助成番号	 研	 究	 成	 果	 報	 告	 書	 	 （国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）	 
	 研究テーマ	 （和文） ＡＢ	 カーボンナノチューブ DDS の基盤技術形成	 研究テーマ	 （欧文） ＡＺ	 Development	 of	 techniques	 for	 DDS	 using	 carbon	 nanotube	 carrier	 

研	 ｶﾀｶﾅ	 ＣＣ	  姓） ムラカミ	 究氏	 代	 漢字	 ＣＢ	  村上	 表名	 ﾛｰﾏ字	 ＣＺ	  Murakami	 者	 名） トシヤ	 研究期間	 Ｂ	 ２０１４	 ～	 ２０１５	 年	 俊也	 報告年度	 ＹR	 ２０１５ 	 年	 Toshiya	 研究機関名	 和歌山大学	 研究代表者	 ＣＤ	 村上俊也 和歌山大学 助教	 所属機関・職名	 概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)	 【 背 景 】 カーボンナノチューブ(CNT)の有するナノサイズの内部空間を活用してドラッグデリバリーシステム(DDS)のキャリアとして用いる場合、内部空間へ物質内包の手法は開示されているが、被内包物の取り出し手法が確立していないという課題があった。そこで我々は、放射線照射欠陥導入法[1]を活用して、図 1 に示すような CNT 壁に孔を形成して被内包物を取り出す手法を考案し、実験的検証を行った。この手法の特徴は、図 2 に示したように放射線の照射位置と ON・OFF の制御により、CNT の吸着選択性の有無にかかわらず薬剤の放出位置とタイミングを制御できることにあり、従来の放射線治療法との複合治療による新しい治療方法として発展する可能性が高い。	 
【 実 験 】 単層構造の CNT を使用し、被内包物にモデル物質としてフェロセンを用いた。これらを真空封管して加熱（200℃）することで[2]、フェロセン内包 CNT を作製した。フェロセン内包 CNT に放射線(X 線)照射した後、熱アニール(300℃)(欠陥の回復[1])を行った。各試料は、ラマン散乱分光法と分析電子顕微鏡による元素分析により評価した。	 
【結果と考察】図 3 にフェロセン内包前後と、X 線照射後、熱アニール後のラマンスペクトルを示す。D バンド（欠陥誘起なモード）の強度に着目すると、X 線照射後の増大と熱アニール後の減少は、それぞれ欠陥の形成と修復を示している。他方、ラジアルブリージングモード(RBM)(炭素の直径方向の振動様式)に着目すると、フェロセン内包後に高波数シフトした。その後の X 線照射では変化しないが、熱アニールで元の周波数に戻った。過去の文献や、物質を内包しない CNT を用いた様々な RBM 変化の比較検証により、図 3 に示した RBM 周波数の挙動は、図の右側に示したイラストのように、欠陥が入った後にフェロセンが外部に放出され、その後の熱アニールにより欠陥が修復されたモデルが考えられる。また、X 線照射前後の元素分析解析から、フェロセン構成物である鉄の濃度が 0.24 から 0.15atom%に減少したことは RBM 解析の結果をサポートする。	 
今後、CNT を用いた DDS の実用的な検討を行うことで、効率的ながん等の治療方法として、医療応用の面で高い波及効果が期待される。さらに、放射線照射欠陥の熱アニールによる欠陥制御により CNT 内に新規なナノ構造体を形成することも分かり、放射線誘起欠陥は様々な分野に波及効果のある技術となる可能性がある。	 
[1] T. Murakami, et.al., J. Appl. Phys. 114 (2013) 114311. [2] Y. F. Li, et. al., Nanotechnology 17 (2006) 4143.
532nm exc.

532nm exc.
CNT被内包物高波数シフト→フェロセンの内包Intensity (a. u.)

放射線放射線図1 放射線照射によるCNTからの物質取り出し

放射線

放射線

放射線単層CNTフェロセンを内包X-ray低波数シフト→欠陥回復

放射線
患部

患部

患部(a)患部選択性がある場合(a)患部選択性がある場合患部増大

欠陥導入(X線照射)

減少

欠陥回復(300℃)(b)患部選択性がない場合(b)患部選択性がない場合図2 DDSへの応用例図3 モデル物質の内包および取り出しにおけるラマンスペクトル

	 RBM:ラジアルブリージングモードキーワード	 ＦＡ	 カーボンナノチューブ	  ドラッグデリバリーシ 欠陥	 ステム	 	 FeのEDSピーク（以下は記入しないでください。）	 Feの濃度放射線	 0.5研究機関番号	 ＡＣ	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 研究課題番号照射前 	 ＡＡ	 	 シート番号	 	 照射後	 	 	 0.375Atomic [%]助成財団ｺｰﾄﾞ	 ＴＡ	 

0.240.25

0.150.125-	 1	 -	 0	 	 	 	 	 	  発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）	 論文標題ＧＢ	  フェロセンを内包した単層カーボンナノチューブのラマン散乱評価 	 雑	 誌	 著者名	 ＧＡ	 本田惇, 村上俊也, 木曽田賢治, 伊東千尋 	 15-152	 ページ	 ＧＦ	 雑誌名	 ＧＣ	 2015 年秋季第 76 回応用物理学会学術講演会講演予稿集発行年	 ＧＥ	 2	 0	 1	 5	 

巻号	 ＧＤ	 

	 論文標題ＧＢ	  X	 線照射および熱アニーリングによる単層カーボンナチューブ内への新規ナノ構造形成	 雑	 誌	 著者名	 ＧＡ	 誌	 2015 年秋季第 76 回応用物理学会学術講演会講演予稿集 	 

	 15-063	 発行年	 ＧＥ	 2	 0	 1	 5	 

巻号	 ＧＤ	 

	 論文標題ＧＢ	 X 線照射欠陥から作製した単層カーボンナチューブ内の炭素鎖構造のラマンイメージング評価 	 著者名	 ＧＡ	 村上俊也, 木曽田賢治, 伊東千尋 	 雑誌名	 ＧＣ	 2015 年秋季第 76 回応用物理学会学術講演会講演予稿集ページ	 ＧＦ	 15-151	 発行年	 ＧＥ	 2	 雑	 雑	 雑誌名	 ＧＣ	 平,	 木曽田賢治,	 伊東千尋	 ページ	 ＧＦ	 誌	 村上俊也,	 磯崎晢,	 橋本翔0	 1	 5	 

巻号	 ＧＤ	 

	 論文標題ＧＢ	  Formation	 of	 carbon-nanostructure	 from	 X-ray	 induced	 defect	 in	 single-walled	 carbon	 nanotubes	 著者名	 ＧＡ	 ページ	 ＧＦ	 村上俊也,	 磯崎哲,	
 本田
惇,	 木曽田賢治,	 伊東千尋	 O7B.4 	 雑誌名	 ＧＣ	 International	 Conference	 on	 Diamond	 Carbon	 Materials	 発行年	 ＧＥ	 2	 0	 1	 5	 

巻号	 ＧＤ	 

	 論文標題ＧＢ	  カーボンナノチューブの X 線誘起欠陥を利用した新規ナノ構造体の作製 	 雑	 誌	 著者名	 ＧＡ	 ページ	 ＧＦ	 村上俊也, 松田充晃, 雑誌名	 ＧＣ	 木曽田賢治,	 伊東千尋	 P_M-28	 発行年	 ＧＥ	 日本顕微鏡学会	 第 71 回学術講演会	 2	 0	 1	 5	 

巻号	 ＧＤ	 	 	 欧文概要 ＥＺ	
 	 Carbon	 nanotubes	 (CNT)	 are	 good	 candidates	 for	 carriers	 of	 drug	 delivery	 system	 (DDS)	 because	 various	 molecular	 nanomaterials	 are	 easily	 incorporated	 into	 CNTs.	 However,	 it	 has	 not	 been	 established	 the	 method	 to	 release	 the	 molecules	 from	 CNTs.	 In	 this	 work,	 we	 have	 developed	 the	 technique	 of	 releasing	 molecules	 from	 CNTs	 utilizing	 radiation	 defects	 in	 CNT	 walls.	 This	 method	 can	 control	 the	 position	 and	 timing	 of	 releasing	 drug	 from	 CNTs	 by	 ON-OFF	 of	 X-ray	 irradiation.	 Therefore,	 our	 method	 can	 be	 developed	 as	 the	 new	 medical	 techniques	 for	 cancer.	 
	  Ferrocene	 and	 single-walled	 CNTs	 were	 used	 as	 model	 materials	 in	 this	 study.	 Ferrocene-incorporated	 CNTs	  were	  prepared	  by	  a	  vapor	  diffusion	  method	  in	  vacuum.	  The	  ferrocene-incorporated	  CNTs	  were	 X-ray-irradiated	 to	 form	 defects	 in	 CNTs	 and	 release	 ferrocene	 from	 them.	 Then,	 they	 were	 annealed	 at	 300	 ºC	 in	 inert	 gas	 to	 recover	 the	 X-ray-induced	 defects.	 	 	 	 Each	 sample	 was	 characterized	 by	 Raman	 spectroscopy.	 D	 band	 (defect	 induced	 mode)	 and	 RBM	 (radial	 breathing	 modes)	 of	 pristine,	 ferrocene-incorporated,	 X-ray-irradiated,	 and	 thermal-annealed	 samples	 were	 carefully	 compared.	 The	 D	 band	 analysis	 clearly	 showed	 that	 defects	 were	 formed	 in	 CNT	 wall	 by	 X-ray	 irradiation	 and	 the	 defects	 were	 eliminated	 by	 thermal	 annealing.	 Moreover,	 from	 the	 analysis	 
of	 RBM	 frequency,	 we	 found	 that	 the	 ferrocene	 was	 released	 from	 ferrocene-incorporated	 CNT	 by	 formation	 
of	 X-ray-induced	 defects.	 This	 result	 corresponded	 to	 that	 of	 energy	 dispersive	 X-ray	 spectroscopic	 analysis:	 the	 iron	 concentration	 of	 the	 ferrocene-incorporated	 CNTs	 were	 reduced	 from	 0.24	 to	 0.15	 atom%	 after	 X-ray	 irradiation.	 	 	 	 For	 realizing	 the	 new	 DDS	 techniques	 utilizing	 the	 radiation	 irradiation,	 we	 have	 much	 work	 to	 break	 through.	 For	 example,	 the	 control	 of	 the	 amount	 of	 releasing	 materials	 and	 the	 investigation	 of	 the	 radiation-irradiated	 effects	 for	 the	 incorporated	 materials	 in	 CNTs	 are	 important	 issues.	 	 	 	 Additionally,	 we	 found	 the	 new	 Raman	 peaks	 derived	 from	 the	 new	 nano-structure	 that	 grew	 in	 CNT	 samples	 by	  thermal	  annealing	  of	  the	  X-ray	  induced	  defects.	  Therefore,	  radiation	  irradiation	  method	  is	 interesting	 not	 only	 in	 DDS	 application	 but	 also	 in	 material	 science.	 	 	 	 	 -	 2	 -