| 研究課題/領域番号 |
20K05558
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分34020:分析化学関連
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| 研究機関 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
東海林 竜也 神奈川大学, 理学部, 准教授 (90701699)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 光ピンセット / 顕微分光分析法 / ドラッグデリバリーシステム / 生分解性高分子 / ナノ粒子 / 光圧 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ドラッグデリバリーシステムキャリアである内包薬物の放出速度を制御したナノカプセルを捕捉・操作する光ピンセット法と顕微蛍光分光法を組み合わせ、ナノカプセル1個を溶液中で光捕捉し、放出過程をリアルタイム計測する分析手法を開発する。(1) ナノカプセルとして光照射により内包薬物を放出するリポソームの合成と光学系の構築、(2) 光刺激応答型リポソームの放出挙動のサイズ依存性・化学組成依存性の解明、最終的に(3) 内包分子の過剰放出（初期バースト）過程の速度論的解明を果たす。
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| 研究実績の概要 |
ドラッグデリバリーシステムに使われるナノカプセルの放出速度は、その化学組成や大きさ、形状などにより大きく変化する。そのため、ナノカプセル1個のこれら物性と放出速度を密接に関連付けて議論できれば、より精緻なナノカプセル開発に貢献できるであろう。本研究では、ナノ粒子を捕捉・操作する光ピンセット法と顕微蛍光分光法を組み合わせ、ナノカプセル1個を溶液中で光捕捉し、放出過程をリアルタイム計測する分析手法を開発する。
本年度は、生分解性高分子であるポリ（ラクチド-co-グリコリド）共重合体（PLGA）ナノカプセル一粒を安定的に光捕捉することに成功した。このナノカプセルに蛍光分子を内包させることで、PLGAの加水分解に伴う分子放出挙動を顕微蛍光分光法により追跡できる。このようなナノカプセルを安定的に捕捉する方法として、代表者らはナノ構造の電場増強効果を利用した光ピンセット法の開発にも取り組んだ。半導体ナノ構造やプラズモンナノ構造を用いた新型光ピンセットにより高分子ナノ粒子を安定的かつ大量にナノ粒子を捕捉することにも成功した。この手法を用いたナノカプセルの放出過程計測にも取り組む。
さらに、今年度より主宰する研究室の実験装置を新たに構築した。対物レンズとレーザー光を独自の光学部品によりカスタマイズし、光捕捉したナノ粒子からの顕微蛍光スペクトルを取得するシステムを立ち上げた。今後改良し、本研究課題の遂行に支障のないシステムを構築する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、溶液中に漂うナノカプセルを光圧により捕捉し、内包色素が放出される過程をリアルタイム計測する分析システムを開発する。
蛍光分子内包PLGAナノカプセルを合成した。具体的にはOil-in-Waterエマルション水中乾燥法による直径200 nmのローダミンB含有PLGAナノ粒子の合成に成功した。この知見を活かし、光熱効果や光化学反応などをトリガーとして内包薬物を放出するナノカプセルの合成を目指す。
新たに主宰する研究室に、光ピンセット・顕微蛍光/ラマン分光装置を構築した。このシステムに、新たに高輝度光源とフィルターを導入し、光照射によるリポソームからの薬物放出過程を顕微分光計測するシステムを構築する。
さらに代表者は、ナノカプセルの捕捉挙動を定量的に理解するため、有限要素法を採用したCOMSOL Multiphysicsによる光圧を見積もる研究環境を構築した。実験的・理論的な捕捉メカニズムの解明にも取り組む。
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| 今後の研究の推進方策 |
構築した計測システムを用いて、ナノカプセル1個を光捕捉し、内包した蛍光分子の放出過程を蛍光強度の経時変化により追跡する。光ピンセットの光源として、波長1064 nmの集光した近赤外レーザー光を用いる。光圧は、粒子サイズが小さくなると急激に減少する。例えば、直径100 nmのリポソームに作用する握力は、600 nmに比べて200倍以上弱くなる。もし集光レーザー型光ピンセットで捕まえることが難しい場合、代表者らが開発した次世代の新規光ピンセットによりナノカプセルの捕捉を試みる。開発した光ピンセットは、Nanostructured-Semiconductor-assisted光ピンセット、略してNASSCA光ピンセットと呼び、ナノ構造を付与したシリコン構造により光ピンセットの握力を飛躍的に増幅させる手法である。NASSCA光ピンセットでも捕捉が困難な場合、プラズモンの電場増強効果を利用したプラズモン光ピンセットによりナノカプセルを捕捉し、放出過程をモニタリングする。
得られた蛍光強度の時間減衰曲線より速度定数を決定し、ナノカプセルからの放出挙動のサイズ・化学組成依存性の機構解明を果たす。
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