(57)【要約】  【課題】    高いアスペクト比を持つ繊維状自己集合体を、簡易な手段により、集合体の基本的構造を破壊せずに切断し、アスペクト比を小さくする。  【解決手段】    繊維状自己集合体を含む液状媒体を攪拌することにより、水の乱流によって、柔らかく長い高いアスペクト比を持つ繊維状自己集合体を切断する。本発明は、繊維状自己集合体を含む液状媒体を攪拌することから成る繊維状自己集合体を切断する方法であって、この方法を実施する前の繊維状自己集合体のアスペクト比が100以上であり、この方法の実施後の繊維状自己集合体のアスペクト比が100以下、長さが10μｍ以下であることを特徴とする繊維状自己集合体の切断方法である。  【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状自己集合体を含む液状媒体を攪拌することから成る繊維状自己集合体を切断する方法であって、この方法を実施する前の繊維状自己集合体のアスペクト比が100以上であり、この方法の実施後の繊維状自己集合体のアスペクト比が100以下、長さが10μｍ以下であることを特徴とする繊維状自己集合体の切断方法。
【請求項２】
前記繊維状自己集合体が外径が１μ以下の有機ナノチューブ、有機ナノファイバ又は有機ナノリボンである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記繊維状自己集合体が界面活性有機化合物を液相で自己集合させることにより得られたものであり、この界面活性有機化合物が、炭素数が約６〜５０程度の炭化水素鎖と、糖鎖、ペプチド鎖、金属塩から成る群から選択される少なくとも1種の親水基を有し、これらが直接に又はアミド結合、アリーレン基（arylene）若しくはアリーレンオキシ基を介して結合した界面活性有機化合物である請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
予め前記繊維状自己集合体を凍結乾燥することを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
凍結乾燥が、−７０℃以下、２０Ｐａ以下、及び２４時間以上の条件で行われる請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維状自己集合体を切断する方法に関し、より詳細には、繊維状自己集合体を液状媒体中で撹拌することにより切断してアスペクト比を一定値以下にコントロールする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物分子が液相で自己集合（self-assembly）によって形成した高いアスペクト比を持つ有機系自己集合体は簡単に大量合成ができ、しかも、生体由来のものが多いので、新規材料として期待が寄せられている。
しかし、高いアスペクト比を持つ有機系自己集合体は長いもの（長さ数十μｍ〜数mm）が多く、実用的にはさまざまな目的に応じた種種のアスペクト比を持つナノ構造が必要である。例えば、高いアスペクト比を持つナノチューブ内に内包された物質の徐放速度はそのナノチューブの長さに依存する。ナノデバイスとしてのナノチューブはμm以下の長さが必要である。従来までの高いアスペクト比を持つ有機系自己集合体のアスペクト比制御に関する研究は自己集合の条件（溶媒、冷却速度、塩の添加など）を制御することが主流であった。
P.Yagerらは自己集合を起こさせる混合溶媒のエタノ−ル/水の比を変えることによって、DCPC(即ち、1,2-bis(10,12-tricosadiynoyl-sn-glycero-3-phosphocholine)のチューブ長さを制御することを報告した（非特許文献１）。
また、Thomasらは冷却速度を精密に制御することによって先と同一分子から構成されるチューブの長さの制御を報告した(非特許文献２)。
一方。本発明者らの研究グループは、合成糖脂質の高いアスペクト比を持つ有機系自己集合体の形状、サイズ及び長さの制御について十数年間精力的に研究しており、アルカリ土類金属塩を添加することによって、高軸比有機ナノらせん構造の長さの制御に成功した（非特許文献３）。しかし、混合溶媒又は金属塩の添加による制御方法は望まない物質を導入された点と、冷却速度制御法は費用と時間がかかるという問題点がある。
また、いずれの方法も長さが1μm以下の自己集合体を得ることはできなかった。
【０００３】
【非特許文献１】Georger, J.H. et al., J.Am.Chem.Soc. 109, 6169（1987）.
【非特許文献２】Thomas, B.N. et al., Science, 267, 1635（1995）.
【非特許文献３】Shimizu.T. et al., J. Chem. Soc., Chem. commun. 183(1990).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高いアスペクト比を持つ繊維状自己集合体を、簡易な手段により、集合体の基本的構造を破壊せずに切断し、アスペクト比を小さくする方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、繊維状自己集合体を含む液状媒体を攪拌することにより、水の乱流によって、高いアスペクト比を持つ柔らかく長い繊維状自己集合体を切断するものである。この攪拌の時間と速度の制御によって、高いアスペクト比を持つ有機系自己集合体のアスペクト比を制御することができる。さらに、凍結乾燥処理後の有機ナノチューブを用いると、長さが1μm以下の有機ナノチューブを得ることができる。
【０００６】
即ち、本発明は、繊維状自己集合体を含む液状媒体を攪拌することから成る繊維状自己集合体を切断する方法であって、この方法を実施する前の繊維状自己集合体のアスペクト比が100以上であり、この方法の実施後の繊維状自己集合体のアスペクト比が100以下、長さが10μｍ以下であることを特徴とする繊維状自己集合体の切断方法である。
また、予め前記繊維状自己集合体を凍結乾燥する段階を行ってもよい。
この記繊維状自己集合体として、有機ナノチューブ、有機ナノファイバ又は有機ナノリボンが好ましく、更に、この繊維状自己集合体が界面活性有機化合物を液相で自己集合させることにより得られたものであり、この界面活性有機化合物が、炭素数が約６〜５０程度の炭化水素鎖と、糖鎖、ペプチド鎖、金属塩から成る群から選択される少なくとも1種の親水基を有し、これらが直接に又はアミド結合、アリーレン基（arylene）若しくはアリーレンオキシ基を介して結合した界面活性有機化合物であることがより好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
高いアスペクト比を持つ繊維状自己集合体を容易かつ大量に短くすることができ、このような繊維状自己集合体を容易にかつ大量に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の方法は、繊維状自己集合体を含む液状媒体を攪拌することにより、繊維状自己集合体を切断してアスペクト比を一定値以下にコントロールする。
本発明の対象である繊維状自己集合体は、液相で形成した自己集合体であれば、特に限定はないが、例えば、有機ナノチューブ、有機ナノファイバ又は有機ナノリボンが挙げられる。これらのサイズは通常外径が約１μｍ以下で長さが約10μｍ以上である。
このような自己集合体として発明者らの研究室で開発された界面活性有機化合物を自己集合させて得られたものが好ましい。
【０００９】
この界面活性有機化合物として、以下のような化合物が挙げられる。
（ａ）下記一般式
【化１】
2005096014.tif 000002
（式中、Ｇは糖残基を表し、Ｒは炭素数６〜２５の炭化水素基を表す。）で表わされる構造を有するＯ−グリコシド型糖脂質（特開2002-80489、特願2002-61797等）。
（ｂ）一般式  Ｒ'−ＮＨＣＯ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＯＯＨ（式中、Ｒ'はアルドピラノースの還元末端水酸基を除いた残基、ｎは６〜２０を表す。）で表わされる非対称双頭型脂質（特開2002-322190）。
【００１０】
（ｃ）下記一般式
Ｇ'−ＮＨＣＯ−Ｒ''  
（式中、Ｇ'は糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、Ｒ''は炭素数が１０〜３９の不飽和炭化水素基を表す。）で表わされるＮ−グリコシド型糖脂質（特願2003-13266）。
（ｄ）一般式
Ｒ'''ＣＯ（ＮＨＣＨ２ＣＯ）ｍＯＨ
（式中、Ｒ'''は炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質と遷移金属とから成る化合物（特願2003-039276）。
【００１１】
このような化合物を溶媒に溶解させると自己集合して中空のナノチューブとなる。好ましい条件として以下のような条件が挙げられる。
上記界面活性有機化合物の水溶液を所定温度（４０〜１００℃）まで加熱し、この水溶液を所定の冷却速度（５．０℃／分以下）で所定温度（水溶液の凍結温度〜３０℃）まで冷却し、及びこの水溶液をこの保存温度で所定時間（１日以上）保存する。
このような工程により上記界面活性有機化合物は自己集合して中空のナノチューブが形成される。そのサイズは条件によっても異なるが、通常、内孔径は５ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ以下、特に１０〜２００ｎｍ、かつ、外径が１０００ｎｍ以下、特に５０〜３００ｎｍである。内孔径が５ｎｍ未満のものが含まれていても内孔径が５ｎｍ以上のものが主であれば本発明の方法に用いることができる。
ここで用いる溶媒として、蒸留水、精製水、超純水等の水、その他各種塩溶液、リン酸などから成るｐＨ緩衝溶液等を用いることができる。溶媒中の界面活性有機化合物の濃度は好ましくは０．００１ｗ／ｖ％〜０．０２ｗ／ｖ％である。
【００１２】
本発明の方法は有機ナノチューブを攪拌羽根により切断するのではなく、撹拌による水の乱流によってナノチューブを切断するものである。従って、攪拌手段は、水の乱流をもたらすものであれば撹拌子や攪拌方式に特に制限はなく、スターラ、羽根式又はエア式等が挙げられる。また、超音波などを用いない、通常の機械的攪拌や磁気攪拌が良い結果を与える。すなわち、攪拌の手段は強度にあわせて、低速範囲（0〜100rpm）では磁気攪拌装置、高速範囲（1000rpm以上）に対しては、攪拌羽根を使用した機械的攪拌装置が適している。
【００１３】
液状媒体としては、水系や有機溶媒系など基質に応じて適宜選択して用いればよい。有機系自己集合体を用いる場合には、これらは有機溶媒に溶ける恐れがあるので、溶媒は水溶性（水を８０％以上含むもの、混合溶媒の第２成分としては親水性の溶媒、アルコール、アセトン、ＴＨＦ、ジオキサンなどがよい）の溶媒が望ましい。
液状媒体中の繊維状自己集合体の濃度は1mg/1ml〜1mg/50ml程度が好ましい。多くの有機系自己集合体がこの濃度で形成するからである。
【００１４】
また、繊維状自己集合体を予め凍結乾燥処理すると、繊維状自己集合体が切れやすくなるため、凍結乾燥をしない場合と比べてより短時間で短いチューブ（特に、１μm以下）が得られる。
凍結乾燥の凍結温度は好ましくは−７０℃以下であり、液体窒素中で凍結することが簡便である。凍結乾燥の真空度は好ましくは２０Ｐａ以下、より好ましくは１．０Ｐａ以下である。凍結乾燥の時間は好ましくは２４時間以上、より好ましくは７２時間以上である。
以下、実施例にて本発明を例証するが本発明を限定することを意図するものではない。
【００１５】
製造例１
フラスコに、Ｄ−（＋）−グルコピラノース（Fluka社製、１．０ｇ、５．５５ミリモル）を採り、水５０ｍＬを加えて溶解した。これに炭酸水素アンモニウム（Wako社製）１０ｇをフラスコの底に結晶が析出するまで加えた。これを３〜５日間、３７℃の油浴中で磁気撹拌した。反応中飽和状態を保つために、炭酸水素アンモニウムをときどき加えた。炭酸水素アンモニウムの全体量は４０〜５０ｇであった。反応は薄層クロマトグラフィーにより追跡した（Ｒｆ値＝０．４０、展開溶媒：酢酸エチル／酢酸／メタノール／水（容積比４／３／３／１））。
後処理として反応系から未反応の炭酸水素アンモニウムを除くために、冷却して炭酸水素アンモニウムを結晶として析出させた。この方法以外にも、反応系に水を適当量加えて濃縮することで気化させたり、又は脱塩装置を利用して、未反応の炭酸水素アンモニウムを除いてもよい。このようにしてβ−Ｄ−グルコピラノシルアミンを得た。
【００１６】
製造例２
フラスコに、１１−ｃｉｓ−オクタデセノイック  アシド（WAKO社製、２８２ｍｇ、１．０ミリモル）をジメチルスルホキシド１ｍＬに溶解させたものを入れて、反応系とした。ＨＯＢｔ（WAKO社製、１５３ｍｇ、１．０ミリモル）及びＢＯＰ（WAKO社製、１．３３ｇ、３．０ミリモル）をジメチルスルホキシド１．５ｍＬに溶解させたものを、反応系に加え２５℃で１０分間磁気撹拌した。
次に、製造例１で得たβ−Ｄ−グルコピラノシルアミン（１．２４ｇ、６．９ミリモル）を反応系に加え、２５℃で５時間以上磁気撹拌して、反応させた。この反応は薄層クロマトグラフィーにより追跡した（Ｒｆ値＝０．５６、展開溶媒：クロロホルム／メタノール（容積比４／１））。
得られた粗生成物をクロロホルム／メタノール（容積比４／１）混合溶媒を溶出液としてシリカゲルカラムクロマトグラフィーを行い、次にメタノールを溶出液としてゲルろ過剤トヨパールＨＷ−４０Ｓカラムクロマトグラフィー（東ソー社製）を行い、白色固体のＮ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン（８５ｍｇ、収率１９％）を得た。
この生成物の物理的性質は次のとおりである。
融点：１４８℃
元素分析値（Ｃ24Ｈ45Ｏ6Ｎ）
Ｃ            Ｈ          Ｎ
計算値（％）    ６４．９８    １０．２２    ３．１６
実測値（％）    ６３．６８    １０．０２    ３．１６
【００１７】
製造例３
製造例２で得たＮ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン５ mgを１００ ml純水中に超音波で４０分間分散させて、その後１１０℃で１時間沸騰させた後、常温で冷却し、一晩置いた。形成した高いアスペクト比を持つ有機系自己集合体のSEM写真を図１に示す。この有機ナノチューブはアスペクト比が100以上、長さが数十μm〜百数十μmであることがわかった。
【実施例１】
【００１８】
製造例３の有機ナノチューブ懸濁液（純水１００ mlに対しＮ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン５ mg）20 mLを50ml容積の攪拌セル（MILLIPORE Stirred Ultrafiltration Cell, Model8050、撹拌はスターラと歯車式のホモジナイザーで行う。）に入れる。一定攪拌速度（500回転/分）にして、攪拌時間を変え、有機ナノチューブの長さの変化を調べた。
攪拌時間6時間の場合のTEM写真を図２に示す。長い有機ナノチューブが攪拌によって、切断され、短くなることがわかった。
また、各攪拌時間における有機ナノチューブ長さの分布を図３に示す。（ａ）撹拌10分において、平均長さ17μｍ、平均アスペクト比85、（ｂ）撹拌１時間において、平均長さ6.8μｍ、平均アスペクト比39、（ｃ）撹拌３時間において、平均長さ5.5μｍ、平均アスペクト比27.5、（ｄ）撹拌６時間において、平均長さ5.4μｍ、平均アスペクト比27であった。攪拌時間を長くすることによって、有機ナノチューブの平均長さは短くなり、ある時間以上になると、例えば、撹拌時間が１時間以上、特に３時間以上で、その長さは一定になり、アスペクト比も一定値以下に制御されていることが分かる。
【実施例２】
【００１９】
本実施例では、実施例１と同様の系において、有機ナノチューブの長さに対する攪拌速度の影響を調べた。
攪拌速度によるナノチューブ長さの分布を図４に示す。（ａ）撹拌速度200回転/分において、平均長さ6.1μｍ、平均アスペクト比30.5、（ｂ）撹拌速度500回転/分において、平均長さ5.1μｍ、平均アスペクト比25.5、（ｃ）撹拌速度750回転/分において、平均長さ3.6μｍ、平均アスペクト比18であった。
また、攪拌時間が１時間、攪拌速度は500回転/分の場合のナノチューブのTEM写真を図５に示す。
これらから、ナノチューブは、攪拌によって、切断されて短くなり、平均長さは攪拌速度を速くすることによって、例えば、攪拌速度が500回転/分以上、特に750回転/分以上で、短くなることがわかった。
【実施例３】
【００２０】
製造例３の有機ナノチューブ懸濁液（純水１００ mlに対しＮ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン５ mg）を液体窒素中に完全凍結まで置く（10分間以上）。その後凍結乾燥機に移して、真空(真空度1.0 Pa)で72時間乾燥した。
20 mLの凍結乾燥した有機ナノチューブ懸濁液を50ml容積の攪拌セル（上記と同様）に入れ、攪拌速度を一定（500回転/分）にして、有機ナノチューブの長さに対する攪拌時間の影響を調べた。
各攪拌時間における有機ナノチューブ長さの分布を図６に示す。（ａ）撹拌10分において、平均長さ3.9μｍ、平均アスペクト比19.5、（ｂ）撹拌30分において、平均長さ3.7μｍ、平均アスペクト比18.5、（ｃ）撹拌１時間において、平均長さ3.5μｍ、平均アスペクト比17.5、（ｄ）撹拌３時間において、平均長さ3.1μｍ、平均アスペクト比15.5であった。
凍結乾燥処理することによって、脂質二重膜間に存在する水素結合ネットワークが崩壊するので、脂質ナノチューブが切れやすくなると考えられる。凍結乾燥をしない脂質ナノチューブと比べて凍結乾燥したほうが1μm以下の長さのものが数多く観察され、より短時間で、短いチューブ（１μm以下）が得られたことがわかる。
また処理後のナノチューブのTEM写真及びSEM写真を図７〜９に示す。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
アスペクト比の小さい、短いチューブ（１μm以下）はマイクロ電子機械システム（いわゆる、MEMS）の部品、ナノデバイスとして応用できる。また、薬物質運送システム（DDS）に用いた場合には、有機ナノチューブに内包した薬分子の釈放速度はチューブの長さにより決まるため、ゆっくり放出したい時には長いチューブ、速く放出したい場合に短いチューブを使用することにより必要な釈放速度に対応することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】自己集合によって形成したナノチューブのSEM写真を示す図である。
【図２】切断されたナノチューブのTEM写真を示す図である（攪拌速度500回転/分, 攪拌時間時間６時間）。
【図３】各攪拌時間におけるナノチューブの長さ分布を示す図である（攪拌速度500回転/分）。（ａ）撹拌時間10分、（ｂ）撹拌時間１時間、（ｃ）撹拌時間３時間、（ｄ）撹拌時間６時間
【図４】各攪拌速度各攪拌時間におけるナノチューブの長さ分布を示す図である（攪拌時間1時間）。（ａ）撹拌速度200回転/分、（ｂ）撹拌速度500回転/分、（ｃ）撹拌速度750回転/分
【図５】切断されたナノチューブのTEM写真を示す図である（攪拌速度500回転/分, 攪拌時間1時間）。
【図６】凍結乾燥された後切断されたナノチューブの各攪拌時間における長さ分布を示す図である（攪拌速度500回転/分）。（ａ）撹拌時間10分、（ｂ）撹拌時間30分、（ｃ）撹拌時間１時間、（ｄ）撹拌時間３時間
【図７】凍結乾燥された後切断されたナノチューブの低倍率TEM写真を示す図である（攪拌速度500回転/分, 攪拌時間10分）。
【図８】凍結乾燥された後切断されたナノチューブの高倍率TME写真を示す図である（攪拌速度500回転/分, 攪拌時間10分）。
【図９】凍結乾燥された後切断されたナノチューブのSEM写真を示す図である（攪拌速度500回転/分, 攪拌時間10分）。
【図３】
2005096014.tif 000003
【図４】
2005096014.tif 000004
【図６】
2005096014.tif 000005
【図１】
2005096014.tif 000006
【図２】
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【図５】
2005096014.tif 000008
【図７】
2005096014.tif 000009
【図８】
2005096014.tif 000010
【図９】
2005096014.tif 000011