(57)【要約】【課題】有機溶媒や、重金属を用いずに簡易に製造できる多糖類化学修飾金属酸化物粒子を提供する。【解決手段】多糖類化学修飾金属酸化物粒子である。多糖類の主鎖の炭素−酸素結合がイオン的に切断された主鎖末端型アニオンが対電子を、金属酸化物の金属−酸素結合がイオン的に切断されたカチオンの金属原子に供与して、金属原子が対電子を授受する結合によって、金属酸化物の粒子の表面に、多糖類が化学的に結合されている。この多糖類化学修飾金属酸化物粒子は、環境負荷の高い有機溶媒や、生体毒性が懸念される重金属を用いることなく、簡易な反応系である固相メカノケミカル反応により製造することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多糖類化学修飾金属酸化物粒子であって、
多糖類の主鎖の炭素−酸素結合がイオン的に切断された主鎖末端型アニオンが対電子を、金属酸化物の金属−酸素結合がイオン的に切断されたカチオンの金属原子に供与して、前記金属原子が前記対電子を授受する結合によって、前記金属酸化物の粒子の表面に、前記多糖類が化学的に結合されている多糖類化学修飾金属酸化物粒子。
【請求項２】
前記金属酸化物がマグネタイトである、請求項１に記載の多糖類化学修飾金属酸化物粒子。
【請求項３】
前記多糖類がデキストランである、請求項１又は２に記載の多糖類化学修飾金属酸化物粒子。
【請求項４】
金属酸化物の粒子と、多糖類とを、無溶媒で固相メカノケミカル反応させる、多糖類化学修飾金属酸化物粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多糖類化学修飾金属酸化物粒子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物粒子の他の物質に対する親和性を向上するために、その表面を化学修飾する場合がある。化学修飾は、一般的な表面化学修飾反応を用いることが多い。この表面化学修飾反応は、通常、有機溶媒中で行われる。
また、表面化学修飾反応として、重合反応を用いることもある。この重合反応は、通常、有機溶媒中で行われ、しかも、重金属を用いて行われる。
以上のような表面化学修飾反応をするためには、その前提として、金属酸化物粒子の表面に反応基の存在が必要である。
【０００３】
仮に、表面に反応基がない金属酸化物粒子において、表面修飾を行う場合には、親和性を向上させる物質を金属酸化物粒子表面に物理吸着しなければならない。しかし、この場合には、物理吸着であるから、修飾した物質が金属酸化物粒子表面から脱離し易い。
よって、表面に反応基がない金属酸化物粒子を用いる場合には、まず、金属酸化物粒子表面に反応基を持つ分子を結合させる。そして、その反応基を重合の開始点とし、親和性の高い高分子化合物を合成して、表面を化学修飾する必要がある。
ところで、本発明者らは、機械的破壊により生成する化学種及びその反応性について研究を行ってきた（例えば、非特許文献１〜５参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Sakaguchi, et al., "Ionic Products from the Mechanical Fracture of Solid Polypropylene" Polymer, 1984, 25, 944-946.
【非特許文献２】Sakaguchi, Ohura, et al., "The correlation between the ionic degree of covalent bond comprising polymer main chain and the ionic yield due to mechanical fracture" Polymer, 2014, 55, 1917-1919.
【非特許文献３】Sakaguchi, et al., "Mechanoanions Produced by Mechanical Fracture of Bacterial Cellulose: Ionic Nature of Glycosidic Linkage and Electrostatic Charging ", J. Phys. Chem. A. 2012, 116, 9872-9877
【非特許文献４】Sakaguchi, Ohura, et al., "Novel method of the surface modification of the microcrystalline cellulose powder with poly(isobutyl vinyl ether) using mechanochemical polymerization" Adv. Powder Technol. 2015, 26, 1383-1390.
【非特許文献５】Sakaguchi, et al., "Chemical surface modification of aluminum oxide nanoparticles with graft copolymer of aluminum oxide and poly(isobutyl vinyl ether) mechanochemically synthesized in vacuum at low temperature" Adv. Powder Technol. 2017, 28, 266-279.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、機械的破壊により生成する化学種を用いることで、従来技術における有機溶媒や重金属等の課題が解決できると考え、鋭意検討したところ、下記の事実を見いだした。
すなわち、機械的破壊により生成する化学種を用いることで、環境負荷の高い有機溶媒や、生体毒性が懸念される重金属を用いることなく、簡易な反応系により、金属酸化物粒子を化学修飾できることを見いだした。
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、有機溶媒や、重金属を用いずに簡易に製造できる多糖類化学修飾金属酸化物粒子を提供することを目的とする。
ここで、本発明と、従来の化学修飾との差異をより詳細に説明する。従来の化学修飾は、単量体の重合反応により、粒子の表面から成長した高分子による化学修飾である。例えば、金属酸化物の一種であるアルミナの表面からイソブチルビニルエーテルの重合反応により成長した高分子による表面化学修飾の例が報告されている（特開２０１５−２２９６９８号公報、Motokawa, Sakaguchi et al. Adv. powder technol. 2017, 28, 266-279.参照）。
このような従来の化学修飾と比較して、本発明では次の新規な技術思想を利用している。すなわち、重合反応を用いるのではなく、裸のデキストランメカノアニオンと表面にある裸のマグネタイトメカノカチオンとの新規高分子反応による化学修飾を利用している。そして、裸のアニオンと裸のカチオンとのカップリング反応であるため、結合による離脱イオン基、イオン原子は存在しないという特徴を有する。また、新規カップリング反応による新規化学結合様式であるため、生成するマグネタイトーデキストランとの化学結合も新規のものである。
以上の知見に基づく本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔１〕多糖類化学修飾金属酸化物粒子であって、
多糖類の主鎖の炭素−酸素結合がイオン的に切断された主鎖末端型アニオンが対電子を、金属酸化物の金属−酸素結合がイオン的に切断されたカチオンの金属原子に供与して、前記金属原子が前記対電子を授受する結合によって、前記金属酸化物の粒子の表面に、前記多糖類が化学的に結合されている多糖類化学修飾金属酸化物粒子。
【０００７】
〔２〕前記金属酸化物がマグネタイトである、請求項１に記載の多糖類化学修飾金属酸化物粒子。
【０００８】
〔３〕前記多糖類がデキストランである、請求項１又は２に記載の多糖類化学修飾金属酸化物粒子。
【０００９】
〔４〕金属酸化物の粒子と、多糖類とを、無溶媒で固相メカノケミカル反応させる、多糖類化学修飾金属酸化物粒子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の多糖類化学修飾金属酸化物粒子は、環境負荷の高い有機溶媒や、生体毒性が懸念される重金属を用いることなく、簡易な反応系である固相メカノケミカル反応により製造することができる。
金属酸化物がマグネタイトである場合には、多糖類化学修飾金属酸化物粒子をＭＲＩ造影剤等に応用ができ、利用価値が高い。
多糖類がデキストランである場合には、多糖類化学修飾金属酸化物粒子の生体親和性が高い。
本発明の製造方法は、固相メカノケミカル反応を用いており、環境負荷の高い有機溶媒や、生体毒性が懸念される重金属を用いることなく、簡易な反応系で多糖類化学修飾金属酸化物粒子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】多糖類化学修飾金属酸化物粒子の製造方法を示す概念図である。図１では、裸のメカノカチオンと裸のメカノアニオンとの新規高分子カップリング反応が模式的に説明されている。この図１で説明されている高分子カップリング反応による新規化学結合生成においては、離脱イオン基、イオン原子は存在しないことが特徴である。
【図２】従来の表面修飾粒子の製造方法を示す概念図である。図２（Ａ）は、重合反応により生成する高分子による化学修飾を示している。図２（Ｂ）は、高分子の物理吸着を基本とし、後処理で物理吸着した高分子を架橋により網目状にして表面からの離脱を抑制していることを示している。
【図３】実施例のデキストラン表面化学修飾マグネタイトナノ粒子の製造方法を示す概念図である。
【図４】実施例のデキストラン表面化学修飾マグネタイトナノ粒子の精製・単離方法を示す概念図である。
【図５】（Ａ）Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−７を採取した後の残渣に蒸留水を加えた液体の写真である。（Ｂ）この液体（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−７を採取した後の残渣に蒸留水を加えた液体）の遠心分離操作後の写真である。
【図６】（Ａ）遠心分離後の上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−８）の写真である。（Ｂ）この上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−８）に磁石を近づけたときの写真である。
【図７】乾燥Ｓｕｐｅｒｍｎａｔａｎｔ−１３のＳＥＭ写真である。
【図８】ＦＴ−ＩＲスペクトルである。（ａ）マグネタイト単体、（ｂ）デキストラン単体、（ｃ）化学修飾マグネタイトナノ粒子（乾燥Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−２１）
【図９】ＴＧＡの観測結果である。（ａ）マグネタイト単体、（ｂ）デキストラン単体、（ｃ）化学修飾マグネタイトナノ粒子（乾燥Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１３から２１の合算試料）
【図１０】分子軌道計算の結果を示す図である。（ａ）２Ｆｅ３Ｏ４−Ｆｅ−Ｏ−Ｄｘｔの化学構造、（ｂ）２Ｆｅ３Ｏ４−Ｆｅ−Ｏ−ＤｘｔのＨＯＭＯ軌道係数の分布、（ｃ）２Ｆｅ３Ｏ４−Ｆｅ−Ｏ−ＤｘｔのＬＵＭＯ軌道係数の分布。新規Ｆｅ−Ｏ結合を矢印で示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「〜」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０〜２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０〜２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。
【００１３】
１．多糖類化学修飾金属酸化物粒子
本実施形態の多糖類化学修飾金属酸化物粒子は、金属酸化物の粒子の表面が、多糖類により修飾されている。そして、多糖類の主鎖の炭素−酸素結合がイオン的に切断された裸の主鎖末端型アニオンが対電子を、金属酸化物の金属−酸素結合がイオン的に切断された裸のカチオンの金属原子に供与して、金属原子が対電子を授受する結合によって、金属酸化物の粒子の表面に、多糖類が化学的に結合されている。
【００１４】
（１）金属酸化物の粒子
金属酸化物は、金属の酸化物であれば特に限定されない。金属酸化物として、例えば、マグネタイト、シリカ、及びアルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種を好適な例として挙げることができる。磁気共鳴画像（ＭＲＩ）検査において画像を見やすくするためのＭＲＩ造影剤用途では、これらの金属酸化物の中でもマグネタイトが、生体毒性が無いという観点から好適に用いられる。
金属酸化物の粒子の粒径は、特に限定されないが、一次粒子の平均粒径が、１０ｎｍ〜５０ｎｍが好ましく、１５ｎｍ〜４５ｎｍがより好ましく、２０ｎｍ〜４０ｎｍが更に好ましい。
この平均粒径は、次のように求められる。走査型電子顕微鏡観察にて一次粒子の観察を行い、一次粒子の観察画像を得る。得られた一次粒子画像を画像解析ソフトにて解析し、平均粒子径を算出する。
金属酸化物の粒子の粒径がこの範囲内であると、シェルに造影剤や、抗がん剤を含有させても、多糖類化学修飾金属酸化物粒子の粒径が、生理学的障壁を回避できる粒径範囲（３０ｎｍ〜１００ｎｍ）内となる。
【００１５】
（２）多糖類
多糖類は、グリコシド結合（α−グリコシド結合又はβ−グリコシド結合）によって単糖分子が多数重合した物質であれば特に限定されない。多糖類として、例えば、デキストラン、セルロース、でんぷん、キトサン、及びアガロースからなる群より選ばれる少なくとも１種を好適な例として挙げることができる。これらの多糖類の中でもデキストランが、生体適合性が高いという観点から好適に用いられる。
【００１６】
（３）多糖類化学修飾金属酸化物粒子の構造
多糖類化学修飾金属酸化物粒子は、図１の右下に示されるように、コアシェル構造を有している。コア粒子は、金属酸化物の粒子となっている。シェル部分は、多糖類によって形成されている。
多糖類化学修飾金属酸化物粒子では、金属酸化物の粒子の表面に、多糖類が化学的に結合されている。詳細には、次の化学結合により結合されている。この化学結合は、多糖類の主鎖の炭素−酸素結合がイオン的に切断された裸の主鎖末端型アニオン（裸のアニオン）の対電子（図では「：」と記載されている）を、金属酸化物の金属−酸素結合がイオン的に切断された裸のカチオンの金属原子に供与し、金属原子が対電子（「：」）を授受してできた化学結合である。この結合は新規の化学結合様式と考える。
【００１７】
多糖類化学修飾金属酸化物粒子の粒径は、特に限定されないが、一次粒子の平均粒径が、１０ｎｍ〜５０ｎｍが好ましく、１５ｎｍ〜４５ｎｍがより好ましく、２０ｎｍ〜４０ｎｍが更に好ましい。
この平均粒径は、次のように求められる。走査型電子顕微鏡観察にて一次粒子の観察を行い、一次粒子の観察画像を得る。得られた一次粒子画像を画像解析ソフトにて解析し、平均粒子径を算出する。
この粒径の範囲内であると、多糖類化学修飾金属酸化物粒子の粒径が、多糖類で化学修飾した部分であるシェルに造影剤や、抗がん剤を含有させても生理学的障壁を回避できる粒径範囲（３０ｎｍ〜１００ｎｍ）内となる。
【００１８】
多糖類化学修飾金属酸化物粒子のシェル部分には、多糖類由来の「ＯＨ基」が存在している。よって、この「ＯＨ基」と他の分子を反応させることによって、多糖類化学修飾金属酸化物粒子に種々の機能を付加することが容易にできる。
【００１９】
シェル部分の厚みは特に限定されない。シェル部分の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜６０ｎｍであり、より好ましくは２ｎｍ〜５０ｎｍであり、特に好ましくは３ｎｍ〜４０ｎｍである。この範囲内であると、多糖類化学修飾金属酸化物粒子の生体親和性を十分担保することができる。なお、シェル部分の厚みは、多糖類化学修飾金属酸化物粒子の粒子径、コア粒子の密度、多糖類の密度から計算により見積もられる値である。
【００２０】
２．多糖類化学修飾金属酸化物粒子の製造方法
（１）本実施形態の製造方法
多糖類化学修飾金属酸化物粒子の製造方法は、金属酸化物の粒子と、多糖類とを、無溶媒でボールミル等を用いて粉砕しつつ、固相メカノケミカル反応させることを特徴としている。この製造方法は、無溶媒で行われる。また、この製造方法は、真空中又は不活性雰囲気下で行われることが望ましい。
この製造方法の一例の概念を図１に示す。図１（Ａ）に示すように、多糖類に、無溶媒の状態（例えば真空中）で、ボールミル等を用いて電気的不均一な機械的切断が起きると、裸のアニオンが生成する。この裸のアニオンは、多糖類の主鎖の炭素−酸素結合がイオン的に切断された裸の主鎖末端型アニオンであり、多糖類が切断されたフラグメントである。
他方、図１（Ａ）に示すように、金属酸化物の粒子（金属酸化物粒子）に、無溶媒の状態（例えば真空中）で、ボールミル等を用いて電気的不均一な機械的切断が起きると、裸のカチオンが粒子表面に生成する。この裸のカチオンは、金属酸化物の金属−酸素結合がイオン的に切断されたカチオンであり、金属酸化物が粉砕されたフラグメントである。
そして、図１（Ｂ）に示すように、裸のアニオンと、裸のカチオンが結合することにより、多糖類化学修飾金属酸化物粒子が生成する。すなわち、多糖類の主鎖の炭素−酸素結合がイオン的に切断された裸の主鎖末端型アニオンが、対電子を、金属酸化物の金属−酸素結合がイオン的に切断された裸のカチオンの金属原子に供与して、金属原子が対電子を授受することによって、粒子表面の裸のカチオンと裸のアニオンとが結合する。この新規結合様式反応により金属酸化物粒子表面が多糖類で化学修飾される。
この製造方法は、有害な重金属を含む触媒が用いられていない無触媒反応であり、人体に安全な合成法である。
【００２１】
この製造方法は、より詳細には、金属酸化物の粒子と、多糖類と、硬質ボールと、を粉砕容器に入れることによって行われる。
粉砕容器に入れる金属酸化物の粒子と、多糖類の質量比は特に限定されない。例えば、多糖類の量は、金属酸化物の粒子１００質量部に対して、好ましくは５０〜５００質量部、より好ましくは１００〜４５０質量部、更に好ましくは２００〜４００質量部である。この範囲内とすると、固相メカノケミカル反応が進行しやすいからである。
【００２２】
（２）従来の表面修飾粒子の製造方法
ここで、従来の表面修飾粒子の製造方法について図２を参照しつつ説明する。図２（Ａ）は、表面に反応基１３を有する粒子１０を用いた製造方法の一例の概念図である。粒子１０の表面の反応基１３を起点として、単量体１５が重合して高分子化し、修飾された粒子１７が生成している。この従来の方法では、粒子表面に反応基が必要である。また、この製造方法は、有機溶媒中での液相反応として行われる。
【００２３】
図２（Ｂ）は、表面に反応基を有しない粒子２０を用いた表面修飾粒子の製造方法の一例の概念図である。粒子２０の表面を、高分子鎖２１で包囲し、高分子鎖２１を架橋剤２３により架橋することで、網目構造を有する高分子で修飾された粒子２５が生成している。この従来の製造方法では、架橋反応が必要で有り、修飾された粒子２５は嵩高く、粒子径も大きくなってしまう。また、この製造方法は、有機溶媒中での液相反応として行われる。
【００２４】
（３）従来の製造方法と比較した、本実施形態の製造方法の特徴及び利点
本実施形態の製造方法では、粒子表面の裸のメカノカチオンと裸の高分子メカノアニオンとの反応を利用している。
本実施形態の製造方法では、粒子に高分子が直接反応しており、単量体を用いた重合反応とは反応様式が全く異なっている。
本実施形態の製造方法では、粒子表面（金属酸化物粒子表面）には、反応基を必要としない。
また、本実施形態の製造方法では、無溶媒の固相反応を利用している。また、この製造方法では、重金属は不要である。
そして、本実施形態の製造方法では、得られる多糖類化学修飾金属酸化物粒子の粒径は、一次粒子の平均粒径が、１０ｎｍ〜５０ｎｍと小さい。
【実施例】
【００２５】
実施例により本発明を更に具体的に説明する。
なお、以下の実験においては、以下の装置を次のように用いた。
＜遠心分離について＞
試料を水に分散させ、遠心分離器ＣＴ６Ｅ（日立工機社製）を用い、２，７００ｒｐｍ、５分の条件で遠心分離した。
＜ＴＧＡ熱重量分析について＞
ＴＧＡスペクトルは、ＳＴＡ６０００（パーキンエルマー社製）を用い、窒素雰囲気中１０℃／ｍｉｎで観測した。
＜ＦＴ−ＩＲ分析について＞
ＦＴ−ＩＲスペクトルは、ＦＴ／ＩＲ  ８４００（島津社製）を用い、ＫＢｒ法で観測した。
【００２６】
１．デキストラン表面化学修飾マグネタイトナノ粒子（以下「化学修飾マグネタイトナノ粒子」という）の作製
（１）振動型ボールミルによるメカノケミカル処理（図３参照）
図３（Ａ）に示すように、マグネタイト粉末（粒子）３１（０．５４ｇ）、デキストラン粒子３３（１．７２ｇ）、２１個のガラス玉３５（平均直径８．４ｍｍ、総重量１６．０ｇ）をガラス製容器（ガラスミル３７：内容積３３ｍＬ）に入れ、このガラスミル３７を真空ラインに接続し、１００℃、０．６Ｐａで６時間真空乾燥した。真空乾燥後、ガラスミル３７を溶融封止し、真空ラインから切り離した。図３（Ｂ）に示すように、このガラスミル３７を振動型ボールミルにセットし、室温で５Ｈｚ、２３時間振とうした。このようにすることで、真空中で試料の機械的破壊を行ったことになる。以上の工程により、図３（Ｃ）に示すように、化学修飾マグネタイトナノ粒子３９を含んだ混合物（粉砕試料）が得られた。
【００２７】
（２）化学修飾マグネタイトナノ粒子の精製、単離、及び評価
図４（Ａ）に示すように、回収した粉砕試料（１．９０４ｇ）を透明バイアル瓶に入れ蒸留水（２６．９７ｇ）を加えた。未反応のデキストラン粒子３３を除去するために、磁石４３を用い、未反応のマグネタイト粒子３１、及び化学修飾マグネタイトナノ粒子３９を凝集させ、その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−０，１９．５５ｇ）を採取した。この上澄み液を乾燥させると透明フイルムが得られた。そのＦＴ−ＩＲスペクトルはデキストラン粒子３３のスペクトルと一致し、マグネタイト粒子３１に起因するピークは検出されなかった。この結果は、上澄み液に含まれているのは未反応のデキストラン粒子３３のみといえる。
【００２８】
次に、未反応のマグネタイト粒子３１及び化学修飾マグネタイトナノ粒子３９を含む残渣に蒸留水（２２．６８ｇ）を加え、振り、その後、磁石で凝集させた。その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１）を採取した。Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１は磁石による凝集は観測されなかった。ＦＴ−ＩＲ観測からは、乾燥Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１はデキストランのみであることが示された。Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１を得る操作は、未反応のマグネタイト粒子３１及び化学修飾マグネタイトナノ粒子３９から、未反応のデキストラン粒子３３を除去するための洗浄操作であるといえる。同様の洗浄操作を繰り返し行った。すなわち、具体的には、Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１を採取した後の残渣に蒸留水を加え、振り、その後、磁石で凝集させた。その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−２）を採取した。Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−２を採取した後の残渣に蒸留水を加え、振り、その後、磁石で凝集させた。その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−３）を採取した。Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−３を採取した後の残渣に蒸留水を加え、振り、その後、磁石で凝集させた。その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−４）を採取した。Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−４を採取した後の残渣に蒸留水を加え、振り、その後、磁石で凝集させた。その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−５）を採取した。Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−５を採取した後の残渣に蒸留水を加え、振り、その後、磁石で凝集させた。その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−６）を採取した。Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−６を採取した後の残渣に蒸留水を加え、振り、その後、磁石で凝集させた。その上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−７）を採取した。以上の、洗浄操作７回後の上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−７，２８．５２ｇ）は透明であり、デキストランのみであることがＦＴ−ＩＲ観測から明らかとなった。
【００２９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−７を採取した後の残渣（６．４０ｇ）に蒸留水（２８．１４ｇ）を加え、遠心分離管に入れ、振とうし、不透明な分散液を得た。このときの様子を図５（Ａ）の写真に示す。この写真は、遠心分離操作前の様子を示している。その後、図４（Ｃ）に示すように、２，７００ｒｐｍ、５分間の遠心分離操作を行った。この操作後の様子を図５（Ｂ）の写真に示す。図５（Ｂ）の写真から、沈殿物と透明な上澄み液があることが分かる。図４（Ｄ）に示すように、遠心分離後の上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−８，２３．４３ｇ）を採取し、透明バイアル瓶に入れた。遠心分離後の上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−８）は、図６（Ａ）の写真に示すように透明であった。しかし、図６（Ｂ）の写真に示すように、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−８）に磁石５１を近づけると化学修飾マグネタイトナノ粒子３９の凝集物が得られた。これは、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−８）には、化学修飾マグネタイトナノ粒子３９が分散しており、且つ、透明であったことからその粒径が可視光線の波長以下であることを示している。
【００３０】
残渣に蒸留水を添加、遠心分離操作、上澄み液の採取という一連の操作を繰り返し行い、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１３，２８．０１ｇ）を得た。
すなわち、具体的には、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−８）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件（２，７００ｒｐｍ、５分間、以下同じ）で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−９）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−９）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１０）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１０）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１１）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１１）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１２）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１２）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１３）を採取した。
Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１３は透明であるが、磁石により凝集した。乾燥Ｓｕｐｅｒｍｎａｔａｎｔ−１３のＳＥＭ写真を図７に示す。粒径がほぼ揃っている平均粒径（３４．３ｎｍ）のナノ粒子が認められる。
【００３１】
更に、残渣に蒸留水を添加、遠心分離操作、上澄み液の採取という一連の操作を繰り返し行い、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｍｎａｔａｎｔ−２１，２８．５１ｇ）を得た。
すなわち、具体的には、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１３）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１４）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１４）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１５）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１５）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１６）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１６）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１７）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１７）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１８）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１８）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１９）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１９）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−２０）を採取した。上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−２０）を採取した後の残渣に蒸留水を添加し、上記と同様の条件で遠心分離操作して、上澄み液（Ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−２１）を採取した。
乾燥したＳｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−２１のＦＴ−ＩＲスペクトルを図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）で示されるスペクトルには、マグネタイトに起因する６１１ｃｍ−１のピーク及びデキストランに起因する１１５９ｃｍ−１及び１０２０ｃｍ−１のピークが同時に観測されている。一方、図８（ａ）で示されるスペクトルは、マグネタイト単体のスペクトルであり、マグネタイトのＦｅ−Ｏの吸収に起因する６１１ｃｍ−１のピークが認められる。他方、図８（ｂ）で示されるスペクトルは、デキストラン単体のスペクトルであり、デキストランのＣ−Ｏの吸収に起因する１１５５ｃｍ−１及び１０１６ｃｍ−１が認められる。これらの結果から、メカノケミカル反応によりデキストランで化学修飾した化学修飾マグネタイトナノ粒子が合成されたことが確認された。
【００３２】
更に、ＴＧＡ観測（熱重量測定）を行った。図９に結果を示す。（ａ）で示されるマグネタイト単体の場合は、熱分解による重量減少は認められないが、（ｂ）で示されるデキストラン単体の場合は、２５６〜３６７℃の範囲で急激な重量減少が認められる。一方、（ｃ）で示される乾燥したＳｕｐｅｒｎａｔａｎｔ−１３から２１の合算試料の場合は、２３８〜３６７℃の範囲で急激な重量減少（１４．５０８％）が認められ、この重量減少温度域は、デキストランと一致している。この結果は、メカノケミカル反応によりデキストラン化学修飾マグネタイトナノ粒子が生成したことを示している。マグネタイトに対するデキストランの重量比は０．１７５９７と見積もられた。
また、化学修飾マグネタイトナノ粒子の平均粒子径（３４．３ｎｍ）、マグネタイト密度（５．１７ｇ／ｃｍ３）、デキストラン密度（０．９８ｇ／ｃｍ３）を仮定すると、化学修飾デキストラン層の厚さ（シェル部分の厚さ）が３．３０ｎｍと見積もられた。
【００３３】
２．分子軌道計算
Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｒ  ０９  ｖｅｒ．７．０  ｐｒｏｇｒａｍ  ｓｕｉｔ，  ＧａｕｓｓＶｉｅｗ，ｖｅｒ．５．０を用い、ＤＦＴ計算、Ｂ３ＬＹＰ（６−３１１＋Ｇ＊＊）を行った。
マグネタイトのモデル化合物を機械的に破壊するとＦ−Ｏ結合が切断し、裸のマグネタイトメカノカチオン（２Ｆｅ３Ｏ４−Ｆｅ＋；真空中であるため反対イオンの無い裸のカチオン）が生成すること、反応活性原子がＦｅ＋であることが分子軌道計算から明らかになった。
一方、デキストランのモデル化合物を機械的に切断すると主鎖のＣ−Ｏ結合が切断し、裸のデキストランメカノアニオン（−：Ｏ−Ｄｘｔ；真空中であるため反対イオンが無い裸のアニオン）が生成すること、反応活性原子が、−：Ｏ原子であることが分子軌道計算から明らかになった。更に、裸のデキストランメカノアニオンの−：Ｏ原子が対電子を供与し、これを裸のマグネタイトメカノカチオンのＦｅ＋原子が授受し、ここにＦｅ−Ｏ結合が生成し、安定に存在することが分子軌道計算から明らかになった。裸のマグネタイトメカノカチオンモデル化合物２Ｆｅ３Ｏ４−Ｆｅ＋と裸のデキストランメカノアニオンモデル化合物−：Ｏ−Ｄｘｔとが電子対授受により新たなＦｅ−Ｏ結合が形成され２Ｆｅ３Ｏ４−Ｆｅ−Ｏ−Ｄｘｔとなることが分子軌道計算から明らかになった。２Ｆｅ３Ｏ４−Ｆｅ−Ｏ−Ｄｘｔの化学構造（ａ）、ＨＯＭＯ軌道係数の分布（ｂ）、ＬＵＭＯ軌道係数の分布（ｃ）を図１０に示す。
【００３４】
＜他の実施形態（変形例）＞
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
上記実施例では、多糖類としてデキストランを用いた例を挙げて説明したが、他の多糖類であっても同様の多糖類化学修飾金属酸化物粒子を合成することができる。
上記実施例では、金属酸化物としてマグネタイトを用いた例を挙げて説明したが、他の金属酸化物であっても同様の多糖類化学修飾金属酸化物粒子を合成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ＭＲＩ造影剤等に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
３１…マグネタイト粒子
３３…デキストラン粒子
３５…ガラス玉
３９…化学修飾マグネタイトナノ粒子
【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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