(57)【要約】  本明細書では、絹フィブロインベースの光熱エレメントおよびその用途が提供される。絹フィブロインベースの光熱エレメントは、絹フィブロインマトリクスに分散される複数のプラズモンナノ粒子を含み、プラズモンナノ粒子が電磁放射にさらされたとき、熱を生成することができる。絹フィブロインベースの光熱エレメントは、適合し生分解性があるように構成させることができ、例えば、熱から電気への変換のための熱電装置のような様々な電子部品と、さらに統合されることができる。本発明は、例えば、光熱治療、制御されたドラッグデリバリー装置、または、埋め込み式のマイクロ装置の無線給電などの様々なインビボの用途に有用である。
2013542181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射にさらされたときに熱を生成する複数のプラズモンナノ粒子、および、
絹フィブロインマトリクス、
を備える光熱エレメントであって、
前記複数のプラズモンナノ粒子は前記絹フィブロインマトリクス中に分散されており、および、
前記複数のプラズモンナノ粒子の平均直径が約５ｎｍ〜１００ｎｍの間である、
光熱エレメント。
【請求項２】
請求項１に記載の光熱エレメントであって、
前記絹フィブロインマトリクスの少なくとも一部が光学的に透明である、
光熱エレメント。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光熱エレメントであって、
前記絹フィブロインマトリクスが、ワイヤー、光ファイバー、フィルム、極薄フィルム、ゲル、注射可能なマトリクス、コーティング、小胞、スポンジ、ブロック、多孔質構造、または、それらの任意の組み合わせ、の形態である、
光熱エレメント。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記絹フィブロインマトリクスが絹フィルムである、
光熱エレメント。
【請求項５】
請求項４に記載の光熱エレメントであって、
前記絹フィルムの厚さが、１０ｎｍ以下、３０ｎｍから５００μｍ、３０ｎｍから５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約２μｍ、または、２０μｍから３０μｍである、
光熱エレメント。
【請求項６】
請求項５に記載の光熱エレメントであって、
前記絹フィルムの厚さが、約３０μｍである、
光熱エレメント。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記光熱エレメントが、表面に接触すると、前記表面に適合するように構成される、
光熱エレメント。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子が、前記絹フィブロインマトリクス中に均一に分散されている、
光熱エレメント。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子が、前記絹フィブロインマトリクス中に勾配をもって分散されている、
光熱エレメント。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子がパターンをもって分散されており、前記パターンは、光学パターン、マイクロパターン、または、ナノパターンを含む、
光熱エレメント。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子および／または前記光熱エレメントが、ペグ化されている、
光熱エレメント。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子が、ナノスフェア、ナノシェル、ナノロッド、ナノケージ、ナノ結晶、ナノ粉末、および、それらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される、
光熱エレメント。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子が、ナノスフェアまたはナノシェルである、
光熱エレメント。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子が、少なくとも１種の金属を含む、
光熱エレメント。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光熱エレメントであって、
前記金属が、貴金属、非貴金属、それらの酸化物、それらの合金、および、それらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される、
光熱エレメント。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光熱エレメントであって、
前記貴金属が、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、および、それらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される、
光熱エレメント。
【請求項１７】
請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記貴金属が金である、
光熱エレメント。
【請求項１８】
請求項１５に記載の光熱エレメントであって、
前記非貴金属が、チタン、アルミニウム、ニッケル、フッ素、セリウム、スズ、ビスマス、アンチモン、モリブデン、クロム、コバルト、亜鉛、タングステン、ポロニウム、レニウム、銅、および、それらの任意の組み合わせからなる群から選択される、
光熱エレメント。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
熱電装置をさらに備える、
光熱エレメント。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子および／または前記絹フィブロインマトリクスが、少なくとも１種の活性物質をさらに含む、
光熱エレメント。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
少なくとも１種のコントラスト強調物質をさらに含む、
光熱エレメント。
【請求項２２】
請求項２１に記載の光熱エレメントであって、
前記コントラスト強調物質がインドシアニングリーンである、
光熱エレメント。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記絹フィブロインマトリクスが、少なくとも１つの、前記電磁放射を調節するための光学装置をさらに備える、
光熱エレメント。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記絹フィブロインマトリクスが、少なくとも１つの、前記電磁放射を調節するための光学パターンをさらに含む、
光熱エレメント。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の光熱エレメントであって、
前記電磁放射が、ガンマ線、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、近赤外線、マイクロ波、電波、長電波、レーザー放射、近赤外線レーザー放射、および、それらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される、
光熱エレメント。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載の光熱エレメントを備える、
埋め込み式装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の埋め込み式装置であって、
前記埋め込み式装置が、インビボの光熱治療のために配置される、
埋め込み式装置。
【請求項２８】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載の光熱エレメント、および、
前記光熱エレメントに熱的に接触する熱電装置、
を備える、光熱電装置であって、
前記熱電装置は、前記光熱エレメントから伝達される熱の少なくとも一部を電気に変換する、
光熱電装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の光熱電装置であって、
前記変換された電気を出力エネルギーとして送信するために、前記熱電装置と連結される電気回路をさらに備える、
光熱電装置。
【請求項３０】
請求項２８または請求項２９に記載の光熱電装置であって、
前記光熱装置が、薄膜熱電材料を含む、
光熱電装置。
【請求項３１】
請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の光熱電装置であって、
前記熱電装置が、表面に接触すると、前記表面に適合するように構成される、
光熱電装置。
【請求項３２】
請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の光熱電装置であって、
前記光熱エレメントに接触する断熱モジュールをさらに備え、
前記断熱モジュールが、前記光熱エレメントの、前記熱電装置と接触している側とは反対の側に接触しており、前記断熱モジュールが前記光熱電装置に接触する組織に断熱を提供する、
光熱電装置。
【請求項３３】
請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の光熱電装置を備える、
無線給電装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の無線給電装置であって、
前記無線給電装置が、表面に接触すると、前記表面に適合するように構成される、
無線給電装置。
【請求項３５】
請求項３３または３４に記載の無線給電装置であって、
前記無線給電装置が、埋め込み式として構成されている、
無線給電装置。
【請求項３６】
光熱治療の方法であって、
（ａ）絹フィブロインマトリクス、および、その中に分散される複数のプラズモンナノ粒子を含む、絹フィブロインベースの光熱エレメントと、内部組織または外部組織とを接触させる工程、
ここで、前記絹フィブロインベースの光熱エレメントは接触により前記組織に適合するように構成され、および、
（ｂ）前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子を電磁放射にさらす工程、
ここで、前記少なくとも１種のプラズモンナノ粒子は照射により熱を生成し、前記生成された熱の少なくとも一部が、前記組織の少なくとも一部に伝達される、
を含む、
方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、
前記絹フィブロインベースの光熱エレメントが、少なくとも１種の活性物質を含む、
方法。
【請求項３８】
請求項３６または３７に記載の方法であって、
さらに、電磁放射を調節する工程を含む、
方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法であって、
前記電磁放射の前記調節が、前記電磁放射の供給源の強度を調節する工程を含む、
方法。
【請求項４０】
請求項３８〜３９のいずれか１項に記載の方法であって、前記電磁放射の前記調節が、前記電磁放射の前記供給源の分散を調節する工程を含む、
方法。
【請求項４１】
請求項３８〜４０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記電磁放射の前記調節が、前記電磁放射の前記供給源に、少なくとも１つの光学格子を適用する工程を含む、
方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの光学格子が、熱の生成を局在化させるように構成される、
方法。
【請求項４３】
請求項３８〜４２のいずれか１項に記載の方法であって、
前記電磁放射の前記調節が、前記電磁放射の波長を変化させる工程を含む、
方法。
【請求項４４】
請求項３６〜４３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記方法が、インビボの光熱治療に適合されている、
方法。
【請求項４５】
電気の生成方法であって、
（ａ）絹フィブロインマトリクスを含む光熱エレメントを準備する工程、
ここで、前記絹フィブロインマトリクスは、電磁放射を照射されたときに放射を吸収して熱を生成する少なくとも１種のプラズモンナノ粒子、および、前記光熱エレメントと熱的に接触する熱電装置を備える、
（ｂ）前記光熱エレメントに電磁放射を照射する工程、
ここで、前記熱電装置は、前記光熱エレメントから伝達される前記熱の少なくとも一部を電気に変換する、
を含む、
方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の方法であって、
前記電磁放射を調節する工程をさらに含む、
方法。
【請求項４７】
請求項４５または４６に記載の方法であって、
前記電磁放射の前記調節が、前記電磁放射の供給源の強度を調節する工程、前記電磁放射の前記供給源の分散を調節する工程、前記電磁放射の前記供給源に少なくとも１つの光学格子を適用する工程、前記電磁放射の波長を変化させる工程、および、それらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される、
方法。
【請求項４８】
請求項４５〜４７のいずれか１項に記載の方法であって、
前記方法がインビボでの適用のために適合されている、
方法。
【請求項４９】
請求項４５〜４８のいずれか１項に記載の方法であって、
前記熱電装置を、前記生成された電気の少なくとも一部を出力エネルギーとして送信するために、電気回路に連結する工程をさらに含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府の支援
本発明は、米国陸軍研究局（ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ａｒｍｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｆｆｉｃｅ）によって付与された認可番号Ｗ９１１ＮＦ−０７−１−０６１８、および、米国空軍科学研究局（ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ａｉｒ  Ｆｏｒｃｅ  Ｏｆｆｉｃｅ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ）によって付与された認可番号ＦＡ９５５０−０７−１−００７９の下、政府の支援を受けてなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
関連出願
本出願は、「ＧＯＬＤ  ＮＡＮＯＰＡＲＴＩＣＬＥ−ＤＯＰＥＤ  ＢＩＯＣＯＭＰＡＴＩＢＬＥ  ＳＩＬＫ  ＦＩＬＭＳ  ＡＳ  Ａ  ＰＡＴＨ  ＴＯ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＢＬＥ  ＴＨＥＲＭＡＬ−ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＰＯＷＥＲＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ」を発明の名称とする、２０１０年９月３日に出願された米国仮特許出願第６１／３７９，９０５号の利益を主張し、これらの全体の内容は、参照として本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
加熱エレメントを備える装置は、例えば温熱治療のような、広範囲の生物医学用途および臨床用途を提供する。特に、光起動式の加熱エレメントは、種々の病状を治療するために電磁放射（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）が用いられる光熱治療を含む、多数の用途において大きな注目を集めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加えて、人体内の生理学的状態をモニターする、および、治療する埋め込み式の医療用装置（ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ  ｍｅｄｉｃａｌ  ｄｅｖｉｃｅｓ：ＩＭＤｓ）は、世界中の生物学者、医師、および、技師から、極めて大きな注目を集めている。ＩＭＤは、広範囲の病気の管理に用いられ、ペースメーカーやドラッグデリバリーシステムのような、多様な装置を含む、技術開発への相当な投資を反映している。小型で、低電力で、無線のＩＭＤへのニーズが急増し、マイクロ技術およびナノ技術の開発が進展してきた。そのような進展にも関わらず、適切な操作のために電力を必要とする能動装置を含む、ＩＭＤの長期の安定性および機能性への改良（たとえば、構成材料およびカプセル化材料の生体適合性、および、それらの装置の電力供給源の解決策の進歩など）が依然として求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
とりわけ、本発明は、絹ベース材料（例えば、絹フィブロイン）が、プラズモンナノ粒子と組み合わされたときに、改良された光起動式の加熱エレメントのための有用な要素を提供するという認識を包含する。そのような組み合わせにより、以前に当該技術分野において記載されているものと比較して、優れた特徴を有する光熱装置を製造することができる。絹ベース材料の固有の性質は、プラズモンナノ粒子に広範囲な利用性を与え、向上された変調性（ｔｏｎａｂｉｌｉｔｙ）（例えば、操作）および正確性を提供する。プラズモンナノ粒子を組み入れる従来の装置と異なり、絹ベース装置は、生体適合性、生分解性、および、適合性（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ）を提供する。したがって、本明細書に記載の発明は、組織（細胞、臓器、創傷など）の温熱療法が有効である治療用途を含む、種々の用途に有用である。
【０００６】
したがって、本発明の態様は、電磁放射にさらされたときに熱を生成する複数のプラズモンナノ粒子、および、その中に複数のプラズモンナノ粒子が分散されている絹フィブロインマトリクス、を含む光熱エレメントを提供する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、金、銀、および鉄の酸化物のような金属粒子である。いくつかの実施形態では、本発明に有用なプラズモンナノ粒子は、形状が実質的に球形である。いくつかの実施形態では、本発明に有用なプラズモンナノ粒子は、実質的にロッド形状である。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本発明に有用なプラズモンナノ粒子の平均直径は、約２ｎｍから５００ｎｍの範囲である。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本発明に有用なプラズモンナノ粒子は、２以上の種類（例えば、形状、サイズ、材料など）のナノ粒子の混合物を構成する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、固体粒子である。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、シェル形状（ｓｈｅｌｌ−ｓｈａｐｅｄ）である。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、中空のシェルを含む。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、コアおよびシェルを含む。
【００１１】
本発明の他の態様は、光熱電装置を対象とする。当該装置は、プラズモンナノ粒子を含む表面と、プラズモンナノ粒子を含まない表面とを含み、プラズモンナノ粒子を含む表面を照射する（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ）ときに、それらの間に温度差を形成することができる。いくつかの実施形態では、光熱電装置を、皮膚または組織、体腔の表面、および、腫瘍のような、インビボ表面に適合するように構成することができる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、光熱エレメントを、インビボで熱を生成するため（例えば、光熱治療のため）に用いることができる。いくつかの実施形態では、光熱エレメントは組織の接着に用いられる。いくつかの実施形態では、光熱エレメントは温熱治療に用いられる。いくつかの実施形態では、温熱治療は疼痛の治療用である。いくつかの実施形態では、温熱治療はがんの治療用である。
【００１３】
本発明のさらなる態様は、生成された熱を他のエネルギー形態（例えば、無線給電装置のための電気）に変換することを対象とする。いくつかの実施形態では、当該装置は、埋め込み式のマイクロ装置である。
【００１４】
したがって、これらのプラズモンナノ粒子ドープ絹フィブロインベースの材料を、光によって起動される、埋め込み式で、生分解性の加熱エレメントとして、無線給電から生物医学用途（例えば、創傷の治癒、疼痛の軽減、および、細胞／細菌の死滅）に及ぶ、種々の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の非限定的な実施形態である、ＧＮＰドープ絹フィルムの処理および開発の例を示す。（１ａ）Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉの繭は切断され、セリシンを除去するためにＮａ２ＣＯ３中でボイルされる（１ｂ）得られた絹フィブロインタンパク質は、イオンを含まない絹水溶液（〜８％）を作るため、水で透析される（１ｄ）前にＬｉＢｒに溶解される（１ｃ）。ＧＮＰが製造され、均一な粒子分散を作るため、穏やかに撹拌（１ｅ）される前に絹溶液に加えられる。最後に、ＧＮＰドープ絹溶液は小型の熱電チップの上に成型（ｃａｓｔ）され（１ｆ）、乾かされる（１ｇおよび１ｈ）。
【図２】図２は、異なる濃度のＧＮＰドープ絹マトリクスにおける、３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の特徴的な紫外−可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）スペクトルを描写しているグラフである。ＧＮＰの濃度が上昇するにつれて、約５３０ｎｍにおける試料の光の吸収が劇的に上昇する。試料間の発色の違いは、裸眼でも見ることができる。
【図３】図３は、本発明の特定の一実施態様（下部の差し込み図）の、レーザー入力電力の関数としての、熱電エレメントの開回路電圧（三角印）および生成された電力（四角印）を反映したデータを示す。温度の上昇対入力電圧もまた、上部の差し込み図に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
何世紀にもわたって、熱は、多数の病態におけるその治療効果を認識されてきた。インビボでの使用も安全な、制御された熱生成が可能である、小型の熱エレメントの開発は、非常に興味深い。近年、レーザーの使用は、臨床状況における熱の生成の有望な手段となってきている。例えば、光吸収染料および粒子は、インビボ（例えば、細胞や組織など）での使用を含む、局所環境の選択的加熱を達成するために採用されてきた。
【００１７】
本開示は、例えばＧＮＰまたは金ナノシェル（ＧＮＳ）のようなプラズモンナノ粒子を含む、改良された光熱エレメントを提供する。プラズモンナノ粒子は特定の波長の入射光を共鳴吸収し、それを熱に変換する。プラズモン粒子の組み込みは、例えば腫瘍の死滅（Ｈｉｒｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，  １００  ＰＮＡＳ  １３５４９  （２００３））および疼痛の軽減（Ｊａｅｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｃｔａ  Ｖｅｔ．  Ｓｃａｎｄａ．  １  （２００７））のような、インビボでの医療用途のための光熱治療技術に用いられてきたが、インビボ適用（例えば、埋め込みなど）のための、そのようなナノ粒子の選択的局所化は、技術的課題とされてきた。
【００１８】
本発明は、少なくとも部分的に、障害の解決策を提供する。本発明によれば、光熱エレメントは、絹フィブロインベースのマトリクスの中に分散されたプラズモンナノ粒子を含む（すなわち、プラズモンナノ粒子ドープ絹材料）。加熱エレメント中への絹の組み込みは、興味のある場所（例えば、標的組織）へプラズモンナノ粒子を選択的に適用可能にし、そこにおいて、以下に簡単に述べる絹の固有の性質の一部に起因して、制御された態様で、プラズモンナノ粒子はある期間保持されることができる。
【００１９】
絹フィブロイン材料は、生理化学的性質（例えば、適合性、粘着性、生体適合性など）の固有の組み合わせを提供し、それらは、共同して、マトリクスを提供してそれ中に懸濁または分散されるナノ粒子を支持することによって、絹ベース材料が生物学的加熱エレメントとして機能することを可能にする。
【００２０】
その極めて優れた生体適合性に加えて、絹フィブロインマトリクスは、これらの材料を様々な埋め込み式の医療用装置（ＩＭＤｓ）によく適したものにする、優れた機械的および光学的性質を有する。Ｏｍｅｎｅｔｔｏ  &  Ｋａｐｌａｎ，  ２  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ６４１  （２００８）。例えばカイコまたはクモによって生産されるもののような絹繊維を絹フィブロインへと加工することができ、絹フィブロインは、次いで、絹溶液（Ｊｉｎ  &  Ｋａｐｌａｎ，  ４２４  Ｎａｔｕｒｅ  １０５７  （２００３））、ゲル（Ｊｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，  ５  Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌ．  ７８６  （２００４））、フォーム（ｆｏａｍ）（Ｎａｚａｒｏｖ  ｅｔ  ａｌ．，  ５  Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌ．  ７１８  （２００４））、および、フィルム（Ｊｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  １５  Ａｄｖ．  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｓ．  １２４１  （２００５）；  Ａｍｓｄｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  １７  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２１２７１  （２００９）を含む種々の形態へと加工することができる。種々の処理上の選択肢は、埋め込み式のマイクロ医療装置の支持および包装材料としての、その使用を可能にする。加えて、絹フィルムは、ＩＭＤ中で、例えば回折格子（Ａｍｓｄｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ２２  Ａｄｖ．  Ｍａｔｓ．  １７４６  （２０１０））および導波管（Ｐａｒｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  ２１  Ａｄｖ．  Ｍａｔｓ．  １  （２００９））のような、多数の光学エレメントを得るために、（２次元および３次元の両方で）パターン化することができる。
【００２１】
さらに、絹フィルムは、種々の生物学的および／または化学的ドーパントを同調させ、それらの機能性を維持させる、生物学的に好ましいマイクロ環境を提供する。タンパク質（Ｂｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ３３５  Ｊ．  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏ．  ２７  （２００４））、  酵素（Ｌｕ  ｅｔ  ａｌ．，  １０  Ｍａｃｒｏｍｏｌ．  Ｂｉｏｓｃｉ．  ３５９  （２０１０））  、および、小有機物（Ｌａｗｒｅｎｃｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ９  Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌ．  １２１４  （２００８））が、種々の生化学的機能のために、絹フィルムに組み入れられてきた。
【００２２】
したがって、本明細書に記載されるように、絹マトリクス（例えば、絹フィブロインマトリクス）へのプラズモンナノ粒子の包含は、絹フィブロインベースの生物電子装置（ｂｉｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）およびフォトニック装置に、温度／熱制御による、付加的な有用性および機会を提供する。重要なことに、絹フィブロインは、現に存在する他のポリマーよりも高濃度のプラズモンナノ粒子を含むことができ、それにより、より多くの熱を生成することができる。加えて、絹フィブロインは優れた分散媒であり、他の系においてしばしば問題となるナノ粒子の凝集を防ぐ。
【００２３】
有利なことに、絹フィブロインベースの光熱エレメントは、完全にまたは部分的に、生分解性および生体適合性を有することができる。用語「生体適合性」は、一般的に、環境または対象に有害でない材料（ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を指す（ここで、当該環境はインビボの環境または体外の環境（例えば、作物畑）であってよい）。
【００２４】
本明細書で使用する場合、用語「生分解性」は、一般的に、ヒトの中の生理学的環境を含む、ありふれた環境化学（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｉｅｓ）（例えば、酵素、ｐＨ、および、天然に存在する化合物）によって改変され、それらに無害な、元素または単純な化学構造を産生可能な化学構造を有する材料（ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を指す。生分解性の材料は、生体侵食性（ｂｉｏｅｒｏｄｉｂｌｅ）であってもよい。用語「生体侵食性」とは、材料が、生分解性である、消化できる、または、侵食性である（ｅｒｏｄｉｂｌｅ）、あるいは、そうでなければ、実質的に害をなさずに環境から材料を排除できるように、例えば、化学的、生物学的（例えば、酵素的）、物理的な分解または可溶化によって、サイズが減少した形体となるように、環境中で溶解できるまたは分解できることを意味する。いくつかの実施形態において、本明細書で使用される用語「生分解性」は、一般的に、生理的条件下で分解物へと分解され、宿主対象（ｈｏｓｔ  ｓｕｂｊｅｃｔ）の生体吸収（例えば、宿主対象の生化学的システムの代謝物質となる）をうけ得る材料を説明する、用語「生体吸収性（ｂｉｏｒｅｓｏｒｂａｂｌｅ）」をも包含する。したがって、いくつかの実施形態では、本発明の絹フィブロインベースのＩＭＤは、対象に害をなさない材料または要素に分解、または、浸食されることができるため、回収を要しない。加えて、絹フィブロインは全て水性工程（ａｌｌ−ａｑｕｅｏｕｓ  ｐｒｏｃｅｓｓ）で調製することができるので、生物製剤（ｂｉｏｌｏｇｉｃｓ）および環境との適合性がさらに拡大する。
【００２５】
本明細書中で使用する場合、用語「絹フィブロイン」は、カイコのフィブロイン、および昆虫またはクモの絹タンパク質を含む。例えば、Ｌｕｃａｓ  ｅｔ  ａｌ、１３  Ａｄｖ．Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｃｈｅｍ．，１０７（１９５８）を参照せよ。例えば、本発明に有用な絹フィブロインは、限定はされないが、Ａｎｔｈｅｒａｅａ  ｍｙｌｉｔｔａ；  Ａｎｔｈｅｒａｅａ  ｐｅｒｎｙｉ；  Ａｎｔｈｅｒａｅａ  ｙａｍａｍａｉ；  Ｇａｌｌｅｒｉａ  ｍｅｌｌｏｎｅｌｌａ；  Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉ；  Ｂｏｍｂｙｘ  ｍａｎｄａｒｉｎａ；  Ｇａｌｌｅｒｉａ  ｍｅｌｌｏｎｅｌｌａ；  Ｎｅｐｈｉｌａ  ｃｌａｖｉｐｅｓ；  Ｎｅｐｈｉｌａ  ｓｅｎｅｇａｌｅｎｓｉｓ；    Ｇａｓｔｅｒａｃａｎｔｈａ  ｍａｍｍｏｓａ；  Ａｒｇｉｏｐｅ  ａｕｒａｎｔｉａ；  Ａｒａｎｅｕｓ  ｄｉａｄｅｍａｔｕｓ；  Ｌａｔｒｏｄｅｃｔｕｓ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｕｓ；  Ａｒａｎｅｕｓ  ｂｉｃｅｎｔｅｎａｒｉｕｓ；  Ｔｅｔｒａｇｎａｔｈａ  ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ；  Ａｒａｎｅｕｓ  ｖｅｎｔｒｉｃｏｓｕｓ；  Ｄｏｌｏｍｅｄｅｓ  ｔｅｎｅｂｒｏｓｕｓ；  Ｅｕａｇｒｕｓ  ｃｈｉｓｏｓｅｕｓ；  Ｐｌｅｃｔｒｅｕｒｙｓ  ｔｒｉｓｔｉｓ；  Ａｒｇｉｏｐｅ  ｔｒｉｆａｓｃｉａｔａ；およびＮｅｐｈｉｌａ  ｍａｄａｇａｓｃａｒｉｅｎｓｉｓを含む、多数の種によって産生されたものであってよい。
【００２６】
一般に、本発明で用いる絹を、任意のかかる生物によって産生してよく、または、人工的方法、例えば、絹タンパク質を産生するための細胞または生物の遺伝子操作および／または化学合成が含まれる、によって調製してよい。本発明のいくつかの実施形態では、絹はカイコ（Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉ）によって産生される。
【００２７】
当該技術分野で公知のように、絹は、より短い（約１００アミノ酸）末端ドメイン（Ｎ末端およびＣ末端）に隣接した巨大な内部反復を有するモジュラー設計である。絹は高分子量（２００〜３５０ｋＤａ以上）であり、転写物は１０，０００塩基対以上であり、アミノ酸は３０００超である（Ｏｍｅｎａｔｔｏ  ａｎｄ  Ｋａｐｌａｎ（２０１０）Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３２９：５２８−５３１に概説）。カイコ絹の場合、より大きなモジュラードメインに、疎水性電荷基を有する比較的短いスペーサーが介在している。Ｎ末端およびＣ末端は、絹のアセンブリ（組み立て）およびプロセシング（アセンブリのｐＨ調節が含まれる）に関与する。Ｎ末端およびＣ末端は、内部モジュールと比較してそのサイズが比較的小さいにもかかわらず、高度に保存されている。
【００２８】
以下の表１は、絹産生種および絹タンパク質の例示的なリストを提供する。
表１：絹産生種および絹タンパク質の例示的なリスト（Ｂｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ、（２００３）、Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．３３５（１）：２７−４０から抜粋）。
【表１】
2013542181.tif 000003
【００２９】
フィブロインは、絹を産生する特定のクモおよび昆虫種によって産生される構造タンパク質の１形態である。カイコ（Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉ）によって産生される繭絹は、安価で大量生産され、多数の商業的応用（織物など）に適切であるので、特に興味深い。
【００３０】
カイコ繭絹は、２つの構造タンパク質（フィブロイン重鎖（約３５０ｋＤａ）およびフィブロイン軽鎖（約２５ｋＤａ））を含み、これらはセリシンと呼ばれる非構造タンパク質ファミリーと会合しており、セリシンがフィブロインと接着して繭を形成している。フィブロインの重鎖および軽鎖は、２つのサブユニットのＣ末端でジスルフィド結合している（Ｔａｋｅｉ．Ｆ，Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ｙ．，Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ａ．，Ｍｉｚｕｎｏ，Ｓ．ａｎｄ  Ｓｈｉｍｕｒａ，Ｋ．（１９８７）Ｊ．Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌ．，１０５，１７５−１８０；Ｔａｎａｋａ，Ｋ．，Ｍｏｒｉ，Ｋ．ａｎｄ  Ｍｉｚｕｎｏ，Ｓ．（１９９３）Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．（Ｔｏｋｙｏ），１１４，１−４；Ｔａｎａｋａ，Ｋ．，Ｋａｊｉｙａｍａ，Ｎ．，Ｉｓｈｉｋｕｒａ，Ｋ．，Ｗａｇａ，Ｓ．，Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ａ．，Ｏｈｔｏｍｏ，Ｋ．，Ｔａｋａｇｉ，Ｔ．ａｎｄ  Ｍｉｚｕｎｏ，Ｓ．（１９９９）Ｂｉｏｃｈｉｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ａｃｔａ，１４３２，９２−１０３；Ｙ  Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ｋ  Ｍｏｒｉ，Ｓ  Ｓｕｚｕｋｉ，Ｋ  Ｙａｍａｇｕｃｈｉ  ａｎｄ  Ｓ  Ｍｉｚｕｎｏ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉ  ｆｉｂｒｏｉｎ  ｌｉｇｈｔ−ｃｈａｉｎ−ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｇｅｎｅ：ｕｐｓｔｒｅａｍ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｃｏｍｍｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｌｉｇｈｔ  ａｎｄ  ｈｅａｖｙ  ｃｈａｉｎ，Ｇｅｎｅ  １１０（１９９２），ｐｐ．１５１−１５８）。セリシンは、材料に粘着性を与える絹の高分子量の可溶性糖タンパク質成分である。これらの糖タンパク質は親水性であり、水中で沸騰させることによって繭から容易に除去することができる。
【００３１】
本明細書中で使用する場合、用語「絹フィブロイン」は、カイコ、クモ、または他の昆虫によって産生されるか、そうでなければ生成されるかどうかに関わらず、絹フィブロインタンパク質を指す（Ｌｕｃａｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖ．Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｃｈｅｍ．，１３：１０７−２４２（１９５８））。いくつかの実施形態では、絹フィブロインを、溶解したカイコ絹またはクモの糸を含む溶液から得る。例えば、いくつかの実施形態では、カイコ絹フィブロインを、Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉの繭から得る。いくつかの実施形態では、クモ絹フィブロインを、例えば、Ｎｅｐｈｉｌａ  ｃｌａｖｉｐｅｓから得る。別のいくつかの実施形態では、本発明での使用に適切な絹フィブロインを、細菌、酵母、哺乳動物の細胞、トランスジェニック動物、またはトランスジェニック植物から採取した遺伝子操作した絹を含む溶液から得る。例えば、ＷＯ９７／０８３１５号および米国特許第５，２４５，０１２号（それぞれの全体が本明細書中で参照により援用される）を参照のこと。
【００３２】
したがって、いくつかの実施形態では、絹溶液を使用して、フィブロインタンパク質を含み、本質的にセリシンを含まない、本発明の組成物を構築する。いくつかの実施形態では、種々の本発明の組成物を構築するために使用する絹溶液は、フィブロインの重鎖を含むが、本質的に他のタンパク質を含まない。他の実施形態では、種々の本発明の組成物を構築するために使用する絹溶液は、フィブロインの重鎖および軽鎖の両方を含むが、本質的に他のタンパク質を含まない。特定の実施形態では、種々の本発明の組成物を構築するために使用する絹溶液は、絹フィブロインの重鎖および軽鎖の両方を含み、いくつかのかかる実施形態では、絹フィブロインの重鎖および軽鎖は、少なくとも１つのジスルフィド結合を介して連結している。フィブロインの重鎖および軽鎖が存在するいくつかの実施形態では、これらは１つ、２つ、３つ、またはそれを超えるジスルフィド結合を介して連結している。
【００３３】
異なる絹産生種生物および異なる絹型が異なるアミノ酸組成を有するにもかかわらず、種々のフィブロインタンパク質は特定の構造的特徴を共有する。絹フィブロイン構造の一般的な傾向は、通常はグリシンとアラニンが交互に並ぶかアラニンのみによって特徴づけられるアミノ酸配列である。かかる立体配置により、フィブロイン分子がβシート高次構造に自己アセンブリされる。これらの「Ａｌａリッチ」疎水性ブロックは、典型的には、嵩高い側鎖基を有するアミノ酸のセグメント（例えば、親水性スペーサー）によって隔てられている。
【００３４】
いくつかの実施形態では、フィブロインの疎水性ブロックのコア反復配列を、以下のアミノ酸配列および／または式によって示す：（ＧＡＧＡＧＳ）５〜１５（配列番号１）；（ＧＸ）５〜１５（Ｘ＝Ｖ、Ｉ、Ａ）（配列番号２）；ＧＡＡＳ（配列番号３）；（Ｓ１〜２Ａ１１〜１３）（配列番号４）；ＧＸ１〜４  ＧＧＸ（配列番号５）；ＧＧＧＸ（Ｘ＝Ａ、Ｓ、Ｙ、Ｒ、Ｄ、Ｖ、Ｗ、Ｒ、Ｄ）（配列番号６）；（Ｓ１〜２Ａ１〜４）１〜２（配列番号７）；ＧＬＧＧＬＧ（配列番号８）；ＧＸＧＧＸＧ（Ｘ＝Ｌ、Ｉ、Ｖ、Ｐ）（配列番号９）；ＧＰＸ（Ｘ＝Ｌ、Ｙ、Ｉ）；（ＧＰ（ＧＧＸ）１〜４Ｙ）ｎ（Ｘ＝Ｙ、Ｖ、Ｓ、Ａ）（配列番号１０）；ＧＲＧＧＡｎ（配列番号１１）；ＧＧＸｎ（Ｘ＝Ａ、Ｔ、Ｖ、Ｓ）；ＧＡＧ（Ａ）６〜７ＧＧＡ（配列番号１２）；およびＧＧＸ  ＧＸ  ＧＸＸ（Ｘ＝Ｑ、Ｙ、Ｌ、Ａ、Ｓ、Ｒ）（配列番号１３）。
【００３５】
いくつかの実施形態では、フィブロインペプチドは、ペプチド内に複数の疎水性ブロック（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、および２０個の疎水性ブロック）を含む。いくつかの実施形態では、フィブロインペプチドは、４〜１７個の疎水性ブロックを含む。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態では、フィブロインペプチドは、約４〜５０アミノ酸長である少なくとも１つの親水性スペーサー配列（「親水性ブロック」）を含む。親水性スペーサー配列の非限定的な例には、以下が含まれる：ＴＧＳＳＧＦＧＰＹＶＮＧＧＹＳＧ（配列番号１４）；ＹＥＹＡＷＳＳＥ（配列番号１５）；ＳＤＦＧＴＧＳ（配列番号１６）；ＲＲＡＧＹＤＲ（配列番号１７）；ＥＶＩＶＩＤＤＲ（配列番号１８）；ＴＴＩＩＥＤＬＤＩＴＩＤＧＡＤＧＰＩ（配列番号１９）、およびＴＩＳＥＥＬＴＩ（配列番号２０）。  
【００３７】
特定の実施形態では、フィブロインペプチドは、上記で列挙した代表的スペーサー配列のいずれか１つの誘導体である親水性スペーサー配列を含む。かかる誘導体は、親水性スペーサー配列のうちのいずれか１つと少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％同一である。
【００３８】
いくつかの実施形態では、本発明に適切なフィブロインペプチドはスペーサーを含まない。
【００３９】
述べたように、絹は繊維性タンパク質であり、モジュラーユニットが相互に連結して高分子量の高度に反復したタンパク質を形成することを特徴とする。これらのモジュラーユニットまたはドメイン（それぞれ、特定のアミノ酸配列および化学的性質を有する）は、特定の機能を提供すると考えられる。例えば、ポリアラニン（ポリＡ）およびポリアラニン−グリシン（ポリＡＧ）などの配列モチーフは、βシートを形成する傾向があり、ＧＸＸモチーフは３１へリックス形成に寄与し、ＧＸＧモチーフは剛性を付与し、ＧＰＧＸＸ（配列番号２２）はβらせん形成に寄与する。これらは、種々の絹構造体中の重要成分の例であり、これらの成分の配置および配列が絹ベース材料の最終的な材料の性質と深く関連している（Ｏｍｅｎｅｔｔｏ  ａｎｄ  Ｋａｐｌａｎ（２０１０）Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３２９：５２８−５３１に概説）。
【００４０】
フィブロインタンパク質のβシートが積み重なって結晶を形成するのに対して、他のセグメントが無定形ドメインを形成することが認められている。これにより固い結晶セグメントと張りのある弾性半無定形領域との間に相互関係が生じ、絹に並はずれた性質を付与している。種々の絹産生種由来の反復配列およびスペーサー配列の非限定的な例を、以下の表２に示す。
表２：フィブロイン配列の疎水性成分および親水性成分（Ｂｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ、（２００３），Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．３３５（１）：２７−４０から抜粋）
【表２】
2013542181.tif 000004
【００４１】
本明細書中で明確に例示した特定の絹材料を、典型的には、カイコ（Ｂ．Ｍｏｒｉ）によって紡ぎ出された材料から調製した。典型的には、繭を０．０２Ｍ  Ｎａ２ＣＯ３水溶液中で約３０分間ボイルし、次いで、水で完全にリンスして接着剤様セリシンタンパク質を抽出する。次いで、抽出された絹を、室温のＬｉＢｒ（９．３Ｍなど）溶液に溶解し、２０％（重量）溶液を得る。次いで、得られた絹フィブロイン溶液を、本明細書中のいずれかの場所に記載の種々の用途のためにさらに処理することができる。当業者は、利用可能な他の供給源を理解しており、これらの供給源は十分に適切であり得る（上記表に例示の供給源など）。
【００４２】
Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉフィブロイン遺伝子の完全な配列は決定されている（Ｃ−Ｚ  Ｚｈｏｕ，Ｆ  Ｃｏｎｆａｌｏｎｉｅｒｉ，Ｎ  Ｍｅｄｉｎａ，Ｙ  Ｚｉｖａｎｏｖｉｃ，Ｃ  Ｅｓｎａｕｌｔ  ａｎｄ  Ｔ  Ｙａｎｇら、Ｆｉｎｅ  ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉ  ｆｉｂｒｏｉｎ  ｈｅａｖｙ  ｃｈａｉｎ  ｇｅｎｅ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．２８（２０００），ｐｐ．２４１３−２４１９）。フィブロインコード配列は、非反復性の５’末端および３’末端に隣接した、高度に反復し、且つＧリッチな（約４５％）コアを有する壮観な機構を示す。この反復コアは、１２個の反復ドメインと１１個の無定形ドメインが交互に並ぶアレイから構成される。無定形ドメインの配列は進化的に保存されており、反復ドメインは約２０８ｂｐのサブドメインの種々の縦列反復によって相互に長さが異なる。
【００４３】
カイコフィブロインタンパク質は逆平行βシート層からなり、その一次構造は主に反復性アミノ酸配列（Ｇｌｙ−Ｓｅｒ−Ｇｌｙ−Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ａｌａ）ｎ（配列番号２１）からなる。フィブロインのβ−シート構造は、材料の引張り強度を主に担い、引張強度はこれらの領域中に形成される水素結合に起因する。ケブラーより強いことに加えて、フィブロインは高弾性であることが公知である。歴史的に、これらの特質により、いくつかの領域（織物業が含まれる）でこの材料が適用されている。
【００４４】
フィブロインは、高分子レベルで３つの構造（絹Ｉ、絹ＩＩ、および絹ＩＩＩと命名される）によってそれ自身が配列されていることが公知であり、最初の２つは天然で認められる一次構造である。絹ＩＩ構造は、一般に、フィブロインのβシート高次構造をいう。絹フィブロインの他の主な結晶構造である絹Ｉは水和構造であり、絹フィブロイン分子の組織化前または整列前に必要な中間体であると見なされている。自然界では、絹Ｉ構造は、紡ぎ出された後に絹ＩＩ構造に変換される。例えば、絹Ｉは、Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉ絹腺から排出される天然形態のフィブロインである。絹ＩＩは、絹紡糸中のフィブロイン分子の配列をいい、これはより高い強度を有し、しばしば商業的にさまざまに応用されている。前述のように、フィブロインのβシート形成結晶領域のアミノ酸配列は、疎水性配列が多数を占めている。絹繊維形成は、腺内でのフィブロイン溶液（３０％ｗｔ／ｖｏｌまで）に作用する剪断および伸張応力が関与し、それにより、溶液中のフィブロインが結晶化する。この工程は、リオトロピック液晶相を含み、これは、紡ぎ出し（すなわち、液晶紡糸工程）中にゲルからゾル状態に変換される。伸長流（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ  ｆｌｏｗ）からフィブロイン鎖が出来、液体はフィラメントに変換される。
【００４５】
絹ＩＩＩは、新規に発見されたフィブロイン構造である（Ｖａｌｌｕｚｚｉ，Ｒｅｇｉｎａ；Ｇｉｄｏ，Ｓａｍｕｅｌ  Ｐ．；Ｍｕｌｌｅｒ，Ｗａｙｎｅ；Ｋａｐｌａｎ，Ｄａｖｉｄ  Ｌ．（１９９９）．"Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｋ  ＩＩＩ  ａｔ  ｔｈｅ  ａｉｒ−ｗａｔｅｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ"．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｍａｃｒｏｍｅｌｃｕｌｅｓ  ２４：２３７−２４２）。絹ＩＩＩは、主にフィブロイン溶液の界面（すなわち、空気−水界面、水−油界面など）で形成される。
【００４６】
絹は、結晶構造にアセンブリし、実際に、自己アセンブリすることができる。絹フィブロインを、所望の形状および高次構造（絹ヒドロゲル（ＷＯ２００５／０１２６０６号；ＰＣＴ／ＵＳ０８／６５０７６）、極薄フィルム（ＷＯ２００７／０１６５２４号）、厚膜、絶縁保護（コンフォーマル：ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）コーティング（ＷＯ２００５／０００４８３号；ＷＯ２００５／１２３１１４号）、フォーム（ｆｏａｍｓ）（ＷＯ２００５／０１２６０６号）、エレクトロスパンマット（ＷＯ２００４／０００９１５号）、ミクロスフィア（ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２０７８９）、３Ｄ多孔質マトリクス（ＷＯ２００４／０６２６９７号）、固体ブロック（ＷＯ２００３／０５６２９７号）、マイクロ流体装置（ＰＣＴ／ＵＳ０７／８３６４６；ＰＣＴ／ＵＳ０７／８３６３４）、電気光学装置（ＰＣＴ／ＵＳ０７／８３６３９）、および直径がナノスケール（ＷＯ２００４／０００９１５号）から数センチ（米国特許第６，９０２，９３２号）の範囲の繊維など）に構築することができる。上記出願および特許は、その全体が本明細書中で参照により援用される。例えば、絹フィブロインを薄くて機械的頑強なフィルムに処理することができ、このフィルムは優れた表面の品質および光透過性を有し、それにより、先端技術材料のための機械的支持体として作用する理想的な基板（金属薄膜およびコンタクト、半導体フィルム、誘電紛体、およびナノ粒子など）を提供する。
【００４７】
絹のこれらの固有の生理化学的性質により、本明細書に記載の用途などの多様な用途において使用することが可能となる。さらに、有用な絹材料を、室温および水ベースで実施できる工程を通じて調製することができる。したがって、興味のある生体分子を絹材料中に容易に組み入れることができる。
【００４８】
さらに、絹ベースの材料を、分子レベルで滑らかおよび／または接着性を示すように調製することができる。いくつかの実施形態では、本発明によって提供され、そして／または本発明で利用される絹ベースの材料は、分子レベルで滑らか且つ接着性の両方を示す。分子レベルの平滑度および／または接着性を示す絹ベースの材料は、他の材料を使用しても不可能な特定の用途を可能とする。表面平滑度／粗さは、どのようにして実物体がその環境と相互作用するのかを決定する場合に重要な役割を果たす。一定の実施形態では、本発明によって提供され、および／または本発明で利用される絹ベースの材料は、生物学的表面（例えば、細胞および軟組織）に親和性を示す。さらに、本発明の一定の実施形態によって提供され、および／または本発明の一定の実施形態で利用される絹ベースの材料は、導電性材料（金属など）への優れた接着性を示す。本発明は、一定の絹材料が生物学的エレメントと非生物学的エレメント（例えば、金属ベースの粒子）との間の界面として作用することができるという認識を含む。
【００４９】
本発明の一定の実施形態によれば、いくつかの提供した絹ベースの材料を、湿潤時に粘着性（例えば、粘着能）を示すように調製することができる。この性質は、特に本明細書中に記載の表面平滑度と組み合わせた場合に、一定の絹材料を他のマトリクスで不可能な方法で非生物学的構成要素（例えば、ナノ粒子）を生物学的表面に付着させるナノスケールおよび／またはミクロスケールの粘着剤（例えば、接着剤）としての機能を果たすのに固有に適切にすることが可能である。
【００５０】
上記に例示したものなどの多くの種類の絹フィブロインを請求項に係る発明を実施するために使用してもよいが、Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉなどの蚕により産生される絹フィブロインが、最も普及されており、地球に優しく、再生可能な資源である。例えば、絹フィブロインは、Ｂ．ｍｏｒｉの繭由来のセリシンから抽出することによって得てもよい。有機飼育の蚕繭もまた市販されている。しかしながら、クモの糸（例えば、Ｎｅｐｈｉｌａ  ｃｌａｖｉｐｅｓから得る）、トランスジェニック絹、遺伝子操作した絹、例えば、細菌、酵母、哺乳細胞、トランスジェニック動物、またはトランスジェニック植物など由来の絹（例えば、ＷＯ９７／０８３１５号；米国特許第５，２４５，０１２号を参照されたい）、およびそれらのバリアントを含む、使用し得る多くの異なる絹が存在する。
【００５１】
既に述べたように、絹フィブロイン水溶液は、当該技術分野で公知の技術を用いて調製してよい。絹フィブロイン溶液を調製するための適切な方法は、例えば、米国特許出願第１１／２４７，３５８号；ＷＯ２００５／０１２６０６号；およびＷＯ２００８／１２７４０１号に開示される。次いで、絹水溶液は、絹フィルム、絶縁保護コーティングもしくは絶縁保護層、または３次元スキャホールド、またはエレクトロスパン繊維などの絹材料に加工することが可能である。ここでは、微量濾過工程を用いてもよい。例えば、調製された絹フィブロイン溶液を、遠心分離およびシリンジベースの微量濾過によってさらに処理した後に、さらに絹材料へと加工してもよい。
【００５２】
本発明に有用な熱の生成の基盤として、例えばプラズモンナノ粒子（例えば、ＧＮＰおよび金ナノシェル（ＧＮＳ））のような、特定のナノスケールの加熱エレメントを用いてもよい。当該技術分野においてプラズモンナノ粒子はよく知られている。簡潔には、プラズモンナノ粒子は特定の波長の入射光を共鳴吸収し、それを熱に変換する。現在まで、プラズモン粒子は、例えば腫瘍の死滅（Ｈｉｒｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，  １００  ＰＮＡＳ  １３５４９  （２００３））および疼痛の軽減  （Ｊａｅｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｃｔａ  Ｖｅｔ．  Ｓｃａｎｄａ．  １  （２００７））のような、インビボでの医療適用のための光熱治療技術に用いられてきた。
【００５３】
したがって、本発明の態様は、光熱エレメントが電磁放射にさらされるとき、プラズモンナノ粒子が入射放射の少なくとも一部を吸収し熱を生成するような、絹フィブロインマトリクス中に組み込まれた、または、絹フィブロインマトリクス中に分散されたプラズモンナノ粒子を含む、光熱エレメントを提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される光熱エレメントは、表面に接触すると、当該表面に適合するように構成されてよい。いくつかの実施形態では、そのような表面は、例えば細胞および組織のような生物学的表面を含む。
【００５４】
絹フィブロインマトリクスは、光学的に透明であってよい。加えて、種々の用途に応じて、絹フィブロインマトリクスを異なる形体（例えば、ワイヤー、繊維、フィルム、極薄フィルム、ゲル、注射可能なマトリクス、コーティング、小胞、スポンジ、ブロック、または、多孔質構造）に成形することができる。いくつかの実施形態では、絹フィブロインマトリクスは、光ファイバーを製造するために用いられることができる。いくつかの実施形態では、絹フィブロインマトリクスは圧電性に作られることができる。いくつかの実施形態では、絹フィブロインマトリクスは、１０ｎｍ以下（例えば、約１０ｎｍ、約９ｎｍ、約８ｎｍ、約７ｎｍ、約６ｎｍ、約５ｎｍなど）の厚さを有するフィルムである。いくつかの実施形態では、絹フィブロインマトリクスは、３０ｎｍから５００μｍ、３０ｎｍから５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約２μｍ、または、約２０μｍから約３０μｍの厚さを有するフィルムである。一実施形態では、絹フィブロインフィルムは、約３０μｍの厚さを有している。
【００５５】
金属ベースのナノフォトニクス（プラズモニクス）は、従来の光学要素よりもはるかに小さいナノスケール構造上で光を操作し集光させることに関する分野である。これらの光学的に加熱できるナノ粒子は、そのようなナノ粒子が電磁放射にさらされたとき、入射放射の少なくとも一部を熱エネルギーに変換することができる。プラズモン技術は、例えば高性能コンピュータチップのためのナノスケールの光インターコネクト、高効率薄膜太陽電池、および、超高感度生体分子センサーなどの用途に用いられる可能性がある。本明細書にさらに詳細に記載されるように、本実施形態のプラズモンナノ粒子は、光の特定の波長でピークの共鳴を達成するように設計されることができる。
【００５６】
本発明によれば、本発明に有用な「プラズモンナノ粒子」は、電磁放射に反応するプラズモン共鳴ナノ粒子（典型的には金属粒子または金属が組み込まれた粒子）である。特定の理論に拘束されることは望まないが、金属中の伝導電子は表面プラズモン共鳴と呼ばれる集団共鳴を受けるため、プラズモンナノ粒子は電磁放射に反応する。特定のプラズモンナノ粒子と関連するプラズモン共鳴の大きさ、ピーク波長、および、スペクトルバンド幅は、ナノ粒子のサイズ、形状、および／または、材料の組成だけでなく、その局所の誘電環境に依存してよい。例えば、Ｌｕ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｎｏｖｅｌ  Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，  ６０  Ａｎｎ．  Ｒｅｖ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．  １６７  （２００９）を参照されたい。これらの因子は、特定の波長の電磁放射に応じて、プラズモンナノ粒子の熱活性の所定の制御を可能にする。
【００５７】
本発明のプラズモンナノ粒子は任意の形状（例えば、立体配置）とすることができる。例えば、ナノシェル、セミシェル（ｓｅｍｉｓｈｅｌｌｓ）、または、ナノボウル（ｎａｎｏｂｏｗｌｓ）（Ｙｅ  ｅｔ  ａｌ．，  １１３  Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ｃ  ３１１０  （２００９）；  Ｙｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ２５  Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １８２２  （２００９）；  Ｙｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ＡＣＳ  ４  Ｎａｎｏ  １４５７  （２０１０））、ナノロッド（Ｂａｃｉｕ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｔｅｉｎ−Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  Ｐｒｏｂｅｄ  ｂｙ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，  ８  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  １７２４  （２００８））、中空のナノケージ、開放ナノケージ、または、中空のナノスフェア（Ｙｅ  ｅｔ  ａｌ．，  １５  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２３７６５  （２００９）；  Ｃｏｂｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ｇｏｌｄ  ｎａｎｏｃａｇｅｓ  ｔｏ  ｃａｎｃｅｒ  ｃｅｌｌｓ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｒｕｇ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ，  ７  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｏｐｉｎ．  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖ．  ５７７  （２０１０））、ナノ結晶、ナノ粉末、または、ナノケージ。プラズモンナノ粒子は、本明細書で教示されるように産生することができ、または、当該技術分野で公知の技術により産生することができる；または、ｎａｎｏＣｏｍｐｏｓｉｘ，  Ｉｎｃ．  （Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，  ＣＡ）  ＮＮ−Ｌａｂｓ、  ＬＬＣ  （Ｆａｙｅｔｔｅｖｉｌｌｅ，  ＡＲ）、Ｎａｎｏｓｈｅｌ  ＬＬＣ  （Ｈａｒｙａｎａ，  Ｉｎｄｉａｎ；  ＴｅｄＰｅｌｌａ，  Ｉｎｃ．  Ｒｅｄｄｉｎｇ，  ＣＡ）、および、Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｔｏｒｅ  （Ｆｒｅｍｏｎｔ，  ＣＡ）を含む、商業的供給源の広い選択肢から購入してもよい。
【００５８】
したがって、いくつかの実施形態では、本発明のナノ粒子はナノシェルであってよい。金属ナノシェルは金属コロイドと同様の光学的性質（例えば、それらのプラズモン共鳴に関連する、強い光吸収および極めて大きく高速の三次非線形光学（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｏｐｔｉｃａｌ：ＮＬＯ）分極率）を有する。一例では、ナノシェルは、極薄の金属層（例えば、金）でコーティングされた、誘電性のコア（シリカ）から成っていてもよい；ナノシェルの他の例では、金硫化物のコアおよび金のシェルを含んでいてもよい。例えば、米国特許第６，４２８，８１１号を参照されたい。誘電性のコア材料の例は、限定はされないが、二酸化ケイ素、金硫化物、二酸化チタン、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、および、例えばデンドリマーのような高分子を含む。コア材料は、絹フィブロインナノ粒子であってもよい（２０１０年９月２９日に出願された、ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５０６９，  Ｓｉｌｋ  Ｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓ  &  Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅを参照されたい）。相対的なコアおよびシェルの厚さ、および／または、コアおよびシェルの材料を調節することにより、ナノシェルは、所望の波長で、または、特定の波長スペクトル（例えば、可視波長および近赤外線波長）にわたって、光を吸収する、または、散乱させることができる。
【００５９】
プラズモンナノ粒子は、典型的には、少なくとも１種の金属を含む。いくつかの実施形態では、有用なプラズモンナノ粒子は、典型的には金属または合金、または、少なくとも１種の金属または合金がドープされている。そのような金属は、表面プラズモンの励起が光によって誘導されうる、任意の技術分野で認識されている金属であってよい。いくつかの実施形態では、金属は、限定はされないが、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および、プラチナを含む、貴金属であってよい。用途に応じて、いくつかの実施形態では、貴金属は場合により水銀であってよい。いくつかの実施形態では、有用な金属は、例えば、チタン、アルミニウム、ニッケル、フッ素、セリウム、スズ、ビスマス、アンチモン、モリブデン、クロム、コバルト、亜鉛、タングステン、ポロニウム、レニウム、および、銅のような非貴金属であってよい。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、貴金属または非貴金属の酸化物を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、貴金属および／または非貴金属の合金、または、そのような金属の不均質な混合物を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、シリカ、または、例えばＰｒ＋３、Ｅｒ＋３、または、Ｎｄ＋３のようなレアアース放射体（ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ｅｍｉｔｔｅｒｓ）でドープされた絹フィブロインを含んでいてもよい。例えば、米国特許第６，５３０，９４４号を参照されたい。一実施形態では、プラズモンナノ粒子は金を含む。一実施形態では、プラズモンナノ粒子は金ナノ粒子である。
【００６０】
プラズモンナノ粒子のサイズは、プラズモンナノ粒子が電磁放射にさらされたとき、特定の波長の光を好ましい吸光度で共鳴吸収するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子の直径は、約１ｎｍから約１０００ｎｍ、約５ｎｍから約５００ｎｍ、約５ｎｍから約２５０ｎｍ、または、約５ｎｍから約１００ｎｍ、または、約５ｎｍから約５０ｎｍであってよい。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子の直径は約５ｎｍから約２５ｎｍである。本明細書で記載する場合、プラズモンナノ粒子の集団に関する用語「直径」は、集団の平均の直径を意味する。いくつかの実施形態では、用語「直径」は、集団中のプラズモン粒子の最大のサイズを指すこともできる。他の実施形態では、用語「直径」は、集団中のプラズモン粒子の最小のサイズを指すこともできる。もし、集団がサイズにおいて均一であれば、用語「直径」は、それぞれの個別の粒子の直径をも指すこともできる。
【００６１】
いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子の集団は、様々な直径の粒子を含む集団であるような、不均一な集団である。いくつかの実施形態では、集団中におけるナノ粒子の直径のそのような変動は、＋／−１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１５％、１０％、５％、２％、または、それ以下の範囲内である。
【００６２】
ナノスケールにおいて、バルク（例えば、固体）金属が、それらの表面プラズモンの光学共鳴を示すことは、当該技術分野で公知である。コロイド形態において、これらの金属は、典型的には、スペクトルの可視領域の固有波長において、光を強く吸収および散乱する（プラズモン共鳴）。スペクトルの近赤外線（ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ：ＮＩＲ）領域の波長で作用する能力は、光はこれらの波長で組織中に深く（数ｃｍまで）突き通ることから、特定の用途において、臨床的に意義があるだろう。実際、金属ナノ粒子の特定の形状（スフェア、ロッド、および、シェル）は、ＮＩＲ領域に調節（ｔｕｎｅ）され得る光学プラズモン共鳴を有する（Ｏｌｄｅｎｂｕｒｇ  ｅｔ  ａｌ．  １９９９）。金のナノスフェアおよびナノロッドは純金から製造されるが、ナノシェルは薄い金のシェルに囲まれた誘電性のコア（例えば、シリカ）からなる。ナノスフェアは５４０ｎｍ周囲で共鳴を示すがこのピークはあまり調節性（ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ）がないのに対し、ナノシェルおよびナノロッドは、ＮＩＲスペクトル全体に調節することのできるピーク共鳴を有する（Ｊａｉｎ  ｅｔ  ａｌ．  ２００６；  Ｏｌｄｅｎｂｕｒｇ  ｅｔ  ａｌ．  １９９８）。ナノシェルはそれらのコア−シェル比によって調節されるのに対し、ナノロッドはそれらの縦横比（すなわち、直径に対する長さの比）を介して調節可能である。例えば、アミノ化されたコロイド状のシリカ（直径１２０ｎｍ）のコアと、連続的な（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）核形成部位として、その上に厚さ１４ｎｍの金コロイドのシェルが吸着されて成る金ナノシェルでは、７８０ｎｍ〜８００ｎｍの吸収ピークが生じる。
【００６３】
当該技術分野において、最適波長またはその範囲が決定され得る適切な方法がよく知られている。図２は、紫外−可視スペクトルにおける、絹フィブロイン溶液に分散された金ナノ粒子の吸光度と相対濃度との間の関係を示す例示的なグラフを提供する。図２に示されるように、下記の実施例１に記載のように、８％絹フィブロイン溶液が調整され、金ナノ粒子と混合されるとき、約５３０ｎｍにおける試料の吸光度が劇的に上昇する。少なくとも１つの変数（例えば、ナノ粒子の濃度、勾配、粒子サイズ、形状）を変化させることにより、当業者は、特定の用途に適切な波長および吸光度の有効範囲を調節することができる。
【００６４】
当然のことながら、特定の用途に適した有用な量の熱を生成するために、例えば絹マトリクス中のナノ粒子の濃度、および／または、入力電力（ｉｎｐｕｔ  ｐｏｗｅｒ）のような因子を変化させてもよい。非限定的な例では、さまざまな程度の入力電力と対応する熱出力との間の関係が図３に示され、このことは下記でより詳細に述べられる。絹マトリクス中のナノ粒子濃度の増加が、有効範囲中での熱の生成において、ほぼ比例した、ほとんど線形の増加をもたらすことは注目すべきである。したがって、比較的高い熱の生成を必要とする用途（例えば、創傷の接着）のためには、絹マトリクスの調製において、より高濃度のプラズモンナノ粒子が組み込まれるべきであると考えられる。加えて、または、代わりに、所望の熱の生成量を達成するために、より大きな電力入力（ｐｏｗｅｒ  ｉｎｐｕｔ）を用いることができる。生成された熱の差は、例えば、プラズモンナノ粒子ドープ絹マトリクスを熱出力チップの上に成型し、照射時に絹関連表面と非絹関連表面との間に作り出される温度差をモニタリングすることによって測定することができる。このことは、図３に説明される。
【００６５】
前述のように、本明細書に記載される発明は、人体内の生理学的状態をモニターまたは治療する、埋め込み式の医療用装置（ＩＭＤｓ）に有用である。ＩＭＤは、広く世界中の生物学者、医師、および、技師から、極めて大きい注目を集めている。ＩＭＤは、非限定的であるが、糖尿病（Ｊａｒｅｍｋｏ  &  Ｒｏｒｓｔａｄ，  ２１  Ｄｉａｂｅｔｅｓ  Ｃａｒｅ  ４４４  （１９９８））、不整脈（Ｈｓｉａ  ｅｔ  ａｌ．，  ８７  Ａｎｎａｌｓ  Ｔｈｏｒａｃｉｃ  Ｓｕｒｇ．  １２４  （２００９））、および、パーキンソン病  （Ｓｉｎｇｈ  ｅｔ  ａｌ．，  ８１  Ａｄｖ．  Ｔｒｅａｔ．  Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ’ｓ  Ｄｉｓ．  ２９  （２００７））を含む、広範囲の病気を管理するために利用される。小型で、低電力で、無線のＩＭＤへのニーズが急増し、過去２０年で、マイクロおよびナノ技術を包含する進歩がなされてきた。Ｓｔａｐｌｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，  ２３  Ｐｈａｒｍ．  Ｒｅｓ．  ８４７  （２００６）；  Ｌｕ  &  Ｃｈｅｎ，  ５６  Ａｄｖ．  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖ．  Ｒｅｖ．  １６２１  （２００４）；  Ｈｉｌｔ  &  Ｐｅｐｐａｓ，  ３０６  Ｉｎｔｌ．  Ｊ．  Ｐｈａｒｍ．  １５  （２００５）を参照されたい。これらの前進にも関わらず、特に、適切な操作のために電力を必要とする能動装置のための、ＩＭＤの長期の安定性および機能性への改良が依然として求められている。本明細書に記述された必要な改良は、これらの装置のための構成材料およびカプセル化材料の生物適合性の進歩だけでなく、電力供給源の解決策の進歩も含む。いくつかの実施形態では、これらのＩＭＤは、本明細書に基づく本発明の態様を組み入れることができる。例示的なＩＭＤは、限定はされないが、ペースメーカー（Ｎａｒａｚａｋｉ  &  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  ２９  Ｉｎｆｌａｍｍａｔｉｏｎ  &  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  １２３  （２００９））；心臓除細動器（ＭｃＡｌｉｓｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  １５２  Ｅｖｉｄｅｎｃｅ  Ｒｅｐｏｒｔ／Ｔｅｃｈ．  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  １  （２００７））；神経刺激装置（Ｍｏｂｂｓ  ｅｔ  ａｌ．，  １４  Ｊ．  Ｃｌｉｎ．  Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．  ２１６  （２００７））；  およびドラッグデリバリーシステム（Ｅｌｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  １１  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ  １３８７  （２００９））を含む。
【００６６】
埋め込み式の用途では、実施例において例示されるように、組織の発色団（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ）（例えば、ヘモグロビンおよびメラニン）と相まったときに、これらの組織の発色団により、５３２ｎｍに近い波長で吸光度が高くなり、レーザーの侵入深さに制限を作るかもしれない。埋め込みがおよそ０．５ｍｍよりも深く達するためには、電力が安全でないレベルにまで上昇する必要があり得、組織に傷害またはやけどをあたえるかもしれない。Ｈａｍｌｉｎ  &  Ｄｅｍｉｄｏｖａ，  ６１４０  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  １  （２００６）。加えて、水は１１５０ｎｍよりも長い波長で発色団として作用し得、それにより、約６００ｎｍ〜約１１５０ｎｍの間の利用可能な「光学窓（ｏｐｔｉｃａｌ  ｗｉｎｄｏｗ）」を低吸光度の状態にする（同文献）。したがって、いくつかの実施形態では、本発明のプラズモンナノ粒子を、約６００ｎｍと約１１５０ｎｍとの間の任意の波長で共鳴するように調節することができる。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子を、より長い波長（例えば、約６７０ｎｍ、約８３０ｎｍ、または、約１０６４ｎｍ）で共鳴するように調節することができる。Ｓｔｏｌｉｋ  ｅｔ  ａｌ．，  ５７  Ｊ．  Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．  Ｐｈｏｔｏｂｉｏ．  Ｂ：  Ｂｉｏ．  ９０  （２０００）。これは、例えば、より長い侵入深さのために、プラズモンナノ粒子の直径を変化させる、または、ナノシェルを用いることで、達成することができる。Ｐｒｏｄａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ３  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  １４１１  （２００３）。これらの波長では、体組織の吸収率は比較的低くなるので、深く埋め込んだ装置においてさえ、安全な電力レベルが可能となるだろう。
【００６７】
特定の用途のために光熱活性を最適化するために、プラズモンナノ粒子を、絹フィブロインマトリクスの中または上に、大きくばらつかせて分散させることができる。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、絹フィブロインマトリクスの中または表面上に均一に分散されていてもよい。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、絹フィブロインマトリクスの中または上に、勾配をもって分散されていてもよい（例えば、より多くのプラズモンナノ粒子が、絹フィブロインマトリクスの一部の中または上に、選択的に分散されていてもよい。）いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、例えば、光学パターン、マイクロパターン、または、ナノパターンのような、パターンをもって分散されていてもよい。例えば、Ｄｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｂｉｏｇｅｎｉｃ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ  ｈｙｂｒｉｄ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ａｎｄ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｏｆ  ｓｉｌｖｅｒ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，  １１０  Ｍａｔｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ｐｈｙｓ．  １６０（２００８）を参照されたい。パターンは、例えばナノプリンティングやエッチングなどの、既知の任意の技術によって達成されることができ、対応するパターン化された光熱または光熱電の生成を可能にする。そのような勾配またはパターンは、所定の方式における光熱または熱電エネルギーの制御を提供する。言い換えれば、プラズモンナノ粒子の選択的な分散、または、パターニングによって、エネルギー送達の量および位置を、絹フィブロインマトリクス中に設計または組み込むことができる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子は、付加的な材料をさらに含むことができる。付加的な材料は、プラズモンナノ粒子に用いられる金属の選択、共鳴ピークの好ましい波長、吸収強度、スペクトルバンド幅、および／または、プラズモン粒子の他の好ましい性質（例えば、磁気特性）に基づいて、選択されることができる。いくつかの実施形態では、付加的な材料は絹フィブロインであってよい。絹フィブロインナノ粒子は、例えば、Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｋ  ｆｉｂｒｏｉｎ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  ｗａｔｅｒ−ｍｉｓｃｉｂｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｏｌｖｅｎｔ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，  ９  Ｊ．  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｒｅｓ．  ８８５  （２００７）；  Ｇｕｐｔａ  ｅｔ  ａｌ．，  ４  Ｉｎｔｌ．  Ｊ．  Ｎａｎｏｍｅｄ．  １１７  （２００９）；  Ｋｈａｒｌａｍｐｉｅｖａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｉｌｋ−ｂａｓｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ−ｒｏｂｕｓｔ  ＬｂＬ  Ｎａｎｏ−ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｔａｉｌｏｒｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，  １０１  ＰＭＳＥ  Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ  １０５９  （２００９）に教示されているように作成することができる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される光熱エレメントは、例えば、絹フィブロインマトリクス中、および／または、プラズモンナノ粒子中に、少なくとも１種の活性物質を含むことができる。活性物質の例は、限定されないが、例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ、フェノールスルホンフタレイン、オリゴヌクレオチド、核酸、アプタマー、抗体または抗体様分子（例えば、抗体の断片、一本鎖抗体（ｓｃＦｖ）、単一ドメイン抗体、キメラ抗体、および、二特異性抗体（ｄｉａｂｏｄｉｅｓ））、酵素（例えば、ペルオキシダーゼ、リパーゼ、アミロース、有機リン酸デヒドロゲナーゼ、リガーゼ、制限エンドヌクレアーゼ、リボヌクレアーゼ、ＲＮＡまたはＤＮＡポリメラーゼ、グルコースオキシダーゼ、および、ラクターゼ）、細胞（赤血球および幹細胞を含む）、ウイルス、他のタンパク質、または、ペプチド、ペプチド模倣薬、小分子（例えば、薬、染料、アミノ酸、ビタミン、抗酸化剤）、バイオシミラー、生物製剤、脂質、炭水化物、発色団、発光有機化合物（例えば、ルシフェリン、カロチン）および発光無機化合物（例えば、化学染料、および／または、例えばインドシアニングリーンのような、コントラスト強調物質）、抗生物質、抗真菌薬、抗ウイルス薬、集光性化合物、例えば、クロロフィル、バクテリオロドプシン、プロテオロドプシン、および、ポルフィリン、および、関連する電子的に活性な化合物、または、プロドラッグ、類似体（ａｎａｌｏｇｓ）、および、上記のいずれかの任意の組み合わせ、のような有機材料を含む。例えば、ＷＯ  ２０１１／００６１３３，  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｓｉｌｋ  Ｐｒｏｔｅｉｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ；  ＷＯ  ２０１０／１４１１３３，  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ；  ＷＯ  ２００９／１４０５８８，  Ｓｉｌｋ  Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｂａｓｅｄ  Ａｄｅｎｏｓｉｎｅ  Ｒｅｌｅａｓｅ：  Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  Ｅｐｉｌｅｐｓｙ；  ＷＯ  ２００８／１１８１３３，  Ｓｉｌｋ  Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  &  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｌｅａｓｅ；  ＷＯ  ２００５／１２３１１４，  Ｓｉｌｋ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ、を参照されたい。
【００７０】
組織を治療するために光熱エレメントが用いられるいくつかの実施形態では、絹フィブロインは組織の治療（例えば、創傷の治癒）を促進することができる、少なくとも１つの因子を含むことができる。そのような因子は、限定されないが、アルブミン、フィブリノゲン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチン、ラミニン、キトサン、繊維芽細胞増殖因子、血管内皮細胞増殖因子、血小板由来増殖因子、上皮細胞増殖因子、インスリン様増殖因子、および、それらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される活性物質または因子は、光熱エレメントの絹フィブロインマトリクスに分散される前に、活性物質または因子の放出を制御することができる、異なる絹フィブロイン担体（例えば、マイクロ粒子、ナノ粒子、フィルム、または、多孔質スポンジ）にさらに封入されてもよい。例えば、ＷＯ  ２００８／１１８１３３；  ＷＯ  ２００９／１４０５８８；ＷＯ  ２０１１／００８８４２，  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ  Ｓｉｌｋ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｗｏｕｎｄ  Ｈｅａｌｉｎｇを参照されたい。特定の組織または生物（ｏｒｇａｎｉｓｍ）が標的とされる、いくつかの実施形態では、絹フィブロインマトリクス、プラズモンナノ粒子、および／または、絹フィブロイン担体の少なくとも一部は、一以上の標的化部分（ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ｍｏｉｅｔｉｅｓ）にさらに結合していてもよい。例示的な標的化部分は、限定はされないが、抗体、抗体断片、特定のレセプターに対するリガンド、または、生物、細胞、または、組織に特異的結合することができるタンパク質を含む。例えば、米国特許第６，６８５，７３０号；第６，５３０，９４４号を参照されたい。
【００７１】
加えて、絹フィブロインマトリクスは、一以上の生体適合性のポリマーに場合により結合されることができる。生体適合性のポリマーの非限定的な例は、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、コラーゲン、フィブロネクチン、ケラチン、ポリアスパラギン酸、ポリリジン、アルギネート、キトサン、キチン、ヒアルロン酸、および、それらの任意の組み合わせを含む。例えば、ＷＯ  ０４／０６２６９７；ＷＯ  ０５／０１２６０６を参照されたい。当業者に既知の任意の他の生体適合性ポリマーもまた、絹フィブロインマトリクスに結合されることができる。絹フィブロインは、活性物質により、溶液中で化学的に修飾されることもでき、例えば、ジアゾニウムまたはカルボジイミドのカップリング反応、アビジン‐ビオチン相互作用、または、遺伝子組み換えなどを介して、絹フィブロインタンパク質の物理的な性質および機能性を変化させることができる。例えば、ＷＯ  ２０１１／０１１３４７，  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｋ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ｂｙ  Ａｖｉｄｉｎ−Ｂｉｏｔｉｎ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；  ＷＯ  ２０１０／０５７１４２，  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｍａｔｒｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  ＰＥＧ  Ｕｓｅｆｕｌ  ａｓ  Ａｎｔｉ−Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｂａｒｒｉｅｒｓ  &  Ａｎｔｉ−Ｔｈｒｏｍｂｏｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ；  Ｕ．Ｓ．  Ｓｅｒ  Ｎｏ．  １２／１９２，５８８，  Ｄｉａｚｏｎｉｕｍ  Ｓａｌｔ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｋ  Ｐｏｌｙｍｅｒ、を参照されたい。例えば、絹フィブロインマトリクスの表面を、カルボジイミド媒介反応を介して活性物質（例えば、酵素またはサイトカイン）によって修飾し、絹フィブロインマトリクスの中で活性物質の勾配を形成させることができる。例えば、米国特許公開公報第２００７／０２１２７３０号，  Ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｇｒａｄｉｅｎｔｓ  ｉｎ  ３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｏｒｏｕｓ  ｓｃａｆｆｏｌｄｓを参照されたい。加えて、絹フィブロインマトリクスは、例えばマトリクスの柔軟性に影響を与える、少なくとも１つの物質（例えば、グリセロール）と結合されることができる。例えば、ＷＯ  ２０１０／０４２７９８，  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｓｉｌｋ  ｆｉｌｍｓ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｇｌｙｃｅｒｏｌを参照されたい。
【００７２】
したがって、本発明は、熱の局在化された送達方法および生物学的材料（例えば、細胞および／または組織）の局在化された画像化の方法を提供する。送達はインビトロまたはインビボであってよく、疾患または障害（例えば、がん、炎症、または、組織の過剰増殖を含む他の障害）の局在化された治療に有用である。当該方法は、細胞または組織に、プラズモンナノ粒子を含む絶縁保護（コンフォーマル：ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）絹フィブロインマトリクスを送達し、プラズモンナノ粒子を、熱を放出する条件下で励起供給源にさらすことによる、前記細胞または組織への熱の局在化された誘導を含む。本発明の一実施形態は、細胞または組織へ、局在化された熱を誘導する方法を含む。当該方法は、本明細書に記載される光熱エレメントを細胞または組織へ送達する工程、前記光熱エレメントを電磁放射（例えば、紫外線、可視光、赤外線、または、それらの任意の組み合わせ）にさらす工程（ここで、プラズモンナノ粒子は前記電磁放射にさらされたときに熱を放出する）を含む。当該方法は、画像診断単独、または、光熱治療との組み合わせにも有用であり得る。Ｈｉｒｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，  １００  ＰＮＡＳ  １３５４９  （２００３）を参照されたい。
【００７３】
加えて、本発明のいくつかの実施形態では、光熱エレメントは、物質のインビボにおける送達を調節できるシステムを提供する。当該システムは、ナノ粒子が電磁放射を照射されたときに入射放射を熱エネルギーに変換することができる、絹フィブロインマトリクス（そこに分散される少なくとも１種の活性物質をさらに含むことができる）に含まれた複数のプラズモンナノ粒子を含む。例として、絹フィブロインマトリクスまたはその一部の温度が、第１の温度（例えば、３７°Ｃ）であるとき、活性物質は絹フィブロインマトリクス中で保持される。絹フィブロインマトリクスまたはその一部が、第２の、より高い温度（例えば、約４０°Ｃ‐４５°Ｃ）にまで上昇するとき（すなわち、電磁放射にさらされたプラズモン粒子から生成された熱）、活性物質の少なくとも一部が絹フィブロインマトリクスから体中に放出され得る。場合により、本発明の実施形態では、例えば、治療の決定を助けるためにインビボの状態についての情報を提供するための、バイオセンサーシステムを含むことができる。当該システムの利点は、プラズモンナノ粒子（例えば、金属ナノシェルを含む）による吸収および熱への変換を目的として、光にさらすことにより、熱応答性ＩＭＤの温度を局所的に変化させることができる能力である。このことは、複数の用量でのドラッグデリバリー装置の埋め込みを可能にし、適切な光源へのドラッグデリバリー装置の曝露を調整することによって、用量プロファイルについての外部コントロールを提供する。
【００７４】
本発明の別の態様は、活性物質のインビボでの送達を、光熱的に調節する方法に関する。当該方法は、絹フィブロインマトリクス中に１種以上のプラズモンナノ粒子および少なくとも１種の活性物質を含む組成物または装置を、治療を必要とする対象の体内に埋め込む工程を含む。組成物の温度が対象のおよそ正常な体温であるとき、活性物質は、絹フィブロインマトリクスによって実質的に保持されることができる。組成物またはその一部の温度が上昇するとき、活性物質の少なくとも一部が絹フィブロインマトリクスから対象の体内へ実質的に放出されることができる。当該方法は、埋め込んだ組成物または装置に、体の外から電磁放射（例えば赤外線放射など）を適用する工程を含む。電磁放射は、光学格子を介して適用することができる。電磁放射の量および期間は、絹フィブロインマトリクスまたはその一部が物質を放出し始めることができるように、プラズモンナノ粒子の温度が十分に上昇するまで適用してよい。あるいは、電磁放射の適用は、埋め込み体から体内に、所望の量の活性物質が放出されるまで継続することができる。所望の量の物質が送達された後、組成物を正常な体温に戻すことができ、その際、所望により、薬物送達は減少または中断される。いくつかの実施形態では、電磁放射の適用は、複数回の投与が好ましい場合には、その後も繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、治療方法は、埋め込んだ組成物または装置に、体外から超音波、磁場、電場、または、それらの任意の組み合わせを、さらに適用する工程を含むことができる。絹フィブロインマトリクスは生体適合性および生分解性であり、その後の除去を要しない。埋め込みは、皮下または非経口であってよい。
【００７５】
本発明の他の実施形態では、創傷の治癒（例えば、組織の溶着）を促進する方法を提供する。例えば、レーザーによる組織の溶着は、組織が、光への曝露とそれに続く熱生成に応答して接合することができる技術を指す。これらの技術の目的は、接合部全体での高い引張り強度、標的組織の深さ全体での組織の接合、最小限の瘢痕組織形成、および周囲組織への最小限の損傷を伴う、組織の迅速な接合である。これらの技術は、多くの低侵襲の外科技術においても有益であり得る。レーザーによる組織修復は、多くの外科分野の手術（例えば皮膚の創傷の閉鎖、血管吻合、目の修復、神経の修復、軟骨の修復、および、肝臓の修復など）において用途を有する。近年、レーザーによる組織修復は、溶着（２つの組織表面を並べ、次いで、レーザー放射にさらして、組織が接着するのに十分なほど組織を加熱する）、または、はんだ付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）（ここでは、例えばタンパク質または合成ポリマーのような外因性の材料が、組織がレーザー放射にさらされたときに接着を促進できるように、２つの組織表面間に配置される）のいずれかを介して、達成される。５０°Ｃ以上の温度は、組織の接合を誘導することができ、これはタンパク質の変性およびその後の隣接したタンパク質鎖のもつれによって誘導され得るようである。例えば、米国特許第６，６８５，７３０号を参照されたい。本発明の方法によれば、本明細書に記載されるような絶縁保護光熱エレメントは、組織に接触し、照射を受けて標的組織に熱を伝達することができる。ＷＯ  ２０１０／０６５９５７，  Ｖａｓｃｕｌａｒｉｚｅｄ  Ｌｉｖｉｎｇ  Ｓｋｉｎ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｕｓｅ  Ｔｈｅｒｅｏｆ；  ＷＯ  ２０１１，  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ  Ｓｉｌｋ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｗｏｕｎｄ  Ｈｅａｌｉｎｇもまた参照されたい。
【００７６】
したがって、プラズモンナノ粒子ドープ絹フィブロインマトリクスは、創傷の熱ベースの接合を達成するために用いられることができる。したがって、本発明は、創傷または組織の接着または溶着を助ける光起動式の熱を生成するための、標的創傷部位の照射によってコントロールすることができる、絹ベースの「縫い目のない縫合（ｓｔｉｔｃｈｌｅｓｓ  ｓｕｔｕｒｅｓ）」を含む。例えば、意図された用途のための本発明の有用な実施形態は、プラズモンナノ粒子ドープ絹マトリクスを形成させるために、絹ベース材料（例えば、ゲルおよびフィルムなど）の中に分散される光熱プラズモンナノ粒子を含む、組成物を含む。そのようなプラズモンナノ粒子ドープ絹マトリクスは、創傷または修復されるべき組織（例えば、開放創傷または接着されるべき組織の縁に沿って）の部位に対して適用されることができる。次いで、当該部位は、周囲組織にほとんど、または、全く悪影響を与えずに、熱の生成を誘導するため、適切な光源で照射される。
【００７７】
上記のように、従来、レーザー技術は、しばしば「レーザー接着治療」と呼ばれる、組織の熱ベースの接着を達成するために用いられてきた。レーザーはまた、ビームを標的組織内の極めて小さい領域に局在化させるための精密照準（ｐｉｎｐｏｉｎｔ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）を提供し得るが、そのような技術は、標的の組織または創傷に過熱をもたらす傾向があることが課題であった。対照的に、本発明により実現される絹ベースの「縫い目のない縫合」は、適用箇所だけでなく、標的組織に適用される温度についても正確な制御手段を提供する。典型的には、肉が溶解するが、なお治癒することができる、最適な温度範囲であると考えられる、およそ５５°Ｃからおよそ７０°Ｃの範囲で、接着されるべき創傷に熱を適用することが好ましい。いくつかの実施形態では、絹マトリクス中のプラズモンナノ粒子の濃度は、粒子が所定の強度の光を吸収したとき、約６０〜６８°Ｃ、約６３〜６７°Ｃ（例えば、６０°Ｃ、６１°Ｃ、６２°Ｃ、６３°Ｃ、６４°Ｃ、６５°Ｃ、６６°Ｃ、６７°Ｃおよび６８°Ｃ）の熱を生成するように、選択される。いくつかの実施形態では、絹マトリクス中のプラズモンナノ粒子の濃度は、粒子が所定の強度の光を吸収したとき、約６５°Ｃの熱を生成するように選択される。
【００７８】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるような組織の修復は、例えば、皮膚の開いた傷口のような、創傷の治癒を助けるために行われる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるような組織の修復は、外科手術の一部として行われる。例えば、本発明は、従来の内部組織の縫合において課題であった、非侵襲的な外科手術のためのより良いツールを提供してよい。
【００７９】
原理的に、プラズモンナノ粒子ドープ絹マトリクスをそのような用途に用いることで、古典的な針と糸による縫合と比較して、より迅速な治癒および／またはより小さな瘢痕が可能となると考えられる。さらに、そのような手術は、感染および／または炎症のリスクも減少し得る。
【００８０】
他の実施形態では、本発明は、プラズモンナノ粒子ドープ絹マトリクスの臨床的な温熱療法のための使用を含む。無線周波数からマイクロ波だけでなく、超音波へと多岐にわたるレーザー加熱源は、特定の標的領域における穏やかな加熱を誘導するために導入された。これは一般的に温熱療法と呼ばれ、典型的には、通常は４１から４７°Ｃの範囲にある温度で数十分間組織を加熱することと定義される（Ｓｖａａｓａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．，  １９９０．  Ｌａｓｅｒｓ  Ｍｅｄ  Ｓｃｉ  ５：１２１−１２８）。
【００８１】
いくつかの実施形態では、温熱療法は、約４０°Ｃ〜４５°Ｃの間の温度を与えるために、本明細書に記載される方法によって達成される。そのような範囲で温度を穏やかに上昇させることで、限定はされないが、鎮痛および抗腫瘍効果を含む、特定の治療効果を与えることができることが報告されている。特に、温熱療法を介するがん治療の有効性が報告されている。伝統的に、温熱療法は、外部または内部のエネルギー供給源による部分的な温熱療法、体腔の洗浄、もしくは、臓器または手足の灌流による局部的な温熱療法、および、全身温熱療法を含む、多くの方法によって達成することができる。前立腺がんの治療のためには、例えば、熱を生成させるために外部、管腔内、または、組織内のいずれかに配置された適切なアプリケータを用いたモダリティ（例えば、超音波、無線周波数、および、マイクロ波）を使用した局所進行性前立腺がんの治療に、管腔内または腔内治療のような技術がうまく採用されてきた（Ｋｒｉｓｈｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ２０１０．  "Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｈｅｒａｐｙ：  Ｅｖｏｌｖｉｎｇ  ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｓｔａｔｅ  ｃａｎｃｅｒ  ｔｈｅｒａｐｙ"  Ｉｎｔ  Ｊ  Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ．  ２６（８）：  ７７５−８９）。本明細書に記載される発明を用いることにより、例えば前立腺がんのような腫瘍の標的化が、より効果的、および、より効率的に実現し得る。
【００８２】
他の実施形態は、プラズモンナノ粒子ドープ絹フィブロインマトリクスを細胞または組織に送達する工程、および、前記プラズモンナノ粒子が、光検知器によって検出されるために、光を吸収および／または散乱する条件下で、前記プラズモンナノ粒子を電磁放射にさらす工程、を含む、少なくとも１種の細胞または組織の画像診断の方法を提供する。いくつかの実施形態では、プラズモンナノ粒子ドープ絹フィブロインマトリクスは、例えば、がん細胞の検出のために、腫瘍細胞の表面に存在する腫瘍特異的抗原に対する、標的化部分によってコーティングされていてもよい。電磁放射は、任意の波長の光（例えば、紫外線、可視光、または、赤外線の放射）であってよい。プラズモンナノ粒子は、前記電磁放射に関して、コントラスト物質としてふるまうことができる。ＷＯ  ２００９／１０５５３７，  Ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ  Ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎも参照されたい。
【００８３】
当業者は、光熱絹フィブロインマトリクスによって生成される熱を、絹フィブロインマトリクスの構造を変化させる、または、改変するため（例えば、絹フィブロインをβ−シート構造に変換する、または、絹フィブロインマトリクス中のβ−シート構造の量を増加させるため）に用いることができることを理解する。この態様では、絹フィブロインマトリクスは、電磁放射の曝露に応答して、相転移を受けることができる。例えば、光熱エレメントは、対象の選択された作用部位に注射される、または、容易に埋め込まれることができるように、ゲルまたは液体の形態であってよく、ここで、光熱エレメントは、標的とした組織または腔の形に適合することができる。いったん光熱エレメントを注射し、または、埋め込んだら、絹フィブロインマトリクスを加熱して、自然に、より固形化し、より溶けにくいβ−シート構造をとれるように、光熱エレメントに電磁放射を照射してよい。当業者は、当該エレメントの種々の構造的特徴が、その表面適合性の度合いに寄与し、そのような特徴が特定の所望の適合性のレベルを達成させるために、ただちに調整できるであろうことを理解する。
【００８４】
フリーナノ粒子（ｆｒｅｅ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）を用いた光熱的な腫瘍の切除が報告されている（Ｏ’Ｎｅａｌ  ｅｔ  ａｌ．，  ２０９  Ｃａｎｃｅｒ  Ｌｅｔｔ．  １７１  （２００９））が、本実施形態は、腫瘍が光熱エレメントによって直接的に標的とされ、また、接触されることができ、その後の切除をもたらすという点において、有利である。同様に、絶縁保護光熱エレメントは、腔を埋めるために用いられ、次いで電磁放射の曝露によって硬化されることができる。この方法は、充填剤または組織プラットフォームを埋め込むために、または、活性物質の持続された／制御された放出のための貯蔵部（ｄｅｐｏｔ）を形成させるために、用いられることができる。
【００８５】
本発明のさらなる態様では、絹フィブロインベースの光熱エレメントは、光熱電装置を形成するために、熱電装置をさらに備える。本明細書で使用する場合、用語「熱電装置」は、温度差を電圧に変換する装置を指す。用語「熱電装置」は、熱電式発電機も包含してよい。本発明によれば、光熱エレメントのプラズモンナノ粒子が電磁放射にさらされたとき、熱電装置に温度差が生成され、次いで、温度差を電圧または電気に変換することができる。
【００８６】
したがって、いくつかの実施形態では、本発明は、ナノ粒子を含む表面およびナノ粒子を含まない表面を含む、熱電装置を提供する。装置のナノ粒子を含む表面は、絹フィブロインマトリクスに分散された複数の光熱プラズモンナノ粒子を含む、光熱エレメントを含む。装置のナノ粒子を含まない表面は、適切な光を照射すると温度差が形成され得るように、実質的に光熱エレメントを含まない、または、ナノ粒子を含む表面と比較して有意に少ない光熱エレメントを含む。いくつかの実施形態では、そのような装置のナノ粒子を含まない表面は、照射による熱の生成が前記２つの表面において異なって達成され得るように、光の離散した波長（または、波長の範囲）に対して感受性である複数のナノ粒子を含む。したがって、装置のナノ粒子を含む表面への適切な光の照射は、表面における光起動式の熱の生成を引き起こすが、当該特定の光の照射はもう一方の表面では引き起こさない。
【００８７】
非限定的な例としては、光熱電エレメントは熱出力チップを備え、その表面はプラズモン粒子ドープ絹フィブロインマトリクスでコーティングされている。そのような光熱電エレメントの特定の実施形態は、市販の熱出力チップ（１．６ｍｍ×３．２ｍｍ）上にＧＮＰドープ絹フィルムを成型することによって製造され、それは、５３２ｎｍにおいて出力が４５０ｍＷ／ｍｍ２以下の連続波（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ：ＣＷ）緑色レーザーを用いて、ΔＴが６０°Ｃにおいて約２０ｍＷを生成した。その実施形態では、ＧＮＰの直径は、約１０ｎｍから約２０ｎｍであってよい。
【００８８】
いくつかの実施形態では、本発明の光熱エレメントの絹フィブロインマトリクスは、プラズモンナノ粒子の平均直径の少なくとも２倍の厚さを有する。いくつかの実施形態では、本発明の光熱エレメントの絹フィブロインマトリクスは、プラズモンナノ粒子の平均直径の少なくとも３倍、４倍、５倍、またはそれ以上の厚さを有する。
【００８９】
ナノ粒子を含む表面およびナノ粒子を含まない表面を含む、記載された熱電装置の構造は、実質的に平面の配置（例えば、チップ、フィルム、プレート、ディスクなど）であってよい。いくつかの実施形態では、そのような構造のある主表面はナノ粒子を含む表面を構成し、一方、構造の反対側はナノ粒子を含まない表面を構成する。これは、構造の第１の表面（しかし、反対の表面はそうしない）を、プラズモンナノ粒子を分散させて混合させた絹ベースの材料（例えば、フィブロイン溶液）を用いてコーティングするまたは成型することによって、達成してよい。このことは、図１に概略的に説明される。ナノ粒子ドープ絹材料を乾かすとすぐに、照射されたときに第１の表面の上で熱が生成され、当該構造の厚さの間で温度差が作られるような、ナノ粒子を含む表面およびナノ粒子を含まない表面を含む構造が得られる。
【００９０】
熱電装置のサイズは、特定の適用、例えば、光熱電装置を配置する位置の性質および／またはそれに関して要求される柔軟性に応じて、選択されることができる。例示的な供給業者からの市販の熱電装置は、サイズに幅があり（長さにおいて約０．３５ｍｍから約３４．００ｍｍ、幅において約０．３５ｍｍから約２．４０ｍｍ、および、高さにおいて約０．３０ｍｍから約５．００ｍｍ）、平均電気伝導度の値は（１バッチについて）約８５０〜１１５０  Ｏｈｍ−１ｃｍ−１の範囲内である（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌｔｄ．  （Ｍｏｓｃｏｗ，  Ｒｕｓｓｉａ；  Ａｌｉｇｎ  Ｓｏｕｒｃｉｎｇ  ＬＬＣ，  Ｙａｒｄｖｉｌｌｅ，  ＮＪ，  Ｕ．Ｓ．））。熱電装置は、設置面積が約０．６ｍｍ２〜約２５ｍｍ２の間（Ｍｉｃｒｏｐｅｌｔ  ＧｍｂＨ，  Ｆｒｅｉｂｕｒｇ，  Ｇｅｒｍａｎｙ）；または、およそ２．５〜５０ｍｍ２で高さが２．５〜５ｍｍ（Ｆｅｒｒｏ  Ｔｅｃ，  Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，  ＣＡ）；または、約１２μｍから約３２μｍ，  Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，  ＰｏｗｅｒＭＥＭＳ  ２００９  ２８１−２８４  （Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  ＤＣ，  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １−４，  ２００９）で製造されてきた。加えて、柔軟性のある熱電装置が設計されてきた。Ｇｌａｔｚ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｉｃｋ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｍｉｃｒｏ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，  １３２  Ｓｅｎｓｏｒｓ  &  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ  １３２  ３３７  （２００６）；  Ｇｌａｔｚ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｂｉ２Ｔｅ３−ｂａｓｅｄ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｍｉｃｒｏ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ  １８  Ｊ．  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓ．  ７６３  （２００９）を参照されたい。
【００９１】
理論に拘束されることは望まないが、本明細書に記載される光熱電装置は、装置へ適用される温度差から電気を産生する、ゼーベック効果によって電気を生成可能である。ホットゾーン（ｈｏｔ  ｚｏｎｅ）とコールドゾーン（ｃｏｌｄ  ｚｏｎｅ）との間の温度差（ΔＴ）は、電位差を生み出し電流を駆動させる、フェルミエネルギーの差における変化をもたらす。したがって、いくつかの実施形態では、効率（Ｐ／ΔＴおよび／またはＶ／ΔＴ）は、加熱領域の増加を犠牲にして、改善し得る。ＤｉＳａｌｖｏ  ２８５  Ｓｃｉ．  ７０３  （１９９９）。いくつかの実施形態では、照射源の所要電力は、プラズモンナノ粒子の組成を変化させてプラズモンナノ粒子の濃度を増加させること、またはナノ粒子ドープ絹フィルムの厚さを増加させること、のいずれかによって低下させることができる。
【００９２】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される光熱エレメントおよび／または光熱電装置は、光源をさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、光源は、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤｓ）によって提供されてもよい。これらの実施形態では、１以上のＬＥＤは、例えば、赤外光から可視光、赤外光から紫外光に及ぶ波長の電磁放射を独立に産生することができる。いくつかの実施形態では、光源は、本明細書に記載されるプラズモンナノ粒子に電磁放射を与えるために用いられることができる。他の例では、光源は、例えば、画像診断のために、プラズモンナノ粒子によって生成される熱または電気によって作動できる。
【００９３】
近年、誘導コイルは、ＩＭＤの無線給電に用いられる非常に知られているエレメントの１つである。Ｓｏｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  ３４  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｂｉｏｍｅｄ．  Ｅｎｇｉｎ．  ２７６  （１９８７）；  Ｔａｋｅｕｃｈｉ  &  Ｓｈｉｍｏｙａｍａ，  Ａ９５  Ｓｅｎｓ．  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，  Ａ  ２６９  （２００２）。埋め込まれた受信コイルと外部のソースコイルとの間の誘導結合を介した出力伝達は、結合の配置／角度に強く依存し、作動距離が増加すると急速に低下する。Ｆｏｔｏｐｏｕｌｏｕ  &  Ｆｌｙｎｎ，  ｉｎ  ２００６  ５ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆ．  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ７６５  （２００７）。光熱電による給電アプローチは、患者と照射源との間の距離についての要件が、より緩められており、空間的な制約が最も重要である外科的設定において有用であり得る。加えて、このアプローチでは、安全性およびプライバシー（ｐｒｉｖａｃｙ）の理由により、近年ＩＭＤについて懸念が増加している、磁場の曝露および装置の干渉の問題を回避することができる。  Ｍａｉｓｅｌ  &  Ｋｏｈｎｏ，  ３６２  Ｎ．  Ｅｎｇｌ．  Ｊ．  Ｍｅｄ．  １１６４  （２０１０）。
【００９４】
プラズモンナノ粒子を含む絹マトリクスは、絹ベースの、生体に埋め込み可能で再吸収可能な装置のための、有望な構成要素となる。いくつかの実施形態では、シリコン電子機器、および／または、他の作業コンポーネント（例えば、ｎ型金属酸化物半導体（ｎＭＯＳ）トランジスタ（Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，  ９５  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  １３３７０１  （２００９））、および、受動神経記録電極（ｐａｓｓｉｖｅ  ｎｅｕｒａｌ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）（Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，  ９  Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｓ．  ５１１  （２０１０））のような）に、熱電的な機能性を組み込むことで、種々の生物医学用途における、そのような装置の利用性を拡大することができる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、本発明の装置は、種々の用途（例えば、ドラッグデリバリー、バイオセンシングおよび光学イメージング）のために、絹フィブロインマトリクスを機能的にするために開発された多くの技術を利用することができる。例えば、米国特許第６，２８７，３４０号，  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ａｎｔｅｒｉｏｒ  ｃｒｕｃｉａｔｅ  ｌｉｇａｍｅｎｔ；  ＷＯ  ２００４／０００９１５，  Ｓｉｌｋ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｕｓｅ  Ｔｈｅｒｅｏｆ；  ＷＯ  ２００４／００１１０３，  Ｓｉｌｋ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｕｓｅ  Ｔｈｅｒｅｏｆ；  ＷＯ  ２００４／０６２６９７，  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  &  Ｕｓｅ  Ｔｈｅｒｅｏｆ；  ＷＯ  ２００５／０００４８３，  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ；  ＷＯ  ２００５／０１２６０６，  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ  Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  &  Ｕｓｅ  Ｔｈｅｒｅｏｆ；  ＷＯ  ２０１１／００５３８１，  Ｖｏｒｔｅｘ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｉｌｋ  ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｇｅｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  &  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ；  ＷＯ  ２００５／１２３１１４，  Ｓｉｌｋ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ；  ＷＯ  ２００６／０７６７１１，  Ｆｉｂｒｏｕｓ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｆｕｓｉｏｎｓ  &  Ｕｓｅｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ／Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ；  Ｕ．Ｓ．  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｕｂ．  Ｎｏ．  ２００７／０２１２７３０，  Ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｇｒａｄｉｅｎｔｓ  ｉｎ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｏｒｏｕｓ  ｓｃａｆｆｏｌｄｓ；  ＷＯ  ２００６／０４２２８７，  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃａｆｆｏｌｄｓ；  ＷＯ  ２００７／０１６５２４，  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｔｅｐｗｉｓｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ；  ＷＯ  ２００８／０８５９０４，  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ；  ＷＯ  ２００８／１１８１３３，  Ｓｉｌｋ  Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  &  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｌｅａｓｅ；  ＷＯ  ２００８／１０８８３８，  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１２７４０４，  Ｎａｎｏｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１１８２１１，  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１２７４０２，  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｅｎｓｏｒ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１２７４０３，  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏ���ｔｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１２７４０１，  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅ  Ｇｕｉｄｅ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１４０５６２，  Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｅｎｓｏｒ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１２７４０５，  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｓａｍｅ；ＷＯ  ２００８／１０６４８５，  Ｔｉｓｓｕｅ−Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｓｉｌｋ  Ｏｒｇａｎｓ；  ＷＯ  ２００８／１４０５６２，  Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ  Ｂｉｏｐｌｏｙｍｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  &  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＷＯ  ２００８／１５０８６１，  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｇｅｌａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ；  ＷＯ  ２００７／１０３４４２，  Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｓｃａｆｆｏｌｄｓ  &  Ａｄｉｐｏｓｅ−Ｄｅｒｉｖｅｄ  Ｓｔｅｍ  Ｃｅｌｌｓ；ＷＯ  ２００９／１５５３９７，  Ｅｄｉｂｌｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｓｉｌｋ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ；ＷＯ  ２００９／１００２８０，  ３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｉｌｋ  Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ；  ＷＯ  ２００９／０６１８２３，  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｂｙ  Ｎａｎｏｃｏｎｔａｃｔ  Ｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ；ＷＯ  ２００９／１２６６８９，  Ｓｙｓｔｅｍ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、を参照されたい。
【００９６】
いくつかの実施形態では、本発明の光熱エレメントまたは光熱電エレメントは、生物学的または他の環境における使用のために、センサーとしても用いることができる、または、センサーを含むことができる。例えば、ＷＯ  ２０１０／１２６６４０，  Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｉｌｋ  Ｆｉｂｒｏｉｎ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  &  Ｂｉｏｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ；  ＷＯ  ２００８／１２７４０１；  ＷＯ  ２００８／１１８２１１；  ＷＯ  ２００８／１２７４０２；ＷＯ  ２００８／１４０５６２を参照されたい。本発明の絹フィブロインベースの光熱エレメントまたは光熱電エレメントは、絹フィブロインベースのホログラム、および、絹フィブロインベースの光ファイバーを含む、他の絹フィブロインベースのフォトニック構造と結合されることもできる。例えば、ＷＯ  ２００９／０６１８２３；  ＰＣＴ／ＵＳ１０／５０５６５，  Ｄｒａｗｎ  Ｓｉｌｋ  Ｅ−Ｇｅｌ  Ｆｉｂｅｒｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅ；  ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４２５８５，  Ａｌｌ−Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ，  Ｒｅｓｏｒｂａｂｌｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ；  ＰＣＴ／ＵＳ１０／４７３０７，  Ｓｉｌｋ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  &  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｓｉｌｋを参照されたい。
【００９７】
上記のように、本明細書に記載のプラズモンナノ粒子ドープ絹フィブロインマトリクスは、インビボの光熱治療のために用いられることができると考えられる。理論に拘束されることは望まないが、プラズモンナノ粒子ドープ絹フィブロインマトリクスは治療部位に適合するように構成されることができるため、治療部位または組織への熱伝達の効率を向上させることができる、および／または、湾曲した表面上に配置されることができる。例えば、光熱エレメントは関節に挿入されることができ、光熱エレメントで生成された熱によって関節痛（例えば、関節炎痛）を軽減することができる。例えば、Ｊａｅｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  ４９  Ａｃｔａ  Ｖｅｔ．  Ｓｃａｎｄａ．  （２００７）を参照されたい。加えて、プラズモンナノ粒子ドープ絹フィルムは、治療の間の、オンサイトのデータ記録および送信装置のための電気を生成するために、（適切な熱電装置と組み合わせて）インビボに用いることができる。使用に際しては、電磁放射は、光熱エレメントまたは光熱電装置の所定の特定領域を照射することで光学的活性を熱または電気へ変換できるように、パターンをもって送信されることができる。加えて、所定の周波数の光（例えば、色、回折の勾配）は、光熱エレメントまたは光熱電装置によって生成される熱または電気の量を制御するために用いることができる。
【００９８】
他の実施形態では、光熱電装置は、圧電性の絹フィブロイン材料（すなわち、機械力の適用下、および／または、絹フィブロイン材料の変形、および、その逆によって電気を生成することができる絹フィブロイン材料）を含むことができる。ＷＯ  ２０１０／０３６９９２，  Ａｃｔｉｖｅ  Ｓｉｌｋ  Ｍｕｃｏ−Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ，  Ｓｉｌｋ  Ｅｌｅｃｔｒｏｇｅｌａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  &  Ｄｅｖｉｃｅｓ；  Ｕ．Ｓ．  Ｓｅｒ．  Ｎｏ．  １２／９７４，７９６，  ｐＨ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｉｌｋ  Ｇｅｌｓ  &  Ｕｓｅｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆを参照されたい。絹フィブロインタンパク質の立体配座を照射によって制御する能力は、例えば、所望により、絹フィブロインマトリクスからの活性物質の放出をもたらすため、または、絹フィブロインマトリクスの分解率を変えるために有用である。
【００９９】
他の実施形態は、（ａ）電磁放射を照射されたときに、入射放射を吸収して熱を生成するプラズモンナノ粒子を含む絹フィブロインマトリクスを含む、光熱エレメント、および、光熱エレメントに熱的に接触する熱電装置、を準備するする工程（ここで、熱電装置は、光熱エレメントから伝達される熱を電気に変換する）；ｂ）光熱エレメントに電磁放射を照射する工程；（ここで、熱電装置は、光熱エレメントから伝達される熱を電気に変換する）を含む、電気を生成する方法を提供する。いくつかの実施形態では、照射は、絹光ファイバーを含み得る、カテーテルベースの光ファイバーを介して適用されることができる。いくつかの実施形態では、電磁放射は、近赤外電磁放射であってよい。
【０１００】
当然のことながら、本発明は本明細書中に記載の特定の方法論、プロトコール、および試薬などに制限されず、それ自体変化し得る。本明細書中で使用される専門用語は、特定の実施形態の説明のみを目的とし、特許請求の範囲のみによって規定される、本発明の範囲を制限することを意図しない。
【０１０１】
文脈上明白に他の意味を示す場合を除き、本明細書中および特許請求の範囲中で使用される場合、単数形は、複数形への参照を包含し、逆も真である。実施例以外において、または他に指定のない限り、本明細書で使用される成分の量または反応条件を示す全ての数値は、全ての場合において、用語「約」で修飾されるものと理解すべきである。
【０１０２】
特定した全ての特許および他の刊行物は、例えば、本発明と併せて使用することができるかかる刊行物に記載の方法論を説明および開示するために、本明細書中で参照により明確に援用される。これらの刊行物は、本出願の出願日前のそれらの開示のみを目的として提供される。これに関して、本発明者らが、先行発明または任意の他の理由によってかかる開示に先行する権利を持たないことを自認するとして解釈すべきではない。これらの書類の内容に関する日付または表示に関する全ての記述は、出願人が入手可能な情報に基づいており、これらの書類の日付または内容が正確であるという何らの自認をも構成しない。
【０１０３】
他で定義しない限り、本明細書中で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明に属する当業者によって一般に理解されている意味と同じ意味を有する。任意の公知の方法、装置、および材料を本発明の実施または試験で使用することができるが、この点に関して、方法、装置、および材料を本明細書中に記載する。
【実施例】
【０１０４】
実施例１：金ナノ粒子（ＧＮＰ）ドープ絹フィブロインの調製
【０１０５】
絹フィブロイン溶液の生産およびＧＮＰの合成は、既に文献に記載されている。Ｓｏｆｉａ  ｅｔ  ａｌ．，  ５４  Ｊ．  Ｂｉｏｍｅｄ．  Ｍａｔｓ．  Ｒｅｓ．  １３９  （２００１）；  Ｋｉｍｌｉｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  １１０  Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ｂ．  １５７００（２００６）。簡潔には、Ｂｏｍｂｙｘ  ｍｏｒｉの繭は小片に切断され、フィブロインフィラメントに結合する水溶性の糖タンパク質であるセリシンを除去するために、０．０２  Ｍ炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）水溶液中で、６０分ボイルされる（図１ａおよび図１ｂ）。得られたフィブロインの束は乾燥され、次いで、６０°Ｃで１２時間、９．３Ｍリチウムブロマイド（ＬｉＢｒ）水溶液中に溶解される（図１ｃ）。次いで、リチウムブロマイド塩は、水ベースの透析処理を介して抽出される（図１ｄ）。イオンを含まない絹溶液を作ることが、ＧＮＰとの均一な混合を達成するために必須である。次いで、任意の残留微粒子を除去するため、得られた溶液は遠心分離、および、シリンジベースの微量濾過（５μｍ  細孔径，Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ  Ｉｎｃ．，  Ｍｅｄｆｏｒｄ，  ＭＡ）を介して濾過され、混入物が最小限の８％ｗ／ｖの絹フィブロイン溶液が産生される。ＧＮＰ溶液は、２０ｍＬの１％クエン酸三ナトリウム（Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７）を２００ｍＬのボイルした１．０ｍＭテトラクロロ金（ＩＩＩ）酸（ＨＡｕＣｌ４）に加え、続いて１０分間、または、溶液が深紅色に変わるまで加熱し続けることにより、調製される。絹フィブロインおよびＧＮＰ溶液が産生された後、ＧＮＰ溶液は絹溶液に慎重に加えられ、均一な分散を得るために、穏やかな撹拌が適用される（図１ｅ）。
【０１０６】
脱イオン水で希釈された、ＧＮＰ濃度の異なる一連の絹−ＧＮＰ試料を調製し、紫外−可視分光計（ＨＰ  ８４５２Ａ，  Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）を用いて、３５０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長において、１ｎｍの分解能で、光吸収反応を特性評価した。図２に示すように、ＧＮＰドープ絹試料は、約５３０ｎｍにおいて、顕著な吸収ピークを示す。より高いＧＮＰ濃度の絹溶液はより高いピーク吸収を示すが、一方、ドープされていない試料は可視周波数の範囲において非共鳴吸収反応を示し、このことは視覚的に色の違いを観察することによっても検証することができる。
【０１０７】
実施例２：ＧＮＰドープ絹フィブロインフィルムを含む光熱電装置の製造
【０１０８】
八（８）μＬの絹ＧＮＰ溶液は、商業的に購入された熱電チップ（ＥＴＥＧ  ＵＰＦ４０，  Ｎｅｘｔｒｅｍｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，  Ｉｎｃ．，  Ｄｕｒｈａｍ，  ＮＣ）の上面（ホットゾーン）に成型され、２時間固定され、結果としておよそ３０μｍ厚のフィルムが得られた（図１ｆおよび１ｇ）。温度の上昇および出力をモニターするためのインターフェース試験回路（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が、ＧＮＰドープ絹フィブロインフィルム光熱電装置の特性評価のために用いられる（図１ｈ）。
【０１０９】
絹−ＧＮＰコート光熱電チップを照射するためにＣＷ緑色レーザーを用い、チップのホットゾーンおよびコールドゾーンに取り付けられた２つの熱電対により、照射によって、ＧＮＰを組み込まれた絹フィルムに誘導された温度差をモニターした。図３に示すように、開放回路の電圧（Ｖ）は、レーザー出力が１．１５Ｗに設定されたとき、すなわち、４５０ｍＷ／ｍｍ２でレーザースポットサイズが直径約１．８ｍｍであるとき、ΔＴが６０°Ｃにおいて、１６０ｍＶまで上昇した。これは、負荷抵抗Ｒ＝０．３Ωの下で、２０ｍＷの最大生成電力（Ｐ）を供給する。埋め込み式の装置の用途のためには、組織の損傷を避けるため、小さい温度差で電力を生成する性能が必須である。入射レーザー出力を５０ｍＷまで低下させると、７．４ｍＶの最大電圧および７０μＷのピーク電力を生成する、１．３°Ｃの温度上昇をもたらす。これらの値は、例えばペースメーカー（<１０μＷ）（Ｃｈａｎｄｒａｋａｓａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  １０  Ａｎｎ．  Ｒｅｖ．  Ｂｉｏｍｅｄ．  Ｅｎｇｉｎ．  ２４７  （２００８））、または、神経シグナル収集のための相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）増幅器（約６０μＷ）（Ｌｉ  &  Ｔａｎｇ，  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ３１ｔｈ  Ａｎｎ．  Ｉｎｔｌ．  Ｃｏｎｆ．  ＩＥＥＥ  Ｅｎｇｉｎ．  Ｍｅｄ．  &  Ｂｉｏ．  Ｓｏｃｙ．  ３８０６  （２００９））のような、既存の低電力ＩＭＤの動作範囲内である。本実施例で用いた光熱電装置は、装置へ適用される温度差から電気を生成する、ゼーベック効果を介して電気を生成する。ホットゾーンとコールドゾーンとの間の温度差（ΔＴ）は、電位差を生み出し電流を駆動させる、フェルミエネルギーの差における変化をもたらす。したがって、効率（Ｐ／ΔＴおよび／またはＶ／ΔＴ）は、加熱領域の増加を犠牲にして、上昇させることができる可能性がある。ＤｉＳａｌｖｏ  ２８５  Ｓｃｉ．  ７０３  （１９９９）。加えて、照射源の所要電力は、ＧＮＰの濃度、または、ＧＮＰドープ絹フィルムの厚さを上昇させることのいずれかによって、低下させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【配列表】
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【国際調査報告】
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