JP2002337100A - ナノ被覆分子性材料 - Google Patents
ナノ被覆分子性材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 個々の分子あるいはナノ粒子としての物理
的、化学的特性が保持あるいは改良された分子性材料を
提供すること。 【解決手段】 分子、分子集合体またはナノ粒子の少な
くとも一部の表面が、酸素金属結合を有する超薄膜で被
覆されていることを特徴とするナノ被覆分子性材料。
的、化学的特性が保持あるいは改良された分子性材料を
提供すること。 【解決手段】 分子、分子集合体またはナノ粒子の少な
くとも一部の表面が、酸素金属結合を有する超薄膜で被
覆されていることを特徴とするナノ被覆分子性材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分子あるいはナノ
粒子の回りを超薄膜で被覆することで、溶解性、混和
性、剛直性、吸着性、粘弾性、電子移動特性、蛍光特
性、反応性、会合特性、コンフォメーション特性など個
々の分子の本来の物理的、化学的特性を保持または大幅
に改良した分子性材料を提供するものである。また、孤
立分子としての機能を十分に発揮できる状態でナノ組織
構造体を構築するための要素となる分子性材料を提供す
るものである。
粒子の回りを超薄膜で被覆することで、溶解性、混和
性、剛直性、吸着性、粘弾性、電子移動特性、蛍光特
性、反応性、会合特性、コンフォメーション特性など個
々の分子の本来の物理的、化学的特性を保持または大幅
に改良した分子性材料を提供するものである。また、孤
立分子としての機能を十分に発揮できる状態でナノ組織
構造体を構築するための要素となる分子性材料を提供す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】分子や分子集合体は、それらの構造や組
成に応じて独特の性質を示す。希薄な溶液やガス状態で
は、これらの分子特性がそのまま現れる。しかし、機能
材料として利用する目的で、十分に分散した（溶解し
た）分子を基板表面に塗布またはフィルム化すると、凝
集または結晶化が起こり、個別の分子が持っていた特性
はしばしば失われる。分子間相互作用による分子特性の
変化や結晶化によって分子配置の制約が生じるためであ
る。
成に応じて独特の性質を示す。希薄な溶液やガス状態で
は、これらの分子特性がそのまま現れる。しかし、機能
材料として利用する目的で、十分に分散した（溶解し
た）分子を基板表面に塗布またはフィルム化すると、凝
集または結晶化が起こり、個別の分子が持っていた特性
はしばしば失われる。分子間相互作用による分子特性の
変化や結晶化によって分子配置の制約が生じるためであ
る。
【０００３】この問題を解決するために、適切な方法で
分子を覆ったり孤立させたりする手段が工夫されてき
た。固体基板や粒子表面または３次元ゲル内部に分子を
空間的に固定化して、分子同士の相互作用や反応を妨げ
る方法、多孔性物質や層状物質、内部構造をもつ分子や
分子組織体を利用して、ゲスト分子として保持し孤立さ
せる方法、有機・無機のガラス状高分子に分散・孤立さ
せる方法、ミセルなどの分子集合体中に内包する方法、
デンドリマーなどのナノ構造分子の内部に保持する方法
などである。
分子を覆ったり孤立させたりする手段が工夫されてき
た。固体基板や粒子表面または３次元ゲル内部に分子を
空間的に固定化して、分子同士の相互作用や反応を妨げ
る方法、多孔性物質や層状物質、内部構造をもつ分子や
分子組織体を利用して、ゲスト分子として保持し孤立さ
せる方法、有機・無機のガラス状高分子に分散・孤立さ
せる方法、ミセルなどの分子集合体中に内包する方法、
デンドリマーなどのナノ構造分子の内部に保持する方法
などである。
【０００４】一方、分子を固体基板などの担体表面に固
定化する場合、分子内に表面と強く結合する官能基が含
まれていなければならない。また、個別の分子の特性を
担体表面で発現させるためには、固定化される分子が担
体表面で会合しないような条件を選ぶ必要がある。この
目的に適した担体の種類や利用できる分子も限られてい
る。同様な状況は、粒子表面を担体として用いる場合に
も当てはまる。
定化する場合、分子内に表面と強く結合する官能基が含
まれていなければならない。また、個別の分子の特性を
担体表面で発現させるためには、固定化される分子が担
体表面で会合しないような条件を選ぶ必要がある。この
目的に適した担体の種類や利用できる分子も限られてい
る。同様な状況は、粒子表面を担体として用いる場合に
も当てはまる。
【０００５】３次元ゲル内部での分子の空間的な固定化
は、巨大分子には適した方法であるが、分子量の小さい
分子には適用することが困難である。また、多孔性物質
の細孔の形や性質は、物質の結晶構造などで巨視的に決
まってしまい、多様な分子に対応できない。シクロデキ
ストリンなどの樽型分子の場合でも、構造特異性が強
く、ゲスト分子の種類が限られる。水溶性ミセルは様々
な疎水性分子を取りこむが、流動的な分子集合体である
ため、ミセル内に孤立した分子を材料として利用するこ
とは困難である。
は、巨大分子には適した方法であるが、分子量の小さい
分子には適用することが困難である。また、多孔性物質
の細孔の形や性質は、物質の結晶構造などで巨視的に決
まってしまい、多様な分子に対応できない。シクロデキ
ストリンなどの樽型分子の場合でも、構造特異性が強
く、ゲスト分子の種類が限られる。水溶性ミセルは様々
な疎水性分子を取りこむが、流動的な分子集合体である
ため、ミセル内に孤立した分子を材料として利用するこ
とは困難である。
【０００６】機能分子（単位）をデンドリマーの内部に
閉じ込めると、開放空間では不安定な化学種が安定化さ
せる例、低エネルギーの光を集めて高いエネルギーに変
換し化学反応を行わせる例、などが報告されている。こ
の場合、中心の機能分子がデンドリマーの構造によって
外部空間から孤立化していること、ならびにデンドリマ
ー構造の剛直性が効率よいエネルギー伝播に好適である
ことが報告されている。しかしながら、このようなデン
ドリマーを有機化学的に合成することは、極めて多段階
のプロセスを必要とし、収率も悪い。また、有機合成に
より分子を好適にラッピングするには、新たな分子設計
と合成、構造の確認と分子設計というフィードバックを
必要とし、多大な労力を有する。
閉じ込めると、開放空間では不安定な化学種が安定化さ
せる例、低エネルギーの光を集めて高いエネルギーに変
換し化学反応を行わせる例、などが報告されている。こ
の場合、中心の機能分子がデンドリマーの構造によって
外部空間から孤立化していること、ならびにデンドリマ
ー構造の剛直性が効率よいエネルギー伝播に好適である
ことが報告されている。しかしながら、このようなデン
ドリマーを有機化学的に合成することは、極めて多段階
のプロセスを必要とし、収率も悪い。また、有機合成に
より分子を好適にラッピングするには、新たな分子設計
と合成、構造の確認と分子設計というフィードバックを
必要とし、多大な労力を有する。
【０００７】分子サイズの材料を精密に被覆する場合、
ナノ精度の超薄膜を作成する技術が必要と考えられる。
また、被覆薄膜に要求される特性として、様々な分子の
形状に対応できなければならない。従来から、固体や微
粒子などの活性水酸基をシランカップラーと反応して保
護することは広く知られてきた。しかし、分子の表面が
保護基で完全に覆われることはないので、外部環境から
完全に切り離されることにはならない。
ナノ精度の超薄膜を作成する技術が必要と考えられる。
また、被覆薄膜に要求される特性として、様々な分子の
形状に対応できなければならない。従来から、固体や微
粒子などの活性水酸基をシランカップラーと反応して保
護することは広く知られてきた。しかし、分子の表面が
保護基で完全に覆われることはないので、外部環境から
完全に切り離されることにはならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、分子機能を十分に発現させるためには、個々の分子
を孤立させることが必要不可欠である。そこで、本発明
は、個々の分子あるいはナノ粒子としての物理的、化学
的特性が保持あるいは改良された分子性材料を提供する
ことを目的とした。また本発明は、このような分子性材
料を提供することによって、分子機能を空間的にデザイ
ンすること、孤立分子としての特性を保持あるいは改良
すること、分子構造に由来する特性を十分に発揮させる
こと、固体基板上で機能材料を構築すること、あるいは
分子を操作することを容易にすることを目的とした。
に、分子機能を十分に発現させるためには、個々の分子
を孤立させることが必要不可欠である。そこで、本発明
は、個々の分子あるいはナノ粒子としての物理的、化学
的特性が保持あるいは改良された分子性材料を提供する
ことを目的とした。また本発明は、このような分子性材
料を提供することによって、分子機能を空間的にデザイ
ンすること、孤立分子としての特性を保持あるいは改良
すること、分子構造に由来する特性を十分に発揮させる
こと、固体基板上で機能材料を構築すること、あるいは
分子を操作することを容易にすることを目的とした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究を
行った結果、分子、分子集合体またはナノ粒子の少なく
とも一部の表面が、酸素金属結合を有する超薄膜で被覆
されていることを特徴とするナノ被覆分子性材料によれ
ば、上記目的を達成しうることを見出した。また本発明
は、複数の分子、分子集合体および／またはナノ粒子
が、酸素金属結合を有する連続した１つの超薄膜によっ
て被覆されていることを特徴とするナノ被覆分子性材料
をも提供するものである。その中には、１つの超薄膜中
に複数の分子、分子集合体および／またはナノ粒子が高
分散しているものも含まれる。
行った結果、分子、分子集合体またはナノ粒子の少なく
とも一部の表面が、酸素金属結合を有する超薄膜で被覆
されていることを特徴とするナノ被覆分子性材料によれ
ば、上記目的を達成しうることを見出した。また本発明
は、複数の分子、分子集合体および／またはナノ粒子
が、酸素金属結合を有する連続した１つの超薄膜によっ
て被覆されていることを特徴とするナノ被覆分子性材料
をも提供するものである。その中には、１つの超薄膜中
に複数の分子、分子集合体および／またはナノ粒子が高
分散しているものも含まれる。
【００１０】本発明におけるナノ被覆分子性材料では、
分子、分子集合体またはナノ粒子と超薄膜とが化学結
合、物理結合または静電的結合で結合していることが好
ましい。また、分子、分子集合体またはナノ粒子は２層
以上の超薄膜で被覆されていてもよく、そのような被覆
膜の厚みは０．５〜１００ｎｍであることが好ましい。
分子、分子集合体またはナノ粒子と溶媒分子とは部分的
にあるいは全体として物理的に隔てられており、可溶性
であることが好ましい。特に、分子、分子集合体または
ナノ粒子の特性が該分子、分子集合体またはナノ粒子同
士の相互作用により実質的に変化しない程度に、分子、
分子集合体またはナノ粒子が超薄膜で被覆されているこ
とが好ましい。また、本発明のナノ被覆分子性材料は反
応性の外表面を有していてもよい。
分子、分子集合体またはナノ粒子と超薄膜とが化学結
合、物理結合または静電的結合で結合していることが好
ましい。また、分子、分子集合体またはナノ粒子は２層
以上の超薄膜で被覆されていてもよく、そのような被覆
膜の厚みは０．５〜１００ｎｍであることが好ましい。
分子、分子集合体またはナノ粒子と溶媒分子とは部分的
にあるいは全体として物理的に隔てられており、可溶性
であることが好ましい。特に、分子、分子集合体または
ナノ粒子の特性が該分子、分子集合体またはナノ粒子同
士の相互作用により実質的に変化しない程度に、分子、
分子集合体またはナノ粒子が超薄膜で被覆されているこ
とが好ましい。また、本発明のナノ被覆分子性材料は反
応性の外表面を有していてもよい。
【００１１】さらに本発明におけるナノ被覆分子性材料
は、金属アルコキシド化合物の加水分解と縮合反応によ
り被覆されたものが好ましい。例えば、分子、分子集合
体またはナノ粒子が金属アルコキシドに対する活性基を
表面に有しており、該活性基の少なくとも一部に金属ア
ルコキシド化合物を結合させ、加水分解して該金属アル
コキシド化合物を縮合させることにより超薄膜を形成し
たナノ被覆分子性材料が含まれる。また、分子、分子集
合体またはナノ粒子が金属アルコキシドに対する活性基
を表面に有しており、該活性基の少なくとも一部に複数
の金属アルコキシド分子が縮合した金属アルコキシド縮
合体を結合させることにより超薄膜を形成したナノ被覆
分子性材料も含まれる。さらに、分子、分子集合体また
はナノ粒子が表面にカチオン電荷を有し、該カチオン電
荷の少なくとも一部がシラノール基を有する化合物の縮
合体と静電的に相互作用することにより超薄膜を形成し
たナノ被覆分子性材料も含まれる。さらに、分子、分子
集合体またはナノ粒子が表面に水素結合能を有する基を
有し、該水素結合能を有する基の少なくとも一部がシラ
ノール基を有する化合物の縮合体と水素結合を介して相
互作用することにより超薄膜を作成したナノ被覆分子性
材料も含まれる。
は、金属アルコキシド化合物の加水分解と縮合反応によ
り被覆されたものが好ましい。例えば、分子、分子集合
体またはナノ粒子が金属アルコキシドに対する活性基を
表面に有しており、該活性基の少なくとも一部に金属ア
ルコキシド化合物を結合させ、加水分解して該金属アル
コキシド化合物を縮合させることにより超薄膜を形成し
たナノ被覆分子性材料が含まれる。また、分子、分子集
合体またはナノ粒子が金属アルコキシドに対する活性基
を表面に有しており、該活性基の少なくとも一部に複数
の金属アルコキシド分子が縮合した金属アルコキシド縮
合体を結合させることにより超薄膜を形成したナノ被覆
分子性材料も含まれる。さらに、分子、分子集合体また
はナノ粒子が表面にカチオン電荷を有し、該カチオン電
荷の少なくとも一部がシラノール基を有する化合物の縮
合体と静電的に相互作用することにより超薄膜を形成し
たナノ被覆分子性材料も含まれる。さらに、分子、分子
集合体またはナノ粒子が表面に水素結合能を有する基を
有し、該水素結合能を有する基の少なくとも一部がシラ
ノール基を有する化合物の縮合体と水素結合を介して相
互作用することにより超薄膜を作成したナノ被覆分子性
材料も含まれる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下において、本発明のナノ被覆
分子性材料について詳細に説明する。なお、本明細書に
おいて「〜」はその前後に記載される数値をそれぞれ最
小値および最大値として含む範囲を意味する。
分子性材料について詳細に説明する。なお、本明細書に
おいて「〜」はその前後に記載される数値をそれぞれ最
小値および最大値として含む範囲を意味する。
【００１３】本発明において超薄膜で被覆される分子の
種類は、特に制限されない。一般に有機分子、無機分
子、高分子、生体分子、生体高分子、色素分子、クラス
ター、超分子などが利用できる。また、分子が特定の会
合様式をもって集合した分子集合体を利用することもで
きる。本発明に用いられる分子または分子集合体は、そ
のサイズあるいは気体、液体、固体等の存在状態によっ
て限定されるものではない。
種類は、特に制限されない。一般に有機分子、無機分
子、高分子、生体分子、生体高分子、色素分子、クラス
ター、超分子などが利用できる。また、分子が特定の会
合様式をもって集合した分子集合体を利用することもで
きる。本発明に用いられる分子または分子集合体は、そ
のサイズあるいは気体、液体、固体等の存在状態によっ
て限定されるものではない。
【００１４】また、本発明において超薄膜で被覆される
ナノ粒子の種類も特に制限されない。例えば、金属、金
属酸化物、無機物、有機物あるいはこれらの混合物から
なる粒子が利用でき、あらゆる形状の粒子が利用でき
る。但し、粒子のサイズは、好ましくは１ｎｍ〜１μｍ
であり、より好ましくは１〜１００ｎｍであり、さらに
好ましくは１０〜５０ｎｍである。本発明において分
子、分子集合体、ナノ粒子を被覆する超薄膜は、酸素金
属結合を有する材料で構成される。好ましいのは金属ア
ルコキシド化合物であり、その具体例は後述する。本明
細書でいう超薄膜は、膜厚が通常０．５〜１００ｎｍで
あり、好ましくは０．５〜１０ｎｍであり、より好まし
くは１〜５ｎｍである。
ナノ粒子の種類も特に制限されない。例えば、金属、金
属酸化物、無機物、有機物あるいはこれらの混合物から
なる粒子が利用でき、あらゆる形状の粒子が利用でき
る。但し、粒子のサイズは、好ましくは１ｎｍ〜１μｍ
であり、より好ましくは１〜１００ｎｍであり、さらに
好ましくは１０〜５０ｎｍである。本発明において分
子、分子集合体、ナノ粒子を被覆する超薄膜は、酸素金
属結合を有する材料で構成される。好ましいのは金属ア
ルコキシド化合物であり、その具体例は後述する。本明
細書でいう超薄膜は、膜厚が通常０．５〜１００ｎｍで
あり、好ましくは０．５〜１０ｎｍであり、より好まし
くは１〜５ｎｍである。
【００１５】本発明に係るナノ被覆分子性材料は、分
子、分子集合体あるいはナノ粒子の表面の少なくとも一
部を超薄膜で被覆していることを特徴とする。このた
め、分子の溶解性や他の材料との混和性を調整すること
が可能である。また、高分子を超薄膜で被覆したナノ被
覆分子性材料は、高分子の粘弾性等の特徴を大幅に改良
できる。一方、超薄膜で被覆された分子は、独立分子と
しての特性を十分に発揮することが可能となる。具体的
には、蛍光特性、電子移動特性などが挙げられる。さら
に、分子や生体分子の機能は、コンフォメーションの自
由度や会合特性などに影響されることが多い。ナノ被覆
分子性材料は、これらの特性を調節する目的としても極
めて有効である。さらに、被覆により分子の反応性を抑
制すること、あるいはナノ被覆分子性材料として吸着特
性や他の材料との反応性を調節することも可能である。
また、ナノ組織構造体を構築するための要素としてナノ
被覆分子性材料を用いれば、孤立分子としての機能を十
分に発揮できる状態で組織構造を構築することも可能に
なる。その他、ナノ被覆分子性材料によって改良できる
分子特性としては、紫外・可視・近赤外・赤外・遠赤外
領域での電磁波の吸収特性、磁気特性、偏光特性、屈折
率、電気伝導特性なども含まれる。
子、分子集合体あるいはナノ粒子の表面の少なくとも一
部を超薄膜で被覆していることを特徴とする。このた
め、分子の溶解性や他の材料との混和性を調整すること
が可能である。また、高分子を超薄膜で被覆したナノ被
覆分子性材料は、高分子の粘弾性等の特徴を大幅に改良
できる。一方、超薄膜で被覆された分子は、独立分子と
しての特性を十分に発揮することが可能となる。具体的
には、蛍光特性、電子移動特性などが挙げられる。さら
に、分子や生体分子の機能は、コンフォメーションの自
由度や会合特性などに影響されることが多い。ナノ被覆
分子性材料は、これらの特性を調節する目的としても極
めて有効である。さらに、被覆により分子の反応性を抑
制すること、あるいはナノ被覆分子性材料として吸着特
性や他の材料との反応性を調節することも可能である。
また、ナノ組織構造体を構築するための要素としてナノ
被覆分子性材料を用いれば、孤立分子としての機能を十
分に発揮できる状態で組織構造を構築することも可能に
なる。その他、ナノ被覆分子性材料によって改良できる
分子特性としては、紫外・可視・近赤外・赤外・遠赤外
領域での電磁波の吸収特性、磁気特性、偏光特性、屈折
率、電気伝導特性なども含まれる。
【００１６】また、本発明における複数個の分子、分子
集合体、ナノ粒子の表面の少なくとも一部を超薄膜で被
覆していることを特徴とするナノ被覆分子性材料では、
複数の分子、分子集合体、ナノ粒子の集積化による機能
をそのまま包み込んだ材料を構築することが可能であ
る。例えば、植物の光合成では、複数のアンテナ分子が
光のエネルギーを集め、このエネルギーを反応中心の色
素分子に集めて高効率なエネルギー変換を実現してい
る。ここでの光合成に関与する複数の生体分子（タンパ
ク質）を全体として被覆すると、高効率な光化学反応を
人工のシステムに利用することが可能になる。また、自
己組織的な分子が形成する多様な分子集合構造を超薄膜
で包み込み、ナノ被覆分子性材料として利用することも
可能である。
集合体、ナノ粒子の表面の少なくとも一部を超薄膜で被
覆していることを特徴とするナノ被覆分子性材料では、
複数の分子、分子集合体、ナノ粒子の集積化による機能
をそのまま包み込んだ材料を構築することが可能であ
る。例えば、植物の光合成では、複数のアンテナ分子が
光のエネルギーを集め、このエネルギーを反応中心の色
素分子に集めて高効率なエネルギー変換を実現してい
る。ここでの光合成に関与する複数の生体分子（タンパ
ク質）を全体として被覆すると、高効率な光化学反応を
人工のシステムに利用することが可能になる。また、自
己組織的な分子が形成する多様な分子集合構造を超薄膜
で包み込み、ナノ被覆分子性材料として利用することも
可能である。
【００１７】本発明におけるナノ被覆分子性材料は、溶
媒分子と部分的にあるいは全体として物理的に隔てら
れ、可溶性であることが好ましい。被覆膜の厚みは、一
般には、０．５〜１００ｎｍであることが好ましく、
０．５〜１０ｎｍであることがより好ましく、１〜５ｎ
ｍであることがさらに好ましい。また、ナノ被覆分子性
材料の周囲を部分的にあるいは全体として被覆したよう
な２層以上の被覆構造を有するものも含まれ、反応性の
外表面を有するものも含まれる。反応性の外表面として
は、例えば、金属アルコキシド基を表面に有するナノ被
覆分子性材料などを例示することができる。
媒分子と部分的にあるいは全体として物理的に隔てら
れ、可溶性であることが好ましい。被覆膜の厚みは、一
般には、０．５〜１００ｎｍであることが好ましく、
０．５〜１０ｎｍであることがより好ましく、１〜５ｎ
ｍであることがさらに好ましい。また、ナノ被覆分子性
材料の周囲を部分的にあるいは全体として被覆したよう
な２層以上の被覆構造を有するものも含まれ、反応性の
外表面を有するものも含まれる。反応性の外表面として
は、例えば、金属アルコキシド基を表面に有するナノ被
覆分子性材料などを例示することができる。
【００１８】これらのナノ被覆分子性材料を作成する方
法は、特に制限されないが、好ましい方法として以下の
方法Ａならびに方法Ｂを挙げることができる。
法は、特に制限されないが、好ましい方法として以下の
方法Ａならびに方法Ｂを挙げることができる。
【００１９】活性水酸基を利用したナノ被覆分子性材料
の作成法（方法Ａ）では、被覆されるべき分子として活
性水酸基を有するものを利用する。金属アルコキシド化
合物あるいは金属アルコキシドを部分的に加水分解した
化合物は、有機溶媒中で互いに酸素原子で架橋したオリ
ゴマーを形成する。このオリゴマーを、例えば、ヒドロ
キシル基あるいはカルボキシル基を複数有する化合物と
接触させると、分子の活性水酸基がオリゴマーと反応
し、分子の表面が金属アルコキシド化合物のオリゴマー
で覆われる。
の作成法（方法Ａ）では、被覆されるべき分子として活
性水酸基を有するものを利用する。金属アルコキシド化
合物あるいは金属アルコキシドを部分的に加水分解した
化合物は、有機溶媒中で互いに酸素原子で架橋したオリ
ゴマーを形成する。このオリゴマーを、例えば、ヒドロ
キシル基あるいはカルボキシル基を複数有する化合物と
接触させると、分子の活性水酸基がオリゴマーと反応
し、分子の表面が金属アルコキシド化合物のオリゴマー
で覆われる。
【００２０】本手法で利用できる金属アルコキシド化合
物としては、金属アルコキシド基を有する公知の化合物
が特に制限なく使用される。代表的な化合物を例示すれ
ば、チタンブトキシド（Ｔｉ（ＯnＢｕ）4）、ジルコニ
ウムプロポキシド（Ｚｒ（Ｏ nＰｒ）4）、アルミニウム
ブトキシド（Ａｌ（ＯnＢｕ）4）、ニオブブトキシド
（Ｎｉ（ＯnＢｕ）5）、テトラメトキシシラン（Ｓｉ
（ＯＭｅ）4）、メチルトリメトキシシラン（ＭｅＳｉ
（ＯＭｅ）3）等の金属アルコキシド化合物などが挙げ
られる。
物としては、金属アルコキシド基を有する公知の化合物
が特に制限なく使用される。代表的な化合物を例示すれ
ば、チタンブトキシド（Ｔｉ（ＯnＢｕ）4）、ジルコニ
ウムプロポキシド（Ｚｒ（Ｏ nＰｒ）4）、アルミニウム
ブトキシド（Ａｌ（ＯnＢｕ）4）、ニオブブトキシド
（Ｎｉ（ＯnＢｕ）5）、テトラメトキシシラン（Ｓｉ
（ＯＭｅ）4）、メチルトリメトキシシラン（ＭｅＳｉ
（ＯＭｅ）3）等の金属アルコキシド化合物などが挙げ
られる。
【００２１】本手法において、活性水酸基を有する分子
と金属アルコキシド化合物との接触は、特に制限がある
訳ではないが、一般には、メタノール、エタノール、ト
ルエン、プロパノール、ベンゼン等の有機溶媒を単独で
或いは混合した溶媒中で行うことができる。
と金属アルコキシド化合物との接触は、特に制限がある
訳ではないが、一般には、メタノール、エタノール、ト
ルエン、プロパノール、ベンゼン等の有機溶媒を単独で
或いは混合した溶媒中で行うことができる。
【００２２】また、上記溶液中の活性水酸基を有する分
子の濃度は、０．０１〜１０ｍＭ程度が好適であり、金
属アルコキシド化合物の濃度は、１〜１００ｍＭ程度が
好適である。さらに、接触時間及び温度は、用いる金属
アルコキシド化合物の活性によって異なり、一概に限定
することはできないが、一般には、１分から数時間で、
０〜１００℃の範囲内で決定すればよい。また、上記化
学反応の際、酸や塩基などの触媒を用いることで、これ
らの工程に必要な時間を大幅に短縮することも可能であ
る。
子の濃度は、０．０１〜１０ｍＭ程度が好適であり、金
属アルコキシド化合物の濃度は、１〜１００ｍＭ程度が
好適である。さらに、接触時間及び温度は、用いる金属
アルコキシド化合物の活性によって異なり、一概に限定
することはできないが、一般には、１分から数時間で、
０〜１００℃の範囲内で決定すればよい。また、上記化
学反応の際、酸や塩基などの触媒を用いることで、これ
らの工程に必要な時間を大幅に短縮することも可能であ
る。
【００２３】活性水酸基を有する分子への被覆の程度
は、活性水酸基の数や空間配置、反応率で定まるが、一
般には不完全である。もちろん、使用目的によっては、
被覆率が完璧でなくても、個別分子の独立性が十分に維
持できる程度であれば、ナノ被覆分子性材料として利用
することができる。
は、活性水酸基の数や空間配置、反応率で定まるが、一
般には不完全である。もちろん、使用目的によっては、
被覆率が完璧でなくても、個別分子の独立性が十分に維
持できる程度であれば、ナノ被覆分子性材料として利用
することができる。
【００２４】被覆構造を十分に閉じたものにするには、
活性水酸基を有する分子と金属アルコキシド化合物との
接触後に水もしくは金属アルコキシド化合物間の縮合反
応を起こすような物質を添加すればよい。水の添加量は
金属アルコキシドに対して４倍以下であれば特に制限は
ない。活性水酸基を有する分子に対して金属アルコキシ
ド化合物ならびに水の添加量を上記範囲内で制御するこ
とで被覆の程度を制御することが可能となる。一方、金
属アルコキシド化合物間の縮合反応を起こすような物質
としては、エチレングリコール、ペンタエリスリトー
ル、単糖類、多糖類、ポリビニルアルコール、グリセリ
ン、シュウ酸、グルタミン酸などの複数の活性基を持つ
有機化合物を添加することが好適である。
活性水酸基を有する分子と金属アルコキシド化合物との
接触後に水もしくは金属アルコキシド化合物間の縮合反
応を起こすような物質を添加すればよい。水の添加量は
金属アルコキシドに対して４倍以下であれば特に制限は
ない。活性水酸基を有する分子に対して金属アルコキシ
ド化合物ならびに水の添加量を上記範囲内で制御するこ
とで被覆の程度を制御することが可能となる。一方、金
属アルコキシド化合物間の縮合反応を起こすような物質
としては、エチレングリコール、ペンタエリスリトー
ル、単糖類、多糖類、ポリビニルアルコール、グリセリ
ン、シュウ酸、グルタミン酸などの複数の活性基を持つ
有機化合物を添加することが好適である。
【００２５】さらに、部分的に被覆された分子の表面に
存在するアルコキシド基を加水分解により活性化し、こ
れをさらに金属アルコキシド化合物と反応させることで
被覆の程度を大きくすることも可能である。逆に、ナノ
被覆分子性材料の表面に存在するアルコキシド基を加水
分解せずに残しておくと、これらのナノ被覆分子性材料
を他の分子や活性水酸基基板表面に吸着させることがで
き、分子的に分散したナノハイブリッド材料をバルクも
しくは薄膜状に作成できる。
存在するアルコキシド基を加水分解により活性化し、こ
れをさらに金属アルコキシド化合物と反応させることで
被覆の程度を大きくすることも可能である。逆に、ナノ
被覆分子性材料の表面に存在するアルコキシド基を加水
分解せずに残しておくと、これらのナノ被覆分子性材料
を他の分子や活性水酸基基板表面に吸着させることがで
き、分子的に分散したナノハイブリッド材料をバルクも
しくは薄膜状に作成できる。
【００２６】前述したように金属アルコキシド化合物に
より被覆されたナノ被覆分子性材料の表面には多くのア
ルコキシド基が存在する。これを第２の有機金属化合物
により被覆すると、ナノ被覆分子性材料の被覆構造の強
化や特性の変換に利用できる。特に制限がある訳ではな
いが、第２の被覆化合物として有機シラン化合物を用い
ると、ナノ被覆分子性材料の多様な表面設計が可能とな
る。
より被覆されたナノ被覆分子性材料の表面には多くのア
ルコキシド基が存在する。これを第２の有機金属化合物
により被覆すると、ナノ被覆分子性材料の被覆構造の強
化や特性の変換に利用できる。特に制限がある訳ではな
いが、第２の被覆化合物として有機シラン化合物を用い
ると、ナノ被覆分子性材料の多様な表面設計が可能とな
る。
【００２７】ここで用いられる有機シラン化合物には、
特に制限はない。代表的な化合物を例示すれば、ヘキシ
ルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、
シクロペンチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルト
リメトキシシラン等のアルキル基とアルコキシド基を併
せ持つ有機シラン化合物、ビニルトリメトキシシラン等
のビニル基とアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合
物、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）トリメトキシ
シラン、（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロピル）トリメト
キシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−
（６−アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、（アミノエチルアミノメチル）フェネチルトリメ
トキシシラン等のアミノ基とアルコキシド基を併せ持つ
有機シラン化合物、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニオ
プロピルトリメトキシシラン等のアンモニウム基とアル
コキシド基を併せ持つ化合物、２−（トリメトキシシリ
ルエチル）ピリジン等の複素芳香環とアルコキシド基を
併せ持つ有機シラン化合物、（３，３，３−トリフルオ
ロプロピル）トリメトキシシラン、（デカフルオロ−
１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシ
シラン等のフルオロアルキル基とアルコキシド基を併せ
持つ有機シラン化合物、Ｎ−（トリエトキシシリルプロ
ピル）−Ｏ−ポリエチレンオキシドウレタン等のポリエ
チレングリコール基とアルコキシド基を併せ持つ有機シ
ラン化合物、３−チオシアネートプロピルトリエトキシ
シラン等のチオシアネート基とアルコキシド基を併せ持
つ有機シラン化合物、３−メトキシプロピルトリメトキ
シシラン等のエーテル基とアルコキシド基を併せ持つ有
機シラン化合物、３−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン等のチオール基とアルコキシド基を併せ持つ有機
シラン化合物、３−ヨードプロピルトリメトキシシラ
ン、３−ブロモプロピルトリメトキシシラン等のハロゲ
ンとアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合物、５，
５−エポキシヘキシルトリエトキシシラン等のエポキシ
基とアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合物、ビス
［３−（トリエトキシシリル）プロピル］テトラスルフ
ィド等のスルフィド基とアルコキシド基を併せ持つ有機
シラン化合物、ビス（２−ヒドロキシエチル）−３−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン等の水酸基ならびにア
ミノ基とアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合物、
アミノプロピルシラントリオールなどのアミノ基とアル
コキシド基の加水分解した基を有する有機シラン化合
物、オクチルトリクロロシラン、シクロテトラメチレン
ジクロロシラン、（シクロヘキシルメチル）トリクロロ
シラン、シクロヘキシルトリクロロシラン、ｔｅｒｔ−
ブチルトリクロロシラン等のアルキル基とクロル基を併
せ持つ有機シラン化合物、（デカフルオロ−１，１，
２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン、
（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリクロロシラ
ン等のフルオロアルキル基とクロル基を併せ持つ有機シ
ラン化合物、２−［２−（トリクロロシリル）エチル］
ピリジン等の複素芳香環とクロル基を併せ持つ有機シラ
ン化合物、フェネチルトリクロロシラン等の芳香環とク
ロル基を併せ持つ有機シラン化合物などが挙げられ、こ
れらを２種類以上組み合わせて用いることもできる。ナ
ノ被覆分子性材料への第２の被覆化合物の接触条件とし
ては、有機シラン化合物の場合は、特に制限される訳で
はないが、有機溶媒中で両者を混合する方法が好適であ
る。第２の被覆化合物の濃度は、被覆すべきナノ被覆分
子性材料の表面をコートできる濃度であればよく、１〜
１００ｍＭ程度が好適である。さらに、接触時間及び温
度は、用いる金属アルコキシド化合物の活性によって異
なり、一概に限定することはできないが、一般には、１
分から数時間で、０〜１００℃の範囲内で決定すればよ
い。また、上記化学反応の際、酸や塩基などの触媒を用
いることで、これらの工程に必要な時間を大幅に短縮す
ることも可能である。
特に制限はない。代表的な化合物を例示すれば、ヘキシ
ルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、
シクロペンチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルト
リメトキシシラン等のアルキル基とアルコキシド基を併
せ持つ有機シラン化合物、ビニルトリメトキシシラン等
のビニル基とアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合
物、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）トリメトキシ
シラン、（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロピル）トリメト
キシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−
（６−アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、（アミノエチルアミノメチル）フェネチルトリメ
トキシシラン等のアミノ基とアルコキシド基を併せ持つ
有機シラン化合物、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニオ
プロピルトリメトキシシラン等のアンモニウム基とアル
コキシド基を併せ持つ化合物、２−（トリメトキシシリ
ルエチル）ピリジン等の複素芳香環とアルコキシド基を
併せ持つ有機シラン化合物、（３，３，３−トリフルオ
ロプロピル）トリメトキシシラン、（デカフルオロ−
１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリエトキシ
シラン等のフルオロアルキル基とアルコキシド基を併せ
持つ有機シラン化合物、Ｎ−（トリエトキシシリルプロ
ピル）−Ｏ−ポリエチレンオキシドウレタン等のポリエ
チレングリコール基とアルコキシド基を併せ持つ有機シ
ラン化合物、３−チオシアネートプロピルトリエトキシ
シラン等のチオシアネート基とアルコキシド基を併せ持
つ有機シラン化合物、３−メトキシプロピルトリメトキ
シシラン等のエーテル基とアルコキシド基を併せ持つ有
機シラン化合物、３−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン等のチオール基とアルコキシド基を併せ持つ有機
シラン化合物、３−ヨードプロピルトリメトキシシラ
ン、３−ブロモプロピルトリメトキシシラン等のハロゲ
ンとアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合物、５，
５−エポキシヘキシルトリエトキシシラン等のエポキシ
基とアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合物、ビス
［３−（トリエトキシシリル）プロピル］テトラスルフ
ィド等のスルフィド基とアルコキシド基を併せ持つ有機
シラン化合物、ビス（２−ヒドロキシエチル）−３−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン等の水酸基ならびにア
ミノ基とアルコキシド基を併せ持つ有機シラン化合物、
アミノプロピルシラントリオールなどのアミノ基とアル
コキシド基の加水分解した基を有する有機シラン化合
物、オクチルトリクロロシラン、シクロテトラメチレン
ジクロロシラン、（シクロヘキシルメチル）トリクロロ
シラン、シクロヘキシルトリクロロシラン、ｔｅｒｔ−
ブチルトリクロロシラン等のアルキル基とクロル基を併
せ持つ有機シラン化合物、（デカフルオロ−１，１，
２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン、
（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリクロロシラ
ン等のフルオロアルキル基とクロル基を併せ持つ有機シ
ラン化合物、２−［２−（トリクロロシリル）エチル］
ピリジン等の複素芳香環とクロル基を併せ持つ有機シラ
ン化合物、フェネチルトリクロロシラン等の芳香環とク
ロル基を併せ持つ有機シラン化合物などが挙げられ、こ
れらを２種類以上組み合わせて用いることもできる。ナ
ノ被覆分子性材料への第２の被覆化合物の接触条件とし
ては、有機シラン化合物の場合は、特に制限される訳で
はないが、有機溶媒中で両者を混合する方法が好適であ
る。第２の被覆化合物の濃度は、被覆すべきナノ被覆分
子性材料の表面をコートできる濃度であればよく、１〜
１００ｍＭ程度が好適である。さらに、接触時間及び温
度は、用いる金属アルコキシド化合物の活性によって異
なり、一概に限定することはできないが、一般には、１
分から数時間で、０〜１００℃の範囲内で決定すればよ
い。また、上記化学反応の際、酸や塩基などの触媒を用
いることで、これらの工程に必要な時間を大幅に短縮す
ることも可能である。
【００２８】第２の被覆化合物としてアルキル基を持つ
有機シラン化合物を用いれば、不活性な表面を持つナノ
被覆分子性材料が得られ、アミノ基を持つ有機シラン化
合物を用いれば、親水性のナノ被覆分子性材料を得るこ
ともできる。
有機シラン化合物を用いれば、不活性な表面を持つナノ
被覆分子性材料が得られ、アミノ基を持つ有機シラン化
合物を用いれば、親水性のナノ被覆分子性材料を得るこ
ともできる。
【００２９】酸素金属結合を有する超薄膜との相互作用
を利用したナノ被覆分子性材料の作成法（方法Ｂ）で
は、被覆されるべき分子としてカチオン電荷あるいは水
素結合能を有する基を有するものを利用する。金属アル
コキシド化合物は、加水分解するとヒドロキシル基を形
成し、酸素金属結合を介して互いに縮合して金属酸化物
ゲルを形成する。一方、金属アルコキシド化合物の加水
分解によって形成させるヒドロキシル基は適当なｐＨ条
件化で解離してアニオン電荷を生じる。また、加水分解
によって形成したヒドロシル基は、有機分子と強い水素
結合を形成することもできる。従って、金属酸化物ゲル
は、カチオン電荷を有する分子と静電的に相互作用し、
水素結合能を有する基を有する分子と水素結合を介して
相互作用する。これらの特性から、カチオン電荷あるい
は水素結合能を有する基を有する分子と金属酸化物ゲル
を適当な条件下で接触させると、分子の表面が金属酸化
物ゲルの薄膜で覆われた構造が得られる。なお、ここで
言う「水素結合能を有する基」とは、特に限定されるわ
けではないが、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボ
キシル基、ピリジル基などが挙げられる。
を利用したナノ被覆分子性材料の作成法（方法Ｂ）で
は、被覆されるべき分子としてカチオン電荷あるいは水
素結合能を有する基を有するものを利用する。金属アル
コキシド化合物は、加水分解するとヒドロキシル基を形
成し、酸素金属結合を介して互いに縮合して金属酸化物
ゲルを形成する。一方、金属アルコキシド化合物の加水
分解によって形成させるヒドロキシル基は適当なｐＨ条
件化で解離してアニオン電荷を生じる。また、加水分解
によって形成したヒドロシル基は、有機分子と強い水素
結合を形成することもできる。従って、金属酸化物ゲル
は、カチオン電荷を有する分子と静電的に相互作用し、
水素結合能を有する基を有する分子と水素結合を介して
相互作用する。これらの特性から、カチオン電荷あるい
は水素結合能を有する基を有する分子と金属酸化物ゲル
を適当な条件下で接触させると、分子の表面が金属酸化
物ゲルの薄膜で覆われた構造が得られる。なお、ここで
言う「水素結合能を有する基」とは、特に限定されるわ
けではないが、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボ
キシル基、ピリジル基などが挙げられる。
【００３０】方法Ｂで利用できる金属アルコキシド化合
物として代表的な化合物を例示すれば、テトラメトキシ
シラン（Ｓｉ（ＯＭｅ）4）、メチルトリメトキシシラ
ン（ＭｅＳｉ（ＯＭｅ）3）等の金属アルコキシド化合
物、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）トリメトキシ
シラン、（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロピル）トリメト
キシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−
（６−アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、（アミノエチルアミノメチル）フェネチルトリメ
トキシシラン等のアミノ基を持つ金属アルコキシド化合
物、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニオプロピルトリメ
トキシシラン等のアンモニウム基を持つ金属アルコキシ
ド化合物、２−（トリメトキシシリルエチル）ピリジン
等の複素芳香環を持つ金属アルコキシド化合物、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタン等のポリエチレングリコール基を持つ金
属アルコキシド化合物、ビス（２−ヒドロキシエチル）
−３−アミノプロピルトリエトキシシラン等の水酸基な
らびにアミノ基を併せ持つ金属アルコキシド化合物など
が挙げられる。また、金属アルコキシド化合物ではない
が、アミノプロピルシラントリオールなどのアミノ基と
水酸基を有する金属化合物、ナトリウムメタシリケート
などの無機塩やその水溶液、有機溶媒中で得られるシラ
ンテトラオールやそのオリゴマー状の縮合体も用いるこ
とができる。これらを２種類以上組み合わせて用いるこ
ともできる。さらに、ナトリウムやメタシリケートなど
の無機塩の水溶液でコーティングする場合には、バリウ
ムイオンやランタノイドイオンなどの多価カチオンを添
加することで、金属酸化物ゲルの形成を促進することが
できる。
物として代表的な化合物を例示すれば、テトラメトキシ
シラン（Ｓｉ（ＯＭｅ）4）、メチルトリメトキシシラ
ン（ＭｅＳｉ（ＯＭｅ）3）等の金属アルコキシド化合
物、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）トリメトキシ
シラン、（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロピル）トリメト
キシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−
（６−アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、（アミノエチルアミノメチル）フェネチルトリメ
トキシシラン等のアミノ基を持つ金属アルコキシド化合
物、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニオプロピルトリメ
トキシシラン等のアンモニウム基を持つ金属アルコキシ
ド化合物、２−（トリメトキシシリルエチル）ピリジン
等の複素芳香環を持つ金属アルコキシド化合物、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタン等のポリエチレングリコール基を持つ金
属アルコキシド化合物、ビス（２−ヒドロキシエチル）
−３−アミノプロピルトリエトキシシラン等の水酸基な
らびにアミノ基を併せ持つ金属アルコキシド化合物など
が挙げられる。また、金属アルコキシド化合物ではない
が、アミノプロピルシラントリオールなどのアミノ基と
水酸基を有する金属化合物、ナトリウムメタシリケート
などの無機塩やその水溶液、有機溶媒中で得られるシラ
ンテトラオールやそのオリゴマー状の縮合体も用いるこ
とができる。これらを２種類以上組み合わせて用いるこ
ともできる。さらに、ナトリウムやメタシリケートなど
の無機塩の水溶液でコーティングする場合には、バリウ
ムイオンやランタノイドイオンなどの多価カチオンを添
加することで、金属酸化物ゲルの形成を促進することが
できる。
【００３１】本手法において、カチオン基を有する分子
と金属アルコキシド化合物との接触は、特に制限がある
訳ではないが、一般には、メタノール、エタノール、プ
ロパノール等の極性溶媒、あるいは水の単独で或いは混
合した溶媒中で行うことができる。また、水素結合能を
有する基を有する分子と金属アルコキシド化合物との接
触は、テトラヒドロフラン、トルエン等の非極性溶媒の
単独で或いは混合した溶媒中で行うことができる。
と金属アルコキシド化合物との接触は、特に制限がある
訳ではないが、一般には、メタノール、エタノール、プ
ロパノール等の極性溶媒、あるいは水の単独で或いは混
合した溶媒中で行うことができる。また、水素結合能を
有する基を有する分子と金属アルコキシド化合物との接
触は、テトラヒドロフラン、トルエン等の非極性溶媒の
単独で或いは混合した溶媒中で行うことができる。
【００３２】また、上記溶液中のカチオン電荷あるいは
水素結合能を有する基を有する分子の濃度は、０．０１
〜１０ｍＭ程度が好適であり、金属アルコキシド化合物
の濃度は、１〜１００ｍＭ程度が好適である。さらに、
接触時間及び温度は、用いる金属アルコキシド化合物の
活性によって異なり、一概に限定することはできない
が、一般には、１分から数時間で、０〜１００℃の範囲
内で決定すればよい。また、上記化学反応の際、酸や塩
基などの触媒を用いることで、これらの工程に必要な時
間を大幅に短縮することも可能である。
水素結合能を有する基を有する分子の濃度は、０．０１
〜１０ｍＭ程度が好適であり、金属アルコキシド化合物
の濃度は、１〜１００ｍＭ程度が好適である。さらに、
接触時間及び温度は、用いる金属アルコキシド化合物の
活性によって異なり、一概に限定することはできない
が、一般には、１分から数時間で、０〜１００℃の範囲
内で決定すればよい。また、上記化学反応の際、酸や塩
基などの触媒を用いることで、これらの工程に必要な時
間を大幅に短縮することも可能である。
【００３３】方法Ａや方法Ｂにおける分子の被覆の程度
は、分子が有する活性水酸基やカチオン電荷あるいは水
素結合能を有する基の数や空間配置、反応率で定まる
が、一般には不完全である。もちろん、使用目的によっ
ては、被覆率が完璧でなくても、個別分子の独立性が十
分に維持できる程度であれば、ナノ被覆分子性材料とし
て利用することができる。
は、分子が有する活性水酸基やカチオン電荷あるいは水
素結合能を有する基の数や空間配置、反応率で定まる
が、一般には不完全である。もちろん、使用目的によっ
ては、被覆率が完璧でなくても、個別分子の独立性が十
分に維持できる程度であれば、ナノ被覆分子性材料とし
て利用することができる。
【００３４】ナノ被覆分子性材料は、それ自身、様々な
応用が考えられる。まず、ナノ被覆分子性材料は、その
表面の化学的な性質を制御することが可能である。この
ため、材料の溶解性や混和性、反応性、吸着性などの制
御か可能となる。また分子材料本来の蛍光特性、電子移
動特性、コンフォメーション特性、粘弾性、会合特性、
自己組織性を制御することも可能にする。さらに、分子
の集合構造に依存した磁気特性、偏光特性、屈折率、電
気伝導特性などの制御も可能である。さらに、孤立分子
の特性である紫外・可視・近赤外・赤外・遠赤外領域で
の電磁波の吸収特性を調製することもできる。さらに、
シェル内の分子は、外界と孤立しており、化学反応場と
しての興味深い性質を示す。例えば、酸化還元反応に基
づく物質合成や分子のコンフォメーションの記憶、フォ
トクロミズム等の特性を自在に制御することが可能とな
る。
応用が考えられる。まず、ナノ被覆分子性材料は、その
表面の化学的な性質を制御することが可能である。この
ため、材料の溶解性や混和性、反応性、吸着性などの制
御か可能となる。また分子材料本来の蛍光特性、電子移
動特性、コンフォメーション特性、粘弾性、会合特性、
自己組織性を制御することも可能にする。さらに、分子
の集合構造に依存した磁気特性、偏光特性、屈折率、電
気伝導特性などの制御も可能である。さらに、孤立分子
の特性である紫外・可視・近赤外・赤外・遠赤外領域で
の電磁波の吸収特性を調製することもできる。さらに、
シェル内の分子は、外界と孤立しており、化学反応場と
しての興味深い性質を示す。例えば、酸化還元反応に基
づく物質合成や分子のコンフォメーションの記憶、フォ
トクロミズム等の特性を自在に制御することが可能とな
る。
【００３５】これらの例の一部を以下に具体的に説明す
る。蛍光性色素分子は、しばしば分子会合によって消光
が促進され蛍光性を失う。この場合、色素分子を濃厚溶
液としてまたは固体状態で使用することは望ましくな
い。しかしながら、ナノ被覆分子性材料では色素分子同
士の直接的な電子的相互作用が抑圧され、固体状態であ
っても個別の分子特性が発揮される。逆に、一部のシア
ニン色素に見られるように、Ｊ会合により蛍光性が著し
く高まるケースがある。このような場合にも、色素会合
体を超薄膜で被覆することで、会合体の特性を保持した
まま材料化することが可能になる。ナノ被覆分子性材料
では被覆膜の厚みや空間配置を適切に設計することによ
り、分子単位同士の電子的、光学的、磁気的な相互作用
を調整し、ユニークな機能に結びつけることが可能であ
る。アゾベンゼン基は光や熱によりシス／トランス異性
化が起こる。この異性化特性は、その配向構造によって
著しく変化し得る。アゾベンゼン基の濃度を高くしたと
きに、それらがＨ型の配向を取って会合していれば、異
性化の効率は悪くなる。これを避けるためには、アゾベ
ンゼン基を孤立させるまたは他の不活性な分子構造で希
薄するなどの工夫が必要となる。超薄膜で被覆したでア
ゾベンゼン化合物では、アゾベンゼン基同士のスタッキ
ングが不可能であり、会合による異性化反応の抑制が生
じない。また、アゾベンゼン化合物を含むナノ被覆分子
性材料を用いれば、分子サイズの記憶素子として高度の
集積化が実現できる。
る。蛍光性色素分子は、しばしば分子会合によって消光
が促進され蛍光性を失う。この場合、色素分子を濃厚溶
液としてまたは固体状態で使用することは望ましくな
い。しかしながら、ナノ被覆分子性材料では色素分子同
士の直接的な電子的相互作用が抑圧され、固体状態であ
っても個別の分子特性が発揮される。逆に、一部のシア
ニン色素に見られるように、Ｊ会合により蛍光性が著し
く高まるケースがある。このような場合にも、色素会合
体を超薄膜で被覆することで、会合体の特性を保持した
まま材料化することが可能になる。ナノ被覆分子性材料
では被覆膜の厚みや空間配置を適切に設計することによ
り、分子単位同士の電子的、光学的、磁気的な相互作用
を調整し、ユニークな機能に結びつけることが可能であ
る。アゾベンゼン基は光や熱によりシス／トランス異性
化が起こる。この異性化特性は、その配向構造によって
著しく変化し得る。アゾベンゼン基の濃度を高くしたと
きに、それらがＨ型の配向を取って会合していれば、異
性化の効率は悪くなる。これを避けるためには、アゾベ
ンゼン基を孤立させるまたは他の不活性な分子構造で希
薄するなどの工夫が必要となる。超薄膜で被覆したでア
ゾベンゼン化合物では、アゾベンゼン基同士のスタッキ
ングが不可能であり、会合による異性化反応の抑制が生
じない。また、アゾベンゼン化合物を含むナノ被覆分子
性材料を用いれば、分子サイズの記憶素子として高度の
集積化が実現できる。
【００３６】伝導性の分子ワイヤに必要とされる条件
は、線状の伝導性分子単位が独立していて、１次元的な
伝導現象が観測されることである。伝導性高分子は、既
に数多く知られているが、それを直ちに分子ワイヤとし
て使うことができない。これは、高分子鎖をナノサイズ
で孤立させることが容易でないからである。ナノ被覆分
子性材料は、この課題を解決するのに極めて有効であ
る。即ち、活性水酸基やカチオン電荷を有する伝導性高
分子からナノ被覆分子性材料を作成すると分子電線が得
られる。また、高分子材料を酸化物超薄膜で被覆すれ
ば、可燃性高分子を難燃性高分子に変換することも可能
になる。またこれらを前駆体として、様々なネットワー
ク材料の作成も可能になる。
は、線状の伝導性分子単位が独立していて、１次元的な
伝導現象が観測されることである。伝導性高分子は、既
に数多く知られているが、それを直ちに分子ワイヤとし
て使うことができない。これは、高分子鎖をナノサイズ
で孤立させることが容易でないからである。ナノ被覆分
子性材料は、この課題を解決するのに極めて有効であ
る。即ち、活性水酸基やカチオン電荷を有する伝導性高
分子からナノ被覆分子性材料を作成すると分子電線が得
られる。また、高分子材料を酸化物超薄膜で被覆すれ
ば、可燃性高分子を難燃性高分子に変換することも可能
になる。またこれらを前駆体として、様々なネットワー
ク材料の作成も可能になる。
【００３７】ナノ被覆分子性材料を様々な複合材料の作
成に用いれば、分子が厳密に分子分散した材料の大量合
成が可能になる。また、反応活性なナノ被覆分子性材料
を表面ゾルゲル法に適用すると、ナノハイブリット薄膜
材料を製造することが可能になる。また、剛直ポリマー
から出発してナノハイブリットを作成すると、繊維強化
プラスチックや鉄筋コンクリートのようなマクロ複合体
と比べて、複合構造の精密さや強度が極限に達する材料
となろう。同様に、耐熱性ポリマーから出発した場合
は、高温での使用に耐えるナノハイブリット材料とな
る。
成に用いれば、分子が厳密に分子分散した材料の大量合
成が可能になる。また、反応活性なナノ被覆分子性材料
を表面ゾルゲル法に適用すると、ナノハイブリット薄膜
材料を製造することが可能になる。また、剛直ポリマー
から出発してナノハイブリットを作成すると、繊維強化
プラスチックや鉄筋コンクリートのようなマクロ複合体
と比べて、複合構造の精密さや強度が極限に達する材料
となろう。同様に、耐熱性ポリマーから出発した場合
は、高温での使用に耐えるナノハイブリット材料とな
る。
【００３８】酸化物超薄膜で被覆された分子から熱ある
いは酸素プラズマなどの手法により有機分子を取り除く
と、分子サイズの細孔を持つ薄膜やシェルの作成が可能
となり、分子性物質の分離や選択的吸着、担体として用
いることができる。
いは酸素プラズマなどの手法により有機分子を取り除く
と、分子サイズの細孔を持つ薄膜やシェルの作成が可能
となり、分子性物質の分離や選択的吸着、担体として用
いることができる。
【００３９】一方、活性水酸基を特定の一部分に有する
化合物やナノ粒子からナノ被覆分子性材料を製造する
と、これらの官能基の近傍のみ部分的にラッピングする
ことも可能になる。このような部分的なラッピングは、
基板や粒子表面に分子を特定の配向を持って配列させる
手法、あるいは電極などの特定の位置に吸着させる手法
として利用できる。また、鋳型として用いた分子を除く
と、開口部を有する酸化物シェルを作成することができ
る。この方法の延長として、例えば、チオールなどを有
する有機分子の末端のチオール基をあらかじめ保護して
おいて酸化物シェルを形成し、後にチオール部の保護基
を外すと、チオール基が露出した分子パッケージが得ら
れる。
化合物やナノ粒子からナノ被覆分子性材料を製造する
と、これらの官能基の近傍のみ部分的にラッピングする
ことも可能になる。このような部分的なラッピングは、
基板や粒子表面に分子を特定の配向を持って配列させる
手法、あるいは電極などの特定の位置に吸着させる手法
として利用できる。また、鋳型として用いた分子を除く
と、開口部を有する酸化物シェルを作成することができ
る。この方法の延長として、例えば、チオールなどを有
する有機分子の末端のチオール基をあらかじめ保護して
おいて酸化物シェルを形成し、後にチオール部の保護基
を外すと、チオール基が露出した分子パッケージが得ら
れる。
【００４０】ナノコートされた色素分子あるいは色素分
子の集合体からガラス状材料を作成すると、ガラス状材
料の中に色素分子や色素分子の集合体が分子的に高分散
した材料を作成することが可能となる。
子の集合体からガラス状材料を作成すると、ガラス状材
料の中に色素分子や色素分子の集合体が分子的に高分散
した材料を作成することが可能となる。
【００４１】その他、ナノフィルターの作成や、ナノ吸
着体、ナノカラム、ＤＤＳ担体、機械的強度の大きいイ
ンプリントフィルム、分子スイッチなどの作成に用いる
ことができ、分子素子のユニットや生体分子（ＤＮＡや
蛋白）の機能の安定化や集積化に向けて重要な方法論と
なる。本発明は、既知の分子やナノ粒子の特性を全く新
しいものに変換する可能性を秘めており、本発明の成果
は、２１世紀のあらゆる分野の産業に絶大な効果を及ぼ
すことが期待できる。
着体、ナノカラム、ＤＤＳ担体、機械的強度の大きいイ
ンプリントフィルム、分子スイッチなどの作成に用いる
ことができ、分子素子のユニットや生体分子（ＤＮＡや
蛋白）の機能の安定化や集積化に向けて重要な方法論と
なる。本発明は、既知の分子やナノ粒子の特性を全く新
しいものに変換する可能性を秘めており、本発明の成果
は、２１世紀のあらゆる分野の産業に絶大な効果を及ぼ
すことが期待できる。
【００４２】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに
具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、
割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱し
ない限り適宜変更することができる。したがって、本発
明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈される
べきものではない。
具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、
割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱し
ない限り適宜変更することができる。したがって、本発
明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈される
べきものではない。
【００４３】（実施例１）本発明によって、分子が酸化
物薄膜によってラッピングされることを示すためにフル
オロセインの蛍光強度測定を行った。８．３１ｍｇのフ
ルオレセインを５０ｍｌのイソプロパノールに溶かし、
この溶液２ｍｌに５×１０-2Ｍのチタニウムイソプロポ
キシドのイソプロパノール溶液１０ｍｌを加え、さらに
イソプロパノール８ｍｌを加えて１時間室温で攪拌し
た。得られた溶液を溶液Ａとした。一方、参照溶液とし
て、８．３１ｍｇのフルオレセインを５０ｍｌのイソプ
ロパノールに溶かし、この溶液２ｍｌに１８ｍｌのイソ
プロパノールを加えた溶液Ｂも作成した。これらの溶液
の蛍光スペクトルを励起波長４５０ｎｍで測定した。図
１に示されるように、４５０ｎｍの励起波長では、フル
オロセインの極大蛍光波長（５１５ｎｍ）（溶液Ａ）が
チタニウムイソプロポキシドの添加により約２５ｎｍ長
波長シフトし（溶液Ｂ）、強度が約２５％増大した。こ
の結果は、フルオレセインのカルボキシル基とチタニウ
ムブトキシドが錯体を形成していることを示している。
物薄膜によってラッピングされることを示すためにフル
オロセインの蛍光強度測定を行った。８．３１ｍｇのフ
ルオレセインを５０ｍｌのイソプロパノールに溶かし、
この溶液２ｍｌに５×１０-2Ｍのチタニウムイソプロポ
キシドのイソプロパノール溶液１０ｍｌを加え、さらに
イソプロパノール８ｍｌを加えて１時間室温で攪拌し
た。得られた溶液を溶液Ａとした。一方、参照溶液とし
て、８．３１ｍｇのフルオレセインを５０ｍｌのイソプ
ロパノールに溶かし、この溶液２ｍｌに１８ｍｌのイソ
プロパノールを加えた溶液Ｂも作成した。これらの溶液
の蛍光スペクトルを励起波長４５０ｎｍで測定した。図
１に示されるように、４５０ｎｍの励起波長では、フル
オロセインの極大蛍光波長（５１５ｎｍ）（溶液Ａ）が
チタニウムイソプロポキシドの添加により約２５ｎｍ長
波長シフトし（溶液Ｂ）、強度が約２５％増大した。こ
の結果は、フルオレセインのカルボキシル基とチタニウ
ムブトキシドが錯体を形成していることを示している。
【００４４】次に、８３．１ｍｇのフルオレセインを５
０ｍｌのイソプロパノールに溶かし、この溶液１ｍｌに
１×１０-1Ｍのチタニウムイソプロポキシドのイソプロ
パノール溶液を２．５ｍｌ、イソプロパノールに水を１
Ｍになるように溶かした溶液を１ｍｌ、１×１０-1Ｍの
ヘキシルトリメトキシシランのイソプロパノール溶液を
２．５ｍＭ、イソプロパノール３ｍｌを加え、室温で２
日間攪拌した（溶液Ｃ）。参照溶液として、８３．１ｍ
ｇのフルオレセインを５０ｍｌのイソプロパノールに溶
かし、この溶液１ｍｌに１×１０-1Ｍのチタニウムイソ
プロポキシドのイソプロパノール溶液を２．５ｍｌ、イ
ソプロパノールに水を１Ｍになるように溶かした溶液を
２５０μｌ、イソプロパノール６．２５ｍｌを加え、室
温で２日間攪拌した（溶液Ｄ）。また、参照溶液とし
て、８３．１ｍｇのフルオレセインを５０ｍｌのイソプ
ロパノールに溶かし、この１ｍｌに９ｍｌのイソプロパ
ノールを加えた溶液も準備した（溶液Ｅ）。これらの溶
液Ｃ〜Ｅをイソプロパノールで希釈して、フルオレセイ
ン濃度が、５×１０-4Ｍ、１×１０-4Ｍ、２×１０
-5Ｍ、４×１０-6Ｍである溶液を調製し、励起波長４５
０ｎｍでの蛍光スペクトルを測定した。
０ｍｌのイソプロパノールに溶かし、この溶液１ｍｌに
１×１０-1Ｍのチタニウムイソプロポキシドのイソプロ
パノール溶液を２．５ｍｌ、イソプロパノールに水を１
Ｍになるように溶かした溶液を１ｍｌ、１×１０-1Ｍの
ヘキシルトリメトキシシランのイソプロパノール溶液を
２．５ｍＭ、イソプロパノール３ｍｌを加え、室温で２
日間攪拌した（溶液Ｃ）。参照溶液として、８３．１ｍ
ｇのフルオレセインを５０ｍｌのイソプロパノールに溶
かし、この溶液１ｍｌに１×１０-1Ｍのチタニウムイソ
プロポキシドのイソプロパノール溶液を２．５ｍｌ、イ
ソプロパノールに水を１Ｍになるように溶かした溶液を
２５０μｌ、イソプロパノール６．２５ｍｌを加え、室
温で２日間攪拌した（溶液Ｄ）。また、参照溶液とし
て、８３．１ｍｇのフルオレセインを５０ｍｌのイソプ
ロパノールに溶かし、この１ｍｌに９ｍｌのイソプロパ
ノールを加えた溶液も準備した（溶液Ｅ）。これらの溶
液Ｃ〜Ｅをイソプロパノールで希釈して、フルオレセイ
ン濃度が、５×１０-4Ｍ、１×１０-4Ｍ、２×１０
-5Ｍ、４×１０-6Ｍである溶液を調製し、励起波長４５
０ｎｍでの蛍光スペクトルを測定した。
【００４５】それぞれの溶液の５７０ｎｍでの蛍光スペ
クトルの強度を表１に示した。
クトルの強度を表１に示した。
【００４６】
【表１】
【００４７】表１に示されるように、フルオレセインの
イソプロパノール溶液の蛍光強度は、濃度の増加に伴っ
て単調に増加するが、チタンイソプロポキシドを添加す
ると、５×１０-4Ｍの濃度で蛍光強度が減少する。これ
は、チタンイソプロポキシドで錯化されたフルオレセイ
ン分子が高濃度で会合する傾向にあり、それ自身で濃度
消光を起こすためである。一方、これにヘキシルトリメ
トキシシランを添加すると、チタンイソプロポキシドを
添加後の試料と比較して、低濃度での蛍光強度が減少す
るものの、高濃度での蛍光強度は逆に増加する。これ
は、ヘキシルトリメトキシシランによってフルオレセイ
ン分子間の高濃度での濃度消光が押さえられていること
を示している。表１の蛍光スペクトルの強度を４×１０
-6Ｍでの蛍光強度で規格化し、それぞれの濃度での蛍光
強度をグラフにしたものを図２に示した。図２に示され
るように、ヘキシルトリメトキシシランを添加すること
で、高濃度での蛍光スペクトルの濃度消光を抑えること
ができる。
イソプロパノール溶液の蛍光強度は、濃度の増加に伴っ
て単調に増加するが、チタンイソプロポキシドを添加す
ると、５×１０-4Ｍの濃度で蛍光強度が減少する。これ
は、チタンイソプロポキシドで錯化されたフルオレセイ
ン分子が高濃度で会合する傾向にあり、それ自身で濃度
消光を起こすためである。一方、これにヘキシルトリメ
トキシシランを添加すると、チタンイソプロポキシドを
添加後の試料と比較して、低濃度での蛍光強度が減少す
るものの、高濃度での蛍光強度は逆に増加する。これ
は、ヘキシルトリメトキシシランによってフルオレセイ
ン分子間の高濃度での濃度消光が押さえられていること
を示している。表１の蛍光スペクトルの強度を４×１０
-6Ｍでの蛍光強度で規格化し、それぞれの濃度での蛍光
強度をグラフにしたものを図２に示した。図２に示され
るように、ヘキシルトリメトキシシランを添加すること
で、高濃度での蛍光スペクトルの濃度消光を抑えること
ができる。
【００４８】次に、８．３１ｍｇのフルオレセインを５
０ｍｌのイソプロパノールに溶かし、この溶液５００μ
ｌに２５×１０-3Ｍのチタニウムイソプロポキシドのイ
ソプロパノール溶液を５００μｌ、イソプロパノールに
水を１Ｍになるように溶かした溶液２５μｌを加え、さ
らに１Ｍのヘキシルトリメトキシシランのイソプロパノ
ール溶液を１２．５μｌ加えた溶液を室温で１日間攪拌
した。カーボン皮膜を持つ銅メッシュ上にこの溶液を展
開し、透過型電子顕微鏡による観察を行った。観察され
た電子顕微鏡像を図３に示した。図３から明らかなよう
に、上記組成の溶液は、直径４０ｎｍから１００ｎｍ程
度のナノ粒子として存在する。これらの粒子がヘキシル
トリメトキシシランでコートされたチタニアナノ粒子で
あり、その内部にフルオロセインが存在することを実施
例２ならびに実施例３で証明する。
０ｍｌのイソプロパノールに溶かし、この溶液５００μ
ｌに２５×１０-3Ｍのチタニウムイソプロポキシドのイ
ソプロパノール溶液を５００μｌ、イソプロパノールに
水を１Ｍになるように溶かした溶液２５μｌを加え、さ
らに１Ｍのヘキシルトリメトキシシランのイソプロパノ
ール溶液を１２．５μｌ加えた溶液を室温で１日間攪拌
した。カーボン皮膜を持つ銅メッシュ上にこの溶液を展
開し、透過型電子顕微鏡による観察を行った。観察され
た電子顕微鏡像を図３に示した。図３から明らかなよう
に、上記組成の溶液は、直径４０ｎｍから１００ｎｍ程
度のナノ粒子として存在する。これらの粒子がヘキシル
トリメトキシシランでコートされたチタニアナノ粒子で
あり、その内部にフルオロセインが存在することを実施
例２ならびに実施例３で証明する。
【００４９】（実施例２）２．５×１０-4Ｍのフルオレ
セインと１．２５×１０-2Ｍのチタニウムイソプロポキ
シドを含むイソプロパノール溶液４０ｍｌに、イソプロ
パノールに水を１Ｍになるように溶かした溶液１ｍｌを
加えた。この溶液４ｍｌにそれぞれ、１Ｍのオクチルト
リクロロシラン、１Ｍのヘキシルトリメトキシシラン、
１Ｍのｔｅｒｔ−ブチルリン酸を５０μｌ加えた３種類
の溶液を調製し、室温で１日放置した。
セインと１．２５×１０-2Ｍのチタニウムイソプロポキ
シドを含むイソプロパノール溶液４０ｍｌに、イソプロ
パノールに水を１Ｍになるように溶かした溶液１ｍｌを
加えた。この溶液４ｍｌにそれぞれ、１Ｍのオクチルト
リクロロシラン、１Ｍのヘキシルトリメトキシシラン、
１Ｍのｔｅｒｔ−ブチルリン酸を５０μｌ加えた３種類
の溶液を調製し、室温で１日放置した。
【００５０】また、参照溶液として、２．５×１０-4Ｍ
のフルオレセインを含むイソプロパノール溶液、２．５
×１０-4Ｍのフルオレセインと１．２５×１０-2Ｍのチ
タニウムイソプロポキシドを含むイソプロパノール溶
液、ならびに２．５×１０-4Ｍのフルオレセインと１．
２５×１０-2Ｍのチタニウムイソプロポキシドを含むイ
ソプロパノール溶液４０ｍｌに、イソプロパノールに水
を１Ｍになるように溶かした溶液１ｍｌを加えた溶液を
調製した。前記６種類の溶液の各２ｍｌにイソプロパノ
ールを加えて５倍希釈した溶液を調製した。また、前記
６種類の溶液の各２ｍｌにイソプロパノールを加えて５
倍希釈し、さらに５×１０-2Ｍのヨウ素（Ｉ2）のイソ
プロパノール溶液を１０μｌづつ添加した溶液も調製し
た。
のフルオレセインを含むイソプロパノール溶液、２．５
×１０-4Ｍのフルオレセインと１．２５×１０-2Ｍのチ
タニウムイソプロポキシドを含むイソプロパノール溶
液、ならびに２．５×１０-4Ｍのフルオレセインと１．
２５×１０-2Ｍのチタニウムイソプロポキシドを含むイ
ソプロパノール溶液４０ｍｌに、イソプロパノールに水
を１Ｍになるように溶かした溶液１ｍｌを加えた溶液を
調製した。前記６種類の溶液の各２ｍｌにイソプロパノ
ールを加えて５倍希釈した溶液を調製した。また、前記
６種類の溶液の各２ｍｌにイソプロパノールを加えて５
倍希釈し、さらに５×１０-2Ｍのヨウ素（Ｉ2）のイソ
プロパノール溶液を１０μｌづつ添加した溶液も調製し
た。
【００５１】上記１２種類の溶液の蛍光スペクトルを励
起波長４５０ｎｍで測定した場合の５６０ｎｍでの蛍光
強度を表２に示した。また、ヨウ素添加前後での蛍光強
度の強度比（％）を図４に示した。
起波長４５０ｎｍで測定した場合の５６０ｎｍでの蛍光
強度を表２に示した。また、ヨウ素添加前後での蛍光強
度の強度比（％）を図４に示した。
【００５２】
【表２】
【００５３】図４に示すように、フルオレセイン単独の
溶液は、ヨウ素添加によって蛍光強度が約３０％に減少
する。これは、ヨウ素が消光剤として働くためである。
ヨウ素による消光効率は、チタニウムプロポキシドを添
加した場合でもほぼ同じであり、その蛍光強度は、約３
５％に減少する。フルオレセイン溶液にチタニウムプロ
ポキシドを添加し、さらに水を加えると、蛍光強度の約
５７％がヨウ素によって減少する。一方、オクチルトリ
クロロシランやヘキシルトリメトキシシラン、ｔｅｒｔ
−ブチルリン酸を添加すると、ヨウ素を加えても蛍光強
度の８０％以上が保持される。このことは、キャッピン
グ剤を加えることでチタニアコートされたフルオレセイ
ンがヨウ素に対してシールドされていることを示してい
る。
溶液は、ヨウ素添加によって蛍光強度が約３０％に減少
する。これは、ヨウ素が消光剤として働くためである。
ヨウ素による消光効率は、チタニウムプロポキシドを添
加した場合でもほぼ同じであり、その蛍光強度は、約３
５％に減少する。フルオレセイン溶液にチタニウムプロ
ポキシドを添加し、さらに水を加えると、蛍光強度の約
５７％がヨウ素によって減少する。一方、オクチルトリ
クロロシランやヘキシルトリメトキシシラン、ｔｅｒｔ
−ブチルリン酸を添加すると、ヨウ素を加えても蛍光強
度の８０％以上が保持される。このことは、キャッピン
グ剤を加えることでチタニアコートされたフルオレセイ
ンがヨウ素に対してシールドされていることを示してい
る。
【００５４】（実施例３）４２ｍｇのフルオレセインを
２５ｍｌのイソプロパノールに溶かし、この溶液１ｍｌ
に１００ｍＭのチタニウムイソプロポキシドのイソプロ
パノール溶液を２ｍｌ加え、イソプロパノールに水を１
Ｍになるように溶かした溶液４００μｌを加えた。この
溶液を２つ準備し、一方には、１００ｍＭのアミノプロ
ピルトリメトキシシランのイソプロパノール溶液を２．
５ｍｌ加え、他方には１００ｍＭの（６−アミノヘキシ
ル）アミノプロピルトリメトキシシランのイソプロパノ
ール溶液を２．５ｍｌ加え、それぞれにイソプロパノー
ルを１９ｍｌ加えた。これらの溶液を室温で２日間攪拌
し、濃塩酸１００μｌを加えて数日放置し、生じた沈殿
を５０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行った。得られ
た沈殿を空気中で乾燥させた。得られた沈殿は、アミノ
アルキルシラン化合物で表面をキャッピングされたチタ
ン微粒子であり、水に極めてよく分散した。
２５ｍｌのイソプロパノールに溶かし、この溶液１ｍｌ
に１００ｍＭのチタニウムイソプロポキシドのイソプロ
パノール溶液を２ｍｌ加え、イソプロパノールに水を１
Ｍになるように溶かした溶液４００μｌを加えた。この
溶液を２つ準備し、一方には、１００ｍＭのアミノプロ
ピルトリメトキシシランのイソプロパノール溶液を２．
５ｍｌ加え、他方には１００ｍＭの（６−アミノヘキシ
ル）アミノプロピルトリメトキシシランのイソプロパノ
ール溶液を２．５ｍｌ加え、それぞれにイソプロパノー
ルを１９ｍｌ加えた。これらの溶液を室温で２日間攪拌
し、濃塩酸１００μｌを加えて数日放置し、生じた沈殿
を５０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行った。得られ
た沈殿を空気中で乾燥させた。得られた沈殿は、アミノ
アルキルシラン化合物で表面をキャッピングされたチタ
ン微粒子であり、水に極めてよく分散した。
【００５５】（６−アミノヘキシル）アミノプロピルト
リメトキシシランでキャッピングした粒子を透過型電子
顕微鏡により観察し、その電子顕微鏡像を図５に示し
た。図５から明らかなように、この粒子は、直径１５０
ｎｍ〜３００ｎｍ程度のサイズを有し、表面を薄膜でコ
ートされている。その高い水溶性は、粒子表面がアミノ
基で覆われていることを示している。このような方法に
より、本来水中に低濃度にしか分散しないフルオレセイ
ンを水分散させることが可能になる。本実施例では、Ｕ
Ｖスペクトル測定から、用いたフルオレセインの５〜５
０％を水分散させることが可能であることが確認され
た。
リメトキシシランでキャッピングした粒子を透過型電子
顕微鏡により観察し、その電子顕微鏡像を図５に示し
た。図５から明らかなように、この粒子は、直径１５０
ｎｍ〜３００ｎｍ程度のサイズを有し、表面を薄膜でコ
ートされている。その高い水溶性は、粒子表面がアミノ
基で覆われていることを示している。このような方法に
より、本来水中に低濃度にしか分散しないフルオレセイ
ンを水分散させることが可能になる。本実施例では、Ｕ
Ｖスペクトル測定から、用いたフルオレセインの５〜５
０％を水分散させることが可能であることが確認され
た。
【００５６】（実施例４）１００ｍＭのメチルビオロゲ
ンジクロリドのメタノール溶液に１ｍｌの水と２２ｍｌ
のメタノールを加え、さらに０．８９６ｇのアミノプロ
ピルトリメトキシシランを加え、１週間放置した。この
溶液をエタノールで１０倍に希釈した。参照溶液とし
て、０．４ｍＭのメチルビオロゲンジクロリドのエタノ
ール溶液を調製した。これらの溶液の４００μｌをＵＶ
セルに入れ、窒素置換後、１０Ｍのヒドラジンのエタノ
ール溶液を１００μｌ添加した。参照溶液として用いた
０．４ｍＭのメチルビオロゲンジクロリドのエタノール
溶液では、時間とともに溶液が青く変色し、１電子還元
体の形成が確認できた。その特性吸収である６０５ｎｍ
での吸光度は、約１０分間で徐々に増加した。その結果
を図６に示す。一方、アミノプロピルトリメトキシシラ
ンを加えた溶液では、メチルビオロゲンの１電子還元体
の形成が見られなかった。この結果は、アミノプロピル
トリメトキシシランの加水分解によりメチルビオロゲン
分子の回りにシェルが形成され、ヒドラジンによる還元
反応をシールドしていることを示すものである。
ンジクロリドのメタノール溶液に１ｍｌの水と２２ｍｌ
のメタノールを加え、さらに０．８９６ｇのアミノプロ
ピルトリメトキシシランを加え、１週間放置した。この
溶液をエタノールで１０倍に希釈した。参照溶液とし
て、０．４ｍＭのメチルビオロゲンジクロリドのエタノ
ール溶液を調製した。これらの溶液の４００μｌをＵＶ
セルに入れ、窒素置換後、１０Ｍのヒドラジンのエタノ
ール溶液を１００μｌ添加した。参照溶液として用いた
０．４ｍＭのメチルビオロゲンジクロリドのエタノール
溶液では、時間とともに溶液が青く変色し、１電子還元
体の形成が確認できた。その特性吸収である６０５ｎｍ
での吸光度は、約１０分間で徐々に増加した。その結果
を図６に示す。一方、アミノプロピルトリメトキシシラ
ンを加えた溶液では、メチルビオロゲンの１電子還元体
の形成が見られなかった。この結果は、アミノプロピル
トリメトキシシランの加水分解によりメチルビオロゲン
分子の回りにシェルが形成され、ヒドラジンによる還元
反応をシールドしていることを示すものである。
【００５７】次に、１００ｍＭのメチルビオロゲンジク
ロリド水溶液１ｍｌと８．１ｍｌの水とを混合し、この
混合物に０．８９６ｇのアミノプロピルトリメトキシシ
ランを加え、５０℃で１時間加熱し、さらに濃塩酸１ｍ
ｌを加えて５０℃で６時間加熱した。カーボン皮膜を持
つ銅メッシュ上にこの溶液を展開し、ヘキサクロロ白金
ナトリウム塩により染色して透過型電子顕微鏡による観
察を行った。観察された電子顕微鏡像を図７に示した。
図７から明らかなように、上記組成の溶液は、直径２ｎ
ｍ〜３ｎｍ程度のナノ粒子を含む。観察された粒子は、
メチルビオロゲン分子がアミノプロピルトリメトキシシ
ランの加水分解で生じたシェルによりコートされたナノ
被覆分子としてのサイズを有する。実施例１ならびに実
施例４でのナノ被覆分子性材料の構造を図８に模式的に
示す。
ロリド水溶液１ｍｌと８．１ｍｌの水とを混合し、この
混合物に０．８９６ｇのアミノプロピルトリメトキシシ
ランを加え、５０℃で１時間加熱し、さらに濃塩酸１ｍ
ｌを加えて５０℃で６時間加熱した。カーボン皮膜を持
つ銅メッシュ上にこの溶液を展開し、ヘキサクロロ白金
ナトリウム塩により染色して透過型電子顕微鏡による観
察を行った。観察された電子顕微鏡像を図７に示した。
図７から明らかなように、上記組成の溶液は、直径２ｎ
ｍ〜３ｎｍ程度のナノ粒子を含む。観察された粒子は、
メチルビオロゲン分子がアミノプロピルトリメトキシシ
ランの加水分解で生じたシェルによりコートされたナノ
被覆分子としてのサイズを有する。実施例１ならびに実
施例４でのナノ被覆分子性材料の構造を図８に模式的に
示す。
【００５８】（実施例５）本発明によって高分子が酸化
物薄膜によってラッピングされることを示すために、シ
リケート薄膜によりコーティングされたポリブタニルビ
オロゲンジブロミド（約２５量体）の電子顕微鏡観察を
行った。２．５ｍｌのイオン交換水にナトリウムシリケ
ート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１００ｍＭ水溶液を４００μｌ
加え、さらに１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液を２０μｌ
加えて２５℃で１５分間攪拌した。一方、２ｍｌのイオ
ン交換水にポリブタニルビオロゲンジブロミドの１００
ｍＭ水溶液（モノマー換算）を１０μｌ加え、この溶液
を先のナトリウムシリケートと水酸化ナトリウムの混合
溶液に加え、室温で３時間攪拌した。この溶液を２週間
室温で放置し、イオン交換水で５分の１に希釈して、カ
ーボン皮膜を持つ銅メッシュ上に展開し、２０ｍＭの硝
酸ガドリニウムで染色して、透過型電子顕微鏡による観
察を行った。観察された電子顕微鏡像を図９に示した。
図９から明らかなように、電子顕微鏡写真で幅２．５〜
３．０ｎｍ、長さ１０〜８０ｎｍのひも状構造が観察さ
れる。この結果は、ポリブタニルビオロゲンジブロミド
の１本のポリマー鎖の回りに厚み約１ナノメートルのシ
リケート薄膜が形成されていることを示している。即
ち、個々の高分子鎖の回りをシリケートによりナノ被覆
を施すことが可能であることが確認された。
物薄膜によってラッピングされることを示すために、シ
リケート薄膜によりコーティングされたポリブタニルビ
オロゲンジブロミド（約２５量体）の電子顕微鏡観察を
行った。２．５ｍｌのイオン交換水にナトリウムシリケ
ート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１００ｍＭ水溶液を４００μｌ
加え、さらに１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液を２０μｌ
加えて２５℃で１５分間攪拌した。一方、２ｍｌのイオ
ン交換水にポリブタニルビオロゲンジブロミドの１００
ｍＭ水溶液（モノマー換算）を１０μｌ加え、この溶液
を先のナトリウムシリケートと水酸化ナトリウムの混合
溶液に加え、室温で３時間攪拌した。この溶液を２週間
室温で放置し、イオン交換水で５分の１に希釈して、カ
ーボン皮膜を持つ銅メッシュ上に展開し、２０ｍＭの硝
酸ガドリニウムで染色して、透過型電子顕微鏡による観
察を行った。観察された電子顕微鏡像を図９に示した。
図９から明らかなように、電子顕微鏡写真で幅２．５〜
３．０ｎｍ、長さ１０〜８０ｎｍのひも状構造が観察さ
れる。この結果は、ポリブタニルビオロゲンジブロミド
の１本のポリマー鎖の回りに厚み約１ナノメートルのシ
リケート薄膜が形成されていることを示している。即
ち、個々の高分子鎖の回りをシリケートによりナノ被覆
を施すことが可能であることが確認された。
【００５９】（実施例６）５，１０，１５，２０−テト
ラキス（Ｎ−メチルピリジニウム−４−イル）−２１
Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン−テトラキス（ｐ−トルエンス
ルフォネート）（以下、「ＴＭＰｙＰ」と言う）のコー
ティングを検討した。ＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液、ナト
リウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１００ｍＭ水溶
液、Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエ
チレンオキシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を調製し
た。
ラキス（Ｎ−メチルピリジニウム−４−イル）−２１
Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン−テトラキス（ｐ−トルエンス
ルフォネート）（以下、「ＴＭＰｙＰ」と言う）のコー
ティングを検討した。ＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液、ナト
リウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１００ｍＭ水溶
液、Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエ
チレンオキシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を調製し
た。
【００６０】試料Ａとして、ＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液６ｍｌを混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を５ｍｌ加え、さら
に１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１２時間攪拌
後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を５００μｌ加え、５０℃
で６時間攪拌した。溶液のｐＨがｐＨ８．５であること
を確認した。
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液６ｍｌを混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を５ｍｌ加え、さら
に１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１２時間攪拌
後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を５００μｌ加え、５０℃
で６時間攪拌した。溶液のｐＨがｐＨ８．５であること
を確認した。
【００６１】試料Ｂとして、ＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液５ｍｌを混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を５ｍｌ加え、さら
に１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１０分間攪拌
後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を３００μｌ加え、１０分
間攪拌後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を２００μｌ加え
た。溶液のｐＨがｐＨ８．０であることを確認した。
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液５ｍｌを混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を５ｍｌ加え、さら
に１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１０分間攪拌
後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を３００μｌ加え、１０分
間攪拌後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を２００μｌ加え
た。溶液のｐＨがｐＨ８．０であることを確認した。
【００６２】試料Ｃとして、ＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液３ｍｌを混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を３ｍｌ加え、さら
に１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１０分間攪拌
後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１０分
間攪拌後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を２００μｌ加え
た。溶液のｐＨがｐＨ４．０であることを確認した。
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液３ｍｌを混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−
（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエチレンオ
キシドウレタンの１００ｍＭ水溶液を３ｍｌ加え、さら
に１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１０分間攪拌
後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を１００μｌ加え、１０分
間攪拌後、さらに１Ｎの塩酸水溶液を２００μｌ加え
た。溶液のｐＨがｐＨ４．０であることを確認した。
【００６３】試料Ｄとして、ＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液５００μｌとイオン交換水４．５ｍｌとを
混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−（トリエトキシシリルプ
ロピル）−Ｏ−ポリエチレンオキシドウレタンの１００
ｍＭ水溶液を５ｍｌ加え、さらに１Ｎの塩酸水溶液を５
０μｌ加え、１０分間攪拌した。溶液のｐＨがｐＨ６．
０であることを確認した。
５ｍｌとナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液５００μｌとイオン交換水４．５ｍｌとを
混合し、１０分間攪拌後、Ｎ−（トリエトキシシリルプ
ロピル）−Ｏ−ポリエチレンオキシドウレタンの１００
ｍＭ水溶液を５ｍｌ加え、さらに１Ｎの塩酸水溶液を５
０μｌ加え、１０分間攪拌した。溶液のｐＨがｐＨ６．
０であることを確認した。
【００６４】試料Ａ〜Ｄの溶液を細孔径０．４５μｍの
メンブランフィルターで濾別後、８ｍｌを分割分子量３
５００のメンブランチューブに入れ、３５０ｍｌのイオ
ン交換水で１日透析を行った。透析後、メンブランチュ
ーブ内の溶液の体積と紫外・可視吸収スペクトルにより
見積もったＴＭＰｙＰの濃度から上記透析実験によるＴ
ＭＰｙＰの残存率を計算した。その結果を表３に示し
た。表３から明らかなように、ＴＭＰｙＰの残存率は、
ＴＭＰｙＰとナトリウムシリケートとの混合率によって
決まる。本実施例での条件では、ＴＭＰｙＰに対して１
２０当量のナトリウムシリケートを使用した試料Ａでの
残存率が最も高い。これらの結果は、ＴＭＰｙＰがナト
リウムシリケートによって形成されたナノ粒子の内部に
保持されていることを示している。このようなナノ粒子
は、Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエ
チレンオキシドウレタンによってコートされているた
め、中性もしくは酸性の水溶液中で沈殿を生じることは
ない。
メンブランフィルターで濾別後、８ｍｌを分割分子量３
５００のメンブランチューブに入れ、３５０ｍｌのイオ
ン交換水で１日透析を行った。透析後、メンブランチュ
ーブ内の溶液の体積と紫外・可視吸収スペクトルにより
見積もったＴＭＰｙＰの濃度から上記透析実験によるＴ
ＭＰｙＰの残存率を計算した。その結果を表３に示し
た。表３から明らかなように、ＴＭＰｙＰの残存率は、
ＴＭＰｙＰとナトリウムシリケートとの混合率によって
決まる。本実施例での条件では、ＴＭＰｙＰに対して１
２０当量のナトリウムシリケートを使用した試料Ａでの
残存率が最も高い。これらの結果は、ＴＭＰｙＰがナト
リウムシリケートによって形成されたナノ粒子の内部に
保持されていることを示している。このようなナノ粒子
は、Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−Ｏ−ポリエ
チレンオキシドウレタンによってコートされているた
め、中性もしくは酸性の水溶液中で沈殿を生じることは
ない。
【００６５】
【表３】
【００６６】（実施例７）ＴＭＰｙＰがナトリウムシリ
ケートによって形成されたナノ粒子が形成されているこ
とを実証するために、電子顕微鏡による観察を行った。
２０ｍｌのイオン交換水にＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液を
４００μｌ加え、ナトリウムシリケート（Ｎａ2Ｓｉ
Ｏ3）の１００ｍＭ水溶液を５００μ加えた。ここでＴ
ＭＰｙＰとＮａ2ＳｉＯ3の混合比は、１：１２５とな
る。この溶液を８０℃で１２時間加熱した。これをカー
ボン皮膜を持つ銅メッシュ上に展開し、ヘキサクロロ白
金ナトリウム塩により染色して、透過型電子顕微鏡によ
る観察を行った。観察された電子顕微鏡像を図１０に示
した。図１０から明らかなように、上記溶液中には、直
径２５ｎｍ程度のナノ粒子が存在する。これは、シリケ
ート薄膜でコートされたＴＭＰｙＰが会合することによ
って生じたナノ粒子である。
ケートによって形成されたナノ粒子が形成されているこ
とを実証するために、電子顕微鏡による観察を行った。
２０ｍｌのイオン交換水にＴＭＰｙＰの１ｍＭ水溶液を
４００μｌ加え、ナトリウムシリケート（Ｎａ2Ｓｉ
Ｏ3）の１００ｍＭ水溶液を５００μ加えた。ここでＴ
ＭＰｙＰとＮａ2ＳｉＯ3の混合比は、１：１２５とな
る。この溶液を８０℃で１２時間加熱した。これをカー
ボン皮膜を持つ銅メッシュ上に展開し、ヘキサクロロ白
金ナトリウム塩により染色して、透過型電子顕微鏡によ
る観察を行った。観察された電子顕微鏡像を図１０に示
した。図１０から明らかなように、上記溶液中には、直
径２５ｎｍ程度のナノ粒子が存在する。これは、シリケ
ート薄膜でコートされたＴＭＰｙＰが会合することによ
って生じたナノ粒子である。
【００６７】（実施例８）本発明の方法により、タンパ
ク質分子が酸化物薄膜によってラッピングされることを
示すために、シリケート薄膜によりコートされたシトク
ロムＣの電子顕微鏡観察を行った。８．７ｍＬのイオン
交換水にナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液を２００μＬ加え、さらに０．１Ｎの水酸
化ナトリウム水溶液を１００μＬ加えて２５℃で１５分
間攪拌した。これに、シトクロムＣの０．１ｍＭ水溶液
（分子量を１３，０００として計算）を１ｍＬ加え、攪
拌後、室温で３日間放置した。この溶液を、カーボン皮
膜を持つ銅メッシュ上に展開し、２０ｍＭの硝酸ガドリ
ニウム水溶液で染色して、透過型電子顕微鏡による観察
を行った。観察された電子顕微鏡像を図１１に示した。
図１１から明らかなように、内径２〜３ｎｍ、外径７〜
８ｎｍ、中空の構造が数多く観察される。中空構造の内
径は、シトクロムＣの直径（２〜３ｎｍ）と一致する。
従って、電子顕微鏡観察の結果は、シトクロムＣの１分
子が約２ナノメートル厚みのシリケート薄膜によってコ
ーティングされていることを示している。即ち、個々の
タンパク質の回りにシリケートによるナノ被覆を施すこ
とが可能であることを示す。
ク質分子が酸化物薄膜によってラッピングされることを
示すために、シリケート薄膜によりコートされたシトク
ロムＣの電子顕微鏡観察を行った。８．７ｍＬのイオン
交換水にナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１０
０ｍＭ水溶液を２００μＬ加え、さらに０．１Ｎの水酸
化ナトリウム水溶液を１００μＬ加えて２５℃で１５分
間攪拌した。これに、シトクロムＣの０．１ｍＭ水溶液
（分子量を１３，０００として計算）を１ｍＬ加え、攪
拌後、室温で３日間放置した。この溶液を、カーボン皮
膜を持つ銅メッシュ上に展開し、２０ｍＭの硝酸ガドリ
ニウム水溶液で染色して、透過型電子顕微鏡による観察
を行った。観察された電子顕微鏡像を図１１に示した。
図１１から明らかなように、内径２〜３ｎｍ、外径７〜
８ｎｍ、中空の構造が数多く観察される。中空構造の内
径は、シトクロムＣの直径（２〜３ｎｍ）と一致する。
従って、電子顕微鏡観察の結果は、シトクロムＣの１分
子が約２ナノメートル厚みのシリケート薄膜によってコ
ーティングされていることを示している。即ち、個々の
タンパク質の回りにシリケートによるナノ被覆を施すこ
とが可能であることを示す。
【００６８】（実施例９）本発明の方法により、鎖状の
生体高分子が酸化物薄膜によってラッピングされること
を示すために、シリケート薄膜によりコートされたデキ
ストランの電子顕微鏡観察を行った。４．７ｍＬのイオ
ン交換水にナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１
００ｍＭ水溶液を８０μＬ加え、さらに、デキストラン
（平均分子量６６，７００）の１ｍＭ水溶液（グルコー
ス単位での濃度）を２００μＬ加え、攪拌後、さらに１
００ｍＭの硝酸バリウム水溶液４０μＬと１００ｍＭの
硝酸セシウム水溶液４０μＬを加えて室温で１２時間放
置した。この溶液を、カーボン皮膜を持つ銅メッシュ上
に展開し、染色剤を用いずに、透過型電子顕微鏡による
観察を行った。観察された電子顕微鏡像を図１２に示し
た。図１２から明らかなように、幅約４ｎｍのひも状構
造が観察された。この結果は、デキストランの回りに厚
み約１．５ｎｍのシリケート薄膜が形成されていること
を示している。即ち、個々のデキストラン鎖の回りにシ
リケートによるナノ被覆を施すことが可能であることを
示す。分子量１万のデキストランを用いて同様な観察を
行うと、より小さなひも状構造が観察された。
生体高分子が酸化物薄膜によってラッピングされること
を示すために、シリケート薄膜によりコートされたデキ
ストランの電子顕微鏡観察を行った。４．７ｍＬのイオ
ン交換水にナトリウムシリケート（Ｎａ2ＳｉＯ3）の１
００ｍＭ水溶液を８０μＬ加え、さらに、デキストラン
（平均分子量６６，７００）の１ｍＭ水溶液（グルコー
ス単位での濃度）を２００μＬ加え、攪拌後、さらに１
００ｍＭの硝酸バリウム水溶液４０μＬと１００ｍＭの
硝酸セシウム水溶液４０μＬを加えて室温で１２時間放
置した。この溶液を、カーボン皮膜を持つ銅メッシュ上
に展開し、染色剤を用いずに、透過型電子顕微鏡による
観察を行った。観察された電子顕微鏡像を図１２に示し
た。図１２から明らかなように、幅約４ｎｍのひも状構
造が観察された。この結果は、デキストランの回りに厚
み約１．５ｎｍのシリケート薄膜が形成されていること
を示している。即ち、個々のデキストラン鎖の回りにシ
リケートによるナノ被覆を施すことが可能であることを
示す。分子量１万のデキストランを用いて同様な観察を
行うと、より小さなひも状構造が観察された。
【００６９】
【発明の効果】本発明は、１つ以上の分子、分子集合体
あるいはナノ粒子をコアとし、超薄膜をシェルとする新
しいナノ被覆分子性材料を提供するものである。従来、
希薄溶液や二次元表面、三次元マトリックス中へ分子分
散した場合のみ個別分子の物性を保持することが可能で
あった。一方、本発明では、濃厚溶液中や固体状態でも
個別分子の物性は失われない。本発明にしたがって被覆
を行うことにより、個別分子の特性を内部に保持した独
立構造体が得られるため、凝集または結晶化の結果とし
て生じる分子間相互作用による分子特性の変化、結晶構
造からくる分子配置の制約を避けることができる。特
に、本発明では、個別分子の可視化が可能であり、柔軟
な高分子鎖のコンフォメーション特性あるいはタンパク
質や糖鎖など個別の生体高分子を研究するために有効で
ある。これらの特徴は、優れた分子性材料を製造するた
めの基板技術となり、化学、工学、医学の分野に計り知
れない用途を生み出す。
あるいはナノ粒子をコアとし、超薄膜をシェルとする新
しいナノ被覆分子性材料を提供するものである。従来、
希薄溶液や二次元表面、三次元マトリックス中へ分子分
散した場合のみ個別分子の物性を保持することが可能で
あった。一方、本発明では、濃厚溶液中や固体状態でも
個別分子の物性は失われない。本発明にしたがって被覆
を行うことにより、個別分子の特性を内部に保持した独
立構造体が得られるため、凝集または結晶化の結果とし
て生じる分子間相互作用による分子特性の変化、結晶構
造からくる分子配置の制約を避けることができる。特
に、本発明では、個別分子の可視化が可能であり、柔軟
な高分子鎖のコンフォメーション特性あるいはタンパク
質や糖鎖など個別の生体高分子を研究するために有効で
ある。これらの特徴は、優れた分子性材料を製造するた
めの基板技術となり、化学、工学、医学の分野に計り知
れない用途を生み出す。
【図１】 実施例１のフルオレセインとチタニウムイソ
プロポキドの錯形成による蛍光スペクトルの変化を示す
図である。
プロポキドの錯形成による蛍光スペクトルの変化を示す
図である。
【図２】 実施例１のフルオレセイン単独、チタニウム
イソプロポキシド添加後、ならびにチタニウムイソプロ
ポキシドとヘキシルトリメトキシシランを添加後の試料
における蛍光強度の濃度依存性を示す図である。
イソプロポキシド添加後、ならびにチタニウムイソプロ
ポキシドとヘキシルトリメトキシシランを添加後の試料
における蛍光強度の濃度依存性を示す図である。
【図３】 実施例１のヘキシルトリメトキシシランでコ
ートされたチタン酸化物ナノ粒子の電子顕微鏡観察像を
示す図である。
ートされたチタン酸化物ナノ粒子の電子顕微鏡観察像を
示す図である。
【図４】 実施例２の各溶液へのヨウ素添加による蛍光
強度の減少を示す図である。
強度の減少を示す図である。
【図５】 実施例３の（６−アミノヘキシル）アミノプ
ロピルトリメトキシシランでコートされたチタン酸化物
ナノ粒子の電子顕微鏡観察像を示す図である。
ロピルトリメトキシシランでコートされたチタン酸化物
ナノ粒子の電子顕微鏡観察像を示す図である。
【図６】 実施例４のヒドラジン還元による６０５ｎｍ
での可視吸収スペクトルの吸光度変化を示す図である。
での可視吸収スペクトルの吸光度変化を示す図である。
【図７】 実施例４のアミノプロピルトリメトキシシラ
ンでコートされたビオロゲン分子の電子顕微鏡観察像を
示す図である。
ンでコートされたビオロゲン分子の電子顕微鏡観察像を
示す図である。
【図８】 実施例１や実施例４でのナノ被覆分子性材料
の概念的な構造を示す図である。
の概念的な構造を示す図である。
【図９】 実施例５のシリケート薄膜でコートされたポ
リブタニルビオロゲンジブロミドの電子顕微鏡観察像を
示す図である。
リブタニルビオロゲンジブロミドの電子顕微鏡観察像を
示す図である。
【図１０】 実施例７のシリケート薄膜でコートされた
ＴＭＰｙＰの会合体によるナノ粒子の電子顕微鏡観察像
を示す図である。
ＴＭＰｙＰの会合体によるナノ粒子の電子顕微鏡観察像
を示す図である。
【図１１】 実施例８のシリケート薄膜でコートされた
シトクロムＣ分子の電子顕微鏡観察像を示す図である。
シトクロムＣ分子の電子顕微鏡観察像を示す図である。
【図１２】 実施例９のシリケート薄膜でコートされた
デキストランの電子顕微鏡観察像を示す図である。
デキストランの電子顕微鏡観察像を示す図である。
Claims (14)
- 【請求項１】 分子、分子集合体またはナノ粒子の少な
くとも一部の表面が、酸素金属結合を有する超薄膜で被
覆されていることを特徴とするナノ被覆分子性材料。 - 【請求項２】 複数の分子、分子集合体および／または
ナノ粒子が、酸素金属結合を有する連続した１つの超薄
膜によって被覆されていることを特徴とするナノ被覆分
子性材料。 - 【請求項３】 前記１つの超薄膜中に、複数の分子、分
子集合体および／またはナノ粒子が高分散していること
を特徴とする請求項２に記載のナノ被覆分子性材料。 - 【請求項４】 前記分子、前記分子集合体または前記ナ
ノ粒子と前記超薄膜とが化学結合、物理結合または静電
的結合で結合していることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載のナノ被覆分子性材料。 - 【請求項５】 前記分子、前記分子集合体またはナノ粒
子が、２層以上の前記超薄膜で被覆されていることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のナノ被覆分子
性材料。 - 【請求項６】 前記分子、前記分子集合体またはナノ粒
子を被覆する、１層以上の前記超薄膜からなる被覆膜の
厚みが０．５〜１００ｎｍである請求項１〜５のいずれ
かに記載のナノ被覆分子性材料。 - 【請求項７】 反応性の外表面を有する請求項１〜６の
いずれかに記載のナノ被覆分子性材料。 - 【請求項８】 前記分子、前記分子集合体または前記ナ
ノ粒子と溶媒分子とが部分的にあるいは全体として物理
的に隔てられており、かつ可溶性である請求項１〜７の
いずれかに記載のナノ被覆分子性材料。 - 【請求項９】 前記分子、前記分子集合体または前記ナ
ノ粒子の特性が該分子またはナノ粒子同士の相互作用に
より実質的に変化しない程度に、前記分子、前記分子集
合体または前記ナノ粒子が前記超薄膜で被覆されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のナノ
被覆分子性材料。 - 【請求項１０】 前記超薄膜による被覆が、金属アルコ
キシド化合物の加水分解と縮合により形成された請求項
１〜９のいずれかに記載のナノ被覆分子性材料。 - 【請求項１１】 前記分子、前記分子集合体または前記
ナノ粒子が金属アルコキシドに対する活性基を表面に有
しており、該活性基の少なくとも一部に金属アルコキシ
ド化合物を結合させ、加水分解して該金属アルコキシド
化合物を縮合させることにより前記超薄膜を形成したこ
とを特徴とする請求項１０に記載のナノ被覆分子性材
料。 - 【請求項１２】 前記分子、前記分子集合体または前記
ナノ粒子が金属アルコキシドに対する活性基を表面に有
しており、該活性基の少なくとも一部に複数の金属アル
コキシド分子が縮合した金属アルコキシド縮合体を結合
させることにより前記超薄膜を形成したことを特徴とす
る請求項１０に記載のナノ被覆分子性材料。 - 【請求項１３】 前記分子、前記分子集合体または前記
ナノ粒子が表面にカチオン電荷を有し、該カチオン電荷
の少なくとも一部がシラノール基を有する化合物の縮合
体と静電的に相互作用することにより前記超薄膜を形成
したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の
ナノ被覆分子性材料。 - 【請求項１４】 前記分子、前記分子集合体または前記
ナノ粒子が表面に水素結合能を有する基を有し、該水素
結合能を有する基の少なくとも一部がシラノール基を有
する化合物の縮合体と水素結合を介して相互作用するこ
とにより前記超薄膜を形成したことを特徴とする請求項
１〜９のいずれかに記載のナノ被覆分子性材料。
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