(57)【要約】粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む粒子状材料。粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、メソポーラスなシェルを含んでもよく、中空ナノ粒子の外表面は突出部を中空ナノ粒子の上に有し、突出部は、粒子のサイズより小さいサイズを有する。粒子状材料は、殺虫剤および農薬などの、活性薬剤を送達するために用いられてもよい。活性薬剤は、粒子の中空コア中に入り込むことができて、太陽光による劣化から保護できる。粒子の粗い表面によって、粒子は植物の葉または動物の毛の上に保持される。粒子を形成するための方法も記載される。炭素粒子および炭素粒子を形成するための方法も記載される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む粒子状材料。
【請求項２】
前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、メソポーラスなシェルを含み、前記中空ナノ粒子の外表面は、突出部を前記中空ナノ粒子上に有し、前記突出部は、前記粒子のサイズより小さいサイズを有する、請求項１に記載の粒子状材料。
【請求項３】
１００ｎｍ〜３０００ｎｍに及ぶ粒子サイズを有し、前記突出部のサイズは、５ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ、請求項２に記載の粒子状材料。
【請求項４】
前記突出部のサイズは、１００ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ、請求項２または請求項３に記載の粒子状材料。
【請求項５】
前記突出部は、前記シェル上のナノ球体または前記シェル上の伸長物を含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項６】
前記メソポーラスなシェルは、シリカ、Ａｇ、Ａｕ、リン酸カルシウムまたは二酸化チタンまたは炭素もしくは炭素系材料を含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項７】
前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項８】
前記粒子は、通常は親水性である材料から作られるが、前記粒子は、疎水的特性を実証する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項９】
前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの直径をもつ中空コアを有する、請求項２〜６のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項１０】
前記中空コアは、メソポーラス構造を有するシェルによって画定される、請求項２〜６または９のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項１１】
前記シェルは、２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の細孔を含む細孔構造を有する、請求項１０に記載の粒子状材料。
【請求項１２】
前記中空コアを取り囲む前記シェルは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する、請求項２〜６または９〜１１のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項１３】
前記シェルの表面上に突出部または伸長物を含み、前記突出部または伸長物は、互いに離隔されて、前記粒子に表面粗さを提供する、請求項２〜６または９〜１２のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項１４】
１００ｎｍ〜１０００ｎｍの直径をもつ中空コアを有する粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含み、前記中空コアは、メソポーラス構造を有するシリカシェルによって画定され、前記シリカシェルは、２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の細孔を含む細孔構造を有し、前記中空コアを取り囲む前記シリカシェルは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有し、前記粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子は、前記粒子に表面粗さを提供するために互いに離隔された、シリカ突出部または伸長物を表面上に有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項１５】
離隔された突出部は、より大きい中空ナノ粒子の外表面に接続されたナノ粒子を含む、請求項２〜６または９〜１４のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項１６】
前記より大きい中空ナノ粒子の外表面に接続されたナノ粒子は、前記より大きい中空ナノ粒子と同じ組成物、または前記より大きい中空ナノ粒子とは異なる組成物である、請求項１６に記載の粒子状材料。
【請求項１７】
前記突出部を構築するために用いられる前記ナノ粒子は、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の直径を有し、前記中空ナノ粒子は、１００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内の直径を有する、請求項１５または請求項１６に記載の粒子状材料。
【請求項１８】
前記突出部は、前記ナノ粒子の中空シェルから外向きに延びるストランドまたはシリンダーまたはファイバーまたはノジュールを含む離隔された突出部を含む、請求項２〜６または９〜１４のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項１９】
前記突出部の長さは、５ｎｍから、前記突出部が上に存在する大きい中空粒子の直径までである、請求項１８に記載の粒子状材料。
【請求項２０】
前記突出部の直径は、２ｎｍから１００ｎｍまでに及ぶ、請求項１８または請求項１９に記載の粒子状材料。
【請求項２１】
前記ナノ粒子の比表面積は、１００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１５０ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１７５ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇに及ぶ、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項２２】
粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含み、前記粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子は、シリカ突出部または伸長物を含む離隔された突出部または伸長物を有し、シリカの前記離隔された突出部は、より大きい中空シリカナノ粒子の外表面に接続されたシリカナノ粒子を含み、前記突出部を構築するために使用されるシリカナノ粒子は、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の直径を有し、前記中空シリカナノ粒子は、１００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内の直径を有するか、あるいは、前記離隔されたシリカ突出部は、前記中空シリカナノ粒子から外向きに延びるシリカのストランドまたはシリンダーまたはファイバーまたはノジュールを含み、前記突出部の長さは、５ｎｍから、前記突出部が上に存在する大きい中空粒子の直径までであり、前記突出部の直径は、２ｎｍ〜１００ｎｍであり、前記ナノ粒子の比表面積は、１００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１５０ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１７５ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇに及ぶ、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項２３】
前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空炭素ナノ粒子を含む、請求項１〜１３または１５〜２０のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項２４】
前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、１つ以上の疎水性材料をその中またはその上に有する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む組成物。
【請求項２５】
前記疎水性材料は、殺虫剤または農薬を含む、請求項２４に記載の組成物。
【請求項２６】
前記疎水性材料は、スピノサドを含む、請求項２５に記載の組成物。
【請求項２７】
前記疎水性材料は、前記粒子の全体にわたって、内部コア中に、シェルの細孔内および／または多孔性シェルの表面上に、ならびに突出部の間および上に、あるいはこれらの任意の組み合わせで分布する、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２８】
前記疎水性材料は、ピレスロイド、アザジラクチンおよび除虫菊から選択された疎水性農薬を含む、請求項２４に記載の組成物。
【請求項２９】
動物または植物への外部塗布のための殺虫組成物を含む請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の組成物であって、前記組成物は、１つ以上の疎水性殺虫材料を中または上に有する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含み、前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含み、前記１つ以上の疎水性材料は、前記ナノ粒子の中空コア中に、および／または前記ナノ粒子の表面粗さを作り出す隆起もしくは突出した領域の間の空間に存在する、組成物。
【請求項３０】
前記疎水性材料は、疎水性タンパク質、疎水性色素、疎水性薬物もしくは治療薬、またはエッセンシャルオイルを含む、請求項２４に記載の組成物。
【請求項３１】
前記疎水性タンパク質は、リボヌクレアーゼＡ、インスリンまたはリゾチームのうちの１つ以上であり、前記疎水性色素は、ディスパースレッド１、ソルベントレッドまたはローズベンガルのうちの１つ以上から選択され、前記疎水性薬物もしくは治療薬は、グリセオフルビン、クルクミン、イブプロフェン、エリスロマイシンまたはバンコマイシンのうちの１つ以上から選択され、前記エッセンシャルオイルは、オレガノオイルである、請求項３０に記載の組成物。
【請求項３２】
１つ以上の親水性材料を中または上に有する請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む組成物。
【請求項３３】
１つ以上の活性分子を中または上に有する請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む組成物。
【請求項３４】
化合物の持続放出を提供するための組成物であって、前記組成物は、中または上に取り込まれた化合物を有する請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む、組成物。
【請求項３５】
前記化合物は、殺虫剤もしくは農薬、疎水性タンパク質、疎水性色素、疎水性薬物もしくは治療薬、またはエッセンシャルオイルを含む、請求項３４に記載の組成物。
【請求項３６】
前記治療薬は、抗生物質である、請求項３５に記載の組成物。
【請求項３７】
前記抗生物質は、バンコマイシンまたはメトロニダゾールである、請求項３６に記載の組成物。
【請求項３８】
核酸で少なくとも部分的にコーティングされた請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む組成物。
【請求項３９】
前記核酸は、プラスミドＤＮＡ（ｐ−ＤＮＡ）およびメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）のうちの１つ以上から選択される、請求項３８に記載の組成物。
【請求項４０】
疎水性材料の生体システムへの送達用ビヒクルのための請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用。
【請求項４１】
疎水性薬物の薬物送達のための、または疎水性タンパク質用のキャリアおよび送達剤としての、またはマーカー剤として用いられ得る疎水性色素用のキャリアおよび送達剤としての請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用。
【請求項４２】
水汚染物質の除去のための、またはセルフクリーニング用途のための表面コーティングにおける請求項１〜２３のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用。
【請求項４３】
前記粒子は、超疎水性粒子を生じさせるために疎水性化合物で修飾される、請求項４２に記載の使用。
【請求項４４】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を形成するための方法であって、前記方法は、反応混合物から犠牲粒子を形成するステップであって、前記犠牲粒子は、第１の材料から形成される、前記形成するステップと、前記犠牲粒子の周りに第２の材料のシェルを形成するためにシェル材料の前駆体を前記反応混合物に添加するステップであって、前記シェルは、前記シェルから延びる前記第２の材料の伸長物を有し、第１の材料が前記第２の材料の前記伸長物の間に前記反応混合物から形成される、前記添加するステップと、その後に前記第１の材料を除去するステップとを含む、方法。
【請求項４５】
前記第１の材料は、炭素系材料であり、前記第２の材料は、シリコンまたはシリカ系材料であり、前記方法は、反応混合物から犠牲粒子を形成するステップであって、前記犠牲粒子は、炭素系材料から形成される、前記形成するステップと、前記犠牲粒子の周りにシリコンまたはシリカを含むシェルを形成するために前記第２の材料の前駆体を前記反応混合物に添加するステップであって、前記シェルは、前記シェルから延びる材料の伸長物を有し、炭素系材料が材料の前記伸長物の間に前記反応混合物から形成される、前記添加するステップと、その後に前記炭素系材料を除去するステップとを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記炭素系材料は、２つ以上のモノマーまたはポリマー前駆体の反応によって形成されたポリマーを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記シェルおよび材料の前記伸長物は、シリカを含む、請求項４５または請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
シリカ前駆材料は、予め形成された犠牲粒子の表面上に最初にシリカのシェルが堆積されるように炭素含有材料の形成より速い速度でシリカを形成し、シリカのシェルが形成されたときには、炭素系材料の成長がシリカのシェル上でシリカ種の成長と競合するように、前記炭素系材料に対する前記前駆体が追加の炭素系材料を形成し始めるのに十分な時間が経過しており、その結果、優先的にはそれぞれの種の縦方向の伸長物をもたらし、それによってロッド状シリカ突出部と前記突出部の間の炭素系材料との層を形成して、その後に炭素系材料を除去する、請求項４５〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記炭素系材料は、レゾルシノール−ホルムアルデヒド、アミノフェノール−ホルムアルデヒドまたはドーパミンを含む反応混合物から形成され、前記犠牲粒子は、室温においてｐＨ＝１１．５でアンモニア水溶液、脱イオン水およびエタノールのＳｔｏｅｂｅｒ合成条件下で形成されることができ、前記シリカ前駆体は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラプロポキシシラン（ＴＰＯＳ）またはテトラブトキシシラン（ＴＢＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）を含む、請求項４５〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
ＴＥＯＳを含むシリカ前駆体のレゾルシノールおよびホルムアルデヒドに対する重量比は、それぞれ、１：０．７１および１：０．８１である、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
用いられる反応条件下で、シリカ前駆体は、シリカを形成するか、または前記シリカ前駆体は、引き続きシリカに変換され得るシリコン含有材料を形成する、請求項４５〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
シリカ前駆体が反応混合物に添加され、その後に、炭素系材料のための前駆体のさらなる添加が引き続きなされる、請求項４１〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記反応混合物中の前記炭素系材料のための前駆体のうちの１つ以上は、前記犠牲粒子を形成するときに基本的に完全に消費されて、その後、前記シェル材料のための前駆体が添加され、前記シェル材料の前駆体の添加後の所定の時間に前記炭素系材料のための前駆体がさらに添加される、請求項４５〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記シェル材料の前駆体は、前記犠牲粒子の形成後に添加され、前記シェル材料の前駆体は、シェルが前記犠牲粒子の周りに形成されるように前記炭素系材料のための前駆体より著しく速い速度で材料を形成し、前記炭素系材料のその前駆体からの形成は、炭素系材料およびシェル材料の分離した島が前記シェルの表面上に形成されることになるように、前記シェルの表面上でさらなるシェル材料の堆積と競合してさらに生じることになり、それによって前記炭素系材料のさらなる堆積が炭素系材料の島に生じる傾向があり、炭素系材料の伸長物を導き、前記シェル材料のさらなる堆積がシェル材料の島に生じる傾向があり、前記シェル材料の伸長物を導き、その後に前記炭素系材料の除去が続く、請求項４５〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含み、前記反応混合物中の前記炭素系材料のため前駆体のうちの１つ以上は、前記犠牲粒子を形成するときに基本的に完全に消費されて、その後、シリカ前駆体が添加され、シリカまたはシリコン含有シェルが前記犠牲粒子の周りに形成されるように前記シリカ前駆体の添加後の所定の時間に前記炭素系材料のための前駆体がさらに添加される、請求項４５〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
シリカ前駆体は、シリカシェルまたはシリコン含有シェルが前記犠牲粒子の周りに形成されるように前記炭素系材料のための前駆体より著しく速い速度でシリカまたはシリコン含有材料を形成し、前記炭素系材料のその前駆体からの形成がさらに生じ、これは、前記シリカシェルまたはシリコン含有シェルの表面上でさらなるシリカまたはシリコン含有材料の堆積と競合して生じる傾向があり、それによって炭素系材料およびシリカ／シリコン含有材料の分離した島を前記シリカ／シリコン含有材料シェルの表面上に形成し、前記炭素系材料のさらなる堆積は、炭素系材料の島に生じる傾向があり、炭素系材料の伸長物を導き、前記シリカ／シリコン含有材料のさらなる堆積は、シリカ／シリコン含有材料の島に生じる傾向があり、シリカ／シリコン含有材料の伸長物を導く、請求項４４〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記反応混合物に添加されるシェル材料の前駆体の量は、シェルの厚さ、シェルの多孔性および伸長物間の間隔を制御するように制御される、請求項４４〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記犠牲粒子の表面上に形成される前記シェルは、ギャップもしくは空間を中に有する不連続なシェルまたは不連続な材料層あるいは比較的連続的な連結材料層を含む、請求項４４〜５７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
反応条件および反応時間は、最初に形成される前記犠牲粒子のサイズを制御するように制御される、請求項４４〜５８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記第２の材料は、シリカ、Ａｇ、Ａｕ、リン酸カルシウム、二酸化チタンおよび炭素のうちの１つ以上を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項６１】
中空シェルナノ粒子を形成するステップと、より小さい粒子がより大きい中空シェルの外表面上に伸長物または突出部を形成するように、より小さいサイズをもつナノ粒子を相対的により大きいサイズの前記中空シェルナノ粒子上へ添加するステップとによって粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を形成するための方法。
【請求項６２】
前記中空シェルナノ粒子は、メソポーラスである、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含み、前記方法は、中空シリカシェルナノ粒子を形成するステップと、より小さいシリカ粒子がより大きい中空シリカシェルの外表面上に伸長物または突出部を形成するように、より小さいサイズをもつシリカナノ粒子を相対的により大きいサイズの前記中空シリカシェルナノ粒子上へ添加するステップとを含む、請求項６１または請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
２層構造を有するメソ構造の中空炭素球体を含む炭素粒子。
【請求項６５】
前記２層構造は、陥入、内部陥入またはインタクト球体を含む、請求項６４に記載の炭素粒子。
【請求項６６】
前記粒子は、中空コアを含み、前記炭素粒子の直径および中空コアサイズは、１００〜３０００ｎｍに及び、前記中空コアを取り囲む壁の厚さは、５〜１００ｎｍに及ぶ、請求項６４または請求項６５に記載の炭素粒子。
【請求項６７】
前記粒子は、１〜３ｃｍ３ｇ−１の範囲内の細孔容積および８００〜１３００ｍ２ｇ−１の範囲内の表面積を有する、請求項６４〜６６のいずれか一項に記載の炭素粒子。
【請求項６８】
前記２層構造は、２つの離隔された部分的または完全な炭素シェルを含み、内部シェルは、基本的に中空である、請求項６４〜６７のいずれか一項に記載の炭素粒子。
【請求項６９】
前記炭素粒子は、２つ以上の離隔された部分的または完全な炭素シェルをもつ、多層構造を有する、請求項６４〜６８のいずれか一項に記載の炭素粒子。
【請求項７０】
第１の材料の前駆体および炭素系材料の１つ以上の前駆体を含んだ反応混合物を形成するステップであって、前記第１の材料の粒子が形成されて、第１の材料の粒子上に炭素系材料が形成し、それによって第１の材料の粒子上に炭素系材料のシェルを形成する、前記形成するステップと、炭素系材料のシェル上にさらなる第１の材料を形成するために前記第１の材料のためのさらなる前駆体を前記反応混合物へ添加するステップであって、さらなる炭素系材料がさらなる第１の材料の間および上に形成されて堆積する、前記添加するステップと、前記第１の材料を除去し、それによって炭素ナノ粒子を得るステップとを含む、請求項６４〜請求項６９のいずれか一項に記載の炭素ナノ粒子を形成するための方法。
【請求項７１】
前記第１の材料は、シリカまたはシリコン含有材料、アルミニウムイソプロポキシド由来の二酸化チタンまたはチタン（ＩＶ）ブトキシドからの酸化アルミニウムを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記炭素粒子は、アルコール−水系における前記炭素系材料のための前駆体としての重合前駆体としてアミノフェノール−ホルムアルデヒドまたはＮを含んだドーパミンを用いることによる炭素ナノ粒子のＮドープ組成物を含む、請求項７０または請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記炭素系材料は、炭化される、請求項７０〜７２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７４】
前記炭素系材料は、前記第１の材料の除去前に炭化される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記粒子は、前記炭化ステップより前に水熱処理される、請求項７０〜７４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７６】
電池または他の電力貯蔵デバイスにおける使用のための材料であって、１つ以上の電極活物質が担持された請求項６４〜６９のいずれか一項に記載の炭素粒子を含む材料。
【請求項７７】
前記１つ以上の電極活物質は、ＳｅＳ２硫黄および硫黄含有化合物、シリコンおよびシリコン含有混合物、錫および錫含有合金および錫含有混合物、アンチモンおよびアンチモン含有合金およびアンチモン含有混合物、ならびにそれらの組み合わせを含む、請求項７６に記載の材料。
【請求項７８】
電池電極における、もしくは電池セルにおける、またはキャパシタ、スーパーキャパシタもしくは擬キャパシタにおける、あるいはエレクトロクロミックデバイスにおける電池電極材料としての、請求項７６または請求項７７に記載の材料の使用。
【請求項７９】
粗いナノ粒子を含む粒子状材料であって、前記粗いナノ粒子はコアを含み、前記粗いナノ粒子の外表面は、突出部を前記粗いナノ粒子上に有し、前記突出部は、前記粒子のサイズより小さいサイズを有し、前記粗いナノ粒子は、１００ｎｍ〜３０００ｎｍに及ぶ粒子サイズを有し、前記突出部のサイズは、５ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ、粒子状材料。
【請求項８０】
前記突出部のサイズは、１００ｎｍ〜５００ｎｍに及ぶ、請求項７９に記載の粒子状材料。
【請求項８１】
前記突出部は、シェル上のナノ球体またはシェル上の伸長物を含む、請求項７９または請求項８０に記載の粒子状材料。
【請求項８２】
前記コアは、シリカ、Ａｇ、Ａｕ、リン酸カルシウムまたは二酸化チタンまたは炭素もしくは炭素系材料を含む、請求項７９〜８１のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項８３】
前記ナノ粒子は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの直径をもつコアを有する、請求項７９〜８２のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項８４】
前記コアは、中実コアまたは中空コアである、請求項７９〜８３のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項８５】
前記ナノ粒子は、多孔性をほとんどまたは全く有さない、請求項７９〜８４のいずれか一項に記載の粒子状材料。
【請求項８６】
核酸で少なくとも部分的にコーティングされた請求項７９〜８５のいずれか一項に記載の粗いナノ粒子を含む組成物。
【請求項８７】
前記核酸は、プラスミドＤＮＡ（ｐ−ＤＮＡ）およびメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）のうちの１つ以上から選択される、請求項８６に記載の組成物。
【請求項８８】
疎水性材料の生体システムへの送達用ビヒクルのための請求項７９〜８５のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用。
【請求項８９】
疎水性薬物の薬物送達のための、または疎水性タンパク質用のキャリアおよび送達剤としての、またはマーカー剤として用いられ得る疎水性色素用のキャリアおよび送達剤としての請求項７９〜８５のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用。
【請求項９０】
水汚染物質の除去のための、またはセルフクリーニング用途のための表面コーティングにおける請求項７９〜８５のいずれか一項に記載の粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用。
【請求項９１】
前記粒子は、超疎水性粒子を生じさせるために疎水性化合物で修飾される、請求項９０に記載の使用。
【請求項９２】
粗いナノ粒子を形成するための方法であって、前記方法は、反応混合物から粒子を形成するステップであって、前記粒子は、第１の材料から形成される、前記形成するステップと、前記粒子の周りに第２の材料のシェルを形成するために前記第２の材料の前駆体を前記反応混合物に添加するステップであって、前記シェルは、前記シェルから延びる前記第２の材料の伸長物を有し、第１の材料が前記第２の材料の前記伸長物の間に前記反応混合物から形成される、前記添加するステップと、その後に前記シェルの外部に位置する前記第１の材料を除去するステップとを含む、方法。
【請求項９３】
前記シェルは、多孔性をほとんどまたは全く有さない中実セルを含む、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記シェルの外部に位置する前記第１の材料を除去するステップは、前記シェルの内側に第１の材料のコアを残す、請求項９２または９３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状材料および粒子状材料を形成するための方法に関する。本発明は、組成物にも関する。本発明は、疎水性化合物を含んだ組成物、および／または疎水的性質をもつ組成物にも関する。粒子状材料のうちのいくつかは、本発明の態様による組成物中に用いられてもよい。
【背景技術】
【０００２】
オーストラリアは、商業用家畜類の世界最大かつ最も成功した生産国であり、オーストラリア人の国内総生産（ＧＤＰ：ｇｒｏｓｓ  ｄｏｍｅｓｔｉｃ  ｐｒｏｄｕｃｔ）に対するその寄与は、約１％である。赤肉および家畜類の輸出の寄与は、２０１２〜２０１３年に総額約１６０億ドルであった。しかしながら、有害節足動物が産業に対して重大な脅威を与える。畜産業でダニにかかる費用は、毎年約１７０〜２００百万ドルと推定される。そのうえ、水牛ハエ（ｂｕｆｆａｌｏ  ｆｌｙ）および羊シラミ（ｓｈｅｅｐ  ｌｉｃｅ）の外寄生が、制御戦略を実施するコストおよび生産性の喪失に起因して、何百万ドルもの損失を生じさせた。外寄生生物処置の高いコストは、効力を達成するために必要とされる活性化合物の高い適用量および繰り返し処置に主として起因する。そのうえ、現在用いられている多くの農薬は、高い毒性、負の環境効果、ならびにヒトの健康および食品の安全性に対する潜在的なリスクを有する。有害節足動物は、穀物、野菜および果物などの作物の収穫高にも同様に脅威を与える。
【０００３】
スピノサドは、環境影響が少なく、人畜毒性が低い天然由来の農薬である。しかしながら、一部は効能を低下させるそのＵＶ不安定性、水溶液系での製剤を困難にする低水溶性および疎水性、ならびに従来の化学農薬と比較して高いコストによって現在はその使用が限られている。スピノサドは、現在、羊におけるシラミおよびハエの外寄生を処置するための使用について登録されている。しかしながら、牛の外寄生生物に対するその効能の低下と効力の持続期間の減少とが、水牛ハエおよび牛ダニへの処置としてのその登録を妨げてきた。同様に、これらの欠点が、水性製剤が一般に用いられ、植物表面に塗布後に存在する農薬にＵＶ安定性が要求される、農作物保護用途におけるスピノサドの使用を制限してきた。
【０００４】
殺虫剤または農薬として用いられる多くの他の化合物も疎水性である。結果として、それらの殺虫農薬の塗布のために水性組成物が用いられる場合、懸濁液または乳濁液が通常は必要とされるであろう。懸濁液または乳濁液は、分離層中へ分離する傾向があるため、短い貯蔵寿命に見舞われる可能性がある。スプレーによる塗布も同じ理由で難しい可能性がある。化合物が光または紫外光に感受性がある場合にはさらなる困難に直面する。かかる環境では、太陽光に曝されたときの化合物の分解に起因して、化合物の塗布後の有効期間が短くなりかねない。
【０００５】
多くの他の疎水性化合物が生物システムに用いられたときに有益な効果を有する。これらの化合物は、動物またはヒトに対して治療効果を有する化合物（例えば、抗生物質、抗癌剤または疾患を処置するための他の薬物）、マーカー剤として用いるためのタンパク質および色素を含んでもよい。かかる作用物質の生物システムへの送達は、難しい可能性があり得る。
【０００６】
生体システムでは、通常、すべての長距離非共有結合相互作用のうちで疎水性相互作用が最も強いと考えられる。疎水性相互作用は、薬物の放出速度を適合させるのに加えて、生体分子の吸着にとって有益であり、細胞膜との相互作用を改善して、細胞送達のためのナノ粒子の取り込みを増加させる。疎水的性質をもつナノ粒子を生成するための便利なアプローチのうちには、疎水性組成物または官能化の選択がある。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）などの疎水性材料が薬物送達用ナノスケール・ビヒクルとして大いに有望であった。しかしながら、主な懸念の１つは、ＣＮＴが環境衛生およびヒトの健康にとっておそらく危険であり、それらの本質的な毒性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｔｏｘｉｃｉｔｙ）を低減するためにさらなる表面官能化を必要とするという事実である。疎水性薬物／タンパク質の担持を強化して細胞送達性能を改善するために、アルカンチオール類およびアルキル鎖などの疎水性部分が金およびシリカを含む様々なナノ粒子の表面を修飾するために用いられてきた。しかしながら、化学的にグラフトされた疎水性基は、望まれない毒性およびナノキャリアの細孔ブロッキングをもたらす傾向があった。それゆえに、課題は、代わりのアプローチを採用して安全かつ効率的な疎水性ナノキャリア・システムを設計することである。
【０００７】
疎水性作用物質を製剤するときに直面する困難に加えて、薬物、殺虫剤として、または別様に用いられる多くの活性分子が、スピノサドは別として、野外ではＵＶ劣化のために限られた活性寿命に見舞われる。これは、ヒトおよび動物用の局所製剤および農作物保護用の局所製剤を含めて、局所的に塗布され、それゆえに、ＵＶ光に曝される可能性がより高い活性分子に特に当て嵌まる。これらの活性分子をＵＶ保護用キャリア・システム中へ製剤する能力によって、有効性の持続期間をより長くできるであろう。
【０００８】
もちろん、活性分子が十分な効果を生じ得る前に他の要因、例えば、活性分子の作用位置からの洗い落としが発生する場合には、活性分子をＵＶ光から保護することによりその作用の持続期間を延長することはほとんど価値がない。活性分子の局所的塗布を含む多くの用途および農作物の保護において、雨、風食および他の侵蝕力による活性分子の洗い落としは、活性分子の効力および作用の持続期間を著しく減少させかねない。
【０００９】
遺伝子治療においては、遺伝性障害に起因する疾患の処置における顕著な治療上の利益が実証され、これらの処置では、送達ビヒクルの効力が核酸を細胞中へ導入してそれらの機能を達成するための鍵である。ＤＮＡワクチン接種は、最新の処置形態であり、この処置では抗原特異的免疫を誘導するために対象の抗原をコードするプラスミドＤＮＡ（ｐ−ＤＮＡ：ｐｌａｓｍｉｄ  ＤＮＡ）が細胞中へ送達される。ここでは、サブユニット・ワクチンを用いたワクチン接種のケースで通常行われるように患者にワクチン抗原を注入するのではなく、むしろｐ−ＤＮＡ分子が患者に注入され、ｐ−ＤＮＡ分子は、ｉｎ  ｖｉｖｏで抗原を産生するためのコードを体の細胞に提供し、体がそれ自体の抗原を産生することを効果的に許容する。メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ：ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ  ＲＮＡ）などの他の核酸の形態を用いたワクチン接種戦略も出現している。
【００１０】
ｐ−ＤＮＡの標的細胞中への効果的な送達は、この有望なアプローチにとって重要な課題である。ＤＮＡワクチンは、非常に特異的、安全かつ認容性が良好であり、比較的安価に製造できるので、有望なワクチン候補である。しかしながら、乏しい免疫原性が主要な問題であり、この重要な原因は、ＤＮＡが取り込まれて、次にワクチン抗原を産生できるように細胞核に効果的に送達される能力がｐ−ＤＮＡにないことである。ｐ−ＤＮＡの非効率的な送達は、３つの主な要因によって生じ、それらのすべての組み合わせが意味するのは、体に注入されたｐ−ＤＮＡのわずかな部分のみが実際に細胞核に入ってワクチン抗原の産生を可能にするということであり、すなわち、
１．体への注入または送達後でｐ−ＤＮＡが細胞に入る前のヌクレアーゼによるｐ−ＤＮＡの分解
２．細胞膜を横切って細胞中へ効率的に輸送される能力の欠如
３．一旦細胞内に入ったときに細胞核に効率的に入る能力の欠如。
【００１１】
ウィルス送達システム（検討されるべき第１の送達システムのうちの１つ）を用いたｐ−ＤＮＡの送達は、ｐ−ＤＮＡを細胞へ送達するのに有効であることが分かった。しかしながら、毒性の問題がこれらの初期の送達システム候補の見通しを低めた。それ以降、ポリマーマイクロ球体およびカチオン性リポソームが２つの有望な新送達技術として出てきたが、ＤＮＡワクチンが広く採用されることを許容するのにおそらくいずれも十分に良好ではない。
【００１２】
カチオン性リポソームは、妥当な量のｐ−ＤＮＡを担持できて、担持が容易であり、従って、プロセスの間にｐ−ＤＮＡが損傷を受けない。ｐ−ＤＮＡをリポソーム内にカプセル化できるため、ヌクレアーゼに対する保護が良好である。しかしながら、リポソームは、柔らかい粒子であり、従って、ｉｎ  ｖｉｖｏでそれほど安定ではない。毒性も大きな懸念である。ポリマーマイクロ粒子もｐ−ＤＮＡのためのキャリアとして用いられる。ポリマーは、リポソームより概して堅く、従って、ｉｎ  ｖｉｖｏで機械的に劣化する傾向を有さない。ポリマーマイクロ粒子もｐ−ＤＮＡについてヌクレアーゼに対する良好な保護を提供する。しかしながら、提案された主要なポリマー（ポリ乳酸および乳酸グリコール酸共重合体）は、疎水性粒子を形成し、負に帯電しており、従って、ｐ−ＤＮＡを適切にカプセル化しないことがある。加えて、担持方法が概して非常に厳しく、プロセスの間にｐ−ＤＮＡに損傷を与えかねない。トランスフェクション効率は、低い傾向がある。ポリエチレンイミン（ＰＥＩ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅ）がより高いトランスフェクション効率を可能にすることが示された、しなしながら、これらのポリマーは、細胞毒性が極めて高い可能性がある。ｐ−ＤＮＡ分子のユニークなループ構造の理解および先端的なｐ−ＤＮＡ送達ビヒクルの合理的な設計が、効率的な遺伝子治療ならびにＤＮＡワクチン接種戦略にとって大いに望ましい。
【００１３】
本明細書において先行技術の刊行物が参照される場合、その刊行物がオーストラリアにおける、またはその他の国における技術に共通の一般的な知識の一部をなすと容認することをこの参照が構成するものではないことが明確に理解されるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、１つ以上の疎水性化合物を含む組成物、および／または疎水的性質を有するナノ構造に関する。本発明の他の態様においては、粒子状材料および粒子状材料を形成するための方法が提供される。
【００１５】
第１の態様では、本発明は、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む粒子状材料を提供する。
【００１６】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、メソポーラスなシェルをもつ中空粒子または球体として定義され、その中空ナノ粒子の外表面は、突出部をその中空ナノ粒子上に有し、突出部は、粒子のサイズより小さいサイズを有する。粒子サイズは、１００ｎｍ〜３０００ｎｍに及んでもよく、突出部のサイズは、５ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍに及んでもよい。一実施形態において、突出部は、シェル上のナノ球体を含んでもよい。
【００１７】
一実施形態において、メソポーラスなシェルは、シリカ、Ａｇ、Ａｕ、リン酸カルシウムまたは二酸化チタンまたは炭素もしくは炭素系材料を含んでもよい。一実施形態において、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含む。
【００１８】
一実施形態において、粒子は、通常は親水性である材料から作られるが、粒子は、疎水的特性を実証する。
【００１９】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、典型的にメソポーラス構造を有するシェルによって取り囲まれた中空コアを有することになろう。中空コアを取り囲んで画定するシェルが多孔性なので、化合物が細孔を通過して中空コア中へ入ってもよい。球状または他の形状を有してもよい突出部がシェルの外側に存在して、粒子に粗い表面を提供する。粗いメソポーラスな中空ナノ粒子が由来する（シリカなどの）材料は、通常は親水性材料であってもよいが、粗い表面は、疎水的性質を呈示する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子をもたらし、それによって中空コア中への疎水性化合物の移動を許容し、またはさらに強化する。
【００２０】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、典型的に、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、または１００ｎｍ〜７００ｎｍの直径をもつ中空コアを有するであろう。中空コアは、メソポーラス構造を有するシェル、例えば、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子のケースではシリカのシェルによって画定されるであろう。シェル（例えば、シリカのシェル）は、典型的に、２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の細孔を含む細孔構造を有するであろう。中空コアを取り囲んで画定するシェルが多孔性なので、化合物が細孔を通過して中空コア中へ入ってもよい。中空コアを取り囲むシェルは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有してもよい。粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、互いに離隔された、突出部または伸長物を表面上に含んでもよい。離隔された突出部または伸長物は、粒子に表面粗さを提供する。表面粗さは、疎水的特性を帯びた、いくつかのケースでは極めて疎水性である粗いメソポーラスな中空ナノ粒子をもたらすのに十分である。
【００２１】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子が粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含む実施形態では、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子は、典型的に、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、または１００ｎｍ〜７００ｎｍの直径をもつ中空コアを有するであろう。中空コアは、メソポーラス構造を有するシリカシェルによって画定されるであろう。シリカシェルは、典型的に、２ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の細孔を含む細孔構造を有するであろう。中空コアを取り囲んで画定するシリカ・シェルが多孔性なので、化合物が細孔を通過して中空コアに入ってもよい。中空コアを取り囲むシリカシェルは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有してもよい。粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子は、互いに離隔された、シリカ突出部または伸長物を表面上に含んでもよい。離隔されたシリカ突出部または伸長物は、粒子に表面粗さを提供する。表面粗さは、疎水的特性を帯びた、いくつかのケースでは極めて疎水性である粗いメソポーラスな中空のシリカナノ粒子をもたらすのに十分である。
【００２２】
離隔された突出部は、より大きい中空ナノ粒子の外表面に接続されたナノ粒子を含んでもよい。より大きい中空ナノ粒子の外表面に接続されたナノ粒子は、より大きい中空ナノ粒子と同じ組成、またはより大きい中空ナノ粒子とは異なる組成であってもよい。突出部を構築するために用いられるナノ粒子は、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の直径を有してもよく、中空ナノ粒子は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の直径を有してもよい。代わりに、離隔されたシリカ突出部は、ナノ粒子の中空シェルから外向きに延びるストランドまたはシリンダーまたはファイバーまたはノジュールを含んでもよい。突出部の長さは、５ｎｍから、突出部が上に存在する大きい中空粒子の直径までであってよいが、用途によって要求されるならば、突出部がより長くされてもよい。突出部の直径は、２〜３ｎｍと小さくても、または１００ｎｍ以上と大きくてもよく、突出部の直径または太さは、それを形成するために用いられるプロセスに起因して、その長さに沿って変化してもよい。ナノ粒子の比表面積は、１００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１５０ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１７５ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇに及んでもよい。
【００２３】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子が粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含む実施形態では、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子、離隔された突出部または伸長物は、シリカ突出部または伸長物を適切に含む。離隔されたシリカの突出部は、より大きい中空シリカナノ粒子の外表面に接続されたシリカナノ粒子を含んでもよい。突出部を構築するために用いられるシリカナノ粒子は、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の直径を有してもよく、中空シリカナノ粒子は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の直径を有してもよい。代わりに、離隔されたシリカ突出部は、中空シリカナノ粒子から外向きに延びるシリカのストランドまたはシリンダーまたはファイバーまたはノジュールを含んでもよい。突出部の長さは、５ｎｍから、突出部が上に存在する大きい中空粒子の直径までであってよいが、用途によって要求されるならば、突出部がより長くされてもよい。突出部の直径は、２〜３ｎｍと小さくても、または１００ｎｍ以上と大きくてもよく、突出部の直径または太さは、それを形成するために用いられるプロセスに起因して、その長さに沿って変化してもよい。ナノ粒子の比表面積は、１００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１５０ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇ、または１７５ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇに及んでもよい。
【００２４】
他の実施形態では、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空炭素ナノ粒子を含む。
【００２５】
第２の態様では、本発明は、１つ以上の疎水性材料を中または上に有する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む組成物を提供する。
【００２６】
本発明の第２の態様の一実施形態において、疎水性材料は、殺虫剤または農薬を含む。ある好ましい実施形態では、疎水性材料は、スピノサドを含む。疎水性材料は、粒子の全体にわたって、内部コア中に、シェルの細孔内および／または多孔性シェルの表面上に、ならびに突出部の間および上に、あるいはこれらの任意の組み合わせで分布してもよい。
【００２７】
上述のように、スピノサドは、非常に疎水性であり、水溶性が低く、（例えば、太陽光に曝されたときに生じる）ＵＶ光への曝露によって極めて劣化されやすい。結果として、スピノサドを含んだ組成物を動物または植物の外部に塗布することによって家畜類（例えば、牛および羊）ならびに植物における外寄生生物および昆虫の外寄生を処置するために、スピノサドが広く用いられていることはなかった。驚くべきことに、本発明者らが見出したのは、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子、例えば、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子が、疎水性分子をＵＶ光劣化から保護するようにしてスピノサドおよび他の疎水性分子を取り込むことができ、それによって光安定性が強化され、殺虫活性の持続期間が増す。そのうえ、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の中空コアは、スピノサドまたは他の疎水性分子の粒子における高担持を容易にし、商業に即した製剤が開発されることを許容する。加えて、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の中空の粗い表面モフォロジーは、粒子の疎水性を増加させて、スピノサド担持能力をさらに強化する。粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、皮膚、毛および植物の葉などの他の表面により強く付着し、従って、現場条件下でスピノサドの殺虫活性の持続期間をさらに延長することも見出された。粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、植物の葉、特に、それらの上に毛を有する葉にはより強く付着する可能性がある。この改善された付着力は、塗布後の殺虫剤残渣の洗い落としを最小限に抑えることによって殺虫剤の効能および寿命をさらに強化する。結果として、さらに低レベルの用量を用いた、環境により優しい製剤が本発明によって実行可能であろう。
【００２８】
本発明は、いずれか特定の種類の疎水性分子との適合性には限定されず、そのため、広範囲にわたる疎水性分子とともに用いられてもよい。本発明の粒子を用いて製剤されてもよい他の疎水性農薬は、以下には限定されないが、ピレスロイド、アザジラクチン（ニームオイル）および除虫菊を含む。スピノサドと同様に、これらは、用いるのに安全であるが太陽光の下で急速に分解する自然産物である。実際、医薬として活性な現在開発中の多くの新しい分子が疎水性またはＵＶ劣化の問題に見舞われ、これらが本発明の粒子と適合する可能性がある。
【００２９】
一実施形態において、本発明は、動物または植物への外部塗布のための殺虫組成物を提供し、この組成物は、１つ以上の疎水性殺虫材料を中に有する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む。一実施形態において、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含む。
【００３０】
ナノ粒子の中空コア中に１つ以上の疎水性材料が適切に存在するであろう。ナノ粒子の表面粗さを作り出す隆起または突出した領域の間の空間に１つ以上の疎水性材料が存在する可能性もある。
【００３１】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を、疎水性薬物の薬物送達など、疎水性材料の生体システムへの送達用の効果的なビヒクルとして、疎水性タンパク質用のキャリアおよび送達剤として、およびマーカー剤として用いることができる疎水性色素用のキャリアおよび送達剤として用いることもできる。粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を、超疎水性粒子を生じさせるために疎水性化合物でさらに修飾した後に、水汚染物質の除去に、およびセルフクリーニング用途のための表面コーティングに採用することができる。疎水性基を含んだ部分の共有結合的付着を含む、シランおよび他の作用物質を用いたシリカなどの表面の疎水性修飾のための方法が当業者によく知られている。
【００３２】
一実施形態において、疎水性材料は、疎水性タンパク質、例えば、リボヌクレアーゼＡ、インスリンまたはリゾチーム、疎水性色素、例えば、ディスパースレッド１（ｄｉｓｐｅｒｓｅ  ｒｅｄ  １）、ソルベントレッド（ｓｏｌｖｅｎｔ  ｒｅｄ）またはローズベンガル、疎水性薬物または治療薬、例えば、グリセオフルビン、クルクミン、イブプロフェンまたはエリスロマイシンまたはバンコマイシン、あるいはオレガノオイルなどのエッセンシャルオイルを含んでもよい。エッセンシャルオイルのケースでは、本発明は、疎水性のエッセンシャルオイルの溶解度を増加させて、それらをよりバイオアベイラブルにし、結果として、用量節約戦略が製剤の製造におけるエッセンシャルオイルのコストを最小限に抑えることを可能にするための手段を提供できる。エッセンシャルオイルは、比較的揮発性の化合物であることも知られており、エッセンシャルオイル製剤の製造、貯蔵および使用の間にかなりの量のオイルが蒸発して失われる可能性がある。エッセンシャルオイルを本発明の粒子中へ担持することによって、蒸発による損失を最小限に抑えることができ、製品の効力に負の影響を及ぼすことなく製剤の製造におけるエッセンシャルオイルのコストを削減できる。化粧品、動物補助飼料および他の用途に用いられるリゾチームならびに他の酵素も本発明の粒子を用いて製剤されてよい。ここでは、これらの粒子が徐放機能を提供することができ、例えば、抗菌特性を有するリゾチームのケースでは、長期にわたるバクテリアの持続的な抑制をもたらすことができる。酵素製剤の製造および貯蔵の間に、多くの酵素は、熱的破壊、加水分解またはその他の結果として劣化を受け、これらの収率損失を補うために製剤に過剰な酵素を用いることが必要とされる。例えば、いくつかの動物用飼料を作るために用いられる蒸気ペレット化プロセスにおいては、蒸気の適用がいくらかの酵素内容物の変性をもたらしかねず、過剰な酵素を製剤に添加するか、または水蒸気ペレット化処理後に得られたペレット上へ酵素をスプレーするために高価な装置を用いる必要がある。本発明の粒子を用いた酵素の製剤は、酵素を劣化から保護できる。これらの活性成分が粒子によって提供された内部空洞中へ、突出部と絡み合って粒子の外側に、または両方を組み合わせて担持されてもよい。活性成分が内部空洞と外表面との間でどのように分布するかは、所望の放出速度、分子のサイズ、所望の担持レベル、活性成分に必要な保護の程度および他の要因に依存する。
【００３３】
理論によって拘束しようとするものではないが、本発明者らが前提としたのは、活性分子は、粒子の表面上へ吸着するか、または粒子上の突出部の間の空洞中に挿入されてもよく、たとえ活性材料が粒子の中空コア中へ（部分的または完全に）入らなくても、これが活性材料の劣化に対してある程度の保護を提供することである。
【００３４】
本発明者らが同様に見出したのは、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子をその中に取り込まれた化合物の持続放出を提供するために用いることができるということである。それゆえに、第３の態様では、本発明は、化合物の持続放出を提供するための組成物を提供し、組成物は、中に取り込まれた化合物を有する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む。この態様では、化合物が疎水性化合物であってもよく、または親水性化合物であってもよい。化合物は、本発明の第１の態様において使用に適することが記載されたいずれかの材料を含んでもよい。化合物は、抗生物質などの治療薬であってもよい。抗生物質は、例えば、バンコマイシンまたはメトロニダゾールであってもよい。
【００３５】
他の態様では、本発明の適合性は、疎水性分子との併用には限定されない。多くの親水性分子が本発明の粒子によって提供される利点、例えば、徐放、ＵＶ劣化から保護、および植物、動物または他の表面への付着力の強化から利益を享受し得るであろう。
【００３６】
それゆえに、第４の態様では、本発明は、１つ以上の親水性材料を中に有する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む組成物を提供する。
【００３７】
第５の態様では、本発明は、１つ以上の活性分子を中または上に有する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含む組成物にも関連してよい。いくつかの実施形態において、活性分子は、本明細書に記載されるいずれかの活性分子であってもよい。
【００３８】
本発明者らが同様に見出したのは、本発明の粒子がワクチン接種戦略を出す際に用いられるプラスミドＤＮＡ（ｐ−ＤＮＡ）およびメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）などの核酸のための効果的な送達システムとして機能し得ることである。ｐ−ＤＮＡのケースでは、ｐ−ＤＮＡが体に入るときにヌクレアーゼによる攻撃からｐ−ＤＮＡ分子を保護できることが望ましい。ｐ−ＤＮＡのこの劣化モードは、ＤＮＡワクチンの効力の著しい低下を招く。ｐ−ＤＮＡ分子のサイズが大きいため、本発明の粒子を用いて製剤されたときに、ｐ−ＤＮＡは、粒子の外側に概ね分布し、粒子の表面上の突出部によって固定される。これは、ヌクレアーゼによる攻撃に対する高度の保護を提供するのに十分である。ＤＮＡまたはｍＲＮＡベースのワクチンを製剤するときには、本発明の粒子がこれらの核酸への親和性を増加させる物質でコーティングされてもよい。これは、粒子上への化学的官能基の共有結合的グラフティング、もしくは水素結合を通じて粒子表面と相互作用するコーティングの塗布、静電引力または当業者に知られた他の何らかの手段を伴ってもよい。例えば、粒子上へポリエチレンイミン（ＰＥＩ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎ）がコーティングされてもよい。ヌクレアーゼによる攻撃に対して実質的に安定な製剤を用いると、ＤＮＡワクチン送達システムにとって次の課題は、ｐ−ＤＮＡを細胞膜を効率的に横切って運ぶことである。本発明の粒子のサイズは、ｐ−ＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｓｉＲＮＡまたは他の核酸と複合体を形成した後に宿主細胞による効率的な細胞取り込みによく適している。核酸分子がシェルの外側に位置し、突出部における絡み合いを通じて粒子に固定されたいくつかの実例では、活性分子が実質的に内部空洞には入らないので、任意の多孔性をもつシェルを用いる必要はないであろう。
【００３９】
それゆえに、第６の態様では、本発明は、１つ以上の核酸で少なくとも部分的にコーティングされた粗いナノ粒子を含む組成物を提供する。粗いナノ粒子は、多孔性をほとんどまたは全く有さなくてもよい。粗いナノ粒子は、中実コアを有してもよく、中空コアを有してもよい。粗いナノ粒子は、メソポーラス構造を有してもよいが、１つ以上の核酸のサイズによって、ナノ粒子の細孔の１つ以上の核酸による侵入がほとんどまたは全くなくてもよい。
【００４０】
第７の態様では、本発明は、コアを含む粗いナノ粒子を含む粒子状材料を提供し、粗いナノ粒子の外表面は、突出部を粗いナノ粒子上に有し、突出部は、粒子のサイズより小さいサイズを有し、粗いナノ粒子は、１００ｎｍ〜３０００ｎｍに及ぶ粒子サイズを有し、突出部のサイズは、５ｎｍ〜１０００ｎｍに及ぶ。
【００４１】
この態様では、突出部のサイズが１００ｎｍ〜５００ｎｍに及んでもよい。突出部は、シェル上のナノ球体またはシェル上の伸長物を含んでもよい。コアは、シリカ、Ａｇ、Ａｕ、リン酸カルシウムまたは二酸化チタンまたは炭素もしくは炭素系材料を含んでもよい。ナノ粒子は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの直径をもつコアを有してもよい。コアは、中実コアまたは中空コアであってもよい。ナノ粒子は、多孔性をほとんどまたは全く有さない。
【００４２】
第８の態様では、本発明は、核酸で少なくとも部分的にコーティングされた請求項７９〜８５のいずれか一項に記載の粗いナノ粒子を含む組成物を提供する。核酸は、プラスミドＤＮＡ（ｐ−ＤＮＡ）およびメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）のうちの１つ以上から選択されてもよい。
【００４３】
第９の態様では、本発明は、疎水性材料の生体システムへの送達用ビヒクルのための本発明の第７の態様による粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用を提供する。
【００４４】
第１０の態様では、本発明は、疎水性薬物の薬物送達のための、または疎水性タンパク質用のキャリアおよび送達剤としての、またはマーカー剤として用いることができる疎水性色素用のキャリアおよび送達剤としての本発明の第７の態様による粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用を提供する。
【００４５】
第１１の態様では、本発明は、水質汚染物質の除去のための、またはセルフクリーニング用途のための表面コーティングにおける本発明の第７の態様による粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の使用を提供する。粒子は、超疎水性粒子を生じさせるために疎水性化合物で修飾されてもよい。
【００４６】
第１２の態様では、本発明は、粗いナノ粒子を形成するための方法を提供し、方法は、反応混合物から粒子を形成するステップであって、粒子は、第１の材料から形成される、形成するステップと、粒子の周りに第２の材料のシェルを形成するために第２の材料の前駆体を反応混合物に添加するステップであって、シェルは、そのシェルから延びる第２の材料の伸長物を有し、第１の材料が第２の材料の伸長物の間に反応混合物から形成される、添加するステップと、その後にシェルの外部に位置する第１の材料を除去するステップとを含む。シェルは、多孔性をほとんどまたは全く有さない中実シェルを含んでもよい。シェルの外部に位置する第１の材料を除去するステップは、シェルの内側に第１の材料のコアを残してもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態において、核酸は、プラスミドＤＮＡまたはｍＲＮＡであってもよい。２つ以上の核酸が用いられてもよい。
【００４８】
核酸がプラスミドＤＮＡを含む場合には、組成物がＤＮＡワクチン組成物を含んでもよい。
【００４９】
本発明の一実施形態において、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、中空シェルナノ粒子を形成するステップと、より小さい粒子がより大きい中空シェルの外表面上に伸長物または突出部を形成するように、より小さいサイズをもつナノ粒子を相対的により大きいサイズの中空シェルナノ粒子上へ添加するステップとによって調製されてもよい。中空シリカナノ粒子は、メソポーラスであってもよい。このアプローチによれば、突出部を形成することになる粒子は、より大きい中空シェルとは別に合成されてもよい。
【００５０】
本発明の一実施形態において、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子は、中空シリカシェルナノ粒子を形成するステップと、より小さいシリカ粒子がより大きい中空シリカシェルの外表面上に伸長物または突出部を形成するように、より小さいサイズをもつシリカナノ粒子を相対的により大きいサイズの中空シリカシェルナノ粒子上へ添加するステップとによって調製されてもよい。中空シリカシェルナノ粒子は、メソポーラスであってもよい。このアプローチによれば、突出部を形成することになるシリカ粒子は、より大きい中空シリカシェルとは別に合成されてもよい。
【００５１】
別の実施形態では、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、反応混合物から犠牲粒子を形成するステップであって、犠牲粒子は、炭素系材料から形成される、形成するステップと、犠牲粒子の周りに多孔性シェルを形成するためにシェル材料の前駆体を反応混合物に添加するステップであって、シェルは、そのシェルから延びるシリコンを含んだ材料の伸長物を有し、炭素系材料が反応混合物から形成されて、材料の伸長物の間に堆積される、添加するステップと、その後に炭素系材料を除去するステップとによって形成されてもよい。ここでは、伸長物材料または伸長物材料の前駆体と炭素系材料とが、炭素系材料のその後の除去がシェルの表面から突き出した材料の突出部を残すように、空間的に不均質な仕方で多孔性シェル上へ同時堆積される。突出部とともに同時堆積される炭素系材料は、犠牲粒子の形成から残された炭素系前駆体から堆積されてもよく、または混合物に炭素系前駆体が引き続き添加されてもよい。この製造方法は、特有であると思われる。
【００５２】
別の実施形態では、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子は、反応混合物から犠牲粒子を形成するステップであって、犠牲粒子は、炭素系材料から形成される、形成するステップと、犠牲粒子の周りにシリコンを含んだ多孔性シェルを形成するためにシリカ前駆体を反応混合物へ添加するステップであって、シリコンを含んだシェルは、そのシェルから延びるシリコンを含んだ材料の伸長物を有し、炭素系材料がシリコンを含んだ材料の伸長物の間に反応混合物から形成される、添加するステップと、その後に炭素系材料を除去するステップとによって形成されてもよい。ここでは、シリコンと炭素系材料とが、炭素材料のその後の除去がシリカシェルの表面から突き出したシリコンの突出部を残すように、空間的に不均一な仕方で多孔性シリコンシェル上へ同時堆積される。シリコン突出部とともに同時堆積される炭素系材料は、犠牲粒子の形成から残された炭素系前駆体から堆積されてもよく、または炭素系前駆体が混合物に引き続き添加されてもよい。
【００５３】
それゆえに、第１３の態様では、本発明は、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を形成するための方法を提供し、方法は、反応混合物から犠牲粒子を形成するステップであって、犠牲粒子は、第１の材料から形成される、形成するステップと、犠牲粒子の周りに第２の材料のシェルを形成するためにシェル材料の前駆体を反応混合物へ添加するステップであって、シェルは、そのシェルから延びる材料の伸長物を有し、第１の材料が第２の材料の伸長物の間に反応混合物から形成される、添加するステップと、その後に第１の材料を除去するステップとを含む。
【００５４】
この方法の一実施形態において、第１の材料は、炭素系材料であり、第２の材料は、シリコンまたはシリカ系材料である。この実施形態では、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を形成するための方法は、反応混合物から犠牲粒子を形成するステップであって、犠牲粒子は、炭素系材料から形成される、形成するステップと、犠牲粒子の周りにシェルを形成するためにシェル材料の前駆体を反応混合物へ添加するステップであって、シェルは、そのシェルから延びる材料の伸長物を有し、炭素系材料が材料の伸長物の間に反応混合物から形成される、添加するステップと、その後に炭素系材料を除去するステップとを含む。犠牲粒子を様々な重合前駆体、例えば、アミノフェノール−ホルムアルデヒドまたはドーパミンから作ることができる。
【００５５】
一実施形態において、炭素系材料は、２つ以上のモノマーまたはポリマー前駆体の反応によって形成されたポリマーを含む。一実施形態において、シリコンを含んだシェルおよびシリコンを含んだ材料の伸長物は、シリカを含む。この実施形態では、シリカ前駆体が犠牲粒子の周りにシリカシェルを形成して、シリカの伸長物がそのシェルから延びる。
【００５６】
一実施形態において、シリカの前駆材料は、炭素含有材料の形成より速い速度でシリカを形成する。結果として、予め形成された犠牲粒子の表面上にシリカのシェルが最初に堆積される。典型的に、シリカのシェルが形成されたときには、炭素系材料に対する前駆体が追加の炭素系材料を形成し始めるのに十分な時間が経過している。それゆえに、炭素系材料の成長がシリカのシェル上でシリカ種の成長と競合し、その結果、それぞれの種の優先的には縦方向の伸長物を生じる。これは、「ロッド状」シリカ突出部と突出部の間の炭素系材料との層の形成をもたらす。反応混合物中のシリカ種が消費されたときには、炭素系材料に対する残りの前駆体が炭素系材料の最外層を形成するためにさらに堆積または反応する。炭素系材料は、任意の適切なプロセスによって、典型的に、か焼などの加熱によって、または適切な溶媒を用いて除去されてもよい。この方法がシリカ以外の材料、例えば、Ａｇ、Ａｕ、リン酸カルシウムおよび二酸化チタンから作られた粒子とともに用いられてもよい。
【００５７】
中実コアを有するナノ粒子を形成することが望ましい事例では、第１の材料を除去するステップは、コア材料が除去されないように制御されてもよい。多孔性をほとんどまたは全く有さない粒子を形成することが望ましい事例では、コアの周りのシェルは、多孔性をほとんどまたは全く有さないシェルであるように形成される。
【００５８】
一実施形態において、炭素系材料は、レゾルシノール−ホルムアルデヒド、アミノフェノール−ホルムアルデヒドまたはドーパミンを含む反応混合物から形成される。犠牲粒子は、室温においてｐＨ＝１１．５でアンモニア水溶液、脱イオン水およびエタノールの典型的なＳｔｏｅｂｅｒ合成条件下で形成されてもよい。シリカの前駆体ＴＥＯＳのレゾルシノールおよびホルムアルデヒドに対する重量比は、それぞれ、典型的に１：０．７１および１：０．８１である。シリカ前駆体は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラプロポキシシラン（ＴＰＯＳ：ｔｅｔｒａｐｒｏｐｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）もしくはテトラブトキシシラン（ＴＢＯＳ：ｔｅｔｒａｂｕｔｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ：ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）または当業者に知られた他のシリカ前駆体を含んでもよい。用いられる反応条件下において、シリカ前駆体は、シリカを形成してもよい。代わりに、シリカ前駆体は、次にシリカに変換されてもよいシリコン含有材料を形成してもよい。
【００５９】
本発明の第１３の態様の一実施形態では、シリカ前駆体が反応混合物に添加され、その後に、炭素系材料のための前駆体のさらなる添加が引き続きなされる。
【００６０】
一実施形態において、反応混合物中の炭素系材料のための前駆体のうちの１つ以上は、犠牲粒子を形成するときに基本的に完全に消費されて、その後、シェル材料のための前駆体が添加され、シェル材料の前駆体の添加後の所定の時間に炭素系材料のための前駆体がさらに添加される。これによって、犠牲粒子の周りにシェルを形成することができる。このシェルは、最終的な粗いメソポーラスなナノ粒子において中空コアを取り囲むことになる。別の実施形態では、シェル材料の前駆体は、炭素系材料のための前駆体より著しく速い速度で材料を形成する。これも犠牲粒子の周りのシェルの形成をもたらすことになる。しかしながら、炭素系材料のその前駆体からの形成がさらに生じることになり、これは、シェルまたはシリコン含有シェルの表面上でさらなるシェル材料の堆積と競合して生じる傾向がある。結果として、シェルの表面上に炭素系材料およびシェル材料の別々の島が形成されることになる。炭素系材料のさらなる堆積は、炭素系材料の島に生じる傾向があり、炭素系材料の伸長物を導くことになる。同様に、シェル材料のさらなる堆積は、シェル材料の島に生じる傾向があり、シェル材料の伸長物を導くことになる。このように、各材料のロッド状伸長物が発生することになる。シェル材料の前駆体が一旦使い果たされると、炭素系材料の外側シェルを形成するためにさらなる炭素系材料が堆積されることになる。例えば、空気中のか焼による、炭素系材料の除去が粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の形成をもたらす。
【００６１】
粗いメソポーラスな中空ナノ粒子が粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含む一実施形態においては、反応混合物中の炭素系材料のための前駆体のうちの１つ以上は、犠牲粒子を形成するときに基本的に完全に消費されて、その後、シリカ前駆体が添加され、シリカ前駆体の添加後の所定の時間に炭素系材料のための前駆体がさらに添加される。これによって、犠牲粒子の周りにシリカまたはシリコン含有シェルを形成することができる。このシリカまたはシリコン含有シェルは、最終的な粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子において中空コアを取り囲むであろう。別の実施形態では、シリカ前駆材料は、炭素系材料のための前駆体より著しく速い速度でシリカまたはシリコン含有材料を形成する。これも犠牲粒子の周りのシリカシェルまたはシリコン含有シェルの形成をもたらすであろう。しかしながら、炭素系材料のその前駆体からの形成がさらに生じることになり、これは、シリカシェルまたはシリコン含有シェルの表面上でさらなるシリカまたはシリコン含有材料の堆積と競合して生じる傾向がある。結果として、シリカ／シリコン含有材料のシェルの表面上に炭素系材料およびシリカ／シリコン含有材料の別々の島が形成されることになる。炭素系材料のさらなる堆積は、炭素系材料の島に生じる傾向があり、炭素系材料の伸長物を導く。同様に、シリカ／シリコン含有材料のさらなる堆積は、シリカ／シリコン含有材料の島に生じる傾向があり、シリカ／シリコン含有材料の伸長物を導く。このように、各材料のロッド状伸長物が発生するであろう。シリカ前駆体が一旦使い果たされると、炭素系材料の外側シェルを形成するためにさらなる炭素系材料が堆積されるであろう。例えば、空気中のか焼による、炭素系材料の除去が粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子の形成をもたらす。
【００６２】
シェルの厚さ、シェルの多孔性、および伸長物間の間隔を制御するために、反応混合物に添加されるシェル材料の前駆体の量が制御されてもよい。いくつかの実施形態において、犠牲粒子の表面上に形成されるシェルは、ギャップまたは空間を中に有する不連続なシェルを含んでもよい。実際、いくつかの実施形態では、シェルは、不連続な材料層または比較的連続的な連結材料層を含んでもよい。
【００６３】
最初に形成される犠牲粒子のサイズを制御するために、反応条件および反応時間が制御されてもよい。これは、もちろん、最終的な粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の中空コアのサイズを制御することを許容するであろう。最終的な粗いメソポーラスな中空ナノ粒子の中空コアを画定するシェルは、炭素系材料を除去するステップの間に収縮してもよいことが理解されよう。
【００６４】
第１４の態様では、本発明は、炭素ナノ粒子を形成するための方法を提供し、方法は、シリカ前駆体および炭素系材料の１つ以上の前駆体を含んだ反応混合物を形成するステップであって、シリカまたはシリコン含有粒子が形成されて、シリカまたはシリコン含有粒子上に炭素系材料が形成し、それによってシリカまたはシリコン含有粒子上に炭素系材料のシェルを形成する、形成するステップと、炭素系材料のシェル上にさらなるシリカまたはシリコン含有材料をさらに形成するためにさらなるシリカ前駆体を反応混合物へ添加するステップであって、さらなる炭素系材料がさらなるシリカまたはシリコン含有材料の間および上に形成されて堆積する、添加するステップと、シリカまたはシリコン含有材料を除去し、それによって炭素ナノ粒子を得るステップとを含む。シリカまたはシリコン含有材料を他の材料、例えば、アルミニウムイソプロポキシド由来の二酸化チタン、またはチタン（ＩＶ）ブトキシドからの酸化アルミニウムによって置き換えることができるであろう。得られるナノ粒子は、アルコール−水系における重合前駆体としてＲＦをアミノフェノール−ホルムアルデヒドまたはＮを含んだドーパミンで置き換えることによる炭素ナノ粒子のＮドープ組成物とすることができる。
【００６５】
第１５の態様では、本発明は、炭素ナノ粒子を形成するための方法を提供し、方法は、第１の材料の前駆体および炭素系材料の１つ以上の前駆体を含んだ反応混合物を形成するステップであって、第１の材料の粒子が形成されて、第１の材料の粒子上に炭素系材料が形成し、それによって第１の材料の粒子上に炭素系材料のシェルを形成する、形成するステップと、炭素系材料のシェル上にさらなる第１の材料を形成するためにさらなる第１の材料の前駆体を反応混合物へ添加するステップであって、さらなる炭素系材料がさらなる第１の材料の間および上に形成されて堆積する、添加するステップと、第１の材料を除去し、それによって炭素ナノ粒子を得るステップとを含む。
【００６６】
一実施形態において、炭素系材料は、炭化される。炭素系材料は、第１の材料の除去前に炭化されてもよい。一実施形態において、粒子は、炭化ステップより前に水熱処理を受ける。
【００６７】
本発明の第８および第９の態様の方法で形成された炭素ナノ粒子は、２層構造を有するメソ構造の中空炭素球体を含む。炭素／シリカまたは炭素／第１の材料シェルの厚さを制御することによって、粒子の２層モフォロジーおよびメソ細孔サイズを調整できる。２層モフォロジーは、陥入、内部陥入またはインタクト球体を含んでもよい。カーボンナノ粒子の直径および中空コアサイズが１００〜１０００ｎｍに及ぶように制御されてもよく、中空コアを取り囲む壁の厚さを５〜１００ｎｍに調整できる。２層炭素ナノ粒子の細孔容積および表面積は、それぞれ、１〜３ｃｍ３ｇ−１および８００〜１３００ｍ２ｇ−１の範囲内にあってもよい。
【００６８】
第１６の態様では、本発明は、２層構造を有するメソ構造の中空炭素球体を含む炭素粒子を提供する。２層モフォロジーは、陥入、内部陥入またはインタクト球体を含んでもよい。カーボンナノ粒子の直径および中空コアサイズは、１００〜１０００ｎｍに及んでもよく、中空コアを取り囲む壁の厚さは、５〜１００ｎｍに及んでもよい。２層炭素ナノ粒子の細孔容積および表面積は、それぞれ、１〜３ｃｍ３ｇ−１および８００〜１３００ｍ２ｇ−１の範囲内にあってもよい。２層構造は、２つの離隔された部分的かまたは完全な炭素シェルを含んでもよく、内側シェルが基本的に中空である。炭素粒子は、２つ以上の離隔された部分的または完全な炭素シェルをもつ多層構造を有してもよい。
【００６９】
エネルギー貯蔵の分野では、より高いエネルギー密度を達成しようとする意欲が新しい高容量電極材料の検討を促進している。しかしながら、リチウムイオン電池に用いられるグラファイトなどの確立された材料とは異なり、これらの有望な高容量候補材料のうちのいくつかは、乏しい電子伝導度に見舞われ、いくつかのケースでは、それらのサイクリングが著しい体積変化を伴う。これらの限界がそれぞれ乏しい電力容量およびサイクル寿命をもたらす可能性がある。本発明の発明者らが見出したのは、これらの課題に見舞われる電極材料のためのキャリアまたはカプセル化物質として本発明の炭素ナノ粒子を使用できることである。活物質が内部空洞内に、炭素壁の間に、粒子の外側に、またはこれらの箇所を任意に組み合わせて位置するように、電池活物質が本質的に良好な電子伝導体である炭素粒子中に担持されてもよい。炭素粒子と緊密に接触することによって、活物質の電子伝導度の課題が最小限に抑えられる。加えて、活物質のカプセル化は、活物質を閉じ込めて、サイクリング中の体積変化の結果としての活物質の電極からの移動と、それに続く損失とを制限し、電池のために改善されたサイクル寿命をもたらす。本発明に用いられてもよい電池活物質の組成物は、乏しい電子伝導度および乏しいサイクル寿命に見舞われる材料を含む。これらの材料は、当業者によく知られており、硫黄および硫化セレン（ＳｅＳ２）などの硫黄誘導体を含む。他の電極活物質は、硫黄および硫黄含有化合物、シリコンおよびシリコンを含んだ混合物、錫および錫含有合金ならびに混合物、アンチモンおよびアンチモン含有合金ならびに混合物、またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。実際、本発明は、そのように用いるのに適することが当業者によって知られた任意の材料を包含する。
【００７０】
それゆえに、さらなる態様では、本発明は、１つ以上の電極活物質が担持された上記のような炭素粒子を含む電池または他の電力貯蔵デバイスに用いるための材料を提供する。
【００７１】
「電極活電子物質」によって本発明者らが意味するのは、帯電状態に達するために電荷を受け取り、その後に放電状態へ移るために電荷を放電できる材料を意味する。
【００７２】
本発明のこの態様の実施形態では、電池電極において、もしくは電池セルにおいて、またはキャパシタ、スーパーキャパシタもしくは擬キャパシタにおいて、あるいはエレクトロクロミックデバイスにおいて、または実際に充放電できる材料の使用が必要とされる任意の用途において本材料が電池電極材料として用いられてもよい。
【００７３】
本発明の第７、第８または第９の態様の一実施形態においては、シリカ前駆体は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を含む。炭素系材料のための前駆体は、レゾルシノールおよびホルムアルデヒドを含んでもよい。
【００７４】
一実施形態において、シリカまたはシリコン含有材料は、エッチングによって、または溶解によって除去される。例えば、シリカまたはシリコン含有材料は、ＨＦ（５％）水溶液または水酸化ナトリウム（１Ｍ）溶液中でのエッチングまたは溶解によって除去されてもよい。
【００７５】
一実施形態において、本発明は、動物または植物への外部塗布のための殺虫組成物を含む組成物を提供し、組成物は、１つ以上の疎水性殺虫材料を中または上に有する粗いメソポーラスな中空ナノ粒子を含み、粗いメソポーラスな中空ナノ粒子は、粗いメソポーラスな中空シリカナノ粒子を含み、１つ以上の疎水性材料がナノ粒子の中空コア中に、および／またはナノ粒子の表面粗さを作り出す隆起または突出した領域の間の空間に存在する。
【００７６】
本明細書に記載されるいずれかの特徴を本明細書に記載されるいずれか１つ以上の他の特徴と本発明の範囲内において任意の組み合わせで組み合わせることができる。
【００７７】
本発明の様々な実施形態が以下の図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】（ａ）ＭＳＨＳ−ＲＳおよび（ｂ）ＭＳＨＳ−ＳＳの概略図を示し、ここで（ｂ）は内部空洞を取り囲む多孔性シェルを示し、Ｒ２は空洞の半径を表し、Ｒ１はシェルの表面上の球状突出部の半径を表し、球状突出部の間の白い区域は、粒子にいくらかの疎水的特性を提供する、粒子が水に浸されたときの空気の存在を示す。ＭＳＨＳ−ＲＳおよびＭＳＨＳ−ＳＳのＳＥＭ（ｃおよびｄ）、ＴＥＭ（ｅおよびｆ）像。
【図２】（Ａ）カンガルーの被毛、（Ｂ）シリカナノ粒子ＭＳＨＳ−ＲＳ、（Ｃ，Ｅ）ＭＳＨＳ−ＲＳおよび（Ｄ，Ｆ）ＭＳＨＳ−ＳＳで処理されたカンガルーの被毛（ＥおよびＦは水で洗浄した試料）の光学像（位相コントラスト）を示す。
【図３】純粋なスピノサド、ナノ−スピノサド−Ｘ、シリカナノ粒子、ならびにスピノサドおよびシリカナノ粒子の物理的混合物を含む一連の試料のＦＴＩＲスペクトルを示す。
【図４】（黒）純粋なスピノサド、（赤）ナノ−スピノサド−０．４、（青）ナノ−スピノサド−０．５、（ｄ）ナノ−スピノサド−０．６の（Ａ）ＴＧＡプロファイルおよび（Ｂ）ＤＳＣプロファイルを示す。（Ｂにおけるピンクは、スピノサドおよびシリカナノ粒子の物理的混合物に関するＤＳＣ曲線である）。
【図５】純粋なスピノサド、ナノ−スピノサド−Ｘ、シリカナノ粒子、ならびにスピノサドおよびシリカナノ粒子の物理的混合物を含む一連の試料の広角ＸＲＤパターンを示す。
【図６】（Ａ）低および（Ｂ）高倍率での純粋なシリカナノ粒子、（Ｃ）純粋なスピノサド、（Ｄ）ナノ−スピノサド−０．４、（Ｅ）ナノ−スピノサド−０．５、ならびに（Ｆ）ナノ−スピノサド−０．６のＦＥ−ＳＥＭ像を示す。
【図７】純粋なスピノサドおよびナノ−スピノサドの時間依存性放出プロファイルを示す。
【図８】ＵＶ照射後の純粋なスピノサドおよびナノ−スピノサドのＨＰＬＣパターンを示す。
【図９】実施例２に記載されるような、本発明の第３の態様のある実施形態による単分散の粗いシリカ中空球体の合成手順の概略図を示す。
【図１０】実施例２において作られた粗い表面のシリカ中空球体Ｓ−１．４、Ｓ−１．０およびＳ−１．２のＴＥＭ像（Ａ，Ｂ，Ｃ）およびＤＬＳ測定結果（Ｄ）を示す。
【図１１】粗い表面のシリカ中空球体Ｓ−１．４（Ａ）、Ｓ−１．０（Ｂ）、Ｓ−０．６（Ｃ）の電子断層撮影スライスを示す。
【図１２】実施例２において作られた粗いシリカ中空球体のＮ２収着等温線（Ａ）およびＢＪＨ吸着枝による細孔サイズ分布（Ｂ）を示す。
【図１３】滑らかなシリカ中空球体（Ａ）、Ｓ−１．４（Ｂ）、Ｓ−１．０（Ｃ）およびＳ−０．６（Ｄ）の接触角試験に関するＳＥＭ像を示す。挿入部分は、その対応する粒子に関するＴＥＭ像である。
【図１４】滑らかなおよび粗いシリカ中空球体のリゾチーム吸着能力を示す。
【図１５】疎水性および親水性分子に対するナノ粒子の取り込みおよび放出挙動を示す。ａ）薬物および他のタンパク質に対するＭＨＳおよびＲＭＨＳの担持能力、ｂ）ＤＲ１の取り込み速度；担持のためにタンパク質または薬物を添加する前に粒子を含んだ溶液が超音波処理で予め処理された；ｃ）４００ｎｍの粒子に対するＶＡＮの放出挙動、およびｄ）２００ｎｍの粒子に対するＶＡＮの放出挙動。エラーバーは、測定結果の標準偏差を反映する。
【図１６】抗菌性能を示す。ａ）１８ｈにわたって培養され、対照としてＰＢＳを用いた、ＲＭＨＳ２００−ＶＡＮ、ＭＨＳ２００−ＶＡＮおよび遊離したＶＡＮの大腸菌に対する用量依存性抗菌活性。ｂ）２５ｍｇ  ｍｌ−１のＶＡＮ薬用量で２４ｈまでの時間依存性抗菌調査。ｃ）ＰＢＳ中で処理された大腸菌のＴＥＭ像、２５ｍｇ  ｍｌ−１の薬用量で１８ｈにわたってｄ）ＶＡＮ中で処理された大腸菌、ｅ）ＭＨＳ２００−ＶＡＮ中で処理された大腸菌、およびｆ）ＲＭＨＳ２００−ＶＡＮ中で処理された大腸菌。＊は１００％の抑制を示す。エラーバーは、測定結果の標準偏差を反映する。スケールバー＝５００ｎｍ（実施例３参照）。
【図１７】本発明の第４の態様のある実施形態による逐次的な不均質核生成メカニズムを通じての陥入、内部陥入およびインタクトＭＨＣＳの合成に関する概略図を示す。
【図１８】それぞれ、陥入およびインタクトＭＨＣＳのＳＥＭ（Ａ，Ｃ）ならびにＴＥＭ（Ｂ，Ｄ）像を示す。チンダル効果を示す水溶液中に分散された２つのＭＨＣＳのデジタル画像（Ｅ）およびＤＬＳ測定による粒子サイズ分布曲線（Ｆ）。
【図１９】陥入ＭＨＣＳ（Ａ）およびインタクトＭＨＣＳ（Ｃ）のＥＴスライド、陥入ＭＨＣＳ（Ｂ）およびインタクトＭＨＣＳ（Ｄ）のＥＴ再構成を示す。スケールバーは１００ｎｍである。
【図２０】純粋なシリカ（曲線Ｉ）、純粋なＲＦ（曲線ＩＩ）、シリカ＠ＲＦ（曲線ＩＩＩ）およびシリカ＠ＲＦ＠シリカ＠ＲＦ（曲線ＩＶ）の粒子サイズを反応時間の関数として示す。
【図２１】陥入内部シェルおよびインタクト外側シェルをもつＭＨＣＳを示す。図（Ａ）は、粒子の内部構造をＸＹＺ方位に対して示す。傾斜したＴＥＭ像（ＢおよびＣ）。スライス（Ｄ）は、粒子の中心をＹＺ面をカットし、一方でスライス（ｓｉｌｄｅ）（Ｅ）およびスライス（Ｆ）は、それぞれ、図（Ａ）に示されるような位置ａおよびｂをＹＺ面でカットする。スケールバーは１００ｎｍである。
【図２２】大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）の表面上に付着したＳ−ＳＨＳ（ａ）、Ｒ−ＭＳＨＳ−Ｂ（ｂ）およびＲ−ＭＳＨＳ（ｃ）のＳＥＭ像、および実施例４に記載されるような、細菌上に付着したシリカ含有量のＩＣＰ−ＯＥＳからの定量分析（ｄ）を示す。
【図２３】（ａ）リゾチーム担持量、（ｂ）実施例５に記載されるような、遊離したリゾチームおよびリゾチーム担持シリカ粒子の７００μｇ／ｍＬのリゾチーム薬用量における時間依存性抗菌活性を示す。
【図２４】実施例８に記載されるような、（ａ）３０７±１８ｎｍの粒子直径をもつレゾルシノール０．１５ｇを用いて作られたＭＳＨＳ−ＲＳ粒子のＴＥＭ像、（ｂ）５６４±２０ｎｍの粒子直径をもつレゾルシノール０．３０ｇ粒子、（ｃ）７０４±２５ｎｍの粒子直径をもつレゾルシノール０．４５ｇ粒子、および（ｄ）８３７±３５ｎｍの粒子直径をもつレゾルシノール０．６０ｇ粒子を示す（直径は、２０個の粒子から測定された）。
【図２５】（ａ）調製されたままの炭素粒子および（ｂ）ＳｅＳ２／炭素複合体のＴＥＭ像（挿入図：ライン走査ＥＤＸ）、ならびに（ｃ）純粋なＳｅＳ２およびＳｅＳ２／炭素複合体の２００ｍＡ／ｇにおけるサイクリング性能を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
実施例を通じて、以下の略語を用いることにする。
【００８０】
ＭＳＨＳ−メソポーラスなシリカ中空球体（相対的に滑らかな表面を有する）。
【００８１】
ＭＳＨＳ−ＲＳ−粗い表面をもつメソポーラスなシリカ中空球体。
【実施例】
【００８２】
実施例１
安全性および性能が改善されたナノ農薬の開発。
ダニおよび水牛ハエは、オーストラリアの畜産業に４００百万ドル／年を越える経済的な損害をもたらし、現在は毒性の高い合成農薬で処置されている。環境影響が少なく、毒性が低い天然由来の農薬スピノサドがシリカ中空球体中へ担持され、それによって皮膚／毛への付着力を改善し、ＵＶ劣化から保護するであろう。ナノ−スピノサド農薬は、従来の農薬に比べて、現場条件において強化された効力および有効期間を有し、害虫制御のコストを著しく削減するであろう。
【００８３】
スピノサドは、Ｅｌａｎｃｏ  Ａｎｉｍａｌ  Ｈｅａｌｔｈが供給した。粗い表面（ＭＳＨＳ−ＲＳ）および滑らかな表面（ＭＳＨＳ−ＳＳ）をもつメソポーラスなシリカ中空球体をクィーンズランド大学、オーストラリア・バイオエンジニアリングおよびナノテクノロジー研究所のＹｕグループで合成した。被毛のついたカンガルーの皮膚試料が動物モデルとしてオーストラリアのＳｋｉｎｎｙ  Ｓｈｏｐから購入した。皮膚試料を、蒸留水で十分に洗浄し、試験前に１ｃｍ２の小片にカットした。すべての他の試薬は、分析試薬級とした。
【００８４】
動物の皮膚被毛上のナノ粒子の付着特性
動物の被毛上のナノ粒子の接着挙動は、動物モデルとして被毛のついた処理済のカンガルーの皮膚上で評価した。シリカナノ粒子（２ｍｇ／ｃｍ２）をエタノール溶液中に分散し、溶液をカンガルーの皮膚片（１ｃｍ２）の被毛側に均質に滴下した。次に、皮膚片を４０℃で一晩乾かした。ナノ粒子の毛への付着性を、数回の水洗の前後に共焦点顕微鏡法（ＬＳＭ  ＺＥＩＳＳ７１０）によって観察した。純粋な皮膚試料および（例としてＭＳＨＳ−ＲＳを用いた）シリカナノ粒子も顕微鏡下で観察した。付着したナノ粒子の洗浄前後の定量値を、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰＯＥＳ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，Ｖｉｓｔａ−ＰＲＯ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ヴァリアン  インク（Ｖａｒｉａｎ  Ｉｎｃ），オーストラリア）によって測定し、比較した。シリカナノ粒子を溶解させるために、ナノ粒子を含んだ皮膚試料を２ＭのＮａＯＨ中で攪拌しながら一晩溶解し、シリコン濃度を測定した。ナノ粒子のない同様のサイズの皮膚のシリコン量もブランクとして測定した。
【００８５】
ナノ−スピノサドの調製
スピノサドのシリカナノ粒子中へのカプセル化のために回転蒸発法を利用した。この手順では、エタノール溶液（１．７ｍｇ／ｍｌ）中の８、１０または１２ｍｌのスピノサドにか焼後の３４ｍｇのシリカナノ粒子を、それぞれ０．４：１、０．５：１および０．６：１のスピノサド：シリカ供給比（以下、ナノ−スピノサド−Ｘと示し、ここでＸは、スピノサド：シリカの比である）で添加した。回転蒸発器（ＢＵＣＨＩ  Ｒ−２１０）に取り付けられた長い円筒フラスコ中へ混合物を除去して、残留圧力が１７５ｍｂａｒの真空システム中ですべての溶媒が除去されるまで暗所において４０℃で蒸発させた。ちなみに、同様の手順を（ナノ粒子が何も存在しない）スピノサド−エタノール溶液のみを用いて実行した。
【００８６】
キャラクタリゼーション
０．８〜１．５ｋＶで操作されたＪＥＯＬ  ＪＳＭ７８００電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ：ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、スピノサドの担持前後のシリカナノ粒子のモフォロジーを観察した。純粋なシリカナノ粒子のＦＥ−ＳＥＭ測定のために、粉末試料をエタノール中に分散させることによって試料を調製し、その後、試料をアルミホイル片へ滴下して、ＳＥＭマウント上の導電性炭素膜に取り付けた。ナノ−スピノサドのＦＥ−ＳＥＭ測定のためには、試料をＳＥＭマウント上の導電性炭素膜に直接に取り付けた。シリカナノ粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）像は、２００ｋＶで操作したＪＥＯＬ２１００で得た。ＴＥＭ測定のためには、粉末試料−エタノール分散体をＣｕグリッド上の炭素膜上に分散させて、乾燥させることによって試料を調製した。フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）スペクトルは、ダイヤモンドＡＴＲ（減衰全反射：ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）結晶を装備したＴｈｅｒｍｏＮｉｃｏｌｅｔ  Ｎｅｘｕｓ６７００  ＦＴＩＲ分光計上で収集した。スペクトルごとに、４００〜４０００ｃｍ−１の範囲にわたって４ｃｍ−１の分解能で３２回の走査を収集した。材料の広角Ｘ線回折（ＷＡ−ＸＲＤ：ｗｉｄｅ  ａｎｇｌｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンは、ＮｉフィルターされたＣｕ  Ｋα放射線を用いてＧｅｒｍａｎ  Ｂｒｕｋｅｒ  Ｄ８  Ｘ線回折装置上で記録した。担持量および２℃／分の加熱速度での示差走査熱量測定（ＤＳＣ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）調査にはＭｅｔｔｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ  ＧＣ２００熱重量分析（ＴＧＡ：ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ）ステーションを用いた。
【００８７】
ナノ−スピノサドの放出試験
放出試験では、２．６７ｍｇのナノ−スピノサド−Ｘ（１ｍｇのスピノサドを含む）を、それぞれ、１ｍｌの蒸留水中に分散させた（ｄｉｓｐｅｒｓｅｒｄ）。混合物を２５℃のインキュベーターに２００ｒｐｍで保持した。異なる時間に上澄みを収集して、ＵＶ−Ｖｉｓ分光計を２４８ｎｍの波長で用いることによりスピノサドの放出量を測定し、評価した。水中の純粋なスピノサドの放出量も同じ手順を用いて試験した。
【００８８】
ナノ−スピノサドのＵＶ安定性試験
この試験では、１．２ｍｇの純粋なスピノサドおよび４．２ｍｇのナノ−スピノサド−０．４（１．２ｍｇのスピノサドを含む）を、それぞれ、２つの透明な石英容器に添加した。石英容器の使用は、容器によるＵＶ光の遮蔽を最小限に抑えるためである。各々の試料を波長３６５ｎｍ、出力１７．７７ｍＶｃｍ−３のＵＶ光の下に置いた。すべての試料に２時間にわたってＵＶ光を照射した。照射後に、スピノサドおよびその劣化生成物をアセトニトリル（ＡＣＮ：ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）により３回にわたって抽出し、最終的な濃縮物を１ｍｌの蒸留水中に分散させて（ｄｉｓｐｅｒｓｅｒｄ）０．５ｍｇ／ｍｌに希釈した。移動相としてＡＣＮを用いた高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ：ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）によって純粋なスピノサドおよびナノ−スピノサド−０．４の両方のＵＶ劣化条件を試験した。
【００８９】
ｉｎ  ｖｉｔｒｏバイオアッセイ
牛ダニ、オウシマダニ（Ｒｈｉｐｉｃｅｐｈａｌｕｓ  ｍｉｃｒｏｐｌｕｓ）に対するスピノサドおよびナノ−スピノサドのｉｎ  ｖｉｔｒｏの効果を評価した。試験は、バイオセキュリティ科学研究所（クイーンズランド州）において標準的な幼虫浸漬試験を用いて行い、活性物質の抽出には有機溶媒を用いた。
【００９０】
ＭＳＨＳ−ＲＳの調製
図１ａに示されるように、より小さいサイズ（約直径３０ｎｍ）をもつシリカシェル粒子を相対的により大きいサイズ（約４００ｎｍ）をもつＭＳＨＳ上へ添加することによってＭＳＨＳ−ＲＳ粒子を調製した。ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子の表面上には、空気の捕捉のための空隙がＲ１の半径をもつ小さいシェル球体（図１ａ）の間に生成される。これらのＭＳＨＳ−ＲＳ粒子では、シリカシェル中のメソ細孔を通じてＲ２（Ｒ２＞＞Ｒ１）の半径をもつ内部球状空洞が空気と接続されるため、空気ポケットが著しく拡大される。ＭＳＨＳのケース（図１ｂに示される）におけるように、シリカ中のヒドロキシル基は、水分子を吸収する傾向があるため、空隙中にトラップされた空気の水分子への反発力が濡れ過程に対するエネルギー障壁を提供する。それゆえに、いずれの材料も同じ純粋なシリカ組成を有するとはいえ、設計されたＭＳＨＳ−ＲＳは、ＭＳＨＳに比べて疎水性の向上を実証するはずである。粗い表面をもつ中実ナノ粒子は、より少ない空気ポケットを有し（Ｒ２の半径をもつ中空コアがない）、疎水性薬物の担持能力が限られるため、粗い表面をもつ中実ナノ粒子に比べてもＭＳＨＳ−ＲＳは有利である。これまでの研究は、大きい平坦な表面に主として注目し、親水性組成をもつナノ粒子および表面粗さの制御による疎水的性質は、報告されず、バイオ用途について実証されなかった。調製したＭＳＨＳ−ＲＳの画像を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて撮った（図１ｃ，１ｅ参照）。ちなみに、滑らかな表面をもつＭＳＨＳも調製して、図１ｄおよび１ｆに示すようにキャラクタライズした。いずれのナノ粒子も均一で中空の球状モフォロジーを有し、ＭＳＨＳ−ＲＳの表面は、シリカシェル粒子で均質にデコレートされている。本発明者らの理論によれば、ＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子は、稀な疎水的性質を示す。疎水性は、水／ジエチルエーテルの混合溶媒中のナノ粒子の分散によって直接に観察した。ＭＳＨＳ−ＲＳは、選択的にジエチルエーテル層（疎水性溶媒）の底にあり、一方でＭＳＨＳは、水層中に直接に分散する。ＴＧＡプロファイルは、ＭＳＨＳ−ＲＳについて２００℃未満で０．９％の小さい重量減少、およびＭＳＨＳについて７．２％を提示し、水分の蒸発にその原因を帰することができて、表面粗さの導入がＭＳＨＳ−ＲＳをより疎水性にし、従って、ＭＳＨＳ−ＲＳがＭＳＨＳより少ない水分を雰囲気から吸収することを示す。
【００９１】
ＭＳＨＳ−ＲＳとＭＳＨＳとの間の疎水性の定量的な比較を提供するために、ゲル・トラッピング技術（ＧＴＴ：ｇｅｌ  ｔｒａｐｐｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を採用して、ＭＳＨＳ−ＲＳが１０７．５°±１０の接触角値を有し、一方でＭＳＨＳの接触角値が７２．５°±５であることが明らかになった。ＭＳＨＳ−ＲＳの接触角値は、オクタデシルトリメトキシシラン修飾シリカについて得られた値（約１３６°）よりわずかに低い。ＭＳＨＳに比べて、ＭＳＨＳ−ＲＳは、リボヌクレアーゼＡ（ＲＮＡＳＥ）、インスリン（ＩＮＳ）、リゾチーム（ＬＹＳ）、疎水性色素ディスパースレッド１（ＤＲ１）および疎水性薬物グリセオフルビン（ＧＲＩＳ）を含む、ある範囲の疎水性分子に対して一貫してより高い担持能力を呈示する。これらの結果は、ＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子の強化された表面疎水性が疎水性分子の担持能力を増加させることをさらに確認する。
【００９２】
ＭＳＨＳ−ＲＳの付着力を試験するために、モデルとして動物の被毛を用いた。同じ重量のＭＳＨＳ−ＲＳおよびＭＳＨＳを水中に分散して、同じサイズをもつ２つの被毛片に均質に塗布した。３回の乾燥および水洗の後に、被毛上に残ったシリカ含有量を測定した。図２Ａは、典型的な毛の構造を示すカンガルーの被毛の光学像である。対照的に、純粋なシリカは、その粉末の性質に起因して光学顕微鏡下で白い粒子を示す（図２Ｂ）。被毛試料上へのシリカナノ粒子の塗布後に、白い粒子が毛の表面上に付着していることが観察され、両方のシリカナノ粒子の付着を示した（図２Ｃおよび２Ｄ）。３回の洗浄後に、ＭＳＨＳ−ＳＳに比べて（図２Ｆ）、ＭＳＨＳ−ＲＳのケースでは（図２Ｅ）より多くの白い粒子がカンガルーの毛の上へ付着している。この現象は、ＭＳＨＳ−ＲＳが動物の毛の上でより強い付着能力を有することを示す。この結論は、ＩＣＰＯＥＳの結果からも支持される。被毛上に残ったシリカの重量パーセントは、それぞれ、ＭＳＨＳおよびＭＳＨＳ−ＲＳについて２８．５％および５１．０％であった。ＭＳＨＳ−ＲＳは、その粗い表面および疎水性に起因して、著しく改善された付着力を示す。被毛上のＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子の強化された付着力は、現場条件においてスピノサド−ＭＳＨＳ−ＲＳナノ製剤の有効期間を延長するはずである。
【００９３】
スピノサド：シリカ比が０．４：１、０．５：１および０．６：１のスピノサド−エタノール溶液を用いてスピノサドをシリカナノ粒子中へカプセル化するために回転蒸発法を利用した。ナノ−スピノサド複合体は、ナノ−スピノサド−Ｘと示され、ここでＸは、スピノサドおよびシリカの比を表す。図３は、明らかな特性ピークを８９１、９８７、１０４１、１０９９、１２１３、１２６３、１３７１、１４５６、１６６０、１７０７ｃｍ−１、および２７８７〜３０１２ｃｍ−１の範囲内にもつ純粋なスピノサドのＦＴＩＲスペクトルを示す。シリカナノ粒子のスペクトルは、ｖ（Ｓｉ−Ｏ）に帰することができる８１０ｃｍ−１における特性ピークと、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に帰することができる１０５０〜１２００ｃｍ−１の範囲内の広いピークとを示す。すべてのナノ−スピノサド−Ｘのスペクトルでは、シリカの特性ピークとの重なりに加えて、１３７１、１４５６、１６６０、１７０７ｃｍ−１および２７８７〜３０１２ｃｍ−１の範囲内の特性ピークをやはり観測できる。ＦＴＩＲスペクトルは、シリカナノ粒子を用いたスピノサドのカプセル化の成功を確認する。
【００９４】
スピノサドの実際の担持量は、ＴＧＡ結果（図４Ａ）からの重量減少によって算出できる。純粋なスピノサドは、９００℃で９９．９％の完全な重量減少を示す。か焼後の純粋なシリカナノ粒子は、吸収された水分からの重量減少が無視できることを示す（データは示されない）。ナノ−スピノサド−Ｘの重量減少は、それぞれ、Ｘ＝０．４、０．５および０．６に対して２７．４、３２．８および３８．１％である。それに応じて、ナノ−スピノサド−Ｘ（Ｘ＝０．４、０．５および０．６）の担持量は、それぞれ、２８．６、３３．３および３７．５％と算出され、回転蒸発がスピノサドの完全な担持（約１００％）を達成できることを示す。
【００９５】
カプセル化前後のスピノサドの結晶状態をＷＡ−ＸＲＤによってキャラクタライズする（図５）。純粋なスピノサドのＷＡ−ＸＲＤパターンは、５〜４０°の範囲内に一連の鋭いピークを示し、純粋なスピノサドが結晶状態にあることを示す。純粋なシリカナノ粒子は、非晶質シリカに帰することができる約２２°に中心を置く広いピークを示す。ナノ−スピノサド−Ｘのすべての試料のＷＡ−ＸＲＤパターンでは、非晶質シリカの２２°の広いピークの他に鋭い特性ピークは、観測できず、これらの試料では結晶性スピノサドが形成されないことを示した。ナノ−スピノサド−Ｘの結晶化の挙動は、ＤＳＣによっても調べた（図４Ｂ）。純粋なスピノサドは、１２９℃に鋭い吸熱ピークを表し、これは、結晶性スピノサドの融点を示す。純粋なシリカと同様に、すべてのナノ−スピノサド−Ｘは、２５〜３５０℃の範囲内に明らかなピークを何も示さず、非晶質状態を示す。対照的に、スピノサドおよびシリカの物理的混合物（ピンク）については１２９℃に小さい吸熱ピークが観測され、結晶性スピノサド構造の存在を示す。以上の結果は、回転蒸発技術を利用することによってスピノサドがナノ分散された形態でＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子中にカプセル化されたことを示す。
【００９６】
ナノ−スピノサドのモフォロジーを直接観察するためにＦＥ−ＳＥＭを用いた（図６）。ＦＥ−ＳＥＭ像は、低解像度ではシリカナノ粒子が凝集していること（図６Ａ）、高解像度では球状モフォロジー（図６Ｂ）を示す。純粋なスピノサド−エタノール溶液が回転蒸発に用いられた場合、約２０μｍのサイズをもつ大きい結晶性スピノサド（図６Ｃ）が形成される。同じ倍率で、すべてのナノ−スピノサド−Ｘは、明らかな結晶のない、純粋なシリカと全く同じモフォロジーの小さい粒子の凝集体を示す（図６Ｄ〜図６Ｆ）。これらの現象は、スピノサドがＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子の空洞中に異なる供給比で首尾よくカプセル化されることを示す。
【００９７】
純粋なスピノサドおよびナノ−スピノサドの両方の放出プロファイルを水中で試験した。図７に示すように、ナノ−スピノサドについては、スピノサドのうちの１６％が５分の短い時間で放出され、このレベルが５４０分まで維持された（水中の放出をＵＶ−Ｖｉｓによって２４８ｎｍでモニタした）。これに対して、純粋なスピノサドでは、スピノサドのうちの２．４％のみが５分で放出されたが、累積的な放出は、５４０分でも８％未満である。シリカナノ粒子中に閉じ込められたスピノサドは、約０．２ｍｇ／ｍｌの溶解度を示し、これは、純粋なスピノサドの溶解度より２倍超高く、メソポーラスな材料内に閉じ込められたクルクミンの溶解度の強化と同様である。その結果として、スピノサドの放出挙動は、純粋なスピノサドに比べて改善される。より高濃度のスピノサドの迅速な放出は、「すぐに効く」ナノ−スピノサド製剤の開発にとって有益であることが期待される。
【００９８】
ナノ−スピノサドのＵＶ安定性を調べた。スピノサドおよびナノ−スピノサドの両方をＵＶ光（波長３６５ｎｍ、１７．７７ｍＶ／ｃｍ３）の下で２ｈにわたって照射し、その後にＨＰＬＣを用いて、抽出媒体および移動相としてＡＣＮを利用してＵＶ処理後の生成物をモニタした。図８に示されるように、３．５分の保持時間におけるピークは、スピノサドに帰せられる。純粋なスピノサド群では１．５分の保持時間にも劣化した生成物に帰することができる追加のピークを観測した。この観測は、文献報告と合致し、スピノサド自体がＵＶに不安定であることを示す。しかしながら、ナノ−スピノサド群では、劣化ピークが観測されず、ナノ空洞内に担持されたスピノサドについてシリカシェルがＵＶ照射に対する保護効果を有することを示唆する。
【００９９】
シリカナノ粒子中に担持されたスピノサドが依然として効果的であることを確認するために、本発明者らは、牛ダニ、オウシマダニに対するスピノサドおよびナノ−スピノサドのｉｎ  ｖｉｔｒｏの効果を評価した。試験は、バイオセキュリティ科学研究所（クイーンズランド州）において標準的な幼虫浸漬試験を用いて行った。幼虫浸漬試験では、貯蔵液（１０ｍｇ／ｍｌ）に対する活性物質を抽出するためにスピノサドおよびナノ−スピノサドの両方を最初に有機溶媒（アセトン中に２％のトライトンＸ−１００）中に溶解して、次に水で希釈した。スピノサドおよびナノ−スピノサドの両方が牛ダニの幼虫に対して用量依存性死亡率を示す。ＬＣ範囲を狭めるために３つのアッセイを行った。アッセイ３では、スピノサドは、幼虫の牛ダニに対して、それぞれ、２４ｈで５４および１９６ｐｐｍのＬＣ５０およびＬＣ９９値を示す。ナノ−スピノサドは、幼虫の牛ダニに対して、それぞれ、２４ｈで４６および１５９ｐｐｍのＬＣ５０およびＬＣ９９値を示す。ナノ−スピノサドのこれらの結果は、ダニの幼虫モデルに対して比較可能かつわずかにより良好な毒性を示す。この結果は、カプセル化後に、シリカナノ粒子中に担持されたスピノサドが依然として効果的であることを確認する。
【０１００】
この実施例は、ＭＳＨＳ−ＲＳが動物の被毛に対して延長された付着挙動を示すことを示す。回転蒸発法を用いて、スピノサドをかかる中空ＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子中へ約１００％の担持量で担持できる。担持量は、ＴＧＡ分析によって決定されるように２８．６〜３７．５％（ｗｔ／ｗｔ）まで達することができて、一方でＷＡ−ＸＲＤおよびＤＳＣ分析は、スピノサドがＭＳＨＳ−ＲＳのナノ空洞中に非晶質状態で分散されることを確認した。その結果として、スピノサドの放出挙動は、純粋なスピノサドに比べて改善される。そのうえ、シリカシェルは、ナノ空洞内に担持されたスピノサドのためにＵＶ照射に対する保護効果を有し、従って、ＵＶ遮蔽および不安定なスピノサドの保護を提供する。ＭＳＨＳ−ＲＳの空洞中に担持後のナノ−スピノサドが牛ダニの幼虫（オウシマダニ）に対して同程度に効果的であることがわかる。スピノサド−ＭＳＨＳ−ＲＳの強化された水溶性、ＵＶ安定性、および被毛付着力によって、このナノ製剤は、現場条件下で延長された効力の持続期間を有することが期待される。
【０１０１】
実施例２  ＭＳＨＳ−ＲＳの形成
この実施例は、ＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子の形成のための本発明の第３の態様の方法のある実施形態を記載する。
【０１０２】
単分散の粗いシリカ中空球体の制御された合成のための手順を図９に概略的に示す。典型的なＳｔｏｅｂｅｒ合成条件において、６ｈの重合後に１８０ｎｍの直径をもつレゾルシノール−ホルムアルデヒド（ＲＦ）ナノ球体を室温で形成するために、７０ｍＬのエタノール、１０ｍＬの水および３ｍＬのアンモニア（２８重量％）を含むｐＨが約１１．５の塩基性溶液中へレゾルシノール（０．１５ｇ）およびホルムアルデヒド（０．２１ｍＬ）を添加した。これらのＲＦナノ球体は、最終的に除去されることになる犠牲粒子を形成することになろう。次に、反応溶液中にある量のテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を添加し、その後にステップＩＩにおいて５分後にレゾルシノールおよびホルムアルデヒドのさらなる添加が続いた。ステップＩＩではシリカおよびＲＦの堆積速度の間の違いに起因して、予め形成されたＲＦコア球体上に３層シェルが形成された。特に、シリカオリゴマーの凝縮速度がＲＦオリゴマーに比べてより速いために、予め形成されたＲＦ球体の表面上に比較的高密度のシリカ層が初めに堆積された。ある時間の経過後に、ＲＦオリゴマーが重合し始めたときに、ＲＦの相互成長がシリカ種とともに第１のシリカ層の表面上で始まり、その後にこれらの２つの種の優先的には縦方向の成長が続いた。これが「ロッド状」シリカおよびＲＦのハイブリッド第２層の形成をもたらした。シリカ種の消費に伴って、残りのＲＦオリゴマーが第２の層上にさらに堆積して、純粋なＰＦの最外層を形成した。ステップＩＩにおいて添加されるＴＥＯＳの量を１．４から０．６ｍＬへ調整することにより、シリカ種の凝縮速度の減少に起因して、第１のシリカ層の厚さが減少し、「ロッド状」シリカの間の距離が拡大した。注目すべきは、わずかに０．６ｍＬのＴＥＯＳが添加されると、第１のシリカ層が連続的ではなく、いくつかの割れ目が存在したことである。これは、予め形成されたＲＦ表面上にシリカ核が離散して分布することと、一緒に合体して比較的連続的に連結したシリカ層を形成する前の成長が遅いこととに起因するであろう。ステップＩＩＩでは空気中でのか焼後に、ハイブリッド複合体中のＲＦ種が除去されて、粗い表面をもつシリカ中空球体が残った。最終的なシリカ生成物がＳ−１．４、Ｓ−１．０およびＳ−０．６と示され、ここで数は、ステップＩＩにおけるＴＥＯＳ添加の体積量を表す。
【０１０３】
Ｓ−１．４、Ｓ−１．０およびＳ−０．６の代表的な透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を図１０Ａ〜１０Ｃに示す。粗い表面をもつ単分散のシリカ中空球体をすべての試料で観察した。Ｓ−１．４、Ｓ−１．０およびＳ−０．６の平均粒子サイズを、それぞれ、３００、２８０および２５０ｎｍと推定した。３つの試料の中空空洞サイズは、約１６０ｎｍでほとんど同じであり、予め形成されたＲＦナノ球体のサイズ（１８０ｎｍ）より相対的に小さい。これは、か焼中の収縮によって生じるであろう。シェル上の粗い「ロッド状」構造をＴＥＭ像から明確に識別できて、シェル上のシリカ「ロッド」の分布密度の減少も明らかにすることができる。粒子サイズおよび単分散性を決定するために、動的光散乱（ＤＬＳ：ｄｙｎａｍｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）分析をさらに利用した。図１０Ｄに示されるように、Ｓ−１．４、Ｓ−１．０およびＳ−０．６の流体力学的直径は、それぞれ、約２９５、３１０および３２５ｎｍであり、取り囲まれた水分子に起因してＴＥＭによって決定された直径よりわずかに大きい。多分散指数（ＰＤＩ：ｐｏｌｙｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｉｎｄｅｘ）値が小さい（それぞれＳ−１．４、Ｓ−１．０およびＳ−０．６について０．０５３、０．０８６、および０．１０１）、狭い粒子サイズ分布曲線は、すべてのシリカ中空球体が均一な粒子サイズおよび優れた単分散性を保有することを示す。
【０１０４】
図１０に示すＴＥＭ像に示すように、「ロッド状」の粗い構造は、明確に識別できるが、その下の第１のシリカ層は、シリカシェルの内部にはより高いコントラストが現れたにも係わらず、ほとんど明らかにされない。これらの粗いシリカ中空球体の詳細な構造をさらに探究するために、＋７０°〜７０°の一連の傾斜を１°の増加ステップで撮ることによって、電子断層撮影（ＥＴ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術を利用した。断層像は、１０ｎｍのＡｕの基準アラインメントを用いた傾斜像をＩＭＯＤを通じて処理することによって得た。粗いシリカ中空球体の中央部分を参照する断層像スライスを図１１Ａ〜Ｃのとおり示す。ＴＥＭ像から観察したシリカシェルは、実際には、一方の相対的に高密度のシリカ層と、他方の「ロッド状」構造をもつ粗い層との２つの層からなった。高密度シリカ層の厚さは、Ｓ−１．４では４１ｎｍからＳ−１．０では３１ｎｍ、さらにＳ−０．６では１９ｎｍへ減少した。厚さの減少は、ＴＥＯＳ量の添加が少ないほどシリカの凝縮速度が遅いことに起因するであろう。興味深いことに、Ｓ−１．４（図１１Ａ）およびＳ−１．０（図１１Ｂ）では相対的に高密度のシリカシェルがいずれも連続的であり、中空空洞を接続する細孔構造が何もない。しかしながら、Ｓ−０．６ではシリカシェルがこの層上に分布した幅が約１〜２ｎｍのいくつかの裂け目（図１１Ｃ，黒い矢印）を示し、小分子が内部の中空空間にアクセスするための輸送チャンネルをこれらの裂け目が提供した。
【０１０５】
この「ロッド状」構造と中空球体表面上のその分布とをさらにキャラクタライズするために、定量的な比較を行った。これらの粗い中空球体の同様の粒子サイズに起因して、各シリカ「ロッド」間の距離がその分布密度を間接的に表現できる。シリカ「ロッド」間の介在ジオメトリーが従来の細孔構造とは異なるにしても、その空間を窒素収着分析およびその細孔サイズ分布（参考文献  Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １９９９，１５：８７１４；Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，３１７：４４２）によって明らかにすることもできる。図１２Ａに示されるように、これらの粗いシリカ中空球体の窒素吸着および脱離結果は、０．５〜１．０のＰ／Ｐ０の間にヒステリシスループをもつＩＶ型等温線を呈示して、中空球体表面上のメソ細孔構造の存在を示した。図１２Ｂに示されるようなＢＪＨ吸着枝による細孔サイズ分布は、各シリカ「ロッド」間の距離がＳ−１．４の約６．３ｎｍからＳ−１．０の７．５ｎｍ、およびＳ−０．６の９．３ｎｍへ広がることを示した。シリカ「ロッド」間の距離の拡大に伴って、より多くの空間が窒素分子の凝縮のために提供され、それによってより多くの吸着量を最終的に達成するであろう（参考文献  Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １９９９，１５：８７１４）。これは、介在距離の拡大に伴う、表面積および細孔容積のＳ−１．４の１３３ｍ２／ｇおよび０．１９ｃｍ３／ｇからＳ−１．０の１６７ｍ２／ｇおよび０．２６ｃｍ３／ｇ、ならびにＳ−０．６の１８２ｍ２／ｇおよび０．３７ｃｍ３／ｇへの増加と合致する。
【０１０６】
様々な基板上の表面粗さの導入をバイオミメティック・アプローチによってマイクロスケールおよびナノスケールの両方で達成した。ナノ粒子を作るシリカは、通常は親水性であるにも係わらず、表面粗さが強化された疎水性をもたらす。しかしながら、水滴の接触角の結果の従来のキャラクタリゼーションアプローチを個々の粒子の接触角と、特にナノスケールで、容易に関連付けることはできない。従って、個々のナノ粒子のオイル−水表面上での比例的な捕捉に基づく、ゲル・トラッピング技術（ＧＴＴ）が開発された［参考文献：Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００４，２０：９５９４］。粒子をオイル−水表面上に広げて、引き続き水相をゲル化することによって、水相上にトラップされたナノ粒子が次に複製され、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ：ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ））エラストマーで持ち上げて、ＰＤＭＳ表面に部分的に埋め込まれた粒子をＳＥＭで撮像することができる［参考文献  Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２００３，１９：７９７０］。この方法は、異なる表面粗さをもつ個々のナノ粒子について表面疎水性を定量的に比較し、粗い構造の介在距離とその疎水性との間の相関性を示すことを許容する。粗い構造による表面疎水性の強化の正当性を示すために、対照として厚さが６０ｎｍでシェル上に明らかなメソ細孔がない比較的高密度のシリカシェルをもつ、滑らかなシリカ中空球体（図５Ａ挿入部分）を選択した。図５に示すように、滑らかな表面は、わずかに６１°の接触角を呈示し、一方で表面上に粗い構造が現れると、接触角は、Ｓ−１．４について７３°およびＳ−１．０については８６°に増加した。さらに大きい介在距離によって、接触角は、１０２°に達することができて、粗さの導入によって親水性のシリカ材料に疎水性表面が備わること、およびシリカ「ロッド」間の距離の拡大に伴って粒子の表面疎水性が増加することを示す。
【０１０７】
疎水性材料を取り込むために粗い表面の中空シリカ球体が有用であることを示すために、粗いシリカ中空球体をリゾチーム吸着に用いた。ちなみに、対照群としてわずかに８２μｇ／ｍｇを達成した滑らかなシリカ中空球体を採用した。粗いシリカ中空球体では、リゾチーム吸着に対する明らかな強化が図６において観察され、Ｓ−１．４およびＳ−１．０について、それぞれ、容量が３５８および４０８μｇ／ｍｇに増加した。特にＳ−０．６では、さらに６４１μｇ／ｍｇと高い吸着能力を到達できた。この吸着能力の増加は、より大きい介在距離、表面粗さによって導入された細孔容積の増大および強化された表面疎水性、ならびに球体のアクセス可能な中空中心コアによって提供された容積に原因を帰せられるはずである。
【０１０８】
実施例３  生体システムに用いるための送達システム
生体システムでは、通常、すべての長距離非共有結合相互作用のうちで疎水性相互作用が最も強いと考えられる。疎水性相互作用は、薬物の放出速度を適合させるのに加えて、生体分子の吸着にとって有益であり、細胞膜との相互作用を改善して、細胞送達のためのナノ粒子の取り込みを増加させる。疎水的性質をもつナノ粒子を生成するための便利なアプローチのうちには、疎水性組成物または官能化の選択がある。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの疎水性材料は、薬物送達用ナノスケール・ビヒクルとして大いに有望であった。しかしながら、主な懸念の１つは、ＣＮＴが環境およびヒトの健康にとっておそらく危険であり、それらの本質的な毒性を低減するためにさらなる表面官能化を必要とするという事実である。疎水性薬物／タンパク質の担持を強化して細胞送達性能を改善するために、アルカンチオール類およびアルキル鎖などの疎水性部分が金およびシリカを含む様々なナノ粒子の表面上へ修飾されてきた。しかしながら、化学的にグラフトされた疎水性基は、望まれない毒性およびナノキャリアの細孔ブロッキングをもたらす傾向があった。それゆえに、代わりのアプローチを採用して安全かつ効率的なナノキャリア・システムを設計することが課題である。
【０１０９】
この実施例では、より小さいサイズ（約直径１３または３０ｎｍ）をもつシリカシェル粒子を相対的により大きいサイズ（約２００または４００ｎｍ）をもつシリカのメソポーラスな中空球体上へ添加することによって、表面粗さのエンジニアリングを達成した。表面を粗くすると、外表面上に空気の補足のための空洞（Ｒ１の半径をもつ小さいシェル球体の間の空間）を生み出す。この設計では、Ｒ２（Ｒ２＞＞Ｒ１）の半径をもつ内部球状空洞がシリカシェル中のメソ細孔を通じて空気と接続されるため、空気ポケットが著しく拡大される。メソポーラスな中空シリカ（ＭＨＳ）のケースにおけるように、シリカ中のヒドロキシル基が水分子を吸収する傾向があるため、空隙中にトラップされた空気の水分子への反発力が濡れ過程に対するエネルギー障壁を提供する。粗い中実Ｓｔｏｅｂｅｒ（ＲＳＳ：ｒｏｕｇｈ  ｓｏｌｉｄ  Ｓｔｏｅｂｅｒ）シリカナノ粒子に比べて、シリカの粗いメソポーラスな中空球体（ＲＭＨＳ：ｒｏｕｇｈ  ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ  ｈｏｌｌｏｗ  ｓｐｈｅｒｅｓ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃａ）は、空気をトラップするためにより多くの空間を提供し、濡れ過程の間のより高いエネルギー障壁、ひいては、より際立った疎水性につながる。ＲＭＨＳの親水性組成物の性質が「最後の手段」の抗生物質バンコマイシン（ＶＡＮ：ｖａｎｃｏｍｙｃｉｎ）の高い担持能力を提供し、一方では疎水的性質がＶＡＮの制御放出および細菌への付着を容易にして、遊離したＶＡＮおよびＭＨＳ−ＶＡＮに比べて強化された抗菌効力をもたらす。
【０１１０】
ＭＨＳナノ粒子を界面活性剤指向アルカリ・エッチング戦略を用いて合成した。ＲＭＨＳは、アミノ基官能化後に正電荷を帯びたＭＨＳを負電荷を帯びたＳｔｏｅｂｅｒシリカナノ粒子（約直径４０ｎｍ）と混合し、その後、か焼することによって調製した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および高解像度透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ：ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）像は、平均サイズが４５０ｎｍのＲＭＨＳが均一な球状モフォロジーで首尾よく調製されたことを示す（図１４ａ，１４ｃ）。ＲＭＨＳの表面は、４０ｎｍのシリカナノ球体で均質にデコレートされ、シリカナノ球体がＭＨＳの表面へ首尾よく付着したことを示す。対照的に、ＭＨＳ（図２ｂ，２ｄ）は、３５０ｎｍの平均粒子サイズを有する。ＨＲＴＥＭ像（図１４ｃ，１４ｄ）は、ＲＭＨＳおよびＭＨＳの中空コア＠多孔性シェル構造を明確に示す。中空コアは、直径が約２３０ｎｍであり、多孔性シェルは、厚さが約６０ｎｍである。ＳＥＭ像は、ＭＨＳおよびＲＭＨＳの両方について単分散モフォロジーをもつナノ粒子の中空コアを示す。ＭＨＳおよびＲＭＨＳの流体力学的サイズを動的光散乱（ＤＬＳ）によってさらに測定し、ＭＨＳについて３９６ｎｍおよびＲＭＨＳについて４５９ｎｍのサイズを示し、ＳＥＭおよびＴＥＭの両方の結果と一貫性がある。２つの近接したシリカナノ球体間の距離は、約３０ｎｍと測定され、それらの間のギャップが空気の捕捉のための空間を提供する。
【０１１１】
ＭＨＳおよびＲＭＨＳのいずれもＨ２型ヒステリシスループをもつ典型的なＩＶ型等温線を呈示し、良好に画定されたメソ細孔の存在を示した。バレット・ジョイナー・ハレンダ（ＢＪＨ：Ｂａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）法を用いて吸着枝から算出された細孔サイズ分布は、いずれの試料も３．５ｎｍを中心とする均一なメソ細孔を有することを示した。ＲＭＨＳは、シェル粒子が中実であるため、ＭＨＳに比べて相対的により小さい表面積を有する（３４２対４２７ｍ２ｇ−１）。ＲＭＨＳのより大きい細孔容積（ＭＨＳの０．３１に対して０．４６ｃｍ３ｇ−１）は、０．９５より高い相対圧力（Ｐ／Ｐ０）において生じた毛管凝縮ステップによって反映される粒子間充填空隙（ｐａｃｋｉｎｇ  ｖｏｉｄ）に主な原因を帰せられる。ｚ電位による表面電荷測定は、ＲＭＨＳおよびＭＨＳのいずれも同程度に負電荷を帯びていることを示した。フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって確認されるように、いずれの試料も純粋なシリカの組成を有し、１６２０ｃｍ−１に物理吸着水（−ＯＨ）、７９０ｃｍ−１にシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）、ならびに１０６２および４４９ｃｍ−１にシロキサン基（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）に関する特性ピークを示す。
【０１１２】
ナノ粒子の疎水性を水／ジエチルエーテルの混合溶媒中のＭＨＳおよびＲＭＨＳの分散によって観測した。ＲＭＨＳは、ジエチルエーテル層（疎水性溶媒）の底に選択的に存在し、一方でＭＨＳは、軽い振とうなしでも水層（親水性溶媒）中に直接に分散する。ＲＳＳも水／ジエチルエーテル層中でＲＭＨＳと同様の挙動を示していた。これは、水分子に対するＳｉ−ＯＨの親和性と、（図１に提示されるような）空隙中にトラップされた空気のオイルおよび水分子の両方に対する反発力との間の競合に起因して生じた。熱重量分析（ＴＧＡ）プロファイルは、ＲＭＨＳについて２００℃未満で０．９％の小さい重量減少、一方でＭＨＳについては７．２％を提示し、これらは、水分の蒸発に原因を帰することができる。ＴＧＡの結果は、表面粗さの導入がＲＭＨＳをより疎水性にし、従って、ＲＭＨＳがＭＨＳより少ない水分を雰囲気から吸収することを示す。
【０１１３】
ナノ粒子の相対的な疎水性を定量的に決定するために、色素（ローズベンガル，ＲＢ：ｒｏｓｅ  Ｂｅｎｇａｌ）吸着法も採用した。ＲＭＨＳ、ＭＨＳおよびＲＳＳについて分配係数（ＰＱ：ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｑｕｏｔｉｅｎｔ）対ナノ粒子表面積／ｍｍのプロットを構築した。このプロットの勾配は、ナノ粒子の相対的な疎水性に比例する。０．０００６７５×１０−９ｍＬμｍ−２の勾配をもつＲＳＳに比べて、ＲＭＨＳは、０．００１０６×１０−９ｍＬμｍ−２のより大きい勾配値を生じ、ＲＭＨＳの疎水性がＲＳＳに比べてより高いことを示した。他方、ＭＨＳは、有意な値をもたない最も小さい勾配を示して、親水性を示唆した。
【０１１４】
ＲＭＨＳおよびＭＨＳをリボヌクレアーゼＡ（ＲＮＡＳＥ）、インスリン（ＩＮＳ）およびリゾチーム（ＬＹＳ）を含む３つの疎水性タンパク質、疎水性色素ディスパースレッド１（ＤＲ１）ならびに疎水性薬物グリセオフルビン（ＧＲＩＳ）の吸着に用いた。図１５ａに示すように、５つの吸着質についてより高い担持能力をＭＨＳではなくもっぱらＲＭＨＳによって達成した。ＲＭＨＳをＭＨＳと比べたときに、ＤＲ１（図１５ｂ）およびＬＹＳの吸着速度がＭＨＳに比べてより速いことも観測した。これらの結果は、ナノ粒子の強化された表面疎水性が疎水性分子のより高くてより速い担持にとって有利であることを示す。ＬＹＳに対するＲＳＳの担持能力も２５．９ｍｇ  ｇ−１と測定した。ＲＭＨＳ（２６３．１ｍｇ／ｇ）に比べて、ＲＳＳのＬＹＳ担持量がずっとより低いのは、その中実性に原因を帰することができる。
【０１１５】
ＲＭＨＳの疎水性を誘起した空気の役割をさらに理解するために、真空条件下で気泡を除去した後に溶液中でＬＹＳに対するＲＭＨＳの吸着能力を行った。ＲＭＨＳ上のＬＹＳの吸着量は、ＭＨＳの吸着能力（１６１．５ｍｇ  ｇ−１）に相当して、（２６３．１ｍｇ  ｇ−１から１７２．１ｍｇ  ｇ−１へ）３７．３％減少することがわかった。予備超音波プロセスを省略してナノ粒子によりトラップされた大部分の空気を維持することによって追加実験を行った。超音波処理のないＲＭＨＳでは図１５ａにおける予備超音波処理ステップを受けたＲＨＭＳを用いた吸着に比べてより高いＬＹＳ担持量を達成し、増分は２７．５％であった。これらの結果は、タンパク質に対する吸着を引き続き改善するＲＭＨＳ構造上の疎水性溶媒としての空気の役割を確認した。対照的に、表面粗さは、図４ｃに示されるように、親水性分子ＶＡＮの担持能力に影響を与えなかった。この疎水性分子を用いて同様の担持値をＭＨＳおよびＲＭＨＳの両方について達成した。しかしながら、ＭＨＳについて８ｈで１００％の放出と比較して、ＲＭＨＳの疎水的特性は、３６ｈ超までＶＡＮの持続放出挙動を可能にした（図１５ｃ）。
【０１１６】
同じ調製方法を用いて、同様のモフォロジーをもつコアナノ粒子のサイズをさらに細かく調整できる。本発明者らは、２００ｎｍの平均コアサイズと１３ｎｍのシェル粒子サイズとをもつＭＨＳおよびＲＭＨＳを首尾よく調製して、ＭＨＳ２００ならびにＲＭＨＳ２００と名付けた。いずれのナノ粒子も、ＴＥＭおよびＳＥＭ像によって示されるようにより大きい粒子（ＭＨＳおよびＲＭＨＳ）と比べて同様の表面モフォロジーを有する。ＭＨＳ２００およびＲＭＨＳ２００は、より大きいサイズの粒子に比べて、わずかにより小さい細孔サイズ（３．４ｎｍ）および相対的により大きい細孔容積（ＭＨＳ２００について０．３８ｃｍ３ｇ−１およびＲＭＨＳ２００について０．６２ｃｍ３ｇ−１）を有する。
【０１１７】
抗生物質用の送達ビヒクルとしてのナノ粒子の使用は、延長された薬物循環半減期、膜分子と相互作用する薬物の利用可能性の増大、および持続的薬物放出の促進を通じて有望な戦略を提供する。ＶＡＮは、感受性を持つ細菌中で細胞壁の合成を阻害するので、多くの細菌感染の処置に役立つ抗生物質である。表面エンジニアリングされた材料によって送達されるＶＡＮの抗菌効力を実証するために、薬物を担持したナノ粒子を大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ：Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）とともにインキュベートした。より大きい粒子（約４００ｎｍ）に比べて、より小さい粒子の方がより高い細菌毒性効果を呈示することをスクリーンテストが示したため、この調査では２００ｎｍのサイズをもつナノ粒子（ＭＨＳ２００およびＲＭＨＳ２００）を選んだ。菌液の６００ｎｍにおける光学濃度（ＯＤ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）をモニタすることによってＶＡＮ、ＭＨＳ２００−ＶＡＮおよびＲＭＨＳ２００−ＶＡＮのｉｎ  ｖｉｔｒｏの抗菌作用を評価した。大腸菌（１×１０６ＣＦＵ  ｍＬ−１）を１．５ｍｌの遠心分離チューブ中のルリア・ベルターニ（ＢＬ：Ｌｕｒｉａ−Ｂｅｒｔａｎｉ）培地において様々なＶＡＮ濃度で１８ｈにわたってインキュベートした。大腸菌に対する遊離したＶＡＮの最小発育阻止濃度（ＭＩＣ：ｍｉｎｉｍｕｍ  ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）値を２５μｇ  ｍＬ−１と観察した（図１６ａ）。この値は、ＲＭＨＳ２００−ＶＡＮでは２０μｇ  ｍｌ−１に減少し、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ大腸菌培養物においてＶＡＮ共役ＭＣＭ−４１で用いられた１８ｈにおける薬用量（２００μｇ  ｍｌ−１）より低かった。別の実験では、ＶＡＮ含有量が同じ２５μｇ  ｍｌ−１のＭＨＳ２００−ＶＡＮ、ＲＭＨＳ２００−ＶＡＮおよび遊離したＶＡＮを１×１０６ＣＦＵ  ｍＬ−１の大腸菌とともにＬＢ培地中でインキュベートして、ＯＤを時間の関数として測定した。ＲＭＨＳ２００−ＶＡＮは、２４ｈを通じて１００％の抑制を維持することを観察した。しかしながら、ＯＤにおける増加によって分かるように、ＭＨＳ２００−ＶＡＮおよび遊離したＶＡＮ群の両方において１８ｈ後に細菌の再増殖を観察した（図１６ｂ）。
【０１１８】
報告されているのは、不十分に抑制された細菌がＶＡＮの抗菌効果を無効にするように新しいぺプチジグロカンを合成する場合にはＶＡＮに曝された細菌の再増殖が生じ得るということである。ＲＭＨＳ２００−ＶＡＮのケースにおいて２４ｈでも大腸菌が１００％抑制されるのは、ナノ粒子の設計に由来する２つの利点に原因を帰せられるはずである、すなわち、１）粗い表面の粒子は、それらの滑らかな対応物に比べてより高い効力を有する；（２）ＲＭＨＳ２００の疎水性は、より大きいサイズのナノ粒子（図１６ｃ）と同様に、ＭＨＳ２００（図１６ｄ）に比べて持続的なＶＡＮの放出につながる。最終的に、薬物の有効時間のウィンドウが増加する。
【０１１９】
ナノ粒子の抗菌効力に関する直接的な証拠を提供するために、ＴＥＭを採用して、培養された大腸菌の２４ｈにおけるモフォロジーを観察した（図１６（ｃ〜ｆ））。処理されていない群では（図１６ｃ）、大腸菌の典型的に円筒状モフォロジーがインタクトなままであった。処理されていない群に比べて、ＶＡＮ処理された群は、細菌膜の損傷を示した（図１６ｄ〜ｆ）。ＭＨＳ２００−ＶＡＮでは、細菌膜中にＭＨＳ２００を見出し（図１６ｅ）、大腸菌の壁／膜の大きな損傷を（図１６ｆ）を明確に観察した。正常ヒト皮膚線維芽細胞（ＨＤＦ：ｈｕｍａｎ  ｄｅｒｍａｌ  ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ）へのＭＨＳ２００およびＲＭＨＳ２００の細胞毒性もＭＴＴアッセイによって評価した。いずれのナノ粒子も著しい細胞毒性が５００μｇ／ｍＬまでの濃度でも観測されず、優れたバイオ不活性およびキャリア・システムとしての材料の安全性の証拠を提供した。
【０１２０】
結論として、この実施例は、本発明者らが新規なナノ粒子を首尾よく調製したことを示し、これらのナノ粒子は、親水性のシリカ組成物をもつが、表面粗さの修正を通じて疎水的性質を有し、滑らかな表面をもつそれらの対応物に比べて、疎水性分子のより高い担持能力と親水性薬物のための持続放出とを示す。この調査から得られた基本的な理解は、安全な組成をもち、かつ高性能な広範囲の薬物送達用途におけるナノキャリアの開発のための新しい戦略を提供する。
【０１２１】
実施例４  炭素質ナノ粒子の調製
この実施例では、構造指向剤がない場合に制御可能なメソ構造およびモフォロジーをもつ、自己組織化されたコロイド状炭素ナノ粒子を調製するための新しい逐次的な不均質核生成（ＳＨＮ：ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）経路を報告する。ＳＨＮの概念を図１７に概略的に示す。合成は、前駆体としては単にテトラエトキシシラン（ＴＯＥＳ）、レゾルシノールおよびホルムアルデヒド（ＲＦ）を用い、ＮＨ３・Ｈ２Ｏを触媒としてエタノール／水系で行う。ステップＩではＴＥＯＳおよびＲＦ前駆体を一緒に混合したときに、ＲＦ系に比べて相対的により速い凝縮速度に起因して、均質核生成プロセスを通じてＳｔｏｅｂｅｒ球体を形成する。シリカ球体を一旦形成すると、不均質核生成を通じてＲＦ前駆体がシリカ表面上に選択的に凝縮する。壁構造を調整するために、ステップＩＩではＴＥＯＳを再び導入し、ＴＯＥＳがその後の不均質核生成プロセスを通じてＲＦシェル表面上に一様に分布したシリカナノ粒子を形成する。残りのＲＦオリゴマーは、シリカナノ粒子の上にさらに凝縮して、第２のＲＦ層を作り出す。不活性雰囲気下の水熱処理有りまたは無しの炭化（ステップＩＩＩ）とそれに続くシリカの除去（ステップＩＶ）後に、２層構造をもつメソ構造の中空炭素球体（ＭＨＣＳ：ｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｈｏｌｌｏｗ  ｃａｒｂｏｎ  ｓｐｈｅｒｅ）を得る。炭素／シリカシェルの厚さを制御することによって、２層モフォロジー（陥入、内部陥入、またはインタクト球体）およびメソ細孔サイズを精密に調節できる。
【０１２２】
図１８（Ａ，Ｃ）に提示した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像から、ステップＩＩＩにおいて水熱処理なしに調製したＭＨＣＳは、球体の片側がもう一方の側へ包みこまれた萎んだバルーンとよく似た、陥入した回転楕円体状モフォロジーを呈示する。陥入ＭＨＣＳの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像は、明確に２層の中空内部構造を示す（図１８Ｂ）。ＭＨＣＳが水熱処理を用いて調製されるときには、ＳＥＭ像によって示されるようにインタクト回転楕円体状モフォロジーが得られる（図１８Ｃ）。これらの粒子に関するＴＥＭ観察も２層の同心球状構造を示す（図１８Ｄ）。
【０１２３】
陥入およびインタクトＭＨＣＳは、それぞれ、２５０および２７０ｎｍの均一な外径を呈示する。そのうえ、いずれの粒子も水溶液中によく分散し、単分散のコロイド状懸濁物について一般に観察される特徴的なチンダル効果を作り出す（図１８Ｅ）。動的光散乱（ＤＬＳ）測定は、それぞれ、陥入およびインタクトＭＨＣＳについて２６５および２９５ｎｍの水和した粒子サイズを明らかにする（図１８Ｆ）。２つの試料についての狭いサイズ分布および低い多分散指数（０．１のＰＤＩ）は、いずれのＭＨＣＳも均一性の高い粒子サイズおよび優れた水分散性を保有することを示す。高解像度ＳＥＭ像は、陥入ＭＨＣＳでは多孔性が高く開いた細孔入口をもつ粗い外表面を明らかにする。これに対してインタクトＭＨＣＳは、相対的に滑らかで連続的な表面モフォロジーを呈示する。
【０１２４】
ＭＨＣＳなどの複雑な内部構造をもつ３次元（３Ｄ）ナノ物体について、従来型ＴＥＭによって検討すると、紛らわしい情報を提供する場合がある。その理由は、ＴＥＭ像がある厚さにわたる集合的な構造情報を提供し、それを２Ｄ投射像にマージするためである。例えば、内層と外層との間の微細構造が明確でない。そのうえ、図１８Ｂに示される（矢印で示された）２つの球体は、陥入していないように思われるが、この効果は、電子ビームが陥入面に垂直に通過することにおそらく起因するであろう。電子断層撮影（ＥＴ）は、複雑な構造の先端的な３Ｄ画像化のために急速に開発が進められている技術であり、これにより一連の２Ｄスライスから構築された３Ｄモデルを用いて、材料の内部構造を仮想的に再構築できる（１９，２０）。
【０１２５】
本発明者らは、ＭＨＣＳの詳細な構造を調べるためにＥＴ技術を用いた。＋７０〜−７０°の範囲内の一連の傾斜画像を１°のインクリメントで撮った。この技術を用いると、陥入ＭＨＣＳ粒子が陥入からインタクト球状構造へ明らかに変化することを明確に観察できる。これは、従来型ＴＥＭのみによって提供されるデータの曖昧さを際立たせて、複雑で非対称的なアーキテクチャをもつ材料のためのＥＴキャラクタリゼーションの重要性を確認する。ＭＨＣＳの詳細な内部構造を観察するために、２つの垂直に傾斜したシリーズからＩＭＯＤソフトウェア（２１）を用いて電子断層像を生成した。ＭＨＣＳの陥入面に対して垂直にカットするＥＴスライス（図１９Ａ）は、明確に２層の三日月状モフォロジーを呈示する。内層および外層は、厚さがおよそ１〜２ｎｍの薄い炭素ブリッジ（黒矢印で示す）によってリンクされている。対照的に、インタクトＭＨＣＳの傾斜シリーズは、回転を通じて完全に球状のモフォロジーを明らかにする（データは示さない）。図１９ＣにおけるＥＴスライスは、インタクトＭＨＣＳについて満月状モフォロジーを示し、２つの同心円状の層は、厚さがおよそ４〜５ｎｍのより実質的な炭素ブリッジによってリンクされている。
【０１２６】
陥入およびインタクト試料は、内部および外部シェルの厚さならびに連続性の度合いも著しく異なる。陥入およびインタクト試料の外層は、相対的に連続的に見え、平均厚さがそれぞれ６および１２ｎｍであるが、陥入構造の内層は、インタクト構造と比べたときに、より脆くて不連続な内部シェルを形成する多くの欠陥および途切れを示す。２つの層間の空隙の平均サイズは、それぞれ、陥入およびインタクトＭＨＣＳについて半径方向に内部から外部シェルまでおよそ１５および２０ｎｍの寸法である。オレンジ色の内部シェルおよび黄色の外部シェルをもつ２つのＭＨＣＳについてデジタル的に再構成された構造を、それぞれ、図１９Ｂおよび１９Ｄに示す。陥入ＭＨＣＳでは内部および外部シェルの両方の陥入を観察できて、一方でインタクトＭＨＣＳでは球状モフォロジーが見られ、ＴＥＭおよびＳＥＭからのモフォロジー観察結果と一貫性がある。そのうえ、内部および外部シェルをリンクする炭素ブリッジも陥入およびインタクトＭＨＣＳの両方について観察できる。
【０１２７】
陥入およびインタクトＭＨＣＳの両方についての窒素収着の調査は、ＩＶ型吸着等温線を示す。吸着枝から算出されたＢＪＨ細孔サイズは、それぞれ、陥入およびインタクトＭＨＣＳについて１５．９および１８．０ｎｍの細孔サイズを示す。これらの細孔サイズは、ＥＴおよびＴＥＭ顕微鏡像で観察し、内部および外部シェル間で測定した層間距離と密接に対応し、この閉じ込められた層間空間がＢＪＨ細孔サイズ分布の要因であることを示唆する。陥入ＭＨＣＳのＢＥＴ表面積および細孔容積（それぞれ、１０３２ｍ２ｇ−１および２．１１ｃｍ３ｇ−１）は、インタクトＭＨＣＳについて得られた値（それぞれ、８８０ｍ２ｇ−１および１．４４ｃｍ３ｇ−１）よりわずかに大きく、これは、より薄いシェル、従って、より中実に構築されたインタクトＭＨＣＳについての体積対表面比の増加に原因を帰せられるであろう。Ｘ線光電子スペクトル（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒａ）は、Ｃ１ｓ（約２８５ｅＶ）およびＯ１ｓ（約５３４ｅＶ）からのピークのみが検出されることを示し、陥入およびインタクトＭＨＣＳの両方の主成分が炭素および酸素であることを明らかにする（２２）。炭素および酸素の質量百分率は、それぞれ、９２．９％および７．１％と算出される。Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンは、ＭＨＣＳの非晶質性を明らかにする。
【０１２８】
ＭＨＣＳの形成メカニズムを理解するために、本発明者らは、シリカ−ＲＦ粒子の核生成および成長プロセスを時間の関数として調べた。ＴＥＯＳもＲＦも同じ条件下で独立に重合して均一な中実粒子を形成できるため（図２０、曲線ＩおよびＩＩ）、最初にそれらの個別の反応カイネティクスを検討した。利用された合成条件下で、ＴＯＥＳの重合は、１５分（ｍ）以内にシリカ粒子の形成をもたらし、これは、Ｓｔｏｅｂｅｒ球体の形成において一般に観測される典型的な誘導時間と一貫性がある（２３）。これらの球体は、次に２ｈまで急速にサイズが増加し、その後は粒子サイズが比較的不変である。他方、同じ条件下のＲＦ重合は、よりゆっくりと成長しながら球体を形成する。いくつかの不規則なＲＦポリマー核の形成が１ｈで観察できて、２ｈまでにこれらの核が球状粒子へと発達し続ける。ＲＦ球体は、２〜６ｈまで比較的急速にサイズが増加し、その後は１２ｈまでよりゆっくりと成長する領域が続く。曲線ＩＩから、遊離したＲＦオリゴマーが１２ｈでも合成系に存続することが推定できる。
【０１２９】
ＴＥＯＳおよびＲＦを同時に添加したときに、図２０の曲線ＩＩＩは、粒子サイズが最初は（１ｈまで）シリカ粒子のみが形成される純粋なシリカ系と同じ傾向に従うことを明らかにする。２ｈ以降は、粒子サイズが徐々に増加し、１２ｈにおいて２５０ｎｍになり、ＲＦシェルの厚さが時間の関数として増加するシリカ＠ＲＦコア−シェル構造を形成する。炭化／シリカエッチング後に中実ＲＦ球体または中実炭素球体の証拠を見出すことはできず、ＲＦ重合系がシリカコアの表面上で均質から不均質核生成へ変化したことを示し、これは、表面上の不均質核生成に対する自由エネルギー障壁が均質核生成に比べてかなり低いという古典的な核生成理論と一貫性がある。しかしながら、このアプローチは、最終生成物のモフォロジーおよびメソ構造をほとんど制御しないミクロポーラス壁のみをもつ中空炭素球体をもたらし、従って、用途が限られる。
【０１３０】
ステップＩＩにおいて注意深く選ばれた６ｈの時点でＴＥＯＳが導入されるときに、次の２ｈにわたる構造進化をモニタするためにＴＥＭを用いた。空気中のか焼後の試料のＴＥＭ像から、２回目のＴＥＯＳ添加後１５ｍ以内にシリカ＠ＲＦ粒子の表面上にシリカ核の２次的な集団が現れることがわかる。２次的なシリカナノ粒子は、サイズが１５ｍで約５ｎｍから３０ｍで約１０ｎｍまで増加し、その後に一緒にマージして、２ｈでは１８ｎｍの半径方向の厚さをもつ比較的連続的に連結されたシリカシェルを形成する。２次的なＴＥＯＳの添加後に、粒子サイズは、曲線ＩＩＩに示すシリカ＠ＲＦ粒子と比較して、着実に増加し（図２０、曲線ＩＶ）、１２ｈの成長後には直径に３０ｎｍの追加が達成される。ＴＥＭデータは、最終生産物に中実シリカナノ粒子が何も存在しないことを確認する。上記の観察結果は、ステップＩにおいて形成したシリカ＠ＲＦのＲＦ層がその後のＴＥＯＳの不均質核生成をトリガすることを示す。ＲＦ系のより遅い重合挙動に起因して、残りのＲＦ前駆体がシリカ表面上で選択的に核生成する。２つの重合可能な系の逐次的な不均質核生成およびそれらの相互作用が、相互に貫入するシリカ−ＲＦ複合シェル構造を生じさせる。炭化後にコアおよびシェル中のシリカを除去すると、結果としてＭＨＣＳの最終構造を生じる。
【０１３１】
ＭＨＣＳの微細構造のＥＴ結果は、ＳＨＮメカニズムと合致する。２つの炭素層に挟まれたブリッジは、ＲＦと２次的シリカナノ粒子との相互成長に由来する。水熱処理は、ＲＦ系のさらなる凝縮に有利に働き、ブリッジのみならずより厚い２層および最終的にはインタクトＭＨＣＳにつながる。露出した多孔性表面をもつ嵌入ＭＨＣＳは、ステップＩＩＩにおいて水熱処理が用いられないときにより薄いＲＦ層およびブリッジに起因して形成される。
【０１３２】
追加的な核生成サイクルにわたってＳＨＮメカニズムを繰り返すことができる。実証として、シリカおよびＲＦ前駆体の３回目の追加分を系に導入した。結果として生じた３層ＭＨＣＳ構造は、不均質核生成の別のサイクルと一貫性がある。追加されたＴＥＯＳは、ＲＦ表面上で不均質に核生成して、シリカナノ粒子の追加的な集団を形成し、その後にシリカを覆ってＲＦの不均質核生成および成長が続く。複数のサイクルに対して同じ重合条件下でＳＨＮ経路を使用することにより、エレガントな構造をもつナノ材料を設計するための機会を提供する。
【０１３３】
ステップＩＩにおいてＴＥＯＳを添加するための時点を賢明に選択することによって、最終構造の形態を決定できる。ＴＥＯＳがより早く（６ｈではなく３ｈ時点で）追加されたときには、嵌入およびインタクト炭素粒子のいずれについても明らかな２層構造は観察されなかった。代わりに、構造は、単層のメソポーラスな炭素シェルを呈示した。ＴＥＯＳが２４ｈにおいて追加されたときには、１５ｎｍの厚さをもつ中空のミクロポーラスな炭素構造のみを得た。これらの結果は、重合カイネティクスを注意深く制御すること、ならびにＴＥＯＳおよびＲＦ前駆体の核生成プロセスを順次、入念に調節することが２層ＭＨＣＳの形成を可能にすることを実証する。
【０１３４】
中空粒子の陥入に影響を及ぼすパラメータを検討するために、本発明者らは、制御された壁厚をもつ一連の単層中空炭素球体を調製した。壁厚は、攪拌時間を６から３６ｈへ増加させて５から１６ｎｍへ制御した（スキームにおけるステップＩ）。結果は、単層の中空炭素球体の厚さが５ｎｍと薄いときには、大部分の粒子が陥入モフォロジーを示すことを明確に実証する。厚さを８ｎｍに増加させると、少数の陥入球体のみを観察でき、一方で１３ｎｍへ増加させると、インタクト球体のみを生じさせる。この調査は、最終生成物の陥入およびインタクト・モフォロジーを制御するときに炭素層の厚さが決定的に重要な役割を果たすことを示す。
【０１３５】
シェル間の距離をステップＩＩにおいて添加されるＴＥＯＳの量を０．５から２．５ｍｌへ増加させることによって７から２７ｎｍへ調整した。水熱処理なしに調製されたすべての試料は、陥入モフォロジーを呈示し、一方で水熱処理ありの試料は、インタクト球状モフォロジーを呈示する。Ｎ２収着から算出された試料の細孔サイズ、ＢＥＴ表面積および細孔容積は、ＴＥＭ測定から得られた結果と一貫性がある。一般的な傾向として、水熱処理なしの試料が水熱処理ありの試料よりはるかに大きい表面積および細孔容積を呈示しており、本発明者らが前に観測したことと一貫性がある。そのうえ、シェル間の距離が大きいほど、観測された表面積および細孔容積が大きい。これは、大きい層間間隔をもつ試料における拡大されたメソポーラス層間領域に原因を帰することができる。対応するシリカテンプレートは、添加するＴＥＯＳ量の増加に伴ってシリカシェルのサイズおよび連続性が増加することを示す。
【０１３６】
注目すべきことに、層間間隔が２７ｎｍに拡大されときには、水熱処理後に、内層が陥入し、一方で外層はインタクトなままである前例のない構造（いわゆる内部陥入構造）が得られる（図２１Ａ）。図２０Ｂおよび２０Ｃは、それぞれ、（内部陥入面に平行および垂直な）ｘおよびｚ軸に沿って記録した２つのＴＥＭ像を示す。図２１Ｄに示されるＥＴスライスは、内部陥入構造のまさに中央においてｙｚ面に沿った、それぞれ、内層および外層の断面の三日月状および球状モフォロジーを明らかにする。２つの追加のＥＴスライスは、それぞれ、図２１Ａに示すａおよびｂのｚ高さにおいてｘｙ面に沿って与えられ（図２１Ｅおよび２１Ｆ）、適宜、２つの同心リングおよび３つの同心リングを示す。最外リングを中間リングに接続するいくつかの炭素ブリッジを観察できる（図２１Ｅおよび２１Ｆ）。しかしながら、中間リングは、最内リングを接続する観察可能なブリッジを何も有さず、内部球体に元々由来するこれらの２つの表面が融合されないことを示す。これらの明瞭な構造特徴をＥＴ以外の従来のキャラクタリゼーション技術を用いて得ることは不可能であろう。
【０１３７】
内部シェルの陥入は、ステップＩＩの間の厚い連続的なシリカ層の形成に原因を帰することができ、この形成がＲＦの相互貫入を制限し、従って、炭素ブリッジの厚さおよび密度を減少させる。同様に注目されるのは、外部球体のシェル厚が内部陥入球体のシェル厚に比べてより厚く（図２１Ｄ〜２１Ｆ）、水熱処理に原因を帰せられることである。外部および内部シェル間のブリッジからの支持の減少に伴って、より薄い壁をもつより脆い内部球体がより厚いインタクト外部シェルから部分的に外れて陥没し、ユニークな内部陥入ＭＨＣＳを形成する。
【０１３８】
本発明者らは、ＭＨＣＳのリゾチーム吸着への適用をさらに試験した。陥入およびインタクト粒子の両方について、１０分以内に飽和吸着の約７５％を達成できて、リゾチームに対する速い吸着カイネティクスを示唆する。嵌入粒子上のリゾチームの最大吸着量は、６ｈ後に約１２５０μｇ  ｍｇ−１であり、以前の報告に比べてリゾチームに対する最高の吸着能力を示す。速い吸着速度および高い吸着能力は、嵌入ＭＨＣＳの大きい入口サイズ、大きい表面積および疎水性に原因を帰せられるはずである。
【０１３９】
この実施例は、２つの重合可能な系の自己組織化による逐次的な不均質核生成経路を通じて、前例のない構造（陥入、内部陥入、およびインタクト２層モフォロジー）をもつコロイド状炭素粒子が設計されたことを実証する。このＳＨＮメカニズムは、繰り返し生じる不均質核生成サイクルを規定し、このサイクルを通じて、ナノ構造の相互貫入型複合体を自己組織化できて、コロイド状炭素ナノ粒子の構造、モフォロジーを精密に調整できる。
【０１４０】
実施例４：細菌細胞壁への強化された付着力の実証
典型的なグラム陰性菌の大腸菌を採用して、ルリア（ＬＢ：Ｌｕｒｉａ  Ｂｒｏｔｈ）培地中でシリカ中空球体（１００μｇ・ｍＬ−１）とともにインキュベートした。粗いシリカ表面の効果を実証するために、細菌固定化および染色後に電子顕微鏡を用いた直接観察によってＭＳＨＳ−ＳＳおよびＭＳＨＳ−ＲＳ粒子の粒子−細菌付着力を比較した。図２２ａに示されるように、大腸菌は、ＭＳＨＳ−ＲＳ−Ｂ（図２２ｂ）およびＭＳＨＳ−ＲＳ粒子（図２２ｃ）に比べて、細菌表面により少ないＭＳＨＳ−ＳＳ粒子が付着したインタクト・ロッド状モフォロジーを呈示した。注目されるのは、いくつかのＭＳＨＳ−ＲＳ粒子が細菌細胞壁中へ部分的に貪食され、脱離の際に細菌表面上に半球状のくぼみを残すことである（図２２ｃ、黒矢印で示す）。貪食プロセスは、典型的に、ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子と細菌細胞壁との間の強化された付着力の指標である引力的な細胞膜−粒子相互作用の強さに関係する。対照的に、ＭＳＨＳ−ＳＳ粒子の滑らかな表面は、限られた接触面積を界面相互作用のために提供し、結果としてより少ない粒子が細胞表面上に付着する。そのうえ、負電荷を帯びたシリカナノ粒子と細菌表面との両方の間の静電反発力もそれらの相互作用を妨げる。好適なのは、シリカナノ粒子のためにアミノ修飾によって細菌への静電引力を強化することである。しかしながら、アミノ基によって誘起される望ましくない毒性が依然として懸念される。ここでは、表面粗さのエンジニアリングによって、ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子が強化された細菌付着特性を示し、この細菌付着特性は、被毛細菌表面と接触したときにそれらの表面スパイクによって誘起され、多くの接触を通じて強い付着力をもたらす多原子価相互作用に原因を帰せられ得る。
【０１４１】
細菌表面に付着したシリカ量を定量的に分析するために、シリカ粒子とともに培養された細菌を４５０ｎｍ細孔のフィルター膜を通してフィルターした。溶液中に単離した粒子を除去するために広範な洗浄を適用した。凝集したシリカ粒子からの干渉を取り除くために細菌のない試料も対照として分析した。ＩＣＰの結果（図２２ｄ）は、０．１ｐｇより少ないＭＳＨＳ−ＳＳ粒子が各細菌細胞表面上に付着するのに対して、０．３６ｐｇのＭＳＨＳ−ＲＳ−Ｂおよび０．４８ｐｇのＭＳＨＳ−ＲＳ粒子が各細菌上に残ることを示す。
【０１４２】
実施例５：リゾチームを用いた製剤
抗菌薬を含むシリカ粒子の送達効率を実証するために、これらのシリカ中空球体にリゾチームを固定化した。図２３ａに示すように、リゾチーム吸着のために提供した限られた外表面積に起因して、ＭＳＨＳ−ＳＳ粒子は、わずか６１μｇ・ｍｇ−１（シリカのｍｇ当たりのμｇリゾチーム）の最も低い担持能力を示す。対照的に、ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子は、ＭＳＨＳ−ＲＳ−Ｂ粒子によって達成した値（１３５μｇ・ｍｇ−１）の２倍である、２７０μｇ・ｍｇ−１の最も高い担持能力を呈示する。これは、メソ細孔容積の０．１１７ｃｍ３・ｇ−１（ＭＳＨＳ−ＲＳ−Ｂ）から０．２２９ｃｍ３・ｇ−１（ＭＳＨＳ−ＲＳ）への増加に原因を帰せられる。リゾチーム担持前後のシリカ中空球体の表面ゼータ電位を１０ｍＭリン酸緩衝液（ＰＢＳ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｂｕｆｆｅｒ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）中でキャラクタライズした。リゾチーム担持後に、ＭＳＨＳ−ＳＳ粒子のゼータ電位は、−２９ｍＶから−３ｍＶへ劇的に変化し、外表面上に正電荷を帯びたリゾチームが吸着されたことを示す。しかしながら、ＭＳＨＳ−ＲＳ−ＢおよびＭＳＨＳ−ＲＳ粒子では、それらの表面電荷が、それぞれ、−１９ｍＶおよび−１８ｍＶから−８ｍＶおよび−６ｍＶへ変化する。このことが示唆するのは、リゾチーム分子が典型的にＭＳＨＳ−ＲＳ−ＢおよびＭＳＨＳ−ＲＳ粒子のメソ細孔中に固定化され、結果として生じる表面電荷の中和が限られることである。
【０１４３】
実施例６：リゾチーム放出
ＰＢＳ中の初期リゾチーム濃度が一定（２７０μｇ・ｍＬ−１）の条件下で、シリカ粒子からのリゾチーム放出挙動を調べた。ＭＳＨＳ−ＳＳ粒子は、リゾチームのブースト放出（ｂｏｏｓｔ  ｒｅｌｅａｓｅ）を呈示し、１８ｈ以内に８５％超を放出した。これらの滑らかな粒子に比べて、ＭＳＨＳ−ＲＳ−Ｂ粒子は、相対的により遅い放出速度を示し、２４ｈ後にリゾチームのうちの約７５％を放出した。ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子は、３つの粒子のうちで最も持続的な放出プロファイルを呈示し、７２ｈでリゾチームのうちの約７４％のみを放出した。しかしながら、相対的に大きい細孔サイズをもつＭＳＨＳ−ＲＳは、速い放出プロファイルを有することが想定される。ＭＳＨＳ−ＲＳからのタンパク質分子の放出の遅れは、表面粗さおよびアクセス可能な内部空洞によって誘起された表面疎水性の強化から生じ得る。
【０１４４】
実施例７：製剤されたリゾチームの抗菌活性
遊離したリゾチームと、上記の手順を用いて製剤したリゾチーム担持シリカ粒子とのｉｎ  ｖｉｔｒｏの抗菌活性を光学濃度（ＯＤ）測定によって比較した。大腸菌（５×１０６ＣＦＵ・ｍＬ−１）を様々な濃度のリゾチームおよび対応するリゾチーム担持シリカ粒子とともに２４ｈにわたってインキュベートした。すべての試料を通じて用量依存性抗菌性能が観測され、高濃度／担持のリゾチームほどより大きい抗菌活性をもたらした。シリカ粒子中に製剤されたリゾチームは、遊離したリゾチームに比べて同じリゾチーム濃度でより高い活性を示し、この効果は、５００μｇ・ｍＬ−１超のリゾチーム濃度においてより顕著であった。粗いシリカ粒子は、遊離したリゾチームおよびＭＳＨＳ−ＳＳ粒子と比較して大腸菌に対して強化された抗菌活性を呈示し、特にＭＳＨＳ−ＲＳ粒子では、後者について７００μｇ・ｍＬ−１の最小発育阻止濃度（ＭＩＣ）値を示す。対照的に、遊離したリゾチームの大腸菌に対するＭＩＣは、２ｍｇ・ｍＬ−１と高い濃度においても達成できなかった。
【０１４５】
リゾチームキャリアとしてのシリカ粒子の利点をさらに実証するために、バッチ培養下の細菌カイネティック試験によって長期細菌抑制を試験した。７００μｇ・ｍＬ−１のリゾチーム濃度で３日にわたって時間依存性細菌増殖をモニタした（図２ｂ）。３日処理後の細菌生存率を調べるために、ＬＢ寒天プレートアッセイを採用した。ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子は、３日の試験を通じて１００％の細菌抑制を維持することを観測した。この３日の抑制結果は、細菌カイネティック・アッセイによって実証される銀担持シリカナノ粒子の８０μｇ・ｍＬ−１における性能と類似である。対照的に、ＭＳＨＳ−ＳＳ、ＭＳＨＳ−ＲＳ−Ｂおよび遊離したリゾチーム製剤ではＯＤ値の増加によって明示される時間依存性細菌増殖を観察する。リゾチーム担持ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子で処理された細菌については生存可能なコロニーを寒天プレート上で何も観察できず、他の試料とは対照的にシリカ粒子の強い細菌活性を示す。長期細菌抑制特性は、シリカ粒子の設計によって提供された２つの利点に原因を帰せられるはずである。１）リゾチームの効率的な標的化送達と、細菌表面上のリゾチームの局所的な高濃度化とをもたらす、表面粗さによって可能にされる細菌表面への付着力の強化、および２）ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子からのリゾチームの持続放出によって達成される抗菌活性の延長。しかしながら、ＭＳＨＳ−ＳＳおよびＭＳＨＳ−ＲＳ−Ｂは、相対的に弱い粒子−細菌相互作用および速いリゾチーム放出に起因して、細菌表面へ効率的に送達されるリゾチーム濃度が不十分であり、細菌増殖を制御できない。
【０１４６】
実施例８：イベルメクチンを用いた粒子の製剤
表面をより疎水性にするために疎水性オクタデシル部分で官能化されたＭＳＨＳ−ＲＳ、ＭＳＨＳ−ＳＳ、およびＭＳＨＳ−ＲＳ粒子中へ回転蒸発を用いてイベルメクチンを担持した。熱重量分析（ＴＧＡ）は、シリカ粒子中の約２３重量％のイベルメクチン担持レベルを示し、このレベルは、シリカナノ粒子に対するイベルメクチンの供給比（１：３）と合致する。
【０１４７】
シリカ粒子のイベルメクチンに対するＵＶ保護特性を検討するために、これらのナノ製剤ならびに純粋な（遊離した）イベルメクチンをＵＶ照射下で３ｈにわたって処理した。ＵＶ照射前後の試料を高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を用いて分析し、それらの組成を同定した。遊離したイベルメクチンは、３ｈの照射後には完全に劣化していた。ＭＳＨＳ−ＳＳ粒子中に担持されたイベルメクチンは、イベルメクチンの著しい劣化を示した。このことは、イベルメクチンがＭＳＨＳ−ＳＳ粒子の内部空洞中へ部分的に担持されるに過ぎず、部分的な保護しかもたらさないという事実に起因し得る。対照的に、ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子および疎水性に修飾されたＭＳＨＳ−ＲＳ粒子を用いたイベルメクチン製剤のＨＰＬＣ分析は、イベルメクチンの著しい劣化を何も示さず、イベルメクチン組成物がナノ粒子によって良好に保護されることを示した。
【０１４８】
実施例９：ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子のサイズ変更
１回目の添加におけるレゾルシノールおよびホルムアルデヒドの量を変更することによって、種々の粒子サイズをもつＭＳＨＳ−ＲＳナノ粒子を合成した。レゾルシノールおよびホルムアルデヒド量を増加させることによって、コアとして機能するより大きいＲＦポリマーナノ球体を形成できて、ＭＳＨＳ−ＲＳの粒子直径の３０７ｎｍ（レゾルシノール０．１５ｇ）から５６４ｎｍ（レゾルシノール０．３ｇ）へ、７０４ｎｍ（レゾルシノール０．４５ｇ）へ、さらに８３７ｎｍ（レゾルシノール０．６ｇ）への増加につながった。図２４に示すように、結果として生じた様々なサイズのＭＳＨＳ−ＲＳ粒子は、スパイク状の表面トポグラフィーを依然として維持する。窒素収着結果は、得られた粒子が約１０〜２０ｎｍの細孔サイズをもつメソポーラス構造を有することを示した。粒子サイズが拡大するにつれて、ＭＳＨＳ−ＲＳ粒子の表面積および細孔容積は、表１に示されるように増加した。
【０１４９】
【表１】
2018516830.tif 000003
【０１５０】
実施例１０：ｐ−ＤＮＡの製剤
約３５０ｎｍの直径をもつＭＳＨＳ−ＲＳおよびＭＳＨＳ−ＳＳ粒子を合成した。大きい負電荷は、ｐ−ＤＮＡ分子のよく認識された特徴であり、従って、シリカ粒子にポリエチレンイミン（ＰＥＩ）をコーティングすることによってｐ−ＤＮＡとシリカとの間の静電引力を強化するために、シリカ粒子上にカチオン性官能基を導入した。ＰＥＩ修飾後に、シリカ粒子は、それらのスパイク状トポグラフィーを依然として維持する。窒素収着の結果は、ＰＥＩ修飾されたＭＳＨＳ−ＲＳ粒子が約１１ｎｍの細孔サイズをもつメソポーラス構造を呈示することを示した。細孔サイズは、それぞれ、１００℃および１３０℃の温度での水熱処理によって１６および１９ｎｍへ拡大できて、１５０℃での水熱処理は、細孔サイズをさらに拡大でき、２０〜８０ｎｍの広い分布を伴う。これらのＭＳＨＳ−ＲＳ粒子のゼータ電位は、ＰＥＩ修飾後に負（約−２０から−３０ｍＶ）から正（約＋１５ｍＶ）へ変化し、シリカ粒子表面上のＰＥＩ基の導入に成功したことを示す。
【０１５１】
高感度緑色蛍光タンパク質（ＥＧＦＰ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｇｒｅｅｎ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｐｒｏｔｅｉｎ）についてコードするプラスミドｐｃＤＮＡ３−ＥＧＦＰとの結合能力を評価するために、ナノドロップ測定およびゲル遅延度アッセイを行った。ＰＥＩ修飾されたＭＳＨＳ−ＲＳ粒子は、ＰＥＩ修飾されたＭＳＨＳ−ＳＳ粒子（１４．７ｎｇ／μｇ）よりはるかに高いｐｃＤＮＡ３−ＥＧＦＰ結合能力（２９．７ｎｇ／μｇ）を表示する。注目されるのは、水熱処理を受けたＭＳＨＳ−ＲＳ粒子が、拡大された細孔サイズと細孔容積に起因して、水熱処理のないＭＳＨＳ−ＲＳ粒子に比べてさらにより大きいｐ−ＤＮＡ担持能力を示したことである。ゲル遅延度アッセイにおいては、一定量のｐｃＤＮＡ３−ＥＧＦＰ（０．５μｇ）を０から８０μｇの様々な量のＰＥＩ修飾されたシリカ粒子と混合した。
【０１５２】
実施例１１：電池電極および電池セルの構築
ＳｅＳ２／炭素複合体を得るために、ＳｅＳ２を簡易な溶融含浸によって本発明による炭素粒子中に含浸させた。ＳｅＳ２／炭素の透過型電子型顕微鏡（ＴＥＭ）像を図２５ｂに示す。コントラストが中空空洞より層間空間における方が高いことが明確にわかる。この違いは、裸の粒子のＴＥＭ像（図２５ａ）では観察されず、ＳｅＳ２が、空洞中ではなく、むしろ２つの炭素シェル間の層間空間に主に位置することを示す。基本的な理由は、おそらくより小さいナノ空間における方がＳｅＳ２を引き付ける毛細管力が大きいためであり、このことが、ミクロポーラス壁をもつ単層の炭素中空球体がそれらの空洞中にＳ／ＳｅＳ２を担持できないという試行実験における本発明者らの知見を説明する。それゆえに、本発明の炭素などの多層中空炭素の選択が本発明者らの設計には不可欠である。電気化学的な評価は、ＳｅＳ２／炭素複合体が優れたサイクリング安定性、高比容量および高クーロン効率を呈示することを示唆する（図２５ｃ）。ＳｅＳ２／炭素粒子を正極の基材として用いて電池を構築し、負極としてはリチウム金属を用いた。１００サイクル後に、可逆容量は、依然として９３０ｍＡｈ／ｇのままであり、２００ｍＡ／ｇでは容量減衰がなかった。クーロン効率は、第２サイクルから９９．５％で横這いになる。ちなみに、純粋なＳｅＳ２は、はるかに劣るサイクリング性能を示す。容量がサイクリングを通じて連続的に減少し、１００サイクル後には７５ｍＡｈ／ｇの低容量を観測する。これらの概念実証結果は、本発明の炭素球体がＳｅＳ２にとって優れたホストであり、ＳｅＳ２／炭素複合体が次世代Ｌｉ−ＳｅＳｘ電池のための有望な電極材料であることを際立たせる。
【０１５３】
本明細書および特許請求の範囲において（もしあれば）、単語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、ならびに「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」を含むその派生語は、明記された各々の整数を含むが、１つ以上のさらなる整数の包含を排除するものではない。
【０１５４】
本明細書を通じて、「一実施形態」または「ある実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通じて様々な箇所で出現する「一実施形態において」または「ある実施形態において」という語句は、必ずしもすべてが同じ実施形態に言及している訳ではない。そのうえ、１つ以上の実施形態において特定の特徴、構造、または特性が任意の適切な仕方で組み合わされてもよい。
【０１５５】
法令を遵守して、本発明が構造的または方法的な特徴に幾分特有の言葉で記載された。本明細書に記載される手段は、本発明を実施する好ましい形態を含むので、本発明が図示または記載される特定の特徴には限定されないことを理解されたい。本発明は、そえゆえに、当業者によって然るべく解釈される添付の特許請求の範囲（もしあれば）の正当な範囲内におけるその形態または修正形態のいずれかで請求される。
【図１】
2018516830.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２１Ｅ】
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【図２１Ｆ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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