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技術 外部放射源からの内部エネルギー活性のためのプラズモニクス支援システムおよび方法

出願人 イミュノライト・エルエルシーデューク・ユニバーシティ
発明者 フレデリック・エー・バーク・ジュニアトゥアン・ヴォー−ディン
出願日 2013年12月27日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2013-272032
公開日 2014年5月15日 (5年6ヶ月経過) 公開番号 2014-087686
状態 特許登録済
技術分野 放射線治療装置 ナノ構造物 物理的、化学的プロセスおよび装置 発光性組成物
主要キーワード 磁気的機構 エネルギー放射源 リオデジャネイロ ジョイント領域 底面圧 液体変位 マイクロ波活性化 エネルギーハーベスタ
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図面 (20)

課題

人工容器内に配設されている媒質中に変化を引き起こすための方法およびシステムを提供する。

解決手段

この方法では、プラズモニクス作用物質エネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を媒質近接して配置する。この方法は、人工容器を通して開始エネルギーを媒質に印加する。開始エネルギーは、プラズモニクス作用物質またはエネルギー変調作用物質と相互作用して、媒質の変化を直接的にまたは間接的に発生させる。システムは、開始エネルギーを媒質に印加しプラズモニクス作用物質またはエネルギー変調作用物質を活性化させるように構成された開始エネルギー源を備える。

概要

背景

現在、光(つまり、電波から、可視光、そしてX線ガンマ線波長帯に至る電磁放射線活性化処理は、フォトレジスト硬化から、オンデマンドオゾン発生滅菌ポリマー架橋活性化(例えば、接着剤および表面コーティングにおける)の促進、およびその他に至る、多くの工業プロセスにおいて使用されている。今日では、光活性化処理は、これらの領域にみられ、従来のアプローチに比べて際立った利点を有する。例えば、従来の高圧蒸気殺菌法、または食品加工分野では低温殺菌法は、殺菌すべき媒質を熱しすぎて不適当な場合がある。そのようなものとして、光活性化硬化可能コーティングは、コーティング業界において急速に成長している部門の1つである。近年、この技術は、光ファイバー感光接着剤、感圧接着剤、硬化トップコートのような自動車応用品、および硬化可能粉末コーティングなどの多くの市場セグメント入り込んでいる。この発展推進力は、大半がコーティングおよび硬化プロセス生産性向上の探求であり、従来の非光活性化接着剤および表面コーティングは、典型的には、1)硬化を生じさせるために接着剤および表面コーティングから溶剤を除去すること、ならびに2)製造プロセスの遅延コストの増大につながる時間/温度硬化を必要とする。

さらに、接着剤および表面コーティングの用途における溶剤ベース製品の使用は、エネルギーコストの上昇と大気中への溶剤放出に対する厳しい規制のため、次第に魅力を失ってきている。最適なエネルギー節減、さらには有益な生態的配慮は、両方とも放射線硬化可能接着剤および表面コーティング組成物によってもたらされる。高いオーブン温度を不要にし、また高価な溶剤回収システムを不要にする放射線硬化可能ポリマー架橋システムが開発されている。これらのシステムでは、ありふれ光感作物質の存在下で光を照射することによってフリーラジカル架橋が開始する。

しかし、接着剤および表面コーティング用途では、また上記の他の用途の多くにおいて、処理された媒質中への光の侵入深さのせいで、光活性化処理は制限される。例えば、水の殺菌では、水溶媒中の細菌が紫外線に確実に暴露されるようにするために、紫外線光源攪拌かき混ぜ機構と結合されている。光活性化接着剤および表面コーティング処理における第1の制限は、硬化させるべき材料を、タイプ(波長またはスペクトル分布)と強度の両方において、光に直接暴露させなければならないという点である。接着剤および表面コーティング用途では、「陰影」領域は、二次的硬化機構を必要とし、その後の硬化が通らなければならないシールされたスキンが存在するため、これにより非陰影領域上の硬化時間が長くなり、硬化時間がさらに遅延する(つまり、効果と称される)。

概要

人工容器内に配設されている媒質中に変化を引き起こすための方法およびシステムを提供する。この方法では、プラズモニクス作用物質エネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を媒質に近接して配置する。この方法は、人工容器を通して開始エネルギーを媒質に印加する。開始エネルギーは、プラズモニクス作用物質またはエネルギー変調作用物質と相互作用して、媒質の変化を直接的にまたは間接的に発生させる。システムは、開始エネルギーを媒質に印加しプラズモニクス作用物質またはエネルギー変調作用物質を活性化させるように構成された開始エネルギー源を備える。B

目的

本発明は、媒質の内側で放射光を発生させた後に媒質に変化を引き起こすための方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

人工容器内に配設されている媒質中に変化を引き起こすための方法であって、(1)前記媒質近接してプラズモニクス作用物質および開始エネルギーとの相互作用の後に前記媒質中に光を放出するように構成されるエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を配置するステップと、(2)エネルギー源から前記開始エネルギーを前記媒質に印加するステップとを含み、前記印加された開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させる方法。

請求項2

前記印加開始エネルギーと異なるエネルギーの前記光を前記エネルギー変調作用物質から放出するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項3

前記プラズモニクス作用物質は、1)前記エネルギー変調作用物質からの前記光を増強または修正し、2)前記開始エネルギーを増強または修正する請求項2に記載の方法。

請求項4

印加するステップは、外部エネルギー源から前記開始エネルギーを印加するステップ、または前記媒質を保持する前記人工容器内に少なくとも部分的にあるか、または前記人工容器内の開口部を通して暴露されるエネルギー源から前記開始エネルギーを印加するステップ、または中の間隙が未硬化放射線硬化可能媒質で事前充填された構造要素に前記開始エネルギーを印加し、それにより、前記間隙内の前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化させるステップ、または前記開始エネルギーの指向性または集束ビームを印加して、前記未硬化の放射線硬化可能媒質からパターン形成された要素を形成するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項5

印加するステップは、X線ガンマ線電子ビーム紫外線可視光線赤外線マイクロ波化学的エネルギー、または電波のうちの少なくとも1つを放出する放射源から前記開始エネルギーを印加するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項6

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項1に記載の方法。

請求項7

前記金属構造物は、ナノスフェアナノロッドナノキューブナノピラミッドナノシェル多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項6に記載の方法。

請求項8

前記エネルギー変調作用物質は、硫化物テルル化物セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含む請求項1に記載の方法。

請求項9

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+のうちの少なくとも1つを含む請求項8に記載の方法。

請求項10

前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含むか、または前記エネルギー変調作用物質は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項1に記載の方法。

請求項11

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含むか、または前記金属ナノ粒子は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項1に記載の方法。

請求項12

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属組成物を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項1に記載の方法。

請求項13

前記媒質中の前記変化は、生命体活動の変化を含む請求項1に記載の方法。

請求項14

活動の前記変化は、前記媒質の殺菌または前記媒質中の発酵不活性化のうちの少なくとも一方を含む請求項13に記載の方法。

請求項15

活動の前記変化は、前記媒質の低温殺菌を含む請求項13に記載の方法。

請求項16

印加するステップは、細菌、ウイルス酵母菌、および真菌からなる群から選択された少なくとも1つの生命体を含む媒質を殺菌するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項17

光活性化可能作用物質を前記媒質に導入するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。

請求項18

前記光活性化可能作用物質は、フォトケージ内収納されている活性作用物質を含み、前記開始エネルギー源に暴露された後、前記フォトケージは前記活性作用物質から解離して前記活性作用物質を前記媒質から利用可能にするように構成される請求項17に記載の方法。

請求項19

前記光活性化可能作用物質は、ソラレンピレンオレイン酸コレステリルアクリジンポルフィリンフルオレセインローダミン、16−ジアゾルコルチゾン、エチジウムブレオマイシン遷移金属錯体デクリコブレオマイシンの遷移金属錯体、有機白金錯体アロキサジンビタミンKビタミンL、ビタミン代謝産物ビタミン前駆体ナフトキノンナフタレンナフトール、および平面分子配座を有するその誘導体ポルホリンポルフィリン、色素、およびフェノチアジン誘導体クマリンキノロンキノン、およびアントロキノンから選択される請求項17に記載の方法。

請求項20

前記光活性化可能作用物質は、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体を含む請求項17に記載の方法。

請求項21

癌細胞腫瘍細胞自己免疫不全症候ウイルス、または血液感染性殺菌剤のうちの少なくとも1つは、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体によって治療される請求項20に記載の方法。

請求項22

前記光活性化可能作用物質は、光触媒を含む請求項17に記載の方法。

請求項23

前記光触媒作用物質は、TiO2、ZnO、CdS、CdSe、SnO2、SrTiO3、WO3、Fe2O3、およびTa2O5のうちの少なくとも1つを含む請求項17に記載の方法。

請求項24

前記エネルギー変調作用物質は、前記媒質中の少なくとも1つの光活性化可能作用物質を活性化する波長の前記光を放出するように構成された光子放出体を備え、前記プラズモニクス作用物質は、前記エネルギー変調作用物質から放出される前記光を増強して、増強された放射光が前記少なくとも1つの光活性化可能作用物質を活性化するようにする請求項1に記載の方法。

請求項25

前記光子放出体は、複数のルミネッセンス発光作用物質を含む請求項24に記載の方法。

請求項26

前記ルミネッセンス発光作用物質は、前記開始エネルギーに暴露された後に前記光を放出するリン光発光化合物化学発光化合物、および生物発光化合物からなる群から選択される請求項25に記載の方法。

請求項27

前記ルミネッセンス発光作用物質は、ナノチューブナノ粒子化学発光粒子、および生物発光粒子、ならびにこれらの混合物を含む請求項25に記載の方法。

請求項28

前記ルミネッセンス発光作用物質は、半導体または金属材料を含む請求項25に記載の方法。

請求項29

前記ルミネッセンス発光作用物質は、マイクロ波エネルギーに暴露された後に化学発光が増強される化学発光作用物質を含む請求項25に記載の方法。

請求項30

前記ルミネッセンス発光作用物質は、カーボンナノチューブを含む請求項25に記載の方法。

請求項31

前記カーボンナノチューブは、マイクロ波またはRFエネルギーに暴露された後にルミネッセンス発光する請求項30に記載の方法。

請求項32

前記エネルギー変調作用物質を前記媒質に磁気的導入する、または前記媒質から磁気的捕集するステップをさらに含む請求項25に記載の方法。

請求項33

印加するステップは、前記開始エネルギーを前記人工容器の容積分全体にわたって印加するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項34

印加するステップは、前記印加開始エネルギーを、アルミニウム製容器石英製容器ガラス製容器プラスチック製容器、またはこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む前記人工容器に透過させるステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項35

前記エネルギー変調作用物質は、前記エネルギー変調作用物質から前記媒質中に発生する前記光が前記媒質全体にわたって遮られることのない密度で前記媒質内に供給される請求項1に記載の方法。

請求項36

配置するステップは、前記媒質中に分離された状態で前記エネルギー変調作用物質または前記プラズモニクス作用物質を供給するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項37

前記媒質中に分離された状態で供給するステップは、前記媒質中の前記エネルギー変調作用物質または前記プラズモニクス作用物質のカプセル封入を行うステップを含む請求項36に記載の方法。

請求項38

カプセル封入を行うステップは、前記光が前記媒質全体を通して遮られることのない密度で前記カプセル封入を行うステップを含む請求項37に記載の方法。

請求項39

カプセル封入を行うステップは、流動床内で前記カプセル封入を行うステップ、前記媒質を保持する前記人工容器内に入り込んでいるリエントラント構造内で前記カプセル封入を行うステップ、または前記媒質を保持する前記人工容器の内壁上で前記カプセル封入を行うステップを含む請求項37に記載の方法。

請求項40

前記開始エネルギーは、X線エネルギーを含み、UV/VISエネルギーは、前記媒質中の光活性化可能作用物質を活性化する請求項1に記載の方法。

請求項41

前記開始エネルギーは、赤外線エネルギーを含み、UV/VISエネルギーは、前記媒質中の光活性化可能作用物質を活性化する請求項1に記載の方法。

請求項42

前記開始エネルギーは、電波またはマイクロ波エネルギーを含み、UV/VISエネルギーは、前記媒質中の光活性化可能作用物質を活性化する請求項1に記載の方法。

請求項43

印加するステップは、前記開始エネルギーを廃水に印加して前記廃水中汚染物質を低減するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項44

印加するステップは、台所用品の一領域を前記台所用品の他の領域に接合するジョイント領域内の前記台所用品の一部を殺菌するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項45

印加するステップは、前記開始エネルギーを流体に印加して前記流体を殺菌するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項46

印加するステップは、血液製剤または食品を殺菌するステップ、または前記流体または前記食品を低温殺菌するステップのうちの少なくとも一方を含む請求項45に記載の方法。

請求項47

印加するステップは、前記開始エネルギーを印加して前記媒質中の物品表面構造を変えるステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項48

前記印加するステップは、分子種を前記物品の表面上に光グラフト重合するステップを含む請求項47に記載の方法。

請求項49

印加するステップは、前記開始エネルギーについて、前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギー、または前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーを印加するステップを含む請求項1に記載の方法。

請求項50

人工容器内に配設されている媒質中に変化を引き起こすための方法であって、(1)前記媒質に近接して、活性化されると前記媒質に変化を引き起こすプラズモニクス作用物質および活性化可能作用物質を配置するステップであって、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質の近くに送られるエネルギーを増強または修正するように構成されるステップと、(2)エネルギー源から開始エネルギーを前記媒質に印加するステップであって、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記活性化可能作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させるステップを含む方法。

請求項51

前記印加開始エネルギーと異なるエネルギーの光を前記媒質に近接して配設されているエネルギー変調作用物質から放出するステップをさらに含む請求項50に記載の方法。

請求項52

前記プラズモニクス作用物質は、1)前記エネルギー変調作用物質からの前記光を増強または修正し、2)前記開始エネルギーを増強または修正する請求項51に記載の方法。

請求項53

印加するステップは、外部エネルギー源から前記開始エネルギーを印加するステップ、または前記媒質を保持する前記人工容器内に少なくとも部分的にあるか、または前記人工容器内の開口部を通して暴露されるエネルギー源から前記開始エネルギーを印加するステップ、または中の間隙が未硬化の放射線硬化可能媒質で事前に充填された構造要素に前記開始エネルギーを印加し、それにより、前記間隙内の前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化させるステップ、または前記開始エネルギーの指向性または集束ビームを印加して、前記未硬化の放射線硬化可能媒質からパターン形成された要素を形成するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項54

印加するステップは、X線、ガンマ線、電子ビーム、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、化学的エネルギー、または電波のうちの少なくとも1つを放出する放射源から前記開始エネルギーを印加するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項55

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項50に記載の方法。

請求項56

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項55に記載の方法。

請求項57

前記媒質中に、硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含むエネルギー変調作用物質を供給するステップをさらに含む請求項50に記載の方法。

請求項58

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+のうちの少なくとも1つを含む請求項57に記載の方法。

請求項59

前記活性化可能作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記活性化可能作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、前記活性化可能作用物質は、磁性体を含むか、または前記活性化可能作用物質は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項50に記載の方法。

請求項60

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記活性化可能作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含むか、または前記金属ナノ粒子は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項50に記載の方法。

請求項61

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項50に記載の方法。

請求項62

前記媒質中の前記変化は、生命体活動の変化を含む請求項50に記載の方法。

請求項63

活動の前記変化は、前記媒質の殺菌または前記媒質中の発酵の不活性化のうちの少なくとも一方を含む請求項62に記載の方法。

請求項64

活動の前記変化は、前記媒質の低温殺菌を含む請求項62に記載の方法。

請求項65

印加するステップは、細菌、ウイルス、酵母菌、および真菌からなる群から選択された少なくとも1つの生命体を含む媒質を殺菌するために前記開始エネルギーを印加するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項66

前記活性化可能作用物質は、光活性化可能作用物質を含む請求項50に記載の方法。

請求項67

前記光活性化可能作用物質は、フォトケージ内に収納されている活性作用物質を含み、前記開始エネルギー源に暴露された後、前記フォトケージは前記活性作用物質から解離して前記活性作用物質を前記媒質から利用可能にする請求項66に記載の方法。

請求項68

前記活性化可能作用物質は、ソラレン、ピレンオレイン酸コレステリル、アクリジン、ポルフィリン、フルオレセイン、ローダミン、16−ジアゾルコルチゾン、エチジウム、ブレオマイシンの遷移金属錯体、デクリコブレオマイシンの遷移金属錯体、有機白金錯体、アロキサジン、ビタミンK、ビタミンL、ビタミン代謝産物、ビタミン前駆体、ナフトキノン、ナフタレン、ナフトール、および平面分子配座を有するその誘導体、ポルホリンポルフィリン、色素、およびフェノチアジン誘導体、クマリン、キノロン、キノン、およびアントロキノンから選択される請求項66に記載の方法。

請求項69

前記活性化可能作用物質は、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体を含む請求項50に記載の方法。

請求項70

癌細胞、腫瘍細胞、自己免疫不全症候ウイルス、または血液感染性殺菌剤のうちの少なくとも1つは、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体によって治療される請求項69に記載の方法。

請求項71

前記活性化可能作用物質は、光触媒を含む請求項50に記載の方法。

請求項72

前記光触媒は、TiO2、ZnO、CdS、CdSe、SnO2、SrTiO3、WO3、Fe2O3、およびTa2O5粒子のうちの少なくとも1つを含む請求項71に記載の方法。

請求項73

前記開始エネルギーを前記少なくとも1つの活性化可能作用物質を活性化する活性化エネルギーに変換するエネルギー変調作用物質に媒質を与えるステップをさらに含む請求項50に記載の方法。

請求項74

前記エネルギー変調作用物質は、前記活性化可能作用物質を活性化する波長の光を放出するように構成された光子放出体を備え、前記プラズモニクス作用物質は前記光を増強して、増強された光が前記活性化可能作用物質を活性化するようにする請求項73に記載の方法。

請求項75

前記光子放出体は、複数のルミネッセンス発光作用物質を含む請求項74に記載の方法。

請求項76

前記ルミネッセンス発光作用物質は、前記開始エネルギーに暴露された後に前記光を放出するリン光発光化合物、化学発光化合物、および生物発光化合物からなる群から選択される請求項75に記載の方法。

請求項77

前記ルミネッセンス発光作用物質は、ナノチューブ、ナノ粒子、化学発光粒子、および生物発光粒子、ならびにこれらの混合物を含む請求項75に記載の方法。

請求項78

前記ルミネッセンス発光作用物質は、半導体または金属材料を含む請求項75に記載の方法。

請求項79

前記ルミネッセンス発光作用物質は、マイクロ波エネルギーに暴露された後に化学発光が増強される化学発光作用物質を含む請求項75に記載の方法。

請求項80

前記ルミネッセンス発光作用物質は、カーボンナノチューブを含む請求項75に記載の方法。

請求項81

前記カーボンナノチューブは、マイクロ波またはRFエネルギーに暴露された後にルミネッセンス発光する請求項80に記載の方法。

請求項82

前記エネルギー変調作用物質を前記媒質に磁気的導入する、または前記媒質から磁気的捕集するステップをさらに含む請求項74に記載の方法。

請求項83

印加するステップは、前記開始エネルギーを前記人工容器の容積分全体にわたって印加するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項84

印加するステップは、前記印加開始エネルギーを、アルミニウム製容器、石英製容器、ガラス製容器、プラスチック製容器、またはこれらの組合せのうちの少なくとも1つを収納する前記人工容器に透過させるステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項85

配置するステップは、前記媒質中に分散された状態で前記開始エネルギーを前記活性化可能作用物質を活性化する光に変換するエネルギー変調作用物質を供給するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項86

前記媒質中に分散された状態で供給するステップは、前記光が前記媒質全体を通して遮られることのない密度で前記エネルギー変調作用物質を供給するステップを含む請求項85に記載の方法。

請求項87

配置するステップは、前記媒質中に分離された状態でエネルギー変調作用物質または前記プラズモニクス作用物質を供給するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項88

前記媒質中に分離された状態で供給するステップは、前記媒質中の前記エネルギー変調作用物質または前記プラズモニクス作用物質のカプセル封入を行うステップを含む請求項87に記載の方法。

請求項89

カプセル封入を行うステップは、前記光が前記媒質全体を通して遮られることのない密度で前記カプセル封入を行うステップを含む請求項88に記載の方法。

請求項90

カプセル封入を行うステップは、流動床内で前記カプセル封入を行うステップ、前記媒質を保持する前記人工容器内に入り込んでいるリエントラント構造内で前記カプセル封入を行うステップ、または前記媒質を保持する前記人工容器の内壁上で前記カプセル封入を行うステップを含む請求項88に記載の方法。

請求項91

前記開始エネルギーは、X線エネルギーを含み、UV/VISエネルギーは、活性化可能作用物質を活性化する請求項50に記載の方法。

請求項92

前記開始エネルギーは、赤外線エネルギーを含み、UV/VISエネルギーは、活性化可能作用物質を活性化する請求項50に記載の方法。

請求項93

前記開始エネルギーは、電波またはマイクロ波エネルギーを含み、UV/VISエネルギーは、活性化可能作用物質を活性化する請求項50に記載の方法。

請求項94

印加するステップは、前記開始エネルギーを廃水に印加して前記廃水中の汚染物質を低減するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項95

印加するステップは、台所用品の一領域を前記台所用品の他の領域に接合するジョイント領域内の前記台所用品の一部を殺菌するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項96

印加するステップは、前記開始エネルギーを流体に印加して前記流体を殺菌するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項97

印加するステップは、血液製剤または食品を殺菌するステップを含む請求項96に記載の方法。

請求項98

印加するステップは、前記開始エネルギーを流体または食品に印加して前記流体または前記食品を低温殺菌するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項99

印加するステップは、前記開始エネルギーを印加して前記媒質中の物品の表面構造を変えるステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項100

前記印加するステップは、分子種を前記物品の表面上に光グラフト重合するステップを含む請求項99に記載の方法。

請求項101

印加するステップは、前記開始エネルギーについて、前記媒質中のエネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギー、または前記媒質中のエネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーを印加するステップを含む請求項50に記載の方法。

請求項102

放射線硬化可能媒質を硬化させるための方法であって、1)未硬化の放射線硬化可能媒質と2)プラズモニクス作用物質およびエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方とを含む組成物全体にわたって開始エネルギーを印加するステップであって、前記開始エネルギーは前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して前記媒質中のポリマー重合によって前記未硬化の媒質を直接的にまたは間接的に硬化させるステップと、前記放射線硬化可能媒質中の光開始剤を活性化することによって前記放射線硬化可能媒質を硬化させるステップとを含む方法。

請求項103

前記印加開始エネルギーと異なるエネルギーの光を前記エネルギー変調作用物質から放出するステップをさらに含む請求項102に記載の方法。

請求項104

前記プラズモニクス作用物質は、1)前記エネルギー変調作用物質からの前記光放射を増強または修正し、2)前記開始エネルギーを増強または修正する請求項103に記載の方法。

請求項105

印加するステップは、外部エネルギー源から前記開始エネルギーを印加するステップ、または前記媒質を保持している容器中に少なくとも部分的に入っているエネルギー源から前記開始エネルギーを印加するステップ、または中の間隙が前記未硬化の媒質で事前に充填された構造要素に前記開始エネルギーを印加し、それにより、前記間隙内の前記未硬化の媒質を硬化させるステップ、または前記開始エネルギーの指向性または集束ビームを印加して、前記放射線硬化可能媒質からパターン形成された要素を形成するステップを含む請求項103に記載の方法。

請求項106

前記開始エネルギーは、X線エネルギーを含み、前記活性化エネルギーは、UV/VISエネルギーである請求項102に記載の方法。

請求項107

前記開始エネルギーは、マイクロ波エネルギーを含み、前記活性化エネルギーは、UV/VISエネルギーである請求項102に記載の方法。

請求項108

前記開始エネルギーは、X線、ガンマ線、電子ビーム、紫外線、マイクロ波、化学的エネルギー、または電波のうちの少なくとも1つを含む請求項102に記載の方法。

請求項109

前記エネルギー変調作用物質について前記媒質中に硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを供給するステップをさらに含む請求項102に記載の方法。

請求項110

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+のうちの少なくとも1つを含む請求項109に記載の方法。

請求項111

印加するステップは、前記開始エネルギーについて、前記媒質中の前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギー、または前記媒質中の前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーを印加するステップを含む請求項102に記載の方法。

請求項112

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項102に記載の方法。

請求項113

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項112に記載の方法。

請求項114

前記媒質中で前記光開始剤を活性化するために前記少なくとも1つのエネルギー変調作用物質から光を発生させるステップをさらに含み、前記プラズモニクス作用物質は、前記発生した光を増強して、増強された放射光が前記光開始剤を活性化するようにする請求項102に記載の方法。

請求項115

前記光開始剤は、ベンゾイン置換ベンゾインアルキルエステル置換ベンゾイン、ミチラーケトンジアルコキシアセトフェノンジエトキシアセトフェノン、ベンゾフェノン、置換ベンゾフェノン、アセトフェノン、置換アセトフェノンキサントン置換キサントン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ジエトキシキサントン、クロロ−チオ−キサントン、アゾ−ビスイソブチロニトリル、N−メチルジエタノールアミンベンゾフェノン、カンファーキノンペルオキシ酸エステル開始剤、非フルオレンカルボン酸ペルオキシ酸エステル、およびこれらの混合物のうちの1つを含む請求項114に記載の方法。

請求項116

前記エネルギー変調作用物質は、前記光開始剤を活性化する波長の光を放出するように構成された光子放出体を備え、前記プラズモニクス作用物質は前記光を増強して、増強された光が前記光開始剤を活性化するようにする請求項102に記載の方法。

請求項117

前記光子放出体は、複数のルミネッセンス発光作用物質を含む請求項116に記載の方法。

請求項118

前記ルミネッセンス発光作用物質は、前記開始エネルギーに暴露された後に光を放出するリン光発光化合物、化学発光化合物、および生物発光化合物からなる群から選択される請求項117に記載の方法。

請求項119

前記ルミネッセンス発光作用物質は、ナノチューブ、ナノ粒子、化学発光粒子、および生物発光粒子、ならびにこれらの混合物を含む請求項117に記載の方法。

請求項120

前記ルミネッセンス発光作用物質は、半導体または金属材料を含む請求項117に記載の方法。

請求項121

前記ルミネッセンス発光作用物質は、マイクロ波エネルギーに暴露された後に化学発光の増強を呈示する化学発光作用物質を含む請求項117に記載の方法。

請求項122

前記ルミネッセンス発光作用物質は、カーボンナノチューブを含む請求項117に記載の方法。

請求項123

前記カーボンナノチューブは、マイクロ波またはRFエネルギーに暴露された後にルミネッセンス発光する請求項122に記載の方法。

請求項124

前記エネルギー変調作用物質から光を受け取ることによって前記光開始剤を活性化して、前記未硬化の媒質を硬化させるステップをさらに含む請求項102に記載の方法。

請求項125

前記エネルギー変調作用物質は、前記開始エネルギーに暴露された後、前記未硬化の媒質を硬化する1つまたは複数の光子を放出する請求項102に記載の方法。

請求項126

前記エネルギー変調作用物質は、前記媒質全体にわたって前記未硬化の媒質を放射光が硬化させる前記未硬化の媒質全体にわたって分散されているルミネッセンス発光粒子を含む請求項102に記載の方法。

請求項127

前記未硬化の媒質を前記開始エネルギーに対して透過性を有する容器内に入れるステップをさらに含む請求項102に記載の方法。

請求項128

前記容器は、アルミニウム製容器、石英製容器、ガラス製容器、プラスチック製容器、またはこれらの組合せのうちの少なくとも1つである請求項127に記載の方法。

請求項129

前記開始エネルギーを印加するステップは、台所用品の一領域を前記台所用品の他の領域に接合するジョイント領域内で前記未硬化の放射線硬化可能媒質を照射するステップを含む請求項102に記載の方法。

請求項130

前記開始エネルギーを印加するステップは、前記ジョイント領域を殺菌するステップを含む請求項129に記載の方法。

請求項131

前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、または前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含む請求項102に記載の方法。

請求項132

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、または前記金属ナノ粒子は、磁性体を含む請求項102に記載の方法。

請求項133

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項102に記載の方法。

請求項134

人工容器内に配設されている媒質中に変化を引き起こすためのシステムであって、前記媒質に、1)活性化可能作用物質、および2)プラズモニクス作用物質およびエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を供給するように構成された機構であって、前記エネルギー変調作用物質は開始エネルギーとの相互作用の後に前記媒質中に光を放出するように構成され、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質に近接して送られるエネルギーを増強または修正するように構成される、機構と、前記開始エネルギーを前記媒質に印加するように構成された開始エネルギー源であって、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させる、開始エネルギー源とを備えるシステム。

請求項135

前記エネルギー変調作用物質は、前記開始エネルギーと異なるエネルギーの前記光を放出するように構成される請求項134に記載のシステム。

請求項136

前記プラズモニクス作用物質は、1)前記エネルギー変調作用物質からの前記光を増強または修正し、2)前記開始エネルギーを増強または修正する請求項135に記載のシステム。

請求項137

前記開始エネルギー源は、外部エネルギー源を含むか、または前記開始エネルギー源は、前記媒質を保持する前記人工容器内に少なくとも部分的にあるか、または前記人工容器内の開口部を通して暴露されるエネルギー源を含むか、または外部エネルギー源は、中の間隙が未硬化の放射線硬化可能媒質で事前に充填されている構造要素の方に向けられ、それにより、前記間隙内の前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化させるか、または前記開始エネルギーの指向性または集束ビームは、前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化し、パターン形成された要素を生成する請求項134に記載のシステム。

請求項138

前記開始エネルギー源は、X線源ガンマ線源電子ビーム源紫外線源マイクロ波源、または電波源のうちの少なくとも1つを含む請求項134に記載のシステム。

請求項139

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項134に記載のシステム。

請求項140

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項139に記載のシステム。

請求項141

前記エネルギー変調作用物質は、硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含む請求項132に記載のシステム。

請求項142

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+のうちの少なくとも1つを含む請求項141に記載のシステム。

請求項143

前記媒質は、発酵させるべき媒質を含む請求項134に記載のシステム。

請求項144

前記媒質は、殺菌または低温殺菌すべき流体媒質を含む請求項134に記載のシステム。

請求項145

前記媒質は、血液製剤または食品を含む請求項144に記載のシステム。

請求項146

前記媒質は、細菌、ウイルス、酵母菌、および真菌からなる群から選択された少なくとも1つの生命体を含む請求項145に記載のシステム。

請求項147

前記活性化可能作用物質は、光活性化可能作用物質を含む請求項134に記載のシステム。

請求項148

前記活性化可能作用物質は、フォトケージ内に収納されている活性作用物質を含み、前記開始エネルギー源に暴露された後、前記フォトケージは前記活性作用物質から解離して前記活性作用物質を利用可能にする請求項134に記載のシステム。

請求項149

前記活性化可能作用物質は、ソラレン、ピレンオレイン酸コレステリル、アクリジン、ポルフィリン、フルオレセイン、ローダミン、16−ジアゾルコルチゾン、エチジウム、ブレオマイシンの遷移金属錯体、デクリコブレオマイシンの遷移金属錯体、有機白金錯体、アロキサジン、ビタミンK、ビタミンL、ビタミン代謝産物、ビタミン前駆体、ナフトキノン、ナフタレン、ナフトール、および平面分子配座を有するその誘導体、ポルホリンポルフィリン、色素、およびフェノチアジン誘導体、クマリン、キノロン、キノン、およびアントロキノンから選択される請求項134に記載のシステム。

請求項150

前記活性化可能作用物質は、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体を含む請求項134に記載のシステム。

請求項151

癌細胞、腫瘍細胞、自己免疫不全症候ウイルス、または血液感染性殺菌剤のうちの少なくとも1つは、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体によって治療される請求項150に記載のシステム。

請求項152

前記活性化可能作用物質は、光触媒を含む請求項134に記載のシステム。

請求項153

前記光触媒は、TiO2、ZnO、CdS、CdSe、SnO2、SrTiO3、WO3、Fe2O3、およびTa2O5粒子のうちの少なくとも1つを含む請求項152に記載のシステム。

請求項154

前記エネルギー変調作用物質を前記媒質に供給するか、または前記媒質から捕集するように構成された磁気的機構をさらに備える請求項134に記載のシステム。

請求項155

前記エネルギー変調作用物質は、リン光発光化合物、化学発光化合物、および生物発光化合物からなる群から選択された光子放出体を含む請求項154に記載のシステム。

請求項156

前記エネルギー変調作用物質は、複数のルミネッセンス発光作用物質を含む請求項155に記載のシステム。

請求項157

前記ルミネッセンス発光作用物質は、前記開始エネルギーに暴露された後に光を放出するリン光発光化合物、化学発光化合物、および生物発光化合物からなる群から選択される請求項156に記載のシステム。

請求項158

前記ルミネッセンス発光作用物質は、ナノチューブ、ナノ粒子、化学発光粒子、および生物発光粒子、ならびにこれらの混合物を含む請求項156に記載のシステム。

請求項159

前記ルミネッセンス発光作用物質は、半導体または金属材料を含む請求項156に記載のシステム。

請求項160

前記ルミネッセンス発光作用物質は、マイクロ波エネルギーに暴露された後に化学発光する化学発光作用物質を含む請求項156に記載のシステム。

請求項161

前記エネルギー変調作用物質は、前記エネルギー変調作用物質からの前記光が前記媒質全体にわたって遮られることのない密度で前記媒質内に供給される請求項134に記載のシステム。

請求項162

前記エネルギー変調作用物質は、前記開始エネルギーを前記活性化可能作用物質を活性化する光に変換する請求項134に記載のシステム。

請求項163

前記媒質中の前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質のカプセル封入をさらに含む請求項134に記載のシステム。

請求項164

前記カプセル封入は、前記カプセル封入から放出された前記光が前記媒質全体を通して遮られることのない密度を含む請求項163に記載のシステム。

請求項165

前記カプセル封入は、流動床、前記媒質を保持する容器内に入り込んでいるリエントラント構造、または前記媒質を保持する前記人工容器の内壁を含む請求項163に記載のシステム。

請求項166

前記人工容器は、前記開始エネルギーに対して透過性を有する容器を含む請求項134に記載のシステム。

請求項167

前記人工容器は、アルミニウム製容器、石英製容器、ガラス製容器、プラスチック製容器、またはこれらの構造物のうちの少なくとも1つである請求項134に記載のシステム。

請求項168

前記人工容器は、前記開始エネルギーを受け取って、流体製品送り、流体製品を低温殺菌する容器を含む請求項134に記載のシステム。

請求項169

前記人工容器は、前記開始エネルギーを受け取って、流体製品に送り、流体製品中の汚染物質を処理する容器を含む請求項134に記載のシステム。

請求項170

前記活性化可能作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記活性化可能作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、前記活性化可能作用物質は、磁性体を含むか、または前記活性化可能作用物質は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項134に記載のシステム。

請求項171

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記活性化可能作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含むか、または前記金属ナノ粒子は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項134に記載のシステム。

請求項172

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項134に記載のシステム。

請求項173

前記開始エネルギーは、前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーまたは前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギーである請求項134に記載のシステム。

請求項174

放射線硬化可能媒質を硬化させるためのシステムであって、活性化可能作用物質およびプラズモニクス作用物質とエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を含む未硬化の放射線硬化可能媒質を前記未硬化の放射線硬化可能媒質中に供給するように構成された機構と、開始エネルギーを前記未硬化の放射線硬化可能媒質を含む領域全体にわたって印加するように構成された開始エネルギー源とを備え、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記媒質中のポリマーの重合による前記媒質の直接的または間接的な硬化を引き起こすシステム。

請求項175

前記エネルギー変調作用物質は、前記開始エネルギーと異なるエネルギーの光を放出するように構成される請求項174に記載のシステム。

請求項176

前記プラズモニクス作用物質は、1)前記エネルギー変調作用物質からの前記光を増強または修正し、2)前記開始エネルギーを増強または修正する請求項175に記載のシステム。

請求項177

前記開始エネルギー源は、外部エネルギー源、または前記媒質を保持する容器中に少なくとも部分的に入っているエネルギー源、または中の間隙が未硬化の放射線硬化可能媒質で事前に充填されている構造要素の方に向けられた外部エネルギー源であって、それにより、前記間隙内の前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化させる、外部エネルギー源、または前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化し、パターン形成された要素を生成する前記開始エネルギーの指向性または集束ビームを含む請求項174に記載のシステム。

請求項178

前記開始エネルギー源は、X線源、ガンマ線源、電子ビーム源、紫外線源、マイクロ波源、または電波源のうちの少なくとも1つを含む請求項174に記載のシステム。

請求項179

前記エネルギー変調作用物質は、硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含む請求項174に記載のシステム。

請求項180

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+のうちの少なくとも1つを含む請求項179に記載のシステム。

請求項181

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項174に記載のシステム。

請求項182

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項181に記載のシステム。

請求項183

前記活性化可能作用物質は、光開始剤を含む請求項174に記載のシステム。

請求項184

前記光開始剤は、ベンゾイン、置換ベンゾイン、アルキルエステル置換ベンゾイン、ミチラーのケトン、ジアルコキシアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ベンゾフェノン、置換ベンゾフェノン、アセトフェノン、置換アセトフェノン、キサントン、置換キサントン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ジエトキシキサントン、クロロ−チオ−キサントン、アゾ−ビスイソブチロニトリル、N−メチルジエタノールアミンベンゾフェノン、カンファーキノン、ペルオキシ酸エステル開始剤、非フルオレンカルボン酸ペルオキシ酸エステル、およびこれらの混合物のうちの1つを含む請求項183に記載のシステム。

請求項185

前記エネルギー変調作用物質は、前記活性化可能作用物質を活性化する波長の光を放出するように構成された光子放出体を備え、前記プラズモニクス作用物質は前記放射光を増強して、増強された光が前記活性化可能作用物質を活性化するようにする請求項174に記載のシステム。

請求項186

前記光子放出体は、複数のルミネッセンス発光作用物質を含む請求項185に記載のシステム。

請求項187

前記ルミネッセンス発光作用物質は、前記開始エネルギーに暴露された後に光を放出するリン光発光化合物、化学発光化合物、および生物発光化合物からなる群から選択される請求項186に記載のシステム。

請求項188

前記ルミネッセンス発光作用物質は、ナノチューブ、ナノ粒子、化学発光粒子、および生物発光粒子、ならびにこれらの混合物を含む請求項186に記載のシステム。

請求項189

前記ルミネッセンス発光作用物質は、半導体または金属材料を含む請求項186に記載のシステム。

請求項190

前記ルミネッセンス発光作用物質は、マイクロ波エネルギーに暴露された後に化学発光の増強を呈示する化学発光作用物質を含む請求項186に記載のシステム。

請求項191

前記エネルギー変調作用物質は、前記媒質全体にわたって前記未硬化の媒質を放射光が硬化させる前記媒質全体にわたって分散されているルミネッセンス発光作用物質を含む請求項174に記載のシステム。

請求項192

前記エネルギー変調作用物質は、前記エネルギー変調作用物質から前記媒質中に発生する光が前記媒質全体にわたって遮られることのない密度で前記媒質内に供給される請求項174に記載のシステム。

請求項193

前記エネルギー変調作用物質は、前記開始エネルギーを前記活性化可能作用物質を活性化する光に変換する請求項174に記載のシステム。

請求項194

前記媒質中の前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質のカプセル封入をさらに含む請求項174に記載のシステム。

請求項195

前記カプセル封入は、前記カプセル封入からの光が前記媒質全体を通して遮られることのない密度を含む請求項194に記載のシステム。

請求項196

前記未硬化の放射線硬化可能媒質を収納するように構成された容器をさらに備える請求項174に記載のシステム。

請求項197

前記容器は、アルミニウム製容器、石英製容器、ガラス製容器、プラスチック製容器、またはこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項196に記載のシステム。

請求項198

前記開始エネルギー源は、台所用品の一領域を前記台所用品の他の領域に接合するジョイント領域内で前記未硬化の放射線硬化可能媒質を照射するように構成される請求項174に記載のシステム。

請求項199

前記開始エネルギー源は、前記ジョイント領域を照射し、それにより、前記ジョイント領域の内側で内部紫外線を発生させることで前記ジョイント領域の殺菌を誘発するように構成される請求項198に記載のシステム。

請求項200

前記開始エネルギー源は、表面コーティングを照射するように構成される請求後174に記載のシステム。

請求項201

前記開始エネルギー源は、前記放射線硬化可能媒質の金型を照射するように構成される請求後174に記載のシステム。

請求項202

前記放射線硬化可能媒質は、着色顔料を含む請求項174に記載のシステム。

請求項203

前記放射線硬化可能媒質は、フュームドシリカを含む請求項174に記載のシステム。

請求項204

前記放射線硬化可能媒質は、水分硬化促進剤を含む請求項174に記載のシステム。

請求項205

前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、または前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含む請求項174に記載のシステム。

請求項206

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含む請求項174に記載のシステム。

請求項207

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項174に記載のシステム。

請求項208

前記開始エネルギーは、前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギーであるか、または前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーである請求項174に記載のシステム。

請求項209

人工容器内に配設されている媒質中に変化を引き起こすためのシステムであって、前記媒質にプラズモニクス作用物質を供給するように構成された機構であって、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質に近接して送られるエネルギーを増強または修正するように構成されている、機構と、開始エネルギーを前記媒質に印加するように構成された開始エネルギー源であって、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させる、開始エネルギー源とを備えるシステム。

請求項210

前記開始エネルギーは、前記開始エネルギーを異なるエネルギーに変換するエネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギーであるか、または前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーである請求項209に記載のシステム。

請求項211

前記カプセル封入構造は、前記プラズモニクス作用物質を含み、流動床、前記媒質を保持する人工容器内に入り込んでいるリエントラント構造、または前記媒質を保持する前記人工容器の内壁を備える請求項210に記載のシステム。

請求項212

前記カプセル封入構造は、保護層とともにカプセル封入されたエネルギー変調作用物質のナノ粒子を含む請求項210に記載のシステム。

請求項213

前記カプセル封入構造は、エネルギー変調作用物質および前記プラズモニクス作用物質を入れた封止管を備える請求項210に記載のシステム。

請求項214

前記カプセル封入構造は封止管を備え、前記プラズモニクス作用物質は前記媒質の近くの前記封止管の外側に配設される請求項210に記載のシステム。

請求項215

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項209に記載のシステム。

請求項216

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項215に記載のシステム。

請求項217

エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含むか、または前記エネルギー変調作用物質は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項215に記載のシステム。

請求項218

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含むか、または前記金属ナノ粒子は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項215に記載のシステム。

請求項219

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項215に記載のシステム。

請求項220

前記開始エネルギー源は、外部エネルギー源を含むか、または前記開始エネルギー源は、前記媒質を保持する前記人工容器内に少なくとも部分的にあるか、または前記人工容器内の開口部を通して暴露されるエネルギー源を含むか、または前記開始エネルギー源は、中の間隙が未硬化の放射線硬化可能媒質で事前に充填されている構造要素の方に向けられていて、これにより前記間隙内の前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化させる、外部エネルギー源を含むか、または前記開始エネルギー源は、前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化して、パターン形成された要素を生成する前記開始エネルギーの指向性または集束ビームを備える請求項209に記載のシステム。

請求項221

前記媒質中に、硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含むエネルギー変調作用物質をさらに含む請求項209に記載のシステム。

請求項222

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+を含む請求項221に記載のシステム。

請求項223

前記媒質中に含まれ、ソラレン、ピレンオレイン酸コレステリル、アクリジン、ポルフィリン、フルオレセイン、ローダミン、16−ジアゾルコルチゾン、エチジウム、ブレオマイシンの遷移金属錯体、デクリコブレオマイシンの遷移金属錯体、有機白金錯体、アロキサジン、ビタミンK、ビタミンL、ビタミン代謝産物、ビタミン前駆体、ナフトキノン、ナフタレン、ナフトール、および平面分子配座を有するその誘導体、ポルホリンポルフィリン、色素、およびフェノチアジン誘導体、クマリン、キノロン、キノン、およびアントロキノンのうちの少なくとも1つから選択される、活性化可能作用物質をさらに含む請求項209に記載のシステム。

請求項224

前記活性化可能作用物質は、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体を含む請求項223に記載のシステム。

請求項225

癌細胞、腫瘍細胞、自己免疫不全症候ウイルス、または血液感染性殺菌剤のうちの少なくとも1つは、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体によって治療される請求項224に記載のシステム。

請求項226

前記プラズモニクス作用物質を前記媒質に供給するか、または前記媒質から捕集するように構成された磁気的機構をさらに備える請求項209に記載のシステム。

請求項227

人工容器内に配設されている媒質に光刺激変化を引き起こすためのシステムであって、前記媒質に、エネルギー変調作用物質およびプラズモニクス作用物質のうちの少なくとも一方を供給するように構成された機構であって、前記エネルギー変調作用物質は開始エネルギーとの相互作用の後に前記媒質中に光を放出するように構成され、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質に近接して送られるエネルギーを増強または修正するように構成される、機構と、前記開始エネルギーを前記媒質に印加するように構成された開始エネルギー源とを備え、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記光刺激変化を直接的にまたは間接的に発生させるシステム。

請求項228

前記開始エネルギーは、前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギーであるか、または前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーである請求項227に記載のシステム。

請求項229

前記カプセル封入構造は、前記エネルギー変調作用物質または前記プラズモニクス作用物質のうちの少なくとも一方を含み、流動床、前記媒質を保持する人工容器内に入り込んでいるリエントラント構造、または前記媒質を保持する前記人工容器の内壁を備える請求項228に記載のシステム。

請求項230

前記カプセル封入構造は、保護層とともにカプセル封入された前記エネルギー変調作用物質を含む請求項228に記載のシステム。

請求項231

前記カプセル封入構造は封止管を備え、前記プラズモニクス作用物質は前記媒質の近くの前記封止管の外側に配設される請求項228に記載のシステム。

請求項232

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項227に記載のシステム。

請求項233

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項232に記載のシステム。

請求項234

前記人工容器は、前記開始エネルギーを受け取って、前記媒質内の製品に送る容器を含む請求項227に記載のシステム。

請求項235

前記製品は、プラスチックを含む請求項234に記載のシステム。

請求項236

前記エネルギー変調作用物質からの前記光は、前記プラスチックの前記表面構造を変える請求項235に記載のシステム。

請求項237

前記プラスチックは、ポリ乳酸PLA)プラスチックおよびポリヒドロキシアルカノエートPHA)プラスチックを含み、前記活性化エネルギーは、分子種をプラスチックの表面上に光グラフト重合する請求項235に記載のシステム。

請求項238

前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含むか、または前記エネルギー変調作用物質は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項227に記載のシステム。

請求項239

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含むか、または前記金属ナノ粒子は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項227に記載のシステム。

請求項240

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項227に記載のシステム。

請求項241

前記開始エネルギー源は、外部エネルギー源を含むか、または前記開始エネルギー源は、前記媒質を保持する前記人工容器内に少なくとも部分的にあるか、または前記人工容器内の開口部を通して暴露されるエネルギー源を含むか、または前記開始エネルギー源は、中の間隙が未硬化の放射線硬化可能媒質で事前に充填されている構造要素の方に向けられていて、これにより前記間隙内の前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化させる、外部エネルギー源を含むか、または前記開始エネルギー源は、前記未硬化の放射線硬化可能媒質を硬化して、パターン形成された要素を生成する前記開始エネルギーの指向性または集束ビームを備える請求項227に記載のシステム。

請求項242

前記エネルギー変調作用物質は、硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含む請求項224に記載のシステム。

請求項243

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+のうちの少なくとも1つを含む請求項242に記載のシステム。

請求項244

放射線硬化物品であって、放射線硬化媒質と、前記媒質全体にわたって分散されているエネルギー変調作用物質およびプラズモニクス作用物質のうちの少なくとも1つとを備え、前記エネルギー変調作用物質は開始エネルギーを光に変換した物質であり、前記光は前記放射線硬化媒質中でポリマーの重合によって放射線硬化媒質を硬化させた、放射線硬化物品。

請求項245

前記少なくとも1つのエネルギー変調作用物質は、硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含むルミネッセンス発光作用物質を含む請求項244に記載の物品。

請求項246

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+のうちの少なくとも1つを含む請求項245に記載の物品。

請求項247

前記ルミネッセンス発光作用物質は、ナノチューブ、ナノ粒子、化学発光粒子、および生物発光粒子、ならびにこれらの混合物を含む請求項245に記載の物品。

請求項248

前記ルミネッセンス発光作用物質は、半導体または金属材料を含む請求項245に記載の物品。

請求項249

前記ルミネッセンス発光作用物質は、化学発光作用物質を含む請求項245に記載の物品。

請求項250

着色顔料をさらに含む請求項244に記載の物品。

請求項251

フュームドシリカをさらに含む請求項244に記載の物品。

請求項252

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項244に記載の物品。

請求項253

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項252に記載の物品。

請求項254

前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、または前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含む請求項244に記載の物品。

請求項255

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含む請求項244に記載の物品。

請求項256

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項244に記載の物品。

請求項257

前記エネルギー変調作用物質は、前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギーの、または前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーの前記開始エネルギーを受け取るように構成される請求項244に記載の物品。

請求項258

放射線硬化可能物品であって、放射線硬化可能媒質と、前記媒質全体にわたって分散されている少なくとも1つのエネルギー変調作用物質および少なくとも1つのプラズモニクス作用物質を備え、前記エネルギー変調作用物質は開始エネルギーを光に変換することができる物質であり、前記光は前記放射線硬化可能媒質中でポリマーの重合によって前記放射線硬化可能媒質を硬化させることができる、放射線硬化可能物品。

請求項259

前記エネルギー変調作用物質は、硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含むルミネッセンス発光作用物質を含む請求項258に記載の物品。

請求項260

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+を含む請求項259に記載の物品。

請求項261

前記ルミネッセンス発光作用物質は、ナノチューブ、ナノ粒子、化学発光粒子、および生物発光粒子、ならびにこれらの混合物を含む請求項259に記載の物品。

請求項262

前記ルミネッセンス発光作用物質は、半導体または金属材料のナノ粒子を含む請求項259に記載の物品。

請求項263

前記ルミネッセンス発光作用物質は、化学発光粒子を含む請求項259に記載の物品。

請求項264

着色顔料をさらに含む請求項258に記載の物品。

請求項265

フュームドシリカをさらに含む請求項258に記載の物品。

請求項266

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項258に記載の物品。

請求項267

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項266に記載の物品。

請求項268

前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、または前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含む請求項258に記載の物品。

請求項269

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含む請求項258に記載の物品。

請求項270

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項258に記載の物品。

請求項271

前記エネルギー変調作用物質は、前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギーの、または前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーの前記開始エネルギーを受け取るように構成される請求項258に記載の物品。

請求項272

殺菌システムであって、開始エネルギーを殺菌すべき媒質に印加するように構成された開始エネルギー源と、前記媒質に近接して配設されたプラズモニクス作用物質であって、前記プラズモニクス作用物質に近接して送られるエネルギーを増強または修正するように構成されているプラズモニクス作用物質とを備え、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質と相互作用して、前記媒質を直接的にまたは間接的に殺菌する殺菌システム。

請求項273

前記プラズモニクス作用物質を含むカプセル封入構造をさらに備える請求項272に記載のシステム。

請求項274

前記カプセル封入構造は、流動床、前記媒質を保持する容器内に入り込んでいるリエントラント構造、または前記媒質を保持する容器の内壁を備える請求項273に記載のシステム。

請求項275

前記カプセル封入構造は、保護層とともにカプセル封入されたエネルギー変調作用物質を含む請求項273に記載のシステム。

請求項276

前記カプセル封入構造は、前記プラズモニクス作用物質を入れた封止管を備える請求項273に記載のシステム。

請求項277

前記カプセル封入構造は封止管を備え、前記プラズモニクス作用物質は前記封止管の外側に配設される請求項273に記載のシステム。

請求項278

前記プラズモニクス作用物質は、金属構造物を含む請求項272に記載のシステム。

請求項279

前記金属構造物は、ナノスフェア、ナノロッド、ナノキューブ、ナノピラミッド、ナノシェル、多層ナノシェル、およびこれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む請求項278に記載のシステム。

請求項280

エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く少なくとも1つの金属ナノ粒子に隣接する位置に配設されるか、前記エネルギー変調作用物質は、前記プラズモニクス作用物質として働く金属を少なくとも部分的にコーティングされるか、前記エネルギー変調作用物質は、磁性体を含むか、または前記エネルギー変調作用物質は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項272に記載のシステム。

請求項281

前記プラズモニクス作用物質として働く金属ナノ粒子は、前記エネルギー変調作用物質で少なくとも部分的に被覆されるか、前記金属ナノ粒子は、磁性体を含むか、または前記金属ナノ粒子は、化学的または生物学的レセプターを含む請求項272に記載のシステム。

請求項282

前記プラズモニクス作用物質は、誘電体金属ナノ複合材料を含むか、または前記プラズモニクス作用物質は、複合プラズモニクス作用物質として互いに近接する位置に配設されている複数の異なるサイズの金属ナノ粒子を含む請求項272に記載のシステム。

請求項283

前記開始エネルギーは、エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより高いエネルギーであるか、または前記エネルギー変調作用物質によって発生するエネルギーより低いエネルギーである請求項272に記載のシステム。

請求項284

硫化物、テルル化物、セレン化合物、および酸化物半導体のうちの少なくとも1つを含むエネルギー変調作用物質をさらに備える請求項272に記載のシステム。

請求項285

前記エネルギー変調作用物質は、Y2O3、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、Mn,ErZnSe、Mn,ErMgS、Mn,ErCaS、Mn,ErZnS、Mn,YbZnSe、Mn,YbMgS、Mn,YbCaS、Mn,YbZnS:Tb3+,Er3+、ZnS:Tb3+、Y2O3:Tb3+、Y2O3:Tb3+,Er3+、ZnS:Mn2+、ZnS:Mn,Er3+を含む請求項284に記載のシステム。

請求項286

前記媒質中に含まれ、ソラレン、ピレンオレイン酸コレステリル、アクリジン、ポルフィリン、フルオレセイン、ローダミン、16−ジアゾルコルチゾン、エチジウム、ブレオマイシンの遷移金属錯体、デクリコブレオマイシンの遷移金属錯体、有機白金錯体、アロキサジン、ビタミンK、ビタミンL、ビタミン代謝産物、ビタミン前駆体、ナフトキノン、ナフタレン、ナフトール、および平面分子配座を有するその誘導体、ポルホリンポルフィリン、色素、およびフェノチアジン誘導体、クマリン、キノロン、キノン、およびアントロキノンから選択される、活性化可能作用物質をさらに含む請求項272に記載のシステム。

請求項287

前記活性化可能作用物質は、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体を含む請求項286に記載のシステム。

請求項288

癌細胞、腫瘍細胞、自己免疫不全症候ウイルス、または血液感染性殺菌剤のうちの少なくとも1つは、ソラレン、クマリン、またはこれらの誘導体によって治療される請求項287に記載のシステム。

請求項289

前記開始エネルギーを受け取って、送る容器をさらに備え、殺菌の対象となる血液製剤または食品、または低温殺菌の対象となる前記流体または前記食品のうちの少なくとも一方を保持するように構成される請求項272に記載のシステム。

請求項290

前記開始エネルギー源から光を殺菌すべき前記媒質中に送る封止管をさらに備える請求項272に記載のシステム。

請求項291

前記プラズモニクス作用物質は、前記媒質と接触する前記封止管の側面に配設される請求項290に記載のシステム。

請求項292

前記開始エネルギー源は、紫外線源を含む請求項290に記載のシステム。

請求項293

前記開始エネルギー源は、広帯域光源を含む請求項290に記載のシステム。

請求項294

前記媒質に近接して含まれるエネルギー変調作用物質をさらに備え、前記開始エネルギー源は、X線、ガンマ線、電子ビーム、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、化学的エネルギー、または電波のうちの少なくとも1つを発生する放射源を含み、前記エネルギー変調作用物質は、前記開始エネルギー源からのエネルギーを殺菌光に変換する請求項272に記載のシステム。

請求項295

前記媒質に近接して含まれるエネルギー変調作用物質をさらに備え、前記開始エネルギー源は、X線、ガンマ線、電子ビーム、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、化学的エネルギー、または電波のうちの少なくとも1つを発生する放射源を含み、前記エネルギー変調作用物質は、前記開始エネルギー源からのエネルギーを殺菌すべき前記媒質中に入っている少なくとも1つの光活性化可能作用物質を活性化する光に変換する請求項272に記載のシステム。

請求項296

前記少なくとも1つの光活性化可能作用物質は、ソラレン、ピレンオレイン酸コレステリル、アクリジン、ポルフィリン、フルオレセイン、ローダミン、16−ジアゾルコルチゾン、エチジウム、ブレオマイシンの遷移金属錯体、デクリコブレオマイシンの遷移金属錯体、有機白金錯体、アロキサジン、ビタミンK、ビタミンL、ビタミン代謝産物、ビタミン前駆体、ナフトキノン、ナフタレン、ナフトール、および平面分子配座を有するその誘導体、ポルホリンポルフィリン、色素、およびフェノチアジン誘導体、クマリン、キノロン、キノン、およびアントロキノンから選択される請求項295に記載のシステム。

請求項297

前記プラズモニクス作用物質を前記媒質に供給するか、または前記媒質から捕集するように構成された磁気的機構をさらに備える請求項272に記載のシステム。

請求項298

容器内に収納されていない媒質中に変化を引き起こすための方法であって、(1)前記媒質に近接してプラズモニクス作用物質および開始エネルギーとの相互作用の後に前記媒質中に光を放出するように構成されるエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を配置するステップと、(2)エネルギー源から前記開始エネルギーを媒質に印加するステップとを含み、前記印加された開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させる方法。

請求項299

容器内に収納されていない媒質中に変化を引き起こすための方法であって、(1)前記媒質に近接して、活性化されると前記媒質に変化を引き起こすプラズモニクス作用物質および活性化可能作用物質を配置するステップであって、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質の近くに送られるエネルギーを増強または修正するように構成されるステップと、(2)エネルギー源から開始エネルギーを前記媒質に印加するステップであって、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記活性化可能作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させるステップを含む方法。

請求項300

容器内に収納されていない媒質中に変化を引き起こすためのシステムであって、前記媒質に、1)活性化可能作用物質、および2)プラズモニクス作用物質およびエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を供給するように構成された機構であって、前記エネルギー変調作用物質は開始エネルギーとの相互作用の後に前記媒質中に光を放出するように構成され、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質に近接して送られるエネルギーを増強または修正するように構成される、機構と、前記開始エネルギーを前記媒質に印加するように構成された開始エネルギー源であって、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させる、開始エネルギー源とを備えるシステム。

請求項301

容器内に収納されていない媒質中に変化を引き起こすためのシステムであって、前記媒質にプラズモニクス作用物質を供給するように構成された機構であって、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質に近接して送られるエネルギーを増強または修正するように構成されている、機構と、開始エネルギーを前記媒質に印加するように構成された開始エネルギー源であって、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質と相互作用して、前記媒質の前記変化を直接的にまたは間接的に発生させる、開始エネルギー源とを備えるシステム。

請求項302

容器内に収納されていない媒質に光刺激変化を引き起こすためのシステムであって、前記媒質に、エネルギー変調作用物質およびプラズモニクス作用物質のうちの少なくとも一方を供給するように構成された機構であって、前記エネルギー変調作用物質は開始エネルギーとの相互作用の後に前記媒質中に光を放出するように構成され、前記プラズモニクス作用物質は前記プラズモニクス作用物質に近接して送られるエネルギーを増強または修正するように構成される、機構と、前記開始エネルギーを前記媒質に印加するように構成された開始エネルギー源であって、前記開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記光刺激変化を直接的にまたは間接的に発生させる、開始エネルギー源とを備えるシステム。

請求項303

構造内にパターン形成された要素を作製するための方法であって、(1)前記構造内に、プラズモニクス作用物質および開始エネルギーとの相互作用の後に前記媒質中に光を放出するように構成されるエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を含む放射線硬化可能媒質を配置するステップと、(2)指向性または集束エネルギー源からの前記開始エネルギーを前記媒質に印加するステップとを含み、前記印加された開始エネルギーは、前記プラズモニクス作用物質または前記エネルギー変調作用物質と相互作用して、前記構造内の局所的領域に光を発生させ、前記放射線硬化可能媒質を局所的に硬化する方法。

請求項304

前記印加するステップは、前記パターン形成された要素用に、前記構造内の穴または経路を閉じるプラグを形成する請求項303に記載の方法。

請求項305

前記印加するステップは、建設材料人工もしくは天然地下貯蔵タンク、またはヒトもしくは動物の内蔵のうちの少なくとも1つの中にプラグを形成する請求項303に記載の方法。

請求項306

前記印加するステップは、前記パターン形成された要素用に、ヒトもしくは動物の体内補綴デバイスを形成する請求項305に記載の方法。

請求項307

前記放射線硬化可能媒質中に光学的に密な材料を留置して発生地点からの前記発生光伝搬を低減するステップをさらに含む請求項303に記載の方法。

技術分野

0001

[関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2007年4月8日に出願した「METHODOF TREATING CELLPROLIFERATION DISORERS」という表題の米国仮出願第60/910,663号、および2007年11月6日に出願した「METHOD OF TREATING CELL PROLIFERATION DISORDERS」という表題の米国非仮出願第11/935,655号に関係する。本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2008年3月11日に出願した「SYSTEMS AND METHODS FOR INTERIOR ENERGY−ACTIVATION FROM AN EXTERIOR SOURCE」という表題の米国仮出願第61/035,559号に関係する。本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2008年2月21日に出願した「METHODS AND SYSTEMS FOR TREATING CELL PROLIFERATION DISORDERS USINGPLSMONICS ENHANCED PHOTOSPECTRAL THEAPY (PEPST) AND EXCITONPLASMON ENHANCED PHOTOTHERAPY (EPEP)」という表題の米国仮出願第61/030,437号に関係する。本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2009年2月20日に出願した「METHODS AND SYSTEMS FOR TREATING CELL PROLIFERATION DISORDERS USING PLASMONICS ENHANCED PHOTOSPECTRAL THERAPY (PEPST) AND EXCITON−PLASMON ENHANCED PHOTOTHERAPY (EPEP)」という表題の米国非仮出願第12/389,946号に関係する。本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2008年3月11日に出願した「SYSTEMS AND METHODS FOR INTERIOR ENERGY−ACTIVATION FROM AN EXTERIOR SOURCE」という表題の米国仮出願第61/035,559号に関係し、米国特許法第119条(e)項に基づく優先権を主張するものである。本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2008年7月11日に出願した「PLASMONIC ASSISTED SYSTEMS AND METHODS FOR INTERIOR ENERGY−ACTIVATION FROM AN EXTERIOR SOURCE」という表題の米国仮出願第61/080,140号に関係し、米国特許法第119条(e)項に基づく優先権を主張するものである。

0002

本発明は、媒質または人体の内部において放射エネルギーを発生し、放射線への暴露による媒質または人体の特性の変化を引き起こすための方法およびシステムに関する。

背景技術

0003

現在、光(つまり、電波から、可視光、そしてX線ガンマ線波長帯に至る電磁放射線活性化処理は、フォトレジスト硬化から、オンデマンドオゾン発生滅菌ポリマー架橋活性化(例えば、接着剤および表面コーティングにおける)の促進、およびその他に至る、多くの工業プロセスにおいて使用されている。今日では、光活性化処理は、これらの領域にみられ、従来のアプローチに比べて際立った利点を有する。例えば、従来の高圧蒸気殺菌法、または食品加工分野では低温殺菌法は、殺菌すべき媒質を熱しすぎて不適当な場合がある。そのようなものとして、光活性化硬化可能コーティングは、コーティング業界において急速に成長している部門の1つである。近年、この技術は、光ファイバー感光接着剤、感圧接着剤、硬化トップコートのような自動車応用品、および硬化可能粉末コーティングなどの多くの市場セグメント入り込んでいる。この発展推進力は、大半がコーティングおよび硬化プロセス生産性向上の探求であり、従来の非光活性化接着剤および表面コーティングは、典型的には、1)硬化を生じさせるために接着剤および表面コーティングから溶剤を除去すること、ならびに2)製造プロセスの遅延コストの増大につながる時間/温度硬化を必要とする。

0004

さらに、接着剤および表面コーティングの用途における溶剤ベース製品の使用は、エネルギーコストの上昇と大気中への溶剤放出に対する厳しい規制のため、次第に魅力を失ってきている。最適なエネルギー節減、さらには有益な生態的配慮は、両方とも放射線硬化可能接着剤および表面コーティング組成物によってもたらされる。高いオーブン温度を不要にし、また高価な溶剤回収システムを不要にする放射線硬化可能ポリマー架橋システムが開発されている。これらのシステムでは、ありふれ光感作物質の存在下で光を照射することによってフリーラジカル架橋が開始する。

0005

しかし、接着剤および表面コーティング用途では、また上記の他の用途の多くにおいて、処理された媒質中への光の侵入深さのせいで、光活性化処理は制限される。例えば、水の殺菌では、水溶媒中の細菌が紫外線に確実に暴露されるようにするために、紫外線光源攪拌かき混ぜ機構と結合されている。光活性化接着剤および表面コーティング処理における第1の制限は、硬化させるべき材料を、タイプ(波長またはスペクトル分布)と強度の両方において、光に直接暴露させなければならないという点である。接着剤および表面コーティング用途では、「陰影」領域は、二次的硬化機構を必要とし、その後の硬化が通らなければならないシールされたスキンが存在するため、これにより非陰影領域上の硬化時間が長くなり、硬化時間がさらに遅延する(つまり、効果と称される)。

0006

米国仮出願第60/910,663号
米国非仮出願第11/935,655号
米国仮出願第61/035,559号
米国仮出願第61/030,437号
米国非仮出願第12/389,946号
米国仮出願第61/080,140号
米国特許出願公開第2007/0063154号
米国特許第6627923号
米国特許第7,008,559号
米国特許第6,087,141号
米国特許第5,118,422号
米国特許第4,675,346号
米国特許第6,281,261号
米国特許第6,323,253号
米国特許第6,051,625号
米国特許第4,111,890号
米国特許第7,294,656号
米国特許第7,267,948号

先行技術

0007

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発明が解決しようとする課題

0008

本発明は、以下のさまざまな実施形態において説明されているような従来技術の問題点および不利点を解決するものである。

課題を解決するための手段

0009

一実施形態では、人工容器中に配設されている媒質中に変化を引き起こすための方法およびシステムが構成される。この方法は、(1)媒質に近接してプラズモニクス作用物質およびエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を配置し、(2)印加される開始エネルギー源から人工容器を通して開始エネルギーを媒質に印加する。印加された開始エネルギーは、プラズモニクス作用物質またはエネルギー変調作用物質と相互作用して、媒質の変化を直接的にまたは間接的に発生させる。このシステムは、エネルギー変調作用物質またはプラズモニクス作用物質を含む媒質を収納するように構成された人工容器を備える。このシステムは、人工容器を通じて開始エネルギーを媒質に印加しプラズモニクス作用物質およびエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を活性化するように構成された印加開始エネルギー源をさらに備える。

0010

他の実施形態では、放射線硬化可能媒質を硬化させるための方法およびシステムが構成される。この方法は、未硬化の放射線硬化可能媒質およびプラズモニクス作用物質とエネルギー変調作用物質のうちの少なくとも一方を含む組成物全体にわたって印加エネルギーを印加する。印加された開始エネルギーは、プラズモニクス作用物質またはエネルギー変調作用物質と相互作用して、媒質中のポリマー重合による媒質の直接的または間接的な硬化を引き起こす。システムは、開始エネルギーを組成物に印加するように構成された開始エネルギー源を備える。

0011

本発明の前記概要および以下の詳細な説明は両方とも、例であり、本発明を制限するものではないことは理解されるであろう。

0012

添付の図面に関連して考察を加えるときに以下の詳細な説明を参照することによってより理解が進むので、本発明および本発明の付随する利点の多くのさらに詳しい内容が容易に得られる。

図面の簡単な説明

0013

メートル単位の例示的な電磁スペクトルを示す図である(1nmは10−9メートルに等しい)。
光活性化可能作用物質一覧表である。
開始エネルギー源が媒質の変化を引き起こすための自己充足媒質に向けられる本発明の一実施形態によるシステムを示す略図である。
開始エネルギー源が媒質内に放出されたエネルギー変調作用物質を有する媒質を入れた容器に向けられる本発明の他の実施形態によるシステムを示す略図である。
開始エネルギー源が媒質内で分離されたエネルギー変調作用物質を有する媒質を入れた容器に向けられる本発明の他の実施形態によるシステムを示す略図である。
開始エネルギー源が流動床構成において媒質内で分離されたエネルギー変調作用物質を有する媒質を入れた容器に向けられる本発明の他の実施形態によるシステムを示す略図である。
本発明のさまざまな実施形態を実装するための例示的なコンピュータシステムを示す図である。
異なる励起波長におけるプラズモンナノ構造およびその理論的電磁増強を示す図である。
本発明において有用なプラズモニクス光活性プローブの実施形態を示す図である。
本発明のプラズモニクス増強効果の図形による説明図である。
プラズモニクス活性ナノ構造の実施形態を示す図である。
光子放射によって切断されうるリンカーを伴うPEPSTプローブのいくつかの実施形態の図である。
水和媒質中の「窓」を示す図である。
本発明のエネルギー変調作用物質(または励起エネルギーコンバータ/EEC)−光アクティベータ(PA)システムの一実施形態を示す図である。
プラズモニクス光活性エネルギー変調作用物質−PAプローブのいくつかの実施形態を示す図である。
XEOLを呈示する金錯体のさまざまな好ましい実施形態の構造を示す図である。
XEOLを呈示する金錯体のさまざまな好ましい実施形態の構造を示す図である。
XEOLを呈示する化合物の他の実施形態、つまり、トリス−8−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体の構造を示す図である。
本発明の光活性エネルギー変調作用物質−PAプローブのプラズモニクス増強機構を示す図である。
脱離可能な結合を有するPEPSTエネルギー変調作用物質−PAシステムの実施形態を示す図である。
二重プラズモン励起用のPEPSTプローブの一実施形態を示す図である。
カプセル封入された光活性作用物質の使用のためのシーケンスを示す図である。
BaFBrマトリックス中にドープされたEuのXEOLを示すグラフである。
本発明のEIPプローブのさまざまな実施形態を示す図である。
本発明のEIPプローブの他の実施形態を示す図である。
EIPプローブの概略設計の他の実施形態を示す図である。
基本的なEPEPプローブのさまざまな実施形態を示す図である。
NP、NW、およびNRを有するEPEPプローブの一実施形態を示す図である。
NP、NW、NR、およびバイオレセプターを有するEPEPプローブの一実施形態を示す図である。
NPおよび複数のNWを有するEPEPプローブの一実施形態を示す図である。
本発明の殺菌システムの一実施形態を示す略図である。
プラズモニクスを使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
光活性物質を使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
光活性物質と誘電体媒質を使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
プラズモニクス機能を発揮する埋め込み金属ナノ粒子とともにX線エネルギーコンバータを使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が中を流れるリエントラント構造上に組み込まれている埋め込み金属ナノ粒子を使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が流れる容器の内側層上に含まれる図31の埋め込み金属ナノ粒子とともにX線エネルギーコンバータを使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が中を流れるリエントラント壁構造上に組み込まれている埋め込み金属ナノ粒子を使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が流れる容器の内側で化学レセプターを使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が流れる容器の内側の一方層では埋め込み金属ナノ粒子を使用し、他方のより内側の層では化学レセプターを使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が流れる容器の内側で光活性物質および化学レセプターを使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が流れる容器の内側のプローブの表面上で光活性物質、埋め込み金属ナノ粒子と併用する誘電体層、および化学レセプターを使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
本発明の殺菌プローブシステムの一実施形態を示す略図である。
埋め込み金属ナノ粒子と併せて誘電体層を使用する本発明の殺菌プローブシステムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が流れる容器の内側のプローブの表面上でX線エネルギーコンバータと化学レセプターを使用する本発明の殺菌プローブシステムの他の実施形態を示す略図である。
殺菌される媒質が流れる容器の内側のプローブの表面上でX線エネルギーコンバータを使用し、さらには埋め込み金属ナノ粒子と併せて誘電体層を使用する本発明の殺菌プローブシステムの他の実施形態を示す略図である。
常磁性コア物質を使用する本発明の殺菌システムの他の実施形態を示す略図である。
本発明の異なるプラズモニクスプローブを示す図である。

実施例

0014

本発明では、効果的で、特異的で、媒質への変化を生じさせることができる媒質の活性の変化を引き起こすための新規性のある方法を説明する。

0015

一般に、本発明は、媒質の内側で放射光を発生させた後に媒質に変化を引き起こすための方法を提供する。この方法では、開始エネルギー源は、媒質内に所望の効果を生じさせるために媒質中に侵入し、内部放射線誘導する開始エネルギーを供給する。

0016

一実施形態では、開始エネルギー源は、媒質に対し直接的に、または間接的に印加される。本発明の文脈において、「間接的に印加される」という語句英語では、「applied indirectly」という語句、および「applying indirectly」、「indirectly applies」、「indirectly applied」、「indirectly applying」などというこの語句の変更形態)は、開始エネルギーの印加を指し示す場合に、媒質の表面の下の媒質および媒質内の活性化可能作用物質またはエネルギー変調作用物質への開始エネルギーによる侵入を意味する。一実施形態では、開始エネルギーは、その後活性化可能作用物質を活性化するすでに供給されているエネルギー変調作用物質と相互作用する。

0017

特定の理論によって束縛されること、または他の何らかの形で制限されることを意図していないけれども、科学的原理および定義の以下の理論的説明は、本発明を読者が理解し、評価するのを手助けするためになされている。

0018

本明細書で使用されているように、「活性化可能作用物質」は、活性化シグナルが存在していない場合には通常不活性状態で存在する作用物質である。作用物質が、活性化条件の下で活性化シグナルによって活性化されると、その作用物質は、所望の薬理学的な、細胞に関わる、化学的な、電気的な、または力学的な効果を媒質中に引き起こすことができる(つまり、所定の変化)。例えば、光触媒作用物質が可視光または紫外線を照射されると、これらの作用物質は、感光性接着剤の重合および「硬化」を誘発する。

0019

対応する作用物質を活性化するために使用できるシグナルとしては、限定はしないが、特定の波長(例えば、X線または可視光)の光子電磁エネルギー(例えば、電波もしくはマイクロ波)、熱エネルギー音響エネルギー、またはこれらの任意の組合せが挙げられる。作用物質の活性化は、シグナルを作用物質に伝えるのと同じくらいに単純なものであるか、または一組の活性化条件をさらに必要とする場合もある。例えば、光感作物質などの活性化可能な作用物質は、UV−A放射線(例えば、媒質内部において生成されるUV−A放射線)によって活性化されうる。活性化されると、その活性状態にある作用物質は、次いで、所定の変化を引き起こす段階に直接進むことができる。

0020

活性化が、他の条件をさらに必要とする場合、所定の変化を引き起こすためには活性化シグナルを送出するだけでは十分でない可能性がある。例えば、その活性状態にある特定の構造に結合することによってその効果を生じる光活性化合物は、活性化シグナルが送出されるときに標的構造物理的に近接している必要がある場合がある。このような活性化可能な作用物質については、非活性化条件の下で活性化シグナルを送出しても、所望の効果が得られない。活性化条件のいくつかの例として、限定はしないが、温度、pH、場所、媒質の状態、および補因子の有無が挙げられる。

0021

活性化可能作用物質の選択は、所望の変化、所望の活性化形態、さらには適用されうる物理的および生化学的制約条件などの多くの因子に大きく依存する。例示的な活性化可能作用物質として、限定はしないが、光エネルギー、電磁エネルギー、音響エネルギー、化学もしくは酵素反応、熱エネルギー、マイクロ波エネルギー、または他の好適な活性化機構によって活性化されうる作用物質が挙げられる。

0022

活性化可能作用物質は、活性化されると、限定はしないが、生命体活性の増大、発酵、生命体活性の減少、アポトーシス代謝経路の方向の切り替え、媒質の殺菌、媒質の架橋重合および硬化、または媒質の低温殺菌を含む変化を引き起こしうる。

0023

活性化可能作用物質がその所望の効果を引き起こしうる機構は、特に限定されない。このような機構は、所定の標的に対する直接作用だけでなく、生化学的経路への変更による間接作用をも含むことができる。一実施形態では、活性化可能作用物質は、媒質中の生命体に化学的に結合することができる。この実施形態では、活性化可能作用物質は、エネルギー変調作用物質から放出される活性化エネルギーにその場で暴露され、次いで、これは開始エネルギー源からエネルギーを受け取る。

0024

好適な活性化可能作用物質としては、限定はしないが、光活性作用物質、音響活性作用物質熱活性作用物質、および電波/マイクロ波作用物質が挙げられる。活性化可能作用物質は、小分子、またはタンパク質核酸、または脂質などの生体分子、または超分子集合体、またはナノ粒子、または活性化された後に所定の活性を引き起こすことが可能な他の分子的実体とすることができる。

0025

活性化可能作用物質は、天然由来のもの、または合成由来のものとすることができる。好適活性化シグナル源によって活性化され、所定の細胞変化を引き起こしうるそのような分子的実体は、本発明において有利に使用することができる。

0026

このような光活性作用物質としては、限定はしないが、ソラレンおよびソラレン誘導体ピレンオレイン酸コレステリルアクリジンポルフィリンフルオレセインローダミン、16−ジアゾルコルチゾン、エチジウムブレオマイシン遷移金属錯体デクリコブレオマイシンの遷移金属錯体、有機白金錯体、7,8−ジメチル−10−リビチルイソアロキサジンリボフラビン)、7,8,10−トリメチルイソアロキサジンルミフラビン)、7,8−ジメチルアロキサジンルミクロム)、イソアロキサジン−アデニンジヌクレオチドフラビンアデニンジヌクレオチドFAD])、アロキサジンモノヌクレオチドフラビンモノヌクレオチドFMN]およびリボフラビン−5−ホスフェートとも称される)などのアロキサジン、ビタミンK群、ビタミンL、その代謝産物および前駆体、およびナフトキノンナフタレンナフトール、および平面分子配座を有するその誘導体、ポルフィリン、ニュートラルレッドメチレンブルー、アクリジン、トルイジンフラビン塩酸アクリフラビン)、およびフェノチアジン誘導体などの染料クマリンキノロンキノン、およびアントロキノン、テトラスルホン酸アルミニウム(111)フタロシアニンヘマトポルフィリン、およびフタロシアニン、ならびにタンパク質への影響をほとんど、またはまったくなしに核酸に選択的に吸着する化合物が挙げられる。「アロキサジン」という用語は、イソアロキサジンを含む。

0027

内因性誘導体は、誘導体を形成する光感作物質の下級(1から5個の炭素アルキルもしくはハロゲン置換体を有するか、または有しない場合がある、また機能および実質的無毒性を維持する、合成由来の類縁体および内因性光活性化分子の同族体を含む。内因性分子は、本質的に無毒であり、光照射の後に有毒光分解生成物を生成することがない。

0028

図1は、メートル単位の例示的な電磁スペクトルを示す(1nmは1ナノメートルに等しい)。本明細書で使用されているように、「エネルギー変調作用物質」は、エネルギー源からエネルギー入力受け取り、異なるエネルギーを受け取り側標的に再放出することができる作用物質を指す。分子間のエネルギー移動は、さまざま形で生じうる。エネルギーの形態は、本質的に、電子的、熱的、電磁的動力学的、または化学的なものとしてよい。エネルギーは、一方の分子から他方の分子に移動されうるか(分子間移動)、または分子の一方の部分からその同じ分子の他方の部分に移動されうる(分子内移動)。例えば、変調作用物質は、電磁エネルギーを受け取り、そのエネルギーを熱エネルギーの形態で再放出することができる。

0029

図2の表1は、一次または二次内部光源として使用されうる光活性化可能作用物質の一覧である。例えば、光活性化可能作用物質は、ナノ粒子からのX線誘導放出レセプター(以下で説明する)とすることが可能であり、これは次いで二次光を放出する。いくつかの媒質において、表1の励起波長は、特定の媒質に対して透過的であり、放射波長は、吸収性が高い(例えば、分子または固体状態バンドギャップ遷移により)。これらの場合において、表1の光反応性作用物質は、一次内部発光源となる。

0030

さまざまな実施形態において、エネルギー変調作用物質は、より高いエネルギー(例えば、X線)を受け取って、より低いエネルギー(例えば、UV−A)を放出する。いくつかの変調作用物質は、非常に短いエネルギー保持時間を有するが(fsのオーダー、例えば、蛍光分子)、他の変調作用物質は、非常に長い半減期を有する場合がある(数分から数時間のオーダー、例えば、ルミネッセンス発光またはリン光発光分子)。好適なエネルギー変調作用物質としては、限定はしないが、生体適合性蛍光発光金属ナノ粒子、蛍光発光色素分子、金ナノ粒子ポリアミドアミンデンドリマーによってカプセル封入された水溶性量子ドットルシフェラーゼ、生体適合性リン光発光分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子、および強いルミネッセンス放射することができるランタニドキレートが挙げられる。典型的には、エネルギー変調作用物質は、媒質中に光反応性変化を誘発し、媒質をもっぱら加熱する目的には使用されない。

0031

以下の実施形態において、さまざまな使用例について説明する。

0032

変調作用物質は、標的を定めることを目的とする担体にさらに結合することができる。例えば、UV−A帯域の光を放出する蛍光発光金属ナノ粒子または蛍光発光色素分子などの生体適合性分子は、エネルギー変調作用物質として選択されうる。エネルギー変調作用物質は、好ましくは、媒質内への全身投与によって所望の部位に向けることができる。例えば、UV−A放出エネルギー変調作用物質は、物理的挿入および/または混合によって、あるいはUV−A放出エネルギー変調作用物質を脂質、キチンもしくはキチン誘導体、キレート、または媒質の特定の標的領域内にUV−A放出源を集中させることができる他の官能化担体などの特異的担体共役結合することによって、媒質中に分散させることができる。

0033

それに加えて、エネルギー変調作用物質は、エネルギー変調作用物質がエネルギーカスケードを形成するように、単独でまたは一連の2つまたはそれ以上のエネルギー変調作用物質として使用することができる。したがって、カスケード内の第1のエネルギー変調作用物質は、活性エネルギーを吸収して、それを異なるエネルギーに変換し、次いで、この異なるエネルギーは、カスケード内の第2のエネルギー変調によって吸収され、というように続きカスケード終わりに到達すると、カスケード内の最終エネルギー変調作用物質が活性化可能作用物質を活性化するために必要なエネルギーを放出する。あるいは、カスケード内の1つまたは複数のエネルギー変調作用物質が、追加の活性化可能作用物質を活性化することもできる。

0034

活性化可能作用物質およびエネルギー変調作用物質は、異なり、分離していることも可能であるけれども、これら2つの作用物質は、独立の、分離した実体である必要はないことは理解されるであろう。実際、これら2つの作用物質は、多数の異なる構成を介して互いに会合しうる。これら2つの作用物質が、独立していて、互いから別々に移動可能である場合、これらは、一般的には、共通の周囲の媒質内の拡散偶然出会いを介して互いと相互作用する可能性がある。活性化可能作用物質およびエネルギー変調作用物質が、分離していない場合、これらを組み合わせて、1つの単一実体にすることができる。

0035

開始エネルギー源は、活性化可能作用物質を直接的に活性化するのに十分なレベルのエネルギー、またはエネルギー変調作用物質に、活性化可能作用物質の活性化エネルギーを放出するために必要な入力を供給する(間接活性化)のに十分なレベルのエネルギーを供給することができるエネルギー源であればどのようなものであってもよい。好ましい開始エネルギー源としては、限定はしないが、UV−AおよびUV−Bランプなどの紫外線ランプハロゲンランプ光ファイバー線、光針、内視鏡安定器内蔵形水銀ランプ、安定器付きHIDランプ、およびX線、Y線、ガンマ線、または電子ビームを発生することができる任意のデバイスなどが挙げられる。

0036

一実施形態では、開始エネルギーは、媒質内に完全に侵入することができる。本発明の文脈において、「媒質内に完全に侵入することができる」という語句は、媒質内の活性化可能作用物質を活性化するために必要な距離だけ容器に侵入することができるエネルギーを指し示すために使用される。実際に印加されたエネルギーが媒質内を完全に通過することが必要ではなく、単に、活性化可能作用物質を活性化するために所望の距離だけ侵入させるためそうすることができる必要があるだけである。選択されたこのタイプのエネルギー源は、媒質それ自体に依存する。媒質内に完全に侵入することができる例示的な開始エネルギー源としては、限定はしないが、X線、ガンマ線、電子ビーム、マイクロ波、および電波が挙げられる。

0037

一実施形態では、開始エネルギー源は、カリフォルニア大学バークリー校物理学部のK. Jensen、J. Weldon、H. Garcia、およびA. Zettlによって説明されているような電波放射ナノチューブとすることができる(参照によりその全体が本明細書に組み込まれているhttp://socrates.berkeley.edu/〜argon/nanoradio/radio.htmlを参照のこと)。これらのナノチューブは、媒質に導入することができ、好ましくは、活性化可能作用物質またはエネルギー変調作用物質に、またはその両方に結合され、これにより、開始エネルギーを印加した後に、これらのナノチューブは、開始エネルギー(好ましくは電波)を受け入れ、次いで、活性化可能作用物質に近接近して、またはエネルギー変調作用物質に近接近して電波を放射し、次いで、活性化可能作用物質の活性化を引き起こす。このような一実施形態では、ナノチューブは、本質的に、活性化可能作用物質またはエネルギー変調作用物質に近接近している電波集束または増幅デバイスとして働く。

0038

あるいは、エネルギー放射源は、移動作用物質による吸収または媒質のいくつかの成分との直接的相互作用に適した形態のエネルギーを放出するエネルギー変調作用物質とすることができる。例えば、開始エネルギー源は、音響エネルギーとすることができ、1つのエネルギー変調作用物質は、音響エネルギーを受け取って、光エネルギー(例えば、音ルミネッセンス分子)を放出し、これを、光エネルギーを受け取ることができる他のエネルギー変調作用物質が受け取ることができる。他の例は、X線波長のエネルギーを受け取り、UV波長、好ましくはUV−A波長のエネルギーを放出する移動作用物質を含む。上述のように、複数のこのようなエネルギー変調作用物質は、活性化可能作用物質を活性化するために一連のエネルギー変調作用物質を介して開始エネルギー源からエネルギーを移動するカスケードを形成するために使用されうる。

0039

光活性化可能作用物質は、照射、共鳴エネルギー移動励起子移動、電子入射、または化学反応などの機構を介したエネルギー源により刺激され、所定の望ましい変化を引き起こすことができる活性化エネルギー状態にされうる。利点の1つは、放出される放射線の波長が、1つまたは複数の光活性化可能作用物質または1つまたは複数の光活性化可能作用物質を刺激することができるエネルギー変調作用物質を選択的に刺激するために使用できるという点である。エネルギー変調作用物質は、媒質に対して変化をほとんど、またはまったく引き起こさない波長およびエネルギーで適宜刺激される。

0040

他の実施形態では、光活性化可能作用物質は、共鳴エネルギー移動を介して刺激される。共鳴エネルギー移動(RET)は、重なり合う発光帯吸収帯を有する2つの分子の間のエネルギー移動機構である。電磁放射体は、到来する波長をより長い波長に変換することができる。例えば、第1の分子によって吸収されるUV−Bエネルギーは、双極子間相互作用によってUV−B吸収分子に近接近しているUV−A放出分子に移動されうる。利点の1つは、放出される放射線の複数の波長が、1つまたは複数の光活性化可能作用物質または1つまたは複数の光活性化可能作用物質を刺激することができるエネルギー変調作用物質を選択的に刺激するために使用できるという点である。RETを使用する場合、エネルギー変調作用物質は、好ましくは、周囲の媒質にほとんどまたはまったく影響を及ぼさない波長およびエネルギーで刺激され、1つまたは複数のエネルギー変調作用物質からのエネルギーは、フェルスター共鳴エネルギー移動などによって、光活性化可能作用物質に移動される。

0041

あるいは、移動分子の発光帯と重なる吸収帯を有する非放射分子にREFを与えるように、より短い波長を吸収する物質を選択することができる。あるいは、リン光発光化学発光、または生体発光を使用して、エネルギーを光活性化可能分子に移動することができる。

0042

あるいは、開始エネルギー源を媒質に印加することができる。本発明の文脈の範囲内において、開始エネルギー源の印加は、作用物質が媒質内の標的構造に到達できるような形で、それ自体開始エネルギーを発生する作用物質を施すことを意味する。このような印加は、任意の形態をとりうる。さらに、この実施形態における開始エネルギー源は、限定はしないが、錠剤粉末溶液、懸濁液、分散液、ガス、または蒸気などを含む、任意の形態とすることができる。この実施形態では、開始エネルギー源は、限定はしないが、化学エネルギー源、ナノエミッター、ナノチップ、および所望の周波数のエネルギーを生成し、放出する他のナノマシンを含む。

0043

ナノテクノロジーにおける近年の進歩の成果は、EC Research and Development ProjectのDr. Keith Firmanによる分子スイッチ(またはMol−Switch)の研究、またはCornellら(1997)の研究などの、ナノスケールの、エネルギーを発生または放出するさまざまなデバイスの実例となっており、これは、サイズがわずか1.5nmのイオンチャネルスイッチをベースとするナノマシンの構成について記述しており、このナノマシンは、2つのグラジシン分子によって人工膜内に形成されたイオンチャネルを使用し、一方のグラミジシン分子は金電極に取り付けられている膜の下側層内にあり、もう一方は抗体またはヌクレオチドなどの生体レセプター繋留される上側層内にある。レセプターが、標的分子または細胞を捕捉すると、イオンチャネルが壊れ、その伝導率が下がり、生化学的シグナルが電気信号に変換される。これらのナノデバイスを本発明と結合して、標的細胞標的設定を行い、開始エネルギー源を所望の部位に直接当てるようにすることも可能である。

0044

他の実施形態では、本発明は、活性化可能作用物質を、化学発光、リン光発光、または生物発光などの化学エネルギーの供給源とともに適用することを含む。化学エネルギー源は、2つまたはそれ以上の化合物の間の化学反応であってもよいし、または媒質の外側で、または媒質の内側で、適切な活性化エネルギーを使用して化学発光、リン光発光、または生物発光化合物を活性化することによって誘導することができ、化学発光、リン光発光、または生物発光で媒質中の活性化可能作用物質を活性化させることができる。活性化可能作用物質の投与および化学エネルギー源の適用は、任意の順序で実行することができるか、または同時に実行することができる。

0045

このような化学エネルギーのいくつかの供給源の場合、化学エネルギー源の適用は、媒質外の活性化の後に実行することができ、エネルギーの放出の寿命は例えばいくつかの種類のリン光発光物質については最大数時間となる。

0046

分子が励起光を吸収すると、電子は、基底状態から励起された電子状態への遷移を受ける。電子励起エネルギーは、その後、放射放出(ルミネッセンス発光)および無放射性崩壊チャネルを介して緩和する。分子が励起エネルギーを吸収すると、これは、S0からマニホールドS1、...、Sn内の励起一重項状態Snのうちの1つのある振動準位まで高められる。凝集媒質組織)内では、Sn状態の分子は、振動緩和VR)プロセスを介して、10−13から10−11sまでの時間範囲内で、急速に非活性化し、これらの分子は、可能なSnの最低振動準位に確実に置かれる。VRプロセスは、電子遷移に比べて速いので、過剰な振動エネルギーは、分子が非活性化され、対応する励起電子状態の低い振動準位に移るにつれ急速に失われる。この過剰なVRエネルギーは、熱エネルギーとして周囲媒質解放される。内部変換(IC)プロセスを介して、分子はSn状態から急速に非活性化して、Sn−1などの低い電子状態の等エネルギー振動準位に移る。ICプロセスは、同じ多重度の状態の間の遷移である。

0047

分子は、その後、VRプロセスを介してSn−1の最低振動準位まで非活性化する。一連のICプロセスとその直後のVRプロセスとによって、分子は急速に非活性化して、基底状態Slに移る。このプロセスの結果、過剰なVRおよびICエネルギーが熱エネルギーとして周囲媒質に解放され、ひいては、光吸収薬物分子の周囲の局所環境過熱を引き起こす。熱が発生する結果として、媒質に局所的変化が生じる。

0048

さまざまな実施形態における光吸収化学種は、組織中の天然発色団またはインドシアニングリーンナフタロシアニン、および遷移金属と金属ナノ粒子と金属のナノシェル配位したポルフィリンなどの外因性色素化合物を含むことができる。しかし、天然発色団には、吸収率が非常に低いという欠点がある。外因性光熱作用物質の選択は、その強い吸収断面と高効率の光熱変換に基づいてなされる。この特徴は、媒質中の局所変化を引き起こすのに必要なレーザーのエネルギー量を最小限に抑える。

0049

色素分子を使用することに付随する問題の1つは、レーザー照射の下での光退色である。そこで、金ナノ粒子およびナノシェルなどのナノ粒子が、近年、使用されてきた。医学的応用におけるナノシェルの有望な役割は、[Hirsch、L.R.、Stafford、R.J.、Bankson、J.A.、Sershen、S.R.、Rivera、B.、Price、R.E.、Hazle、J. D.、Halas、N. J.、およびWest、J. L.、「Nanoshell−mediated near−infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance.」PNAS、2003、100(23):13549〜13554頁]において実証されており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。光熱療法に金属ナノ粒子のプラズモニクス増強光熱特性を利用することについても、検討されており(Xiaohua Huang & Prashant K. Jain & Ivan H. E1−Sayed & Mostafa A. El−Sayed、「Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles」、Lasers in Medical Science、2007年8月)、その内容は参照によりその全体が明細書に組み込まれている。

0050

さらに他の例では、1ナノメートルより長く、より好ましくは5ナノメートルより長く、なお一層好ましくは少なくとも10ナノメートルなどの比較的大きな距離にわたって共鳴エネルギー移動を行えるようにいくつかの原子のナノ粒子またはナノクラスタを導入することができる。機能的には、共鳴エネルギー移動は、十分に大きな「フェルスター」距離(R0)を有することができ、これにより、媒質の1部のナノ粒子は、媒質の遠い部分に配設される光活性化可能作用物質の活性化を、その距離がR0を大きく超えない限り、刺激することができる。例えば、近年、サイズが金原子5個分である金ナノスフェアは、紫外線領域内に発光帯を有することが示された。

0051

光活性化可能作用物質は、媒質内に用意されている励起エネルギー源に暴露されうる。光活性作用物質は、レセプター部位に対し強い親和力を有する担体によってレセプター部位に向けることができる。本発明の文脈の範囲内において、「強い親和力」は、好ましくは、少なくともナノモルnM範囲またはそれ以上の平衡解離定数Kiを有する親和力である。担体は、ポリペプチドであってもよく、例えば、光活性作用物質との共有結合形成することができる。あるいは、光活性作用物質は、担体に結合することなく媒質中の標的分子に対する強い親和力を有することができる。

0052

一実施形態では、電磁放射線エネルギーを供給するための、またはエネルギー移動のための複数の供給源が、媒質に供与される1つまたは複数の分子によって形成される。これらの分子は、光活性化可能作用物質を刺激する正しい波長帯の刺激放射線を放出することができるか、またはこれらの分子は、共鳴エネルギー移動または他の機構によってエネルギーを光活性化可能作用物質に直接的に移動するか、あるいは他の分子相互作用を介してカスケード効果により間接的に移動することができる。

0053

他の実施形態では、UV−A帯域の光を放出する蛍光発光金属ナノ粒子または蛍光発光色素分子などの生体適合性発光源が選択される。UV−Aおよび他のUV帯域は、殺菌剤としての効果を有することが知られている。

0054

一実施形態では、UV−A発光源は、ポリアミドアミンデンドリマーによってカプセル封入された水溶性量子ドットなどの金原子5個からなるクラスタを含む金ナノ粒子である。金原子クラスタは、例えば、金塩(例えば、HAuCl4またはAuBr3)または他のカプセル封入アミンのゆっくりとした還元を介して生成されうる。そのような金ナノ粒子の利点の1つは、フェルスター距離(つまり、R0)の増大であり、これは、100オングストロームより大きいものとしてよい。フェルスター距離を決定する式は、分子蛍光発光に対するものと実質的に異なり、これは、100オングストローム未満の距離で使用することに制限される。金ナノ粒子は、1/R6の距離依存関係ではなく1/R4距離依存関係を持つナノ粒子表面/双極子間の式によって決定されると考えられる。例えば、これにより、金属ナノ粒子と光活性化可能分子との間の細胞質核間エネルギー移動が可能になる。

0055

他の実施形態では、UVまたは発光ルシフェラーゼが、光活性化可能作用物質を励起するための発光源として選択される。ルシフェラーゼを分子と組み合わせ、次いで、追加の分子とともに酸化処理することにより、所望の波長での発光を励起することができる。あるいは、リン光発光源も使用可能である。リン光発光物質は、蛍光発光物質に比べて長い緩和時間を有する場合があるが、それは、三重項状態の緩和が禁止エネルギー状態遷移を受け、より低いエネルギー状態に戻すのに利用可能な限られた数の量子力学的エネルギー移動プロセスとともに励起された三重項状態のエネルギーを保存するからである。エネルギー放出の時間は、数分の1秒から数時間程度、遅延されるか、または延長される。あるいは他の場合には、リン光発光緩和時に放出されるエネルギーは、蛍光発光とは他の形では異ならず、波長帯は、特定のリン光体を選ぶことによって選択されうる。

0056

他の実施形態では、参照によりその全体が本明細書に組み込まれているJ. Am. Chem. Soc. 2005年、127、9760〜9768頁において開示されている複合光ハーベスターなどの複合電磁エネルギーハーベスター分子が設計される。分子構造内の蛍光分子団を組み合わせることによって、共鳴エネルギー移動カスケードを使用し、広帯域の電磁放射線を収穫することができ、その結果、狭帯域蛍光エネルギーを放出する。複合エネルギーハーベスターを光活性化可能分子と対にすることによって、光活性化可能分子がすぐ近くの刺激複合エネルギーハーベスター分子である場合に、さらなる共鳴エネルギー移動が光活性化可能分子を励起する。ハーベスター分子の他の例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている「Singlet−Singlet and Triplet−Triplet Energy Transfer in Bichromophoric Cyclic Peptides」、M.S. Thesis by M.O. Guler、Worcester Polytechnic Institute、2002年5月18日の図4において開示されている。

0057

他の実施形態では、1つの発光源またはカスケードに配列された一連の発光源のストークスシフトは、X線などのより短い波長のエネルギーを媒質中の光活性化可能分子を刺激するために使用される光またはUV−Aなどのより長い波長の蛍光放射に変換するように選択される。

0058

追加の一実施形態では、光活性化可能作用物質は、活性物質細胞毒性が必要な場合には細胞毒性作用物質であるか、または活性化可能作用物質とすることができる)がフォトケージ内に納められているフォトケージ錯体とすることができる。さまざまな実施形態において、活性物質が細胞毒性作用物質である場合、フォトケージ分子は細胞毒性作用物質を媒質中に放出し、この細胞毒性作用物質が媒質中の有益でない「標的」種を攻撃することができる。活性物質は、特定の標的に結合するのを妨げる他の分子を入れてバルアップし、そうすることで、その活性を遮蔽することができる。フォトケージ錯体が、光活性化されると、かさがはがれ落ちて、活性物質が露出する。このようなフォトケージ錯体では、フォトケージ分子が、光活性を有することができるか(つまり、光活性化されたときに、これらがフォトケージ錯体から解離させられて、中にある活性物質を露出する)、または活性物質が、光活性化可能作用物質であるものとすることができるか(光活性化されたときに、フォトケージがはがれ落ちる)、またはフォトケージと活性物質の両方が、同じもしくは異なる波長で光活性化される。好適なフォトケージとしては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれているYoungおよびDeiters、「Photochemical Control of Biological Processes」、Org. Biomol. Chem.、5、999〜1005頁(2007年)および「Photochemical Hammerhead Ribozyme Activation」、Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters、16(10)、2658〜2661頁(2006年)において開示されているものが挙げられる。

0059

研究の結果、細胞溶解、ひいては細胞死を引き起こすのに必要な一重項酸素の量は、0.32×10−3モルリットル以上、もしくは109一重項酸素分子/細胞個数以上であることが示された。本発明の一実施形態では、活性化後に開始エネルギーまたは活性化可能作用物質によって生じる一重項酸素生成レベルは、媒質中に変化を引き起こすのに十分なものであり、この媒質から微生物がなくなる。微生物としては、限定はしないが、細菌、ウイルス酵母菌、または真菌が挙げられる。このために、上述のような十分な量の一重項酸素は、媒質を殺菌するために使用することができる。

0060

例えば、医療用ボトルキャップは、基部キャップ材料と医療用ボトルの基部と接触する接着シール材料との間で殺菌される必要がある。この目的に蒸気滅菌装置では不十分であるため、本発明の一実施形態では、シール材料がボトルキャップに塗布されるときに接着剤層に含まれるUVルミネッセンス発光粒子を使用する。次いで、X線照射が、接着剤を硬化し、直接殺菌のため接着性媒質内でUV放射線を発生させるか、または生物学的殺菌剤となる一重項酸素もしくはオゾンを発生させることができる。

0061

活性化可能作用物質およびその誘導体、さらにはエネルギー変調作用物質を、特定の媒質に送るのに適した組成物中に組み込むことができる。この組成物は、潤滑剤または密封剤などの媒質に対して補完性効果を有する少なくとも1つの添加物を含むこともできる。

0062

担体は、例えば、水、エタノール多価アルコール(例えば、グリセロールプロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコール、および同様のもの)、およびこれらの適当な混合物を含む溶媒もしくは分散媒とすることができる。例えば、レシチンなどのコーティングを使用すること、分散媒の場合には必要な粒子サイズを維持すること、および界面活性剤を使用することによって、適切な流動性を維持することができる。

0063

図3Aを参照すると、本発明の一実施形態による例示的なシステムは、媒質4に向けられた開始エネルギー源1を有することができることがわかる。活性化可能作用物質2およびエネルギー変調作用物質3は、媒質4全体に分散される。開始エネルギー源1は、さらに、ネットワーク8を介して開始エネルギーの送達方向付けることができるコンピュータシステム5に接続することができる。さまざまな実施形態において、エネルギー変調作用物質3は、シリカ包み込まれたエネルギー変調作用物質として図3Aに示されている、カプセル封入エネルギー変調作用物質6である。図3Aに示されているように、開始エネルギー源1からの放射線の形態の開始エネルギー7は、媒質4全体を透過した。コンピュータシステム5のさらに詳しい説明を、図4を参照しつつ以下に示す。以下でさらに詳しく説明するように、開始エネルギー源1は、外部エネルギー源、または少なくとも部分的に媒質4内に配置されているエネルギー源とすることができる。以下でさらに詳しく説明するように、活性化可能作用物質2および/またはエネルギー変調作用物質3は、印加エネルギーまたはエネルギー変調作用物質3から放出されるエネルギーを増強し、媒質の変化を直接的にまたは間接的に引き起こすプラズモニクス作用物質を含むことができる。

0064

さまざまな実施形態において、開始エネルギー源1は、正確に較正された放射線ビーム事前選択された座標に送達する画像誘導コンピュータ制御機能を備えた線形加速装置であってもよい。このような線形加速装置の一例は、Varian医療用システム(カリフォルニア州パロ・アル所在のVarian Medical Systems, Inc.社)からのSmartBeam(商標)IMRT強度変調放射線治療)システムである。他の実施形態では、開始エネルギー源1は、X線機器または非医療用X線機器の市販のコンポーネントとすることができる。10から150keVのX線を発生するX線機器は、市場で容易に手に入る。例えば、General Electric DefiniumシリーズまたはSiemens MULTIXシリーズは、医療産業向けに設計された典型なX線機器のうちの2例にすぎないが、Smith Detection社のEagle Packシリーズは非医療用X線機器の一例である。そのようなものとして、本発明は、市販のX線機器と併用するときに所望の機能を実行することができる。

0065

他の実施形態では、開始エネルギー源1は、媒質を透過し、中のエネルギー変調要素6との相互作用によって媒質中に二次放射エネルギー放出を誘発または発生させる周波数の電波またはマイクロ波発生源とすることができる。他の実施形態では、開始エネルギー源1は、媒質4を透過し、中のエネルギー変調要素6との相互作用によって媒質4中に二次放射エネルギー放出を誘発または発生させる周波数で放射する紫外線、可視光線近赤外線(NIR)、または赤外線(IR)放射体とすることができる。

0066

図3Bは、図3Aの開始エネルギー源1が流体媒質4(例えば、液体または他の流体状媒質)の付近に置かれ、容器9内に保持されるエネルギー変調要素6に向けられる本発明の他の実施形態による他のシステムを示す略図である。容器9は、放射線7に対して「透過的」である材料で作られる。例えば、プラスチック石英ガラス、またはアルミニウム製容器であれば、X線に対して十分に効果的であるが、プラスチックまたは石英またはガラス製容器であれば、マイクロ波もしくは無線周波数の光に対し透過的である。エネルギー変調要素6は、媒質全体にわたって一様に分散されうるか、または媒質の異なる部分に隔離されうるか、またはカプセル封入構造10によって媒質から物理的にさらに分離されうる。供給部11は、媒質4を容器9に供給する。

0067

あるいは、図3Cに示されているように、ルミネッセンス発光粒子が、カプセル封入構造10内の媒質中に存在する可能性がある。一実施形態では、カプセル封入構造10は、外部開始エネルギー源1と一列になる配向に揃えられる。この構成において、カプセル封入構造10のそれぞれは、それ自体、カプセル封入構造10の他方によって塞がれることなく図3Cに示されている外部開始エネルギー源1の「見通し内」にある。他の実施形態では、カプセル封入構造10は、その方向にそのように揃えられないが、図3Cに示されている方向に対して垂直になるように揃えられるか、または無作為に配置することが可能である。実際、流体媒質4の供給は、それ自体、カプセル封入構造10を攪拌し、容器9内の流体媒質4を混合するために使用することが可能である。

0068

図3Cのシステムは、エネルギー変調作用物質なしで使用することもできる。この実施形態では、開始エネルギー源1は、例えば、流体媒質4内の物理的、化学的、および/または生物学的プロセスに適したエネルギーのものとすることができる。カプセル封入構造10内に含まれるプラズモニクス作用物質は、媒質4と相互作用するときに開始エネルギー源1からの光を効果的に増幅する。本発明の一態様において、開始エネルギー源1は、多くの従来型のUV殺菌システムの場合と同様に紫外線源とすることができ、また図3Cのカプセル封入構造10は、外部発光源から紫外線を媒質4内の一領域に伝える光棒である。本発明の一態様では、開始エネルギー源1は、媒質の内側に均一に配設され、また多くの従来型のUV殺菌システムの場合と同様に紫外線源とすることができる。

0069

図3Dは、開始エネルギー源が流動床20構成において媒質内で分離されたエネルギー変調作用物質を有する媒質を入れた容器に向けられる本発明の他の実施形態によるシステムを示す略図である。流動床20は、処理される流体がカプセル封入構造10の間に通される構成のカプセル封入構造10を含む。カプセル封入構造10は、本明細書で説明されているようにエネルギー変調作用物質とプラズモニクス作用物の両方を含むことができる。

0070

本発明の他の実施形態では、エネルギー変調要素6を媒質4内に送達し、分散させることを目的として、または処置のため古い製品を取り除き、新しい製品をシステム内に導入することを目的として、図3A、3B、3C、および3Dのシステム内にロボット操作デバイスを備えることもできる。

0071

本発明では、分子間のエネルギー移動は、さまざまな形で生じうる。エネルギーの形態は、本質的に、電子的、熱的、電磁的、動力学的、または化学的なものとしてよい。エネルギーは、投入開始エネルギーに比べて高いエネルギーをエネルギー変調作用物質から放出するように変調して高めることができるか、または投入開始エネルギーに比べて低いエネルギーをエネルギー変調作用物質から放出するように変調して下げることができる。エネルギーは、一方の分子から他方の分子に移動されうるか(分子間移動)、または分子の一方の部分からその同じ分子の他方の部分に移動されうる(分子内移動)。例えば、変調作用物質は、電磁エネルギーを受け取り、そのエネルギーを異なるエネルギーの形態で再放出することができる。さまざまな実施形態において、エネルギー変調作用物質は、より高いエネルギー(例えば、X線)を受け取って、より低いエネルギー(例えば、UV−A)を放出する。他の実施形態において、エネルギー変調作用物質は、より低いエネルギー(例えば、赤外線もしくは近赤外線)を受け取って、より高いエネルギー(例えば、可視光線もしくは紫外線)を放出する。エネルギー移動プロセスは、分子励起とも称される。いくつかの変調作用物質は、非常に短いエネルギー保持時間を有するが(fs−nsのオーダー、例えば、蛍光分子)、他の変調作用物質は、非常に長い半減期を有する場合がある(数秒から数時間のオーダー、例えば、ルミネッセンス発光無機分子またはリン光発光分子)。好適なエネルギー変調作用物質としては、限定はしないが、金属ナノ粒子または生体適合性金属ナノ粒子、生体適合性外層でコーティングされたまたはコーティングされていない金属、ルミネッセンス発光率がマイクロ波活性化によって増大する化学発光分子、蛍光発光色素分子、金ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーによってカプセル封入された水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光発光分子、生体適合性蛍光発光分子、生体適合性散乱分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子、および強いルミネッセンスを放射することができるランタニドキレートが挙げられる。これらのさまざまな例示的な使用について説明する。

0072

変調作用物質は、標的を定めることを目的とする担体にさらに結合することができる。例えば、UV−A帯域の光を放出する蛍光発光金属ナノ粒子または蛍光発光色素分子などの生体適合性分子は、エネルギー変調作用物質として選択されうる。

0073

エネルギー変調作用物質は、好ましくは、エネルギー変調作用物質を活性化エネルギーに暴露される媒質中に事前分配することによって所望の部位(例えば光触媒または光開始剤などの光活性物質に近接近する)に向けることができる。例えば、UV−A放出エネルギー変調作用物質は、物理的挿入によって、またはUV−A放出エネルギー変調作用物質を光活性化可能樹脂と共役結合することによって、2つの部分を接着してつなぎ合わせるために接合部内に集中させることができる。

0074

それに加えて、エネルギー変調作用物質は、単独でまたは一連の2つまたはそれ以上のエネルギー変調作用物質として使用することができ、エネルギー変調作用物質はエネルギーカスケードを形成する。したがって、第1のエネルギー変調作用物質は、活性エネルギーを吸収して、それを異なるエネルギーに変換し、次いで、この異なるエネルギーは、カスケード内の第2のエネルギー変調によって吸収され、というように続き、カスケードの終わりに到達すると、カスケード内の最終エネルギー変調作用物質が媒質中の光活性化可能作用物質を活性化するために必要なエネルギーを放出する。

0075

光活性化可能作用物質およびエネルギー変調作用物質は、異なり、分離していることも可能であるけれども、これら2つの作用物質は、独立の、分離した実体である必要はないことは理解されるであろう。実際、これら2つの作用物質は、多数の異なる構成を介して互いに会合しうる。これら2つの作用物質が、独立していて、互いから別々に移動可能である場合、これらは、一般的には、共通の周囲の媒質内の拡散と偶然の出会いを介して互いと相互作用する。光活性化可能作用物質およびエネルギー変調作用物質が、分離していない場合、これらを組み合わせて、1つの単一実体にすることができる。

0076

開始エネルギー源は、活性化可能作用物質を直接的に活性化するのに十分なレベルのエネルギー、またはエネルギー変調作用物質に、活性化可能作用物質の活性化エネルギーを放出するために必要な入力を供給する(間接活性化)のに十分なレベルのエネルギーを供給することができるエネルギー源であればどのようなものであってもよい。好ましい開始エネルギー源としては、限定はしないが、UV−Aランプまたは光ファイバー線、光針、内視鏡、およびX線、ガンマ線、または電子ビームを発生する線形加速装置などが挙げられる。使用されるエネルギーは、限定はしないが、ガンマ線、X線、紫外線、近紫外線、可視光線、近赤外線、赤外線、マイクロ波、電波などを含む、任意のタイプのエネルギーとすることができる。好ましい一実施形態では、開始エネルギーは、被検体内に完全に侵入することができる。被検体内に完全に侵入することができる例示的な開始エネルギー源としては、限定はしないが、X線、ガンマ線、電子ビーム、マイクロ波、および電波が挙げられる。

0077

プラズモニクスおよび増強電磁場基本原理
プラズモニクス増強原理は、理論的には電磁場効果の増強機構に基づく。これらの理論は、本発明を例示するためにここで詳細に述べるが、実施形態をこの特定の理論に限定することを必ずしも意図していない。電磁増強の主要な発生源は2つあり、(1)1つは、レーザー電磁場が、金属粒子分極によって引き起こされる場が加わることによって増強されるというものであり、(2)もう1つは、金属粒子をさらに分極し、それにより、ラマン/ルミネッセンス発光シグナルをさらに増幅するためのアンテナとして働く、増幅された放射(ルミネッセンス、ラマンなど)場を放射する分子による増強である。

0078

電磁増強は、2つの主要なクラスに分けられ、これらは、a)放射線場の存在下でのみ生じる増強と、b)放射線場なしであっても生じる増強である。第1のクラスの増強は、いくつかのプロセスにさらに分けられる。表面プラズモンとも称される、基材表面上のプラズマ共鳴は、電磁増強に大きく関わる。プラズモニクス活性基材の効果的なタイプの1つは、ナノ構造を持つ金属粒子、突起部、または金属材料の粗面を含む。これらの表面を照射する入射光は、金属中の伝導電子を励起し、表面プラズモンの励起を誘発し、ラマン/ルミネッセンス発光を増強する。プラズモン周波数では、金属ナノ粒子(または他のナノ構造を有する粗面化構造)は、分極し、その結果、大きな電場誘起分極を生じ、したがって表面上に大きな局所電場が形成される。これらの局所電場は、分子における印加電場平方に比例するルミネッセンス発光/ラマン発光強度を高める。

0079

その結果、これらの表面上の検体分子に対し及ぼされる有効電磁場は、実際の印加電場に比べてかなり大きい。この場は、表面からの距離の1/r3に比例して減少する。したがって、電磁気モデルでは、ルミネッセンス/ラマン活性検体分子は、金属表面と接触している必要はなく、この分子を分極させることができる、増強局所電場の範囲内であればどこにでも配置することができる。次いで、ラマンまたはルミネッセンスの波長λで発振する双極子が、金属ナノ構造を分極することができ、λが局在表面プラズモンと共鳴する場合には、これらのナノ構造は、観察される発光(ラマンまたはルミネッセンス)を増強することができる。

0080

したがって、プラズモニクス活性金属ナノ粒子も、強く増強された可視光線および近赤外線の吸収を呈示し、これは従来型のレーザー光線療法剤に比べて数桁ほど強い。そこで、プラズモンナノ粒子を高増強光吸収剤として使用することは、内部発生光の効率的使用のための選択的な効率的戦略となる。

0081

したがって、本発明では、以下のいくつかの重要な機構を使用する。
(A)結果として光開始剤または光触媒の光活性化を増強する、プラズモン金属ナノ粒子による励起光の吸収の増大。
(B)光開始剤または光触媒の励起を増大するより多くの光を発生する、より効率的なエネルギー変調作用物質システムとして使用されるプラズモン金属ナノ粒子による励起光の吸収の増大。
(C)プラズモン金属ナノ粒子上のまたはプラズモン金属ナノ粒子の近くにある媒質物質による励起光の吸収の増大。
(D)金属ナノ粒子上に、または金属ナノ粒子の近くで吸着されるエネルギー変調作用物質分子の光吸収の増大。
(E)金属ナノ粒子上に、または金属ナノ粒子の近くで吸着されるエネルギー変調作用物質分子からの発光の増幅。
(F)光開始剤または光触媒によるエネルギー変調作用物質から放出される発光の吸収の増大。

0082

上述のように、金属ナノ構造上に、または金属ナノ構造の近くで吸着される分子からの発光(ラマンまたはルミネッセンス)の効率を増強することができるいくつかの現象のうちの1つである、ラマン散乱は、表面増強ラマン散乱(SERS)効果である。1984年に、SERSを分析技術として一般的に利用することが、本発明の発明者のうちの1人によって初めて報告され、内容が参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[T. Vo−Dinh、M. Y. K. Hiromoto、G. M. BegunおよびR. L. Moody「Surface−enhanced Raman spectroscopy for trace organic analysis」、Anal. Chem.、第56巻、1667頁、1984年]において示されているいくつかの同素環式または複素環式多環芳香族化合物を含むさまざまな化学物質に対するSERS測定の可能性が報告された。1980年代半ば以降、広範な研究がSERSにおけるラマン増強の理解およびモデリングに注がれた。例えば、図5は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[M. M. Kerker、Acc. Chem. Res.、17, 370(1984年)]に記載されている1984年にさかのぼる誘電体コア周りの球状銀ナノ粒子および金属ナノシェルに対する電磁場増強をモデル化するKerkerによる初期研究を示している。この図は、異なる励起波長における孤立球状ナノスフェアおよびナノシェルに対する電磁増強の理論的計算の結果を示している。通常弱いラマン散乱プロセスの強度は、SERS基材上に吸着される化合物について1013倍または1015倍程度増大され、これにより、単分子検出が可能になる。電磁場増強がナノ構造を有する金属表面の近くに生じた結果として、ナノ粒子は、蛍光およびラマンナノプローブとしての用途が増えた。

0083

理論的モデルは、ナノ粒子およびナノシェルのサイズを励起波長に同調させることが可能であることを示している。実験証拠から、106から1015倍のラマン増強は主に2つの機構、a)「表面プラズモン」と称されることが多い、電磁共鳴によって引き起こされる大きな局所電場に関連する金属表面構造の近くで生じる電磁「光棒」効果と、b)分子と金属表面との間の直接エネルギー移動に関連する効果に由来することが示唆される。

0084

古典的電磁場理論によれば、電磁場は、光が金属ナノ構造上に入射すると局所的に増幅されうる。これらの電場増強は、極めて大きくなる可能性がある(典型的には、106から107倍であるが、「ホットスポット」では最大1015倍の増強に達する)。ナノ構造を有する金属表面が、電磁場(例えば、レーザービーム)の照射を受けた場合、伝導帯内の電子は、入射光の周波数に等しい周波数で振動を開始する。これらの振動する電子は、「表面プラズモン」と称され、入射場に加わる二次電場を生成する。これらの振動する電子が、空間的に閉じ込められている場合、孤立金属ナノスフェアまたは粗面化された金属表面(ナノ構造)の場合のように、入射場への集団振動共鳴応答がある固有周波数(プラズモン周波数)がある。この条件から、金属表面上の、または金属表面の近くの分子と相互作用することができる強い局在化された電場増強が得られる。「光棒」に類似の効果では、二次場は、典型的には、粗面化された金属表面上の高い曲率の点に最も集中する。

0085

プラズモニクス増強構造の設計、加工、および操作
図6A〜6Gは、設計されうるプラズモニクス増強プローブ構造(PEPST)のさまざまな多数の実施形態を示している。
(A)金属(例えば、金)ナノ粒子に結合された光活性化可能(PA)分子。
(B)金属ナノ粒子で被覆された光活性化可能(PA)分子。
(C)PAナノキャップで被覆された金属ナノ粒子。
(D)金属ナノキャップで被覆されたPA含有ナノ粒子。
(E)PAナノシェルで被覆された金属ナノ粒子。
(F)金属ナノシェルで被覆されたPA含有ナノ粒子。
(G)保護コーティング層を有する金属ナノシェルで被覆されたPA含有ナノ粒子。
PEPSTの基本的な実施形態は、図6Aに示されている。このPEPSTは、金属(例えば、金)ナノ粒子に結合されたPA分子を含む。図7は、一次励起光源とエネルギー変調作用物質との相互作用を増強する、または媒質に変化をもたらす際の二次的に発生する光と媒質との相互作用を増強する本発明で使用されるようなプラズモニクス増強効果を示している。好適なエネルギーの放射を使用して、PEPST構造を励起し、次いで、例えば、近くにある光開始剤を活性化する。

0086

例えば、HeNeレーザーの光(632.8nmの励起)を励起に使用することができる。この場合、金属ナノ粒子は、632.8nmを中心とする強いプラズモン共鳴帯を呈示するように設計される。表面プラズモン共鳴効果は、ナノ粒子における励起光を増幅し、その結果、光開始剤または光触媒の光活性化が増大し、また反応速度が改善される。さらに、殺菌用途では、この効果は、ナノ粒子の付近の媒質中の殺菌事象の可能性を高める。媒質中でHeNeレーザー光などの光が散乱し、吸収される可能性があるが、PEPST構造が存在すると、侵入光の相互作用が通常は有用と考えられる以上に増強される。プラズモニクス増強機構は、図6B、6C、6D、6E、6F、および6Gの他のPEPSTプローブとともに使用することもできる。

0087

プラズモニクス活性金属ナノ構造の構造
プラズモン共鳴は、入射光場によって駆動される自由電子の集団振動から金属ナノ粒子内に生じる。ナノ粒子のプラズモン応答は、表面増強ラマン散乱(SERS)、化学センシング薬物送達、光熱癌療法、および新しい光素子を含む、増え続ける多数の用途において役割を果たしてきた。SERS検出に対するプラズモニクスナノ基材の調査結果および応用は、20年間にわたって本発明の発明者らの1人によって使用されており、このことは参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[T. Vo−Dinh、「Surface−Enhanced Raman Spectroscopy Using Metallic Nanostructures」、Trendsin Anal. Chem.、17、557(1998年)]に記載されている。いくつかの同素環式および複素環式多環芳香族化合物を含むさまざまな化学物質の微量成分分析にSERS技術を使用する実用的分析法に関する本発明者らの1人による最初のレポートは、1984年であり、内容が参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[T. Vo−Dinh、M. Y. K. Hiromoto、G. M. BegunおよびR. L. Moody「Surface−enhanced Raman spectroscopy for trace organic analysis」、Anal. Chem.、第56巻、1667頁、1984年]において示されている。それ以来、化学センシング、生物学的分析、および医療診断における用途向けにSERS技術の開発が進行中である。基材は、一方の側(ナノキャップまたは半シェル)において金属(銀など)でコーティングされたナノ粒子の層を有するナノ粒子および半ナノシェルを伴う。いくつかのグループが、球形シェルのプラズモン共鳴は、ナノシェル構造シェル厚さおよびアスペクト比を制御することによって調節できることを示した[参照によりその全体が本明細書に組み込まれているM. M. Kerker、Acc. Chem. Res.、17、370(1984)、J. B. Jackson、S. L. Westcott、L. R. Hirsch、J. L. WestおよびN. H. Halas、「Controlling the surface enhanced Raman effect via the nanoshell geometry」、Appl. Phys. Lett.、第82巻、257〜259頁、2003年、参照によりその全体が本明細書に組み込まれているS. J. NortonおよびT. Vo−Dinh、「Plasmonic Resonances of nanoshells of Spheroidal Shape」、IEEE Trans. Nanotechnology、6、627〜638頁(2007年)]。これらのシェルは、典型的には、誘電体コア上に金属層を有する。本発明の一実施形態では、これらのシェルは、回転楕円形シェルを含むが、それは、プラズモン共鳴(縦と横の両モード)がシェル厚さとアスペクト比の両方の影響を受けるからである。多くの研究者らが、表面増強ラマン散乱の分析において固体回転楕円形粒子のプラズモン応答を調査したが、回転楕円形シェルは調査されていないように思われる。本発明は、そのプラズモン共鳴においていくつかの興味深い定性的特徴を示す、扁長および扁球の回転楕円形シェルも含む。回転楕円形シェルは、シェル厚さとシェルアスペクト比を調節する、自由度2を有し、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[S. J. NortonおよびT. Vo−Dinh、「Plasmonic Resonances of Nanoshells of Spheroidal Shape」、IEEE Trans. Nanotechnology、6、627〜638頁(2007年)]に示されている。

0088

図7は、設計可能な、また本発明の好ましい実施形態である、プラズモニクス活性ナノ構造のさまざまな実施形態のうちのいくつかを示している。
(A)金属ナノ粒子。
(B)金属ナノキャップで被覆された誘電体ナノ粒子コア
(C)誘電体回転楕円形コアを被覆する球状金属ナノシェル。
(D)誘電体回転楕円形コアを被覆する扁球金属ナノシェル。
(E)誘電体ナノシェルで被覆された金属ナノ粒子コア
(F)保護コーティング層を有する金属ナノシェル。
(G)誘電体回転楕円形コアを被覆する多層金属ナノシェル。
(H)マルチナノ粒子構造
(I)金属ナノキューブおよびナノトライアングルナノプリズム
(J)金属シリンダー

0089

遠隔活性化光活性化可能分子を有するPEPSTプローブ
本発明の他の実施形態では、PA分子を、金属(金)ナノ粒子上にナノキャップを形成することができる物質(例えば、生体適合性ポリマー)中に組み込むことができる。この物質は、長時間連続的放出特性を有することができるゲルまたは生体適合性ポリマーとしてよい。好適なゲルまたは生体適合性ポリマーとしては、限定はしないが、ポリラクチド(PLA)、ポリグリコリドPGA)、ポリカルラクトン(PCL)、およびその共重合体をベースとするポリ(エステル)、さらにはPHB−PHVクラスのポリ(ヒドロキシアルカノエート)、追加のポリ(エステル)、天然ポリマー、とりわけ、修飾ポリ(サッカリド)、例えば、デンプンセルロース、およびキトサンポリエチレンオキシド、ポリ(エーテル)(エステル)ブロック共重合体、およびエチレン酢酸ビニル共重合体が挙げられる。放出機構は、RF、MW、超音波、光子などの非侵襲的技術によっても誘発されうる(図8)。

0090

図9は、光子放射によって切断可能なリンカーを介してPA分子が金属ナノ粒子に結合される他の可能な実施形態を示している。このようなリンカーとしては、限定はしないが、生化学的結合(図9A)、DNA結合(図9B)、または抗体抗原結合(図9C)が挙げられる。他の実施形態では、リンカーは、細胞内の化学的環境によって壊される化学的に不安定な結合である。さまざまな実施形態において、より小さな分子の場合に比べて金属ナノ粒子が標的とする部位に入り込むことは難しい場合がある。これらの実施形態では、放出可能なPA分子を有するPEPSTプローブを用意することが望ましい。

0091

金属(銀または金などの)ナノ粒子(ナノスフェア、ナノロッドなど)の集塊は、多くの場合問題となり、特に、クエン酸塩をキャップした金ナノスフェア、臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)をキャップした金ナノスフェア、およびナノロッドおよびナノシェルの場合に問題となるが、それは、塩イオン凝集効果のせいで緩衝溶液中に分散させたときに安定性が低下するからである。ナノ粒子をポリエチレングリコール(PEG)でキャップすることによって(チオール官能化PEGと金属ナノ粒子との共役結合により)、生体適合性を改善し、ナノ粒子凝集を妨げることができる。

0092

生体分子および金属ナノ粒子の固定化
担体への生体分子(PA分子、薬物、タンパク質、酵素、抗体、DNAなど)の固定化では、文献に公開されているさまざまな方法を使用することができる。例えば、図3Cおよび3Dのカプセル封入構造10は、PEPST構造が外側露出表面上に固定化されカプセル封入構造から出る光が媒質との相互作用で増強されるように本発明の一実施形態において修正することができる。さらに、一実施形態では、カプセル封入構造10は、エネルギー変調作用物質を含むことができない。むしろ、フラッシュランプまたはLEDアレイまたはレーザーまたは紫外線源などの外部光源から出る光が空のカプセル封入構造10を透過し、媒質中に伝搬することが可能である。結合は、天然に存在するかまたは生体分子構造中に組み込むことができるアミン(−NH2)または硫化物(−SH)などの反応基を利用する共有結合を通じて実行されうる。アミンは、高収量でカルボン酸またはエステル部分と反応し、安定したアミド結合を形成することができる。チオールは、マレイミドカップリング関与し、安定したジアルキルスルフィドを生成することができる。

0093

本発明で注目する1つの固体担体は、金属(好ましくは金または銀)ナノ粒子である。金または銀などの金属表面を伴う固定化技術の大半は、アルキルチオールによる表面の事前誘導体化を使用し、安定した結合を形成することができる。アルキルチオールは、マイクロモル濃度で銀表面上に自己組織化単分子層(SAM)を容易に形成する。アルキルチオール鎖の末端は、生体分子を結合するために使用できるか、または結合するように容易に修飾することができる。アルキルチオール鎖の長さは、重要なパラメータであることがわかっており、これにより、生体分子は表面から遠ざけられ、アルキル基の長さは炭素4から20個分が好ましい。

0094

強い金チオール結合を形成することがすでに示されているチオール官能化生体分子を使用することによって金粒子との安定したオリゴヌクレオチド共役体を調製することに関係する多くの方法がある。5’−末端アルカンチオール官能基アンカー基とするオリゴヌクレオチドは、金ナノ粒子の表面に結合することができ、結果として得られる標識は、高温低温の両方の条件に曝されてもロバストで、安定していたが、これについては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[R. Elghanian、J. J. Storhoff、R.C. Mucic、R. L. LetsingerおよびC. A. Mirkin、「Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance−dependent optical properties of gold nanoparticles.」Science 277 (1997年)、1078〜1081頁]に説明されている。オリゴヌクレオチドを金表面に結合するために環状ジチアンエピアンドロステロンジスルフィドリンカーが開発されたが、これについては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[R. Elghanian、J.J. Storhoff、R.C. Mucic、R.L. LetsingerおよびC.A. Mirkin、「Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance−dependent optical properties of gold nanoparticles.」Science 277 (1997年)、1078〜1081頁]に説明されている。Liらは、100nmの直径を有する金金属ナノ粒子を安定させつつ、非環式またはジチオール−オリゴヌクレオチド修飾粒子匹敵するハイブリダイゼーション特性を維持することができるトリチオールをキャップしたオリゴヌクレオチドを報告しているが、これについては参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[Z. Li、R.C. Jin、C.A. MirkinおよびR. L. Letsinger、「Multiple thiol−anchor capped DNA−gold nanoparticle conjugates.」Nucleic AcidsRes. 30 (2002年)、1558〜1562頁]において説明されている。

0095

一般に、銀ナノ粒子は、金粒子について開発された定評のある実験プロトコルを使用してアルキルチオール修飾オリゴヌクレオチドにより効果的に不動態化することはできない。銀のコアを有するコアシェル粒子および金の薄いシェルを生成する方法の1つでは、純金粒子オリゴヌクレオチド共役体を調製するために使用される実証ずみの方法を使用して銀ナノ粒子をアルキルチオールオリゴヌクレオチドで容易に官能化することができた。参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[Y. W. Cao、R. JinおよびC.A. Mirkin、「DNA−modified core−shell Ag/Au nanoparticles.」J. Am. Chem. Soc. 123(2001年)、7961〜7962頁]を参照のこと。

0096

銀表面は、アルキルチオールのエタノール溶液希釈するために暴露されたときに制御された自己組織化動態を呈示することが判明している。表面と炭化水素末端とがなす傾斜角度は、0から15°までの範囲である。また、金と比較すると、銀上の充填密度は大きいが、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[Burges、J. D.、Hawkridge、F. M. Langmuir 1997年、13、3781〜6頁]に示されている。金/銀ナノ粒子上に自己組織化単層(SAM)が形成された後、アルキルチオールを生体分子に共有結合することができる。生体分子の共有結合固定化のための合成技術の大半は、ポリペプチド(酵素、抗体、抗原など)またはアミノ標識されたDNA鎖遊離アミン基を使用して、カルボン酸部分と反応させ、アミド結合を形成する。

0097

このような結合方式は、ナノ粒子を媒質中に制御可能なように分散させ送達する機構による応用例を有するだけでなく、上で詳述されているように、本発明のカプセル封入構造の形成に際して役割を果たしうる。

0098

PEPSTに使用される光のスペクトル域
プラズモニクス増強効果は、好適なナノ構造、ナノスケール寸法、金属の種類が使用される場合に、電磁的領域全体にわたって生じうる。したがって、PEPSTの概念は、電磁スペクトル全体、つまり、ガンマ線およびX線から紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、および電波エネルギーまでの範囲のエネルギーに対して使用することができる。しかし、実用上の理由から、銀および金に対するプラズモン共鳴がそれぞれ可視光線領域およびNIR領域内で生じるので可視光線およびNIR光は銀および金のナノ粒子に使用される。特に金ナノ粒子の場合には、NIR領域は、例えば廃水の処理または高濃度の懸濁固形物を有する食品の殺菌などにおいて、他の方法では短い波長での光散乱が問題を引き起こす媒質にエネルギーを送達するのに非常に適している。

0099

光子励起
媒質中の光活性化化合物を励起するために光を使用するいくつかの方法が本発明にはある。波長がいわゆる「窓」の範囲内にある光を使用することができる(処理される媒質を保持する容器に侵入するか、および/または媒質中を透過するように設計される)。さらに、本発明のいくつかの態様では、プラズモンに関する利点により、励起光が媒質中で公称的に非吸収性であることが好ましいが、本発明は、それでも、かなりの散乱および吸収がある媒質中において有用である。例えば、上述のUVの応用では、プラズモン増強PEPSTプローブを媒質中に導入し、紫外線を活性化源として使用することが可能である。表面近くの媒質の領域内では、PEPSTプローブは主要な役割を果たし得ないが、紫外線が減衰された表面奥深くの領域では、PEPSTプローブは、光開始剤または光触媒において重要な役割を果たす。

0100

光が媒質中に侵入できるかどうかは、吸収と散乱によって決まる。水和媒質中では、窓は600から1300nmまで延在し、可視光スペクトルのオレンジ色/赤色領域からNIRまでである。短波長端では、DNAおよびアミノ酸トリプトファンおよびチロシンを含む、吸収生体分子が重要になってくる。窓の赤外線(IR)端では、侵入は水の吸収特性によって制限される。窓内では、散乱が吸収に勝る影響力を有し、したがって、伝搬光が拡散するが、必ずしも拡散限界内に入るわけではない。図10は、水和媒質に対する窓の図を示している。以下の節では、1光子および多光子技術の使用について説明する。

0101

光励起法:単一光子および多光子励起
2つの方法、1光子励起と多光子励起を使用することができる。2光子技術が使用される場合、PA分子を700〜1000nmの光で励起することができ、この光は媒質中深奥部まで侵入し、350〜500nmのスペクトル領域において吸収する分子を励起する。このアプローチは、290〜350nmのスペクトル領域で吸収し、可視光領域において放出する化合物を励起することができる。1光子法では、光アクティベータ(PA)分子は、600〜1300nmの励起光を直接的に吸収することができる。この場合、異なる波長で吸収する能力を変えるように追加の芳香環または他の共役体を有するシステムを設計することができる。

0102

X線励起
X線は、媒質中の化合物を非侵襲的に励起できるけれども、X線は、エネルギー変調が望まれる化合物の多くにおいて容易には吸収されない。本発明では、X線エネルギーを吸収することができ、そのエネルギーを使用可能な他のエネルギーに変えることができる分子システムを形成することによって、この問題を解決しようとする。より具体的には、本発明においてX線エネルギーを吸収し、変えることができる分子システムの一例は、ナノ粒子を含むPEPSTプローブである(上述のように)。

0103

この実施形態では、本発明は、励起にX線を使用する。この利点は、X線が媒質中深奥部まで侵入することができるので分子を非侵襲的に励起することができる点である。本発明の一実施形態では、PA分子(例えば、光開始剤)は、X線と相互作用し、その後、PA分子によって吸収されうる放射光と相互作用することができる「エネルギー変調作用物質」と称される、分子的実体に結合される。(図11

0104

X線励起用のPEPSTプローブ
前の節では、プラズモニクス活性化システムとしての金ナノ粒子の利点が説明された。さらに、金ナノ粒子は、これらが生体適合性を有しX線造影剤の有望な候補であることが実証されているため好適なエネルギー変調作用物質システムでもあるが、これについては参照によりその全体が本明細書に組み込まれている[Hainfeldら、「The British Journal of radiology」79、248頁、2006年]において説明されている。癌放射線療法における線量増大に高Z物質を使用するという概念は、20年以上も前に進展した。金ナノ粒子を線量増大剤として使用することは、2つの大きな理由から、マイクロスフェアおよび他の材料を使用する以前の試みに比べて有望であるように思われる。第1に、金は、ヨウ素(I、Z=53)またはガドリニウム(Gd、Z=64)より高いZ数を有するが、齧歯類腫瘍細胞またはヒト腫瘍細胞のいずれかで少なくとも3重量%まで、毒性はほとんど示さない。金ナノ粒子は、マウスに対して無毒であり、大部分が腎臓を通して体内から排出された。小さな金ナノ粒子のこのような新規性のある使用を行っても、これらのナノ粒子の一部を偶然取り込んでいる可能性のある物質がヒトの消費に対して安全を損ねることはない。

0105

図12は、エネルギー変調作用物質PAシステムのX線励起に好ましくは使用されうるPEPSTプローブのさまざまな実施形態を多数示している。これらのプローブは、以下のとおりである。
(A)エネルギー変調作用物質およびプラズモン金属ナノ粒子に結合されたPA分子。
(B)PA分子で被覆されたエネルギー変調作用物質ナノキャップを有するプラズモン金属ナノ粒子。
(C)プラズモン金属ナノ粒子を有するPA被覆ナノ粒子
(D)PA分子およびプラズモン金属ナノキャップで被覆されたエネルギー変調作用物質含有ナノ粒子。
(E)PA分子で被覆されたエネルギー変調作用物質ナノシェルを有するプラズモン金属ナノ粒子。
(F)脱離可能生化学的結合によってエネルギー変調作用物質(プラズモン金属ナノ粒子に取り付けられている)ナノ粒子に結合されているPA分子。

0106

エネルギー変調作用物質PAに基づくPEPSTシステムの例
簡素化するために、以下の説明は金属材料としての金およびエネルギー変調作用物質としてのCdSに重点を置く(これは、DNA安定化CdSとして使用することもできる。参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Maら、Langmuir、23 (26)、12783〜12787頁(2007年)を参照のこと)。しかし、金属材料、エネルギー変調作用物質、およびPA分子の他の多くの実施形態が本発明の範囲内で可能であり、また以下の説明は、例示することのみを目的としていることは理解されるであろう。

0107

図12Aの実施形態では、PEPSTシステムは、金ナノ粒子、PA薬物分子(例えば、ソラレン)に結合されたエネルギー変調作用物質ナノ粒子(例えば、CdS)を含む。X線がCdSに照射され、CdSはX線を吸収し[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Huaら、Rev. Sci. Instrum.、73、1379頁、2002年]、金ナノ粒子によってプラズモニクス増強されるCdS XEOL光(波長350〜400nm)を放出する。この増強XEOL光は、PA分子を光活性化するために使用することができる。この場合、金ナノ粒子のナノ構造は、350〜400nmのXEOL光を増強するように設計されている。

0108

図12Bの実施形態では、PEPSTシステムは、エネルギー変調作用物質ナノキャップ(CdS)がPA分子で被覆されているプラズモニクス活性金属(金)ナノ粒子を含む。X線がCdSに照射され、CdSはX線を吸収して、金ナノ粒子によってプラズモニクス増強されるXEOL光を放出する。この増強XEOL光は、PA分子を光活性化するために使用される。

0109

図12Cの実施形態では、PEPSTシステムは、より小さなプラズモン金属(金)ナノ粒子を有するPA(例えば、ソラレン)被覆CdSナノ粒子を含む。X線がCdSに照射され、CdSはX線を吸収して、金ナノ粒子によってプラズモニクス増強されるXEOL光を放出する。この増強XEOL光は、PA分子を光活性化するために使用される。

0110

図12Dの実施形態では、エネルギー変調作用物質コアは、金のナノキャップで被覆されたCdSまたはCsClナノ粒子を含む。X線がCdSまたはCsClに照射され、CdSまたはCsClはX線を吸収して[Jaegleら、J. Appl. Phys.、81、2406頁、1997年]、金ナノキャップ構造によってプラズモニクス増強されるXEOL光を放出する。この増強XEOL光は、PA分子を光活性化するために使用される。

0111

同様に、図12Eの実施形態は、CdSまたはCsClのシェルによって被覆されている球状金コアを含む。X線がCdSまたはCsCl材料に照射され、CdSまたはCsCl材料はX線を吸収して[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Jaegleら、J. Appl. Phys.、81、2406頁、1997年]、金ナノスフェア構造によってプラズモニクス増強されるXEOL光を放出する。この増強XEOL光は、PA分子を光活性化するために使用される。

0112

図12Fの実施形態では、PEPSTシステムは、金ナノ粒子、および放射線によって脱離されうる結合によってPA薬物分子(例えば、ソラレン)に結合されたエネルギー変調作用物質ナノ粒子(例えば、CdS)を含む。X線がCdSに照射され、CdSはX線を吸収して、金ナノ粒子によってプラズモニクス増強されるCdS XEOL光(波長350〜400nm)を放出する。この増強XEOL光は、ソラレン(PA分子)を光活性化するために使用される。この場合、金ナノ粒子のナノ構造は、350〜400nmのXEOL光を増強するように設計されている。

0113

代替実施形態では、金属ナノ粒子または単一ナノシェルは、ナノシェルの複数の層で置き換えられる[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Kun Chen、Yang Liu、Guillermo Ameer、Vadim Backman、「Optimal design of structured nanospheres for ultrasharp light−scattering resonances as molecular imaging multilabels」、Journal of Biomedical Optics、10(2)、024005(2005年3月/4月)]。

0114

他の代替実施形態では、金属ナノ粒子は、誘電体(例えば、シリカ)の層(1〜30nm)で被覆される。誘電体層(または、ナノシェル)は、金属がエネルギー変調作用物質分子と直接接触することでエネルギー変調作用物質(EECとも称される)分子によって放出されるルミネッセンス光消光を防ぐように設計される。さらに他の代替実施形態では、エネルギー変調作用物質分子または材料は、スペーサー(リンカー)を介して金属ナノ粒子に結合される(または近接している)。スペーサーは、エネルギー変調作用物質分子または材料によって放出されるルミネッセンス光の消光を妨げるように設計される。

0115

他の使用可能な材料
エネルギー変調作用物質材料は、X線を吸収し、光を放出して、PA分子を励起することができる任意の材料を含むことができる。エネルギー変調作用物質としては、限定はしないが、
金属(金、銀、など)、
量子ドット
半導体材料
シンチレーションおよびリン光物質
X線励起ルミネッセンス(XEOL)を呈示する材料、
有機固体金属錯体無機固体結晶希土類材料(ランタニド)、ポリマー、シンチレータリン光材料など、
励起子特性を呈示する材料が挙げられる。

0116

量子ドット、半導体ナノ構造。量子ドット、半導体材料などに関係するさまざまな材料を、エネルギー変調作用物質システムとして使用することができる。例えば、CdSに関係するナノ構造は、UV可視光線領域においてX線励起ルミネッセンスを呈示することが証明されている[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Huaら、Rev. Sci. Instrum.、73、1379頁、2002年]。

0117

エネルギー変調作用物質システムとしてのシンチレータ材料。さまざまなシンチレータ材料は、X線を吸収し、ルミネッセンス発光を放射するのでエネルギー変調作用物質として使用することができ、これを使用してPAシステムを励起することができる。例えば、モリブデン酸塩の単結晶は、X線によって励起することができ、400nmを中心とするルミネッセンス発光を放射することができる[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Mirkhinら、Nuclear Instrum. Meth. In Physics Res. A、486、295(2002年)]。

0118

エネルギー変調作用物質システムとしての固体材料。さまざまな固体材料が、そのX線励起ルミネッセンス発光特性によりエネルギー変調作用物質として使用することができる。例えば、CdS(またはCsCl)は、軟X線によって励起されたときにルミネッセンスを発光する[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Jaegleら、J. Appl. Phys.、81、2406頁、1997年]。

0119

XEOL材料。ランタニドまたは希土類材料。参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、L. Soderholm、G. K. Liu、Mark R. Antonioc、F. W. Lytle、「X−ray excited optical luminescence .XEOL. detection of x−ray absorption fine structure」、.XAFZ、J. Chem. Phys、109、6745頁、1998年、または参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Masashi Ishiia、Yoshihito TanakaおよびTetsuya Ishikawa、Shuji KomuroおよびTakitaro Morikawa、Yoshinobu Aoyagi、「Site−selective x−ray absorption fine structure analysis of an optically active center in Er−doped semiconductor thin film using x−ray−excited optical luminescence」、Appl. Phys. Lett, 78、183、200を参照のこと。

0120

エネルギー変調作用物質システムとして使用できるXEOLを呈示する金属錯体のいくつかの例が、図13および14に示されている。このような構造を金属原子を金属ナノ粒子で置き換えることによって修飾し、プラズモニクス増強PEPSTプローブを加工することができる。本発明では、ナノ構造のサイズ、形状、および金属の種類を含む実験パラメータは、励起放射(NIRまたはX線励起)、光活性化放射線(UVB)、および/またはエネルギー変調作用物質システム(可視光NIR)からの放出プロセスに基づいて選択することができる。

0121

X線励起を使用するPEPSTプローブのプラズモニクス増強効果の原理
基本的なPEPSTプローブ実施形態の一実施形態は、エネルギー変調作用物質およびプラズモン金属(金)ナノ粒子に結合されたPA分子を含む。金属ナノ粒子は、2つの役割を持つことができる。
(A)X線電磁場の増強
(B)エネルギー変調作用物質システムの放出シグナルの増強

0122

エネルギー変調作用物質システムを励起するために使用される、X線放射線は、プラズモン共鳴により、金属ナノ粒子によって増幅される。その結果、エネルギー変調作用物質システムは、PA分子を光活性化し、これらの分子に光活性を持たせるために使用されるより多くの発光を放射する。この場合、金属ナノ粒子は、X線波長またはX線波長の近くの波長の強いプラズモン共鳴帯を呈示するように設計される。表面プラズモン共鳴効果は、ナノ粒子における励起光を増幅し、その結果、PA薬物分子の光活性化が増大し、また治療効率が高まる。プラズモニクス増強機構は、上述の他のPEPSTプローブとともに使用することもできる。

0123

図15は、PEPSTプローブのプラズモニクス増強効果を例示している。医療診断画像処理で使用されるX線は、約10から150keVまでの光子エネルギーを有し、これは、1.2から0.0083オングストロームまでの波長帯に相当する[λ(オングストローム)=12.4/E(keV)]。軟X線は、10nmに達することがある。プラズモニクス活性ナノ粒子の寸法は、通常、使用される放射線の波長以下のオーダーの寸法を有する。金の近似原子半径は、約0.15ナノメートルであることに留意されたい。限界での金については、最小の「ナノ粒子」サイズは、0.14nm(わずか金原子1個分)である。数百nmのサイズを持つナノ粒子は、金原子約106〜107個分である。したがって、本発明で説明されている金原子の範囲は、金原子1〜107個分の範囲とすることができる。

0124

金ナノ粒子は、PA分子を励起するために使用される、エネルギー変調作用物質放射シグナルも増強しうる。ソラレンの場合、このスペクトル範囲は、UVB領域内にある(320〜400nm)。銀または金ナノ粒子、ナノシェル、およびナノキャップは、この領域内で強いプラズモン共鳴を呈示するように加工された。図16は、ソラレン化合物(8−メトキシソラレン)の励起および発光蛍光スペクトルを示す。

0125

二重プラズモニクス効果に対するナノ粒子鎖
前述のように、二重(または多重)プラズモニクス共鳴モードを有することができるナノ粒子システムを開発する必要がある。図17は、このような二重プラズモニクスベースの増強を呈示する可能性のある、異なるサイズを有し、互いに結合されている金属粒子の連鎖を有する本発明のPEPSTプローブの一実施形態を示している。例えば、より大きなナノ粒子(図17、左)のパラメータ(サイズ、金属の種類、構造など)は、NIR、VIS、または紫外線に合わせて調節することができるが、より小さな粒子(図17、右)は、X線に合わせて調節することができる。また、これらの粒子間にカップリング効果もある。

0126

これらのナノ粒子連鎖は、使用される入射放射線(例えば、CdSのX線活性化)とPAを次いで活性化する放出される放射線のプラズモニクス増強の両方のプラズモニクス増強を行ううえで有用である。類似のナノ粒子システムがナノレンズとして使用されている[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている「Self−Similar Chain of Metal Nanospheres as an Efficient Nanolens」、Kuiru Li、Mark I. Stockman、およびDavid J. Bergman、Physical Review Letter、第91巻、第22号、227402−1、2003年]。

0127

金ナノ粒子の加工:本発明では、8〜10nmの範囲の直径を有する金ナノ粒子の溶液を合成するために、Frens法[参照によりその全体が本明細書に組み込まれているFrens、G.、「Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold solutions.」Nature (London) Phys Sci.、1973年. 241:20〜22頁]を使用することができる。簡単に言うと、5.0×10−6モルのHAuCl4を脱イオン水19ml中に溶解して、かすか黄色がかった溶液を作るということである。この溶液を、45分間、ロータリーエバポレーター内で勢いよくかき混ぜながら加熱する。0.5%のクエン酸ナトリウム1mlを加えて、その溶液をさらに30分間かき混ぜる。溶液の色が、次第に、最初のかすかに黄色がかった色から透明色、灰色、紫色へと変化し、最終的にメルローワインに似た食欲をそそるワインレッドの色に変わった。使用されるクエン酸ナトリウムは、2つの機能に使用され、一方の機能は還元剤として作用し、もう一方の機能は金ナノ粒子上に吸着されて粒子を反発する表面電荷を導入し、ナノクラスタ形成を妨げるクエン酸塩の陰イオンを発生する。

0128

NaBH4または3−(N−モルホリノプロパンスルホン酸(MOPS)を還元剤として使用するウマ脾臓アポフェリチンHSAF)による安定化を伴う金ナノ粒子を合成するための他の方法が報告されている[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Lei Zhang、Joe Swift、Christopher A. Butts、Vijay YerubandiおよびIvan J. Dmochowski、「Structure and activity of apoferritinstabilized gold nanoparticles」、Journal of Inorganic Biochemistry、第101巻、1719〜1729頁、2007年]。かご形状タンパク質アポフェリチンの空洞内に亜硫酸金(Au2S)ナノ粒子を調製した。アポフェリチンは、直径7nmの空洞を有し、加工されたAu2Sナノ粒子の直径は、この空洞とほぼ同じサイズであり、サイズ分散は小さかった。[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Keiko Yoshizawa、Kenji Iwahori、Kenji SugimotoおよびIchiro Yamashita、「Fabrication of Gold Sulfide Nanoparticles Using the Protein Cage of Apoferritin」、Chemistry Letters、第35巻(2006年)、第10号、1192頁]。したがって、一実施形態では、PAまたはエネルギー変調作用物質PA化合物は、アポフェリチンシェルの中にカプセル封入される。

0129

固形物中の励起子
励起子は、多くの場合、固形物内の「準粒子」として定義される。半導体分子結晶、および共役有機材料などの固形物中では、好適な波長(X線、UV、および可視光線など)の光励起により、価電子帯から伝導帯へ電子を励起することができる。クーロン相互作用を通じて、この新しく形成された伝導電子は、価電子帯内で後に残される正電気を帯びた孔に引き寄せられる。その結果、電子と正孔一緒になって励起子と称される束縛状態を形成する。この中性合錯体は、ボース粒子−ボース=アインシュタイン統計に従う整数スピンを持つ粒子であり、ボース粒子気体の温度がある値以下に下がったときに、多数のボース粒子が単一量子状態に「凝縮する」−として振る舞うことができる「準粒子」であり、これがボース=アインシュタイン凝縮(BEC)であることに留意されたい。励起子生成は、固形物のX線励起に関わっている。ワイドバンドギャップ材料は、シンチレータおよびリン光体の加工の際にX線を紫外線/可視光線の光子に変換するために使用されることが多い[参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、Martin Nikl、「Scintillation detectors for x−rays」、Meas. Sci. Technol. 17(2006年) R37−R54]。励起子の理論は、材料研究において、また半導体および他の材料の加工および応用においても、よく知られている。

0130

初期変換時に、高エネルギーX線光子とシンチレータ材料の格子との多段階相互作用は、光電効果およびコンプトン散乱効果を通じて発生し、100keVの光子エネルギーより低いX線励起の場合には、光電効果が主要プロセスである。多数の励起子(つまり、電子−正孔対)が生成され、伝導帯(電子)と価電子帯(正孔)に熱的に分配される。この最初のプロセスは、1psより短い間に発生する。後続輸送プロセスにおいて、励起子は材料中を通って移動し、そこで、欠陥のところで繰り返し捕獲が生じ、ひいては非発光性再結合などによりエネルギーが失われる。最終段階である、ルミネッセンス発光は、ルミネッセンス発光中心における電子−正孔対の連続捕獲とその発光性再結合である。電子−正孔対は、欠陥のところで捕獲され、再結合して、ルミネッセンス発光を生じることができる。ルミネッセンス発光ドーパントも、励起子のためのトラップとして使用することができる。

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