JP4413252B2 - Nanostructure composite-coated structure and method for producing the same - Google Patents

Nanostructure composite-coated structure and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、任意形状の固体基材表面がポリエチレンイミン骨格を有するポリマーとシリカとがナノメートルオーダーで複合化されてなるナノ構造複合体(複合ナノファイバーまたは複合ナノ粒子)で緻密に被覆されていることを特徴とするナノ構造複合体被覆型構造物、及び該構造物の製造方法に関する。   In the present invention, a solid substrate surface having an arbitrary shape is densely coated with a nanostructure composite (composite nanofiber or composite nanoparticle) in which a polymer having a polyethyleneimine skeleton and silica are combined on the nanometer order. The present invention relates to a nanostructure composite-covered structure and a method for producing the structure.

珪素は地殻上で酸素に次ぐ第二番目を誇る豊富な存在であり、自然界の石英、水晶、オパール、雲母、珪藻などはよく知られている珪素の酸化物である。規則的な空間構造やパターン構造を有するシリカ材料の創製は、材料科学分野において大きな研究課題であり、これに関する技術開発が飛躍的に進歩している。   Silicon is the second most abundant existence after oxygen on the earth's crust, and natural quartz, quartz, opal, mica, diatoms, etc. are well-known oxides of silicon. The creation of a silica material having a regular spatial structure or pattern structure is a major research subject in the field of material science, and technological development related to this has progressed dramatically.

シリカ材料にある種の構造を発現させるための方法としては、分子組織体をテンプレート(鋳型)として用い、その組織体周辺でシリカを固定化する方法が、該分野において広く用いられている。このテンプレートには、界面活性剤(例えば、非特許文献1参照。)、ブロックポリマー(例えば、非特許文献2参照。)、ウイルス、バクテリア(例えば、非特許文献3参照。)などが使用されており、これらをテンプレートとして合成されるナノ空洞を有するシリカ、例えば、MCM−41(メソポーラス)シリーズの材料は、触媒、電子材料、ナノフィルター、バイオ工学などへの応用が可能となり、それの応用開発は世界的な規模で行われている。特に、これらメソポーラス材料に関しては、より精密な構造の制御へ向けた研究がなされており、空洞の大きさ、並び方、あるいは球状のシリカ中での空洞制御などが検討されている。   As a method for expressing a certain structure in a silica material, a method in which a molecular organization is used as a template (template) and silica is fixed around the organization is widely used in the field. For this template, a surfactant (for example, see Non-Patent Document 1), a block polymer (for example, see Non-Patent Document 2), a virus, a bacterium (for example, see Non-Patent Document 3), or the like is used. Silica with nano cavities synthesized using these as templates, such as MCM-41 (Mesoporous) series materials, can be applied to catalysts, electronic materials, nanofilters, biotechnology, etc. Is done on a global scale. In particular, with regard to these mesoporous materials, studies have been conducted for more precise control of the structure, and the size and arrangement of the cavities or the control of cavities in spherical silica are being studied.

一方、このようなナノ空洞の制御と並行して、シリカそのものの形状をナノからミクロンさらにはマクロスケールまでに制御する技術が注目されている。これは生態系でのバイオシリカに啓発されたことに一因がある(例えば、非特許文献4参照。)。自然界のバイオシリカとしては、珪藻類を取りあげることができる。珪藻類は、その体形をシリカで構成し、その上に複雑かつ精密な形状とパターンとを有する。生き物の細胞膜上でのシリカの構築には、タンパク質、またはポリペプチドが関わる(例えば、非特許文献5参照。)が、これらは、シリカを析出並びに固定化する反応の触媒として作用したり、シリカ形状成長の足場を提供したりする。このような生体系バイオシリカの形成において、欠かせない化学構造の一つが長鎖ポリアミンである。ポリアミンは、ペプチド構造に組み込まれることで働くか、または独自に一定分子量のポリアミンとしてポリペプチドと共に働くものである(例えば、非特許文献6参照。)。   On the other hand, in parallel with such control of nanocavities, attention has been paid to a technique for controlling the shape of silica itself from nano to micron to macro scale. This is partly due to the enlightenment of biosilica in ecosystems (see Non-Patent Document 4, for example). Diatoms can be taken up as natural biosilica. Diatoms are composed of silica and have complex and precise shapes and patterns. The construction of silica on the cell membrane of living organisms involves proteins or polypeptides (see, for example, Non-Patent Document 5), but these act as a catalyst for the reaction of depositing and immobilizing silica, or silica. Or provide a scaffold for shape growth. One of the indispensable chemical structures for the formation of such biological biosilica is a long-chain polyamine. The polyamine works by being incorporated into a peptide structure or works together with the polypeptide as a polyamine having a constant molecular weight by itself (see, for example, Non-Patent Document 6).

上記したように、ポリアミンの存在下で、例えば、珪酸、珪酸ナトリウムまたはアルコキシシラン等のシリカソースを、室温でシリカゲルとして固定化できることは、ここ数年広く知られるようになった。しかし、それらは通常ポリアミンを水中溶解させ、その水溶液中でのシリカソースのゾルゲル反応により行われるものであるため、シリカゲルが形成できても、それらの多くはシリカゲルの形状を制御することはできず、規則的な構造を有するシリカゲルの実現は困難であった。   As described above, it has been widely known in recent years that a silica source such as silicic acid, sodium silicate or alkoxysilane can be immobilized as silica gel at room temperature in the presence of polyamine. However, since they are usually made by dissolving polyamine in water and sol-gel reaction of silica source in the aqueous solution, even though silica gel can be formed, many of them cannot control the shape of silica gel. The realization of silica gel having a regular structure has been difficult.

上記の方法とは異なり、本発明者らは、2級アミンで構成された直鎖状ポリエチレンイミンが水性媒体中で発現する特異な分子会合体をシリカ析出の反応場として用いることにより、シリカナノファイバーに代表されるさまざまな複雑形状を有するシリカ含有ナノ構造体およびその製造法を見いだした(特許文献1〜4参照。)。これらの発明では、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーを水中にて自発的に会合させた後、その会合体液中にアルコキシシラン類のシラン化合物を混合させると、そのシラン類が選択的にポリマー会合体表面で加水分解的に縮合され、ポリマーとシリカとが複合したナノ構造体が生成することを見出したことにより完成した発明である。このプロセスはシリカ系ナノ構造体の構造制御に高効率であるが、あくまでも溶液中にシリカのナノ材料を析出させることであった。   Unlike the above method, the present inventors have used silica nanofibers by using, as a reaction field for silica precipitation, a unique molecular aggregate in which a linear polyethyleneimine composed of a secondary amine is expressed in an aqueous medium. The present inventors have found silica-containing nanostructures having various complex shapes typified by (2) and methods for producing the same (see Patent Documents 1 to 4). In these inventions, when a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is spontaneously associated in water and then mixed with a silane compound of alkoxysilanes in the associated fluid, the silanes are selectively polymerized. The present invention has been completed by finding that a nanostructure in which a polymer and silica are combined is produced by hydrolytic condensation on the surface of the aggregate. This process is highly efficient for controlling the structure of the silica-based nanostructure, but it is only to deposit the silica nanomaterial in the solution.

バイオシリカの啓発による技術開発にはもう一つ重要な領域がある。それは、固体材料表面にシリカ皮膜を形成させることである。バイオシリカから模倣する基本方法には、いずれも触媒として機能するポリアミン類を基材表面に吸着または化学結合で固定させ、その上でシリカを析出させることしかない。例えば、金の表面にラジカル重合開始能を有する分子残基を固定し、これにアミノ基を有するラジカル重合性モノマー(例えば、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート)をラジカル重合させ、多数のポリ(N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート)を金表面にブラシ状に形成させた後、該アミンポリマーブラシ上でアルコキシシランの加水分解縮合反応を進行させることによりシリカとポリマーとの複合体から成る皮膜が得られることが報告されている(例えば、非特許文献7参照。)。これにより得られる複合膜表面はフラットな構造ではなく、シリカ粒子が無秩序に集合して形成される凹凸構造であり、精巧にパターン形成されたものではなかった。また、例えば、ポリアミンとして、ポリ(L−リシン)を用い、銅板を陽極、平面状インジウムティンオキサイド(ITO)を陰極にし、その両極間にポリ(L−リシン)水溶液を加え、電極から電場印加することで、ポリ(L−リシン)を陰極のITOに吸着させた後、そのITOをケイ酸溶液に浸漬し、ITO表面にシリカを析出させることが報告されている(例えば、非特許文献8参照。)。この方法で得られたITO表面のシリカは基本的に鱗片状構造を示すが、均一な膜は得られず、従って、わずかの特定場所だけは緻密な鱗片構造であり、全体的にはただ鱗片状シリカがバラバラと存在する状態であった。その他、ポリ(L−リシン)、ポリ(L−リシン−チロシン)、ポリ(アリールアミン)塩酸塩など塩基性ポリマー溶液にガラス棒を浸漬し、表面に吸着させた後、そのガラス棒をケイ酸水溶液に浸漬し、ガラス棒表面にシリカを析出させることが報告されている(例えば、非特許文献9参照。)。この方法で得たガラス棒表面には、粗いシリカ皮膜ができるものの、ナノ構造を形成していることを示す特徴は全くなく、シリカが塗られた程度のレベルであった。   There is another important area for technology development through enlightenment of biosilica. That is to form a silica film on the surface of the solid material. The only basic method of mimicking biosilica is to fix polyamines that function as catalysts to the surface of the substrate by adsorption or chemical bonding, and then deposit silica. For example, a molecular residue having radical polymerization initiating ability is immobilized on the surface of gold, and a radical polymerizable monomer having an amino group (for example, N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) is radically polymerized to obtain a large number of poly ( N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) is formed on the gold surface in the form of a brush, and then a hydrolytic condensation reaction of alkoxysilane is allowed to proceed on the amine polymer brush to form a film composed of a composite of silica and polymer. It has been reported that it can be obtained (for example, see Non-Patent Document 7). The surface of the composite film thus obtained was not a flat structure, but an uneven structure formed by randomly gathering silica particles, and was not precisely patterned. In addition, for example, poly (L-lysine) is used as a polyamine, a copper plate is used as an anode, and planar indium tin oxide (ITO) is used as a cathode, an aqueous poly (L-lysine) solution is added between the two electrodes, and an electric field is applied from the electrode. It is reported that after poly (L-lysine) is adsorbed on the cathode ITO, the ITO is immersed in a silicic acid solution to deposit silica on the ITO surface (for example, Non-Patent Document 8). reference.). The silica on the ITO surface obtained by this method basically shows a scaly structure, but a uniform film cannot be obtained. Therefore, only a few specific places have a dense scaly structure. It was in a state where the flaky silica existed apart. In addition, a glass rod is immersed in a basic polymer solution such as poly (L-lysine), poly (L-lysine-tyrosine), poly (arylamine) hydrochloride, and adsorbed on the surface, and then the glass rod is silicic acid. It has been reported that silica is deposited on the surface of a glass rod by dipping in an aqueous solution (see, for example, Non-Patent Document 9). Although a rough silica film was formed on the surface of the glass rod obtained by this method, there was no feature indicating that a nanostructure was formed, and it was at a level where silica was applied.

上記のように、ポリアミン類を基材表面に固定し、その上にシリカを析出させることはできても、構造が制御されたシリカで被覆することは未だにできてない。さらに、基材としては、金属とガラスとが用いられているが、プラスチック表面に規則的かつ複雑な構造を有するシリカ皮膜構築例はない。したがって、任意形状の固体表面に複雑なナノ構造複合体が構築された構造物およびその製法の開発は非常に挑戦的な課題である。   As described above, although polyamines can be fixed on the substrate surface and silica can be deposited thereon, coating with silica having a controlled structure has not yet been achieved. Furthermore, although a metal and glass are used as a base material, there is no silica film construction example which has a regular and complicated structure on the plastic surface. Therefore, development of a structure in which a complex nanostructure composite is constructed on a solid surface of an arbitrary shape and a method for producing the structure are very challenging tasks.

C.T.Kresge et al.,Nature,1992,359,p.710C. T.A. Kresge et al. , Nature, 1992, 359, p. 710 A.Monnier et al.,Science,1993,261,p.1299A. Monnier et al. Science, 1993, 261, p. 1299 S.A.Davis et al.,Nature,1997,385,p.420S. A. Davis et al. , Nature, 1997, 385, p. 420 W.E.G.Muller Ed.,Silicon Biomineralizattion:Biology−Biotechnology−Molecular Biology−Biotechnology,2003,SpringerW. E. G. Muller Ed. , Silicon Biomineralization: Biology-Biotechnology-Molecular Biology-Biotechnology, 2003, Springer N.Kroger et al.,Science,1999,286,p.1129N. Kroger et al. Science, 1999, 286, p. 1129 N.Kroger et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2000,97,p.14133N. Kroger et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97, p. 14133 Don Jin Kim et al.,Langmure,2004年,第20巻,7904−7906頁Don Jin Kim et al. , Langmure, 2004, 20: 7904-7906. D.D. Glawe et al., Langmure,2005年,第21巻,717720頁D. D. Glawe et al. Langmure, 2005, 21, 717720. S. D. Pogula et al.,Langmure,2007年,第23巻,66776683頁S. D. Pogula et al. , Langmure, 2007, Vol. 23, 66766683. 特開2005−264421号公報JP 2005-264421 A 特開2005−336440号公報JP 2005-336440 A 特開2006−063097号公報JP 2006-063097 A 特開2007−051056号公報JP 2007-051056 A

本発明が解決しようとする課題は、任意形状の固体基材表面がシリカで被覆されている構造物、特には、有機物であるポリマーと無機物であるシリカとがナノメートルオーダーで複合化されてなるナノ構造複合体が基材表面全体に広がり、それが基材を完全に被覆するほどの皮膜として基材上に複雑構造のナノ界面を形成しているナノ構造複合体被覆型構造物、更にそのナノ構造複合体中に金属イオン、金属ナノ粒子、有機色素分子が含まれている構造物、及びこれら構造物の簡便且つ効率的な製造方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is a structure in which the surface of a solid substrate of an arbitrary shape is coated with silica, in particular, a polymer that is an organic substance and a silica that is an inorganic substance are combined in a nanometer order. A nanostructure composite-coated structure in which the nanostructure composite spreads over the entire surface of the substrate and forms a complex nanostructure on the substrate as a film that completely covers the substrate, and further An object of the present invention is to provide a structure in which metal ions, metal nanoparticles, and organic dye molecules are contained in the nanostructure composite, and a simple and efficient method for producing these structures.

本発明者らは既に、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーが水性媒体中で自己組織化的に成長する結晶性会合体を反応場にし、溶液中でその会合体表面にてアルコキシシランを加水分解的に縮合させ、シリカを析出させることで、形状変化に富んだ複雑なナノシリカ構造体およびそれらの製法を提供した(前記特許文献1〜4参照。)。この技術の基本原理は、溶液中でポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの結晶性会合体を自発的に生長させることであり、一旦結晶性会合体ができたら、後は単に該結晶性会合体の分散液中にシリカソースを混合して、結晶性会合体表面上だけでのシリカの析出を自然に任せることになる(いわゆる、ゾルゲル反応)。溶液中でのポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの結晶性会合体の生長を、任意形状の固体基材の表面にて進行させ、基材上にポリマーの結晶性会合体の層が形成できれば、その固体基材上にシリカとポリマーとが複合化された新しい界面を有するナノ構造物を構築することができると考えられる。この作業モデルをさらに拡張すれば、固体基材上に形成させる層がポリマーの結晶性会合体ではなく、ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの非結晶性の分子会合体からなる安定な層であっても、同様に目的のシリカとポリマーとが複合化された新しいナノ界面を構築することができると考えられる。   The present inventors have already used a crystalline aggregate in which a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton grows in an aqueous medium in a self-organizing manner as a reaction field, and hydrolyzes alkoxysilane on the surface of the aggregate in a solution. By condensing decomposingly and precipitating silica, a complex nanosilica structure rich in shape change and a manufacturing method thereof were provided (see Patent Documents 1 to 4). The basic principle of this technique is to spontaneously grow a crystalline aggregate of a polymer containing a polyethyleneimine skeleton in a solution. Once a crystalline aggregate is formed, the dispersion of the crystalline aggregate is then simply used. A silica source is mixed therein, and the deposition of silica is allowed to occur naturally only on the surface of the crystalline aggregate (so-called sol-gel reaction). If the growth of the crystalline association of the polyethyleneimine skeleton-containing polymer in the solution proceeds on the surface of a solid substrate of an arbitrary shape and the layer of the crystalline association of the polymer can be formed on the substrate, the solid group It is considered that a nanostructure having a new interface in which silica and a polymer are combined on a material can be constructed. If this working model is further expanded, even if the layer formed on the solid substrate is not a crystalline aggregate of a polymer, but a stable layer consisting of an amorphous molecular aggregate of a polyethyleneimine skeleton-containing polymer, Similarly, it is considered that a new nanointerface in which the target silica and polymer are combined can be constructed.

従って、上記課題解決の根本的な問題は、如何に固体基材の表面にポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの自己組織化会合体の安定な層(皮膜)を形成させるかだけになる。ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーの重要な特徴は、塩基性であること、そして極めて高い極性を有することである。従って、ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーは金属基材、ガラス基材、無機金属酸化物基材、極性表面を有するプラスチック基材、セルロース基材など多くの電子受容体基材類や、ルイス酸性基材類、酸性基材類、極性基材類、水素結合性基材類等の様々な表面と強い相互作用力(吸着力)を有する。本発明者らは、ポリエチレンイミン骨格含有ポリマーのこの特徴を生かし、任意形状の固体基材表面と一定濃度、一定温度のポリエチレンイミン骨格含有ポリマーとの分子溶液と接触(浸漬)させることにより、溶液中の該ポリマーが固体基材表面に吸引され、結果的には該ポリマーの分子会合体からなる層が、固体基材表面の接触させた部分の全面に渡り容易に形成できることを見出した。更にこのようにして得られたポリマー層で被覆された固体基材をシリカソース液中に浸漬させることで、固体基材を複雑なナノ構造を有するシリカ/ポリマー複合体で被覆させることができる事を見出し、本発明を完成するに至った。   Therefore, the fundamental problem in solving the above problem is only how to form a stable layer (film) of the self-assembled aggregate of the polyethyleneimine skeleton-containing polymer on the surface of the solid substrate. An important feature of a polymer containing a polyethyleneimine skeleton is that it is basic and has a very high polarity. Accordingly, the polyethyleneimine skeleton-containing polymer is a metal substrate, a glass substrate, an inorganic metal oxide substrate, a plastic substrate having a polar surface, a cellulose substrate, a lot of electron acceptor substrates, and Lewis acidic substrates. It has a strong interaction force (adsorption force) with various surfaces such as acidic substrates, polar substrates and hydrogen bonding substrates. Taking advantage of this feature of the polyethyleneimine skeleton-containing polymer, the present inventors contacted (immersed) a molecular substrate solution of a solid substrate surface of an arbitrary shape and a polyethyleneimine skeleton-containing polymer having a constant concentration and a constant temperature to obtain a solution. It was found that the polymer therein was attracted to the surface of the solid substrate, and as a result, a layer composed of molecular aggregates of the polymer could be easily formed over the entire contacted portion of the surface of the solid substrate. Furthermore, by immersing the solid substrate coated with the polymer layer thus obtained in a silica source solution, the solid substrate can be coated with a silica / polymer composite having a complicated nanostructure. As a result, the present invention has been completed.

すなわち本発明は、任意形状の固体基材がナノ構造複合体によって被覆されているナノ構造複合体被覆型構造物であって、該ナノ構造複合体がポリエチレンイミン骨格を有するポリマーとシリカとがナノメートルオーダーで複合化されてなる複合体であることを特徴とするナノ構造複合体被覆型構造物、及びその製造方法を提供するものである。   That is, the present invention relates to a nanostructure composite-coated structure in which a solid substrate having an arbitrary shape is coated with a nanostructure composite, and the nanostructure composite is composed of a polymer having a polyethyleneimine skeleton and silica. The present invention provides a nanostructure-composite-covered structure characterized by being a composite formed in a metric order, and a method for producing the same.

また、本発明は、上記ナノ構造複合体中に金属イオン、金属ナノ粒子又は有機色素分子が含まれていることを特徴とするナノ構造複合体被覆型構造物、及びその製造方法を提供するものである。   In addition, the present invention provides a nanostructure composite-covered structure characterized in that metal ions, metal nanoparticles or organic dye molecules are contained in the nanostructure composite, and a method for producing the same. It is.

本発明のナノ構造複合体被覆型構造物は、任意形状の金属、ガラス、無機金属酸化物、プラスチック、セルロースなどの固体基材表面に、ポリマーとシリカとを含有する複合体が形成されているものであり、該構造物自体は、複雑な平面、曲面、棒状、管状等のいずれの形態であってもよく、また、管内、管外、容器内、容器外のいずれにも限定的または包括的に被覆させることができる。また、被覆するナノ構造複合体は、ポリエチレンイミン骨格を有するポリマー溶液と固体基材との接触によって該基材上に形成されるポリマー層をテンプレートとすることから、固体基材表面の一部のみを選択して被覆することも容易である。構造物の大小にかかわらず、その表面にはナノ構造複合体が形成されていることから、単位面積あたりの表面積(比表面積)は極めて大きくなる。また、固体基材表面のナノ構造複合体は基本的にシリカであるため、シリカに関連する応用技術分野で好適に用いることが可能である。更には、該複合体中に、金属イオン、金属ナノ粒子、又は有機色素分子などの様々な機能性パーツを組み込むことも容易であるから、それらの機能を発現させて利用する様々なデバイスへ利用することができる。具体的には、触媒付与型マイクロリアクター、酵素固定装置、物質の分離精製装置、チップ、センサー、フォトニックデバイス構築、絶縁体または半導体構築、殺菌/滅菌デバイス構築、各種マイクロ電池構築、超親水/超疎水界面構築、液晶表示材料部材等として用いることができ、また、プラスチックの耐熱性、難燃性、耐摩耗性及び耐溶剤性改良技術への応用や、基材表面の屈折率調整技術などの、産業上幅広い分野への応用展開が可能である。   In the nanostructure composite-covered structure of the present invention, a composite containing a polymer and silica is formed on the surface of a solid base material such as metal, glass, inorganic metal oxide, plastic, and cellulose having an arbitrary shape. The structure itself may be in any form such as a complex plane, curved surface, rod shape, tubular shape, etc., and is limited or comprehensive in any of the inside, outside the tube, inside the container, and outside the container. Can be coated. In addition, since the nanostructure composite to be coated uses a polymer layer formed on the base material by contact between the polymer solution having a polyethyleneimine skeleton and the solid base material, only a part of the surface of the solid base material is used. It is easy to select and coat. Regardless of the size of the structure, since the nanostructure composite is formed on the surface, the surface area per unit area (specific surface area) becomes extremely large. Further, since the nanostructure composite on the surface of the solid substrate is basically silica, it can be suitably used in the application technical field related to silica. Furthermore, since it is easy to incorporate various functional parts such as metal ions, metal nanoparticles, or organic dye molecules into the composite, it can be used for various devices that express and use these functions. can do. Specifically, catalyst-provided microreactor, enzyme immobilization device, substance separation and purification device, chip, sensor, photonic device construction, insulator or semiconductor construction, sterilization / sterilization device construction, various micro battery construction, super hydrophilic / Can be used as a super-hydrophobic interface construction, liquid crystal display material member, etc., applied to technology for improving heat resistance, flame retardancy, wear resistance and solvent resistance of plastics, technology for adjusting refractive index of substrate surface, etc. Can be applied to a wide range of industries.

本発明の構造物は、固体基材(X)の表面がポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)とシリカ(B)とを含有するナノ構造複合体(Y)によって被覆されたものである。さらに、本発明の構造物は、該ナノ構造複合体部分に、金属イオン、金属ナノ粒子、又は有機色素分子が含まれることを特徴とする構造物をも提供する。従って、本発明の構造物は、固体基材、ポリマー、シリカ、金属イオン、金属ナノ粒子、有機色素分子等により構成される。本発明において、ナノ構造複合体(Y)とは、ポリマー(A)とシリカ(B)、更に必要に応じて併用される金属イオン、金属ナノ粒子、有機色素分子等が、ナノメートルオーダーで複合化され、それがファイバー状・粒子状等の一定の形状を有する有機無機複合体のことを示すものである。また、金属ナノ粒子は後述するように、金属微粒子がナノメートルオーダーの大きさで存在しているものを示すものであって、必ずしも完全な球形である必要はないが、便宜上「粒子」と記載するものである。以下、本発明を詳細に述べる。   In the structure of the present invention, the surface of the solid substrate (X) is coated with a nanostructure composite (Y) containing a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) and silica (B). is there. Furthermore, the structure of the present invention also provides a structure characterized in that the nanostructure composite part contains metal ions, metal nanoparticles, or organic dye molecules. Accordingly, the structure of the present invention is composed of a solid substrate, polymer, silica, metal ions, metal nanoparticles, organic dye molecules, and the like. In the present invention, the nanostructure composite (Y) is a composite of a polymer (A) and silica (B), and metal ions, metal nanoparticles, organic dye molecules, etc. used in combination as necessary in nanometer order. It indicates an organic-inorganic composite having a certain shape such as a fiber shape or a particle shape. In addition, as described later, the metal nanoparticles indicate that the metal fine particles are present in a size of the order of nanometers, and need not be completely spherical, but are described as “particles” for convenience. To do. The present invention will be described in detail below.

[固体基材]
本発明において使用する固体基材(X)としては、後述するポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)が吸着できるものであれば特に限定されず、例えば、ガラス、金属、金属酸化物などの無機材料系基材、樹脂(プラスチック)、セルロースなどの有機材料系基材等、更にはガラス、金属、金属酸化物表面をエッチング処理した基材、樹脂基材の表面をプラズマ処理、オゾン処理した基材などを使用できる。
[Solid substrate]
The solid substrate (X) used in the present invention is not particularly limited as long as the polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) described later can be adsorbed. For example, glass, metal, metal oxide, etc. Inorganic material base material, resin (plastic), organic material base material such as cellulose, etc. Furthermore, glass, metal, metal oxide surface etched substrate, resin substrate surface plasma treatment, ozone treatment Can be used.

無機材料系ガラス基材としては、特に限定することではないが、例えば、耐熱ガラス(ホウケイ酸ガラス)、ソーダライムガラス、クリスタルガラス、鉛や砒素を含まない光学ガラスなどのガラスを好適に用いることができる。ガラス基材の使用においては、必要に応じ、表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングして用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type glass substrate, For example, glass, such as heat resistant glass (borosilicate glass), soda-lime glass, crystal glass, optical glass which does not contain lead and arsenic, is used suitably. Can do. In the use of a glass substrate, the surface can be used by etching with an alkaline solution such as sodium hydroxide, if necessary.

無機材料系金属基材としては特に限定しないが、例えば、鉄、銅、アルミ、ステンレス、亜鉛、銀、金、白金、またはこれらの合金などからなる基材を好適に用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type metal base material, For example, the base material which consists of iron, copper, aluminum, stainless steel, zinc, silver, gold | metal | money, platinum, or these alloys etc. can be used suitably.

無機材料系金属酸化物基材としては、特に限定することではないが、例えば、ITO(インジウムティンオキシド)、酸化スズ、酸化銅、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナなどを好適に用いることができる。   Although it does not specifically limit as an inorganic material type metal oxide base material, For example, ITO (indium tin oxide), a tin oxide, copper oxide, a titanium oxide, a zinc oxide, an alumina etc. can be used suitably.

樹脂基材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカボナート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニール、ポリエチレンアルコール、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、セルロースなどの各種ポリマーの加工品を用いることができる。各種ポリマーの使用においては、必要に応じ、表面をプラズマまたはオゾン処理したものであっても、硫酸またはアルカリ等で処理したものであっても良い。   As the resin base material, for example, processed products of various polymers such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyester, polystyrene, polymethacrylate, polyvinyl chloride, polyethylene alcohol, polyimide, polyamide, polyurethane, epoxy resin, and cellulose can be used. it can. In the use of various polymers, the surface may be treated with plasma or ozone, or treated with sulfuric acid or alkali, if necessary.

固体基材(X)の形状については、特に限定されるものではなく、平面状若しくは曲面状板、またはフィルムでも良い。特に、複雑形状加工品の管状チューブ、管状チューブのらせん体、マイクロチューブ;また、任意形状の(例えば、球形、四角形、三角形、円柱形等)容器;また、任意形状の(例えば、円柱形、四角形、三角形等)棒または繊維状態の固体基材でも好適に用いることができる。   The shape of the solid substrate (X) is not particularly limited, and may be a flat or curved plate or a film. In particular, a tubular tube, a spiral tube of a tubular tube, a microtube; a container having an arbitrary shape (for example, a spherical shape, a square shape, a triangular shape, a cylindrical shape); an arbitrary shape (for example, a cylindrical shape, (Rectangle, triangle, etc.) A rod or a solid substrate in a fiber state can also be suitably used.

[ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)]
本発明において、固体基材(X)上に形成するポリマー層には、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を用いることを必須とする。該ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)としては、線状、星状、櫛状構造の単独重合体であっても、他の繰り返し単位を有する共重合体であっても良い。共重合体の場合には、該ポリマー(A)中のポリエチレンイミン骨格(a)のモル比が20%以上であることが、安定なポリマー層を形成できる点から好ましく、該ポリエチレンイミン骨格(a)の繰り返し単位数が10以上である、ブロック共重合体であることがより好ましい。
[Polymer having Polyethyleneimine Skeleton (a) (A)]
In the present invention, it is essential to use a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) for the polymer layer formed on the solid substrate (X). The polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a) may be a linear, star-shaped or comb-shaped homopolymer, or a copolymer having other repeating units. In the case of a copolymer, the molar ratio of the polyethyleneimine skeleton (a) in the polymer (A) is preferably 20% or more from the viewpoint of forming a stable polymer layer. It is more preferable that it is a block copolymer having 10 or more repeating units.

前記ポリエチレンイミン骨格(a)としては、分岐状または直鎖状のいずれでも良いが、結晶性会合体形成能が高い直鎖状ポリエチレンイミン骨格であることがより好ましい。また単独重合体であっても共重合体であっても、ポリエチレンイミン骨格部分に相当する分子量が500〜1,000,000の範囲であると、安定なポリマー層を基材(X)上に形成することができる点から好ましい。これらポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)は市販品または本発明者らがすでに開示した合成法(前記特許文献1〜4参照。)により得ることができる。   The polyethyleneimine skeleton (a) may be either branched or linear, but is more preferably a linear polyethyleneimine skeleton having a high ability to form a crystalline aggregate. Whether the polymer is a homopolymer or a copolymer, a stable polymer layer is formed on the substrate (X) when the molecular weight corresponding to the polyethyleneimine skeleton is in the range of 500 to 1,000,000. It is preferable because it can be formed. The polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a) can be obtained from a commercially available product or a synthesis method already disclosed by the present inventors (see Patent Documents 1 to 4).

後述するように、前記ポリマー(A)は様々な溶液に溶解して用いることができるが、この時、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)以外に、該ポリマー(A)と相溶するその他のポリマーと混合して用いることができる。その他のポリマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリメチルオキサゾリン、ポリエチルオキサゾリン、ポリプロピレンイミンなどを挙げることができる。これらのその他のポリマーを用いることにより、得られる構造物中の表面にあるナノ構造複合体層の厚み等を容易に調整することが可能となる。   As will be described later, the polymer (A) can be used by dissolving in various solutions. At this time, in addition to the polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a), the polymer (A) is compatible with the polymer (A). It can be used by mixing with other polymers. Examples of the other polymer include polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylamide, poly (N-isopropylacrylamide), polyhydroxyethyl acrylate, polymethyloxazoline, polyethyloxazoline, and polypropyleneimine. By using these other polymers, the thickness of the nanostructure composite layer on the surface of the resulting structure can be easily adjusted.

[シリカ(B)]
本発明で得られる構造物の基材表面は、ポリマーとシリカとからなるナノ構造複合体であることが大きな特徴である。シリカ(B)形成に必要なシリカソースとしては、例えば、アルコキシシラン類、水ガラス、ヘキサフルオロシリコンアンモニウム等を用いることができる。
[Silica (B)]
A major feature of the substrate surface of the structure obtained by the present invention is that it is a nanostructure composite comprising a polymer and silica. As a silica source required for forming silica (B), for example, alkoxysilanes, water glass, hexafluorosilicon ammonium and the like can be used.

アルコキシシラン類としては、テトラメトキシシラン、メトキシシラン縮合体のオリゴマー、テトラエトキシシラン、エトキシシラン縮合体のオリゴマーを好適に用いることができる。さらに、アルキル置換アルコキシシラン類の、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、iso−プロピルトリメトキシシラン、iso−プロピルトリエトキシシラン等、更に、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトトリエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリメトキシシラン、p−クロロメチルフェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等を、単一で、又は混合して用いることができる。   As the alkoxysilanes, tetramethoxysilane, oligomers of methoxysilane condensates, tetraethoxysilane, oligomers of ethoxysilane condensates can be suitably used. Further, alkyl-substituted alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, iso-propyltrimethoxysilane, iso-propyltriethoxysilane, etc., 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycid Xylpropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3,3 -Trifluoropropyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, p -Chloromethylphenyltrimethoxysilane, p-chloromethylphenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane and the like can be used alone or in combination.

また、上記シリカソースに、他のアルコキシ金属化合物を混合して用いることもできる。例えば、テトラブトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、または水性媒体中安定なチタニウムビス(アンモニウムラクテート)ジヒドロキシド水溶液、チタニウムビス(ラクテート)の水溶液、チタニウムビス(ラクテート)のプロパノール/水混合液、チタニウム(エチルアセトアセテート)ジイソプロポオキシド、硫酸チタン、ヘキサフルオロチタンアンモニウム等を用いることができる。   In addition, other silica metal compounds may be mixed with the silica source. For example, tetrabutoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, or an aqueous solution of titanium bis (ammonium lactate) dihydroxide stable in an aqueous medium, an aqueous solution of titanium bis (lactate), a propanol / water mixture of titanium bis (lactate), titanium (ethyl) Acetoacetate) diisopropoxide, titanium sulfate, hexafluorotitanium ammonium and the like can be used.

[金属イオン(C)]
本発明の構造体における基材表面は、前述のポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)とシリカ(B)とからなるナノ構造複合体(Y)で被覆されている。このナノ構造複合体(Y)中には金属イオン(C)を安定に取り込むことができ、従って、金属イオン(C)を含むナノ構造複合体被覆型構造物を得ることができる。
[Metal ion (C)]
The surface of the base material in the structure of the present invention is covered with the nanostructure composite (Y) composed of the polymer (A) having the above-mentioned polyethyleneimine skeleton (a) and silica (B). In this nanostructure composite (Y), the metal ion (C) can be stably taken in, and thus a nanostructure composite-coated structure containing the metal ion (C) can be obtained.

前記ポリマー(A)中のポリエチレンイミン骨格(a)は金属イオン(C)に対して強い配位能力を有するため、金属イオン(C)は該骨格中のエチレンイミン単位と配位結合して金属イオン錯体を形成する。該金属イオン錯体は金属イオン(C)がエチレンイミン単位に配位されることにより得られるものであり、イオン結合等の過程と異なり、該金属イオン(C)がカチオンでも、またはアニオンでも、エチレンイミン単位への配位により錯体を形成することができる。従って、金属イオン(C)の金属種は、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位と配位結合できるものであれば制限されず、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属、ランタン系金属、ポリオキソメタレート類の金属化合物等のいずれでも良く、単独種であっても複数種が混合されていても良い。   Since the polyethyleneimine skeleton (a) in the polymer (A) has a strong coordination ability with respect to the metal ion (C), the metal ion (C) is coordinated with the ethyleneimine unit in the skeleton to form a metal. Ion complexes are formed. The metal ion complex is obtained by coordinating a metal ion (C) to an ethyleneimine unit. Unlike a process such as ionic bonding, the metal ion (C) is a cation, an anion, ethylene A complex can be formed by coordination to an imine unit. Accordingly, the metal species of the metal ion (C) is not limited as long as it can coordinate bond with the ethyleneimine unit in the polymer (A), and alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, metalloid, lanthanum series Any of a metal, a metal compound of polyoxometalates, etc. may be sufficient, and it may be a single kind or a plurality of kinds may be mixed.

上記アルカリ金属としては、Li,Na,K,Cs等が挙げられ、該アルカリ金属のイオンの対アニオンとしては、Cl,Br,I,NO,SO,PO,ClO,PF,BF,FCSOなどが挙げられる。 Examples of the alkali metal include Li, Na, K, Cs and the like, and examples of counter ions of the alkali metal ions include Cl, Br, I, NO 3 , SO 4 , PO 4 , ClO 4 , PF 6 , Examples thereof include BF 4 and F 3 CSO 3 .

アルカリ土類金属としては、Mg,Ba,Ca等が挙げられる。   Examples of the alkaline earth metal include Mg, Ba, and Ca.

遷移金属系の金属イオンとしては、それが遷移金属カチオン(Mn+)であっても、または遷移金属が酸素との結合からなる酸根アニオン(MO n−)、またはハロゲン類結合からなるアニオン(ML n−)であっても、好適に用いることができる。なお、本明細書において遷移金属とは、周期表第3族のSc,Y、及び、第4〜12族で第4〜6周期にある遷移金属元素を指す。 As a transition metal-based metal ion, even if it is a transition metal cation (M n + ), an acid group anion (MO x n− ) composed of a bond with oxygen, or an anion composed of a halogen bond ( ML x n− ) can also be suitably used. In the present specification, the transition metal refers to Sc, Y in Group 3 of the periodic table, and transition metal elements in Groups 4 to 12 in the 4th to 6th periods.

遷移金属カチオンとしては、各種の遷移金属のカチオン(Mn+)、例えば、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,W,Os,Ir,Pt,Au,Hgの一価、二価、三価または四価のカチオンなどが挙げられる。これら金属カチオンの対アニオンは、Cl,NO,SO、またはポリオキソメタレート類アニオン、あるいはカルボン酸類の有機アニオンのいずれであってもよい。ただし、Ag,Au,Ptなど、エチレンイミン骨格により還元されやすいものは、pHを酸性条件にする等、還元反応を抑制してイオン錯体を調製することが好ましい。 Examples of transition metal cations include cations of various transition metals (M n + ), such as Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, and Ag. , Cd, W, Os, Ir, Pt, Au, Hg, monovalent, divalent, trivalent or tetravalent cations. Counteranion of these metal cations, Cl, NO 3, SO 4 or polyoxometalate compound anion, or may be an organic anion of carboxylic acids. However, for those that are easily reduced by the ethyleneimine skeleton, such as Ag, Au, and Pt, it is preferable to prepare an ionic complex by suppressing the reduction reaction, for example, by adjusting the pH to an acidic condition.

また遷移金属アニオンとしては、各種の遷移金属アニオン(MO n−)、例えば、MnO,MoO,ReO,WO,RuO,CoO,CrO,VO,NiO,UOのアニオン等が挙げられる。 Examples of the transition metal anion include various transition metal anions (MO x n− ) such as MnO 4 , MoO 4 , ReO 4 , WO 3 , RuO 4 , CoO 4 , CrO 4 , VO 3 , NiO 4 , UO 2. Anions and the like.

本発明における金属イオン(C)としては、前記遷移金属アニオンが、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位に配位した金属カチオンを介してシリカ(B)中に固定された、ポリオキソメタレート類の金属化合物の形態であってもよい。該ポリオキソメタレート類の具体例としては、遷移金属カチオンと組み合わせられたモリブデン酸塩、タングステン酸塩、バナジン酸塩類等をあげることができる。   As the metal ion (C) in the present invention, polyoxometalates in which the transition metal anion is fixed in silica (B) via a metal cation coordinated to an ethyleneimine unit in the polymer (A). It may be in the form of a metal compound. Specific examples of the polyoxometalates include molybdate, tungstate and vanadate in combination with a transition metal cation.

さらに、各種の金属が含まれたアニオン(ML n−)、例えば、AuCl,PtCl,RhCl,ReF,NiF,CuF,RuCl,InCl等、金属がハロゲンに配位されたアニオンもイオン錯体形成に好適に用いることができる。 Furthermore, anions (ML x n− ) containing various metals, such as AuCl 4 , PtCl 6 , RhCl 4 , ReF 6 , NiF 6 , CuF 6 , RuCl 6 , In 2 Cl 6, etc. The coordinated anion can also be suitably used for forming an ion complex.

また、半金属系イオンとしては、Al,Ga,In,Tl,Ge,Sn,Pb,Sb,Biのイオンが挙げられ、なかでもAl,Ga,In,Sn,Pb,Tlのイオンが好ましい。   Further, examples of the metalloid ions include ions of Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb, and Bi. Among them, ions of Al, Ga, In, Sn, Pb, and Tl are preferable.

ランタン系金属イオンとしては、例えば、La,Eu,Gd,Yb,Euなどの3価のカチオンが挙げられる。   Examples of the lanthanum metal ions include trivalent cations such as La, Eu, Gd, Yb, and Eu.

[金属ナノ粒子(D)]
上記した通り、本発明では金属イオン(C)を構造体中のナノ構造複合体(Y)中に取り込むことができる。従って、これらの金属イオン(C)のなかでも、還元反応により還元されやすい金属イオンは、金属ナノ粒子(D)に変換させることで、該複合体(Y)中に金属ナノ粒子(D)を含有させることができる。
[Metal nanoparticles (D)]
As described above, in the present invention, the metal ion (C) can be incorporated into the nanostructure composite (Y) in the structure. Therefore, among these metal ions (C), metal ions that are easily reduced by the reduction reaction are converted into metal nanoparticles (D), whereby the metal nanoparticles (D) are converted into the composite (Y). It can be included.

金属ナノ粒子(D)の金属種としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、マンガン、ニッケル、ロジウム、コバルト、ルテニウム、レニウム、モリブデン、鉄等が挙げられ、複合体(Y)中の金属ナノ粒子(D)は一種であっても、二種以上であってもよい。これら金属種の中でも、特に、銀、金、白金、パラジウムは、その金属イオンがエチレンイミン単位に配位された後、室温または加熱状態で自発的に還元されるため特に好ましい。   Examples of the metal species of the metal nanoparticles (D) include copper, silver, gold, platinum, palladium, manganese, nickel, rhodium, cobalt, ruthenium, rhenium, molybdenum, iron and the like in the composite (Y). These metal nanoparticles (D) may be one kind or two or more kinds. Among these metal species, silver, gold, platinum, and palladium are particularly preferable because the metal ions are spontaneously reduced at room temperature or in a heated state after being coordinated to the ethyleneimine unit.

複合体(Y)中の金属ナノ粒子(D)の大きさは、1〜20nmの範囲に制御できる。また、金属ナノ粒子(D)は、ポリマー(A)とシリカ(B)とのナノ構造複合体(Y)の内部、または外表面に固定することができる。   The magnitude | size of the metal nanoparticle (D) in a composite_body | complex (Y) is controllable in the range of 1-20 nm. The metal nanoparticles (D) can be fixed to the inside or the outer surface of the nanostructure composite (Y) of the polymer (A) and silica (B).

[有機色素分子(E)]
本発明において、構造物を被覆するナノ構造複合体(Y)中のポリエチレンイミン骨格(a)はアミノ基、ヒドロキシ基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基を有する化合物と、水素結合及び/又は静電気引力により、物理的な結合構造を構成することができる。従って、これらの官能基を有する有機色素分子(E)を該複合体(Y)中に含有させることが可能である。
[Organic dye molecule (E)]
In the present invention, the polyethyleneimine skeleton (a) in the nanostructure composite (Y) covering the structure is composed of a compound having an amino group, a hydroxy group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group, a hydrogen bond, and A physical coupling structure can be formed by electrostatic attraction. Therefore, the organic dye molecule (E) having these functional groups can be contained in the complex (Y).

前記有機色素分子(E)としては、単官能酸性化合物、または二官能以上の多官能酸性化合物を好適に用いることができる。   As said organic pigment | dye molecule | numerator (E), a monofunctional acidic compound or a polyfunctional acidic compound more than bifunctional can be used suitably.

具体的には、例えば、テトラフェニルポルフィリンテトラカルボン酸、ピレンジカルボン酸などの芳香族酸類、ナフタレンジスルホン酸、ピレンジスルホン酸、ピレンテトラスルホン酸、アンスラキノンジスルホン酸、テトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸、フタロシアニンテトラスルホン酸、ピペス(PIPES)などの芳香族または脂肪族のスルホン酸類、acid yellow,acid blue,acid red,direct blue,direct yellow,direct red系列のアゾ系染料等を挙げることができる。また、キサンテン骨格を有する色素、例えば、ローダミン、エリスロシン、エオシン系列の色素を用いることができる。   Specifically, for example, aromatic acids such as tetraphenylporphyrin tetracarboxylic acid and pyrene dicarboxylic acid, naphthalene disulfonic acid, pyrene disulfonic acid, pyrene tetrasulfonic acid, anthraquinone disulfonic acid, tetraphenyl porphyrin tetrasulfonic acid, phthalocyanine tetra Aromatic or aliphatic sulfonic acids such as sulfonic acid and pipes (PIPES), acid yellow, acid blue, acid red, direct blue, direct yellow, direct red series azo dyes and the like can be mentioned. In addition, a dye having a xanthene skeleton, for example, rhodamine, erythrosine, and eosin dyes can be used.

[ポリマー(A)とシリカ(B)とを含有するナノ構造複合体(Y)]
ポリマー(A)とシリカ(B)とを含有するナノ構造複合体(Y)は、基本的にはポリマー(A)とシリカ(B)との複合ナノファイバー(y1)または複合ナノ粒子(y2)の集合体であり、その集合体が基材表面全体を覆った状態を構成しながら、様々なパターンまたはモルフォロジーを形成する。例えば、複合ナノファバー(y1)が固体基材上の全面に該ファイバーの長軸が略垂直方向を向いて生えているような芝状(ナノ芝)またはファイバーの長軸が比較的長く、そのため若干垂直方向よりも倒れる傾向を有する田んぼ状(ナノ田んぼ)、複合ナノファイバー(y1)が基材上全面で横倒れているような畳状(ナノ畳)、複合ナノファイバー(y1)又は複合ナノ粒子(y2)が基材上の全面でネットワークを形成しているスポンジ状(ナノスポンジ)など、多様多種の階層構造を構成することができる。
[Nanostructure composite (Y) containing polymer (A) and silica (B)]
The nanostructure composite (Y) containing the polymer (A) and the silica (B) is basically a composite nanofiber (y1) or composite nanoparticle (y2) of the polymer (A) and the silica (B). Various patterns or morphologies are formed while constituting a state in which the aggregate covers the entire substrate surface. For example, the composite nanofabric (y1) has a turf-like shape (nano turf) in which the long axis of the fiber grows in a substantially vertical direction on the entire surface of the solid substrate, or the long axis of the fiber is relatively long. Rice field shape (nano rice field), composite nanofiber (y1), composite nanofiber (y1) or composite nanoparticle in which the composite nanofiber (y1) is lying down on the entire surface of the substrate. A wide variety of hierarchical structures such as a sponge (nano sponge) in which (y2) forms a network on the entire surface of the substrate can be formed.

上記ナノ芝状またはナノ田んぼ状、ナノ畳状、ナノスポンジ状等の高次構造における、基本ユニットの複合ナノファイバー(y1)の太さは10〜100nmの範囲である。ナノ芝状、ナノ田んぼ状における複合ナノファイバー(y1)の長さ(長軸方向)は50nm〜10μm範囲に制御することができる。   The thickness of the composite nanofiber (y1) of the basic unit in the higher order structure such as the nano turf shape, the nano rice field shape, the nano tatami shape, or the nano sponge shape is in the range of 10 to 100 nm. The length (major axis direction) of the composite nanofiber (y1) in the nano turf shape or the nano rice field shape can be controlled in the range of 50 nm to 10 μm.

また、固体基材上でネットワークを形成する場合、即ち、被覆層全体にわたって三次元の網目構造を構築している場合には、基本構造が前記複合ナノファイバー(y1)のみからなるものであっても、複合ナノ粒子(y2)のみからなるものであっても、あるいは両者が組み合わさって形成されていても良い。この時、複合ナノ粒子(y2)の平均粒子径としては20nm以下に制御することが好ましい。   When a network is formed on a solid substrate, that is, when a three-dimensional network structure is constructed over the entire coating layer, the basic structure is composed only of the composite nanofiber (y1). Alternatively, the composite nanoparticle (y2) alone may be used, or both may be combined. At this time, the average particle diameter of the composite nanoparticles (y2) is preferably controlled to 20 nm or less.

固体基材上を被覆する際の基板からの厚みは、複合ナノファイバー(y1)及び/又は複合ナノ粒子(y2)の集合体構造とも関連するが、概ね50nm〜20μm範囲で変化させることができる。ナノ芝状では、複合ナノファイバー(y1)が真っすぐ立ち伸びる傾向が強く、ファイバーの長さが基本的に厚みを構成し、一本一本のファイバーの長さはかなり揃った状態であることが特徴である。ナノ田んぼ状では、複合ナノファイバー(y2)が斜めに伸びる傾向が強く、被覆層の厚みはファイバーの長さよりは小さい。また、ナノ田んぼ状の層の厚さは、複合ナノファイバー(y2)の横倒れの重なり状態で決定されることが特徴である。ナノスポンジ状の層の厚さは複合ナノファイバー(y2)が規則性を有する複雑な絡みで盛り上がる度合いにより決まることが特徴である。ネットワークを形成している場合には、その重なり状態、複合ナノファイバー(y1)と複合ナノ粒子(y2)との存在割合等によって厚みが決定される。   The thickness from the substrate when coating on the solid substrate is related to the aggregate structure of the composite nanofiber (y1) and / or composite nanoparticle (y2), but can be varied in the range of about 50 nm to 20 μm. . In the nano-turf shape, the composite nanofiber (y1) has a strong tendency to stand up straight, the length of the fiber basically constitutes the thickness, and the length of each individual fiber is fairly uniform. It is a feature. In the nano rice field, the composite nanofiber (y2) has a strong tendency to extend obliquely, and the thickness of the coating layer is smaller than the length of the fiber. Further, the thickness of the nano rice field layer is characterized by being determined by the overlapping state of the composite nanofiber (y2). The thickness of the nanosponge-like layer is characterized in that it is determined by the degree to which the composite nanofiber (y2) swells with a complex entanglement having regularity. When a network is formed, the thickness is determined by the overlapping state, the existence ratio of the composite nanofiber (y1) and the composite nanoparticle (y2), and the like.

ナノ構造複合体(Y)中、ポリマー(A)の成分は5〜30質量%で調整可能である。ポリマー(A)成分の含有量を変えることで、集合体構造(高次構造)を変えることもできる。   In the nanostructure composite (Y), the component of the polymer (A) can be adjusted at 5 to 30% by mass. By changing the content of the polymer (A) component, the aggregate structure (higher order structure) can be changed.

また、該ナノ構造複合体(Y)中に金属イオン(C)、金属ナノ粒子(D)又は有機色素分子(E)を含有させる場合には、その種類によって高次構造を制御することも可能である。この場合においても、基本ユニットは前記したような複合ナノファイバー(y1)及び/複合ナノ粒子(y2)であり、これらが、組み合わさって複雑形状を形成する。   In addition, when a metal ion (C), a metal nanoparticle (D), or an organic dye molecule (E) is contained in the nanostructure composite (Y), it is possible to control the higher order structure depending on the type. It is. Even in this case, the basic unit is the composite nanofiber (y1) and / or the composite nanoparticle (y2) as described above, which are combined to form a complex shape.

金属イオン(C)を取り込む際の該金属イオン(C)取り込み量としては、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位1当量に対し、1/4〜1/200当量の範囲で調製することが好ましく、この比率を変えることによって、被覆層の厚みを変化させることができる。また、この時の被覆層は金属種に応じた発色をすることもある。   The amount of the metal ion (C) incorporated when the metal ion (C) is incorporated is preferably prepared in the range of 1/4 to 1/200 equivalent per 1 equivalent of the ethyleneimine unit in the polymer (A). By changing this ratio, the thickness of the coating layer can be changed. In addition, the coating layer at this time may develop color depending on the metal species.

金属ナノ粒子(D)を取り込む際の該金属ナノ粒子(D)取り込み量としては、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位1当量に対し、1/4〜1/200当量の範囲で調製することが好ましく、この比率を変えることによって、被覆層の厚みを変化させることができる。また、この時の被覆層は金属種に応じた発色をすることもある。   The amount of metal nanoparticles (D) incorporated when incorporating metal nanoparticles (D) should be adjusted within a range of 1/4 to 1/200 equivalents per 1 equivalent of ethyleneimine units in polymer (A). Preferably, the thickness of the coating layer can be changed by changing this ratio. In addition, the coating layer at this time may develop color depending on the metal species.

有機色素分子(E)を取り込む際の該有機色素分子(E)取り込み量としては、ポリマー(A)中のエチレンイミン単位1当量に対し、1/2〜1/1200当量の範囲で調製することが好ましく、この比率を変化させることにより、被覆層の厚みや形状パターンを変えることもできる。   The amount of the organic dye molecule (E) incorporated when the organic dye molecule (E) is incorporated should be prepared in the range of 1/2 to 1/1200 equivalent per 1 equivalent of the ethyleneimine unit in the polymer (A). Preferably, the thickness and shape pattern of the coating layer can be changed by changing this ratio.

また、ナノ構造複合体(Y)には、金属イオン(C)、金属ナノ粒子(D)及び有機色素分子(E)の2種以上を同時に取り込ませることもできる。   Moreover, 2 or more types of a metal ion (C), a metal nanoparticle (D), and an organic pigment | dye molecule | numerator (E) can also be taken in into a nanostructure composite_body | complex (Y) simultaneously.

[ナノ構造複合体被覆型構造物の製造方法]
本発明の構造物の製造方法は、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と金属イオン(C)との混合溶液、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と有機色素分子(E)との混合溶液、またはポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と金属イオン(C)と有機色素分子(E)との混合溶液を固体基材(X)の表面に接触させた後、該基材(X)を取り出し、基材(X)の表面にポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と、併用された金属イオン(C)及び/又は有機色素分子(D)とからなるポリマー層が吸着した基材を得る工程(1)と、前記ポリマー層が吸着した基材とシリカソース液(B’)とを接触させて、基材表面に吸着したポリマー層中のポリエチレンイミン骨格(a)が有する触媒機能により、シリカ(B)がその上に析出して、ナノ構造複合体(Y)を形成すると共に基材を被覆する工程(2)、とを有する製造方法である。この手法により固体基材(X)の表面にポリマー(A)とシリカ(B)とからなるナノ界面、ポリマー(A)/金属イオン(C)/シリカ(B)からなるナノ界面、ポリマー(A)/有機色素分子(E)/シリカ(B)からなるナノ界面の被覆層を容易に形成することができる。
[Method for producing nanostructure composite-coated structure]
The method for producing a structure of the present invention comprises a solution of a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a), a mixed solution of a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) and a metal ion (C), polyethyleneimine A mixed solution of a polymer (A) having a skeleton (a) and an organic dye molecule (E), or a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a), a metal ion (C), and an organic dye molecule (E). After bringing the mixed solution into contact with the surface of the solid substrate (X), the substrate (X) is taken out and used together with the polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) on the surface of the substrate (X). Step (1) for obtaining a base material adsorbed with a polymer layer composed of metal ions (C) and / or organic dye molecules (D), a base material adsorbed with the polymer layer, and a silica source liquid (B ′) Contact Due to the catalytic function of the polyethyleneimine skeleton (a) in the polymer layer adsorbed on the substrate surface, silica (B) is deposited thereon to form a nanostructure composite (Y) and coat the substrate. A manufacturing method comprising the step (2). By this method, a nanointerface consisting of polymer (A) and silica (B), a nanointerface consisting of polymer (A) / metal ion (C) / silica (B), polymer (A) on the surface of solid substrate (X) ) / Organic dye molecule (E) / silica (B), a nano-interface coating layer can be easily formed.

工程(1)において使用するポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)は前述のポリマーを使用できる。また、該ポリマー(A)の溶液を得る際に使用可能な溶媒としては、該ポリマー(A)が溶解するものであれば特に制限されず、例えば、水、メタノールやエタノールなどの有機溶剤、あるいはこれらの混合溶媒などを適宜使用できる。   As the polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a) used in the step (1), the aforementioned polymer can be used. In addition, the solvent that can be used for obtaining the solution of the polymer (A) is not particularly limited as long as the polymer (A) can be dissolved, and examples thereof include water, organic solvents such as methanol and ethanol, These mixed solvents can be used as appropriate.

溶液中における該ポリマー(A)の濃度としては、固体基材(X)上にポリマー層を形成できる濃度であれば良いが、所望のパターン形成や、基材表面へ吸着するポリマー密度を高くする場合には、0.5質量%〜50質量%の範囲であることが好ましく、5質量%〜50質量%の範囲であるとより好ましい。   The concentration of the polymer (A) in the solution is not particularly limited as long as the polymer layer can be formed on the solid substrate (X), but the desired pattern formation and the density of the polymer adsorbed on the substrate surface are increased. In this case, the range is preferably 0.5% by mass to 50% by mass, and more preferably 5% by mass to 50% by mass.

ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液中には、該溶剤に可溶でポリマー(A)と相溶可能な前述のその他のポリマーを混合することもできる。その他のポリマーの混合量としては、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の濃度より高くても低くても良い。   In the solution of the polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a), the above-mentioned other polymers that are soluble in the solvent and compatible with the polymer (A) can be mixed. The mixing amount of the other polymer may be higher or lower than the concentration of the polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a).

金属イオン(C)を含有するナノ構造複合体(Y)からなる被覆層を形成させる場合には、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液中に、当該金属イオン(C)を混合する。該金属イオン(C)の濃度はポリエチレンイミン骨格(a)中のエチレンイミン単位の1/4当量以下で調整することが好ましい。   In the case of forming a coating layer composed of the nanostructure composite (Y) containing the metal ion (C), the metal ion (C) is added to the solution of the polymer (A) having the polyethyleneimine skeleton (a). Mix. The concentration of the metal ion (C) is preferably adjusted to ¼ equivalent or less of the ethyleneimine unit in the polyethyleneimine skeleton (a).

また、有機色素分子(E)を含有するナノ構造複合体(Y)からなる被覆層を形成させる場合には、ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)の溶液中に当該有機色素分子(E)を混合する。該有機色素分子(E)の濃度はポリエチレンイミン骨格(a)中のエチレンイミン単位の1/2当量以下で調整することが好ましい。   Moreover, when forming the coating layer which consists of nanostructure composite_body | complex (Y) containing an organic pigment | dye molecule | numerator (E), the said organic pigment | dye molecule | numerator (in the solution of the polymer (A) which has a polyethyleneimine skeleton (a) E) is mixed. The concentration of the organic dye molecule (E) is preferably adjusted to ½ equivalent or less of the ethyleneimine unit in the polyethyleneimine skeleton (a).

また、工程(1)においてポリマー層を作製するには、固体基材(X)をポリマー(A)の溶液と接触させる。接触法としては、所望の固体基材(X)をポリマー(A)の溶液に浸漬することが好適である。   Moreover, in order to produce a polymer layer in a process (1), a solid base material (X) is made to contact with the solution of a polymer (A). As the contact method, it is preferable to immerse the desired solid substrate (X) in the solution of the polymer (A).

浸漬法では、基材状態により、基材(非容器状)を溶液中に入れる、または溶液を基材(容器状)中に入れる方式で、基材と溶液を接触させることができる。浸漬の際、ポリマー(A)の溶液の温度は加熱状態であることが好ましく、概ね50〜90℃の温度であれば好適である。固体基材(X)をポリマー(A)の溶液と接触させる時間は特に制限されず、基材(X)の材質に合わせて、数秒から1時間で選択することが好ましい。基材の材質がポリエチレンイミンと強い結合能力を有する場合、例えば、ガラス、金属などでは数秒〜数分でよく、基材の材質がポリエチレンイミンと結合能力が弱い場合は数十分から1時間でも良い。   In the dipping method, the substrate and the solution can be brought into contact with each other in such a manner that the substrate (non-container shape) is placed in the solution or the solution is placed in the substrate (container shape) depending on the state of the substrate. During the immersion, the temperature of the polymer (A) solution is preferably in a heated state, and a temperature of about 50 to 90 ° C. is suitable. The time for bringing the solid substrate (X) into contact with the solution of the polymer (A) is not particularly limited, and is preferably selected within a few seconds to 1 hour according to the material of the substrate (X). When the material of the base material has a strong binding ability with polyethyleneimine, for example, it may be several seconds to several minutes for glass, metal, etc. good.

固体基材(X)とポリマー(A)の溶液を接触した後、該基材をポリマー(A)の溶液から取り出し、室温(25℃前後)に放置すると、自発的にポリマー(A)の集合体層が該基材(X)の表面に形成される。あるいは、該基材(X)をポリマー(A)の溶液から取り出してから、ただちに4〜30℃の蒸留水中、または室温〜氷点下温度のアンモニア水溶液中に入れることにより、自発的なポリマー(A)の集合体層を形成させても良い。   After contacting the solid substrate (X) with the polymer (A) solution, the substrate is taken out of the polymer (A) solution and allowed to stand at room temperature (around 25 ° C.). A body layer is formed on the surface of the substrate (X). Alternatively, the substrate (X) is taken out from the solution of the polymer (A), and then immediately put into distilled water at 4 to 30 ° C. or an aqueous ammonia solution at a room temperature to a freezing temperature, whereby the spontaneous polymer (A) An aggregate layer may be formed.

固体基材(X)の表面とポリマー(A)の溶液との接触方法では、例えば、スピンコータ、バーコータ、アプリケータなどによる塗布の他、ジェットプリンタによるプリントや印刷などの方法も使用できる。特に、微細なパターン状に接触させる場合には、ジェットプリンタよる方法が好適である。   As a method of contacting the surface of the solid substrate (X) with the solution of the polymer (A), for example, a method such as printing or printing with a jet printer can be used in addition to coating with a spin coater, bar coater, applicator or the like. In particular, when the contact is made in a fine pattern, a method using a jet printer is suitable.

工程(2)においては、工程(1)において形成したポリマー層とシリカソース液(B’)とを接触させ、ポリマー層表面にシリカ(B)を析出し、ポリマー(A)とシリカ(B)とのナノ構造複合体(Y)を形成させる。ポリマー層に金属イオン(C)及び/又は有機色素分子(E)が含まれる場合でも、同様な方法でシリカ(B)を析出させ、目的のナノ構造複合体(Y)を形成させることができる。   In the step (2), the polymer layer formed in the step (1) and the silica source liquid (B ′) are brought into contact with each other to deposit silica (B) on the surface of the polymer layer, and the polymer (A) and silica (B). And a nanostructure composite (Y) is formed. Even when the polymer layer contains a metal ion (C) and / or an organic dye molecule (E), the target nanostructure composite (Y) can be formed by precipitating silica (B) by the same method. .

この時用いる、シリカソース液(B’)としては、前述した各種のシリカソースの水溶液や、アルコール類溶剤、例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどの水性有機溶剤溶液、またはこれらと水との混合溶剤溶液を用いることができる。また、pH値が9〜11の範囲に調整した水ガラス水溶液も用いることができる。用いるシリカソース液(B’)には、シリカ以外の金属アルコキシドを混合することもできる。   As the silica source liquid (B ′) used at this time, the above-mentioned various silica source aqueous solutions, alcohol solvents, for example, aqueous organic solvent solutions such as methanol, ethanol and propanol, or mixed solvents of these with water A solution can be used. Moreover, the water glass aqueous solution which adjusted the pH value to the range of 9-11 can also be used. The silica source liquid (B ′) to be used can be mixed with a metal alkoxide other than silica.

また、シリカソースとしてのアルコキシシラン類化合物は、無溶剤のバルク液のままでも使用可能である。   Moreover, the alkoxysilane compound as a silica source can be used even in a solvent-free bulk liquid.

ポリマー層が吸着した固体基材をシリカソース液(B’)と接触させる方法としては、浸漬法を好ましく用いることができる。浸漬する時間は5〜60分であれば十分であるが、必要に応じ時間を更に長くすることもできる。シリカソース液(B’)の温度は室温でもよく、加熱状態でも良い。加熱の場合、シリカ(B)を固体基材(X)の表面にて規則的に析出させるため、温度を70℃以下に設定することが望ましい。   As a method for bringing the solid substrate adsorbed with the polymer layer into contact with the silica source liquid (B ′), an immersion method can be preferably used. It is sufficient that the immersion time is 5 to 60 minutes, but the time can be further increased as necessary. The temperature of the silica source liquid (B ′) may be room temperature or a heated state. In the case of heating, it is desirable to set the temperature to 70 ° C. or lower in order to regularly deposit silica (B) on the surface of the solid substrate (X).

シリカソースの種類、濃度などの選定により、析出されるシリカ(B)とポリマー(A)とのナノ構造複合体(Y)の構造を調整することができ、目的に応じて、シリカソースの種類や濃度を適宜に選定することが好ましい。   By selecting the type and concentration of the silica source, the structure of the nanostructure composite (Y) of the precipitated silica (B) and the polymer (A) can be adjusted. Depending on the purpose, the type of the silica source It is preferable to select an appropriate concentration.

ポリエチレンイミンは貴金属イオン、例えば、金、白金、銀、パラジウムなどを金属ナノ粒子に還元することができる。従って、上記工程で得られた、ナノ構造複合体(Y)によって被覆された構造物を、当該貴金属イオンの水溶液と接触させる工程(3)を経ることにより、該貴金属イオンをナノ構造複合体(Y)中で金属ナノ粒子(D)に変換させることができ、金属ナノ粒子(D)を有するナノ構造複合体被覆型構造物を得ることができる。   Polyethyleneimine can reduce noble metal ions such as gold, platinum, silver, palladium, etc. to metal nanoparticles. Therefore, by passing the structure coated with the nanostructure composite (Y) obtained in the above step with the aqueous solution of the noble metal ion, the noble metal ion is converted into the nanostructure composite ( Y) can be converted into metal nanoparticles (D), and a nanostructure composite-coated structure having metal nanoparticles (D) can be obtained.

前記工程(3)において貴金属イオンの水溶液と接触させる方法は浸漬法を好ましく用いることができる。貴金属イオンの水溶液としては、塩化金酸、塩化金酸ナトリウム、塩化白金酸、塩化白金酸ナトリウム、硝酸銀等の水溶液を好適に用いることができ、貴金属イオンの水溶液濃度としては0.1〜5モル%であることが好ましい。   In the step (3), a dipping method can be preferably used as the method of contacting with an aqueous solution of noble metal ions. As the aqueous solution of noble metal ions, aqueous solutions of chloroauric acid, sodium chloroaurate, chloroplatinic acid, sodium chloroplatinate, silver nitrate and the like can be suitably used, and the aqueous solution concentration of noble metal ions is 0.1 to 5 mol. % Is preferred.

貴金属イオンの水溶液の温度は特に限定されず、室温〜90℃の範囲であれば良いが、還元反応を促進するためであれば、50〜90℃の加熱された水溶液を用いることが好ましい。また、構造物を金属イオンの水溶液中に浸漬する時間は0.5〜3時間であればよく、加熱された水溶液に浸漬する場合は30分程度で十分である。   The temperature of the aqueous solution of noble metal ions is not particularly limited, and may be in the range of room temperature to 90 ° C. However, in order to promote the reduction reaction, it is preferable to use a heated aqueous solution of 50 to 90 ° C. Moreover, the time for immersing the structure in the aqueous solution of metal ions may be 0.5 to 3 hours, and about 30 minutes is sufficient when immersed in the heated aqueous solution.

ポリエチレンイミン単独では還元されにくい金属イオンの場合には、前記で得られた金属イオン(C)を有する構造物中の当該金属イオン(C)を、還元剤、特に低分子量の還元剤溶液または水素ガスと接触させる工程(4)を併用して、該金属イオン(C)を還元することにより、当該金属ナノ粒子(D)を含有するナノ構造複合体被覆型構造物を得ることができる。   In the case of a metal ion that is difficult to reduce with polyethyleneimine alone, the metal ion (C) in the structure having the metal ion (C) obtained above is reduced with a reducing agent, particularly a low molecular weight reducing agent solution or hydrogen. By combining the step (4) of contacting with gas and reducing the metal ion (C), a nanostructure composite-covered structure containing the metal nanoparticles (D) can be obtained.

この時使用できる還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、アルデヒド、ヒドラジン、水素化硼素ナトリウム、水素化硼素アンモニウム、水素などが例として挙げられる。還元剤を用いて金属イオンを還元する際には、その反応は水性媒体中で行うことができ、金属イオン(C)が含まれた構造物を還元剤溶液中に浸漬する方法、または水素ガス雰囲気中放置させる方法を用いることができる。この時、還元剤水溶液の温度は室温〜90℃以下の範囲であればよく、また還元剤の濃度としては1〜5モル%であることが好ましい。   Examples of the reducing agent that can be used at this time include ascorbic acid, aldehyde, hydrazine, sodium borohydride, ammonium borohydride, hydrogen, and the like. When reducing a metal ion using a reducing agent, the reaction can be performed in an aqueous medium, a method of immersing a structure containing the metal ion (C) in a reducing agent solution, or hydrogen gas A method of leaving in an atmosphere can be used. At this time, the temperature of the reducing agent aqueous solution may be in the range of room temperature to 90 ° C., and the concentration of the reducing agent is preferably 1 to 5 mol%.

工程(4)に適応できる金属イオン(C)の金属種としては、特に限定されないが、還元反応が速やかに進行する点から、銅、マンガン、クロム、ニッケル、錫、バナジウム、パラジウムであることが好ましい。   The metal species of the metal ion (C) that can be applied to the step (4) is not particularly limited, but may be copper, manganese, chromium, nickel, tin, vanadium, or palladium because the reduction reaction proceeds quickly. preferable.

被覆型構造物を還元剤水溶液に浸漬する際、還元剤水溶液温度は室温または90℃以下の加熱状態でも好適であり、還元剤の濃度は1〜5%程度で十分である。   When the coated structure is immersed in the reducing agent aqueous solution, the temperature of the reducing agent aqueous solution is suitable even at room temperature or in a heated state of 90 ° C. or less, and a concentration of the reducing agent of about 1 to 5% is sufficient.

前述の方法で得られた様々な構造物は、室温(25℃)〜60℃程度に放置することにより、溶剤や水を除去して、前記した様々な用途に用いることができる。   Various structures obtained by the above-described method can be used for various applications described above by removing the solvent and water by leaving them at room temperature (25 ° C.) to about 60 ° C.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、特に断わりがない限り、「%」は「質量%」を表わす。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.

[走査電子顕微鏡によるナノ構造体の形状分析]
単離乾燥したナノ構造体を両面テープにてサンプル支持台に固定し、それをキーエンス製表面観察装置VE−9800にて観察した。
[Shape analysis of nanostructures by scanning electron microscope]
The isolated and dried nanostructure was fixed to a sample support with a double-sided tape, and observed with a surface observation device VE-9800 manufactured by Keyence.

合成例1
<直鎖状のポリエチレンイミン(L−PEI)の合成>
市販のポリエチルオキサゾリン(数平均分子量50,000,平均重合度5,000,Aldrich社製)3gを、5モル/Lの塩酸15mLに溶解させた。その溶液をオイルバスにて90℃に加熱し、その温度で10時間攪拌した。反応液にアセトン50mLを加え、ポリマーを完全に沈殿させ、それを濾過し、メタノールで3回洗浄し、白色のポリエチレンイミンの粉末を得た。得られた粉末をH−NMR(重水、日本電子株式会社製、AL300、300MHz)にて同定したところ、ポリエチルオキサゾリンの側鎖エチル基に由来したピーク1.2ppm(CH)と2.3ppm(CH)が完全に消失していることが確認された。即ち、ポリエチルオキサゾリンが完全に加水分解され、ポリエチレンイミンに変換されたことが示された。
Synthesis example 1
<Synthesis of linear polyethyleneimine (L-PEI)>
3 g of commercially available polyethyloxazoline (number average molecular weight 50,000, average polymerization degree 5,000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 15 mL of 5 mol / L hydrochloric acid. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. Acetone 50 mL was added to the reaction solution to completely precipitate the polymer, which was filtered and washed three times with methanol to obtain a white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water, manufactured by JEOL Ltd., AL300, 300 MHz), the peak derived from the side chain ethyl group of polyethyloxazoline was 1.2 ppm (CH 3 ) and 2. It was confirmed that 3 ppm (CH 2 ) disappeared completely. That is, it was shown that polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted to polyethyleneimine.

その粉末を5mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水50mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿したポリマー会合体粉末を濾過し、そのポリマー会合体粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の結晶粉末をデシケータ中で室温乾燥し、線状のポリエチレンイミン(L−PEI)を得た。収量は2.2g(結晶水含有)であった。ポリオキサゾリンの加水分解により得られるポリエチレンイミンは、側鎖だけが反応し、主鎖には変化がない。従って、L−PEIの重合度は加水分解前の5,000と同様である。   The powder was dissolved in 5 mL of distilled water, and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, and then the precipitated polymer aggregate powder was filtered, and the polymer aggregate powder was washed three times with cold water. The crystal powder after washing was dried in a desiccator at room temperature to obtain linear polyethyleneimine (L-PEI). The yield was 2.2 g (including crystal water). In polyethyleneimine obtained by hydrolysis of polyoxazoline, only the side chain reacts and the main chain does not change. Therefore, the polymerization degree of L-PEI is the same as 5,000 before hydrolysis.

合成例2
<ベンゼン環中心の星状ポリエチレンイミン(B−PEI)合成>
Jin,J.Mater.Chem.,13,672−675(2003)に示された方法に従い、前駆体ポリマーであるベンゼン環中心に6本のポリメチルオキサゾリンのアームが結合した星状ポリメチルオキサゾリンの合成を次の通り行った。
Synthesis example 2
<Synthesis of star-shaped polyethyleneimine (B-PEI) centered on benzene ring>
Jin, J .; Mater. Chem. , 13, 672-675 (2003), a star-shaped polymethyloxazoline in which six polymethyloxazoline arms were bonded to the center of the benzene ring as a precursor polymer was synthesized as follows.

磁気攪拌子がセットされたスリ口試験管中に、重合開始剤としてヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼン0.021g(0.033mmol)を入れ、試験管の口に三方コックをつけた後、真空状態にしてから窒素置換を行った。窒素気流下で三方コックの導入口からシリンジを用いて2−メチル−2−オキサゾリン2.0ml(24mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド4.0mlを順次加えた。試験管をオイルバス上で60℃まで加熱し、30分間保ったところ、混合液は透明になった。透明混合液をさらに100℃まで加熱し、その温度で20時間攪拌して、前駆体ポリマーを得た。この混合液のH−NMR測定から、モノマーの転化率は98モル%、収量は1.8gであった。この転化率によりポリマーの平均重合度を見積もったところ、各アームの平均重合度は115であった。また、GPCによる分子量測定では、ポリマーの質量平均分子量は22,700であり、分子量分布は1.6であった。 Put 0.021 g (0.033 mmol) of hexakis (bromomethyl) benzene as a polymerization initiator in a test tube set with a magnetic stirrer, attach a three-way cock to the test tube, and then put it in a vacuum state. Was replaced with nitrogen. Under a nitrogen stream, 2.0 ml (24 mmol) of 2-methyl-2-oxazoline and 4.0 ml of N, N-dimethylacetamide were sequentially added from the inlet of the three-way cock using a syringe. When the test tube was heated to 60 ° C. on an oil bath and kept for 30 minutes, the mixture became transparent. The transparent mixture was further heated to 100 ° C. and stirred at that temperature for 20 hours to obtain a precursor polymer. From this mixture the 1 H-NMR measurement of the liquid, the conversion of monomer is 98 mol%, the yield was 1.8 g. When the average degree of polymerization of the polymer was estimated based on this conversion, the average degree of polymerization of each arm was 115. Moreover, in the molecular weight measurement by GPC, the mass average molecular weight of the polymer was 22,700, and the molecular weight distribution was 1.6.

この前駆体ポリマーを用い、上記合成例1と同様な方法によりポリメチルオキサゾリンを加水分解し、6本のポリエチレンイミンがベンゼン環コアに結合した星状ポリエチレンイミンB−PEIを得た。H−NMR(TMS外部標準、重水中)測定の結果、加水分解前の前駆体ポリマーの側鎖メチルに由来した1.98ppmのピークは完全に消失したことが確認された。 Using this precursor polymer, polymethyloxazoline was hydrolyzed in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain star-shaped polyethyleneimine B-PEI in which 6 polyethyleneimines were bonded to the benzene ring core. As a result of 1 H-NMR (TMS external standard, heavy water) measurement, it was confirmed that the peak of 1.98 ppm derived from the side chain methyl of the precursor polymer before hydrolysis completely disappeared.

その粉末を5mLの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、その溶液に15%のアンモニア水50mLを滴下した。その混合液を一晩放置した後、沈殿した結晶粉末を濾過し、その結晶粉末を冷水で3回洗浄した。洗浄後の結晶粉末をデシケータ中で室温(25℃)乾燥し、6本のポリエチレンイミンがベンゼン環コアに結合した星状ポリエチレンイミン(B−PEI)を得た。収量は1.3g(結晶水含有)であった。   The powder was dissolved in 5 mL of distilled water, and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. The mixture was allowed to stand overnight, and then the precipitated crystal powder was filtered, and the crystal powder was washed three times with cold water. The washed crystal powder was dried in a desiccator at room temperature (25 ° C.) to obtain star-shaped polyethyleneimine (B-PEI) in which six polyethyleneimines were bonded to the benzene ring core. The yield was 1.3 g (including crystal water).

合成例3
<ポルフィリン中心の星状ポリエチレンイミン(P−PEI)合成>
Jin et al.,J.Porphyrin&Phthalocyanine,3,60−64(1999);Jin、Macromol.Chem.Phys.,204,403−409(2003)に示された方法により、前駆体ポリマーであるポルフィリン中心星型ポリメチルオキサゾリンの合成を次の通り行った。
Synthesis example 3
<Synthesis of Porphyrin-Centered Star Polyethylenimine (P-PEI)>
Jin et al. , J .; Porphyrin & Phthalocyanine, 3, 60-64 (1999); Jin, Macromol. Chem. Phys. , 204, 403-409 (2003), a precursor polymer, a porphyrin-centered star-type polymethyloxazoline, was synthesized as follows.

三方コック付の50mlの二口フラスコをアルゴンガスで置換した後、0.0352gのテトラ(p−ヨードメチルフェニル)ポルフィリン(TIMPP)、8.0mlのN,N−ジメチルアセトアミドを加えて、室温で撹拌し、TIMPPを完全に溶解させた。この溶液にポルフィリンに対し、1280倍モル数に相当する2−メチル−2−オキサゾリン3.4ml(3.27g)を加えてから、反応液の温度を100℃にし、24時間撹拌した。反応液温度を室温に下げてから、10mlのメタノールを加えた後、混合液を減圧濃縮した。残留物を15mlのメタノール中に溶解し、その溶液を100mlのテトラヒドロフランに注ぎ、重合体を沈殿させた。同一方法で、重合体を再沈殿させ、吸引ろ過後、得られた重合体をPが置かれたデシケータに入れ、1時間アスピレータで吸引乾燥した。さらに、真空ポンプにて減圧し、真空下24時間乾燥して前駆体ポリマー(TPMO−P)を得た。収量は3.05g、収率は92.3%であった。 After replacing a 50 ml two-necked flask equipped with a three-way cock with argon gas, 0.0352 g of tetra (p-iodomethylphenyl) porphyrin (TIMPP) and 8.0 ml of N, N-dimethylacetamide were added at room temperature. Stir to dissolve TIMPP completely. To this solution, 3.4 ml (3.27 g) of 2-methyl-2-oxazoline corresponding to 1280 times the number of moles of porphyrin was added, and then the temperature of the reaction solution was brought to 100 ° C. and stirred for 24 hours. The reaction solution temperature was lowered to room temperature, 10 ml of methanol was added, and the mixture solution was concentrated under reduced pressure. The residue was dissolved in 15 ml of methanol and the solution was poured into 100 ml of tetrahydrofuran to precipitate the polymer. In the same manner, the polymer was re-precipitated, and after suction filtration, the obtained polymer was put into a desiccator in which P 2 O 5 was placed and sucked and dried with an aspirator for 1 hour. Furthermore, the pressure was reduced with a vacuum pump, and the precursor polymer (TPMO-P) was obtained by drying under vacuum for 24 hours. The yield was 3.05 g, and the yield was 92.3%.

得られた前駆体ポリマー(TPMO−P)のGPC(HLC−8000,東ソー株式会社製)による数平均分子量は28,000で、分子量分布は1.56であった。また、H−NMRにより、重合体アームにおけるエチレンプロトンと重合体中心におけるポルフィリンのピロル環プロトンとの積分比を計算した処、各アームの平均重合度は290であった。従って、H−NMRによる数平均分子量は99,900と推定された。H−NMRによる数平均分子量値がGPCでの数平均分子量値を大きく上回ることは、星型高分子における一般的特徴であることに一致する。 The number average molecular weight by GPC (HLC-8000, manufactured by Tosoh Corporation) of the obtained precursor polymer (TPMO-P) was 28,000, and the molecular weight distribution was 1.56. Further, the 1 H-NMR, processing of calculating the integral ratio of the pyrrole ring protons of the porphyrin in polymer core ethylene protons in the polymer arm, average degree of polymerization of each arm was 290. Therefore, the number average molecular weight by 1 H-NMR was estimated to be 99,900. The fact that the number average molecular weight value by 1 H-NMR greatly exceeds the number average molecular weight value by GPC is consistent with a general feature in star polymers.

この前駆体ポリマーを用い、上記合成例1と同様の方法によりポリメチルオキサゾリンを加水分解し、4本のポリエチレンイミンがポルフィリン中心に結合された星状ポリエチレンイミン(P−PEI)を得た。H−NMR(TMS外部標準、重水中)測定の結果、加水分解前の前駆体ポリマーの側鎖メチルに由来した1.98ppmのピークは完全に消失した。 Using this precursor polymer, polymethyloxazoline was hydrolyzed in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain star-shaped polyethyleneimine (P-PEI) in which four polyethyleneimines were bonded to the porphyrin center. 1 H-NMR (TMS external standard, heavy water) As a result of the measurement, the peak of 1.98ppm derived from the side chain methyl of the precursor polymer before hydrolysis completely disappeared.

実施例1−1〜1−4
[ガラス管内壁がポリマー/シリカのナノ構造複合体で被覆された構造物]
上記合成例1で得たポリマーL−PEIを蒸留水中に加え、90℃まで加熱し、4%の水溶液を調製した。ソーダライム材質のガラス管(内径1mm、長さ5cm)とシリンジをゴム管で連結し、該ガラス管中に一定目安のところまで前記加温したポリマー水溶液を吸い取ってから、30秒間静置した後、該ポリマー水溶液をシリンジの押し力で排出した。この操作でガラス管内壁にL−PEIポリマー層が形成された。該ガラス管を室温にて5分間静置したのち、ガラス管を表1記載の各種シリカソース液中に30分間浸けた。ガラス管を取り出し、ガラス管内壁をエタノールで洗浄した後、それを室温で乾燥した。この作業後、ガラス管に薄青色の反射色が見えた。
Examples 1-1 to 1-4
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with polymer / silica nanostructure composite]
Polymer L-PEI obtained in Synthesis Example 1 was added to distilled water and heated to 90 ° C. to prepare a 4% aqueous solution. After connecting a glass tube made of soda lime (inner diameter 1 mm, length 5 cm) and a syringe with a rubber tube, sucking the heated polymer aqueous solution up to a certain standard in the glass tube, and then allowing it to stand for 30 seconds The polymer aqueous solution was discharged by a pushing force of a syringe. By this operation, an L-PEI polymer layer was formed on the inner wall of the glass tube. The glass tube was allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then the glass tube was immersed in various silica source solutions described in Table 1 for 30 minutes. After the glass tube was taken out and the inner wall of the glass tube was washed with ethanol, it was dried at room temperature. After this operation, a light blue reflected color was seen on the glass tube.

上記過程を経て得られたガラス管末端を少々潰し、その破片をSEMにて観察した。図1〜4には異なるシリカソース液で作製したガラス管内壁表面のSEM写真の結果を示した。いずれの場合でも、内壁には、ナノファイバーをユニット構造とする緻密な配列膜が形成した。なお、比較として、ポリマー層なしのガラス管をシリカソース液に浸けてみたが、何も観察できなかった。   The glass tube end obtained through the above process was slightly crushed, and the fragments were observed with SEM. 1-4 show the results of SEM photographs of the inner surface of the glass tube produced with different silica source solutions. In either case, a dense array film having nanofibers as a unit structure was formed on the inner wall. For comparison, a glass tube without a polymer layer was immersed in a silica source solution, but nothing was observed.

表1の脚注
MS51:テトラメトキシシランの4量体(コルコート社製)
MS53: テトラメトキシシランの6量体(コルコート社製)
Footnotes in Table 1 MS51: Tetramethoxysilane tetramer (manufactured by Colcoat)
MS53: Tetramethoxysilane hexamer (manufactured by Colcoat)

実施例2−1〜2−3
[ガラス管内壁がポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
実施例1において、ソーダライム材質のガラス管(内径1mm、長さ5cm)の代わりにソーダライム材質のガラス管(内径6mm、長さ5cm)を用いる以外は、実施例1と同様にしてガラス内壁を被覆した構造物を得た。
Examples 2-1 to 2-3
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with polymer / silica nanostructure composite]
In Example 1, a glass inner wall was used in the same manner as in Example 1 except that a soda-lime glass tube (inner diameter 6 mm, length 5 cm) was used instead of a soda-lime glass tube (inner diameter 1 mm, length 5 cm). A structure coated with was obtained.

上記過程を経て得られたガラス管末端を少々潰し、その破片をSEMにて観察した。図5〜7には異なるシリカソース液で作製したガラス管内壁表面のSEM写真の結果を示した。いずれの場合でも、内壁には、ナノファイバーをユニット構造とする緻密な配列膜が形成した。   The glass tube end obtained through the above process was slightly crushed, and the fragments were observed with SEM. 5 to 7 show the results of SEM photographs of the inner surface of the glass tube produced with different silica source solutions. In either case, a dense array film having nanofibers as a unit structure was formed on the inner wall.

表2の脚注
TMOS:テトラメトキシシラン
Footnotes in Table 2 TMOS: Tetramethoxysilane

実施例3
[ガラス管内壁がポリマー/ポルフィリン/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
4.5mgのテトラ(スルフォネートフェニル)ポルフィリンを2gの蒸留水中に溶解させ、その液中に60mgのL−PEIを加え、90℃に加熱し、混合溶液を調製した。該溶液中のポリマーの(CHCHNH)ユニットとポリフィリンとのモル比は300/1となる。この溶液を上記実施例1と同様な方法でガラス管(内径6mm、長さ5cm)中に吸い取り、30秒静置した後溶液を押し出した。該ガラス管を室温で5分間静置した後、MS−51/水/イソプロピールアルコール(0.2/3/3体積比)の混合液中に20分間浸けた。ガラス管を取り出し、ガラス管内壁をエタノールで洗浄した後、それを室温で乾燥した。この作業後、ガラス管に薄紫色のポルフィリン由来の色が見えた。
Example 3
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with polymer / porphyrin / silica nanostructure composite]
4.5 mg of tetra (sulfonate phenyl) porphyrin was dissolved in 2 g of distilled water, 60 mg of L-PEI was added to the solution, and the mixture was heated to 90 ° C. to prepare a mixed solution. The molar ratio of the (CH 2 CH 2 NH) unit of the polymer in the solution to the porphyrin is 300/1. This solution was sucked into a glass tube (inner diameter: 6 mm, length: 5 cm) in the same manner as in Example 1, and allowed to stand for 30 seconds, and then the solution was extruded. The glass tube was allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then immersed in a mixed solution of MS-51 / water / isopropyl alcohol (0.2 / 3/3 volume ratio) for 20 minutes. After the glass tube was taken out and the inner wall of the glass tube was washed with ethanol, it was dried at room temperature. After this operation, a light purple-colored porphyrin-derived color was visible in the glass tube.

該ガラス管を蛍光顕微鏡(Olympus BX−60,オリンパス株式会社製)にて観察したところ、強い赤色の蛍光が現れた。この赤色蛍光はポルフィリン残基が被覆層中に取り込まれたことに由来する。上記過程を経て得られたガラス管末端を少々潰し、その破片をSEMにて観察した。その結果を図8に示した。写真イメージから、幅100nm前後の帯状のナノファイバーで被覆されていることを確認した。   When the glass tube was observed with a fluorescence microscope (Olympus BX-60, manufactured by Olympus Corporation), intense red fluorescence appeared. This red fluorescence originates from porphyrin residues being incorporated into the coating layer. The glass tube end obtained through the above process was slightly crushed, and the fragments were observed with SEM. The results are shown in FIG. From the photographic image, it was confirmed that it was covered with a band-like nanofiber having a width of around 100 nm.

実施例4−1〜4−4
[ガラス管内壁がポリマー/銅イオン/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
一定量の硝酸銅を蒸留水中溶解させ、濃度0.014モル%のCu(NO水溶液を調製した。一定量の該水溶液中に60mgのポリマー(L−PEI)を加え、(CHCHNH)/Cuのモル比が50/1,100/1,200/1,600/1となる混合液を調製した。これらの混合溶液を90℃にて加熱し、上記実施例3と同様な方法で、ガラス管内部表面をナノ構造複合体で被覆した。
Examples 4-1 to 4-4
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with polymer / copper ion / silica nanostructure composite]
A certain amount of copper nitrate was dissolved in distilled water to prepare a Cu (NO 3 ) 2 aqueous solution having a concentration of 0.014 mol%. 60 mg of the polymer (L-PEI) is added to a certain amount of the aqueous solution, and a mixed solution in which the molar ratio of (CH 2 CH 2 NH) / Cu is 50/1, 100/1, 200/1, 600/1 Was prepared. These mixed solutions were heated at 90 ° C., and the inner surface of the glass tube was coated with the nanostructure composite in the same manner as in Example 3 above.

上記過程を経て得られたガラス管末端を少々潰し、その破片をSEMにて観察した。図9〜12にその結果を示した。図13には、(CHCHNH)/Cuモル比により形成された被覆層のみの写真を示した。(CHCHNH)/Cuモル比が増大する(銅イオン含有量減少)につれて、被覆層の厚みが200nmから約1000nm増大していくことを確認した。 The glass tube end obtained through the above process was slightly crushed, and the fragments were observed with SEM. The results are shown in FIGS. FIG. 13 shows a photograph of only the coating layer formed with the (CH 2 CH 2 NH) / Cu molar ratio. It was confirmed that the thickness of the coating layer increased from 200 nm to about 1000 nm as the (CH 2 CH 2 NH) / Cu molar ratio increased (copper ion content decreased).

表3の脚注:
IPA:イソプロピールアルコール
Footnotes in Table 3:
IPA: isopropyl alcohol

実施例5
[ガラス管内壁がポリマー/金ナノ粒子/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
実施例1−1で作製した構造物であるガラス管を2mLのNaAuCl・2HOの水溶液(1%)中に浸けて、80℃で1時間加熱した。ガラス管を取り出し、蒸留水、エタノール順に洗浄した後、室温で乾燥した。これで得たガラス管には薄いワインレッド色が現れた。このワインレッド色はガラス管内壁を被覆する層中に金ナノ粒子の存在を示すプラズモン吸収に由来する。反射スペクトル(日立製作所株式会社製、UV−3500)からも520nmをピークトップとする金ナノ粒子由来のプラズモン吸収が観測された。このことから、数ナノ大きさの金ナノ粒子が被覆層中に生成したことがわかる。
Example 5
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with polymer / gold nanoparticles / silica nanostructure composite]
The glass tube, which is the structure produced in Example 1-1, was immersed in 2 mL of an aqueous solution (1%) of NaAuCl 4 .2H 2 O and heated at 80 ° C. for 1 hour. The glass tube was taken out, washed with distilled water and ethanol in this order, and then dried at room temperature. A thin wine-red color appeared in the glass tube thus obtained. This wine red color is derived from plasmon absorption indicating the presence of gold nanoparticles in the layer covering the inner wall of the glass tube. Plasmon absorption derived from gold nanoparticles having a peak top of 520 nm was also observed from a reflection spectrum (manufactured by Hitachi, Ltd., UV-3500). From this, it can be seen that gold nanoparticles having a size of several nanometers were formed in the coating layer.

図14には、金ナノ粒子が内部に含まれた構造物のSEM写真を示した。金ナノ粒子が被覆層中に生成しても、ナノ構造複合体の基本ユニットであるナノファイバーには構造変化が起こらないことが確認できた。   In FIG. 14, the SEM photograph of the structure in which the gold nanoparticle was contained was shown. It was confirmed that even if gold nanoparticles were formed in the coating layer, no structural change occurred in the nanofiber, which is the basic unit of the nanostructure composite.

実施例6
[ポリスチレン試験管内壁がポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
市販のポリスチレン試験管(16×100mm,10mL容積)に6mLの濃硫酸を加え、室温にて3時間シェーカで掻き混ぜた。濃硫酸液を取り出した後、蒸留水とメタノールで試験管を洗浄した。乾燥させた試験管中に6mLの3%のL−PEIの水溶液(80℃)を加えてから、30秒後水溶液を全部取り出し、試験管を室温で5分間静置させた。その後、試験管中に、6mLのシリカソースの混合液(MS51/蒸留水/IPA=0.5/3/3体積比)を加え、室温で20分静置した。液を取り出し、エタノールで試験管内部を洗浄し、室温にて乾燥させ、構造物を得た。得られた構造物の破片を用い、内壁部のSEM観察を行った。図15には破片表面とポリスチレンと被覆層とから構成された界面部(横方面)の写真を示した。
Example 6
[Structure in which inner wall of polystyrene test tube is coated with polymer / silica nanostructure composite]
6 mL of concentrated sulfuric acid was added to a commercially available polystyrene test tube (16 × 100 mm, 10 mL volume), and the mixture was stirred with a shaker at room temperature for 3 hours. After removing the concentrated sulfuric acid solution, the test tube was washed with distilled water and methanol. After adding 6 mL of an aqueous solution of 3% L-PEI (80 ° C.) to the dried test tube, the entire aqueous solution was taken out after 30 seconds, and the test tube was allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Thereafter, 6 mL of a mixed solution of silica source (MS51 / distilled water / IPA = 0.5 / 3/3 volume ratio) was added to the test tube and allowed to stand at room temperature for 20 minutes. The liquid was taken out, the inside of the test tube was washed with ethanol, and dried at room temperature to obtain a structure. Using the fragments of the obtained structure, SEM observation of the inner wall portion was performed. FIG. 15 shows a photograph of the interface portion (lateral surface) composed of the fragment surface, polystyrene, and the coating layer.

実施例7
[ポリスチレン棒表面がポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
太さが約1.8mmのポリスチレン棒を濃硫酸液中に3時間浸けた後、水、メタノールで表面を洗浄し、室温で5分間乾燥した。その後、ポリスチレン棒を4%のL−PEIの水溶液(80℃液)に浸け、30秒間静置した。棒を取り出し、室温にて5分間静置させた後、シリカソースの混合液(MS51/蒸留水/IPA=0.5/3/3体積比)につけた後、室温で20分静置した。棒を液中から取り出し、エタノールで表面を洗浄し、室温にて乾燥させ棒状の構造物を得た。得られた棒の表面をSEMで観察した。図16には棒表面を被覆したナノファイバーの構造写真を示した。図から、棒表面全体がナノファイバーを基本ユニットとするナノ構造複合体で覆われていることを確認した。
Example 7
[Structure in which polystyrene rod surface is coated with polymer / silica nanostructure composite]
A polystyrene rod having a thickness of about 1.8 mm was immersed in a concentrated sulfuric acid solution for 3 hours, then the surface was washed with water and methanol, and dried at room temperature for 5 minutes. Thereafter, the polystyrene rod was immersed in a 4% aqueous solution of L-PEI (80 ° C. solution) and allowed to stand for 30 seconds. The rod was taken out and allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then applied to a mixed liquid of silica source (MS51 / distilled water / IPA = 0.5 / 3/3 volume ratio), and then allowed to stand at room temperature for 20 minutes. The rod was taken out of the liquid, the surface was washed with ethanol, and dried at room temperature to obtain a rod-like structure. The surface of the obtained rod was observed with SEM. FIG. 16 shows a structure photograph of the nanofiber covering the rod surface. From the figure, it was confirmed that the entire surface of the rod was covered with a nanostructure composite having nanofibers as basic units.

実施例8
[ポリスチレン板表面がポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
2×2cmのポスチレン板を濃硫酸液中に3時間浸けた後、水、メタノールで表面を洗浄し、室温で5分間乾燥した。その後、ポリスチレン板を4%のL−PEIの水溶液(80℃)に浸け、30秒間静置した。板を取り出し、室温にて5分間静置させた後、シリカソースの混合液(MS51/水/IPA=0.5/3/3体積比)につけた後、室温で20分静置した。板を液中から取り出し、エタノールで表面を洗浄し、室温にて乾燥させて板状の構造物を得た。得られた板の表面をSEMで観察した。図17は板表面を被覆したナノファイバーの構造写真である。板表面は風に流れる稲穂の様な「ナノ田んぼ」であることを確認した。
Example 8
[Structure in which polystyrene plate surface is coated with polymer / silica nanostructure composite]
A 2 × 2 cm polystyrene plate was immersed in a concentrated sulfuric acid solution for 3 hours, and then the surface was washed with water and methanol and dried at room temperature for 5 minutes. Thereafter, the polystyrene plate was immersed in a 4% aqueous solution of L-PEI (80 ° C.) and allowed to stand for 30 seconds. The plate was taken out and allowed to stand at room temperature for 5 minutes, then applied to a silica source mixture (MS51 / water / IPA = 0.5 / 3/3 volume ratio) and then allowed to stand at room temperature for 20 minutes. The plate was taken out from the liquid, the surface was washed with ethanol, and dried at room temperature to obtain a plate-like structure. The surface of the obtained plate was observed with SEM. FIG. 17 is a structural photograph of nanofibers covering the plate surface. It was confirmed that the surface of the plate was a "nano rice field" like rice ears flowing in the wind.

実施例9
[銅板表面がポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
1×1cmサイズの銅板を4%のL−PEIの水溶液(80℃液)に浸け、30秒間静置した。板を取り出し、室温にて5分間静置させた後、シリカソースの混合液(MS51/水/IPA=0.5/3/3)につけた後、室温で20分静置した。板を液中から取り出し、エタノールで表面を洗浄し、室温にて乾燥させて板状の構造物を得た。得られた板の表面をSEMで観察した。図18には銅板表面がナノファイバーを基本ユニットとするナノ構造複合体で覆われていることを確認した。低倍率写真から、表面に粒はあるものの、被覆層全体はナノファイバーで構成されていることを確認した。
Example 9
[Structure in which copper plate surface is coated with polymer / silica nanostructure composite]
A 1 × 1 cm size copper plate was dipped in a 4% aqueous solution of L-PEI (80 ° C. solution) and allowed to stand for 30 seconds. The plate was taken out and allowed to stand at room temperature for 5 minutes, after being put on a mixed solution of silica source (MS51 / water / IPA = 0.5 / 3/3), and then allowed to stand at room temperature for 20 minutes. The plate was taken out from the liquid, the surface was washed with ethanol, and dried at room temperature to obtain a plate-like structure. The surface of the obtained plate was observed with SEM. In FIG. 18, it was confirmed that the copper plate surface was covered with a nanostructure composite having nanofibers as basic units. From the low-magnification photograph, it was confirmed that the entire coating layer was composed of nanofibers although there were grains on the surface.

実施例10
[ガラス管内壁が星型ポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
実施例1−1において、内径6mmのガラス管を用い、ポリマーとしては合成例2で得られたB−PEIを用いて、更にシリカソース液として(TMOS/蒸留水=1/1体積比)を用いる以外は、実施例1−1と同様にして構造物を得た。得られたガラス管末端を少々潰し、その破片の表面をSEMで観察した。図19にはガラス管内壁の表面写真を示した。SEM観察写真から、高密度のナノファイバーがガラス管内壁に生え並んでいることを確認した。
Example 10
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with star polymer / silica nanostructure composite]
In Example 1-1, a glass tube having an inner diameter of 6 mm was used, the polymer was B-PEI obtained in Synthesis Example 2, and the silica source liquid was further (TMOS / distilled water = 1/1 volume ratio). A structure was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that it was used. The obtained glass tube end was crushed a little, and the surface of the broken piece was observed with SEM. FIG. 19 shows a surface photograph of the inner wall of the glass tube. From the SEM observation photograph, it was confirmed that high-density nanofibers grew on the inner wall of the glass tube.

実施例11
[ガラス管内壁がポルフィリン星型ポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
実施例10において、ポリマーとして合成例3で得られたP−PEIを用いる以外は実施例10と同様にして、構造物を得た。得られたガラス管末端を少々潰し、その破片の表面をSEMで観察した。図20にはガラス管内壁の表面写真を示した。SEM観察写真から、生え並んだナノファイバー先が丸めの粒子状になっていることを確認した。
Example 11
[A structure in which the inner wall of a glass tube is coated with a porphyrin star polymer / silica nanostructure composite]
In Example 10, a structure was obtained in the same manner as in Example 10 except that P-PEI obtained in Synthesis Example 3 was used as the polymer. The obtained glass tube end was crushed a little, and the surface of the broken piece was observed with SEM. FIG. 20 shows a surface photograph of the inner wall of the glass tube. From the SEM observation photograph, it was confirmed that the tips of the nanofibers lined up were rounded particles.

実施例12
[ガラス板表面がポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
2×2cmのソーダライムガラス板を4%のL−PEIの水溶液(80℃液)に浸け、30秒間静置した。板を取り出し、室温にて5分間静置させた後、シリカソースの混合液(MS51/蒸留水/IPA =0.5/3/3体積比)中に、室温で20分浸けた。板を液中から取り出し、エタノールで表面を洗浄し、室温にて乾燥させて構造物を得た。得られた板の表面をSEMで観察した。図21には板表面を被覆したナノ構造複合体の基本ユニットがナノファイバーであることを示す構造写真を示した。この写真から、板表面のナノ構造複合体は水平線的広がりのネットワークを形成していることを確認した。
Example 12
[Structure with glass plate surface covered with polymer / silica nanostructure composite]
A 2 × 2 cm soda lime glass plate was immersed in an aqueous solution of 4% L-PEI (80 ° C. solution) and allowed to stand for 30 seconds. The plate was taken out and allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then immersed in a mixed solution of silica source (MS51 / distilled water / IPA = 0.5 / 3/3 volume ratio) at room temperature for 20 minutes. The plate was taken out from the liquid, the surface was washed with ethanol, and dried at room temperature to obtain a structure. The surface of the obtained plate was observed with SEM. FIG. 21 shows a structural photograph showing that the basic unit of the nanostructure composite covering the plate surface is a nanofiber. From this photograph, it was confirmed that the nanostructure composite on the plate surface formed a network with a horizontal line.

実施例13
[ガラス管内壁がポリマー/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
市販の多分岐ポリエチレンイミン(SP200,日本触媒株式会社製)を蒸留水中に加え、4%の水溶液を調製した。ソーダライム材質のガラス管(内径6mm、長さ5cm)とシリンジをゴム管で連結し、該当ガラス管中に一定目安のところまで前記ポリマー水溶液吸い取ってから、30秒間静置した後、該ポリマー水溶液をシリンジの押し力で排出した。この操作でガラス管内壁にポリマーの吸着層が形成した。該ガラス管を室温にて5分間静置したのち、シリカソース溶液(TMOS/蒸留水=1/1体積比)中に30分間浸けた。ガラス管を取り出し、ガラス管内壁をエタノールで洗浄した後、それを室温で乾燥して構造物を得た。得られたガラス管末端を少々潰し、その破片の表面をSEMで観察した。図22にはガラス管内壁の表面写真を示した。SEM観察写真から、ガラス管内壁全体には約20nmのナノ粒子が緻密に広がってネットワークを形成していることを確認した。
Example 13
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with polymer / silica nanostructure composite]
A commercially available multi-branched polyethyleneimine (SP200, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was added to distilled water to prepare a 4% aqueous solution. A glass tube (inner diameter 6 mm, length 5 cm) made of soda lime and a syringe are connected with a rubber tube, and the polymer aqueous solution is sucked up to a certain standard in the glass tube, and then left to stand for 30 seconds. Was discharged by the pushing force of the syringe. By this operation, a polymer adsorption layer was formed on the inner wall of the glass tube. The glass tube was allowed to stand at room temperature for 5 minutes, and then immersed in a silica source solution (TMOS / distilled water = 1/1 volume ratio) for 30 minutes. The glass tube was taken out and the inner wall of the glass tube was washed with ethanol and then dried at room temperature to obtain a structure. The obtained glass tube end was crushed a little, and the surface of the broken piece was observed with SEM. FIG. 22 shows a surface photograph of the inner wall of the glass tube. From the SEM observation photograph, it was confirmed that about 20 nm nanoparticles spread densely on the entire inner wall of the glass tube to form a network.

実施例14
[ガラス管内壁がポリマー/銅ナノ粒子/シリカ ナノ構造複合体で被覆された構造物]
実施例4−1で得た銅イオンを含むナノ構造複合体で内壁を被覆されたガラス管を、6mLの1%の水素化ホウ素アンモニウム水溶液中に浸け、室温下3時間静置し、銅イオンの還元反応を行った。サンプル管を蒸留水、エタノール液中で洗浄した後、拡散反射分光器にて吸収スペクチルを測定した。銅イオン状態での630nm吸収は消失し、替わりに590nmに銅ナノ粒子由来のプラズモン吸収が現れた。このことは銅イオンが銅ナノ粒子に変換され、ガラス管内壁を被覆する複合体中に該銅ナノ粒子が含まれたことを示唆する。
Example 14
[Structure in which inner wall of glass tube is coated with polymer / copper nanoparticles / silica nanostructure composite]
The glass tube coated on the inner wall with the nanostructure composite containing copper ions obtained in Example 4-1 was immersed in 6 mL of 1% aqueous solution of ammonium borohydride and allowed to stand at room temperature for 3 hours. The reduction reaction was performed. After washing the sample tube in distilled water and ethanol solution, the absorption spectrum was measured with a diffuse reflection spectrometer. Absorption at 630 nm in the copper ion state disappeared, and plasmon absorption derived from copper nanoparticles appeared at 590 nm instead. This suggests that copper ions were converted into copper nanoparticles, and the copper nanoparticles were included in the composite covering the inner wall of the glass tube.

実施例1−1で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:横方向からの写真(ガラスと複合体との界面) c:拡大図(ナノファイバーの観測)It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 1-1. a: Photograph of broken glass tube b: Photograph from lateral direction (interface between glass and composite) c: Enlarged view (observation of nanofiber) 実施例1−2で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの○部分拡大図 c:bの□部分拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 1-2. a: Photograph of broken glass tube b: Partial enlarged view of a c: Partial expanded view of b 実施例1−3で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:横方向からの写真(ガラスと複合体との界面) c:拡大図(真下からの観測、複合体の表面) d:cの拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 1-3. a: Photograph of broken glass tube b: Photograph from the lateral direction (interface between glass and composite) c: Enlarged view (observation from directly below, surface of composite) d: Enlarged view of c 実施例1−4で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:横方向からの写真(ガラスと複合体との界面) c:拡大図(ナノファイバーの観測)It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 1-4. a: Photograph of broken glass tube b: Photograph from lateral direction (interface between glass and composite) c: Enlarged view (observation of nanofiber) 実施例2−1で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの拡大図 c:bの拡大図 d:複合体表面の拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 2-1. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view of the composite surface 実施例2−2で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:横方向からの写真(ガラスと複合体との界面) c:横方向の拡大図 d:cの表面部分の拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 2-2. a: Photograph of broken glass tube b: Photograph from lateral direction (interface between glass and composite) c: Enlarged view in the lateral direction d: Enlarged view of the surface portion of c 実施例2−3で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:表面の拡大図 c:横方向の拡大図 d:cの一部分の拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 2-3. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface c: Enlarged view in the horizontal direction d: Enlarged view of a part of c 実施例3で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図 d:cの一部分の拡大図4 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 3. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view of a part of c 実施例4−1で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図 d:横方向の拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 4-1. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view in the horizontal direction 実施例4−2で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図 d:横方向の拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 4-2. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view in the horizontal direction 実施例4−3で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図 d:横方向の拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 4-3. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view in the horizontal direction 実施例4−4で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図 d:横方向の拡大図It is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 4-4. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view in the horizontal direction 実施例4で得た構造物の横方向の走査型電子顕微鏡写真である。(CHCHNH)/Cu=50/1(a),100/1(b),200/1(c),600/1(d)4 is a scanning electron micrograph in the horizontal direction of the structure obtained in Example 4. FIG. (CH 2 CH 2 NH) / Cu = 50/1 (a), 100/1 (b), 200/1 (c), 600/1 (d) 実施例5で得た構造物の実物の写真と走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの表面の拡大図It is the photograph of the real thing of the structure obtained in Example 5, and a scanning electron micrograph. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface of a 実施例6で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:ガラス管破片の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図 d:横方向の拡大図6 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 6. FIG. a: Photograph of broken glass tube b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view in the horizontal direction 実施例7で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:棒の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図 d:cの拡大図6 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 7. FIG. a: Photograph of a stick b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b d: Enlarged view of c 実施例8で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:板の写真 b:aの表面の拡大図 c:bの拡大図6 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 8. a: Photo of the plate b: Enlarged view of the surface of a c: Enlarged view of b 実施例9で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:板の写真 b:aの○部分の拡大図 c:bの拡大図6 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 9. a: Photograph of the board b: Enlarged view of the circled portion of a c: Enlarged view of b 実施例10で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:表面の写真 b:aの拡大図 c:横方向の拡大図 d:cの拡大図2 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 10. FIG. a: surface photograph b: enlarged view of a c: enlarged view in the lateral direction d: enlarged view of c 実施例11で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:表面の写真 b:aの拡大図 c:bの拡大図2 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 11. FIG. a: Photograph of the surface b: Enlarged view of a c: Enlarged view of b 実施例12で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:表面の写真 b:aの拡大図 c:bの拡大図 d:cの拡大図4 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 12. a: surface photo b: enlarged view of a c: enlarged view of b d: enlarged view of c 実施例13で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。a:表面の写真 b:aの拡大図 c:bの拡大図4 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 13. a: Photograph of the surface b: Enlarged view of a c: Enlarged view of b

Claims (12)

ガラス基材、金属基材、金属酸化物基材、ガラスをエッチング処理した基材、樹脂基材、及び樹脂基材表面をプラズマ、オゾン、硫酸又はアルカリで処理した基材からなる群から選ばれる1種の固体基材(X)の表面が50nm〜20μmの厚みを有するナノ構造複合体(Y)で被覆されているナノ構造複合体被覆型構造物であって、該ナノ構造複合体(Y)がポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)とシリカ(B)とを含有する複合ナノファイバー(y1)又は複合ナノ粒子(y2)を基本ユニットとする集合体であることを特徴とするナノ構造複合体被覆型構造物。 Selected from the group consisting of a glass substrate, a metal substrate, a metal oxide substrate, a substrate obtained by etching glass, a resin substrate, and a substrate obtained by treating the resin substrate surface with plasma, ozone, sulfuric acid or alkali. A nanostructure composite-coated structure in which the surface of one kind of solid substrate (X) is coated with a nanostructure composite (Y) having a thickness of 50 nm to 20 μm, the nanostructure composite (Y ) Is an aggregate having a composite nanofiber (y1) or composite nanoparticle (y2) containing a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) and silica (B) as a basic unit. Nanostructure composite coated structure. 前記ナノ構造複合体(Y)中に更に金属イオン(C)が含まれている請求項1記載のナノ構造複合体被覆型構造物。 The nanostructure composite-coated structure according to claim 1, wherein the nanostructure composite (Y) further contains a metal ion (C). 前記ナノ構造複合体(Y)中に更に金属ナノ粒子(D)が含まれている請求項1記載のナノ構造複合体被覆型構造物。 The nanostructure composite-coated structure according to claim 1, wherein the nanostructure composite (Y) further contains metal nanoparticles (D). 前記ナノ構造複合体(Y)中に更に有機色素分子(E)が含まれている請求項1記載のナノ構造複合体被覆型構造物。 The nanostructure composite-covered structure according to claim 1, wherein the nanostructure composite (Y) further contains an organic dye molecule (E). 前記ナノ構造複合体(Y)が複合ナノファイバー(y1)を基本ユニットとし、該複合ナノファイバーの長軸が前記固体基材(X)の表面に対して略垂直の方向を向いている請求項1〜4の何れか1項記載のナノ構造複合体被覆型構造物。 The nanostructure composite (Y) has a composite nanofiber (y1) as a basic unit, and a long axis of the composite nanofiber is oriented in a direction substantially perpendicular to the surface of the solid substrate (X). The nanostructure composite-coated structure according to any one of 1 to 4. 前記複合ナノファイバー(y1)の太さが10〜100nmの範囲であり、且つ長さが50nm〜10μmである請求項5記載のナノ構造複合体被覆型構造物。 The nanostructure composite-coated structure according to claim 5, wherein the thickness of the composite nanofiber (y1) is in the range of 10 to 100 nm and the length is 50 nm to 10 µm. 前記ナノ構造複合体(Y)が複合ナノ粒子(y2)を基本ユニットとし、該複合ナノ粒子(y2)がネットワークを形成して前記固体基材()を被覆する請求項1〜4の何れか1項記載のナノ構造複合体被覆型構造物。 The nanostructure composite (Y) has composite nanoparticles (y2) as a basic unit, and the composite nanoparticles (y2) form a network to cover the solid substrate ( X ). The nanostructure composite-coated structure according to claim 1. 前記複合ナノ粒子(y2)の平均粒子径が20nm以下である請求項7記載のナノ構造複合体被覆型構造物。 The nanostructure composite-covered structure according to claim 7, wherein the composite nanoparticle (y2) has an average particle size of 20 nm or less. ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)を含有する溶液中にガラス基材、金属基材、金属酸化物基材、ガラスをエッチング処理した基材、樹脂基材、及び樹脂基材表面をプラズマ、オゾン、硫酸又はアルカリで処理した基材からなる群から選ばれる1種の固体基材(X)を浸漬させた後取り出し、該固体基材(X)の表面にポリマー層を形成させる工程(1)と、
工程(1)で得られたポリマー層を有する固体基材(X)と、シリカソース液(B’)とを接触して、固体基材(X)表面のポリマー層中にシリカ(B)を析出させ、複合ナノファイバー(y1)又は複合ナノ粒子(y2)を基本ユニットとする集合体であるナノ構造複合体(Y)を50nm〜20μmの厚みで前記固体基材(X)上に形成させる工程(2)と、
を有することを特徴とするナノ構造複合体被覆型構造物の製造方法。
A glass substrate, a metal substrate, a metal oxide substrate, a substrate obtained by etching glass, a resin substrate, and a resin substrate surface in a solution containing a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) plasma, ozone, a step of forming a polymer layer on the surface of the take-out after immersion one solid substrate (X) is selected from the group consisting of substrate treated with sulfuric acid or alkali, the solid substrate (X) (1) and
The solid substrate (X) having the polymer layer obtained in the step (1) is brought into contact with the silica source liquid (B ′), and the silica (B) is incorporated into the polymer layer on the surface of the solid substrate (X). The nanostructure composite (Y) which is an aggregate having the composite nanofiber (y1) or the composite nanoparticle (y2) as a basic unit is formed on the solid substrate (X) with a thickness of 50 nm to 20 μm. Step (2);
A method for producing a nanostructure composite-coated structure characterized by comprising:
請求項9記載の製造方法で得られるナノ構造複合体被覆型構造物を、更に金、銀及び白金からなる群から選ばれる貴金属のイオン水溶液中に浸漬させることにより、該貴金属イオンをナノ構造複合体(Y)中に浸透させ、該ナノ構造複合体(Y)中のポリエチレンイミン骨格(a)による自発還元作用により、当該貴金属の金属ナノ粒子(D)とすることを特徴とする、金属ナノ粒子が含まれたナノ構造複合体被覆型構造物の製造方法。 The nanostructure composite-covered structure obtained by the manufacturing method according to claim 9 is further immersed in an ion aqueous solution of a noble metal selected from the group consisting of gold, silver, and platinum, so that the noble metal ions are nanostructured. Metal nano-particles characterized in that the noble metal metal nanoparticles (D) are made to penetrate into the body (Y) and spontaneously reduce by the polyethyleneimine skeleton (a) in the nanostructure composite (Y). A method for producing a nanostructure composite-covered structure containing particles. ポリエチレンイミン骨格(a)を有するポリマー(A)と金属イオン(C)とを含有する溶液中にガラス基材、金属基材、金属酸化物基材、ガラスをエッチング処理した基材、樹脂基材、及び樹脂基材表面をプラズマ、オゾン、硫酸又はアルカリで処理した基材からなる群から選ばれる1種の固体基材(X)を浸漬させた後取り出し、該固体基材(X)の表面に金属イオン(C)を含有するポリマー層を形成させる工程(1’)と、
工程(1’)で得られたポリマー層を有する固体基材(X)と、シリカソース液(B’)とを接触して、固体基材(X)表面の該ポリマー層中にシリカ(B)を析出させ、金属イオンを含む複合ナノファイバー(y1)又は複合ナノ粒子(y2)を基本ユニットとする集合体であるナノ構造複合体(Y)を50nm〜20μmの厚みで前記固体基材(X)上に形成させる工程(2’)と、
を有することを特徴とする金属イオンが含まれたナノ構造複合体被覆型構造物の製造方法。
A glass substrate, a metal substrate, a metal oxide substrate, a substrate obtained by etching glass in a solution containing a polymer (A) having a polyethyleneimine skeleton (a) and a metal ion (C), a resin substrate The surface of the solid substrate (X) is taken out after immersing one solid substrate (X) selected from the group consisting of a substrate treated with plasma, ozone, sulfuric acid or alkali on the surface of the resin substrate. Forming a polymer layer containing metal ions (C) in (1 ′),
The solid substrate (X) having the polymer layer obtained in the step (1 ′) is brought into contact with the silica source liquid (B ′), and silica (B) is contained in the polymer layer on the surface of the solid substrate (X). ) And depositing the nanostructure composite (Y), which is an assembly having the composite nanofiber (y1) or composite nanoparticle (y2) containing metal ions as a basic unit, with a thickness of 50 nm to 20 μm. X) forming on (2 ′),
A method for producing a nanostructure composite-covered structure containing a metal ion, comprising:
請求項11記載の製造方法で得られる金属イオンを含むナノ構造複合体被覆型構造物を、更に還元剤溶液中に浸漬させ、ナノ構造複合体(Y)中の金属イオンを還元し、当該金属ナノ粒子に変換させることを特徴とする金属ナノ粒子が含まれたナノ構造複合体被覆型構造物の製造方法。 A nanostructure composite-coated structure containing a metal ion obtained by the production method according to claim 11 is further immersed in a reducing agent solution to reduce the metal ion in the nanostructure composite (Y), A method for producing a nanostructure-composite-covered structure containing metal nanoparticles, wherein the structure is converted into nanoparticles.
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