(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノチューブを囲む、脂質化合物を重合した環状体で形成され、この重合した環状体は、官能基Zに結合した１つ又は２つのＡ鎖を含む脂質化合物から得られることを特徴とする、ナノチューブの周囲に自己組織化した高分子を有する新規な構造体。
Ａ鎖は、CH3−(CH2)m−C≡C−C≡C−(CH2)n−であり、
n、mは、同一又は異なる１〜16の整数であり、
Zは、Ａ鎖が１つの脂質鎖であるときは、−COOH、−CO−NH−Y、−NH2、又はN+(R)3基によって形成される極性頭部であり、Rは、C1〜C4アルキル、Yは、−(CH2)4−C(R1)−N(CH2−COOH)
2、R1は、H及びCOOH基であり、Ａ鎖が２つの脂質鎖であるときは、以下の構造をもつ基であり、
0004637090.tif 000006
R2は、−COOH、−CO−NH−Y1基、Y1は、−(CH2)4−C(R3)−N(CH2−COOH)2基、R3は、H及びCOOH基であり；あるいは、Z又はR2は、糖又は多糖類の親水性又は中性の極性頭部である。
【請求項２】
重合する脂質化合物が、以下の式で表されるアミノ脂質であることを特徴とする請求項１記載の構造体。
CH3−(CH2)m−C≡C−C≡C−(CH2)n−NH2、
【請求項３】
重合する脂質化合物が、以下の式で表される４級アンモニウムであることを特徴とする請求項１記載の構造体。
CH3−(CH2)m−C≡C−C≡C−(CH2)n−N+(R)3
【請求項４】
重合する脂質化合物が、Ｚに結合した２つのＡ鎖を有する酸脂質であることを特徴とする請求項１記載の構造体。
【請求項５】
重合する脂質化合物が、キレート基で官能基化された脂質化合物であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項６】
重合する脂質化合物が、糖又は多糖類の中性の親水性極性頭部で官能基化された脂質化合物であることを特徴とする請求項１記載の構造体。
【請求項７】
以下の工程を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
原料のナノチューブを脂質溶液と接触させて、安定な懸濁液を作製する、
上記脂質を重合して、該ナノチューブの周囲に自己組織化させる、
重合した上記脂質で形成された環状体で被覆された該ナノチューブを回収する。
【請求項８】
原料のナノチューブを、界面活性剤を含む水性バッファー溶媒中の脂質溶液中において、超音波処理し、次いで、透析によって界面活性剤を除去し、その後、水性バッファーのナノチューブ懸濁液に対して、上記脂質を重合させる処理を行うことを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体に対して、ナノチューブの周囲に重合した脂質の環状体を除去する処理を行うことを特徴とするナノチューブの精製方法。
【請求項１０】
上記構造体に対して、サイズ排除クロマトグラフィーを行うことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
上記環状体を除去するために、電場を印加することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
上記重合体を除去したナノチューブに戻すために、Trisバッファー中で90℃以上の温度で加熱することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１３】
ナノチューブを保護するための請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の使用。
【請求項１４】
ナノチューブを自在に短縮化するための請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の使用。
【請求項１５】
疎水性分子又は膜タンパク質のためのベクターとしての請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の使用。
【請求項１６】
分子モーターとしての請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の使用。
【請求項１７】
特に、薬品分野、化粧品、香水分野において、製品のベクター化のための請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブの周囲に自己組織化した光重合高分子、その製造方法及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
飯島（Nature 354, 56 (1991)）によって、1990年代の初めに発見されて以来、ナノチューブ、特にカーボンナノチューブは、その物理的、電気的あるいは熱的特性から、注目が高まっている。使用するほとんどの場合において、非常に高いレベルのナノチューブ純度が要求されるため、酸化、ろ過、及びクロマトグラフィーを利用した多くの精製方法が公開されている。これらの方法を行うと、ナノチューブは、非常に高い頻度で、損傷を受けたり（酸化、端部の破損等）、グラファイト構造が修飾されたりして（ナノチューブの端部又は側壁での共有結合による官能基化）、その特性が非常に大きく損なわれることがある。
【０００３】
したがって、効果的で非破壊的な精製方法に対する関心がもたれている。
【０００４】
この分野における本発明者の研究により、ある種の化合物は、ナノチューブの周囲に環状体を形成して自己組織化することができ、それによって、ナノチューブを取り扱う際に、あらゆる損傷からナノチューブが保護されることを示した。それらの化合物が、ナノチューブから分離することができ、そして、有用な使用のために回収することができ、その時、非常に高いレベルの純度でナノチューブが得られることは、好ましいことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、ナノチューブを保護するために使用することができる新規な化合物を提供することである。また、本発明は、これらの化合物を利用するナノチューブの精製方法に関するものである。
【０００６】
さらに別の面から、本発明の目的は、カーボンナノチューブの周囲に上記化合物の自己組織体を有する新規な構造体及びその使用、特にナノチューブの保護と精製、活性物質のベクター化のための使用を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ナノチューブの周囲に自己組織化した高分子を有する新規な構造体は、本質的に、ナノチューブを囲む、脂質化合物を重合した環状体で形成され、この重合した環状体は、官能基Zに結合した１つ又は２つのＡ鎖を含む脂質化合物から得られることを特徴とする。
Ａ鎖は、CH3−(CH2)m−C≡C−C≡C−(CH2)n−であり、
n、mは、同一又は異なる１〜16の整数であり、
Zは、Ａ鎖が１つの脂質鎖であるときは、−COOH、−CO−NH−Y、−NH2、又はN+(R)3基によって形成される極性頭部であり、Rは、C1〜C4アルキル、Yは、−(CH2)4−C(R1)−N(CH2−COOH)2、R1は、H及びCOOH基であり、Ａ鎖が２つの脂質鎖であるときは、以下の構造をもつ基であり、
0004637090.tif 000002
R2は、−COOH、−CO−NH−Y1基、Y1は、−(CH2)4−C(R3)−N(CH2−COOH)2基、R3は、H及びCOOH基であり；あるいは、Z又はR2は、糖又は多糖類の親水性又は中性の極性頭部である。
【０００８】
重合可能な上記脂質化合物のうち、好ましいものは、以下の式で表されるアミノ脂質である。
CH3−(CH2)m−C≡C−C≡C−(CH2)n−NH2、
又は以下の式で表される４級アンモニウムである。
CH3−(CH2)m−C≡C−C≡C−(CH2)n−N+(R)3
【０００９】
重合可能な上記脂質化合物のうち、他の好ましいものは、２つの鎖を有する酸脂質、すなわち、Zに結合した２つのＡ鎖を有する酸脂質である。
【００１０】
さらに他の好ましい上記脂質化合物は、ニトリロ三酢酸（NTA）、イミノ二酢酸（IDA）のようなキレート剤で官能基化された脂質である。
【００１１】
また、本発明は、上記した構造体を製造する方法に関するものであり、以下の工程を含むことを特徴とする。
原料のナノチューブを脂質溶液と接触させて、安定な懸濁液を作製する、
上記脂質を重合して、該ナノチューブの周囲に自己組織化させる、
重合した上記脂質で形成された環状体で被覆された該ナノチューブを回収する。
【００１２】
原料のナノチューブは、脂質溶液中において、超音波処理されることが好ましい。
【００１３】
本発明方法では、これらの脂質は、界面活性剤を含む水性バッファー溶媒に溶解していることが好ましい。界面活性剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）が挙げられる。
【００１４】
超音波処理の後、透析によって界面活性剤を除去する。
【００１５】
上記水性バッファーのナノチューブ懸濁液に対して、上記脂質を重合させる処理を行う。そのために、紫外線照射が利用される。
【００１６】
本発明の１つの実施方法においては、得られた構造体に対し、重合した脂質の環状体で囲まれたナノチューブから、該ナノチューブの合成溶媒に含有された全ての不純物を分離するための処理を行う。この処理は、例えば、サイズ排除クロマトグラフィーによって行う。Millipore  Corp.からCPG（controlled  pore  glass）の名称で売られている製品のように、多孔度がコントロールされたシリカ、によって形成される固定相は良好であることが証明されている。１又はそれ以上の精製工程を行うことができ、また、該多孔度は精製工程に応じて変更することが好ましい。このようにして、高純度のナノチューブを得ることができる。
【００１７】
また、例えば、電気泳動装置において、電場を印加して環状体を除去することも可能である。
【００１８】
このようにして得られる、重合された高分子で囲まれた上記ナノチューブは、多くの使用において好ましい特性を発揮する。
【００１９】
光重合したヘミミセルで囲まれたナノチューブは、特に、超音波処理により該チューブの短縮化を自在に行うことができる。
【００２０】
単層ナノチューブは強力な超音波処理によって影響を受けやすく、あまり長く超音波に曝すと、主として該チューブの端部が欠損する現象により、該チューブは劣化することがわかっている。
【００２１】
同様に、強度の超音波処理を行うと、ナノチューブの側壁は大きな損傷を受けることが観察されている。該処理は、ナノチューブのグラファイト構造を乱し、電気的特性を低下させる。
【００２２】
本発明の単層ナノチューブは、重合した高分子で囲まれると、ナノチューブの短縮化を自在に行うことができる。
【００２３】
特に、本発明者は、上記したように、重合した脂質で被覆された単層ナノチューブの試料を超音波処理すると、該ナノチューブが切断し、例えば、２時間の超音波処理後で、平均サイズを約400nmとすることができることを示した。
【００２４】
実施例で示しているように、単離したチューブ又は小さな束の形で同様のサイズに切断された単層ナノチューブを得ることができ、このことは、該切断は端部が欠損することによって起こるのではなく、該ナノチューブが２つに分裂されることによって起こることを示している。
【００２５】
したがって、該ナノチューブの表面に重合した脂質は、該ナノチューブを保護する役割を果たす。
【００２６】
電気泳動によってカーボンナノチューブから分離される本発明の高分子環状体は、疎水性分子及び膜タンパク質のための新規なベクターとなる。この環状体の内部は、二層膜構造を有するからである。
【００２７】
上記したように、カーボンナノチューブの表面に、脂質を重合して形成された高分子は、内部は疎水性であり、外部は親水性である。
【００２８】
したがって、上記高分子は、水性溶媒中において、疎水性分子のための有用なベクターとなる。
【００２９】
したがって、本発明は、ナノチューブから分離した高分子環状体の、疎水性物質のベクターとしての使用である。
【００３０】
疎水性物質は、上記重合高分子と接触すると、重合した脂質によって形成された疎水性ポケットの内部に配置される傾向がある。該重合高分子は、その外部に親水性部分を有するため、水性溶媒に可溶であり、したがって、上記疎水性物質／脂質集合体も可溶となる。
【００３１】
上記ナノチューブは、水に不溶性の分子、特に疎水性の薬物及びタンパク質の運搬体を製造するために使用される。
【００３２】
適当なサイズの脂質を使用することにより、上記ナノチューブの周囲に重合した脂質二層膜のような高分子、すなわち、細胞膜に似た被覆体を提供することができる。
【００３３】
本発明は、細胞膜の脂質と同じ大きさの脂質、及び適当な径のナノチューブを用いることにより、膜タンパク質を溶解することができる環状体で被覆された構造体を提供する。本発明に基づき、水性溶媒中で、重合した脂質の環状体と膜タンパク質を接触させることにより、膜タンパク質の疎水性部分は、該環状体の内部に接触する。該高分子／タンパク質複合体は、水性溶媒に可溶であり、膜タンパク質を損傷あるいは変性させる恐れがある界面活性剤を使用することなく、膜タンパク質を溶解させることができる。
【００３４】
本発明において、非常に興味深いもう１つの点は、本発明が、分子モーターとしての単層及び多層ナノチューブの使用を内容としている点にある。
使用する該ナノチューブは、最大で数個、好ましくは１個の重合した脂質の環状体を有し、該ナノチューブに沿って、該脂質の環状体を移動させるために、交流又は非交流電場を印加する。
【００３５】
また、ナノチューブの周囲に自己組織化した高分子を有する本発明の新規な構造体は、一般の物質のベクター化に対して有用であり、その特異的又は非特異的な輸送を可能にする。したがって、本発明の構造体は、各種分野で有用であり、特に、薬品中の活性な主成分をカプセル化するために、薬品分野で有用であり、また、フレグランス、エッセンシャルオイル、及び類似物をベクター化するため、及びフェロモンのような種々の活性物質をカプセル化するために、化粧品、香水分野で有用である。これらの構造体は、標準的なリポソームの形で使用することが好ましい。
【００３６】
本発明の他の特徴及び有利な点については、図１〜３を参照しつつ、後述する実施例において示す。図１〜３は、それぞれ、本発明の構造体とナノチューブの透過型電子顕微鏡写真を示す。
【実施例】
【００３７】
実施例１：本発明の構造体の調製方法
原料である単層及び多層ナノチューブ（合成方法は問わず）を、１％のSDSを含む１mg／mlのTrisバッファー（pH８）のニトリロ三酢酸（11.8）脂質溶液（ニトリロ三酢酸で官能基化した脂質）中で５分間超音波処理した。超音波処理後、該ナノチューブは、全て該水性バッファー中において、安定した懸濁液の状態であった。透析により、SDSを含まないTrisで、該Trisを12時間ごとに取り替えて、上記界面活性剤を除去した。透析が終了すると、UV（λ＝254nm）を１時間照射して、上記脂質を重合し、上記ナノチューブの周囲に自己組織化させた後、形成した構造体を回収した。
【００３８】
実施例２：ナノチューブの精製方法
サイズ排除クロマトグラフィーの手法を、Millipore  Corp.（Lincoln  Park、NJ、USA）により市販されているCPGを固定相として用いた。
最初の精製工程は、平均300nmの孔サイズをもつCPG  3000Aを用いて行った。この固定相を14cm×0.7cmのカラムに配置して、0.25％の水性SDS溶液で調整した。
UV照射した単層及び多層ナノチューブの0.5mlの懸濁液（１mg／ml）を該カラムに導入し、0.25％水性SDS溶液で溶出させた。溶出速度は10ml／時とした。４mlの死容積の後、６つの２ml画分を集め、それらを透過型顕微鏡（TEM）で観察した。
多層ナノチューブに関しては、大部分の該チューブは、少しの不純物と共に第一の画分に観察された（図１）。次の画分には、実質的にアモルファスカーボン及び他の不純物、そして、わずかな量のナノチューブが含まれていた。次いで、第一の画分に対して、CPG  1400Ａ（平均孔径：140nm）を含む14cm×0.7cmのカラムに0.5ml導入することにより、２回目の精製工程を行った。同じ溶出液を使用して、６mlの死容積の後、溶出速度を約10ml／時で、６つの0.5ml画分を回収した。TEM観察によれば、第二の画分は実質的には不純物がない純粋な多層ナノチューブを含んでいた。
同じ方法を用いて、単層ナノチューブを精製した。CPG  3000Ａカラムによる第一の精製工程後、４mlの死容積の後、２mlの画分を集めた。
該顕微鏡観察によれば、第一の６画分は、最も純粋な該ナノチューブを含んでいることを示した（図２）。
次の画分には、非常に少量のナノチューブと非常に多くの不純物を含んでいた。第一の画分に対して、新たなCPG  3000Ａカラム（死容積：２ml；0.5ｍｌ画分）を用いて、更なる精製サイクルを再び行った。６画分を回収した。該顕微鏡観察によれば、画分４及び画分５は、純度95％以上の単層ナノチューブを含んでいることを示した（図３）。
精製したナノチューブを集めて、黒い沈殿物と透明な上澄み液が得られるまで、遠心分離した。該上澄み液を除去し、界面活性剤の残りを除去するため、沈殿したナノチューブを純水で洗浄した。
超音波処理を３分間行った後、該試料を再び遠心分離し、上澄み液を除去し、洗浄／超音波処理及び遠心分離工程を３回繰り返した。
重合した脂質で被覆した不純物のないナノチューブの乾燥品を提供することができるように、最後の遠心分離後の沈殿した固形物をフリーズドライ処理した。
【００３９】
実施例３：脂質重合体を除去したナノチューブの調製方法
実施例２で得たナノチューブを、Trisバッファー中で約14時間、90℃以上の温度に加熱して、重合された脂質を破壊した。該脂質の残りは、例えば、メタノール、エタノールのような有機溶媒で洗浄することにより、除去することができた。
【００４０】
実施例４：疎水性分子又はタンパク質のベクターとして使用することができる重合脂質の環状体の調製方法
重合した高分子で囲まれたナノチューブに対して、0.1％SDSのTris−グリシンバッファーを含む電解質溶液を使用して、アガロースゲルで電気泳動処理を行った。こうして、他の使用のために、前記カーボンナノチューブから、該分子環を分離、回収することができた。
【００４１】
実施例５：分子モーターとして使用することができる、重合高分子である環状体を有するナノチューブの調製方法
少量の光重合可能な脂質を、水性溶媒中で、該脂質と混合ミセルを形成しない脂質から選択したもう1つの光重合不能な脂質と混合した。好適な光重合不能な脂質は、わずかにペルフルオロ化した１つの端部を有するものであった。該脂質は同じ種類の脂質とだけミセルを形成するが、完全に水素化した脂質とは混合ミセルを形成しない。
操作手順は上記のとおりとした。１つだけ光重合可能である２つのタイプのミセル、すなわち、２つのタイプの環状体をもつナノチューブを得た。光重合可能な脂質が、他方のタイプの脂質に比べて少量である場合、非常に少量の光重合可能な方の配列体が該ナノチューブ上に形成される。UV照射後、該ナノチューブ上で重合しなかった物質を除去するため、産生物をメタノール、エタノールのような有機溶媒で洗浄した。その結果、ほんのわずかな環状体、好ましくは１つの環状体が該ナノチューブ上に残った。それはナノモーターとして使用することができる。
【００４２】
実施例６：本発明の構造体を製造するために使用する脂質化合物の合成
合成
一般的な酸の合成スキーム
スキーム１：
0004637090.tif 000003
0004637090.tif 000004
0004637090.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１a、１bは、それぞれ、未処理の単層ナノチューブの例、２回目の精製工程後の例である。
【図２】図２a、２bは、それぞれ、未処理の多層ナノチューブの例、及び２回目の精製工程後の例である。
【図３】図３aは、１時間の強力な超音波処理後に切断された単層ナノチューブを示す。
【図１】
0004637090.tif 000007
【図２】
0004637090.tif 000008
【図３】
0004637090.tif 000009