JP3699086B2

JP3699086B2 - 微細中空繊維

Info

Publication number: JP3699086B2
Application number: JP2003039276A
Authority: JP
Inventors: 真樹小木曽; 敏美清水
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: JP2004250797A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ペプチド脂質と遷移金属により形成される中空の繊維状凝集体に関し、より詳細には、機能性材料として、医薬・化粧品分野、電子情報分野、さらには食品工業、農林業、繊維工業などにおいて利用可能な微細中空繊維及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブに代表されるナノ構造体は、材料化学、情報工学、バイオテクノロジー等幅広い分野で応用されている。近年、カーボン以外の材料例えばジアセチレン系リン脂質誘導体（M.Spector, A.Singh, P.Messersmith, and J.Schnur, Nano Letters, 1, 375, (2001)）、カルダニルグルコシド（G.John, M.Masuda, Y.Okada, K.Yase, and T.Shimizu, Advanced Materials, 13, 715 (2001)）、ガラクトシルセラミドやその誘導体（V. Kulkarni, J.Boggs, and R.Brown, Biophysical Journal, 77, 319 (1999)）からナノチューブが生成されることが見い出されている。
【０００３】
本発明者らは、長鎖炭化水素基に糖残基を結合させた糖脂質を水中で自己集合させることにより形成される中空繊維状構造体の研究開発を進めてきた（特許文献１、特開２００２−８０４８９、特願２００２−３５０３５、特願２００２−４９２３８、特願２００２−４９２３９、特願２００２−６１７９７、特願２００２−１５０３５６、特願２００３−１３２６６）
しかし、長鎖炭化水素基とペプチド鎖との結合体については繊維状構造物を形成するが（特許文献２）、中空繊維状の構造物を得ることは出来なかった。
一方、長鎖炭化水素基とペプチド鎖との結合体にアルカリ金属を結合させたジペプチド化合物が界面活性を有することは知られているが（特許文献３）、このような化合物を用いてナノサイズの中空繊維状構造物を作成する試みは成されていなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２２１９０
【特許文献２】
特開２００２−２６６００７
【特許文献３】
特開昭５９−８４９９４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、広範囲な用途に応用可能な微細チューブ状凝集体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、長鎖炭化水素基とペプチド鎖との結合体に遷移金属イオンとを水中に共存させると、自己集合してナノサイズの繊維状構造物を形成することを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、一般式
ＲＣＯ（ＮＨＣＨ_２ＣＯ）_ｍＯＨ
（式中、Ｒは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質と遷移金属とから成る微細中空繊維である。
また本発明は、水中で、一般式
ＲＣＯ（ＮＨＣＨ_２ＣＯ）_ｍＯＨ
（式中、Ｒ及びｍは上記と同様である。）で表わされるペプチド脂質と遷移金属イオンとを共存させることから成る上記微細中空繊維の製法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の微細中空繊維は、一般式
ＲＣＯ（ＮＨＣＨ_２ＣＯ）_ｍＯＨ
で表わされるペプチド脂質と遷移金属とから成る。
この式中、Ｒは炭素数が６〜１８の炭化水素基、好ましくは炭素数２以下の側鎖が付いてもよい直鎖炭化水素である。この炭化水素基は飽和であっても不飽和であってもよく。不飽和の場合には３個以下の二重結合を含むことが好ましい。
【０００８】
この炭化水素基にペプチド結合で結合するグリシン残基が本発明において特長的な役割を果たしており、このグリシンがポリグリシン(II)型構造と呼ばれる水素結合を形成することにより（Crick, F. H. C.; Rich, A. Nature 1955, 176, 780-781）、中空繊維状構造をとるものと考えられる。このグリシン残基を他のアミノ酸で置き換えても通常の条件（後述の実施例１を参照）においては単に繊維状構造物しか形成せず、本発明でグリシン残基を用いた場合のような中空繊維状構造物を形成しない（後述の比較例１を参照）。
【０００９】
また遷移元素は、^２１Ｓｃから^３０Ｚｎまで、^３９Ｙから^４８Ｃｄまで、^５７Ｌａから^８０Ｈｇまで、及び^８９Ａｃ以上の金属をいう。これらを単品で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよいが、単品を用いることが好ましい。この遷移元素は、好ましくは^２１Ｓｃから^３０Ｚｎまで、^３９Ｙから^４８Ｃｄまで、及び^５７Ｌａから^８０Ｈｇまでのいずれかの金属であり、より好ましくはマンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、パラジウム、金、又は白金である。
本発明の微細中空繊維は、このペプチド脂質と遷移金属とから成るが、ペプチド脂質のカルボキシレートアニオンと遷移金属イオンとが結合した下式
ＲＣＯ（ＮＨＣＨ_２ＣＯ）_ｍＯＸ
（式中、Ｒ及びｍは上記と同様であり、Ｘは遷移金属イオンを表す。）で表される化合物から成ると考えられる。
【００１０】
本発明の微細中空繊維は図１に示す構造をしていると考えられる。即ち、ペプチド脂質と遷移金属との結合物は、外側に遷移金属、内側にペプチド脂質が配位するような厚さが約４．４ｎｍ程度の層を形成し、この層が何層（約５〜１０層ほど）にも中空部分を取り囲むことにより微細中空繊維を構成している。その結果チューブの膜厚は約２０〜５０ｎｍ程度になる。なおこのサイズは実施例１のような条件下での値であり、形成条件が異なればサイズは異なってもよい。
この微細中空繊維の平均長さは約１〜１００μｍ、平均直径は約１０〜１０００ｎｍである。
【００１１】
本発明の微細中空繊維は、水中に上記ペプチド脂質と遷移金属イオンを共存させると瞬時に形成される。具体的には、まず水中に上記ペプチド脂質を溶解させる。ペプチド脂質に塩基を加えることにより脂質末端にカルボキシレートアニオンが形成される。この塩基としては、アルカリ金属水酸化物（水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウムなど）やテトラアルキルアンモニウム水酸化物（テトラメチルアンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化物など）などの比較的強い塩基が適している。このときのペプチド脂質の濃度は１〜５０ミルモル／リットルが好ましい。なお、溶媒は水以外でもかまわないと考えられるが現時点で試験した結果は水が最も好ましい。次に、遷移金属イオンを加えるが、水中で遷移金属イオンとなるような前駆体であればどのような構造のものを用いてもよい。最も簡便であるのは遷移金属の塩であり、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸などの遷移金属塩を用いることができる。
【００１２】
このようにして、水中でカルボキシレートアニオンと遷移金属イオンとが直ちに反応して、ペプチド脂質と遷移金属の結合体が形成され、この結合体は自己集合性である。遷移金属イオンを加えると瞬時に微細中空繊維が形成されるため、適宜微細中空繊維の形成状況を観察しながら遷移金属の供給速度を決めればよい。なお、この際の温度はいかなる温度でもよいが、室温で十分反応は進行する。この繊維状物質を捕集し、風乾又は真空乾燥することにより、空気中で安定な微細中空繊維が得られる。得られた微細中空繊維の形態は、通常の光学顕微鏡を用いて容易に観察することができる。この構造はレーザー顕微鏡、原子間力顕微鏡、電子顕微鏡を用いることにより、より詳細に確認することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の微細中空繊維を容易の原料である本発明の脂質は安価であり、その製法も容易である。
本発明の微細中空繊維は医療用の除放性担体や吸着体として用いることができるほか、化粧品分野、食品工業、農林業、繊維工業、などにおける乳化剤、安定剤、分散剤、湿潤剤などとして有用である。また金属や導電性物質をドープしてナノ部品などとして電子、情報分野において利用可能である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例にて本発明を例証するが、本発明を限定することを意図するものではない。
製造例１
グリシルグリシンベンジルエステル塩酸塩（国産化学製）０．５７ｇ（２．２ミリモル）にトリエチルアミン０．３１ｍｌ（２．２ミリモル）を加えエタノール１０ｍｌに溶解した。ここにウンデカンカルボン酸（東京化成製）０．４０ｇ（２ミリモル）を含むクロロホルム溶液５０ｍｌを加えた。この混合溶液を−１０℃で冷却しながら１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩０．４２ｇ（２．２ミリモル）を含むクロロホルム溶液２０ｍｌを加え、徐々に室温に戻しながら一昼夜撹拌した。反応溶液を１０重量％クエン酸水溶液５０ｍｌ、４重量％炭酸水素ナトリウム水溶液５０ｍｌ、水５０ｍｌの純に洗浄した後、減圧下で濃縮し白色固体（Ｎ−（グリシルグリシンベンジルエステル）ウンデカンカルボキサミド）０．５０ｇ（収率６０％）を得た。
【００１５】
得られた化合物０．４２ｇ（１ミリモル）をジメチルホルムアミド１００ｍｌに溶解し、触媒として１０重量％パラジウム／炭素を０．５ｇ加え、接触水素還元を行った。６時間後、触媒をセライトを用いてろ別した後、減圧下で濃縮することにより、白色固体０．１６ｇ（収率５０％）を得た。この白色固体はＮ−（グリシルグリシン）ウンデカンカルボキサミドであると結論された。この物理的性状及び元素分析値を次に示す。

【００１６】
実施例１
製造例１で得たＮ−（グリシルグリシン）ウンデカンカルボキサミド１ミリモル（ペプチド脂質）をサンプル瓶にとり、これに１倍当量の水酸化ナトリウム４０ｍｇ（１ミリモル）を含む蒸留水５０ｍｌを加え、超音波照射（バス型）を施すことによりペプチド脂質を溶解させた。この水溶液に２０ミリモル／リットルの酢酸銅（II）（和光純薬製）５０ｍｌ（０．５ミリモル）を常温・常圧下で加えると瞬時に溶液が濁り、青色の沈殿物が形成した。
【００１７】
この沈殿物の赤外吸収スペクトルを測定した。図２にペプチド脂質ナトリウム塩と青色沈殿物の赤外吸収スペクトルを示す。この青色沈殿物（微細中空繊維）には、ペプチド脂質ナトリウム塩のカルボキシレートアニオンに特異的な１６０４ｃｍ^−１の吸収がなくなっており、また１４０８ｃｍ^−１の吸収が１４１９ｃｍ^−１付近に大きくシフトしていた。この結果は、カルボキシレートアニオンに金属イオンが配位したときに特異的にあらわれる現象であることから、得られた沈殿物がペプチド脂質と金属からなることを示す。
また、この沈殿物を透過型電子顕微鏡により観察した。図３に得られた微細中空繊維の透過型電子顕微鏡写真を示す。その結果、平均長さが１〜１００μｍであり、平均直径が１０〜１０００ｎｍである中空の繊維を確認した。
【００１８】
製造例２
バリルバリンベンジルエステル塩酸塩（国産化学製）０．７５ｇ（２．２ミリモル）にトリエチルアミン０．３１ｍｌ（２．２ミリモル）を加えエタノール１０ｍｌに溶解した。ここにウンデカンカルボン酸（東京化成製）０．４０ｇ（２ミリモル）を含むクロロホルム溶液５０ｍｌを加えた。この混合溶液を−１０℃で冷却しながら１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（国産化学製）０．４２ｇ（２．２ミリモル）を含むクロロホルム溶液２０ｍｌを加え、徐々に室温に戻しながら一昼夜撹拌した。反応溶液を１０重量％クエン酸水溶液５０ｍｌ、４重量％炭酸水素ナトリウム水溶液５０ｍｌ、水５０ｍｌの純に洗浄した後、減圧下で濃縮し白色固体としてＮ−（バリルバリンベンジルエステル）ウンデカンカルボキサミド０．７２ｇ（収率７１％）を得た。この化合物０．５０ｇ（１ミリモル）をジメチルホルムアミド１００ｍｌに溶解し、触媒として１０重量％パラジウム／炭素を０．５ｇ加え、接触水素還元を行った。６時間後、触媒をセライトを用いてろ別した後、減圧下で濃縮することにより、白色固体のＮ−（バリルバリン）ウンデカンカルボキサミド０．２８ｇ（収率７０％）を得た。
【００１９】
比較例１
製造例２で得たＮ−（バリルバリン）ウンデカンカルボキサミド１ミリモルをサンプル瓶にとり、これに１倍当量の水酸化ナトリウム４０ｍｇ（１ミリモル）を含む蒸留水５０ｍｌを加え、超音波照射（バス型）を施すことによりペプチド脂質を溶解させた。この水溶液に２０ミリモル／リットルの酢酸銅（II）５０ｍｌ（０．５ミリモル）を常温・常圧下で加えると瞬時に溶液が濁り、青色の沈殿物が形成した。沈殿物を走査電子顕微鏡により観察した。図４に得られた走査電子顕微鏡写真を示す。その結果、長さが１〜１００μｍであり、平均直径が１００ｎｍである微細繊維を確認した。この微細繊維は中空ではなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細中空繊維の構造を示す図である。
【図２】実施例１で得た微細中空繊維の赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図３】実施例１で得た微細中空繊維の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図４】比較例１で得た中空でない微細繊維の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。

Claims

一般式
ＲＣＯ（ＮＨＣＨ_２ＣＯ）_ｍＯＨ
（式中、Ｒは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質と遷移金属とから成る微細中空繊維。
前記遷移金属が^２１Ｓｃから^３０Ｚｎまで、^３９Ｙから^４８Ｃｄまで、及び^５７Ｌａから^８０Ｈｇまでのいずれかの金属又はこれらの混合である請求項１に記載の微細中空繊維。
Ｒが直鎖炭化水素である請求項１又は２に記載の微細中空繊維。
平均長さが１〜１００μｍであり、平均直径が１０〜１０００ｎｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の微細中空繊維。
水中で、一般式
ＲＣＯ（ＮＨＣＨ_２ＣＯ）_ｍＯＨ
（式中、Ｒは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質と遷移金属イオンとを共存させることから成る請求項１に記載の微細中空繊維の製法。
前記遷移金属が^２１Ｓｃから^３０Ｚｎまで、^３９Ｙから^４８Ｃｄまで、及び^５７Ｌａから^８０Ｈｇまでのいずれかの金属又はこれらの混合である請求項５に記載の製法。
Ｒが直鎖炭化水素である請求項５又は６に記載の製法。