JP4724877B2 - 炭素多孔体、炭素多孔体を製造する方法、吸着剤および生体分子素子 - Google Patents

Description

本発明は、炭素多孔体およびその製造方法に関し、より詳細には、熱および水に対して安定であり、かつ、大きな孔容量と比表面積とを有する炭素多孔体、その製造方法、それを用いた吸着剤および生体分子素子に関する。

近年、有害物質の吸着除去、有益物質の吸着回収および生体物質の固定化のため、多孔体材料が研究されている。中でも、水熱条件下（例えば、高温水中）において安定である炭素多孔体（メソポーラスカーボン）が注目されている。鋳型を用いてこのような炭素多孔体を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

図１２は、従来技術による炭素分子体の製造方法を示すフローチャートである。段階ごとに説明する。
段階Ｓ１２１０：シリカオリゴマー、縮重合されうる炭素含有化合物である炭素前駆物質および液状のキャリアを含む混合物を、鋳型（メソポーラスシリカ）の気孔（空孔）に含浸させる。鋳型は、鋳型内の気孔が不規則に三次元的に連結された構造、中型気孔が微細気孔に互いに連結された構造を有している。炭素前駆物質は、炭水化物またはモノマーである。シリカオリゴマーは、得られる炭素分子体中の気孔率を上昇させるために含まれる。液状のキャリアは、鋳型への混合物の含浸を促進するためである。
段階Ｓ１２２０：鋳型に含浸された混合物中に含まれた炭素前駆物質を重合する。重合は、熱処理によって行われ、鋳型の気孔内に炭素前駆物質重合体が形成される。この熱処理により液状のキャリアは乾燥する。
段階Ｓ１２３０：気孔内に形成されている炭素前駆物質重合体を熱分解して炭化する。この熱分解においても、残留している液状のキャリアは除去される。
段階Ｓ１２４０：鋳型とシリカオリゴマーとを選択的に溶解させる溶液で処理してこれらを除去する。これによって微細気孔を有する炭素分子体が得られる。
特開２００４−２４４３１１号公報

しかしながら、特許文献１に示される技術によって得られる炭素分子多孔体（炭素多孔体）は、シリカオリゴマーを用いることによって多数の微細気孔を設けて大比表面積を達成することはできるが、孔（気孔）容量は限られていた（例えば、１．７ｃｍ³／ｇ以下
）。このため、炭素多孔体が吸着できる物質の大きさは限られており、所望の物質を吸着できない場合がある。また、特許文献１で用いられる鋳型（レプリカ）の構造により、得られた炭素多孔体は、ロッド構造が集積したもの（例えば、ヘキサゴナル構造）となっており、吸着物質の内部への拡散に不利であった。

したがって、本発明の目的は、より大きな孔容量と比表面積とを有し、吸着物質の内部への拡散に好適な炭素多孔体、および、その製造方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、上述の炭素多孔体を用いたアプリケーション（吸着剤および生体分子素子）を提供することである。

本発明による炭素多孔体（ＩＣＹ）を製造する方法は、ケージ型シリカ多孔体であるＫＩＴ−５と炭素源とを混合する工程であって、前記ケージ型シリカ多孔体は、シリカ骨格と、前記シリカ骨格によって形成された複数の孔と、前記複数の孔のそれぞれを相互に結合する、前記シリカ骨格によって形成されたチャネルとを含み、前記複数の孔は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記複数の孔の直径ｄ_１と、前記チャネルの径ｄ_２とは、関係ｄ_１＞ｄ_２を満たし、前記ケージ型シリカ多孔体と前記炭素源とを、前記ケージ型シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と前記炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比（Ｃ／Ｓｉ）が、関係０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０を満たすように混合する、工程と、前記混合する工程によって得られた混合物を加熱する工程と、前記加熱する工程によって得られた反応物から前記ケージ型シリカ多孔体を除去する工程とを包含し、前記加熱する工程は、第１の温度で前記混合物を重合化する工程と、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記混合物を炭化する工程とをさらに包含し、前記重合化する工程は、大気中、７０℃〜１５０℃の温度範囲から選択される前記第１の温度で５時間〜８時間、前記混合物を加熱し、前記炭化する工程は、窒素雰囲気下または不活性ガス雰囲気下、７００℃〜９００℃の温度範囲から選択される前記第２の温度で４時間〜８時間、前記混合物を加熱し、これにより上記目的を達成する。

前記ＫＩＴ−５の比表面積ｓは、４５０＜ｓ（ｍ^２／ｇ）＜６９０であり得る。
前記ＫＩＴ−５の距離ｄ_２は、４＜ｄ_２（ｎｍ）＜６であり得る。
前記ＫＩＴ−５の距離ｄ_１は、１０＜ｄ_１（ｎｍ）＜１４であり得る。

前記炭素源は、化学式Ｃ_lＨ_mＯ_n（ただし、ｌ、ｍ、ｎは、０または正の整数であり、
ｌ≠０である）を満たしてもよい。
前記化学式Ｃ_lＨ_mＯ_nを満たす炭素源は、糖類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン
類、カルボン酸類、エーテル類、および、炭化水素類からなる群から選択され得る。

前記糖類は、ショ糖またはブドウ糖であり得る。
前記アルコール類は、オクタノール、ヘキサンジオール、および、ベンジルアルコールからなる群から選択され得る。
前記アルデヒド類は、アセトアルデヒドまたはブチルアルデヒドであり得る。
前記ケトン類は、ジブチルケトンまたはシクロヘキサノンであり得る。
前記カルボン酸類は、酪酸または吉草酸であり得る。
前記エーテル類は、ジブチルエーテルまたはジオキサンであり得る。
前記炭化水素類は、ドデカン、アダマンタン、および、ナフタレンからなる群から選択され得る。

前記ケージ形シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と前記炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比（Ｃ／Ｓｉ）は、関係０．８５≦Ｃ／Ｓｉ≦０．９５を満たしてもよい。

前記重合化する工程は、大気中、１４０℃〜１６０℃の温度範囲から選択される温度で５時間〜８時間、前記混合物をさらに加熱してもよい。

前記除去する工程は、フッ酸またはアルカリ水溶液を用いて前記反応物をろ過してもよい。
前記除去する工程の後に、前記反応物を洗浄し、乾燥する工程をさらに包含してもよい。

本発明による炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（ＩＣＹ）は、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離Ｄ_１と、前記炭素結合部間の距離Ｄ_２とは、関係Ｄ_１＜Ｄ_２を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は１３００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は１．５ｃｍ^３／ｇ以上であり、前記距離Ｄ _１ と前記距離Ｄ _２ とは、それぞれ、４≦Ｄ _１ （ｎｍ）≦６、および、９≦Ｄ _２ （ｎｍ）≦１５であり、前記炭素主部は、面心立方となるように位置しており、ＫＩＴ−５をレプリカとして用いることによって得られ、これにより上記目的を達成する。

前記炭素多孔体の比表面積は、１６００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は２．０ｃｍ^３／ｇ以上であってもよい。

本発明による炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（ＩＣＹ）を含む吸着剤は、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離Ｄ_１と、前記炭素結合部間の距離Ｄ_２とは、関係Ｄ_１＜Ｄ_２を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は１３００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は１．５ｃｍ^３／ｇ以上であり、前記距離Ｄ _１ と前記距離Ｄ _２ とは、それぞれ、４≦Ｄ _１ （ｎｍ）≦６、および、９≦Ｄ _２ （ｎｍ）≦１５であり、前記炭素主部は、面心立方となるように位置しており、ＫＩＴ−５をレプリカとして用いることによって得られ、これにより上記目的を達成する。

前記炭素多孔体の比表面積は、１６００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は２．０ｃｍ^３／ｇ以上であってもよい。

本発明による生体分子素子は、炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（ＩＣＹ）と、前記炭素多孔体に固定された生体分子とを含み、前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離Ｄ_１と、前記炭素結合部間の距離Ｄ_２とは、関係Ｄ_１＜Ｄ_２を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は１３００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は１．５ｃｍ^３／ｇ以上であり、前記距離Ｄ _１ と前記距離Ｄ _２ とは、それぞれ、４≦Ｄ _１ （ｎｍ）≦６、および、９≦Ｄ _２ （ｎｍ）≦１５であり、前記炭素主部は、面心立方となるように位置しており、ＫＩＴ−５をレプリカとして用いることによって得られ、前記生体分子は、前記炭素主部と前記炭素結合部とによって形成された孔内に固定されており、タンパク質、核酸、および、多糖類からなる群から選択され、前記生体分子は、酵素と反応し、それにより上記目的を達成する。

前記酵素は、リゾチームであり得る。
前記炭素多孔体の比表面積は、１６００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は２．０ｃｍ^３／ｇ以上であってもよい。

本発明による製造方法によれば、複数の孔が三次元的に規則的かつ対称に位置したケージ型シリカ多孔体をレプリカとして用いる。このようなケージ型シリカ多孔体は、従来用いられているレプリカの比表面積および孔容量よりも小さな比表面積および孔容量を有するため、得られる炭素多孔体は、従来よりも大きな孔容量および比表面積を有することができる。また、このようなケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、所定のモル比（すなわち、０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０）を満たすように混合されるので、炭素同士の癒着のない規
則性の高い炭素多孔体が得られる。このようにして得られた炭素多孔体は、従来よりも吸着力を向上させることができるとともに、従来吸着できなかった大きな物質をも吸着することができ。また、炭素多孔体内への吸着物質の拡散も容易となり得る。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明による炭素多孔体（ＩＣＹ）の製造方法を示すフローチャートである。工程ごとに説明する。
工程Ｓ１１０：ケージ型シリカ多孔体と炭素源とを混合する。ここで、ケージ型シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比（Ｃ／Ｓｉ）は、関係０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０を満たす。

図２は、ＫＩＴ−５の模式的構造を示す図である。
ケージ型シリカ多孔体の一例としてＫＩＴ−５の模式的構造２００を示す。ケージ型シリカ多孔体の一例であるＫＩＴ−５は、シリカからなるシリカ骨格２１０と、複数の孔２２０と、チャネル２３０とを含む。複数の孔２２０およびチャネル２３０は、シリカ骨格２１０によって形成されている。

複数の孔２２０は、三次元的（図では簡単のため二次元のみを示す）に規則的かつ対称に位置している。チャネル２３０は、複数の孔２２０のそれぞれを相互に結合している。複数の孔２２０のそれぞれの直径ｄ₁と、チャネル２３０の径ｄ₂とは、関係ｄ₁＜ｄ₂を満たす。このように、ケージ型シリカ多孔体は、内部にケージ型（鳥かご状）の空間を有しており、その空間は空間の入り口よりも空間の内径の方が大きい構造を有している。

ケージ型シリカ多孔体としてＫＩＴ−５を用いた場合、複数の孔２２０は、面心立方Ｆｍ３ｍの対称性を有している。このようなＫＩＴ−５は、例えば、ＫｌｅｉｔｚらのＪ．
Ｐｈｙｓ． Ｃｈｅｍ． １０７， １４２９６（２００３）に記載される技術を用いて製造され得る。

なお、ＫＩＴ−５の比表面積、格子定数、直径ｄ₁、および、径ｄ₂等は、製造条件（例えば、焼成温度）によって大きく異なる。
好ましいＫＩＴ−５の比表面積ｓ（ｍ²／ｇ）、格子定数ａ₀（ｎｍ）、直径ｄ₁および
チャネル径ｄ₂（ｎｍ）は、それぞれ、４５０＜ｓ（ｍ²／ｇ）＜６９０、１７＜ａ₀（ｎ
ｍ）＜２２、１０＜ｄ₁（ｎｍ）＜１４、および、４＜ｄ₂（ｎｍ）＜６である。

これらの条件のうち、少なくとも、比表面積ｓおよびチャネル径ｄ₂の条件を満たして
いることが望ましい。これは、比表面積ｓに対してチャネル径ｄ₂が小さすぎると、ＫＩ
Ｔ−５が安定なレプリカとして機能しないためである。
もっとも好ましくは、ＫＩＴ−５が、これらすべての条件を満たすことである。

得られる炭素多孔体（ＩＣＹ）の構造は、選択されたケージ型シリカ多孔体の構造に依存することに留意されたい。したがって、ケージ型シリカ多孔体を適宜選択することによって、所望の形状、孔径および比表面積を有する炭素多孔体が得られ得る。

再度、図１の工程Ｓ１１０を参照する。炭素源は、炭素と、水素および酸素の一部および全部とからなる化合物Ｃ_lＨ_mＯ_nである（ｌ，ｍ，ｎは０または正の整数であり、ｌ≠
０である）。このような炭素源は、糖類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、エーテル類、および、炭化水素類からなる群から少なくとも１つ選択される。

より好ましくは、糖類は、ショ糖または／およびブドウ糖であり得る。アルコール類は、オクタノール、ヘキサンジオールおよびベンジルアルコールからなる群から選択される。アルデヒド類は、アセトアルデヒドまたは／およびブチルアルデヒドであり得る。ケトン類は、ジブチルケトンまたは／およびシクロヘキサノンであり得る。カルボン酸は、酪酸または／および吉草酸であり得る。エーテル類は、ジブチルエーテルまたは／およびジオキサンであり得る。炭化水素類は、ドデカン、アダマンタンおよびナフタレンからなる群から選択される。炭素源は、上述の材料の１つ以上を組み合わせて用いてもよい。また、炭素源は、上述の材料に限定されない。

本発明で用いられるケージ型シリカ多孔体は、従来用いられているシリカ多孔体に比べて比表面積および孔容積が小さい。したがって、従来の炭素多孔体の製造方法を適用した場合、炭素源不足によってケージ型シリカ多孔体内に炭素源を十分に充填できない、または、炭素源過剰によってケージ型シリカ多孔体を除去した後に炭素同士の癒着が生じる等の問題が発生し、孔構造が規則的な炭素多孔体が得られない。つまり、ケージ型シリカ多孔体に対する炭素源の割合が重要である。本発明では、ケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、ケージ型シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比（Ｃ／Ｓｉ）が、関係０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０を満たすように混合される。

この範囲内であれば、孔構造が規則的な炭素多孔体（ＩＣＹ）が得られ得る。より好ましくは、０．８５≦Ｃ／Ｓｉ≦０．９５である。また、上述の範囲内でモル比を調整することによって、得られる炭素多孔体の孔構造（すなわち、孔容積、表面積、孔径（後述の距離Ｄ₁に相当）および内部ケージ空間の直径（後述の距離Ｄ₂に相当））を制御することができる。

工程Ｓ１２０：工程Ｓ１１０で得られた混合物を加熱する。これによって、混合物が反応し、炭素多孔体が得られ得る。より詳細には、第１の温度で混合物を重合化し、次いで、第１の温度よりも高い第２の温度で混合物を炭化する。
重合化は、大気中、７０℃〜１５０℃の温度範囲から選択される第１の温度で５時間〜８時間加熱することによって行われる。加熱には、オーブンやホットプレート等の任意の加熱手段が用いられ得る。この加熱によって混合物のうち炭素源が重合化される。次いで、これらを攪拌することによってケージ型シリカ多孔体の細孔に炭素源が位置することになる。重合化は、１４０℃〜１６０℃の温度範囲から選択される温度でさらに５時間〜８時間加熱してもよい。これにより、重合をより確実に行うことができる。

炭化は、窒素雰囲気下または不活性ガス雰囲気下、７００℃〜９００℃の温度範囲から選択される第２の温度で４時間〜８時間加熱することによって行われる。加熱には、電気炉等の任意の加熱手段が用いられ得る。この加熱によって、重合化された炭素源が炭化される。このようにして、ケージ型シリカ多孔体の細孔内に得られた反応物が、炭素多孔体（ＩＣＹ）である。
なお、炭化する前に、重合化によって得られた重合体を乾燥させ、微粒子化してもよい。これによって炭化時間を短縮させることができる。

工程Ｓ１３０：工程Ｓ１２０で得られた反応物からケージ型シリカ多孔体を除去する。フッ酸またはアルカリ水溶液を用いてケージ型シリカ多孔体をろ過することによって、反応物であるＩＣＹのみを抽出することができる。なお、ケージ型シリカ多孔体を溶解させることができる任意のアルカリ水溶液を用いることができる。

工程Ｓ１３０の後、抽出された反応物を洗浄し乾燥してもよい。洗浄には、純水、蒸留水、または、エタノールが用いられる。乾燥は、オーブンやホットプレート等の任意の加熱手段を用いて行われ得る。

本発明による製造方法によれば、レプリカとして複数の孔が三次元的に規則的かつ対称に位置したケージ型シリカ多孔体を用いて、新規なケージ型炭素多孔体が得られ得る。

このようなケージ型シリカ多孔体は、従来用いられているレプリカの比表面積および孔容量よりも小さな比表面積および孔容量を有するため、得られる炭素多孔体は、従来よりも大きな比表面積および孔容量を有することができる。

また、本発明による製造方法によれば、ケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、上述の所定のモル比を満たすように混合されるので、炭素同士の癒着のない、ケージ型シリカ多孔体の構造を反映した規則性の高い炭素多孔体が得られる。

図３は、本発明による炭素多孔体（ＩＣＹ）の模式図である。
図３に示される炭素多孔体（ＩＣＹ）３００は、図１を参照して説明した本発明による方法においてケージ型シリカ多孔体としてＫＩＴ−５を用いた場合の例示である。ＩＣＹ３００の構造は、図示される構造に限定されないことを理解されたい。

本発明による炭素多孔体（ＩＣＹ）３００は、炭素骨格から構成されている。ＩＣＹ３００は、炭素主部３１０と炭素主部３１０のそれぞれを相互に結合する炭素結合部３２０とを含む。炭素主部３１０は、三次元的（図では簡単のため二次元のみを示す）に規則的かつ対称に位置している。炭素主部３１０間の距離Ｄ₁と、炭素結合部３２０間の距離Ｄ₂とは、関係Ｄ₁＜Ｄ₂を満たす。

このように、ＩＣＹ３００は、炭素骨格が厚く細い孔を形成している部分（炭素主部３１０間）によって、広い空間（炭素結合部３２０間）がつながれている構造を取る。炭素主部３１０は、好ましくは、面心立方となるように位置している。距離Ｄ₁（ｎｍ）は、
好ましくは、４ｎｍ以上６ｎｍ以下である。距離Ｄ₂（ｎｍ）は、好ましくは、９ｎｍ以
上１５ｎｍ以下である。

なお、図１を参照して説明した本発明による方法によって、比表面積１３００ｍ²／ｇ
以上、および／または、孔容量１．５ｃｍ³／ｇ以上のＩＣＹ３００を得ることができる
。ケージ型シリカ多孔体を適宜選択することによって、比表面積が１６００ｍ²／ｇ以上
、および／または、孔容量が２．０ｃｍ³／ｇ以上であるＩＣＹ３００が得られ得る。本
発明によるＩＣＹ３００によれば、距離Ｄ₂で示されるケージ径を有する空間内に、従来
よりも大きな種々のタンパク質等の物質を効率的に固定化（吸着）することができる。

また、図３を参照して説明したように、本発明によるケージ型シリカ多孔体は、細い孔と広い内部空間とを有しており、触媒反応を行うに適した構造を有している。

本発明による炭素多孔体は、燃料電池におけるアノードまたはカソードに用いられる触媒として利用可能である。本発明による炭素多孔体を用いれば、従来技術に比べて大きな比表面積および／または孔容量を有するため、触媒活性の向上、および、分散度を高めることができる。したがって、本発明による炭素多孔体を用いれば、燃料電池に用いられるべき触媒量を従来よりも低下させることができ、小型化できる。

さらに、本発明による炭素多孔体は、吸着剤として利用可能である。特に、シリカ多孔体と異なり、疎水性の高い炭素多孔体は、疎水基を有する有害物質の吸着に有効であり得る。そのような有害物質には、例えば、ＰＣＢ、内分泌撹乱物質である環境ホルモン、臭い物質が挙げられる。

次に、実施の形態１で説明した本発明によるケージ型シリカ多孔体を生体分子素子（生体分子認識素子）に応用した例を示す。
（実施の形態２）
図４は、本発明による生体分子素子の模式図である。
生体分子素子４００は、ケージ型シリカ多孔体３００と、ケージ型シリカ多孔体３００の内壁面に吸着した生体分子材料４１０とを含む。

生体分子素子４００は、ケージ型シリカ多孔体３００に生体分子材料を固定化するだけで製造され得る。生体分子材料４１０は、特定の物質と選択的に反応する物質（レセプタ）、特定の物質に選択的に触媒作用をもたらす物質、特定の物質以外の物質を不活性化する物質等であり得る。

生体分子材料４１０は、例えば、タンパク質、核酸、および、多糖類からなる群から選択される。

また、上述の特定の物質は、タンパク質である。より詳細には、酵素であり、さらに詳細には、リゾチームである。

生体分子材料４１０の固定化は、上述の生体分子材料４１０が溶解した溶液に本発明によるケージ型シリカ多孔体３００を浸漬させることによって、溶液中の生体分子材料４１０がケージ型シリカ多孔体３００に吸着し得る。なお、生体分子材料が吸着したケージ型シリカ多孔体３００を適宜乾燥させて、不要な溶媒を除去してもよい。

このようにして得られた生体分子素子４００の動作を説明する。
生体分子素子４００は、例えば、検知手段（図示せず）とともに用いられ得る 。
検知手段は、生体分子素子４００が特定の物質を検知したことを電流、電圧、光量、質量、熱量等の何らかの変化として表示できれば任意であり得る。なお、生体分子素子４００の生体分子材料４１０自身が、そのような変化を可視できる材料であれば、検知手段を省略してもよい。

被検体溶液が生体分子素子４００に提供される。
被検体溶液は、生体分子素子４００内を通過し、排出される。その際、被検体溶液が、上述の生体分子材料４１０に対して何らかの反応を示す物質を含み得る場合、生体分子材料４１０は、被検体溶液中の物質と反応する、その物質に対して触媒作用をもたらす、または、その物質以外の物質を不活性化する等し得る。そのような変化を生体分子素子４００が特定の物質を検知したことを示す信号（すなわち、電流、電圧、光量、質量、熱量等の変化に相当する信号）を検知手段に通知する。検知手段は、生体分子素子４００からの信号に基づいて、被検体溶液に特定の物質が存在することを表示し得る。

被検体溶液が、上述の生体分子材料４１０に対して反応を示す物質を含み得ない場合、生体分子材料４１０は、特定の物質を検知しなかったことを示す信号（すなわち、電流、電圧、光量、質量、熱量等の変化ゼロに相当する信号）を検知手段に通知する。検知手段は、生体分子素子４００からの信号に基づいて被検体溶液に特定の物質が存在しないことを表示し得る。

なお、異なる物質に対して反応する生体分子材料４１０をそれぞれ固定化させた、複数の生体分子素子４００を組み合わせることによって、同時に数種類の物質を検出することも可能である。

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されな
いことに留意されたい。

実施例１；
図１を参照して説明した本発明による製造方法を用いて、炭素多孔体を製造した。ケージ型シリカ多孔体として１５０℃で作製されたＫＩＴ−５（以降ではＫＩＴ−５−１５０と示す）１ｇ、炭素源としてショ糖０．７５ｇを準備し、これらを濃硫酸０．８ｇおよび水２．５ｇに混合させた。ここで、シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比は、Ｃ／Ｓｉ＝１．５であった。次いで、混合物を大気中１００℃、６時間、オーブン中で加熱した。さらに、１６０℃まで昇温し、６時間保持して、完全に重合させた。得られた重合体を５０ｍｌ／分で窒素フローしながら、８７７℃で６時間保持し、炭化させた。５重量％フッ酸を用いて、ＫＩＴ−５−１５０を溶解除去した後、反応物ＩＣＹ（以降ではＩＣＹ−１と称する）をエタノールで数回洗浄し、１２０℃で乾燥させた。

得られた反応物ＩＣＹ−１について、Ｘ線回折装置（Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｄ５００５、Ｂｒｕｃｋｅｒ ＡＸＳ、ＵＫ）を用いて構造解析を行った。Ｘ線回折装置の動作条件は、Ｃｕ−Ｋα線を用いて、４０ｋＶ／５０ｍＡ、０．５°２θ／分の走査速度であった。用いたＫＩＴ−５−１５０のＸ線回折パターンと、ＩＣＹ−１のＸ線回折パターンとを比較した。

高分解能透過型電子顕微鏡（ＪＥＯＬ−３０００ＦおよびＪＥＯＬ−３１００ＦＥＦ、日本電子、Ｊａｐａｎ）を用いて、ＩＣＹ−１の観察を行った。ＩＣＹ−１を、乳鉢を用いて粒子状にし、それをＣｕ製格子上に位置する穴の開いた炭素膜上に分散させて試料を調整した。透過型電子顕微鏡の動作条件は、加速電圧３００ｋＶ、分解能１５万〜１２０万倍であった。

比表面積・細孔分布測定装置（Ａｕｔｏｓｏｒｂ １、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ、ＵＳＡ）を用いて窒素吸脱着等温線を測定した。ＩＣＹ−１を５２３Ｋで圧力１０−５ｈＰａ以下で３時間脱気した後、７７Ｋにて測定した。吸脱着等温線を測定することにより、細孔有無、細孔の形状および大きさが分かる。
以上の結果を以下図５〜図９に示し詳述する。

実施例２；
ケージ型シリカ多孔体として１３０℃で作製されたＫＩＴ−５（以降ではＫＩＴ−５−１３０と示す）を用いた以外は、実施例１と同様の製造条件、製造プロセスに基づいてＩＣＹを製造した。
得られた反応物ＩＣＹ（以降ではＩＣＹ−２と表す）について、実施例１と同様、Ｘ線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積・細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。
以上の結果を以下図５および図７に示し詳述する。

比較例１；
ケージ型シリカ多孔体として１００℃で作製されたＫＩＴ−５（以降ではＫＩＴ−５−１００と示す）を用いた以外は、実施例１と同様の製造条件、同様の製造プロセスによって処理した。
得られた反応物ＩＣＹ（以降ではＩＣＹ−１’と示す）について、Ｘ線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積・細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。
以上の結果を以下図５および図７に示し詳述する。

実施例３；
炭素源としてショ糖を０．４５ｇ用いた以外は、実施例１と同様であるため説明を省略する。この場合のシリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）との関係は、Ｃ／Ｓｉ＝０．９であった。
この実施例３で得られた反応物ＩＣＹ（以降ではＩＣＹ−３と示す）について、Ｘ線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積・細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。

次いで、ＩＣＹ−３のタンパク質（リゾチーム）吸着特性を調べた。ｐＨ１１のリゾチーム緩衝水溶液（濃度は１７μｍｏｌ／Ｌから２８０μｍｏｌ／Ｌの範囲）４ｇに、２０ｍｇのＩＣＹ−３を分散させた。分散液を２０℃、速度１６０回／分で攪拌させながら約９６時間保持した。吸着平衡に達した後、上澄み液の紫外光吸収（２８１．５ｎｍ）を、紫外可視分光光度計（ＳｈｉｍａｄｚｕＵＶ−３１５０、島津製作所、Ｊａｐａｎ）で測定した。なお、参考のために、既知の炭素多孔体ＣＭＫの吸着特性と、ＩＣＹ−３の吸着特性とを比較した。

さらに、ＩＣＹ−３によって吸着されたタンパク質の安定性を調べるために、タンパク質の吸着前後における赤外吸収スペクトルをフーリエ変換赤外分光光度計（Ｎｉｃｏｌｅｔ Ｎｅｘｕｓ６７０、Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、ＵＳＡ）を用いて測定した。測定波長領域は、４００ｃｍ^-1〜９５０ｃｍ^-1であった。
以上の結果を以下図８〜図１１に示し詳述する。

実施例４；
炭素源としてショ糖を１．２ｇ用いた以外は、実施例１と同様であるため説明を省略する。この場合のシリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）との関係は、Ｃ／Ｓｉ＝２．４であった。
実施例４で得られた反応物ＩＣＹ（以降ではＩＣＹ−４と示す）について、Ｘ線回折装置を用いた構造解析、比表面積・細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定、および、紫外可視分光光度計を用いたリゾチームの吸着特性測定を行った。
以上の結果を以下図８〜図１０に示し詳述する。

比較例２；
炭素源としてショ糖を２．０ｇ用いた以外は、実施例１と同様であるため説明を省略する。この場合のシリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）との関係は、Ｃ／Ｓｉ＝４．０であった。
比較例２で得られた反応物ＩＣＹ（以降ではＩＣＹ−２’と示す）について、Ｘ線回折装置を用いた構造解析、および、比表面積・細孔分布測定装置を用いた窒素吸脱着等温線測定を行った。
以上の結果を以下図８〜図９に示し詳述する。

図５は、（ａ）焼成温度の異なるケージ型シリカ多孔体ＫＩＴ−５（ＫＩＴ−５−１５０、ＫＩＴ−５−１３０およびＫＩＴ−５−１００）それぞれのＸ線回折パターンと、（ｂ）ＩＣＹ（ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−２およびＩＣＹ−１’）それぞれのＸ線回折パターンとを示す図である。

図５（ａ）に示されるように、実施例１、３〜４、および、比較例２で用いた焼成温度１５０℃のＫＩＴ−５−１５０、実施例２で用いた焼成温度１３０℃のＫＩＴ−５−１３０、および、比較例１で用いた焼成温度１００℃のＫＩＴ−５−１００のいずれも、２θ＝０．７〜３の範囲において、面心立方格子（空間群Ｆｍ６ｍ）の（１１１）、（２００）および（２２０）の回折に相当するピークが確認された。なお、焼成温度が高温になる
にしたがって、回折ピークは低角側にシフトするとともに回折強度は大きくなった。

回折ピーク（１１１）から格子定数ａ₀を求めた。それぞれの結果を表１に示す。表１
に示されるように、ＫＩＴ−５−１００、ＫＩＴ−５−１３０およびＫＩＴ−５−１５０の格子定数ａ₀は、それぞれ、１８．１ｎｍ、１９．０ｎｍおよび２０．７ｎｍであった
。焼成温度が高温になるにしたがって、格子定数ａ₀は長くなっていることが分かった。
用いたＫＩＴ−５の比表面積、孔容量、直径ｄ₁（図２の直径ｄ₁に相当）、および、径ｄ₂（図２の径ｄ₂に相当）について調べた結果も表１に示す。

表１から分かるように、焼成温度が高温になるにしたがって、ミクロ細孔（ミクロポア）が除かれ比表面積が減少する一方で、ｄ₁やｄ₂の値が増加し孔容積が増大することが分かった。なお、このようなＫＩＴ−５の構造上の差異は、詳細な焼成条件（昇温速度、焼成雰囲気、焼成時間等）によっても生ずることに留意されたい。

図５（ｂ）に示されるように、図５（ａ）の回折パターンと同様の面心立方格子（空間群Ｆｍ６ｍ）の（１１１）、（２００）および（２２０）の回折に相当するピークが確認された。しかしながら、いずれもピークはブロードであり、回折強度も低下した。ＫＩＴ−５と同様に、用いたＫＩＴ−５に依存して、回折ピークのシフト、および、回折強度の変化が確認された。同様に回折ピーク（１１１）から格子定数ａ₀を求めた。それぞれの
結果を表２に示す。ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−２およびＩＣＹ−１’の格子定数ａ₀は、それ
ぞれ、２０．６８ｎｍ、１８．２ｎｍおよび１６．８ｎｍであった。いずれも用いたＫＩＴ−５の格子定数と同様の値を有していることが分かった。このことは、レプリカであるケージ型シリカ多孔体（実施例ではＫＩＴ−５）を除去した後も、レプリカの規則構造を維持していることを示す。

なお、図５（ｂ）に示される回折パターンが残留ＫＩＴ−５によるものでないことを確認するため、酸素雰囲気中でＩＣＹについて熱重量測定を行った。いずれのＩＣＹ−１、ＩＣＹ−２およびＩＣＹ−１’も残留ＫＩＴ−５は、１重量％〜１．５重量％程度であることが分かった。このことより、図５（ｂ）のＸ線回折パターンは、残留ＫＩＴ−５によるものではないことを確認した。

以上より、用いるＫＩＴ−５によって得られるＩＣＹの格子定数が異なることが分かった。より詳細には、格子定数ａ₀の大きなＫＩＴ−５を選択することによって、格子定数
の大きなＩＣＹを得ることができることが分かった。好ましいＫＩＴ−５の格子定数ａ₀
の範囲は、１７＜ａ₀（ｎｍ）＜２２である。

図６は、ＩＣＹ−１の（ａ）空孔に平行な面、および、（ｂ）断面の顕微鏡写真である。
図６において、コントラストの明るい縞は、細孔壁（例えば、図３の３１０または３２
０）を示し、コントラストの暗い縞は、細孔（例えば、図３の距離Ｄ₂で示される空間）
を示す。図６（ａ）および（ｂ）より得られたＩＣＹ−１が、規則性の高い構造と、細孔分布とを有していることが分かった。

なお、これらの像には、明るいスポットが規則正しく並んでおり（図６中の挿入図）、ケージ型の多孔性構造を有していることが確認された。なお、ＩＣＹ−２においても同様の顕微鏡写真が得られたが、ＩＣＹ−１’は、細孔がつぶれており規則性は見られなかった。これは、比較的低温で焼成したＫＩＴ−５−１００を用いた場合、内部に残存するミクロポアによって、ＫＩＴ−５−１００がレプリカとして安定に機能しなかったためである。

図７は、ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−２およびＩＣＹ−１’の（ａ）窒素吸脱着等温線および（ｂ）細孔分布を示す図である。
図７（ａ）に示されるように、ＩＣＹ−１およびＩＣＹ−２の窒素吸脱着等温線は、Ｈ２型（ＩＵＰＡＣ分類におけるＩＶ型）のヒステリシスを示した。このことは、ＩＣＹ−１およびＩＣＹ−２中にメソポア（２〜５０ｎｍの直径を有する細孔）が存在し、相対圧力０．５〜０．８において毛管凝縮に起因する窒素吸着が生じていることを示唆している。

一方、ＩＣＹ−１’の窒素吸脱着等温線は、ＩＩ型（ＩＵＰＡＣ分類）であり、ヒステリシスを示さなかった。このことは、ＩＣＹ−１’中に細孔がないか、または、マイクロポア（２ｎｍ以下の直径を有する細孔）が存在するかを示している。このことは、ＩＣＹ−１’の窒素吸着量が、ＩＣＹ−１およびＩＣＹ−２の窒素吸着量に比べて大幅に少ないことに寄与している。

次いで、図７（ａ）の窒素吸脱着等温線それぞれよりＢＥＴの式を用いて、ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−２およびＩＣＹ−１’の比表面積および孔容量を求めた。それらの結果を表２に示す。

ＩＣＹ−１’は、細孔がないか、または、マイクロポアが存在する程度であるため、比表面積は５００ｍ²／ｇ以下、孔容量は０．４ｃｍ³／ｇ以下であった。しかしながら、内部にメソポアを有するＩＣＹ−１およびＩＣＹ−２は、１４００ｍ²／ｇ以上の比較的大
きな比表面積、および、１．５ｃｍ³／ｇ以上の比較的大きな孔容量を有していることが
分かった。特に、２．０ｃｍ³／ｇ以上の孔容量を有するＩＣＹ−１は、従来の炭素多孔
体よりも孔容量が大きく、生体分子等の大きな構造を有する物質の吸着（固定）に有利であり得る。再度、表１および表２を参照すると、比表面積が小さいＫＩＴ−５を用いるほど、大きな比表面積を有するＩＣＹが得られたこと分かった。

また、これにともなって、大きな孔容量のＫＩＴ−５を用いるほど、大きな孔容量を有するＩＣＹが得られたことが分かった。好ましくは、用いるＫＩＴ−５の比表面積ｓは、４５０＜ｓ（ｍ²／ｇ）＜６９０の範囲を満たす。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の窒素吸脱着等温線それぞれの孔容量から求めた細孔分布である。ここで求めた細孔径Ｄ₁は、図３を参照して説明した距離Ｄ₁と同様である。この結果を表２に示す。

図７（ｂ）より、ＩＣＹ−１の細孔径Ｄ₁は、５．２ｎｍであり、ＩＣＹ−２の細孔径
Ｄ₁は、４．０ｎｍであることが分かった。一方、ＩＣＹ−１’は、明瞭な細孔分布を示
さなかった。図７（ａ）および（ｂ）、ならびに、顕微鏡写真（図示せず）から、ＩＣＹ−１’は、細孔（わずかにマイクロポアを含む）を有さず、その構造が一部崩壊している
ことが分かった。

これは、表１を参照して、用いたＫＩＴ−５−１００のチャネル径がその比表面積に対して小さすぎたため、ＫＩＴ−５−１００がレプリカとして安定に機能しなかったためである。したがって、図３に示すような安定した構造を有するＩＣＹを確実に得るためには、上述のＫＩＴ−５の好ましい比表面積に加えて、４＜ｄ₂（ｎｍ）＜６の好ましいチャ
ネル径の範囲を満たすＫＩＴ−５を用いることである。

次いで、細孔径Ｄ₁からケージ径Ｄ₂（すなわち、図３の距離Ｄ₂に相当）を次式（１）
を用いて求めた。
Ｄ₂＝ａ₀×（６ε／πν）^1/3 …（１）
ここで、ａ₀は、ＩＣＹの格子定数（ｎｍ）であり、εは、細孔の体積分率であり、ν
は、単位格子中の細孔の数（空間群Ｆ_m3mの場合ν＝４である）である。得られた結果を
表２に示す。

ＩＣＹ−１のケージ径Ｄ₂は、１３．５ｎｍであり、ＩＣＹ−２のケージ径Ｄ₂は、１２．３ｎｍであった。少なくとも上記の比表面積およびチャネル径の条件を満たすＫＩＴ−５を用いれば、実用に際した細孔径Ｄ₁およびケージ径Ｄ₂（すなわち、４≦Ｄ₁（ｎｍ）
≦６、および、９≦Ｄ₂（ｎｍ）≦１５）を有するＩＣＹが得られる。

以上、実施例１、２および比較例１より、シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比が一定である（例えば、Ｃ／Ｓｉ＝１．５）場合、安定であり、比表面積および孔容量の大きなＩＣＹを得るためには、適切なレプリカを選択することが重要であることが示唆された。特に、比表面積、孔容量およびケージ径の大きなＩＣＹを得るためには、格子定数の大きなレプリカを用いることが有効であり得る。より詳細には、比表面積ｓが、４５０＜ｓ（ｍ²／ｇ）＜６９０の範囲を満たし、かつ、チャネル径ｄ₂が、４＜ｄ₂（ｎｍ）＜６を満たすＫＩＴ−５をレプリカとして用いることが望ましい。

図８は、ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−３、ＩＣＹ−４およびＩＣＹ−２’のＸ線回折パターンを示す図である。
図５（ｂ）に示したＩＣＹ−１と同様に、ＩＣＹ−３およびＩＣＹ−４において、２θ＝０．７〜３の範囲において、面心立方格子（空間群Ｆｍ６ｍ）の（１１１）、（２００）および（２２０）の回折に相当するピークを有するＸ線回折パターンが確認された。これらのＸ線回折パターンにおいて回折ピークの実質的なシフトは見られなかった。一方、ＩＣＹ−２’は、面心立方格子のＸ線回折パターンを示さなかった。

回折ピーク（１１１）から格子定数ａ₀を求めた。
それぞれの結果を表２に示す。図５および表２を参照して上述したように、用いたレプリカ（ここではＫＩＴ−５−１５０）の格子定数ａ₀は２０．７ｎｍであった。
ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−３およびＩＣＹ−４の格子定数ａ₀は、それぞれ２０．６８ｎｍ
、１９．９８ｎｍおよび１９．４８ｎｍとＫＩＴ−５の格子定数と同様の値を有していた。
一方、ＩＣＹ−２’の格子定数ａ₀は、７．０３ｎｍとＫＩＴ−５の構造を反映してい
ないことが分かった。以上より、同一のレプリカを用いた場合、シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比が結晶構造の安定性に寄与していることが示唆された。

図９は、ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−３、ＩＣＹ−４およびＩＣＹ−２’の窒素吸脱着等温線を示す図である。
図９に示されるように、いずれの窒素吸脱着等温線も、Ｈ２型（ＩＵＰＡＣ分類におけ
るＩＶ型）のヒステリシスを示した。このことは、ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−３、ＩＣＹ−４およびＩＣＹ−２’中にメソポア（２〜５０ｎｍの直径を有する細孔）が存在し、相対圧力０．５〜０．８において毛管凝縮に起因する窒素吸着が生じていることを示唆している。しかしながら、図８で説明したように、ＩＣＹ−２’は、ＫＩＴ−５に基づく構造を有しておらず、ＫＩＴ−５とは異なる構造のメソポアを有しているものと思われる。

これら窒素吸脱着等温線に基づいて、比表面積、孔容量、細孔径Ｄ₁ならびにケージ径
Ｄ₂を求めた。それらの結果を表２に示す。表２に示されるように、ＩＣＹ−１、ＩＣＹ
−３およびＩＣＹ−４の比表面積、孔容量、細孔径Ｄ₁およびケージ径Ｄ₂は、それぞれ、１５１５ｍ²／ｇ、２．０ｃｍ³／ｇ、５．２ｎｍおよび１５．０ｎｍ、１６００ｍ²／ｇ
、２．１ｃｍ³／ｇ、５．２ｎｍおよび１４．５ｎｍ、および１、３６５ｍ²／ｇ、１．８ｃｍ³／ｇ、５．６ｎｍおよび１４．０ｎｍであった。特に、ＩＣＹ−３は、従来知られ
ている炭素多孔体の中で最も大きな比表面積および孔容量を有していることが分かった。

これらの結果から、同一のレプリカを用いた場合、シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比を変化させることによって、ＩＣＹの構造、特に、比表面積および孔容量が変化し得ることがわかった。詳細には、シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）に対して炭素源中の炭素（Ｃ）が多くなるにしたがって、比表面積および孔容量ともに減少することが分かった。このことから、ＫＩＴ−５を用いた場合、上記モル比は、関係０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０を満たし、より好ましくは、関係０．８５≦Ｃ／Ｓｉ≦０．９５を満たす。

図１０は、ＩＣＹ−３およびＩＣＹ−４のタンパク質（リゾチーム）の吸着特性を示す図である。いずれの吸着特性も、次式（２）の吸着等温線に一致した。
ｎ_s＝Ｋｎ_mｃ／（１＋Ｋｃ） …（２）
ここで、ｎ_sは、炭素多孔体へのリゾチームの吸着量であり、Ｋは、Ｌａｎｇｍｕｉｒ
定数であり、ｎ_mは、単分子層の飽和吸着量であり、ｃはリゾチーム濃度である。上記式
（２）から求めたＩＣＹ−３およびＩＣＹ−４の飽和吸着量は、それぞれ２６．５μｍｏｌ／ｇおよび２３．８μｍｏｌ／ｇであった。一方、既知のＣＭＫの飽和吸着量は２２．９μｍｏｌ／ｇであった。
上記２６．５μｍｏｌ／ｇの飽和吸着量は、従来の炭素多孔体で得られている最高値よりも１５％以上高いものであった。このことから、孔容量・比表面積の大きな炭素多孔体は、サイズの大きな生体分子（タンパク質、核酸、多糖類）の吸着、回収、除去、固定化に優れたものであることがわかる。

図１１は、ＩＣＹ−３によるタンパク質（リゾチーム）の吸着前後における赤外吸収ス
ペクトルを示す図である。
図１１において吸着前のリゾチームの赤外吸収スペクトルを一点鎖線で示し、ＩＣＹ−３に吸着されたリゾチームの赤外吸収スペクトルを点線で示す。図１１より、ＩＣＹ−３に吸着後のリゾチームの赤外吸収スペクトルは、吸着前のリゾチームの赤外吸収スペクトルとほぼ同様であった。また、アミドＩおよびアミドＩＩ帯域における吸高度の吸着前後における変化は見られなかった。これにより、ＩＣＹに吸着したリゾチームは、吸着後にもＩＣＹと反応することなく安定であることが示唆された。このことは、ＩＣＹに吸着後のリゾチームを用いて、リゾチームに特定の反応を示す物質を検出する、分子認識素子として応用可能であることを示唆している。また、上述の生体分子を固定化したものは、固定化後も生体分子が安定に維持されるので、汚染物質を消化するリアクターや有害物質の高感度検出に向けたセンサーなどへの応用が期待される。

本発明による製造方法によれば、複数の孔が三次元的に規則的かつ対称に位置したケージ型シリカ多孔体をレプリカとして用いる。このようなケージ型シリカ多孔体は、従来用いられているレプリカの比表面積および孔容量よりも小さな比表面積および孔容量を有するため、得られる炭素多孔体は、従来よりも大きな孔容量および比表面積を有することができる。また、このようなケージ型シリカ多孔体と炭素源とは、所定のモル比（すなわち、０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０）を満たすように混合されるので、炭素同士の癒着のない規則性の高い炭素多孔体が得られる。このようにして得られた炭素多孔体は、従来よりも吸着力を向上させることができるとともに、従来吸着できなかった大きな物質をも吸着することができ。また、炭素多孔体内への吸着物質の拡散も容易となり得る。このような炭素多孔体は、吸着剤、燃料電池の電極、分子認識素子等のセンサーに応用可能である。

本発明による炭素多孔体（ＩＣＹ）の製造方法を示すフローチャート ＫＩＴ−５の模式的構造を示す図 本発明による炭素多孔体（ＩＣＹ）の模式図 本発明による生体分子素子の模式図 （ａ）焼成温度の異なるケージ型シリカ多孔体ＫＩＴ−５（ＫＩＴ−５−１５０、ＫＩＴ−５−１３０およびＫＩＴ−５-１００）それぞれのＸ線回折パターンと、（ｂ）ＩＣＹ（ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−２およびＩＣＹ−１’）それぞれのＸ線回折パターンとを示す図 ＩＣＹ−１の（ａ）空孔に平行な面、および、（ｂ）断面の顕微鏡写真 ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−２およびＩＣＹ−１’の（ａ）窒素吸脱着等温線および（ｂ）細孔分布を示す図 ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−３、ＩＣＹ−４およびＩＣＹ−２’のＸ線回折パターンを示す図 ＩＣＹ−１、ＩＣＹ−３、ＩＣＹ−４およびＩＣＹ−２’の窒素吸脱着等温線を示す図 ＩＣＹ−３およびＩＣＹ−４のタンパク質（リゾチーム）の吸着特性を示す図 ＩＣＹ−３によるタンパク質（リゾチーム）の吸着前後における赤外吸収スペクトルを示す図 従来技術による炭素分子体の製造方法を示すフローチャート

符号の説明

２００ ケージ型シリカ多孔体
２１０ シリカ骨格
２２０ 孔
２３０ チャネル
３００ 炭素多孔体（ＩＣＹ）
３１０ 炭素主部
３２０ 炭素結合体
４００ 生体分子素子
４１０ 生体分子材料

Claims (24)

1. 炭素多孔体（ＩＣＹ）を製造する方法であって、
   ケージ型シリカ多孔体であるＫＩＴ−５と炭素源とを混合する工程であって、前記ケージ型シリカ多孔体は、シリカ骨格と、前記シリカ骨格によって形成された複数の孔と、前記複数の孔のそれぞれを相互に結合する、前記シリカ骨格によって形成されたチャネルとを含み、前記複数の孔は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記複数の孔の直径ｄ_１と、前記チャネルの径ｄ_２とは、関係ｄ_１＞ｄ_２を満たし、前記ケージ型シリカ多孔体と前記炭素源とを、前記ケージ型シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と前記炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比（Ｃ／Ｓｉ）が、関係０．８＜Ｃ／Ｓｉ＜３．０を満たすように混合する、工程と、
   前記混合する工程によって得られた混合物を加熱する工程と、
   前記加熱する工程によって得られた反応物から前記ケージ型シリカ多孔体を除去する工程と
   を包含し、
   前記加熱する工程は、第１の温度で前記混合物を重合化する工程と、前記第１の温度よりも高い第２の温度で前記混合物を炭化する工程とをさらに包含し、
   前記重合化する工程は、大気中、７０℃〜１５０℃の温度範囲から選択される前記第１の温度で５時間〜８時間、前記混合物を加熱し、
   前記炭化する工程は、窒素雰囲気下または不活性ガス雰囲気下、７００℃〜９００℃の温度範囲から選択される前記第２の温度で４時間〜８時間、前記混合物を加熱する、方法。
2. 前記ＫＩＴ−５の比表面積ｓは、４５０＜ｓ（ｍ^２／ｇ）＜６９０である、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＫＩＴ−５の距離ｄ_２は、４＜ｄ_２（ｎｍ）＜６である、請求項２に記載の方法。
4. 前記ＫＩＴ−５の距離ｄ_１は、１０＜ｄ_１（ｎｍ）＜１４である、請求項３に記載の方法。
5. 前記炭素源は、化学式Ｃ_ｌＨ_ｍＯ_ｎ（ただし、ｌ、ｍ、ｎは、０または正の整数であり、ｌ≠０である）を満たす、請求項１に記載の方法。
6. 前記化学式Ｃ_ｌＨ_ｍＯ_ｎを満たす炭素源は、糖類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、エーテル類、および、炭化水素類からなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
7. 前記糖類は、ショ糖またはブドウ糖である、請求項６に記載の方法。
8. 前記アルコール類は、オクタノール、ヘキサンジオール、および、ベンジルアルコールからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
9. 前記アルデヒド類は、アセトアルデヒドまたはブチルアルデヒドである、請求項６に記載の方法。
10. 前記ケトン類は、ジブチルケトンまたはシクロヘキサノンである、請求項６に記載の方法。
11. 前記カルボン酸類は、酪酸または吉草酸である、請求項６に記載の方法。
12. 前記エーテル類は、ジブチルエーテルまたはジオキサンである、請求項６に記載の方法。
13. 前記炭化水素類は、ドデカン、アダマンタン、および、ナフタレンからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
14. 前記ケージ型シリカ多孔体中のケイ素（Ｓｉ）と前記炭素源中の炭素（Ｃ）とのモル比（Ｃ／Ｓｉ）は、関係０．８５≦Ｃ／Ｓｉ≦０．９５を満たす、請求項１に記載の方法。
15. 前記重合化する工程は、大気中、１４０℃〜１６０℃の温度範囲から選択される温度で５時間〜８時間、前記混合物をさらに加熱する、請求項１に記載の方法。
16. 前記除去する工程は、フッ酸またはアルカリ水溶液を用いて前記反応物をろ過する、請求項１に記載の方法。
17. 前記除去する工程の後に、前記反応物を洗浄し、乾燥する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
18. 炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（ＩＣＹ）であって、
    前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、
    前記炭素主部間の距離Ｄ_１と、前記炭素結合部間の距離Ｄ_２とは、関係Ｄ_１＜Ｄ_２を満たし、
    前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は１３００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は１．５ｃｍ^３／ｇ以上であり、
    前記距離Ｄ _１ と前記距離Ｄ _２ とは、それぞれ、４≦Ｄ _１ （ｎｍ）≦６、および、９≦Ｄ _２ （ｎｍ）≦１５であり、
    前記炭素主部は、面心立方となるように位置しており、
    ＫＩＴ−５をレプリカとして用いることによって得られる、炭素多孔体。
19. 前記炭素多孔体の比表面積は、１６００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は２．０ｃｍ^３／ｇ以上である、請求項１８に記載の炭素多孔体。
20. 炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（ＩＣＹ）を含む吸着剤であって、
    前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離Ｄ_１と、前記炭素結合部間の距離Ｄ_２とは、関係Ｄ_１＜Ｄ_２を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は１３００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は１．５ｃｍ^３／ｇ以上であり、前記距離Ｄ _１ と前記距離Ｄ _２ とは、それぞれ、４≦Ｄ _１ （ｎｍ）≦６、および、９≦Ｄ _２ （ｎｍ）≦１５であり、前記炭素主部は、面心立方となるように位置しており、ＫＩＴ−５をレプリカとして用いることによって得られる、吸着剤。
21. 前記炭素多孔体の比表面積は、１６００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は２．０ｃｍ^３／ｇ以上である、請求項２０に記載の吸着剤。
22. 炭素原子を含む炭素骨格からなる炭素多孔体（ＩＣＹ）と、前記炭素多孔体に固定された生体分子とを含む生体分子素子であって、
    前記炭素骨格は、炭素主部と前記炭素主部のそれぞれを相互に結合する炭素結合部とを含み、前記炭素主部間の距離Ｄ_１と、前記炭素結合部間の距離Ｄ_２とは、関係Ｄ_１＜Ｄ_２を満たし、前記炭素主部は、三次元に規則的かつ対称に位置し、前記炭素多孔体の比表面積は１３００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は１．５ｃｍ^３／ｇ以上であり、前記距離Ｄ _１ と前記距離Ｄ _２ とは、それぞれ、４≦Ｄ _１ （ｎｍ）≦６、および、９≦Ｄ _２ （ｎｍ）≦１５であり、前記炭素主部は、面心立方となるように位置しており、ＫＩＴ−５をレプリカとして用いることによって得られ、
    前記生体分子は、前記炭素主部と前記炭素結合部とによって形成された孔内に固定されており、タンパク質、核酸、および、多糖類からなる群から選択され、
    前記生体分子は、酵素と反応する、生体分子素子。
23. 前記酵素は、リゾチームである、請求項２２に記載の生体分子素子。
24. 前記炭素多孔体の比表面積は、１６００ｍ^２／ｇ以上であり、かつ／または、前記炭素多孔体の孔容量は２．０ｃｍ^３／ｇ以上である、請求項２２に記載の生体分子素子。