(57)【要約】標的分子を、標的分子とは異なる組成の成分の生成物に選択的に解離し、もはや成分が互いに反応性でないため、標的分子の結合を再形成しないプロセスが開発された。標的分子内の結合を選択的に壊すのに有効な量の、周波数および強度の光単独でまたは触媒と組み合わせて、標的分子を処理することにより、解離を作用させる。解離は、逆過程によって標的分子への再会合を起こさず、本プロセスが代表的な還元酸化メカニズム経由で進行しないので、酸素または他の添加剤を組み込む酸化数または状態の変化を有する成分の生成物を生成しない。標的分子は、廃棄物再生および処理のアンモニア、ＰＣＢ浄化、および標的ドラッグデリバリーを含む。
2013503036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセスであって、
（ａ）標的分子の１個または複数の結合を特異的に解離するのに有効な量、強度およびエネルギーの周波数を用いて標的分子を含む試料を処理し、いかなる反応体も生成せず、また１つまたは複数の標的結合の再会合せずに、標的分子をその成分の生成物に分離することを含むプロセス。
【請求項２】
前記エネルギー源が、化学的、運動、位置、磁気、熱、重力、音、光、弾性、電気、圧電、または電気化学のエネルギーからなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記エネルギーが、光照射、音響、または電磁波の形態をしている、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項４】
前記照射エネルギーが増幅される、請求項３に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項５】
前記エネルギー源が、高周波発生器、増幅発生器、発電機、プラズマ発生器、アーク灯、パルス発生器、波長可変レーザー、紫外線ランプ、紫外線レーザー、パルス紫外線発生器、超音波発生器およびその組み合わせからなる群から選択される設備である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
触媒を提供することを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記触媒が半導体材料または磁性材料である、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記触媒が、酸化チタン（ＴｉＯ２）、白金めっきしたチタニア、非晶質酸化マンガン、銅ドープ酸化マンガン、二酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウム、硫化カドミウム、二酸化ジルコニウム、および酸化鉄からなる群から選択される、請求項６に記載のプロセス。
【請求項９】
前記触媒が、白金、パラジウム、ロジウム、およびルテニウム、チタン酸ストロンチウム、非晶質シリコン、水素化非晶質シリコン、窒素化非晶質シリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウム、およびその組み合わせからなる群から選択される半導体材料である、請求項６に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記触媒が、炭素系グラフェンまたは黒鉛、炭素ドープ半導体材料、または炭素ドープ磁性材料からなる群から選択される、請求項６に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記エネルギー源が、照射エネルギーおよび触媒の組み合わせである、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項１２】
前記エネルギーが紫外線照射であり、かつ、触媒が銅ドープ非晶質酸化マンガンである、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記標的分子が、スルホン酸アルキル、アルキルフェノール、アンモニア、安息香酸、一酸化炭素、二酸化炭素、クロロフルオロカーボン、ダイオキシン、フマル酸、グリース、除草剤、塩酸、シアン化水素、硫化水素、ホルムアルデヒド、医薬品、メタン、硝酸、二酸化窒素、硝酸塩、亜硝酸塩、オゾン、農薬、ポリ塩化ビフェニル、油、二酸化硫黄、硫酸および揮発性有機化合物からなる群から選択される、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項１４】
前記標的分子が廃棄物を含む、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項１５】
前記廃棄物が、換気形成空気、環境空気、ストリッピングおよびオフガス発生作業からの空気、土壌蒸気抽出（ＳＶＥ）、空中浮遊物、有機粒子状物質、プロセス通気ガス、排水処理オフガス、液体流出物、廃水、工業排水、水産養殖用水、汚染土壌、スラッジ廃棄物、および埋立処分廃棄物からなる群から選択される、請求項１４に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項１６】
（ｂ）成分の生成物を精製すること、再循環すること、または再生することをさらに含む、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項１７】
（ｃ）少なくとも１つの成分の生成物を使用してエネルギーを製造することをさらに含む、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項１８】
前記標的分子がアンモニアである、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項１９】
前記アンモニアが、尿、肥料、または養殖の廃棄生成物から生じる、請求項１８に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項２０】
水素ガスが生成される、請求項１９に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項２１】
前記標的分子がＰＣＢである、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項２２】
前記標的分子が治療薬、予防薬または診断用薬剤である、請求項１に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項２３】
前記標的分子が、癌または感染因子の治療のための化学療法薬である、請求項２２に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項２４】
前記標的分子が、ナノ粒子上もしくはナノ粒子中に組み込まれるか、またはナノ粒子を形成する、請求項２３に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項２５】
前記ナノ粒子が金属を含む、請求項２４に記載の１つまたは複数の標的分子の解離のためのプロセス。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載のプロセスに使用されるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標的分子をイオンまたは元素に解離するプロセスに関する。本プロセスは、解離またはイオン化における選択された個々または基の結合エネルギーを使用することにより、エネルギー、再生、およびドラッグデリバリーを包含する様々な他の用途に使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
世界のエネルギー地形は広大で複雑である。急速に増加する世界の人口は、電力の生産および分配の必要性の増加をもたらした。現在工業化に積極的な努力を払っている新興国家は、エネルギーの供給を減少させ、世界的にエネルギー価格を上昇させている。石油、天然ガスおよび石炭などの非再生可能エネルギー源の化石燃料に頼ることによって、危険なレベルの温室効果ガス排出および他の大気汚染がもたらされた。さらに、採掘および露天掘りなどの、環境から化石燃料を得るために使用されるプロセスは、周囲の生態系に著しい被害をもたらす場合がある。
【０００３】
増大する世界的なエネルギー需要に直面して、再生可能エネルギー技術の開発は、さらなる財政および環境の被害を阻止するのに必要である。化石燃料に対する、単純で費用効率の高い広範囲のエネルギー代替法は、将来のエネルギーインフラ計画のための安全で費用効率の高い選択肢を新興国家に提供しつつ、現在のエネルギー供給者には効率的な代替法を与えるものである。
【０００４】
病原体、除草剤、農薬および他の不要な物質の除去は、土壌、大気、水（海水および淡水）および都市機構の大問題になっている。一例はポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）であり、これはＰＣＢ含有工業製品の処分を通じて環境へ持ち込まれた。１９７７年までＰＣＢの投棄が制御されなかったことによって、水系においてＰＣＢ化合物が危険なレベルになり、究極的に結果として植物、動物およびヒトに害毒をもたらした。
【０００５】
廃棄物処理場から汚染物質を取り除くための現行の方法は、焼却、水溶液の超音波処理、照射、熱分解、微生物消化および化学処理を含む。しかしながら、これらの方法にはすべて著しい欠点がある。焼却は有効であるが、トン規模で高価である。汚染物質の不完全な分解は、２次的な汚染物質を生じさせ、さらなる処理を必要とすることがある。焼却はまた、汚染した液体および備品を処理するのに有用であっても、汚染土壌には有用でないという制約を有する。超音波浄化技術は、液体系廃棄物を処理することができるが、さらなる浄化を必要とする中間体を形成することがある。ガンマ線を用いる脱酸素化ＰＣＢの照射は、化合物の塩素を除去し、無機塩化物、ビフェニルおよびいくつかの識別できない未知の中間汚染物質を与える。熱分解法は非常にエネルギー消費的であり、また、熱分解後の処理を必要とする生成物を与える。微生物分解は、汚染物質に対して高度に特異的な生物的浄化の形態であるが、遅く、生物的浄化処理の成功には数週間または数か月を要することがある。
【０００６】
液体試料のための浄化方法は濾過、沈降、逆浸透、浸透、酸化／還元過程、電気分解、熱放射、照射、熱分解および酵素分解を含む。前述のプロセスの欠点は、従来の固体廃棄物処理のものと同様に、費用効果、高いエネルギー消費、およびさらなる浄化を必要とする著しい中間体および副生物の形成である。
【０００７】
光触媒酸化は、流体または空気中の物質を分解する光触媒を使用する。有用な光触媒は、一般に約３．２ｅＶの室温バンドギャップエネルギーを有する半導体である。この物質が約３８５ｎｍ（ＵＶ）未満の波長の光子（ｈν）で照射されると、バンドギャップエネルギーを上回り、価電子帯から伝導帯に上昇することによって電子（ｅ−）が発生し、結果として正孔（ｈ＋）が生成する。結果として得られた高反応性の電子と正孔のペアは、再結合事象が最初に生じなければ、化学反応への参加を可能にする、光触媒の空間電荷領域中に寿命を有している。チタン触媒が使用される場合、メカニズムは下記のように提唱されている：
Ｔｉ０２＋ｈν  →  ｈ＋＋ｅ−［１］
Ｈ＋ＯＨ−  →  ・ＯＨ［２］
Ｔｉ４＋＋ｅ−  −  Ｔｉ３＋［３］
Ｔｉ３＋＋Ｏ２ａｄｓ→Ｔｉ４＋＋Ｏ２ａｄｓ−［４］
・ＯＨ＋汚染原→酸化した汚染原［５］
望まれない再結合反応：ｈ＋＋ｅ−  →  ｈνまたは熱量［６］
ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）およびスーパーオキシドイオン（Ｏ２ａｄｓ−）は、触媒表面に吸着された揮発性有機化合物およびエアゾールを容易に酸化させることができる高反応性の化学種である。チタン触媒法は、触媒の表面の吸着酸素などの付加物を使用する。このメカニズムおよびプロセスは、酸素化された分解副生物の形成をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さらなる浄化を必要とする中間体または副生成物を生成しない、廃棄物中のエネルギーを利用する単純で費用効率の高いプロセスが必要とされている。最終目標は、エネルギーまたは他の商業目的に使用することができる、有用成分または不活性物質に、廃棄物および他の汚染物質を変換するプロセスである。
【０００９】
したがって、本方法のプロセスは、現在の浄化プロセスによって生じる、酸素化副生物をなくすプロセスを提供することである。
【００１０】
さらに、本プロセスの目的は、さらなる浄化を必要とする中間体を発生させないで、効率的に速やかに廃棄物生成物を解離することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、エネルギーを発生させるために本プロセスの生成物を使用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
成分が互いに反応しないために標的分子の結合を再形成しない、標的分子とは異なる構造の成分の生成物に標的分子を選択的に解離するプロセスが開発された。解離は、ある周波数および強度の光などのエネルギー、単独で、または標的分子内の結合を選択的に壊すのに有効な量の触媒と組み合わせて標的分子を処理することにより達成される。本プロセスは、構成部分の標的分子への、逆プロセスによる再会合をもたらさない。本プロセスが通常の還元酸化メカニズム経由で進行しないので、本プロセスはまた、酸素または他の付加物が組み込まれる、酸化または還元過程による成分の生成物、電子の交換、または分子の酸化状態の変化を生じない。
【００１３】
好ましい実施形態において、本プロセスは、複雑な混合物中で分子を標的とするためのメカニズムを提供し、標的分子に対して特異的である。別の実施形態において、本プロセスは、結果として生じた成分の生成物の精製をさらに含むことができる。本プロセスは、廃棄物を浄化する、または成分の生成物を再循環するために使用することができる。詳細には、本プロセスは、エネルギー源として使用することができる水素を発生させる標的分子を解離するために使用することができる。例としては、尿、肥料流去水および水産養殖（ａｇｕａｃｕｌｔｕｒｅ）廃棄物中のようなアンモニアを含む。別の実施形態において、ＰＣＢは迅速に効率的に、コスト効率が良く分解され、反応の唯一の副生物としてビフェニルおよび元素の塩素を生成する。ビフェニルは、親ＰＣＢほど有毒でなく、分解しやすい。本プロセスはまた、生物学的な疾患および障害を治療し、予防し、検出するために使用することができる。好ましい実施形態において、ナノ粒子組成物は、選択的なエネルギー周波数および強度の解離エネルギーへの曝露によって放出される化学療法の生物活性薬剤を含む。別の実施形態において、細胞または微生物は、本プロセスを使用して選択的に死滅させられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光触媒分解後のアンモニア水の減少百分率の棒グラフである。結果は以下の触媒を用いて達成される：Ｐｔ／ＴｉＯ２（白金めっきしたチタニア）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｃｕ−ＡＭＯ（銅ドープ非晶質酸化マンガン、ＡＭＯ（非晶質酸化マンガン）およびＣｕ−Ｃｅ−Ｃｏ（銅セリウムコバルト）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ｉ．  定義およびメカニズム
原子は、原子のイオン化エネルギーと等しい、またはそれより高いエネルギーの光子の吸収によりイオン化される。原子のイオン化閾値未満の複数の光子は、それらのエネルギーを合わせて、多光子イオン化として知られるプロセスによって原子をイオン化することができる。これらの概念は、分子にも当てはまる。多光子共鳴イオン化法（ＲＥＭＰＩ）は、電子的に励起した過渡状態に到達するように、分子を単一の共鳴または多光子の周波数にかける技法である。次いで、第２の光子または多光子は、電子的に励起した電子を放出し、分子をイオン化する。
【００１６】
異なる結合解離エネルギーを有する分子の混合物の中で、１つの化学結合の選択的活性化には、単色光源を必要とする。例えば、Ｎ−Ｈ結合（３．９ｅＶの結合解離エネルギー）およびＣ−Ｈ結合（４．３ｅＶの結合解離エネルギー）を含有する化合物において、４．０ｅＶの特定の光子源は、Ｎ−Ｈ結合のみを解離する。
【００１７】
本明細書において記載されるプロセスは、２つの主要原理に依拠する。第１の原理は、標的分子の解離には、縮数の結合を壊す必要があるということである。それにより、複数の光子または他のエネルギー源が所与の分子に吸収される。第２の原理は、複雑な混合物中の分子の解離は、促進因子として本明細書に定義される解離のためのエネルギー（周波数および強度の両方）の特異的選択をして達成することができるということである。
【００１８】
「照射」は、本明細書において一般に使用される場合、試料を粒子またはエネルギーのビームにさらす、または試料を粒子またはエネルギーのビームで処理することを指す。照射は、電磁気または音響放射の任意の形態を含む。
【００１９】
「生物活性薬剤」は、本明細書において一般に使用される場合、身体の局所または全身に作用する任意の生理学的または薬理学的に活性な物質を指す。生物活性物質は、疾患または障害の１つまたは複数の症候の、治療（例えば、治療剤）、予防（例えば、予防薬）、診断（例えば、診断用薬剤）、治癒または緩和のために使用される物質、身体の構造または機能に影響を与える物質、または所定の生理的環境に置かれた後、生物学上活性またはより活性になるプロドラッグである。例としては、小分子薬物、抗体などのペプチド、タンパク質、糖、多糖類、アプタマー、ｓｉＲＮＡおよびｍｉＲＮＡｓなどのヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、およびその組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【００２０】
「結合解離エネルギー」は、本明細書において一般に使用される場合、結合が切断される場合の変化の標準エンタルピーを指す。
【００２１】
「結合エネルギー」は、本明細書において一般に使用される場合、分子の結合解離エネルギーの合計の平均を指す。
【００２２】
「成分の生成物」は、本明細書において一般に使用される場合、標的分子内に見られる元素のみで構成される既知のイオンまたは原子を指す。個々の成分の生成物は、標的分子とは異なる化学式を有する。一例は、それぞれがＮＨ３の成分の生成物であるＮ２およびＨ２である。
【００２３】
「触媒」は、本明細書において一般に使用される場合、触媒のない状態における解離の速度および／または効率と比較して分子解離の速度およびまたは効率を高める、任意の化学物質を指す。
【００２４】
「化学廃棄物」は、本明細書において一般に使用される場合、所与の試料において、環境的または毒性の懸念により不要な、任意の物理的な状態で存在する、任意の無機または有機物質を指す。
【００２５】
「解離」は、本明細書において一般に使用される場合、分子の結合を壊すことを指す。現行のプロセスにおいて、解離は、標的分子のもとの結合が再会合しないことを必要とする。
【００２６】
「励起状態」は、本明細書において一般に使用される場合、原子または分子の１個または複数の電子が基底状態より高いエネルギー準位にある状態を指す。
【００２７】
「全体的に」は、本明細書において一般に使用される場合、多臓器を包含する表面領域にわたって解離エネルギーを用いる生命体の治療を指す。極端な事例においては、「全体的に」は、目的の特定の組織または標的器官にこだわらずに、解離エネルギーを用いる生命体全体の治療を指す。
【００２８】
「局所的に」は、本明細書において一般に使用される場合、目的の標的組織または臓器中のナノ粒子組成物の注射を指す。
【００２９】
「ナノ粒子」は、本明細書において一般に使用される場合、ナノメートル（ｎｍ）範囲、通常、直径約０．１ｎｍから約１０００ｎｍの、粒子または構造を指す。
【００３０】
「非標的分子」は、本明細書において一般に使用される場合、本プロセスによって影響を受けない標的分子を含有する、試料内の任意の物質を指す。
【００３１】
「薬学的に許容される」は、本明細書において一般に使用される場合、健全な医学的判断の範囲内で、人間および動物の組織に接する使用に適切であり、過剰の毒性、刺激、アレルギー反応または他の問題または紛糾がなく妥当な有益なリスク比と釣り合う、化合物、物質、組成物および／または剤形を指す。
【００３２】
「促進剤」は、本明細書において一般に使用される場合、標的結合に対して選択的、かつ、結合の再会合を阻止するのに十分である、標的結合の解離に必要なエネルギーを指す。
【００３３】
「解離エネルギー源」は、本明細書において一般に使用される場合、標的分子内の標的結合を解離するのに必要とするエネルギーを有する解離エネルギーを与える、任意の化学物質、設備またはその組み合わせを指す。解離エネルギー源は、標的結合解離に適切な強度および適切な周波数を供給しなければならない。解離エネルギー源の例は、パルス発生器に結合されたキセノンランプである。解離エネルギー源は、場合によって、触媒を含むことができる。そのような解離エネルギー源の例は、二酸化チタン触媒およびパルス発生器に結合されたキセノンランプである。
【００３４】
「再循環」は、本明細書において一般に使用される場合、廃棄物中に見られる物質を任意の目的のために再使用することを指す。
【００３５】
「浄化」は、本明細書において一般に使用される場合、そこに捕らえられた蓄積エネルギーまたは有用成分を捕捉するための廃棄物の処理を指す。
【００３６】
「試料」は、本明細書において一般に使用される場合、解離過程にかけられる、少なくとも１つの標的分子を指す。試料は、標的および標的分子の両方を含んでもよい。
【００３７】
「全身で」は、本明細書において一般に使用される場合、標的組織または臓器への注射以外の手段によって対象に投与される組成物を指す。「標的薬剤」は、本明細書において一般に使用される場合、生命体内の特定の細胞型、組織または臓器に対して特異的な任意の要素を指す。標的薬剤は、合成または生物学上の薬剤であってもよい。ナノ粒子組成物の表面の生物学上の、合成および他の標的薬剤は、促進因子を用いる処理をして、封入した生物活性薬剤で治療すべき目的の細胞にナノ粒子組成物を送る。
【００３８】
「標的結合」は、本明細書において一般に使用される場合、標的分子内の任意の結合を指す。標的結合は、共有結合、イオンまたは双極子相互作用、ロンドン分散力もしくは水素結合を包含する「弱い結合」であってよい。標的結合は、単共有結合または多重共有結合であってもよい。
【００３９】
「標的分子」は、本明細書において一般に使用される場合、少なくとも１個の結合を含む分子または高分子の部分を指す。標的分子はナノ粒子であってもよい。
ＩＩ．  標的組成物
Ａ．  標的分子
標的分子は、少なくとも１個の解離すべき結合を含んでいなければならない。標的分子は、固体、液体、気体またはプラズマの物理状態の任意の化合物であってもよい。標的分子は、帯電していても帯電していなくてもよい。標的分子は、天然または合成的に調製された化合物であってもよい。
【００４０】
一実施形態において、標的分子は精製された物質である。一例は、蒸留水であり、本明細書に記載されたプロセスによってＨ２およびＯ２に解離される。別の実施形態において、標的分子は、非標的分子を含む混合物にある。そのような実施形態の例は、水に溶解されたアンモニアである。この実施形態において、アンモニアは標的分子であり、Ｎ２およびＨ２に解離される。この実施形態において、解離エネルギーが、水のＯ−Ｈ結合ではなく、アンモニアのＮ−Ｈ結合を解離するのに必要とするエネルギーに対して特異的であるので、水は解離しない。
【００４１】
本プロセスは、ほぼすべての分子を解離するために使用することができる。浄化に関して、これがＰＣＢなどの分子であってもよい。標的分子は、好ましくは、スルホン酸アルキル、アルキルフェノール、アンモニア、安息香酸、一酸化炭素、二酸化炭素、クロロフルオロカーボン、ダイオキシン、フマル酸、グリース、除草剤、塩酸、シアン化水素、硫化水素、ホルムアルデヒド、メタン、窒素性廃棄物（下水、廃棄物水および農業排水）、硝酸、二酸化窒素、オゾン、農薬、ポリ塩化ビフェニル、油、オゾン、二酸化硫黄および硫酸などのすべての源からの廃棄物または汚染生成物である。標的分子は、反応性または揮発性の脂肪族または芳香族有機化合物であってもよい。
【００４２】
医療分野において、分子は、治療薬、予防薬または診断用薬剤を放出するナノ粒子であってもよい。標的分子はまた、感染因子、転換された（癌）細胞、細菌、または他の生きている生命体の重要なタンパク質、多糖類またはオリゴヌクレオチドであってもよい。治療薬、予防薬または診断用薬剤の送達は、高度に特異的で制御された方式で解離エネルギーへの曝露によって達成することができる。これは、放出すべき分子自体、または抱合剤で形成されたナノ粒子への適用であってもよい。
Ｂ．  標的結合
標的結合は、標的分子内の任意の結合である。本明細書において記載される解離過程によって影響を受ける結合の種類は、共有結合、イオン、ファンデルワールス力、水素結合、もしくはロンドン分散力、または解離エネルギーを形成し有することができる任意の結合を含み、またはエネルギーが、もし適用されれば、結合を壊し、結合の再形成を可能にしない。標的結合が共有結合である実施形態において、結合は、単結合、二重結合、または三重結合であってもよい。解離エネルギーは、標的分子の標的結合に対して特異的でなければならない。代表的なの標的結合の例としては、Ｎ−Ｈ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ≡Ｃ、Ｃ−Ｎ、Ｃ＝Ｎ、ＯＮ、Ｃ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ、Ｃ≡Ｏ、Ｏ−Ｈ、Ｏ−Ｐ、Ｏ＝Ｐ、およびＸが塩素、フッ素、ヨウ素、および臭素から選択される任意のハロゲンであるＣ−Ｘ結合が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４３】
解離の解離エネルギーのエネルギーは、標的結合の結合解離エネルギーに対して特異的である。結合解離エネルギーは、当業界で周知である。結合解離エネルギーの例は、Ｈ−Ｈ、１０４．２ｋｃａｌ／モル；Ｂ−Ｆ、１５０ｋｃａｌ／モル；Ｃ＝Ｃ、１４６ｋｃａｌモル；Ｃ−Ｃ、８３ｋｃａｌ／モル；Ｂ−０、１２５ｋｃａｌ／モル；Ｎ＝Ｎ、１０９ｋｃａｌ／モル；Ｎ−Ｎ、３８．４ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｎ、７３ｋｃａｌモル；Ｏ＝Ｏ、１１９ｋｃａｌ／モル；Ｏ−Ｏ、３５ｋｃａｌ／モル；Ｎ−ＣＯ、８６ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｎ、１４７ｋｃａｌ／モル；Ｆ−Ｆ、３６．６ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｏ、８５．５ｋｃａｌ／モル；Ｃ＝Ｏ（ＣＯ２）、１９２ｋｃａｌ／モル；Ｓｉ−Ｓｉ、５２ｋｃａｌ／モル；Ｏ−ＣＯ、１１０ｋｃａｌ／モル；Ｃ＝Ｏ（アルデヒド）、１７７ｋｃａｌ／モル；Ｐ−Ｐ、５０ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｓ、６５ｋｃａｌ／モル；Ｃ＝Ｏ（ケトン）、１７８ｋｃａｌ／モル；Ｓ−Ｓ、５４ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｆ、１１６ｋｃａｌモル；Ｃ＝Ｏ（エステル）１７９、ｋｃａｌ／モル；Ｃｌ−Ｃｌ、５８ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｃ、１８１ｋｃａｌ／モル；Ｃ＝Ｏ（アミド）、１７９ｋｃａｌ／モル；Ｂｒ−Ｂｒ、４６ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｂｒ、６８ｋｃａｌ／モル；Ｃ＝Ｏ（ハロゲン化物）、１７７ｋｃａｌ／モル；Ｉ−Ｉ、３６ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｉ、５１ｋｃａｌ／モル；Ｃ＝Ｓ（ＣＳ２）、１３８ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｃ、９９ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｂ、９０ｋｃａｌ／モル；Ｎ＝Ｏ（ＨＯＮＯ）、１４３ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｎ、９３ｋｃａｌ／モル；Ｃ−Ｓｉ、７６ｋｃａｌ／モル；Ｐ＝Ｏ（ＰＯＣｌ３）、１１０ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｏ、１１１ｋｃａｌモル；Ｃ−Ｐ、７０ｋｃａｌ／モル；Ｐ＝Ｓ（ＰＳＣｆｅ）、７０ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｆ、１３５ｋｃａｌ／モル；Ｎ−Ｏ、５５ｋｃａｌ／モル；Ｓ＝Ｏ（ＳＯ２）、１２８ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｃｌ、１０３ｋｃａｌ／モル；Ｓ−Ｏ、８７ｋｃａｌ／モル；Ｓ＝Ｏ（ＤＭＳＯ）、９３ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｂｒ、８７．５ｋｃａｌ／モル；Ｓｉ−Ｆ、１３５ｋｃａｌ／モル；Ｐ＝Ｐ、８４ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｉ、７１ｋｃａｌ／モル；Ｓｉ−Ｃｌ、９０ｋｃａｌ／モル；Ｐ≡Ｐ、１１７ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｂ、９０ｋｃａｌ／モル；Ｓｉ−Ｏ、１１０ｋｃａｌ／モル；Ｃ≡Ｏ、２５８ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｓ、８１ｋｃａｌ／モル；Ｐ−Ｃｌ、７９ｋｃａｌ／モル；Ｃ≡Ｃ、２００ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｓｉ、７５ｋｃａｌ／モル；Ｐ−Ｂｒ、６５ｋｃａｌ／モル；Ｎ≡Ｎ、２２６ｋｃａｌ／モル；Ｈ−Ｐ、７７ｋｃａｌ／モル；Ｐ−Ｏ、９０ｋｃａｌ／モル；ＯＮ、２１３ｋｃａｌ／モルを含む。
【００４４】
一実施形態において、標的結合は、本明細書において記載されたプロセスによって不均一に解離される。不均一開裂が生じる場合、イオン成分生成物が、基および放出された電子に加えて生成され得る：例えば、
Ａ：Ｂ→Ａ・＋Ｂ＋＋ｅ−、または
Ａ：Ｂ→Ａ＋＋Ｂ・＋ｅ−
ラジカルは再会合してＡ：Ｂを形成し得るが、好ましい実施形態においては、ラジカルは、均一な様式で再会合し、Ａ：ＡおよびＢ：Ｂの成分の生成物を形成する。１または２以上の同一のラジカルは、会合して既知イオン、原子、または分子を形成し得る。
【００４５】
いくつかの実施形態において、標的分子は、複数の異なった原子、複数の酸化状態、またはその組み合わせを含み、そのすべてが様々な種類の標的結合を含んでいる。複数の異なった原子を含有する異なった標的結合を有する標的分子の例は、ジクロロエタン（ＣＨ２ＣＩ２）およびエタノールアミン（ＯＨＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）である。
【００４６】
複数の酸化状態を有する異なった標的結合を含む標的分子の例は、エチルアセチレンＨＣ≡ＣＨ２ＣＨ３およびエチルイソシアネート（ＣＨ３ＣＨ２Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）を含む。
Ｃ．  試料調製
試料は、処理のための固体、液体、気体、プラズマ、またはその組み合わせを包含する任意の物理状態であってもよい。一実施形態において、ガス状物質は水に溶解される。気体廃棄物源は、とりわけ、換気形成空気、環境空気、ストリッピングおよびオフガス発生作業からの空気、土壌蒸気抽出（ＳＶＥ）、空中浮遊物、有機粒子状物質、プロセス通気ガス、および排水処理オフガスを含む。
【００４７】
一実施形態において、液体流出物、廃水、工業用の流去水、および農業排水を包含する水性処理流れが試料として使用される。これらの液体廃棄物源は既に水性形態にあり、促進因子と直接処理することができる。一実施形態において、固体、および埋立処分廃棄物および汚染土壌などのスラッジ廃棄物源が処理される。
【００４８】
いくつかの実施形態において、標的分子は、１ｐｐｂ未満から非常に高い濃度の範囲で存在する。
【００４９】
別の実施形態において、試料は、標的物質で完全に構成される。そのような実施形態の例は、水である。
【００５０】
当業者は、解離処理の解離エネルギーの強度、およびエネルギーの持続時間が、試料中の標的分子の濃度に基づいて調節される必要があることを認識する。標的分子のより高い濃度は、解離力のエネルギー（ワット量）を増加させ、促進因子への曝露時間、またはその組み合わせを増加させることにより、成功裡に解離する。
ＩＩＩ．  解離エネルギーおよびエネルギー源
解離エネルギーは標的分子の解離に必要なエネルギーであり、標的結合または標的分子内の結合に対して特異的である。解離エネルギーは、任意の標的分子内の任意の標的結合の結合解離エネルギーに対して調整可能で特異的である。
【００５１】
解離エネルギーは、標的結合の切断および標的分子解離の両方に有効な周波数および強度で適用される。
【００５２】
例として、標的分子はＡＢであり、Ａ−Ｂ結合に対して特異的な解離エネルギーの適用は、標的結合からの電子の放出をもたらし、以下の可能なメカニズムに従って、ラジカル、イオン、および電子を生み出す：
Ａ：Ｂ→Ａ・＋Ｂ＋＋ｅ−、または
Ａ：Ｂ→Ａ＋＋Ｂ・＋ｅ−
イオンおよびラジカルは、安定した単離可能な化学種であってもよく、または他のイオンと結合し、分子、すなわち成分の生成物を形成することができる。放出された電子は、電子の吸出し口によって捕捉することができる。解離エネルギーの強度としては、標的分子へ逆行する成分の再会合を起こさないことが必要である。
【００５３】
一実施形態において、解離エネルギーの適用で、一段階電子過程を経由する標的分子の標的結合の結合解離エネルギーを満たし、標的結合は解離する。１つの標的結合が解離されたなら、解離エネルギー源は、第２の標的結合解離エネルギーの周波数に調整し、第２の標的結合の解離に作用するように試料に適用することができる。解離エネルギー源は必要に応じて調整し、標的分子の標的結合すべてを解離することができる。不可逆的解離を達成し、解離した標的分子成分から反応体の形成を阻止するための、ナノ秒以内またはより迅速な多重エネルギーまたは光子を提供することができる多数の設備がある。
【００５４】
別の実施形態において、解離エネルギーの適用は、標的分子のリュードベリ励起状態を伴うプロセスによって、標的分子の標的結合の結合解離エネルギーを満たす。まず、解離エネルギー源は、リュードベリ状態に標的分子を励起し、ここで、標的分子のイオン核から電子を取り除くのにほぼ必要なエネルギー（イオン化または解離エネルギー）が達成される。次に、同一のまたは別の解離エネルギー源は、次いで、標的結合から励起電子を放出する十分なエネルギーを供給する。この実施形態において、各段階のために、１つまたは複数の解離エネルギー源を使用することができる。１つの標的結合が解離されたら、解離エネルギー源は、第２の標的結合解離エネルギーの周波数に調整することができる。解離エネルギー源は、必要に応じて調整し、標的分子の標的結合すべてを解離することができる。
【００５５】
例えば、解離エネルギーを用いるアンモニアの処理は、リュードベリ状態を伴う二段階過程を経由して起こる。まず、１９３ｎｍの解離エネルギー処理は、アンモニアが励起リュードベリ状態になるように、Ｎ−Ｈ結合の共有電子を励起する。続いて起こる２１４ｎｍエネルギーの解離処理のエネルギーは、電子を追い出しアンモニアをＮＨ２−およびＨに解離する。続いて起こる解離過程は、成分の生成物を与え、再会合してＮ２およびＨ２を形成する。
【００５６】
一実施形態において、一段階過程、二段階過程、またはその組み合わせが、標的分子を解離するために使用される。一実施形態において、１つまたは複数の解離エネルギー源は、標的分子内の各標的結合の解離のために使用される。一実施形態において、１つまたは複数の解離エネルギー源は、標的分子内の各標的結合の解離のために併用して使用される。
【００５７】
代表的な分子は、Ｎ−Ｈ、Ｃ−ＯおよびＯ−Ｈ結合を含む。Ｎ−Ｈ結合は、１９３ｎｍおよび２１４ｎｍのキセノン球解離エネルギー源を適用して切断される。Ｃ−Ｏ結合は単色のパルス発生器を用いて切断される。Ｏ−Ｈ結合は、光触媒およびＵＶ照射を組み合わせて切断される。これらの解離エネルギー源はすべて、標的分子のすべての結合の完全な解離のために必要な解離エネルギーを含む。いくつかの場合には、これは、電子を追い出すために３以上の結合エネルギーを必要とする。いくつかの場合において、広い範囲の源から波長またはエネルギーを単離するために、フィルターを使用することができる。
Ａ．  解離エネルギー源
解離エネルギー源は、促進因子のエネルギーを提供する。解離エネルギー源は、照射エネルギー、接触反応、またはその組み合わせを与える。解離エネルギー源は、解離エネルギーに電磁エネルギー、音響エネルギー、または標的結合の結合解離エネルギーを満たす他のエネルギーを供給する。解離エネルギー源のエネルギーは、光子、光触媒、化学的、運動、位置、磁気、熱、重力、音、光、弾性、ＤＣまたはＡＣ変調電流（電気）、プラズマ、超音波、圧電、または電気化学のエネルギーなどの非排他的な列挙から選択される。
【００５８】
解離エネルギー源は、非標的分子結合に特異的に影響しないで、標的分子の標的結合を壊す特異的な結合解離エネルギーを供給することができる任意の設備を含む。例としては、単色光、単調音（ｍｏｎｏｔｏｎｅ  ｓｏｕｎｄ）、または他のモノエネルギー源を含む。一実施形態において、解離エネルギー源は、適切な周波数および強度で適用され、ナノからピコパルス周期の発生器の使用によって、短いタイムスケール内の多光子または多重周波数の解離エネルギーを獲得する。
【００５９】
いくつかの実施形態において、解離エネルギー源は、高周波発生器、増幅発生器、発電機、プラズマ発生器、アーク灯、パルス発生器、波長可変レーザー、紫外線ランプ、紫外線レーザー、パルス紫外線発生器、および超音波発生器であってもよい。いくつかの実施形態において、解離エネルギー源は、任意の数のランプ、発生器および／または電球；ランプ、発電機、および／または直径および長さが同一または異なる寸法を有する電球；ランプ、発電機、およびまたは同一または異なるワット量を有する電球および／または前述のものの任意の組み合わせを有する１つまたは複数の反応床である。この方法に有用なランプ、発電機、および／または電球は、任意の形状、寸法、またはワット量であってもよい。例えば、パルス光源を使用すると、１０ワット入力のエネルギーを使用して、１／３秒以内の４００，０００ワット出力のパルスエネルギーを発生させることが可能になり、それによってエネルギー使用および機器寸法および費用を低減する。
【００６０】
好ましい実施形態において、解離エネルギー源は、パルス発生器に結合したパルス波長可変レーザーまたはダイオードである。
【００６１】
当業者は、標的結合および標的分子の性質が解離エネルギー源の同一性、周波数、および強度を決定することを理解するであろう。
【００６２】
一実施形態において、光触媒法は、紫外線光子を放出するように配置された解離紫外線エネルギー源によって供給される紫外線促進因子を使用する。紫外線源は、一般に、電磁スペクトルの紫外部内の１つまたは複数の波長を有する光を生成するのに適合する。しかしながら、本方法は、電磁スペクトルの紫外部（例えば、４００ｎｍを超える波長）内にない１つまたは複数の波長を有する他の光を出力し得る紫外線源を包含するものと理解されなければならない。
【００６３】
他の光触媒過程において、解離エネルギー源は、紫外蛍光ランプまたは電球以外のランプまたは電球；非紫外線発光ダイオード；表面積を増やし、光触媒を活性化する紫外線、および任意のエネルギー光源を導く導波管；水銀灯；キセノンランプ；ハロゲンランプ；ガス灯の組み合わせ；および結合解離を起こす光触媒物質に十分なエネルギーを提供するマイクロ波源などの他のデバイスと置き換えられる。
【００６４】
一実施形態において、光触媒が、光ファイバーデバイスの表面に塗られ、特異的な解離エネルギーによって内部から活性化される。光ファイバーデバイスは、空気、固体または液体が流れる膜に入れることができる。
Ｂ．  解離源強度のエネルギー
解離エネルギー源の強度は、標的分子を処理する促進因子に供給されるエネルギー量である。解離エネルギー源の強度は、解離し得る結合の数および百分率に直接比例する。低強度の解離エネルギー源は、高強度の解離エネルギー源と比較して、より少い割合の標的結合を解離する能力を有する。例えば、光子の解離エネルギー源において、存在する光子数が大きいほど、電子を放出する可能性が高い。
【００６５】
一実施形態において、解離エネルギー源の強度は、適当な波長のランプまたは波長可変レーザーと組み合わせてパルス発生器を使用することによって増加する。好ましい実施形態において、パルス発生器は、１秒当たり、所定のパルス数を与える。
Ｃ．  解離エネルギー源の周波数
解離エネルギー源のエネルギーの周波数（光子の場合、放射エネルギーの波長）は、標的化合物の標的結合を特異的に解離する。解離エネルギー源の周波数の１つの周波数、複数の選択周波数、または組み合わせを標的物質の化学構造に応じて使用することができる。設備は、十分な解離エネルギー強度を与え、エンドユーザーの必要性を満たす十分な数の結合を完全に解離しなければならない。
【００６６】
標的結合が解離し得る適切な周波数を求める方法は、当業界で公知であり、多光子共鳴イオン化法（ＲＥＭＰＩ）、共鳴イオン化分光法（ＲＩＳ）、光フラグメント画像化、生成物画像化、速度地図画像化、三次元イオン画像化、セントロイディング、ゼロエネルギー運動電子画像化（ＺＥＫＥ）、質量分析閾値イオン化（ＭＡＴＩ）、および光誘起リュードベリイオン化（ＰＩＲＩ）を含む。
【００６７】
アンモニアから水素を解離する波長は、１９３、２１４、２２２、２３４および２７１ｎｍである。これらの３つ以上の波長の組み合わせは、ＮＨ３を壊してその成分：Ｎ２（ｇ）およびＨ２（ｇ）にし、オゾンを生成しない。解離のための波長の例は、１９３ｎｍおよび２１４ｎｍを含み、その両方が必要である。２４８ｎｍの波長はオゾンを壊す。好ましい実施形態において、水素解離のみに必要な解離エネルギーの正確な周波数を満たすための、解離エネルギー源の周波数範囲は、適切なフィルターを用いて、１１５ｎｍから４００ｎｍである。調節は、かご効果および分子間相互作用に対し行われる。
【００６８】
一実施形態において、解離エネルギー源の周波数は、試料を単一エネルギー（ｍｏｎｏ−ｅｎｅｒｇｙ）にさらす波長可変レーザーまたは光エネルギー源によって供給される。
【００６９】
選択された結合、または基の結合を解離するのに十分な強度で適当な解離結合エネルギーが適用される場合、酸化および還元、または細菌の、または識別できない化学反応において見られる、望ましくない副生物または中間体の無作為の生成をなくすので、解離の標的とする選択した結合によって決まるもの以外に、識別できないまたは無作為の分子または原子は生成しない。電子の吸出し口もまた、再結合または中間体もしくは副生物の生成に対する可能性がないことを保証するために、プロセスに付加することができる。
Ｄ．  触媒
一実施形態において、解離エネルギー源は触媒を含む。触媒は結合解離の速度を高める。触媒は、試料および他の解離エネルギー源と適合する任意の物理的コンフィギュレーションの任意の物質であってもよい。触媒は、単機能、多機能、またはその組み合わせであってもよい。触媒は、単独でまたは他の触媒と組み合わせて使用することができる。触媒は、１００％完了まで、すなわち一般に、すべてのアンモニア分子を窒素および水素へ解離する反応を推進するために使用される。触媒は、標的分子、または標的分子が触媒と接触する、エネルギー源と標的分子との間の界面に適用される。触媒は、表面（ナノ粒子またはナノチューブなどの）に塗布され、またはエネルギーが標的分子に通過する液体または懸濁液に分散される。
【００７０】
好ましい実施形態において、解離エネルギー源は、光触媒および光子（光学系）エネルギー源を含む。光触媒は、光を化学エネルギーに変換するための有効な手段を提供する。触媒または光触媒は、酸化チタン、白金めっきしたチタニア、非晶質酸化マンガン、および銅ドープ酸化マンガン、二酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウム、硫化カドミウム、二酸化ジルコニウム、および酸化鉄などの半導体物質である。光触媒はまた、白金、パラジウム、ロジウム、およびルテニウムなどの金属を担持している半導体、チタン酸ストロンチウム、アモルファスシリコン、水素化非晶質のシリコン、窒素化アモルファスシリコン、多結晶シリコン、およびゲルマニウム、およびその組み合わせであってよい。触媒または光触媒は、炭素系グラフェンまたは黒鉛、ならびに炭素ドープ半導体をまたは他の磁性材料、例えば、グラフェンドープＡＭＯであってもよい。
【００７１】
実施例１のデータは、ＮＨ３の光触媒分解においてＣｕ−ＡＭＯの良好な活性を示す。活性を増すパラメーターのいくつかは、大きい表面積、［Ｃｕ２＋］の最適化、および結果として生じた組織を含む。ＡＭＯは、混合原子価（Ｍｎ２＋、Ｍｎ３＋、Ｍｎ４＋）であり、Ｃｕ２＋からＣｕ１＋への還元が可能なので、触媒の電子物性も重要であり得る。最も活性な光触媒は、Ｘ線光電子分光法で分析し、これらの物質中の銅の酸化状態を検討することができる。触媒は、物質の結晶性を検討するために、Ｘ線粉末回折（ＸＲＤ）で、触媒の結晶および非晶質の含有率を検討するために透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の電子回折（ＥＤ）で、また、触媒組成を原子吸光（ＡＡ）で特性評価される。固体試料の半定量分析は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のエネルギー分散型Ｘ線分析によって行うことができる。
Ｅ．プロセスの継続時間
本プロセスは、通常、すべての標的分子が成分の生成物に解離されるまで行われる。継続時間の例は、１秒の数分の１から１０分を含む。好ましい実施形態において、本プロセスは１分間行われる。
【００７２】
当業者は、解離エネルギー源の強度、試料の濃度、および必要とされる解離エネルギー源のエネルギーが、完全解離に必要な時間量を決めることを理解するであろう。
ＩＶ．  使用方法
適当な強度の特異的振動数の光は、分子に適用された場合、場合によって、触媒または同様の促進因子の存在下で、任意の選択した結合を解離し、分子の原子解離によって分解または不活性化を結果としてもたらす。成分の生成物ガス、元素または化学物質は、精製し、保管し、使用し、または処分することができる。
Ａ．  浄化
いくつかの実施形態において、標的分子を含む化学廃棄物または汚染した物質は、処理流れまたは廃棄物源を浄化する解離エネルギーを用いて解離にかけられる。処理流れの種類は、とりわけ、少なくとも１つの望ましくない、またはさもなければ不要な化合物を含有する、換気形成空気、環境空気、ストリッピングおよびオフガス発生作業からの空気、土壌蒸気抽出（ＳＶＥ）、空中浮遊物、有機粒子状物質、プロセス通気ガス、排水処理オフガス液体流出物（例えば、廃水、水産養殖用水、工業および農業排水）を含む。他の実施形態において、本プロセスはまた、固体廃棄物、スラッジ廃棄物、埋立処分廃棄物および汚染土壌を浄化するために使用することができる。
水および農業における硝酸塩およびアンモニアの浄化
例えば、一般に、酪農および農業または水産養殖から得られる流出物流れおよび廃棄物生成物に溶解していると知られているアンモニアガスは、Ｎ２およびＨ２ガスに解離することができる。アンモニアが酸化した結果の１つである硝酸塩は、地下水に１０ｐｐｍ以上のレベルで見られる場合、妊婦の自然流産を引き起こすことが立証されている。農業流去水および淡水および海水系への浸透が増加するにつれて、これらの窒素系副生物および他のほとんどすべてを除去する必要性が、人口増大から保護するための必要条件になっている。
【００７３】
７から１０年おきに、地域の都市下水道および水系は、備品の損耗により、また人口増大による拡大により再編成する必要がある。微生物および他の導入された汚染物質を除去するこの手法は、現行のエネルギー浪費的な、および過大な規模のプロセスのいくつかを、現行の複合除去装置よりはるかに低コストのコンパクトな装置に置き換えるであろう。分解する汚染物質当たりのエネルギー消費は、現在の実施より相当に低い。フットプリントは、現行の商用装置より相当に小さい。したがって、この技術は、これらのシステムが、都市中央部にまたは地価が高い家に設置される場合、販売者に競争上の優位性を提供することができる。この技術はまた、過去には利用不可能であった有効なレベルの汚染除去を提供する。微生物または標的分子の殺滅率は、有毒副生物を生成することなく絶対的であり、現行の都市施設からほとんど除去されていない、富栄養化および病原堆積した副生成物の多くの未検査の放出による、浮遊植物大増殖または病原微生物汚染のような災厄を阻止する。
【００７４】
他の関連する市場は、水族館、消費者の魚類水槽または水産養殖分野の窒素廃棄物の清掃、ならびに、水が乏しい、または水が汚染されている、閉鎖空間、例えば、潜水艦、船または隔離区域内の行政施設において見られる汚染の清掃のための光触媒系を含む。他の用途は、環境内で消費のための水を処理する携帯機器を含む。水槽市場の競争者は、効果的でなく、多くの有害な副生物を生成するバイオろ過技術を使用している。この市場のために使用されてきた、または運転されている他の適用は、貯槽システムの住民およびそれらの貯槽の所有者に有害でもある不完全な汚染処理またはオゾンなどの副産物の生成または使用により、すべてが有害な副生物を生成する、低強度ＵＶシステムまたは酸化装置である。
ＰＣＢの浄化
本技術の主用途は、ＰＣＢの浄化にある。ポリ塩化ビフェニルは、同族体として知られる最大２０９の個別の塩素化合物の混合物である。ＰＣＢの自然源は知られていない。ＰＣＢは、変圧器、コンデンサー、および他の電気機器中の、冷却液および潤滑剤としての使用により、環境へ持ち込まれた。ＰＣＢの生産は１９７７年に停止されたが、それらは環境およびすべての生命体に影響し続けている。文献には、動物および植物生命へのＰＣＢの悪影響の説明で満ちている。例えば１９６８年に、米飼料がＰＣＢによって汚染された鶏肉を食することにより日本の１４，０００人が中毒となった。また、２００８年にニューヨークタイムズは「有毒な母乳」という報告で、ＰＣＢが、米国全土にわたって健康な乳母に最高１０００ｐｐｂに達するＰＣＢレベルにまで紛れ込んでいることを示した。
【００７５】
ＰＣＢは、この化学物質の悪影響が分かる前に、何年も環境へ制御できずに投棄された。ＧＥは、１９４７から１９７７年の間にＨｕｄｓｏｎ川へ１３０万ポンドを超えるＰＣＢを投棄した。他の主要な汚染領域は、Ｂｌｏｏｍｉｎｇｔｏｎ、Ｉｎｄｉａｎａの古いＷｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ工場の周辺領域である。五大湖は、その区域を清掃する大規模作業にもかかわらずひどく汚染されたままである。
【００７６】
大気を通過する地球規模の輸送による汚染は、他の国々から、および私たち自身の場所からの大気輸送からの曝露から、米国住民を保護する際の主要な問題になっている。１．９ｎｇ／ｍ３のＭｉｌｗａｕｋｅｅのＰＣＢの大気濃度によって、Ｍｉｃｈｉｇａｎ湖は１２０ｋｇ／年のＰＣＢを蓄積すると見積もられている。米国内のいくつかの家は、ＥＰＡガイドライン制限値の３．４ｎｇ／ｍ３より１０倍高い３５ｎｇ／ｍ３もの高い濃度を記録した。
【００７７】
ＰＣＢは広範囲の毒作用を示す。これらの作用は、特定のＰＣＢに依存して変動し得る。ダイオキシンと同様、コプラナーＰＣＢおよびモノオルトＰＣＢの毒性は、主として、アリール炭化水素受容体（ＡｈＲ）への結合を介して媒介すると考えられている。ＡｈＲは転写因子であるので、異常な活性化は、遺伝子の転写を変えることにより細胞機能を混乱させる恐れがある。毒性換算係数（ＴＥＦ）の概念は、ＰＣＢがＡｈＲを活性化する能力に基づく。例えば、ジオルト置換非コプラナーＰＣＢは、カルシウムに依存する細胞内シグナル伝達に干渉し、これが神経毒性をもたらすことがある。オルトＰＣＢは、トランスサイレチンに結合することにより甲状腺ホルモン輸送を混乱させる恐れがある。
【００７８】
ＰＣＢの除去の現行手法は、物理的、微生物による、化学的および封じ込めであるが、すべてにそれらの利点と欠点がある。大量のＰＣＢは、埋め立て処分、主として変圧器およびコンデンサーの形態で置かれている。多くの都市地区は、これらの汚染原を収納するようには設計されていず、ＰＣＢは、大気または地下水へ漏れ出し得る。焼却は極めて有効であり得るが、費用がかかり、中間汚染物質が大気または水へ移動することがあり、ＰＣＢ自体の不完全な分解によって形成されるものに加えて、ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ダイオキシンなどの新たな汚染を形成し得る。そのような特定の条件は、トンスケールのＰＣＢを壊すことが極端に費用がかかり、それはＰＣＢを含有する備品および汚染液体のみに使用することができることを意味する。この方法は、影響を受けた土壌の汚染除去には適切ではない。
【００７９】
燃焼と同様のプロセスで、キャビテーション気泡を発生させる高出力超音波は、水に適用される。このプロセスは、ＰＣＢを別の形態に変換する。この形態もまた、有害であり、さらなる処理が必要になり得る。このプロセスもまた、エネルギー消費的である。
【００８０】
イソプロパノールまたは鉱油中のＰＣＢの脱酸素混合物が、ガンマ線照射を受ける場合、ＰＣＢは脱塩素化され、無機塩化物およびビフェニルを形成する。このプロセスは無差別的であり、多くの未知の中間汚染物質を形成し得る。このプロセスはまた、酸素、一酸化二窒素、六フッ化硫黄またはニトロベンゼンなどの物質によって阻害される。
【００８１】
焼却のような、プラズマアーク法を使用する熱分解を用いるＰＣＢの分解は、熱を使用するが、焼却と異なり、燃焼はない。このプロセスはエネルギー消費的であり得る。長鎖分子は、不活性環境中の電気アークによって提供される極限温度で壊れる。逆反応の危険を阻止するためには、結果として生じた生成物の処理後の十分な熱処理ｐｙｒｏｌｉｓｉｓを必要とする。
【００８２】
多くの化学的手法が、ＰＣＢの毒性を破壊するまたは減少させるのに利用できる。一般に、これらのプロセスは、高温に関連し、中間体を形成し、酸化して阻害を受ける。
【００８３】
作業は、ＰＣＢを分解することができる微生物の研究に集中してきた。一般に、これらの生命体は非常にゆっくり作用する。生命体は、脱塩素化において高度に選択的な傾向があるが、炭素源の選択ではそれほどでもなく、他の炭素源に接近して再方向付けし、ＰＣＢに優先して分解させる。それらはまた、環境の化学的条件および競争の激しい生息地によって阻害され、したがって、それらは分解を行うことができないか、または、プロセスがはるかに低速度で進行する。さらに最近の開発は、ＰＣＢ活性を示す微生物から抽出された酵素およびビタミンの試験に焦点を当てている。特に有望に見えるのは、ビタミンＢ１２の使用であり、そこでは、コバルトイオンは、通常の酸化還元条件下で酸化状態（ＩＩＩ）にある。強い還元剤としてクエン酸チタン（ＩＩＩ）を使用すると、Ｃｏ（ＩＩＩ）からＣｏ（Ｉ）に変換し、強力な求核試薬および還元触媒であるＢ１２として知られる新規のビタミンを与える。そこで、これをＰＣＢに使用することができ、迅速で選択的な方式で脱塩素化する。多くの阻害因子が結果に影響を与え得る。このプロセスのみが、このプロセスの生物学的側面をなくし、酵素の形態の既知の触媒を用い、ＰＣＢの分解を行う。
【００８４】
これらのプロセスとは対照的に、ＰＣＢのためにのみ選択される選別的な光触媒法は、他の化学物質による阻害の影響を受けないプロセスを用い、有毒な中間副生物を形成しない。さらに、ＣｕドープＡＭＯ触媒は、自然の酵素触媒よりうまく行い、現行手法より経済的、効率的な、また副生成物を生成しない解決策を与える。ＰＣＢの大気中に起こる分解の主要経路は、ＯＨラジカルによる攻撃を介する。しかし、このプロセスは、無差別的であり、変動する副生物を生成する。直接光分解は高層大気中で起こる場合があるが、しかし、ＰＣＢを励起するのに必要な紫外線波長は、オゾン層によって対流圏から遮蔽されている。ＰＣＢの分解のための正確な結合エネルギーを選択し、それらを濃縮し、解離触媒の選択的なエネルギーを十分な強度で用いて適用するすることによって、副生成物生成のない１００％分解を実現するべきである。
Ｂ．  エネルギー循環および／または回収
一実施形態において、成分の生成物は、精製されたら、次プロセスに従ってエネルギーを発生させるために使用される。
（ａ）標的分子を含む試料を処理して、標的分子を成分の生成物に解離すること；
（ｂ）成分の生成物を精製すること；および
（ｃ）エネルギー源として少なくとも１つの成分の生成物を使用すること。
【００８５】
一実施形態において、解離過程の結果として生じた成分の生成物は、別の目的のために精製および／または使用される。例えば、ガスなどの、結果として生じた成分の生成物は、マイクロシーブまたはナノスポンジによって、集められる。別の実施形態において、発生した水素ガスは、水に溶解され、気体水素に変換される。気体水素は、洗浄、低温分離、圧力変動式吸着、または膜分離機によりさらに精製される。
【００８６】
一実施形態において、本プロセスから結果として得られた水素ガスは、燃料電池に電力を供給するために使用される。好ましい実施形態において、促進因子を用いて尿中のアンモニアの解離によって生じた水素ガスは、回収されエネルギー源として使用される。アンモニアの照射による解離の例において、結果として生じた水素ガスは精製し、エネルギーのために使用することができる。
【００８７】
これは、「メガ」養豚場または酪農場に付随する大規模な廃棄物処理貯槽などの状況で使用することができる。
【００８８】
一実施形態において、成分の生成物は、以下のプロセスによるエネルギー生産以外の目的に対しさらに再循環することができる。
（ａ）試料を処理し、標的分子を成分の生成物に解離すること；
（ｂ）成分の生成物を精製すること；および
（ｃ）少なくとも１つの成分の生成物を再循環すること。
【００８９】
アンモニアの照射による解離の例において、結果として生じた窒素ガスは、防腐剤または工業用の化学品として保管し使用することができる。すべての同素体構造を包含する他の成分の生成物は、酸素、硫黄、およびリンを包含するプロセスによって生じ得る。これらの化合物はすべて、様々な工業的プロセスに有用である。
Ｃ．  医療への適用
生物活性薬剤、特に化学療法の特異的デリバリーのための、細胞、組織、および臓器を標的にする有効なメカニズムが、必要とされる。周囲の組織を損傷せずに、精度を有する生物活性薬剤を送達するプロセスの必要性がまた残されている。
【００９０】
本明細書に記載された方法は、薬物を送達し、薬物を放出し、または癌もしくは感染因子を選択的に殺すために使用することができる。これらは、細胞もしくは生命体中のまたはそれに接する特異的な分子を、あるいはナノ粒子の形態の、それに結合した、またはそれに組み込まれた分子を標的にすることによってもよい。
【００９１】
いくつかの実施形態において、ナノ粒子組成物は、生分解性ナノ粒子、バッキーボール、カーボンナノチューブ、リポソーム、ナノシェル、デンドリマー、量子ドット、磁気ナノ粒子、超常磁性微粒子、ナノロッド、金ナノ粒子、半導体ナノ粒子（量子ドットまたはホウ素ドープシリコンナノワイヤー）、酸化シリコン粒子、ウイルス粒子、またはその組み合わせなどのナノ粒子を含む。標的分子は、少なくとも一次元が、長さ１マイクロメートル未満である金ナノ粒子組成物であってもよい。いくつかの実施形態において、金ナノ粒子組成物は、ナノロッド、ナノスフェアーおよびナノ小板の形態をしている。
【００９２】
いくつかの実施形態において、金ナノ粒子は金合金で製造することができる。金合金ナノ粒子組成物を形成するために使用することができる金属は、好ましくは高いＺ数を有し、金、銀、白金、パラジウム、コバルト、鉄、銅、スズ、タンタル、バナジウム、モリブデン、タングステン、オスミウム、イリジウム、レニウム、ハフニウム、タリウム、鉛、ビスマス、ガドリニウム、ジスプロシウム、ホルミウム、およびウランを含むが、これらに限定されない。
【００９３】
別の実施形態において、標的分子は、金属コアおよび金属コアを取り巻く改質表面層で製造されているナノ粒子組成物である。金属コアには、金が好ましい。しかし、いくつかの実施形態において、金属コアは、金合金または別の金属で製造されていてもよい。合金ナノ粒子組成物の金属コアを形成するために使用することができる金属は、好ましくは高いＺ数を有し、金、銀、白金、パラジウム、コバルト、鉄、銅、スズ、タンタル、バナジウム、モリブデン、タングステン、オスミウム、イリジウム、レニウム、ハフニウム、タリウム、鉛、ビスマス、ガドリニウム、ジスプロシウム、ホルミウム、およびウランを含むが、これらに限定されない。金属コアは１つの金属からなっていてもよく、または混合物、もしくは、そのような金属の配列した、同心状の層または混合物および層の組み合わせであってもよい。
生物活性薬剤
好ましい実施形態において、ナノ粒子組成物は、１つまたは複数の生物活性薬剤を包含する。代表的な生物活性薬剤は、非排他的な列挙から選択され、その列挙には、アシクロビルおよびプロテアーゼ阻害薬単独、またはＨＩＶもしくはＢ型肝炎もしくはＣ型肝炎の治療のためのヌクレオシドと組み合せたような抗ウイルス剤、抗寄生動物（蠕虫、原生動物）剤、抗癌剤（化学療法）、抗体およびその生物活性フラグメント（ヒト化抗体、単鎖抗体、およびキメラ抗体を含む）、ペプチド薬、抗炎症性剤、オリゴヌクレオチド薬物（アンチセンス、アプタマー、リボザイム、リボヌクレアーゼＰのための外部ガイド配列、および三重鎖形成薬剤）、抗生物質、遺伝子、次サリチル酸ビスマスなどの抗潰瘍性剤、消化サプリメントおよび補助因子、ならびにビタミンを含む。
【００９４】
いくつかの実施形態において、生物活性薬剤は、画像化または診断用薬剤である。一実施形態において、診断用薬剤は硫酸バリウムである。他の放射性物質または磁性材料は、放射線不透性の画像化物質の代わりに、または、それに加えて使用することができる。他の物質の例は、ガスまたはガス放出化合物を含む。
【００９５】
いくつかの実施形態において、生物活性薬剤は、単独で、または他の生物活性薬剤、担体、賦形剤、希釈剤、充填剤、または他の薬学的に許容される物質と組み合わせて存在することができる。
【００９６】
いくつかの実施形態において、生物活性薬剤は、ナノ粒子組成物に共有結合で結合される。別の実施形態において、生物活性薬剤はナノ粒子組成物内に封入される。
【００９７】
最も好ましい実施形態において、ナノ粒子組成物は、化学療法薬、またはビンカアルカロイドなどの抗癌剤、微小管機能を混乱させる薬剤（微小管安定剤および不安定剤）、抗血管形成剤、チロシンキナーゼ標的薬剤（チロシンキナーゼ阻害薬などの）、遷移金属錯体、プロテアソーム阻害薬、代謝拮抗薬（ヌクレオシド類似体などの）、アルキル化薬、白金系薬剤、アントラサイクリン抗生物質、トポイソメラーゼ阻害薬、マクロライド、治療抗体、レチノイド（全トランスレチノイン酸またはその誘導体などの）；ゲルダナマイシンまたはその誘導体（１７−ＡＡＧなどの）および当業界で周知の他の標準化学療法剤を含む。例としては、アドリアマイシン、コルヒチン、シクロホスファミド、アクチノマイシン、ブレオマイシン、ダウノルビシン、ドキソルビシン、エピルビシン、マイトマイシン、メトトレキセート、ミトキサントロン、フルオロウラシル、カルボプラチン、カルマスティン（ＢＣＮＵ）、メチルＣＣＮＵ、エトポシド、インターフェロン、カンプトテシンおよびその誘導体、フェネステリン（ｐｈｅｎｅｓｔｅｒｉｎｅ）、タキサン、およびその誘導体（例えば、パクリタキセルおよびその誘導体、タキソテレおよびその誘導体など）、トポテカン（ｔｏｐｅｔｅｃａｎ）、ビンブラスチン、ビンクリスチン、タモキシフェン、ピポスルファン、ｎａｂ−５４０４、ｎａｂ−５８００、ｎａｂ−５８０１、イリノテカン、ＨＫＰ、オルタタキセル、ビノレルビン、タルセバ、ニューラスタ、ラパチニブ、ソラフェニブ、ナベルビン（ビノレルビン）、アントラサイクリン（ドキシル）、ラパチニブ（ＧＷ５７０１６）、ハーセプチン、ゲムシタビン（ジェムザール）、カペシタビン（ゼローダ）、アリムタ、シスプラチン、５−フルオロウラシル、エピルビシン、シクロホスファミド、アバスチン、ベルケード、およびその誘導体を挙げることができる。いくつかの実施形態において、化学療法剤は、ＥＧＦＲ、ＥｒｂＢ２（またＨｅｒｂとして知られる）、ＥｒｂＢ３、ＥｒｂＢ４、またはＴＮＦなどの腫瘍成長に関与する他の因子の拮抗薬である。
【００９８】
生物活性薬剤は、ナノ粒子物質内の微粒子の形態で均質に分散することができる。別の実施形態において、生物活性薬剤は、ナノ粒子組成物の製剤中に、溶融担体物質に部分的に可溶化される、または担体物質と共に相互溶剤中に部分的に溶解される。別の実施形態において、生物活性薬剤は、ナノ粒子組成物の製剤中に、溶融担体物質に完全に可溶化される、または担体物質と共に共溶剤中に完全に溶解する。これは、物質およびそれらが処理される方式の選択によって遂行される。
【００９９】
ゼインなどの水不溶性であるタンパク質は、生物活性薬剤を含有するナノ粒子組成物の形成に好ましい担体物質である。さらに、水可溶性である、タンパク質、多糖類およびその組み合わせは、生物活性薬剤を用いてナノ粒子組成物に製剤化し、続いて架橋し、不溶性網目を形成することができる。例えば、シクロデキストリンは個々の生物活性分子と複合体を形成し、続いて、架橋することができる。
【０１００】
特定のポリマーも、ナノ粒子組成物を含む生物活性薬剤の製剤において、担体物質として使用されてもよい。好適なポリマーは、エチルセルロースおよび他の天然のまたは合成のセルロース誘導体を含む。水性環境中でゆっくり溶解しゲルを形成するポリマー、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロースまたはポリエチレンオキシドはまた、生物活性薬剤を含有するナノ粒子組成物のための担体物質として適切であり得る。
【０１０１】
ナノ粒子組成物を含有する生物活性薬剤を製造するための、担体物質への薬物の封入または組み込みは、既知の医薬品製剤技法によって達成することができる。機械的破砕（例えば、砕く、噛むまたは切る）への曝露から生物活性薬剤を保護する組成物を作り出すために、生物活性薬剤を担体物質内によく分散する。脂肪、ワックスまたはワックス状物質中の製剤の場合には、担体物質がその融解温度を超えて加熱され、生物活性薬剤が添加されて、担体物質中に懸濁した生物活性粒子を含む混合物、担体物質に溶解した生物活性粒子、またはその混合物を形成する。ナノ粒子組成物は、続いて、凍結、押出、噴霧冷却、水性分散のプロセスを含むが、これらに限定されないいくつかの方法によって製剤化することができる。好ましいプロセスにおいて、ワックスはその融解温度を超えて加熱され、薬物が添加され、溶融したワックス薬物混合物は、冷却しながら一定撹拌下に凍結される。代替として、溶融したワックス薬物混合物は、押出し加工し球形化してペレットまたはビーズを形成することができる。これらのプロセスの詳細な記載は、”Ｒｅｍｉｎｇｔｏｎ−Ｔｈｅ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｏｆ  ｐｈａｒｍａｃｙ”、２０ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ｊｅｎｎａｒｏら（Ｐｈｉｌａ，  Ｌｉｐｐｅｎｃｏｔｔ，  Ｗｉｌｌｉａｍｓ，  ａｎｄ  Ｗｉｌｋｅｎｓ，  ２０００）において見出すことができる。
【０１０２】
いくつかの担体物質に対して、ナノ粒子組成物を含有する生物活性薬剤を製造するために、溶媒蒸発技術を使用することが望ましいことがある。この場合、生物活性薬剤および担体物質は相互溶剤に共溶解され、ナノ粒子は、続いて、水または他の適切な媒体中で乳剤を形成すること、噴霧乾燥またはバルク溶液から溶媒蒸発させ結果として得られた物質の粉砕することを含むが、これらに限定されないいくつかの技法によって製造することができる。
【０１０３】
別の実施形態において、生物活性薬剤は、共有結合でナノ粒子組成物に結合している。ナノ粒子組成物への共有結合は、インビボで加水分解を受けやすい任意の結合基経由であってよく、そのような結合基の非排他的な列挙は、無水物、エステル、カーバマート、アミド、ヒドラゾン、ヒドラジン、カルバジド、セミカルバジド、チオセミカルバジド、チオカルバジドおよびその組み合わせを含むが、これらに限定されない。当業者は、結合基が必要かどうか、および結合基の同一性がナノ粒子および生物活性薬剤の組成に依存するということを認識するであろう。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、ナノ粒子組成物は、ナノ粒子表面のターゲティング薬剤を含む。ターゲティング薬剤は、生命体内の特定の細胞種類、組織、または臓器に対して特異的である。ターゲティング薬剤は、合成または生物学的薬剤であってもよい。ナノ粒子の表面の生物学的、合成、または、他のターゲティング薬剤は、生物活性薬剤で処置されるべき目的の細胞に特異的にナノ粒子を向ける。一実施形態において、ターゲティング薬剤は、抗体、好ましくは腫瘍細胞または腫瘍関連の組織に結合するタンパク質または受容体に対して特異的な抗体である。抗体は、単クローン、ポリクローン、抗体の断片であってもよい。抗体断片の例は、Ｆａｂ、Ｆａｂ’、Ｆ（ａｂ’）２、ｓｃＦｖ、Ｆｖ、ｄｓＦｖ、二特異性抗体、またはＦｄの断片を含む。代表的な腫瘍特異抗体は、乳癌細胞を標的にするための抗ＨＥＲ−２抗体、結腸または胃癌を標的にするための抗Ａ３３抗原抗体癌を標的にするための抗ヒト癌胎児性抗原（ＣＥＡ）抗体乳癌を標的にするためのＨＭＦＧ２またはＨ１７Ｅ２抗体、および抗癌胎児性抗原または抗大腸特異性抗原ｐ抗体のいずれかのＦａｂ’と共有結合で結合された抗ヒスタミン−スクシニル−グリシンＦａｂ１で構成される両特異的単クローン抗体を含む。
【０１０５】
別の実施形態において、ターゲティング薬剤は小分子である。いくつかの受容体は、小分子配位子と結合する癌細胞または癌関連組織の表面に過剰発現される。癌細胞に過剰発現される受容体の非限定的な例は、葉酸（葉酸塩）受容体および因子Ｖｉｌａを含む。葉酸（葉酸塩）または因子Ｖｉｌａ配位子のナノ粒子組成物への抱合によって、受容体依存性エンドサイトーシスによる内部移行が起こり得る癌細胞に組成物を送達する。ナノ粒子組成物の内容物は、促進因子で処理すると放出される。
【０１０６】
別の実施形態において、ターゲティング薬剤は、核酸配位子アプタマーである。アプタマーは、ＤＮＡもしくはＲＮＡオリゴヌクレオチド、または修飾ＤＮＡもしくはＲＮＡオリゴヌクレオチドであり、特定の標的配位子結合構造を果たすのに特異的な独特の構造に折りたたまれている。アプタマーの非限定的な例は、血管内皮細胞成長因子（ＶＥＧＦ）および前立腺特異的膜抗原（ＰＳＭＡ）に結合するアプタマーを含む。
【０１０７】
別の実施形態において、ターゲティング薬剤は、細胞表面ホルモン受容体、腫瘍血管薬剤、およびインテグリンを含む非排他的な列挙から選択される受容体に対して特異的なオリゴペプチドである。
【０１０８】
ターゲティング薬剤の共有結合を行なうためのプロトコルは、当業者によって日常的に行われる。例えば、抱合は、チオール誘導ターゲティング薬剤をナノ粒子組成物と反応させることにより行うことができる。代替として、ターゲティング薬剤が結合基を用いて誘導され、結合基は、インビボで分解し得るエチレン基、ペプチドまたはアミノ酸基、ポリヌクレオチドまたはヌクレオチド基の鎖をさらに含むことができる。
Ｄ．  賦形剤
好適な薬学的に許容される担体は、タルク、アラビアゴム、ラクトース、デンプン、ステアリン酸マグネシウム、カカオ脂、水性または非水性のビヒクル、動物または植物起源の脂肪物質、パラフィン誘導体、グリコール、様々な湿潤剤、分散剤または乳化剤、および防腐剤を含む。
【０１０９】
注射のために、ラクトンが、液体担体中の溶液または懸濁液として、通常、製剤化される。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、ナノ粒子組成物は、安全で有効であると考えられ、また、望ましくない生物学的な副作用や不要な相互作用を引き起こさずに、個体に投与することができる物質で構成される薬学的に許容される「担体」を使用して調製される。「担体」は、活性成分または原料以外の医薬製剤中に存在するすべての成分である。用語「担体」は、希釈剤、結合剤、潤滑剤、崩壊剤（ｄｅｓｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｓ）、充填剤、および被覆組成物を含むが、これらに限定されない。
【０１１１】
「担体」は、また可塑剤、顔料、着色剤、安定剤、および流動促進剤を含んでもよい被覆組成物の成分をすべて含む。遅延放出投薬製剤は、以下の参考文献に記載されているように、調製することができる。”Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  ｄｏｓａｇｅ  ｆｏｒｍ  ｔａｂｌｅｔｓ”、Ｌｉｂｅｒｍａｎら編（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，  Ｉｎｃ．，  １９８９），”Ｒｅｍｉｎｇｔｏｎ  −  Ｔｈｅ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｏｆ  ｐｈａｒｍａｃｙ”，  ２０ｔｈ  ｅｄ．，  Ｌｉｐｐｉｎｃｏｔｔ  Ｗｉｌｌｉａｍｓ  ＆  Ｗｉｌｋｉｎｓ，  Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，  ＭＤ，  ２０００，および”Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  ｄｏｓａｇｅ  ｆｏｒｍｓ  ａｎｄ  ｄｒｕｇ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｓｙｓｔｅｍｓ”，  ６ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ａｎｓｅｌら，  （Ｍｅｄｉａ，  ＰＡ：  Ｗｉｌｌｉａｍｓ  ａｎｄ  Ｗｉｌｋｉｎｓ，  １９９５）。これらの文献は、担体、材料、錠剤およびカプセル剤、ならびに錠剤、カプセル剤、および顆粒剤の遅延放出剤形を調製する設備およびプロセスについての情報を提供する。
【０１１２】
適切な被覆材料の例は、酢酸フタル酸セルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、フタル酸ヒドロキシプロピルメチルセルロース、および酢酸コハク酸ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどのセルロースポリマー；ポリ酢酸フタル酸ビニル、アクリル酸ポリマーおよびコポリマー、およびＥｕｄｒａｇｉｔ（登録商標）（Ｒｏｔｈ  Ｐｈａｒｍａ、Ｗｅｓｔｅｒｓｔａｄｔ、Ｇｅｒｍａｎｙ）の商品名で市販されているメタクリル樹脂、ゼイン、セラック、および多糖類を含むが、これらに限定されない。
【０１１３】
さらに、被覆材料は、可塑剤、顔料、着色剤、流動促進剤、安定剤、孔形成剤および界面活性剤などの通常の担体を含んでいてもよい。
【０１１４】
薬物を含有する組成物中に存在する随意の薬学的に許容される賦形剤は、希釈剤、結合剤、潤滑剤、崩壊剤、着色剤、安定剤、および界面活性剤を含むが、これらに限定されない。「充填剤」とも称される希釈剤は、固体剤形の嵩を増やし、それによって圧縮加工のための実用的なサイズを提供するために通常必要である。適切な希釈剤としては、リン酸二カルシウム二水和物、硫酸カルシウム、ラクトース、スクロース、マンニトール、ソルビトール、セルロース、微結晶性セルロース、カオリン、塩化ナトリウム、乾燥デンプン、加水分解デンプン、インスタントスターチ、二酸化ケイ素、酸化チタン、ケイ酸アルミウニムマグネシウム、および粉末糖を含むが、これらに限定されない。
【０１１５】
結合剤は、固体ナノ粒子製剤に密着性の特質を与えるために使用される。好適な結合剤は、デンプン、インスタントスターチ、ゼラチン、糖（スクロース、グルコース、デキストロース、ラクトースおよびソルビトールを含む）、ポリエチレングリコール、ワックス、アラビアゴム、トラガントなどの天然、および合成ゴム、アルギン酸ナトリウム、ヒドロキシ（ｈｙｄｏｒｘｙ）プロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロースを含むセルロース、およびビーガム（ｖｅｅｇｕｍ）、ならびにアクリル酸およびメタクリル酸コポリマー、メタクリル酸コポリマー、メタクリル酸メチルコポリマー、メタクリル酸アミノアルキルコポリマー、ポリアクリル酸／ポリメタクリル酸およびポリビニルピロリドンなどの合成高分子を含むが、これらに限定されない。
【０１１６】
潤滑剤もナノ粒子組成物に使用することができる。適切な潤滑剤の例は、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸、ベヘン酸グリセリン、ポリエチレングリコール、タルク、および鉱油を含むが、これらに限定されない。
【０１１７】
崩壊剤は、投与後の剤形崩壊または「瓦解（ｂｒｅａｋｕｐ）」を容易にするために使用され、一般には、デンプン、グリコール酸デンプンナトリウム、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、インスタントスターチ、粘土、セルロース、アルギニン（ａｌｇｉｎｉｎｅ）、ゴムまたは架橋ＰＶＰ（ＧＡＰ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｒｐからのＰｏｌｙｐｌａｓｄｏｎｅ  ＸＬ）架橋ポリマーを含むが、これらに限定されない。
【０１１８】
安定剤は、例えば、酸化反応を含む薬物分解反応を阻止するまたは遅らせるために使用される。
【０１１９】
界面活性剤は、陰イオン性、陽イオン性、両性または非イオン性の表面活性な薬剤であってもよい。好適な陰イオン界面活性剤は、カルボン酸塩、スルホン酸塩および硫酸塩イオンを含有するものを含むが、これらに限定されない。陰イオン界面活性剤の例は、長鎖アルキルスルホン酸塩、および、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルアリールスルホン酸塩のナトリウム、カリウム、およびアンモニウム塩；スルホコハク酸ビス（２−エチルチオキシル）ナトリウムなどのスルホコハク酸ジアルキルナトリウム；およびラウリル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸塩を含む。陽イオン界面活性剤は、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、臭化セトリモニウム、ステアリルジメチルベンジル塩化アンモニウムなどの第四級アンモニウム化合物、ポリオキシエチレンおよびココナッツアミンを含むが、これらに限定されない。非イオン性界面活性剤の例は、モノステアリン酸エチレングリコール、ミリスチン酸プロピレングリコール、モノステアリン酸グリセリル、ステアリン酸グリセリル、４−オレイン酸ポリグルセリル、ソルビタンａｃｙｌａｔｅ、スクロースａｃｙｌａｔｅ、ラウリン酸ＰＥＧ−１５０、モノラウリン酸ＰＥＧ−４００、モノラウリン酸ポリオキシエチレン、ポリソルバート、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ＰＥＧ−１０００セチルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリプロピレングリコールブチルエーテル、ポロキサマー（登録商標）４０１、ステアロイルモノイソプロパノールアミド、およびポリオキシエチレン水素化獣脂アミドを含む。両性界面活性剤の例としては、Ｎ−ドデシル−β−アラニンナトリウム、Ｎ−ラウリル−β−イミノジプロピオン酸ナトリウム、ミリストアンホアセタート（ｍｙｒｉｓｔｏａｍｐｈｏａｃｅｔａｔｅ）、ラウリルベタインおよびラウリルスルホベタインを含む。
【０１２０】
所望の場合、ナノ粒子組成物はまた、湿潤剤または乳化剤、染料、ｐＨ緩衝剤、および防腐剤などの微量の無毒な補助剤を含んでいてもよい。
Ｅ．投与方法
いくつかの実施形態において、ナノ粒子組成物は、局所の、腸の、または非経口の投与を包含する任意の標準方法によって投与される。投与の局所用の方法は、上皮、吸入、浣腸、眼または点耳液、および口腔粘膜を含む。腸内投与は、経口服用、栄養管、または坐薬を包含することを含む。投与の非経口の形態は、静脈内注射、動脈内注射、筋肉内注射、腹腔内注射、および皮下注射を含む。
【０１２１】
別の実施形態において、ナノ粒子組成物の徐放を可能にするリザーバー装置または空洞はまた、上記で列挙する方法によって投与することができる。好ましい実施形態において、ナノ粒子は治療の前に具体的な組織または臓器に注入される。最も好ましい実施形態において、ナノ粒子組成物は、治療の前に癌組織または臓器に注入される。ナノ粒子組成物の投与では、生物活性薬剤の放出をもたらさず、胃腸管内の分解、酵素または酸による分解、または機械的侵食による。
【０１２２】
ナノ粒子組成物は、生物学的な疾患または障害を治療し、阻止し、検出するために、細胞、組織、または臓器に生物活性薬剤を送達することによって患者に投与することができる。ナノ粒子組成物は、全身でまたは局所的に投与することができる。同様に、解離エネルギーは全体的にまたは局所的に適用することができる。当業者は、投与方法、および解離エネルギー処理の具体的な組み合わせは、患者、必要とされる投薬、疾患または障害、および他の因子に依存することを認識するであろう。
【０１２３】
一実施形態において、ナノ粒子組成物は、患者に全身で投与され、解離エネルギー処理は全体的に起こる。別の実施形態において、ナノ粒子組成物は、患者に全身で投与され、解離エネルギー処理は局所的に起こる。標的組織または臓器に対する特異性は、目的の部位、組織、または臓器に解離エネルギーを用いて処理することによって得られる。ターゲティング薬剤は、目的の細胞、組織、または臓器に対して特異的であり、適切な位置にナノ粒子組成物を向ける。いくつかの実施形態において、ナノ粒子組成物は細胞によってエンドシトーシスされる。好ましい実施形態において、ナノ粒子組成物は、例えば注射によって局所的に投与され、解離エネルギー処理は、腹部に適用される超音波などの解離エネルギー源の非侵襲性のエネルギーによって、局所的に起こる。
上記に確認された実施形態のすべてにおいて、解離エネルギーを用いる処理は、生物活性薬剤が周囲媒体へ放出され、通常の作用機序を経て作用するように、ナノ粒子組成物を解離して成分の生成物をもたらす。
【０１２４】
いくつかの実施形態において、本プロセスは薬物を送達するために使用され、疾患を治療または予防することができる。一実施形態において、本プロセスは、検出または画像化の目的において、コントラスト剤または他の造影剤を送達するために使用することができる。医用画像技法の例は、Ｘ線画像化、超音波画像化、磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）、放射線画像化、陽電子放射形断層撮影法（ＰＥＴ）、ラジオグラフィー、蛍光透視法、およびコンピューター断層撮影（ＣＴ）を含む。
【０１２５】
以下の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すために包含されている。プロセスおよび使用が好ましい実施形態に関して記載されているが、本発明の概念、趣旨および範囲から逸脱することなく、組成物、方法に、および本明細書において記載された方法の段階においてまたは段階の順序において、変形が適用され得ることは、当業者には明白であろう。
【実施例】
【０１２６】
実施例１：
ＮＨ３光触媒作用からのＮ２の光触媒生成
短い継続時間（多光子放出を提供するナノもしくはピコ秒破裂、または同様の継続時間）の特定の周波数および強度のパルス光を、硝酸塩、亜硝酸塩または一酸化二窒素などの中間体または酸化副生物を生成することなく、アンモニアを窒素および水素に光解離させるために使用する。これは、アンモニア分子の多光子または周波数エネルギー曝露を可能にする適当な強度を有する、アンモニアに対して、正確な促進因子、光周波数エネルギーおよび／または正確な結合解離エネルギー（複数可）の特異的な入力の使用によって達成される。各標的分子の結合または解離の正確なエネルギーを有する特定の分子結合は、光解離によって、再結合を阻止するのに必要な時間内に、結合した適当な数の光子を有する適当な周波数および強度にある光パルスによってのみ壊され、それによって無害な窒素および水素、を生成し、それによって水から有害なアンモニアを除去する。本プロセスの利益は、オフガス、または切断原子を集めて、燃料電池もしくは水素化物エンジンの、または栄養素としての水素を含む状態となるエネルギー源として使用することができることである。
材料および方法
１ｐｐｍのアンモニアの水中溶液３オンスを、３パルス／秒供給するパルス発生器に結合した、キセノン硬化球で照射した。場合によって、以下の触媒の１つを含有していた：Ｐｔ／ＴｉＯ２（白金めっきしたチタニア）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｃｕ−ＡＭＯ（銅ドープ非晶質酸化マンガン、ＡＭＯ（非晶質酸化マンガン）、およびＣｕ−Ｃｅ−Ｃｏ（銅セリウムコバルト）。キセノン硬化球を、１８５ｎｍから２８０ｎｍまでの低紫外線領域に設定した。溶液を１秒および１分後の成分ガスについて試験した。解離の結果として生じたガス、Ｎ２（ｇ）およびＨ２（ｇ）を、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、質量分析（ＭＳ）、イオンクロマトグラフィー、およびガスクロマトグラフィー‐質量分析（ＧＣ−ＭＳ）法によって測定した。単一試料溶液中のアンモニア（ＮＨ３）、亜硝酸塩（ＮＯ２−）および硝酸塩（ＮＯ３−）の分離および測定を以下のように行った：
１．  ＮＨ４＋を、溶液中でＮａＯＨを使用して、ＮＨ３に変換した。
２．  ＮＨ３を、ＦｅＳＯ４を使用して、ＮＯ２−に還元した。
３．  ＮＯ２−を、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ（デバルダ合金）を使用して、ＮＯ３−に酸化した。
結果
水中アンモニアの分解に対する予備的な結果は、以下の表１−３に示される。生成物は、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、質量分析（ＭＳ）、イオンクロマトグラフィー、およびガスクロマトグラフィー‐質量分析（ＧＣ−ＭＳ）法によって分析した。
【０１２７】
表１．光触媒作用によるＮＨ３からＮ２の生成
【０１２８】
【表１】
2013503036.tif 000003
ａ  Ｎ２ピーク比＝（Ｎ２ピーク比／合計ピーク面積）
ｂ  ピーク比＝（Ｎ２ピーク比／Ｏ２ピーク比）
ｃ  観察されたＯ２およびＮ２ピークは、注意したにもかかわらず手動式注入の限界による空気の試料混入に起因する。オンライン注入ならこの混入は避けされる。
試行１＝１秒  ；試行２＝１分
表２．種々の光触媒の光触媒データａ
【０１２９】
【表２】
2013503036.tif 000004
ａ単位は吸光度単位である。
【０１３０】
表３．種々の触媒を用いる光触媒反応後のＮＨ３濃度
【０１３１】
【表３】
2013503036.tif 000005
検討
表１−３および図１から、０．１ｍＭから０．０２９ｍＭへと、Ｐｔ／ＴｉＯ２中ＮＨ３濃度の著しい減少が観察される。これは、アンモニアから他の窒素含有種への変換の徴候である。ＡＭＯの光触媒活性は印象的である。しかしながら、データが明らかに示すように、水溶液中のＮＨ３は、望ましくない有毒な硝酸塩および亜硝酸塩酸素化生成物に光触媒酸化された。銅（Ｃｕ２＋イオン）ドープＡＭＯは、アンモニアの窒素ガスへの１００％変換の選択性を著しく増やした。
【図１】
2013503036.tif 000006
【国際調査報告】
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