2016 Fiscal Year Annual Research Report
強磁性ナノ粒子を用いた高効率ガン局所焼灼治療システムの開発
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16H03190
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| Research Institution | Ibaraki National College of Technology |
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Principal Investigator |
喜多 英治 茨城工業高等専門学校, その他部局等, 校長 (80134203)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小田 竜也 筑波大学, 医学医療系, 教授 (20282353)
柳原 英人 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (50302386)
磯部 高範 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (50545928)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | がん治療 / 医工学 / ハイパーサーミア / 磁性ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強磁性ナノ粒子発熱の最適化について、これまでのスピネル立方対称結晶の鉄酸化物についてその最適化を進めた。楕円板状ナノ粒子について様々な表面修飾を行ってきて、ブロックポリマー修飾の優位性を報告してきたが、その有効性を示すためにマウスに対する局部注射によるガン焼灼実験を行った。印加磁場の8割でも焼灼可能なことなどが明らかになった。さらにこれまでの酸化物に加え生体適合性の問題が少ないと思われるFe窒化物についても研究の範囲をひろげることとした。この理由は、窒素自体が生体に多量に含まれていることから適合性には問題が少ないという予想、加えて多彩な磁気的な性質、たとえば大きな磁化や磁気異方性および転移温度の変化などの性質を有することがあげられる。具体的には高い磁化と磁気異方性を有するFe16N2について20nm程度の粒子の特性を詳細に調べた。これは球形の粒子で磁気異方性を結晶磁気異方性に起因するものであり、これまでにハイパーサーミア用に開発したCoフェライトナノ粒子に近い。Coフェライトは生体適合性の問題が露呈したため開発をあきらめたが、球形粒子と大きな磁化とk磁気異方性を持つ材料として、低周波、高磁場での発熱が期待出来る。メスバウアー効果などを利用した特性の解析について学会発表と論文を発表した。
高周波磁化特性の計測技術の開発:これまでの60kHz～1MHzの周波数における計測範囲の低周波域に移行させて、ブラウン緩和の影響を観測する技術を完成させ、さらに計測の自動化を図った。異なる電源の使用により1kHzからの動作を試み、磁場発生には成功した。動的磁化測定は、原理的に周波数に測定感度が比例するため、雑音除去の問題が発生した。今後の改善課題となる。
自体を目標として磁場印加を検討し、その周波数と磁場強度を100～200Hz、1kOeで検討を行い、設計の基準となるパラメ－タ－を検討して決断を下した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
強磁性ナノ粒子発熱の最適化について、これまでのスピネル立方対称結晶の鉄酸化物についてその最適化を進めた。楕円板状ナノ粒子について様々な表面修飾を行って、SiO2被覆の必要な乾式手法から湿式に切り替えて粒径の小型化を可能にして、表面にブロックポリマー修飾の優位性を報告してきた。その粒子を用いてマウスに対する局部注射によるガン焼灼実験を行い、その有効性を確認できた。次年度の国際学会において発表する予定である。このことは集積度を上げればさらに実用化につながることを示している。
これまでの酸化物に加え生体適合性の問題が少ないと思われるFe窒化物についても研究の範囲をひろげることとした。この理由は、窒素自体が生体に多量に含まれていることから適合性には問題が少ないという予想、加えて多彩な磁気的な磁気特性を有することがあげられる。十分な発熱を得るために大きく交流磁場の条件を変えることも含めて次年度の課題とする。
動的磁化過程の測定については予定の目標を達成し、さらに自動化などについても進展があった。これらの結果は順次発表していく予定である。大型磁場印加装置の設計と試作準備については、設計の指針となる周波数と磁場強度を120kHz、600Oeに設定した。これはマウス実験により焼灼効果が認められた実験から得られた条件であり、今後の設計ではこの条件下で検討する事にした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度においては、予定通りに研究を進める。対象として扱う材料に窒化物を加える。高発熱ナノ磁性体の表面をシリカなどで被覆する必要のある乾式製法に加え、シリカ被覆の必要のないTEGを酸化剤として用いる湿式製法を確立させ連続的に効率良くPEG 修飾を行う手法を確立する。集積増加をもたらすアイデアを試行する。
高周波磁化測定装置改良を続行しダイナミック磁化過程を広範囲にかつ容易に計測することにより、発熱の機構を検証して最適化を容易に行えるようにする。計測後のデーター処理手法を見直して精度の向上を図る。特に1kHzからの計測をSNの良い計測を可能にして磁性流体の粘性による発熱への影響（ブラウン緩和）を分離する。
磁場発生装置の大型化を目指し、直径20cm程度の動物を対象とした磁場発生装置の概念設計を完成させる。周波数120kHz、磁場強度600Oeを条件に電源と発生コイルの試作に取りかかり試作に着手する。
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