(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物であって、前記ナノ粒子が、
（ａ）コポリマーミセルを含むカチオン性コア材料と、
（ｂ）シリカを含むシェル材料と
を含む、組成物。
【請求項２】
前記コポリマーミセルが、部分的または完全に４級化されたコポリマーミセルである、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記コポリマーミセルが、ジブロックコポリマーミセルである、請求項１または２に記載の組成物。
【請求項４】
前記ジブロックコポリマーミセルが、第１ポリマーの少なくとも１種のブロックを含むコアおよび第２ポリマーの少なくとも１種のブロックを含む外殻を有し、前記第２ポリマーが前記第１ポリマーとは異なる、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記コポリマーが、第１ポリマーおよび第２ポリマーを含み、その両方がアミノ系アクリレートモノマー単位またはアミノ系メタクリレートモノマー単位を含む、請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
第１ポリマーおよび第２ポリマーが、アミノ系メタクリレートモノマー単位を含む、請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
前記コポリマーが、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ）である、請求項５に記載の組成物。
【請求項８】
前記ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーの重合度が、前記少なくとも１種のＰＤＰＡブロックの平均重合度が２０〜２５の範囲になるように制御されている、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーの重合度が、前記少なくとも１種のＰＤＭＡブロックの平均重合度が６５〜７０の範囲になるように制御される、請求項７に記載の組成物。
【請求項１０】
前記シェル材料が、前記コア材料上に沈着された、少なくとも１種のシリカ前駆体由来のシリカである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記ナノ粒子の平均特定サイズが３００ｎｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
前記ナノ粒子の平均粒度が１０〜１００ｎｍの範囲にある、請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記ナノ粒子が異方性のロッド状形態を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のコア−シェル型ナノ粒子を含む組成物の調製方法であって、
（ａ）コポリマーミセルを含むカチオン性コア材料を調製するステップと、
（ｂ）前記コア材料を、シリカを含むシェルで被覆するステップと
を含む方法。
【請求項１５】
前記コポリマーミセルが、部分的または完全に４級化されたコポリマーを用いて調製される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記コポリマーミセルを含むカチオン性コア材料が、グループ移動重合または制御ラジカル重合により調製される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１種の活性剤を系内に徐放送達するのを促進するようになされた組成物であって、前記組成物が、請求項４〜１３のいずれか一項に記載のコア−シェル型ナノ粒子を含み、前記組成物が、前記系のｐＨを制御しながら変化させることに応答して前記徐放送達を提供するようになされている、組成物。
【請求項１８】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のナノ粒子を含むコーティング。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、新規なナノ粒子に関する。より具体的には、本発明は、コア−シェル型シリカ−コポリマーナノ粒子、その調製方法、およびその利用可能性に関する。
【０００２】
ナノ粒子、その中でも特にコア−シェル型構造を有するナノ粒子は、薬物等の活性物質の送達媒体としての利用可能性があることから、その合成および用途への学術的および産業的な関心が高まっている。そのため、先行技術においては、この種類のナノサイズの粒子の調製に多くの取り組みがなされている。
【０００３】
特に、シリカを含むコア−シェル型ナノ粒子の潜在的用途が何人かの著者によって考察されており、また、このことに関連して、ブロックコポリマーを鋳型としたシリカ構造体の合成ならびにこれらの性質および利用可能性の研究に関心が寄せられてきた。さらに、粒子のコアから活性物質を刺激応答放出（ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  ｒｅｌｅａｓｅ）させることを可能にするコア形成材料が存在すれば、幅広い機会を提供することができるであろう。
【０００４】
珪藻や海綿動物等の様々な生物系においては、自然条件の水中でシリカの生体鉱物化または生体ケイ酸化（ｂｉｏｓｉｌｉｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が起こることが知られている。さらに、この自然の過程は正確にナノスケール制御された階層構造および複合形態を生じさせるが、この特性は材料科学者には依然として解明されていない。理想的には、シリカ合成を何らかの形で生体模倣する手法は、環境にも優しく、かつ様々な構造や形態が生成するような制御も可能であろう。
【０００５】
最近になって生体ケイ酸化の解明が進んできたことにより、自然条件下におけるシリカ形成を上首尾に実証した研究もある。
【０００６】
さらに、ブロックコポリマーは、様々な無機材料形成の制御に使用可能な幅広いナノ構造体に自己集合させることが可能であることも周知である。しかしながら、ブロックコポリマーを媒介させるシリカ形成の報告はほとんどない。さらに、このような粒子を形態および構造を制御できる化学的効率の高い方法で形成することは依然として主要な課題のままである。
【０００７】
シリカをベースとするコア−シェル型ナノ粒子を、薬物送達、生体撮像、生体標識等の様々な生物分析に応用することが提案されてきた。
【０００８】
このような場合においては、粒子は、機能性を有するコアをステバー（Ｓｔｏｅｂｅｒ）化学を用いるかまたはマイクロエマルジョン手法を用いるかのいずれかによりシリカシェルで被覆することによって予め合成されている。しかしながら、どちらの方法も、高温、非生理的なｐＨ値、大量の界面活性剤および／または有機共溶媒の存在等の理想的でない条件を用いることを確実に必要とする。
【０００９】
したがって、好都合な反応条件を用いて得ることができる代替的なナノサイズ粒子を開発する余地があることは明らかである。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物であって、上記ナノ粒子が、
（ａ）ポリマーを含むカチオン性コア材料と、
（ｂ）シリカを含むシェル材料と
を含む組成物が提供される。
【００１１】
好ましくは、コア材料は、コポリマーミセル、より好ましくは、ジブロックコポリマーミセルを含む。最も好ましくは、上記ジブロックコポリマーミセルは、第１ポリマーの少なくとも１種のブロックを含むコアと、上記第１ポリマーとは異なる第２ポリマーの少なくとも１種のブロックを含む外殻とを含む。
【００１２】
好ましくは、上記コポリマーは、第１ポリマーおよび第２ポリマーを含み、両方ともアミノ系（アルク）アクリレート（（ａｌｋ）ａｃｒｙｌａｔｅ）モノマー単位、より好ましくは、第３級アミノ系（アルク）アクリレート単位、最も好ましくは第３級アミノアルキル（アルク）アクリレート単位を含んでいる。特に好ましくは、上記（アルク）アクリレート単位は、アクリレート、またはより詳細には、メタクリレート単位を含む。
【００１３】
好ましい実施形態においては、上記第３級アミノアルキルメタクリレート単位は、ジアルキルアミノアルキルメタクリレート単位、特にジアルキルアミノエチルメタクリレート単位を含む。特に好ましい実施形態においては、上記コポリマーは、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ）を含む。
【００１４】
本発明によれば、上記ミセルは、上記ポリマーをベースとする非架橋型またはシェル架橋型（ＳＣＬ）ミセルのいずれかであってもよい。したがって、特に好ましい実施形態は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］等の第３級アミンメタクリル酸エステルから誘導されたブロックコポリマーをベースとする非架橋型またはシェル架橋型ミセルを想定している。
【００１５】
従来のシェル架橋型ミセルの合成経路には、ミセルの外殻鎖を共有結合により安定化させることが含まれるが、最近では、ポリイオン架橋させることも提案されている。しかしながら、生体鉱物化を介するミセルのシェル架橋は文献報告されていない。
【００１６】
本発明においては、上記第３級アミノ系（アルク）アクリレートコポリマーのミセルの架橋は、上記コポリマーの第３級アミノ基の一部または全部を、二官能性４級化剤を用いて４級化することによって最も好都合に達成される。したがって、本発明の第１態様の最も好ましい実施形態の場合は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ）の部分架橋を、好適な二官能性４級化剤、例えば１，２−ビス−（ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ）等のビス（ハロアルコキシ）アルカンを用いてＰＤＭＡ鎖を選択的に４級化／架橋することによって達成してもよい。この最も好ましい実施形態においては、ＰＤＰＡ鎖は基本的に４級化されないままである。
【００１７】
本発明はまた、ハロゲン化アルキル（特にヨードメタン等のヨウ化アルキル）等の単官能性４級化剤を用いることにより４級化が達成される、類似の非架橋型の４級化された誘導体も想定している。しかしながら、シリカ沈着過程の制御は材料が架橋されている場合に向上し得ると考えられている。
【００１８】
ポリマーの重合度は、好ましくは、特定の範囲内に制御される。したがって、本発明の最も好ましい実施形態におけるＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーの重合度は、好ましくは、ＰＤＰＡの平均重合度が２０〜２５の範囲内となり、かつＰＤＭＡの平均重合度が６５〜７０の範囲内となるように制御され、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマー（下付き文字は各ブロックの平均重合度を示す）を用いることにより特に好ましい結果が得られている。上記実施形態においては、ＰＤＰＡ単位はミセルのコアを形成し、ＰＤＭＡ単位はミセルの外殻を形成する。
【００１９】
好ましくは、上記シェル材料は、上記コア材料上に沈着された、少なくとも１種のシリカ前駆体由来のシリカを含む。場合により、上記少なくとも１種のシリカ前駆体は、無機ケイ酸塩、例えばケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩を含んでいてもよい。しかしながら、好ましいシリカ前駆体は、有機ケイ酸エステル化合物、特に、オルトケイ酸テトラメチルやオルトケイ酸テトラエチル等のケイ酸アルキルエステルを含む。最も好ましくは、上記シリカ前駆体は、オルトケイ酸テトラメチルを含む。上記処理は、未架橋のミセル内でコポリマー鎖を効果的に架橋させ、それによってミセルを解離に対し安定化させることが見出された。
【００２０】
好ましくは、上記ナノ粒子の粒度は、１０〜１００ｎｍ、より好ましくは２０〜５０ｎｍ、最も好ましくは３０〜４０ｎｍの範囲にあり、特に好ましくは、粒度は約３０ｎｍである。
【００２１】
好ましくは、ナノ粒子の平均特定サイズ（ａｖｅｒａｇｅ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｓｉｚｅ）ｇ（ここで、ｇ＝１／２×（長さ＋幅））は約３００ｎｍ以下である。より好ましくは、粒子の平均サイズは約２００ｎｍ以下である。よりさらに好ましくは、粒子の平均サイズは約１００ｎｍ以下である。好ましくは、粒子の平均サイズは１ｎｍ以上、より好ましくは、粒子の平均サイズは約１０ｎｍ以上である。
【００２２】
好ましくは、空隙の平均特定サイズは１ｎｍ以上、より好ましくは３ｎｍ以上、よりさらに好ましくは６ｎｍ以上である。好ましくは、空隙の平均特定サイズは１００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以下、よりさらに好ましくは７０ｎｍ以下である。
【００２３】
好ましくは、シェルの厚みは少なくとも１ｎｍ、より好ましくは少なくとも５ｎｍ、よりさらに好ましくは少なくとも１０ｎｍである。好ましくは、シェルの厚みは７５ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下、よりさらに好ましくは２５ｎｍ以下である。
【００２４】
本発明の第１態様の特定の実施形態においては、コア−シェル型ナノ粒子を含む組成物であって、上記ナノ粒子が、
（ａ）コポリマーミセルを含むカチオン性コア材料と、
（ｂ）シリカを含むシェル材料と
を含み、
上記ナノ粒子が、異方性ロッド状形態を有する、組成物が提供される。好ましくは、本発明の上記実施形態においては、上記コポリマーミセルは、ジブロックまたはトリブロックコポリマーを含む。
【００２５】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様によるコア−シェル型ナノ粒子を含む組成物の調製方法であって、
（ａ）ポリマーを含むカチオン性コア材料を調製するステップと、
（ｂ）上記コア材料を、シリカを含むシェルで被覆するステップと
を含む方法が提供される。
【００２６】
ポリマーコア材料は任意の好適な重合法により調製してもよいが、グループ移動重合や制御ラジカル重合等の方法を用いると特に好ましい結果が得られる。上記コア材料は、次いで、好適なシリカ前駆体で処理することによってシリカで被覆される。
【００２７】
本発明の第２の態様による方法は、本発明の第１の態様のより好ましい実施形態および最も好ましい実施形態によるコア−シェル型ナノ粒子を含む組成物の調製に特に適している。したがって、特に好ましい実施形態は、第３級アミノアルキルメタクリレートのグループ移動重合を用いたモノマーの逐次付加によってカチオン性ジブロックコポリマーを調製することを想定している。
【００２８】
上記コポリマーの完全または部分的な４級化は、文献に報告されている任意の標準的な４級化技法によって達成してもよい。したがって、典型的には、好適な不活性溶媒中で上記第３級アミノ系コポリマーをハロゲン化アルキル（その中でも特に、ヨードメタン等のヨウ化アルキル）で処理することにより非架橋型４級化誘導体の調製が促進され、一方、適切な不活性溶媒中で第３級アミノコポリマーを二官能性４級化剤（ビス（ハロアルコキシ）アルカン等、例えば１，２−ビス−（ヨードエトキシ）エタン）で処理することにより架橋型４級化コポリマーが得られる。典型的には、上記４級化反応は、常温（２０〜３０℃）付近、好ましくは約２５℃において、第３級アミノコポリマーを４級化剤で１〜１００時間、好ましくは２４〜７２時間処理することによって実施される。
【００２９】
シリカ沈着は、温和な条件下でカチオン性ポリマーを好適なシリカ前駆体で単純に処理することによって実施される。したがって、好ましいコポリマーミセルの場合、このような材料をシリカ前駆体（典型的には、有機ケイ酸エステル化合物、特に、オルトケイ酸テトラエチル等のケイ酸アルキルエステル、最も好ましくはオルトケイ酸テトラメチル）と一緒に、５〜３０℃、ｐＨ６．２〜９．０で１０〜６０分間撹拌してもよい。典型的な反応においては、ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡコポリマーミセルをオルトケイ酸テトラメチルで２０℃、ｐＨ７．２で２０分間処理してもよい。本発明の第２の態様の方法は、低いｐＨ値（典型的にはｐＨ１）で実施すべきであるシリカ沈着手順が必要とされる先行技術の方法よりも勝っている正にこの点によって重要な利点が得られる。
【００３０】
本発明の第３の態様によれば、少なくとも１種の活性剤の系内への徐放送達（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ）を促進するようになされた組成物が提供され、上記組成物は、本発明の第１の態様によるコア−シェル型ナノ粒子を含み、上記組成物は、上記系の制御されたｐＨ変化に応答して上記徐放送達を行うようになされている。
【００３１】
本発明の第４の態様によれば、少なくとも１種の活性剤の系内への徐放送達を促進する方法が提供され、上記方法は、本発明の第３の態様による組成物を上記系内に導入することと、上記送達が促進されるようにこの系のｐＨを制御下に変化させることとを含む。
【００３２】
上記活性剤の好ましい例としては、例えば、薬物、染料、および触媒が挙げられ、これらが送達され得る好適な系としては、人間および動物の体内、コーティング、化学反応器等の多様な例が挙げられる。本発明の第１の態様による最も好ましい組成物の場合、上記組成物は、第３級アミン系アルキル（メタ）アクリレート単位を含むコポリマーを含み、活性剤の徐放送達は、上記組成物を系内に導入し、そして好適な酸性試剤を添加することにより系のｐＨ値を６未満に調整することによって達成してもよい。
【００３３】
本発明のさらなる態様によれば、本ナノ粒子を含む薄膜コーティングが提供される。本明細書において用いられる「薄膜」とは、平均厚さが５００ｎｍ以下のコーティングを指す。
【００３４】
本発明のさらなる態様によれば、本ナノ粒子を含む光学コーティングが提供される。本明細書において用いられる「光学コーティング」という用語は、光学機能を主要な機能とするコーティングを指す。光学コーティングの例としては、反射防止、ノングレア、防眩、帯電防止、ＥＭ制御（例えば、ＵＶ制御、日射制御、ＩＲ制御、ＲＦ制御等）機能が得られるように設計されたものが挙げられる。好ましくは、このコーティングは、反射防止機能を有している。より好ましくは、本コーティングは、コーティングされた１つの面について波長４２５〜６７５ｎｍの波長（可視光域）で測定した場合の最低反射率が約２％以下、好ましくは約１．５％以下、より好ましくは約１％以下となるものである。
【００３５】
本粒子の利点の幾つかを達成するためには、コア材料の一部または全部を粒子から除去することが必要となる場合があることは明らかであろう。これは、任意の好適な方法により製造工程の任意の好適な時点で達成してもよい。好ましい方法としては、例えば、熱分解、光分解、溶剤洗浄、電子線、レーザー、触媒分解、およびこれらの組合せが挙げられる。したがって、本発明の範囲には、コアが存在し、そのコアの少なくとも一部が除去されているコア−シェル型ナノ粒子が包含される。
【００３６】
本明細書の本文および特許請求の範囲全体を通して、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」という単語ならびにこれらの単語の変形、例えば、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「含むがこれらに限定されるものではない」ことを意味し、それ以外の部分、添加剤、成分、整数、またはステップを除外することを意図するものではない（除外しない）。
【００３７】
本明細書の記載内容および特許請求の範囲全体を通して、単数形には、その文脈において別段の必要がない限り、複数形が包含される。特に、不定冠詞が用いられている場合、本明細書は、その文脈において別段の必要がない限り、単数と同様に複数も意図しているものと理解されたい。
【００３８】
本発明の特定の態様、実施形態、または実施例と一緒に記載される特徴、整数、特性、化合物、化学部分、または基は、不適合でない限り、本明細書に記載される他の任意の態様、実施形態、または実施例にも適用可能であると理解されたい。
【００３９】
本発明を、添付の図面を個々に参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】シェル架橋型（ＳＣＬ）または非架橋型のいずれかのカチオン性ブロックコポリマーミセルを鋳型として用いてオルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）を生体鉱物化させることにより得られるコア−シェル型シリカナノ粒子の形成の略図を示すものである。どちらの経路を経ても、明確に画定されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子が得られる。上の経路に示すように、非架橋型ミセルを使用した場合は、その場でさらにシリカの架橋が起こる。
【図２】コポリマー−シリカナノ粒子のＴＥＭ画像を示すものであり、（Ａ）は、４級化されていないＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーのミセルをそのまま鋳型として用いて合成されたもの、（Ｂ）は、一部４級化（ＰＤＭＡシェルを基準として５０％）されたコポリマーのミセルを用いて形成されたものである。（Ｂ）の挿入図は、同じ粒子をそのまま酸性溶液（ｐＨ２）中に分散させて得られたものの典型的な高倍率画像である。縮尺は１００ｎｍである。
【図３】ＴＥＭ画像を示すものであり、（Ａ）は、一部４級化されたシェル架橋型ミセル（ＰＤＭＡ鎖の目標架橋度３０％）の０．２５ｗ／ｖ％水溶液２．０ｍｌ溶液およびＴＭＯＳ２．０ｍｌを含む混合物を４０分間撹拌することにより調製されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子（上の挿入図は、８００℃の焼成によりコポリマー成分を熱分解した後の代表的な中空シリカナノ粒子であり、下の挿入図は、典型的なコア−シェル型粒子を目立たせたものである）、（Ｂ）は、一部４級化されたＳＣＬミセル（ＰＤＭＡ鎖を基準とした目標架橋度５０％）を使用し、（Ａ）で用いたものと同じ生体鉱物化条件を用いて形成されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子、（Ｃ）は、一部４級化されたＳＣＬミセル（ＰＤＭＡ鎖の目標架橋度３０％）の０．２５ｗ／ｖ％水溶液２．０ｍｌ、ＴＭＯＳ２．０ｍｌ、およびメタノール２．０ｍｌを含む初期に均質な溶液を４０分間撹拌することにより形成されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子、（Ｄ）は、（Ｃ）に記載したものと同一条件を用いて１２０分間撹拌することにより形成されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子に関し得られたものである。縮尺は各場合において５０ｎｍである。
【図４】ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマー（外殻ＰＤＭＡ鎖の５０％をヨードメタンを用いて４級化）から調製されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の、図２Ｂに示すＴＥＭ画像から推定した粒度分布を示すものである。これらの粒子のＴＥＭによる個数平均径は２８±３ｎｍであり、ＤＬＳ測定から判定した強度平均径（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ａｖｅｒａｇｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）は３４ｎｍである。
【図５】４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマー（ＰＤＭＡ鎖の１００％を４級化）を使用して調製されたミセル鋳型から得られたシリカナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真を示すものであり、その生体鉱物化には、５０％４級化されたコポリマーを用いて調製されたミセルの鋳型を媒介させた場合と同一条件を用いている。この場合、コア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子が形成された形跡はほとんどまたは全く現れておらず、ミセル内部全体にケイ酸化が起こっているようである。
【図６】超音波浴を利用してｐＨ２の酸性溶液中に分散させたシリカナノ粒子（図２Ｂに示したものと同じ粒子、５０％４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ミセルを用いて形成）の透過型電子顕微鏡写真を示すものである。
【図７】１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを例示するものであり、（ａ）は、ＰＤＭＡ６８−ＰＤＰＡ２３ジブロックコポリマー（ヨードメタンを用いてＰＤＭＡブロックの５０％を４級化）をＤ２Ｏ／ＤＣｌ中にｐＨ２で分子状に溶解させた溶液であり（δ１．３〜１．４のシグナルＧは、プロトン化されたＤＰＡ残基の４つの等価なメチル基に由来するものである）、（ｂ）は、ｐＨ７のＤ２Ｏ中で得られた同じコポリマーのミセルであり（このｐＨにおいては、ＰＤＰＡブロックが脱プロトン化されて疎水性のミセルコアを形成しているため、ＤＰＡ残基由来のδ１．３〜１．４のシグナルＧはもはや認められない、（ｃ）は、ｐＨ２のＤ２Ｏ中においてＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーミセル（ＰＤＭＡブロックの５０％が４級化されている）から誘導された、シリカ被覆されたナノ粒子であり（δ１．３〜１．４のシグナルＧは、ミセルコア中のプロトン化されたＰＤＰＡ鎖に対応する）、（ｄ）は、ｐＨ７のＤ２Ｏ中における、シリカ被覆された同じナノ粒子である（δ１．３〜１．４のシグナルＧは消失し、ミセルコア中のＰＤＰＡ鎖が脱プロトン化により疎水性になったことを示唆している）。
【図８】混成シリカナノ粒子（図３Ａに示す、ＰＤＭＡ鎖の目標架橋度が３０％のＳＣＬミセルを用いて調製されたもの）のＴＥＭ粒度分布を示すものである。このコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の個数平均径は３２±５ｎｍであり、ＤＬＳ測定による強度平均径は３５ｎｍである。
【図９】一部４級化されたコポリマーミセル（ＰＤＭＡシェルを基準として５０％をヨードメタンで４級化）の０．２５ｗｔ％水溶液２．０ｍｌおよびＴＭＯＳ５８ｍｇ（画像Ａ、Ｂ）または１１６ｍｇ（画像Ｃ、Ｄ）のいずれかを含む混合物を２０℃、ｐＨ７．２で２０分間撹拌することにより得られたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真を示すものである。
【図１０】一部４級化されたコポリマーミセル（ＰＤＭＡシェルを基準とした目標架橋度５０％、４級化にはＢＩＥＥを使用）の０．２５ｗｔ％水溶液２．０ｍｌおよびＴＭＯＳ５８ｍｇ（画像Ａ、Ｂ）または１１６ｍｇ（画像Ｃ、Ｄ）のいずれかを含む混合物を２０℃、ｐＨ７．２で２０分間撹拌することにより得られたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真を示すものである。
【図１１】コポリマー濃度がより高いＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーミセルを用いてシリカを沈着させた後に撮影されたＴＥＭ画像を示すものであり、コポリマー−シリカコア−シェル型ナノ粒子は、ヨードメタンで５０％（ＰＤＭＡ鎖のみを基準とする）４級化されたコポリマーミセルの１ｗｔ％または２ｗｔ％水溶液のいずれかを１．０ｍｌを、ＴＭＯＳ１１６ｍｇまたは２３２ｍｇのいずれかと一緒に含む混合物を２０℃、ｐＨ７．２で２０分間撹拌した後、粒子をエタノール４０ｍｌで希釈し、１６０００ｒｐｍで３０分間遠心分離し、最後に超音波浴を用いてエタノール中に再分散させることにより得られたものである。過剰のＴＭＯＳおよび未反応のケイ酸オリゴマーを確実に除去するために、この遠心分離−再分散サイクルを繰り返した。
【図１２】ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーミセルのシリカ沈着工程の沈着時間をはるかに長くした場合のＴＥＭ画像を示すものであり、コポリマー−シリカコア−シェル型ナノ粒子は、ヨードメタンで５０％（ＰＤＭＡ鎖を基準とする）４級化されたコポリマーミセルの０．２５ｗｔ％水溶液２．０ｍｌをＴＭＯＳ５８ｍｇと一緒に含む混合物を２０℃、ｐＨ７．２で８時間撹拌し、次いで、粒子をエタノール洗浄および遠心分離サイクル（１６０００ｒｐｍ、３０分間）に２回かけることにより得られたものである。
【図１３】ＦＴ−ＩＲスペクトルを例示するものであり、（ａ）は、前駆体ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマー、（ｂ）は、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマー（目標架橋度３０％、ＢＩＥＥ使用）から得られたシェル架橋型ミセル上に既述の条件下でシリカを沈着させることにより得られたコポリマー−シリカコア−シェル型ナノ粒子（図３Ａ参照）、（ｃ）は、コポリマーを８００℃で焼成して熱分解することによって得られた中空シリカナノ粒子について記録されたものである。コポリマー−シリカコア−シェル型ナノ粒子のＦＴ−ＩＲスペクトルに含まれるＩＲバンドは、シリカネットワーク（１０８０ｃｍ−１はＳｉ−Ｏ伸縮に対応する多重線、９５０ｃｍ−１はＳｉ−ＯＨ振動モード、８００ｃｍ−１はＳｉ−Ｏ−Ｓｉ変角、４７０ｃｍ−１はＳｉ−Ｏ変角）の特徴に加えてコポリマー（１７３０ｃｍ−１のカルボニルエステル伸縮）の特徴も有している。この後者のカルボニルバンドはコポリマーの焼成後には予想通り消失して中空シリカ粒子の形成を示唆しており、この最終的な結果は、ＴＥＭ研究の結果により確認されている。
【図１４】ＰＤＭＡ外殻鎖の目標架橋度が３０％であるＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーから調製された元のＳＣＬミセル（丸）および０．２５ｗｔ％のＳＣＬミセル溶液（目標架橋度３０％）２．０ｍｌおよびＴＭＯＳ２．０ｍｌの混合物を用いて４０分間で合成された最終コポリマー−シリカコア−シェル型粒子（四角）について得られたゼータ電位対ｐＨ曲線を示すものであり、比較目的で、市販の超微細２０ｎｍシリカゾル（ナイアコル（Ｎｙａｃｏｌ）２０４０）（三角）のゼータ電位曲線も示す。
【図１５】シリカ被覆ミセルのコア内のＰＤＰＡ鎖をＨＡｕＣｌ４を用いてプロトン化した後、ＮａＢＨ４を用いてその場で還元することにより得られたＡｕ／シリカナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真を示すものである。この実験から、予想通り、ＰＤＰＡ鎖がシリカ沈着後もミセルコア内に位置したままであることが確認される。
【図１６】ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ＰＤＭＡ、およびＰＤＰＡをベースとするＡＢＣトリブロックコポリマー合成の略図であり、ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーを、ＰＥＯをベースとするマクロ開始剤（ＰＥＯ４５−Ｂｒマクロ開始剤）を用いた原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）により、ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９ジブロックコポリマーを介して合成した。
【図１７】ｄ５−ピリジン中で記録されたＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーの１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示すものである。
【図１８】シリカロッドのＴＥＭ画像を示すものである。シリカ沈着は、コポリマー濃度１．０％で実施し、結果として得られたシリカロッドは超音波処理によって容易に（再）分散した。
【図１９】ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーから調製された元のコポリマーロッド（四角で示す）および１．０ｗｔ％コポリマーミセル溶液１．０ｍｌおよびＴＭＯＳ０．２０ｇの混合物を用いて２０分間で合成された最終シリカロッド（三角で示す）から得られたゼータ電位対ｐＨ曲線の比較を例示するものであり、比較目的で、市販の超微細２０ｎｍシリカゾル（ナイアコル２０４０）（丸）から得られたゼータ電位曲線も示してある。
【００４１】
第３級アミンメタクリレート系ブロックコポリマー（具体例は、ポリ［２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）−ブロック−２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート］（ＰＤＰＡ−ＰＤＭＡ））から誘導された、選択的に４級化された非架橋型およびシェル架橋型ミセルをベースとする組成物を用いることにより、特に好ましい結果が達成されており、この種の材料を鋳型として用いると、直径が５０ｎｍ未満の明確に画定されたコポリマー−シリカナノ粒子の生体模倣による形成が特に上首尾に行われることが証明されている。部分的または完全に４級化されたポリ（２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート）（ＰＤＭＡ）の外殻および疎水性ポリ（２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート）（ＰＤＰＡ）のコアを含むジブロックコポリマーミセルは、特に、温和な条件下すなわちｐＨ７．２の２０℃の水溶液からシリカを沈着させるためのナノサイズの鋳型として用いられている。
【００４２】
この種のＰＤＰＡ−ＰＤＭＡジブロックコポリマーは、グループ移動重合や制御ラジカル重合等の任意の好適な方法を用いて幅広いブロック組成およびコポリマー分子量で合成することが比較的容易である。このようなジブロックコポリマーは、酸性溶液中においてはポリアミンブロックの両方がプロトン化されるため、分子状に溶解する。水性塩基を用いて溶液のｐＨを調節すると中性ｐＨ付近でミセルの自己会合が起こり、脱プロトン化された疎水性ＰＤＰＡ鎖がミセルのコアを形成し、カチオン性（プロトン化された）ＰＤＭＡ鎖がミセルの外殻を形成する。あるいは、そして、調査対象の正確なブロック組成および４級化の度合いに応じて、選択されたジブロックコポリマーを中性ｐＨ付近の水中にそのまま溶解させることができ、明確に画定されたミセルが形成される。
【００４３】
この種の非架橋型およびＳＣＬミセルはいずれも、コロイドの安定性を失うことなくシリカで被覆することができる。ＳＣＬミセル上のシリカ沈着は、主としてカチオン性ＰＤＭＡシェル内に限定され、ｐＨ応答性ＰＤＰＡコアを有するコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子が得られる。さらに、その場でのシリカ沈着は未架橋のＰＤＰＡ−ＰＤＭＡミセルを効果的に安定化させ、元のＰＤＰＡ−ＰＤＭＡミセルの場合は溶液のｐＨを低下させると酸性溶液中で解離して個々のコポリマー鎖となることが見出されている一方で、これは変化しないままである。
【００４４】
本発明のさらなる実施形態においては、ポリ（エチレンオキシド）−ＰＤＭＡ−ＰＤＥＡトリブロックコポリマーが異方性の高いロッド状シリカ粒子の調製を促進することが示された。
【００４５】
これらのミセルの１，２−ビス−（２−ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ）を二官能性４級化剤として用いたシェル架橋は、温和な条件下においても高希釈度で容易に達成することができる。ＢＩＥＥはＰＤＭＡ鎖を選択的に４級化し、それよりもはるかに反応性の低いＰＤＰＡ鎖を変化させずに残す。
【００４６】
本発明の第１の態様による組成物を調製するための一般的な手法を図１に示すが、ここから、コポリマーミセルに架橋が組み込まれているか否かに応じて沈着されたシリカシェルの厚みが異なることが見出せるであろう。ＰＤＭＡブロックの４級化の度合いも重要な要素となり得る。ＰＤＭＡシェルは、プロトン化および／または４級化のいずれかによって顕著なカチオン性の性質を有しており、そのため、高分子触媒としても、シリカ形成のための物理的な骨組みとしても作用することができる。オルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）をシリカ前駆体として用いて、２０℃の水溶液中において、中性付近のｐＨで生体鉱物化を実施した。
【００４７】
これに従い、第１の手法においては、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ブロックコポリマーをテトラヒドロフラン中でヨードメタンを用いて２０℃で２４時間処理することによって部分的または完全に４級化し、ｐＨ２で溶解させた後、ｐＨを７．２に調整することによって非架橋型ミセルを形成させ、最後に、このミセルを、オルトケイ酸テトラメチルを用いて室温下にｐＨ７．２で１０〜４０分間処理することによってシリカ沈着を起こさせると、結果として、比較的大過剰のＴＭＯＳを用いた場合は比較的厚肉のシリカシェルを有するシリカ架橋型ナノ粒子が形成される。
【００４８】
あるいは、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ブロックコポリマーをｐＨ２で溶解させた後、ｐＨ７．２に調整することによってミセルを形成させ、次いで、このミセルを１，２−ビス−（２−ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ）を用いて２０℃で７２時間処理することにより４級化することによってシェルを架橋させ、次いで、架橋されたミセルを、オルトケイ酸テトラメチルを用いて室温下にｐＨ７．２で１０〜４０分間処理することによりシリカ沈着を実施すると、結果として、比較的大過剰のＴＭＯＳを用いた場合は比較的薄肉のシリカシェルを有するシリカナノ粒子が形成される。
【００４９】
まず、本発明者らは、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマー前駆体からそのまま調製した非架橋型ミセルを鋳型として用いたシリカ沈着を実施した。動的光散乱（ＤＬＳ）研究から、これらのミセル鋳型の２５℃における強度平均径が３７ｎｍであることが示された。ｐＨ７．２においては、ミセルシェル内のＰＤＭＡ鎖は約５０％がプロトン化されており、したがって、かなりの程度のカチオン性の性質を有している２４。
【００５０】
上記ミセルのケイ酸化は、ミセル水溶液（０．２５ｗ／ｖ％、ｐＨ７．２）２．０ｍｌをオルトケイ酸テトラメチル１．０ｍｌと一緒に混合し、次いで、初期に不均質な溶液を自然条件下で２０分間撹拌することにより達成される。こうして得られたシリカ被覆されたナノ粒子をエタノールで洗浄した後、１６０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離／再分散サイクルを３回実施した。次いで、超音波浴を用いることにより、沈降したナノ粒子の再分散を達成した。
【００５１】
生成物の熱重量分析から、シリカナノ粒子のジブロックコポリマーの平均含有量は約１５質量％であることが示された。これらのＴＭＯＳ処理されたミセルから得られた典型的な透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）画像を図２Ａに示す。シリカ／ＰＤＭＡ混成シェルはミセルコア内のＰＤＰＡ鎖よりも電子密度が高いので、鋳型を介して形成されたコア−シェル型構造を有するシリカナノ粒子がはっきりと観察される。これらのナノ粒子の数平均径は約３５ｎｍであり、これは前駆体ミセルの寸法と適度に一致する。しかしながら、図２Ａには、鋳型を介したシリカナノ粒子の形成に加えて、境界が不明瞭な、鋳型を介していないシリカ構造の形成も若干見受けられ、この場合はシリカ形成がとりわけ良好に制御されているわけではないことを示唆している。理想的には、シリカ形成は、バルク溶液中で起こるのではなくカチオン性コポリマーミセル上のみで起こるべきである。
【００５２】
しかしながら、４級化されたポリマーを用いることによってシリカ沈着の制御が改善された。まず、試験的な実験を、ＰＤＭＡホモポリマーを用いて実施し、オルトケイ酸テトラメチル１．０ｍｌおよびＰＤＭＡホモポリマー水溶液１．０ｍｌ（ＤＭＡ繰り返し単位の濃度［ＤＭＡ］＝０．０６４Ｍ）をｐＨ７．２、２０℃で混合すると、初期に不均質であった溶液が１５分間の連続撹拌後に均質化することがわかった（ＴＭＯＳが加水分解し、これによってケイ酸が生成し、系が均質化する）。それとは対照的に、同一条件下における５０％および１００％４級化されたＰＤＭＡホモポリマーの場合は、これに対応する、反応溶液を均質化するのに要する時間は、それぞれ２５分間および５０分間であった。これは、４級化されたＰＤＭＡ鎖が、ＴＭＯＳ前駆体の加水分解をゆっくりと触媒し、したがって、制御がおそらくより上首尾に行われることを示唆している。
【００５３】
ＰＤＭＡホモポリマーを用いたこれらの実験は、部分的または完全に４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルを鋳型として用いることにより十分に制御されたシリカ沈着が達成され得ることを示唆している。これに従い、ヨードメタンを温和な条件下で用いてＤＭＡ残基を選択的に４級化する実験を実施した。ＰＤＭＡ鎖の５０％が４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルの０．２５ｗｔ％水溶液のｐＨ７．２における強度平均径が２９ｎｍであることが動的光散乱（ＤＬＳ）により示された。オルトケイ酸テトラメチル（１．０ｍｌ）をミセル水溶液２．０ｍｌに２０℃で加え、連続的に撹拌しながらシリカ沈着を２０分間継続させた後、遠心分離により単離した。
【００５４】
精製して得られたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子のＴＥＭ画像を図２Ｂに示す。コア−シェル型のナノ構造がはっきりと観察され、個数平均径は２８±３ｎｍであった。ＤＬＳ調査からは、強度平均径が３４ｎｍであり、図４に例示するように、サイズ分布が比較的狭いことが示された。この場合は、４級化されていないジブロック前駆体から得られた結果とは対照的に、鋳型を介さずにシリカ構造が形成された形跡はなく、二次的な核形成が最小限に抑えられたことを示唆している。
【００５５】
１００％４級化されたＰＤＭＡブロックを有するミセルを用いて得られたＴＥＭの結果を図５に示すが、ここからは、コポリマーのコアが形成された形跡はほとんどまたは全く認められないことが明らかであり、したがって、一部４級化されたコポリマーが本発明の特に好ましい実施形態であることが確認される。しかしながら、熱重量分析からは、５０％および１００％４級化されたＰＤＭＡブロックを有するミセルから誘導されたシリカナノ粒子のジブロックコポリマーの平均含有量がそれぞれ約１８質量％および１６質量％であったことが示された。したがって、ＰＤＭＡ鎖を４級化することは、シリカ沈着を十分に制御するために正に有利なようである。さらに、同一の生体鉱物化条件下において４級化されていないコポリマーミセルを用いて得られたもの（図２Ａ参照）と比較すると、これらの４級化されたミセルにより、より厚肉のより明確に画定されたシリカシェルを有する混成ナノ粒子が生成する。
【００５６】
本発明者らは、これらのコポリマー−シリカコア−シェル型粒子のナノ構造が、シリカ沈着に用いられるＴＭＯＳの量を最適に調整することによって単純に制御することができることも確かめた。このようにして、例えばより少量のＴＭＯＳを用いた場合は、シェルが薄肉でコポリマーのコアが大きいシリカ粒子が得られた。ＴＭＯＳ５８ｍｇを５０％４級化されたコポリマーミセルの０．２５ｗ／ｖ％溶液２ｍｌと合一した混合物を２０分間撹拌することにより、個数平均径が約２６ｎｍである明確に画定されたシリカ粒子（図９Ａ／９Ｂ参照）が形成された。表１に示すように、生成物の熱重量分析からこれらのコア−シェル型コポリマー−シリカ粒子のコポリマーの平均含有量が約２８質量％であることが示され、シリカの反応率が約５８％であることを示していた。このような粒子のシリカシェルははるかに薄肉であり、かつコポリマーコアがより大きい。さらに、たとえ反応時間を２０分間から８時間に延長してさえも、使用されたＴＭＯＳの量が低減されていれば、コロイドの安定性は維持されていた（図１２Ａ／１２Ｂ参照）。上述の合成においてＴＭＯＳの量を１１６ｍｇに増量した場合に得られた結果を図９Ｃ／９Ｄに示す。ここでも同じく、鋳型を介さなかったシリカの形跡はなく（図２Ｂで観察されたものと同様）、これらのシリカナノ構造が効率的に鋳型を介して形成されていることを示している。さらなる熱重量分析からは、これらのコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子のコポリマー含有量が図９Ａ／９Ｃに示すコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子（コポリマー含有量２８％）よりも低い（２３％）ことが示された。このことは、より多量のＴＭＯＳを用いると、それ以外の条件が同一であれば、より多量のシリカが沈着されることを示している。
【００５７】
ＴＥＭ調査から、生体鉱物化を介して効率的なミセル架橋が行われているさらなる根拠が示された。図２Ｂ（挿入図参照）および図６に示すように、シリカ架橋されたミセルはｐＨ２においてそのまま分散させて乾燥させた後もその球状のコア−シェル型構造を維持している。ｐＨ２におけるコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の１Ｈ  ＮＭＲ調査では、プロトン化されたＰＤＰＡ鎖によりδ１．３〜１．４のシグナルが生成した（図７参照）。しかしながら、溶液のｐＨをｐＨ７に上昇させるとＰＤＰＡ鎖が脱プロトン化し、したがって疎水性になるために、このシグナルは消失した。したがって、これらの分光学的調査から、ミセルコア中のＰＤＰＡ鎖はｐＨ応答性を有する（すなわち、低ｐＨで親水性になり、高ｐＨで疎水性になることができる）ことが確認され、このことは、これらの新規なコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子が内封／徐放用途に使用される可能性をさらに例示するものである。
【００５８】
典型的には、シェル架橋は、ミセル間の融合を回避するために高希釈度（普通はコポリマーミセルが０．５ｗｔ％未満）で実施される。しかしながら、生体模倣によるシリカ沈着を用いたミセル架橋は、それよりも幾分高い濃度で上首尾に実施することができる。これに従い、図１１Ａ／１１Ｂに示すように、コポリマーミセル（ＰＤＭＡシェルを基準として５０％が４級化されている）１．０ｗ／ｖ％溶液１ｍｌをＴＭＯＳ１１６ｍｇと２０分間混合することにより、個数平均径が約２６ｎｍの明確に画定された混成コポリマー−シリカコア−シェル型粒子が生成した。２．０ｗ／ｖ％コポリマーミセルを用いることにより類似のサイズの粒子も得られた（図１１Ｃ／１１Ｄ参照）。熱重量分析（表１）から、図１１Ａ／１１Ｂおよび１１Ｃ／１１Ｄに示したコポリマー−シリカコア−シェル型粒子のコポリマーの平均含有量がそれぞれ約２０および２２質量％であったことが示され、これは、シリカの反応率がそれぞれ８７および７８％であったことを示唆している。したがって、このＳＣＬミセルを得るためのシリカ沈着による生体模倣的手法は、著しく効率的なようであり、先行技術の方法と比較すると、温和な反応条件、短い反応時間、および比較的安価な試薬という観点で特に有利である。
【００５９】
また、本発明者らは、１，２−ビス−（２−ヨードエトキシ）エタンを用いた選択的４級化およびＰＤＭＡ鎖の架橋によるＳＣＬミセルの調製も行い、結果として得られたカチオン性ミセルをシリカ沈着の鋳型として評価した。ＰＤＭＡ外殻鎖の目標架橋度を３０ｍｏｌ％とした。ＤＬＳ調査を２５℃で実施したところ、前駆体ＳＣＬミセルの強度平均ミセル径が３７ｎｍであることが示された。
【００６０】
非架橋型ミセルに用いたものと同一条件下で、オルトケイ酸テトラメチルを用いた生体鉱物化を実施した。図３Ａは、結果として得られたシリカナノ粒子の典型的なＴＥＭ画像を示すものである。ＤＬＳおよびＴＥＭによるこれらの強度平均および個数平均径はそれぞれ３５ｎｍおよび３２±５ｎｍ（図８参照）であり、ＳＣＬミセル前駆体から得られた値とかなりよく一致していた。さらに、これらがコア−シェル型構造を有することもはっきりと示されている。例えば、図３Ａにおいて下側の白い四角に示されるシリカナノ粒子のＰＤＰＡコアは約１４ｎｍであり、シリカ／ＰＤＭＡ混成シェルの厚みは約１１ｎｍである。目標架橋度を５０％として調製されたＳＣＬミセルを用いた生体鉱物化調査からは、図３Ｂに示すように同様の結果が得られた。非架橋型ミセルを用いて調製されたシリカナノ粒子（図２Ａ）と比較すると、ＳＣＬミセル前駆体から得られたシリカ粒子はより大きなコアおよびより薄肉のシェルを有していた。さらに、分散液中には鋳型を介していないシリカの形跡はなく、ここでもシリカ沈着が十分に制御されていることが示されている。
【００６１】
より少量のＴＭＯＳを用いたシリカ沈着も実施した。これに従い、０．２５ｗ／ｖ％コポリマーミセル溶液（ＢＩＥＥを用いた目標架橋度５０％）２ｍｌを分取してＴＭＯＳ５８ｍｇと一緒に２０分間混合すると、シリカ沈着により、コロイド状に安定した分散液ではなく凝集に至った。ＴＥＭ調査から、約１７ｎｍのコア−シェル型シリカ粒子が形成していることとともに、一次粒子が互いに結合して融合していること（図１０Ａ／１０Ｂ）が示された。熱重量分析（表１参照）から、平均ポリマー含有量が約３０質量％であることが示され、これは、シリカの反応率が約５０％であることを示している。シリカナノ粒子の形成は、同一条件下でやや過剰のＴＭＯＳを用いることにより大幅に改善された。これに従い、０．２５ｗ／ｖ％コポリマーミセル溶液（目標架橋度５０％、ＢＩＥＥ使用）２ｍｌをＴＭＯＳ１１６ｍｇと２０分間混合すると、コロイド状に安定した分散液が生じた（目視により判定）。図１０Ｃ／１０Ｄに示すように、個数平均径が約２０ｎｍである混成コポリマー−シリカ粒子が得られた。熱重量分析から、平均コポリマー含有量が約２４質量％であることが示され、シリカの反応率が約３５％であることを示していた。
【００６２】
初期に均質な条件下でＳＣＬミセルを用いてもシリカ沈着を制御することができる。これに従い、０．２５ｗｔ％のＳＣＬミセル溶液を２．０ｍｌ分取してメタノール２．０ｍｌおよびオルトケイ酸テトラメチル２．０ｍｌの混合物に加え、メタノールを共溶媒として作用させることにより、反応開始時点からＴＭＯＳが水相と確実に混和するようにした。シリカ沈着を４０分間継続した後、得られた生成物のＴＥＭ調査を実施し、図３Ｃに例示したように、明確に画定されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子が予想通り形成されたことを確認した。一方、たとえこの処理を１２０分間継続した後でさえも、図３Ｄに示すように、鋳型を介していないシリカナノ構造の形跡は認められなかった。
【００６３】
図３Ａに示す、ＳＣＬミセルから誘導されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の特性評価を、さらに熱重量分析、ＦＴ−ＩＲ分光法、および水系電気泳動（ａｑｕｅｏｕｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）を用いて実施した。熱重量分析からは、コポリマー−シリカ粒子の平均コポリマー含有量が約１９質量％であることが示されるとともに、図１３に例示するＦＴ−ＩＲ調査からは、これらの粒子に無機成分が存在することによる１０８０、９５０、８００、および４７０ｃｍ−１のバンドが認められたことから、シリカが形成したことが確認された。これらのバンドは、生体鉱物化前のコポリマーミセルから得られたスペクトルには存在しないことがわかった。８００℃で焼成した後は、熱分解されたコポリマーに帰属される１７２６ｃｍ−１の特徴的なバンドは完全に消失し、一方、熱的に安定なシリカに帰属されるバンドは依然として観察された。
【００６４】
ＴＥＭ調査から、コポリマー−シリカ粒子の有機成分が熱分解された後に、中空のシリカ粒子になったことが示された。図１４に示すように、ゼータ電位測定からも、シリカがコポリマーミセルの外殻層内に沈着されたことが支持された。前駆体ＳＣＬミセル（ＰＤＭＡ鎖の目標架橋度３０％）のゼータ電位は、これらがカチオン性のＰＤＭＡシェルを有するため、調査した全ｐＨ範囲にわたって正の値を示していた。一方、シリカ被覆されたミセルは幅広いｐＨ範囲にわたって負のゼータ電位を示し、等電点はｐＨ３．３付近であった。この後者の挙動は、水性コロイド状シリカゾルに見られるものと類似しており（図１４参照）、したがって、ＳＣＬミセルがシリカ外被で被覆されたことと一致している。
【００６５】
本発明者らはまた、このような混成コポリマー−シリカ粒子内に金ナノ粒子を沈着させることも試みた。これを達成するために、まず、ナノ粒子のコア内の弱塩基性のＰＤＰＡ鎖をプロトン化するためにＨＡｕＣｌ４を使用した。次いで、プロトン化されたＰＤＰＡ鎖に付随する対イオンＡｕＣｌ４−を、還元剤としてＮａＢＨ４を用いてその場で還元することによりゼロ価の金ナノ粒子を生成させた。還元ステップ後、コポリマー−シリカ混成ナノ粒子の色が白色からワインレッドに変化し、ナノサイズの金ゾルが形成したことを示唆していた。図１５に例示するように、ＴＥＭ観察から、コポリマー−シリカナノ粒子のコア内に金ゾルが生成したことが裏付けられた。しかしながら、一部のシリカシェルが破壊されていることも明らかであった。この実験から、混成コポリマー−シリカ粒子のコア内にＰＤＰＡ鎖が存在することの直接の証拠も得られた。
【００６６】
このように、量子ドットや生物活性分子等の他の化学種が内封される可能性もはっきりと例示されている。実際、これらの明確に画定されたナノ構造の結果、これらの混成コポリマー−シリカナノ粒子は、生体標識、生体診断、薬剤の標的送達、可溶化、触媒反応、および撮像における用途ならびにフィラーおよびコーティングとしての用途に潜在性を有している。
【００６７】
本明細書における、温和な条件、短い反応時間、および入手可能な試薬を利用できるという事実は、商業的に適用可能な製造方法を準備する際には明らかな利点が得られるであろう。さらに、粒子のサイズおよび／または性質を制御できることも有利である。
【００６８】
シリカを使用することは、本発明の材料の潜在的用途という観点でも特に有利である。つまり、シリカは通常、「食用」材料と認識されているので、これらの新規な粒子は食品製造にも潜在的用途がある。
【００６９】
本発明者らの研究により、コポリマーミセルの性質に厳密に依存して固体の球（空洞なし）または構造化されたコア−シェル型の球（薄いシェルを有する）または構造化されたコア−シェル型の球（厚いシェルを有する）のいずれかを得ることができることから、対象とするジブロックコポリマー鋳型の４級化およびシェル架橋の度合いを変化させることが、その場でのシリカ生体鉱物化中に生成するシリカナノ粒子の性質に顕著に影響することは明らかである。
【００７０】
本発明のコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子は先行技術のものより幾分大きい（３０ｎｍ対１０ｎｍ）ことから、充填能力をより高くすることが可能になるはずである。混成コポリマー−シリカ粒子のコア−シェル性はＴＥＭ調査によりはっきりと例示された。そして、これらの結果は、Ｘ線小角散乱調査（ＳＡＸＳ）により裏付けられた。ＴＥＭおよびＳＡＸＳにより得られる壁の平均厚さはよく一致している。
【００７１】
しかしながら、本発明の最も顕著な利点はおそらく、特許請求された組成物のコア形成性ＰＤＰＡブロックがｐＨ応答性であり、これにより、混成コポリマー−シリカナノ粒子のコアから疎水性の有効成分がｐＨ刺激応答放出される可能性が提供されることにある。
【００７２】
ＡＢＣトリブロックコポリマーは、主として異方性のロッド状コポリマー−シリカ粒子の調製に特に上首尾に使用されることが見出され、上記ナノロッドは、ゼロ次分散放出を可能にするはずである。上記ナノロッドの合成を図１６に例示するが、ここでは、まず、ポリ（エチレンオキシド）をベースとするマクロ開始剤（ＰＥＯ４５−Ｂｒ）を塩化銅（Ｉ）の存在下に２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート（ＤＭＡ）と反応させ、次いで、その生成物をさらに２−（ジイソプロピルアミノ）エチルメタクリレート（ＤＰＡ）と反応させる。得られたコポリマーをＧＰＣおよび１Ｈ  ＮＭＲで特性評価した結果を表２および図１７に示すが、これは、ｄ５−ピリジン中で記録されたトリブロックコポリマーの１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示すものである。
【００７３】
このコポリマーは、ＰＤＰＡコア、ＰＥＯ外殻、およびＰＤＭＡ内側シェルを有するコロイド状のミセル状会合体に自己会合するように設計されたものである。ＰＤＭＡブロックのｐＫａは約７．０であるので、これらの残基の約５０％がｐＨ７．２でプロトン化される。したがって、シリカ沈着は、カチオン性のＰＤＭＡ内側シェル内のみで起こると予想され、外殻のＰＥＯブロックは立体的な安定性を供与する。したがって、粒子の融合を誘起することなくシリカ沈着は比較的高いコポリマー濃度で実施することができると考えられる。
【００７４】
シリカ沈着をコポリマー濃度１．０％で実施し、異方性ロッド状コポリマー−シリカ粒子を生成させた。これは超音波処理によって容易に（再）分散した。結果として得られたシリカロッドをＴＥＭ、熱重量分析、ＦＴ−ＩＲ分光、およびゼータ電位測定を用いて特性評価した。図１８は、シリカロッドの代表的なＴＥＭ画像を示すものである。ＦＴ−ＩＲ調査から、これらのシリカロッドの無機成分由来の１０８０、９５０、８００、および４７０ｃｍ−１のバンドならびにポリマーのカルボニルエステル伸縮由来の１７２６ｃｍ−１のバンドが観測されたことから、シリカが形成したことおよびポリマーが内封されていることが確認された。熱重量分析から、これらの中空シリカロッドの平均コポリマー含有量が約２６質量％であることが示され、図１９に示すように、ゼータ電位測定から、コポリマーミセル上にシリカが上首尾に被覆されたことが示された。
【００７５】
以下の実施例を参照することにより本発明をさらに例示するが、本開示の範囲を何ら限定するものではない。
【００７６】
［実施例］
［実施例１］
Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９９７年、６７１〜６７２頁に従いグループ移動重合を用いてモノマーを逐次付加させることによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成した。一連の単分散に近いポリ（メチルメタクリレート）を較正基準として用いたゲル浸透クロマトグラフィー分析から、Ｍｎが１８０００であり、Ｍｗ／Ｍｎが１．０８であることが示された。ＰＤＰＡおよびＰＤＭＡブロックの平均重合度は、１Ｈ  ＮＭＲ分光を用いることにより、それぞれ２３および６８と推定された。
【００７７】
ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマー（４級化度＝０％）をｐＨ２で分子状に溶解させた後、ＮａＯＨを用いて溶液のｐＨをｐＨ７．２に調整することにより非架橋型ミセル調製した。２５℃における動的光散乱（ＤＬＳ）調査から、ｐＨ７．２のコポリマーミセルの０．２５ｗｔ％溶液においては、ミセルの強度平均径が３７ｎｍであることが示された。
【００７８】
上記ミセルのミセル水溶液（０．２５ｗ／ｖ％、ｐＨ７．２）２．０ｍｌをオルトケイ酸テトラメチル１．０ｍｌと混合した後、初期に不均質な溶液を自然条件下で２０分間撹拌することによりケイ酸化を達成した。こうして得られた混成コア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子をエタノールで洗浄した後、１６０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離／再分散サイクルに３回かけた。次いで、沈降したコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の再分散を、超音波浴を用いて達成した。
【００７９】
［実施例２］
実施例１のようにグループ移動重合を用いてモノマーを逐次付加することによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成した。
【００８０】
Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２００１年、第３４巻、１１４８〜１１５９頁に記載されたように、ヨードメタンを用いたＰＤＭＡブロックの部分４級化（目標４級化度は５０％または１００％のいずれか）をＴＨＦ中で２４時間実施した。
【００８１】
５０％または１００％４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを用いて調製された非架橋型ミセルも同様に、実施例１に記載したようなｐＨ調整によって調製した。ｐＨ７．２で実施したＤＬＳ調査から、５０％および１００％４級化されたコポリマーミセルの０．２５ｗｔ％水溶液の場合は、強度平均径がそれぞれ２９ｎｍおよび２６ｎｍであることが示された。
【００８２】
ＰＤＭＡ鎖が５０％４級化されたＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルの０．２５ｗｔ．％水溶液２．０ｍｌにオルトケイ酸テトラメチル（１．０ｍｌ）を２０℃で添加し、連続撹拌しながらシリカ沈着を２０分間継続させた後、遠心分離によって単離した。
【００８３】
５０％４級化されたコポリマー前駆体を用いて得られた混成コア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子のＤＬＳ調査から、ｐＨ７付近のミセルの強度平均径が３４ｎｍであることが示された。
【００８４】
［実施例３］
グループ移動重合を用いてモノマーを逐次添加することによりＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーを合成し、ＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８ジブロックコポリマーの非架橋型ミセルを実施例１に記載したように調製した。
【００８５】
二官能性４級化剤である１，２−ビス−（２−ヨードエトキシ）エタン（ＢＩＥＥ、目標架橋度３０％を達成するため、ＤＭＡ残基１個当たり０．１５ｍｏｌ）をＰＤＰＡ２３−ＰＤＭＡ６８コポリマーミセルの０．２５％溶液にｐＨ７．２で添加することにより外殻ＰＤＭＡ鎖のシェル架橋を達成した。シェル架橋を２５℃で少なくとも７２時間実施した。シェル架橋させた後のＤＬＳ調査から、強度平均径が３２ｎｍであることが示され、ＴＥＭ調査からは、乾燥させたＳＣＬミセルの数平均径が２６ｎｍであることが示された。ＳＣＬミセル水溶液をｐＨ２に調整してＤＬＳ調査を行ったところ、ＳＣＬミセルの膨潤とにより強度平均径が４５ｎｍであることが示された。
【００８６】
低ｐＨにおいてはＰＤＰＡ鎖が高度にプロトン化され、したがってもはや疎水性ではなくなるので、非架橋型ミセルの場合は低ｐＨで単純に解離して分子状に溶解した溶液を形成するという理由から、このＤＬＳ実験により、シェル架橋が上首尾に行われたことも確認された。さらに、５０％４級化されたコポリマーを用いて調製されたＳＣＬミセルのＤＬＳにより示された強度平均径はｐＨ７．２で３７ｎｍであった。
【００８７】
０．２５ｗｔ％ＳＣＬミセル溶液を２．０ｍｌ分取して、メタノール２．０ｍｌおよびオルトケイ酸テトラメチル２．０ｍｌの混合物に加えることによりシリカ沈着を達成した。ここでは、メタノールを共溶媒として作用させ、ＴＭＯＳが確実に水相と混和するようにした。シリカ沈着を４０分間継続した後に得られた生成物のＴＥＭ調査を行い、図３Ｃに例示するように明確に画定されたコア−シェル型コポリマー−シリカナノ粒子の形成を確認した。一方、この処理を１２０分間継続した後でさえも、図３Ｄに示すように、鋳型を介していないシリカナノ構造の形跡は認められなかった。
【００８８】
［実施例４］
ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーをＰＥＯベースのマクロ開始剤を用いた原子移動ラジカル重合により合成した。まず、マクロ開始剤（１．００ｇ、０．４６３ｍｍｏｌ）を２５ｍｌの一頚フラスコに加え、次いで、吸引／窒素サイクルを３回行うことにより脱気した後、ＤＭＡ（２．１８ｇ、１３．８８ｍｍｏｌ、目標架橋度３０）、２，２’−ビピリジン（１４４．５ｍｇ、０．９２５ｍｍｏｌ）、次いで、脱気した９５／５ｖ／ｖＩＰＡ／水混合物３．２ｍｌを加えた。この溶液を４０℃の油浴に入れて均質になるまで撹拌した。次いで、塩化銅（Ｉ）（４５．８ｍｇ、０．４６３ｍｍｏｌ）を加えて反応を４０℃で３．５時間窒素中で連続撹拌しながら実施した。この時間が経過した後、１Ｈ  ＮＭＲ分光で測定したＤＭＡモノマーの反応率は９６％に到達した。
【００８９】
その後、ＤＰＡ（４．９４ｇ、２３．１３ｍｍｏｌ、目標架橋度＝５０）および９５／５ｖ／ｖＩＰＡ／水混合物５．０ｍｌの混合物を加えた。２段階重合を４０℃で１８．５時間実施した後、空気に触れさせることにより停止した。１Ｈ  ＮＭＲ分析により、ＤＰＡモノマー反応率が９９％に到達したことが示された。コポリマー溶液をＴＨＦ（２００ｍｌ）で希釈し、シリカカラムを通して使用済み触媒を除去した。次いで、コポリマー溶液を減圧濃縮し、固体のコポリマーを脱イオン水（１００ｍｌ）中で析出させることにより残留モノマーおよび任意の未反応のＰＥＯ−ＤＭＡジブロックコポリマーを除去した。精製された白色のコポリマーを真空中で一夜凍結乾燥させることにより単離した。全体の収量は６．１ｇ（７６％）であった。
【００９０】
ＰＥＯ４５−ＰＤＭＡ２９−ＰＤＰＡ７６トリブロックコポリマーをｐＨ２で分子状に溶解した後、ＮａＯＨを用いて溶液のｐＨを７．２に調整してミセルのロッドを形成させる調製を行った。最終コポリマー濃度を１．０ｗｔ％とした。過剰のＴＭＯＳ（０．２０ｇ、すなわちＴＭＯＳ：コポリマー質量比２０：１）をコポリマー溶液１．０ｍｌに加え、次いで、ケイ酸化を２０℃、ｐＨ７．２で２０分間実施することによりシリカ沈着を達成した。エタノールで洗浄した後、１３０００ｒｐｍ、１５分間の遠心分離／再分散サイクルを３回行うことによりシリカロッドを得た。
【００９１】
【表１】
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【００９２】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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