酸化チタン複合体粒子、その分散液、およびそれらの製造方法
【課題】酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮しながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる、酸化チタン複合体粒子およびその分散体の提供。
【解決手段】この酸化チタン複合体粒子は、酸化チタン粒子の表面に、リガンド分子であるドーパミンを介してノニオン性の水溶性高分子を結合したものである。この酸化チタン複合体粒子は、超音波や紫外線の照射により細胞毒となり、癌細胞等の殺対象となる細胞を効率良く殺傷することができる。
【解決手段】この酸化チタン複合体粒子は、酸化チタン粒子の表面に、リガンド分子であるドーパミンを介してノニオン性の水溶性高分子を結合したものである。この酸化チタン複合体粒子は、超音波や紫外線の照射により細胞毒となり、癌細胞等の殺対象となる細胞を効率良く殺傷することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、酸化チタン粒子の表面を水溶性高分子で修飾した酸化チタン複合体粒子、その分散液、およびそれらの製造方法に関するものである。この酸化チタン複合体粒子は、超音波や紫外線等の照射を受けて細胞毒となることができるため、癌細胞等の細胞を殺傷する殺細胞剤、あるいは患部に超音波を照射することにより行われる超音波癌治療を促進するための超音波癌治療促進剤として利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
酸化チタンはｐＨ６前後に等電点を有すると言われている。このため、酸化チタン粒子は中性付近の水系溶媒中では凝集を生じてしまい、これを均一に分散させることは極めて難しい。そのため、酸化チタン粒子を水系の分散媒に均一に分散させるため、今まで種々の試みがなされてきた。
【０００３】
ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）を分散剤として添加して、分散媒中における酸化チタン粒子の分散性を向上させることが知られている（特許文献１（特開平２−３０７５２４号公報）および特許文献２（特開２００２−６０６５１号公報）参照）。
【０００４】
一方、近年、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）に用いる担体として、極めて高い分散性の金属微粒子や半導体微粒子が求められている。このような目的のために、微粒子にＰＥＧを結合させる手法も知られている。例えば、金属微粒子あるいは半導体微粒子にチオール基を介してＰＥＧを結合させることが知られている（特許文献３（特開２００３−８０９０３号公報）および特許文献４（特開２００４−３００２５３号公報）参照）。また、金属微粒子、金属酸化物微粒子、あるいは半導体微粒子にメルカプト基または３官能のシラノール基を介してＰＥＧを結合させることも知られている（特許文献５（特開２００１−２０００５０号公報）。しかしながら、これらの技術は、酸化チタン粒子への応用には適さない。これは、チオール基やメルカプト基は酸化チタンに安定に結合することができず、また、３官能のシラノール基にあっては相互に三次元的に縮合重合して重合物で酸化チタン粒子の表面を覆い尽くしてしまい酸化チタンの触媒活性を低下させてしまうおそれがあるためである。
【０００５】
また、酸化チタン微粒子に、ポリアクリル酸等の親水性高分子を、カルボキシル基を介してエステル結合させた、表面改質酸化チタン微粒子も知られている（特許文献６（ＷＯ２００４／０８７５７７）参照）。この技術は、ポリアクリル酸等といったアニオン性ポリマーの使用を念頭としたものである。
【０００６】
さらに、２〜３ｍｍ粒度の酸化チタンに３５ないし４２ｋＨｚの超音波照射を行い、ヒドロキシラジカルを発生させることにより有機物を分解させる技術も提案されている（例えば、特許文献７（特開２００３−２６４０６号公報）参照）。
【０００７】
ところで、ＴｉＯ２等の金属酸化物の表面にエンジオールリガンドを結合させて、ナノ粒子の光学特性を変える技術が知られているが（例えば、非特許文献１（T.Rajh, et al., J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10543-10552）参照）、この技術はポリマーを金属酸化物に結合させる技術ではない。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−３０７５２４号公報
【特許文献２】特開２００２−６０６５１号公報
【特許文献３】特開２００３−８０９０３号公報
【特許文献４】特開２００４−３００２５３号公報
【特許文献５】特開２００１−２０００５０号公報
【特許文献６】ＷＯ２００４／０８７５７７
【特許文献７】特開２００３−２６４０６号公報
【非特許文献１】T.Rajh, et al., J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10543-10552
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる、酸化チタン複合体粒子およびその分散体の提供をその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、今般、酸化チタン粒子の表面にリガンド分子を含んでなり、さらに該リガンド分子を介して該酸化チタン粒子の表面にノニオン性の水溶性高分子が結合されてなり、該リガンド分子はドーパミンであることにより、酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できるとの知見を得た。
【００１１】
したがって、本発明は、酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる、酸化チタン複合体粒子およびその分散体の提供をその目的としている。すなわち、本発明の酸化チタン複合体粒子によれば、殺対象が癌細胞の場合にあっては、超音波や紫外線による癌の治療効果を著しく向上することができる。そのため、本発明の酸化チタン複合体粒子は、患部に超音波を照射することにより行われる超音波癌治療を促進するための超音波癌治療促進剤としても利用可能である。
【００１２】
そして、本発明による酸化チタン複合体粒子は、
酸化チタン粒子と、リガンド分子と、ノニオン性の水溶性高分子とを含み、
前記酸化チタン粒子の表面に、前記リガンド分子を介してノニオン性の水溶性高分子が結合されてなる酸化チタン複合体粒子であって、前記リガンド分子はドーパミンであること
を特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明による分散液は、上記酸化チタン複合体粒子と、該粒子が分散される溶媒とを含んでなるものである。
【００１４】
さらに、本発明の酸化チタン複合体粒子の製造方法は、
非プロトン系溶媒中に、酸化チタン粒子と、ドーパミンで修飾されたノニオン性の水溶性高分子とを分散させ、
得られた分散液を８０〜２２０℃で加熱して、酸化チタン複合体粒子を得ること
を含んでなる。
【００１５】
さらに、本発明による酸化チタン複合体粒子は、
該酸化チタン複合体粒子の分散液を乾燥した、酸化チタン複合体粒子の乾燥体
を含んでなるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来なされていなかった、酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる、酸化チタン複合体粒子およびその分散体の提供をできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
酸化チタン複合体粒子およびその分散体
本発明による酸化チタン複合体粒子は、酸化チタン粒子と、ノニオン性の水溶性高分子とを含む。図１に、酸化チタン複合体粒子の一例を示す。図１に示されるように、酸化チタン複合体粒子は、酸化チタン粒子１の表面にノニオン性の水溶性高分子２が結合されたものである。酸化チタン粒子１と水溶性高分子２との結合は、リガンド分子であるドーパミンを介して形成される。ドーパミンはジオール基およびアミノ基を有する。すなわち、これらの官能基は酸化チタンとの間で強固な結合を形成するため、酸化チタン粒子の高い触媒活性にかかわらず水溶性高分子の結合を保持することが可能である。なお、本発明における結合形態は、血中滞留性確保の観点から、体内への投与後２４〜７２時間後に分散性が確保されている程度の結合形態であればよい。もっとも、生理条件での分散安定性に優れ、かつ超音波や紫外線照射後もポリマーの遊離がなく正常細胞へのダメージが少ない点で、共有結合であるのが望ましい。
【００１８】
リガンド分子であるドーパミンは、３官能シラノール基のような相互に三次元的に縮合重合して重合物で酸化チタン粒子の表面を覆い尽くしてしまう官能基とは異なり、官能基同士で重合することがないため、図１に示されるように酸化チタン粒子の表面に剥き出しの部分を多く確保することができると考えられる。その結果、表面が重合体で覆われることによって起こりうる失活を抑制しつつ、酸化チタン粒子の触媒活性を十分に発揮させることができる。
【００１９】
そして、酸化チタン粒子の表面に結合した水溶性高分子はノニオン性であるため、電荷を帯びることなく、酸化チタン粒子の分散が困難とされる中性付近の水系溶媒中であっても、水和により酸化チタン複合体粒子を高度に分散させることができる。また、水溶性高分子は無電荷であるため、血中タンパク質が静電気的に吸着しにくくなるので、細網内皮系への取り込み、腎排泄、肝臓取り込み等を回避しやすくなり、目的部位（腫瘍）に到達できるに足る血中滞留性を確保することができる。しかも、無電荷の水溶性高分子を用いることで、癌細胞表面に高密度に到達しやすく、癌細胞への集積性にも優れる。したがって、本発明の酸化チタン複合体粒子は、高い分散性および高い血中滞留性を維持しながら生体内を運搬させて、癌細胞に効率良く集積させることができる。このため、本発明の酸化チタン複合体粒子は、点滴等を介した全身投与に適しており、表層から深部に至るまで、広範囲の癌治療に特に適する。
【００２０】
本発明に用いる水溶性高分子は、ノニオン性を有する水溶性高分子であれば限定されないが、好ましくは水酸基および／またはポリオキシアルキレン基を有する高分子が挙げられる。そのような水溶性高分子の好ましい例としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、デキストランあるいはそれらを含有するコポリマーが挙げられ、より好ましくはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）およびデキストランであり、さらに好ましくはポリエチレングリコールである。水溶性高分子の好ましい重合度は、３４〜５００であり、より好ましくは３４〜５０である。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、ポリエチレングリコールとドーパミンの分子量比が１５０００：２０〜４０００００：２０であるのが好ましく、より好ましくは１５０００：２０〜４００００：２０であり、ポリエチレングリコールの分子量は１５００〜４００００であるのが好ましく、より好ましくは１５００〜４０００である。ここで、ポリエチレングリコールの分子量とは数平均分子量であって、サイズ排除クロマトグラフィによって標準のポリエチレングリコールと比較して求めた値である。
【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンと水溶性高分子とを結合するリンカーとして、ジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有する、ポリオールおよびポリアミン以外の化合物をさらに含んでなるのが好ましい。すなわち、リガンド分子であるドーパミンに含まれるジオール基またはアミノ基にリンカーを結合させ、このリンカーに水溶性高分子を結合させることも可能である。このリンカーは、例えば生体分子同士を異なる官能基同士で結合する際に用いられるヘテロバイファンクショナルなクロスリンカーなどが考えられる。リンカーの具体例としては、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド、Ｎ−［α−マレイミドアセトキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−［β−マレイミドプロピルオキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−β−マレイミドプロピオン酸、Ｎ−［β−マレイミドプロピオン酸］ヒドラジド・ＴＦＡ、１−エチル−３−［３−ジメチルアミノプロピル］カルボジイミドヒドロクロリド、Ｎ−ε−マレイミドカプロン酸、Ｎ−［ε−マレイミドカプロン酸］ヒドラジド、Ｎ−［ε−マレイミドカプロイルオキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−［γ−マレイミドブチリルオキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−κ−マレイミドウンデカン酸、Ｎ−［κ−マレイミドウンデカン酸］ヒドラジド、スクシンイミジル−４−［Ｎ−マレイミドメチル］−シクロヘキサン−１−カルボキシ−［６−アミドカプロエート］、スクシンイミジル６−［３−（２−ピリジルジチオ）−プロピオンアミド］ヘキサノエート、ｍ−マレイミドベンゾイル−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル、４−［４−Ｎ−マレイミドフェニル］酪酸ヒドラジド・ＨＣｌ、３−［２−ピリジルジチオ］プロピオニルヒドラジド、Ｎ−［ｐ−マレイミドフェニル］イソシアネート、Ｎ−スクシンイミジル［４−アジドフェニル］−１，３‘−ジチオプロピオネート、Ｎ−スクシンイミジル Ｓ−アセチルチオアセテート、Ｎ−スクシンイミジルＳ−アセチルチオプロピオネート、スクシンイミジル ３−［ブロモアセトアミド］プロピオネート、Ｎ−スクシンイミジル ヨードアセテート、Ｎ−スクシンイミジル［４−イオドアセチル］アミノベンゾエート、スクシンイミジル４−［Ｎ−マレイミドメチル］−シクロヘキサン−１−カルボキシレート、スクシンイミジル４−［ｐ−マレイミドフェニル］ブチレート、スクシンイミジル６−［（β−マレイミドプロピオンアミド）ヘキサノネート］、４−スクシンイミジルオキシカルボニル−メチル−α［２−ピリジルジチオ］トルエン、Ｎ−スクシンイミジル３−［２−ピリジルジチオ］プロピオネート、Ｎ−［ε−マレイミドカプロイルオキシ］スルホスクシンイミドエステル、Ｎ−［γ−マレイミドブチリルオキシ］スルホスクシンイミドエステル、Ｎ−［κ−マレイミドウンデカノイルオキシ］−スルホスクシンイミドエステル、スルホスクシンイミジル−６−［α−メチル−α−（２−ピリジルジチオ）トルアミド］ヘキサノネート、スルホスクシンイミジル６−［３’−（２−ピリジルチチオ）−プロピオンアミド］ヘキサノネート、ｍ−マレイミドベンゾイル−Ｎ−ヒドロキシスルホ−スクシンイミドエステル、スルホスクシンイミジル［４−ヨードアセチル］アミノベンゾエート、スルホスクシンイミジル４−［Ｎ−マレイミドメチル］−シクロヘキサン−１−カルボキシレート、スルホスクシンイミジル４−［ｐ−マレイミドフェニル］ブチレート，Ｎ−［ε−トリフルオロアセチルカプロイルオキシ］スクシンイミドエステル、クロロトリアジン、ジクロロトリアジン、トリクロロトリアジン等が挙げられる。また、リンカーはさらに他のリンカー同士が結合されるような複数種類のリンカーから構成されてもよい。
【００２３】
本発明の好ましい態様によれば、水溶性高分子に結合させておく官能基として、リンカーと結合可能でかつジオール基以外の官能基を結合させておき、リンカーとの強固な結合を確保することもできる。そのような他の官能基の例としては、アミノ基、カルボキシル基、カルボハイドレイト基、スルフィド基、スクシンイミド基、マレイミド基、カルボジイミド基、およびヒドラジド基が挙げられる。
【００２４】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンの酸化チタンとの結合に関与していない官能基の残基に水溶性高分子を結合することができる。その結合形態は特に限定されない。上記残基への結合の好ましい例としては、スクシンイミド基を含むポリエチレングリコールとリガンド分子であるドーパミンのアミノ基を用いた結合が挙げられるが、それ以外にもアミノ基、カルボキシル基、カルボハイドレイト基、スルフィド基、スクシンイミド基、マレイミド基、カルボジイミド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基およびヒドラジド基等の反応性官能基を用いた結合も挙げられる。なお、リガンド分子と水溶性高分子とは、リンカーによって間接的に結合されてもよい。
【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンの酸化チタンとの結合に関与していない残基（ジオール基およびアミノ基）および／または水溶性高分子のリガンド分子との結合に関与していない残基に、生体由来高分子が結合されるのが好ましい。例えば、酸化チタン複合体粒子に抗体等の生体素子を付与すれば、癌細胞へのターゲッティング性能をさらに高めることも可能である。そのような生体由来高分子の結合形態は特に限定されない。上記残基への結合の好ましい例としては、スクシンイミド基を含むポリエチレングリコールとリガンド分子のアミノ基を用いた結合が挙げられるが、それ以外にもアミノ基、カルボキシル基、カルボハイドレイト基、スルフィド基、スクシンイミド基、マレイミド基、カルボジイミド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基およびヒドラジド基等の反応性官能基を用いた結合も挙げられる。なお、リガンド分子と水溶性高分子とは、リンカーによって間接的に結合されてもよい。
【００２６】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン粒子が、アナターゼ型酸化チタンまたはルチル型酸化チタンであるのが好ましい。紫外線や超音波の照射による触媒活性を利用する場合にはアナターゼ型酸化チタンが好ましく、高い屈折率等の性質を利用する場合にはルチル型酸化チタンが好ましい。
【００２７】
本発明の好ましい態様によれば、本発明に用いる酸化チタン複合体粒子は２０〜２００ｎｍの粒子径を有し、より好ましくは５０〜２００ｎｍであり、さらに好ましくは５０〜１５０ｎｍである。この粒径範囲であると、癌腫瘍への到達を目的として患者の体内に投与されると、ドラッグデリバリーシステムのように、ＥＰＲ効果により癌組織に効率的に到達して集積される。そして、上述の通り、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの超音波や紫外線の照射によりラジカル種の特異的生成が起こる。したがって、超音波や紫外線の照射により高い効率で癌組織を殺傷することができる。
【００２８】
本発明の別の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が５０ｎｍ未満（例えば数ｎｍ）の粒子径を有する場合、見かけ上のサイズを大きくしてＥＰＲ効果を得ることもできる。すなわち、５０〜１５０ｎｍの粒子径を有する二次粒子の形態を有するように半導体粒子同士を多官能リンカーで連結する等の方法にて結合されることで、ＥＰＲ効果により高い癌治療効果を実現することができる。本発明のさらに別の好ましい態様によれば、ＥＰＲ効果を利用するため、リポソームのような薬剤封入体の中に、酸化チタン複合体粒子を包摂させることもできる。
【００２９】
本発明において半導体粒子の粒子径は、動的光散乱法により測定することができる。具体的には、粒径分布測定装置（ゼータサイザーナノＺＳ、マルバーンインスツルメント社製）を用いて、キュミュラント解析で得られるＺ−ａｖｅｒａｇｅ ｓｉｚｅで示される値として得ることができる。
【００３０】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が、−２０〜＋２０ｍＶのゼータ電位を有するのが好ましく、より好ましくは−１０〜＋１０ｍＶであり、さらに好ましくは−５〜＋５ｍＶであり、最も好ましくは−３〜＋３ｍＶである。この範囲内であると、酸化チタン複合体粒子が全体として電荷を殆ど帯びないことになるので、ノニオン性の水溶性高分子の使用による、血中滞留性および癌細胞への集積性の向上効果を最大限発揮させることができる。
【００３１】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子単位重量あたりの、水溶性高分子の結合量が、０．３〜１．０ｇ／ｇであるのが好ましく、分散性の観点からより好ましくは０．３〜０．５ｇ／ｇである。この範囲内であると、酸化チタン複合体粒子の触媒活性を十分に発揮させながら、血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる。
【００３２】
本発明に使用可能な酸化チタン複合体粒子は、単一種類の酸化チタン複合体粒子のみならず、複数種類の半導体粒子の混合物あるいは複合物も包含する。具体例としては、酸化チタン複合体粒子と酸化鉄ナノ粒子との複合物、酸化チタン複合体粒子と白金との複合物、およびシリカ被覆された酸化チタン等が挙げられる。
【００３３】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が、溶媒に分散されて分散液の形態とされてなるのが好ましい。これにより、酸化チタン複合体粒子を、点滴、注射、塗布等の種々の方法により、患者の体内に効率的に投与することができる。分散液の液性は限定されず、ｐＨ３〜１０の広範囲にわたって高い分散性を実現可能である。なお、体内投与における安全性の観点から、分散液は、ｐＨ５〜９であるのが好ましく、より好ましくは５〜８、特に中性の液性を有するのが好ましい。また、本発明の好ましい態様によれば、溶媒は水系溶媒であるのが好ましく、さらに好ましくはｐＨ緩衝液または生理食塩水である。水系溶媒の好ましい塩濃度は２Ｍ以下であり、体内投与における安全性の観点から２００ｍＭ以下がより好ましい。酸化チタン複合体粒子は分散体に対して、０．００１〜１質量％以下含有されることが好ましく、より好ましくは０．００１〜０．１質量％である。この範囲内であれば、投与後、２４〜７２時間後に患部（腫瘍）に効果的に粒子を集積させることが可能となる。すなわち、患部（腫瘍）に粒子濃度が集積しやすくなるとともに、血中での粒子の分散性も確保されて凝集隗が形成しにくくなるため、投与後に血管の閉塞などの二次的弊害を招くおそれもない。
【００３４】
本発明の酸化チタン複合体粒子は、点滴、注射、塗布等の種々の方法により、患者の体内に投与することができる。特に静脈または皮下による投与経路で用いられることが、粒子の大きさによるＥＰＲ効果と、血中の滞留性を利用して、所謂ＤＤＳ的な治療により、患者の負担を軽減する観点から好ましい。そして、体内に投与された酸化チタン複合体粒子は、ドラッグデリバリーシステムのように、癌組織に到達して集積される。
【００３５】
本発明の酸化チタン複合体粒子は、超音波あるいは紫外線の照射を受け、該照射により細胞毒となることができる。この酸化チタン複合体粒子は、体内に投与され、超音波照射を受け、該照射により細胞毒となることで、細胞を殺傷することができるが、体内に限らず、試験管内においても殺対象である細胞を殺傷することができる。本発明において、殺対象は特に限定されないが、癌細胞であるのが好ましい。すなわち、本発明による酸化チタン複合体粒子によれば、超音波や紫外線の照射により活性化して癌細胞を殺傷することができる。また、酸化チタン複合体粒子は、フラーレンや色素等の光増感剤ではないため、患者に投与後の治療段階において光過敏症の問題を生じることがなく、安全性が極めて高い。
【００３６】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が集積された癌組織に超音波処理が行われる。使用する超音波の周波数は、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚが好ましく、より好ましくは６００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、さらに好ましくは１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚである。超音波の照射時間は治療対象である癌組織の位置および大きさを考慮して適宜決定されるべきであり、特に限定されない。こうして、患者の癌組織を超音波により高い効率で殺傷して、高い癌治療効果を実現することができる。超音波は生体内の深部に外部より到達させることが可能で、本発明の酸化チタン複合体粒子と併せて用いることにより、非侵襲の状態で生体内深部に存在するような患部やターゲット部位の治療が実現できる。さらに、患部やターゲット部位に本発明の酸化チタン複合体粒子が集積することにより、周辺の正常細胞に悪影響を及ぼさない程度の微弱な超音波で本発明の酸化チタン複合体粒子を集積させた局所のみに作用させることができる。
【００３７】
ところで、これらの半導体粒子が超音波の照射により活性化して細胞を殺傷する効果は、超音波照射によりラジカル種を生成させることにより得ることができる。すなわち、これらの半導体粒子が与える生物的殺傷効果はラジカル種の質的・量的な増加にあると考えられる。その理由は以下の通り推察されるが、以下の理由はあくまで仮説であって、本発明は何ら下記説明に限定されるものではない。すなわち、超音波照射のみでは系中には過酸化水素とヒドロキシルラジカルが発生するが、本発明者らの知見によれば、酸化チタンなどの半導体粒子の存在下では、過酸化水素およびヒドロキシルラジカルの生成が促進される。また、これら半導体粒子の存在下、特に酸化チタンの存在下では、スーパーオキサイドアニオンと一重項酸素の生成が促進されるように見受けられる。これらラジカル種の特異的生成は、ナノメートルオーダーの微粒子を用いた場合、超音波照射時の周波数が４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲、好ましくは６００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲、より好ましくは１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲で顕著に観察される現象であると考えられる。
【００３８】
製造方法
本発明の製造方法によれば、本発明の酸化チタン複合体粒子は、リガンド分子であるドーパミンで修飾されたノニオン性の水溶性高分子を酸化チタン粒子に結合させることにより、製造することができる。この方法による酸化チタン複合体粒子の製造は、例えば、非プロトン系溶媒中に、酸化チタン粒子と、リガンド分子であるドーパミンで修飾されたノニオン性水溶性高分子とを分散させ、得られた分散液を８０〜２２０℃で、例えば１〜１６時間、加熱することにより行うことができる。
【００３９】
上述の態様において、溶媒として、非プロトン系溶媒が用いられている。これは、プロトン系溶媒を使用した場合には、例えば脱水によるエステル結合の形成等の結合反応時に反応を阻害し、高い分散性の実現が困難になるおそれがあるためである。なお、好ましい非プロトン系溶媒の例としては、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、およびジメチルスルホキシドが挙げられる。
【００４０】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンが結合された酸化チタン粒子の分散液を得た後、該分散液にジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有するノニオン性の水溶性高分子を添加して反応させ、酸化チタン複合体粒子を得ることも可能である。あるいは、リガンド分子であるドーパミンと酸化チタン粒子およびジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有するノニオン性の水溶性高分子を同時に添加して分散させ、得られた分散液を反応することにより酸化チタン複合体粒子を得てもよい。
【００４１】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンが結合された酸化チタン粒子の分散液を得た後、該分散液にノニオン性の水溶性高分子を添加する前に、リガンド分子であるドーパミンと水溶性高分子とを結合するためのリンカーを添加して反応させ、リンカーをリガンド分子であるドーパミンに結合させることも可能である。このリンカーはジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有する、ポリオールおよびポリアミン以外の化合物であり、その具体例は前述した通りである。
【００４２】
本発明の好ましい態様によれば、上記各好適態様において、酸化チタン複合体粒子と未結合親水性高分子とを分離し酸化チタン複合体粒子を精製するのが好ましい。
【００４３】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子の分散液を乾燥状態にした、酸化チタン複合体粒子の乾燥体を得るために、真空乾燥および凍結乾燥等の一般的な乾燥方法を用いることが可能である。このようにして得られた酸化チタン複合体粒子の乾燥体は適当な溶媒を添加することで、溶媒に分散されて分散液の形態とされてなるのが好ましい。
【実施例】
【００４４】
例１：酸化チタンゾルの作製
チタンテトライソプロポキシド３．６ｇとイソプロパノール３．６ｇを混合し、氷冷下で６０ｍｌの超純水に滴下して加水分解を行った。滴下後に室温で３０分間撹拌した。攪拌後、１２Ｎ硝酸１ｍｌを滴下して８０℃で８時間攪拌を行い、ペプチゼーションした。ペプチゼーション終了後０．４５μｍのフィルターで濾過し、さらにバッファー交換用自然落下型カラムＰＤ−１０（ＧＥヘルスケアバイオサイエンス製）を用いて溶液交換して固形成分１％の酸性酸化チタンゾルを調製した。この酸性酸化チタンゾルを１００ｍｌ容のバイアル瓶に入れ、超音波発生器ＭＩＤＳＯＮＩＣ２００（カイジョー製）を用いて２００ｋＨｚで３０分間超音波処理を行った。超音波処理を行った後の平均分散粒経を動的光散乱法により測定した。この測定は、超音波処理を行った後の酸性酸化チタンゾルを１２Ｎの硝酸で１０００倍に希釈した後、分散液０．１ｍｌを石英測定セルに仕込み、ゼータサイザーナノＺＳ（マルバーンインスツルメント社製）を用いて、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて行った。その結果、分散粒径は３８．４ｎｍであった。蒸発皿を用いて、５０℃下で酸性酸化チタンゾル溶液の濃縮を行い、最終的に固形成分２０％の酸性酸化チタンゾルを調製した。
【００４５】
例２：酸化チタン粒子へのドーパミン結合ポリエチレングリコールの導入
ポリオキシエチレン−モノアリル−モノメチルエーテルと無水マレイン酸の共重合体（平均分子量１５０００；ＡＭ１５１０Ｋ−日本油脂製）０．５ｇに超純水４．５ｍｌを添加しポリエチレングリコール溶液とした。次に、超純水を用いて１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ；同仁化学製）を濃度４００ｍＭになるよう調製し、ＥＤＣ溶液とした。ポリエチレングリコール溶液１ｍｌに超純水０．２５ｍｌと０．７５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液０．１ｍｌ、およびＥＤＣ溶液０．５ｍｌを混合調製した。調製した溶液にドーパミン塩酸塩（分子量Ｍｎ＝１５３．１７８：和光純薬工業製）を濃度１５ｍＭになるよう混合して２ｍｌの溶液を得た。この溶液を４０℃にて２時間振とう撹拌して反応させた。反応後、得られた溶液を透析膜であるスペクトラ／ポア ＣＥ 透析用チューブ（分画分子量＝３５００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に移して超純水４ｌに対して室温にて２４時間で透析を行った。透析後にすべてナスフラスコに移し替えて一晩凍結乾燥し、得られた粉末に４ｍｌのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：和光純薬工業）を添加して混合し、ドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液とした。
【００４６】
次にＤＭＦを用いてドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液が終濃度２０（ｖｏｌ／ｖｏｌ）％、実施例１で得られた酸性酸化チタンゾルが終濃度で固形成分０．２５％となるよう調製し、５ｍｌの反応溶液とした。この反応溶液を水熱反応容器のＨＵ−５０（三愛科学製）に溶液を移し替え、１５０℃で６時間加熱反応を行った。反応終了後、反応容器温度が５０℃以下になるまで冷却し、エバポレータでＤＭＦを除去した後に、蒸留水１．２５ｍｌを添加して酸化チタン複合体粒子の分散液とした。この分散液を蒸留水で０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％水溶液に希釈して２４時間静置後、動的光散乱法による分散粒径およびゼータ電位の確認を、ゼータサイザーナノＺＳを用いて、ゼータ電位測定セルに酸化チタン複合体粒子の分散液０．７５ｍｌを仕込み、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて測定した。キュミュラント解析の結果、分散粒径は５７．３ｎｍ、ゼータ電位は３．４１ｍＶであった。
【００４７】
例３：酸化チタン粒子へのドーパミン結合ポリエチレングリコールの導入
ポリオキシエチレン−モノアリル−モノメチルエーテルと無水マレイン酸の共重合体（平均分子量３００００；ＡＭ２０９０Ｐ−日本油脂製）０．５ｇに超純水４．５ｍｌを添加しポリエチレングリコール溶液とした。次に、超純水を用いて１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ；同仁化学製）を濃度４００ｍＭになるよう調製し、ＥＤＣ溶液とした。ポリエチレングリコール溶液１ｍｌに超純水０．２５ｍｌと０．７５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液０．１ｍｌ、およびＥＤＣ溶液０．５ｍｌを混合調製した。調製した溶液にドーパミン塩酸塩（分子量Ｍｎ＝１５３．１７８：和光純薬工業製）を濃度１５ｍＭになるよう混合して２ｍｌの溶液を得た。この溶液を４０℃にて２時間振とう撹拌して反応させた。反応後、得られた溶液を透析膜であるスペクトラ／ポア ＣＥ 透析用チューブ（分画分子量＝３５００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に移して超純水４ｌに対して室温にて２４時間で透析を行った。透析後にすべてナスフラスコに移し替えて一晩凍結乾燥し、得られた粉末に４ｍｌのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：和光純薬工業）を添加して混合し、ドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液とした。
【００４８】
次にＤＭＦを用いてドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液が終濃度２０（ｖｏｌ／ｖｏｌ）％、実施例１で得られた酸性酸化チタンゾルが終濃度で固形成分０．２５％となるよう調製し、５ｍｌの反応溶液とした。この反応溶液を水熱反応容器のＨＵ−５０（三愛科学製）に溶液を移し替え、１５０℃で６時間加熱反応を行った。反応終了後、反応容器温度が５０℃以下になるまで冷却し、エバポレータでＤＭＦを除去した後に、蒸留水１．２５ｍｌを添加して酸化チタン複合体粒子の分散液とした。この分散液を蒸留水で０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％水溶液に希釈して２４時間静置後、動的光散乱法による分散粒径およびゼータ電位の確認を、ゼータサイザーナノＺＳを用いて、ゼータ電位測定セルに酸化チタン複合体粒子の分散液０．７５ｍｌを仕込み、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて測定した。キュミュラント解析の結果、分散粒径は６０．３ｎｍ、ゼータ電位は３．０５ｍＶであった。
【００４９】
例４：酸化チタン粒子へのドーパミン結合ポリエチレングリコールの導入
２，４−ｂｉｓ（Ｏ−ｍｅｔｈｏｘｙｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ）−６−ｃｈｌｏｒｏ−ｓ−ｔｒｉａｚｉｎｅ（平均分子量１００００；ＰＥＧ２−生化学工業製）０．５ｇに超純水４．５ｍｌを添加しポリエチレングリコール溶液とした。ポリエチレングリコール溶液４ｍｌに５０ｍＭの２−［４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジニル］エタンスルホン酸緩衝液（ｐＨ７．０）２ｍｌとドーパミン塩酸塩（分子量Ｍｎ＝１５３．１７８：和光純薬工業製）を濃度２．５ｍＭになるよう混合して８ｍｌの溶液を得た。この溶液を室温にて２４時間振とう撹拌して反応させた。反応後、得られた溶液を透析膜であるスペクトラ／ポア ＣＥ 透析用チューブ（分画分子量＝３５００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に移して超純水４ｌに対して室温にて２４時間で透析を行った。透析後にすべてナスフラスコに移し替えて一晩凍結乾燥し、得られた粉末に４ｍｌのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：和光純薬工業）を添加して混合し、ドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液とした。
【００５０】
次にＤＭＦを用いてドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液が終濃度４０（ｖｏｌ／ｖｏｌ）％、実施例１で得られた酸性酸化チタンゾルが終濃度で固形成分０．２５％となるよう調製し、５ｍｌの反応溶液とした。この反応溶液を水熱反応容器のＨＵ−５０（三愛科学製）に溶液を移し替え、１５０℃で６時間加熱反応を行った。反応終了後、反応容器温度が５０℃以下になるまで冷却し、エバポレータでＤＭＦを除去した後に、蒸留水１．２５ｍｌを添加して酸化チタン複合体粒子の分散液とした。この分散液を蒸留水で０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％水溶液に希釈して２４時間静置後、動的光散乱法による分散粒径およびゼータ電位の確認を、ゼータサイザーナノＺＳを用いて、ゼータ電位測定セルに酸化チタン複合体粒子の分散液０．７５ｍｌを仕込み、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて測定した。キュミュラント解析の結果、分散粒径は１２３ｎｍ、ゼータ電位は１３．１ｍＶであった。
【００５１】
例５：酸化チタン複合体粒子の塩強度安定性の評価
０．０１〜０．５Ｍの異なる塩化ナトリウムを含む水溶液に例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように添加し、１時間室温にて静置した。その後、ゼータサイザーナノＺＳにて実施例１と同様に平均分散粒径の測定を行った。その結果、系中の塩濃度が０．０１から０．２５Ｍの間はほとんど平均分散粒径の変化は認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５２】
例６：酸化チタン複合体粒子のｐＨ安定性の評価
下記の通り５０ｍＭの異なるｐＨを持つ緩衝液を作成し、終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように、例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を添加し、１時間室温にて静置した。
・ｐＨ５：酢酸緩衝液
・ｐＨ６：２−モルフォリノエタンスルホン酸緩衝液
・ｐＨ７およびｐＨ８：２−［４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジニル］エタンスルホン酸緩衝液
・ｐＨ９：ホウ酸緩衝液
その後、ゼータサイザーナノＺＳにて例２と同様に平均分散粒径の測定を行った。その結果ｐＨが５から９の間で粒径の変化はほとんど認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５３】
例７：酸化チタン複合体粒子のリン酸緩衝生理食塩水中での分散安定性の評価
リン酸緩衝生理食塩水に対して、例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように添加し、１日、２日、３日、７日および１４日間室温にて静置した。その後、ゼータサイザーナノＺＳにて例２と同様に平均分散粒径の測定を行った。結果を図２に示す。図２に示されるように、１４日間静置後において、酸化チタン複合体粒子の粒径の変化はほとんど認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５４】
例８：酸化チタン複合体粒子のタンパク質溶液中での分散安定性の評価
１０％血清を含むＲＰＭＩ１６４０培地（ＧＩＢＣＯ製）に対して、例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように添加し、１日、２日、３日、７日および１４日間室温にて静置した。その後、ゼータサイザーナノＺＳにて例２と同様に平均分散粒径の測定を行った。結果を図３に示す。図３に示されるように、１４日間静置後において、酸化チタン複合体粒子の粒径の変化はほとんど認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５５】
例９：酸化チタン複合体粒子の光触媒活性の評価
例２で得られた酸化チタン複合体粒子を固形成分が０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になる様にリン酸緩衝生理食塩水で希釈した。メチレンブルー三水和物（和光純薬製）を５μＭになる様に先に調製した酸化チタン複合体粒子を含むリン酸緩衝生理食塩水溶液に添加した。撹拌しながら、本溶液に波長３６５ｎｍの紫外光を２．２Ｊ／ｃｍ２および２．７Ｊ／ｃｍ２になるように照射し、６６０ｎｍにおける波長の吸収を紫外−可視光分光光度計により測定した。結果を表１に示す。表１に示されるように、紫外線を照射しないサンプルのメチレンブルー濃度に対する各紫外線照射したサンプルのチレンブルー濃度の割合を分解率をとして算出した場合、各紫外線照射したサンプルは分解率の増加が認められた。このことから、酸化チタン複合体粒子が光触媒活性を保持していることは明らかである。
【００５６】
【表１】
【００５７】
例１０：酸化チタン複合体粒子の乾燥体
例２で得られた酸化チタン複合体粒子の分散液を固形成分が１（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように超純水で調製した。この溶液０．５ｍＬを容器に移し、−８０℃で４時間凍結した。その後、凍結乾燥機によって減圧下で凍結乾燥を４時間行った。その結果、酸化チタン複合体粒子の乾燥体を得ることができた。また、この酸化チタン複合体粒子の乾燥体に、超純水を０．５ｍＬ加えて２８ｋＨｚの超音波処理を１０分間したところ、再び酸化チタン複合体粒子の分散液となった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の酸化チタン複合体粒子の一例を示す図であり、１は酸化チタン粒子を、２はノニオン性の水溶性高分子を示す。
【図２】例７において測定された、例２で得られた酸化チタン複合体粒子のリン酸緩衝生理食塩水中での平均分散粒径と、経時変化との関係を示す図である。
【図３】例８において測定された、例２で得られた酸化チタン複合体粒子のタンパク質溶液中での平均粒径と、経時変化との関係を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、酸化チタン粒子の表面を水溶性高分子で修飾した酸化チタン複合体粒子、その分散液、およびそれらの製造方法に関するものである。この酸化チタン複合体粒子は、超音波や紫外線等の照射を受けて細胞毒となることができるため、癌細胞等の細胞を殺傷する殺細胞剤、あるいは患部に超音波を照射することにより行われる超音波癌治療を促進するための超音波癌治療促進剤として利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
酸化チタンはｐＨ６前後に等電点を有すると言われている。このため、酸化チタン粒子は中性付近の水系溶媒中では凝集を生じてしまい、これを均一に分散させることは極めて難しい。そのため、酸化チタン粒子を水系の分散媒に均一に分散させるため、今まで種々の試みがなされてきた。
【０００３】
ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）を分散剤として添加して、分散媒中における酸化チタン粒子の分散性を向上させることが知られている（特許文献１（特開平２−３０７５２４号公報）および特許文献２（特開２００２−６０６５１号公報）参照）。
【０００４】
一方、近年、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）に用いる担体として、極めて高い分散性の金属微粒子や半導体微粒子が求められている。このような目的のために、微粒子にＰＥＧを結合させる手法も知られている。例えば、金属微粒子あるいは半導体微粒子にチオール基を介してＰＥＧを結合させることが知られている（特許文献３（特開２００３−８０９０３号公報）および特許文献４（特開２００４−３００２５３号公報）参照）。また、金属微粒子、金属酸化物微粒子、あるいは半導体微粒子にメルカプト基または３官能のシラノール基を介してＰＥＧを結合させることも知られている（特許文献５（特開２００１−２０００５０号公報）。しかしながら、これらの技術は、酸化チタン粒子への応用には適さない。これは、チオール基やメルカプト基は酸化チタンに安定に結合することができず、また、３官能のシラノール基にあっては相互に三次元的に縮合重合して重合物で酸化チタン粒子の表面を覆い尽くしてしまい酸化チタンの触媒活性を低下させてしまうおそれがあるためである。
【０００５】
また、酸化チタン微粒子に、ポリアクリル酸等の親水性高分子を、カルボキシル基を介してエステル結合させた、表面改質酸化チタン微粒子も知られている（特許文献６（ＷＯ２００４／０８７５７７）参照）。この技術は、ポリアクリル酸等といったアニオン性ポリマーの使用を念頭としたものである。
【０００６】
さらに、２〜３ｍｍ粒度の酸化チタンに３５ないし４２ｋＨｚの超音波照射を行い、ヒドロキシラジカルを発生させることにより有機物を分解させる技術も提案されている（例えば、特許文献７（特開２００３−２６４０６号公報）参照）。
【０００７】
ところで、ＴｉＯ２等の金属酸化物の表面にエンジオールリガンドを結合させて、ナノ粒子の光学特性を変える技術が知られているが（例えば、非特許文献１（T.Rajh, et al., J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10543-10552）参照）、この技術はポリマーを金属酸化物に結合させる技術ではない。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−３０７５２４号公報
【特許文献２】特開２００２−６０６５１号公報
【特許文献３】特開２００３−８０９０３号公報
【特許文献４】特開２００４−３００２５３号公報
【特許文献５】特開２００１−２０００５０号公報
【特許文献６】ＷＯ２００４／０８７５７７
【特許文献７】特開２００３−２６４０６号公報
【非特許文献１】T.Rajh, et al., J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10543-10552
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる、酸化チタン複合体粒子およびその分散体の提供をその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、今般、酸化チタン粒子の表面にリガンド分子を含んでなり、さらに該リガンド分子を介して該酸化チタン粒子の表面にノニオン性の水溶性高分子が結合されてなり、該リガンド分子はドーパミンであることにより、酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できるとの知見を得た。
【００１１】
したがって、本発明は、酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる、酸化チタン複合体粒子およびその分散体の提供をその目的としている。すなわち、本発明の酸化チタン複合体粒子によれば、殺対象が癌細胞の場合にあっては、超音波や紫外線による癌の治療効果を著しく向上することができる。そのため、本発明の酸化チタン複合体粒子は、患部に超音波を照射することにより行われる超音波癌治療を促進するための超音波癌治療促進剤としても利用可能である。
【００１２】
そして、本発明による酸化チタン複合体粒子は、
酸化チタン粒子と、リガンド分子と、ノニオン性の水溶性高分子とを含み、
前記酸化チタン粒子の表面に、前記リガンド分子を介してノニオン性の水溶性高分子が結合されてなる酸化チタン複合体粒子であって、前記リガンド分子はドーパミンであること
を特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明による分散液は、上記酸化チタン複合体粒子と、該粒子が分散される溶媒とを含んでなるものである。
【００１４】
さらに、本発明の酸化チタン複合体粒子の製造方法は、
非プロトン系溶媒中に、酸化チタン粒子と、ドーパミンで修飾されたノニオン性の水溶性高分子とを分散させ、
得られた分散液を８０〜２２０℃で加熱して、酸化チタン複合体粒子を得ること
を含んでなる。
【００１５】
さらに、本発明による酸化チタン複合体粒子は、
該酸化チタン複合体粒子の分散液を乾燥した、酸化チタン複合体粒子の乾燥体
を含んでなるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来なされていなかった、酸化チタン粒子の超音波や紫外線により励起される触媒活性を十分に発揮させながら、その血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる、酸化チタン複合体粒子およびその分散体の提供をできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
酸化チタン複合体粒子およびその分散体
本発明による酸化チタン複合体粒子は、酸化チタン粒子と、ノニオン性の水溶性高分子とを含む。図１に、酸化チタン複合体粒子の一例を示す。図１に示されるように、酸化チタン複合体粒子は、酸化チタン粒子１の表面にノニオン性の水溶性高分子２が結合されたものである。酸化チタン粒子１と水溶性高分子２との結合は、リガンド分子であるドーパミンを介して形成される。ドーパミンはジオール基およびアミノ基を有する。すなわち、これらの官能基は酸化チタンとの間で強固な結合を形成するため、酸化チタン粒子の高い触媒活性にかかわらず水溶性高分子の結合を保持することが可能である。なお、本発明における結合形態は、血中滞留性確保の観点から、体内への投与後２４〜７２時間後に分散性が確保されている程度の結合形態であればよい。もっとも、生理条件での分散安定性に優れ、かつ超音波や紫外線照射後もポリマーの遊離がなく正常細胞へのダメージが少ない点で、共有結合であるのが望ましい。
【００１８】
リガンド分子であるドーパミンは、３官能シラノール基のような相互に三次元的に縮合重合して重合物で酸化チタン粒子の表面を覆い尽くしてしまう官能基とは異なり、官能基同士で重合することがないため、図１に示されるように酸化チタン粒子の表面に剥き出しの部分を多く確保することができると考えられる。その結果、表面が重合体で覆われることによって起こりうる失活を抑制しつつ、酸化チタン粒子の触媒活性を十分に発揮させることができる。
【００１９】
そして、酸化チタン粒子の表面に結合した水溶性高分子はノニオン性であるため、電荷を帯びることなく、酸化チタン粒子の分散が困難とされる中性付近の水系溶媒中であっても、水和により酸化チタン複合体粒子を高度に分散させることができる。また、水溶性高分子は無電荷であるため、血中タンパク質が静電気的に吸着しにくくなるので、細網内皮系への取り込み、腎排泄、肝臓取り込み等を回避しやすくなり、目的部位（腫瘍）に到達できるに足る血中滞留性を確保することができる。しかも、無電荷の水溶性高分子を用いることで、癌細胞表面に高密度に到達しやすく、癌細胞への集積性にも優れる。したがって、本発明の酸化チタン複合体粒子は、高い分散性および高い血中滞留性を維持しながら生体内を運搬させて、癌細胞に効率良く集積させることができる。このため、本発明の酸化チタン複合体粒子は、点滴等を介した全身投与に適しており、表層から深部に至るまで、広範囲の癌治療に特に適する。
【００２０】
本発明に用いる水溶性高分子は、ノニオン性を有する水溶性高分子であれば限定されないが、好ましくは水酸基および／またはポリオキシアルキレン基を有する高分子が挙げられる。そのような水溶性高分子の好ましい例としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、デキストランあるいはそれらを含有するコポリマーが挙げられ、より好ましくはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）およびデキストランであり、さらに好ましくはポリエチレングリコールである。水溶性高分子の好ましい重合度は、３４〜５００であり、より好ましくは３４〜５０である。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、ポリエチレングリコールとドーパミンの分子量比が１５０００：２０〜４０００００：２０であるのが好ましく、より好ましくは１５０００：２０〜４００００：２０であり、ポリエチレングリコールの分子量は１５００〜４００００であるのが好ましく、より好ましくは１５００〜４０００である。ここで、ポリエチレングリコールの分子量とは数平均分子量であって、サイズ排除クロマトグラフィによって標準のポリエチレングリコールと比較して求めた値である。
【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンと水溶性高分子とを結合するリンカーとして、ジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有する、ポリオールおよびポリアミン以外の化合物をさらに含んでなるのが好ましい。すなわち、リガンド分子であるドーパミンに含まれるジオール基またはアミノ基にリンカーを結合させ、このリンカーに水溶性高分子を結合させることも可能である。このリンカーは、例えば生体分子同士を異なる官能基同士で結合する際に用いられるヘテロバイファンクショナルなクロスリンカーなどが考えられる。リンカーの具体例としては、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド、Ｎ−［α−マレイミドアセトキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−［β−マレイミドプロピルオキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−β−マレイミドプロピオン酸、Ｎ−［β−マレイミドプロピオン酸］ヒドラジド・ＴＦＡ、１−エチル−３−［３−ジメチルアミノプロピル］カルボジイミドヒドロクロリド、Ｎ−ε−マレイミドカプロン酸、Ｎ−［ε−マレイミドカプロン酸］ヒドラジド、Ｎ−［ε−マレイミドカプロイルオキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−［γ−マレイミドブチリルオキシ］スクシンイミドエステル、Ｎ−κ−マレイミドウンデカン酸、Ｎ−［κ−マレイミドウンデカン酸］ヒドラジド、スクシンイミジル−４−［Ｎ−マレイミドメチル］−シクロヘキサン−１−カルボキシ−［６−アミドカプロエート］、スクシンイミジル６−［３−（２−ピリジルジチオ）−プロピオンアミド］ヘキサノエート、ｍ−マレイミドベンゾイル−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル、４−［４−Ｎ−マレイミドフェニル］酪酸ヒドラジド・ＨＣｌ、３−［２−ピリジルジチオ］プロピオニルヒドラジド、Ｎ−［ｐ−マレイミドフェニル］イソシアネート、Ｎ−スクシンイミジル［４−アジドフェニル］−１，３‘−ジチオプロピオネート、Ｎ−スクシンイミジル Ｓ−アセチルチオアセテート、Ｎ−スクシンイミジルＳ−アセチルチオプロピオネート、スクシンイミジル ３−［ブロモアセトアミド］プロピオネート、Ｎ−スクシンイミジル ヨードアセテート、Ｎ−スクシンイミジル［４−イオドアセチル］アミノベンゾエート、スクシンイミジル４−［Ｎ−マレイミドメチル］−シクロヘキサン−１−カルボキシレート、スクシンイミジル４−［ｐ−マレイミドフェニル］ブチレート、スクシンイミジル６−［（β−マレイミドプロピオンアミド）ヘキサノネート］、４−スクシンイミジルオキシカルボニル−メチル−α［２−ピリジルジチオ］トルエン、Ｎ−スクシンイミジル３−［２−ピリジルジチオ］プロピオネート、Ｎ−［ε−マレイミドカプロイルオキシ］スルホスクシンイミドエステル、Ｎ−［γ−マレイミドブチリルオキシ］スルホスクシンイミドエステル、Ｎ−［κ−マレイミドウンデカノイルオキシ］−スルホスクシンイミドエステル、スルホスクシンイミジル−６−［α−メチル−α−（２−ピリジルジチオ）トルアミド］ヘキサノネート、スルホスクシンイミジル６−［３’−（２−ピリジルチチオ）−プロピオンアミド］ヘキサノネート、ｍ−マレイミドベンゾイル−Ｎ−ヒドロキシスルホ−スクシンイミドエステル、スルホスクシンイミジル［４−ヨードアセチル］アミノベンゾエート、スルホスクシンイミジル４−［Ｎ−マレイミドメチル］−シクロヘキサン−１−カルボキシレート、スルホスクシンイミジル４−［ｐ−マレイミドフェニル］ブチレート，Ｎ−［ε−トリフルオロアセチルカプロイルオキシ］スクシンイミドエステル、クロロトリアジン、ジクロロトリアジン、トリクロロトリアジン等が挙げられる。また、リンカーはさらに他のリンカー同士が結合されるような複数種類のリンカーから構成されてもよい。
【００２３】
本発明の好ましい態様によれば、水溶性高分子に結合させておく官能基として、リンカーと結合可能でかつジオール基以外の官能基を結合させておき、リンカーとの強固な結合を確保することもできる。そのような他の官能基の例としては、アミノ基、カルボキシル基、カルボハイドレイト基、スルフィド基、スクシンイミド基、マレイミド基、カルボジイミド基、およびヒドラジド基が挙げられる。
【００２４】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンの酸化チタンとの結合に関与していない官能基の残基に水溶性高分子を結合することができる。その結合形態は特に限定されない。上記残基への結合の好ましい例としては、スクシンイミド基を含むポリエチレングリコールとリガンド分子であるドーパミンのアミノ基を用いた結合が挙げられるが、それ以外にもアミノ基、カルボキシル基、カルボハイドレイト基、スルフィド基、スクシンイミド基、マレイミド基、カルボジイミド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基およびヒドラジド基等の反応性官能基を用いた結合も挙げられる。なお、リガンド分子と水溶性高分子とは、リンカーによって間接的に結合されてもよい。
【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンの酸化チタンとの結合に関与していない残基（ジオール基およびアミノ基）および／または水溶性高分子のリガンド分子との結合に関与していない残基に、生体由来高分子が結合されるのが好ましい。例えば、酸化チタン複合体粒子に抗体等の生体素子を付与すれば、癌細胞へのターゲッティング性能をさらに高めることも可能である。そのような生体由来高分子の結合形態は特に限定されない。上記残基への結合の好ましい例としては、スクシンイミド基を含むポリエチレングリコールとリガンド分子のアミノ基を用いた結合が挙げられるが、それ以外にもアミノ基、カルボキシル基、カルボハイドレイト基、スルフィド基、スクシンイミド基、マレイミド基、カルボジイミド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基およびヒドラジド基等の反応性官能基を用いた結合も挙げられる。なお、リガンド分子と水溶性高分子とは、リンカーによって間接的に結合されてもよい。
【００２６】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン粒子が、アナターゼ型酸化チタンまたはルチル型酸化チタンであるのが好ましい。紫外線や超音波の照射による触媒活性を利用する場合にはアナターゼ型酸化チタンが好ましく、高い屈折率等の性質を利用する場合にはルチル型酸化チタンが好ましい。
【００２７】
本発明の好ましい態様によれば、本発明に用いる酸化チタン複合体粒子は２０〜２００ｎｍの粒子径を有し、より好ましくは５０〜２００ｎｍであり、さらに好ましくは５０〜１５０ｎｍである。この粒径範囲であると、癌腫瘍への到達を目的として患者の体内に投与されると、ドラッグデリバリーシステムのように、ＥＰＲ効果により癌組織に効率的に到達して集積される。そして、上述の通り、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの超音波や紫外線の照射によりラジカル種の特異的生成が起こる。したがって、超音波や紫外線の照射により高い効率で癌組織を殺傷することができる。
【００２８】
本発明の別の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が５０ｎｍ未満（例えば数ｎｍ）の粒子径を有する場合、見かけ上のサイズを大きくしてＥＰＲ効果を得ることもできる。すなわち、５０〜１５０ｎｍの粒子径を有する二次粒子の形態を有するように半導体粒子同士を多官能リンカーで連結する等の方法にて結合されることで、ＥＰＲ効果により高い癌治療効果を実現することができる。本発明のさらに別の好ましい態様によれば、ＥＰＲ効果を利用するため、リポソームのような薬剤封入体の中に、酸化チタン複合体粒子を包摂させることもできる。
【００２９】
本発明において半導体粒子の粒子径は、動的光散乱法により測定することができる。具体的には、粒径分布測定装置（ゼータサイザーナノＺＳ、マルバーンインスツルメント社製）を用いて、キュミュラント解析で得られるＺ−ａｖｅｒａｇｅ ｓｉｚｅで示される値として得ることができる。
【００３０】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が、−２０〜＋２０ｍＶのゼータ電位を有するのが好ましく、より好ましくは−１０〜＋１０ｍＶであり、さらに好ましくは−５〜＋５ｍＶであり、最も好ましくは−３〜＋３ｍＶである。この範囲内であると、酸化チタン複合体粒子が全体として電荷を殆ど帯びないことになるので、ノニオン性の水溶性高分子の使用による、血中滞留性および癌細胞への集積性の向上効果を最大限発揮させることができる。
【００３１】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子単位重量あたりの、水溶性高分子の結合量が、０．３〜１．０ｇ／ｇであるのが好ましく、分散性の観点からより好ましくは０．３〜０．５ｇ／ｇである。この範囲内であると、酸化チタン複合体粒子の触媒活性を十分に発揮させながら、血中滞留性および癌細胞への集積性を向上できる。
【００３２】
本発明に使用可能な酸化チタン複合体粒子は、単一種類の酸化チタン複合体粒子のみならず、複数種類の半導体粒子の混合物あるいは複合物も包含する。具体例としては、酸化チタン複合体粒子と酸化鉄ナノ粒子との複合物、酸化チタン複合体粒子と白金との複合物、およびシリカ被覆された酸化チタン等が挙げられる。
【００３３】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が、溶媒に分散されて分散液の形態とされてなるのが好ましい。これにより、酸化チタン複合体粒子を、点滴、注射、塗布等の種々の方法により、患者の体内に効率的に投与することができる。分散液の液性は限定されず、ｐＨ３〜１０の広範囲にわたって高い分散性を実現可能である。なお、体内投与における安全性の観点から、分散液は、ｐＨ５〜９であるのが好ましく、より好ましくは５〜８、特に中性の液性を有するのが好ましい。また、本発明の好ましい態様によれば、溶媒は水系溶媒であるのが好ましく、さらに好ましくはｐＨ緩衝液または生理食塩水である。水系溶媒の好ましい塩濃度は２Ｍ以下であり、体内投与における安全性の観点から２００ｍＭ以下がより好ましい。酸化チタン複合体粒子は分散体に対して、０．００１〜１質量％以下含有されることが好ましく、より好ましくは０．００１〜０．１質量％である。この範囲内であれば、投与後、２４〜７２時間後に患部（腫瘍）に効果的に粒子を集積させることが可能となる。すなわち、患部（腫瘍）に粒子濃度が集積しやすくなるとともに、血中での粒子の分散性も確保されて凝集隗が形成しにくくなるため、投与後に血管の閉塞などの二次的弊害を招くおそれもない。
【００３４】
本発明の酸化チタン複合体粒子は、点滴、注射、塗布等の種々の方法により、患者の体内に投与することができる。特に静脈または皮下による投与経路で用いられることが、粒子の大きさによるＥＰＲ効果と、血中の滞留性を利用して、所謂ＤＤＳ的な治療により、患者の負担を軽減する観点から好ましい。そして、体内に投与された酸化チタン複合体粒子は、ドラッグデリバリーシステムのように、癌組織に到達して集積される。
【００３５】
本発明の酸化チタン複合体粒子は、超音波あるいは紫外線の照射を受け、該照射により細胞毒となることができる。この酸化チタン複合体粒子は、体内に投与され、超音波照射を受け、該照射により細胞毒となることで、細胞を殺傷することができるが、体内に限らず、試験管内においても殺対象である細胞を殺傷することができる。本発明において、殺対象は特に限定されないが、癌細胞であるのが好ましい。すなわち、本発明による酸化チタン複合体粒子によれば、超音波や紫外線の照射により活性化して癌細胞を殺傷することができる。また、酸化チタン複合体粒子は、フラーレンや色素等の光増感剤ではないため、患者に投与後の治療段階において光過敏症の問題を生じることがなく、安全性が極めて高い。
【００３６】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子が集積された癌組織に超音波処理が行われる。使用する超音波の周波数は、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚが好ましく、より好ましくは６００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、さらに好ましくは１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚである。超音波の照射時間は治療対象である癌組織の位置および大きさを考慮して適宜決定されるべきであり、特に限定されない。こうして、患者の癌組織を超音波により高い効率で殺傷して、高い癌治療効果を実現することができる。超音波は生体内の深部に外部より到達させることが可能で、本発明の酸化チタン複合体粒子と併せて用いることにより、非侵襲の状態で生体内深部に存在するような患部やターゲット部位の治療が実現できる。さらに、患部やターゲット部位に本発明の酸化チタン複合体粒子が集積することにより、周辺の正常細胞に悪影響を及ぼさない程度の微弱な超音波で本発明の酸化チタン複合体粒子を集積させた局所のみに作用させることができる。
【００３７】
ところで、これらの半導体粒子が超音波の照射により活性化して細胞を殺傷する効果は、超音波照射によりラジカル種を生成させることにより得ることができる。すなわち、これらの半導体粒子が与える生物的殺傷効果はラジカル種の質的・量的な増加にあると考えられる。その理由は以下の通り推察されるが、以下の理由はあくまで仮説であって、本発明は何ら下記説明に限定されるものではない。すなわち、超音波照射のみでは系中には過酸化水素とヒドロキシルラジカルが発生するが、本発明者らの知見によれば、酸化チタンなどの半導体粒子の存在下では、過酸化水素およびヒドロキシルラジカルの生成が促進される。また、これら半導体粒子の存在下、特に酸化チタンの存在下では、スーパーオキサイドアニオンと一重項酸素の生成が促進されるように見受けられる。これらラジカル種の特異的生成は、ナノメートルオーダーの微粒子を用いた場合、超音波照射時の周波数が４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲、好ましくは６００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲、より好ましくは１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲で顕著に観察される現象であると考えられる。
【００３８】
製造方法
本発明の製造方法によれば、本発明の酸化チタン複合体粒子は、リガンド分子であるドーパミンで修飾されたノニオン性の水溶性高分子を酸化チタン粒子に結合させることにより、製造することができる。この方法による酸化チタン複合体粒子の製造は、例えば、非プロトン系溶媒中に、酸化チタン粒子と、リガンド分子であるドーパミンで修飾されたノニオン性水溶性高分子とを分散させ、得られた分散液を８０〜２２０℃で、例えば１〜１６時間、加熱することにより行うことができる。
【００３９】
上述の態様において、溶媒として、非プロトン系溶媒が用いられている。これは、プロトン系溶媒を使用した場合には、例えば脱水によるエステル結合の形成等の結合反応時に反応を阻害し、高い分散性の実現が困難になるおそれがあるためである。なお、好ましい非プロトン系溶媒の例としては、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、およびジメチルスルホキシドが挙げられる。
【００４０】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンが結合された酸化チタン粒子の分散液を得た後、該分散液にジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有するノニオン性の水溶性高分子を添加して反応させ、酸化チタン複合体粒子を得ることも可能である。あるいは、リガンド分子であるドーパミンと酸化チタン粒子およびジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有するノニオン性の水溶性高分子を同時に添加して分散させ、得られた分散液を反応することにより酸化チタン複合体粒子を得てもよい。
【００４１】
本発明の好ましい態様によれば、リガンド分子であるドーパミンが結合された酸化チタン粒子の分散液を得た後、該分散液にノニオン性の水溶性高分子を添加する前に、リガンド分子であるドーパミンと水溶性高分子とを結合するためのリンカーを添加して反応させ、リンカーをリガンド分子であるドーパミンに結合させることも可能である。このリンカーはジオール基およびアミノ基から選択される少なくとも１種の官能基と化学結合を形成する官能基を有する、ポリオールおよびポリアミン以外の化合物であり、その具体例は前述した通りである。
【００４２】
本発明の好ましい態様によれば、上記各好適態様において、酸化チタン複合体粒子と未結合親水性高分子とを分離し酸化チタン複合体粒子を精製するのが好ましい。
【００４３】
本発明の好ましい態様によれば、酸化チタン複合体粒子の分散液を乾燥状態にした、酸化チタン複合体粒子の乾燥体を得るために、真空乾燥および凍結乾燥等の一般的な乾燥方法を用いることが可能である。このようにして得られた酸化チタン複合体粒子の乾燥体は適当な溶媒を添加することで、溶媒に分散されて分散液の形態とされてなるのが好ましい。
【実施例】
【００４４】
例１：酸化チタンゾルの作製
チタンテトライソプロポキシド３．６ｇとイソプロパノール３．６ｇを混合し、氷冷下で６０ｍｌの超純水に滴下して加水分解を行った。滴下後に室温で３０分間撹拌した。攪拌後、１２Ｎ硝酸１ｍｌを滴下して８０℃で８時間攪拌を行い、ペプチゼーションした。ペプチゼーション終了後０．４５μｍのフィルターで濾過し、さらにバッファー交換用自然落下型カラムＰＤ−１０（ＧＥヘルスケアバイオサイエンス製）を用いて溶液交換して固形成分１％の酸性酸化チタンゾルを調製した。この酸性酸化チタンゾルを１００ｍｌ容のバイアル瓶に入れ、超音波発生器ＭＩＤＳＯＮＩＣ２００（カイジョー製）を用いて２００ｋＨｚで３０分間超音波処理を行った。超音波処理を行った後の平均分散粒経を動的光散乱法により測定した。この測定は、超音波処理を行った後の酸性酸化チタンゾルを１２Ｎの硝酸で１０００倍に希釈した後、分散液０．１ｍｌを石英測定セルに仕込み、ゼータサイザーナノＺＳ（マルバーンインスツルメント社製）を用いて、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて行った。その結果、分散粒径は３８．４ｎｍであった。蒸発皿を用いて、５０℃下で酸性酸化チタンゾル溶液の濃縮を行い、最終的に固形成分２０％の酸性酸化チタンゾルを調製した。
【００４５】
例２：酸化チタン粒子へのドーパミン結合ポリエチレングリコールの導入
ポリオキシエチレン−モノアリル−モノメチルエーテルと無水マレイン酸の共重合体（平均分子量１５０００；ＡＭ１５１０Ｋ−日本油脂製）０．５ｇに超純水４．５ｍｌを添加しポリエチレングリコール溶液とした。次に、超純水を用いて１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ；同仁化学製）を濃度４００ｍＭになるよう調製し、ＥＤＣ溶液とした。ポリエチレングリコール溶液１ｍｌに超純水０．２５ｍｌと０．７５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液０．１ｍｌ、およびＥＤＣ溶液０．５ｍｌを混合調製した。調製した溶液にドーパミン塩酸塩（分子量Ｍｎ＝１５３．１７８：和光純薬工業製）を濃度１５ｍＭになるよう混合して２ｍｌの溶液を得た。この溶液を４０℃にて２時間振とう撹拌して反応させた。反応後、得られた溶液を透析膜であるスペクトラ／ポア ＣＥ 透析用チューブ（分画分子量＝３５００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に移して超純水４ｌに対して室温にて２４時間で透析を行った。透析後にすべてナスフラスコに移し替えて一晩凍結乾燥し、得られた粉末に４ｍｌのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：和光純薬工業）を添加して混合し、ドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液とした。
【００４６】
次にＤＭＦを用いてドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液が終濃度２０（ｖｏｌ／ｖｏｌ）％、実施例１で得られた酸性酸化チタンゾルが終濃度で固形成分０．２５％となるよう調製し、５ｍｌの反応溶液とした。この反応溶液を水熱反応容器のＨＵ−５０（三愛科学製）に溶液を移し替え、１５０℃で６時間加熱反応を行った。反応終了後、反応容器温度が５０℃以下になるまで冷却し、エバポレータでＤＭＦを除去した後に、蒸留水１．２５ｍｌを添加して酸化チタン複合体粒子の分散液とした。この分散液を蒸留水で０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％水溶液に希釈して２４時間静置後、動的光散乱法による分散粒径およびゼータ電位の確認を、ゼータサイザーナノＺＳを用いて、ゼータ電位測定セルに酸化チタン複合体粒子の分散液０．７５ｍｌを仕込み、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて測定した。キュミュラント解析の結果、分散粒径は５７．３ｎｍ、ゼータ電位は３．４１ｍＶであった。
【００４７】
例３：酸化チタン粒子へのドーパミン結合ポリエチレングリコールの導入
ポリオキシエチレン−モノアリル−モノメチルエーテルと無水マレイン酸の共重合体（平均分子量３００００；ＡＭ２０９０Ｐ−日本油脂製）０．５ｇに超純水４．５ｍｌを添加しポリエチレングリコール溶液とした。次に、超純水を用いて１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ；同仁化学製）を濃度４００ｍＭになるよう調製し、ＥＤＣ溶液とした。ポリエチレングリコール溶液１ｍｌに超純水０．２５ｍｌと０．７５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液０．１ｍｌ、およびＥＤＣ溶液０．５ｍｌを混合調製した。調製した溶液にドーパミン塩酸塩（分子量Ｍｎ＝１５３．１７８：和光純薬工業製）を濃度１５ｍＭになるよう混合して２ｍｌの溶液を得た。この溶液を４０℃にて２時間振とう撹拌して反応させた。反応後、得られた溶液を透析膜であるスペクトラ／ポア ＣＥ 透析用チューブ（分画分子量＝３５００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に移して超純水４ｌに対して室温にて２４時間で透析を行った。透析後にすべてナスフラスコに移し替えて一晩凍結乾燥し、得られた粉末に４ｍｌのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：和光純薬工業）を添加して混合し、ドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液とした。
【００４８】
次にＤＭＦを用いてドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液が終濃度２０（ｖｏｌ／ｖｏｌ）％、実施例１で得られた酸性酸化チタンゾルが終濃度で固形成分０．２５％となるよう調製し、５ｍｌの反応溶液とした。この反応溶液を水熱反応容器のＨＵ−５０（三愛科学製）に溶液を移し替え、１５０℃で６時間加熱反応を行った。反応終了後、反応容器温度が５０℃以下になるまで冷却し、エバポレータでＤＭＦを除去した後に、蒸留水１．２５ｍｌを添加して酸化チタン複合体粒子の分散液とした。この分散液を蒸留水で０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％水溶液に希釈して２４時間静置後、動的光散乱法による分散粒径およびゼータ電位の確認を、ゼータサイザーナノＺＳを用いて、ゼータ電位測定セルに酸化チタン複合体粒子の分散液０．７５ｍｌを仕込み、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて測定した。キュミュラント解析の結果、分散粒径は６０．３ｎｍ、ゼータ電位は３．０５ｍＶであった。
【００４９】
例４：酸化チタン粒子へのドーパミン結合ポリエチレングリコールの導入
２，４−ｂｉｓ（Ｏ−ｍｅｔｈｏｘｙｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ）−６−ｃｈｌｏｒｏ−ｓ−ｔｒｉａｚｉｎｅ（平均分子量１００００；ＰＥＧ２−生化学工業製）０．５ｇに超純水４．５ｍｌを添加しポリエチレングリコール溶液とした。ポリエチレングリコール溶液４ｍｌに５０ｍＭの２−［４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジニル］エタンスルホン酸緩衝液（ｐＨ７．０）２ｍｌとドーパミン塩酸塩（分子量Ｍｎ＝１５３．１７８：和光純薬工業製）を濃度２．５ｍＭになるよう混合して８ｍｌの溶液を得た。この溶液を室温にて２４時間振とう撹拌して反応させた。反応後、得られた溶液を透析膜であるスペクトラ／ポア ＣＥ 透析用チューブ（分画分子量＝３５００、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に移して超純水４ｌに対して室温にて２４時間で透析を行った。透析後にすべてナスフラスコに移し替えて一晩凍結乾燥し、得られた粉末に４ｍｌのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：和光純薬工業）を添加して混合し、ドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液とした。
【００５０】
次にＤＭＦを用いてドーパミン結合ポリエチレングリコール溶液が終濃度４０（ｖｏｌ／ｖｏｌ）％、実施例１で得られた酸性酸化チタンゾルが終濃度で固形成分０．２５％となるよう調製し、５ｍｌの反応溶液とした。この反応溶液を水熱反応容器のＨＵ−５０（三愛科学製）に溶液を移し替え、１５０℃で６時間加熱反応を行った。反応終了後、反応容器温度が５０℃以下になるまで冷却し、エバポレータでＤＭＦを除去した後に、蒸留水１．２５ｍｌを添加して酸化チタン複合体粒子の分散液とした。この分散液を蒸留水で０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％水溶液に希釈して２４時間静置後、動的光散乱法による分散粒径およびゼータ電位の確認を、ゼータサイザーナノＺＳを用いて、ゼータ電位測定セルに酸化チタン複合体粒子の分散液０．７５ｍｌを仕込み、溶媒の各種パラメーターを水と同値に設定し、２５℃にて測定した。キュミュラント解析の結果、分散粒径は１２３ｎｍ、ゼータ電位は１３．１ｍＶであった。
【００５１】
例５：酸化チタン複合体粒子の塩強度安定性の評価
０．０１〜０．５Ｍの異なる塩化ナトリウムを含む水溶液に例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように添加し、１時間室温にて静置した。その後、ゼータサイザーナノＺＳにて実施例１と同様に平均分散粒径の測定を行った。その結果、系中の塩濃度が０．０１から０．２５Ｍの間はほとんど平均分散粒径の変化は認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５２】
例６：酸化チタン複合体粒子のｐＨ安定性の評価
下記の通り５０ｍＭの異なるｐＨを持つ緩衝液を作成し、終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように、例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を添加し、１時間室温にて静置した。
・ｐＨ５：酢酸緩衝液
・ｐＨ６：２−モルフォリノエタンスルホン酸緩衝液
・ｐＨ７およびｐＨ８：２−［４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジニル］エタンスルホン酸緩衝液
・ｐＨ９：ホウ酸緩衝液
その後、ゼータサイザーナノＺＳにて例２と同様に平均分散粒径の測定を行った。その結果ｐＨが５から９の間で粒径の変化はほとんど認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５３】
例７：酸化チタン複合体粒子のリン酸緩衝生理食塩水中での分散安定性の評価
リン酸緩衝生理食塩水に対して、例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように添加し、１日、２日、３日、７日および１４日間室温にて静置した。その後、ゼータサイザーナノＺＳにて例２と同様に平均分散粒径の測定を行った。結果を図２に示す。図２に示されるように、１４日間静置後において、酸化チタン複合体粒子の粒径の変化はほとんど認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５４】
例８：酸化チタン複合体粒子のタンパク質溶液中での分散安定性の評価
１０％血清を含むＲＰＭＩ１６４０培地（ＧＩＢＣＯ製）に対して、例２で得られた酸化チタン複合体粒子を含む分散液を終濃度０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように添加し、１日、２日、３日、７日および１４日間室温にて静置した。その後、ゼータサイザーナノＺＳにて例２と同様に平均分散粒径の測定を行った。結果を図３に示す。図３に示されるように、１４日間静置後において、酸化チタン複合体粒子の粒径の変化はほとんど認められず、安定した分散性を示すことが明らかになった。
【００５５】
例９：酸化チタン複合体粒子の光触媒活性の評価
例２で得られた酸化チタン複合体粒子を固形成分が０．０５（ｗｔ／ｖｏｌ）％になる様にリン酸緩衝生理食塩水で希釈した。メチレンブルー三水和物（和光純薬製）を５μＭになる様に先に調製した酸化チタン複合体粒子を含むリン酸緩衝生理食塩水溶液に添加した。撹拌しながら、本溶液に波長３６５ｎｍの紫外光を２．２Ｊ／ｃｍ２および２．７Ｊ／ｃｍ２になるように照射し、６６０ｎｍにおける波長の吸収を紫外−可視光分光光度計により測定した。結果を表１に示す。表１に示されるように、紫外線を照射しないサンプルのメチレンブルー濃度に対する各紫外線照射したサンプルのチレンブルー濃度の割合を分解率をとして算出した場合、各紫外線照射したサンプルは分解率の増加が認められた。このことから、酸化チタン複合体粒子が光触媒活性を保持していることは明らかである。
【００５６】
【表１】
【００５７】
例１０：酸化チタン複合体粒子の乾燥体
例２で得られた酸化チタン複合体粒子の分散液を固形成分が１（ｗｔ／ｖｏｌ）％になるように超純水で調製した。この溶液０．５ｍＬを容器に移し、−８０℃で４時間凍結した。その後、凍結乾燥機によって減圧下で凍結乾燥を４時間行った。その結果、酸化チタン複合体粒子の乾燥体を得ることができた。また、この酸化チタン複合体粒子の乾燥体に、超純水を０．５ｍＬ加えて２８ｋＨｚの超音波処理を１０分間したところ、再び酸化チタン複合体粒子の分散液となった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の酸化チタン複合体粒子の一例を示す図であり、１は酸化チタン粒子を、２はノニオン性の水溶性高分子を示す。
【図２】例７において測定された、例２で得られた酸化チタン複合体粒子のリン酸緩衝生理食塩水中での平均分散粒径と、経時変化との関係を示す図である。
【図３】例８において測定された、例２で得られた酸化チタン複合体粒子のタンパク質溶液中での平均粒径と、経時変化との関係を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタン粒子と、リガンド分子と、ノニオン性の水溶性高分子とを含み、
前記酸化チタン粒子の表面に、前記リガンド分子を介してノニオン性の水溶性高分子が結合されてなる酸化チタン複合体粒子であって、前記リガンド分子はドーパミンである、酸化チタン複合体粒子。
【請求項２】
前記水溶性高分子が、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、およびデキストランからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項３】
−２０〜＋２０ｍＶのゼータ電位を有する、請求項１または２に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項４】
２０〜２００ｎｍの粒子径を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項５】
超音波の照射を受け、該照射により細胞毒となる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子と、該粒子が分散される溶媒とを含んでなる、分散液。
【請求項７】
前記溶媒が、水系溶媒である、請求項６記載の分散液。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子の製造方法であって、
非プロトン系溶媒中に、酸化チタン粒子と、ドーパミンで修飾されたノニオン性の水溶性高分子とを分散させ、
得られた分散液を８０〜２２０℃で加熱して、酸化チタン複合体粒子を得ること
を含んでなる、方法。
【請求項９】
前記非プロトン系溶媒が、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、およびジメチルスルホキシドからなる群から選択される少なくとも１種である、請求８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項６または７に記載の分散液を乾燥にして成る、酸化チタン複合体粒子の乾燥体。
【請求項１】
酸化チタン粒子と、リガンド分子と、ノニオン性の水溶性高分子とを含み、
前記酸化チタン粒子の表面に、前記リガンド分子を介してノニオン性の水溶性高分子が結合されてなる酸化チタン複合体粒子であって、前記リガンド分子はドーパミンである、酸化チタン複合体粒子。
【請求項２】
前記水溶性高分子が、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、およびデキストランからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項３】
−２０〜＋２０ｍＶのゼータ電位を有する、請求項１または２に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項４】
２０〜２００ｎｍの粒子径を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項５】
超音波の照射を受け、該照射により細胞毒となる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子と、該粒子が分散される溶媒とを含んでなる、分散液。
【請求項７】
前記溶媒が、水系溶媒である、請求項６記載の分散液。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の酸化チタン複合体粒子の製造方法であって、
非プロトン系溶媒中に、酸化チタン粒子と、ドーパミンで修飾されたノニオン性の水溶性高分子とを分散させ、
得られた分散液を８０〜２２０℃で加熱して、酸化チタン複合体粒子を得ること
を含んでなる、方法。
【請求項９】
前記非プロトン系溶媒が、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、およびジメチルスルホキシドからなる群から選択される少なくとも１種である、請求８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項６または７に記載の分散液を乾燥にして成る、酸化チタン複合体粒子の乾燥体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−７３７８４（Ｐ２００９−７３７８４Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４５７０３（Ｐ２００７−２４５７０３）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]