独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长吉川博之]（以下简称“AIST”）纳米管应用研究中心[研究中心主任 Sumio Iijima] 功能纳米管团队研究组组长汤田坂正子 (Masako Yudazaka)、AIST 特约研究员张敏芳 (Minfang Zhang)，与藤田保健大学藤田学园教育法人土田邦宏 (Kunihiro Tsuchida) 教授合作碳纳米角（CNH）、光敏剂和蛋白质的三向复合物，并将激光照射在小鼠肿瘤上光动力疗法 (PDT)效果和光热疗法 (PHT)我确认了效果。
将光敏锌酞菁 (ZnPc) 和亲水蛋白 (BSA) 粘合到由称为 CNH 的单石墨片制成的纳米管（角形尖端，厚度 2-5 nm，长度 40-50 nm）上，形成三元复合物 ZnPc-CNH-BSA。
在这个三方复合体中，当受到光照时，ZnPc会产生活性氧并杀死周围的癌细胞，而CNH本身也会吸收光并提高其温度，从而杀死周围的癌细胞。当他们将这三者的复合物注射到小鼠皮下移植的肿瘤中并用红色激光照射时，肿瘤几乎消失了。这是世界上首次在动物实验中证实CNH的作用。
该研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上（美国国家科学院院刊, PNAS)。
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ZnPc-CNH-BSA被注射到小鼠左右胁腹皮下植入的肿瘤中，每天用红色激光照射左侧肿瘤15分钟，持续10天，而右侧肿瘤不照射。结果，左边的肿瘤消失了（黑点是激光烧伤的），右边的肿瘤却一天天变大。
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给患处送药药物输送系统（DDS）在开发方面，聚合物胶束和脂质体载体已得到充分研究，其中许多已投入实际应用。然而，它们普遍存在到达受影响区域的效率较低的问题，而纳米材料之所以作为一种新的载体而受到关注，很大程度上是因为人们期望它们能够提高到达受影响区域的效率。
纳米材料以球形纳米颗粒和圆柱形纳米管为代表，前者由各种材料制成，而后者通常是碳质材料。就圆柱形碳材料而言，药物可以储存在内部空间中，因此它们被认为是有前途的DDS材料，尽管迄今为止已经发表了大量研究报告，但其有效性从未在动物实验中得到证实。
产业技术研究院发表了大量关于两端开口的圆柱形结构的碳纳米管的生产和使用的研究成果，并且还在进行碳纳米角（CNH）（角状尖端，厚2-5纳米，长40-50纳米）的生产和在燃料电池等中的应用的研究。
CNH具有可以容纳各种药物的结构，因此我们从早期就将其作为DDS载体而关注。然而，从迄今为止的各种动物和细胞实验中，我们已经证实CHN对生物体具有极低的短期毒性。
这项研究的主要部分是由 Yudazaka 等人进行的。 2003年至2007年，作为日本科学技术振兴机构（JST）战略基础研究促进项目（SORST）研究项目“碳纳米管的独特吸附现象 - 储氢和生物技术的应用”的一部分。 JST还与NEC公司（NEC）以及负责动物实验的教育公司藤田学园和藤田保健大学合作进行了这项研究。从 2008 年 4 月起，这项研究在 AIST 开展。
一种称为光动力疗法（PDT）的治疗方法已在临床上用于治疗某些肿瘤。在PDT中，光敏剂在肿瘤组织内积累，激光束照射产生活性氧，杀死肿瘤细胞。卟啉经常被用作光敏剂。
在这项研究中，我们考虑使用酞菁锌（ZnPc），预计它比卟啉具有更高的 PDT 效果，因为它吸收波长为 600-700 nm 的光，该波长被称为治疗窗口，并且具有较高的皮肤渗透性。
我们认为富含π电子的ZnPc与石墨的π电子体系有强烈的相互作用，并提出了利用石墨制成的CNH作为ZnPc载体的想法。人们认为，当CNH的一部分打开时，ZnPc会吸附在其内表面和外表面上，将ZnPc储存在内部空间中，使其成为高效载体。
另一方面，CNH本身也有望具有光热疗法（PHT）效应，它吸收从紫外线到近红外线的宽波长范围内的光，提高局部温度并杀死周围细胞。因此，ZnPc-CNH有望在光照射下表现出PDT和PHT的双重效应。最大的障碍是 ZnPc 和 CNH 都不溶于水，因此它们不能用于生物体。然而，这个问题可以通过用 BSA 蛋白等水溶性物质对 CNH 的外表面进行化学修饰来克服。
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图 1a。 ZnPc-CNH-BSA的制备工艺。 b-d。每个步骤所获得的透射电子显微照片。插入的照片是一张 CNH 尖端的放大照片。在 b 中，可以看到穿孔尖端。在c中，可以看出ZnPc已进入内部或附着在外表面上。在 d 中，CNH 聚集体的整个外表面都被 BSA 覆盖。 （CNH 是大丽花的花瓣状聚集体。）
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ZnPc-CNH-BSA复合材料通过以下程序生产。首先，当CNH受到光照射并在过氧化氢水中加热至80℃时，喇叭的一部分打开。这种光照射氧化可以有效地打开孔，并且可以在孔的边缘产生许多作为亲水反应基团的羧基(-COOH)。将其与 ZnPc 在溶剂中混合，将 ZnPc 封装到 CNH 中。接下来，使获得的ZnPc-CNH和蛋白质BSA反应。 CNH的羧基(-COOH)和蛋白质BSA的氨基(-NH2)发生反应，两者通过酰胺键(-CONH-)键合。这样就制得了三元配合物ZnPc-CNH-BSA。
将肿瘤植入小鼠两侧胁腹皮下7天后，将三联复合物ZnPc-CNH-BSA局部注射到两侧胁腹，并在接下来的10天内每天只照射左侧肿瘤15分钟。激光器为红色二极管激光器（波长：670 nm），输出功率为 160 mW（光束直径：5 mm）。
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图2a：在小鼠两侧胁腹皮下肿瘤植入后7天，将三联复合物ZnPc-CNH-BSA局部注射到小鼠体内。 （红色是激光的颜色）
图2b：此后，每天仅对左侧肿瘤进行激光照射15分钟。左侧肿瘤在红色激光照射10天内消失。右侧未接受激光照射的肿瘤明显增大。 （左腋下发黑是激光照射造成的烧伤。）
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结果，大约10天后肿瘤消失了（图2b）。即使停止光照射几天后也没有观察到复发。
即使单独给予ZnPc或单独CNH，通过激光照射观察到一些抗肿瘤效果，但肿瘤并没有消失（图3a）。此外，当仅施用对照（PBS：磷酸盐缓冲液）时，没有观察到激光照射的影响（图3a）。在没有激光照射的情况下，所有病例的肿瘤尺寸都日益增大（图 3b）。
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图3a：激光照射的效果：与对照(PBS)施用相比，通过施用ZnPc或CNH-BSA（两者的复合物）在一定程度上抑制了肿瘤生长。使用三元复合物ZnPc-CNH-BSA，从第17天左右开始，肿瘤消失并且肿瘤大小变为零。即使在第19-21天停止激光照射后也没有观察到肿瘤复发。
图3b：没有激光照射：在所有情况下，肿瘤尺寸日益增大。
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未来，我们希望与大学和企业合作，考虑除BSA之外的化学修饰，使其可用于静脉给药，并考虑控制碳纳米角聚集体的尺寸，以期实现实际应用。