(57)【要約】本明細書は、約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェルからなるシリカマイクロカプセルであって、前記シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなり、または前記シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなり、または前記シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなり、前記カプセルの外表面が官能基により覆われるカプセル；前記シリカマイクロカプセルに結合した炭素同素体からなる炭素同素体−シリカ複合材料について記載する。また、約５ｎｍ〜約１０００ｎｍの直径を有するシリカナノ粒子からなるシリカ部分に結合した炭素同素体であって、前記シリカナノ粒子の外表面が官能基により覆われる同素体からなる炭素同素体−シリカ複合材料について記載する。
2017518243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
前記シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなり、または
前記シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなり、または
前記シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなり、
前記カプセルの外表面が官能基により覆われる、カプセル；
−前記シリカマイクロカプセルに結合した炭素同素体
からなる炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項２】
−約５ｎｍ〜約１０００ｎｍの直径を有するシリカナノ粒子からなるシリカ部分に結合した炭素同素体であって、
前記シリカナノ粒子の外表面が官能基により覆われる、同素体
からなる炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項３】
前記シリカマイクロカプセルの前記厚さが約５０ｎｍ〜約２４０μｍである、請求項１に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項４】
前記シリカマイクロカプセルの前記直径が約０．２μｍ〜約５００μｍである、請求項１に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項５】
前記シリカマイクロカプセルの前記密度が約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項６】
前記炭素同素体が前記シリカ粒子の前記官能基に共有結合される、請求項１〜２のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項７】
前記炭素同素体が前記シリカ粒子の表面に非共有結合される、請求項１〜２のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項８】
前記シリカ粒子の前記官能基がヒドロキシル基、カルボン酸基、チオール基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせである、請求項１〜２のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項９】
前記炭素同素体が官能化される、またはされない、請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１０】
前記炭素同素体の前記官能基が窒素含有官能基、酸素含有官能基、硫黄含有官能基、ハロゲン含有官能基およびこれらの組み合わせである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１１】
前記窒素含有官能基がアミン基、ケチミン基、アルジミン基、イミド基、アジド基、アゾ基、シアネート基、イソシアネート基、ニトレート基、ニトリル基、ニトライト基、ニトロソ基、ニトロ基、ピリジル基およびこれらの組み合わせである、請求項１０に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１２】
前記硫黄含有官能基がスルフヒドリル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホ基、チオシアネート基、カルボノチオイル基およびこれらの組み合わせである、請求項１０に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１３】
前記酸素含有官能基がヒドロキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、カルボキシレート基、カルボキシル基、エステル基、メトキシ基、ペルオキシ基、エーテル基、炭酸エステルおよびこれらの組み合わせである、請求項１０に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１４】
前記ハロゲン含有官能基がフルオロ、クロロ、ブロモ、ヨードおよびこれらの組み合わせである、請求項１０に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１５】
前記炭素同素体が黒鉛、グラフェン、炭素ナノファイバー、炭素ナノチューブ、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０フラーレン、Ｃ７６フラーレン、Ｃ８２フラーレン、Ｃ８４フラーレン、およびこれらの組み合わせから選択される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１６】
前記シリカマイクロカプセルの前記シリカシェルが約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなる、請求項１、および６〜１５のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１７】
前記シリカマイクロカプセルの前記細孔が約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する、請求項１、および６〜１６のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１８】
前記シリカマイクロカプセルの前記官能基がヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせである、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１９】
前記官能基が官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供される、請求項１８に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項２０】
前記炭素同素体−シリカ複合材料が分子に充填される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項２１】
前記分子が蛍光分子、磁気粒子、触媒分子、生体高分子、またはこれらの組み合わせである、請求項２０に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項２２】
前記磁気分子が磁気ナノ粒子である、請求項２１に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項２３】
ａ）酸化炭素同素体を
−シリカマイクロカプセル、または
−ゾル−ゲル反応の触媒の存在下で極性溶媒中のシリカ前駆体と
液相で形成された炭素同素体−シリカ複合材料を得るのに十分な時間および十分な温度で接触させるステップ
を含む溶液中の炭素同素体−シリカ複合材料の調製プロセス。
【請求項２４】
前記触媒が酸性またはアルカリ性触媒である、請求項２３に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記極性溶媒が水、アルコール、アセトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）またはこれらの組み合わせである、請求項２３〜２４のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記シリカ前駆体がアルコキシシランである、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記アルコキシシランがメトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、イソプロポキシシラン、アリールオキシシラン、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラプロポキシシラン（ＴＰＯＳ）、またはアミノプロピルシラン、アミノエチルアミノプロピルシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、グリシドキシプロポキシルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルトリメトキシシラン、［２（シクロヘキセニル）エチル］トリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランもしくは上記のいずれか２つ以上の混合物を含む官能性トリメトキシ、トリエトキシシラン、トリプロポキシシランである、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記酸触媒がＨＣｌ、酢酸、および硫酸、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記アルカリ触媒が水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよびアンモニア、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記十分な時間が約１５分から約４８時間である、請求項２３〜２９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記十分な温度が約室温（２４℃）〜約１００℃である、請求項２３〜３０のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記酸化炭素同素体が酸化黒鉛、酸化グラフェン、酸化炭素ナノファイバー、酸化炭素ナノチューブ、酸化Ｃ６０フラーレン、酸化Ｃ７０フラーレン、酸化Ｃ７６フラーレン、酸化Ｃ８２フラーレン、酸化Ｃ８４フラーレン、およびこれらの組み合わせから選択される、請求項２３〜３１のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３３】
ステップａ）後、
ｂ）前記形成された炭素同素体−シリカ複合材料を洗浄し、前記酸性またはアルカリ性触媒および他の不純物を除去し、洗浄された炭素同素体−シリカ複合材料を得るステップ
をさらに含む、請求項２３〜３２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３４】
ステップｂ）後、
ｃ）前記洗浄された炭素同素体−シリカ複合材料を前記液相から分離するステップ
をさらに含む、請求項３３に記載のプロセス。
【請求項３５】
ステップｃ）後、
ｄ）前記洗浄された炭素同素体−シリカ複合材料を乾燥させ、乾燥炭素同素体−シリカ複合材料を得るステップ
をさらに含む、請求項３４に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記シリカマイクロカプセルが：
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェルからなり、
前記シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなり、または
前記シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなり、または
前記シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなり、
前記カプセルの外表面が官能基により覆われる、
請求項１８〜３３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記シリカマイクロカプセルの前記厚さが約５０ｎｍ〜約２４０μｍである、請求項３６に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記シリカマイクロカプセルの前記直径が約０．２μｍ〜約５００μｍである、請求項３６に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記シリカマイクロカプセルの前記密度が約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３である、請求項３６に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記シェルが約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなる、請求項３６に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記細孔が約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する、請求項３６に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記官能基がヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせである、請求項３６〜４１のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記官能基が官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供される、請求項４２に記載のプロセス。
【請求項４４】
ａ）シリカマイクロカプセルを炭素前駆体、または窒素前駆体、酸素前駆体、もしくは硫黄前駆体、またはこれらの組み合わせの存在下で炭素前駆体を含むプラズマガスと
炭素同素体を前記シリカマイクロカプセルの表面上に堆積させ、炭素同素体−シリカ複合材料を形成するのに十分な時間、電力、濃度、および圧力で接触させるステップ
を含む、プラズマ堆積プロセスを用いる炭素同素体−シリカ複合材料の調製プロセス。
【請求項４５】
前記炭素前駆体が環状炭化水素、脂肪族炭化水素、分岐炭化水素、ハロゲン化炭化水素、およびこれらの混合物から選択される、請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記脂肪族炭化水素がメタンである、請求項４５に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記炭素前駆体が約１７２，３７ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａの圧力で注入される、請求項４６に記載のプロセス。
【請求項４８】
前記プラズマガスの流量が約０．１ｓｌｐｍ〜約１．５ｓｌｐｍである、請求項４４〜４７のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項４９】
前記プラズマガスの前記流量が約０．４ｓｌｐｍ〜約０．９ｓｌｐｍである、請求項４８に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記プラズマガスに硫黄含有前駆体、窒素含有前駆体、酸素含有前駆体、ハロゲン含有前駆体、またはこれらの組み合わせを注入するステップをさらに含む、請求項４４〜４９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記硫黄含有前駆体が硫酸塩、過硫酸塩、硫化物、亜硫酸塩、硫黄酸化物、有機硫黄化合物、チオニル化合物、チオ硫酸塩、チオシアン酸塩、イソチオシアン酸塩、スルフリル化合物、スルホニウム化合物、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記窒素含有前駆体が窒素（Ｎ２ガス）、アンモニア、アミン、アミド、イミン、アンモニウム化合物、アジド、シアン酸塩、シアン化物、ヒドラジン、硝酸塩、亜硝酸塩、硝化物、ニトロシル化合物、イソシアン酸塩、窒素ハロゲン化物、有機窒素化合物、チオシアン酸、チオ尿素、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記酸素含有前駆体が酸素（Ｏ２ガス）、酸化物、過酸化物、アルコール、エーテル、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、エーテル、酸無水物、アミド、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記ハロゲン含有前駆体が臭素化合物、塩素化合物、フッ素化合物、ヨウ素化合物、ハロゲン化物、ハロゲン間化合物、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項５０に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記プロセスがシースガスを含み、前記シースガスがＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎ２
およびこれらの組み合わせから選択される、請求項４４〜５２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記シースガスがＡｒである、請求項５３に記載のプロセス。
【請求項５７】
前記シースガスが約１７２，３７ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａの圧力で注入される、請求項５３〜５６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項５８】
前記シースガスが約２７５，７９ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａの圧力で注入される、請求項５７に記載のプロセス。
【請求項５９】
キャリアガスが約１．７％〜約８％ｖ／ｖの炭素前駆体蒸気を含む、請求項４４〜５８のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項６０】
前記キャリアガスが約４％〜約８％ｖ／ｖの炭素前駆体蒸気を含む、請求項５９に記載のプロセス。
【請求項６１】
前記十分な電力が約１〜約５０ｋＷである、請求項４４〜５９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項６２】
前記十分な電力が約５〜約２０ｋＷである、請求項６１に記載のプロセス。
【請求項６３】
前記十分な圧力が約１３，３３ｋＰａ〜約６１，３３ｋＰａである、請求項４４〜６２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項６４】
前記十分な時間が約１〜約６０分である、請求項４４〜６３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項６５】
−請求項１〜１９のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料または
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
前記シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなり、もしくは
前記シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなり、もしくは
前記シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなり、
前記カプセルの外表面が官能基により覆われるカプセル、
またはこれらの組み合わせ、ならびに
−細胞、酵素、ウイルス粒子、もしくはこれらの組み合わせ
からなる材料。
【請求項６６】
前記材料が細胞、酵素、ウイルス粒子またはこれらの組み合わせを担持するためのものである、請求項６５に記載の材料。
【請求項６７】
前記細胞が原核細胞または真核細胞である、請求項６５に記載の材料。
【請求項６８】
前記原核細胞が細菌細胞および古細菌細胞から選択される、請求項６５に記載の材料。
【請求項６９】
前記真核細胞が真菌細胞、原生動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、および哺乳動物細胞から選択される、請求項６７に記載の材料。
【請求項７０】
前記シェルが約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなる、請求項６５〜６６のいずれか１項に記載の材料。
【請求項７１】
前記シリカマイクロカプセルの前記細孔が約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する、請求項６５〜７０のいずれか１項に記載の材料。
【請求項７２】
前記官能基がヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせである、請求項６５〜７１のいずれか１項に記載の材料。
【請求項７３】
前記官能基が官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供される、請求項７２に記載の材料。
【請求項７４】
ａ）−請求項１〜２２のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料または
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
前記シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなり、もしくは
前記シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなり、もしくは
前記シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなり、
前記カプセルの外表面が官能基により覆われるカプセル、
またはこれらの組み合わせを、
細胞、酵素、またはウイルス粒子と接触させ、微生物、酵素、またはウイルス粒子の炭素同素体−シリカ複合材料、シリカマイクロカプセルまたはこれらの組み合わせとの結合に十分な時間インキュベートするステップ
を含む、材料の調製プロセス。
【請求項７５】
前記シェルが約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなる、請求項７４に記載のプロセス。
【請求項７６】
前記シリカマイクロカプセルの前記細孔が約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する、請求項７４〜７５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項７７】
前記官能基がヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせである、請求項７４〜７６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項７８】
前記官能基が官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供される、請求項７７に記載のプロセス。
【請求項７９】
前記細胞が原核細胞または真核細胞から選択される、請求項７４〜７８のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項８０】
前記原核細胞が細菌細胞および古細菌細胞から選択される、請求項７８に記載のプロセス。
【請求項８１】
前記真核細胞が真菌細胞、原生動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、および哺乳動物細胞から選択される、請求項７８に記載のプロセス。
【請求項８２】
前記細菌細胞が下記門：アシドバクテリア（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ）、アクチノバクテリア（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）、アクイフェクス（Ａｑｕｉｆｉｃａｅ）、バクテロイデス（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ）、カルディセリクム（Ｃａｌｄｉｓｅｒｉｃａ）、クラミジア（Ｃｈｌａｍｙｄｉａｅ）、クロロビウム（Ｃｈｌｏｒｏｂｉ）、クロロフレクサス（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ）、クリシオゲネス（Ｃｈｒｙｓｉｏｇｅｎｅｔｅｓ）、シアノバクテリア（Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）、デフェリバクター（Ｄｅｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒｅｓ）、デイノコッカス・サーマス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓ−Ｔｈｅｒｍｕｓ）、ディクチオグロムス（Ｄｉｃｔｙｏｇｌｏｍｉ）、エルシミクロビウム（Ｅｌｕｓｉｍｉｃｒｏｂｉａ）、フィブロバクター（Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒｅｓ）、フィルミクテス（Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ）、フソバクテリウム（Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉａ）、ゲマティモナス（Ｇｅｍｍａｔｉｍｏｎａｄｅｔｅｓ）、レンティスファエラ（Ｌｅｎｔｉｓｐｈａｅｒａｅ）、ニトロスピラ（Ｎｉｔｒｏｓｐｉｒａ）、プランクトミセス（Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ）、プロテオバクテリア（Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）、スピロヘータ（Ｓｐｉｒｏｃｈａｅｔｅｓ）、シネルギステス（Ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｅｔｅｓ）、テネリクテス（Ｔｅｎｅｒｉｃｕｔｅｓ）、サーモデスルフォバクテリア（Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉａ）、サーモトガ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａｅ）、ベルコミクロビウム（Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ）、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項８０に記載のプロセス。
【請求項８３】
前記細菌細胞が下記属：シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、ロドシュードモナス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、アシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、マイコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、アルスロバクター（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｉｕｓ）、フラボバクテリウム（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ノカルジア（Ｎｏｃａｒｄｉａ）、アクロモバクテリウム（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、アルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、ビブリオ（Ｖｉｂｒｉｏ）、アゾトバクター（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）、ベイジェリンキア（Ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉａ）、キサントモナス（Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ）、ニトロソモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）、ニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）、メチロシナス（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ）、メチロコッカス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）、放線菌（Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）およびメチロバクター（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ）から選択される、請求項８０に記載のプロセス。
【請求項８４】
前記古細菌細胞が下記門：ユリアーキオータ（Ｅｕｒｙａｒｃｈａｅｏｔａ）、クレンアーキオータ（Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅｏｔａ）、コルアーキオータ（Ｋｏｒａｒｃｈａｅｏｔａ）、ナノアーキオータ（Ｎａｎｏａｒｃｈａｅｏｔａ）、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項８０に記載のプロセス。
【請求項８５】
前記真菌細胞がコウマクノウキン（Ｂｌａｓｔｏｃｌａｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、ツボカビ（Ｃｈｙｔｒｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、グロムス（Ｇｌｏｍｅｒｏｍｙｃｏｔａ）、微胞子虫（Ｍｉｃｒｏｓｐｏｒｉｄｉａ）、ネオカリマスティクス（Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｇｏｍｙｃｏｔａ）、子嚢菌（Ａｓｃｏｍｙｃｏｔａ）、担子菌（Ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、またはこれらの組み合わせを含む門から選択される、請求項８１に記載のプロセス。
【請求項８６】
前記真菌細胞が下記属：サッカロミセス（Ｓａｃｃａｒｏｍｙｃｅｓ）、ピキア（Ｐｉｃｈｉａ）、ブレタノミセス（Ｂｒｅｔｔａｎｏｍｙｃｅｓ）、ヤロウイア（Ｙａｒｒｏｗｉａ）、カンジダ（Ｃａｎｄｉｄａ）、シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、トルラスポラ（Ｔｏｒｕｌａｓｐｏｒａ）、ジゴサッカロミセス（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、リゾプス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）、モナスカス（Ｍｏｎａｓｃｕｓ）、ペニシリウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）、ゲオトリクム（Ｇｅｏｔｒｉｃｈｕｍ）、ニューロスポラ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ）、リゾムコール（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ）、およびトリポクラジウム（Ｔｏｌｙｐｏｃｌａｄｉｕｍ）から選択される、請求項８１に記載のプロセス。
【請求項８７】
前記原生動物細胞が下記門：ペルコロゾア（Ｐｅｒｃｏｌｏｚｏａ）、ユーグレノゾア（Ｅｕｇｌｅｎｏｚｏａ）、繊毛虫（Ｃｉｌｉｏｐｈｏｒａ）、ミオザ（Ｍｉｏｚａ）、ジノザ（Ｄｉｎｏｚａ）、アピコンプレックス（Ａｐｉｃｏｍｐｌｅｘａ）、オパリナ（Ｏｐａｌｏｚｏａ）、動菌（Ｍｙｃｅｔｏｚｏａ）、放散虫（Ｒａｄｉｏｚｏａ）、太陽虫（Ｈｅｌｉｏｚｏａ）、根足虫（Ｒｈｉｚｏｐｏｄａ）、ネオサルコジナ（Ｎｅｏｓａｒｃｏｄｉｎａ）、レチクローサ（Ｒｅｔｉｃｕｌｏｓａ）、襟鞭毛虫（Ｃｈｏａｎｏｚｏａ）、粘液胞子虫（Ｍｙｘｏｓｐｏｒｉｄａ）、略胞子虫（Ｈａｐｌｏｓｐｏｒｉｄａ）、パラミクシア（Ｐａｒａｍｙｘｉａ）から選択される、請求項８１に記載のプロセス。
【請求項８８】
前記真核細胞が藻由来である、請求項８１に記載のプロセス。
【請求項８９】
前記酵素がオキシドレダクターゼ、トランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、リアーゼ、イソメラーゼ、リガーゼ、ポリメラーゼまたはこれらの組み合わせから選択される、請求項７４に記載のプロセス。
【請求項９０】
前記プロセスが生物学的反応器において行われる、請求項７４〜８９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項９１】
前記生物学的反応器が発酵バッチ反応器、酵素バッチ反応器、硝化反応器、消化反応器、膜生物反応器（ＭＢＲ）、移動床生物反応器（ＭＢＢＲ）、流動床反応器（ＦＢＲ）、連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）、管型反応器（ＰＦＲ）および連続バッチ反応器（ＳＢＲ）から選択される、請求項９０に記載のプロセス。
【請求項９２】
前記方法が嫌気的または好気的方法である、請求項７４〜９１のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項９３】
請求項７４〜９２のいずれか１項に記載のプロセスから得られる材料。
【請求項９４】
請求項６５〜７３、または９３のいずれか１項に記載の材料を、前記細胞を得るための無菌増殖培地においてインキュベートするステップを含む、細胞増殖方法。
【請求項９５】
請求項６５〜７３、または９３のいずれか１項に記載の材料を反応媒体においてインキュベートするステップを含む、酵素反応の実施方法。
【請求項９６】
請求項６５〜７３、または９３のいずれか１項に記載の材料を、発酵生成物を得るための発酵反応媒体においてインキュベートするステップを含む、発酵反応の実施方法。
【請求項９７】
前記増殖が芽胞を得るための芽胞形成反応である、請求項９４に記載の方法。
【請求項９８】
請求項６５〜７３、または９３のいずれか１項に記載の材料を汚染流体においてインキュベートするステップを含む、汚染流体の除染方法。
【請求項９９】
前記方法が生物学的反応器において行われる、請求項９４〜９９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１００】
前記生物学的反応器が発酵バッチ反応器、酵素バッチ反応器、硝化反応器、消化反応器、膜生物反応器（ＭＢＲ）、移動床生物反応器（ＭＢＢＲ）、流動床反応器（ＦＢＲ）、連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）、管型反応器（ＰＦＲ）および連続バッチ反応器（ＳＢＲ）から選択される、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
ａ）−請求項１〜２１のいずれか１項に記載の炭素同素体−シリカ複合材料または
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
前記シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなり、もしくは
前記シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなり、もしくは
前記シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなり、
前記カプセルの外表面が官能基により覆われるカプセル、
またはこれらの組み合わせを、
分子と、前記分子の前記炭素同素体−シリカ複合材料、前記シリカマイクロカプセルまたは前記これらの組み合わせへの吸着のために接触させるステップ
を含む材料の調製プロセス。
【請求項１０２】
前記シリカマイクロカプセルの前記厚さが約５０ｎｍ〜約２４０μｍである、請求項１０１に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１０３】
前記シリカマイクロカプセルの前記直径が約０．２μｍ〜約５００μｍである、請求項１０１に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１０４】
前記シリカマイクロカプセルの前記密度が約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３である、請求項１０１に記載の炭素同素体−シリカ複合材料。
【請求項１０５】
前記シェルが約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなる、請求項１０１に記載のプロセス。
【請求項１０６】
前記シリカマイクロカプセルの前記細孔が約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する、請求項１０１〜１０５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１０７】
前記官能基がヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせである、請求項１０１〜１０６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１０８】
前記官能基が官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供される、請求項１０７に記載のプロセス。
【請求項１０９】
前記分子が蛍光分子、磁気粒子、触媒分子、生体高分子、またはこれらの組み合わせである、請求項１０１〜１０８のいずれか１項に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１４年３月１１日出願の米国仮特許出願第６１／９５１，２２８号の優先権を主張し、その明細書は本明細書に参照により組み入れられる。
【０００２】
開示される主題は一般的には炭素同素体−シリカ複合材料、その調製プロセスおよびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
それらの特有の物理化学特性により、多数の特殊な用途において多大な影響を及ぼす傾向のある新規材料として炭素同素体が出現した。例として、六角形配置の炭素原子の１原子の厚さのシートであるグラフェンは、室温で約５０００Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１の（ダイヤモンドおよび炭素ナノチューブより高い）記録的な熱伝導率、極めて高い相対面積（２６３０ｍ２．ｇ−１の理論値）、高い固有移動度（２００，０００ｃｍ２．ｖ−１．ｓ−１）、特有のヤング率（〜１．０ＴＰａ）および著しい光透過率（９７．７％）を有する。この点について、炭素同素体は、それらの表面上での対象となる粒子の組み立てに適したテンプレートと考えることができる。実際には、シリカナノまたはマイクロ粒子のような、特定の化合物および構造での炭素同素体の修飾は、それらの表面官能性およびそれらの特性の同調性を増加させることができる。得られる材料は、電子工学、電気化学、太陽電池、バイオテクノロジー、等を含む多数の用途において用いることができる。しかしながら、シリカ−炭素同素体複合材料について今まで報告された異なる研究は主に、中空ではなく、緻密なシリカ粒子に注目している。
【０００４】
触媒、ポリマー添加剤および特定の特性を有する他の有機、無機または金属化合物を含む異なる活性剤のリザーバとして機能することができるこうした複合材料の製造における中空シリカ粒子の設計および使用の必要性は依然としてある。
【発明の概要】
【０００５】
こうした複合材料の製造における中空シリカ粒子の使用は、最終製品がかなり軽く、これが触媒、ポリマー添加剤および特定の特性を有する他の有機、無機または金属化合物を含む異なる活性剤のリザーバとして機能することができるので、非常に興味深い。用途に関して、特別な焦点は本発明において、以前報告されたプロセス（国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号）から得られるシリカマイクロカプセルまたは上記シリカ−炭素同素体マイクロ粒子の先端材料としての使用、ならびにバイオテクノロジーにおける微生物および酵素ならびに／または吸着用途の担体としてのそれらの使用に当てられた。
【０００６】
ある実施形態によると、
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなってもよく、または
シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなってもよく、または
シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなってもよく、
カプセルの外表面が官能基により覆われていてもよいカプセル；
ならびに
−化学的プロセス（溶液中でのｉｎ  ｓｉｔｕまたは後官能化）または物理的プロセス（プラズマ堆積）を用いてシリカマイクロカプセルに結合した炭素同素体
からなる炭素同素体−シリカ複合材料が提供される。
【０００７】
別の実施形態によると、
ａ）酸化炭素同素体を
−シリカマイクロカプセル、または
−ゾル−ゲル反応の触媒の存在下の極性溶媒中のシリカ前駆体
と、液相で形成された炭素同素体−シリカ複合材料を得るのに十分な時間および十分な温度で接触させるステップ
を含む炭素同素体−シリカ複合材料の調製プロセスが提供される。
【０００８】
別の実施形態よると、
−水性または有機溶液中に予め分散させたシリカマイクロカプセルを
−炭素同素体前駆体と、粉末の形態で形成されたシリカ−炭素同素体複合材料を得るのに十分な時間、圧力、濃度および電力で接触させるステップ
を含むシリカ−炭素同素体複合材料のプラズマ堆積プロセスが提供される。
【０００９】
別の実施形態によると、
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなり、または
シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなり、または
シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなってもよく、
カプセルの外表面が官能基により覆われていてもよいカプセル；
−シリカマイクロカプセルに結合した炭素同素体
からなる炭素同素体−シリカ複合材料が提供される。
【００１０】
別の実施形態によると、
−約５ｎｍ〜約１０００ｎｍの直径を有するシリカナノ粒子からなるシリカ部分に結合した炭素同素体であって、
シリカナノ粒子の外表面が官能基により覆われていてもよい同素体
からなる炭素同素体−シリカ複合材料が提供される。
【００１１】
シリカマイクロカプセルの厚さは約５０ｎｍ〜約２４０μｍであってもよい。
【００１２】
シリカマイクロカプセルの直径は約０．２μｍ〜約５００μｍであってもよい。
【００１３】
シリカマイクロカプセルの密度は約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３であってもよい。
【００１４】
炭素同素体はシリカ粒子の官能基に共有結合してもよい。
【００１５】
炭素同素体はシリカ粒子の表面に非共有結合してもよい。
【００１６】
シリカ粒子の官能基は、ヒドロキシル基、カルボン酸基、チオール基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００１７】
炭素同素体は官能化してもしなくてもよい。
【００１８】
炭素同素体の官能基は、窒素含有官能基、酸素含有官能基、硫黄含有官能基、ハロゲン含有官能基およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００１９】
窒素含有官能基は、アミン基、ケチミン基、アルジミン基、イミド基、アジド基、アゾ基、シアネート基、イソシアネート基、ニトレート基、ニトリル基、ニトライト基、ニトロソ基、ニトロ基、ピリジル基およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００２０】
硫黄含有官能基は、スルフヒドリル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホ基、チオシアネート基、カルボノチオイル基およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００２１】
酸素含有官能基は、ヒドロキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、カルボキシレート基、カルボキシル基、エステル基、メトキシ基、ペルオキシ基、エーテル基、炭酸エステルおよびこれらの組み合わせであってもよい。
【００２２】
ハロゲン含有官能基は、フルオロ、クロロ、ブロモ、ヨードおよびこれらの組み合わせであってもよい。
【００２３】
炭素同素体は、黒鉛、グラフェン、炭素ナノファイバー、炭素ナノチューブ、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０フラーレン、Ｃ７６フラーレン、Ｃ８２フラーレン、Ｃ８４フラーレン、およびこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００２４】
シリカマイクロカプセルのシリカシェルは、約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなってもよい。
【００２５】
シリカマイクロカプセルの細孔は約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する。
【００２６】
シリカマイクロカプセルの官能基は、ヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００２７】
官能基は、官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供される。
【００２８】
炭素同素体−シリカ複合材料は分子に充填してもよい。
【００２９】
分子は蛍光分子、磁気粒子、触媒分子、生体高分子、またはこれらの組み合わせであってもよい。
【００３０】
磁気分子は磁気ナノ粒子であってもよい。
【００３１】
別の実施形態によると、
ａ）酸化炭素同素体を
−シリカマイクロカプセル、または
−ゾル−ゲル反応の触媒の存在下で極性溶媒中のシリカ前駆体と
液相で形成された炭素同素体−シリカ複合材料を得るのに十分な時間および十分な温度で接触させるステップ
を含む溶液中の炭素同素体−シリカ複合材料の調製プロセスを提供してもよい。
【００３２】
触媒は酸性またはアルカリ性触媒であってもよい。
【００３３】
極性溶媒は、水、アルコール、アセトン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）またはこれらの組み合わせであってもよい。
【００３４】
シリカ前駆体はアルコキシシランであってもよい。
【００３５】
アルコキシシランは、メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、イソプロポキシシラン、アリールオキシシラン、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラプロポキシシラン（ＴＰＯＳ）、またはアミノプロピルシラン、アミノエチルアミノプロピルシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、グリシドキシプロポキシルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルトリメトキシシラン、［２（シクロヘキセニル）エチル］トリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランもしくは上記のいずれか２つ以上の混合物を含む官能性トリメトキシ、トリエトキシシラン、トリプロポキシシランであってもよい。
【００３６】
酸触媒は、ＨＣｌ、酢酸、および硫酸、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００３７】
アルカリ触媒は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよびアンモニア、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００３８】
十分な時間は約１５分から約４８時間であってもよい。
【００３９】
十分な温度は約室温（２４℃）〜約１００℃であってもよい。
【００４０】
酸化炭素同素体は、酸化黒鉛、酸化グラフェン、酸化炭素ナノファイバー、酸化炭素ナノチューブ、酸化Ｃ６０フラーレン、酸化Ｃ７０フラーレン、酸化Ｃ７６フラーレン、酸化Ｃ８２フラーレン、酸化Ｃ８４フラーレン、およびこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００４１】
プロセスは、ステップａ）後、
ｂ）形成された炭素同素体−シリカ複合材料を洗浄し、酸性またはアルカリ性触媒および他の不純物を除去し、洗浄された炭素同素体−シリカ複合材料を得るステップ
をさらに含んでもよい。
【００４２】
プロセスは、ステップｂ）後、
ｃ）洗浄された炭素同素体−シリカ複合材料を液相から分離するステップ
をさらに含んでもよい。
【００４３】
プロセスは、ステップｃ）後、
ｄ）洗浄された炭素同素体−シリカ複合材料を乾燥させ、乾燥炭素同素体−シリカ複合材料を得るステップ
をさらに含んでもよい。
【００４４】
シリカマイクロカプセルは：
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなってもよく、
シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなってもよく、または
シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなってもよく、または
シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなってもよく、
カプセルの外表面が官能基により覆われていてもよい。
【００４５】
シリカマイクロカプセルの厚さは約５０ｎｍ〜約２４０μｍであってもよい。
【００４６】
シリカマイクロカプセルの直径は約０．２μｍ〜約５００μｍであってもよい。
【００４７】
シリカマイクロカプセルの密度は約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３であってもよい。
【００４８】
シェルは約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなってもよい。
【００４９】
細孔は約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有してもよい。
【００５０】
官能基は、ヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００５１】
官能基は、官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供してもよい。
【００５２】
別の実施形態によると、
ａ）シリカマイクロカプセルを炭素前駆体、または窒素前駆体、酸素前駆体、もしくは硫黄前駆体、またはこれらの組み合わせの存在下で炭素前駆体を含むプラズマガスと
炭素同素体をシリカマイクロカプセルの表面上に堆積させ、炭素同素体−シリカ複合材料を形成するのに十分な時間、電力、濃度、および圧力で接触させるステップ
を含む、プラズマ堆積プロセスを用いる炭素同素体−シリカ複合材料の調製プロセスが提供される。
【００５３】
炭素前駆体は、環状炭化水素、脂肪族炭化水素、分岐炭化水素、ハロゲン化炭化水素、およびこれらの混合物から選択してもよい。
【００５４】
脂肪族炭化水素はメタンであってもよい。
【００５５】
炭素前駆体は約１７２，３７ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａの圧力で注入してもよい。
【００５６】
プラズマガスの流量は約０．１ｓｌｐｍ〜約１．５ｓｌｐｍであってもよい。
【００５７】
プラズマガスの流量は約０．４ｓｌｐｍ〜約０．９ｓｌｐｍであってもよい。
【００５８】
プロセスは、プラズマガスに硫黄含有前駆体、窒素含有前駆体、酸素含有前駆体、ハロゲン含有前駆体、またはこれらの組み合わせを注入するステップをさらに含んでもよい。
【００５９】
硫黄含有前駆体は、硫酸塩、過硫酸塩、硫化物、亜硫酸塩、硫黄酸化物、有機硫黄化合物、チオニル化合物、チオ硫酸塩、チオシアン酸塩、イソチオシアン酸塩、スルフリル化合物、スルホニウム化合物、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。  
【００６０】
窒素含有前駆体は、窒素（Ｎ２ガス）、アンモニア、アミン、アミド、イミン、アンモニウム化合物、アジド、シアン酸塩、シアン化物、ヒドラジン、硝酸塩、亜硝酸塩、硝化物、ニトロシル化合物、イソシアン酸塩、窒素ハロゲン化物、有機窒素化合物、チオシアン酸、チオ尿素、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００６１】
酸素含有前駆体は、酸素（Ｏ２ガス）、酸化物、過酸化物、アルコール、エーテル、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、エーテル、酸無水物、アミド、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００６２】
ハロゲン含有前駆体は、臭素化合物、塩素化合物、フッ素化合物、ヨウ素化合物、ハロゲン化物、ハロゲン間化合物、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００６３】
プロセスはシースガスを含んでもよく、シースガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎ２
およびこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００６４】
シースガスはＡｒであってもよい。
【００６５】
シースガスは約１７２，３７ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａの圧力で注入してもよい。
【００６６】
シースガスは約２７５，７９ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａの圧力で注入してもよい。
【００６７】
キャリアガスは約１．７％〜約８％ｖ／ｖの炭素前駆体蒸気を含んでもよい。
【００６８】
キャリアガスは約４％〜約８％ｖ／ｖの炭素前駆体蒸気を含んでもよい。
【００６９】
十分な電力は約１〜約５０ｋＷであってもよい。
【００７０】
十分な電力は約５〜約２０ｋＷであってもよい。
【００７１】
十分な圧力は約１３，３３ｋＰａ〜約６１，３３ｋＰａであってもよい。
【００７２】
十分な時間は約１〜約６０分であってもよい。
【００７３】
別の実施形態によると、
−本発明による炭素同素体−シリカ複合材料、
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなってもよく、もしくは
シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなってもよく、もしくは
シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなってもよく、
カプセルの外表面が官能基により覆われていてもよいカプセル、
またはこれらの組み合わせ、ならびに
−細胞、酵素、ウイルス粒子、もしくはこれらの組み合わせ
からなる材料が提供される。
【００７４】
材料は細胞、酵素、ウイルス粒子またはこれらの組み合わせを担持するためのものであってもよい。
【００７５】
細胞は原核細胞または真核細胞であってもよい。
【００７６】
原核細胞は細菌細胞および古細菌細胞から選択してもよい。
【００７７】
真核細胞は真菌細胞、原生動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、および哺乳動物細胞から選択してもよい。
【００７８】
シェルは約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなってもよい。
【００７９】
シリカマイクロカプセルの細孔は約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する。
【００８０】
官能基は、ヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００８１】
官能基は、官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供してもよい。
【００８２】
別の実施形態によると、
ａ）−本発明の炭素同素体−シリカ複合材料、または
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなってもよく、もしくは
シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなってもよく、もしくは
シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなってもよく、
カプセルの外表面が官能基により覆われていてもよいカプセル、
またはこれらの組み合わせを、
細胞、酵素、またはウイルス粒子と接触させ、微生物、酵素、またはウイルス粒子の炭素同素体−シリカ複合材料、シリカマイクロカプセルまたはこれらの組み合わせとの結合に十分な時間インキュベートするステップ
を含む材料の調製プロセスが提供される。
【００８３】
シェルは約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなってもよい。
【００８４】
シリカマイクロカプセルの細孔は約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する。
【００８５】
官能基は、ヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせであってもよい。
【００８６】
官能基は、官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供してもよい。
【００８７】
細胞は原核細胞または真核細胞から選択してもよい。
【００８８】
原核細胞は細菌細胞および古細菌細胞から選択してもよい。
【００８９】
真核細胞は真菌細胞、原生動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、および哺乳動物細胞から選択してもよい。
【００９０】
細菌細胞は下記門：アシドバクテリア（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ）、アクチノバクテリア（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）、アクイフェクス（Ａｑｕｉｆｉｃａｅ）、バクテロイデス（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ）、カルディセリクム（Ｃａｌｄｉｓｅｒｉｃａ）、クラミジア（Ｃｈｌａｍｙｄｉａｅ）、クロロビウム（Ｃｈｌｏｒｏｂｉ）、クロロフレクサス（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ）、クリシオゲネス（Ｃｈｒｙｓｉｏｇｅｎｅｔｅｓ）、シアノバクテリア（Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）、デフェリバクター（Ｄｅｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒｅｓ）、デイノコッカス・サーマス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓ−Ｔｈｅｒｍｕｓ）、ディクチオグロムス（Ｄｉｃｔｙｏｇｌｏｍｉ）、エルシミクロビウム（Ｅｌｕｓｉｍｉｃｒｏｂｉａ）、フィブロバクター（Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒｅｓ）、フィルミクテス（Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ）、フソバクテリウム（Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉａ）、ゲマティモナス（Ｇｅｍｍａｔｉｍｏｎａｄｅｔｅｓ）、レンティスファエラ（Ｌｅｎｔｉｓｐｈａｅｒａｅ）、ニトロスピラ（Ｎｉｔｒｏｓｐｉｒａ）、プランクトミセス（Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ）、プロテオバクテリア（Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）、スピロヘータ（Ｓｐｉｒｏｃｈａｅｔｅｓ）、シネルギステス（Ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｅｔｅｓ）、テネリクテス（Ｔｅｎｅｒｉｃｕｔｅｓ）、サーモデスルフォバクテリア（Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉａ）、サーモトガ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａｅ）、ベルコミクロビウム（Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ）、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００９１】
細菌細胞は下記属：シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、ロドシュードモナス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、アシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、マイコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、アルスロバクター（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｉｕｓ）、フラボバクテリウム（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ノカルジア（Ｎｏｃａｒｄｉａ）、アクロモバクテリウム（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、アルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、ビブリオ（Ｖｉｂｒｉｏ）、アゾトバクター（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）、ベイジェリンキア（Ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉａ）、キサントモナス（Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ）、ニトロソモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）、ニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）、メチロシナス（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ）、メチロコッカス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）、放線菌（Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）およびメチロバクター（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ）から選択してもよい。
【００９２】
古細菌細胞は下記門：ユリアーキオータ（Ｅｕｒｙａｒｃｈａｅｏｔａ）、クレンアーキオータ（Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅｏｔａ）、コルアーキオータ（Ｋｏｒａｒｃｈａｅｏｔａ）、ナノアーキオータ（Ｎａｎｏａｒｃｈａｅｏｔａ）、またはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００９３】
真菌細胞は、コウマクノウキン（Ｂｌａｓｔｏｃｌａｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、ツボカビ（Ｃｈｙｔｒｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、グロムス（Ｇｌｏｍｅｒｏｍｙｃｏｔａ）、微胞子虫（Ｍｉｃｒｏｓｐｏｒｉｄｉａ）、ネオカリマスティクス（Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｇｏｍｙｃｏｔａ）、子嚢菌（Ａｓｃｏｍｙｃｏｔａ）、担子菌（Ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、またはこれらの組み合わせを含む門から選択してもよい。
【００９４】
真菌細胞は下記属：サッカロミセス（Ｓａｃｃａｒｏｍｙｃｅｓ）、ピキア（Ｐｉｃｈｉａ）、ブレタノミセス（Ｂｒｅｔｔａｎｏｍｙｃｅｓ）、ヤロウイア（Ｙａｒｒｏｗｉａ）、カンジダ（Ｃａｎｄｉｄａ）、シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、トルラスポラ（Ｔｏｒｕｌａｓｐｏｒａ）、ジゴサッカロミセス（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、リゾプス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）、モナスカス（Ｍｏｎａｓｃｕｓ）、ペニシリウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）、ゲオトリクム（Ｇｅｏｔｒｉｃｈｕｍ）、ニューロスポラ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ）、リゾムコール（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ）、およびトリポクラジウム（Ｔｏｌｙｐｏｃｌａｄｉｕｍ）から選択してもよい。
【００９５】
原生動物細胞は下記門：ペルコロゾア（Ｐｅｒｃｏｌｏｚｏａ）、ユーグレノゾア（Ｅｕｇｌｅｎｏｚｏａ）、繊毛虫（Ｃｉｌｉｏｐｈｏｒａ）、ミオザ（Ｍｉｏｚａ）、ジノザ（Ｄｉｎｏｚａ）、アピコンプレックス（Ａｐｉｃｏｍｐｌｅｘａ）、オパリナ（Ｏｐａｌｏｚｏａ）、動菌（Ｍｙｃｅｔｏｚｏａ）、放散虫（Ｒａｄｉｏｚｏａ）、太陽虫（Ｈｅｌｉｏｚｏａ）、根足虫（Ｒｈｉｚｏｐｏｄａ）、ネオサルコジナ（Ｎｅｏｓａｒｃｏｄｉｎａ）、レチクローサ（Ｒｅｔｉｃｕｌｏｓａ）、襟鞭毛虫（Ｃｈｏａｎｏｚｏａ）、粘液胞子虫（Ｍｙｘｏｓｐｏｒｉｄａ）、略胞子虫（Ｈａｐｌｏｓｐｏｒｉｄａ）、パラミクシア（Ｐａｒａｍｙｘｉａ）から選択してもよい。
【００９６】
真核細胞は藻由来であってもよい。
【００９７】
酵素は、オキシドレダクターゼ、トランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、リアーゼ、イソメラーゼ、リガーゼ、ポリメラーゼまたはこれらの組み合わせから選択してもよい。
【００９８】
プロセスは生物学的反応器において行ってもよい。
【００９９】
生物学的反応器は、発酵バッチ反応器、酵素バッチ反応器、硝化反応器、消化反応器、膜生物反応器（ＭＢＲ）、移動床生物反応器（ＭＢＢＲ）、流動床反応器（ＦＢＲ）、連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）、管型反応器（ＰＦＲ）および連続バッチ反応器（ＳＢＲ）から選択してもよい。
【０１００】
方法は嫌気的または好気的方法であってもよい。
【０１０１】
別の実施形態によると、本発明のプロセスから得られる材料が提供される。
【０１０２】
別の実施形態によると、本発明による材料を、細胞を得るための無菌増殖培地においてインキュベートするステップを含む細胞増殖方法が提供される。
【０１０３】
別の実施形態によると、本発明による材料を反応媒体においてインキュベートするステップを含む酵素反応の実施方法が提供される。
【０１０４】
別の実施形態によると、本発明による材料を、発酵生成物を得るための発酵反応媒体においてインキュベートするステップを含む発酵反応の実施方法が提供される。
【０１０５】
増殖は芽胞を得るための芽胞形成反応であってもよい。
【０１０６】
別の実施形態によると、本発明による材料を汚染流体においてインキュベートするステップを含む、汚染流体の除染方法が提供される。
【０１０７】
方法は生物学的反応器において行ってもよい。
【０１０８】
生物学的反応器は、発酵バッチ反応器、酵素バッチ反応器、硝化反応器、消化反応器、膜生物反応器（ＭＢＲ）、移動床生物反応器（ＭＢＢＲ）、流動床反応器（ＦＢＲ）、連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）、管型反応器（ＰＦＲ）および連続バッチ反応器（ＳＢＲ）から選択してもよい。
【０１０９】
別の実施形態によると、
ａ）−本発明の炭素同素体−シリカ複合材料、または
−約５０ｎｍ〜約５００μｍの厚さ、および複数の細孔を有するシリカシェルであって、約０．２μｍ〜約１５００μｍの直径を有し、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃ
ｍ３の密度を有するカプセルを形成するシェル
からなるシリカマイクロカプセルであって、
シェルが約０％〜約７０％のＱ３構造および約３０％〜約１００％のＱ４構造からなってもよく、もしくは
シェルが約０％〜約６０％のＴ２構造および約４０％〜約１００％のＴ３構造からなってもよく、もしくは
シェルがそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなってもよく、
カプセルの外表面が官能基により覆われていてもよいカプセル、
またはこれらの組み合わせを、
分子と、分子の炭素同素体−シリカ複合材料、シリカマイクロカプセルまたはこれらの組み合わせへの吸着のために接触させるステップ
を含む材料の調製プロセスが提供される。
【０１１０】
シリカマイクロカプセルの厚さは約５０ｎｍ〜約２４０μｍであってもよい。
【０１１１】
シリカマイクロカプセルの直径は約０．２μｍ〜約５００μｍであってもよい。
【０１１２】
シリカマイクロカプセルの密度は約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３であってもよい。
【０１１３】
シェルは約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造、または約１００％のＱ４構造からなってもよい。
【０１１４】
シリカマイクロカプセルの細孔は約０．５ｎｍ〜約１００ｎｍの細孔径を有する。
【０１１５】
官能基は、ヒドロキシル基、アミノ基、ベンジルアミノ基、クロロプロピル基、ジスルフィド基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリレート基、ビニル基、およびこれらの組み合わせであってもよい。
【０１１６】
官能基は、官能性トリメトキシシラン、官能性トリエトキシシラン、官能性トリプロポキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビス−（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、およびフェニルトリメトキシシラン、ならびにこれらの組み合わせから選択されるオルガノシランにより提供してもよい。
【０１１７】
分子は蛍光分子、磁気粒子、触媒分子、生体高分子、またはこれらの組み合わせであってもよい。
【０１１８】
下記用語は以下のとおり定義される。
【０１１９】
定義
「アルキル」、ならびにアルコキシおよびアルカノイルのような、接頭辞「アルク」を有する他の基は、炭素鎖がとくに定義されない限り、直鎖または分岐、およびこれらの組み合わせであってもよい炭素鎖を意味する。アルキル基の例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−およびｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、等が挙げられる。例えばＣ３〜１０の、特定の数の炭素原子が可能である場合、アルキルの語はシクロアルキル基、およびシクロアルキル構造と組み合わされた直鎖または分岐アルキル鎖の組み合わせも含む。炭素原子の数が特定されない場合、Ｃ１〜６が意図される。
【０１２０】
「シクロアルキル」は、アルキルの部分集合であり、特定の数の炭素原子を有する飽和炭素環を意味する。シクロアルキルの例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、等が挙げられる。シクロアルキル基は一般的には、とくに記載されない限り、単環式である。シクロアルキル基は、とくに定義されない限り、飽和である。
【０１２１】
「アルコキシ」の語は、特定の数（例えば、Ｃ１〜６アルコキシ）、またはこの範囲内のいずれかの数［すなわち、メトキシ（ＭｅＯ−）、エトキシ、イソプロポキシ、等］の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖アルコキシドを指す。
【０１２２】
「アルキルチオ」の語は、特定の数（例えば、Ｃ１〜６アルキルチオ）、またはこの範囲内のいずれかの数［すなわち、メチルチオ（ＭｅＳ−）、エチルチオ、イソプロピルチオ、等］の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖アルキルスルフィドを指す。
【０１２３】
「アルキルアミノ」の語は、特定の数（例えば、Ｃ１〜６アルキルアミノ）、またはこの範囲内のいずれかの数［すなわち、メチルアミノ、エチルアミノ、イソプロピルアミノ、ｔ−ブチルアミノ、等］の炭素原子を有する直鎖または分岐アルキルアミンを指す。
【０１２４】
「アルキルスルホニル」の語は、特定の数（例えば、Ｃ１〜６アルキルスルホニル）、またはこの範囲内のいずれかの数［すなわち、メチルスルホニル（ＭｅＳＯ２−）、エチルスルホニル、イソプロピルスルホニル、等］の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖アルキルスルホンを指す。
【０１２５】
「アルキルスルフィニル」の語は、特定の数（例えば、Ｃ１〜６アルキルスルフィニル）、またはこの範囲内のいずれかの数［すなわち、メチルスルフィニル（ＭｅＳＯ−）、エチルスルフィニル、イソプロピルスルフィニル、等］の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖アルキルスルホキシドを指す。
【０１２６】
「アルキルオキシカルボニル」の語は、特定の数（例えば、Ｃ１〜６アルキルオキシカルボニル）、またはこの範囲内のいずれかの数［すなわち、メチルオキシカルボニル（ＭｅＯＣＯ−）、エチルオキシカルボニル、またはブチルオキシカルボニル］の炭素原子を有する本発明のカルボン酸誘導体の直鎖または分岐鎖エステルを指す。
【０１２７】
「アリール」とは、炭素環原子を含有する単または多環式芳香族環系を意味する。好適なアリールは、単環式または二環式６〜１０員芳香族環系である。フェニルおよびナフチルは好適なアリールである。最も好適なアリールはフェニルである。
【０１２８】
「ヘテロシクリル」とは、Ｏ、ＳおよびＮから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含有し、硫黄の酸化形態、すなわちＳＯおよびＳＯ２をさらに含む飽和または不飽和非芳香族環または環系を指す。ヘテロ環式化合物の例としては、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジヒドロフラン、１，４−ジオキサン、モルホリン、１，４−ジチアン、ピペラジン、ピペリジン、１，３−ジオキソラン、イミダゾリジン、イミダゾリン、ピロリン、ピロリジン、テトラヒドロピラン、ジヒドロピラン、オキサチオラン、ジチオラン、１，３−ジオキサン、１，３−ジチアン、オキサチアン、チオモルホリン、２−オキソピペリジン−１−イル、２−オキソピロリジン−１−イル、２−オキソアゼチジン−１−イル、１，２，４−オキサジアジン−５（６Ｈ）−オン−３−イル、等が挙げられる。
【０１２９】
「ヘテロアリール」とは、Ｏ、ＳおよびＮから選択される少なくとも１つの環ヘテロ原子を含有する芳香族または部分芳香族ヘテロ環を意味する。ヘテロアリールはよって、芳香族ではないアリール、シクロアルキルおよびヘテロ環のような、他の種類の環と縮合したヘテロアリールを含む。ヘテロアリール基の例としては：ピロリル、イソキサゾリル、イソチアゾリル、ピラゾリル、ピリジル、オキサゾリル、オキサジアゾリル（とくに、１，３，４−オキサジアゾール−２−イルおよび１，２，４−オキサジアゾール−３−イル）、チアジアゾリル、チアゾリル、イミダゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、フリル、トリアジニル、チエニル、ピリミジル、ベンジソキサゾリル、ベンゾキサゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾチアジアゾリル、ジヒドロベンゾフラニル、インドリニル、ピリダジニル、インダゾリル、イソインドリル、ジヒドロベンゾチエニル、インドリジニル、シンノリニル、フタラジニル、キナゾリニル、ナフチリジニル、カルバゾリル、ベンゾジオキソリル、キノキサリニル、プリニル、フラザニル、イソベンジルフラニル、ベンジミダゾリル、ベンゾフラニル、ベンゾチエニル、キノリル、インドリル、イソキノリル、ジベンゾフラニル、等が挙げられる。３〜１５個の原子を含有するヘテロシクリルおよびヘテロアリール基、環および環系が含まれ、１〜３つの環が形成される。
【０１３０】
「ハロゲン」とは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素を指す。塩素およびフッ素が一般的には好ましい。ハロゲンがアルキルまたはアルコキシ基について置換される場合、フッ素が最も好ましい（例えば、ＣＦ３ＯおよびＣＦ３ＣＨ２Ｏ）。
【０１３１】
「組成物」の語は、本明細書において用いられる場合、特定の量の特定の成分を含む生成物および、特定の量の特定の成分の組み合わせから、直接または間接的にもたらされるいずれかの生成物を包含することが意図される。医薬組成物に関連するこうした語は、担体を構成する活性成分および不活性成分を含む生成物、ならびにいずれかの２つ以上の成分の組み合わせ、錯体化もしくは凝集から、または成分の１つ以上の解離から、または成分の１つ以上の他のタイプの反応もしくは相互作用から、直接または間接的にもたらされるいずれかの生成物を包含することが意図される。したがって、本発明の医薬組成物は、本発明の化合物および医薬的に許容可能な担体を混合することにより生成されるいずれかの組成物を包含する。「医薬的に許容可能」または「許容可能」とは、担体、希釈剤または賦形剤が製剤の他の成分と相溶性であるべきであり、その受容者に有害であるべきでないことを意味する。
【０１３２】
「増殖培地」の語は、微生物または細胞の増殖を支持するように設計された液体またはゲルを意味することが意図される。２つの主要なタイプの増殖培地：植物、昆虫または動物のような真核多細胞生物に由来する特定の細胞タイプを用いる細胞培養、ならびに細菌、真菌または藻のような、微生物の増殖に用いられる微生物培養に用いられるものがある。微生物の最も一般的な増殖培地はニュートリエントブロスおよび寒天プレートであり；微生物および細胞培養増殖には特殊な培地が時には必要である。選好性生物と呼ばれるいくつかの生物は、複雑な栄養要件のため、特殊な環境を必要とする。例えば、ウイルスは偏性細胞内寄生体であり、生細胞を含有する増殖培地を必要とする。よって、「増殖培地」の語は、その中での微生物、細胞またはウイルスの増殖または維持に必要ないずれかおよびすべての栄養物または化合物を含むことが意図される。
【０１３３】
「反応媒体」または「反応溶液」の語は、化学反応が起こるためのすべての必要な成分を含有する媒体または溶液を意味することが意図される。例えば、媒体または溶液は、塩または鉱物、特定のｐＨを維持するための化学物質（例えば、緩衝試薬）、化学因子および共因子、等を含有してもよく、そのすべてを水のような溶媒またはその他の適切な溶媒に溶解してもよい。ある実施形態によると、その反応は酵素反応であってもよい。
【０１３４】
「発酵媒体」の語は、その中で発酵が適切な微生物の存在下で容易に起こり得る、媒体または溶液を意味することが意図される。上記「増殖」媒体と同様に、発酵媒体は、その中での微生物または細胞の生存を支持するのに必要なすべての成分（栄養物）を含有してもよい。
【０１３５】
「ビリオン」または「ウイルス」としても知られる「ウイルス粒子」の語は、２つまたは３つの部分：ｉ）遺伝情報を伝える長い分子であるＤＮＡまたはＲＮＡのいずれかから生成される遺伝物質；ｉｉ）これらの遺伝子を保護するタンパク質コート；およびいくつかの場合ｉｉｉ）それらが細胞の外側にある際にタンパク質コートを囲む脂質のエンベロープからなる粒子を意味することが意図される。ウイルスの形状は単純な螺旋および正二十面体形態からより複雑な構造に及ぶ。平均的なウイルスは平均的な細菌のサイズの約１００分の１である。ほとんどのウイルスは光学顕微鏡で直接見るには小さすぎる。
【０１３６】
「細胞」の語は、すべての既知の生きた生物の基本構造、機能、および生物学的単位を意味することが意図される。細胞は、独立して複製することができ、しばしば「生命の構成単位」と呼ばれる、生命の最小単位である。本発明によると、細胞は、細菌細胞または古細菌細胞、および昆虫、植物、真菌、哺乳動物、またはその他の細胞のような、原核または真核生物起源のいずれの細胞であってもよい。
【０１３７】
本発明について詳しく説明する前に、いくつかの用語を定義する。本明細書において用いられる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈にとくに明記がない限り、複数の指示物を含む。
【０１３８】
「好適には」、「一般的には」、および「典型的には」のような語は、本明細書において、特許請求される発明の範囲を限定、または特定の特徴が特許請求される発明の構造もしくは機能にとって重大、必須、または重要でもあることを示唆するためには用いられないことが留意される。むしろ、これらの用語は、本発明の特定の実施形態において用いることができる、またはできない、代替または追加の特徴を単に強調することが意図されるにすぎない。
【０１３９】
本発明を説明および定義する目的で、「実質的に」の語は、本明細書において、いずれかの定量的比較、値、測定、または他の表現が帰し得る、内在する不確定度を表すために用いられることが留意される。「実質的に」の語は、本明細書において、問題の主題の基本的な機能を変更することなく、定量的表現が定められた基準から変動することができる程度を表すためにも用いられる。
【０１４０】
主題の特徴および利点は、添付の図面において示されるように、選択される実施形態の下記の詳細な説明に照らしてより明らかとなる。理解されるように、開示および特許請求される主題は、すべて特許請求の範囲から逸脱することなく、さまざまな点で変更が可能である。したがって、図面および説明は限定的ではなく本質的に例示的であり、主題の全範囲は特許請求の範囲に記載されているとみなされるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
本開示のさらなる特徴および利点は、添付の図面と組み合わされて考慮される、下記の詳細な説明から明らかとなる。
【図１】シリカナノ粒子で覆われたグラフェン薄片のＳＥＭ画像および対応するＥＤＳスペクトルを示す。
【図２】本発明の実施形態（表１）に従って、プラズマ堆積プロセスを用いて製造されたグラフェンシートのＴＥＭ画像を示す。
【図３】本発明の実施形態（表２）に従って、プラズマ堆積プロセスを用いて製造されたａ）シリカマイクロカプセルおよびｂ）シリカ−グラフェンマイクロ粒子のＳＥＭ画像を示す。
【図４】窒素前駆体としてａ）ＮＨ３およびｂ）Ｎ２を用いるプラズマ堆積プロセスによって窒素含有官能基で官能化されたシリカ−グラフェン複合材料のＳＥＭ画像を示す。
【図５】窒素前駆体としてＮＨ３およびＮ２を用いるプラズマ堆積プロセスによって窒素含有官能基で官能化されたシリカ−グラフェン複合材料のＸＰＳスペクトルを示す。
【図６】窒素前駆体であるａ）ＮＨ３およびｂ）Ｎ２からの試料からのＮ１ｓピークのＸＰＳ高解像度スペクトルを示す。
【図７】４００倍に拡大されたａ）担体を含まないおよびｂ）シリカマイクロカプセルを含む細菌の光学顕微鏡写真を示す。
【図８】ａ）１０００倍およびｂ）１００倍に拡大されたＬＢ培地で予備洗浄されたシリカマイクロカプセルの存在下での細菌の光学顕微鏡写真を示す。
【図９】担体としてシリカマイクロカプセルおよびキトサンを含む細菌の使用におけるメタンの生物学的生成を示す。
【図１０】シリカマイクロカプセルの存在下での発酵から得られるプロテアーゼの酵素活性を示す。
【図１１】ａ）４８時間のインキュベーション後、左から右へ試料１〜６；ｂ）３０分の沈殿後、左から右へ試料１〜６；およびｃ）倒置による生理食塩水洗浄後、左から右へ試料２〜６の、シリカマイクロカプセルを含む酵母発酵を示す。
【図１２】ａ）１００倍およびｂ）１０００倍に拡大されたシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子と２４時間インキュベートされた枯草菌（ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）の光学顕微鏡写真を示す。
【図１３】シリカマイクロカプセルを含むおよび含まない硝化細菌共同体を用いるアンモニア消費を示す。
【図１４】プラズマトーチ装置の概略図であるスキーム１を示す。
【図１５】シリカマイクロカプセル上へのグラフェンの堆積に用いられる異なる構造の概略図であるスキーム２を示す。添付の図面を通して、同じ特徴は同じ参照符号により識別されることが留意される。
【０１４２】
本発明は以下に記載される２つの部分からなる。第１部分において、異なる炭素同素体−シリカ複合材料が提供される。上記炭素同素体は、黒鉛、グラフェン、炭素ナノファイバー、炭素ナノチューブ、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０フラーレン、等から選択することができる。これらの複合材料の調製について、化学的または物理的プロセスに基づく異なるアプローチが考慮された。これらのアプローチとしては：
−国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号から得られるシリカマイクロカプセルの炭素の同素体での化学的グラフト
−ゾル−ゲルプロセスによる炭素同素体の表面上でのシリカナノ粒子のｉｎ  ｓｉｔｕ合成
−プラズマ堆積を用いるシリカマイクロカプセル上での炭素同素体の形成およびｉｎ  ｓｉｔｕコーティング
−プラズマ堆積を用いるシリカマイクロカプセル上での官能化炭素同素体の形成およびｉｎ  ｓｉｔｕコーティング
が挙げられる。
【０１４３】
本発明の第２部分は、国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるように得られたシリカマイクロカプセルまたは上記で得られたシリカ−炭素同素体複合体の、先端材料（例えばシリカ−炭素同素体マイクロ粒子の電気および／または熱伝導充填剤）としての使用ならびに、バイオプロセスにおける（例えば微生物を含むいずれかのタイプの細胞、多細胞生物、酵素および／またはウイルス粒子に由来する真核細胞の担体としての）、または特定の分子の吸着のためのそれらの使用について記載する。
【０１４４】
シリカ−炭素同素体複合材料の調製
本発明は、多数の特殊な用途において用いることが意図されたさまざまなシリカ−炭素同素体複合材料を提供する。この目的のため、さまざまな形態をもたらす異なる化学的または物理的アプローチが考慮された。
【０１４５】
化学的プロセス
ある実施形態によると、第１アプローチは、シリカマイクロカプセルの、黒鉛、グラフェン、炭素ナノファイバー、炭素ナノチューブ、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ８２およびＣ８４フラーレン、等、ならびにそれらの組み合わせを含む炭素同素体での化学的グラフトを含む。国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるように製造される初期シリカマイクロカプセルは中空であり、それらのサイズは意図された用途に応じて０．２〜１５００ミクロンの範囲とすることができる。これらのシリカマイクロカプセルは本質的にそれらの表面上にヒドロキシル基を含有し、これは官能性オルガノシランを用いるさらなる表面修飾（アミノ、ビニル、エポキシ、ジスルフィド、等を含む官能基の結合）を可能にする。シリカ粒子の表面上でのこれらの官能基の存在は、炭素同素体の共有結合の基本である。シリカマイクロ粒子と結合される前に、炭素同素体は、周知のハマー法（Ｈｕｍｍｅｒｓ，Ｗ．ａｎｄ  Ｏｆｆｅｍａｎ，Ｒ．；Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９５８，８０，１３３９）により記載されるように、強い酸化条件（ＨＮＯ３、ＫＣｌＯ３、ＫＭＯ４／Ｈ２ＳＯ４、Ｈ２ＣｒＯ４／Ｈ２ＳＯ４、等）下で酸化されなければならない。これはヒドロキシル、カルボキシルおよびエポキシ基を含むさまざまな酸化物含有種の形成をもたらす。結果として、得られる官能基は、共有結合シリカ−炭素同素体複合材料を得るため、シリカ粒子の表面上に存在するものと共有結合的に反応することができる。例として、酸化炭素同素体の表面上に存在するカルボン酸を利用し、さまざまな結合反応を考慮することができる。これらの結合反応は、塩化チオニル（ＳＯＣｌ２）、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド（ＥＤＣ）、Ｎ，Ｎ’ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、ヘキサフルオロリン酸２−（７−アザ−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−イル）−１，１，３，３−テトラメチルウロニウム（ＨＡＴＵ）、等を用いるカルボン酸基の活性化を必要とする。シリカ表面上で利用可能なアミンまたはヒドロキシル基のような求核種とのその後の反応は、アミドまたはエステルの形成によって共有結合を生成する。カルボン酸に加えて、酸化炭素同素体の表面上に存在するエポキシ基は、アミン官能化シリカマイクロカプセルを用いるさまざまな条件下での開環反応によって容易に修飾することができる。
【０１４６】
本発明において用いてもよいマイクロカプセルは約０．２μｍ〜約１５００μｍの平均直径を有する。マイクロカプセルの直径は、約０．２μｍ〜約１５００μｍ、または約０．２μｍ〜約１０００μｍ、または約０．２μｍ〜約９００μｍ、または約０．２μｍ〜約８００μｍ、または約０．２μｍ〜約７００μｍ、または約０．２μｍ〜約６００μｍ、または約０．２μｍ〜約５００μｍ、または約０．２μｍ〜約４００μｍ、または約０．２μｍ〜約３００μｍ、または約０．２μｍ〜約２００μｍ、または約０．２μｍ〜約１００μｍ、または約０．２μｍ〜約９０μｍ、または約０．２μｍ〜約８０μｍ、または約０．２μｍ〜約７０μｍ、または約０．２μｍ〜約６０μｍ、または約０．２μｍ〜約５０μｍ、または約０．２μｍ〜約４０μｍ、または約０．２μｍ〜約３０μｍ、または約０．２μｍ〜約２０μｍ、または約０．２μｍ〜約１５μｍ、または約０．２μｍ〜約１０μｍ、または約０．２μｍ〜約５μｍ、または約０．２μｍ〜約２μｍ、または約０．５μｍ〜約１５００μｍ、または約０．５μｍ〜約１０００μｍ、または約０．５μｍ〜約９００μｍ、または約０．５μｍ〜約８００μｍ、または約０．５μｍ〜約７００μｍ、または約０．５μｍ〜約６００μｍ、または約０．５μｍ〜約５００μｍ、または約０．５μｍ〜約４００μｍ、または約０．５μｍ〜約３００μｍ、または約０．５μｍ〜約２００μｍ、または約０．５μｍ〜約１００μｍ、または約０．５μｍ〜約９０μｍ、または約０．５μｍ〜約８０μｍ、または約０．５μｍ〜約７０μｍ、または約０．５μｍ〜約６０μｍ、または約０．５μｍ〜約５０μｍ、または約０．５μｍ〜約４０μｍ、または約０．５μｍ〜約３０μｍ、または約０．５μｍ〜約２０μｍ、または約０．５μｍ〜約１５μｍ、または約０．５μｍ〜約１０μｍ、または約０．５μｍ〜約５μｍ、または約０．５μｍ〜約２μｍ、または約１μｍ〜約１５００μｍ、または約１μｍ〜約１０００μｍ、または約１μｍ〜約９００μｍ、または約１μｍ〜約８００μｍ、または約１μｍ〜約７００μｍ、または約１μｍ〜約６００μｍ、または約１μｍ〜約５００μｍ、または約１μｍ〜約４００μｍ、または約１μｍ〜約３００μｍ、または約１μｍ〜約２００μｍ、または約１μｍ〜約１００μｍ、または約１μｍ〜約９０μｍ、または約１μｍ〜約８０μｍ、または約１μｍ〜約７０μｍ、または約１μｍ〜約６０μｍ、または約１μｍ〜約５０μｍ、または約１μｍ〜約４０μｍ、または約１μｍ〜約３０μｍ、または約１μｍ〜約２０μｍ、または約１μｍ〜約１５μｍ、または約１μｍ〜約１０μｍ、または約１μｍ〜約５μｍ、または約１μｍ〜約２μｍ、または約２μｍ〜約１５００μｍ、または約２μｍ〜約１０００μｍ、または約２μｍ〜約９００μｍ、または約２μｍ〜約８００μｍ、または約２μｍ〜約７００μｍ、または約２μｍ〜約６００μｍ、または約２μｍ〜約５００μｍ、または約２μｍ〜約４００μｍ、または約２μｍ〜約３００μｍ、または約２μｍ〜約２００μｍ、または約２μｍ〜約１００μｍ、または約２μｍ〜約９０μｍ、または約２μｍ〜約８０μｍ、または約２μｍ〜約７０μｍ、または約２μｍ〜約６０μｍ、または約２μｍ〜約５０μｍ、または約２μｍ〜約４０μｍ、または約２μｍ〜約３０μｍ、または約２μｍ〜約２０μ���、または約２μｍ〜約１５μｍ、または約２μｍ〜約１０μｍ、または約２μｍ〜約５μｍ、または約３μｍ〜約１５００μｍ、または約３μｍ〜約１０００μｍ、または約３μｍ〜約９００μｍ、または約３μｍ〜約８００μｍ、または約３μｍ〜約７００μｍ、または約３μｍ〜約６００μｍ、または約３μｍ〜約５００μｍ、または約３μｍ〜約４００μｍ、または約３μｍ〜約３００μｍ、または約３μｍ〜約２００μｍ、または約３μｍ〜約１００μｍ、または約３μｍ〜約９０μｍ、または約３μｍ〜約８０μｍ、または約３μｍ〜約７０μｍ、または約３μｍ〜約６０μｍ、または約３μｍ〜約５０μｍ、または約３μｍ〜約４０μｍ、または約３μｍ〜約３０μｍ、または約３μｍ〜約２０μｍ、または約３μｍ〜約１５μｍ、または約３μｍ〜約１０μｍ、または約３μｍ〜約５μｍ、または約４μｍ〜約１５００μｍ、または約４μｍ〜約１０００μｍ、
または約４μｍ〜約９００μｍ、または約４μｍ〜約８００μｍ、または約４μｍ〜約７００μｍ、または約４μｍ〜約６００μｍ、または約４μｍ〜約５００μｍ、または約４μｍ〜約４００μｍ、または約４μｍ〜約３００μｍ、または約４μｍ〜約２００μｍ、または約４μｍ〜約１００μｍ、または約４μｍ〜約９０μｍ、または約４μｍ〜約８０μｍ、または約４μｍ〜約７０μｍ、または約４μｍ〜約６０μｍ、または約４μｍ〜約５０μｍ、または約４μｍ〜約４０μｍ、または約４μｍ〜約３０μｍ、または約４μｍ〜約２０μｍ、または約４μｍ〜約１５μｍ、または約４μｍ〜約１０μｍ、または約４μｍ〜約５μｍ、または約５μｍ〜約１５００μｍ、または約５μｍ〜約１０００μｍ、または約５μｍ〜約９００μｍ、または約５μｍ〜約８００μｍ、または約５μｍ〜約７００μｍ、または約５μｍ〜約６００μｍ、または約５μｍ〜約５００μｍ、または約５μｍ〜約４００μｍ、または約５μｍ〜約３００μｍ、または約５μｍ〜約２００μｍ、または約５μｍ〜約１００μｍ、または約５μｍ〜約９０μｍ、または約５μｍ〜約８０μｍ、または約５μｍ〜約７０μｍ、または約５μｍ〜約６０μｍ、または約５μｍ〜約５０μｍ、または約５μｍ〜約４０μｍ、または約５μｍ〜約３０μｍ、または約５μｍ〜約２０μｍ、または約５μｍ〜約１５μｍ、または約５μｍ〜約１０μｍ、または約１０μｍ〜約１５００μｍ、または約１０μｍ〜約１０００μｍ、または約１０μｍ〜約９００μｍ、または約１０μｍ〜約８００μｍ、または約１０μｍ〜約７００μｍ、または約１０μｍ〜約６００μｍ、または約１０μｍ〜約５００μｍ、または約１０μｍ〜約４００μｍ、または約１０μｍ〜約３００μｍ、または約１０μｍ〜約２００μｍ、または約１０μｍ〜約１００μｍ、または約１０μｍ〜約９０μｍ、または約１０μｍ〜約８０μｍ、または約１０μｍ〜約７０μｍ、または約１０μｍ〜約６０μｍ、または約１０μｍ〜約５０μｍ、または約１０μｍ〜約４０μｍ、または約１０μｍ〜約３０μｍ、または約１０μｍ〜約２０μｍ、または約１０μｍ〜約１５μｍ、または約１５μｍ〜約１５００μｍ、または約１５μｍ〜約１０００μｍ、または約１５μｍ〜約９００μｍ、または約１５μｍ〜約８００μｍ、または約１５μｍ〜約７００μｍ、または約１５μｍ〜約６００μｍ、または約１５μｍ〜約５００μｍ、または約１５μｍ〜約４００μｍ、または約１５μｍ〜約３００μｍ、または約１５μｍ〜約２００μｍ、または約１５μｍ〜約１００μｍ、または約１５μｍ〜約９０μｍ、または約１５μｍ〜約８０μｍ、または約１５μｍ〜約７０μｍ、または約１５μｍ〜約６０μｍ、または約１５μｍ〜約５０μｍ、または約１５μｍ〜約４０μｍ、または約１５μｍ〜約３０μｍ、または約１５μｍ〜約２０μｍ、または約２０μｍ〜約１５００μｍ、または約２０μｍ〜約１０００μｍ、または約２０μｍ〜約９００μｍ、または約２０μｍ〜約８００μｍ、または約２０μｍ〜約７００μｍ、または約２０μｍ〜約６００μｍ、または約２０μｍ〜約５００μｍ、または約２０μｍ〜約４００μｍ、または約２０μｍ〜約３００μｍ、または約２０μｍ〜約２００μｍ、または約２０μｍ〜約１００μｍ、または約２０μｍ〜約９０μｍ、または約２０μｍ〜約８０μｍ、または約２０μｍ〜約７０μ��、または約２０μｍ〜約６０μｍ、または約２０μｍ〜約５０μｍ、または約２０μｍ〜約４０μｍ、または約２０μｍ〜約３０μｍ、または約３０μｍ〜約１５００μｍ、または約３０μｍ〜約１０００μｍ、または約３０μｍ〜約９００μｍ、または約３０μｍ〜約８００μｍ、または約３０μｍ〜約７００μｍ、または約３０μｍ〜約６００μｍ、または約３０μｍ〜約５００μｍ、または約３０μｍ〜約４００μｍ、または約３０μｍ〜約３００μｍ、または約３０μｍ〜約２００μｍ、または約３０μｍ〜約１００μｍ、または約３０μｍ〜約９０μｍ、または約３０μｍ〜約８０μｍ、または約３０μｍ〜約７０μｍ、または約３０μｍ〜約６０μｍ、または約３０μｍ〜約５０μｍ、または約３０μｍ〜約４０μｍ、または約４０μｍ〜約１５００μｍ、または約４０μｍ〜約１０００μｍ、または約４０μｍ〜約９００μｍ、または約４０μｍ〜約８００μｍ、または約４０μｍ〜約７００μｍ、または約４０μｍ〜約６００μｍ、または約４０μｍ〜約５００μｍ、または約４０μｍ〜約４００μｍ、または約４０μｍ〜約３００μｍ、または約４０μｍ〜約２００μｍ、または約４０μｍ〜約１００μｍ、または約４０μｍ〜約９０μｍ、または約４０μｍ〜約８０μｍ、または約４０μｍ〜約７０μｍ、または約４０μｍ〜約６０μｍ、または約４０μｍ〜約５０μｍ、または約５０μｍ〜約１５００μｍ、または約５０μｍ〜約１０００μｍ、または約５０μｍ〜約９００μｍ、または約５０μｍ〜約８００μｍ、または約５０μｍ〜約７００μｍ、または約５０μｍ〜約６００μｍ、または約５０μｍ〜約５００μｍ、または約５０μｍ〜約４００μｍ、または約５０μｍ〜約３００μｍ、または約５０μｍ〜約２００μｍ、または約５０μｍ〜約１００μｍ、または約５０μｍ〜約９０μｍ、または約５０μｍ〜約８０μｍ、または約５０μｍ〜約７０μｍ、または約５０μｍ〜約６０μｍ、または約６０μｍ〜約１５００μｍ、または約６０μｍ〜約１０００μｍ、または約６０μｍ〜約９００μｍ、または約６０μｍ〜約８００μｍ、または約６０μｍ〜約７００μｍ、または約６０μｍ〜約６００μｍ、または約６０μｍ〜約５００μｍ、または約６０μｍ〜約４００μｍ、または約６０μｍ〜約３００μｍ、または約６０μｍ〜約２００μｍ、または約６０μｍ〜約１００μｍ、または約６０μｍ〜約９０μｍ、または約６０μｍ〜約８０μｍ、または約６０μｍ〜約７０μｍ、または約７０μｍ〜約１５００μｍ、または約７０μｍ〜約１０００μｍ、または約７０μｍ〜約９００μｍ、または約７０μｍ〜約８００μｍ、または約７０μｍ〜約７００μｍ、または約７０μｍ〜約６００μｍ、または約７０μｍ〜約５００μｍ、または約７０μｍ〜約４００μｍ、または約７０μｍ〜約３００μｍ、または約７０μｍ〜約２００μｍ、または約７０μｍ〜約１００μｍ、または約７０μｍ〜約９０μｍ、または約７０μｍ〜約８０μｍ、または約８０μｍ〜約１５００μｍ、または約８０μｍ〜約１０００μｍ、または約８０μｍ〜約９００μｍ、または約８０μｍ〜約８００μｍ、または約８０μｍ〜約７００μｍ、または約８０μｍ〜約６００μｍ、または約８０μｍ〜約５００μｍ、または約８０μｍ〜約４００μｍ、または約８０μｍ〜約３００μｍ、または約８０μｍ〜約２００μｍ、または約８０μｍ〜約１���０μｍ、または約８０μｍ〜約９０μｍ、または約９０μｍ〜約１５００μｍ、または約９０μｍ〜約１０００μｍ、または約９０μｍ〜約９００μｍ、または約９０μｍ〜約８００μｍ、または約９０μｍ〜約７００μｍ、または約９０μｍ〜約６００μｍ、または約９０μｍ〜約５００μｍ、または約９０μｍ〜約４００μｍ、または約９０μｍ〜約３００μｍ、または約９０μｍ〜約２００μｍ、または約９０μｍ〜約１００μｍ、または約１００μｍ〜約１５００μｍ、または約１００μｍ〜約１０００μｍ、または約１００μｍ〜約９００μｍ、または約１００μｍ〜約８００μｍ、または約１００μｍ〜約７００μｍ、または約１００μｍ〜約６００μｍ、または約１００μｍ〜約５００μｍ、または約１００μｍ〜約４００μｍ、または約１００μｍ〜約３００μｍ、または約１００μｍ〜約２００μｍ、または約２００μｍ〜約１５００μｍ、または約２００μｍ〜約１０００μｍ、または約２００μｍ〜約９００μｍ、または約２００μｍ〜約８００μｍ、または約２００μｍ〜約７００μｍ、または約２００μｍ〜約６００μｍ、または約２００μｍ〜約５００μｍ、または約２００μｍ〜約４００μｍ、または約２００μｍ〜約３００μｍ、または約３００μｍ〜約１５００μｍ、または約３００μｍ〜約１０００μｍ、または約３００μｍ〜約９００μｍ、または約３００μｍ〜約８００μｍ、または約３００μｍ〜約７００μｍ、または約３００μｍ〜約６００μｍ、または約３００μｍ〜約５００μｍ、または約３００μｍ〜約４００μｍ、または約４００μｍ〜約１５００μｍ、または約４００μｍ〜約１０００μｍ、または約４００μｍ〜約９００μｍ、または約４００μｍ〜約８００μｍ、または約４００μｍ〜約７００μｍ、または約４００μｍ〜約６００μｍ、または約４００μｍ〜約５００μｍ、または約５００μｍ〜約１５００μｍ、または約５００μｍ〜約１０００μｍ、または約５００μｍ〜約９００μｍ、または約５００μｍ〜約８００μｍ、または約５００μｍ〜約７００μｍ、または約５００μｍ〜約６００μｍ、または約６００μｍ〜約１５００μｍ、または約６００μｍ〜約１０００μｍ、または約６００μｍ〜約９００μｍ、または約６００μｍ〜約８００μｍ、または約６００μｍ〜約７００μｍ、または約７００μｍ〜約１５００μｍ、または約７００μｍ〜約１０００μｍ、または約７００μｍ〜約９００μｍ、または約７００μｍ〜約８００μｍ、または約８００μｍ〜約１５００μｍ、または約８００μｍ〜約１０００μｍ、または約８００μｍ〜約９００μｍ、または約９００μｍ〜約１５００μｍ、または約９００μｍ〜約１０００μｍ、または約１０００μｍ〜約１５００μｍ、好適には約０．２μｍ〜約５００μｍであってもよい。
【０１４７】
本発明において用いてもよいマイクロカプセルのシェルの厚さは、５０ｎｍ〜５００μｍ、好適には約５０ｎｍ〜約２４０μｍの範囲内で変動してもよい。後官能化法を用いる官能性表面層の厚さは数ナノメートル（１〜１０ｎｍ）である。マイクロカプセルの密度は、０．００１ｇ／ｃｍ３、ほとんどのプラスチック、複合体、ゴム、および繊維製品の密度の約１／１０００と低くすることができる。マイクロカプセルの密度は、約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．３ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．４ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．５ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．６ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．７ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．８ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．９ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約１．０ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．３ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．４ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．５ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．６ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．７ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．８ｇ／ｃｍ３〜約０．９ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０８��／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、
または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．３ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．４ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．５ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．６ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．７ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．３ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．４ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．５ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．６ｇ／ｃｍ３〜約０．７ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．３ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．４ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．５ｇ／ｃｍ３〜約０．６ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．３ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．４ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．３ｇ／ｃｍ３〜約０．４ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．３ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．１ｇ／ｃｍ３〜約０．２ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．０９ｇ／ｃｍ３〜約０．１ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．０８ｇ／ｃｍ３〜約０．０９ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．０７ｇ／ｃｍ３〜約０．０８ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．０６ｇ／ｃｍ３〜約０．０７ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０６ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０６ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０６ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．０６ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．０６ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．０６ｇ／ｃｍ３、または約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．０６ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０５ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０５ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０５ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．０５ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．０５ｇ／ｃｍ３、または約０．０４ｇ／ｃｍ３〜約０．０５ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ
／ｃｍ３〜約０．０４ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０４ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０４ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．０４ｇ／ｃｍ３、または約０．０３ｇ／ｃｍ３〜約０．０４ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０３ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０３ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０３ｇ／ｃｍ３、または約０．０２ｇ／ｃｍ３〜約０．０３ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０２ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０２ｇ／ｃｍ３、または約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．０２ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．０１ｇ／ｃｍ３、または約０．００５ｇ／ｃｍ３〜約０．０１ｇ／ｃｍ３、または約０．００１ｇ／ｃｍ３〜約０．００５ｇ／ｃｍ３の範囲内である。好適には、密度は約０．０１ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３である。
【０１４８】
ある実施形態によると、シェルは約０％〜約７０％のＱ３構造（すなわちケイ素原子が３つの隣接原子とシロキサン結合を形成する）、約３０％〜約１００％のＱ４構造（ケイ素原子が４つの隣接原子とシロキサン架橋を形成する）からなる。別の実施形態によると、シェルは約４０％のＱ３構造および約６０％のＱ４構造からなる。別の実施形態によると、シェルは約１０％未満のＱ３構造および約９０％超のＱ４構造からなる。好適な実施形態によると、シェルは１００％のＱ４構造からなる。
【０１４９】
別の実施形態によると、本発明において用いてもよいマイクロカプセルのシェルは、約０％〜約６０％のＴ２形態シリカおよび約４０％〜約１００％のＴ３形態シリカからなってもよい。
【０１５０】
別の実施形態によると、シェルはそのＴおよびＱ構造の組み合わせからなってもよい。
【０１５１】
別の実施形態によると、第２の化学的アプローチは、ゾル−ゲルプロセスを用いる酸化炭素同素体の表面上でのナノスケールのシリカ粒子のｉｎ  ｓｉｔｕ合成を含む。前記シリカナノ粒子は、約５ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約６００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約７００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約９００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約６００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約７００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約８００ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約６００ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約６００ｎｍ〜約７００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約７���ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または４０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または４０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約３００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約９０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約５ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約９０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約７０ｎｍ〜約８０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約７０ｎｍ、または約１０ｎ���〜約７０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約７０ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約７０ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約７０ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、または約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約６０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約６０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約６０ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約６０ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約６０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約４０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約４０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約４０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約４０ｎｍ、または約３０ｎｍ〜約４０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約３０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約３０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約２０ｎｍ、または１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約１０ｎｍ、好適には１０ｎｍ〜１００ｎｍの直径を有する。シリカナノ粒子のｉｎ  ｓｉｔｕ合成は、予備酸化炭素同素体の極性溶媒（水、アルコール、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、等）中での分散、その後のアルコキシシラン（メトキシシラン、エトキシシラン、プロポキシシラン、イソプロポキシシラン、アリールオキシシラン、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラプロポキシシラン（ＴＰＯＳ）、またはアミノプロピルシラン、アミノエチルアミノプロピルシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、グリシドキシプロポキシルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルトリメトキシシラン、［２（シクロヘキセニル）エチル］トリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランもしくは上記のいずれか２つ以上の混合物を含む官能性トリメトキシ、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン）およびゾル−ゲル反応の触媒（塩酸、硫酸、アンモニア、水酸化ナトリウム、等）の、撹拌または超音波処理下での添加により行われる。これは炭素同素体（グラフェン、黒鉛、炭素ナノファイバー、炭素ナノチューブ、等）の表面を修飾するシリカナノ粒子とのさまざまなハイブリッド材料をもたらす。酸化炭素同素体上でのヒドロキシル基の存在およびアルコキシシランとの反応後のカルボニル基（Ｃ＝Ｏ）のＳｉ−Ｏ−Ｃ結合への変換により、共有結合が可能である。
【０１５２】
物理的プロセス
本発明の別の実施形態によると、シリカ−炭素同素体複合材料は物理的プロセスを用いて調製してもよい。このアプローチに従って、炭素同素体は、シリカマイクロスフェアの存在下、プラズマ堆積プロセスを用いて直接形成される。
【０１５３】
ＤＣ（直流）アークまたは誘導結合ＲＦ（無線周波数）放電により生成される熱プラズマは、炭素ナノ構造体の製造における周知の強力なプロセスである。これらの技術を用い、グラフェン、炭素ナノファイバー、炭素ナノチューブ、等を含むさまざまな炭素同素体は２０年間うまく合成されてきた（Ｎａｔｕｒｅ，１９９１，３５４，５６−５８；Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，２８２，１１０５−１１０７；Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２０００，７７，８３０−８３２）。また、プラズマ処理によって、ヘテロ原子（例えば窒素、硫黄）は、それらの電子および物理化学特性を修飾するため、炭素ナノ材料にうまく導入された（Ｃａｒｂｏｎ，２０１０，４８，２５５−２５９；Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍ．Ｐｌａｓｍａ  Ｐｒｏｃｅｓｓ，２０１１，３１，３９３−４０３；国際特許第ＷＯ２０１４０００１０８Ａ１号）。本発明において、焦点は、ＲＦプラズマ堆積プロセスの汎用性を利用した、シリカマイクロカプセルおよび炭素ナノ構造体からなる新規複合材料の開発に当てられた。
【０１５４】
ある実施形態によると、プラズマは、約１〜約５０ｋＷ、または約５〜約５０ｋＷ、または約１０〜約５０ｋＷ、または約１５〜約５０ｋＷ、または約２０〜約５０ｋＷ、または約２５〜約５０ｋＷ、または約３０〜約５０ｋＷ、または約３５〜約５０ｋＷ、または約４０〜約５０ｋＷ、または約４５〜約５０ｋＷ、または約５〜約４５ｋＷ、または約１０〜約４５ｋＷ、または約１５〜約４５ｋＷ、または約２０〜約４５ｋＷ、または約２５〜約４５ｋＷ、または約３０〜約４５ｋＷ、または約３５〜約４５ｋＷ、または約４０〜約４５ｋＷ、または約５〜約４０ｋＷ、または約１０〜約４０ｋＷ、または約１５〜約４０ｋＷ、または約２０〜約４０ｋＷ、または約２５〜約４０ｋＷ、または約３０〜約４０ｋＷ、または約３５〜約４０ｋＷ、または約５〜約３５ｋＷ、または約１０〜約３５ｋＷ、または約１５〜約３５ｋＷ、または約２０〜約３５ｋＷ、または約２５〜約３５ｋＷ、または約３０〜約３５ｋＷ、または約５〜約３０ｋＷ、または約１０〜約３０ｋＷ、は約１５〜約３０ｋＷ、または約２０〜約３０ｋＷ、または約２５〜約３０ｋＷ、または約５〜約２５ｋＷ、または約１０〜約２５ｋＷ、または約１５〜約２５ｋＷ、または約２０〜約２５ｋＷ、または約５〜約２０ｋＷ、または約１０〜約２０ｋＷ、または約１５〜約２０ｋＷ、または約５〜約１５ｋＷ、または約１０〜約１５ｋＷ、または約５〜約１０ｋＷの範囲内、好適には５〜２０ｋＷの範囲内の電力を用いて作動される誘導結合無線周波数トーチを用いて生成することができる。炭素同素体の合成のための炭素前駆体は、本発明の温度および圧力反応条件下で気化することができるいずれかの炭素源とすることができる。炭素源は、芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレン、等）、脂肪族炭化水素（メタン、プロパン、ヘキサン、ヘプタン、等）、分岐炭化水素（エーテル、ケトン、アルコール、等）、塩素化炭化水素（クロロホルム、塩化メチレン、トリクロロエチレン、等）およびこれらの混合物から選択することができる。炭素源は室温および大気圧で液体または気体状であってもよいが、典型的にはプラズマ堆積プロセスにおいてセントラルプラズマガスとして蒸気形態で用いられる。別の実施形態によると、セントラルプラズマガスは好適にはメタンである。セントラルプラズマガスは、約１７２，３７ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ［２５〜７５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）］、または約２０６，８４ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約４１３，６９ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約４４８，１６ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約４８２，６３ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約４１３，６９ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約４４８，１６ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約４１３，６９ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約２７５，７９ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約２７５，７９ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約２７５，７９ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約２４１，３２ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約２４１，３２ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約２０６，８４ｋＰａの範囲内、好適には約２７５，７９ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ（約４０〜約６０ｐｓｉ）の範囲内の圧力でチャンバーに注入することができる。セントラルプラズマガスの流量は、０．１〜１．５標準リットル／分（ｓｌｐｍ）、または約０．２〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．３〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．４〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．５〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．６〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．７〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．８〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．９〜１．５ｓｌｐｍ、または約１．０〜１．５ｓｌｐｍ、または約１．１〜１．５ｓｌｐｍ、または約１．２〜１．５ｓｌｐｍ、または約１．３〜１．５ｓｌｐｍ、または約１．４〜１．５ｓｌｐｍ、または約０．２〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．３〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．４〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．５〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．６〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．７〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．８〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．９〜１．４ｓｌｐｍ、または約１．０〜１．４ｓｌｐｍ、または約１．１〜１．４ｓｌｐｍ、または約１．２〜１．４ｓｌｐｍ、または約１．３〜１．４ｓｌｐｍ、または約０．２〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．３〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．４〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．５〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．６〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．７〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．８〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．９〜１．３ｓｌｐｍ、または約１．０〜１．３ｓｌｐｍ、または約１．１〜１．３ｓｌｐｍ、または約１．２〜１．３ｓｌｐｍ、または約０．２〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．３〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．４〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．５〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．６〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．７〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．８〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．９〜１．２ｓｌｐｍ、または約１．０〜１．２ｓｌｐｍ、または約１．１〜１．２ｓｌｐｍ、または約０．２〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．３〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．４〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．５〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．６〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．７〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．８〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．９〜１．１ｓｌｐｍ、または約１．０〜１．１ｓｌｐｍ、または約０．２〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．３〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．４〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．５〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．６〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．７〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．８〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．９〜１．０ｓｌｐｍ、または約０．２〜０．９ｓｌｐｍ、または約０．３〜０．９ｓｌｐｍ、または約０．４〜０．９ｓｌｐｍ、または約０．５〜０．９ｓｌｐｍ、または約０．６〜０．９ｓｌｐｍ、または約０．７〜０．９ｓｌｐｍ、または約０．８〜０．９ｓｌｐｍ、または約０．２〜０．８ｓｌｐｍ、または約０．３〜０．８ｓｌｐｍ、または約０．４〜０．８ｓｌｐｍ、または約０．５〜０．８ｓｌｐｍ、または約０．６〜０．８ｓｌｐｍ、または約０．７〜０．８ｓｌｐｍ、または約０．２〜０．７ｓｌｐｍ、または約０．３〜０．７ｓｌｐｍ、または約０．４〜０．７ｓｌｐｍ、または約０．５〜０．７ｓｌｐｍ、または約０．６〜０．７ｓｌｐｍ、または約０．２〜０．６ｓｌｐｍ、または約０．３〜０．６ｓｌｐｍ、または約０．４〜０．６ｓｌｐｍ、または約０．５〜０．６ｓｌｐｍ、または約０．２〜０．５ｓｌｐｍ、または約０．３〜０．５ｓｌｐｍ、または約０．４〜０．５ｓｌｐｍ、または約０．２〜０．４ｓｌｐｍ、または約０．３〜０．４ｓｌｐｍ、または約０．２〜０．３ｓｌｐｍ、好適には約０．４〜０．９ｓｌｐｍの範囲とすることができる。
【０１５５】
典型的には不活性ガス（窒素、アルゴン、等）、より好適にはアルゴンであるシースガスは、堆積プロセス中のセントラルガスの流跡線の拘束を可能にする。実際には、セントラルプラズマガスがシースガスポートに導入される場合、炭素同素体を形成することができない。シースガスは、１〜５０ｓｌｐｍ、より好適には６〜３５ｓｌｐｍの流量で、約１７２，３７ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ［２５〜７５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）］、または約２０６，８４ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約４１３，６９ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約４４８，１６ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約４８２，６３ｋＰａ〜約５１７，１１ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約４１３，６９ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約４４８，１６ｋＰａ〜約４８２，６３ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約４１３，６９ｋＰａ〜約４４８，１６ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約３７９，２１ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約３４４，７４ｋＰａ〜約３７９，２１ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約３１０，２６ｋＰａ〜約３４４，７４ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約２７５，７９ｋＰａ〜約３１０，２６ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約２４１，３２ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約２４１，３２ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約２４１，３２ｋＰａ、または約２０６，８４ｋＰａ〜約２４１，３２ｋＰａ、または約２４１，３２ｋＰａ〜約２７５，７９ｋＰａ、または約１７２，３７ｋＰａ〜約２０６，８４ｋＰａの範囲内、好適には約２７５，７９ｋＰａ〜約４１３，６９ｋＰａ（約４０〜約６０ｐｓｉ）の範囲内の圧力で注入することができる。
【０１５６】
本明細書において用いられる場合、キャリアガスの語は、炭素または他の前駆体のセントラルガス、およびシースガスの間で形成されるガスを意味することが意図される。キャリアガスは典型的には、（硫黄または窒素含有前駆体のような、他の前駆体を含有してもよいが）不活性ガス、好適にはアルゴン中に希釈された、炭化水素蒸気（脂肪族、環状または分岐炭化水素の蒸気）、好適にはメタンからなる。キャリアガス中の炭化水素の濃度は、約１．７％〜約８％ｖ／ｖ、または約２％〜約８％、または約３％〜約８％、または約４％〜約８％、または約５％〜約８％、または約６％〜約８％、または約７％〜約８％、または約１．７％〜約７％、または約２％〜約７％、または約３％〜約７％、または約４％〜約７％、または約５％〜約７％、または約６％〜約７％、または約１．７％〜約６％、または約２％〜約６％、または約３％〜約６％、または約４％〜約６％、または約５％〜約６％、または約１．７％〜約５％、または約２％〜約５％、または約３％〜約５％、または約４％〜約５％、または約１．７％〜約４％、または約２％〜約４％、または約３％〜約４％、または約１．７％〜約３％、または約２％〜約３％、または約１．７％〜約２％、好適には４〜８％（ｖ／ｖ）の範囲内とすることができる。
【０１５７】
国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるようなシリカマイクロカプセルは、典型的には溶液中で用いてもよい。この溶液は、水、有機溶媒（極性または非極性溶媒）、植物油およびこれらの組み合わせで構成することができる。炭素同素体の合成およびマイクロ粒子上でのその後のｉｎ  ｓｉｔｕ堆積は、約１３，３３ｋＰａ〜約６１，３３ｋＰａ（１００〜４６０トル）、または約２６，６６ｋＰａ〜約６１，３３ｋＰａ、または約４０，００ｋＰａ〜約６１，３３ｋＰａ、または約５３，３３ｋＰａ〜約６１，３３ｋＰａ、または約１３，３３ｋＰａ〜約５３，３３ｋＰａ、または約２６，６６ｋＰａ〜約５３，３３ｋＰａ、または約４０，００ｋＰａ〜約５３，３３ｋＰａ、または約１３，３３ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約２６，６６ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約１３，３３ｋＰａ〜約２６，６６ｋＰａの作動圧力で起こる。
【０１５８】
別の実施形態によると、作動圧力は好適には約２４ｋＰａ〜約４２，６６ｋＰａ（１８０〜３２０トル）、または約２６，６６ｋＰａ〜約４２，６６ｋＰａ、または約２９，３３ｋＰａ〜約４２，６６ｋＰａ、または約３２，００ｋＰａ〜約４２，６６ｋＰａ、または約３４，６６ｋＰａ〜約４２，６６ｋＰａ、または約３７，３３ｋＰａ〜約４２，６６ｋＰａ、または約４０，００ｋＰａ〜約４２，６６ｋＰａ、または約２４ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約２６，６６ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約２９，３３ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約３２，００ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約３４，６６ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約３７，３３ｋＰａ〜約４０，００ｋＰａ、または約２４ｋＰａ〜約３７，３３ｋＰａ、または約２６，６６ｋＰａ〜約３７，３３ｋＰａ、または約２９，３３ｋＰａ〜約３７，３３ｋＰａ、または約３２，００ｋＰａ〜約３７，３３ｋＰａ、または約３４，６６ｋＰａ〜約３７，３３ｋＰａ、または約２４ｋＰａ〜約３４，６６ｋＰａ、または約２６，６６ｋＰａ〜約３４，６６ｋＰａ、または約２９，３３ｋＰａ〜約３４，６６ｋＰａ、または約３２，００ｋＰａ〜約３４，６６ｋＰａ、または約２４ｋＰａ〜約３２，００ｋＰａ、または約２６，６６ｋＰａ〜約３２，００ｋＰａ、または約２９，３３ｋＰａ〜約３２，００ｋＰａ、または約２４ｋＰａ〜約２９，３３ｋＰａ、または約２６，６６ｋＰａ〜約２９，３３ｋＰａ、または約２４ｋＰａ〜約２６，６６ｋＰａの範囲内である。
【０１５９】
シリカマイクロ粒子上での炭素電素体の堆積は、反応器において懸濁液を炭素同素体が形成される近くに注入することにより起こる。それらの機械的および化学的完全性を保持しながらシリカマイクロ粒子間の相互作用を促進するため、シリカマイクロ粒子懸濁液の注入点を制御することにより、シリカマイクロ粒子およびプラズマトーチの間の相互作用のレベルを制御することが可能である。シリカマイクロ粒子上での炭素同素体のｉｎ  ｓｉｔｕ堆積には３つの構造が可能である（スキーム２）。第１構造は、注入がプローブにおいて行われ、中心を共有してプラズマトーチに注入される、主要および補助管型反応器からなる。第２構造において、マイクロ粒子の懸濁液は主要反応器の上部フランジを通って注入され、トーチのスカートとの部分的な相互作用を可能にする。第３構造において、マイクロ粒子の懸濁液は、主要反応器の底部で、底部フランジからプルームの周囲中へ注入される。
【０１６０】
本発明の別の実施形態によると、シリカマイクロスフェアは、硫黄、酸素、窒素、またはハロゲン含有官能基で官能化された炭素同素体に混合または結合することができる。これらの官能基は、酸素、窒素、ハロゲンもしくは硫黄前駆体またはこれらの組み合わせを共導入することにより、プラズマ反応器における増殖中に炭素同素体に添加することができる。窒素、酸素、ハロゲンまたは硫黄前駆体は、固相、液相もしくは気相またはこれらの組み合わせとすることができる。ある実施形態によると、窒素含有官能基は、アミン基、ケチミン基、アルジミン基、イミド基、アジド基、アゾ基、シアネート基、イソシアネート基、ニトレート基、ニトリル基、ニトライト基、ニトロソ基、ニトロ基、ピリジル基およびこれらの組み合わせであってもよい。ある実施形態によると、硫黄含有官能基は、スルフヒドリル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、スルホ基、チオシアネート基、カルボノチオイル基およびこれらの組み合わせであってもよい。ある実施形態によると、酸素含有官能基は、ヒドロキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、カルボキシレート基、カルボキシル基、エステル基、メトキシ基、ペルオキシ基、エーテル基、炭酸エステルおよびこれらの組み合わせであってもよい。ある実施形態によると、ハロゲン含有官能基は、フルオロ、クロロ、ブロモ、ヨードおよびこれらの組み合わせである。
【０１６１】
窒素、酸素、ハロゲンまたは硫黄前駆体はプラズマプローブを用いて注入され、炭素前駆体またはキャリアガスのいずれかと混合することができる。窒素、酸素、ハロゲンまたは硫黄前駆体は、約０．１〜約１０ｓｌｐｍ、または約０．１〜約９ｓｌｐｍ、または約０．１〜約８ｓｌｐｍ、または約０．１〜約７ｓｌｐｍ、または約０．１〜約６ｓｌｐｍ、または約０．１〜約５ｓｌｐｍ、または約０．１〜約４ｓｌｐｍ、または約０．１〜約３ｓｌｐｍ、または約０．１〜約２ｓｌｐｍ、または約０．１〜約１ｓｌｐｍ、または約１〜約１０ｓｌｐｍ、または約１〜約９ｓｌｐｍ、または約１〜約８ｓｌｐｍ、または約１〜約７ｓｌｐｍ、または約１〜約６ｓｌｐｍ、または約１〜約５ｓｌｐｍ、または約１〜約４ｓｌｐｍ、または約１〜約３ｓｌｐｍ、または約１〜約２ｓｌｐｍ、または約２〜約１０ｓｌｐｍ、または約２〜約９ｓｌｐｍ、または約２〜約８ｓｌｐｍ、または約２〜約７ｓｌｐｍ、または約２〜約６ｓｌｐｍ、または約２〜約５ｓｌｐｍ、または約２〜約４ｓｌｐｍ、または約２〜約３ｓｌｐｍ、または約３〜約１０ｓｌｐｍ、または約３〜約９ｓｌｐｍ、または約３〜約８ｓｌｐｍ、または約３〜約７ｓｌｐｍ、または約３〜約６ｓｌｐｍ、または約３〜約５ｓｌｐｍ、または約３〜約４ｓｌｐｍ、または約４〜約１０ｓｌｐｍ、または約４〜約９ｓｌｐｍ、または約４〜約８ｓｌｐｍ、または約４〜約７ｓｌｐｍ、または約４〜約６ｓｌｐｍ、または約４〜約５ｓｌｐｍ、または約５〜約１０ｓｌｐｍ、または約５〜約９ｓｌｐｍ、または約５〜約８ｓｌｐｍ、または約５〜約７ｓｌｐｍ、または約５〜約６ｓｌｐｍ、または約６〜約１０ｓｌｐｍ、または約６〜約９ｓｌｐｍ、または約６〜約８ｓｌｐｍ、または約６〜約７ｓｌｐｍ、または約７〜約１０ｓｌｐｍ、または約７〜約９ｓｌｐｍ、または約７〜約８ｓｌｐｍ、または約８〜約１０ｓｌｐｍ、または約８〜約９ｓｌｐｍ、または約９〜約１０ｓｌｐｍ、好適には約１〜約６ｓｌｐｍの流量で注入される。前駆体の分解は、０〜９０％ｖ／ｖ（還元ガスの体積／窒素または硫黄前駆体の体積）の濃度で炭素、窒素、ハロゲンまたは硫黄前駆体と共注入されるＨ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ、ＣＯのような、還元ガスの存在により補助することができる。
【０１６２】
潜在用途
ある実施形態によると、得られるシリカ−炭素同素体複合材料は多数の用途において用いてもよい。それらは、電子機器、太陽電池、静電荷散逸コーティング、熱伝導材料、電気伝導材料、低ＣＴＥ（熱膨張率）材料、等における用途のためプラスチック、複合体、ゴム、接着剤またはシリコーンを含むさまざまなマトリックスに組み込んでもよい。また、それらの超低密度はポリマーおよび複合材料の軽量化充填剤としてのそれらの使用を可能にする。
【０１６３】
本発明の炭素同素体−シリカハイブリッド材料は、吸着および固定化用途にも有用であり得る。実際には、炭素同素体の超高相対面積（例えばグラフェンでは２６３０ｍ２／ｇの理論値）のため、炭素同素体−シリカマイクロ粒子は、高密度の結合分析物分子をもたらすことができる高性能吸着剤として用いてもよい。また、シリカマイクロカプセルまたはシリカ−炭素同素体マイクロ粒子の表面上での官能基の存在は、共有または非共有結合によるさまざまな化学または生物学的種の固定化に役立ち得る。
【０１６４】
より具体的な用途について、本発明による中空シリカ粒子から得られるハイブリッド材料は、蛍光分子、磁気粒子、触媒分子、生体小および高分子を含む官能種に充填することができる。例えば、シリカおよび炭素同素体は低い磁化率を有し、シリカカプセルのコアにおける磁気ナノ粒子（磁鉄鉱、磁赤鉄鉱、等）の組み込みは磁気特性を必要とする用途に有益であり得る。
【実施例】
【０１６５】
ポリマーおよびポリマー系複合体の熱伝導および／または電気伝導充填剤としてのシリカ−炭素同素体マイクロ粒子の使用
本発明のシリカ−炭素同素体マイクロ粒子は、プラスチック、ゴムもしくはポリマー系複合体、またはそれらの加工段階における製品に導入してもよい。それらは溶液中に、または大量に最終製品の全体もしくは一部に分散させることができる。熱および電気伝導性に関して、本発明のシリカ−炭素同素体マイクロ粒子は、低、中および高密度ポリエチレン（ＬＤまたはＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリブタジエン（ＰＢ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）ポリメタクリレート（ＰＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ナイロン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリアセチド（ＰＬＡ）、ポリ塩化ビニリデン、およびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＫ）、等を含む、多数の極性および非極性ポリマー樹脂およびポリマーブレンドの優れた熱および／または電気伝導充填剤であってもよい。例えば、これらのシリカ−炭素同素体複合材料は、半導体において用いられる熱伝導材料（ＴＩＭ）のような、高い熱伝導性を有する材料を必要とする用途について非常に興味深くあり得る。
【０１６６】
微生物および酵素の担体としてのシリカマイクロカプセルおよびシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子の使用
別の用途によると、国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるプロセスから得られるシリカマイクロカプセルまたは上記シリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子は、微生物および酵素の担体として用いることができる。得られるマイクロ粒子は、化学および生化学産業（精製および汎用化学製品の生物有機合成）において、ならびにこれらに限定されないが、生物学的廃水処理、工業的発酵および酵素使用、医薬的発酵および酵素使用、バイオガス生成、食品産業における発酵および酵素使用、ガスの生物濾過、等のような生物学的用途に用いることができる。
【０１６７】
本発明の実施形態によると、原核細胞（すなわち微生物由来）、ならびに多細胞生物、酵素、およびウイルスに由来する真核細胞のような細胞の担体は、その上で微生物、酵素またはウイルス粒子が固定化され得る粒子として定義される。こうした担体はまた、これらに限定されないが、固定化支持体または固定化媒体と称してもよい。固定化の語は、吸着、物理吸着、共有結合固定化およびバイオフィルム支持固定化を含む。
【０１６８】
ある実施形態によると、適切な細菌細胞は下記門：アシドバクテリア（Ａｃｉｄｏｂａｃｔｅｒｉａ）、アクチノバクテリア（Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）、アクイフェクス（Ａｑｕｉｆｉｃａｅ）、バクテロイデス（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ）、カルディセリクム（Ｃａｌｄｉｓｅｒｉｃａ）、クラミジア（Ｃｈｌａｍｙｄｉａｅ）、クロロビウム（Ｃｈｌｏｒｏｂｉ）、クロロフレクサス（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｉ）、クリシオゲネス（Ｃｈｒｙｓｉｏｇｅｎｅｔｅｓ）、シアノバクテリア（Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）、デフェリバクター（Ｄｅｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒｅｓ）、デイノコッカス・サーマス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓ−Ｔｈｅｒｍｕｓ）、ディクチオグロムス（Ｄｉｃｔｙｏｇｌｏｍｉ）、エルシミクロビウム（Ｅｌｕｓｉｍｉｃｒｏｂｉａ）、フィブロバクター（Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒｅｓ）、フィルミクテス（Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ）、フソバクテリウム（Ｆｕｓｏｂａｃｔｅｒｉａ）、ゲマティモナス（Ｇｅｍｍａｔｉｍｏｎａｄｅｔｅｓ）、レンティスファエラ（Ｌｅｎｔｉｓｐｈａｅｒａｅ）、ニトロスピラ（Ｎｉｔｒｏｓｐｉｒａ）、プランクトミセス（Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔｅｓ）、プロテオバクテリア（Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）、スピロヘータ（Ｓｐｉｒｏｃｈａｅｔｅｓ）、シネルギステス（Ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｅｔｅｓ）、テネリクテス（Ｔｅｎｅｒｉｃｕｔｅｓ）、サーモデスルフォバクテリア（Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉａ）、サーモトガ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａｅ）、ベルコミクロビウム（Ｖｅｒｒｕｃｏｍｉｃｒｏｂｉａ）から選択してもよい。より具体的には、本発明で用いることができる適切な種は、これらに限定されないが、下記属：シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、ロドシュードモナス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、アシネトバクター（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、マイコバクテリウム（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、アルスロバクター（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｉｕｓ）、フラボバクテリウム（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ノカルジア（Ｎｏｃａｒｄｉａ）、アクロモバクテリウム（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、アルカリゲネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、ビブリオ（Ｖｉｂｒｉｏ）、アゾトバクター（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）、ベイジェリンキア（Ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉａ）、キサントモナス（Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ）、ニトロソモナス（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ）、ニトロバクター（Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ）、メチロシナス（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ）、メチロコッカス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）、放線菌（Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ）およびメチロバクター（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ）、等から選択してもよい。酵母のような適切な真菌は、これらに限定されないが、下記属：サッカロミセス（Ｓａｃｃａｒｏｍｙｃｅｓ）、ピキア（Ｐｉｃｈｉａ）、ブレタノミセス（Ｂｒｅｔｔａｎｏｍｙｃｅｓ）、ヤロウイア（Ｙａｒｒｏｗｉａ）、カンジダ（Ｃａｎｄｉｄａ）、シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、トルラスポラ（Ｔｏｒｕｌａｓｐｏｒａ）、ジゴサッカロミセス（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、等から選択することができる。適切な真菌は下記門：コウマクノウキン（Ｂｌａｓｔｏｃｌａｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、ツボカビ（Ｃｈｙｔｒｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）、グロムス（Ｇｌｏｍｅｒｏｍｙｃｏｔａ）、微胞子虫（Ｍｉｃｒｏｓｐｏｒｉｄｉａ）、ネオカリマスティクス（Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｇｏｍｙｃｏｔａ）、子嚢菌（Ａｓｃｏｍｙｃｏｔａ）、担子菌（Ｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｏｔａ）から選択することができる。より具体的には、カビのような適切な真菌は、これらに限定されないが、下記属：アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、リゾプス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）、モナスカス（Ｍｏｎａｓｃｕｓ）、ペニシリウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）、ゲオトリクム（Ｇｅｏｔｒｉｃｈｕｍ）、ニューロスポラ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ）、リゾムコール（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ）、およびトリポクラジウム（Ｔｏｌｙｐｏｃｌａｄｉｕｍ）から選択することができる。適切な真菌はキノコ分岐群から選択することもできる。
【０１６９】
ある実施形態によると、適切な原生動物は下記門：ペルコロゾア（Ｐｅｒｃｏｌｏｚｏａ）、ユーグレノゾア（Ｅｕｇｌｅｎｏｚｏａ）、繊毛虫（Ｃｉｌｉｏｐｈｏｒａ）、ミオザ（Ｍｉｏｚａ）、ジノザ（Ｄｉｎｏｚａ）、アピコンプレックス（Ａｐｉｃｏｍｐｌｅｘａ）、オパリナ（Ｏｐａｌｏｚｏａ）、動菌（Ｍｙｃｅｔｏｚｏａ）、放散虫（Ｒａｄｉｏｚｏａ）、太陽虫（Ｈｅｌｉｏｚｏａ）、根足虫（Ｒｈｉｚｏｐｏｄａ）、ネオサルコジナ（Ｎｅｏｓａｒｃｏｄｉｎａ）、レチクローサ（Ｒｅｔｉｃｕｌｏｓａ）、襟鞭毛虫（Ｃｈｏａｎｏｚｏａ）、粘液胞子虫（Ｍｙｘｏｓｐｏｒｉｄａ）、略胞子虫（Ｈａｐｌｏｓｐｏｒｉｄａ）、パラミクシア（Ｐａｒａｍｙｘｉａ）から選択してもよい。
【０１７０】
微生物は細菌および真菌に限定されず、藻および原生動物のような他の既知の微生物を含むように拡張してもよい。微生物は、芽胞形成状態を含む、それらのライフサイクルのすべての状態を含む。
【０１７１】
真核細胞は、これらに限定されないが、ショウジョウバエ（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ）Ｓ２細胞、ツマジロクサヨトウ（Ｓｐｏｄｏｐｔｅｒａ  ｆｒｕｇｉｐｅｒｄａ）Ｓｆ２１およびＳｆ９細胞、等のような昆虫細胞も含む。植物細胞、およびＣＨＯ細胞、ＨｅＬａ細胞、ＨＥＫ２９３細胞、等のような哺乳動物細胞も含まれる。
【０１７２】
適切な酵素は、これらに限定されないが、下記クラス：オキシドレダクターゼ、トランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、リアーゼ、イソメラーゼ、リガーゼ、ポリメラーゼから選択することができる。例としては、アミラーゼ、リパーゼ、プロテアーゼ、エステラーゼ、等がある。
【０１７３】
シリカマイクロカプセルおよび本発明のシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子は、これらに限定されないが、発酵バッチ反応器、酵素バッチ反応器、硝化反応器、消化反応器、膜生物反応器（ＭＢＲ）、移動床生物反応器（ＭＢＢＲ）、流動床反応器（ＦＢＲ）、連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）、管型反応器（ＰＦＲ）および連続バッチ反応器（ＳＢＲ）のような生物学的反応器に適している。それらはまた上向流または下向流固定膜システムにおいて用いてもよい。反応器およびバイオプロセスは嫌気および好気条件下で使用することができる。
【０１７４】
例えば廃水の生物学的処理において、特殊な代謝能力を有する異なる微生物を用い、マイクロ粒子に接着することができ、よって標的化合物の生物分解の生体触媒として機能することができる。この生物分解プロセス中、ｐＨ、酸素化、栄養濃度、温度、塩分濃度、等のようなパラメータは、微生物の増殖にとってより良好な条件をもたらすように適合させてもよい。
【０１７５】
栄養物を反応器に導入し、微生物の増殖を向上させ、よって汚染物質の生物分解プロセスを触媒することができる。ある実施形態によると、栄養物は、微生物担体としての使用前にシリカマイクロカプセル中に充填してもよい。本発明に従って微生物により分解することができる廃水汚染物質としては、これらに限定されないが、芳香族化合物、炭化水素化合物、ハロゲン化有機化合物、フェノール化合物、アルコール化合物、ケトン化合物、カルボン酸化合物、アンモニア含有化合物、硝酸塩化合物、窒素有機化合物、アルデヒド化合物、エーテル化合物、エステル化合物、有機硫黄化合物、ナフテン酸化合物、有機リン化合物およびこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１７６】
シリカマイクロカプセルおよび本発明のシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子は、生物接種剤および生物肥料として用いられる農業に適している。水処理および工業バイオテクノロジーと同様に、シリカマイクロカプセルおよびシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子は微生物を固定化するのに用いられる。
【０１７７】
細胞固定化の用途および利点の例としては：細胞固定化、芽胞固定化、細胞ウォッシュアウトの低減、バイオマス沈殿の増加、細胞再利用、予備培養物体積の低減、ダウンタイムの低減、力価（ｇ／Ｌ）の増加、変換率（基質ｇ／生成物ｇ）の増加、生産性の増加（ｇ／（Ｌ／ｈ））がある。
【０１７８】
酵素固定化の用途の利点の例としては：酵素固定化、バッチプロセスの連続プロセスへの変換、複数のバッチへの酵素再使用、酵素安定性の増加、酵素消費コストの低減、酵素再利用、酵素ウォッシュアウトの低減、等がある。
【０１７９】
分析物または毒性分子の吸着剤としてのシリカマイクロカプセルおよびシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子の使用
別の実施形態によると、それらの高表面積およびそれらの化学的官能化のため、シリカマイクロカプセルおよびそれらの対応する本発明のシリカ−炭素同素体マイクロ粒子は、異なる化学および生物学的種の優れた吸着剤として用いることができる。上記種は水中または空気中に存在する極性または非極性汚染物質（例えば重金属、硫酸塩、リン酸塩、フェノール、染料、芳香族化合物、炭化水素、ハロゲン化有機化合物、タンパク質、Ｈ２Ｓ、等）とすることができる。
【０１８０】
芽胞形成誘導剤としてのシリカ−炭素同素体マイクロ粒子の使用
ある実施形態によると、特定の条件において、炭素同素体部分の表面化学に応じて、シリカ−炭素同素体マイクロ粒子は、固定化担体の代わりに芽胞形成誘導剤として用いてもよい。芽胞形成誘導特性は、これらに限定されないが、工業的発酵、食品産業、環境バイオテクノロジー、等のような生物学的用途において用いることができる。
【０１８１】
芽胞形成に用いられる本発明のシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子は、これらに限定されないが、発酵バッチ反応器、膜生物反応器（ＭＢＲ）、移動床生物反応器（ＭＢＢＲ）、流動床反応器（ＦＢＲ）、連続撹拌反応器（ＣＳＴＲ）、管型反応器（ＰＦＲ）、等のような生物学的反応器に適している。反応器およびバイオプロセスは嫌気および好気条件下で使用することができる。本発明のシリカ炭素同素体複合体は反応器に、発酵前、中または後のいずれの瞬間でも添加することができる。
【０１８２】
本発明は、その範囲を限定するためではなく本発明を例示するために提供される下記実施例を参照することにより、容易に理解される。
【０１８３】
実施例１
シリカマイクロカプセル上での酸化グラフェンの化学コーティング
使用前に、改良型ハマー法（Ｈｕｍｍｅｒｓ，Ｗ．ａｎｄ  Ｏｆｆｅｍａｎ，Ｒ．；Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９５８，８０，１３３９）を用い、黒鉛薄片から酸化グラフェン（ＧＯ）を製造した。国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に従ってアミノ官能化シリカマイクロカプセルを製造した。
【０１８４】
第１ステップにおいて、２ｇのＧＯを、超音波処理により５００ｍＬのＤＭＦ中に分散させた後、９ｇのアミノ官能化シリカマイクロカプセルおよび２ｇのＤＣＣ（Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミド）を添加した。混合物を次に５０℃で１８時間撹拌した後、未結合ＧＯを除去するため水およびメタノールで数回洗浄し、最後に乾燥させ、灰色粉末を得た。
【０１８５】
実施例２
グラフェンシートの表面上でのシリカナノ粒子のｉｎ  ｓｉｔｕ化学合成
使用前に、改良型ハマー法（Ｈｕｍｍｅｒｓ，Ｗ．ａｎｄ  Ｏｆｆｅｍａｎ，Ｒ．；Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９５８，８０，１３３９）を用い、黒鉛薄片から酸化グラフェン（ＧＯ）を製造した。
【０１８６】
１ｇのＧＯおよび１７ｇのＴＥＯＳを１５０ｍＬのエタノール中に別々に分散させた。得られた安定な懸濁液を混合し、４０℃で１５分間撹拌した。次のステップにおいて、２．５ｇのアンモニア溶液（２８％ｗ／ｗ）を前記混合物に添加し、４０℃で２０時間撹拌した。得られた生成物を水およびエタノールで数回洗浄し、最後に乾燥させ、灰色粉末を得た。シリカナノ粒子で覆われたグラフェン薄片のＳＥＭ画像および対応するスペクトルを図１に示す。
【０１８７】
実施例３
プラズマ堆積プロセスを用いるグラフェンの合成
シリカ−グラフェン複合材料製造ステップ前に、以前報告された方法（Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍ．Ｐｌａｓｍａ  Ｐｒｏｃｅｓｓ（２０１１）３１：３９３−４０３）に従って、プラズマ堆積プロセス（スキーム１）用いてグラフェンを単独で合成した。
【０１８８】
このプロセスにおいて、プラズマは、８〜２０ｋＷの範囲の電力で作動される誘導結合無線周波数トーチを用いて生成される。典型的な実験において、炭素源およびセントラルプラズマガスとして用いるのにメタンが選択され、シースガスとしてアルゴンが用いられた。キャリアガスは、１．７〜８％ｖ／ｖの範囲の異なる濃度でアルゴン中に希釈されたメタンで構成された。プラズマ堆積プロセスによるグラフェンの合成に用いられる詳細な作動パラメータを表１に記載し、代表的なグラフェンＴＥＭ画像を図２に示す。
【０１８９】
【表１】
2017518243.tif 000003
【０１９０】
実施例４
プラズマ堆積を用いるシリカマイクロカプセルの表面上でのグラフェンのｉｎ  ｓｉｔｕ形成
使用前に、国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるようにシリカマイクロカプセルを製造した。シリカマイクロカプセル（好適には純粋なヘプタンまたは水：ヘプタン混合物である溶媒中４〜７ｗｔ％の典型的な濃度のマイクロ粒子）の懸濁液は、蠕動ポンプを用いてチャンバーに注入される。炭素同素体の合成およびその後のマイクロ粒子上でのｉｎ  ｓｉｔｕ堆積は、１３，３３ｋＰａ〜８０，００ｋＰａ（１００〜６００トル）で作動されるチャンバーにおいて起こる。シリカマイクロ粒子上での炭素電素体の堆積は、反応器において懸濁液を炭素同素体が形成される近くに注入することにより起こる。シリカマイクロ粒子上での炭素同素体のｉｎ  ｓｉｔｕ堆積には３つの構造が可能である（スキーム２）。第１構造は、注入がプローブにおいて行われ、中心を共有してプラズマトーチに注入される、主要および補助管型反応器からなる。第２構造において、マイクロ粒子の懸濁液は主要反応器の上部フランジを通って注入され、トーチのスカートとの部分的な相互作用を可能にする。第３構造において、マイクロ粒子の懸濁液は、主要反応器の底部で、底部フランジからプルームの周囲中へ注入される。これらの実験に用いられる詳細な作動パラメータを表２に記載し、得られたシリカ−グラフェン複合材料の代表的なＴＥＭ画像を図３に示す。
【０１９１】
【表２】
2017518243.tif 000004
【０１９２】
実施例５
プラズマ堆積プロセス：窒素含有官能基のドーピングを用いるシリカマイクロカプセルの表面上でのグラフェンのｉｎ  ｓｉｔｕ形成および官能化
使用前、国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるようにシリカマイクロカプセルを製造した。本発明の実施例４に記載される設定に加えて、プラズマプローブを用いて窒素前駆体をメタンと共注入した。窒素前駆体であるメタンおよびアンモニア（ＮＨ３、エントリ１、表３）を反応器に８ＣＨ４：５ＮＨ３の比で注入した。Ｎ２が前駆体として用いられる場合、１６ＣＨ４：１７Ｎ２：１０Ｈ２の比が用いられた。Ｎ２の分解およびその後の黒鉛構造上での窒素官能基の形成を促進するためＨ２を添加した。シリカマイクロカプセル（好適には純粋なヘプタンまたは水：ヘプタン混合物である溶媒中４〜７ｗｔ％の典型的な濃度のマイクロ粒子）の懸濁液は、蠕動ポンプを用い、チャンバー（構造３）の底部入口を通って注入され、反応器においてＡｒキャリアガスを用いて噴霧される。作動パラメータを表３に挙げる。
【０１９３】
粉末を補助反応器における反応器の壁、およびフィルターで回収した。シリカマイクロスフェア官能化グラフェン複合体の代表的な走査電子顕微鏡観察（ＳＥＭ）顕微鏡写真は、窒素前駆体であるＮＨ３およびＮ２の両方について、マイクロスフェアが炭素ナノプレートレットで均一に覆われていることを示す（図４）。すべての場合において、ＳＥＭ観察は、マイクロカプセルの分解、融解または崩壊の兆候を示さなかった。表３のパラメータを用いて製造された試料はＸ線光電子分光法を用いて調査した。
【０１９４】
スペクトル調査を図５に示し、窒素前駆体を用いて製造された試料について窒素（３９９ｅＶでＮ１ｓピーク）、炭素（２８４．７ｅＶでＣ１ｓピーク）およびケイ素（１３０．３ｅＶでＳｉ２ｐおよび１４９ｅＶでＳｉ２ｓ）の存在を確認する。ＸＰＳ調査から、炭素に対する窒素含有量は、それぞれ、ＮＨ３およびＮ２を用いる場合、２．５ａｔ．％および２．３ａｔ．％と評価される。エントリ１および２（表３）に記載されるパラメータに従って製造された試料からのＮ１ｓピークの高解像度スペクトルを図６に示す。Ｎ１ｓピークのフィッティングは、シアニド（３９９．２ｅＶ）、ピロール（４００．２ｅＶ）、ピリジン（４０１．１ｅＶ）および第４級（４０２．３ｅＶ）を含む、グラフェンマトリックスとのさまざまな形態の窒素結合の存在を強調する。
【０１９５】
【表３】
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【０１９６】
実施例６
化学または生物学的種の吸着剤として用いられるシリカマイクロカプセルおよびシリカ−グラフェンマイクロ粒子
吸着実験のため、国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるように製造されたシリカマイクロカプセルまたは本発明のシリカ−グラフェンマイクロ粒子５０ｍｇを、ファルネソール（テルペン）、カテコール（ポリフェノール）、酪酸、バニリン、グルコース、フルフラールおよびタンパク質（ウシ血清アルブミン）を含む、異なる化学または生物学的種５０ｍｇを含有する溶液と混合した。５分の撹拌後、得られた混合物を遠心分離し、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を用いて上澄みを分析した。表４にまとめる結果は、分子および吸着剤のタイプに応じて非常に高い吸着率（２５０〜７５０ｍｇ／ｇ）を示す。
【０１９７】
【表４】
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【０１９８】
実施例７
細菌固定化の担体としてのシリカマイクロカプセル
細菌の固定化の担体としてのシリカマイクロカプセルの使用を示すため、シリカマイクロカプセルの存在の有無およびＬＢ培地（栄養豊富な培地）の使用の有無を考慮し、いくつかの実験を行った。使用前に、１０ｇのトリプトン、５ｇの酵母エキス、および１０ｇのＮａＣｌを１Ｌの水に添加することによりＬＢ培地を調製し、混合物をオートクレーブにおいて殺菌した。９ｇのＮａＣｌおよび１ｇのペプトンを１Ｌの水に添加することにより対照媒体であるペプトン水を調製した後、オートクレーブにおいて殺菌した。国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に従って、水中７．４％ｗ／ｗのシリカを含有するスラリーとしてシリカマイクロカプセルを製造した。
【０１９９】
シリカマイクロカプセルを含まないペプトン水中の細菌
３０％のグリセロール中に−８０℃で保存された２５μＬの枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）を１００ｍＬのペプトン水に添加し、３７℃で撹拌下インキュベートした。２４時間後、５００μＬの試料を取り出し、光学顕微鏡により観察した（図７ａ）。この写真ではいずれのバイオフィルム形成も観察される。
【０２００】
シリカマイクロカプセルの存在下でのペプトン水中の細菌
４，２５ｇのシリカマイクロカプセルスラリーを下記ステップに従ってペプトン水で予備洗浄した。シリカマイクロカプセルおよび所定の体積のペプトン水を含有する溶液を１０分間５０００ｇで遠心分離した。この洗浄ステップを２回行った後、オートクレーブにおける殺菌ステップを行った。得られた溶液を１０分間５０００ｇで再度遠心分離し、上澄みを無菌条件において取り出した。次のステップにおいて、得られたシリカマイクロカプセルを１００ｍＬのぺプトン水中に分散させた。２５μＬの枯草菌を次に１００ｍＬの得られたシリカマイクロカプセル溶液に添加し、３７℃で撹拌下インキュベートした。２４時間後、５００μＬの試料を取り出し、光学顕微鏡により観察した（図７ｂ）。この写真は、シリカマイクロカプセルの表面上での細菌の固定化およびバイオフィルムの形成をはっきりと示す。
【０２０１】
シリカマイクロカプセルの存在下でのＬＢ培地中の細菌
４，２５ｇのシリカマイクロカプセルスラリーを下記ステップに従ってＬＢ培地で予備洗浄した。シリカマイクロカプセルおよび所定の体積のＬＢ水を含有する溶液を１０分間５０００ｇで遠心分離した。この洗浄ステップを２回行った後、オートクレーブにおける殺菌ステップを行った。得られた溶液を１０分間５０００ｇで再度遠心分離し、上澄みを無菌条件において取り出した。次のステップにおいて、得られたシリカマイクロカプセルを１００ｍＬのぺプトン水中に分散させた。次に、２５μＬの枯草菌をこの溶液に添加し、３７℃で撹拌下インキュベートした。２４時間後、５００μＬの試料を取り出し、光学顕微鏡により観察した（図８）。これらの画像では、長い分岐を有する緻密なバイオフィルムがシリカマイクロカプセル上に形成された。
【０２０２】
実施例８
メタン生成の増加のための微生物の担体としてのシリカマイクロカプセル
嫌気条件下でのメタン生成の増加のためのシリカマイクロカプセルの可能性を評価するため、シリカマイクロカプセルを、ラボスケール実験において微生物を含む廃水に添加し、生化学的メタンの可能性を試験した。実験は合成廃水を用いて行った。
【０２０３】
合成廃水は、６３０ｍｇ／Ｌのグルコース、２２０ｍｇ／Ｌの粉ミルク、１４ｍｇ／Ｌのグルタミン酸、８０ｍｇ／Ｌの硫酸アンモニウム、５ｍｇ／Ｌの塩化アンモニウム、１０ｍｇ／Ｌの硫酸マグネシウム、３ｍｇ／Ｌの硫酸マンガン、３ｍｇ／Ｌの塩化カルシウム、０．３ｍｇ／Ｌの塩化第二鉄、１４ｍｇ／Ｌのリン酸カリウム（一塩基）、２８ｍｇ／Ｌのリン酸カリウム（二塩基）の組成物である。
【０２０４】
用いられる微生物は、上向流嫌気性スラッジブランケット（ＵＡＳＢ）反応器からのフロックである。フロックは接種源としての使用前に粉砕される。
【０２０５】
実験は１２５ｍｌの作動体積を有する２５０ｍｌフラスコにおいて行った。フラスコは２分毎にＮ２／ＣＯ２（８０％Ｎ２、２０％ＣＯ２）でパージする。実験は３７℃、２００ｒｐｍで２５日間行う。各試験条件について５ｇのＵＡＳＢ微生物を接種源として用いる。
【０２０６】
３つの条件を評価する。第１条件はマイクロカプセルを含まない合成廃水におけるＵＡＳＢ微生物からなり、第２条件は１ｇ／Ｌシリカマイクロカプセルを含む合成廃水におけるＵＡＳＢ微生物であり、第３条件は１ｇ／Ｌのキトサンを含む合成廃水におけるＵＡＳＢ微生物である。各条件での実験を３回ずつ行う。
【０２０７】
ゼロ時間から３０日目までの累積メタン生成を図９に示す。この図は、３０日後、シリカマイクロカプセルと組み合わされた微生物が、シリカマイクロカプセルを含まない微生物より３０％多くのメタンを生成したことを示す。
【０２０８】
実施例９
パイロット生物反応器における生体分子生成を増加するための細菌の担体としてのシリカマイクロカプセル
生体分子生成の増加の可能性を示すため、プロテアーゼを生成するバチルス・リケニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）の発酵をシリカマイクロカプセルの存在下で行った。
【０２０９】
３つの条件を試験した。第１条件は対照（マイクロカプセルなし）である。第２条件は高マイクロカプセル条件（３ｇ／Ｌ）である。第３条件は低マイクロカプセル溶液（０．６ｇ／Ｌ）である。
【０２１０】
培養ニュートリエントブロスは次のとおりであった：１４．９ｇ／Ｌの大豆加水分解物、１１．３６ｇ／ＬのＮａ２ＨＰＯ４、９．６ｇ／ＬのＮａＨ２ＰＯ４、０．１６ｇ／ＬのＭｇＳＯ４七水和物、０．３７４ｇ／ＬのＣａＣｌ２二水和物および４８ｇ／Ｌのグルコース。ｐＨは細菌添加後７．５に調節した。
【０２１１】
マイクロカプセルは予備培養物に導入する。マイクロカプセルおよびグルコースはともに、ニュートリエントブロスの残部とは別に調製し、その後調製物に添加する。予備培養物は３７℃で２４時間、２５０ｒｐｍでインキュベートする。
【０２１２】
１Ｌ生物反応器にはまず６０ｍｌの予備培養物を接種する。生物反応器条件は：３７℃、ｐＨ制御なし、１Ｌ／分の曝気、酸素要求量に応じて３００〜６５０ｒｐｍの撹拌である。
【０２１３】
試料は、２２、２６、３０、４６、４８、５０および５２時間で生物反応器から取り出し、細菌から生成されるプロテアーゼの酵素活性を測定する。酵素活性測定は酵素生成の間接測定として用いる。酵素活性はプロテアーゼ酵素活性定量化のＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ法を用いて定量化する。３つの異なる条件の酵素活性を図１０に示す。
【０２１４】
図１０において、０．６ｇ／Ｌは３ｇ／Ｌより多くの酵素をもたらすことが示される。以前の結果は、細胞が高粒子濃度により生成される高せん断応力により分離されるため、多すぎるマイクロカプセルを用いる場合シリカマイクロカプセルの利点が失われることを示した。０．６ｇ／Ｌでは、酵素活性はシリカマイクロカプセルを用いることにより、マイクロカプセルなしでの発酵と比較して約２５％高い。条件は最適化されていないが、結果は、シリカマイクロカプセルを用いることにより生体分子生成が増加する可能性をはっきりと示す。
【０２１５】
実施例１０
酵母固定化のための担体としてのシリカマイクロカプセルおよび接着強度の定性的表示
実施例６と同様に、シリカマイクロカプセルを用いる増殖培地において微生物を増殖させた。細菌を用いる代わりに、酵母を用いた（出芽酵母：ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）。
【０２１６】
試料番号１はマイクロカプセルを含まない酵母からなる。試料２〜試料４は増加する濃度のマイクロカプセルを含む酵母からなる。試料５はマイクロカプセルを含むが酵母を含まない増殖培地である。試料６は水中のマイクロカプセルからなる。
【０２１７】
４８時間のインキュベーション後、１０ｍｌの各試料を１５ｍｌファルコンチューブに移す。試料は次に沈殿を発生させるため３０分間室温で静置する。上澄みを取り出し、試料を次に、細胞を分離することができるかを評価するため、生理食塩水（０．９％ＮａＣｌ）で洗浄する。洗浄は激しいチューブ倒置により行う。
【０２１８】
写真は、定性分析のため、インキュベーション直後（図１１ａ）、沈殿後（図１１ｂ）および洗浄後（図１１ｃ）に撮る。試料番号１は、マイクロカプセルを含有しないため、沈殿を発生させることができず、洗浄することができなかったので、図１１ｃには含まれない。
【０２１９】
試料番号１から試料番号４へ、培養ブロスが褐色から淡褐色に変色し、バイオマス密度の増加を示すことがわかる（図１１ａ）。これにより、マイクロカプセル濃度の増加がより高いバイオマス密度をもたらしたと推定される。試料番号６は変色がマイクロカプセルによるものではないことを示す。
【０２２０】
図１１ｂはマイクロカプセルが重力により上澄みから分離されたことを示し、これはマイクロカプセルが重力分離の良好な可能性を有することを確認する。
【０２２１】
図１１ｃは、洗浄溶液が透明であり、マイクロカプセルと洗浄溶液とは明らかに区別されることを示す。これはマイクロカプセルが細胞および培地顔料の両方に強力に結合することを示す。
【０２２２】
実施例１１
芽胞形成誘導剤として用いられるシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子
芽胞形成誘導剤としてのシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子の使用を示すため、枯草菌をペプトン水中で増殖させた。１つの製剤がシリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子を含有した以外、同じ成分を含有した２つの細菌製剤を製造した。マイクロ粒子を含まない細菌製剤は陽性対照と定義される。実験は細菌を含まず、シリカ−炭素同素体複合マイクロ粒子を含まない製剤も含有し、これは陰性対照と定義される。
【０２２３】
ペプトン水は９ｇ／ＬのＮａＣｌおよび１ｇ／Ｌのペプトンを含有した。マイクロ粒子は２．５ｇ／Ｌの濃度で用いた。枯草菌接種源は３０％グリセロール中、−８０℃で保存した。細菌製剤は１００ｍｌのペプトン水に添加された２５μｌの接種源で構成した。実験は、５００ｍｌ無菌三角フラスコにおいて、２００回転／分（ｒｐｍ）の撹拌下、３７℃で行った。インキュベーションは２４時間持続させた。芽胞形成評価は１００および１０００倍の光学顕微鏡観察で行った（図１２）。
【０２２４】
光学顕微鏡観察は、マイクロカプセルを含む細菌製剤が芽胞を含有することを示した。陽性対照であるマイクロカプセルを含まない細菌製剤は、細菌を含有したが、芽胞を含有しなかった。陰性対照において増殖は観察されなかった。
【０２２５】
実施例１２
α−アミラーゼ固定化の担体としてのシリカマイクロカプセル
酵素固定化実験のため、アミラーゼ（バチルス・リケニフォルミス由来）を、２０ｍＭのリン酸ナトリウムおよび６．７ｍＭの塩化ナトリウムを含有するｐＨ６．９の緩衝溶液中１ユニット／ｍＬの濃度で添加した。この溶液に、国際特許出願公開第ＷＯ２０１３／０７８５５１号に記載されるように製造されたシリカマイクロカプセルを２．５ｍｇ／ｍＬの濃度で添加した後、５分間撹拌した。酵素を自然に起こる吸着によりシリカマイクロカプセルに固定化する。
【０２２６】
酵素活性を測定するのに用いられる標準的な方法は、酵素供給業者（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手した。Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ法は名前の付いたα−アミラーゼの酵素アッセイであり、Ｐ．Ｂｅｒｎｆｅｌｄ法（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，１９５５）に基づく。遊離および固定化酵素の両方の酵素活性を、ｐＨ７、２０℃の温度で評価した。これはシリカマイクロカプセルを含まない対照酵素溶液と比較した。結果は５回の反復から計算される平均酵素固定化率９５％を示す。固定化率は遊離酵素活性に対する固定化酵素活性として定義された。
【０２２７】
実施例１３
グルコースオキシダーゼ固定化の担体としてのシリカマイクロカプセル
実施例１２と同様に、過酸化水素を生成する酵素であるグルコースオキシダーゼを、同様の条件を用いてシリカマイクロカプセル上に固定化した。
【０２２８】
実施例１０において、固定化は単純な吸着により行った。この実施例において、固定化は吸着により行い、グルタルアルデヒドのさまざまな溶液（２０〜１０００ｍｍｏｌ／Ｌ）を添加することにより、より強固となる。この実施例では酵素安定性が試される。グルコースオキシダーゼは酵素機能を決定する過酸化水素を生成する。
【０２２９】
最良の固定化条件は１２３％の固定化率をもたらした。固定化率は遊離酵素活性に対する固定化酵素活性として定義された。すべての条件について、固定化酵素は遊離酵素より生産性が高かった。固定化酵素の生産性の増加は、シリカマイクロ粒子細孔における固定化による安定性の増加によるものである。安定性の増加のような酵素固定化の利点については科学文献において十分に定義される。
【０２３０】
実施例１４
硝化を増加するための細菌の担体として用いられるシリカマイクロカプセル
好気条件下での硝化反応器の生産性の増加についてのシリカマイクロカプセルの可能性を評価するため、シリカマイクロカプセルをラボスケール実験において廃水に添加し、アンモニアの消費を評価した。用いられる微生物は硝化共同体であった。実験は合成廃水を用いて行った。
【０２３１】
実験は１２５ｍｌの作動体積を有する２５０ｍｌフラスコにおいて行った。実験は、室温、１１５ｒｐｍで、１６０日間行う。安定なｐＨを維持するため、炭酸カリウムを添加する。
【０２３２】
２つの条件を評価した。第１条件はシリカマイクロカプセルを含まない合成廃水における共同体からなり、第２条件は１ｇ／Ｌのシリカマイクロカプセルを含む合成廃水における共同体である。
【０２３３】
ゼロ時間から１６０日目までの累積アンモニア消費を図１３に示す。この図はマイクロカプセルを含まない共同体が一貫性のないアンモニア消費率を有することを示す。他方で、シリカマイクロカプセルを用いることにより、アンモニア累積消費は一定となり、総アンモニア消費は９０日目から１６０日目まで顕著に２５〜６５％大きくなる。
【０２３４】
以上で好適な実施形態について記載され、添付の図面において例示されたが、本開示から逸脱することなく変更を行ってもよいことは当業者には明らかとなる。こうした変更は本開示の範囲に含まれる潜在的な変形とみなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ）】
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【図３ｂ）】
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【図４ａ）】
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【図４ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ）】
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【図７ｂ）】
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【図８ａ）】
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【図８ｂ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ）】
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【図１２ｂ）】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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