(57)【要約】本発明は、半導体材料および元素状炭素含有材料に対するアミノ酸オリゴマーの選択的結合のための組成物および方法を含む。本発明の1つの形態は、半導体材料または元素状炭素含有材料の粒子サイズを制御するための方法であって、その材料と特異的に結合するアミノ酸オリゴマーを、材料の形成をもたらしうる溶液と相互作用させることによる方法である。これと同じ方法を、半導体材料のナノ結晶粒子のアスペクト比を制御するために用いることもできる。本発明のもう1つの形態は、半導体材料または元素状炭素含有材料からナノワイヤーを作製するための方法である。本発明のさらにもう1つの形態は、1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質、基質に結合した1つまたは複数の生体材料、および、1つまたは複数の生体材料に結合した1つまたは複数の元素状炭素含有分子を含む、生体スキャフォールドである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導的な半導体形成のための方法であって、
所定の面特異性半導体材料に結合するポリマー性有機材料を第1のイオンと接触させて半導体材料の前駆物質を作製する段階；および
第2のイオンを半導体材料の前駆物質に添加する段階を含み、ポリマー性有機材料が所定の面特異性半導体材料の形成を導くような方法。
【請求項２】
ポリマー性有機材料がアミノ酸オリゴマーである、請求項1記載の方法。
【請求項３】
ポリマー性有機材料が、バクテリオファージの表面にあるアミノ酸オリゴマーである、請求項1記載の方法。
【請求項４】
ポリマー性有機材料が、細菌の表面に提示されたアミノ酸オリゴマーである、請求項1記載の方法。
【請求項５】
ポリマー性有機材料が、細胞の表面に標識として提示されたアミノ酸オリゴマーである、請求項1記載の方法。
【請求項６】
ポリマー性有機材料が核酸オリゴマーである、請求項1記載の方法。
【請求項７】
ポリマー性有機材料がコンビナトリアルライブラリーである、請求項1記載の方法。
【請求項８】
ポリマー性有機材料が約7〜20アミノ酸のアミノ酸ポリマーを含む、請求項1記載の方法。
【請求項９】
所定の面特異性半導体材料が多結晶性である、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
所定の面特異性半導体材料が単結晶性である、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
所定の面特異性半導体材料がII〜IV群半導体材料を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
ポリマー性有機材料がキメラタンパク質を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
ポリマー性有機材料がキメラタンパク質を含み、半導体材料に結合するキメラタンパク質の部分がキメラタンパク質の表面にある、請求項1記載の方法。
【請求項１４】
ポリマー性有機材料がキメラタンパク質を含み、半導体材料に結合するキメラタンパク質の部分が約7〜20アミノ酸を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１５】
ポリマー性有機材料が、サイズの拘束された結晶性半導体材料の核形成を行う、請求項1記載の方法。
【請求項１６】
ポリマー性有機材料が、半導体の、核形成がなされたナノ粒子の結晶学的相を制御する、請求項1記載の方法。
【請求項１７】
ポリマー性有機材料が、半導体のナノ結晶のアスペクト比を制御する、請求項1記載の方法。
【請求項１８】
ポリマー性有機材料が、形成される半導体ナノ結晶のドーパントのレベルを制御する、請求項1記載の方法。
【請求項１９】
誘導的な半導体形成のための方法であって、
所定の面特異性半導体材料に結合するペプチドを第1のイオンと接触させて半導体材料の前駆物質を作製する段階；および
第2のイオンを半導体材料の前駆物質に添加する段階を含み、ペプチドが所定の面特異性半導体材料の形成を導くような方法。
【請求項２０】
ペプチドがバクテリオファージの表面にある、請求項19記載の方法。
【請求項２１】
ペプチドがコンビナトリアルライブラリーの一部である、請求項19記載の方法。
【請求項２２】
ペプチドが約7〜20アミノ酸を含む、請求項19記載の方法。
【請求項２３】
所定の面特異性半導体材料が多結晶性である、請求項19記載の方法。
【請求項２４】
所定の面特異性半導体材料が単結晶性である、請求項19記載の方法。
【請求項２５】
所定の面特異性半導体材料がII〜IV群半導体材料を含む、請求項19記載の方法。
【請求項２６】
ポリマー性有機材料が細菌の表面に提示される、請求項19記載の方法。
【請求項２７】
ポリマー性有機材料が細胞の表面に標識として提示される、請求項19記載の方法。
【請求項２８】
ペプチドがキメラタンパク質を含む、請求項19記載の方法。
【請求項２９】
ペプチドがキメラタンパク質を含み、半導体材料に結合するキメラタンパク質のペプチド部分がキメラタンパク質の表面にある、請求項19記載の方法。
【請求項３０】
ペプチドがキメラタンパク質を含み、半導体材料に結合するキメラタンパク質の部分が約7〜20アミノ酸を含む、請求項19記載の方法。
【請求項３１】
ペプチドが、サイズの拘束された結晶性半導体材料の核形成を行う、請求項19記載の方法。
【請求項３２】
ペプチドが、半導体の、核形成がなされたナノ粒子の結晶学的相を制御する、請求項19記載の方法。
【請求項３３】
ペプチドが12merの線状ライブラリーから選択される、請求項19記載の方法。
【請求項３４】
ペプチドが7merに拘束されたライブラリーから選択される、請求項19記載の方法。
【請求項３５】
半導体材料の核形成を行うための方法であって、
所定の面特異性材料と結合するペプチドを選択する段階；
ペプチドが表面に結合しているように改変された金表面の一部分を調製する段階；
金表面-ペプチド複合体を、半導体結晶前駆物質の形成のために必要な第1のイオンと接触させる段階；および
半導体結晶の形成のために必要な第2のイオンを添加する段階
を含む方法。
【請求項３６】
ペプチドが、拘束性ライブラリーから選択される、請求項35記載の方法。
【請求項３７】
金-表面が、金基板上に2-メルカプトエチルアミンを用いて、自己集合した単層を形成させることによって調製される、請求項35記載の方法。
【請求項３８】
所定の面特異性半導体材料がII〜VI群半導体材料を含む、請求項35記載の方法。
【請求項３９】
半導体材料が硫化亜鉛であり、かつ溶液が塩化亜鉛および硫化ナトリウムである、請求項35記載の方法。
【請求項４０】
半導体材料が硫化カドミウムであり、かつ溶液が塩化カドミウムおよび硫化ナトリウムである、請求項35記載の方法。
【請求項４１】
ペプチドがコンビナトリアルライブラリーのスクリーニングによって選択される、請求項35記載の方法。
【請求項４２】
ナノワイヤーを構築するための方法であって、
所定の面特異性半導体材料と結合するペプチドを選択する段階；および
ペプチドを、自己集合しうるタンパク質との融合タンパク質として発現させる段階；
続いて、半導体ナノ結晶の形成を導くために、融合されたものを半導体前駆物質と相互作用させる段階
を含む方法。
【請求項４３】
選択されるペプチドが、高コピー数で発現する、請求項42記載の方法。
【請求項４４】
自己集合したタンパク質がバクテリオファージの表面にある、請求項42記載の方法。
【請求項４５】
ポリマー性有機材料が細菌の表面に提示される、請求項42記載の方法。
【請求項４６】
ポリマー性有機材料が細胞の表面に標識として提示される、請求項42記載の方法。
【請求項４７】
自己集合したタンパク質が、M1バクテリオファージの主要外被タンパク質の一部分を構成する、請求項42記載の方法。
【請求項４８】
自己集合したタンパク質が、M1バクテリオファージのp8主要外被タンパク質の一部分を構成する、請求項42記載の方法。
【請求項４９】
請求項1記載の工程を用いて作製された半導体。
【請求項５０】
請求項15記載の工程を用いて作製された半導体材料。
【請求項５１】
請求項35記載の工程を用いて作製されたナノワイヤー。
【請求項５２】
1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質；
基質に結合した1つまたは複数の生体材料；および
1つまたは複数の生体材料に結合した1つまたは複数の元素状炭素含有分子
を含む、生体スキャフォールド。
【請求項５３】
基質が、シリコン、ラングミュア-ブロジェット膜、官能化ガラス、ゲルマニウム、セラミック、シリコン、半導体材料、PTFE、炭素、ポリカーボネート、マイカ、マイラー、プラスチック、石英、ポリスチレン、ヒ化ガリウム、金、銀、金属、合金、布地、組織、細胞、器官、タンパク質、抗体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項５４】
生体材料が、ウイルス、バクテリオファージ、細菌、ペプチド、タンパク質、アミノ酸、ステロイド、薬剤、発色団、抗体、酵素、一本鎖または二本鎖核酸、核酸重合体、およびそれらの任意の化学修飾物からなる群より選択される、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項５５】
生体材料がコンビナトリアルライブラリーのスクリーニングによって同定される、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項５６】
生体材料が、バクテリオファージの表面に存在するアミノ酸オリゴマーである、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項５７】
生体材料が、細菌の表面に提示されたアミノ酸オリゴマーである、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項５８】
生体材料が7〜20アミノ酸長のアミノ酸オリゴマーである、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項５９】
生体材料が、バクテリオファージの表面にあるペプチドである、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項６０】
生体材料が、配列番号：105〜245からなる群より選択されるペプチドである、請求項59記載の生体スキャフォールド。
【請求項６１】
元素状炭素含有分子が、配列番号：105〜245からなる群より選択されたペプチドを認識する、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項６２】
元素状炭素含有分子が、炭素60、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト、単層ナノチューブペースト、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、多層ナノチューブペースト、ダイヤモンド、グラファイト、活性炭、黒色顔料、産業用炭素、木炭、コークス、鋼、炭素環、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項６３】
基質が生体スキャフォールドから欠けている、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項６４】
元素状炭素含有材料の合成、炭素ナノチューブの整列化、生体半導体の作製、単層ナノチューブペーストの接合変換、多層ナノチューブペーストの接合変換、単層および多層ナノチューブペーストの溶解性および生体適合性の向上、統合型単層および多層ナノチューブペーストの製造、バイオセンサーの製造、薬学的組成物の放出、癌の治療、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される用途のために用いられる、請求項52記載の生体スキャフォールド。
【請求項６５】
1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質；
基質と結合した生体材料および生体材料と結合した有機ポリマー；ならびに
有機ポリマーと結合した1つまたは複数の元素状炭素含有分子、
を含む、生体スキャフォールド。
【請求項６６】
基質が、シリコン、ラングミュア-ブロジェット膜、官能化ガラス、ゲルマニウム、セラミック、シリコン、半導体材料、PTFE、炭素、ポリカーボネート、マイカ、マイラー、プラスチック、石英、ポリスチレン、ヒ化ガリウム、金、銀、金属、合金、布地、組織、細胞、器官、タンパク質、抗体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項６７】
生体材料が、ウイルス、バクテリオファージ、細菌、ペプチド、タンパク質、アミノ酸、ステロイド、薬剤、発色団、抗体、酵素、一本鎖または二本鎖核酸、核酸重合体、およびそれらの任意の化学修飾物からなる群より選択される、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項６８】
生体材料と有機ポリマーが同じものである、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項６９】
有機ポリマーが、タンパク質、抗体、ペプチド、核酸、キメラ分子、薬剤、標識、生体システムに存在することが知られた他の炭素含有材料、および、1つまたは複数の生体モノマーを、天然に認められるものを模倣しうる合成モノマーとともに含む生体ポリマーの誘導体または類似体である、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７０】
有機ポリマーがコンビナトリアルライブラリーのスクリーニングによって同定される、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７１】
有機ポリマーが、7〜20アミノ酸長のアミノ酸オリゴマーである、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７２】
有機ポリマーが、生体材料の選択部分を認識するペプチドである、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７３】
第2の生体材料が、配列番号：105〜245からなる群より選択されるペプチドである、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７４】
元素状炭素含有分子が、配列番号：105〜245からなる群より選択されるペプチドを認識する、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７５】
元素状炭素含有分子が、炭素60、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト、単層ナノチューブペースト、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、多層ナノチューブペースト、ダイヤモンド、グラファイト、活性炭、黒色顔料、産業用炭素、木炭、コークス、鋼、炭素環、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７６】
元素状炭素含有材料の合成、炭素ナノチューブの整列化、生体半導体の作製、単層ナノチューブペーストの接合変換、多層ナノチューブペーストの接合変換、単層および多層ナノチューブペーストの溶解性および生体適合性の向上、統合型単層および多層ナノチューブペーストの製造、バイオセンサーの製造、薬学的組成物の放出、癌の治療、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される用途のために用いられる、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７７】
基質と生体材料が同じものである、請求項65記載の生体スキャフォールド。
【請求項７８】
1つまたは複数のバクテリオファージと結合しうる基質；
基質に結合した1つまたは複数のバクテリオファージ；
バクテリオファージの一部分を認識する1つまたは複数のペプチド；および
そのペプチドを認識する1つまたは複数の元素状炭素含有分子
を含む、生体スキャフォールド。
【請求項７９】
基質が、シリコン、ラングミュア-ブロジェット膜、官能化ガラス、ゲルマニウム、セラミック、シリコン、半導体材料、PTFE、炭素、ポリカーボネート、マイカ、マイラー、プラスチック、石英、ポリスチレン、ヒ化ガリウム、金、銀、金属、合金、布地、組織、細胞、器官、タンパク質、抗体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項78記載の生体スキャフォールド。
【請求項８０】
ペプチドが配列番号：105〜245からなる群より選択される、請求項78記載の生体スキャフォールド。
【請求項８１】
元素状炭素含有分子が、炭素60、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト、単層ナノチューブペースト、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、多層ナノチューブペースト、ダイヤモンド、グラファイト、活性炭、黒色顔料、産業用炭素、木炭、コークス、鋼、炭素環、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項78記載の生体スキャフォールド。
【請求項８２】
ペプチドが、薬剤、抗体、発色団、発光性標識、吸光性標識、および有機ポリマーからなる群より選択される、請求項78記載の生体スキャフォールド。
【請求項８３】
基質が存在しない、請求項78記載の生体スキャフォールド。
【請求項８４】
生体スキャフォールドを作製する方法であって、
結合1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質を提供する段階；
1つまたは複数の生体材料を基質と結合させる段階；および
1つまたは複数の元素状炭素含有分子を生体材料と接触させて生体スキャフォールドを形成させる段階
を含む方法。
【請求項８５】
基質が、シリコン、ラングミュア-ブロジェット膜、官能化ガラス、ゲルマニウム、セラミック、シリコン、半導体材料、PTFE、炭素、ポリカーボネート、マイカ、マイラー、プラスチック、石英、ポリスチレン、ヒ化ガリウム、金、銀、金属、合金、布地、組織、細胞、器官、タンパク質、抗体、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項84記載の方法。
【請求項８６】
生体材料が、ウイルス、バクテリオファージ、細菌、ペプチド、タンパク質、アミノ酸、ステロイド、薬剤、標識、発色団、抗体、酵素、一本鎖または二本鎖核酸、核酸重合体、キメラ分子、薬剤、生体システムに存在することが知られた任意の他の炭素含有材料、および、1つまたは複数の生体モノマーを、天然に認められるものを模倣しうる合成モノマーとともに含む生体ポリマーの誘導体または類似体、からなる群より選択される、請求項84記載の方法。
【請求項８７】
生体材料がコンビナトリアルライブラリーのスクリーニングによって同定される、請求項84記載の方法。
【請求項８８】
生体材料が、バクテリオファージの表面にあるアミノ酸オリゴマーである、請求項84記載の方法。
【請求項８９】
生体材料が、細菌の表面に提示されたペプチドである、請求項84記載の方法。
【請求項９０】
アミノ酸オリゴマーが7〜20アミノ酸長である、請求項88記載の方法。
【請求項９１】
ペプチドが配列番号：105〜245からなる群より選択される、請求項89記載の方法。
【請求項９２】
ペプチドが、薬剤、抗体、発色団、発光性標識、吸光性標識、および有機ポリマーからなる群より選択される、請求項89記載の方法。
【請求項９３】
元素状炭素含有分子が、配列番号：105〜245からなる群より選択されたペプチドを認識する、請求項84記載の方法。
【請求項９４】
元素状炭素含有分子が、炭素60、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト、単層ナノチューブペースト、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、多層ナノチューブペースト、ダイヤモンド、グラファイト、活性炭、黒色顔料、産業用炭素、木炭、コークス、鋼、炭素環、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項84記載の方法。
【請求項９５】
1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質を提供することと、1つまたは複数の生体材料を基質に結合させることとが、生体スキャフォールドの作製のために必要ではない、請求項84記載の方法。
【請求項９６】
元素状炭素含有分子を選択的に認識する有機ポリマーを含む、分子。
【請求項９７】
元素状炭素含有材料の合成、炭素ナノチューブの整列化、生体半導体の作製、単層ナノチューブペーストの接合変換、多層ナノチューブペーストの接合変換、単層および多層ナノチューブペーストの溶解性および生体適合性の向上、統合型単層および多層ナノチューブペーストの製造、バイオセンサーの製造、薬学的組成物の放出、癌の治療、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される用途のために用いられる、請求項96記載の分子。
【請求項９８】
有機ポリマーが核酸オリゴマーである、請求項96記載の分子。
【請求項９９】
有機ポリマーがコンビナトリアルライブラリーのスクリーニングによって選択される、請求項96記載の分子。
【請求項１００】
有機ポリマーが、バクテリオファージの表面にあるアミノ酸オリゴマーである、請求項96記載の分子。
【請求項１０１】
アミノ酸オリゴマーが細菌の表面に提示される、請求項100記載の分子。
【請求項１０２】
アミノ酸オリゴマーが7〜15アミノ酸長である、請求項100記載の分子。
【請求項１０３】
有機ポリマーが、バクテリオファージの表面にあるペプチドである、請求項96記載の分子。
【請求項１０４】
ペプチドが、配列番号：105〜245からなる群より選択される、請求項103記載の分子。
【請求項１０５】
元素状炭素含有分子が、配列番号：105〜245からなる群より選択されるペプチドを認識する、請求項96記載の分子。
【請求項１０６】
元素状炭素含有分子が、炭素60、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト、単層ナノチューブペースト、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、多層ナノチューブペースト、ダイヤモンド、グラファイト、活性炭、黒色顔料、産業用炭素、木炭、コークス、鋼、炭素環、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項96記載の分子。
【請求項１０７】
請求項52記載の生体スキャフォールドに由来する集積回路。
【請求項１０８】
請求項52記載の生体スキャフォールドに由来するバイオセンサー。
【請求項１０９】
請求項52記載の生体スキャフォールドを用いる薬剤送達システム。
【請求項１１０】
請求項96記載の分子の薬学的有効量を用いる薬学的組成物。
【請求項１１１】
請求項52記載の生体スキャフォールドを用いる、癌に対する治療。
【請求項１１２】
金属ナノチューブと半導体ナノチューブを分離するための方法であって、
コンビナトリアルライブラリーのスクリーニングを用いて、金属ナノチューブと半導体ナノチューブとを識別するタンパク質配列を入手する段階；
金属ナノチューブおよび半導体ナノチューブの混合物を、入手したタンパク質配列に接触させる段階；ならびに
半導体ナノチューブを金属ナノチューブから分離する段階
を含む方法。
【請求項１１３】
金属ナノチューブおよび半導体ナノチューブが、単層ナノチューブおよび多層ナノチューブからなる群より選択される、請求項112記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は一般的に、種々の材料の選択的認識を対象とし、詳細には、有機ポリマーを用いた半導体材料および元素状炭素（elemental carbon）含有材料の表面認識を対象とする。
【０００２】
本出願は、2001年9月28日に提出された米国仮特許出願第60/325,664号による優先権を主張する。
【０００３】
本出願において行われた研究は、一部、米国陸軍研究所（Army Research Office）からの助成金（DADD19-99-0155）による援助を受けた。
【０００４】
ヌクレオチドおよび/またはアミノ酸の配列表は、コンピュータ可読形態上にある材料の参照により、組み入れられる。
【背景技術】
【０００５】
発明の背景
生体システムにおいて、有機分子は、炭酸カルシウムおよびシリカなどの無機材料の核形成および鉱物相に対して、ならびに微結晶および他のナノスケール構築単位の、生物学的機能のために必要な複雑な構造への構築に対して、著しいレベルの制御を発揮する。この制御は、理論的には、興味深い磁気的、電気的または光学的特性を備えた材料に対して適用しうると考えられる。
【０００６】
生体プロセスによって生成される材料は一般に軟らかく、構築単位となる分子（すなわち、脂質、ペプチドおよび核酸）の驚くほど単純な集まりが、驚くほど複雑な構造として配置されたものからなる。集積回路上に極めて小さな部品を構築するための連続的リソグラフィー処理に依拠する半導体産業とは異なり、生体は、多くの分子構成要素に対して同時に作用する共有結合性および非共有結合性の力の両方を利用して、その構築上の「青写真」を遂行する。さらに、これらの構造はしばしば、分子構成要素のいずれをも変化させずに、とりうる2つまたはそれ以上の形態の間でエレガントに再編成される。
【０００７】
「生体」材料を、次世代のマイクロエレクトロニクスデバイス、光学デバイスおよび磁性デバイスの加工処理のために用いることにより、従来の加工処理法の限界を解決する有望な解決策がもたらされる。このアプローチにおける重大な要因は、無機-有機生体材料の適切な混和物（compatibility）および配合物の同定、一意的および特異的な配合物を作製するための合成工程および認識、ならびに適切な構築単位の合成の解明である。
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
本発明は、種々の有機材料および無機材料に対する選択性が向上した有機ポリマー、例えばペプチドの選択、生産、単離および特徴決定に基づく。本発明の1つの態様において、生体材料、例えば、ファージディスプレイライブラリーなどのコンビナトリアルライブラリーは、複数回の反復的なペプチド進化を利用する、標的の誘導的な分子認識をもたらす。半導体表面ならびに炭素ナノチューブおよびグラファイトなどの元素状炭素含有化合物を非制限的に含む広範囲の材料に対して高い特異性で結合する有機ポリマー（例えば、ペプチド）を作製し、導き出すことができる。さらに、本発明により、構造的に類似した材料の組成物を用いるか否かにかかわらず、生体材料の特定の配向、形態または構造（例えば、結晶学的な形態または配向）を特異的に認識しうる有機認識分子（例えば、有機ポリマー）の選択的な単離が可能になる。
【０００９】
本発明の1つの態様においては、生体スキャフォールド（biologic scaffold）が開示される。本スキャフォールドは、1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質、基質に結合した1つまたは複数の生体材料、および生体材料に結合した1つまたは複数の元素状炭素含有分子を含む。本発明のもう1つの態様においては、1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質、基質に結合した第1の生体材料および第1の生体材料に結合した第2の生体材料、ならびに第2の生体材料に結合した1つまたは複数の元素状炭素含有分子を含む、生体スキャフォールドが開示される。
【００１０】
本発明のもう1つの態様において、生体スキャフォールドは、1つまたは複数のバクテリオファージと結合しうる基質、基質に結合した1つまたは複数のバクテリオファージ、バクテリオファージの一部分を認識する1つまたは複数のペプチド、およびそのペプチドを認識する1つまたは複数の元素状炭素含有分子を含む。
【００１１】
本発明のもう1つの態様においては、生体スキャフォールドの作製方法が開示される。本方法は、1つまたは複数の生体材料と結合しうる基質を提供すること、1つまたは複数の生体材料を基質に結合させること、および1つまたは複数の元素状炭素含有分子を生体材料に接触させて生体スキャフォールドを形成させることを含む。
【００１２】
本発明のもう1つの態様においては、分子が記載される。本分子は、元素状炭素含有分子を選択的に認識する有機ポリマーを含む。
【００１３】
本発明のもう1つの態様においては、誘導的な（directed）半導体形成のための方法が記載される。本方法は、所定の面特異性（face specificity）半導体材料に結合する分子を第1のイオンと接触させて半導体材料の前駆物質を作製する段階、および第2のイオンを半導体材料の前駆物質に添加する段階を含み、この際、この分子は所定の面特異的半導体材料の形成を導く。この分子にはアミノ酸オリゴマーまたはペプチドを含めることができ、これはバクテリオファージの表面に、例えば、キメラ外被タンパク質の一部として存在しうる。分子は核酸オリゴマーであってもよく、しかもコンビナトリアルライブラリーから選択されたものでもよい。分子は約7〜20アミノ酸のアミノ酸重合体であってもよい。本発明には、本発明の方法を用いて製造された半導体材料も含まれる。
【００１４】
本発明の材料および方法を用いて誘導されて成長した、制御された結晶の用途には、新規な光学的、電気的および磁気的な特性を備えた材料が含まれる。当業者には周知と考えられるが、詳細な光学的、電気的および磁気的な特性は、例えば、本発明を用いた素子のパターン成形による半導体結晶の形成によって導くことができ、これには層状化またはパターンの敷設によってパターン状、層状またはさらにはその両方を備えた結晶形成をもたらすことが含まれうる。
【００１５】
本発明を用いて形成されたパターンおよび/または層のもう1つの用途は、高密度磁気記憶用の半導体素子の形成である。もう1つのデザインは、例えば、量子計算に用いるためのトランジスタの形成を目的とするものでありうる。本発明を用いて作られたパターン、デザインおよび新規材料のさらに別の用途には、医学的用途のための造影剤およびコントラスト造影剤が含まれる。
【００１６】
半導体および半導体結晶ならびにデザインの誘導的な形成に関するこのような用途の1つには、例えば、軍事的またはさらには個人的な状況における敵味方の識別といった、量子的ドットパターンに基づく情報記憶が含まれる。量子ドットは、布地、装甲または個人の識別を利用して個々の軍人または個人を識別するために用いうると考えられる。または、ドットを、通貨の生地の符号化に用いることもできる。本発明のさらに別の用途は、本発明のペプチドを用いて送達しようとする薬剤のトラッピングにおける薬剤送達のための二官能性および多官能性ペプチドを作製することである。さらに別の用途は、薬剤を送達するためにペプチドを用いる薬剤トラッピングによる、遺伝子またはタンパク質の発現に基づくインビボおよびインビトロ診断である。
【００１７】
本発明の特徴および利点のより詳細な理解のために、以下に、本発明の詳細な説明について、添付の図とともに言及する。
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明のさまざまな態様の作製および使用について以下に詳細に考察するが、本発明が、非常にさまざまな個別の状況において具現化されうる多くの適用可能な発明上の概念を提供していることは理解される必要がある。本明細書において考察する個別の態様は、本発明の作製および使用のための個別のやり方を単に例示したものであり、発明の範囲を制限するものではない。
【００１９】
本明細書で用いられる用語は、本発明と関係のある技術分野の当業者によって一般的に理解されている意味を有する。「1つの（a）」「1つの（an）」および「その（the）」などの用語は、単数形の実体のみを指すことは意図しておらず、特定の一例を例示のために用いうる全般的なクラスを含むものとする。本明細書における用語法は、本発明の個別の態様を説明するために用いられるが、その用法は、特許請求の範囲において概要が述べられている場合を除き、本発明の範囲を制限するものではない。
【００２０】
本明細書における用語法は、本発明の個別の態様を説明するために用いられるが、その用法は、特許請求の範囲において概要が述べられている場合を除き、本発明の範囲を制限するものではない。本明細書の全体を通じて用いられる、「量子ドット」「ナノ粒子」および「粒子」という用語は、互換的に用いられる。
【００２１】
本明細書で用いる場合、「生体材料」および/または「生体材料」という用語は、ウイルス、バクテリオファージ、細菌、ペプチド、タンパク質、アミノ酸、ステロイド、薬剤、発色団、抗体、酵素、一本鎖または二本鎖核酸、およびそれらの任意の化学修飾物を指す。生体材料は自己集合して基質上の接触表面に乾性薄膜を形成してもよい。自己集合により、表面での生体材料のランダムまたは均一な整列化が可能になる。さらに、生体材料は、溶媒濃度、電場およびもしくは磁場の適用、光学、または他の化学的もしくは場の相互作用によって外因性に制御される乾性薄膜を形成してもよい。本明細書で用いる場合、生体材料および「有機ポリマー」および「ポリマー性有機材料」は互換的に用いうる。本明細書で用いる場合、有機ポリマーとは、有機材料の多数の単位のことを指し、この有機材料には複数の「モノマー」が含まれ、これは同じでも異なってもよい。例えば、タンパク質、抗体、ペプチド、核酸、キメラ分子、薬剤、および、生体システム（例えば、真核生物）に存在することが知られた他の炭素含有材料は、有機ポリマーの例である。他の有機ポリマーとしては、1つまたは複数の生体モノマーを、天然に認められるものを模倣しうる合成モノマーとともに含む生体ポリマーの誘導体または類似体が考えられる。
【００２２】
「無機分子」または「無機化合物」という用語は、例えば、インジウムスズ酸化物、ドーパント、金属、鉱物、放射性同位体、塩およびそれらの組み合わせなどの化合物を指す。金属には、Ba、Sr、Ti、Bi、Ta、Zr、Fe、Ni、Mn、Pb、La、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Nb、Tl、Hg、Cu、Co、Rh、ScまたはYが含まれる。無機化合物には、例えば、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、バリウムマグネシウムフルオリド、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマスおよびチタン酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、または当業者に知られたそれらの変形物などの、高誘電率材料（絶縁体）が含まれうる。
【００２３】
「有機分子」または「有機化合物」という用語は、炭素を単独または組み合わせとして含む化合物、例えばヌクレオチド、ポリヌクレオチド、ヌクレオシド、ステロイド、DNA、RNA、ペプチド、タンパク質、抗体、酵素、糖質、脂質、導電性ポリマー、薬剤およびそれらの組み合わせのことを指す。薬剤には、抗生物質、抗菌薬、抗炎症薬、鎮痛薬、抗ヒスタミン薬、および、哺乳動物の病的な（または病的な可能性のある）状態に対して治療的または予防的に用いられる任意の作用物質が含まれうる。
【００２４】
「元素状炭素含有分子」という用語は、炭素の同素形を一般的に指す。その例には、ダイヤモンド、グラファイト、活性炭、炭素60、黒色顔料（carbon black）、産業用炭素、木炭、コークスおよび鋼が非制限的に含まれる。他の例には、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト（HOPG）、単層ナノチューブ（SWNT）、単層ナノチューブペースト、多層ナノチューブ、多層ナノチューブペースト、ならびに金属含浸炭素含有材料が非制限的に含まれる。
【００２５】
本明細書で用いる場合、「基質」は、それに対して分子が共有結合または非共有性の結合によって結合する微細加工された固体表面であってよく、これには例えば、シリコン、ラングミュア・ブロジェット膜、官能化ガラス、ゲルマニウム、セラミック、シリコン、半導体材料、PTFE、炭素、ポリカーボネート、マイカ、マイラー、プラスチック、石英、ポリスチレン、ヒ化ガリウム、金、銀、金属、合金、布地、および、アミノ基、カルボキシル基、チオール基またはヒドロキシル基などの官能基をその表面に組み入れた形で有しうるそれらの組み合わせが含まれる。同様に、基質は、それに対して生体材料が結合しうる表面を有する、タンパク質、哺乳動物細胞、抗体、器官または組織などの有機材料であってもよい。表面は大きくても小さくてもよく、必ずしも均一である必要はないが、接触性表面として作用する必要がある（必ずしも単層でなくともよい）。基質は多孔性、平面または非平面のいずれでもよい。基質は接触性表面を含み、これは基質それ自体でもよく、または、それに対して有機分子もしくは無機分子が接触しうる、有機分子もしくは無機分子でできた第2の層（例えば、接触性表面を有する基質または生体材料）でもよい。
【００２６】
本発明者らは以前に、ペプチドが半導体材料と結合する場合があることを示した。結合ペプチドにおける有用な半導体材料には、ヒ化ガリウム、リン酸インジウム、硝酸ガリウム、硫化亜鉛、ヒ化アルミニウム、ヒ化アルミニウムガリウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、セレン化亜鉛、硫化鉛、窒化ホウ素およびシリコンが非制限的に含まれる。。
【００２７】
半導体ナノ結晶は、サイズ依存的および形態依存的な光学的および電気的特性を示す。これらの多様な特性は、発光ダイオード（LED）、単一電子トランジスタ、光電池、光メモリーおよび磁気メモリー、ならびに診断マーカーおよびセンサーなどのさまざまな素子において有用な可能性がある。粒子のサイズ、形態および相の調節も、車の塗料などの保護塗膜および家屋塗料などの顔料においては非常に重要である。半導体材料は特定の形態およびサイズへと操作することができ、この際、これらの半導体材料の光学的および電気的特性はさまざまな素子に用いるために最適な形で利用することができる。
【００２８】
本発明者らは、さらに、ナノ粒子の核形成を行ってそれらの自己集合を導くための手段を開発した。ペプチドの主な特徴は、技術上重要な材料を面特異的に認識してそれらと結合する能力、サイズの拘束された結晶性半導体材料の核形成を行う能力、および、核形成がなされたナノ粒子の結晶学的相を制御する能力にある。また、ペプチドは材料のアスペクト比を制御し、これによって光学的特性を制御することもできる。
【００２９】
簡潔に述べると、生体システムが極めて微細なスケールで極めて複雑な構造を構築する能力が、類似した様式で振る舞いうる非生体システムを特定しようという要望における多大な関心を喚起した。特に価値の高いものは、興味深い電気的または光学的特性を備えた材料に対して適用しうる方法であると考えられるが、自然の進化は、生体分子とこのような材料との相互作用に対する選択は行っていない。
【００３０】
本発明は、生体システムが、ナノスケールの構築単位を、高い完成度、制御されたサイズでかつ組成上の均一性を伴って、複雑で機能的に精緻な構造へと、効率的かつ厳密に構築するという認識に基づく。
【００３１】
ランダムな有機ポリマーのプールを提供する方法の1つは、ファージディスプレイライブラリーを用いることである。ファージディスプレイライブラリーは、7〜12アミノ酸を含むランダムなペプチドがM13大腸菌ファージのpIII外被タンパク質と融合したコンビナトリアルライブラリーであり、結晶性半導体構造または他の材料と反応する種々のペプチドを提供する。ファージ粒子の一方の端にはpIII外被タンパク質の5つのコピーが位置し、粒子の10〜16nmを占める。ファージディスプレイ法は、ペプチド基質の相互作用とその相互作用をコードするDNAとの間の物理的つながりをもたらす。
【００３２】
半導体、ならびに炭素ナノチューブおよびグラファイトなどの元素状炭素含有分子のようなさまざまな材料に対する親和性を備えたペプチド配列が開発されている。以下の実験では、5種類の単結晶性半導体、GaAs（100）、GaAs（111）、A、GaAs（111）B、InP（100）およびSi（100）を用いた。これらの半導体により、ペプチド相互作用の体系的評価、および、種々の結晶性構造に対する本発明の方法の一般的な有用性の確認が可能になった。加えて、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト（HOPG）および単層ナノチューブ（SWNT）ペーストなどの元素状炭素含有分子も用いた。
【００３３】
ファージディスプレイライブラリーを用いて、特定の結晶と首尾良く結合したタンパク質配列を表面から溶出させ、例えば100万倍に増幅した上で、比較的ストリンジェントな条件下で基質に対して反応させた。最も特異的な結合ペプチドを有するライブラリー内のファージを選択するために、この手順を3回〜7回繰り返した。例えば、3回目、4回目および5回目のファージ選択後に、結晶特異的ファージを単離してそのDNAの配列を決定し、結晶組成物（例えば、GaAsとは結合するがSiとは結合しない）および結晶面（例えば、（100）GaAsとは結合するが（111）B GaAsとは結合しない）に対して選択的なペプチド結合を同定した。
【００３４】
GaAs表面に対するアミノ酸官能性分析によってエピトープ結合ドメインを決定するために、GaAs（100）から選択した20種のクローンを分析した。改変pIIIタンパク質またはpVIIIタンパク質の部分ペプチド配列を図1に示しており、これによれば、両ペプチドの間にGaAsに対して露出される類似した結合ドメインがあることが明らかである。GaAs表面に対する露出の数が増えるに伴い、非荷電極性官能基およびルイス塩基官能基の数が増加した。3回目、4回目および5回目のシークエンシングによるファージクローンは極性官能基をそれぞれ平均30％、40％および44％含んでおり、一方、ルイス塩基官能基はそれと同時に41％から、48％、55％へと増加した。観察されたルイス塩基の増加は、本発明者らのライブラリーによるランダムな12merペプチドにおける官能基の34％を占めるに過ぎず、このことは、ペプチド上のルイス塩基とGaAs表面のルイス酸部位との相互作用が、これらのペプチドによって示される選択的結合を媒介することを示唆する。
【００３５】
ライブラリーから選択された修飾12merの予想される構造は延長したコンフォメーションと考えられ、これは小型ペプチドの場合には、ペプチドをGaAsの単位格子（5.65Å）よりもはるかに長くする可能性が高いと考えられる。このため、ペプチドがGaAs結晶を認識するのに必要なのは小さな結合ドメインのみでよいと考えられる。図1で強調したこれらの短いペプチドドメインは、アスパラギンおよびグルタミンなどのアミンルイス塩基の存在に加えて、セリンリッチ領域およびトレオニンリッチ領域を含む。正確な結合配列を決定するために、これらの表面を、7merライブラリーおよびジスルフィドで拘束された7merライブラリーを含む、比較的短いライブラリーを用いてスクリーニングした。結合ドメインのサイズおよび柔軟性を縮小させるこれらの比較的短いライブラリーを用いることで、ペプチド-表面相互作用を低下させることが可能になり、選択の世代間での相互作用の強度が高まるものと予想される。
【００３６】
M13外被タンパク質に対するビオチン化抗体を介してファージと結合したストレプトアビジン標識20nm金コロイド粒子によって標識されたファージを、特異的結合の定量的評価のために用いた。X線光電子分光法（XPS）による元素組成の決定を行い、金4f-電子シグナルの強度によってファージ基質相互作用を観測した（図2a〜c）。G1-3ファージの非存在下では、XPSにより、抗体および金ストレプトアビジンがGaAs（100）基質とは結合しないことが裏づけられた。したがって、金-ストレプトアビジン結合はファージ上に発現されたペプチドに対して特異的であり、ファージの、基質との結合の指標となった。XPSを用いることにより、GaAs（100）から単離されたG1-3配列は、GaAs（100）とは特異的に結合するがSi（100）とは結合しないことも見いだされた（図2a参照）。これとは相補的な様式で、S1クローンの（100）Si表面に対するスクリーニングでは、（100）GaAs表面に対する結合性の低さが示された。
【００３７】
いくつかのGaAs配列は、別の閃亜鉛鉱構造であるInP（100）の表面とも結合した。選択的結合の基盤が化学的、構造的または電気的のいずれかについては現在も調査中である。さらに、基質表面に自然酸化物が存在することもペプチド結合の選択性を変化させる可能性がある。
【００３８】
G1-3クローンが、GaAsの（111）A（ガリウム末端）面または（111）B（ヒ素末端）面よりもGaAs（100）に対して選好的に結合することも示された（図2b、c）。G1-3クローンの表面濃度は、その選択に用いた（100）表面での方が、ガリウムに富む（111）Aまたはヒ素に富む（111）B表面よりも高かった。これらの種々の表面は異なる化学反応性を示すことが知られており、ファージの種々の結晶面との結合性に関して選択性が示されたことは驚くには当たらない。2種類の111表面の大部分の末端は同じ幾何構造を示すが、表面二重層の最も外側にGa原子またはAs原子のいずれが存在するかによる違いは、表面の再構築を比較するとさらに明らかになる。種々のGaAs表面の酸化物の組成も異なることが予想され、これはさらにペプチド結合にも影響を及ぼすと考えられる。
【００３９】
G1-3ファージクローンに対して曝露された基質からの結合エネルギーに対するGa 2p電子の強度を2cにプロットしている。図2bの結果から予想される通り、GaAs（100）、（111）Aおよび（111）B表面で観察されたGa 2pの強度は金濃度と反比例する。金-ストレプトアビジン濃度が比較的高い表面でのGa 2p強度の低下は、ファージによる表面被覆率の増加に起因する。XPSは試料採取の深さが約30Åである表面用の技法である；このため、有機層の厚さが増すほど、無機基質からのシグナルは減少する。この観察所見を、金-ストレプトアビジンの強度が、結晶特異的結合配列を含むファージがGaAsの表面に存在することに実際に起因することを確かめるために用いた。同数の特異的ファージクローンを表面積が同じ種々の半導体基質に対して曝露させる、XPSデータと相互に関連する結合試験を行った。野生型クローン（ランダムなペプチドインサートを含まない）はGaAsと結合しなかった（プラークが全く検出されなかった）。G1-3クローンについては、GaAs（100）から溶出したファージ集団はGaAs（111）A表面の場合よりも12倍多かった。
【００４０】
GaAs（100）およびInP（100）と結合したG1-3、G12-3およびG7-4クローンを、原子間力顕微鏡（AFN）を用いて画像化した。InP結晶は閃亜鉛鉱構造を有し、GaAsと同型構造であるが、In-P結合の方がGaAs結合よりもイオン性の度合いが高い。AFMで観察されたファージの幅10nmおよび長さ900nmは、透過型電子顕微鏡（TEM）によって観察されたM13ファージの寸法と一致しており、M13抗体と結合した金球体はファージと結合して観察された（非提示データ）。InP表面には高濃度のファージが認められた。これらのデータは、基質認識には、原子サイズ、電荷、極性および結晶構造を含む、多くの要因がかかわることを示唆する。
【００４１】
G1-3クローン（陰性染色された）は、TEM画像ではGaAs結晶ウェーハと結合した状態で認められる（提示せず）。このデータは、結合が、主要外被タンパク質との非特異的相互作用によってではなく、G1-3の改変pIIIタンパク質によって導かれたことを裏づけている。したがって、本発明のペプチドは、ナノ構造およびヘテロ構造の構築において特異的なペプチド-半導体相互作用を導くために用いうる（図4）。
【００４２】
異なる化学的および構造的組成を有する表面に近接した閃亜鉛鉱表面に対するファージの選好的結合を示すためにX線蛍光顕微鏡を用いた。入れ子状の四角形パターンをGaAsウェーハにエッチングで刻み入れた；このパターンは、GaAsの1μmの線と、各線の間隔となる4μmのSiO2を含んだ（図3a、3b）。G12-3クローンをGaAs/SiO2パターン化基板と相互作用させ、非特異的結合を減らすために洗浄した上で、免疫蛍光プローブであるテトラメチルローダミン（TMR）によって標識した。標識されたファージは図3bでは3本の赤い線および中央の点として認められ、これはG12-3がGaAsのみと結合したことに相当する。パターンのSiO2領域はファージが結合しないままであり、暗い色となっている。この結果は、ファージに曝露させずに一次抗体およびTMRに対して曝露させた対照では観察されなかった（図3a）。ファージが結合していないG12-3ペプチドを用いた場合も同じ結果が得られた。
【００４３】
GaAsクローンG12-3は、AlGaAsよりもGaAsに対して基質特異的であることが観察された（図3c）。AlAsおよびGaAsは室温での格子拘束条件がそれぞれ5.66Åおよび5.65Åと本質的には同一であり、このためAlxGa1-xAsの三元合金はGaAs基質上でエピタキシー的に成長することができる。GaAsおよびAlGaAsは閃亜鉛鉱結晶構造を有するが、G12-3クローンはGaAsのみと結合するという選択性を示した。GaAsおよびAl0.98Ga0.02Asの交互の層からなる多層基板を用いた。基板材料を劈開し、その後にG12-3クローンと反応させた。
【００４４】
G12-3クローンを20nm金-ストレプトアビジンナノ粒子で標識した。走査型電子顕微鏡（SEM）による検査では、ヘテロ構造内にGaAsおよびAl0.98Ga0.02Asの交互の層が認められる（図3c）。ガリウムおよびアルミニウムのX線元素分析を用いたところ、金-ストレプトアビジン粒子はヘテロ構造のGaAs層に限定してマッピングされ、このことから化学組成に対する結合特異性が高度であることが示された。図3dには、蛍光画像およびSEM画像で認められた半導体ヘテロ構造に対するファージの識別のためのモデルを示している（図3a〜c）。
【００４５】
本発明は、有機ペプチド配列と無機半導体基質との間の結合の同定、開発および増幅のためのファージディスプレイライブラリーの強力な有用性を示す。このペプチド認識および無機結晶の特異性はGaAs、InPおよびSiに関して上記の箇所で示されており、GaN、ZnS、CdS、Fe3O4、Fe2O3、CdSe、ZnSeおよびCaCO3を含む他の基質に対しても、本発明者らによるペプチドライブラリーを用いて拡張されている。現在のところ、二成分認識性を備えた二価合成ペプチド（図4）が設計されている；このようなペプチドは、ナノ粒子を半導体構造上の特定の位置に導く可能性がある。これらの有機物および無機物との対、ならびに多価となる可能性のあるテンプレートは、新世代の複雑で精緻な電気的構造の製造のための強力な構築単位になるものと考えられる。
【００４６】
実施例I．ペプチドの作製、単離、選択および特徴決定
ペプチドの選択
ファージディスプレイライブラリーまたはペプチドライブラリーを、表面でのファージ-ファージ相互作用を減らすための、0.1％TWEEN-20を含むTris緩衝食塩水（TBS）中において、半導体結晶などの種々の材料と接触させた。室温で1時間振盪した後に、表面をTris緩衝食塩水、pH 7.5に対する10回の曝露によって洗い、TWEEN-20の濃度は選択回数が進むとともに0.1％から0.5％（v/v）へと高くした。結合を破壊するためにグリシン-HCl（pH 2.2）の10分間の添加によってファージを溶出させた。溶出したファージ溶液を新たなチューブに移した後にTris-HCl（pH 9.1）で中和した。溶出したファージの力価を測定し、結合効率を比較した。
【００４７】
3回目の基質曝露後に溶出したファージを大腸菌ER2537またはER2738宿主と混合し、LB XGal/IPTGプレート上に播いた。このライブラリーファージは、lacZα遺伝子を有するベクターN13mp19に由来するため、Xgal（5-ブロモ-4-クロロ-3-インドイル-β-D-ガラクトシド）およびIPTG（イソプロピル-β-D-チオガラクトシド）を含む培地上に播いた場合、ファージプラークの色は青色であった。青色/白色スクリーニングを用いて、ランダムなペプチドインサートを有するファージプラークを選択した。これらのプレートからプラークを拾い、DNA配列を決定した。
【００４８】
基質の調製
基質の配向をX線回折によって確認し、自然酸化を適切な化学特異的エッチングによって除去した。GaAs表面およびInP表面に対して以下のエッチングを検討した：NH4OH：H2O 1：10、HCl：H2O 1：10、H3PO4：H2O2：H2O 3：1：50で1分間および10分間のエッチング時間。GaAsおよびInPエッチング表面に関して元素比が最良で酸化物の形成最も少なかったのは（XPSを使用）、HCl：H2Oを1分間用いた後に脱イオン水によるすすぎ洗いを1分間行った場合であった。しかし、ライブラリーの初期スクリーニングではGaAsに対して水酸化アンモニウムエッチングを用いたため、このエッチングを他のすべてのGaAs基板例に対して用いた。Si（100）ウェーハを、HF：H2O 1：40溶液中に1分間おいてエッチングし、その後に脱イオン水によるすすぎ洗いを行った。表面はすべてすすぎ液から直接取り出し、直ちにファージライブラリーに導入した。ファージに対して曝露されていない対照基板の表面の特徴を決定し、エッチング工程の有効性ならびにAFMおよびXPSによる表面の形態に関してマッピングした。
【００４９】
GaAsの多層基板およびAl0.98Ga0.02Asの多層基板を、（100）GaAs上に分子ビームエピタキシーによって成長させた。エピタキシー的に成長した層に対して、5×1017cm-3のレベルでSi-ドーピング（n型）を行った。
【００５０】
抗体および金標識
XPS、SEMおよびAFMの例に関しては、Tris緩衝食塩水中で基板をファージに対して1時間曝露させた後に、fdファージのpIIIタンパク質に対する抗体である抗fdバクテリオファージビオチン結合物（リン酸緩衝液中に1：500、Sigma）中に入れて30分間おき、リン酸緩衝液中ですすぎ洗いした。ストレプトアビジン/20nm金コロイド標識（リン酸緩衝食塩水（PBS）中に1：200、Sigma）をビオチン結合ファージと、ビオチン-ストレプトアビジン相互作用によって結合させた；表面を標識に対して30分間曝露させ、その後にPBSで数回すすぎ洗いした。
【００５１】
X線光電子分光法（XPS）
XPSで認められた金シグナルがファージと結合した金に起因し、GaAs表面との非特異的抗体相互作用ではないことを確かめるためのXPSの例として、以下の対照を調製した。調製した（100）GaAs表面を、（1）抗体およびストレプトアビジン-金標識（ファージは存在せず）、（2）G1-3ファージおよびストレプトアビジン-金標識（抗体は存在せず）、ならびに（3）ストレプトアビジン-金標識（G1-3ファージも抗体も存在せず）に対して曝露させた。
【００５２】
用いたXPS装置は、1,487-eVの単色X線を生じるアルミニウム陽極を備えたフィジカル・エレクトロニクス（Physical Electronics）Phi ESCA 5700であった。試料はすべて、GaAs表面の酸化を抑えるためのファージの金標識（上記の通り）の直後にチャンバーに導入し、その後、XPSチャンバー内への試料のガス抜けを軽減するために高真空下で一晩ポンピングを行った。
【００５３】
原子間力顕微鏡（AFM）
用いたAFMは、ツァイス・アキシオバート（Zeiss Axiovert）100s-2tvに装着したデジタル・インスツルメンツ・バイオスコープ（Digital Instruments Bioscope）であり、Gスキャナーを用いて先端走査モードで動作させた。画像はタッピングモードを用いて空中で記録した。AFMプローブは125mmカンチレバーを備えたバネ定数20±100Nm-1のエッチングされたシリコンであり、共鳴振動数200±400kHzの付近で動作される。走査周波数は1±5mms-1のオーダーとした。試料の傾斜を除くために一次平面を用いて画像の水平化を行った。
【００５４】
透過型電子顕微鏡（TEM）
TEM画像はフィリップス（Philips）EM208を60kVで用いて記録した。GI-3ファージ（TBS中に1：100に希釈）をGaAs片（500mm）とともに30分間インキュベートし、粒子を非結合性ファージから分離するために遠心分離を行って、TBSですすぎ洗いした上でTBS中に再懸濁した。試料を2％酢酸ウラニルで染色した。
【００５５】
走査型電子顕微鏡（SEM）。G12-3ファージ（TBS中、1：100に希釈）を、新たに劈開したヘテロ構造表面とともに30分間インキュベートし、TBSですすぎ洗いした。G12-3ファージは20nm金コロイドで標識した。SEM画像および元素マッピング画像は、Hitachi 4700電界走査型電子顕微鏡に装着したノリアン（Norian）検出システムを5kVで用いて採取した。
【００５６】
実施例II．粒子および配向特異的ペプチドの選択
半導体ナノ結晶はサイズ特異的および形態特異的な光学的および電気的特性を示すことが明らかになっており、これは、発光ダイオード（LED）、単一電子トランジスタ、光電池、光メモリーおよび磁気メモリー、ならびに診断マーカーおよびセンサーなどのさまざまな素子において有用な可能性がある。粒子のサイズ、形態および相の調節も、保護塗膜および顔料（車の塗料、家屋塗料）においては非常に重要である。これらの光学的および電気的特性を利用するためには、とりわけ、条件に合わせたサイズおよび形態を備えた、結晶化された半導体ナノ結晶を合成することが必要である。
【００５７】
本発明は、（1）面特異性を備えた技術上重要な材料を認識してそれと結合すること；（2）サイズの拘束された結晶性半導体材料の核形成を行うこと；（3）核形成がなされたナノ粒子の結晶学的相を制御すること；ならびに（4）ナノ結晶のアスペクト比および例えばそれらの光学的特性を制御すること、が可能なペプチドの選択および使用のための組成物および方法を含む。
【００５８】
本実施例に用いられる材料の例にはII〜VI群半導体があり、これには以下のような材料が含まれる：硫化亜鉛、硫化カドミウム、カドミウムセレンおよび亜鉛セレン。サイズおよび結晶の制御を、コバルト、マンガン、酸化鉄、硫化鉄および硫化鉛、ならびに他の光学材料および磁性材料とともに用いることもできる。本発明を用いて、当業者は、複雑な電子素子、発光ディスプレイなどの光電子素子、光学検出器およびレーザー、高速インターコネクト器、波長選択的スイッチ、ナノメーター規模のコンピュータ構成要素、哺乳動物用インプラントならびに環境診断装置およびインサイチュー診断装置の根本的に新たな製造方法のための基盤として役立つ、無機-生体材料構築単位を作製することができる。
【００５９】
図4〜8は、半導体材料と結合すると考えられるペプチドを発現させるために、例えばファージディスプレイライブラリーを用いた、ペプチドの発現を示している。分子生物学の当業者は、タンパク質の表面に短いペプチド配列、さらには長いペプチド配列を安定的な様式で「提示」するために他の発現系を用いてもよいことを認識していると考えられる。ファージディスプレイは本明細書において一例として用いうる。ファージディスプレイライブラリーは、7〜12アミノ酸を含むランダムなペプチドのコンビナトリアルライブラリーである。ペプチドを、例えば、M13大腸菌ファージのpIII外被タンパク質と融合させること、またはそれとのキメラを形成させることもできる。ファージは、結晶性半導体構造と反応する種々のペプチドをもたらした。M13 pIII外被タンパク質は、pIII外被タンパク質の5つのコピーがファージ粒子の一方の端に位置し、粒子の10〜16nmを占めることから有用である。ファージディスプレイ法は、ペプチド基質の相互作用とその相互作用をコードするDNAとの間の物理的つながりをもたらした。検討した半導体材料にはZnS、CdS、CdSeおよびZnSeが含まれる。
【００６０】
特異的な結合特性を備えたペプチドを入手するために、特定の結晶と首尾良く結合したタンパク質配列を表面から溶出させ、例えば100万倍に増幅した上で、比較的ストリンジェントな条件下で基質に対して反応させた。最も特異的に結合するライブラリー内のファージを選択するために、この手順を5回繰り返した。表面結合の原因となるペプチドモチーフを解明するために、例えば、3回目、4回目および5回目のファージ選択後に、結晶特異的ファージを単離してそのDNAの配列を決定した。
【００６１】
本発明の1つの例では、2種類の異なるペプチドが量子ドットの2つの異なる相の核形成を行うことが見いだされた。線状12merペプチドであるZ8は、硫化亜鉛の立方相の3〜4nm粒子を成長させることが見いだされた。ZnSの六方晶相のナノ粒子を成長させる、7merのジスルフィド拘束性ペプチドであるA7が単離された。加えて、これらのペプチドは、成長したナノ粒子のアスペクト比（形態）にも影響を及ぼす。A7ペプチドは、ファージのp3と結合したままで、または金の表面に単層として結合したままで、この「活性」を有する。さらに、ファージ/半導体ナノ粒子ナノワイヤーは、ウイルス外被上でのA7とp8タンパク質との融合物を用いても成長した。ファージ外被上で成長したナノ粒子は、ZnS粒子の完全な結晶学的アライメントを示す。
【００６２】
ナノ粒子のサイズ、形態およびアスペクト比を制御するペプチド
ZnS、CdS、ZnSeおよびCdSe結晶と特異的に結合する、形態制御性アミノ酸配列を提示するファージの単離、特徴決定および選択を行った。これらのペプチドの結合親和性および識別性の試験を行ったが、その結果に基づき、結合の親和性が高くなるようにペプチドを操作しうると考えられる。試験を行うために、ファージライブラリーをmmサイズの多結晶性ZnS片に対してスクリーニングした。結合性クローンの配列を決定し、3回目、4回目および5回目の選択後に増幅した。配列を解析し、ZnSと結合するペプチドがZnSのナノ粒子の核形成を行う能力に関してクローンの試験を行った。
【００６３】
水性条件下での室温でのZnS粒径および単分散性の制御を試みるために、Z8、A7およびZ10クローンと命名したクローンをZnS合成実験に追加した。ZnS特異的クローンをミリモル濃度のZnCl２溶液中でZn2イオンと相互作用させた。ファージと結合したZnS特異的ペプチドはキャッピングリガンドとして作用し、ZnSがファージ-ZnCl２溶液へのNa２Sの添加によって形成される際に結晶粒径を制御する。
【００６４】
ミリモル濃度のNa2Sを投入したところ、結晶性材料が懸濁液中にあることが観察された。この懸濁液を、透過型電子顕微鏡（TEM）および電子回折（ED）を用いて粒径および結晶構造に関して分析した。TEMおよびEDのデータから、ファージクローンと結合したZnS特異的ペプチドの添加が形成されるZnS結晶の粒径に影響を及ぼすことが判明した。
【００６５】
ZnSの存在下で成長した結晶はサイズが約5nmで離散性の粒子であることが観察された。ZnSファージクローンの非存在下で成長した結晶ははるかに大きく（＞100nm）、ある範囲のサイズを示した。
【００６６】
（表１）ZnS特異的クローンの結合ドメイン(アミノ末端からカルボキシ末端へと表記)
2005505915.tif 000002
【００６７】
（表２）CdS特異的クローンの結合ドメイン(アミノ末端からカルボキシ末端へと表記)
2005505915.tif 000003
【００６８】
ファージ生成中に発現されたペプチドインサート構造、例えば、12mer線状ライブラリーおよびジスルフィド結合を用いた7mer拘束性ライブラリーを用いたところ、同様の結果が得られた。
【００６９】
12アミノ酸線状ライブラリーを7アミノ酸拘束性100pライブラリーと比較して用いてZnSに関して選択されたペプチドは、ZnSの結晶構造およびZnSナノ結晶のアスペクト比の両方に大きな影響を及ぼした。
【００７０】
ZnSに関して選択された、12mer線状ペプチドを提示するファージの存在下で成長したナノ粒子の高分解能格子画像から、結晶が立方（閃亜鉛鉱）形のZnSの3〜4nmの球（アスペクト比1：1）を成長させたことが判明した。これに対して、ZnSと結合することから選択された7mer拘束性ペプチドは、六方晶（ウルツ鉱）形のZnSの楕円形粒子およびワイヤー（アスペクト比2：1およびアスペクト比8：1）を成長させた。すなわち、ペプチドの長さおよび配列を調節することによってナノ結晶特性を操作しうると考えられる。さらに、結晶の電子回折パターンから、異なるクローン由来のペプチドがZnSの2種類の異なる結晶構造を安定化しうることが判明した。Z8 12merペプチドは閃亜鉛鉱構造を安定化し、A7 7mer拘束性ペプチドはウルツ鉱構造を安定化した。
【００７１】
図10は、ZnSペプチドの3回目、4回目および5回目の選択後の配列進化を示している。7mer拘束性ライブラリーを用いたペプチド選択のために、最良の結合ペプチド配列を5回目の選択によって入手した。この配列をA7と命名した。5回目の選択後に単離されたクローンの約30％はA7配列を有していた。位置番号7のASN/GLNが3回目の選択からの重要な出発点であることが見いだされた。4回目の選択でも、ASN/GLNは位置番号1および2で重要になった。この重要性は5回目で増大した。3回目、4回目および5回目の全体を通じて、正電荷が2位で顕著になった。図11は、本発明による5回目の選択後のアミノ酸置換を示している。
【００７２】
部位特異的変異誘発法が、結合親和性の変化を検討するためにA7配列で行われている。検討されている変異には以下のものが含まれる：3位：his ala；4位：met ala；2位：gln ala；および6位：asn ala。これらの変化は、ペプチドに対して同時に、個別に、または組み合わせて作製することができる。
【００７３】
したがって、ZnS結合に関して明確にされたアミノ酸配列モチーフは（アミノ末端からカルボキシ末端へと表記）、アミド-アミド-Xaa-Xaa-正-アミド-アミドまたはASN/GLN-ASN/GLN-PRO-MET-HIS-ASN/GLN-ASN/GLN（配列番号：237）である。
【００７４】
結合試験によってZnSに関して単離されたクローンは、外来性クローンおよび外来性基質との比較で、それらが作製された対象の基質であるZnSに対する選好的な相互作用を示した。
【００７５】
種々のクローンと、FeS、Si、CdSおよびZnSなどの種々の基質との相互作用からは、ZnSに関する結合試験によって単離されたクローンは、それらが作製された対象であるZnSに対する選好的な相互作用が示された。簡潔に述べると、洗浄および感染の後にファージ力価を算定して比較した。Z8およびZ10に関しては、ZnSを除くいずれの基質に関しても力価算定は明らかでなかった。導入されたインサートが実際に目的の相互作用を媒介したことを実証するために、ペプチドインサートを含まない野生型クローンを対照として用いた。ペプチドの非存在下では、力価数がゼロであったことから認められた通り、特異的結合はみられなかった。
【００７６】
用いた同じ結合方法を用いて、いくつかの異なるZnSクローンを互いに比較した。異なるペプチドインサートを同じ濃度で有するクローンを、サイズの類似したZnS片と1時間相互作用させた。基質-ファージ複合体を繰り返し洗浄し、結合したファージをpHを変化させることによって溶出させた。溶出液を細菌に感染させ、一晩インキュベートした後にプラークを算定した。Z8は、選択した12mer線状ペプチドのうちZnSに対して最も高い親和性を示した。野生型はZnS結晶との結合を示さなかった。Z8、Z10および野生型ペプチドはSi、FeSまたはCdS結晶のいずれとも結合しなかった。
【００７７】
ペプチド官能化表面でのナノ結晶の合成および集合について評価した。A7ペプチドを、ZnSの構造を制御する能力に関して単独で検討した。特異的に選択され、ファージと結合した場合にZnS結晶を成長させたA7ペプチドを、溶液からのZnSナノ結晶の形成を導きうる金基板上の官能化表面の形で適用した。自己集合した単層を調製するために用いる工程を用いて官能化表面を調製した。
【００７８】
ZnSナノ結晶の形成におけるA7の能力および選択性を判定するために、金基板上に種々の表面化学物質を有するさまざまな種類の表面を、ZnS前駆物質溶液との界面に置いた。ZnCl2およびNa2SをZnS前駆物質溶液として用いた。CdCl2およびNa2SのCdS前駆物質溶液をCdS源として用いた。4種類の表面に形成された結晶の特徴決定をSEM/EDSおよびTEM観察によって行った。
【００７９】
対照表面1はブランク金基板からなる。ZnS溶液中またはCdS溶液中で70時間のエージングを行った後には、結晶形成は観察されなかった。対照表面2は金基板上の2-メルカプトエチルアミン自己集合単層からなる。この表面はZnSおよびCdSナノ結晶の形成を誘導することができなかった。少数の場所で、ZnSの沈殿が観察された。CdS系に関しては、まばらに分布した2μmのCdS結晶が観察された。これらの結晶の沈殿は、Cd+2およびS-2のいずれの濃度も1×10-3Mであった場合に起こった。
【００８０】
検討した第3の表面はA7単独の官能化金表面であった。この表面は5nm ZnSナノ結晶の形成を導くことはできたが、CdSナノ結晶の形成は導けなかった。
【００８１】
検討した第4の表面は、対照表面2をA7ペプチド溶液中でエージングさせることによって調製したA7-アミン官能化金表面であった。この表面に形成されたZnS結晶は5nmであり、CdS結晶は1〜3μmであった。CdS結晶をアミノ単独表面に形成させることも可能であった。。
【００８２】
第4の表面の結果によれば、A7ペプチドは、それが選択された対象であるZnSナノ結晶の形成を導きうるが、CdSナノ結晶の形成を導くことはできなかった。さらに、CdSに対して選択されたペプチドはCdSのナノ粒子の核形成を行うことができた。
【００８３】
半導体材料の特異的に核形成を行うことができるペプチドは、M13のp8主要外被タンパク質上に発現された。p8タンパク質は自己集合して、高度の配向性を持つ結晶性タンパク質外被となることが知られている。仮説は、ペプチドインサートが高コピー数で発現されうるならば、p8タンパク質の結晶構造はペプチドインサートへと移されると考えられるというものであった。また、所望のペプチドインサートがp8外被に対して結晶配向を維持するならば、このペプチドインサートから核形成を行った結晶は結晶学的に関連性のあるナノ結晶を成長させることも予測された。この予測を高分解能TEMを用いて検証して確認した。
【００８４】
図12は、ナノワイヤーを形成させるために用いたp8およびp3インサートの概略図を示している。ZnSナノワイヤーは、M13ファージのp8タンパク質外被に沿ったA7ペプチド融合物からのZnSナノ粒子の核形成によって作製した。ZnSナノ粒子はファージの表面を覆った。p8タンパク質の内部にA7ペプチドインサートを有するM13ファージの外被上で核形成を行ったZnSのHR TEM画像により、ファージの外被上で核形成を行ったナノ結晶は完全な配向を有することが示された。ファージ外被がp8-A7融合外被タンパク質と野生型p8タンパク質との混合物であるか否かは不明である。同様の実験をz8ペプチドインサートを用いて行ったところ、ZnS結晶の核形成がファージに沿って行われたが、それらは相互に対する配向性を有していなかった。
【００８５】
この結果を画像化するために原子間力顕微鏡（AFM）を用いたところ、p8-A7自己集合性結晶がファージの表面を覆い、A7ペプチド配列の位置でキメラタンパク質の頂部に沿ってナノワイヤーが作製されることが示された（非提示データ）。ナノワイヤーは、M13の外被に沿ってp8-A7融合物の部位でZnSナノ粒子の核形成を行うことによって作製された。
【００８６】
p8タンパク質中にA7ペプチドインサートを有する外被M13ファージ上でのZnSのナノ結晶核形成は、高分解能TEMによって確認された。結晶核形成は、p8-A7融合物外被タンパク質内に野生型p8タンパク質が一部混入していることが認められるという事実にかかわらず達成された。格子画像からわかるように、ファージの外被上で核形成を行ったナノ粒子には完全な配向性があった（非提示データ）。このデータは、主要外被タンパク質内にペプチドを配向性を完全に保って提示しうること、および、これらの配向したペプチドが配向した単分散性ZnS半導体ナノ粒子の核形成を行いうることを示している。
【００８７】
蓄積したデータから、主要外被タンパク質内にペプチドを配向性を完全に保って提示しうること、および、これらの配向したペプチドが配向した単分散性ZnS半導体ナノ粒子の核形成を行いうることが示された。
【００８８】
ペプチド選択
ファージディスプレイまたはペプチドライブラリーを、表面でのファージ-ファージ相互作用を減らすための、0.1％TWEEN-20を含むTris緩衝食塩水（TBS）中において、半導体結晶また他の結晶と接触させた。室温で1時間振盪した後に、表面をTris緩衝食塩水、pH 7.5に対する10回の曝露によって洗い、TWEEN-20の濃度は選択回数が進むとともに0.1％から0.5％（v/v）へと高くした。結合を破壊するためにグリシン-HCl（pH 2.2）の10分間の添加によってファージを溶出させた。溶出したファージ溶液を新たなチューブに移した後にTris-HCl（pH 9.1）で中和した。溶出したファージの力価を測定し、結合効率を比較した。
【００８９】
3回目の基質曝露後に溶出したファージを大腸菌ER2537またはER2738宿主と混合し、LB XGal/IPTGプレート上に播いた。このライブラリーファージは、lacZα遺伝子を有するベクターN13mp19に由来するため、Xgal（5-ブロモ-4-クロロ-3-インドイル-β-D-ガラクトシド）およびIPTG（イソプロピル-β-D-チオガラクトシド）を含む培地上に播いた場合、ファージプラークまたは感染イベントの色は青色であった。青色/白色スクリーニングを用いて、ランダムなペプチドインサートを有するファージプラークを選択した。これらのプレートからプラークを拾い、DNA配列を決定した。
【００９０】
原子間力顕微鏡（AFM）
用いたAFMは、ツァイス・アキシオバート100s-2tvに装着したデジタル・インスツルメンツ・バイオスコープであり、Gスキャナーを用いて先端走査モードで動作させた。画像はタッピングモードを用いて空中で記録した。AFMプローブは125mmカンチレバーを備えたバネ定数20±100Nm-1のエッチングされたシリコンであり、共鳴振動数200±400kHzの付近で動作される。走査周波数は1±5mms-1のオーダーとした。試料の傾斜を除くために一次平面を用いて画像の水平化を行った。
【００９１】
透過型電子顕微鏡（TEM）
TEM画像は、JEOL 2010およびJEOL200CX透過型電子顕微鏡を用いて記録した。用いたTEMグリッドは金の表面に炭素があるものとした。染色は用いなかった。試料を成長させた後に、反応混合物を分子量カットオフフィルターで濃縮し、余剰のイオンまたはファージ非結合粒子を除去するために滅菌水で4回洗った。20〜50μlに濃縮した後に、試料をTEMまたはAFM標本グリッド上で乾燥させた。
【００９２】
実施例III．元素状炭素含有分子に対する親和性を有する生体材料
本実施例では、炭素プランチェット、高配向性熱分解グラファイト（HOPG）および単層ナノチューブ（SWNT）ペーストに対する親和性を有する7merおよび12merペプチド配列を、ファージディスプレイを用いて決定した。バイオパニングによって選択したファージクローンのうち、クローンGraph5-01（N'-WWSWHPW-C'）（配列番号：238）およびGraph53-01（N'-HWSWWHP-C'）（配列番号：239）は、ファージ結合試験において炭素プランチェットと最も高い効率で結合した。クローンHipco12R44-01（N'-DMPRTTMSPPPR-C'）（配列番号：196）はSWNTペーストに対する結合性が最も良かった。
【００９３】
これらのファージが対応する基質に対して結合する相対的な能力を、ファージをフルオレセイン標識抗M13ファージ抗体によって標識して、それらを基質上で共焦点顕微鏡を用いて可視化することによって確認した。共焦点顕微鏡は、これらの基質特異的配列を含む蛍光標識した合成ペプチドに対する基質の結合を可視化するためにも用いた。AFMによる評価では、クローンGraph5-01はHOPGに対して若干の交差反応を示した。補足した方法の例を以下に説明する。
【００９４】
バイオパニング
炭素プランチェット（Ted Pella, Inc.から入手、寸法は直径約12.7mm×厚さ1.6mm；約5×2×1.6mmの小片として）および高配向性熱分解グラファイト（HOPG）（テキサス大学オースチン校（University of Texas at Austin）から入手）を、バイオパニング用のグラファイト源として用いた。SWNTペーストを成形してタバコ状の凝集物とし（湿重量少なくとも約0.1g）、少なくとも約一晩デシケートした上でバイオパニングに用いた（最終乾燥質量は約0.05gであった）。PhD-C7CおよびPhD-12merライブラリーはニューイングランドバイオラブス社（New England Biolabs, Inc.）（Beverly, MA）から入手し、バイオパニングは製造者の指示に従って行った。各基質に対するバイオパニングを少なくとも1回繰り返した。
【００９５】
ファージクローンの命名法
炭素プランチェットに対して選択したファージクローンの名称には「Graph」を先頭に付けた。SWNTペーストに対して選択したファージクローンには「Hipco」を先頭に付けた。HOPGに対して選択したファージクローンには「HOPG」を先頭に付けた。12merインサートを有するクローンは（基質）12R（回数の番号）（回数 反復回数）-（配列番号：）と命名し、拘束性7merインサートを有するクローンは（基質）（回数の番号）（回数 反復回数）（配列番号：）と命名した。
【００９６】
ペプチド
ビオチン化ペプチド
2005505915.tif 000004
は、ジーンメドシンセシス社（Genemed Synthesis, Inc.）（San Francisco, CA）によって合成された。ビオチン化ペプチド
2005505915.tif 000005
2005505915.tif 000006
はICMBタンパク質微量分析施設（University of Texas at Austin）によって合成され、逆相HPLC（HiPore RP318 250×10mmカラム、BioRad、Hercules, CA、アセトニトリル勾配）によって精製された。グラファイト1Bペプチドのシステイン間のジスルフィド結合の形成は、化学の技術分野で知られた方法に従ってヨウ素酸化によって行い、環状化グラファイト1Bペプチドを得た。ペプチドの純度および分子質量はエレクトロスプレーイオン化質量分析（Esquire-LCO0113, Bruker Daltonics, Inc., Billerica, MA）によって確認した。
【００９７】
ファージ結合試験
乾燥させたSWNTペーストの平坦で四角形の凝集物（湿重量は少なくとも約0. 05gで乾燥重量は0.0025g）および少なくとも約0.04gの炭素プランチェット片を結合試験のために用いた。使用前に少なくとも2回、ファージクローンを増幅して力価を評価した（ファージライブラリーの製造者の指示による）。等量（少なくとも約5×1010pfu）の各ファージクローンを別々にSWNT/炭素プランチェット（例えば、凝集物として）とともに微量遠心管に入れて、1mlのTBS-T［50mM Tris、150mM NaCl、pH 7.5、0.1％Tween-20］中にて、室温で振盪しながら1時間インキュベートした。続いて、凝集物の表面をTBS-T（1回の洗浄につき1ml）で9〜10回洗い、0.5mlの0.2MグリシンHCl（pH 2.2）に対する8分間の曝露によってファージを表面から溶出させた。溶出したファージを直ちに新たなチューブに移し、0.15mlの1M Tris HCl（pH 9.1）で中和した上で力価測定を2回ずつ行った。それぞれの結合実験を2回行った。本発明の1つの態様において、（最初の実験に用いたものと）同じ凝集物を用いるSWNT凝集物を用いる反復結合試験には、最初の洗浄を1mlの100％エタノールで1時間行った後に1ml水で2回洗浄した）。
【００９８】
共焦点顕微鏡
使用前に少なくとも2回、ファージクローンを増幅して力価を評価した（ファージライブラリーの製造者の指示による）。等量（5×109pfu）の各ファージクローンを別々に炭素プランチェットの小片または少量の湿性SWNTペーストとともに、微量遠心管に入れて、0.2〜0.3mlのTBS-T中にて時折振盪しながら1時間インキュベートした。続いて、炭素プランチェット/SWNT凝集物をTBS-T（1回の洗浄につき1ml）で2回洗い、0.2〜0.3mlのビオチン化マウスモノクローナル抗M13抗体（TBS-T中に1：100希釈、Exalpha Biologicals, Inc., Boston, MA）とともに45分間インキュベートした。続いて凝集物をTBS-T（1回の洗浄につき1ml）で洗浄し、0.2〜0.3mlのストレプトアビジン-フルオレセイン（TBS-T中に1：100希釈、Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden）とともに10分間インキュベートした後に、TBS-T（1回の洗浄につき1ml）で2回洗った。続いて、余分な液体を凝集物から除去した。SWNTペーストをGel/Mount（Biomedia Corp., Foster City, CA）中に再懸濁し、カバーガラスとともにスライドガラスにマウントした。炭素プランチェットはスライドガラスに真空グリースを用いてマウントし、Gel/Mountで覆った上でカバーガラスを被せた。SWNTペースト試料に関しては、それぞれの標識および洗浄の段階で遠心分離が必要であった。
【００９９】
ペプチド（少なくとも約1mg/ml）を、炭素プランチェットの小片または少量の湿性SWNTペーストとともに、微量遠心管に入れて、0.15mlのTBS-T中にて時折振盪しながら1時間インキュベートした。Hipco2Bの最初の10mg/ml保存液は55％アセトニトリル中に溶解し、環状化および非環状化グラファイト1Bは45％アセトニトリル中に溶解することが見いだされた。TBS-T中に希釈すると、これらのペプチドは白色の沈殿物を形成した。続いて、これらの基質をTBS-T（1回の洗浄につき1ml）で2〜3回洗い、0.15mlのストレプトアビジン-フルオレセイン（TBS中に1：100希釈）とともに15分間インキュベートした後に、TBS（1回の洗浄につき1ml）で2〜3回洗った。余分な液体を凝集物から除去した。SWNTペーストをGel/Mount中に再懸濁し、スライドガラスにNo. 1カバーガラスを用いてマウントした。炭素プランチェットはスライドガラスに真空グリースを用いてマウントし、Gel/Mountで覆った上でカバーガラスを被せた。SWNTペースト試料に関しては、それぞれの標識および洗浄の段階で遠心分離が必要であった。
【０１００】
共焦点画像はライカ（Leica）TCS 4D共焦点顕微鏡（ICMB Core Facility, University of Texas at Austin）。で入手した。画像は最大強度の複合物として提示した。
【０１０１】
AFM
使用前に少なくとも2回、ファージクローンを増幅して力価を評価した（ファージライブラリーの製造者の指示による）。等量（5×109pfu）の各ファージクローンを別々に、HOPGの新たな劈開層とともに35mm×10mmペトリ皿に入れて、2ml TBS中にて振盪しながら1時間インキュベートした。続いて基質を微量遠心管に移し、水（1回の洗浄につき1ml）で2回洗った上で一晩乾燥させた。画像は、マルチモード原子間力顕微鏡（Digital Instruments, Santa Barbara, CA）を用いてタッピングモードで空中にて記録した。
【０１０２】
バイオパニング配列
pIII外被タンパク質に12merおよび拘束性7mer配列が挿入されているM13ファージライブラリーを、炭素プランチェット、HOPGおよびSWNTペーストに対する特異性を備えたクローンを選択するために用いた。
【０１０３】
炭素プランチェットの場合
炭素プランチェットに対するPhD-C7Cライブラリーを用いた選択により、図13に示したように、4回目までに、ペプチドインサート配列N'-WWSWHPW-C'（配列番号：238）を有する優性ファージクローンが得られた。選択を反復したところ、4回目までに、類似した優性配列N'-HWSWWHP-C'（配列番号：239）および優性の程度が低い配列N'-YFSWWHP-C（配列番号：243）が得られた。PhD-12ライブラリーを用いた選択では、図14に示したように、コンセンサス配列N'-NHRIWESFWPSA-C'（配列番号：172）が5回目までに得られ、選択を繰り返すことによって配列N'-VSRHQSWHPHDL-C'（配列番号：179）およびN'-YWPSKHWWWLAP-C'（配列番号：180）が6回目までに得られた。これらの配列は芳香族残基を多く含み、残基S、W、HおよびPを一般に含んでいた。本発明の1つの態様では、N'-SHPWNAQRELSV-C'（配列番号：178）が、PhD-12ライブラリーを用いた5回目の選択で観察されたが、これはSWNTペーストに対するバイオパニングによる混入配列であった；この配列は以降の回では消失した）。
【０１０４】
SWNTペーストの場合
SWNTペーストに対するPhD-C7Cライブラリーを用いたバイオパニングは、選択したファージが「野生型」ファージクローン（pIII中にペプチドインサートを含まないもの）で優位であったために成功しなかった。図15に示した通り、PhD-12ライブラリーを用いた選択によって4回目までにコンセンサス配列N'-SHPWNAQRELSV-C'（配列番号：178）が得られ、選択工程の第2および第3の反復によって配列N'-LLADTTHHRPWT-C'（配列番号：192）、N'-DMPRTTMSPPPR-C'（配列番号：196）およびN'-TKNMLSLPVGPG-C'（配列番号：195）が得られた。
【０１０５】
HOPGの場合
PhD-C7Cライブラリーを用いたHOPGに対する選択は行わなかったが、図16に示した通り、PhD-12ライブラリーからは優性配列N'-TSNPHTRHYYPI-C'（配列番号：219）およびそれよりは優位でないが配列N'-KMDRHDPSPALL-C'（配列番号：221）およびN'-SNFTTQMTFYTG-C'（配列番号：220）が5回目までに得られた（注：配列N'-LLADTTHHRPWT-C'（配列番号：192）も1回目の選択で観察されたが、これはSWNTペーストに対するバイオパニングによる混入配列であることが判明した）。
【０１０６】
バイオパニングによって得られた多くの主要配列を表3に提示している。
【０１０７】
（表３）バイオパニングによって得られたコンセンサス配列の例(N'末端からC'末端へ)
2005505915.tif 000007
【０１０８】
ファージ結合試験
バイオパニングによって判定した種々のファージクローンの相対的な結合効率を、炭素プランチェット小片およびSWNTペースト凝集物を別々に同数（5×1010pfu）の各ファージクローンに対して1時間にわたって曝露させ、TBS-Tで洗浄した後に基質表面に結合したままの各クローンの量を測定した。続いて結合性ファージを0.2MグリシンHCl、pH 2.2によって基質から溶出させ、力価測定によって定量した。これらの実験に用いたクローンを表4に列挙している。A7（拘束性7merインサート）クローンおよびZ8（12merインサート）クローンならびに「野生型」クローンを陰性対照として用いた。
【０１０９】
（表４）ファージ結合試験に用いたファージクローンのpIIIインサート
2005505915.tif 000008
【０１１０】
図17に示した通り（パネルAおよびB）、ファージクローンHipco12R44-01は、SWNTペーストに対して、他のいずれのSWNT特異的クローンまたは炭素プランチェット特異的クローンよりも数多く結合したが、クローンGraph5-01およびGraph53-01は、図18に示した通り、炭素プランチェットに対して最も高い効率で結合した。炭素プランチェットに対して選択したクローンのSWNTペーストとの交差反応はほとんど観察されなかった。加えて、SWNTペーストに対して選択されたクローンは炭素プランチェットとは交差反応しなかった。
【０１１１】
いくつかのコンセンサス配列がバイオパニング工程によって得られたが、バイオパニングによって選択されたファージクローンの必ずしもすべてに効率的な結合性があるとは限らない（「効率的な」とは、この種の結合試験または親和性試験による判定で、野生型クローンよりも基質に対する親和性が高いことを意味する）。これらの結合試験では溶出緩衝液（0.2MグリシンHCl、pH 2.2）を用いても基質から結合ファージのすべてを完全に除去することはできないことが、これらの実験の解釈の誤りの原因である可能性がある。これらの結果は、各基質に対して複数のコンセンサス配列を選択して試験することが重要なことも例示している（すなわち、反復バイオパニングによってより良い配列が得られると思われる）。
【０１１２】
共焦点顕微鏡による基質上のファージおよびペプチドの画像化
炭素プランチェット
図19に示した通り、炭素プランチェット特異的ファージクローン（Graph5-01ファージおよびGraph53-01ファージ）とその基質との結合の画像化は、炭素プランチェット片を別々に同数（5×109pfu）の各クローンに対して1時間曝露させ、ファージをビオチン化抗M13抗体で標識し、抗体をストレプトアビジン-フルオレセインで標識した上で、複合体を共焦点顕微鏡によって画像化することによって行った（記載のない限り、画像はすべて250μm×250μm）。ファージクローンHipco12R44-01、JH127（97μm×97μm）（Sandra Whaleyによる。拘束されたpIIIインサートN'-DSPHRHS-C'を有する）（配列番号：231）および野生型（Graph4-18、インサートを含まない）クローンを陰性対照として用いた。上記のファージ結合試験の結果と一致して、図19に示したように、炭素プランチェットはクローンGraph5-01と最も高い効率で結合し、それよりは低いがGraph53-01とも効率的に結合した。基質とクローンJH127との間にはかなりの量の交差反応が観察されたが、炭素プランチェットとクローンHipco12R44-01または野生型クローンとの間には結合はほとんど観察されなかった。
【０１１３】
以上のファージクローンのpIIIインサートに対応する配列を有するペプチドに対する炭素プランチェットの結合も、共焦点顕微鏡によって画像化した。等量（1mg/ml）の環状化ペプチドグラファイト1B（クローンGraph5-01に対応）、非環状化ペプチドグラファイト1B、ペプチドHipco2B（クローンHipco12R44-01に対応）、ペプチドJH127B（クローンJH127に対応）およびペプチドJH127MixB（同じくクローンJH127に対応するが、混合性アミノ酸配列を有する）を別個に炭素プランチェット小片に対して1時間曝露させた後、ストレプトアビジン-フルオレセインで標識した。
【０１１４】
図20に示した通り、ペプチドを加えずにインキュベートした試料から検出可能な量のバックグラウンド蛍光が観察され、このことはストレプトアビジン-フルオレセインと基質との間の非特異的結合が生じたことを意味する。図19に示した実験でファージにもペプチドにも曝露されていない同様の試料がバックグラウンド蛍光を示さなかったため、この結果はこの個別の実験において洗浄が不十分だったためである可能性が高い。このバックグラウンド蛍光にもかかわらず、非環状化グラファイト1Bに曝露された試料は他の試料よりも高度の蛍光を示した。これに対して、環状化グラファイト1BおよびHipco2B試料によって示された蛍光はバックグラウンドよりも高くはなく、グラファイト1Bの環状化が基質結合を妨げたことが示された（画像250μm×25μm）。基質とペプチドJH127BおよびJH127MxBとの間にはそれより幾分高度の結合が観察された。グラファイト1B、JH127BおよびJH127MixBペプチドに共通するアミノ酸残基はS、PおよびHである。ペプチドと炭素プランチェットとの結合を画像化する今後の共焦点実験では、蛍光を増大させるためにより高濃度のペプチドを用い、バックグラウンドを減少させるためにより優れた洗浄手順を用いるべきである。
【０１１５】
SWNTペースト
SWNTペーストと、最も高い親和性でSWNTペーストと結合するファージクローン（Hipco12R44-01）との結合も、図21に示したように共焦点顕微鏡によって画像化した（画像250μm×250μm）。Graph5-01および野生型（Graph4-18、インサートを含まない）クローンを陰性対照として用いた。Hipco12R44-01クローンは高度の蛍光を示したが、対照試料でもかなりの蛍光が観察された。バックグラウンド蛍光はファージの非存在下では観察されず、Graph5-01および野生型試料における蛍光は抗体またはストレプトアビジンフルオレセインとの非特異的基質結合によるものではないことが示された。これらの共焦点結合試験では、ファージ結合試験に用いたもの（1ml中に5×1010pfu＝5×1010pfu/ml）と同程度の濃度のファージ（0.2〜0.3ml中に5×109pfu＝1.7〜2.5×1010pfu/ml）を用いたが、図17に示したファージ結合試験ではGraph5-01または野生型クローンとSWNTペーストとの結合は比較的わずかであった。これらの2つの実験で観察された結合の違いは、SWNTペースト基質の調製および取り扱いの様式に起因する可能性がある。共焦点実験に用いた展性のある湿性SWNTペーストの遠心分離が基質内部の特異的および非特異的ファージの両方のトラッピングを招いた可能性があり、一方、ファージ結合試験では大きな乾燥したSWNT凝集物がこれを妨げたと考えられる。湿性ペーストを用いた。共焦点実験ではカバーガラス下へのマウントを容易にするために湿性ペーストを用いたが、今後の共焦点結合実験では乾燥させたSWNT凝集物を用いるべきである。
【０１１６】
上で用いたファージクローンのpIIIインサートに対応する配列を有するペプチドで処理したSWNTペースト試料も調製したが、その画像化は行わなかった。
【０１１７】
AFMを用いたHOPG上のファージの画像化
炭素プランチェットおよびSWNTペースト上のファージの結合は、基質表面の粗さのために、AFMを用いて分析することはできなかった。その代わりにHOPGを用い、その結果を図22に示した。ファージクローンGraph5-01（炭素プランチェットに対して特異的）はHOPGと結合することが観察できたが、一方、野生型クローンはHOPG上では容易には観察されなかった。
【０１１８】
この例におけるファージ結合試験、ならびに共焦点顕微鏡によるペプチドおよびファージと炭素プランチェットとの結合の画像化は、配列N'-WWSWHPW-C'（配列番号：238）およびN'-HWSWWHP-C'（配列番号：239）が最も高い効率で炭素プランチェットと結合することを一貫して示した。ファージ結合試験からは、ファージクローンHipco12R44-01（N'-DMPRTTMSPPPR-C'）（配列番号：196）が最も効率的にSWNTペーストと結合することも明らかになった。
【０１１９】
ファージ結合試験および共焦点実験では炭素プランチェット特異的ファージクローンとSWNTペーストとの間に交差反応はほとんど観察されなかった。炭素プランチェットおよびSWNTに存在するグラフェン構造は理論的には非常に類似している。この試験に用いた「生（raw）」ペースト中のSWNTの壁が、混入物を含んでいた、および/または酸化によって損傷していた可能性はある。混入物の存在に起因する配列の限定的な交差反応（すなわち、高い特異性）の可能性を除外するためには、さらに純度の高いナノチューブ源を用いることが望ましいと考えられる。
【０１２０】
実施例IV．元素状炭素含有分子に対する親和性を有する生体材料の応用
以下に示す例は、配列番号：1〜245を用いうる、本発明の応用の例である。さらに、これらの例を、本発明の方法および組成物を他の元素状炭素含有分子とともに用いて応用することもできる。
【０１２１】
金属CNTと半導体CNTの分離
単層炭素ナノチューブ（SWNT）の製造のための現在の合成方法では、金属SWNTと半導体SWNTとの混合物が生じる。ナノスケール電子素子を製造するためには、金属SWNTと半導体SWNTを分離することが有益である。金属SWNTと半導体SWNTとの間の微細な形態および対称性の違いは、ファージディスプレイまたは類似の方法を用いて得られた迅速進化タンパク質によって識別しうる可能性がある。ファージディスプレイの結果から選択されたタンパク質配列に基づいて、金属SWNTと半導体SWNTとの混合物を精製するための陰性カラムを構築することができる。金属SWNTと半導体SWNTとの混合物を陰性カラムに通過させると、ペプチドと金属SWNTまたは半導体SWNTのいずれかとの相互作用によって溶出時間の差が生じる。金属SWNT結合性ペプチドを陰性カラムに用いた場合には、半導体SWNTは金属SWNTよりも早く溶出する。このため、この一方の特異的SWNTを分離することができる。SWNT精製用陰性カラムの概略図は図23に示されている。
【０１２２】
炭素ナノチューブの整列化
炭素ナノチューブをナノスケール素子として用いる際の最大の課題の一つは、ナノチューブを三次元アレイ内に整列化することである。化学的蒸着（CVD）法によって製造物から特有の整列化された構造を作製することはできるが、CVD法からは金属SWNTおよび半導体SWNTが合わさった混合物も生じる。ナノ電子素子の製造は非常に厳密であるため、半導体SWNTを混合物から分離することが有益である。この分離は以前に記載された方法に従って行いうる。本実施例ではLB膜法およびメニスカス力の調節などのいくつかのアプローチを用いたが、これらの方法では配向の点のみで整列化したSWNTアライメントが生じた。位置および配向の両方の点で整列化したSWNTの2Dまたは3D構造は、SWNTに対する特異的結合特性を有するファージを用いた場合に構築された。図24に示したように、ファージによって連結されたSWNTは、2つの剛性ブロックがペプチド単位によって連結された二ブロック性共重合体のように振る舞う。SWNTで連結されたファージ構築単位はミクロ相が分離された層状構造を生じ、その結果得られる構造は整列化されたSWNT構造を有すると考えられる。
【０１２３】
ペプチド結合による、SWNTからのP-N接合型SWNT
半導体SWNTは一般に、化学修飾が行われなければ、p型電気特性を有すると考えられる。電子供与基による化学修飾はp型SWNTをn型SWNTに変換させうる。負および正に荷電したタンパク質ドメインを全体的に分離している、断続的に結合したペプチドは、SWNTの電気特性をもたらすと考えられる。断続的に正および負に荷電したドメインを有するSWNTは、P-N接合型半導体構造と同一な構造と思われる。これらのP-N接合の相互接続により、NAND、NOR、AND、ORゲートとして機能する、FETおよび複雑な集積回路の高次構造を生成させることが可能である。SWNT結合性ペプチドを用いたn型SWNTの改変の概略図を図25に示している。これらの同じ改変を多層ナノチューブおよび多層ナノチューブペーストに対して適用することもできる。
【０１２４】
ナノチューブの溶解性および生体適合性
溶媒への溶解性の低さは、SWNTのさらなる応用の妨げになると思われる。一般に、水中への溶解性はSWNTの生体への応用に必須である。SWNTを溶解させるためにこの例では封入用ポリマーおよび界面活性剤を適用したが、それらはさらに生体システムへと適用される必要がある。SWNT表面を認識するペプチドと結合した親水性ペプチド基はSWNTを水中に溶解させうると考えられている。さらに、親水性ペプチド基の除去はSWNTを非極性溶媒に溶解させる助けになる。これらの同じ改変を多層ナノチューブおよび多層ナノチューブペーストに適用することもできる。
【０１２５】
半導体SWNTの配線
本発明によれば、SWNT（金属および半導体）を認識するペプチドを互いに配線してSWNT集積回路を形成し、これを機能性電子素子として役立てることができる。同様に、配線法を多層ナノチューブおよび他の元素状炭素含有分子に対して適用することもできる。
【０１２６】
バイオセンサー
生体適合性SWNTを、生物体における微細な化学的または物理的な変化を検出するためのバイオセンサーとして利用することもできる。金属SWNTの導電性は一般に、SWNT周辺の電子分布によって影響される。このため、一方がSWNTを対象とし、他方が生体標的を対象とする2つの認識部分が結合したSWNTの導電性を測定することにより、生体相互作用を観測することができる。生体標的を検出するペプチドが標的分子と結合すると、SWNT内の電子分布は周囲のペプチドによって影響されると考えられる。ペプチドの結合状態および非結合状態は電子シグナルによって観測することができ、抗原-抗体検出、血中グルコース測定などのバイオセンサーとして直接用いうる。多層ナノチューブまたは他の元素状炭素含有分子を、本発明の方法および組成物を用いるバイオセンサーとして用いることもできる。
【０１２７】
さらに、SWNTと結合するペプチド鎖のコンフォメーションは、pH、イオン強度、金属イオンの濃度および温度変化による影響を受ける。これらの環境性変化はSWNTの電子分布にも影響を及ぼすと考えられる。これらの変化はすべてSWNT結合性ペプチドを用いて検出しうる。
【０１２８】
8．薬剤放出システム
SWNTを、薬剤を含めるための強固なスキャフォールドとして用いることもできる。さらに、SWNTを薬剤送達に用いてもよく、SWNT結合性ペプチドが薬剤によって修飾される場合は特にそうである。例えば、ペプチドによって連結された薬剤が経時的に徐々に放出されてもよい。一般に、これらの薬剤はパッチ型薬剤送達システムと同じ働きをする。薬剤放出システムとしてのSWNTの応用に関する概略図を図26に示した。さらに、薬剤を罹患部位、例えば、腫瘍細胞に直接移植することもできる。
【０１２９】
他の元素状炭素含有分子を、治療として、診断、モニタリングおよび/またはスクリーニング（例えば、薬剤、症状、相互作用、および/または効果の）のために、薬剤、診断マーカー、および/または予防的（preventive or prophylactic）療法のために本発明の方法および組成物とともに用いられる医薬品を放出する、本発明の薬学的組成物として用いることもできる。
【０１３０】
癌の薬物療法
生体適合性CNTを、放射性または高毒性の薬剤の送達として用いることもできる。さらに、多層炭素ナノチューブ（MWNT）を、MWNTに対する特異的結合特性を有するペプチドにより、生体適合性MWNTへと変換することもできる。MWNTは一般に、少なくとも約3〜4nmのMWNTチャンネルを有する。化学療法/放射線療法などの特殊な用途のために、MWNTのこのチャンネルに高毒性または放射性薬剤を充填することができる。続いて、高毒性または放射性薬剤を含むMWNTを腫瘍細胞または生物体に直接移植し、その後に、高毒性または放射性薬剤を必要に応じて放出させることができる。内部チャンネルの径を変化させることにより、放出速度の調節が可能である。癌の薬物療法におけるSWNTの応用に関する概略図を図27に示している。
【０１３１】
他の元素状炭素含有分子を、治療ツールとしての、または疾患（例えば、癌または他の病的状態）の進行のモニタリングを目的とする、治療的送達のために用いることもできる。
【０１３２】
本発明には上記の成分のすべてを含めてもよく、すべては含めなくともよい。例えば、本発明の生体スキャフォールドを基質が存在しない形で調製してもよい。さらに、本発明の方法および組成物は、光学、マイクロエレクトロニクス、磁気学および工学の分野における用途に応用することもできる。用途には、元素状炭素含有材料の合成、炭素ナノチューブの整列化、生体半導体の作製、単層ナノチューブペーストの接合変換、多層ナノチューブペーストの接合変換、単層および多層ナノチューブペーストの溶解性および生体適合性の向上、統合型単層および多層ナノチューブペーストの製造、バイオセンサーの製造、薬学的組成物の放出、癌の治療、ならびにそれらの組み合わせが含まれる。
【０１３３】
本発明を例示的な態様を参照しながら説明してきたが、この説明は限定的な意味で解釈されることは意図していない。例示的な態様のさまざまな改変および組み合わせ、ならびに本発明のその他の態様は、説明を参照することによって当業者には明らかであると考えられる。このため、添付した特許請求の範囲は、このような改変または態様のすべてを含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
本発明の特徴および利点のより詳細な理解のために、以下に、本発明の詳細な説明について、添付の図面とともに言及する。
（図１）本発明による選択されたランダムなアミノ酸配列を示す。
（図２）本発明による構造のXPSスペクトルを示す。
（図３）本発明によるヘテロ構造のファージ認識を示す。
（図４〜図８）本発明による具体的なアミノ酸配列を示す。
（図９）本発明によるファージライブラリーのペプチドインサート構造を示す。
（図１０）本発明による3回目および4回目の選択における種々のアミノ酸置換を示す。
（図１１）本発明による5回目の選択後のアミノ酸置換を示す。
（図１２）本発明によるZnSナノ粒子から製造されたナノワイヤーを示す。
（図１３）本発明による炭素プランチェットに対するPhD-C7Cライブラリーの選択によって得られた有機ポリマー（例えば、ペプチド）配列を示す。
（図１４）本発明による炭素プランチェットに対するPhD-12ライブラリーの選択によって得られた有機ポリマー（例えば、ペプチド）配列を示す。
（図１５）本発明によるSWNTペースト凝集物に対するpHD-12ライブラリーの選択によって得られた有機ポリマー（例えば、ペプチド）配列を示す。
（図１６）本発明によるHOPGに対するPhD-12ライブラリーの選択によって得られた有機ポリマー（例えば、ペプチド）配列を示す。
（図１７）本発明によるSWNTペースト凝集物に対する種々のファージクローンの結合効率を示す。
（図１８）本発明による炭素プランチェットに対する種々のファージクローンの結合効率を示す。
（図１９）本発明による炭素プランチェットと結合した種々のファージクローンの共焦点画像を示す。
（図２０）本発明による炭素プランチェットと結合した種々のビオチン化ペプチド共焦点画像を示す。
（図２１）本発明による湿性SWNTペーストと結合した種々のファージクローンの共焦点画像を示す。
（図２２）本発明によるHOPG上のファージクローンのAFM画像を示す。
（図２３）SWNT精製用陰性カラムの概略図を示す。
（図２４）SWNTに対するファージ結合（ファージ-SWNT）の概略図を示す。
（図２５）SWNT結合ペプチドを用いたn型SWNTの改変の概略図を示す。
（図２６）薬剤放出システムとしてのSWNTの応用に関する概略図を示す。
（図２７）癌の薬物療法におけるSWNTの応用に関する概略図を示す。
【図１】
2005505915.tif 000009
【図２】
2005505915.tif 000010
【図３】
2005505915.tif 000011
【図４】
2005505915.tif 000012
【図５】
2005505915.tif 000013
【図６】
2005505915.tif 000014
【図７】
2005505915.tif 000015
【図８】
2005505915.tif 000016
【図９】
2005505915.tif 000017
【図１０】
2005505915.tif 000018
【図１１】
2005505915.tif 000019
【図１２】
2005505915.tif 000020
【図１３−１】
2005505915.tif 000021
【図１３−２】
2005505915.tif 000022
【図１４−１】
2005505915.tif 000023
【図１４−２】
2005505915.tif 000024
【図１５−１】
2005505915.tif 000025
【図１５−２】
2005505915.tif 000026
【図１６−１】
2005505915.tif 000027
【図１６−２】
2005505915.tif 000028
【図１７】
2005505915.tif 000029
【図１８】
2005505915.tif 000030
【図１９】
2005505915.tif 000031
【図２０】
2005505915.tif 000032
【図２１】
2005505915.tif 000033
【図２２】
2005505915.tif 000034
【図２３】
2005505915.tif 000035
【図２４】
2005505915.tif 000036
【図２５】
2005505915.tif 000037
【図２６】
2005505915.tif 000038
【図２７】
2005505915.tif 000039
【国際公開パンフレット】
2005505915.tif 000040
2005505915.tif 000041
2005505915.tif 000042
2005505915.tif 000043
2005505915.tif 000044
2005505915.tif 000045
2005505915.tif 000046
2005505915.tif 000047
2005505915.tif 000048
2005505915.tif 000049
2005505915.tif 000050
2005505915.tif 000051
2005505915.tif 000052
2005505915.tif 000053
2005505915.tif 000054
2005505915.tif 000055
2005505915.tif 000056
2005505915.tif 000057
2005505915.tif 000058
2005505915.tif 000059
2005505915.tif 000060
2005505915.tif 000061
2005505915.tif 000062
2005505915.tif 000063
2005505915.tif 000064
2005505915.tif 000065
2005505915.tif 000066
2005505915.tif 000067
2005505915.tif 000068
2005505915.tif 000069
2005505915.tif 000070
2005505915.tif 000071
2005505915.tif 000072
2005505915.tif 000073
2005505915.tif 000074
2005505915.tif 000075
2005505915.tif 000076
2005505915.tif 000077
2005505915.tif 000078
2005505915.tif 000079
2005505915.tif 000080
2005505915.tif 000081
2005505915.tif 000082
2005505915.tif 000083
2005505915.tif 000084
2005505915.tif 000085
2005505915.tif 000086
2005505915.tif 000087
2005505915.tif 000088
2005505915.tif 000089
2005505915.tif 000090
2005505915.tif 000091
2005505915.tif 000092
2005505915.tif 000093
2005505915.tif 000094
2005505915.tif 000095
2005505915.tif 000096
2005505915.tif 000097
2005505915.tif 000098
2005505915.tif 000099
2005505915.tif 000100
2005505915.tif 000101
2005505915.tif 000102
2005505915.tif 000103
2005505915.tif 000104
2005505915.tif 000105
2005505915.tif 000106
2005505915.tif 000107
2005505915.tif 000108
2005505915.tif 000109
2005505915.tif 000110
2005505915.tif 000111
2005505915.tif 000112
2005505915.tif 000113
2005505915.tif 000114
2005505915.tif 000115
2005505915.tif 000116
2005505915.tif 000117
2005505915.tif 000118
2005505915.tif 000119
2005505915.tif 000120
2005505915.tif 000121
2005505915.tif 000122
2005505915.tif 000123
2005505915.tif 000124
2005505915.tif 000125
2005505915.tif 000126
2005505915.tif 000127
2005505915.tif 000128
2005505915.tif 000129
2005505915.tif 000130
2005505915.tif 000131
2005505915.tif 000132
2005505915.tif 000133
2005505915.tif 000134
2005505915.tif 000135
2005505915.tif 000136
2005505915.tif 000137
2005505915.tif 000138
2005505915.tif 000139
2005505915.tif 000140
2005505915.tif 000141
2005505915.tif 000142
2005505915.tif 000143
2005505915.tif 000144
2005505915.tif 000145
2005505915.tif 000146
2005505915.tif 000147
2005505915.tif 000148
2005505915.tif 000149
2005505915.tif 000150
2005505915.tif 000151
2005505915.tif 000152
2005505915.tif 000153
2005505915.tif 000154
2005505915.tif 000155
2005505915.tif 000156
2005505915.tif 000157
2005505915.tif 000158
2005505915.tif 000159
2005505915.tif 000160
2005505915.tif 000161
2005505915.tif 000162
2005505915.tif 000163
2005505915.tif 000164
2005505915.tif 000165
2005505915.tif 000166
2005505915.tif 000167
2005505915.tif 000168
2005505915.tif 000169
2005505915.tif 000170
2005505915.tif 000171
2005505915.tif 000172
2005505915.tif 000173
2005505915.tif 000174
2005505915.tif 000175
2005505915.tif 000176
2005505915.tif 000177
2005505915.tif 000178
2005505915.tif 000179
2005505915.tif 000180
2005505915.tif 000181
2005505915.tif 000182
2005505915.tif 000183
2005505915.tif 000184
2005505915.tif 000185
2005505915.tif 000186
2005505915.tif 000187
2005505915.tif 000188
2005505915.tif 000189
2005505915.tif 000190
2005505915.tif 000191
2005505915.tif 000192
2005505915.tif 000193
2005505915.tif 000194
2005505915.tif 000195
2005505915.tif 000196
2005505915.tif 000197
2005505915.tif 000198
2005505915.tif 000199
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505915.tif 000200
【国際調査報告】
2005505915.tif 000201
2005505915.tif 000202
2005505915.tif 000203