(57)【要約】メソ多孔質炭素材料を用いた、流体試料からの粒子の除去に関連する製品、システムおよび方法が提供される。
2009518277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物であって、多数の前記細孔は約４〜約５０ｎｍの特性寸法を有し、ここで前記組成物は、流体から１種または２種以上の粒子を吸着する、前記炭素組成物。
【請求項２】
炭素含有無機前駆物質がカーバイドを含む、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項３】
カーバイドが、三元カーバイドまたは三元炭窒化物を含む、請求項２に記載の炭素組成物。
【請求項４】
三元カーバイドが、ＭＡＸ相群層状カーバイドを含む、請求項３に記載の炭素組成物。
【請求項５】
細孔のかなり大きな割合が、実質的にスリット形状である、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項６】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した総細孔容積が、１．２７ｃｃ／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項７】
約４ｎｍより大きい特性寸法を有する細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．５５４ｃｃ／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項８】
約５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．４３４ｃｃ／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項９】
約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．３７７ｃｃ／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項１０】
約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．０８２４ｃｃ／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項１１】
ブルナウアー・エメット・テーラー法に従って測定した総比表面積が、１６５２ｍ２／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項１２】
非局所密度汎関数理論法に従って測定した総比表面積が、１３６２ｍ２／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項１３】
４ｎｍより大きい特性寸法を有する細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した比表面積が、１７２ｍ２／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項１４】
塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項１５】
約６００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１４に記載の炭素組成物。
【請求項１６】
約８００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１４に記載の炭素組成物。
【請求項１７】
約１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１４に記載の炭素組成物。
【請求項１８】
塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項１９】
約６００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１８に記載の炭素組成物。
【請求項２０】
約８００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１８に記載の炭素組成物。
【請求項２１】
約１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１８に記載の炭素組成物。
【請求項２２】
１．０Ｐ／ＰＯにおいて少なくとも１０００ｃｃ／ｇＮ２のＮ２収着プロファイルを有する、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項２３】
組成物が、１種または２種以上のタンパク質を流体から吸着する、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項２４】
タンパク質の少なくとも１種が、炎症性メディエーターである、請求項２３に記載の炭素組成物。
【請求項２５】
炎症性メディエーターがサイトカインである、請求項２４に記載の炭素組成物。
【請求項２６】
組成物が、ＴＮＦ−αサイトカインを流体から吸着する、請求項２５に記載の炭素組成物。
【請求項２７】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約４０％を約６０分で吸着する、請求項２６に記載の炭素組成物。
【請求項２８】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約６０％を約６０分で吸着する、請求項２６に記載の炭素組成物。
【請求項２９】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約８０％を約６０分で吸着する、請求項２６に記載の炭素組成物。
【請求項３０】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインを流体から吸着する、請求項２５に記載の炭素組成物。
【請求項３１】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約５０％を約６０分で吸着する、請求項３０に記載の炭素組成物。
【請求項３２】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約７０％を約６０分で吸着する、請求項３０に記載の炭素組成物。
【請求項３３】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約９０％を約６０分で吸着する、請求項３０に記載の炭素組成物。
【請求項３４】
５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、１２０ｍ２／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項３５】
５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、９８．３ｍ２／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項３６】
９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、１４．６ｍ２／ｇより大きい、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項３７】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＴＮＦ−αを流体から吸着する、請求項１に記載の前記炭素組成物。
【請求項３８】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有する、請求項３７に記載の炭素組成物。
【請求項３９】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有する、請求項３７に記載の炭素組成物。
【請求項４０】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＩＬ−１βを流体から吸着する、請求項１に記載の前記炭素組成物。
【請求項４１】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項４０に記載の炭素組成物。
【請求項４２】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項４０に記載の炭素組成物。
【請求項４３】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＩＬ−６を流体から吸着する、請求項１に記載の前記炭素組成物。
【請求項４４】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項４３に記載の前記炭素組成物。
【請求項４５】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項４３に記載の前記炭素組成物。
【請求項４６】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有し、炭素組成物がＩＬ−８を流体から吸着する、請求項１に記載の前記炭素組成物。
【請求項４７】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項４６に記載の炭素組成物。
【請求項４８】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項４６に記載の炭素組成物。
【請求項４９】
結合剤をさらに含む、請求項１に記載の炭素組成物。
【請求項５０】
結合剤がポリマーである、請求項４９に記載の炭素組成物。
【請求項５１】
多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物を含む、吸着システムであって、多数の前記細孔は約４〜約５０の特性寸法を有し、ここで前記組成物は、流体から１種または２種以上の粒子を吸着する、前記吸着システム。
【請求項５２】
炭素含有無機前駆物質がカーバイドを含む、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項５３】
カーバイドが、三元カーバイドまたは三元炭窒化物を含む、請求項５２に記載の吸着システム。
【請求項５４】
三元カーバイドが、ＭＡＸ相群層状カーバイドを含む、請求項５３に記載の吸着システム。
【請求項５５】
細孔のかなり大きな割合が、実質的にスリット形状である、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項５６】
炭素組成物の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総細孔容積が、１．２７ｃｃ／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項５７】
約４ｎｍより大きい特性寸法を有する細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．５５４ｃｃ／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項５８】
約５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の、Ｎ２またはＡｒ吸着により測定し、ブルナウアー・エメット・テーラー法に従って解析した総容積が、０．４３４ｃｃ／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項５９】
約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の、Ｎ２またはＡｒ吸着により測定し、非局所密度汎関数理論法に従って解析した総容積が、０．３７７ｃｃ／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項６０】
約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．０８２４ｃｃ／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項６１】
ブルナウアー・エメット・テーラー法に従って測定した総比表面積が、１６５２ｍ２／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項６２】
非局所密度汎関数理論法に従って測定した総比表面積が、１３６２ｍ２／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項６３】
４ｎｍより大きい特性寸法を有する細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した比表面積が、１７２ｍ２／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項６４】
塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項６５】
約６００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項６４に記載の吸着システム。
【請求項６６】
約８００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項６４に記載の吸着システム。
【請求項６７】
約１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項６４に記載の吸着システム。
【請求項６８】
塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項６９】
約６００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項６８に記載の吸着システム。
【請求項７０】
約８００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項６８に記載の吸着システム。
【請求項７１】
約１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項６８に記載の吸着システム。
【請求項７２】
１．０Ｐ／ＰＯにおいて少なくとも１０００ｃｃ／ｇＮ２のＮ２収着プロファイルを有する、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項７３】
組成物が、１種または２種以上のタンパク質を流体から吸着する、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項７４】
タンパク質の少なくとも１種が、炎症性メディエーターである、請求項７３に記載の吸着システム。
【請求項７５】
炎症性メディエーターがサイトカインである、請求項７４に記載の吸着システム。
【請求項７６】
組成物が、ＴＮＦ−αサイトカインを流体から吸着する、請求項７５に記載の吸着システム。
【請求項７７】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約４０％を約６０分で吸着する、請求項７６に記載の吸着システム。
【請求項７８】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約６０％を約６０分で吸着する、請求項７６に記載の吸着システム。
【請求項７９】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約８０％を約６０分で吸着する、請求項７６に記載の吸着システム。
【請求項８０】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインを流体から吸着する、請求項７５に記載の吸着システム。
【請求項８１】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約５０％を約６０分で吸着する、請求項８０に記載の吸着システム。
【請求項８２】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約７０％を約６０分で吸着する、請求項８０に記載の吸着システム。
【請求項８３】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約９０％を約６０分で吸着する、請求項８０に記載の吸着システム。
【請求項８４】
５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、１２０ｍ２／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項８５】
５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、９８．３ｍ２／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項８６】
９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、１４．６ｍ２／ｇより大きい、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項８７】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＴＮＦ−αを流体から吸着する、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項８８】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有する、請求項８７に記載の吸着システム。
【請求項８９】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有する、請求項８７に記載の吸着システム。
【請求項９０】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＩＬ−１βを流体から吸着する、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項９１】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項９０に記載の吸着システム。
【請求項９２】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項９０に記載の吸着システム。
【請求項９３】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＩＬ−６を流体から吸着する、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項９４】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項９３に記載の吸着システム。
【請求項９５】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項９３に記載の吸着システム。
【請求項９６】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有し、炭素組成物がＩＬ−８を流体から吸着する、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項９７】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項９６に記載の吸着システム。
【請求項９８】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項９６に記載の吸着システム。
【請求項９９】
結合剤をさらに含む、請求項５１に記載の吸着システム。
【請求項１００】
結合剤がポリマーである、請求項９９に記載の吸着システム。
【請求項１０１】
粒子を有する流体から粒子を吸着するための方法であって、前記流体を、多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物と接触させることを含み、多数の前記細孔は、約４〜約５０の特性寸法を有する、前記方法。
【請求項１０２】
炭素含有無機前駆物質がカーバイドを含む、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
カーバイドが、三元カーバイドまたは三元炭窒化物を含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
三元カーバイドが、ＭＡＸ相群層状カーバイドを含む、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
細孔のかなり大きな割合が、実質的にスリット形状である、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０６】
炭素組成物の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総細孔容積が、１．２７ｃｃ／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０７】
約４ｎｍより大きい特性寸法を有する細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．５５４ｃｃ／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０８】
炭素組成物が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．４３４ｃｃ／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０９】
炭素組成物が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．３７７ｃｃ／ｇより大きい、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１１０】
炭素組成物が、約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が、０．０８２４ｃｃ／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１１１】
炭素組成物のブルナウアー・エメット・テーラー法に従って測定した総比表面積が、１６５２ｍ２／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１１２】
炭素組成物の、Ｎ２またはＡｒ吸着を用いて測定し、非局所密度汎関数理論法に従って解析した総比表面積が、１３６２ｍ２／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１１３】
４ｎｍより大きい特性寸法を有する細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した比表面積が、１７２ｍ２／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１１４】
炭素組成物が、塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１１５】
炭素組成物が、約６００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
炭素組成物が、約８００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１７】
炭素組成物が、約１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含む、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１８】
炭素組成物が、塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１１９】
炭素組成物が、約６００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
炭素組成物が、約８００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２１】
炭素組成物が、約１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含む、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２２】
炭素組成物が、１．０Ｐ／ＰＯにおいて少なくとも１０００ｃｃ／ｇＮ２のＮ２収着プロファイルを有する、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１２３】
炭素組成物が、１種または２種以上のタンパク質を流体から吸着する、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１２４】
タンパク質の少なくとも１種が、炎症性メディエーターである、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２５】
炎症性メディエーターがサイトカインである、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
組成物が、ＴＮＦ−αサイトカインを流体から吸着する、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１２７】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約４０％を約６０分で吸着する、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約６０％を約６０分で吸着する、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２９】
組成物が、ＴＮＦ−αの少なくとも約８０％を約６０分で吸着する、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１３０】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインを流体から吸着する、請求項１２５に記載の方法。
【請求項１３１】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約５０％を約６０分で吸着する、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約７０％を約６０分で吸着する、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３３】
組成物が、ＩＬ−６サイトカインの少なくとも約９０％を約６０分で吸着する、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３４】
炭素組成物が、５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、１２０ｍ２／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１３５】
炭素組成物が、５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、９８．３ｍ２／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１３６】
炭素組成物が、９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含み、該細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、１４．６ｍ２／ｇより大きい、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１３７】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＴＮＦ−αを流体から吸着する、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１３８】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有する、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有する、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４０】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＩＬ−１βを流体から吸着する、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１４１】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４２】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４３】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有し、ここで炭素組成物がＩＬ−６を流体から吸着する、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１４４】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項１４３に記載の方法。
【請求項１４５】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項１４３に記載の方法。
【請求項１４６】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約３０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有し、炭素組成物がＩＬ−８を流体から吸着する、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１４７】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約５０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４８】
７７ＫでのＮ２吸着により測定した、細孔の少なくとも約７０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有する、請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４９】
炭素組成物が結合剤をさらに含む、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１５０】
結合剤がポリマーである、請求項１４９に記載の方法。
【請求項１５１】
細孔を有し、該細孔の少なくとも４０％が５〜約５０ｎｍの特性寸法を有する炭素組成物を作製する方法であって、
炭素含有無機前駆物質を加熱すること；および、
前記加熱の間、前記無機前駆物質をハロゲン化すること、
を含む、前記方法。
【請求項１５２】
ハロゲン化が、塩素化することを含む、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１５３】
無機前駆物質が、三元カーバイドを含む、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１５４】
加熱が炉内で起こる、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１５５】
加熱の前に、炉をパージすることをさらに含む、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１５６】
パージが、約３０分間行われる、請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５７】
パージが、炭素に対して不活性であるガス流を用いて行われる、請求項１５５に記載の方法。
【請求項１５８】
ガス流が、約１００ｓｃｃｍの速度で生じる、請求項１５７に記載の方法。
【請求項１５９】
ガスがＡｒである、請求項１５７に記載の方法。
【請求項１６０】
塩素化が約３時間行われる、請求項１５２に記載の方法。
【請求項１６１】
塩素化が約１０ｓｃｃｍの流量で起こる、請求項１５２に記載の方法。
【請求項１６２】
無機前駆物質を冷却することをさらに含む、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１６３】
冷却が、Ａｒ流を用いて行われる、請求項１６２に記載の方法。
【請求項１６４】
Ａｒ流が、約４０ｓｃｃｍで起こる、請求項１６３に記載の方法。
【請求項１６５】
Ａｒ流を取り除くことをさらに含む、請求項１６３に記載の方法。
【請求項１６６】
Ａｒ流が、排気管を用いて取り除かれる、請求項１６５に記載の方法。
【請求項１６７】
三元カーバイド試料が、Ｔｉ２ＡｌＣを含む、請求項１５３に記載の方法。
【請求項１６８】
三元カーバイド試料が、Ｔｉ３ＡｌＣ２を含む、請求項１５３に記載の方法。
【請求項１６９】
加熱が、約６００℃以上で行われる、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１７０】
加熱が、約８００℃以上で行われる、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１７１】
加熱が、約１０００℃以上で行われる、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１７２】
加熱が、約１２００℃以上で行われる、請求項１５１に記載の方法。
【請求項１７３】
請求項１５１に記載の方法により作製される、多孔質炭素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００５年１２月９日に出願された米国仮出願第60/749,117号および２００６年８月４日に出願された米国仮出願第60/835,644号の利益を主張し、これらの開示はその全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
提供されるのは、炭素ベースの材料を用いた、流体からの粒子の除去に関連する製品、システム、および方法である。
【背景技術】
【０００３】
生物医学実践者の間では、生体液を含む流体から、毒素、老廃物、およびその他の望ましくない分子を除去するための改善された製品および方法に対して、多大な関心が向けられている。例えば、敗血症または自己免疫状態の対象の血液から炎症性タンパク質の存在を低減することは、救命治療を構成することができる。
【０００４】
敗血症は、細菌感染に対する全身性炎症反応を特徴とする。全世界で毎年１８００万件を超える症例が記録されており、また優れた敗血症薬がないため、この疾患は主要な死亡原因の１つとなっている。重篤な敗血症は記録された敗血症の症例の１７％を占め、現在の死亡率は３０〜４０％であり、世界で毎日１５００人以上の人々が死亡している。したがって重篤な敗血症による死亡率は、肺癌および乳癌（それぞれ〜２７００人および〜１１００人／日）、白血病（〜７００人／日）、およびＡＩＤＳ（〜８５００人／日）に匹敵するスケールで起きている。経済的な観点からは、敗血症は保健医療制度に対して大きな負荷を与えており、米国のみでも処置費用は１７０億ドルを超える。Angus DC et al. Critical Care Medicine, 2001. 29(7): 1303-1310。
【０００５】
身体への種々の傷害に対する炎症反応は、炎症性メディエーター、すなわち主にサイトカインと呼ばれるタンパク質の複雑なネットワークにより駆動される。Asachenkov A et al. IEEE Trans. Biomed. Eng., 1994. 41: 943-953；Callard R et al Immunity, 1999. 11: 507-513；Neugebauer E et al. Shock, 2001. 16: 252-258を参照。敗血症の炎症状態を緩和するためには、例えば、対象の血液からサイトカインを除去することができる。広い範囲の分子サイズにわたるサイトカイン類を同時に低減することを目指した療法は、いくつかの単一の炎症性メディエーターを対象とする薬剤より、より効果的であることが証明されている。Asachenkov A et al; Callard R et al；Natanson C et al. Crit. Care Med., 1998. 26: 1927-1931。
【０００６】
血液濾過または血球吸着は、炎症反応を低減するのに十分な量の炎症性サイトカインの体外除去が可能である。血液濾過にはふるい分けおよび吸着の両方が役割を果たし得るが、濾過材料の吸着特性が、膜効率の重要な因子であると一般に考えられている。さらに、吸着は、血液中に他のいかなる物質も導入することなく、毒素を除去できる。血液濾過中に血球吸着を用いることは、自己免疫疾患または炎症反応をもたらす他の状態の処置において、同等かまたは強化された効率をより少ない費用において与えることができ、処置の間または後に、患者に対してかなり優れた快適さを提供し得る。
【０００７】
多孔質炭素は、種々の生体液の精製に用いることができる。活性炭（ＡＣ）は３０００年以上前から知られており、現在でも最も強力な通常の吸着剤であり（Mikhalovsky SV. Perfusion-UK, 2003. 18: 47-54参照）、これは主として、その高度に発達した多孔質構造および大きな表面積のためである。合成高分子から調製された、特別に精製された活性炭のほとんどは、優れた生体適合性を示し、血液と直接接触するための特別なコーティングは必要としない。SV Mikhalovsky SV; Sandeman SR et al Biomaterials, 2005. 26(34):7124-7131。しかし、活性化プロセスについての広範囲な研究および改善にも関わらず、細孔構造の制御はほとんど達成されていない。高度なＡＣでさえも、主として吸着物にアクセス可能な表面積の制限のため、大きな炎症性タンパク質の吸着に部分的な性能しか示さない。大きな細孔の容積を増加させるために、鋳型（templating）が用いられている。Ryoo R et al. J. Phys. Chem. B, 1999. 103(37): 7743-7746；Xia YD & Mokaya R. Advanaced Mater., 2004. 16(11): 886-891；Lee Jet al J. Mater. Chem., 2004. 14(4): 478-486。多孔質炭素は、炭素をアルミナまたはシリカの細孔に導入し、続いて酸処理により酸化物の鋳型を取り除くことにより調製されている。かかる技法を行うための高コストを別にしても、得られる炭素は機械的完全性（mechanical integrity）が低く、ほぼ球状の細孔形状を有する。さらに、細孔のボトルネックが大きな分子の炭素粒子への吸着を妨げ、したがって比較的小さい外表面積のみが吸着に利用可能である。小さな粒子（直径＜１００ｎｍ）はより大きな外表面積を提供するが、しかしかかる粒子は、その中で用いられる生体液から濾別することが難しいために、最も関連する生物医学的応用に用いることができない。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの他の多孔質炭素材料の細孔サイズは制御が困難であり、または所望の値に調整するのが難しい。殆どのＣＮＴは低い比表面積（ＳＳＡ）を有し、ＣＮＴが生体液と接触するとよく起こるように、ＣＮＴが凝集してロープ状になると、それらのアクセス可能な表面積はさらに大幅に減少する。
【０００８】
金属カーバイドからの１種または２種以上の金属のエッチングにより製造される炭素は、カーバイド由来炭素（ＣＤＣ）と呼ばれ、一般に直径０．４ｎｍ〜２ｎｍ範囲のミクロ孔のサイズを制御する大きな可能性を提供することが、最近示された。Y Gogotsi et al., Nature Materials, 2003. 2:591-594。既知のＣＤＣは、一般に２００〜１２００℃の温度範囲でカーバイドを塩素化することにより製造される。金属および半金属（メタロイド）は塩化物として除去され、８０％までの開放孔容積（open pore volume）を有する崩壊した非晶質炭素が残される。多孔性（porosity）の詳細な特徴（平均サイズおよびサイズ分布、形状、および総比表面積（ＳＳＡ））は、前駆物質カーバイド（組成、格子タイプ）を選択することにより（以下を参照：同上；R. K. Dash et al., Microporous and Mesoporous Materials, 2004. 72: p. 203-208；R. K. Dash, G. Yushin, G. Laudisio, J.E. Fischer, and Y. Gogotsi, Synthesis and Characterization ofNanoporous Carbon Derived from Titanium Carbide. Carbon, submitted, 2006；R. K. Dash, G. Yushin, and Y. Gogotsi, Synthesis, Structure and Porosity Analysis of Microporous and Mesoporous Carbon Derived from Zirconium Carbide. Microporous and Mesoporous Materials, in press, 2005）、また塩素化温度（Y Gogotsi et al.）により、高い感度で調整できる。しかし、ＣＤＣではミクロ孔率（microporosity）の調整のみが実証されており、より大きな直径の細孔については実証されていない。
【発明の開示】
【０００９】
発明の概要
制御された容積、サイズ、および表面積特性を有することができる、多孔質炭素を開示する。本発明の炭素は、新規なＣＤＣ合成を用いて、出発物質としての選択された三元（ＭＡＸ相）カーバイドから調製することができる。流体から粒子を吸着する新規なシステム、多孔質炭素を製造するための方法、および流体から粒子を除去する方法をさらに提供する。
【００１０】
本発明の１つの側面により、流体から粒子を吸着するのに有用な炭素組成物が提供される。１つの態様において、多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物であって、多数の前記細孔は約４〜約５０の特性寸法（characteristic dimension）を有し、ここで前記組成物は、流体から１種または２種以上の粒子を吸着する、前記炭素組成物が提供される。
【００１１】
本発明の他の側面は、カーバイド由来の炭素組成物を含む、吸着システムを含む。１つの態様において、多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物を含む、吸着システムであって、多数の前記細孔は約４〜約５０の特性寸法を有し、ここで前記組成物は、流体から１種または２種以上の粒子を吸着する、前記吸着システムが提供される。
【００１２】
本発明のさらなる側面は、粒子を含む流体から粒子を吸着するための方法を含む。１つの態様において、粒子を有する流体から粒子を吸着するための方法であって、前記流体を、多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物と接触させることを含み、多数の前記細孔は、約４〜約５０の特性寸法を有する、前記方法が提供される。
【００１３】
本発明のさらなる側面において、カーバイド由来の炭素組成物を作製する方法が提供される。１つの態様において、カーバイド由来の炭素組成物を作製する方法であって、三元カーバイド試料を加熱すること、および前記の加熱の間、前記三元カーバイド試料を塩素化することを含む、前記方法が開示される。開示された方法に従って製造された、カーバイド由来炭素組成物がまた提供される。
概要および以下の詳細な説明は、添付の図とあわせて読むとさらに理解される。本発明を説明する目的で、本発明の例示の態様が図に示されている。しかし本発明は、開示される特定の方法、組成物、特性およびデバイスには限定されない。
【００１４】
例示の態様の詳細な説明
本発明は、本開示の一部をなす添付の図および例と関連させた以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解される。本発明は、本明細書に記載の、および／またはこれに示された特定の製品、方法、条件またはパラメータに限定されないこと、および、本明細書に用いられる専門用語は、例を用いて特定の態様について説明する目的のためであり、主張する発明の限定を意図しないことが、理解されるべきである。
【００１５】
本開示において、単数形の単語（「a」、「an」、および「the」の付いた単語）は複数についての言及を含み、特定の数値への言及は、文脈が明らかに他を表さない限り、少なくともその特定数値を含む。したがって、例えば「（１つの）炭素含有無機前駆物質」への言及とは、当業者に公知の１種または２種以上のかかる前駆物質およびこれらの均等物への言及である、などとなる。値が先行詞「約」を用いて近似値で表されている場合、特定の値は、他の態様を形成すると理解される。存在する場合、全ての範囲は両端の値を含み、組み合わせ可能である。
【００１６】
提供されるのは、粒子を流体から効率的に除去するために用いることができる、多孔質炭素である。例えば、本発明の炭素は、血液または他の生体液から、炎症性メディエーターまたは他の大きな有機分子、ウィルスなどの生体粒子、または他の「大きな」分子もしくは粒子などを除去するために用いることができる。本開示の炭素は一般に、調整可能な容積および表面積属性の細孔を有することを特徴とし、接触する流体から粒子を高い効率で吸着する。本発明のカーバイド由来炭素による、流体からの粒子除去の効率は、高度に特異的な抗体−抗原相互反応を用いた結果に匹敵する結果を提供する。多孔性の詳細な特徴（例えば平均サイズおよびサイズ分布、形状、容積、および総比表面積（ＳＳＡ））は、前駆物質カーバイドおよび塩素化温度の選択などの因子を操作することにより、高感度で調整できるが（例えば、Gogotsi Y et al. Nature Materials, 2003. 2:591-594）、しかし、ミクロ孔率（０．４〜２ｎｍ範囲の直径を有する細孔を特徴とする）の調整のみが、カーバイド由来炭素において実証されている。対照的に、本炭素は、メソ細孔（２ｎｍより大で約５０ｎｍ以下の直径の細孔）であって、調整可能な細孔サイズ、容積、および表面積特性（これらは粒子吸着性能の重要な規定因子（definer）である）を有するものを示すことができる。
【００１７】
開示された炭素の合成は、炭素含有無機前駆物質を出発物質として選択することにより、達成することができる。かかる炭素含有無機前駆物質は、炭窒化物またはカーバイド、例えば市販のカーバイド由来炭素（ＣＤＣ）などを、出発物質として含むことができる。出発物質はまた、三元炭窒化物または三元カーバイドも含むことができる。三元カーバイドは、層状カーバイドのＭＡＸ相群からのものであることができる。例えば、三元カーバイドのＭＡＸ相群からの市販の粉末、例えばＴｉ２ＡｌＣおよびＴｉ３ＡｌＣ２（3ONE2, Inc., Voorhees, NJから入手可能）などを用いて、本発明の炭素を製造可能である。三元カーバイドのＭＡＸ相群からの出発物質が好ましいが、当業者に容易に決定できる他の好適なカーバイド出発物質も、製造業者の特定の必要性に従って選択してよい。下記の例１は、本開示の炭素の合成のための、例示の方法を説明する。スリット形状の開放孔（slit-shaped open pore）は、Ｔｉ２ＡｌＣおよびＴｉ３ＡｌＣ２カーバイドから製造されたＣＤＣに特徴的に観察され（Gogotsi Y et al. Nature Materials, 2003. 2:591-594；Yushkin G et al. Carbon, 2005. 44(10): 2075-2082；Hoffman E et al. Chem. Mater., 2005. 17(9): p. 2317-2322を参照）、本メソ多孔質ＣＤＣは、かかるスリット形状の細孔を明示している。図１は、ミクロ孔質およびスリット形状のメソ多孔質表面プロファイルを有する多孔質炭素による、粒子吸着の模式図であり、メソ多孔質炭素による、優れた「大きい」粒子吸着のメカニズムを示す。本発明の炭素は、したがって、生体分子を含む広い範囲の粒子の、生体液などの流体からの選択的最適化吸着のための、非常に有利な手段を提供する。本明細書において、「生体液」は、限定なく、血液、血清、血漿、尿、唾液、および脳脊髄液などの生物学的な流体を含むことを意味する。生体液はまた、細胞培養、発酵などの生物学的プロセスにおいて用いる流体も包含する。
【００１８】
したがって、多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物であって、多数の前記細孔は約４〜約５０ｎｍの特性寸法を有し、ここで前記組成物は、流体から１種または２種以上の粒子を吸着する、前記炭素組成物が提供される。細孔のかなり大きな割合は、実質的にスリット形状である。本明細書において、「かなり大きな割合」は、それが稀に生じるものではないことを意味する。細孔は、とりわけ、実質的に円柱形または実質的にスリット形状、またはその他を含む、非常に多くの構造で存在し得るため、用語「特性寸法」は、本明細書において、実質的に円柱形の細孔の場合は直径を、実質的にスリット形状の場合は幅を表すために用いる。いくつかの態様において、開示された炭素組成物は、７７Ｋでの（すなわち７７ケルビンにおいて）Ｎ２吸着により測定した総細孔容積が、１．２７ｃｃ／ｇより大である。開示された炭素は、約４ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含むことができ、ここで７７ＫでのＮ２吸着により測定した約４ｎｍより大きい特性寸法を有する細孔の総容積は、０．５５４ｃｃ／ｇより大きい。約４ｎｍより大きい特性寸法の細孔を有する炭素は、約４ｎｍ以下の１または２以上の物理的寸法を有する粒子、例えば、４×４×９ｎｍの寸法を有すると測定された炎症性タンパク質であるインターロイキン−８サイトカインなどの吸着に有用である。Rajarathnam K et al. Biochemistry, 1995. 34(40): 12983-2990。開示された炭素はまた、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含むことができ、ここで約５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の、Ｎ２またはＡｒ吸着により測定し、ブルナウアー・エメット・テーラー法に従って解析した総容積は、０．４３４ｃｃ／ｇより大きい。したがってインターロイキン−６サイトカイン（寸法５×５×１２．２ｎｍ；Somers W et al. Embo Journal, 1997. 16(5): 989-997参照）などの粒子は、これらの炭素により流体から容易に吸着される。提供される炭素は、同様に、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含むことができ、ここで約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の、Ｎ２またはＡｒ吸着により測定し、非局所密度汎関数理論法に従って解析した総容積は、０．３７７ｃｃ／ｇより大きい。インターロイキン−１β（寸法５．５×５．５×７．７ｎｍ；Einspahr H et al. J. Cryst. Growth, 1988. 90(1-3): 180-187参照）および約５．５ｎｍ未満の寸法を有する他の粒子は、これらの炭素を用いて流体から除去することができる。約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含む炭素であって、約９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の、７７ＫでのＮ２吸着により測定した総容積が０．０８２４ｃｃ／ｇより大きい前記炭素も、ここで提供される。周知のサイトカインＴＮＦ−α（寸法９．４×９．４×１１．７ｎｍ；Reed C et al. Protein Engineering, 1997. 10(10): 1101-1107）および約９．５ｎｍ未満の寸法を有する他の粒子も、開示の炭素を用いて流体から吸着することができる。
【００１９】
収着等温線を用いて表面積および容積特性を測定することができ、これは多数の方法論を用いて解析可能である。ブルナウアー・エメット・テーラー（ＢＥＴ）法および非局所密度汎関数理論（ＮＬＤＦＴ）法を用いて、カーバイド由来炭素の比表面積および細孔サイズ分布（ＰＳＤ）を明らかにすることができる。Gregg SJ & Sing KSW, 1982, London: Academic Press. 42-54；Ravikovitch PI & Neimark AV, Colloids and Surfaces, 2001. 187-188:11-21；Brunauer Set al. J. of American Chemical Society, 1938. 60: 309-319；Lowell S & Schields JE. Powder Surface Area and Porosity. Chapman & Hall. 1998, New York. 17-29。例えば、ブルナウアー・エメット・テーラー法に従って測定した総比表面積が１６５２ｍ２／ｇより大きい、炭素組成物が開示される。Ｎ２またはＡｒ吸着により測定し、非局所密度汎関数理論法に従って解析した総比表面積が１３６２ｍ２／ｇより大きい炭素組成物もまた提供される。本発明の炭素は、１．０Ｐ／ＰＯ（相対圧力）において少なくとも１０００ｃｃ／ｇＮ２のＮ２収着プロファイルを有することができる。
【００２０】
また、約４〜約５０ｎｍ以下の特性寸法を有する多数の細孔を含む炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物であって、前記細孔は、７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が１７２ｍ２／ｇより大きい、前記炭素組成物も提供される。炭素組成物は、約６００℃、８００℃、または１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ２ＡｌＣ粒子を含むことができる。炭素組成物はまた、約６００℃、８００℃、または１２００℃以上の温度において塩素と反応したＴｉ３ＡｌＣ２粒子を含むことができる。
【００２１】
本炭素組成物は、生体液を含む流体から粒子を効率的に吸着することができる。粒子は、１種または２種以上のタンパク質であることができ、タンパク質は、サイトカインを含む、炎症性メディエーターであってよい。例えば、開示された炭素組成物は、ＴＮＦ−α、ＩＬ−１β、ＩＬ−８、またはＩＬ−６サイトカインを、例えばヒト血漿試料などの流体から吸着することを可能にする。いくつかの態様において、開示された組成物は、少なくとも約４０％、少なくとも約６０％、または少なくとも約８０％のＴＮＦ−αを、流体試料から約６０分で吸着することができる。ＣＤＣはまた、少なくとも約５０％、少なくとも約７０％、または少なくとも約９０％のＩＬ−６を、流体試料から約６０分で吸着することができる。本炭素組成物の吸着効率は当然ながら、粒子含有流体に対する用いられる炭素組成物の量に依存する。したがって、１ｍｌの流体について５０ｍｇの炭素組成物を含有する吸着混合物は、２０ｍｇ／ｍｌの混合物より、高い吸着効率を示す。本発明の範囲は、任意の濃度において、流体から粒子を吸着することができる任意の炭素組成物を包含することを意図する。
【００２２】
多孔質炭素の比表面積は、炭素の吸着特性の１つの記述子であり、より高い比表面積がより望ましいことが広く理解されている。比表面積は、一定質量の物質（すならち、全サイズの細孔を含む）の総比表面積として測定できるか、または、特定測定値を超える特性寸法を有する細孔のみの集合比表面積にしたがって測定してもよい。後者のタイプの比表面積測定は、既知の寸法の粒子が吸着標的である用途の文脈においては、特に有益である；かかる用途の間、吸着標的の寸法に等しいかこれより大きい特性寸法を有する細孔の比表面積のみが、多孔質炭素の吸着特性の決定に関連するからである。多数の細孔を含む炭素含有前駆物質から製造される炭素組成物であって、多数の前記細孔が５ｎｍより大きい特性寸法を有し、５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔の７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積が、１２０ｍ２／ｇより大きい、前記炭素組成物が提供される。したがってこれらの炭素により、約５ｎｍ未満の寸法を有する粒子の吸着が関わりを持つ。開示される組成物はまた、５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含むことができ、５．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔は、９８．３ｍ２／ｇより大きい、７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積を有する。これらの炭素により、約５．５ｎｍ未満の寸法を有する粒子が容易に吸着される。さらに、９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する多数の細孔を含む炭素組成物であって、９．５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記細孔は、１４．６ｍ２／ｇより大きい、７７ＫでのＮ２吸着により測定した総比表面積を有する前記炭素組成物が提供される。これらにより、より大きい粒子、例えばＴＮＦ−αサイトカイントリマー（９．４×９．４×１１．７ｎｍ）を吸着することができる。
【００２３】
さらに、多数の細孔を含む、炭素含有無機前駆物質から製造される炭素組成物であって、７７ＫでのＮ２吸着により測定した、前記細孔の少なくとも約３０容積％が、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有し、ここで前記炭素組成物はＴＮＦ−αを流体から吸着する前記炭素組成物が開示される。本明細書において「容積％」は、特定の特性寸法を有する細孔に帰属する総細孔容積のパーセンテージを意味する。他の態様において、７７ＫでのＮ２吸着により測定した、前記細孔の少なくとも約５０または少なくとも約７０容積％は、約９．５ｎｍ以上の特性寸法を有する。多数の細孔を含む開示された他の炭素組成物において、７７ＫでのＮ２吸着により測定した、前記細孔の少なくとも約３０、少なくとも約５０、または少なくとも約７０容積％は、約５．５ｎｍより大きい特性寸法を有し、かかる炭素組成物はＩＬ−１βを流体から吸着する。さらに、多数の細孔を含む炭素組成物であって、ここで、７７ＫでのＮ２吸着により測定した、前記細孔の少なくとも約３０、少なくとも約５０、または少なくとも約７０容積％は、約５ｎｍより大きい特性寸法を有する前記炭素組成物が提供され、かかる炭素組成物はＩＬ−６を流体から吸着する。多数の細孔を含む本炭素組成物の特性はまた、７７ＫでのＮ２吸着により測定した、前記細孔の少なくとも約３０、少なくとも約５０、または少なくとも約７０容積％が、約４ｎｍより大きい特性寸法を有するものであって、かかる炭素組成物はＩＬ−８を流体から吸着する。
【００２４】
製造された状態で、本炭素組成物は一般に、実質的に顆粒状または粒子状の形態、例えば粉末などを含む。いくつかの用途に対して、本発明の炭素が実質的に非粒子状の形状で、例えば個々の炭素組成物粒子が互いに結合されている形状で利用可能であることが、有利となり得る。かかる形状において、炭素組成物は容易に操作可能であり、所望の構造に形作ること、例えば濾過装置へ組み込むために円柱状とすることもできる。したがって、本炭素組成物はさらに、組成物粒子が互いに接着できるように、結合剤を含んでよい。かかる結合剤は好ましくはポリマーを含み、これらの多くの種類は当業者により容易に識別することができるが、組成物粒子を互いに結合する働きをし、かつ開示された炭素の吸着活性に実質的に干渉しない任意の物質を含んでよい。例示の結合剤ポリマーは、テフロン（登録商標）である。本炭素組成物が生体液からの粒子の吸着を意図する場合、選択された結合剤は、医療的安全および効率の点で、かかる使用に適合することが好ましい。
【００２５】
本発明の炭素は、粒子の流体からの効率的な除去のための新規な吸着システムを構築するのに用いることができる。かかる吸着システムは、毒素または炎症性サイトカインなどの生体粒子の除去のための、血球吸着などの用途に、低コストで高い快適性の最適な手段を示す。これらは開示された炭素組成物の任意のものを組み込むことができるため、かかるシステムの吸着特性は、本発明の炭素組成物の多孔性の、詳細な、調整可能な性質にしたがって記載することができ、これには、平均サイズ、サイズ分布、形状、容積、および比表面積を含む。したがって、上に記載の任意の本発明の炭素組成物、またはこれらの任意の組み合わせを含む吸着システムも提供される。
【００２６】
粒子を有する流体から、粒子を吸着するための方法も、本発明の炭素を用いて可能となる。提供される方法は、粒子を有する流体を、上に記載の任意の炭素組成物と、またはこれらの任意の組み合わせと接触させることを含む。本方法は本発明の炭素を用い、これを特徴づける特定の調整可能な多孔性が、流体からの広い範囲の粒子の高効率で選択的な収着を可能とし、したがって本方法は、広い範囲の医療、生化学または工業用途に有利に用いることができる。
【００２７】
開示された炭素の、詳細な、独特の多孔性および吸着特性は、炭素含有無機前駆物質を出発物質として用いるという、以前に知られていなかった特殊な製造方法を通して可能となる。細孔を有し、該細孔の少なくとも４０％が約５〜約５０ｎｍの特性寸法を有する炭素組成物を作製する方法であって、炭素含有無機前駆物質を加熱すること；および、前記の加熱の間、前記無機前駆物質をハロゲン化することを含む前記方法が開示される。かかるハロゲン化には、塩素化を用いることができる。炭素含有無機前駆物質は、三元カーバイドであってよい。三元カーバイドの例は、Ｔｉ２ＡｌＣ、Ｔｉ３ＡｌＣ２、または任意の他の好適な三元カーバイドを含む。加熱は、６００℃、８００℃、１０００℃または１２００℃以上の温度において行うことができる。加熱は炉内で行うことができ、方法は、無機前駆物質の加熱の前に、炉をパージすることを含むことができる。炉のパージは約３０分間行うのが好ましいが、これより長いか短い、異なる時間も許容可能である。炭素と比べて不活性なガスによるパージが好ましく、希ガスを用いるのがより好ましく、１つの態様では、Ａｒをパージ材料として用いる。
【００２８】
塩素（Ｃｌ２）などのガス状ハロゲンが加熱された無機前駆物質上を流れるハロゲン化の時間は、約３時間、約１０ｓｃｃｍの流量で行うことができる。ハロゲン化の時間およびハロゲンが炉内に流れ込む流量は、用いる前駆物質の量に依存する。したがって、ハロゲン化の時間および流量は、存在する前駆物質の量が必要とするだけの広い範囲であってよい。
【００２９】
ハロゲン化の過程が完了した後、塩素化三元カーバイド試料は冷却してよい。かかる冷却は、５時間まで、またはこれを超えて持続することができるが、約５時間の冷却が好ましい。カーバイド試料を渡るガス流を、冷却過程において用いることができ、Ａｒなどの希ガスをこの目的で用いてよい。Ａｒの４０ｓｃｃｍの冷却ガス流量は、１つの例示の態様を表す。冷却ガスは冷却過程中に除去することができ、排気管をこの目的で用いることができる。
【００３０】
本方法は、開示のパラメータの任意の組み合わせを用いて実践することができ、したがって、特殊な炭素の合成が可能である。本発明の方法により製造した多孔質炭素もまた、本発明の範囲に包含される。
本発明は、本明細書に含まれる例によってさらに明確にされる。これらの例は、本発明の好ましい態様を示しているが、説明目的でのみ与えられており、添付のクレームを限定するものと考えるべきではない。本開示およびこれらの例から、当業者はこの発明の本質的な特徴を解明することができ、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に種々の変更および修正を施して、種々の使用および条件に適合させることができる。
【００３１】
例１：カーバイド由来炭素の合成
Ｔｉ２ＡｌＣおよびＴｉ３ＡｌＣ２粉末から、純粋塩素（９９．５％、ＢＯＣガス）との６００、８００、および１２００℃での反応により、ＣＤＣを合成した。両方のカーバイドはドレクセル大学において製造されていたが、現在は市販されている（3-ONE-2, Inc., NJ, US）。Ｔｉ２ＡｌＣカーバイドおよびＴｉ３ＡｌＣ２カーバイドは三元カーバイドのＭＡＸ相群に属し、炭素原子が底面（basal plane）に位置し、０．６８ｎｍ（Ｔｉ２ＡｌＣ）の距離または交互に０．３１および０．６７ｎｍ（Ｔｉ３ＡｌＣ２）の距離で隔てられた、層状の６面構造を有する。Barsoum MW. Chemistry. 2000; 28: 201-81。これらのカーバイドから製造されるＣＤＣは、スリット形状の開放孔を有することが知られている。Gogotsi Yet al Nature Materials. 2003 ;2: 591-4；Yushin G et al. Carbon. 2005 44(10): 2075-82；Hoffman E et al. Chem Mater. 2005; 17 (9) :2317-22。本例で用いられたカーバイド試料の平均粒径は、粒径分析器（Horiba LA-910, Japan）を用いて測定して、〜１０μｍであった。ＣＤＣの合成のために、選択されたカーバイド粉末を石英試料ホルダーに置き、水平石英管状炉のホットゾーンに負荷した。加熱の前に、管（直径〜３０ｍｍ）は高純度のＡｒ（BOC Gases、９９．９９８％）で３０分間、１００ｓｃｃｍの流量でパージした。所望の温度に到達し安定化した後、Ａｒ流を止め、流量１０ｓｃｃｍのＣｌ２の流れにより３時間の塩素化を開始した。塩素化過程が完了した後、試料をＡｒ流（４０ｓｃｃｍ）下で約５時間かけて冷却することにより、細孔から任意の残留塩素または塩化金属を除去し、さらなる解析のために取り出した。エアの逆流を避けるため、排気管は硫酸を満たしたバブラーに接続した。本研究で用いた塩素化装置の詳細な説明は、Yushin G, Gogotsi Y, Nikitin A. Carbide Derived Carbon. In: Gogotsi Y, editor. Nanomaterials Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press; 2005. p. 239-82に見い出すことができる。
【００３２】
例２：特徴付け
ＣＤＣの収着性能を、Adsorba 300CおよびＣＸＶ炭素吸収剤のそれと比較した。Adsorba 300C（NORIT Americas, Inc., Marshall, TX）は泥炭より製造した活性炭であり、よりよい血液適合性のために３〜５μｍ厚のセルロース膜で被覆されている。これは、Gambro, Swedenにより製造された吸収剤援用体外システム（absorbent-assisted extracorporeal system）において商業的に用いられている。ＣＸＶはCECA（Arkema, Inc., Paris, Franceの子会社）から得られる活性炭であり、サイトカイン除去用途に非常に効率的であることが知られており、それゆえ基準の参照として用いる。
【００３３】
ＣＤＣの構造は、高解像度透過電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）を用いて検討した。ＴＥＭ試料は、ＣＤＣ粉末をイソプロパノール中で２分間超音波処理し、レイシーカーボン（lacey-carbon）で被覆した銅グリッド（２００メッシュ）上に沈積させることにより調製した。画像化フィルター付き（Gatan GIF）電界放射ＴＥＭ（JEOL 2010F, Japan）を、２００ｋＶで用いた。
【００３４】
製造されたＣＤＣの多孔性を、自動ミクロ孔ガス分析器Autosorb-1およびNova（Quantachrome Instruments, Boynton Beach, FL）を用いて試験した。Ｎ２およびＡｒの収着等温線を、液体窒素温度（−１９６℃）にて、相対圧力Ｐ／ＰＯの範囲約８×１０−７：１から２×１０−２：１において得た。等温線は、ブルナウアー・エメット・テーラー（ＢＥＴ）式および非局所密度汎関数理論（ＮＬＤＦＴ）を用いて解析し、ＣＤＣの比表面積（ＳＳＡ）および細孔サイズ分布（ＰＳＤ）を明らかにした。ＢＥＴおよびＤＦＴ理論を用いて計算したＳＳＡは、それぞれＢＥＴ−ＳＳＡおよびＤＦＴ−ＳＳＡとする。両方の計算が異なる仮定に基づくため、ＢＥＴ−ＳＳＡとＤＦＴ−ＳＳＡの間には絶対値の差が予想され、これは試験する全ての物質に対して最大精度では容認されない可能性がある。Quantachrome Instrumentのデータ縮小ソフトウェアAutosorb v. 1.50（Ravikovitch PI & Neimark AV. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2001; 187-188: 11-21）を多孔性解析に用いた。全ての計算に対し、スリット形状の細孔を仮定した。
【００３５】
図２は、ＣＤＣ（図２Ａ）および市販の炭素試料（図２Ｂ）のＮ２収着等温線を示す。Adsorba 300Cを除く全試料は、Brunauer分類（Gregg SJ & Sing KSW. Adsorption, Surface Area and Porosity. London: Academic Press; 1982）によるＩＶ型等温線を特性ヒステリシスと共に示し、メソ細孔（サイズが２〜５０ｎｍ範囲の細孔）の存在を示唆する。Ｔｉ２ＡｌＣ（図２Ａ）およびＴｉ３ＡｌＣ２（図示されず）両方からのＣＤＣは、合成温度の変化に伴い同様の傾向を示す。低い温度（６００℃）で調製されたＣＤＣの多孔構造に吸着されたＮ２の容積は、低い相対圧力（Ｐ／ＰＯ）では最大値の半分にほぼ等しい。Ｐ／ＰＯ値が１に近づくことに伴う吸着曲線の急勾配は、メソ細孔での毛管凝縮と関連し、きわめて短い区間であり、メソ細孔容積が小さいことを示唆する。Ravikovitch PI & Neimark AV. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2001; 187-188: 11 -21。Ｎ２収着挙動は、中間の塩素化温度（〜８００℃）において急激に変化する。吸着されるＮ２の総容積は２倍以上となり、全Ｐ／ＰＯ範囲において増加が観察され、総容積およびメソ細孔容積両方の大幅な増加を示す。Ｐ／ＰＯ値が１に近づくにつれて、吸着−脱着ヒステリシスのレベルおよび急勾配も大幅に増加し、これはメソ細孔相対容積の増加が示唆されたことと整合する。合成温度が１２００℃に増加すると、Ｐ／ＰＯ範囲が〜０．８となるまでは、吸着されるＮ２の容積もさらに増加するが、より高いＰ／ＰＯ値においては低くなる（図２Ａ）。等温線の形のかかる変化は、より大きいメソ細孔の相対容積の減少を示す。
【００３６】
試験された全試料について、Ｎ２等温線から１．５〜３６ｎｍの範囲で計算された細孔サイズ分布（ＰＳＤ）曲線は、前述の結論を全面的に支持する。低温度（６００℃）で形成されたＣＤＣ試料は、特に１０ｎｍ以上について非常に低いメソ細孔容積を有する（図３Ｂ＆３Ｆ）。中間の合成温度（８００℃）において、ＰＳＤはより広くなり、大きい細孔サイズの値へとシフトする（図３Ｃ＆３Ｄ）。これらの試料は明らかに、５ｎｍを超えるメソ細孔の最大容積を有する。高い塩素化温度である１２００℃において、ＣＤＣ総メソ細孔容積は比較的高い値を保つ（図３Ｄ＆３Ｈ）。これは実際、Adsorba 300Cを含む多くの活性炭試料の総細孔容積より大きい（図３Ａ）。しかし、これら試料のメソ細孔のほとんどは、４〜５ｎｍより小さい。Adsorba 300Cは最小容積のメソ細孔を有し、ほとんど純粋なミクロ孔質の炭素である。ＣＸＶ試料のＰＳＤ（図３Ｅ）は、高温および中温で製造されたＣＤＣ試料の平均値に近い。試験された全試料の多孔性データを次の表１にまとめる。ここで結果は、吸着すべきサイトカインがアクセス可能な試料の表面積および細孔容積について表されている。かかる表面積および細孔容積は、ＳＳＡおよび、最小タンパク質寸法（ＴＮＦ−αトリマーについて９．４ｎｍ、ＩＬ−１βについて５．５ｎｍ、ＩＬ−６について５ｎｍ、およびＩＬ−８について４ｎｍ）を超えるサイズの細孔の容積として近似されている。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
Ａｒ収着は、大きなメソ細孔を研究するのには非常に効率的な技術ではないが、小さな細孔値（＜４ｎｍ）についてはより正確なＰＳＤの結果を与え、これは主として、アルゴンの小さい原子サイズ、４重極モーメント（これはＮ２の場合と同様に、局所的吸着を引き起こす可能性がある）、およびその炭素吸着剤とのより弱い相互反応のためである。Ａｒ収着等温線から得た、試験された試料の０．４〜４ｎｍ範囲のＰＳＤ（図４）は、試料のミクロ孔率の詳細を明らかにした。Adsorba 300Cと同様、６００℃で製造されたＣＤＣ試料では両方とも、多くの細孔は幅２ｎｍ未満である。ＣＤＣ合成温度が増加するにつれて、０．４〜４ｎｍ範囲の細孔の平均サイズも増加する（図４）。しかし８００℃を超えると、２〜４ｎｍ範囲の細孔がミクロ孔のために成長する傾向にあり、１２００℃で〜３ｎｍの大きな容積の細孔を形成する。ＣＸＶ試料のＰＳＤは、８００℃と１２００℃で形成されたＣＤＣ試料の間の平均値に近い。
【００３９】
透過型電子顕微鏡法によるミクロ構造の特徴づけ
透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）により、調査した全ての炭素の不規則なミクロ構造が明らかになった。不規則さの程度は、炭素の間で異なっていた。６００℃で形成された両方のＣＤＣは、可視できるグラファイトのフリンジなしの、完全な非晶質構造を示した（図５Ａ）。ＣＤＣの加工温度を８００℃に上げると、短く湾曲したグラフェン構造が形成され、これは乱層構造の炭素（turbostratic carbon）と考えられる（図５Ｂ）。１２００℃において、ＴＥＭにより、規則性の大幅な増加と、長く細いグラファイトリボン（１〜３枚のグラフェンシート）の形成が検出された（図５Ｃ）。粒子の端部に、１０までのグラフェン層のリボンが見られた（図５Ｃ）。Adsorba 300C試料のミクロ構造は高度に非晶質であることが見出され（図５Ｄ）、一方ＣＸＶ炭素のそれは乱層構造であった（図５Ｅ）。
【００４０】
先行研究から、塩素化温度に伴って観察される炭素構造内の規則性の進化は、三元および二元カーバイドの両方から得られるＣＤＣの殆どについて、一般的であることが示された。Yushin G, Gogotsi Y, Nikitin A. Carbide Derived Carbon. In: Gogotsi Y, editor. Nanomaterials Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press; 2005. p. 239-82。ＰＳＤの変化は、ＣＤＣのミクロ構造の変化に相関する。低い塩素化温度における炭素原子の低い移動度は、均一な非晶質構造（図５Ａ）と小さなミクロ孔とをもたらした（図３Ｂ、３Ｆ、４Ｂ、４Ｆ）。より高い合成温度では、炭素のより高い移動度が、グラファイト状リボンネットワークの形成（図５Ｃ）を可能とし、それと共にグラフェンリボンの間に形成されるメソ細孔と、不完全なグラファイト状リボンの間または残りの不規則な炭素内にミクロ孔をもたらした（図３Ｄ、３Ｈ、４Ｄ、４Ｈ）。中間温度の８００℃において、炭素の移動度は十分に高いため、炭素原子を欠陥グラフェンシート内に再分散させ、数個のシートが崩壊して重なり、これらの間にメソ細孔が形成された。しかし、移動度はまだ、乱層構造のリボンの間に均一な結合を可能とするには低く、このため、メソ細孔の広い分散が生じた（図３Ｃ、３Ｇ）。ＴＥＭを用いて、不規則で非平面の粒子内の非球状の細孔を正確に決定することは不可能であるため、本研究ではＰＳＤの決定にガス収着測定を用いた。
【００４１】
例３：粒子吸着
新鮮凍結ヒト血漿（ＮＢＳ、ＵＫ）を解凍し、組換えヒトサイトカイン（ＴＮＦ−α、ＩＬ−１β、ＩＬ−６およびＩＬ−８；全てBD Biosciences San Jose, CAから入手）を用いて、それぞれ約１０００、５００、５０００、および５００ｐｇ／ｍｌの濃度でスパイクした。これらのレベルは、敗血症患者の血漿で測定された濃度に匹敵する。Cohen J & Abraham E. J Infect Dis. 1999;180:116-21；Heering P et al. Int Care Med. 1997:23:228-96；Marum S et al. Crit Care Med. 2000:4:66。炭素吸収剤（０．０２ｇ）をリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ；０．５ｍｌ）中で一晩平衡させ、その後ＰＢＳを除去し、スパイクしたヒト血漿８００μｌを加えた。対照は、吸収剤なしのスパイクされた血漿からなる。吸収剤は、振動させつつ（９０ｒｐｍ）３７℃でインキュベートした。５、３０および６０分の時点で試料を遠心分離し（１２５ｇ）、上清を収集して−２０℃で保存し、ＥＬＩＳＡ（BD Biosciences）によりサイトカインの存在を分析した。分析の前に、試料はアッセイ希釈剤で１：４（ＴＮＦ−α、ＩＬ−８、ＩＬ−１β）および１：１０（ＩＬ−６）に希釈した。
【００４２】
図６は、２種類の選択されたサイトカイン（腫瘍壊死因子α（ＴＮＦ−α）およびインターロイキン−６（ＩＬ−６））を、ヒト血漿から、検討の炭素を用いて除去した効率の比較を示す。ＴＮＦ−αの吸着は、おそらくはこのサイトカインの斜方晶系形状（最も一般的）の大きなサイズ（＞９．４ｎｍ）のために、最もチャレンジングな課題であることが知られている。Reed C et al. Protein Engineering. 1997 Oct; 10(10): 1101-7。Adsorba 300Cおよび６００℃で製造されたＣＤＣは、小さな細孔を有し、時間とともにタンパク質濃度を顕著に変化させなかった。１２００℃で製造されたＣＤＣおよびＣＸＶも、ＴＮＦ−αの吸着において限られた成功のみ示し、１時間の吸着の後に、その濃度を約４０％低下させ（図６Ａ）、これは、高度多孔質炭素の血液吸着システムで観察された値と同様であった。Kellum JA et al. Critical Care Medicine. 2004 Mar; 32(3): 801-5。対照的に、８００℃で調製された両方のＣＤＣ試料は、タンパク質濃度をこの時間に１３倍以上低下させた。したがって、これらの実験において、ＣＤＣは、ＴＮＦ−αの効率的な除去のための任意の既知の物質または方法よりはるかに高性能であり、結果は高度に特異的な抗体抗原相互反応にのみ匹敵するものであった。Weber V et al. Biomacromolecules. 2005 Jul-Aug: 6 (4): 1864-70；Hinterdorfer P et al. Proc. Nat. Acad. Set U.S.A. 1996 Apr 16;93(8):3477-81。
【００４３】
より小さいサイトカインであるＩＬ−６の、試験した殆どの炭素による吸着は著しく高いが、しかし傾向は同様であった（図６Ｂ）。厳密にミクロ孔質のAdsorba 300Cは明らかに非効率的であった。しかし６００℃で調製され、制限された量のメソ細孔（２〜約５０ｎｍ範囲の特性寸法を有する細孔）を有するＣＤＣは、溶液中に元々存在するサイトカインの６６〜７７％を１時間で吸着した。１２００℃で製造されたＣＤＣは、９７〜９８．５％の吸着を示し、これは〜９９％の吸着が可能なＣＸＶ試料に匹敵する。Ｔｉ２ＡｌＣから８００℃で調製されたＣＤＣは、最も発達したメソ多孔性を有し、ＩＬ−６濃度を〜９９．８％低下させた。残されたＩＬ−６は、用いたＥＬＩＳＡアッセイの検出限界に近い値であった。
【００４４】
タンパク質除去効率が多孔質炭素のＰＳＤに明らかに依存することは、タンパク質の吸着を炭素のアクセス可能表面積の関数としてプロットすることで見出され、ここでアクセス可能表面積は、最小のタンパク質直径より大きい細孔のＳＳＡとして近似される（図７）。検討したサイトカインの寸法は次のようになると考えられる：９．４×９．４×１１.７ｎｍ（ＴＮＦ−αトリマー）（Reed C et al. Protein Engineering. 1997 Oct; 10(10); 1101-7）、５．５×５．５×７.７ｎｍ（ＩＬ−１β）（Einspahr H et al. JCryst Growth. 1988; 90(1 -3): 180-7）、５×５×１２.２ｎｍ（ＩＬ−６）（Somers Wet al. Embo Journal. 1997 Mar 3;16(5):989-97）、４×４×９ｎｍ（ＩＬ−８）（Rajarathnam K et al. Biochemistry. 1995 Oct 10,34(40): 12983-90）。あるサイトカインにアクセス可能な多孔質炭素の表面積（「ＳＳＡａｃｃ」）が大きくなるにつれて、より多くのサイトカインが一定時間に吸着される（図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）。得られた結果のいくつかのバラつきは、サイトカイン濃度および炭素ＰＳＤの推定における実験誤差により説明できるであろう。サイトカインの種類およびその初期濃度に依存して、５０〜１００ｍ２／ｇを超えるＳＳＡａｃｃの値は、通常、迅速で効率的なサイトカインの除去に十分である。比較的短く小さいＩＬ−１βおよびＩＬ−８サイトカインは、炭素細孔内に非常に迅速に拡散するため、これらのタンパク質を、５０ｍ２／ｇを超えるＳＳＡａｃｃを有する炭素により吸着するには、５分で十分であった（図７Ｂ＆７Ｄ）。これらの炭素内のより大きいチャネルの存在は、吸着プロセスをさらに加速する。ＩＬ−６は、より遅い吸着を示し（図７Ｃ）、これはおそらく、そのより長い寸法、したがって炭素細孔構造内へのより遅い拡散のためである。ＴＮＦ−αトリマーは最も大きい吸着質であり、吸着速度はさらに遅く（図７Ａ）、これは、速い拡散に必要とされる、吸着質のサイズの３倍より大きい細孔の量が限られているからである（図３Ｃ＆３Ｇ）。
【００４５】
歴史的に、医科学および応用医学において、活性炭は高純度の高ＳＳＡ炭素であると考えられている。活性炭をそのＰＳＤの差に関して識別することは一般的ではない。事実、同じ炭素材料が、ガスから有機分子までの種々の種の吸着に、頻繁に用いられている。しかし、Adsorbaを含む多くの市販の医療グレードの活性炭はもともとミクロ孔質であるため（図３Ａ、４Ａ）、２ｎｍを超えるサイズの炎症性メディエーターの吸着は粒子表面上でのみ起こる（図１Ａ）。直径１０μｍで５０％の多孔性の、球状炭素粒子のＳＳＡの計算値は〜０．３ｍ２／ｇであり、これは８００℃で調製されたＣＤＣのメソ細孔（２〜５０ｎｍ）の３８６〜４０６ｍ２／ｇよりはるかに小さい。したがって、市販の体外吸着システムの臨床試験で、敗血症の患者の死亡率の大幅な低下が示されないことは、それほど驚くべきことではない。Reinhart K et al. Critical Care Medicine. 2004 Aug;32(8): 1662-8；Cole L et.al. Critical Care Medicine. 2002 Jan;30(l): 100-6。大きな生体分子は、適切なサイズの細孔を通って移動することができ―例えばナノチューブを通ってのＤＮＡの転座が最近示された（Fan R et al. Nana Letters. 2005 Sep;5(9):1633-7）―、吸着剤粒子の塊内に吸着可能である（図１Ｂ）。細孔サイズの制御は、したがって、大きなサトカイン類を血漿から高効率で除去するのに、鍵となる要因である。本発明は、合理的に最適化した多孔性を有する新規なナノ構造炭素吸着剤のエンジニアリングが、吸着システムへの解決策を提供し、これを所望の端部において流体から粒子を除去するという任意の目的のために用いることができることを示す。例えば、本発明の組成物、システムおよび方法は、重篤な敗血症または任意の他の炎症反応を患う個人の処置に用いることができる。同様のアプローチを、他の医療または医療以外の用途のために、他の大きな有機分子（ウィルスを含む）の選択的吸着のために用いることができる。
【００４６】
本明細書に引用または記載された、各特許、特許出願および刊行物の開示は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
当業者であれば、本発明の好ましい態様に対して多くの変更および修正ができること、またかかる変更および修正は、本発明の精神から逸脱することなく行えることを理解する。したがって添付のクレームは、かかる均等物の変形の全てを、本発明の真の精神および範囲内にあるものとして包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】多孔質炭素によるタンパク質吸着の２つの模式図である。
【図２】本発明の炭素試料および市販の炭素試料についての、Ｎ２収着等温線である。
【図３】Ｎ２収着等温線から得た、１．５〜３６ｎｍ範囲の多孔質炭素の細孔サイズ分布を示すグラフである。
【図４】Ａｒ収着等温線から得た、０．４〜４ｎｍ範囲の多孔質炭素の細孔サイズ分布を示すグラフである。
【図５】多孔質炭素試料の透過型電子顕微鏡法による画像である。
【図６】本発明の炭素試料および市販の炭素試料の、ヒト血漿からのサイトカイン除去についての効率の比較を示す図である。
【図７】アクセス可能表面積の関数としての、多孔質炭素によるサイトカイン吸着の測定結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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