(57)【要約】【課題】ナノスケールにおいて立体的に入り組んだ構造概念と、その構築手法を提供することにある。【解決手段】官能基・フラーレン中心・官能基の成す角が固定的に定まったフラーレン誘導体を予め合成分離し、これをナノ構造単位として多数のフラーレン誘導体を立体的に構築する。また、種種の保護基を用いた構造同士の反応制御を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラーレン誘導体同士が特定の結合部位へ結合することを前提として用意したナノ構造単位を組み合わせることにより構築したナノ構造。
【請求項２】
保護基を用いることを特徴とする請求項１のナノ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノスケールの構造を設計どおりに構築する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微細構造加工技術にはリソグラフ法があり、これは集積回路やマイクロマシンの加工方法として利用されている。この手法により加工される線幅はナノオーダーに迫っており、平面方向の集積度は極めて高い。しかし基本的に削りだす手法であり、３次元的に入り組んだ構造など、奥行き方向の集積度は極めて低い。
【０００３】
また、ポリペプチドなどの屈曲自在な鎖状分子による高次構造形成も微細構造加工技術の一つと捕らえる事が出来る。しかし現時点で自在に構造を設計し、これを合成することは事実上不可能である。
【０００４】
フラーレンは官能基を修飾することで様々な付加数の異性体を得る事が出来る。これらの中には対称性のよいものも含まれており、Ｃ６０フラーレンの場合、官能基・フラーレン中心・官能基の作る角度がほぼ９０度、１２０度、１８０度のものが例えば単離可能である。既に各種官能基によるフラーレン高付加体が実際に合成、単離されており、これらの幾つかは発光材料への利用が期待されている。
【０００５】
一方フラーレンは、その誘導体を用い分子スケールの分子単電子トランジスタへの応用が発明されている（例えば、特願平１０−６６４９９）。これはシリコン半導体を用いたトランジスタよりも１０００倍以上高性能な情報処理を可能とするとされるが、実用上の回路形成は現時点で不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の微細加工技術では高い機能を有するマイクロマシンの構造構築には向いていない。また、単電子トランジスタを利用した大規模な回路の作成も同様に不可能である。これらは立体的に入り組んだ構造の概念と、その構築法が存在しないことに起因している。本発明は、これらの欠点を解決するために発明されたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のナノ構造は、官能基・フラーレン中心・官能基の成す角が固定的に定まったフラーレン誘導体を構造単位として、多数のフラーレン誘導体を立体的に構築したものである。また、この構造の構築法として、種種の保護基を用いた構造単位同士の反応制御を提案する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、「近い将来シリコンリソグラフによるトランジスタ集積密度限界が到達し、コンピュータ性能の進歩が頭打ちになりかねない」という一般の予測を受け止め、この事態は立体的に入り組んだナノスケールの構造構築により解決可能であろうと考え、その構造概念および構築方法をこれまで鋭意検討してきた。さらに「フラーレン誘導体は超伝導性や半導体性、電荷分離機能、優れた蛍光特性など様々の有意義な特徴を備えながらも、効果的な応用がなされない」という実情を鑑みた結果、フラーレン誘導体を構造の核とし、フラーレン誘導体核同士を有機的に結合させることで、設計者の望む堅牢な立体構造が理論的に合成可能であることを見出し、本発明の完成に至った。ただし、従来にもフラーレンをポリマーの構成要素とする考えや、複数のフラーレンを結合させる考えは存在したが、本発明は▲１▼構造概念においてはフラーレン誘導体における結合サイトのフラーレン中心からの角度が数種類に制限されていることを利用している点、▲２▼構築方法としてはフラーレン誘導体の付加数及び付加位置ごとに異性体を予め分離し段階的に反応させる点、以上の２点において従来の合成手法と大きく異なっている。
【０００９】
まず、本発明のナノ構造について説明する。
【００１０】
本発明のナノ構造は図１に模式的に示す通り、多くのフラーレン誘導体が３次元的ネットワークを形成したものである。概念図には単一の線分でフラーレンが結合して描かれているが、実際の化学結合はアミド結合等、種種の官能基を介在する場合が考えられる。図２は結合した３つのフラーレン誘導体を図１から切り出した概念図である。ここでフラーレン誘導体の官能基・フラーレン中心・官能基の角度は数種類に制限されている。たとえばＣ６０フラーレンの６員環−６員環結合部位への官能基付加に限ってみると、２付加体の異性体の数は鏡像異性体を区別しない場合高々８種類存在する事が知られており、それらには官能基・フラーレン中心・官能基の成す角がほぼ９０度、１２０度、１８０度のものが含まれる。これはＣ６０がイコサヘドラルという高い対称性を持つことに起因する。これらの限定した角度のみでネットワークを構成することで堅牢な構造を得る事が出来る。
【００１１】
また、上記構成要素としてのフラーレン誘導体同士の化学結合方法は唯一のものに限定せず、例えば５つのフラーレン誘導体を剛直に結合させることができればこれを図３のように平行に配列させることも可能である。もしくは図４のように三角形状に配列させることも可能である。
【００１２】
フラーレン誘導体同士の結合様式の工夫によっては、π電子雲の重なりを意図的に配し、任意に電子伝達回路を形成する事が可能である。さらには特願平１０−６６４９９に報告される分子単電子トランジスタ等を組み込むことで論理回路を形成する事も可能である。また論理回路に限らず様々な電子素子を構築することで微細な電磁石や各種回路などを得ることも可能である。
【００１３】
このようにナノ構造は単にナノスケールの構造物を提供するだけでなく、立体的に入り組んだ電子回路を実現するのに必要な構造物を提供する。
【００１４】
次に、本発明のナノ構造の構築方法について説明する。
【００１５】
ナノ構造の構築の出発点は、その構成単位であるところのフラーレン誘導体を合成することである。フラーレン誘導体は付加数と付加位置により多数の異性体を有するため分離精製しなくてはならないが、これらはＨＰＬＣ等により分取分離が可能である事が知られている。特に対称性のよいものは結晶化により分離される場合がある。
【００１６】
ナノ構造を構築する際、フラーレン誘導体同士の結合反応は簡単に進行するものが望ましく、すなわち官能基末端は予め反応しやすい構造にしておくべきであり、同時にこれらは反応するまでの期間は様々な保護基により活性を抑えておく必要がある。例えば結合様式がアミド結合である場合、ＮＨ２末端とＣＯＯＨ末端がそれぞれ保護される必要がある。こうして得られたフラーレン誘導体をナノ構造単位と定義する。
【００１７】
図５はＮＨ２末端（図中Ｎと記した部分）とＣＯＯＨ末端（図中Ｃと記した部分）を１つずつ有するナノ構造単位の概念図であり、図６はＣＯＯＨ側に保護基Ｐ１を付け、図７はＮＨ２側に保護基Ｐ２を付けたナノ構造単位の概念図である。図６の化合物と図７の化合物を縮合させ、保護基Ｐ２を外し精製すると図８に示す化合物が得られる。ここでＮＣはアミド結合を表すとする。図８の化合物に再び図７の化合物を縮合させ保護基Ｐ２を外し精製すると図９に示す化合物が得られる。このようにして複数個のフラーレン誘導体からなるナノ構造が得られる。
【００１８】
先の例に限らず、ナノ構造は分岐する場合もある。図７と図１０の概念図に示すナノ構造単位をもちいることで図１１のナノ構造を得る事が出来る。
【００１９】
しかし必ずしも一意にナノ構造が求まらず、複数の異性体が得られる場合もある。この時はＨＰＬＣなどで分取する必要がある。
【００２０】
さらに結合様式を単純に１対のアミド結合にすると結合部での回転が自由になり図３の例に示したような剛直な構造が得られないので、必要ならば複数対のアミド結合を用意し、適切な保護基を開発するべきであろう。
【００２１】
このようにして構築した様々なナノ構造はナノ構造ライブラリとして管理し、必要に応じてこれらの部品を組み合わせてより大きなナノ構造を構築する事が出来る。以上がナノ構造の構築方法である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のナノ構造は上記のように構成され、また構築され、立体的に入り組んだ微細加工技術として幅広い応用が可能である。特に本発明を応用し単電子トランジスタを組み込んだ電子回路は単位素子あたりの性能向上もさることながら、従来のリソグラフ法と比較して立体配線による実装密度の向上があるため、総合的に大きく性能向上する事が期待できる。
【００２３】
また、本発明のナノ構造はマイクロマシン作成への応用も期待され、各種医療機器やメンテナンスロボットなど、全く新しい産業を起こし得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ナノ構造の一例の概念図
【図２】ナノ構造の一例の概念図
【図３】ナノ構造の一例の概念図
【図４】ナノ構造の一例の概念図
【図５】ナノ構造単位の一例の概念図
【図６】保護基を取り付けたナノ構造単位の一例の概念図
【図７】保護基を取り付けたナノ構造単位の一例の概念図
【図８】保護基を取り付けたナノ構造の一例の概念図
【図９】保護基を取り付けたナノ構造の一例の概念図
【図１０】保護基を取り付けたナノ構造単位の一例の概念図
【図１１】保護基を取り付けたナノ構造の一例の概念図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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