(57)【要約】【課題】個々のＳＷＣＮＴ構造を選択された空間方位に操作する方法を提供すること。【解決手段】様々な異なる応用において単層のカーボンナノチューブ構造を選択された方位に整列配置する方法は、適切な分散剤を利用して初めに水溶液にナノチューブ構造を分散させることによって達成される。分散剤は、溶液において各々の個々のナノチューブ構造を被覆する。分散剤は、対応する結合部位と反応する適切な官能基によって置換され得る。置換された分散剤で被覆された分散型ナノチューブ構造は、結合部位との置換された官能基の結合によりナノチューブが結合部位と整列するように、結合部位の選択されたアレイに露出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層のカーボンナノチューブを選択された方位に空間的に整列配置する方法であって、
反応基をナノチューブに固着する段階と、
ナノチューブを構造と連結させるためにナノチューブに固着された反応基を
構造に固着された反応部位と結合する段階とを含む方法。
【請求項２】
水溶液においてナノチューブを他の単層のカーボンナノチューブから効果的に分散させるために分散剤を該ナノチューブに付着する段階を更に含み、前記反応基をナノチューブに固着する段階は、前記反応基を前記分散剤に固着する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応基は、ベース合成物に接続され、前記ベース合成物は、前記反応基から選択された距離を離隔された第２の反応基を含み、前記反応基を前記分散剤に固着する段階は、前記第２の反応基を前記分散剤に配置されている第２の反応部位と結合させる段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応基及び前記反応部位のうちの少なくとも１つは、アルキル、カルボキシル、アミン、メルカプト基、水酸基、アルデヒド、マレイミド、イソシアン酸塩及びヒドラジドからなる群から選択される化学基を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記反応基及び前記反応部位のうちの少なくとも１つは、ホモ二機能性架橋剤及びヘテロ二機能性架橋剤のうちの１つ上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記架橋剤は、ジチオール、ＰＭＰＩ及びＡＢＨからなる群から選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記反応基及び前記反応部位の各々は、抗原及び抗体のうちの１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記反応基は、ビオチンを含み、前記反応部位は、アビディンを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記反応基は、ビオシチン、ビオチン−ＰＥＯ−アミン、ＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチン、及びスルホ−ＮＨＳ−ビオチンからなる群から選択されるビオチニル化合成物に配置されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応部位が固着される前記構造は、他の単層のカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応部位が固着される前記構造は、基板であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
単層のカーボンナノチューブを変形する方法であって、
分散剤を単層のカーボンナノチューブに付着する段階と、前記分散剤は、水溶液において前記ナノチューブを他のナノチューブから効果的に分散させ、
反応基を含む化合物を前記分散剤に固着する段階とを含み、前記反応基は、該反応基を反応部位に露出する際、構造に固着される該反応部位と結合し得る方法。
【請求項１３】
水溶液に分散された複数の単層のカーボンナノチューブを該ナノチューブに付着した分散剤と共に提供する段階を更に含み、各ナノチューブは、分散剤を経て固着される少なくとも一つの反応基を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応基は、アルキル、カルボキシル、アミン、メルカプト基、水酸基、アルデヒド、イソシアン酸塩、マレイミド及びヒドラジドからなる群から選択される化学基を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記化合物は、ジチオール、ＰＭＰＩ及びＡＢＨからなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応基は、抗原及び抗体のうちの１つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応基は、ビオチンを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記化合物は、ビオシチン、ビオチン−ＰＥＯ−アミン、ＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチン、及びスルホ−ＮＨＳ−ビオチンからなる群から選択されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
空間的に方位づけられた単層のカーボンナノチューブの構造を形成する方法であって、
水溶液において該ナノチューブを各々から分散させるために該ナノチューブを分散剤分子で被覆する段階と、
反応基を前記分散剤分子に固着する段階と、
それ自体に固着された反応基を含む分散剤分子で被覆された前記ナノチューブを少なくとも一つの構造に固着される空間指向の反応部位に前記反応部位及び前記反応基間の結合反応を経て固着する段階とを含む方法。
【請求項２０】
前記反応基及び前記反応部位の各々は、アルキル、カルボキシル、アミン、メルカプト基、水酸基、アルデヒド、イソシアン酸塩、マレイミド及びヒドラジドからなる群から選択される化学基を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記反応基は、架橋剤上に配置され、複数の反応基を前記分散剤分子に固着する段階は、前記架橋剤を前記分散剤分子に固着する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
各架橋剤は、ＰＭＰＩ、ＡＢＨ及びジチオールからなる群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記反応基及び前記反応部位の各々は、抗原及び抗体のうちの１つを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記反応基の各々は、ビオチンを含み、前記反応部位の各々は、アビディンを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
各架橋剤は、ビオシチン、ビオチン−ＰＥＯ−アミン、ＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチン、及びスルホ−ＮＨＳ−ビオチンからなる群から選択されるビオチニル化剤であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも一つの構造は、ナノチューブを被覆している分散剤分子を含み、それ自体に固着された反応基を含む分散剤分子で被覆されたナノチューブを少なくとも一つの構造に固着された空間指向の反応部位に固着する前記段階は、相互連結したナノチューブのマトリックスを形成するように各ナノチューブを隣接したナノチューブに固着する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも一つの構造は、基板であり、前記反応部位は、選択された空間のパターンに基板の表面上に固着され、それ自体に固着された反応基を含む分散剤分子で被覆されたナノチューブを少なくとも一つの構造に固着された空間指向の反応部位に固着する前記段階は、選択された空間のパターンに沿ってナノチューブを整列配置する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板は、基板表面に配置されている少なくとも一つのチャネルを含み、前記反応部位は、少なくとも一つのチャネル内に配置されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも一つの構造は、基板であり、それ自体に固着された反応基を含む分散剤分子で被覆されたナノチューブを少なくとも一つの構造に固着された空間指向の反応部位に固着する前記段階は、
前記反応部位を含む複数の光反応性分子で前記基板の表面を被覆する段階と、前記反応部位は、光活性化されて、紫外線への露出の際に前記反応基と反応し、
選択されたパターンに沿って配置した前記反応部位を光活性化するために基板の被覆された表面を紫外線の選択されたパターンに従うことにする段階とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記光反応性分子は、４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸の誘導体であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
選択的に方位づけられた単層のカーボンナノチューブの構造を形成する方法であって、
少なくとも一つのチャネルを基板上に形成する段階と、
少なくとも一つのチャネルに沿って整列配置したナノチューブ材を形成するために、単層のカーボンナノチューブを少なくとも一つのチャネルに堆積する段階とを含む方法。
【請求項３２】
前記ナノチューブは、前記ナノチューブを水溶液において分散させるために分散剤分子で被覆されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記単層のカーボンナノチューブを前記チャネル内に堆積する前記段階は、
分散剤分子で被覆されて水溶液に分散されたナノチューブを前記少なくとも一つのチャネルに堆積する段階と、
前記水溶液のナノチューブを前記少なくとも一つのチャネル内に沈殿させる段階と、
前記チャネルに沿って整列配置されたナノチューブ材を形成するように少なくとも一つのチャネルから前記溶液を除去する段階とを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも一つのチャネルから前記溶液を除去する前記段階は、溶液の蒸発及び溶液の制御加熱のうち少なくとも１つを含み、少なくとも一つのチャネルに沿って形成される整列されたナノチューブ材は、結晶質であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記分散剤分子は、ナノチューブに付着する疎水性の領域及び露出した親水性の地域を含み、基板上に少なくとも一つのチャネルを形成する前記段階は、
分散剤分子で被覆されたナノチューブを引きつけるために親水性表面を含んでいるアンダーレイを提供する段階と、
親水性表面をカバーするために全アンダーレイ上にオーバレイを提供する段階と、
前記オーバレイ上に少なくとも一つのチャネルを形成するために前記オーバレイをエッチングする段階とを含み、前記アンダーレイは、少なくとも一つのチャネル内に露出されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記オーバレイは、露出した疎水性の表面を含んで前記分散剤分子で被覆されたナノチューブを前記疎水性の表面から反発することにすることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記分散剤分子の各々は、それ自体に固着される反応基を含み、前記少なくとも一つのチャネルは、少なくとも一つのチャネルに沿って固着される複数の反応部位を含み、分散剤分子で被覆されて水溶液に分散されたナノチューブを堆積する前記段階は、
前記反応部位においてチャネル内のナノチューブを固着するために前記反応基を前記反応部位と結合する段階を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
チャネルの各々に形成される整列されたナノチューブ材を含む複数のチャネルを有する複数の基板を提供する段階と、各基板上の前記チャネルは、類似した方向に縦方向に整列配置され、
類似した方向に縦方向に整列配置されたチャネルのマトリックスを含むブリックを形成するために前記基板を積層型に互いに付着する段階と、
縦方向に減少された寸法のチャネルのマトリックスを含む複数のブロックを形成するために各々のチャネルの縦軸を横切る方向にブリックを分割する段階と、
各々のチャネルの縦軸が横切られる各々のブロックの表面を電気伝導材料をもって被覆する段階とを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記少なくとも一つのチャネルは、回路部品のパターンに基板上に整列配置された複数のチャネルを含み、前記チャネルに沿って形成される整列配置されたナノチューブ材は、前記回路部品を形成することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
単層のカーボンナノチューブ材のファイバを形成するために、チャネル内に整列された前記単層のカーボンナノチューブ材を前記基板から除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
チャネル内に整列された前記単層のカーボンナノチューブ材を前記基板から除去する前記段階は、前記整列された単層のカーボンナノチューブ材から前記基板を溶解する段階を含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記チャネルの各々は、略Ｖ字形の横断面を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
それ自体に固着された反応基を含む単層のカーボンナノチューブ含む構造であって、前記反応基は、反応部位と結合されて前記ナノチューブを前記反応部位と連結する構造。
【請求項４４】
前記ナノチューブは、分散剤分子で被覆され、前記反応基は、前記ナノチューブを被覆している分散剤分子に固着されることを特徴とする請求項４３に記載の構造。
【請求項４５】
前記反応基及び前記反応部位のうちの少なくとも１つは、アルキル、カルボキシル、アミン、メルカプト基、水酸基、アルデヒド、マレイミド、イソシアン酸塩及びヒドラジドからなる群から選択される化学基を含むことを特徴とする請求項４３に記載の構造。
【請求項４６】
前記反応基及び前記反応部位のうちの少なくとも１つは、ホモ二機能性架橋剤及びヘテロ二機能性架橋剤のうちの１つ上に配置されることを特徴とする請求項４３に記載の構造。
【請求項４７】
前記架橋剤は、ジチオール、ＰＭＰＩ及びＡＢＨからなる群から選択されることを特徴とする請求項４６に記載の構造。
【請求項４８】
前記反応基及び前記反応部位の各々は、抗原及び抗体のうちの１つを含むことを特徴とする請求項４３に記載の構造。
【請求項４９】
前記反応基は、ビオチンを含み、前記反応部位は、アビディンを含むことを特徴とする請求項４８に記載の構造。
【請求項５０】
前記反応基は、ビオシチン、ビオチン−ＰＥＯ−アミン、ＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチン、及びスルホ−ＮＨＳ−ビオチンからなる群から選択されるビオチニル化合成物に配置されることを特徴とする請求項４９に記載の構造。
【請求項５１】
それ自体に固着された複数の反応基を含む複数のナノチューブを含み、前記反応基は、反応部位と結合されて前記ナノチューブを前記反応部位と連結することを特徴とする請求項４３に記載の構造。
【請求項５２】
各々のナノチューブは、相互連結されるナノチューブのマトリックスを形成するように、隣接したナノチューブに固着された反応基と結合する少なくとも一つの反応部位を含むことを特徴とする請求項５１に記載の構造。
【請求項５３】
前記反応部位は、基板上の選択された空間のパターンに配置されることを特徴とする請求項５１に記載の構造。
【請求項５４】
前記基板は、少なくとも１つのチャネルを含み、前記反応部位は、前記チャネル内に配置されることを特徴とする請求項５３に記載の構造。
【請求項５５】
前記基板の表面は、光反応性分子で被覆され、前記反応部位は、選択された空間のパターンに基板表面に紫外線の露出の際に前記基板上に形成されることを特徴とする請求項５３に記載の構造。
【請求項５６】
前記光反応性分子は、４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸の誘導体であることを特徴とする請求項５５に記載の構造。
【請求項５７】
溶液であって、
前記溶液に分散されている複数の単層のカーボンナノチューブと、前記ナノチューブは、分散剤分子で被覆され、
前記分散剤分子に固着された複数の化合物を含み、前記化合物は、反応部位への反応基の露出の際に反応部位と結合し得る反応基を含む溶液。
【請求項５８】
前記反応基の各々は、アルキル、カルボキシル、アミン、メルカプト基、水酸基、アルデヒド、イソシアン酸塩、マレイミド及びヒドラジドからなる群から選択される化学基を含むことを特徴とする請求項５７に記載の溶液。
【請求項５９】
前記化合物は、ＰＭＰＩ及びＡＢＨからなる群から選択されることを特徴とする請求項５７に記載の溶液。
【請求項６０】
前記反応基は、抗原及び抗体のうちの１つを含むことを特徴とする請求項５７に記載の溶液。
【請求項６１】
前記反応基は、ビオチンを含むことを特徴とする請求項６０に記載の溶液。
【請求項６２】
前記化合物は、ビオシチン、ビオチン−ＰＥＯ−アミン、ＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチン、及びスルホ−ＮＨＳ−ビオチンからなる群から選択されることを特徴とする請求項６１に記載の溶液。
【請求項６３】
構造であって、
それ自体の表面上に少なくとも一つのチャネルを含む基板と、
前記少なくとも一つのチャネルに沿ってその中に整列配置した複数の単層のカーボンナノチューブとを備える構造。
【請求項６４】
前記複数のナノチューブは、分散剤分子で被覆されることを特徴とする請求項６３に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間指向性の単層のカーボンナノチューブ構造、及びそれに対応する溶液に分散された単層のカーボンナノチューブ構造を様々な応用に利用される指向性構造に空間的に合体する対応方法に関する。  本発明は、米国航空宇宙局によって与えられるコントラクトＮＣＣ９−４１の下の政府支援によってなされた。政府は、本発明の特定の権利を有する。
【０００２】
本出願は、２００１年７月１０日に出願された米国の仮の特許出願番号６０／３０３，８１５号、「分散された単層のカーボンナノチューブの有用な構造への空間局在化」から優先権を主張する。上述の特許出願の開示は、その全体が参考として本願明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
１９９１年のカーボンナノチューブの発見後、単層のカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）構造の物理及び電気的特性に関する研究により、このような構造の商業的応用分野に、複合材料、ナノ電子回路、電界エミッタアレイ、電気コンデンサ及び熱管理材を含む分野があることが分かる。従って、多くの異なる製造技術が、研究施設によってこのような構造に対する成長要求に基づいてＳＷＣＮＴ構造を生成するために引き出された。ＳＷＣＮＴ構造の製造用に開発された３つの最も一般の製造方法には、高圧の一酸化炭素（ＨｉｐＣＯ）プロセス、パルスレーザ蒸発（ＰＬＶ）プロセス、及びアーク放電（ＡＲＣ）プロセスがある。これらのプロセスの各々は、金属触媒粒子の存在の下で高温及び／又は高圧で遊離炭素原子を表面上に堆積させることによってＳＷＣＮＴ構造を生成する。これらのプロセスにより形成された原料は、汚染物質の母体に埋められるチューブの束として形成されるＳＷＣＮＴ構造を含む。使用されるプロセスの種類に従って、該汚染物質は、無定形炭素（即ち、ＳＷＣＮＴ構造を形成しない炭素原子のグラフェンシート）、金属触媒粒子、有機不純物及び様々なフラーレンを含み得る。これらの製造方法によって形成されるナノチューブのバンドルは、分離するのが極めて困難である。
【０００４】
カーボンナノチューブの研究者らの直面する問題点のうちの１つは、指定された空間指向性ＳＷＣＮＴ材を提供する能力又は個々のＳＷＣＮＴ構造の表面に対して完全に接近する能力である。異なる商業的応用に使用するためのＳＷＣＮＴ構造を操作する能力は、特に複合材料及びナノ・エレクトロニクスの領域で非常に重要である。例えば、ＳＷＣＮＴ材がエポキシ樹脂のような材料を強化するのに利用され得る場合、ＳＷＣＮＴ構造が完全に分散されて樹脂内に埋め込まれることが重要である。ＳＷＣＮＴ構造がバンドルで、樹脂内で均一に分散しない場合、ＳＷＣＮＴ材を樹脂へ添加することによって構造上の強度がほとんど得られないか全く得られない。同様に、ＳＷＣＮＴ構造は、ナノ電子部品として効果的であるためには、基板上に適切に整列配置されなければならない。ＳＷＣＮＴ材を基板上に整列配置するために最近開発された１つの方法は、“建設的破壊”と呼ばれる。この方法において、ＳＷＣＮＴ材は、基板上へランダムに堆積され、その後、基板の表面上には、一連の電極が形成される。電極を通じて基板に適切な電圧を印加する時、望ましいＳＷＣＮＴは無損傷のまま基板表面に残っていると共に、特定の不必要なＳＷＣＮＴ構造は破壊される。このような“建設的破壊”の問題は、不必要な個々のＳＷＣＮＴ構造の除去以前に徹底的なテストを必要とし、よってナノ電子部品のための適切な製造プロセスに容易に変形され得ないことである。
【０００５】
ＳＷＣＮＴ構造を基板上に整列配置する公知技術の他の方法が、フラット・スクリーン・ディスプレイの電界エミッタとしてＳＷＣＮＴ構造を利用する試みにおいて開発された。該方法は、ＳＷＣＮＴ構造を重合体に混入することを含み、その結果としてその表面上に多数の突起を有する平坦な材料を生成するために格子を通じて突き出されるマトリックスを形成する。材料の表面上の各突起は、ＳＷＣＮＴ構造がその突起の縦軸に平行した方向にその突起内でランダムに整列配置したかどうかを判断するように試験される。多くのＳＷＣＮＴ構造が材料表面上の隣接した突起とランダムに整列配置した場合、それらのＳＷＣＮＴ構造は、本質的にフラット・スクリーン・ディスプレイに使われ得る電界エミッタアレイを形成する。しかし、この方法は、材料内へのＳＷＣＮＴ構造の整列配置におけるランダム性により、高価であり極めて無計画的である。効果的な電界エミッタアレイは、有用であり適切な解像度を有するフラット・スクリーン・ディスプレイを得るために突起と適切に整列される７５％をはるかに超えるＳＷＣＮＴ構造を必要とし、それゆえに適切な配列の歩留まりは低い。
【０００６】
ＳＷＣＮＴ構造の所望の空間方位への整列配置と関連する研究領域の全てに影響を与える更なる重要な技術的課題は、研究者が利用できる精製されたＳＷＣＮＴ材の不足である。研究用の有用なＳＷＣＮＴ構造の不足は、徹底的にカーボンナノチューブの応用のための設計及びテストを制限する。実に、このような限界により、カーボンナノチューブ技術の向上及び商業的応用へのＳＷＣＮＴ構造の実施が抑制される。
【０００７】
関連した特許出願で本明細書に参照として援用される２００１年８月２１日出願の米国特許出願第０９／９３２，９８６号には、商用及び研究応用に使用するためにＳＷＣＮＴ構造を水溶液内において効果的に精製及び分離する新規な方法が開示されている。それらの方法は、分散剤と呼ばれる特定の化合物を含有する水溶液にＳＷＣＮＴ構造を溶解及び分散させることを含む。開示された分散剤は、水溶液内の疎水性合成物を囲んで適切に溶解し得る人工または天然の可溶化剤又は他の組成物を含む。不純物（例えば、金属触媒粒子及び無定形炭素）と共にバンドルされるＳＷＣＮＴ構造を含んでいる原料のマトリックスは、効果的な量の分散剤を含んでいる水溶液に浸漬される。分散剤は、個々のＳＷＣＮＴ構造をカプセル化して、不純物からそれらの構造の分離を達成する。出願番号第０９／９３２，９８６号に記載されている方法及び製品が、水溶液に分散された分離及び精製されたＳＷＣＮＴ構造を提供するのに非常に効果的であるが、個々のＳＷＣＮＴ構造を特定の空間方位に効果的に操作する課題は依然として残っている。
【０００８】
従って、個々のＳＷＣＮＴ構造を所望の方位に操作するために、別の研究及び商業的応用の必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、上記の観点、及び本発明が完全に説明されたときに明瞭になる他の理由を鑑みて、本発明の目的は、個々のＳＷＣＮＴ構造を選択された空間方位に操作する方法を提供することである。操作されたＳＷＣＮＴ構造は、研究及び商業的応用において使用され得る。
【００１０】
本発明の他の目的は、選択された方位を有し互いに離隔される整列配置されたＳＷＣＮＴ構造のマトリクスを形成することである。
【００１１】
本発明の更なる他の目的は、強化された構造上の特性を有する材料を提供するように整列されたＳＷＣＮＴ構造のマトリックスを材料内に組み込むことである。
【００１２】
本発明の更なる他の目的は、研究及び商業的応用に利用される整列されたＳＷＣＮＴ材の長い繊維を生産することである。
【００１３】
本発明の更なる他の目的は、様々な電気及び材料分野の応用のために、整列されたＳＷＣＮＴ材の長い繊維を互いに対して適切な方位に操作することである。
【００１４】
上述した目的は、個々に及び／又は組合せによって達成されるが、添付された請求項により要求されない限り２つ以上の目的の組合せを要求するように本発明が構成されるのではない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の特定の態様によれば、水溶液に分散して適切な分散剤で被覆されるＳＷＣＮＴ構造は、化学結合機構及び物理的な整列機構のうちの少なくとも１つを利用して適切な空間方位に操作される。化学結合機構において、分散剤は、第２の化合物と反応する官能基を有する第１の化合物によって置換される。分散剤で被覆されるＳＷＣＮＴ構造を溶液に分散すると、ＳＷＣＮＴ構造が選択された空間方位に操作されて該構造を第２の化合物のアレイに露出させ、よって第１及び第２の化合物間に結合反応が生じる。
【００１６】
特定の応用及びＳＷＣＮＴ原料を分散させるのに利用される特定の分散剤により、ＳＷＣＮＴ材への分散剤の追加以前に、又は分散剤が水性分散液に個々に分散されたＳＷＣＮＴの表面と結合された後に、分散剤の化学変性が実行される。物理的な整列機構において、分散剤で被覆される分散されたＳＷＣＮＴ構造は、基板上の予め形成されたチャネルに堆積される。チャネルへのＳＷＣＮＴ構造を含有する溶液の堆積の際、溶液は、チャネル内に形成された結晶質のＳＷＣＮＴ繊維材を残して置いて、除去（例えば、蒸発によって）され得る。ＳＷＣＮＴ構造は、更に、分散剤をチャネルの内部の表面と化学的に反応させることによってチャネルに導かれ得る。１つの典型的な実施例において、露出した親水性の表面を有する分散剤分子で被覆されるＳＷＣＮＴ構造がチャネル内に引きつけられるように、チャネルの表面が親水性の層を備えると共に、基板の表面が疎水性の層を備える。
【００１７】
本発明の上記及び更なる目的、特徴及び利点は、その特定実施例の以下の詳細な説明を考慮する時、特に、添付の図面を参照する場合に明瞭になる。ここで、様々な図面の同じ参照番号は、同じ構成要素を表すのに利用される。
【００１８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、個々のＳＷＣＮＴ構造を選択された空間方位に操作する方法を提供することでき、操作されたＳＷＣＮＴ構造は、研究及び商業的応用において使用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【実施例１】
【００２１】
ＳＷＣＮＴ構造を水溶液内において効果的に精製及び分離する分散剤の能力は、米国特許出願番号第０９／９３２，９８６号に開示される。その出願に開示したように、分散剤は、溶液内の各ナノチューブ構造及び水分子間の表面のインタフェースにおける相互作用を増加させることによって、水溶液においてＳＷＣＮＴ構造を略溶解し分散するのに効果的である適切な試薬でありえる。分散剤が構造的にバンドル又はロープの形態から水溶液に個々のＳＷＣＮＴ構造の分散をもたらす基礎仕組みは、水分子がＳＷＣＮＴ表面と相互作用するのを防止するＳＷＣＮＴの表面における分子力を破壊する分散剤の能力に主に基づいている。この特性に加えて、ＳＷＣＮＴの大きい表面領域により、ＳＷＣＮＴ間の疎水性の相互作用を減少させる能力を最大にし、ＳＷＣＮＴ内の空間に容易に浸透し得る充分小さいサイズでもある分子構造を、分散剤が有するのは望ましい。効率的なＳＷＣＮＴ分散剤は、もとの溶液量の一部がナノチューブ原料の非ＳＷＣＮＴ汚染物質の分散に利用された後にも分散剤の有用な濃度がＳＷＣＮＴ「バンドル」又は「ロープ」の分散に対して維持されるように十分な高濃度に水溶液に維持され得る。分散剤は、個々のＳＷＣＮＴ構造の周りに被覆を効果的に形成することにより、概して溶液内のＳＷＣＮＴ構造を略精製し分散するのに効果的な量に水溶液に加えられる。分散剤の効果的な量は、特定の応用で利用される分散剤のタイプに従って変動される。水溶液においてＳＷＣＮＴ構造を適切に分散するのに効果的な分散剤の典型的な濃度は、米国特許出願番号第０９／９３２，９８６号に開示されている。
【００２２】
適切な分散剤と共に水溶液に分散されたＳＷＣＮＴ構造は、本質的にコロイド材として作用する。ＳＷＣＮＴ構造は、水性溶媒に懸濁した分散剤の層で個々に被覆される。このような混合物を生成するのに有用な分散剤分子は、疎水性及び親水性の特性をともに有する。ここで、分散剤の疎水性の部分は、ＳＷＣＮＴ構造の表面と相互作用し、親水性部分は、水性溶解分子と相互作用する。ＳＷＣＮＴ構造及び分散剤間の相互作用は、図１ａ−１ｃに概念的に例示され、図１ａにおいては、バンドル状のＳＷＣＮＴ構造１０、図１ｂにおいては、水溶液内の分散剤分子１２、そして図１ｃにおいては、分散剤で被覆された個々のＳＷＣＮＴ構造の水性分散を各々示す。各々の分散剤分子の親水性及び疎水性の領域は、一般に各々領域１４及び領域１６として示される。溶液のＳＷＣＮＴ構造のバンドルに遭遇すると、分散剤分子は、図１ｃに図示するように構造を被覆することによって個々のＳＷＣＮＴ構造の分離を達成する。ここで、分散剤分子の疎水性の部分は、ＳＷＣＮＴ構造の表面と相互作用し、親水性の部分は、水溶液に露出される。
【００２３】
本発明の実施に使用される適切な分散剤は、水溶液において疎水性合成物を囲んで適切に溶解し得る合成または天然の可溶化剤又は他の組成物でありえる。典型的な分散剤は、制限なく、ノニデットＰ−４０（ＮＰ−４０）、ポリオキシエチレン・ソルビトール・エステル（例えば、ＴＷＥＥＮ（登録商標）及びＥＭＡＳＯＬ（商標）系列の洗浄剤）、ポロキサマー（例えば、ポロキサマー１８８及びＰＬＵＲＯＮＩＣＴＭ系列の洗浄剤）、臭化アンモニウム及び塩化アンモニウム（例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウム、臭化テトラデシルアンモニウム及び塩化ドデシルピリミジニウム）のよな高い界面活性剤活性を有する自然合成洗浄剤、デオキシコール酸塩及びデオキシコール酸塩タイプの洗浄剤（例えば、タウロコール酸）、サポゲニングリコシド（例えば、サポニン）及びシクロデクストリン（例えば、α−、β−又はγ−シクロデクストリン）のような天然の乳化剤、尿素及びグアニジンのようなカオトロピック塩、及びスルホン酸（例えば、１−ヘプタン−スルホン酸及び１−オクタン−スルホン酸）のようなイオン対合剤を含むが、上記のものに限られない。
【００２４】
本発明は、上記のように、適切な分散剤で被覆されたＳＷＣＮＴ構造を操作し、化学結合技術、物理的な配置技術、又は両技術の組合せを利用することによって、分散剤を有する水溶液にＳＷＣＮＴ構造を分散させる概念を土台にする。
【００２５】
化学結合技術
本発明の化学結合技術は、特定の化学反応基が特定の条件の下で他の反応基と反応及び結合するための親和力を有し、個々のＳＷＣＮＴ構造がＳＷＣＮＴ構造を被覆する分散剤分子を操ることによって操作され得ると言う認識に基づく。適切な分散剤は、分散剤上の一つ以上の反応部位において適切な化合物を置換するように化学的に変形され得る。化合物は、複数の反応基を含む。反応部位及び反応基は、より大きい構造の成分であり、機能的（即ち、他の化学基との反応性のある）又は機能的に変形され得る非機能的である化学基でありえる。化合物の第１の反応基は、分散剤上の第１の反応部位と結合しつつ、第２の反応部位と結合するために第２の反応基を露出状態に残す。ＳＷＣＮＴ構造は、一連の第２の反応部位に露出されるとき、選択された空間の方位に整列配置される。ＳＷＣＮＴ構造は、個々のＳＷＣＮＴ構造を被覆する分散剤分子によって操作される結果として整列配置される。ここで、分散剤分子と置換される第２の反応基は、第２の反応部位を引き付けて結合する。第２の反応部位は、それらの反応部位にてＳＷＣＮＴ構造を配置するように任意の選択された方法で整列され得る。
【００２６】
分散剤は、適切な化合物を分散剤と化学的に結合することによって（即ち、化合物上の第１の反応基と分散剤上の第１の反応部位との結合を経由して）誘導され得る。分散剤の誘導は、様々な技術を利用して達成され得る。１つの典型的な技術において、分散剤プロセスは、ＳＷＣＮＴ構造を含んでいる原料に加えられる前に分散剤が固体又は液体形態にある間に行われる。誘導の後、変形された分散剤は、水溶液内においてＳＷＣＮＴ構造を分散させるのに使用され得る。他の技術においては、変形されていない分散剤が水溶液においてＳＷＣＮＴ構造を分散させるのに先ず使用され、該分散剤がＳＷＣＮＴ構造の表面と相互作用する間に、分散剤を誘導する。いずれの方法においても、誘導された分散剤は、第２の反応部位との結合反応のために露出された第２の反応基を有すると共に、ＳＷＣＮＴ構造と効果的に相互作用して被覆する。
【００２７】
分散剤分子の誘導は、図２に概念的に示されている。ベース構造２０に接続している第１の反応基１８は、第１の反応部位において分散剤分子１２の親水性部分１４と結合する。ベース構造は、ベース構造に沿って任意の適切な位置に配置される第１及び第２の反応基を有し、任意の選択された長さのストレートの又は枝分かれ鎖の構成を有する任意の脂肪族又は芳香族の炭化水素でありえる。第１及び第２の反応基間の距離は、例えば、反応基間に１つ以上の適切なスペーサーアームの提供により選択され得る。スペーサーアームは、好ましくは、非機能的であり、ベース構造上の反応基間に所望の分離を提供する炭化水素又は他のチェーン重合体であってもよい。図２において、ベース構造２０は、第１の反応基１８に対抗するベース構造の端において第２の反応基２２を含む。第２の反応基は、第２の反応部位を有する第２の反応基の自由なアクセスを許すためにベース構造上に最適に整列配置される。誘導された分散剤分子１２で被覆される、図２に示されるＳＷＣＮＴ構造１０は、従って、ＳＷＣＮＴ構造を第２の反応基２２が結合する第２の反応部位において露出させることによって空間的に操作され得る。第２の反応部位は、ＳＷＣＮＴ構造の所望の空間方位を達成する任意の構造上に位置及び整列されてもよい。例えば、第２の反応部位は、選択された位置において任意のベース重合体又は他の基板に沿って配置されて、それらの反応部位で固着されるＳＷＣＮＴ構造の所望の配置を達成してもよい。あるいは、第２の反応部位は、ＳＷＣＮＴ構造を被覆している分散剤分子上に配置されてもよく、よって分散剤分子上の第２の反応部位の位置に基づいて選択されたマトリックスにおける相互間のＳＷＣＮＴ構造の結合が達成される。
【００２８】
所望の反応的又は機能的特性を提供する選択された分散剤の誘導は、その分散剤の全特性、特に水溶性及びＳＷＣＮＴ構造と相互作用し被覆する能力を変えないことが好ましい。生物学的合成物（例えば、タンパク質）の機能化及び誘導において、誘導の後、特定の生物学的合成物の固有の特性及び活性を維持することは重要である。生物学的合成物の誘導及びＳＷＣＮＴ構造の誘導のための望ましい特徴間の類似性を実現させる際、本発明の発明者らは、生物学的合成物を誘導することに知られている反応基の多数がまた上記した分散剤の誘導にも利用されると決定した。
【００２９】
生物学的合成物の誘導に概して利用される化学架橋剤は、また、所望の構成に分散されたＳＷＣＮＴ構造の空間的な方位を決定するのにも有用である。１つのタイプの適切な架橋剤は、１セットの反応条件の下で分散剤を誘導し、他のセットの反応条件の下で他の反応部位への分散されたＳＷＣＮＴ構造の交さ結合を達成する反応基を有するヘテロ二機能性構造を利用する。相違の反応条件を有する相違の反応基の使用は、例えば、同じ又は隣接したＳＷＣＮＴ構造を被覆している分散剤分子間の交さ結合を防止するのが望ましい状況における値でありえる。あるいは、ホモ二機能性の架橋剤は、架橋剤上の全ての反応基が同じ又は類似した反応条件を有する所で利用され得る。ホモ二機能性の架橋剤は、例えば、同じＳＷＣＮＴ構造上のＳＷＣＮＴ構造間又は分散剤分子間の直接の交さ結合が要求される場合に有用である。ホモ及びヘテロ二機能性架橋剤の組合せは、更に、隣接したＳＷＣＮＴ構造間又は個々のＳＷＣＮＴ構造間の所望の相互接続及び間隔、並びに任意の支持構造を達成するように使用され得る。ＳＷＣＮＴ構造を効果的に被覆及び分散する分散剤の能力に影響を及ぼすことのなく、架橋剤が分散剤に存在する反応基と反応し得るならば、生物学的合成物を誘導するのに概して利用される任意の架橋剤が本発明の具現に利用され得る。従って、広範囲の異なる合成物の化学特性が、分散されたＳＷＣＮＴ構造へ運ばれることができる。
【００３０】
ＳＷＣＮＴ分散剤との反応基の化学的交さ結合は、軽度の水性条件の下で、特に分散剤がＳＷＣＮＴ構造を被覆した後分散剤の誘導が発生する状況において行われるのが望ましい。該条件は、タンパク質及び炭水化物のような生物学的合成物の誘導に利用されることと類似しているのが望ましい。本発明の具現に適合な典型的な反応基には、制限なく、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド即ちＮＨＳ（アミン基に対する反応性）のエステル基、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩又はＥＤＣ基（カルボキシル基に対する反応性）、マレイミド基（メルカプト基に対する反応性）、イソシアン酸塩基（水酸基に対する反応性）、アジドフェニル基（光分解反応を経たメチレン基のような非機能性基に対する反応性）、及びヒドラジド基（アルデヒド基に対する反応性）がある。１つ以上のこれらの反応基を利用する商業的に利用できるホモ及びヘテロ二機能性架橋剤は、ピアースケミカル社（イリノイ・ロックフォド）からの、それらの薬品を利用するための標準の反応プロトコル（作動条件、適切な濃度及びバッファ等を含む）と共に利用可能である。これらの架橋剤向けに利用できる反応プロトコルは、必須の反応基が構成的に分散剤に存在し、化学反応に利用できるときに、カオトロピック塩を除いて、上記した任意の分散剤の誘導を達成するのに利用され得る。あるいは、分散剤は、該ＳＷＣＮＴの分散特性を失うことのなくそのような反応基を生成するように化学的に誘導され得る。本発明によりＳＷＣＮＴ構造を整列するのに用いられる特定の架橋剤は、ＳＷＣＮＴ構造を分散させるのに利用される特定の分散剤上の一部、及びその分散剤に配置した特定の反応部位によって選択される。例えば、シクロデクストリン又はサポゲニングリコシドのような分散剤は、有用な分散部位である水酸基（−ＯＨ）を有する一方、イオン対合剤は、利用できるカルボキシル基を有し、ポロキサマーは、反応部位として有効である利用できるメチレン基を有する。ＳＷＣＮＴ分散剤の親水性表面に存在する既存の基を利用することによって、分散されたＳＷＣＮＴ構造は、所望の空間構成にＳＷＣＮＴ構造を選択的に整列配置するように、互いに又は一部の他の重合体又はベース構造に直接交さ結合され得る。
【００３１】
水酸基を含有する分散剤の誘導のための適切なヘテロ二機能性架橋剤は、Ｎ−（ｐ−マレイミドフェニル）イソシアン酸塩又はＰＭＰＩである。ＰＭＰＩは、分散剤分子上の第１の反応部位において水酸基と結合する第１の反応基、及び第２の反応部位においてメルカプト基（Ｓ−Ｈ基又はチオール基とも呼ばれる）と結合する第２の反応基を含む。他の適切なヘテロ二機能性架橋剤は、ｐ−アジドベンゾイル・ヒドラジド又はＡＢＨである。ＡＢＨは、光活性条件の下で分散剤上の第１の反応部位においてメチレン基と反応する。ＡＢＨ分子は、更に、第２の反応部位においてアルデヒド基と反応する第２の反応基、ヒドラジドを含む。重合体タイプ（ポロキサマー１８８及びＮＰ−４０）の分散剤と結合して使用される他のヘテロ二機能性架橋剤は、４−アジドー２，３，５，６−テトラフルオロベンゾイク酸の誘導剤である。それらの誘導剤は、約３５０ナノメートル以下の光活性のニトレン反応を経て分散剤重合体構造のＣ−Ｈ結合に共有結合して挿入され、重合体分子表面から突出しチオール又はアミンと反応する第２の反応基を残す。分散剤は、更に、分散剤上において既に置換された反応基と反応する追加的なヘテロ二機能性架橋剤を用いて誘導されることもできる。例えば、Ｎ−ε−マレイミドカプロイク酸又はＥＭＣＡ、及びスルフォスクシンイミジル４−（Ｎ−マレイミドメチル）−シクロヘキサン−１−カルボン酸塩、又はスルフォ−ＳＭＣＣ、各々は、チオール及びアミンと反応する官能基を含む。ジチオール合成物（例えば、ジメルカプトメタン）と反応したＰＭＰＩ分子にて既に誘導された、例えば、シクロデクストリン分子で被覆されたＳＷＣＮＴ構造は、更に、今アミン基と反応するようにシクロデクストリン被覆のＳＷＣＮＴ構造を官能化するために、例えば、ＥＭＣＡにて誘導されてもよい。多くの他のヘテロ二機能性の反応合成物は、生物学分野において公知であり、特定の分散剤との反応性に対する親和性に基づいている特定の合成物の選択により、ＳＷＣＮＴ構造を被覆している分散剤を誘導化及び官能化するための本発明に適用され得る。
【００３２】
誘導に利用される典型的な分散剤は、シクロデクストリン類の合成物である。３つのサブクラス（即ち、アルファ、ベータ及びガンマシクロデクストリン）に分離可能であるこのような類の合成物は、繰り返す糖の単位を含む天然の合成物を含む。これらの合成物のねじれの分子構造は、ＳＷＣＮＴを水溶液内に分散させるのを可能にする疎水性のポケット領域を提供する。尚、シクロデクストリン合成物の可溶性は、シクロデクストリン分子の外側の領域を、制限なく、メチル、２−ヒドロキシ−プロピル、トリアセチル及びヒドロキシエチル基を含む特定の化学基にて置換することによってかなり向上される。このような方式でのシクロデクストリン構造の化学的変形は、更に、ＳＷＣＮＴ分散容量に対してシクロデクストリン分子の物理的及び化学的特性を維持する。特に、ベータ−シクロデクストリンの２つの典型的な誘導剤、即ち２−ヒドロキシ−プロピル・ベータ−シクロデクストリン（２−ＨＰβＣ）及びメチル・ベータ・シクロデクストリン（ＭβＣ）は、水溶液においてＳＷＣＮＴ構造を分散し、従来のナノチューブ生産プロセスから生成された原料に存在している典型的不純物から該構造を精製する能力に関して非常に効果的である。
【００３３】
シクロデクストリン合成物は、分散されたＳＷＣＮＴ構造の操作を可能にする多くの望ましい物理的及び化学的特性を有する。例えば、シクロデクストリン合成物は、親水性表面に対して親和性を呈する。ＳＷＣＮＴ構造が効果的量のシクロデクストリンを含んでいる水溶液において分散されるとき、各々の個々のＳＷＣＮＴ構造は、ＳＷＣＮＴ構造に対して水溶性を付与するように少なくとも十分なシクロデクストリン分子で被覆される。個々のＳＷＣＮＴ構造を被覆するシクロデクストリンは、本質的に被覆された構造をその表面に固着されたシクロデクストリン分子と集合的に行動するようにする。シクロデクストリン分子の親水性特性を利用することによって、概してシクロデクストリン分子の操作に適用される方法を使用してＳＷＣＮＴ構造を物理的に操作することが可能である。しかし、ＳＷＣＮＴ構造の操作は、ＳＷＣＮＴ構造を被覆している誘導型シクロデクストリン分子を使用することに限られていない。むしろ、上記したいかなる分散剤も、選択された方法でＳＷＣＮＴ構造の操作を容易にするように適切な反応基によって誘導され得る。
【００３４】
シクロデクストリン分子は、水溶液においてＳＷＣＮＴ構造を分散させる能力を強化するように置換され得る。例えば、β−シクロデクストリンは、原料からＳＷＣＮＴ構造を分散させるための置換されたβ−シクロデクストリンの能力を依然として維持しつつ、親β−シクロデクストリン合成物に対して増加された水溶性を付与するようにメチル、２−ヒドロキシ−プロピル、トリアセチル及びヒドロキシエチル基によって置換され得る。更に、β−シクロデクストリンに対する追加的な化学的置換は、ＳＷＣＮＴ材を分散させる能力を変えない。シクロデクストリン・リング構造に対する反応基の化学的置換は、シクロデクストリン・リングを形成する各々のグルコース分子に存在する水酸基を経て発生し得る。β−シクロデクストリン・リングの場合、これらは、β−シクロデクストリン・リング当たりに７つのグルコース分子であり、グルコース分子当たりに３つの水酸基である。ＭβＣを生成するための、メチレン基への親β−シクロデクストリン合成物の置換の平均デグリーは、親メチル・シクロデクストリン分子上において全体２１個の置換部位のうちから１０．５−１４．５である。これにより、他の反応基と置換し得るＭβＣ分子上に最低６つの残留する置換部位を残す。２−ＨＰβＣの場合、置換の平均デグリーは、他の反応基と置換し得る２−ＨＰβＣ分子上に最低１１つの付加的な置換部位を残しつつ、４−１０である。これは、シクロデクストリン分子上において利用可能な有用な置換部位の全体の潜在的な数の増加に現れ得る１つの特定の部位における潜在的な多数の置換を説明するのではない。シクロデクストリン・リング当たりに置換部位の数は、その亜類型、特にリング当たりに存在するグルコース分子の数（即ち、α−シクロデキストリンにおける６つのグルコース分子、β−シクロデクストリンにおける７つのグルコース分子、γ−シクロデクストリンにおける８つのグルコース分子）に依存する。
【００３５】
ＳＷＣＮＴ構造を操作するのに有用な誘導された分散剤の１つの実施例において、ＭβＣ合成物は、ヘテロ二機能性の反応合成物のＰＭＰＩを使用して変形される。この合成物は、約８．５のｐＨの水性条件（即ち、ＳＷＣＮＴ材の水性分散において容易に達成され得る条件）において、カルバミド酸塩結合を形成するためにイソシアン酸塩基を経てシクロデクストリン分子に存在する水酸基と反応する。ＰＭＰＩが水酸基を含む他の任意の分散剤と共に利用され得る点にも注意する。ＰＭＰＩを使用する利点は、合成物の疎水性／親水性の特性を維持する、これらの軽度の条件の下で形成されたカルバミド酸塩結合がシクロデクストリン合成物の分子のリング構造を分裂させないということである。この反応方式の他の利点は、シクロデクストリンの誘導がＳＷＣＮＴ原料の水性分散への分散の前後両方ともで行われ得るということである。この反応方式を利用する更なる利点は、いかなる残留する非反応のＰＭＰＩもサイズ排除クロマトグラフィによってＳＷＣＮＴ分散から除去され得るということである。
【００３６】
ＭβＣのＰＭＰＩ誘導の概念上の表現は、図３ａ−３ｃに例示される。具体的には、図３ａは、ＭβＣ分子３２で被覆されるＳＷＣＮＴ構造３０の水性分散を示す。各ＭβＣ分子は、図３ｂに示されるＰＭＰＩ分子３４による置換に利用可能な４つの水酸基（即ち、ＯＨ−によって表現）を含む。図３ａ−３ｃがＳＷＣＮＴ構造の分散後にＰＭＰＩ分子によって誘導されるＭβＣ分子を示すが、誘導は、ＳＷＣＮＴ構造の分散の以前にも発生し得る点に注意する。各ＭβＣ分子３２の疎水性の部分３６は、ＳＷＣＮＴ構造３０と相互作用して固守される一方、親水性の部分３８は、露出されてＰＭＰＩ分子のイソシアン酸塩基４０のための置換部位を提供する。ＰＭＰＩ分子は、また、チオール基と反応するマレイミド基４２を含む。ＰＭＰＩ分子を含んでｐＨ約８．５の水溶液における分散されたＳＷＣＮＴ構造の露出の際、ＭβＣ分子は、図３ｃに図示するように、カルバミド酸塩結合４４を形成するＰＭＰＩ分子によって誘導される。
【００３７】
ＰＭＰＩ誘導型のシクロデクストリン被覆型ＳＷＣＮＴ構造を生成する実施例は、次のように提供される。精製されたＳＷＣＮＴ構造の水性分散は、分散剤としてＭβＣを使用して米国特許出願番号第０９／９３２，９８６号に記載されたように生産される。このような技術の一実施例において、ＳＷＣＮＴの原料は、５０ｍｇ／ｍｌＭβＣを含有する水における２００マイクログラムのＳＷＣＮＴ材において分散される。過剰のＭβＣは、サイズ排除コラム（５０００ダルトン分子量のカットオフ）を用いて溶液から除去され、ＳＷＣＮＴ材は、コラムボイド容量に溶離される。精製されたＭβＣ被覆型のＳＷＣＮＴ構造は、１０，０００ｘｇにおける遠心分離によって濃縮される。小球状にされたＳＷＣＮＴ材は、８ｍｇ／ｍｌ濃度のＰＭＰＩ（２００マイクログラムの小球状のＳＷＣＮＴ材に基づいてＭβＣ分散型ＳＷＣＮＴに存在する−ＯＨ基の量に対するＰＭＰＩの理論的な１０倍のモル過剰、ＳＷＣＮＴ材の全体を被覆するのに必要なＭβＣの最大量は、約２００マイクログラムであり、各ＭβＣ分子は、反応に利用可能な４つの水酸基を有する）を含むホウ酸塩バッファ（ｐＨ８．５）において再懸濁され、イソシアン酸塩基がＭβＣ分子上に存在する−ＯＨ基と反応する個々のＭβＣ被覆型のＳＷＣＮＴ構造の分散が発生される。反応は、一定のかき混ぜにおいて最高１２時間の間室温で続く。その後、溶液は、１０ボリュームのホウ酸塩バッファ（ｐＨ８．５）に希釈され、非反応のＰＭＰＩは、サイズ排除コラムクロマトグラフィ（５０００ダルトン分子量のカットオフ）によってＳＷＣＮＴ材から除去される。このとき、誘導されたＳＷＣＮＴ材は、コラムボイド容量に溶離される。ＰＭＰＩ誘導型、ＭβＣ分散型のＳＷＣＮＴ材は、分散されたＳＷＣＮＴ構造の表面に今付着されたＰＭＰＩ分子のチオール−反応性マレイミド基の反応に備えて、遠心分離によって最後に収集される。
【００３８】
分散の後、ＰＭＰＩ誘導型のＭβＣ分子で被覆されたＳＷＣＮＴ構造は、例えば、構造重合体に沿って位置する第２の反応部位に選択的に配置されたチオール基に露出される。ＳＷＣＮＴ構造は、重合体上に配置されたチオール基及びＳＷＣＮＴ構造を被覆しているＰＭＰＩ誘導型のＭβＣ分子上のマレイミド基間の反応を経て重合体と整列配置する。形をなすＳＷＣＮＴ構造の配置及びその結果のアレイは、選ばれる重合体及びその重合体上のチオール基の配列に基づく。例えば、ＳＷＣＮＴ／重合体マトリックスは、ＳＷＣＮＴ構造のアレイが架橋構造重合体を経て相互間に交さ結合される所で構成され得る。マトリックス内においてＳＷＣＮＴ構造間の分子間の間隔は、第１及び第２の反応基間の架橋剤内にスペーサーアームを追加することによって制御され得る。図３ｃを参照すると、ジメルカプトメタン（ＣＨ４Ｓ２）即ちＤＭＭのようなホモ二機能性分子は、ＤＭＭ上のチオール基及びＳＷＣＮＴ構造を被覆しているＰＭＰＩ誘導型のＭβＣ分子上のマレイミド基間の反応を通じて個々に分散されたＳＷＣＮＴ構造を共に交さ結合するのに利用される。
【００３９】
架橋剤のＰＭＰＩ及びＤＭＭを利用して形成された交さ結合型のＳＷＣＮＴ重合体マトリックスは、概念的に図４ａ及び４ｂに示される。具体的には、図４ａは、水溶液内のＤＭＭ分子５０を示す。約６．５のｐＨにおいて図３ｃの被覆及び分散されたＳＷＣＮＴ構造を含む水溶液にＤＭＭ分子を添加する際に、図４ｂに図示するように、ＳＷＣＮＴ構造間にチオエーテル結合５２を形成するマレイミド−チオール反応が発生する。上述した実施例において、遠心分離によって収集された小球状のＰＭＰＩ誘導型、ＭβＣ分散型のＳＷＣＮＴ材は、０．２ＭのＤＭＭを含むホウ酸塩バッファ（ｐＨ６．５）において再懸濁される。この反応は、重合されたＳＷＣＮＴ材が溶液内に形成されるまで室温で最高４時間の間かき混ぜによって続く。該材料は、その後、０．０１ミクロンのテフロン（登録商標）・フィルタの濾過により、収集されて水洗され得る。
【００４０】
形成されるＳＷＣＮＴ重合体マトリックス構造のタイプに従い、隣接したＳＷＣＮＴ構造間の間隔は、ＤＭＭを、１，３−ジメルカプトプロパン（Ｃ３Ｈ８Ｓ２）又は１，５−ジペンタンジチオール（Ｃ５Ｈ１２Ｓ２）のようなチオール基間に長い炭化水素チェーン又はスペーサーアームを有する類似したジチオール合成物と取り替えることによって変更され得る。尚、チオール基を含んでいる相違の重合体分子をもって多数の部位において誘導されるポリエチレン又はポリビニル重合体のような、長いチェーンの移植片共重合体が利用され得る。このような重合体構造は、ＳＷＣＮＴ構造用の多数の交さ結合部位を提供し、かつ重合体マトリックス内の個々のＳＷＣＮＴ構造間の分子間距離を制御するのに用いることができる。空間的に指向されたＳＷＣＮＴ構造の重合体マトリックスは、様々な研究及び商業的応用、特に所望の強さの構造的材料を形成する分野において有用である。
【００４１】
特定の状況の下で、ＳＷＣＮＴの全表面を被覆し、極性又は無極性の溶媒において洗うことによって除去され得ない分散剤の重合層を生成するために個々のＳＷＣＮＴ構造上の分散剤分子を交さ結合するのが望ましい。ＤＭＭを利用する前の実施例を参照すると、これはＳＷＣＮＴ構造に対してＤＭＭの関連した濃度を修正することによって達成され得る。ＤＭＭの構造は、単一の炭素原子によって分離される２つのチオール基を含む。この分子の配置は、非常に短い空間範囲又は球体の結合を提供する。この合成物に存在するチオール基のうちの１つがＰＭＰＩ誘導型シクロデクストリンに存在するマレイミド基と反応するとき、他のチオール基は、第２のマレイミド基との反応に利用できる。前の実施例において、有利な第２のマレイミド基は、隣接したＰＭＰＩ−誘導型シクロデクストリン−分散型ＳＷＣＮＴ構造に存在し、よって図４ｂに示されるＳＷＣＮＴ重合体マトリックスを形成する。溶液内の分散されたＳＷＣＮＴ構造及びジチオール合成物の濃度を、例えば、０．０１Ｍジチオール合成物を含有するホウ酸塩バッファ（ｐＨ ６．５）におけるＰＭＰＩ誘導型、ＭβＣ分散型ＳＷＣＮＴ材の約０．１マイクログラム以下の濃度へ減少させることによって、同じＳＷＣＮＴ構造上のマレイミド基とのジチオール合成物上の第２チオール基の反応が支持され、よってＳＷＣＮＴ重合体マトリックス合成物よりむしろ個々のＳＷＣＮＴ構造の表面上に重合シクロデクストリン層を生成する。類似した方法が、分散されたＳＷＣＮＴ構造の表面に存在する任意の誘導型分散剤に適用されて、個別化されたＳＷＣＮＴ構造上を被覆する重合分散剤を生産し得る。
【００４２】
ＭβＣ分子の化学的変化を採用する他の実施例は、ＡＢＨとの置換である。ＡＢＨは、また、生物学的応用において概して使用されるヘテロ二機能性架橋剤分子である。ＡＢＨは、光活性反応を経て目標分子上の、メチレン基のような非官能基と不明確に反応する。ＭβＣ合成物は、水溶液にＳＷＣＮＴ構造を分散させる能力を維持しつつ、ＡＢＨ基との置換によって変形される。ＭβＣによるＰＭＰＩの誘導と同様に、ＡＢＨによるＭβＣの誘導は、ＭβＣが分散されたＳＷＣＮＴ構造を被覆する前後に行われ得る。光活性反応を経てＡＢＨを使用して ＭβＣを誘導した後（例えば、２６５−２７５ｎｍ波長への５−１０秒の露出は、アジドフェニル光分解反応を経てＭβＣに存在する、メチレン基のような非反応基にＡＢＨが結合されるようになる）、過剰で非反応のＡＢＨは、サイズ排除クロマトグラフィによってＳＷＣＮＴ分散から除去される。分散されたＳＷＣＮＴ構造の表面に存在するＡＢＨ誘導型のＭβＣ分子は、ＡＢＨ分子の非反応のヒドラジド基を経てヒドラゾン結合を形成する第２の反応部位におけるアルデヒド基との反応に今利用できる。第２の反応部位は、例えば、重合ジアルデヒド、ポリビニルピロリドン−ホルムアルデヒド・ホモポリマー及びビニルアセタール重合体又はアルデヒド含有の側鎖を有する多数の移植片共重合体のような構造的マトリックス合成物上に配置さ得る。この反応方式は、約７．４のｐＨにおいて発生するアジドフェニル光分解及び約５．５のｐＨにおいて形成するヒドラゾン結合とともに、水性環境において起こる。換言すれば、この反応は、ＳＷＣＮＴ材の水性分散において容易に達成される条件の下で起こる。この反応方式は、上記した条件の下でＡＢＨ分子との置換に使えるメチレン基を有するシクロデクストリン以外の他の分散剤に更に有用である。
【００４３】
ＡＢＨ誘導型シクロデクストリン被覆型ＳＷＣＮＴ構造を生成する実施例は、次のように提供される。サイズ排除クロマトグラフィ（５０００ダルトン分子量カットオフ）によって精製され、上記と略類似した方法の遠心分離によって収集されたＭβＣ分散型のＳＷＣＮＴ材は、暗い環境の２００μｇ／ｍｌの最終濃度において１ｍＭＡＢＨを含んでいるホウ酸塩バッファ（ｐＨ７．４）において再懸濁される。反応混合物は、約３７℃、1時間の暗い環境において一定のかき混ぜで培養された後、アジドフェニル反応を経てＭβＣ分子に存在するメチレン基とのＡＢＨ分子の結合を誘導するために約１０−２０秒の間光（約２６５−２７５ナノメートル波長）に露出される。反応混合物は、１０ボリュームの水を使用して希釈される。その後、いかなる非反応のＡＢＨも、溶出バッファとして水を使用するサイズ排除コラムクロマトグラフィ（５０００ダルトン分子量カットオフ）によって、ＡＢＨ誘導型、ＭβＣ分散型ＳＷＣＮＴ材から除去され、誘導されたＳＷＣＮＴ材料をコラムボイド容量に溶離する。ＡＢＨ誘導型、ＭβＣ分散型ＳＷＣＮＴ材は、分散されたＳＷＣＮＴ構造の表面に今付着されたＡＢＨ分子のアルデヒド反応性ヒドラジド基の反応に備えて、遠心分離によって収集される。この材料は、バッファのＡＢＨ誘導型ＳＷＣＮＴ材／ｍｌの２００マイクログラムの濃度にてナトリウム酢酸塩バッファ（ｐＨ５．５）において再懸濁され、水溶性アルデヒドを含有する移植片共重合体と反応されるか、又は露出したアルデヒド基を含む固体構造基板に供給されて、露出したアルデヒド基及び分散されたＳＷＣＮＴ構造の表面に今付着されたＡＢＨ分子の反応性ヒドラジド基間のヒドラゾン結合を形成する。
【００４４】
個々のＳＷＣＮＴ構造上の分散剤の重合シースが要求される場合、小型球体の結合を有する２つのアルデヒドを含んでいる合成物（例えば、ナフタレン−２，３−ジカルボキシアルデヒド）は、２つの隣接したＳＷＣＮＴ構造よりむしろ同じＳＷＣＮＴ構造上に被覆された隣接した分散剤分子を結合するように減少されたＳＷＣＮＴ濃度において利用され得る。例えば、０．０１Ｍのナフタレン−２，３−ジカルボキシアルデヒドを含んでいるホウ酸塩バッファ（ｐＨ６．５）においてＡＢＨ誘導型、ＭβＣ分散型ＳＷＣＮＴ材の０．１マイクログラム以下の濃度に分散されたＳＷＣＮＴ構造の濃度を減少させることによって、ジアルデヒドを有する単一のＳＷＣＮＴ構造の表面上に互いに並んで位置する２つのＡＢＨ誘導型、ＭβＣ分子の交さ結合は、空間的に分離されたＳＷＣＮＴ構造の表面に存在するＡＢＨ誘導型、ＭβＣ分子間の交さ結合反応を通じて活動的に奨励される。
【００４５】
本発明に従ってＳＷＣＮＴ構造を空間的に整列するのに適している反応基の他のタイプは、抗原／抗体一組のような分子認識基である。有用な抗原／抗体基の１つの例は、ビオチン／アビディン一組である。ビオチンは、ビオチンがアビディンとの高特定の相互作用を有するという事実によって標識化合物を局所化するために、生物学的合成物を識別するのに概して利用される小さいタンパク質である。ビオチンは、これらの分散剤を実際に“ビオチニル化”して特定の分散剤に容易に交さ結合されることもできる。ビオチンを分散剤、例えば、シクロデクストリン分子に結合させることによって、機能上ビオチニル化された分散剤は、アビディン分子を含んでいる選択的に整列配置された反応部位を提供することによって該分散剤で被覆された個々のＳＷＣＮＴ構造を操作するのに利用され得る。生物学的合成物を誘導する際に概して利用される他の抗原／抗体認識システムは、また、誘導型分散剤で被覆されたＳＷＣＮＴ構造を物理的に操作し得る。
【００４６】
商業的に多様に利用可能で水溶性のビオチニル化合成物は、分散剤の誘導において利用可能で有用である。一部の典型的なビオチニル化合成物には、制限なく、ビオチン−ＰＥＯ−アミン（カルボキシル基との反応）、ＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチン（チオール基との反応）、及びスルホ−ＮＨＳ−ビオチン（一次アミンとの反応）がある。これらの合成物は勿論、他の合成物も標準の反応プロトコル（作動条件、適切な濃度及びバッファ等を含む）と共に、ピアースケミカル社（イリノイ・ロックフォド）から市販されている。特定の状況において使用される分散剤及びビオチニル化合成物によって、分散剤は、ビオチニル化合成物と結合するために最初に適当な反応基によって誘導されることを必要とするかもしれない。あるいは、ＳＷＣＮＴ構造のビオチニル化を達成する最も直接のアプローチは、先ずビオチン分子をヘテロ二機能性架橋剤の反応基（例えば、ＰＭＰＩのマレイミド基又はＡＢＨのヒドラジド基）と連結し、誘導されたビオチン分子を分散剤で被覆された分散型ＳＷＣＮＴ構造と反応させることである。ビオチニル化したＳＷＣＮＴ構造を生成する際に、分散剤又はＳＷＣＮＴ構造の表面湾曲からの立体障害なく、ビオチン分子がアビディン分子と反応するようにするのが重要である。ビオチン−ＰＥＯ−アミン及びＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチンのようなビオチニル化剤は、ビオチン分子及び反応基間の延長したスペーサーアームを有し、よって付着され立体障害を防止する合成物の表面からの適切な距離にビオチン分子を空間的に位置させる役割をする。
【００４７】
シクロデクストリン被覆のＳＷＣＮＴ構造をビオチニル化する例は、次のように記載されている。ＰＭＰＩにて誘導された（例えば、上記のように）ＭβＣ分散型ＳＷＣＮＴ材は、５％（ｗ／ｖ）ビオチンを含有するホウ酸塩バッファ（ｐＨ８．５）においてＰＭＰＩ誘導型ＳＷＣＮＴ材の２００ｍｇ／ｍｌの濃度において再懸濁される。７．５以上のｐＨにおいて、ＰＭＰＩ上に存在するマレイミド基は、チオール基に対するその特異性を失い、更にアミン基の方へ反応する。ビオチン含有の分子、を含んでいるビオチン、ビオシチン（ｅ−Ｎ−［ｄ−ビオチニル］−Ｌ−リジン）は、リジン分子に付着されたビオチン分子からなるビオチン誘導物である。ビオシチンは、アビディンと活発に反応し、ビオチニル化タンパク質向けの生物学的応用に概して使われる。この場合、ＰＭＰＩのマレイミド基は、ビオシチン分子に存在するアミン基と反応する。このように、ビオシチン分子は、分散されたＳＷＣＮＴ構造の表面に被覆されたＰＭＰＩ誘導型ＭβＣ合成物に共有結合して付着して、分散されたＳＷＣＮＴ構造を効果的にビオチニル化する。室温で一定のかき混ぜをしつつ培養した後、非反応のビオシチンは、１０ボリュームの水、そして溶出バッファとして水を使用するサイズ排除コラムクロマトグラフィ（５０００ダルトン分子量カットオフ）により、サンプルを希釈することによってＳＷＣＮＴ反応混合物から除去され、誘導されたＳＷＣＮＴ材料をコラムボイド容量に溶離する。分散されたＳＷＣＮＴ構造をビオチニル化する他のアプローチは、ビオシチンの代わりにビオチン含有のビオチン−ＰＥＯ−アミン試薬を利用することである。この水溶性試薬は、ポリエチレン酸化物（ＰＥＯ）スペーサーアームによってビオチン基から分離される一次アミンを含む。再び、既に述べた同じ反応方式は、ビオチン−ＰＥＯ−アミン基をＰＭＰＩ誘導型ＭβＣ分散型ＳＷＣＮＴ構造と結合するのに利用され得る。ここで、ビオチン−ＰＥＯ−アミン試薬は、ホウ酸塩バッファ（ｐＨ ８．５）において５ｍｇ／ｍｌの濃度において利用される。
【００４８】
分散されたＳＷＣＮＴ構造を“タグ”し所望の方法でこれらの構造を空間的に方位づけるのに利用され得る他の一組の抗原／抗体は、６ｘＨｉｓ／ａｎｔｉ−６ｘＨｉｓ対の組合せである。そのタグは、ヒスチジン・アミノ酸のみから作られる人工的に生成されたポリペプチドである。該６ｘＨｉｓ抗原タグは、６ｘＨｉｓタグ上に存在するカルボキシル基と反応して結合する水溶性のヘテロ二機能性架橋剤を経てＳＷＣＮＴ構造に容易に付着される。６ｘＨｉｓタグを、例えば、ＭβＣ被覆型ＳＷＣＮＴ構造と結合する典型的な架橋剤、ＡＢＨである。適当なスペーサーアームは、６ｘＨｉｓタグを認識するａｎｔｉ−６ｘＨｉｓタグ単クローン性抗体によって発生する反応と関連する立体障害問題を減らすために６ｘＨｉｓタグ上の反応部位の間に挿入され得る。ここで利用され得る他の典型的な一組の抗原／抗体は、利用される特定のハプテンを認識するハプテン分子（例えば、ジゴキシゲニン又はジニトロフェニル）及び単クローン性抗体の使用である。ハプテン分子は、前の一組の抗原／抗体と類似した方法で、即ちハプテン分子上の反応基と結合する反応基を有する適当な架橋剤を経てＳＷＣＮＴ構造に接続され得る。商業的に利用可能な多様な抗原／抗体の組合せが且つここで有用である。特定の組合せの選択は、抗原タグを特定の状況において採用された分散剤と結合させることによって決定され得る。標準の反応プロトコル（作動条件、適切な濃度及びバッファ等を含む）と共に、商業的に利用可能な抗原／抗体の組合せの具体例は、モレキュラー・プローブ（ユージン、オレゴン）から入手可能である。
選択された構成のＳＷＣＮＴ材の物理的な配置
【００４９】
上記した化学結合技術は、選択的に整列配置されて交さ結合されたＳＷＣＮＴ材のマトリックス及びアレイを形成するためにＳＷＣＮＴ構造を整列するのに非常に役立つ。選択された空間の方位へのＳＷＣＮＴ構造の配置は、また、分散剤上に適切な反応基を提供するようにＳＷＣＮＴ構造を被覆している分散剤を誘導せずに達成され得る。後述する技術において、水溶液に分散されたＳＷＣＮＴ構造は、その表面にエッチングされたチャネルを備える基板上に堆積される。ここで、チャネルは、チャネルの経路に沿ってＳＷＣＮＴ材の物理的な方位を遂行する。様々な有用な製品が、制限なく、フラット・スクリーン・ディスプレイ、電子回路部品、熱管理材及びファイバのスピニング加工に使用される線形ＳＷＣＮＴ構造を含むこれらの物理的な配置技術を利用してＳＷＣＮＴ構造から製造され得る。整列配置されたＳＷＣＮＴ構造を有する電子回路部品の製造は、回路部品の寸法が従来製造された回路部品と比較して数オーダだけ減少され得るという点から特に有用である。
【００５０】
水溶液において分散剤で被覆される個々のＳＷＣＮＴ構造の分散は、一般にランダムで溶液内において整列されていない。ＳＷＣＮＴ構造は、分散されたＳＷＣＮＴ構造から水性溶媒（即ち、水）の除去の際、テープ又はラフトと呼ばれる結晶質の材料を整列配置して形成する。具体的には、制御された蒸発又は膜全体の迅速な濾過による水の除去の際、分散剤で被覆される分散されたＳＷＣＮＴ構造は、個々の又は分離されたナノチューブのラフトのような又はテープのような構造を形成する。このような水の除去の結果として形成されるＳＷＣＮＴテープ又はラフトは、数千ミクロンの長さを有する原子力顕微鏡検査（ＡＦＭ）によって物理的に特徴づけられて、約２０ミクロンの長さより一般に大きい整列配置された個々のＳＷＣＮＴ構造から作られた。これらの結晶質ＳＷＣＮＴ構造の整列特性は、熱管理材又は電界エミッタのような応用への使用に非常に望ましい構造を作ることである。しかし、結晶質のＳＷＣＮＴ構造は、更に、電子及び材料分野に有用な構造を付与するために非常に大きいスケールに整列配置されなければならない。
【００５１】
結晶質のＳＷＣＮＴ材の選択的な配置は、ガラス、シリコン又はプラスチックのような適切な基板においてエッチングされるマイクロチャネルを利用することによって達成され得る。該基板は、ＳＷＣＮＴ構造が基板チャネル内において整列された構成で結晶質構造を形成するように、分散されたＳＷＣＮＴ構造を集中させる物理的形態又はモールドであることが望ましい。該チャネルは、任意の選択されたパターン又は構成に基板上にエッチングされ、チャネル・パターン又は構成及びチャネル寸法に対応する結晶質のＳＷＣＮＴ材を生成するように選ばれる寸法を有し得る。チャネルは、フォトリソグラフィ・エッチング技術を利用してミクロンレベルの基板表面上に形成され得る。堆積されたＳＷＣＮＴ構造を受け入れる基板にエッチングされた典型的なチャネルは、図５ａ−５ｄに示されている。チャネルは、図５ａに示されたように、一般にＶ字形の横断面を有するのが好ましい。分散剤で被覆される分散されたＳＷＣＮＴ構造を含んでいる水溶液がこのチャネル（図５ｂ）に置かれるときに、ＳＷＣＮＴ構造は、沈殿過程（図５ｃ）によってＶ字形のチャネルの底に集中される。ＳＷＣＮＴ構造が水性溶媒の蒸発によって沈殿されるとき、結晶質のＳＷＣＮＴ材は、チャネルの長さに沿って形成されて伸びる。あるいは、Ｖ字形のチャネルの寸法は、水溶液内の分散されたＳＷＣＮＴ材の非常に大きい量を受け入れるためにマクロスケール・レベルに増加され得る。これにより、最終的にはより大きい結晶質の製品の生産に至る。尚、ＳＷＣＮＴ沈殿と関連する処理時間は、例えば、スイング・バケット・タイプ遠心分離機において固体基板を遠心分離することによって減少され得る。ここで、チャネルに印加される遠心ｇ−力の方向は、図５ｂの矢印によって示される。その後、残留する溶媒は、ＳＷＣＮＴの結晶質材料の形成を誘発するチャネルから制御方法により蒸発され得る。必要に応じて、無損傷の整列配置された結晶質ＳＷＣＮＴ構造を残しつつ分散剤を焦がすために、分散剤は、空気内における低温加熱又は高温真空又は不活性空気におけるアニーリングによってチャネルの底に配置されている結晶質の製品から除去されることもできる。
【００５２】
整列配置されたＳＷＣＮＴ構造を含んでいる複合の空間構造は、基板上にエッチングされた各チャネル間にミクロン間隔を有する複数のＶ字形のチャネルを利用して生成され得る。好ましくは、可撓性で電気的に非伝導性のプラスチック・シートが、フォトリソグラフィ技術、望ましくては、ＬＩＧＡプロセスを利用して基板にエッチングされるチャネルを備える基板として利用される。基板として利用されるプラスチック材料は、ポリジメチルシロキサン又はＰＤＭＳ又は任意の他の適切なプラスチックの材料であってもよい。ＬＩＧＡプロセスの使用により、ガラス又はシリコン基板に使用される従来のフォトリソグラフィ方法から可能な非常に高い縦横比がＶ字形のチャネルに提供される。又、ＬＩＧＡプロセスにおいて、エッチングされる基板は、特定の物理的な特性（例えば、疎水性又は親水性表面の特性）を有し得るプラスチック重合体にて製造され得る。特定のフォトリソグラフィ方法を具現する方式は、その中にＳＷＣＮＴ材を堆積するためのチャネルの所望の寸法によって略選択される。換言すれば、チャネルの容積及び深さ−幅の比率が大きければ大きいほど、チャネル内に形成され得る結晶質ＳＷＣＮＴ材の厚さ及び層の数は、増加される。ＬＩＧＡプロセスを利用して形成され得る典型的なチャネル寸法は、その深さが約１，０００乃至約１０、０００ミクロンの範囲、そしてその幅が約１乃至１０ミクロンの範囲にある。
【００５３】
ＳＷＣＮＴ材の整列配置されたアレイから製造される構造の典型的な実施例は、図６ａ−６ｃに例示される。具体的には、図６ａに示される１枚のチャネル型プラスチックは、その表面上に複数のＶ字形のチャネルを含む。ｇ−ベクトル（図６ｂの矢印によって示す）がＶ字形のチャネルのベースに分散されたＳＷＣＮＴ構造を集結させるように、分散されたＳＷＣＮＴ材の水溶液は、シート（図６ｂ）の表面上に堆積し、シートは、例えば、スイング・バケット遠心分離機において遠心分離される。遠心分離の後、シートは、遠心分離機から除去され、残留する溶媒は、チャネル（図６ｃ）内に結晶質のＳＷＣＮＴ材を算出するために制御蒸発によって除去される。その後、シートは、図７に図示するように、結晶質のＳＷＣＮＴ材を含んでいる複数の他の類似したシートと共に積層されて材料のブリックを形成する。該ブリックは、各シートのチャネルに沿って単一の方向に埋められる整列されたＳＷＣＮＴ材を含む。薄型の可撓性シートは、Ｖ字形のチャネル（及びその中に配置された結晶質のＳＷＣＮＴ材）が整列配置される方向に垂直な方向に材料のブリックから切断され得る。可撓性シートの一方は、金属の塗料にて塗られてプラスチック基板の薄型で可撓性の層に存在する結晶質のＳＷＣＮＴ材をもって電気コネクタ・パッドを形成する。このような整列方法で形成した結晶質のＳＷＣＮＴ材は、フラット・ディスプレー・パネル向けの電界エミッタアレイのような多くの応用に有用である。
【００５４】
特定の条件の下では、基板は、無損傷の結晶質のＳＷＣＮＴ材を残しつつ除去され得る。例えば、誘導されて交さ結合された分散剤分子で被覆されたＳＷＣＮＴ構造は、それらの構造のあたりから基板を除去した後にも結晶形のままである。ＰＤＭＳ及びポリカーボネートのようなプラスチック基板は、材料用の連続長さのスパンＳＷＣＮＴファイバを回転させるような、様々な応用に利用され得る長い“ファイバ”の結晶質のＳＷＣＮＴ材を残しつつ、アセトン又は他の適切な溶媒を利用する溶媒抽出によって除去され得る。
【００５５】
化学親和力又は結合技術と組み合わせられる物理的配置
チャネルに沿って物理的にＳＷＣＮＴ構造を整列配置するために基板のチャネルへの分散されたそれらの構造の堆積は、チャネル内のＳＷＣＮＴ構造を被覆している分散剤の化学親和力又は結合によって強化され得る。ＳＷＣＮＴ構造は、様々な方法でエッチングされたチャネル内に物理的に引かれ得る。例えば、基板チャネルは、ＳＷＣＮＴ構造を被覆している分散剤の親水性の露出部を引きつけるために親水性であってもよい。あるいは、反応部位は、チャネル内に分散されている反応部位と結合するための親和性を有する反応基によって誘導された分散剤分子で被覆されたＳＷＣＮＴ構造を引きつけるためにチャネル内において固着され得る。
【００５６】
適切な化学的誘引特性を提供する基板は、異なる化学特性を有する一連の階層化された材料を利用して製造され得る。チャネルは、Ｅ−ビーム又は原子力顕微鏡検査（ＡＦＭ）エッチング技術を利用して基板の外面層内においてエッチングされる。エッチングされたチャネルは、外面層とは異なる化学特性を有する内面層を露出させ、分散剤分子で被覆されたＳＷＣＮＴ構造をチャネルに引きつける。従って、分散剤被覆のＳＷＣＮＴ構造向けのチャネル内に化学的誘引面を提供するのは、これらのチャネル内にＳＷＣＮＴ構造の特定で正確な空間配置を可能にし、回路、レジスタ、コンデンサ等のような有用な電子部品の製造を可能にする。ＳＷＣＮＴ構造のサイズは、更に、電子部品がナノメートル次元のスケールに製造され得るようにする。
【００５７】
整列されたＳＷＣＮＴ材の回路部品を基板チャネル内に形成する典型的な実施例は、図８ａ−８ｃ及び図９に例示される。水溶液内に分散されたＳＷＣＮＴ構造は、ＭβＣ分子で被覆され、基板のチャネル内に堆積される。基板チャネルの表面は、チャネル内のＭβＣ被覆のＳＷＣＮＴ構造を引きつけるために親水性表面を備える。疎水性のオーバレイ表面は、更に、外側の基板表面からＳＷＣＮＴ構造を追い払い、チャネルへのＳＷＣＮＴ構造の操作に援助するようにチャネルの全体に堆積される。
【００５８】
基板は、シリコン酸化物の親水性アンダーレイ８２をシリコン層表面上に生成するようにオゾンによって処理されるシリコンの第１の層８０を提供することによって準備される。ヘキシルトリメトキシシラン又はトリメチル・シリル・ヨウ化物のような、疎水性自動組立単分子層（ＳＡＭ）８４は、アンダーレイ８２上に形成され、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を経てシリコン酸化物層と結合される。ＳＡＭ合成物の均質な層（即ち、１分子の厚み）は、エタノール及び蒸留水で表面を洗った後、オゾン処理されたシリコン基板のシリコン酸化物層に塗布され、シリコン基板が５０００ｒｐｍのスピンコーティング機において回転する間、圧搾濾過空気にて乾燥され得る。疎水性ＳＡＭ合成物、例えば、ヘキシルトリメトキシシランは、５０００ｒｐｍのスピンコーティングによって掃除されたシリコン酸化物層に塗布され、圧搾濾過空気によって乾燥され得る。Ｅ−ビーム又はＡＦＭエッチングの利用により、特定の電子回路パターンは、エッチング領域（一般に図８ａの８６で示す）のＳＡＭ分子を物理的に除去しつつ、ＳＡＭ層にエッチングされる。疎水性ＳＡＭ分子の除去により、シリコン酸化物の親水性アンダーレイがエッチングされたパターンに露出される。分散されたシクロデクストリン−被覆されたＳＷＣＮＴ構造を含んでいる水溶液８８は、図８ｂに図示するように、ＳＡＭ表面層８４上に堆積される。露出した親水性のアンダーレイ領域は、溶液内の分散されたシクロデクストリン−被覆されたＳＷＣＮＴ構造を引きつけて捕らえる。分散されたＳＷＣＮＴ構造及び露出した親水性のアンダーレイ間の潜在的な接触を強化するために、ＳＷＣＮＴ分散は、パターン化アンダーレイ表面上の下方に（例えば、スイングアウト・バケツ遠心分離機を利用して）遠心分離される。ここで、ｇ−ベクトル方向は、図８ｂの矢印によって示される。遠心分離がＳＷＣＮＴ材をチャネルの底面に十分に沈めた後、残留する非付着のＳＷＣＮＴ構造は、図８ｃに示されたように、シクロデクストリン被覆のＳＷＣＮＴ構造９０をエッチングされたパターンの親水性領域に固着されるようにしつつ、基板から洗い落とされる。水溶液は、チャネル内に高整列されたＳＷＣＮＴ材を残すように蒸発又は先に述べた他の方法のいずれかによって除去され得る。図９に例示される基板は、この技術に従ってＳＷＣＮＴ材をもって形成され得る回路部品（即ち、レジスタ）の１つの実施例を提供する。
【００５９】
親水性チのャネル表面及び疎水性のオーバレイ表面を提供する他の有用な基板は、基板アンダーレイ向けにシリコンの代わりに重合体を使用し得る。典型的な親水性のアンダーレイ表面は、制限なく、特定の化学的処理（例えば、表面水酸基を生成するように表面エステル基をＬｉＡｌＨａと反応させること、表面ビニル基の表面水酸基へのヒドロホウ素化−酸化作用、又は銀の化学を使用して表面臭化物グループを表面水酸基に変換すること）によって水酸基に変換され得る水酸基表面グループ又は他の表面グループを含むように特に設計されたポリエチレン又はポリスチレンの化学的性質に基づく、ＰＤＭＳ、ポリカーボネート、ポリアミド及びプラスチック移植片共重合体を含む。これらの重合体は、親水性に加えて非電導性及び可撓性のような有利な特性を有する。これらの合成物は、更に、親水性の固形担体として直接利用され、あるいは（例えば、アセトンのような有機溶媒に溶解された材料のスピンコーティングによって）均質な親水性層として不活性固体基板に塗布され得る。重合体アンダーレイは、疎水性のＳＡＭ又は重合された疎水性重合体の均質な薄層で被覆され、同じパターニング・プロセス（例えば、Ｅ−ビームエッチング又はＡＦＭエッチング）が特定のパターンに疎水性の層を親水性アンダーレイから除去するのに利用され得る。遠心分離に加えて、他の環境制御（例えば、ＳＷＣＮＴ分散の温度又はｐＨの制御）は、分散剤及び疎水性オーバレイ間の疎水性の斥力を強化すると共に、ＳＷＣＮＴ構造を被覆している分散剤及びパターンの親水性表面間の親水性相互作用を強化するように提供され得る。
【実施例２】
【００６０】
更なる他の実施例において、固体基板は、支持表面に共有結合して付着された生物学的捕獲アンダーレイ（例えば、アビディン）で被覆された第１の層（例えば、ガラスシリコン又はプラスチック）を利用して上記と略類似した方式で準備される。第１の層への生物学的捕獲アンダーレイの共有結合的付着は、適切なヘテロ二機能性架橋剤を使用して達成される。例えば、アビディンは、一次アミン及びカルボキシル基を含み、上記したように、広く知られて商業的に利用可能な架橋剤は、これらの２つの反応基のうち、少なくとも１つと反応するように利用され得る。適切な架橋剤は、アビディンを第１の層のサポート表面に付着させる。ここで、アビディンと反応しない架橋剤の反応基は、サポート表面に存在する官能基と反応する。例えば、その上に配置されている水酸基を有するサポート表面（本質的に又は化学処理の結果として）は、約７．５以下のｐＨでチオール基と反応する表面を生成するようにｐＨ約８．５の水性条件の下でヘテロ二機能性架橋剤ＰＭＰＩと反応され得る。しかし、ｐＨ約７．５以上において、ＰＭＰＩのマレイミド反応基は、アミンに反応し、よってｐＨ約７．５の水性バッファにおいてＰＭＰＩ誘導型表面に塗布されるときに、アビディンは、サポート表面に共有結合して付着され得る。他の実施例において、６−（（アクリロイル）アミン）ヘキサノイド酸のスクシンイミジル・エステルは、ポリアクリルアミド・マトリックスに共重合され、スピンコーティングによってサポート表面に略均質な層として塗布され得るアクリルアミドを生成するようにアビディンと反応され得る。
【００６１】
基板上の均質層として重合されるための有用で商業的に利用可能な特定のアビディン合成物の実施例は、凍結乾燥された固体粉として提供される、ストレプトアビジン・アガロース及びストレパビジン・アクリルアミドである。非特異性の相互作用を減少させる利点を有する第３の典型的な合成物は、チロシン残物が硝化され、アビディン−ビオチンの相互作用がｐＨに敏感なアビディンの形態である、ＣａｐｔＡｖｉｄｉｎＴＭビオチン・アクリルアミドである。ＣａｐｔＡｖｉｄｉｎＴＭビオチン・アクリルアミドは、交さ結合合成物としてビス−アクリルアミド（ビス−アクリルアミドに対するＣａｐｔＡｖｉｄｉｎＴＭビオチン・アクリルアミドの比率３０：１において）及び触媒としてＴＥＭＥＤ／アンモニウム・ペルスルフェートを使用して重合され得る。混合物が０．５Ｍのトリスバッファ（ｐＨ ６．５）において準備されて１０分間ガス除去された後、触媒（即ち、ＴＥＭＥＤ）及びアンモニウム・ペルスルフェート（即ち、酸素スカベンジャー）がアクリルアミド混合物に加えられて急速に混合される。この混合物は、５０００ｒｐｍのスピンコーティング機において回転する、シリコン・ウェーハ又はガラス・スライドのようなエタノール洗浄の固体基板に塗布される。基板は、除去され、アビディン−アクリルアミド・マトリックス層は、室温で１時間の暗い環境において重合される。
【００６２】
第１層の表面に対する適切なアビディンアンダーレイの形成の際、疎水性のオーバレイ（例えば、疎水性のＳＡＭ又は疎水性重合体の均質な層）は、アビディン−アクリルアミド・マトリックス上に対する直接疎水性ＳＡＭ合成物のスピンコーティングによりアンダーレイに塗布される。Ｅ−ビーム又はＡＦＭ処理技術を使用して、特定のパターンがオーバレイ表面にエッチングされ、よってアンダーレイ表面を露出させる。分散剤で被覆されたＳＷＣＮＴ構造の水性分散は、ＳＷＣＮＴ構造を引きつけてアビディン被覆型チャネル表面と結合するように、上記と略類似した方法でビオチニル化される。溶液においてビオチニル化されたＳＷＣＮＴ構造はパターン型表面に堆積され、基板は遠心分離されて（例えば、スイング・バケット遠心分離機で）、ＳＷＣＮＴ構造と基板チャネル内にある捕獲部位との接触確率を強化する。基板チャネル内におけるアビディン−ビオチン認識反応の特性は、ビオチンの疎水性オーバレイとの結合を妨害するように、高レベルのカルシウム及びマグネシウム・イオン及び／又は０．０１％（ｗ／ｖ）Ｔｗｅｅｎ２０のような低レベルの界面活性剤を含む水性バッファを用いて更に向上され得る。残留する水溶液は、整列配置されたＳＷＣＮＴ構造を基板上の選択された空間のパターンに固着しつつ、パターンされた表面から除去される。
【００６３】
ヘテロ二機能性架橋剤又はポリアクリルアミド・マトリックスを利用する類似した反応方式は、他の特定の単クローン性抗体の付着を達成するように採用されて、分散されたＳＷＣＮＴ構造に付着される他の“タグ” 抗原分子と反応する生物学的捕獲アンダーレイを生成し得る。尚、上記した他の反応方式のいずれも、基板チャネル内のＳＷＣＮＴ構造を引きつけて結合するのに利用され得る点に注意する。ここで、ＳＷＣＮＴ構造は、適切な反応基によって誘導される分散剤分子で被覆され、基板は、チャネル内において固着される適切な反応部位を含む。
【００６４】
更なる実施例において、反応部位のパターンは、不活性又は反発性のオーバレイの一部を除去することによって反応性のアンダーレイを露出させるエッチング技術を使用せずに基板の表面上に形成される。基本的に、基板の表面は、ＳＷＣＮＴ構造に接続された反応基のそれらの反応部位との結合によって選択されたパターンに沿ってＳＷＣＮＴ構造を固着することにより、反応部位を有する選択されたパターンに官能化される。利用される反応基は、一対の抗原／抗体のような分子認識基を含む、先に述べた反応基のいずれかであってもよい。
【００６５】
基板上に反応部位を提供するのに有用な典型的な化合物は、フッ素化アリール・アジ化物である。フッ素化アリール・アジ化物の４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸は、重合体表面上の生体分子をトラップするために重合体サポート表面の表面を光化学的に官能化する生物学的応用で使用された。それらの応用において、４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸のアミン反応の誘導体は、スクシンイミジル・エステルを重合体表面から突出しつつ、約３５０ナノメートル以下の照明においてニトレン反応を経て重合体構造のＣ−Ｈ結合に共有結合して挿入される。アミンと反応するスクシンイミジル・エステルは、アミン基を含む生体分子用の適切な結合部位を提供する。
【００６６】
この反応方式は、基板上に所望の空間パターンの結合部位を生成するために、テトラフルオロベンゾ酸誘導体の光反応性基を使用するように修正される。具体的には、４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸の水溶性アミン反応のＳＴＰエステルは、複数のテトラフルオロベンゾ酸誘導分子を基板表面と結合するように、アミン基を含んでいる固体のサポート表面（例えば、アミン残物を含んでいるポリアクリルアミドの均質な層で被覆されるアミノ化シリコン・ウェーハ又はガラス・ウェーハ・スピン）と共有結合により反応する。該表面は、後で特定の空間パターンにアリールニトレン（即ち、反応部位）の形成を誘導するようにＵＶフォトリソグラフィに露出される。
【００６７】
反応部位のパターンを有するこのような基板を準備する実施例は、次のように記載されている。ＣａｐｔＡｖｉｄｉｎＴＭビオチン・アクリルアミドのような、商業的に利用可能なアミン含有のアクリルアミドは、交さ結合合成物としてビス−アクリルアミドをビス−アクリルアミドに対するＣａｐｔＡｖｉｄｉｎＴＭビオチン・アクリルアミドの比率３０：１において使用し、触媒としてＴＥＭＥＤ／アンモニウム・ペルスルフェートを使用して重合され得る。混合物が０．５Ｍのトリスバッファ（ｐＨ ６．５）において準備されて１０分間ガス除去された後、ＴＥＭＥＤ（即ち、触媒）及びアンモニウム・ペルスルフェート（即ち、酸素スカベンジャー）がアクリルアミド混合物に加えられて急速に混合される。この混合物は、５０００ｒｐｍのスピンコーティング機において回転する、シリコン・ウェーハ又はガラス・スライドのようなエタノール洗浄の固体基板に塗布される。該基板は、除去され、アミン含有のアクリルアミド・マトリックス層は、室温で１時間の暗い環境において重合される。
【００６８】
１０ｍＭの４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸を含有するホウ酸塩バッファ（ｐＨ７．５）は、４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸を、水を使用している表面から過剰の４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸を洗うことによってアミンが沈んだ表面に位置するアミン基と結合させるように、アミンを含むマトリックスに塗布されて、約４時の間室温の暗室で反応する。４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸を処理した基板は、使用する光源が３５０ナノメートルのＵＶレーザー光源であることを除外し、電子回路を製造するための標準のフォトリソグラフィ技術を利用して基板として使用される。標準のシリコン・フォトリソグラフィ技術のような耐酸性のマスク層の製造の代わりに、反応性のアリールニトレンからなる表面パターンが、ＵＶ露出により４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾ酸−処理された基板の表面上に製造される。Ｃ−Ｈ結合を含む分散剤分子（例えば、シクロデクストリン分子）で被覆された分散型ＳＷＣＮＴ構造の水溶液は、ＵＶに露出された表面域の反応性のアリールニトレンがこれらのＣ−Ｈ結合と反応し、選択された空間のパターンに沿ってＳＷＣＮＴ構造を固着するように表面上に堆積される。ＵＶフォトリソグラフィによって生成された反応性のアリールニトレン基及び水溶液内の分散剤被覆のＳＷＣＮＴ間の効果的な接触を保証するためには、ＳＷＣＮＴ溶液が、基板表面上の下方へ遠心分離されるか、又は溶媒（すなわち、水）が制御蒸発によって除去される。約４時間の間室温において反応性のアリールニトレン基を分散されたＳＷＣＮＴの表面に位置するＣ−Ｈ結合と反応させた後、非付着のＳＷＣＮＴは、紫外線に露出された固体基板のそれらの領域に空間的に局所化されたＳＷＣＮＴを残しつつ、水にて洗うことによって除去される。
【００６９】
他の光反応性合成物は、フォトリソグラフィによる光活性化の際、基板上の特定のパターンに反応基を生成するための本発明の具現に利用され、よって反応パターンと結合する反応基を有するＳＷＣＮＴ構造を空間的に局所化するように反応パターンを基板表面上に生成し得る。
【００７０】
化学結合及び物理的な整列技術の１つ又はその組合せを利用してＳＷＣＮＴ構造を選択された空間方位に整列配置する上記の新規な方法及び構造は、様々な商業的及び試験的使用のための任意の構成においてＳＷＣＮＴ構造を容易に操作するのに有用である。ＳＷＣＮＴ構造の整列から形成される製品の急速な試作も、本発明によって達成される。
【００７１】
単層のカーボンナノチューブを有用な構造及びその対応する製品に空間的に局所化する上記の新規な方法及び構造について、他の変更態様、バリエーション及び変化が本願明細書に記載される教示から当業者に提案されると考えられる。従って、全てのこのようなバリエーション、変更態様及び変化が添付の請求項に記載の本発明の範囲内にあると考えられる。
【００７２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、個々のＳＷＣＮＴ構造を選択された空間方位に操作する方法を提供することでき、操作されたＳＷＣＮＴ構造は、研究及び商業的応用において使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】水溶液において分散剤分子と混合されるＳＷＣＮＴ構造の概念上の表現を提供する図面である。
【図２】誘導された分散剤分子で被覆される分散されたＳＷＣＮＴ構造の概念上の表現を提供する図面である。
【図３】Ｎ−（ｐ−マレイミドフェニル）イソシアン酸塩によって誘導したメチル−β−シクロデクストリンで被覆される分散されたＳＷＣＮＴ構造の概念上の表現を提供する図面である。
【図４】Ｎ−（ｐ−マレイミドフェニル）イソシアン酸塩によって誘導したメチル−β−シクロデクストリンで被覆される個々のＳＷＣＮＴ構造間に交さ結合合成物としてジメルカプトメタンを利用して形成されるＳＷＣＮＴ重合体マトリックスの概念上の表現を提供する図面である。
【図５】本発明の特定の態様に従ってチャネル内に堆積する溶液においてＳＷＣＮＴ材を有するチャネルの断面を示す図面である。
【図６】本発明の特定の態様に従ってチャネル内に堆積する溶液においてＳＷＣＮＴ材を有する複数の列のチャネルを含有するシートの断面を示す図面である。
【図７】本発明の特定の態様に従ってチャネル内に堆積する溶液においてＳＷＣＮＴ材を有するチャネルを含有するシートの各々を結合した複数のシートの断面を示す図面である。
【図８】本発明の特定の態様に従ってオーバレイ及びアンダーレイを含み、オーバレイにエッチングされたチャネルを有する基板の断面を示す図面である。
【図９】電子回路の構成要素を形成するために基板のチャネル内に堆積される結晶質のＳＷＣＮＴ材を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０...ＳＷＣＮＴ構造、１２...分散剤分子、１４...親水性部分、１６...疎水性領域、１８...第１の反応基、２０...ベース構造
【図１ａ】
2005512831.tif 000002
【図１ｂ】
2005512831.tif 000003
【図１ｃ】
2005512831.tif 000004
【図２】
2005512831.tif 000005
【図３ａ】
2005512831.tif 000006
【図３ｂ】
2005512831.tif 000007
【図３ｃ】
2005512831.tif 000008
【図４ａ】
2005512831.tif 000009
【図４ｂ】
2005512831.tif 000010
【図５ａ】
2005512831.tif 000011
【図５ｂ】
2005512831.tif 000012
【図５ｃ】
2005512831.tif 000013
【図５ｄ】
2005512831.tif 000014
【図６ａ】
2005512831.tif 000015
【図６ｂ】
2005512831.tif 000016
【図６ｃ】
2005512831.tif 000017
【図７】
2005512831.tif 000018
【図８ａ】
2005512831.tif 000019
【図８ｂ】
2005512831.tif 000020
【図８ｃ】
2005512831.tif 000021
【図９】
2005512831.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月13日(2004.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層のカーボンナノチューブを選択された方位に空間的に整列配置する方法であって、
反応基をナノチューブに固着する段階と、
ナノチューブを構造と連結させるためにナノチューブに固着された反応基を
構造に固着された反応部位と結合する段階とを含む方法。
【請求項２】
前記反応部位が固着される前記構造は、基板であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
単層のカーボンナノチューブを変形する方法であって、
分散剤を単層のカーボンナノチューブに付着する段階と、前記分散剤は、水溶液において前記ナノチューブを他のナノチューブから効果的に分散させ、
反応基を含む化合物を前記分散剤に固着する段階とを含み、前記反応基が、該反応基を反応部位に露出する際、構造に固着される該反応部位と結合し得、前記化合物が、ビオシチン、ビオチン−ＰＥＯ−アミン、ＰＥＯ−ヨードアセチル−ビオチン、及びスルホ−ＮＨＳ−ビオチンからなる群から選択される、方法。
【請求項４】
選択的に方位づけられた単層のカーボンナノチューブの構造を形成する方法であって、
少なくとも一つのチャネルを基板上に形成する段階と、
少なくとも一つのチャネルに沿って整列配置したナノチューブ材を形成するために、単層のカーボンナノチューブを少なくとも一つのチャネルに堆積する段階と、
単層のカーボンナノチューブ材のファイバを形成するために、チャネル内に整列された前記単層のカーボンナノチューブ材を前記基板から除去する段階と
を備え、
チャネル内に整列された前記単層のカーボンナノチューブ材を前記基板から除去する前記段階が、前記整列された単層のカーボンナノチューブ材から前記基板を溶解する段階を含む、方法。
【請求項５】
それ自体に固着された反応基を含む単層のカーボンナノチューブ含む構造であって、前記反応基は、反応部位と結合されて前記ナノチューブを前記反応部位と連結し、
前記反応部位が、基板上の選択された空間のパターンに配置され、
前記基板が、少なくとも１つのチャネルを含み、前記反応部位が、前記チャネル内に配置される、構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の実施に使用される適切な分散剤は、水溶液において疎水性合成物を囲んで適切に溶解し得る天然または合成の可溶化剤又は他の組成物でありえる。典型的な分散剤は、制限なく、約１３．２以下の親水性・疎水性均衡値を有する洗浄剤、オクチル−フェノキシポリエトキシエタノール（通常、ノニデットＰ−４０即ちＮＰ−４０として言及）、ポリオキシエチレン・ソルビトール・エステル（例えば、ＴＷＥＥＮ（登録商標）及びＥＭＡＳＯＬ（商標）系列の洗浄剤）、ポロキサマー（例えば、８０対２７のａ対ｂの比率及び７６８０乃至９５１０の範囲の分子量を有し、ＨＯ（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ａ（Ｃ３Ｈ６Ｏ）ｂ（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ａＨとして定義される、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ（登録商標）系列の洗浄剤及びポロキサマー１８８）、臭化アンモニウム及び塩化アンモニウム（例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウム、臭化テトラデシルアンモニウム及び塩化ドデシルピリミジニウム）のよな高い界面活性剤活性を有する自然合成洗浄剤、デオキシコール酸塩及びデオキシコール酸塩タイプの洗浄剤（例えば、タウロコール酸）、サポゲニングリコシド（例えば、サポニン）及びシクロデクストリン（例えば、α−、β−又はγ−シクロデクストリン）のような天然の乳化剤、尿素及びグアニジンのようなカオトロピック塩、及びスルホン酸（例えば、１−ヘプタン−スルホン酸及び１−オクタン−スルホン酸）のようなイオン対合剤を含むが、上記のものに限定されない。
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月29日(2004.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層のカーボンナノチューブを選択された方位に空間的に整列配置する方法であって、
分散剤を該ナノチューブに付着する段階と、
反応基をナノチューブに付着した分散剤に固着する段階と、
ナノチューブを構造と連結させるために、構造に固着された反応部位と反応基とを結合する段階と
を含み、
前記分散剤が、約１３．２を超えない親水‐親油性バランス値を有する洗浄剤、デオキシコレート、タウロコール酸、シクロデキストリン、カオトロピック塩、ポリオキシエチレン・ソルビトール・エステル、ポロキサマー、サポゲニン・グリコシドおよびこれらの化合物から成る群から選択される、
方法。
【請求項２】
単層のカーボンナノチューブを変形する方法であって、
分散剤を単層のカーボンナノチューブに付着する段階と、
反応基を含む化合物を前記分散剤に固着する段階とを含み、
前記分散剤は、水溶液において前記ナノチューブを他のナノチューブから効果的に分散させ、
前記分散剤が、約１３．２を超えない親水‐親油性バランス値を有する洗浄剤、デオキシコレート、タウロコール酸、シクロデキストリン、カオトロピック塩、ポリオキシエチレン・ソルビトール・エステル、ポロキサマー、サポゲニン・グリコシドおよびこれらの化合物から成る群から選択され、
前記反応基は、該反応基を反応部位に露出する際、構造に固着される該反応部位と結合し得る
方法。
【請求項３】
空間的に方位づけられた単層のカーボンナノチューブの構造を形成する方法であって、
水溶液において該ナノチューブを各々から分散させるために該ナノチューブを分散剤分子で被覆する段階と、
反応基を前記分散剤分子に固着する段階と、
それ自体に固着された反応基を含む分散剤分子で被覆された前記ナノチューブを少なくとも一つの構造に固着される空間指向の反応部位に前記反応部位及び前記反応基間の結合反応を経て固着する段階と
を含み、
前記分散剤が、約１３．２を超えない親水‐親油性バランス値を有する洗浄剤、デオキシコレート、タウロコール酸、シクロデキストリン、カオトロピック塩、ポリオキシエチレン・ソルビトール・エステル、ポロキサマー、サポゲニン・グリコシドおよびこれらの化合物から成る群から選択される、
方法。
【請求項４】
単層のカーボンナノチューブ含む構造であって、前記単層のカーボンナノチューブが、前記ナノチューブに付着した分散剤分子と、前記分散足分子に固着された反応基とを有し、
前記反応基は、反応部位と結合されて前記ナノチューブを前記反応部位と連結し、
前記分散剤が、約１３．２を超えない親水‐親油性バランス値を有する洗浄剤、デオキシコレート、タウロコール酸、シクロデキストリン、カオトロピック塩、ポリオキシエチレン・ソルビトール・エステル、ポロキサマー、サポゲニン・グリコシドおよびこれらの化合物から成る群から選択される、
構造。
【請求項５】
溶液であって、
分散剤分子で被覆され、前記溶液に分散されている複数の単層のカーボンナノチューブと、
前記分散剤分子に固着された複数の化合物と
を含み、
前記分散剤が、約１３．２を超えない親水‐親油性バランス値を有する洗浄剤、デオキシコレート、タウロコール酸、シクロデキストリン、カオトロピック塩、ポリオキシエチレン・ソルビトール・エステル、ポロキサマー、サポゲニン・グリコシドおよびこれらの化合物から成る群から選択され、
前記化合物は、反応部位への反応基の露出の際に反応部位と結合し得る反応基を含む、
溶液。
【国際調査報告】
2005512831.tif 000023
2005512831.tif 000024