(57)【要約】【課題】炭素クラスター内にＤＮＡを内包させることができるＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置を提供する。【解決手段】ＤＮＡ含有溶液をためることができる多孔質材あるいは金網からなる高周波印加用電極４と、該高周波印加用の電極４に対向して配置された接地電極１と、該高周波印加用の電極４に高周波電力を供給する電源９とを備え、該接地電極１の表面に開口炭素クラスター２を有することを特徴とするＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＮＡ含有溶液をためることができる多孔質材あるいは金網からなる高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された接地電極と、該高周波印加用の電極に高周波電力を供給する電源とを備え、該接地電極の表面に開口炭素クラスターを有することを特徴とするＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置。
【請求項２】
前記金網からなる高周波印加用電極がメッシュ数の異なる２種の金網の積層電極であることを特徴とする請求項１のＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置。
【請求項３】
前記のＤＮＡ含有溶液の溶媒が、純水、蒸留水、パラフィンオイルのいずれかである請求項１又は２に記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【請求項４】
ＤＮＡ含有溶液をためることができる多孔質材あるいは金網からなる高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された接地電極と、該高周波印加用の電極に高周波電力を供給する電源とを備え、前記ＤＮＡ含有溶液の溶媒が、パラフィンオイルであるＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【請求項５】
前記接地電極と高周波電力印加用の電極がシリコン基板上に配置されている請求項１、２、３、４いずれか記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【請求項６】
前記接地電極と高周波電力印加用の電極がガラス基板上に配置されている請求項１、２、３、４いずれか記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【請求項７】
ＤＮＡを有する高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された開口炭素クラスターを有する接地電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させてＤＮＡ内包炭素クラスターを製造することを特徴とするＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法。
【請求項８】
ＤＮＡ含有パラフィンオイルを有する高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された接地電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させてＤＮＡ内包炭素クラスターを製造することを特徴とするＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法。
【請求項９】
前記プラズマ発生を大気圧中で実施する請求項７又は８記載のＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項６に記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置により製造されたＤＮＡ内包炭素クラスター。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項８に記載の製造方法により製造されたＤＮＡ内包炭素クラスター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラーレンやカーボンナノチューブといった炭素クラスターにＤＮＡを内包したＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置、ＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法、及びそれらによって製造されたＤＮＡ内包炭素クラスターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−３００７１３号公報
【特許文献２】特開平１０−３２４５１３号公報
【特許文献３】特開２００４−０９９４１７号公報
【非特許文献１】T. Shimada et al., Transport properties of C78, C90 and Dy@C82 fullerenes-nanopeapods by field effect transistors, Physica E, Vol.21(2004), pp.1089-1092
【非特許文献２】M. Ueda et al, Atomic force Microscopy Observation of Deoxyribonucleic Acid Stretched and Anchored onto Aluminum Electrodes, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 38(1999), pp. 2118-2119
【０００３】
近年、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、バッキーオニオンといった炭素クラスターが注目され、これらの製造装置や製造方法も注目されている（例えば、特許文献１参照）。
また、これらの炭素クラスターの中空領域に金属原子等を挿入し、新機能材料の有用性を検証する研究も精力的に行われている（例えば、特許文献２、特許文献３、非特許文献１参照）。
一方、ＤＮＡは立体構造の発見から５０数年が経過して、遺伝子組み換え技術への応用だけでなく、ＤＮＡ鑑定、機能性電子デバイスへの応用等といった新たな利用技術分野で実用化が急速に進んでいる。
電気泳動法を用いてアルミニウム電極上にＤＮＡを吸着させる試みがなされている（例えば、非特許文献２参照）。
本願発明者等によって液体中でＤＮＡを電気泳動法で炭素クラスターに内包させる試みがなされている（特願２００４−２７８８１６号参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＮＡは５種類の元素（Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｏ、Ｐ）からなる二重らせん構造をとり、熱やいろいろな薬品によって容易に構造が破壊されたり分解されたりしてその機能を失ってしまう。物質として見た場合、ＤＮＡは極めて壊れ易いと言える。このように、ＤＮＡは外部環境に非常に影響を受け易く、その取り扱いに相当の注意が必要である。
【０００５】
これに対し、炭素クラスター、特にカーボンナノチューブは、中空構造にも関わらず機械的強度が高く、ＤＮＡと比べて耐薬品性がある等の良好な保護容器としての構造を備えているうえに、ＤＮＡとほぼ同じかそれより大きいサイズのものを製造できる。
【０００６】
従って、ＤＮＡをカーボンナノチューブの中空領域に収容することができれば、カーボンナノチューブの保護容器としての機能を使って、ＤＮＡが外部環境に影響を受け易いという弱点を改善することができ、ＤＮＡの新たな利用分野が期待できる。
【０００７】
本発明は、ＤＮＡを内包するＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置、ＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法、及びこれらにより製造されたＤＮＡ内包炭素クラスターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した、ＤＮＡ含有溶液をためることができる多孔質材あるいは金網からなる高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された接地電極と、該高周波印加用の電極に高周波電力を供給する電源とを備え、該接地電極の表面に開口炭素クラスターを有することを特徴とするＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置。
【０００９】
請求項２に記載した、前記金網からなる高周波印加用電極がメッシュ数の異なる２種の金網の積層電極であることを特徴とする請求項１のＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置。
【００１０】
請求項３に記載した、前記のＤＮＡ含有溶液の溶媒が、純水、蒸留水、パラフィンオイルのいずれかである請求項１又は２に記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【００１１】
請求項４に記載した、ＤＮＡ含有溶液をためることができる多孔質材あるいは金網からなる高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された接地電極と、該高周波印加用の電極に高周波電力を供給する電源とを備え、前記ＤＮＡ含有溶液の溶媒が、パラフィンオイルであるＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【００１２】
請求項５に記載した、前記接地電極と高周波電力印加用の電極がシリコン基板上に配置されている請求項１、２、３、４いずれか記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【００１３】
請求項６に記載した、前記接地電極と高周波電力印加用の電極がガラス基板上に配置されている請求項１、２、３、４いずれか記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置。
【００１４】
請求項７に記載した、ＤＮＡを有する高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された開口炭素クラスターを有する接地電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させてＤＮＡ内包炭素クラスターを製造することを特徴とするＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法。
【００１５】
請求項８に記載した、ＤＮＡ含有パラフィンオイルを有する高周波印加用電極と、該高周波印加用の電極に対向して配置された接地電極との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させてＤＮＡ内包炭素クラスターを製造することを特徴とするＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法。
【００１６】
請求項９に記載した、前記プラズマ発生を大気圧中で実施する請求項７又は８記載のＤＮＡ内包炭素クラスターの製造方法。
【００１７】
請求項１０に記載した、請求項１乃至請求項６に記載のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置により製造されたＤＮＡ内包炭素クラスター。
【００１８】
請求項１１に記載した、請求項７乃至請求項８に記載の製造方法により製造されたＤＮＡ内包炭素クラスター。
【００１９】
容器とする炭素クラスターの種類（フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、バッキーオニオン等）、形状寸法を変えることにより、色々な寸法のＤＮＡを内包させることができる。例えば、カーボンナノチューブを用いれば、長さが２０〜４０nm程度のＤＮＡまでカーボンナノチューブに内包させることができる。内包させたいＤＮＡが決まれば、その寸法に合わせて容器とする炭素クラスターを選び、本発明の手段を用いて炭素クラスターにＤＮＡを内包できる。
【００２０】
本発明では、純水とは、水を化学的・物理的に処理して清澄にし、且つ溶解している物質（コロイドを含む）を除去した、純粋な水に近い水と定義している。また、蒸留水とは、水を沸騰させて水蒸気に変換し、この水蒸気を冷却して凝縮した水と定義する。以上の定義は一般的に用いられているものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項1、２、７の発明によれば、放電により、炭素クラスター内にＤＮＡを内包させることができ、炭素クラスターの保護容器としての機能を利用した耐環境性能を有すＤＮＡが得られ、これまで、外部環境によって影響を受けて裸のＤＮＡが適用できなかった医薬、医療分野への応用が可能になる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、ＤＮＡを含有させる溶媒として純水、蒸留水、パラフィンオイル等の比較的容易に入手できる材料を用いることができるので、ＤＮＡ内包炭素クラスターの製造コスト低減が期待される。
【００２３】
請求項４、８の発明によれば、パラフィンオイルを用いて、炭素クラスターを生成しながら炭素クラスター中にＤＮＡを内包できるので、ＤＮＡを内包させるための、両端を開口した炭素クラスターを必要としないので、さらにＤＮＡ内包炭素クラスターの製造コスト低減が期待される。
【００２４】
請求項５、６の発明によれば、高周波電力を印加する電極の製造が容易になり、ＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置のさらに一層の製造原価低減が期待できる。
【００２５】
請求項９の発明によれば、真空装置を使うことなく、大気圧中でＤＮＡ内包炭素クラスターを製造でき、ＤＮＡ内包炭素クラスターの製造コスト低減が期待される。
【００２６】
請求項１０、１１の発明により、耐環境性能を有すＤＮＡを経済的に量産でき、ＤＮＡの医薬、医療分野への応用範囲を広めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明のＤＮＡ内包炭素クラスターの製造装置と製造方法を図面に基づいて説明する。
本発明はその趣旨をはずれない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１は第１の実施例である本発明のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置の構成概念図である。
図１において、１は接地電極、４は高周波印加用の金網電極、５は高周波印加用の金網電極の中にためられているＤＮＡ含有溶液、２は両端を開口したカーボンナノチューブ、３は大気圧ヘリウムプラズマ、９は１３.５６ＭＨｚの高周波電源、８は直流電流阻止用容量、７は整合回路である。接地電極１と高周波印加用の電極４を補強あるいは固定するために必要とする部材は図を見易くするために省略してある。
【００２９】
ＤＮＡ含有溶液５は、ＤＮＡを好ましくはＤＮＡ濃度50μｇ／mlの割合でパラフィンオイル又は純水若しくは蒸留水に溶解して準備する。ＤＮＡ含有溶液としてパラフィンオイル又は純水若しくは蒸留水を選んだのは、比較的簡易に入手でき、ＤＮＡ以外の不純物の混入防止が容易であるためである。
【００３０】
一重らせんＤＮＡ試料として、アデニン基が１５個連鎖している全長５ｎｍ程度の市販品を用いたが、炭素クラスターに内包できるＤＮＡの寸法は全長５ｎｍ程度に限定されない。容器とする炭素クラスターの種類（フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、バッキーオニオン等）、形状寸法を変えることにより、色々な寸法のＤＮＡを内包させることができる。
【００３１】
銅板の接地電極１には後述の方法を用いて両端を開口したカーボンナノチューブ２を付着してある。カーボンナノチューブ２を付着させる電極材料として銅板を選んだのは、高周波特性の良い、高純度の素材を比較的安価に容易に入手できるためである。
【００３２】
今回の実験には接地電極１として銅板を用いたが、銅の電極を表面に有するシリコン基板を用いてもよいし、ガラス基板の上に銅の電極をめっきあるいはＣＶＤ等の手段で形成してもよい。
【００３３】
高周波印加用の電極４には市販されている銅あるいはステンレス製の金網２枚を重ね合わせて使用した。ＤＮＡ含有溶液５をためる部分には１０メッシュ／インチの金網、接地電極側の放電に寄与する部分には２０メッシュ／インチの金網を用いた。ＤＮＡ含有溶液５をためる部分にメッシュ数の小さな（網目の粗い）金網を用いたのは、ＤＮＡ含有溶液５をできるだけ分散して微量ためて、プラズマの発生を容易化するためである。接地電極側にメッシュ数の大きな（網目の細かい）金網を用いたのは、ＤＮＡ含有溶液５がプラズマ中にできるだけ微量出てくるようにするためである。２枚の金網はガラス板の上に固定されている。金網を配置する基板として、シリコン基板を用いてもよい。
【００３４】
本実施例では、あらかじめ１０メッシュ／インチの金網をガラス板の上に固定して、注射針やスポイトを使用してこの金網にＤＮＡ含有溶液５をため、その後で２０メッシュ／インチの金網をその上に重ねて固定した。最初から２種類の金網を重ねてガラス板の上に固定して、その上から注射針やスポイトを使用してＤＮＡ含有溶液５を必要量供給してもよい。
【００３５】
発明者等が試作したカーボンナノチューブを、非特許文献１に記載されているやり方（ガラスアンプル中に収容して真空度約１０-２ パスカル、温度４５０〜５００℃の雰囲気で２日間加熱）で両端を開口させた。こうして製造した開口フラーレンを本発明の実施例で使用した。市販のカーボンナノチューブを用いても、同様の熱処理技術により、両端を開口したカーボンナノチューブ試料が得られる。
【００３６】
両端を開口したカーボンナノチューブ粉末をエタノール溶液中に分散させて超音波処理を施し、この懸濁液の小滴を銅板の接地電極１表面に滴下乾燥させ、両端を開口したカーボンナノチューブ２の付着した接地電極１を準備した。
【００３７】
図１に示すように、接地電極１と高周波印加用の電極４の間にヘリウムガス１０を流して高周波電源９によって１０Ｗ前後の１３.５６ＭＨｚの高周波電力を加えると大気圧中でヘリウムプラズマ３が発生する。ＤＮＡはプラズマ中で負に帯電することが知られている。ヘリウムは大気圧中でプラズマを発生しやすいので、これを使用した。高周波電源９の高周波として、２.４５ＧＨｚのマイクロ波を用いてもよい。
【００３８】
図２に原理図を示すように、高周波印加用の電極４から蒸発して、電極４の表面の電界により、プラズマ中に負イオンとして引き出されたＤＮＡは拡散して接地電極１に引き寄せられ、両端が開口されたカーボンナノチューブ２２の開口部に達してカーボンナノチューブ内部に入り込む。こうしてＤＮＡを内包させたカーボンナノチューブ２３が完成する。
【００３９】
ＤＮＡを内包したカーボンナノチューブ２３の両端が開放したままであると、保護容器としての完全な機能を具備させることが困難である場合がある。このときは、必要に応じて、カーボンナノチューブ２３の開放端をフラーレンで塞ぐと良い。たとえば、ＤＮＡ内包カーボンナノチューブ２３が表面に生成された図１の接地電極１をフラーレン含有溶液に浸して、負電圧を印加する電極を対向配置して、これらの電極間に電圧を印加すれば溶液中のフラーレンが電気泳動してＤＮＡ内包カーボンナノチューブ２３の開放端に達してフラーレンでＤＮＡ内包カーボンナノチューブの開口部を塞ぐことができる。
【００４０】
以上、ＤＮＡを溶媒中に溶解して作成したＤＮＡ含有溶液を用いたＤＮＡ内包カーボンナノチューブの製造法とその装置について説明したが、ＤＮＡを溶媒に溶かさないで、高周波印加用の電極４に直接配置しても良い。
【実施例２】
【００４１】
図３は第２の実施例である本発明のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置の構成概念図である。
図３において、１は接地電極、３４は高周波印加用の電極、３５は高周波印加用の電極の下部にためられているＤＮＡ含有溶液、３３は大気圧ヘリウムプラズマ、９は１３.５６ＭＨｚの高周波電源、８は直流電流阻止用容量、７は整合回路である。接地電極１と高周波印加用の電極３４を補強・固定するために必要とする部材は図を見易くするために省略してある。
【００４２】
本実施例では、あらかじめ１０メッシュ／インチの金網をガラス板の上に固定して、注射針やスポイトを使用してこの金網にＤＮＡ含有溶液３５をため、その後で２０メッシュ／インチの金網をその上に重ねて固定した。最初から２種類の金網を重ねてガラス板の上に固定して、その上から注射針やスポイトを使用してＤＮＡ含有溶液３５を必要量供給してもよい。
【００４３】
ＤＮＡ含有溶液３５は、ＤＮＡを好ましくはＤＮＡ濃度50μｇ／mlの割合でパラフィンオイル（和光純薬工業株式会社製、製品番号164-00476）に溶解して準備する。ＤＮＡ含有溶液としてパラフィンオイルを選んだのは、比較的簡易に入手でき、ＤＮＡ以外の不純物の混入防止が容易であるためである。一重らせんＤＮＡ試料として、アデニン基が１５個連鎖している全長５ｎｍ程度の市販品を用いた。
【００４４】
銅板の接地電極１には後述するようにＤＮＡ内包炭素クラスター２４が付着する。ＤＮＡ内包炭素クラスター２４を付着させる電極材料として銅板を選んだのは、高周波特性の良い、高純度の素材を比較的安価に容易に入手できるためである。
【００４５】
今回の実験には接地電極１として銅板を用いたが、銅の電極を有するシリコン基板を用いてもよいし、ガラス基板の上に銅の電極をめっきあるいはＣＶＤ等の手段で形成してもよい。
【００４６】
高周波印加用の電極３４には市販されている銅、ステンレスあるいは炭素クラスター生成時に触媒効果のあるニッケルや鉄製の金網２枚を重ね合わせて使用した。ＤＮＡ含有溶液３５をためる部分には１０メッシュ／インチの金網、接地電極側の放電に寄与する部分には２０メッシュ／インチの金網を用いた。ＤＮＡ含有溶液３５をためる部分にメッシュ数の小さな（網目の粗い）金網を用いたのは、ＤＮＡ含有溶液３５をできるだけ分散して微量ためて、プラズマの発生を容易化するためである。接地電極側にメッシュ数の大きな（網目の細かい）金網を用いたのは、ＤＮＡ含有溶液３５がプラズマ中にできるだけ微量出てくるようにするためである。これをガラス板の上に固定した。金網を配置する基板として、シリコン基板を用いてもよい。
【００４７】
図３に示すように、接地電極１と高周波印加用の電極３４の間にヘリウムガス１０を流して高周波電源９によって１０Ｗ前後の１３.５６ＭＨｚの高周波電力を加えると大気圧中でヘリウムプラズマ３３が発生する。ＤＮＡはプラズマ中で負に帯電することが知られている。ヘリウムは大気圧中でプラズマを発生しやすいので、これを使用した。高周波電源９の高周波として、２.４５ＧＨｚのマイクロ波を用いてもよい。
【００４８】
図４に実験結果を示すように、ヘリウムプラズマ３３を維持するための電圧Ｖｄは接地電極１と高周波印加用の電極３４との間隙寸法Ｌｇに依存する。高周波電源９によって１３.５６ＭＨｚの高周波電力を１０Ｗ前後加えた条件で、ＤＮＡ含有パラフィンオイル３５をためた場合（□で示す）と、ＤＮＡ含有パラフィンオイル３５をためない場合（■で示す）について電圧Ｖｄを測定した。
【００４９】
図５に原理図を示すように、高周波印加用の電極３４から蒸発したパラフィンオイルはプラズマ中で炭素原子（Ｃ）と水素原子（Ｈ）に分解する。電極３４の表面の電界により、プラズマ中に負イオンとして引き出されたＤＮＡは拡散して接地電極１に引き寄せられる。一方、接地電極１近傍に移動したプラズマ中の炭素原子（Ｃ）はＤＮＡを包み込みながら炭素クラスター２６を形成する。こうしてＤＮＡを内包した炭素クラスター２６が接地電極１表面の煤状堆積物２４の中に生成される。
【００５０】
ヘリウムプラズマ放電中のプラズマの発光分析測定結果を図６に示す。図６（ａ）に示すように、パラフィンオイルが分解して生成されたと考えられるＣＨピークが波長387nm、389nm、 431nmの所に観測された。同様に図６（ｂ）に示すように、カーボン分子Ｃ２の存在を示すピークが波長517nm、559nmの場所で観測された。
【００５１】
煤状堆積物２４を取り出して、エタノール等の有機溶媒に入れて超音波洗浄をかけて、電子顕微鏡でＤＮＡ内包カーボンナノチューブの存在を確認した。
【００５２】
上の説明では、説明が複雑にならないように、両端を開口したカーボンナノチューブ２を接地電極１の上に配置しない例を説明したが、実施例１のように両端を開口したカーボンナノチューブ２を接地電極１の上に配置してもよい。そのときは、実施例１で説明したように両端を開口したカーボンナノチューブ２にもＤＮＡが内包される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１に係るＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置の構成概念図。
【図２】カーボンナノチューブにＤＮＡが内包される原理を示す概念図。
【図３】本発明の実施例２に係るＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置の構成概念図。
【図４】図３のＤＮＡ内包炭素クラスター製造装置でのプラズマ放電実験結果。
【図５】炭素クラスターにＤＮＡが内包される原理を示す概念図。
【図６】プラズマの発光分析測定結果
【符号の説明】
【００５４】
１……接地電極
２……両端を開口したカーボンナノチューブ
３……ヘリウムプラズマ
４……高周波印加用の金網電極
５……ＤＮＡ含有溶液
７……整合回路
８……直流電流阻止用容量
９……高周波電源
１０…ヘリウム
２２…両端を開口したカーボンナノチューブ
２３…ＤＮＡ内包カーボンナノチューブ
２４…煤状堆積物
２５…プラズマ中の炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）原子
２６…ＤＮＡ内包炭素クラスター
３３…ヘリウムプラズマ
３４…高周波印加用の電極
３５…ＤＮＡ含有溶液
【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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