(57)【要約】【課題】担持した反応物質によって、より高速での反応を実現できる担体、この担体を備える反応物質複合体及び担体の製造方法を提供する。【解決手段】特定物質と選択的に反応する反応物質２０を担持する担体１０において、互いに平行な複数の貫通孔１１ａを有する基材１１と、貫通孔１１ａ内に当該貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体１２と、を備え、シリカ構造体１２は、ナノメートルオーダーの大きさの細孔１２ａを壁面に複数有し、細孔１２ａの内部に反応物質２０が固定されることを特徴とする。【選択図】図１
2010154785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定物質と選択的に反応する反応物質を担持する担体において、
互いに平行な複数の貫通孔を有する基材と、
前記貫通孔内に当該貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体と、
を備え、
前記シリカ構造体は、ナノメートルオーダーの大きさの穴部を内壁面に複数有し、
前記穴部の内部に前記反応物質が固定されることを特徴とする担体。
【請求項２】
請求項１に記載の担体において、
前記基材は、アルミニウムを含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板であり、
前記貫通孔は、前記陽極酸化によって形成された孔であることを特徴とする担体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の担体において、
前記反応物質は生体触媒であり、前記穴部の大きさは、当該生体触媒のサイズの０．５〜２．０倍であることを特徴とする担体。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の担体と、
前記担体に担持された前記反応物質と、
を備えることを特徴とする反応物質複合体。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載の担体の製造方法において、
前記貫通孔の内壁に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、
前記シリカ層から前記界面活性剤を除去して、前記シリカ構造体を形成するシリカ構造体形成ステップと、
を備えることを特徴とする担体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の担体の製造方法において、
前記シリカ層形成ステップは、
前記界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で前記貫通孔内に吸引導入する吸引導入ステップと、
前記貫通孔内に導入された前記シリカ源溶液を所定の吸引速度で吸引乾燥させる吸引乾燥ステップと、
を備え、
前記シリカ構造体形成ステップは、前記シリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から前記界面活性剤を除去することを特徴とする担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、担体、この担体を備える反応物質複合体及び担体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新規ナノスケール材料の作製及びナノスケール材料の応用が盛んに行われている。特に、ナノスケール材料に触媒を固定化して、その触媒機能や利便性を高めようとする試みが盛んである。例えば、シリカを原料とし、界面活性剤を鋳型として作製した、均一で規則的なナノ細孔を有するシリカ系メソ多孔体に、タンパク質である酵素を固定化した酵素複合体の作製、この酵素複合体をリアクター等に応用する試み等がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１記載の膜状の反応物質複合体（酵素複合膜）は、例えば、図１１に示すように、互いに平行な複数の貫通孔（マクロ細孔）を有する陽極酸化アルミナ膜と、当該マクロ細孔内に形成されたシリカ系メソ多孔体と、シリカ系メソ多孔体の細孔の内部に固定された反応物質（酵素）と、を備えている。そして、この反応物質複合体において、シリカ系メソ多孔体の細孔の貫通方向は、陽極酸化アルミナ膜のマクロ細孔の貫通方向と同一となっている。
このような膜状の反応物質複合体をリアクター等に応用する場合、反応物質複合体の一方の面から他方の面に向かって、特定物質（反応基質）を含有する液体や気体を強制的に透過させる方法や、反応物質複合体を電解液等に浸漬させ、特定物質を含有する気体を当該電解液等と接触させて、当該電解液等に当該特定物質を溶解させる方法などによって、当該特定物質と、シリカ系メソ多孔体の細孔内の反応物質と、を接触させ、当該特定物質を生成物に変えるようになっている。この場合、特定物質は反応物質と接触するために、また、生成物は反応物質複合体の外部へと移動するために、反応物質が固定された領域を拡散するようになっている。すなわち、従来のシリカ系メソ多孔体においては、反応物質が固定された固定領域と、特定物質や生成物が拡散する拡散領域と、が分離していない。
【０００４】
ここで、シリカ系メソ多孔体の形状としては、粉末状、顆粒状、シート状、バルク状、膜状等がある。また、その細孔の配向には、ランダムなもの、一方向に方向制御されたもの等がある。
【特許文献１】特開２００８−１９３９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、何れの形状、配向においても、シリカ系メソ多孔体の細孔の大きさはナノメートルオーダーであり、また、反応物質が固定された固定領域と、特定物質や生成物が拡散する拡散領域と、が分離した構造ではないため、シリカ系メソ多孔体の細孔の内部に分子量の大きな反応物質を固定すると、細孔内における特定物質や生成物の拡散性が悪くなる。したがって、特に、シリカ系メソ多孔体のアスペクト比（細孔の深さ／細孔径）が高い場合に、高速で反応を実施できないという問題がある。また、特定物質を含有する液体や気体を強制的に透過させる方法の場合、シリカ系メソ多孔体の細孔の内部に分子量の大きな反応物質を固定すると、圧損が大きくなるため、当該液体や気体を高速で透過させることができず、やはり高速で反応を実施できないという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、担持した反応物質によって、より高速での反応を実現できる担体、この担体を備える反応物質複合体及び担体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
特定物質と選択的に反応する反応物質を担持する担体において、
互いに平行な複数の貫通孔を有する基材と、
前記貫通孔内に当該貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体と、
を備え、
前記シリカ構造体は、ナノメートルオーダーの大きさの穴部を内壁面に複数有し、
前記穴部の内部に前記反応物質が固定されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の担体において、
前記基材は、アルミニウムを含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板であり、
前記貫通孔は、前記陽極酸化によって形成された孔であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の担体において、
前記反応物質は生体触媒であり、前記穴部の大きさは、当該生体触媒のサイズの０．５〜２．０倍であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、
反応物質複合体において、
請求項１〜３の何れか一項に記載の担体と、
前記担体に担持された前記反応物質と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載の担体の製造方法において、
前記貫通孔の内壁に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、
前記シリカ層から前記界面活性剤を除去して、前記シリカ構造体を形成するシリカ構造体形成ステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載の担体の製造方法において、
前記シリカ層形成ステップは、
前記界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で前記貫通孔内に吸引導入する吸引導入ステップと、
前記貫通孔内に導入された前記シリカ源溶液を所定の吸引速度で吸引乾燥させる吸引乾燥ステップと、
を備え、
前記シリカ構造体形成ステップは、前記シリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から前記界面活性剤を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、担体は、互いに平行な複数の貫通孔を有する基材と、貫通孔内に当該貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体と、を備え、シリカ構造体は、ナノメートルオーダーの大きさの穴部を内壁面に複数有し、穴部の内部に反応物質が固定されるようになっている。
したがって、シリカ構造体の壁面部分が、反応物質が固定される固定領域となって、シリカ構造体の中空部分が、特定物質や生成物が拡散する拡散領域となる。すなわち、シリカ構造体は、固定領域と拡散領域とが分離した構造になっているため、分子量の大きな反応物質が固定された場合であっても、シリカ構造体のアスペクト比が高い場合であっても、担持した反応物質によって、より高速での反応を実現することができる担体及びこの担体を備える反応物質複合体を提供することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、基材の貫通孔の内壁に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、シリカ層から界面活性剤を除去して、シリカ構造体を形成するシリカ構造体形成ステップと、によって担体を製造するようになっている。
すなわち、担持した反応物質によって、より高速での反応を実現することができる担体を、簡易な方法で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１６】
図１は、本実施形態の担体１０の構成を説明するための模式図である。図２は、本実施形態の反応物質複合体１の構成を説明するための模式図であり、図３は、本実施形態の反応物質複合体１の要部構成を説明するための断面模式図である。
【００１７】
＜担体＞
担体１０は、特定物質と選択的に反応する反応物質２０を担持するためのものである。
具体的には、担体１０は、例えば、互いに平行な複数の貫通孔１１ａを有する基材１１と、貫通孔１１ａ内に当該貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体１２と、を備えて構成され、シリカ構造体１２が有する穴部としての細孔１２ａの内部に反応物質２０が固定されるようになっている。
【００１８】
基材１１は、例えば、アルミニウムを含む基板（アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基板）を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板（陽極酸化アルミナ膜）である。
【００１９】
貫通孔１１ａは、例えば、陽極酸化によって形成された、基材１１の一方の面から他方の面にかけて貫通する円筒状の孔である。
貫通孔１１ａの直径は、担体１０に担持させる反応物質２０の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、具体的には、例えば、１０ｎｍ〜１０μｍである。
【００２０】
なお、基材１１は、陽極酸化アルミナ基板に限ることはなく、所定の金属を含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化金属基板等の、互いに平行な複数の貫通孔１１ａを有する金属酸化物基板であれば任意である。
【００２１】
シリカ構造体１２は、ナノメートルオーダーの大きさの細孔１２ａを複数有する多孔性シリカ膜（シリカ製のメッシュ体）を丸めて円筒状に形成したような形状をなしている。すなわち、シリカ構造体１２は、ナノメートルオーダーの大きさの細孔１２ａを壁面に複数有する中空糸状のシリカ系メソ多孔体である。
シリカ構造体１２は、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１を鋳型として形成される。具体的には、例えば、貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に、界面活性剤とシリカとの自己組織化によって有機−無機複合体（界面活性剤を含むシリカ層）を形成させ、その後、有機−無機複合体から界面活性剤を焼却除去や溶媒抽出除去することによって、周期構造を有するメソポーラスな多孔質材料（シリカ構造体１２）を形成するようになっている。
【００２２】
細孔１２ａは、界面活性剤のミセルを鋳型として形成された、シリカ構造体１２の内壁面１２ｂから外壁面１２ｃにかけて貫通する孔である。細孔１２ａの貫通方向は、例えば、基材１１が有する貫通孔１１ａの貫通方向に対して略垂直となっている。
細孔１２ａの大きさ（中心細孔直径）は、担体１０に担持させる反応物質２０の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、具体的には、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍである。ここで、細孔１２ａの大きさは、界面活性剤の種類を変えて、界面活性剤のミセルの径を変えることによって制御することができる。また、細孔１２ａの大きさは、例えば、界面活性剤と併せて、トリメチルベンゼンやトリプロピルベンゼンなどの比較的疎水性の分子を添加し、ミセルを膨潤させて、ミセルの径を変えることによって制御することができる。
ここで、細孔１２ａの中心細孔直径とは、細孔１２ａの断面形状が正円形状であると仮定し、シリカ構造体１２の細孔容積（Ｖ）を細孔１２ａの直径（Ｄ）で微分した値（ｄＶ／ｄＤ）を細孔１２ａの直径（Ｄ）に対してプロットした曲線（細孔径分布曲線）の最大ピークにおける細孔直径を意味する。なお、図１や図２に示す細孔１２ａの断面形状は、正六角形状である。
【００２３】
担体１０に担持させる反応物質２０が、例えば、タンパク質等の生体触媒である場合、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの大きさは、生体触媒のサイズの０．５〜２．０倍程度であることが好ましく、生体触媒のサイズの０．７〜１．４倍程度であることがより好ましく、生体触媒のサイズとほぼ同等であることが最も好ましい。細孔１２ａの大きさが担体１０に担持させる生体触媒のサイズの０．５倍未満であると、生体触媒の細孔１２ａ内への吸着が不充分となる傾向があり、細孔１２ａの大きさが担体１０に担持させる生体触媒のサイズの２．０倍より大きいと、生体触媒の立体構造が効率よく保持されない傾向がある。
すなわち、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの大きさを、担体１０に担持させる生体触媒のサイズの０．５〜２．０倍程度（より好ましくは０．７〜１．４倍程度、最も好ましくはほぼ同程度）にすることによって、担体１０に対する生体触媒の固定（吸着）を効率化でき、また、担体１０に固定された生体触媒の立体構造の保持も容易となるため、生体触媒を安定的に担持することができる。
具体的には、例えば、生体触媒としてホルムアルデヒド脱水素酵素を担体１０に担持させる場合、ホルムアルデヒド脱水素酵素の直径は約８ｎｍであるため、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの大きさとしては、４ｎｍ〜１６ｎｍ程度が好ましい。
【００２４】
なお、担体１０に担持させる反応物質２０が、タンパク質であり、そのタンパク質が多量体を形成する場合には、担体１０に担持させるタンパク質のサイズは、多量体のサイズとすることができる。ここで、多量体とは、２以上のタンパク質が、直接に、又は水などの低分子を介して結合してなる化合物をいい、結合には、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合が含まれる。しかし、これらの結合の種類は、特に制限されない。
また、担体１０に担持させる反応物質２０のサイズは、その反応物質２０の形状が、球状である場合は反応物質２０の直径（例えば、楕円球状のように直径が複数ある場合は、そのうちの何れか１つ）、板状である場合は反応物質２０の長辺の長さ、等とすることができるが、これらに限られるものではなく、その反応物質２０の形状や特性に応じて適宜任意に判断するのが好ましい。
【００２５】
また、担体１０に担持させる反応物質２０が、例えば、タンパク質等の生体触媒である場合、担持された生体触媒の変性を抑制する等の観点から、シリカ構造体１２の酸解離定数（ｐＫａ）は、ｐＫａ５〜１４が好ましい。
【００２６】
また、細孔１２ａの深さ（すなわち、シリカ構造体１２の壁面の厚み）は、担体１０に担持させる反応物質２０の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、具体的には、例えば、１ｎｍ以上である。
ここで、シリカ構造体１２の壁面の厚みを決めるファクターの１つとして、界面活性剤とシリカとの自己組織化時の吸引速度（すなわち、吸引導入時及び吸引乾燥時の吸引速度）が挙げられる。吸引速度が低下するにつれて、基材１１が有する貫通孔１１ａ内に形成される中空糸状のシリカ構造体１２の壁面の厚みは厚くなり、吸引速度が所定の閾値以下になると、貫通孔１１ａ内には、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離された構造のシリカ系メソ多孔体（中空糸状のシリカ構造体１２）が形成されず、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離されていない構造のシリカ系メソ多孔体（例えば、図１１に示すような従来のシリカ系メソ多孔体）が形成されてしまう。
【００２７】
シリカ構造体１２は、０．１〜１．５ｍＬ／ｇの細孔容積を有するシリカ系メソ多孔体であることが好ましく、また、２００〜１５００ｍ２の比表面積を有するシリカ系メソ多孔体であることが好ましい。そして、シリカ構造体１２は、全細孔容積に占める、中心細孔直径の±４０％の範囲内の直径を有する細孔の全容積の割合が６０％以上のシリカ系メソ多孔体であることが好ましい。
ここで、「全細孔容積に占める、中心細孔直径の±４０％の範囲内の直径を有する細孔の全容積の割合が６０％以上」とは、例えば、中心細孔直径が３．００ｎｍである場合、この３．００ｎｍの±４０％、すなわち、１．８０〜４．２０ｎｍの範囲にある細孔の容積の合計が、全細孔容積の６０％以上を占めていることを意味する。
このような条件を満たすシリカ系メソ多孔体は、細孔の直径が非常に均一であることを意味し、このような細孔配列構造を有するシリカ系メソ多孔体に、例えば、反応物質２０としてタンパク質等の生体触媒を吸着させると、生体触媒の安定性及び吸着量（固定量）をより向上させることができる。なお、細孔容積は、例えば、リン酸溶液や硝酸溶液で基材１１を溶解させて、析出したシリカ構造体１２を液体窒素温度に冷却して窒素ガスを導入する方法（窒素吸着法）によって算出することができる。
【００２８】
また、シリカ構造体１２は、１ｎｍ以上のｄ値に相当する回折角度に１本以上のピークを有するＸ線回折パターンを示すシリカ系メソ多孔体であることが好ましい。Ｘ線回折パターンでピークが現われる場合は、そのピーク角度に相当するｄ値の周期構造がシリカ系メソ多孔体中にあることを意味する。
したがって、１ｎｍ以上のｄ値に相当する回折角度に１本以上のピークがあることは、細孔が１ｎｍ以上の間隔で規則的に配列していることを意味する。このように、非常に規則的な細孔配列構造を有するシリカ系メソ多孔体に、例えば、反応物質２０としてタンパク質等の生体触媒を吸着させると、生体触媒の安定性及び吸着量をより向上させることが可能になる。
【００２９】
なお、シリカ構造体１２における、細孔１２ａの配列状態（細孔配列構造）は、特に制限されるものではない。シリカ構造体１２としては、例えば、ヘキサゴナルの細孔配列構造を有するもの、キュービックやディスオーダの細孔配列構造を有するものが例示される。
ここで、シリカ構造体１２がヘキサゴナルの細孔配列構造を有するとは、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの配置が六方構造であることを意味する。ヘキサゴナルの細孔配列構造としては、２次元ヘキサゴナル及び３次元ヘキサゴナルが挙げられる。本発明において好適に用いることのできる２次元ヘキサゴナルの細孔配列構造を有するシリカ構造体１２は、例えば、図１及び図２に示すように、２次元ヘキサゴナル配列構造に基づいて、六角柱状の細孔が互いに平行に規則的に形成されている。
また、シリカ構造体１２がキュービックの細孔配列構造を有するとは、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの配置が立方構造であることを意味する。
また、シリカ構造体１２がディスオーダの細孔配列構造を有するとは、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの配置が不規則であることを意味する。
【００３０】
なお、シリカ構造体１２が、ヘキサゴナルやキュービック等の規則的細孔配列構造を有する場合は、細孔１２ａの全てがこれらの規則的細孔配列構造である必要はない。すなわち、シリカ構造体１２は、ヘキサゴナルやキュービックなどの規則的細孔配列構造と、ディスオーダの不規則的細孔配列構造と、の両方を有していることが可能である。しかしながら、全ての細孔１２ａのうちの８０％以上は、ヘキサゴナルやキュービックなどの規則的細孔配列構造となっていることが好ましい。
【００３１】
また、シリカ構造体１２としては、有機基を有するシリカ系メソ多孔体、有機基を有しないシリカ系メソ多孔体が例示される。そして、何れのシリカ系メソ多孔体の場合においても、ケイ素以外の金属元素（例えば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ）を更に含むことができる。なお、何れのシリカ系メソ多孔体であっても、表面にはシラノール基（−ＳｉＯＨ基）が存在している。
有機基を有するシリカ系メソ多孔体とは、シリカ系メソ多孔体を構成するケイ素原子の少なくとも一部に、有機基が、炭素−ケイ素結合を形成することによって結合しているものをいう。有機基としては、例えば、アルカンやアルケン、アルキン、ベンゼン、シクロアルカンなどの炭化水素から１以上の水素がとれて生じる炭化水素基、アミド基、アミノ基、イミノ基、メルカプト基、スルフォン基、カルボキシル基、エーテル基、アシル基、ビニル基等が挙げられる。
【００３２】
＜反応物質＞
反応物質２０は、特定物質或はその生成物と選択的に反応する物質であれば任意であり、具体的には、例えば、生体由来の分子識別素子（タンパク質等の生体触媒など）、パラジウムや白金などの金属触媒、酸化ルテニウムや酸化マンガン、酸化鉄、酸化チタンなどの酸化触媒、その他の有機触媒又は無機触媒、各種ポリマー、ポリマーコンプレックス、ポリイオンコンプレックス、吸光物質、蛍光物質、色素等である。
なお、担体１０に担持される反応物質２０の種類は、１種類であっても良いし、複数種類であっても良い。
【００３３】
＜反応物質複合体＞
反応物質複合体１は、例えば、図２及び図３に示すように、担体１０と、担体１０に担持された反応物質２０と、を備えて構成される。反応物質複合体１は、例えば、生化学分析や微量成分分析のためのセンサとして、或は、高分子合成や触媒反応などにおけるリアクターとして好適に適用することができる。
【００３４】
ここで、担体１０において、基材１１が有する貫通孔１１ａ内は、例えば、図３に示すように、反応物質２０が固定される固体領域Ａ１と、特定物質（反応物質）及び生成物（反応生成物）が拡散する拡散領域Ａ２と、に分けられる。
固定領域Ａ１は、シリカ構造体１２の壁面部分であり、その壁面部分に形成された細孔１２ａの内部に反応物質２０が固定される。
拡散領域Ａ２は、反応物質複合体１の一方の面から他方の面にかけて貫通する孔からなる。すなわち、拡散領域Ａ２は、シリカ構造体１２の中空部分であり、何も充填されていない空洞となっている。
【００３５】
したがって、例えば、反応物質複合体１の一方の面から他方の面に向かって、特定物質を含有する液体や気体を強制的に透過させると、当該液体や気体は拡散領域Ａ２を通過する。
例えば、図１１に示すような従来の反応物質複合体の場合、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離されていない構造（反応物質２０が固定された領域を、特定物質や生成物が拡散する構造）であるため、当該液体や気体は、反応物質２０が固定された領域を通過することになる。これに対し、本発明の反応物質複合体１の場合、当該液体や気体は、何も充填されていない空洞状態の拡散領域Ａ２を通過することになり、従来の反応物質複合体と比較して、圧損が低く、当該液体や気体を高速に透過させることができるため、高速で反応を実施することができる。
【００３６】
さらに、当該液体や気体が拡散領域Ａ２を通過する際に、当該液体や気体に含有された特定物質は、拡散領域Ａ２を拡散して、固定領域Ａ１に固定された反応物質２０へと移動し、当該反応物質２０と接触する。そして、当該接触によって生じた生成物も、拡散領域Ａ２を拡散して、反応物質複合体１の外部へと移動する。
例えば、図１１に示すような従来の反応物質複合体の場合、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離されていない構造であるため、特定物質や生成物は、反応物質２０が固定された領域を拡散することになる。これに対し、本発明の反応物質複合体１の場合、特定物質や生成物は、何も充填されていない空洞状態の拡散領域Ａ２を拡散することになり、従来の反応物質複合体と比較して、特定物質や生成物の拡散性が高くなるため、高速で反応を実施することができる。
【００３７】
また、例えば、反応物質複合体１を電解液等に浸漬させ、特定物質を含有する気体を当該電解液等と接触させて、当該電解液等に当該特定物質を溶解させると、当該特定物質は、反応物質複合体１の外部を拡散して内部（拡散領域Ａ２）へと移動し、さらに、拡散領域Ａ２を拡散して固定領域Ａ１に固定された反応物質２０へと移動し、当該反応物質２０と接触する。そして、当該接触によって生じた生成物も、拡散領域Ａ２を拡散して、反応物質複合体１の外部へと移動する。
例えば、図１１に示すような従来の反応物質複合体の場合、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離されていない構造であるため、特定物質や生成物は、反応物質２０が固定された領域を拡散することになる。これに対し、本発明の反応物質複合体１の場合、特定物質や生成物は、何も充填されていない空洞状態の拡散領域Ａ２を拡散することになり、従来の反応物質複合体と比較して、特定物質や生成物の拡散性が高くなるため、高速で反応を実施することができる。
【００３８】
＜反応物質複合体の製造方法＞
次に、反応物質複合体１の製造方法について説明する。反応物質複合体１は、担体１０を製造し、その製造された担体１０に反応物質２０を固定することによって製造される。
【００３９】
（担体の製造）
まず、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製する。
ここで、シリカ源溶液とは、シリカ源となる化合物（例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）等のアルコキシシラン）を含有する溶液のことである。
界面活性剤は、担体１０に担持させる反応物質２０の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、トリブロック共重合体のＣＴＡＢ、Ｐ１２３及びＦ１２７等を好ましく用いることができる。
具体的には、例えば、ＣＴＡＢ、Ｐ１２３及び／又はＦ１２７を、エタノールや塩酸の混合物中に溶解して、３０℃〜６０℃程度で、還流器を用いて数時間程度攪拌する。
次いで、これに、ＴＥＯＳ等のシリカ源を添加し、更に、３０℃〜６０℃程度で、還流器を用いて２時間〜２０数時間程度攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製する。
なお、シリカ源溶液に含まれる界面活性剤の種類は、１種類であっても良いし、複数種類であっても良い。
【００４０】
次に、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に、界面活性剤を含むシリカ層を形成する（シリカ層形成ステップ）。
具体的には、例えば、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、基材１１の一方の面に滴下し、真空ポンプ等の吸引装置を用いて、所定の吸引速度で、当該滴下された界面活性剤を含むシリカ源溶液を貫通孔１１ａ内に吸引導入する（吸引導入ステップ）。
次いで、例えば、貫通孔１１ａ内に導入された界面活性剤を含むシリカ源溶液を、真空ポンプ等の吸引装置を用いて、所定の吸引速度で、吸引乾燥させて（吸引乾燥ステップ）、貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に界面活性剤を含むシリカ層を形成する。
なお、吸引導入時の吸引速度と、吸引乾燥時の吸引速度と、は同一であっても良いし、異なっていても良い。
【００４１】
次に、貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に形成されたシリカ層から界面活性剤を除去して、シリカ構造体１２を形成する（シリカ構造体形成ステップ）。
具体的には、例えば、貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に形成されたシリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から界面活性剤を除去することにより、貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って中空糸状のシリカ構造体１２を形成する。
以上のようにして、担体１０を製造する。
【００４２】
（反応物質の固定）
まず、反応物質２０を含む反応物質溶液を調製する。
次に、調製した反応物質溶液中に、製造された担体１０を浸漬させて、担体１０に反応物質２０を吸着固定させる。
次に、担体１０を洗浄することによって、拡散領域Ａ２内の反応物質２０を洗い流す。
以上のようにして、製造された担体１０に反応物質２０を固定化して、反応物質複合体１を製造する。
【００４３】
なお、上記の担体１０の製造方法、反応物質複合体１の製造方法は、一例であって、これに限られるものではない。
【実施例１】
【００４４】
以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
＜実施例１＞
実施例１では、担体を作製して、その担体について評価した。
【００４６】
まず、界面活性剤（Ｐ１２３）１．０ｇを、エタノール２０ｍＬ、濃塩酸１００μＬ及び水２ｍＬと混合して、攪拌しながら６０℃で１時間還流を行った。
次いで、これに、ＴＥＯＳ２．１３ｇを添加し、還流器を用いて６０℃で１２時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
【００４７】
次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が１００ｎｍ、厚みが６０μｍの陽極酸化アルミナ基板（基材１１）を作製した。
【００４８】
次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、吸引速度１０Ｌ／ｍｉｎで、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引速度１０Ｌ／ｍｉｎで、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
【００４９】
次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、５００℃で６時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。
【００５０】
次に、作製した担体を貫通孔に対して斜めに切断し、その断面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察した。その結果を図４に示す。
図４に示すように、ＳＥＭ観察の結果、陽極酸化アルミナ基板の貫通孔の内壁に沿って、中空糸状の構造体が形成されていることが確認された。
【００５１】
また、作製した担体を貫通孔に対して斜めに切断し、その断面を、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察した。その結果を図５に示す。
図５に示すように、ＴＥＭ観察の結果、陽極酸化アルミナ基板の貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状の構造体は、メッシュ状の均一な３次元構造であることが確認された。また、ＴＥＭ観察の結果、この中空糸状の構造体は、壁面の厚みが約８．０ｎｍであることが分かった。さらに、ＴＥＭ観察の結果、この中空糸状の構造体が有する細孔（細孔１２ａ）は、断面形状が略正六角形状であり、平均細孔サイズが約８．０ｎｍであることが確認された。ここで、細孔サイズとは、六角形における、一辺と、当該一辺に対向する他の一辺と、の間の距離のことである。
【００５２】
また、作製した担体を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）を用いて解析した。
その結果、陽極酸化アルミナ基板の貫通孔の内壁に沿って、シリカが分布していることが確認された。
【００５３】
以上のＳＥＭ、ＴＥＭ及びＥＤＸの結果から、本発明の担体の製造方法によって、陽極酸化アルミナ基板（基材１１）と、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って形成された中空糸状の構造体（シリカ構造体１２）と、を備える担体（担体１０）を作製できることが確認された。
【００５４】
＜実施例２＞
実施例２では、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の、界面活性剤の量及びＴＥＯＳの量について評価した。
【００５５】
まず、界面活性剤（Ｐ１２３）を、エタノール２０ｍＬ、濃塩酸１００μＬ及び水２ｍＬと混合して、攪拌しながら６０℃で１時間還流を行った。
次いで、これに、ＴＥＯＳを添加し、還流器を用いて６０℃で１２時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
【００５６】
次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が１００ｎｍ、厚みが６０μｍの陽極酸化アルミナ基板（基材１１）を作製した。
【００５７】
次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、吸引速度１０Ｌ／ｍｉｎで、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引速度１０Ｌ／ｍｉｎで、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
【００５８】
次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、５００℃で６時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。
【００５９】
ここで、Ｐ１２３の量が０．６ｇ，１．０ｇ及び１．５ｇである各シリカ源溶液（ＴＥＯＳの量は２．１３ｇ）を用いて、３種類の担体を作製した。
また、ＴＥＯＳの量が１．２８ｇ，２．１３ｇ及び３．２ｇである各シリカ源溶液（Ｐ１２３の量は１．０ｇ）を用いて、３種類の担体を作製した。
【００６０】
次に、作製した６種類の担体それぞれを、ＴＥＭを用いて観察した。
その結果、Ｐ１２３の量が０．６ｇ及び１．５ｇの場合、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って中空糸状のシリカ構造体１２が形成されていることは確認されたが、そのシリカ構造体１２が有する細孔１２ａは、内壁１１ａ１（内壁面）に不規則に配置され、形状が歪んだ略六角柱状であった。
これに対し、Ｐ１２３の量が１．０ｇの場合は、例えば、図１及び図２に示すような、互いに平行な規則的に配置された略正六角柱状の細孔１２ａを有する中空糸状のシリカ構造体１２が、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って形成されていることが確認された。
また、ＴＥＯＳの量が１．２８ｇ及び３．２ｇの場合、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って中空糸状のシリカ構造体１２が形成されていることは確認されたが、そのシリカ構造体１２が有する細孔１２ａは、内壁１１ａ１（内壁面）に不規則に配置され、形状が歪んだ略六角柱状であった。
これに対し、ＴＥＯＳの量が２．１３ｇの場合は、例えば、図１及び図２に示すような、互いに平行な規則的に配置された略正六角柱状の細孔１２ａを有する中空糸状のシリカ構造体１２が、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って形成されていることが確認された。
以上の結果から、界面活性剤としてＰ１２４を用いるときは、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの形状等の観点から、Ｐ１２３の量が１．０ｇ、ＴＥＯＳの量が２．１３ｇであるシリカ源溶液を用いて担体１０を作製することが好適であることが分かった。
【００６１】
同様にして、界面活性剤Ｆ１２７についても、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の、界面活性剤の量及びＴＥＯＳの量について評価した。
その結果、界面活性剤としてＦ１２７を用いるときは、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの形状等の観点から、Ｆ１２７の量が０．９２ｇ、ＴＥＯＳの量が２．０ｇであるシリカ源溶液（具体的な組成は実施例４参照）を用いて担体１０を作製することが好適であることが分かった。
【００６２】
また、同様にして、界面活性剤ＣＴＡＢについても、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の、界面活性剤の量及びＴＥＯＳの量について評価した。
その結果、界面活性剤としてＣＴＡＢを用いるときは、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの形状等の観点から、ＣＴＡＢの量が１．５２ｇ、ＴＥＯＳの量が１１．５７ｇであるシリカ源溶液（具体的な組成は実施例４参照）を用いて担体１０を作製することが好適であることが分かった。
【００６３】
＜実施例３＞
実施例３では、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液を貫通孔１１ａ内に吸引導入する時（吸引導入時）及び貫通孔１１ａ内に吸引導入された界面活性剤を含むシリカ源溶液を吸引乾燥させる時（吸引乾燥時）の吸引速度について評価した。
【００６４】
まず、界面活性剤（Ｐ１２３）１．０ｇを、エタノール２０ｍＬ、濃塩酸１００μＬ及び水２ｍＬと混合して、攪拌しながら６０℃で１時間還流を行った。
次いで、これに、ＴＥＯＳ２．１３ｇを添加し、還流器を用いて６０℃で１２時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
【００６５】
次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が１００ｎｍ、厚みが６０μｍの陽極酸化アルミナ基板（基材１１）を作製した。
【００６６】
次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引導入時と同一の吸引速度で、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
【００６７】
次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、５００℃で６時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。
【００６８】
ここで、吸引導入時及び吸引乾燥時の吸引速度を、０．１Ｌ／ｍｉｎ、０．５Ｌ／ｍｉｎ、１Ｌ／ｍｉｎ、２Ｌ／ｍｉｎ、３Ｌ／ｍｉｎ、５Ｌ／ｍｉｎ、８Ｌ／ｍｉｎ及び１０Ｌ／ｍｉｎとして、８種類の担体を作製した。
【００６９】
次に、作製した８種類の担体それぞれを、ＴＥＭを用いて観察した。その結果を表１に示す。
【表１】
2010154785.tif 000003
【００７０】
表１に示すように、ＴＥＭ観察の結果、吸引速度が１Ｌ／ｍｉｎ以上である場合は、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って、中空糸状のシリカ構造体１２が形成されていることが確認された。すなわち、細孔１２ａの貫通方向が、貫通孔１１ａの貫通方向に対して略直交しており、かつ、中空部分（拡散領域Ａ２）を有するシリカ系メソ多孔体（シリカ構造体１２）が形成されていることが確認された。
これに対し、吸引速度が０．５Ｌ／ｍｉｎ以下の場合は、中空糸状のシリカ構造体１２ではなく、細孔サイズが約８．０ｎｍの細孔を有する従来のシリカ系メソ多孔体（例えば、図１１参照）が、基材１１が有する貫通孔１１ａ内に形成されていることが確認された。すなわち、細孔の貫通方向が、貫通孔１１ａの貫通方向と略同一であり、かつ、中空部分を有さないシリカ系メソ多孔体が形成されていることが確認された。
【００７１】
また、表１に示すように、ＴＥＭ観察の結果、吸引速度が１Ｌ／ｍｉｎ以上である場合、吸引速度が増加するにつれて、中空糸状のシリカ構造体１２の壁面の厚みが薄くなっていくことが確認された。
【００７２】
以上の結果から、上記組成の溶液（界面活性剤を含む溶液）を用い、かつ、貫通孔１１ａの直径が１００ｎｍである基材１１を用いた場合、中空糸状のシリカ構造体１２を形成するためには、１Ｌ／ｍｉｎ以上の吸引速度で吸引導入及び吸引乾燥する必要があることが分かった。また、吸引速度によって、中空糸状のシリカ構造体１２の壁面の厚みを制御できることが分かった。
【００７３】
＜実施例４＞
実施例４では、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の界面活性剤の種類と、中空糸状のシリカ構造体１２が有する細孔１２ａの大きさと、の関係について評価した。
【００７４】
まず、界面活性剤（Ｐ１２３）１．０ｇを、エタノール２０ｍＬ、濃塩酸１００μＬ及び水２ｍＬと混合して、攪拌しながら６０℃で１時間還流を行った。
次いで、これに、ＴＥＯＳ２．１３ｇを添加し、還流器を用いて６０℃で１２時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
【００７５】
次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が１００ｎｍ、厚みが６０μｍの陽極酸化アルミナ基板（基材１１）を作製した。
【００７６】
次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、吸引速度１０Ｌ／ｍｉｎで、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引速度１０Ｌ／ｍｉｎで、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
【００７７】
次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、５００℃で６時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。
【００７８】
また、界面活性剤（Ｆ１２７）０．９２ｇを、エタノール２３．５ｍＬ、濃塩酸２００μＬ及び水１．３３ｍＬと混合して、攪拌しながら６０℃で１時間還流を行った。
次いで、これに、ＴＥＯＳ２．０ｇを添加し、還流器を用いて６０℃で１２時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
そして、界面活性剤Ｐ１２３を含むシリカ源溶液の場合と同様にして、担体を作製した。
【００７９】
また、界面活性剤（ＣＴＡＢ）１．５２ｇを、エタノール１５ｇ及び濃塩酸４ｍＬと混合して、攪拌しながら６０℃で１時間還流を行った。
次いで、これに、ＴＥＯＳ１１．５７ｇを添加し、還流器を用いて６０℃で１２時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
そして、界面活性剤Ｐ１２３を含むシリカ源溶液の場合と同様にして、担体を作製した。
【００８０】
次に、作製した３種類の担体それぞれを、ＴＥＭを用いて観察した。その結果を表２に示す。
【表２】
2010154785.tif 000004
【００８１】
表２に示すように、ＴＥＭ観察の結果、界面活性剤の種類によって、中空糸状のシリカ構造体１２が有する細孔１２ａの大きさが異なることが確認された。
以上の結果から、シリカ源溶液に含まれる界面活性剤の種類のよって、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの大きさを制御できることが分かった。
【００８２】
＜実施例５＞
実施例５では、担体１０に、反応物質２０として生体触媒（具体的には、ホルムアルデヒド脱水素酵素）を固定して反応物質複合体１を作製し、その反応物質複合体１について評価した。
【００８３】
まず、実施例１と同様の方法で、担体１０を作製した。
次いで、ホルムアルデヒド脱水素酵素を、リン酸バッファ（ｐＨ７．４）に溶解させて、ホルムアルデヒド脱水素酵素濃度が１．２ｍｇ／ｍＬの酵素溶液を調製した。
次いで、作製した担体１０の一方の面に、調製した酵素溶液２．５ｍＬを滴下して、３℃で一晩静置した。
次いで、酵素溶液が滴下された担体１０を、５ｍＬの脱イオン水で３回洗浄して、陽極酸化アルミナ基板の表面や担体１０中の拡散領域Ａ２内の酵素を洗い流すことによって、反応物質複合体１を作製した。
【００８４】
次に、ＴＧ−ＤＴＡ（熱重量示差熱同時分析計）を用いて、作製した反応物質複合体１における酵素固定量を測定した。
その結果、１ｇの担体１０に対して、２．０ｍｇのホルムアルデヒド脱水素酵素が固定されていることが確認された。
【００８５】
＜実施例６＞
実施例６では、特定物質（具体的には、ホルムアルデヒド）を含有する特定物質溶液を用いて、実施例５で作製した反応物質複合体１について評価した。
具体的には、ホルムアルデヒドをギ酸に酸化する反応（ＨＣＨＯ  ＋  ＮＡＤ＋  ＋  ３Ｈ２Ｏ  ―（ホルムアルデヒド脱水素酵素）→  ＨＣＯＯ−  ＋  ＮＡＤＨ  ＋  ２Ｈ３Ｏ＋）を利用して（すなわち、ＮＡＤ＋（酸化型）の還元によって生じるＮＡＤＨ（還元型）に特徴的な波長３４０ｎｍを選び、その吸光度の変化から、生成したＮＡＤＨ濃度を求めることによって）、実施例５で作製した反応物質複合体１が備えるホルムアルデヒド脱水素酵素の活性を測定した。
【００８６】
まず、実施例５で作製した反応物質複合体１を粉砕したもの１．０ｇを、３．０ｍＬのリン酸バッファ（ｐＨ７．４）に加えた。
次いで、これに、補酵素（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ＋））１２ｍｇと、ホルムアルデヒド濃度が０．３％のホルムアルデヒド水溶液３００μＬと、添加して２５℃で静置した。
次いで、この反応物質複合体１を粉砕したものが加えられた特定物質溶液の上澄みを６００μＬ採取し、４００μＬのリン酸バッファ（ｐＨ７．４）と混合して、試料（実施例６用の試料）を作製した。
【００８７】
次に、吸光光度計を用いて、作製した実施例６用の試料の３４０ｎｍにおける吸収を測定した。その結果を図６に示す。
【００８８】
比較例１として、遊離酵素でも同様の測定を行った。
具体的には、反応物質複合体１を粉砕したもの１．０ｇに代えて、ホルムアルデヒド脱水素酵素２．０ｍｇを用いて、実施例６と同様の方法で、試料（比較例１用の試料）を作製した。
次に、吸光光度計を用いて、作製した比較例１用の試料の３４０ｎｍにおける吸収を測定した。その結果も図６に示す。
【００８９】
図６においては、横軸に反応時間（すなわち、ホルムアルデヒド水溶液を添加してからの経過時間）、縦軸に測定された３４０ｎｍの吸光度を示す。また、丸プロット（○）は実施例６の結果、三角プロット（△）は比較例１の結果を示す。
【００９０】
図６に示すように、吸光度測定の結果、実施例６の固定化酵素（すなわち、実施例５で作製した反応物質複合体１が備える酵素）は、アスペクト比の高いシリカ構造体１２内に固定されているにも関わらず、比較例１の遊離酵素と同等の反応速度及び酵素活性を有することが分かった。
以上の結果から、本発明の担体１０は、担持した反応物質２０によって、遊離酵素と同等の反応速度での反応を実現できることが分かった。
【００９１】
＜実施例７＞
実施例７では、特定物質（具体的には、ホルムアルデヒド）を含有する特定物質ガスを用いて、実施例５で作製した反応物質複合体１について評価した。
【００９２】
まず、図７〜図９に示すガス検出用の酵素センサＳを作成した。
図７は、酵素センサＳの平面斜視図であり、図８は、図７におけるVIII−VIII線における断面を模式的に示す図であり、図９は、図７におけるIX−IX線における断面を模式的に示す図である。
酵素センサＳは、反応物質複合体１が備える反応物質２０の特性を利用して気体試料（特定物質ガス）中の特定物質を電気化学的計測法によって検出するセンサである。具体的には、酵素センサＳは、例えば、図７〜図９に示すように、センサヘッドＳ１と、反応物質複合体１と、を備えて構成される。
【００９３】
センサヘッドＳ１は、下側本体部Ｓ１１と、下側本体部Ｓ１１上に配置された上側本体部Ｓ１２と、下側本体部Ｓ１１と上側本体部Ｓ１２との間に配置された電極部Ｓ１３と、センサヘッドＳ１内に形成された液相部Ｓ１４及び気相部Ｓ１５と、液相部Ｓ１４と気相部Ｓ１５とを隔てるガス透過膜Ｓ１６と、等を備えて構成される。
電極部Ｓ１３は、作用電極Ｓ１３ａと、対電極１３ｂと、参照電極Ｓ１３ｃと、等を備えている。
また、液相部Ｓ１４は、液相部Ｓ１４に溶液を導入するための溶液導入口Ｓ１４ａと、液相部Ｓ１４に導入された溶液を排出するための溶液排出口Ｓ１４ｂと、等を備えている。
また、気相部Ｓ１５は、気相部Ｓ１５に特定物質ガスを導入するためのガス導入口Ｓ１５ａと、気相部Ｓ１５に導入された特定物質ガスを排出するためのガス排出口Ｓ１５ｂと、等を備えている。
【００９４】
反応物質複合体１は、液相部Ｓ１４内における、電極部Ｓ１３とガス透過膜Ｓ１６との間に、基材１１が有する貫通孔１１ａの貫通方向が電極部Ｓ１３の上面に対して略直交するように配置されている。
ここで、気相部Ｓ１５に導入された特定物質ガス中の特定物質は、ガス透過膜Ｓ１６を透過して、液相部Ｓ１４へと移行し、液相部Ｓ１４内に配置された反応物質複合体１中の拡散領域Ａ２を拡散して、反応物質複合体１中の固定領域Ａ１に固定された反応物質２０と接触するようになっている。そして、当該接触によって生成された生成物は、反応物質複合体１中の拡散領域Ａ２を拡散して、反応物質複合体１の外部（電極部Ｓ１３）へと移行するようになっている。
すなわち、ガス透過膜Ｓ１６を透過した特定物質が、固定領域Ａ１に固定された反応物質２０と接触するまでの移動距離（拡散距離）と、当該接触によって生成された生成物が、電極部Ｓ１３に到達するまでの移動距離（拡散距離）と、がより短くなるように、反応物質複合体１を、液相部Ｓ１４内に配置した。
【００９５】
なお、酵素センサＳは、例えば、室温（２５℃）で、参照電極Ｓ１３ａに対して作用電極Ｓ１３ｃに所定の電圧（例えば、＋６００ｍＶの電圧）を印加し、アンペロメトリー法による電流計測によって、酵素センサＳからの応答電流を計測することにより、特定物質ガス中の特定物質を検出するようになっている。
また、例えば、濃度と応答電流との関係を示す検量線を予め作成しておくと、酵素センサＳからの応答電流に基づいて、特定物質ガスの特定物質濃度も測定することができる。
【００９６】
次に、ＮＡＤ＋１２ｍｇを、３ｍＬのリン酸バッファ（ｐＨ７．４）に溶解させて、液相部Ｓ１４を満たすための電解液を調製した。
次いで、調製した電解液を、溶液導入口Ｓ１４ａから液相部Ｓ１４内へと導入し、溶液排出口Ｓ１４ｂから漏れ出すまで導入し続けることによって、反応物質複合体１が配置された液相部Ｓ１４内を当該電解液で満たした。
【００９７】
次に、酵素センサＳからの応答電流の計測を開始し、当該計測の開始から約６０００秒経過後に、気相部Ｓ１５内への特定物質ガスの導入を開始した。特定物質ガスとしては、ホルムアルデヒド濃度が１００ｐｐｂのホルムアルデヒドガス（ＨＣＨＯガス）を使用した。
次いで、当該計測の開始から約１３０００秒経過後に、特定物質ガスの導入を停止し、当該計測の開始から約１６０００秒経過後に、当該計測を終了した。その計測結果を図１０に示す。
【００９８】
比較例２として、遊離酵素でも同様の測定を行った。
具体的には、まず、酵素センサＳから反応物質複合体１を取り除いたもの（すなわち、センサヘッドＳ１）を用意した。
次いで、実施例７と同様の方法で調製した電解液（液相部Ｓ１４を満たすための電解液）に、ホルムアルデヒド脱水素酵素を加えて、ホルムアルデヒド脱水素酵素濃度が１２ｍｇ／ｃｃの酵素溶液を調製した。
次いで、調製した酵素溶液で、センサヘッドＳ１が備える液相部Ｓ１４内を満たすことによって、比較例２のセンサ（遊離酵素センサ）を作製した。
次いで、実施例７と同様の方法で、ホルムアルデヒド濃度が１００ｐｐｂのホルムアルデヒドガスを導入した際の、遊離酵素センサからの応答電流を計測した。その計測結果も図１０に示す。
【００９９】
また、比較例３として、従来のシリカ系メソ多孔体であるＦＳＭに固定されたＦＳＭ固定化酵素でも同様の計測を行った。
ここで、ＦＳＭは、従来のシリカ系メソ多孔体であるため、例えば、図１１に示すシリカ系メソ多孔体のように、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離されていない。また、図１１に示すシリカ系メソ多孔体は、細孔の配向が一方向に方向制御されているが、ＦＳＭは、細孔の配向がランダムで方向制御されていない。
具体的には、まず、反応物質複合体１に代えて、ホルムアルデヒド脱水素酵素が担持されたＦＳＭをセンサヘッドＳ１の電極部Ｓ１３とガス透過膜Ｓ１６との間に配置することによって、比較例３のセンサ（ＦＳＭ固定化酵素センサ）を作製した。
次いで、実施例７と同様の方法で調製した電解液（液相部Ｓ１４を満たすための電解液）で、ＦＳＭ固定化酵素センサが備える液相部Ｓ１４内を満たした。
次いで、実施例７と同様の方法で、ホルムアルデヒド濃度が１００ｐｐｂのホルムアルデヒドガスを導入した際の、ＦＳＭ固定化酵素センサからの応答電流を計測した。その計測結果も図１０に示す。
【０１００】
図１０においては、横軸に応答電流の計測開始からの経過時間、縦軸に計測された応答電流を示す。また、実線は実施例７の結果、一点鎖線は比較例２の結果、破線は比較例３の結果を示す。
【０１０１】
図１０に示すように、応答電流計測の結果、実施例７の酵素センサＳにおいては、酵素がアスペクト比の高いシリカ構造体１２内に固定されているにも関わらず、応答の立ち上がりが、比較例２の遊離酵素センサと同等であることが分かった。すなわち、担体１０には空洞状態の拡散領域Ａ２が存在するため、担体１０内での特定物質や生成物の拡散性は、溶液中での拡散性と同程度に良好であることが分かった。
また、実施例７の酵素センサＳにおいては、実施例５で作製した反応物質複合体１が備える酵素は担体１０に高密度に固定されているため、飽和電流が、比較例２の遊離酵素センサよりも大きくなることが分かった。
その一方で、比較例３のＦＳＭ固定化酵素センサにおいては、応答の立ち上がりが、比較例２の遊離酵素センサよりも鈍いことが分かった。これは、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離されておらず、かつ、細孔の配向がランダムな担体（ＦＳＭ）に酵素が固定されているためであると考えられる。
以上の結果から、本発明の担体１０は、担持した反応物質２０によって、従来の担体（従来のシリカ系メソ多孔体）よりも高速での反応を実現できることが分かった。
【０１０２】
以上説明した本発明の担体１０及び担体１０を備える反応物質複合体１によれば、担体１０は、互いに平行な複数の貫通孔１１ａを有する基材１１と、貫通孔１１ａ内に当該貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体１２と、を備え、シリカ構造体１２は、ナノメートルオーダーの大きさの細孔１２ａを壁面に複数有し、反応物質２０は、細孔１２ａの内部に固定される。
したがって、シリカ構造体１２の壁面部分が、反応物質２０が固定される固定領域Ａ１となって、シリカ構造体１２の中空部分が、特定物質や生成物が拡散する拡散領域Ａ２となる。すなわち、シリカ構造体１２は、固定領域Ａ１と拡散領域Ａ２とが分離した構造になっているため、分子量の大きな反応物質２０が固定された場合であっても、シリカ構造体１２のアスペクト比（シリカ構造体１２（拡散領域Ａ２）の長さ／シリカ構造体１２の外径）が高い場合であっても、担体１０には空洞状態の拡散領域Ａ２が存在するため、担体１０内での特定物質や生成物の拡散性は、溶液中での拡散性と同程度に良好であり、担持した反応物質２０によって、より高速での反応を実現することができる。
また、基材１１は、互いに平行な複数の貫通孔１１ａを有しているため、反応物質複合体１を、例えば、実施例７で示したように配置することによって、特定物質が、固定領域Ａ１に固定された反応物質２０と接触するまでの移動距離と、当該接触によって生成された生成物が、検出素子（例えば、電極部Ｓ１３）に到達するまでの移動距離と、をより短くすることができる。したがって、貫通孔１１ａの配向がランダムな基材を使用する場合と比較して、より高速での反応を実現することができる。
【０１０３】
また、以上説明した本発明の担体１０及び担体１０を備える反応物質複合体１によれば、基材１１は、アルミニウムを含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板であり、貫通孔１１ａは、陽極酸化によって形成された孔である。
したがって、基材１１は、互いに平行な複数の貫通孔１１ａが容易かつ確実に形成されているとともに、強度や安定性が高いため、基材として好適である。
【０１０４】
また、以上説明した本発明の担体１０及び担体１０を備える反応物質複合体１によれば、反応物質２０は生体触媒であり、細孔１２ａの大きさは、当該生体触媒のサイズの０．５〜２．０倍である。
すなわち、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの内部に、タンパク質等の生体触媒をしっかりと固定することができるため、生体触媒の立体構造の変化を防止することができる。さらに、シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの内部に生体触媒をしっかりと固定することで、生体触媒は適度に分散された状態に維持されるため、生体触媒が凝集を起こして失活する等を防止することができる。また、シリカ構造体１２は多孔質であり、比表面積が非常に大きい。したがって、シリカ構造体１２を用いると、シリカ構造体１２よりも比表面積が小さい担体を用いる場合と比較して、より大きな固定量でより高濃度に反応物質２０を固定することができる。
したがって、反応物質複合体１は、長寿命で、優れた安定性を有するものとなり、また、反応物質複合体１を適用したセンサやリアクターは、長寿命で、優れた安定性や感度を有するものとなって、好適である。
【０１０５】
また、以上説明した本発明の担体１０の製造方法によれば、基材１１が有する貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、シリカ層から界面活性剤を除去して、シリカ構造体１２を形成するシリカ構造体形成ステップと、を備えている。そして、シリカ層形成ステップは、界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で貫通孔１１ａ内に吸引導入する吸引導入ステップと、貫通孔１１ａ内に導入された界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で吸引乾燥させる吸引乾燥ステップと、を備え、シリカ構造体形成ステップでは、シリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から界面活性剤を除去するようになっている。
すなわち、担持した反応物質２０によって、より高速で高感度な反応を実現することができる担体１０を、簡易な方法で製造することができる。
【０１０６】
なお、本発明は、上記した実施の形態のものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【０１０７】
シリカ構造体１２が有する細孔１２ａの貫通方向は、基材１１が有する貫通孔１１ａの貫通方向に対して略垂直に限ることはなく、細孔１２ａが中空糸状のシリカ構造体１２の内壁面１２ｂから外壁面１２ｃにかけて貫通しているのであれば任意である。
また、シリカ構造体１２が有する穴部は、シリカ構造体１２の内壁面１２ｂから外壁面１２ｃにかけて貫通する細孔１２ａに限ることはなく、例えば、シリカ構造体１２の内壁面１２ｂに形成された凹部（すなわち、内壁面１２ｂ側が開口して外壁面１２ｃ側が閉口した穴）であっても良い。
【０１０８】
担体１０の製造方法において、シリカ層形成ステップは、吸引導入ステップと吸引乾燥ステップとを備えるものに限ることはなく、貫通孔１１ａの内壁１１ａ１に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成することができるのであれば任意である。
また、担体１０の製造方法において、界面活性剤除去の手法は、焼成法に限ることはなく、界面活性剤を除去できるのであれば、例えば、溶媒抽出法であっても良い。
【０１０９】
反応物質複合体１の製造方法において、製造された担体１０を、反応物質２０を含む反応物質溶液に浸漬させて、担体１０に反応物質２０を吸着固定させることによって、担体１０に反応物質２０を担持させるようにしたが、反応物質２０の固定化の方法は、浸漬法に限ることはなく、例えば、シリカ構造体１２の表面に予め所定の官能基を導入して反応物質２０を化学修飾しても良いし、導電性高分子、グルタルアルデヒド、光架橋性樹脂等を用いた公知の固定化方法を用いても良いし、或いは、これらの固定化法を併用しても良い。
【０１１０】
反応物質複合体１の製造方法において、製造された担体１０を、反応物質２０を含む反応物質溶液に浸漬させて、担体１０に反応物質２０を吸着固定させることによって、担体１０に反応物質２０を担持させるようにしたが、これに限ることはなく、担体１０に反応物質２０を担持させることができるのであれば、担体１０の製造方法や反応物質複合体１の製造方法は任意である。
具体的には、反応物質２０が酸化触媒である場合、例えば、製造した担体１０を金属アルコキシド等の溶液に浸漬して加水分解することで、シリカ構造体１２に表面被覆を施し、その後、焼成することによって、金属粒子の酸化（酸化触媒の生成）を行い、反応物質複合体１を製造することができる。或は、例えば、界面活性剤と、シリカ源と、ルテニウムやマンガン、鉄、チタンなどの金属粒子と、を含む溶液を、所定の吸引速度で、基材１１が有する貫通孔１１ａ内に吸引導入して、吸引乾燥した後、焼成することによって、シリカ層からの界面活性剤の除去と、金属粒子の酸化（酸化触媒の生成）と、を同時に行い、反応物質複合体１を製造するようにしても良い。
【０１１１】
基材１１は、陽極酸化アルミナ基板等の金属酸化物基板に限ることはなく、互いに平行な複数の貫通孔１１ａを有する基板であれば任意である。
具体的には、例えば、ナノレベルの周期的な円柱構造をテンプレートとして用いて、高分子ポリマー、金属、セラミックス等の薄膜へ転写することによって、互いに平行な複数の貫通孔１１ａを有する基板１１を作製することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の担体の構成を説明するための模式図である。
【図２】本発明の反応物質複合体の構成を説明するための模式図である。
【図３】本発明の反応物質複合体の要部構成を説明するための断面模式図である。
【図４】実施例１でのＳＥＭ観察の結果を示す図である。
【図５】実施例１でのＴＥＭ観察の結果を示す図である。
【図６】実施例６での吸光度測定の結果を示す図である。
【図７】実施例７で作製したガス検出用の酵素センサの平面斜視図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線における断面を模式的に示す図である。
【図９】図７におけるIX−IX線における断面を模式的に示す図である。
【図１０】実施例７での応答電流計測の結果を示す図である。
【図１１】従来の担体の構成を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  反応物質複合体
１１  基材
１１ａ  貫通孔
１１ａ１  内壁
１２  シリカ構造体
１２ａ  細孔（穴部）
１２ｂ  内壁面
１０  担体
２０  反応物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図４】
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【図５】
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