JP2007161570A

JP2007161570A - 単層カーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007161570A
Application number: JP2006309797A
Authority: JP
Inventors: K E Geckeler; ケー．・イー．・ゲッケラー; Nepal Dhriti; ドフリティ・ネパル
Original assignee: Gwangju Institute of Science and Technology
Current assignee: Gwangju Institute of Science and Technology
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: US20070110741A1; JP4563985B2; KR100682381B1; EP1788019A1; EP1788019B1; DE602006006391D1; ATE429461T1

Abstract

【課題】本発明の目的は高度に分散されて単離された単層カーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体を提供する。
【解決手段】ＥＷ−ＳＷＮＴは、ナノチューブの長さが５００ｎｍ〜２μｍ範囲のＳＷＮＴｓとＥＷタンパク質水溶液との混合物であって、ナノチューブの使用量はＥＷタンパク質に対して３〜１０重量％の範囲で用いられ、例えば３０分間超音波処理することによって均質化が行われる段階と、均質化物から固形分を除去する段階は、濾過、超遠心分離によって行うことが出来て、超遠心分離は１０，０００ｇ〜２００，０００ｇの範囲で低速から高速に変化させる、２段階、即ち１８，０００ｇで３時間、１２，０００ｇで４時間行う。
【選択図】なし

Description

本発明は単層カーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体、これを含む水性分散液及びその製造方法に関する。

単層カーボンナノチューブ（single-wall carbon nanotubes; SWNTs）はその独特な構造的、機械的及び電子的特性のために多様な分野で最も期待される物質の一つであり、その水性分散液は生化学及び生医学分野で特別な関心の対象になってきた。特に、制御された界面特性を有する短い薄ナノチューブの単一分散溶液がナノチューブ−重合体複合体素子（ｄｅｖｉｃｅ）分野で特に要求される。

しかし、ＳＷＮＴｓはその軸状とチューブ間のファンデルワールス引力によって集積、又は結束されている状態で存在するので、通常の溶媒に溶解又は分散させることが難しい。

結束されているナノチューブを単離するため、共有結合方法と非共有結合方法の両方とも用いられて来た。しかし、共有結合方法は所望する光学的特性を劣化させるという短所がある。一方、ＳＷＮＴｓを個別的に分散させるための非共有結合方法は一番好ましい電子構造の維持を可能にし、合成重合体又は界面活性剤、人工ＤＮＡ配列、特定ペプチド及びＤＮＡ等の生体高分子（ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ）のような多様な物質が用いられている。しかし、かかる方法が相当発展したにもかかわらず、単離されたＳＷＮＴｓを大量生産するための簡単かつ效果的な技術に対する開発がまだ要求されている。

従って、本発明の目的は高度に分散されて単離された単層カーボンナノチューブ（single-wall carbon nanotubes; SWNTs）を含む複合体を提供することである。

本発明の他の目的は前記複合体を含む水性分散液を提供することである。

また、本発明の他の目的は前記複合体を製造するための簡単な方法を提供することである。

さらにまた、本発明の他の目的は前記複合体又は水性分散液を含む素子を提供することである。

前記目的によって、本発明は単層カーボンナノチューブと卵白（egg-white; EW）タンパク質との非共有結合を有する単層カーボンナノチューブを含む単層カーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体（ＥＷ−ＳＷＮＴ）を提供する。

前記他の目的によって、本発明では前記ＥＷ−ＳＷＮＴを含む水性分散液を提供する。

前記他の目的によって、本発明では単層カーボンナノチューブをＥＷの水溶液で均質化する段階と、均質化物から固形分を除去する段階を含む、ＥＷ−ＳＷＮＴの製造方法を提供する。

前記他の目的によって、本発明では前記複合体又は水性分散液を含む素子を提供する。

本発明によるカーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体（ＥＷ−ＳＷＮＴ）は水性溶液で個別的に単離されて存在するため、優れた水溶性及び分散性を有している。従って、本発明によるＥＷ−ＳＷＮＴは単離され、その特性が保存されている単層カーボンナノチューブを要求する多様な分野で用いられ得る。

本発明によるカーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）−卵白（ＥＷ）タンパク質複合体（ＥＷ−ＳＷＮＴ）は、ＥＷタンパク質とカーボンナノチューブの表面との強い親和性のため、優れた水溶性及び分散性を有している。また、ＥＷ−ＳＷＮＴは水性溶液で数ヶ月間安定的に保存することができる。

ＥＷタンパク質は両性分子(amphoteric molecules)であって、親水性領域と疎水性領域とを有しており、その水溶性及び分散性はアミノ酸配列順序に左右される。本発明に用いられたＥＷタンパク質は４０種以上の異なるタンパク質を含有しており、その疎水性領域のクーロン相互作用によってナノチューブ表面に吸着することになる。

また、ＥＷタンパク質は、抗菌性と親金属性を有して新規なボンナノチューブ−基盤のＳＷＮＴ系の生物医学機器を製造することにも有用である。更に、ＥＷタンパク質の電荷はｐＨ及びイオンの強度によって変化させることが可能であるため、ＥＷ−ＳＷＮＴ又はこれを含む水性分散液は多様な素子を製造することにも有用である。

本発明によるＥＷ−ＳＷＮＴはＳＷＮＴｓをＥＷの水溶液で均質化する段階と均質化物から固形分を除去する段階を含む方法によって製造することができる。

前記均質化はＳＷＮＴｓとＥＷタンパク質水溶液との混合物を、例えば３０分間超音波処理することによって行われ得る。使用されるナノチューブの長さは５００ｎｍ〜２μｍ範囲で用いられてもよく、使用量はＥＷタンパク質に対して３〜１０重量％の範囲で用いられる。

均質化された混合物から固形分を除去する段階は任意の従来の方法、たとえば、濾過、超遠心分離によって行うことができ、好ましくは超遠心分離によって行う。超遠心分離は１０，０００ｇ〜２００，０００ｇの範囲で低速から高速に変化させて行う。たとえば超遠心分離は、２段階、即ち１８，０００ｇで３時間、１２，０００ｇで４時間行う。

下記実施例は本発明をさらに詳細に説明するためのものであり、本発明の範囲を制限しない。

冷凍−乾燥されたＥＷを水に溶かしてＥＷ水溶液を得た。３ｍｇのＳＷＮＴｓをＥＷ水溶液（１ｍｇ／ｍｌ）と共に混合し、この混合物を室温で超音波処理した。得られた暗黒色の溶液を１８，０００ｇで３時間、続いて１２，０００ｇで４時間超遠心分離処理した後、上層液を分離してＥＷ−ＳＷＮＴ分散液を得た。

図１は（ａ）ＥＷタンパク質水溶液、（ｂ）ＥＷ−ＳＷＮＴ水分散液及び（ｃ）ＳＷＮＴのみの水分散液を含む薬びんの写真である。図１に示すようにＥＷ−ＳＷＮＴ分散液は暗い均質状の溶液である反面、水に分散されたＳＷＮＴｓは底に沈殿している。

金属及び半導体ＳＷＮＴｓのファンホブ転移現象(Van-Hove Transitions)のため、個別的に単離させたＳＷＮＴｓは可視領域及び赤外線領域の光吸収地域で鋭いピークを示す反面、結束しているＳＷＮＴｓは広くて弱いピークを示す。

図２は水分散液中でのＥＷ−ＳＷＮＴのＵＶ／ＶＩＳ吸収スペクトルを示す。結果はよく発達されたピークを示す。４４０ｎｍ〜６００ｎｍ及び５５０ｎｍ〜８００ｎｍ帯で発達されたピークは、それぞれ金属ＳＷＮＴｓの第１次ファンホブ転移現象（Ｍ₁₁）及び半導体ＳＷＮＴｓの第２次ファンホブ転移現象（Ｓ₂₂）に該当する。ｐＨによって微差はあるが、大略２０ｍｇ／Ｌ以上の単離されたナノチューブが分散液中に存在するということが吸収スペクトル結果から分かる。

ナノチューブが単離されていれば近赤外線蛍光性を帯びるため、近赤外蛍光分光装置を用いて前記分散液を分析した（励起：５２３ｎｍ）。ＥＷ−ＳＷＮＴの放出スペクトルは９００ｎｍ〜１４００ｎｍの範囲で典型的な放出帯を示し、これはＳ₁₁転移に該当する（図３）。ＳＷＮＴｓが結束していれば隣接なＳＷＮＴｓ間の相互作用によって蛍光性が相殺されるため、この放出スペクトルは個別的に単離されたナノチューブの存在に示す証拠である。

また、ＳＷＮＴｓ分散液（図４）及びＥＷ−ＳＷＮＴ分散液（図５）のナノチューブの形態を透過電子顕微鏡(TEM; Transmission electron microscopy)で分析した。図５は２〜５個のナノチューブの束もあったが、ナノチューブが非常によく分散されており、５０％以上のナノチューブが個別的に単離されていることを示す。この結果は、ＥＷタンパク質がナノチューブ表面に対する強い親和力を有するので水分散液内でのナノチューブの個別的存在を可能にすることを示す。

従って、本発明のＥＷ−ＳＷＮＴはＥＷタンパク質と非共有結合を有する独立的に単離されたＳＷＮＴｓ水性分散液を提供し、これは保存された特性を有する単離された単層カーボンナノチューブを要求する多様な分野で用いられ得る。

本発明を前記具体的な実施例と関連して記述したが、添付された特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲内で当分野の熟練者が本発明を多様に変形及び変化させ得ることを理解しなければならない。

（ａ）ＥＷタンパク質水溶液、（ｂ）ＥＷ−ＳＷＮＴ水分散液及び（ｃ）ＳＷＮＴの水分散液を含む薬びんの写真である。ＥＷ−ＳＷＮＴ水分散液のＵＶ／ＶＩＳスペクトルを示すグラフである。Ｄ₂Ｏ溶液内のＥＷ−ＳＷＮＴ分散液の蛍光分光スペクトルを示す。ＳＷＮＴ分散液の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）分析結果を示す。ＥＷ−ＳＷＮＴ分散液のＴＥＭ分析結果を示す。

Claims

単層カーボンナノチューブと卵白タンパク質との非共有結合を有する単層カーボンナノチューブを含む単層カーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体。
請求項１に記載の複合体を含む水性分散液。
単層カーボンナノチューブを卵白の水溶液で均質化する段階と、均質化物から固形分を除去する段階を含む、請求項１に記載の単層カーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体の製造方法。
前記均質化が超音波処理を通じて行われることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
超遠心分離を通じて固形分を除去することを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
前記炭素ナノチューブが５００ｎｍ〜２μｍの範囲の長さを有し、タンパク質に対して３〜１０重量％の範囲の量で用いられることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
単層カーボンナノチューブと卵白タンパク質を水溶液中で混合することを含む、単層カーボンナノチューブを単離させる方法。
請求項１に記載の単層カーボンナノチューブ−卵白タンパク質複合体又は請求項２に記載の水性分散液を含む素子。