(57)【要約】  様々な実施形態において、ペイロード分子または薬物分子送達系が開示される。この系は、特定の特性を有する複数の離散した官能化カーボンナノチューブを含む。本組成物は、１．１超かつ最大約３の数平均値（輪郭長さ対両端間長さの数平均比）をもつカーボンナノチューブを少なくとも一部有する、複数の離散したカーボンナノチューブを含み得る。特定の数平均の比（チューブの輪郭長さ（ＴＣＬ）対チューブの両端間長さの数平均（ＴＥＥ））を有するこれらの離散したカーボンナノチューブは、互いに離散している（分離している）だけでなく、また、加工性および機械的強度特性の両方が増進されるようにその配置を制御される。molecular rebar組成物の有用性としては、限定されるものではないが、ヒト等の動物の体への、改善された、薬物送達等のペイロード分子の送達が挙げられる。
2017506254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内孔を画定する最内層、および最外層を有する複数の離散した官能化多層カーボンナノチューブと、少なくとも１種類のペイロード分子とを含む組成物であって、
前記離散した官能化カーボンナノチューブが、少なくとも１つの端部において開口しており、
前記少なくとも１種類のペイロード分子の３０重量パーセント超が、前記離散した多層カーボンナノチューブの前記内孔内にある、前記組成物。
【請求項２】
官能化付与基が、生体適合性界面活性剤からなる群より選択される、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記生体適合性界面活性剤が、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリグリコール酸、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ペプチド、多糖類、タンパク質、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記離散した多層カーボンナノチューブが、生体適合性ポリマー、アミノ酸、タンパク質、ペプチド、またはそれらの組み合わせが結合する少なくとも１つの端部を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記離散した多層カーボンナノチューブが、生体内の特定の部位、構造、または細胞成分を指向する構成体をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記構成体が、核酸、結合タンパク質、および結合抗体からなる群より選択される、請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
前記構成体が、前記離散したカーボンナノチューブの最外層に共有結合している、請求項６に記載の組成物。
【請求項８】
少なくとも１種類のペイロード分子が、電磁放射線の曝露を含む機序によって、離散した開口多層カーボンナノチューブから、少なくとも部分的に放出される、請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
少なくとも１種類のペイロード分子が、前記離散した多層カーボンナノチューブの内部に、前記カーボンナノチューブの表面上の界面活性剤またはポリマーによって、封入される、請求項１に記載の組成物。
【請求項１０】
少なくとも１種類のペイロード分子が、ｐＨまたはイオン濃度の変化によって表面から界面活性剤またはポリマーを取り除くことで、前記離散した開口多層カーボンナノチューブから、少なくとも部分的に放出される、請求項８に記載の組成物。
【請求項１１】
少なくとも１つの端部が開口した前記複数の離散した官能化多層カーボンナノチューブが、異なる長さのチューブ長を備える、請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
少なくとも１つの端部が開口した前記複数の離散した官能化多層カーボンナノチューブが、少なくとも２つの長さの群を含むチューブ長を備え、各群のチューブ長が、他方の群の平均のチューブ長と平均で少なくとも約１０％異なる、請求項１に記載の組成物。
【請求項１３】
少なくとも１つの端部が開口した前記複数の離散した官能化多層カーボンナノチューブが、多様なチューブ長を備える、請求項１に記載の組成物。
【請求項１４】
前記ペイロード分子が、薬物分子、放射性トレーサ分子、放射線療法分子、画像診断分子、蛍光トレーサ分子、タンパク質分子、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載の組成物。
【請求項１５】
離散したナノチューブの少なくとも一部が、約１．１〜約３の、（（チューブの輪郭長さ（ＴＣＬ））：（チューブの両端間長さ（ＴＥＥ）））の比の数平均値を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項１６】
カーボンナノチューブと、少なくとも１つのペイロード分子とを含むペイロード分子送達系組成物において、改善点が、離散した官能化カーボンナノチューブを使用することを含み、前記離散した官能化カーボンナノチューブが、水分散性であり、内孔を画定する最内層と、最外層とを有し、
前記離散した官能化カーボンナノチューブが、見かけのアスペクト比および平均の実際のアスペクト比を有し、少なくとも１つの端部において開口しており、前記少なくとも１種類のペイロード分子の３０重量パーセント超が、前記離散した多層カーボンナノチューブの前記内孔内に存在し、前記離散した官能化カーボンナノチューブの少なくとも約５％（体積）が、前記離散したカーボンナノチューブの平均の実際のアスペクト比の約５０％〜約９９％の見かけのアスペクト比を有する。
【請求項１７】
カーボンナノチューブと、少なくとも１つのペイロード分子とを含むペイロード分子送達系組成物において、改善点が、内孔を画定する最内層、および最外層、ならびに数平均輪郭長さＴＣＬを有する離散した官能化カーボンナノチューブを使用することを含み、前記離散したカーボンナノチューブの少なくとも約５％（体積）が、前記数平均ＴＣＬの約５０％〜約９９％の数平均チューブ両端間長さＴＥＥを有し、前記離散した官能化カーボンナノチューブが水分散性であり、前記離散した官能化多層カーボンナノチューブが、少なくとも１つの端部において開口しており、複数の可溶化基と共有結合、イオン結合、または水素結合し、前記少なくとも１種類のペイロード分子の３０重量パーセント超が、前記離散した多層カーボンナノチューブの前記内孔内に存在する。
【請求項１８】
４重量パーセント超のカーボンナノチューブを含み、５０％に希釈した際に、前記離散したチューブの輪郭長さ対両端間距離の有効アスペクト比の前記カーボンナノチューブ数平均値が、少なくとも１０％増加する、請求項９に記載の組成物。
【請求項１９】
少なくとも１つの端部が開口した前記複数の離散した官能化多層カーボンナノチューブが、多様な内径を備える、請求項１に記載の組成物。
【請求項２０】
少なくとも１種類のペイロード分子が、前記離散した多層カーボンナノチューブの内部に、前記カーボンナノチューブの表面上の界面活性剤またはポリマーによって封入され、水性媒体中の界面活性剤またはポリマーの流体力学的半径が、前記離散した開口カーボンナノチューブの内径よりも大きい、請求項１に記載の組成物。
【請求項２１】
前記離散したカーボンナノチューブの最外面および最内面が、カルボン酸塩およびヒドロキシル部分を約４重量％未満有し、前記ペイロード分子が、水に難溶性である、請求項１に記載の組成物。
【請求項２２】
前記離散したカーボンナノチューブの最外面および最内面が、カルボン酸塩およびヒドロキシル部分を約４重量％超かつ約４０重量％未満有し、前記ペイロード分子が、水溶性である、請求項１に記載の組成物。
【請求項２３】
請求項１に記載の組成物を得るための方法であって、
ａ）前記離散したカーボンナノチューブを水性媒体中に分散させ、少なくとも１つの薬物種と接触させるステップと、
ｂ）前記少なくとも１つの薬物種を、前記離散したカーボンナノチューブ上に吸着させるステップと、
ｃ）前記離散したカーボンナノチューブおよび吸着された少なくとも１つの薬物種を濾過するステップと、
ｄ）前記離散したカーボンナノチューブおよび少なくとも１つの薬物種を水性媒体で洗浄して、前記離散したカーボンナノチューブの前記内孔から前記少なくとも１つの薬物種の５０％未満が拡散する時間枠よりも相対的に短い時間枠内で、前記吸着された少なくとも１つの薬物種の少なくとも６０％（重量）を除去するステップと、
ｅ）前記少なくとも１つの薬物種とは異なる分子種を任意選択で添加するステップであって、前記異なる分子が、前記離散したカーボンナノチューブの外側に主に存在するステップと
を含む方法。
【請求項２４】
内孔を画定する最内層、および最外層を有する、複数の離散した官能化単層または二層カーボンナノチューブと、少なくとも１種類のペイロード分子とを含む組成物であって、
前記離散した官能化カーボンナノチューブが、少なくとも１つの端部において開口しており、
前記少なくとも１種類のペイロード分子の３０重量パーセント超が、前記離散した単層または二層カーボンナノチューブの前記内孔内にある、組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は２０１４年２月２１日に出願された仮特許出願第６１／９４３，２９７号に関連し、またその優先権を主張し、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、様々な形態について広く記載され、開示されている。カーボンナノチューブは、離散的に適切に分散され、かつマトリクスに良好に接着（adhere）または結合されている場合、機械的強度および電気特性の著しい向上を材料にもたらすことが報告されている。カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの場合の約１００ｍ２／グラムから、単層カーボンナノチューブの場合の２０００ｍ２／グラムの範囲の表面積を有する。これらの大きい表面積が、薬物の結合（attach）または会合（associate）を促す。さらにより有用なのは、カーボンナノチューブの内側を分子用のベシクルとして使用することであろう。しかしながら、これらのカーボンナノチューブは、作製される際には、鳥の巣のような集塊、または「クランプ」した多くのチューブからなる小繊維の形態をとり、これが、カーボンナノチューブをその十分な潜在性能に到達し得るような理想的なものではなくまたは有用なものでさえもなくしてしまう。カーボンナノチューブは、作製される際には閉端を有し、その結果、内孔へのアクセスが制限される。カーボンナノチューブの凝集は、注射または人体の治療用の均一で均質な希釈溶液の形成を不可能にする。離散したカーボンナノチューブであれば、これらの問題は解決される。なぜなら、これらのチューブは、分離しており、互いと別個であり、水性媒体中で再凝集することなく、その形態のまま維持され得るためである。薬物送達用途については、カーボンナノチューブが、比較的容易に細い針または注射器を通って流れることも望ましい。
【０００３】
人体における薬物送達の場合、カーボンナノチューブの表面は、水性媒体中に分散され得るように、その親水性を向上するべく修飾されねばならない。
【０００４】
さらに、表面の修飾または官能化は、カーボンナノチューブの医療用途のために、生体適合性（bio-compatible）および低い毒性を可能にするべく必要とされる。
【０００５】
ＣＮＴの官能化手順は２つの主要なアプローチ、すなわち、化学結合による結合（共有結合またはイオン結合）、および非共有結合または合着的結合（物理吸着または物理吸収）へと分けることができる。
【０００６】
薬物が離散したカーボンナノチューブの内部に格納される場合、薬物分子の内包率、および内孔からの薬物分子の放出速度を制御するために、チューブの内面および／または離散したチューブの端部を処理することもまた重要であると考えられる。離散したカーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの長さ、直径、ならびに官能化の程度および種類の選択は、薬物送達の動態を制御する重要なパラメータである。一部の場合においては、官能化に、腫瘍等の特定の標的場所に対する標的化分子を含ませることもまた望ましい場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ナノチューブに関する特定の課題は、チューブの外側に薬物をほぼ含まないか、または全く含まずに、同じ薬物をチューブの内部に効果的に組み込むことである。
【解決を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、ここに、特定の性質を有する離散した（discrete）カーボンナノチューブが、ペイロードまたは薬物分子の送達、特に人体での使用のために使用できることを発見した。
【０００９】
一態様において、本発明は、
内孔を画定する最内層、および最外層を有する、複数の離散した官能化単層、二層、または多層カーボンナノチューブと、少なくとも１種類のペイロード分子とを含む組成物であり、前記離散した官能化カーボンナノチューブは、少なくとも１つの端部において開口しており、少なくとも１種類のペイロード分子の３０重量パーセント超は、離散した単層、二層、または多層カーボンナノチューブの内孔内に存在する。
【００１０】
官能化付与基は、生体適合性界面活性剤（bio-compatible surfactants）からなる群より選択することができる。好ましい生体適合性界面活性剤としては、限定されるものではないが、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＶＯＨ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）、ＰＧＬＡ（ポリグリコール酸）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＰＶＰポリビニルピロリドン、ＰＡＡポリアクリル酸、アミノ酸、ペプチド、多糖類、およびタンパク質（例えばアルブミン）が挙げられる。離散した開口多層カーボンナノチューブは、端部に結合する生体適合性ポリマー、アミノ酸、タンパク質、またはペプチドを有する、少なくとも１つの端部を含むことが好ましい。
【００１１】
結合は、本質的に、共有結合、イオン結合、水素結合、またはπ−π結合を介してよい。離散した官能化カーボンナノチューブは、少なくとも１つの組織標的化成分を含み得る。組織標的化成分の使用は、腫瘍組織等の特定のインビボの組織への薬物の指向的送達をもたらすことが当分野において周知である。本組成物はまた、官能化カーボンナノチューブに結合した受容体リガンド等を通じて、ある特定の細胞受容体を指向してもよい。限定されるものではないが、癌等の一部の病態においては、特定の細胞受容体が、過剰発現しているか、または高活性の結合状態にある。有利なことに、本明細書の組成物の、細胞受容体への指向性は、特定の組織を標的とする手段をもたらす。少なくとも１つの組織標的化成分は、限定されるものではないが、アプタマー、核酸、抗体、抗体断片、多糖類、ペプチド、タンパク質、ホルモン、受容体リガンド、それらの合成誘導体、およびそれらの組み合わせを含む群から選択される。様々な細胞認識部位がこれらの成分に関して存在し、本組成物の指向的な組織標的化を可能にする。
【００１２】
少なくとも１種類のペイロード分子は、好ましくは、電磁放射線の曝露（例えば、ＭＲＩ（磁気共鳴画像法））、局所的ｐＨ変化、電解質バランス、またはバイオポリマーコーティングの生物学的（例えば、酵素的）消化を含む機序によって、離散した開口多層カーボンナノチューブから、少なくとも部分的に放出される。
【００１３】
複数の離散した官能化開口多層カーボンナノチューブは、異なる長さのチューブ長を有することが好ましい。チューブ長分布は、単峰性、二峰性、または多峰性であり得る。少なくとも２つの長さの群を含むチューブ長分布の場合、好ましいのは、各群のチューブ長が、薬物放出速度を制御するために、他方の群の平均のチューブ長と平均で少なくとも約１０％異なることである。異なる長さ分布は、異なるペイロード分子または異なる標的化成分を含み得る。
【００１４】
複数の離散した官能化開口多層カーボンナノチューブは、約２５〜約２００、好ましくは２５〜１５０、最も好ましくは４０〜１２０の平均アスペクト比を有する。
【００１５】
複数の離散した官能化開口多層カーボンナノチューブは、製剤の０．０１〜９９重量％、好ましくは０．１〜９９重量％、より好ましくは製剤の０．２５〜９５重量％を構成し得る。
【００１６】
所望されるペイロード送達速度に基づいて、製剤の離散したカーボンナノチューブＭＲの１０重量％以下が約１００〜２００のＬ／Ｄを有し得、製剤の離散したカーボンナノチューブ（Molecular Rebar（分子鉄筋）「ＭＲ」として知られ、ここではそのように称する）の約３０重量％以上が４０〜８０のＬ／Ｄを有し得る。離散したカーボンナノチューブのＬ／Ｄは、単峰性分布または多峰性分布（二峰性分布等）であり得る。多峰性分布は、均一に分散されたアスペクト比の範囲（５０％の１つのＬ／Ｄ範囲、および約５０％の別のＬ／Ｄ範囲）を有し得る。分布はまた、非対称であってもよく、すなわち、比較的少ない割合の離散したナノチューブが特定のＬ／Ｄを有し得、一方で、より多い量が別のアスペクト比分布を構成し得る。
【００１７】
ペイロード分子は、薬物分子、放射性トレーサ分子、放射線療法分子、画像診断分子、蛍光トレーサ分子、タンパク質、核酸、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され得る。
【００１８】
本明細書に開示される離散した官能化カーボンナノチューブと共有結合性あるいは非共有結合性で合着し得るペイロード分子の例示的種類としては、限定されるものではないが、プロトンポンプ阻害剤、Ｈ２受容体拮抗薬、細胞保護剤、プロスタグランジン類似体、β遮断薬、カルシウムチャネル遮断薬、利尿剤、強心配糖体、抗不整脈薬、抗狭心薬、血管収縮剤、血管拡張剤、ＡＣＥ阻害剤、アンジオテンシン受容体拮抗薬、α遮断薬、抗凝血薬、抗血小板薬、線維素溶解薬、高脂血症治療薬、スタチン、催眠薬、統合失調症治療薬、抗鬱剤、モノアミン酸化酵素阻害剤、選択的セロトニン再取り込み阻害剤、制吐薬、抗痙攣剤、抗不安薬、バルビツレート、興奮剤、アンフェタミン、ベンゾジアゼピン、ドーパミン遮断薬、抗ヒスタミン剤、コリン作動薬、抗コリン薬、催吐剤、カンナビノイド、５−ＨＴ拮抗薬、非ステロイド性抗炎症薬、オピオイド、気管支拡張薬、抗アレルギー薬、粘液溶解薬、コルチコステロイド、β受容体拮抗薬、抗コリン薬、ステロイド、アンドロゲン、抗アンドロゲン薬、成長ホルモン、甲状腺ホルモン、抗甲状腺薬、バソプレッシン類似体、抗生物質、抗真菌薬、抗結核薬、抗マラリア薬、抗ウイルス薬、抗原虫薬、放射線防護体、化学療法剤、細胞分裂阻害薬、パクリタキセル等の細胞傷害性薬物、ならびに抗体および抗体断片等のタンパク質を含む生物製剤、ならびに発現ベクター、低分子干渉ＲＮＡ、ワクチン等を含む核酸が挙げられ得る。
【００１９】
本発明の別の態様においては、離散したカーボンナノチューブを含むペイロードまたは薬物分子送達系組成物が開示され、離散したナノチューブの少なくとも一部が、約１．１〜約３、好ましくは約１．１〜約２．８、より好ましくは約１．１〜約２．４、最も好ましくは約１．１〜約２、特に約１．２〜約２の、（（チューブの輪郭長さ（ＴＣＬ））：（チューブの両端間長さ（ＴＥＥ）））の比の数平均値を有する。
【００２０】
本発明の別の態様は、複数の離散したカーボンナノチューブを含むペイロードまたは薬物送達系組成物であり、ここで、離散したナノチューブの少なくとも一部が、チューブの両端間長さ（ＴＥＥ）の数平均よりも少なくとも１０％大きく、最大でその約３００％である、チューブの輪郭長さ（ＴＣＬ）の数平均を有する（数平均ＴＣＬおよびＴＥＥは、離散したカーボンナノチューブの同一のバッチから得ている）。
【００２１】
別の態様においては、ペイロードまたは薬物送達系組成物は、平均の実際のアスペクト比を有する複数の離散したカーボンナノチューブを含み、該離散したカーボンナノチューブの少なくとも５％（体積）が、離散したカーボンナノチューブの平均の実際のアスペクト比の約５０％〜約９９％の見かけのアスペクト比を有する。見かけのアスペクト比は、実際のアスペクト比の、下が約６０％または７０％から、上が約８０％、９０％、約９９％までであり得る。
【００２２】
本組成物は、離散したカーボンナノチューブの実際のアスペクト比の約５０％〜約９９％の見かけのアスペクト比を有する、少なくとも約１０％（体積）、好ましくは２０％、より好ましくは５０％、最も好ましくは７５％、特に９５％の離散したカーボンナノチューブを有し得る。
【００２３】
本発明の別の態様は、数平均輪郭長さＴＣＬを有する複数の離散したカーボンナノチューブを含むペイロードまたは薬物送達系組成物にあり、改善点には、少なくとも約５％（体積）の離散したカーボンナノチューブが、この数平均ＴＣＬの、低値が約５０％、６０％、または７０％から、高値が約８０％、９０％、または９９％である、両端間チューブ長さＴＥＥの数平均を有することが含まれる。
【００２４】
該組成物は、離散したカーボンナノチューブの数平均ＴＣＬの、約５０％〜約９９％である数平均ＴＥＥを有する離散したカーボンナノチューブを、少なくとも約１０％（体積）、好ましくは２０％、より好ましくは５０％、最も好ましくは７５％、特に９５％有し得る。
【００２５】
少なくとも一部の離散したナノチューブは、約１．１〜約３の高さまでの（離散したＴＣＬのＴＥＥに対する比）の数平均値を有し得、チューブの数の５％超、好ましくは２０％超、最も好ましくは５０％超である。
【００２６】
離散したカーボンナノチューブを作製するプロセスもまた、本明細書に記載される。これらの追加的（および任意選択的）ステップは、離散したカーボンナノチューブを離散した酸化カーボンナノチューブと反応する材料に添加すること、界面活性剤を添加すること、および薬物を含む他の分子を添加することから選択され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】輪郭長さおよび両端間距離を例証する、離散したカーボンナノチューブＭＲの図である。
【図２】本発明の離散したカーボンナノチューブＭＲの３次元表現の切片の透過電子顕微鏡組織において見られる、２次元図形の図である。
【図３】走査型電子顕微鏡法およびミクロトーム切片を用いて判定した、ポリマーマトリクス中の離散したカーボンナノチューブの両端間長さ対輪郭長さのプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下の記載において、本明細書に開示される本実施形態の十分な理解を提供するように、特定の量、サイズ等のある特定の詳細が明示される。しかしながら、本開示はそのような特定の詳細を伴わずに実践し得ることが、当業者には明白であろう。多くの場合、そのような詳細が本開示の完全な理解を得るには必要でない限りにおいて、また関連分野の当業者の能力の範囲内にある限りにおいて、そのような検討等に関する詳細は省略されている。
【００２９】
本明細書で使用される用語の大部分が、当業者にとって認識可能であろうが、用語は、明確に定義されていない場合、当業者によって現在認められている意味を採用するものとして解釈されるべきであることを理解されたい。用語の解釈が、その用語を無意味または本質的に無意味なものにする場合においては、定義は、Webster's Dictionary, 3rd Edition, 2009に依拠するものとする。
【００３０】
離散した（discrete）または剥離した（exfoliated）カーボンナノチューブ（単層、二層、および多層構造であり得る）を作製するプロセス中において、ナノチューブは、少なくとも１つの開口端部を有するように切り分けられ、製造業者から受け取った際にカーボンナノチューブの内側にある残留触媒粒子が除去される。チューブのこの切断は、剥離に役立つ。チューブの切断は、チューブの長さを、Molecular Rebarとしてここに定義されているカーボンナノチューブの断片（carbon nanotube segments）へと低減させる。触媒粒子の種類およびカーボンナノチューブ内での分散に関連した、カーボンナノチューブの供給材料の適切な選択によって、結果として得られる個々のチューブ長および全体的なチューブ長分布に対するより細やかな制御が可能となる。好ましい選択は、内部の触媒部位が均一に離間されている場合、および触媒が最も効率的である場合である。粘度のバランスおよび薬物送達動態性能にとって好ましいアスペクト比（長さ対直径の比）は、約２５超かつ約２００未満である。この選択は、電子顕微鏡および離散したまたは剥離チューブ長分布の判定を用いて評価できる。
【００３１】
Molecular Rebarは、表面上に、本明細書においては官能化基としても知られる酸化種を有する。本開示において、酸化の量は、乾燥カーボンナノチューブの約１〜約１５重量％であり得る。酸化種としては、限定されるものではないが、カルボン酸塩、ヒドロキシル、ラクトン、およびそれらの組み合わせが挙げられる。酸化種は、有利なことに、限定されるものではないが、塩化アシル、エポキシ、イソシアネート、ヒドロキシル、またはアミン基等の種と反応し得る。Molecular Rebarはさらに、Molecular Rebarの表面に対して接着性で、イオン結合、または共有結合する、生体適合性分散剤または界面活性剤を含み得る。生体適合性分散または界面活性剤分子は、液体媒体中の界面活性剤分子のサイズが、界面活性剤分子が離散したカーボンナノチューブ内に入ることを防止するように選択され得る。チューブの開口部に入れない界面活性剤分子の最低限のサイズの選択は、チューブの開口部の直径、および液体媒体中における分子の流体力学的半径に関連する。
【００３２】
液体媒体中でのポリマー分子の流体力学的半径ＲＨは、科学文献、例えば、M.S. Ahmed, M.S. El-Aassar and J. W. Vanderhoff, ACS Symp. Series 240:77 (1983)においてよく研究されている。回転半径を測定する技法は一般に、粘度法および光子相関分光法を含む。Ａｈｍｅｄらによる研究においては、水中の直径１９０ｎｍのポリスチレン粒子上に吸着されたポリビニルアルコールのＲＨの値は、式：ＲＨ＝０．０３Ｍｗ０．５３８に従うことが確認された。
【００３３】
水性媒体中の離散したカーボンナノチューブを分散させることができ、開口カーボンナノチューブの孔内に入り得ないことが予期される界面活性剤分子のサイズは、好ましくは約３０，０００ドルトン超、より好ましくは約６０，０００ドルトン超、最も好ましくは約１００，０００ドルトン超である。５ｎｍの開口部の内径を有するカーボンナノチューブ内にはまらないサイズである生体適合性ポリマーの例は、Ｋｕｒａｒａｙが供給するMowiol 10-98として入手可能な、分子量が約６１，０００ドルトンのポリビニルアルコールである。生体適合性分散剤または界面活性剤は、ナノチューブの最外面から、薬物の一部または全体を移動させることがまた好ましい。
【００３４】
【表１】
2017506254.tif 000003
【００３５】
単一のアミノ酸、小分子ジペプチドおよびトリペプチド、ならびに変性タンパク質の流体力学的半径、ＲＨは、式：ＲＨ＝０．０２７Ｍ０．５ｎｍに当てはまる。（J. Danielson. PhD. Thesis Stockholm University 2007）。ＰＶＯＨに関しては、この流体力学的半径は、ＲＨ＝０．０３Ｍ０．５３８ｎｍであることが確認されている。流体力学的半径の値は、溶媒の質にも左右されることが認識されており、すなわち、インスリンの場合、ＲＨは、中性条件に対して、酸性条件においては減少する。同様に、温度変化もまたＲＨの値の変化を引き起こし得る。流体力学的半径のこの変化は、離散したカーボンナノチューブの内孔内に分子がはまることを促進する。そこで、液体媒体環境を変化させ、分子の流体力学的半径を拡張させ、薬物分子を内孔から排除するために、例えば液体媒体環境温度、ｐＨ、またはそれら両方を変化させるといった方法によって、環境を変化させる必要がある。
【００３６】
単層および二層カーボンナノチューブは、典型的には約０．９〜約１．２ｎｍの内径を有する。
【００３７】
多層カーボンナノチューブは、典型的には約１．８〜約５０ｎｍの内径を有する。分子は、その流体力学的半径がカーボンナノチューブの開口部の半径よりも約１０％大きい場合、開口カーボンナノチューブ内に入る可能性は低いと考えられる。これは、例えば表１を参照すると、２．１ｎｍの流体力学的半径を有するインスリンは、開口単層または二層カーボンナノチューブの内部には入れないであろうことを意味する。同様に、７ｎｍの流体力学的半径を有するウシ血清アルブミンは、内径５．５ｎｍの開口多層カーボンナノチューブ内には入らない。これは、離散したカーボンナノチューブの最内層の直径の選択が、カーボンナノチューブ内に入り得る分子の最大サイズを選択する際に重要な役割を果たすことを意味する。
【００３８】
生体適合性分散または界面活性剤分子はまた、薬物と界面活性剤の結合体が、開口カーボンナノチューブ内に入り、その後ナノチューブおよび内容物がチューブ内に入り得ないより大きな生体分子で封入されるように、水性媒体中での薬物の可溶化に役立つように選択することができる。ナノチューブ内に入ることができる界面活性剤分子のサイズは、好ましくは約１０，０００ドルトン未満、より好ましくは５，０００ドルトン未満、最も好ましくは２，０００ドルトン未満である。多層ナノチューブ内に入ることができるこの種類の界面活性剤の例は、分子量が約１３０９ドルトンのモノステアリン酸ポリオキシエテンソルビタンであり、これはTween-60として市販されている（Tweenは、Croda International PLCの登録商標である）。Molecular RebarまたはＭＲとして知られており、本明細書においてそのように呼ばれる前述の離散したカーボンナノチューブの結果として、有利な薬物輸送特性が提供される。
【００３９】
開口カーボンナノチューブのチューブの内径は、最大のサイズの薬物分子がチューブ内に入ることができるように選択され得る。これは、異なるサイズの分子の混合物からある特定のサイズの分子を選択するのに有用であり得る。異なる内径のチューブおよび／または異なる長さの開口カーボンナノチューブが、薬物の送達速度、または薬物の種類もしくはサイズの組み合わせを制御するために使用され得る。異なる官能性の離散した開口カーボンナノチューブを、治療部位に対する薬物の放出速度を制御するために使用することもできる。
【００４０】
代替的には剥離カーボンナノチューブ（exfoliated carbon nanotubes）とも呼ばれる、本開示の離散した酸化カーボンナノチューブ（discrete oxidized carbon nanotubeまたはＤＣＮＴ）は、カーボンナノチューブが束へと凝集している際には明白ではない個々のカーボンナノチューブによって提供される、電気的輸送、熱的輸送、物理的輸送、および薬物輸送等の特性を利用し得る。束になった、または合着したカーボンナノチューブではなく、むしろ個々のカーボンナノチューブによって提供される特性の例は、薬物濃度をより正確に送達すること、および個々のカーボンナノチューブが細胞壁と並んで優先的に配向されるか、または細胞内に入ることである。
【００４１】
代替的には剥離カーボンナノチューブとも呼ばれる、離散した酸化カーボンナノチューブは、米国特許出願公開第１３／１６４，４５６号明細書および米国特許出願公開第１３／１４０，０２９号明細書において開示される方法によって、作製済みの束になったカーボンナノチューブから得られ、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれ、本発明において使用される離散したカーボンナノチューブを製造するのに特に有用である。束になったカーボンナノチューブは、例えば、化学蒸着法、レーザーアブレーション、および高圧一酸化炭素合成等の任意の既知の手段によって作製できる。束になったカーボンナノチューブは、例えばすす、散剤、繊維、およびバッキーペーパーを含む様々な形態で存在し得る。さらに、束になったカーボンナノチューブは、任意の長さ、直径、またはキラリティーであり得る。カーボンナノチューブは、そのキラリティーおよび層の数に基づいて、金属性、半金属性、または非金属性であり得る。離散した酸化カーボンナノチューブは、例えば、単層、二層カーボンナノチューブ、または多層カーボンナノチューブ、およびそれらの組み合わせを含み得る。当業者ならば、特定の種類のカーボンナノチューブを活用して例証される本発明の特定の態様の一部は、他の種類のカーボンナノチューブを活用することで、本開示の趣旨および範囲内で同等に実践し得ることを認識するであろう。しかしながら、複数の離散したカーボンナノチューブの所望される構造の制御のためには、カーボンナノチューブの出発構造に従って変化する化学、熱、および機械的エネルギーの特定の制御が必要とされる。
【００４２】
ストーンウェルズ欠陥（Stone-Wales defects）と呼ばれる一部の構造の組み込みが特に、本発明のカーボンナノチューブを形成するためのものであり、これは、グラフェンの六員環の、縮合ベンゼン環の六方格子内に納まる七角形−五角形の対への再配列であり、これによってカーボンナノチューブの層が構成される。これらのストーンウェルズ欠陥は、グラフェンまたはカーボンナノチューブの層のより容易な酸化のための、より高い結合−歪エネルギーの部位を形成するのに有用である。これらの欠陥および他の種類の縮合環構造もまた、カーボンナノチューブの長さに沿った屈曲または湾曲を促進し得る。
【００４３】
ストーンウェルズ欠陥は、末端キャップにおいてより頻繁に存在するものと考えられており、これによって、カーボンナノチューブの層のより高い度合いの曲率が可能となる。酸化中、カーボンナノチューブの端部は開口していてもよく、また層に沿う部分よりも開口端部における酸化の度合いが高くなってもよい。チューブの端部におけるより高い度合いの酸化、およびそれによるより高い極性または水素結合は、チューブが油等のより極性の低い媒体中に存在する場合、輪郭長さの両端間に対する平均の比を増加させるのに役立つと考えられる。輪郭長さの両端間距離に対する比は、有利なことに、チューブと媒体との熱力学的相互作用の度合いによって制御することができる。界面活性剤および電解質もまた、チューブと一般的に好まれる媒体との熱力学的相互作用を修正するために有用に採用され得る。輪郭長さの両端間距離に対する比に影響を及ぼす代替的手段としては、無機またはイオン性塩、およびチューブの表面に結合できるか、またはそれと接触させられる官能基を含む有機物の使用が挙げられる。
【００４４】
離散したカーボンナノチューブ（ＤＣＮＴ）またはMolecular Rebar（ＭＲ）を作製するための一般的プロセス
製造する際、繊維状の束の形態のカーボンナノチューブは、離散したカーボンナノチューブを作製するために、異なるソースから得ることができる。しかしながら、本明細書において使用される実施例の場合、ＣＮａｎｏ ９０００から入手したカーボンナノチューブが使用される。ＣＮａｎｏカーボンナノチューブは、約４重量パーセントの残留触媒を有する。チューブの平均外径は、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）で判定した場合、約１３ｎｍである（本明細書後述の表は、約１２．５ｎｍという他のチューブ直径を列記している）。カーボンナノチューブ製造業者は、製造技術に応じて、より高い不純物％、およびより広く、より高い、直径のカーボンナノチューブの分布を有し得る。他のチューブの製造業者としては、ArkemaおよびSouthwest NanoTehnologies Inc.が挙げられる。
【００４５】
離散したカーボンナノチューブ（Molecular RebarまたはＭＲ）は、様々なプロセス条件、プロセス、および触媒を用いて作製することができる。チューブ直径および直径分布は、これらの条件によって決定され、これらの条件に特有のものである。ＭＲプロセスから結果として得られたチューブ長および長さの分布は、カーボンナノチューブ製造中の触媒効率性およびプロセス条件、チューブ内への触媒の組み込みの量、ならびにカーボンナノチューブの層内の欠陥の種類および分布、ならびにMolecular Rebarを作製するために使用された化学、熱、および機械的プロセスに関連する。好ましくは、ＭＲ変換プロセス後には、離散したカーボンナノチューブの端部の実質的に全てが開口している。
【００４６】
本開示の官能化カーボンナノチューブは、概して、上に記載されたカーボンナノチューブのうちのいずれかの化学修飾形態を指す。そのような修飾は、ナノチューブの端部、側壁、または両方に関与し得る。化学修飾としては、限定されるものではないが、共有結合、イオン結合、化学吸着、インターカレーション、界面活性剤の相互作用、ポリマーラッピング、切断、溶媒和、およびそれらの組み合わせが挙げられ得る。本発明の離散したカーボンナノチューブは、同一のチューブ上における異なる官能化の混合物、または異なる官能性を有するチューブの混合物、あるいはそれらの両方を含み得る。多層カーボンナノチューブが官能化のためには好ましく、これは、これによってその端部を除く内層が官能化されずに残り、その結果良好な強度、導電率、および熱伝導率等の特性が維持されるためである。
【００４７】
本発明の離散したカーボンナノチューブは、特定の標的適用を必要とする身体の一部の器官に対して、特定の薬物を送達するといった、ある特定の医療用途において、薬物の運搬体として使用できる。本カーボンナノチューブは離散して、開口しており、特定のＬ／Ｄを有し、中空であるため、薬物送達（または化学送達）は、チューブの最内面および／または最外面への薬物の結合または合着のいずれかを可能にするような特定の分子サイズのために調節できる。この離散したカーボンナノチューブの強度等の他の特性を活用できる、薬物を伴う離散したカーボンナノチューブの他の医療用途としては、靭帯または腱を関節に結合させる際の使用、あるいは適切な条件の下での骨の成長または再生を手助けするための骨移植が挙げられる。
【００４８】
一般的方法
本発明の離散したカーボンナノチューブの剥離および生成を補助する１つの方法は、硝酸溶液を使用することである（約６０重量％濃度超、好ましくは６５％の硝酸濃度を上回る水溶液）。混酸系（例えば、硝酸および硫酸）を使用することもできる。
【００４９】
カーボンナノチューブ、ＣＮＴの出発材料となる束を約１．２重量体積％で、タンク内の摂氏５０度の硝酸中に添加する。硝酸がノズルを通してまず装填され、ＣＮＴは最小限のＣＮＴが放出されるように、ホッパーを通して装填される。次いで、混合物を８０℃に加熱し、２時間撹拌しながら、４５倍の倍率の光学顕微鏡で判定した際に分散が均一になるまで、運転中のソニケーターセルを通じて、混合物を継続的に供給する。
【実施例】
【００５０】
離散したカーボンナノチューブを作製するための１つの例証的プロセスは、以下の通りである。６５％硝酸中の、１．２％のＣＮＴ（ＣＮａｎｏ  ９０００から入手）の１６リットルの混合物を、３４ｍｍのソニトロード（sonitrode）を用いる１０００ワットのソニケーターセルを通じて、１．５ ｌ／分で送出する。背圧は３０ｐｓｉであり、振幅は８５％に設定し、記録されたワットは５００〜６００である。セルを通じて１６リットル全てが送出された後、ＣＮＴのスラリーをソニケータータンクに排出し戻し、ＣＮＴが剥離され、Molecular Rebarが、例えば光学顕微鏡および／またはＵＶ吸収で判定した際に所望の仕様に到達するまで、このプロセスを繰り返した。ソニケーターを通じて材料が処理される回数は、所望のMolecular Rebar構造を達成するのに必要とされる全体的エネルギーの量に左右される。ＣＮａｎｏ ９０００で製造されたＣＮＴの場合、このエネルギーはＣＮＴ１グラム当たり約２４０００〜４０，０００ジュールである。他の製造業者によって供給されたＣＮＴの必要とするエネルギーは異なる場合がある。エネルギーの必要量は、所与の用途にとって必要とされる剥離の度合い、ＣＮＴが入っている媒体、温度、および酸化の所望の量によっても異なる。チューブの長さまたは長さの分布は、例えば、限定されるものではないが、異なる種類の出発カーボンナノチューブの選択、酸混合物に対する曝露の時間、運転温度、超音波処理装置の運転の振幅、超音波処理の力、およびソニケーターセルを通る液体の流速によって影響を及ぼされ得る。酸化の種類（カルボン酸、アルコール、ケトン、およびアルデヒド）、ならびに曝露されるカーボンナノチューブ表面におけるそれらの濃度分布は、温度、時間、および超音波処理エネルギーによって影響を受ける。酸化レベルはまた、摂氏６００度の不活性雰囲気中でチューブを加熱することにより、低減または排除できる。所望される酸化種の種類は、各種類の薬物の用途の製剤要件に応じて異なり得る。例えば、水性媒体中での離散したカーボンナノチューブの完全な分散にとって、最小限の量の生体適合性界面活性剤が所望される場合、これは、チューブ表面上におけるより高い濃度のカルボン酸およびヒドロキシル基を必要とする。増加した量の官能基は、例えば、限定されるものではないが、過酸化物、または炭素−水素結合に挿入される分子を含有するアジド等の追加的な酸化剤を使用することで得られる。
【００５１】
終了すると、もつれていたＣＮＴは、離散した開口カーボンナノチューブ、ＭＲへと変換されている。
【００５２】
濾過
複数の離散した開口カーボンナノチューブの形成に成功した後、スラリー混合物（ＣＮＴスラリーではなくなり、現在はＭＲスラリー）は、同じ濃度において元々のスラリーよりも粘性が高くなり、これはＭＲの非常に高くなったアスペクト比を示す（アスペクト比は、長さ／直径であり、カーボンナノチューブグレード、Ｆｌｏｔｕｂｅ ９０００ ＭＲを用いた実施例においては、約６０である。カーボンナノチューブの球形の束は、アスペクト比１を有する構成体（entity）とみなされる）。スラリーをフィルタに移して硝酸を除去し、少なくともｐＨ４、好ましくはｐＨ５超まで浄水で洗浄する。これによって、約５％の固形物量を有する濾過ケーキが得られる。
【００５３】
ペイロード分子（例えば薬物）の添加
薬物物質の水溶性は、薬物製品の製剤前研究において重要なパラメータである。いくつかの薬物は水に難溶性であり（薬物の約５重量％以下しか溶けない）、製剤および服用量の投与に関して課題を呈する。分散体を形成するために、有機溶媒または油、および追加的な界面活性剤を使用できる。ペイロード分子が水性媒体中において容易に溶解または分散されるのであれば、濾過ケーキは乾燥させる必要はない。ペイロード分子が水性媒体中において容易に溶解または分解しない場合、濾過ケーキはまず真空中で一定の重量になるまで８０℃で乾燥させる。疎水性または親水性の分子の進入を促進するように、離散したカーボンナノチューブの表面上の酸化種の量を選択することが望ましくあり得る。最外層および最内層への疎水性分子の吸着または結合は、それらのカーボンナノチューブの層および離散したカーボンナノチューブの端部に有する酸化種がより少ないこと、例えば、離散したカーボンナノチューブの表面上の酸化種が４重量％未満であることによって促進される。反対に、親水性分子の吸着または結合は、離散したカーボンナノチューブの表面上の酸化種が１０〜４０重量％であることによって促進される。ルイス塩基とみなされ得る薬物分子が、離散したカーボンナノチューブ上に吸着されることが好ましい。ルイス塩基は、窒素または酸素等の含有する原子から孤立電子対を供与し得る化学種とみなされる。ルイス塩基の例としては、硫酸塩、リン酸塩、アミン、および関連するピリジン等のアニオンが挙げられる。所望の濃度の液体媒体中のペイロード分子が、離散したカーボンナノチューブに添加され、チューブの孔内で数時間平衡化される。液体媒体およびペイロード分子の開口カーボンナノチューブ内への挿入速度は、カーボンナノチューブを真空下におきながら液体媒体およびペイロード分子を導入することによって促進することができる。次いで、混合物を濾過して約１ｍｍ未満の厚さのケーキを形成し、その後チューブ内に存在しないペイロード溶液の大部分が、高流速濾過で除去される。濾過の速度は、ペイロード分子がチューブ孔から拡散し得る時間が相対的にほとんどないように選択される。次いで、濾過ケーキおよびペイロード薬物は、大分子を結合または合着させることが所望される場合、開口カーボンナノチューブの内部に入れないバイオポリマー、アミノ酸、タンパク質、またはペプチドの水溶液の添加等、追加的な処置に供される。あるいは、別の薬物を結合または合着させることができる。
【００５４】
酸化、長さ、および長さの分布、ならびに離散したカーボンナノチューブの程度の測定
走査型電子顕微鏡法を、長さの分布を判定するために使用する。酸化の程度は、Ｏ１ｓ分光法、エネルギー分散Ｘ線、および熱重量分析等のいくつかの試験で測定できる。熱重量測定、ＴＧＡが、真空中１００℃で４時間乾燥した濾過ケーキの少量の試料（１０〜２０ｍｇ）で、カーボンナノチューブ上の酸化種の重量％を判定するのに便宜的に使用され、熱重量分析は、１００℃〜６００℃の窒素中、１０℃／分の加熱速度で行われる。カーボンナノチューブ上の酸化種の量は、２００〜６００℃の間での重量損失として得られる。紫外分光法、ＵＶ、およびＳＥＭを、離散したチューブ、すなわち塊または束になっていないカーボンナノチューブの濃度および複数性を判定するために使用する。ＵＶ分析の場合、例えば、湿潤ケーキに水を添加して、０．５重量％のカーボンナノチューブ懸濁液を得て、その後酸化カーボンナノチューブの質量の１．５倍の濃度のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを添加する。溶液を、室温で、ソニケーターを用いて３０分間超音波処理し、２．５×１０〜５ｇのカーボンナノチューブ／ｍｌの濃度まで希釈する。離散したカーボンナノチューブの溶液は、少なくとも１５分間で、少なくとも１．２吸収単位の、５００ｎｍのＵＶ吸収を提供する。
【００５５】
【表２】
2017506254.tif 000004
【００５６】
チューブ長を判定するために、チューブの試料をイソプロピルアルコールで希釈し、３０分間超音波処理する。次いで、これをシリカウエハ上に堆積させ、ＳＥＭで１５ｋＶおよび２０，０００倍の倍率で画像を撮る。３枚の画像を異なる場所で撮る。ＪＥＯＬソフトウェア（ＳＥＭと共に含まれる）を活用して、最少２本の線を、各画像を横切るように引き、この線を横切るチューブの長さを測定する。
【００５７】
歪度は、確率分布の非対称性の測定値である。正の値は、分布ヒストグラムの右側の裾が左側よりも長いことを意味し、逆もまた同様である。正の歪度が好ましく、これは長い長さのチューブがより多いことを示し、意味する。ゼロの値は、平均値の両側における相対的に均一な分布を意味する。
【００５８】
尖度は、分布曲線の形状の測定値であり、概して、正規分布と関連する。歪度および尖度の値は両方とも単位をもたない。
【００５９】
以下の表は、離散したカーボンナノチューブの直径の代表値を示す。
【００６０】
【表３】
2017506254.tif 000005
【００６１】
組成物のフロー加工性における改善は、レオメータを用いて、例えば、はっきりと定義された幾何学形状を有する同心円筒を活用して、流体のフローに対する抵抗を測定し、その粘性挙動を判定することで、判定できる。外側の円筒の相対回転は組成物の流れを引き起こすが、その変形に対する抵抗は、カップの内壁に剪断応力を課し、これはＰａの単位で測定される。
【００６２】
以下の表４は、（数平均チューブ輪郭長さ（ＣＬ））の（数平均チューブ両端間長さ（ＥＥ））に対する比を、マトリクススチレン−ブタジエンゴムマトリクス中の離散したカーボンナノチューブについての混合条件（時間および温度）の関数として要約したものである。混合は、Ｈａａｋｅバッチミキサを用いて、毎分１０〜８０のＲＰＭの範囲で実現する。測定された試料数のサイズにわたる（ＣＬ対ＥＥ）の数平均比の合計もまた報告されている。「ＭＢ」は、マスターバッチ（master batch）の略語である。データが実証するように、これらの実験に関しては、Σ（ＣＬ）／ｎ：Σ（ＥＥ）／ｎの比（最初の列）は１．２６〜１．４２の範囲であり、この比が、混合条件を考慮して使用することで制御できることを示している。これは、１列目１行目で１．２６のΣ（ＣＬ）／ｎ：Σ（ＥＥ）／ｎを有する離散したチューブの場合、ＴＥＥ長は、ＴＣＬ長の長さの平均で約７９．４％であることを意味する。換言すれば、チューブは屈曲しているか、折り返されているか、または湾曲しており、その結果、両端間長さが、輪郭長さの長さ（すなわち、完全に引き伸ばされた場合の長さ）の約８０％の長さである。これは、チューブが、溶融または高度に濃縮された液体環境において、より好ましく処理することができ、有用なレオロジー的特性、すなわち剪断条件の下での溶融または濃縮液体中におけるより低い粘度を有し得ることを意味する。しかしながら、希釈物においては、チューブはより真っ直ぐになり得る。他の列は、（（ＴＣＬ：ＴＥＥ）の比の）数平均を示す。限定されるものではないが、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、およびポリビニルピロリドン等の他の高分子マトリクスを用いた場合、類似の結果が予期される。
【００６３】
【表４】
2017506254.tif 000006
【００６４】
離散したカーボンナノチューブに関して本発明で開示される態様のいずれも、例えば無機または鉱物ナノチューブを含む他のチューブ状ナノ構造に置き換わるように、本開示の趣旨および範囲内で修正することができる。無機または鉱物ナノチューブとしては、例えば、シリコンナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ、およびナノチューブ構造中にヘテロ原子置換を有するカーボンナノチューブが挙げられる。ナノチューブは、例えば、炭素、ケイ素、ホウ素、および窒素等の有機または無機元素を含み得、またはそれらと合着し得る。合着は、ナノチューブの表面に対するファンデルワールス結合、イオン結合、または共有結合を介して、無機または鉱物ナノチューブの内側または外側で存在し得る。
【実施例１】
【００６５】
水中のナイアシンの濃度の関数としての、ナイアシン（ピリジン−３−カルボン酸）のＵＶ吸収の較正曲線を、２６２ｎｍにおけるピーク吸収波長を用いて決定する。４０６０ｌ／ｍｏｌｅ−ｃｍの吸光係数が決定される。溶液を、０．０５７８グラムの複数の離散した官能化カーボンナノチューブを、２５ｍｌの水中の０．０１３４グラムのナイアシンと混合することで調製する（カーボンナノチューブ１グラム当たり０．２３１グラムのナイアシン）。採用された離散したカーボンナノチューブは、ＴＧＡで判定した際、離散したカーボンナノチューブの２重量％の酸化レベルを有し、走査型電子顕微鏡法で判定した際、約１３ｎｍの平均直径および約９００ｎｍの長さを有する。酸化種は、約１／３のカルボン酸、１／３のヒドロキシル基、ならびに１／３のケトンおよびラクトンという、およその重量比である。表面積当たりの酸化種の濃度が一定であるとすれば、これは、離散した開口カーボンナノチューブの最外層および最内層上に、約１５重量％の酸化種を有することと等しい。離散したチューブを沈殿させ、チューブの上の分割量の流体を、１時間ごとに除去する。この分割量の紫外可視吸収を測定し、結果として得られた、溶液中のナイアシンの量を記録する。溶液中のナイアシンの量は、離散した官能化カーボンナノチューブの存在下で、３時間後に安定化する。溶液中に残存するナイアシンの量と、元々の量との差異が、離散した官能化カーボンナノチューブと合着したナイアシンの量として決定される。カーボンナノチューブによって吸着されたナイアシンの量は、５時間後には、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たり０．０８ｇである。カーボンナノチューブの平均の長さ９００ｎｍ、外径１３ｎｍ、および内径５．５ｎｍとすれば、チューブ内の利用可能な容積は、カーボンナノチューブ１ｇ当たり０．０９７ｃｍ３と算定される。理論によって束縛されるものではないが、ナイアシンの吸着が、離散したカーボンナノチューブの最内層と外部の層で同じ濃度である場合、内部に吸着されたナイアシンの比は外部に吸着されたものの約２．４倍少なく、すなわち、内部では離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たり約０．０２５ｇのナイアシンであり、外部では離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たり約０．０５５ｇのナイアシンである。
【実施例２】
【００６６】
実施例１を、類似の長さおよび直径を有するものの酸化種は０．０５重量％である、複数の離散したカーボンナノチューブを用いることを除いて繰り返す。これは、離散したカーボンナノチューブの最外層および最内層上に、約４重量％の酸化種を有することと等しい。実施例２の離散したカーボンナノチューブ表面上へのナイアシンの吸収速度は、実施例１よりもおよそ１７％速く、５時間後に吸着されたナイアシンの量は、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たり０．０８８ｇである。実施例１と実施例２の比較によって、カーボンナノチューブの表面における酸化の度合いが、薬物の吸着に影響をもたらすことが例証される。この場合、実施例２の離散したカーボンナノチューブにおける酸化のより低い度合いが、ナイアシン薬物分子の吸着の度合いを増進する。
【実施例３】
【００６７】
離散したカーボンナノチューブ、ＰＶＯＨ、およびナイアシンの同時添加
Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈから入手した、分子量が３０〜７０ｋＤａであり、かつ８７〜９０％が加水分解されたポリ（ビニルアルコール）、ＰＶＯＨは十分に大きいため、チューブの平均最内径が約５．５ｎｍである、採用された多層カーボンナノチューブの内部には吸着されない。ＰＶＯＨを、実施例１で使用したものと同じ種類の離散したカーボンナノチューブ０．０５３５ｇと、２５ｍｌの水中のナイアシン０．０１３９ｇとの混合物（すなわち、カーボンナノチューブ１グラムに対して０．２６グラムのナイアシン）に添加する。これを夜通し静置する。実施例１と同じ分析手順を用いると、離散したカーボンナノチューブに吸着されたナイアシンの総量は、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりナイアシン０．０５６１ｇであると判定される。この値は、実施例１における離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりナイアシン０．０８ｇよりも約３０％少なく、離散したカーボンナノチューブの外部層によって吸着されるものと推定されるナイアシンの量、すなわち、実施例１における離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりナイアシン０．０５５ｇに相当する。実施例２は、ポリビニルアルコールがカーボンナノチューブの外面へのナイアシンの吸着を制限し、ＰＶＯＨが離散したカーボンナノチューブの外面に存在することを例証する。
【実施例４】
【００６８】
ナイアシン、次いでＰＶＯＨで処理された離散したカーボンナノチューブ
実施例１と同じ離散したカーボンナノチューブ、実施例３のＰＶＯＨ、および同じ分析手順を用いるが、ＰＶＯＨは、ナイアシンが吸着の平衡値に達した後に添加する。ＰＶＯＨは、ＰＶＯＨ０．２３：離散したカーボンナノチューブ１の重量比で添加する。ＰＶＯＨの添加前に吸着されたナイアシンの２５重量％が、後続のＰＶＯＨの添加によって放出された。実施例３と併せることで、実施例４によって、ＰＶＯＨが離散したカーボンナノチューブの最外層からナイアシンを移動させることがさらに例証される。
【実施例５】
【００６９】
添加されたＰＶＯＨ、次いでナイアシンで前処理された離散したカーボンナノチューブ
実施例３と同じ離散したカーボンナノチューブおよびＰＶＯＨ、ならびに同じ分析手順を用いる。０．１０２８ｇの離散したカーボンナノチューブ、および０．５０７ｇのＰＶＯＨを４０ｍｌの水に添加し、振盪し、約２０時間そのままにする。次いで、０．０１９ｇのナイアシンを添加し、混合物を再び振盪する。吸着されるナイアシンの増加速度は１００分まで急速であり、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりナイアシン０．０２０８ｇの濃度に達し、その後吸着速度は非常に緩徐になり、さらに８５分後に０．０２２６まで上昇する。実施例３と比較すると、実施例５は、カーボンナノチューブの入口が最内面に入ることができない大分子によって塞がれた場合、離散したカーボンの最外面の方が最内面よりも速く吸着することを例証する。
【実施例６】
【００７０】
離散したカーボンナノチューブの表面からのナイアシン放出に対する、増加するｐＨの効果
実施例１と同じ手順だが、０．１０３２グラムの離散したカーボンナノチューブ、０．０２０５ｇのナイアシン、および４０ｍｌの水を用いて、ナイアシン吸着の平衡後に、２ｍｌの水酸化ナトリウム、０．１モル濃度を添加し、磁気撹拌器で撹拌し、その一方で較正ｐＨプローブおよびｐＨメータでｐＨを監視する。ｐＨの低下が約１８０分後に定常状態に達し、ナイアシンの最終吸着は、ＵＶ分光法によって、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりナイアシン０．０３ｇであると判定される。実施例６によって、ｐＨの約４から約７．３への増加が、離散したカーボンナノチューブの表面からの薬物の放出を誘起し得ることが例証される。
【実施例７】
【００７１】
離散したカーボンナノチューブの表面からのナイアシン放出に対する、増加するｐＨの効果
ＰＶＯＨの離散したカーボンナノチューブに対する重量比が０．３：１であることを除いて、実施例４と同じ手順を用いる。平衡ナイアシン濃度は、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりナイアシン０．０４７６ｇである。較正ｐＨプローブを混合物に挿入し、０．１モル濃度の２ｍｌの水酸化ナトリウムを添加し、混合物を磁気撹拌器で撹拌しながら、その一方でｐＨの変化を継続的に監視する。ｐＨは、４０分かけて初期値９．５から９．２４へと減少し、その後５５分かけて９．２４から８．９へと減少し、その後さらに１１０分かけて８．９から８．１３へと減少する。全期間で、離散したカーボンナノチューブに吸着されたナイアシンの量は、約４２％低減する。実施例７によって、開口離散したカーボンナノチューブの最内層の直径よりも大きい回転半径を有する分子で封入された場合、ｐＨの約４．２から８への増加が、離散したカーボンナノチューブの表面からの薬物の放出を誘起し得ることが例証される。
【実施例８】
【００７２】
ジエチル−４−メトキシベンジルホスホネート、Ｄ４ＭＢＰを、コンブレタスタチンのモデル化合物として用いる。Ｄ４ＭＢＰは、Sigma Aldrichから入手する。水中のＤ４ＭＢＰのＵＶ吸光係数は、１４１１．５ｌ／ｍｏｌｅ−ｃｍであると決定される。実施例３と同じ離散したカーボンナノチューブおよび手順だが、２０ｍｌの水中０．００４８８ｇ、および０．０５８９ｇの実施例１の離散したカーボンナノチューブを用いると、離散したカーボンナノチューブの表面上に吸着されるＤ４ＭＢＰは、室温で５時間後に平衡濃度に達し、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりＤ４ＭＢＰ０．０５３ｇであると判定される。
【実施例９】
【００７３】
実施例８と同様であるが、Ｄ４ＭＢＰの重量は０．００９９２ｇであり、離散したカーボンナノチューブの重量は、２０ｍｌの水中で０．０５６６ｇである。離散したカーボンナノチューブ上に吸着されたＤ４ＭＢＰの平衡濃度は、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりＤ４ＭＢＰ０．０８４ｇである。実施例９と実施例８の比較によって、Ｄ４ＭＢＰの初期濃度を２倍に増加させることで、離散したカーボンナノチューブに対するＤ４ＭＢＰの吸着重量比が約５８％増加することが示される。
【実施例１０】
【００７４】
実施例９と同様であるが、離散したカーボンナノチューブの重量は０．０５６６ｇである。Ｄ４ＢＭＰ吸着の平衡後に、０．０１４３ｇの実施例３で使用したＰＶＯＨを添加する。約２４時間後、吸着されたＤ４ＭＢＰの濃度は、離散したカーボンナノチューブ１ｇ当たりＤ４ＭＢＰ０．０３３ｇである。実施例１でなされた計算と同じ計算を使用し、かつＰＶＯＨが離散したカーボンナノチューブ内に入れないことを考慮すると、最外層に元々存在したＤ４ＭＢＰの約８０％が、ＰＶＯＨによって移動されていることが推定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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