(57)【要約】【課題】シリコンナノシートに対して結合能を有するペプチドを提供する。【解決手段】１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有するペプチドは、シリコンナノシートに対する結合能を有しうる。シリコンナノシートに対して本ペプチドを結合させることで、シリコンナノシートの表面特性を改変できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンナノシートに対する結合剤であって、
１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有し、
シリコンナノシートに対する結合能を有するペプチドである、結合剤。
【請求項２】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２以上の前記塩基性アミノ酸残基が連続する第１の部分配列を有する、請求項１に記載の結合剤。
【請求項３】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２つの前記塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の１つのアミノ酸残基を介して配列する第２の部分配列を有する、請求項１又は２に記載の結合剤。
【請求項４】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２つの前記塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の２つのアミノ酸残基を介して配列する第３の部分配列を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の結合剤。
【請求項５】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２つの前記塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の３つのアミノ酸残基を介して配列する第４の部分配列を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の結合剤。
【請求項６】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、前記第１の部分配列と前記第２の部分配列とを有する、請求項２〜５のいずれかに記載の結合剤。
【請求項７】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、前記塩基性アミノ酸残基と疎水性アミノ酸残基とのみからなる又はさらに３個以下の極性アミノ酸からなるアミノ酸配列である、請求項１〜６のいずれかに記載の結合剤。
【請求項８】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、アミノ酸残基数が７個以上１２個以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の結合剤。
【請求項９】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、環状構造を有する、請求項１〜８のいずれかに記載の結合剤。
【請求項１０】
前記ペプチド領域は、さらに、前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列のＮ末端側及びＣ末端側に、前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列を環状化するための第２のアミノ酸配列を備える、請求項９に記載の結合剤。
【請求項１１】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２以上の前記塩基性アミノ酸残基を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の結合剤。
【請求項１２】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、３以上の前記塩基性アミノ酸残基を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の結合剤。
【請求項１３】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、５個以上の前記塩基性アミノ酸残基を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載の結合剤。
【請求項１４】
前記塩基性アミノ酸残基は、アルギニンを含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の結合剤。
【請求項１５】
前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、以下の（ａ）及び（ｂ）のアミノ酸配列又はその一部を有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の結合剤。
（ａ）Arg-Arg-Arg-X1-X2-Arg-X3-X4-Arg（X1及びX2は、それぞれ疎水性アミノ残基を示し、X3及びX4は、それぞれ極性アミノ酸残基を示す。）（配列番号１８）
（ｂ）Arg-Arg-X11-Arg-His-X12-Arg-X13-X14-Arg（X11〜X14は、それぞれ疎水性アミノ残基を示す。）（配列番号１９）
【請求項１６】
シリコンナノシートの分散剤であって、
１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有し、
シリコンナノシートに対する結合能を有するペプチドを含む、分散剤。
【請求項１７】
シリコンナノシート複合材料であって、
シリコンナノシートと、
前記シリコンナノシートに結合される１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有するペプチドと、
を備える、複合材料。
【請求項１８】
前記ペプチドの少なくとも一部を介して有機材料又は無機材料を備える、請求項１７に記載の複合材料。
【請求項１９】
シリコンナノシート複合材材料の製造方法であって、
シリコンナノシートと、１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有するペプチドと、を接触させて、前記シリコンナノシートと前記ペプチドとを結合させて複合化する工程、
を備える、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、シリコンナノシートに対して結合能を有するペプチドとその利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンナノシートは、シリコン原子層の単層又は複数層を有する構造体である。シリコン原子層は、概して、シリコン原子で構成された六員環が複数連なった構造を有している（特許文献１）。シリコンナノシートは、バルクシリコン（１１１）と同じ結晶構造を有することもできる。このため、シリコンナノシートは、次世代の電子材料として期待されている。
【０００３】
シリコンナノシートは、電子材料ほか様々な用途が期待される。しかしながら、概して、高アスペクト比の２次元シート構造を有するため、凝集しやすく、分散が容易でない。用途開発には、シリコンナノシートの表面特性を改質して分散性を向上させることも重要である。
【０００４】
そこで、シリコンナノシートの表面特性を改変するための技術が種々報告されている（特許文献１〜６）。例えば、シリコンナノシートに有機側鎖を導入するなどの化学修飾が挙げられる。貴金属触媒によるヒドロシリル化反応の利用（特許文献１、２）、アルキルアミン化の利用（特許文献３、４）、グリ二ヤール試薬の利用（特許文献５）及びシランカップリング試薬の利用（特許文献６）が報告されている。
【０００５】
また、近年、金属原子を識別して結合するペプチドが存在することが報告されており、電子材料とペプチドとの複合化も試みられている（特許文献７〜９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2008-69301号公報
【特許文献２】特開2008-235785号公報
【特許文献３】特開2010-215895号公報
【特許文献４】再公表2006-9073号公報
【特許文献５】特開2011-037947号公報
【特許文献６】特開2010-132640号公報
【特許文献７】特表2013-531618号公報
【特許文献８】特開2015-40208号公報
【特許文献９】特開2015-82985号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献記載によるシリコンナノシートの化学修飾による特性改善は、複雑かつ多段階の反応工程が必要であり、生成物の収率も十分ではなかった。また、シリコンナノシートに結合するペプチドは報告されていない。
【０００８】
そこで、本明細書は、シリコンナノシートに対して結合能を有するペプチド及びその利用を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、シリコンナノシートとペプチドによる修飾又は複合化による特性改善について着目した。シリコンナノシートに結合性を有するペプチドをスクリーニングすることにより、シリコンナノシート結合能を有するペプチドを見出した。本明細書は、こうした知見に基づき以下の手段を提供する。
【００１０】
（１）シリコンナノシートに対する結合剤であって、
１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有し、
シリコンナノシートに対する結合能を有するペプチドを含む、結合剤。
（２）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２以上の前記塩基性アミノ酸残基が連続する第１の部分配列を有する、（１）に記載の結合剤。
（３）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２つの前記塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の１つのアミノ酸残基を介して配列する第２の部分配列を有する、（１）又は（２）に記載の結合剤。
（４）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２つの前記塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の２つのアミノ酸残基を介して配列する第３の部分配列を有する、（１）〜（３）のいずれかに記載の結合剤。
（５）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２つの前記塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の３つのアミノ酸残基を介して配列する第４の部分配列を有する、（１）〜（４）のいずれかに記載の結合剤。
（６）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、少なくとも前記第１の部分配列と前記第２の部分配列とを有する、（２）〜（５）のいずれかに記載の結合剤。
（７）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、前記塩基性アミノ酸残基と、疎水性アミノ酸残基と、のみからなる又はさらに３個以下の極性アミノ酸からなる、（１）〜（６）のいずれかに記載の結合剤。
（８）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、アミノ酸残基数が７個以上１２個以下である、（１）〜（７）のいずれかに記載の結合剤。
（９）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、環状構造を有する、（１）〜（８）のいずれかに記載の結合剤。
（１０）前記ペプチド領域は、さらに、前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列のＮ末端側及びＣ末端側に、前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列を環状化するための第２のアミノ酸配列を備える、（９）に記載の結合剤。
（１１）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、２以上の前記塩基性アミノ酸残基を含む、（１）〜（１０）のいずれかに記載の結合剤。
（１２）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、３以上の前記塩基性アミノ酸残基を含む、（１）〜（１１）のいずれかに記載の結合剤。
（１３）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、５個以上の前記塩基性アミノ酸残基を有する、（１）〜（１２）のいずれかに記載の結合剤。
（１４）前記塩基性アミノ酸残基は、アルギニンを含む、（１）〜（１３）のいずれかに記載の結合剤。
（１５）前記１又は２以上の第１のアミノ酸配列は、以下の（ａ）及び（ｂ）のアミノ酸配列を有する、（１）〜（１３）のいずれかに記載の結合剤。
（ａ）Arg-Arg-Arg-X1-X2-Arg-X3-X4-Arg（X1及びX2は、それぞれ疎水性アミノ残基を示し、X3及びX4は、それぞれ極性アミノ酸残基を示す。）（配列番号１８）
（ｂ）Arg-Arg-X11-Arg-His-X12-Arg-X13-X14-Arg（X11〜X14は、それぞれ疎水性アミノ残基を示す。）（配列番号１９）
（１６）シリコンナノシートの分散剤であって、
１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有し、
シリコンナノシートに対する結合能を有するペプチドを含む、分散剤。
（１７）シリコンナノシート複合材料であって、
シリコンナノシートと、
前記シリコンナノシートに結合される１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有するペプチドと、
を備える、複合材料。
（１８）前記ペプチドの少なくとも一部を介して有機材料又は無機材料を備える、（１７）に記載の複合材料。
（１９）シリコンナノシート複合材材料の製造方法であって、
シリコンナノシートと、１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有するペプチドと、を接触させて、前記シリコンナノシートと前記ペプチドとを結合させて複合化する工程、
を備える、製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シリコンナノシート結合能を呈したファージが備えるペプチドのアミノ酸配列等を示す図である。
【図２】シリコンナノシートに対する単クローンファージの結合能の評価結果を示す図である。
【図３】シリコンナノシート結合能を提示した単クローンファージと公知タンパク質との結合評価結果を示す図である。
【図４】シリコンナノシート結合能を示したペプチドに基づく合成ペプチド及びレアアースアイース結合能を示す合成ペプチドを示す図である。
【図５】シリコンナノシートに対する合成ペプチドの結合能の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書の開示は、シリコンナノシートに対して結合能を有するペプチド（以下、本ペプチドともいう。）及び当該ペプチドを有する結合剤（以下、本結合剤ともいう。）に関する。本ペプチドは、１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有している。本明細書の開示を限定するものではないが、ペプチドライブラリーの設計上、得られるペプチドにおいていずれか一つの塩基性アミノ酸が出現する確率は12.5％であり、さらに、3つ以上の塩基性アミノ酸が出現する確率は0.2％以下である。これらの結果は、ペプチド中の塩基性アミノ酸が、シリコンナノシートとの結合に重要であることを示している。シリコンナノシートには、層状シリコン上には水酸基が付加されていることから、水酸基と塩基性アミノ酸との間の静電相互作用が示唆される。
【００１３】
本ペプチドによれば、シリコンナノシートに結合して、シリコンナノシートの表面構造を、ペプチドの構造やペプチドが有する官能基に基づく水親和性等により修飾することができる。したがって、本ペプチドにより、シリコンナノシートの構造、例えば、高アスペクト比や表面特性等による凝集性や分散困難性を抑制又は回避して溶媒に対する分散性等を向上させることができる。
【００１４】
なお、シリコンナノシートの凝集抑制及び分散は、単層のシリコンナノシートの凝集抑制や分散のほか、積層したシリコンナノシートの凝集抑制や分散も意味している。さらに、シリコンナノシートの凝集抑制や分散性の向上は、特に、水や緩衝液などの水を主体とする水性溶媒、水親和性の有機溶媒、水親和性の低い有機溶媒、及びこれらの混液などの各種溶媒中でのシリコンナノシートの凝集抑制や分散性向上を意味している。
【００１５】
また、本ペプチドによれば、シリコンナノシートに対してペプチドの骨格やペプチドの官能基を付与することができるため、こうした構造に基づきシリコンナノシートに有機材料や無機材料を複合化することができる。
【００１６】
本明細書において、シリコンナノシートとは、２次元方向に周期的に配列したシリコン原子がＳｉ−Ｓｉ結合により互いに結合しているシリコン単原子層を含むシリコンナノシート及びその積層体をいう。単位ユニット当たりの組成式はＳｉ６Ｈn(ＯＨ)6-n（0＜n≦6）で表される。各種態様のシリコンナノシート及びその製造方法等については、特願2006-250643、特願2006-529148、特願2007-76842、特願2009-184534、特願2009-232392及び特願2010-3790に開示されている。当業者であれば、これらにおける開示を参照してシリコンナノシートを製造することができる。
【００１７】
また、本明細書においてシリコンナノシートの厚さは、特に限定するものではないが、０．５ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。また、なかでも、単層シリコンナノシートは、０．６ｎｍ〜０．８ｎｍとすることができる。また、複数層のシリコン原子層の積層体からなるシリコンナノシートは、その厚さは、シリコン原子層の積層数に比例して厚くなる。例えば、その厚さが１０〜２０ｎｍ程度とすることもできる。また、シリコンナノシートの大きさは、特に限定するものではないが、縦×横が、それぞれ１０ｎｍ〜１０μｍであってもよい。一般に、シリコンナノシートの縦又は横が１０ｎｍ未満であると、ナノシートが液体中において再凝集しやすくなる。一方、シリコンナノシートの縦又は横が１μｍを超えると、ナノシートが沈殿しやすくなる。ナノシートの再凝集や沈殿を抑制するには、ナノシートの縦及び横は、０．１〜１０μｍが好ましく、５０ｎｍ〜１０００ｎｍがより好ましい。
【００１８】
シリコンナノシートは、Ｓｉ６Ｈn(ＯＨ)6-n（0＜n≦6）の組成式で表される領域を有していればよく、ダイヤモンドタイプであってもグラファイトタイプであってもよい。また、例えば、一部に有機基等が導入されて修飾されたシリコンナノシートを排除するものではないが、こうした有機基導入が特にほどこされてないシリコンナノシートとすることができる。
【００１９】
以下、本ペプチド、本結合剤、シリコンナノシート複合材料、シリコンナノシート複合材料の製造方法等の各種形態について詳細に説明する。
【００２０】
（本ペプチド）
本ペプチドは、１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチドである。これにより、シリコンナノシートに対する結合能を有している。このため、本ペプチドは、シリコンナノシートに対する結合剤として利用できるほか、凝集抑制剤、分散剤として用いることができる。さらに、本ペプチドは、シリコンナノシートを有機材料及び／又は無機材料等で修飾するための仲介剤としても用いることができる。
【００２１】
本ペプチドは、１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を有する１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有する。
【００２２】
（第１のアミノ酸配列）
第１のアミノ酸配列は、本ペプチドのシリコンナノシートに対する結合能を特徴付けることができるアミノ酸配列である。第１のアミノ酸配列は、以下で説明する塩基性アミノ酸残基を含む配列上の特徴を有する配列として、アミノ酸残基数が少なくとも２個、好ましくは３個、より好ましくは４個、さらに好ましくは５個、なお好ましくは６個、さらにまた好ましくは７個、より好ましくは８個以上の配列である。
【００２３】
第１のアミノ酸配列のアミノ酸残基数の上限は、特に限定しないが、以下に説明する各種態様の配列上の特徴を備えるものであればよい。例えば、本ペプチドが環状構造を有する場合には、環状化に寄与するペプチド部位を含まない配列であって、そのアミノ酸残基数が７個以上１２個以下程度とすることができる。また、例えば、第１のアミノ酸配列のアミノ酸残基数は、Ｎ末端及びＣ末端がそれぞれ塩基性アミノ酸残基とする一続きのアミノ酸配列とすることもできる。
【００２４】
第１のアミノ酸配列に含まれる塩基性アミノ酸残基のアミノ酸は、アルギニン（Arg、Ｒ）、ヒスチジン（His、Ｈ）及びリシン（Lys、Ｋ）に基づくアミノ酸のほか、これらの天然アミノ酸に基づく誘導体で塩基性を備えるアミノ酸が挙げられる。
【００２５】
塩基性アミノ酸残基は、アルギニン、ヒスチジン及びリシンの天然アミノ酸残基が好ましいが、等電点（ｐＨ）の観点（アルギニン：10.76、リシン：9.74、ヒスチジン：7.59）から、より好ましくはアルギニン及びリシンであり、さらに好ましくはアルギニンである。
【００２６】
なお、本明細書において疎水性アミノ酸は、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、メチオニン、トリプトファン、フェニルアラニン、プロリンを含むことができる。また、本明細書において、酸性アミノ酸は、グリシン、セリン、トリオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、グルタミンを含むことができる。また、本明細書において、酸性アミノ酸は、アスパラギン酸及びグルタミン酸を含むことができる。
【００２７】
本ペプチドにおける塩基性アミノ酸残基は、１又は２以上を組み合わせて用いることができる。なお、アミノ酸には、Ｌ体及びＤ体があるが、本ペプチド全体においてＬ体又はＤ体で統一されることが好ましい。本ペプチドにおけるアミノ酸残基はＬ体であることが好ましい。
【００２８】
第１のアミノ酸配列は、少なくとも１つの塩基性アミノ酸残基を有するが、好ましくは、２つ以上の塩基性アミノ酸残基を有する。より好ましくは、３つ以上であり、さらに好ましくは４つ以上であり、なお好ましくは５つ以上である。また、６つ以上であってもよい。
【００２９】
第１のアミノ酸配列は、２以上の塩基性アミノ酸残基を一定の態様で備えていることが好ましい場合がある。例えば、第１のアミノ酸配列は、２以上の塩基性アミノ酸残基が連続する第１の部分配列を有することができる。本明細書における開示を拘束するものではないが、かかる第１の部分配列は、シリコンナノシートに対する結合能に優れるペプチドが有することが多い。
【００３０】
第１の部分配列は、２つの塩基性アミノ酸残基が連続するものであればよく、３つ又は
４つ以上の塩基性アミノ酸残基が連続するものであってもよい。また、２つ以上の塩基性アミノ酸残基は、同一であってもよいし異なっていてもよい。
【００３１】
例示としてSCRRIRHWRPWRGCS（配列番号１）を参照用アミノ酸配列として説明すると、上記参照用アミノ酸配列においては、第３位及び第４位の部分配列（ＲＲ）と第６位〜７位の部分配列（ＲＨ）が第１の部分配列となる。
【００３２】
第１のアミノ酸配列は、２つの塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の１つのアミノ酸残基を介して配列する第２の部分配列を有することができる。本明細書の開示を拘束するものではないが、かかる第２の部分配列は、シリコンナノシートに対する結合能に優れるペプチドが有することが多い。
【００３３】
第２の部分配列における他のアミノ酸残基は、好ましくは塩基性アミノ酸残基及び酸性アミノ酸残基以外のアミノ酸残基である。すなわち、疎水性アミノ酸残基又は極性アミノ酸残基である。疎水性アミノ酸残基の疎水性アミノ酸としては、フェニルアラニン、トリプトファン、バリン、ロイシン、イソロイシン等が好ましい。より好ましくはフェニルアラニン、バリン、ロイシン、プロリンであり、さらに好ましくはフェニルアラニン、バリン、ロイシンである。また、極性アミノ酸残基の極性アミノ酸としては、グリシン、チロシン、グルタミン、セリン、トレオニン等が好ましい。より好ましくはグリシン、チロシンである。
【００３４】
第２の部分配列を構成する２つの塩基性アミノ酸残基は、同一であってもよいし異なっていてもよい。
【００３５】
上記参照用アミノ酸配列においては、第４位〜６位の部分配列（ＲＩＲ）、第７位〜９位の部分配列（HWR）が第２の部分配列となる。
【００３６】
第１のアミノ酸配列は、２つの塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の２つのアミノ酸残基を介して配列する第３の部分配列を有することができる。本明細書の開示を拘束するものではないが、かかる第３の部分配列は、シリコンナノシートに対する結合能に優れるペプチドが有することが多い。
【００３７】
第３の部分配列における他のアミノ酸残基は、第２の部分配列と同様のアミノ酸残基が挙げられる。２つの他のアミノ酸残基は、酸性アミノ酸残基及び／又は疎水性アミノ酸残基であればよく、同一であっても異なっていてもよい。
【００３８】
上記参照用アミノ酸配列においては、第９位〜１１位の部分配列（RPWR）が第３の部分配列となる。
【００３９】
第１のアミノ酸配列は、２つの塩基性アミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基以外の他の３つ又４つのアミノ酸残基を介して配列する第４の部分配列を有していてもよい。一方、第１のアミノ酸配列は、２つの塩基性アミノ酸残基が５つを超える他のアミノ酸残基を介して配列するような部分配列を有していないことが好ましい。これらの部分配列における他のアミノ酸残基は、第２の部分配列と同様のアミノ酸残基が挙げられる。これらの他のアミノ酸残基は、酸性アミノ酸残基及び／又は疎水性アミノ酸残基であればよく、同一であっても異なっていてもよい。
【００４０】
第１のアミノ酸配列は、第１の部分配列、第２の部分配列及び第３の部分配列のいずれかの部分配列を有していることが好ましい。さらに、第４の部分配列を有することもできる。第１のアミノ酸配列は、こうした塩基性アミノ酸残基についての特徴的部分配列を、好ましくは２個以上、より好ましくは３個以上備えている。
【００４１】
第１のアミノ酸配列は、また、好ましくは、少なくとも第１の部分配列を有している。さらに、第１のアミノ酸配列は、好ましくは、第１の部分配列及び第２の部分配列を有している。また、好ましくは第１の部分配列と第３の部分配列とを有している。第１のアミノ酸配列は、また、好ましくは第２の部分配列と第３の部分配列とを有している。また、好ましくは第１、第２及び第３の部分配列を有している。
【００４２】
上記参照用アミノ酸配列においては、上述のとおり、第１の部分配列、第２の部分配列及び第３の部分配列を有している。
【００４３】
第１のアミノ酸配列は、例えば、Ｎ末端及びＣ末端を塩基性アミノ酸残基とし、第１の部分配列、第２の部分配列、第３の部分配列及び第４の部分配列から選択される少なくとも１個、好ましくは２個以上又は３個以上の前記部分配列によって規定される。こうして規定した第１のアミノ酸配列は、好ましくはその全アミノ酸残基数に対して塩基性アミノ酸残基を４０％以上、より好ましくは４５％以上、さらに好ましくは５０％以上、なお好ましくは５５％以上、一層好ましくは６０％以上、より一層好ましくは６５％以上、さらに一層好ましくは７０％以上、なお一層好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８０％以上備えることができる。
【００４４】
第１のアミノ酸配列は、塩基性アミノ酸残基と疎水性アミノ酸残基とのみからなることができる。また、第１のアミノ酸配列は、塩基性アミノ酸残基と、疎水性アミノ酸残基と、３個以下の極性アミノ酸とのみからなることができる。本明細書の開示を拘束するものではないが、酸性アミノ酸残基は、シリコンナノシートに対する親和性を低減させるものと推認される。極性アミノ酸残基が４個を超えると、第１のアミノ酸配列の極性が高まりすぎて、塩基性アミノ酸残基を有していても、シリコンナノシートとの相互作用が低下すると考えられる。好ましくは、極性アミノ酸残基は、２個以下又は１個である。また、好ましくは、極性アミノ酸残基を含まない。
【００４５】
第１のアミノ酸配列は、環状構造を有することができる。本明細書の開示を拘束するものではないが、第１のアミノ酸配列が環状構造を有することにより、塩基性アミノ酸残基とシリコンナノシートとの相互作用の発現が促進されると推認される。
【００４６】
第１のアミノ酸配列が環状構造を有するとは、例えば、本ペプチドが、第１のアミノ酸配列に加えて、さらに、そのＮ末端とＣ末端とに、ジスルフィド結合を形成するＳＨ基などを有する化合物を導入して、還元条件下に本ペプチドを置くことによりジスルフィド結合を形成させることにより得ることができる。典型的には、第１のアミノ酸配列のＮ末端側及びＣ末端側に、それぞれシステインなどのＳＨ基を含む第２のアミノ酸配列を備えるようにすることで、環状化可能な又は環状化された第１のアミノ酸配列を有するペプチドを取得できる。
【００４７】
環状構造の大きさ、すなわち、環状構造を構成するアミノ酸残基の数（環状構造に寄与するシステインなどの２つの導入基の間のアミノ酸残基の数である（ただし、当該２つの導入基は含まないものとする。））は、特に限定しないが、例えば、４個以上とすることができ、好ましくは６個以上であり、より好ましくは７個以上である、より好ましくは８個以上である。また、９個以上であってもよく、１０個以上であってもよく、１１個程度であってもよい。
【００４８】
第１のアミノ酸配列は、例えば、以下のアミノ酸配列又はその一部とすることができる。すなわち、第１のアミノ酸配列は、以下に示すアミノ酸配列において塩基性アミノ酸残基を両末端に備えるアミノ酸配列とすることができるほか、第１の部分配列、第２の部分配列及び第３の部分配列など、上記した各種の特徴を１又は２以上備えるアミノ酸配列とすることができる。なお、以下のアミノ酸配列において、Ｂは共通して塩基性アミノ酸残基を示す。
【００４９】
（１）Z1Z2Z3Z4BBZ5Z6（Z1〜Z3、Z5及びZ6は疎水性アミノ酸残基を示し、Z4は極性アミノ酸残基を示す。）（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BB等が挙げられる。）
（２）BBZ7Z8Z9Z10BZ11B（Z7〜Z9、Z11は疎水性アミノ酸残基を示し、Z10は極性アミノ酸残基を示す。）（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BB、BZ11B、BZ7Z8Z9Z10B又はBBZ7Z8Z9Z10B又はBBZ7Z8Z9Z10BZ11Bが挙げられる。）
（３）Z12BZ13Z14Z15BBBB(Z12、Z13は極性アミノ酸残基を示し、Z14及びZ15は疎水性アミノ酸残基を示す。)（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BZ13Z14Z15B、BZ13Z14Z15BBBB、BB等が挙げられる。）
（４）BBZ16Z17Z18Z19BZ20Z21（Z16、Z18、Z19は、疎水性アミノ酸残基を示し、Z17、Z20、Z21は極性アミノ酸残基を示す。）（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BB、BZ16Z17Z18Z19B、BBZ16Z17Z18Z19B等が挙げられる。）
（５）Z22Z23BBZ24BZ25BB(Z22、Z23は酸性アミノ酸残基を示し、Z24、Z25は疎水性アミノ酸残基を示す。)（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BB、BBZ24B、BZ25B、BZ25BB等が挙げられる。）
（６）BBZ26BZ27Z28Z29BB（Z26、Z29は酸性アミノ酸残基を示し、Z27、Z28は疎水性アミノ酸残基を示す。）（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BB、BBZ26B、BZ27Z28Z29B又はBZ27Z28Z29BB等が挙げられる。）
（７）BBBZ30Z31BZ32BZ33Z34B(Z30、Z31、Z32は疎水性アミノ酸残基を示し、Z33、Z34は酸性アミノ酸残基を示す。)（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BB、BBB、BZ30Z31B、BZ32B、BZ33Z34B、BZ30Z31BZ32BZ33Z34B等が挙げられる。）
（８）BBZ35BBZ36BZ37Z38BZ39（Z35、Z36、Z37、Z38は疎水性アミノ酸残基を示し、Z39は酸性アミノ酸残基を示す。）（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BB、BZ35B、BBZ36B、BZ37Z38B、BZ35BBZ36BZ37Z38B等が挙げられる。）
（９）BZ40BZ41Z42Z43BBZ44BZ45（Z40、Z43、Z45は疎水性アミノ酸残基を示し、Z41、Z42、Z44は酸性アミノ酸残基を示す。）（第１のアミノ酸配列としては、全体配列のほか、BZ40B、BZ41Z42Z43B、BBZ44B等が挙げられる。）
【００５０】
上記（１）〜（９）に示す第１のアミノ酸配列において、塩基性アミノ酸残基Ｂについては、疎水性アミノ酸残基及び極性アミノ酸残基については既に説明したようなアミノ酸残基の態様を適用できる。第１のアミノ酸配列としては、例えば、以下のアミノ酸配列を好ましく例示できる。
（ａ）Arg-Arg-Arg-X1-X2-Arg-X3-X4-Arg（X1及びX2は、それぞれ疎水性アミノ残基を示し、X3及びX4は、それぞれ極性アミノ酸残基を示す。）（配列番号１８）
（ｂ）Arg-Arg-X11-Arg-His-X12-Arg-X13-X14-Arg（X11〜X14は、それぞれ疎水性アミノ残基を示す。）（配列番号１９）
【００５１】
第１のアミノ酸配列は、好ましくは以下のアミノ酸配列又は上記（１）〜（９）で説明したのと同様にその一部とすることができる。以下の表において、塩基性アミノ酸残基は太字イタリックで示し、疎水性アミノ酸残基は下線を付与して表し、極性アミノ酸残基は太字イタリックでなく下線なしで示す。また、併せて、塩基性アミノ酸残基数（ａ）、全残基数、塩基性アミノ酸残基間の残基数（ｂ）、ａ／ｂ％を示す。なお、以下の表に示すアミノ酸配列において、塩基性アミノ残基は、以下に示すもののほか、アルギニン（Ｒ）、リシン（Ｋ）及びヒスチジン（Ｈ）のいずれかでありうる。同様に、疎水性アミノ酸残基も、以下に示すもののほか、他の疎水性アミノ酸残基でありうる。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
本ペプチドは、こうした第１のアミノ酸配列を１又は２以上備えることができる。すなわち、本ペプチドは、こうした第１のアミノ酸配列を１又は２以上を含むアミノ酸配列からなる一続きのペプチド領域を有している。本ペプチドが有する２以上の第１のアミノ酸配列は、同一であっても異なっていてもよい。また、それぞれ環状化されていてもよいし、環状化されていなくてもよい。
【００５４】
本ペプチドが有する第１のアミノ酸配列は、シリコンナノシートに対する結合能を有している。シリコンナノシートに対する結合能は、本ペプチドが変性しないバッファなどの存在下で本ペプチドとシリコンナノシートとを接触させたのち、シリコンナノシートを遠心分離等により分離し、シリコンナノシートと結合しているペプチドを、検出することにより行うことができる。ペプチドを検出するには、ペプチドを予め公知の標識物資や標識物質に結合可能な物質で修飾しておくことにより可能である。ペプチドと接触後のシリコンナノシートを分離して、シリコンナノシートにおいて検出されるペプチド由来のシグナルを検出することにより、そのペプチドが有するシリコンナノシートに対する結合能の有無やその程度を評価することができる。
【００５５】
本ペプチドには、１又は２以上の第１のアミノ酸配列のほか、第１のアミノ酸配列の環状化のための第２のアミノ酸配列を含むことができる。また、本ペプチドには、第１のアミノ酸配列のほか、さらに別の所望の機能を発揮できるアミノ酸配列を含めることもできる。例えば、抗体又はその一部、酵素又はその一部、膜タンパク質又はその一部、抗原又はその一部などの各種生化学的な機能を発揮するタンパク質のアミノ酸配列、公知の金属原子や炭酸塩や水酸化物などの各種形態の金属塩を捕捉可能なペプチドのアミノ酸配列等が挙げられる。本ペプチドにこうした所望のペプチドのアミノ酸配列を複合化することで、当該所望のペプチドに基づく機能とシリコンナノシートとの複合化が可能となる。
【００５６】
本ペプチドは、公知の化学合成法で合成することができるほか、微生物等を用いて遺伝子工学的に取得することができる。このようなペプチドを取得する技術は、当業者において周知である。
【００５７】
以上説明したように、本ペプチドは、シリコンナノシート結合能を有することができる。また、本ペプチドが有するこうしたシリコンナノシート結合能に基づき、本ペプチドをシリコンナノシートへの結合剤、シリコンナノシートの凝集抑制剤、シリコンナノシートの分散剤として用いることができる。本ペプチドとシリコンナノシートとの結合により、シリコンナノシートの表面特性を変化させることで、従来、煩雑であったシリコンナノシートの有機修飾を省略又は回避して簡易に凝集性が抑制された又は分散性の向上されたシリコンナノシートを得ることができる。
【００５８】
さらに、本ペプチドをシリコンナノシートに結合させることにより、シリコンナノシートの表面特性を変化させることができるだけでなく、本ペプチドが有する官能基等を利用して有機材料をシリコンナノシートに容易に導入することができるようになる。例えば、ペプチド中のペプチド結合のほか、アミノ酸残基が有することがあるアミノ基、カルボキシル基、ＳＨ基、ＯＨ基を介して、各種の有機官能基や有機化合物を導入して、シリコンナノシートに他の材料に由来する特性を合せ有するシリコンナノシートとの複合材料を得ることができる。
【００５９】
また、本ペプチドには、シリコンナノシート結合性のほか、他の金属原子や無機化合物を捕捉する機能を有するペプチドを連結することも可能である。こうした機能を用いることにより、シリコンナノシートと他の金属原子や無機化合物などの無機材料との複合材料を得ることができる。
【００６０】
（シリコンナノシート複合材料）
本明細書に開示されるシリコンナノシート複合材料は、シリコンナノシートと、シリコンナノシートに結合される本ペプチドと、を備えることができる。既に説明したように、本ペプチドは、その１又は２以上の塩基性アミノ酸残基によってシリコンナノシートに対する結合能を備えることができる。これにより、シリコンナノシートと複合化し、シリコンナノシートと本ペプチドとが複合化した複合材料となる。本複合材料によれば、既に説明したように、シリコンナノシートに対して本ペプチド自体によって新たな特性を付与できるほか、本ペプチドを介してシリコンナノシートの修飾や高機能化が可能となる。
【００６１】
本複合材料は、本ペプチドの少なくとも一部を介して有機材料を備えることができる。本ペプチドのかかる一部としては、既述のとおり、アミノ酸残基自体のほか、その一部である、ペプチド結合、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、ＳＨ基等が挙げられる。こうした官能基を介して、直接的にあるいはさらに連結基を介して間接的に有機材料を結合させることは当業者において周知である。
【００６２】
また、本複合材料は、本ペプチドが有しうる金属化合物、金属及び金属イオン結合性のあるアミノ酸配列に基づいて、無機材料を備えることもできる。こうしたペプチドとしては、例えば、金、白金、パラジウム、銀、銅、鉄、カルシウム、チタン、レアアース等が挙げられる。こうした金属結合性を有するペプチドは、例えば、特開2015-147779号公報、特開2015-082985号公報、特開2015-40208号公報、特開2015-048347号公報、特開2010−270059号公報、特開2013-81021号公報、特表2013-531618号公報、特開2012-193155号公報、特開2012-002510号公報、特開2011-217608号公報、特開2011-183519号、特開平9-87097号公報等が挙げられる。
【００６３】
（シリコンナノシート複合材料の製造方法）
本明細書に開示されるシリコンナノシート複合材料の製造方法は、シリコンナノシートと、１又は２以上の塩基性アミノ酸残基を含む１又は２以上の第１のアミノ酸配列を有するペプチド領域を有するペプチドと、を接触させて、前記シリコンナノシートと前記ペプチドとを結合させて複合化する工程、を備えることができる。この方法によれば、本複合材料を得ることができる。
【００６４】
本方法における、前記接触工程は、本ペプチドにおける塩基性アミノ酸残基とシリコンナノシートとの結合性を阻害しない環境下、典型的には本ペプチドが溶解し、変性等により凝集しないなどの条件下で、シリコンナノシートと本ペプチドとを共存させればよい。好ましくは、適宜撹拌等により混合する。こうした液体条件は、典型的には、ｐＨが弱酸性から弱アルカリ性、好ましくはｐＨ５以上８以下程度の緩衝液などの水性媒体条件が好適である。接触工程に用いる緩衝液などの水性媒体は、適当なｐＨを有する公知の緩衝液等から適宜選択して用いることができる。なお、必要に応じて、非特異的にシリコンナノシートに結合するペプチドの排除や、ペプチド同士の凝集化の防止に寄与することができるＳＤＳやtweenなどの界面活性剤を含めることができる。また、必要に応じて、水に相溶性のある有機溶媒等を含んでいてもよい。
【００６５】
こうした液体条件において、本ペプチドが変性しない温度条件、例えば、１℃以上３０℃以下、好ましくは１５℃以上、また好ましくは２５℃以下の温度条件下で、シリコンナノシートと本ペプチドとを適当な時間、例えば、１時間以上、好ましくは数時間以上、より好ましくは１０時間以上、さらに好ましくは２０時間以上接触させることにより、液体中に本複合材料が生成される。
【００６６】
こうした本複合材料を、ろ過や遠心分離などの適当な固液分離方法により分離してシリコンナノシート含有画分を取得することにより、本複合材料を得ることができる。
【実施例】
【００６７】
以下、本結合剤及びその利用についての各種実施形態について説明する。なお、本明細書の開示は、以下の実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００６８】
（ランダムペプチド提示型T7ファージライブラリの構築）
T7ファージディスプレイシステム（Novagen）を用いて、ランダムペプチドライブラリの構築を試みた。
【００６９】
2種類のオリゴムクレオチドプライマー  T7-Libup (ATG AAT ACC AGG ATC CGA ATT CAG GTG GAG GTT CG、配列番号１１)、T7-Libdown (ACT ATC GTC GGC CGC AAG CTT TTA GCT、配列番号１２)を用いてPCR反応を行い、テンプレートDNA (CGA ATT CAG GTG GAG GTT CGT GT（配列番号１３）−(NNK) 9-12− TGT AGC TAA AAG CTT GCG GCC GA（配列番号１４）)を増幅した。なお、Ｎ及びＫについては以下のとおりとした。
N = A 25%、T 25%、G 25%、C 25%の混合塩基（A/T/G/Cの等量混合塩基）
K = A 0%、T 50%、G 50%、C 0%の混合塩基
【００７０】
増幅したDNA断片は、一般的なプロトコールに従ってフェーノール処理、ブタノール濃縮を行った後、QIAquick PCR Purification Kit（QIAGEN）を用いて精製した。精製したDNAは、制限酵素Hind III、EcoRI（タカラバイオ）で処理した後、T7 select 10-3 vector arm（Novagen）にライゲーションし、T7ファージゲノムを構築した。
【００７１】
構築したファージゲノムを、T7 select packaging溶液（Novagen）と混合することで、ランダムペプチド遺伝子導入型のT7ゲノムDNAを有するT7ファージを構築した。この際、一部を用いて、構築されたファージ集団の数を計測したところ、1.0×106 ~ 4.0×107の配列多様性を有するファージライブラリが構築されていることを確認した。
【００７２】
構築したファージ集団は、OD 600 nm = 0.6〜1.0まで培養した大腸菌E. coli BLT 5403 strainに感染させ増幅後、8% ポリエチレングリコール、0.22 μｍフィルター処理を行うことで濃縮・精製した。精製後にファージ数を計測した結果、各ライブラリーは約1.0×1012 pfu / mlのファージを有しており、ペプチドファージ1種あたり100,000〜1,000,000倍に増幅していることを確認した。
【実施例２】
【００７３】
（ランダムペプチド提示型T7ファージライブラリを用いたシリコンナノシートに対するバイオパンニング）
実施例１にて作製したランダムペプチド提示型T7ファージライブラリより、シリコンナノシートに結合するペプチドを提示するT7ファージの単離を試みた。
【００７４】
特表2006-9073号公報に従って合成したシリコンナノシートをメタノール：アセトン＝1：1溶媒で洗浄し、次いでイソプロパノールにて洗浄後、0.1％SDSを含むHEPES（50 mM HEPES, 150 mM NaCl）に分散させた。
【００７５】
シリコンナノシート 0.2 mgを分散させた溶液とT7ファージライブラリを混合し、1時間室温にて反応後、遠心（6,000 rpm, 3 min）により粒子を沈殿させ上清を除去することで、非結合ファージを除去した。
【００７６】
上清除去後、0.1％SDSを含むHEPES（50 mM HEPES,150 mM NaCl, Tween 0.1%）溶液を加えてシリコンナノシートを分散させ、再度遠心操作し、本材料に非特異的に結合したファージの除去を試みた。本操作（洗浄操作）を3−10回繰り返すことで、シリコンナノシートに非特異的に結合するペプチドファージの除去を行った。
【００７７】
非結合ファージ、非特異的に結合しているファージを洗浄により除去した後、OD 600 nm = 0.6〜1.0まで培養した大腸菌E. coli BLT 5403溶液10 mlと混合し、大腸菌が完全に溶菌するまで37 ℃で培養を行った。
【００７８】
大腸菌が完全に溶菌した後、培養溶液に対して1/10 量の5 M NaClを加え遠心（3,500 rpm, 15 min）し、大腸菌の細胞壁などの不溶性画分を沈殿させ、上清を回収した。
【００７９】
回収した上清に対して1/6量の50 %ポリエチレングリコール6,000溶液を加え、攪拌後3,500 rpmで15 min遠心しT7ファージを沈殿させた。沈殿したT7ファージ集団はHEPES溶液で溶解後、0.22μｍフィルター処理を行い、使用まで4 ℃で保存した。
【実施例３】
【００８０】
（単クローンファージの提示ペプチド配列解析）
5ラウンドのパンニングを行った後のファージプールについて単クローン化を行い、ランダムに選択した96種のファージについて提示ペプチド配列解析を行った結果、11種について配列の重複が確認された。重複を排除した結果の９種の配列を図１に示す。
【実施例４】
【００８１】
（シリコンナノシートに結合するペプチドを提示する単クローンファージのスクリーニング）
実施例３にて同定されたペプチドファージの内、特徴的な配列を提示するファージについて、シリコンナノシートに対する結合性の評価を行った。すなわち、0.1％SDSを含むHEPESに分散させたシリコンナノシート500μｇと各ファージをそれぞれ混合し1時間室温下にて反応後、遠心分離（6,000 rpm, 3 min）し上清を除去した。次いで、0.1% SDSを含むHEPESにて10回洗浄操作を行った。
【００８２】
洗浄後、シリコンナノシートに結合したファージ数をプラークアッセイ法により測定した。結果を図２に示す。図２に示すように、配列の重複が確認されたNo. ３−２、３−８、３−９、３−１０、３−１８、３−８５について、野生型と比較して100倍以上のファージ結合数が確認された。また、これらのペプチドファージと、4種類の公知タンパク質に対する結合評価を行った。結果を図３に示す。図３に示すように、どの配列もタンパク質に対する非特異的吸着を発現しなかった。
【実施例５】
【００８３】
（合成ペプチドの調製）
シリコンナノシートに対する結合能が確認されたNo. ３−１０、３−９及び３−８ファージにそれぞれ由来するアミノ酸配列を有するペプチドＳｉＮＰ−１、−２及び−３（アミノ酸配列として、SCGTRRFRWRRCS（配列番号１５） 、SCRRIRHWRPWRGCS（配列番号１６）、SCRRRFVRLRGGRCS（配列番号１７））についてFmoc固相合成法により、合成ペプチドを調製した。なお、合成ペプチドのN末端には、g10配列由来のGGGを介してBiotin化を行った。これらのペプチドを図４に示す。また、併せて、レアアース（ランタノイド）に結合性を有するペプチドとして同定された３種のペプチドも同様にして調製した。これらのペプチドも併せて図４に示す。
【００８４】
樹脂より切り出し脱保護したペプチドは、還元性条件下で分子内ジスルフィド結合を形成させた後、逆送HPLCにて精製し、凍結乾燥した。
【実施例６】
【００８５】
（合成ペプチドとシリコンナノシートの結合評価）
実施例５にて調製した合成ペプチドのシリコンナノシートに対する結合能の評価を行った。すなわち、HEPES buffer(50 mM HEPES, 150 mM NaCl, SDS 0.1 %, Tween 0.1 %)に分散させたシリコンナノシート200 μgと各ペプチド(10μＭ)をプレートのウェルにおいてそれぞれ混合し1時間室温下にて反応後、遠心分離（6,000 rpm, 3 min）し上清を除去した。次いで、沈殿物をHEPES bufferにて５回洗浄操作を行った。
【００８６】
1/5000に希釈したSA-HRPの溶液を洗浄した沈殿物に加え、1時間室温下にて反応させた後HEPES bufferにて5回洗浄した。
【００８７】
TMB溶液を加え、ある程度の発色が確認された後、5N HClを添加して反応を停止させ、マイクロプレートリーダー Spectra Max Plus 384にて450 nmの吸光度を測定した。シリコンナノシートに対する合成ペプチドの結合評価を図５に示す。
【００８８】
図５に示すように、ＳｉＮＰ−１〜３は、いずれも、コントロールに対して顕著なシリコンナノシート結合性を呈した。なかでも、ＳｉＮＰ−２及び３は、優れたシリコンナノシート結合能を呈した。
【００８９】
以上のことから、塩基性アミノ酸残基を有するアミノ酸配列を有するペプチドは、シリコンナノシートに特異的に結合する能力を有していることがわかった。また、塩基性アミノ酸残基２個以上連続する部分配列、あるいは疎水性アミノ酸残基や極性アミノ酸残基である非塩基性アミノ酸残基を１〜４個を介して配列される２個の塩基性アミノ酸残基を備える配列は、好適なシリコンナノシート結合能を有することがわかった。さらに、こうしたアミノ酸配列は、酸性アミノ酸残基を有しないことが好ましいこともわかった。さらにまた、このような部分配列を有する結果、塩基性アミノ酸残基が接近して塩基性アミノ酸残基に富むように存在していることが好ましいこともわかった。
【配列表フリーテキスト】
【００９０】
配列番号１〜１９：人工配列
【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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【配列表】
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