(57)【要約】【課題】分散性に優れるとともに、毒性を考慮する必要が無く、粒径が変化しても外部磁場印加時の上昇温度の変化が小さい、磁気ナノ微粒子を提供する。【解決手段】本発明に係る磁気ナノ微粒子は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるコアが、アモルファスＳｉＯ２  からなるシェルにより覆われて構成された磁気ナノ微粒子であって、室温条件下において、交流磁場周波数１５［ｋＨｚ］、交流磁場強度１５１［Ｏｅ］の外部磁場を印加した際に、交流磁場印加時の上昇温度が４〜１４［℃］であることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるコアが、アモルファスＳｉＯ２  からなるシェルにより覆われて構成された磁気ナノ微粒子であって、
室温条件下において、交流磁場周波数１５［ｋＨｚ］、交流磁場強度１５１［Ｏｅ］の外部磁場を印加した際に、交流磁場印加時の上昇温度が４〜１４［℃］であることを特徴とする磁気ナノ微粒子。
【請求項２】
前記コアの組成が、Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４により定義され、
前記ｘが、０．２であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ナノ微粒子。
【請求項３】
前記コアの組成が、Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４により定義され、
前記ｘが、０＜ｘ＜０．２の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の磁気ナノ微粒子。
【請求項４】
前記コアの組成が、Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４により定義され、
前記ｘが、０．２＜ｘ＜１の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の磁気ナノ微粒子。
【請求項５】
前記コアの平均粒径が、人間の体温に近い３１０［Ｋ］において、最大の交流磁化率虚数部χ”を示す粒径であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気ナノ微粒子。
【請求項６】
前記コアの平均粒径が、スピンエコー法によりＴ２  緩和測定を行い、算出された緩和率Ｒ２  が最大を示す粒径であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気ナノ微粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＩの造影剤として使用するのに好適な磁気ナノ微粒子に係る。より詳細には、良好な分散性を備え、かつ、毒性に関して懸念の無い、磁気ナノ微粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノメートルスケールの超微粒子は、従来にない新たな特異な物性をもたらし、機能材料としての高性能化が期待できることから、種々の物質について検討がされている。特に、磁性材料を微粒子化すると、磁壁を持たない単磁区粒子が生じ、抗磁力が大きくなることが期待されている。
本発明者らは、主に３ｄ遷移金属を含んだ磁性ナノ微粒子を作製し、ナノサイズ特有の物性について研究を進めてきた。特に、本微粒子を用いてＤＤＳ（薬剤輸送）や磁気ハイパーサーミア（癌温熱療法）、ＭＲＩ造影剤といった医療分野への応用について取り組んでいる。
【０００３】
このような微粒子として、本発明者らは、飽和磁気モーメントの高いＺｎ系フェライト磁気ナノ微粒子を報告している（特許文献１参照）。また、本発明者らは、マグネタイト磁気ナノ微粒子の表面をＳｉＯ２  により被覆し、このＳｉＯ２  を介して官能基を導入した技術を報告している（特許文献２参照）。この官能基により、磁気微粒子への薬剤等の修飾や、細胞、組織内への磁気微粒子を容易に取り込むことが可能である。
【０００４】
さらに、本発明者らは、Ｃｏ−Ｔｉ系フェライト磁気ナノ微粒子に外部磁場を印加したとき、２０℃近くの温度上昇が得られ、これら微粒子を癌の温熱療法（ハイパーサーミア）に応用可能であることを報告している（非特許文献１参照）。ここで、ハイパーサーミアは、健康な細胞に悪影響を与えることなく癌細胞を局所的に加温して死滅させる治療法であり、一般に癌細胞は４２〜４３℃以上で死滅すると言われている。
【０００５】
また、本発明者らは、アモルファスＳｉＯ２  に包含されたマグネタイト微粒子を安定して製造する方法を報告している（特許文献３参照）。
さらに、本発明者らは、粒径が変化しても外部磁場印加時の上昇温度の変化が小さい、温熱療法用のＮｉ−Ｚｉフェライト磁気ナノ微粒子、及びそれを用いた薬物結合型複合体を報告している（特許文献４参照）。
またさらに、本発明者らは、Ｃｏ系フェライトナノ微粒子において、１０ｎｍ程度の微粒子がＭＲＩ測定の結果から造影剤として機能し、その造影効果も鉄系酸化物と比べて高いことを見出した。ゆえに、Ｃｏ系フェライトはＭＲＩの造影剤として効果的であることを報告している（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０６９８３０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６９７７０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３６０８６号公報
【特許文献４】特開２０１３−２５６４０５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Ichiyanagi et al., Thermochimica Acta, 532(2012)123-126.
【非特許文献２】三池和成等、CoｘFe３−ｘO４  ナノ微粒子の磁気特性とＭＲＩ造影効果、ナノ学会会報、Vol.12, No.2, p85-p90
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した各文献に開示されたナノ微粒子は、Ｚｎ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系であり、ＭＲＩの造影剤として有望ではあるが、臨床応用のためには「分散性の向上」を図る必要があるとともに、「（Ｚｎ，Ｃｏ，Ｎｉ）イオンをドープすることによる毒性の評価が未だ不十分」である、という課題があった。
また、ナノ微粒子の粒径が変化すると外部磁場印加時の上昇温度が変化し、患部を加温し過ぎて健康な細胞に害を与える虞もあることから、粒径が変化しても外部磁場印加時の上昇温度の変化が小さい、ナノ微粒子の開発が期待されていた。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、分散性に優れるとともに、毒性を考慮する必要が無く、粒径が変化しても外部磁場印加時の上昇温度の変化が小さい、磁気ナノ微粒子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の磁気ナノ微粒子は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるコアが、アモルファスＳｉＯ２  からなるシェルにより覆われて構成された磁気ナノ微粒子であって、室温条件下において、交流磁場周波数１５［ｋＨｚ］、交流磁場強度１５１［Ｏｅ］の外部磁場を印加した際に、交流磁場印加時の上昇温度が４〜１４［℃］であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の磁気ナノ微粒子は、請求項１において、前記コアの組成が、Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４により定義され、前記ｘが、０．２であることが好ましい。
本発明の請求項３に記載の磁気ナノ微粒子は、請求項１において、前記コアの組成が、Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４により定義され、前記ｘが、０＜ｘ＜０．２の範囲にあることが好ましい。
本発明の請求項４に記載の磁気ナノ微粒子は、請求項１において、前記コアの組成が、Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４により定義され、前記ｘが、０．２＜ｘ＜１の範囲にあることが好ましい。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の磁気ナノ微粒子は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記コアの平均粒径が、人間の体温に近い３１０［Ｋ］において、最大の交流磁化率虚数部χ”を示す粒径であることが好ましい。
本発明の請求項６に記載の磁気ナノ微粒子は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記コアの平均粒径が、スピンエコー法によりＴ２  緩和測定を行い、算出された緩和率Ｒ２  が最大を示す粒径であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明者らは、前述の課題を解決すべく鋭意検討した結果、ドープするイオンとして「Ｚｎ，Ｃｏ，Ｎｉ」に代わる元素を、生体に対して「毒性」が懸念されない元素から選択した。すなわち、生体に取り込んでも影響の少ない「ミネラル［日本では、１３元素（亜鉛、カリウム、カルシウム、クロム、セレン、鉄、銅、ナトリウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ヨウ素、リン）を意味する］」の中に、その解を見出した。具体的には、マンガン（Ｍｎ）系が、有望であることを発見した。
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、分散性に優れるとともに、毒性を考慮する必要が無く、粒径が変化しても外部磁場印加時の上昇温度の変化が小さい、磁気ナノ微粒子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】磁気ナノ微粒子の組成比と粉末Ｘ線回折パターンとの関係を示すグラフ。
【図２】磁気ナノ微粒子の構造を示す模式図。
【図３】磁気ナノ微粒子の組成比と室温における磁化曲線との関係を示すグラフ。
【図４】磁気ナノ微粒子の組成比と磁化との関係を示すグラフ。
【図５】粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁化率虚数部の温度依存性を示すグラフ。
【図６】粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁場中における温度変化を示すグラフ。
【図７】磁気ナノ微粒子の粒径と熱放出との関係を示すグラフ。
【図８】粒径１８ｎｍの磁気ナノ微粒子における磁場と熱放出との関係を示すグラフ。
【図９】磁気ナノ微粒子の粒径と粉末Ｘ線回折パターンとの関係を示すグラフ。
【図１０】磁気ナノ微粒子の粒径と磁化との関係を示すグラフ。
【図１１】粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁化率実数部の温度依存性を示すグラフ。
【図１２】粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁化率虚数部の温度依存性を示すグラフ。
【図１３】粒径を変えた磁気ナノ微粒子のＴ２  緩和曲線を示すグラフ。
【図１４】粒径を変えた磁気ナノ微粒子の緩和率Ｒ２  を示すグラフ。
【図１５】磁気ナノ微粒子の粒度分布を示すグラフ。
【図１６】大気圧走査電子顕微鏡を用い、磁気ナノ微粒子の水中における様子を観察した結果を示す写真。
【図１７】組成比を変えた磁気ナノ微粒子の最大磁化Ｍｍａｘ  と緩和率Ｒ２  との関係を示すグラフ。
【図１８】粒径を変えた磁気ナノ微粒子の最大磁化Ｍｍａｘ  と緩和率Ｒ２  との関係を示すグラフ。
【図１９】組成比を変えた磁気ナノ微粒子のＴ２  緩和曲線を示すグラフ。
【図２０】組成比を変えた磁気ナノ微粒子の緩和率Ｒ２  を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る磁気ナノ微粒子は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるコアが、アモルファスＳｉＯ２  からなるシェルにより覆われて構成されている。
【００１５】
＜磁気ナノ微粒子のコア＞
本発明の磁気ナノ微粒子を構成するコアは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなる。従来の磁気ナノ微粒子では、コアにドープするイオンとして「Ｚｎ，Ｃｏ，Ｎｉ」を用いていた。これに対して、本発明の磁気ナノ微粒子では、コアにドープするイオンとして、「Ｍｎ」を採用した。「Ｍｎ」は、生体に取り込んでも影響の少ない「ミネラル」の一つであり、生体に対して「毒性」が懸念されない元素である。
本発明の磁気ナノ微粒子は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトからなるコアによって、後述する特性（外部磁場印加時の上昇温度）を実現したことにより、生体に投入して利用する用途、たとえば、ＤＤＳ(薬剤輸送)や磁気ハイパーサーミア（癌温熱療法）、ＭＲＩ造影剤といった医療分野への応用に好適である。
【００１６】
コアとなる磁気ナノ微粒子の組成を、たとえばＭｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４（組成比ｘ＝０．２）として、磁気ナノ微粒子の粒径［ｎｍ］を１２．９〜３０の範囲とした場合、図６に示すように、外部磁場印加時の上昇温度［℃］が４〜１４の範囲内となる。被験者の体温が３７℃の場合に局所的温度が４２℃以上に昇温するので、本発明の磁気ナノ微粒子は温熱療法に適する。
なお、本発明においては、外部磁場印加時の上昇温度の絶対値が必ずしも重要ではなく、磁気ナノ微粒子の粒径が上記範囲で変動したときの上昇温度の変化が小さいことが重要である。これは、上昇温度の絶対値自体は、外部磁場の条件を変えることで変化させることができるからである。
【００１７】
後述するように、本発明の磁気ナノ微粒子は、粒径が上記範囲で変動しても、外部磁場印加時の上昇温度の変化が小さい。このため、磁気ナノ微粒子が所定の幅の粒径分布を持ち、粒径が変化しても、外部磁場印加時に上昇温度が角に高くならず、患部を加温し過ぎて健康な細胞に害を与えることを抑制できる。
【００１８】
図１は、本発明に係る磁気ナノ微粒子の組成比と粉末Ｘ線回折パターンとの関係を示すグラフである。図１において、（ａ）〜（ｈ）は順に、磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の組成比ｘを変えた試料［ｘ＝０，０．１，０．２，０．３，０．５，０．７，０．９，１］の評価結果である。ほぼ同じ粒径（６．３〜７．０ｎｍ）の試料を用いた結果である。
【００１９】
図１（ａ）〜（ｈ）の各図において、指数付けされたピークより、全ての試料（ｘ＝０〜１）は、スピネル型結晶構造をもつことが分かった。また、他に不純物のピークが無いことから、ｘに依存することなく、目的とした試料が単相で得られたことが、図１により確認された。さらに、各スペクトル（ｘ＝０〜１）において、横軸２θ＝２０°付近に観測されるブロードなピークから、何れの試料（ｘ＝０〜１）にも、アモルファスＳｉＯ２  の存在が確認された。これより、作製した試料が、組成比ｘに依存することなく、アモルファスＳｉＯ２  を含有していることが明らかとなった。
【００２０】
＜アモルファスＳｉＯ２  からなるシェル＞
シェルは、コアを覆うアモルファスシリカネットワーク（網状膜）であり、たとえば上記の特許文献１に記載されているように、以下の湿式法により形成することができる。
つまり、Ｍｎのハロゲン化物の水和物を含む溶液と、Ｚｎのハロゲン化物の水和物を含む溶液と、Ｆｅのハロゲン化物の水和物を含む溶液と、Ｎａ２ＳｉＯ３の水和物を含む溶液とを均一混合することで生成する沈殿物を焼成すると、図２に示すように、アモルファスＳｉＯ２  の網状膜（シェル）によって分離された状態で磁気ナノ微粒子が保持された構造が得られる。ここで「網状膜」とは、図２に示すように、アモルファスＳｉＯ２  が個々の磁気ナノ微粒子の周囲を取り囲み、かつ、アモルファスＳｉＯ２  が連なっているものが例示されるが、これに限られるものではない。
【００２１】
具体的には、上記シェル（コアを含む構造）は、Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４の組成に対して、たとえば以下のように製造することができる。
まず、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ水溶液、ＺｎＣｌ２水溶液、ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ 水溶液、及びＮａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ 水溶液を、モル非として（１−ｘ）：ｘ：２：３で添加し、上記混合及び静置する。湿式混合し、得られた上記沈殿物を繰り返し洗浄した後、約３５０Ｋの恒温槽にて乾燥させる。さらに空気雰囲気中の電気炉で８７３〜１３７３Ｋの間の温度領域で、沈殿物を１０時間焼成する。
【００２２】
ここで、得られた沈殿物は洗浄してから乾燥することにより、ガラス状塊になる。これを粉砕した後、空気雰囲気下で焼成することにより、金属水酸化物｛Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ｝ｘ（ＯＨ）ｘの磁気ナノ微粒子を、金属水酸化物Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４の磁気ナノ微粒子に変化させる。この際の焼成温度を最適化することで、個々の磁気ナノ微粒子がアモルファスＳｉＯ２  網状膜によって分離された状態で保持された磁気ナノ微粒子分散体とする。なお、焼成時間は３時間以上とすることが好ましい。
【００２３】
なお、このように、１つのＭｎ−Ｚｎ系フェライト磁気ナノ微粒子は、シェルの内部に１個以上のコアを包摂した状態になっており、この包摂構造全体の平均粒径をＭｎ−Ｚｎ系フェライト磁気ナノ微粒子の平均粒径とする。
また、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト磁気ナノ微粒子の平均粒径は、たとえば、粉末Ｘ線回折ピークの半値回折角度幅よりデバイシェラーの式を用いて算出することができる。さらに、本発明者らは、透過電子顕微鏡にて複数個の微粒子の直径を測定して、上記算出値と高い精度で一致することを確認した。
さらに、上記磁気ナノ微粒子を上述の湿式法で得られた沈殿物を焼成して製造する場合、焼成温度が高くなるほど、また焼成時間が長いほど、磁気ナノ微粒子が成長して粒径が大きくなるので、焼成温度または焼成時間を調整することで、磁気ナノ微粒子の粒径を制御できる。
【００２４】
＜磁化測定＞
図３は、本発明に係る磁気ナノ微粒子の室温（３００Ｋ）における磁化曲線を示すグラフである。図３において、横軸は印加磁場、縦軸は磁化である。
図３は、磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の組成比ｘを変えた試料［ｘ＝０，０．１，０．２，０．３，０．５，０．７，０．９，１］を用意し、各試料ごとに磁化曲線を測定した結果である。図３より、ｘ＝０．２とした試料αが最も大きな最大磁化Ｍｍａｘ  を有することが分かった。ここで、「最大磁化Ｍｍａｘ  」は、最大の磁場を印加した場合に計測された磁化である。試料αに比べて、ｘが小さい試料βも、ｘが大きい試料γも、試料αより最大磁化Ｍｍａｘ  が小さいことが明らかとなった。
【００２５】
図４は、磁気ナノ微粒子の組成比と磁化との関係を示すグラフである。図４の横軸は、図３における磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の組成比ｘである。図４の縦軸である磁化は、図３から得られた最大磁化Ｍｍａｘ  である。
図４より、試料α（ｘ＝０．２）よりｘが小さい試料β（０＜ｘ＜０．２）では、ｘの減少に伴い最大磁化Ｍｓが徐々に低減する傾向（３８→３０）を示した、その際、最大磁化Ｍｓは、試料α（ｘ＝０．２）に対して最大でも２割程度の減少に抑えられることが分かった。このような傾向から、試料β（０＜ｘ＜０．２）を選択することにより、試料αとほぼ同等の最大磁化Ｍｓを有する磁気ナノ微粒子が安定に得られることが確認された。
【００２６】
これに対して、試料α（ｘ＝０．２）よりｘが大きい試料γ（０．２＜ｘ＜１）では、ｘの増加し伴い最大磁化Ｍｍａｘ  が急激に減少する傾向（３８→４）を示した。その際、最大磁化Ｍｍａｘ  は、最も減少した試料（ｘ＝１）において、試料α（ｘ＝０．２）に対して９割程度の減少幅（十分の一）となることが分かった。このような傾向から、試料γ（０．２＜ｘ＜１）を選択することにより、最大磁化Ｍｍａｘ  が大きく異なり、所望の最大磁化Ｍｍａｘ  の値を有する磁気ナノ微粒子を、再現性良く製造できることが明らかとなった。
【００２７】
ゆえに、本発明の磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］は、その組成比ｘを変えるだけで、最大磁化Ｍｍａｘ  の大きさを広範囲に、かつ、自在に狙った数値となるように、制御して製造できる。つまり、生体に投入して利用する用途先［たとえば、ＤＤＳ（薬剤輸送）や磁気ハイパーサーミア（癌温熱療法）、ＭＲＩ造影剤］で求められる最大磁化Ｍｍａｘ  の磁気ナノ微粒子が、所定の粒径を保ちながら、本発明によって安定に製造できる。
【００２８】
＜交流磁化率測定＞
ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて交流磁化率の測定を行った。ＳＱＵＩＤ磁束計では、交流磁化率の実効成分と遅れ成分を同時に測定できる。
図５は、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁化率虚数部の温度依存性を示すグラフである。図５において、横軸は温度［Ｋ］、縦軸は交流磁化率虚数部χ”［１０−２ｅｍｕｇ−１Ｏｅ−１］である。交流磁化率虚数部χ”は、交流磁化を印加した場合、発熱に寄与する成分である。この測定には、周波数１００［ＭＨｚ］、磁場強度１［Ｏｅ］の交流磁場を用いた。
【００２９】
図５から、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の試料において、χ”を最大にする温度（ピーク温度）を確認することができる。試料の粒径が大きくなるにつれて、ピーク温度が高温側にシフトすることが確認された。これは、粒径が大きくなるにつれて、異方性が大きくなるためである。室温付近（３１０［Ｋ］）では、粒径１８［ｎｍ］の試料がピーク（Ｐ１８）を示し、最も値が大きかった。ネール理論によると、この条件で最も熱散逸が効率よく働くと考えられる。
【００３０】
これまでの研究成果（特許文献４）を用い、本発明の磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］に機能化を施し、癌細胞に選択的に導入されることを確認した。そこで、実際に癌細胞を培養し、交流磁場を印加してｉｎ  ｖｉｔｒｏ実験を行ったところ、飛躍的なハイパーサーミア効果が観察できた。
【００３１】
図６は、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁場中における温度変化を示すグラフである。図６において、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は上昇温度［Ｋ］である。
図６より、磁気ナノ微粒子の温度は、粒径に依存せず、時間経過に伴い上昇傾向を示し、所望の時間を経ると、飽和することが分かった。また、所望の粒径からなる磁気ナノ微粒子を選択するだけ、所定の上昇温度が安定して得られることが確認された。中でも、粒径が１８［ｎｍ］の試料αが、飽和時の温度が最も高いことが確認された。
【００３２】
試料α（ｘ＝０．２）よりｘが小さい試料β（０＜ｘ＜０．２）では、ｘの減少に伴い飽和時の温度が大幅に低減する傾向（１３→４．５）を示した。試料β（０＜ｘ＜０．２）において、所定の組成比ｘとすることにより、上昇温度を広い範囲（１３〜４．５）の中から自在に選択できる。
【００３３】
これに対して、試料α（ｘ＝０．２）よりｘが大きい試料γ（０．２＜ｘ＜１）では、ｘの増加に伴い飽和時の温度が徐々に低減する傾向（１３→１０．５）を示した。試料γ（０．２＜ｘ＜１）は、所定の組成比ｘとすることにより、上昇温度を狭い範囲（１３〜１０．５）の中か精密に選択できる。
【００３４】
これにより、本発明の磁気ナノ微粒子は、外部磁場印加時の上昇温度［℃］が４〜１４の範囲内になることが確認された。よって、被験者の体温が３７℃の場合に局所的温度が４２℃以上に昇温するので、本発明の磁気ナノ微粒子は温熱療法に適する。
【００３５】
図７は、磁気ナノ微粒子の粒径と熱放出（Heat Dissipation）との関係を示すグラフである。□印が実測値、○印がネール理論に基づく計算値である。
図７より、粒径の異なる磁気ナノ微粒子における熱放出は、実測値と計算値が同じ傾向を示した。粒径が１８［ｎｍ］の試料αが、熱放出が最も高いことが確認された。
【００３６】
図８は、粒径１８ｎｍの磁気ナノ微粒子における磁場と熱放出との関係を示すグラフである。横軸のｈ２（×１０４［Ｏｅ］）は、特定の関係式「Ｐ＝μ０πχ”ｆｈ２」にて表わされるものであり、縦軸は熱放出（Heat Dissipation）である。粒径の異なる磁気ナノ微粒子における熱放出とｈ２（×１０４［Ｏｅ］）とは、所定の傾斜をもつ直線上にプロットされることから、本発明の磁気ナノ微粒子は、特定の関係式（ネール理論）との一致が確認された。
【００３７】
図９は、磁気ナノ微粒子の粒径と粉末Ｘ線回折パターンとの関係を示すグラフである。図９において、（ａ）〜（ｆ）は順に、磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の粒径ｄを変えた試料［ｄ＝７．７，１３．１，１６．１，１８．１，２２．１，３１．０］の評価結果である。全ての試料において、組成比ｘは０．２である。
【００３８】
図９（ａ）〜（ｆ）の各図において、指数付けされたピークより、全ての試料（ｘ＝０〜１）は、スピネル型結晶構造をもつことが分かった。また、他に不純物のピークが無いことから、粒径ｄに依存することなく、目的とした試料が単相で得られたことが、図９により確認された。さらに、各スペクトル（ｄ＝７．７〜３１．０）において、横軸２θ＝２０°付近に観測されるブロードなピークから、何れの試料（ｄ＝７．７〜３１．０）にも、アモルファスＳｉＯ２  の存在が確認された。これより、作製した試料が、粒径ｄに依存することなく、アモルファスＳｉＯ２  を含有していることが明らかとなった。
【００３９】
図１０は、磁気ナノ微粒子の粒径と磁化との関係を示すグラフであり、室温（３１０Ｋ）における磁化曲線である。図１０において、横軸は印加磁場、縦軸は磁化である。
図１０は、磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の粒径ｄを変えた試料［ｄ＝７．７，１３．１，１６．１，１８．１，２２．１，３１．０］を用意し、各試料ごとに磁化曲線を測定した結果である。全ての試料において、組成比ｘは０．２である。
図１０より、粒径ｄが大きくなるにつれて、本発明の磁気ナノ微粒子の最大磁化Ｍｍａｘ  は大きくなることが確認された。
【００４０】
図１１は、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁化率実数部χ’の温度依存性を示すグラフである。図１２は、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の交流磁化率虚数部χ”の温度依存性を示すグラフである。全ての試料において、組成比ｘは０．２である。
図１１と図１２は、前述した図５と同じ測定、すなわち、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて交流磁化率の測定を行った結果である。
図１１において、横軸は温度［Ｋ］、縦軸は交流磁化率虚数部χ’［１０−２ｅｍｕｇ−１Ｏｅ−１］である。図１２において、横軸は温度［Ｋ］、縦軸は交流磁化率虚数部χ”［１０−３ｅｍｕｇ−１Ｏｅ−１］である。
【００４１】
図１１と図１２から、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の試料において、χ’とχ”を最大にする温度（ピーク温度）を確認することができる。試料の粒径が大きくなるにつれて、ピーク温度が高温側にシフトすることが確認された。これは、粒径が大きくなるにつれて、異方性が大きくなるためである。χ’とχ”の何れも、室温付近（３１０［Ｋ］）では、粒径１８［ｎｍ］の試料がピーク（Ｐ１８）を示し、最も値が大きかった。ネール理論によると、この条件で最も熱散逸が効率よく働くと考えられる。
【００４２】
＜ＭＲＩ測定（粒径依存性）＞
図１３は、粒径を変えた磁気ナノ微粒子のＴ２  緩和曲線を示すグラフである。スピンエコー法によりＴ２  緩和測定を行い、緩和率Ｒ２  を算出した。緩和率Ｒ２  の算出が、式ＩＳＢ＝Ｎ・Ｋ・ｅｘｐ（−ＴＥ／Ｔ２  ）にフィッティングすることで求めた。全ての試料において、組成比はｘ＝０．２である。すなわち、図１３は、本発明の磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の試料について、ＭＲの緩和時間を測定し、同様に粒径依存性を分析した結果である。
【００４３】
図１３より、本発明の磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の試料は、粒径に依存せず、優れた緩和率Ｒ２  を示すことが確認された。
図１４は、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の緩和率Ｒ２  を示すグラフである。図１４から、（粒径［ｎｍ］、緩和率Ｒ２  ）は、（７．７，２７．２）、（１３．１，３７．３）、（１６．１，３７．２）、（１８．１，５３．８）、（２２．１，４６．８）、（３１．０，３８．０）である。特に、前述した条件（粒径１８［ｎｍ］）の試料（×印）が、最も高い緩和率Ｒ２  を示すことが分かった。この試料は超常磁性を示し、最大磁化Ｍｓは４５．２［ｅｍｕ／ｇ］であり、磁気緩和現象が温熱および造影のパラメータに寄与していると考えられる。これより、ＭＲＩの造影剤としても、超常磁性が適していることが示された。
【００４４】
＜粒度分布＞
ＭＲＩ測定を行う際、微粒子を水中に分散しアガロースで固化させる。そこで、水中における分散性を評価するために、粒径が１３．１［ｎｍ］である磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の粒度分布を測定した。この試料において、組成比ｘは０．２である。図１５は、その測定結果であり、磁気ナノ微粒子の粒度分布を示すグラフである。このグラフから、メジアン径＝１９．９［ｎｍ］と、平均径＝６４．６［ｎｍ］とを算出した。この測定結果より、二次粒子にばらつきがあることが分かった。
【００４５】
組成比ｘが０．２である磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］を用い、この磁気ナノ微粒子の水中における様子を、大気圧走査電子顕微鏡で観察した。図１６は、大気圧走査電子顕微鏡を用い、磁気ナノ微粒子の水中における様子を観察した結果を示す写真である。
図１６より、磁気ナノ微粒子は、水中において、ブラウン運動をしていることが観察された。サークル（○印）で囲んだ粒子１〜４のブラウン運動の移動距離より、次の２つの式を用いて粒径を算出した。ここで、Ｄは拡散係数、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ＮＡ  はアボガドロ数、μは粘性係数（２９８Ｋで８．９×１０−９［ｋｇ・ｍ−１・ｓ−１］）、ａは粒径、ｘは移動距離、ｔは時間である。
【００４６】
【数１】
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【００４７】
【数２】
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【００４８】
その結果、粒子１の粒径は１．１［μｍ］、粒子２の粒径は３．４［μｍ］、粒子３の粒径は５．５［μｍ］、粒子４の粒径は１２．６［μｍ］であることが分かった。
【００４９】
＜大気圧走査電子顕微鏡による観察結果と磁気ナノ微粒子の造影効果との関連性＞
上述した大気圧走査電子顕微鏡による観察により、本発明の磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］は全て、ナノ粒子であり、Ｔ２  短縮効果が確認された。粒度分布測定と大気圧走査電子顕微鏡による観察において、二次粒径に分布が見られた。二次粒子の分布により、微粒子の磁化にも分布が生じたと考えられる。その結果、プロトンの歳差運動のラーモア周波数に差が生じ、位相の分布が起きることで、Ｔ２  短縮効果につながったと考えられる。
【００５０】
＜組成の異なる磁気ナノ微粒子の磁気特性と緩和率Ｒ２  との関連性＞
図１７は、組成比を変えた磁気ナノ微粒子の最大磁化Ｍｍａｘ  と緩和率Ｒ２  との関係を示すグラフである。このグラフを用いて、最大磁化Ｍｍａｘ  と緩和率Ｒ２  との関連性を検証した。上述した３００［Ｋ］における磁化測定では、最大で５０［ｋＯｅ］の磁場を印加しながら磁化を測定した。その結果、全ての試料が５０［ｋＯｅ］印加時に最大磁化Ｍｍａｘ  を示した。図１７より、最大磁化Ｍｍａｘ  が大きくなるにつれて緩和率Ｒ２  も大きくなることから、両者には関連性があると考えられる。
【００５１】
＜粒径の異なる磁気ナノ微粒子の磁気特性と緩和率Ｒ２  との関連性＞
図１８は、粒径を変えた磁気ナノ微粒子の最大磁化Ｍｍａｘ  と緩和率Ｒ２  との関係を示すグラフである。図１８より、粒径１８．１［ｎｍ］の試料が最も緩和率Ｒ２  が高いことが確認された。しかし、最大磁化Ｍｍａｘ  と緩和率Ｒ２  との関係は認められなかった。
最大磁化Ｍｍａｘ  と緩和率Ｒ２  との関係が確認できなかった理由として、磁性の振る舞いが関連していると考えられる。交流磁化率測定より室温３００［Ｋ］において、粒径１８．１［ｎｍ］以下で強磁性から超常磁性へと転移していると考えられる。超常磁性的な振る舞い、かつ、最大磁化Ｍｍａｘ  の大きい粒径１８．１［ｎｍ］で緩和率Ｒ２  が最大となった。
磁化測定と交流磁化率測定の結果より、磁性の振る舞いと最大磁化Ｍｍａｘ  が関連していると考えられる。
【００５２】
＜磁気ナノ微粒子によるＴ２  緩和促進作用＞
上述したとおり、組成比ｘが０．２である磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］においては、超常磁性的な振る舞い、かつ、最大磁化Ｍｍａｘ  の大きい粒径１８．１［ｎｍ］で緩和率Ｒ２  が最大であった。プロトンの歳差運動のラーモア周波数ωは、以下の式で表わされる。
【００５３】
【数３】
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【００５４】
この式から、ラーモア周波数ωは磁場Ｂ０  に比例している。スピンエコー法での撮影の際に、ＲＦパルスを照射する。ＲＦパルスは電磁波なので、交流磁場を発生させる。この交流磁場によって微粒子の磁気モーメントが乱れ、付近のプロトン回りの磁場が変化する。この磁場の変化により歳差運動のラーモア周波数ωに差が生まれることにより巨視的磁化が減少する。その結果、シグナルが低下することにより、Ｔ２  緩和が促進されたと考えられる。
【００５５】
＜ＭＲＩ測定（組成依存性）＞
図１９は、組成比ｘを変えた磁気ナノ微粒子のＴ２  緩和曲線を示すグラフである。図１３と同様に、スピンエコー法によりＴ２  緩和測定を行い、緩和率Ｒ２  を算出した。緩和率Ｒ２  の算出は、式ＩＳＢ＝Ｎ・Ｋ・ｅｘｐ（−ＴＥ／Ｔ２  ）にフィッティングすることで求めた。全ての試料において、粒径［ｎｍ］はおよそ７．０である。
図１９より、本発明の磁気ナノ微粒子［Ｍｎ（１−ｘ）ＺｎｘＦｅ２Ｏ４］の試料は、組成比に依存せず、優れた緩和率Ｒ２  を示すことが確認された。
【００５６】
図２０は、組成比ｘを変えた磁気ナノ微粒子の緩和率Ｒ２  を示すグラフである。図２１から、（組成比ｘ、緩和率Ｒ２  ）は、（０，２０．０）、（０．２，２５．０）、（０．５，１９．０）である。特に、前述した条件（組成比ｘ＝０．２）の試料（◇印）が、最も高い緩和率Ｒ２  を示すことが分かった。この試料は超常磁性を示し、最大磁化Ｍｓは４５．２［ｅｍｕ／ｇ］であり、磁気緩和現象が温熱および造影のパラメータに寄与していると考えられる。組成依存性の結果からも、ＭＲＩの造影剤として、超常磁性が適していることが示された。
【００５７】
以上、本発明の磁気ナノ微粒子について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ＤＤＳ（薬剤輸送）や磁気ハイパーサーミア（癌温熱療法）、ＭＲＩ造影剤といった医療分野への応用に広く適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１６】
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