるフラーレンに基づく、請求項１または２に記載の複合材料。
4. 前記フラーレンは、Ｃ_６０フラーレンまたはその誘導体である、請求項３に記載の複合材料。
5. 前記固体球は、非晶質である、請求項１～４のいずれかに記載の複合材料。
6. 前記脂肪族ジアミンは、＊－ＮＨ－（ＣＨ_２）_ｍ－ＮＨ_２（ｍは１≦ｍ≦１０、＊は結合部位である）で表される、請求項１～５のいずれかに記載の複合材料。
7. 前記脂肪族ジアミンは、ｍ＝２のエチレンジアミンである、請求項６に記載の複合材料。
8. 前記固体球に対する前記金粒子の質量比は、０．５以上２．０以下の範囲を満たす、請求項１～７のいずれかに記載の複合材料。
9. 前記複合材料の平均粒径は、３２０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の範囲である、請求項１～８のいずれかに記載の複合材料。
10. 前記金粒子の平均粒径は、２５ｎｍ以上５５ｎｍ以下の範囲である、請求項１～９のいずれかに記載の複合材料。
11. 紫外可視吸収スペクトルにおいて、波長４３６ｎｍ以上４６２ｎｍ以下の範囲、波長５３６ｎｍ以上５３９ｎｍ以下の範囲、および、波長６７５ｎｍ以上７０５ｎｍ以下の範囲のそれぞれにピークを有する、請求項１～１０のいずれかに記載の複合材料。
12. ゼータ電位の絶対値は、０ｍＶより大きく２０ｍＶ以下である、請求項１～１１のいずれかに記載の複合材料。
13. フラーレンと脂肪族ジアミンとが架橋したフラーレン－脂肪族ジアミンの固体球を調製することと、
    前記固体球と金粒子とを分散媒中で混合することと
    を包含する、請求項１～１２のいずれかに記載の複合材料を製造する方法。
14. 前記固体球を調製することは、前記フラーレン、前記脂肪族ジアミン、および、芳香族炭化水素を用いた液液界面析出法によって調製する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記芳香族炭化水素は、トルエン、ｏ－キシレン、ｍ－キシレン、ｐ－キシレン、および、１，３，５－トリメチルベンゼンからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記フラーレンに対する前記脂肪族ジアミンは、モル比で、０．９以上３以下の範囲を満たす、請求項１４または１５に記載の方法。
17. ５００℃以上７５０℃以下の温度範囲でポストアニールすることをさらに包含する、請求項１４～１６のいずれかに記載の方法。
18. 請求項１～１２のいずれかに記載の複合材料を含む光温熱療法薬。
19. 請求項１～１２のいずれかに記載の複合材料を含む光線力学療法薬。
20. 請求項１～１２のいずれかに記載の複合材料を含む光音響造影剤。