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QUERVERWEIS AUF DAMIT
IN VERBINDUNG STEHENDE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung basiert auf und nimmt die Vorteile der Priorität der früheren, am
31. März
2006 angemeldeten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-100656 in
Anspruch, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme inkorporiert wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette,
die aus einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhrchen besteht, ein Herstellungsverfahren
für die
Kohlenstoffnanoröhrchenkette,
einen Zieldetektor, der die Kohlenstoffnanoröhrchenkette verwendet, und
ein Zieldetektionsverfahren, das den Zieldetektor verwendet.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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Kohlenstoffnanoröhrchen (können nachfolgend
als "CNT" bezeichnet sein)
wurden als neue Materialien auf verschiedenen Feldern verwendet, einschließlich der
Elektronik- und Elektroindustrie, und wurden zum Beispiel durch
Bogenentladung, Laserverdampfung, thermisch-chemische Dampfabscheidung
(thermische CVD) oder chemische Plasmadampfabscheidung (Plasma-CVD)
hergestellt. Durch diese Verfahren hergestellte bekannte Kohlenstoffnanoröhrchen werden
allgemein in einschichtige Kohlenstoffnanoröhrchen (einwandiges Nanoröhrchen;
SWNT), die eine einzelne Graphenschicht enthalten, und mehrschichtige
Kohlenstoffnanoröhrchen (mehrwandiges
Nanoröhr chen;
MWNT), die eine Mehrzahl an Graphenschichten enthalten, eingeteilt.
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Exzellente
physikalische Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen haben diese für praktische Verwendung
in verschiedenen Anwendungen geeignet gemacht, einschließlich Mikrovorrichtungen,
wie zum Beispiel integrierte Schaltungen, elektrische Verbindungen,
die in Halbleiterchips in Computern verwendet werden, Batterien,
Hochfrequenzantennen, Rastertunnelmikroskope, Rasterkraftmikroskope
und Rastersondenmikroskope. Darüber
hinaus gibt es eine Erwartung dahin, dass Kohlenstoffnanoröhrchen ihre
Anwendung auf vielen anderen Feldern finden werden. Wenn mehrere
Kohlenstoffnanoröhrchen
verwendet werden sollen, insbesondere in der Nanotechnologie, bei
der hohe Auflösung,
hohe Genauigkeit, etc. erforderlich sind, ist es erwünscht, dass
die Kohlenstoffnanoröhrchen
für eine
Verwendung regelmäßig voneinander
beabstandet sind.
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Durch
Bogenentladung oder dergleichen hergestellte Kohlenstoffnanoröhrchen weisen
jedoch keine gleichmäßige Länge, Dicke,
etc. auf, und werden als diskrete feine Teilchen hergestellt; daher
ist es schwierig, eine gegebene Anzahl der Kohlenstoffnanoröhrchen zu
nehmen, und sie in gleichmäßigen Intervallen
anzuordnen.
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Um
diese Schwierigkeit zu überwinden
wurde ein Verfahren zum Herstellen einer kohlenstoffhaltigen Nanostruktur
vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Schritte des Wachsens von
Kohlenstoffnanofasern durch Dampfphasenkarbonisation in anodisierten,
als eine Form verwendeten Aluminiumoxid-Nanolöchern (Tonerde-Nanolöchern),
Entfernen von auf der Oberfläche
der Aluminiumoxidschicht abgeschiedenem Kohlenstoff, und Weglösen der
anodisierten Aluminiumoxid-Nanolöcher
(Tonerde-Nanolöcher) einschließt (siehe
offengelegte Japanische Patentanmeldung (JP-A) Nr. 2004-243477).
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass sowohl eine präzise Steuerung
der Größe der Nanolöcher bei
der anodischen Behandlungsbedingung, als auch der Größe der in
den Nanolöchern
hergestellten Kohlenstoffnanoröhrchen
ermöglicht
wird. Die hergestellten anodisierten Aluminiumoxid-Nanolöcher (Tonerde-Nanolöcher) sind
jedoch zweidimensional mit hexagonal dichtest gepackten Strukturen
und dergleichen angeordnet, und daher ist die resultierende kohlenstoffhaltige
Nanostruktur ein zweidimensionales Aggregat von Kohlenstoffnanoröhrchen.
Aus diesem Grund kann dieses Verfahren keine Kohlenstoffnanoröhrchen zur
Verfügung
stellen, die regelmäßig angeordnet
sind (z. B. in einer Reihe).
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obigen herkömmlichen
Probleme zu überwinden
und die nachfolgend beschriebene Aufgabe zu lösen. Das heißt, es ist
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette zur
Verfügung
zu stellen, die aus einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhrchen mit
einer Länge
von 1 μm oder
kleiner besteht, wobei die Kohlenstoffnanoröhrchenkette in geeigneter Weise
zum Beispiel als ein Zieldetektor oder Sensor verwendet wird; ein
effizientes Herstellungsverfahren für die Kohlenstoffnanoröhrchenkette;
einen Zieldetektor, der durch Verwenden der Kohlenstoffnanoröhrchenkette
zu hoch empfindlichem Nachweis und zur qualitativen und quantitativen
Analyse von verschiedenen Typen von Zielen in der Lage ist, einschließlich Krankheit
verursachenden Substanzen, biologischen Substanzen und toxischen
Substanzen, und der in geeigneter Weise als ein Biosensor und Gassensor
verwendet werden kann; und ein Zieldetektionsverfahren, das zu einer leichten,
hoch empfindlichen Detektion von Zielen unter Verwenden des Zieldetektors
in der Lage ist.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Mittel zum Lösen
der obigen Probleme sind in den beigefügten Ansprüchen genannt. Das bedeutet,
die erfindungs gemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
schließt
einen Träger
und eine Mehrzahl an Kohlenstoffnanoröhrchen ein, die an einem Ende
an eine Oberfläche
des Trägers
gebunden sind, wobei die Mehrzahl an Kohlenstoffnanoröhrchen in
einer Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der Oberfläche des
Trägers
ist, ausgerichtet ist. Wie oben beschrieben ist, sind die Kohlenstoffnanoröhrchen an
einem Ende auf eine solche Weise an den Träger gebunden, dass sie in einer
im Wesentlichen orthogonalen Richtung zu der Oberfläche des Trägers ausgerichtet
sind. Aus diesem Grund führt dies,
wenn der Träger
ein blattförmiger
Gegenstand, ein bandförmiger
Gegenstand oder ein linearer Gegenstand ist, zu der Ausbildung einer
blattförmigen Kohlenstoffnanoröhrchenkette,
einer bandförmigen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
bzw. einer linearen Kohlenstoffnanoröhrchenkette. Da die Kohlenstoffnanoröhrchenkette
eine Adsorptionsfähigkeit
und Freigabefähigkeit
aufweist, ist sie darüber
hinaus zur Detektion von verschiedenen Typen von Zielen in der Lage,
einschließlich
Krankheit verursachenden Substanzen, biologischen Substanzen und
toxischen Substanzen, und vermag in geeigneter Weise auf verschiedenen
Feldern, einschließlich
Sensoren, wie zum Beispiel Zieldetektoren, Biosensoren und Gassensoren
angewandt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette ist auf die Herstellung
der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
gerichtet, wobei das Verfahren Ausbilden von Vertiefungen in einer
metallischen Schicht und Durchführen
einer Behandlung zur Nanolochausbildung einschließt, um eine
Nanolochstruktur auszubilden, in der eine Reihe von Nanolöchern in
jeder der Vertiefungen ausgebildet wird, wobei die Nanolöcher in
einer Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Oberfläche der
metallischen Schicht ist, ausgerichtet sind (Schritt zum Ausbilden einer
Nanolochstruktur); Ausbilden eines Koh lenstoffnanoröhrchens
in jedem der Nanolöcher
(Schritt zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens); Entfernen von auf
Oberflächen
von Lands der metallischen Schicht zwischen den Vertiefungen abgeschiedenem
Kohlenstoff (Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff); und Weglösen der
metallischen Schicht (Schritt zum Lösen der metallischen Schicht).
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In
dem Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
Vertiefungen in einer metallischen Schicht ausgebildet, gefolgt
von Behandlung zur Nanolochausbildung bei der metallischen Schicht.
Auf diese Weise wird eine Nanolochstruktur erhalten, in der Reihen
von Nanolöchern
in den Vertiefungen ausgebildet werden, die in einer im Wesentlichen
orthogonalen Richtung zu der Oberfläche der metallischen Schicht
ausgerichtet sind. In dem Schritt zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens
werden Kohlenstoffnanoröhrchen
in den Nanolöchern
ausgebildet. In dem Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff wird Kohlenstoff
entfernt, der in dem Schritt zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens
auf Oberflächen
von Lands der metallischen Schicht zwischen den Vertiefungen abgeschieden
wurde. In dem Schritt zum Lösen
der metallischen Schicht wird die metallische Schicht weggelöst. Durch
diese Schritte wird die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
effizient hergestellt.
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Der
erfindungsgemäße Zieldetektor
schließt die
erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
und einen Halter ein, wobei die Kohlenstoffnanoröhrchenkette einen Einfangabschnitt
einschließt, der
ein Detektionsziel einzufangen vermag. Da die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
in dem Zieldetektor solch einen Einfangabschnitt einschließt, können verschiedene
Typen von Detektionszielen durch den Einfangabschnitt eingefangen werden.
Da die Kohlenstoffnanoröhrchenkette
an den Halter immobilisiert ist, kann der Zielde tektor darüber hinaus
per Hand bedient werden. Wenn zwei oder mehr der Kohlenstoffnanoröhrchenketten
an den Halter immobilisiert sind ist es möglich, jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
unterschiedliche Funktionen zu verleihen, und weiter verschiedenen Sätzen von
Kohlenstoffnanoröhrchen
in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
unterschiedliche Funktionen zu verleihen. Folglich ist der erfindungsgemäße Zieldetektor
zu hoch empfindlicher Detektion und qualitativer und quantitativer
Analyse von verschiedenen Typen von Zielen in der Lage, einschließlich Krankheit
verursachenden Substanzen, biologischen Substanzen und toxischen
Substanzen, und kann in geeigneter Weise auf verschiedenen Feldern
verwendet werden, einschließlich
Sensoren, einschließlich
solchen wie zum Beispiel Biosensoren und Gassensoren.
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Das
erfindungsgemäße Zieldetektionsverfahren
schließt
Veranlassen des erfindungsgemäßen Zieldetektors
ein, auf eine Probe einzuwirken, die ein Detektionsziel enthält. Da das
erfindungsgemäße Zieldetektionsverfahren
das Verwenden des erfindungsgemäßen Zieldetektors
umfasst, der die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
einschließt,
wirken verschiedene Typen von Detektionszielen auf die Kohlenstoffnanoröhrchen ein.
Folglich kann das Detektionsziel in der Probe mit hoher Empfindlichkeit
und Leichtigkeit nachgewiesen werden. Wenn der Zieldetektor zwei
oder mehr der Kohlenstoffnanoröhrchenketten
aufweist ist es möglich,
jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
verschiedene Funktionen zu verleihen, und weiter verschiedenen Sätzen von
Kohlenstoffnanoröhrchen
in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
verschiedene Funktionen zu verleihen. Folglich können verschiedene Detektionsziele
auf die Kohlenstoffnanoröhrchenketten
oder Kohlenstoffnanoröhrchen
einwirken, wodurch simultane Analyse von mehreren Detektionszielen
ermöglicht
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
VON DEN VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
ein schematisches Diagramm, das einen Zustand zeigt, bevor Reihen
von Nanolöchern
ausgebildet werden, die in regelmäßigen Intervallen in der Weite
variieren.
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1B ist
ein schematisches Diagramm, das einen Zustand zeigt, nachdem Reihen
von Nanolöchern
ausgebildet worden sind, die in regelmäßigen Intervallen in der Weite
variieren.
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2A ist
ein Bild, das ein Beispiel einer Oberfläche einer Aluminiumschicht
zeigt, die eine eingeprägte
Struktur einer Form enthält.
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2B ist
ein Bild, das ein Beispiel von Nanolöcherreihen zeigt, die durch
anodische Behandlung der in 2A gezeigten
Aluminiumschicht ausgebildet sind.
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3A ist
die Ansicht eines ersten Schritts zum Erläutern eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette.
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3B ist
die Ansicht eines zweiten Schritts zum Erläutern eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette.
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3C ist
die Ansicht eines dritten Schritts zum Erläutern eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette.
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3D ist
die Ansicht eines vierten Schritts zum Erläutern eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette.
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3E ist
die Ansicht eines fünften
Schritts zum Erläutern
eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette.
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3F ist
ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
zeigt.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des Schritts zum Entfernen
von dem Kohlenstoff in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen
einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette zeigt.
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5 ist
ein Bild, das ein Beispiel der Anordnung von Nanolöchern zeigt,
die über
die Oberfläche der
anodisierten, metallischen Schicht ausgebildet ist.
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6 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des erfindungsgemäßen Zieldetektors zeigt.
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7A ist
ein erstes schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Versuchstechnik
zum Beurteilen der Adsorptionsfähigkeit
des erfindungsgemäßen Zieldetektors
zeigt.
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7B ist
ein zweites schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Versuchstechnik
zum Beurteilen der Adsorptionsfähigkeit
des erfindungsgemäßen Zieldetektors
zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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(Kohlenstoffnanoröhrchenkette
und Herstellungsverfahren dafür)
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette schließt einen
Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur, einen Schritt zum
Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens,
einen Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff, und einen Schritt zum
Lösen der
metallischen Schicht ein, und schließt, sofern notwendig, weiter zusätzliche(n)
Schritt(e) ein, die in geeigneter Weise ausgewählt sind.
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Die
erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
kann in geeigneter Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen
einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette
hergestellt werden. Nachfolgend werden die Details der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
in Verbindung mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Verfügung
gestellt.
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<Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur>
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Der
Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur ist ein Schritt, bei
dem Vertiefungen in einer metallischen Schicht ausgebildet werden,
gefolgt von einer Behandlung zur Nanolochausbildung, um Reihen von
Nanolöchern
in den Vertiefungen auszubilden, die in einer im Wesentlichen orthogonalen
Richtung zu der Oberfläche
der metallischen Schicht ausgerichtet sind, um dadurch eine Nanolochstruktur auszubilden.
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Das
Material, die Form, die Größe, etc.
der metallischen Schicht sind nicht besonders beschränkt und
können
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein. Es kann jedes Material
verwendet werden, so lange es in der Lage ist, Nanolöcher auszubilden, wenn
es der Behandlung zur Nanolochausbildung unterzogen wird; Beispiele
schließen
elementare Metalle, ihre Oxide, ihre Nitride und ihre Legierungen ein,
und von diesen sind Tonerde (Aluminiumoxid) und Aluminium bevorzugt.
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Die
metallische Schicht kann auf einem Substrat ausgebildet sein. In
diesem Fall kann das Substrat aus jedem geeigneten Material gemacht
sein und kann entsprechend dem beabsichtigten Zweck jede geeignete
Form, Struktur und Größe aufweisen. Beispiele
der Materialien schließen
ein Metalle, Glas, Silicium, Quarz und SiO2/Si,
das erhalten wird durch Ausbilden eines thermisch oxidierten Films
auf der Oberfläche
von Silicium. Diese Materialien können allein oder in Kombination
verwendet werden. Von diesen sind im Hinblick auf die Tatsache,
dass sie bei anodischer Behandlung für Nanolöcher als eine Elektrode verwendet
werden können,
Metalle bevorzugt. Es ist zu beachten, dass das Substrat wie erforderlich gebrauchsfertig
erworben oder hergestellt werden kann.
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Wenn
Nanolöcher
durch anodische Behandlung herzustellen sind, kann eine Elektrodenschicht zwischen
dem Substrat und der metallischen Schicht angeordnet sein.
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Das
Material für
die Elektrodenschicht kann entsprechend dem beabsichtigen Zweck
jedes geeignete Material sein; Beispiel schließen Nb, Ta, Ti, W, Cr, Co,
Pt, Cu, Ir, Rh und ihre Legierungen ein. Diese Elemente oder Legierungen
können
allein oder in Kombination verwendet werden. Die Elektrodenschicht
kann entsprechend jedem geeigneten Verfahren ausgebildet werden,
wie zum Beispiel Dampfabscheidung oder Sputtern.
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Die
Dicke der metallischen Schicht ist nicht besonders beschränkt und
kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein. Die Dicke der metallischen
Schicht entspricht direkt der Länge
der Kohlenstoffnanoröhrchen,
und daher weist die metallische Schicht zu dem Zweck des Erhaltens
von Kohlenstoffnanoröhrchen, die
eine Länge
von 1 μm
oder weniger aufweisen, bevorzugt eine Dicke von 1 μm oder weniger
auf. Die Dicke der metallischen Schicht kann gleich der erwünschten
Länge der
herzustellenden Kohlenstoffnanoröhrchen
gemacht werden. Somit kann die Länge der
Kohlenstoffnanoröhrchen
in der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
leicht durch Einstellen der Dicke der metallischen Schicht gesteuert werden.
Dies ist insoweit vorteilhaft als es möglich ist, die Länge der
Kohlenstoffnanoröhrchen
zu egalisieren und gleichmäßige Qualität und physikalische
Eigenschaften zu erzielen.
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Die
metallische Schicht kann gemäß jedem bekannten
geeigneten Verfahren ausgebildet werden, wie zum Beispiel Dampfabscheidung
oder Sputtern. Insbesondere ist Sputtern bevorzugt, da es genaue
und leichte Steuerung der Dicke der metallischen Schicht ermöglicht.
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Die
metallische Schicht kann in geeigneter Weise durch Sputtern eines
Sputtertargets ausgebildet werden, das aus dem gleichen Metall gemacht ist,
wie die abzuscheidende metallische Schicht. Das Sputtertarget kann
jede geeignete Reinheit entsprechend dem beabsichtigten Zweck aufweisen,
weist bevorzugt aber eine hohe Reinheit auf. Wenn die metallische
Schicht aus Aluminium gemacht ist, beträgt die Reinheit von Aluminium
in dem Sputtertarget bevorzugt 99,990% oder höher.
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Vor
anodischer Behandlung der metallischen Schicht ist es notwendig,
Reihen von Konkaven (Vertiefungen) darin auszubilden, wo die Nanolöcher auszubilden
sind. Die Verwendung von anodischer Behandlung für die Ausbildung von Nanolöchern ist
vorteilhaft, da die Nanolöcher
effizient ausschließlich
in den Vertiefungen ausgebildet werden können.
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Der
Querschnitt der Vertiefung, eine Oberfläche der Vertiefung, die durch
Schneiden der Vertiefung entlang ihrer Weite erhalten wird, ist
nicht besonders beschränkt
und können
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein; zum Beispiel kann
der Querschnitt rechtwinkelig, V-förmig oder halbkreisförmig sein.
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Das
Verfahren zum Ausbilden von Vertiefungen ist nicht besonders beschränkt und
kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck ausgewählt sein; Beispiele sind: (1)
ein Verfahren, bei dem eine Form mit einer Struktur von regelmäßig beabstandeten
Reihen von Lands auf ihrer Oberfläche auf eine metallische Schicht
eingeprägt
(übertragen)
wird (z. B. eine Aluminiumoxid- oder Aluminiumschicht), um dadurch
darauf eine Linien-und-Abstands-Struktur auszubilden, die Reihen von
alternierenden Vertiefungen und Abständen (Lands) auszubilden, die
in regelmäßigen Intervallen angeordnet
sind; (2) ein Verfahren, bei dem eine Harzschicht oder eine Photoresistschicht
auf einer metallischen Schicht ausgebildet wird, durch normale Photolithographie strukturiert
und durch unter Verwendung einer Form geprägt wird, und zum Ausbilden
von Reihen von Vertiefungen in der Oberfläche der metallischen Schicht
geätzt
wird; und (3) ein Verfahren, bei dem Vertiefungen direkt in der
metallischen Schicht ausgebildet werden.
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Durch Ändern der
Weite der Reihen von Lands in der Form, der Weite der Vertiefungen
in den Photoresistschichten, etc., bei spezifischen Intervallen
(bei regelmäßigen Intervallen)
entlang ihrer Länge
ist es möglich,
die Breite der Nanolochreihen bei regelmäßigen Intervallen entlang ihrer
Länge entsprechend
zu ändern
(zu erweitern und zu verengen), wodurch die Intervalle zwischen
benachbarten Nanolöchern
in vorteilhafter Weise in Synchronisierung mit der konstanten Veränderung
der Vertiefungsweite gleich gemacht werden können.
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Die
Form kann entsprechend dem beabsichtigten Zweck jede geeignete sein,
ist aber im Hinblick auf die Tatsache, dass diese Filme sehr umfangreich als
die Materialien für
das Herstellen von feinen Strukturen in dem Bereich der Halbleiter
verwendet werden, bevorzugt aus Silicium, Siliciumdioxid oder einer
Kombination daraus gemacht; des Weiteren können zum Beispiel ein Siliciumcarbidsubstrat
und ein Ni-Stempel, der im Allgemeinen bei dem Formen von optischen
Platten verwendet wird, im Hinblick auf ihre große Haltbarkeit bei kontinuierlicher
Verwendung verwendet werden. Die Form kann mehrere Male verwendet
werden. Das Verfahren zum Prägen ist
nicht besonders beschränkt
und kann in geeigneter Weise aus jenen im Stand der Technik bekannten ausgewählt sein.
Beispiele des Resistmaterials für die
Photoresistschicht schließen
nicht nur Photoresistmaterialien ein, sondern auch Elektronenstrahl-Resistmaterialien.
Das hier verwendete Photoresistmaterial kann von allen geeigneten
Materialien ausgewählt
sein, die zum Beispiel in dem Bereich der Halbleiter bekannt sind; Beispiele
sind Materialien, bei denen nahes Ultraviolettlicht und Nahfeldlicht
angewandt werden kann.
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Die
Behandlung zum Ausbilden der Nanolöcher ist nicht besonders beschränkt solange
sie Nanolöcher
in der metallischen Schicht auszubilden vermag, und kann in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck in geeigneter Weise zum Beispiel ausgewählt sein
aus anodischer Behandlung, Ätzen,
etc.
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Von
diesen ist anodische Behandlung besonders bevorzugt, da es in der
Lage ist, eine Anzahl an Nanolöchern
in der metallischen Schicht auszubilden, die bei im Wesentlichen
gleichmäßigen Intervallen
angeordnet sind, während
sie bewirkt, dass die Nanolöcher
in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des
Substrats ausgerichtet sind.
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Anodische
Behandlung kann mit jeder geeigneten Spannung ausgeführt werden,
aber bevorzugt mit einer solchen Spannung, die die folgende Gleichung
erfüllt:
V = I/A, wobei V die Spannung bei der anodischen Behandlung ist;
I ist das Intervall (nm) zwischen benachbarten Nanolöchern; und
A ist eine Konstante (nm/V) = ~2,5.
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Wenn
die anodische Behandlung bei einer Spannung ausgeführt wird,
die die obige Gleichung erfüllt,
sind die resultierenden Nanolöcher
in vorteilhafter Weise in den Reihen der Vertiefungen angeordnet.
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Der
Typ, die Konzentration und Temperatur eines Elektrolyten und die
Zeitdauer der anodischen Behandlung sind nicht besonders beschränkt und können in
geeigneter Weise entsprechend der Anzahl, Größe und dem Seitenverhältnis der
auszubildenden Nanolöcher
eingestellt sein. Zum Beispiel ist der Elektrolyt bevorzugt eine
verdünnte
Phosphorsäurelösung, wenn
das Intervall (Abstand) der benachbarten Reihen von Nanolöchern im
Bereich von 150 nm bis 500 nm liegt; er ist bevorzugt eine verdünnte Oxalsäurelösung, wenn
das Intervall im Bereich von 80 nm bis 200 nm liegt; und er ist
bevorzugt eine verdünnte
Schwefelsäurelösung, wenn
der Abstand im Bereich von 10 nm bis 150 nm liegt. In jedem Fall
kann das Seitenverhältnis
der Nanolöcher durch
Eintauchen der anodisierten metallischen Schicht zum Beispiel in
eine Phosphorsäurelösung gefolgt
von anodischer Behandlung zum Vergrößern des Durchmessers der Nanolöcher (Aluminiumoxidporen)
gesteuert werden.
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Wenn
der Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur durch anodische
Behandlung durchgeführt
wird, kann es zu der unerwünschten
Ausbildung einer Sperrschicht beim Boden eines jeden der mehreren
Nanolöcher
kommen, die in der metallischen Schicht ausgebildet werden, aber
die Sperrschicht kann leicht durch konventionelles Ätzen unter
Verwenden eines herkömmlichen Ätzmittels,
wie zum Beispiel Phosphorsäure,
entfernt werden.
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Somit
wird in dem Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur eine Nanolochstruktur
ausgebildet, in der mehrere Nanolöcher in einer Richtung im Wesentlichen
senkrecht zu der Oberfläche
der metallischen Schicht ausgerichtet sind.
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Die
Nanolöcher
in der Nanolochstruktur sind in Bezug auf die Form nicht besonders
beschränkt, und
es kann jede Form in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck angewandt werden; jedoch können sie
als Löcher
oder Einbuchtungen ausgebildet werden, noch bevorzugter als Durchgangslöcher.
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Das
Intervall zwischen benachbarten Reihen von Nanolöchern ist nicht besonders beschränkt und kann
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein; das Intervall beträgt jedoch
bevorzugt 5 nm bis 500 nm, noch bevorzugter 10 nm bis 200 nm.
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Ein
Intervall von weniger als 5 nm macht die Ausbildung von Nanolöchern schwierig,
wohingegen es ein Intervall von größer als 500 nm schwierig macht,
sie in regelmäßigen Intervallen
anzuordnen.
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Das
Verhältnis
des Intervalls zwischen benachbarten Reihen von Nanolöchern zu
der Weite einer Reihe von Nanolöchern
ist nicht besonders beschränkt
und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten
Zweck eingestellt sein; zum Beispiel beträgt das Verhältnis im Bereich von 1,1 bis
1,9, und noch bevorzugter von 1,2 bis 1,8.
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Ein
Verhältnis
(Intervall/Weite) von kleiner als 1,1 kann Lochfusion zwischen benachbarten
Nanolöchern
verursachen und kann zu einem Versagen beim Herstellen von diskreten
Nanolöchern
führen, wohingegen
ein 1,9 übersteigendes
Verhältnis
während
der anodischen Behandlung zu der Ausbildung von Nanolöchern in
anderen Abschnitten als den Vertiefungen führen kann.
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Die
Weite der Reihen von Nanolöchern
ist nicht besonders beschränkt
und kann in geeigneter Weise entsprechend dem beabsichtigten Zweck
eingestellt sein; zum Beispiel beträgt die Reihenweite bevorzugt
5 nm bis 450 nm, und noch bevorzugter 10 nm bis 200 nm.
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Eine
Reihenweite von weniger als 5 nm macht die Ausbildung von Nanolöchern schwierig, wohingegen
es eine Reihenweite von größer als
450 nm schwierig macht, sie bei regelmäßigen Intervallen anzuordnen.
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Darüber hinaus
kann die Reihenweite entlang der Länge konstant sein oder kann
bei speziellen Intervallen variieren (sich aufweiten oder verengen),
wie in 1A gezeigt ist. Der letztere
Fall ist bevorzugt, da es wahrscheinlich wird, dass Nanolöcher bei
regelmäßigen Intervallen
entlang der Nanolochreihe bei Bereichen mit einer größeren Weite ausgebildet
werden, als bei anderen Bereichen, wie in 1B gezeigt
ist.
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Die
Tiefe der Nanolöcher
beträgt
im Allgemeinen 10 μm
oder weniger, ist aber nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter
Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck eingestellt sein; Die Nanolochtiefe
beträgt
jedoch im Hinblick auf die Tatsache, dass sie der Länge der
Kohlenstoffnanoröhrchen
in der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
entspricht, bevorzugt 1 μm
oder weniger.
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Der Öffnungsdurchmesser
der Nanolöcher ist
nicht besonders beschränkt
und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck
eingestellt sein; der Öffnungsdurchmesser
beträgt
im Allgemeinen ein Drittel des Nanolochintervalls, das in Abhängigkeit
von der Anodisierungsspannung festgelegt ist, der Öffnungsdurchmesser kann
jedoch wie erforderlich durch Behandlung mit einer Phosphorsäurelösung vergrößert werden.
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- Schritt zum Ausbilden
eines Kohlenstoffnanoröhrchens
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Der
Schritt zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens ist ein Schritt zum
Ausbilden von Kohlenstoffnanoröhrchen
innerhalb der Nanolöcher.
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Die
Kohlenstoffnanoröhrchen
können
entsprechend jedem geeigneten Verfahren ausgebildet werden, wie
zum Beispiel chemische Dampfabscheidung (CVD).
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Beispiele
des chemischen Dampfabscheidungsverfahrens (CVD) sind thermische
CVD (einfach auch als "CVD" bezeichnet), Heizdraht-CVD, Plasma-forcierte
CVD (auch als "plasmaunterstützte CVD" oder "Plasma-CVD" bezeichnet), Plasma-forcierte Heizdraht-CVD
und Laser-forcierte CVD (auch als "Laser-CVD" bezeichnet). Von diesen sind thermische
CVD und Plasma-CVD bevorzugt.
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Bei
thermischer CVD wird eine Reaktionsröhre, die eine Nanolochstruktur
enthält,
auf etwa 400°C
bis 2.000°C
in einem elektrischen Ofen erhitzt, gefolgt von Einführen von
Materialgas in die Röhre, um
das Material zu zersetzen, was es Kohlenstoff oder Kohlenstoffnanoröhrchen ermöglicht,
sich in den Nanolöchern
abzuscheiden.
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Bei
Plasma-CVD wird das Materialgas durch Reaktion mit einem Plasma
zersetzt, das durch Radiofrequenzwellen (RF-Wellen) von etwa 0,1
bis 1.000 W/cm3 angeregt wird, wodurch es
Kohlenstoff ermöglicht
wird, sich abzuscheiden. An Stelle des durch Radiofrequenzwellen
(RF-Wellen) angeregten Plasmas können
auch Plasmen, die zum Beispiel durch niederfrequente Wellen, Mikrowellen
(MW) oder Gleichstrom (DC) angeregt werden, verwendet werden.
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Die
für die
Ausbildung von Kohlenstoffnanoröhrchen
durch CVD verwendeten Bedingungen sind nicht besonders beschränkt und
können
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck ausgewählt sein. Zum Beispiel ist
es bevorzugt, den Durchsatz des Materialgases zu steuern und als
das Materialgas ein Gasgemisch aus Kohlenstoffquellgas und Trägergas zu
verwenden.
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Beispiele
des Kohlenstoffquellgases sind Methan-, Ethylen-, Propylen-, Acetylen-,
Benzol-, Butan-, Methanol-, Ethanol-, Propanol-, Isopropanol-, C10H16-, CS2- und C60-Gas. Beispiele
des Trägergases
sind Stickstoff-, Argon-, Wasserstoff- und NH3-Gas.
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Die
Verhältnisse
des Kohlenstoffquellgases und des Trägergases in dem Gasgemisch
sind nicht besonders beschränkt
und können
in Abhängigkeit von
dem beabsichtigten Zweck eingestellt sein. Wenn zum Beispiel Propylengas
als das Kohlenstoffquellgas und Stickstoffgas als das Trägergas verwendet
werden, wird das Gasgemisch bevorzugt unter der Bedingung zugeführt, dass
das Verhältnis
des Durchsatzes von Propylengas zu jenem von Stickstoffgas in etwa
1:99 bis 5:95 beträgt
und dass der Gesamtdurchsatz 100 cm3/min
bis 300 cm3/min beträgt. An diesem Punkt beträgt die Temperatur
bevorzugt 500°C
bis 900°C,
und am meisten bevorzugt etwa 800°C.
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Wenn
Kohlenstoffnanoröhrchen
herzustellen sind, zum Beispiel durch CVD in dem Schritt zum Ausbilden
eines Koh lenstoffnanoröhrchens,
dient das Material der metallischen Schicht als Katalysator zum
Ausbilden der Kohlenstoffnanoröhrchen,
und somit ist ein zusätzlicher
Katalysator nicht erforderlich. Wenn zum Beispiel die metallische
Schicht aus Aluminium gemacht ist, dient das an der freiliegenden
Oberfläche
der metallischen Schicht vorhandene Aluminiumoxid als Katalysator,
durch den die Ausbildung von Kohlenstoffnanoröhrchen erleichtert ist.
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Die
durch den Schritt zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens
ausgebildeten Kohlenstoffnanoröhrchen
sind im Wesentlichen identisch in Durchmesser, Länge und der Anzahl an Schichten, und
wenn die Dicke der metallischen Schicht 1 μm oder kleiner gemacht wird,
weisen die Kohlenstoffnanoröhrchen
eine durchschnittliche Länge
von 1 μm oder
weniger auf, wobei ein Ende eines jeden Nanoröhrchens geschlossen ist.
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<Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff>
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Der
Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff ist ein Schritt zum Entfernen
von auf Oberflächen
von Lands zwischen den Vertiefungen in dem Schritt zum Ausbilden
eines Kohlenstoffnanoröhrchens
abgeschiedenem Kohlenstoff.
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Die
Ausbildung von Vertiefungen in der metallischen Schicht in dem Schritt
zum Ausbilden einer Nanolochstruktur führt zu der Ausbildung von Lands der
metallischen Schicht zwischen den Vertiefungen. Danach, in dem Schritt
zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens, werden Kohlenstoffnanoröhrchen in
den Nanolöchern
in den Vertiefungen ausgebildet, und zur gleichen Zeit wird Kohlenstoff
auf den Lands abgeschieden. Der Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff
dient zum Entfernen von auf den Oberflächen der Lands abgeschiedenem
Kohlenstoff. Durch Durchführen
eines später
zu beschreibenden Schritts zum Lösen
der metallischen Schicht führt
er zu der Ausbildung von erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenketten
mit einer Plattenform, Bandform, Fadenform, etc., wobei jede von
ihnen aus regelmäßig beabstandeten
Kohlenstoffnanoröhrchen
besteht, die an eine Kohlenstoffschicht gebunden sind, die von über die
Vertiefungen der metallischen Schicht (Nanolochstruktur) abgeschiedenem
Kohlenstoff herrührt.
In jeder der Kohlenstoffnanoröhrchenketten
sind die Kohlenstoffnanoröhrchen
in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der
Kohlenstoffschicht ausgerichtet.
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Das
Verfahren zum Entfernen von Kohlenstoff ist nicht besonders beschränkt und
kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein; zum Beispiel wird
ein Verfahren zum Wegätzen
von auf den Lands der metallischen Schicht abgeschiedenem Kohlenstoff
durch Wrappen (orig.: "wrapping") oder chemisch mechanisches
Polieren (CMP) verwendet. Verfahren zum Entfernen von Kohlenstoff,
der auf den Seitenwänden
der Lands abgeschieden ist, sind insbesondere: (1) ein Verfahren,
das Anwendung von Sauerstoffplasma (einschließlich Anlegen von Spannung
an das Substrat) unter Winkeln in Bezug auf die Länge und
Höhe der
Lands der metallischen Schicht einschließt, um abgeschieden Kohlenstoff
wegzuätzen; (2)
ein Verfahren, das Anwenden eines Ionenstrahls (z. B. eines Sauerstoffionenstrahls)
unter Winkeln in Bezug auf die Länge
und Höhe
der Lands der metallischen Schicht einschließt, um abgeschieden Kohlenstoff
zu entfernen; (3) ein Verfahren, das Steuerung einer Sauerstoffatmosphäre und Anwendung
eines Ionenstrahls unter Winkeln in Bezug auf die Länge und
Höhe der
Lands der metallischen Schicht einschließt, um abgeschieden Kohlenstoff
zu entfernen; und so weiter.
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Es
ist zu beachten, dass die in dem Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff
verwendete Bedingung nicht besonders beschränkt ist und in geeigneter Weise
in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck eingestellt sein kann. Darüber hinaus
kann der Winkel, unter dem das Plasma auf die Lands der metallischen
Schicht in Bezug auf ihre Länge
und Höhe
im Verfahren (1) angewandt wird, und der Winkel, unter dem die Ionenstrahlen
in den Verfahren (2) und (3) angewandt werden, in geeigneter Weise
festgelegt sein.
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<Schritt zum Lösen der metallischen Schicht>
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Der
Schritt zum Lösen
der metallischen Schicht ist ein Schritt zum Weglösen der
metallischen Schicht (Nanolochstruktur). Durch Durchführen dieses
Schritts ist es möglich,
die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
zu erhalten.
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Die
in dem Schritt zum Lösen
der metallischen Schicht verwendete Bedingung, etc., sind nicht
besonders beschränkt
und können
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein. In dem Fall der Aluminiumoxid-Nanolöcher sind
spezielle Beispiele der in diesem Schritt durchgeführten Verfahren
Eintauchen in Flusssäure
(HF) und hydrothermale Behandlung mit Natriumhydroxid (NaOH).
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<Zusätzliche
Schritte>
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Die
zusätzlichen
Schritte sind nicht besonders beschränkt und können in geeigneter Weise entsprechend
dem beabsichtigten Zweck ausgewählt sein;
Beispiele sind ein Waschschritt und ein Trocknungsschritt.
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Die
erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
wird effizient durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette hergestellt.
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Die
erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
besteht aus einer Reihe von mehreren Kohlenstoffnanoröhrchen,
die an einem Ende auf eine solche Weise an einen Träger gebunden
sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der
Oberfläche
des Trägers
ausgerichtet sind.
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Das
Material, die Form, Struktur, Größe, Dicke,
etc., des Trägers
sind nicht besonders beschränkt
und können
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein; das Material ist jedoch
bevorzugt Kohlenstoff. Wenn der Träger aus Kohlenstoff gemacht
ist, kann die Kohlenstoffnanoröhrchenkette
leicht ausgebildet werden. Genauer ausgedrückt wird eine Kohlenstoffschicht
auf einer metallischen Schicht (Nanolochstruktur) nach Ausbildung
von Kohlenstoffnanoröhrchen
in den Nanolöchern
während
des Schritts zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens
abgeschieden, und die auf den Vertiefungen der metallischen Schicht
abgeschiedene Kohlenstoffschicht ist dann integral an die Kohlenstoffnanoröhrchen gebunden,
die in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der
Kohlenstoffschicht ausgerichtet sind. Der erhaltene einstückige Gegenstand entspricht
der oben beschriebenen Kohlenstoffnanoröhrchenkette.
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Beispiele
der Form des Trägers
schließen eine
Plattenform, Bandform und lineare Form ein. Von diesen Formen ist
der Träger
bevorzugt von linearer Form, da sie leicht entworfen werden kann
und für
einen weiten Bereich von Feldern angewandt werden kann.
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Die
Dicke des Trägers
ist nicht besonders beschränkt,
so lange sie Kohlenstoffnanoröhrchen
zu halten vermag, zum Beispiel beträgt die Dicke bevorzugt 2 nm
bis 20 nm.
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Die
Anzahl von Kohlenstoffnanoröhrchen, die
in der Kohlenstoffnanoröhrchenkette
vorhanden ist, ist nicht besonders beschränkt; sie variiert in Abhängigkeit
von den Intervallen zwischen Nanolöchern in der Nanolochstruktur
und von der Länge
der Kohlenstoffnanoröhrchenkette,
und kann in geeigne ter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck
festgelegt sein.
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In
der Kohlenstoffnanoröhrchenkette
ist es bevorzugt, dass ein Ende eines jeden Kohlenstoffnanoröhrchens,
das an den Träger
gebunden sein soll, geöffnet
ist, wobei das andere Ende geschlossen ist. Eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette,
die diese Konfiguration aufweist, bietet exzellente chemische Stabilität und erleidet
im Lauf der Zeit nie Oxidation oder dergleichen. Folglich kann die
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
in geeigneter Weise in verschiedenen Anwendungen verwendet werden.
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Die
Kohlenstoffnanoröhrchen
in der Kohlenstoffnanoröhrchenkette
sind bevorzugt identisch in wenigstens einem von Länge, Größe und Außendurchmesser.
Wenn eine solche Kohlenstoffnanoröhrchenkette zur Zieldetektion
oder als ein Sensor verwendet wird, funktioniert jedes Kohlenstoffnanoröhrchen in
einem ähnlichen
Ausmaß,
wodurch ein stabiler Betrieb erzielt wird.
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Die
Länge eines
jeden Kohlenstoffnanoröhrchens
kann gleich der Dicke der metallischen Schicht gemacht sein, und
daher ist es möglich,
leicht eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette
zu erhalten, die kleine Kohlenstoffnanoröhrchen mit 1 μm oder weniger
Länge aufweist.
Noch einmal, da die Länge
der Kohlenstoffnanoröhrchen
der Dicke der metallischen Schicht (z. B. einer Aluminiumschicht
oder Aluminiumoxidschicht) entspricht, ist es möglich, die Kohlenstoffnanoröhrchen zu
steuern, so dass sie durch Steuern der Dicke der metallischen Schicht
leicht, präzise
und gleichmäßig eine
erwünschte
Länge aufweisen.
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Das
Kohlenstoffnanoröhrchen
ist bevorzugt mit einem funktionellen Material bedeckt; Beispiele davon
schließen
biologische Moleküle
ein, wie zum Beispiel Antikörper.
Obwohl das Kohlenstoffnanoröhrchen
selbst Adsorptionsfähigkeit
und Freigabefähigkeit
zeigt, macht das Bedecken des Kohlenstoffnanoröhrchens mit einem solchen biologischen
Molekül
Detektion verschiedener Ziele mittels des biologischen Moleküls möglich.
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Verwendungsanwendungen
der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
sind nicht besonders beschränkt
und können
in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck ausgewählt sein; zum Beispiel wird
die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
bevorzugt zum Einfangen eines Detektionsziels verwendet. In dieser
Anwendung weist die Kohlenstoffnanoröhrchenkette bevorzugt einen
Zieleinfangkörper
auf.
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- Zieleinfangkörper -
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Für den Zieleinfangkörper ist
es bevorzugt, dass er einen Bindeabschnitt aufweist, der an die Kohlenstoffnanoröhrchenkette
gebunden werden kann, und einen Zieleinfangabschnitt, der ein Detektionsziel
einzufangen vermag. Der Grund hierfür ist, dass es möglich ist,
effizient separate Funktionen in einem Molekül zu erreichen.
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Die
Form, in der die Kohlenstoffnanoröhrchenkette an den Zieleinfangkörper gebunden
ist, ist nicht besonders beschränkt
und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck
festgelegt sein; sie werden jedoch bevorzugt durch chemische Bindungen
zusammengehalten, da sie fester aneinander gebunden werden können.
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Der
Zieleinfangkörper
ist nicht besonders beschränkt,
so lange er ein Detektionsziel bei dem Zieleinfangabschnitt einzufangen
vermag, und kann in geeigneter Weise entsprechend dem beabsichtigten Zweck
ausgewählt
sein.
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Die
Weise, in der der Zieleinfangkörper
ein Ziel einfängt,
ist nicht besonders beschränkt;
Einfangen kann erreicht werden durch physikalische Adsorption, chemische Adsorption
oder dergleichen, die durch Wasserstoff(brücken)bindung, intermolekulare Kraft
(van der Waals-Kraft),
Koordinationsbindung, Ionenbindung oder kovalente Bindung realisiert
werden.
-
Geeignete
Beispiele des Zieleinfangabschnitts schließen jene ein, die ausgebildet
sind aus Enzymen, Coenzymen, Enzymsubstraten, Enzyminhibitoren,
Clathratverbindungen (können
nachfolgend als "Wirtsverbindungen" oder "Wirte" bezeichnet sein),
Metallen, Antikörpern,
Antigenen, Proteinen, Mikroorganismen, Viren, Zellbestandteilen,
Metaboliten, Nukleinsäuren,
Hormonen, Hormonrezeptoren, Lecithinen, Zuckern, physiologisch aktiven Substanzen
und Rezeptoren für
physiologisch aktive Substanzen, Allergenen, Blutproteinen, Gewebeproteinen,
(Zell)Kernsubstanzen, Virusteilchen, Neurotransmittern, Heptanen,
Parasiten, Störung
des Hormonsystems verursachenden Chemikalien und chemischen Spezies
oder Derivaten davon.
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- Detektionsziel
-
-
Wenn
der Zieleinfangabschnitt ein Enzym ist, ist das Detektionsziel zum
Beispiel ein Coenzym dieses Enzyms; wenn er ein Coenzym ist, ist
das Detektionsziel zum Beispiel ein Enzym, für das dieses Coenzym als ein
Coenzym wirkt; wenn er eine Clathratverbindung ist, ist das Detektionsziel
zum Beispiel eine Gastverbindung (zu enthaltende Komponente) dieser
Clathratverbindung; wenn er ein Antikörper ist, ist das Detektionsziel
zum Beispiel ein Protein, das ein Antigen gegen diesen Antikörper ist;
wenn er ein Protein ist, ist das Detektionsziel zum Beispiel ein
Antikörper
der dieses Protein als ein Antigen erkennt; wenn er eine Nukleinsäure ist,
ist das Detektionsziel zum Beispiel eine zu dieser Nukleinsäure komplementäre Nukleinsäure; wenn
er ein Hormonrezeptor ist, wie zum Beispiel Tubulin oder Chitin,
ist es zum Beispiel ein durch diesen Hormonrezeptor angenommenes
Hormon; wenn er ein Lecithin ist, ist es zum Beispiel ein durch
dieses Lecithin angenommener Zucker; und wenn er ein Rezeptor für eine physiologisch
aktive Substanz ist, ist es zum Beispiel eine von diesem Rezeptor
für eine
physiologisch aktive Substanz angenommene physiologisch aktive Substanz.
-
Proben,
die die oben erwähnten
Detektionsziele enthalten, sind nicht besonders beschränkt und können in
geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck ausgewählt sein; Beispiel schließen Pathogene,
wie zum Beispiel Bakterien und Viren ein; Blut, Speichel, Gewebeteile,
die von lebenden Organismen isoliert sind; und Ausscheidungsstoffe,
wie zum Beispiel Fäkalien
und Urin. Bei pränataler
Diagnose können
auch einige embryonale Zellen in der amniotischen Flüssigkeit
oder einige in vitro sich teilende Eizellen als Probe verwendet
werden. Die Probe kann direkt verwendet werden oder nachdem sie
vor Verwendung als Sediment durch Zentrifugation kondensiert wurde
oder, sofern notwendig, einer Zellzerstörungsbehandlung unterzogen
wurde (z. B. Enzymbehandlung, Wärmebehandlung,
Behandlung mit oberflächenaktivem
Mittel, Ultraschallbehandlung oder irgendwelchen Kombinationen davon).
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Die
Clathratverbindung ist nicht besonders beschränkt, so lange sie eine Molekülerkennungsfähigkeit
(d. h. Wirt-Gast-Bindungsfähigkeit)
aufweist, und kann in geeigneter Weise entsprechend dem beabsichtigten
Zweck ausgewählt
sein; Beispiele schließen
jene mit einem zylindrischen (eindimensionalen) Hohlraum, jene mit
einem geschichteten (zweidimensionalen) Hohlraum, und jene mit einem käfigförmigen (dreidimensionalen)
Hohlraum ein.
-
Beispiele
von Clathratverbindungen, die einen zylindrischen (eindimensionalen)
Hohlraum enthalten, schließen
Harnstoff, Thioharnstoff, Desoxycholsäure, Dinitrodiphenyl, Dioxytriphenylmethan, Triphenylmethan,
Methylnaphthalin, Spi rochroman, PHTP (Perhydrotriphenylen), Cellulose,
Amylose und Cyclodextrin (in Lösung
sind die Hohlräume
käfigförmig) ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Harnstoff eingefangen werden können, schließen n-Paraffinderivate
ein. Beispiele von Detektionszielen, die durch Thioharnstoff eingefangen
werden können,
schließen
verzweigte und zyklische Kohlenwasserstoffe ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Desoxycholsäure eingefangen werden können, schließen Paraffine,
Fettsäuren
und aromatische Verbindungen ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Dinitrodiphenyl eingefangen werden
können,
schließen Diphenylderivate
ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Dioxytriphenylmethan eingefangen
werden können, schließen Paraffine,
n-Alkene und Squalen ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Triphenylmethan eingefangen werden
können,
schließen
Paraffine ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Methylnaphthalin eingefangen werden
könne,
schließen
n-Paraffine und verzweigte Paraffine ein, die beide bis zu 16 Kohlenstoffatome
aufweisen.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Spirochroman eingefangen werden
können,
schließen
Paraffine ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch PHTP (Perhydrotriphenylen) eingefangen
werden können,
schließen
Chloroform, Benzol und verschiedene polymere Substanzen ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Cellulose eingefangen werden können, schließen H2O2, Paraffine, CCl4, Farbstoffe und Iod ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Amylose eingefangen werden können, schließen Fettsäuren und
Iod ein.
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Cyclodextrine
sind zyklische Dextrine, die durch Zersetzung von Stärke durch
Amylose erzeugt werden, und es gibt drei bekannte Typen: α-Cyclodextrin, β-Cyclodextrin
und γ-Cyclodextrin. Bei
der vorliegenden Erfindung verwendete Cyclodextrine schließen auch
Cyclodextrinderivate ein, wobei einige ihrer Hydroxylgruppen gegen
andere funktionelle Gruppen ersetzt sind, wie zum Beispiel Alkylgruppen, Allylgruppen,
Alkoxygruppen, Amidgruppen und/oder Sulfonsäuregruppen.
-
Beispiele
von Detektionszielen, die durch Cyclodextrine eingefangen werden
können
schließen Phenolderivate
ein, wie zum Beispiel Thymol, Eugenol, Resorcinol, Ethylenglycolmonophenylether
und 2-Hydroxy-4-methoxy-benzophenon; Benzoesäurederivate, wie zum Beispiel
Salicylsäure,
Methylparahydroxybenzoat und Ethyl-p-hydroxybenzoat und Ester davon;
Steroide, wie zum Beispiel Cholesterin; Vitamine, wie zum Beispiel
Ascorbinsäure,
Retinol und Tocopherol; Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Limonen,
Allylisothiocyanat; Sorbinsäure;
Iodmolekül; Methylorange;
Kongorot; und 2-p-Toluidinylnaphthalin-6-sulfonsäurekaliumsalz (TNS).
-
Beispiele
des geschichteten (zweidimensionalen) Clathrats schließen Tonmineralien,
Graphit, Smektit, Montmorillonit und Zeolith ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Tonmineralien eingefangen werden
können,
schließen
hydrophile Substanzen und polare Verbindungen ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Graphit eingefangen werden können, schließen O, HSO4 –, Halogene, Halogenide
und Alkalimetalle ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Montmorillonit eingefangen werden
können,
schließen
Brucin, Codein, o-Phenylendiamin, Benzidin, Piperidin, Adenin, Guanin
und ihre Riboside ein.
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Beispiele
eines Detektionsziels, das durch Zeolith eingefangen werden kann,
schließen
H2O und dergleichen ein.
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Beispiele
der käfigförmigen (dreidimensionalen)
Clathratverbindung schließen
Hydrochinone, gasförmige
Hydrate, tri-o-Thymotid, Oxyflavan, Dicyanoaminnickel, Kryptande,
Calixarene und Kronenverbindungen ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch Hydrochinone eingefangen werden
können,
schließen
HCl, SO2, Acetylen und Edelgaselemente ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die durch gasförmige Hydrate eingefangen werden
können, schließen Halogene,
Edelgaselemente und niedere Kohlenwasserstoffe ein.
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Beispiele
von Detektionszielen, die die durch tri-o-Thymotid eingefangen werden
können,
schließen
Cyclohexan, Benzol und Chloroform ein.
-
Beispiele
von Detektionszielen, die durch Oxyflavan eingefangen werden können, schließen organische
Basen ein.
-
Beispiele
von Detektionszielen, die durch Dicyanoaminnickel eingefangen werden
können,
sind Benzol und Phenol.
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Beispiele
von Detektionszielen, die die durch Cryptande eingefangen werden
können,
schließen NH4 + und verschiedene
Metallionen ein.
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Calixarene
sind zyklische Oligomere, bei denen Phenoleinheiten durch Methylengruppen
miteinander verbunden sind, die aus Phenol und Formaldehyd unter
geeigneten Bedingungen hergestellt werden können; es sind 4- bis 8-fache
bekannt. Von diesen schließen
Beispiele von Detektionszielen, die durch p-t-Butylcalixaren (n
= 4) eingefangen werden können
Chloroform, Benzol und Toluol ein. Beispiele von Detektionszielen,
die durch p-t-Butylcalixaren (n = 5) eingefangen werden können, schließen Isopropylalkohol
und Aceton ein. Beispiele von Detektionszielen, die durch p-t-Butylcalixaren
(n = 6) eingefangen werden können,
sind Chloroform und Methanol. Bei spiele von Detektionszielen, die
durch p-t-Butylcalixaren (n = 7) eingefangen werden können, schließen Chloroform
ein.
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Beispiele
von Kronenverbindungen schließen
nicht nur Kronenether ein, die Sauerstoff als ein Elektronen spendendes
Atom aufweisen, sondern auch analoge große Ringverbindungen, die Elektronen
spendende Atome aufweisen, wie zum Beispiel Stickstoff und Schwefel
als Ringkomponenten, und schließen
auch komplexe zyklische Kronenverbindungen ein, die zwei oder mehr
Ringe aufweisen, wie zum Beispiel Cryptanden, die verkörpert werden durch
Cyclohexyl-12-Krone-4, Dibenzo-14-Krone-4, t-Butylbenzo-15-Krone-5, Dibenzo-18-Krone-6,
Dicyclohexyl-18-Krone-6,
18-Krone-6, Tribenzo-18-Krone-6, Tetrabenzo-24-Krone-8 und Dibenzo-26-Krone-6.
-
Beispiele
von Detektionszielen, die durch die Kronenverbindungen eingefangen
werden können, schließen verschiedene
Metallionen von Alkalimetallen, wie zum Beispiel Li, Na und K ein;
Metallionen von Erdalkalimetallen, wie zum Beispiel Mg und Ca; NH4 +; Alkylammoniumionen;
Guanidinionen; und aromatische Diazoniumionen. Die Kronenverbindungen bilden
einen Komplex mit diesen Ionen aus. Beispiele von weiteren Detektionszielen,
die durch die Kronenverbindungen eingefangen werden können, schließen polare
organische Verbindungen ein, die eine C-H-Einheit, die eine relativ
große
Acidität
aufweist (z. B. Acetonitril, Malonitril und Adiponitril), eine N-H-Einheit (z. B. Anilin,
Aminobenzoesäure,
Amide und Sulfamidderivate) und eine O-H-Einheit (z. B. Phenole,
Essigsäurederivate)
enthalten; die Kronenverbindungen bilden auch mit diesen polaren
Verbindungen einen Komplex aus.
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Die
Größe (Durchmesser)
des Hohlraums der Clathratverbindungen ist nicht besonders beschränkt und
kann in geeigneter Weise entsprechend dem beabsichtigten Zweck eingestellt
sein, aber damit die Clathratverbindungen eine stabile molekulare Erkennungsfähigkeit
(Wirt-Gast-Bindungsfähigkeit) auf weisen
können,
beträgt
der Durchmesser bevorzugt 0,1 nm bis 2,0 nm.
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Darüber hinaus
können
die Clathratverbindungen zum Bei spiel in monomolekulare Wirtsverbindungen,
polymolekulare Wirtsverbindungen, polymere Wirtsverbindungen und
anorganische Wirtsverbindungen eingeteilt werden.
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Beispiele
von monomolekularen Wirtsverbindungen schließen Cyclodextrin, Kronenverbindungen,
Cyclophan, Azacyclophan, Calixaren, Cyclotriveratrylen, Spherand,
Cavitand und Oligopeptide ein.
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Beispiele
von polymolekularen Wirtsverbindungen sind Harnstoff, Thioharnstoff,
Desoxycholsäure,
Perhydrotriphenylen und tri-o-Thymotid.
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Beispiele
von polymeren Wirtsverbindungen schließen Cellulose, Stärke, Chitin,
Chitosan und Polyvinylalkohol ein.
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Beispiele
von anorganischen Wirtsverbindungen schließen Interkalationsverbindungen,
Zeolithe und Komplexe vom Hofmanntyp ein.
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Der
Antikörper
ist nicht besonders beschränkt,
so lange er eine Antigen-Antikörperreaktion mit
einem spezifischen Antigen durchmacht; er kann ein polyklonaler
Antikörper
oder monoklonaler Antikörper
sein, und weitere Beispiele schließen IgG, IgM, IgE, Fab', Fab, F(ab')2 von
IgG und Avidin ein.
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Das
Antigen ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter
Weise entsprechend der Identität
des Antikörpers
ausgewählt
sein; Beispiel schließen
Plasmaproteine, Tumormarker, Apoproteine, Virusantigene, Autoantikörper, Koagulations/Fibrinolyse-Faktor,
Hormone, Medikamente im Blut, HLA-Antigene und Biotin ein.
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Beispiele
von Plasmaproteinen schließen Immunglobuline
(IgG, IgA, IgM, IgD und IgE), komplementäre Komponenten (C3, C4, C5
und C1q), CRP, α1-Antitrypsin, α1-Mikroglobulin, β2- Mikroglobulin, Haptoglobin,
Transferrin, Ceruloplasmin und Ferritin ein.
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Beispiele
von Tumormarkern schließen α-Fetoprotein
(AFP), carcinoembryonales Antigen (CEA), CA 19-9, CA125, CA 15-3,
SCC-Antigen, saure Prostatadrüsenphosphatase
(PAP), PIVKA-II, γ-Seminoprotein,
TPA, Elastase I, nervenspezifische Enolase (NSE) und saures Immunsuppressionsprotein
(IAP) ein.
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Beispiele
von Apoproteinen sind Apo A-I, Apo A-II, Apo B, Apo C-II, Apo C-III
und Apo E.
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Beispiele
von Virusantigenen schließen
Antigene gegen Hepatitis-B-Virus-Antigene (HBV = Hepatitis-B-Virus),
Hepatitis-C-Virus-Antigene (HCV = Hepatitis-C-Virus), HTLV-I, HIV,
Tollwutvirus, Influenzavirus und Rubellavirus ein.
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Beispiele
von HCV-Antigenen schließen
rekombinantes HCVc100-3-Antigen, rekombinantes pHCV-31-Antigen und
rekombinantes pHCV-34-Antigen ein, und es können in geeigneter Weise Mischungen
davon verwendet werden. Beispiele von HIV-Antigenen schließen Virusoberflächenantigene ein,
wie zum Beispiel rekombinantes HIV-I env.gp41-Antigen, rekombinantes
HIV-I env.gp120-Antigen, rekombinantes HIV-I gag.p24-Antigen und
rekombinantes HIV-II env.p36-Antigen.
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Von
Viren verschiedene Pathogene sind zum Beispiel MRSA, ASO, Toxoplasma,
Mycoplasma und STD.
-
Beispiele
von Autoantikörpern
schließen
Anti-Mikrozom-Antikörper, Anti-Siloglobulin-Antikörper, Antikern-Antikörper, Rheumatismusfaktor,
Anti-Mitochondrium-Antikörper
und Myelin-Antikörper
ein.
-
Beispiele
von Koagulations/Fibrinolyse-Faktoren schließen Fibrinogen, durch Fibrin
zersetzte Produkte (FDP), Plasminogen, α2-Plasmininhibitor, Antithrombin
III, β-Thromboglobulin,
Faktor VIII, Protein C und Protein S ein.
-
Beispiele
von Hormonen schließen
Hypophysenhormone (LH, FSH, GH, ACTH, TSH und Prolactin), Schilddrüsenhormone
(T3, T4 und Siloglobulin),
Calcitonin, Nebenschilddrüsenhormon
(PTH), adrenocoriticotrope Hormone (Aldosteron, Cortisol), Gonadenhormon
(hCG, Östrogen,
Testosteron, hPL) und Bauchspeicheldrüsen- und Gastrointestinaltrakt-Hormone
(Insulin, C-Peptid, Glucagon, Gastrin) ein. Weitere Beispiele schließen Renin,
Angiotensin I, Angiotensin II, Enkephalin und Erythropoietin ein.
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Beispiele
von Medikamenten in Blut sind Antiepileptika, wie zum Beispiel Carbamazepin,
Primidon und Valproinsäure;
zirkulierende Medikamente gegen Organkrankheiten, wie zum Beispiel
Digoxin, Quinidin, Digitoxin und Theophyllin; und Antibiotika, wie
zum Beispiel Gentamycin, Kanamycin und Streptomycin.
-
Geeignete
Beispiele der vorerwähnten
Proteine schließen
Proteine mit niedrigem Molekulargewicht im Bereich von etwa 6.000
bis 13.000 ein, die eine große
Affinität
zu Schwermetallen aufweisen, insbesondere Zink, Cadmium, Kupfer
und Quecksilber. Diese Proteine sind in der Leber, Niere und anderen
Organen oder Geweben von Lebewesen vorhanden, und es wurde vor Kurzem
gezeigt, dass sie sich auch in Mikroorganismen befinden. Sie weisen einen
großen
Gehalt an Cystein auf und enthalten eine Verteilung der Aminosäuren mit
fast keinen aromatischen Resten. Darüber hinaus sind sie wichtige Substanzen,
die in dem Körper
Cadmium und Quecksilber entgiften und auch an der Speicherung und Verteilung
von Spurenmetallen beteiligt sind, die für den lebenden Körper unentbehrlich
sind, wie zum Beispiel Zink und Kupfer.
-
Beispiele
von derartigen Schwermetallen schließen Alkylquecksilberverbindungen
(R-Hg), Quecksilber (Hg) oder Verbindungen davon, Cadmium (Cd) oder
Verbindungen davon, Blei (Pb) oder Verbindungen davon, hexavalentes
Chrom (Cr6+), Kupfer (Cu) oder Verbindungen
davon, Zink (Zn) oder Verbindungen davon, Cyan, Arsen, Selen, Mangan, Nickel,
Eisen, Zink, Selen und Zinn ein.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette ist es möglich, die
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
effizient herzustellen.
-
Die
erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
besteht aus den vorerwähnten
Kohlenstoffnanoröhrchen,
die regelmäßig beabstandet
sind, und die sowohl Adsorptionsfähigkeit als auch Freigabefähigkeit
aufweisen. Aus diesem Grund kann die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette leicht
gestaltet und gehandhabt werden, und kann bei einem großen Bereich
von Feldern angewandt werden. Zum Beispiel vermag die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
verschiedene Typen von Zielen nachzuweisen, einschließlich Krankheit verursachende
Substanzen, biologische Substanzen und toxische Substanzen, und
vermag in geeigneter Weise auf verschiedenen Feldern angewandt werden,
einschließlich
Sensoren, wie zum Beispiel Zieldetektoren, Biosensoren und Gassensoren.
-
(Zieldetektor)
-
Der
erfindungsgemäße Zieldetektor
enthält die
erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
und einen Halter und enthält,
sofern erforderlich, weiter in geeigneter Weise ausgewählte(s)
zusätzliche(s)
Element(e).
-
Die
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
enthält bevorzugt
einen Einfangabschnitt, der ein Detektionsziel einzufangen vermag.
-
Der
Einfangabschnitt ist nicht besonders beschränkt, so lange er ein Detektionsziel
einzufangen vermag, und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck ausgewählt sein; der Einfangabschnitt
ist jedoch bevorzugt in dem oben erwähnten Zieleinfangkörper ausgebildet,
und die Kohlenstoffnanoröhrchenkette
und der Zieleinfangkörper
werden bevorzugt durch chemische Bindung zusammengehalten.
-
Es
ist zu beachten, dass Details der Kohlenstoffnanoröhrchenkette,
des Detektionsziels und Zieleinfangkörpers die gleichen sind, wie
jene, die oben beschrieben sind.
-
Das
Material, die Form, Struktur, Größe, Dicke,
etc., des Halters sind nicht besonders beschränkt und können in geeigneter Weise festgelegt sein,
so lange der Halter von Hand gehalten und bedient werden kann, wobei
die Kohlenstoffnanoröhrchenkette(n)
an seiner Oberfläche
immobilisiert sind. Zum Beispiel kann eine metallische Platte, die
zum Beispiel aus Aluminium gemacht ist, eine Acrylplatte, die zum
Beispiel aus Kunststoff gemacht ist, verwendet werden, die beide
zum Beispiel 10 cm Mal 1 cm und 1 cm dick sind.
-
Die
Position, bei der die Kohlenstoffnanoröhrchenkette an den Halter immobilisiert
ist, ist nicht besonders beschränkt
und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten
Zweck festgelegt sein; zum Beispiel ist der Träger der Kohlenstoffnanoröhrchenkette
an die obere Endoberfläche des
Halters auf eine solche Weise immobilisiert, dass Kohlenstoffnanoröhrchen in
einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zu der Länge des
Halters ausgerichtet sind. In diesem Fall ist die Anzahl der Kohlenstoffnanoröhrchenketten,
die an den Halter zu immobilisieren sind, nicht besonders beschränkt; in
Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck können ein
oder mehrere der Kohlenstoffnanoröhrchenketten immobilisiert
sein. Wenn zwei oder mehr der Kohlenstoffnanoröhrchenketten verwendet werden,
können verschiedene
Substanzen (z. B. später
zu beschreibende Detektionsziele) auf die Kohlenstoffnanoröhrchenketten
einwirken, wodurch simultane Analyse dieser Substanzen (Detektionsziele)
möglich
gemacht wird.
-
Das
Verfahren zum Immobilisieren der Kohlenstoffnanoröhrchenkette
an den Halter ist nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter
Weise in Abhängigkeit
von dem beab sichtigten Zweck festgelegt sein; zum Beispiel kann
die Kohlenstoffnanoröhrchenkette
an den Halter mit einem Haftmittel immobilisiert werden, das wie
erforderlich entweder gebrauchsfertig gekauft oder hergestellt werden
kann. Beispiele des Haftmittels schließen Zweikomponenten-Epoxyhaftmittel
ein.
-
Das
Verfahren des Zielnachweises mittels der die Zieleinfangkörper enthaltenden
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
ist nicht besonders beschränkt
und kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem beabsichtigten
Zweck festgelegt sein; zum Beispiel können Nachweismethoden verwendet
werden, die ELISA, Vibrations- oder Viskositätsmesssensor, Hybridisierungssonde,
oder der gleichen umfassen.
-
Bei
Nachweis durch ELISA, entspricht zum Beispiel Antikörper dem
Zieleinfangkörper,
der an das Kohlenstoffnanoröhrchen
in dem Zieldetektor gebunden ist. Eine Fluoreszenz-markierte Zielsubstanz wird
durch den Antikörper
eingefangen, durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl angeregt, gefolgt
von Lichtemission, und durch Messen der Intensität des Lichts identifiziert.
-
Bei
Nachweis unter Verwendung des Vibrations- oder Viskositätsmesssensors,
entsprechen zum Beispiel der Träger
und Kohlenstoffnanoröhrchen,
die chemisch an die Elektroden eines Quarzkristalloszillators oder
einer Oberflächenwellenvorrichtung
(SAW = Oberflächenwelle)
gebunden oder fixiert sind, dem Zieleinfangkörper. Wenn man eine Zielsubstanz
auf den Zieleinfangkörper
einwirken lässt,
wird die Zielsubstanz speziell an den Einfangabschnitt des Zieleinfangkörpers gebunden,
um dadurch eine Veränderung
bei dem Gewicht oder der Viskosität des Zieleinfangkörpers zu
verursachen. Diese Veränderung
wird nachgewiesen und durch den Quarzkristalloszillator oder die
Oberflächenwellenvorrichtung
in eine Frequenzänderung
umgewandelt. Somit kann die Anwesenheit einer Zielsubstanz durch Nachweisen
dieser Frequenzänderung
mit einem Frequenzmesser festgestellt werden.
-
Darüber hinaus
kann aus der Eichkurve jener Zielsubstanz die Menge der Zielsubstanz
in einer Probe bestimmt werden (es kann die Konzentration bestimmt
werden), die vorher durch Herstellen von Proben erhalten wird, die
verschiedene Konzentrationen der Zielsubstanz enthalten.
-
Es
ist zu beachten, dass der Quarzkristalloszillator sich auf eine
dünne Quarzplatte
bezieht, bei der metallische Elektroden auf ihren beiden Seiten durch
Dampfabscheidung ausgebildet sind, wobei Vibration einer gegebenen
Frequenz durch umgekehrte piezoelektrische Wirkung nach Anlegen
einer Wechselspannung zwischen den Elektroden erzeugt wird. Zum
Beispiel kann ein Quarzkristalloszillator (9 MHz, AT-Schnitt) mit
abgeschiedenen Silberelektroden verwendet werden.
-
Die
Oberflächenwellenvorrichtung
(SAW = Oberflächenwelle)
bezieht sich auf einen festen Gegenstand mit einem Paar kammförmiger Elektroden, die
auf seiner Oberfläche
ausgebildet sind; sie wandelt ein elektrisches Signal in eine Oberflächenwelle um
(eine akustische oder Ultraschallwelle, die sich auf der festen
Oberfläche
ausbreitet), überträgt sie zu der
Gegenelektrode, und gibt sie wieder als ein elektrisches Signal
aus. Mit dieser SAW-Vorrichtung ist es möglich, als Antwort auf eine
Stimulierung ein Signal einer speziellen Frequenz zu erhalten. Zum
Beispiel können
Ferroelektrika, die eine piezoelektrische Wirkung aufweisen, wie
zum Beispiel Lithiumtantalat und Lithiumniobat, Quarze und dünne Filme
aus Zinkoxid als die Materialien der SAW-Vorrichtung verwendet werden.
-
Bei
Nachweis mittels Hybridisierungssonde entspricht eine einsträngige DNA,
die durch chemische Denaturierung erhalten wird, dem Zieleinfangkörper. Indem
man eine markierte DNA-Probe auf den Zieleinfangkörper einwirken
oder an ihn hybridisieren lässt,
wird ein Nachweis einer speziellen DNA-Sequenz möglich gemacht, die zu der DNA-Probe
komplementär
ist (d. h. A (Adenin) für
T (Thymin) und G (Guanin) für
C (Cytosin). Das Hybridisierungsnachweisverfahren ermöglicht systematische
Analyse von Aktivierung (Expression) von mehreren Genen, die verantwortlich
sind für
Krebserkrankungen, immunologische Erkrankungen, etc.
-
Da
der erfindungsgemäße Zieldetektor
die erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette enthält, können verschiedene
Substanzen mit den Kohlenstoffnanoröhrchen umgesetzt werden und
an sie adsorbieren, und es können
verschiedene Ziele an die Kohlenstoffnanoröhrchen adsorbiert oder von diesen
freigesetzt werden. Da die Kohlenstoffnanoröhrchenkette an den Halter fixiert
ist, ist es darüber hinaus
möglich,
ein großes
Maß an
Leichtigkeit der Bedienung sicherzustellen, da man den Halter mit der
Hand halten kann. Des Weiteren kann, wenn die Anzahl der zu fixierenden
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
1 ist, die Kohlenstoffnanoröhrchenkette
in mehrere Bereiche aufgeteilt werden, so dass verschiedene Substanzen
an die Enden der Kohlenstoffnanoröhrchen von verschiedenen Bereichen
gebunden werden können.
Wenn die Anzahl der zu fixierenden Kohlenstoffnanoröhrchenkette
2 oder mehr beträgt, ist
es möglich,
dass verschiedene Substanzen an verschiedene Ketten binden. Ein
Beispiel für
den ersten Fall ist: wenn eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette in zwei Bereiche
zur Verwendung als ein Sensor zum Nachweisen von bestimmten Verunreinigungen
in Abwasser aufgeteilt ist, sind Zieleinfangkörper, die Schwermetalle einzufangen
vermögen,
speziell an die Kohlenstoffnanoröhrchen
in einem der zwei Bereiche gebunden, und Zieleinfangkörper, die
Cyan einzufangen vermögen,
sind speziell an die Kohlenstoffnanoröhrchen des anderen Bereichs
gebunden, wodurch zwei verschiedene Verunreinigungen zur gleichen
Zeit nachgewiesen werden können.
Alternativ dazu ist es auch möglich,
gleichzeitigen Nachweis von zwei verschiedenen Verunreinigungen
durch Verwenden von zwei Kohlenstoffnanoröhrchenketten zu erzielen – eine,
die Kohlenstoffnanoröhrchen
aufweist, an die Zieleinfangkörper
gebunden sind, die Schwermetalle einzufangen vermögen, und
eine, die Kohlenstoffnanoröhrchen
aufweist, an die Zieleinfangkörper
gebunden sind, die Cyan einzufangen vermögen.
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Der
erfindungsgemäße Zieldetektor
ist zu hoch empfindlichem Nachweis und qualitativer und quantitativer
Analyse von verschiedenen Typen von Zielen in der Lage, einschließlich Krankheit
verursachenden Substanzen, biologischen Substanzen und toxischen
Substanzen, und kann in geeigneter Weise auf verschiedenen Felder
verwendet werden, wie zum Beispiel Biosensoren und Gassensoren.
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(Zieldetektionsverfahren)
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Das
erfindungsgemäße Zieldetektionsverfahren
verwendet den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Zieldetektor und veranlasst
den Zieldetektor, auf eine Probe einzuwirken, die das Detektionsziel
enthält,
und schließt,
sofern erforderlich, weitere(n), in geeigneter Weise ausgewählte(n) Schritt(e)
ein.
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Der
Zieldetektor ist der erfindungsgemäße Zieldetektor, und das Detektionsziel
ist das gleiche wie jenes, das oben beschrieben ist.
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Wenn
man eine Probe, die das Detektionsziel enthält, auf den Zieldetektor einwirken
lässt,
wird das Detektionsziel durch den Zieleinfangkörper des Zieldetektors eingefangen.
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Das
Verfahren, das den Zieldetektor auf eine Probe einwirken lässt, ist
nicht besonders beschränkt und
kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein; zum Beispiel kann
ein Verfahren des Eintau chens des Zieldetektors, der den Zieleinfangkörper aufweist,
in die Probe verwendet werden.
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Es
ist zu beachten, dass es, wenn der Zieldetektor eine Mehrzahl an
Kohlenstoffnanoröhrchenketten
enthält,
möglich
ist, durch Immobilisierung von unterschiedlichen Typen von Zieleinfangkörpern an jede
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
gleichzeitige Analyse von mehreren Detektionszielen zu erzielen.
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Das
Verfahren des Zielnachweises mittels der den Zieleinfangkörper enthaltenden
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
ist nicht besonders beschränkt und
kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von dem beabsichtigten Zweck festgelegt sein; zum Beispiel können Nachweisverfahren
verwendet werden, die die ELISA, Vibrations- oder Viskositätsmesssensor,
Hybridisierungssonde oder der gleichen umfassen.
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Bei
Nachweis durch ELISA, entspricht zum Beispiel Antikörper dem
Zieleinfangkörper,
der an das Kohlenstoffnanoröhrchen
in dem Zieldetektor gebunden ist. Eine Fluoreszenz-markierte Zielsubstanz wird
durch den Antikörper
eingefangen, durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl angeregt, gefolgt
von Lichtemission, und durch Messen der Intensität des Lichts identifiziert.
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Bei
Nachweis unter Verwendung des Vibrations- oder Viskositätsmesssensors,
entsprechen zum Beispiel der Träger
und Kohlenstoffnanoröhrchen,
die chemisch an die Elektroden eines Quarzkristalloszillators oder
einer Oberflächenwellenvorrichtung
(SAW = Oberflächenwelle)
gebunden oder fixiert sind, dem Zieleinfangkörper. Wenn man eine Zielsubstanz
auf den Zieleinfangkörper
einwirken lässt,
wird die Zielsubstanz speziell an den Einfangabschnitt des Zieleinfangkörpers gebunden,
um dadurch eine Veränderung
bei dem Gewicht oder der Viskosität des Zieleinfangkörpers zu
verursachen. Diese Veränderung
wird nachgewiesen und durch den Quarzkristalloszillator oder die Oberflächenwellenvorrichtung
in eine Frequenzänderung
umgewandelt. Somit kann die Anwesenheit einer Zielsubstanz durch
Nachweisen dieser Frequenzänderung
mit einem Frequenzmesser festgestellt werden.
-
Darüber hinaus
kann aus der Eichkurve jener Zielsubstanz die Menge der Zielsubstanz
in einer Probe bestimmt werden (es kann die Konzentration bestimmt
werden), die vorher durch Herstellen von Proben erhalten wird, die
verschiedene Konzentrationen der Zielsubstanz enthalten.
-
Es
ist zu beachten, dass der Quarzkristalloszillator sich auf eine
dünne Quarzplatte
bezieht, bei der metallische Elektroden auf ihren beiden Seiten durch
Dampfabscheidung ausgebildet sind, wobei Vibration einer gegebenen
Frequenz durch umgekehrte piezoelektrische Wirkung nach Anlegen
einer Wechselspannung zwischen den Elektroden erzeugt wird. Zum
Beispiel kann ein Quarzkristalloszillator (9 MHz, AT-Schnitt) mit
abgeschiedenen Silberelektroden verwendet werden.
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Die
Oberflächenwellenvorrichtung
(SAW = Oberflächenwelle)
bezieht sich auf einen festen Gegenstand mit einem Paar kammförmiger Elektroden, die
auf seiner Oberfläche
ausgebildet sind; sie wandelt ein elektrisches Signal in eine Oberflächenwelle um
(eine akustische oder Ultraschallwelle, die sich auf der festen
Oberfläche
ausbreitet), überträgt sie zu der
Gegenelektrode, und gibt sie wieder als ein elektrisches Signal
aus. Mit dieser SAW-Vorrichtung ist es möglich, als Antwort auf eine
Stimulierung ein Signal einer speziellen Frequenz zu erhalten. Zum
Beispiel können
Ferroelektrika, die eine piezoelektrische Wirkung aufweisen, wie
zum Beispiel Lithiumtantalat und Lithiumniobat, Quarze und dünne Filme
aus Zinkoxid als die Materialien der SAW-Vorrichtung verwendet werden.
-
Bei
Nachweis mittels Hybridisierungssonde entspricht eine einsträngige DNA,
die durch chemische Denaturierung erhalten wird, dem Zieleinfangkörper. Indem
man eine markierte DNA-Probe auf den Zieleinfangkörper einwirken
oder an ihn hybridisieren lässt,
wird ein Nachweis einer speziellen DNA-Sequenz möglich gemacht, die zu der DNA-Probe
komplementär
ist (d. h. A (Adenin) für
T (Thymin) und G (Guanin) für
C (Cytosin). Das Hybridisierungsnachweisverfahren ermöglicht systematische
Analyse von Aktivierung (Expression) von mehreren Genen, die verantwortlich
sind für
Krebserkrankungen, immunologische Erkrankungen, etc.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Zieldetektionsverfahren
ist es möglich,
effizienten, hoch präzisen Nachweis
und qualitative und quantitative Analyse von verschiedenen in einer
Probe enthaltenen Zielen zu erzielen. Zum Beispiel kann Analyse
oder Screening von Enzymen, Coenzymen, Enzymsubstraten, Enzyminhibitoren,
Clathratverbindungen, Metallen, Antikörpern, Antigenen, Proteinen,
Mikroorganismen, Viren, Zellbestandteilen, Metaboliten, Nukleinsäuren, Hormonen,
Hormonrezeptoren, Lecithinen, Zuckern, physiologisch aktiven Substanzen
und Rezeptoren für
physiologisch aktive Substanzen, Allergenen, Blutproteinen, Gewebeproteinen,
(Zell)Kernsubstanzen, Virusteilchen, Neurotransmittern, Heptanen,
Parasiten, innere Sekretion störenden
Chemikalien, chemischen Spezies oder Derivaten davon und gasförmigen Komponenten
realisiert werden. Somit kann das erfindungsgemäße Zieldetektionsverfahren
in geeigneter Weise zur Entwicklung von Heilmittel, Krankheitsdiagnose,
Messen von Zielsubstanzen, biologischen Molekülen und Gasen, etc. verwendet
werden.
-
Beispiele
-
Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben,
die jedoch nicht dahin verstanden werden dürfen, dass sie den Bereich
der vorliegenden Erfindung beschränken.
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(Experiment zum Ausbilden
einer Nanolochstruktur)
-
Eine
Form mit einer Struktur aus Linien und Abständen (Zwischenraum = 150 nm)
wurde gegen eine zu anodisierende Aluminiumschicht gepresst, um
darin Nanolöcher
(Aluminiumoxidporen) auszubilden, wodurch die Struktur aus Linien
(Konkaven oder Vertiefungen) und Abständen (Konvexen oder Lands)
der Aluminiumschichtoberfläche
eingeprägt wurde.
Wie in 2A gezeigt ist, wurde auf diese Weise
eine Struktur aus alternierenden Vertiefungen und linearen Lands
(d. h. eine Struktur mit regelmäßig beabstandeten
Vertiefungen) ausgebildet. Danach wurde die Aluminiumschicht bei
60 V in verdünnter
Oxalsäure
anodisiert, was zu einer Selbstorganisation von Nanolöchern (Aluminiumoxidporen) führte, die
nur in den Vertiefungen entlang ihrer Länge ausgebildet waren (mit
anderen Worten, es wurden Nanolochreihen ausgebildet), wie in 2B gezeigt
ist.
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(Beispiel 1)
-
- Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchenkette
-
-
<Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur>
-
Wie
in 3A gezeigt ist, wurde unter Verwenden einer EB-Maskenschreibvorrichtung (ELS7000,
hergestellt von ELIONIX CO., LTD.) ein EB-Resist über ein
SiC-Substrat aufgebracht und es wurden Linien geschrieben, um eine
Struktur aus Konkaven und Konvexen (Linien und Abständen) auszubilden,
gefolgt von Ätzbehandlung,
um eine SiC-Form 50 zu erhalten. Es ist zu beachten, dass das
Intervall (der Abstand) zwischen benachbarten konkaven Linien (Vertiefungen)
in der Struktur 150 nm betrug, die Tiefe der Vertiefungen 100 nm
betrug, und das Verhältnis
der Weite der Konvexe oder des Lands zu der Weite der Konkave oder
Vertiefung, (Konvexweite/Konkavweite) 1:1 betrug.
-
Wie
in 3B gezeigt ist, wurde Nb auf ein Siliciumsubstrat 52 durch
Sputtern mit einer Dicke von 50 nm im Vakuum abgeschieden, um so
eine Elektrodenschicht auszubilden, die mit jener oben beschriebenen
identisch ist, und es wurde auf der Elektrodenschicht Aluminium
mit einer Dicke von 350 nm durch Sputtern eines Aluminium-Sputtertargets abgeschieden,
um so eine metallische Schicht 54 auszubilden, die mit
jener oben beschriebenen identisch ist. Die SIC-Form 50 wurde
dann gegen die metallische Schicht 54 gepresst, so dass
die Struktur auf der Oberfläche
der SIC-Form 50 auf die Oberfläche der metallischen Schicht 54 eingeprägt wurde.
Wie in 2A gezeigt ist, führte dies
zu der Ausbildung einer Struktur aus Konkaven und Konvexen auf der Oberfläche der
metallischen Schicht 54. Es sollte beachtet werden, dass
die SiC-Form 50 gegen die metallische Schicht 54 mit
einem Druck von 3.000 kg/cm2 unter Verwenden
einer hydraulischen Pressvorrichtung gepresst wurde.
-
Die
metallische Schicht 54 mit der vorerwähnten darauf eingeprägten Struktur
wurde dann bei 60 V in einem verdünnten Oxalsäurebad anodisiert. Wie in 2B und 3C gezeigt
ist, führte dies
zu der Produktion einer Nanolochstruktur 58, in der eine
Anzahl von Nanolöchern
(Aluminiumoxid-Nanolöcher
oder Aluminiumoxidporen) 56 nur in den Vertiefungen auf
eine solche Weise ausgebildet sind, dass sie in einer Richtung im
Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der metallischen Schicht 54 ausgerichtet
sind. Es ist zu beachten, dass das Intervall zwischen benachbarten
Nanolöchern 56 in
den Vertiefungen etwa 150 nm betrug, die Dicke der metallischen
Schicht 54 (d. h. die Tiefe oder Länge eines jeden Nanolochs 56)
300 nm betrug, und der Öffnungsdurchmesser
eines jeden Nanolochs 56 50 nm betrug.
-
<Schritt zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens>
-
Unter
Verwenden von Propylengas als einem Kohlenstoffquellgas, aus dem
Kohlenstoffnanoröhrchen
ausgebildet werden, und unter Verwenden von Stickstoff als einem
Trägergas,
wurde Kohlenstoff durch CVD sowohl auf der äußeren Oberfläche der
Nanolochstruktur (Aluminiumoxid-Nanolochstruktur) 58 und
in den Nanolöchern 56 ausgebildet. Genauer
ausgedrückt
wurde das Siliciumsubstrat 52 mit den Nanolöchern 56 in
eine Quarzreaktionsröhre gegeben,
die dann unter Stickstoffstrom in 2 Stunden auf 800°C erwärmt wurde.
Danach wurden 1,2% Propylen- und Stickstoffgas (Trägergas)
in die Reaktionsröhre
eingeleitet, gefolgt von CVD bei 800°C für 2 Stunden. Danach wurde die
Propylenzufuhr gestoppt und die Reaktionsröhre wurde unter Stickstoffstrom auf
Raumtemperatur abgekühlt.
-
Wie
in 3D gezeigt ist, war nach dem oben beschriebenen
Schritt eine Kohlenstoffschicht 60 über die Oberfläche der
Nanolochstruktur 58 abgeschieden und es waren in den Nanolöchern 56 der Nanolochstruktur 58 Kohlenstoffnanoröhrchen 62 ausgebildet.
Die Durchschnittslänge
der Kohlenstoffnanoröhrchen
betrug 300 nm.
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<Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff>
-
Die
Nanolochstruktur 58 mit der auf ihrer Oberfläche abgeschiedenen
Kohlenstoffschicht 60 wurde zum Polieren auf eine Drehscheibe
platziert, ein Wickelband mit einer Schleifbeschichtung (Teilchengröße = 3 μm) wurde
gegen die Nanolochstruktur 58 gepresst und die Drehscheibe
wurde zum Polieren der Oberfläche
unter Zuführen
von Kühlwasser gedreht.
Wie in 3E gezeigt ist, wurden auf diese Weise
die auf Oberflächen
der Lands 64 zwischen den Vertiefungen abgeschiedenen Kohlenstoffschichten 60 (d.
h. sowohl die auf der Oberseite der Lands 64 der metallischen
Schicht 64 abgeschiedene Koh lenstoffschicht als auch die
auf den Seitenflächen
der Lands 64 abgeschiedene Kohlenstoffschicht) entfernt.
-
<Schritt zum Lösen der metallischen Schicht>
-
Als
nächstes
wurde die Nanolochstruktur 58, von der die auf den Oberflächen der
Lands 64 zwischen Vertiefungen abgeschiedenen Kohlenstoffschichten 60 entfernt
worden waren, hydrothermaler Behandlung mit NaOH unterzogen (Bedingung:
10 M NaOH, Autoklav bei 150°C),
um die metallische Schicht (Aluminiumoxidschicht) 54 wegzulösen, und durch
verdünnte
Salzsäure
neutralisiert. Wie in 3F gezeigt ist, führte es
als eine Konsequenz zu der Ausbildung einer linearen erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette 68,
die aus einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhrchen 62 besteht,
die an einem Ende an einen linearen Gegenstand 66 auf eine
solche Weise gebunden sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen
senkrecht zu der Oberfläche
des linearen Gegenstands 66 ausgerichtet sind.
-
(Beispiel 2)
-
- Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchenkette
-
Es
wurde eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette
von Beispiel 2 wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde der folgende
Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff angewandt.
-
<Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff>
-
Die
Nanolochstruktur 58 mit der auf ihre Oberfläche abgeschiedenen
Kohlenstoffschicht 60, die durch den oben erwähnten Schritt
zum Ausbilden von Kohlenstoffnanoröhrchen erhalten wurde, wurde in
ein Sauerstoffionenstrahlsystem gesetzt, wobei die in dem System
angewandte Ionenquelle eine 20 kV ECR-Quelle (ECR = Elektron Zyklotron
Resonanz) war, die so platziert war, dass der Einfallswinkel eines Ionenstrahls 45° in Bezug
auf den Probenhalter war. Wie in 4 gezeigt
ist, wurde die Nanolochstruktur 58 dann mit einem 500 eV
Sauerstoffionenstrahl 70 bestrahlt, um die auf der Oberfläche der
Lands 64 zwischen den Vertiefungen abgeschiedenen Kohlenstoffschichten 60 zu
entfernen, d. h. sowohl die auf der Oberseite der Lands 64 der
metallischen Schicht 54 abgeschiedene Kohlenstoffschicht
wie auch die auf den Seitenflächen
der Lands 64 abgeschiedene Kohlenstoffschicht (siehe 3E).
-
Danach
wurde wie in Beispiel 1 der Schritt zum Lösen der metallischen Schicht
durchgeführt, um
eine lineare erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette 68 zur
Verfügung
zu stellen, die aus einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhrchen 62 besteht, die
an einem Ende so an einen linearen Gegenstand 66 gebunden
sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der
Oberfläche
des linearen Gegenstands ausgerichtet sind (siehe 3F).
-
(Beispiel 3)
-
- Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchenkette
-
-
Es
wurde eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette
von Beispiel 3 wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde der folgende
Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff angewandt.
-
<Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff>
-
Die
Nanolochstruktur 58 mit der auf ihrer Oberfläche abgeschiedenen
Kohlenstoffschicht 60, die durch den oben erwähnten Schritt
zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens erhalten wurde, wurde
in ein Ionenmühlsystem
(ME-1001, hergestellt von Veeco Instruments) gesetzt. Die Nanolochstruktur 58 wurde
dann mit einem Argonionenstrahl mit einem Einfallswinkel von 30° unter der
Bedingung bestrahlt, dass die Beschleunigungsspannung 50 V und die
Stromdichte 20 mA/cm2 betrug, um die auf
der Oberfläche
der Lands 64 zwischen den Vertiefungen abgeschiedenen Kohlenstoffschichten
zu entfernen, d. h. sowohl die auf der Oberseite der Lands 64 der metallischen
Schicht 64 als auch die auf den Seiten der Lands 64 abgeschiedene
Kohlenstoffschicht.
-
Danach
wurde wie in Beispiel 1 der Schritt zum Lösen der metallischen Schicht
durchgeführt, um
eine erfindungsgemäße lineare
Kohlenstoffnanoröhrechenkette 68 zur
Verfügung
zu stellen, die aus einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhrchen 62 besteht,
die an einem Ende so an einen linearen Gegenstand 66 gebunden
sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der
Oberfläche des
linearen Gegenstands ausgerichtet sind (siehe 3F).
-
(Beispiel 4)
-
- Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchenkette
-
-
Es
wurde eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette
von Beispiel 4 wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde der folgende
Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur angewandt.
-
<Schritt zum Ausbilden einer Nanolochstruktur>
-
Unter
Verwenden einer EB-Maskenschreibvorrichtung (ELS7000, hergestellt
von ELIONIX CO., LTD.) wurden Linien auf eine Resistschicht mit
40 nm Dicke geschrieben, die auf einem Glassubstrat durch Rotationsbeschichtung
ausgebildet worden war, um dadurch eine Struktur mit Konkaven und
Konvexen (Linien und Abständen)
zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass das Intervall (Zwischenraum)
zwischen benachbarten konkaven Linien (Vertiefungen) in der Struktur
60 nm betrug, die Tiefe der Vertiefungen 50 nm betrug, und das Verhältnis der
Weite der Konvexe oder Land zu der Weite der Konkave oder Vertiefung, (Konvexweite/Konkavweite)
1:1 betrug. Es wurde dann eine Ni-Schicht auf der Struktur aus Konkaven und
Kon vexen durch Sputtern ausgebildet, und unter Verwenden der Ni-Schicht als eine
Elektrode wurde die Ni-Schicht dann auf 0,3 mm durch Elektroformung
in einem Nickelsulfamatbad verdickt. Die Ni-Schicht wurde dann poliert,
um eine Ni-Form herzustellen.
-
Dann
wurde Nb auf einem Siliciumsubstrat durch Sputtern mit einer Dicke
von 50 nm abgeschieden, um so eine Elektrodenschicht auszubilden,
die zu der oben beschriebenen identisch ist, und es wurde auf die
Elektrodenschicht Aluminium mit einer Dicke von 350 nm durch Sputtern
eines Aluminium-Sputtertargets
im Vakuum abgeschieden, um so eine metallische Schicht auszubilden,
die der oben beschriebenen identisch ist. Die Ni-Form wurde dann gegen
die metallische Schicht gepresst, so dass die Struktur auf der Oberfläche der
Ni-Form auf die Oberfläche
der metallischen Schicht eingeprägt
wird. Dies führte
zu der Ausbildung einer Struktur aus Konkaven und Konvexen auf der
Oberfläche
der metallischen Schicht. Es ist zu beachten, dass die Ni-Form mit
einem Druck von 3.000 kg/cm2 unter Verwenden
einer hydraulischen Pressvorrichtung gegen die metallische Schicht
gepresst wurde.
-
Die
metallische Schicht mit der oben erwähnten eingeprägten Struktur
wurde dann bei 18 V in einem verdünnten Schwefelsäurebad anodisiert.
Wie in 5 gezeigt ist, führte dies zu der Herstellung
einer Nanolochstruktur, in der eine Anzahl an Nanoröhrchen (Aluminiumoxid-Nanolöcher oder
Aluminiumoxidporen) als Durchgangslöcher nur in den Vertiefungen
auf eine solche Weise ausgebildet sind, dass sie sich in einer Richtung
im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der metallischen Schicht
ausrichten. Es ist zu beachten, dass das Intervall zwischen benachbarten
Nanolöchern
in den Vertiefungen signifikant klein war (etwa 45 nm), die Dicke
der metallischen Schicht (d. h. die Tiefe oder Länge eines jeden Nanolochs)
350 nm betrug, und der Öffnungsdurchmesser
eines jeden Nanolochs 20 nm betrug.
-
Danach
wurde wie in Beispiel 1 der Schritt zum Ausbilden eines Kohlenstoffnanoröhrchens,
der Schritt zum Entfernen von Kohlenstoff, und der Schritt zum Lösen der
metallischen Schicht durchgeführt,
um eine erfindungsgemäße lineare
Kohlenstoffnanoröhrchenkette 68 zur
Verfügung
zu stellen, die aus einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhrchen 62 besteht,
die an einem Ende so an einen linearen Gegenstand 66 gebunden
sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der
Oberfläche des
linearen Gegenstands ausgerichtet sind (siehe 3F).
-
(Beispiel 5)
-
- Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchenkette
-
-
Während EB-Bestrahlung,
die wie bei der Nanolochstruktur-Ausbildung von Beispiel 1 gemacht wurde,
wurde die Bestrahlungsdosis mit einer gegebenen Frequenz verändert, wodurch
eine Struktur von Konkaven und Konvexen erhalten wurde, in der die
Weite einer jeden Konkave (Vertiefung) bei Intervallen von 100 nm
verändert
war, wie in 1A gezeigt ist. Danach wurde
eine Ni-Form wie in Beispiel 3 hergestellt. Eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette
von Beispiel 5 wurde dann wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch
wurde Anodisierung bei 40 V in verdünnter Schwefelsäure durchgeführt. Die
Kohlenstoffnanoröhrchenkette
wies eine Struktur wie jene in 1B gezeigt
auf, und es wurde bestätigt,
dass Nanolöcher (Aluminiumoxidporen)
regelmäßig in Intervallen
voneinander beabstandet waren, die jenen für Bereiche der Vertiefung mit
einer großen
Weite entsprechen.
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(Beispiel 6)
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- Herstellung von Zieldetektor
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Als
der oben beschriebene Halter wurden stabförmige Acrylplatten aus Kunststoff,
die 10 cm Mal 1 cm und 1 cm dick waren, hergestellt, und es wurde
ein 1 cm linearer Gegenstand 66 der Kohlenstoffnanoröhrchenkette 68 von
jedem der Beispiele 1 bis 5 auf der Oberseite des Halters 82 mit
einem Haftmittel (Aronalfa(TM), hergestellt
von Toa Gosei) auf eine solche Weise immobilisiert, dass die Kohlenstoffnanoröhrchen 62 in
einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zu der Länge des
Halters 82 orientiert sind. Auf diese Weise wurden Zieldetektoren 80 wie
jene, die in 6 gezeigt sind, hergestellt.
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In
den Zieldetektoren 80, die die in den Beispielen 1 bis
3 hergestellten Kohlenstoffnanoröhrchenketten
aufwiesen, sind Kohlenstoffnanoröhrchen
mit Intervallen von 150 nm in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
beabstandet; somit beträgt
die Anzahl an Kohlenstoffnanoröhrchen
in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
67.000. In dem Zieldetektor 80, der die in Beispiel 4 hergestellte
Kohlenstoffnanoröhrchenketten
aufwies, sind Kohlenstoffnanoröhrchen
mit Intervallen von 45 nm in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
beabstandet; somit beträgt
die Anzahl an Kohlenstoffnanoröhrchen
in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
222.000. In dem Zieldetektor 80, der die in Beispiel 5
hergestellte Kohlenstoffnanoröhrchenketten
aufwies, sind Kohlenstoffnanoröhrchen
mit Intervallen von 100 nm in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
beabstandet; somit beträgt
die Anzahl an Kohlenstoffnanoröhrchen
in jeder Kohlenstoffnanoröhrchenkette
100.000.
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- Beurteilung der Adsorptionsfähigkeit
vom Zieldetektor -
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Nachweis
einer eine Störung
des Hormonsystems verursachenden Chemikalie wurde durch ihr Adsorbieren
an einen nachfolgend hergestellten Zieldetektor durchgeführt.
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Wie
in 6 gezeigt ist, wurde ein Zieldetektor 80 durch
Immobilisieren von 100 Kohlenstoffnanoröhrchenketten 68 von
Beispiel 5, die jeweils einen linearen Gegenstand von 2 cm Länge und
in Intervallen von 100 nm beabstandete Kohlenstoffnanoröhrchen aufwiesen,
an den Halter 82 hergestellt. Wie in 7A gezeigt
ist, wurden die Kohlenstoffnanoröhrchenketten 68 des
Zieldetektor 80 in eine Lösung eingetaucht, die Bisphenol
A, eine das Hormonsystem störende
Chemikalie, mit einer Konzentration von 1 ng/ml enthielt. Wie in 7B gezeigt
ist, wurde der Zieldetektor 80 dann aus der das Bisphenol
A enthaltenden Lösung
herausgenommen und in eine Methanollösung eingetaucht, wobei die
adsorbierten Bestandteile in die Lösung freigesetzt wurden. Analyse der
Lösung
durch Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie
zeigte die Anwesenheit von Bisphenol A. Es wurde auch nachgewiesen,
dass auch quantitative Analyse möglich
ist, da die Intensität
des Nachweissignals im Wesentlichen proportional zu der Konzentration
ist.
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Aus
den oben gezeigten Ergebnissen wurde nachgewiesen, dass Nachweis
von Bisphenol A selbst in Spurenkonzentrationen möglich ist,
d. h. der Zieldetektor mit den Kohlenstoffnanoröhrchenketten weist eine Adsorptionsfähigkeit
für Bisphenol
A auf und kann somit für
die Adsorptionsnachweistechnik verwendbar sein, die eine selektive
Adsorptionsfähigkeit
verwendet. Es sollte beachtet werden, dass der oben beschriebene
Zieldetektor eine ähnliche Adsorptionsfähigkeit
für 4-n-Nonylphenol, 4-tert-Octylphenol,
Dioxin, etc. besaß.
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(Beispiel 7)
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- Zielnachweis
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Es
wurde Nachweis von α-Fetoprotein
(AFP) unter Verwenden eines Zieldetektors mit chemisch modifizierten
Kohlenstoffnanoröhrchen
durchgeführt.
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Die
Kohlenstoffnanoröhrchenketten 68 des Zieldetektors 80 von
Beispiel 6, wobei 100 Kohlenstoffnanoröhrchenketten 68 von
Beispiel 5 mit jeweils einem 2 cm langen linearen Gegenstand und
mit Intervallen von 100 nm beabstandeten Kohlenstoffnanoröhrchen an
den Halter 82 immobilisiert sind (siehe 6),
wurden zuerst in konzentrierte Salpetersäurelösung getaucht und für 3 Stunden
auf 800°C
erwärmt,
um eine Carboxylgruppe (-COOH) bei den Kohlenstoffnanoröhrchen 62 einzuführen. Die
Kohlenstoffnanoröhrchen 62 wurden
dann mit Streptavidin modifiziert, gefolgt von Immobilisierung von
biotinyliertem anti-AFP-Antikörper
daran. Dann lies man eine AFP-haltige Probe und einen Ru(bpy)3 2+-markierten Anti-AFP-Antikörper auf
die Kohlenstoffnanoröhrchen 62 einwirken,
gefolgt vom Nachweis von AFP durch Elektrochemilumineszenz unter
Verwenden von Ru(bpy)3 2+.
Die Nachweisgrenze von AFP betrug niedrige 10 ng/ml und quantitativer
Nachweis war möglich.
Es wurde daher nachgewiesen, dass dieser Zieldetektor für Analyse
von Biomakromolekülen
verwendbar sein kann, die eine chemische Modifikation mit sich bringt.
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Erfindungsgemäß ist es
möglich,
die oben erwähnten
herkömmlichen
Probleme zu lösen
und eine Kohlenstoffnanoröhrchenkette
zur Verfügung
zu stellen, die aus einer Reihe von Kohlenstoffnanoröhrchen mit
einer Länge
von 1 μm
oder weniger besteht, wobei die Kohlenstoffnanoröhrchenkette zum Beispiel in
geeigneter Weise als ein Zieldetektor oder Sensor verwendet wird;
ein effizientes Herstellungsverfahren für die Kohlenstoffnanoröhrchenkette;
einen Zieldetektor, der unter Verwenden der Kohlenstoffnanoröhrchenkette
zu einem hochempfind lichen Nachweis und qualitativer und quantitativer
Analyse von verschiedenen Typen von Zielen in der Lage ist, einschließlich Krankheit
verursachenden Substanzen, biologischen Substanzen und toxischen
Substanzen, und der in geeigneter Weise als ein Biosensor und Gassensor
verwendet werden kann; und ein Zieldetektionsverfahren, das unter
Verwenden des Zieldetektors zu einem leichten hochempfindlichen Nachweis
von Zielen in der Lage ist.
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Die
erfindungsgemäße Kohlenstoffnanoröhrchenkette
vermag verschiedene Typen von Zielen nachzuweisen, einschließlich Krankheit
verursachende Substanzen, biologische Substanzen und toxische Substanzen,
und ist in geeigneter Weise auf verschiedenen Feldern anwendbar,
einschließlich Sensoren,
wie zum Beispiel Zieldetektoren, Biosensoren, und Gassensoren.
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Der
erfindungsgemäße Zieldetektor
vermag auch verschiedene Typen von Zielen nachzuweisen, einschließlich Krankheit
verursachende Substanzen, biologische Substanzen und toxische Substanzen, und
ist in geeigneter Weise auf verschiedenen Feldern anwendbar, einschließlich Sensoren,
wie zum Beispiel Zieldetektoren, Biosensoren, und Gassensoren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen einer Kohlenstoffnanoröhrchenkette kann zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Kohlenstoffnanoröhrchenkette
verwendet werden.
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Das
erfindungsgemäße Zieldetektionsverfahren
ist zum leichten, hochempfindlichen Nachweis von Zielen in der Lage.