JP2026013513A - Composite material containing self-assembled fullerene, method for producing the same, photothermal therapy agent, photodynamic therapy agent, and photoacoustic contrast agent - Google Patents
Composite material containing self-assembled fullerene, method for producing the same, photothermal therapy agent, photodynamic therapy agent, and photoacoustic contrast agentInfo
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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
The present invention provides a composite material containing self-assembled fullerenes, a method for producing the same, a photothermal therapy agent, a photodynamic therapy agent, and a photoacoustic contrast agent.
[Solution] The composite material of the present invention comprises fullerene-aliphatic diamine solid spheres in which a fullerene and an aliphatic diamine are crosslinked, and gold particles located on the surfaces of the solid spheres. The photothermal therapy agent, photodynamic therapy agent, and photoacoustic contrast agent of the present invention include the above composite material. The method for producing the composite material of the present invention includes preparing fullerene-aliphatic diamine solid spheres in which a fullerene and an aliphatic diamine are crosslinked, and mixing the solid spheres with gold particles in a dispersion medium.
[Selected Figure] Figure 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。 The present invention relates to a composite material containing self-assembled fullerenes, a method for producing the same, a photothermal therapy agent, a photodynamic therapy agent, and a photoacoustic contrast agent.
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)。 In recent years, self-assembled fullerene-ethylenediamine hollow spheres have been produced using the liquid-liquid interfacial deposition method (LLIP), and are expected to be used in supercapacitors (see, for example, Non-Patent Document 1).
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)。 On the other hand, it is known that composite porous materials containing nanoparticles that generate heat when irradiated with near-infrared light and bioabsorbable polymers can be used in photothermal therapy (see, for example, Patent Document 1).
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。 Self-assembled fullerenes are expected to be used in new applications.
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。 Based on the above, the object of the present invention is to provide a composite material containing self-assembled fullerenes, a method for producing the same, a photothermal therapy agent, a photodynamic therapy agent, and a photoacoustic contrast agent.
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、C60フラーレン、C70フラーレン、C76フラーレン、C78フラーレン、C82フラーレン、C84フラーレン、C90フラーレン、C94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、C60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-(CH2)m-NH2(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。
The composite material of the present invention solves the above-mentioned problems by comprising fullerene-aliphatic diamine solid spheres in which fullerene and aliphatic diamine are crosslinked, and gold particles located on the surfaces of the solid spheres.
The gold particles may have a shape selected from the group consisting of spheres, rods, stars, spindles, sea urchins, triangular prisms, rectangular parallelepipeds, and cubes.
The fullerene may be based on a fullerene selected from the group consisting of C60 fullerene, C70 fullerene , C76 fullerene, C78 fullerene, C82 fullerene, C84 fullerene, C90 fullerene, C94 fullerene, and derivatives thereof.
The fullerene may be a C60 fullerene or a derivative thereof.
The solid spheres may be amorphous.
The aliphatic diamine may be represented by *-NH-(CH 2 ) m -NH 2 (m is 1≦m≦10, * is a bonding site).
The aliphatic diamine may be ethylenediamine where m=2.
The mass ratio of the gold particles to the solid spheres may be in the range of 0.5 to 2.0.
The composite material may have an average particle size in the range of 320 nm to 380 nm.
The gold particles may have an average particle size in the range of 25 nm to 55 nm.
In the ultraviolet-visible absorption spectrum, the compound may have peaks in the wavelength ranges of 436 nm to 462 nm, 536 nm to 539 nm, and 675 nm to 705 nm.
The absolute value of the zeta potential may be greater than 0 mV and less than or equal to 20 mV.
The method for producing a composite material according to the present invention comprises preparing fullerene-aliphatic diamine solid spheres in which a fullerene and an aliphatic diamine are crosslinked, and mixing the solid spheres with gold particles in a dispersion medium, thereby solving the above-mentioned problems.
The solid spheres may be prepared by a liquid-liquid interfacial precipitation method using the fullerene, the aliphatic diamine, and an aromatic hydrocarbon.
The aromatic hydrocarbon may be selected from the group consisting of toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, and 1,3,5-trimethylbenzene.
The aliphatic diamine may have a molar ratio relative to the fullerene of 0.9 or more and 3 or less.
The method may further include post-annealing at a temperature in the range of 500°C to 750°C.
The photothermal therapy agent according to the present invention contains the above composite material, thereby solving the above problems.
The photodynamic therapy agent according to the present invention comprises the above composite material, thereby solving the above problems.
The photoacoustic contrast agent according to the present invention comprises the above composite material, thereby solving the above problems.
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。 The composite material of the present invention comprises fullerene-aliphatic diamine solid spheres in which fullerene and aliphatic diamine are crosslinked, and gold particles positioned on the surface of the spheres. This composite material exhibits an excellent photothermal effect when irradiated with near-infrared light. This composite material functions as a photothermal therapy agent, a photodynamic therapy agent, and a photoacoustic contrast agent.
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。 The method for producing the composite material of the present invention is advantageous because it simply requires mixing solid spheres of fullerene-aliphatic diamine, in which fullerene and aliphatic diamine are crosslinked, with gold particles, eliminating the need for skilled techniques or expensive equipment.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that similar elements will be given similar reference numerals and their description will be omitted.
図1は、本発明の複合材料を示す模式図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the composite material of the present invention.
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。 The composite material 100 of the present invention comprises fullerene-aliphatic diamine solid spheres 110 in which fullerene and aliphatic diamine are crosslinked, and gold particles 120 located on the surface of the solid spheres 110. The inventors have discovered that such a composite material 100 exhibits an excellent photothermal effect when irradiated with near-infrared light. Each component will be described in detail below.
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。 The composite material 100 has a spherical shape, reflecting the shape of the solid spheres 110. A spherical shape means that it can be recognized as a sphere when observed using an electron microscope or the like. Specifically, in this specification, a composite material 100 is considered to be spherical if the ratio of the longest diameter to the shortest diameter (aspect ratio), calculated using a scanning electron microscope (SEM), is in the range of 1.0 to 1.5.
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。 The aspect ratio is calculated as follows: 100 particles are selected from an electron microscope image (e.g., 1000x magnification), and their shortest and longest diameters are measured. The aspect ratio of each of the 100 particles is calculated, and the average value is used as the aspect ratio of the composite material 100.
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。 The average particle size of the composite material 100 is preferably in the range of 300 nm or more and 600 nm or less. The average particle size of the composite material 100 is more preferably in the range of 320 nm or more and 380 nm or less. Within this range, the composite material 100 can be easily introduced into the body as a photothermal therapy drug. The average particle size is the average of the longest diameters of 100 particles observed in an electron microscope image (e.g., 5000x magnification).
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-(CH2)m-NH2(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。 The solid spheres 110 have an aliphatic diamine on their surfaces. This makes the surfaces of the solid spheres 110 hydrophilic, making them suitable for use in the biomedical field. The aliphatic diamine is introduced as the solid spheres 110 self-assemble, and is preferably represented by *-NH-(CH 2 ) m -NH 2 (where m is 1≦m≦10, * is a bonding site). Of these, ethylenediamine, where m=2, is preferred from the standpoints of yield and safety.
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、C60フラーレン、C70フラーレン、C76フラーレン、C78フラーレン、C82フラーレン、C84フラーレン、C90フラーレン、C94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、C60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。 The fullerenes constituting the solid spheres 110 are not particularly limited as long as they are spherical compounds based on fullerenes and primarily comprise carbon atoms. For example, the fullerenes are based on fullerenes selected from the group consisting of C60 fullerene, C70 fullerene, C76 fullerene , C78 fullerene, C82 fullerene, C84 fullerene, C90 fullerene, C94 fullerene, and derivatives thereof. The fullerene is preferably C60 fullerene or a derivative thereof. This allows the solid spheres 110 to be efficiently produced by the method described below. The fullerene derivative refers to a compound in which at least a portion of a fullerene is modified with a substituent other than ethylenediamine.
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。 When the fullerene and the aliphatic diamine crosslink and self-organization progresses, solid spheres 110 are formed. At this time, depending on the degree of crosslinking between the fullerene and the aliphatic diamine, the solid spheres 110 may be amorphous. Naturally, the solid spheres 110 may also be a mixture of amorphous and crystalline fullerenes.
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。 Any particles containing gold as the main component can be used as the gold particles 120. Illustratively, the gold particles 120 have a shape selected from the group consisting of spheres, rods, stars, spindles, sea urchins, triangular prisms, rectangular parallelepipeds, and cubes. The amount of gold as the main component means that the composite material of the present invention contains 50% by mass or more of gold. This allows the composite material of the present invention to exhibit a photothermal effect.
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。 The average particle size of the gold particles 120 is preferably in the range of 15 nm to 80 nm. The average particle size of the gold particles 120 is more preferably in the range of 25 nm to 55 nm. Within this range, the particles are combined with the solid spheres 110 and exhibit excellent photothermal effects. Again, the average particle size is the average of the longest diameters of 100 particles observed in an electron microscope image (e.g., 20,000x to 30,000x magnification).
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。 The mass ratio of gold particles 120 to solid spheres 110 preferably falls within the range of 0.5 to 2.0. This range provides an excellent photothermal effect. The mass ratio more preferably falls within the range of 1.0 to 2.0. This range provides an even more excellent photothermal effect. The mass ratio even more preferably falls within the range of 1.5 to 2.0. This range provides an even more excellent photothermal effect.
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。 The solid spheres 110 and gold particles 120 may be composited by conjugation. "Conjugation" here can mean either a physical bond, such as contact or connection, or a chemical bond. However, if an N-C=O bond (approximately 401.7 eV) and an O=C bond (approximately 531.6 eV) are confirmed in the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of the composite material in question, it can be said to be conjugated.
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。 The composite material 100 of the present invention preferably has peaks in the ultraviolet-visible absorption spectrum in the wavelength ranges of 436 nm to 462 nm, 536 nm to 539 nm, and 675 nm to 705 nm. This allows the solid spheres 110 and gold particles 120 to be conjugated, resulting in an excellent photothermal effect.
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。 The composite material 100 of the present invention preferably has a zeta potential in the absolute value range of greater than 0 mV to 20 mV. Because the gold particles 120 suppress the surface charge, this is advantageous for attaching/depositing oppositely charged particles or molecules. The composite material 100 of the present invention more preferably has a zeta potential in the absolute value range of greater than 0 mV to 15 mV. This is advantageous for attaching oppositely charged particles or molecules.
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。
Next, a method for producing the composite material 100 of the present invention will be described.
FIG. 2 is a flow chart showing the steps for producing the composite material of the present invention.
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。
The composite material 100 of the present invention is manufactured by the following process.
Step S210: A fullerene-aliphatic diamine solid sphere is prepared in which the fullerene and the aliphatic diamine are crosslinked.
Step S220: Mix the solid spheres and gold particles in a dispersion medium.
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。
Each step will be described in detail.
In step S210, the preparation method is not particularly limited as long as the above-mentioned solid spheres 110 can be obtained, but preferably, a liquid-liquid interfacial precipitation method (LLIP) using fullerene, aliphatic diamine, and aromatic hydrocarbon can be used.
ここで、フラーレンは、上述したC60フラーレン、C70フラーレン、C76フラーレン、C78フラーレン、C82フラーレン、C84フラーレン、C90フラーレン、C94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C60フラーレンまたはその誘導体が好ましい。 Here, the fullerene is selected from the group consisting of the above-mentioned C60 fullerene, C70 fullerene, C76 fullerene, C78 fullerene, C82 fullerene, C84 fullerene, C90 fullerene, C94 fullerene, and derivatives thereof. Among them, C60 fullerene or its derivatives are preferred.
脂肪族ジアミンは、好ましくは、NH2-(CH2)m-NH2(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。 The aliphatic diamine is preferably represented by NH 2 —(CH 2 ) m —NH 2 (m is 1≦m≦10). Among these, ethylenediamine, where m=2, is preferable as the aliphatic diamine. This promotes self-organization of fullerenes, making it easier to obtain solid spheres having aliphatic diamines on their surfaces. The aliphatic diamine is mixed with fullerenes at a molar ratio of 0.9 to 3.0. Within this range, crosslinking occurs between the fullerenes and the aliphatic diamine, promoting self-organization and producing solid spheres. The aliphatic diamine is preferably mixed with fullerenes at a molar ratio of 0.5 to 1.5. This allows for efficient production of solid spheres. The aliphatic diamine is more preferably mixed with fullerenes at a molar ratio of 0.8 to 1.2. This allows for efficient production of solid spheres.
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。 The aromatic hydrocarbon is preferably selected from the group consisting of toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, and 1,3,5-trimethylbenzene (mesitylene). These solvents are good solvents for fullerenes. In particular, combining 1,3,5-trimethylbenzene with ethylenediamine promotes self-organization of fullerenes, making it easier to obtain solid spheres.
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。
The specific preparation can be carried out as follows.
First, a selected fullerene (including a fullerene derivative) is dissolved in the aromatic hydrocarbon described above to obtain a saturated fullerene solution. Ultrasonic treatment may be performed during this process. Next, the saturated fullerene solution is added to a mixed solvent of an aliphatic diamine and an aromatic hydrocarbon, mixed, and incubated. The incubation may be performed at room temperature (15°C or higher and 30°C or lower) for 30 minutes to 10 hours. This results in solid spheres of fullerene-aliphatic diamine, in which the fullerene and the aliphatic diamine are crosslinked. The solid spheres may be centrifuged, washed, and freeze-dried to obtain a powder.
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。 In step S220, the gold particles can be those described above, but commercially available gold particles can also be used, or they can be synthesized according to, for example, J. Li et al., Nanoscale, 8, 7992-8007 (2016). Gold particles synthesized using the above method can be obtained with different sizes and shapes (e.g., rods, stars, etc.).
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。 In step S220, the dispersion medium may be water or a solvent containing water. Examples of water include tap water, distilled water, purified water, ultrapure water, and deionized water. The water-containing solvent may contain water, and may also contain other solvents. While there are no particular limitations on the other solvents, solvents that are miscible with water are preferred, such as alcohol (e.g., ethanol).
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。 In step S220, the solid spheres and gold particles are mixed so that the mass ratio of gold particles to solid spheres is preferably in the range of 0.5 to 2.0. This range results in a composite material 100 with excellent photothermal effects. More preferably, the solid spheres and gold particles are mixed so that the mass ratio is in the range of 1.0 to 2.0. This results in a composite material 100 with even better photothermal effects.
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。 In step S220, the mixture may be ultrasonicated at room temperature (15°C to 30°C) for 10 minutes to 5 hours. This allows the solid spheres and gold particles to undergo a conjugation reaction, resulting in a composite material. The composite material may be obtained as a powder by centrifugation, washing, and freeze-drying.
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。 Following step S220, the product obtained in step S220 may be post-annealed at a temperature in the range of 500°C to 750°C. This allows the gold particles on the surface to aggregate and grow. There are no particular restrictions on the heating time, but it may be, for example, in the range of 0.5 hours to 12 hours.
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。
Next, applications of the composite material 100 of the present invention will be described.
The composite material 100 of the present invention can function as a photothermal therapy drug. Photothermal therapy (PTT) is a treatment method that utilizes the fact that cancer cells are more susceptible to heat than normal cells, and causes a photothermal effect of gold particles near the cancer cells to kill the cancer cells.
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。
A method for treating cancer using a photothermal therapy drug containing the composite material 100 of the present invention administered in vivo (method of use) includes the following steps.
Step S310: A photothermal therapeutic agent is administered into a living body.
Step S320: Light is irradiated onto the living body, and cancer cells are destroyed by the heat generated within the living body.
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。 In step S310, the living organism may be a human or a non-human animal. The method of administration may be oral administration, intravenous injection, or direct application to the affected area after surgery. If a substance that promotes cellular absorption (e.g., surfactant, cyclodextrin, bioadhesive polymer, etc.) is applied to the surface of the composite material 100 of the present invention, it will function as a photothermal therapy drug that is efficiently absorbed in the small intestine when administered orally. If a substance that binds to cancer cells (e.g., antibody, ligand, peptide, etc.) is applied to the surface of the composite material 100 of the present invention, the photothermal therapy drug of the present invention will efficiently accumulate in cancer cells when administered orally or intravenously, allowing for effective destruction of cancer cells in step S320.
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。 In step S320, the light is preferably near-infrared light, specifically having a wavelength in the range of 700 nm to 1500 nm, and more preferably in the range of 750 nm to 1300 nm. This allows the photothermal therapy agent of the present invention to effectively generate heat and destroy cancer cells when irradiated with light.
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。 The composite material 100 of the present invention can function as a photodynamic therapy drug. Photodynamic therapy (PDT) is a treatment that utilizes the property of reactive oxygen species to damage the DNA of cancer cells, generating reactive oxygen species from gold particles near the cancer cells and killing them.
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。
A method for treating cancer using a photodynamic therapy drug containing the composite material 100 of the present invention administered in vivo (method of use) includes the following steps.
Step S410: A photodynamic therapy drug is administered into a living body.
Step S420: The living body is irradiated with light, and the cancer cells are destroyed by the active oxygen (singlet oxygen) generated in the living body.
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。 Step S410 is similar to step S310 described above, so its explanation will be omitted.
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。 In step S420, the light is preferably near-infrared light, specifically having a wavelength in the range of 700 nm to 1500 nm, and more preferably in the range of 750 nm to 1300 nm. This allows the photodynamic therapy agent of the present invention to effectively generate reactive oxygen species and destroy cancer cells when irradiated with light.
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。 The composite material 100 of the present invention can function as a photoacoustic imaging agent. Photoacoustic imaging (PAI) is the imaging of cancer, tumors, and other sites using the photoacoustic effect of gold particles.
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。
A method for imaging a site such as a cancer (method of use) using a photoacoustic contrast agent containing the composite material 100 of the present invention administered into a living body includes the following steps.
Step S510: A photoacoustic contrast agent is administered into a living body.
Step S520: Light is irradiated onto the living body, and a photoacoustic signal generated within the living body is detected.
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。 Step S510 is similar to step S310 described above, so its explanation will be omitted.
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。 In step S520, the light is preferably near-infrared light, specifically having a wavelength in the range of 700 nm to 1500 nm, and more preferably in the range of 750 nm to 1300 nm. This allows the photoacoustic contrast agent of the present invention to produce a photoacoustic effect and image sites such as cancers and tumors.
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。 The photothermal therapy agent, photodynamic therapy agent, and photoacoustic contrast agent of the present invention may contain a dispersion medium in addition to the composite material 100 of the present invention. The dispersion medium may be, for example, physiological saline, distilled water for injection, phosphate buffer solution, etc. The photothermal therapy agent, photodynamic therapy agent, and photoacoustic contrast agent may further contain a pharmacologically acceptable additive as necessary. Naturally, the photothermal therapy agent, photodynamic therapy agent, and photoacoustic contrast agent of the present invention may also be combined. For example, after imaging the affected area with a photoacoustic contrast agent, cancer cells may be destroyed with a phototherapy agent made of the same material as the photoacoustic contrast agent.
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。 Next, the present invention will be described in detail using specific examples, but please note that the present invention is not limited to these examples.
[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)。
[Preparation of fullerene-aliphatic diamine solid spheres (FE-SS)]
Fullerene-aliphatic diamine solid spheres, in which fullerene and aliphatic diamine are crosslinked, were prepared using dynamic liquid-liquid interfacial precipitation method (DLLIP) (step S210 in FIG. 2).
具体的には、原料のフラーレンとしてフラーレンC60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。 Specifically, 140 mg of fullerene C60 powder (purity 99.5%, manufactured by MTR Ltd.) as the raw fullerene was dissolved in 140 mL of 1,3,5-trimethylbenzene (mesitylene) (purity 98.0%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and ultrasonicated for 60 minutes to prepare a fullerene saturated solution (hereinafter referred to as a unit fullerene solution). The fullerene concentration in the fullerene solution was 1 mg/mL.
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、NH2-(CH2)m-NH2においてm=2で表される。 0.55 mL of ethylenediamine (EDA, purity 99.0%, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an aromatic diamine and 5 mL of mesitylene as an aromatic hydrocarbon were placed in a glass bottle and ultrasonicated for 30 minutes to prepare 5.55 mL of an EDA/mesitylene solution. Ethylenediamine is expressed as NH 2 —(CH 2 ) m —NH 2 , where m = 2.
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C60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。 Five mL of the fullerene solution was added to 5.55 mL of the EDA/mesitylene solution at room temperature (25°C). The molar ratio of EDA to fullerene C60 was 1. The mixture was then stirred for 10 seconds and incubated at 25°C for 1 hour to obtain a brown precipitate of fullerene-aliphatic diamine solid spheres (referred to as FE-SS) in which the fullerene and the aliphatic diamine were crosslinked. The mixture was centrifuged (3000 rpm) for 3 minutes, washed three times with isopropanol (IPA), and freeze-dried for 48 hours to obtain FE-SS powder. The FE-SS powder was observed using a field emission scanning electron microscope (SEM, Hitachi High-Tech Corporation, S-4800). The observation results are shown in Figure 3.
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。 Figure 3 shows an SEM image of a fullerene-aliphatic diamine solid sphere.
図3によれば、液液界面析出法により、フラーレンC60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。 3, it was found that fullerene C60 was crosslinked with EDA and self-assembled into a spherical shape by the liquid-liquid interface deposition method, resulting in the production of solid spheres. The aspect ratio of the solid spheres was calculated to be in the range of 1.0 to 1.5, and the particle sizes were all 300 to 600 nm, with an average particle size of 310 nm. From the spectra of the solid spheres obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), it was confirmed that the solid spheres had ethylenediamine on their surfaces.
[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。
[Preparation of gold particles (AuNS)]
3 mL of distilled water and 2 mL of HEPES buffer (Dojindo Laboratories, 100 mM, pH 7.4) were mixed for 10 seconds in a glass bottle. Next, this mixture was mixed with 50 μL of chloroauric acid trihydrate aqueous solution (Sigma-Aldrich, 20 mM) and incubated at 25°C for 90 minutes to obtain a bluish-black dispersion containing gold nanostars (AuNS). The AuNS dispersion was stored at 4°C.
[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。
[Examples 1 to 4]
In Examples 1 to 4, the prepared solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS) were mixed in a dispersion medium (step S220 in FIG. 2 ), and composite materials with mass ratios of AuNS to FE-SS of 0.5, 1, 1.5, and 2, respectively, were obtained.
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。 Specifically, as shown in Table 1, solid sphere (FE-SS) powder was added to distilled water and sonicated for 15 minutes to obtain a uniform solid sphere dispersion (1 mg/mL). This solid sphere dispersion was mixed with concentration-adjusted gold particle (AuNS) dispersions (0.5 mg/mL, 1 mg/mL, 1.5 mg/mL, and 2 mg/mL) and sonicated for 30 minutes. The black product formed in the mixture was centrifuged (2000 rpm) for 3 minutes, washed twice with distilled water, and freeze-dried for 48 hours. The products thus obtained are referred to as Sample 1 (FE-SS/AuNS0.5), Sample 2 (FE-SS/AuNS1), Sample 3 (FE-SS/AuNS1.5), and Sample 4 (FE-SS/AuNS2), respectively.
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。 The samples of Examples 1 to 4 were observed using a field emission scanning electron microscope (SEM, Hitachi High-Tech Corporation, S-4800) and a field emission transmission electron microscope (TEM, JEOL Ltd., JEM-2100F).
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。 The surface functional groups of the samples in Examples 1 to 4 were identified using an attenuated total reflection Fourier transform infrared spectrophotometer (ATR-FTIR, Thermo Fisher Scientific, Nexus 670). The ultraviolet-visible (UV-vis) spectra of the samples in Examples 1 to 4 were measured using a spectrophotometer (JASCO Corporation, V-670).
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。 The Raman spectra of the samples in Examples 1 to 4 were measured using a triple laser Raman spectrometer (T64000, manufactured by Jobin Yvon). A laser with a wavelength of 514.5 nm and an output of 0.01 mW was used for the measurements. The samples in Examples 1 to 4 were identified using an X-ray diffraction device (XRD, Rigaku Corporation, RINT-Ultima III).
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。 X-ray photoelectron spectra of the samples in Examples 1 to 4 were measured using a Theta Probe Spectrometer (Thermo Electron). Measurements were performed using Al-Kα monochromatic radiation (energy 15 keV). Core-level XPS C1s (energy peak position of the C 1s orbital), O1s (energy peak position of the O 1s orbital), N1s (energy peak position of the N 1s orbital), and Au4f (energy peak position of the Au 4f orbital) were recorded in 0.05 eV steps. To avoid charge accumulation on the measurement sample, a built-in electroflood gun was used for the measurements.
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。 Thermogravimetric analyses of the samples of Examples 1 to 4 were performed using a thermogravimetric analyzer (NETZSCH-Geratebau GmbH, STA2500 Regulus). SEM images of the samples of Examples 1 to 4 after the thermogravimetric analyses were also observed.
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。 The zeta potential of the samples in Examples 1 to 4 was measured using a zeta potential measuring device (Malvern Instruments, Zetasizer Nano-ZS ZEN 3600). The photothermal effect of the samples in Examples 1 to 4 was measured. Specifically, a near-infrared laser (wavelength 808 nm, output 0.8 mW) was irradiated onto the samples (1.0 mg) in Examples 1 to 4 for 4 minutes, and the temperature was measured before and after irradiation.
以上の結果を図4~図13に示し、まとめて説明する。 The above results are shown in Figures 4 to 13 and will be explained together.
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。
FIG. 4 shows SEM images of the samples of Examples 1 to 4.
FIG. 5 shows STEM images of the samples of Examples 1 to 4.
FIG. 6 shows a TEM image of the sample of Example 3.
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。 Figures 4(A) to (D) are SEM images of Sample 1 (FE-SS/AuNS0.5), Sample 2 (FE-SS/AuNS1), Sample 3 (FE-SS/AuNS1.5), and Sample 4 (FE-SS/AuNS2), respectively.
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。 Figures 5(A) to 5(D) are STEM images of Sample 1 (FE-SS/AuNS0.5), Sample 2 (FE-SS/AuNS1), Sample 3 (FE-SS/AuNS1.5), and Sample 4 (FE-SS/AuNS2), respectively.
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。 Figures 6(A) and (C), and (B) and (D) are TEM images of the solid sphere (FE-SS) and the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5), respectively.
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。 Figures 4, 5, and 6(B) show that the samples of Examples 1 to 4 were all spheres with particles on their surfaces. Comparing Figures 3 and 6(A) with Figures 4, 5, and 6(B) suggests that mixing solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS) results in a composite material in which gold particles are attached to the surface of the solid spheres. Figure 4 shows that the amount of attached gold particles increases as the mass ratio of gold particles to solid spheres increases. However, as shown by the arrows in Figure 4(D) of the sample of Example 4 (FE-SS/AuNS2), aggregation of gold particles was observed, suggesting that a mass ratio of gold particles to solid spheres of 2.0 or less is preferable.
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。 The particle size of the sample of Example 3 shown in Figure 6(B) was 350 nm, and its average particle size was 340 nm. The average particle sizes of the samples of Examples 1, 2, and 4 also fell within the range of 320 nm to 380 nm. Figure 6(D) shows that the gold particles (AuNS) on the surface of the sample of Example 3 had a star-like shape with multiple protrusions, and their average particle size was 31.2 nm.
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。 Figure 7 shows the ATR-FTIR spectrum (A), UV-vis spectrum (B), Raman scattering spectrum (C), and XRD pattern (D) of the samples of Examples 1 to 4.
図7(A)には、原料に用いたフラーレンC60、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C60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。 7(A) also shows the ATR-FTIR spectra of the raw materials, fullerene C60 , solid spheres (FE-SS), and gold particles (AuNS). The ATR-FTIR spectrum of the solid spheres (FE-SS) differs from that of fullerene C60 , exhibiting a broad N-H stretching vibration band from 3100 cm -1 to 3500 cm -1 , a C-H stretching vibration band from 2867 cm -1 to 2922 cm -1 , N-H bending vibrations at 1635 cm -1 and 1450 cm -1 , and a C-N stretching vibration band at 1103 cm -1 .
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。 Looking at the spectra of samples from Examples 1 to 4 in Figure 7(A), the intensity of the C-N stretching vibration band increases as the mass ratio of gold particles to solid spheres increases, with the highest intensity at a mass ratio of 1.5.
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。 In addition, in the spectra of the samples of Examples 1 to 4, characteristic peaks of gold particles (AuNS), such as the N-H stretching vibration at 3299 cm -1 and the N-H bending vibration at 1658 cm -1 , overlapped with peaks characteristic of solid spheres (FE-SS).
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C60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。 Figure 7(B) also shows the UV-vis spectra of the solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS). The UV-vis spectrum of the solid spheres (FE-SS) showed a prominent absorption peak at 407 nm. This peak is attributed to the electronic vibrational structure of fullerene C60 and the influence of the surrounding environment. On the other hand, the UV-vis spectrum of the gold particles (AuNS) showed a high-frequency plasmon mode associated with the core at 533 nm and a low-frequency plasmon mode associated with the star-shaped tip at 638 nm.
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。 However, the UV-vis spectra of the samples in Examples 1 to 4 showed three peaks (407 nm, 533 nm, and 638 nm), unlike those of the solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS). This suggests that the solid spheres and gold particles are not simply composites, but are conjugated. Furthermore, when focusing on the intensities of the three new peaks, the peak intensity of the sample in Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) was the highest.
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。 Figure 7(C) also shows the Raman scattering spectra of the solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS). The Raman scattering spectra of the samples in Examples 1 to 4 exhibited a D band near 1350 cm -1 due to the solid spheres (FE-SS) and a G band near 1588 cm -1 due to the gold particles (AuNS), as well as a peak near 1465 cm -1 due to the gold particles (AuNS). The intensity of the peak near 1465 cm -1 increased as the mass ratio of gold particles to solid spheres increased. Specifically, the surface plasmon effect began to increase at mass ratios of 1 or more and stabilized at a mass ratio of 1.5.
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。 These findings also suggest that by mixing solid spheres (FE-SS) with gold particles (AuNS), a composite material was obtained in which gold particles were conjugated to the surface of the solid spheres.
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C60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。 7D shows the XRD patterns of the sample (FE-SS/AuNS1.5) and the solid sphere (FE-SS) of Example 3. The XRD pattern of the solid sphere (FE-SS) had peaks at 8.32° and 18.58°, but these peaks did not match those of fullerene C60 , which has a face-centered cubic structure. This indicated that the solid sphere (FE-SS) was amorphous.
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C60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C60のピークを示すものもあった。 On the other hand, the XRD pattern of the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) showed peaks at 38.2°, 44.4°, and 77.7° corresponding to the (111), (200), and (311) lattice planes of the gold crystal structure, and the remaining peaks were similar to the XRD pattern of the solid spheres (FE-SS) (8.32, 18.58). This also indicated that the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) was a composite material in which fullerene C60 and EDA were crosslinked, and gold particles were bonded to amorphous solid spheres. Although not shown, the XRD patterns of the samples of Examples 1, 2, and 4 all showed gold peaks at 38.2°, 44.4°, 64.7°, and 77.7°, and some also showed a peak of fullerene C60 .
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。
FIG. 8 shows the XPS spectra of the sample and solid spheres of Example 3.
FIG. 9 shows the XPS core level spectra of the sample and solid spheres of Example 3.
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、Au4p3/2の546eV、Au4p1/2の642eV、および、Au4sの764eVのピークを示した。 Figures 9(A) to 9(D) show the C1s, N1s, O1s, and Au4f spectra of the sample and solid spheres of Example 3, respectively. The XPS spectrum of the solid spheres (FE-SS) in Figure 8 showed major peaks at 284 eV, 400 eV, and 532 eV. These peaks corresponded to carbon, nitrogen, and oxygen on the surface of the solid spheres, respectively. Meanwhile, the XPS spectrum of the sample (FE-SS/AuNS1.5) in Example 3 showed, in addition to the three major peaks mentioned above, peaks at 84 eV for Au4f, 335 eV and 353 eV for Au4d, 546 eV for Au4p3/2 , 642 eV for Au4p1/2, and 764 eV for Au4s.
図9(A)の固体球(FE-SS)のXPSコアスペクトルは、C=C(sp2)結合状態の284.5eV、C-C(sp3)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。 The XPS core spectrum of the solid sphere (FE-SS) in Figure 9(A) showed peaks at 284.5 eV for the C=C (sp 2 ) bonding state, 284.8 eV for the C-C (sp 3 ) bonding state, and 288.3 eV for the C=O bonding state. On the other hand, the XPS core spectrum of the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) in Figure 9(A) showed a peak at 284.5 eV for the C-C bonding state in addition to the above three carbon bonding states.
図9(B)の固体球(FE-SS)のXPSコアスペクトルは、NH2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。 The XPS core spectrum of the solid sphere (FE-SS) in Figure 9(B) showed a peak at 399.6 eV for the NH2 bond state and a peak at 400.3 eV for the positively charged nitrogen state. On the other hand, the XPS core spectrum of the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) in Figure 9(B) showed a peak at 401.7 eV for the N-C=O bond state in addition to the two nitrogen bond states mentioned above.
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。 The XPS core spectrum of the solid sphere (FE-SS) in Figure 9(C) shows peaks at 531.9 eV for the C-OH bonding state and 532.2 eV for the C-O-C bonding state. On the other hand, the XPS core spectrum of the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) in Figure 9(C) shows a peak at 531.6 eV for the O=C bonding state in addition to the two oxygen bonding states mentioned above.
図9(D)の例3の試料(FE-SS/AuNS1.5)のXPSコアスペクトルは、Au4f7/2の83.7eV、および、Au4f5/2の87.7eVのピークを示した。 The XPS core spectrum of the sample (FE-SS/AuNS1.5) of Example 3 in FIG. 9(D) showed peaks at 83.7 eV for Au4f 7/2 and 87.7 eV for Au4f 5/2 .
図9(A)~(D)によれば、例3の試料は、フラーレンC60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。 9(A) to (D), it was found that the sample of Example 3 was a stabilized composite material in which fullerene C60 and EDA were crosslinked to form solid spheres having EDA on the surface, and gold particles were conjugated to these solid spheres.
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。
FIG. 10 is a diagram showing the thermogravimetric changes of the sample of Example 3.
FIG. 11 shows an SEM image of the sample of Example 3 after thermogravimetry.
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。 Figure 10 also shows the thermogravimetric changes of the solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS). Figures 11(A) and (B) are SEM images of the solid spheres (FE-SS) after thermogravimetric measurement, and Figures 11(C) and (D) are SEM images of the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) after thermogravimetric measurement.
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。 In the thermogravimetric changes of solid spheres (FE-SS), the mass loss observed below 100°C was attributed to the evaporation of the dispersion medium (here, water) incorporated into the fullerene structure during self-assembly. The mass loss observed near 200°C was attributed to the evaporation of mesitylene and unreacted EDA. The significant mass loss observed above 750°C was attributed to the breaking of C-C bonds and the formation of amorphous carbon. In the thermogravimetric changes of gold particles (AuNS), the mass loss observed above 250°C and below 500°C was attributed to the burnout of the organic layer (based on HEPES buffer) covering the gold particles.
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C60とEDAとが架橋したC60-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。 On the other hand, the thermogravimetric change trend of the sample of Example 3 (FE-SS/AuNS1.5) was similar to that of the solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS), but the overall mass loss was small. Surprisingly, even when the sample of Example 3 was heated to 750°C or higher, the mass loss was suppressed to 20%, indicating that the sample of Example 3 has excellent thermal stability. This is thought to be because the gold particles (AuNS) are conjugated to the surface of the solid spheres of C60 - EDA, in which fullerene C60 and EDA are crosslinked, and the gold particles also function as a barrier layer, effectively suppressing thermal decomposition of the solid spheres.
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。 Comparing Figures 11(A) and (B) after thermogravimetry with Figure 3 before thermogravimetry, no change in the size of the solid spheres (FE-SS) was observed even with heating. On the other hand, comparing Figures 11(C) and (D) after thermogravimetry with Figure 4 before thermogravimetry, no change in the size of the solid spheres (FE-SS) was observed even with heating, but the size of the gold particles (AuNS) increased. Specifically, the average particle size of the gold particles increased from 31.2 nm to 49.1 nm with heating. This is because the gold particles bonded together to form larger gold particles upon heating. Larger gold particles improve the photothermal effect due to increased surface area and improved light absorption, which may lead to more efficient heat generation and destruction of cancer cells.
図12は、例1~例4の試料のゼータ電位を示す図である。 Figure 12 shows the zeta potential of the samples in Examples 1 to 4.
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。 Figure 12 shows that as the mass ratio of gold particles (AuNS) to solid spheres (FE-SS) increases, the absolute value of the zeta potential decreases, remaining in the range greater than 0 mV and less than 20 mV, and stabilizing at -11.0 mV. Having the absolute value of the zeta potential in this range is advantageous for attaching oppositely charged particles or molecules.
図13は、例1~例4の試料の光熱効果を示す図である。 Figure 13 shows the photothermal effect of samples from Examples 1 to 4.
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。 Figure 13 also shows the photothermal effects of a glass substrate (manufactured by AS ONE Corporation, 25 mm x 75 mm, 1.0-1.2 mm thick), solid spheres (FE-SS), and gold particles (AuNS). Figure 13 shows that none of the samples showed a temperature change when not irradiated with near-infrared light. Furthermore, the glass substrate did not show a temperature change when irradiated with near-infrared light.
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。 On the other hand, the solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS) showed a temperature increase and photothermal effect when irradiated with near-infrared light. The samples in Examples 1 to 4, in which gold particles (AuNS) were conjugated to solid spheres (FE-SS), showed a temperature increase and photothermal effect when irradiated with near-infrared light, but all of them showed a photothermal effect greater than that of the solid spheres (FE-SS) and gold particles (AuNS). In particular, a significant photothermal effect was observed when the mass ratio of gold particles (AuNS) to solid spheres (FE-SS) was in the range of 1.5 to 2.0. This suggests that the composite material of the present invention, which produces a photothermal effect when irradiated with near-infrared light, can kill heat-sensitive cancer cells and function as a photothermal therapy drug.
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。 The composite material of the present invention generates photothermal effects, active oxygen, and photoacoustic effects when irradiated with near-infrared light, and is therefore applicable to photothermal therapy agents, photodynamic therapy agents, and photoacoustic contrast agents.
100 複合材料
110 固体球
120 金粒子
100 Composite material 110 Solid sphere 120 Gold particles
Claims (20)
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。 a fullerene-aliphatic diamine solid sphere in which a fullerene and an aliphatic diamine are crosslinked;
and gold particles located on the surface of said solid sphere.
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。 preparing a fullerene-aliphatic diamine solid sphere in which the fullerene and the aliphatic diamine are crosslinked;
and mixing the solid spheres and gold particles in a dispersion medium.
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