JPWO2017213107A1 - Nanocapsule integration method and apparatus - Google Patents

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Abstract

ナノカプセルの集積方法は、複数のナノカプセル(10)が分散した水性の液体(W)に金ナノ粒子(1)の局在表面プラズモン共鳴の波長域外のレーザ光(L1)を照射することで、ELP2の温度上昇によりELP2を親水性から疎水性へ変化させて複数のナノカプセル(10)の一部を凝集させるステップ(C)と、凝集により形成されたナノカプセル凝集体(10A)をレーザ光(L1)の照射位置に捕捉するステップ(D)と、ナノカプセル凝集体(10A)に含まれる金ナノ粒子(10)によってレーザ光(L1)を熱に変換させてナノカプセル凝集体(10A)の周囲の液体を加熱するステップ(E)と、液体を加熱することで生じた対流によって複数のナノカプセル(10)を集積するステップ(G)とを含む。  The nanocapsule is integrated by irradiating an aqueous liquid (W) in which a plurality of nanocapsules (10) are dispersed with laser light (L1) outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of gold nanoparticles (1). A step (C) in which ELP2 is changed from hydrophilic to hydrophobic by increasing the temperature of ELP2 to agglomerate a part of the plurality of nanocapsules (10), and the nanocapsule aggregate (10A) formed by the aggregation is laser-induced The step (D) of capturing at the irradiation position of the light (L1) and the nanocapsule aggregate (10A) by converting the laser light (L1) into heat by the gold nanoparticles (10) contained in the nanocapsule aggregate (10A) ) Heating the surrounding liquid (E) and accumulating a plurality of nanocapsules (10) by convection generated by heating the liquid (G).

Description

本開示は、ナノカプセルの集積方法および集積装置に関し、より特定的には、金属ナノ粒子を内包したナノカプセルの集積方法および集積装置に関する。   The present disclosure relates to a nanocapsule accumulation method and an accumulation device, and more particularly, to a nanocapsule accumulation method and an accumulation device including metal nanoparticles.

近年、薬物を特定箇所に送達するための薬物送達システム(DDS:Drug Delivery System)が注目されている。薬物送達システムにおいては、薬物を内包した高分子が担体(キャリア)として用いられる。このような担体は一般にナノメートルのオーダーのサイズを有するため、「ナノカプセル」とも称される。   In recent years, a drug delivery system (DDS: Drug Delivery System) for delivering a drug to a specific location has attracted attention. In a drug delivery system, a polymer containing a drug is used as a carrier. Such carriers are also referred to as “nanocapsules” because they generally have a size on the order of nanometers.

国際公開WO2014/92937号International publication WO2014 / 92937 国際公開WO2015/170758号International Publication WO2015 / 170758 特開2012−232961号公報JP 2012-232961 A

D. Fukushima, U. H. Sk, Y. Sakamoto, I. Nakase, C. Kojima, “Dual stimuli-sensitive dendrimers: Photothermogenic gold nanoparticle-loaded thermo-responsive elastin-mimetic dendrimers”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 132, 155-160 (2015)D. Fukushima, UH Sk, Y. Sakamoto, I. Nakase, C. Kojima, “Dual stimuli-sensitive dendrimers: Photothermogenic gold nanoparticle-loaded thermo-responsive elastin-mimetic dendrimers”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 132, 155 -160 (2015)

金属ナノ粒子が分散した液体中に光を照射することによって、ナノメートルのオーダー〜マイクロメートルのオーダー程度のサイズを有する微小物体を集積する技術が提案されている(たとえば本発明者らによる国際公開WO2014/92937号(特許文献1)および国際公開WO2015/170758号(特許文献2)参照)。   There has been proposed a technique for accumulating minute objects having a size on the order of nanometers to the order of micrometers by irradiating light into a liquid in which metal nanoparticles are dispersed (for example, international publication by the present inventors). WO2014 / 92937 (patent document 1) and international publication WO2015 / 170758 (patent document 2)).

金属ナノ粒子が分散した液体中に光を照射すると、光誘起力が作用することにより光照射位置近傍の金属ナノ粒子が光照射位置に捕捉される。捕捉された金属ナノ粒子は、局在表面プラズモン共鳴により光を熱へと変換する効果(以下「光発熱効果」とも称する)によって周囲の液体を加熱する。それにより生じた温度勾配によって、光照射位置へと向かう対流が発生する。この対流に乗って微小物体が光照射位置へと運ばれて集積される。   When light is irradiated into the liquid in which the metal nanoparticles are dispersed, the metal-nanoparticles in the vicinity of the light irradiation position are captured by the light irradiation position due to the action of light-induced force. The captured metal nanoparticles heat the surrounding liquid by the effect of converting light into heat by localized surface plasmon resonance (hereinafter also referred to as “photothermal effect”). Due to the temperature gradient generated thereby, convection toward the light irradiation position is generated. A small object is carried to the light irradiation position by this convection and accumulated.

このように、金属ナノ粒子の光発熱効果により発生した対流を用いることによって微小物体を集積することができる。この金属ナノ粒子の光発熱効果は、金属ナノ粒子がナノカプセルに内包された状態でも起こり得る。そこで、金属ナノ粒子が内包されたナノカプセルへの光照射によりナノカプセルを集積することが考えられる。   In this way, micro objects can be integrated by using convection generated by the light heating effect of the metal nanoparticles. This photothermal effect of the metal nanoparticles can occur even when the metal nanoparticles are encapsulated in the nanocapsules. Therefore, it is conceivable to accumulate the nanocapsules by irradiating the nanocapsules encapsulating the metal nanoparticles with light.

金属ナノ粒子に作用する光誘起力の強さは、金属ナノ粒子のサイズ(体積)に依存する(詳細は後述)。金属ナノ粒子は、その粒子径が小さいほど光誘起力により捕捉されにくくなる。光照射により捕捉可能な金属ナノ粒子の粒子径は、典型的な光強度(たとえば数100mW程度)では数十nm以上とされる。   The intensity of the light-induced force acting on the metal nanoparticles depends on the size (volume) of the metal nanoparticles (details will be described later). The metal nanoparticles are less likely to be captured by light-induced force as the particle diameter is smaller. The particle diameter of the metal nanoparticles that can be captured by light irradiation is several tens of nanometers or more at a typical light intensity (for example, about several hundred mW).

その一方で、ナノカプセルのサイズによっては、より微小な金属ナノ粒子、すなわち1nmから10nmまでの範囲を示す「シングルナノメートルのオーダー」のサイズを有する金属ナノ粒子を用いることが望ましい場合がある。しかし、シングルナノメートルのオーダーの金属ナノ粒子の捕捉は難しい。光誘起力により金属ナノ粒子を捕捉できないと、対流も発生せず、ナノカプセルを集積することができない。よって、シングルナノメートルのオーダーの金属ナノ粒子を用いるための技術が要望される。   On the other hand, depending on the size of the nanocapsules, it may be desirable to use finer metal nanoparticles, ie, metal nanoparticles having a size on the order of “single nanometer” that indicates a range from 1 nm to 10 nm. However, it is difficult to capture single nanometer order metal nanoparticles. If the metal nanoparticles cannot be captured by light-induced force, convection does not occur and nanocapsules cannot be integrated. Therefore, a technique for using metal nanoparticles of the order of single nanometer is desired.

また、液体中(たとえば水中)における金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長は一般に可視光の波長域に含まれるところ、ナノカプセルの応用分野(たとえば上述の薬物送達システム)によっては、局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光(たとえば赤外光)を使用可能であることが望ましい場合がある。しかしながら、非共鳴光を用いる場合には、共鳴光を用いる場合と比べて、金属ナノ粒子の捕捉が一層難しくなり得る。   In addition, the wavelength of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles in a liquid (for example, in water) is generally included in the wavelength region of visible light. Depending on the application field of nanocapsules (for example, the above-described drug delivery system), It may be desirable to be able to use non-resonant light (eg, infrared light) outside the surface plasmon resonance wavelength range. However, when using non-resonant light, capturing metal nanoparticles can be more difficult than when using resonant light.

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、シングルナノメートルのオーダーの金属ナノ粒子を内包したナノカプセルを、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の波長を有する非共鳴光を用いて集積可能な技術を提供することである。   The present disclosure has been made in order to solve the above-described problems. The purpose of the present disclosure is to provide a nanocapsule including metal nanoparticles of the order of a single nanometer, outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of the metal nanoparticles. It is to provide a technology that can be integrated using non-resonant light having a wavelength.

本開示のある局面に従うナノカプセルの集積方法は、複数のナノカプセルを集積する。複数のナノカプセルの各々は、1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により親水性から疎水性へと変化する有機分子とを含む。上記集積方法は、複数のナノカプセルが分散した水性の液体に金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を照射することで、有機分子の温度上昇により有機分子を親水性から疎水性へ変化させて複数のナノカプセルの一部を凝集させるステップと、凝集により形成されたナノカプセル凝集体を非共鳴光の照射位置に捕捉するステップと、ナノカプセル凝集体に含まれる金属ナノ粒子によって非共鳴光を熱に変換させてナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱するステップと、上記液体を加熱することで生じた対流によって複数のナノカプセルを集積するステップとを含む。   A nanocapsule accumulation method according to an aspect of the present disclosure accumulates a plurality of nanocapsules. Each of the plurality of nanocapsules is modified on the surface of a metal nanoparticle having a size on the order of a single nanometer indicating a range from 1 nanometer to 10 nanometer, a polymer shell enclosing the metal nanoparticle, and a surface of the polymer shell And organic molecules that change from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises. The above integration method irradiates non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles to an aqueous liquid in which a plurality of nanocapsules are dispersed, so that the organic molecules are made hydrophilic by raising the temperature of the organic molecules. The step of aggregating a part of a plurality of nanocapsules by changing to hydrophobicity, the step of capturing the nanocapsule aggregate formed by aggregation at the irradiation position of non-resonant light, and the metal nano contained in the nanocapsule aggregate The method includes converting non-resonant light into heat by particles to heat a liquid around the nanocapsule aggregate, and collecting a plurality of nanocapsules by convection generated by heating the liquid.

本開示の他の局面に従うナノカプセルの集積方法は、複数のナノカプセルを集積する。複数のナノカプセルの各々は、1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により疎水性から親水性へと変化する有機分子とを含む。上記集積方法は、複数のナノカプセルが分散した有機溶媒である液体に金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を照射することで、有機分子の温度上昇により有機分子を疎水性から親水性へ変化させて複数のナノカプセルの一部を凝集させるステップと、凝集により形成されたナノカプセル凝集体を非共鳴光の照射位置に捕捉するステップと、ナノカプセル凝集体に含まれる金属ナノ粒子によって非共鳴光を熱に変換させてナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱するステップと、上記液体を加熱することで生じた対流によって複数のナノカプセルを集積するステップとを含む。   A nanocapsule accumulation method according to another aspect of the present disclosure accumulates a plurality of nanocapsules. Each of the plurality of nanocapsules is modified on the surface of a metal nanoparticle having a size on the order of a single nanometer indicating a range from 1 nanometer to 10 nanometer, a polymer shell enclosing the metal nanoparticle, and a surface of the polymer shell And organic molecules that change from hydrophobic to hydrophilic as the temperature rises. The above integration method irradiates a liquid, which is an organic solvent in which a plurality of nanocapsules are dispersed, with non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles, thereby making the organic molecules hydrophobic due to the temperature rise of the organic molecules. The nanocapsule aggregate includes a step of aggregating a part of a plurality of nanocapsules by changing from a hydrophilic property to a hydrophilic property, a step of capturing the nanocapsule aggregate formed by the aggregation at a position irradiated with non-resonant light, and a nanocapsule aggregate Non-resonant light is converted into heat by the metal nanoparticles to heat a liquid around the nanocapsule aggregate, and a plurality of nanocapsules are accumulated by convection generated by heating the liquid.

好ましくは、上記集積するステップは、液体を加熱することで気泡を発生させ、気泡に向かう対流を生じさせることによって複数のナノカプセルを集積する。   Preferably, in the collecting step, bubbles are generated by heating the liquid, and a plurality of nanocapsules are collected by generating convection toward the bubbles.

好ましくは、非共鳴光は、赤外の波長域に含まれる波長を有するレーザ光である。
好ましくは、有機分子は、温度上昇に伴い親水性から疎水性へと変化するポリマーを示す温度応答性ポリマーである。
Preferably, the non-resonant light is laser light having a wavelength included in an infrared wavelength region.
Preferably, the organic molecule is a temperature responsive polymer that exhibits a polymer that changes from hydrophilic to hydrophobic with increasing temperature.

より好ましくは、ポリマー殻は、デンドリマーである。温度応答性ポリマーは、(XPGXG)で表されるアミノ酸配列を含むポリペプチドである。Xはバリンまたはイソロイシンを示し、Xはプロリンを除くアミノ酸を示し、Pはプロリンを示し、Gはグリシンを示し、nは1以上の自然数を示す。More preferably, the polymer shell is a dendrimer. The temperature-responsive polymer is a polypeptide including an amino acid sequence represented by (X 1 PGX 2 G) n . X 1 represents valine or isoleucine, X 2 represents an amino acid excluding proline, P represents proline, G represents glycine, and n represents a natural number of 1 or more.

本開示のさらに他の局面に従うナノカプセルの集積装置は、複数のナノカプセルを集積する。複数のナノカプセルの各々は、1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により親水性から疎水性へと変化する有機分子とを含む。集積装置は、複数のナノカプセルが分散した水性の液体を保持可能に構成された保持部材と、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を発する光源とを備える。光源は、上記液体に非共鳴光を照射することで、有機分子の温度上昇により有機分子を親水性から疎水性へと変化させて複数のナノカプセルの一部を凝集させ、凝集により形成されたナノカプセル凝集体を非共鳴光の照射位置に捕捉し、ナノカプセル凝集体に含まれる金属ナノ粒子によって非共鳴光を熱に変換させてナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱し、上記液体を加熱することで生じた対流によって複数のナノカプセルを集積する。   A nanocapsule accumulation apparatus according to still another aspect of the present disclosure accumulates a plurality of nanocapsules. Each of the plurality of nanocapsules is modified on the surface of a metal nanoparticle having a size on the order of a single nanometer indicating a range from 1 nanometer to 10 nanometer, a polymer shell enclosing the metal nanoparticle, and a surface of the polymer shell And organic molecules that change from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises. The accumulation device includes a holding member configured to hold an aqueous liquid in which a plurality of nanocapsules are dispersed, and a light source that emits non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles. The light source was formed by agglomeration by irradiating non-resonant light to the liquid, causing the organic molecule to change from hydrophilic to hydrophobic by increasing the temperature of the organic molecule, and aggregating some of the nanocapsules. The nanocapsule aggregate is captured at the irradiation position of the non-resonant light, the non-resonant light is converted into heat by the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregate, and the liquid around the nanocapsule aggregate is heated. A plurality of nanocapsules are accumulated by convection generated by heating.

本開示のさらに他の局面に従うナノカプセルの集積装置は、複数のナノカプセルを集積する。複数のナノカプセルの各々は、1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により疎水性から親水性へと変化する有機分子とを含む。集積装置は、複数のナノカプセルが分散した有機溶媒である液体を保持可能に構成された保持部材と、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を発する光源とを備える。光源は、上記液体に非共鳴光を照射することで、有機分子の温度上昇により有機分子を疎水性から親水性へと変化させて複数のナノカプセルの一部を凝集させ、凝集により形成されたナノカプセル凝集体を非共鳴光の照射位置に捕捉し、ナノカプセル凝集体に含まれる金属ナノ粒子によって非共鳴光を熱に変換させてナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱し、上記液体を加熱することで生じた対流によって複数のナノカプセルを集積する。   A nanocapsule accumulation apparatus according to still another aspect of the present disclosure accumulates a plurality of nanocapsules. Each of the plurality of nanocapsules is modified on the surface of a metal nanoparticle having a size on the order of a single nanometer indicating a range from 1 nanometer to 10 nanometer, a polymer shell enclosing the metal nanoparticle, and a surface of the polymer shell And organic molecules that change from hydrophobic to hydrophilic as the temperature rises. The accumulation device includes a holding member configured to hold a liquid, which is an organic solvent in which a plurality of nanocapsules are dispersed, and a light source that emits non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles. The light source was formed by agglomeration by irradiating the liquid with non-resonant light to change the organic molecule from hydrophobic to hydrophilic by increasing the temperature of the organic molecule and aggregating a part of the plurality of nanocapsules. The nanocapsule aggregate is captured at the irradiation position of the non-resonant light, the non-resonant light is converted into heat by the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregate, and the liquid around the nanocapsule aggregate is heated. A plurality of nanocapsules are accumulated by convection generated by heating.

好ましくは、光源は、金属ナノ粒子によって非共鳴光を熱に変換することにより保持部材に付着した気泡を発生させ、気泡に向かう対流を生じさせることによって複数のナノカプセルを集積する。   Preferably, the light source generates bubbles attached to the holding member by converting non-resonant light into heat by the metal nanoparticles, and accumulates a plurality of nanocapsules by generating convection toward the bubbles.

好ましくは、非共鳴光は、赤外の波長域に含まれる波長を有するレーザ光である。
好ましくは、有機分子は、温度上昇に伴い親水性から疎水性へと変化するポリマーを示す温度応答性ポリマーである。
Preferably, the non-resonant light is laser light having a wavelength included in an infrared wavelength region.
Preferably, the organic molecule is a temperature responsive polymer that exhibits a polymer that changes from hydrophilic to hydrophobic with increasing temperature.

より好ましくは、ポリマー殻は、デンドリマーである。温度応答性ポリマーは、(XPGXG)で表されるアミノ酸配列を含むポリペプチドである。Xはバリンまたはイソロイシンを示し、Xはプロリンを除くアミノ酸を示し、Pはプロリンを示し、Gはグリシンを示し、nは1以上の自然数を示す。More preferably, the polymer shell is a dendrimer. The temperature-responsive polymer is a polypeptide including an amino acid sequence represented by (X 1 PGX 2 G) n . X 1 represents valine or isoleucine, X 2 represents an amino acid excluding proline, P represents proline, G represents glycine, and n represents a natural number of 1 or more.

好ましくは、光源は、複数のナノカプセルの各々の近傍に細胞が存在する場合に、非共鳴光の照射により生じたナノカプセル凝集体に含まれる金属ナノ粒子の発熱によって、上記細胞を死滅させるように構成されている。   Preferably, the light source causes the cells to be killed by heat generation of the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregates generated by irradiation with non-resonant light when cells exist in the vicinity of each of the plurality of nanocapsules. It is configured.

本開示によれば、シングルナノメートルのオーダーの金属ナノ粒子を内包したナノカプセルを、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の波長を有する非共鳴光を用いて集積することができる。   According to the present disclosure, nanocapsules enclosing metal nanoparticles of the order of a single nanometer can be integrated using non-resonant light having a wavelength outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles.

金属ナノ粒子が捕捉されるメカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism by which a metal nanoparticle is trapped. 本実施の形態に係るナノカプセルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the nanocapsule which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るナノカプセルおよび比較例に係るナノカプセルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the nanocapsule which concerns on this Embodiment, and the nanocapsule which concerns on a comparative example. ナノカプセルのサイズの温度依存性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the temperature dependence of the size of a nanocapsule. 本実施の形態に係るナノカプセルの集積装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the integration device of the nanocapsule which concerns on this Embodiment. 基板の周囲の構成をより詳細に示す図である。It is a figure which shows the structure around a board | substrate in detail. 本実施の形態に係るナノカプセルの集積方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the integration | stacking method of the nanocapsule which concerns on this Embodiment. 光熱変換の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of photothermal conversion. 本実施の形態におけるナノカプセルの集積メカニズムの各段階を説明するための図である。It is a figure for demonstrating each step of the integration mechanism of the nanocapsule in this Embodiment. 対流発生時のレーザスポット近傍の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of the laser spot vicinity at the time of convection generation | occurrence | production. 第1〜第7のサンプルにおけるナノカプセルの集積条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the integration conditions of the nanocapsule in the 1st-7th sample. 第1のサンプルへの光照射結果を示す連続画像である。It is a continuous image which shows the light irradiation result to the 1st sample. 第2のサンプルへの光照射結果を示す連続画像である。It is a continuous image which shows the light irradiation result to the 2nd sample. 第3のサンプルへの光照射結果を示す連続画像である。It is a continuous image which shows the light irradiation result to the 3rd sample. 第4のサンプルへの光照射結果を示す連続画像である。It is a continuous image which shows the light irradiation result to the 4th sample. 第5のサンプルへの光照射結果を示す連続画像である。It is a continuous image which shows the light irradiation result to the 5th sample. 第6のサンプルへの光照射結果を示す連続画像である。It is a continuous image which shows the light irradiation result to the 6th sample. 第7のサンプルへの光照射結果を示す連続画像である。It is a continuous image which shows the light irradiation result to the 7th sample. 図示しない分光器を用いて第6のサンプルにおけるレーザスポット近傍の消衰スペクトルを測定した結果の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the result of having measured the extinction spectrum near the laser spot in the 6th sample using the spectroscope which is not illustrated. 生体組織への影響を確認するための測定に用いた集積装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the integrated device used for the measurement for confirming the influence on a biological tissue. 第6のサンプルにおける光照射前後の分光結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the spectroscopy result before and behind light irradiation in the 6th sample. 第6のサンプルにおける光照射前後の分光結果を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the spectroscopy result before and behind light irradiation in the 6th sample. 第8のサンプルにおける光照射前後の分光結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the spectroscopy result before and behind light irradiation in the 8th sample. 第6のサンプルにおける生死判定結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the life-and-death determination result in a 6th sample.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

本開示およびその実施の形態において、「シングルナノメートルのオーダー」とは、1nmから10nmまでの範囲を意味する。「ナノメートルのオーダー」とは、1nmから1000nm(=1μm)までの範囲を意味する。「マイクロメートルのオーダー」とは、1μmから1000μm(=1mm)までの範囲を意味する。   In this disclosure and its embodiments, “single nanometer order” means a range from 1 nm to 10 nm. “Nanometer order” means a range from 1 nm to 1000 nm (= 1 μm). “Micrometer order” means a range from 1 μm to 1000 μm (= 1 mm).

本開示およびその実施の形態において、「ナノカプセル」とは、ある物質(いわゆるホスト分子)の内部の空隙に、形状およびサイズが適合する他の物質(いわゆるゲスト分子)が包接された、ナノメートルのオーダーのサイズを有する構造体である。「ナノカプセル凝集体」とは、複数のナノカプセルが凝集することによって形成された塊である。「凝集」とは、媒質中に分散して存在する物質が密な集合状態をとる現象を意味する。「集積」とは、物質が所定領域に集められることによって当該所定領域内の物質の密度が他の領域内の物質の密度よりも高くなる現象を意味する。   In the present disclosure and its embodiments, “nanocapsule” refers to a nanocapsule in which another substance (so-called guest molecule) having a shape and size is included in a void inside a substance (so-called host molecule). A structure having a size on the order of meters. A “nanocapsule aggregate” is a mass formed by aggregation of a plurality of nanocapsules. “Agglomeration” means a phenomenon in which substances dispersed and present in a medium take a dense aggregate state. “Accumulation” means a phenomenon in which the density of a substance in a predetermined area becomes higher than the density of a substance in another area when the substances are collected in the predetermined area.

本開示およびその実施の形態において、「共鳴光」とは、金属ナノ粒子への入射によって金属ナノ粒子に大きな光誘起分極を生じさせる光を意味する。光誘起分極とは、たとえば金属ナノ粒子を対象とした場合には、その内部の電子が光によって励起されることにより生じる電気分極である。「金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域」とは、たとえば金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴のピークの半値全幅に対応する波長域である。この波長域は、多くの場合、400nm〜700nmの可視光の波長域に含まれる。一方、「非共鳴光」とは、金属ナノ粒子への入射によって金属ナノ粒子に生じる光誘起分極が小さな光を意味する。「金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外」とは、たとえば金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴のピークの半値全幅の外の波長域である。この波長域は、典型的には赤外の波長域に含まれる。「赤外の波長域」とは、700nm〜10,000μm(=1mm)の波長域を指し、好ましくは700nm〜2,500nmの波長域を指し、より好ましくは700nm〜1,400nmの波長域を指す。なお、「金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外」が紫外の波長域(たとえば10nm〜400nmの波長域)に含まれる場合もある。   In the present disclosure and its embodiments, “resonant light” means light that causes a large light-induced polarization in a metal nanoparticle upon incidence on the metal nanoparticle. The light-induced polarization is, for example, electric polarization generated by exciting the electrons inside the metal nanoparticle with light. The “wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles” is a wavelength range corresponding to the full width at half maximum of the peak of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles, for example. This wavelength range is often included in the visible light wavelength range of 400 nm to 700 nm. On the other hand, “non-resonant light” means light having a small light-induced polarization generated in metal nanoparticles upon incidence on the metal nanoparticles. “Outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles” is, for example, a wavelength range outside the full width at half maximum of the peak of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles. This wavelength range is typically included in the infrared wavelength range. The “infrared wavelength region” refers to a wavelength region of 700 nm to 10,000 μm (= 1 mm), preferably a wavelength region of 700 nm to 2,500 nm, more preferably a wavelength region of 700 nm to 1,400 nm. Point to. Note that “outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of metal nanoparticles” may be included in the ultraviolet wavelength range (for example, the wavelength range of 10 nm to 400 nm).

本開示およびその実施の形態において、「生体適合性」とは、物質がその本来の機能を果たしつつ、長期間に亘って生体に悪影響も強い刺激も与えず、生体に異常を引き起こさせない当該物質の性質を意味する。   In the present disclosure and the embodiment thereof, “biocompatibility” means that the substance performs its original function, does not cause adverse effects or strong stimulation on the living body over a long period of time, and does not cause abnormality in the living body. Means the nature of the substance.

[実施の形態]
本実施の形態では、金属ナノ粒子の一つの例示的形態として金ナノ粒子を採用する。ただし、金属ナノ粒子の種類は特に限定されず、たとえば銀ナノ粒子または銅ナノ粒子であってもよい。
[Embodiment]
In the present embodiment, gold nanoparticles are employed as one exemplary form of metal nanoparticles. However, the kind of metal nanoparticle is not specifically limited, For example, a silver nanoparticle or a copper nanoparticle may be sufficient.

<金ナノ粒子の捕捉>
本実施の形態では以下に詳細に説明するように、媒質(たとえば液体)中に分散した複数の金ナノ粒子1が光誘起力によって捕捉される。
<Capture of gold nanoparticles>
In the present embodiment, as will be described in detail below, a plurality of gold nanoparticles 1 dispersed in a medium (for example, a liquid) are captured by light-induced force.

図1は、金ナノ粒子1が捕捉されるメカニズムを説明するための図である。図1を参照して、複数の金ナノ粒子1が分散した媒質にレーザ光Lを照射すると、光誘起力により複数の金ナノ粒子1がレーザ光Lのビームウエスト近傍に捕捉される。「光誘起力」とは、散逸力、勾配力および物質間光誘起力の総称として用いられる。「散逸力」とは、光散乱または光吸収といった散逸的過程において、光の運動量が金ナノ粒子1に与えられることによって発生する力である。「勾配力」は、光誘起分極が生じた金ナノ粒子1が不均一な電磁場の中に置かれた場合に、電磁気学的なポテンシャルの安定点(ビームウエスト)に金ナノ粒子1を移動させる力である。「物質間光誘起力」とは、光励起された複数の金ナノ粒子1中の誘起分極から生じる縦電場による力と横電場による力との和である。光誘起力Fは、下記式(1)によって表される(詳細は、たとえばT. Iida and H. Ishihara, Phys. Rev. B77, 245319 (2008)参照)。   FIG. 1 is a diagram for explaining a mechanism by which gold nanoparticles 1 are captured. Referring to FIG. 1, when a medium in which a plurality of gold nanoparticles 1 are dispersed is irradiated with laser light L, the plurality of gold nanoparticles 1 are captured in the vicinity of the beam waist of the laser light L by light-induced force. “Photo-induced force” is used as a general term for dissipative force, gradient force, and inter-material photo-induced force. The “dissipative force” is a force generated by applying a momentum of light to the gold nanoparticle 1 in a dissipative process such as light scattering or light absorption. “Gradient force” is the movement of the gold nanoparticle 1 to the stable point (beam waist) of the electromagnetic potential when the gold nanoparticle 1 in which photo-induced polarization occurs is placed in a non-uniform electromagnetic field. It is power. “Inter-substance light-induced force” is the sum of a force caused by a longitudinal electric field and a force caused by a transverse electric field generated from induced polarization in a plurality of photo-excited gold nanoparticles 1. The photoinduced force F is represented by the following formula (1) (for details, see, for example, T. Iida and H. Ishihara, Phys. Rev. B77, 245319 (2008)).

式(1)は、散逸力、勾配力および物質間光誘起力を含む光誘起力の一般的表式である。式(1)におけるVは、すべての金ナノ粒子1の体積の総和を表す。たとえば金ナノ粒子1が媒質中に1つだけ存在する場合には、上記式(1)は下記式(2)のように表される。   Equation (1) is a general expression of light-induced force including dissipative force, gradient force, and inter-substance light-induced force. V in Formula (1) represents the sum total of the volume of all the gold nanoparticles 1. For example, when only one gold nanoparticle 1 exists in the medium, the above formula (1) is expressed as the following formula (2).

式(2)において、vは、ある金ナノ粒子1の体積を表す。式(2)から分かるように、金ナノ粒子1の体積vが大きいほど光誘起力Fは強くなる。   In the formula (2), v represents the volume of a certain gold nanoparticle 1. As can be seen from the equation (2), the light-induced force F increases as the volume v of the gold nanoparticle 1 increases.

<ナノカプセル>
本実施の形態に係るナノカプセルには、3次元的に分枝した樹状構造または分岐状構造を有する樹状ポリマーの1種であるデンドリマーが用いられる。一般に、デンドリマーは、ホスト分子として機能してデンドリマー内部にゲスト分子を包接(すなわち内包)可能な性質を有するとともに、デンドリマーの表面に様々な有機分子を修飾可能な性質を有する。
<Nanocapsule>
For the nanocapsules according to the present embodiment, a dendrimer that is one type of a dendritic polymer having a three-dimensionally branched dendritic structure or a branched structure is used. In general, a dendrimer has a property of functioning as a host molecule so that a guest molecule can be included (that is, included) inside the dendrimer, and a surface of the dendrimer can be modified with various organic molecules.

図2は、本実施の形態に係るナノカプセル10を説明するための図である。図2(A)に示すように、ナノカプセル10は、ゲスト分子としての金ナノ粒子1と、ホスト分子として金ナノ粒子1を内包するデンドリマー2と、デンドリマー2の表面に修飾された有機分子3とを含む。   FIG. 2 is a diagram for explaining the nanocapsule 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2A, the nanocapsule 10 includes a gold nanoparticle 1 as a guest molecule, a dendrimer 2 enclosing the gold nanoparticle 1 as a host molecule, and an organic molecule 3 modified on the surface of the dendrimer 2. Including.

図2(B)にデンドリマー2の内部構造を模式的に示す。デンドリマー2の形状は球殻状である。デンドリマー2の直径D2は、たとえば数nmから数十nmまでの範囲内である。デンドリマー2は、コア2Aと、分岐部分2Bと、末端基2Cとを含む。コア2Aは、1以上の官能基を有する化合物から誘導されて形成される。   FIG. 2B schematically shows the internal structure of the dendrimer 2. The shape of the dendrimer 2 is a spherical shell. The diameter D2 of the dendrimer 2 is, for example, in the range from several nm to several tens of nm. Dendrimer 2 includes a core 2A, a branched portion 2B, and a terminal group 2C. The core 2A is formed by being derived from a compound having one or more functional groups.

分岐部分2Bは、3以上の原子価を有する原子(炭素、窒素、ケイ素、リンなど)を含む分岐構造の繰り返しからなる。図2(B)では、分岐構造の繰り返し数(「世代数」とも称する)が4のデンドリマーを示す。第0世代〜第4世代をG0〜G4でそれぞれ表す。分岐部分2Bに金ナノ粒子1が内包される。   The branched portion 2B is formed by repeating a branched structure including an atom (carbon, nitrogen, silicon, phosphorus, etc.) having a valence of 3 or more. In FIG. 2B, a dendrimer having a branch structure repetition number (also referred to as “number of generations”) of 4 is shown. The 0th generation to the 4th generation are represented by G0 to G4, respectively. Gold nanoparticles 1 are encapsulated in the branched portion 2B.

金ナノ粒子1の粒子径D1は、デンドリマー2の直径D2よりも小さく、シングルナノメートルのオーダーである。金ナノ粒子1の粒子径D1は、好ましくは1nm〜5nmであり、より好ましくは1nm〜3nmであり得る。なお、図2(A)ではデンドリマー2の内部に金ナノ粒子1が1つのみ内包される例を示すが、2以上の金ナノ粒子1が内包されてもよい。金属ナノ粒子をデンドリマーに内包させる手法は公知であり、たとえばY.Haba, C. Kojima, A. Harada, T. Ura, H. Horinaka, K. Kono, Langmuir 23 (2007) 5243に開示されている。   The particle diameter D1 of the gold nanoparticle 1 is smaller than the diameter D2 of the dendrimer 2 and is on the order of a single nanometer. The particle diameter D1 of the gold nanoparticle 1 is preferably 1 nm to 5 nm, and more preferably 1 nm to 3 nm. 2A shows an example in which only one gold nanoparticle 1 is included in the dendrimer 2, but two or more gold nanoparticles 1 may be included. Techniques for encapsulating metal nanoparticles in dendrimers are known, for example, disclosed in Y. Haba, C. Kojima, A. Harada, T. Ura, H. Horinaka, K. Kono, Langmuir 23 (2007) 5243. .

末端基2Cは、デンドリマー2の表面に存在する部分構造(基)である。末端基2Cには所定の繰り返し構造を含む有機分子3が修飾される。より詳細には、本実施の形態ではポリペプチドが末端基2Cに修飾される。このポリペプチドは、(XPGXG)で表されるアミノ酸配列のペンタペプチドを含む。Xは、バリンまたはイソロイシンである。Xは、プロリンを除くアミノ酸である。Pはプロリンであり、Gはグリシンである。繰り返し数nは1以上の自然数である。The terminal group 2 </ b> C is a partial structure (group) existing on the surface of the dendrimer 2. The end group 2C is modified with an organic molecule 3 containing a predetermined repeating structure. More specifically, in this embodiment, the polypeptide is modified to the end group 2C. This polypeptide includes a pentapeptide having an amino acid sequence represented by (X 1 PGX 2 G) n . X 1 is valine or isoleucine. X 2 is an amino acid except proline. P is proline and G is glycine. The repetition number n is a natural number of 1 or more.

なお、「プロリンを除くアミノ酸」とは、アラニン、グリシン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン、システイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、リシン、ヒスチジン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニンおよびチロシンを意味する(特開2012−232961号公報(特許文献3)参照)。   The term “amino acids excluding proline” refers to alanine, glycine, valine, leucine, isoleucine, phenylalanine, methionine, tryptophan, cysteine, aspartic acid, glutamic acid, arginine, lysine, histidine, asparagine, glutamine, serine, threonine and tyrosine. (Refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2012-232961 (Patent Document 3)).

上記ポリペプチドは、デンドリマー2のすべての末端基2Cに修飾されていてもよいし、一部の末端基2Cのみに修飾されていてもよい。また、上記ポリペプチドは、天然由来のものであってもよいし、公知の合成法により得られたものであってもよい。さらに、繰り返し数nが2以上の場合、上記アミノ酸配列におけるXおよびXは、繰り返し構造間で同一であってもよいし異なっていてもよい。The polypeptide may be modified to all terminal groups 2C of dendrimer 2 or may be modified to only some terminal groups 2C. The polypeptide may be naturally derived or obtained by a known synthesis method. Furthermore, when the repeating number n is 2 or more, X 1 and X 2 in the amino acid sequence may be the same or different between the repeating structures.

<本実施の形態および比較例に係るナノカプセルの対比>
ナノカプセル10は、比較的低い温度で熱変性を起こして凝集体を形成する点に特徴を有する。この特徴について、比較例に係るナノカプセル90と対比しながら説明する。
<Contrast of nanocapsules according to this embodiment and comparative example>
The nanocapsule 10 is characterized in that it undergoes thermal denaturation at a relatively low temperature to form an aggregate. This feature will be described in comparison with the nanocapsule 90 according to the comparative example.

図3は、本実施の形態に係るナノカプセル10および比較例に係るナノカプセル90を説明するための図である。図3を参照して、まず、本実施の形態に係るナノカプセル10について説明する。   FIG. 3 is a diagram for explaining the nanocapsule 10 according to the present embodiment and the nanocapsule 90 according to the comparative example. With reference to FIG. 3, the nanocapsule 10 which concerns on this Embodiment is demonstrated first.

各デンドリマー2に内包される金ナノ粒子1の数は、たとえば1である。金ナノ粒子1の粒子径D1は、たとえば1.5nmである。デンドリマー2の直径D2は、たとえば4.4nmである。なお、デンドリマー2の世代数は4であり、デンドリマー2の分子量は約14,000である。   The number of gold nanoparticles 1 included in each dendrimer 2 is, for example, 1. The particle diameter D1 of the gold nanoparticle 1 is, for example, 1.5 nm. The diameter D2 of the dendrimer 2 is, for example, 4.4 nm. The number of generations of dendrimer 2 is 4, and the molecular weight of dendrimer 2 is about 14,000.

有機分子3としては、生体(たとえば靭帯、皮膚または動脈)に含まれるエラスチンを模倣したポリペプチドであるエラスチン様ペプチド(ELP:Elastin-Like-Peptides)が用いられる。より詳細には、(VPGVG)とのアミノ酸配列(Vはバリン)で表されるペンタペプチドを2つ含むポリペプチドが用いられる。つまり、上述のアミノ酸配列(XPGXG)においてXおよびXがいずれもバリンであり、繰り返し数nが2である。以下、このエラスチン様ペプチドを「ELP2」とも記載する。ELP2の長さ(有機分子長)L3は約3nmである。As the organic molecule 3, an elastin-like peptide (ELP: Elastin-Like-Peptides) which is a polypeptide that mimics elastin contained in a living body (for example, ligament, skin, or artery) is used. More specifically, a polypeptide containing two pentapeptides represented by an amino acid sequence (VPGVG) (V is valine) is used. That is, in the above-mentioned amino acid sequence (X 1 PGX 2 G) n , X 1 and X 2 are both valine and the repeat number n is 2. Hereinafter, this elastin-like peptide is also referred to as “ELP2”. The length (organic molecule length) L3 of ELP2 is about 3 nm.

次に、比較例に係るナノカプセル90について説明する。各デンドリマー2に内包される金ナノ粒子1の数は、たとえば1である。金ナノ粒子1の粒子径D1は、たとえば2.0nmである。一方、デンドリマー2については、本実施の形態に係るナノカプセル10のデンドリマー2と同等である。すなわち、デンドリマー2の直径D2は、たとえば4.4nmである。   Next, the nanocapsule 90 according to the comparative example will be described. The number of gold nanoparticles 1 included in each dendrimer 2 is, for example, 1. The particle diameter D1 of the gold nanoparticle 1 is, for example, 2.0 nm. On the other hand, the dendrimer 2 is equivalent to the dendrimer 2 of the nanocapsule 10 according to the present embodiment. That is, the diameter D2 of the dendrimer 2 is, for example, 4.4 nm.

有機分子3としては、ポリエチレングリコール(PEG:polyethylene glycol)が用いられる。PEGは親水性を示すため、デンドリマー2の表面をPEGにより修飾することによってナノカプセル90の水和性が高まる。これにより、水性の液体中でのナノカプセル90の分散性を高めることができる。また、ナノカプセルを薬物送達システムに応用するためにはナノカプセルが生体適合性を有することが必要であるところ、デンドリマー2の表面をPEGにより修飾することによってナノカプセルに生体適合性を付与することができる。このことは、たとえば細胞生物学の分野では細胞へのDNA導入、細胞の融合などにPEGが用いられることからも分かる。   As the organic molecule 3, polyethylene glycol (PEG) is used. Since PEG exhibits hydrophilicity, hydration of the nanocapsule 90 is enhanced by modifying the surface of the dendrimer 2 with PEG. Thereby, the dispersibility of the nanocapsule 90 in an aqueous liquid can be improved. In addition, in order to apply the nanocapsule to a drug delivery system, it is necessary for the nanocapsule to have biocompatibility. Therefore, the surface of dendrimer 2 is modified with PEG to impart biocompatibility to the nanocapsule. Can do. This can be seen from the fact that, for example, in the field of cell biology, PEG is used for DNA introduction into cells, cell fusion, and the like.

図4は、ナノカプセル10,90のサイズの温度依存性の一例を示す図である。図4において、横軸は、ナノカプセル10またはナノカプセル90が分散した水性の液体(たとえば純水)の温度(単位:℃)を示す。縦軸は、ナノカプセル10,90のサイズ(直径の平均値)(単位:nm)を示す。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the temperature dependence of the size of the nanocapsules 10 and 90. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the temperature (unit: ° C.) of an aqueous liquid (for example, pure water) in which the nanocapsules 10 or the nanocapsules 90 are dispersed. The vertical axis represents the size (average diameter) of nanocapsules 10 and 90 (unit: nm).

ナノカプセル10は、中性領域(たとえばpH6〜pH8の領域)において比較的低い温度範囲内(たとえば25℃〜50℃の範囲内)で熱変性を起こして凝集体を形成する。より詳細に説明すると、液体の温度上昇に伴い、ELP2の立体構造(コンフォメーション)が親水性のランダムコイル構造から疎水性のβ−ターン構造へと変化することによって、ナノカプセル10の表面が親水性から疎水性へと変化する。このような熱変性が起こると、水性の液体中では疎水性の部位の表面積が小さいほど表面エネルギーが小さく安定な状態であるため、ナノカプセル10同士が凝集してナノカプセル凝集体が形成される。図4に示す例では、ナノカプセル凝集体のサイズは、液体の加熱により約500nmまで増加する。   The nanocapsule 10 undergoes thermal denaturation within a relatively low temperature range (for example, a range of 25 ° C. to 50 ° C.) in a neutral region (for example, a range of pH 6 to pH 8) to form an aggregate. More specifically, as the liquid temperature rises, the three-dimensional structure (conformation) of ELP2 changes from a hydrophilic random coil structure to a hydrophobic β-turn structure, so that the surface of the nanocapsule 10 becomes hydrophilic. Changes from hydrophobic to hydrophobic. When such heat denaturation occurs, the smaller the surface area of the hydrophobic portion in the aqueous liquid, the smaller the surface energy and the more stable the state. Therefore, the nanocapsules 10 aggregate to form nanocapsule aggregates. . In the example shown in FIG. 4, the size of the nanocapsule aggregate increases to about 500 nm by heating the liquid.

このように、デンドリマー2の表面をELP2により修飾することによって、ナノカプセル10に温度応答性を付与することができる。なお、デンドリマー2の表面をELP2により修飾することによって、ナノカプセル10に生体適合性を付与することも可能である。   Thus, by modifying the surface of the dendrimer 2 with ELP2, the nanocapsule 10 can be given temperature responsiveness. It is possible to impart biocompatibility to the nanocapsule 10 by modifying the surface of the dendrimer 2 with ELP2.

これに対し、PEGは熱変性を起こさないので、比較例に係るナノカプセル90では、液体の温度が上昇してもナノカプセル凝集体は形成されない。したがって、ナノカプセル90のサイズは、液体の温度にかかわらずほぼ一定である。   On the other hand, since PEG does not cause thermal denaturation, nanocapsule aggregates are not formed in the nanocapsule 90 according to the comparative example even when the temperature of the liquid rises. Therefore, the size of the nanocapsule 90 is almost constant regardless of the temperature of the liquid.

なお、本実施の形態ではデンドリマーを本開示に係る「ポリマー殻」として用いる例について説明するが、他の樹状ポリマーを「ポリマー殻」として用いてもよい。デンドリマー以外の樹状ポリマーとしては、ポリエチレンイミン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド等が挙げられる。あるいは、これら樹状ポリマーのうちの2種類以上を組み合わせてもよい。   In this embodiment, an example in which a dendrimer is used as the “polymer shell” according to the present disclosure will be described, but other dendritic polymers may be used as the “polymer shell”. Examples of dendritic polymers other than dendrimers include polyethyleneimine, polyether, polyester, and polyamide. Alternatively, two or more of these dendritic polymers may be combined.

また、金属ナノ粒子を内包可能であり、かつ温度上昇により親水性から疎水性へと変化する有機分子を殻表面に修飾可能である高分子により形成された構造体であれば、樹状ポリマーとは異なる構造を有するポリマーを樹状ポリマーに代えてまたは加えて用いることも可能である。そのようなポリマーとしては、リポソーム(リポソーム膜)またはミセルが挙げられる。リポソーム膜は、たとえばDMPC(dimerystoyl phosphatidylcholine)、DPPC(dipalmitoyl phophatidylcholine)、DSPC(distearoyl phosphatidylcholine)等を用いて形成される。   In addition, if it is a structure formed of a polymer capable of encapsulating metal nanoparticles and capable of modifying the shell surface with organic molecules that change from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises, a dendritic polymer and It is also possible to use polymers having different structures instead of or in addition to dendritic polymers. Such polymers include liposomes (liposome membranes) or micelles. The liposome membrane is formed using, for example, DMPC (dimerystoyl phosphatidylcholine), DPPC (dipalmitoyl phophatidylcholine), DSPC (distearoyl phosphatidylcholine) or the like.

また、上記した特定のアミノ酸配列を有するエラスチン様ポリペプチドに代えて、加熱により親水性から疎水性へと変化する他の物質を有機分子3として用いてもよい。そのような物質は、「温度応答性ポリマー」とも称され、その具体例としては、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAmとも略される)、ポリ(N−アルキルアクリルアミド)、ポリ(N−ビニルアルキルアミド)、ポリビニルアルキルエーテル、ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコールブロック共重合体、オシキエチレン鎖を有する種々のビニルエーテル系ポリマー等が挙げられる。あるいは、別のポリペプチドまたはタンパク質を温度応答性ポリマーとして用いることも可能である(たとえばMasamichi Nakamura, Drug Delivery System 23-6, 627-636 (2008)参照)。   Further, instead of the elastin-like polypeptide having the specific amino acid sequence described above, another substance that changes from hydrophilic to hydrophobic by heating may be used as the organic molecule 3. Such materials are also referred to as “temperature-responsive polymers”, and specific examples thereof include poly (N-isopropylacrylamide) (abbreviated as PNIPAAm), poly (N-alkylacrylamide), poly (N-vinyl). Alkylamide), polyvinyl alkyl ether, polyethylene glycol / polypropylene glycol block copolymers, various vinyl ether polymers having oxyethylene chains, and the like. Alternatively, another polypeptide or protein can be used as the temperature-responsive polymer (see, for example, Masamichi Nakamura, Drug Delivery System 23-6, 627-636 (2008)).

<ナノカプセルの集積装置の構成>
図5は、本実施の形態に係るナノカプセル10の集積装置の構成を概略的に示す図である。集積装置100は、基板21と、XYZ軸ステージ22と、サンプル供給部23と、調整機構24と、レーザ光源25と、光学部品26と、対物レンズ27と、照明光源28と、撮影機器29と、制御部30とを備える。以下、x方向およびy方向は水平方向を表す。x方向とy方向とは互いに直交する。z方向は鉛直方向を表す。重力の向きはz方向下方である。
<Configuration of nanocapsule integration device>
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the nanocapsule 10 accumulation apparatus according to the present embodiment. The integrated apparatus 100 includes a substrate 21, an XYZ axis stage 22, a sample supply unit 23, an adjustment mechanism 24, a laser light source 25, an optical component 26, an objective lens 27, an illumination light source 28, and a photographing device 29. And a control unit 30. Hereinafter, the x direction and the y direction represent the horizontal direction. The x direction and the y direction are orthogonal to each other. The z direction represents the vertical direction. The direction of gravity is downward in the z direction.

基板21は、XYZ軸ステージ22上に配置され、サンプルSを保持する。基板21の詳細な構成については図6にて説明する。   The substrate 21 is disposed on the XYZ axis stage 22 and holds the sample S. The detailed configuration of the substrate 21 will be described with reference to FIG.

サンプル供給部23は、制御部30からの指令に応じて、基板21上にサンプルSを供給する。サンプル供給部23としては、たとえばディスペンサを用いることができる。   The sample supply unit 23 supplies the sample S onto the substrate 21 in response to a command from the control unit 30. As the sample supply unit 23, for example, a dispenser can be used.

調整機構24は、制御部30からの指令に応じて、基板21が配置されたXYZ軸ステージ22のx方向、y方向およびz方向の位置を調整する。本実施の形態では対物レンズ27の位置が固定されているので、XYZ軸ステージ22の位置を調整することによって、基板21と対物レンズ27との相対的な位置関係が調整される。調整機構24としては、たとえば顕微鏡に付属のサーボモータおよび焦準ハンドルなどの駆動機構を用いることができるが、調整機構24の具体的な構成は特に限定されるものではない。なお、調整機構24は、固定された基板21に対して対物レンズ27の位置を調整してもよい。   The adjustment mechanism 24 adjusts the positions in the x, y, and z directions of the XYZ axis stage 22 on which the substrate 21 is arranged in accordance with a command from the control unit 30. Since the position of the objective lens 27 is fixed in the present embodiment, the relative positional relationship between the substrate 21 and the objective lens 27 is adjusted by adjusting the position of the XYZ axis stage 22. As the adjustment mechanism 24, for example, a drive mechanism such as a servo motor attached to the microscope and a focusing handle can be used, but the specific configuration of the adjustment mechanism 24 is not particularly limited. The adjusting mechanism 24 may adjust the position of the objective lens 27 with respect to the fixed substrate 21.

レーザ光源25は、制御部30からの指令に応じて、たとえば近赤外(たとえば波長1064nm)のレーザ光L1を発する。なお、レーザ光源25は本開示に係る「光源」に相当する。   The laser light source 25 emits, for example, near-infrared (for example, a wavelength of 1064 nm) laser light L1 in response to a command from the control unit 30. The laser light source 25 corresponds to a “light source” according to the present disclosure.

光学部品26は、たとえばミラー、ダイクロイックミラーまたはプリズムを含む。集積装置100の光学系は、レーザ光源25からのレーザ光L1が光学部品26により対物レンズ27へと導かれるように調整される。   The optical component 26 includes, for example, a mirror, a dichroic mirror, or a prism. The optical system of the integrated device 100 is adjusted so that the laser light L 1 from the laser light source 25 is guided to the objective lens 27 by the optical component 26.

対物レンズ27は、レーザ光源25からのレーザ光L1を集光する。対物レンズ27により集光された光は基板21に照射される。ここで「照射する」とは、レーザ光L1がサンプルSを通過する場合を含み、対物レンズ27により集光された光のビームウエストがサンプルS内に位置する場合に限定されない。なお、光学部品26および対物レンズ27は、たとえば倒立型または正立型の顕微鏡本体に組み込むことができる。   The objective lens 27 condenses the laser light L1 from the laser light source 25. The light condensed by the objective lens 27 is applied to the substrate 21. Here, “irradiate” includes the case where the laser light L1 passes through the sample S, and is not limited to the case where the beam waist of the light collected by the objective lens 27 is located in the sample S. The optical component 26 and the objective lens 27 can be incorporated into, for example, an inverted or upright microscope body.

照明光源28は、制御部30からの指令に応じて、基板21内のサンプルSを照らすための白色光L2を発する。1つの実施例として、ハロゲンランプを照明光源28として用いることができる。対物レンズ27は、照明光源28から基板21に照射された白色光L2を取り込むためにも用いられる。対物レンズ27により取り込まれた白色光L2は、光学部品26により撮影機器29へと導かれる。   The illumination light source 28 emits white light L <b> 2 for illuminating the sample S in the substrate 21 in response to a command from the control unit 30. As one example, a halogen lamp can be used as the illumination light source 28. The objective lens 27 is also used for taking in the white light L <b> 2 irradiated on the substrate 21 from the illumination light source 28. White light L <b> 2 captured by the objective lens 27 is guided to the photographing device 29 by the optical component 26.

撮影機器29は、制御部30からの指令に応じて、白色光L2が照射された基板21内のサンプルSを撮影し、撮影された画像を制御部30に出力する。撮影機器29には、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを含むビデオカメラが用いられる。   The imaging device 29 captures the sample S in the substrate 21 irradiated with the white light L <b> 2 in response to a command from the control unit 30, and outputs the captured image to the control unit 30. As the photographing device 29, a video camera including a charge coupled device (CCD) image sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor is used.

制御部30は、サンプル供給部23、調整機構24、レーザ光源25、照明光源28および撮影機器29を制御する。また、制御部30は、撮影機器29により撮影された画像に所定の画像処理を施す。制御部30は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、入出力バッファとを含んで構成されるマイクロコンピュータによって実現される。   The control unit 30 controls the sample supply unit 23, the adjustment mechanism 24, the laser light source 25, the illumination light source 28, and the imaging device 29. Further, the control unit 30 performs predetermined image processing on the image photographed by the photographing device 29. Although not shown, the control unit 30 is realized by a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a memory, and an input / output buffer.

なお、集積装置100の光学系は、レーザ光源25からのレーザ光L1を基板21に照射することが可能であるととともに基板21からの白色光L2を撮影機器29に取り込むことが可能であれば、図5に示した構成に限定されず、光ファイバ等を含んで構成されてもよい。また、集積装置100において、サンプル供給部23、照明光源28および撮影機器29は必須の構成要素ではない。   If the optical system of the integrated device 100 can irradiate the substrate 21 with the laser light L1 from the laser light source 25 and can take the white light L2 from the substrate 21 into the photographing device 29. 5 is not limited to the configuration shown in FIG. 5, and may be configured to include an optical fiber or the like. In the integrated device 100, the sample supply unit 23, the illumination light source 28, and the imaging device 29 are not essential components.

図6は、基板21の周囲の構成をより詳細に示す図である。基板21上に保持されるサンプルSは、ナノカプセル10が分散した水性の液体(たとえば超純水)Wである。基板21は、レーザ光L1による金ナノ粒子1の局在表面プラズモン共鳴(後述)に影響を与えず、かつ白色光L2に対して透明な材料により形成される。そのような材料としては石英、シリコンなどが挙げられる。基板21には、たとえばカバーガラスを用いることができる。この場合、基板21上に滴下されたサンプルSは、図6に示すような半楕円球状になる。   FIG. 6 is a diagram showing the configuration around the substrate 21 in more detail. The sample S held on the substrate 21 is an aqueous liquid (for example, ultrapure water) W in which the nanocapsules 10 are dispersed. The substrate 21 is made of a material that does not affect the localized surface plasmon resonance (described later) of the gold nanoparticles 1 by the laser light L1 and is transparent to the white light L2. Examples of such a material include quartz and silicon. For the substrate 21, for example, a cover glass can be used. In this case, the sample S dropped on the substrate 21 has a semi-elliptical spherical shape as shown in FIG.

対物レンズ27は、たとえば基板21の下方に配置され、下方からのレーザ光L1を集光する。集光された光は、対物レンズ27の上方のサンプルSに照射される。レーザ光L1の水平方向の照射位置は、たとえば、サンプルSの円形(または楕円形)の底面の中心近傍とすることが好ましい。また、レーザ光L1の焦点(ビームウエスト)の鉛直方向の位置は、サンプルSと基板21との界面近傍とすることが好ましい。レーザ光L1の照射位置(レーザスポット)の様子が撮影機器29により上方から下方に向けて撮影される(図5参照)。   The objective lens 27 is disposed, for example, below the substrate 21 and condenses the laser light L1 from below. The condensed light is applied to the sample S above the objective lens 27. For example, the horizontal irradiation position of the laser beam L1 is preferably near the center of the circular (or elliptical) bottom surface of the sample S. Further, the vertical position of the focal point (beam waist) of the laser beam L1 is preferably in the vicinity of the interface between the sample S and the substrate 21. The state of the irradiation position (laser spot) of the laser light L1 is photographed from the top to the bottom by the photographing device 29 (see FIG. 5).

なお、基板21の周囲の構成は、図6に示した構成に限定されるものではない。たとえば、上方から下方に向けてレーザ光L1を照射してもよい。基板21は、本開示に係る「保持部材」に相当する。「保持部材」の形状は、サンプルSを保持することが可能であれば特に限定されず、立体形状を有していてもよい。具体的には、あるいは、サンプルSを滴下すべき位置を示すとともに滴下されたサンプルSの形状を規定する液面ガイド(図示せず)を基板21上に設けてもよい。また、「保持部材」は、図20にて説明するような容器41(たとえばガラスボトムディッシュ)であってもよい。   Note that the configuration around the substrate 21 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the laser beam L1 may be irradiated from the top to the bottom. The substrate 21 corresponds to a “holding member” according to the present disclosure. The shape of the “holding member” is not particularly limited as long as the sample S can be held, and may have a three-dimensional shape. Specifically, a liquid level guide (not shown) that indicates the position where the sample S should be dropped and defines the shape of the dropped sample S may be provided on the substrate 21. Further, the “holding member” may be a container 41 (for example, a glass bottom dish) as illustrated in FIG.

<ナノカプセルの集積フロー>
以上のように構成された集積装置100においては、以下に示すフローチャートに従って各機器が制御されることによって、液体W中に分散したナノカプセル10がレーザスポット近傍に集積される。
<Nanocapsule integration flow>
In the integration apparatus 100 configured as described above, the nanocapsules 10 dispersed in the liquid W are integrated in the vicinity of the laser spot by controlling each device according to the flowchart shown below.

図7は、本実施の形態に係るナノカプセル10の集積方法を示すフローチャートである。このフローチャートに含まれる各ステップは、基本的には制御部30によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が制御部30内に作製されたハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。なお、このフローチャートの開始時には、ナノカプセル10が分散したサンプルSがサンプル供給部23内に設置されているものとする。   FIG. 7 is a flowchart showing a method for integrating the nanocapsules 10 according to the present embodiment. Each step included in this flowchart is basically realized by software processing by the control unit 30, but part or all of the steps may be realized by hardware (electric circuit) produced in the control unit 30. Good. At the start of this flowchart, it is assumed that the sample S in which the nanocapsules 10 are dispersed is installed in the sample supply unit 23.

図1および図7を参照して、ステップS10において、制御部30は、基板21を準備してXYZ軸ステージ22上に設置する。この処理は、たとえば基板21の送り機構(図示せず)により実現される。   Referring to FIGS. 1 and 7, in step S <b> 10, control unit 30 prepares substrate 21 and places it on XYZ axis stage 22. This process is realized by, for example, a feeding mechanism (not shown) for the substrate 21.

ステップS20において、制御部30は、サンプルSが基板21上に供給(滴下)されるようにサンプル供給部23を制御する。サンプルSの滴下量は、数μL〜数mL程度の微量であってもよい。   In step S <b> 20, the control unit 30 controls the sample supply unit 23 so that the sample S is supplied (dropped) onto the substrate 21. The dropping amount of the sample S may be as small as several μL to several mL.

ステップS30において、制御部30は、サンプルSに照射するための白色光L2を発するように照明光源28を制御するとともに、サンプルSの撮影を開始するように撮影機器29を制御する。   In step S <b> 30, the control unit 30 controls the illumination light source 28 so as to emit white light L <b> 2 for irradiating the sample S, and controls the photographing device 29 so as to start photographing the sample S.

ステップS40において、制御部30は、調整機構24を制御することによって、レーザ光源25からのレーザ光L1がサンプルSの適切な位置(たとえば図6にて説明した位置)に照射されるようにXYZ軸ステージ22の位置を調整する。一例として、水平方向については、撮影機器29により撮影された画像からパターン認識の画像処理技術を用いてサンプルSの液滴の輪郭を抽出することによって、現在位置から適切な位置(たとえばサンプルSの円形の輪郭の中心近傍)までの調整量を演算することができる。一方、鉛直方向については、調整機構24内のサーボモータ(図示せず)により基板21の現在位置は既知であるため、所定の位置(たとえばサンプルSと基板21との界面の位置)へと調整することが可能である。   In step S40, the control unit 30 controls the adjusting mechanism 24 so that the laser light L1 from the laser light source 25 is irradiated to an appropriate position (for example, the position described in FIG. 6) of the sample S. The position of the axis stage 22 is adjusted. As an example, in the horizontal direction, the contour of the droplet of the sample S is extracted from the image photographed by the photographing device 29 using the image processing technique of pattern recognition, so that an appropriate position (for example, the sample S of the sample S is obtained). The amount of adjustment up to the vicinity of the center of the circular contour can be calculated. On the other hand, in the vertical direction, since the current position of the substrate 21 is known by a servo motor (not shown) in the adjustment mechanism 24, the vertical direction is adjusted to a predetermined position (for example, the position of the interface between the sample S and the substrate 21). Is possible.

ステップS50において、制御部30は、レーザ光L1を発するようにレーザ光源25を制御する。レーザ光L1は対物レンズ27により集光され、集光された光がサンプルSに照射される。これにより、サンプルSの液体W中に対流が生じ、液体W中に分散しているナノカプセル10がレーザスポット近傍に集積される。ナノカプセル10の集積メカニズムおよび集積される様子については図8〜図19および図21〜図25にて詳細に説明する。   In step S50, the control unit 30 controls the laser light source 25 to emit the laser light L1. The laser beam L1 is collected by the objective lens 27, and the sampled light is irradiated with the collected light. Thereby, convection is generated in the liquid W of the sample S, and the nanocapsules 10 dispersed in the liquid W are accumulated in the vicinity of the laser spot. The accumulation mechanism of the nanocapsules 10 and how they are accumulated will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 19 and FIGS.

ステップS60において、制御部30は、レーザ光源25を制御して基板21へのレーザ光L1の照射を停止させる。これにより、一連の処理が終了する。   In step S60, the control unit 30 controls the laser light source 25 to stop the irradiation of the laser light L1 onto the substrate 21. As a result, a series of processing ends.

なお、ステップS30の処理は、サンプルSを観察するための処理であって、ナノカプセル10を集積するために必須の処理ではない。また、基板21がXYZ軸ステージ22上に固定されている場合には、ステップS10の処理を省略することができる。したがって、ステップS10,S30の処理を含まないフローチャートを実行した場合でもナノカプセル10を集積することが可能である。   Note that the process of step S30 is a process for observing the sample S, and is not an essential process for accumulating the nanocapsules 10. Further, when the substrate 21 is fixed on the XYZ axis stage 22, the process of step S10 can be omitted. Accordingly, the nanocapsules 10 can be integrated even when a flowchart that does not include the processes of steps S10 and S30 is executed.

<ナノカプセルの集積メカニズム>
集積装置100においては、レーザ光源25からのレーザ光L1がサンプルSに照射されると、ナノカプセル10内の金ナノ粒子1が光熱変換により熱を発生させる。
<Nanocapsule accumulation mechanism>
In the integrated device 100, when the sample S is irradiated with the laser light L1 from the laser light source 25, the gold nanoparticles 1 in the nanocapsule 10 generate heat by photothermal conversion.

図8は、光熱変換の原理を説明するための図である。図8を参照して、金ナノ粒子1の自由電子は局在表面プラズモンを形成し、レーザ光L1によって振動する。これにより分極が生じる。この分極のエネルギーは、自由電子と原子核との間のクーロン相互作用により格子振動のエネルギーに変換される。その結果、金ナノ粒子1は熱を発生させる。この効果は「光発熱効果」とも称される。なお、金ナノ粒子1がデンドリマー2に内包された状態であっても光発熱効果により熱が発生することが確認されている。   FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of photothermal conversion. Referring to FIG. 8, the free electrons of gold nanoparticle 1 form localized surface plasmons and are vibrated by laser light L1. This causes polarization. This polarization energy is converted into lattice vibration energy by Coulomb interaction between the free electrons and the nucleus. As a result, the gold nanoparticles 1 generate heat. This effect is also referred to as a “photothermal effect”. It has been confirmed that even when the gold nanoparticles 1 are encapsulated in the dendrimer 2, heat is generated due to the photothermal effect.

図9は、本実施の形態におけるナノカプセル10の集積メカニズムの各段階を説明するための図である。レーザ光L1の照射(以下「光照射」とも略す)の開始前には、水性の液体W中にナノカプセル10が分散した状態である(図9(A)参照)。その後、光照射が開始される(図9(B)参照)。   FIG. 9 is a diagram for explaining each stage of the accumulation mechanism of the nanocapsules 10 in the present embodiment. Before the start of laser beam L1 irradiation (hereinafter also abbreviated as “light irradiation”), the nanocapsules 10 are dispersed in the aqueous liquid W (see FIG. 9A). Thereafter, light irradiation is started (see FIG. 9B).

図1にて説明したように、金属ナノ粒子の体積が大きいほど金属ナノ粒子に作用する光誘起力は大きくなる。言い換えると、金属ナノ粒子は、その粒子径が小さいほど光誘起力により捕捉されにくくなる。光照射により捕捉可能な金属ナノ粒子の粒子径は、典型的なレーザ光の強度(たとえば対物レンズ透過後に数100mW程度)では数10nm以上とされる。   As described with reference to FIG. 1, the greater the volume of the metal nanoparticles, the greater the light-induced force acting on the metal nanoparticles. In other words, metal nanoparticles are less likely to be captured by light-induced force as the particle diameter is smaller. The particle diameter of the metal nanoparticles that can be captured by light irradiation is several tens of nanometers or more with typical laser light intensity (for example, about several hundreds mW after passing through the objective lens).

一方、金ナノ粒子1の粒子径D1は、シングルナノメートルのオーダー(図3に示した例では1.5nm)であり、一般的に捕捉可能な金属ナノ粒子の粒子径よりも1桁小さい。この場合、金ナノ粒子1の体積Vは、一般的に捕捉可能な金属ナノ粒子の体積よりも3桁以上小さいことになる。よって、金ナノ粒子1が単体で液体W中に分散している場合には、光誘起力により金ナノ粒子1を捕捉することは難しい。   On the other hand, the particle diameter D1 of the gold nanoparticle 1 is on the order of a single nanometer (1.5 nm in the example shown in FIG. 3), and is generally an order of magnitude smaller than the particle diameter of metal nanoparticles that can be captured. In this case, the volume V of the gold nanoparticles 1 is generally three orders of magnitude smaller than the volume of the metal nanoparticles that can be captured. Therefore, when the gold nanoparticle 1 is dispersed alone in the liquid W, it is difficult to capture the gold nanoparticle 1 by light-induced force.

そこで、本実施の形態においては、金ナノ粒子1が内包されたナノカプセル10の性質を利用する。光照射を開始すると、レーザスポット近傍のナノカプセル10内の金ナノ粒子1が光発熱効果により熱を発生させる。この段階ではレーザスポット近傍に存在する金ナノ粒子1はわずかであるため、発生する熱は微量と考えられる。しかしながら、図4にて説明したようにナノカプセル10の熱変性は比較的低い温度で起こるので、微量の熱であってもレーザスポット近傍のナノカプセル10同士が凝集してナノカプセル凝集体10A(図10参照)が形成される(図9(C)参照)。   Therefore, in the present embodiment, the property of the nanocapsules 10 in which the gold nanoparticles 1 are encapsulated is used. When light irradiation is started, the gold nanoparticles 1 in the nanocapsule 10 in the vicinity of the laser spot generate heat due to the light heating effect. At this stage, since the gold nanoparticles 1 present in the vicinity of the laser spot are few, the generated heat is considered to be a very small amount. However, as described with reference to FIG. 4, the thermal denaturation of the nanocapsules 10 occurs at a relatively low temperature. Therefore, even with a very small amount of heat, the nanocapsules 10 in the vicinity of the laser spot aggregate to form a nanocapsule aggregate 10A ( 10) is formed (see FIG. 9C).

ナノカプセル凝集体10Aには多数の金ナノ粒子1が含まれるので、ナノカプセル凝集体10Aは金ナノ粒子1の集合体であるとも言える。したがって、光誘起力によりナノカプセル凝集体10Aを捕捉することが可能になる(図9(D)参照)。   Since the nanocapsule aggregate 10 </ b> A includes a large number of gold nanoparticles 1, it can be said that the nanocapsule aggregate 10 </ b> A is an aggregate of gold nanoparticles 1. Therefore, the nanocapsule aggregate 10A can be captured by the light-induced force (see FIG. 9D).

レーザスポットに捕捉されたナノカプセル凝集体10A内の金ナノ粒子1は、レーザ光L1を継続的に受けることになるので、図9(C)に示した段階と比べて、より大きな熱を光発熱効果によって発生させる。これにより、ナノカプセル凝集体10Aの周囲の液体が加熱される(図9(E)参照)。その結果、レーザスポット近傍の液体Wが局所的に沸騰してレーザスポットにマイクロバブル(マイクロメートルのオーダーの気泡)MBが発生する(図9(F)参照)。マイクロバブルMBは時間の経過とともに成長し得る。   Since the gold nanoparticle 1 in the nanocapsule aggregate 10A captured by the laser spot continuously receives the laser beam L1, it emits more heat than the stage shown in FIG. 9C. Generated by heat generation effect. Thereby, the liquid around the nanocapsule aggregate 10A is heated (see FIG. 9E). As a result, the liquid W in the vicinity of the laser spot locally boils and microbubbles (bubbles of the order of micrometers) are generated in the laser spot (see FIG. 9F). Microbubbles MB can grow over time.

レーザスポットに近いほど液体Wの温度は高い。つまり、光照射により液体W中に温度勾配が生じる。この温度勾配に起因して、液体W中には規則的な熱対流(層流)が定常的に発生する(図9(G)参照)。以下では、この熱対流を「対流」と略す。   The closer to the laser spot, the higher the temperature of the liquid W. That is, a temperature gradient is generated in the liquid W by light irradiation. Due to this temperature gradient, regular thermal convection (laminar flow) is constantly generated in the liquid W (see FIG. 9G). Hereinafter, this thermal convection is abbreviated as “convection”.

図10は、対流発生時のレーザスポット近傍の様子を説明するための概念図である。なお、図10では図面が煩雑になるのを避けるため、基板21および液体Wの図示を省略している。   FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining the state near the laser spot when convection occurs. In FIG. 10, the substrate 21 and the liquid W are not shown in order to avoid complicated drawing.

図10を参照して、対流の方向は、マイクロバブルMB(あるいはレーザスポット)に一旦向かい、その後マイクロバブルMBから離れる方向である。このように狭い領域に対流が生じる理由は以下のように説明することができる。すなわち、マイクロバブルMBの鉛直方向上方に存在する液体が加熱により希薄となり浮力によって上昇する。それとともに、マイクロバブルMBの水平方向に存在する相対的に低温の液体が、加熱された領域に向けて流入する。   Referring to FIG. 10, the direction of convection is a direction that once heads toward microbubble MB (or laser spot) and then leaves microbubble MB. The reason why convection occurs in such a narrow region can be explained as follows. That is, the liquid existing above the microbubbles MB in the vertical direction becomes diluted by heating and rises by buoyancy. At the same time, a relatively low-temperature liquid existing in the horizontal direction of the microbubbles MB flows toward the heated region.

図9に戻り、ナノカプセル10が対流に乗ってマイクロバブルMBに向けて運ばれることによって、ナノカプセル10がレーザスポット近傍に集積される。より詳細には、マイクロバブルMBと基板21の上面との間には対流の流速がゼロとなる淀み領域Rが生じるので、対流に乗って運ばれてきたナノカプセル10は淀み領域Rに滞留して集積される。その後、光照射を停止すると対流は弱まる(図9(H)参照)。   Returning to FIG. 9, the nanocapsules 10 are transported toward the microbubbles MB in a convection, whereby the nanocapsules 10 are accumulated in the vicinity of the laser spot. More specifically, since a stagnation region R in which the convection flow velocity becomes zero is generated between the microbubble MB and the upper surface of the substrate 21, the nanocapsules 10 carried by the convection stay in the stagnation region R. Collected. After that, when the light irradiation is stopped, the convection is weakened (see FIG. 9H).

このように、本実施の形態によれば、ナノカプセル10の熱変性(ELP2の立体構造の変化)による凝集作用と、ナノカプセル10の発熱(金ナノ粒子1の光発熱効果)による対流作用とを積極的に利用することによって、短時間かつ高密度にナノカプセル10をレーザスポット近傍に集積することができる。なお、「ナノカプセル10がレーザスポット近傍に集積される」には、ナノカプセル10がマイクロバブルMBの表面に集積される場合を含み得る。   Thus, according to the present embodiment, the aggregation action due to thermal denaturation (change in the three-dimensional structure of ELP2) of the nanocapsule 10 and the convection action due to the heat generation of the nanocapsule 10 (the light heating effect of the gold nanoparticles 1) By actively using the nanocapsules 10, the nanocapsules 10 can be integrated in the vicinity of the laser spot in a short time and at a high density. Note that “the nanocapsules 10 are integrated in the vicinity of the laser spot” may include the case where the nanocapsules 10 are integrated on the surface of the microbubble MB.

<ナノカプセルの集積結果>
続いて、ナノカプセル10の集積結果について、比較例と対比しながら詳細に説明する。本実施の形態および比較例では以下に示す8つのサンプルを準備した。
<Results of nanocapsule integration>
Subsequently, the result of integration of the nanocapsules 10 will be described in detail in comparison with a comparative example. In the present embodiment and the comparative example, the following eight samples were prepared.

図11は、第1〜第8のサンプルにおけるナノカプセルの集積条件を説明するための図である。図11に示すように、比較例のために第1〜第4および第8のサンプルを準備するとともに、本実施の形態のために第5〜第7のサンプルを準備した。   FIG. 11 is a diagram for explaining the nanocapsule accumulation conditions in the first to eighth samples. As shown in FIG. 11, first to fourth and eighth samples were prepared for the comparative example, and fifth to seventh samples were prepared for the present embodiment.

第1のサンプルと第2のサンプルとでは、ナノカプセルに金ナノ粒子1が内包されない点が共通する一方で、ナノカプセルの表面に修飾された有機分子3が互いに異なる。第1のサンプルではナノカプセルの表面がPEGにより修飾され、第2のサンプルではナノカプセルの表面がELP2により修飾される。   The first sample and the second sample are common in that the gold nanoparticle 1 is not encapsulated in the nanocapsule, but the organic molecules 3 modified on the surface of the nanocapsule are different from each other. In the first sample, the nanocapsule surface is modified with PEG, and in the second sample, the nanocapsule surface is modified with ELP2.

第3および第4のサンプルでは、いずれもナノカプセルに金ナノ粒子1が内包されるとともに、ナノカプセルの表面がPEGにより修飾される。第3のサンプルと第4のサンプルとでは、ナノカプセルの濃度が1桁異なる。   In both the third and fourth samples, the gold nanoparticle 1 is encapsulated in the nanocapsule, and the surface of the nanocapsule is modified with PEG. The concentration of nanocapsules differs by an order of magnitude between the third sample and the fourth sample.

第5〜第7のサンプルでは、ナノカプセル10に金ナノ粒子1が内包される点、および、ナノカプセル10の表面がELP2により修飾される点は共通である一方で、ナノカプセル10の濃度が1桁ずつ異なる。   In the fifth to seventh samples, the point that the gold nanoparticle 1 is encapsulated in the nanocapsule 10 and the point that the surface of the nanocapsule 10 is modified by ELP2 are common, while the concentration of the nanocapsule 10 is Different by one digit.

第8のサンプルでは、第2のサンプルと同様に、ナノカプセルに金ナノ粒子1が内包されず、かつ、ナノカプセルの表面がELP2により修飾される。ただし、第2のサンプルと第8のサンプルとでは、ナノカプセルの濃度が1桁異なる。   In the eighth sample, as in the second sample, the gold nanoparticles 1 are not encapsulated in the nanocapsules, and the surface of the nanocapsules is modified with ELP2. However, the concentration of nanocapsules differs by an order of magnitude between the second sample and the eighth sample.

レーザ光源25からのレーザ光L1の強度(レーザ出力)は1.0Wであった。対物レンズ27の倍率は100倍であった。対物レンズ27通過後のレーザ出力は、レーザ光源25からのレーザ出力よりも低下し、約20%になる。つまり、サンプルSへのレーザ出力は約200mWであった。   The intensity (laser output) of the laser beam L1 from the laser light source 25 was 1.0 W. The magnification of the objective lens 27 was 100 times. The laser output after passing through the objective lens 27 is lower than the laser output from the laser light source 25 and becomes about 20%. That is, the laser output to the sample S was about 200 mW.

図12〜図15は、第1〜第4のサンプルへの光照射結果をそれぞれ示す連続画像である。図12〜図15および後述する図16〜図19において、図中の数字は、光照射開始時刻からの経過時間(単位:秒)を示す。   12 to 15 are continuous images respectively showing the results of light irradiation on the first to fourth samples. 12 to 15 and FIGS. 16 to 19 to be described later, the numerals in the drawings indicate the elapsed time (unit: second) from the light irradiation start time.

図12および図13を参照して、金ナノ粒子1が含まれない第1および第2のサンプルでは、ナノカプセルの表面に修飾された有機分子3の種類にかかわらず、光照射開始から110秒が経過してもマイクロバブルMBは発生しなかった。   Referring to FIG. 12 and FIG. 13, in the first and second samples not containing the gold nanoparticle 1, 110 seconds from the start of light irradiation regardless of the type of the organic molecule 3 modified on the surface of the nanocapsule. Even after elapse, no microbubble MB was generated.

次に第14および図15を参照して、第3および第4のサンプルは、いずれもナノカプセルに金ナノ粒子1が内包されるものの、ナノカプセルの表面がPEGにより修飾されたものである。この場合、ナノカプセルの濃度が相対的に低い第3のサンプルでは、マイクロバブルMBは発生しなかった。ナノカプセルの濃度がより高い第4のサンプルでは、光照射開始から約60秒経過後にマイクロバブルMBの発生が確認されたものの、マイクロバブルMBのサイズは、後述するサンプルと比べて著しく小さかった。   Next, referring to FIGS. 14 and 15, in the third and fourth samples, the gold nanoparticle 1 is encapsulated in the nanocapsule, but the surface of the nanocapsule is modified with PEG. In this case, the microbubble MB was not generated in the third sample having a relatively low concentration of nanocapsules. In the fourth sample with a higher concentration of nanocapsules, although generation of microbubbles MB was confirmed after about 60 seconds from the start of light irradiation, the size of microbubbles MB was significantly smaller than that of the sample described later.

図16〜図18は、第5〜第7のサンプルへの光照射結果をそれぞれ示す連続画像である。第5〜第7のサンプルでは、いずれもナノカプセル10に金ナノ粒子1が内包され、かつナノカプセル10の表面がELP2により修飾される。ナノカプセル10の濃度が最も低い第5のサンプルでは、マイクロバブルMBは発生しなかった。   16 to 18 are continuous images showing the results of light irradiation on the fifth to seventh samples, respectively. In the fifth to seventh samples, the gold nanoparticle 1 is encapsulated in the nanocapsule 10 and the surface of the nanocapsule 10 is modified with ELP2. In the fifth sample having the lowest nanocapsule 10 concentration, no microbubble MB was generated.

一方、第5のサンプルと比較した場合にナノカプセル10の濃度が1桁高い第6のサンプルでは、光照射開始から数秒経過後にマイクロバブルMBが発生した。さらに、マイクロバブルMBと基板21との接触領域(マイクロバブルMBが基板21に付着した領域)の周りにナノカプセル10が環状に集積される様子が確認された。第6のサンプルにおけるナノカプセル10の濃度と、第3のサンプル(図14参照)におけるナノカプセルの濃度とは等しい。これらのサンプルを比較すると、ナノカプセルの表面がELP2により修飾された場合にはナノカプセルが集積される一方で、ナノカプセルの表面がPEGにより修飾された場合にはナノカプセルが集積されないことが分かる。   On the other hand, in the sixth sample whose concentration of nanocapsules 10 is one digit higher than that of the fifth sample, microbubbles MB were generated after several seconds from the start of light irradiation. Furthermore, it was confirmed that the nanocapsules 10 were annularly integrated around the contact region between the microbubble MB and the substrate 21 (the region where the microbubble MB adhered to the substrate 21). The concentration of nanocapsules 10 in the sixth sample is equal to the concentration of nanocapsules in the third sample (see FIG. 14). Comparing these samples, it can be seen that the nanocapsules are accumulated when the surface of the nanocapsules is modified with ELP2, while the nanocapsules are not accumulated when the surface of the nanocapsules is modified with PEG. .

ナノカプセル10の濃度が最も高い第7のサンプルでは、光照射開始直後にマイクロバブルMBが発生した。マイクロバブルMBのサイズは、第6のサンプルにおけるマイクロバブルMBのサイズよりもさらに大きかった。また、対流が発生している様子が確認されるとともに、マイクロバブルMBの近傍に大量のナノカプセル10が集積した。なお、ナノカプセルの濃度が等しい第4および第7のサンプルを比較すると、ナノカプセルの表面に修飾された有機分子3の種類によってマイクロバブルMBの大きさに明確な違いが存在する。   In the seventh sample having the highest concentration of nanocapsules 10, microbubbles MB were generated immediately after the start of light irradiation. The size of the microbubble MB was even larger than the size of the microbubble MB in the sixth sample. In addition, it was confirmed that convection was generated, and a large amount of nanocapsules 10 were accumulated in the vicinity of the microbubble MB. When the fourth and seventh samples having the same nanocapsule concentration are compared, there is a clear difference in the size of the microbubble MB depending on the type of the organic molecule 3 modified on the surface of the nanocapsule.

以上の結果より、マイクロバブルMBの発生およびそれに続くナノカプセルの集積には、金ナノ粒子1が必須であることが分かる。また、ナノカプセルの濃度が等しい場合、有機分子3がELP2である方が、有機分子3がPEGであるときと比べて、マイクロバブルMBが発生しやすく、その後のナノカプセルの集積も起こりやすいことが分かる。さらに、有機分子3が同種である場合には、ナノカプセルが高濃度であるほどマイクロバブルMBの発生およびナノカプセルの集積が起こりやすいことが分かる。   From the above results, it can be seen that the gold nanoparticles 1 are essential for the generation of microbubbles MB and the subsequent accumulation of nanocapsules. In addition, when the concentration of nanocapsules is equal, the organic molecule 3 is more easily ELP2 than the organic molecule 3 is PEG, and microbubbles are more likely to be generated, and the subsequent nanocapsules are more likely to accumulate. I understand. Further, it can be seen that when the organic molecules 3 are of the same type, the higher the concentration of nanocapsules, the more likely the generation of microbubbles MB and the accumulation of nanocapsules occur.

図19は、図示しない分光器を用いて第6のサンプルにおけるレーザスポット近傍の消衰スペクトルを測定した結果の一例を説明するための図である。図19(A)の連続画像に示すように、光照射中にはマイクロバブルMBが基板21上に付着した状態であったものの、光照射開始から180秒経過後に光照射を停止すると、その直後にマイクロバブルMBは液体W中を浮上して消失した。   FIG. 19 is a diagram for explaining an example of the result of measuring the extinction spectrum in the vicinity of the laser spot in the sixth sample using a spectroscope (not shown). As shown in the continuous image of FIG. 19A, the microbubble MB was attached on the substrate 21 during the light irradiation, but immediately after the light irradiation was stopped after 180 seconds from the start of the light irradiation. In addition, the microbubbles MB floated in the liquid W and disappeared.

光照射開始前、光照射開始から183秒、210秒および240秒経過後(すなわち光照射停止から3秒、30秒および60秒経過後)に消衰スペクトルを測定した。光照射中の消衰スペクトルの測定結果が示されていないのは、光照射中にマイクロバブルMBが存在しているときにはレーザ光L1のマイクロバブルMBによる散乱光強度が高過ぎて消衰スペクトルを正確に測定することができないので、マイクロバブルMBが存在しない状態での測定が必要であったためである。消衰スペクトルの測定範囲は、光照射開始から183秒経過後の画像に示した範囲である。   The extinction spectrum was measured before the start of light irradiation and after 183 seconds, 210 seconds and 240 seconds from the start of light irradiation (that is, after 3 seconds, 30 seconds and 60 seconds from the stop of light irradiation). The measurement result of the extinction spectrum during the light irradiation is not shown because when the microbubble MB exists during the light irradiation, the intensity of the scattered light by the microbubble MB of the laser light L1 is too high, This is because measurement cannot be performed accurately, and measurement in a state where the microbubble MB does not exist is necessary. The measurement range of the extinction spectrum is the range shown in the image after 183 seconds from the start of light irradiation.

図19(B)において、横軸は波長(単位:nm)を示し、縦軸は強度を示す。光照射開始から183秒経過の消衰スペクトルの強度は、光照射開始前の消衰スペクトルの強度の約2倍であった。ランベルト・ベールの法則によれば、消衰スペクトルの強度が高いほど、ナノカプセルの集積度が高いという関係がある。したがって、図17に示した連続画像に加えて、消衰スペクトルからもナノカプセル10の集積化を確認することができたと言える。   In FIG. 19B, the horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents intensity. The intensity of the extinction spectrum after 183 seconds from the start of light irradiation was about twice the intensity of the extinction spectrum before the start of light irradiation. According to Lambert-Beer's law, the higher the intensity of the extinction spectrum, the higher the degree of nanocapsule integration. Therefore, it can be said that the integration of the nanocapsules 10 was confirmed from the extinction spectrum in addition to the continuous image shown in FIG.

その一方で、光照射開始から210秒または240秒経過後(すなわち光照射停止から30秒または60秒経過後)の消衰スペクトルの強度は、いずれも光照射開始前の消衰スペクトルの強度とほぼ等しい。これは、レーザスポット近傍の温度が光照射停止後には速やかに低下し、それにより、一旦集積されたナノカプセル10が液体W中へと再び分散したためと考えられる。つまり、ELP2の立体構造の変化は可逆的であるため、温度低下に伴いナノカプセル10の表面が疎水性から親水性へと戻り、その結果、ナノカプセル10が再び分散したと考えられる。   On the other hand, the intensity of the extinction spectrum after 210 seconds or 240 seconds from the start of light irradiation (that is, after 30 seconds or 60 seconds from the stop of light irradiation) is the intensity of the extinction spectrum before the start of light irradiation. Almost equal. This is presumably because the temperature in the vicinity of the laser spot quickly decreased after the light irradiation stopped, and as a result, the nanocapsules 10 once accumulated were dispersed again in the liquid W. That is, since the change in the three-dimensional structure of ELP2 is reversible, it is considered that the surface of the nanocapsule 10 returns from hydrophobic to hydrophilic as the temperature decreases, and as a result, the nanocapsule 10 is dispersed again.

仮にレーザ光L1が可視光の波長域に含まれる波長を有する場合、白色光L2の照射下で撮影機器29によりレーザスポット近傍を撮影する際にレーザ光L1が障害となり得る。これに対し、本実施の形態においては、近赤外の波長域に含まれる1064nmの波長を有するレーザ光L1が用いられる。これにより、レーザ光L1が撮影の障害となることを避けることができる。それとともに以下の事実が示される。   If the laser light L1 has a wavelength included in the wavelength range of visible light, the laser light L1 can be an obstacle when photographing the vicinity of the laser spot by the photographing device 29 under the irradiation of the white light L2. On the other hand, in the present embodiment, laser light L1 having a wavelength of 1064 nm included in the near-infrared wavelength region is used. Thereby, it can be avoided that the laser beam L1 becomes an obstacle to photographing. Along with that, the following facts are shown.

金ナノ粒子1の局在表面プラズモン共鳴の波長域は、水中では可視光の波長域である。そのため、局在表面プラズモン共鳴の波長域の共鳴光(可視光)を用いる場合には、局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光(近赤外光)を用いる場合と比べて、同じレーザ出力でより大量の熱を発生させることができる。よって、より容易にナノカプセル凝集体10Aを捕捉し、それにより光発熱効果による対流を生じさせてナノカプセル10を集積することが可能である。このことを逆の視点から見ると、本実施の形態によれば、たとえ非共鳴光である近赤外光を用いた場合であっても(言い換えれば、より厳しい条件下であっても)ナノカプセル10を集積可能であることが分かる。   The wavelength range of localized surface plasmon resonance of the gold nanoparticle 1 is the wavelength range of visible light in water. Therefore, when using resonant light (visible light) in the wavelength range of localized surface plasmon resonance, the same laser is used compared to using non-resonant light (near infrared light) outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance. A greater amount of heat can be generated at the output. Therefore, it is possible to more easily capture the nanocapsule aggregate 10 </ b> A, thereby causing convection due to the light heat generation effect and integrating the nanocapsules 10. From a reverse viewpoint, according to the present embodiment, even when near-infrared light, which is non-resonant light, is used (in other words, under more severe conditions) It can be seen that the capsule 10 can be accumulated.

<細胞および生体組織への影響>
近赤外光は、たとえば生体イメージングの分野で広く用いられているように、生体組織による減衰(散乱等)が比較的起こりにくく生体組織内での透過性が高い。本実施の形態によれば、近赤外光を用いてナノカプセル10を集積可能であることから、生体組織への応用可能性が示唆される。以下、本開示に係るナノカプセルの集積方法の生体組織(以下では特に、生体組織の構成要素である細胞)への応用可能性について説明する。
<Influence on cells and living tissues>
Near-infrared light, for example, widely used in the field of biological imaging, is less susceptible to attenuation (scattering, etc.) due to biological tissue, and has high permeability within the biological tissue. According to the present embodiment, the nanocapsules 10 can be integrated using near-infrared light, suggesting the possibility of application to living tissue. Hereinafter, the applicability of the nanocapsule accumulation method according to the present disclosure to a living tissue (in particular, a cell that is a constituent element of the living tissue) will be described.

図20は、細胞への影響を確認するための測定に用いた集積装置の構成を示す図である。この集積装置では、基板21に代えて容器41が用いられる。図20(A)には容器41の側面図が示されており、図20(B)には容器41の上面図が示されている。   FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of an accumulation device used for measurement for confirming the influence on cells. In this integrated apparatus, a container 41 is used instead of the substrate 21. 20A shows a side view of the container 41, and FIG. 20B shows a top view of the container 41.

図5、図20(A)および図20(B)を参照して、容器41は、たとえばガラスボトムディッシュである。容器41は、円柱形状の底部411と、底部から垂直方向(Z方向)に延在する壁部412と、底部411の中央に形成された円柱形状の窪みである測定ウェル413とを含む。測定ウェル413の材料はガラスである。底部411および壁部412の材料には、たとえば樹脂(たとえばポリプロピレン)が用いられる。   Referring to FIGS. 5, 20 (A), and 20 (B), container 41 is, for example, a glass bottom dish. The container 41 includes a cylindrical bottom portion 411, a wall portion 412 extending in the vertical direction (Z direction) from the bottom portion, and a measurement well 413 that is a cylindrical recess formed in the center of the bottom portion 411. The material of the measurement well 413 is glass. For example, a resin (for example, polypropylene) is used as the material of the bottom portion 411 and the wall portion 412.

集積対象とするサンプルとしては、図11にて説明した第6および第8のサンプルのうちのいずれか一方を用いた。第6のサンプルは、金ナノ粒子1を内包するナノカプセル10を含むサンプルである。一方、第8のサンプルは、金ナノ粒子1を内包しないナノカプセルを含むサンプルである。以下に示す測定結果では、第6および第8のサンプルは、細胞4をさらに含む。細胞4には、ヒト子宮頸ガン由来の細胞であるヒーラ(HeLa)細胞を用いた。なお、環境温度は室温(具体的には24.3℃)であり、光照射前にはナノカプセル10の熱変性(親水性から疎水性への変化)は起こっていない。   As the sample to be accumulated, any one of the sixth and eighth samples described in FIG. 11 was used. The sixth sample is a sample including nanocapsules 10 enclosing the gold nanoparticles 1. On the other hand, the eighth sample is a sample including nanocapsules that do not enclose the gold nanoparticles 1. In the measurement results shown below, the sixth and eighth samples further include cells 4. As the cell 4, a HeLa cell, which is a cell derived from human cervical cancer, was used. The environmental temperature is room temperature (specifically, 24.3 ° C.), and thermal denaturation (change from hydrophilicity to hydrophobicity) of the nanocapsules 10 has not occurred before light irradiation.

ヒーラ細胞を含む第6または第8のサンプルの液滴(ヒーラ細胞の培地の液滴)が測定ウェル413に10μL滴下された状態でレーザ光L1を照射した。この測定においても、倍率40倍の対物レンズ27を用いた。レーザ光L1のビームウエストの高さは、調整機構24の駆動機構(具体的には、顕微鏡に付属のサーボモータおよび焦準ハンドルなど)を制御することによって、測定ウェル413の上面から5目盛りだけ上の位置になるように設定した。この1目盛りは、空気中では1μmに相当する。レーザ光源25からのレーザ出力は1.0Wであり、対物レンズ7通過後のレーザ出力は200mWであった。レーザ光L1の照射時間は60秒に設定した。そして、図5、図20(A)および図20(B)には示されていないが、照明光源28からの白色光L2によるサンプルの吸収および散乱を測定するための分光器を設け、サンプルの消衰スペクトル(特定の位置の局所的な消衰スペクトル)を測定した。   Laser light L1 was irradiated in a state where 10 μL of the droplet of the sixth or eighth sample containing the healer cell (drop of the medium of the healer cell) was dropped on the measurement well 413. In this measurement, the objective lens 27 having a magnification of 40 times was used. The height of the beam waist of the laser beam L1 is set to only 5 scales from the upper surface of the measurement well 413 by controlling the drive mechanism of the adjustment mechanism 24 (specifically, a servo motor and a focusing handle attached to the microscope). It was set to be in the upper position. This one scale corresponds to 1 μm in the air. The laser output from the laser light source 25 was 1.0 W, and the laser output after passing through the objective lens 7 was 200 mW. The irradiation time of the laser beam L1 was set to 60 seconds. Although not shown in FIG. 5, FIG. 20 (A) and FIG. 20 (B), a spectroscope for measuring the absorption and scattering of the sample by the white light L2 from the illumination light source 28 is provided, An extinction spectrum (local extinction spectrum at a specific position) was measured.

図21は、第6のサンプルにおける光照射前後の分光結果を説明するための図である。図21〜図23では、消衰スペクトルの測定領域を白丸で示す。   FIG. 21 is a diagram for explaining the spectral results before and after the light irradiation in the sixth sample. 21 to 23, the measurement region of the extinction spectrum is indicated by a white circle.

図21(A)は、光照射前の画像(光学顕微像)および消衰スペクトル(すなわちマイクロバブルMBの発生前の消衰スペクトル)と、光照射により発生したマイクロバブルMBが消滅した直後の画像および消衰スペクトルとを示す。マイクロバブルMBの発生前と消滅後とで、いずれもマイクロバブルMBが存在しない状態という点では共通するものの、消衰スペクトルの強度が異なる。光照射後における消衰スペクトルの強度の方が、光照射前における消衰スペクトルの強度よりも高い。   FIG. 21A shows an image (optical microscopic image) and extinction spectrum (that is, an extinction spectrum before generation of microbubble MB) before light irradiation and an image immediately after the disappearance of microbubble MB generated by light irradiation. And the extinction spectrum. The intensity of the extinction spectrum is different between the occurrence of microbubbles MB and the disappearance of the microbubbles MB, although both are common in that no microbubbles MB exist. The intensity of the extinction spectrum after light irradiation is higher than the intensity of the extinction spectrum before light irradiation.

図21(B)は、細胞4の位置における光照射前の消衰スペクトルと、細胞4の位置における光照射後の細胞のスペクトルとを示す。細胞4が存在する位置での消衰スペクトルの強度も、光照射前の方が光照射後と比べて高いことが分かる。   FIG. 21B shows the extinction spectrum before light irradiation at the position of the cell 4 and the spectrum of the cell after light irradiation at the position of the cell 4. It can be seen that the intensity of the extinction spectrum at the position where the cells 4 are present is higher before light irradiation than after light irradiation.

図22は、第6のサンプルにおける光照射前後の他の分光結果を説明するための図である。図22には、図21に示した細胞4以外の細胞4a,4bへの照射スペクトルの測定結果を示す。図22(A)は、光照射前の細胞4aの画像を示す。図22(B)は、光照射後の細胞4aの画像を示す。図22(C)は、光照射後の細胞4bの画像を示す。図22(D)は、細胞4a,4bの消衰スペクトルを示す。図22(D)に示す分光結果においても、光照射後の方が光照射前と比べて、消衰スペクトルの強度が高いことが分かる。   FIG. 22 is a diagram for explaining other spectral results before and after light irradiation in the sixth sample. In FIG. 22, the measurement result of the irradiation spectrum to cells 4a and 4b other than the cell 4 shown in FIG. 21 is shown. FIG. 22A shows an image of the cell 4a before light irradiation. FIG. 22B shows an image of the cell 4a after light irradiation. FIG. 22C shows an image of the cell 4b after light irradiation. FIG. 22D shows the extinction spectrum of the cells 4a and 4b. Also in the spectroscopic result shown in FIG. 22D, it is understood that the intensity of the extinction spectrum is higher after light irradiation than before light irradiation.

図23は、第8のサンプルにおける光照射前後の分光結果を説明するための図である。図23(A)および図22(B)は、第8のサンプルにおける光照射前および光照射後の画像をそれぞれ示す。金ナノ粒子1を内包しないナノカプセルを含む第8のサンプルにおいては、マイクロバブルMBは発生しなかった。また、図23(C)は、消衰スペクトルを示す。光照射前と光照射後とで消衰スペクトルがほとんど変化しないことが分かる。   FIG. 23 is a diagram for explaining the spectral results before and after the light irradiation in the eighth sample. FIGS. 23A and 22B show images of the eighth sample before and after light irradiation, respectively. In the eighth sample containing nanocapsules that did not encapsulate the gold nanoparticles 1, microbubbles MB were not generated. FIG. 23C shows an extinction spectrum. It can be seen that the extinction spectrum hardly changes before and after the light irradiation.

次に、光照射後の細胞4の生死の判定結果について説明する。細菌を染色するための蛍光色素として、カルセイン(Calcein)−AMとPI(Propidium Iodide)とが知られている。カルセイン-AMは、それ自体は蛍光をほとんど発しないが、細胞内で加水分解されると、励起波長の光照射に伴い黄緑色の強い蛍光を発する。よって、蛍光観察像において黄緑色に観察される領域は細胞が生存していることを示す。一方、PIは膜透過性を有さない。そのため、細胞膜に損傷が生じている細胞(すなわち死菌)のみがPIにより染色される。PIを外部から励起すると、赤色の蛍光を発する。   Next, the determination result of the life or death of the cell 4 after light irradiation will be described. As fluorescent dyes for staining bacteria, Calcein-AM and PI (Propidium Iodide) are known. Calcein-AM itself emits little fluorescence, but when it is hydrolyzed in the cell, it emits strong yellow-green fluorescence when irradiated with light having an excitation wavelength. Therefore, the region observed in yellow-green in the fluorescence observation image indicates that the cell is alive. On the other hand, PI does not have membrane permeability. For this reason, only cells with damaged cell membranes (ie dead bacteria) are stained with PI. When PI is excited from the outside, red fluorescence is emitted.

図24は、第6のサンプルにおける生死判定結果を説明するための図である。ここでは測定ウェル413を4つの領域に仮想的に分割し、領域B、領域C、領域Dの順にレーザ光L1を照射した(図20参照)。各領域B〜Dにおけるレーザ光L1の照射時間は60秒に設定した。なお、領域Aは、レーザ光L1が照射されない対照実験のための領域である。   FIG. 24 is a diagram for explaining the life / death determination result in the sixth sample. Here, the measurement well 413 is virtually divided into four regions, and the laser beam L1 is irradiated in the order of region B, region C, and region D (see FIG. 20). The irradiation time of the laser beam L1 in each region B to D was set to 60 seconds. Region A is a region for a control experiment in which the laser beam L1 is not irradiated.

図24(A)は、左から順に、図20に示した領域Cにおける光照射後の画像(光学顕微鏡像)、位相差像および蛍光観察像を示す。図24(B)は、領域Dにおける光照射後の画像、位相差像および蛍光観察像を示す。蛍光観察像では、死滅した細胞(赤色の蛍光を発する細胞)が生存している細胞から区別して示されている。   FIG. 24A shows an image (optical microscope image), a phase contrast image, and a fluorescence observation image after light irradiation in the region C shown in FIG. 20 in order from the left. FIG. 24B shows an image, a phase difference image, and a fluorescence observation image after light irradiation in the region D. In the fluorescence observation image, the dead cells (cells emitting red fluorescence) are distinguished from the surviving cells.

図24(A)および図24(B)に示すように、レーザスポット近傍の細胞4が死滅していることが分かる。このように、非共鳴光であるレーザ光L1の照射位置に金ナノ粒子1を内包したナノカプセル10を集積させ、金ナノ粒子1の発熱により、金ナノ粒子1の近傍の細胞4を死滅させることができる。つまり、狙った位置のガン細胞を選択的に死滅させることができる。このことから薬物送達システム(DDS)への利用が可能であることが示された。なお、金ナノ粒子1の「近傍」とは、好ましくは、レーザ光L1の照射により生成するマイクロバブルMBの直径の数倍(たとえば2〜3倍)よりも内側の領域を意味する。   As shown in FIGS. 24A and 24B, it can be seen that the cells 4 near the laser spot are dead. As described above, the nanocapsules 10 including the gold nanoparticles 1 are accumulated at the irradiation position of the laser light L1 which is non-resonant light, and the cells 4 near the gold nanoparticles 1 are killed by the heat generation of the gold nanoparticles 1. be able to. That is, cancer cells at the targeted position can be selectively killed. This indicates that it can be used for a drug delivery system (DDS). The “near” of the gold nanoparticle 1 preferably means a region inside a few times (for example, 2 to 3 times) the diameter of the microbubble MB generated by irradiation with the laser light L1.

なお、本実施の形態では、温度上昇に伴い親水性から疎水性へと変化する有機分子である温度応答性ポリマーがナノカプセル表面に修飾される構成を例に説明した。このように、水性の液体中において、低温では親水性のため溶解するが、ある温度まで昇温すると親水性から疎水性へと変化して不溶化する温度応答性ポリマーは、下限限界共溶温度(LCST:Lower Critical Solution Temperature)型温度応答性ポリマーとも称される。   In the present embodiment, the configuration in which the temperature-responsive polymer, which is an organic molecule that changes from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises, is modified on the nanocapsule surface has been described as an example. Thus, in a water-based liquid, a temperature-responsive polymer that dissolves at low temperatures due to hydrophilicity, but changes from hydrophilic to hydrophobic when heated to a certain temperature and becomes insoluble, the lower limit eutectic temperature ( It is also called LCST (Lower Critical Solution Temperature) type temperature responsive polymer.

LCST型温度応答性ポリマーに代えて、以下のような温度応答性ポリマーを用いることも可能である。すなわち、有機溶媒である液体(非水性の液体)中において、低温では疎水性のため溶解するが、ある温度まで上昇すると疎水性から親水性へと変化して不溶化する温度応答性ポリマーを用いてもよい。このような温度応答性ポリマーは、上限限界共溶温度(UCST:Upper Critical Solution Temperature)型温度応答性ポリマーとも称される。有機溶媒である液体とUCST型温度応答性ポリマーとの組合せについては、親水性/疎水性の変化の方向が逆であるものの、基本的には上記した実施の形態と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。なお、有機溶媒中においても金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長が可視光の波長域に含まれ得るので、非共鳴の波長域は、たとえば赤外(または紫外)の波長域となり得る。   Instead of the LCST type temperature responsive polymer, the following temperature responsive polymer may be used. That is, using a temperature-responsive polymer that dissolves in a liquid (non-aqueous liquid) that is an organic solvent due to hydrophobicity at low temperatures, but changes from hydrophobic to hydrophilic when it rises to a certain temperature. Also good. Such a temperature-responsive polymer is also referred to as an upper critical solution temperature (UCST) type temperature-responsive polymer. The combination of the liquid that is an organic solvent and the UCST type temperature-responsive polymer is basically the same as the above-described embodiment although the direction of the hydrophilicity / hydrophobicity change is reversed. The explanation will not be repeated. In the organic solvent, the resonance wavelength of the localized surface plasmon resonance of the metal nanoparticles can be included in the wavelength range of visible light, so that the non-resonance wavelength range can be, for example, the infrared (or ultraviolet) wavelength range. .

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown not by the above description but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

本開示は、たとえば、金属ナノ粒子とともに薬物が内包されたナノカプセルを集積する方法または装置として利用することができる。一例として、新規開発において微量の薬物を光照射位置に集積させて細胞または生体組織への影響を評価するなど医療分野に利用することができる。また、本開示は、いわゆる「温熱療法」(ハイパーサーミア)を実施するための医療機器への応用も可能である。42.5℃以上に温度が上昇すると、ヒトの細胞は急速に死滅することが知られている。さらに、金属ナノ材料を投与し、光照射によって温熱療法を誘起する「光温熱療法」も温熱療法の一例として挙げられる。本開示のように、ナノカプセルへの光照射により、そのナノカプセルの近傍に存在する、たとえばガン細胞の温度を選択的に上昇させて死滅させることによって光温熱療法が可能となり、ガン組織を縮小したりガン細胞の増殖を抑制したりすることができる。   The present disclosure can be used, for example, as a method or apparatus for accumulating nanocapsules encapsulating a drug together with metal nanoparticles. As an example, in a new development, a small amount of drug can be accumulated at a light irradiation position to evaluate the influence on cells or living tissue, and can be used in the medical field. The present disclosure can also be applied to medical devices for performing so-called “thermotherapy” (hyperthermia). It is known that human cells die rapidly when the temperature rises above 42.5 ° C. Furthermore, “photothermal therapy” in which a metal nanomaterial is administered and thermotherapy is induced by light irradiation is also an example of thermotherapy. As in the present disclosure, photothermotherapy can be performed by selectively raising the temperature of cancer cells existing near the nanocapsule, for example, by killing the nanocapsule by light irradiation, thereby reducing the size of the cancer tissue. Or suppress the proliferation of cancer cells.

1 金ナノ粒子、2 デンドリマー、2A コア、2B 分岐部分、2C 末端基、3 有機分子、10,90 ナノカプセル、10A ナノカプセル凝集体、21 基板、22 XYZ軸ステージ、23 サンプル供給部、24 調整機構、25 レーザ光源、26 光学部品、27 対物レンズ、28 照明光源、29 撮影機器、30 制御部、4,4a,4b 細胞、41 容器、411 底部、412 壁部、413 測定ウェル、100 集積装置、S サンプル、W 液体。   1 gold nanoparticle, 2 dendrimer, 2A core, 2B branched part, 2C end group, 3 organic molecule, 10,90 nanocapsule, 10A nanocapsule aggregate, 21 substrate, 22 XYZ axis stage, 23 sample supply unit, 24 adjustment Mechanism, 25 Laser light source, 26 Optical component, 27 Objective lens, 28 Illumination light source, 29 Imaging device, 30 Control unit, 4, 4a, 4b Cell, 41 Container, 411 Bottom part, 412 Wall part, 413 Measurement well, 100 Integrated device , S sample, W liquid.

Claims (13)

複数のナノカプセルを集積する、ナノカプセルの集積方法であって、
前記複数のナノカプセルの各々は、
1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、
前記金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、
前記ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により親水性から疎水性へと変化する有機分子とを含み、
前記集積方法は、
前記複数のナノカプセルが分散した水性の液体に前記金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を照射することで、前記有機分子の温度上昇により前記有機分子を親水性から疎水性へ変化させて前記複数のナノカプセルの一部を凝集させるステップと、
凝集により形成されたナノカプセル凝集体を前記非共鳴光の照射位置に捕捉するステップと、
前記ナノカプセル凝集体に含まれる前記金属ナノ粒子によって前記非共鳴光を熱に変換させて前記ナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱するステップと、
前記液体を加熱することで生じた対流によって前記複数のナノカプセルを集積するステップとを含む、ナノカプセルの集積方法。
A method for accumulating a plurality of nanocapsules, the method for accumulating nanocapsules,
Each of the plurality of nanocapsules is
Metal nanoparticles having a size on the order of a single nanometer exhibiting a range from 1 nanometer to 10 nanometers;
A polymer shell encapsulating the metal nanoparticles;
An organic molecule that is modified on the surface of the polymer shell and changes from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises;
The integration method includes:
By irradiating the aqueous liquid in which the plurality of nanocapsules are dispersed with non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of the metal nanoparticles, the organic molecules are changed from hydrophilic to hydrophobic by the temperature increase of the organic molecules. Aggregating a part of the plurality of nanocapsules by changing to a sex;
Capturing the nanocapsule aggregate formed by aggregation at the irradiation position of the non-resonant light; and
Heating the liquid around the nanocapsule aggregate by converting the non-resonant light into heat by the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregate;
Integrating the plurality of nanocapsules by convection generated by heating the liquid.
複数のナノカプセルを集積する、ナノカプセルの集積方法であって、
前記複数のナノカプセルの各々は、
1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、
前記金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、
前記ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により疎水性から親水性へと変化する有機分子とを含み、
前記集積方法は、
前記複数のナノカプセルが分散した有機溶媒である液体に前記金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を照射することで、前記有機分子の温度上昇により前記有機分子を疎水性から親水性へ変化させて前記複数のナノカプセルの一部を凝集させるステップと、
凝集により形成されたナノカプセル凝集体を前記非共鳴光の照射位置に捕捉するステップと、
前記ナノカプセル凝集体に含まれる前記金属ナノ粒子によって前記非共鳴光を熱に変換させて前記ナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱するステップと、
前記液体を加熱することで生じた対流によって前記複数のナノカプセルを集積するステップとを含む、ナノカプセルの集積方法。
A method for accumulating a plurality of nanocapsules, the method for accumulating nanocapsules,
Each of the plurality of nanocapsules is
Metal nanoparticles having a size on the order of a single nanometer exhibiting a range from 1 nanometer to 10 nanometers;
A polymer shell encapsulating the metal nanoparticles;
An organic molecule that is modified on the surface of the polymer shell and changes from hydrophobic to hydrophilic as the temperature rises;
The integration method includes:
By irradiating the liquid, which is an organic solvent in which the plurality of nanocapsules are dispersed, with non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of the metal nanoparticles, the organic molecules become hydrophobic due to the temperature rise of the organic molecules. Agglomerating a part of the plurality of nanocapsules by changing from hydrophilic to hydrophilic,
Capturing the nanocapsule aggregate formed by aggregation at the irradiation position of the non-resonant light; and
Heating the liquid around the nanocapsule aggregate by converting the non-resonant light into heat by the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregate;
Integrating the plurality of nanocapsules by convection generated by heating the liquid.
前記集積するステップは、前記液体を加熱することで気泡を発生させ、前記気泡に向かう前記対流を生じさせることによって前記複数のナノカプセルを集積する、請求項1または2に記載のナノカプセルの集積方法。   The nanocapsule accumulation according to claim 1 or 2, wherein in the accumulation step, bubbles are generated by heating the liquid, and the plurality of nanocapsules are accumulated by generating the convection toward the bubbles. Method. 前記非共鳴光は、赤外の波長域に含まれる波長を有するレーザ光である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のナノカプセルの集積方法。   The nanocapsule integration method according to claim 1, wherein the non-resonant light is laser light having a wavelength included in an infrared wavelength region. 前記有機分子は、温度上昇に伴い親水性から疎水性へと変化するポリマーを示す温度応答性ポリマーである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のナノカプセルの集積方法。   5. The nanocapsule accumulation method according to claim 1, wherein the organic molecule is a temperature-responsive polymer indicating a polymer that changes from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises. 前記ポリマー殻は、デンドリマーであり、
前記温度応答性ポリマーは、(XPGXG)で表されるアミノ酸配列を含むポリペプチドであり、
はバリンまたはイソロイシンを示し、Xはプロリンを除くアミノ酸を示し、Pはプロリンを示し、Gはグリシンを示し、nは1以上の自然数を示す、請求項5に記載のナノカプセルの集積方法。
The polymer shell is a dendrimer;
The temperature-responsive polymer is a polypeptide comprising an amino acid sequence represented by (X 1 PGX 2 G) n ,
X 1 represents a valine or isoleucine, X 2 represents an amino acid except proline, P is indicated proline, G represents glycine, n represents shown a natural number of 1 or more, accumulation of nanocapsules according to claim 5 Method.
複数のナノカプセルを集積する、ナノカプセルの集積装置であって、
前記複数のナノカプセルの各々は、
1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、
前記金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、
前記ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により親水性から疎水性へと変化する有機分子とを含み、
前記集積装置は、
前記複数のナノカプセルが分散した水性の液体を保持可能に構成された保持部材と、
前記金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を発する光源とを備え、
前記光源は、
前記液体に前記非共鳴光を照射することで、前記有機分子の温度上昇により前記有機分子を親水性から疎水性へと変化させて前記複数のナノカプセルの一部を凝集させ、
凝集により形成されたナノカプセル凝集体を前記非共鳴光の照射位置に捕捉し、
前記ナノカプセル凝集体に含まれる前記金属ナノ粒子によって前記非共鳴光を熱に変換させて前記ナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱し、
前記液体を加熱することで生じた対流によって前記複数のナノカプセルを集積する、ナノカプセルの集積装置。
A nanocapsule accumulating device for accumulating a plurality of nanocapsules,
Each of the plurality of nanocapsules is
Metal nanoparticles having a size on the order of a single nanometer exhibiting a range from 1 nanometer to 10 nanometers;
A polymer shell encapsulating the metal nanoparticles;
An organic molecule that is modified on the surface of the polymer shell and changes from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises;
The integrated device is:
A holding member configured to hold an aqueous liquid in which the plurality of nanocapsules are dispersed;
A light source that emits non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of the metal nanoparticles,
The light source is
By irradiating the liquid with the non-resonant light, the organic molecules are changed from hydrophilic to hydrophobic by increasing the temperature of the organic molecules, and a part of the plurality of nanocapsules is aggregated,
Capturing nanocapsule aggregates formed by aggregation at the irradiation position of the non-resonant light,
The non-resonant light is converted into heat by the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregate to heat the liquid around the nanocapsule aggregate,
A nanocapsule accumulating device that accumulates the plurality of nanocapsules by convection generated by heating the liquid.
複数のナノカプセルを集積する、ナノカプセルの集積装置であって、
前記複数のナノカプセルの各々は、
1ナノメートルから10ナノメートルまでの範囲を示すシングルナノメートルのオーダーのサイズを有する金属ナノ粒子と、
前記金属ナノ粒子を内包するポリマー殻と、
前記ポリマー殻の表面に修飾され、温度上昇により疎水性から親水性へと変化する有機分子とを含み、
前記集積装置は、
前記複数のナノカプセルが分散した有機溶媒である液体を保持可能に構成された保持部材と、
前記金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の波長域外の非共鳴光を発する光源とを備え、
前記光源は、
前記液体に前記非共鳴光を照射することで、前記有機分子の温度上昇により前記有機分子を疎水性から親水性へと変化させて前記複数のナノカプセルの一部を凝集させ、
凝集により形成されたナノカプセル凝集体を前記非共鳴光の照射位置に捕捉し、
前記ナノカプセル凝集体に含まれる前記金属ナノ粒子によって前記非共鳴光を熱に変換させて前記ナノカプセル凝集体の周囲の液体を加熱し、
前記液体を加熱することで生じた対流によって前記複数のナノカプセルを集積する、ナノカプセルの集積装置。
A nanocapsule accumulating device for accumulating a plurality of nanocapsules,
Each of the plurality of nanocapsules is
Metal nanoparticles having a size on the order of a single nanometer exhibiting a range from 1 nanometer to 10 nanometers;
A polymer shell encapsulating the metal nanoparticles;
An organic molecule that is modified on the surface of the polymer shell and changes from hydrophobic to hydrophilic as the temperature rises;
The integrated device is:
A holding member configured to hold a liquid which is an organic solvent in which the plurality of nanocapsules are dispersed;
A light source that emits non-resonant light outside the wavelength range of localized surface plasmon resonance of the metal nanoparticles,
The light source is
By irradiating the liquid with the non-resonant light, the organic molecules are changed from hydrophobic to hydrophilic by increasing the temperature of the organic molecules, and a part of the plurality of nanocapsules is aggregated,
Capturing nanocapsule aggregates formed by aggregation at the irradiation position of the non-resonant light,
The non-resonant light is converted into heat by the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregate to heat the liquid around the nanocapsule aggregate,
A nanocapsule accumulating device that accumulates the plurality of nanocapsules by convection generated by heating the liquid.
前記光源は、前記金属ナノ粒子によって前記非共鳴光を熱に変換することにより前記保持部材に付着した気泡を発生させ、前記気泡に向かう対流を生じさせることによって前記複数のナノカプセルを集積する、請求項7または8に記載のナノカプセルの集積装置。   The light source generates bubbles attached to the holding member by converting the non-resonant light into heat by the metal nanoparticles, and accumulates the nanocapsules by generating convection toward the bubbles. The nanocapsule accumulation apparatus according to claim 7 or 8. 前記非共鳴光は、赤外の波長域に含まれる波長を有するレーザ光である、請求項7〜9のいずれか1項に記載のナノカプセルの集積装置。   10. The nanocapsule integration device according to claim 7, wherein the non-resonant light is laser light having a wavelength included in an infrared wavelength region. 11. 前記有機分子は、温度上昇に伴い親水性から疎水性へと変化するポリマーを示す温度応答性ポリマーである、請求項7〜10のいずれか1項に記載のナノカプセルの集積装置。   11. The nanocapsule accumulation apparatus according to claim 7, wherein the organic molecule is a temperature-responsive polymer indicating a polymer that changes from hydrophilic to hydrophobic as the temperature rises. 前記ポリマー殻は、デンドリマーであり、
前記温度応答性ポリマーは、(XPGXG)で表されるアミノ酸配列を含むポリペプチドであり、
はバリンまたはイソロイシンを示し、Xはプロリンを除くアミノ酸を示し、Pはプロリンを示し、Gはグリシンを示し、nは1以上の自然数を示す、請求項11に記載のナノカプセルの集積装置。
The polymer shell is a dendrimer;
The temperature-responsive polymer is a polypeptide comprising an amino acid sequence represented by (X 1 PGX 2 G) n ,
The accumulation of nanocapsules according to claim 11, wherein X 1 represents valine or isoleucine, X 2 represents an amino acid excluding proline, P represents proline, G represents glycine, and n represents a natural number of 1 or more. apparatus.
前記光源は、前記複数のナノカプセルの各々の近傍に細胞が存在する場合に、前記非共鳴光の照射により生じた前記ナノカプセル凝集体に含まれる前記金属ナノ粒子の発熱によって、前記細胞を死滅させるように構成されている、請求項7〜12のいずれか1項に記載のナノカプセルの集積装置。   The light source kills the cells by heat generation of the metal nanoparticles contained in the nanocapsule aggregates generated by irradiation with the non-resonant light when cells exist in the vicinity of each of the plurality of nanocapsules. 13. The nanocapsule accumulation apparatus according to claim 7, wherein the nanocapsule accumulation apparatus is configured to allow the nanocapsules to be accumulated.
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