JP2011230969A

JP2011230969A - ポリアミノ酸が施与されたカーボンナノチューブおよびその製造方法

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Publication number: JP2011230969A
Application number: JP2010104333A
Authority: JP
Inventors: Akira Inoue; 明井上; Mio Kojima; 未央小島
Original assignee: Toyo University
Current assignee: Toyo University
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: JP5565726B2

Abstract

【課題】物理的、化学的に安定で、酵素反応、分子間相互作用等の生化学的な反応の阻害剤として作用せず、かつ安定な分散性を示す、分散剤が施与されたＣＮＴおよびその製造方法の提供。
【解決手段】ポリアミノ酸が施与されたＣＮＴ（カーボンナノチューブ）は優れた分散能を有し、下記の方法により製造出来る。
（１）カーボンナノチューブ水分散液およびポリアミノ酸水溶液をそれぞれ個別に調製するステップと、
（２）該カーボンナノチューブ水分散液と該ポリアミノ酸水溶液とを混合して、カーボンナノチューブをポリアミノ酸により処理するステップと、
（３）カーボンナノチューブ−ポリアミノ酸混合液を遠心分離して、カーボンナノチューブを回収するステップ。
【選択図】図２

Description

発明の属する技術の分野

本発明は水中での分散性に優れた、ポリアミノ酸が施与されたカーボンナノチューブおよびその製造方法に関する。

黒鉛面が円筒の形状をなすカーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」という）は、新しい機能材料として、様々な分野で近年注目されている。特にＣＮＴの表面は、化学的に不活性であり、かつ物理的な吸着を起こすという特性が注目されている。例えば、核酸、タンパク質等の生体物質の機能を損なうことなくＣＮＴの表面上に固定することができれば、バイオセンサー、診断機器、ドラッグデリバリー、微生物、動物細胞培養などのバイオテクノロジー分野における、核酸、タンパク質等の生体物質に対する良好な担体として応用することが期待されている。

しかしながら、ＣＮＴ自体は疎水性であるために、生体物質を施与するのに最適な環境である水中での分散性が著しく悪いという特性が問題となる。これまでにＣＮＴの水中の分散性を改善するために、超音波処理によるＣＮＴ分散法（特許文献１）、ＤＮＡなどの生体物質（特許文献２）、高分子化合物（特許文献３〜５）、又は界面活性剤などの化学物質（特許文献６〜１１）を分散剤として用いる方法が研究されてきた。

しかしながら、超音波処理によるＣＮＴ分散法は、時間経過と共にＣＮＴの再集合が起こるという欠点がある。また、ＤＮＡ等の生体物質によるＣＮＴ分散法は、使用する生体物質の純度が一定せず、またＤＮａｓｅ等の分解酵素によって分解されるなどの欠点がある。さらに、高分子化合物および界面活性剤については、酵素反応、分子間相互作用等の生化学的な反応の阻害剤として作用する懸念がある。

特開２００７−７６９９８号公報特表２００６−５１３９６５号公報特開２００４−２７６２３２号公報特開２００７−５６１３６号公報特開２００７−１３８１０９号公報特開２００５−１６２５７８号公報特開２００５−２６３６０８号公報特開２００５−３２４９９９号公報特開２００７−３９６２５号公報特開２００７−１６９１２０号公報特開２００７−１６９１２１号公報

そこで、本発明は、化学的に安定で、酵素反応等の生化学的な反応の阻害剤として作用せず、かつ安定な分散性を有するＣＮＴおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上述の課題を解決するために、種々の分散剤を鋭意検討した。その結果、本発明者等は、ポリアミノ酸類、特にポリチロシンとポリトリプトファンがＣＮＴの分散性を著しく向上させることを見出した。
すなわち、本発明は、ポリアミノ酸が施与されたＣＮＴおよびその製造方法を提供する。

本発明のポリアミノ酸が施与されたＣＮＴは、従来の分散剤が施与されたＣＮＴに比べて、化学的に安定であり、かつ、生化学的な反応を阻害することなく、長期にわたる安定な分散性を有することから、バイオテクノロジー分野での利用に好適である。

ポリチロシンが施与された単層ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）の、走査型プローブ顕微鏡による写真である。本発明のポリアミノ酸をＣＮＴに施与する、本発明の方法を示すフローチャートである。ポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴの、滅菌水中における室温で静置１ヵ月後の分散状態を示す写真である。ポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴの、滅菌水中における分散安定性を示すグラフである。

以下に、本発明を説明する。

本発明のポリアミノ酸が施与されたＣＮＴは、透過型電子顕微鏡などの電子顕微鏡を用いて、表面上にポリアミノ酸が存在することが確認できる。図１は、本発明のポリアミノ酸が施与されたＣＮＴの走査型プローブ顕微鏡の写真を示す。

図１の写真から、ポリチロシンはＳＷＣＮＴに覆うように吸着していることが確認できた。ＣＮＴはその表面が疎水性であるため、ポリアミノ酸を疎水性相互作用、および／またはπ電子スタッキングなどの相互作用様式で吸着しているものと考えられる。

本発明のポリアミノ酸が施与されたＣＮＴは、水中での分散性（以下これを単に「分散性」と称することがある）に優れる。該分散性は、６００ｎｍにおける濁度を測定することにより判定することができる。一実施例では、ポリチロシンが施与されたＳＷＮＴは、蒸留水中で、室温で１ヶ月間以上、初期の分散状態を維持した。

また、本発明のポリアミノ酸が施与されたカーボンナノチューブは、
（１）カーボンナノチューブ水分散液およびポリアミノ酸水溶液をそれぞれ個別に調製するステップと、
（２）該カーボンナノチューブ水分散液と該ポリアミノ酸水溶液とを混合して、カーボンナノチューブをポリアミノ酸により処理するステップと、
（３）カーボンナノチューブ−ポリアミノ酸混合液を遠心分離して、カーボンナノチューブを回収するステップ
とを含む方法により調製することができる。

上記ポリアミノ酸としては、例えば、ポリロイシン、ポリリシン、ポリセリン、ポリフェニルアラニン、ポリチロシン、及びポリトリプトファン等が挙げられ、これらの混合物であってもよい。好ましくは、ポリチロシン、及びポリトリプトファンが使用される。

該ポリアミノ酸の分子量は、後述する可溶化処理を行うことができれば特に制限はないが、１０００〜５００００Ｄａの範囲が好ましく、より好ましくは１２０００〜３５０００Ｄａの範囲である。

本発明のポリアミノ酸が施与されたＣＮＴに用いるＣＮＴ類としては、単層ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）、二層ＣＮＴ（ＤＷＣＮＴ）、複層ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）のいずれであってもよい。

該ＣＮＴの長さは、約１〜１５μｍが好ましく、より好ましくは約５〜１５μｍである。該ＣＮＴの直径は、約０．５〜２ｎｍであることが好ましい。市販されているものは凝集体を形成している場合が多いので、好ましくは、メノウ乳鉢等で細かくした後、処理に付する。

本発明において、使用する水としては、特に限定はされないが、蒸留水、脱イオン水、滅菌水、超純水等を使用できる。

ＣＮＴの水分散液は、ＣＮＴと水とを０．０１：１００〜１０：１００の重量比で混合した後、公知の分散手段、例えば超音波により分散して調製することができる。

また、ポリアミノ酸としてはポリロイシン、ポリセリン、ポリフェニルアラニン、ポリチロシン、ポリトリプトファン等を使用することができる。これらのポリアミノ酸は水難溶性であるので、それぞれのポリアミノ酸の性質に適し、かつ本発明の目的に沿った各種の可溶化処理を行う。一例として、ポリチロシン（分子量１２０００〜３５０００）の可溶化処理には、０．００５〜０．０５Ｍの水酸化カリウム溶液を用いる。

ステップ（２）における混合液は、ポリアミノ酸とＣＮＴの重量混合比が、０．１：１〜５：１、好ましくは０．５:１〜２:１、より好ましくは１．５:１〜２:１となるような比で、ＣＮＴ水分散液とポリアミノ酸水溶液とを混合して調製する。

ステップ（２）における処理は、例えば、混合液を振とうすることにより行うことができる。該処理の温度は、２０〜９０℃の範囲であり、２５〜３０℃が好ましい。また、該処理の時間は０．２５〜３時間、好ましくは０．８〜１時間行う。

上記のカーボンナノチューブを回収するステップの後に、遠心分離等でカーボンナノチューブを洗浄するステップを含むことが好ましい。該洗浄は、蒸留水等で行う。該洗浄するステップの回数に制限はないが、１〜５回行えば十分である。

本発明のさらなる詳細を、以下の非限定的な実施例により説明する。

［実施例１］ＳＷＣＮＴ及びポリチロシンの調製
ＳｈｅｎｚｈｅｎＮａｎｏｔｅｃｈＰｏｒｔＣｏ.,Ｌｔｄ.より購入したＳＷＣＮＴ（長さ約５〜１５μｍ、直径約＜２ｎｍ）をメノウ乳鉢でよくすりつぶした後、１ｍｇ／ｍｌとなるように蒸留水で調製し、８時間超音波処理（Ｗ−１１３Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｕｌｔｉｃｌｅａｎｅｒ、ＨＯＮＤＡ社製）を行った。また、ポリチロシンは、１２０００〜３５０００ＤａのＭＰＢｉｏｍｅｄｉｃａｌｓＬＬＣ社製を使用し、０．０２５ＭのＫＯＨに溶解して、１ｍｇ／ｍｌポリチロシン溶液を調製した。

［実施例２］ポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴの作製
２０μｌの超音波処理した１ｍｇ／ｍｌＳＷＣＮＴ、３０μｌのポリチロシン溶液、５０μｌの蒸留水を混合し、３０℃で１時間、１２００ｒｐｍで振とうした。ＳＷＣＮＴを４℃、１５０００ｒｐｍで３０分遠心分離した後、上清を除去した。残った沈殿層に滅菌水を１００μｌ加え、ボルテックスミキサー（ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＶｏｒｔｅｘ-ｇｅｎｅ２）で５〜１０秒程度攪拌した後、再度４℃、１５０００ｒｐｍで３０分間遠心分離した。この操作を５回繰り返して、ポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴを調製した。

得られたポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴを蒸留水に懸濁後、室温で１ヶ月静置した。図３に示すように、ポリチロシンが施与されていないＳＷＣＮＴと比較して、ポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴは著しく良好な分散性を有していた。

［比較例１］ＴｒｉｔｏｎＸ−１００が施与されたＳＷＣＮＴの作製
ポリチロシン溶液に代えて０．１重量％ＴｒｉｔｏｎＸ‐１００溶液を用いたことを除き、実施例２と同様にＳＷＣＮＴを処理した。

［比較例２］サケ精子二本鎖ＤＮＡが施与されたＳＷＣＮＴの作製
ポリチロシン溶液に代えて、超音波処理した０．５ｍｇ／ｍｌサケ精子二本鎖ＤＮＡ水溶液を用いたことを除き、実施例２と同様にＳＷＣＮＴを処理した。

［実施例３］ポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴの分散状態の安定性
実施例１で得られたポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴの分散状態の安定性を、分光光度計（Ｕ‐２００１，Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ＨＩＴＡＴＩ社製）を用いて、６００ｎｍにおける濁度を測定することにより、検討した。濁度の測定は、静置時間毎（０時間、１時間、１日、７日、１４日）に行った。

結果を図４に示す。比較対照として、０．０２ＭＫＯＨまたは蒸留水にそれぞれ分散させたＳＷＣＮＴを用いた。ポリチロシンが施与されたＳＷＣＮＴは、ＴｒｉｔｏｎＸ−１００が施与されたＳＷＣＮＴ、および超音波処理したサケ精子二本鎖ＤＮＡが施与されたＳＷＣＮＴとほぼ同等の分散性を有することが確認できた。

本発明のポリアミノ酸が施与されたＣＮＴは、化学的に安定であり、かつ、生化学的な反応を阻害することなく、長期にわたる安定な分散性を有するため、バイオテクノロジー分野での利用に好適である。

Claims

ポリアミノ酸が施与されたカーボンナノチューブ。
前記ポリアミノ酸が、ポリチロシンおよびポリトリプトファンからなる群より選択される、請求項１に記載のカーボンナノチューブ。
前記ポリアミノ酸の分子量が１２０００〜３５０００Ｄａの範囲である、請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ。
前記カーボンナノチューブが、単層、二層または多層カーボンナノチューブである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ。
（１）カーボンナノチューブ水分散液およびポリアミノ酸水溶液をそれぞれ個別に調製するステップと、
（２）前記カーボンナノチューブ水分散液と前記ポリアミノ酸水溶液とを混合して、カーボンナノチューブをポリアミノ酸により処理するステップと、
（３）カーボンナノチューブ−ポリアミノ酸混合液を遠心分離して、カーボンナノチューブを回収するステップ
とを含む、ポリアミノ酸が施与されたカーボンナノチューブの製造方法。
前記混合液中のカーボンナノチューブとポリアミノ酸との重量比が０．５:１〜２:１の範囲である、請求項５に記載の製造方法。
前記ステップ（２）における処理温度が２０〜９０℃の範囲である、請求項５または６に記載の製造方法。
前記ステップ（２）における処理時間が０．２５〜３時間である、請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
前記カーボンナノチューブ水分散液が、超音波処理によって調製される、請求項５〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
前記ステップ（３）の後に、前記カーボンナノチューブを水で洗浄するステップをさらに含む、請求項５〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
前記洗浄が１〜５回行なわれる、請求項１０に記載の製造方法。