JP2018149389A - ｉｎ ｓｉｔｕフォトバイオモジュレーションのための非侵襲的エネルギーアップコンバージョン方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ウイルス、細胞、細胞内構造または細胞外構造などの標的構造が媒介するかまたはそうした標的構造と関連がある状態、障害または疾患を治療することを含めた、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための製品、組成物、システムおよび方法。【解決手段】これらの方法は、対象の標的構造付近に、表面の少なくとも一部分上に金属シェルを有するナノ粒子を置き、開始エネルギーを対象に適用することによって、ｉｎ ｓｉｔｕにおいて非侵襲性の様式で実施し、標的構造に対する作用または変化を、直接的にまたは調節剤を介して発生させることができる。ナノ粒子は、第１の波長λ１に曝露されると、第１の波長λ１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ２を発生させるように構成される。さらに、これらの方法は、ｉｎ ｓｉｔｕにおいて開始エネルギーを対象に適用することによって実施することもできる。【選択図】図１

Description

〈関連出願の相互参照〉
本出願は、２００７年１１月６日出願の米国特許出願第１１／９３５６５５号および２００８年３月３１日出願の米国特許出願第１２／０５９４８４号、２００９年２月２０日出願の米国特許出願第１２／３８９９４６号、２００９年４月３日出願の米国特許出願第１２／４１７７７９号、２０１０年３月１６日出願の米国特許出願第１２／７２５１０８号ならびに２００９年３月１８日出願の仮特許出願第６１／１６１３２８号および２００９年１１月１０日出願の第６１／２５９９４０号に関連し、これらそれぞれの内容全体は参照によって本明細書に組み込まれる。本出願は、２００９年４月２１日出願の仮特許出願第６１／１７１１５２号にさらに関連し、その優先権を主張し、このそれぞれの内容全体は参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、対象において障害または状態を治療するための方法およびシステムに関し、この方法およびシステムは、正常な健康細胞と、障害または状態に罹患しているそれらの細胞（以下「標的細胞」とする）のより優れた識別を提供し、好ましくは非侵襲的または低侵襲の技術においてエネルギーアップコンバージョンを使用して実施され得る。

現在、光（すなわち、可視からＸ線波長域の高周波からの電磁波照射）は多くの産業的、通信的、電子的および医薬的プロセスにおいて使用される。赤外線および可視領域の光は、通常、例えば材料を、黒体放射が起こるような極度の高温に加熱する（白熱灯などの）いずれかの電気エネルギー源から発生される。可視および紫外領域の光は、通常、ガス原子または分子の１つの電子状態から、発光を伴う遷移が起こる放電まで、ガスを加熱することによって発生される。さらに、材料中の電子／正孔が再結合し、発光が生じる、（発光ダイオードおよび半導体レーザーなどの）半導体ベースの光源も存在する。

紫外光源の開発に伴い、紫外線照射の産業的、化学的および医薬的目的の利用が増加している。通常、紫外光源はガス放電ランプを使用し、放射光線を紫外領域に発生する。次いで放射光線は場合によりフィルターにかけられ、非紫外周波数の全てではないが多くが除去される。紫外光はさらに、高エネルギー源、例えば、Ｘ線照射からこれらの蛍光体の励起により、半導体蛍光体においても発生され得る。

赤外線照射源の開発に伴い、赤外線照射の通信および情報伝達の目的の利用が増加している。通常、赤外光源は、グロウバー（ｇｌｏｗｂａｒ）と称される広域スペクトルの光源を使用し、赤外領域の中心に位置する広域スペクトルの光を発生する、または非常に特定の赤外波長を放射するレーザーを使用する。広帯域源のために、放射光線は場合によりフィルターにかけられ、非赤外周波数の全てではないが多くが除去される。

一般的に、光を１種の周波数域から別の周波数域に変換する装置、材料および能力を有することが望ましい。ダウンコンバージョンは、上記の蛍光体に使用されるような、高エネルギー光から低エネルギーへの変換の１つの方法であった。アップコンバージョンもまた、低エネルギー光が高エネルギー光へ変換されることが示されている。通常、このプロセスは、２つ以上の光子を使用してホスト媒体における励起された電子状態を促進し、順に、多光子吸収プロセスを促進した入射光のエネルギーより高いエネルギーを有する光の波長において照射する多光子吸収プロセスである。ダウンコンバージョンおよびアップコンバージョンは両方とも、過去に研究され、文書化されている。

実際、研究者らはフォトルミネセンスの現象を研究しており、フォトルミネセンスは、外部エネルギー源によって駆動または帯電された場合に発光する、蛍光体として知られる特定の固体の能力である。多くの周知の蛍光体は、高エネルギーの電子または光子によって誘発され、低エネルギーの光子を放出する。しかし、特定のエネルギー状態で長期間エネルギーを蓄えることができる、別の型の蛍光体も存在する。その後のこれらのエネルギー状態からの緩和は、より低いエネルギーの光子によって刺激され得る。これらのエネルギー状態からの緩和は、光子放出をもたらす。この現象の効果は、後の使用のために、捕獲された電子正孔対の形態でエネルギーが蓄えられることである。この現象を示す材料は、電子捕獲または電子捕獲蛍光体と称され、赤外線照明によって発光が活性化される材料は赤外蛍光体と呼ばれる。

近年、特定の赤外蛍光体が実際は高速で作用でき、パルス赤外光から可視領域（紫から赤）に変換できることが認識されている。この「アップコンバージョン」は、元の充電した照明灯を消費して起こり、実際に光学利得を示し得る。リン光は、新たに短期間の再充電が必要となる前に、数日ほどの間持続できることが観察されている。

〈フォトバイオモジュレーション〉
低出力レーザー治療（ＬＬＬＴ，ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ ｌａｓｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ）、コールドレーザー療法（ｃｏｌｄ ｌａｓｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ）およびレーザーバイオスティムレーション（ｌａｓｅｒ ｂｉｏｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）としてもまた公知であるフォトバイオモジュレーションは、新生の医学および獣医学の技術であり、これらの方法において、低レベルのレーザー光に曝露することによって、細胞機能を刺激または阻害し、有利な臨床効果をもたらすことができる。波長、強度、期間および治療間隔の「最良」の組合せは複雑であり、様々な治療パラメーターおよび技術を必要とする様々な疾患、損傷および機能不全においては時として意見の分かれるところである。

（レーザー、ＬＥＤまたは別の単色源によって送達される）特定の強度における光の特定の波長は、例えば、組織の再生を助け、炎症を消散し、痛みを緩和し、免疫系を高める。正確な機序は未だ探索および議論されているが、この機序が熱関連ではなく、光化学関連であるということは意見が一致している。観察された生物学的および生理学的効果は、細胞膜の浸透性の変化およびアデノシン三リン酸および一酸化窒素の上方制御および下方制御を含む。

全ての光誘導性生物学的効果は、照射のパラメーター（波長、線量、強度、照射時間、標的細胞の深さおよび連続波モードまたはパルスモード、パルスパラメーター）に依存する（例えば、非特許文献１を参照されたい）。レーザーの平均出力は、通常１〜５００ｍＷの範囲であり、一部の高ピーク出力、短パルス幅デバイスは、１〜１００Ｗの範囲であり、通常２００ｎｓのパルス幅である。その場合の平均ビーム放射照度は通常１０ｍＷ／ｃｍ^２〜５Ｗ／ｃｍ^２である。波長は通常、６００〜１０００ｎｍの範囲である。赤色から近赤外（ＮｌＲ）領域が、フォトバイオモジュレーションにとって好ましい。他の波長、例えば、ニューロンに対してＵＶ光、前立腺組織に対して緑色光も使用することができる。６２０、６８０、７６０および８２０〜８３０ｎｍにおける照射の場合、最も高い生物学的反応が起こっている（非特許文献２）。組織の大きな体積および比較的深い層は、レーザーのみで照射を成功させることができる（例えば、内耳および中耳の疾患、損傷した坐骨（ｓｉａｔｉｃ）神経または視神経、炎症）。ＬＥＤは表面の損傷の照射に使用される。

光受容体（ｐｈｏｔｏａｃｃｅｐｔｏｒ）は、照射に使用される光を最初に吸収しなければならない。電子励起状態に上がった後、これらの状態からの一次分子プロセスは、細胞レベルで（二次生化学反応または光シグナル伝達カスケードまたは細胞シグナル伝達を介して）測定可能な生物学的効果をもたらし得る。赤色から近赤外領域における真核細胞のための光受容体は、細胞ミトコンドリア中にある呼吸鎖チトクロムｃオキシダーゼの終末酵素であると考えられている。紫色から青色スペクトル領域において、フラボプロテイン（例えば呼吸鎖の始端におけるＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ）もまた光受容体の１つである。

フォトバイオモジュレーションの臨床用途は、例えば、軟組織および骨の損傷、慢性の疼痛の治療、創傷治癒および神経と感覚の再生／回復、ならびに場合によりさらにウイルス感染および細菌感染の解決、神経疾患および精神疾患（例えば、てんかんおよびパーキンソン病）の治療もまた含む（例えば、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６）。大きな有望性を示す１つの臨床用途は炎症の治療であり、位置および線量特異的なレーザー照射の抗炎症作用はＮＳＡＩＤと同様の結果を生じるが、有害な副作用の可能性がない（非特許文献７）。

ＮＩＲ光治療は、培養神経（脳）細胞における細胞死（アポトーシス）を防止することができる（非特許文献８）。光の特定の波長は、細胞増殖を促進し、チトクロムｃオキシダーゼを介して、細胞内のエネルギー産生細胞小器官であるミトコンドリアを活性化することができる。ＮＩＲ治療は、ミトコンドリア機能を高め、抗酸化保護経路を刺激することができる。ＮＩＲ治療がミトコンドリア機能を高め、抗酸化保護経路を刺激することができる証拠は、パーキンソン病（ＰＤ）の実験室モデル（ヒトドーパミン作動性ニューロン細胞の培養物）を使用して実施されたフォトバイオモジュレーション実験に由来する（非特許文献９）。

光は、赤潮鞭毛藻のシャトネラ・アンティーク（Ｃｈａｔｔｏｎｅｌｌａ ａｎｔｉｑｕｅ）において細胞の成長および分裂に関して誘導効果および阻害効果の両方を有することがさらに示されている（非特許文献１０）。

興奮細胞（例えば、ニューロン、心筋細胞）が、単色可視光を照射される場合、光受容体もまた呼吸鎖の成分であると考えられている。このことは、照射が、ミトコンドリアにおける吸収を介して非色素（ｎｏｎｐｉｇｍｅｎｔａｌ）興奮細胞において生理的および形態学的変化を引き起こすことができるという実験データ（非特許文献１１）から明らかである。後に、同様の照射実験が、低出力レーザー治療に関連してニューロンを用いて実施された。Ｈｅ−Ｎｅレーザー照射が神経の発火パターンを変化させることが８０年代に示され、さらに、ＨｅＮｅレーザーの経皮照射が、行動反射の末梢刺激の効果を模倣したことも発見された。これらの発見は、疼痛治療に関連して発見された（非特許文献１）。

光受容体が光子を吸収するとき、より低い励起状態（第１の一重項および三重項）から起こる電子励起、その後に光化学反応が続いて起こる。吸収中心の電子励起は、それらの酸化還元特性を変化させることも知られている。これまでに、５つの１次反応が文献において議論されている（非特許文献１）。そのうちの２つは、酸化還元特性の変化に関連し、２つの機序は活性酸素種（ＲＯＥ，ｒｅａｃｔｉｖｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ）の発生を伴う。また、吸収発色団の局所的な一過性の（非常に短時間）加熱の誘導も可能である。これらの機序の詳細は、非特許文献１、非特許文献２に見い出すことができる。

呼吸鎖の活性化を介した光生物学的作用は、細胞において起こる一般的な機序であると考えられている。この種の細胞代謝活性化の極めて重大な事象は、細胞の酸化還元電位のより酸化された方向へのシフトおよびＡＴＰの追加合成（ｅｘｔｒａｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）によって起こっている。照射に対する感受性および活性化能力は、照射された細胞の生理学的状態に依存し、全酸化還元電位がより還元された状態にシフトした細胞（例：一部の病的状態）は、照射に対してより感受性である。最終の光生物学的反応の特異性は、呼吸鎖における一次反応のレベルにおいて決定されるわけではなく、細胞シグナル伝達カスケード時の転写レベルにおいて決定される。一部の細胞においては、細胞代謝の部分的活性化だけが、この機序によって起こる（例：リンパ球の酸化還元プライミング）。

遠赤色およびＮＩＲの照射は、例えば、感染した創傷、虚血した創傷および低酸素創傷の創傷治癒を促進することが示されている（非特許文献８）。赤色からＮＩＲの放射線はさらに、メタノール毒性のげっ歯類モデルにおいてメタノール由来ギ酸の毒性作用から網膜を保護し、ミトコンドリアの機能不全が役割を果たすと想定されている、網膜損傷および他の眼疾患からの回復を増強できる（非特許文献１２）。フォトバイオモジュレーションの別の臨床用途は、ＩＲレーザー照射による軟組織および骨組織の修復である（非特許文献１３）。侵襲的レーザーに支援された脂肪吸引術は最近開発された方法であり、レーザーファイバーを、チューブを介して皮膚内および直接脂肪細胞に導入し、細胞を破裂させ、液体として排出させる（非特許文献１４）。この範囲の周辺組織は凝固する。フォトバイオモジュレーションのさらに別の用途は、非外科的静脈瘤治療（静脈内レーザー療法）であり、この方法において、レーザーは、切開部および静脈瘤全長に通される（非特許文献１５）。レーザーがゆっくりと引き抜かれるとき、熱が静脈壁に当てられ、静脈を永遠に閉鎖し、消失させる。

レーザーなどの技術的進歩により、前立腺肥大の外科的治療が再定義された。緑色光レーザーは、前立腺肥大組織を蒸発させ、除去するレーザーである（非特許文献１６）。レーザー光の色（緑色）の重要性は、これが、赤血球中に含有されるヘモグロビンによって吸収されるが、水によっては吸収されないようにすることである。この手順は、レーザー前立腺切除またはレーザー経尿道的前立腺切除術（ＴＵＲＰ，ｔｒａｎｓｕｒｅｔｈｒａｌ ｒｅｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｓｔａｔｅ）としても公知であり得る。この技術は前立腺の被膜に達するまでレーザーを用いて前立腺肥大をペイントするステップを要する。前立腺のこの部分を折り除くことによって、患者は前立腺中の広く開いた導管を通してより簡単に排尿できる。この手順は、全身麻酔または脊椎麻酔の下で実施される必要がある。この手順の有利性は、従来の外科手術と比較して出血が少ないので、抗凝血剤（例えば、脳卒中の予防用アスピリン）を服用している患者でも治療できることである。

さらに、フォトバイオモジュレーションの用途の別の領域は、光を用いた脳細胞活動の直接調節である。この技術は、ＮＩＲ分光法に基づき、機能的磁気共鳴画像法およびポジトロン放出断層撮影などの他の方法より使用がより簡単であり、安価である。

脳の一領域が活性化されるときはいつでも、脳のその部分はより多くの酸素を使用する。この技術は、脳における血流および酸素消費量を測定することによって機能する。ＮＩＲレーザーダイオードによって放射された光は、光ファイバーを通して人の頭部にもたらされる。この光は頭蓋骨に浸透し、そこでこの光は脳の酸素レベルおよび血液量を評価する。次いで散乱光は光ファイバーによって収集され、検出器に送られ、コンピューターによって分析される。どのくらいの量の光が散乱され、どのくらいの量の光が吸収されるかを調べることによって、脳の部分および脳の活動についての抽出された情報をマッピングすることができる。散乱を測定することによって、ニューロンが発火する場所を決定する。このことは、科学者が血液の豊富さと神経活動の両方を同時に検出できることを意味する。この技術は、多くの診断用途、予後予測用途および臨床用途において使用することができる。例えば、小児における血種の発見、睡眠時無呼吸の間の血流の研究および（ＭＲＩを用いて行うには実用的でないと思われる）毎日またはさらには毎時の、回復期の脳卒中患者のモニタリングに使用することができる。この技術の正当性を立証するために、脳研究における現在の「至適基準（ｇｏｌｄ ｓｔａｎｄａｒｄ）」である、ＮＩＲ分光法および機能的ＭＲＩによって同時に得られた、脳におけるヘモグロビンの酸素濃度が比較された。両方の方法が、指の動作および休止による刺激の周期的な連続の間の脳の運動皮質の機能マップの作成に使用された。指の動きに関連する運動皮質におけるヘモグロビンシグナルおよびＭＲＩシグナルとの間の空間的一致が実証された。研究者らは、ヘモグロビン酸素レベルと脳の活動による散乱の変化との間のコロケーションもまた実証した。速いニューロンシグナルに関連する散乱の変化は、正確に同じ位置に由来した。

低強度レーザー光−酸素癌療法は、フォトバイオモジュレーションの別の用途である。光−酸素効果（ＬＯＥ，ｌｉｇｈｔ−ｏｘｙｇｅｎ ｅｆｆｅｃｔ）は、光力学作用と同様に、生物系に溶解された分子状酸素が一重項状態に変換されるような直接光励起による、すなわち、細胞内に溶解されたＯ_２由来の分子状一重項酸素の光発生による、低光学線量の光放射線による生物系の活性化または生物系に対する損傷を伴う（非特許文献１７）。Ｈｅ−Ｎｅレーザー放射線は、光増感剤の存在下または不在下で腫瘍細胞を破壊することが示された。ＬＯＥは、少量の光学線量によって活性化することができ、光力学作用（ＰＤＥ，ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）の形態のよく知られた類似作用と比較した場合に見出される光学線量より４〜５桁低い。

〈「ケージド（ｃａｇｅｄ）」分子および光感受性タンパク質を使用するフォトバイオスティムレーション〉
この種のフォトバイオモジュレーション法は、２つの一般的なカテゴリーに分類され、１組の方法は、光を使用し、その後生化学的に活性になり、下流のエフェクターに結合する化合物をケージから解放する。例えば、この方法は、「ケージド」化学物質を試料に適用し、その後、ケージを開くために光を使用し、反応を引き起こすステップを含む。アンケージド（ｕｎｃａｇｅｄ）グルタミン酸塩は、別のニューロンに影響を与えている１つのニューロンの天然のシナプス活性を模倣するので、改変グルタミン酸塩は、ニューロン間の興奮性連結を見出すために有用である。この方法は、ニューロン機能の解明および例えば２光子グルタミンアンケージングを使用する、脳切片における画像化に使用される（非特許文献１８、非特許文献１９）。他のシグナル伝達分子、例えば、ＧＡＢＡ、二次メッセンジャー（例えば、Ｃａ^２＋およびＭｇ^２＋）、カルバコール、カプサイシンおよびＡＴＰは、ＵＶ光刺激によって放出され得る（非特許文献２２）。

他の主要なフォトスティムレーション法は、ロドプシン（ＣｈＲ２）などの光感受性タンパク質を活性化するための光の使用であり、次いでこれはオプシンを発現する細胞を励起できる。

光センサーおよび陽イオンチャネルを含有するモノリシックタンパク質であるチャネルロドプシン−２が、適切な速度および大きさの電気刺激を提供し、神経細胞のスパイク発火を活性化することが示されている。近年、光を用いた神経活動の阻害である光阻害が、光活性化クロライドポンプハロロドプシンなどの分子を神経調節に適用することによって、実現可能になった。あわせて、青色光により活性化されたチャネルロドプシン−２および黄色光により活性化されたクロライドポンプハロロドプシンは、多色の光学活性化および神経活動のサイレンシングを可能にする。

ＣｈＲ２フォトスティムレーションは、ニューロンに対するＣｈＲ２の遺伝的標的化およびＣｈＲ２タンパク質を発現するニューロンの光パルシングを伴う。この実験は、光ファイバーを使用して光を外側視床下部に送達する、ｉｎ ｖｉｖｏの深部脳フォトスティムレーションによって、マウスにおいてｉｎ ｖｉｔｒｏおよびｉｎ ｖｉｖｏで実施された（非特許文献２０）。ＣｈＲ２の遺伝的標的化は、規定された細胞サブセットの排他的刺激を可能にし、ケージドグルタミン酸塩を添加する必要が回避され、ｉｎ ｖｉｖｏのフォトスティムレーションを容易にする（非特許文献２１）。ＣｈＲ２フォトスティムレーションは、視覚障害を有するマウスにおいて視覚活動を回復させるため、虫およびハエにおいて行動反応を呼び起こすために使用された（非特許文献２１）。マウスにおけるＣｈＲ２に支援されたフォトスティムレーションによって誘導された頑強な連合学習は、ｉｎ ｖｉｖｏの知覚および認識の基礎となる回路を研究するための門戸を開放する（非特許文献２４）。この種の神経細胞の標的化および刺激は、行動特性、知覚特性および認識特性を調節する臨床用途、例えばパーキンソン病および他の障害を治療するための脳深部刺激、ならびに脳がどのように機能するかを画像化し、研究するための用途が可能である（非特許文献２２、非特許文献８）。

古細菌と呼ばれる微生物から取り入れられる別の遺伝子である、クロライドポンプ（ＮｐＨＲ）は、黄色光の存在下で活性の低いニューロンを作ることができる。あわせると、２つの遺伝子ＣｈＲ２およびＮｐＨＲは、ドライバーが交通信号で、青色が「進め」（信号を発しなさい）、黄色が「止まれ」（発してはならない）を意味することに従うように、ここでニューロンを光のパルスに従わせることができる。

光感受性タンパク質は、エレクトロポレーション、ＤＮＡマイクロインジェクション、ウイルス送達、リポソームトランスフェクションおよびリン酸−カルシウム沈殿を含む多くの技術を介して、細胞または生きた対象に導入することができる。

第３のフォトスティムレーション技術は、光応答性をもたらすためのイオンチャネルおよび受容体の化学的改変である。細胞におけるいくつかの最も基本的なシグナル伝達機序は、Ｃａ^２＋イオンの放出および取込みを伴う。Ｃａ^２＋は、受精、分化、増殖、アポトーシス、シナプス可塑性、記憶力および軸索の発達の調節に関与する。Ｃａ^２＋波は、ＵＶ照射（単一光子吸収）およびＮＩＲ照射（２光子吸収）によって、ケージドＣａ^２＋、細胞外プリン作動性メッセンジャーＩｎｓＰ３（非特許文献２３）またはイオンチャネルリガンド（非特許文献２２）を放出することによって誘導できることが示されている。

光を用いて脳細胞活動を直接調節することは、神経回路を試験するための新規な手段であり、いくつかの障害のための療法をもたらすことができる。この達成は、ミリ秒の時間スケールで神経回路の動態をマッピングし、これらの動態の機能障害が重症の精神症状の根底にあるかどうかを見るという目的に向けたステップである。様々なニューロンが有する効果を知ることは、研究者が、健康な脳回路および不健康な脳回路の機能を理解するのに最終的に役立ち得る。この技術の使用により、特定の種類のニューロンにおける活性の変化が症状の根底にあることを示すことができる場合、例えば、この洞察により、それらのニューロンを修復するための標的遺伝子治療または標的薬剤治療の開発が可能になるであろう。考えられるところでは、光を用いた神経細胞活動の直接調節は、いつの日かそれ自体が療法になり得る。

生きている生物において、科学者らは、虫のＣ・エレガンス（Ｃ．ｅｌｅｇａｎｓ）の遺伝子改変された運動ニューロンが、顕微鏡を通して強化された黄色光のパルスに曝露されている間、それらが泳ぐことを停止させることができた。いくつかの実験において、青色光への曝露によって、この虫を、落ち着いていながら移動していない様式で小刻みに動くことをさせた。光を消した場合、この虫はそれらの正常な挙動を再開した。

その一方で、マウスから抽出した、生きている脳組織での実験において、研究者らは、この技術を使用し、ニューロンが自然にするように、ニューロンにミリ秒の時間スケールでシグナル伝達またはシグナル停止を引き起こすことができた。他の実験は、細胞が、光への曝露により病的影響をわずらっていないと思われることを示した。細胞は、一度曝露が終了したら、それらの正常な機能を再開した。

光学的ニューロン調節の最も直接的な用途は、神経回路を試験し、不健康なニューロンが機能しない理由および健康なニューロンがどのように機能するかを決定することである。

例えば、パーキンソン病を有する患者において、研究者らは、細胞の電気的「脳深部刺激」が患者を助けることができることを示したが、彼らはその理由を正確に理解していない。研究者らが脳において様々なニューロンを選択的に刺激または抑制可能にすることによって、光刺激技術はどの特定のニューロンが脳深部刺激から利益を得るかの決定において役立ち得る。そのことは、いくつかの望ましくない副作用を有する電気的治療を、より的を絞ったものにできる。

別の用途の可能性は、神経伝達のシミュレーションを試験することである。ニューロンは、バイナリーコンピューターコードの０と１のように、時にオンおよび時にオフのシグナルパターンを発生することによって伝達するので、これらのパターンにおける青色光と黄色光との点滅は、実際の神経の指示に対応するメッセージをニューロンに放出させる。将来において、このことは、研究者による洗練されたニューロン挙動の試験および調整を可能にできるであろう。はるかに遠い将来、運動指示などの神経シグナルを人工的に刺激する能力は、医師に損傷した脊柱における閉塞を克服させ、おそらく麻痺した患者の肢にいくつかの機能を回復させ得る。

最終的に、この技術は、健康な脳の大部分の未知の機能を引き出すことにおいて有用であり得る。

〈ＬＬＬＴ、コールドレーザー療法およびレーザーバイオスティムレーションに伴う問題〉
バイオスティムレーションに使用される現在のレーザーシステムは、外科的侵襲を伴わずに厚い組織内の深い領域においてフォトバイオモジュレーションの実施ができない。フォトバイオモジュレーションおよびフォトバイオスティムレーションに使用されるＵＶおよび赤色〜ＮＩＲ放射線の浸透は、皮膚表面の下方数センチを超えることはないので、レーザー療法は、大部分が標的細胞および組織の表面または表面近くにおいて実施される。さらに、脳細胞の画像化および刺激は、脳の薄片または細胞の薄い単層または懸濁液において主に可能である。より深い組織のｉｎ ｓｉｔｕレーザー療法のために、対象は様々な侵襲的外科手順、例えば、切開部を介した脂肪層または静脈へのファイバーの侵襲的挿入、深部組織中への放射線源の移植、またはバレル皮質の上部へのグラスウインドウ（ｇｌａｓｓ ｗｉｎｄｏｗ）の移植を受ける（非特許文献２４）。フォトバイオモジュレーションの既存の方法に関連する別の問題は、正常細胞と標的細胞との識別にあることがさらによく認識されている。

〈光線療法の従来の方法〉
体外光化学療法（ＥＣＰ，ｅｘｔｒａｃｏｒｐｏｒｅａｌ ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ）としても知られる“フォトフェレーシス”は、自家血液の取り出しおよび白血球部分を収集し、光増感薬剤を用いて体外的に処置し、紫外Ａ光を照射した後の自家血液の再注輸を伴う。患者の体内へ再注輸した場合、光活性化薬剤に結合したリンパ球はワクチンのように作用し、血液中を循環する任意の類似のＴ細胞を破壊するように免疫系の注意を喚起する。フォトフェレーシスは、細胞増殖障害の治療に使用され成功してきた。例示的細胞増殖障害は、限定するものではないが、癌、細菌感染症、臓器移植の免疫拒絶反応、固形腫瘍、ウイルス感染症、自己免疫障害（関節炎、紅斑性狼瘡、炎症性腸疾患、シェーグレン症候群、多発性硬化症など）またはそれらの組合せ、ならびに再生不良性貧血などの、健康細胞と比較して細胞増殖が低い不良性病態を含み得る。これらの中で、おそらく癌が最も周知である。

フォトフェレーシスは、１９８８年にＦＤＡに最初に承認されて以来、優れた結果が観察されている。フォトフェレーシスは、難治性皮膚Ｔ細胞リンパ腫の治療用に現在承認されている。

体外フォトフェレーシスは、米国食品医薬品局（Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｄｒｕｇ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）により皮膚Ｔ細胞リンパ腫（ＣＴＣＬ，ｃａｎａｎｅｏｕｓ Ｔ−ｃｅｌｌ ｌｙｍｐｈｏｍａ）の治療向けに承認された、白血球除去輸血に基づく免疫調節療法である。体外光化学療法としても知られるＥＣＰは、多数の適応症のために世界中で１５０を超えるセンターにおいて実施されている。ＥＣＰによる疾患の寛解およびＣＴＣＬ患者の生存の改善を示す長期追跡データが、多数の調査者から利用可能である。ＣＴＣＬに加えて、ＥＣＰは、慢性移植片対宿主病（ＧＶＨＤ，ｇｒａｆｔ ｖｅｒｓｕｓ ｈｏｓｔ ｄｉｓｅａｓｅ）および固形臓器移植拒絶を含む、他のＴ細胞媒介障害の治療において有効性を有することが示されている。全身性硬化症および関節リウマチなどの自己免疫疾患の治療のためのＥＣＰの使用もまた探索されている。

ＥＣＰは一般的に、Ｔｈｅｒａｋｏｓ社（ペンシルバニア州エクストン）により開発されたＵＶＡＲ ＸＴＳフォトフェレーシスシステムを使用して実施される。このプロセスは、１つの静脈内アクセスポートを介して実施され、３つの基本段階：（１）白血球除去輸血、（２）光活性化および（３）再注輸を有し、完了までに３〜４時間かかる。通常の治療セッションは以下の順序の事象に類似する：
（１）１つの１６ゲージの末梢静脈内ラインまたは中心静脈アクセスを、患者に確立する；
（２）患者のヘマトクリット値および体の大きさに依存して、血液（２２５ｍＬ）を３サイクルの白血球除去輸血に通過させる、または１２５ｍＬの血液を６サイクル通過させる。各白血球除去輸血サイクルの終了において、赤血球および血漿を患者に戻す；
（３）収集した（およそ５％の抹消血単核細胞を含む）ＷＢＣをヘパリン、生理食塩水および８−メトキシソラレン（８−ＭＯＰ）と混合し、８−メトキシソラレン（８−ＭＯＰ）はＵＶＡ光に曝露されるとリンパ球のＤＮＡ内にインターカレートし、ＵＶＡ放射線に曝露した際にそれらがよりアポトーシスしやすくする；
（４）この混合物を１ｍｍのフィルムとして、ＵＶＡ電球に囲まれた滅菌カセットを通過させ、平均２Ｊ／ｃｍ^２のＵＶＡ曝露をもたらす；
（５）処置したＷＢＣ混合物を患者にもどす。

過去２０年にわたって、進行中の調査はＥＣＰの作用機序を探索している。８−ＭＯＰおよびＵＶＡ放射線の組合せは、処置したＴ細胞のアポトーシスを引き起こし、活性化されたＴ細胞または異常なＴ細胞の優先的アポトーシスを引き起こすことができ、したがって、ＣＴＣＬまたはＧＶＨＤの病原性細胞を標的化する。しかし、体のリンパ球のわずかな割合だけが処置されたことを考慮すると、このことが唯一の作用機序であるとは思われない。

他の証拠は、ＥＣＰがさらに、単核細胞を、アポトーシスＴ細胞抗原を貪食および処理できる樹状細胞への分化に誘導することを示唆する。これらの活性化樹状細胞を体循環に再注輸した場合、それらは、処理されたアポトーシスＴ細胞抗原に対する全身性細胞毒性ＣＤ８^＋Ｔ−リンパ球媒介免疫応答を引き起こし得る。

最終的に、動物研究は、フォトフェレーシスが抗原特異的制御Ｔ細胞を誘導でき、抗原特異的制御Ｔ細胞は、同種移植片拒絶またはＧＶＨＤの抑制をもたらし得ることを示す。

しかし、ＥＣＰには多くの制限が依然としてある。例えば、ＥＣＰは、治療のたびに患者が機器に数時間連結されることが必要である。ＥＣＰは、確立された末梢静脈内ラインまたは中心静脈アクセスを必要とし、これらは、全身性硬化症または関節炎などの特定の疾患状態においては実施が困難であり得る。静脈もしくは中心ライン部位または中心ラインカテーテルにおける感染症の危険性もある。さらにＥＣＰは、患者から通常数百ミリリットルの全血の取り出しを必要とし、したがってこの治療は、採取されるための十分に多量の初期容量の血液を有する患者に限られる。米国血液銀行協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｂａｎｋｓ）は、体外容量の限度は患者の全身血液容量の１５％までを推奨している。したがって、治療できる容量サイズは、一般的に少なくとも４０ｋｇ以上でなければならない。汚染されたオペレーティングシステムに曝露されたことによる、血液由来病原体（肝炎、ＨＩＶなど）にかかる危険性もまた懸念される。

または、患者を、感光性物質を用いてｉｎ ｖｉｖｏ処置し、その後患者から試料を抜き出し、ｉｎ ｖｉｔｒｏ （ｅｘ ｖｉｖｏ）でＵＶ放射線を用いて処置し、処置した試料を患者に再注入することもできる。この方法は、自家ワクチンの作製で知られている。感光性物質を用いて患者を治療し、患者をエネルギー源に曝露し、自家ワクチン効果を発生させる、これら全てのステップがｉｎ ｖｉｖｏで実施される方法は記載されていない。特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８を参照されたい。さらに、体外フォトフェレーシスの副作用は周知であり、吐き気、嘔吐、皮膚紅斑、日光に対する過敏性および続発性悪性血液疾患を含む。研究者らは、心臓、肺および腎臓の同種移植拒絶、自己免疫疾患ならびに潰瘍性大腸炎を有する患者に対して、実験的治療におけるフォトフェレーシスの使用を試みている。

光線療法は、比較的新しい光に基づく治療であり、早期および後期肺癌の両方の治療向けに、米国食品医薬品局（ＦＤＡ）によって最近承認された。組織の深部で発生した腫瘍のために、ＮＩＲ領域に吸光度を有する第２世代増感剤、例えば、ポルフィリンに基づくシステム（非特許文献２５）、塩素、フタロシアニン、およびナフタロシアニンなどが調査された。

光線療法には主に２つの反応がある。
（１）Ｉ型の反応は電子および水素原子を含み、これらは、光活性分子（光増感剤とも呼ばれる）と基質または溶媒分子との間で移動される。酸素は後続の反応に関与し得る：例えば、フォトフェレーシスおよびＰＵＶＡにおけるソラレン。
（２）ＩＩ型の反応は、最低三重項状態におけるＰＡ分子から基底状態における酸素へのエネルギー移行による一重項酸素形成を含む：例えば、光力学療法（ＰＤＴ，ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｒａｐｙ）。

光力学療法（ＰＤＴ）は、細胞を殺すために光増感物質およびレーザー光を使用する治療モダリティーである。ＰＤＴは比較的新しい光に基づく治療であり、早期および後期肺癌の両方の治療向けに、米国食品医薬品局（ＦＤＡ）によって最近承認された。他の国々も同様に様々な癌の治療向けにＰＤＴを承認した。化学療法、放射線、および手術と異なり、ＰＤＴは、小細胞癌、非小細胞癌にかかわらず、全ての細胞型の治療に有用である。ＰＤＴは、組織を破壊または改変するために、ｉｎ ｖｉｖｏでの光力学作用によって、特別な光活性クラスの薬物に対する光作用を使用して、癌などの疾患を治療することを含む（非特許文献２６）。様々な癌を治療するために最初に開発されたＰＤＴは、前癌性病態、例えば、光線性角化症、バレット食道における高度異形成および非癌病態、例えば様々な眼疾患、例えば加齢黄斑変性症（ＡＭＤ，ａｇｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｍａｃｕｌａｒ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）の治療を含むまでに現在使用されている。光力学療法（ＰＤＴ）は、様々な癌（肺、食道）およびＡＭＤの両方のために、世界中で商業化を承認されている。

ＰＤＴプロセスは３つの要素：（１）ＰＡ薬（すなわち、光増感剤）、（２）光増感剤を励起することができる光、および（３）内因性酸素を必要とする。推定上の細胞毒性薬は、以下のようなＩＩ型の光化学プロセスに従って形成される基底状態の三重項酸素の電子励起状態である、一重項酸素である。
ＰＡ＋ｈν→^１ＰＡ＊（Ｓ） 励起
^１ＰＡ＊（Ｓ）→^３ＰＡ＊（Ｔ） 一重項から三重項状態についての系間交差
^３ＰＡ＊（Ｔ）＋Ｏ_２→^１Ｏ＊_２＋ＰＡ 薬剤から一重項酸素へのエネルギー移行
式中、ＰＡ＝基底状態での光活性薬剤； ^１ＰＡ＊（Ｓ）＝励起一重項状態； ^３ＰＡ＊（Ｔ）＝励起三重項状態； ^１Ｏ＊_２＝酸素の一重項励起状態。

三重項状態は比較的長い寿命（μ秒〜数秒）を有するので、励起三重項状態への効率的な系間交差を起こす光増感剤のみが、一重項酸素を生成するために、酸素と衝突するのに十分な時間を有する。基底状態と一重項酸素の間のエネルギー差は９４．２ｋＪ／ｍｏｌであり、略１２７０ｎｍの近赤外における遷移に対応する。臨床使用における大部分のＰＡ光増感剤は、４０〜６０％の範囲の三重項量子収率を有し、一重項酸素収率はわずかに低い。競合プロセスには、蛍光による基底状態への失活によるエネルギーの損失、または内部変換（環境もしくは周囲媒質へのエネルギーの損失）が含まれる。

しかし、高収率の一重項酸素が望ましいが、これは、光増感剤が臨床的に有用であるために決して十分ではない。薬物動態、薬力学、ｉｎ ｖｉｖｏの安定性、および許容可能な毒性も同様に極めて重要な役割を果たす（非特許文献２７）。例えば、同様に必然的に励起光に曝露される正常な組織と比べて、腫瘍または治療される他の組織において相対的に選択的な取込みを有することが望ましい。特定の細胞小器官は、他の細胞小器官（例えば、ミトコンドリア）よりＰＤＴ損傷に対してより感受性であると思われるので、光増感剤の細胞内局在化などの薬力学的問題は重要であり得る。治療に対する完全な応答を得るために、高線量の光増感剤が必要である場合、毒性が問題となり得る。ＰＤＴ薬剤活性に付随する重要な機序は、細胞におけるアポトーシスを伴う。光を吸収すると、光増感剤（ＰＳ，ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｓｅｒ）は、ラジカルおよび一重項酸素などの細胞毒性種の直接的または間接的生成をもたらす化学反応を開始する。細胞毒性種と、細胞内細胞小器官および巨大分子（タンパク質、ＤＮＡなど）との反応は、ＰＤＴ薬剤を受け入れる細胞のアポトーシスおよび／またはネクローシスをもたらす。腫瘍への光の局所送達と組み合わせた、癌細胞中のＰＤＴ薬剤分子の優先的な蓄積は、癌病変部の選択的破壊をもたらす。他の伝統的な抗癌療法と比較して、ＰＤＴは、健康細胞の全身性の破壊を伴わない。直接的な細胞殺害に加えて、ＰＤＴは、血管系にも作用することができ、腫瘍への血流を低減し、そのネクローシスを引き起こす。特定の場合において、これは、手術に代わる低侵襲性方法として使用することができる。

ポルフィリンに基づく増感剤を含む、ＰＤＴに使用されるいくつかの化学種が存在する。精製ヘマトポルフィリン誘導体であるＰｈｏｔｏｆｒｉｎ（登録商標）は、米国食品医薬品局の承認を受けている。これらの薬物分子は６４０ｎｍより短い波長の光を吸収するので、ポルフィリンは一般に、皮膚上もしくは皮膚直下、または内臓もしくは内腔の内膜上の腫瘍に使用される。組織の深部で発生した腫瘍のために、ＮＩＲ領域に吸光度を有する第２世代増感剤、例えば、ポルフィリンに基づくシステム（非特許文献２５）、塩素、フタロシアニン、およびナフタロシアニンなどが調査された。

ＰＤＴは、正常な組織中より長い時間、腫瘍中でいくつかの光増感剤を保有し、したがって治療選択性において改善の可能性を提示する。非特許文献２８、非特許文献２９、非特許文献３０を参照されたい。光力学療法は、特定の波長の光を使用し、光増感物質を活性化する。様々な光源がＰＤＴのために開発されており、これには色素レーザーおよびダイオードレーザーが含まれる。レーザーによって発生される光は光ファイバーに結合でき、この光ファイバーは、光が所望の部位に送られることを可能にする。非特許文献３１を参照されたい。研究者らによれば、非特許文献３２に開示されているように、ＰＤＴの細胞毒性効果は光酸化反応の結果である。光は、酸素の存在下で光増感剤の励起を引き起こし、一重項酸素およびヒドロキシルラジカルなどの様々な毒性種を生成する。ＤＮＡの直接的な損傷が主要な効果であることは明らかでなく、したがってこれは、ＤＮＡ架橋の光活性化は効率的に刺激されないことを示し得る。

さらに、レーザー光が組織表面の外部照明を介して施される場合、ＰＤＴの治療効果は数ミリメートルに制限される（すなわち、表層性）。この表層性の制限の理由は、主に光増感剤を活性化するために使用される可視光の浸透限度が限られることである。したがって、ＰＤＴは、肺または腹腔内臓器などの極めて重要な臓器の表面を治療するために使用され、下にある構造の損傷の治療を含めない。しかし、これらの治療でさえ、患部臓器の表面を治療するために、著しく侵襲性な技術を必要とする。臨床的状況は、減量手術とあわせてこの手順を使用し、顕微鏡的疾患または最小の肉眼的疾患の残存物を破壊する。レーザー光ならびに少量の残存する顕微鏡的疾患および最小の肉眼的疾患は、ほとんど損傷していない構造または非常に損傷した構造をもたらすことが可能である。前臨床データは、いくらかの免疫応答が発生することを示すが、臨床試験では、臨床状態において体外フォトフェレーシスによって生じる自家ワクチン効果と同様の自家ワクチン効果はまったく報告されていない。代わりに、免疫応答は、限られた条件下および限られた期間でのみ活発であるように思われる。

ＰＤＴは、正常な組織中より長い時間、腫瘍中でいくつかの光増感剤を保有し、したがって治療選択性において改善の可能性を提示する。非特許文献２８、非特許文献２９、非特許文献３０を参照されたい。光力学療法は、特定の波長の光を使用し、光増感物質を活性化する。様々な光源がＰＤＴのために開発されており、これには色素レーザーおよびダイオードレーザーが含まれる。レーザーによって発生される光は光ファイバーに結合でき、この光ファイバーは、光が所望の部位に送られることを可能にする。非特許文献３１を参照されたい。研究者らによれば、非特許文献３２に開示されているように、ＰＤＴの細胞毒性効果は光酸化反応の結果である。光は、酸素の存在下で光増感剤の励起を引き起こし、一重項酸素およびヒドロキシルラジカルなどの様々な毒性種を生成する。ＤＮＡの直接的な損傷が主要な効果であることは明らかでなく、したがってこれは、ＤＮＡ架橋の光活性化は効率的に刺激されないことを示し得る。ＰＤＴの他の成功した用途は、例えば、心臓アブレーション療法（ｃａｒｄｉａｃ ａｂｌａｓｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ）、例えば、脳卒中の重要な原因であると考えられている心不整脈および心房細動の治療である。

特許文献９は、光活性化可能な薬剤を投与すること、および投与された薬剤を含有する心組織を、侵襲的な技術、例えば、ファイバー光学エレメントを使用して、３５０〜７００ｎｍの波長を有するレーザー照射に供することを記載している。

さらに、ＰＤＴの別の用途は、新規アテローム性動脈硬化症および再狭窄（ｒｅｓｔｉｎｏｓｉｓ）を含む動脈疾患のための光血管形成（ｐｈｏｔｏａｎｇｉｏｐｌａｓｔｙ）である（非特許文献３３、非特許文献３４）。ヒト臨床用途において、血管内光（７３０ｎｍ）は、モテキサフィンルテチウムの静脈内投与後、シリンダー状ファイバーを通じて送達される。ＰＤＴは、ｉｎ ｖｉｖｏで血管中の内膜過形成を予防および治療するためにも使用される（例えば、特許文献１０を参照されたい）。

加齢黄斑変性（ＡＭＤ）は新しい失明の原因である。脈絡膜血管新生は、多くの眼疾患において出血および線維症をもたらす。従来の治療は、アルゴンレーザーを利用して、熱的な凝固によって漏出血管を閉鎖する。しかし、この治療に適格な患者の割合は限られている。ＰＤＴはＡＭＤを治療するために使用され、ベルテポルフィンの注射、その後の６９２ｎｍの非熱的光の適用を要する。

ヘマトポルフィリンとともにＰＵＶＡを使用した乾癬プラークおよび掌蹠乾癬（ｐａｌｍｏｐｕｓｔｕｌａｒ ｐｓｏｒｉａｓｉｓ）の臨床的外観の改善は、１９３７年に最初に報告された。座瘡、円形脱毛症、ブドウ酒様斑点および脱毛も、ＰＤＴ治療に対して有望性を示す。

療法の選択は通常、障害の位置および重症度、疾患の段階、ならびに治療に対する患者の応答に依存する。

いくつかの治療は、障害の症状を管理および軽減しようとするだけの場合があるが、任意の有効な療法の究極の目的は、体の残りに損傷を伴うことなく、全ての障害のある細胞を完全に除去し、または治癒させることである。

“光スペクトル療法”（ＰＳＴ，Ｐｈｏｔｏ−ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｔｈｅｒａｐｙ）モダリティーは、（補足的でない場合）多くの場合光熱療法（ＰＴＴ，Ｐｈｏｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｈｅｒａｐｙ）と呼ばれる光線療法技術とは異なる。光熱療法のための金属ナノ粒子のプラズモニクス増強光熱特性の使用が再考されている（非特許文献３５）。ＰＳＴ技術は、放射プロセス（蛍光、リン光（ｐｈｏｓｐｈｏｔｓｃｅｎｃｅ）、ルミネセンス、ラマンなど）に基づき、ＰＰＴ法は分子中の無放射プロセス（ＩＣ、ＶＲおよび熱変換）に基づく。

既知の治療法の調査により、これらの方法は、多くの場合、細胞の攻撃において非選択的であることが知られている一重項酸素の生成により、送達治療の場合、正常細胞と標的細胞を区別することの根本的な困難、ならびに対象で数センチメートルを超えて深く組織に到達するために、ｅｘ ｖｉｖｏで、または外科手術などの高度に侵襲的な手順を介してこの方法を実施する必要に直面する傾向があることが明らかになる。非侵襲的治療モダリティーの別のチャレンジは、励起に十分な光エネルギーおよび光活性化薬剤分子を、組織内の深部に有することである。

特許文献１１は、赤外光または近赤外光（ＮＲＩ）などの低エネルギー光子を用いた照射を使用する、光作用物質（ｐｈｏｔｏ−ａｇｅｎｔ）の連続かつ同時の２光子励起を記載している。単一光子および同時２光子の励起がソラレン誘導体について比較され、この比較において、細胞は光作用物質を用いて処置され、ＮＲＩまたはＵＶ放射線を用いて照射される。この特許は、低エネルギー照射は、ＵＶ放射線より吸収および散乱される程度が少ないので、低エネルギー照射を用いた処置は有利であることを示している。しかし、ＮＲＩまたはＵＶ放射線の使用は、数センチメートルの深さまでしか組織に浸透しないことが知られている。したがって、対象内深部の任意の処置は、照射源を対象とする組織に到達させるために、ｅｘ ｖｉｖｏの方法または高度に侵襲的な技術の使用を必然的に必要とする。また、この特許は、ＵＶ、可視、および近赤外エネルギー以外のエネルギー、ＵＶおよびＩＲ光に対応する範囲内以外にアップグレードするエネルギー、ならびに高エネルギーから低エネルギーにダウングレードするエネルギーを放出する開始エネルギー（ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）源について記載していない。

非特許文献３６、非特許文献３７、特許文献１２、特許文献１３は対象で作用物質の様々な型のエネルギー活性化を使用する治療方法をそれぞれ記載している。しかし、この治療は、治療される組織に所望の効果を生じさせるために、一重項酸素の生成に依存し、したがって健康細胞および治療されることが望まれる疾患組織の両方に影響を与えることにおいてほとんど無差別であるという欠点にそれぞれ悩まされている。

特許文献１４は、照射を用いて組織を滅菌し、この組織を、動物中の疾患組織および／または他の欠陥組織を置換するための移植に、その後に使用することができるように、１つまたは複数の活性な生物学的な汚染物質または病原体、例えば、単独もしくは組合せの、伝達性海綿状脳症に関与するウイルス、細菌、酵母、カビ、真菌、胞子、プリオン、もしくは同様の作用物質、および／または単細胞もしくは多細胞寄生虫のレベルを低減する方法を開示している。この方法は、照射の有効性を改善するため、または組織を滅菌するのに必要な曝露を低減するために、増感剤、例えば、ソラレン、ソラレン誘導体、または他の光増感剤の使用を含むことができる。しかしこの方法は、患者を治療するのに適しておらず、光増感剤を間接的に刺激するためのいずれの機序も教示していない。

特許文献１５は、赤外または近赤外の波長帯を有する光を使用する、患者の体内の治療部位に光力学療法を施すための２光子励起デバイスを開示している。しかしこの参考文献には、開始エネルギーを、活性化可能な医薬品を活性化するエネルギーに変換するエネルギー調節剤を使用する光活性化のいずれの機序も、また他のエネルギー波長帯、例えば、Ｘ線、ガンマ線、電子ビーム、マイクロ波または電波の使用も開示されていない。

特許文献１６は、ソラレンおよび他の光活性化可能な分子についての抗ウイルス性用途を開示している。これは、生体液由来のウイルス性および細菌性汚染物を不活性化させるための方法を教示している。この方法は、血液と光増感剤および遮断剤とを混合するステップと、光増感剤を刺激するためにこの混合物を照射し、赤血球を破壊することなく、血液中の実質的に全ての汚染物を不活性化させるステップとを含む。遮断剤は、遮断剤の存在下でない場合に起こる光増感剤の有害な副反応を予防または低減する。この参考文献によれば、遮断剤の作用様式は、主として任意の活性酸素種の失活にあるわけではない。

また、特許文献１６には、ハロゲン化光増感剤および遮断剤は、フォトフェレーシスにおいて、および特定の増殖性癌、特にファイバー光デバイスを介してアクセス可能な固体局所腫瘍、または表層皮膚癌の治療において、８−メトキシソラレン（８−ＭＯＰ）との置き換えに適している場合があることが示唆されている。しかし、この参考文献では、リンパ腫または任意の他の癌の治療に使用するためのいずれの特異的な分子にも対処していない。代わりに、この参考文献には、未処理の血液および血漿を抗ウイルス治療するためのフォトフェレーシスのプロセスが示唆されている。

特許文献１６は、８−ＭＯＰおよび４’−アミノメチル−４，５’，８−トリメチルソラレン（ＡＭＴ）、および多くの他の光活性化可能な分子を否定する教示をしており、これらは、特定の不利益を有することが教示されている。蛍光性光増感剤が好ましいと言われているが、この参考文献は、蛍光性光増感剤を使用する蛍光刺激または光活性化のシステムを選択する方法を教示していない。代わりに、蛍光性光増感剤は、ＤＮＡに結合しているインターカレーターに限られる。この参考文献は、このようなインターカレーターが、酸素ラジカルを刺激する可能性が低いことを、蛍光が示していることを示唆している。

特許文献１２は、発光ナノ粒子、および２光子活性化事象を介してナノ粒子から再放出される光によって活性化され得る光活性化可能な物質を投与するステップを含む、光力学療法についての方法を開示している。開始エネルギー源は普通、３５０〜１１００ｎｍの範囲の波長を有する光を放出する、発光ダイオード、レーザー、白熱電球またはハロゲンライトである。開始エネルギーはナノ粒子によって吸収される。順にナノ粒子は、５００〜１１００ｎｍの波長を有する光、好ましくはＵＶ−Ａ光を再放出し、再放出されたエネルギーは光活性化可能な物質を活性化する。非特許文献３７は、３００〜８５０ｎｍに対応するエネルギー範囲内で、２光子吸収色素ユニット（エネルギー供与体）からの蛍光共鳴エネルギー移行（ＦＲＥＴ，ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ）を通じた光増感ユニット（エネルギー受容体）の間接励起を開示している。これらの参考文献は、ＵＶ、可視、および近赤外エネルギー以外のエネルギー、３５０〜１１００ｎｍの波長に対応する範囲内以外にアップグレードするエネルギー、ならびに高エネルギーから低エネルギーにダウングレードするエネルギーを放出する開始エネルギー源について記載していない。

これらの参考文献には、ＵＶ、可視、および近赤外エネルギーによる直接光活性化による以外の、光活性化可能な分子の光活性化のいずれの機序も開示していない。

〈ソラレンおよび関連化合物〉
特許文献１６は、ソラレンは、アジアおよびアフリカにおいて数千年の間治療的に使用されてきた天然発生の化合物であることをさらに教示している。ソラレンと光の作用は、白斑および乾癬を治療するのに使用されている（ＰＵＶＡ療法；ソラレン紫外Ａ）。ソラレンは、塩基対、すなわち、アデニン、グアニン、シトシン、およびチミン（ＤＮＡ）、またはウラシル（ＲＮＡ）の間のインターカレーションによって核酸の二重らせんに結合することができる。２個のＵＶ−Ａ光子を連続して吸収すると、その励起状態にあるソラレンは、チミンまたはウラシルの二重結合と反応し、核酸らせんの両方の鎖に共有結合する。この架橋反応は、チミン（ＤＮＡ）またはウラシル（ＲＮＡ）塩基に特異的であると思われる。結合は、ソラレンがチミンまたはウラシルを含有する部位にインターカレートされる場合にのみ進行するが、最初の光付加物は、以下に示すように、二重らせんの２本の鎖のそれぞれと架橋結合するために、第２のＵＶＡ光子を吸収し、二重らせんの対向する鎖上の第２のチミンまたはウラシルと反応しなければならない。これが、２個以上の光子の同時吸収とは対照的な、示したような２個の単一光子の連続吸収である。

さらに、この参考文献は、８−ＭＯＰは、細胞およびウイルスの両方に損傷を与えるので、抗ウイルス剤として使用するのに不適当であることを教示している。ソラレンが、対向する鎖上の２つのチミン（またはウラシル）を含有する部位中の核酸二本鎖にインターカレートされるが、ソラレンは２個のＵＶＡ光子を連続して吸収し、チミン（またはウラシル）が存在する場合にのみ、細胞またはウイルスの致死性の損傷が起こる。Ｗｉｅｓｅｈａｎの特許文献１７は、血液または血液産物の処置のために光化学的汚染除去プロセスによって置換された、特定のソラレンの使用の例である。

抗酸化剤などの添加剤は、ソラレン、例えば、８−ＭＯＰ、ＡＭＴおよびＩ−ＩＭＴなどとともに時として使用され、ソラレンの光活性化の間に形成される一重項酸素および他の高度に反応性の酸素種を捕捉する。ＵＶ活性化により、このような活性酸素種が作り出され、この活性酸素種は他の健康細胞に著しく損傷を与え得ることが周知である。ウイルス非活性化の多くは、ソラレンの光活性化のいずれかの効果ではなく、これらの活性酸素種の結果であり得る。ともかく、自家ワクチン効果はまったく観察されていないと考えられている。

最もよく知られている光活性化可能な化合物は、ソラレンまたはクマリンの誘導体であり、これらは核酸インターカレーターである。ソラレンおよびクマリン光増感剤の使用により、ウイルス不活性化の目的に有利でないか、またはプロセスにとって実際に有害である、励起状態の散逸に対する代替の化学経路を生じることができる。ソラレンおよびクマリンについては、この化学経路は、クマリンについて以下に示されているような様々な開環種の形成をもたらす可能性がある。

この分野における研究は、一重項酸素などの高度に反応性の酸素種の光活性化機序および形成に関与する機序を単純化し過ぎている。両方は、腫瘍細胞、ウイルス、および健康細胞の不活化損傷をもたらすことができる。しかし、単独でも組み合わせても、自家ワクチン効果はもたらさない。これは、悪性細胞またはウイルスを脅威として特定し、その脅威に向けられた細胞毒性効果を持続できる免疫応答を作り出すために、体自体の免疫系の活性化を必要とする。まったく限定することなく、体外フォトフェレーシス（ｐｈｏｔｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）において起こる光活性化および得られる悪性細胞のアポトーシスは、未処置の悪性細胞に対する細胞毒性効果を有する免疫応答の活性化を引き起こすと考えられる。免疫応答および細胞毒性効果の複雑性は、研究者によって完全には理解されているが、標的にされた悪性細胞に対する自家ワクチン効果を順調に刺激するためのシステムを利用する療法は、リンパ腫を治療するための体外フォトフェレーシスを除いて説明しにくい。

Ｍｉｄｄｅｎ（非特許文献３８）は、ソラレンは不飽和脂質と光反応し、分子状酸素と光反応して、膜に致死性の損傷を引き起こすスーパーオキシドおよび一重項酸素などの活性酸素種を生成するという証拠を提示した。特許文献１６は、８−ＭＯＰおよびＡＭＴは、それぞれが、細胞およびウイルスの両方に無差別に損傷を与えるので、許容できない光増感剤であることを教示している。光増感剤としてのフロクマリンに対する陽イオン性側鎖の効果の研究は、非特許文献３９に概説されている。特許文献１６は、この概説から以下のことを探り出している：大部分のアミノ化合物は、８−ＭＯＰと比較して、ＤＮＡとの結合および架橋形成の能力の両方がはるかに低く、１級アミノ官能基が、光結合および架橋の両方に好適なイオン種であることを示唆する。

Ｈｅｉｎｄｅｌの特許文献１８は、上皮成長因子の光活性化された阻害剤として、いくらかの有効性を有する多数のソラリンおよびクマリンを開示している。ハロゲンおよびアミンは、ソラレン／クマリン骨格中に含まれ得る膨大な官能基の中に含まれる。この参考文献は、参照により本明細書に組み込まれる。

特許文献１９は、ＣＭＶに感染した血液を処置するために、８−ＭＯＰを用いた体外フォトフェレーシスを使用することを開示している。処置された細胞ならびに殺害されたおよび／もしくは弱毒化されたウイルス、ペプチド、ウイルス自体の天然のサブユニット（これらは細胞が分解すると放出され、かつ／もしくは血液中に流される）、ならびに／または病原性非感染性ウイルスは、次いで、処置の前に存在していなかったウイルスに対する免疫応答を生じさせるために使用される。

〈ＰＤＴの問題〉
細胞増殖障害の診断および治療の既存方法に関連する主要な問題は、正常細胞と標的細胞との区別にあることがよく認識されている。放射線療法は、高レベルの高エネルギー放射線、例えば、高エネルギー光子、電子、またはプロトンなどを用いて細胞に照射することによって機能する。これらの高エネルギービームは、ＤＮＡ鎖を構成する原子をイオン化し、これは次に細胞死をもたらす。手術と異なり、放射線療法は、患者を麻酔下に置く必要がなく、体の侵襲を最小限にして体内深部の障害を治療する能力を有する。しかし、このような療法に必要な高線量の放射線は、これが疾患細胞に損傷を与えるのとちょうど同じぐらい有効に、健康細胞に損傷を与える。したがって、手術と同様に、放射線療法における健康細胞と疾患細胞との区別は、位置によってのみである。健康細胞と疾患細胞とのどちらかを区別するための放射線ビームについての本質的な手段は存在しない。ＰＤＴ療法において遭遇する別の問題は、侵襲性の程度が甚だしい技術を用いなければ、皮膚の表面の数センチメートルより下にある標的範囲を治療することができないことである。非侵襲的治療モダリティーの別のチャレンジは、励起に十分な光エネルギーおよび光活性化薬剤分子を、組織内の深部に有することである。

したがって、健康な組織に実質的な副作用または付随する損傷を引き起こすことなく、疾患細胞をより正確に標的にすることができ、非侵襲的技術または低侵襲的技術によって障害を治療することができる、より良好で、より有効な治療の必要性が依然として存在する。

国際公開第０３／０４９８０１号 米国特許第６５６９４６７号明細書 米国特許第６２０４０５８号明細書 米国特許第５９８０９５４号明細書 米国特許第６６６９９６５号明細書 米国特許第４８３８８５２号明細書 米国特許第７０４５１２４号明細書 米国特許第６８４９０５８号明細書 米国特許第６８１１５６２号明細書 米国特許第６６０９０１４号明細書 米国特許第５８２９４４８号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１２７２２４号明細書 米国特許第４９７９９３５号明細書 米国特許第６９０８５９１号明細書 米国特許第５９５７９６０号明細書 米国特許第６２３５５０８号明細書 米国特許第４７４８１２０号明細書 米国特許第５２１６１７６号明細書 米国特許第５９８４８８７号明細書 米国特許第４５２２８１１号明細書 米国特許第４７０５９５２号明細書 米国特許第７００８５５９号明細書 米国特許出願第１２／４０１４７８号 米国特許第７６４５３１８号明細書 米国特許第７６１５１６９号明細書 米国特許第７４６８１４６号明細書 米国特許第７５０１０９２号明細書 米国特許出願公開第２００９／０３１５４４６号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２７７２７０号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２７７２６７号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２７７２６８号明細書 国際公開第２００９／１３３１３８号 米国特許第５０３４３５３号明細書 米国特許第４７８６６１７号明細書 米国特許第３９８１７３６号明細書 米国特許第３９２２１５５号明細書 米国特許第４１２０７３０号明細書 米国特許出願公開第２００８／００５７０９６号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２７５３６８号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００２３１０１号明細書 米国特許出願公開第２００７／００６３１５４号明細書 米国特許第６６２７９２３号明細書

Ｔ．Ｉ．Ｋａｒｕ、「Ｌｏｗ−Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｔｈｅｒａｐｙ」、Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、米国フロリダ州ボーカラトーン、４８−１〜４８−２５頁、２００３年 Ｔ．Ｉ．Ｋａｒｕら、１９９８年、Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｔｈｅｒａｐｙ、Ｇｏｒｄｏｎ ａｎｄ Ｂｒｅａｃｈ Ｓｃｉ．Ｐｕｂｌ．、ロンドン Ｆ．Ｚｈａｎｇら、Ｎａｔｕｒｅ、第４４６巻：６１７〜９頁、２００７年４月５日 Ｘ．Ｈａｎら、ＰｌｏＳ ＯＮＥ、第２巻、第３号：ｅ２９９頁、２００７年３月２１日 Ｐ．Ｒ．Ａｒａｎｙら、Ｗｏｕｎｄ Ｒｅｐａｉｒ Ｒｅｇｅｎ．、第１５巻、第６号、８６６〜７４頁、２００７年 Ｃ．Ｂ．Ｌｏｐｅｓら、Ｐｈｏｔｏｍｅｄ．Ｌａｓｅｒ Ｓｕｒｇ．、第２５巻、第２号：９６〜１０１頁、２００７年 Ｊ．Ｍ．Ｂｊｏｒｄａｌ、Ｃ．Ｃｏｕｐｐｅ、Ｒ．Ｔ．Ｃｈｏｗ、Ｊ．Ｔｕｎｅｒ、Ｅ．Ａ．Ｌｊｕｎｇｇｒｅｎ、２００３年、「Ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ ｌａｓｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ ｗｉｔｈ ｌｏｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｄｏｓｅｓ ｆｏｒ ｐａｉｎ ｆｒｏｍ ｃｈｒｏｎｉｃ ｊｏｉｎｔ ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ」、Ｔｈｅ Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｐｈｙｓｉｏｔｈｅｒａｐｙ、第４９巻、第２号：１０７〜１６頁 Ｍ．Ｔ．Ｗｏｎｇ−Ｒｅｉｌｅｙら、ＪＢＣ、第２８０巻、第６号：４７６１〜７１頁、２００５年 Ｈ．Ｗｈｅｌａｎら、ＳＰＩＥ、Ｎｅｗｓｒｏｏｍ、１〜３頁、２００８年 Ｙ．Ｎｅｍｏｔｅ、Ｐｌａｎｔ ａｎｄ Ｃｅｌｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ．、第２６巻、第４号：６６９〜６７４頁、１９８５年 Ｔ．Ｉ．Ｋａｒｕ、２００２年、Ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ、ＣＲＣ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ編集長、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、米国ボーカラトーン Ｊ．Ｔ．Ｅｅｌｌｓ、ＰＮＡＳ、第１００巻、第６号：３４３９〜４４頁、２００３年 Ｍ．Ｅ．Ｍａｒｔｉｎｅｚら、Ｌａｓｅｒ ｉｎ Ｍｅｄ．Ｓｃｉ．、２００７年 Ｋ．Ｈ．Ｋｉｍ、Ｄｅｒｍａｔｏｌ．Ｓｕｒｇ．、第３２巻、第２号：２４１〜４８頁、２００６年 Ｈ．Ｓ．Ｋｉｍ、Ｊ．Ｖａｓｅ．Ｉｎｔｅｒｖ．Ｒａｄｉｏｌ．、第１８巻、第６号：８１１頁、２００７年 Ｅ．Ｈｅｉｎｒｉｃｈ、Ｅｕｒ．Ｕｒｏｌ．、第５２巻、第６号：１６３２〜７頁、２００７年 Ｓ．Ｄ．Ｚａｋｈａｒｏｖら、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、第２９巻、第１２号：１０３１〜５３頁、１９９９年 Ｃ．Ｄ．Ｈａｒｖｅｙら、Ｎａｔｕｒｅ、第４５０巻：１１９５〜１２０２頁、２００７年 Ｍ．Ｅｄｅｒら、Ｒｅｖ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ、第１５巻：１６７〜１８３頁、２００４年 Ａ．Ｒ．Ａｄａｍａｎｔｉｄｉｓら、Ｎａｔｕｒｅ、第４５０巻：４２０〜４２５頁、２００７年 Ｈ．Ｗａｎｇら、ＰＮＡＳ、第１０４巻、第１９号：８１４３〜４８頁、２００７年 Ｆ．Ｚｈａｎｇら、Ｎａｔｕｒｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ、第３巻、第１０号：７８５〜７９２頁、２００６年 Ｋ．Ｂｒａｅｔら、Ｃｅｌｌ Ｃａｌｃｉｕｍ、第３３巻：３７〜４８頁、２００３年 Ｄ．Ｈｕｂｅｒら、Ｎａｔｕｒｅ、第４５１巻：６１〜６６頁、２００７年 Ｒ．Ｋ．Ｐａｎｄｅｙ、「Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ−Ｂａｓｅｄ Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒｓ」、Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、フロリダ州ボーカラトーン、２００３年 Ｔ．Ｊ．ＤｏｕｇｈｅｒｔｙおよびＪ．Ｇ．Ｌｅｖｙ、「Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ Ｔｈｅｒａｐｙ ａｎｄ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ．、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、フロリダ州ボーカラトーン、２００３年 Ｂ．Ｗ．Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ、Ｓ．Ｏ．Ｇｏｌｌｎｉｃｋ、「Ｍｅｃｈａｎｉｓｔｉｃ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ Ｔｈｅｒａｐｙ」、Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、フロリダ州ボーカラトーン、２００３年 Ｃ．Ｃｏｍｅｒ、「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ［３Ｈ］− ａｎｄ ［１４Ｃ］ ｈｅｍａｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｌｉｇｎａｎｔ ａｎｄ ｎｏｒｍａｌ ｔｉｓｓｕｅ」、Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｓ １９７９年、第３９巻：１４６〜１５１頁 Ｓ．Ｗ．Ｙｏｕｎｇら、「Ｌｕｔｅｔｉｕｍ ｔｅｘａｐｈｙｒｉｎ（ＰＣｌ−０１２３） ａ ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ， ｗａｔｅｒ−ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ」、Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ １９９６年、第６３巻：８９２〜８９７頁 Ｍ．Ｃ．Ｂｅｒｅｎｂａｕｍら、「Ｍｅｓｏ−Ｔｅｔｒａ（ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｏｒｐｈｙｒｉｎｓ，ａ ｎｅｗ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｐｏｔｅｎｔ ｔｕｍｏｒ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ」、Ｂｒ Ｊ Ｃａｎｃｅｒ １９８６年、第５４巻：７１７〜７２５頁 Ｈ．Ｉ．Ｐａｓｓ、「Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｒａｐｙ ｉｎ ｏｎｃｏｌｏｇｙ： ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｕｓｅ」、Ｊ Ｎａｔｌ Ｃａｎｃｅｒ Ｉｎｓｔ １９９３年、第８５巻：４４３〜４５６頁 Ｃ．Ｓ．Ｆｏｏｔｅ、「Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏａ Ｃｌｉｎ Ｂｉｏｌ Ｒｅｓ １９８４年、第１７０巻：３〜１８頁 Ａ．Ｇ．Ｒｏｃｋｓｏｎら、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、第１０２巻：５９１〜５９６頁、２０００年 Ｙ．Ｎ．Ｈｓｉａｎｇら、Ｊ．Ｅｎｄｏｖａｓｃ．Ｓｕｒｇ．、第２巻：３６５〜３７１頁、１９９５年 Ｘｉａｏｈｕａ ＨｕａｎｇおよびＰｒａｓｈａｎｔ Ｋ．ＪａｉｎおよびＩｖａｎ Ｈ．Ｅｌ−ＳａｙｅｄおよびＭｏｓｔａｆａ Ａ．Ｅｌ−Ｓａｙｅｄ、「Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｈｅｒａｐｙ （ＰＰＴＴ） ｕｓｉｎｇ ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００７年８月 Ｃｈｅｎら、Ｊ．Ｎａｎｏｓｃｉ．ａｎｄ Ｎａｎｏｔｅｃｈ．、第６巻：１１５９〜１１６６頁、２００６年 Ｋｉｍら、ＪＡＣＳ、第１２９巻：２６６９〜２６７５頁、２００７年 Ｗ．Ｒ．Ｍｉｄｄｅｎ、Ｐｓｏｒａｌｅｎ ＤＮＡ ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙ、ＩＩ巻（Ｆ．Ｐ．Ｇａｓｐａｌｌｏｃｏ編） ＣＲＣ ｐｒｅｓｓ、１頁、１９８８年 Ｐｓｏｒａｌｅｎ ＤＮＡ Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙ、Ｉ巻、Ｆ．Ｇａｓｐａｎｏ編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ社（フロリダ州ボーカラトーン）、２章 Ａ．Ｇ．Ｇｕｒｗｉｔｓｃｈ、Ｓ．Ｓ．Ｇｒａｂｊｅ、およびＳ．Ｓａｌｋｉｎｄ、「Ｄｉｅ Ｎａｔｕｒ ｄｅｓ ｓｐｅｚｉｆｉｓｃｈｅｎ Ｅｒｒｅｇｅｒｓ ｄｅｒ Ｚｅｌｌｔｅｉｌｕｎｇ」、Ａｒｃｈ Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇｓｍｅｃｈ Ｏｒｇ．、第１００巻、１１〜４０頁、１９２３年 Ｂ．ＲｕｔｈおよびＦ．−Ａ．Ｐｏｐｐ、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｌｌｅ Ｕｎｔｅｒｓｕｃｈｕｎｇｅｎ ｚｕｒ ｕｌｔｒａｓｃｈｗａｃｈｅｎ Ｐｈｏｔｏｎｅｎｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｉｏｌｏｇｉｓｃｈｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｅ」、Ｚ．Ｎａｔｕｒｆｏｒｓｃｈ．、Ａ Ｐｈｙｓ．Ｓｃｉ．、第３１ｃ巻、７４１〜７４５頁、１９７６年 Ｔ．Ｉ．ＱｕｉｃｋｅｎｄｅｎおよびＳ．Ｓ．Ｑｕｅ−Ｈｅｅ、「Ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｅｍｉｔｔｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｙｅａｓｔ Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｔｏ ｍｉｔｏｇｅｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ」、Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．、第２３巻、２０１〜２０４頁、１９７６年 Ｈ．Ｉｎａｂａ、Ｙ．Ｓｈｉｍｉｚｕ、Ｙ．Ｔｓｕｊｉ、およびＡ．Ｙａｍａｇｉｓｈｉ、「Ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｘｔｒａ−ｗｅａｋ ｃｈｅｍｉ− ａｎｄ ｂｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｆｏｒ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ． Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．、第３０巻、１６９〜１７５頁、１９７９年 Ｈ．Ｊ．Ｎｉｇｇｌｉ、Ｃ．Ｓｃａｌｅｔｔａ、Ｙ．Ｙａｎ、Ｆ．−Ａ．Ｐｏｐｐ、およびＬ．Ａ．Ａｐｐｌｅｇａｔｅ、「Ｕｌｔｒａｗｅａｋ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｂｏｎｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｕｓｉｎｇ ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ」、Ｊ．Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．Ｂ、第６４巻、６２〜６８頁、２００１年 Ｈ．Ｊ．Ｎｉｇｇｌｉ、「Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｓ ｕｌｔｒａｗｅａｋ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎ ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｓ」、Ｊ．Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．、第Ｂ１８巻、２８１〜２８５頁、１９９３年 Ｆ．−Ａ．ＰｏｐｐおよびＹ．Ｙａｎ、「Ｄｅｌａｙｅｄ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｓｔａｔｅｓ」、Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ａ、第２９３巻、９３〜９７頁、２００２年 Ａ．Ｓｃｏｒｄｉｎｏ、Ａ．Ｔｒｉｇｌｉａ、Ｆ．Ｍｕｓｕｍｅｃｉ、Ｆ．Ｇｒａｓｓｏ、およびＺ．Ｒａｊｆｕｒ、「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ Ａｔｒａｚｉｎｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｏｎ ｉｎ−ｖｉｖｏ ｄｅｌａｙｅｄ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ａｃｅｔａｂｕｌａｒｉｕｍ ａｃｅｔａｂｕｌｕｍ」、Ｊ．Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．Ｂ、第３２巻、１１〜１７頁、１９９６年 Ａ．Ｔｒｉｇｌｉａ、Ｇ．Ｌａ Ｍａｌｆａ、Ｆ．Ｍｕｓｕｍｅｃｉ、Ｃ．Ｌｅｏｎａｒｄｉ、およびＡ．Ｓｃｏｒｄｉｎｏ、「Ｄｅｌａｙｅｄ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ａｓ ａｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｆ ｔｏｍａｔｏ ｆｒｕｉｔ ｑｕａｌｉｔｙ」、Ｊ．Ｆｏｏｄ．Ｓｃｉ．、第６３巻、５１２〜５１５頁、１９９８年 Ｙｕ Ｙａｎ、Ｆｒｉｔｚ−Ａｌｂｅｒｔ Ｐｏｐｐ、Ｓｉｂｙｌｌｅ Ｓｉｇｒｉｓｔ、Ｄａｎｉｅｌ Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ、Ａｎｄｒｅａｓ Ｄｏｌｆ、Ｚｈｏｎｇｃｈｅｎ Ｙａｎ、Ｓｏｐｈｉｅ Ｃｏｈｅｎ、Ａｍｏｄｓｅｎ Ｃｈｏｔｉａ、「Ｆｕｒｔｈｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｅｌａｙｅｄ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙ Ｂ： Ｂｉｏｌｏｇｙ、第７８巻、２３５〜２４４頁、２００５年 Ｈ．Ｊ．Ｎｉｇｇｌｉら、Ｌａｓｅｒ−ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ−Ａ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｕｌｔｒａｗｅａｋ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｍａｍｍａｌｉａｎ ｃｅｌｌｓ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ、第１０巻、第２号、０２４００６頁、２００５年 Ｈ．Ｆｒｏｈｌｉｃｈ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｎｃｅｒ ｐｒｏｂｌｅｍ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、第ＭＴＴ−２６巻、第８号、１９７８年８月、６１３〜６１７頁 Ｓ．Ｊ．Ｗｅｂｂら、Ｎａｔｕｒｅ、第２１８巻、１９６８年４月２７日、３７４〜３７５頁 Ｓ．Ｊ．Ｗｅｂｂら、Ｎａｔｕｒｅ、第２２２巻、１９６９年６月２１日、１１９９〜１２００頁 Ｓｍｉｔｈ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ、Ｃｏｎｓｃｉｏｕｓｎｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｌａｗｓ ｏｆ Ｌｉｆｅ、９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ＣＡＳＹＳ’０９ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ａｎｔｉｃｉｐａｔｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ベルギー王国リエージュ、２００９年８月３日〜８日 Ｓ．Ｊ．ＤｅＮａｒｄｏ、Ｇ．Ｌ．ＤｅＮａｒｄｏ、Ａ．Ｎａｔａｒａｊａｎら、Ｔｈｅｒｍａｌ ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｏｆ ｅｆｆｉｃａｃｙ ｏｆ ＩＩＩ Ｉｎ−ＣｈＬ６ ＮＰＡＭＦ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｈｅｒｍｏａｂｌａｔｉｖｅ ｔｈｅｒａｐｙ ｆｏｒ ｈｕｍａｎ ｂｒｅａｓｔ ｃａｎｃｅｒ ｉｎ ｍｉｃｅ、Ｊ．Ｎｕｃｌ．Ｍｅｄ．、第４８巻、第３号、４３７〜４４４頁、２００７年 Ｌ．Ｒ．Ｈｉｒｓｃｈ、Ｒ．Ｊ．Ｓｔａｆｆｏｒｄ、Ｊ．Ｂａｎｋｓｏｎら：Ｎａｎｏｓｈｅｌｌ−ｍｅｄｉａｔｅｄ ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ ｔｕｍｏｒｓ ｕｎｄｅｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．、米国、第１００巻、第２３号、１３５４９〜１３５５４頁、２００３年 http://socrates.berkeley.edu/~argon/nanoradio/radio.html Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２００５年、第１２７巻、９７６０〜９７６８頁 「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 ＹｏｕｎｇおよびＤｅｉｔｅｒｓ、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」、Ｏｒｇ．Ｂｉｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．、第５巻、９９９〜１００５頁、２００７年 ＹｏｕｎｇおよびＤｅｉｔｅｒｓ、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｈａｍｍｅｒｈｅａｄ Ｒｉｂｏｚｙｍｅ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ」、Ｂｉｏｏｒｇａｎｉｃ＆Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１６巻、第１０号、２６５８〜２６６１頁、２００６年 Ｃ．Ｄ．Ｈａｒｖｅｙら、Ｎａｔｕｒｅ、第４５０巻：１１９５〜１２０２頁、２００７年 Ｍ．Ｅｄｅｒら、Ｒｅｖ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．、第１５巻：１６７〜１８３頁、２００４年 Ｋ．Ｂｒａｅｔら、Ｃｅｌｌ Ｃａｌｃｉｕｍ、第３３巻：３７〜４８頁、２００３年 Ｇｉａｃｃｈｅｔｔｉら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｎｃｏｌｏｇｙ、第２４巻、第２２号、２００６年８月１日：３５６２〜３５６９頁 Ｌ．Ｒ．Ｈｉｒｓｃｈ、Ｒ．Ｊ．Ｓｔａｆｆｏｒｄ、Ｊ．Ａ．Ｂａｎｋｓｏｎ、Ｓ．Ｒ．Ｓｅｒｓｈｅｎ、Ｂ．Ｒｉｖｅｒａ、Ｒ．Ｅ．Ｐｒｉｃｅ、Ｊ．Ｄ．Ｈａｚｌｅ、Ｎ．Ｊ．Ｈａｌｄｓ、およびＪ．Ｌ．Ｗｅｓｔ、Ｎａｎｏｓｈｅｌｌ−ｍｅｄｉａｔｅｄ ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ ｔｕｍｏｒｓ ｕｎｄｅｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ、ＰＮＡＳ、２００３年、第１００巻、第２３号、１３５４９〜１３５５４頁 Ｊ．Ｆ．Ｓｕｙｖｅｒ、Ａ．Ａｅｂｉｓｃｈｅｒ、Ｄ．Ｂｉｎｅｒ、Ｐ．Ｇｅｒｎｅｒ、Ｊ．Ｇｒｉｍｍ、Ｓ．Ｈｅｅｒ、Ｋ．Ｗ．Ｋｒａｍｅｒ、Ｃ．Ｒｅｉｎｈａｒｄ、Ｈ．Ｕ．Ｇｕｄｅｌ、Ｎｏｖｅｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒｉｖａｌｅｎｔ ｌａｎｔｈａｎｉｄｅｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｏ ｖｉｓｉｂｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、第２７巻、２００５年、１１１１〜１１３０頁 Ｒ．Ｐａｓｃｈｏｔｔａ、Ｎ．Ｍｏｏｒｅ、Ｗ．Ａ．Ｃｌａｒｋｓｏｎ、Ａ．Ｃ．Ｔｒｏｏｐｅｒ、Ｄ．Ｃ．Ｈａｎｎａ、Ｇ．Ｍａｚｅ、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、第３巻、１９９７年、１１００頁 Ｃ．Ｃ．Ｙｅ、Ｍ．Ｈｅｍｐｓｔｅａｄ、Ｄ．Ｗ．Ｈｅｗａｋ、Ｄ．Ｎ．Ｐａｙｎｅ、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．、第９巻、１９９７年、１１０４頁 Ｄ．Ｍ．Ｂａｎｅｙ、Ｇ．Ｒａｍｋｉｎ、Ｋ．Ｗ．Ｃｈａｎｇ、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、第２１巻、１９９６年、１３７２頁 Ｄ．Ｓ．Ｆｕｎｋ、Ｊ．Ｇ．Ｅｄｅｎ、Ｐｒｏｃ ＳＰＩＥ、第２８４１巻、１９９６年、４２頁 Ｂ．Ｒ．ＲｅｄｄｙおよびＰ．Ｖｅｎｋａｔｅｓｗａｒｌｕ、Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｏ ｖｉｓｉｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ Ｅｒ３＋ ｄｏｐｅｄ ｏｘｉｄｅ ｇｌａｓｓ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、第６４巻、１３２７頁、１９９４年 Ｇ．Ｓ．Ｍａｃｉｅｌ、Ａ．Ｂｉｓｗａｓ、およびＰ．Ｎ．Ｐｒａｓａｄ、Ｉｎｆｒａｒｅｄ−ｔｏ−ｖｉｓｉｂｌｅ Ｅｕ３＋ ｅｎｅｒｇｙ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｒｏｍ ａｎ Ｙｂ３＋ ｉｏｎ ｐａｉｒ ｉｎ ａ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｍｕｌｔｉ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｓｉｌｉｃａ ｇｌａｓｓ、Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、第１７８巻、第１〜３号、２０００年５月１日、６５〜６９頁 Ｋａｐｏｏｒ、Ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ−ｔｏ−ｖｉｓｉｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ Ｅｒ３＋：Ｙ２Ｏ３、Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ、［０１４６−９５９２］、２０００年、第２５巻、３３８頁 Ｌ．Ｈｕａｎｇ、Ｔ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ、Ｒ．Ｊｏｓｅ、Ｙ．Ａｒａｌ、Ｔ．Ｓｕｚｕｋｉ、およびＹ．Ｏｈｉｓｈｉ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、第９０巻、１３１１１６頁、２００７年 Ｄａｑｉｎ Ｃｈｅｎ、Ｙｕａｎｓｈｅｎｇ Ｗａｎｇ、Ｙｕｎｌｏｎｇ Ｙｕ、およびＰｉｎｇ Ｈｕａｎｇ、Ｉｎｔｅｎｓｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｆｒｏｍ Ｔｍ３＋／Ｙｂ３＋β‐ＹＦ３ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｇｌａｓｓ ｃｅｒａｍｉｃ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、第９１巻、０５１９２０頁、２００７年 Ｇ．Ｙ．Ｃｈｅｎ、Ｇ．Ｓｏｍｅｓｆａｌｅａｎ、Ｚ．Ｇ．Ｚｈａｎｇ、Ｑ．Ｓｕｎ、およびＦ．Ｐ．Ｗａｎｇ、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第３２巻、第１号、８７〜８９頁 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 Ｍ．Ｍ．Ｋｅｒｋｅｒ、Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．、第１７巻、３７０頁、１９８４年 Ｒ．Ｂａｚｚｉら、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｕｂ ５−ｎｍ ｌａｎｔｈａｎｉｄｅ ｏｘｉｄｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、第１０２巻、２００３年、４４５〜４５０頁 Ｓｕｙｖｅｒら、「Ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＮａＹＦ４ ｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ Ｅｒ３＋， Ｔｍ３＋ ａｎｄ ｏｒ Ｙｂ３＋」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、第１１７巻、２００６年、１〜１２頁 Ｃｈｅｎら、Ｆｏｕｒ−ｐｈｏｔｏｎ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｉｏｄｅ ｌａｓｅｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｉｏｎ−ｄｏｐｅｄ Ｙ２Ｏ３ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第４４８巻、２００７年、１２７〜１３１頁 Ｓ．Ｊ．Ｎｏｒｔｏｎ、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｂｏｕｎｄｓ ｏｎ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ ｆｏｒ Ａｇ ａｎｄ Ａｕ ｐｒｏｌａｔｅ ａｎｄ ｏｂｌａｔｅ ｎａｎｏｓｐｈｅｒｏｉｄｓ」、ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、第２巻、０２９５０１頁、２００８年９月２６日 Ｊａｉｎら、Ｎａｎｏｌｅｔｔ、２００７年、第７巻、第９号、２８５４頁 Ｗ．Ｑｕｅら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、２００１年、第９０巻、４８６５頁 Ｊａｎａら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２００３年、第１２５巻、１４２８０〜１４２８１頁 Ｊ−Ｃ．Ｂｏｙｅｒら、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．、２００７年、第７巻、第３号、８４７〜８５２頁 Ｊ．Ｓｈａｎら、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００９年、第２０巻、２７５６０３〜２７５６１６頁 Ｓ．Ｊ．ＮｏｒｔｏｎおよびＴ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ ｏｆ Ｎａｎｏｓｈｅｌｌｓ ｏｆ Ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ Ｓｈａｐｅ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第６巻、６２７〜６３８頁、２００７年 Ｓ．Ｊ．ＮｏｒｔｏｎおよびＴ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｃｈａｉｎｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓ ａｎｄ ｎａｎｏｓｐｈｅｒｏｉｄｓ」、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍｅｒ．、第２５巻、２７６７頁、２００８年 Ｃ．Ｇ．ＫｈｏｕｒｙおよびＴ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｓｔａｒｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃ．、第１１２巻、１８８４９〜１８８５９頁、２００８年 Ｃ．Ｇ．Ｋｈｏｕｒｙ、Ｓ．Ｊ．Ｎｏｒｔｏｎ、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ ｏｆ ３−Ｄ Ｎａｎｏｓｈｅｌｌ Ｄｉｍｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｏｌｅ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ」、ＡＣＳ Ｎａｎｏ、第３巻、２７７６〜２７８８頁、２００９年 Ｓ．Ｊ．Ｎｏｒｔｏｎ、Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｏｒ Ｒａｍａｎ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｉｎ ａ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｎａｎｏｓｈｅｌｌ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、第４８巻、５０４０〜５０４９頁、２００９年 Ａ．Ｐａｌ、Ｔ．Ｐａｌ、Ｄ．Ｌ．ＳｔｏｋｅｓおよびＴ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ： Ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ」、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ、第８４巻、１３４２〜１３４６頁、２００３年 Ａ．Ｐａｌ、Ｄ．Ｌ．ＳｔｏｋｅｓおよびＴ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｐｒｅｐａｒｅｄ Ｇｏｌｄ Ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ ｉｎ ａ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ−ｂａｓｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｓｏｌｉｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆｏｒ Ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ」、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ、第８７巻、４８６〜４９１頁、２００４年 Ｇ．Ｆｒｅｎｓ、Ｎａｔ．Ｐｈｙｓ．Ｓｃｉ．、第２４１巻、１９７３、２０頁 Ｗ．Ｓｔｏｂｅｒ、Ａ．Ｆｉｎｋ、Ｅ．Ｂｏｈｎ、Ｊ．Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ．、第２６巻、１９６２、６２〜６９頁 Ｙ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ、Ｈ．Ｋａｔａｋａｍｉ、Ｅ．Ｍｉｎｅ、Ｄ．Ｎａｇａｏ、Ｍ．Ｋｏｎｎｏ、Ｌ．Ｍ．Ｌｉｚ−Ｍａｒｚａｎ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ、第２８３巻、２００５年、３９２〜３９６頁 Ｌ．Ｍ．Ｌｉｚ−Ｍａｒｚａｎ、Ｍ．ＧｉｅｒｓｉｇおよびＰ．Ｍｕｌｖａｎｅｙ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９９６年、第１２巻、４３２９〜４３３５頁 Ｓ．Ｐ．Ｍｕｌｖａｎｅｙ、Ｍ．Ｄ．Ｍｕｓｉｃｋ、Ｃ．Ｄ．Ｋｅａｒｔｉｎｇ、Ｍ．Ｊ．Ｎａｔａｎ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、２００３年、第１９巻、４７８４〜４７９０頁 Ｑ．Ｌｕ、Ａ．Ｌｉ、Ｆ．ＹｕｎＧｕｏ、Ｌ．ＳｕｎおよびＬ．Ｃ．Ｚｈａｏ、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第１９巻、２００８年、２０５７０４頁 Ｊａｎａら、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、第１９巻、５０７４〜５０８２頁、２００７年 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、第２７７巻、１９９７年、１０７８〜１０８１頁 Ｚ．Ｌｉ、Ｒ．Ｃ．Ｊｉｎ、Ｃ．Ａ．ＭｉｒｋｉｎおよびＲ．Ｌ．Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｔｈｉｏｌ−ａｎｃｈｏｒ ｃａｐｐｅｄ ＤＮＡ−ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｓ、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．、第３０巻、２００２年、１５５８〜１５６２頁 Ｙ．Ｗ．Ｃａｏ、Ｒ．ＪｉｎおよびＣ．Ａ．Ｍｉｒｋｉｎ、ＤＮＡ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ Ａｇ／Ａｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第１２３巻、２００１年、７９６１〜７９６２頁 Ｊ．Ｄ．Ｂｕｒｇｅｓ、Ｆ．Ｍ．Ｈａｗｋｒｉｄｇｅ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９９７年、第１３巻、３７８１〜６頁 Ｔ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、ＣＲＣ、２００３年 Ｓｃｈｉｅｔｉｎｇｅｒら、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．、２０１０年、第１０巻、１３４〜１３８頁 Ｈ．Ｍａｅｄａａ、Ｊ．Ｆａｎｇａ、Ｔ．Ｉｎｕｔｓｕｋａａ、Ｙ．Ｋｉｔａｍｏｔｏ、２００３年、Ｖａｓｃｕｌａｒ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｓｏｌｉｄ ｔｕｍｏｒ： ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ， ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｉｎｔ．Ｉｍｍｕｎｏｐｈａｒｍａｃｏｌ、第３巻、３１９〜３２８頁 Ｇ．Ｆ．Ｐａｃｉｏｔｔｉ、Ｌ．Ｍｙｅｒ、Ｄ．Ｗｅｉｎｒｅｉｃｈ、Ｄ．Ｇｏｉａ、Ｎ．Ｐａｖｅｌ、Ｒ．Ｅ．ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ、Ｌ．Ｔａｍａｒｋｉｎ、２００４年、Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｇｏｌｄ： ａ ｎｏｖｅｌ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｖｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｔｕｍｏｒ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｄｒｕｇ ｄｅｌｉｖｅｒｙ、Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖ．、第１１巻、１６９〜１８３頁 Ａ．Ｂ．Ｓｔｅｅｌ、Ｔ．Ｍ．Ｈｅｒｎｅ、Ｍ．Ｊ．Ｔａｒｌｏｖ、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、１９９８年、第７０巻、４６７０〜７頁 Ｔ．Ｍ．Ｈｅｒｎｅ、Ｍ．Ｊ．Ｔａｒｌｏｖ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９９７年、第１１９巻、８９１６〜２０頁 Ｍ．Ｂｏｎｃｈｅｖａ、Ｌ．Ｓｃｈｅｉｂｌｅｒ、Ｐ．Ｌｉｎｃｏｌｎ、Ｈ．Ｖｏｇｅｌ、Ｂ．Ａｋｅｒｍａｎ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９９９年、第１５巻、４３１７〜２０頁 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、２２号、２２７４０２〜１頁、２００３年 Ｐ．Ｈｏｌｉｇ、Ｍ．Ｂａｃｈ、Ｔ．Ｖｏｌｋｅｌ、Ｔ．Ｎａｈｄｅ、Ｓ．Ｈｏｆｆｍａｎｎ、Ｒ．ＭｕｌｌｅｒおよびＲ．Ｅ．Ｋｏｎｔｅｒｍａｎｎ、Ｎｏｖｅｌ ＲＧＤ ｌｉｐｏｐｅｐｔｉｄｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ｏｆ ｌｉｐｏｓｏｍｅｓ ｔｏ ｉｎｔｅｇｒｉｎ−ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ ａｎｄ ｍｅｌａｎｏｍａ ｃｅｌｌｓ、Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ、２００４年、第１７巻、第５号、４３３〜４４１頁 Ｇ．Ｆｒｅｎｓ、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｉｎ ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ ｇｏｌｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｎａｔｕｒｅ（ロンドン）、Ｐｈｙｓ．Ｓｃｉ．、１９７３年、第２４１巻、２０〜２２頁 Ｍ．Ｍｏｒｅｎｏ−Ｂｏｎｄｉ、Ｊ．ＭｏｂｌｅｙおよびＴ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｒｅｇｅｎｅｒａｂｌｅ Ａｎｔｉｂｏｄｙ−ｂａｓｅｄ Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｂｒｅａｓｔ Ｃａｎｃｅｒ」、Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ、第５巻、３５０〜３５４頁、２０００年 Ｊｏｎ Ａ．ＷｏｌｆｆおよびＤａｖｉｄ Ｂ．Ｒｏｚｅｍａ、Ｂｒｅａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｂｏｎｄｓ： Ｎｏｎ−ｖｉｒａｌ Ｖｅｃｔｏｒｓ Ｂｅｃｏｍｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｄｙｎａｍｉｃ、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｔｈｅｒａｐｙ、２００７年、第１６巻、第１号、８〜１５頁 Ｚｈｅｎ Ｙａｎｇ、Ｘｉａｏｙｏｎｇ Ｗａｎｇ、Ｈｕａｊｉａ Ｄｉａｏ、Ｊｕｎｆｅｎｇ Ｚｈａｎｇ、Ｈｏｎｇｙａｎ Ｌｉ、Ｈｏｎｇｚｈｅ ＳｕｎおよびＺｉｊｉａｎ Ｇｕｏ、Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｔｉｎｕｍ ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ ｄｒｕｇｓ ｂｙ ａｐｏｆｅｒｒｉｔｉｎ、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、第３３巻、２００７年、３４５３〜３４５５頁 Ｉｒｏｎ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ａｐｏｆｅｒｒｉｔｉｎ． Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ａｐｏｆｅｒｒｉｔｉｎ ａｓ ａ ｆｅｒｒｏｘｉｄａｓｅ、Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ［００２１−９２５８］、Ｂａｋｋｅｒ、１９８６年、第２６１巻、第２８号、１３１８２〜５頁 Ｍｉｔｓｕｈｉｒｏ Ｏｋｕｄａ、Ｋｅｎｊｉ Ｉｗａｈｏｒｉ、Ｉｃｈｉｒｏ Ｙａｍａｓｈｉｔａ、Ｈｉｄｅｙｕｋｉ Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ、Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ａｎｄ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃａｇｅ ｏｆ ａｐｏｆｅｒｒｉｔｉｎ、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、第８４巻、第２号、１８７〜１９４頁 Ｋｅｎｊｉ Ｉｗａｈｏｒｉ、Ｋｅｉｋｏ Ｙｏｓｈｉｚａｗａ、Ｍａｓａｈｉｒｏ ＭｕｒａｏｋａおよびＩｃｈｉｒｏ Ｙａｍａｓｈｉｔａ、Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＺｎＳｅ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｐｏｆｅｒｒｉｔｉｎ Ｃａｖｉｔｙ ｂｙ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａ Ｓｌｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、第４４巻、第１８号、６３９３〜６４００頁、２００５年 Ｌｅｉ Ｚｈａｎｇ、Ｊｏｅ Ｓｗｉｆｔ、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ａ．Ｂｕｔｔｓ、Ｖｉｊａｙ ＹｅｒｕｂａｎｄｉおよびＩｖａｎ Ｊ．Ｄｍｏｃｈｏｗｓｋｉ、Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａｐｏｆｅｒｒｉｔｉｎ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｇｏｌｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第１０１巻、１７１９〜１７２９頁、２００７ 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、１０号、１１９２頁 Ｓ．Ｆａｒｇｉｏｎ、Ｐ．Ａｒｏｓｉｏ、Ａ．Ｌ．Ｆｒａｃａｎｚｏｎｉ、Ｖ．Ｃｉｓｌａｇｈｉ、Ｓ．Ｌｅｖｉ、Ａ．Ｃｏｚｚｉ、Ａ．ＰｉｐｅｒｎｏおよびＡ．Ｇ．Ｆｉｒｅｌｌｉ、Ｂｌｏｏｄ、１９８８年、第７１巻、７５３〜７５７頁 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Ｗ．Ｂｒｙａｎｔ、Ｗｅｉ Ｚｈａｎｇ、Ｔｉｍｕｒ Ｓｋｅｉｎｉ、Ｊａｅｂｅｏｍ Ｌｅｅ、Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｋｏｔｏｖ、Ｊｏｓｅｐｈ Ｍ．Ｓｌｏｃｉｋ、およびＲａｊｅｓｈ Ｒ．Ｎａｉｋ、Ｅｘｃｉｔｏｎ−Ｐｌａｓｍｏｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｘｃｉｔｏｎｓ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．、第６巻、第５号、９８４頁、２００６年 Ｉ．Ｖ．Ｂｏｎｄａｒｅｖ、Ｋ．ＴａｔｕｒおよびＬ．Ｍ．Ｗｏｏｄｓ、Ｓｔｒｏｎｇ ｅｘｃｉｔｏｎ−ｐｌａｓｍｏｎ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ Ｙｕｒｉ Ｆｅｄｕｔｉｋ、Ｖａｓｉｌｙ Ｔｅｍｎｏｖ、Ｕｌｒｉｋｅ Ｗｏｇｇｏｎ、Ｅｌｅｎａ Ｕｓｔｉｎｏｖｉｃｈ、およびＭｉｋｈａｉｌ Ａｒｔｅｍｙｅｖ、Ｅｘｃｉｔｏｎ−Ｐｌａｓｍｏｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｎａｎｏｗｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第１２９巻、第４８号、１４９３９〜１４９４５頁、２００７年 Ｇ．Ｗ．ＦｏｒｄおよびＷ．Ｈ．Ｗｅｂｅｒ、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｗｉｔｈ ｍｅｔａｌ ｓｕｒｆａｃｅｓ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｐ．、第１１３巻、１９５〜２８７頁、１９８４年 Ｇｒｅｇｏｒｙ Ａ．Ｗｕｒｔｚ、Ｐａｕｌ Ｒ．Ｅｖａｎｓ、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｈｅｎｄｒｅｎ、Ｒｏｎａｌｄ Ａｔｋｉｎｓｏｎ、Ｗａｙｎｅ Ｄｉｃｋｓｏｎ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｊ．ＰｏｌｌａｒｄおよびＡｎａｔｏｌｙ Ｖ．Ｚａｙａｔｓ、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ ｗｉｔｈ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｅｘｃｉｔｏｎ−Ｐｌａｓｍｏｎ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎ Ｊ−Ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｈｙｂｒｉｄｉｚｅｄ Ａｕ Ｎａｎｏｒｏｄ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．、第７巻、第５号、１２９７頁、２００７年 Ｊａｅｂｅｏｍ Ｌｅｅ、Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｏ．Ｇｏｖｏｒｏｖ、Ｊｏｈｎ Ｄｕｌｋａ、およびＮｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｋｏｔｏｖ、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅｓ ｏｆ ＣｄＴｅ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ａｎｄ Ａｕ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ： Ｐｌａｓｍｏｎ−Ｅｘｃｉｔｏｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ， Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ、Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．、第４巻、第１２号、２３２３頁、２００４年 Ｎ．Ｒ．Ｊａｎａ、Ｌ．ＧｅａｒｈｅａｒｔおよびＣ．Ｊ．Ｍｕｒｐｈｙ、Ｓｅｅｄｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｆｏｒ ｓｉｚｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ５−４０ ｎｍ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、第１７巻、２００１年、６７８２〜６７８６頁 Ｍ．Ｂｒｕｓｔ、Ｍ．Ｗａｌｋｅｒ、Ｄ．Ｂｅｔｈｅｌｌ、Ｄ．Ｊ．Ｓｃｈｉｆｆｒｉｎ、Ｒ．Ｗｈｙｍａｎ、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９９４年、８０１頁 Ｍ．Ｊ．Ｈｏｓｔｅｔｌｅｒ、Ｊ．Ｅ．Ｗｉｎｇａｔｅ、Ｃ．Ｊ．Ｚｈｏｎｇ、Ｊ．Ｅ．Ｈａｒｒｉｓ、Ｒ．Ｗ．Ｖａｃｈｅｔ、Ｍ．Ｒ．Ｃｌａｒｋ、Ｊ．Ｄ．Ｌｏｎｄｏｎｏ、Ｓ．Ｊ．Ｇｒｅｅｎ、Ｊ．Ｊ．Ｓｔｏｋｅｓ、Ｇ．Ｄ．Ｗｉｇｎａｌｌ、Ｇ．Ｌ．Ｇｌｉｓｈ、Ｍ．Ｄ．Ｐｏｒｔｅｒ、Ｎ．Ｄ．Ｅｖａｎｓ、Ｒ．Ｗ．Ｍｕｒｒａｙ、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９９８年、第１４巻、１７頁 Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄ、Ｒ．Ｐｆｅｉｌ、Ｒ．Ｂｏｅｓｅ、Ｆ．Ｂａｎｄｒｍａｎｎ、Ｓ．Ｍｅｙｅｒ、Ｇ．Ｈ．Ｍ．Ｃａｌｉｓ、Ｊ．Ｗ．Ａ．ｖａｎ ｄｅｒ Ｖｅｌｄｅｎ、Ｃｈｅｍ．Ｂｅｒ．、１９８１年、第１１４巻、３６３４頁 Ｍ．Ｇ．Ｗａｒｎｅｒ、Ｓ．Ｍ．Ｒｅｅｄ、Ｊ．Ｅ．Ｈｕｔｃｈｉｓｏｎ、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、２０００年、第１２巻、３３１６頁 Ｗ．Ｗ．Ｗｅａｒｅ、Ｓ．Ｍ．Ｒｅｅｄ、Ｍ．Ｇ．Ｗａｒｎｅｒ、Ｊ．Ｅ．Ｈｕｔｃｈｉｓｏｎ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２０００年、第１２２巻、１２８９０頁 Ｚｉｙｉ Ｚｈｏｎｇ、Ｂｅｎｏｉｔ Ｍａｌｅ、Ｋｅｉｔｈ Ｂ．Ｌｕｏｎｇ、Ｊｏｈｎ Ｈ．Ｔ．、Ｍｏｒｅ Ｒｅｃｅｎｔ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｕ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００３年、第３６巻、第１５号、３０９７〜３１１８頁 ＡＫＩＴＯ ＭＡＳＵＨＡＲＡ、ＳＡＴＯＳＨＩ ＯＨＨＡＳＨＩ、ＨＩＴＯＳＨＩ ＫＡＳＡＩ、ＳＨＵＪｌ ＯＫＡＤＡ、ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＯＰＴＩＣＡＬ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＮＡＮＯＣＯＭＰＬＥＸＥＳ ＣＯＭＰＯＳＥＤ ＯＦ ＭＥＴＡＬ ＮＡＮＯＰＡＲＴＩＣＬＥＳ ＡＮＤ ＯＲＧＡＮＩＣ ＤＹＥＳ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ＆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、第１３巻、第３〜４号、２００４年、５８７〜５９２頁 Ｐ．Ｍ．Ｋａｓｉｌｉ、Ｊ．Ｍ．ＳｏｎｇおよびＴ．Ｖｏ−Ｄｉｎｈ、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｓｐａｓｅ−９ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｅｌｌ」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第１２６巻、２７９９〜２８０６頁、２００４年

したがって、本発明の１つの目的は、対象において、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法を提供することであり、この方法により、エネルギーのアップコンバージョンを使用して、対象の治療が、身体の任意の領域において可能となり、かつこの方法は、非侵襲性であり、健常細胞と比べて、標的細胞に対して高い選択性を示す。

本発明のさらなる目的は、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法を提供することであり、この方法は、任意の適切なエネルギー源を、対象の標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発するための開始エネルギー源として使用して、状態、障害または疾患を治療することができる。

本発明のさらなる目的は、開始エネルギーを、標的構造付近に置かれたナノ粒子に標的構造に所定の変化を誘発する光を放射させるエネルギーに変換する調節剤を使用して、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、標的構造付近に置かれたナノ粒子が放射したエネルギーを変換する調節剤を使用して、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法を提供することであり、その結果、このエネルギー調節剤が再放射したエネルギーが、標的構造に所定の変化を誘発する。

好ましい実施形態についての以下の詳細な説明と関連させることにより、より明らかになるであろう本発明のこれらおよび他の目的は、それらの単独の場合またはそれらを組み合わせた場合のいずれであっても、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法の発見により果たされるに至り、この方法は、
ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、ナノ粒子が、第１の波長λ_１に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
‐ ナノ粒子が、ナノ粒子表面の少なくとも一部分上に金属シェルを含み、
‐ 金属シェルの半径寸法が、金属シェルにおける表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、光を標的構造付近または標的構造内に放射するように構成されるステップと、
開始エネルギー源から、前記第１の波長λ_１を含む開始エネルギーを対象に適用するステップであって、前記第２の波長λ_２を含む放射光が、標的構造と直接的または間接的に接触し、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発するステップと
を含み、
前記所定の変化が、標的構造を改変し、標的構造の生物学的活性を調節する。

本発明のその上さらなる目的は、前記開始エネルギーを、前記標的構造に所定の変化をもたらすエネルギーに変換する少なくとも１つのエネルギー調節剤を、前記対象にさらに投与することである。

本発明のさらなる目的は、状態、障害または疾患を治療するための方法であり、この方法は、任意の適切なエネルギー源を活性化可能な医薬品を活性化するための開始エネルギー源として使用し、それによって、標的構造に所定の変化を引き起こして、状態、障害または疾患を治療することができる。

本発明のさらなる目的は、エネルギーカスケードを使用して、活性化可能な医薬品を活性化し、次いで、状態、障害または疾患に罹患している細胞を治療して、状態、障害または疾患を治療するための方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、対象において自家ワクチン作用を発生させるための方法を提供することであり、この方法は、ｉｎ ｖｉｖｏであってもよく、したがって、対象の組織もしくは細胞のｅｘ ｖｉｖｏにおける治療の必要性が回避され、またはｅｘ ｖｉｖｏであってもよい。

本発明のさらなる目的は、対象において自家ワクチン作用を発生させるための方法を提供することであり、この方法は、ｉｎ ｖｉｖｏであってもよく、したがって、対象の組織もしくは細胞のｅｘ ｖｉｖｏにおける治療の必要性が回避され、またはｅｘ ｖｉｖｏであってもよい。

本発明のさらなる目的は、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法を提供することであり、この方法は、
ａ．１つまたは複数の細胞を、光子放射性の改変または物質を組み込むように改変するステップと、
ｂ．改変細胞を対象の標的部位において挿入するステップと、
ｃ．ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、ナノ粒子が、改変細胞から放射された、第１の波長λ_１を有する光子に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
‐ ナノ粒子が、ナノ粒子表面の少なくとも一部分上に金属シェルを含み、
‐ 金属シェルの半径寸法が、金属シェルにおける表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、エネルギーを放射するように構成されるステップと、
ｄ．（ｉ）ナノ粒子が放射したエネルギーにより直接的または間接的に活性化されて、標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで引き起こすことができる少なくとも１つの活性化可能な医薬品、および（ｉｉ）場合により、少なくとも１つのエネルギー調節剤を投与するステップと
を含み、
‐ こうして、標的構造に対する所定の変化を発生させ、前記所定の変化が、標的構造を改変し、標的構造の生物学的活性を調節する。

本発明のその上さらなる目的は、本発明の方法において使用するためのキット、システムおよび医薬組成物を提供することである。

添付の図面と関連して考慮した場合、以下の詳細な説明の参照によってよりよく理解されるので、本発明および多くのそれらに付随する有利性のより完全な理解は、容易に得られるであろう。

メートル単位の例示的電磁スペクトルの図である。 本発明のエネルギー調節剤−光活性化因子（ｐｈｏｔｏ ａｃｔｉｖａｔｏｒ）（ＰＡ）システムの一実施形態をグラフィックで表示した図である。 組織における「治療ウインドウ」および生物学的成分の吸収スペクトルをグラフ表示した図である。 プラズモンナノ構造、および様々な励起波長におけるそれらの理論的な電磁的増強をグラフ表示した図である。 赤外蛍光体システムのエネルギーの略図である。 アップコンバージョン励起ならびにＥｒ^３＋、Ｔｍ^３＋およびまたはＹｂ^３＋イオンに関する可視発光スキームを示すエネルギーレベルの略図である。 Ｙ_２Ｏ_３ナノ結晶における４光子のアップコンバージョンプロセスに関するエネルギー状態を示すエネルギーの図である。 本発明の様々なアップコンバータ構造の略図である。 立方体Ｙ_２Ｏ_３および１０ ｍＭのトリ−アルギニンを使用して分散された、金でコーティングされたＹ_２Ｏ_３のＵＶ〜可視吸収スペクトルの図である。 シェルの厚みの関数としてのプラズモン共鳴の略図である。 Ａｕのシェルを有するＬｎをドープされたＹ_２Ｏ_３コアの形成プロセスおよび結果として得られるＡｕのシェルを有するＬｎをドープされたＹ_２Ｏ_３コアの略図である。 ＮａＹＦ_４のシェルを有するＬｎをドープされたＹ_２Ｏ_３コアの形成プロセスおよび結果として得られるＮａＹＦ_４のシェルを有するＬｎをドープされたＹ_２Ｏ_３コアの略図である。 本発明の特定のナノメーターサイズのアップコンバータ構造の略図である。 燃焼法を介して生成された略１５ｎｍの立方体Ｙ_２Ｏ_３誘電性粒子を示す顕微鏡写真である（拡大図ＡおよびＢ）。 略７０〜２００ｎｍの範囲のサイズ範囲のＮａＹＦ_４誘電性粒子を示す顕微鏡写真である。 略５０ｎｍおよび略１５０ｎｍの２種のサイズで分布するＮａＹＦ_４誘電性粒子を示す顕微鏡写真である。 ３５ｎｍ±５ｎｍのサイズのＹｂＦ_３誘電性粒子を示す顕微鏡写真である。 ９８０ｎｍにおいて励起された、ＹｂＦ_３；Ｔｍ（２％）誘電性粒子からの発光スペクトルの図である。 略２０〜１５０ｎｍのサイズ範囲のＮａＹｂＦ_４誘電性粒子を示す顕微鏡写真である。 略２０〜１５０ｎｍのサイズ範囲のＮａＹｂＦ_４誘電性粒子を示す顕微鏡写真である。 略２０〜１５０ｎｍのサイズ範囲のＮａＹｂＦ_４誘電性粒子を示す顕微鏡写真である。 略２０〜１５０ｎｍのサイズ範囲のＮａＹｂＦ_４誘電性粒子を示す顕微鏡写真である。 本発明の他の様々なアップコンバータ構造の略図である。 本発明の他の様々なアップコンバータ構造の別の略図である。 本発明のプラズモニクス活性アップコンバータ構造の略図である。 本発明のプラズモニクス活性アップコンバータ構造に連結した光活性分子の略図である。 コーティングされていないＹ_２Ｏ_３ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 本発明の金でコーティングされたＹ_２Ｏ_３ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 本発明の金でコーティングされたＹ_２Ｏ_３ナノ粒子からのＸ線回折データである。 クエン酸塩還元技術を使用する本発明の一実施形態に従って調製された、１５ｎｍの金ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 クエン酸塩還元技術を使用する本発明の一実施形態に従って調製された、３０ｎｍの金ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 クエン酸塩還元技術を使用する本発明の一実施形態に従って調製された、６０ｎｍの金ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 ヒドラジン一水和物還元技術を使用する本発明の一実施形態に従って調製された、３０ｎｍの金ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 本発明によって形成され、本発明に使用される、銀ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 本発明によって形成され、本発明に使用される、ＡｇによりコーティングされたＡｕナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 本発明によって形成され、本発明に使用される、Ａｕ／Ａｇ／Ａｕ／Ａｇマルチシェルナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。 レシピエント分子が、光子放射線によって解離させることができるリンカーを介して金属ナノ粒子に結合した、本発明の他の様々なアップコンバータ構造の略図である。 誘電性コアがその上にバイオ受容体分子を付加された、または誘電性コアがバイオ受容体分子のリンケージによって結合した、本発明の他の様々なアップコンバータ構造の略図である。 誘電性コアがその上にバイオ受容体分子を付加された、または誘電性コアがバイオ受容体分子のリンケージによって結合した、本発明のさらに他の様々なアップコンバータ構造の略図である。 図１２Ｂ−Ｆの構成と類似の構成に関する、波長の関数としての放射の強化を表す図である。 分子が金属シェルの内部に位置する構成に関する、波長の関数としての放射の強化を表す図である。 図１２Ａ−Ｆの構成と類似の構成に関する、波長の関数としての励起の強化を表す図である。 図１２Ｂ−３に示す構造および励起に関する、波長の放射増強の依存を表す図である。 増強の合計対金属シェルの内径を示すために単純化された、図１２Ｂ−４のデータを表す図である 取り外し可能な結合を有するＰＥＰＳＴエネルギー調節剤−ＰＡシステムの実施形態をグラフィックで表示した図である。 二重プラズモニクス励起のためのＰＥＰＳＴプローブの実施形態をグラフィックで表示した図である。 カプセル化された光活性物質の使用の実施形態をグラフィックで表示した図である。 非侵襲的ＰＥＰＳＴモダリティーの本発明の原理の使用を単純化されたグラフィックで表示した図である。 基本的なＥＩＰプローブの実施形態の様々な略図を示す図である。 基本的なＥＰＥＰプローブの様々な実施形態をグラフィックで表示した図である。 基本的なＥＰＥＰプローブの様々な実施形態をグラフィックで表示した図である。 ＮＰ、ＮＷおよびＮＲを有するＥＰＥＰプローブの様々な実施形態をグラフィックで表示した図である。 ＮＰ、ＮＷ、ＮＲおよびバイオ受容体を有するＥＰＥＰプローブの様々な実施形態をグラフィックで表示した図である。 ＮＰおよび複数のＮＷを有するＥＰＥＰプローブの実施形態をグラフィックで表示した図である。 ツリウムによりドープされたナノ粒子（ＮａＹｂＦ_４、３％Ｔｍ）からのダウンコンバージョンおよびアップコンバージョン放射の両方を表す図である。 代表的な３５ｎｍＰＥＩをコーティングしたＹｂＦ_３；Ｔｍ（２％）の粒子の顕微鏡写真である。

本発明は、対象において、有効であり、特異的であり、ほとんど副作用のない、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための新規方法を記載する。状態、障害または疾患に罹患しているこれらの細胞は、本明細書において標的細胞と呼ばれる。

本明細書に記載されているものに類似または同等の全ての方法および物質を、本発明の実施または試験に使用することができ、適切な方法および物質が本明細書に記載されている。本明細書に記述される全ての刊行物、特許公報、特許および他の参考文献は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。競合する場合、定義を含み本明細書が支配する。さらに、物質、方法および例は、例示のみであり、特に指定のない限り、限定的であることを意図しない。

一般に、本発明は、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法を提供し、この方法は、
ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、ナノ粒子が、第１の波長λ_１に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
‐ ナノ粒子が、ナノ粒子に関して堆積させた金属構造体を含み、
‐ 金属シェルの半径寸法が、金属シェルにおける表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、光を標的構造付近または標的構造内に放射するように構成されるステップと、
開始エネルギー源から、前記第１の波長λ_１を含む開始エネルギーを対象に適用するステップであって、前記第２の波長λ_２を含む放射光が、標的構造と直接的または間接的に接触し、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発するステップと
を含み、
前記所定の変化が、標的構造を改変し、標的構造の生物学的活性を調節する。

一実施形態において、開始エネルギーは、エネルギー調節剤および／または光活性剤があってもまたはなくても、標的構造に所定の変化を誘発することができるプラズモニクスおよび／または励起子カップリング増強型光生成を発生させる。

多様な実施形態において、適用されたエネルギーは、ｈν_１に等しいエネルギーレベルを有する放射線１により運ばれる光子エネルギー（プランク定数と周波数１の積）がより高いエネルギーｈν_２に変換されるので、アップコンバートされると考慮され、ここでｈν_１はｈν_２よりも小さい。多様な実施形態において、適用されたエネルギーは、ｈν_１のエネルギーがより低いエネルギーｈν_２に変換されるので、ダウンコンバートされると考慮され、ここでｈν_１はｈν_２よりも大きい。

本発明の多様な実施形態において、マイクロ波およびＲＦ領域からＵＶ、ＶＩＳおよびＩＲ領域におけるより高い光子エネルギーの電磁放射線への広帯域アップコンバージョンの系および方法が提供される。本発明は、アップコンバージョンおよびダウンコンバージョンが生物学的媒体（または）人体および動物体の内部で実施される多様な用途を包含することができる。

多様な物質のうち、ルミネセンスナノ粒子が、ますます技術的および産業的興味を集めている。本発明の文脈において、ナノ粒子は１マイクロメートル未満のサイズを有する粒子を意味する。本発明の記載が、ナノ粒子を使用して特定の例を記載する場合、本発明は、多くの実施形態において、１マイクロメートル未満のサイズを有する粒子に限定されない。しかし、多くの実施形態において、１マイクロメートル未満、特に１００ｎｍ未満のサイズを有するサイズ範囲は、例えば発光寿命、ルミネセンス消光、ルミネセンス粒子効率および濃度消光など、ならびに例えばより大きなサイズの粒子が移動しない媒質への拡散、浸透および分散などの特別な興味を引く特性を生じる。

上記に示したように、本発明の目的は、フォトバイオモジュレーションを使用して、対象において生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変することであり、好ましい一実施形態では、状態、障害または疾患を治療することである。

好ましい一実施形態において、開始エネルギー源は、好ましくは標的細胞に近接して、エネルギー調節剤を介して間接的に適用される。本発明は、少なくとも１つのエネルギー調節剤が、開始エネルギーを、前記標的構造に所定の変化を誘発することができる第２波長λ_２の範囲でナノ粒子を発光させる第１波長λ_１の範囲のエネルギーに変換する、状態、障害または疾患の治療方法をさらに提供する。別の実施形態において、少なくとも１つのエネルギー調節剤は、開始エネルギーを、標的構造に所定の変化を誘発することができる前記第２波長λ_２の範囲でナノ粒子にエネルギーを放射させる第１波長λ_１の範囲のエネルギーに変換する。好ましい一実施形態において、エネルギー調節剤は、前記標的構造の周囲、その上またはその中に特異的に位置している。なお別の実施形態において、エネルギー調節剤は、前記標的構造に所定の変化を誘発することができる前記第２波長λ_２の範囲にナノ粒子を発光させる第１波長λ_１の範囲の光または別の電磁エネルギーに、開始電磁エネルギーを変換する。一実施形態において、エネルギー調節剤は、開始エネルギーをダウンコンバートすることができる。別の実施形態において、エネルギー調節剤は、開始エネルギーをアップコンバートすることができる。

上記に示したように、本発明の目的は、フォトバイオモジュレーションを使用して、対象において生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変することであり、好ましい実施形態では、状態、障害または疾患を治療することである。例示的な状態、障害または疾患には、癌（例えば、前立腺、乳房、肺および結腸）、自己免疫性疾患、軟および骨組織損傷、慢性疼痛、創傷治癒、神経再生、ウイルスおよび細菌感染、脂肪沈着（脂肪吸引）、静脈瘤、前立腺肥大、網膜損傷および他の眼疾患、パーキンソン病、ならびに行動、知覚および認知障害が含まれ得るが、これらに限定されない。例示的な状態には、神経（脳）画像化および刺激、光による脳細胞活性の直接的な制御、細胞死（アポトーシス）の制御、ならびに細胞増殖および分化の変更も含まれ得る。

したがって、一実施形態において、本発明は現存の方法の欠点を克服することができる方法を提供する。一般に、本発明の方法は、治療を必要とする対象において少なくとも１つの供給源から標的構造に適用される開始エネルギーを利用し、ここで開始エネルギーは、標的構造に間接的に接触し、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発し、これにより、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変し、好ましくは状態、障害または疾患を治療する。開始エネルギーは、好ましくは、対象に完全に浸透することができ、単一供給源または２つ以上の供給源から適用することができる。例示的な開始エネルギーは、ＵＶ照射、可視光線、赤外線（ＩＲ）、Ｘ線、ガンマ線、電子ビーム、マイクロ波または電波であり得る。

一実施形態において、プラズモニクス活性剤（例えば、ナノ粒子）は、アップコンバートされた開始エネルギーが前記標的構造に所定の変化を誘発することができるように、適用される開始エネルギーをアップコンバートする。「エネルギーのアップコンバージョン」は、第１波長λ_１への曝露によって、作用物質（例えば、エネルギー調節剤またはプラズモニクス活性剤または両方）が第１波長λ_１よりも高いエネルギーを有する第２波長λ_２の放射線を生じることを意味する。異なる実施形態において、エネルギー調節剤は、アップコンバートされた開始エネルギーが、少なくとも１つのプラズモニクス活性剤により吸収、増強または修飾されて、前記標的構造に所定の変化をもたらすエネルギーになるように、適用される開始エネルギーをアップコンバートする。別の実施形態において、開始エネルギーは、少なくとも１つのプラズモニクス活性剤により吸収、増強または修飾されて、前記標的構造に所定の変換を誘発することができるエネルギーにエネルギー調節剤（例えば、ナノ粒子）によりアップコンバートされ得るエネルギーになる。なお別の好ましい実施形態において、本発明の方法は、分子剤へのおよび分子剤の間のエネルギー移行の原理を利用し、所望の効果の送達が従来の技術よりも増強される、正確であるおよび有効であるように、照射による細胞変化の送達および活性化を制御する。

さらに、エネルギー調節剤は、光子開始エネルギーを、前記標的構造に所定の変化をもたらす光子エネルギーに変換することができる。好ましい一実施形態において、エネルギー調節剤は、光子開始エネルギーの波長をダウンコンバートする。別の好ましい実施形態において、エネルギー調節剤は、光子開始エネルギーの波長をアップコンバートすることができる。異なる実施形態において、調節剤は、生体適合性蛍光金属ナノ粒子、蛍光金属酸化物ナノ粒子、蛍光色素分子、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金被覆銀ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光分子、複合電磁エネルギーハーベスター（ｈａｒｖｅｓｔｅｒ）分子および強力なルミネセンスを示すランタニドキレートから選択される１つまたは複数のメンバーである。

本発明の別の目的は、活性化可能な医薬品を使用して対象において状態、障害または疾患を治療することである。例示的な状態、障害または疾患には、癌、自己免疫疾患、心臓の磨耗（例えば、心不整脈および心房細動）、光血管形成（ｐｈｏｔｏａｎｇｉｏｐｌａｓｔｉｃ）状態（例えば、新規アテローム性動脈硬化、再狭窄）、内膜過形成、動静脈瘻孔、黄斑変性、乾癬、挫瘡、円形脱毛症（ｈｏｐｅｃｉａ ａｒｅａｔａ）、ポートワイン母斑、脱毛、リウマチ性および炎症性関節炎、関節の状態、リンパ節の状態、ならびに認知および行動の状態が含まれ得るが、これらに限定されない。

したがって、一実施形態において、本発明は、分子剤へのおよび分子剤の間のエネルギー移行の原理を利用し、所望の薬理学的効果の送達が従来技術よりも集中する、正確であるおよび有効であるように薬理学的作用剤の送達および活性化を制御する方法を提供する。

なお別の好ましい実施形態において、開始エネルギー源は、好ましくは標的細胞に近接している、活性化可能な医薬品および／またはプラズモニクス活性剤（例えば、ナノ粒子）に直接的にまたは間接的に適用される。

本発明の文脈内において、開始エネルギーの適用を意味する場合、語句「間接的に適用される」（または「間接的に適用されている」、「間接的に適用する」、「間接的に適用された」、「間接的な適用」などのこの語句の変形）は、開始エネルギーによる対象、対象の表面下、ならびに対象への調節剤および／もしくは活性化可能な医薬品の浸透を意味する。一実施形態において、開始エネルギー源は、エネルギー調節剤および／または活性化可能な医薬品の視線内であることができない。「視線内であることができない」とは、仮定の観察者がエネルギー調節剤または活性化可能な医薬品の位置に位置している場合、その観察者が開始エネルギーの供給源を見ることができないことを意味する。

あらゆる特定の理論に束縛されること、そうでなければどのようにも限定されることを意図するものではないが、以下の科学的原則および定義の理論的考察を、読み手が本発明の理解および認識を得ることを助けるために提供する。

本明細書で使用されるとき、用語「対象」は、ヒトに限定されることを意図せず、動物、植物または任意の適切な生物学的生命体も含むことができる。

本明細書で使用されるとき、語句「疾患または状態」は、癌、軟および骨組織損傷、慢性疼痛、創傷治癒、神経再生、ウイルスおよび細菌感染、脂肪沈着（脂肪吸引）、静脈瘤、前立腺肥大、網膜損傷および他の眼疾患、パーキンソン病、ならびに行動、知覚および認知障害が含まれ得るが、これらに限定されない状態、障害または疾患を意味する。例示的な状態には、神経（脳）画像化および刺激、光による脳細胞活性の直接的な制御、細胞死（アポトーシス）の制御、ならびに細胞増殖および分化の変更も含まれ得る。なお他の例示的な状態、障害または疾患には、心臓の磨耗（例えば、心不整脈および心房細動）、光血管形成状態（例えば、新規アテローム性動脈硬化、再狭窄）、内膜過形成、動静脈瘻孔、黄斑変性、乾癬、挫瘡、円形脱毛症、ポートワイン母斑、脱毛、リウマチ性および炎症性関節炎、関節の状態、ならびにリンパ節の状態が含まれ得るが、これらに限定されない。

本明細書で使用されるとき、用語「標的構造」は、真核細胞、原核細胞、細胞膜、核膜、細胞核、核酸、ミトコンドリア、リボソームまたは他の細胞オルガネラもしくは成分などの細胞内構造、細胞外構造、ウイルスまたはプリンおよびこれらの組合せを意味する。

所定の細胞変化の性質は、所望の薬学的な結果によって決まる。例示的な細胞変化には、アポトーシス、壊死、特定の遺伝子の上方制御、特定の遺伝子の下方制御、サイトカインの分泌、サイトカイン受容体反応の変更、チトクロムｃオキシダーゼおよびフラビンタンパク質の調節、ミトコンドリアの活性化、抗酸化保護経路の刺激、細胞増殖および分化の調節、神経の発火パターンの変更、レドックス特性の変更、反応性酸素種の生成、細胞における細胞内成分の活性、量または数の調節、細胞により産生された、排出されたまたは細胞と関連する細胞外成分の活性、量または数の調節、あるいはこれらの組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。所定の細胞変化は、標的構造の破壊または不活性化をもたらしても、もたらさなくてもよい。

本明細書で使用するとき、「エネルギー調節剤」は、供給源からエネルギー入力を受け取り、次に異なるエネルギーを受取標的に再放射することができる作用物質を意味する。分子間のエネルギー移行は、多数の方法によって生じる。エネルギーの形態は、電気、熱、電磁、運動または化学の性質であり得る。エネルギーは、１つの分子から別のものへの移動（分子間移動）または分子の１つの部分から同じ分子の別の部分への移動（分子内移動）であり得る。例えば、調節剤は、電磁エネルギーを受け取り、エネルギーを熱エネルギーの形態で再放射することができる。好ましい実施形態において、エネルギー調節剤は、高いエネルギー（例えば、Ｘ線）を受け取り、低いエネルギー（例えば、ＵＶ−Ａ）を再放射する。いくつかの調節剤は、非常に短いエネルギー保持時間を有する場合があり（ｆｓのオーダー、例えば蛍光分子）、一方、他は非常に長い半減期を有する場合がある（分から時間のオーダー、例えばルミネセンスまたはリン光分子）。適切なエネルギー調節剤には、生体適合性蛍光金属ナノ粒子、蛍光色素分子、金ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子および強力なルミネセンスが可能なランタニドキレートが含まれるが、これらに限定されない。これらの多様な例示的使用が、以下の好ましい実施形態において記載されている。

調節剤を、細胞標的化の目的のために担体とさらに結合することができる。例えば、ＵＶ−Ａバンドで放射する蛍光金属ナノ粒子または蛍光色素分子などの生体適合性分子を、エネルギー調節剤として選択することができる。

エネルギー調節剤を、好ましくは、対象への全身投与によって所望の部位（例えば、腫瘍）に向かわせることができる。例えば、ＵＶ−Ａ放射エネルギー調節剤を、物理的な挿入によりまたはＵＶ−Ａ放射エネルギー調節剤を、脂質、キチンもしくはキチン誘導体、キレートまたは特定の標的腫瘍においてＵＶ−Ａ放射供給源を濃縮することができる他の機能化担体などの腫瘍特異性担体とコンジュゲートすることにより、腫瘍部位において濃縮させることができる。

加えて、エネルギー調節剤を、単独でまたは２つ以上の一連のエネルギー調節剤として使用することができ、ここでエネルギー調節剤は、エネルギーカスケードを提供する。したがって、カスケードにおける第１エネルギー調節剤は、活性化エネルギーを吸収し、それを異なるエネルギーに変換し、次にそれはカスケードにおける第２エネルギー調節剤により吸収され、これがカスケードの終点に達するまで繰り返され、カスケードにおける最終エネルギー調節剤は、活性化可能な医薬品を活性化するためおよび／または光子活性剤（例えば、ナノ粒子）に再放射エネルギーのアップコンバージョンをさせるために必要なエネルギーを放射する。

例示的な調節剤には、生体適合性蛍光金属ナノ粒子、蛍光金属酸化物ナノ粒子、蛍光色素分子、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金被覆銀ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子および強力なルミネセンスを示すランタニドキレートからなる群より選択される少なくとも１つのエネルギー調節剤が含まれ得るが、これらに限定されない。

本明細書で使用されるとき、「活性化可能な医薬品」は、活性化シグナルの不在下で通常は不活性状態で存在する作用物質である。作用物質が、活性化条件下のマッチング（ｍａｔｃｈｉｎｇ）活性化シグナルにより活性化される場合、標的細胞に所望の薬理学的効果（すなわち、好ましくは所定の細胞変化）をもたらすことができる。

対応する作用物質を活性化するのに使用できるシグナルには、特定の波長の光子（例えば、Ｘ線、ＵＶ、ＩＲ、ＮＩＲもしくは可視光線）、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組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。

作用物質の活性化は、シグナルを作用物質に送達するほどの簡単さであり得るかまたはさらに一連の活性化条件が前提となり得る。例えば、前者の場合では、光増感剤などの活性化可能な医薬品をＵＶ−Ａ照射により活性化することができる。いったん活性化されると、この活性化状態の作用物質を、直接次に進めて細胞変化をもたらすことができる。

活性化が他の条件のさらなる前提となり得る場合、活性化シグナルの単なる送達は、所望の細胞変化をもたらすには十分ではない場合がある。例えば、活性状態の特定の細胞構造に結合することにより薬学的効果を達成する光活性化合物は、活性化シグナルが送達されるとき、標的細胞構造に物理的に近接する必要があり得る。そのような活性化可能な作用物質では、非活性化条件下での活性化シグナルの送達は、所望の薬理学的効果をもたらさない。活性化条件のいくつかの例には、温度、ｐＨ、位置、細胞の状態、補助因子の存在または不在が含まれ得るが、これらに限定されない。

活性化可能な医薬品の選択は、所望の細胞変化、所望の活性化の形態、ならびに当てはまり得る物理的および生化学的束縛などの多数の要因によって大きく左右される。例示的な活性化可能な医薬品には、光子エネルギー、電磁エネルギー、音響エネルギー、化学および酵素反応、熱エネルギーまたは他の任意の適切な活性化機構により活性化可能な作用物質が含まれ得るが、これらに限定されない。

活性化されたとき、活性化可能な医薬品は、アポトーシス、代謝経路の方向再指示、特定の遺伝子の上方制御、特定の遺伝子の下方制御、サイトカインの分泌、サイトカイン受容体反応の変更またはこれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない細胞変化をもたらすことができる。

活性化可能な医薬品がその所望の効果を達成し得る機構は、特に限定されない。そのような機構には、所定の標的に対する直接的な作用、ならびに生化学的経路に対する変更を介する間接的な作用が含まれ得る。好ましい直接的な作用機構は、作用物質を、核ＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｒＲＮＡ、リボソーム、ミトコンドリアＤＮＡまたは他の任意の機能的に重要な構造などの重要な細胞構造に結合させることによる。間接的な機構には、活性化により代謝産物を放出して、正常な代謝経路を妨げること、活性化により化学シグナル（例えば、アゴニストまたはアンタゴニスト）を放出して、標的化細胞反応を変更することおよび他の適切な生化学的または代謝的変更が含まれ得る。

本発明の治療は、米国特許出願第１１／９３５６５５号、２００７年１１月６日出願（上記の参照として組み込まれる）に記載されている特有の方法によるもの、あるいはＰＤＴなどの従来の治療の改変型によるが、適用されるエネルギーを修飾または増強することによりまたはエネルギー調節剤を使用する場合では、適用されるエネルギー、エネルギー調節剤からの放射エネルギーのいずれかもしくはこれらの両方を修飾することにより治療を向上させる、プラズモニクス活性剤を使用することによるものであり得る。

好ましい一実施形態において、活性化可能な医薬品は、治療有効量でＤＮＡまたはミトコンドリアに化学的に結合することができる。この実施形態において、活性化可能な医薬品、好ましくは光活性化可能な作用物質は、エネルギー調節剤から放射された活性化エネルギーにｉｎ ｓｉｔｕで曝露され、次に開始エネルギー源からのエネルギーを受け取る。

適切な活性化可能な作用物質には、光活性剤、音活性剤、熱活性剤および電波／マイクロ波活性剤が含まれるが、これらに限定されない。活性化可能な作用物質は、小型分子；タンパク質、核酸または脂質などの生物学的分子；超分子アセンブリー；ナノ粒子；またはいったん活性化されると薬学的活性を有する他の任意の分子実体であり得る。

活性化可能な作用物質は、天然または合成由来から誘導され得る。適切な活性化シグナル供給源により活性化されて所定の細胞変化を実施することができる任意のそのような分子実体を、本発明に有利に用いることができる。

適切な光活性剤には、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、ブレオマイシンの遷移金属錯体、デグ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−ホスフェートとしても知られている）などのアロキサジン、ビタミンＫ、ビタミンＬ、これらの代謝産物および前駆体、ナフトキノン、ナフタレン、ナフトールおよび平面状の分子立体構造を有するそれらの誘導体、ポルフィリン、ナチュラルレッド、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、クマリン、キノロン、キノンおよびアントロキノン、アルミニウム（ＩＩＩ）フタロシアニンテトラスルホネート、ヘマトポルフィリンおよびフタロシアニンなどの染料、ならびにタンパク質にほとんどまたはまったく影響を与えることなく核酸に優先的に吸収される化合物が含まれるが、これらに限定されない。用語「アロキサジン」にはイソアロキサジンが含まれる。

内因に基づいた誘導体には、内因性光活性化分子の合成的に誘導された類似体および相同体が含まれ、これらは、誘導される光増感剤の低級（炭素１〜５個の）アルキルまたはハロゲン置換基を有するまたは欠失する場合があり、機能性および実質的な非毒性を保存する。内因性分子は、本質的に非毒性であり、光放射の後に毒性光産物を生じない可能性がある。

表１は、光活性化されて自家ワクチン効果を誘発することができるいくつかの光活性化可能な分子を提示する。

表２は、いくつかの追加的な内因性光活性化可能な分子を提示する。

図１は、例示的な電磁スペクトルをメートルで提供する（１ｎｍは１０^−９メートルに等しい）。

活性化可能な医薬品およびエネルギー調節剤は異なった別々のものであり得るが、２つの作用物質は、必ずしも独立した別個の実体である必要はないことが理解される。事実、２つの作用物質は、多数の異なる形態によって互いに関連することができる。２つの作用物質が互いに独立して別個に移動可能である場合、これらは一般に共通の周囲媒体内において拡散および擦れ違いによって互いに相互作用する。活性化可能な医薬品およびエネルギー調節剤が別個ではない場合、これらを１つの単一実体に組み合わせることができる。

開始エネルギー源は、直接的にまたは所定の細胞変化を引き起こすことができるエネルギーに開始エネルギーを移動する調節剤を介して、細胞変化を引き起こすのに十分なレベルのエネルギーを提供することができる任意のエネルギー源であり得る。また、開始エネルギー源は、活性化可能な作用物質を直接活性化するのに十分なレベルのエネルギーを提供することまたは活性化可能な作用物質の活性化エネルギーを放射するのに必要な入力で調節剤にエネルギーを提供すること（間接的活性化）ができる任意のエネルギー源であり得る。好ましい開始エネルギー源には、ＵＶ−Ａランプまたは光ファイバー線、光触針（ｌｉｇｈｔ ｎｅｅｄｌｅ）、内視鏡およびＸ線、ガンマ線または電子ビームを生じる線形加速器が含まれるが、これらに限定されない。好ましい実施形態において、開始エネルギーは、対象に完全に浸透することができる。本発明の文脈において、語句「対象に完全に浸透することができる」は、対象内のあらゆる深度に浸透して、活性化可能な医薬品を活性化することができるエネルギーを意味するために使用される。適用されたエネルギーのいずれかが対象を実際に完全に通過することは必要ではなく、単に、任意の所望の深さへの浸透を可能にして、活性化可能な医薬品を活性化するために、そのようなことができる。対象に完全に浸透することができる例示的な開始エネルギー源には、ＵＶ光線、可視光線、ＩＲ放射線、Ｘ線、ガンマ線、電子ビーム、マイクロ波および電波が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、単一または複数のエネルギー源を使用することができる。開始エネルギーを、（ｉ）対象の外部にある開始エネルギー源、または（ｉｉ）対象および／または標的構造の内部に置かれるかもしくは送達される、対象の内部にある開始エネルギー源から適用することができる。

本発明の追加的な実施形態は、生じたエネルギーを直接使用して変化をもたらし、それによって状態、疾患もしくは障害を治療することができるまたはエネルギーを使用して活性化可能な医薬品を活性化し、活性化により変化をもたらし、それによって状態、疾患もしくは障害を治療することができる、それを必要とする対象にｉｎ ｓｉｔｕでエネルギーを生じることによる状態、疾患または障害の治療方法を提供することである。エネルギーは、化学ルミネセンスなどの化学反応が含まれるが、これらに限定されない任意の所望の方法により、または１つもしくは複数のエネルギー調節剤の使用によってｉｎ ｓｉｔｕで異なるエネルギー（適用されたものより低いまたは高いエネルギー）に変換される、対象に外部的に適用されるエネルギーの変換により、ｉｎ ｓｉｔｕで生じることができる。

細胞系からの超微弱放射の現象は、１９００年代から多様な探求の話題になってきた。この話題を、超微弱光子放射が細胞において情報を伝達すると推測した、７０年以上も前のロシア人生物学者Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｇ．Ｇｕｒｗｉｔｓｃｈの初期調査に遡ることができる（非特許文献４０）。

１９７０年代には、この研究領域は、多数の研究者たちによって調査された。多様な細胞における生物学的放射線の存在は、後に低雑音高感度の光子計数検出系を使用した欧州および日本のいくつかの研究グループによって調査された（非特許文献４１、非特許文献４２、非特許文献４３）。Ｐｏｐｐおよび同僚は、生体系からの超微弱光子放射と関連するいくつかの「情報の特徴」の証拠を示唆し、Ｐｏｐｐはそれをしばしば「生物光子」と呼んだ。他の研究は、植物および動物の細胞を含む多様な種からの超微弱光子放射を報告した（非特許文献４４）。ＵＶ照射皮膚線維芽細胞の実験結果は、欠損した色素性乾皮症の細胞の修復が、正常細胞と比べて超微弱光子放射の効率的な増加を示すことを指摘した（非特許文献４５）。

遅延ルミネセンス発光も、生体系において観察された（非特許文献４６、非特許文献４７）。この遅延ルミネセンスは、植物性産物の品質管理（非特許文献４８）または生物組織の質または質変化の評価（非特許文献４９）に使用された。

ＵＶ励起は、超微弱放射をさらに増加することが報告され、ＵＶ−Ａレーザー誘導超微弱光子放射を検出する方法を使用して、癌細胞と正常細胞の差を評価した（非特許文献５０）。

したがって、本発明の一実施形態において、開始エネルギーを少なくとも１つの供給源から治療を必要とする対象における標的構造に適用すると、開始エネルギーは、標的構造と接触し、所定の変化を前記標的構造にｉｎ ｓｉｔｕで誘発し、ここで所定の変化は、標的からのエネルギー放射の増強であり、これは次に対象における他の標的構造または第２型の標的構造（例えば、異なる細胞型）の生物学的活性を媒介、開始または増強する。

別の実施形態において、開始エネルギーは、それ自体、代謝過程または他の内部もしくは外部誘因により励起される少なくとも１つの細胞により放射されるエネルギーであることができ、前記適用は、細胞間エネルギー移行を介して実施される。身体の健康は化学的または物理的毒性因子に感受性がある特定の生体電気振動に依存する、と主張するものがいる。Ｆｒｏｈｌｉｃｈは、１００ＧＨｚ〜１ＴＨｚの周波数範囲に干渉性電気振動が存在し、代謝過程により細胞において励起されることを示す（非特許文献５１を参照）。この理念は、非常に安定した反復性の共振を示す、適用された周波数の関数としての酵母菌および細菌の増殖の阻害または刺激の観察に基づいている。そのような振動状態が実際に代謝的に励起される場合、これらをラマン分光法で明らかにするべきである。事実、これらの存在は、リゾチームおよび大腸菌の代謝活性の期間（７００ＧＨｚ〜５ＴＨｚ）に実証されている。放射も、低い周波数（１５０ＧＨｚ未満）において観察されている。これらの振動は、高度な生物の組織において発生し、細胞増殖に対していくらかの制御を実施すると仮定されている（非特許文献５２、非特許文献５３も参照）。癌化は、異質分子の侵入による、例えばタンパク質の伝導バンドにおける自由電子の存在によるこれらの振動の修飾によってもたらされる可能性がある。乳癌において１．５および６ＴＨｚの二重スペクトル線の存在によっていくつかの証拠が存在し、これらは、正常細胞振動と自由電子の相互作用の徴候であり得る。そのような細胞間干渉性周波数連絡において、それを介して連絡が伝達される媒体は、細胞内および周囲の水である（非特許文献５４）。

したがって、本発明のさらなる実施形態において、開始エネルギーは、好ましくは１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ領域において１つまたは複数の細胞に変更された代謝活性を誘発することができるエネルギーであり、１つまたは複数の細胞に直接適用されて、細胞が変更された代謝活性を起こすことを誘発し、場合により細胞からの放射をさらに誘発し、それによって、隣接する他の同様なまたは異なる細胞型に放射の実施、実質的に誘発進入を上記に記載された天然の放射プロセスにカスケードし、ここで、好ましくは放射が連通する媒体は水に基づいており、最も好ましくは、媒体は細胞内および周囲に含有された水である。

本発明のさらなる実施形態は、治療の効果を増強するために、状態、疾患または障害の治療を罹患標的構造における熱の発生と組み合わせる。例えば、光活性化可能な医薬品（ソラレンまたはその誘導体など）の使用による細胞繁殖障害の治療において、医薬品を直接的にまたは間接的に活性化する開始エネルギーを適用することにより、光活性化可能な医薬品を活性化することができる。本出願の他で示したように、この開始エネルギーは、医薬化合物を活性化するのに適したエネルギーに変換され得る限り、任意の種類であることができる。この開始エネルギーの適用に加えて、本発明のこの実施形態において、標的構造に加熱を引き起こすエネルギーが適用される。癌などの細胞繁殖障害の場合、加熱は癌細胞の繁殖速度を増加する。これは、初めは直感に反すると思われるかもしれないが、細胞繁殖障害がソラレンまたはその誘導体などのＤＮＡ挿入剤を使用して治療される場合、この細胞繁殖の増加は、実際に、ソラレンがアポトーシスを引き起こすことを助けることができる。特に、ソラレンがＤＮＡに挿入された場合、アポトーシスは細胞が次の分化周期に進むときに生じる。細胞分化の速度を増加することにより、本発明の方法を使用してアポトーシスの発生を増強することができる。

この実施形態では、熱をあらゆる所望の方法により生じることができる。好ましくは、熱は、標的構造へのマイクロ波またはＮＩＲエネルギーの適用を使用してまたは金属もしくは金属シェルを有するナノ粒子の使用により生じることができる。ナノ粒子の実施形態において、腫瘍温熱療法において実施されるように、磁性金属ナノ粒子は、従来の技術を使用して癌細胞に対して標的化することができ、次に制御条件下で対象に磁場を適用することにより熱を生じるために使用することができる（非特許文献５５）。

あるいは、熱エネルギーに変換される、金属シェルを有するナノ粒子へのＮＩＲの適用によって熱を生じることができる（非特許文献５６）。

一実施形態において、開始エネルギーの供給源は、カリフォルニア大学バークリー校の物理学科のＫ．Ｊｅｎｓｅｎ、Ｊ．Ｗｅｌｄｏｎ、Ｈ．ＧａｒｃｉａおよびＡ．Ｚｅｔｔｌにより記載されているように、電波放射ナノチューブであり得る（その全内容が参照として本明細書に組み込まれる非特許文献５７を参照）。これらのナノチューブを対象に投与することができ、好ましくは活性化可能な医薬品もしくはエネルギー調節剤もしくはその両方と結合するかまたは開始エネルギーの適用によってナノチューブが開始エネルギー（好ましくは電波）を受け取るように、標的細胞に近接して位置させ、次に電波を、活性化可能な医薬品に隣接してもしくはエネルギー調節剤に隣接してもしくは標的細胞に放射し、所定の変化もしくは活性化可能な医薬品の活性化を引き起こすことができる。そのような実施形態において、ナノチューブは、活性化可能な医薬品またはエネルギー調節剤または標的細胞に隣接する電波集束または増幅装置として実質的に作用する。

一実施形態では、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法は、
治療を必要とする対象の標的構造付近に、マイクロ波照射または高周波照射に対して受容性の薬剤を置くステップと、
薬剤に赤外領域、可視領域または紫外領域の放射光を直接的または間接的に発生させる前記マイクロ波照射または高周波照射を、開始エネルギーとして適用するステップであって、放射光が、標的構造と接触し、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発するステップと
を含み、
前記所定の変化が、標的構造を改変し、標的構造の生物学的活性を調節する。

開始エネルギーを、（ｉ）対象の外部にある開始エネルギー源、または（ｉｉ）対象および／または標的構造の内部に置かれる、対象の内部にある開始エネルギー源から適用することができる。

あるいは、エネルギー放射供給源は、移動剤または標的細胞により吸収されるのに適した形態のエネルギーを放射するエネルギー調節剤であり得る。例えば、開始エネルギー源は、音響エネルギーであることができ、１つのエネルギー調節剤は、音響エネルギーを受け取り、光子エネルギーを受け取ることができる別のエネルギー調節剤により受け取られる光子エネルギー（例えば、音ルミネセンス分子）を放射することができる。他の例には、Ｘ線波長でエネルギーを受け取り、ＵＶ波長、好ましくはＵＶ−Ａ波長でエネルギーを放射する移動剤が含まれる。上記に示したように、複数のそのようなエネルギー調節剤を使用して、一連のエネルギー調節剤を介した開始エネルギー源からエネルギーを移動して、活性化可能な作用物質または所定の細胞変化を活性化するカスケードを形成することができる。

好ましい一実施形態において、開始エネルギー源は化学エネルギー源であり得る。化学エネルギー源は、リン光化合物、化学ルミネセンス化合物、生物ルミネセンス化合物および発光酵素からなる群より選択されるメンバーであり得る。

ドラッグデリバリービヒクルなどのシグナル伝達スキームは、代謝経路の知識と連結して、連続的にまたは同時に、所定の細胞変化を引き起こしてまたは多数の活性化可能な医薬品を活性化して細胞機能に多重変更点を達成するカスケード事象を注意深くモデル化することによって、有利に開発することができる。

光活性化可能な作用物質を、照射、共鳴エネルギー移行、励起子移動、電子注入または化学反応などのエネルギー源により刺激して、所望の所定の細胞変化を実施することができる活性化エネルギー状態にすることができる。好ましい実施形態において、光活性化可能な作用物質は、活性化によって、細胞においてＤＮＡまたはＲＮＡまたは他の構造に結合する。活性化エネルギー状態の作用物質は、アポトーシスを含む傷害を細胞に引き起こすことができる。

生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための１つの好ましい方法は、
ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、ナノ粒子が、第１の波長λ_１に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
‐ ナノ粒子が、ナノ粒子に関して堆積させた金属構造体を含み、
‐ 金属構造体の半径寸法が、金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、エネルギーを放射するように構成されるステップと、
活性化された場合に、場合により、（ｂ）少なくとも１つのエネルギー調節剤の存在下で、（ａ）標的構造に所定の変化もたらすことができる少なくとも１つの活性化可能な医薬品を対象に投与するステップであって、
少なくとも１つのエネルギー調節剤が存在する場合には、
（ｉ）少なくとも１つのエネルギー調節剤が、開始エネルギーを、第１の波長λ_１の範囲の再放射されるエネルギーに変換し、この第１の波長λ_１の範囲のエネルギーは、ナノ粒子に第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを放射させ、この第２の波長λ_２の範囲のエネルギーは、少なくとも１つの活性化可能な医薬品をｉｎ ｓｉｔｕで活性化することができ、かつ／または
（ｉｉ）前記ナノ粒子が、開始エネルギーをアップコンバートして、第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを発生させ、このエネルギーは、少なくとも１つのエネルギー調節剤により変換され、エネルギー調節剤が再放射したエネルギーは、少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができるステップと、
開始エネルギー源から、前記第１の波長λ_１を含む開始エネルギーを対象に適用するステップであって、
‐ 前記第２の波長λ_２を含むナノ粒子が放射したエネルギーが、活性化可能な医薬品をｉｎ ｓｉｔｕで直接的または間接的に活性化するステップと
を含み、
‐ こうして、標的構造に対する所定の変化を発生させ、前記所定の変化が、標的構造を改変し、標的構造の生物学的活性を調節する。

好ましい一実施形態において、少なくとも１つのエネルギー調節剤は、複数のエネルギー調節剤であり、（ｉ）開始エネルギーは、複数のエネルギー調節剤間のカスケードエネルギー移行を通して、ナノ粒子に少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができるエネルギーを放射させるエネルギーに変換され、かつ／または（ｉｉ）ナノ粒子が放射したエネルギーは、複数のエネルギー調節剤間のカスケードエネルギー移行を通して、少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができるエネルギーに変換される。

好ましい一実施形態において、少なくとも１つの活性化可能な医薬品は、光ケージ（ｐｈｏｔｏｃａｇｅ）内部に含有させた活性剤を含み、光ケージが、開始エネルギー源、ナノ粒子が放射したエネルギー、および／または少なくとも１つのエネルギー調節剤が再放射したエネルギーに曝露されると、活性剤から解離して、活性剤を利用可能にする。

生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための別の好ましい方法は、
ａ．１つまたは複数の細胞を、光子放射性の改変または物質を組み込むように改変するステップと、
ｂ．改変細胞を対象の標的部位において挿入するステップと、
ｃ．ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、ナノ粒子は、改変細胞から放射された、第１の波長λ_１を有する光子に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
‐ ナノ粒子は、ナノ粒子に関して堆積させた金属構造体を含み、
‐ 金属構造体の半径寸法は、金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子は、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、エネルギーを放射するように構成されるステップと、
ｄ．（ｉ）ナノ粒子が放射したエネルギーにより直接的または間接的に活性化されて、標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで引き起こすことができる少なくとも１つの活性化可能な医薬品、および（ｉｉ）場合により、少なくとも１つのエネルギー調節剤を投与するステップと
を含み、
‐ こうして、標的構造に対する所定の変化を発生させ、前記所定の変化が、標的構造を改変し、標的構造の生物学的活性を調節する。

一実施形態において、１つまたは複数の細胞は、前記修飾の前に取り出された対象自身の細胞である。別の実施形態において、光子放射調節または物質は、発光遺伝子、リン光化合物、化学ルミネセンス化合物、生物ルミネセンス化合物および発光酵素からなる群より選択されるメンバーである。

多光子励起の概念は、２つ以上の低エネルギーの光子が量子事象において蛍光体を励起し、典型的には２つ以上の励起光子よりも高いエネルギーで蛍光光子の放射をもたらす理念に基づいている。この概念は、Ｍａｒｉａ Ｇｏｐｐｅｒｔ−Ｍａｙｅｒにより１９３１年の博士論文において最初に記載された。しかし、２つ以上の光子のほぼ同時の吸収の可能性は、極めて低い。したがって、高流束の励起光子が典型的に必要であり、通常はフェトム秒レーザーである。このことは、この概念の実用的な適用範囲を限定した。

おそらく、多光子励起の概念の最も周知の適用は、コーネル大学のＷａｔｔ Ｗ．Ｗｅｂｂ研究室のＷｉｎｆｒｉｅｄ Ｄｅｎｋにより最初に開発された２光子顕微鏡法である。彼は、２光子吸収の理念をレーザースキャナーの使用と組み合わせた。

２つの光子の「連続的」励起と「同時」励起の間に重要な差がある。より高い許容エネルギーレベルへの２つの光子の連続的励起において、第１光子および第２光子の両方の個別のエネルギーは、分子を第２許容電子エネルギーレベルおよび第３許容電子エネルギーレベルに直接促進するのに適切でなければならない。対照的に、２つの光子の同時励起は、第１の２つの光子と第２の２つの光子を組み合わせたエネルギーが、分子を第２許容電子エネルギーレベルに促進するのに十分であることのみが必要である。

２光子励起顕微鏡法において、赤外線レーザービームは、対物レンズを介して集束される。Ｔｉサファイアレーザーは、通常、およそ１００フェトム秒のパルス幅および約８０ｍＨｚの繰返し速度を有し、２光子吸収に必要な高い光子密度および流束を可能にし、広範囲の波長にわたって調整可能である。２光子技術は、コーネル大学のＷｉｎｆｒｉｅｄ Ｄｅｎｋ、Ｊａｍｅｓ ＳｔｒｉｃｋｌｅｒおよびＷａｔｔ Ｗｅｂｂが特許を得ている。

２つの既知の適用は、２光子励起蛍光（ＴＰＥＦ，ｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎ ｅｘｃｉｔｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）および非線形伝達（ＮＬＴ，ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）である。最も一般的に使用される蛍光体は４００〜５００ｎｍ範囲の励起スペクトルを有し、一方、蛍光体を励起するのに使用されるレーザーは、約７００〜１０００ｎｍ（赤外）範囲である。蛍光体が２つの赤外光子を同時に吸収する場合、励起状態に上昇するのに十分なエネルギーを吸収する。次に蛍光体は、（典型的には可視スペクトルにおいて）使用される蛍光体の種類に応じた波長を有する単一の光子を放射する。蛍光体を励起するために２つの光子が吸収される必要があるので、放射の可能性は、励起ビームの二乗の強度に関連する。したがって、レーザービームが強く収束された場合のほうが、拡散された場合よりも多くの２光子蛍光を生じる。事実上、蛍光は焦点量において任意の感知され得る量で観察され、焦点外物体の高度な排除をもたらす。次に試料の蛍光を、光電子増倍管などの高感度検出器により収集する。この観察される光強度は、最終的な画像において１画素になり、焦点を試料の所望の領域の全体にわたって走査して、画像の全ての画素を形成する。２光子吸収は、いくつかの技術を使用して測定することができる。

したがって、一態様において、放射性シグナルは、光活性剤を活性化するためにまさに必要なエネルギーであり得る。この態様において、放射性エネルギーを、光活性剤が存在する所望の座標または領域に向けて直接標的化することができる。この実施形態における開始エネルギー源は、例えば、Ｘ線、ガンマ線、電子ビーム、マイクロ波または電波であり得る。

別の態様において、放射性シグナルは、光活性剤の励起エネルギーよりも低いエネルギーであり得る。この態様において、放射性シグナルは、従来の方法において光活性剤を活性化するには十分なエネルギーを有さない。光活性剤の活性化は、上記に記載した多光子機構などの「エネルギーアップグレード」機構を介して達成することができる。光活性剤の活性化を、中間エネルギー変換剤によりさらに媒介することができる。例えば、放射性エネルギーは、光活性剤を励起する正しいエネルギーで光子を放射する蛍光体を最初に励起ことができる。シグナルは、この中間剤によって標的光活性剤に送達される。このようにして、エネルギーアップグレーディング（および下記に記載されるダウングレーディング）に加えて、シグナル中継機構も導入される。開始エネルギー源は、Ｘ線、ガンマ線、電子ビーム、マイクロ波または電波であり得る。一実施形態において、エネルギーアップグレードは、２、３、４または５つの光子吸収を介して得られる。

光力学療法の領域における研究は、細胞溶解、したがって細胞死を引き起こすために必要な一重項酸素の量が、０．３２×１０^−３ｍｏｌ／リットル以上または１０^９個の一重項酸素分子／細胞以上であることを示した。好ましい一実施形態において、攻撃の無差別性に起因して、標的細胞と健康な細胞の両方を溶解する細胞溶解を引き起こす一重項酸素の量の発生を、回避することが好ましい。したがって、使用される開始エネルギーによりまたは活性化によって活性化可能な医薬品により引き起こされる一重項酸素発生のレベルは、細胞溶解を引き起こすのに必要なレベルより低いことが、一実施形態において好ましい。

一利点は、放射された放射線の多数の波長を使用して、１つまたは複数の光活性化可能な作用物質または１つまたは複数の光活性化可能な作用物質を刺激することができるエネルギー調節剤を選択的に刺激できることである。エネルギー調節剤は、好ましくは健康な細胞がほとんどまたはまったく傷害を受け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調節剤からのエネルギーは、フォルスター共鳴エネルギー移行などにより、細胞に傷害を与え、所望の細胞変化、例えば細胞のアポトーシスを引き起こす光活性化可能な作用物質に移動する。

別の利点は、健康な細胞に傷害を与えることが知られているフリーラジカル、一重項酸素、水酸化物および他の高度に反応性の基の発生を制限することによって、副作用を大いに低減できることである。さらに、酸化防止剤などの追加的な添加剤を使用して、照射の望ましくない効果をさらに低減することができる。

共鳴エネルギー移行（ＲＥＴ）は、オーバーラップする放射および吸収バンドを有する２つの分子間のエネルギー移行機構である。電磁エミッターは、到着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分子により吸収されたＵＶ−Ｂエネルギーを、双極子間相互作用により、ＵＶ−Ｂ吸収分子に隣接するＵＶ−Ａ放射分子に移動することができる。あるいは、より短い波長を吸収する物質を選択して、移動分子の放射バンドのオーバーラップ吸収バンドを有する非放射分子にＲＥＴを提供することができる。あるいは、リン光、化学ルミネセンスまたは生物ルミネセンスを使用して、エネルギーを、光活性化可能な分子に移動することができる。

あるいは、開始エネルギー源を対象に投与することができる。本発明の文脈内において、開始エネルギー源の投与とは、作用物質が対象に外科的に挿入されることなく対象内の標的細胞に到着することを可能にする方法で、それ自体開始エネルギーを生じる作用物質の投与を意味する。投与は、経口、静脈内、腹腔内、吸入などが含まれるが、これらに限定されない任意の形態をとることができる。さらに、この実施形態における開始エネルギー源は、錠剤、粉末、溶液、液体懸濁液、液体分散体、気体、蒸気などが含まれるが、これらに限定されない任意の形態であることができる。この実施形態において、開始エネルギー源には、所望の周波数でエネルギーを生じ、放射する、化学エネルギー源、ナノエミッター、ナノチップおよび他のナノマシーンが含まれるが、これらに限定されない。ナノテクノロジーにおける最近の進歩は、ＥＣ研究および開発プロジェクト（ＥＣ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ）のＤｒ．Ｋｅｉｔｈ Ｆｉｒｍａｎによる分子スイッチ（もしくはＭｏｌ−Ｓｗｉｔｃｈ）の研究または１つは金電極に結合している膜の下側層にあり、１つは抗体もしくはヌクレオチドなどの生物学的受容体につながれている上側層にある２つのグラミシジン分子により人工膜を形成するイオンチャネルを使用する、わずか１．５ｎｍのサイズのイオンチャネルスイッチに基づいたナノマシーンの構造を記載するＣｏｒｎｅｌｌら（１９９７）の研究などの、ナノスケールであり、エネルギーを生じるまたは放射する多様な装置の例を提供している。受容体が標的分子または細胞を捕捉したとき、イオンチャネルが壊れ、その伝導性が低下し、生化学シグナルが電気シグナルに変換される。これらのナノデバイスを本発明と連結して、標的細胞の標的化をもたらし、開始エネルギー源を所望の部位に直接送達することもできる。

別の実施形態において、本発明は、化学ルミネセンス、リン光または生物ルミネセンスなどの化学エネルギーの供給源の投与を含む。化学エネルギーの供給源は、２つ以上の化合物の間の化学反応であることができるかまたは化学ルミネセンス、リン光もしくは生物ルミネセンス化合物を、対象の外側もしくは対象の内側のいずれかの適切な活性化エネルギーにより活性化することによって誘発することができ、化学ルミネセンス、リン光または生物ルミネセンスは、投与後にｉｎ ｖｉｖｏで活性化可能な医薬品を活性化することを可能にする。一実施形態において、活性化可能な医薬品および化学エネルギーの供給源を投与することができる。投与は、任意の順番で連続的にまたは同時に実施することができる。そのような化学エネルギーの特定の供給源の場合、化学エネルギー源の投与は、対象の外側で活性化した後で実施することができ、エネルギーの放射の寿命は、例えば特定の種類のリン光物質では数時間までである。任意の種類の共鳴エネルギー移行を使用して挿入剤を活性化しＤＮＡに結合させる公知の先行の試みは、存在しない。

なお別の例は、特定の原子のナノ粒子またはナノクラスターを、１ナノメートルを超える、より好ましくは５ナノメートルを超える、さらにより好ましくは少なくとも１０ナノメートルなどの比較的遠い距離にわたる共鳴エネルギー移行が可能であるように導入することができる。機能的には、共鳴エネルギー移行は、細胞の一部におけるナノ粒子が、距離がＲ_０を大きく超えない限り、細胞の遠位部分に配置されている光活性化可能な作用物質の活性化を刺激できるように、十分に大きい「フェルスター（Ｆｏｅｒｓｔｅｒ）」距離（Ｒ_０）を有することができる。例えば、５原子の金のサイズを有する金ナノ粒子は、最近、紫外線領域に放射バンドを有することを示している。

一実施形態において、侵襲性細胞繁殖障害は、はるかに高速の有糸分裂を有し、このことは、全身投与治療の間であっても、悪性細胞の不均衡な割合の選択的な破壊をもたらす。幹細胞および健康な細胞は、光活性化可能な作用物質に曝露された場合でも、そのような光活性化可能な作用物質が、結合、有糸分裂または健康な幹細胞の相当なフラクションの細胞に傷害を作り出す他の機構の前に、励起状態から低エネルギー状態に退縮する限り、大規模なプログラム細胞死から免れることができる。したがって、自己免疫性反応が誘発される可能性はない。

あるいは、そうでなければ損なわれる、幹細胞または健康な細胞に対する傷害を選択的に予防または低減する遮断剤を使用することができる。遮断剤は、例えば遮断剤が同様の利益を悪性細胞に付与しないように選択されるまたは投与される。

一実施形態において、幹細胞は、幹細胞を提供者の細胞株または予め保存しておいた患者の健康な細胞に代える意図により破壊するために、特異的に標的化される。この場合、遮断剤は使用されない。代わりに、幹細胞を特異的に標的にする担体または光増感剤が使用される。

任意の光活性化可能な作用物質を、対象において好ましくは標的部位の近くに移植された励起エネルギー源に曝露することができる。光活性剤を、受容体部位に強い親和性を有する担体により受容体部位に向けることができる。本発明の文脈内において、「強い親和性」は、好ましくは、少なくともナノメートルｎＭ範囲以上の平衡解離定数Ｋ_ｉを有する親和性である。好ましくは、担体は、ポリペプチドであることができ、例えば光活性剤と共有結合を形成することができる。ポリペプチドは、例えば、インスリン、インターロイキン、サイモポイエチンまたはトランスフェリンであり得る。あるいは、光活性剤は、担体に結合することなく標的細胞に対して強い親和性を有することができる。

受容体部位は、次のいずれかであることができる：有核血液細胞の核酸、有核血液細胞の分子受容体部位、有核血液細胞の抗原部位、エピトープまたは光活性剤が標的細胞を破壊することができる他の部位。

一実施形態において、細い光ファイバー線を対象に挿入し、レーザー光線を使用して作用物質を光活性化する。別の実施形態において、電磁放射エネルギーまたはエネルギー移行を供給する複数の供給源が、患者に投与された１つまたは複数の分子により提供される。分子は、標的構造を直接刺激するまたは光活性され得る作用物質を刺激する正確なバンドの波長で刺激放射線を放射することができるか、あるいは分子は、共鳴エネルギー移行または他の機構により、エネルギーを、標的構造もしくは光活性され得る作用物質に直接または他の分子相互作用を介するカスケード効果により間接的に移動することができる。

別の実施形態において、患者自身の細胞を取り出し、遺伝子修飾して光子放射をもたらす。例えば、腫瘍または健康な細胞を取り出し、遺伝子修飾して生物ルミネセンスを誘発することができ、治療されるべき疾患または状態の部位に再挿入することができる。修飾された生物ルミネセンス細胞をさらに修飾して、細胞のさらなる分化または細胞の分化を、制御剤が存在する限りにおいてのみ防止することができる。

さらなる実施形態において、ＵＶ−Ａバンドで放射する蛍光金属ナノ粒子または蛍光色素分子などの生体適合性放射供給源が選択される。ＵＶ−Ａ放射供給源は、疾患または状態の部位に向けられる。ＵＶ−Ａ放射供給源を、ＵＶ−Ａ放射供給源の全身投与によって疾患または状態の部位に向けることができる。好ましくは、ＵＶ−Ａ放射供給源は、物理的な挿入またはＵＶ−Ａ放射分子とＵＶ−Ａ放射供給源を特定の標的構造において濃縮することができる特定の担体とのコンジュゲーションなどにより、標的部位において濃縮され、このことは当技術分野において知られている。

好ましい一実施形態において、ＵＶ−Ａ放射供給源は、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドットなどの５つの金原子のクラスターを含む金ナノ粒子である。金原子クラスターは、例えば、金塩（例えば、ＨＡｕＣｌ_４もしくはＡｕＢｒ_３）のゆっくりとした還元または他の封入アミンを介して生成され得る。そのような金ナノ粒子の一利点は、増加したフォルスター距離（すなわち、Ｒ_０）であり、１００オングストロームを超えることができる。フォルスター距離を決定する方程式は、分子蛍光によって実質的に異なり、１００オングストローム未満の距離における使用に限定されている。金ナノ粒子は、１／Ｒ^６距離依存性ではなく１／Ｒ^４距離依存性の双極子方程式のナノ粒子表面により制御されていると考えられる。例えば、このことは、金属ナノ粒子と、白血球にアポトーシスを誘発することが安全および効果的であることが知られている、患者に経口投与されたソラレン、より好ましくは８−メトキシソラレン（８−ＭＯＰ）などの光活性化可能な分子との間の核エネルギー移行を、細胞質に許容する。

別の実施形態において、ＵＶ放射または光線放射ルシフェラーゼが、光活性化可能な作用物質を励起する放射供給源として選択される。ルシフェラーゼをＡＴＰまたは別の分子と組み合わせることができ、次に追加の分子で酸素化して、所望の波長で発光を刺激することができる。あるいは、リン光放射供給源を使用することができる。リン光放射供給源の一利点は、リン光放射分子または他の供給源を、標的部位への挿入の前に、全身投与によりまたは標的部位の領域への直接挿入により電気活性化または光活性化できることである。リン光物質は、蛍光物質よりも長い緩和時間を有することができ、それは、三重項状態の緩和が、低エネルギー状態に戻るために利用可能な、限定された数の量子機械的エネルギー移行過程によってのみ、励起三重項状態にエネルギーを保存する、禁止エネルギー状態遷移に付されるからである。エネルギー放射は、わずか１分間から数時間まで遅延または延長される。そうでなければ、リン光緩和の間に放射されるエネルギーは、そうでなければ蛍光と異なることはなく、波長の範囲は、特定のリン光体を選ぶことによって選択することができる。

別の実施形態において、その全内容が参照として組み込まれる非特許文献５８に開示されている組合せ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。分子構造において蛍光分子の基を組み合わせることによって、共鳴エネルギー移行カスケードを使用して、広域バンドの電磁放射線を収穫して、狭域バンドの蛍光エネルギーの放射をもたらすことができる。組合せエネルギーハーベスターと光活性化可能な分子を対にすることによって、光活性化可能な分子が、刺激された組合せエネルギーハーベスター分子の近くにある場合、さらなるエネルギー共鳴移動が光活性化可能な分子を励起する。ハーベスター分子の別の例が、非特許文献５９の図４に開示されており、参照として本明細書に組み込まれる。

別の実施形態において、放射供給源またはカスケードに配置されている一連の放射供給源のストークスシフトを選択して、Ｘ線などのより短い波長のエネルギーを、光活性化可能な分子を標的構造の位置で刺激するために使用される可視光線またはＵＶ−Ａなどのより長い波長の蛍光放射に変換する。好ましくは、光活性化可能な分子を選択して、正常で健康な細胞に実質的な害を引き起こすことなく標的構造に所定の変化を引き起こす。

追加的な実施形態において、光活性化可能な作用物質は、光ケージ内に含有された活性剤を有する光ケージ化複合体であり得る。活性剤は、特定の標的に結合するのを防止し、したがって活性を遮蔽する他の分子により嵩高になっている。光ケージ複合体が光活性化されるとき、嵩高が脱落し、活性剤を露出する。そのような光ケージ複合体において、光ケージ分子は光活性であり得る（すなわち、光活性化したとき、これらは光ケージ複合体から解離され、したがって内部の活性剤を露出する）または活性剤は、光活性化可能な作用物質であり得る（光活性化されたとき、光ケージを脱落させる）または光ケージおよび活性剤は両方とも同じまたは異なる波長で光活性化される。例えば、毒性化学療法剤を光ケージ化することができ、これは送達されたとき全身毒性を低減する。いったん作用物質が腫瘍内で濃縮すると、作用物質は活性化エネルギーにより照射される。このことは、「ケージ」を脱落させ、細胞毒性剤を腫瘍細胞内に残す。適切な光ケージには、非特許文献６０、非特許文献６１において開示されたものが含まれ、これらの内容は参照として本明細書に組み込まれる。

好ましい一実施形態において、化合物または作用物質を解放する光線の使用が、ニューロン機能の解明および例えば２光子グルタミン解放の画像化に使用されている（非特許文献６２、非特許文献６３）。他のシグナル伝達分子は、ＵＶ光線刺激、例えばＧＡＢＡ、二次メッセンジャー（例えば、Ｃａ^２＋およびＭｇ^２＋）、カルバコール、カプサイシンおよびＡＴＰにより放出され得る（非特許文献２２）。イオンチャネルおよび受容体の化学修飾を実施して、これらを光感受性にすることができる。Ｃａ^２＋は、受精、分化、繁殖、アポトーシス、シナプス可塑性、記憶および軸索の発生の制御に関与する。なお別の好ましい実施形態において、Ｃａ^２＋波は、ケージ化Ｃａ^２＋、細胞外プリン作動性メッセンジャーＩｎｓＰ３（非特許文献６４）またはイオンチャネルリガンド（非特許文献２２）を放出することにより、ＵＶ照射（単一光子吸収）およびＮＩＲ照射（２光子吸収）によって誘発され得る。

遺伝子標的化は、遺伝子的に定義された細胞個体群の形態学的および電気生理学的な特徴決定を可能にする。したがって、追加的な実施形態において、光感受性タンパク質が、エレクトロポレーション、ＤＮＡマイクロインジェクション、ウイルス送達、リポソームトランスフェクション、遺伝子導入系の作成およびカルシウム−リン沈殿を含む多数の技術を介して、細胞または生体対象に導入される。例えば、レンチウイルス技術は、安定した長期発現、高力価ベクターの産生の容易さおよび低い免疫原生の都合良い組合せまたは従来の組合せを提供する。光感受性タンパク質は、例えば、チャネルロドプシン−２（ＣｈＲ２）およびクロライドポンプハロロドプシン（ＮｐＨＲ）であることができる。細胞特異的プロモーターを伴う光タンパク質コード遺伝子を、レンチウイルスベクターまたは他のベクターに組み込んで、標的細胞への光感受性タンパク質コード遺伝子の送達をもたらすことができる。光センサーおよびカチオンチャネルを含有するＣｈＲ２は、ＣｈＲ２を持つ細胞が光でパルスされたとき、適切な速度および大きさの電気刺激をもたらして、ニューロンスパイク発火を活性化する。

一実施形態において、強力なルミネセンスが可能なランタニドキレートが使用される。例えば、ランタニドキレーターを、クマリンもしくはクマリン誘導体またはキノロンもしくはキノロン誘導体増感剤と共有的に結合することができる。増感剤は、２−もしくは４−キノロン、２−もしくは４−クマリンまたはこれらの例の誘導体もしくは組合せであることができる。カルボスチリル１２４（７−アミノ−４−メチル−２−キノロン）、クマリン１２０（７−アミノ−４−メチル−２−クマリン）、クマリン１２７（７−アミノ−４−（トリフルオロメチル）−２−クマリン）、アミノインエチルトリメチルソラレンまたは他の同様の増感剤を使用することができる。キレートは、ＤＴＰＡなどのキレーター群から選択されて、テルビウムまたはユーロピウムなどのランタニドとの高親和性複合体を形成することができる。そのようなキレートを、多種多様な周知のプローブまたは担体のいずれかと結合することができ、８−ＭＯＰなどのソラレンもしくはソラレン誘導体へのまたはＤＮＡに結合することができる他の光活性分子への共鳴エネルギー移行のために使用することができる。代替的な一例において、ランタニドキレートは、適切な担体分子、粒子またはポリマーを使用して疾患の部位に局在化され、電磁エネルギーの供給源は、最小限の侵襲的処置により導入されて、ランタニドキレートおよび光活性化分子への曝露の後、標的構造を照射する。

別の実施形態において、生体適合性の内因性蛍光体エミッターが選択されて、光活性化可能な分子への共鳴エネルギー移行を刺激する。生体適合性の内因性蛍光体エミッターの吸収範囲内で最大放射を有する生体適合性エミッターを選択して、蛍光体エミッターの励起状態を刺激することができる。１つまたは複数のハロゲン原子を、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡのいずれか）における積層ヌクレオチド塩基の間の挿入が可能である任意の環状構造に付加して、挿入剤に新たな光活性特性を付与することができる。任意の挿入分子（ソラレン、クマリンまたは他の多環式の環構造）を、ハロゲン化または非水素結合イオン置換基の付加により選択的に修飾して、細胞膜または荷電タンパク質に対する核酸の反応光化学および競合結合親和性において利点を付与することができ、これは当技術分野において知られている。

皮膚光感受性は、光増感剤の主な毒性である。皮膚が数分間でも日光に直接曝露されたとき、重篤な日焼けが発生する。初期のネズミによる研究は、免疫反応に対する激しい長期の刺激を示唆したが、実際の臨床試験は、光力学療法の初期の望みを得ることに失敗した。光力学療法における初期の光増感剤は、酸素の存在下で光活性化されたとき一重項酸素を作り出したＩＩ型反応を標的にした。一重項酸素は、細胞壊死を引き起こし、炎症および免疫反応と関連した。いくつかの追加的な光増感剤が、細胞構造に直接傷害を与えるＩ型反応を誘発するために開発されている。

ポルフィマーナトリウム（フォトフリン；ＱＬＴ Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ、カナダ国ブリティッシュコロンビア州バンクーバー）は、ヘマトポルフィリン誘導体（ＨｐＤ）の部分的に精製された調合剤である。フォトフリンは、閉塞性食道癌、微小浸潤性気管支内非小型細胞肺癌および閉塞性気管支内非小型細胞肺癌の治療に米国食品医薬品局により認可されている。フォトフリンは、６３０ｎｍで活性化され、略２〜５ｍｍの組織浸透を有する。フォトフリンは、比較的長期間の皮膚光感受性（略４〜６週間）を有する。

テトラ（ｍ−ヒドロキシフェニル）クロリン（ホスカン（Ｆｏｓｃａｎ）；Ｓｃｏｔｉａ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ、英国スターリング）は、６５２ｎｍの光線で活性化する合成クロリン化合物である。臨床研究は、ホスカンおよび６５２ｎｍの光線により組織が１０ｍｍまで影響を受けたことを実証した。ホスカンは、正常組織よりも腫瘍においてより選択的な光増感剤であり、相対的に短い光線活性化時間を必要とする。推奨用量の０．１ｍｇ／ｋｇは相対的に低く、相対的に低い線量の光線を使用することができる。それにもかかわらず、皮膚光感受性の時間は妥当である（およそ２週間）。しかし、ホスカンは比較的高収量の一重項酸素を誘発し、このことは、この分子にとってＤＮＡ傷害の主な機構であり得る。

モテキサフィンルテチウム（ルテチウムテキサフィリン）は、近赤外領域（７３２ｎｍ）の光線により活性化される。この波長での吸収は、他の光増感剤を活性化するために使用される光線の量と比較して、潜在的に組織により深く浸透する利点を有する（図２Ａおよび２Ｂ）。ルテチウムテキサフィリンは、正常組織への選択性と比較して、腫瘍に対する選択性が大きく報告されているものの１つでもある（非特許文献２９）。加えて、その臨床使用は、短期間の皮膚光感受性（２４〜４８時間）を伴う。ルテチウムテキサフィリンは、転移性皮膚癌について評価されてきた。再発性乳癌および局所再発性前立腺癌の治療について、現在調査中である。腫瘍に対する高い選択性は、臨床試験において結果の改善が有望である。

一般に、手法は、電気、化学および／または放射線などの高い電子エネルギー状態の励起のための任意の供給源を、個別にまたは活性化可能な分子を活性化する系と組み合わせて使用することができる。方法は、光泳動法であり得るまたは光泳動と同様のものであり得る。光泳動は、一般にＵＶ光線などによる光子励起に限定されていると考えられているが、他の形態の放射線を系の一部として使用して、活性化可能な分子を活性化することができる。放射線には、相互作用して物質にイオン対を生じるＸ線またはガンマ線などの高エネルギー放射線であるイオン化放射線が含まれる。放射線には、高線エネルギー付与照射、低線エネルギー付与照射、アルファ線、ベータ線、ニューロンビーム、加速電子ビームおよび紫外線も含まれる。放射線には、陽子、光子および核分裂スペクトルニューロンも含まれる。高エネルギーイオン化放射線を化学過程と組み合わせて、例えば、共鳴エネルギー移行に好ましいエネルギー状態を生じることができる。これらの励起エネルギー源の他の組合せおよび変形を、８−ＭＯＰなどの活性化可能な分子の活性化を刺激するために組み合わせることができ、このことは当技術分野において知られている。一例において、イオン化放射線は、固形腫瘍に向けられ、８−ＭＯＰの活性化を直接的または間接的に刺激し、同様に、悪性腫瘍細胞のＤＮＡに直接傷害を与える。この例において、イオン化放射線の効果または８−ＭＯＰの光泳動様活性化のいずれかは、互いに補助療法として考慮され得る。

光力学療法の領域における研究は、細胞溶解、したがって細胞死を引き起こすために必要な一重項酸素の量が、０．３２×１０^−３ｍｏｌ／リットル以上または１０^９個の一重項酸素分子／細胞以上であることを示した。しかし、本発明において、攻撃の無差別性に起因して標的細胞と健康な細胞の両方を溶解する細胞溶解を引き起こす一重項酸素の量の生成を回避することが、最も好ましい。したがって、使用される開始エネルギーによりまたは活性化によって活性化可能な医薬品により引き起こされる一重項酸素生成のレベルは、細胞溶解を引き起こすのに必要なレベルより低いことが、本発明において最も好ましい。

なお別の実施形態において、活性化可能な医薬品、好ましくは光活性剤は、受容体部位に強い親和性を有する担体によって受容体部位に向けられる。担体は、ポリペプチドであることができ、例えば光活性剤と共有結合を形成することができる。ポリペプチドは、例えば、インスリン、インターロイキン、サイモポイエチンまたはトランスフェリンであり得る。あるいは、光活性医薬品は、担体に結合することなく標的細胞に対して強い親和性を有することができる。

例えば、有糸分裂を遅くするまたは休止するように作用する治療を適用することができる。そのような治療は、癌性細胞の有糸分裂を休止させることなく、急速に分化する健康な細胞または幹細胞の分化を遅くすることができる。したがって、非標的細胞と標的細胞の増殖速度の差はさらに差別化されて、本発明の方法の有効性を向上する。

さらなる実施形態において、本発明の方法は、治療の副作用を緩和するために添加剤を加えることをさらに含むことができる。例示的な添加剤には、酸化防止剤、補助剤またはこれらの組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。例示的な一実施形態において、ソラレンは、活性化可能な医薬品として使用され、ＵＶ−Ａは、活性化エネルギーとして使用され、酸化防止剤は、照射の不要な副作用を低減するために添加される。

別の態様ではまた、本発明は、自家ワクチンを発生させるための方法も提供し、これらの方法は、
（１）標的細胞集団を提供するステップと、
（２）ナノ粒子を、標的細胞内の標的構造付近に置くステップであって、ナノ粒子は、第１の波長λ_１に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
‐ ナノ粒子は、ナノ粒子に関して堆積させた金属構造体を含み、
‐ 金属構造体の半径寸法は、金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子は、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、標的構造付近または標的構造内にエネルギーを放射するように構成されるステップと、
（３）対象とは別個であり、対象から単離された環境において、標的細胞を、ソラレンまたはその誘導体を用いてｅｘ ｖｉｖｏで治療するステップと、
（４）開始エネルギー源から、前記第１の波長λ_１を含む開始エネルギーを標的細胞にｅｘ ｖｉｖｏで適用するステップであって、前記第２の波長λ_２を含む放射されたエネルギーが、標的構造と直接的または間接的に接触し、標的細胞内に所定の細胞変化を誘発し、場合により、少なくとも１つのエネルギー調節剤を適用するステップと、
（５）こうして変化させた細胞を対象に返還して、対象において、標的細胞に対する自家ワクチン作用を誘発するステップと
を含み、
変化させた細胞は、自家ワクチンとして作用する。

異なる実施形態において、所定の変化は、前記標的構造の発現を増強する、増殖を促進するもしくは量を増加する、同様の未治療標的構造と比較して前記標的構造の通常の生物学的活性を増強、阻害もしくは安定化する、および／または前記標的構造の免疫もしくは化学特性を変更する。異なる実施形態において、前記標的構造は、前記所定の変化により修飾されて多少は抗原性または免疫原性になる化合物である。

活性化可能な医薬品およびその誘導体、ならびにエネルギー調節剤を、投与に適した医薬組成物に組み込むことができる。そのような組成物は、典型的には、活性化可能な医薬品および薬学的に許容される担体を含む。医薬組成物は、相補的な治療または診断効果を有する少なくとも１つの添加剤も含み、ここで添加剤は、酸化防止剤、補助剤またはこれらの組合せから選択されるものである。

生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための１つの好ましい医薬組成物は、
第１の波長λ_１に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成されたナノ粒子と、
薬学的に許容できる担体と
を含み、
‐ ナノ粒子は、ナノ粒子に関して堆積させた金属構造体を含み、
‐ 金属構造体の半径寸法は、金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ１および第２の波長λ２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子は、λ１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、光を標的構造付近または標的構造内に放射するように構成され、
‐ エネルギー調節剤が存在する場合には、
（ｉ）エネルギー調節剤は、開始エネルギーを、ナノ粒子に第２の波長λ２の範囲のエネルギーを発生させるエネルギーに変換することができ、このエネルギーは、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができ、かつ／または
（ｉｉ）前記ナノ粒子は、開始エネルギーをアップコンバートして、前記第２の波長λ２の範囲のエネルギーとなし、このエネルギーは、エネルギー調節剤により変換され、エネルギー調節剤が再放射したエネルギーが、標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができる。

一実施形態において、医薬組成物は、エネルギー源、例えばリン光化合物、化学ルミネセンス化合物、生物ルミネセンス化合物および発光酵素からなる群より選択されるメンバーであり得る化学エネルギー源を含むこともできる。別の実施形態において、医薬組成物は、少なくとも１つのエネルギー調節剤および／または少なくとも１つの活性化可能な医薬品を含む。

本明細書で使用されるとき、「薬学的に許容される担体」は、医薬投与に適合性がある、あらゆる溶媒、分散媒体、コーティング、抗菌および抗真菌剤、等張および吸収遅延剤などを含むことが意図される。薬学的に活性な物質のためのそのような媒体および作用物質の使用は、当技術分野においてよく知られている。任意の従来媒体または作用物質が活性化合物と適合性がない場合を除いて、組成物におけるそれらの使用が考慮される。補足的な活性化合物を組成物に組み込むこともできる。修飾を本発明の化合物に実施して、化合物の可溶性またはクリアランスを実施することができる。これらの分子をＤ−アミノ酸で合成して、酵素分解に対する耐性を増加することもできる。必要であれば、活性化可能な医薬品を、シクロデキストランなどの可溶化剤と同時投与することができる。

本発明の医薬組成物は、その意図される投与経路に適合するように処方される。投与経路の例には、非経口、例えば静脈内、皮内、皮下、経口（例えば、吸入）、経皮（局所）、経粘膜、直腸内の投与および腫瘍への直接注射などの罹患領域への直接注射が含まれる。非経口、皮内または皮下適用に使用される液剤または懸濁剤には以下の成分が含まれ得る：注射用水、食塩水、固定油、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコールまたは他の合成溶媒などの滅菌希釈剤；ベンジルアルコールまたはメチルパラベンなどの抗菌剤；アスコルビン酸または重亜硫酸ナトリウムなどの酸化防止剤；エチレンジアミンテトラ酢酸などのキレート剤；酢酸塩、クエン酸塩またはリン酸塩などの緩衝剤および塩化ナトリウムまたはデキストロースなどの張性を調整する作用物質。ｐＨを、塩酸または水酸化ナトリウムなどの酸または塩基で調整することができる。非経口調合剤を、アンプル、使い捨てシリンジまたはガラスもしくはプラスチック製の多用量バイアルで封入することができる。

注射用の使用に適した医薬組成物には、滅菌水性液剤または分散剤および滅菌注射用液剤または分散剤の即時調製用の滅菌粉末剤が含まれる。静脈内投与では、適切な担体には生理食塩水、静菌水またはリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）が含まれる。全ての場合において、組成物は、滅菌でなければならず、容易なシリンジ通過能が存在する程度に流体であるべきである。製造および保存条件下で安定でなければならず、細菌および真菌のような微生物の汚染作用から保護されなければならない。担体は、例えば水、エタノール、ポリオール（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など）、これらの適切な混合物を含有する溶媒または分散体媒体であり得る。適切な流動性は、例えば、レシチンなどのコーティングの使用により、分散体の場合では要求される粒径の維持によりおよび界面活性剤の使用により維持することができる。微生物の作用の防止は、多様な抗菌および抗真菌剤、例えばパラベン、クロロブタノール、フェノール、アスコルビン酸、チメロサールなどにより達成することができる。多くの場合において、等張剤、例えば糖、マンニトール、ソルビトールなどの多価アルコール、塩化ナトリウムを組成物に含めることが好ましい。注射用組成物の延長吸収は、吸収を遅延する作用物質、例えばアルミニウムモノステアレートおよびゼラチンを組成物に含めることによってもたらすことができる。

滅菌注射用液剤は、適切な溶媒中の必要量の活性化合物を、必要であれば上記に列挙された成分の１つまたは組合せと共に組み込み、続いて濾過滅菌することによって、調製することができる。一般に、分散剤は、活性化合物を、塩基性分散媒体および上記に列挙された必要な他の成分を含有する滅菌ビヒクルに組み込むことにより調製される。滅菌注射用液剤の調製のための滅菌粉末剤の場合では、調製方法は真空乾燥および凍結乾燥であり、活性成分の粉末剤＋前記の滅菌濾過液剤からの任意の追加の所望の成分を生じる。

経口組成物は、一般に不活性希釈剤または食用担体を含む。これらをゼラチンカプセルに封入することまたは錠剤に圧縮することができる。経口治療投与の目的において、活性化合物を賦形剤に組み込んで、錠剤、トローチ剤またはカプセル剤の剤形で使用することができる。経口組成物は、口内洗浄剤として使用される流体担体を使用して調製することもでき、流体担体中の化合物は、経口適用され、音をたてて喀出されるかまたは嚥下される。薬学的に適合する結合剤および／または補助剤物質を、組成物の一部に含めることができる。錠剤、丸剤、カプセル剤、トローチ剤などは、以下の成分または同様の性質の化合物のいずれかを含有することができる：微晶質セルロース、トラガカントガムまたはゼラチンなどの結合剤；デンプンまたはラクトースなどの賦形剤；アルギン酸、プリモゲルまたはトウモロコシデンプンなどの崩壊剤；ステアリン酸マグネシウムまたはステロート（Ｓｔｅｒｏｔｅｓ）などの潤滑剤；コロイド状二酸化ケイ素などの滑剤；スクロースまたはサッカリンなどの甘味剤；あるいはペパーミント、メチルサリチレートまたはオレンジ香料などの香味剤。

吸入による投与では、化合物は、加圧式容器または適切な噴射剤、例えば二酸化炭素などのガスを含有するディスペンサーまたは噴霧器からエアゾールスプレーの形態で送達される。

全身投与は、経粘膜または経皮の方法によることもできる。経粘膜または経皮投与には、透過される関門に適する浸透剤が製剤に使用される。適切な浸透剤は、一般に当技術分野において知られており、例えば、経粘膜投与には、洗剤、胆汁酸塩およびフシジン酸誘導体が含まれる。経粘膜投与は、鼻腔噴霧剤または坐剤の使用を介して達成することもできる。経皮投与では、活性化合物は、当技術分野において一般に知られている軟膏剤、軟剤、ゲル剤またはクリーム剤に処方される。

化合物を、直腸送達のために坐剤（例えば、カカオバターおよび他のグリセリドなどの従来の坐剤基剤を用いる）または滞留浣腸の剤形に調製することもできる。

一実施形態において、活性化合物は、移植物およびマイクロ封入送達系を含む制御放出製剤などの、体からの急速な排除に対して化合物を保護する担体により調製される。エチレン酢酸ビニル、ポリ無水物、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリオルトエステルおよびポリ酢酸などの、生分解性で生体適合性のポリマーを使用することができる。そのような製剤の調製方法は、当業者に明白である。材料は、市販のものを得ることもできる。リポソーム懸濁液（ウイルス抗原に対するモノクローナル抗体で感染細胞を標的にするリポソームを含む）を、薬学的に許容される担体として使用することもできる。これらは、例えば特許文献２０に記載されているように、当業者に既知の方法に従って調製することができる。

投与の容易さおよび投与量の均一性のために、経口または非経口組成物を投与単位形態に処方することが特に有利である。本明細書で使用されるとき、投与単位形態は、治療される対象への単位投与として適している物理的に別々の単位を意味し、各単位は、所望の治療効果を生じるように計算された予め決定された量の活性化合物を、必要な薬学的担体を伴って含有する。本発明の投与単位形態の仕様は、活性化合物の特有な特性および達成されるべき特定の治療効果、ならびに個人を治療するそのような活性化合物を配合する当技術分野における本質的な制限によって決まり、それらに直接的に依存している。

医薬組成物を、容器、パックまたはディスペンサーに投与説明書と共に含めることができる。

本発明の作用物質の投与方法は、注射または経口注入などの従来の方法に限定されず、より進歩した複雑な形態のエネルギー移行も含まれる。例えば、エネルギー調節剤を担持し発現する、遺伝子操作された細胞を使用することができる。宿主からの細胞を、生物ルミネセンス剤を発現する遺伝子操作されたベクターにより形質移入することができる。形質移入は、ウイルスベクターの注入または遺伝子銃などのｉｎ ｓｉｔｕでの遺伝子治療技術を介して達成することができるかまたは宿主の細胞の試料を取り出し、形質移入が成功したら宿主に戻すことによりｅｘ ｖｉｖｏで実施することができる。

そのような形質移入細胞を挿入することができる、そうでなければ疾患細胞が位置する部位に対して標的化することができる。この実施形態において、開始エネルギー源は、ＡＴＰなどの生化学供給源であることができ、その場合、開始エネルギー源を形質移入細胞に直接移植することが考慮される。あるいは、開始エネルギー源として作用することができる従来のマイクロエミッターデバイスを、疾患細胞の部位に移植することができる。

異なる作用物質の投与の順番は特に限定されていないことも理解される。したがって、いくつかの実施形態において、活性化可能な医薬品を、エネルギー調節剤の前に投与することができ、一方、他の実施形態では、エネルギー調節剤を、活性化可能な医薬品の前に投与することができる。順番の異なる組合せを、作用物質の吸収速度、作用物質の局在化および分子輸送特性、ならびに他の薬物動態的または薬力学的考慮すべき点などの要因に応じて有利に用いることができることが理解される。

さらなる実施形態は、皮膚癌の治療のための本発明の使用である。この例において、光活性化可能な作用物質、好ましくはソラレンが患者に与えられ、血液供給を介して皮膚病巣に送達される。限定された浸透能力を有する活性化供給源（ＵＶまたはＩＲなど）は、皮膚上に直接照射され、ソラレンの場合では、ＵＶ光線またはＩＲ供給源である。ＩＲ供給源の使用によって、照射は、より深く浸透し、ソラレンにより２つの単一光子事象を介してＵＶを生じる。

さらなる実施形態において、本発明のこの態様の方法は、治療細胞の成分をフラクションに分離し、宿主における自家ワクチン効果について各フラクションを試験する工程をさらに含む。このように単離し同定した成分を、次に、有効な自家ワクチンとして機能させ、宿主の免疫系を刺激して、標的細胞の増殖を抑制することができる。

本発明の異なる態様では、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するためのキットは、
第１の波長λ_１に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成されたナノ粒子と、
場合により、エネルギー調節剤と、
薬剤を安定な形態で保存するのに適している１つまたは複数の容器と
を含み、
‐ ナノ粒子は、ナノ粒子に関して堆積させた金属構造体を含み、
‐ 金属構造体の半径寸法は、金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子は、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、標的付近または標的内に光を放射するように構成され、
エネルギー調節剤が存在する場合には、
（ｉ）エネルギー調節剤は、開始エネルギーを第１の波長λ_１の範囲のエネルギーに変換して、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、標的構造に所定の変化を直接的または間接的に引き起こすことができる、照射の第２の波長λ_２を、ナノ粒子により発生させ、かつ／または
（ｉｉ）前記ナノ粒子は、開始エネルギーを前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーにアップコンバートし、このエネルギーは、エネルギー調節剤により変換され、エネルギー調節剤が再放射したエネルギーが、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、標的構造に所定の変化を直接的または間接的に引き起こす。

別の実施形態において、キットは、ナノ粒子を投与する説明書をさらに含むことができる。別の実施形態において、キットは、対象に対する少なくとも１つのエネルギー調節剤および／または少なくとも１つの活性化可能な医薬品を含む。

一実施形態では、生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するためのシステムは、
第１の波長λ_１に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成されたナノ粒子と、
ナノ粒子に関して堆積させた金属構造体であって、
‐ 金属構造体の半径寸法は、金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ１および第２の波長λ２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
‐ ナノ粒子は、λ１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、標的構造付近または標的構造内にエネルギーを放射するように構成される
金属構造体と、
対象にナノ粒子を置くための機構と、
ナノ粒子がアップコンバートすることができる開始エネルギーを提供するための開始エネルギー源であって、放射されたエネルギーは、標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発することができる開始エネルギー源と
を含み、
前記所定の変化が、標的構造を改変し、標的構造の生物学的活性を調節することができる。

別の好ましい実施形態において、系は、少なくとも１つのエネルギー調節剤、少なくとも１つの活性化可能な医薬品および少なくとも１つのプラズモニクス活性剤からなる群より選択される少なくとも１つの作用物質をさらに含む。

さらに別の実施形態では、少なくとも１つのエネルギー調節剤が、システム中に存在する場合、
（ｉ）エネルギー調節剤は、開始エネルギーを、ナノ粒子に第２の波長λ２の範囲のエネルギーを発生させるエネルギーに変換することができ、このエネルギーは、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができ、かつ／または
（ｉｉ）前記ナノ粒子は、開始エネルギーを、前記第２の波長λ２の範囲のエネルギーにアップコンバートすることができ、このエネルギーは、エネルギー調節剤により変換され、エネルギー調節剤が再放射したエネルギーが、標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができる。

本発明に有用な試薬および化学薬品をキットに包装して、本発明の適用を促進することができる。例示的な一実施形態において、ソラレンと、自家ワクチンの容易な分割および単離のための機能性容器とを含むキットが考慮される。キットのさらなる実施形態は、所定の細胞変化を引き起こすことができる少なくとも１つの活性化可能な医薬品、エネルギー化されたとき、少なくとも１つの活性化可能な作用物質を活性化することができる少なくとも１つのエネルギー調節剤、少なくとも１つのプラズモニクス活性剤および作用物質を安定した形態で保存するのに適した容器を含み、好ましくは、少なくとも１つの活性化可能な医薬品、少なくとも１つのプラズモニクス活性剤および少なくとも１つのエネルギー調節剤を対象に投与するための、ならびに開始エネルギー源から開始エネルギーを適用して、活性化可能な医薬品を活性化するための説明書をさらに含む。説明書は、キット挿入物への印刷、１つまたは複数の容器への印刷、ならびにコンピューター読み出し可能記憶媒体などの電子記憶媒体で提供される電子的に記憶された説明書が含まれるが、これらに限定されない任意の所望の形態であることができる。また、場合により含まれるものは、使用者が情報をまとめて制御用量を計算すること、照射供給源の強度を計算および制御することを可能にする、コンピューター読み出し可能記憶媒体のソフトウエアパッケージである。

活性化可能な医薬品およびその誘導体、ならびにエネルギー調節剤、プラズモニクス化合物および説明書を、投与に適した医薬組成物に組み込むことができる。そのような組成物は、典型的には、活性化可能な医薬品および薬学的に許容される担体を含む。医薬組成物は、相補的な治療または診断効果を有する少なくとも１つの添加剤も含み、ここで添加剤は、酸化防止剤、補助剤またはこれらの組合せから選択されるものである。

本発明の方法の利点は、急速に分化する細胞などの細胞繁殖障害に罹患している細胞を特異的に標的にし、アポトーシスなどの細胞変化をこれらの細胞においてｉｎ ｓｉｔｕで誘発することによって、宿主の免疫系を刺激して、疾患細胞に対する免疫反応を有し得ることである。いったん宿主自体の免疫系が刺激されて、そのような反応を有すると、活性化可能な医薬品で治療されていない他の疾患細胞を認識することができ、宿主自体の免疫系により破壊することができる。そのような自家ワクチン効果を、例えば、ソラレンおよびＵＶ−Ａを使用した治療において得ることができる。

本発明の方法を、単独でまたは細胞繁殖障害を治療する他の療法と組み合わせて使用することができる。加えて、本発明の方法を、望ましい場合、非特許文献６５に詳述されているものなどの時間医学における最近の進歩と関連づけて使用することができる。時間医学において、癌などの特定の種類の障害に罹患している細胞は、他のものよりも１日の特定の時間により良好に反応することが見出されている。したがって、本発明の治療の効果を強化するために、時間医学を本発明の方法と関連づけて使用することができる。

好ましい実施形態において、開始エネルギー源は、予め選択された座標に正確に較正された放射ビームを送達する、画像誘導コンピューター制御能力を備えた線形加速器であり得る。そのような線形加速器の一例は、Ｖａｒｉａｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｖａｒｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ社、カリフォルニア州パロアルト）のＳｍａｒｔＢｅａｍ（商標）ＩＭＲＴ（強度変調放射線治療）系である。

他の実施形態において、適切な開始エネルギーエミッターを備えた内視鏡または腹腔鏡装置を、開始エネルギー源として使用することができる。そのような系において、開始エネルギーを予め選択された座標に誘導および配置し、部位に所望の量の開始エネルギーを送達することができる

〈プラズモニクス増強光スペクトル療法（ＰＥＰＳＴ）〉
本発明のＰＥＰＳＴ（ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｐｈｏｔｏｓｐｅｃｔｒａｌ ｔｈｅｒａｐｙ）の実施形態において、本発明は、光熱療法（ＰＴＴ，ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｈｅｒａｐｙ）としばしば呼ばれる光療法技術とは著しく異なる。一形態の光スペクトル療法（ＰＳＴ，ｐｈｏｔｏｓｐｅｃｔｒａｌ ｔｈｅｒａｐｙ）である本発明のＰＥＰＳＴとＰＴＴ技術との間の違いを説明するために、ＰＳＴおよびＰＰＴにかかわる光化学的プロセスを以下で論じる。

薬物分子が励起光を吸収すると、電子は基底状態から励起電子状態への移行を経験する。電子の励起エネルギーは引き続き、放射放出（ルミネセンス）および無放射性の崩壊経路によって緩和する。分子が励起エネルギーを吸収すると、分子は、Ｓ_０から、いくつかの振動状態の１つの励起一重状態である、マニホールドのＳ_１…Ｓ_ｎにおけるＳ_ｎに高められる。凝縮されている媒体（組織）において、Ｓ_ｎ状態の分子は振動緩和（ＶＲ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）過程によって１０^−１３ｓから１０^−１１ｓ以内に速やかに非活性化し、確実に可能な最低の振動準位であるＳ_ｎにあるようにする。ＶＲ過程は電子遷移よりも速いので、より低い振動準位の分子が対応する励起電子状態に非活性化されると、あらゆる過剰の振動エネルギーが速やかに失われる。この過剰のＶＲエネルギーは周囲の媒体に熱エネルギーとして放出される。Ｓ_ｎ状態から、分子は、内部変換（ＩＣ，ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）過程によって、Ｓ_ｎ−１などのより低い電子状態の等エネルギー振動準位に速やかに非活性化する。ＩＣ過程は、同じ多重度の状態の間の移行である。分子は引き続き、ＶＲ過程によって最低の振動準位のＳ_ｎ−１に非活性化する。一連のＩＣ過程とそれにすぐ続くＶＲ過程によって、分子は基底状態のＳ_１に速やかに非活性化する。この過程は、周囲の媒体に熱エネルギーとして放出される過剰のＶＲエネルギーおよびＩＣエネルギーを結果として生じ、光吸収性の薬物分子を包囲する局所環境の過熱をもたらす。生成された熱は局所の細胞または組織の破壊をもたらす。光吸収性種は、組織における天然の発色団または外来性の色素化合物、例えば、遷移金属および金属ナノ粒子および金属のナノシェルが配位した、インドシアニングリーン、ナフタロシアニン、およびポルフィリンを含む。しかし、天然の発色団の吸収は非常に低いという欠点がある。外来性の光熱物質の選択は、これらの断面の吸収が強力であること、および光から熱への変換が高度に有効であることを根拠になされる。この特徴は、罹患している細胞の局所的な損傷を誘発し、治療方法の侵襲性を少なくするのに必要とされるレーザーエネルギーの量を大幅に最小化する。色素分子の使用に付随する問題点は、レーザー照射下で色素分子が光退色することである。そこで、金ナノ粒子およびナノシェルなどのナノ粒子が最近用いられている。腫瘍の光熱治療におけるナノシェルの有望な役割が実証されている（非特許文献６６）。光熱療法のための金属ナノ粒子のプラズモニクス増強された光熱性質の使用も再検討されている（非特許文献３５）。

しかし、本発明のＰＳＴ法は放射過程（蛍光、リン光、ルミネセンス、ラマンなど）に基づくものであり、ＰＴＴ法は分子における無放射過程（ＩＣ、ＶＲ、および熱変換）に基づくものである。

〈非侵襲性のフォトニック療法〉
光泳動などの最近の技術は、患者からの血液の除去および返血を必要とし、提唱されているフォトニクスベースのモダリティーは非侵襲性に、かつ体外から直接的に励起することができる。図２は、非侵襲性のフォトニック療法の概念を説明するものである。ＥＥＣはエネルギーダウンコンバート性（ＥＤＣ）材料またはエネルギーアップコンバート性（ＥＵＣ）材料として働くことができる。

フォトニック治療のモダリティーは、電場および磁場によって空間を通して伝播されるエネルギーである、電磁放射線を扱う光学的および非光学的両方の技術を含む。電磁スペクトルは、ガンマ線およびＸ線から紫外線、可視、赤外線、マイクロ波、および高周波エネルギーにわたる範囲のこれらエネルギーの広がりである。

〈ＰＥＰＳＴに用いられる光のスペクトル域〉
理論的に、プラズモニクス増強効果は、適切なナノ構造、ナノスケール寸法、金属のタイプが用いられるのであれば電磁領域にわたって生じることができる。したがって、ＰＥＰＳＴの概念は電磁スペクトル全体、すなわちガンマ線およびＸ線から紫外線、可視、赤外線、マイクロ波、および高周波エネルギーにわたる範囲のエネルギーに有効である。しかし、実際的な理由で、銀および金に対するプラズモン共鳴はそれぞれ可視およびＮＩＲ領域において生じるので、銀および金のナノ粒子には可視光およびＮＩＲ光が用いられる。とりわけ金のナノ粒子に対して、ＮＩＲ領域が非侵襲性療法に非常にふさわしい。

〈組織の治療ウインドウにおける光子励起〉
光を使って光活動性の化合物を非侵襲性に励起する方法はいくつか存在する。いわゆる「治療ウインドウ」（７００〜１３００ｎｍ）内の波長を有する光を用いることができる。光が組織を透過する能力は吸光度に依存する。治療ウインドウ（または診断ウインドウ）として知られるスペクトル範囲内では、ほとんどの組織は、光の著しい透過を可能にする、十分に弱い吸収体である。このウインドウは、可視スペクトルの橙色／赤色領域からＮＩＲまでの６００ｎｍから１３００ｎｍまでの範囲である。短波長の末端では、ウインドウは、酸化型または脱酸素型両方のヘモグロビンの吸収によって拘束される。酸化型ヘモグロビンの吸収は、６００ｎｍ付近の領域において波長が短くなるにつれ、およそ２桁増大する。短波長では、ＤＮＡならびにアミノ酸であるトリプトファンおよびチロシンを含めて、より多くの吸収性の生体分子が重要となる。ウインドウの赤外（ＩＲ）末端では、透過は水の吸収の性質によって制限される。治療ウインドウ内では、散乱が吸収を凌いで優勢であり、そのため伝播する光は、必ずしも拡散限界に入るわけではないが、拡散する。図３は、組織の治療ウインドウの図を示すものである。以下のセクションでは、治療用の一光子および多光子の技術を論じる。

一光子または多光子励起（ＭＰＥ，ｍｕｌｔｏ−ｐｈｏｔｏｎ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）に用いることができる２つの方法。

〈エネルギーアップコンバージョン（ＵＣ）のための多光子励起〉
一つのエネルギーアップコンバージョン（ＵＣ）技術が、以前の報告において論じた多光子励起（ＭＰＥ）に関与する。二光子技術を用いる場合、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ために、７００〜１０００ｎｍの光でＰＡ分子を励起することができ、この光は組織内部深く透過することができる。この取組みは、２９０〜３５０ｎｍのスペクトル領域において吸収し、可視領域において放射するソラレン化合物を励起することができる。一光子法では、光活性化体の（ＰＡ）薬物分子は、６００〜１３００ｎｍの励起光を直接吸収することができる。この場合、ソラレン関連系（例えば、さらなる芳香環を有するソラレン）を設計することができ、または他のＰＡ系：光線力学的治療薬、ＡＬＡなどを用いることができる。このＭＰＥ法において、ＥＥＣ材料またはＰＡ薬物は多光子励起エネルギーを吸収し、元の一光子励起よりも高いエネルギーで光子を放射するように設計されている。

〈希土類ドープ化合物および同様の材料を用いたエネルギーアップコンバージョン〉
希土類ドープ材料を用いたエネルギーアップコンバージョンの過程は、フォトニクスの応用に広範に研究されており、ＵＰＣ固体状態のレーザーに対する研究の最も知られている領域である。ＵＣ過程に対する参考文献をいくつか参照されたい：（非特許文献６７、非特許文献６８、非特許文献６９、非特許文献７０、非特許文献７１、非特許文献７２、非特許文献７３、非特許文献７４）。

この方法は、多光子励起エネルギーを吸収し、元の励起光子よりも高いエネルギーで光子を放射するように設計されている材料の使用を必要とする。一般に、エネルギーアップコンバート性の過程は、結晶における吸収体イオンおよび放射体イオンを伴う。多光子（例えば、二光子）励起エネルギー（例えば、ＮＩＲ）は吸収体イオンを励起し、吸収体イオンはこのエネルギーを無放射性に放射体イオンに伝達し、放射体イオンは励起光子エネルギーより高いエネルギーを有する光子を放射する。材料（多光子励起エネルギーを吸収するように設計されている）を必ずしも必要としないＭＰＥアップコンバート性の方法とわずかな違いがあることに留意されたい。Ｙｂ^３＋からＴｂ^３＋へのエネルギー伝達を伴う三光子アップコンバージョン過程は、Ｔｂ^３＋／Ｙｂ^３＋：ＣａＦ_２ナノ結晶を含むガラスセラミックにおいて効率的なＵＶ放射を生成することが報告されている（非特許文献７５）。Ｃｈｅｎらは、四光子または五光子の過程によって強力なＵＶアップコンバージョンルミネセンスを発生させるＴｍ^３＋／Ｙｂ^３＋：β−ＹＦ_３ナノ結晶を埋め込んだガラスセラミックを報告した（非特許文献７６）。Ｃｈｅｎらは、赤外ダイオードレーザー励起によって誘発される希土類イオンドープＹ_２Ｏ_３における、紫外線アップコンバージョン蛍光を報告した（非特許文献７７）。

［プラズモニクス増強アップコンバージョン（ＰＥ−ＵＣ）の概念］
〈プラズモニクスおよび増強電磁場の基本原理〉
プラズモニクス金属ナノ粒子の光熱的性質が用いられる場合、本発明者らが知る限りでは、光療法におけるプラズモニクス活性ナノ粒子の分光学的吸収および放射は報告されていない。

本発明者らが提唱する治療モダリティーを光熱療法技術（腫瘍を限局的に加熱するための金のナノ粒子を使用するものもある）と区別するために、本発明者らは本発明者らの技術を「プラズモニクス増強エネルギーアップコンバージョン（ＰＥ−ＵＣ，ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）」と呼ぶ。ＰＥＰＳＴでは、プラズモニクス増強性の分光学的性質（スペクトルの吸収、放射、散乱）は、治療にかかわる主要な要因である。

ＰＥＰＳＴ原理は、電磁場効果の増強メカニズムに基づくものである。電磁場増強には２つの主要な源が存在する：（１）第１に、レーザーの電磁場が、金属粒子の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、（２）励起レーザーの場の増強に加えて、増幅された放射（ルミネセンス、ラマンなど）の場を照射する分子による別の増強も存在し、これは金属粒子をさらに分極し、それによってラマン／ルミネセンスシグナルをさらに増幅するためのアンテナとして働く。

電磁増強は２つの主要なクラス：ａ）放射線場の存在下のみに生じる増強、およびｂ）放射線場がなくても生じる増強に分けられる。第１のクラスの増強はいくつかの過程にさらに分けられる。基板表面上のプラズマ共鳴は、表面プラズモンとも呼ばれ、電磁増強に多大な貢献をもたらす。効果的なタイプのプラズモニクス活性の基体は、ナノ構造の金属粒子、突出、または粗面の金属材料からなる。これらの表面を照射する入射光は金属における伝導電子を励起し、表面プラズモンの励起を誘発し、ラマン／ルミネセンスの増強をもたらす。プラズモンの周波数では、金属ナノ粒子（またはナノ構造の粗さ）は分極し、大きな電界誘起分極をもたらし、したがって表面上に大きな局所電場をもたらす。これらの局所電場は、ルミネセンス／ラマン放射の強度を増大し、放射の強度は分子の応用場の二乗に比例する。この結果、これら表面上の分析物分子が経験する効果的な電磁場は実際の応用場よりもずっと大きい。この場は表面から１／ｒ^３離れると低減する。したがって、電磁気モデルにおいて、ルミネセンス／ラマン活性の分析物分子は金属表面と接触している必要性はないが、この分子を分極することができる増強された局所電場の範囲内のどこにでも位置することができる。次に、ラマンまたはルミネセンスの波長λで振動する双極子は金属のナノ構造を分極し、λが局在する表面プラズモンと共鳴にある場合、ナノ構造は観察される放射光（ラマンまたはルミネセンス）を増強することができる。電磁場の増強には主要な源が２つ存在する：（１）第１に、レーザーの電磁場は、金属粒子の分極によって引き起こされる場が加わることにより増強され、（２）励起レーザー場の増強の他に、増幅されたラマン／ルミネセンス場を放射する分子により別の増強も存在し、増幅されたラマン／ルミネセンス場は金属粒子をさらに分極し、それによってラマン／ルミネセンスシグナルをさらに増幅するためのアンテナとして作用する。プラズモニクス活性の金属ナノ粒子は、従来のレーザー光線療法物質と比べて数桁強力である、強力に増強された可視および近赤外線の光吸収も表す。高度に増強された光吸収剤としてのプラズモニクスナノ粒子の使用は、このように、はるかにより選択的で効果的な光療法の戦略を導入している。金属ナノ粒子のスペクトル特性の同調性、およびプラズモニクスナノ構造のバイオターゲティング（ｂｉｏｔａｒｇｅｔｉｎｇ）能力によりＰＥＰＳＴ法は前途有望となっている。

新規なＰＥＰＳＴ概念は、いくつかの重要なメカニズムに基づく。
・ 薬物分子の光活性化の増強をもたらす、プラズモニクス金属ナノ粒子による励起光の吸収の増大
・ ＰＡ分子の励起を増強するためにより多くの光をもたらす、より有効なＥＥＣ系として働くことができるプラズモニクス金属ナノ粒子による励起光の吸収の増大
・ プラズモニクスナノ金属粒子上で、または付近で吸収される光活性な薬物系による励起光の吸収の増大
・ 金属ナノ粒子上で、または付近で吸収されるＥＥＣ分子の光吸収の増大
・ 金属ナノ粒子上で、または付近で吸収されるＥＥＣ分子からの発光の増幅
・ ＰＡ分子によるＥＥＣによって放射される放射光の吸収の増大

吸収された分子または金属ナノ構造のラマン散乱付近から放射される光（ラマンまたはルミネセンス）の効率を増強することができるいくつかの現象の一つはＳＥＲＳ効果である。１９８４年、ＰＩの研究室は、分析技術としてのＳＥＲＳの全般的な応用性、ならびにいくつかの単素環式および複素環式多環芳香族化合物を含めた、様々な化学物質に対するＳＥＲＳ測定の可能性を最初に報告した（非特許文献７８）。１９８０年代半ば以来、ＳＥＲＳにおけるラマン増強を理解し、モデル化するのに大規模な調査が投入されている。例えば、図４は、１９８４年に遡り、誘電性コア周囲の球状の銀ナノ粒子および金属ナノシェルに対する電磁場の増強をモデル化したＫｅｒｋｅｒによる初期の研究を示すものである（非特許文献７９）。この図は、様々な励起波長での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す。通常弱いラマン散乱過程の強度は、ＳＥＲＳ基体上に吸収される化合物に対して１０^１３または１０^１５ほど大きいファクターで増大され、一分子検出が可能になる。ナノ構造の金属表面付近に生成される電磁場増強の結果、ナノ粒子は、蛍光およびラマンのナノプローブとしての使用の増大が見出されている。

理論的なモデルは、ナノ粒子およびナノシェルのサイズを励起波長に同調するのは可能であることを指摘している。実験の証拠により、１０^６倍から１０^１５倍のラマン増強の起源は主に２つのメカニズム：ａ）しばしば「表面プラズモン」と呼ばれる、電磁気の共鳴によって引き起こされる大きな局所電場に付随する金属表面構造付近に生じる電磁気の「避雷針」効果；およびｂ）分子と金属表面との間の直接的なエネルギー伝達に付随する化学的効果から生じることが示唆される。

古典的な電磁理論によると、電磁場は、光が金属ナノ構造上に入射すると、局所的に増幅され得る。これらの場の増強は非常に大きいことがある（典型的には１０^６倍から１０^７倍であるが、「ホットスポット」では最高１０^１５倍の増強である）。ナノ構造の金属表面が電磁場（例えば、レーザー光線）によって照射されると、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し始める。これらの振動する電子は「表面プラズモン」と呼ばれ、入射場に加わる第２の電場を生成する。これらの振動する電子が空間的に拘束される場合、孤立金属ナノスフェアまたは粗くされている金属表面（ナノ構造）の場合のように、入射場に対する集団振動の共鳴応答が存在する特性周波数（プラズモン周波数）が存在する。この状態は、金属表面上または付近の分子と相互作用することができる強力な限局場の増強を生じる。「避雷針」と同様の効果において、２次場は典型的に、粗くされた金属表面上の湾曲の高い点に最も集中する。

様々な材料の中で、ルミネセンスのナノ粒子は、技術的および産業上の関心をますます集めている。本発明の状況において、ナノ粒子は１マイクロメートル未満のサイズを有する粒子を意味する。本発明の記載はナノ粒子を用いる特定の例を記載するものであり、本発明は多くの実施形態において１マイクロメートル未満のサイズを有する粒子に限定されない。しかし、多くの実施形態において、１マイクロメートル未満のサイズ、とりわけ１００ｎｍ未満を有するサイズ範囲により、特別な関心を引く性質、例えば、発光寿命ルミネセンス消光、ルミネセンス量子効率、および濃度消光など、ならびに、より大きなサイズの粒子が移動しない場合には、例えば、拡散、透過、および媒体中への分散を生成する。

特許文献２１（その内容が参照によって本明細書に組み入れられる）は、第１の波長の可視光の形態のエネルギーを貯蔵し、赤外光によって誘発された場合に第２の波長の可視光の形態のエネルギーを放出した、赤外誘発性のリン光体を記載している。ある場合において、特許文献２１は、「新しい短期の再充電が必要とされる前の数日間にわたってアップコンバージョンが継続する」ことを記載している。特許文献２１におけるリン光体は、アルカリ土類金属硫化物、希土類ドーパント、および可融性塩の組成物であった。特許文献２１に記載されているリン光体は、より具体的に、希土類系列および酸化ユーロピウム、ならびにこれらの混合物からのドーパントを含み；リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムのフッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物、ならびにこれらの混合物の可融性塩を含む、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、およびこれらの混合物から作られるリン光体であった。特許文献２１に記載されている材料は、本発明の様々な実施形態において有用である。

特許文献２１におけるアップコンバータにおいて存在するエネルギー関係を、図１のエネルギー図において示し、図中、エネルギー状態ＥおよびＴは２つの選択された不純物によって導入される。ＥマイナスＧの最小エネルギーを有する光の吸収によってこれらの状態が励起されることで、電子がエネルギー状態Ｅのバンドへ引上げられる。荷電照射が終わると、励起された電子の多くがエネルギー状態Ｔに落ち、そこで捕獲されたままでいる。捕獲現象は図１左で説明される。図５右に示すように、後に赤外光の誘発照射に曝露することでＥマイナスＴのエネルギーを供給することができ、励起状態Ｔにおける赤外誘発性のリン光体をレベルＥへ移行させる。この移行の過程の間に光子が放射される。得られる光の放射はＥマイナスＧに付随する波長によって特徴付けられる。

捕獲深さが熱エネルギーよりも数倍高い場合、９９％を超える電子が電子孔捕獲中にある。捕獲深さが約１ｅＶである場合は、暗所において、ほとんどのトラップが満たされ、バンドＥはほとんど空であり電子孔の再結合は無視できる。いくつかの場合において、特許文献２１は、「貯蔵時間が年単位で非常に長くなっている（ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｉｍｅｓ ｂｅｃｏｍｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｌｏｎｇ， ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｙｅａｒｓ）」と記載している。このように材料は赤外光子を受け、１：１関係に近いより高いエネルギー光子を放射するように適用されている。貯蔵時間がこのように長い、これらの赤外誘発性のリン光体は、市販のＩＲレーザーを用いて媒体中におけるリン光を活性化し、それによって媒体または患者において内部的に可視光または紫外光を発生させる、医薬および非医薬応用両方に実行可能なメカニズムとして本発明の様々な実施形態において用いることができる。

並々ならぬ努力がルミネセントのナノ粒子の合成に費やされ、光学的性質の多くの調査がなされている。ランタニドをベースとするものなどの酸化物ナノ粒子の合成は、固体ゲル（ゾル−ゲル）法、気相凝縮、またはコロイド化学法を含めた数々の過程によって実現されている。高度に均一なサイズのルミネセントナノ粒子の濃縮コロイド溶液を作るための努力はいくつかの技術的困難に遭遇しており、有用な量の約５ナノメートルサイズのランタニドドープ酸化物の合成は、その内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる、Ｂａｚｚｉらによる非特許文献８０に示される通りに活性化される。以下で論じる様々な材料などの材料はアップコンバージョンに有用な材料であるが、先行技術は現在まで、材料、化学、医薬、薬学、または産業上の処理加工に対するこれら材料の特定の応用に的を絞っていない。実際、Ｂａｚｚｉらによる研究は、ランタニド酸化物ナノ粒子に対する性質の理解に集中し、微細構造の性質および光学発光上の性質に重きをおいている（すなわち、これら金属の蛍光およびダウンコンバージョンの性質に集中している）。それにもかかわらず、Ｂａｚｚｉらによって記載される材料は本発明の様々な実施形態において有用である。

本発明者らは、このようなアップコンバージョン材料を、様々な材料、化学、医薬、薬学、または産業上の処理加工において用いることができることを理解している。以下に記載する他者の一例において、ランタニドドープ酸化物のナノ粒子を、９８０ｎｍおよび８０８ｎｍなどの近赤外のレーザー光で励起して、選択されるドーパント３価の希土類イオン、これらの濃度、およびホスト格子に応じて、紫外、可視、および近赤外光の両方を生成することができる。次いで、紫外、可視、および／または近赤外光を用いて、ランタニドドープ酸化物を含むホスト媒体において光活性化可能な反応を駆動することができる。

その内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる、Ｓｕｙｖｅｒらによる非特許文献８１によって報告される他の研究は、ＮａＹＦ_４材料系においてアップコンバージョンの性質を理解するものである。しかし、生成された量が様々な材料、化学、医薬、薬学、または産業上の処理加工に有用であり得ることを示唆するための、アップコンバートされた光の性質または量に関する議論はなされていない。Ｓｕｙｖｅｒらによって記載される材料は本発明の様々な実施形態において有用である。

次に本発明の好ましい実施形態を詳しく表すために言及し、この一例を添付の図において説明するが、この図において同様の参照符号は対応する要素を意味する。

図６は、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、および／またはＹｂ^３＋イオンに対するアップコンバージョン励起および可視放射スキームのエネルギーレベル図を示す、Ｓｕｙｖｅｒらから再生された図である。直線、点線、破線、および波線の矢印はそれぞれ、照射の、非照射のエネルギー伝達、交差緩和、および他の緩和過程を示す。

ランタニドドープ酸化物は、例えば、電子を、原子価状態から、材料のバンドギャップを越えた緩和が蛍光を生成する上位準位の伝導帯の状態に直接促進する同時の事象に、２つの光子の吸収が必要とされる、より伝統的な多光子アップコンバージョン過程と異なる。ここでは、コドーピングがＮａＹＦ_４のバンドギャップにおける状態を生成し、その結果、Ｙｂ^３＋イオンが単一光子事象によって汲み上げることができる^２Ｆ_５／２のエネルギー状態を有し、そこから他の単一光子吸収事象はさらに高い状態に定着することができる。いったんこの励起状態にあれば、より高いエネルギー照射状態への移行は可能であり、そこからの光の放射は^２Ｆ_５／２のエネルギー状態を汲み上げる入射光のエネルギーよりも高いエネルギーである。換言すると、^２Ｆ_５／２のエネルギー状態のＹｂ^３＋イオンは、^４Ｆ_７／２のエネルギー状態などのより高いエネルギー状態に移行するためのベースとして役立つ定着を増強させる９８０ｎｍの光を吸収する状態である。ここでは、^４Ｆ_７／２のエネルギー状態からの移行により可視の放射がもたらされる。

Ｃｈｅｎらは、非特許文献８２において四光子のアップコンバージョンを記載している。この文献において、３９０ｎｍの放射および４０９ｎｍの放射は、Ｙ_２Ｏ_３ナノ結晶における四光子のアップコンバージョン過程に付随していた。Ｃｈｅｎらから下記に再生する図７は、それによって赤外光源が^４Ｄ_７／２の状態に到達するまで累進的に汲み上げることができる一連の状態を示すものである。この上位の状態から、^４Ｇ_１／２の状態に到達するまでエネルギーにおける下向きの移行が生じ、この場合、エネルギーにおける下向きの移行により３９０ｎｍの光子が放射される。Ｃｈｅｎらによって記載されている材料は、本発明の様々な実施形態において有用である。

特許文献２２（その内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる）は、７６７ｎｍの励起が可視範囲における放射を生成するＺｎＳのアップコンバージョンの実施を記載している。特許文献２２に記載されている材料（ＺｎＳ、およびＥｒ^３＋ドープＢａＴｉＯ_３ナノ粒子、およびＹｂ^３＋ドープＣｓＭｎＣｌ_３）は、本発明の様々な実施形態において適切である。

本発明においてアップコンバージョンに指定されるさらなる材料には、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、およびＢａＳが含まれる。このようなアップコンバージョン材料は、あらゆる半導体であってよく、より詳しくは、限定的なものではないが、硫化物、テルル化物、セレン化物、および酸化物半導体、ならびにこれらのナノ粒子、例えば、Ｚｎ_１−ｘＭｎ_ｘＳ_ｙ、Ｚｎ_１−ｘＭｎ_ｘＳｅ_ｙ、Ｚｎ_１−ｘＭｎ_ｘＴｅ_ｙ、Ｃｄ_１−ｘＭｎＳ_ｙ、Ｃｄ_１−ｘＭｎ_ｘＳｅ_ｙ、Ｃｄ_１−ｘＭｎ_ｘＴｅ_ｙ、Ｐｂ_１−ｘＭｎ_ｘＳ_ｙ、Ｐｂ_１−ｘＭｎ_ｘＳｅ_ｙ、Ｐｂ_１−ｘＭｎ_ｘＴｅ_ｙ、Ｍｇ_１−ｘＭｎＳ_ｙ、Ｃａ_１−ｘＭｎ_ｘＳ_ｙ、Ｂａ_１−ｘＭｎ_ｘＳ_ｙ、およびＳｒ_１−ｘなど（０＜ｘ≦１、かつ０＜ｙ≦１）であってよい。上記に記載した半導体の錯体化合物も本発明における使用に企図される。例えば、（Ｍ_１−ｚ／Ｎ_ｚ）_１−ｘＭｎ_ｘＡ_１−ｙＢ_ｙ（Ｍ＝Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ；Ｎ＝Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ；Ａ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ；Ｂ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ；０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１、０＜ｚ≦１）。このような錯体化合物の２例は、Ｚｎ_０．４Ｃｄ_０．４Ｍｎ_０．２ＳおよびＺｎ_０．９Ｍｎ_０．１Ｓ_０．８Ｓｅ_０．２である。さらなるコンバージョン材料には、ほんの数例の化合物を挙げると、ＢａＦ_２、ＢａＦＢｒ、およびＢａＴｉＯ_３などの絶縁材および非伝導性材料が含まれる。本発明に適する移行および希土類イオンコドープ半導体には、硫化物、テルル化物、セレン化物、および酸化物の半導体、ならびにこれらのナノ粒子、例えばＺｎＳ；Ｍｎ；Ｅｒ；ＺｎＳｅ；Ｍｎ，Ｅｒ；ＭｇＳ；Ｍｎ，Ｅｒ；ＣａＳ；Ｍｎ，Ｅｒ；ＺｎＳ；Ｍｎ，Ｙｂ；ＺｎＳｅ；Ｍｎ，Ｙｂ；ＭｇＳ；Ｍｎ，Ｙｂ；ＣａＳ；Ｍｎ，Ｙｂなど、ならびにこれらの錯体化合物： （Ｍ_１−ｚＮ_ｚ）_１−ｘ（Ｍｎ_ｑＲ_１−ｑ）_ｘＡ_１−ｙＢ_ｙ（Ｍ＝Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ；Ｎ＝Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ；Ａ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ；Ｂ＝Ｓ、・・・０＜ｚ≦１、ｏ＜ｑ≦１）が含まれる。

ＺｎＳ：Ｔｂ^３＋、Ｅｒ^３＋；ＺｎＳ：Ｔｂ^３＋；Ｙ_２Ｏ_３：Ｔｂ^３＋；Ｙ_２Ｏ_３；Ｔｂ^３＋、Ｅｒ^３＋；ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋；ＺｎＳ：Ｍｎ、Ｅｒ^３＋などのいくつかのナノ粒子が、当技術分野において、ダウンコンバージョンルミネセンスおよびアップコンバージョンルミネセンスの両方に機能することが知られている。

アップコンバージョンは、より短い波長で放射を刺激または生成するので、より長波長の光が短波長の光よりも、生物学的組織中に深く透過することができる薬物に向けた適用が存在する。したがって、例えば生物学的組織または水溶液の内側に予め配置されているアップコンバータ材料と一緒に、（例えば、市販のＩＲレーザーからの）長波長の光が、皮膚組織深部を画像化するのに（検出用の可視またはＮＩＲの光を放射するアップコンバータ材料と一緒に）一実施形態において用いられてよく、かつ／または一実施形態において長波長の光が、生物学的組織におけるアップコンバータを励起し、その後より短波長の光（例えば、紫外光）を生成して身体における光化学反応または薬学的反応を駆動するのに用いられてよい。これら特定の適用の詳細は、後でより詳しく論じる。

図８Ａは、本発明の一実施形態によるアップコンバータ材料（すなわち光活動性材料）の模式図である。図８Ａは、金属シェル付近の誘電性コアアップコンバータ材料（ナノメートルサイズのスケールの）の配置に対する数々の構造上の配置を示す。波長λ_１の入射光がアップコンバート性の誘電性コアと相互作用する。光λ_１が誘電性コアと相互作用すると周波数λ_２の２次放射を生成し、これはλ_１よりも短い波長を有し、したがってλ_１よりも高いエネルギーを有する。アップコンバージョンに対する正確な物理的メカニズムは特定のアップコンバージョン材料および特定の応用において用いられている過程に依存することがあり、考察および説明の目的で以下の説明を提供する。

図８Ａの状況において、波長λ_１が誘電体材料コアと相互作用する場合、３価の希土類イオンに関与するアップコンバージョンに対して３つの別々の過程が十分に理解される。これら３つの過程とは、
１）それによって２つの光子が連続的に同じイオンによって吸収されて１つまたは複数の状態を励起し定着させる、励起状態の吸収、
２）１つのイオンからすでに励起状態にある別のイオンへの励起の伝達であるエネルギー伝達アップコンバージョン、ならびに
３）励起状態の２つの近接するイオンが仮想状態から集合的に放出する多光子の協調過程である。

選択されたイオンとホスト格子との間にこの過程のどの１つが生じるかに関係なく、最終結果は励起エネルギーよりも大きなエネルギーの光子がアップコンバージョン過程のためにホスト格子から放出されることである。

したがって、活性化される特定のイオンは（それがドーパントイオンであっても、または酸化ネオジムにおけるような格子のホストイオンであっても）、誘電性コアにおけるドーパントイオンまたはホストイオンが、ＮＩＲ源によって汲み上げることができるイオン状態をもたらして、結果として生じる放射λ_２を発生させるために、処理加工されるホスト材料に基づいて選択される。これらの材料の多くは本発明に先立って、過去においてバルク状態で研究されているが、様々な材料、化学、医薬、薬学、または産業上の処理加工に対する非結晶およびナノサイズにおけるこれらの材料の標的使用は、とりわけ誘電性コアのサイズで、金属シェルの適用で活用されていなかった。

したがって、本発明は一実施形態において、媒体における光刺激反応を生成するためのナノスケールのアップコンバージョン系を提供する。この系は、第１の波長λ_１の放射に曝露されると、第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成されているナノ粒子を含む。この系は、少なくとも一部分のナノ粒子を封入している金属シェルを含み、ナノ粒子付近で媒体に配置されている受容体を含む。受容体は第２の波長λ_２によって活性化されると、光刺激された反応を直接的または間接的に発生させる。本発明の一実施形態において、金属構造体の物理的特徴は、金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定される。

本発明の状況の範囲内で、金属シェルまたはコアの「物理的特徴」の語は、金属それ自体またはシェルまたはコアの、表面プラズモン共鳴の周波数に影響を及ぼす寸法または形状のあらゆる特徴に関することができる。このような物理的特徴は、それだけには限定されないが、金属シェルもしくはコアの伝導率、半径の寸法、化学組成、または結晶状態を含むことができる。

様々な実施形態において、金属構造体は、金属シェル中に少なくとも一部分のナノ粒子を封入する金属シェルであってよく、伝導率、半径の寸法、または金属シェルの結晶状態は、金属構造体における表面プラズモン共鳴を、第１の波長λ_１または第２の波長λ_２のいずれかとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴させる。様々な実施形態において、金属構造体は、金属シェル中に少なくとも一部分のナノ粒子を封入する多層の金属シェルであってよく、伝導率、半径の寸法、または金属シェルの結晶状態は、金属構造体における表面プラズモン共鳴を、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２で共鳴させる。この能力によりλ_１およびλ_２の放射の増幅が可能になる。

様々な実施形態において、金属構造体は、１つまたは複数の多重構造中に存在する金属粒子であってよい。これらの多重構造は、ナノ粒子に隣接して配置されている、例えば、球、楕円体、桿状体、立方体、三角形、ピラミッド、柱状、三日月状、四面体形、星形、またはこれらの組合せを含めた様々な形状を有することができ、伝導率、寸法（例えば、外側寸法もしくは厚さ）、または金属構造体の結晶状態は、金属の粒子または桿状体における表面プラズモン共鳴を、第１の波長λ_１または第２の波長λ_２のいずれかとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴させる。このような形状は本発明の図、およびその全文が参照によって組み入れられる特許文献２３における図に記載されている。形状の選択は、表面プラズモン共鳴の周波数に影響を及ぼし得る。プラズモンバンドはナノ粒子の形状（例えば、長球および偏球）によって変更されることが知られている。その内容全体が参照によって組み入れられる非特許文献８３は、長球および偏球のＡｇの成形に対するプラズモン共鳴シフトおよびＡｕの成形に対するプラズモン共鳴シフトを示している。本発明の一実施形態において、本発明の金属構造体に対する縦横比が増大すると、長球の共鳴は、下限のない球状に比べて赤色シフトする（Ｄｒｕｄｅの分散モデルの仮定のもと）。一方、長球の共鳴は、球がますます平坦になると「青色シフト」するが、限界までである。

様々な実施形態において、金属構造体は、ナノ粒子の内側に配置されている金属構造体であってよく、金属構造体の伝導率または寸法（例えば、外側寸法もしくは厚さ）は、金属粒子における表面プラズモン共鳴を、第１の波長λ_１または第２の波長λ_２いずれかとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴させる。様々な実施形態において、金属構造体は、ナノ粒子の内側に配置されている多重の金属構造体であってよく、金属構造体の伝導率または寸法（例えば、外側寸法もしくは厚さ）は、金属構造体における表面プラズモン共鳴を、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２で共鳴させる。この能力によりλ_１およびλ_２の放射の増幅がやはり可能になる。

別の一実施形態において、本発明は、１０００ｎｍ未満の誘電性コア、およびナノ粒子に関して配置されている金属構造体を含むナノ粒子構造を提供する。誘電性コアは、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＮａＹｂＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、Ｎｄ−ドープＹｂＦ_３、またはＳｉＯ_２のうちの少なくとも１つを含む。このようなナノ粒子構造は、ある実施形態において、第１の波長λ_１から第２波長λ_２までの光のアップコンバージョンを増強する金属構造体における表面プラズモン共鳴を表すことができる。

別の一実施形態において、本発明は、１０ｎｍ未満の誘電性コア、および少なくとも一部分のナノ粒子を封入する金属シェルを含むナノ粒子構造を提供する。誘電性コアは、上記に記載したあらゆる誘電性コアを含む。このようなナノ粒子構造は、ある実施形態において、第１の波長λ_１から第２の波長λ_２までの光のアップコンバージョンを増強する金属構造体における表面プラズモン共鳴を表すことができる。

上記に記載した通り、金属構造体は、プラズモン増強によって光子のアップコンバージョン過程を増強する層の厚さでとりわけ設計されている。構造の厚さは、構造におけるプラズモン（すなわち、電子振動）が、目標とする吸収バンドとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数において共鳴を有する寸法を有することによって、その厚さにおいて吸収過程に「同調」されている。このように、アップコンバージョンが、９８０ｎｍのＮＩＲ光によって刺激されると、構造の厚さは、プラズモン共鳴がやはり９８０ｎｍの周波数（または、これらの波長でプラズモン共鳴が典型的に広い場合にその付近において）で共鳴する厚さに「同調」される。

このようなプラズモン共鳴性構造は、それだけには限定されないが、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、ルテニウム、レニウム、銅、およびコバルトを含めた多くの遷移金属で作成され得る。金のナノシェルで形成される場合、９８０ｎｍの光と共鳴させるのに推奨される厚さは、Ｍｉｅ理論の計算の拡張によって算出して、８０ｎｍのアップコンバート性のコアを取り囲むおよそ３．５ｎｍである（その内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる非特許文献８４を参照）。図８Ｂは、非特許文献８４から複製したものであり、励起および／または発光の放射波長とスペクトルオーバーラップを有する金属シェルに「同調」する、本発明における能力を説明するものである。周波数の一致または同調のこの能力により、誘電性コア単独と一緒に存在しない吸収の増大がもたらされる。

本発明の一実施形態において、金属構造体は、例えば、Ａｕ：Ａｇ合金などの合金であってよい。合金含量は、表面プラズモン共鳴の周波数を調節するように設定することができる。例えば、合金含量は、３６５ｎｍにおいて表面プラズモン共鳴をもたらす一要因であってよい。一実施形態において、詳しくは６５％から７５％の銀濃度、より詳しくは６７％の銀濃度を３６５ｎｍの表面プラズモン共鳴に用いる。本発明の一実施形態において、金属構造体は、例えば、Ｐｔ：Ａｇ合金などの合金であってよい。合金含量は、表面プラズモン共鳴の周波数を調節するように設定することができる。本発明の一実施形態において、金属構造体は、例えば、Ｐｔ：Ａｕ合金などの合金であってよい。合金含量は、表面プラズモン共鳴の周波数を調節するように設定することができる。

本発明の一実施形態において、ナノ粒子は、２つ以上の材料の合金であってよい。この実施形態において、合金は、２つ以上の材料の間で、第１の波長λ_１における合金の励起が第２の波長λ_２における放射を発生させる組成値に設定される組成を有することができる。本発明の一実施形態において、ナノ粒子は硫化亜鉛とセレン化亜鉛との合金であってよい。本発明の一実施形態において、ナノ粒子は硫化亜鉛と硫化カドミウムとの合金であってよい。

本発明の一実施形態において、硫化亜鉛とセレン化亜鉛とのナノ粒子合金は、３６５ｎｍの表面プラズモン共鳴をもたらすように設定された合金含量を有することができ、詳しくは６５％から７５％の硫化亜鉛含量、より詳しくは６７％の硫化亜鉛含量を有する。本発明の一実施形態において、硫化亜鉛と硫化カドミウムとのナノ粒子合金は、３６５ｎｍにおいて表面プラズモン共鳴をもたらすように設定された合金含量を有することができ、詳しくは６５％から７５％の硫化亜鉛含量、より詳しくは６７％の硫化亜鉛含量を有する。

本発明に適するナノ粒子およびナノ粒子合金を生成するためのいくつかの技術は、全てその全文が本明細書に組み入れられる、以下の文書に記載されている：特許文献２４、特許文献２５、特許文献２６、特許文献２７、特許文献２８、特許文献２９、特許文献３０、特許文献３１、および特許文献３２。

本発明の一実施形態において、ナノ粒子は、波長λ_２を発生するように構成された誘電体または半導体であってよい。本発明の一実施形態において、ナノ粒子は、それぞれλ_２に対して異なる波長で放射するように構成された、複数の誘電体または半導体を含むことができる。本発明の一実施形態において、様々な誘電体または半導体を有する複数のナノ粒子が、媒体中に分散されたナノ粒子の混合物に含まれていてよい。

本発明の一実施形態において、量子ドット混合物を複数のナノ粒子に用いることができる。量子ドットは一般的にナノメートルサイズの粒子であり、量子ドットの材料における粒子のエネルギー状態は量子ドットのサイズに依存する。例えば、量子ドットは、その伝導性の特徴が個々の結晶のサイズおよび形状に密接に関係する半導体であることが知られている。一般的に、結晶のサイズが小さいほどバンドギャップは大きく、最高の価電子帯と最低の伝導帯との間のエネルギーにおける違いが大きくなる。したがって、ドットを励起するのにより多くのエネルギーが必要とされ、同時に、結晶がその静止状態に戻るときにより多くのエネルギーが放出される。蛍光色素の適用において、これは結晶サイズが小型になるとドットの励起後に放射される光の周波数が高くなることに等しく、放射される光における赤色から青色への色のシフトをもたらす。

詳しくは、本発明の一実施形態において、量子ドット混合物（ＱＤＭ，ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ｍｉｘｔｕｒｅ）のコーティングは、標準の沈殿技術を用いてゾル−ゲル技術および／またはＣＶＤを用いて沈着され得る。ＱＤＭのコーティングは、ＵＶ出力を低減しないケイ酸塩構造で作られ得る。ケイ酸塩のファミリー内では、シリカ（ＳｉＯ_２）が、コーティングによってＵＶ伝播を最大にするので適切である。コーティングは、生体適合性のガラスの第２の層をさらに含むことができる。このような生体適合性のガラスおよびガラスセラミック組成物は、カルシウム、ランタニドまたはイットリウム、ケイ素、リン、および酸素を含有していてよい。他の生体適合性の材料および技術は、その全文が本明細書に組み入れられる以下の特許において記載されている：特許文献３３、特許文献３４、特許文献３５、特許文献３６、特許文献３７、ならびに特許文献３８、特許文献３９、および特許文献４０。

本発明は、生存する患者内でのこれらの様々な構造の使用を目的としているので、粒子の曝露されている部分が潜在的に細胞毒性の化合物を含んでいる場合、患者内での毒性を避けるために、ＳｉＯ_２などの生体適合性かつ生物学的に安定な物質のさらなるコーティングまたはシェルを加えるのが必要であり得る。

本発明の一実施形態において、金属シェルの厚さは、アップコンバートされた光の放射過程の全体の効率を増強するための誘電性コアにおける特定のドーパントイオンの吸収周波数（またはある場合には放射周波数）に応じて設定される。したがって、金属シェルの厚さは、ある場合にはλ_１の吸収を増強し、別の場合にはλ_２の放射を増強するツールとしてみなすことができ、または他の状況において、組み合わされて全体の正味の過程を増強する、増強の特徴とみなすことができる。

さらに、プラズモン−フォノンのカップリングを用いて、共鳴の程度にバンドを同調させることによって共鳴周波数を低減してもよい。これは、感受性の発色団または薬物標的に対してコア−シェルのナノ粒子をカップリングする目的で、共鳴エネルギー伝達過程を最適化するのに有用であり得る。したがって、レシピエント４がシェルの外側である場合、レシピエント４は、シェルが構造に存在しない場合に起こるよりも、上記に記載したプラズモン効果によって増強された光λ_２を受け取る。

一例において、図８Ａ−１は、ｔｒｉ−アルギニン１０ｍＭを用いて分散された、立方体のＹ_２Ｏ_３（下の軌跡）および金をコーティングしたＹ_２Ｏ_３（上の軌跡）のＵＶ−可視吸収スペクトルを示す。ナノ粒子系の調製の詳細を以下に示す。Ｙ_２Ｏ_３単独（下の軌跡）の吸収スペクトルはかなり特徴がなく、２００ｎｍ付近のｔｒｉ−アルギニンによる吸収、ならびにスペクトルの可視部分に及ぶＹ_２Ｏ_３ナノ粒子による散乱および吸収に付随する穏やかな勾配を示している。一方、金でコーティングしたＹ_２Ｏ_３（上の軌跡）は５４６ｎｍの強力な吸収バンドを表し、このバンドはＹ_２Ｏ_３コア周囲の金のシェルによるプラズモン共鳴バンドに特徴的である。この特徴がプラズモンバンドである。この特徴が溶液中の固体の金のナノ粒子によるものであった場合、この特徴は５３０ｎｍまたはそれ未満に集中する。さらに、プラズモン吸収の５４６ｎｍへの赤色シフトは、誘電性コア周囲の金のシェルの存在と一致する。

本発明の一実施形態において、アップコンバータ誘電性コアのための材料は、上記に記載した通り、非常に様々な誘電体材料を含むことができる。本発明の様々な実施形態において、アップコンバータ誘電性コアは、より詳しくはランタニドドープ酸化物材料を含む。ランタニドには、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、およびルテチウム（Ｌｕ）が含まれる。他の適切な誘電性コア材料には、非ランタニド元素、例えば、イットリウム（Ｙ）およびスカンジウム（Ｓｃ）が含まれる。したがって、適切な誘電性コア材料にはＹ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＮａＹｂＦ_４、Ｎａ−ドープＹｂＦ_３、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、またはＳｉＯ_２が含まれる。これらの誘電性コアは、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｕ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｇｄ、および他の希土類種、またはこれらの組合せでドープすることができる。

ランタニドは通常３価の陽イオンとして存在し、この場合これらの電子配置は、（Ｘｅ）４ｆ^ｎであり、ｎは１（Ｃｅ^３＋）から１４（Ｌｕ^３＋）まで変化する。ｆ−マニホールド内の移行は、長命のルミネセンスならびに鋭い吸収および輝線など、ランタニドイオンの多くの光物理的性質の原因となっている。ｆ−電子は、満たされた５ｓおよび５ｐ軌道によって外乱から遮られ、したがって線様のスペクトルを生じる。ｆ−ｆ電子移行はラポルテの禁制であり、マイクロ秒からミリ秒の範囲の励起状態の長い寿命をもたらす。

したがって、本発明におけるドープ材料の例には、酸化イットリウムおよび酸化ネオジムおよび酸化アルミニウムなどの酸化物、ならびにフッ化イットリウムナトリウムおよびナノ結晶のペロブスカイト、ならびにイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）およびイットリウムアルミニウムペロブスカイト（ＹＡＰ）などのガーネットが含まれる。これらの材料の中で、アップコンバージョン効率を促進するのに、これらの材料の全てではないがいくつかにドーピングが必要とされる。本発明の様々な実施形態において、ホストのナノ結晶は、上記に示したランタニド系列の元素からの３価の希土類ランタニドイオンとドープしている。

より詳しくは、本発明の様々な実施形態において、ホスト結晶におけるより多くのエネルギー状態に接近しやすくするようにするために、これらのドーパントの対を導入する。これらのエネルギー状態の活性化および汲み上げは、図７に関して上記で論じた原理に厳密にしたがう。本発明におけるドーピング濃度は、ホスト格子中イオン１個あたり大まかに０．２％から２０％の範囲であってよく、または重量％もしくはモル％の変動であってよい。これらの材料における特定のバンドのアップコンバージョン過程の効率は、標的とする放射を誘導および増強するようにドープされるパーセント値によって変調され得る。ランタニドドープしたアップコンバータは、それだけには限定されないが、以下のモルパーセントのドーパント組成物を用いることができる： ５％Ｅｒ、１０％Ｙｂ、０．２％Ｔｍ＋３％Ｙｂ、および１％Ｅｒ＋１０％Ｙｂ。

ナノ結晶が大型であるほどホスト格子中に収容されるドーパントイオンに対する部位を多く有するので、ナノ結晶のサイズはアップコンバージョン過程の効率に対しても効果があり、したがってナノ結晶が小型であった場合よりも同じドープされたホストからより多くの放射が可能になる。上記に列挙したドーパントのパーセント値は厳密に固定されておらず、これらの数値は、本発明の特定の誘導体コア材料を得るのに用いる典型的なパーセント値の基本的な教示を提供するものである。

さらに、本発明の一実施形態におけるこれらのいくつかのホスト結晶（例えば、酸化ネオジム）は、アップコンバージョンを促進するのに具体的なドーピングを必要としないことがあり、アップコンバージョンは５８７ｎｍの励起波長で３７２ｎｍ、４０２ｎｍ、および４６８ｎｍの放射を生成するＮｄ_２Ｏ_３における一例において見られる。その内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる非特許文献８５を参照されたい。本発明の一実施形態において、酸化ネオジムをＹｂ^３＋でドーピングすると、より低エネルギーのＹｂ^３＋活性化物質でＮｄ^３＋イオンを感作することによってアップコンバージョンが増強される。

本発明の一実施形態において、上記で論じた通り、誘電性コアを、例えば、金属シェル４などでコーティングして電子−フォノンカップリングを増強し、それによってアップコンバージョン効率を増大する。本発明の別の一実施形態において、シェルはＳｉＯ_２コーティングおよび／またはＴｉＯ_２コーティングを含むことができ、このコーティングは、一実施形態において、ドープされているＹ_２Ｏ_３アップコンバート性ナノ粒子上をコーティングして、それによって、ある場合には、非コーティングのナノ結晶に比べてアップコンバージョン効率を増大する。さらに、本発明の一実施形態において、コーティングはポリマーであってよい。一実施形態において、このコーティングはＮａＹＦ_４：Ｌｎ／ＮａＹＦ_４誘電性コア上に提供される。このようなコーティングは非コーティングのアップコンバータに比べてアップコンバージョン効率を増大することができる。

本発明の別の一実施形態において、非ドープのホスト格子（例えば、Ｙ_２Ｏ_３）のナノ結晶のフォノンモードは、例えば、様々な厚さの、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、およびＰｄのシェル４によって変調される。本発明の様々な実施形態において、アップコンバータ誘電性コアおよびシェル４の系は、アップコンバート性のナノ結晶として、ＮａＹＦ_４シェルを有するＹ_２Ｏ_３：Ｌｎ、Ａｕ（Ａｇ、Ｐｔ）シェルを有するＹ_２Ｏ_３：Ｌｎ、Ｙ_２Ｏ_３シェルを有するＮａＹＦ_４：Ｌｎ、Ａｕ（Ａｇ、Ｐｔ）シェルを有するＮａＹＦ_４：Ｌｎを含む。この系において、コアの直径および金属コーティングのシェルの外径／内径を、プラズモンモードのオーバーラップに同調できると思われる直径に設定することができる。

下記で論じる他の実施形態において、金属コーティングまたは金属構造体は誘電体の内側に存在することができ、金属構造体の誘電体構造に対する相対的位置はプラズモン共鳴を増強することができる。内側に金属構造体を有するこれらの構造は、金属コアのアップコンバータまたは金属コアのダウンコンバータと呼ぶことができる。エネルギー変換のための金属コアの技術は、コア誘電体上のシェルコーティングに比べて表面の形態が改善されている金属ナノ粒子の利点をとるので有用である。内側コアの金属エネルギーコンバータにおける金属または金属合金は、プラズモニック活性を同調するように選択され得る。金属構造体を外側に有するこれらの構造は、コアアップコンバータまたはコアダウンコンバータと呼ばれ得る。これらのコアアップコンバータまたはコアダウンコンバータの構造は、コア材料が金の生体適合性シェル中に取り囲まれ得るので、生体適合性に対する利点をもたらす。

図８Ｃは、Ａｕシェルを有するＬｎ−ドープＹ_２Ｏ_３コアを形成するための過程および結果として得られるＡｕシェルを有するＬｎ−ドープＹ_２Ｏ_３コアの図である。金属シェルを有する１０ｎｍ未満のＬｎ−ドープＹ_２Ｏ_３ナノ粒子を生成するための説明となる一方法は、ポリオール法によって実現され得る。その内容全体が参照によって組み入れられる非特許文献８０を参照されたい。この取り組みにおいて、塩化イットリウム六水和物およびランタン系列の塩化物六水和物を、ジエチレングリコールとの懸濁液中に、陽イオン濃度に関して好適な比率で組み合わせる（ＤＥＧ１リットルあたり塩化物０．２ｍｏｌ）。この懸濁液に、ＮａＯＨ溶液および水（それぞれ０．２ｍｏｌ／Ｌおよび２ｍｏｌ／Ｌ）を加える。懸濁液を、１時間、溶媒再濃縮／還流装置において１４０℃に加熱する。１時間の加熱が完了すると、溶液は澄明となり、所望のナノ粒子の核形成が起こっている。次いで、温度を１８０℃に上げ、溶液を４時間沸騰／還流し、Ｙ_２Ｏ_３：Ｌｎナノ粒子を得る。次いで、この溶液を水に対して透析してナノ粒子を沈殿させ、または溶媒を留去し、過剰の水を加えてナノ粒子を沈殿させる。ナノ粒子を遠心分離によって回収し、真空中乾燥させる。

次いで、乾燥させたナノ粒子を９００℃で２時間か焼させて単相とし、ランタニドドーパントを有する立方体のＹ_２Ｏ_３ナノ結晶を、Ｙ_２Ｏ_３ナノ結晶によって等しく分配する。この方法を加圧環境中の合成を可能にするように改変し、それによって立方体相における完全な発現を可能にし、か焼時間を短くし温度を低くし、ナノ粒子のアグロメレーションを低下させサイズを増大させてもよい。

次いで、ナノ結晶を、超音波処理してトルエン中に再懸濁し、トルエン中２−トリエトキシシリル−１−エチルチオ酢酸（３００ｍＭ）で処理する。反応混合物の揮発性成分を真空中で除去し、残存する残渣をトルエン中に再懸濁し、ＮａＳＭｅで処理する。反応混合物の揮発性成分を再び真空中で除去し、残存する残渣を再沈殿によって精製し、遠心分離し、乾燥させる。チオールを終端とした、表面を改変したナノ結晶を、次いで、トルエン中０．１Ｍ ＤＤＡＢ（ジドデシルアンモニウムブロミド）中に再懸濁し、ドデシルアミン中コーティングされたコロイド性金ナノ粒子（直径約１ｎｍ）の溶液（その内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる非特許文献８６のように調製される）を加える。次いで金のシェルを完成させ、還元当量の水素化ホウ素テトラブチルアンモニウムの存在下ＡｕＣｌ_３およびドデシルアミンを加えることによって好適なシェルの厚さに増大させる。次いで、チオールを終端とした有機酸を加えて水溶性を増大させ、金の金属シェルを完成させ、Ｌｎ−ドープＹ_２Ｏ_３ナノ粒子を水の存在下、抽出または透析によって分離してもよい。

図８Ｄは、ＮａＹＦ_４シェルを有するＬｎ−ドープＹ_２Ｏ_３コアの形成のための過程および得られたＮａＹＦ_４シェルを有するＬｎ−ドープＹ_２Ｏ_３コアの図である。本発明のこの実施形態において、Ｌｎ−ドープＹ_２Ｏ_３コアは、例えば、ＮａＹＦ_４、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、非ドープＹ_２Ｏ_３で、または他の低フォノンモードの誘電体材料で、２級ポリオールの取組みおよびその後のコアナノ結晶のシリル保護を用いてシェル形成することができる。低フォノンモードのホスト格子（例えば、Ｙ_２Ｏ_３、ＮａＹＦ_４など）は、アップコンバージョン過程における補助に有用であることが示されている。これは、電子−フォノンの低フォノンモードへのカップリングの性質、およびホスト−格子／イオン結晶内の無放射の減衰過程の除去に起因する。したがって、本発明の一実施形態において、導電体コア材料は低モードのフォノンホスト格子（例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＮａＹｂＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、Ｎａ−ドープＹｂＦ_３、もしくはＳｉＯ_２またはこれらの合金もしくはこれらの組合せなど）で作られる。

様々なサイズのＹ_２Ｏ_３ＮＰが、また、Ｓｏｎｇらによって開発された燃焼法によって合成することができる。この方法において、Ｙ（ＮＯ_３）_３およびグリシンの溶液を加熱して、自発的な発火が起こるまで過剰の水を蒸発させた。５００℃で２時間アニーリングすると立方体のＹ_２Ｏ_３ＮＰを得ることができる。この方法の一利点は、Ｙ（ＮＯ_３）_３とグリシンとの間の比率を変えることによってＹ_２Ｏ_３の粒子サイズを変更することができることである。別の一利点は、Ｙ_２Ｏ_３前駆溶液中に様々な比率のドーパント（例えば、ＹｂおよびＥｒ）を加えることができ、様々な放射の性質を有するドープＹ_２Ｏ_３ＮＰをこのように合成することができることである。Ｙ_２Ｏ_３ＮＰは不溶性であるので、水中に沈殿物を形成することが知られている。グルタミン酸で官能基化すると、Ｙ_２Ｏ_３ＮＰは、図９−１−Ａおよび９−１−Ｂに示す、水中の良好な懸濁、およびＮＰの良好な分散をもたらすことができる。ＸＲＤ測定により、合成物としてＹ_２Ｏ_３ＮＰは立方体の構造を有し、この結晶構造は図９−１−Ａおよび９−１−Ｂに示す通り、格子面間隔によってさらに証明される。次いで、ジエチレングリコール還流の存在下、過剰の３−メルカプトプロピオン酸または３−メルカプトプロピルホスホン酸でのリガンド置換を用いて、同様のやり方でこれらの粒子をＡｕナノ粒子で官能基化して、下記に記載する通りメルカプトアルキルシランで処理する。

次いで、ナノ結晶を、超音波処理してトルエン中に再懸濁し、トルエン中２−トリエトキシシリル−１−エチルチオアセテート（３００ｍＭ）で処理する。反応混合物の揮発性化合物を真空中で除去し、残余の残渣をトルエン中に再懸濁し、ＮａＳＭｅで処理する。反応混合物の揮発性化合物を再び真空中で除去し、残余の残渣を再沈殿、遠心分離、および乾燥によって精製する。チオールを終端とした、表面を改変したナノ結晶を、次いで、トルエン中０．１Ｍ ＤＤＡＢ（ジドデシルアンモニウムブロミド）中に再懸濁し、ドデシルアミン中にコーティングしたコロイド性金ナノ粒子（直径約１ｎｍ）の溶液（その内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる非特許文献８６のように調製される）を加える。次いで、金のシェルを完成させ、還元当量の水素化ホウ素テトラブチルアンモニウムの存在下ＡｕＣｌ_３およびドデシルアミンを加えることによって好適なシェルの厚さに増大させる。次いで、チオールを終端とした有機酸を加えて水溶性を増大させてもよく、完成した金の金属シェル、Ｌｎ−ドープ、Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子を抽出または透析によって水の存在下分離してもよい。

乾燥させたＹ_２Ｏ_３ナノ粒子を超音波処理してトルエン中に再懸濁し、トルエン中２−トリエトキシシリル−１−プロピオン酸、ベンジルエステル（３００ｍＭ）で処理する。反応混合物の揮発性化合物を真空中で除去し、残余の残渣をトルエン中に再懸濁し、強塩基で処理する。反応混合物の揮発性化合物を再び真空中で除去し、残余の残渣を再沈殿、遠心分離、および乾燥によって精製する。カルボキシルを終端とした、表面を改変したナノ結晶を、次いで、フッ化ナトリウムのＤＥＧ中溶液中に再懸濁し、室温で硝酸イットリウム六水和物で処理し、１２時間撹拌する（ＮａＹＦ_４の見本として）。次いで、反応混合物を２時間１８０℃にして、オストワルド熟成によってＮａＹＦ_４シェルを増大させる。先に記載した通り、ナノ粒子を再沈殿によって精製する。次いで、有機酸を終端とするポリマー、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン、または他のＦＤＡで認可された生体適合性のポリマーを加えて水溶性を増大させてもよく、医薬で使用するために、完成したＮａＹＦ_４シェル、Ｌｎ−ドープ、Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子を水中に再懸濁してもよい。

本発明の様々な実施形態において、アップコンバータ誘電性コアを、チオールを終端とするシランでコーティングして、Ｙ_２Ｏ_３と同様の反応性のコアの周りにＳｉＯ_２のコーティングを施すことができる。これらのチオール基を導入したナノ粒子を、次いで、ナノ粒子表面に付随するコロイド性のＡｕ（１〜２ｎｍ）に曝露し、ＨＡｕＣｌ_４および還元剤を添加して、オストワルド熟成によりＡｕ表面が指定された厚さの均一なシェルに癒着する。ＮａＹＦ_４および他のＣａＦ_２格子の溶解性の増強は、カップリングしたトリオクチルホスフィン−オレイックアミン、ポリエチレングリコール、およびポリエチレンイミン界面活性剤の使用により増大することができる。これらの界面活性剤は、官能性の頭基を有するナノ粒子の表面に会合し、有機溶媒または水性溶媒のいずれかにおいて可溶性であってナノ粒子のコロイド懸濁液を可能にする。

本発明の一実施形態において、上記に記載した方法を用いて、ＮａＹＦ_４シェルを有するＹ_２Ｏ_３：Ｌｎ、Ａｕ（Ａｇ、Ｐｔ）シェルを有するＹ_２Ｏ_３：Ｌｎ、Ｙ_２Ｏ_３シェルを有するＮａＹＦ_４：Ｌｎ、Ａｕ（Ａｇ、Ｐｔ）シェルを有するＮａＹＦ_４：Ｌｎ（コアおよびシェルの直径が２ｎｍから２０ｎｍまで変化する）の新規なアップコンバート性のコア−シェルのナノ粒子を合成する。これらの新規な材料系において、コア対シェルの直径の比率の同調により、ＮＩＲ光の吸収および／またはアップコンバートされた放射を増幅すべきプラズモン−フォノン共鳴を可能にすることができる。これらの新規な材料系において、コアおよびシェルの直径の制御は、サイズ依存性の効果を決定し、その後プラズモン−フォノン共鳴を同調する一要因である。

本発明の一実施形態において、新規なコア−シェル材料の混合を合成するのに用いられるこの方法は、大きなアップコンバート性の効率を有することが示されている、様々なＬｎ系列の金属とドープした半導電性のＹ_２Ｏ_３およびＮａＹＦ_４のコアを含むことができる。これらのドープしたＹ_２Ｏ_３およびＮａＹＦ_４コアは、アップコンバージョン過程におけるエネルギー伝達に必要とされるフォノンモードを増強または同調する潜在性を有するＡｕ（Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ）または非ドープのＹ_２Ｏ_３およびＮａＹＦ_４マトリクスのシェルを有する。例えば、可溶性は、チオール基を導入した有機物（Ａｕシェル）、有機鎖トリエタノールシラン（Ｙ_２Ｏ_３シェル）、およびトリオクチルホスフィン−オレイックアミン（ＮａＹＦ_４シェル）を加えることによって増強することができる。コア−シェルのナノ粒子は全て、トリアルギニンペプチド、ポリエチレングリコール、およびポリエチレンイミン界面活性剤を添加してコロイド性懸濁液中にさらに可溶化してもよい。

Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子は、潜在的に臨床的に重要な薬物誘導体を励起するのに最適である、シンチレーション放射（ダウンコンバージョン）を有するので、より小型のナノ結晶が生物学的ターゲティングの適用に利点をもたらす。生物学的組織がＸ線照射に対して透過性であることから、Ｘ線からＹ_２Ｏ_３ナノ結晶による可視光へのダウンコンバージョンが、ナノ粒子表面に連結している抗体、Ｆａｂフラグメント、または細胞表面受容体に特異的なペプチドによる生物学的悪性腫瘍（例えば、癌、自己免疫変性した組織、外来の汚染）にカップリングしているナノ粒子の存在を検出する手段を提供する。引き続き、ダウンコンバート性のナノ粒子が、ＵＶおよびＶＩＳ光（外部適用した場合）が透過しそうにない生物学的組織内深部の治療部位で直接、光活動性の薬物が活性化するＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲ光を発生させる手段を提供する。さらに、本発明の一実施形態において、アップコンバート性のＹ_２Ｏ_３：Ｌｎナノ結晶を、医薬上の画像化に適用可能なＮＩＲウインドウ内の吸収および放射の性質に利用することができる。

本発明の一実施形態において、これらの材料の小型のナノ結晶を、高沸点の多価アルコール（例えば、ジエチレングリコール）溶媒中、規定された量の水と混合される希土類（ＲＥ）前駆物質（例えば、塩化物、硝酸塩、アルコキシド）を用いて調製する。アルコールの脱水性の性質および溶液の高温が、水酸化物、粒子に対立するものとして酸化物粒子を形成するための非水性の環境を促進する。用いることができる他の溶媒には、エチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールなど（それによって異なる沸点の溶媒が提供される）が含まれる。これらの前駆物質で、５ｎｍ未満のナノ結晶がＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ（またはこれらの組合せ）の層でコーティングされると考えられる。図９はこのようなコーティングされている５ｎｍ未満のナノ結晶を説明するものである。

したがって、これらのナノ結晶および他の導電性コアエレメントの合成は、以下に記載する方法にしたがうことができる。

とりわけ、本発明による酸化イットリウムのナノ結晶を形成する一方法は、塩の形態のイットリウムおよび希土類イオンの前駆物質（好ましくは、非六水和物の形態より可溶性である、六水和物の形態の塩化物における）を得ることである。次いで、これらの塩を、以下に列挙する正しいモル比で組み合わせて、正しい比率の塩基を加えた高沸点の多価アルコール溶媒中酸化イットリウムを含有する溶液を作り出す。１リットルあたり０．２モルの最初の陽イオン濃度を、水中、水酸化ナトリウム水溶液と混合する（反応溶液１リットルあたり水酸化ナトリウム０．２モル／リットル；溶液あたりＨ_２Ｏ ２モル／リットル）。前駆物質を多価アルコールの溶媒中に一緒に加え、１４０℃で１時間撹拌した。塩が完全に溶解した後、溶液を１８０℃の還流にし、４時間加熱する。次いで、反応を室温に冷却し、希土類ドープした、酸化イットリウムナノ結晶の、澄明なコロイド性懸濁液がもたらされる。このコロイドを精製すると、図９に示す基本的なナノメートルサイズの誘電性コアが生成される。次いで、金属シェルを、以下に記載する過程を用いて調製することができる。

同様の方法を、例えば、
１）２％ネオジムおよび８％イッテルビウムドープ酸化イットリウムのナノ粒子、
２）ユーロピウムおよびイッテルビウムドープ酸化イットリウム、ならびに
３）酸化ネオジムナノ結晶中にドープした希土類三価イオンのあらゆる組合せ
の調整など、上記に記載した他のアップコンバージョン材料の調製に用いることができる。

本発明の別の実施形態において、ＮａＹＦ_４誘電体粒子は、図９−２に示す通り、約７０〜２００ｎｍのサイズ範囲の個々の粒子で製作されている。これらの粒子を生成するために、ＮａＣｌ、ＴｍＣｌ_３、ＹＣｌ_３、およびＹｂＣｌ_３保存液（０．２Ｍ）を、対応する塩化物を水中に溶解することによって調製した。ＰＥＩ保存液（５％）を、ＰＥＩ（Ｍ_ｎ約１０，０００）を水中に溶解することによって調製した。ＮａＣｌ溶液１０ｍＬ、ＹＣｌ_３溶液８ｍＬ、ＹｂＣｌ_３溶液１．８ｍＬ、およびＴｍＣｌ_３溶液０．２ｍＬを、エタノール６０ｍＬおよびＰＥＩ溶液２０ｍＬを含む丸底フラスコに加えた。室温でおよそ１０分間撹拌した後、ＮＨ_４Ｆ ２ｍｍｏｌを加え、溶液をさらに１０分間撹拌した。次いで、この溶液をテフロン（登録商標）で被覆したオートクレーブに移し、オートクレーブを２４時間２００℃のオーブンに設定した。室温に冷却した後、粒子を遠心分離によって単離し、次いで、５０／５０Ｈ_２Ｏ−エタノールを用いて３回洗浄した。ロータリーエバポレーションの後、白色粉末が得られた。

さらに、図９−３に示すように、ＮａＹＦ_４誘電体粒子を生成し、約５０ｎｍおよび約１５０ｎｍの２つのサイズ分布を有する分散粒子に単離した。これらの粒子を発生させるための手順は上記に列挙したものと同じであるが、Ｙｂ_２Ｏ_３をＨＣｌ中に溶解することによってＹｂＣｌ_３保存液を調製した点が異なった。さらに、図９−４に示すように、ＹｂＦ_３誘電体粒子を生成し、サイズ３５ｎｍ±５ｎｍの均一な粒子に単離した。これらの粒子の発生は上記に列挙したものと同様であったが、全ての塩の濃度が半分であり（ＰＥＩ濃度は一定のままである）、ＹＣｌ_３の代わりにＹｂＣｌ_３を用いた点が異なった。それ自体、２つのＹｂＣｌ_３保存液（０．１Ｍ）を、第１の保存液はＹｂＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏを水中に溶解し、第２の保存液はＹｂ_２Ｏ_３を濃塩酸に溶解することによって調製した。合成方法の残りの部分は同じままであった。９８０ｎｍで励起した、これらのＮａＹＦ_４誘電性コア粒子からの光学発光スペクトルを図９−５に示す。

本発明の別の実施形態において、ＮａＹＦ_４誘電体粒子を、図９−６、９−７、９−８、および９−９に示すように、約２０〜２００ｎｍのサイズ範囲の個々の粒子で製作した。これらの粒子を、その内容全体が参照によって組み入れられ非特許文献８７および非特許文献８８の研究に基づく熱分解法によって発生させた。粒子を、ＮａＴＦＡ（２．５〜４ ｍｍｏｌ）、３４ｍＬ １−オクタデセン、および６ｍＬオレイン酸、所与の比率のＹ（ＴＦＡ）_３、Ｙｂ（ＴＦＡ）_３、およびＬｎ（ＴＦＡ）_３ （Ｌｎ＝Ｔｍ）の、トリフルオロ酢酸塩合計２ｍｍｏｌのスラリーを構成することによって調製した。スラリーを、磁気撹拌子を入れた、還流冷却器中の１００ｍＬ二頸丸底フラスコ中、完全な溶解が生じ、あらゆる残留の水分がベントニードルによって除去されるまで、激しく撹拌しながら１２５℃に加熱した。次いで、トリオクチルホスフィンまたはオレイン酸６ｍＬを加えた。次いで、反応装置を、３５０℃〜４１４℃で変化する温度で保持し、１５〜６０分間温度を維持した、溶融塩浴（ＫＮＯ_３：ＮａＮＯ_３；５０：５０モル％）に移した。次いで、反応を室温に冷却し、等体積の無水エタノール中に注ぎ、超音波処理し、ボルテックスにかけ、２１ｋｒｃｆ（およそ１４ｋＲＰＭ）で３０分間遠心分離した。得られたペレットを再懸濁し、同様のやり方でヘキサンで遠心分離し、その後５０：５０；水：エタノールで２回洗浄し、無水エタノールで最終洗浄した。精製したナノ結晶を、次いで、一夜空気乾燥した。

図１０は（ａ）金属（金）ナノ粒子に結合しているアップコンバータ（ＵＣ）分子を含む構造、（ｂ）金属ナノ粒子で覆われているＵＣ含有ナノ粒子を含む構造、（ｃ）ＵＣ含有ナノキャップで覆われている金属ナノ粒子、（ｄ）金属ナノキャップで覆われているＵＣ含有ナノ粒子、（ｅ）ＵＣナノシェルで覆われている金属ナノ粒子、（ｆ）金属ナノシェルで覆われているＵＣ含有ナノ粒子、（ｇ）保護被覆層を有する金属ナノシェルで覆われているＵＣ含有ナノ粒子を設計することができる本発明のアップコンバータ構造の様々な実施形態のいくつかを示すものである。立体配置（図１０の系統においてＵＣ含有材料とともに示す）は、ダウンコンバート性の材料に対する増強に適用可能である。さらに、本発明の一実施形態において、誘電体スペーサー（例えば、以下で論じるケイ酸塩）を、粒子タイプの金属構造体を離して間隔をおくための図１０Ａ−ｂの構造と用いることができる。本発明の別の一実施形態において、誘電体スペーサーを、これらの層が図１０Ａ−ｄにおける部分的な金属層であっても、または図１０Ａ−ｆにおける連続的な金属層であってもなくても、金属層を離して間隔をおくための図１０Ａ−ｄ、ｆの構造と用いることができる。図１０Ｄ−ｂ、ｄ、およびｆを参照されたい。

様々な金属構造体のプラズモニックの性質は、当技術分野において調査されており、本発明に適するものであり、楕円体の形状の金属ナノシェル（非特許文献８９）、偏球の金属ナノシェル（非特許文献８３）、直鎖の金属ナノシェル（非特許文献９０）、金のナノスター（非特許文献９１）、ナノシェル２量体（非特許文献９２）、および多層の金属ナノシェル（非特許文献９３）が含まれる。このパラグラフにおいて上記に記載した参照の各々の内容全体が参照によって本明細書に組み入れられる。本発明の様々な実施形態において、本出願において論じる多層の金属ナノシェルは、２つのスペクトル領域を電磁性に増強する潜在的な能力を有する。したがって、本発明の金属構造体をアップコンバート性の様式において用いて、波長λ_１での励起および波長λ_２での放射の両方を増強することができる。この特徴を、ダウンコンバートして波長λ_２での放射を主に増強し、波長λ_１での励起を潜在的に増強するのにおいてやはり用いることができる。

本発明の様々な実施形態におけるこのような金属構造体は、例えば、金属、またはドープガラス、もしくはドープ半導体が作られる導電材料を含む。これらの導電材料は、純粋な、またはほとんど純粋な元素金属、このような元素金属の合金、またはコンスティチュエンシー（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｃｙ）にかかわらず導電材料の層の形態であってよい。導電材料は（上記に記載した通り）、組込みのレベルで複合材料を絶縁性にしない微量成分として非金属材料を含む。

同様に、本発明の様々な実施形態において、アップコンバート性の、またはダウンコンバート性の材料は、少なくとも１つの誘電体、ガラス、または半導体を含むことができる。アップコンバート性の、またはダウンコンバート性の材料は、２つ以上の導電性材料の合金、２つ以上のガラスの合金、または２つ以上の半導体の合金を含むことができる。

したがって、図１０Ａは、誘電性コアがシェルで補充されている本発明の実施形態を表す。シェルは、定められた厚さの金属層を含むことができる。金属層は、ニッケル、金、鉄、銀、パラジウム、プラチナ、および銅、ならびにこれらの組合せなどの材料を含むことができる。シェルはプラズモニックシェルとして機能し、プラズモニックシェルでは、表面プラズモンは誘電性コアと外部の誘電体として作用する外部環境との間の金属中に形成することができる。シェルは（図示のように）完全なシェルでなくてよい。部分的な金属シェルおよび様々な厚さの金属シェルも本発明に許容される。

図１０Ｂは、金属とＵＣ材料との間に誘電層を有するアップコンバージョン構造のさらに他の実施形態を示す。

図１０Ｃは、（ａ）金属ナノ粒子、（ｂ）金属ナノキャップで覆われているＵＣナノ粒子コア、（ｃ）ＵＣ回転楕円体コアを覆う球形の金属ナノシェル、（ｄ）ＵＣ回転楕円体コアを覆う偏円形の金属ナノシェル、（ｅ）ＵＣナノシェルで覆われている金属ナノ粒子コア、（ｆ）保護被覆層を有する金属ナノシェル、（ｇ）ＵＣ回転楕円体コアを覆う多層金属ナノシェル、（ｈ）多重ナノ粒子構造、（ｉ）金属ナノ立方体およびナノ三角形／ナノプリズム、ならびに（ｊ）金属シリンダー、を設計することができるアップコンバート性（ＵＣ）材料を有する、プラズモニクス活性ナノ構造のいっそうさらなる実施形態を示すものである。

図１０Ｄは、設計することができる、光活動性（ＰＡ）分子が連結しているアップコンバート性材料を有するプラズモニクス活性ナノ構造のさらに他の実施形態を示すものである。例えば、ソラレンの場合では（ＰＡ分子として）、ＰＡ分子とＵＣ材料または金属表面との間のリンカーの長さは、ＰＡ分子を活性にする（ＤＮＡに付着する）のに十分に長く、ＵＣからの光がＰＡ分子を効率的に励起するのに十分短いように仕立てられる。図１０Ｄは、（ａ）ＵＣナノ粒子に結合しているＰＡ分子、（ｂ）金属ナノ粒子で覆われているＵＣ材料含有ナノ粒子、（ｃ）ＵＣ材料ナノキャップで覆われている金属ナノ粒子、（Ｄ）金属ナノキャップで覆われているＵＣ材料含有ナノ粒子、（ｅ）ＵＣ材料ナノシェルで覆われている金属ナノ粒子、（ｆ）金属ナノシェルで覆われているＵＣ材料含有ナノ粒子、（ｇ）保護被覆層を有する金属ナノシェルで覆われているＵＣ材料含有ナノ粒子を示すものである。

ＩＲの周波数は人体中への著しい透過性を有し、第１の励起λ_１を身体組織中に皮下的に透過させる。これらが身体組織中に透過すると、本発明の誘電性コアは入射放射λ_１と相互作用して、上記に記載したように第２の光λ_２を発生させる。したがって、ＵＶまたは可視の範囲であってよい波長λ_２の身体へのｉｎ ｓｉｔｕ発生を可能にすると、ソラレン、またはＵＶもしくは可視の光源によって活性化されることが知られている他のタイプの薬物の活性化に好適である。

本発明の誘電性コアは、別個のλ_１の波長によって選択的に刺激され、λ_２の波長で別個の放射を生成する能力を有するので、数々の二重の目的の診断／治療ツールを生成することができるように、医薬への適用を操作することができる。

例えば、本発明の一実施形態において、上記に記載したコドープ酸化イットリウムなどの材料を身体中に導入する。ホストとしての酸化イットリウムは、Ｘ線照射からのダウンコンバータとして知られている。この特定の例において、酸化イットリウム上へのＸ線の入射照射は、次に癌の治療のためにソラレンなどの薬物を活性化するのに用いられるＵＶ光を生成する。一方、アップコンバータとしてのコドープ酸化イットリウムは、ＮＩＲ励起が、Ｘ線ダウンコンバージョン照射から生成されるものとは異なった波長の放射を生成することができる場合に用いることができる。このやり方で、治療すべき標的器官中への酸化イットリウムの（レシピエント４として付着している薬物での）進行は、励起光源としてＮＩＲ光を用い、いくつかのタイプのＣＣＤカメラにおいて可視光を収集してモニタリングすることができる。酸化イットリウム粒子が治療のためにそれぞれの腫瘍細胞中に吸収されると、その時点でＸ線照射を開始することができ、それによってソラレンでタグ付けした酸化イットリウムを活性化し、腫瘍細胞を治療するための効果的な手段を提供した。

図２３は、ＮａＹｂＦ_３；Ｔｍナノ粒子からのダウンコンバージョンおよびアップコンバージョンの放射を示すものである。アップコンバージョンの線は９８０ｎｍで励起したものである。ダウンコンバージョンの線は３２０ｋＶのＸ線で励起したものである。図２４は代表的な３５ｎｍのＰＥＩ被覆したＹｂＦ_３；Ｔｍ（２％）粒子の顕微鏡写真である。

あるいは、別の二重目的の診断／治療例において、ＮＩＲ波長は上記で説明したように診断用に特に同調されており、別々の波長のＮＩＲでの励起を用いて、Ｘ線およびダウンコンバージョンの活性化を必要とせずに、それ自体がレシピエント分子（例えば、癌治療ではソラレン）を活性化するＵＶ光を（別のアップコンバージョンチャネルによって）生成することができる系を選択することができる。次いで、この特徴により、身体の表面に比べて身体の様々な部分に位置していた癌細胞を治療するために、Ｘ線照射による身体深部の透過に許容され、またはＮＩＲ照射により身体のより浅部の透過に許容されるいずれかの薬物が使用できるようになる。さらに、光ファイバーを用いてＮＩＲ光を（例えば、手術による切開によって）標的に直接向けることができる。ソラレンを局所的に活性化することによって、および知られている自家ワクチン効果によって、この最初に局所的なＮＩＲ活性化した治療は、ＮＩＲ照射部位の外側の癌を治療するのに効果的であり得る。

画像化の目的で、かつ／またはソラレンを励起するために、ＮＩＲの活性化およびアップコンバージョンを全て表すこのような二重使用の薬物の例には、二重ドーパントの酸化イットリウム、二重ドーパントの酸化ネオジム、三重にドープした酸化イッテルビウムツリウムネオジム（ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ ｔｈｕｌｉｕｍ ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）、二重ドーパントのフッ化イットリウムナトリウム、および二重ドーパントのフッ化ランタンが含まれる。例えば、別のランタニドと９５％対５％のドーパント濃度を含有するイッテルビウム−ツリウムドープ酸化イットリウムを提供することによって、９８０ナノメートルで励起可能な薬物治療対各励起過程からの様々な放射で８０８ナノメートルでの励起可能な診断用画像化過程を有する、純粋なＮＩＲ励起による診断／治療機能が生成される。

一実施形態において、本発明のアップコンバータ構造は、例えば、この過程においても助けとなるためのＸ線照射を可能にする、Ｘ線ダウンコンバート性の粒子または他のエネルギー変調剤と複合される。一実施形態において、Ｘ線ダウンコンバート性の粒子または他のエネルギー変調剤または本明細書に記載する金属構造体により、単独で用いられる、またはアップコンバート性の粒子と組み合わせたＸ線照射が可能となる。

〈誘電性コアを用いる金ナノシェル調製〉：
本発明は、いくつかの湿式化学手順から調製される広範囲の合成金属被覆コア−シェルナノ粒子を利用できる。以下に記載する技術は、説明の目的のために示され、本発明をこれらの特定の技術に限定する目的のためではない。本発明において、金ナノシェルは、非特許文献６６（その全体の内容は、本明細書に参照により組み込まれる）に記載される方法または類似の方法を用いて調製できる。この方法は、核形成と、次いで誘電性コアの周囲の金ナノ粒子の逐次的な成長とを含む仕組みを用いる。ナノシェルのコアに用いられる例えば１００、２００または３００ｎｍ未満のサイズ、およびより大きいサイズの誘電体ナノ粒子は、次いで、ＥｔＯＨ中の１％ＡＰＴＥＳの溶液に単分散させることができる。「シード」金コロイドは、次いで、Ｆｒｅｎｓ法（詳細は以下を参照）を用いて合成し、シリル末端アミン基の分子結合により誘電体ナノ粒子の表面上に析出させることができる。「シード」金は、アミノ化ナノ粒子表面を、まず不連続の金の金属層として被覆し、これが徐々に成長して連続した金のシェルを形成する。

さらに、金ナノ粒子および金皮膜の製作のための種々の光化学法が報告されている（非特許文献９４、非特許文献９５を参照）。これらの文献は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。種々の実施形態における本発明は、貴金属シェルを有する希土類酸化物（ＲＥＯ，ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｏｘｉｄｅ）コアに基づくコア−シェルナノ粒子のクラスを利用する。いくつかのナノ粒子／金属シェルシステムを、以下に記載される光化学手順または他の適切に改変された手順を用いて製作できる。

ＲＥＯコア材料は、アップコンバージョンまたはダウンコンバージョンのいずれかに基づく蛍光についてのドーピングのために、およびプラズモン活性金属シェルが、ペプチド、蛍光体またはＳＥＲＳ活性分子を、確立された技術を用いて標的化するように、容易に官能化できるという事実のために、本発明のために適切なコア材料である。説明の目的のために、あるこのようなハイブリッドナノ粒子システムの設計および製作を以下に記載し、ここでは、ナノ粒子システムは、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）コアと、金（Ａｕ）シェルと、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ，Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）結合化学を用いて種々の蛍光色素で官能化した短いアルギニンおよびリシンに富むペプチド、例えば転写トランス活性化因子（ＴＡＴ，ｔｒａｎｓａｃｔｉｖａｔｏｒ ｏｆ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）残基４９〜５７とを含む。このペプチドおよび同様の分子は、細胞への取込みと、ＤＮＡ、ナノ粒子、リポソーム、ペプチドおよびタンパク質の核局在化とを大きく増強できる。さらに、ＴＡＴ配列のこの特定の部分は、非毒性であることが示されており、このことにより、得られる蛍光標識ナノ粒子は、ｉｎ ｖｉｖｏイメージング用途のために適切である可能性がある。

〈材料〉：酸化イットリウムナノ粒子（例えば９９．９％純度、３２〜３６ｎｍ平均直径、立方結晶構造）を、Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ａｎｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（テキサス州ヒューストン）から得た。酢酸トリアルギニン（Ｈ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−ＯＨ）を、Ｂａｃｈｅｍ（カリフォルニア州トランス）から得て、三臭化金（ＡｕＢｒ_３）を、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（マサチューセッツ州ワードヒル）から得た。ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を、ＣａｌＢｉｏＣｈｅｍ（カリフォルニア州ラホーヤ）から購入して、そのまま用いた。ＴＡＴペプチドのシステイン改変バージョン（残基４９〜５７、配列Ａｒｇ−Ｌｙｓ−Ｌｙｓ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌｎ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｃｙｓ−ＣＯＮＨ_２、分子量１４４２ｇ／ｍｏｌ、以下、「ＴＡＴ」という）を、ＳｙｎＢｉｏＳｃｉ（カリフォルニア州リバモア）から得た。スクシンイミジル−［４−（ソラレン−８−イルオキシ）］ブチレート（ＳＰＢ）を、Ｐｉｅｒｃｅ（イリノイ州ロックフォード）から得て、Ｍａｒｉｎａ Ｂｌｕｅ、Ａｌｅｘａ ３５０およびＡｌｅｘａ ５４６ ＮＨＳエステルを、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ（カリフォルニア州カールズバッド）から得た。Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｙｎｅｒｇｙ濾過システム（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、マサチューセッツ州ビルリカ）を用いて精製した１８．２ＭΩ脱イオン（ＤＩ）超純水を用いて全ての溶液を作製した。

〈酸化イットリウム分散〉：チップ超音波処理を用いて、オートクレーブしたＹ_２Ｏ_３ナノ粒子を１０ｍｇ／ｍＬにて、０．２２マイクロメートルで予め濾過した１０ｍＭトリアルギニン溶液中に分散させた。撹拌プレート上の密閉滅菌容器中で２４時間穏やかに混合して、トリアルギニンの付着とＹ_２Ｏ_３分散の改良とを可能にした後に、溶液を８２００相対遠心力（ＲＣＦ，ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆｏｒｃｅ）で遠心分離して、融合した粒子と大きい凝集体とを除去した。

〈金シェル形成〉：最初のＹ_２Ｏ_３分散体からの上清を１：１（ｖ／ｖ）に、滅菌ＤＩ水に溶解し０．２２マイクロメートルで予め濾過した５．７ｍＭ ＡｕＢｒ_３で希釈し、次いで、高強度蛍光灯（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、モデル９２６）に１６時間、密閉滅菌ガラス容器中で穏やかに混合しながら曝露した。この光化学プロセスの経過中に、赤茶色のＡｕＢｒ_３溶液は、Ｙ_２Ｏ_３をトリアルギニン中に加えた直後に黄色に変わり、透明で目に見えて無色になり、次いで、ＡｕシェルがＹ_２Ｏ_３コア上に形成されるにつれて非常に濃い紫色を発した。Ｙ_２Ｏ_３コアの非存在下では、金ナノシェルによるプラズモン吸収に伴う非常に濃い紫色も、固体金ナノ粒子に伴う濃赤色も見られない。Ｙ_２Ｏ_３粒子の存在下で光よりも熱を用いると、約５３０ｎｍでの強い吸収により証明されるように、コア−シェル構造よりもまたはそれに加えて多数の固体金ナノ粒子が生成される傾向にある。

〈ＴＡＴでの粒子の官能化〉：金被覆Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子を、１６ｋ ＲＣＦにて１５分間遠心分離し、ペレットを５０％容量の滅菌ＤＩ水に、短いチップ超音波処理により再分散させた。粒子を、それぞれ１６ｋ ＲＣＦにて１５分間の２回のさらなる遠心分離によりさらに精製し、２回目の遠心分離の後に１００％容量の滅菌ＤＩ水に再分散し、滅菌ＤＩ水に溶解し、０．２２マイクロメートルで予め濾過した１００％容量の１ｍｇ／ｍＬ（０．７ｍＭ）ＴＡＴペプチドに最後に再分散した。

この溶液を、室温にて１時間激しく混合して、ｃ末端システイン残基を介する金シェルへのチオールの係留を可能にした。ＴＡＴ濃度、温度および反応時間の変動は全て、表面被覆の程度およびさらなる官能化のための可能性に影響できる。

〈色素分子でのペプチド官能化〉：ＴＡＴ官能化金被覆Ｙ_２Ｏ_３粒子を、１６ｋ ＲＣＦでの３回の遠心分離により精製し、最初の２回は滅菌ＤＩ水に再分散し、最後にｐＨ ９．０の滅菌１００ｍＭ重炭酸塩緩衝液に再分散した。各ＮＨＳエステル（ＳＰＢ、Ａｌｅｘａ ３５０、Ｍａｒｉｎａ ＢｌｕｅおよびＡｌｅｘａ ５４６）を、１０ｍｇ／ｍＬでジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に溶解し、１００マイクロリットルの所定のＮＨＳ官能化色素を、１ｍＬの分割量のＴＡＴ官能化金被覆Ｙ_２Ｏ_３に加えた。溶液を室温にて１時間、暗所で激しく混合しながら反応させて、ＴＡＴペプチドに沿った第１級アミンへの色素分子の付着を可能にした（例えばＮ末端およびリシン側鎖の付着）。

ソラレン官能化ナノ粒子を、水中の１：１容量のＤＭＳＯを用いて遠心分離により清浄化していずれの残存ＳＰＢ結晶も除去し、次いで、全ての色素官能化コア−シェルナノ粒子を、１６ｋ ＲＣＦにて１５分間の３回の遠心分離により精製した。各遠心分離ステップの後に、１００％容量の滅菌ＤＩ水に再分散した。各遠心分離ステップ中に９５＋％の非付着色素分子が除去されたと仮定して、０．０１％以下の未結合色素が最終溶液中に残ると推定される。

〈ナノ粒子特徴決定〉：透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）は、金被覆Ｙ_２Ｏ_３粒子の存在についてのさらなる証拠を提供する。図１０Ｅは、例えば、購入したままのＹ_２Ｏ_３ナノ粒子の代表的なＴＥＭ画像を示す。粒子は非常に多分散であるが、およそ３５ｎｍの平均直径を示す。図１０Ｆは、上記の合成手順を用いて金シェルで被覆されたＹ_２Ｏ_３粒子の同様の画像を示す。根底にあるＹ_２Ｏ_３コアと同様に、金被覆酸化イットリウム粒子は、いくらか多分散であり、およそ５０ｎｍの平均直径である。

おそらく、これらのナノ粒子が実際に金被覆Ｙ_２Ｏ_３であることの最も確固とした立証は、Ｘ線回折データ（ＸＲＤ）の比較による。図１０Ｇは、最初の立方晶系Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子（下のトレース）および最終の金被覆コア−シェル粒子（上のトレース）についてのディフラクトグラムを示す。下のトレースにおける２θ＝２９、３３．７、４８．５および５７．５度での強いピークは、立方晶系Ｙ_２Ｏ_３を示す。上のトレースにおける最も著しい特徴は、２θ＝３８．２および４４．４度での２つの金関連ピークである。さらに、２θ＝２９、３３．７、４８．５および５７．５度での４つの最強の立方晶系Ｙ_２Ｏ_３ピークも、金ナノシェルからのベースラインのディフラクトグラム上に目に見えて重ね合わせられる。２θ＝２９度でのＹ_２Ｏ_３ピークが広がっている理由は明確でないが、金−Ｙ_２Ｏ_３相互作用、または代わりに大きいＹ_２Ｏ_３粒子および凝集体を除去するために用いた８２００ＲＣＦの遠心分離中の小さいＹ_２Ｏ_３粒子の優先的サイズ選択の結果による可能性がある。

〈金コロイドナノ粒子〉：
本発明の種々の実施形態において、誘電性コアを有さない金ナノ粒子を、開始エネルギー（すなわち一次光源：例えばアップコンバージョンのためのＩＲレーザーまたはダウンコンバージョンのためのｘ線ビーム）の強度を増強するか、またはアップコンバージョンもしくはダウンコンバージョンするナノ粒子から発生する光を増強するために照射された媒体中で用いる。コアを有するかまたは有さず、かつさらなる層と結合とを有するかまたは有さない金属ナノ粒子の製作について以下に記載する技術は、説明の目的のために示され、本発明をこれらの特定の技術に限定する目的のためではない。実際に、本発明は、いくつかの湿式化学手順から調製される広範囲の合成金属多層コア−シェルナノ粒子を利用できる。これらのナノ粒子システムを生成するための例示的なパラメーターおよび手順は、以下に記載する。出発材料は、超純水（脱イオン化）、ＨＡｕＣｌ_４ ^＊３Ｈ_２Ｏ、ＡｇＮＯ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＮａＯＨ、ＮＨ_４ＯＨ、クエン酸ナトリウム、塩酸ヒドロキシルアミン、ヒドラジン一水和物、水素化ホウ素ナトリウム、アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）、ケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ，ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、メタノール、エタノール、イソプロパノール、オレイン酸およびオレイルアミンを含んだ。

〈ａ．金ナノ粒子の合成〉
Ｆｒｅｎｓ法（その全体の内容が本明細書に参照により組み込まれる非特許文献９６）を用いて、金ナノ粒子を合成できる。このプロセスにおいて、５．０×１０^６ｍｏｌのＨＡｕＣｌ_４を１９ｍＬの脱イオン水に溶解した。得られた溶液は、かすかに黄色であった。溶液を、回転式蒸発器で４５分間加熱して激しく撹拌した。１ｍＬの０．５％クエン酸ナトリウムを加え、溶液をさらに３０分間撹拌した。クエン酸ナトリウムの添加は、複数の目的を有する。まず、クエン酸塩は還元剤として作用する。次に、金ナノ粒子表面上に吸着するクエン酸イオンは、電荷反発により粒子を安定化する表面電荷を誘導し、よってナノクラスター形成を妨げる。

〈ｂ．１５ｎｍの直径を有する金ナノ粒子の合成〉
９０ｍＬのＤＩ水中の２ｍＬの１％塩化金を、８０℃に１５分間加熱し、次いで、１０ｍｌのＤＩ水中の８０ｍｇクエン酸ナトリウムを加えた。溶液を沸騰させ、３０分間激しく撹拌した。図１０Ｈは、クエン酸塩還元を用いて調製した約１５ｎｍの金ナノ粒子の写真を示す。

〈ｃ．３０ｎｍの金ナノ粒子の合成〉
１００ｍＬ丸底フラスコ中の２ｍＬの１％ＨＡｕＣｌ_４溶液を、２０ｍｇのクエン酸ナトリウムと混合し、次いで、沸騰させ、３０分間激しく撹拌した。図１０Ｉは、クエン酸塩還元技術を用いて調製した３０ｎｍ金ナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。

〈ｄ．６０ｎｍ金ナノ粒子の合成〉
１００ｍＬの水中の２ｍＬの１％ＨＡｕＣｌ_４を、１０ｍｇのクエン酸ナトリウムと混合した。溶液を沸騰させ、３０分間激しく撹拌した。図１０Ｊは、クエン酸塩還元技術を用いて調製した６０ｎｍ金ナノ粒子のＴＥＭ写真を示す。

〈ｅ．還元剤としてのヒドラジン一水和物の使用〉：
１００マイクロリットル（０．１ｍＬ）の１２ミリモル塩化金溶液を、８０ｍｌのＨ_２Ｏでビーカーにおいて希釈した。金溶液の最初のｐＨは、３．６７であった。溶液の温度を８０℃まで３０分間増加させ、この点で０．３ｍＬヒドラジン一水和物を金溶液に加えた。溶液のｐＨは、７．６４にシフトした。経時的に、金溶液は非常に淡いピンク色に変化した。図１０Ｋは、ヒドラジン一水和物還元技術を用いて調製した約３０ｎｍの金ナノ粒子のＴＥＭ写真を示す。

〈コロイド銀ナノ粒子〉：
銀ナノ粒子は、上記の金ナノ粒子と同様に、本発明において用いて、開始エネルギー（すなわち一次光源：例えばアップコンバージョンのためのＩＲレーザーまたはダウンコンバージョンのためのＸ線ビーム）の強度を増強するか、またはアップコンバージョンもしくはダウンコンバージョンするナノ粒子から発生する光を増強できる。銀ナノ粒子は、ＡｇＮＯ_３から種々の還元剤を用いて調製されている。図１０Ｌは、以下に記載される手順を用いて調製される銀ナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。

〈還元剤としてのクエン酸ナトリウムの使用〉：
この方法において、５０ｍＬの１０^−３Ｍ ＡｇＮＯ_３水溶液を沸騰するまで加熱した。次いで、１ｍＬの１％クエン酸三ナトリウム（Ｃ_６Ｈ_５Ｏ_７Ｎａ_３）を溶液に加え、溶液を１時間沸騰したままにし、その後冷却した。得られたコロイド混合物は、濃い灰色を示した。

〈還元剤としての塩酸ヒドロキシルアミンの使用〉：
コロイド溶液を、０．０１７ｇ硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）を９０ｍＬの水に溶解することにより形成した。２１ｍｇの塩酸ヒドロキシルアミン（ＮＨ_２ＯＨ．ＨＣｌ）を、５ｍＬの水に溶解し、４．５ｍｌの０．１Ｍ水酸化ナトリウムを加えた。この混合物を、ＡｇＮＯ_３溶液に加えた。数秒間で、灰色−茶色の溶液が出現した。

〈還元剤としての水素化ホウ素ナトリウムの使用〉：
１０ｍＬの１０^−３Ｍ ＡｇＮＯ_３および３０ｍＬの１０^−３Ｍ ＮａＢＨ_４を含有する水溶液を、氷冷却条件下で混合した。ＡｇＮＯ_３溶液を、激しく撹拌しながらＮａＢＨ_４溶液に滴下した。得られた混合物を１時間熟成させた後に、得られた混合物を再び１０分間撹拌した。

〈金属／誘電体多層コア−シェルナノ粒子〉：
図１０Ａ〜１０Ｄからわかるように、本発明は、種々の実施形態において、多層誘電体／金属構造を利用する。

〈Ａｇで被覆されたＡｕナノ粒子またはＡｕで被覆されたＡｇナノ粒子〉：
金被覆銀ナノ粒子および銀被覆金ナノ粒子のようなコア−シェルナノ粒子は、界面活性剤としてＣＴＡＢを、そして還元剤としてアスコルビン酸を用いて水性媒体において合成されている。コアナノ粒子（すなわちＡｕまたはＡｇ）は、上記の手順を用いて調製し、次いで、２次、３次などのシェルで被覆した。

例えば、球状金ナノ粒子（略１５ｎｍ）を、ＨＡｕＣｌ_４をクエン酸ナトリウムの存在下で沸騰させることにより調製した。金を銀の層で被覆するために、１ｍＬの０．１Ｍアスコルビン酸溶液、０．５ｍＬの１０ｍＭ ＡｇＮＯ_３溶液および０．５ｍＬの予め形成したＡｕコロイドを、２０ｍＬの５０ｍＭ ＣＴＡＢ溶液に逐次的に加えた。その後、０．１ｍＬの１．０Ｍ ＮａＯＨを滴下し、このことにより速い色の変化が導かれた（赤色から黄色）。図１０Ｍは、Ａｇで被覆されたＡｕナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。

同様の手順を用いて、Ａｕで被覆されたＡｇナノ粒子を調製した。ＡｇＮＯ_３およびＨＡｕＣｌ_４の混合溶液の使用は、ＡｇとＡｕとの合金を生じる。

〈Ａｕ＠Ａｇ＠Ａｕ＠Ａｇ多重シェルナノ粒子〉：
Ａｕ＠Ａｇ＠Ａｕ＠Ａｇのような多重シェルナノ粒子を、界面活性剤としてＣＴＡＢを、そして還元剤としてアスコルビン酸およびＮａＯＨを用いて調製した。球状金ナノ粒子（約１５ｎｍ）を、ＨＡｕＣｌ_４をクエン酸ナトリウムの存在下で沸騰させることにより調製した。金のコアを銀の層で被覆するために、２０ｍＬの５０ｍＭ ＣＴＡＢ、１ｍＬの０．１Ｍアスコルビン酸、０．５ｍＬの１０ｍＭ ＡｇＮＯ_３および０．５ｍＬのＡｕコロイドを、逐次的に混合した。その後に、０．１ｍＬの１．０Ｍ ＮａＯＨを滴下様式で加え、このことにより赤色から黄色への速い色の変化が導かれた。

次いで、水中の２０ｍＬのＡｇ被覆Ａｕコロイドを、１ｍＬのアスコルビン酸溶液と混合することにより、別の金の層を被覆した。得られた混合物を、次いで、０．０５ｍＬの０．１０Ｍ ＨＡｕＣｌ_４に滴下様式で加えた。溶液の色は、この段階で濃い青色に変化した。その後に、外側の銀のシェルを、予め形成したＡｕ＠Ａｇ＠Ａｕナノ粒子上に、２０ｍＬのコロイドを０．５ｍＬの１０ｍＭ ＡｇＮＯ_３と混合し、その後に０．２ｍＬの１．０Ｍ ＮａＯＨを滴下することにより形成した。溶液は、次いで、オレンジ色への色の変化を示した。図１０Ｎは、Ａｕ＠Ａｇ＠Ａｕ＠Ａｇ多重シェルナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。

上記のコア−シェルナノ粒子溶液は全て、溶液で安定であった。

〈ＳｉＯ_２で被覆されたＹ_２Ｏ_３、Ａｕで被覆されたＹ_２Ｏ_３、Ａｇで被覆されたＹ_２Ｏ_３、またはＡｕ被覆ＳｉＯ_２コアシェルナノ粒子〉：
コア−シェル金または銀ナノ粒子の調製において用いたものと同様の手順を採用して、Ａｕで被覆されたＹ_２Ｏ_３またはＡｇで被覆されたＹ_２Ｏ_３を合成できる。

〈ＳｉＯ_２で被覆された金属（ＳｉＯ_２で被覆されたＡｕ）またはＲＥＯナノ粒子〉：
ＳｉＯ_２は、金、銀およびＲＥＯナノ粒子を被覆できる。文献中に利用可能な種々の手順が存在する。例えば非特許文献９７、非特許文献９８、非特許文献９９、非特許文献１００、非特許文献１０１、非特許文献１０２（これらの参考文献のそれぞれの全体の内容は、本明細書に参照により組み込まれる）を参照されたい。ナノ粒子表面上へのアルコキシシランの縮合を含むこのシリカ被覆法において、アルコキシシリル基（例えばメトキシシリル、エトキシシリル、イソプロポキシシリルなど）を一方の末端に、そしてアミノまたはチオール基を他方の末端に有する官能性シランの種々の種類を典型的に用いる。アルコキシシリル基が、塩基性または酸性の媒体中で加水分解を受けて、シリカシェルを形成することが示されている。

本発明は、２つの異なる方策を採用して、ナノ粒子表面上へのシリカ重合を誘導する。ＲＥＯナノ粒子の場合、シラン化プロセスは、ＲＥＯ粒子表面上のヒドロキシル基とのシランの縮合を含む。ＡｕおよびＡｇについて、メルカプトまたはアミノシランをリンカーとして用いることができる。この場合、このリンカーシランのチオール基は、金属ナノ粒子表面上に化学吸着され、アルコキシシラン基が、ナノ粒子表面上のシリカシェル形成を開始する。

シラン化条件の最適化を、水溶性ナノ粒子を製作するために行った。一般的に、シランコンジュゲーションスキームには２つの主なステップが存在する。まず、過剰のリガンドが出発ナノ粒子から除去されることが重要である。次に、温度、加熱時間およびｐＨは全て、シラン加水分解の速度において重要な役割を有する。例えばアルキルアミンおよびアミノシランはともに、６５〜７０℃にてアルコキシシランの触媒加水分解のための塩基として務めることができる。いくつかの手順において、ナノ粒子−シランコンジュゲートは、反応の３〜５分以内に沈殿し始め、１５〜３０分以内に終了する。特定のシェル厚さが所望される場合、反応物を室温まで冷却することによるか、または沈殿物を溶液から分離することにより、加水分解を任意の時間に停止できる。このことは、沈殿したナノ粒子−シランコンジュゲートを遊離のシランから分離することなく該コンジュゲートをさらに加熱することにより、加水分解による粒子間架橋を生成できるので、有用である。過剰の前駆体が除去されたならば、粒子内架橋は、粒子間架橋の可能性なしで進行できる。

〈Ｙ_２Ｏ_３を用いる多層コア−シェル構造の化学合成〉
Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子上に複数のシェルを析出させるために、Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子を、金シェルについて上で論じたものと同様の手順においてＵＶ光還元によりＡｇで最初に被覆した。本発明において、金シェルの付加のためにいくつかのアプローチを利用できる。これらは、１）クエン酸ナトリウムプロセス、２）水素化ホウ素ナトリウム還元、３）ヒドラジン一水和物還元、４）ヒドロキシルアミンおよびＮａＯＨを含有する溶液、ならびに５）ＣＴＡＢ、アスコルビン酸およびＮａＯＨの混合物を含む。

〈還元剤としてのクエン酸ナトリウムの使用〉：
典型的な実験において、０．１〜１ｍＬのＡｇで被覆されたＹ_２Ｏ_３（略５０ｎｍ）、１〜３ｍＬの２．５×１０^−３Ｍ ＨＡｕＣｌ_４および５０ｍＬの蒸留水を１００ｍｌ丸底フラスコ中で用いた。この溶液を、一定に撹拌しながら沸騰させ、３ｍＬの１ｗｔ％クエン酸ナトリウムを加えた。得られたコロイド溶液の色は、黒色になり、およそｐＨ６．５のｐＨになった。溶液をさらに１５分間撹拌し、放置した。

〈還元剤としての水素化ホウ素ナトリウムの使用〉：
典型的な実験において、０．１〜１ｍＬのＡｇで被覆されたＹ_２Ｏ_３（略５０ｎｍ）、１〜３ｍＬの２．５×１０^−３Ｍ ＨＡｕＣｌ_４および５０ｍＬの蒸留水を１００ｍｌ丸底フラスコ中で用いた。一定の撹拌下でこの溶液を沸騰させた後に、０．１〜１ｍＬの０．１Ｍ ＮａＢＨ_４溶液を加えた。得られたコロイド溶液は、黒色になり、数分以内に凝集した。

これらの製作手順は、ナノ粒子が、開始エネルギーから光を直接もしくは間接的に発生できるか、または発生した光もしくは放射開始エネルギーを増強できる種々の媒体または材料を用いるためのいくつかのナノ粒子システムを本発明に与える。

本発明のさらなる実施形態において、本発明のアップコンバータ構造は、ナノキャップを金属（金）ナノ粒子上に形成できる材料（例えば生体適合性ポリマー）中に組み込むことができる。材料は、長期の継続的放出特性を有し得るゲルまたは生体適合性ポリマーであり得る。適切なゲルまたは生体適合性ポリマーは、それらに限定されないが、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）およびそれらのコポリマーに基づくポリ（エステル）、ならびにＰＨＢ−ＰＨＶクラスのポリ（ヒドロキシアルカノエート）、さらなるポリ（エステル）、天然ポリマー、特に改変多糖、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）ブロックコポリマー、ならびにエチレン酢酸ビニルコポリマーを含む。

さらなる実施形態において、誘電性コアを有さない金属ナノ粒子を、「純粋な」金属ナノ粒子が、媒体中の別の物質もしくはレシピエント（例えば光増感剤、光活性化薬物または光開始剤）とのアップコンバージョンされた光の相互作用を増強できるように、媒体中で、アップコンバージョンする金属被覆誘電性コアナノ粒子とともに提供できる。

図１１は、レシピエント分子が、光子照射により切断できるリンカーを介して金属ナノ粒子と結合する他の可能な実施形態を示す。このようなリンカーは、それらに限定されないが、生化学結合、ＤＮＡ結合、抗体−抗原結合または光で励起された場合に、その結合電子を非結合もしくは反結合状態に再編成する他の結合を含む。別の実施形態において、リンカーは、細胞内部の化学環境により破壊される化学的に不安定な結合である。種々の実施形態において、金属ナノ粒子は、より小さい分子よりも媒体において標的部位に侵入することがより難しいことがある。

金属（例えば銀または金）ナノ粒子（ナノスフェア、ナノロッドなど）の凝集は、クエン酸塩キャッピング金ナノスフェア、臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）キャッピング金ナノスフェア、ナノロッドおよびナノシェルを用いる場合は特に、しばしば問題となる。なぜなら、これらは、塩イオンの凝集効果により緩衝溶液中で分散される場合に安定性が乏しいからである。ナノ粒子をポリエチレングリコール（ＰＥＧ）でキャッピングする（金属ナノ粒子とのチオール官能化ＰＥＧのコンジュゲーションにより）ことにより、生体適合性を改良でき、ナノ粒子の凝集を防ぐことができる。

金または銀のような金属表面に関与する固定化スキームの大部分は、アルキルチオールを用いて表面を予め誘導体化して、安定な結合を形成することを利用する。アルキルチオールは、自己組織化単層（ＳＡＭ）を銀表面上にマイクロモル濃度で容易に形成する。アルキルチオール鎖の末端は、生体分子と結合するために用いることができるか、またはそのようになるように容易に改変できる。アルキルチオール鎖の長さは、生体分子を表面から遠ざけておく重要なパラメーターであることが見出されており、４〜２０炭素のアルキル基の長さが好ましい。

強い金−チオール結合を形成することが以前に示されているチオール官能化生体分子を用いることによる金粒子との安定なオリゴヌクレオチドコンジュゲートの調製に関する多くの方法が存在する。以下に記載されるこれらの方法を、本発明の種々の実施形態において用いることができる。５’末端アルカンチオール官能基を有するオリゴヌクレオチドは、アンカーとして、金ナノ粒子の表面に結合でき、得られる標識は、高温および低温の両方の条件に対して堅固で安定であった（非特許文献１０３、その全体の内容が、本明細書に参照により組み込まれる）。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は、オリゴヌクレオチドを金表面に結合させるために開発された。同典拠。Ｌｉらは、１００ｎｍに等しい直径を有する金の金属ナノ粒子を安定化しながら、非環式またはジチオール−オリゴヌクレオチド改変粒子と匹敵するハイブリダイゼーション特性を保持できるトリチオールキャッピングオリゴヌクレオチドを報告している（非特許文献１０４、その全体の内容が、本明細書に参照により組み込まれる）。

一般的に、銀ナノ粒子は、金粒子のために開発された確立された実験プロトコールを用いるアルキルチオール改変オリゴヌクレオチドにより効率的に不動態化（すなわち反応性をより低くする）できない。銀のコアと金の薄いシェルとを有するコア−シェル粒子を作製するある方法は、銀ナノ粒子が、アルキルチオール−オリゴヌクレオチドで容易に官能化されるようにして、本発明の種々の実施形態において適切な純粋な金粒子−オリゴヌクレオチドコンジュゲートを調製することを可能にする（非特許文献１０５、その全体の内容が、本明細書に参照により組み込まれる）。

銀の表面は、アルキルチオールの希釈エタノール溶液に曝露された場合に、制御された自己組織化動態を示すことが見出されている。表面と炭化水素テイルとの間に形成される傾斜角は、０〜１５°の範囲である。また、金と比較した場合に、銀には、より大きいチオール充填密度が存在する。非特許文献１０６（その全体の内容が、本明細書に参照により組み込まれる）を参照。金／銀ナノ粒子上に自己組織化単層（ＳＡＭ，ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）が形成された後に、アルキルチオールは、生体分子と共有結合できる。生体分子の共有的固定化のための合成技術の大多数は、ポリペプチド（酵素、抗体、抗原など）またはアミノ標識ＤＮＡ鎖の遊離のアミン基を利用して、アミド結合を形成するカルボン酸部分と反応する。

このような結合スキームは、ナノ粒子を制御可能に分散して媒体中に送達できる仕組みを提供することによって応用されるだけでなく、本発明のカプセル化アップコンバータ構造の形成においても役割を有することがある。

本発明のアップコンバータ構造を用いて、プラズモン効果が有利である。プラズモン効果は、適切なナノ構造、ナノスケール寸法、金属の種類を用いることを条件として、電磁領域全体で生じることができる。プラズモン効果は、ガンマ線およびＸ線から紫外、可視、赤外、マイクロ波および高周波エネルギーにわたる広範囲の電磁スペクトルにわたって可能である。しかし、実際上の理由から、可視およびＮＩＲ光を、例えば銀および金ナノ粒子のような金属構造体のために用いる。なぜなら、銀および金についてのプラズモン共鳴は、それぞれ可視およびＮＩＲ領域で生じるからである。特に金ナノ粒子について、ＮＩＲ領域は、そうでなければより短い波長での光学散乱が、例えば廃水の処理または懸濁固体の濃度が高い食品の滅菌または生細胞への光活性化薬物の送達における場合のように問題を示す媒体中にエネルギーを送達するために非常に適当である。

本発明は、媒体中の化合物を励起、光活性化または光刺激するために光を用いるいくつかの方法を含む。いわゆる「電磁窓」内の波長を有する光（処理される媒体を保持するいずれの容器も透過し、かつ／または媒体中を伝導するように設計された）を用いることができる。さらに、本発明のあるいくつかの態様は、励起光が媒体中で、通常、非吸収性（またはほぼ透明）であることを好むが、プラズモンの利点により、本発明は、かなりの散乱および吸収が存在する場合であっても、媒体においてまだ有用である。

媒体を透過する光の能力は、吸収および散乱に依存する。含水媒体内で、電磁窓は、６００〜１３００ｎｍ、可視スペクトルのオレンジ／赤色領域からＮｌＲに入るまでに及ぶ。非特許文献１０７を参照。短波長の端にて、ＤＮＡならびにアミノ酸のトリプトファンおよびチロシンを含む生体分子を吸収することは重要になる。電磁窓の赤外（ＩＲ）の端にて、透過は、水の吸収特性により制限される（水の振動倍音吸収は、９５０ｎｍにて重要になり始める）。電磁窓内で、散乱は、吸収を超えて優勢であり、よって、光の伝搬は、拡散極限に侵入する必要はないが、拡散されるようになる。

本発明の種々の実施形態において、アップコンバータ構造は、誘電体材料（例えばシリカまたはポリマー）の層（１〜３０ｎｍ）で被覆される。誘電体層（またはナノシェル）は、誘電性コア（例えばＬａドープした誘電性コア）から発光されるルミネセンスの光の消光を妨げるように設計される。消光は、時折、金属が受容体または媒体と直接接触することにより生じる。この問題に対処するために、レシピエント分子を、スペーサー（リンカー）を介して金属シェルに（または近傍に）結合させる。スペーサーは、誘電性コアにより発光されるルミネセンスの光の消光を妨げるように設計される。

図１２Ａは、光活性分子のようなレシピエント分子が誘電性コアの上に付属しているかまたはそれが誘電性コアと結合により付着している本発明の実施形態を示す。付属分子は、典型的には、共有結合または供与結合のいずれかにより直接結合するものである。リンカーは、典型的には、分子をナノ結晶に共有的につなぐために付加される。本発明の種々の実施形態において、いずれの仕組みを用いてレシピエント分子を固定することもできる。光活性分子６は、光λ_２との相互作用により、化学反応または薬学的反応がその中またはそこから誘導されるように、発生した光λ_２との相互作用に対して受容性である。例えば、アップコンバータ構造から発生するＵＶ光は、光活性分子の状態を反応性の状態に変更できるか、または結合を断って、レシピエント分子６を媒体中に放出できる。図１２Ａに示すように、本発明のある実施形態において、アップコンバータ材料は、それ自体、金属成分から分離されている。レシピエント分子と誘電性コアとの間の厳密な距離は、ある化学結合化合物を用いることにより変動でき、以下に説明するように、ある立体的または相乗的効果も提供し得る。

図１２Ａに示すように、本発明のある実施形態において、レシピエント分子は、バイオ受容体であり得る。バイオ受容体は、疾患細胞または変異遺伝子または特定のバイオマーカーを標的にするための特異性にとって重要である。これらは、対象の生体標的が、治療のための薬物システムと結合する原因である。バイオ受容体は、多くの形態をとることができ、用いられている異なるバイオ受容体は、バイオセンサーを用いて監視されている異なる分析物ほど多数である。しかし、バイオ受容体は、一般的に、異なる主要なカテゴリーに分類できる。これらのカテゴリーは、１）抗体／抗原、２）酵素、３）核酸／ＤＮＡ、４）細胞構造／細胞、５）ペプチド、６）糖および７）生体模倣物を含む。図８Ａは、設計できるバイオ受容体を有する種々のアップコンバージョン構造を示す。プローブは、前に記載したものと同様であるが、腫瘍標的化のためのバイオ受容体も有する。よって、本発明のある実施形態において、アップコンバージョン構造は、（ａ）バイオ受容体を有する金属ナノ粒子と結合した光活性（ＰＡ）分子、（ｂ）バイオ受容体を有する、金属ナノ粒子で覆われたＰＡ結合ＵＣ材料ナノ粒子、（ｃ）バイオ受容体を有する、ＰＡ分子が結合したＵＣ材料ナノキャップで覆われた金属ナノ粒子、（ｄ）バイオ受容体を有する、金属ナノキャップおよび結合したＰＡで覆われたＵＣ材料ナノ粒子、（ｅ）バイオ受容体を有する、ＰＡを有するＵＣ材料ナノシェルで覆われた金属ナノ粒子、（ｆ）バイオ受容体を有する、金属ナノシェルで覆われたＵＣ材料ナノ粒子、（ｇ）バイオ受容体を有する、保護被覆層を有する金属ナノシェルで覆われたＵＣ材料ナノ粒子を含む。

図１２Ｂは、光活性（ＰＡ）分子が結合し、バイオ受容体も有するアップコンバージョン材料（ＵＣ）を有するプラズモン活性ナノ構造のさらに他の実施形態を示す。よって、本発明のある実施形態において、アップコンバージョン構造は、（ａ）ＵＣ材料とプラズモン金属ナノ粒子とに結合したＰＡ分子、（ｂ）ＰＡ分子で覆われたＵＣ材料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ＵＣ材料ナノ粒子、（ｄ）ＰＡ分子およびプラズモン金属ナノキャップで覆われたＵＣ材料含有ナノ粒子、（ｅ）ＰＡ分子で覆われたＵＣ材料ナノシェルを有するプラズモン金属ナノ粒子コア、ならびに（ｆ）着脱可能な生化学結合によりＵＣ材料（プラズモン金属ナノ粒子に付着している）と結合したＰＡ分子を含む。

図１２Ａおよび１２Ｂの実施形態において、バイオ受容体は、抗体プローブ、ＤＮＡプローブおよび／または酵素プローブであり得る。

抗体プローブについて、抗体に基づく標的化は、より活性で、特異的でかつ効率的である。抗体は、特定の腫瘍マーカーを標的にするように選択される（例えば口腔癌および子宮頚癌細胞上の過剰発現ＥＧＦＲを標的にする抗上皮成長因子受容体（ＥＧＦＲ，ｅｐｉｄｅｒｍａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）抗体；乳癌細胞上の過剰発現Ｈｅｒ２に対する抗Ｈｅｒ２抗体）抗体は、特定の構造について非常に特異的な結合能力を示す生物学的分子である。抗体は、非常に規則正しい配列に配置された数百の個別のアミノ酸からできている複雑な生体分子である。特定の分子に対して生じる免疫応答について、ある分子サイズおよび複雑さが必要である。５０００Ｄａより大きい分子量のタンパク質が、一般的に免疫原性である。抗原とその抗原特異的抗体とが相互作用する方法は、錠と鍵との適合と同じであると理解でき、これにより、独特の鍵の特異的な幾何学的形状が、錠を開くことを許容する。同じ方法で、抗原特異的抗体は、その独特の抗原に、非常に特異的な様式で「適合」する。抗体のこの独特の特性は、対象の特異的分析物である抗原だけが抗体結合部位に適合する免疫センサーにおけるそれらの有用性にとって重要である。

ＤＮＡプローブについて、遺伝子プローブの操作は、ハイブリダイゼーションプロセスに基づく。ハイブリダイゼーションは、核酸の１本の鎖を相補的プローブ配列に連結することを含む。ＤＮＡ生体標的（例えば変異の遺伝子配列など）への核酸プローブのハイブリダイゼーションは、プローブのものと相補的なＤＮＡ配列を同定するために正確な尺度を提供する。核酸の鎖は、それらの相補物と、対応する２本鎖構造において対形成する傾向がある。よって、１本鎖ＤＮＡ分子は、多数の他の核酸分子を含有するＤＮＡの複雑な混合物中でその相補物を探し出す。よって、核酸プローブ（すなわち遺伝子プローブ）検出法は、ＤＮＡ配列に対して非常に特異的である。２つの相補的ＤＮＡ鎖のハイブリダイゼーションまたは再会合に影響する因子は、温度、接触時間、塩濃度および塩基対間のミスマッチの程度、ならびに標的およびプローブ配列の長さおよび濃度を含む。

生物学的に活性なＤＮＡプローブは、ＥＥＣシステム（例えば金ナノ粒子、半導体、量子ドット、ガラス／石英ナノ粒子など）のような薬物システムの表面上に直接または間接的に固定化して、最適な接触および最大の結合を確実にできる。金ナノ粒子上に固定化する場合、遺伝子プローブは、安定化され、よって、繰り返して再使用できる。ＤＮＡを異なる支持体と結合させるためにいくつかの方法を用いることができる。ＤＮＡをガラスと結合させるために一般的に用いられる方法は、ガラス表面のシラン化、その後のカルボジイミドまたはグルタルアルデヒドでの活性化を含む。ある実施形態において、シラン化法は、ガラス表面に、３グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＯＰ）またはアミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＳ）を結合させるために用いられ、ＤＮＡを、ＤＮＡ合成中に分子の３’または５’端のいずれかに取り込まれたアミノリンカーを介して共有結合させるために用いてよい。

酵素プローブについて、酵素は、それらの特異的結合能力およびそれらの触媒活性に基づいて、バイオ受容体としてしばしば選択される。生体触媒認識の仕組みにおいて、検出は、生体触媒とよばれる巨大分子により触媒される反応により増幅される。触媒性リボ核酸分子の小さい群を除いて、全ての酵素はタンパク質である。いくつかの酵素は、活性のために、それらのアミノ酸残基以外の化学基を必要としない。他のものは、Ｆｅ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｍｎ^２＋もしくはＺｎ^２＋のような１または複数の無機イオンであり得る補因子とよばれるさらなる化学成分、あるいは補酵素とよばれるより複雑な有機または金属有機分子を必要とする。酵素によりもたらされる触媒活性は、通常の結合技術を用いて得られるよりもかなり低い検出限界を可能にする。酵素の触媒活性は、それらの天然タンパク質の高次構造の完全性に依存する。酵素が変性、それらのサブユニットに解離、またはそれらの構成要素であるアミノ酸に分解されるならば、その酵素活性は消失する。酵素結合受容体も、認識の仕組みを改変するために用いることができる。

本発明の新規な材料およびアップコンバータ構造は、種々の実施形態において、ネオジムとイッテルビウムとをドープした酸化イットリウム、ユーロピウムとイッテルビウムとをドープした酸化イットリウム、ならびに酸化ネオジムナノ結晶にドープした希土類３価イオンの任意の組合せのナノ粒子を含む。ネオジムとイッテルビウムの組成の二重にドープした酸化イットリウム、および二重にドープしたユーロピウムとイッテルビウムは、酸化イットリウムホスト格子のために新しいが、このような二重にドープしたシステムは、ＹＡＧのような他のホスト格子で働くことが示されている。

これらの二重にドープしたランタニドガラスは、かさ高い材料上で効率的にアップコンバージョンし、そのことによりナノスケールでの新しいアップコンバータ構造をもたらすことができることが示されている。これらの本発明の酸化イットリウムナノ構造により提供されるいくつかの利点が存在する。ナノスケール酸化イットリウムを創出するための小規模合成方法論は、ＹＡＧよりも酸化イットリウムにおいてより容易に制御して生成される。酸化イットリウムのホスト構造は、価値のある発光波長にて閃光を発して（ダウンコンバージョンにより）、レシピエントとしての既知の薬学的材料を励起する。最後に、酸化イットリウムにおけるドーパントのこれらの組合せは、イメージングフォーマットでの酸化イットリウムナノ結晶のための新しい発光色をもたらす。

本発明の一実施形態において、二重ドーパントにより、ホストガラス中の両方のイオンの励起が許容される。例えば、９８０ｎｍの光による励起は、イッテルビウムイオンを励起し、ここでは、イッテルビウムイオンのある励起状態から別のドーパントへのエネルギーの伝達が、紫外、可視およびＮＩＲスペクトル領域での光のアップコンバージョン発光のための仕組みを提供する。

酸化ネオジムは、酸化イットリウムナノ結晶調製に関する上記の同じポリアルコール法によっても合成できる誘電体ナノ構造材料である。ドープした酸化ネオジムも、アップコンバージョンプロセスを示すと予測される。ホスト構造としての酸化ネオジムは、他の全ての酸化物に基づく材料よりも低い光学フォノンモードを有する。フォノンのより低い周波数は、イオン間の電子伝達のために最適であり得る。一般的に、フォノンモードは、その周波数が結晶格子構造および材料に依存する結晶格子における振動である。アップコンバージョンにより放出されるエネルギー（効率的には原子発光）は、光子により伝導される。光子を用いて、エネルギーを、Ｆｏｒｓｔｅｒ、Ｄｅｘｔｅｒまたは光子捕捉経路を介して伝達できる。一方、孔および電子について、電荷トンネリングは、エネルギー伝達のためのある仕組みである。光子について、より低いフォノンモードは、典型的に、より小さい破壊的干渉を示し、そのことにより、アップコンバージョンされた発光のためにより適切である。よって、本発明のある実施形態において、酸化ネオジムについてのより低いエネルギーフォノンモードが、より強い電子フォノン結合伝達を提供して、酸化ネオジムの内部のドーパント間に生じると予測される。酸化ネオジムは、酸化イットリウムと同じ低い毒性効果も示すので、生存生体組織に挿入するために適切である。

よって、本発明の新規なアップコンバージョンエミッターは、それらの使用を種々の用途において許容するいくつかの構成可能な構造および材料を含む。さらに、本発明に記載される誘電性コアの多くは、ダウンコンバージョン特性を示す。以下に記載されるいくつかの用途における本発明は、特定のナノ粒子材料システムのアップコンバージョンおよびダウンコンバージョンの両方の特性を利用する。以下に記載するいくつかの用途において、ダウンコンバージョンのために設計された粒子は、アップコンバージョンのために設計された別の粒子とともに用いることができる。

本発明のいくつかの実施形態において、ダウンコンバージョンする材料（例えば本明細書に記載されるもの）を、アップコンバージョンする材料を含める必要なく、別個に用いる。

よって、種々の実施形態における本発明は、広範囲のダウンコンバージョン材料を用いることができる。これらのダウンコンバージョン材料は、量子ドット、半導体材料、半導体材料の合金、シンチレーションおよびリン光体材料、Ｘ線励起光ルミネセンス（ＸＥＯＬ）を示す材料、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、シンチレーター、リン光体材料など、および励起子特性を示す材料を含むことができる。

さらに、本明細書に記載される本発明のためのダウンコンバージョン材料は、ルミネセンス粒子と媒体との間のいずれの化学的相互作用の可能性も低減する例えばシリカのような絶縁材料で被覆できる。生物医学的用途のために、可能な限り低い毒性を有するナノ粒子が望ましい。純粋なＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＦｅ_２Ｏ_３は、生体適合性である。ＣｄＴｅおよびＣｄＳｅは毒性であるが、ＺｎＳ、ＣａＳ、ＢａＳ、ＳｒＳおよびＹ_２Ｏ_３は、毒性がより低い。さらに、ナノ粒子の毒性は、ＴＧＡのようなそれらの無機安定化剤、またはＥｕ^２＋、Ｃｒ^３＋もしくはＮｄ^３＋のようなドーパントに起因し得る。最も生体適合性であると考えられる他の適切なダウンコンバージョン材料は、硫化亜鉛、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋、酸化第２鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、少量のＡｌ_２Ｏ_３を含有する酸化亜鉛、およびゼオライト中にカプセル化されたＡｇＩナノクラスターである。

アルカリ鉛ケイ酸塩ガラス組成物も、ｘ線をＵＶおよび可視にダウンコンバージョンするために有用であった。これらのガラス組成物は、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２ＯおよびＰｂＯを含有する。組成物のモル％での範囲は、４４％〜７３％のＳｉＯ_２、０％〜３％のＢ_２Ｏ_３、０．５％〜４％のＮａ_２Ｏ、０．５％〜１１％のＫ_２Ｏ、および５％〜５５％のＰｂＯを含む。組成の範囲全体が可能である。さらに、例えばＭｇＯおよびＡｇを含む他の材料を含めて、蛍光を促進できる。

本発明の種々の実施形態において、以下のルミネセンスポリマーも、変換材料として適切である：ポリ（フェニレンエチニレン）、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリ（チオフェン）、ポリ（ピリジルビニレン）、ポリ（ピロール）、ポリ（アセチレン）、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（フルオレン）など、ならびにそれらのコポリマーおよび／または誘導体。

図１２Ｂに示す実施形態において、アップコンバージョンする物質は、プラズモン金属を置き換える。ある実施形態において、置き換え距離は、アップコンバージョンする材料との入射放射線の相互作用に影響する（いくつかの状況において増強する）。図１２Ｂ−１は、エネルギー変換分子が金属シェルを置き換える図１２Ｂと同様の構成についての波長の関数としての発光の増強（ｆ）の例を示し、ここで、金属シェルの外半径は任意に５０ｎｍに設定され、ｂはナノメートルの単位でのシェルの内半径の値である。

概念として、分子が金属シェル内部の異なる位置にあるならば、同じ効果が生じる。増強の結果を図１２Ｂ−２に示し、ここで、金属シェルの外半径は任意に５０ｎｍに設定され、ｂはナノメートルの単位でのシェルの内半径の値である。

図１２Ａに示すように、アップコンバージョンする物質は、プラズモン金属シェルの内部に配置できる。最大の増強効果は、一般的に、金属シェルのプラズモン共鳴付近で生じ、よって、増強は、一般的に、波長に強く依存する。図１２Ｂ−３は、エネルギー変換材料がプラズモン層で被覆された図１２Ａのものと同様の構成についての波長に対する励起増強の依存性の例を示し、ここで、シェルの外半径は任意に５０に設定され、ｂはナノメートルの単位でのシェルの内半径の値である。

アップコンバージョンまたはダウンコンバージョンする分子が入射放射場によりいったん励起されると、そのエネルギーは、発光、例えば蛍光またはリン光により放出される。本発明のこの実施形態を説明する目的のために、分子の固有量子効率が１と等しいと仮定するならば、シェルの非存在下での分子は、励起場のためにそのエネルギーを全て放射する。シェルの存在下では、いくらかの放射力がシェルに吸収される。図１２Ｂ−４は、図１２Ｂ−３に示す構造および励起についての波長に対する放射（すなわち発光）の依存性を示す。

図１２Ｂ−５は、図１２Ｂ−４のデータを単純化して、金属シェルの内部直径に対する増強の合計を示す。

上記の結果から、分子がシェルの外側にある場合、局所場は、入射放射場＋シェルから散乱した場である。分子がシェルコア内にある場合、局所場は、シェルを透過する放射場である。分子の励起とその放射発光とはともに、シェル内で励起されるプラズモン共鳴により強く影響を受ける。本発明のある実施形態において、外部分子の増強は、同じ直径の固体の球についてよりもシェルについて大きい。

励起および量子効率はともに、固体の球についてよりもシェルについて大きいが、これらの量はともに、異なるシェル厚さにてピークになることがわかる。本発明のある実施形態において、全体的な増強は、シェルの外側の分子について３０ほど高く、シェルコアの内部の分子について約１５の範囲であり得る。後者の場合は、しかし、増強は、厚いシェルにより阻害され、比較的薄いシェルについてピーク値を達成する。シェルが薄くなるにつれて、増強において２つの因子が減少に影響する。第１のものは、金属の容量が低減されることによるプラズモン共鳴の減弱化であり、第２は、薄いシェル内を散乱する電子による共鳴のさらなる減衰である。

Ｓｃｈｉｅｔｉｎｇｅｒら（非特許文献１０８）による最近の研究は、アップコンバージョンするナノ結晶の発光の同様のプラズモン増強を立証している。この研究において、このグループは、ＥｒとＹｂとをドープしたＮａＹＦ_４ナノ結晶を調製し、５ｎｍのＡｕナノ粒子を薄い皮膜に共析出させた。単一粒子発光分光分析と組み合わせたＡＦＭチップ操作により、薄い皮膜析出におけるアップコンバージョンするナノ結晶の２．７〜４．８倍の増強が確認された。

上記のドープした酸化イットリウム材料および本発明の他のナノ結晶材料は、イメージングまたは光誘起処理のためのより一般的な種類の技術についての代替を提供するアップコンバータである。相互参照した関連特許出願のいくつかにおいて、Ｘ線または高エネルギー粒子のような高エネルギー光子をダウンコンバージョン様式で用いて、体に導入される薬物との相互作用または（他の研究において）体内での一重項酸素の生成または２次発光された光のイメージングによる診断のための後続の紫外光を発生させた。相互参照した関連特許出願のいくつかにおいて、Ｘ線または高エネルギー粒子のような高エネルギー光子をダウンコンバージョン様式で用いて、２次発光された光を発生させ、これは、媒体中の物質を活性化した。ナノ粒子とのＸ線の相互作用および得られる発光は、よって、本発明のダウンコンバージョンプロセスにおける決定事象である。Ｙ_２Ｏ_３粒子についての得られる光の発光が、少なくとも１２０ｋＶ〜３２０ｋＶの範囲を示し、発光強度の予期されない増加と、Ｘ線エネルギーの減少とを示すことが見出されている。

本発明のある実施形態において、ＮＩＲ源のより温和な照射源（Ｘ線よりも）を用いることができる。ＮＩＲ源は、例えば９８０および８０８ｎｍで作動する市販のレーザー源を用いて容易に入手可能である。多くの市販で入手可能なＮＩＲダイオードレーザー線が存在する。これらは、８０８および９８０に加えて７８５、８３０、８５２、９１５、９４０、１０６４、１３１０および１５５０ｎｍを含み、ナノスケール物質および用途に応じて、これらの多くは用いるために適切である。

上記のドープした酸化イットリウム材料および本発明の他のナノ結晶材料は、イメージングまたは光誘起処理のためのより一般的な種類の技術についての代替を提供するアップコンバータである。相互参照した関連特許出願のいくつかにおいて、Ｘ線または高エネルギー粒子のような高エネルギー光子をダウンコンバージョン様式で用いて、体に導入される薬物との相互作用または（他の研究において）体内での一重項酸素の生成または２次発光された光のイメージングによる診断のための後続の紫外光を発生させた。相互参照した関連特許出願のいくつかにおいて、Ｘ線または高エネルギー粒子のような高エネルギー光子をダウンコンバージョン様式で用いて、２次発光された光を発生させ、これは、媒体中の物質を活性化した。ナノ粒子とのＸ線の相互作用および得られる発光は、よって、本発明のダウンコンバージョンプロセスにおける決定事象である。Ｙ_２Ｏ_３粒子についての得られる光の発光が、少なくとも１２０ｋＶ〜３２０ｋＶの範囲を示し、発光強度の増加と、Ｘ線エネルギーの減少とを示すことが観察されている。他の粒子または他のエネルギー範囲は、異なる傾向を良好に示す。

本発明のある実施形態において、ＮＩＲ源のより温和な照射源を用いることができる。ＮＩＲ源は、例えば９８０および８０８ｎｍで作動する市販のレーザー源を用いて容易に入手可能である。多くの市販で入手可能なＮＩＲダイオードレーザー線が存在する。これらは、８０８および９８０に加えて７８５、８３０、８５２、９１５、９４０、１０６４、１３１０および１５５０ｎｍを含み、ナノスケール物質および用途に応じて、これらの多くは用いるために適切である。

〈ＰＥＰＳＴプローブのためのＰＥＧ化ベクター〉
これらの粒子の合成は、最初に、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｆａｒａｄａｙにより報告され、彼は、１８５７年に、塩化金とクエン酸ナトリウムからのＡｕＯのナノサイズ粒子の生成についての化学的プロセスについて記載した（Ｆａｒａｄａｙ １８５７）。ＴＮＦだけを粒子に結合させることにより製造されたベクターの最初の処方は、本来のＴＮＦよりも毒性が低く、マウスモデルにおける腫瘍負荷の低減において効果的であった。その後の研究により、このベクターの安全性が、ＲＥＳにおけるその迅速な取込みとクリアランスとを主な原因としたことが明らかになった。このベクターを再処方して、金ナノ粒子表面上のＴＮＦの分子と結合するチオール誘導化ポリエチレングリコール（ＰＥＧ−ＴＨＩＯＬ）の分子を含めた。新しいベクターであるＰＴ−ｃＡｕ−ＴＮＦは、ＲＥＳによる検出およびクリアランスを回避し、固形腫瘍中にＴＮＦを能動的かつ特異的に隔離した。変更した生体分布は、改良と関連した。同様に、ＰＥＧ化Ａｕナノ粒子−ＰＡ薬物を設計して、ＲＥＳによる検出およびクリアランスを回避できる。

〈疾患標的化ＰＥＰＳＴプローブ〉
金属（例えば銀または金）ナノ粒子（ナノスフェア、ナノロッドなど）の凝集は、クエン酸塩キャッピング金ナノスフェア、臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）キャッピング金ナノスフェアおよびナノロッドおよびナノシェルを用いる場合は特に、しばしば問題となる。なぜなら、これらは、塩イオンの凝集効果により緩衝溶液中で分散される場合に安定性が乏しいからである。ナノ粒子をポリエチレングリコール（ＰＥＧ）でキャッピングする（金属ナノ粒子とのチオール官能化ＰＥＧのコンジュゲーションにより）ことにより、生体適合性を改良でき、ナノ粒子の凝集を防ぐことができる。さらに、ＰＥＧ化ナノ粒子は、「ＥＰＲ」効果として知られる透過性および滞留効果の増強により、腫瘍組織に優先的に蓄積される（非特許文献１０９、非特許文献１１０）。腫瘍組織中の血管は、正常組織におけるよりも「漏れやすく」、その結果、粒子または大きい巨大分子種もしくはポリマー種は、腫瘍組織中に優先的に血管外遊出される。粒子および大きい分子は、リンパ系の減少により腫瘍組織中により長い時間留まる傾向にあるが、これらは、正常組織においては迅速に排出される。この腫瘍標的化方策は、しばしば、受動標的化とよばれ、抗体標的化方策は、能動標的化とよばれる。

疾患細胞、特異的遺伝子またはタンパク質マーカーを特異的に標的にするために、本発明の薬物システムは、バイオ受容体（例えば抗体、合成分子インプリントシステム、ＤＮＡ、タンパク質、脂質、細胞表面受容体、ペプチド、糖、アプタマーなど）と結合できる。ＰＡ物質を疾患細胞および組織に選択的に送達するための免疫標的化様式は、特異性を達成し、健常細胞への非特異的損傷を最小限にし、用いる照射強度を低減するために効率的な方策を提供する。金属ナノ粒子（例えば金、銀）の生物学的官能化は、一般的に開発され、広く用いられている手順を用いて行うことができる。本発明において用いることができるいくつかの標的化方策が存在する：（ａ）疾患細胞に特異的なバイオマーカーを認識する抗体とコンジュゲートしたナノ粒子、（ｂ）ナノ粒子の生体適合性および生体安定性を増加させ、それらに血液滞留時間の増加を与える、ポリ（エチレン）グリコール（ＰＥＧ）により不動態化されたナノ粒子。

〈金属ナノ粒子への生体分子の固定化〉
固体支持体への生体分子（ＰＡ分子、薬物、タンパク質、ペプチド、糖、酵素、抗体、ＤＮＡなど）の固定化は、文献において発表された広い種類の方法を用いることができる。結合は、生体分子構造中に天然に存在するかもしくは組み込むことができるアミン（−ＮＨ_２）またはスルフィド（−ＳＨ）のような反応性基を通常利用する共有結合により行うことができる。アミンは、カルボン酸またはエステル部分と高い収率で反応して、安定なアミド結合を形成できる。チオールは、マレイミド結合に加わり、安定なジアルキルスルフィドを生じることができる。

対象の固体支持体は、金（または銀）ナノ粒子である。Ａｕ（Ａｇ）表面に関与する固定化スキームの大部分は、アルキルチオールを用いて表面を予め誘導体化して、安定な結合を形成することを利用する。アルキルチオールは、自己組織化単層（ＳＡＭ）を銀表面上にマイクロモル濃度で容易に形成する。アルキルチオール鎖の末端は、生体分子と結合するために用いることができるか、またはそのようになるように容易に改変できる。アルキルチオール鎖の長さは、生体分子を表面から遠ざけておく重要なパラメーターであることが見出されている。さらに、表面上への直接の非特異的なＤＮＡ吸着を回避するために、アルキルチオールを用いて表面へさらに近付くことを遮断して、リンカーによる共有的固定化だけを可能にする（非特許文献１１１、非特許文献１１２）。

銀の表面は、アルキルチオールの希釈エタノール溶液に曝露された場合に、制御された自己組織化動態を示すことが見出されている。表面と炭化水素テイルとの間に形成される傾斜角は、０〜１５°の範囲である。また、金と比較した場合に、銀には、より大きいチオール充填密度が存在する（非特許文献１０６）。金／銀ナノ粒子上にＳＡＭが形成された後に、アルキルチオールは、生体分子と共有結合できる。生体分子の共有的固定化のための合成技術の大多数は、ポリペプチド（酵素、抗体、抗原など）またはアミノ標識ＤＮＡ鎖の遊離のアミン基を利用して、アミド結合を形成するカルボン酸部分と反応する。一般的な規則として、より活性な中間体（不安定なエステル）が、まず、カルボン酸部分を用いて形成され、より後の段階において、遊離アミンと反応させて、結合収率を増加させる。成功した結合手順として、以下のものが挙げられる：

Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）およびその誘導体を用いる結合手順
この結合アプローチは、穏やかな条件下でカルボン酸を不安定な基であるＮ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）誘導体でエステル化し、さらにポリペプチド（酵素、抗体、抗原など）またはアミン標識ＤＮＡの遊離のアミン基とさらに反応させて、安定アミドを生成することを含む（非特許文献１１３）。ＮＨＳは、ほぼ第１級アミン基とのみ反応する。共有的固定化は、３０分ほど短くで達成できる。Ｈ_２Ｏは、これらの非常に不安定なエステルを含む反応において−ＮＨ_２と競合するので、この種類の結合において用いられる利用可能なエステルの加水分解動態を考慮することが重要である。図１において用いるＮＨＳの誘導体、Ｏ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロボレートは、結合収率を、カルボン酸活性化中に尿素に変換される脱離基を利用することにより増加させるので、反応の負のエンタルピーを好ましく増加させる。

マレイミドを用いる結合手順
マレイミドは、利用可能な−ＳＨ部分により生体分子を固定化するために用いることができる（図３）。マレイミドを用いる結合スキームは、抗体、Ｆａｂ断片、ペプチドおよびＳＨ改変ＤＮＡ鎖の部位特異的固定化のために有用であることが示されている。タンパク質のマレイミド結合のための試料調製は、２つのシステイン残基間のジスルフィド結合を、ジチオトレイトール、２−メルカプトエタノールまたはトリス（２−カルボキシエチル）ホスフィン塩酸塩のような穏やかな還元剤を用いて単純還元することを含む。しかし、ジスルフィド還元は、通常、その天然の高次構造を失ったタンパク質を導き、酵素活性または抗体認識を損なう可能性がある。第１級アミン基を２−イミノチオラン塩酸塩（Ｔｒａｕｔ試薬）で改変してスルフヒドリル基を導入することは、それらを欠いた生体分子の代替である。遊離のスルフヒドリルは、マレイミド表面に、不飽和炭素−炭素結合への付加反応により固定化される（Ｃ．Ｅ．Ｊｏｒｄａｎら、１９９７年）。

カルボジイミドを用いる結合手順
メルカプトアルキルジオールを用いて改変した表面は、１，１’−カルボニルジイミダゾール（ＣＤＩ）で活性化して、カルボニルイミダゾール中間体を形成できる。利用可能なアミン基を有する生体分子は、イミダゾールを置き換えて、表面につながれたアルキルチオールとのカルバメート結合を形成する（Ｒ．Ａ．Ｐｏｔｙｒａｉｌｏら、１９９８年）。

〈生体分子を金属（例えば銀、金）ナノ粒子にコンジュゲートするための他の実験手順〉
金属コロイドヒドロゾルのナノ粒子は、一般的に、ＡｇＮＯ_３の溶液を氷冷却ＮａＢＨ_４と迅速に混合することにより調製される。ＳＭＰプローブを開発するために、ＤＮＡセグメントを、銀または金のナノ粒子に結合させる必要がある。固体支持体への生体分子（例えばＤＮＡ、抗体、酵素など）の共有結合による固定化は、生体分子構造中に天然に存在するかもしくは組み込むことができるアミン（−ＮＨ_２）またはスルフィド（−ＳＨ）のような反応性基を通常利用する。アミンは、カルボン酸またはエステル部分と高い収率で反応して、安定なアミド結合を形成できる。チオールは、マレイミド結合に加わり、安定なジアルキルスルフィドを生じることができる。

本発明において、我々は、銀ナノ粒子を用いる。Ａｇ表面に関与する固定化スキームの大部分は、アルキルチオールを用いて表面を予め誘導体化して、安定な結合を形成することを利用する。アルキルチオールは、自己組織化単層（ＳＡＭ）を銀表面上にマイクロモル濃度で容易に形成する。アルキルチオール鎖の末端は、生体分子と結合するために直接用いることができるか、またはそのようになるように容易に改変できる。アルキルチオール鎖の長さは、生体分子を表面から遠ざけておく重要なパラメーターであることが見出された。さらに、表面上への直接の非特異的なＤＮＡ吸着を回避するために、アルキルチオールを用いて表面へさらに近付くことを遮断して、リンカーによる共有的固定化だけを可能にした。

銀／金表面は、アルキルチオールの希釈エタノール溶液に曝露された場合に、制御された自己組織化動態を示すことが見出されている。表面と炭化水素テイルとの間に形成される傾斜角は、０〜１５°の範囲である。また、金と比較した場合に、銀には、より大きいチオール充填密度が存在する。

銀ナノ粒子上にＳＡＭが形成された後に、アルキルチオールは、生体分子と共有結合できる。生体分子の共有的固定化のための合成技術の大多数は、ポリペプチド（酵素、抗体、抗原など）またはアミノ標識ＤＮＡ鎖の遊離のアミン基を利用して、アミド結合を形成するカルボン酸部分と反応する。一般的な規則として、より活性な中間体（不安定なエステル）が、まず、カルボン酸部分を用いて形成され、より後の段階において、遊離アミンと反応させて、結合収率を増加させる。成功した結合手順は、以下のものを含む。

ＤＮＡを銀ナノ粒子と結合させるために用いる結合アプローチは、穏やかな条件下でカルボン酸を不安定な基であるＮ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）誘導体でエステル化し、さらにポリペプチド（酵素、抗体、抗原など）またはアミン標識ＤＮＡの遊離のアミン基とさらに反応させて、安定アミドを生成することを含む［４］。ＮＨＳは、ほぼ第１級アミン基とのみ反応する。共有的固定化は、３０分ほどの短かさで達成できる。Ｈ_２Ｏは、これらの非常に不安定なエステルを含む反応において−ＮＨ_２と競合するので、この種類の結合において用いられる利用可能なエステルの加水分解動態を考慮することが重要である。用いるＮＨＳの誘導体、Ｏ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロボレートは、結合収率を、カルボン酸活性化中に尿素に変換される脱離基を利用することにより増加させるので、反応の負のエンタルピーを好ましく増加させる。

〈着脱可能なＰＡを有するＰＥＰＳＴ ＵＣ−ＰＡプローブ〉
ＰＡ分子が核に侵入することを必要とするいくらかの光活性薬物について、図１３は、ＰＡ薬物分子が、リンカーを介して金属ナノ粒子と結合しているＰＥＰＳＴ−ＵＣプローブの実施形態を示し（図１３Ａ）、これは、光子照射により切断できる（図１３Ｂ）。このようなプローブは、ＰＡ分子が核に侵入しなければならない場合の治療様式のために有用であり、例えばソラレン分子は、細胞の核に侵入して、ＤＮＡ上にインターカレートする必要がある（図１３Ｃ）。金属ナノ粒子は、より小さい分子よりも細胞の核に侵入することが難しいので、放出可能なＰＡ分子を有するＰＥＰＳＴ−ＵＣプローブが所望される。

本発明の新規な材料およびアップコンバータ構造は、種々の実施形態において、ネオジムとイッテルビウムとをドープした酸化イットリウム、ユーロピウムとイッテルビウムとをドープした酸化イットリウム、ならびに酸化ネオジムナノ結晶にドープした希土類３価イオンの任意の組合せのナノ粒子を含む。ネオジムとイッテルビウムの組成の二重にドープした酸化イットリウム、および二重にドープしたユーロピウムとイッテルビウムは、酸化イットリウムホスト格子のために新しいが、このような二重にドープしたシステムは、ＹＡＧのような他のホスト格子で働くことが示されている。

これらの二重にドープしたランタニドガラスは、かさ高い材料上で効率的にアップコンバージョンし、そのことによりナノスケールでの新しいアップコンバータ構造をもたらすことができることが示されている。これらの本発明の酸化イットリウムナノ構造により提供されるいくつかの利点が存在する。ナノスケール酸化イットリウムを創出するための小規模合成方法論は、ＹＡＧよりも酸化イットリウムにおいてより容易に制御して生成される。酸化イットリウムのホスト構造は、価値のある発光波長にて閃光を発して（ダウンコンバージョンにより）、レシピエントとしての既知の薬学的材料を励起する。最後に、酸化イットリウムにおけるドーパントのこれらの組合せは、イメージングフォーマットでの酸化イットリウムナノ結晶のための新しい発光色をもたらす。

本発明のある実施形態において、二重ドーパントにより、ホストガラス中の両方のイオンの励起が許容される。例えば、９８０ｎｍの光による励起は、イッテルビウムイオンを励起し、ここでは、イッテルビウムイオンのある励起状態から別のドーパントへのエネルギーの伝達が、紫外、可視およびＮＩＲスペクトル領域での光のアップコンバージョン発光のための仕組みを提供する。

酸化ネオジムは、酸化イットリウムナノ結晶調製に関する上記の同じポリアルコール法によっても合成できる新規の誘電体ナノ構造材料である。ドープされた酸化ネオジムも、アップコンバージョンプロセスを示すと予測される。ホスト構造としての酸化ネオジムは、他の全ての酸化物に基づく材料よりも低い光学フォノンモードを有する。フォノンのより低い周波数は、イオン間の電子伝達のために最適であり得る。一般的に、フォノンモードは、その周波数が結晶格子構造および材料に依存する結晶格子における振動である。アップコンバージョンにより放出されるエネルギー（効率的には原子発光）は、光子により伝導される。光子を用いて、エネルギーを、Ｆｏｒｓｔｅｒ、Ｄｅｘｔｅｒまたは光子捕捉経路を介して伝達できる。一方、孔および電子について、電荷トンネリングは、エネルギー伝達のためのある仕組みである。光子について、より低いフォノンモードは、典型的に、より小さい破壊的干渉を示し、そのことにより、アップコンバージョンされた発光のためにより適切である。よって、本発明のある実施形態において、酸化ネオジムについてのより低いエネルギーフォノンモードが、より強い電子フォノン結合伝達を提供して、酸化ネオジムの内部のドーパント間に生じると予測される。酸化ネオジムは、酸化イットリウムと同じ低い毒性効果を示すので、生存生体組織に挿入するために適切である。

よって、本発明の新規なアップコンバージョンエミッターは、それらの使用を種々の用途において許容するいくつかの構成可能な構造および材料を含む。さらに、本発明に記載される誘電性コアの多くは、ダウンコンバージョン特性を示す。以下に記載されるいくつかの用途における本発明は、特定のナノ粒子材料システムのアップコンバージョンおよびダウンコンバージョンの両方の特性を利用する。以下に記載するいくつかの用途において、ダウンコンバージョンのために設計された粒子は、アップコンバージョンのために設計された別の粒子とともに用いることができる。

よって、本発明は、広範囲のダウンコンバージョン材料を用いることができる。これらのダウンコンバージョン材料は、量子ドット、半導体材料、シンチレーションおよびリン光体材料、Ｘ線励起光ルミネセンス（ＸＥＯＬ）を示す材料、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、シンチレーター、リン光体材料など、および励起子特性を示す材料を含むことができる。

さらに、本明細書に記載される本発明のためのダウンコンバージョン材料は、ルミネセンスを示す粒子と媒体との間のいずれの化学的相互作用の可能性も低減する例えばシリカのような絶縁体材料で被覆できる。無機ナノ粒子の生物学的用途のために主要な制限因子の１つは、それらの毒性である。概して、全ての半導体ナノ粒子は、多少毒性である。生物医学的用途のために、可能な限り低い毒性を有するナノ粒子が望ましいか、またはナノ粒子は、媒体から分離されたままでなければならない。純粋なＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＦｅ_２Ｏ_３は、生体適合性である。ＣｄＴｅおよびＣｄＳｅは毒性であるが、ＺｎＳ、ＣａＳ、ＢａＳ、ＳｒＳおよびＹ_２Ｏ_３は、毒性がより低い。さらに、ナノ粒子の毒性は、ＴＧＡのようなそれらの無機安定化剤、またはＥｕ^２＋、Ｃｒ^３＋もしくはＮｄ^３＋のようなドーパントに起因し得る。最も生体適合性であると考えられる他の適切なダウンコンバージョン材料は、硫化亜鉛、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋、酸化第２鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、少量のＡｌ_２Ｏ_３を含有する酸化亜鉛、およびゼオライト中にカプセル化されたＡｇＩナノクラスターである。毒性が重要な懸念でないことがある非医療用途のために、以下の材料（および他の部分に列挙するもの）が適切であると考えられる：ツリウムで活性化したランタンおよびガドリニウムオキシハロゲン化物； Ｅｒ^３＋をドープしたＢａＴｉＯ_３ナノ粒子、Ｙｂ^３＋をドープしたＣｓＭｎＣｌ_３およびＲｂＭｎＣｌ_３、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ^２＋ナノ粒子、ヨウ化セシウム、ゲルマニウム酸ビスマス、タングステン酸カドミウム、ならびに２価ＥｕをドープしたＣｓＢｒ。

本発明の種々の実施形態において、以下のルミネセンスポリマーも、変換材料として適切である：ポリ（フェニレンエチニレン）、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリ（チオフェン）、ポリ（ピリジルビニレン）、ポリ（ピロール）、ポリ（アセチレン）、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（フルオレン）など、ならびにそれらのコポリマーおよび／または誘導体。

上記のドープした酸化イットリウム材料および本発明の他のナノ結晶材料は、イメージングまたは光誘起処理のためのより一般的な種類の技術についての代替を提供するアップコンバータである。相互参照した関連特許出願のいくつかおよび他の研究において、Ｘ線または高エネルギー粒子のような高エネルギー光子をダウンコンバージョン様式で用いて、体に導入される薬物との相互作用または体内での一重項酸素の生成または２次発光された光のイメージングによる診断のための後続の紫外光を発生させた。本発明において、ＮＩＲ源のより温和な照射源を用いることができる。ＮＩＲ源は、例えば９８０および８０８ｎｍで作動する市販のレーザー源を用いて容易に入手可能である。多くの市販で入手可能なＮＩＲダイオードレーザー線が存在する。これらは、８０８および９８０に加えて７８５、８３０、８５２、９１５、９４０、１０６４、１３１０および１５５０ｎｍを含み、ナノスケール物質および用途に応じて、これらの多くは用いるために適切である。

これらのＩＲ周波数は、ヒト体内に著しく透過し、１次励起λ_１が体組織へ皮下透過することを許容する。体組織へのそれらの透過により、本発明の誘電性コアは、入射放射線λ_１と相互作用して、上記の２次光λ_２を発生する。よって、ＵＶまたは可視範囲にあり得る波長λ_２を体にｉｎ ｓｉｔｕで発生させることは、ソラレンまたはＵＶもしくは可視光源により活性化されることが知られている他の種類の薬物の活性化のために適当である。

本発明の誘電性コアは、不連続波長λ_１により選択的に誘起され、λ_２での不連続発光波長を生成する能力を有する、医療用途は、いくつかの二重目的の診断／治療ツールを生成できるように操作できる。

例えば、本発明のある実施形態において、上記の共ドープした酸化イットリウムのような材料を、体内に導入する。ホストとしての酸化イットリウムは、Ｘ線照射からのダウンコンバータとして知られている。この具体的な例において、酸化イットリウム上のＸ線入射放射線はＵＶ光を生成し、これが次いで、癌の治療のためのソラレンのような薬物を活性化するために用いられる。一方、アップコンバータとしての共ドープした酸化イットリウムを、ＮＩＲ励起が、Ｘ線ダウンコンバージョン放射から生成されるものとは異なる波長で発光を生成できる場合に用いることができる。この様式で、治療される標的器官への酸化イットリウム（レシピエント４のように薬物が付着している）の進行を、ＮＩＲ光を励起源として用い、ある種のＣＣＤカメラにおいて可視光を収集することにより監視できる。酸化イットリウム粒子が治療のためにそれぞれの腫瘍細胞にいったん吸収されると、その時点で、Ｘ線照射を開始でき、そのことによりソラレンタグ付加酸化イットリウムが活性化され、腫瘍細胞を治療する効果的な手段が提供できる。

代わりに、別の二重目的診断／治療の例において、ＮＩＲ波長が上で説明するように診断のために特異的に変化するが、ＮＩＲの別の波長を有する励起が、それ自体がレシピエント分子（例えば癌治療のためのソラレン）を、Ｘ線およびダウンコンバージョン活性化を必要とすることなく活性化するＵＶ光（別のアップコンバージョンチャネルにより）を生成するために用いることができるシステムを選択できる。この特徴により、よって、Ｘ線照射により体の深部への透過のために許容され得るか、またはＮｌＲ照射により体のより浅い部分への透過のために許容され得、体の表面に対して異なる部分にある癌細胞を治療する薬物を用いることが可能になる。さらに、繊維光学を用いて、ＮＩＲ光（例えば外科切開により）を標的に直接導くことができる。ソラレンを局所的に活性化することにより、そして既知の自家ワクチン効果により、この最初は局所的なＮＩＲ活性化治療は、ＮｌＲ照射領域の外側の癌を治療するために効果的であり得る。

イメージングの目的のためにおよび／またはソラレンを励起するために全てＮＩＲ活性化とアップコンバージョンとを示すこのような二重使用薬物の例は、酸化イットリウムの二重ドーパント、酸化ネオジムの二重ドーパント、三重ドープしたイッテルビウムツリウムネオジム酸化物、フッ化ナトリウムイットリウムの二重ドーパント、およびフッ化ランタンの二重ドーパントを含む。例えば、別のランタニドと９５％対５％のドーパント濃度を有するイッテルビウム−ツリウムをドープした酸化イットリウムを用いることにより、各励起プロセスに由来する異なる発光を有する８０８ナノメートルで励起可能な診断イメージングプロセスに対して９８０ナノメートルで励起可能な薬物治療を有する純粋ＮＩＲ励起により診断／治療機能が生成される。

〈二重プラズモン効果のためのナノ粒子鎖〉
前に論じたように、二重（または多重）プラズモニクス共鳴モードを有し得るナノ粒子システムを開発する必要性が存在する。図１４は、このような二重プラズモニクスに基づく増強を示し得る、異なるサイズを有し、かつ互いに結合している金属粒子の鎖を有する本発明のＰＥＰＳＴプローブの実施形態を示す。例えば、より大きいナノ粒子（図１４、左）のパラメーター（サイズ、金属の種類、構造など）は、ＮｌＲ、ＶＩＳまたはＵＶ光に変化でき、より小さい粒子（図１４、右）は、Ｘ線に変化できる。これらの粒子間に結合効果も存在する。

これらのナノ粒子鎖は、用いた入射放射線のプラズモン増強（例えばＣｄＳのｘ線活性化）と次いでＰＡを活性化する放出放射線のプラズモン増強との両方をもたらすことにおいて有用である。同様のナノ粒子システムは、ナノレンズとして用いられている（非特許文献１１４）。

〈薬物送達プラットフォーム〉
〈エネルギー変調剤−ＰＡシステムのリポソーム送達〉
粒子に基づく薬物送達の分野は、現在、２つの化学的に異なるコロイド粒子、すなわちリポソームと生分解性ポリマーとに焦点を当てている。これらの送達システムはともに、活性薬物をカプセル化する。薬物は、それが、リポソームの場合には溶解または生分解性ポリマーについて記載されるように崩壊するにつれて粒子から放出される。本発明のある実施形態は、治療のためにエネルギー変調剤−ＰＡシステム（例えば金ナノシェル）のリポソーム送達を用いる。以下に例示的な実施形態を記載するが、これは、特定の脂質、ナノ粒子または記載される他の成分に限定することを意図せず、単に例示の目的である。

〈リポソームの調製〉リポソーム調製方法は、Ｈｏｌｉｇら（非特許文献１１５）から適合させる。簡単に述べると、脂質ＰＥＧ−ＤＰＰＥ、ＰＣおよびＲｈ−ＤＰＰＥを、丸底フラスコ中のクロロホルム中で混合して蒸発させ（Ｈｉｅｒｏｇｌｙｐｈ回転式蒸発器、Ｒｏｓｅ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、カナダ国アルバータ州エドモントン）、クロロホルムを排除する。乾燥皮膜を、ＰＢＳ溶液を用いて水相中に脱水する。乾燥脂質皮膜を、回転式蒸発によりＰＣ、コレステロールおよびＰＥＧ−ＤＰＰＥの混合物から調製し、次いで、ＰＢＳを用いて水相中に水和させる。混合物を、求められる浴（装置、会社）を過度に働かせることにより激しく混合し、懸濁物を、ポリカーボネートフィルターをとおして、Ｌｉｐｏｓｏｆａｓｔ装置（Ａｖｅｓｔｉｎ社、カナダ国オンタリオ州オタワ）（孔サイズ０．８μｍ）を用いて押し出す。リポソームの調製は、次のようにして行う。０．１ｍｍｏｌのＰＣを、８ｍｌのクロロホルムに分散させ、２０ｍｌのクロロホルム中の０．５ｍｏｌ ＰＥＧ−ＤＰＰＥを補う。０．３ｍｍｏｌローダミン標識ホスファチジルエタノールアミン（Ｒｈ−ＤＰＰＥ）を、次いで、リポソームに取り込ませる。有機溶媒を、次いで、回転式蒸発により３５℃にて２時間除去して、乾燥脂質皮膜が得られる。金ナノシェルを、それらをＰＢＳ水和緩衝液および逐次的に乾燥脂質皮膜に加えることにより、リポソーム内にカプセル化する。この混合物を、温度制御超音波処理器において３５℃にて３０分間、その後５分間ボルテックスすることにより乳化させる。カプセル化された金ナノシェルを、カプセル化されていない金ナノシェルから、２４００ｒ．ｐ．ｍ（１２００ｇ）にて５分間の穏やかな遠心分離により分離する。得られる多層小胞懸濁物を、ポリカーボネートフィルターを通して、Ｌｉｐｏｓｏｆａｓｔ装置（Ａｖｅｓｔｉｎ社、カナダ国オンタリオ州オタワ）（孔サイズ０．８μｍ）を用いて押し出す。水性混合物を得て、４℃にて貯蔵する。

〈金ナノ粒子の製作〉：Ｆｒｅｎｓ法（非特許文献１１６）を本発明において用いて、８〜１０ｎｍの直径の範囲の金ナノ粒子の溶液を合成できる。簡単に述べると、５．０×１０^−６ｍｏｌのＨＡｕＣｌ_４を１９ｍｌの脱イオン水に溶解して、かすかに黄色の溶液を生成する。この溶液を、回転式蒸発器で４５分間激しく撹拌しながら加熱する。１ｍＬの０．５％クエン酸ナトリウム溶液を加え、溶液をさらに３０分間撹拌する。溶液の色は、最初のかすかな黄色がかったものから、透明、灰色、紫色、そして最後にようやくメルローと同様のワインレッド色に徐々に変化した。用いたクエン酸ナトリウムは、二重の能力をもたらし、第１に還元剤として作用し、第２に、粒子に反発する表面電荷を導入し、ナノクラスターの形成を妨げる金ナノ粒子上に吸着される負のクエン酸イオンを生成する。

〈リポソームにカプセル化された金ナノシェルの調製および内在化〉：リポソームにカプセル化された金ナノシェルを、細胞内送達のために、仕切られたカバーガラス上で成長するＭＣＦ−７細胞とインキュベートする。このことは、細胞培養培地１ｍｌあたりに１０μｌのリポソームにカプセル化された金ナノシェルを加えることにより行う。これを、３０分間、湿潤（８６％ＲＨ）インキュベータ中で３７℃および５％ＣＯ_２にてインキュベートする。この細胞を、局在化研究のために用いて、ＭＣＦ−７細胞の細胞質へのローダミン−ＤＰＰＥ標識リポソームを追跡する。インキュベーションの後に、カバーガラス上で成長した細胞を、冷却ＰＢＳ中で３回洗浄し、ＰＢＳ中の３．７％ホルムアルデヒドを用いて固定する。ローダミン−ＤＰＰＥ標識リポソームによるローダミン染色を、Ｎｉｋｏｎ Ｄｉａｐｈｏｔ ３００倒立顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ社、ニューヨーク州メルヴィル）を用いて分析する。

〈薬物システムのｉｎ ｖｉｖｏでの非侵襲性切断〉
細胞に薬物システムを送達した後に、ＤＮＡと相互作用するために核内にＰＡシステム（例えばソラレン）を有する必要性が時折存在する。ＰＡがエネルギー変調剤とまだ結合している場合、これらはともに、核内に輸送されなければならない。エネルギー変調剤システムとして金ナノ粒子を用いる場合、細胞をｉｎ ｖｉｔｒｏでインキュベートするためのいくつかの方法が存在する。ｉｎ ｖｉｖｏ用途のために、赤外、マイクロ波または超音波のような非侵襲性方法を用いて放出（または切断）できる化学結合を用いて、ＰＡを金ナノ粒子と結合させることができる。結合の例は、化学結合または抗体のようなバイオ受容体による。この場合、ＰＡは、ＰＡを標的にする抗体を有するエネルギー変調剤システムと結合した抗原分子である。

エネルギー変調剤−Ａｂ−ＰＡが細胞に侵入すると、ＰＡ分子は、エネルギー変調剤Ａｂシステムから放出され得る。抗体からＰＡ分子を放出するために、化学試薬を用いて、抗原と抗体との間の結合を切断して、バイオセンサーを再生できる［Ｖｏ−Ｄｉｎｈら、１９８８］。この化学的手順は単純であるが、化学物質による細胞の変性の可能性により、細胞内部において実際的でない。以前の研究において、穏やかであるが効果的なＭＨｚ範囲の超音波が、抗原分子を抗体−エネルギー変調剤システムから放出させる能力を有することが立証されている（非特許文献１１７）。よって、代替の実施形態は、穏やかな超音波照射（非侵襲的に）を用いて、ＰＡ（抗原）をエネルギー変調剤システムの抗体から除去することである。

好ましい実施形態において、ＰＡ分子は、化学的に不安定な結合によりエネルギー変調剤と結合する（非特許文献１１８）。このアプローチの効力を改良する、見込みのある方法は、化学的に動的な合成小胞（ＳＶ，ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）を創出して、種々の生理的環境または外部刺激に対する曝露によって化学結合を切断することにより送達を可能にする。このアプローチの例は、輸送中の重要なステップであるエンドソームからの核酸の放出を改良するマスクされたエンドソーム溶解性物質（ｍａｓｋｅｄ ｅｎｄｏｓｏｍｏｌｙｔｉｃ ａｇｅｎｔｓ、ＭＥＡ）の使用である。ＭＥＡがエンドソームの酸性環境に侵入すると、ｐＨ感受性結合が破壊され、該物質のエンドソーム溶解能力が放出される。

〈標的化薬物送達としてのフェリチンおよびアポフェリチンの使用〉
エネルギー変調剤−ＰＡ薬物の送達のための別の実施形態は、フェリチンおよびアポフェリチン化合物の使用を含む。リガンド−受容体媒介送達システムにおける興味が、それらのリガンド特異的生体部位への非免疫原性で特異的な標的化特性のために、増加している。白金抗癌剤は、アポフェリチンにカプセル化されている（非特許文献１１９）。広範囲の生物における主要な鉄貯蔵分子であるフェリチンは、標的化薬物送達のための輸送手段として用いることもできる。これは、中空のタンパク質シェルであるアポフェリチンを含有し、アポフェリチンが、それ自体の重量までの水和酸化−リン酸第２鉄を微結晶ミセルとして含有できる。フェリチンの２４のサブユニットは自動的に組織化して、それぞれ８および１２ｎｍの内径および外径の中空タンパク質のケージを形成する。サブユニットの交差部分で形成される約０．４ｎｍの８つの親水性チャネルは、タンパク質シェルを貫通して、タンパク質の空洞に導く。ガドリニウム（Ｇｄ^３＋）造影剤、デスフェリオキサミンＢ、金属イオンおよび鉄塩のナノ粒子のような種々の種は、アポフェリチンのケージ中に収容できる。鉄、ニッケル、クロムおよび他の材料のような種々の金属は、アポフェリチン中に取り込まれている（非特許文献１２０、非特許文献１２１）。セレン化亜鉛ナノ粒子（ＺｎＳｅ ＮＰ）を、ケージ形タンパク質アポフェリチンの空洞中で、テトラアミン亜鉛イオンおよびセレノ尿素を採用する緩慢な化学反応システムを設計することにより合成した。ＺｎＳｅ ＮＰの化学合成は、水溶液からの空間選択的様式で実現し、ＺｎＳｅコアを、ほぼ全てのアポフェリチン空洞内で、塊をほとんど沈殿させずに形成した（非特許文献１２２）。

ウマ脾臓アポフェリチン（ＨＳＡＦ， ｈｏｒｓｅ ｓｐｌｅｅｎ ａｐｏｆｅｒｒｉｔｉｎ）により安定化される金ナノ粒子を合成するための単純な方法が、ＮａＢＨ_４または３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸（ＭＯＰＳ）を還元剤として用いて報告されている（非特許文献１２３）。亜硫酸金（Ａｕ_２Ｓ）ナノ粒子を、ケージ形タンパク質であるアポフェリチンの空洞で調製した。アポフェリチンは、７ｎｍの直径の空洞を有し、製作されたＡｕ_２Ｓナノ粒子の直径は、空洞とほぼ同じサイズであり、サイズ分布は小さかった（非特許文献１２４）。よって、好ましい実施形態において、ＰＡまたはエネルギー変調剤−ＰＡ化合物は、アポフェリチンシェル内部にカプセル化される。

増強標的化剤としてのフェリチンおよびアポフェリチンの使用
フェリチンが、いくつかの腫瘍組織により内在化でき、内在化が、膜特異的受容体と関連したことが報告された（非特許文献１２５、非特許文献１２６）。以前の研究は、フェリチン結合部位とフェリチンのエンドサイトーシスとが、新生細胞において同定されたことを示している（非特許文献１２７）。フェリチン受容体は、抗癌剤の脳への送達における使用のための可能性を有する（非特許文献１２８）。ある実施形態において、本発明は、フェリチンまたはアポフェリチンを用いて、ＰＡおよびエネルギー変調剤−ＰＡシステムをともにカプセル化し、かつ増強薬物送達およびその後の光線療法のために、腫瘍細胞を選択的に標的にする。この場合、さらなるバイオリアクターは必要ない。

図１５は、組織への送達およびカプセル化されたシステムが細胞に侵入した後の光活性薬物のその後の放出のためのカプセル化された光活性剤の使用を示す（図１５Ａ）。カプセル化されたシステムが、選択的腫瘍標的化のためのバイオ受容体を有し得ることに留意されたい（図１５Ｂ）。細胞内部にいったん入ると、カプセルのシェル（例えばリポソーム、アポフェリチンなど）は、非侵襲性励起（例えば超音波、ＲＦ、マイクロ波、ＩＲなど）を用いて破壊され（図２２Ｃ）、核に入りＤＮＡと結合できる光活性分子を放出できる（図２２Ｄ）。

〈ＰＥＰＳＴ様式を用いる非侵襲性光線療法〉
図１６は、ＰＥＰＳＴ様式の基本的な操作原理を示す。ＰＥＰＳＴ光活性薬物分子を、患者に、経口摂取、皮膚塗布または静脈内注射により与える。ＰＥＰＳＴ薬物は、体の内部の血流を通って標的腫瘍（受動的または能動的のいずれかの標的化方策により）に向かって移動する。疾患が本来的に全身性であるならば、適切な波長での光子の照射を用いて患者の皮膚を照射し、この光は、組織内部深くに透過するように選択される（例えばＮＩＲまたはＸ線）。固形腫瘍について、照射光源は、腫瘍に向けられる。その後、治療手順は、腫瘍部位内へのエネルギーの送達を用いて開始できる。１またはいくつかの光源を、前の項に記載したように用いてよい。療法のある実施形態は、集束光学によりＮｌＲレーザーを用いてＮＩＲ照射を送ることを含む。それらに限定されないが、Ｘ線、マイクロ波、電波などを含む他の照射型の集束ビームも用いることができ、用いる治療様式に依存する。

本発明の治療は、固形腫瘍中のものを含む悪性細胞のための自家ワクチン効果を誘導するために用いてもよい。迅速に分裂する細胞または幹細胞のいずれも全身治療により損傷され得る程度までに、誘起エネルギーを腫瘍に直接向けて、光活性化物質の光活性化または共鳴エネルギー移行を回避することによりほとんどの正常な健常細胞または幹細胞への損傷を防ぐことが好ましい。

〈励起子−プラズモン増強型光線療法（ＥＰＥＰ）〉
〈励起子誘導光線療法の基本原理〉
〈固体材料中の励起子〉
励起子は、固体材料の内部の「準粒子」としてしばしば定義される。半導体、分子結晶およびコンジュゲート有機材料のような固体材料において、適切な波長での光励起（例えばＸ線、ＵＶおよび可視照射など）は、電子を価電子帯から伝導帯まで励起できる。クーロン相互作用により、この新しく形成された伝導電子は、価電子帯に残された正電荷の孔に誘引される。その結果、電子と孔は一緒に、励起子とよばれる束縛状態を形成する。（この中性束縛複合体は、ボース−アインシュタイン統計に従う整数のスピンを有する粒子であるボソンとして挙動できる「準粒子」であることに留意されたい；ボソン気体の温度がある値未満に下落すると、多数のボソンは単一量子状態に「凝縮」する。これが、ボース−アインシュタイン凝縮（ＢＥＣ）である。励起子生成は、固体材料のＸ線励起に関与する。ワイドバンドギャップ材料は、シンチレーターおよびリン光の製作において紫外／可視光子へのｘ線の変換のためにしばしば採用される（非特許文献１２９）。励起子の理論は、物質研究、ならびに半導体および他の材料の製作および応用において公知である。しかし、本発明者らが知る限り、光線療法のための励起子整調性に基づく励起子の使用およびエネルギー変調剤材料の設計は、報告されていなかった。

最初の変換中に、高エネルギーＸ線光子とシンチレーター材料の格子との多段相互作用が、光電効果およびＣｏｍｐｔｏｎ散乱効果により生じる。１００ｋｅＶ光子エネルギー未満のＸ線励起のために、光電効果は主要なプロセスである。多くの励起子（すなわち電子−孔の対）が生成され、伝導帯（電子）および価電子帯（孔）に熱的に分配される。この第１のプロセスは、１ｐｓ未満のうちに生じる。その後の輸送プロセスにおいて、励起子は、欠陥での繰り返し捕獲が生じ得る材料を通して移動し、非発光性再結合などによるエネルギー損失を導く。最終段階であるルミネセンスは、ルミネセンス中心での電子−孔の対の連続的な捕獲とそれらの発光性再結合とからなる。電子−孔の対は、欠陥にて捕捉でき、再結合して、ルミネセンスを生成する。ルミネセンスドーパントも、励起子のトラップとして用いることができる。

〈励起子トラップ〉
励起子トラップは、結晶ホストマトリクス中に不純物を用いて生成できる。双極性ゲスト分子を有する不純結晶において、電子トラップ状態は、電子が不純物分子の隣に局在する場合に生じ得る。このようなトラップは、カルバゾールをドープしたアントラセンにおいて観察されている（非特許文献１３０）。これらのトラップの形成は、電荷キャリアを有する不純物の双極子モーメントの相互作用による。ドーパント（または不純物）の濃度が増加すると、スペクトルは、不純物分子のクラスター上のキャリアの捕獲により、スペクトルのさらなる構造を示す。時折、不純物およびドーパントは必要でない。電子および励起子も、乱された結晶分子の再配向された双極子モーメントとの静電的相互作用により、このような結晶における構造欠陥上に捕獲され得る（非特許文献１３１）。分子結晶において、励起子トラップとして務める構造欠陥を設計できる。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓナノ構造の開発およびナノ加工技術の使用は、材料中に新規な量子機械特性を有する工学的励起子トラップを設計できる。

〈ＥＩＰプローブの設計、製作および操作〉
図１７は、設計できるＥＩＰプローブの種々の実施形態を示す：
（Ａ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子を含むプローブ。この好ましい実施形態において、エネルギー変調剤材料は、励起子のトラップとして務める構造欠陥を有する。
（Ｂ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子を含むプローブ。この好ましい実施形態において、エネルギー変調剤材料は、励起子のトラップとして務める不純物またはドーパント分子を有する。

〈調整可能な発光を有するＥＩＰプローブ〉
プローブＢにおける実施形態は、Ｘ線励起源から対象の波長へのエネルギー変換を調整して、ＰＡ分子を励起する能力を提供する。１９７６年に、Ｄ’Ｓｉｌｖａらは、凍結ｎ−アルカン固体にドープした多核芳香族炭化水素（ＰＡＨ，ｐｏｌｙｎｕｃｌｅａｒ ａｒｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）分子がＸ線により励起され、それらのルミネセンススペクトルに特徴的な可視波長でルミネセンスを生成することを立証した（非特許文献１３２）。調整可能なＥＩＰプローブは、ソラレンを活性化するために適切な３００〜４００ｎｍの範囲のルミネセンス発光を示す高度にルミネセンスを示すＰＡＨのようなこのようなルミネセンスドーパントを含有するように設計できる。調整可能な発光を有するＥＩＰの好ましい実施形態は、ナフタレン、フェナンスレン、ピレンまたは３００〜４００ｎｍの範囲でルミネセンス（蛍光）を示す他の化合物をドープした固体マトリクス（半導体、ガラス、石英、コンジュゲートポリマーなど）を含む（非特許文献１３３）。ＥＥＣマトリクスは、好ましくは対象の光学波長（励起および発光）にて透明な半導体材料であり得る。

希土類材料のような他のドーパント種も、ドーパントとして用いることができる。図２７は、３７０〜４２０ｎｍで発光する、ＢａＦＢｒのマトリクスにドープしたユーロピウムのＸ線励起光ルミネセンス（ＸＥＯＬ，Ｘ ｒａｙ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を示す。特許文献４１（本明細書に参照により組み込まれる）は、これらおよびＸＥＯＬに適切な他のナノコンポジット材料（およびそれらを作製する方法）について記載する。

種々のＥＩＰプローブを設計できる：
（Ａ）エネルギー変調剤粒子の周囲に結合したかまたは適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子の周囲のシェルに埋め込まれたＰＡ分子を含むプローブ。この好ましい実施形態において、エネルギー変調剤材料は、励起子のトラップとして務める構造欠陥を有する。
（Ｂ）エネルギー変調剤粒子の周囲に結合したかまたは適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子の周囲のシェルに埋め込まれたＰＡ分子を含むプローブ。この好ましい実施形態において、エネルギー変調剤材料は、励起子のトラップとして務める不純物またはドーパント分子を有する。

〈励起子−プラズモン増強型光線療法（ＥＰＥＰ）の原理〉
電子状態（励起子）と光子と増強電磁場（プラズモン）と間の量子光結合を伴う進歩した光物理学的概念における興味が最近存在する。励起子とプラズモンとの間の結合を伴うこのような概念は、光線療法様式を増強するために用いることができ、励起子−プラズモン増強光型線療法（ＥＰＥＰ，ｅｘｃｉｔｏｎ−ｐｌａｓｍｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｐｈｏｔｏｔｈｅｒａｐｙ）とよばれる。

光物理学における基本的で重要な概念は、強結合状態の混合物から新しい準粒子を形成することである。このような混合状態は、いずれの元の粒子も有さない、通常でない特性を有することができる。励起子とプラズモンとの結合は、弱いかまたは強いことができる。光−物質の相互作用が摂動とみなすことができない場合、システムは、強結合領域にある。Ｂｅｌｌｅｓａらは、表面プラズモン（ＳＰ，ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ）モードと有機励起子との間の強結合が生じることを示した。用いた有機半導体は、銀の皮膜上に析出させたポリマーマトリクス中の濃縮シアニン色素である（非特許文献１３４を参照）。Ｇｏｖｏｒｏｖらは、半導体と金属ナノ粒子とからなるハイブリッド複合体における励起子の光物理学的特性について記載している。個別のナノ粒子間の相互作用は、発光の増強または抑制を生じることができる。増強された発光は、プラズモン共鳴により増幅された電場に由来し、発光の抑制は、半導体から金属ナノ粒子へのエネルギー移行の結果である（非特許文献１３５）。Ｂｏｎｄａｒｅｖらも、小さい直径（＜１ｎｍ）の半導性単層カーボンナノチューブ（ＣＮ，ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）における励起子状態と表面電磁モードとの間の相互作用についての理論を記載している（非特許文献１３６）。

Ｆｅｄｕｔｉｋらは、制御された厚さのＳｉＯ_２シェルで囲まれた湿式化学的に成長させた銀ワイヤーコアと、それに続いて高度にルミネセンスを示すＣｄＳｅナノ結晶の外側のシェルとからなる複合金属−絶縁体−半導体ナノワイヤーシステムの合成および光学的特性について報告した（非特許文献１３７）。略１５ｎｍの厚さのＳｉＯ_２スペーサーについて、彼らは、ＣｄＳｅナノ結晶の励起子発光による表面プラズモンの効率的な励起を観察した。１０ｎｍよりも十分低い小さいｄについて、発光は強く抑制され（ＰＬ消光）、このことは、減衰鏡双極子を有する双極子−双極子相互作用の予測される優越性と一致する（非特許文献１３８）。略１０μｍまでの長さのナノワイヤーについて、複合金属−絶縁体−半導体ナノワイヤー（（Ａｇ）ＳｉＯ_２）ＣｄＳｅは、ナノワイヤーの先端で効率的な光子外部結合を有する光学周波数での１Ｄ表面プラズモンのための導波路として作用し、このことは、効率的な励起子−プラズモン−光子変換および可視スペクトル範囲におけるマイクロメートル以下のスケール上での表面プラズモン導波のために見込みがある。

Ｊ−凝集体で被覆されたＡｇナノ粒子のコロイド溶液に対する実験は、強い散乱断面積と、表面プラズモンに関連する増強された場とを用いて、非常に低い励起電力を用いてＪ−凝集体励起子から誘導放出を発生させる可能性を立証した（非特許文献１３９）。表面プラズモン励起とのそれらの結合は、よって、低電力の光学デバイスを創出するための特に魅力的なアプローチをもたらす。このプロセスは、光線療法のための効率的なＸ線結合を導くことができる。さらに、プラズモン構造とのＪ−凝集体の結合は、混合プラズモン−励起子状態の創出における真の基本的な興味を表す。

〈ＥＰＥＰプローブの設計、製作および操作〉
図１８は、励起子−プラズモン結合を示す、本発明のＥＰＥＰプローブの種々の実施形態を示す：
（Ａ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子またはＰＡ分子の群を含むプローブ。エネルギー変調剤粒子は、シリカのナノシェル（または他の誘電体材料）で覆われた金属ナノ粒子と（または近傍に）結合する。シリカ層（またはナノシェル）は、Ｘ線により励起されたエネルギー変調剤粒子により発光されるルミネセンス光の消光を妨げるように設計される。金属ナノ粒子（Ａｕ、Ａｇなど）は、Ｘ線励起（これがその後、エネルギー変調剤発光の増加と、最終的に光活性化、すなわち光線療法の効率の増強を導く）を増強するプラズモンを誘導するように設計される。ナノ粒子の構造は、プラズモン効果がエネルギー変調剤発光も増強するように設計することもできる。これらのプロセスは、励起子（エネルギー変調剤材料中）と金属ナノ粒子中のプラズモンとの間の強い結合による；および
（Ｂ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子またはＰＡ分子の群を含むプローブ。エネルギー変調剤粒子は、スペーサー（リンカー）を介して金属ナノ粒子と（または近傍に）結合する。スペーサーは、Ｘ線により励起されたエネルギー変調剤粒子により発光されるルミネセンス光の消光を妨げるように設計される。

図１９は、本発明のＥＰＥＰプローブのまださらなる実施形態を示す：
（Ａ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子またはＰＡ分子の群を含むプローブ。エネルギー変調剤粒子は、シリカのナノシェル（または他の誘電体材料）で覆われ、該ナノシェルは、金属（Ａｕ、Ａｇ）の分かれたナノ構造の層（ナノアイランド、ナノロッド、ナノ立方体など）で覆われる。シリカ層（または他の誘電体材料）は、Ｘ線により励起されたＥＥＣ（エネルギー変調剤ともいう）粒子により発光されるルミネセンス光の消光を妨げるように設計される。金属ナノ構造（Ａｕ、Ａｇなど）は、Ｘ線励起（これがその後、ＥＥＣ発光の増加と、最終的に光活性化、すなわち光線療法の効率の増強を導く）を増強するプラズモンを誘導するように設計される。ナノ粒子の構造は、プラズモン効果がエネルギー変調剤発光も増強するように設計することもできる。これらのプロセスは、励起子（エネルギー変調剤材料中および金属ナノ構造中のプラズモン）間の強い結合による。
（Ｂ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）粒子中のＰＡ分子の群を含むプローブ。ＰＡ含有粒子は、金属ナノ構造（Ａｕ、Ａｇ）の層で覆われる。金属ナノ構造（Ａｕ、Ａｇなど）は、エネルギー変調剤発光を増強し、最終的に光活性化、すなわち光線療法の効率を増強するプラズモンを誘導するように設計される。
（Ｃ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子またはＰＡ分子の群を含むプローブ。エネルギー変調剤粒子は、シリカのナノシェル（または他の誘電体材料）で覆われ、該ナノシェルは、金属ナノ構造の層（Ａｕ、Ａｇ）で覆われる。シリカ層（または他の誘電体材料）は、Ｘ線により励起されたエネルギー変調剤粒子により発光されるルミネセンス光の消光を妨げるように設計される。金属ナノ構造（Ａｕ、Ａｇなど）は、Ｘ線励起（これがその後、エネルギー変調剤発光の増加と、最終的に光活性化、すなわち光線療法の効率の増強を導く）を増強するプラズモンを誘導するように設計される。さらに、ＰＡ含有粒子は、金属ナノ構造（Ａｕ、Ａｇ）の層で覆われる。金属ナノ構造（Ａｕ、Ａｇなど）は、ＥＥＣ発光を増強し、最終的に光活性化、すなわち光線療法の効率を増強するプラズモンを誘導するように設計される。

〈ハイブリッドＥＰＥＰナノ超構造〉
ＥＰＥＰプローブは、生物学的および非生物性のナノスケール構成要素で作製されたハイブリッド自己組織化超構造も含むことができ、これは、ある範囲の独特の電子、表面特性および光線療法で用いるための光スペクトル特性を有する融通のきく分子構築物を提供できる。

バイオポリマーとナノ粒子とは、超構造に統合でき、これは、独特の機能性を提供する。なぜなら、無機ナノ材料の物理的特性とポリマーの化学的柔軟性／特異性とを用いることができるからである。注目すべきは、結合励起を導く励起子とプラズモンのようなナノ材料において共通の２つの種類の励起を組み合わせる複合システムである。金属、半導体ナノ粒子（ＮＰ，ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）、ナノロッド（ＮＲ，ｎａｎｏｒｏｄ）またはナノワイヤー（ＮＷ，ｎａｎｏｗｉｒｅ）を含む基礎単位を含む分子構築物は、光線療法の分野において基本的に重要な各種の光子特性および増強相互作用を有するＥＰＥＰプローブを生成できる。いくつかのＮＷナノ構造およびＮＰの集合体のいくつかの例は、バイオセンシングにおいて報告されている。ＣｄＴｅナノワイヤー（ＮＷ）および金属ナノ粒子（ＮＰ）から作製されたナノスケール超構造は、バイオコンジュゲーション反応を介して調製される。Ｄ−ビオチンとストレプトアビジンとの対のような基本形の生体分子を、溶液中のＮＰとＮＷとを接続するために利用した。Ａｕ ＮＰが、ＣｄＴｅ ＮＷの周囲に密なシェルを形成することが見出された。超構造は、半導体と貴金属ナノコロイドとの長距離相互作用に関連する、通常でない光学的効果を立証した。ＮＷＮＰ複合体は、コンジュゲートしていないＮＷと比較して、ルミネセンス強度の５倍の増強と、発光ピークの青色シフトとを示した（非特許文献１４０）。

本発明者らの知る限り、これらの進歩した概念は、光線療法に応用されておらず、ＮＰ、ＮＲおよびＮＷからの超構造を含むＥＰＥＰプローブは、まだ、光線療法の新しい未踏の領域である。

図２０は、ＮＰ、ＮＷおよびＮＲの超構造を含む本発明のＥＰＥＰプローブの種々の実施形態を示す：
（Ａ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子またはＰＡ分子の群を含むプローブ。エネルギー変調剤粒子は、シリカ（または他の誘電体材料）のナノシェルシリンダーで覆われた金属ナノワイヤー（またはナノロッド）と（または近傍に）結合する。シリカナノシェルシリンダーは、Ｘ線により励起されたエネルギー変調剤粒子により発光されるルミネセンス光の消光を妨げるように設計される。金属ナノ粒子（Ａｕ、Ａｇなど）は、Ｘ線励起（これがその後、エネルギー変調剤発光の増加と、最終的に光活性化、すなわち光線療法の効率の増強を導く）を増強するプラズモンを誘導するように設計される。ナノ粒子の構造は、プラズモン効果および／または励起子−プラズモンカップリング（ＥＰＣ）効果がエネルギー変調剤発光も増強するように設計することもできる。これらのプロセスは、励起子（エネルギー変調剤材料中）と金属ナノ粒子中のプラズモンとの間の強い結合による；および
（Ｂ）適切な波長（例えばＸ線）での放射性励起の下で励起子を生成できるエネルギー変調剤粒子と結合した（固定できるかまたは着脱可能なリンカーにより）ＰＡ分子またはＰＡ分子の群を含むプローブ。エネルギー変調剤粒子は、スペーサー（リンカー）を介して金属ナノ粒子と（または近傍に）結合する。スペーサーは、Ｘ線により励起されたエネルギー変調剤粒子により発光されるルミネセンス光の消光を妨げるように設計される。上記の（Ａ）と同じ効果。

図２１は、ＮＰ、ＮＷおよびＮＲの超構造とバイオ受容体（抗体、ＤＮＡ、表面細胞受容体など）とを含む本発明のＥＰＥＰプローブの別の一連の実施形態を示す。腫瘍細胞を標的にするためのバイオ受容体の使用は、ＰＥＰＳＴプローブとの関係において以前に上で論じている。この実施形態において、ＰＡ分子は、ＮＷから発光される光により励起されるためにＮＷ軸に沿って付着していることに留意されたい。

図２２は、複数のＮＷと結合したＮＰの超構造を含む本発明のＥＰＥＰプローブの別の実施形態を示す。

いくつかの実施形態について、エネルギー変調剤システム中の励起子と特異的に相互作用するように設計された金属ナノ構造を加えることにより、著しい改良が存在する：
（１）励起子から光子変換へのさらなる放射性経路が導入される
（２）励起放射線（例えばＸ線）および／または発光放射線（例えばＵＶまたは可視）を増幅（プラズモン効果により）して、光活性（ＰＡ）分子を励起し、そのことによりＰＡ効率を増強するように金属ナノ構造を設計できる。

本発明のＥＰＥＰプローブ実施形態において用いることができる種々の金属ナノ構造は、ＰＥＰＳＴプローブについて図９に示すものと同じである。

〈微小共振器を有するＥＰＥＰプローブ〉
好ましい実施形態において、エネルギー変調剤システムは、マイクロメートルまたはマイクロメートル以下のサイズを有する微小共振器としても務めるように設計できる。Ｌｉｐｓｏｎらは、共振微小空洞、より具体的には、強い光−物質相互作用を生じる共振微小空洞について記載している（Ｍ．Ｌｉｐｓｏｎ、Ｌ．Ｃ．Ｋｉｍｅｒｌｉｎｇ、Ｃ．Ｌｉｏｎｅｌ、Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｉｅｓ、特許文献４２、２０００年）。共振微小空洞は、典型的には、シリコンのような基体に形成され、マイクロメートルまたは数分の１マイクロメートル程度の寸法を有する。共振微小空洞は、光活性物質（すなわちルミネセンス材料）と、光を光活性物質に制限する反射体とを含有する。制限された光は、光活性物質と相互作用して、光−物質相互作用を生じる。微小空洞中の光−物質相互作用は、強いかまたは弱いことを特徴とできる。弱い相互作用は、物質中のエネルギーレベルを変化させないが、強い相互作用は、物質中のエネルギーレベルを変化させる。強い光−物質相互作用の配置において、制限された光は、これらのエネルギーレベル移行と共振して、微小空洞の特性を変更するようにできる。

〈実験方法〉
〈ナノ粒子（Ａｇ、Ａｕ）の調製〉
ＥＰＥＰまたはＰＥＰＳＴプローブのための金属ナノ粒子を調製するための多くの方法が存在する。金および銀コロイドを調製するための手順は、電子爆発、電着、気相凝縮、電気化学法、および溶液相化学法を含む。直径２〜４０ｎｍの均質サイズの球状コロイド金集団を調製するための方法論は公知であるが（非特許文献１４１）、このサイズの粒子は、市販で入手可能である。銀粒子（均質な光学散乱特性を有する）または金粒子（サイズおよび形状の単分散性の制御が改良された）の集団を調製するための効率的な化学還元法は、銀または金の層のさらなる成長のための核形成中心としての小さい直径の均一サイズ金粒子の使用に基づく。

広く用いられているアプローチは、金塩をクエン酸塩還元して、比較的狭いサイズ分布を有する１２〜２０ｎｍのサイズの金粒子を生成することを含む。より小さい金粒子を生成するために一般的に用いられる方法は、Ｂｒｕｓｔらにより開発された（非特許文献１４２）。この方法は、アルカンチオールキャッピング剤の存在下で金塩をホウ化水素で還元して、１〜３ｎｍの粒子を生成することに基づく。ナノ粒子のサイズは、チオール濃度を変動することにより、２と５ｎｍの間で制御できる（非特許文献１４３）。ホスフィン安定化金クラスターも生成され、その後、それらの安定性を改良するためにリガンド交換によりチオールキャッピングクラスターに変換され（非特許文献１４４、非特許文献１４５）、ホスフィン安定化単分散金粒子が、Ｂｒｕｓｔ法と同様のプロトコールを用いて調製された（非特許文献１４６）。最近の概説である非特許文献１４７も参照されたい。

〈色素のナノシェルで被覆された金属のナノ粒子の製作〉
色素分子のナノシェルで被覆された金属のナノ粒子の製作を、Ｍａｓｕｈａｒａらにより記載される方法を用いて行うことができる（非特許文献１４８）。コアとしてのＡｇまたはＡｕと、シェルとしての３−カルボキシメチル−５−［２−（３−オクタデシル−２−ベンゾセレナゾリニリデン）エチリデン］ロダニン（ＭＣＳｅ）またはフタロシアニン銅（ＩＩ）（ＣｕＰｃ）とで構成されるナノ複合体を、共再沈殿法により調製する。Ａｇ−ＭＣＳｅナノ複合体の場合、ＭＣＳｅの０．５ｍＭアセトン溶液を、ＮａＢＨ_４を用いるＡｇＮＯ_３の還元により調製された１０ｍｌのＡｇナノ粒子水分散液に注入する。Ａｕ−ＭＣＳｅナノ複合体も、同様の様式で製作される。Ａｕナノ粒子の水分散液を、クエン酸ナトリウムを用いるＨＡｕＣｌ_４の還元により調製した。その後、２Ｍ ＮＨ_４ＯＨ（５０μｌ）を加え、混合物を５０℃にて熱処理した。このアミン処理は、しばしば、ＭＣＳｅのＪ−凝集体形成を刺激する。６Ａｇ−ＣｕＰｃおよびＡｕ−ＣｕＰｃナノ複合体も、同様の様式で製作した。ＣｕＰｃの１ｍＭ １−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）溶液（２００μｌ）を、ＡｇまたはＡｕナノ粒子の水分散液（１０ｍｌ）に注入した。

本発明において全般的に記載したが、本明細書に説明の目的のために示され、そうでないと記載しない限り限定することを意図しないあるいくつかの具体的な実施例を参照することにより、さらに理解することができる。

〈誘電性コアを有する金ナノシェル調製〉：
〈材料〉：酸化イットリウムナノ粒子（例えば９９．９％純度、３２〜３６ｎｍ平均直径、立方結晶構造）を、Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ａｎｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（テキサス州ヒューストン）から得た。酢酸トリアルギニン（Ｈ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−ＯＨ）を、Ｂａｃｈｅｍ（カリフォルニア州トランス）から得て、三臭化金（ＡｕＢｒ_３）を、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（マサチューセッツ州ワードヒル）から得た。ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を、ＣａｌＢｉｏＣｈｅｍ（カリフォルニア州ラホーヤ）から購入して、そのまま用いた。ＴＡＴペプチドのシステイン改変バージョン（残基４９〜５７、配列Ａｒｇ−Ｌｙｓ−Ｌｙｓ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｇｌｎ−Ａｒｇ−Ａｒｇ−Ｃｙｓ−ＣＯＮＨ_２、分子量１４４２ｇ／ｍｏｌ、以下、「ＴＡＴ」という）を、ＳｙｎＢｉｏＳｃｉ（カリフォルニア州リバモア）から得た。スクシンイミジル−［４−（ソラレン−８−イルオキシ）］ブチレート（ＳＰＢ）を、Ｐｉｅｒｃｅ（イリノイ州ロックフォード）から得て、Ｍａｒｉｎａ Ｂｌｕｅ、Ａｌｅｘａ ３５０およびＡｌｅｘａ ５４６ ＮＨＳエステルを、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ（カリフォルニア州カールズバッド）から得た。Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｙｎｅｒｇｙ濾過システム（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、マサチューセッツ州ビルリカ）を用いて精製した１８．２ＭΩ脱イオン（ＤＩ）超純水を用いて全ての溶液を作製した。

〈酸化イットリウム分散〉：チップ超音波処理を用いて、オートクレーブしたＹ_２Ｏ_３ナノ粒子を１０ｍｇ／ｍＬにて、０．２２マイクロメートルで予め濾過した１０ｍＭ トリアルギニン溶液中に分散させた。撹拌プレート上の密閉滅菌容器中で２４時間穏やかに混合して、トリアルギニンの付着とＹ_２Ｏ_３分散の改良とを可能にした後に、溶液を８２００相対遠心力（ＲＣＦ）で遠心分離して、融合した粒子と大きい凝集体とを除去した。

〈金シェル形成〉：最初のＹ_２Ｏ_３分散体からの上清を１：１（ｖ／ｖ）に、滅菌ＤＩ水に溶解し０．２２マイクロメートルで予め濾過した５．７ｍＭ ＡｕＢｒ_３で希釈し、次いで、高強度蛍光灯（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、モデル９２６）に１６時間、密閉滅菌ガラス容器中で穏やかに混合しながら曝露した。この光化学プロセスの経過中に、赤茶色のＡｕＢｒ_３溶液は、Ｙ_２Ｏ_３をトリアルギニン中に加えた直後に黄色に変わり、透明で目に見えて無色になり、次いで、ＡｕシェルがＹ_２Ｏ_３コア上に形成されるにつれて非常に濃い紫色を発した。Ｙ_２Ｏ_３コアの非存在下では、金ナノシェルによるプラズモン吸収に伴う非常に濃い紫色も、固体金ナノ粒子に伴う濃赤色も見られない。Ｙ_２Ｏ_３粒子の存在下で光よりも熱を用いると、約５３０ｎｍでの強い吸収により証明されるように、コア−シェル構造よりもまたはそれに加えて多数の固体金ナノ粒子が生成される傾向にある。

〈ＴＡＴでの粒子の官能化〉：金被覆Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子を、１６ｋ ＲＣＦにて１５分間遠心分離し、ペレットを５０％容量の滅菌ＤＩ水に、短いチップ超音波処理により再分散させた。粒子を、それぞれ１６ｋ ＲＣＦにて１５分間の２回のさらなる遠心分離によりさらに精製し、２回目の遠心分離の後に１００％容量の滅菌ＤＩ水に再分散し、滅菌ＤＩ水に溶解し、０．２２マイクロメートルで予め濾過した１００％容量の１ｍｇ／ｍＬ（０．７ｍＭ）ＴＡＴペプチドに最後に再分散した。

この溶液を、室温にて１時間激しく混合して、ｃ末端システイン残基を介する金シェルへのチオールの係留を可能にした。ＴＡＴ濃度、温度および反応時間の変動は全て、表面被覆の程度およびさらなる官能化のための可能性に影響できる。

〈色素分子でのペプチド官能化〉：ＴＡＴ官能化金被覆Ｙ_２Ｏ_３粒子を、１６ｋ ＲＣＦでの３回の遠心分離により精製し、最初の２回は滅菌ＤＩ水に再分散し、最後にｐＨ ９．０の滅菌１００ｍＭ重炭酸塩緩衝液に再分散した。各ＮＨＳエステル（ＳＰＢ、Ａｌｅｘａ ３５０、Ｍａｒｉｎａ ＢｌｕｅおよびＡｌｅｘａ ５４６）を、１０ｍｇ／ｍＬでジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に溶解し、１００マイクロリットルの所定のＮＨＳ官能化色素を、１ｍＬの分割量のＴＡＴ官能化金被覆Ｙ_２Ｏ_３に加えた。溶液を室温にて１時間、暗所で激しく混合しながら反応させて、ＴＡＴペプチドに沿った第１級アミンへの色素分子の付着を可能にした（例えばＮ末端およびリシン側鎖の付着）。

ソラレン官能化ナノ粒子を、水中の１：１容量のＤＭＳＯを用いて遠心分離により清浄化していずれの残存ＳＰＢ結晶も除去し、次いで、全ての色素官能化コア−シェルナノ粒子を、１６ｋ ＲＣＦにて１５分間の３回の遠心分離により精製した。各遠心分離ステップの後に、１００％容量の滅菌ＤＩ水に再分散した。各遠心分離ステップ中に９５＋％の非付着色素分子が除去されたと仮定して、０．０１％以下の未結合色素が最終溶液中に残ると推定される。

〈ナノ粒子特徴決定〉：透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、金被覆Ｙ_２Ｏ_３粒子の存在についてのさらなる証拠を提供する。図６Ｅは、例えば、購入したままのＹ_２Ｏ_３ナノ粒子の代表的なＴＥＭ画像を示す。粒子は非常に多分散であるが、略３５ｎｍの平均直径を示す。図１０Ｆは、上記の合成手順を用いて金シェルで被覆されたＹ_２Ｏ_３粒子の同様の画像を示す。根底にあるＹ_２Ｏ_３コアと同様に、金被覆酸化イットリウム粒子は、いくらか多分散であり、略５０ｎｍの平均直径である。

おそらく、これらのナノ粒子が実際に金被覆Ｙ_２Ｏ_３であることの最も確固とした立証は、Ｘ線回折データ（ＸＲＤ）の比較による。図６Ｇは、最初の立方晶系Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子（下のトレース）および最終の金被覆コア−シェル粒子（上のトレース）についてのディフラクトグラムを示す。下のトレースにおける２θ＝２９、３３．７、４８．５および５７．５度での強いピークは、立方晶系Ｙ_２Ｏ_３を示す。上のトレースにおける最も著しい特徴は、２θ＝３８．２および４４．４度での２つの金関連ピークである。さらに、２θ＝２９、３３．７、４８．５および５７．５度での４つの最強の立方晶系Ｙ_２Ｏ_３ピークも、金ナノシェルからのベースラインのディフラクトグラム上に目に見えて重ね合わせられる。２θ＝２９度でのＹ_２Ｏ_３ピークが広がっている理由は明確でないが、金−Ｙ_２Ｏ_３相互作用、または代わりに大きいＹ_２Ｏ_３粒子および凝集体を除去するために用いた８２００ＲＣＦの遠心分離中の小さいＹ_２Ｏ_３粒子の優先的サイズ選択の結果による可能性がある。

〈金コロイドナノ粒子〉：
〈ａ．金ナノ粒子の合成〉
Ｆｒｅｎｓ法（非特許文献９６、その全体の内容が本明細書に参照により組み込まれる）を用いて、金ナノ粒子を合成できる。このプロセスにおいて、５．０×１０^６ｍｏｌのＨＡｕＣｌ_４を１９ｍＬの脱イオン水に溶解した。得られた溶液は、かすかに黄色であった。溶液を、回転式蒸発器で４５分間激しく撹拌しながら加熱した。１ｍＬの０．５％クエン酸ナトリウムを加え、溶液をさらに３０分間撹拌した。クエン酸ナトリウムの添加は、複数の目的を有する。まず、クエン酸塩は還元剤として作用する。次に、金ナノ粒子上に吸着するクエン酸イオンは、電荷反発により粒子を安定化する表面電荷を誘導し、よってナノクラスター形成を妨げる。

〈ｂ．１５ｎｍの直径を有する金ナノ粒子の合成〉
９０ｍＬのＤＩ水中の２ｍＬの１％塩化金を、８０℃に１５分間加熱し、次いで、１０ｍｌのＤＩ水中の８０ｍｇクエン酸ナトリウムを加えた。溶液を沸騰させ、３０分間激しく撹拌した。図１０Ｈは、クエン酸塩還元を用いて調製した約１５ｎｍの金ナノ粒子の写真を示す。

〈ｃ．３０ｎｍの金ナノ粒子の合成〉
１００ｍＬ丸底フラスコ中の２ｍＬの１％ＨＡｕＣｌ_４溶液を、２０ｍｇのクエン酸ナトリウムと混合し、次いで、沸騰させ、３０分間激しく撹拌した。図１０Ｉは、クエン酸塩還元技術を用いて調製した３０ｎｍ金ナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。

〈ｄ．６０ｎｍ金ナノ粒子の合成〉
１００ｍＬの水中の２ｍＬの１％ＨＡｕＣｌ_４を、１０ｍｇのクエン酸ナトリウムと混合した。溶液を沸騰させ、３０分間激しく撹拌した。図１０Ｊは、クエン酸塩還元技術を用いて調製した６０ｎｍ金ナノ粒子のＴＥＭ写真を示す。

〈ｅ．還元剤としてのヒドラジン一水和物の使用〉：
１００マイクロリットル（０．１ｍＬ）の１２ミリモル塩化金溶液を、８０ｍｌのＨ_２Ｏでビーカーにおいて希釈した。金溶液の最初のｐＨは、３．６７であった。溶液の温度を８０℃まで３０分間増加させ、この点で０．３ｍＬヒドラジン一水和物を金溶液に加えた。溶液のｐＨは、７．６４にシフトした。経時的に、金溶液は非常に淡いピンク色に変化した。図１０Ｋは、ヒドラジン一水和物還元技術を用いて調製した約３０ｎｍの金ナノ粒子のＴＥＭ写真を示す。

〈コロイド銀ナノ粒子〉：
〈還元剤としてのクエン酸ナトリウムの使用〉：この方法において、５０ｍＬの１０^−３Ｍ ＡｇＮＯ_３水溶液を沸騰するまで加熱した。次いで、１ｍＬの１％クエン酸三ナトリウム（Ｃ_６Ｈ_５Ｏ_７Ｎａ_３）を溶液に加え、溶液を１時間沸騰したままにし、その後冷却した。得られたコロイド混合物は、濃い灰色を示した。

〈還元剤としての塩酸ヒドロキシルアミンの使用〉：
コロイド溶液を、０．０１７ｇ硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）を９０ｍＬの水に溶解することにより形成した。２１ｍｇの塩酸ヒドロキシルアミン（ＮＨ_２ＯＨ・ＨＣｌ）を、５ｍＬの水に溶解し、４．５ｍｌの０．１Ｍ水酸化ナトリウムを加えた。この混合物を、ＡｇＮＯ_３溶液に加えた。非常に迅速に（例えば数秒間だけで）、灰色−茶色の溶液が出現した。

〈還元剤としての水素化ホウ素ナトリウムの使用〉：
１０ｍＬの１０^−３Ｍ ＡｇＮＯ_３および３０ｍＬの１０^−３Ｍ ＮａＢＨ_４を含有する水溶液を、氷冷却条件下で混合した。ＡｇＮＯ_３溶液を、激しく撹拌しながらＮａＢＨ_４溶液に滴下した。得られた混合物を１時間熟成させた後に、得られた混合物を再び１０分間撹拌した。

〈金属／誘電体多層コア−シェルナノ粒子〉：
〈Ａｇで被覆されたＡｕナノ粒子またはＡｕで被覆されたＡｇナノ粒子〉：
金被覆銀ナノ粒子および銀被覆金ナノ粒子のようなコア−シェルナノ粒子は、界面活性剤としてＣＴＡＢを、そして還元剤としてアスコルビン酸を用いて水性媒体において合成されている。コアナノ粒子（すなわちＡｕまたはＡｇ）は、上記の手順を用いて調製し、次いで、２次、３次などのシェルで被覆した。

例えば、球状金ナノ粒子（略１５ｎｍ）を、ＨＡｕＣｌ_４をクエン酸ナトリウムの存在下で沸騰させることにより調製した。金を銀の層で被覆するために、１ｍＬの０．１Ｍアスコルビン酸溶液、０．５ｍＬの１０ｍＭ ＡｇＮＯ_３溶液および０．５ｍＬの予め形成したＡｕコロイドを、２０ｍＬの５０ｍＭ ＣＴＡＢ溶液に逐次的に加えた。その後、０．１ｍＬの１．０Ｍ ＮａＯＨを滴下し、このことにより速い色の変化が導かれた（赤色から黄色）。図６Ｍは、Ａｇで被覆されたＡｕナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。

同様の手順を用いて、Ａｕで被覆されたＡｇナノ粒子を調製した。

〈Ａｕ＠Ａｇ＠Ａｕ＠Ａｇ多重シェルナノ粒子〉：
Ａｕ＠Ａｇ＠Ａｕ＠Ａｇのような多重シェルナノ粒子を、界面活性剤としてＣＴＡＢを、そして還元剤としてアスコルビン酸およびＮａＯＨを用いて調製した。球状金ナノ粒子（略１５ｎｍ）を、ＨＡｕＣｌ_４をクエン酸ナトリウムの存在下で沸騰させることにより調製した。金のコアを銀の層で被覆するために、２０ｍＬの５０ｍＭ ＣＴＡＢ、１ｍＬの０．１Ｍアスコルビン酸、０．５ｍＬの１０ｍＭ ＡｇＮＯ_３および０．５ｍＬのＡｕコロイドを、逐次的に混合した。その後に、０．１ｍＬの１．０Ｍ ＮａＯＨを滴下様式で加え、このことにより赤色から黄色への速い色の変化が導かれた。

次いで、水中の２０ｍＬのＡｇ被覆Ａｕコロイドを、１ｍＬのアスコルビン酸溶液と混合することにより、別の金の層を被覆した。得られた混合物を、次いで、０．０５ｍＬの０．１０Ｍ ＨＡｕＣｌ_４に滴下様式で加えた。溶液の色は、この段階で濃い青色に変化した。その後に、外側の銀のシェルを、予め形成したＡｕ＠Ａｇ＠Ａｕナノ粒子上に、２０ｍＬのコロイドを０．５ｍＬの１０ｍＭ ＡｇＮＯ_３と混合し、その後に０．２ｍＬの１．０Ｍ ＮａＯＨを滴下することにより形成した。溶液は、次いで、オレンジ色への色の変化を示した。図１０Ｎは、Ａｕ＠Ａｇ＠Ａｕ＠Ａｇ多重シェルナノ粒子のＴＥＭ画像を示す。

上記のコア−シェルナノ粒子溶液は全て、溶液で安定であった。

〈Ｙ_２Ｏ_３を用いる多層コア−シェル構造の化学合成〉
Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子上に複数のシェルを析出させるために、Ｙ_２Ｏ_３ナノ粒子を、金シェルについて上で論じたものと同様の手順においてＵＶ光還元によりＡｇで最初に被覆した。本発明において、金シェルの付加のためにいくつかのアプローチを利用できる。これらは、１）クエン酸ナトリウムプロセス、２）水素化ホウ素ナトリウム還元、３）ヒドラジン一水和物還元、４）ヒドロキシルアミンおよびＮａＯＨを含有する溶液、ならびに５）ＣＴＡＢ、アスコルビン酸およびＮａＯＨの混合物を含む。

〈還元剤としてのクエン酸ナトリウムの使用〉：
典型的な実験において、０．１〜１ｍＬのＡｇで被覆されたＹ_２Ｏ_３（略５０ｎｍ）、１〜３ｍＬの２．５×１０^−３Ｍ ＨＡｕＣｌ_４および５０ｍＬの蒸留水を１００ｍｌ丸底フラスコ中で用いた。この溶液を、一定に撹拌しながら沸騰させ、３ｍＬの１ｗｔ％クエン酸ナトリウムを加えた。得られたコロイド溶液の色は、黒色になり、およそｐＨ６．５のｐＨになった。溶液をさらに１５分間撹拌し、放置した。

〈還元剤としての水素化ホウ素ナトリウムの使用〉：
典型的な実験において、０．１〜１ｍＬのＡｇで被覆されたＹ_２Ｏ_３（略５０ｎｍ）、１〜３ｍＬの２．５×１０^−３Ｍ ＨＡｕＣｌ_４および５０ｍＬの蒸留水を１００ｍｌ丸底フラスコ中で用いた。一定に撹拌しながらこの溶液を沸騰させた後に、０．１〜１ｍＬの０．１Ｍ ＮａＢＨ_４溶液を加えた。得られたコロイド溶液は、黒色になり、数分以内に凝集した。

〈ＰＤＴ薬物ＡＬＡでのアポトーシスの測定のためのプローブ〉
ＰＥＰＳＴプローブの有効性を評価するために用いることができるナノセンサーを用いる方法が開発されている。従来の方法（ナノセンサーを必要としない）を用いることができるが、我々は、以前に開発されたナノセンサー法について記載する（非特許文献１４９）。この方法は、光活性薬物により誘導されるアポトーシスにより活性化されたカスパーゼを測定することを含む。この実験において、我々は、２組の細胞ＩおよびＩＩを測定する。Ｉ組は、薬物ＡＬＡで処理し、ＩＩ組は、前の項に記載されるＰＥＰＳＴプローブにコンジュゲートした薬物ＡＬＡで処理する。結果（検出されるカスパーゼの量）を比較することにより、ＡＬＡ単独と比較したＰＥＰＳＴ−ＡＬＡ薬物の効力を評価できる。

アポトーシスの伝統的なモデルにおいて、カスパーゼは、それらの機能およびそれらの活性化の順序によってイニシエーターカスパーゼとエフェクターカスパーゼとに分けられる。イニシエーターカスパーゼは、カスパーゼ−８、−９を含むが、エフェクターカスパーゼは、カスパーゼ−３、−６および−７を含む。カスパーゼの活性化は、アポトーシスの最も早期のバイオマーカーの１つであり、このことにより、カスパーゼは、アポトーシスを測定するための早期の理想的な標的になる。アポトーシスまたはプログラムされた細胞死は、特定の形態学的および生化学的特徴により特徴付けられる細胞死の形態である。これらの実験において得られた結果を用いて、アポトーシスを誘導する光線療法薬物（例えばＰＤＴ薬物）の有効性を評価できる。カスパーゼは、アポトーシスの誘導において中心的な役割を有するので、テトラペプチドに基づく光学的ナノセンサーを用いて、よく特徴決定されたヒト乳癌株化細胞であるＭＣＦ−７において、光線力学療法（ＰＤＴ）剤であるδ−アミノレブリン酸（ＡＬＡ）に対する応答におけるそれらの役割を決定した。ＭＣＦ−７細胞を光増感剤ＡＬＡに曝露して、ＡＬＡ−ＰＤＴ誘導アポトーシスを、カスパーゼ−９およびカスパーゼ−７の活性を監視することにより調べた。カスパーゼ−９およびカスパーゼ−７のプロテアーゼ活性を、単一生存ＭＣＦ−７細胞において、光学的ナノセンサーのナノチップに共有的に固定化された既知のカスパーゼ−９およびカスパーゼ−７基質であるそれぞれロイシン−アスパラギン酸−ヒスチジン−グルタミン酸７−アミノ−４−メチルクマリン（ＬＥＨＤ−ＡＭＣ）およびアスパラギン酸−グルタミン酸−バリン−アスパラギン酸７−アミノ−４−メチルクマリン（ＤＥＶＤ−ＡＭＣ）を用いて評価した。アポトーシスの誘導により、活性化された標的カスパーゼは、テトラペプチド配列を認識し、それを特異的に切断する。カスパーゼによる基質の認識の直後に、切断反応が起こり、蛍光ＡＭＣを生じ、これがヘリウム−カドミウム（ＨｅＣｄ）レーザーにより励起されて、測定可能な蛍光シグナルを生じることができる。活性化されたカスパーゼを有する細胞内のＡＭＣから発生する蛍光シグナルを、不活性カスパーゼを有するものから発生する蛍光シグナルと比較することにより、我々は、単一生存ＭＣＦ−７細胞内でカスパーゼ活性をうまく検出できる。

化学物質および試薬
δ−アミノレブリン酸（ＡＬＡ）、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ_３）、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＯＰＳ）、１，１’−カルボニルジイミダゾール（ＣＤＩ）および無水アセトニトリルは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（ミズーリ州セントルイス）から購入した。カスパーゼ−９基質であるＬＥＨＤ−７−アミノ−４−メチルクマリン（ＡＭＣ）、カスパーゼ−７基質であるＤＥＶＤ−７−アミノ−４−メチルクマリン（ＡＭＣ）、２×反応緩衝液、ジチオトレイトール（ＤＴＴ）およびジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）は、ＢＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（カリフォルニア州パロアルト）から購入した。

株化細胞
ヒト乳癌株化細胞であるＭＣＦ−７は、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ（米国メリーランド州ロックビル、Ｃａｔ−ｎｏ．ＨＴＢ２２）から得た。ＭＣＦ−７細胞は、１ｍＭ Ｌ−グルタミン（Ｇｉｂｃｏ、ニューヨーク州グランドアイランド）および１０％胎児ウシ血清（Ｇｉｂｃｏ、ニューヨーク州グランドアイランド）を補ったダルベッコ改変イーグル培地（ＤＭＥＭ）（Ｍｅｄｉａｔｅｃｈ社、バージニア州ハーンドン）で成長させた。細胞培養は、標準的なＴ２５組織培養フラスコ（Ｃｏｒｎｉｎｇ、ニューヨーク州コーニング）中の成長培地（上記）で確立した。フラスコを、湿潤インキュベータ中で３７℃、５％ＣＯ_２および８６％湿度にてインキュベートした。細胞の成長を、顕微鏡観察により毎日、６０〜７０％の集密の状態が達成されるまで監視した。成長条件は、細胞が、ＡＬＡでの光増感剤処理中に対数増殖期になるが、集密単層が化学物質曝露の終結により形成されるほど集密に近くないように選択した。実験の準備において、細胞をＴ２５フラスコから採集し、０．１ｍｌ（１０^５細胞／ｍｌ）の分割量を６０ｍｍ組織培養皿（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｓｔａｒ社、ニューヨーク州コーニング）に、１晩の付着のために播種した。ＭＣＦ−７細胞を、４つの別々の群として研究し、第１群である群Ｉは、０．５ｍＭ ＡＬＡに３時間曝露した後に光活性化する実験であった（［＋］ＡＬＡ［＋］ＰＤＴ）。これは、細胞を３７℃にて５％ＣＯ_２において３時間、０．５ｍＭ ＡＬＡとともにインキュベートすることを含んだ。インキュベーションの後に、ＭＣＦ−７細胞を、細胞の約５．０ｃｍ上方に配置したＨｅＮｅレーザー（λ６３２．８ｎｍ、＜１５ｍＷ、Ｍｅｌｌｅｓ Ｇｒｉｏｔ、カリフォルニア州カールズバッド）からの赤色光に５分間、５．０ｍＪ／ｃｍ^２のフルエンスで曝露してＡＬＡを光活性化し、その後、アポトーシスを誘導した。第２および第３群である群ＩＩおよびＩＩＩはそれぞれ、「処理対照」を務め、それぞれ、光活性化なしで０．５ｍＭ ＡＬＡに３時間曝露した（［＋］ＡＬＡ［−］ＰＤＴ）か、０．５ｍＭ ＡＬＡなしで光活性化した（［−］ＡＬＡ［＋］ＰＤＴ］）。第４群である群ＩＶは、「未処理対照」であり、ＡＬＡも光活性化も受けなかった（［−］ＡＬＡ［−］ＰＤＴ）。

酵素基質に基づく光学的ナノセンサーの調製
概説すると、このプロセスは、６００μｍサイズのコアを有するプラスチッククラッドシリカ（ＰＣＳ）ファイバー（Ｆｉｂｅｒｇｕｉｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、ニュージャージー州スターリング）を切断して研磨することを含む。ファイバーを、５０ｎｍの最終先端直径まで引っ張り、次いで、略１００ｎｍの銀の金属（純度９９．９９９％）を、熱蒸着システム（Ｃｏｏｋｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、コネチカット州サウスノーウォーク）で被覆して、１５０ｎｍの最終直径を達成した。フューズドシリカナノチップを酸清浄化（ＨＮＯ_３）し、その後、蒸留水で数回すすいだ。最後に、光ナノファイバーを室温にて、塵埃のない環境で風乾させた。ナノチップを、次いで、シラン化し、蒸留水中の有機カップリング剤である１０％グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＯＰＳ）で処理した。シラン化剤は、ナノチップのシリカ表面と共有結合して、ヒドロキシル基を、有機架橋剤である１，１，カルボニルジイミダゾール（ＣＤＩ）に適合する末端に改変した。イミダゾール末端基を導入する活性化のためにＣＤＩを用いることは、特に魅力があった。なぜなら、固定化されるタンパク質を、化学改変なしで用いることができたからである。この手順を用いて結合したタンパク質は、タンパク質を付着させるために吸着を用いる手順とは反対に、イムノアッセイ手順における洗浄またはその後の操作中に確実に固定化されたままであった。カスパーゼ−９活性を測定するためのシラン化活性化ナノチップを、ＤＭＳＯ、２×反応緩衝液、ＰＢＳおよびＬＥＨＤ−ＡＭＣを含有する溶液に浸漬して、３７℃にて３時間インキュベートし、カスパーゼ−７活性を測定するためのものを、ＤＭＳＯ、２×反応緩衝液、ＰＢＳおよびＤＥＶＤ−ＡＭＣを含有する溶液に浸漬して、３７℃にて３時間インキュベートした。

測定システムおよび手順
本研究において用いた実験設定の模式図は、以前の研究に記載される（非特許文献１４９）。構成要素は、励起のためのＨｅＣｄレーザー（Ｏｍｎｉｃｈｒｏｍｅ、＜５ｍＷレーザー電力）、光学的ナノセンサーへの励起光の送達のための光ファイバー、Ｎｉｋｏｎ Ｄｉａｐｈｏｔ ３００倒立蛍光顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ社、ニューヨーク州メルヴィル）、光子計数光電子増倍管（ＰＭＴ，ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ）、ならびにデータ取得および加工のためのＰＣを含んだ。単一細胞をプローブするために用いたこの実験設定は、標準的な顕微操作およびマイクロインジェクション装置からこの目的のために適合させた。Ｎｉｋｏｎ Ｄｉａｐｈｏｔ ３００倒立蛍光顕微鏡は、これらの実験中に顕微鏡の戴物台上で細胞培養物を３７℃に維持するためのＤｉａｐｈｏｔ ３００／Ｄｉａｐｈｏｔ ２００インキュベータを備えた。顕微操作の設備は、粗動のためのＭＮ−２（Ｎａｒｉｓｈｉｇｅ社、日本国東京）Ｎａｒｉｓｈｉｇｅ ３次元マニピュレータと、微調整のためのＮａｒｉｓｈｉｇｅ ＭＭＷ−２３ ３次元液圧式マイクロマニピュレータとからなった。光学的ナノセンサーを、マイクロピペットホルダ（Ｗｏｒｌｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社、フロリダ州サラソータ）上に載せた。ＨｅＣｄレーザーの３２５ｎｍレーザー線は、サブミニチュアＡ（ＳＭＡ）コネクタを末端に有する６００μｍ送達ファイバー上に集束させた。酵素基質に基づく光学的ナノセンサーを、ＳＭＡコネクタを通して送達ファイバーに連結し、マイクロマニピュレータを有するＮｉｋｏｎ倒立蛍光顕微鏡に固定した。ナノチップにてＡＭＣ分子が発生する蛍光を記録するために、Ｈａｍａｍａｔｓｕ ＰＭＴ検出器アセンブリー（ＨＣ１２５−２）を、Ｄｉａｐｈｏｔ ３００顕微鏡のフロントポートに載せた。単一生存細胞を用いて行った測定からのＡＭＣが発光する蛍光は、顕微鏡対物レンズにより収集して、３３０〜３８０ｎｍフィルターセットを通過させ、次いで、検出のためにＰＭＴ上に集束させた。ＰＭＴからの出力を、データ処理および加工のためのパーソナルコンピューター（ＰＣ）に接続されるユニバーサルカウンタを用いて記録した。

カスパーゼ活性のｉｎ ｖｉｔｒｏ決定
以下の処理群： 群（Ｉ）−［＋］ＡＬＡ［＋］ＰＤＴ、群ＩＩ−［＋］ＡＬＡ［−］ＰＤＴ、群ＩＩＩ−［−］ＡＬＡ［＋］ＰＤＴおよび群ＩＶ−［−］ＡＬＡ［−］ＰＤＴを用いてインキュベーションした後に、ＭＣＦ−７細胞をＰＢＳ溶液、ｐＨ７．４で洗浄し、次いで、溶解緩衝液（１００ｍＭ ＨＥＰＥＳ、ｐＨ７．４、１０％スクロース、０．１％ ３−［（３−コラミドプロピル）−ジメチルアンモニオ］−１−プロパンスルホネート（ＣＨＡＰＳ）、１ｍＭ ＥＤＴＡ、１０ｍＭジチオトレイトール（ＤＴＴ）、１ｍＭフッ化フェニルメチルスルホニル（ＰＭＳＦ）、１０ｍｇ／ｍｌペプスタチン、１０ｍｇ／ｍｌロイペプチン）に再懸濁し、氷上に４５分間放置した。細胞を、次いで、２５ゲージ針の注射器に、ほとんどの細胞膜が破壊されるまで繰り返して通過させ、１５００ＲＰＭで１０分間遠心分離した。カスパーゼの活性は、蛍光発生基質ペプチドであるカスパーゼ−９についてＬＥＨＤ−ＡＭＣおよびカスパーゼ−７についてＤＥＶＤ−ＡＭＣを用いて測定した。ＡＭＣの放出は、種々の処理群からの細胞可溶化液を含有するピコフュージ（ｐｉｃｏｆｕｇｅ）チューブ中で光学的ナノセンサーをインキュベートし、ＨｅＣｄレーザー（励起３２５ｎｍ）を用いてＡＭＣを励起した後に測定した。カスパーゼ活性は、それぞれ等ナノモルのＬＥＨＤ−ＡＭＣおよびＤＥＶＤ−ＡＭＣの関数としてのＡＭＣの蛍光強度として表した。

カスパーゼ−９およびカスパーゼ−７活性のｉｎ ｖｉｔｒｏ測定の結果をプロットした。ＡＭＣのそれぞれの蛍光測定についての曲線を、それぞれについて、ＡＭＣ濃度の関数としてプロットした。カスパーゼ−９活性を、光学的ナノセンサーを基質ＬＥＨＤ−７−アミノ−４−メチルクマリン（ＡＭＣ）と、以下の処理群：文献において以前に記載した群Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶから得られた細胞可溶化液（略１０^５細胞）中でインキュベーションすることにより決定した。ＡＭＣの放出は、ＨｅＣｄレーザー（３２５ｎｍ）を用いて励起し、蛍光シグナルを、３８０ｎｍロングパスフィルターを用いて収集した後に測定した。ＡＭＣのピーク発光波長は、約４４０ｎｍである。同様に、カスパーゼ−７活性を、以下の処理群Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶから得られた細胞可溶化液（略１０^５細胞）中でのインキュベーションにより決定した。ＡＭＣの放出は、ＨｅＣｄレーザー（３２５ｎｍ）を用いて励起し、蛍光シグナルを、３８０ｎｍロングパスフィルターを用いて収集した後に測定した。

この実験において、我々は、２組の細胞ＩおよびＩＩを測定した：（１）組Ｉは、薬物ＡＬＡで処理し、（２）組ＩＩは、前の項に記載するＰＥＰＳＴプローブとコンジュゲートした薬物ＡＬＡにより処理する。結果（検出されるカスパーゼの量）を比較することにより、ＡＬＡ単独と比較したＰＥＰＳＴ−ＡＬＡ薬物の効率を評価できる。

明らかに、本発明のさらなる改変および変動が、上記の教示に鑑みて可能である。よって、添付の特許請求の範囲内において、本明細書に具体的に記載されるものとは別の様式で本発明を実施できることを理解されたい。

Claims (392)

1. 生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法であって、
   ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、該ナノ粒子が、第１の波長λ_１に曝露されると、該第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
   前記ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、光を前記標的構造付近または前記標的構造内に放射するように構成されるステップと、
   開始エネルギー源から、前記第１の波長λ_１を含む開始エネルギーを前記対象に適用するステップであって、前記第２の波長λ_２を含む放射光が、前記標的構造と直接的または間接的に接触し、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発するステップと
   を含み、
   前記所定の変化が、前記標的構造を改変し、該標的構造の生物学的活性を調節する方法。
2. 前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に堆積させた金属構造体を含み、
   前記金属構造体の物理的特徴が、該金属構造体における表面プラズモン共鳴が、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ナノ粒子が、誘電性コアを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記誘電性コアが、２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の直径を有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記ナノ粒子が、誘電性コアを含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記金属構造体が、前記誘電性コアの少なくとも一部を覆う球形シェルまたは楕円形シェルのうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記金属構造体が、球形シェル、偏円形シェル、三日月形シェルおよび多層シェルからなる群から選択されるシェルのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
8. 前記金属構造体が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも１つの元素、およびそれらの合金または層を含む、請求項２に記載の方法。
9. 前記ナノ粒子が、前記波長λ_２を発生するように構成された誘電体もしくは半導体、またはそれぞれがλ_２のために異なる波長で放射するように構成された、複数の誘電体もしくは半導体のうちの少なくとも１つを有する、請求項２に記載の方法。
10. 前記金属構造体が、前記誘電体または半導体の少なくとも一部を覆う球形シェルおよび楕円形シェルのうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記ナノ粒子が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＮａＹｂＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、ＮａドープＹｂＦ_３、ＳｉＯ_２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、およびそれらの合金または層を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記ナノ粒子が、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｕ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｇｄ、他の希土類種からなる群から選択される少なくとも１つの元素、およびそれらの組合せを含むドーパントを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記ドーパントが、０．０１％〜５０モル％の量で存在する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記開始エネルギーが、前記対象に完全に浸透することができる、請求項１に記載の方法。
15. 前記ナノ粒子が、前記標的構造付近に、照射条件下で光子が該標的構造により、有限の確率で吸収されるのに十分な局所濃度で提供される、請求項１に記載の方法。
16. 前記適用するステップが、前記開始エネルギーを、（ｉ）前記対象の外部にある開始エネルギー源、または（ｉｉ）前記対象および／もしくは前記標的構造の内部に置かれるかもしくは送達される、対象の内部にある開始エネルギー源から適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記適用するステップが、前記開始エネルギーを、可視光、赤外照射、マイクロ波および電波からなる群から選択される少なくとも１つのエネルギーを放射する供給源から適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記開始エネルギーが、１つまたは複数の代謝過程により励起された少なくとも１つの細胞が放射するエネルギーであり、前記適用するステップが、細胞間のエネルギー移行を介して実施される、請求項１に記載の方法。
19. 前記開始エネルギーが、少なくとも１つの細胞が放射するエネルギーであり、前記適用するステップが、細胞間のエネルギー移行を介して実施される、請求項１に記載の方法。
20. 前記開始エネルギーが、１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの波長の範囲である、請求項１８に記載の方法。
21. 前記開始エネルギーが、１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの波長の範囲である、請求項１９に記載の方法。
22. 前記所定の変化が、前記標的構造の活性を増強する、請求項１に記載の方法。
23. 増強された活性が、標的からのエネルギーの放射であり、該エネルギーが、前記対象の他の標的構造または第２の標的構造の生物学的活性を媒介、開始または増強する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記金属構造体が、ナノ粒子の少なくとも一部分を被包する金属シェルを含む、請求項２に記載の方法。
25. 前記金属構造体が、少なくとも１つの金属を含む導電性材料、ドープガラス、およびドープ半導体からなる群から選択される少なくとも１つの構造体を含む、請求項２に記載の方法。
26. 前記導電性材料が、少なくとも１つの元素の金属、元素金属の合金、または導電性材料の層を含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記ナノ粒子が、誘電体、ガラス、半導体、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
28. 前記ナノ粒子が、１０００ｎｍを下回る誘電体粒子を含み、
    前記誘電体粒子が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＮａＹｂＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、ＮａドープＹｂＦ_３、ＳｉＯ_２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、およびそれらの合金または層を含む、請求項１に記載の方法。
29. 前記誘電体粒子が、２〜１０００ｎｍ、２〜１００ｎｍ、２〜５０ｎｍ、２〜２０ｎｍまたは２〜１０ｎｍのうちの少なくとも１つの範囲の直径を有する、請求項２８に記載の方法。
30. 前記ナノ粒子が、１０００ｎｍを下回る誘電体粒子を含み、
    前記誘電体粒子が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＮａＹｂＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、ＮａドープＹｂＦ_３、ＳｉＯ_２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、およびそれらの合金または層を含み、
    前記誘電体粒子が、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｕ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｇｄもしくは他の希土類種、またはそれらの組合せを含むドーパントを含み、
    前記ドーパントが、モルに関して０．０１％〜５０％の濃度を有し、
    前記金属構造体が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも１つの元素、およびそれらの合金または層を含む、請求項２に記載の方法。
31. 前記誘電体粒子が、ＮＩＲ光と相互作用すると、紫外放射または可視放射のうちの少なくとも１つを示すように構成される、請求項２８に記載の方法。
32. 前記ナノ粒子が、２つ以上の誘電体材料の合金、２つ以上のガラスの合金、または２つ以上の半導体の合金を含む、請求項１に記載の方法。
33. 前記金属構造体が、
    金属シェル中に前記ナノ粒子の少なくとも一部分を被包する金属シェルであって、金属シェルの導電性、半径寸法、結晶状態もしくは形状により、前記金属構造体における前記表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１もしくは前記第２の波長λ_２のいずれかとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するように設定される金属シェル、
    前記ナノ粒子に隣接させて配置した金属の粒子、球体、回転楕円体、桿状体、立方体、三角形、角錐、円柱形、三日月形、四面体形状、星形、もしくはそれらの組合せのうちの少なくとも１つであって、金属の粒子もしくは桿状体の導電性、寸法もしくは結晶状態により、金属の粒子もしくは桿状体における前記表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１もしくは前記第２の波長λ_２のいずれかとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するように設定される該少なくとも１つ、および
    前記ナノ粒子の内側に配置した金属の粒子、球体、回転楕円体、桿状体、立方体、三角形、角錐、円柱形、三日月形、四面体形状、星形、もしくはそれらの組合せのうちの少なくとも１つであって、金属の粒子もしくは桿状体の導電性もしくは寸法により、金属の粒子もしくは桿状体における前記表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１もしくは前記第２の波長λ_２のいずれかとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するように設定される前記少なくとも１つ
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
34. 前記金属構造体が、
    金属シェル中に前記ナノ粒子の少なくとも一部分を被包する金属シェルであって、金属シェルの導電性、半径寸法、結晶状態もしくは形状により、前記金属構造体における前記表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２の両方とのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するように設定される金属シェル、
    前記ナノ粒子に隣接させて配置した金属の粒子、球体、回転楕円体、桿状体、立方体、三角形、角錐、円柱形、三日月形、四面体形状、星形、もしくはそれらの組合せのうちの少なくとも１つであって、金属の粒子もしくは桿状体の導電性、寸法、結晶状態により、金属の粒子もしくは桿状体における前記表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２の両方とのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するように設定される該少なくとも１つ、および
    前記ナノ粒子の内側に配置した金属粒子の球体、回転楕円体、桿状体、立方体、三角形、角錐、円柱形、三日月形、四面体形状、星形、もしくはそれらの組合せのうちの少なくとも１つであって、金属の粒子もしくは桿状体の導電性もしくは寸法により、金属の粒子もしくは桿状体における前記表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２の両方とのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するように設定される該少なくとも１つ
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
35. 前記ナノ粒子が、２つ以上の材料の合金を含み、該合金が、これら２つ以上の材料の間で、第１の波長λ_１における合金の励起が第２の波長λ_２における放射を発生させる組成値に設定される組成を有する、請求項１に記載の方法。
36. 前記合金が、
    硫化亜鉛とセレン化亜鉛との合金、および
    硫化亜鉛と硫化カドミウムとの合金
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の方法。
37. 前記合金が、
    硫化亜鉛濃度６５〜７５％を有する硫化亜鉛とセレン化亜鉛との合金、および
    硫化亜鉛濃度６５〜７５％を有する硫化亜鉛と硫化カドミウムとのナノ粒子合金
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項３６に記載の方法。
38. 前記合金が、３６５ｎｍにおいて前記第２の波長λ_２の放射を示す、請求項３５に記載の方法。
39. 前記合金が、６７％の硫化亜鉛濃度を有する硫化亜鉛とセレン化亜鉛との合金を含む、請求項３８に記載の方法。
40. 前記合金が、６７％の硫化亜鉛濃度を有する硫化亜鉛と硫化カドミウムとのナノ粒子合金を含む、請求項３８に記載の方法。
41. 前記金属構造体が、２つ以上の金属の合金を含む、請求項２に記載の方法。
42. 前記合金が、該２つ以上の金属の間で、金属合金構造における前記表面プラズモン共鳴のスペクトルが前記第２の波長λ_２とオーバーラップする組成値に設定された組成を有する、請求項４１に記載の方法。
43. 前記金属構造体が、Ａｕ：Ａｇの合金、Ｐｔ：Ａｇの合金またはＰｔ：Ａｕの合金のうちの少なくとも１つを含む、請求項４１に記載の方法。
44. 前記金属構造体が、３６５ｎｍにおいて表面プラズモン共鳴が生じるように設定された合金含有量を有する、請求項４１に記載の方法。
45. Ａｕ：Ａｇの合金が、銀濃度範囲６５〜７５％を有する、請求項４４に記載の方法。
46. 前記銀濃度が６７％である、請求項４５に記載の方法。
47. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１の吸収のためのエネルギー状態および前記第２の波長λ_２の放射のための再結合状態を有する誘電体材料を含む、請求項２に記載の方法。
48. 前記金属構造体が、前記吸収または前記放射のうちの少なくとも１つを増強するように構成されたプラズモンシェルを含む、請求項４７に記載の方法。
49. 表面プラズモン共鳴がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、放射が可視周波数バンドにおいて生じる、請求項４８に記載の方法。
50. 表面プラズモン共鳴がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、放射が紫外周波数バンドにおいて生じる、請求項４８に記載の方法。
51. 吸収がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、表面プラズモン共鳴が可視周波数バンドまたはＮＩＲ周波数バンドにおいて生じる、請求項４８に記載の方法。
52. 吸収バンドがＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、表面プラズモン共鳴が紫外周波数バンドまたはＮＩＲ周波数バンドにおいて生じる、請求項４８に記載の方法。
53. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると、紫外放射を示すように構成される、請求項１に記載の方法。
54. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると、赤外放射、可視放射および紫外放射のうちの少なくとも１つを示すように構成される、請求項１に記載の方法。
55. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると可視放射を示す第１の群、および前記第１の波長λ_１と相互作用すると紫外放射を示す第２の群のうちの少なくとも１つを含む複数のナノ粒子を含む、請求項５４に記載の方法。
56. 前記第１の群が、前記対象および／または標的構造の第１の群の位置を示す画像光を発生させるための診断群を含み、第２の群が、光刺激反応を発生させる反応刺激群を含む、請求項５５に記載の方法。
57. 前記ナノ粒子が、照射の前記第１の波長λ_１から、前記第２の波長λ_２のアップコンバートされた光を発生させるアップコンバージョン能力を有し、前記方法が、ダウンコンバートされた光を発生させるダウンコンバージョン能力を有するＸ線ダウンコンバータ粒子を投与し、Ｘ線を対象に適用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
58. ダウンコンバートされた光が、紫外周波数バンドにおけるＸ線刺激型放射を含み、
    アップコンバートされた光が、可視周波数バンドまたは近赤外周波数バンドまたは赤外周波数バンドにおける放射光を含む、請求項５７に記載の方法。
59. ダウンコンバートされた光が、紫外周波数バンドにおけるＸ線刺激型放射を含み、
    アップコンバートされた光が、紫外周波数バンドまたは可視周波数バンドにおける放射光を含む、請求項５７に記載の方法。
60. ダウンコンバートされた光またはアップコンバートされた紫外光もしくは可視光のうちのいずれか１つが、前記対象に適用された活性化可能な医薬品の近傍で生成し、活性化可能な医薬品が、紫外光または可視光により活性化される、請求項５９に記載の方法。
61. 前記Ｘ線ダウンコンバータ粒子が、Ｙ_２Ｏ_３； ＺｎＳ； ＺｎＳｅ； ＭｇＳ； ＣａＳ； Ｍｎ，ＥｒＺｎＳｅ； Ｍｎ，ＥｒＭｇＳ； Ｍｎ，ＥｒＣａＳ； Ｍｎ，ＥｒＺｎＳ； Ｍｎ，ＹｂＺｎＳｅ； Ｍｎ，ＹｂＭｇＳ； Ｍｎ，ＹｂＣａＳ； Ｍｎ，ＹｂＺｎＳ：Ｔｂ^３＋，Ｅｒ^３＋； ＺｎＳ：Ｔｂ^３＋； Ｙ_２Ｏ_３：Ｔｂ^３＋； Ｙ_２Ｏ_３：Ｔｂ^３＋，Ｅｒ^３＋； ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋； ＺｎＳ：Ｍｎ，Ｅｒ^３＋，ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、Ａｇの組成を含むアルカリ鉛ケイ酸塩；からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、ならびにそれらの組合せまたは合金または層を含む、請求項５７に記載の方法。
62. 化学的部分により前記ナノ粒子に連結されている受容部をさらに含む請求項１に記載の方法。
63. 前記化学的部分の長さが、連結されていない受容部と比較して、前記第２の波長λ_２の受容部との反応性を増加させるように選択される、請求項６２に記載の方法。
64. 前記受容部が、活性化可能な医薬品を含む、請求項６２に記載の方法。
65. 前記活性化可能な医薬品が、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、デグ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、ならびに平面状の分子立体構造を有するそれらの誘導体、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ラキノン、ならびにポルフィセン、ルビリン、ロサリン、ヘキサフィリン、サフィリン、クロロフィル、クロリン、フタロシアニン、ポルフィラジン、バクテリオクロロフィル、フェオフィチン、テキサフィリン大環状物質に基づいた成分およびそれらの金属錯体化誘導体からなる群から選択される薬剤のうちの少なくとも１つを含む光活性化可能な薬剤である、請求項６４に記載の方法。
66. 前記受容部が、レーザー色素、蛍光体、発光体またはリン光体のうちの少なくとも１つを含む、請求項６２に記載の方法。
67. 前記受容部が、少なくとも１つのレーザー色素を含み、該少なくとも１つのレーザー色素が、ｐ−テルフェニル、スルホローダミンＢ、ｐ−クオターフェニル、ローダミン１０１、カルボスチリル１２４、クレシルバイオレット過塩素酸塩、ｐｏｐｏｐ、ヨウ化ＤＯＤＣ、クマリン１２０、スルホローダミン１０１、クマリン２、オキサジン４過塩素酸塩、クマリン３３９、ＰＣＭ、クマリン１、オキサジン１７０過塩素酸塩、クマリン１３８、ナイルブルーＡ過塩素酸塩、クマリン１０６、オキサジン１過塩素酸塩、クマリン１０２、ピリジン１、クマリン３１４Ｔ、スチリル７、クマリン３３８、ヨウ化ＨＩＤＣ、クマリン１５１、ヨウ化ＰＴＰＣ、クマリン４、クリプトシアニン、クマリン３１４、ヨウ化ＤＯＴＣ、クマリン３０、ヨウ化ＨＩＴＣ、クマリン５００、ＨＩＴＣ過塩素酸塩、クマリン３０７、ヨウ化ＰＴＴＣ、クマリン３３４、ＤＴＴＣ過塩素酸塩、クマリン７、ＩＲ−１４４、クマリン３４３、ＨＤＩＴＣ過塩素酸塩、クマリン３３７、ＩＲ−ＮＯ、クマリン６、ＩＲ−１３２、クマリン１５２、ＩＲ−１２５、クマリン１５３、ボロン−ジピロメテン、ＨＰＴＳ、フルオレセイン、ローダミン１１０、２，７−ジクロロフルオレセイン、ローダミン６５、およびローダミン１９過塩素酸塩、ローダミンｂ、ならびにそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤を含む、請求項６６に記載の方法。
68. 前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に連結されているバイオ受容体をさらに含み、該バイオ受容体が、抗体プローブ、ＤＮＡプローブ、糖類プローブ、ペプチドプローブおよび酵素プローブからなる群から選択される少なくとも１つのプローブである、請求項１に記載の方法。
69. 前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に連結されている二次的な薬剤をさらに含み、該二次的な薬剤が、二次的な放射体、細胞傷害剤、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）薬、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）薬、放射線造影剤および光線力学的療法（ＰＤＴ）薬からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤である、請求項１に記載の方法。
70. 前記開始エネルギー源が、前記第１の波長λ_１のために、７８５ｎｍ、８０８ｎｍ、８３０ｎｍ、８５２ｎｍ、９１５ｎｍ、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍからなる群から選択される少なくとも１つの周波数を発生する赤外供給源である、請求項１に記載の方法。
71. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１を紫外光に変換する、請求項１に記載の方法。
72. 前記ナノ粒子が、７８５ｎｍ、８０８ｎｍ、８３０ｎｍ、８５２ｎｍ、９１５ｎｍ、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１０ｎｍおよび／または１５５０ｎｍの前記第１の波長λ_１を、可視光に変換する、請求項７０に記載の方法。
73. 前記活性化可能な医薬品が、腫瘍の中または付近に配置される、請求項６０に記載の方法。
74. レーザーダイオードからの光が、前記対象を通って腫瘍内に伝達される、請求項７０に記載の方法。
75. 前記対象に挿入された光ファイバーさらに含み、レーザーダイオードからの光が、該光ファイバーを通って腫瘍に伝達される、請求項７３に記載の方法。
76. 前記ナノ粒子、金属シェルまたは受容部のうちの少なくとも１つの同定のために、該ナノ粒子、金属シェル、または該ナノ粒子および／もしくは金属シェルのうちの１つに結合している受容部のうちの少なくとも１つからのラマン散乱光を検出するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
77. 前記第１の波長λ_１が、７００〜１１００ナノメートルの範囲である、請求項１に記載の方法。
78. 前記第１の波長λ_１が、１３００〜１５５０ｎｍの範囲である、請求項１に記載の方法。
79. 前記ナノ粒子が、前記金属構造体の外側に配置され、
    前記金属構造体が、金属シェルを含み、
    前記ナノ粒子と前記金属シェルとの間の分離距離または前記金属シェルのシェルの厚さのうちの少なくとも１つにより、前記金属構造体における表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１もしく前記期第２の波長λ_２のうちのいずれかとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数または前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２の両方とのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するように設定される、請求項２に記載の方法。
80. Ｙ_２Ｏ_３； ＺｎＳ； ＺｎＳｅ； ＭｇＳ； ＣａＳ； Ｍｎ，ＥｒＺｎＳｅ； Ｍｎ，ＥｒＭｇＳ； Ｍｎ，ＥｒＣａＳ； Ｍｎ，ＥｒＺｎＳ； Ｍｎ，ＹｂＺｎＳｅ； Ｍｎ，ＹｂＭｇＳ； Ｍｎ，ＹｂＣａＳ； Ｍｎ，ＹｂＺｎＳ：Ｔｂ^３＋，Ｅｒ^３＋； ＺｎＳ：Ｔｂ^３＋； Ｙ_２Ｏ_３：Ｔｂ^３＋； Ｙ_２Ｏ_３：Ｔｂ^３＋，Ｅｒ^３＋； ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋； ＺｎＳ：Ｍｎ，Ｅｒ^３＋，ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、Ａｇの組成を含むアルカリ鉛ケイ酸塩；からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、ならびにそれらの組合せまたは合金または層を含む少なくとも１つのダウンコンバータナノ粒子をさらに含む、請求項１に記載の方法。
81. 前記開始エネルギーが、前記対象に直接的または間接的に適用される、請求項１に記載の方法。
82. 前記開始エネルギーが、単一の供給源から適用される、請求項１に記載の方法。
83. 前記開始エネルギーが、２つ以上の供給源から適用される、請求項１に記載の方法。
84. 前記開始エネルギーが、エネルギー調節剤および／または光活性剤があってもまたはなくても、前記標的構造に所定の変化を誘発することができるプラズモニクスおよび／または励起子カップリング増強型光生成を発生させる、請求項２に記載の方法。
85. 少なくとも１つのエネルギー調節剤を前記対象に投与するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
86. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、開始エネルギーを、前記第１の波長λ_１の範囲のエネルギーに変換し、該第１の波長λ_１の範囲のエネルギーは、前記ナノ粒子に、前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを放射させ、該第２の波長λ_２の範囲のエネルギーは、前記標的構造に所定の変化を誘発することができる、請求項８５に記載の方法。
87. 前記エネルギー調節剤が、前記標的構造の周囲、上または中に特異的に位置する、請求項８６に記載の方法。
88. 前記エネルギー調節剤が、開始電磁エネルギーを、前記第１の波長λ_１の範囲の光子エネルギーまたは別の電磁エネルギーに転換し、該第１の波長λ_１の範囲のエネルギーは、前記ナノ粒子に、前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを放射させ、該第２の波長λ_２の範囲のエネルギーは、前記標的構造に所定の変化を誘発する、請求項８６に記載の方法。
89. 前記エネルギー調節剤が、開始エネルギーをダウンコンバートする、請求項８６に記載の方法。
90. 前記エネルギー調節剤が、開始エネルギーをアップコンバートする、請求項８６に記載の方法。
91. 前記所定の変化により、前記標的構造の破壊、溶解または不活性化が生じる、請求項１に記載の方法。
92. 前記所定の変化により、前記標的構造の破壊および不活性化が生じない、請求項１に記載の方法。
93. 前記所定の変化が、前記標的構造の活性を増強する、請求項１に記載の方法。
94. 前記標的構造が、真核細胞である、請求項１に記載の方法。
95. 前記標的構造が、原核細胞である、請求項１に記載の方法。
96. 前記標的構造が、細胞内構造である、請求項１に記載の方法。
97. 前記細胞内構造が、細胞膜、核膜、細胞核、核酸、ミトコンドリア、リボソーム、または他の細胞オルガネラもしくは成分である、請求項９６に記載の方法。
98. 前記標的構造が、細胞外構造である、請求項１に記載の方法。
99. 前記標的構造が、ウイルスまたはプリオンである、請求項１に記載の方法。
100. 前記所定の変化により、前記対象において、状態、疾患または障害の治療が生じる、請求項１に記載の方法。
101. 前記状態、疾患または障害が、癌である、請求項１００に記載の方法。
102. 前記状態、疾患または障害が、軟部組織および／または軟骨において発生する、請求項１００に記載の方法。
103. 前記状態、疾患または障害が、骨組織において発生する、請求項１００に記載の方法。
104. 前記状態、疾患または障害が、慢性疼痛である、請求項１００に記載の方法。
105. 前記状態、疾患または障害が、少なくとも１つの自己免疫疾患である、請求項１００に記載の方法。
106. 前記所定の変化が、創傷治癒を含む、請求項１に記載の方法。
107. 前記所定の変化が、組織の成長、神経の再生、または感覚の再生／修復の増強を含む、請求項１に記載の方法。
108. 前記状態、疾患または障害が、プリオン感染、ウイルス感染、細菌感染、真菌感染または寄生虫感染である、請求項１００に記載の方法。
109. 前記所定の変化が、脂肪沈着の低下または除去（脂肪吸引）を含む、請求項１に記載の方法。
110. 前記状態、疾患または障害が、静脈瘤である、請求項１００に記載の方法。
111. 前記状態、疾患または障害が、前立腺腫大、結腸癌、乳癌または肺癌である、請求項１００に記載の方法。
112. 前記状態、疾患または障害が、網膜損傷または眼疾患である、請求項１００に記載の方法。
113. 前記状態、疾患または障害が、パーキンソン病である、請求項１００に記載の方法。
114. 前記状態、疾患または障害が、行動障害、知覚障害および／または認知障害である、請求項１００に記載の方法。
115. 前記状態、疾患または障害が、異常な細胞増殖により媒介され、前記所定の変化が、異常な細胞増殖を寛解させる、請求項１００に記載の方法。
116. 前記異常な細胞の増殖が、前記状態、障害または疾患を有さない対象からの細胞の増殖よりも高い、請求項１１５に記載の方法。
117. 前記異常な細胞の増殖が、前記状態、障害または疾患を有さない対象からの細胞の増殖よりも低い、請求項１１５に記載の方法。
118. 前記状態、疾患または障害が、異常な細胞増殖により顕著には媒介されず、前記所定の変化が、細胞増殖に実質的に影響を及ぼさない、請求項１００に記載の方法。
119. 前記所定の変化が、神経（脳）画像法、および光を用いる脳の細胞活性の刺激または直接的な制御を含む、請求項１に記載の方法。
120. 前記所定の変化が、細胞死（アポトーシス）の調節を含む、請求項１に記載の方法。
121. 前記所定の変化が、細胞の成長および分裂を調節することを含む、請求項１に記載の方法。
122. 前記所定の変化が、細胞内における、細胞内成分の活性、分量または数の調節を含む、請求項１に記載の方法。
123. 前記所定の変化が、細胞が産生した、細胞が排泄した、または細胞と関連がある細胞外成分の活性、分量または数の調節を含む、請求項１に記載の方法。
124. 前記開始エネルギーが、前記ナノ粒子によりアップコンバートされ、前記標的構造と接触する前に少なくとも調節剤によりさらに変換される、請求項８５に記載の方法。
125. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、生体適合性蛍光金属ナノ粒子、蛍光金属酸化物ナノ粒子、蛍光色素分子、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金被覆銀ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子、および強力なルミネセンスを示すランタニドキレートからなる群から選択される１つまたは複数のメンバーである、請求項８５に記載の方法。
126. 前記開始エネルギーが、前記対象においてｉｎ−ｓｉｔｕで発生する、請求項１に記載の方法。
127. 前記開始エネルギーが、前記対象においてｉｎ−ｓｉｔｕで発生する、請求項８５に記載の方法。
128. 熱発生エネルギー源を前記標的構造に適用して、前記標的構造中に熱を発生させ、前記所定の変化の誘発を増強するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
129. 前記熱発生エネルギー源と前記開始エネルギー源とが同じである、請求項１２８に記載の方法。
130. 前記熱発生エネルギー源と前記開始エネルギー源とが相互に異なる、請求項１２８に記載の方法。
131. 開始エネルギー源を前記対象に投与するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
132. 前記開始エネルギー源が、化学エネルギー源である、請求項１３１に記載の方法。
133. 前記化学エネルギー源が、リン光化合物、化学ルミネセンス化合物、生物ルミネセンス化合物および発光酵素からなる群から選択されるメンバーである、請求項１３２に記載の方法。
134. プラズモニクス活性剤を適用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
135. 前記プラズモニクス活性剤のナノ構造金属表面付近で発生する電磁場の増強が、１０^６〜１０^１５倍である、請求項１３４に記載の方法。
136. 前記プラズモニクス活性剤が、
     ａ）少なくとも１つの金属ナノ粒子、
     ｂ）少なくとも１つの活性化可能な医薬品、および
     ｃ）場合により、少なくとも１つのエネルギー調節剤
     を含む、プラズモニクス増強光スペクトル療法（ＰＥＰＳＴ）のプローブである、請求項１３４に記載の方法。
137. 前記ａ）〜前記ｃ）のうちの少なくとも２つが、相互にカップリングしている、請求項１３６に記載の方法。
138. 前記プラズモニクス活性剤が、前記ａ）および前記ｂ）を含む、請求項１３６に記載の方法。
139. 前記プラズモニクス活性剤が、前記ａ）、前記ｂ）および前記ｃ）を含む、請求項１３６に記載の方法。
140. 前記少なくとも１つの金属ナノ粒子が、リンカーを介して、少なくとも１つのエネルギー調節剤に結合している、請求項１３６に記載の方法。
141. 前記エネルギー調節剤が、金属、量子ドット、半導体材料、シンチレーションおよびリン光体材料、Ｘ線励起光ルミネセンス（ＸＥＯＬ）を示す材料、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、シンチレーター、リン光体材料、および励起子特性を示す材料からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１３６に記載の方法。
142. 前記プラズモニクス活性剤が、多重プラズモニクス共鳴モードを有するＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３４に記載の方法。
143. 前記プラズモニクス活性剤が、プラズモニクス活性を示す金属ナノ構造を含むＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３４に記載の方法。
144. 前記金属ナノ構造が、ナノ球体、ナノ桿状体、ナノ立方体、ナノ角錐、ナノシェル、ナノシェル円柱、ナノシェル、多層ナノシェルからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１４３に記載の方法。
145. 前記プラズモニクス活性剤が、異なるプラズモニクス活性化形態のために、複数の構造を含むＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３４に記載の方法。
146. 前記形態が、ＮＩＲおよびＸ線からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１４５に記載の方法。
147. 前記プラズモニクス活性剤が、活性化可能な医薬品とカップリングしているか、または活性化可能な医薬品とカップリングしているエネルギー調節剤とカップリングしている少なくとも１つの金属ナノ系を含むＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３４に記載の方法。
148. 前記ナノ系が、活性化可能な医薬品またはエネルギー調節剤に、生化学的結合、ＤＮＡ結合および抗原−抗体間結合からなる群から選択される結合により結合している、請求項１４７に記載の方法。
149. 前記結合が、光に不安定な結合である、請求項１４７に記載の方法。
150. 前記活性化可能な医薬品が、細胞内部のナノ系から、光子放射または超音波により放出される、請求項１４７に記載の方法。
151. 前記プラズモニクス活性剤が、金属ナノ粒子、金属ナノキャップで覆われている誘電性ナノ粒子コア、誘電性回転楕円体コアを覆う球形の金属ナノシェル、誘電性回転楕円体コアを覆う偏円形の金属ナノシェル、誘電性ナノシェルで覆われている金属ナノ粒子コア、保護被覆層を有する金属ナノシェル、誘電性回転楕円体コアを覆う多層金属ナノシェル、多重ナノ粒子構造、金属ナノ立方体、およびナノ三角形／ナノプリズムからなる群から選択される少なくとも１つの金属ナノ構造と、金属シリンダーとを含むＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３４に記載の方法。
152. 前記プラズモニクス活性剤が、活性化可能な医薬品を含む誘電体材料の層により覆われている金属ナノ粒子と、活性化可能な医薬品に結合しているエネルギー調節剤との組合せを含むＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３４に記載の方法。
153. 前記プラズモニクス活性剤が、プラズモニクス光スペクトル特性、生体適合性、薬物ペイロードの送達の改善、および金属ナノ粒子の受動的ターゲティングを示すＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３４に記載の方法。
154. 前記プラズモニクス活性剤が、対象に適用されたＸ線エネルギーを増強または改変して、エネルギー調節剤を励起し、該励起されたエネルギー調節剤が、増強または改変されたＸ線エネルギーを変換する、請求項１３６に記載の方法。
155. 前記プラズモニクス活性剤が、同じまたは異なるサイズを有し、相互にカップリングしている金属粒子の鎖を含むＰＥＰＳＴプローブであり、該金属粒子の鎖が、二重または多重のプラズモニクス共鳴モード示す、請求項１３６に記載の方法。
156. 前記粒子の鎖が、開始エネルギーおよび／または調節剤が放射したエネルギーのプラズモニクス増強をもたらすために使用される、請求項１５５に記載の方法。
157. 前記活性化可能な医薬品が、標的に送達され、前記プラズモニクス活性剤から、光子放射または超音波により放出され、該プラズモニクス活性剤が、ＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３６に記載の方法。
158. 前記活性化可能な医薬品が、細胞に送達され、前記プラズモニクス活性剤とカップリングしているエネルギー調節剤から、光子放射または超音波により放出され、該プラズモニクス活性剤が、ＰＥＰＳＴプローブである、請求項１３６に記載の方法。
159. 前記活性化可能な医薬品が、活性化可能な医薬品とカップリングしている抗体または抗原の系を含むプラズモニクス活性剤から放出される、請求項１５７に記載の方法。
160. 前記プラズモニクス活性剤が、ＰＥＰＳＴプローブであり、該ＰＥＰＳＴプローブの構成成分を、コンジュゲート、有機および無機の化合物に結合している金属、ならびに生体分子を使用して結合させる、請求項１３４に記載の方法。
161. 前記プラズモニクス活性剤が、励起エネルギーコンバータ（ＥＥＣ）材料に結合しているプラズモン活性を示す金属ナノ粒子を含み、該ＥＣＣ材料は、活性化可能な医薬品に結合しており、励起子誘発型光線療法（ＥＩＰ）のプローブのためのＥＥＣ材料が、励起子特性に基づいて最適化される、請求項１３４に記載の方法。
162. 前記プラズモニクス活性剤が、励起エネルギーコンバータ（ＥＥＣ）材料を含み、前記方法が、特定の励起子特性を示す特定の材料を使用して、励起子誘発型光線療法（ＥＩＰ）のプローブ中のＥＥＣ材料の放射を、活性化可能な医薬品を励起することができる波長に整調し、該ＥＥＣ材料が、放射励起下で励起子を発生させることができる、請求項１３４に記載の方法。
163. 前記ＥＥＣ材料が調節剤であり、該ＥＥＣ材料が、リンカーを介して、活性化可能な医薬品に結合している、請求項１６２に記載の方法。
164. 前記ＥＥＣ材料が調節剤であり、活性化可能な医薬品が、該ＥＥＣ材料の周囲のシェル中に包埋される、請求項１６２に記載の方法。
165. 前記ＥＥＣ材料が、励起のためのトラップとして働く構造的欠損を有する、請求項１６２に記載の方法。
166. 前記ＥＥＣ材料が、励起のためのトラップとして働く不純物またはドーパント分子を含む、請求項１６２に記載の方法。
167. 前記開始エネルギーが、前記ＥＥＣ材料によりＵＶまたは可視の光子に変換されるＸ線である、請求項１６２に記載の方法。
168. 前記プラズモニクス活性剤が、少なくとも１つのプラズモニクス活性を示す金属ナノ構造、少なくとも１つの励起子発生エネルギー調節剤材料、および少なくとも１つの活性化可能な医薬品を含む、励起子−プラズモン増強型光線療法（ＥＰＥＰ）プローブであり、前記金属ナノ構造および前記材料が、励起子−プラズモンカップリング（ＥＰＣ）を発生させる、請求項１３４に記載の方法。
169. 前記プラズモニクス活性を示す金属ナノ構造と前記励起子発生エネルギー調節剤材料とが、スペーサーを介してカップリングしている、請求項１６８に記載の方法。
170. 前記励起子発生エネルギー調節剤材料が、リンカーを介して、前記活性化可能な医薬品とカップリングしている、請求項１６８または１６９に記載の方法。
171. 前記活性化可能な医薬品と前記プラズモニクス活性を示す金属ナノ構造とが、リンカーを介してカップリングしている、請求項１６８または１６９に記載の方法。
172. 前記ＥＰＥＰプローブが、バイオ受容体を含む、請求項１６８に記載の方法。
173. 前記バイオ受容体が、プラズモニクス活性を示す金属ナノ構造に、または誘電体材料により作製されたナノシェルもしくはナノシェル円柱で覆われているプラズモニクス活性を示す金属ナノ構造に結合している、請求項１７２に記載の方法。
174. 前記プラズモニクス活性を示す金属ナノ構造が、誘電体材料により作製されたナノシェルで覆われている、請求項１６８または１６９に記載の方法。
175. 前記ＥＰＥＰプローブが、同じであってもまたは異なっていてもよいスペーサーがあってもまたはなくても、励起子発生エネルギー調節剤材料とカップリングしている複数の金属ナノワイヤーを含み、該励起子発生エネルギー調節剤材料が、リンカーを介して、前記活性化可能な医薬品に結合している、請求項１６８に記載の方法。
176. 前記励起子発生エネルギー調節剤材料が、微小共鳴器である、請求項１６８に記載の方法。
177. 前記励起子発生エネルギー調節剤材料が、金属、量子ドット、半導体材料、シンチレーションおよびリン光体材料、Ｘ線励起光ルミネセンス（ＸＥＯＬ）を示す材料、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、シンチレーター、リン光体材料、および励起子特性を示す材料からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１６８に記載の方法。
178. 前記ＥＰＥＰプローブが、異なるプラズモニクス活性化形態のために、複数の構造を含む、請求項１６８に記載の方法。
179. 前記形態が、ＮＩＲおよびＸ線からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１７８に記載の方法。
180. 前記ＥＰＥＰプローブが、金属ナノ粒子、金属ナノキャップで覆われている誘電性ナノ粒子コア、誘電性回転楕円体コアを覆う球形の金属ナノシェル、誘電性回転楕円体コアを覆う偏円形の金属ナノシェル、誘電性ナノシェルで覆われている金属ナノ粒子コア、保護被覆層を有する金属ナノシェル、誘電性回転楕円体コアを覆う多層金属ナノシェル、多重ナノ粒子構造、金属ナノ立方体、およびナノ三角形／ナノプリズムからなる群から選択される少なくとも１つの金属ナノ構造と、金属シリンダーとを含む、請求項１６８に記載の方法。
181. 前記ＥＰＥＰプローブが、金属ナノ粒子と、活性化可能な医薬品に結合しているエネルギー調節剤との組合せを含み、該金属ナノ粒子が、活性化可能な医薬品を含む誘電体材料の層により覆われている、請求項１６８に記載の方法。
182. 前記ＥＰＥＰプローブが、Ｘ線により照射された励起子発生エネルギー調節剤材料が放射したＸＥＯＬ光を増強する、請求項１７２に記載の方法。
183. 前記ＥＰＥＰプローブが、プラズモニクス光スペクトル特性、生体適合性、薬物ペイロードの送達の改善、および金属ナノ粒子の受動的ターゲティングを示す、請求項１６８に記載の方法。
184. 少なくとも１つの生体分子が、前記金属ナノ構造上に固定化される、請求項１６８に記載の方法。
185. 少なくとも１つの生体分子が、活性化可能な医薬品、エネルギー調節剤、薬物、タンパク質、酵素、抗体、糖類、ペプチドおよび核酸からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１６８に記載の方法。
186. （ａ）励起子発生エネルギー調節剤、（ｂ）活性化可能な医薬品または（ｃ）励起子発生エネルギー調節剤と、活性化可能な医薬品とが、プラズモニクス活性を示す金属ナノ構造を含む層で覆われている、請求項１６８に記載の方法。
187. 前記ＥＰＥＰプローブが、同じまたは異なるサイズを有し、相互にカップリングしている金属粒子の鎖を含み、金属粒子の鎖が、二重または多重のプラズモニクス共鳴モードを示す、請求項１６８に記載の方法。
188. 前記粒子の鎖が、前記開始エネルギーおよび／または励起子発生エネルギー調節剤材料が放射したエネルギーのプラズモニクス増強をもたらすために使用される、請求項１８７に記載の方法。
189. 生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法であって、
     ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、該ナノ粒子が、第１の波長λ_１に曝露されると、前記第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
     前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に堆積させた金属構造体を含み、
     前記金属構造体の物理的特徴が、該金属構造体における表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
     前記ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、エネルギーを放射するように構成されるステップと、
     活性化された場合に、場合により、（ｂ）少なくとも１つのエネルギー調節剤の存在下で、（ａ）前記標的構造に所定の変化もたらすことができる少なくとも１つの活性化可能な医薬品を対象に投与するステップであって、
     少なくとも１つのエネルギー調節剤が存在する場合には、
     （ｉ）前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、開始エネルギーを、第１の波長λ_１の範囲の再放射されるエネルギーに変換し、該第１の波長λ_１の範囲のエネルギーは、前記ナノ粒子に前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを放射させ、該第２の波長λ_２の範囲のエネルギーは、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品をｉｎ ｓｉｔｕで活性化することができ、かつ／または
     （ｉｉ）前記ナノ粒子が、開始エネルギーをアップコンバートして、第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを発生させ、該エネルギーは、前記少なくとも１つのエネルギー調節剤により変換され、該エネルギー調節剤が再放射したエネルギーは、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができるステップと、
     開始エネルギー源から、前記第１の波長λ_１を含む開始エネルギーを前記対象に適用するステップであって、
     前記第２の波長λ_２を含むナノ粒子が放射したエネルギーが、前記活性化可能な医薬品をｉｎ ｓｉｔｕで直接的または間接的に活性化するステップと
     を含み、
     前記標的構造に対する所定の変化を発生させ、該所定の変化が、前記標的構造を改変し、該標的構造の生物学的活性を調節する方法。
190. 前記（ｂ）少なくとも１つのエネルギー調節剤を対象に投与するステップをさらに含む、請求項１８９に記載の方法。
191. 前記（ａ）と前記（ｂ）とが、相互にカップリングしている、請求項１９０に記載の方法。
192. 前記（ａ）と前記ナノ粒子とが、相互にカップリングしている、請求項１９０に記載の方法。
193. 前記（ａ）、前記（ｂ）および前記ナノ粒子が、相互にカップリングしている、請求項１９０に記載の方法。
194. 前記所定の変化により、前記対象において、状態、障害または疾患の治療が生じる、請求項１８９に記載の方法。
195. 前記状態、障害または疾患が、異常な細胞増殖により媒介され、前記所定の変化が、異常な細胞増殖を寛解させる、請求項１９４に記載の方法。
196. 前記異常な細胞の増殖が、前記状態、障害または疾患を有さない対象からの細胞の増殖より高い、請求項１９５に記載の方法。
197. 前記異常な細胞の増殖が、前記状態、障害または疾患を有さない対象からの細胞の増殖より低い、請求項１９５に記載の方法。
198. 前記状態、障害または疾患が、異常な細胞増殖により顕著には媒介されず、前記所定の変化が、細胞増殖に実質的に影響を及ぼさない、請求項１９４に記載の方法。
199. 前記開始エネルギーが、電磁エネルギー、音響エネルギーまたは熱エネルギーのうちの１つである、請求項１８９に記載の方法。
200. 前記開始エネルギーが、Ｘ線、ガンマ線、電子線、ＵＶ照射、可視光、赤外照射、マイクロ波または電波である、請求項１８９に記載の方法。
201. 前記開始エネルギーが、対象に完全に浸透する能力を有する、請求項１８９に記載の方法。
202. 前記開始エネルギー源が、リン光化合物、化学ルミネセンス化合物、生物ルミネセンス化合物および発光酵素からなる群から選択される、請求項１８９に記載の方法。
203. 前記状態、障害または疾患が、癌、細菌感染、ウイルス感染、免疫拒絶応答、自己免疫障害、再生不良性状態からなる群から選択される少なくとも１つのメンバー、およびそれらの組合せである細胞増殖障害である、請求項１９４に記載の方法。
204. 前記状態、障害または疾患が、心臓の磨耗、光血管形成状態、内膜過形成、動静脈瘻孔、黄斑変性、乾癬、挫瘡、円形脱毛症、ポートワイン母斑、脱毛、自己免疫疾患、リウマチ性関節炎および炎症性関節炎、行動および認知の障害／状態、関節の状態、ならびにリンパ節の状態からなる群から選択される、請求項１９４に記載の方法。
205. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光活性化可能な薬剤である、請求項１８９に記載の方法。
206. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、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、デグ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、ならびに平面状の分子立体構造を有するそれらの誘導体、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ラキノンから選択される、請求項１８９に記載の方法。
207. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、ソラレン、クマリン、ポルフィリン、またはそれらの誘導体である、請求項２０６に記載の方法。
208. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、８−ＭＯＰまたはＡＭＴである、請求項２０６に記載の方法。
209. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、７，８−ジメチル−１０−リビチル、イソアロキサジン、７，８，１０−トリメチルイソアロキサジン、７，８−ジメチルアロキサジン、イソアロキサジン−アデニンジヌクレオチド、アロキサジンモノヌクレオチド、アルミニウム（ＩＩＩ）フタロシアニンテトラスルホネート、ヘマトポルフィリン、およびフタロシアニンから選択される１つである、請求項１８９に記載の方法。
210. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記標的構造上または前記標的構造付近の受容体部位に結合することができる担体にカップリングしている、請求項１８９に記載の方法。
211. 前記担体が、インスリン、インターロイキン、サイモポイエチンまたはトランスフェリンから選択される１つである、請求項２１０に記載の方法。
212. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記担体に共有結合によりカップリングしている、請求項２１０に記載の方法。
213. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記担体に非共有結合によりカップリングしている、請求項２１０に記載の方法。
214. 前記受容体部位が、有核細胞の核酸、有核細胞上の抗原性部位、またはエピトープから選択される１つである、請求項２１０に記載の方法。
215. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、標的構造に対して親和性を示す、請求項１８９に記載の方法。
216. 前記標的構造が標的細胞であり、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、該標的細胞により、優先的に吸収され得る、請求項１８９に記載の方法。
217. 前記標的構造が標的細胞であり、前記所定の変化が、該標的細胞におけるアポトーシスである、請求項１８９に記載の方法。
218. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、活性化されると、前記対象において、前記標的構造と反応する自家ワクチン作用を引き起こす、請求項１８９に記載の方法。
219. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、ＤＮＡインターカレーターまたはそのハロゲン化誘導体である、請求項１８９に記載の方法。
220. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、単一のエネルギー調節剤である、請求項１９０に記載の方法。
221. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、複数のエネルギー調節剤であり、（ｉ）前記開始エネルギーが、該複数のエネルギー調節剤間のカスケードエネルギー移行を通して、前記ナノ粒子に前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができるエネルギーを放射させるエネルギーに変換され、かつ／または（ｉｉ）前記ナノ粒子が放射したエネルギーが、該複数のエネルギー調節剤間のカスケードエネルギー移行を通して、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができるエネルギーに変換される、請求項１９０に記載の方法。
222. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光ケージ内部に含有させた活性剤を含み、該光ケージが、前記開始エネルギー源、前記ナノ粒子が放射したエネルギー、および／または前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が再放射したエネルギーに曝露されると、前記活性剤から解離して、前記活性剤を利用可能にする、請求項１８９に記載の方法。
223. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光ケージ内部に含有させた活性剤を含み、該光ケージが、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品の活性化エネルギーとしての前記少なくとも１つのエネルギー調節剤により再放射されたエネルギーに曝露されると、前記活性剤から解離して、前記活性剤を利用可能にする、請求項１９０に記載の方法。
224. 前記標的構造に対する前記所定の変化が、前記標的細胞の細胞増殖速度の増加または減少を引き起こすことによって、細胞増殖障害を治療する、請求項１８９に記載の方法。
225. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、生体適合性蛍光金属ナノ粒子、蛍光金属酸化物ナノ粒子、蛍光金属により被覆されている金属酸化物ナノ粒子、蛍光色素分子、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金被覆銀ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子、および強力なルミネセンスを示すランタニドキレートから選択される１つまたは複数のメンバーである、請求項１９０に記載の方法。
226. 前記開始エネルギーが、細光ファイバーを介して適用される、請求項１８９に記載の方法。
227. 遮断剤をさらに含み、該遮断剤が、少なくとも１つの活性化可能な医薬品の活性化前の取込みを遮断することができる、請求項１８９に記載の方法。
228. 前記標的構造が標的細胞であり、前記遮断剤が、非標的細胞における有糸分裂を減速させ、かつ標的細胞が有糸分裂の異常な速度を維持することを可能にする、請求項２２７に記載の方法。
229. 前記開始エネルギーが適用され、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が活性化されると、前記対象において、細胞溶解を発生させるには不十分であるレベルの一重項酸素が発生する、請求項１８９に記載の方法。
230. 前記一重項酸素の生成量が、１０^９個未満の一重項酸素分子／細胞である、請求項２２９に記載の方法。
231. 前記一重項酸素の生成量が、０．３２×１０^−３モル／リットル未満である、請求項２２９に記載の方法。
232. 前記エネルギー調節剤が、前記標的構造の周囲、上または中に特異的に位置する、請求項１８９に記載の方法。
233. 前記所定の変化により、前記標的構造の破壊または不活性化が生じる、請求項１８９に記載の方法。
234. 前記所定の変化により、前記標的構造の破壊および不活性化が生じない、請求項１８９に記載の方法。
235. 前記標的構造が真核細胞である、請求項１８９に記載の方法。
236. 前記標的構造が原核細胞である、請求項１８９に記載の方法。
237. 前記標的構造が、細胞膜、ミトコンドリア、細胞核または他の細胞オルガネラなどの細胞内構造である、請求項１８９に記載の方法。
238. 前記標的構造が細胞外構造である、請求項１８９に記載の方法。
239. 前記標的構造が、ウイルスまたはプリオンである、請求項１８９に記載の方法。
240. 前記活性化可能な医薬品が、前記開始エネルギー源に曝露されると、脳内のシグナル伝達事象を調節する光感受性タンパク質を含む、請求項１８９に記載の方法。
241. 前記開始エネルギー源が、得られるＵＶ−Ａ、ＩＲ、ＮＩＲまたは可視のエネルギーよりも低いエネルギーの供給源である、請求項１８９に記載の方法。
242. 前記所定の変化が、前記標的構造の発現を増強し、前記標的構造の成長を促し、または前記標的構造の分量を増加させる、請求項１８９に記載の方法。
243. 前記所定の変化が、前記標的構造の通常の生物学的活性を、類似の未治療の標的構造と比較して、増強し、阻害しまたは安定化させる、請求項１８９に記載の方法。
244. 前記所定の変化により、前記標的構造の免疫学的特性または化学的特性が変化する、請求項１８９に記載の方法。
245. 前記標的構造が、前記所定の変化により改変されて、程度の差はあるが抗原性または免疫原性を示す化合物である、請求項２４４に記載の方法。
246. 前記開始エネルギーを、前記少なくとも１つのエネルギー調節剤に適用するステップであって、該調節剤は、前記開始エネルギーを、前記ナノ粒子に前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを放射させるエネルギーに改変し、該第２の波長λ_２の範囲のエネルギーは、前記活性化可能な医薬品をｉｎ ｓｉｔｕで活性化することができるステップを含む、請求項１９０に記載の方法。
247. 前記開始エネルギーを前記ナノ粒子に適用するステップであって、該ナノ粒子は、開始エネルギーを、前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーにアップコンバートし、該第２の波長λ_２の範囲のエネルギーは、前記少なくとも１つのエネルギー調節剤により変換され、前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が再放射したエネルギーが、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができるステップを含む、請求項１９０に記載の方法。
248. 前記開始エネルギー源が、化学エネルギー源である、請求項１８９に記載の方法。
249. 前記開始エネルギーが、電波またはマイクロ波であり、前記電波またはマイクロ波が、前記少なくとも１つのエネルギー調節剤により受容され、前記ナノ粒子に前記第２の波長λ_２を放射させるエネルギーに変換され、該エネルギーは、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品を活性化することができる、請求項１９０に記載の方法。
250. 前記ナノ粒子が、誘電性コアを含む、請求項１８９に記載の方法。
251. 前記誘電性コアが、２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の直径を有する、請求項２５０に記載の方法。
252. 金属シェルが、誘電性コアを覆う球形シェルまたは楕円形シェルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１８９に記載の方法。
253. 前記ナノ粒子が、誘電性コアを覆う金属シェルを有する誘電性コアを含み、該金属シェルが、球形シェル、偏円形シェル、三日月形シェルおよび多層シェルからなる群から選択されるシェルである、請求項１８９に記載の方法。
254. 金属シェルが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも１つの元素、およびそれらの組合せまたは合金または層を含む、請求項１８９に記載の方法。
255. 前記ナノ粒子が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、ＮａドープＹｂＦ_３、ＳｉＯ_２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、およびそれらの合金または層を含むコアを含む、請求項１８９に記載の方法。
256. 前記ナノ粒子が、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｕ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｇｄ、他の希土類種からなる群から選択される少なくとも１つの元素、およびそれらの組合せを含むドーパントを含む、請求項１８９に記載の方法。
257. 前記ドーパントが、０．０１％〜５０モル％の量で存在する、請求項２５６に記載の方法。
258. 前記開始エネルギーが、前記対象に完全に浸透することができる、請求項１８９に記載の方法。
259. 前記ナノ粒子が、前記標的構造付近に、照射条件下で光子が前記標的構造により、有限の確率で吸収されるのに十分な局所濃度で提供される、請求項１８９に記載の方法。
260. 前記適用するステップが、前記開始エネルギーを、（ｉ）前記対象の外部にある開始エネルギー源、または（ｉｉ）前記対象および／もしくは前記標的構造の内部に置かれるかもしくは送達される、前記対象の内部にある開始エネルギー源から適用するステップを含む、請求項１８９に記載の方法。
261. 前記適用するステップが、前記開始エネルギーを、可視光、赤外照射、マイクロ波および電波からなる群から選択される少なくとも１つのエネルギーを放射する供給源から適用するステップを含む、請求項１８９に記載の方法。
262. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１の吸収のためのエネルギー状態および前記第２の波長λ_２の放射のための再結合状態を有する誘電体材料を含む、請求項１８９に記載の方法。
263. 金属シェルが、吸収または放射のうちの少なくとも１つを増強するように構成されたプラズモンシェルを含む、請求項２６２に記載の方法。
264. 表面プラズモン共鳴がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、放射が可視周波数バンドにおいて生じる、請求項２６３に記載の方法。
265. 表面プラズモン共鳴がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、放射が紫外周波数バンドにおいて生じる、請求項２６３に記載の方法。
266. 吸収がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、表面プラズモン共鳴が可視周波数バンドまたはＮＩＲ周波数バンドにおいて生じる、請求項２６３に記載の方法。
267. 吸収バンドがＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、表面プラズモン共鳴が紫外周波数バンドまたはＮＩＲ周波数バンドにおいて生じる、請求項２６３に記載の方法。
268. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると、紫外放射を示すように構成される、請求項１８９に記載の方法。
269. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると、赤外放射、可視放射および紫外放射のうちの少なくとも１つを示すように構成される、請求項１８９に記載の方法。
270. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると可視放射を示す第１の群、および前記第１の波長λ_１と相互作用すると紫外放射を示す第２の群のうちの少なくとも１つを含む複数のナノ粒子を含む、請求項２６９に記載の方法。
271. 前記第１の群が、前記対象および／または前記標的構造の第１の群の位置を示す画像光を発生させるための診断群を含み、前記第２の群が、光刺激反応を発生させる反応刺激群を含む、請求項２７０に記載の方法。
272. 前記ナノ粒子が、照射の前記第１の波長λ_１から、前記第２の波長λ_２のアップコンバートされた光を発生させるアップコンバージョン能力を有し、
     前記方法が、ダウンコンバートされた光を発生させるダウンコンバージョン能力を有するＸ線ダウンコンバータ粒子を投与し、Ｘ線を対象に適用するステップをさらに含む、
     請求項１８９に記載の方法。
273. ダウンコンバートされた光が、紫外周波数バンドにおけるＸ線刺激型放射を含み、
     アップコンバートされた光が、可視周波数バンドまたは近赤外周波数バンドまたは赤外周波数バンドにおける放射光を含む、請求項２７２に記載の方法。
274. ダウンコンバートされた光が、紫外周波数バンドにおけるＸ線刺激型放射を含み、
     アップコンバートされた光が、紫外周波数バンドまたは可視周波数バンドにおける放射光を含む、請求項２７２に記載の方法。
275. ダウンコンバートされた光またはアップコンバートされた紫外光もしくは可視光のうちのいずれか１つが、前記対象に適用された活性化可能な医薬品の近傍で生成し、紫外光または可視光により活性化される、請求項２７４に記載の方法。
276. 前記活性化可能な医薬品が、化学的部分により前記ナノ粒子に連結されている、請求項１８９に記載の方法。
277. 前記化学的部分の長さが、連結されていない受容部と比較して、前記第２の波長λ_２の受容部との反応性を増加させるように選択される、請求項２７６に記載の方法。
278. プラズモニクス活性剤を適用するステップをさらに含む請求項１８９に記載の方法。
279. 生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法であって、
     ｅ．１つまたは複数の細胞を、光子放射性の改変または物質を組み込むように改変するステップと、
     ｆ．改変細胞を対象の標的部位において挿入するステップと、
     ｇ．ナノ粒子を、治療を必要とする対象の標的構造付近に置くステップであって、該ナノ粒子が、改変細胞から放射された、第１の波長λ_１を有する光子に曝露されると、該第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
     前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に堆積させた金属構造体を含み、
     前記金属構造体の物理的特徴が、該金属構造体における表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
     前記ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、エネルギーを放射するように構成されるステップと、
     ｈ．（ｉ）前記ナノ粒子が放射したエネルギーにより直接的または間接的に活性化されて、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで引き起こすことができる少なくとも１つの活性化可能な医薬品、および（ｉｉ）場合により、少なくとも１つのエネルギー調節剤を投与するステップと
     を含み、
     前記標的構造に対する所定の変化を発生させ、前記所定の変化が、前記標的構造を改変し、前記標的構造の生物学的活性を調節する方法。
280. 前記１つまたは複数の細胞が、改変前に取り出されている前記対象自体の細胞である、請求項２７９に記載の方法。
281. 前記光子放射性の改変または物質が、発光遺伝子、リン光化合物、化学ルミネセンス化合物、生物ルミネセンス化合物および発光酵素からなる群から選択されるメンバーである、請求項２７９に記載の方法。
282. 前記標的部位が腫瘍である、請求項２７９に記載の方法。
283. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、活性化されると、前記対象において、前記標的細胞と反応する自家ワクチン作用を引き起こす、請求項２７９に記載の方法。
284. 前記標的構造に対する所定の変化が、前記標的細胞におけるアポトーシスを誘発する、請求項１８９に記載の方法。
285. プラズモニクス活性剤を適用するステップをさらに含む、請求項２７９に記載の方法。
286. 生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための方法であって、
     治療を必要とする対象の標的構造付近に、マイクロ波照射または高周波照射に対して受容性の薬剤を置くステップと、
     前記薬剤に赤外領域、可視領域または紫外領域の放射光を直接的または間接的に発生させる前記マイクロ波照射または高周波照射を、開始エネルギーとして適用するステップであって、放射光が、前記標的構造と接触し、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発するステップと
     を含み、
     前記所定の変化が、前記標的構造を改変し、前記標的構造の生物学的活性を調節する方法。
287. 前記薬剤を置くステップが、金属構造体を含むナノ粒子を置くステップを含む、請求項２８６に記載の方法。
288. 前記ナノ粒子を置くステップが、誘電性コアを有するナノ粒子を置くステップを含む、請求項２８７に記載の方法。
289. 前記ナノ粒子を置くステップが、
     球形シェル、偏円形シェル、三日月形シェル、多層シェルのうちの少なくとも１つを含む金属シェルを有するナノ粒子、もしくはコアナノ粒子の表面上に多数の金属ナノアイランドを有するナノ粒子を、前記標的構造付近に置くステップ、
     コアナノ粒子の表面上に多数の金属ナノアイランドを有するナノ粒子を、前記標的構造付近に置くステップ、および
     コアナノ粒子の表面上に多数のナノアイランドを有するナノ粒子を、前記標的構造付近に置くステップ
     のうちの少なくとも１つを含む、請求項２８８に記載の方法。
290. 前記ナノ粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｇａからなる群から選択される元素のうちの少なくとも１つ、およびそれらの組合せを含む金属構造体を含む、請求項２８８に記載の方法。
291. 前記ナノ粒子が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、ＮａドープＹｂＦ_３、ＳｉＯ_２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、およびそれらの合金または層を含むコアを含む、請求項２８８に記載の方法。
292. 前記ナノ粒子が、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｕ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｇｄ、他の希土類種からなる群から選択される元素のうちの少なくとも１つ、およびそれらの組合せを含むドーパントを含む、請求項２８８に記載の方法。
293. 前記薬剤を置くステップが、それぞれ、前記マイクロ波照射または高周波照射に曝露されると放射を示す、リン光分子、蛍光分子またはルミネセンス無機分子のうちの少なくとも１つを置くステップを含む、請求項２８６に記載の方法。
294. 前記薬剤を置くステップが、前記マイクロ波照射または高周波照射に曝露されると放射を示す化学ルミネセンス分子のうちの少なくとも１つを置くステップを含む、請求項２８６に記載の方法。
295. 対象に対して自家ワクチンを発生させるための方法であって、
     （１）標的細胞集団を提供するステップと、
     （２）ナノ粒子を、標的細胞内の標的構造付近に置くステップであって、該ナノ粒子が、第１の波長λ_１に曝露されると、該第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成され、
     前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に堆積させた金属構造体を含み、
     前記金属構造体の物理的特徴が、該金属構造体における表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
     前記ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、前記標的構造付近または前記標的構造内にエネルギーを放射するように構成されるステップと、
     （３）前記対象とは別個であり、前記対象から単離された環境において、前記標的細胞を、ソラレンまたはその誘導体を用いてｅｘ ｖｉｖｏで治療するステップと、
     （４）開始エネルギー源から、前記第１の波長λ_１を含む開始エネルギーを標的細胞にｅｘ ｖｉｖｏで適用するステップであって、前記第２の波長λ_２を含む放射されたエネルギーは、標的構造と直接的または間接的に接触し、標的細胞内に所定の細胞変化を誘発し、かつ場合により、少なくとも１つのエネルギー調節剤を適用するステップと、
     （５）変化させた細胞を前記対象に返還して、前記対象において、標的細胞に対する自家ワクチン作用を誘発するステップと
     を含み、
     変化させた細胞が、自家ワクチンとして作用する方法。
296. 前記ソラレンが、８−ＭＯＰである、請求項２９５に記載の方法。
297. アポトーシス細胞を分画し、各単離構成成分の自家ワクチン作用について画分を試験して、自家ワクチンと関連がある構成成分を決定してから、構成成分を前記対象に返還するステップをさらに含む請求項２９５に記載の方法。
298. 前記所定の細胞変化が、細胞増殖障害による影響を受けている標的細胞におけるアポトーシスである、請求項２９５に記載の方法。
299. プラズモニクス活性剤をさらに含む、請求項２９５に記載の方法。
300. 生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するためのキットであって、
     第１の波長λ_１に曝露されると、該第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成されたナノ粒子と、
     場合により、エネルギー調節剤と、
     薬剤を安定な形態で保存するのに適している１つまたは複数の容器と
     を含み、
     前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に堆積させた金属構造体を含み、
     前記金属構造体の物理的特徴が、該金属構造体における表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
     前記ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、標的付近または標的内に光を放射するように構成され、
     前記エネルギー調節剤が存在する場合には、
     （ｉ）前記エネルギー調節剤が、開始エネルギーを前記第１の波長λ_１の範囲のエネルギーに変換して、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、前記標的構造に所定の変化を直接的または間接的に引き起こすことができる、照射の前記第２の波長λ_２を、前記ナノ粒子により発生させ、かつ／または
     （ｉｉ）前記ナノ粒子が、開始エネルギーを前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーにアップコンバートし、該エネルギーは、前記エネルギー調節剤により変換され、前記エネルギー調節剤が再放射したエネルギーは、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、前記標的構造に所定の変化を直接的または間接的に引き起こす、キット。
301. 少なくとも１つのエネルギー調節剤および少なくとも１つの活性化可能な医薬品からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤をさらに含む請求項３００に記載のキット。
302. 前記少なくとも１つの薬剤を対象に投与するための説明書をさらに含む請求項３０１に記載のキット。
303. 前記少なくとも１つの薬剤が、少なくとも１つのエネルギー調節剤を含み、該少なくとも１つのエネルギー調節剤が、生体適合性蛍光金属ナノ粒子、蛍光金属酸化物ナノ粒子、蛍光金属により被覆されている金属酸化物ナノ粒子、蛍光色素分子、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金被覆銀ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子、および強力なルミネセンスを示すランタニドキレートから選択される１つまたは複数のメンバーである、請求項３０１に記載のキット。
304. 少なくとも１つの活性化可能な医薬品をさらに含む請求項３００に記載のキット。
305. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品と、エネルギー調節剤、ナノ粒子およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１つの薬剤とを対象に投与するため、ならびに前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品を開始エネルギーの適用により活性化するための説明書をさらに含む、請求項３０４に記載のキット。
306. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光活性化可能な薬剤である、請求項３０４に記載のキット。
307. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、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、デグ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、ならびに平面状の分子立体構造を有するそれらの誘導体、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ラキノンから選択される、請求項３０４に記載のキット。
308. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、ソラレン、クマリン、ポルフィリン、またはそれらの誘導体である、請求項３０４に記載のキット。
309. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、８−ＭＯＰまたはＡＭＴである、請求項３０４に記載のキット。
310. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、７，８−ジメチル−１０−リビチル、イソアロキサジン、７，８，１０−トリメチルイソアロキサジン、７，８−ジメチルアロキサジン、イソアロキサジン−アデニンジヌクレオチド、アロキサジンモノヌクレオチド、アルミニウム（ＩＩＩ）フタロシアニンテトラスルホネート、ヘマトポルフィリン、およびフタロシアニンから選択される１つである、請求項３０４に記載のキット。
311. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記標的構造上または前記標的構造付近の受容体部位に結合することができる担体にカップリングしている、請求項３０４に記載のキット。
312. 前記担体が、インスリン、インターロイキン、サイモポイエチンまたはトランスフェリンから選択される１つである、請求項３１１に記載のキット
313. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記担体に共有結合によりカップリングしている、請求項３１１に記載のキット。
314. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記担体に非共有結合によりカップリングしている、請求項３１１に記載のキット。
315. 前記受容体部位が、有核細胞の核酸、有核細胞上の抗原性部位、またはエピトープから選択される１つである、請求項３１１に記載のキット。
316. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記標的構造に対して親和性を示す、請求項３０４に記載のキット。
317. 前記標的構造が標的細胞であり、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記標的細胞により、優先的に吸収され得る、請求項３０４に記載のキット。
318. 前記標的構造が標的細胞であり、前記所定の変化が、前記標的細胞におけるアポトーシスである、請求項３００に記載のキット。
319. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、活性化されると、前記対象において、前記標的構造と反応する自家ワクチン作用を引き起こす、請求項３０４に記載のキット。
320. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、ＤＮＡインターカレーターまたはそのハロゲン化誘導体である、請求項３０４に記載のキット。
321. 前記少なくとも１つの薬剤が、少なくとも１つのエネルギー調節剤である、請求項３００に記載のキット。
322. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、単一のエネルギー調節剤である、請求項３２１に記載のキット。
323. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、複数のエネルギー調節剤であり、エネルギーが、該複数のエネルギー調節剤間のカスケードエネルギー移行を通して変換される、請求項３２１に記載のキット。
324. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光ケージ内部に含有させた活性剤を含み、該光ケージが、前記ナノ粒子が放射したエネルギーに曝露されると、前記活性剤から解離して、前記活性剤を利用可能にする、請求項３０４に記載のキット。
325. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光ケージ内部に含有させた活性剤を含み、該光ケージが、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品の活性化エネルギーとしての前記少なくとも１つのエネルギー調節剤により再放射されたエネルギーに曝露されると、前記活性剤から解離して、前記活性剤を利用可能にする、請求項３０４に記載のキット。
326. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、単一のエネルギー調節剤であり、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品にカップリングしている、請求項３２１に記載のキット。
327. プラズモニクス活性剤をさらに含む、請求項３００に記載のキット。
328. 複数のエネルギー調節剤間のカスケードエネルギー移行を通して変換することができる複数のエネルギー調節剤を含み、（ｉ）開始エネルギーが、前記ナノ粒子に前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを放射させるエネルギーに変換され、かつ／または（ｉｉ）前記ナノ粒子が放射したエネルギーから、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで直接的または間接的に誘発することができるエネルギーが発生する、請求項３２１に記載のキット。
329. 生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するための医薬組成物であって、
     第１の波長λ_１に曝露されると、該第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成されたナノ粒子と、
     薬学的に許容できる担体と
     を含み、
     前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に堆積させた金属構造体を含み、
     前記金属構造体の半径寸法が、該金属構造体における表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
     前記ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、光を前記標的構造付近または前記標的構造内に放射するように構成され、
     エネルギー調節剤が存在する場合には、
     （ｉ）前記エネルギー調節剤が、開始エネルギーを、前記ナノ粒子に前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを発生させるエネルギーに変換することができ、該エネルギーは、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、前記標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができ、かつ／または
     （ｉｉ）前記ナノ粒子が、開始エネルギーをアップコンバートして、前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーとなし、該エネルギーは、エネルギー調節剤により変換され、該エネルギー調節剤が再放射したエネルギーが、前記標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができる、医薬組成物。
330. 少なくとも１つのエネルギー調節剤および少なくとも１つの活性化可能な医薬品からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤をさらに含む請求項３２９に記載の医薬組成物。
331. エネルギー源をさらに含む請求項３２９に記載の医薬組成物。
332. 化学エネルギー源をさらに含む請求項３２９に記載の医薬組成物。
333. 前記化学エネルギー源が、リン光化合物、化学ルミネセンス化合物、生物ルミネセンス化合物および発光酵素からなる群から選択されるメンバーである、請求項３３２に記載の医薬組成物。
334. 前記少なくとも１つの薬剤が、少なくとも１つのエネルギー調節剤を含み、該少なくとも１つのエネルギー調節剤が、生体適合性蛍光金属ナノ粒子、蛍光金属酸化物ナノ粒子、蛍光金属により被覆されている金属酸化物ナノ粒子、蛍光色素分子、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金被覆銀ナノ粒子、ポリアミドアミンデンドリマーにより被包されている水溶性量子ドット、ルシフェラーゼ、生体適合性リン光分子、複合電磁エネルギーハーベスター分子、および強力なルミネセンスを示すランタニドキレートから選択される１つまたは複数のメンバーである、請求項３３０に記載の医薬組成物。
335. 少なくとも１つの活性化可能な医薬品をさらに含む請求項３２９に記載の医薬組成物。
336. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光活性化可能な薬剤である、請求項３３５に記載の医薬組成物。
337. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、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、デグ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、ならびに平面状の分子立体構造を有するそれらの誘導体、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ラキノンから選択される、請求項３３５に記載の医薬組成物。
338. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、ソラレン、クマリン、ポルフィリン、またはそれらの誘導体である、請求項３３５に記載の医薬組成物。
339. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、８−ＭＯＰまたはＡＭＴである、請求項３３５に記載の医薬組成物。
340. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、７，８−ジメチル−１０−リビチル、イソアロキサジン、７，８，１０−トリメチルイソアロキサジン、７，８−ジメチルアロキサジン、イソアロキサジン−アデニンジヌクレオチド、アロキサジンモノヌクレオチド、アルミニウム（ＩＩＩ）フタロシアニンテトラスルホネート、ヘマトポルフィリンおよびフタロシアニンから選択される１つである、請求項３３５に記載の医薬組成物。
341. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記標的構造上または前記標的構造付近の受容体部位に結合することができる担体にカップリングしている、請求項３３５に記載の医薬組成物。
342. 前記担体が、インスリン、インターロイキン、サイモポイエチンまたはトランスフェリンから選択される１つである、請求項３４１に記載の医薬組成物。
343. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記担体に共有結合によりカップリングしている、請求項３４１に記載の医薬組成物。
344. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記担体に非共有結合によりカップリングしている、請求項３４１に記載の医薬組成物。
345. 前記受容体部位が、有核細胞の核酸、有核細胞上の抗原性部位、またはエピトープから選択される１つである、請求項３４１に記載の医薬組成物。
346. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、前記標的構造に対して親和性を示す、請求項３３５に記載の医薬組成物。
347. 前記標的構造が標的細胞であり、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、該標的細胞により、優先的に吸収され得る、請求項３４６に記載の医薬組成物。
348. 前記標的構造が標的細胞であり、前記所定の変化が、該標的細胞におけるアポトーシスである、請求項３３５に記載の医薬組成物。
349. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、活性化されると、前記対象において、前記標的構造と反応する自家ワクチン作用を引き起こす、請求項３４６に記載の医薬組成物。
350. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、ＤＮＡインターカレーターまたはそのハロゲン化誘導体である、請求項３３５に記載の医薬組成物。
351. 前記少なくとも１つの薬剤が、少なくとも１つのエネルギー調節剤である、請求項３２９に記載の医薬組成物。
352. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、単一のエネルギー調節剤である、請求項３５１に記載の医薬組成物。
353. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、複数のエネルギー調節剤であり、エネルギーが、該複数のエネルギー調節剤間のカスケードエネルギー移行を通して変換される、請求項３５１に記載の医薬組成物。
354. 前記前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光ケージ内部に含有させた活性剤を含み、該光ケージが、前記ナノ粒子が放射したエネルギーに曝露されると、該活性剤から解離して、該活性剤を利用可能にする、請求項３３５に記載の医薬組成物。
355. 前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品が、光ケージ内部に含有させた活性剤を含み、該光ケージが、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品の活性化エネルギーとしての前記少なくとも１つのエネルギー調節剤により再放射されたエネルギーに曝露されると、該活性剤から解離して、該活性剤を利用可能にする、請求項３３５に記載の医薬組成物。
356. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、単一のエネルギー調節剤であり、前記少なくとも１つの活性化可能な医薬品にカップリングしている、請求項３５０に記載の医薬組成物。
357. 前記ナノ粒子が、誘電性コアを含む、請求項３２９に記載の医薬組成物。
358. 前記誘電性コアが、２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の直径を有する、請求項３５７に記載の医薬組成物。
359. 金属シェルが、誘電性コアを覆う球形シェルまたは楕円形シェルのうちの少なくとも１つを含む、請求項３５７に記載の医薬組成物。
360. 前記ナノ粒子が、前記誘電性コアを覆う金属シェルを有する誘電性コアを含み、金属シェルが、球形シェル、偏円形シェル、三日月形シェルおよび多層シェルからなる群から選択されるシェルである、請求項３２９に記載の医薬組成物。
361. 金属シェルが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも１つの元素、およびそれらの組合せ、合金または層を含む、請求項３２９に記載の医薬組成物。
362. 前記ナノ粒子が、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ、ＮａＹＦ_４、ＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＦ_３、ＬａＣｌ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＬｕＰＯ_４、ＹＶＯ_４、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、ＮａドープＹｂＦ_３、ＳｉＯ_２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物、およびそれらの合金または層を含むコアを含む、請求項３２９に記載の医薬組成物。
363. 前記ナノ粒子が、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｙ、Ｕ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｇｄ、他の希土類種からなる群から選択される少なくとも１つの元素、およびそれらの組合せを含むドーパントを含む、請求項３２９に記載の医薬組成物。
364. 前記ドーパントが、０．０１％〜５０モル％の量で存在する、請求項３６３に記載の医薬組成物。
365. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１の吸収のためのエネルギー状態および前記第２の波長λ_２の放射のための再結合状態を有する元素を含む誘電体材料を含む、請求項３６３に記載の医薬組成物。
366. 金属シェルが、吸収または放射のうちの少なくとも１つを増強するように構成されたプラズモンシェルを含む、請求項３２９に記載の医薬組成物。
367. 表面プラズモン共鳴がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、放射が可視周波数バンドにおいて生じる、請求項３６６に記載の医薬組成物。
368. 表面プラズモン共鳴がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、放射が紫外周波数バンドにおいて生じる、請求項３６６に記載の医薬組成物。
369. 吸収がＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、表面プラズモン共鳴が可視周波数バンドまたはＮＩＲ周波数バンドにおいて生じる、請求項３６６に記載の医薬組成物。
370. 吸収バンドがＮＩＲ周波数バンドにおいて生じ、表面プラズモン共鳴が紫外周波数バンドまたはＮＩＲ周波数バンドにおいて生じる、請求項３６６に記載の医薬組成物。
371. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると、紫外放射を示すように構成される、請求項３２９に記載の医薬組成物。
372. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると、赤外放射、可視放射および紫外放射のうちの少なくとも１つを示すように構成される、請求項３２９に記載の医薬組成物。
373. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１と相互作用すると可視放射を示す第１の群、および前記第１の波長λ_１と相互作用すると紫外放射を示す第２の群のうちの少なくとも１つを含む複数のナノ粒子を含む、請求項３７２に記載の医薬組成物。
374. 前記第１の群が、前記対象および／または標的構造の第１の群の位置を示す画像光を発生させるための診断群を含み、前記第２の群が、光刺激反応を発生させる反応刺激群を含む、請求項３７３に記載の医薬組成物。
375. 前記ナノ粒子が、照射の前記第１の波長λ_１から、前記第２の波長λ_２のアップコンバートされた光を発生させるアップコンバージョン能力を有し、
     前記方法が、ダウンコンバートされた光を発生させるダウンコンバージョン能力を有するＸ線ダウンコンバータ粒子を投与し、Ｘ線を対象に適用するステップをさらに含む、
     請求項３２９に記載の医薬組成物。
376. ダウンコンバートされた光が、紫外周波数バンドにおけるＸ線刺激型放射を含み、
     アップコンバートされた光が、可視周波数バンドまたは近赤外周波数バンドまたは赤外周波数バンドにおける放射光を含む、
     請求項３７５に記載の医薬組成物。
377. ダウンコンバートされた光が、紫外周波数バンドにおけるＸ線刺激型放射を含み、
     アップコンバートされた光が、紫外周波数バンドまたは可視周波数バンドにおける放射光を含む、
     請求項３７５に記載の医薬組成物。
378. 前記少なくとも１つの医薬品が、前記ナノ粒子に化学的部分によりに連結されている、請求項３３５に記載の医薬組成物。
379. 前記化学的部分の長さが、前記第２の波長λ_２の受容部との反応性を増加させる、請求項３７８に記載の医薬組成物。
380. 前記活性化可能な医薬品が、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、デグ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、ならびに平面状の分子立体構造を有するそれらの誘導体、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ラキノン、ならびにポルフィセン、ルビリン、ロサリン、ヘキサフィリン、サフィリン、クロロフィル、クロリン、フタロシアニン、ポルフィラジン、バクテリオクロロフィル、フェオフィチン、テキサフィリン大環状物質に基づいた成分、ならびにそれらの金属錯体化誘導体からなる群から選択される薬剤のうちの少なくとも１つを含む光活性化可能な薬剤である、請求項３３５に記載の医薬組成物。
381. 前記活性化可能な医薬品が、レーザー色素、蛍光体、発光体またはリン光体のうちの少なくとも１つを含む、請求項３３５に記載の医薬組成物。
382. 前記レーザー色素が、ｐ−テルフェニル、スルホローダミンＢ、ｐ−クオターフェニル、ローダミン１０１、カルボスチリル１２４、クレシルバイオレット過塩素酸塩、ｐｏｐｏｐ、ヨウ化ＤＯＤＣ、クマリン１２０、スルホローダミン１０１、クマリン２、オキサジン４過塩素酸塩、クマリン３３９、ＰＣＭ、クマリン１、オキサジン１７０過塩素酸塩、クマリン１３８、ナイルブルーＡ過塩素酸塩、クマリン１０６、オキサジン１過塩素酸塩、クマリン１０２、ピリジン１、クマリン３１４Ｔ、スチリル７、クマリン３３８、ヨウ化ＨＩＤＣ、クマリン１５１、ヨウ化ＰＴＰＣ、クマリン４、クリプトシアニン、クマリン３１４、ヨウ化ＤＯＴＣ、クマリン３０、ヨウ化ＨＩＴＣ、クマリン５００、ＨＩＴＣ過塩素酸塩、クマリン３０７、ヨウ化ＰＴＴＣ、クマリン３３４、ＤＴＴＣ過塩素酸塩、クマリン７、ＩＲ−１４４、クマリン３４３、ＨＤＩＴＣ過塩素酸塩、クマリン３３７、ＩＲ−ＮＯ、クマリン６、ＩＲ−１３２、クマリン１５２、ＩＲ−１２５、クマリン１５３、ボロン−ジピロメテン、ＨＰＴＳ、フルオレセイン、ローダミン１１０、２，７−ジクロロフルオレセイン、ローダミン６５、およびローダミン１９過塩素酸塩、ローダミンｂ、ならびにそれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤を含む、請求項３８１に記載の医薬組成物。
383. 前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に連結されているバイオ受容体をさらに含み、前記バイオ受容体が、抗体プローブ、ＤＮＡプローブおよび酵素プローブからなる群から選択される少なくとも１つのプローブである、請求項３２９に記載の医薬組成物。
384. 前記ナノ粒子が、該ナノ粒子に連結されている二次的な薬剤をさらに含み、該二次的な薬剤が、二次的な放射体、細胞傷害剤、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）薬、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）薬、放射線造影剤および光線力学的療法（ＰＤＴ）薬からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤である、請求項３２９に記載の医薬組成物。
385. 前記ナノ粒子が、前記第１の波長λ_１を紫外光に変換する、請求項３２９に記載の医薬組成物。
386. 前記ナノ粒子が、７８５ｎｍ、８０８ｎｍ、８３０ｎｍ、８５２ｎｍ、９１５ｎｍ、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍの前記第１の波長λ_１を、可視光に変換する、請求項３２９に記載の医薬組成物。
387. 前記第１の波長λ_１が、７００〜１１００ナノメートルの範囲である、請求項３２９に記載の医薬組成物。
388. 前記第１の波長λ_１が、１３００〜１５５０ｎｍの範囲である、請求項３２９に記載の医薬組成物。
389. プラズモニクス活性剤をさらに含む請求項３２９に記載の医薬組成物。
390. 生物学的活性を媒介するかまたは生物学的活性と関連がある標的構造を改変するためのシステムであって、
     第１の波長λ_１に曝露されると、該第１の波長λ_１よりも高いエネルギーを有する照射の第２の波長λ_２を発生させるように構成されたナノ粒子と、
     前記ナノ粒子に堆積させた金属構造体であって、
     前記金属構造体の物理的特徴が、該金属構造体における表面プラズモン共鳴が、前記第１の波長λ_１および前記第２の波長λ_２のうちの少なくとも１つとのスペクトルオーバーラップを生じる周波数で共鳴するような値に設定され、
     前記ナノ粒子が、λ_１の範囲のエネルギーを有する開始エネルギーと相互作用すると、前記標的構造付近または前記標的構造内にエネルギーを放射するように構成される、金属構造体と、
     対象に前記ナノ粒子を置くための機構と、
     前記ナノ粒子がアップコンバートすることができる開始エネルギーを提供するための開始エネルギー源であって、放射されたエネルギーが、前記標的構造に所定の変化をｉｎ ｓｉｔｕで誘発することができる開始エネルギー源と
     を含み、
     前記所定の変化が、前記標的構造を改変し、該標的構造の生物学的活性を調節することができるシステム。
391. 少なくとも１つのエネルギー調節剤、少なくとも１つの活性化可能な医薬品、および少なくとも１つのプラズモニクス活性剤からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤をさらに含む請求項３９０に記載のシステム。
392. 前記少なくとも１つのエネルギー調節剤が、存在する場合、
     （ｉ）前記エネルギー調節剤が、開始エネルギーを、前記ナノ粒子に第２の波長λ_２の範囲のエネルギーを発生させるエネルギーに変換することができ、該エネルギーは、活性化可能な医薬品があってもまたはなくても、前記標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができ、かつ／または
     （ｉｉ）前記ナノ粒子が、開始エネルギーを、前記第２の波長λ_２の範囲のエネルギーにアップコンバートすることができ、該エネルギーは、前記エネルギー調節剤により変換され、該エネルギー調節剤が再放射したエネルギーは、前記標的構造に所定の変化を直接的または間接的に誘発することができる、
     請求項３９１に記載のシステム。