2022 Fiscal Year Research-status Report
交流磁場で自己発熱する生体適応フェライトナノ粒子の開発
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21K05238
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| Research Institution | Niihama National College of Technology |
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Principal Investigator |
平澤 英之 新居浜工業高等専門学校, 環境材料工学科, 准教授 (60511540)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | フェライト / 自己発熱 / 交流磁場 / ナノ粒子 / 生体適合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、がんの新しい温熱治療法として提案されている『誘導焼灼治療』の実用化を目指し、①交流磁場中で著しく自己発熱するフェライト微粒子の開発、②交流磁場加熱における新たな発熱メカニズムの学術的解明、さらに③ドラッグデリバリーシステムの応用を目指したフェライトのリポソーム包埋試験を行う。
令和４年度は、令和3年度の研究成果として開発することに成功したMgFe2O4粒子の発熱能力をさらに向上させることを目的とし、合成条件の最適化とイオン置換、ナノ粒子の合成に注力し研究を行った。本研究により、MgFe2O4にNiを置換したMg1-XNiXFe2O4をソルボサーマル法により合成することで発熱能力が著しく向上し、特にNi置換量をX=0.1としたMg0.9Ni0.1Fe2O4ではΔT=345℃と非常に高い発熱特性を示すことが分かった。また、この試料についてはこれまでに報告例のない、交流磁場中で２段階温度が上昇する特異な発熱挙動を示すことを発見し、交流磁場加熱における新たな発熱要因の可能性を示唆する新たな知見が得られた。そこで、この新たな発熱メカニズムを解明するため、交流磁場中でヒステリシス損失を測定した結果、交流磁場中での発熱能力とヒステリシス損失に明確な依存性が見られず、発熱能力が最大となったMgFe2O4では逆にヒステリシス損失が低下することが確認できた。この新たな発熱メカニズムを解明するため、新規に導入した周波数を1～999kHZまで変化させることのできる整合器を用い、ネール緩和・渦電流損失・ヒステリシス損失と発熱メカニズムの関係について明らかにする必要がある。
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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
本研究ではがんの新しい温熱治療法として提案されている『誘導焼灼治療』の実用化を目指し、①交流磁場中で著しく自己発熱するフェライト微粒 子の開発、②交流磁場加熱における新たな発熱メカニズムの学術的解明、さらに③ドラッグデリバリーシステムの応用を目指したフェライトのリポソーム包埋試験を行う。
令和３年度にはソルボサーマル法による最適な合成条件と優れた発熱能力を有するMgFe2O4微粒子の開発に成功し、令和４年度にはMgFe2O4へのNi置換によりこの発熱能力を大幅に向上させた高発熱磁性ナノ粒子の開発に成功してきた。そこで令和５年度には、この高発熱磁性ナノ粒子のリポソームへの包埋試験を試み、令和６年度にはリポソーム包埋粒子の発熱試験と生体への応用を目指す予定である。現在のところ、本申請研究開始時の計画通りに材料開発が成功しており、おおむね順調に研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
先述の通り、本研究では、申請研究期間において①交流磁場中で著しく自己発熱するフェライト微粒子の開発、②交流磁場加熱における新たな発熱メカニズムの学術的解明、 さらに③ドラッグデリバリーシステムの応用を目指したフェライトのリポソーム包埋試験を行なう。現在までに交流磁場中で著しく発熱するナノ粒子の開発に成功してきており、今後はこの特異な発熱メカニズムの学術的な解明を目標としながら、生体への応用を目指した細胞毒性試験とリポソームへの包埋を目指す。具体的には、発熱メカニズムの解明のため、周波数を変化させた発熱実験を行うとともに、有限要素法によるコンピューターシミュレーションから実験値と解析を相互に行い発熱メカニズムの特定に挑戦する。また、得られた最適な発熱磁性材料を用い、LibMec法によるリポソームの製造とフェライト封入率を向上させる技術の確立を試みる。最終年度となる令和６年度には、リポソームに包埋された磁性材料の交流磁場特性を測定し、リポソームの熱耐久性からフェライト漏出量に至るまで、発熱医用研究への応用に至る基礎データの取得を行う。
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| Causes of Carryover |
海外から購入するレアアース関連試薬がコロナ禍で納品に時間がかかり、本来購入する予定だった試薬類を注文できなかったため。今後の研究においても必要な試薬であるため、翌年度中に購入する予算として計上する。
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