米乐m6官方网站[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）功能化学研究部[研究部主任北本大]与界面材料组丁武弘研究员纳米材料研究部[研究主任佐佐木刚]CNT功能控制组首席研究员Eijiro Miyako和他的同事开发了一种新型纳米线圈状材料，具有优异的光热效应。
这个材料是有机纳米管,聚多巴胺 (PDA)以盘绕方式粘合，具有高生物渗透性近红外激光照射时，它会高效地产生热量。当将少量添加到培养的癌细胞中并用激光照射时，60%以上的细胞死亡。预计该材料将应用于使用近红外激光进行体内深处癌症治疗的材料（图1）。
有关这项研究的详细信息，请参阅《德国化学杂志》化学 – 欧洲期刊它还将于2016年3月24日至27日在同志社大学京田边校区（京都府京田边市）举行的第96届日本化学会春季年会上宣布。
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| 图1 利用光热效应通过纳米线圈复合材料杀死癌细胞（概念图） |
癌症的三种主要治疗方法是手术、化疗和放射治疗，但迫切需要更安全、减轻患者负担的新疗法。因此，作为第四种治疗方法，为了仅杀死与正常细胞相比对热相对敏感的癌细胞，利用癌细胞附近的光热效应的热疗法（光热疗法）受到关注。为了将这种治疗方法投入实际应用，需要一种安全的材料，该材料可以吸收近红外光，可以深入渗透到体内，即使少量也能有效地产生热量。作为典型材料碳纳米管、金纳米棒、吲哚菁绿、卟啉衍生物、PDA等已开发出来。特别是，由内部分泌物质多巴胺自发聚合产生的PDA具有优异的生物相容性，并且易于大规模生产，因此被认为是下一代光热治疗的有前途的材料。然而，PDA 的问题是它的光热效应比其他材料低。
众所周知，某些无机导电材料可以通过将其形状从颗粒状改变为线圈状来有效地吸收电磁波和光并产生热量。因此，我们开始研究通过将PDA的形状从传统的颗粒形状改变为线圈形状来改善光热效应的想法。
截至目前，AIST已开发出各种具有纳米尺寸空心圆柱结构的有机纳米管，并一直在开发缓释胶囊材料等应用。这次，我们选择了PDA容易吸附的有机纳米管，并使用它们作为线圈的“模板”来制作纳米线圈PDA。
这项研究开发的一部分得到了日本学术振兴会科学研究补助金“挑战性探索性研究（2015年度）”和“青年研究（A）（2013-2014年度）”以及新生代研究所2014年研究补助金的支持。
即使将不带电的有机纳米管添加到多巴胺水溶液中并使多巴胺聚合，也无法获得卷曲PDA(纳米卷曲PDA)。因此，当使用与少量带负电的分子混合的有机纳米管（外径约190 nm，内径约70 nm，长度800 nm至4 μm）作为模板时，多巴胺吸附到有机纳米管表面并进行聚合，形成纳米卷曲PDA，其中PDA（厚度约100 nm）盘绕在有机纳米管周围（图2）。这被认为是因为负电荷以螺旋状集中在有机纳米管的外表面，并且聚合选择性地进行，同时一定比例的带正电的多巴胺被吸附在那里。
为了与纳米卷曲 PDA 进行特性比较，我们同时制备了宽度约为 75 nm 的纳米纤维状 PDA（封装在外径约为 17 nm、长度为 3 μm 的纳米管中）和纳米颗粒状 PDA（粒径约为 400 nm）（图 2）。
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| 图2 纳米卷曲PDA、纳米纤维PDA和纳米颗粒PDA的电子显微镜图像 |
为了比较光热性能，用波长为785nm的近红外激光照射03ml含有纳米卷曲PDA、纳米纤维PDA和纳米颗粒PDA各自的水分散体(PDA浓度：008wt％)10分钟。辐照后，纳米卷曲 PDA 分散体的温度升高是纳米纤维和纳米颗粒分散体的两倍以上（图 3A）。纳米线圈 PDA 的温度显着升高被认为是由于线圈 PDA 充当天线，比纤维状或颗粒状 PDA 更有效地吸收近红外光，并产生热量。此外，当将纳米卷曲PDA添加到培养的人宫颈癌细胞（HeLa）中并用近红外激光照射时，约65%的细胞死亡（图3B）。据认为，大量纳米卷曲PDA吸附在细胞表面，细胞附近区域变得高温，导致癌细胞死亡。研究发现纳米卷曲 PDA 表现出优异的光热效应，因为单独的有机纳米管具有较低的细胞死亡率。
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| 图3 纳米卷曲PDA的放热效应及对培养癌细胞的杀伤作用 |
未来，我们将致力于提高光热效应的效率，优化其对各种癌细胞的选择性吸附，并评估其对正常细胞的安全性。此外，利用新发现的纳米线圈PDA优异的光热转换效果，我们还将考虑将其应用到太阳能电池等节能领域。
国立产业技术综合研究所
功能化学研究部界面材料组
丁竹高研究员邮箱：ding-wuxiao*aistgojp（发送前请将*改为@。）
纳米材料研究部CNT功能控制研究组
首席研究员 Eijiro Miyako 电子邮件：e-miyako*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）