JP5766808B2 - ナノ粒子を水性媒質に分散させるための、イガイ類接着タンパク質模倣型ポリマーを用いた生体適合性分散安定化剤 - Google Patents

ナノ粒子を水性媒質に分散させるための、イガイ類接着タンパク質模倣型ポリマーを用いた生体適合性分散安定化剤 Download PDF

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Description

本発明は、ナノ粒子を水性媒質に分散させるためのイガイ類接着タンパク質模倣分散安定化剤、前記分散安定化剤により分散安定化したナノ粒子を含有するコロイド溶液、及び前記コロイド溶液を含む造影剤に関する。より詳細には、前記イガイ類接着タンパク質模倣分散安定化剤は、ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）（polyethyleneimine−graft−（polyethyleneglycol;poly ＤＯＰＡ）（ＰＥＩ-graft-（ＰＥＧ;ＰＤＯＰＡ）である。前記グラフトポリマーは、二つの部分からなり、一つは、水性媒質に親和性を有するポリエチレングリコール系生体適合性高分子を結合したポリエチレンイミン（polyethylene−glycol grafted polyethyleneimine）であり、また一つは、ナノ粒子の表面に親和性を有するポリドーパ（poly ＤＯＰＡ）である。前記特性により、安定化剤は、水性媒質中にナノ粒子が安定的に分散される特徴を有する。
ナノ粒子は、ナノ−電子融合技術、in vivoイメージング技術、医学分野などの様々な分野に応用されている。特に、超常磁性酸化鉄ナノ粒子は、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）の造影剤、細胞治療、温熱療法、ドラッグデリバリー、細胞分離、核酸製造など多数の生命−医学分野において用いられている。
ナノ粒子を生命−医学分野に応用するための最も重要な要件は、第一に高品質のナノ粒子を確保することと、生体媒質でナノ粒子が優れた分散度を有することと、水性媒質における分散安定性を有することである。ここで、高品質のナノ粒子は、i）粒子サイズの均一性、ii）粒子サイズ調節の容易性、iii）粒子の結晶性、及びiv）粒子形態の調節可能性などで把握することができる。
しかし、現在商用化しているナノ粒子は、ほとんどが水性系での合成または気相での合成過程を経て取得し、このような過程により取得したナノ粒子は均一な粒子形態を有することが難しく、ほとんどが結晶性に劣る。また、均一なサイズのナノ粒子を製造することが容易でなく、そのサイズを調節することもまた難しい。
近年、多数の研究者らは、従来水性系で合成したナノ粒子に比べて比較的高品質、即ち均一なサイズと結晶性を有する金属酸化物ナノ粒子を有機系で製造する新しい方法を開発した。
このように有機溶媒においてナノ粒子を合成する場合、ナノ粒子の均一性とそのサイズが合成過程中に有機添加剤による安定化過程により調節されることがある。結果、ナノ粒子の表面の状態は有機添加剤の疎水性の影響を受けるため、金属酸化物ナノ粒子は疎水性有機溶媒には容易に分散されるが、水には容易に分散されず、水に分散した場合には分散状態が十分な安定性を有しない。
このような有機溶媒内で製造されたナノ粒子の表面の疎水性は、水における安定した分散を妨害するため、生命−医学分野で使用するには問題がある。そのため、このような応用分野に適用するために、ナノ粒子の表面を親水性に改質し、水性媒質に均質に分散するために好適な状態にするための生体適合性分散安定化剤の開発が要求されている。それだけでなく、このような生体適合性分散安定化剤を使用して分散状態を安定的に維持するナノ粒子分散安定化剤の開発が要求されている。
ナノ粒子を水性系に分散するための従来技術による方法として、薄い厚さのシリカ層を用いてナノ粒子を水に分散する方法が、近年、学会誌［Journal of American Chemical Society、２００５、１２７、４９９０］に発表された。この論文では、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル（polyoxyethylene nonylphenyl ether）をシクロヘキサン溶液に導入、混合してマイクロミセル乳化液滴を形成した後、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）のゾル−ゲル反応を誘導して、有機溶媒内で製造されたナノ粒子をシリカ層で被覆して水に分散した。前記文献では、ナノ粒子を水に分散するために、ナノ粒子の外部に親水性を有するシリカ層をコーティングする過程が開示されており、ここで用いられたマイクロエマルション（micro emulsion）によるシリカコーティング法では一回の工程で被覆できるナノ粒子の量が非常に少ないため、結果、一回の工程で製造できるナノ粒子水性分散物の量が非常に少ないという問題点がある。また、一回の工程で製造できるナノ粒子分散物の量またはポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどの量によってマイクロエマルションの条件が変化するため、必要とするシリカ層の厚さを微細に調節することが難しく、シリカ層の内部に含まれたナノ粒子の数も変化するため、必要とする粒子の均一性を得ることが難しいという問題もある。また、このような従来技術は、シリカ層によりナノ粒子を安定化させる場合、シリカ表面のシラン官能基が十分に安定した状態ではないため、互いに反応してシリカで被覆された状態で水に分散したナノ粒子が時間が経つにつれて互いに結合して凝集する問題が生じ、長時間に亘る分散物の貯蔵安定性（storage stability）を確保することが難しいという問題点がある。
近年、ホスフィンオキサイド（phosphine oxide）とポリエチレングリコールからなる高分子を用いてナノ粒子を水に分散する方法が米国化学会誌（Journal of American Chemical Society、２００５、１２７、４５５６）に発表された。ポリエチレングリコールを１，２−ビスジクロロホスフィノエタン（１，２−bis（dichlorophosphino）ethane）と反応させてポリエチレングリコール同士が互いに連結した高分子を合成した後、これを疎水性溶媒に分散しているナノ粒子と配位子交換する方法を用いてナノ粒子を分散安定化させ、これを水に均一に分散させる方法について開示されている。この方法は比較的簡単な製造方法を用いており、配位子交換法を用いてナノ粒子を水に分散させるが、リン（Ｐ）原子が容易にホスホリル基に酸化するため、アルゴンや窒素を用いた非活性雰囲気状態で被覆用高分子を合成しなければならないという問題がある。また、前記高分子が架橋されているため、ＤＮＡ、ＲＮＡ、モノクローナル抗体またはその他の機能性タンパク質のような生体内の機能性配位子を結合させるための官能基（functional group）の導入が容易でないという問題点が依然として存在する。
近年、科学者らは、イガイ類(mussels)を生体接着剤の潜在的な原材料として鋭意研究した。イガイ類は、塩度、湿度、潮流、乱流、波などを特徴とする海洋環境で自ら水中接着できるように機能的に分化した接着剤を生産して分泌する。これらの脚部から分泌した繊維束で構成された足糸（thread）を用いて水中で物質の表面に強く接着する。それぞれの繊維末端には耐水性接着剤からなるプラーク（plaque）があり、濡れた固体の表面に接着することができる。このような足糸タンパク質は、ポリフェノールオキシダーゼ（polyphenol oxidase）を用いてチロシン（tyrosine）基をヒドロキシル化（hydroxylation）して得られるアミノ酸である３，４−ジヒドロキシフェニル−Ｌ−アラニン（ＤＯＰＡ）を多量含有する。ＤＯＰＡの枝にある３，４−ジヒドロキシフェニル（カテコール）は親水性表面と非常に強い水素結合を成すことができ、金属イオン、金属酸化物（Ｆｅ3+、Ｍｎ3+）、半金属（シリコーン）などと強い結合を成すことができる。
本発明者らは、前記従来技術の問題点を解消し、ナノ粒子を水性系に分散させるために鋭意研究を重ねた結果、ナノ粒子の表面を親水性に改質させることができる生体適合性分散安定化剤を完成し、これを用いることにより、ナノ粒子を水性系に分散安定化させて生命−医学分野に応用できることを見出した。また、本発明の生体適合性分散安定化剤によって分散安定化されるナノ粒子は、量子ドット（quantum dot；Q−Dot）発光素子などのナノ−電子融合技術分野、磁気共鳴映像造影剤などのin vivoイメージング分野、細胞治療などの組織工学分野、温熱療法、ドラッグデリバリーなどの生命−医学分野に応用することができることを見出した。
本発明の目的は、イガイ類タンパク質を模倣し、単純な工程により様々なナノ粒子の表面を親水性に改質して水性媒質での分散を安定化することにより生命−医学分野に応用できる分散安定化剤を提供することにある。
本発明の他の目的は、イガイ類タンパク質を模倣し、分枝高分子型のポリドーパを含んで多重結合法によりナノ粒子と安定的に結合できる生体適合性分散安定化剤を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、水性媒質に親和性を有するポリエチレングリコール系生体適合性高分子を結合したポリエチレンイミン（polyethyleneglycol grafted polyethyleneimine）と、ナノ粒子の表面に親和性を有するポリドーパ（poly ＤＯＰＡ）を含むポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、イガイ類タンパク質模倣ポリマーを含む生体適合性分散安定化剤、即ちポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、前記分散安定化剤を用いて水性媒質に分散したナノ粒子を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、前記分散安定化剤によって水性媒質に分散安定化したナノ粒子を含有するコロイド溶液を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、前記コロイド溶液を含む造影剤を提供することにある。
本発明は、ナノ粒子を水性媒質に分散させるためのイガイ類接着タンパク質模倣分散安定化剤、前記分散安定化剤によって分散安定化したナノ粒子を含有するコロイド溶液及び前記コロイド溶液を含む造影剤に関するものである。より詳細には、前記イガイ類接着タンパク質模倣分散安定化剤は、水性媒質に親和性を有するポリエチレングリコール系生体適合性高分子を結合したポリエチレンイミンと、ナノ粒子の表面に親和性を有するポリドーパを含むポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）である。
また、本発明は、（ａ）親水性高分子であるポリエチレングリコール及びポリエチレンイミンを共有結合してポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール（polyethyleneimine−graft−polyethyleneglycol）を形成する段階と、（ｂ）ドーパのヒドロキシル基を保護した後、トリホスゲン触媒の存在下でドーパＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）を合成する段階と、（ｃ）前記（ａ）段階で形成したポリエチレングリコール−ポリエチレンイミンの共有結合体及び前記（ｂ）段階で合成したドーパＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）を有機溶媒中で反応させて、ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を製造する段階と、を含むポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法に関するものである。
また、本発明は、前記ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を分散安定化剤として用いて水性媒質に分散したナノ粒子及びこれを含むコロイド溶液に関するものである。また、本発明は、前記コロイド溶液を含む造影剤に関するものである。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
本発明のイガイ類接着タンパク質模倣分散安定化剤は、水性媒質に親和性を有するポリエチレングリコール系生体適合性高分子を結合したポリエチレンイミンと、ナノ粒子の表面に親和性を有するポリドーパを含むポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）であって、イガイ類接着アミノ酸、即ちドーパを含む。
本発明のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を製造するために、先ず、ポリエチレングリコール及びポリエチレンイミンを共有結合してポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコールを形成する。前記形成した共有結合体は生体適合性高分子開始剤（macroinitiator）として用いられる。
本発明で用いられるポリエチレングリコールは、数平均分子量が３００〜５０，０００であるポリエチレングリコールであって、片末端にヒドロキシル基またはカルボキシル基を有している。本発明の一実施例において、前記ポリエチレングリコールとしては、一方の末端にメトキシ基を有し、他方の末端がカルボキシル基で置換されたメトキシポリエチレングリコールを用いた。
本発明におけるポリエチレンイミンは、毒性のない分枝ポリエチレンイミンであって、数平均分子量が１００〜１０，１００、好ましくは１００〜２，０００であるものを用いることができる。一方、前記分枝ポリエチレンイミンの数平均分子量が１００未満である場合には、本発明により生成された共重合体が有用な生理活性物質と容易に結合することができず、数平均分子量が１０，１００を超える場合には腎臓を介して体内から体外に排出することが難しい問題点がある。従って、本発明では、前記ポリエチレンイミンの数平均分子量が前記範囲内であることが好ましい。
本発明に用いられるpoly ＤＯＰＡは、ＤＯＰＡを単量体とする縮合重合高分子である。高分子の繰り返し単位はアミド結合で構成されており、繰り返し単位の繰り返し回数は１〜１００である。Poly ＤＯＰＡは、固体相合成または液体相合成により重合されることができ、各合成の詳細な結合法としては、カルボジイミド−媒介反応（carbodiimide−mediated reaction）、対称無水物法（symmetrical anhydride method）、混成無水物法（mixed anhydride method）、活性エステル法（active ester method）、アジド法（azide method）、アシルクロリド法（acyl−chloride method）及びＮ−カルボキシ無水物法（Ｎ−carboxy anhydride method）などが挙げられるが、poly ＤＯＰＡの製造方法はこれに限定されない。本発明に用いられるpoly ＤＯＰＡは、前記製造方法に従って合成され、好ましくは、Ｎ−カルボキシ無水物法（Ｎ−carboxy anhydride method）により合成したpoly ＤＯＰＡが用いられる。
本発明のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）は、下記構造（Ａ）で表されるポリエチレングリコールユニットと、下記構造（Ｂ）で表されるポリエチレンイミンユニットと、下記構造（Ｃ）で表されるポリドーパユニットと、を含む。
［ａは２〜１２００である。］
［Ａは分枝ポリエチレンイミンであり、ｘは１〜１００である。］
［ｄは１〜１００である。］
前記ポリエチレンイミンユニット（Ｂ）は、具体的に、下記構造で表されることができる。
［ｂ及びｃはそれぞれ１〜１００であり、好ましくは、１〜３０である。］
本発明のポリドーパは、ドーパのＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）から合成されるものであって、前記ドーパは、イガイ類接着アミノ酸の一種であり、Ｌ−ドーパ（Ｌ−３，４−ジヒドロキシルフェニルアラニン）及びＤ−ドーパ（Ｄ−３，４−ジヒドロキシルフェニルアラニン）から選択される一つ以上である。前記ポリドーパは、Ｌ−ドーパ（Ｌ−３，４−ジヒドロキシルフェニルアラニン）のＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）から合成したＬ−ポリドーパ、Ｄ−ドーパ（Ｄ−３，４−ジヒドロキシルフェニルアラニン）のＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）から合成したＤ−ポリドーパ、及びＬ，Ｄ−ドーパ（Ｌ，Ｄ−３，４−ジヒドロキシルフェニルアラニン、Ｌ−ドーパとＤ−ドーパの混合物）のＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）から合成したＬ，Ｄ−ポリドーパからなる群から選択されることができる。
前記（ａ）段階は、イガイ類タンパク質模倣ナノ粒子安定化高分子を製造するための生体適合性高分子開始剤（biocompatible macroinitiator）を製造する段階であって、（ａ）段階におけるポリエチレングリコールとポリエチレンイミンの共有結合は、ジシクロヘキシルカルボジイミド（dicyclohexylcarbodiimide；ＤＣＣ）／Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（Ｎ−Hydroxysuccinimide；ＮＨＳ）、またはヘキサメチレンジイソシアネート（Hexamethylene diisocyanate；ＨＭＤＩ）を用いて行うことができ、前記ＤＣＣ及びＮＨＳはメトキシ末端とカルボキシル基末端をそれぞれ有するポリエチレングリコールでカルボキシル基を活性化させてポリエチレンイミンの第一級アミンと反応してペプチド共有結合を形成する。また、前記ＨＭＤＩは、メトキシ末端を有するポリエチレングリコールのヒドロキシル基を活性化させてポリエチレンイミンの第一級アミンと結合する機能を果たす。ＨＭＤＩにより活性化したポリエチレングリコールとポリエチレンイミンの共有結合は、前記二つの高分子を共有結合できる反応であれば何れも使用することができる。また、本発明の一実施例では、ＤＣＣ／ＮＨＳで活性化したポリエチレングリコール及びポリエチレンイミンをクロロホルムにそれぞれ溶解した後、ポリエチレングリコール溶液をポリエチレンイミン溶液に一滴ずつ滴下して二つの高分子を共有結合し、以降反応が終了すると、反応液を濃縮してからジエチルエーテルに沈殿することによりポリエチレングリコールとポリエチレンイミンの共有結合体を取得した。前記ＤＣＣ／ＮＨＳによって活性化したポリエチレングリコールの構造及び前記活性化したポリエチレングリコールと分枝ポリエチレンイミン（ｂＰＥＩ）の共有結合構造を下記に図示した。
［前記式中、ａは２〜１２００である。］
＜ポリエチレングリコールの活性化（ＰＥＧ−ＮＨＳ）＞
［前記式中、ａは２〜１２００である。］
＜ポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール（ＰＥＧＰＥＩ−graft−ＰＥＩＰＥＧ）＞
前記ｂ）段階のドーパＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）は、イガイ類接着アミノ酸であるＬ−ドーパ（Ｌ−３，４−ジヒドロキシルフェニルアラニン）及びＤ−ドーパ（Ｄ−３，４、−ジヒドロキシルフェニルアラニン）から選択される一つ以上を出発物質として、当業界に公知されたアミノ酸Ｎ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）の製造方法に従って製造することができ、好ましくは、適した溶媒で前記イガイ類接着アミノ酸（Ｄ−ＤＯＰＡまたはＬ−ＤＯＰＡまたはＬ，Ｄ−ＤＯＰＡ）をトリホスゲン触媒存在下で反応させることにより製造することができる。
本発明の一実施例では、下記に図示されたように、Ｌ−ドーパのヒドロキシル基において、無水酢酸と塩酸を用いてＬ−ドーパを酢酸に溶解してからヒドロキシル基をアセチル化して保護した（ＡＣ）2−ＤＯＰＡを合成した後、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）有機溶媒内でトリホスゲン（Triphosgene）を用いてＬ−ドーパのＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）を合成した［下記参照］。
＜ドーパＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）の反応式＞
前記（ｃ）段階のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）は、前記（ａ）段階で形成されたポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール及び前記（ｂ）段階で合成したドーパＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）を有機溶媒内で多重開始（multi−initiation）して重合反応させることにより製造されるものであって、前記共重合体内のポリドーパは、ポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコールに存在する第一級アミンが多重開始剤として機能してドーパＮ−カルボキシ無水物の重合を誘導することにより合成され、このような過程を経てポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコールに合成したポリドーパが結合することによりポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を取得する。
前記（ｃ）段階において生体模倣型の接合部位として用いられるドーパＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）の添加量を調節する場合、本発明による共重合体の接合力及び疎水性を調節することができる。好ましくは、ポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール及びドーパＮ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）のモル比は１:１〜１:５０であり、前記範囲を超えると、生体模倣型分散安定化剤の疎水性が強くなるか接合力が弱くなる問題点がある。
前記（ｃ）段階の有機溶媒としては、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、及びクロロホルム（ＣｌＣＨ3）から選択される一つ以上を用いることができる。
前記（ｃ）段階における重合過程が終了した後、（ｄ）ポリドーパのヒドロキシル保護基を脱保護化する段階をさらに含むことができる。本発明の一実施例では、前記ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の重合過程が終了した後、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に分散してから適量のピペリジン（piperidine）を添加してアセチル基で保護されたドーパのヒドロキシル基を脱アセチル化することにより、下記構造のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を取得した。
［前記式中、ａは２〜１２００であり、ｄ及びｄ´は互いに独立して１〜１００である。］
＜ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）（ＰＥＧＰＥＩＰＤＯＰＡＰＥＩ−graft−（ＰＥＧ;ＰＤＯＰＡ）＞
また、本発明は、前記分散安定化剤を用いて水性媒質に分散したナノ粒子及び前記ナノ粒子を含有するコロイド溶液に関するものである。
本発明のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）は、イガイ類接着タンパク質模倣型生体適合性高分子からなり、ポリドーパを含む生体適合性分枝分散安定化剤であって、ナノ粒子を水性媒質に分散して安定化するために用いられることができる。
前記ナノ粒子は、金属、金属カルコゲナイド、金属酸化物、磁性物質、磁性合金、半導体物質または多成分混成構造体からなる群から選択される一つまたは二つ以上の無機系ナノ粒子である。
より具体的に、前記金属は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｇからなる群から選択されることができ、前記金属カルコゲナイドは、ＭXＥY（Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｎ又はＣｄ；Ｅ＝Ｏ、Ｓ又はＳｅ;０＜ｘ≦３；０＜ｙ≦５）であり、前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化銀、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム及び酸化亜鉛からなる群から選択されることができる。より好ましくは、前記酸化鉄は、ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4（マグネタイト）、α−Ｆｅ2Ｏ3、β−Ｆｅ2Ｏ3、γ−Ｆｅ2Ｏ3（マグヘマイト）、ε−Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ（ＯＨ）2、Ｆｅ（ＯＨ）3、α−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨ、δ−ＦｅＯＯＨ、Ｆｅ5ＨＯ8・４Ｈ2Ｏ、５Ｆｅ2Ｏ3・９Ｈ2Ｏ、ＦｅＯＯＨ・４Ｈ2Ｏ、Ｆｅ8Ｏ8（ＯＨ）6（ＳＯ）・ｎＨ2Ｏ、Ｆｅ16Ｏ16（ＯＨ・ＳＯ4）12-13・１０−１２Ｈ2Ｏ及びＦｅ3Ｏ4（マグネタイト）とγ−Ｆｅ2Ｏ3（マグヘマイト）の混合物から選択されることができる。また、より具体的に、前記磁性物質は、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇｄ、ＭＭ´2Ｏ4及びＭｘＯｙ（ＭまたはＭ´＝それぞれＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇｄ、Ｃｒ;０＜ｘ≦３;０＜ｙ≦５）からなる群から選択されることができ、前記磁性合金物質は、ＣｏＣｕ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、ＣｏＳｍ、ＮｉＦｅ及びＮｉＦｅＣｏからなる群から選択されることができ、前記半導体物質は、２族及び６族からそれぞれ選択される元素を含む半導体、３族及び５族からそれぞれ選択される元素を含む半導体、４族元素を含む半導体、４族及び６族からそれぞれ選択される元素を含む半導体及び５族及び６族からそれぞれ選択される元素を含む半導体からなる群から選択されることができ、多成分混成構造体は、金属、金属カルコゲナイド、磁性物質、磁性合金物質及び半導体物質からなる群から選択される二つ以上の成分を含むことができ、コア−シェルまたは異種接合構造の形態を有するものを含むことができ、好ましくは、セレン化カドミウム／硫化亜鉛コア／シェル（CdSe／ZnS core／shell）、セレン化カドミウム／セレン化亜鉛コア／セル（CdSe／ZnSe core／shell）、セレン化カドミウム／硫化カドミウムコア／シェル（CdSe／CdS core／shell）、テルル化カドミウム／硫化亜鉛コア／シェル（CdTe／ZnS core／shell）、テルル化カドミウム／セレン化亜鉛コア／シェル（CdTe／ZnSe core／shell）、テルル化カドミウム／硫化カドミウムコア／シェル（CdTe／CdS core／shell）、テルル化カドミウム／セレン化カドミウムコア／シェル（CdTe／CdSe core／shell）、硫化亜鉛（ZnS）、硫化カドミウム（CdS）、ひ化インジウム（ＩｎＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ひ化インジウム／リン化インジウムコア／シェル（InAs／InP core／shell）、ひ化インジウム／セレン化カドミウムコア／シェル（InAs／CdSe core／shell）、ひ化インジウム／硫化亜鉛コア／シェル（InAs／ZnS core／shell）、ひ化インジウム／セレン化亜鉛コア／シェル（InAs／ZnSe core／shell）、リン化インジウム／セレン化カドミウムコア／シェル（InP／CdSe core／shell）、リン化インジウム／硫化亜鉛コア／シェル（InP／ZnS core／shell）、リン化インジウム／セレン化亜鉛コア／シェル（InP／ZnSe core／shell）などが挙げられる。
また、本発明は、前記コロイド溶液を含む造影剤に関するものである。
本発明によると、ナノ粒子の表面を改質して水溶液内で安定的に分散させるイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤を合成することができる。本発明により製造された分散安定化剤は、多重開始重合により形成されたポリドーパを有し、これにより、１分子当り１ユニット以上のドーパ、即ち、多重相互作用配位子（multiple interaction ligands（ＭＩＬ））が存在し、親水性表面と強い結合力を提供する。また、本発明により製造される分散安定化剤は、正電荷を有するため、負電荷を有するナノ粒子の表面に静電気的結合力をさらに提供する。本発明により製造された分散安定化剤は、分枝ポリエチレンイミンの枝に親水性を有する多数のポリエチレングリコール分子が結合しており、親水性及び立体効果により高い水性分散安定性を提供する。このように製造された生体適合性分散安定化剤は、ナノ粒子を水溶液内に安定的に分散してＱ−Ｄｏｔ発光素子などのナノ−電子融合技術分野、磁気共鳴映像造影剤などのin vivoイメージング分野、細胞治療などの組織工学分野、温熱療法、ドラッグデリバリーなどの生命−医学分野に応用することができ、従来技術により製造された分散安定化剤によって分散したナノ粒子に比べて優れた分散安定性を有する。
本発明の前記目的、特徴と利点、及び他の目的、特徴と利点は、添付図面とともに提供される好ましい実施例の以下の説明により明らかになる。
本発明のイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤の化学的構造及びナノ粒子の安定化を示すものである。
実施例＜１−６＞で製造されたＰＥＩ−graft−（ＰＥＧ;ＰＤＯＰＡ5）ＰＥＧＰＥＩＰＤＯＰＡの1Ｈ−ＮＭＲ（in ＤＭＳＯ）分析結果である。
実施例＜１−６＞で製造されたＰＥＩ−graft−（ＰＥＧ;ＰＤＯＰＡ5）ＰＥＧＰＥＩＰＤＯＰＡの1Ｈ−ＮＭＲ（in ＣＤＣｌ3）分析結果である。
実施例＜１−６＞で製造されたＰＥＩ−graft−（ＰＥＧ;ＰＤＯＰＡ15）ＰＥＧＰＥＩＰＤＯＰＡの1Ｈ−ＮＭＲ（in ＤＭＳＯ）分析結果である。
実施例＜１−６＞で製造されたＰＥＩ−graft−（ＰＥＧ;ＰＤＯＰＡ15）ＰＥＧＰＥＩＰＤＯＰＡの1Ｈ−ＮＭＲ（in ＣＤＣｌ3）分析結果である。
安定化する前に分散していたナノ粒子（ａ:１１ｎｍ Ｆｅ3Ｏ4、ｂ:１３ｎｍ ＭｎＯ、ｃ:５ｎｍ Ａｕ、ｄ:３ｎｍ ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）と、本発明によるイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）の使用により安定化して水に分散した各種ナノ粒子（ｅ:１１ｎｍ Ｆｅ3Ｏ4、ｆ:１３ｎｍ ＭｎＯ、ｇ:５ｎｍ Ａｕ、ｈ:３ｎｍ ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）の透過電子顕微鏡（transmission electron microscopy；ＴＥＭ）画像、及び光散乱分析（ＤＬＳ）装置を用いたイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）の使用により安定して水に分散した各種ナノ粒子の粒子サイズを示すものである（ｉ:Ｆｅ3Ｏ4、j：ＭｎＯ、ｋ：Ａｕ、ｌ：ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）。
安定化する前のナノ粒子と本発明によるイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤の使用により水に分散安定化した鉄酸化物（Ｆｅ3Ｏ4）の様々なｐＨとイオン濃度における安定化実験の結果を示すグラフである。光散乱分析（ＤＬＳ）装置を用いて流体力学的径（ＨＤ：Hydrodynamic Diameter）を測定及び比較して得られた結果（ＭＩＬ０（◆）、ＭＩＬ１（▲）、ＭＩＬ２（○））を示すグラフである。
イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）の使用により安定化した鉄酸化物の生体内磁気共鳴映像（ＭＲＩ）であって、安定化剤を投与する前の映像である図面代用写真。 イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）の使用により安定化した鉄酸化物の生体内磁気共鳴映像（ＭＲＩ）であって、安定化剤を投与して２４時間経過した後の映像である図面代用写真。 イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）の使用により安定化した鉄酸化物の生体内磁気共鳴映像（ＭＲＩ）であって、安定化剤を投与して４８時間経過した後の映像である図面代用写真。
以下、実施例を参照して本発明の構成要素と技術的特徴についてより詳細に説明する。しかし、下記の実施例は本発明を詳細に説明するためのものに過ぎず、本発明の構成要素の技術的範囲を実施例に例示したものなどに限定しない。さらに、前記技術の当業者は本発明の根本的な概念とその実行を容易に修正または変更することができる。
Ｌ−３，４−ジヒドロキシフェニルアラニン（ドーパ、ＤＯＰＡ）、ＰＥＧ−ＯＨ（５，０００Ｄａ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）、Ｎ，Ｎ´−ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、無水酢酸、氷酢酸、メチレンクロライド（ＭＣ）及びクロロホルムをシグマケミカル社（Sigma Chemical Company（St．Louis、MO））から購入し、ＰＥＩ（１，８００Ｄａ（ＰＥＩ１，８００））はアルファエイサー（Alfa Aesar）から購入し、使用する前に４０℃にて４８時間真空乾燥した。
［実施例１］イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤の合成
＜１−１＞ポリエチレングリコールの活性化
＜１−１−１＞ジシクロヘキシルカルボジイミド／Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＤＣＣ／ＮＨＳ）の利用方法
還流凝縮器を設置した後、メトキシポリエチレングリコールカルボキシル（ＰＥＧ−ＣＯＯＨ、５０００）（１０ｇ）を２５０ｍｌのフラスコを用いてメチレンクロライド（ＣＨＣｌ2）（５０ｍｌ）に溶解した。その後、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（０．５２ｇ）とジシクロヘキシルカルボジイミド（０．７４ｇ）を添加してから常温にて２０時間反応させた。ジシクロヘキシル尿素を濾過過程を経て除去した後、ジエチルエーテル（diethylether）に沈殿させることにより活性化状態のポリエチレングリコール（ＰＥＧ−ＮＨＳ）を取得した。（収率＝８７％）1Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ3）：δ４．１（ｂ,−ＣＯ−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｏ−）、３．５−３．８（ｍ,−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−）、２．８（ｂ,−ＣＯ−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＯ−）、１．８（ｂ,−ＣＯ−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｏ−）、１．２（ｂ,−ＣＯ−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｏ−）。
＜１−１−２＞ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＭＩ）の利用方法
還流凝縮器を設置した後、メトキシポリエチレングリコール（ＰＥＧ−ＯＨ）（１５．２３ｇ）を１００ｍｌのフラスコを用いてクロロホルム（ＣＨＣｌ3）（１５ｍｌ）に溶解した。その後、ヘキサメチレンジイソシアネート（Hexamethylene diisocyanate；ＨＭＤＩ）（６０ｍｌ）で処理を施した後、２４時間反応させてポリマーを製造した。反応が終了すると、前記ポリマーを石油エーテルに沈殿させて精製し、石油エーテル（４００ｍｌ）で３回洗浄した後、クロロホルム（ＣＨＣｌ3）（２０ｍｌ）にまた溶解した。その後、石油エーテル（５００ｍｌ）にまた沈殿させて精製した。前記のような過程を１０回繰り返して行った後、真空乾燥により活性化状態のポリエチレングリコールを取得した（収率＝８０％）。
＜１−２＞ポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール （ＰＥＧＰＥＩ-graft-ＰＥＩＰＥＧ）の形成
前記実施例＜１−１＞で取得した活性化状態のポリエチレングリコール（ＰＥＧ−ＮＨＳ、２ｇ）をクロロホルム（２００ｍｌ）に溶解した。その後、ポリエチレンイミン（Alfa Aesar、１８００Ｄａ、０．５ｇ）をクロロホルム（５０ｍｌ）に溶解した後、これに前記ポリエチレングリコールを溶解した溶液を一滴ずつ滴下することにより、ポリエチレングリコールとポリエチレンイミンの共有結合反応を行った。この際、前記反応は２４時間行い、反応終了後、真空濃縮装置を用いて総体積が３０ｍｌになるように濃縮した後、ジエチルエーテル（diethylether）に沈殿させることにより、ポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール（ＰＥＧＰＥＩ-graft-ＰＥＩＰＥＧ）を取得した。（収率＝８５％）１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、Ｄ2Ｏ）測定（−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ− of ＰＥＧ at３．５−３．８ｐｐｍ and −ＣＨ2ＣＨ2ＮＨ− of ＰＥＩ at２．５−３．２ｐｐｍ）は、ｂＰＥＧ-graft-ＰＥＧのＭｎが約４１，８００Ｄａであるということを示した。各ＰＥＩ-graft-ＰＥＧは、ほぼ８（以下、ＰＥＧＰＥＩＰＥＩ1-graft-ＰＥＧ8とする）を有すると推測した。１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、Ｄ2Ｏ）δ３．５−３．８（ｍ、−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−）：δ３．５−３．８（ｍ、−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−）、３．３（ｓ、ＣＨ3Ｏ−）、２．５−３．２（ｍ、−ＣＨ2ＣＨ2ＮＨ−）。
＜１−３＞ドーパアミノ酸のヒドロキシル基の保護
Ｌ−ドーパ（３ｇ）を氷酢酸（１００ｍｌ）に浮遊させてから乾燥した塩酸気体を常温にて５時間パージ（purging）した。無水酢酸（３ｍｌ）を添加した後、常温にて１時間３０分間反応させてから無水酢酸３ｍｌを添加した後、６０℃のオイルバスで３０分間反応させた。その後、真空濃縮装置で濃縮した後、エチルアルコールを添加して未反応の無水酢酸を除去してからジエチルエーテル（diethylether）に沈殿させることによりヒドロキシル基が保護されたドーパアミノ酸（ＤＯＰＡ（Ａｃ）2）を取得した。（収率＝８０％）１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、Ｄ2Ｏ）：δ６．７−６．９（ｍ、−Ｃ6Ｈ3（ＯＨ）2）、４．０（ｍ、Ｃ6Ｈ3（ＯＨ）2−ＣＨ2−ＣＨ（Ｎ−）−Ｃ（Ｏ）Ｎ−）、３．２（ｍ、Ｃ6Ｈ3（ＯＨ）2−ＣＨ2−ＣＨ−）、２．４（ｓ、ＣＨ3（ＣＯ）−）。
＜１−４＞ドーパアミノ酸Ｎ−カルボキシ無水物（ＮＣＡ）の合成
ＴＨＦ（５０ｍｌ）に前記実施例＜１−３＞で合成したヒドロキシル基が保護されたドーパアミノ酸（０．５ｇ）及びトリホスゲン（triphosgene）（０．５ｇ）を分散させた後、オイルバスで６０℃の温度で反応させた。その後、ヘキサン（８００ｍｌ）に沈殿させた後、またＴＨＦ（５０ｍｌ）に溶解してからヘキサンに沈殿させた。このような過程を３回繰り返して行い、精製後、真空乾燥機で乾燥させてドーパＮ−カルボキシ無水物（ＤＯＰＡ（ＡＣ2）−ＮＣＡ）を取得した。（収率＝６５％）１Ｈ ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、ＤＭＳＯ）：δ６．２−６．９（ｍ、−Ｃ6Ｈ3（ＯＨ）2）、４．３（ｔ、−ＮＨＣＨＣＯ−）、３．７（ｍ、Ｃ6Ｈ3（ＯＨ）2−ＣＨ2−ＣＨ（Ｎ−）−Ｃ（Ｏ）Ｎ−）、３．３（ｍ、Ｃ6Ｈ3（ＯＨ）2−ＣＨ2−ＣＨ−）、２．４（ｓ、ＣＨ3（ＣＯ）−）。
＜１−５＞ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）（ＰＥＧＰＥＩＰＥＩ-graft-（ＰＥＧ;ＰＤＯＰＡ））の合成
前記実施例＜１−２＞で製造されたポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール（ＰＥＧＰＥＩ-graft-ＰＥＧ）（０．５ｇ）を＜１−４＞で製造されたドーパＮ−カルボキシ無水物（ＤＯＰＡ（ＡＣ2）−ＮＣＡ）とそれぞれ異なるモル比（１:５及び１:１５）で用いて、ＴＨＦ溶媒でそれぞれ反応させてポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を合成した（収率、モル比１:５＝８５％、モル比１:１５＝８７％）。
＜１−６＞ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の脱保護化
前記実施例＜１−５＞で合成したポリエチレングリコールポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）（０．５ｇ）をＤＭＦ（３０ｍｌ）に溶解した後、ピペリジン（piperidine）（８ｍｌ）を添加してから１５分間反応させた後、ジエチルエーテル（diethylether）に沈殿させることによりドーパのヒドロキシル保護基が脱保護化したポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を取得した（収率、モル比１:５＝８０％［図２及び図３］、モル比１:１５＝８１％［図４及び図５］）。
下記の表１は、本発明によるイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤の構造及び特性分析に関するものであって、1Ｈ−ＮＭＲ、紫外可視分光法（ＵＶ−Ｖｉｓ spectroscopy）、蛍光標識物質を用いて高分子共重合体の構造及び特性を分析した。
［実施例２］イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤で安定化した鉄酸化物ナノ粒子の合成
有機溶媒で合成し、オレイン酸（oleic acid）で安定化した磁性ナノ粒子（Ｆｅ3Ｏ4）１０ｍｇとイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ１及びＭＩＬ２各々）６０ｍｇを１０ｍｌのクロロホルム（ＣＨＣｌ3）に分散させて常温にて３０分間攪拌した。クロロホルム（ＣＨＣｌ3）を蒸発させて蒸留水を添加してから分散した結果物を２００ｎｍのシリンジフィルター（ＭＣＥ syringe filter、Fisher Scientific）で濾過した。未反応の安定化剤を除去するために遠心分離した後、スピンフィルター（Millipore、１０Ｋ ＮＭＷＬ、３０００ｒｐｍ、１０ｍｉｎ）を用いて３〜５回繰り返してから結果物をｐＨ７の水性系に分散した。
［実施例３］イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤で安定化したマンガン酸化物ナノ粒子の合成
実施例２と類似した方法により有機溶媒で合成した１０ｍｇのマンガン酸化物（ＭｎＯ）ナノ粒子をイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ１及びＭＩＬ２各々）で安定化させて水に分散した。
［実施例４］イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤で安定化した金ナノ粒子の合成
実施例２と類似した方法により有機溶媒で合成した１０ｍｇの金（Ａｕ）ナノ粒子をイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ１及びＭＩＬ２各々）で安定化させて水に分散した。
［実施例５］イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤で安定化した量子ドットナノ粒子の合成
実施例２と類似した方法により有機溶媒で合成した１０ｍｇの量子ドット（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）ナノ粒子をイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ１及びＭＩＬ２各々）で安定化させて水に分散した。
［実施例６］イガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤で安定化したその他の無機系ナノ粒子の合成
実施例２と類似した方法により合成した下記の無機系ナノ粒子をイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ１及びＭＩＬ２各々）で安定化させて水に分散した。
各種ナノ粒子の透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy）画像（ａ:１１ｎｍ Ｆｅ3Ｏ4、ｂ:１３ｎｍ ＭｎＯ、ｃ：５ｎｍ Ａｕ、ｄ：３ｎｍ ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）と、本発明の方法により製造されたイガイ類タンパク質模倣生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）により水に分散したナノ粒子（Ｆｅ3Ｏ4、ＭｎＯ、Ａｕ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）の透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy）画像（ｅ:１１ｎｍ Ｆｅ3Ｏ4、ｆ：１３ｎｍ ＭｎＯ、ｇ：５ｎｍ Ａｕ、ｈ：３ｎｍ ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）を図６に示した。
図６の透過電子顕微鏡画像によると、本発明の方法により製造された生体適合性分散安定化剤を用いて水に安定的に分散した各種ナノ粒子の形状及び大きさが、分散安定化剤を添加する前に疎水性溶媒に溶解されている各種ナノ粒子の形状及び大きさと同一であることが分かり、これは、ナノ粒子が分散安定化剤を添加した後にも変化しなかったことを意味する。
図６のｉ、ｊ、ｋ及びｌは、本発明の方法により製造されたイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）で水に分散したナノ粒子（ｉ：Ｆｅ3Ｏ4、ｊ：ＭｎＯ、ｋ：Ａｕ、ｌ：ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）の光散乱方法による粒子サイズを示している。それぞれ１１ｎｍ、１３ｎｍ、５ｎｍ、３ｎｍに均一に安定化したことが分かる。
図７は、ナノ粒子（Ｆｅ3Ｏ4）が本発明の方法により製造されたムラサキガイタンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤を用いて水性系において様々なｐＨ及びイオン濃度で安定的に分散していることを示している。本発明の方法により製造された生体適合性分散安定化剤により分散安定化したナノ粒子（図７、ＭＩＬ１（▲）、ＭＩＬ２（○））が、ドーパを含んでいない分散安定化剤により分散安定化したナノ粒子（図７、ＭＩＬ０（◆））に比べて様々な濃度とｐＨで安定的であることが分かる。
図８〜図１０は、本発明の方法により製造されたイガイ類タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤（ＭＩＬ２）を用いて分散安定化したナノ粒子（Ｆｅ3Ｏ4）を造影剤として用いて磁気共鳴映像装置により取得した生体内磁気共鳴映像である。安定化剤を投与する前（図８）、投与して２４時間経過後（図９）、投与して４８時間経過後（１０）の映像により、血流内安定性及び長い血中半減期を有することを確認することができた。また、分散安定化剤により安定化した酸化鉄ナノ粒子は、ＭＲＩ造影剤として良好な性能を有した。図８〜図１０のＭＲＩ写真を見ると、ＭＩＬ２で親水化した酸化鉄ナノ粒子を注入した後に見えるネズミの臓器が注入する前に比べて暗くなったことが分かる。これにより、本発明によるナノ粒子を医学用造影剤として使用できることが分かる。
本発明によると、ナノ粒子の表面を改質して水溶液内で安定的に分散させるイガイ類接着タンパク質模倣型生体適合性分散安定化剤を合成することができる。本発明により製造された分散安定化剤は、多重開始重合により形成されたポリドーパを有し、これにより、１分子当り１ユニット以上のドーパ、即ち、多重相互作用配位子（multiple interaction ligands（ＭＩＬ））が存在し、親水性表面と強い結合力を提供する。また、本発明により製造される分散安定化剤は、正電荷を有するため、負電荷を有するナノ粒子の表面に静電気的結合力をさらに提供する。本発明により製造された分散安定化剤は、分枝ポリエチレンイミンの枝に親水性を有する多数のポリエチレングリコール分子が結合しており、親水性及び立体効果により高い水性分散安定性を提供する。このように製造された生体適合性分散安定化剤は、ナノ粒子を水溶液内に安定的に分散してＱ−Ｄｏｔ発光素子などのナノ−電子融合技術分野、磁気共鳴映像造影剤などのバイオイメージング分野、細胞治療などの組織工学分野、温熱療法、ドラッグデリバリーなどの生命−医学分野に応用することができ、従来技術により製造された分散安定化剤によって分散したナノ粒子に比べて優れた分散安定性を有する。

Claims (23)

  1. ポリエチレングリコール、分枝ポリエチレンイミン及びポリドーパを含み、
    前記ポリドーパがドーパ（３，４ジヒドロキシフェニルアラニン）の縮合ポリマーであることを特徴とする、ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  2. 前記ポリエチレングリコールは、数平均分子量が３００〜５０，０００であるポリエチレングリコールであって、片末端にヒドロキシル基またはカルボキシル基を有することを特徴とする、請求項１に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  3. 前記ポリエチレングリコールの一つの末端がヒドロキシル基またはカルボキシル基であり、他の末端がメトキシ基であることを特徴とする、請求項２に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  4. 前記分枝ポリエチレンイミンは、数平均分子量が１００〜１０，１００であることを特徴とする、請求項１に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  5. 前記ポリドーパがドーパのＮ−カルボキシ無水物から合成されることを特徴とする、請求項１に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  6. 前記ドーパがＬ−ドーパ及びＤ−ドーパから選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項５に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  7. 前記ポリドーパがＬ−ドーパのＮ−カルボキシ無水物から合成したポリＬ−ドーパ、Ｄ−ドーパのＮ−カルボキシ無水物から合成したポリＤ−ドーパ、及びＬ，Ｄ−ドーパのＮ−カルボキシ無水物から合成したポリＬ，Ｄ−ドーパから選択されることを特徴とする、請求項５に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  8. 下記構造（Ａ）で表されるポリエチレングリコールユニット、分枝ポリエチレンイミンユニット、及び下記構造（Ｃ）で表されるポリドーパユニットを含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）。
  9. （ａ）ポリエチレングリコール及び分枝ポリエチレンイミンを共有結合してポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコールを製造する段階と、
    （ｂ）ドーパ（３，４‐ジヒドロキシフェニルアラニン）のヒドロキシル基を保護した後、トリホスゲン触媒存在下でドーパのＮ−カルボキシ無水物を合成する段階と、
    （ｃ）前記（ａ）段階で形成したポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール及び前記（ｂ）段階で合成したドーパのＮ−カルボキシ無水物を有機溶媒中で反応させてポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を製造する段階と、
    を含む、ポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法。
  10. 前記（ａ）段階の共有結合は、ジシクロヘキシルカルボジイミド及びＮ−ヒドロキシスクシンイミド、またはヘキサメチレンジイソシアネートを用いて行われることを特徴とする、請求項９に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法。
  11. 前記（ｂ）段階のドーパは、Ｌ−ドーパ及びＤ−ドーパから選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項９に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法。
  12. 前記（ｃ）段階の有機溶媒は、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン及びクロロホルムから選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項９に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法。
  13. 前記（ｃ）段階において、ポリエチレンイミン−グラフト−ポリエチレングリコール及びドーパのＮ−カルボキシ無水物のモル比が１:１〜１:５０であることを特徴とする、請求項９に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法。
  14. （ｄ）ポリドーパのヒドロキシル基の保護基を脱保護化する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）の製造方法。
  15. 請求項１〜８の何れか一項に記載のポリエチレンイミン−グラフト−（ポリエチレングリコール；ポリドーパ）を分散安定化剤として用いてナノ粒子を水性媒質に分散した、ナノ粒子分散液。
  16. 前記ナノ粒子は、金属、金属カルコゲナイド、金属酸化物、磁性物質、磁性合金物質、半導体物質及び多成分混成構造体からなる群から選択される何れか一つまたは二つ以上であることを特徴とする、請求項１５に記載のナノ粒子分散液。
  17. 前記金属は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｇからなる群から選択される一つまたは二つ以上であり、
    前記金属カルコゲナイドは、ＭXＥY（前記ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｎ又はＣｄであり、ＥはＯ、Ｓ又はＳｅであり、０＜ｘ≦３であり、０＜ｙ≦５である）であり、
    前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化銀、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム及び酸化亜鉛からなる群から選択される一つまたは二つ以上であり、
    前記磁性物質は、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇｄ、ＭＭ´2Ｏ4及びＭxＯy（前記ＭまたはＭ´は、それぞれＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇｄ、またはＣｒであり、ｘは１〜３であり、ｙは１〜５である）からなる群から選択される一つまたは二つ以上であり、
    前記磁性合金物質は、ＣｏＣｕ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、ＣｏＳｍ、ＮｉＦｅ及びＮｉＦｅＣｏからなる群から選択される一つまたは二つ以上であり、
    前記半導体物質は、２族及び６族からそれぞれ選択される元素を含む半導体と、３族及び５族からそれぞれ選択される元素を含む半導体と、４族元素を含む半導体と、４族及び６族からそれぞれ選択される元素を含む半導体と、５族及び６族からそれぞれ選択される元素を含む半導体と、からなる群から選択される一つまたは二つ以上であることを特徴とする、請求項１６に記載のナノ粒子分散液。
  18. 前記多成分混成構造体は、コア−シェルの形態または異種接合構造の形態を有することを特徴とする、請求項１６に記載のナノ粒子分散液。
  19. 前記金属酸化物は、酸化鉄であることを特徴とする、請求項１７に記載のナノ粒子分散液。
  20. 前記酸化鉄は、ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4（マグネタイト）、α−Ｆｅ2Ｏ3、β−Ｆｅ2Ｏ3、γ−Ｆｅ2Ｏ3（マグヘマイト）、ε−Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ（ＯＨ）2、Ｆｅ（ＯＨ）3、α−ＦｅＯＯＨ、β−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨ、δ−ＦｅＯＯＨ、Ｆｅ5ＨＯ8・４Ｈ2Ｏ、５Ｆｅ2Ｏ3・９Ｈ2Ｏ、ＦｅＯＯＨ・４Ｈ2Ｏ、Ｆｅ8Ｏ8（ＯＨ）6（ＳＯ）・ｎＨ2Ｏ、Ｆｅ16Ｏ16（ＯＨ・ＳＯ4）12-13・１０−１２Ｈ2Ｏ及びＦｅ3Ｏ4（マグネタイト）とγ−Ｆｅ2Ｏ3（マグヘマイト）の混合物からなる群から選択される一つまたは二つ以上であることを特徴とする、請求項１９に記載のナノ粒子分散液。
  21. 前記酸化鉄はＦｅ3Ｏ4（マグネタイト）、γ−Ｆｅ2Ｏ3（マグヘマイト）及びこれらの混合物から選択される一つまたは二つ以上であることを特徴とする、請求項２０に記載のナノ粒子分散液。
  22. 請求項１５に記載のナノ粒子分散液を含有する、コロイド溶液。
  23. 請求項２２に記載のコロイド溶液を含有する、ＭＲＩ造影剤。
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