JP2009119366A - 核酸を用いた微細構造制御法の微粒子担持触媒への応用 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子担持触媒の開発は現時点においてもトライ・アンド・エラーの要素が大きい。その原因の一つは構造制御の不確実さにあり、これが理論的予測に基づく開発を困難にしている。また、従来の触媒調整法では、粒子のサイズや密度は制御できても、その配置までも制御することは難しい。一方、DNAプログラム自己組織化は、ナノレベルでこう
した制御が可能であるだけでなく、酸化物粉末やグラファイトなどを担体として使用することができる。そこで本発明では、DNAプログラム自己組織化を微粒子担持触媒に応用す
ることで、微粒子担持触媒の微細構造を制御するための方法を供する。
【解決手段】本発明の目的は、DNAプログラム自己組織化を用いた微粒子担持触媒構造の
作製と、作製した構造体の活性化処理とにより達成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、核酸を用いた微細構造制御法の微粒子担持触媒への応用に関する。

ボトムアップ型ナノテクノロジーの一つとしてDNAプログラム自己組織化が提案されて
いる。これは、DNAを「塩基配列情報を内包するナノテク素材」として捉えるもので、ナ
ノメートルレベルの微細構造を塩基配列によってプログラムするものである。

DNAプログラム自己組織化の研究は１９９０年代後半から盛んになり、現在ではかなり
複雑な構造まで作製できるようになっている。例えば、非特許文献１のレビューでは、微粒子の配列・凝集構造、DNAを鋳型にした導線、DNAを組み合わせた２次元・３次元構造などの作製例が紹介されている。

一方、応用面では、バイオ応用、電子デバイス、ナノモータ・アクチュエータ、DNAコ
ンピューティングなど様々な応用が提案されており、微粒子の凝集に伴う表面プラズモン吸収の変化を利用した遺伝子解析や、DNAコンピューティングによる有向ハミルトン経路
問題の計算などの実施例が報告されている(非特許文献２、３)。また、これらに関連することは特許文献１-１３などにも報告されている。しかし、実用に直結するような物性の
測定例はまだ少なく、今後の発展が期待される技術である。

また、微粒子担持触媒の開発は現時点においてもトライ・アンド・エラーの要素が大きい。その原因の一つは微粒子担持触媒の構造制御の不確実さにあり、これが理論的予測に基づく微粒子担持触媒の開発を困難にしている。また、従来の触媒調整法では、粒子のサイズや密度は制御できても、その配置までも制御することは難しい。一方、DNAプログラ
ム自己組織化は、ナノレベルでこうした制御が可能であるだけでなく、酸化物粉末（非特許文献４）やグラファイト（非特許文献５、特許文献１４）などを担体として使用することができる。
T.H. LaBean and Hanying Li, nanotechnology 2 (2007) 26 L.M. Adleman, Science 266 (1994) 1021 C.A. Mirkin, R.L. Lesinger, R.C. Mucic and J.J. Storhoff, Nature 382 (1996) 607 前田泰、藤谷忠博、第53回応用物理学関係連合講演会予稿集、22a-I-1 (2006) Y. Maeda, Y.Y Maeda, T. Okada, M. Kodaka, T. Fujitani, S. Tsubota, Japanese Journal of Applied Physics 7B (2005) 5400 特開2000-190300号公報 特表2000-516460号公報 特表2001-510922号公報 特表2002-515265号公報 特開2002-371094号公報 特開2003-133541号公報 特開2003-26643号公報 特開2003-37313号公報 特表2003-503699号公報 特開2004-82326号公報 特表2004-501340号公報 特開平7-215991号公報 特表2007-521222号公報 特開2006-21305号公報

そこで本発明では、DNAプログラム自己組織化を微粒子担持触媒に応用することで、微
細構造が制御された微粒子担持触媒の製造方法、及び当該製造方法により得られた微粒子担持触媒を供することを目的とする。

上記課題に鑑み研究を行ったところ、本発明者は、DNAプログラム自己組織化を用いた
微粒子担持触媒構造体の作製と、作製した構造体の活性化処理とにより、微細構造が制御された微粒子担持触媒を製造できることを見出した。本発明は上記知見に基づきさらに検討を重ねた結果完成されたものであり、下記に掲げるものである。
項１. （ａ）核酸で修飾した微粒子を、核酸の相補反応により配列させて担体に担持す
ることにより、微粒子担持触媒構造体を作製する工程、及び
（ｂ）前記（ａ）工程で得られた微粒子担持触媒構造体に対して活性化処理を行う工程、を含有する、微粒子担持触媒の製造方法。
項２. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、該核酸と相補的な配列を有する核
酸で修飾した微粒子とを核酸の相補反応により結合させることにより２以上の微粒子を配列させて、これを担体に担持することにより微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、項１に記載の製造方法。
項３. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、該核酸と相補的な配列を有する核
酸とを相補反応により結合させることにより１または２以上の微粒子を配列させて、これを担体に担持することにより微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、項１に記載の製造方法。
項４. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、あらかじめ担体に固定され、かつ
、該核酸と相補的な配列を有する核酸で修飾された微粒子とを核酸の相補反応により結合させて、２以上の微粒子を配列させて担体に担持することにより、微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、項１に記載の製造方法。
項５. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、あらかじめ担体に固定され、かつ
、該核酸と相補的な配列を有する核酸とを相補反応により結合させて、１または２以上の微粒子を配列させて担体に担持することにより、微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、項１に記載の製造方法。
項６. 前記核酸がDNA、PNA、LNA及びBNAからなる群より選択されるいずれかである、項
１〜５のいずれかに記載の製造方法。
項７. 前記微粒子が金、銀、銅、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウ
ム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル及びクロムからなる群より選択されるナノ粒子である、項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
項８. 前記担体が無機固体である、項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
項９. 前記活性化処理が酸素プラズマ処理である、項１〜８のいずれかに記載の製造方
法。
項１０. 項１〜９のいずれかに記載の製造方法により得られる微粒子担持触媒。

本発明により、DNAプログラム自己組織化を微粒子担持触媒の製造プロセスに取り入れ
ることが可能となる（図1）。これにより、微粒子担持触媒において、１種類もしくは２
種類以上の微粒子について、位置関係などの微細構造を制御すること、その微細構造を核酸塩基配列を変えることで簡単に設計すること、活性化処理することにより作製した微粒子担持触媒構造体を触媒として使用すること、などが可能となる。

また、例えばチオールを含む有機分子は金属・貴金属微粒子の自己組織化的配列制御に有効であるが、一般にこうした分子は金属・貴金属微粒子の触媒活性を失活させる。本発明によれば、こうした分子を利用した場合であっても、活性化処理によって、触媒活性を回復できることから、こうした分子を微粒子担持触媒の構造制御に活用することが可能になる。

さらに、本発明によれば、微粒子を核酸で修飾することにより、微粒子の水溶液中での安定性を増すとともに、担体への吸着力を付与することができる。

本発明の微粒子担持触媒の製造方法は、微粒子担持触媒構造体を作製する工程と、前記工程で得られた微粒子担持触媒構造体に対して活性化処理を行う工程を含有する。以下、本発明について詳細に説明する。
１．微粒子担持触媒構造体
微粒子担持触媒構造体とは、核酸で修飾された微粒子が、該核酸と相補的な配列を有する核酸と相補反応により結合（以下、ハイブリダイズと称することもある）した状態で担体に坦持されているものを指す。

微粒子担持触媒構造体の作製には、核酸の相補反応を利用する。即ち、核酸で修飾した微粒子を、核酸の相補反応により配列させて担体に担持することにより、微粒子担持触媒構造体を作製できる。なお、この微粒子担持触媒構造体を作製する工程を（ａ）工程と称することもある。

このとき、核酸で修飾した微粒子（これを微粒子Ａと称する）と、該核酸と相補的な配列を有する核酸で修飾した微粒子（これを微粒子Ｂと称する）とを核酸の相補反応により結合させることにより、すなわち、これらの核酸をハイブリダイズさせて微粒子を結合させることにより、２以上の微粒子を特定の位置関係で配列させ、その後、これを担体に担持させることにより微粒子担持触媒構造体を作製することができる。これを第１方式と称することもある。第１方式の例を図2(a)に示す。

ここで、核酸による微粒子の修飾とは、微粒子に核酸を接続することであり、本発明の方法により微粒子担持触媒を製造できる限り、その接続様式は限定されない。例えば、核酸の末端を微粒子と化学的に結合する置換基に置換し、当該置換基を介して、核酸と微粒子とを接続することができる。この場合、置換基は特に限定されないが、チオール基、アミノ基が好ましく、より好ましくはチオール基である。また、接続方法も特に限定されないが、例えば、上記核酸を微粒子のコロイド溶液に混合することにより行うことができる。このときNaCl等の塩がごく微量でも含まれると微粒子が沈殿するため、これをあらかじめ除去するための配慮が必要になる。例えば、核酸を合成する際の最終工程で十分に脱塩しておく、合成した核酸を溶解するときは溶媒を超純水とする、などである。また、反応温度は、微粒子や置換基などにより適宜変更すればよいが、0〜100℃、好ましくは15〜50℃、さらに好ましくは50℃である。また、反応時間も、微粒子、置換基及び反応温度などにより適宜変更すればよいが、1時間〜24時間であり、好ましくは6〜24時間、さらに好ましくは24時間である。また、核酸と接続した微粒子を長期間保存する場合は、各種の緩衝液中にて保存することが好ましいが、この場合は上記に加えて、当該緩衝液中にて50℃で48時間加熱することが好ましい。緩衝液としては「10mMリン酸緩衝液(pH7), 0.1mol/L NaCl」が例示される。また、微粒子に接続されていない核酸は遠心分離などにより除去しておくことが好ましい。さらに、核酸が微粒子に接続されたかどうかは、緩衝液を加えたときに微粒子が沈殿しないことで確認することができる。

また、１つ以上の前記微粒子Ａと、１つ以上の前記微粒子Ｂとを前記反応により結合させることができる。また、微粒子Ａや微粒子Ｂは、それぞれ素材及びサイズなどが同一の微粒子でもよく、また異なる微粒子であってもよい。この結合は、リン酸緩衝液、TE緩衝液などの各種溶液中で行われるが、リン酸緩衝液が好ましい。また、反応を進行させるためにNaClなどの塩を加えるが、その濃度は、使用する核酸の種類・塩基数、目的とする構造、反応温度、反応時間などによって適宜調整する。例えば、核酸として15-30塩基のDNA、目的とする構造が数個から数十個の微粒子からなる凝集体、反応温度が室温、反応時間が2時間の場合は、0.1-0.77mol/Lが例示される。また、反応温度は室温が好ましいが、昇温（例えば80℃）後徐冷しても良い。また、反応時間は、反応速度に応じて適宜調整すればよいが、1分〜24時間、好ましくは1〜6時間、さらに好ましくは2時間程度である。また、結合状態は、分光光度計により微粒子の表面プラズモン吸収を測定することによって確認できるが、可視光領域に吸収波長を持つ微粒子の場合は、目視による溶液色の色や濃度の変化によって判断することができる。

また、上記により特定の位置関係で配列させた微粒子の担体への坦持は、当該微粒子を修飾している核酸と担体との相互作用による吸着・固定により達成される。これにより、微粒子担持触媒構造体を作製することができる。当該吸着・固定は任意の方法で行うことができ、例えば、特定の位置関係で配列させた微粒子と担体とを溶液中で混合することにより行うことができる。このとき、「特定の位置関係」を維持するために、混合は前記微粒子の結合に引き続き行われることが好ましく、溶液および反応温度も上記結合時の条件と同一であることが好ましい。また反応時間は、塩濃度、核酸の種類、担体の種類に応じて適宜調整すればよいが、1分〜24時間、好ましくは1〜6時間、さらに好ましくは1時間である。また、吸着・固定が行われたかは、分光光度計による微粒子の表面プラズモン吸収を測定することにより確認できるが、可視光領域に吸収波長を持つ微粒子を用いる場合は、目視により溶液色が透明になることにより判断することができる。

別の方式としては、核酸で修飾した微粒子（これを微粒子Ｃと称する）と、該核酸と相補的な配列を有し、かつ、微粒子を修飾していない核酸（これをテンプレート核酸と称する）とを相補反応により結合させることにより、すなわち、核酸をハイブリダイズさせて微粒子をテンプレート核酸上に配置させることにより、１または２以上の微粒子を特定の位置関係で配列させ、その後、これを担体に担持させることにより微粒子担持触媒構造体を作製することができる。これを第２方式と称することもある。第２方式の例を図2(b)に示す。

この場合、核酸による微粒子の修飾とは、第１方式と同様に、微粒子に核酸を接続することであり、本発明の方法により微粒子担持触媒を製造できる限り、前述のようにその接続様式及び接続方法は限定されない。また、第２方式においても、１つ以上の前記微粒子Ｃを、１つ以上の前記テンプレート核酸上に配置させることができる。また、２つ以上の微粒子Ｃを使用する場合には、該粒子の素材やサイズなどは同一でもよく、またそれぞれ異なってもよい。また、特定の位置関係で配列させた微粒子の担体への坦持は、第１方式と同様にして、核酸と担体との相互作用による吸着・固定により達成される。

別の方式としては、核酸で修飾した微粒子（これを微粒子Ｄと称する）と、あらかじめ担体に固定され、かつ、該核酸と相補的な配列を有する核酸で修飾された微粒子（これを微粒子Ｅと称する）とを核酸の相補反応により結合させることにより、すなわち、これらの核酸をハイブリダイズさせて微粒子を結合させることにより、２以上の微粒子を特定の位置関係で担体に担持・配列させた微粒子担持触媒構造体を作製することができる。これを第３方式と称することもある。第３方式の例を図2(c)に示す。

この場合、前記微粒子Ｄにおける核酸による微粒子の修飾とは、第１方式と同様に、微
粒子に核酸を接続することであり、本発明の方法により微粒子担持触媒を製造できる限り、前述のようにその接続様式及び接続方法は限定されない。前述のように、例えば、その末端が、微粒子と化学的に結合する置換基に置換された核酸を用いることにより、これらを接続できる。

また、前記微粒子Ｅの担体への坦持は、共沈法などの既存の微粒子担持触媒の調整法により行うことができる。当該微粒子Ｅは、担体に坦持される前に核酸で修飾されていてもよく、担体に坦持された後に核酸で修飾されてもよいが、好ましくは、担体に坦持された後に核酸で修飾される。

ここで、微粒子Ｅが担体に坦持される前に核酸で修飾される場合には、第１方式と同様の様式及び方法により、微粒子に核酸を接続することができる。また、担体に坦持させた後に核酸で修飾する場合には、例えば非特許文献５及び特許文献１４などの公知の方法によって行うことができる。すなわち、末端が置換基で置換された核酸と担体に坦持された微粒子Ｅとを溶液中で混合することにより、これらを接続させることができる。置換基としては、チオール基が例示される。また、反応条件は置換基、微粒子及び担体により適宜調整すればよく、第１方式もしくは非特許文献５および特許文献１４に記載の条件が好ましく例示できる。例えば、特許文献１４によれば、30塩基のチオール化DNAを用いる場合
、溶媒は超純水、反応温度は室温、反応時間は一晩が例示される。また、本方式においては、核酸の担体への非特異的吸着を防ぐ必要があるため、担体としては、置換基および核酸との結合力が弱い、もしくは結合力がないものを選択する必要がある。具体的にはグラファイトが例示される。

この場合も、第1方式と同様にして、１つ以上の前記微粒子Ｄと、１つ以上の前記微粒
子Ｅとを前記反応により結合させることができる。また、微粒子Ｄや微粒子Ｅは、それぞれ素材及びサイズなどが同一の微粒子でもよく、また異なる微粒子であってもよい。また、本方式により微粒子担持触媒構造体が得られたかどうかは、第1方式と同様に、分光光
度計による微粒子の表面プラズモン吸収の測定、もしくは目視による溶液色の観察より判断することができる。

別の方式としては、核酸で修飾した微粒子（これを微粒子Ｆと称する）と、あらかじめ担体に固定され、かつ、該核酸と相補的な配列を有する核酸（これをテンプレート核酸と称する）とを相補反応により結合させることにより、すなわち、核酸をハイブリダイズさせて微粒子をテンプレート核酸上に配置させることにより、１または２以上の微粒子を特定の位置関係で担体に担持・配列させた微粒子担持触媒構造体を作製することができる。これを第４方式と称することもある。第４方式の例を図2(d)に示す。

この場合も、核酸による微粒子の修飾とは、第１方式と同様に、微粒子に核酸を接続することであり、本発明の方法により微粒子担持触媒を製造できる限り、前述のようにその接続様式及び接続方法は限定されない。前述のように、例えば、その末端が、微粒子と化学的に結合する置換基に置換された核酸を用いることにより、これらを接続できる。

また、テンプレート核酸の担体への固定は、前記微粒子担持触媒構造体、さらには微粒子担持触媒を製造できる限り、その方法は限定されない。例えば、テンプレート核酸の末端を担体と化学的に結合する置換基に置換し、当該置換基を介して担体に固定させることができる。このとき、核酸は結合しないが置換基は結合するような置換基と担体の組合せを選択することが要件となるが、置換基としてチオール基やアミノ基、担体として金属や部分的に金属が付着したグラファイトが例示される。この場合、第1方式もしくは第3方式と同様にこれを行うことができる。

また、この場合も、第1方式と同様にして、１つ以上の前記微粒子Ｆを、１つ以上の前
記テンプレート核酸上に配置させることができる。また、２つ以上の微粒子Ｆを使用する場合には、該粒子の素材やサイズなどは同一でもよく、またそれぞれ異なってもよい。また、本方式においても、微粒子担持触媒構造体が得られたかどうかは、分光光度計による微粒子の表面プラズモン吸収の測定、もしくは目視による溶液色の観察により判断することができる。

なお、本発明において、核酸としては、DNA、PNA、LNA（Locked Nucleic Acid）、BNA
（Bridged Nucleic Acid）が例示される。また、特異的にハイブリダイズする限りにおいて、その塩基配列は限定されない。例えば、相補反応をさせる核酸同士の塩基配列は、完全に相補的であってもよく、またミスマッチを含んでいてもよい。また、これらの配列の長さは同一であっても、また同一でなくてもよく、目的に応じて当業者が適宜選択できる。また、微粒子を修飾する核酸の塩基数は、前述の反応条件において相補反応が起これば任意の数でよいが、好ましくは15-120塩基であり、より好ましくは15-50塩基である。ま
た、テンプレートとなる核酸の塩基数も同様に相補反応が起こる限りは任意の数でかまわないが、好ましくは15-120塩基であり、より好ましくは15-50塩基である。ただし、当該
核酸に相補的に反応させる上記微粒子を修飾する核酸の合計塩基数以上であることが好ましい。

本発明において、微粒子および担体は一般的な触媒としての要件を満たすことが望ましい。すなわち、触媒活性を有すること、作製・使用環境下で安定であること、比表面積が大きいこと、などである。

本発明においては、微粒子を金属や貴金属のナノ粒子とする。金属や貴金属は特に限定されないが、金、銀、銅、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、クロムが例示され、好ましくは金などの貴金属である。また、微粒子の粒径は、いわゆるナノ粒子と称されるものであれば限定されないが、粒径0.5ｎｍ〜数十ｎｍが例示でき、好ましくは粒径0.5ｎｍ〜15ｎｍ以下、さらに好ましくは粒径0.5ｎｍ〜5ｎｍ以下である。使用される微粒子の素材やサイズは単一である必要はなく、複数種類のものを用いることができる。

また、本発明において、担体は高比表面積の無機固体とする。高比表面積の無機固体は特に限定されないが、酸化チタン、酸化アルミ、酸化珪素、酸化セリウム、酸化鉄、酸化マグネシウムなどの酸化物、グラファイト、活性炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、シリカゲル、ゼオライトが例示され、好ましくは酸化チタン、酸化アルミ、酸化珪素などの酸化物、グラファイトであり、さらに好ましくは酸化チタンである。また、担体形状は高比表面積のものであれば粉末でもポーラス材料でもよく、形状やサイズは特に限定されないが、比表面積が1m²/g以上、より好ましくは50m²/g以上が好ましく、ポーラ
ス材料の場合は微粒子が細孔内に入ることが条件として加わる。また、担体の素材、形状、サイズ等は単一である必要はなく、目的に応じて複数種類のものを組み合わせることもできる。

本発明においては、微粒子と担体との組合わせは特に限定されないが、例えば微粒子として金ナノ粒子、担体として酸化チタン粉末とすることが出来る。また、本発明においては、前述したように、図2に示すような第１〜４方式によっても微粒子担持触媒構造体を
製造することができるが、核酸と担体との相互作用が比較的弱い場合には、第３方式または第４方式が好ましい。なお、相互作用が比較的弱い担体の例はグラファイトなどであり、これに対して比較的強い担体の例は酸化チタン、酸化アルミ、酸化珪素などである。
２．活性化処理
本発明では配列制御に核酸を用いるが、これにより触媒活性の低下が生じる。従って、
作製した微粒子担持触媒構造体を微粒子担持触媒として使用するためには、前記（ａ）工程で得られた微粒子担持触媒構造体に対して活性化処理を行うことが必須である。なお、この微粒子担持触媒構造体に対して活性化処理を行う工程を（ｂ）工程と称することもある。

活性化処理としては、微粒子を修飾している核酸および置換基が除去できればよく、特に制限されない。活性化処理としては、酸素プラズマ処理、酸素中もしくは大気中焼成などが例示されるが、好ましくは酸素プラズマ処理である。金のような低融点金属の微粒子を用いる場合は、酸素プラズマ処理が好ましい。

酸素プラズマ処理では、試料全体が処理されるように良く撹拌されることが好ましいが、処理条件及び処理回数は、使用する装置などに応じて、当業者が適宜選択すればよい。例えば、MARCH Instrument社製PLASMOD GCM-25を使用する場合は、処理条件として、出力40W、酸素圧1Torr、処理時間3分が例示される。なお、当該処理条件は、担体にダメージ
を与えずに核酸を除去する条件とされる(A. Takagi, K. Ojima, E. Mikamo, T. Matsumoto and T. Kawai, Appl. Phys. Lett 90 (2007) 043122参照)。また、当該条件における処理回数としては、40回以上が好ましい。

また、酸素中もしくは大気中焼成を行う場合には、400℃以上の高温での処理が必要で
あり、例えば金のような低融点金属を用いる場合は、担体としてチタンコートシリカゲル担体を用いることが好ましい(例えば、Y. Tai, Y. Ochi, F. Ohashi, K. Tajiri, J. Murakami, M. Dat´e, and S. Tsubota, Appl. Catal. A 268 (2004) 183参照)。

以下に、本発明の一例として、図2(a)の場合の条件を示すが、本発明はこれに限定されない。

・微粒子
1．担体に担持して触媒活性を有すること
2．ナノメートルレベルのサイズであること
3．活性化処理により分解しないこと
4．金属ナノ粒子及び／または貴金属ナノ粒子であること
・担体
1．高比表面積であること
2．活性化処理により分解しないこと
3．核酸が吸着すること
4．無機固体であること（酸化物粉末が適している）
・核酸
1．末端が微粒子と結合すること
2．室温でハイブリダイズする程度の長さであること
・活性化処理
1．核酸及び置換基を除去できること
2．酸素プラズマ処理が適している
3．酸素プラズマ処理においては、試料を良く撹拌すること
また、例えば、図2(c)及び(d)の場合には、上記担体に対する条件3及び4が、「3．核酸が吸着しないこと」「4．無機固体であること（グラファイトなど非酸化物が適している
）」とすることが好ましい。

本発明の方法によれば、任意の微粒子を任意の位置関係で担体に坦持することができることから、役割の異なる活性点（すなわち、異なる種類の微粒子や異なる性質の微粒子）の位置関係などを好適な構造に制御することができる。例えば、本発明の方法によれば、
図３に示すように、(a)異なる数個の微粒子を触媒機能単位としてまとめた構造、(b)異なる数個の微粒子を市松模様やストライプのような二次元周期とする構造、(c)サテライト
構造のような前記（a）や(b)の中間的サイズの構造などに制御することができる。なお、微粒子の位置関係や種類等は、これに限定されない。

また、本発明の方法によれば、前述のように、役割の異なる活性点の位置関係などを制御できることから、一連の触媒反応を効率的に進めることができる。例えば、本発明の方法により製造される微粒子担持触媒は、図４及び以下のように利用することができる。

（a）２つの活性点（微粒子１及び微粒子２）を介する逐次的反応(A→B→C)について、A→B/B→C間における中間生成物Bのロスを防ぐことができる（図4(a)）。

（b）ある活性点（微粒子１）が被毒成分Cにより被毒されやすい場合、被毒成分Cを除
去する活性点（微粒子２）を周辺に配置することでこれを防ぐことができる（図4(b)）。

（c）微粒子１によりサテライト構造などを作ることによって、上記（a）における中間生成物Bの濃縮や、上記（b）における被毒成分Cのブロックなどを行うことができる（図4(c)）。

なお、図４において、１及び２との記載は、微粒子１及び微粒子２を示す。また、利用方法は、これらに限定されない。

以下、本発明の内容を以下の実施例を用いて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
実施例１
図2(a)の方式にて微粒子の配列制御を行うことで、DNAプログラム自己組織化が粉末担
体上でも適用可能であることを示すことを目的とする。核酸としてはDNAを使用する。

用いたDNA、微粒子、酸化物担体は次の通りである。

・DNA→単鎖DNA、30塩基、5'末端チオール化、100μM
5'-HS-ACT GGC CGT CGT TTT ACA ACG TCG TGA CTG-3'（配列番号１）
5'-HS-CAG TCA CGA CGT TGT AAA ACG ACG GCC AGT-3'（配列番号２）
・微粒子→Auナノ粒子(直径10nm(9.5M)、直径15nm(2.3M))
＊コロイド溶液
・粉末担体→TiO₂粉末(直径21nm)
また、作製手順は以下の通りである。

＜DNA修飾＞
(1)Auコロイド溶液1mLに対して10μLのDNAを加える
＊15nmと10nmのAuナノ粒子は相補的なDNAで修飾する
(2)50℃で24時間反応させる
(3)0.1Mリン酸バッファー及び1M NaClを100μLずつ加える
(4)さらに50℃で48時間反応させる
(5)遠心機によりAuナノ粒子を沈殿させ、上澄みをストックバッファーと置換す
ることで、未反応DNAを取り除く
＊ストックバッファー：リン酸バッファー(10mM)+NaCl(0.1M)
＜配列制御＞
(1)DNA修飾された10nm、15nmのAuコロイド溶液を混合し、NaClを加える
(2)室温にて約2時間反応させ、DNA相補反応によりナノ粒子を配列させる
＜TiO₂粉末への担持＞
(1)上記溶液にTiO₂粉末を加え配列構造を吸着させる
(2)70%エタノールでリンスする
まず、Auナノ粒子をDNAで修飾した後、TiO₂粉末と混合したところ、溶液中のAuナノ粒
子はすべてTiO₂粉末に吸着して沈殿した。DNAで修飾しないと全く沈殿しなかったので、DNA-TiO₂間の相互作用によりAuナノ粒子がTiO₂に吸着することが明らかになった。また、10nmと15nmのAuナノ粒子で配列構造を作製した場合においても同様にTiO₂への吸着がみら
れた(図5)。さらに、TEM(図6)およびAFM観察(図7)によって、10nmと15nmのAuナノ粒子か
らなる配列構造が確認された。以上より、DNAプログラム自己組織化が粉末担体上でも適
用可能であることが示された。

上記にて作製した試料について、酸素プラズマ処理と触媒活性測定を行うことで、DNA
を用いることの触媒活性への影響と、酸素プラズマ処理の活性化処理としての有効性を確認することを目的とする。

用いた試料、及びAuナノ粒子の担持方法は上記と同じである。酸素プラズマ処理の手順は以下の通りである。

＜酸素プラズマ処理＞
(1)使用した装置：PLASMOD GCM-25(MARCH Instrument社製)
(2)処理条件：出力->40W、処理時間(1回当たり)->3分、酸素圧->1 torr
(3)処理が１回終了するごとに良くかき混ぜる
DNAで修飾したAuナノ粒子(15nm)をTiO₂粉末に固定し、酸素プラズマ処理を行った後に
、CO酸化活性を測定した(図8)。その結果、酸素プラズマ処理を行った試料では活性が見
られた（DNA+P10及びDNA+P40）。活性は処理回数を増やすことにより改善し、40回処理後には、DNAを使わずに作製した試料とほぼ同等のレベルまで回復した。以上より、DNAを構造制御に用いることで触媒活性が失活するが、これは酸素プラズマ処理により回復可能であることが明らかになった。
比較例１
上記実施例１において、酸素プラズマ処理を行わない以外は同様にして作製した試料について、触媒活性測定を行った。その結果、酸素プラズマ処理を行わない場合には活性は見られなかった(図8のDNA+P0)。
比較例２
上記実施例１において、酸素プラズマ処理のかわりに350℃で大気中焼成した以外は同
様にして作製した試料について、触媒活性測定を行った。その結果、350℃で大気中焼成
しても活性は見られなかった(図8のDNA+anneal)。

これらの実施例１ならびに比較例１及び２の結果により、DNAプログラム自己組織化を
微粒子担持触媒に応用可能なこと、及びそのために必要なプロセスが明らかになった。

DNAプログラム自己組織化を微粒子担持触媒の製造プロセスに取り入れることで、半導
体におけるフォトリソのような、汎用的触媒開発システムが構築できる(図1)。これは、
特に多元系の触媒開発に有効であり、構造最適化による性能向上だけでなく、添加元素の効率的な配置による資源量削減なども期待できる。また、本発明は系統的なスクリーニングも可能にするため、触媒開発の迅速化にも寄与する。

DNAプログラム自己組織化を利用した微粒子担持触媒開発システムの概念図を示す。 微粒子担持触媒構造体の作製方式を示す。 担体上への微粒子の坦持例を示す。 本発明の微粒子担持触媒の利用例を示す。 Auナノ粒子のTiO₂粉末への担持例を示す。(a)配列構造形成後のAuコロイド溶液。(b)配列構造を吸着させた後のTiO₂粉末。 TiO₂粉末上のAuナノ粒子配列構造(矢印)のTEM像を示す。 Auナノ粒子配列構造のAFM像、但し、基板はTiO₂単結晶を示す。 Auナノ粒子/TiO₂粉末のCO酸化活性を示す。各点は以下に対応する。 ・without DNA：DNAを使わずに作製、・DNA+P0：酸素プラズマ処理無し、・DNA+P10：酸素プラズマ処理10回、・DNA+P40：酸素プラズマ処理40回、・DNA+anneal：350℃大気中加熱

配列番号１は、ｎがチオール化されたアデニンである核酸配列を示す。

配列番号２は、ｎがチオール化されたシトシンである核酸配列を示す。

Claims (10)

1. （ａ）核酸で修飾した微粒子を、核酸の相補反応により配列させて担体に担持することにより、微粒子担持触媒構造体を作製する工程、及び
   （ｂ）前記（ａ）工程で得られた微粒子担持触媒構造体に対して活性化処理を行う工程、を含有する、微粒子担持触媒の製造方法。
2. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、該核酸と相補的な配列を有する核酸で修飾した微粒子とを核酸の相補反応により結合させることにより２以上の微粒子を配列させて、これを担体に担持することにより微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、該核酸と相補的な配列を有する核酸とを相補反応により結合させることにより１または２以上の微粒子を配列させて、これを担体に担持することにより微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、あらかじめ担体に固定され、かつ、該核酸と相補的な配列を有する核酸で修飾された微粒子とを核酸の相補反応により結合させて、２以上の微粒子を配列させて担体に担持することにより、微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記（ａ）工程が、核酸で修飾した微粒子と、あらかじめ担体に固定され、かつ、該核酸と相補的な配列を有する核酸とを相補反応により結合させて、１または２以上の微粒子を配列させて担体に担持することにより、微粒子担持触媒構造体を作製する工程である、請求項１に記載の製造方法。
6. 前記核酸がDNA、PNA、LNA及びBNAからなる群より選択されるいずれかである、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
7. 前記微粒子が金、銀、銅、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル及びクロムからなる群より選択されるナノ粒子である、請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
8. 前記担体が無機固体である、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
9. 前記活性化処理が酸素プラズマ処理である、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法により得られる微粒子担持触媒。

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