(57)【要約】本発明は、水性媒質中で有機ナノチューブを製造する方法において、次の段階：ａ）ｐＨ１０ないし１４、好ましくは１２ないし１３．５の塩基性水溶液を調製する段階とｂ）次の式：【化１】2005507320.tif 000013（ここで、Ｒ1は一又は複数のアルキル置換基を含んでいてもよい縮合環を有するＣ17−Ｃ20多環基で、Ｒ2はＣ3−Ｃ20直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、Ｒ3は水素原子、Ｃ1−Ｃ20アルキル基又はＣ6−Ｃ30芳香族基を示す）の有機化合物を、上記溶液に添加する段階とｃ）溶液中に有機化合物の安定したチューブを形成するために、十分な時間をかけて溶液を攪拌する段階を備える方法に関する。有機化合物はリトコール酸であってよい。
2005507320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性媒質中で有機ナノチューブを製造する方法において、次の段階：
ａ）ｐＨ１２ないし１４、好ましくは１２ないし１３．５の塩基性水溶液を調製する段階と
ｂ）次の式：
【化１】
2005507320.tif 000007
（ここで、Ｒ1は一又は複数のＣ17−Ｃ20アルキル置換基を含んでいてもよい縮合環を有するＣ17−Ｃ20多環基で、Ｒ2はＣ3−Ｃ20直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、Ｒ3は水素原子、Ｃ1−Ｃ20アルキル基又はＣ6−Ｃ30芳香族基を示す）
の有機化合物を、上記溶液に添加する段階と
ｃ）溶液中に上記有機化合物の安定したチューブを形成するために、十分な時間をかけて溶液を攪拌する段階
を備える方法。
【請求項２】
Ｒ2が：
【化２】
2005507320.tif 000008
の基である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｒ1が、一又は複数のＣ1ないし約Ｃ20アルキル置換基を含み得る次の式：
【化３】
2005507320.tif 000009
の多環基である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
有機化合物が次の式：
【化４】
2005507320.tif 000010
のリトコール酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
水溶液が水酸化ナトリウム溶液である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
水溶液が約１２．５のｐＨの水酸化ナトリウム溶液である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
次の式：
【化１】
2005507320.tif 000011
（ここで、Ｒ1は一又は複数のＣ1−Ｃ20アルキル置換基を含んでいてもよい縮合環を有するＣ17−Ｃ20多環基で、Ｒ2はＣ3−Ｃ20直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、Ｒ3は水素原子、Ｃ1−Ｃ20アルキル基又はＣ6−Ｃ30芳香族基を示す）
の有機化合物のナノチューブ。
【請求項８】
Ｒ1が、一又は複数の約Ｃ1−Ｃ20アルキル置換基を含み得る次の式：
【化３】
2005507320.tif 000012
の多環基である、請求項７に記載のナノチューブ。
【請求項９】
水性媒質中のリトコール酸ナノチューブ。
【請求項１０】
無機化により無機ナノチューブを製造するための、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法により得られた有機ナノチューブの使用。
【請求項１１】
ナノチューブの金属化により電解放出カソードを製造するための、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法により得られた有機ナノチューブの使用。
【請求項１２】
バイオセンサを製造するための、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法により得られた有機ナノチューブの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の目的は、有機ナノチューブの製造である。
かかるナノチューブには、特にバイオセンサ及び活性成分のキャリアの分野、及びナノエレクトロニクスの分野で、様々な用途がある。
【背景技術】
【０００２】
ナノ構造への小分子の自発的に生じる自己集合は、その活性の中心がまたナノスケールにある材料を製造するための自然で単純な代替方法である。非特許文献１に記載のように、２つの大きな適用分野がこれらのナノチューブ構造に関心を持ち得る。
【非特許文献１】
Bong, D.T., Clark, T.D. Granja, J.R. 及び Ghadiri, M.R. (2001), Angew. Chem. Int. Ed., 40, 988-1011, [1]
【０００３】
第一の分野は、これらナノチューブ構造がバイオセンサで、又は生物活性物質の運搬に使用され得る化学分野である。
第二の分野は、非特許文献２に記載のように、電子工学及び電気光学の分野である。
【非特許文献２】
Trau M., Yao N., Kim E., Xia Y., Whitesides, G.M. 及び Akway I.A. (1997), Nature, 390, 674-676 [2]
【０００４】
チューブの存在する媒質が精査されもしくは処理されるべき媒質と適合にいる場合、チューブは運搬用として使用され得ることを示すことにより、第一の分野での用途の機能を概略的に要約できる。チューブの中空コアのサイズにより制限される拡散は、これらの種類の用途の一つの操作原理であり得る。非特許文献３に記載のように、このコアが電子及び／又はイオン導電特性を示すように適切に機能化されている場合は、他の用途が可能である。
【非特許文献３】
Van Nostrum, C.F. (1996), Adv. Mater., 8, 1027-1030 [3]
【０００５】
第二の分野の用途は、固形の複製を作製するためにチューブの硬化を行い、続いて作製された複製は上述した用途だけでなく、電気活性複合材料の製作にも使用できる。この硬化段階は、構造の金属化(metallization)又は、シリカでの無機化(mineralization)により達成されうる。同時に、金属化によって、応用にとって興味深い電磁特性を導入してもよい。無機化は、有機領域から無機領域への転移をもたらす自然の化学的方法であり、非特許文献４に記載のカーボンナノチューブの用途分野が、非特許文献５及び６に記載のように硬化チューブで再発見されることもある。
【非特許文献４】
Dekker, C. (1999), Physics Today, 52, 22-28 [4]
【非特許文献５】
Schnur, J.M. (1993), Science, 262, 1669-1676 [5]
【非特許文献６】
Schnur, J.M. 及び Shashidhar, R. (1994), Adv. Mater., 6, 971-974 [6]
【０００６】
電子工学及び電気光学の分野以外の用途に関しては、触媒作用、生体分子の分離、及び濾過用にキャリブレーションされた孔を備える多孔質膜の製造（ここで、複製は非特許文献７に記載のようにフィブリル構造周辺での重合により作られる）も挙げられる。他のシリカベースの構造が非特許文献８に記載されている。
【非特許文献７】
Gu, W., Lu, L. Chapman, G.B. 及び Weiss, R.G. (1997) J. Chem. Soc., Chem. Commun., 543-544 [7]
【非特許文献８】
Jung, H.J. Amaike, M. 及び Shinkai S. (2000), J. Chem. Soc., Chem. Commun., 2343-2344 [8]
【０００７】
ナノスケールの個々の活性成分からなる系の有効性は、これらの成分が配向されかつ配列されている場合、向上されることが非常に多い。
現在、チューブの形成をもたらす化学反応系は、参照文献１に記載の以下の化学分類に属する：
−直鎖状又は環状ペプチド
−大環状分子
−シクロデキストリン類
−脂質
−ブロック共重合体
【０００８】
これらの分子では、チューブの内径は必ずしもナノメートルの範囲にあるとは限らず、数十オングストローム（１ナノメートルの１／１０、つまり１０-9ｍ）ないし数百オングストロームである。さらに、これらの分子は複雑な化学合成から生じるものであることが多い。
製造方法は加熱段階を伴うことがしばしばで、時に複数の構成物質を必要とする。
さらに、チューブの配向は、かかるチューブの相互作用が弱いことを前提とし、よって電場の利用が必要とされる。他の場合、配向は参照文献７に記載されているようにミクロキャピラリーを用いて行われる。
【０００９】
しかして、参照文献２のように、チューブは塩化セチルトリメチルアンモニウムで満ちたファイバーの自己集合から得られうる。それらの配向は、チューブを形成するための化学反応と同時の無機化が行われるミクロキャピラリーに、電場を印加することにより達成される。この場合、したがって配列手順は複雑である。結果として生じたチューブの内径は、最初の満杯のファイバーの直径で決まり；外径は正確には観察できない。出発物質は合成界面活性剤である。
【００１０】
参照文献８では、シリカチューブが、有機構造へのゾル−ゲル重合法により得られている。参照文献５及び６では、チューブは、化学構造が単純ではない重合可能なリン脂質である、１，２−ビス（トリコサ−１０，１２−１０−ジイノイル）−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリンから形成される。内径は０．２ないし０．７μｍのオーダーで、ナノスケールの範囲にはない。
【００１１】
このように、チューブの形成に従来使用されてきた方法と分子には、何らかの欠点がある。
実際、それらは、そのような構造を得るために求められる次の特性を全ては満たしていない：
１）複雑且つ高価な化学合成を避けるための、出発物質の獲得の容易さ；
２）出発物質からチューブを獲得する容易さ；
３）形成された構造の均性、つまり完璧にキャリブレーションされなければならない外径と内側孔の寸法；
４）形成されたナノ構造の安定性；
５）互いに平行に配列されたチューブの獲得の容易さ。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の目的は、特に、さらなる有機合成操作を必要とせず、水性媒質中で容易にナノチューブを得ることができる、自然に分泌された胆汁物質を出発物質として用いることで、外径と内径つまり内部の孔の寸法がナノメートルの範囲で完璧にキャリブレーションされているチューブを得る方法にある。
【００１３】
本発明によると、水性媒質中で有機ナノチューブを製造する方法は、次の段階を具備する：
ａ）ｐＨ１０ないし１４、好ましくは１２ないし１３．５の塩基性水溶液を調製する段階と
ｂ）次の式
【化１】
2005507320.tif 000003
（ここで、Ｒ1は一又は複数のＣ17−Ｃ20アルキル置換基を含んでいてもよい縮合環を有するＣ17−Ｃ20多環基で、Ｒ2はＣ3−Ｃ20直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、Ｒ3は水素原子、Ｃ1−Ｃ20アルキル基又はＣ6−Ｃ30芳香族基を示す）
の有機化合物を、溶液に添加する段階と
ｃ）溶液中に有機化合物の安定したチューブを形成するために、十分な時間をかけて溶液を攪拌する段階。
【００１４】
よって、本発明で使用される出発有機化合物は、キャリブレーションされた寸法のチューブを容易に形成できるアルキレン基と、縮合環を有する置換されてもよい多環基により分離されたカルボキシル基及びヒドロキシル基を備える。
当該化合物のＲ2基は、３ないし２０の炭素原子、好ましくは３ないし８の炭素原子を含み得るアルキレン基である。
このような基の例としては：
【化２】
2005507320.tif 000004
が挙げられる。
【００１５】
これらの化合物において、Ｒ1基は縮合環を有する多環基であり、ステロイド等の天然物質由来であってよい。
該化合物で、チューブの寸法、つまりそれらの内径及び外径は、特にＲ1基及びＲ2基を選択することによって調整できる。
このような多環基の例としては次の式：
【化３】
2005507320.tif 000005
の基が挙げられ、これは一又は複数のＣ1ないし約Ｃ20アルキル置換基を含み得る。
【００１６】
本発明によると、Ｒ3は水素原子、Ｃ1−Ｃ20直鎖状又は分岐状アルキル基又はＣ6−Ｃ30芳香族基を示し得る。
芳香族基とは、一又は複数のベンゼン、ナフタレン、アントラセン環を有する基を意味し、Ｏ、Ｓ及びＮ等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
このような芳香族基の例としては、アゾベンゾン由来の基及び、アントリル基、ベンジル基及びナフチル基等のアントラセン、ベンゼン及びナフタレン由来の基が挙げられる。
【００１７】
本発明によると、好ましくは、出発有機化合物は次の式：
【化４】
2005507320.tif 000006
のリトコール酸である。
【００１８】
本発明によると、中性又は酸性のｐＨで通常水に不溶性であるこの酸は、ｐＨが適切に調整された塩基性媒質を用いて、安定したナノチューブとして可溶化される。媒質を攪拌するだけで、単分散した寸法のナノチューブが得られ、これは最初の構成物質の痕跡である。チューブは、溶液の単純な剪断により配向される。
よって、本発明の方法はいかなる加熱も必要とせず、さらなる有機合成操作が不要な天然の出発物質を使用し；さらにチューブの配向のために電場又はマイクロエッチングを使用する必要がなく；よって、チューブを得るために求められる特性の全てを満たす。
【００１９】
本発明によると、水性媒質は、好ましくはｐＨが１２ないし１３．５の、塩基性媒質である。水酸化ナトリウム水溶液を使用できる。出発化合物がリトコール酸の場合、ｐＨが約１２．５の水酸化ナトリウム溶液が使用されるのが好ましい。
使用される塩基の性質（イオン力、対イオン）と同様に、当該媒質のｐＨと有機化合物の濃度の調整は、チューブ間の相互作用の大きさを調整するための手段でもある。
好ましくは、この有機化合物の濃度は０．０１ないし２０重量％である。
本発明によると、多環基Ｒ1と水性媒質の種類（軽水、重水）も、チューブの構造的特性に関与する。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、無機化により無機ナノチューブを製作するため、ナノチューブの金属化により電解放出カソードを製造するため、或いはさらにバイオセンサを製造するための、当該方法によって得られる有機ナノチューブの使用にある。
【００２１】
本発明の他の特性及び利点は、添付図面を参照し、例示的且つ非限定的な以下の記載を読むことでさらに明らかとなるであろう。
（図の詳細な説明）
図１は、塩基性媒質中のリトコール酸チューブの系からの典型的なＸ線散乱を示す。
図２は、リトコール酸チューブの電子顕微鏡写真である。
図３は、２つのリトコール酸チューブ溶液に対する、応力σ（単位Ｐａ）対剪断速度γドット又はｄγ／ｄｔ（単位ｓ-1）の曲線を示す。
【００２２】
（実施態様の詳細な説明）
リトコール酸チューブの実施例を以下に記載する。
まず、１００ｇの水に０．１２５ｇの水酸化ナトリウムを添加して、ｐＨが約１２．５の塩基性水溶液を調製する。次いで、得られた溶液に０．３ｇのリトコール酸を加える。溶液全体を電磁攪拌機で約３０分間攪拌すると、濃度０．３重量％のチューブ溶液が得られる。
【００２３】
チューブの構造は、中心Ｘ線散乱及び中性子散乱の相補的使用（波数遷移モーメントの逆格子空間）と、透過電子顕微鏡法（三次元空間を持つ実空間）により特徴付けられる。
中心Ｘ線散乱は、大きなサンプル容積に放射でき、よってこの容積に対する、精査されたナノ構造の統計の平均である応答が得られるという利点がある。応答は、散乱強度対散乱角度の曲線であり、該曲線は７までの固有の振幅と一の固有の減衰を有する。
外径５２０オングストローム及び内径４９０オングストロームの中空チューブの形状モデルを使用すると、これらの成分は理論モデリングで説明できる。
【００２４】
図１は、チューブの系からの典型的なＸ線散乱（散乱強度対散乱角度）を示す。
この図では、複数の実験的振幅（一点鎖線の曲線）が見られ、中空シリンダの簡略化された理論モデル（実線及び破線の曲線）はこれを、それらの位置で再現する。
これらのチューブの存在は、透過電子顕微鏡写真によって明確に確認される。使用される装置と実験手順は、系のいかなる操作もない、構造の直接観察のために選択される。非常に薄い層（約３，０００オングストローム）として付着された系の電子のコントラストを、特殊な顕微鏡の冷却されたステージで利用する。不安定な生物学的構造を観察するためのこの方法は、非特許文献９に記載されている。
【非特許文献９】
T. Ruiz, I. Erk and J. Lepault in Biol. Cell. 1994, 80, p203-210 [9]
【００２５】
図２は、長尺の中空シリンダの準独占的な（quasi-exclusive）存在を示す電子顕微鏡写真である。これらのチューブの壁と端部がこの図で完全に分かる。外径と内径はそれぞれ、５２０オングストロームと４９０オングストロームである。
【００２６】
濃度０．３％のチューブ溶液の場合と、同様にして得られた濃度２．４％のチューブ溶液の場合における、チューブの配向可能性をここで調べる。
この目的で、チューブを配向させるために、チューブを含有する水溶液に剪断又は延伸応力（γ）をかける。
この最小剪断応力の値は小さく、概して約２％の濃度に対して約１００ｓ-1である。優れた結果は、より高濃度の粘性が高い溶液（７％）の伸長された繊維（延伸）から得られる。特徴付けは中心Ｘ線散乱により行われる。
【００２７】
この目的で、チューブのサンプルを、２つの同軸シリンダにより形成された１ｍｍの間隙に配し、外方部材の回転により間隙に剪断を発生させる。間隙にＸ線ビームを照射すると、二次元検出器による該ビームの散乱強度により、チューブの配向度を分析することができる。チューブがサンプルの容積中にランダムに分布している場合、散乱信号は、円形の等強度線により二次元検出器に現れる。この休止位置において、散乱信号はその後、前述した特徴的な振幅を持って再発見される。
サンプルが伸長されると、チューブの位置が相関され、配向度によって散乱信号が多少強く変形される。よって、線は円形の等強度線から楕円形の線になり、散乱スポットをつなぐ線となる。これはアルカリ性チューブ溶液で観察されるものである。
【００２８】
配向可能性はまた、もっと従来の粘弾性測定により検知又は観察されてもよい。
この場合、使用される濃度に関わらず、チューブの相互作用レベル、つまり応力対剪断速度の曲線と剪断速度が増加したときの粘性変化が測定される。このような状況下で、これら配向の影響による系の流体化が観察される。これらの測定は単純なレオメータを用いて実行できる。
【００２９】
ナノチューブは、その寸法（外径、内径及び壁厚）と、物理化学的特徴、特に粘弾性を示すパラメータ（流れ曲線、閾値応力、弾性及び粘性）により識別され得る。
【００３０】
図３は、系のレオロジープロフィールの例を表すもので、濃度０．３％（曲線１）と濃度２．４％（曲線２）の２つのチューブ溶液の場合における、応力対剪断速度の曲線を示す。これにより両方の溶液の閾値応力（σ１及びσ２）が得られる。チューブの横断方向の寸法とレオロジー特性は、構成物質のリトコール酸と、使用される液体の種類の化学式によって決定される。
【００３１】
参照文献
[1] Bong, D.T., Clark, T.D. Granja, J.R. 及び Ghadiri, M.R. (2001), Angew. Chem. Int. Ed., 40, 988-1011.
[2] Trau M., Yao N., Kim E., Xia Y., Whitesides, G.M. 及び Aksay I.A. (1997), Nature, 390, 674-676.
[3] Van Nostrum, C.F. (1996), Adv. Mater., 8, 1027-1030.
[4] Dekker, C. (1999), Physics Today, 52, 22-28.
[5] Schnur, J. M. (1993), Science, 262, 1669-1676.
[6] Schnur, J.M. 及び Shashidhar, R. (1994), Adv. Mater., 6, 971-974.
[7] Gu, W., Lu, L., Chapman, G.B. 及び Weiss, R.G. (1997) J. Chem. Soc., Chem. Commun., 543-544.
[8] Jung, H.J., Amaike, M. 及び Shinkai, S. (2000), J. Chem. Soc., Chem. Commun., 2343-2344.
[9] Ruiz 等, Biol. Cell, 1994, 80, 203-210.
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】塩基性媒質中のリトコール酸チューブの系からの典型的なＸ線散乱を示す。
【図２】リトコール酸チューブの電子顕微鏡写真である。
【図３】２つのリトコール酸チューブ溶液に対する、応力σ（単位Ｐａ）対剪断速度γドット又はｄγ／ｄｔ（単位ｓ-1）の曲線を示す。
【国際公開パンフレット】
2005507320.tif 000014
2005507320.tif 000015
2005507320.tif 000016
2005507320.tif 000017
2005507320.tif 000018
2005507320.tif 000019
2005507320.tif 000020
2005507320.tif 000021
2005507320.tif 000022
2005507320.tif 000023
2005507320.tif 000024
2005507320.tif 000025
2005507320.tif 000026
2005507320.tif 000027
2005507320.tif 000028
2005507320.tif 000029
2005507320.tif 000030
2005507320.tif 000031
2005507320.tif 000032
2005507320.tif 000033
2005507320.tif 000034
2005507320.tif 000035
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005507320.tif 000036
2005507320.tif 000037
【国際調査報告】
2005507320.tif 000038
2005507320.tif 000039
2005507320.tif 000040
2005507320.tif 000041
2005507320.tif 000042
2005507320.tif 000043