論文まとめ36回目 Nature communication 2023/7/17
金ナノ粒子はがん腫瘍に薬を運びます！
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなNature communication です。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのかと認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
一口コメント
Contact-engineered reconfigurable two-dimensional Schottky junction field-effect transistor with low leakage currents
低リーク電流の接触工学的再構成可能2次元ショットキー接合電界効果トランジスタ
「2D素材を用いた再構成可能なショットキー接合電界効果トランジスタの開発とその低消費電力および再構成可能な特性。」
Versatile synthesis of metal-compound based mesoporous Janus nanoparticles
金属化合物をベースとするメソポーラス・ヤヌス・ナノ粒子の汎用的合成
「金属化合物を基にした新たなメソポーラス・ヤヌスナノ粒子の合成法を開発し、それにより多機能性と高い応用可能性を備えた新しいナノ材料を創出しました。」
Two-dimensional Kβ-Kα fluorescence spectrum by nonlinear resonant inelastic X-ray scattering
非線形共鳴非弾性X線散乱による2次元Kβ-Kα蛍光スペクトル
「非線形RIXSスキームを用いてKβ蛍光スペクトルの詳細な解析を可能にし、電子状態に対する新たな理解を得た」
Topological nodal line in superfluid 3He and the Anderson theorem
超流動3Heのトポロジカル結節線とアンダーソンの定理
「超流動3Heの極相のエネルギーギャップの温度依存性の測定により、Andersonの定理の適用可能性を実証しました。」
Revealing broken valley symmetry of quantum emitters in WSe2 with chiral nanocavities
キラルナノキャビティによるWSe2量子発光体の谷対称性の破れの解明
「カイラルプラズモニックナノキャビティとの相互作用により、WSe2単層の量子エミッターにおける谷間物理の影響を観察し、光子の偏光状態制御の可能性を開拓した。」
Engineering tumoral vascular leakiness with gold nanoparticles
金ナノ粒子による腫瘍血管漏出工学
「ゴールドナノ粒子による血管リーク性の制御：がん治療の新パラダイム。」
要約
低リーク電流の接触工学的再構成可能2次元ショットキー接合電界効果トランジスタ
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39705-w
この研究では、低消費電力で再構成可能な集積回路に対する有望な候補となる2次元(2D)素材を用いた再構成可能なショットキー接合電界効果トランジスタ(SJFET)の実現を報告しています。
a Schematic of global gated SJFET with symmetric drain (D) and source (S) contacts. b Schematic of ambipolar transport behavior and corresponding band structure diagram. Both n- and p-branch on-state currents are attributed to the tunneling current due to the barrier reduction and thinning. TE represents thermionic emission. DT represents directing tunneling. c Offset contact geometry enabling p-type and n-type transport behavior and the corresponding band structure diagram. d Suppression of leakage currents by utilizing WTe2 bottom contacts. The red and blue circles represent the hole and electron, respectively. The arrows represent the carrier injection. Vg and Vds are the gate voltage and drain–source voltage, respectively. Ids is the drain–source current. Vt is the threshold voltage.
①事前情報 :
2D素材に基づくトランジスタは、ゲート電圧スイープによりn型とp型の動作モード間で伝導機構が可逆的にスイッチングするドーパントフリーの極性制御を示します。しかし、この両極性の性質はSJFETを適切にスイッチングオフすることを難しくしています。
②行ったこと :
WSe2 SJFETを実装し、それにWTe2および多層グラフェン（MGr）接触をエピタキシャルに成長させ、単一のボトムゲートにより制御される両極性から単極性への極性変換を実現しました。
③検証方法 :
WSe2 SJFETの実装と検証には、WTe2接触とMGr接触の実装、ゲート電圧のスイープ、および実行時の再構成可能性の評価が含まれます。
④分かったこと :
WSe2 SJFETは、静電気ゲートにより可変するショットキー整流器として動作し、理想的な要素の~1.0と高い整流比を示しました。さらに、開放回路電圧と光応答性の符号が大幅にスイッチングされた再構成可能な光電変換性能を示しました。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
この研究のユニークな側面は、WSe2 SJFETが再構成可能な光電変換性能を持ち、n型とp型の間で適応的にスイッチングできる点です。
応用先
この研究は、低消費電力と高度に再構成可能な電子デバイスの開発に貢献できます。これには、光電変換ロジック回路などの潜在的なアプリケーションが含まれます。
金属化合物をベースとするメソポーラス・ヤヌス・ナノ粒子の汎用的合成
https://www.nature.com/articles/s41467-023-40017-2
本研究では、金属化合物を基にしたメソポーラス・ヤヌスナノ粒子（mJNPs）の効果的な合成方法を開発しました。水親性媒介の界面選択的集合戦略を使用して、一連の金属化合物を基にしたmJNPsが作成され、これらの粒子は異なる金属元素、高エントロピー複合体を含む複数の機能を持つことができます。
a Schematic illustration of the selective assembly of metal compound on the pristine sSiO2&rPMO template with spherical SiO2 (sSiO2) head and rod-shaped PMO (rPMO) tail. b, c TEM, d HAADF-STEM and EDS elemental mapping images of the obtained Ni-sSiO2&rPMO mJNPs with spherical Ni-rSiO2 head and rPMO tail. e N2 sorption isotherm and the corresponding pore size distribution of the obtained Ni-sSiO2&rPMO mJNPs. f TEM and g HRTEM images of the calcinated Ni-sSiO2&rPMO mJNPs. h XRD patterns of Ni-sSiO2&rPMO mJNPs before and after calcination. i Schematic illustration of the selective assembly of metal compound on the rod-shaped SiO2 (rSiO2) domain of pristine sPMO&rSiO2 templete (sPMO means spherical PMO). j–l TEM, HAADF-STEM and EDS elemental mapping images of sPMO&rSiO2-Ni mJNPs with spherical sPMO head and rSiO2-Ni tail. Source data are provided as a Source Data file.
①事前情報 :
ヤヌスナノ粒子（JNPs）は、その独自の非対称構造により、多機能性と潜在的な応用範囲を持つナノ材料です。しかし、従来の合成法では機能的に不活発なSiO2やポリマーを主成分とするJNPsが主流で、金属化合物を基にしたmJNPsの合成は困難とされてきました。
②行ったこと :
親水性SiO2と疎水性オルガノシリカからなる非対称SiO2&PMOナノ構造を用いた金属化合物の選択的な集合を利用してmJNPsを合成しました。
③検証方法 :
20種類以上の金属化合物を基にしたmJNPsの合成を行い、その結果を分析しました。また、シリカベースのmJNPsから始めて金属前駆体を親水性SiO2部分に選択的に集積させ、金属化合物を基にしたmJNPsを形成しました。
④分かったこと :
新たな方法を用いることで、単一から複数の金属元素、さらには高エントロピー複合体までを含む金属化合物基盤のmJNPsを合成することが可能になりました。
応用
この研究は、ケモダイナミックセラピー（CDT）に使用されるフェロセン基のmJNPsが例示されています。この粒子は、がん細胞内のグルコースを効果的に消耗し、同時にフェントン反応の触媒として作用するため、がん細胞の殺滅と腫瘍の制御に効果的です。
非線形共鳴非弾性X線散乱による2次元Kβ-Kα蛍光スペクトル
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39967-4
ノンリニア共鳴非弾性X線散乱（RIXS）スキームを利用して、1行目の遷移金属化合物のスピンと酸化状態の調査に役立つKβ蛍光スペクトルの解析を進めました。
a Schematic nonlinear RIXS process. The system is excited by sequential two-photon absorption including the inverse process of the Kβ fluorescence, and then decays by the Kα emission. Uninvolved orbitals and electrons are omitted for simplicity. b The pulse-energy dependence of the 8048 eV emission count rate at a pump photon energy of 8905 eV (circles). Vertical bars indicate the standard error of the mean. Solid line represents the best fit with a quadratic function without a linear or constant term. The coefficient of the quadratic term gives σ(2)RIXS . c Image plot of σ(2)RIXS . The pump photon energy covers the whole Kβ spectral range, while the emission photon energy does the main parts around the Kα1 and Kα2 peaks.
事前情報
Kβ蛍光スペクトルは電子状態に対して高い感受性を持つため、一行目の遷移金属化合物のスピンと酸化状態の調査に広く用いられています。しかし、複雑な電子構造は重複するスペクトル特徴をもたらし、異なる電子状態を代表する成分へのスペクトルの分解に曖昧性をもたらす可能性があります。
行ったこと
この問題を解決するために、我々は非線形RIXSスキームを導入し、2つのフォトン吸収を利用してKβ放出の逆過程を実現し、連続したKα放出を測定しました。
検証方法
非線形RIXSを利用して銅金属の2次元Kβ-Kα蛍光スペクトルを明らかにしました。これにより、スペクトル特性のより良い理解を可能にしました。
分かったこと
2Dスペクトルにおいて3d関連の衛星ピークを分離し、私たちの多重リガンド場計算と良好な一致を見つけました。
この研究の面白く独創的なところ
蛍光スペクトルを2次元に拡張することにより、強い主ピークに隠されていた3d関連の衛星ピークを解析しました。これは、従来のKβ蛍光スペクトルでは実現できなかったことです。
応用
電子状態に関するより詳細な情報を抽出し、それにより様々な物質の特性を理解し、新たな材料設計やエネルギー変換装置の開発に役立つことが期待されます。
超流動3Heのトポロジカル結節線とアンダーソンの定理
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39977-2
この研究では、超流動3Heの極相のエネルギーギャップの温度依存性を測定し、Andersonの定理が適用可能であることを実証しました。これは、量子物理学における「Cooper対」（超伝導性を示す電子対）が異常な形態でも、特定の条件下で摂動に対して頑強であることを示す重要な証拠です。
a The topology- and symmetry-protected Dirac nodal line in the spectrum of the Bogoliubov quasiparticles in the polar phase forms a circle in the pz = 0 plane, while the superfluid energy gap is axially symmetric with respect to z^ axis and reaches maxima at pz = ± pF with pF being the Fermi momentum. The Berry phase changes by π on a path around the nodal line, see Supplementary Note 1. b A cartoon illustrating the Anderson theorem: In systems with s-wave pairing and isotropic gap, a quasiparticle (silver ball) changes its momentum direction (blue arrows) on scattering events, but the effective gap the quasiparticle “sees” remains the same. Remarkably, similar picture applies in the p-wave polar phase if scattering preserves pz component of momentum. c In general unconventional superconductor with anisotropic gap, the Anderson theorem is not applicable and the gap is suppressed. d The phase diagram of superfluid 3He confined in nafen-243 nanomaterial is occupied by the polar phase, while the suppression of Tc compared to the transition Tcb in bulk (not confined) 3He is relatively small. The circles are our measurements and squares are from ref. 22. Lines are fit to the model of ref. 26, see the text for details. e Idealized model of the nanostructured confinement used to engineer the polar phase: A system of randomly distributed columnar defects of diameter d and spacing D, oriented along the z-axis and providing specular quasiparticle scattering, which conserves the z-component pz of the momentum. For such model, the Anderson theorem is extended to a spin-triplet p-wave superfluid—the polar phase24. f A microphotograph of the nafen-243 material used for 3He confinement in this work. For this material22 〈d〉 ≈ 9 nm and 〈D〉 ≈ 35 nm. Unlike the perfect model in panel (e), the real material has orientational disorder of the Al2O3 strands, which somewhat violates the Anderson theorem and results in the small suppression of Tc in the phase diagram. This imperfection is not under good control, and the Tc suppression is different for the two sets of data in panel (d), although the two samples have the same nominal density.
①事前情報：
超伝導体や超流動体の異常な対（例えば、高温超伝導体のd波や超流動3Heのp波）は、不純物により強く抑制されます。これは、Cooper対の堅牢性がアプリケーションにとって非常に重要である一方で、その頑強性を向上させるメカニズム（特にAndersonの定理の拡張）が積極的に研究されているためです。
②行ったこと：
私たちは超流動3Heの極相のエネルギーギャップの温度依存性を測定しました。この極相は、ほぼ平行な髪状の混合物で構成されており、エネルギーギャップは髪状物質と垂直な面にDiracノード線を持つとされています。
③検証方法：
実験では、温度がTc（臨界温度）の0.5以下のときのエネルギーギャップΔ(T)の温度依存性を測定しました。
④分かったこと：
結果として、Δ(0) − Δ(T) ∝ T3の関係が見られました。これはDiracノード線の特徴であることから、Andersonの定理が極相に適用可能であることが確認されました。
⑤この研究の面白く独創的なところ：
この研究では、超伝導性や超流動性が特定の条件下で摂動に対して頑強であるという、Andersonの定理の拡張が初めて実証されました。これは、未知の超伝導体や超流動体の特性を予測するための新たな手法を提供します。
応用
この研究の結果は、超伝導材料の設計やエネルギー変換装置の開発に寄与する可能性があります。特に、超伝導体の不純物に対する頑強性を向上させるための新たなアプローチが示されています。
キラルナノキャビティによるWSe2量子発光体の谷対称性の破れの解明
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39972-7
量子エミッターの谷間物理に基づく性質が、光子の偏光状態に影響を及ぼさないことを、WSe2単層の中性量子エミッターとカイラルプラズモニックナノキャビティの相互作用によって示した。
a The gray lines (8 shape) represent the emission of transitions |d↑(↓)⟩→|υK(K′)⟩ in a circular basis measurement at a large magnetic field, showing incomplete circularly polarized photon output in each channel. The x^ and y^ represents the displacement operators in the coordinate representation. b Schematic diagram of intervalley defect exciton in WSe2 and the manipulation of circular polarization output by chiral plasmon field. The black curves show the valleys of K and K′ shifted at a finite vertical magnetic field, where black arrows represent the spin. The hybridization of dark bands (black dashed curves) with defect levels (straight cyan lines) gives rise to electrons (pink arrows) independent of valley symmetry. The splitting of the defect level facilitates the hybridization of the lowest dark band and highest energy level due to the small energy difference and the same spin, which leads to the stronger low energy peak radiation of QE at a magnetic field. The wavy lines colored gray, red, and blue represent the bare QE emission and the emission when coupled with the left circularly polarized (LCP) and right circularly polarized (RCP) components of the chiral plasmon field respectively. c Schematic diagram of chiral plasmon resonance which includes LCP (red color) and RCP (blue color) components. d Illustration of a cavity-dependent polarized photon output for QEs in WSe2 with different chiral plasmon fields at a finite vertical magnetic field B. e The experimental (Exp.) results of the reflection spectra of plasmonic lattices, where the unit cell is formed by gold nanorods with a C3 symmetry with corresponding scanning electronic microscopy (SEM) images shown in the insets. Scale bar is 250 nm. When the nanorods stick together, strong plasmon resonance is clearly shown at 1.61 eV. The arrows indicate the resonance modes of plasmonic lattices, including gap plasmon resonance (GPR), chiral plasmon resonance (CPR), and nanorod plasmon resonance (NPR). f The corresponding simulated (Sim.) reflection spectra and distribution of electric field intensity E of GPR, CPR, and NPR. g The calculated optical chirality enhancement of CPR. The black arrow indicates the linear polarization direction of excitation light.
①事前情報：
二次元半導体中の量子エミッターは、量子光源としての可能性があります。しかし、これらのエミッターが谷間励起子と同様の谷間物理によって特性づけられるかどうかは未だ議論の余地があります。
②行ったこと：
WSe2単層内の中性量子エミッターにカイラルプラズモニックナノキャビティを適用し、光子の偏光状態が谷間物理ではなく、カイラルナノキャビティによって制御されることを示した。
③検証方法：
実験とキャビティ量子電磁力学の計算を組み合わせて、カイラルプラズモニックナノキャビティと相互作用する量子エミッターの異常な磁光学挙動を調査した。
④分かったこと：
量子エミッターの発する光子の偏光状態は、谷間依存の光選択規則ではなく、カイラルナノキャビティによって制御されます。つまり、これらのエミッターには本来の谷間偏光が存在しないことがわかりました。
⑤この研究の面白さと独創的なところ：
本研究は、一つの量子エミッターで実験的に谷間の保護が欠けていることを確認し、また光子の偏光状態が谷間物理ではなくカイラルナノキャビティによって調整可能であると示しました。
応用
この研究は、カイラル量子光学の未来の応用、特に単一のカイラル光子に基づく光スイッチやナノフォトニクスデバイスにおける間隔の欠陥励起子の方向性スピン出力の制御への道を開く可能性があります。
金ナノ粒子による腫瘍血管漏出工学
https://www.nature.com/articles/s41467-023-40015-4
この研究では、ゴールドナノ粒子を用いて腫瘍血管の透過性を操作し、抗がん剤が腫瘍組織に浸透するのを助ける新しい方法を開発しました。
a Representative transmission electron microscope (TEM) images depict different surface roughness of Au NPs with primary size 30 nm (Au30). High magnification particle image demarcated with dotted line. Images shown are representative of three independent experiments. b Immunofluorescence images show the formation of intercellular gaps (white arrowheads) on the monolayer endothelial cell barrier treated with Au NPs (1 × 109 particle/mL, 1 h). Scale bar: 50 µm. Nucleus (blue), F-actin (green) and VE-cadherin (red). c Number of gaps (n = 12; 4 IF images/group pooled from 3 independent biological replicates/group) and d gap size (n = 90; 30 gaps/group pooled from 3 independent biological replicates/group) observed within a certain area. The smaller and rougher the particle, the higher the tendency to induce larger sized gaps and higher gap numbers. The gap area can be used as a gating mechanism for differential access to differently sized entities. c, d Data presented in are mean ± SEM. One-way ANOVA, Tukey HSD post-hoc test, *significant against control, P < 0.05. e Increase in measured NanoEL index was detected with the increase of Au NPs surface roughness (1 × 109 particles/mL, 1 h). Data are mean ± SD, n = 3, One-way ANOVA, Tukey HSD post-hoc test, *significant compared to control, #significant compared to the smooth Au NPs (R0 group), P < 0.05. Source data are provided as a Source Data file.
事前情報
抗がん剤は血管を通じて腫瘍に到達し効果を発揮しますが、腫瘍の血管は不規則に漏れやすくなっているため、薬物の適切な浸透は困難です。また、全ての腫瘍がこの特性（EPR効果）を持っているわけではなく、それが治療のボトルネックになっています。
行ったこと
ゴールドナノ粒子を用いて腫瘍血管の「リーク性」を人為的に操作し、抗がん剤が腫瘍に浸透するのを助ける方法を開発しました。
検証方法
ゴールドナノ粒子を使ってリーク性を作り出し、生体内でのイメージングを用いてその効果を確認しました。また、プライマリー腫瘍とマイクロメタスターゼモデルの両方で、治療前にゴールドナノ粒子を使って血管の透過性を上げることで、抗がん剤の効果が向上することを確認しました。
分かったこと
ゴールドナノ粒子を用いて血管の透過性を操作することで、腫瘍への抗がん剤のアクセスを改善し、腫瘍の完全な退縮を達成できることが分かりました。
この研究の面白く独創的なところ
腫瘍自体の特性に依存せず、人間が腫瘍の血管のリーク性を制御できるという新たな可能性を示した点です。
応用
この研究は、がん治療の効果を大幅に向上させる可能性があります。特にEPR効果が乏しい腫瘍に対する治療効果の向上に期待できます。
最後に
本まとめは、フリーで公開されている範囲の情報のみで作成しております。また、理解が不十分な為、内容に不備がある場合もあります。その際は、リンクより本文をご確認することをお勧めいたします。