KR20070030282A - Functionalized single walled carbon nanotubes - Google Patents

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KR20070030282A
KR20070030282A KR1020077001393A KR20077001393A KR20070030282A KR 20070030282 A KR20070030282 A KR 20070030282A KR 1020077001393 A KR1020077001393 A KR 1020077001393A KR 20077001393 A KR20077001393 A KR 20077001393A KR 20070030282 A KR20070030282 A KR 20070030282A
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로버트 호치
알란 피셔
호워드 테넌트
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하이페리온 커탤리시스 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

Graphitic nanotubes, which includes tubular fullerenes (commonly called "buckytubes") and fibrils, which are functionalized by chemical substitution or by adsorption of functional moieties. More specifically the invention relates to single walled carbon nanotubes having diameters than 5 nanometers which are uniformly or non-uniformly substituted with chemical moieties or upon which certain cyclic compounds are adsorbed and to complex structures comprised of such functionalized nanotubes linked to one another. The invention also relates to methods for introducing functional groups onto the surface of such nanotubes. The invention further relates to uses for functionalized single walled carbon nanotubes. ® KIPO & WIPO 2007

Description

작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브{FUNCTIONALIZED SINGLE WALLED CARBON NANOTUBES}FUNCTIONALIZED SINGLE WALLED CARBON NANOTUBES}

관련 출원에 대한 참조 설명Description of References to Related Applications

본 출원은 1996년 9월 25일에 제출된 가출원 번호 60/037,238을 우선권으로 주장하고, 1996년 3월 6일에 출원되었지만 현재는 포기된 미국 출원 일련번호 08/611,368의 연속 출원인, 1997년 3월 6일에 출원되었지만 현재는 포기된 미국 특허출원 일련 번호 08/812,856의 연속 출원인 2004년 4월 30일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호[대리인 도켓 번호 100647-3583]의 일부연속출원이다. 또한, 본 출원은 1994년 12월 8일에 출원된 미국 특허출원 일련번호 08/352,400(현재 미국 특허 6,203,814)의 분할 출원인 2000년 6월 16일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 09/594,673의 일부연속출원이다. 전술한 출원들의 각 내용들은 본원에 참고인용되었다.This application claims priority to Provisional Application No. 60 / 037,238, filed September 25, 1996, and is a sequential applicant of US application serial number 08 / 611,368, filed March 6, 1996, but now abandoned. US Patent Application Serial No. 08 / 812,856, filed on April 6, but now abandoned, is part of a serial application of US Patent Application Serial No. (attorney Docket No. 100647-3583), filed April 30, 2004. This application is also part of US Patent Application Serial No. 09 / 594,673, filed June 16, 2000, which is a divisional application of US Patent Application Serial No. 08 / 352,400 (currently US Patent 6,203,814), filed December 8, 1994. It is a continuous application. Each of the foregoing applications is incorporated herein by reference.

본 발명은 대체로 튜브형 플러린(일반적으로 "버키 튜브"라 불리는 것) 및 원섬유(fibril)를 포함하고, 작용성 부(moiety)의 화학적 치환이나 흡착에 의해 작용기 부착된(functionalized) 흑연 나노튜브(nanotube)에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 화학적 부로 균일 또는 비균일하게 치환되거나, 특정 고리 화합물이 흡착되어 있는 단일벽 탄소 나노튜브(single walled carbon nanotube), 및 상기 작용기 부착된 원섬유가 서로 결합되어 이루어진 복합 구조물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 위에 작용기를 도입시키는 방법에 관한 것이다. The present invention generally includes tubular fullerenes (commonly referred to as "bucky tubes") and fibrils, and functionalized graphite nanotubes by chemical substitution or adsorption of functional moieties. It's about (nanotube). More specifically, the present invention is a compound consisting of a single-walled carbon nanotube, which is uniformly or non-uniformly substituted with a chemical moiety, or a specific ring compound is adsorbed, and the functional group-attached fibrils bonded to each other. It is about a structure. The present invention also relates to a method of introducing functional groups on the surface of single-walled carbon nanotubes.

본 발명은 때로 기상 성장 탄소섬유(vapor grown carbon fiber)라 불리는 서브마이크론 흑연 원섬유 분야에 관한 것이다. 탄소 원섬유는 직경이 1.0μ 미만, 바람직하게는 0.5μ 미만, 더욱 더 바람직하게는 0.2μ 미만인 연충모양의 탄소 침착물(carbon deposit)로서, 다양한 형태로 존재하고 금속 표면에서 다양한 탄소함유 기체의 접촉 분해를 통해 제조되었다. 이러한 연충모양의 탄소 침착물은 대부분 전자현미경이 나타난 이래로 관측되었다. 유익한 초기 조사와 설명은 문헌[Baker and Harris, Chemistry and Physics of Carbon, Walker and Thrower ed., Vol. 14, 1978, p. 83, 본원에 참고인용됨]에서 찾아볼 수 있다. 또한, 본원에 참고인용되는 문헌[Rodriguez, N., J.Master.Research, Vol.8, p.3233(1993)]도 참고할 수 있다. 1976년에, 엔도 등[Obelin, A., and Endo, M., J. of Crystal Growth, Vol.32(1976), pp. 335-349, 본원에 참고인용됨]은 이러한 탄소 원섬유가 성장하는 기본 기작을 밝혀냈다. 이들은 탄화수소 함유 기체의 존재 하에서 탄소로 과포화되기 시작하는 금속 촉매 입자로부터 형성되기 시작하는 것으로 관찰되었다. 원기둥형의 규칙적인 흑연 코어는 압출된 후, 그 즉시 엔도 등의 방법에 따라 열분해 침착된 흑연의 외각층으로 코팅되기 시작한다. 이러한 열분해 오버코트를 보유한 원섬유는 일반적으로 직경이 0.1μ를 초과하고, 더 일반적으로는 0.2 내지 0.5μ 사 이이다.The present invention relates to the field of submicron graphite fibres, sometimes referred to as vapor grown carbon fibers. Carbon fibres are worm-shaped carbon deposits having a diameter of less than 1.0 μm, preferably less than 0.5 μm, and even more preferably less than 0.2 μm, which are present in a variety of forms and contain various carbon-containing gases at the metal surface. Prepared via catalytic cracking. Most of these worm-shaped carbon deposits have been observed since electron microscopy appeared. Beneficial initial investigations and explanations are described in Baker and Harris, Chemistry and Physics of Carbon , Walker and Thrower ed., Vol. 14, 1978, p. 83, incorporated herein by reference. See also, Rodriguez, N., J. Master . Research , Vol. 8, p. 3233 (1993), which is incorporated herein by reference. In 1976, Endo et al., Obelin, A., and Endo, M., J. of Crystal Growth , Vol. 32 (1976), pp. 335-349, incorporated herein by reference, revealed the basic mechanism by which such carbon fibrils grow. It was observed that they began to form from metal catalyst particles that began to supersaturate with carbon in the presence of a hydrocarbon containing gas. After the cylindrical regular graphite core is extruded, it immediately begins to be coated with the outer layer of pyrolytically deposited graphite according to the method of Endo et al. Fibrils having such pyrolysis overcoats generally have a diameter of more than 0.1 μ, more typically between 0.2 and 0.5 μ.

1983년에 테넌트(Tennent)는 미국 특허 4,663,230(본원에 참고인용됨)에서 열분해 탄소로 오염되지 않은 성장하는 원기둥형 규칙 흑연 코어를 성공시켰다. 즉, 테넌트의 발명은 직경이 더 작은 원섬유, 일반적으로 35 내지 700Å(0.0035 내지 0.070μ)인 원섬유 및 규칙적인 "성장된 그대로의(as grown)" 흑연 표면에 접근할 수 있게 했다. 또한, 덜 완벽한 구조이면서 열분해 탄소 외각층이 없는 원섬유 탄소도 성장되었다.In 1983 Tennent succeeded in growing cylindrical regular graphite cores that were not contaminated with pyrolytic carbon in US Pat. No. 4,663,230, which is incorporated herein by reference. In other words, the tenant's invention gave access to smaller diameter fibres, fibres, typically 35 to 700 microns (0.0035 to 0.070 micron), and regular "as grown" graphite surfaces. In addition, fibrillar carbon, which has a less complete structure and no pyrolytic carbon outer layer, has also been grown.

본 출원의 작용기 부착된 원섬유, 버키튜브 및 나노섬유는 보강 소재로서 시중에서 입수용이한 연속 탄소 섬유와는 상이한 것이다. 종횡비가 큰 것이 바람직하지만, 불가피하게 제한적인 원섬유와는 대조적으로, 연속 탄소 섬유의 종횡비(L/D)는 적어도 104이고 종종 106 이상이기도 하다. 또한, 연속 섬유의 직경은 원섬유의 직경보다 훨씬 커서, 항상 >1.0μ이고 일반적으로 5 내지 7μ 사이이다.The functional group-attached fibrils, buckytubes and nanofibers of the present application are different from continuous carbon fibers available on the market as reinforcing materials. A high aspect ratio is preferred, but in contrast to the inevitably limited fibrils, the aspect ratio (L / D) of the continuous carbon fibers is at least 10 4 and often at least 10 6 . In addition, the diameter of the continuous fibers is much greater than the diameter of the fibrils, always> 1.0μ and generally between 5-7μ.

연속 탄소 섬유는 유기 전구체 섬유, 일반적으로 레이온, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 피치(pitch)의 열분해에 의해 제조된다. 즉, 연속 탄소 섬유는 그 구조 내에 헤테로원자를 함유할 수 있다. "제조된 그대로의(as made)" 연속 탄소 섬유의 흑연 종류는 다양하지만, 후속 흑연화 단계로 처리될 수 있다. 흑연화도의 차이, 존재하는 경우의 흑연 면의 배향 및 결정도, 헤테로원자의 존재 가능성 및 심지어 기재 직경의 절대적 차이는 연속 섬유를 예측하기 어려운 나노섬유 화학의 요인으로 만들었다.Continuous carbon fibers are produced by pyrolysis of organic precursor fibers, generally rayon, polyacrylonitrile (PAN), and pitch. That is, the continuous carbon fiber may contain heteroatoms in its structure. Graphite types of "as made" continuous carbon fibers vary, but can be treated with subsequent graphitization steps. Differences in the degree of graphitization, orientation and crystallinity of the graphite plane, where present, the possibility of heteroatoms and even absolute differences in substrate diameters have made continuous fibers an unpredictable factor in nanofiber chemistry.

테넌트는 미국 특허 4,663,230에서 연속 열적 탄소 오버코트가 없고 원섬유 축과 실질적으로 평행한 복수의 흑연 외각층을 보유한 탄소 원섬유를 게시한다. 이 원섬유는 그 자체가 원기둥 축에 실질적으로 수직인, 흑연의 곡면 층의 접선에 수직인 c축을 보유하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 이 원섬유의 직경은 0.1μ 이하이고 길이 대 직경 비가 적어도 5이다. 바람직하게는, 이 원섬유는 연속 열적 탄소 오버코트, 즉 이 원섬유의 제조에 사용된 기체 원료의 열분해로 수득되는 열분해 침착된 탄소가 실질적으로 없다.Tennant, in US Pat. No. 4,663,230, discloses carbon fibres with no continuous thermal carbon overcoat and having a plurality of graphite outer layers substantially parallel to the fibrous axis. This fibril is characterized by having a c-axis perpendicular to the tangent of the curved layer of graphite, which is itself substantially perpendicular to the cylindrical axis. In general, the diameter of the fibrils is 0.1 μm or less and a length to diameter ratio of at least 5. Preferably, the fibrils are substantially free of continuous thermal carbon overcoat, ie pyrolytically deposited carbon obtained by pyrolysis of the gaseous feedstock used in the production of these fibres.

테넌트 등은 미국 특허 5,171,560(본원에 참고인용됨)에서 열적 오버코트가 없고 원섬유 축과 실질적으로 평행한 흑연 층을 보유하며, 이 층의 원섬유 축 상에서의 돌출이 적어도 2개의 원섬유 직경의 거리만큼 전개되어 있는 탄소 원섬유를 게시한다. 일반적으로, 이러한 원섬유는 직경이 실질적으로 일정한, 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브이며, 이러한 원기둥 축에 실질적으로 수직인 c 축을 보유한 원기둥형 흑연 시트를 함유한다. 또한, 열분해 침착된 탄소가 실질적으로 없고, 직경이 0.1μ 미만이며, 길이 대 직경 비가 5보다 크다. 이러한 원섬유가 이 발명의 주요 대상이다.Tennant et al., In US Pat. No. 5,171,560 (incorporated herein by reference), have a graphite layer that is substantially free of the fibrous axis and has no thermal overcoat, the protrusion of which is a distance of at least two fibrous diameters. Post the carbon fibre, which has been deployed. In general, such fibrils are substantially cylindrical graphite nanotubes of substantially constant diameter and contain a cylindrical graphite sheet having a c axis substantially perpendicular to this cylindrical axis. It is also substantially free of pyrolytically deposited carbon, having a diameter of less than 0.1 micron and having a length to diameter ratio of greater than five. Such fibrils are the main object of this invention.

탄소 원섬유 집합체의 형성에 관한 또 다른 상세한 내용은 스나이더(Snyder) 등에 의해 1988년 1월 28일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 149,573 및 1989년 1월 28일에 출원된 PCT 출원 번호 US89/00322("Carbon Fibrils") WO 89/07163, 및 모이(Moy) 등에 의해 1989년 9월 28일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 413,837 및 1990년 9월 27일에 출원된 PCT 출원 번호 US90/05498("Fibril Aggregates and Method of Making Same") WO 91/05089 (이들 출원들은 모두 본 발명과 동일한 양수인에게 양도되었고, 본원에 참고인용되었다)의 명세서에서 찾아볼 수 있다.Further details regarding the formation of fibrous fibrous aggregates are described in US patent application Ser. No. 149,573, filed Jan. 28, 1988 by Snyder et al., And PCT application No. US89 / 00322, filed Jan. 28, 1989. ("Carbon Fibrils") WO 89/07163, and US Patent Application Serial Nos. 413,837, filed September 28, 1989 by Moy et al. And PCT Application No. US90 / 05498, filed September 27, 1990 ( "Fibril Aggregates and Method of Making Same" can be found in the specification of WO 91/05089, all of which are assigned to the same assignee as the present invention and are incorporated herein by reference.

모이 등은 본원에 참고 인용된 1992년 5월 22일에 출원된 USSN 07/887,307에서 무작위로 서로 얽혀서, 새 둥지("BN")를 닮은 얽힌 볼형 원섬유를 형성하는, 다양한 거시적 형태(주사형 전자 현미경으로 측정 시)를 보유한 집합체로서 제조된 원섬유; 또는 상대적 배향이 실질적으로 동일하고, 빗질한 얀("CY")의 외관, 예컨대 각 원섬유의 종축(각각 구부러지거나 꼬임에 상관없이)이 다발의 주위 원섬유와 동일한 방향으로 신장되어 있는 외관을 보유한 직선 내지 약간 굽거나 꼬인 탄소 원섬유의 다발로 이루어진 집합체; 또는 서로 느슨하게 얽혀서 "개방 망"("ON") 구조를 형성하는 직선 내지 약간 굽거나 꼬인 원섬유로 이루어진 집합체로서 제조된 원섬유에 대해 설명하고 있다. 개방 망 구조에서, 원섬유 얽힘 정도는 빗질한 얀형 집합체(각 원섬유가 실질적으로 동일한 상대적 배향을 갖고 있다)에서 관찰되는 정도보다 많고, 새 둥지형 원섬유에서 관찰되는 정도보다는 적다. CY 및 ON 집합체는 BN보다 더 쉽게 분산되어, 구조 전반적으로 성질이 균일한 바람직한 복합체 제조에 유용하다.Moy et al. Are various macroscopic forms (injection forms) that are randomly entangled in USSN 07 / 887,307, filed May 22, 1992, incorporated herein by reference, to form entangled ball fibrils resembling a bird nest ("BN"). Fibrils prepared as an aggregate having the same as measured by an electron microscope; Or the relative orientation is substantially the same and the appearance of the combed yarn ("CY"), such as the longitudinal axis of each fibril (whether bent or twisted), extends in the same direction as the surrounding fibril of the bundle. An aggregate consisting of bundles of straight to slightly bent or twisted carbon fibrils held; Or fibrils made as aggregates of straight to slightly curved or twisted fibrils which are loosely entangled with one another to form an "open network" ("ON") structure. In an open network structure, the degree of fibrillar entanglement is greater than that observed in combed yarn-like aggregates (each fibre having substantially the same relative orientation) and less than that observed in bird nested fibres. CY and ON aggregates are more readily dispersed than BN, and are useful for preparing desirable composites with uniform properties throughout the structure.

원섬유 축 위에 흑연 층의 돌출이 2개의 원섬유 직경 미만의 거리만큼 전개되어 있을 때, 흑연 나노섬유의 탄소면은 횡단면이 어골형 외관을 나타낸다. 따라서, 어골형 원섬유라 한다. 본원에 참고인용된 미국 특허 4,855,091에서 제우스(Geus)는 열분해 오버코트가 실질적으로 없는 어골형 원섬유의 제조방법을 제공한다. 이러한 원섬유는 본 발명의 실시에도 유용하게 사용된다.When the protrusion of the graphite layer on the fibrous axis is developed by a distance less than two fibrous diameters, the carbon plane of the graphite nanofibers has a morphological appearance in cross section. Therefore, it is called golgol fibril. In US Pat. No. 4,855,091, which is incorporated herein by reference, Geus provides a method of making golgol fibril substantially free of pyrolytic overcoat. Such fibrils are also usefully used in the practice of the present invention.

형태가 앞에서 설명한 촉매 성장형 원섬유와 유사한 탄소 나노튜브는 고온 탄소 아크에서 성장되었다(Iijima, Nature 354 56 1991). 현재, 이러한 아크 성장형 나노섬유는 종래 테넌트의 촉매 성장형 원섬유와 동일한 형태를 보유하는 것으로 일반적으로 받아들여져 있다(Weaver, Science 265 1994). 아크 성장형 탄소 나노섬유 역시 본 발명에 유용하다.Carbon nanotubes, similar in shape to the catalytically grown fibrils described above, were grown in hot carbon arcs (Iijima, Nature 354 56 1991). At present, such arc-grown nanofibers are generally accepted to have the same morphology as conventionally grown tenant-catalyzed fibrous fibers (Weaver, Science 265 1994). Arc-grown carbon nanofibers are also useful in the present invention.

단일벽 탄소 나노튜브 및 이의 제조방법은 1993년 이후 문헌["Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter", S Iijima and T Ichihashi Nature, vol. 363, p.603(1993) 및 "Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls", D S Bethune, C H Kiang, M S DeVries, G Gorman, R Savoy and R Beyers Nature, vol.363, p.605(1993), 모두 본원에 참고인용된 것임]에 게시되어 있다. Single-wall carbon nanotubes and methods for their preparation have been described since 1993 in "Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter", S Iijima and T Ichihashi Nature , vol. 363, p. 603 (1993) and "Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls", DS Bethune, CH Kiang, MS DeVries, G Gorman, R Savoy and R Beyers Nature , vol. 363, p .605 (1993), all of which are incorporated herein by reference.

또한, 단일벽 탄소 나노튜브는 전문이 본원에 참고인용된 미국 특허 6,221,330(Moy et al.)에 게시되어 있다. 이 문헌에서 모이 등은 먼저 탄소원자가 1 내지 6개이고 헤테로원자로서 오로지 H, O, N, S 또는 Cl을 보유하며 경우에 따라 수소와 혼합된 1종 이상의 기체성 탄소 화합물, 및 촉매 분해 반응 조건 하에서 불안정하고 이 반응 조건 하에서 분해 촉매로서 작용하는 금속 함유 촉매를 형성하는 기체상 금속 함유 화합물을 함유하는 기체상 탄소 원료 스톡 가스 혼합물을 형성시키고; 그 다음 상기 분해 반응을 분해 반응 조건 하에서 수행하여 나노튜브를 수득하는, 1종 이상의 기체성 탄소 화합물의 촉매 분해에 의해 중공의 단일벽 탄소 나노튜브를 생산하는 방법을 게시하고 있다. 이 발명은 기체상 금속 함유 화합물이 또한 기체성 탄소원을 함유하는 반응 혼합물로 도입되는 기체상 반응에 관한 것이다. 탄소원은 전형적으로, 헤테로원자로서 H, O, N, S 또는 Cl을 보유하고, 경우에 따라 수소와 혼합된 C1 내지 C6 화합물이다. 일산화탄소 또는 일산화탄소와 수소가 바람직한 탄소 공급원료이다. 약 400℃ 내지 1300℃의 증가된 반응 구역 온도 및 약 0 내지 약 100p.s.i.g. 사이의 압력은 기체상 금속 함유 화합물의 금속 함유 촉매로의 분해를 유발하는 것으로 생각된다. 분해는 원자 금속에 또는 부분 분해된 중간 종에 대한 분해일 수 있다. 금속 함유 촉매는 (1) CO 분해를 촉매하고 (2) SWNT 형성을 촉매한다. 즉, 이 발명은 탄소 화합물의 촉매 분해를 통해 SWNT를 형성시키는 방법에 관한 것이다.Single-walled carbon nanotubes are also published in US Pat. No. 6,221,330 to Moy et al., Which is incorporated by reference in its entirety. Moi et al. In this document firstly have 1 to 6 carbon atoms and have only H, O, N, S or Cl as heteroatoms and optionally mixed with hydrogen under one or more gaseous carbon compounds, and under catalytic cracking reaction conditions. Forming a gaseous carbon starting stock gas mixture containing a gaseous metal containing compound that is unstable and forms a metal containing catalyst that acts as a decomposition catalyst under this reaction condition; A method of producing hollow single-walled carbon nanotubes is then disclosed by catalytic decomposition of one or more gaseous carbon compounds, in which the decomposition reaction is carried out under decomposition reaction conditions to yield nanotubes. This invention relates to a gas phase reaction in which a gaseous metal containing compound is also introduced into a reaction mixture containing a gaseous carbon source. The carbon source is typically a C 1 to C 6 compound having H, O, N, S or Cl as the heteroatom and optionally mixed with hydrogen. Carbon monoxide or carbon monoxide and hydrogen are preferred carbon feedstocks. Increased reaction zone temperatures of about 400 ° C. to 1300 ° C. and pressures between about 0 to about 100 p.sig are believed to cause decomposition of gaseous metal containing compounds to metal containing catalysts. Decomposition can be to an atomic metal or to a partially decomposed intermediate species. The metal containing catalyst catalyzes (1) CO decomposition and (2) SWNT formation. That is, the present invention relates to a method for forming SWNTs through catalytic decomposition of carbon compounds.

미국 특허 6,221,330의 발명은 일부 양태에서 금속 함유 촉매의 에어로졸이 반응 혼합물로 도입된 에어로졸 기술을 이용하기도 한다. SWNT를 생산하는 에어로졸 방법의 장점은 효율적이고 연속적인 상업적 또는 공업적 생산 방법에서 크기와 규모가 균일한 촉매 입자를 생산할 수 있다는 점이다. 종래 논의된 전기 아크 방전 및 레이저 침착 방법은 그러한 상업적 또는 공업적 생산을 위해 경제적으로 증대될 수 없는 방법이었다. 이러한 발명에 유용한 금속 함유 화합물의 예에는 금속 카르보닐, 금속 아세틸 아세토네이트, 및 분해 조건 하에서 분해하여 자립형 금속 촉매를 형성하는 증기로서 도입될 수 있는 다른 물질이 포함된다. 촉매 활성 금속에는 Fe, Co, Mn, Ni 및 Mo가 있다. 몰리브덴 카르보닐 및 철 카르보닐은 반응 조건하에서 분해하여 증기상 촉매를 형성할 수 있는 바람직한 금속 함유 화합물이다. 이러 한 금속 카르보닐의 고체 형태는 기화되는 전처리 구역으로 전달되어 촉매의 증기상 전구체가 될 수 있다. 자립형 촉매 위에 SWNT를 형성시키는데 이용할 수 있는 방법에는 2가지 방법이 있는 것으로 발견되었다.The invention of US Pat. No. 6,221,330 utilizes, in some embodiments, aerosol technology in which aerosols of metal containing catalysts are introduced into the reaction mixture. An advantage of the aerosol process for producing SWNTs is that efficient and continuous commercial or industrial production methods can produce catalyst particles of uniform size and scale. The previously discussed electric arc discharge and laser deposition methods have not been economically augmented for such commercial or industrial production. Examples of metal-containing compounds useful in this invention include metal carbonyl, metal acetyl acetonate, and other materials that can be introduced as vapors that decompose under decomposition conditions to form free-standing metal catalysts. Catalytically active metals are Fe, Co, Mn, Ni and Mo. Molybdenum carbonyl and iron carbonyl are preferred metal containing compounds that can decompose under reaction conditions to form a vapor phase catalyst. This solid form of metal carbonyl can be delivered to the pretreatment zone to be vaporized to become the vapor phase precursor of the catalyst. It has been found that there are two methods available for forming SWNTs on freestanding catalysts.

첫 번째 방법은 휘발성 촉매의 직접 주입 방법이다. 직접 주입 방법은 본원에 참고인용된 미국 특허 출원 일련번호 08/459,534에 설명되어 있다. 휘발성 촉매 전구체의 직접 주입은 몰리브덴 헥사카르보닐[Mo(CO)6] 및 디코발트 옥타카르보닐[Co2(CO)8] 촉매를 이용하여 SWNT를 형성시키는 것으로 관찰되었다. 이 두 물질은 실온에서 고체이지만 상온 또는 상온 부근에서 승화한다. 즉, 몰리브덴 화합물은 적어도 150℃까지 열 안정성이지만, 코발트 화합물은 분해되면서 승화한다["Organic Syntheses via Metal Carbonyls", Vol. 1, I.Wender and P.Pino, eds., Interscience Publishers, New York, 1968, p.40].The first method is the direct injection of volatile catalysts. Direct injection methods are described in US Patent Application Serial No. 08 / 459,534, which is incorporated herein by reference. Direct injection of volatile catalyst precursors was observed to form SWNTs using molybdenum hexacarbonyl [Mo (CO) 6 ] and dicobalt octacarbonyl [Co 2 (CO) 8 ] catalysts. Both materials are solid at room temperature but sublimate at or near room temperature. That is, the molybdenum compound is thermally stable up to at least 150 ° C., but the cobalt compound sublimates as it is decomposed [“Organic Syntheses via Metal Carbonyls”, Vol. 1, I. Wender and P. Pino, eds., Interscience Publishers, New York, 1968, p. 40].

두 번째 방법은 금속 함유 화합물을 도입시키기 위해 기화기를 이용한다(도 12). 이 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 도 12에 도시된 기화기(10)는 바닥에서부터 약 1" 위치에 밀봉부(24)를 보유하여 제2 구역을 형성하는 석영 서모웰(20)을 포함한다. 이 구역에는 개방되어 기체 반응물에 노출되는 2개의 1/4" 구멍(26)이 존재한다. 촉매는 이 구역으로 주입된 후, 기화기 노(32)에 의해 임의의 바람직한 온도에서 기화된다. 이 노(furnace)는 제1 열전쌍(22)에 의해 조절된다. 금속 함유 화합물, 바람직하게는 금속 카르보닐은 분해점 이하의 온도에서 기화되고, 기체 반응물 CO 또는 CO/H2는 반응 구역 노(38) 및 제2 열전쌍(42)에 의해 각각 조절 되는 반응 구역(34)으로 전구체를 쓸어낸다. 작동성을 특정 이론에 국한하려는 의도는 아니지만, 반응기 온도에서 금속 함유 화합물은 중간 종으로 부분적으로 분해되거나 금속 원자로 완전히 분해되는 것으로 생각된다. 이러한 중간 종 및/또는 금속 원자는 합체하여 실제 촉매인 더 큰 집합 입자가 된다. 이 입자는 그 다음 CO의 분해를 촉매하고 SWNT 성장을 촉진하는 정확한 크기로 성장한다. 도 11의 장치에서, 촉매 입자와 최종 탄소 형태는 석영 양모 플러그(36) 위에 수집된다. 입자의 성장 속도는 기체상 금속 함유 중간 종의 농도에 따라 달라진다. 이 농도는 기화기의 증기 압력(이에 따른 온도)에 의해 결정된다. 농도가 너무 높으면, 입자 성장이 너무 빠르고 SWNT 이외의 다른 구조가 성장된다(예컨대, MWNT, 무정형 탄소, 어니언형 등). 본 발명에는 미국 특허 6,221,330의 실시예를 비롯한 전문이 참고인용되었다.The second method uses a vaporizer to introduce metal containing compounds (FIG. 12). According to one preferred aspect of this invention, the vaporizer 10 shown in FIG. 12 includes a quartz thermowell 20 having a seal 24 at a position about 1 "from the bottom to form a second zone. There are two 1/4 "holes 26 open in this zone that are exposed to the gaseous reactants. The catalyst is injected into this zone and then vaporized by the vaporizer furnace 32 at any desired temperature. This furnace is controlled by the first thermocouple 22. The metal containing compound, preferably the metal carbonyl, is vaporized at a temperature below its decomposition point and the gaseous reactant CO or CO / H 2 is controlled by the reaction zone furnace 38 and the second thermocouple 42, respectively. Sweep the precursor with 34). While not intending to limit the operability to a particular theory, it is believed that at the reactor temperature the metal containing compound is partially decomposed into intermediate species or completely decomposed into metal atoms. These intermediate species and / or metal atoms coalesce into larger aggregated particles which are actually catalysts. The particles then grow to the exact size that catalyzes the decomposition of CO and promotes SWNT growth. In the apparatus of FIG. 11, catalyst particles and final carbon form are collected on the quartz wool plug 36. The growth rate of the particles depends on the concentration of the gaseous metal containing intermediate species. This concentration is determined by the vapor pressure of the vaporizer (and thus the temperature). If the concentration is too high, particle growth is too fast and structures other than SWNTs grow (eg, MWNTs, amorphous carbons, onions, etc.). The present invention is incorporated by reference in its entirety, including the examples of US Pat. No. 6,221,330.

본원에 참고인용된 미국 특허 5,424,054(Bethune et al.)는 탄소 증기를 코발트 촉매와 접촉시켜 단일벽 탄소 나노튜브를 생산하는 방법을 설명하고 있다. 탄소 증기는 무정형 탄소, 흑연, 활성화되거나 탈색된 탄소 또는 이의 혼합물일 수 있는 고체 탄소의 전기 아크 가열에 의해 생산된다. 다른 탄소 가열 기술도 논의되어 있는데, 그 예에는 레이저 가열, 전기 빔 가열 및 RF 유도 가열이 있다.US Patent 5,424,054 to Bethune et al., Incorporated herein by reference, describes a method of producing single-walled carbon nanotubes by contacting carbon vapor with a cobalt catalyst. Carbon vapor is produced by electric arc heating of solid carbon, which may be amorphous carbon, graphite, activated or decolorized carbon or mixtures thereof. Other carbon heating techniques are also discussed, such as laser heating, electric beam heating and RF induction heating.

본원에 참고인용된 문헌[Guo, T., Nikoleev, P., Thess, A., Colbert, D.T., and Smally, R.E., Chem.Phys.Lett. 243: 1-12(1995)]에서 스몰리 등은 흑연 막대와 전이 금속이 고온 레이저에 의해 동시에 기화되는 단일벽 탄소 나노튜브의 제조방법을 설명하고 있다.Guo, T., Nikoleev, P., Thess, A., Colbert, D. T., and Smally, R. E., Chem. Phys. Lett. 243: 1-12 (1995), describes a method for producing single-walled carbon nanotubes in which graphite rods and transition metals are vaporized simultaneously by high temperature lasers.

또한, 본원에 참고인용된 문헌[Thess, A., Lee, R., Nikolaev,P., Dai,H., Petit,P., Robert,J., Xu,C., Lee,Y.H., Kim,S.G., Rinzler,A.G., Colbert,D.T., Scuseria,G.E., Tonarek,D., Fischer,J.E., and Smalley,R.E., Science, 273: 483-487(1996)에서 스몰리 등은 소량의 전이 금속을 함유한 흑연 막대가 약 1200℃의 오븐에서 레이저 기화되는 단일벽 탄소 나노튜브의 생산방법을 기술하고 있다. 단일벽 나노튜브는 70%가 넘는 수율로 생산된다고 보고되어 있다.See also Thess, A., Lee, R., Nikolaev, P., Dai, H., Petit, P., Robert, J., Xu, C., Lee, YH, Kim, In SG, Rinzler, AG, Colbert, DT, Scuseria, GE, Tonarek, D., Fischer, JE, and Smalley, RE, Science, 273: 483-487 (1996), Smoley et al. Are graphite containing small amounts of transition metals. A method for producing single-walled carbon nanotubes is described in which the rod is laser vaporized in an oven at about 1200 ° C. Single-walled nanotubes are reported to be produced in yields of over 70%.

SWNT 형성용 지지형 금속 촉매도 공지되어 있다. 본원에 참고인용된 문헌[Dai., H., Rinzler,A.G., Nikolaev,P., Thess, A., Colbert,D.T., and Smalley, R.E., Chem.Phys.Lett. 260: 471-475(1996)]에서 스몰리 등은 CO로부터 다중벽 나노튜브 및 단일벽 나노튜브를 성장시키는 지지형 Co, Ni 및 Mo 촉매, 및 이들 형성의 추정 기작에 대해 설명하고 있다.Supported metal catalysts for the formation of SWNTs are also known. Dai., H., Rinzler, A.G., Nikolaev, P., Thess, A., Colbert, D. T., and Smalley, R. E., Chem. Phys. Lett. 260: 471-475 (1996), Smolley et al. Describe the supported Co, Ni and Mo catalysts for growing multi-walled nanotubes and single-walled nanotubes from CO, and the estimated mechanism of their formation.

맥카티 등은 본원에 참고인용되고 1989년 5월 15일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 351,967에서 원섬유의 표면을 산화시키기에 충분한 반응 조건(예, 시간, 온도 및 압력) 하에서 황산(H2SO4)과 염소산칼륨(KClO3)을 함유하는 산화제와 원섬유를 접촉시키는 것을 포함하는 탄소 원섬유의 표면을 산화시키는 방법에 대해 설명하고 있다. 맥카티 등의 방법에 따라 산화된 원섬유는 불균일하게 산화되어, 즉 탄소 원자가 카르복시, 알데하이드, 케톤, 페놀 기 및 다른 카르보닐 기의 혼합물로 치환되어 있다.McCarty et al. Disclose sulfuric acid (H 2 SO) under reaction conditions (eg, time, temperature and pressure) sufficient to oxidize the surface of the fibrils in U.S. Patent Application Serial No. 351,967, incorporated herein by reference on May 15, 1989. 4 ) and a method for oxidizing the surface of carbon fibrils, including contacting fibrils with an oxidant containing potassium chloride (KClO 3 ) and fibrils. Fibrillars oxidized according to the McCarty et al. Method are oxidized heterogeneously, ie, the carbon atoms are substituted with a mixture of carboxy, aldehyde, ketone, phenol groups and other carbonyl groups.

또한, 원섬유는 질산 처리에 의해 불균일하게 산화되었다. 국제 출원 PCT/US94/10168은 작용기의 혼합물을 함유하는 산화된 원섬유의 형성에 대해 게시한다. 또한, 후겐바드,엠.에스. 등("Metal Catalysts supported on a Novel Carbon Support", Presented at Sixth International Conference on Scientific Basis for the Preparation of Heterogeneous Catalysts, Brussels, Belgium, September 1994)은 원섬유 지지된 귀금속을 제조하는데 있어서 원섬유 표면을 질산으로 먼저 산화하는 것이 유익하다는 것을 발견했다. 이러한 산 전처리는 탄소 지지된 귀금속 촉매의 제조에 표준 단계로서, 이러한 탄소의 일반적인 급원이 제공된다면, 그 처리는 표면을 작용기화할 수 있는 만큼 가능한 한 많이 바람직하지 않은 소재를 제거한다.In addition, the raw fiber was oxidized nonuniformly by nitric acid treatment. International application PCT / US94 / 10168 discloses the formation of oxidized fibrils containing a mixture of functional groups. Also, Hugenbad, M.S. ("Metal Catalysts supported on a Novel Carbon Support", Presented at Sixth International Conference on Scientific Basis for the Preparation of Heterogeneous Catalysts, Brussels, Belgium, September 1994) nitrate fibrillar surfaces in the preparation of fibrillar-supported precious metals. First found that it was beneficial to oxidize. This acid pretreatment is a standard step in the preparation of carbon supported precious metal catalysts, provided that a common source of such carbon, if desired, removes as much undesirable material as possible to functionalize the surface.

공개된 연구에서 맥카티와 베닝(Polymer Preprints ACS Div.of Polymer Chem. 30(1) 420(1990))은 표면이 다양한 산화 기를 함유하고 있음을 증명하기 위하여 산화된 원섬유의 유도체를 제조했다. 제조한 화합물인, 페닐하이드라존, 할로아로마틱에스테르, 탈륨 염 등은 이의 분석 유용성, 예컨대 색이 밝거나 약간 다른 강하면서 쉽게 확인되고 구별되는 시그널을 나타내는 점 때문에 선택되었다. 이러한 화합물은 분리되지 않았으며 본원에 설명된 유도체와는 달리 실용적인 가치가 없다.In a published study, McCarthy and Benning (Polymer Preprints ACS Div. Of Polymer Chem. 30 (1) 420 (1990)) prepared derivatives of oxidized fibrils to demonstrate that the surface contains various oxidative groups. The prepared compounds, phenylhydrazone, haloaromatic esters, thallium salts, and the like, were chosen because of their analytical utility, such as bright, slightly different, strong, easily identified and distinct signals. Such compounds have not been isolated and have no practical value unlike the derivatives described herein.

탄소 원섬유 및 탄소 원섬유의 집합체는 상기 언급된 특허 및 특허 출원 문헌들에 기술된 바와 같이 많은 용도가 있음이 밝혀져 있지만, 원섬유 표면이 작용기화된다면 다른 많은 중요한 용도가 개발될 수 있을 것이다. 균일 또는 불균일한 작용기화는 다양한 기재와 작용기 부착된 원섬유가 상호작용하여 독특한 성질을 보 유한 소재의 독특한 합성물이 형성될 수 있게 하며, 원섬유 표면에 존재하는 작용성 부위 사이의 결합에 기초하여 원섬유 구조물이 형성될 수 있게 한다. While it has been found that carbon fibrils and aggregates of carbon fibrils have many uses, as described in the above-mentioned patents and patent applications, many other important uses may be developed if the fibrous surface is functionalized. Uniform or non-uniform functionalization allows various substrates and functionally attached fibrils to interact to form unique composites of materials with unique properties, based on the bonds between the functional sites present on the fibrous surface. Allow the fibrous structure to be formed.

발명의 목적Purpose of the Invention

따라서, 본 발명의 제1 목적은 직경이 5 나노미터 미만인 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브, 즉 작용성 화학적 부(moiety)가 결합되도록 표면이 균일 또는 불균일하게 변형되어 있는 단일벽 탄소 나노튜브를 제공하는 것이다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a single-walled carbon nanotube with a functional group attached less than 5 nanometers in diameter, i.e. a single-walled carbon nanotube whose surface is uniformly or non-uniformly modified to bond functional chemical moieties. To provide.

또 다른 본 발명의 제2 목적은 직경이 5 나노미터 미만이고 산화 매질 또는 다른 화학 매질과의 반응에 의해 표면에 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide single-walled carbon nanotubes having a diameter of less than 5 nanometers and having functional groups attached to the surface by reaction with an oxidation medium or other chemical medium.

또 다른 본 발명의 제3 목적은 직경이 5 나노미터 미만이고 화학적 반응에 의해 또는 화학적 반응성을 자체적으로 가진 종의 물리적 흡착에 의해 표면이 균일하게 변형된 단일벽 탄소 나노튜브를 제공하는 것이다.Another third object of the present invention is to provide single-walled carbon nanotubes whose diameter is less than 5 nanometers and whose surface is uniformly modified by chemical reactions or by physical adsorption of species with their own chemical reactivity.

또 다른 본 발명의 제4 목적은 직경이 5 나노미터 미만이고, 표면이 산화 등에 의해 변형된 다음 작용기와 반응하여 추가 변형된 단일벽 탄소 나노튜브를 제공하는 것이다.Another fourth object of the present invention is to provide single-walled carbon nanotubes whose diameter is less than 5 nanometers and whose surface is modified by oxidation or the like and then reacted with functional groups.

또 다른 본 발명의 제5 목적은 직경이 5 나노미터 미만이고, 다양한 기재에 존재하는 화학적 기에 물리적으로 결합하거나 화학적으로 반응할 수 있도록 광범위한 작용기로 표면이 변형된 단일벽 탄소 나노튜브를 제공하는 것이다.Another fifth object of the present invention is to provide single-walled carbon nanotubes whose diameter is less than 5 nanometers and whose surface has been modified with a wide range of functional groups to physically bind or chemically react with chemical groups present in various substrates. .

또 다른 본 발명의 제6 목적은 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브 상의 작용기를 다양한 링커 화학을 통해 서로 결합시킨 상기 단일벽 탄소 나노튜브의 복합 구조물을 제공하는 것이다.Another sixth object of the present invention is to provide a composite structure of single-walled carbon nanotubes in which functional groups on single-walled carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter are bonded to one another via various linker chemistries.

또 다른 본 발명의 제7 목적은 각 경우마다 작용성 부를 원섬유의 표면에 결합시키기 위해, 원섬유 표면을 화학적 변형시키는 방법 및 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면에 종을 물리적으로 흡착시키는 방법을 제공한다.Another seventh object of the present invention is a method of chemically modifying a fibrous surface in order to bind the functional moiety to the surface of the fibrous fiber in each case and physically attaching the species to the surface of single-walled carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter It provides a method of adsorbing.

또 다른 본 발명의 제8 목적은 직경이 5 나노미터 미만인 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 기제로 한 소재의 신규 합성물을 제공하는 것이다. Another eighth object of the present invention is to provide a novel composite of a material based on functionally attached single-walled carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter.

도 1은 기본 원섬유, 카르복시 원섬유 및 PEG 변형된 원섬유에 대한 BSA 결합성을 분석한 결과를 도시한 그래프이다.1 is a graph showing the results of analyzing the BSA binding to the basic fibrils, carboxy fibrils and PEG modified fibrils.

도 2는 카르복시 원섬유 및 2가지 다른 방법으로 제조한 PEG 변형된 원섬유에 대한 β-락토글로불린 결합성을 분석한 결과를 도시한 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the results of the analysis of β-lactoglobulin binding to carboxy fibrils and PEG modified fibrils prepared by two different methods.

도 3은 3차 아민 원섬유 컬럼에서의 소 혈청 알부민(BSA)의 용출 프로필을 도시한 그래프이다.3 is a graph depicting the elution profile of bovine serum albumin (BSA) in tertiary amine fibril columns.

도 4는 4차 아민 원섬유 컬럼에서의 BSA의 용출 프로필을 도시한 그래프이다.4 is a graph depicting the elution profile of BSA in a quaternary amine fibril column.

도 5는 리신계 덴드리머형 원섬유를 제조하는 반응 순서이다.5 is a reaction sequence for preparing a lysine dendritic fibril.

도 6은 흐름 전지에서의 철 프탈로시아닌 변형된 원섬유의 용도를 입증한 순환전압전류도 그래프이다.6 is a graph of cyclic voltammetry demonstrating the use of iron phthalocyanine modified fibril in flow cells.

도 7은 Nε-(tert-부톡시카르보닐)-L-리신을 첨가하여 이작용기성 원섬유를 제조하는 반응 순서를 도시한 것이다.FIG. 7 shows a reaction sequence for preparing bifunctional fibril by adding N ε- (tert-butoxycarbonyl) -L-lysine.

도 8은 원섬유에 고정된 리파제를 이용하여 에틸 부티레이트를 합성한 결과를 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating the results of synthesizing ethyl butyrate using lipase immobilized on fibril.

도 9는 AP 억제제 변형된 원섬유를 이용하여 AP와 β-갈락토시다제(βG)의 혼합물로부터 알칼리성 포스파타제(AP)를 분리한 결과를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing the results of the separation of alkaline phosphatase (AP) from a mixture of AP and β-galactosidase (βG) using AP inhibitor modified fibrils.

도 10은 βG 변형된 원섬유를 이용하여 AP와 βG의 혼합물로부터 βG를 분리한 결과를 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the results of separating βG from a mixture of AP and βG using βG-modified fibril.

도 11은 단일벽 탄소 나노튜브를 생산할 수 있는 반응기를 도시한 것이다.11 illustrates a reactor capable of producing single wall carbon nanotubes.

도 12는 도 11에 도시된 반응기의 기화기 구성부재를 도시한 것이다.FIG. 12 shows the vaporizer components of the reactor shown in FIG. 11.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 발명은 일반적으로 하기 화학식으로 표시되는 합성물에 관한 것이다:The present invention relates generally to composites represented by the formula:

[CnHL]-Rm [C n H L ] -R m

이 식에서, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,Wherein n is an integer, L is a number less than 0.1 n, m is a number less than 0.5 n,

R은 각각 동일한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, R'CHOH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며,R are the same each, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, R'CHOH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg-X,

y는 3 이하의 정수이고,y is an integer of 3 or less,

R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 시클로아릴 또는 폴리(알킬에테르)이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl, cycloaryl or poly (alkylether),

R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬, 플루오로아르알킬 또는 시클로아릴이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl, fluoroaralkyl or cycloaryl,

X는 할라이드이고,X is a halide,

Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이다.Z is a carboxylate or trifluoroacetate.

탄소 원자, Cn은 직경이 실질적으로 일정한, 실질적으로 원기둥형인 흑연 나노튜브의 표면 탄소이다. 이러한 나노튜브는 길이 대 직경 비가 5보다 크고, 직경이 0.5μ 미만, 바람직하게는 0.1μ 미만인 것이다. 또한, 상기 나노튜브는 열분해 침착된 탄소가 실질적으로 없는, 실질적으로 원기둥형인 흑연 나노튜브일 수 있고, 더욱 바람직하게는 적어도 2개의 원섬유 직경 거리만큼 전개된 원섬유 축 상의 흑연 층 돌출부를 보유하고(하거나) c축이 원기둥 축에 실질적으로 수직인 원기둥형 흑연 시트를 보유하는 것을 특징으로 하는 나노튜브일 수 있다. 바람직한 양태에 따르면, 탄소 원자 Cn은 직경이 실질적으로 일정하거나 또는 직경이 5 나노미터 미만인 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이다. 가장 바람직하게는, 탄소 원자 Cn은 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 원자이다. 이러한 합성물은 각 R이 동일하다는 점에서 균일하다.The carbon atom, C n, is the surface carbon of the substantially cylindrical graphite nanotubes of substantially constant diameter. Such nanotubes have a length to diameter ratio of greater than 5 and a diameter of less than 0.5 microns, preferably less than 0.1 microns. In addition, the nanotubes may be substantially cylindrical graphite nanotubes, substantially free of pyrolytically deposited carbon, more preferably having graphite layer protrusions on the fibrous axis that are deployed by at least two fibrillar diameter distances. Or (c) nanotubes, characterized in that the c-axis holds a cylindrical graphite sheet substantially perpendicular to the cylindrical axis. In a preferred embodiment, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube having a substantially constant diameter or less than 5 nanometers in diameter. Most preferably, carbon atoms C n are surface atoms of single-walled carbon nanotubes less than 5 nanometers in diameter. This composite is uniform in that each R is identical.

불균일하게 치환된 나노튜브도 제조된다. 이러한 나노튜브에는 하기 화학식 으로 표시되는 합성물이 포함된다:Heterogeneously substituted nanotubes are also prepared. Such nanotubes include compounds represented by the formula:

[CnHL]-Rm [C n H L ] -R m

이 식에서, n, L, m, R 및 나노튜브 자체는 전술한 바와 같지만, 단 각 R이 산소를 함유하지 않거나, 또는 각 R이 산소 함유 기인 경우에는 COOH가 아닌 것이어야 한다.In this formula, n, L, m, R and the nanotubes themselves are as described above, provided that each R does not contain oxygen or that each R is an oxygen containing group and not COOH.

하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 나노튜브도 본 발명에 포함된다:Also included in the present invention are functionally attached nanotubes represented by the formula:

[CnHL]-Rm [C n H L ] -R m

이 식에서, n, L, m 및 R은 전술한 바와 같은 의미이고, 탄소 원자는 길이 대 직경 비가 5보다 큰 어골형(fishbone) 원섬유의 표면 탄소원자이거나 또는 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 탄소원자이다. 이러한 나노튜브는 균일 또는 불균일하게 치환될 수 있다. 나노튜브는 열적 오버코트가 없고 직경이 0.5μ 미만인 것이 바람직하다. Where n, L, m and R are as defined above and the carbon atoms are surface carbon atoms of fishbone fibrils having a length-to-diameter ratio greater than 5 or single-walled carbons of less than 5 nanometers in diameter It is a carbon atom of nanotubes. Such nanotubes may be substituted uniformly or heterogeneously. The nanotubes preferably have no thermal overcoat and are less than 0.5 microns in diameter.

또한, 본 발명에는 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 나노튜브도 포함된다:Also included in the present invention are functionally attached nanotubes represented by the formula:

[CnHL]-[R'-R]m [C n H L ]-[R'-R] m

이 식에서, n, L, m, R' 및 R은 전술한 바와 같은 의미를 갖는다. 탄소원자 Cn은 직경이 실질적으로 일정한 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브의 표면 탄소이다. 이 나노튜브는 길이 대 직경 비가 5보다 크고 직경이 0.5μ 미만, 바람직하게는 0.1μ 미만이다. 이 나노튜브는 열분해 침착된 탄소가 실질적으로 없는 나노 튜브일 수 있다. 또한, 이 나노튜브는 원섬유 축 상에 적어도 2개의 원섬유 직경 거리만큼 전개된 흑연층의 돌출부가 있는 것 및/또는 c 축이 원기둥 축에 실질적으로 수직인 원기둥형 흑연 시트를 보유한 것이다. 바람직한 양태에서, 탄소원자 Cn은 직경이 실질적으로 일정하거나 또는 직경이 5나노미터 미만인 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이다. 가장 바람직하게는, 탄소원자 Cn은 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 원자이다.In this formula, n, L, m, R 'and R have the same meaning as described above. The carbon atom C n is the surface carbon of the substantially cylindrical graphite nanotubes having a substantially constant diameter. This nanotube has a length to diameter ratio of greater than 5 and a diameter of less than 0.5 microns, preferably less than 0.1 microns. The nanotubes can be nanotubes substantially free of pyrolytically deposited carbon. The nanotubes also have projections of the graphite layer developed at least two fibrous diameter distances on the fibrous axis and / or have cylindrical graphite sheets whose c axis is substantially perpendicular to the cylindrical axis. In a preferred embodiment, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube having a substantially constant diameter or less than 5 nanometers in diameter. Most preferably, the carbon atoms C n are surface atoms of single-walled carbon nanotubes less than 5 nanometers in diameter.

균일 및 불균일하게 치환된 나노튜브에서, 표면 원자 Cn은 반응성이다. 흑연 원섬유의 표면 층에 존재하는 대부분의 탄소원자는, 흑연에서와 같이 기초 평면 탄소(basal plane carbon)이다. 기초 평면 탄소는 화학적 공격에 비교적 불활성이다. 결함 부위, 예컨대 원섬유 둘레가 흑연 평면에 의해 완전히 싸여 있지 않은 부위에는 흑연 평면의 가장자리(edge) 탄소 원자와 유사한 탄소 원자가 존재한다 [가장자리 탄소 및 기초 평면 탄소에 대해서는 문헌 (Urry, Elementary Equilibrium Chemistry of Carbon, Wiley , New York, 1989)을 참조한다].In uniformly and heterogeneously substituted nanotubes, the surface atoms C n are reactive. Most of the carbon atoms present in the surface layer of graphite fibrils are basal plane carbon, as in graphite. Basal planar carbon is relatively inert to chemical attack. Defective sites, such as those where the fibrous perimeter is not completely enclosed by the graphite plane, have carbon atoms similar to the edge carbon atoms of the graphite plane (see Urry, Elementary Equilibrium Chemistry of Carbon, Wiley , New York, 1989).

결함 부위에서는 나노튜브의 하부 내층의 가장자리 또는 기초 평면 탄소가 노출될 수 있다. 따라서, 표면 탄소란 용어에는 나노튜브의 최외각 층에 존재하는 기초 평면 및 가장자리의 모든 탄소뿐만 아니라 최외각 층의 결함 부위에서 노출될 수 있는 하부 층의 기초 평면 및/또는 가장자리 탄소도 포함된다. 가장자리 탄소는 반응성이고, 탄소 원자가를 충족시키기 위해 약간의 헤테로원자 또는 기를 함유해야만 한다.Defect sites may expose the edges or underlying planar carbon of the lower inner layer of the nanotubes. Thus, the term surface carbon includes the base plane and / or the edge carbon of the underlying layer, which may be exposed at defect sites of the outermost layer, as well as all the carbon of the base plane and the edges present in the outermost layer of the nanotubes. The marginal carbon is reactive and must contain some heteroatom or group to satisfy the carbon valence.

전술한 치환된 나노튜브는 바람직하게는 추가 작용기가 부착될 수 있다. 이러한 합성물에는 하기 화학식으로 표시되는 합성물이 있다:The substituted nanotubes described above may preferably be attached with additional functional groups. Such compounds include those compounds represented by the formula:

[CnHL]-Am [C n H L ] -A m

이 식에서, 탄소는 전술한 나노튜브의 표면 탄소이고, n, L 및 m은 전술한 바와 같으며, A는 ON, NHY,

Figure 112007005671099-PCT00001
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00002
또는 C=Y 중에서 선택되는 것이며, 여기서 Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-NR'2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'N+(R')3X-, R'SiR'3, R'Si-(OR')y-R'3 -y, R'Si-(O-SiR'2)-OR', R'-R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00003
중에서 선택되는 것이며, 여기서 w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다. 탄소원자 Cn은 직경이 실질적으로 일정한, 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브의 표면 탄소이다. 이러한 나노튜브에는 길이 대 직경 비가 5보다 크고, 직경이 0.1μ 미만, 바람직하게는 0.05μ 미만인 것이 포함된다. 또한, 이 나노튜브는 열분해 침착된 탄소가 실질적으로 없는, 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 원섬유 축 위에 적어도 2개의 원섬유 직경 거리 만큼 전개되어 있는 흑연 층의 돌출부를 보유한 것 및/또는 c 축이 원기둥 축에 실질적으로 수직인 원기둥형 흑연 시트로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 특히, 나노튜브는 열적 오버코트가 없고, 직경이 0.5μ 미만인 것이 바람직하다. 또한, 나노튜브는 직경이 실질적으로 일정하거나 직경이 5나노미터 미만인 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브일 수 있다. 가장 바람직하게는 탄소 원자 Cn은 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 원자인 것이다.Wherein carbon is the surface carbon of the nanotubes described above, n, L and m are as described above, and A is ON, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00001
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00002
Or C = Y, wherein Y is a suitable functional group of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, nucleotide, oligonucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or transition state analog of an enzyme substrate, or , R'-NR '2, R'SH , R'CHO, R'CN, R'X, R'N + (R') 3 X -, R'SiR '3, R'Si- (OR') y -R ' 3 -y , R'Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R'-R ", R'-N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00003
Wherein w is an integer greater than 1 and less than 200. The carbon atom C n is the surface carbon of the substantially cylindrical graphite nanotubes having a substantially constant diameter. Such nanotubes include those having a length to diameter ratio of greater than 5 and a diameter of less than 0.1 μ, preferably less than 0.05 μ. The nanotubes can also be substantially cylindrical graphite nanotubes, substantially free of pyrolytically deposited carbon. More preferably, it has a projection of the graphite layer which extends at least two fibrous diameter distances on the fibrous axis and / or the c-axis consists of a cylindrical graphite sheet substantially perpendicular to the cylindrical axis. will be. In particular, the nanotubes are free of thermal overcoat and preferably have a diameter of less than 0.5 microns. In addition, the nanotubes may be substantially cylindrical single-walled carbon nanotubes having a substantially constant diameter or less than 5 nanometers in diameter. Most preferably the carbon atom C n is the surface atom of single wall carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter.

또한, 화학식 [CnHL]-[R'-R]m으로 표시되는 작용성 나노튜브는 작용기 부착되어 화학식 [CnHL]-[R'-A]m으로 표시되는 합성물을 생산할 수 있다[여기서, n, L, m, R' 및 A는 전술한 바와 같다]. 탄소원자 Cn은 직경이 실질적으로 일정한, 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브의 표면 탄소이다. 이러한 나노튜브에는 길이 대 직경 비가 5보다 크고, 직경이 0.5μ 미만, 바람직하게는 0.1μ 미만인 것이 포함된다. 또한, 이 나노튜브는 열분해 침착된 탄소가 실질적으로 없는, 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 원섬유 축 위에 적어도 2개의 원섬유 직경 거리 만큼 전개되어 있는 흑연 층의 돌출부를 보유한 것 및/또는 c 축이 원기둥 축에 실질적으로 수직인 원기둥형 흑연 시트를 보유한 것을 특징으로 하는 것이다. 특히, 나노튜브는 열적 오버코트가 없고, 직경이 0.5μ 미만인 것이 바람직하다. 또한, 나노튜브는 직경이 실질적으로 일정하거나 직경이 5나노미터 미만인 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브일 수 있다. 가장 바람직하게는 탄소 원자 Cn은 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 원자인 것이다.In addition, functional nanotubes represented by the formula [C n H L ]-[R'-R] m can be attached to a functional group to produce a compound represented by the formula [C n H L ]-[R'-A] m . Where n, L, m, R 'and A are as described above. The carbon atom C n is the surface carbon of the substantially cylindrical graphite nanotubes having a substantially constant diameter. Such nanotubes include those having a length to diameter ratio of greater than 5 and a diameter of less than 0.5 microns, preferably less than 0.1 microns. The nanotubes can also be substantially cylindrical graphite nanotubes, substantially free of pyrolytically deposited carbon. More preferably, it has a projection of the graphite layer which extends over at least two fibrous diameter distances on the fibrous axis and / or has a cylindrical graphite sheet substantially perpendicular to the cylindrical axis. will be. In particular, the nanotubes are free of thermal overcoat and preferably have a diameter of less than 0.5 microns. In addition, the nanotubes may be substantially cylindrical single-walled carbon nanotubes having a substantially constant diameter or less than 5 nanometers in diameter. Most preferably the carbon atom C n is the surface atom of single wall carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter.

또한, 본 발명의 합성물은 특정 고리형 화합물이 흡착된 나노튜브를 포함한다. 그 예에는, 화학식 [CnHL]-[X-Ra]m으로 표시되는 소재의 합성물이 포함된다(이 식에서, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고, a는 0 또는 10 미만의 수, X는 다핵 방향족 부, 이종다핵(polyheteronuclear) 방향족 부 또는 금속이종다핵(metallopolyheteronuclear) 방향족 부이거나, 또는 평면 금속 테트라티오옥살레이트이며, R은 전술한 바와 같은 것이다). 탄소원자 Cn은 직경이 실질적으로 일정한, 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브의 표면 탄소이다. 이러한 나노튜브에는 길이 대 직경 비가 5보다 크고, 직경이 0.5μ 미만, 바람직하게는 0.1μ 미만인 것이 포함된다. 또한, 이 나노튜브는 열분해 침착된 탄소가 실질적으로 없는, 실질적으로 원기둥형의 흑연 나노튜브일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 원섬유 축 위에 적어도 2개의 원섬유 직경 거리 만큼 전개되어 있는 흑연 층의 돌출부를 보유한 것 및/또는 c 축이 원기둥 축에 실질적으로 수직인 원기둥형 흑연 시트를 보유한 것을 특징으로 하는 것이다. 특히, 나노튜브는 열적 오버코트가 없고, 직경이 0.5μ 미만인 것이 바람직하다. 또한, 나노튜브는 직경이 실질적으로 일정하거나 직경이 5나노미터 미만인 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브일 수 있다. 가장 바람직하게는 탄소 원자 Cn은 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 원자인 것이다. In addition, the composite of the present invention includes a nanotube to which a specific cyclic compound is adsorbed. Examples include composites of the material represented by the formula [C n H L ]-[XR a ] m (wherein n is an integer, L is a number less than 0.1n, and m is less than 0.5n). Is a number less than 0 or 10, X is a multinuclear aromatic moiety, a polyheteronuclear aromatic moiety or a metallopolyheteronuclear aromatic moiety, or a planar metal tetrathiooxalate, and R is as described above Same thing). The carbon atom C n is the surface carbon of the substantially cylindrical graphite nanotubes having a substantially constant diameter. Such nanotubes include those having a length to diameter ratio of greater than 5 and a diameter of less than 0.5 microns, preferably less than 0.1 microns. In addition, the nanotubes may be substantially cylindrical graphite nanotubes, substantially free of pyrolytically deposited carbon, and more preferably, at least two of the fibrous diameter distances that extend over the fibrous axis. And a cylindrical graphite sheet having a projection and / or a c axis substantially perpendicular to the cylindrical axis. In particular, the nanotubes are free of thermal overcoat and preferably have a diameter of less than 0.5 microns. In addition, the nanotubes may be substantially cylindrical single-walled carbon nanotubes having a substantially constant diameter or less than 5 nanometers in diameter. Most preferably the carbon atom C n is the surface atom of single wall carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter.

바람직한 고리형 화합물은 문헌[Cotton and Wilkinson, Advanced Organic Chemistry]의 76쪽에 기술된 바와 같은 평면 거대고리(macrocycle)이다. 흡착에 더욱 바람직한 고리형 화합물은 포피린 및 프탈로시아닌, 또는 Ni, Cu, Pd, Pt 또는 Ag의 테트라티오옥살레이트이다. Preferred cyclic compounds are planar macrocycles as described on page 76 of Cotton and Wilkinson, Advanced Organic Chemistry . More preferred cyclic compounds for adsorption are porphyrins and phthalocyanines or tetrathiooxalates of Ni, Cu, Pd, Pt or Ag.

또한, 본 발명의 합성물에는 특정 평면 방향족 화합물이 단일벽 탄소 나노튜브의 벽에 흡착되어 있는, 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브가 포함된다. 흡착된 분자 자체에 작용기가 부착되어 있다면 측벽은 물리적 구조를 구성함이 없이 효과적으로 작용기화("작용기 부착"과 혼용됨)된다. 이와 같이 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브는 그 다음 추가 가열되거나 또는 흡착된 분자가 탈착되지 않도록 부분 열분해로 처리될 수 있다. 흡착된 분자를 고정시키기 위하여 가교 또는 올리고머화(용해도 감소를 목적으로 한다)와 같은 다른 기구가 사용될 수도 있다. 흡착에 바람직한 평면 방향족 화합물에는 포피린 및 프탈로시아닌, 또는 Ni, Cu, Pd, Pt 또는 Ag의 테트라티오옥살레이트가 포함된다.In addition, the composites of the present invention include single-walled carbon nanotubes less than 5 nanometers in diameter, in which certain planar aromatic compounds are adsorbed on the walls of single-walled carbon nanotubes. If functional groups are attached to the adsorbed molecules themselves, the sidewalls are effectively functionalized (combined with "functional group attachment") without constituting the physical structure. Such functionally attached single-walled carbon nanotubes can then be subjected to partial pyrolysis so that further heated or adsorbed molecules do not desorb. Other mechanisms such as crosslinking or oligomerization (for the purpose of reducing solubility) may also be used to fix the adsorbed molecules. Preferred planar aromatic compounds for adsorption include porphyrins and phthalocyanines or tetrathiooxalates of Ni, Cu, Pd, Pt or Ag.

흡착된 고리형 화합물은 작용기 부착될 수 있다. 이러한 합성물에는 화학식 [CnHL]-[X-Aa]m으로 표시되는 화합물이 포함된다[이 식에서, m, n, L, a, X 및 A는 전술한 바와 같고, 탄소는 전술한 바와 같은 실질적으로 원기둥형의 흑연 또는 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이다].The adsorbed cyclic compound may be attached to a functional group. Such compounds include compounds represented by the formula [C n H L ]-[XA a ] m where m, n, L, a, X and A are as described above and carbon is as described above. Substantially surface carbon of cylindrical graphite or single-walled carbon nanotubes].

전술한 바와 같이 작용기 부착된 탄소 원섬유는 기질(matrix)에 혼입될 수 있다. 기질은 유기 중합체(예, 에폭시, 비스말레이미드, 폴리아미드 또는 폴리에스테르 수지와 같은 열경화성 수지; 열가소성 수지; 반응 사출성형 수지; 또는 탄성 중합체, 예컨대 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무 또는 시스-1,4-폴리부타디엔); 무기 중합체(예, 중합체 무기 산화물, 예컨대 유리), 금속(예, 납 또는 구리), 또는 세라믹 재료(예, 포트랜드 시멘트)인 것이 바람직하다. 이러한 기질로부터, 원섬유가 혼입된 비드가 형성될 수 있다. 또는, 작용기 부착된 원섬유를 작용기 부착된 비드의 외각 표면에 부착할 수도 있다.As described above, the functional fiber attached carbon fibrils may be incorporated into a matrix. The substrate may be an organic polymer (e.g., a thermosetting resin such as epoxy, bismaleimide, polyamide or polyester resin; thermoplastic resin; reaction injection molding resin; or an elastomer such as natural rubber, styrene-butadiene rubber or cis-1,4 Polybutadiene); Preferred are inorganic polymers (eg polymer inorganic oxides such as glass), metals (eg lead or copper), or ceramic materials (eg portland cement). From this substrate, beads incorporating fibrils can be formed. Alternatively, the functionally attached fibrils may be attached to the outer surface of the functionally attached beads.

특정 이론에 국한하려는 것은 아니지만, 작용기부착된 원섬유는 변형된 표면 성질이 중합체와 더욱 화합성이기 때문에, 또는 변형된 작용기(특히 하이드록시 또는 아민 기)가 말단 기로서 중합체에 직접 결합하기 때문에 중합체 시스템에 더 양호하게 분산된다. 이러한 식으로, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리에스테르 또는 폴리아미드/이미드와 같은 중합체 시스템은 원섬유에 직접 결합하여 원섬유가 개선된 접착성을 가지면서 더욱 용이하게 분산되게 한다.Without wishing to be bound by a particular theory, the functionalized fibrillars are polymer systems because the modified surface properties are more compatible with the polymer, or because the modified functional groups (especially hydroxy or amine groups) bind directly to the polymer as terminal groups. Is better dispersed in. In this way, polymer systems such as polycarbonates, polyurethanes, polyesters or polyamides / imides bind directly to the fibrils, allowing the fibrils to more easily disperse with improved adhesion.

또한, 본 발명은 탄소 원섬유를 이 원섬유의 표면을 산화시키기에 충분한 시간 기간 동안 강산화제와 접촉시키는 단계, 및 이러한 원섬유를 다시 산화된 표면에 작용기를 첨가하기에 적합한 반응물과 접촉시키는 단계를 통해 탄소 원섬유의 표면에 작용기를 도입시키는 방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 산화제는 알칼리 금속 염소산염을 강산에 용해시킨 용액을 포함한다. 본 발명의 다른 양태에 따르면, 알칼리 금속 염소산염은 염소산나트륨 또는 염소산칼륨이다. 바람직한 양태에 따르면, 사용된 강산은 황산이다. 산화에 충분한 시간 기간은 약 0.5시간 내지 약 24시간 범위이다.The present invention also provides the steps of contacting the carbon fibrils with a strong oxidant for a period of time sufficient to oxidize the surfaces of the fibrils, and contacting the fibrils with reactants suitable for adding functional groups to the oxidized surface again. It provides a method for introducing a functional group to the surface of the carbon fibrils through. According to a preferred embodiment of the invention, the oxidant comprises a solution of alkali metal chlorate dissolved in a strong acid. According to another aspect of the invention, the alkali metal chlorate is sodium or potassium chlorate. In a preferred embodiment, the strong acid used is sulfuric acid. Sufficient time periods for oxidation range from about 0.5 hours to about 24 hours.

또 다른 바람직한 양태에 따르면, 화학식 [CnHL]-[CH(R')OH]m(이 식에서, n, L, R' 및 m은 전술한 바와 같다)으로 표시되는 합성물은 자유 라디칼 개시제, 예컨대 과산화벤조일의 존재 하에 나노튜브의 표면 탄소와 R'CH2OH를 반응시켜 제조한다. According to another preferred embodiment, the composite represented by the formula [C n H L ]-[CH (R ') OH] m (wherein n, L, R' and m are as described above) is a free radical initiator. For example, by reacting the surface carbon of the nanotubes with R′CH 2 OH in the presence of benzoyl peroxide.

또한, 본 발명은 NHS 에스테르와 단백질의 아미노 기 사이에 공유 결합을 형성시켜 NHS 에스테르로 변형된 나노튜브에 단백질을 결합시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of binding a protein to a nanotube modified with NHS ester by forming a covalent bond between the NHS ester and the amino group of the protein.

또한, 본 발명은 탄소 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브를, 이 탄소 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브의 표면을 산화시키기에 충분한 시간 기간 동안 접촉시키는 단계, 이와 같이 표면 산화된 탄소 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브를 이 탄소 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브의 표면에 작용기를 첨가하기에 적당한 반응물과 접촉시키는 단계, 및 이와 같이 표면에 작용기 부착된 원섬유를 이 탄소 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브의 망상구조를 생성하기에 효과적인 가교제와 추가로 접촉시키는 단계를 포함하는, 탄소 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브의 망상구조 생산방법을 제공한다.The present invention also provides a method of contacting a carbon fibrous or single-walled carbon nanotube for a time period sufficient to oxidize the surface of the carbon fibrous or single-walled carbon nanotube, such that the surface oxidized carbon fibrous or single Contacting the wall carbon nanotubes with a reactant suitable for adding functional groups to the surface of the carbon fibres or single-walled carbon nanotubes, and thus attaching the fibrous functional groups attached to the surface to these carbon fibres or single-walled carbon nanotubes Provided is a method for producing a network of carbon fibrils or single-walled carbon nanotubes, further comprising contacting with a crosslinking agent effective to produce a network of tubes.

또한, 작용기부착된 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브는 원섬유의 강성 망상구조(rigid network) 또는 단일벽 탄소 나노튜브의 망상구조를 제조하는 데에도 유용하다. 산 작용기부착된 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브의 분산이 양호한 3차원 망상구조는 강성 망상구조를 형성하기 위해, 예를 들어 산 기(원섬유내)를 폴리올 또는 폴리아민과 가교시킴으로써 안정화될 수 있다.In addition, functional group-attached fibrous or single-walled carbon nanotubes are also useful for preparing rigid networks of fibrous or single-walled carbon nanotubes. Three-dimensional networks having good dispersion of acid-functional fibrils or single-walled carbon nanotubes can be stabilized, for example, by crosslinking acid groups (in fibrils) with polyols or polyamines to form a rigid network. .

또한, 본 발명은 전술한 본 발명의 작용기부착된 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브를 결합시켜 형성된 3차원 망상구조를 제공한다. 이러한 복합체는 적어도 2개의 작용기부착된 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브가, 직접 결합시키거나 화학적 부를 통해 결합시키는 하나 이상의 링커에 의해 결합된 것을 포함한다. 이러한 망상구조는 소공(pore) 크기가 매우 균일하고 동일한 다공성 매체를 함유한다. 이러한 망상구조는 흡착제, 촉매 지지체 및 분리 매체로서 유용하다.In addition, the present invention provides a three-dimensional network structure formed by combining the functional group-attached fibrils or single-walled carbon nanotubes described above. Such composites include those in which at least two functionally attached fibrils or single-walled carbon nanotubes are bound by one or more linkers that bind directly or through chemical moieties. These networks contain porous media that are very uniform in pore size and are the same. Such networks are useful as adsorbents, catalyst supports and separation media.

이러한 원섬유 또는 단일벽 탄소 나노튜브 사이의 열극(interstice)은 크기 및 형태가 불규칙하지만, 이 역시 소공으로 간주될 수 있고, 다공성 매체를 제조하는데 사용된 방법으로 제조할 수 있다. 이러한 망상구조에 존재하는 열극의 크기는 원섬유의 농도 및 분산 정도, 및 가교제의 농도 및 사슬 길이를 통해 조절할 수 있다. 이러한 소재는 구조화된 촉매 지지체로서 작용할 수 있고 특정 크기의 분자를 포함하거나 제외하도록 가공될 수 있다. 이러한 소재는 통상의 산업적 촉매반응 외에, 생물 촉매용의 큰 소공 지지체로서 특별한 용도로 사용될 수 있다. Interstices between such fibrillar or single-walled carbon nanotubes are irregular in size and shape, but they can also be regarded as pores and can be produced by the methods used to prepare porous media. The size of the thermode present in this network structure can be controlled through the concentration and dispersion of the fibrils and the concentration and chain length of the crosslinking agent. Such materials can act as structured catalyst supports and can be processed to include or exclude molecules of a particular size. These materials can be used for special purposes as large pore supports for biocatalysts, in addition to conventional industrial catalysis.

강성 망상구조는 또한 분자 인식을 위한 생물학적 모방 시스템(biomimetic system)의 주쇄(backbone)으로서 작용할 수 있다. 이러한 시스템은 미국 특허 5,110,833 및 국제특허공개 번호 WO 93/19844에 설명되어 있다. 가교제 및 복합화제의 적당한 선택을 통해 특정 분자의 골격을 안정화할 수 있다.Rigid networks can also act as the backbone of a biomimetic system for molecular recognition. Such systems are described in US Pat. No. 5,110,833 and International Publication No. WO 93/19844. Proper selection of crosslinkers and complexing agents can stabilize the backbone of certain molecules.

나노튜브의 작용기 부착 방법Method of attaching functional group of nanotube

본 발명의 균일하게 작용기 부착된 원섬유는 설폰화, 탈산소화된 원섬유 표 면에 대한 친전자 첨가 또는 금속화 반응을 통해 직접 제조할 수 있다. 아크 성장된 나노섬유가 사용되는 경우에는 작용기 부착 전에 정제를 충분히 해야 한다. 에베슨(Ebbesen et al., Nature 367 519 (1994))은 이러한 정제 절차를 제시한다.The uniformly functionally attached fibrils of the present invention can be prepared directly through electrophilic addition or metallization reactions to sulfonated, deoxygenated fibrous surfaces. If arc grown nanofibers are used, sufficient purification should be performed prior to attachment of the functional groups. Everson (Ebbesen et al., Nature 367 519 (1994)) presents this purification procedure.

탄소 원섬유는 작용기화제와 접촉시키기 전에 처리되는 것이 바람직하다. 이러한 처리에는 원섬유를 용매에 분산시키는 것이 포함될 수 있다. 일부 경우에서는, 탄소 원섬유를 접촉시키기 전에 여과하여 건조할 수도 있다.The carbon fibril is preferably treated before contacting with the functionalizing agent. Such treatment may include dispersing the fibrils in a solvent. In some cases, it may be filtered and dried before the carbon fibrils are contacted.

1. 설폰화Sulfonation

배경 기술은 문헌[March, J.P., Advanced Organic Chemistry, 3rd Ed. Wiley, New York 1985; House, H., Modern Synthetic Reactions, 2nd Ed., Benjamin/Cummings, Menlo Park, CA 1972]에 설명되어 있다. Background art is described in March, J. P., Advanced Organic Chemistry, 3rd Ed. Wiley, New York 1985; House, H., Modern Synthetic Reactions, 2nd Ed., Benjamin / Cummings, Menlo Park, CA 1972.

활성화된 C-H(방향족 C-H 포함) 결합은 SO3을 20% 이하로 함유하는 농황산 용액인 발연 황산(oleum)을 사용하여 설폰화할 수 있다. 종래 방법은 발연황산을 사용하여 T-80℃에서 액체 상을 통해 실시되었지만, 활성화된 C-H 결합은 불활성 비양성자성 용매 중에서 SO3을 사용하거나 또는 기체 상에서 SO3을 사용하여 설폰화할 수도 있다. 이 반응은 다음과 같다:Activated CH (including aromatic CH) bonds can be sulfonated using fumed sulfuric acid (oleum), a concentrated sulfuric acid solution containing up to 20% SO 3 . Prior art has been conducted through the fluid in a T-80 ℃ using fuming sulfuric acid, the activated CH bonds may hwahal sulfone using SO 3 on the use of SO 3 gas, or in an inert aprotic solvent. The reaction is as follows:

-C-H + SO3 ----> -C-SO3H-CH + SO 3 ----> -C-SO 3 H

과잉 반응은 다음과 같은 반응식에 따라 설폰을 형성시킨다: The excess reaction forms sulfones according to the following scheme:

2 -C-H + SO3 ----> -C-SO2-C- + H2O2 -CH + SO 3 ----> -C-SO 2 -C- + H 2 O

실시예Example 1 One

황산을 이용한 C-H 결합의 활성화Activation of C-H Bond with Sulfuric Acid

이 반응은 기체 상 및 용액 중에서 결과에 어떠한 유의적 차이없이 실시될 수 있다. 기체 상 반응은 린드버그 노(Lindberg furnace)에 의해 가열된 수평 석영 튜브 반응기에서 실시했다. SO3 공급원으로는 기체 유입관/배출관이 장착된 다중구 플라스크에 농황산 중의 20% SO3 용액을 담아 사용했다.This reaction can be carried out in the gas phase and in the solution without any significant difference in results. The gas phase reaction was carried out in a horizontal quartz tube reactor heated by a Lindberg furnace. As a source of SO 3, a multi-necked flask equipped with a gas inlet / outlet was used containing 20% SO 3 solution in concentrated sulfuric acid.

자기제 보트형 용기에 담긴 일정량의 원섬유(BN 또는 CC) 시료를 기체 유입구가 장착된 1" 튜브에 넣고, 배출구는 농황산 발포 트랩에 연결시켰다. 아르곤을 20분 동안 반응기를 통해 유통시켜 공기를 모두 제거하고, 시료를 잔류 수분을 제거하기 위해 300℃에서 1시간 동안 가열했다. 건조 후, 온도를 아르곤 하에서 반응 온도가 되게 조정했다.An amount of fibril (BN or CC) sample in a homemade boat-type vessel was placed in a 1 "tube equipped with a gas inlet, and the outlet was connected to a concentrated sulfuric acid foam trap. Argon was flowed through the reactor for 20 minutes to allow air All were removed and the sample was heated for 1 hour at 300 ° C. to remove residual moisture After drying, the temperature was adjusted to the reaction temperature under argon.

바람직한 온도로 안정되었을 때, SO3 공급원을 반응기 튜브에 연결시키고, 아르곤류를 사용하여 SO3 증기를 석영 튜브 반응기 내로 운반했다. 반응은 바람직한 온도에서 바람직한 시간 동안 실시했고, 그 후 반응기를 유동 아르곤 하에서 냉각시켰다. 그 다음, 원섬유를 90℃, 5" Hg 진공 하에서 건조하여 무수 중량의 증가를 측정했다. 설폰산(-SO3H) 함량은 0.100N NaOH와 반응시킨 뒤, pH 6.0의 종말점까지 0.100N HCl로 역적정하여 측정했다.When stable to the desired temperature, the SO 3 source was connected to the reactor tube, and argon was used to transport the SO 3 vapor into the quartz tube reactor. The reaction was carried out at the desired temperature for the desired time, after which the reactor was cooled under flowing argon. The fibrils were then dried under vacuum at 5 ° C. at 90 ° C. to determine the increase in anhydrous weight. The sulfonic acid (-SO 3 H) content was reacted with 0.100 N NaOH and then 0.100 N HCl to the end point of pH 6.0. It was measured by reverse titration.

액체 상 반응은 온도계/온도 조절기와 자석 교반기가 장착된 다중구 100cc 플라스크에 담긴, 20% SO3을 함유한 농황산 중에서 실시했다. 농황산(50) 중의 원섬유 슬러리를 상기 플라스크에 첨가했다. 발연황산 용액(20cc)은 반응기에 첨가하기 전에 -60℃로 예열했다. 반응 후, 산 슬러리를 얼음 조각 위에 쏟아 붓고, 1L 탈이온수로 즉시 희석했다. 고체를 여과하고, 세척 유출액의 pH에 변화가 없을 때까지 탈이온수로 철저하게 세척했다. 원섬유를 100℃, 5" Hg 진공하에서 건조했다. 여과 시 이동 손실로 인하여 정확한 중량 증가를 수득할 수 없었다. 결과는 표 I에 정리했다.The liquid phase reaction was carried out in concentrated sulfuric acid containing 20% SO 3 in a multi-necked 100 cc flask equipped with a thermometer / thermostat and a magnetic stirrer. The fibril slurry in concentrated sulfuric acid 50 was added to the flask. The fuming sulfuric acid solution (20 cc) was preheated to -60 ° C before addition to the reactor. After the reaction, the acid slurry was poured onto ice cubes and immediately diluted with 1 L deionized water. The solid was filtered off and washed thoroughly with deionized water until there was no change in pH of the wash effluent. The fibrils were dried under vacuum at 5 "Hg at 100 ° C. Accurate weight gain could not be obtained due to migration losses in filtration. The results are summarized in Table I.

표 I Table I

반응 정리Reaction Theorem

Figure 112007005671099-PCT00004
Figure 112007005671099-PCT00004

기체 상 또는 액체 상에서의 반응에 의해 수득되는 설폰산 함량에는 유의적 차이가 없었다. 온도 효과는 있어서, 고온의 반응(기체 상)은 더욱 다량의 설폰을 제공했다. 118-61B에서 4.2% 중량 증가는 설폰산 함량(이론값 0.51meq/g)과 일치했다. 실험 60A 및 61A에서는 중량 증가가 오로지 설폰산 함량에 의해 수득되는 것보다 지나치게 높았다. 따라서, 상당량의 설폰이 추가 제조된 것으로 추정되었다.There was no significant difference in the sulfonic acid content obtained by reaction in the gas phase or liquid phase. In the temperature effect, the high temperature reaction (gas phase) provided a greater amount of sulfone. The 4.2% weight gain at 118-61B was consistent with the sulfonic acid content (theoretical value 0.51 meq / g). In experiments 60A and 61A the weight gain was too high than that obtained solely by the sulfonic acid content. Therefore, it was assumed that a significant amount of sulfone was further prepared.

2. 산화물 제거된 원섬유 표면에 대한 첨가2. Addition to Oxidized Fibrous Surface

배경 기술은 문헌[Urry, G., Elementary Equilibrium Chemistry of Carbon, Wiley, New York, 1989]에 설명되어 있다.Background art is described in Urry, G., Elementary Equilibrium Chemistry of Carbon, Wiley, New York, 1989.

원섬유의 표면 탄소는 흑연과 유사하여, 기초 평면 탄소와 가장자리 탄소를 함유하는 육각형 시트로 배열되어 있다. 기초 평면 탄소는 화학적 공격에 비교적 불활성인 반면, 가장자리 탄소는 반응성이고 탄소 원자가를 충족시키기 위하여 약간의 헤테로원자 또는 기를 함유해야 한다. 또한, 원섬유는 기본적으로 가장자리 탄소이고 헤테로원자 또는 기를 함유한 표면 결함 부위를 갖고 있다.The surface carbon of the fibrils is similar to graphite and is arranged in a hexagonal sheet containing basic planar carbon and edge carbon. The base planar carbon is relatively inert to chemical attack, while the marginal carbon must be reactive and contain some heteroatoms or groups to meet the carbon valence. In addition, fibrils are basically edge carbons and have surface defect sites containing heteroatoms or groups.

원섬유의 표면 탄소에 부착된 가장 일반적인 헤테로원자는 제조 동안의 주요 기체 성분인 수소; 높은 반응성 및 제거하기 매우 어려운 미량으로 인한 산소; 및 촉매로 인해 항상 존재하는 H2O이다. 진공 하에 약 1000℃에서의 열분해는, 반응 기작은 알려지지 않았지만 화학량론은 알려져 있는 복합 반응으로 표면의 산소를 제거한다. 산물은 2:1 비율의 CO 및 CO2 이다. 수득되는 원섬유 표면은 활성화된 올레핀과 매우 반응성인 C1-C4 배열의 라디칼을 함유한다. 이러한 표면은 진공 또는 불활성 기체의 존재 하에서는 안정하지만, 반응성 기체에 노출될 때까지 높은 반응성을 보유한다. 즉, 원섬유는 진공 또는 불활성 대기 중에서 약 1000℃에서 열분해될 수 있고, 이와 동일한 조건 하에서 냉각되며, 저온에서 적당한 분자와 반응하여 안정한 작용기를 제공할 수 있다. 전형적인 반응 예는 다음과 같다:The most common heteroatoms attached to the surface carbon of the fibrils are hydrogen, the main gas component during manufacture; Oxygen due to high reactivity and traces that are very difficult to remove; And H 2 O, which is always present due to the catalyst. Pyrolysis at about 1000 ° C. under vacuum removes oxygen from the surface in a complex reaction in which the reaction mechanism is unknown but stoichiometry is known. The product is CO and CO 2 in a 2: 1 ratio. The fibrillar surface obtained contains radicals of the C 1 -C 4 configuration which are highly reactive with the activated olefins. This surface is stable in the presence of vacuum or inert gas, but retains high reactivity until exposure to reactive gas. That is, the fibrils can be pyrolyzed at about 1000 ° C. in a vacuum or inert atmosphere, cooled under the same conditions, and reacted with appropriate molecules at low temperatures to provide stable functional groups. Typical reaction examples are as follows:

1000℃1000 ℃

원섬유-O ------------> 반응성 원섬유 표면(RFS) + 2CO + CO2, 그 다음Fibrillar-O ------------> Reactive Fibrillar Surface (RFS) + 2CO + CO 2 , then

1000℃1000 ℃

RFS + CH2=CHCOX ------------> 원섬유-R'COX (X= -OH, -Cl, -NH2, -H)RFS + CH 2 = CHCOX ------------>Fibre-R'COX (X = -OH, -Cl, -NH 2 , -H)

RFS + 말레산 무수물 -----------> 원섬유-R'(COOH)2 RFS + Maleic Anhydride -----------> Fibrillar-R '(COOH) 2

RFS + 시아노겐 ----------> 원섬유-CNRFS + Cyanogen ----------> Fibrillar-CN

RFS + CH2=CH-CH2X -----------> 원섬유-R'CH2X (X= -NH2, -OH, -할로겐)RFS + CH 2 = CH-CH 2 X ----------->Fibrils-R'CH 2 X (X = -NH 2 , -OH, -halogen)

RFS + H2O ------------> 원섬유=O(퀴논형)RFS + H 2 O ------------> Fibres = O (quinone)

RFS + CH2=CHCHO ---------> 원섬유-R'CHO(알데하이드형)RFS + CH 2 = CHCHO --------->Fibrillar-R'CHO (aldehyde type)

RFS + CH2=CH-CN ----------> 원섬유-R'CNRFS + CH 2 = CH-CN ---------->Fibre-R'CN

상기 식에서, R'는 탄화수소 라디칼(알킬, 시클로알킬 등)이다. Wherein R 'is a hydrocarbon radical (alkyl, cycloalkyl, etc.).

실시예 2Example 2

산화물 제거된 원섬유 표면과 아크릴산의 반응에 의한 작용기 부착된 원섬유의 제조Preparation of Fibrils with Functional Group by Reaction of Oxygen-Removed Fibrillar Surface with Acrylic Acid

자기제 보트형 용기에 담긴 BN 원섬유 1g을, 열전쌍이 장착된 수평 1" 석영 튜브에 넣고, 린드버그 튜브로에 배치했다. 말단에는 기체 유입구/배출구를 장착했다. 이러한 튜브를 무수 탈산소화된 아르곤으로 10분 동안 세정한 후, 노의 온도를 300℃로 상승시키고 30분 동안 유지시켰다. 그 다음, 연속 아르곤류 하에서, 온도 를 100℃씩 1000℃까지 상승시키고 16시간 동안 유지시켰다. 그 후, 튜브를 아르곤류 하에서 실온(RT)까지 냉각시켰다. 아르곤류는 그 다음 기체 유입구/배출구가 장착되고 50℃인 순수 정제된 아크릴산을 함유한 다중구 플라스크로 흐르게 했다. 아크릴산/아르곤 기체류는 RT에서 6시간 동안 지속시켰다. 그 다음, 남은 미반응 아크릴산을 제거하고, 먼저 아르곤으로 세정한 뒤, 100℃, <5" 진공 하에서 진공 건조했다. 카르복시산 함량은 과량의 0.100N NaOH와 반응시킨 뒤 pH 7.5의 종말점까지 0.100N HCl로 역적정하여 측정했다.One gram of BN fibres in a boat-made vessel was placed in a horizontal 1 "quartz tube equipped with a thermocouple and placed in a Lindbergh tube furnace. The end was equipped with a gas inlet / outlet. These tubes were anhydrous deoxygenated argon. After 10 minutes of rinsing, the temperature of the furnace was raised to 300 ° C. and maintained for 30 minutes, then under continuous argon, the temperature was raised to 1000 ° C. at 100 ° C. and maintained for 16 hours. The tube was cooled under argon to room temperature (RT) The argon was then flowed into a multi-necked flask containing pure purified acrylic acid equipped with a gas inlet / outlet and at 50 ° C. The acrylic acid / argon gas stream was at RT. It was continued for 6 hours. The remaining unreacted acrylic acid was then removed, first washed with argon and then vacuum dried under 100 ° C., <5 ”vacuum. The carboxylic acid content was measured by reacting with excess 0.100N NaOH and back titrating with 0.100N HCl to the end point of pH 7.5.

실시예 3Example 3

산화물 제거된 원섬유 표면과 아크릴산의 반응에 의한 작용기 부착된 원섬유의 제조Preparation of Fibrils with Functional Group by Reaction of Oxygen-Removed Fibrillar Surface with Acrylic Acid

열분해와 냉각이 10-4 Torr 진공 하에서 실시된 것을 제외하고는 상기 실험과 유사한 방식으로 실험을 반복했다. 정제된 아크릴산 증기는 앞의 실험에서와 같이 아르곤으로 희석했다.The experiment was repeated in a similar manner to the above experiment except that pyrolysis and cooling were carried out under 10 -4 Torr vacuum. Purified acrylic acid vapor was diluted with argon as in the previous experiment.

실시예 4Example 4

산화물 제거된 원섬유 표면과 말레산의 반응에 의한 작용기 부착된 원섬유의 제조Preparation of functional fiber with functional group by reaction of oxide-removed fiber surface with maleic acid

80℃에서 용융 정제된 말레산 무수물(MAN) 조를 통해 아르곤 기체를 유통시킨 후 반응기로 공급하는 정제된 말레산 무수물이 RT의 반응물인 것을 제외하고는 실시예 2에서와 같이 실험을 반복했다. The experiment was repeated as in Example 2 except that the purified maleic anhydride which was passed through the melt purified maleic anhydride (MAN) bath at 80 ° C. and then fed to the reactor was a reactant of RT.

실시예Example 5 5

산화물 제거된 원섬유 표면과 아크릴로일 클로라이드의 반응에 의한 작용기 부착된 원섬유의 제조Preparation of Fibrils with Functional Groups by Reaction of Oxidized Fibrous Surface with Acryloyl Chloride

본 실험은 RT에서의 반응물이 정제된 아크릴로일 클로라이드인 것을 제외하고는 실시예 2에서와 같이 반복했으며, 여기서 반응물은 25℃에서 순수 아크릴로일 클로라이드 상으로 아르곤을 유통시킨 후 반응기로 공급했다. 산 염화물 함량은 과량의 0.100N NaOH와 반응시킨 뒤, 0.100N HCl로 역적정하여 측정했다.This experiment was repeated as in Example 2 except that the reaction at RT was purified acryloyl chloride, where the reaction was passed through argon over pure acryloyl chloride at 25 ° C. and fed to the reactor. . Acid chloride content was measured by reacting with excess 0.100N NaOH followed by back titration with 0.100N HCl.

진공 하에서의 원섬유의 열분해는 원섬유 표면에서 산소를 제거한다. TGA 장치에서, 진공 또는 정제된 Ar류 하에 1000℃에서의 열분해 결과, 3가지 BN 원섬유 시료의 평균 중량 손실이 3%였다. 기체 크로마토그래피 분석에서는 각각 약 2:1 비율의 CO 및 CO2 만이 검출되었다. 수득되는 표면은 매우 반응성이어서, 아크릴산, 아크릴로일 클로라이드, 아크릴아미드, 아크롤레인, 말레산 무수물, 알릴 아민, 알릴 알콜 또는 알릴 할라이드와 같은 활성화된 올레핀은 심지어 실온에서도 반응하여 오로지 활성화된 올레핀에 결합한 작용기만을 함유하는 깨끗한 산물을 형성할 것이다. 즉, 카르복시산만을 함유하는 표면은 아크릴산 또는 말레산 무수물과의 반응에 의해 수득할 수 있고, 산 염화물만을 함유하는 표면은 아크릴로일 클로라이드와의 반응에 의해 수득할 수 있으며, 알데하이드만을 함유하는 표면은 아크롤레인과의 반응에 의해, 하이드록시 기만을 함유하는 표면은 알릴 알콜과의 반응에 의해, 아민만을 함유하는 표면은 알릴 아민과의 반응에 의해, 할라이드만을 함유하는 표면은 알릴 할라이드와의 반응에 의해 수득할 수 있다.Pyrolysis of fibrils under vacuum removes oxygen from the fibrillar surface. In the TGA apparatus, the average weight loss of the three BN fibril samples was 3% as a result of pyrolysis at 1000 ° C. under vacuum or purified Ar. Gas chromatographic analysis detected only CO and CO 2 in a ratio of about 2: 1, respectively. The surface obtained is so reactive that activated olefins, such as acrylic acid, acryloyl chloride, acrylamide, acrolein, maleic anhydride, allyl amine, allyl alcohol or allyl halide, react even at room temperature to bind only activated olefins. It will form a clean product containing deception. That is, the surface containing only carboxylic acid can be obtained by reaction with acrylic acid or maleic anhydride, the surface containing only acid chloride can be obtained by reaction with acryloyl chloride, and the surface containing only aldehyde is By reaction with acrolein, the surface containing only hydroxy groups is reacted with allyl alcohol, the surface containing only amines is reacted with allyl amine, and the surface containing only halides is reacted with allyl halide. Can be obtained.

3. 금속화3. Metallization

배경 기술은 문헌[March, Advanced Organic Chemistry, 3rd ed., p 545]에 설명되어 있다. Background techniques are described in March, Advanced Organic Chemistry , 3rd ed., P 545.

방향족 C-H 결합은 다양한 유기금속 시약에 의해 금속화되어 탄소-금속 결합(C-M)을 형성할 수 있다. M은 일반적으로 Li, Be, Mg, Al 또는 Tl 이지만, 다른 금속이 사용될 수도 있다. 가장 간단한 반응은 활성화된 방향족에서 수소의 직접 치환에 의한 반응이다:Aromatic C-H bonds can be metalized by various organometallic reagents to form carbon-metal bonds (C-M). M is generally Li, Be, Mg, Al or Tl, although other metals may be used. The simplest reaction is by direct substitution of hydrogen in the activated aromatic:

1. 원섬유-H + R-Li ----------> 원섬유-Li + RH1.Fiber-H + R-Li ----------> Fibrillar-Li + RH

이 반응은 추가로 강염기, 예컨대 t-부톡시화칼륨 또는 킬레이트화 디아민을 필요로 할 수 있다. 비양성자성 용매가 반드시 필요하다(파라핀, 벤젠).This reaction may further require strong bases such as t-butoxylated or chelated diamines. An aprotic solvent is necessary (paraffins, benzene).

2. 원섬유-H + AlR3 ----------> 원섬유-AlR2 + RH2. Fibrillar-H + AlR 3 ----------> Fibrillar-AlR 2 + RH

3. 원섬유-H + Tl(TFA)3 ----------> 원섬유-Tl(TFA)2 + HTFA3. Fibrils-H + Tl (TFA) 3 ----------> Fibrils-Tl (TFA) 2 + HTFA

TFA = 트리플루오로아세테이트, HTFA = 트리플루오로아세트산TFA = trifluoroacetate, HTFA = trifluoroacetic acid

금속화된 유도체는 1차 단일 작용기 부착된 원섬유의 예이다. 하지만, 추가 반응을 통해 다른 1차 단일 작용기 부착된 원섬유를 제공할 수도 있다. 일부 반응은 중간체 분리 없이 동일 장치에서 연속적으로 실시될 수 있다.Metallized derivatives are examples of primary single functionally attached fibrils. However, additional reactions may provide other primary single functionally attached fibrils. Some reactions can be carried out continuously in the same device without intermediate separation.

4. 원섬유-M + O2 ---------> 원섬유-OH + MO (M=Li, Al)4. Fibrils-M + O 2 ---------> Fibrils-OH + MO (M = Li, Al)

H+ H +

원섬유-M + S ---------> 원섬유-SH + M+ Fibrils-M + S ---------> Fibrils-SH + M +

원섬유-M + X2 ----------> 원섬유-X + MX (X=할로겐)Fibrils-M + X 2 ----------> Fibrils-X + MX (X = halogen)

촉매                          catalyst

원섬유-M + CH3ONH2·HCl --------> 원섬유-NH2 + MOCH3 Fibrils -M + CH 3 ONH 2 · HCl --------> fibrils -NH 2 + 3 MOCH

에테르 ether

촉매catalyst

원섬유-Tl(TFA)2 + NaOH ---------> 원섬유-OHFibrils-Tl (TFA) 2 + NaOH ---------> Fibrils-OH

촉매catalyst

원섬유-Tl(TFA)2 + NH3OH ---------> 원섬유-NH2 + HTFAFibrils-Tl (TFA) 2 + NH 3 OH ---------> Fibrils-NH 2 + HTFA

원섬유-Tl(TFA)2 + KCN 수용액 --------> 원섬유-CN + TlTFA + KTFAFibrillar-Tl (TFA) 2 + KCN aqueous solution --------> Fibrillar-CN + TlTFA + KTFA

원섬유-CN + H2 ----------> 원섬유-CH2-NH2 Fibrils-CN + H 2 ----------> Fibrils-CH 2 -NH 2

실시예 6Example 6

원섬유-Li의 제조Preparation of Fibrillar-Li

CC 원섬유 1g을 자기제 보트형 용기에 담아, 린드버그 튜브 노에 싸인 1" 석 영 튜브 반응기로 투입했다. 튜브의 말단에는 기체 유입구/배출구를 장착했다. 연속 H2류 중에서, 원섬유를 700℃까지 2시간 동안 가열하여 임의의 표면 산소화물을 C-H 결합으로 변환시켰다. 그 다음, 반응기를 H2류 중에서 실온으로 냉각시켰다.Put CC fibrils 1g to porcelain boat-shaped vessel, were charged to a 1 "quartz tube reactor wrapped in Lindberg tube furnace. Ends of the tubes was fitted with a gas inlet / outlet. In a continuous H 2 flow, the fibrils 700 Any surface oxygenate was converted to CH bonds by heating to 2 ° C. The reactor was then cooled to room temperature in H 2 stream.

수소화된 원섬유는 무수 탈산소화된 헵탄(LiAlH4와 함께)과 함께, 공기를 모두 제거하고 불활성 대기를 유지하기 위한 정제 아르곤 세정 시스템, 응축기, 자석 교반기 및 주사기로 액체를 첨가할 수 있는 고무 격막이 장착된 1 리터 다중구 둥근바닥 플라스크로 이동시켰다. 아르곤 대기 하에서 헵탄 중에 5mmol 부틸리튬을 함유하는 2% 용액을 주사기로 첨가하고, 슬러리를 완만한 환류하에 4시간 동안 교반했다. 그 다음, 원섬유를 아르곤 대기 글로브 박스에서 중력 여과로 분리하고 필터 상에서 무수 탈산소화된 헵탄으로 세척했다. 원섬유는 정지 마개가 장착된 50cc r.b. 플라스크로 이동시키고 50℃, 10-4 torr 진공하에서 건조시켰다. 리튬 농도는 원섬유 시료를 과량의 탈이온수 중의 0.100N HCl과 반응시킨 뒤, pH 5.0의 종말점까지 0.100N NaOH로 역적정하여 측정했다.Hydrogenated fibres, together with anhydrous deoxygenated heptane (with LiAlH 4 ), are rubber diaphragms that can be added to liquids with a purified argon cleaning system, condenser, magnetic stirrer and syringe to remove all air and maintain an inert atmosphere. Transfer to a fitted 1 liter multi-ball round bottom flask. A 2% solution containing 5 mmol butyllithium in heptane under argon atmosphere was added by syringe and the slurry was stirred for 4 hours under gentle reflux. The fibrils were then separated by gravity filtration in an argon atmospheric glove box and washed with anhydrous deoxygenated heptane on the filter. The fibrils were transferred to a 50 cc rb flask equipped with stop plugs and dried under vacuum at 10 ° C., 10 −4 torr. The lithium concentration was measured by reacting a fibril sample with 0.100 N HCl in excess deionized water and then back titrating with 0.100 N NaOH to the end point of pH 5.0.

실시예 7Example 7

원섬유-Tl(TFA)Fibrillar-Tl (TFA) 22 의 제조Manufacture

CC 원섬유 1g을 실시예 5에서와 같이 수소화하고, 무수 아르곤으로의 반복 세정으로 탈기시킨 HTFA와 함께 다중구 플라스크에 적재했다. 이 플라스크에 고무 격막을 통해, HTFA 중에 5mmol Tl(TFA)3을 용해시킨 5% 용액을 첨가하고, 완만한 환 류하에 슬러리를 6시간 동안 교반했다. 반응 후, 원섬유를 수집하여 실시예 1에서와 같이 건조했다.1 g of CC fibril was hydrogenated as in Example 5 and loaded into a multi-necked flask with HTFA degassed by repeated washing with anhydrous argon. To this flask, a 5% solution of 5 mmol Tl (TFA) 3 dissolved in HTFA was added through a rubber septum, and the slurry was stirred for 6 hours under gentle reflux. After the reaction, the fibrils were collected and dried as in Example 1.

실시예 8Example 8

원섬유-OH의 제조(OH 작용기만을 함유하는 산소화된 유도체)Preparation of Fibrillar-OH (Oxygenated Derivatives Containing Only OH Functional Groups)

실시예 6에서 제조한 리튬화된 원섬유 0.5g을 아르곤 대기 글로브 백에서 무수 탈산소화된 헵탄과 함께, 정지 마개와 자석 교반기 막대가 장착된 50cc 1구 플라스크에 투입했다. 이 플라스크를 글로브 백에서 꺼내어 자석 교반기 상에서 교반했다. 정지 마개를 열어 대기에 노출시키고 슬러리를 24시간 동안 교반했다. 그 다음, 원섬유를 여과 분리하고 MeOH 수용액으로 세척한 뒤, 50℃, 5" 진공하에서 건조했다. OH 기의 농도는 OH 기를 아세테이트 에스테르로 변환시키고, 이 과정 중에 반응된 무수물 1몰당 아세트산 1당량을 방출하도록, 디옥산 중의 아세트산 무수물 표준 용액(0.252M)과 80℃에서 반응시켜 측정했다. 총 산 함량, 유리 아세트산 및 미반응 아세트산 무수물은 0.100N NaOH로 pH 7.5의 종말점까지 적정하여 측정했다.0.5 g of the lithiated fibril prepared in Example 6 was placed in a 50 cc one-necked flask equipped with a stopper and a magnetic stirrer rod with anhydrous deoxygenated heptane in an argon atmospheric glove bag. This flask was removed from the glove bag and stirred on a magnetic stirrer. The stopper was opened and exposed to the atmosphere and the slurry was stirred for 24 hours. The fibrils were then separated by filtration, washed with aqueous MeOH solution and dried under vacuum at 5 ° C. at 50 ° C. The concentration of OH groups converted OH groups to acetate esters and one equivalent of acetic acid per mole of anhydride reacted during this process. Measurement was made by reacting acetic anhydride standard solution in dioxane (0.252 M) to release it at 80 ° C. Total acid content, free acetic acid and unreacted acetic anhydride were measured by titration to the end point of pH 7.5 with 0.100 N NaOH.

실시예 9Example 9

원섬유-NHFibrillar-NH 22 의 제조Manufacture

탈륨화된 원섬유 1g을 실시예 7에서와 같이 제조했다. 원섬유는 디옥산에 슬러리화한 후, 디옥산에 용해된 0.5g 트리페닐 포스핀을 첨가했다. 이러한 슬러리를 50℃에서 수분간 교반한 뒤, 50℃에서 30분 동안 암모니아 기체를 첨가했다. 그 다음, 원섬유를 여과 분리하고 디옥산과 그 다음 탈이온수로 세척한 뒤, 80℃, 5" 진 공 하에서 건조했다. 아민 농도는 과량의 아세트산 무수물과 반응시킨 뒤, 0.100N NaOH로 유리 아세트산과 미반응 무수물을 역적정하여 측정했다.1 g of thalliumated fibrils were prepared as in Example 7. Fibrils were slurried in dioxane and then 0.5 g triphenyl phosphine dissolved in dioxane was added. This slurry was stirred at 50 ° C. for several minutes and then ammonia gas was added at 50 ° C. for 30 minutes. The fibrils were then filtered off, washed with dioxane and then deionized water and dried under vacuum at 5 ° C. at 80 ° C. The amine concentration was reacted with excess acetic anhydride, followed by free acetic acid with 0.100 N NaOH. And unreacted anhydride were measured by back titration.

4. 유도체화된 다핵 방향족 화합물, 이종다핵 방향족 화합물 및 평면 거대고리 화합물4. Derivatized Multinuclear Aromatic Compounds, Heteropolynuclear Aromatic Compounds, and Planar Macrocyclic Compounds

원섬유의 흑연 표면은 방향족 화합물을 물리적 흡착할 수 있다. 인력은 반데르 발스 힘이다. 이러한 힘은 다고리 이종핵 방향족 화합물과 흑연 표면의 기초 평면 탄소 간에 상당하다. 탈착은 경쟁적 표면 흡착이 가능하거나 피흡착물이 용해도가 높은 경우에 일어날 수 있다. The graphite surface of the fibrils can physically adsorb aromatic compounds. The attraction is van der Waals forces. This force is significant between the polycyclic heteronuclear aromatic compound and the underlying planar carbon of the graphite surface. Desorption can occur when competitive surface adsorption is possible or when the adsorbate is high in solubility.

예를 들어, 원섬유는 프탈로시아닌 유도체의 흡착에 의해 작용기가 부착될 수 있는 것으로 발견되었다. 이러한 프탈로시아닌 유도체 원섬유는 단백질 고정용 고체 지지체로서 사용될 수 있다. 다른 프탈로시아닌 유도체를 선택하여 원섬유 표면에 다른 화학적 기를 간단하게 도입시킬 수도 있다.For example, it has been found that fibrils can be attached to functional groups by adsorption of phthalocyanine derivatives. Such phthalocyanine derivative fibrils can be used as a solid support for protein fixation. Other phthalocyanine derivatives may also be selected to simply introduce other chemical groups onto the fibrous surface.

단백질 고정에 프탈로시아닌 유도체 원섬유의 사용은 종래 단백질 고정 방법에 비해 유의적인 장점을 갖고 있다. 구체적으로, 공유 변형보다 더 간단한 방법이다. 또한, 프탈로시아닌 유도체 원섬유는 표면적이 넓고, 광범위한 온도 및 pH 범위에서 거의 모든 종류의 용매 중에서 안정하다.The use of phthalocyanine derivative fibrils for protein fixation has significant advantages over conventional protein fixation methods. Specifically, it is a simpler method than covalent modifications. In addition, phthalocyanine derivative fibrils have a wide surface area and are stable in almost all kinds of solvents over a wide range of temperatures and pH ranges.

실시예 10Example 10

원섬유 상에 포피린 및 프탈로시아닌의 흡착Adsorption of Porphyrin and Phthalocyanine on Fibrillar

원섬유 상에 물리적 흡착하기에 바람직한 화합물은 흑연 또는 카본 블랙에 강하게 흡착하는 것으로 공지된 유도체화된 포피린 또는 프탈로시아닌이다. 이용할 수 있는 몇가지 화합물에는 테트라카르복시산 포피린, 코발트(II) 프탈로시아닌 또는 디리튬 프탈로시아닌이 있다. 마지막 2개는 카르복시산 형태로 유도체화될 수 있다.Preferred compounds for physical adsorption on fibrils are derivatized porphyrins or phthalocyanines known to adsorb strongly on graphite or carbon black. Some of the compounds available include tetracarboxylic acid porphyrin, cobalt (II) phthalocyanine or dilithium phthalocyanine. The last two can be derivatized in carboxylic acid form.

디리튬 프탈로시아닌Dilithium Phthalocyanine

일반적으로 2개의 Li+ 이온은 대부분의 금속(특히 다가) 복합체에 의해 프탈로시아닌(Pc) 기로부터 치환된다. 따라서, 비불안정성 리간드에 결합된 금속 이온을 이용한 Li+ 이온의 치환은 원섬유 표면 위에 안정된 작용기를 도입시키는 방법이다. 거의 모든 전이 금속 복합체는 Pc로부터 Li+를 치환하여 안정된 비불안정성 킬레이트를 형성한다. 이러한 부위는 그 다음 상기 금속을 적당한 리간드에 커플링시키는 부위이다.In general, two Li + ions are substituted from phthalocyanine (Pc) groups by most metal (particularly multivalent) complexes. Thus, substitution of Li + ions with metal ions bound to an unstable ligand is a method of introducing stable functional groups on the surface of fibril. Almost all transition metal complexes replace Li + from Pc to form a stable, insecure chelate. This site is then the site that couples the metal to the appropriate ligand.

코발트(II) 프탈로시아닌Cobalt (II) Phthalocyanine

코발트(II) 복합체가 특히 적합하다. Co++ 이온은 2개의 Li+ 이온 대신에 치환되어 매우 안정한 킬레이트를 형성한다. Co++ 이온은 그 다음 카르복시산 측기를 보유한 피리딘 고리를 함유하고 피리딘 기에 우선적으로 결합하는 것으로 공지된 니코틴산과 같은 리간드에 배위결합할 수 있다. 과량의 니코틴산의 존재 하에 Co(II)Pc는 Co(III)Pc로 전기화학적으로 산화되어 니코틴산의 피리딘 부와 비불안정성 복합체를 형성한다. 즉, 니코틴산 리간드의 자유 카르복시산 기는 원섬유 표면에 확고하게 부착된다.Cobalt (II) complexes are particularly suitable. Co ++ Ions are substituted in place of two Li + ions to form very stable chelates. Co ++ ions may then coordinate to ligands such as nicotinic acid which contain a pyridine ring with carboxylic acid side groups and are known to preferentially bind to pyridine groups. In the presence of excess nicotinic acid Co (II) Pc is electrochemically oxidized to Co (III) Pc to form an instability complex with the pyridine moiety of nicotinic acid. That is, the free carboxylic acid group of the nicotinic acid ligand is firmly attached to the fibril surface.

다른 적합한 리간드는 아미노피리딘 또는 에틸렌디아민(NH2 측기), 머캅토피리딘(SH) 또는 한쪽 말단에 아미노 부 또는 피리딜 부를 함유하고 다른쪽 말단에 임의의 바람직한 작용기를 함유하는 다른 다작용기성 리간드이다.Other suitable ligands are aminopyridine or ethylenediamine (NH 2 side groups), mercaptopyridine (SH) or other multifunctional ligands containing amino or pyridyl moieties at one end and any desired functional groups at the other end. .

포피린 또는 프탈로시아닌의 적재량은 첨가량을 증가시킬 때의 용액의 탈색을 통해 측정할 수 있다. 용액의 진한 색(MeOH 중의 테트라카르복시산 포피린은 진한 핑크색, 아세톤 또는 피리딘 중의 Co(II) 또는 디리튬 프탈로시아닌은 진한 청녹색)은 분자가 원섬유의 흑색 표면 위에 흡착되어 제거될 때 탈색된다.The loading of porphyrin or phthalocyanine can be measured through decolorization of the solution when the amount of addition is increased. The dark color of the solution (tetracarboxylic acid porphyrin in MeOH is dark pink, Co (II) or dilithium phthalocyanine in dark blue green in acetone or pyridine) discolors when the molecules are adsorbed and removed on the black surface of the fibrils.

적재량은 이러한 방법으로 측정했고, 이러한 대략적인 측정값(약 140Å2)으로부터 유도체의 잔량을 계산했다. 평균표면적이 250㎡/g인 원섬유는 최대 적재량이 약 0.3mmol/g일 것이다.The loading was measured by this method and the residual amount of the derivative was calculated from this approximate measurement (about 140 mm 2 ). Fibres with an average surface area of 250 m 2 / g will have a maximum loading of about 0.3 mmol / g.

테트라카르복시산 포피린은 적정으로 분석했다. 흡착 보존성은 상온 및 승온에서 수성계에서의 탈색을 통해 검사했다.Tetracarboxylic porphyrin was analyzed by titration. Adsorption retention was examined by decolorization in an aqueous system at room temperature and elevated temperature.

먼저 원섬유 슬러리를 혼합(Waring 블렌더)하고 적재 중에도 교반했다. 색이 더 이상 탈색되지 않으면 슬러리 일부를 초음파처리했으나, 어떤 효과도 없었다.The fibril slurry was first mixed (Waring blender) and stirred during loading. Some of the slurry was sonicated when the color no longer bleached, but had no effect.

적재 후, 실험 169-11, -12, -14 및 -19-1(표 II 참조)는 동일한 용매로 세척하여 내포된 안료를 제거했다. 세척 용출물에서는 계속 희미한 색조가 나타나서, 포화점을 정확하게 결정하기가 어려웠다. 실험 168-18 및 -19-2에서는 적재에 계산된 양의 안료를 사용했고, 적재 후 매우 약간만이 세척되었다. After loading, experiments 169-11, -12, -14 and -19-1 (see Table II) were washed with the same solvent to remove the contained pigments. Faint hues continued to appear in the wash eluate, making it difficult to accurately determine the saturation point. In Experiments 168-18 and -19-2, the calculated amount of pigment was used for loading, and very little was washed after loading.

테트라카르복시산 포피린(아세톤으로부터) 및 Co 프탈로시아닌(피리딘으로부 터)은 추가 분석을 위해 원섬유 위에 적재했다(각각 실험 169-18 및 -19-2).Tetracarboxylic porphyrin (from acetone) and Co phthalocyanine (from pyridine) were loaded onto fibril for further analysis (Experiments 169-18 and -19-2, respectively).

테트라카르복시산 포피린 분석Tetracarboxylic acid porphyrin assay

과량의 염기(pH 11-12)의 첨가는 적정 중인 슬러리를 즉시 핑크색으로 변색시켰다. 이것은 적정을 방해하지 않지만, 높은 pH에서 포피린이 탈착되는 것을 보여주었다. 카르복시산 농도는 pH 7.5의 종말점까지 과량의 NaOH로 역적정하여 측정했다. 적정 결과, 포피린 1g당 0.275meq에 해당하는 산 1g당 1.10meq의 적재량이 수득되었다.The addition of excess base (pH 11-12) immediately discolored the slurry under titration. This did not interfere with titration but showed desorption of porphyrin at high pH. The carboxylic acid concentration was measured by back titration with excess NaOH to the end point of pH 7.5. As a result of the titration, a load of 1.10 meq per gram of acid corresponding to 0.275 meq per gram of porphyrin was obtained.

코발트 또는 디리튬 프탈로시아닌 분석Cobalt or Dilithium Phthalocyanine Assay

피흡착물의 농도는 오로지 탈색 실험을 통해 평가했다. 청녹색 색조가 30분 후 사라진 지점을 포화점으로 간주했다.The concentration of the adsorbate was evaluated only through decolorization experiments. The point where the bluish hue disappeared after 30 minutes was regarded as the saturation point.

다수의 치환된 다핵 방향족 또는 이종다핵 방향족 화합물을 원섬유 표면에 흡착시켰다. 부착을 위해, 방향족 고리의 수는 고리/측쇄 작용기당 2개보다 많아야 한다. 즉, 융합 고리 3개를 함유하는 치환된 안트라센, 페난트렌 등, 또는 융합 고리 4개 이상을 함유하는 다작용기성 유도체는 포피린 또는 프탈로시아닌 유도체 대신에 사용할 수 있다. 이와 마찬가지로, 퀴놀린과 같은 치환된 방향족 헤테로고리 또는 고리를 4개 이상 함유하는 다중 치환된 헤테로방향족도 사용할 수 있다.Many substituted multinuclear aromatic or heteropolynuclear aromatic compounds were adsorbed onto the fibrillar surface. For attachment, the number of aromatic rings should be more than two per ring / side chain functional group. That is, substituted anthracene, phenanthrene, etc., containing three fused rings, or multifunctional derivatives containing four or more fused rings can be used in place of porphyrin or phthalocyanine derivatives. Likewise, substituted aromatic heterocycles such as quinoline or multiple substituted heteroaromatics containing four or more rings can also be used.

표 II는 3가지 포피린/프탈로시아닌 유도체의 적재 실험 결과를 정리한 것이다.Table II summarizes the loading test results of the three porphyrin / phthalocyanine derivatives.

표 IITable II

흡착 실험 정리Adsorption experiment

Figure 112007005671099-PCT00005
Figure 112007005671099-PCT00005

TCAPorph = 테트라카르복시산 포피린TCAPorph = tetracarboxylic porphyrin

DiLiPhth = 디리튬 프탈로시아닌DiLiPhth = Dilithium Phthalocyanine

CoPhth = 코발트(II) 프탈로시아닌CoPhth = cobalt (II) phthalocyanine

(cal) = 계산값(cal) = calculated value

(T) = 적정값(T) = proper value

다음 실시예 11과 12는 2가지 다른 프탈로시아닌 유도체를 탄소 나노튜브에 흡착시키는 방법을 예시한 것이다.Examples 11 and 12 below illustrate the process of adsorbing two different phthalocyanine derivatives on carbon nanotubes.

실시예 11Example 11

니켈(II) 프탈로시아닌테트라설폰산의 흡착에 의해 작용기 부착된 원섬유Fibrillar with functional groups by adsorption of nickel (II) phthalocyanine tetrasulfonic acid

dH2O 1ml 중에서 기본 원섬유 4.2mg과 니켈(II) 프탈로시아닌-테트라설폰산(4나트륨 염) 2mg을 혼합했다. 이 혼합물을 50분 동안 초음파처리하고 실온에서 하룻밤 동안 회전시켰다. In 1 ml of dH 2 O, 4.2 mg of basic fibril and 2 mg of nickel (II) phthalocyanine-tetrasulfonic acid (tetrasodium salt) were mixed. This mixture was sonicated for 50 minutes and spun overnight at room temperature.

원섬유를 dH2O 1ml로 3회, MeOH 1ml로 3회, CH2Cl2 1ml로 3회 세척하고 진공 건조했다. Fibrils were washed three times with 1 ml of dH 2 O, three times with 1 ml of MeOH, and three times with 1 ml of CH 2 Cl 2 and vacuum dried.

이러한 프탈로시아닌 유도체 원섬유 상에 서몰리신(thermolysin)을 흡착 고정시켰다. 원섬유 0.5mg을 dH2O 250㎕에 현탁시키고 20분 동안 초음파 처리했다. 상청액은 버리고 원섬유를 다시 0.05M Tris(pH 8.0) 250㎕에 현탁시키고, 동일 완충액으로 제조한 0.6mM 서몰리신 용액 250㎕와 혼합했다. 이 혼합물을 실온에서 2시간 동안 회전시키고 4℃에서 하룻밤 동안 보관했다. 원섬유를 그 다음 25mM Tris(pH = 8) 1ml로 3회 세척하고 40mM Tris와 10mM CaCl2를 함유하는 완충액(pH 7.5) 250㎕ 중에 현탁시켰다.Thermolysin was adsorbed and immobilized on the phthalocyanine derivative fibrils. 0.5 mg of fibrils were suspended in 250 μl of dH 2 O and sonicated for 20 minutes. The supernatant was discarded and the fibrils were again suspended in 250 μl of 0.05 M Tris (pH 8.0) and mixed with 250 μl of 0.6 mM thermolysine solution prepared with the same buffer. The mixture was spun at room temperature for 2 hours and stored at 4 ° C. overnight. The fibrils were then washed three times with 1 ml of 25 mM Tris (pH = 8) and suspended in 250 μl of buffer (pH 7.5) containing 40 mM Tris and 10 mM CaCl 2 .

이 원섬유 상에 서몰리신의 양은 원섬유의 효소 활성을 측정하여 확인했다. 서몰리신은 기질 FAGLA(N-3[2-푸릴]아크릴로일)-gly-leu아미드)과 반응하여 345nm에서 흡광도를 감소시키는, 흡광 계수가 -310M-1cm-1인 화합물을 생산한다. 이 반응의 분석 완충액 조건은 40mM Tris, 10mM CaCl2 및 1.75M NaCl, pH 7.5였다. 이 반응은 1ml 큐벳에서 FAGLA 스톡 용액(dH2O 중의 30% DMF, 25.5mM) 5㎕와 서몰리신 원섬유 10㎍를 분석 완충액 1ml 중에 넣고 혼합하여 실시했다. 345nm에서의 흡광도 감소는 10분 동안 경시적 스캔을 통해 모니터했다. 효소 활성(μM/min)은 흡광 계수 -310M-1cm-1를 사용하여 초기 기울기(initial slope)로부터 계산했다. 원섬유 1g당 활성 서몰리신의 양은 0.61μM이었다.The amount of thermolysine on the fibrils was confirmed by measuring the enzyme activity of the fibrils. Thermolysine reacts with the substrate FAGLA (N-3 [2-furyl] acryloyl) -gly - leuamide) to produce a compound with an absorption coefficient of -310M -1 cm -1 , which reduces the absorbance at 345 nm. Assay buffer conditions for this reaction were 40 mM Tris, 10 mM CaCl 2 and 1.75 M NaCl, pH 7.5. The reaction was carried out in 1 ml cuvette by mixing 5 μl of FAGLA stock solution (30% DMF in dH 2 O, 25.5 mM) and 10 μg of thermolysine fibril in 1 ml of assay buffer and mixing. Absorbance reduction at 345 nm was monitored via timed scan for 10 minutes. Enzyme activity (μM / min) was calculated from the initial slope using the extinction coefficient -310M -1 cm -1 . The amount of active thermolysine per gram of fibril was 0.61 μΜ.

실시예Example 12 12

1,4,8,11,15,18,22,25-옥타부톡시-29H, 31H-프탈로시아닌의 흡착에 의해 작용기 부착된 원섬유Fibrillars with functional groups attached by adsorption of 1,4,8,11,15,18,22,25-octabutoxy-29H, 31H-phthalocyanine

1,4,8,11,15,22,25-옥타부톡시-29H, 31H-프탈로시아닌 3mg과 기본 원섬유 5.3mg을 CHCl3 1ml에서 혼합했다. 이 혼합물을 50분 동안 초음파처리하고 실온에서 하룻밤 동안 회전시켰다.3 mg of 1,4,8,11,15,22,25-octabutoxy-29H, 31H-phthalocyanine and 5.3 mg of the basic fibrils were mixed in 1 ml of CHCl 3 . This mixture was sonicated for 50 minutes and spun overnight at room temperature.

원섬유는 CH2Cl2 1ml로 3회 세척하고 진공 건조했다.Fibrils were washed three times with 1 ml of CH 2 Cl 2 and vacuum dried.

이러한 프탈로시아닌 유도체 원섬유 상에 서몰리신을 실시예 34의 방법에 따라 흡착 고정시켰다. 원섬유 1g당 활성 서몰리신의 양은 0.70μM이었다.Thermolysine was adsorbed and immobilized on the phthalocyanine derivative fibril according to the method of Example 34. The amount of active thermolysine per gram of fibril was 0.70 μΜ.

실시예 13Example 13

서몰리신이 고정되어 있는 프탈로시아닌 유도체 원섬유를 이용한 아스파탐 전구체 합성Synthesis of Aspartame Precursor Using Raw Fiber of Phthalocyanine Derivative Fixed with Thermolysine

서몰리신이 고정되어 있는 프탈로시아닌 유도체 원섬유는 인공 감미료인 아스파탐 전구체의 합성을 촉매하는데 사용될 수 있다. 이 반응은 에틸 아세테이트 중의 80mM L-Z-Asp 및 220mM L-PheOMe를 서몰리신 고정된 원섬유 10μM과 혼합하여 실시했다. 산물인 Z-Asp-PheOMe는 HPLC를 모니터하여 수율을 측정했다.Phthalocyanine derivative fibrils immobilized with thermolysine can be used to catalyze the synthesis of aspartame precursors, artificial sweeteners. This reaction was carried out by mixing 80 mM L-Z-Asp and 220 mM L-PheOMe in ethyl acetate with 10 μM of thermolysin fixed fibril. The product Z-Asp-PheOMe measured the yield by monitoring the HPLC.

5. 염소산염 또는 질산 산화5. Chlorate or Nitrate Oxidation

농황산 또는 질산 중의 염소산칼륨과 같은 강산화제를 이용한 흑연의 산화에 대한 문헌에는 R.N.Smith, Quarterly Review 13, 287 (1959); M.J.D.Low, Chem.Rev. 60, 267(1960)이 있다. 일반적으로, 가장자리 탄소(결함 부위에 있다)는 공격을 받아 카르복시산, 페놀 및 다른 산소화된 기의 혼합물을 제공한다. 이 반응 기작은 라디칼 반응을 수반하여 복잡하다.Literature on the oxidation of graphite with strong oxidants such as potassium chlorate in concentrated sulfuric acid or nitric acid is described in RNSmith, Quarterly Review 13 , 287 (1959); MJDLow, Chem . Rev. 60 , 267 (1960). In general, the marginal carbon (at the defect site) is attacked to provide a mixture of carboxylic acids, phenols and other oxygenated groups. This reaction mechanism is complicated with radical reactions.

실시예 14Example 14

염소산염을 이용한 카르복시산 작용기 부착된 원섬유의 제조Preparation of Fibrils with a Carboxylic Acid Functional Group Using Chlorates

CC 원섬유 시료는 스패튤라로 혼합하여 농황산에 슬러리화한 뒤, 기체 유입구/배출구 및 상부 교반기가 장착된 반응기 플라스크로 이동시켰다. 교반과 저속 아르곤류 하에서, NaClO3 충전량을 실험 기간 동안 RT에서 분할 첨가했다. 전 실험 과정 동안 염소 증기가 발생하여 반응기로부터 NaOH 수용액 트랩으로 제거되었다. 실험 마지막에 원섬유 슬러리를 얼음 조각 위에 쏟아붓고 진공 여과했다. 여과 케익을 속슬렛 팀블로 옮겨서 속슬렛 추출기에서 탈이온수로 세척하고 수시간 마다 새 탈이온수로 교환했다. 세척은 새 탈이온수를 첨가했을 때 원섬유 시료가 물의 pH를 변화시키지 않을 때까지 계속했다. 그 다음, 원섬유를 여과 분리하고, 100℃, 5" 진공 하에 하룻밤 동안 건조했다.CC fibril samples were mixed with a spatula, slurried in concentrated sulfuric acid, and then transferred to a reactor flask equipped with a gas inlet / outlet and an upper stirrer. Under stirring and slow argon, the NaClO 3 charge was added in portions at RT during the experiment. Chlorine vapor was generated during the entire experiment and removed from the reactor with a NaOH aqueous solution trap. At the end of the experiment, the fibril slurry was poured onto ice cubes and vacuum filtered. The filter cake was transferred to Soxhlet Timber, washed with deionized water in a Soxhlet extractor and replaced with fresh deionized water every few hours. Washing continued until the fibril sample did not change the pH of the water when fresh deionized water was added. The fibrils were then filtered off and dried overnight at 100 ° C., 5 ”vacuum.

카르복시산 함량은 과량의 0.100N NaOH와 시료를 반응시킨 뒤 pH 7.5의 종말점까지 0.100N HCl로 역적정하여 측정했다. 결과는 이하 표에 정리했다.The carboxylic acid content was measured by reacting an excess of 0.100N NaOH with the sample and back titrating with 0.100N HCl to the end point of pH 7.5. The results are summarized in the table below.

표 IIITABLE III

직접 산화 실험 결과Direct Oxidation Experiment Results

Figure 112007005671099-PCT00006
Figure 112007005671099-PCT00006

실시예 15Example 15

질산을 이용한 카르복시산 작용기 부착된 원섬유의 제조Preparation of Fibrils Attached with Carboxylic Acid Functional Group Using Nitric Acid

상부 교반기와 수응축기가 장착된 둥근 바닥 다중구 오목 반응기 플라스크에 적당한 강도의 질산을 넣고 여기에 일정 중량의 원섬유 시료를 넣어 슬러리화했다. 일정한 교반하에, 온도를 조정하고 특정 시간 동안 반응을 진행시켰다. 온도가 70℃를 초과한 직후에 산의 강도에 관계없이 갈색 연기가 방출되었다. 반응 후, 슬러리는 얼음 조각에 쏟아붓고 탈이온수로 희석했다. 슬러리를 여과하고 과량의 산을 속슬렛 추출기에서 세척 제거한 뒤, 슬러리화된 시료로 인한 탈이온수의 pH 변화가 나타나지 않을 때까지 수시간마다 새로운 탈이온수로 교환해 주었다. 원섬유를 100℃, 5" 진공에서 하룻밤 동안 건조했다. 칭량된 일부 원섬유를 표준 0.100N NaOH와 반응시키고, 0.100N HCl로 역적정하여 카르복시산 함량을 측정했다. 표면 산소 함량은 XPS로 측정했다. 수분산성은 0.1wt% 농도를 웨어링 블렌더에서 2분간 고속으로 혼합하여 검사했다. 결과는 표 4에 정리했다.In a round bottom multi-hole concave reactor flask equipped with an upper stirrer and a water condenser, nitric acid of appropriate strength was added thereto, and a constant weight of fibril sample was added to slurry. Under constant stirring, the temperature was adjusted and the reaction proceeded for a certain time. Immediately after the temperature exceeded 70 ° C., brown smoke was released regardless of the strength of the acid. After the reaction, the slurry was poured into ice cubes and diluted with deionized water. The slurry was filtered and excess acid was washed off in a Soxhlet extractor and exchanged with fresh deionized water every few hours until no pH change of deionized water due to the slurried sample was observed. The fibrils were dried overnight at 100 ° C., 5 ”vacuum. Some of the weighed fibrils were reacted with standard 0.100 N NaOH and back titrated with 0.100 N HCl to determine the carboxylic acid content. Surface oxygen content was determined by XPS. The water dispersibility was tested by mixing 0.1 wt% concentration in a wear ring blender at high speed for 2 minutes.

표 IVTable IV

직접 산화 실험 결과Direct Oxidation Experiment Results

Figure 112007005671099-PCT00007
Figure 112007005671099-PCT00007

6. 원섬유의 아미노 작용기화6. Amino Functionalization of Fibrils

아미노 기는 원섬유를 다음과 같은 반응식에 따라 질산 및 황산으로 처리하여 니트로화된 원섬유를 수득한 뒤, 니트로화된 형태를 아이티온산 나트륨(sodium dithionite)과 같은 환원제로 환원시켜 아미노 작용기 부착된 원섬유를 수득함으로써, 흑연 원섬유 위에 직접 도입될 수 있다:The amino group is treated with nitric acid and sulfuric acid according to the following scheme to obtain nitrated fibril, and then the nitrated form is reduced with a reducing agent such as sodium dithionite to form an amino functional group attached. By obtaining the fibers, they can be introduced directly onto the graphite fibres:

Figure 112007005671099-PCT00008
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그 결과 수득되는 원섬유는 많은 유용성이 있는데, 그 예로는 단백질(예, 효소 및 항체) 고정화, 및 친화성 및 이온 교환 크로마토그래피에 이용될 수 있다.The resulting fibrils are of great utility, such as can be used for protein (eg, enzymes and antibodies) immobilization, and affinity and ion exchange chromatography.

실시예 16Example 16

질산을 이용한 아미노 작용기 부착된 원섬유의 제조Preparation of Amino Functional Group Attached Fibrils Using Nitric Acid

원섬유(70mg)를 물(1.6ml)과 아세트산(0.8ml)에 현탁시킨 냉각 현탁액(0℃)에 질산(0.4ml)을 적가 방식으로 첨가했다. 반응 혼합물을 0℃에서 15분 동안 교반하고, 실온에서 추가 1시간 동안 교반했다. 황산(0.4ml)과 염산(0.4ml)의 혼합물을 천천히 첨가하고 실온에서 1시간 동안 교반했다. 반응을 정지시키고 원심분리했다. 수성층은 제거하고, 원섬유를 물로 세척했다(X5). 잔류물을 10% 수산화나트륨으로 처리하고(X3), 물로 세척하여(X5) 니트로화 원섬유를 수득했다.Fibril (70 mg) was added dropwise to nitric acid (0.4 ml) in a cooling suspension (0 ° C.) suspended in water (1.6 ml) and acetic acid (0.8 ml). The reaction mixture was stirred at 0 ° C. for 15 minutes and at room temperature for an additional 1 hour. A mixture of sulfuric acid (0.4 ml) and hydrochloric acid (0.4 ml) was added slowly and stirred at room temperature for 1 hour. The reaction was stopped and centrifuged. The aqueous layer was removed and the fibrils were washed with water (X5). The residue was treated with 10% sodium hydroxide (X3) and washed with water (X5) to give nitrated fibrils.

니트로화된 원섬유를 물(3ml)과 수산화암모늄(2ml)에 현탁시킨 현탁액에 아이티온산나트륨(200mg)을 0℃에서 3 분량으로 나누어 첨가했다. 반응 혼합물을 실온에서 5분 동안 교반하고 100℃에서 1시간 동안 환류했다. 반응을 정지시키고, 0℃로 냉각한 뒤, pH를 아세트산(pH 4)으로 조정했다. 실온에서 하룻밤동안 방치한 후, 현탁액을 여과하고, 물(X10), 메탄올(X5)로 세척하고, 진공 건조하여 아미노 원섬유를 수득했다.To the suspension in which the nitrated fibril was suspended in water (3 ml) and ammonium hydroxide (2 ml), sodium ionic acid (200 mg) was added in 3 portions at 0 ° C. The reaction mixture was stirred at room temperature for 5 minutes and refluxed at 100 ° C. for 1 hour. The reaction was stopped, cooled to 0 ° C., and the pH was adjusted with acetic acid (pH 4). After standing at room temperature overnight, the suspension was filtered, washed with water (X10), methanol (X5) and dried in vacuo to afford amino fibrils.

아미노 작용기 부착된 원섬유를 검사하기 위하여, 원섬유에 양고추냉이 퍼옥시다제를 커플링시켰다. HRP 커플링된 아미노 원섬유를 그 다음 충분히 투석했다. 투석 후, 원섬유를 그 다음주까지 15회 세척했다. 효소 변형된 원섬유는 다음과 같이 분석되었다:To examine the amino functional group attached fibrils, horseradish peroxidase was coupled to the fibrils. The HRP coupled amino fibrils were then sufficiently dialyzed. After dialysis, the fibrils were washed 15 times until the following week. Enzyme modified fibrils were analyzed as follows:

HRP                       HRP

H2O2 + ABTS(투명) --------------> 2H2O + 산물(녹색)H 2 O 2 + ABTS (transparent) --------------> 2H 2 O + product (green)

그 결과, Fib-NH2와 커플링된 HRP는 1주 동안 유지되는 양호한 효소 활성을 보여주었다.As a result, HRP coupled with Fib-NH 2 showed good enzymatic activity maintained for 1 week.

7. 자유 라디칼 개시제를 이용한 말단 알콜의 부착7. Attachment of terminal alcohols with free radical initiators

탄소 나노튜브의 고도의 안정성은 가혹한 환경에서도 사용될 수 있게 하지 만, 추가 변형을 위해 활성화되기가 어렵게 한다. 종래 방법들은 가혹한 산화제 및 산의 사용을 수반했다. 하지만, 이제 놀랍게도 과산화벤조일(BPO)과 같은 자유 라디칼 개시제를 이용하면 탄소 나노튜브에 말단 알콜을 부착할 수 있다는 것을 발견했다. 탄소 나노튜브는 화학식 RCH2OH(여기서, R은 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 시클로아릴 또는 폴리(알킬에테르)이다)로 표시되는 알콜에 자유 라디칼 개시제와 함께 첨가하고, 약 60℃ 내지 약 90℃로 가열했다. 바람직한 알콜에는 에탄올 및 메탄올이 포함된다. 모든 자유 라디칼 개시제가 분해되기에 충분한 시간이 경과하면, 반응 혼합물을 여과하고 탄소 나노튜브 소재를 세척하고 건조하여 화학식 나노튜브-CH(R)OH로 표시되는 변형된 나노튜브를 수득한다. 이 방법은 또한 이작용기성 알콜의 커플링에도 사용할 수 있다. 이 방법은 한쪽 말단이 탄소 나노튜브에 결합되고, 다른쪽 말단은 표면에 다른 물질을 간접 결합시키는데 사용될 수 있게 한다.The high stability of carbon nanotubes allows them to be used in harsh environments but is difficult to activate for further modification. Conventional methods have involved the use of harsh oxidants and acids. However, it has now been surprisingly found that free radical initiators such as benzoyl peroxide (BPO) can be used to attach terminal alcohols to carbon nanotubes. The carbon nanotubes are added with a free radical initiator to an alcohol represented by the formula RCH 2 OH, wherein R is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl, cycloaryl or poly (alkylether), and is about 60 Heated to ° C to about 90 ° C. Preferred alcohols include ethanol and methanol. After sufficient time has elapsed for all free radical initiators to decompose, the reaction mixture is filtered, the carbon nanotube material is washed and dried to yield modified nanotubes represented by the formula nanotube-CH (R) OH. This method can also be used for the coupling of difunctional alcohols. This method allows one end to be bonded to the carbon nanotube and the other end to be used to indirectly bond the other material to the surface.

실시예 17Example 17

과산화벤조일을 이용한 알콜 작용기 부착된 나노튜브의 제조Preparation of Alcohol-functional Nanotubes Attached with Benzoyl Peroxide

탄소 나노튜브 0.277g을 프로브 초음파처리기를 사용하여 MeOH에 분산시켰다. BPO 0.126g을 RT에서 첨가하고, 이 온도를 60℃까지 증가시킨 뒤 추가 0.128g의 BPO를 첨가했다. 60℃에서 45분이 더 경과한 후, 최종 BPO 충전물 0.129g을 첨가하고, 이 혼합물을 60℃에서 추가 30분 동안 더 유지시켰다. 산물을 막위로 여과하고 MeOH와 EtOH로 수회 세척한 뒤, 90℃ 오븐에서 건조했다. 수율은 0.285g이었 다. ESCA 분석 결과, 산소 함량은 BPO 없이 MeOH에서 환류된 대조군 시료의 0.74%에 비해 2.5원자%인 것으로 나타났다.0.277 g of carbon nanotubes were dispersed in MeOH using a probe sonicator. 0.126 g of BPO was added at RT and this temperature was increased to 60 ° C. followed by an additional 0.128 g of BPO. After 45 minutes at 60 ° C., 0.129 g of the final BPO charge was added and the mixture was held at 60 ° C. for an additional 30 minutes. The product was filtered over the membrane, washed several times with MeOH and EtOH and dried in a 90 ° C. oven. The yield was 0.285 g. ESCA analysis showed that the oxygen content was 2.5 atomic percent compared to 0.74 percent of the control sample refluxed in MeOH without BPO.

실시예 18Example 18

과산화벤조일을 이용한 폴리(에틸렌 글리콜)로의 탄소 나노튜브의 변형Modification of Carbon Nanotubes to Poly (ethylene Glycol) Using Benzoyl Peroxide

탄소 나노튜브 0.1g, BPO 0.5g 및 폴리(에틸렌 글리콜) 평균분자량 1000(PEG-1000) 10g을 실온에서 함께 혼합했다. 이 혼합물을 90℃까지 가열하여 PEG를 용해시키고, 이 혼합물을 90℃에서 하룻밤 동안 반응시켰다. 그 다음, 총 혼합물을 여과 및 세척하여 과량의 PEG를 제거한 뒤, 건조했다. 수득되는 물질은 그대로 사용하거나 또는 PEG의 자유 말단에 당해 소재를 부착시켜 추가 변형시킬 수도 있다.0.1 g of carbon nanotubes, 0.5 g of BPO and 10 g of poly (ethylene glycol) average molecular weight 1000 (PEG-1000) were mixed together at room temperature. The mixture was heated to 90 ° C. to dissolve PEG, and the mixture was reacted at 90 ° C. overnight. The total mixture was then filtered and washed to remove excess PEG and dried. The material obtained can be used as such or further modified by attaching the material to the free end of the PEG.

실시예 19Example 19

비특이적 결합을 감소시키기 위한 PEG로 변형된 탄소 나노튜브의 용도Use of PEG-Modified Carbon Nanotubes to Reduce Nonspecific Binding

표면적이 넓은 탄소 소재에 대한 비특이적 결합은 어디에서나 나타난다. 탄소 나노튜브에 PEG와 같은 친수성 올리고머를 부착시키면 비특이적 결합이 감소될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 나노튜브의 표면에 PEG와 같은 사슬형 분자의 한쪽 말단을 부착시키면, 자유 말단은 당해 다른 소재의 부착에 사용될 수 있는 작용기를 함유할 수 있으면서, 비특이적 결합을 감소시키는 PEG(또는 다른 물질) 층의 성질을 보유할 수 있는 것으로 밝혀졌다.Nonspecific binding to a large surface area carbon material occurs everywhere. It has been found that attachment of hydrophilic oligomers such as PEG to carbon nanotubes can reduce nonspecific binding. In addition, by attaching one end of a chained molecule, such as PEG, to the surface of the nanotube, the free end may contain a functional group that can be used for attachment of the other material, while reducing PEG (or other substance), which reduces nonspecific binding It has been found that it can retain the properties of the layer.

PEG 변형된 PEG modified 원섬유와With fiber 소혈청Bovine serum 알부민의 비특이적 결합 감소 Reduced nonspecific binding of albumin

미변형된 원섬유, 염소산염 산화된 원섬유 및 PEG 변형된 원섬유를 0.1mg/ml 농도로 pH 7.0의 50mM 인산칼륨에 분산시킨 스톡 분산액은 각각 1.0mg 씩을 10ml의 완충액에 초음파 처리로 분산시켜 제조했다. 각각 2배의 연속 희석액을 2ml씩 9개의 폴리프로필렌 튜브에 각각 주입했다. 동일한 완충액에 소혈청 알부민(BSA)을 0.2mg/ml 농도로 용해시킨 용액 100㎕도 각 튜브와 3개의 완충액 블랭크 튜브에 첨가했다. 단백질을 제외한 3개의 완충액 튜브도 함께 준비했다. 모든 튜브는 볼텍스 믹서로 혼합하고 10분마다 30초간 볼텍싱하면서 30분 동안 항온처리했다. 원섬유를 분리하기 위해 튜브를 모두 원심분리하고, 상청액 1ml를 새로운 튜브에 담아 Micro BCA 단백질 분석법(Pierce)을 사용하여 총 단백질 함량을 분석했다. 상청액에 남아 있는 단백질 농도는 원섬유에 비특이적으로 결합된 양의 간접적인 척도이다. BSA는 PEG 변형된 원섬유의 상청액에서는 모두 남아 있는 반면, 미변형된 원섬유 또는 염소산염 산화된 원섬유에는 거의 완전히 결합된 것으로 나타났다(도 1 참조).Stock dispersions in which unmodified fibrils, chlorate oxidized fibrils and PEG-modified fibrils were dispersed in 50 mM potassium phosphate at pH 7.0 at a concentration of 0.1 mg / ml were prepared by dispersing 1.0 mg each by sonication in 10 ml of buffer. did. Two serial dilutions each were injected into 9 polypropylene tubes, 2 ml each. 100 μl of a solution of bovine serum albumin (BSA) dissolved in 0.2 mg / ml concentration in the same buffer was also added to each tube and three buffer blank tubes. Three buffer tubes except protein were also prepared. All tubes were mixed with a vortex mixer and incubated for 30 minutes, vortexing every 10 minutes for 30 seconds. The tubes were all centrifuged to separate the fibrils, and 1 ml of the supernatant was placed in a new tube to analyze the total protein content using the Micro BCA protein assay (Pierce). Protein concentration remaining in the supernatant is an indirect measure of the amount of nonspecific binding to fibril. BSA remained in the supernatant of PEG-modified fibrils, while almost completely bound to unmodified fibrillar or chlorate oxidized fibrils (see FIG. 1).

과산화벤조일을 사용하여 제조한 PEG 변형된 원섬유 및 NHS 에스테르 커플링에 의한 비특이적 결합 감소 비교Comparison of nonspecific binding reduction by PEG modified fibrils prepared with benzoyl peroxide and NHS ester coupling

염소산염 산화된 원섬유, 과산화벤조일을 사용하여 PEG로 변형된 원섬유 및 NHS 에스테르 커플링에 의해 PEG로 변형된 염소산염 산화된 원섬유의 스톡 분산액은 50mM 인산칼륨 완충액(pH 7.0)에 초음파처리를 이용하여 1.0mg/ml 농도로 제조했다. 각 분산액의 3배 연속 희석액을 2ml씩 각각 7개의 폴리프로필렌 튜브에 주입했다. 동일한 완충액에 β-락토글로불린(βLG)을 0.2mg/ml 농도로 용해시킨 용액 100㎕도 각 튜브와 3개의 완충액 블랭크 튜브에 첨가했다. 단백질을 제외한 3개의 완충액 튜브도 함께 준비했다. 모든 튜브는 볼텍스 믹서로 혼합하고 10분마다 30초 간 볼텍싱하면서 60분 동안 항온처리했다. 원섬유를 분리하기 위해 튜브를 모두 원심분리하고, 상청액 1ml를 새로운 튜브에 담아 Micro BCA 단백질 분석법(Pierce)을 사용하여 총 단백질 함량을 분석했다. 상청액에 남아 있는 단백질 농도는 원섬유에 비특이적으로 결합된 양의 간접적인 척도이다(도 2 참조). 각 튜브마다 NHS 에스테르 경로를 통해 PEG 변형된 원섬유의 상청액에서는 βLG가 남아있어, 비특이적 결합은 전혀 보이지 않았다. BPO 경로를 통해 PEG 변형된 원섬유는 최고의 원섬유 농도 1.0mg/ml에서만 약간(약 10%)의 βLG 결합성을 나타냈고, 이보다 낮은 농도에서는 어떠한 유의적 결합도 나타내지 않았다. 이에 반해, 원섬유 농도 1mg/ml 이상의 염소산염 산화된 원섬유에 대해서는 거의 완전한 결합성을 나타냈고, 원섬유 0.01mg/ml에 대해서는 상당한 결합 감소를 나타냈다.Stock dispersions of chlorate oxidized fibrils, PEG-modified fibrils with benzoyl peroxide, and chlorate oxidized fibrils modified with PEG by NHS ester coupling were subjected to sonication in 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0). To 1.0 mg / ml. Three-fold serial dilutions of each dispersion were injected into 7 polypropylene tubes of 2 ml each. 100 μl of a solution of β-lactoglobulin (βLG) dissolved in 0.2 mg / ml in the same buffer was also added to each tube and three buffer blank tubes. Three buffer tubes except protein were also prepared. All tubes were mixed with a vortex mixer and incubated for 60 minutes, vortexing every 10 minutes for 30 seconds. The tubes were all centrifuged to separate the fibrils, and 1 ml of the supernatant was placed in a new tube to analyze the total protein content using the Micro BCA protein assay (Pierce). Protein concentration remaining in the supernatant is an indirect measure of the amount of nonspecific binding to fibril (see FIG. 2). ΒLG remained in the supernatant of PEG-modified fibrils via the NHS ester pathway in each tube, so no nonspecific binding was seen. PEG-modified fibrils via the BPO pathway showed slight (about 10%) βLG binding only at the highest fibrillar concentration of 1.0 mg / ml, with no significant binding at lower concentrations. In contrast, almost complete binding was observed for chlorate oxidized fibres with a fiber concentration of 1 mg / ml or higher, and a significant decrease in binding for 0.01 mg / ml of the fiber.

8. 작용기 부착된 나노튜브의 2차 유도체8. Secondary Derivatives of Functionally Attached Nanotubes

카르복시산 작용기 부착된 나노튜브Nanotubes with carboxylic acid functional groups

오로지 카르복시산으로부터 제조될 수 있는 2차 유도체의 수는 본질적으로 무한하다. 알콜 또는 아민은 산에 쉽게 결합하여 안정한 에스테르 또는 아미드가 된다. 알콜 또는 아민이 이작용기성 다가 분자의 일부라면, O- 또는 NH-를 통한 결합은 측기로서 다른 작용기를 이탈시킨다. 2차 시약의 전형적인 예는 다음과 같다:The number of secondary derivatives that can be produced solely from carboxylic acids is essentially infinite. Alcohols or amines readily bind to acids to form stable esters or amides. If the alcohol or amine is part of a bifunctional polyvalent molecule, the bond through O- or NH- leaves other functional groups as side groups. Typical examples of secondary reagents are as follows:

일반식General formula 측기Instrument Yes HO-R, R=알킬, 아르알킬, 아릴, 플루오로에탄올, 중합체, SiR'3 HO-R, R = alkyl, aralkyl, aryl, fluoroethanol, polymer, SiR ' 3 R-R- 메탄올, 페놀, 트리플루오로카본, OH 말단의 폴리에스테르, 실란올Methanol, phenol, trifluorocarbon, OH-terminated polyester, silanol H2N-R, R=상기와 같다H 2 NR, R = same as above R-R- 아민, 아닐린, 플루오르화된 아민, 실릴아민, 아민 말단의 폴리아미드, 단백질Amines, anilines, fluorinated amines, silylamines, amine terminated polyamides, proteins Cl-SiR3 Cl-SiR 3 SiR3-SiR 3- 클로로실란Chlorosilanes HO-R-OH, R=알킬, 아르알킬, CH2O-HO-R-OH, R = alkyl, aralkyl, CH 2 O- HO-HO- 에틸렌글리콜, PEG, 펜타에리트리톨, 비스페놀 AEthylene Glycol, PEG, Pentaerythritol, Bisphenol A H2N-R-NH2, R=알킬, 아르알킬H 2 NR-NH 2 , R = alkyl, aralkyl H2N-H 2 N- 에틸렌디아민, 폴리에틸렌아민Ethylenediamine, Polyethyleneamine X-R-Y, R=알킬 등; X=OH 또는 NH2; Y=SH, CN, C=O, CHO, 알켄, 알킨, 방향족, 헤테로사이클XRY, R = alkyl and the like; X = OH or NH 2 ; Y = SH, CN, C = O, CHO, Alkene, Alkyne, Aromatic, Heterocycle Y-Y- 폴리아민 아미드, 머캅토에탄올Polyamine amide, mercaptoethanol

반응은 알콜 또는 아민을 이용하여 카르복시산을 에스테르화 또는 아민화하기 위해 개발된 임의의 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 이 중에서, 에스테르 또는 아미드의 아실화제로서 N,N'-카르보닐 디이미다졸(CDI)을 이용하는 문헌[H.A.Staab, Anagew.Chem.Internat.Edit., (1), 351(1962)] 및 아미드화를 위해 N-하이드록시숙신이미드(NHS)를 이용하여 카르복시산을 활성화하는 문헌[G.W. Anderson, et al., J.Amer.Chem.Soc. 86, 1839(1964)]의 방법을 사용했다.The reaction can be carried out using any method developed for esterifying or aminating carboxylic acids with alcohols or amines. Among these, HAStaab, Anagew. Chem. Internat. Edit., (1), 351 (1962) and amide using N, N'-carbonyl diimidazole (CDI) as acylating agents of esters or amides; Activation of carboxylic acids with N-hydroxysuccinimide (NHS) for oxidation [GW] Anderson, et al., J. Amer. Chem. Soc. 86, 1839 (1964).

실시예 20Example 20

작용기 부착된 원섬유의 2차 유도체 제조Preparation of Secondary Derivatives of Fibrils with Functional Groups

N,N'-카르보닐 디이미다졸N, N'-carbonyl diimidazole

본 실험에는 깨끗한 무수 비양성자성 용매(예, 톨루엔 또는 디옥산)가 필요하다. 시약은 화학량론적 함량이면 충분하다. 에스테르를 위해, 카르복시산 화합물을 톨루엔 중에서 불활성 대기(아르곤) 하에, 톨루엔 중에 용해된 CDI의 화학량론적 함량과 실온에서 2시간 동안 반응시켰다. 이 반응 동안, CO2가 발생했다. 2시간 후, 알콜을 촉매량의 에톡시화나트륨과 함께 첨가하고, 반응을 80℃에서 4시간 동 안 계속했다. 노르말 알콜인 경우 수율은 정량적이었다. 반응식은 다음과 같다: This experiment requires a clean, anhydrous aprotic solvent (eg toluene or dioxane). The stoichiometric content is sufficient. For the esters, the carboxylic acid compounds were reacted in toluene under inert atmosphere (argon) with the stoichiometric content of CDI dissolved in toluene for 2 hours at room temperature. During this reaction, CO 2 was generated. After 2 hours, alcohol was added together with the catalytic amount of sodium ethoxide and the reaction continued at 80 ° C. for 4 hours. The yield was quantitative for normal alcohol. The scheme is as follows:

1. R-COOH + Im-CO-Im ----------> R-CO-Im + HIm + CO2, 1.R-COOH + Im-CO-Im ----------> R-CO-Im + HIm + CO 2 ,

Im = 이미다졸리드, HIm = 이미다졸Im = imidazolid, HIm = imidazole

NaOEt                     NaOEt

2. R-CO-Im + R'OH -----------> R-CO-OR' + HIm2.R-CO-Im + R'OH -----------> R-CO-OR '+ HIm

아민의 아미드화는 RT에서 비촉매적 반응으로 실시한다. 본 실험의 제1 단계는 동일하다. CO2 발생 후, 화학량론적 함량의 아민을 RT에서 첨가하고 1 내지 2시간 동안 반응시켰다. 반응은 정량적이었다. 반응식은 다음과 같다:Amidation of amines is carried out in a noncatalytic reaction at RT. The first step of the experiment is the same. After CO 2 generation, stoichiometric content of amine was added at RT and reacted for 1-2 hours. The reaction was quantitative. The scheme is as follows:

3. R-CO-Im + R'NH2 -----------> R-CO-NHR + HIm3.R-CO-Im + R'NH 2 -----------> R-CO-NHR + HIm

실릴화Silylation

트리알킬실릴클로라이드 또는 트리알킬실란올은 다음과 같은 반응식에 따라 산성 H와 즉시 반응한다:Trialkylsilylchloride or trialkylsilanol reacts immediately with acid H according to the following scheme:

R-COOH + Cl-SiR'3 --------> R-CO-SiR'3 + HClR-COOH + Cl-SiR ' 3 -------->R-CO-SiR' 3 + HCl

소량의 디아자-1,1,1-비시클로옥탄(DABCO)을 촉매로서 사용했다. 적당한 용매는 디옥산과 톨로엔이다.Small amounts of diaza-1,1,1-bicyclooctane (DABCO) were used as catalyst. Suitable solvents are dioxane and toloene.

설폰산 작용기 부착된 원섬유Fibrillars with sulfonic acid functional groups

실시예 1에서 제조한 바와 같은 아릴 설폰산은 추가 반응시켜 2차 유도체를 생산할 수 있다. 설폰산은 LiAlH4 또는 트리페닐 포스핀과 요오드 혼합물에 의해 머캅탄으로 환원될 수 있다(March, J.P., p.1107). 또한, 설폰산은 디알킬 에테르와 반응하여 설폰산염 에스테르로 변환될 수 있다: Aryl sulfonic acid as prepared in Example 1 may be further reacted to produce secondary derivatives. Sulfonic acid can be reduced to mercaptan by LiAlH 4 or a mixture of triphenyl phosphine and iodine (March, JP, p. 1107). In addition, sulfonic acids can be converted to sulfonate esters by reaction with dialkyl ethers:

원섬유--SO3H + R-O-R ------> 원섬유--SO2OR + ROHFibres--SO 3 H + ROR ------> Fibres--SO 2 OR + ROH

N-하이드록시숙신이미드N-hydroxysuccinimide

1차 아민으로의 아미드화를 위한 카르복시산의 활성화는 N-하이드록시숙신아밀 에스테르를 통해 일어난다; 카르보디이미드는 치환 우레아와 함께 방출되는 물의 제거에 사용되었다. 그 다음, NHS 에스테르는 실온에서 1차 아민과 반응하여 아미드로 변환된다. 반응식은 다음과 같다:Activation of the carboxylic acid for amidation to the primary amine occurs via the N-hydroxysuccinyl esters; Carbodiimide was used to remove the water released with the substituted urea. The NHS ester is then converted to an amide by reaction with the primary amine at room temperature. The scheme is as follows:

1. R-COOH + NHS + 카르보디이미드 ---------> R-CONHS + 치환 우레아 1.R-COOH + NHS + Carbodiimide ---------> R-CONHS + Substituted Urea

2. R-CONHS + R'NH2 ---------> R-CO-NHR'2.R-CONHS + R'NH 2 ---------> R-CO-NHR '

이 방법은 단백질 측쇄 상의 자유 NH2를 통해 단백질을 흑연 원섬유에 공유 부착시키는데 특히 유용하다. 이 방법에 의해 원섬유 상에 고정될 수 있는 단백질의 예에는 트립신, 스트렙타비딘 및 아비딘이 있다. 스트렙타비딘(또는 아비딘) 원섬유는 모든 비오틴화된 물질에 대한 고체 담체 역할을 한다.This method is particularly useful for covalent attachment of proteins to graphite fibrils via free NH 2 on the protein side chain. Examples of proteins that can be immobilized on fibrils by this method are trypsin, streptavidin and avidin. Streptavidin (or avidin) fibrils serve as solid carriers for all biotinylated materials.

실시예 21Example 21

NHS 에스테르를 통한 단백질의 원섬유에 대한 공유 부착Covalent attachment to fibrils of proteins through NHS esters

단백질이 NHS 에스테르를 통해 원섬유에 공유 결합될 수 있는지를 증명하기 위하여 스트렙타비딘, 아비딘 및 트립신을 다음과 같이 원섬유에 부착시켰다.Streptavidin, avidin and trypsin were attached to the fibrils as follows to demonstrate whether the protein can be covalently bound to the fibrils via the NHS ester.

NHS-에스테르 원섬유 0.5mg을 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1)으로 세척하고 상청액을 제거했다. 이 원섬유에 스트렙타비딘 용액(동일 완충액에 1.5mg) 200㎕를 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 5.5시간 동안 교반했다. 그 다음, 원섬유를 다음 완충액 1ml로 순서대로 세척했다: 인산나트륨(pH 7.1), PBS(0.1M 인산나트륨, 0.15M NaCl, pH 7.4), ORIGEN™ 분석 완충액(IGEN, Inc., Gaithersburg, MD) 및 PBS. 스트렙타비딘 원섬유는 추후에 사용하기 위해 PBS 완충액에 보관했다.0.5 mg of NHS-ester fibril was washed with 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.1) and the supernatant was removed. 200 µl of streptavidin solution (1.5 mg in the same buffer) was added to the fibrils, and the mixture was stirred at room temperature for 5.5 hours. Fibrils were then washed sequentially with 1 ml of the following buffer: sodium phosphate (pH 7.1), PBS (0.1 M sodium phosphate, 0.15 M NaCl, pH 7.4), ORIGEN ™ Assay Buffer (IGEN, Inc., Gaithersburg, MD ) And PBS. Streptavidin fibrils were stored in PBS buffer for later use.

NHS-에스테르 원섬유 2.25mg을 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1) 500㎕ 중에서 40분 동안 초음파 처리하고 상청액을 제거했다. 이 원섬유를 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1) 500㎕에 현탁시키고, 동일 완충액에 2mg 아비딘(Sigma, A-9390)을 첨가하여 제조한 아비딘 용액 300㎕를 첨가했다. 이 혼합물을 실온에서 2시간 동안 회전시키고, 4℃에서 하룻밤 동안 보관한 뒤, 실온에서 추가 1시간 동안 회전시켰다. 원섬유를 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1) 1ml로 4회, PBS 완충액으로 2회 세척했다. 아비딘 원섬유는 보관하기 위해 PBS 완충액 200㎕에 현탁시켰다.2.25 mg of NHS-ester fibril was sonicated in 500 μl of 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.1) for 40 minutes and the supernatant was removed. The fibrils were suspended in 500 µl of 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.1), and 300 µl of an avidin solution prepared by adding 2 mg avidin (Sigma, A-9390) to the same buffer. The mixture was spun for 2 hours at room temperature, stored overnight at 4 ° C. and then for an additional 1 hour at room temperature. Fibrils were washed four times with 1 ml of 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.1) and twice with PBS buffer. Avidin fibrils were suspended in 200 μl of PBS buffer for storage.

트립신 원섬유는 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1)에 제조한 1.06mM 트립신 용액 200㎕와 NHS-에스테르 원섬유(아비딘 원섬유에서와 같이 처리한 것) 1.1mg을 혼합한 뒤, 실온에서 6.5시간 동안 회전시켜 제조했다. 그 다음, 트립신 원섬유를 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1) 1ml로 3회 세척하고 동일 완충액 400㎕에 현탁시켜 보관했다.Trypsin fibrils were mixed with 200 μl of 1.06 mM trypsin solution prepared in 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.1) and 1.1 mg of NHS-ester fibrils (treated as in avidin fibrils) for 6.5 hours at room temperature. It was made by rotating. Trypsin fibrils were then washed three times with 1 ml of 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.1) and suspended in 400 μl of the same buffer.

실시예Example 22 22

원섬유 상에 존재하는 트립신의 효소 활성 측정Determination of the enzyme activity of trypsin present on fibrils

트립신은 기질 L-BAPNA(Nα-벤조일-L-아르기닌 p-니트로아닐리드)과 반응하여 410nm에서 광을 흡수하는 유색 화합물을 방출할 수 있다. 이 반응의 분석 완충액으로는 0.05M Tris, 0.02M CaCl2, pH 8.2를 사용했다. 이 반응은 1ml 큐벳에서 L-BAPNA 스톡 용액(37% DMSO 수용액 중에 50mM) 5㎕와 1ml 분석 완충액 중의 10 내지 25㎍의 트립신 원섬유를 혼합하여 수행했다. 410nm에서의 흡광도 증가는 10분 동안 모니터했다. 그 다음, 효소 활성(μM/min)을 초기 기울기로부터 계산했다.Trypsin can react with the substrate L-BAPNA (N α -benzoyl-L-arginine p-nitroanilide) to release colored compounds that absorb light at 410 nm. As an analysis buffer of this reaction, 0.05M Tris, 0.02M CaCl 2 and pH 8.2 were used. This reaction was performed by mixing 5 μl of L-BAPNA stock solution (50 mM in 37% DMSO aqueous solution) and 10-25 μg trypsin fibrils in 1 ml assay buffer in 1 ml cuvette. Absorbance increase at 410 nm was monitored for 10 minutes. The enzyme activity (μM / min) was then calculated from the initial slope.

공유 결합된 트립신 원섬유의 경우, 효소 활성은 원섬유 13㎍ 당 5.24μM/min이었다. 이 결과는 동일 분석 조건하에서 1μM 트립신 당 46μM/min으로 측정된 공지된 농도의 트립신 용액의 활성을 나누어, 원섬유에 존재하는 활성 트립신의 양으로 변환할 수 있다. 따라서, 원섬유 1g당 활성 트립신의 양은 8.3μM(또는 195mg)이었다.For covalently bound trypsin fibrils, the enzyme activity was 5.24 μM / min per 13 μg fibrils. This result can be converted into the amount of active trypsin present in fibrils by dividing the activity of a known concentration of trypsin solution measured at 46 μM / min per 1 μM trypsin under the same assay conditions. Therefore, the amount of active trypsin per gram of fibril was 8.3 μM (or 195 mg).

실시예 23Example 23

표면 티올을 보유한 탄소 나노튜브Carbon Nanotubes with Surface Thiols

실시예 27(이하)에 기술된 바와 같이 에틸렌디아민으로 변형시켜 제조한 아미노 탄소 나노튜브(CN) 0.112g을, 50mM EDTA를 함유하는 0.05M 인산칼륨 완충액(pH 8.0) 20ml에 현탁시켰다. 이 현탁액을 CN 분산을 위해 Branson 450 Watt 프로브 초음파처리기로 5분 동안 초음파처리했다. 수득되는 현탁액은 꽤 농후했다. 이 현탁액을 통해 아르곤을 30분 동안 교반하에 주입하여 발포시켰다. 2-이미노티올란·HCl 50mg을 첨가하고, 이 혼합물을 아르곤 하에서 연속 교반하여 70분 동안 반응시켰다. 수득되는 물질을 폴리카보네이트 막 필터를 이용하여 여과하고, 완충액으로 2X, 탈이온수로 1X 및 무수 EtOH로 2회 세척했으며, 모두 아르곤 블랭킷하에서 실시했다. 티올 변형된 CN을 진공 데시케이터 안에 넣고 하룻밤 동안 탈기시켰다.0.112 g of amino carbon nanotubes (CN) prepared by modification with ethylenediamine as described in Example 27 (below) were suspended in 20 ml of 0.05 M potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 50 mM EDTA. This suspension was sonicated for 5 minutes with a Branson 450 Watt probe sonicator for CN dispersion. The suspension obtained was quite thick. Argon was bubbled through this suspension under injection for 30 minutes under stirring. 50 mg of 2-iminothiolane-HCl was added, and the mixture was stirred under argon continuously for 70 minutes. The material obtained was filtered using a polycarbonate membrane filter, washed twice with 2X with buffer, 1X with deionized water and anhydrous EtOH, all under an argon blanket. Thiol modified CN was placed in a vacuum desiccator and degassed overnight.

최종 중량 = 0.118g, 중량 증가에 기초한 변환율 55%.Final weight = 0.18 g, conversion 55% based on weight increase.

티올화된 나노튜브 10mg 시료를 탈이온수 10ml 중에서 초음파처리하여 현탁시키고, 0.45㎛ 나일론 막을 이용하여 여과하여 펠트계 매트 형태로 만들었다. 이 매트 조각을 진공 데시케이터에서 보관한 다음 ESCA로 분석한 결과, 황이 0.46%이고 질소가 1.69%인 것으로 나타났는데, 이는 티올 변형된 CN으로의 변환이 성공적인 것을 증명한다.A 10 mg sample of thiolated nanotubes was suspended by ultrasonication in 10 ml of deionized water and filtered using a 0.45 μm nylon membrane to form a felt-based mat. This piece of mat was stored in a vacuum desiccator and analyzed by ESCA, showing 0.46% sulfur and 1.69% nitrogen, demonstrating the successful conversion to thiol modified CN.

실시예 24Example 24

티올 변형된 탄소 나노튜브의 금 표면에 대한 부착Attachment of Thiol Modified Carbon Nanotubes to Gold Surfaces

금박(Alfa/Aesar), 2㎝x0.8㎝를 30% H2O2 1부와 농황산 3부의 용액으로 10분 동안 세탁한 후 탈이온수로 씻어냈다. 박 단편을 Au 전선 납에 연결하여, 순환 전압전류도가 변화하지 않을 때까지, 약 10분 동안 50mv/sec에서 -0.35V vs. Ag/AgCl과 1.45V vs. 1M H2SO4 중의 Ag/AgCl 사이에 전기화학적 순환을 일으켰다. 그 다음, 탈이온수로 씻은 다음 건조했다. 큰 단편을 4개의 0.5㎝ x 0.8㎝ 조각으로 절단했 다.Gold foil (Alfa / Aesar), 2 cm × 0.8 cm was washed with a solution of 30 parts H 2 O 2 1 part and 3 parts concentrated sulfuric acid for 10 minutes and then washed with deionized water. The foil piece was connected to the Au wire lead to give -0.35 V vs. 50 mV / sec for about 10 minutes until the cyclic voltammetry did not change. Ag / AgCl and 1.45 V vs. An electrochemical cycle occurred between Ag / AgCl in 1M H 2 SO 4 . Then it was washed with deionized water and then dried. The large fragment was cut into four 0.5 cm x 0.8 cm pieces.

30분 동안 아르곤 세정으로 탈산소화된 무수 EtOH 10ml를 2개의 유리 바이엘에 각각 주입했다. 한 바이엘에는 티올 변형된 CN(CN/SH) 16mg과 2개의 Au 조각을 현탁시키고, 다른 바이엘에는 1개의 Au 조각과 티올 유도체 제조에 사용한 에틸렌 디아민 변형된 CN 10mg을 현탁시켰다. 모든 조작은 Ar 충진된 글로브 백에서 수행했다. 아르곤 하에서 바이엘을 밀봉하고 냉각된 초음파조에서 1시간 동안 방치했다. 밀봉된 바이엘을 실온에서 72시간 동안 방치했다. 바이엘에서 Au 시료를 꺼내어 EtOH로 3X 씻고, 공기 건조한 뒤, 보호용 바이엘에 넣어두었다.10 ml of deoxygenated anhydrous EtOH by argon rinse for 30 minutes was injected into two glass vials, respectively. One bay was suspended with 16 mg of thiol-modified CN (CN / SH) and two Au fragments, while the other was suspended with one Au fragment and 10 mg of ethylene diamine modified CN used to prepare thiol derivatives. All manipulations were performed in an Ar filled glove bag. The bayer was sealed under argon and left for 1 hour in a cooled ultrasonic bath. The sealed vial was left at room temperature for 72 hours. The Au sample was taken from the bayer, washed 3x with EtOH, air dried and placed in a protective bayer.

CN/에틸렌디아민 및 CN/SH에 노출된 Au 박 시료를 주사형 전자현미경(SEM)으로 조사하여 표면에 CN의 존재 여부를 검출했다. 40,000X로 조사 시, CN/SH에 노출된 표면 위에서는 CN의 분포가 관찰되었으나, CN/에틸렌디아민에 노출된 Au 박 시료에서는 CN이 전혀 관찰되지 않았다. Au foil samples exposed to CN / ethylenediamine and CN / SH were irradiated with a scanning electron microscope (SEM) to detect the presence of CN on the surface. When irradiated at 40,000 ×, the distribution of CN was observed on the surface exposed to CN / SH, but no CN was observed in the Au foil sample exposed to CN / ethylenediamine.

실시예 25Example 25

아미노 원섬유로부터 말레이미드 원섬유의 제조Preparation of Maleimide Fiber from Amino Fiber

아미노 원섬유는 실시예 13에 따라 제조했다. 이러한 아미노 원섬유(62.2mg)를 인산나트륨 완충액(5ml, 5mM, pH 7.2)에서 초음파처리했다. 이러한 원섬유 현탁액에 설포숙신이미딜-4-(N-말레이미도메틸)시클로헥산-1-카르복실레이트(SMCC; 28.8mg, 0.66mM; Pierce, Cat.No. 22360)를 첨가했다. 이 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안 교반했다. 원섬유를 물과 메탄올로 세척하고, 원섬유 산물을 진공 건조했다. 이 산물 상의 항체 고정화는 말레이미드 원섬유의 존재를 의미했다. 이와 동일한 방법을 통해 다른 링커(예, 설포-SMCC, 숙신이미딜 4-[p-말레이미도페닐]부티레이트[SMPB], 설포-SMPB, m-말레이미도벤질-N-하이드록시숙신이미드 에스테르[MBS], 설포-MBS 등) 원섬유를 보유한 다른 말레이미드도 제조했다.Amino fibrils were prepared according to Example 13. This amino fibril (62.2 mg) was sonicated in sodium phosphate buffer (5 ml, 5 mM, pH 7.2). Sulfosuccinimidyl-4- (N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate (SMCC; 28.8 mg, 0.66 mM; Pierce, Cat. No. 22360) was added to this fibril suspension. The reaction mixture was stirred at rt overnight. Fibrils were washed with water and methanol, and fibrils were vacuum dried. Antibody immobilization on this product meant the presence of maleimide fibrils. In the same manner, other linkers (eg sulfo-SMCC, succinimidyl 4- [p-maleimidophenyl] butyrate [SMPB], sulfo-SMPB, m-maleimidobenzyl-N-hydroxysuccinimide esters [ MBS], sulfo-MBS, etc.) The other maleimide which has fibrils was also manufactured.

수득되는 말레이미드 원섬유는 항체 및 효소와 같은 단백질의 공유적 고정을 위한 고체 지지체로서 사용할 수 있다. 항체는 말레이미드 활성화된 원섬유 상에 공유 고정되었다. 항체의 적재량은 니트로화/환원법(실시예 13)으로 수득한 아미노 원섬유를 사용한 경우에는 원섬유 1g당 1.84mg이었고, 카르복시 원섬유로부터 유도체화된 아미노 원섬유를 사용한 경우에는 원섬유 1g당 0.875mg이었다.The obtained maleimide fibril can be used as a solid support for covalent fixation of proteins such as antibodies and enzymes. Antibodies were covalently immobilized on maleimide activated fibrils. The loading amount of the antibody was 1.84 mg per gram of fibril when the amino fibrils obtained by the nitration / reduction method (Example 13) were used, and 0.875 per gram of fibril when the amino fibrils derivatized from the carboxy fibrils were used. mg.

실시예 26Example 26

카르복시산 작용기 부착된 원섬유로부터 에스테르/알콜 유도체의 제조Preparation of Esters / Alcohol Derivatives from Fibrils with a Carboxylic Acid Functional Group

카르복시산 작용기 부착된 원섬유는 실시예 14에서와 같이 제조했다. 카르복시산 함량은 0.75meq/g이었다. 원섬유는 불활성 대기 하에 CO2 발생이 중지될 때까지 화학량론적 함량의 CDI 및 용매로서 톨루엔과 실온에서 반응시켰다. 그 후, 슬러리는 10배 과량 몰의 폴리에틸렌글리콜(MW600) 및 촉매로서 소량의 NaOEt와 80℃에서 반응시켰다. 반응 2시간 후, 원섬유는 여과로 분리하고, 톨루엔으로 세척한 뒤, 100℃에서 건조했다.Fibrils with carboxylic acid functional groups were prepared as in Example 14. The carboxylic acid content was 0.75 meq / g. Fibrils were reacted at room temperature with toluene as stoichiometric content of CDI and solvent until CO 2 evolution ceased under inert atmosphere. The slurry was then reacted at 80 ° C. with a 10-fold excess mole of polyethylene glycol (MW600) and a small amount of NaOEt as catalyst. After 2 hours of reaction, the fibrils were separated by filtration, washed with toluene and dried at 100 ° C.

실시예Example 27 27

카르복시산 작용기 부착된 원섬유(177-041-1)로부터 아미드/아민 유도체의 제조Preparation of Amide / Amine Derivatives from Fibrils with a Carboxylic Acid Functional Group (177-041-1)

염소산염 산화된 원섬유(0.62meq/g) 0.242g을 세럼(serum) 마개가 장착된 100ml RB 플라스크에서 20ml 무수 디옥산 중에서 교반하면서 현탁시켰다. 20배 과량 몰의 N-하이드록시숙신이미드(0.299g)를 첨가하여 용해시켰다. 그 다음, 20배 과량 몰의 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDAC)(0.510g)를 첨가하고, RT에서 2시간 동안 교반했다. 2시간 후 교반을 중지하고 상청액을 흡인 제거한 뒤, 고체를 무수 디옥산과 MeOH로 세척하고, 0.45 미크론 폴리설폰막을 이용하여 여과했다. 고체를 여과막 상에서 추가 MeOH로 세척하고, 중량 감소가 더 이상 관찰되지 않을 때까지 진공 건조했다. NHS 활성화된 산화 원섬유의 수율은 관찰된 6% 중량 증가를 근거로 할 때 100%였다.0.242 g of chlorate oxidized fibril (0.62 meq / g) was suspended with stirring in 20 ml anhydrous dioxane in a 100 ml RB flask equipped with a serum stopper. A 20-fold excess mole of N-hydroxysuccinimide (0.299 g) was added to dissolve. Then 20-fold excess molar 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDAC) (0.510 g) was added and stirred at RT for 2 h. After 2 hours, stirring was stopped, the supernatant was aspirated off, the solid was washed with anhydrous dioxane and MeOH, and filtered using a 0.45 micron polysulfone membrane. The solid was washed with additional MeOH on the filtration membrane and vacuum dried until no weight loss was observed anymore. The yield of NHS activated fibrils was 100% based on the observed 6% weight gain.

에틸렌디아민(en) 100㎕를 0.2M NaHCO3 완충액 10ml에 첨가했다. pH를 약 8로 유지하기 위해 동일한 양의 아세트산(HOAc)을 첨가했다. NHS 활성화된 산화 원섬유(0.310g)를 강력한 교반하에 첨가하고 1시간 동안 반응시켰다. 추가로, en 300㎕ 및 HOAc 300㎕를 추가 10분 동안 첨가했다. 이 용액을 0.45 미크론 폴리설폰 막 위로 여과하고, NaHCO3 완충액, 1% HCl, 탈이온수 및 EtOH로 순차적으로 세척했다. 고체를 하룻밤 동안 진공 건조했다. HCl 염은 후속 분석과 반응을 위해 NaOH와 반응시켜 자유 아민(177-046-1)으로 다시 변환시켰다.100 μl of ethylenediamine (en) was added to 10 ml of 0.2 M NaHCO 3 buffer. The same amount of acetic acid (HOAc) was added to maintain the pH at about 8. NHS activated fibril oxidized fiber (0.310 g) was added under vigorous stirring and reacted for 1 hour. In addition, 300 μl en and 300 μl HOAc were added for an additional 10 minutes. The solution was filtered over 0.45 micron polysulfone membrane and washed sequentially with NaHCO 3 buffer, 1% HCl, deionized water and EtOH. The solid was vacuum dried overnight. The HCl salt was converted back to the free amine (177-046-1) by reaction with NaOH for subsequent analysis and reaction.

아민화된 원섬유(GF/NH2) 상에 존재하는 N의 양을 정량분석하기 위하여 ESCA를 실시했다. 177-046-1의 ESCA 분석은 0.90 at% N(177-059)을 나타냈다. 이러한 N 중 어느 정의 양이 접근용이하고 반응성인 아민 기인지를 추가 분석하기 위하여, 이용가능한 1차 아민 기를 보유한 쉬프 염기 결합을 형성하기 위하여 펜타플루오로벤즈알데하이드와 기체상 반응으로 유도체를 제조했다. ESCA 분석 결과, N의 함량은 예상한 바대로 0.91at% 였고, F 1.68at%를 나타냈다. 이러한 결과는 아민화된 원섬유 상에 존재하는 반응성 1차 아민으로 존재하는 N의 함량이 0.34at%인 것으로 해석된다(펜타플루오로벤즈알데하이드 분자 당 5F). 0.45at% N의 농도는 각 N의 자유 말단과 완전 반응할 때 수득되는 것이라 생각할 수 있다. 따라서, 측정된 농도는 NHS 활성화된 원섬유와 N의 반응에 의한 매우 높은 수율을 시사하는 것으로서, 이용가능한 자유 아민 기의 반응성을 확인할 수 있다.ESCA was performed to quantify the amount of N present on the aminated fibrils (GF / NH 2 ). ESCA analysis of 177-046-1 showed 0.90 at% N (177-059). To further analyze whether any of these N amounts are accessible and reactive amine groups, derivatives were prepared by gas phase reaction with pentafluorobenzaldehyde to form Schiff base bonds having available primary amine groups. As a result of ESCA analysis, the content of N was 0.91 at% as expected and F 1.68 at%. This result is interpreted to be 0.34 at% of N present as reactive primary amine present on the aminated fibrils (5F per pentafluorobenzaldehyde molecule). A concentration of 0.45 at% N can be considered to be obtained upon complete reaction with the free end of each N. Thus, the measured concentration suggests a very high yield by the reaction of NHS activated fibril with N, confirming the reactivity of the available free amine groups.

ESCA 데이터로부터 계산된 자유 아민으로 존재하는 0.34at% N의 농도에서는 원섬유의 거의 전부가 다른 물질과 커플링할 수 있는 자유 아민 기로 덮이게 될 것이다. At concentrations of 0.34 at% N present as free amines calculated from ESCA data, almost all of the fibrils will be covered with free amine groups that can couple with other materials.

또한, 카르복시 원섬유는 에틸렌디아민(2 탄소 링커)보다는 하나의 기가 보호된 1,6-디아미노헥산(6 탄소 링커)에 의해 아미노 원섬유로 변환되었다.Carboxy fibrils were also converted to amino fibrils by 1,6-diaminohexane (6 carbon linkers) in which one group was protected rather than ethylenediamine (2 carbon linkers).

실시예 28Example 28

카르복시산 작용기 부착된 원섬유로부터 아민 유도체의 제조Preparation of Amine Derivatives from Fibrils Attached with Carboxylic Acid Functional Groups

원섬유 상의 카르복시 기는 아미노 기를 2개 이상 보유한 화합물(이 아미노 기 중 적어도 하나는 t-Boc 또는 CBZ와 같은 기로 탈보호된 것)의 하나의 아미노 기와 카르복시 기의 반응에 의해 변형될 수 있다. 이와 같이 형성된 원섬유는 원섬유 카르복시 기로부터 아미드 카르보닐이 유래되고, 아미드 질소가 하나 이상의 1차 아민을 함유한 기(예, 알킬 기)로 치환된 아미드 유도체이다. 이러한 아미노 기는 사용 또는 추가 변형 시 이용될 수 있다.The carboxyl group on the fibril can be modified by the reaction of a carboxy group with one amino group of a compound having at least two amino groups, at least one of which is deprotected with a group such as t-Boc or CBZ. The fibril thus formed is an amide derivative from which an amide carbonyl is derived from a fibrous carboxy group and in which the amide nitrogen is substituted with a group containing at least one primary amine (eg an alkyl group). Such amino groups can be used in use or further modification.

배출구를 고무 세럼 격막으로 완전히 막은 건조 소결된 유리 필터 터널에 탄소 원섬유 1g을 넣고, 무수 디클로로메탄을 덮일 정도로 첨가했다. N-메틸몰핀(758㎕, 7mmol)을 첨가하고, 현탁액을 스패튤라를 이용하여 혼합했다. 그 다음, 이소부틸 클로로포르메이트(915㎕, 7mmol)를 첨가하고, 그 현탁액을 1시간 동안 주기적으로 혼합했다. 이 혼합물을 대기 수분으로부터 보호하기 위해 실제 도움이 될 만큼 파라필름을 도포했다.The outlet was placed in a dry sintered glass filter tunnel completely covered with a rubber serum diaphragm and 1 g of carbon fibril was added to cover anhydrous dichloromethane. N-methylmorphine (758 μl, 7 mmol) was added and the suspension was mixed using a spatula. Then isobutyl chloroformate (915 μl, 7 mmol) was added and the suspension was periodically mixed for 1 hour. Parafilm was applied as practically helpful to protect this mixture from atmospheric moisture.

한편, N-boc-1,6-디아미노헥산 염산염(1.94g, 7.7mmol)은 디클로로메탄(10ml)과 1M NaOH(10ml)로 분획화했다. 하부 유기 층을 무수 탄산칼륨 상에서 탈수시키고, 면전이 된 1회용 파스처 피펫을 통해 여과하고 N-메틸모르폴린(758㎕, 7mmol)을 첨가했다.On the other hand, N-boc-1,6-diaminohexane hydrochloride (1.94 g, 7.7 mmol) was fractionated with dichloromethane (10 ml) and 1 M NaOH (10 ml). The lower organic layer was dehydrated over anhydrous potassium carbonate, filtered through an applied disposable parser pipette, and N-methylmorpholine (758 μl, 7 mmol) was added.

필터 터널로부터 세럼 격막을 제거한 뒤, 진공 여과하여 원섬유로부터 시약을 제거한 다음, 원섬유를 무수 디클로로메탄으로 세척했다. 세럼 격막을 다시 끼우고 원섬유에 N-메틸모르폴린과 하나의 기가 보호된 디아미노헥산의 혼합물을 첨가했다. 이 혼합물을 1시간 동안 주기적으로 교반했다. 그 다음, 시약을 여과 제거하고, 원섬유는 디클로로메탄, 메탄올, 물, 메탄올 및 디클로로메탄으로 순차적으 로 세척했다.The serum septum was removed from the filter tunnel, vacuum filtered to remove reagents from the fibrils, and the fibrils were washed with anhydrous dichloromethane. The serum diaphragm was reinserted and a mixture of N-methylmorpholine and one group protected diaminohexane was added to the fibrils. The mixture was stirred periodically for 1 hour. The reagent was then filtered off and the fibrils were washed sequentially with dichloromethane, methanol, water, methanol and dichloromethane.

그 다음, 원섬유에 트리플루오르산 및 디클로로메탄의 50% 혼합물을 첨가하고 이 혼합물을 20분 동안 주기적으로 교반했다. 용매를 여과 제거하고, 원섬유를 디클로로메탄, 메탄올, 물, 0.1M NaOH 및 물로 순차적으로 세척했다.Then, a 50% mixture of trifluoric acid and dichloromethane was added to the fibrils and the mixture was stirred periodically for 20 minutes. The solvent was filtered off and the fibrils were washed sequentially with dichloromethane, methanol, water, 0.1 M NaOH and water.

이 방법의 효능을 입증하기 위하여, 소량의 아미노 원섬유 시료를, 아미노 기와 특이적으로 반응하도록 변형된 "활성화된" 양고추냉이 퍼옥시다제(HRP; 5mg, Pierce)와 반응시켰다. 원섬유를 저온으로 유지시키면서 수 일동안 반복적으로 세척했다(현탁하고, 교반한 뒤, 에펜도르프 튜브에 담아 원심분리하여). 약 2주간 세척한 후, 효소를 글리신 완충액(pH 4.4) 중의 H2O2/ABTS로 분석했다. 10분 내에 용액이 녹색을 나타냈고, 이는 효소의 존재를 표시한다. 대조 원섬유(활성화된 HRP로 처리되고 동일한 시간 기간 동안 세척된 COOH 원섬유)는 어떠한 촉매 활성도 거의 나타내지 않았다.To demonstrate the efficacy of this method, a small amount of amino fibril sample was reacted with "activated" horseradish peroxidase (HRP; 5 mg, Pierce) modified to specifically react with amino groups. The fibrils were washed repeatedly for several days while maintaining the low temperature (suspended, stirred and centrifuged in an Eppendorf tube). After washing for about 2 weeks, the enzyme was analyzed by H 2 O 2 / ABTS in glycine buffer (pH 4.4). Within 10 minutes the solution appeared green, indicating the presence of the enzyme. Control fibrils (COOH fibrils treated with activated HRP and washed for the same period of time) showed little catalytic activity.

실시예 29Example 29

카르복시산 작용기 부착된 원섬유로부터 실릴 유도체의 제조Preparation of Silyl Derivatives from Fibrils Attached with Carboxylic Acid Functional Groups

실시예 14에서와 같이 제조한 산 작용기 부착된 원섬유는 불활성 대기 하에 디옥산 중에 슬러리화했다. 교반 하에, 화학량론적 함량의 클로로트리에틸 실란을 첨가하고, 0.5시간 동안 반응시킨 후, 디옥산 중의 DABCO 5% 용액을 여러 방울 첨가했다. 이 시스템을 추가 1시간 동안 반응시킨 다음, 원섬유를 여과 수거하고 디옥산으로 세척했다. 원섬유는 100℃, 5" 진공하에 하룻밤 동안 건조했다.Acid functional group-attached fibrils prepared as in Example 14 were slurried in dioxane under an inert atmosphere. Under stirring, a stoichiometric content of chlorotriethyl silane was added and allowed to react for 0.5 hours, followed by several drops of DABCO 5% solution in dioxane. The system was allowed to react for an additional hour, then the fibrils were collected by filtration and washed with dioxane. The fibrils were dried overnight at 100 ° C., 5 ”vacuum.

표 V는 2차 유도체 제조물을 정리한 것이다. 그 산물의 C, O, N, Si 및 F 표면 함유량은 ESCA로 분석했다.Table V summarizes the preparations of secondary derivatives. The C, O, N, Si and F surface contents of the product were analyzed by ESCA.

표 VTable V

2차 유도체 제조물 정리Secondary derivative preparation summary

Figure 112007005671099-PCT00009
Figure 112007005671099-PCT00009

실시예 30Example 30

카르복시산 작용기 부착된 원섬유로부터 실릴 유도체의 제조Preparation of Silyl Derivatives from Fibrils Attached with Carboxylic Acid Functional Groups

실시예 14에서와 같이 제조한 산 작용기 부착된 원섬유를 불활성 대기 하에서 디옥산 중에 슬러리화했다. 교반하면서 화학량론적 함량의 클로로트리에틸 실란을 첨가하고 0.5시간 동안 반응시킨 다음 디옥산 중의 DABCO 5% 용액을 여러 방울 첨가했다. 이 시스템을 추가 1시간 동안 반응시킨 다음, 원섬유를 여과 수거하고 디옥산으로 세척했다. 원섬유는 100℃, 5" 진공하에 하룻밤 동안 건조했다.The acid functional grouped fibrils prepared as in Example 14 were slurried in dioxane under an inert atmosphere. While stirring, a stoichiometric content of chlorotriethyl silane was added and reacted for 0.5 hour, followed by several drops of DABCO 5% solution in dioxane. The system was allowed to react for an additional hour, then the fibrils were collected by filtration and washed with dioxane. The fibrils were dried overnight at 100 ° C., 5 ”vacuum.

표 VI은 2차 유도체 제조물을 정리한 것이다. 그 산물은 ESCA로 분석했다. 이 분석 결과, 필요한 측기가 혼입된 것을 확인했다. 산물의 C, O, N, Si 및 F 표면 함유량은 ESCA로 분석했다. Table VI summarizes the preparations of the secondary derivatives. The product was analyzed by ESCA. As a result of this analysis, it was confirmed that necessary instruments were mixed. The C, O, N, Si and F surface contents of the product were analyzed by ESCA.

표 VITable VI

2차 유도체 제조물 정리Secondary derivative preparation summary

Figure 112007005671099-PCT00010
Figure 112007005671099-PCT00010

실시예 31Example 31

카르복시산 작용기 부착된 원섬유로부터 3차 및 4차 아민 유도체의 제조Preparation of tertiary and quaternary amine derivatives from fibrils with carboxylic acid functional groups

3차 및 4차 아민 작용기는 나노튜브 상의 카르복시기와 3차 또는 4차 아민 전구체의 아민 및 하이드록시 기 중 어느 하나를 통해 아미드 또는 에스테르 결합에 의해서 탄소 나노튜브의 표면에 부착될 수 있다. 이러한 3차 또는 4차 아민 원섬유는 생물분자의 분리용 크로마토그래피 기질로서 유용하다. 3차 또는 4차 아민 원섬유는 원반형 매트로 가공되거나 통상적인 분리용 크로마토그래피 매질(예, 아가로스)과 혼합될 수 있다.Tertiary and quaternary amine functionalities may be attached to the surface of the carbon nanotubes by amide or ester linkages through either the carboxyl groups on the nanotubes and the amine and hydroxy groups of the tertiary or quaternary amine precursors. Such tertiary or quaternary amine fibrils are useful as chromatographic substrates for the separation of biomolecules. Tertiary or quaternary amine fibres can be processed into discoid mats or mixed with conventional separation chromatography media (eg agarose).

요오드화 트리에틸에탄올아민 전구체의 제조Preparation of Iodide Triethylethanolamine Precursor

100ml 둥근 바닥 플라스크에서, N,N-디에틸에탄올아민(85.3mmol) 10g을 무수 메탄올 10ml와 혼합했다. 그 다음, 요오드화에틸(127.95mmol) 20g과 무수 메탄올 10ml의 혼합물을 피펫을 사용하여 적가했다. 반응 혼합물을 30분 동안 환류했다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각했을 때 백색 결정형 산물이 형성되었다. 이러한 백색 고체 산물을 여과 수거하고 무수 메탄올로 세척했다. 산물을 진공 데시케이터에서 하룻밤 동안 건조했다. 산물은 33%의 수율로 수득되었다(10.3g, 37.7mmol).In a 100 ml round bottom flask, 10 g of N, N-diethylethanolamine (85.3 mmol) was mixed with 10 ml of anhydrous methanol. Then, a mixture of 20 g of ethyl iodide (127.95 mmol) and 10 ml of anhydrous methanol was added dropwise using a pipette. The reaction mixture was refluxed for 30 minutes. When the reaction mixture was cooled to room temperature, a white crystalline product was formed. This white solid product was collected by filtration and washed with anhydrous methanol. The product was dried overnight in a vacuum desiccator. The product was obtained in a yield of 33% (10.3 g, 37.7 mmol).

4차 아민 작용기 부착된 흑연 원섬유의 제조Preparation of Graphite Fibrils with Quaternary Amine Functional Group

진공 건조된 25ml 휫튼(Wheaton) 1회용 신틸레이션 바이엘에서, 무수 카르복시 원섬유(원섬유 1g당 약 0.7mmol COOH) 100mg을 무수 디메틸포름아미드 2ml와 혼합하고 이 혼합물을 60초 동안 초음파처리했다. 디메틸포름아미드 2ml 이상, 39mg 디메틸-아미노피리딘(0.316mmol) 및 50㎕ 디이소프로필카르보디이미드(0.316mmol)를 반응 바이엘에 첨가했다. 반응 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반한 후, 88mg 요오드화 트리에틸에탄올아민(0.316mmol)을 바이엘에 첨가한 뒤, 하룻밤 동안 반응시켰다. 수득되는 원섬유는 20ml 디메틸포름아미드로 3회, 20ml 염화메틸렌으로 3회, 20ml 메탄올로 3회, 마지막으로 탈이온수로 3회 세척했다. 산물을 진공 건조했다. 질소 원소 분석 결과, 원섬유에 존재하는 카르복시 기의 약 50%가 4차 아민 부 중의 1차 아미노 기와 반응했음을 알 수 있었다.In a vacuum dried 25 ml Wheaton disposable scintillation vial, 100 mg of anhydrous carboxy fibrils (approximately 0.7 mmol COOH per gram of fibrils) were mixed with 2 ml of anhydrous dimethylformamide and the mixture was sonicated for 60 seconds. At least 2 ml of dimethylformamide, 39 mg dimethyl-aminopyridine (0.316 mmol) and 50 μl diisopropylcarbodiimide (0.316 mmol) were added to the reaction bay. After the reaction mixture was stirred at room temperature for 1 hour, 88 mg triethylethanolamine (0.316 mmol) was added to the vial, followed by overnight reaction. The fibrils obtained were washed three times with 20 ml dimethylformamide, three times with 20 ml methylene chloride, three times with 20 ml methanol, and finally three times with deionized water. The product was vacuum dried. As a result of nitrogen element analysis, it was found that about 50% of the carboxy groups present in the fibrils reacted with the primary amino groups in the quaternary amine moiety.

실시예 32Example 32

3차 아민 작용기 부착된 흑연 원섬유에서 소혈청 알부민(BSA)의 크로마토그래피Chromatography of Bovine Serum Albumin (BSA) on Graphite Fibrils Attached with Tertiary Amine Functional Groups

2-디에틸아미노 에틸아민 변형된 카르복시 원섬유 60mg과 Sephadex G-25 초미세 수지(Pharmacia, Uppsala, Sweden) 180mg을 함유하는 수성 슬러리를 실온에서 하룻밤 동안 방치하여 고체 지지체를 완전 수화시켰다. 슬러리를 1㎝ x 3.5㎝ 컬럼에 충진했다. 이 컬럼을 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.3)으로 0.2ml/min의 유속으로 평형화시켰다. BSA(0.1ml 탈이온수 중에 0.6mg)를 컬럼에 적재했다. 이 컬럼을 5mM 인산나트륨으로 0.2ml/min의 유속으로 용출시키고, 0.6ml씩 분획들을 수거했다. 용출 프로필을 UV-가시광선 검출기로 모니터한 결과는 도 3에 제시했다. 검출기를 통해 컬럼에서 더 이상 단백질이 용출되지 않는 것으로 관찰되면, 그 즉시 결합된 BSA를 5mM 인산나트륨(pH 7.3) 중의 1M KCl을 첨가하여 용출시켰다. 각 분획에 있는 단백질의 존재는 마이크로 BCA 분석(Pierce, Rockford, Il)으로 확인했다. An aqueous slurry containing 60 mg of 2-diethylamino ethylamine modified carboxy fibrils and 180 mg of Sephadex G-25 ultrafine resin (Pharmacia, Uppsala, Sweden) was left at room temperature overnight to fully hydrate the solid support. The slurry was packed into a 1 cm x 3.5 cm column. The column was equilibrated with 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.3) at a flow rate of 0.2 ml / min. BSA (0.6 mg in 0.1 ml deionized water) was loaded onto the column. The column was eluted with 5 mM sodium phosphate at a flow rate of 0.2 ml / min, and the fractions were collected by 0.6 ml. The results of monitoring the elution profile with a UV-visible detector are shown in FIG. 3. When no more protein was eluted from the column through the detector, the bound BSA was immediately eluted by addition of 1M KCl in 5 mM sodium phosphate, pH 7.3. The presence of protein in each fraction was confirmed by micro BCA analysis (Pierce, Rockford, Il).

실시예 33Example 33

4차 아민 작용기 부착된 흑연 원섬유에서의 소혈청 알부민(BSA)의 크로마토그래피Chromatography of Bovine Serum Albumin (BSA) on Graphite Fibrils Attached with Quaternary Amine Functional Groups

100mg 2-(2-트리에틸아미노 에톡시)에탄올 변형된 카르복시 원섬유와 300mg Sephadex G-25 초미세 수지를 함유하는 수성 슬러리를 실온에서 하룻밤 동안 방치했다. 수득되는 슬러리는 1㎝ 직경의 컬럼에 충진했다. 이 컬럼을 0.1 내지 0.6ml/min 유속의 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.3)으로 평형화했다. BSA(0.2ml 탈이온수 중에 2.7mg)를 컬럼에 적재했다. 컬럼을 0.2ml/min 유속의 5mM 인산나트륨으로 용출시키고, 0.6ml씩 분획들을 수거했다. 용출 프로필은 UV-가시광선 검출기로 모니터했다(도 4). 5mM 인산나트륨 완충액에 의해 더 이상 단백질이 용출되지 않는 것으로 검출기에서 관찰되면, 그 즉시 용매를 5mM 인산나트륨(pH 7.3) 중의 1M KCl로 교환했다. 각 분획에 있는 단백질의 존재는 마이크로 BCA 분석(Pierce, Rockford, Il)으로 확인했다. An aqueous slurry containing 100 mg 2- (2-triethylamino ethoxy) ethanol modified carboxy fibrils and 300 mg Sephadex G-25 ultrafine resin was left at room temperature overnight. The resulting slurry was packed into a 1 cm diameter column. The column was equilibrated with 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.3) at a flow rate of 0.1 to 0.6 ml / min. BSA (2.7 mg in 0.2 ml deionized water) was loaded onto the column. The column was eluted with 5 mM sodium phosphate at a flow rate of 0.2 ml / min and fractions were collected at 0.6 ml. Elution profiles were monitored with a UV-visible detector (FIG. 4). When the detector was observed to no longer elute the protein with 5 mM sodium phosphate buffer, the solvent was immediately exchanged with 1 M KCl in 5 mM sodium phosphate, pH 7.3. The presence of protein in each fraction was confirmed by micro BCA analysis (Pierce, Rockford, Il).

9. 흑연 탄소의 효소적 작용기화9. Enzymatic Functionalization of Graphite Carbon

생물촉매는 흑연 탄소, 특히 탄소 나노튜브의 표면 상에 작용기를 도입시키 는데 사용될 수 있다. 지금까지 흑연 탄소는 순수 화학적 방법(예, 미국 특허 출원 일련번호 08/352,400, 1994.12.8)에 의해 변형되었다. 이러한 화학적 방법에는 (1) 가혹한 조건(최대 온도, 최대 산성 또는 독성 화학물질의 사용) 및 (2) 특이성 부족(예컨대, 산화는 COOH, COH 및 CHO 기를 도입시킬 수 있다)과 같은 단점이 있다. 고체 흑연 탄소(예, 탄소 원섬유; Hyperion, Inc.)의 수성 현탁액은 기질로서 흑연 탄소를 수용할 수 있는 하나 이상의 효소를 첨가하고 화학적 반응을 수행하여 화학적으로 변형된 흑연 탄소를 수득함으로써 제조한다. 수성 현탁액은 효소가 반응을 수행할 수 있는 조건(온도, pH, 염 농도 등)에서 효소가 흑연 탄소의 표면을 촉매적으로 변형시키기에 충분한 시간 동안 유지시킨다. 반응 동안, 현탁액은 효소가 흑연 탄소의 표면에 접근할 수 있도록 계속적으로 혼합한다. 반응이 만족스러운 정도로 진행되기에 충분한 반응 시간 후, 효소는 여과 세척하여 탄소로부터 제거한다.Biocatalysts can be used to introduce functional groups on the surface of graphite carbon, especially carbon nanotubes. To date, graphite carbon has been modified by pure chemical methods (eg, US patent application Ser. No. 08 / 352,400, 1994.12.8). These chemical methods have disadvantages such as (1) harsh conditions (maximum temperature, maximum acidic or toxic chemical use) and (2) lack of specificity (eg, oxidation can introduce COOH, COH and CHO groups). Aqueous suspensions of solid graphite carbon (e.g. carbon fibrils; Hyperion, Inc.) are prepared by adding one or more enzymes capable of accepting graphite carbon as a substrate and carrying out a chemical reaction to yield chemically modified graphite carbon. . The aqueous suspension is maintained for a time sufficient for the enzyme to catalytically modify the surface of the graphite carbon under conditions where the enzyme can carry out the reaction (temperature, pH, salt concentration, etc.). During the reaction, the suspension is continuously mixed so that the enzyme can access the surface of the graphite carbon. After a reaction time sufficient to allow the reaction to proceed to a satisfactory degree, the enzyme is filtered off to remove from the carbon.

지금까지 2종류의 효소가 사용되었다: 사이토크롬 p450 효소 및 퍼옥시다제 효소. 이 두 효소 모두, 효소의 유형이 충분히 연구되어, 모두 방향족계 기질을 수용하는 것으로 밝혀져 있고, 이들의 최적 반응 조건도 밝혀져 있다. 이 두 효소의 유형은 기질에 하이드록시 기를 도입시켜, 흑연 탄소에 하이드록시 기를 도입시킬 수 있다. 효소 외에도, 다른 생물촉매, 예컨대 리보자임 및 촉매성 항체, 또는 효소의 비생물학적 모방체도 탄소 나노튜브를 촉매적으로 작용기화하도록 설계될 수 있다.To date, two enzymes have been used: cytochrome p450 enzymes and peroxidase enzymes. Both of these enzymes have been thoroughly studied in their type, and both have been found to accommodate aromatic substrates, and their optimum reaction conditions have also been found. Both types of enzymes can introduce hydroxy groups into the substrate, thereby introducing hydroxy groups into the graphite carbon. In addition to enzymes, other biocatalysts such as ribozymes and catalytic antibodies, or non-biological mimetics of enzymes, can also be designed to catalytically functionalize carbon nanotubes.

실시예Example 34 34

래트 간 마이크로솜을 이용한 효소적 작용기화Enzymatic Functionalization Using Rat Liver Microsomes

사이토크롬 p450 효소는 일반적으로 독성제거제로서 간에서 작용하는 것으로 생각되고 있다(F.Peter Guengerich, American Scientist, 81, 440-447 및 F.Peter Guengerich, J.Biol.Chem., 266, 10019-10022). 이 효소는 다방향족계 독성 화합물과 같은 이종 화합물을 하이드록시화한다. 하이드록시화는 상기 화합물을 수용성이 되게 하여 소변을 통해 신체로부터 제거될 수 있게 한다. 간에는 많은 종류의 사이토크롬 p450 효소가 있으며, 각 효소마다 기질 특이성이 상이하다. 이러한 광범위한 특이성은 독소제거가 필요한 환경 독소가 다양하기 때문에 중요한 특징이라고 생각된다. 각 사이토크롬 p450은 시중에서 입수할 수 있지만, 이 중 어떠한 사이토크롬 p450이 기질로서 탄소 나노튜브를 수용할 수 있는지에 관해서는 알려진 바가 전혀 없다. 이러한 불확실성 때문에, 본 발명자들은 처음으로 여러 가지 많은 사이토크롬 p450을 함유한 래트 간 추출물과 탄소 나노튜브를 항온배양하기로 결정했다.Cytochrome p450 enzymes are generally thought to act in the liver as detoxifying agents (F. Peter Guengerich, American Scientist, 81, 440-447 and F. Peter Guengerich, J. Biol. Chem., 266, 10019-10022 ). This enzyme hydroxylates heterogeneous compounds such as polyaromatic toxic compounds. Hydroxation renders the compound water soluble so that it can be removed from the body through urine. There are many types of cytochrome p450 enzymes in the liver, each with different substrate specificities. This wide specificity is considered to be an important feature because of the wide variety of environmental toxins that require detoxification. Each cytochrome p450 is commercially available, but it is not known which cytochrome p450 can accept carbon nanotubes as a substrate. Because of this uncertainty, we decided for the first time to incubate rat liver extract and carbon nanotubes containing many different cytochrome p450s.

2마리 래트("실험용" 래트)에게 사이토크롬 p450 효소의 발현을 유도하기 위하여 음용수 중의 펜토바르비탈(1g/L, pH 7.0)을 1주 동안 투여했다. 다른 2마리 래트("대조용" 래트)에게는 펜토바르비탈이 없는 물을 제공했다. 그 다음, 래트를 살처분하고 간으로부터 표준 방법(예컨대, Methods in Enzymology, Vol. 206 참조)에 따라 사이토크롬 p450 함유 마이크로솜을 준비했다. Two rats (“experimental” rats) were administered pentobarbital (1 g / L, pH 7.0) in drinking water for one week to induce expression of the cytochrome p450 enzyme. The other two rats ("control" rats) received water without pentobarbital. Rats were then slaughtered and cytochrome p450 containing microsomes were prepared from the liver according to standard methods (see, for example, Methods in Enzymology, Vol. 206).

이러한 마이크로솜을 탄소 나노튜브(원섬유)와 혼합하여 사이토크롬 p450이 흑연 탄소와 반응하게 했다. 본 실험에서는 원섬유("기본" 또는 작용기 부착되지 않은 원섬유 및 "COOH" 또는 산화된 원섬유) 5mg을 마이크로솜(실험용 및 대조용 마이크로솜)과 0.1M Tris, 1.0mM NADPH, 0.01% NaN3, 10mM 글루코스-6-포스페이트, 글루코스-6-포스페이트 탈수소효소(1 유닛/ml)를 함유하는 완충 용액(pH 7.4)에서 혼합했다. NADPH는 사이토크롬 p450 및 글루코스-6-포스페이트의 공동기질로서 첨가했고, 글루코스-6-포스페이트 탈수소효소는 NADP+(NADP+가 사이토크롬 p450에 의해 발생된다면)로부터 NADPH를 재생시키기 위해 첨가했다. 이러한 혼합물을 마이크로원심분리 관에 넣어 약 1.5일 동안 실온에서 회전시켰다. 항온배양 후, 원섬유를 탈이온수, 1M HCl, 1M NaOH, 0.05% Triton X-100, 0.05% Tween, 메탄올 및 1M NaCl로 충분히 세척했다. 세척 후, 단백질의 마이크로BCA 분석(Pierce)을 통해, 원섬유가 자신에게 결합된 단백질을 여전히 보유하고 있는 것으로 관찰되었다(세척 용액 중에서 단백질이 전혀 검출되지 않았다).These microsomes were mixed with carbon nanotubes (fibers) to cause cytochrome p450 to react with graphite carbon. In this experiment, 5 mg of fibrils ("basic" or non-functional fibrils and "COOH" or oxidized fibrils) were mixed with microsomes (experimental and control microsomes) and 0.1M Tris, 1.0 mM NADPH, 0.01% NaN. 3 , 10 mM glucose-6-phosphate and glucose-6-phosphate dehydrogenase (1 unit / ml) were mixed in a buffer solution (pH 7.4). NADPH was added as co-substrate of cytochrome p450 and glucose-6-phosphate, and glucose-6-phosphate dehydrogenase was added to regenerate NADPH from NADP + (if NADP + was generated by cytochrome p450). This mixture was placed in a microcentrifuge tube and spun at room temperature for about 1.5 days. After incubation, the fibrils were washed sufficiently with deionized water, 1M HCl, 1M NaOH, 0.05% Triton X-100, 0.05% Tween, methanol and 1M NaCl. After washing, microBCA analysis of the protein (Pierce) observed that the fibrils still retain the protein bound to them (no protein was detected in the wash solution).

원섬유 표면에 하이드록시 기가 도입되었는지를 확인하기 위하여, 원섬유를 N-FMOC-이소류신과 반응시켰다. 여러 배취의 원섬유(대조용 및 실험용)(각각 1.5mg)를 4.45mg/ml FMOC-이소류신, 1.54mg/ml 디메틸아미노피리딘(DMAP) 및 2.6mg/ml 1,3-디시클로헥실카르보디이미드(DCC)를 함유하는 무수 DMF 용액 333㎕와 반응시켰다. 2일 동안 반응(지속적으로 회전시키면서)시킨 후, 원섬유를 DMF, 피페리딘, 메탄올, 물, DMF, 메탄올, 염화메틸렌(각각 600㎕)으로 세척했다. 이 세척 순서는 3회 반복했다. 원섬유에 존재하는 이소류신에 대한 아미노산 분석을 위해 원섬유를 갈브레이스 래보러토리즈(Galbraith Laboratories, Knoxville, TN)로 보냈다. 결과는 이소류신 외에도 많은 다른 아미노산이 관찰되었기 때문에 확실치 않았는데, 이는 래트 간 마이크로솜 추출물에 존재하는 단백질, 펩타이드 및 아미노산이 원섬유로부터 완전하게 세척되지 않았기 때문인 것으로 보인다. 따라서, 세척과 분석의 기술적 난점으로 인해, 사이토크롬 p450이 원섬유에 작용기화되었는지의 여부는 확인할 수 없었다.To confirm the introduction of hydroxy groups on the fiber surface, the fiber was reacted with N-FMOC-isoleucine. Multiple batches of fibrils (control and experimental) (1.5 mg each) were used for 4.45 mg / ml FMOC-isoleucine, 1.54 mg / ml dimethylaminopyridine (DMAP) and 2.6 mg / ml 1,3-dicyclohexylcarbodiimide It was reacted with 333 [mu] l of anhydrous DMF solution containing (DCC). After reaction (rotating continuously) for 2 days, the fibrils were washed with DMF, piperidine, methanol, water, DMF, methanol, methylene chloride (600 μl each). This washing sequence was repeated three times. The fibrils were sent to Galbraith Laboratories (Knoxville, TN) for amino acid analysis of isoleucine present in the fibrils. The results were not clear because many other amino acids were observed in addition to isoleucine, probably because proteins, peptides and amino acids present in rat liver microsome extracts were not completely washed from fibril. Therefore, due to technical difficulties in washing and analysis, it was not possible to confirm whether cytochrome p450 was functionalized on fibrils.

실시예 35Example 35

시중에서 입수할 수 있는 재조합 사이토크롬 p450 효소를 이용한 원섬유 작용기화Fibrillar functionalization using commercially available recombinant cytochrome p450 enzymes

사이토크롬 p450의 공급원으로서 래트 간 마이크로솜을 사용하는 것과 관련된 문제점인 불순물을 없애기 위하여, 각 사이토크롬 p450 효소를 구입했다(GENTEST, Woburn, MA). 사이토크롬 p450 효소는 오로지 막에 결합하여 활성을 나타내기 때문에 이 효소는 마이크로솜 제조물로서 공급된다. 전술한 것과 유사한 반응 절차를 사용하여 다음과 같은 사이토크롬 p450을 검사했다: CYP1A1(cat.#M111b), CYP1A2(cat.#M103c), CYP2B6(cat.#110a), CYP3A4(환원효소와 함께, cat.#107r). 반응 용액에 또한 MgCl2(0.67mg/ml)를 첨가했다. 이 실험에서, 원섬유는 속슬렛 장치를 이용하여 세척했다.In order to eliminate impurities, a problem associated with using rat liver microsomes as a source of cytochrome p450, each cytochrome p450 enzyme was purchased (GENTEST, Woburn, MA). The cytochrome p450 enzyme is supplied as a microsome preparation because the enzyme binds to and acts only on the membrane. Cytochrome p450 was tested using a reaction procedure similar to that described above: CYP1A1 (cat. # M111b), CYP1A2 (cat. # M103c), CYP2B6 (cat. # 110a), CYP3A4 (with reductase, cat. # 107r). MgCl 2 (0.67 mg / ml) was also added to the reaction solution. In this experiment, the fibrils were washed using a Soxhlet apparatus.

도입된 하이드록시기의 분석은 사이토크롬 p450과 반응되고 세척된 원섬유를 발색 시약인 3,5-디니트로벤조산(DNBA)와 반응시켜 수행했다. 커플링은 앞서 N- FMOC-이소류신에서 설명한 바와 같이 실시했다. DNBA와 반응 후, 원섬유를 DMF로 세척하고, 잔류(공유 부착된) DNBA는 6M HCl 또는 46 유닛/ml 돼지 간 에스터라제(Sigma)를 사용하여 가수분해했다. 해리된 DNBA의 분석은 가수분해 처리 후 원섬유 주변 상청액을 HPLC 분석하여 수행했다. 해리된 DNBA의 HPLC 분석은 Vydac C18 역상 분석 컬럼(cat.# 218TP54)이 장착된 Waters HPLC 시스템에서 0.1% TFA 함유 탈이온수(용매 A) 대 0.1% TFA 함유 아세토니트릴(용매 B)의 선형 구배를 이용하여 실시했다.Analysis of the introduced hydroxyl group was carried out by reacting cytochrome p450 and washed fibril with 3,5-dinitrobenzoic acid (DNBA), a color developing reagent. Coupling was carried out as previously described for N-FMOC-isoleucine. After reaction with DNBA, the fibrils were washed with DMF and residual (covalently attached) DNBA was hydrolyzed using 6M HCl or 46 units / ml swine liver esterase (Sigma). Analysis of dissociated DNBA was performed by HPLC analysis of the fibrous periphery supernatant after hydrolysis treatment. HPLC analysis of dissociated DNBA showed a linear gradient of 0.1% TFA containing deionized water (solvent A) to 0.1% TFA containing acetonitrile (solvent B) in a Waters HPLC system equipped with a Vydac C18 reverse phase analysis column (cat. # 218TP54). It carried out using.

실시예 36Example 36

퍼옥시다제를 이용한 원섬유의 작용기화Functional Vaporization of Fibrils Using Peroxidase

퍼옥시다제 기질 특이성에 대한 문헌의 설명은 탄소 나노튜브가 이 효소의 기질이 될 수 있음을 시사했다(J.S. Dorick et al., Biochemistry (1986), 25, 2946-2951; D.R.Buhler et al., Arch. Biochem . Biophys .(1961) 92, 424-437; H.S.Mason, Advances in Enzymology,(1957) 19, 79; G.D.Nordblom et al., Arch Biochem. Biophys . (1976) 175, 524-533). 퍼옥시다제(수소 퍼옥시다제, 타입 II, Sigma)가 원섬유 표면에 하이드록시 기를 도입시킬 수 있는지의 여부를 측정하기 위하여 원섬유(11mg)를 50mM 아세트산나트륨(1.25ml, pH 5.0), 양고추냉이 퍼옥시다제(200nM)를 함유하는 용액에서 혼합하고, 디하이드록시푸마르산(15mg)을 처음 반응 3시간 동안 한번에 5mg씩 첨가했다. 이 반응을 중간에 간헐적으로 기체 산소의 발포 하에 4℃에서 총 5시간 동안 실시했다. 반응 후, 원섬유를 물, 1N NaOH, 메탄올 및 염화메틸렌(각각 200ml씩)으로 세척했다. 대조 반응은 열불활성화된(100 ℃, 5분) 퍼옥시다제를 사용하여 수행했다.The literature description of peroxidase substrate specificity suggested that carbon nanotubes could be substrates of this enzyme (JS Dorick et al., Biochemistry (1986), 25, 2946-2951; DRBuhler et al., Arch ... Biochem Biophys (1961) 92, 424-437; HSMason, Advances in Enzymology, (1957) 19, 79;... GDNordblom et al, Arch Biochem Biophys (1976) 175, 524-533). To determine whether peroxidase (hydrogen peroxidase, type II, Sigma) can introduce hydroxyl groups to the surface of the fibrils, fibrillar (11 mg) was added to 50 mM sodium acetate (1.25 ml, pH 5.0) In a solution containing wasabi peroxidase (200 nM), dihydroxyfumaric acid (15 mg) was added 5 mg at a time for the first 3 hours of reaction. This reaction was carried out intermittently at 4 ° C. for a total of 5 hours under foaming of gaseous oxygen. After the reaction, the fibrils were washed with water, 1N NaOH, methanol and methylene chloride (200 ml each). Control reactions were performed using heat inactivated (100 ° C., 5 min) peroxidase.

퍼옥시다제에 의해 촉매된 원섬유의 하이드록시화 정도를 분석하기 위하여, 원섬유를 이미다졸의 존재 하에 무수 DMF 중의 t-부틸디메틸실릴 클로라이드(Aldrich)와 반응시켰다. 원섬유를 세척한 후, 로버트슨 마이크로릿 래보러토리즈, 인크.(Madison, NJ)로 보내서, 원섬유에 혼입된 규소를 원소분석했다. 분석 결과, 원섬유 표면에 규소가 존재하는지에 대해서는 불명확했다. 그 이유는 본 실험에 사용된 유리제품 유래의 규소도 원소 분석을 의뢰한 원섬유에 작은 조각으로 존재할 것으로 생각되기 때문이다. 이것은 실험용 시료와 대조군 시료 모두에서 높은 규소 농도를 초래했다. 본 실험 결과, 퍼옥시다제가 원섬유에 하이드록시 기를 도입시킬 수 있지만, 기술적 어려움으로 인해 도입된 임의의 하이드록시 기의 존재를 측정하는 것은 불가능했다.To analyze the degree of hydroxylation of the fibrils catalyzed by peroxidase, the fibrils were reacted with t-butyldimethylsilyl chloride (Aldrich) in anhydrous DMF in the presence of imidazole. After the fibrils were washed, they were sent to Robertson Microlit Laboratories, Inc. (Madison, NJ) for elemental analysis of the silicon incorporated into the fibres. As a result of the analysis, it was unclear whether silicon was present on the surface of the fibril. The reason for this is that the silicon derived from the glass used in this experiment is thought to exist in small pieces in the fibres for elemental analysis. This resulted in high silicon concentration in both the experimental and control samples. As a result of this experiment, peroxidase can introduce hydroxy groups into the fibrils, but due to technical difficulties it was impossible to measure the presence of any hydroxy groups introduced.

10. 무산소 10. Anaerobic 원섬유Fiber 표면에 대한  For the surface 친전자Electrophile 첨가 또는  Addition or 금속화에On metallization 의해 작용기 부착된 나노튜브 Nanotubes attached by functional groups

활성화된 친전자체를 무산소 원섬유 표면에 첨가하여 수득할 수 있는 1차 산물은 측기 -COOH, -COCl, -CN, -CH2NH2, -CH2OH, -CH2-할로겐 또는 HC=O를 보유하는 것이다. 이 기들은 다음과 같이 2차 유도체로 변환될 수 있다:Primary products obtainable by the addition of activated electrophiles to the surface of anoxic fibrils are the side groups —COOH, —COCl, —CN, —CH 2 NH 2 , —CH 2 OH, —CH 2 —halogen or HC═O. To hold. These groups can be converted into secondary derivatives as follows:

원섬유-COOH --------> 전술한 바와 같다.Fibrils-COOH --------> As described above.

원섬유-COCl(산 염화물) + HO-R-Y --------> F-COO-R-Y (Sec.4/5)Fibrillar-COCl (Acid Chloride) + HO-R-Y --------> F-COO-R-Y (Sec. 4/5)

원섬유-COCl + NH2-R-Y --------> F-CONH-R-YFibril-COCl + NH 2 -RY --------> F-CONH-RY

원섬유-CN + H2 --------> F-CH2-NH2 Fibrillar-CN + H 2 --------> F-CH 2 -NH 2

원섬유-CH2NH2 + HOOC-R-Y --------> F-CH2NHCO-R-YFibre-CH 2 NH 2 + HOOC-RY --------> F-CH 2 NHCO-RY

원섬유-CH2NH2 + O=CR-R'Y --------> F-CH2N=CR-R'-YFibril-CH 2 NH 2 + O = CR-R'Y --------> F-CH 2 N = CR-R'-Y

원섬유-CH2OH + O(COR-Y)2 --------> F-CH2OCOR-YFibre-CH 2 OH + O (COR-Y) 2 --------> F-CH 2 OCOR-Y

원섬유-CH2OH + HOOC-R-Y --------> F-CH2OCOR-YFibre-CH 2 OH + HOOC-RY --------> F-CH 2 OCOR-Y

원섬유-CH2-할로겐 + Y- --------> F-CH2-Y + X- Y-=NCO-, -OR- Fibrils -CH 2 - halogen + Y - --------> F-CH 2 -Y + X - Y - = NCO -, -OR -

원섬유-C=O + H2N-R-Y --------> F-C=N-R-YFibre-C = O + H 2 NRY --------> FC = NRY

11. 덴드리머형 나노튜브11.Dendrimer Type Nanotubes

나노튜브의 표면에 존재하는 작용기의 농도는 나노튜브를 순차 생성되는 다가 시약으로 변형시켜 증가시킬 수 있으며, 결과적으로 각 단계마다 특정 작용기의 수가 증가하여 덴드리머형 구조가 형성되게 된다. 수득되는 덴드리머형 나노튜브는 단백질을 공유적으로 고정시키는 고체 지지체로서 특히 유용한데, 그 이유는 이러한 나노튜브가 나노튜브 표면 상에 고정되는 단백질의 밀도를 증가시킬 수 있기 때문이다. 본 발명은 종래 고표면적 탄소에는 어려웠던 특정 화학적 작용기의 고밀도를 고표면적 미립자 탄소의 표면에 부여할 수 있음을 증명한 것이다.The concentration of functional groups present on the surface of the nanotubes can be increased by transforming the nanotubes into sequentially produced multivalent reagents, and as a result, the number of specific functional groups increases in each step to form a dendrimer structure. The resulting dendrimer-type nanotubes are particularly useful as a solid support for covalently immobilizing proteins because these nanotubes can increase the density of the proteins immobilized on the nanotube surface. The present invention demonstrates that the high density of certain chemical functional groups, which has been difficult for conventional high surface area carbon, can be imparted to the surface of the high surface area particulate carbon.

실시예Example 37 37

리신계 덴드리머의 제조Preparation of Lysine Dendrimer

반응 순서는 도 5에 제시했다.The reaction sequence is shown in FIG. 5.

아미노 원섬유(90mg)를 중탄산나트륨(5ml, 0.2M, pH 8.6)에 현탁시킨 현탁액에, Nα,Nε-디-t-boc-L-리신 N-하이드록시숙신이미드 에스테르(120mg, 0.27mmol)를 디옥산(5ml)에 용해시킨 용액을 첨가했다. 이 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안 교반했다. tert-부톡시카르보닐 보호된 리신 원섬유를 물, 메탄올 및 염화메틸렌으로 충분히 세척하고 진공 건조했다. 그 다음 tert-부톡시카르보닐 보호된 리신 원섬유를 염화메틸렌(5ml) 중의 트리플루오로아세트산(5ml)으로 실온에서 2시간 동안 처리했다. 그 산물인 아미노 리신 원섬유는 염화메틸렌, 메탄올 및 물로 충분히 세척하고 진공 건조했다. 이와 동일한 절차로 2차 및 3차 리신 원섬유도 제조했다. 아미노산 분석 결과, 1차 리신 원섬유는 원섬유 1g당 0.6μmol의 리신을 함유하고, 2차 리신 원섬유는 원섬유 1g당 1.8μmol의 리신을 함유하며, 3차 리신 원섬유는 원섬유 1g당 3.6μmol의 리신을 함유하는 것으로 나타났다.Nα, Nε-di-t-boc-L-lysine N-hydroxysuccinimide ester (120 mg, 0.27 mmol) in a suspension in which amino fibril (90 mg) was suspended in sodium bicarbonate (5 ml, 0.2 M, pH 8.6). ) Was added to a solution in which dioxane (5 ml) was dissolved. The reaction mixture was stirred at rt overnight. The tert-butoxycarbonyl protected lysine fibril was thoroughly washed with water, methanol and methylene chloride and dried in vacuo. The tert-butoxycarbonyl protected lysine fibrils were then treated with trifluoroacetic acid (5 ml) in methylene chloride (5 ml) at room temperature for 2 hours. The product amino lysine fibril was thoroughly washed with methylene chloride, methanol and water and dried in vacuo. In the same procedure, secondary and tertiary lysine fibrils were also prepared. As a result of amino acid analysis, primary lysine fibrils contain 0.6 μmol of lysine per gram of fibrils, secondary lysine fibrils contain 1.8 μmol lysine per gram of fibrils, and tertiary lysine fibrils per 1 gram of fibrils It was found to contain 3.6 μmol of lysine.

카르복시 덴드리머 원섬유도 이와 동일한 방법에 따라 카르복시 원섬유와 아스파르트산 또는 글루탐산을 이용하여 제조할 수 있다.Carboxy dendrimer fibrils can also be prepared using carboxy fibrils and aspartic acid or glutamic acid according to the same method.

실시예 38Example 38

카르복실레이트 말단 덴드리머의 제조Preparation of carboxylate terminated dendrimers

탄소 나노튜브(CN) 코어를 보유한 카르복실레이트 말단 덴드리머는 염소산염 산화된 탄소 나노튜브의 NHS 에스테르를 시초로 하여 아미노부틸니트릴로트리아세 트산(NTA)을 연속 순차 커플링시켜 생산한다.Carboxylate terminated dendrimers with carbon nanotube (CN) cores are produced by continuous sequential coupling of aminobutylnitrilotriacetic acid (NTA), starting with NHS esters of chlorate oxidized carbon nanotubes.

NTA의 제조Manufacture of NTA

NTA는 본원에 참고인용된 문헌(E.Hochuli, H.Dobeli 및 A.Schacher, J.Chromatography. 411, 177-184(1987))의 방법에 따라 제조했다.NTA was prepared according to the method of the cited literature reference herein (E.Hochuli, H.Dobeli and A.Schacher, J.Chromatography. 411, 177-184 ( 1987)).

CN/NHS의 제조Manufacture of CN / NHS

CN/NHS는 실시예 20의 방법에 따라 제조했다.CN / NHS was prepared according to the method of Example 20.

CN/NTA의 제조Manufacture of CN / NTA

NTA·HCl 0.4g을 0.2M NaHCO3 (pH 8.1) 25ml에 용해했다. 1M NaOH를 첨가하여 pH를 다시 7.8 이하로 조정했다. CN/NHS 0.5g을 첨가하고, 혼합물을 초음파처리하여 CN을 분산시키고, 수득되는 슬러리를 교반하면서 30분 동안 반응시켰다. 이 슬러리를 0.45㎛ 나일론 막 위로 여과하고, 필터 상에서 pH 8.1 탄산염 완충액으로 2X, 탈이온수로 2X 세척했다. 변형된 CN은 MeOH 25ml에 초음파처리로 다시 재현탁하고, 여과하여 고체 케익을 얻어서, 마지막으로 진공 데시케이터에서 건조했다.0.4 g of NTA.HCl was dissolved in 25 ml of 0.2 M NaHCO 3 (pH 8.1). The pH was again adjusted to 7.8 or lower by adding 1M NaOH. 0.5 g CN / NHS was added, the mixture was sonicated to disperse the CN, and the resulting slurry was reacted for 30 minutes with stirring. This slurry was filtered over a 0.45 μm nylon membrane and washed 2 × with pH 8.1 carbonate buffer and 2 × with deionized water on a filter. The modified CN was resuspended in 25 ml of MeOH again by sonication, filtered to give a solid cake, and finally dried in a vacuum desiccator.

CN/NTA/NTA의 제조Manufacture of CN / NTA / NTA

CN/NTA는 먼저 NHS 활성 에스테르로 변환시켰다. CN/NTA 0.396g을 90℃ 오븐에서 30분 동안 건조한 뒤, 무수 디옥산 30ml가 담긴 100ml RB 플라스크에 넣고, 아르곤으로 세정했다. 교반하면서 N-하이드록시숙신이미드 0.4g을 첨가한 후, 추가 1시간 동안 계속 교반하면서 EDC 0.67g을 첨가했다. 이 때 CN은 함께 응집하는 경향이 있었다. 디옥산은 따라내고, 고체를 무수 디옥산 20ml로 2X 세척했다. 그 다 음, 고체를 무수 MeOH 20ml로 세척했고, 그 동안 응집물이 분쇄되었다. 고체는 0.45㎛ 나일론 막 위로 여과하고, MeOH에 재현탁시킨 다음, 여과하고, 필터 상에서 MeOH로 세척했다.CN / NTA was first converted to NHS active esters. 0.396 g of CN / NTA was dried in a 90 ° C. oven for 30 minutes, then placed in a 100 ml RB flask containing 30 ml of anhydrous dioxane and washed with argon. 0.4 g of N-hydroxysuccinimide was added with stirring followed by 0.67 g of EDC with continued stirring for an additional hour. At this time, CN tended to aggregate together. Dioxane was decanted and the solid was washed 2 × with 20 ml of anhydrous dioxane. The solid was then washed with 20 ml of anhydrous MeOH, during which the aggregates were milled. The solid was filtered over 0.45 μm nylon membrane, resuspended in MeOH, filtered and washed with MeOH on the filter.

NTA 0.2g을 50ml 플라스크에 첨가하고, 1M NaOH 10방울로 용해시켰다. 0.2M NaHCO3 (pH 8.1) 20ml를 첨가한 뒤, CN/NTA/NHS를 모두 첨가하고, 그 용액을 프로브 초음파처리기로 가볍게 초음파처리했다. 이 혼합물을 실온에서 2.5시간 동안 반응시켰다. 변형된 CN은 0.45㎛ 나일론 막위로 여과하고, 탄산염 완충액으로 2X 세척한 뒤, 탈이온수에 초음파처리로 재현탁하고, 여과한 다음 탈이온수로 세척했다. 그 다음, 진공 데시케이터에 넣어 건조했다.0.2 g of NTA was added to a 50 ml flask and dissolved in 10 drops of 1 M NaOH. After adding 20 ml of 0.2 M NaHCO 3 (pH 8.1), both CN / NTA / NHS were added and the solution was sonicated lightly with a probe sonicator. The mixture was reacted at room temperature for 2.5 hours. The modified CN was filtered over a 0.45 μm nylon membrane, washed 2 × with carbonate buffer, resuspended in deionized water with sonication, filtered and washed with deionized water. It was then placed in a vacuum desiccator and dried.

CN/NTA/NTA/NTA의 제조Manufacture of CN / NTA / NTA / NTA

앞서 기술한 절차에 따라서 NTA 추가량을 첨가했다.Addition of NTA was added according to the procedure described previously.

CN/NTA/NTA/NTA/NTA의 제조Manufacture of CN / NTA / NTA / NTA / NTA

앞서 기술한 절차에 따라서 NTA 추가량을 첨가했다.Addition of NTA was added according to the procedure described previously.

NTA 첨가 4단계 중 각 단계의 시료(약 10mg)는 탈이온수 10ml에 넣어 초음파처리로 현탁시킨 다음, 0.45㎛ 나일론 막위로 여과하여 펠트계 매트 형태로 만들었다. 이 매트 조각을 진공 데시케이터에서 보관한 다음 질소(N)에 대해 ESCA로 분석하여 NTA의 상대적 함량을 수득했다. 그 결과는 다음과 같았다.Samples of each step (approximately 10 mg) in four steps of NTA addition were suspended in 10 ml of deionized water and sonicated, and then filtered over a 0.45 μm nylon membrane to form a felt-based mat. This piece of mat was stored in a vacuum desiccator and analyzed by ESCA for nitrogen (N) to obtain the relative content of NTA. The results were as follows.

재료 ESCA에 의한 N %N% by material ESCA

CN/NTA 0CN / NTA 0

CN/NTA/NTA 1.45CN / NTA / NTA 1.45

CN/NTA/NTA/NTA 1.87CN / NTA / NTA / NTA 1.87

CN/NTA/NTA/NTA/NTA 2.20CN / NTA / NTA / NTA / NTA 2.20

ESCA 결과는 각 순차 단계에 따라 증가 함량이 병입된 것을 입증해 주었다.The ESCA results demonstrated that the increase content was fed in with each sequential step.

실시예 39Example 39

단백질 지지체로서의 탄소 나노튜브 덴드리머Carbon Nanotube Dendrimers as Protein Supports

탄소 나노튜브에 고정된 단백질의 밀도는 덴드리머를 생산하기 위해 유도체화된 원섬유를 사용하여 크게 증가시킬 수 있다. 양고추냉이 퍼옥시다제(HRP)는 다음과 같은 방법에 따라 덴드리머 나노튜브에 고정시켰다:The density of proteins immobilized on carbon nanotubes can be greatly increased by using derivatized fibrils to produce dendrimers. Horseradish peroxidase (HRP) was immobilized on the dendrimer nanotubes according to the following method:

기본 원섬유(0.49mg), 아미노 원섬유(0.32mg), 1단계 리신 원섬유(0.82mg), 2단계 리신 원섬유 및 3단계 리신 원섬유를 중탄산나트륨 접합 완충액(600㎕, 0.1M, 0.9% NaCl 함유)에서 15분 동안 실온에서 초음파처리했다. 그 다음, 중탄산 접합 완충액 중의 HRP 용액(490ml, 5.6mg/ml의 효소 스톡 용액)과 실온에서 19시간 동안 항온처리했다. 이와 같이 HRP 고정된 원섬유는 다음과 같은 완충액(1ml)으로 세척했다: 0.9% NaCl을 함유하는 10mM NaHCO3 완충액, pH 9.5(1X 세척 완충액) 7회, 1X 세척 완충액 중의 0.1% Triton X-100 5회, 1X 세척 완충액 중의 50% 에틸렌 글리콜 3회. HRP의 활성은 글리신 분석 완충액(50mM, pH4.4) 중의 2,2-아지노비스(3- 에틸벤조티아졸린)-6-설폰산 이암모늄 염(ABTS, 3㎕, mM 스톡 용액)과 과산화수소 용액(10㎕, 10mM 스톡 용액)을 이용하여 414nm에서 분석했다. 결과는 다음 표에 제시한 바와 같다:Sodium bicarbonate conjugated buffer (600 μl, 0.1 M, 0.9) for basic fibrillar (0.49 mg), amino fibrillar (0.32 mg), first-stage lysine fibrous (0.82 mg), second-stage lysine fibrous and three-stage lysine Sonicated at room temperature for 15 minutes). It was then incubated with HRP solution (490 ml, 5.6 mg / ml enzyme stock solution) in bicarbonate conjugation buffer for 19 hours at room temperature. The HRP immobilized fibres were thus washed with the following buffer (1 ml): 10 mM NaHCO 3 buffer containing 0.9% NaCl, pH 9.5 (1 × wash buffer) 7 times, 0.1% Triton X-100 in 1 × wash buffer 5 times, 3 times 50% ethylene glycol in IX wash buffer. The activity of HRP was determined using 2,2-azinobis (3-ethylbenzothiazoline) -6-sulfonic acid diammonium salt (ABTS, 3 μl, mM stock solution) and hydrogen peroxide solution in glycine assay buffer (50 mM, pH 4.4). (10 μl, 10 mM stock solution) was used to analyze at 414 nm. The results are shown in the following table:

원섬유 HRP nmol/원섬유 g Fibrillar HRP nmol / Fibrillar g

기본 원섬유 3.82Primary Fibrous Fiber 3.82

원섬유-NH2 8.58Fibrillar-NH 2 8.58

원섬유-NH-Lys 28.09Fibrils-NH-Lys 28.09

원섬유-NH-Lys(Lys)2 28.30Fibril-NH-Lys (Lys) 2 28.30

원섬유-NH-Lys(Lys)4 46.28Fibril-NH-Lys (Lys) 4 46.28

12. 이작용기성 원섬유12. Bifunctional Fibrillar

작용기 부착된 나노튜브, 예컨대 카르복시 나노튜브를 아미노산과 반응시키면 원섬유 상에 1종류 이상의 작용기(예, 카르복시 기 및 아미노 기)를 동시에 도입시킬 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 이작용기성 원섬유는 특히 1:1 화학량론 및 이와 유사한 비율에서 다수의 분자를 고정시키는데 사용될 수 있다.It has been found that by reacting functionally attached nanotubes, such as carboxy nanotubes with amino acids, one or more kinds of functional groups (eg, carboxyl and amino groups) can be introduced simultaneously on fibril. Such bifunctional fibrils can be used to immobilize a number of molecules, particularly at 1: 1 stoichiometry and similar ratios.

실시예 40Example 40

리신 첨가에 의한 이작용기성 원섬유의 제조Preparation of bifunctional fibril by adding lysine

NN αα -CBZ-L-리신 벤질 에스테르의 합성Synthesis of -CBZ-L-lysine Benzyl Ester

반응 순서는 도 7에 제시했다. Nε-(tert-하이드록시카르보닐)-L-리신(2g, 8.12mmol)을 메탄올(40ml)과 물(40ml)에 용해하고, 트리에틸아민으로 pH를 8로 조정했다. 이러한 혼합물에 디옥산 중의 N-(벤질옥시카르보닐-옥시)숙신이미드 용액(20ml 중에 2.4g, 9.7mmol)을 첨가하고, pH를 트리에틸아민으로 8-9로 유지했다. 반응 혼합물을 하룻밤 동안 교반했다. 용매는 회전 증발로 제거하여 미정제 Nα-CBZ-Nε-(tert-부톡시카르보닐)-L-리신을 수득했다. Nα-CBZ-Nε-(tert-부톡시카르보닐)-L-리신을 0.2M 탄산칼슘(4ml)으로 처리하고, 수성층을 제거하여 백색 고체를 수득했다. 이 고체를 N,N-디메틸포름아미드(40ml)와 벤질브로마이드(1.16ml)에 재현탁시켰다. 이 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안 교반했다. 이 반응 혼합물을 에틸아세테이트와 물로 마무리 처리하고, 유기층을 황산마그네슘 상에서 건조했다. 용매를 제거하여 미정제 Nα-CBZ-Nε-(tert-부톡시카르보닐)-L-리신 벤질 에스테르를 수득하고, 이것을 용매로서 에틸아세테이트 중의 25% 헥산을 이용하는 실리카겔 크로마토그래피로 정제했다. 염화메틸렌(10ml) 중의 Nα-CBZ-Nε-(tert-부톡시카르보닐)-L-리신 벤질 에스테르(1g, 2.2mmol)에 트리플루오로아세트산을 0℃에서 첨가했다. 반응 혼합물을 0℃에서 10분 동안 교반한 다음, 실온에서 추가 2.5시간 동안 교반했다. 용매를 제거하고, 미정제 산물을 수득했다. 실리카겔 크로마토그래피로 순수 Nα-CBZ-L-리신 벤질 에스테르를 수득했다.The reaction sequence is shown in FIG. 7. N ε - (tert--hydroxy-carbonyl) -L- lysine (2g, 8.12mmol) was dissolved in a methanol (40ml) and water (40ml) and adjusted to pH 8 with triethylamine. To this mixture was added a solution of N- (benzyloxycarbonyl-oxy) succinimide in dioxane (2.4 g in 20 ml, 9.7 mmol) and the pH was maintained at 8-9 with triethylamine. The reaction mixture was stirred overnight. The solvent was removed by rotary evaporation the crude N α -CBZ-N ε - to give the (tert- butoxycarbonyl) -L- lysine. N α -CBZ-N ε - ( tert- butoxycarbonyl) -L- lysine was treated with 0.2M calcium carbonate (4ml), and the aqueous layer was removed to give a white solid. This solid was resuspended in N, N-dimethylformamide (40 ml) and benzyl bromide (1.16 ml). The reaction mixture was stirred at rt overnight. The reaction mixture was finished with ethyl acetate and water, and the organic layer was dried over magnesium sulfate. The solvent was removed and the crude N α -CBZ-N ε - to give (tert- butoxycarbonyl) -L- lysine benzyl ester, followed by purification by silica gel chromatography using as solvent a 25% hexane in ethyl acetate. Was added (tert- butoxycarbonyl) -L- lysine benzyl ester trifluoroacetic acid to (1g, 2.2mmol) at 0 ℃ - methylene chloride (10ml) of N α N ε -CBZ-. The reaction mixture was stirred at 0 ° C. for 10 minutes and then at room temperature for an additional 2.5 hours. Solvent was removed and crude product was obtained. Silicagel chromatography gave pure N α -CBZ-L-lysine benzyl ester.

NN αα -CBZ-L-리신-벤질 에스테르 원섬유의 합성Synthesis of -CBZ-L-lysine-benzyl ester fibrils

카르복시 원섬유(300mg)를 염화메틸렌(18ml)에 현탁시킨 현탁액에 Nα-CBZ- L-리신 벤질 에스테르 용액(20ml 염화메틸렌과 176㎕ 트리에틸아민 중에 148mg, 0.32mmol)을 첨가했다. 그 다음, HOBT(43.3mg, 0.32mmol) 및 EDC(61.3mg, 0.32mmol)를 첨가했다. 이 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안 교반하여 미정제 산물을 수득했다. 이러한 산물 원섬유를 메탄올, 염화메틸렌 및 물로 충분히 세척하고, 진공 건조했다.To a suspension in which carboxy fibrils (300 mg) were suspended in methylene chloride (18 ml) was added a solution of N α -CBZ-L-lysine benzyl ester (148 mg, 0.32 mmol in 20 ml methylene chloride and 176 μl triethylamine). Then HOBT (43.3 mg, 0.32 mmol) and EDC (61.3 mg, 0.32 mmol) were added. The reaction mixture was stirred at rt overnight to afford crude product. This product fibrils were washed sufficiently with methanol, methylene chloride and water and dried in vacuo.

이작용기성 원섬유, 원섬유-Lys(COOH)NHBifunctional Fiber, Fiber-Lys (COOH) NH 22 의 합성Synthesis of

메탄올(4ml) 중의 Nα-CBZ-L-리신 벤질 에스테르 원섬유(113mg)에 수산화나트륨(1N, 4ml)을 첨가하고, 이 반응 혼합물을 하룻밤 동안 교반했다. 산물인 Nα-CBZ-L-리신 원섬유를 물과 메탄올로 충분히 세척하고, 원섬유를 진공 건조했다. Nα-CBZ-L-리신 원섬유(50mg)를 아세토니트릴(4ml)에 현탁시킨 현탁액에 트리메틸 실릴 요오다이드(1ml)를 첨가했다. 이 혼합물을 40℃에서 3시간 동안 교반했다. 최종 이작용기성 원섬유는 물, 메탄올, 0.5N 수산화나트륨, 아세토니트릴 및 염화메틸렌으로 충분히 세척했다. 아미노산 분석 결과, 리신은 원섬유 1g당 0.3μmol인 것으로 나타났다.To the N α -CBZ-L-lysine benzyl ester fibril (113 mg) in methanol (4 ml) was added sodium hydroxide (1N, 4 ml) and the reaction mixture was stirred overnight. The product N alpha -CBZ-L-lysine fibrils were sufficiently washed with water and methanol, and the fibrils were vacuum dried. Trimethyl silyl iodide (1 ml) was added to a suspension in which N α -CBZ-L-lysine fibril (50 mg) was suspended in acetonitrile (4 ml). The mixture was stirred at 40 ° C. for 3 hours. The final bifunctional fibril was thoroughly washed with water, methanol, 0.5N sodium hydroxide, acetonitrile and methylene chloride. Amino acid analysis showed that lysine was 0.3 μmol per gram of fibril.

이상 기술된 방법과 유사한 방법에 따라 세린, 트레오닌 또는 타이로신을 사용하여 하이드록시 및 카르복시(또는 아미노) 이작용기성 원섬유도 제조할 수 있다. 티올화된, 카르복시(또는 아미노) 이작용기성 원섬유는 시스테인을 사용하여 제조할 수 있다. 카르복시 및 아미노 이작용기성 원섬유는 아스파르트산 또는 글루탐산을 이용하여 제조할 수 있다.Hydroxy and carboxy (or amino) bifunctional fibrils can also be prepared using serine, threonine or tyrosine according to methods analogous to those described above. Thiolated, carboxy (or amino) difunctional fibrils can be prepared using cysteine. Carboxy and amino difunctional fibrils can be prepared using aspartic acid or glutamic acid.

작용기 부착된 나노튜브의 용도Use of functionally attached nanotubes

작용기부착된 흑연 나노튜브는 높은 다공도, 화학적 및 열적 안정성, 그리고 넓은 표면적으로 인해 다수의 생명공학 이용분야에서 고체 지지체로서 유용하게 사용된다. 이러한 나노튜브는 가혹한 화학적 및 열적 처리에도 견딜 수 있고, 화학적 작용기화하기도 매우 쉬운 것으로 확인되었다.Functionally attached graphite nanotubes are useful as solid supports in many biotech applications due to their high porosity, chemical and thermal stability, and large surface area. These nanotubes have been found to be able to withstand harsh chemical and thermal treatments and to be very easy to chemically functionalize.

예를 들어, 효소는 자신의 생물학적 활성을 유지하면서 변형된 나노튜브에 공유적으로 고정될 수 있다. 또한, 나노튜브는 또한 생물분자 분리 시 친화성 크로마토그래피의 지지체로서 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 효소 억제제는 고정된 억제제가 거대분자에 접근이 가능하여 변형된 원섬유와 단백질 사이에서 가역적인 특정 생물학적 인식이 일어나도록 다단계 합성에 의해 나노튜브 상에 제조되었다.For example, enzymes can be covalently immobilized on modified nanotubes while maintaining their biological activity. In addition, nanotubes are also suitable for use as a support for affinity chromatography in biomolecule separation. For example, enzyme inhibitors have been prepared on nanotubes by multistep synthesis such that immobilized inhibitors have access to macromolecules, resulting in specific reversible biological recognition between modified fibrils and proteins.

나노튜브 표면의 소수성은 흡착에 의해 단백질을 고밀도로 고정시키기에는 충분하지 않다. 따라서, 나노튜브 표면의 소수성을 증가시키고, 2차원에서 3차원까지 소수성 환경을 확장시키기 위해, 나노튜브 표면에 다양한 길이의 알킬 사슬을 커플링시켰다. 이러한 알킬 나노튜브에 흡착에 의해 고정되는 단백질에는 트립신, 알칼리 포스파타제, 리파제 및 아비딘이 있다. 이와 같이 고정된 단백질의 효소 활성은 수용액에서 각 기질의 가수분해에 대한 촉매적 효능이 입증되기만 한다면 유리 효소의 효소 활성과 비슷할 것이다.The hydrophobicity of the surface of the nanotubes is not sufficient to fix the protein at high density by adsorption. Thus, in order to increase the hydrophobicity of the nanotube surface and extend the hydrophobic environment from two to three dimensions, alkyl chains of various lengths were coupled to the nanotube surface. Proteins immobilized by adsorption on such alkyl nanotubes include trypsin, alkaline phosphatase, lipase and avidin. This enzymatic activity of the immobilized protein will be similar to the enzymatic activity of the free enzyme, provided that the catalytic efficacy of hydrolysis of each substrate in aqueous solution is demonstrated.

또한, 페닐-알킬 나노튜브는 알킬 사슬의 말단에 페닐 기를 첨가한 알킬 나노튜브로서 제조했다. 이러한 변형은 단백질의 아미노산 페닐알라닌, 타이로신 및 트립토판과 π-π 상호작용을 통해 상호작용하는 방향족 구조를 도입시켰다. 페닐- 알킬 나노튜브 상에 알칼리 포스파타제 및 리파제의 흡착은 C8 알킬 나노튜브 상의 흡착과 비슷한 수준이었다.Phenyl-alkyl nanotubes were also prepared as alkyl nanotubes in which phenyl groups were added at the ends of the alkyl chains. This modification introduces an aromatic structure that interacts via π-π interactions with the amino acids phenylalanine, tyrosine and tryptophan of the protein. Adsorption of alkaline phosphatase and lipase on phenyl-alkyl nanotubes was comparable to that on C 8 alkyl nanotubes.

작용기 부착된 원섬유는 또한 단백질 합성의 고체 지지체로서 유용한 것으로 확인되었다.Functionally attached fibrils have also been found to be useful as solid supports for protein synthesis.

1. 효소의 고체 지지체로서의 작용기 부착된 나노튜브1. Functionally attached nanotubes as solid supports of enzymes

실시예 41Example 41

흡착에 의한 효소 고정화Enzyme Immobilization by Adsorption

알킬 원섬유의 제조Preparation of Alkyl Fibres

알킬 원섬유는, -COOH 기 약 0.007mmol(10mg 원섬유 x 0.7mmol -COOH/mg 원섬유 = 0.007mmol)을 함유하는 카르복시 원섬유 10mg을, EDC(1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드) 0.14mmol 및 DMAP(4-디메틸아미노피리딘) 0.14mmol을 사용하여 1.5ml DMF(N,N-디메틸포름아미드) 중의 알킬아민 0.14mmol과 반응시켜 제조했다. 화학적 반응식은 다음과 같다:Alkyl fibrils are 10 mg of carboxy fibrils containing about 0.007 mmol (10 mg fibrils x 0.7 mmol -COOH / mg fibrils = 0.007 mmol) of -COOH groups, and EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylamino). Propyl) carbodiimide) and 0.14 mmol of DMAP (4-dimethylaminopyridine) with 0.14 mmol of alkylamine in 1.5 ml DMF (N, N-dimethylformamide). The chemical scheme is as follows:

원섬유-COOH + NH2(CH2)nCH2R(R=H 또는 OH) -------> 원섬유-CONH(CH2)nCH2RFibrils-COOH + NH 2 (CH 2 ) n CH 2 R (R = H or OH) -------> Fibrils-CONH (CH 2 ) n CH 2 R

이러한 절차에 따라 알킬 사슬의 길이가 다른(n=5, 7, 9, 17; n=5인 경우에는 R=OH) 여러 알킬 원섬유를 제조했다. 반응물을 상온에서 교반한 후, 원섬유를 3 x 25ml CH2Cl2, 3 x 25ml MeOH 및 3 x 25ml dH2O로 철저하게 세척했다. 원섬유의 질소 함량을 원소 분석한 결과 반응의 수율은 65-100%인 것으로 나타났다.This procedure produced several alkyl fibrils of different alkyl chain lengths (n = 5, 7, 9, 17; R = OH for n = 5). After the reaction was stirred at room temperature, the fibrils were washed thoroughly with 3 x 25 ml CH 2 Cl 2 , 3 x 25 ml MeOH and 3 x 25 ml dH 2 O. Elemental analysis of the nitrogen content of the fibrils showed that the yield of the reaction was 65-100%.

효소 흡착Enzyme adsorption

효소 리파제, 트립신, 알칼리 포스파타제 및 아비딘을 본 실시예의 알킬 원섬유 상에 흡착을 통해 고정시켰다. 알킬 원섬유와 효소를 실온에서 3 내지 4시간 동안 혼합한 뒤, 5mM 인산나트륨(pH 7.1)으로 2 내지 4회 세척했다. 알칼리 포스파타제는 C8-원섬유 및 C6OH-원섬유 상에; 트립신은 C6-, C8-, C10- 및 C18-원섬유 상에; 리파제는 C6OH-, C8-, C10- 및 C18-원섬유 상에; 아비딘은 C8-원섬유 상에 고정되었다. 결과는 다음 표에 정리했다:Enzyme lipase, trypsin, alkaline phosphatase and avidin were immobilized on the alkyl fibrils of this example by adsorption. The alkyl fibrils and enzyme were mixed at room temperature for 3-4 hours and then washed 2-4 times with 5 mM sodium phosphate, pH 7.1. Alkaline phosphatase on C 8 -fibers and C 6 OH-fibers; Trypsin is on C 6- , C 8- , C 10 -and C 18 -fibrils; Lipase on C 6 OH-, C 8- , C 10 -and C 18 -fibers; Avidin was immobilized on C 8 -fibrils. The results are summarized in the following table:

효소enzyme μmol/g 원섬유μmol / g fibril mg/g 원섬유mg / g fibril 리파제Lipase 6.86.8 816816 트립신Trypsin 1.71.7 4040 알칼리 포스파타제Alkaline phosphatase 0.660.66 5656 아비딘Avidin 측정되지 않음Not measured

고정된 효소의 동역학적 성질은 다음 표에 나타낸 바와 같이 자유 효소의 성질과 비슷한 것으로 확인되었다:The kinetic properties of the immobilized enzymes were found to be similar to those of the free enzymes as shown in the following table:

효소enzyme Km(M)K m (M) kcat(s-1)k cat (s -1 ) kcat/Km(M-1s-1)k cat / K m (M -1 s -1 ) 리파제Lipase 40 x 10-6 40 x 10 -6 0.0400.040 0.99 x 103 0.99 x 10 3 리파제-원섬유Lipase-fibrils 36 x 10-6 36 x 10 -6 0.0480.048 1.34 x 103 1.34 x 10 3 트립신Trypsin 1.2 x 10-3 1.2 x 10 -3 4.84.8 4.17 x 103 4.17 x 10 3 트립신-원섬유Trypsin-Fibrillar 7.9 x 10-3 7.9 x 10 -3 19.119.1 2.43 x 103 2.43 x 10 3

기질: temperament:

리파제 1,2-O-디라우릴-rac-글리세로-3-글루타르산 레소루핀 에스테르Lipase 1,2-O-dilauryl-rac-glycero-3-glutaric acid resorphin ester

트립신 N-벤조일-L-아르기닌-p-니트로아닐리드Trypsin N-benzoyl-L-arginine-p-nitroanilide

실시예Example 42 42

원섬유-리파제에 의해 촉매된 에스테르화(에틸 부티레이트의 합성)Esterification catalyzed by fibril-lipase (synthesis of ethyl butyrate)

리파제는 실시예 41의 절차에 따라 C8-알킬 원섬유 상에 고정시켰다. 이러한 리파제 원섬유를 먼저 디옥산으로 세척하고, 다음 디옥산과 헵탄의 혼합물로 세척하고, 마지막으로 헵탄으로 세척하여 헵탄에 원섬유를 분산시켰다. 에틸 부티레이트(파인애플-바나나 향을 제공하는 식품 첨가제)를 합성하기 위하여, 에탄올(0.4M)과 부티르산(0.25M)을 헵탄 중에서 6.2㎛ 원섬유 고정된 리파제와 혼합했다. 반응 혼합물을 실온에서 교반했다. 수율은 7시간이 지나서 60%였다(수율은 기존 방법을 사용하여 반응 혼합물 중의 에탄올 농도를 측정하여 확인했다). 반응 및 결과는 도 8에 도시한 바와 같다. Lipase was immobilized on C 8 -alkyl fibrils following the procedure of Example 41. These lipase fibrils were first washed with dioxane, then with a mixture of dioxane and heptane, and finally with heptane to disperse the fibrils in heptane. To synthesize ethyl butyrate (a food additive providing pineapple-banana flavor), ethanol (0.4M) and butyric acid (0.25M) were mixed with 6.2 μm fibrillar fixed lipase in heptane. The reaction mixture was stirred at room temperature. The yield was 60% after 7 hours (yield was determined by measuring the ethanol concentration in the reaction mixture using conventional methods). The reaction and the results are as shown in FIG.

실시예 43Example 43

페닐-알킬 원섬유 상에 알칼리 포스파타제의 고정화Immobilization of Alkali Phosphatase on Phenyl-Alkyl Fibrils

페닐-알킬 원섬유의 제조Preparation of Phenyl-Alkyl Fibrils

페닐-알킬 원섬유는 다른 2가지 반응에 따라 제조했다. 반응 1에서는 카르복시 원섬유(-COOH 기 약 0.014mmol을 함유한다) 20mg을 1.5ml DMF(N,N-디메틸포름아미드) 중의 0.28mmol 4-페닐부틸아민, 0.28mmol EDC 및 0.28mmol DMAP(4-디메틸아미노피리딘)과 혼합했다. 반응 2에서는 카르복시 원섬유 20mg을 DMF 1.5ml 중의 0.28mmol 6-페닐-1-헥산올, 0.28mmol DCC(1,3-디시클로헥실카르보디이미드) 및 0.28mmol DMAP와 혼합했다. 실온에서 하룻밤 동안 교반하면서 반응시켰다. 그 다 음, 원섬유는 3 x 25ml CH2Cl2, 3 x 25ml MeOH 및 3 x 25ml dH2O로 철저하게 세척했다. Phenyl-alkyl fibrils were prepared according to two other reactions. In Reaction 1, 20 mg of carboxy fibril (containing about 0.014 mmol of -COOH group) was added to 0.28 mmol 4-phenylbutylamine, 0.28 mmol EDC, and 0.28 mmol DMAP in 1.5 ml DMF (N, N-dimethylformamide). Dimethylaminopyridine). In Reaction 2, 20 mg of carboxy fibrils were mixed with 0.28 mmol 6-phenyl-1-hexanol, 0.28 mmol DCC (1,3-dicyclohexylcarbodiimide) and 0.28 mmol DMAP in 1.5 ml of DMF. The reaction was stirred at room temperature overnight. The fibrils were then thoroughly washed with 3 x 25 ml CH 2 Cl 2 , 3 x 25 ml MeOH and 3 x 25 ml dH 2 O.

알칼리 포스파타제 고정된 원섬유의 제조Preparation of Alkali Phosphatase Fixed Fibril

페닐-알킬 원섬유 0.5mg을 0.05M Tris(pH 8.6) 400㎕에 현탁시키고 20분 동안 초음파처리했다. 이러한 원섬유에 알칼리 포스파타제 용액(5mM 인산나트륨 완충액 pH 7.0 중에 1.67mg/ml) 150㎕를 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 2시간 동안 회전시키고 4℃에서 하룻밤 동안 보관했다. 그 다음, 원섬유를 5mM 인산나트륨 완충액(pH7.1) 600㎕로 2회 세척하고, 동일한 완충액 200㎕에 현탁시켰다.0.5 mg of phenyl-alkyl fibrils were suspended in 400 μl of 0.05 M Tris pH 8.6 and sonicated for 20 minutes. 150 μl of alkaline phosphatase solution (1.67 mg / ml in 5 mM sodium phosphate buffer pH 7.0) was added to this fibril and the mixture was spun at room temperature for 2 hours and stored at 4 ° C. overnight. The fibrils were then washed twice with 600 [mu] l of 5 mM sodium phosphate buffer (pH7.1) and suspended in 200 [mu] l of the same buffer.

촉매 활성의 측정에 의해 특이적으로 고정된 알칼리 포스파타제의 정량Quantification of Specificly Fixed Alkali Phosphatase by Measurement of Catalytic Activity

알칼리 포스파타제는 기질인 p-니트로페닐 포스페이트와 반응하여 405nm에서 광을 흡수하는, 흡광 계수가 18,200M-1cm-1인 유색 화합물을 방출한다. 이 반응의 분석 완충액 조건은 10mM Tris, 1mM CaCl2 및 0.1mM ZnCl2, pH 8.4였다. 이 반응은 1ml 큐벳에서 니트로페닐 포스페이트 스톡 용액(분석 완충액 중의 33% DMSO 중에 0.5M) 5㎕와 1ml 분석 완충액 중의 알칼리 포스파타제 원섬유 13㎍을 혼합하여 실시했다. 405nm에서의 흡광도 증가는 10분 동안 경시적 스캔을 통해 모니터했다. 효소 활성(μM/min)은 흡광 계수 18200M-1cm-1를 사용하여 초기 기울기로부터 계산했다. Alkali phosphatase emits a colored compound having an extinction coefficient of 18,200 M −1 cm −1 , which reacts with the substrate p-nitrophenyl phosphate to absorb light at 405 nm. Assay buffer conditions for this reaction were 10 mM Tris, 1 mM CaCl 2 and 0.1 mM ZnCl 2 , pH 8.4. This reaction was carried out in a 1 ml cuvette by mixing 5 μl of nitrophenyl phosphate stock solution (0.5 M in 33% DMSO in assay buffer) with 13 μg of alkaline phosphatase fibrils in 1 ml assay buffer. Absorbance increase at 405 nm was monitored via timed scan for 10 minutes. Enzyme activity (μM / min) was calculated from the initial slope using the extinction coefficient 18200M -1 cm -1 .

반응 1로부터 페닐 원섬유에 흡착된 알칼리 포스파타제는 활성이 13㎍ 원섬 유당 6.95μM/min이었다. 반응 2로부터 페닐 원섬유에 흡착된 알칼리 포스파타제는 활성이 13㎍ 원섬유 당 2.58μM/min이었다. 이러한 결과를 동일한 분석 조건 하에서 1μM 알칼리 포스파타제당 879.8μM/min로 측정된, 농도가 공지된 알칼리 포스파타제 용액의 활성을 나눈 결과, 각각 원섬유 1g당 활성 알칼리 포스파타제 농도는 0.63μmol(또는 54mg) 및 0.23μmol(또는 20mg)이었다.The alkaline phosphatase adsorbed to the phenyl fibril from reaction 1 had an activity of 6.95 µM / min of 13 µg raw island lactose. Alkali phosphatase adsorbed to phenyl fibril from reaction 2 had an activity of 2.58 μM / min per 13 μg fibrils. These results were divided by the activity of known alkaline phosphatase solutions, measured at 879.8 μM / min per 1 μM alkaline phosphatase under the same analytical conditions. μmol (or 20 mg).

실시예 44Example 44

페닐 알킬 원섬유 상에 리파제의 고정화Immobilization of Lipase on Phenyl Alkyl Fibrils

리파제 고정된 원섬유의 제조Preparation of Lipase Fixed Fibril

페닐-알킬 원섬유 0.5mg을 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1) 50㎕에 현탁시키고 20분 동안 초음파 처리했다. 이 원섬유에 리파제 용액(5mM 인산나트륨 완충액, pH 7.1 중에 0.2mM) 350㎕를 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 5시간 동안 회전시킨 뒤, 4℃에서 하룻밤 동안 보관했다. 원섬유를 그 다음 5mM 인산나트륨 완충액(pH 7.1) 600㎕로 3회 세척하고, 이 완충액 200㎕에 현탁시켰다.0.5 mg of phenyl-alkyl fibrils were suspended in 50 μl of 5 mM sodium phosphate buffer, pH 7.1 and sonicated for 20 minutes. To the fibrils were added 350 μl of lipase solution (0.2 mM in 5 mM sodium phosphate buffer, pH 7.1) and the mixture was spun at room temperature for 5 hours and then stored at 4 ° C. overnight. The fibrils were then washed three times with 600 μl 5 mM sodium phosphate buffer (pH 7.1) and suspended in 200 μl of this buffer.

특이적으로 고정된 Specifically fixed 리파제의Lipase 촉매 활성의 측정을 통한 정량분석 Quantitative analysis by measuring catalytic activity

리파제는 기질 1,2-o-디라우릴-rac-글리세로-3-글루타르산-레소루핀 에스테르(Boehringer Mannheim, 1179943)와 반응하여 572nm에서 광을 흡수하는, 흡광 계수가 60,000M-1cm-1인 유색 화합물을 생산한다. 이 반응의 분석 완충액 조건은 0.1M KH2PO4, pH 6.8이었다. 이 반응은 1ml 큐벳에서 기질 스톡 용액(Thesit 중의 50% 디옥산 중에 7.6mM) 5㎕와 1ml 분석 완충액 중의 알칼리 포스파타제 원섬유 13㎍을 혼합하여 실시했다. 572nm에서의 흡광도 증가는 10분 동안 경시적 스캔을 통해 모니터했다. 효소 활성(μM/min)은 흡광 계수 60,000M-1cm-1를 사용하여 초기 기울기로부터 계산했다. Lipase reacts with substrate 1,2-o-dilauryl-rac-glycero-3-glutaric acid-resorufine ester (Boehringer Mannheim, 1179943) to absorb light at 572 nm with an absorption coefficient of 60,000 M -1 cm It produces colored compounds that are -1 . Analytical buffer conditions of this reaction were 0.1M KH 2 PO 4 , pH 6.8. This reaction was performed by mixing 5 μl of substrate stock solution (7.6 mM in 50% dioxane in Thesit) and 13 μg of alkaline phosphatase fibrils in 1 ml assay buffer in 1 ml cuvette. Absorbance increase at 572 nm was monitored via timed scan for 10 minutes. Enzyme activity (μM / min) was calculated from the initial slope using an extinction coefficient of 60,000 M −1 cm −1 .

실시예 43의 반응 1로부터 페닐알킬 원섬유에 흡착된 리파제의 활성은 13㎍ 원섬유당 0.078μM/min이었다. 실시예 43의 반응 2로부터 페닐알킬 원섬유에 흡착된 리파제의 활성은 13㎍ 원섬유 당 0.054μM/min이었다. 이러한 결과를, 동일한 분석 조건 하에서 1μM 리파제당 1.3μM/min로 측정된, 농도가 공지된 리파제 용액의 활성을 나눈 결과, 각각 원섬유 1g당 활성 리파제 농도는 4.7μmol(또는 564mg) 및 3.3μmol(또는 396mg)이었다. The activity of the lipase adsorbed on the phenylalkyl fibrils from reaction 1 of Example 43 was 0.078 μM / min per 13 μg fibrils. The activity of the lipase adsorbed on the phenylalkyl fibrils from reaction 2 of Example 43 was 0.054 μM / min per 13 μg fibrils. These results were obtained by dividing the activity of known lipase solutions with known concentrations, measured at 1.3 μM / min per 1 μM lipase under the same assay conditions, with active lipase concentrations of 4.7 μmol (or 564 mg) and 3.3 μmol, Or 396 mg).

실시예 45Example 45

아미노 알킬 변형된 원섬유 상에 양고추냉이 퍼옥시다제(HRP)의 고정화Immobilization of Horseradish Peroxidase (HRP) on Amino Alkyl Modified Fibrils

카르복시산 작용기 부착된 원섬유의 제조(카르복시 원섬유)Preparation of Fibrils with a Carboxylic Acid Functional Group (Carboxy fibrils)

농황산 450ml에 흑연 원섬유 10.0g 시료를 스패튤라로 혼합하여 슬러리화한 다음, 유입구/배출구 및 상부 교반기가 장착된 반응기 플라스크에 주입했다. 교반과 저속의 아르곤류 하에서, NaClO3 8.68g의 충전량을 실온에서 24시간 동안에 걸쳐 분할 첨가했다. 전 실험 과정동안 발생된 염소 증기는 반응기로부터 수성 NaOH 트랩으로 제거되었다. 실험 마지막에 원섬유 슬러리를 얼음 조각 위에 쏟아붓고, 진공 여과했다. 여과 케익을 그 다음 속슬렛 팀블로 옮겨서, 속실렛 추출기에서 탈이온수로 세척하고 수시간마다 새 물로 교환해 주었다. 새로운 탈이온수를 첨가했을 때 원섬유 시료가 물의 pH를 변화시키지 않을 때까지 세척을 계속했다. 카르복시화된 원섬유는 여과 수거하고 100℃, 5" 진공 하에서 하룻밤 동안 건조했다. 수율은 10.0g이었다.A sample of 10.0 g of graphite fibril was mixed with a spatula in 450 ml of concentrated sulfuric acid and slurried, and then injected into a reactor flask equipped with an inlet / outlet and an upper stirrer. Under stirring and slow argon, a charge of 8.68 g of NaClO 3 was added in portions over 24 hours at room temperature. Chlorine vapors generated during the entire experiment were removed from the reactor with an aqueous NaOH trap. At the end of the experiment, the fibril slurry was poured onto ice cubes and vacuum filtered. The filter cake was then transferred to Soxhlet Tim, washed with deionized water in a Soxhlet extractor and replaced with fresh water every few hours. Washing was continued until fresh deionized water was added until the fibril sample did not change the pH of the water. The carboxylated fibrils were collected by filtration and dried overnight under vacuum at 5 ° C. at 100 ° C. The yield was 10.0 g.

HRP 고정된 원섬유의 제조Preparation of HRP Fixed Fibril

실시예 27의 방법을 사용하여 1,6-디아미노헥산으로부터 제조한 아미노 원섬유(1.2mg)를 접합 완충액(0.1M NaHCO3, 0.9% NaCl, pH 9.5)에 첨가하고, 현탁액을 20분 동안 초음파처리했다. 그 다음, 원섬유를 에펜도르프 튜브에서 접합 완충액으로 2회 세척하고, 430㎕ 접합 완충액에 현탁시켰다. 현탁액 50㎕ 분량을 50㎕ 탈이온수에 용해된 4.0mg 활성 HRP(Pierce, Rockford, IL)와 혼합하고, 수득되는 현탁액을 4℃에서 하룻밤 동안 회전시켰다. HRP 접합된 원섬유는 에펜도르프 원심분리관에서 다음과 같은 용액의 조합으로 철저하게 세척했다; 접합 완충액, 세척 완충액(20mM KH2PO4, 0.45% NaCl, pH 6.2), 0.03 내지 0.1% Triton X-100을 함유하는 세척 완충액 및 50% 에틸렌 글리콜을 함유하는 세척 완충액. 대조군으로서, 활성 HRP를 이용한 동일한 조작을 기본(비유도체화된) 원섬유를 가지고 수행한 결과, 아미노 원섬유에 대한 HRP의 부착은 실제로 특이적 공유 결합이었음을 나타냈다.Amino fibrils (1.2 mg) prepared from 1,6-diaminohexane were added to the conjugate buffer (0.1M NaHCO 3 , 0.9% NaCl, pH 9.5) using the method of Example 27 and the suspension was added for 20 minutes. Ultrasonicated. The fibrils were then washed twice with conjugation buffer in an Eppendorf tube and suspended in 430 μL conjugation buffer. 50 μl portions of the suspension were mixed with 4.0 mg active HRP (Pierce, Rockford, IL) dissolved in 50 μl deionized water and the resulting suspension was spun at 4 ° C. overnight. HRP conjugated fibrils were thoroughly washed in an Eppendorf centrifuge tube with a combination of the following solutions; Conjugation buffer, wash buffer (20 mM KH 2 PO 4 , 0.45% NaCl, pH 6.2), wash buffer containing 0.03 to 0.1% Triton X-100 and wash buffer containing 50% ethylene glycol. As a control, the same manipulation with active HRP was performed with the base (non-derivatized) fibrils, indicating that the attachment of HRP to amino fibrils was actually specific covalent bonds.

촉매 활성의 측정을 통한 특이적 고정화된 HRP의 정량분석Quantification of Specific Immobilized HRP by Measurement of Catalytic Activity

철저한 세척은 비특이적으로 결합된 효소의 대부분을 제거했다. 고정된 활성 HRP는 H2O2 및 발색성 기질 2,2'-아지노-비스(3-에틸벤즈티아졸린-6-설폰산), 이암모늄염(ABTS)을 사용하여 기질 변환율을 통해 정량분석했다. HRP의 촉매 활성은 기 질로서 100μM H2O2와 30μM ABTS를 사용하여 414nm에서 분광분석으로 모니터했다. 이러한 예비 연구에서 아미노 원섬유에 결합된 효소의 총 함량은 원섬유 1g당 0.0230μmol HRP였다. 비교용으로, 대조군(기본 원섬유)에는 원섬유 1g당 0.0048μmol HRP가 비특이적으로 결합했다. 이를 제외하면, 공유(특이적으로) 부착된 HRP의 함량은 0.0182μmol/g(원섬유)이었다.Thorough washing removed most of the nonspecifically bound enzymes. Fixed active HRP was quantitated via substrate conversion using H 2 O 2 and a chromogenic substrate 2,2′-azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid), disoammonium salt (ABTS). The catalytic activity of HRP was monitored spectroscopically at 414 nm using 100 μM H 2 O 2 and 30 μM ABTS as substrates. In this preliminary study, the total content of enzyme bound to amino fibrils was 0.0230 μmol HRP per gram of fibrils. For comparison, the control (basic fibrils) had nonspecific binding of 0.0048 μmol HRP per gram of fibrils. Except for this, the content of covalently (specifically) attached HRP was 0.0182 μmol / g (fibrils).

실시예 46Example 46

고정된 효소 억제제를 보유한 원섬유 상에서 알칼리 포스파타제(AP)와 β-갈락토시다제(βG)의 친화성 크로마토그래피 분리Affinity Chromatographic Separation of Alkaline Phosphatase (AP) and β-Galactosidase (βG) on Fibrillars with Immobilized Enzyme Inhibitor

알칼리 alkali 포스파타제Phosphatase 억제제  Inhibitor 원섬유의Fibril 제조 Produce

AP 억제제 변형된 원섬유의 제조는 문헌[Brenna et al.(1975), Biochem J., 151:291-296]의 방법을 기초로 했다. 카르복시화된 원섬유는 이하 실시예 50에 기술된 바와 같이 NHS 에스테르 원섬유를 제조하는데 사용되었다. NHS 에스테르 원섬유(114mg)는 4ml 아세톤에 현탁시키고 10당량(원섬유 1g당 0.7meq NHS 에스테르라는 계산에 기초하여)의 티라민을 첨가했다. 무수 트리에틸아민(10당량)을 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 3시간 동안 교반했다. 티라미닐 원섬유를 소결 유리 깔대기에서 진공하에, 먼저 아세톤으로 세척하고, 그 다음 탈이온수로 철저하게 세척했다.Preparation of AP inhibitor modified fibrils was based on the method of Brenna et al. (1975), Biochem J. , 151: 291-296. Carboxylated fibrils were used to prepare NHS ester fibrils as described in Example 50 below. NHS ester fibril (114 mg) was suspended in 4 ml acetone and 10 equivalents of tyramine (based on the calculation of 0.7 meq NHS ester per gram of fibril) was added. Anhydrous triethylamine (10 equiv) was added and the mixture was stirred at rt for 3 h. The tiraminil fibrils were first washed with acetone under vacuum in a sintered glass funnel and then thoroughly with deionized water.

4-(p-아미노페닐아조)-페닐아르손산(66mg)은 1N HCl 4ml에 현탁시켰다. 이 현탁액을 4℃까지 냉각시키고 0.5M NaNO2 0.36ml와 천천히 혼합했다. 15분 후, 아르 손산/NaNO2 혼합물을, 0.1M NaCO3(pH 10.0) 10ml에 현탁시킨 티라미닐 원섬유에 첨가했다. 이 반응 혼합물(pH 약 10)을 하룻밤 동안 4℃에서 교반했다. 원섬유를 그 다음 용출물이 투명해질 때까지 0.1M Na2CO3(pH 10.0), 8M 구아니딘 HCl, 25mM NaOH 및 물로 순차 세척했다. AP-억제제 원섬유에 존재하는 비소의 원자 흡수 분석은 갈브레이스 래보러토리즈(Knoxville, TN)에서 수행하게 했다. 비소 1원자를 함유하는 측쇄를 보유한 AP 억제제 원섬유는 원자 흡수 분석 결과 임의의 비소 함량이 0.4%인 것으로 관찰되었다. 이는 계산된 초기 COOH 기의 약 10%가 이러한 다단계 합성에 따라 AP 억제제로 변환되었음을 나타낸다. 원섬유 표면적을 기초로 하면, 표면적 500Å2당 하나의 억제제 분자(효소 결합 부위)가 존재한다는 것을 의미한다.4- (p-aminophenylazo) -phenylarsonic acid (66 mg) was suspended in 4 ml of 1N HCl. The suspension was cooled to 4 ° C. and slowly mixed with 0.36 ml of 0.5 M NaNO 2 . After 15 minutes, an arsonic acid / NaNO 2 mixture was added to the tiraminil fibrils suspended in 10 ml of 0.1 M NaCO 3 (pH 10.0). The reaction mixture (pH about 10) was stirred at 4 ° C. overnight. The fibrils were then washed sequentially with 0.1 M Na 2 CO 3 (pH 10.0), 8 M guanidine HCl, 25 mM NaOH and water until the eluate became clear. Atomic absorption analysis of arsenic present in AP-inhibitor fibrils was performed at Galbrain Laboratories (Knoxville, TN). AP inhibitor fibrils with side chains containing one atom of arsenic were found to have an optional arsenic content of 0.4% in atomic absorption analysis. This indicates that about 10% of the calculated initial COOH groups were converted to AP inhibitors following this multistep synthesis. Based on the fibrous surface area, it means that there is one inhibitor molecule (enzyme binding site) per 500 m 2 surface area.

β-갈락토시다제 억제제 원섬유의 제조Preparation of β-galactosidase inhibitor fibrils

p-아미노-페닐-β-D-티오갈락토사이드(TPEG) 유도체화된 원섬유는 울만[Ullman, (1984) Gene, 29: 27-31]의 방법에 기초하여 제조했다. 탈이온수 0.2ml 중의 카르복시화된 원섬유 8mg에 TPEG 2.24mg을 첨가했다. 이 현탁액의 pH를 0.1M HCl로 4.0으로 조정하고, EDAC 15mg을 첨가했다. 이 혼합물을 pH 4.0, 실온에서 3시간 동안 교반했다. 에펜도르프 관에서 고속 원심분리하고 액체를 제거하여 반응을 정지시켰다. 탈이온수에 재현탁 및 원심분리를 반복하여 β-갈락토시다제 억제제 원섬유를 5회 세척했다. p-amino-phenyl-β-D-thiogalactoside (TPEG) derivatized fibrils were prepared based on the method of Ullman, (1984) Gene , 29: 27-31. 2.24 mg of TPEG was added to 8 mg of carboxylated fibril in 0.2 ml of deionized water. The pH of this suspension was adjusted to 4.0 with 0.1 M HCl and 15 mg of EDAC was added. The mixture was stirred at pH 4.0 at room temperature for 3 hours. The reaction was stopped by high speed centrifugation in an Eppendorf tube and removal of liquid. The β-galactosidase inhibitor fibrils were washed five times by resuspending and centrifuging in deionized water.

친화성 분리Affinity separation

대장균 유래의 알칼리 포스파타제(AP)(타입 III; Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) 및 β-갈락토시다제(βG)(대장균 유래; Calbiochem., La Jolla, CA)의 혼합물을 에펜도르프 미세원심분리기 관에 담긴 AP-억제제 원섬유 또는 βG 억제제 원섬유 상에서 회분식으로 분리했다. 친화성 분리를 위해, AP(일반적으로 약 10 유닛) 및 βG(일반적으로 약 280 유닛)를 모두 함유하는 적재 완충액(20mM Tris, 10mM MgCl, 1.6M NaCl, 10mM 시스테인, pH 7.4) 용액 1.0ml를 AP-억제제 원섬유 또는 βG 억제제 원섬유 0.8 내지 1.0mg에 첨가했다. 수득되는 현탁액을 부드럽게 볼텍싱한 후, 실온에서 2시간 동안 회전시켰다. 효소 결합 후, 원섬유를 탁상용 원심분리기로 순간 원심분리하여 원섬유를 침강시키고, 결합되지 않은 효소를 함유하는 액체상을 회수하여 효소 분석을 위해 보관해 두었다. 적재 완충액으로의 세척(7 x 1.0ml)은 반복된 완충액 첨가, 부드러운 볼텍싱, 15분 회전, 순간 원심분리 및 파스쳐 피펫으로의 용매 제거를 통해 실시했다. 7회 세척 후, βG 억제제 원섬유에 적당한 용출 완충액(100mM 붕산나트륨, 10mM 시스테인, pH 10.0) 또는 AP 억제제 원섬유에 적당한 용출 완충액(40mM NaHPO4, 10mM Tris, 1.0mM MgCl2, 0.1mM ZnCl2, pH 8.4)으로 동일한 조작을 반복 수행했다(5 x 1.0mL).A mixture of E. coli-derived alkaline phosphatase (AP) (type III; Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) and β-galactosidase (βG) (derived E. coli; Calbiochem., La Jolla, CA) Batch separation was carried out on AP-inhibitor fibrils or βG inhibitor fibrils in a microcentrifuge tube. For affinity separation, 1.0 ml of a loading buffer (20 mM Tris, 10 mM MgCl, 1.6 M NaCl, 10 mM cysteine, pH 7.4) solution containing both AP (typically about 10 units) and βG (typically about 280 units) was added. 0.8-1.0 mg of AP-inhibitor fibrils or βG inhibitor fibrils were added. The resulting suspension was gently vortexed and then spun for 2 hours at room temperature. After enzymatic binding, the fibrils were instantaneously centrifuged in a tabletop centrifuge to precipitate the fibrils, and the liquid phase containing the unbound enzyme was recovered and stored for enzymatic analysis. Washing with loading buffer (7 × 1.0 ml) was performed through repeated buffer addition, gentle vortexing, 15 minute rotation, flashing centrifugation and solvent removal with a parser pipette. After 7 washes, elution buffer appropriate for βG inhibitor fibrils (100 mM sodium borate, 10 mM cysteine, pH 10.0) or elution buffer appropriate for AP inhibitor fibrils (40 mM NaHPO 4 , 10 mM Tris, 1.0 mM MgCl 2 , 0.1 mM ZnCl 2 , pH 8.4), and the same operation was repeated (5 x 1.0 mL).

모든 분획(미결합된 효소, 세척물 및 용출물)을 AP 및 βG 활성에 대해 분석했다. 알칼리 포스파타제 활성은 500μM p-니트로-페닐포스페이트(PNPP)의 가수분해 속도를 410nm에서 분광분석적으로 모니터하여 측정했다(Δε=18,000M-1cm-1). 알칼리 포스파타제 활성 측정은 10mM Tris, 1.0mM MaCl2 및 0.1mM ZnCl2(pH 8.4)에서 실시했다. β-갈락토시다제는 2-니트로-갈락토-β-D-피라노사이드(ONPG)를 가수분 해하는 효소의 활성을 분광분석적으로 모니터하여 측정했다. 5.0mM ONPG의 β-갈락토시다제 촉매된 가수분해의 초기 속도는 10mM Tris, 10mM MgCl2, 1.6M NaCl, 10mM 시스테인, pH 7.4에서 405nm(Δε=3500M-1cm-1)에서 측정했다. All fractions (unbound enzymes, washes and eluates) were analyzed for AP and βG activity. Alkali phosphatase activity was determined by spectroscopically monitoring the hydrolysis rate of 500 μM p-nitro-phenylphosphate (PNPP) at 410 nm (Δε = 18,000 M −1 cm −1 ). Alkali phosphatase activity measurements were performed on 10 mM Tris, 1.0 mM MaCl 2 and 0.1 mM ZnCl 2 (pH 8.4). β-galactosidase was determined by spectroscopically monitoring the activity of an enzyme that hydrolyzes 2-nitro-galacto-β-D-pyranoside (ONPG). Initial rates of β-galactosidase catalyzed hydrolysis of 5.0 mM ONPG were measured at 405 nm (Δε = 3500 M −1 cm −1 ) at 10 mM Tris, 10 mM MgCl 2 , 1.6M NaCl, 10 mM cysteine, pH 7.4.

AP 억제제 원섬유 및 βG 억제제 원섬유를 위해, AP 및 βG의 혼합물을 첨가했다. 특이적인 결합능의 측정을 용이하게 하기 위하여, 첨가된 효소의 농도는 고정된 억제제 농도보다 상당한 초과량으로 첨가했다. AP 억제제 원섬유에서는 0.550μmol AP/g 원섬유가 결합되었다(0.020 μmol βG/g 원섬유의 비특이적 결합과 대조적으로). βG 억제제 원섬유에서는 결합능이 0.093μmol βG/g 원섬유(0.012μmol AP/g 원섬유인 비특이적 결합과 대조적으로)인 것으로 측정되었다. 친화성 크로마토그래피 실험의 결과는 도 9 및 도 10에 제시했다. AP 억제제 원섬유는 βG에 인식할 수 있을 정도로 결합하지 않았지만, AP에는 결합했고, 이 AP는 40mM 인산염, 경쟁 억제제를 완충액에 첨가했을 때 특이적으로 용출되었다(도 9). βG로 유도체화된 원섬유는 상당량의 AP에 결합하지 않았지만 βG에는 결합했고, 이 βG는 효소-억제제 결합을 약화시키기 위해 pH를 상승시켰을 때 특이적으로 용출되었다(도 10). 이러한 결과는 억제제가 원섬유에 성공적으로 공유 부착되었고, 고정된 억제제가 큰 분자에 접근할 수 있으며, 억제제가 특정 효소 결합에 이용가능하며, 특이적으로 용출되었을 때 효소가 활성 상태를 유지한다는 것을 보여준다. 도 10에서 관찰되듯이, βG 억제제 원섬유로부터는 βG가 지속적으로 침출되는 것으로 나타난다. 이와 같은 현상은 AP 억제제 원섬유의 경우에는 관찰되지 않았는 바(도 9), 원섬유의 단점이라기보다는 타고난 효소-억제제 친화성이 약하기 때문인 결과라고 생각된다.For AP inhibitor fibrils and βG inhibitor fibrils, a mixture of AP and βG was added. To facilitate the measurement of specific binding capacity, the concentration of added enzyme was added in significant excess than the fixed inhibitor concentration. In the AP inhibitor fibrils 0.550 μmol AP / g fibrils were bound (as opposed to the nonspecific binding of 0.020 μmol βG / g fibrils). In the βG inhibitor fibrils, the binding capacity was determined to be 0.093 μmol βG / g fibrils (as opposed to the nonspecific binding of 0.012 μmol AP / g fibrils). The results of the affinity chromatography experiments are presented in FIGS. 9 and 10. AP inhibitor fibrils did not bind βG recognizably, but they bound AP, which was specifically eluted when 40 mM phosphate, a competitive inhibitor, was added to the buffer (FIG. 9). The fibrils derivatized with βG did not bind significant amounts of AP but bound βG, which was specifically eluted when the pH was raised to weaken enzyme-inhibitor binding (FIG. 10). These results indicate that the inhibitor has been successfully covalently attached to the fibrillar, the immobilized inhibitor can access large molecules, the inhibitor is available for specific enzyme binding, and the enzyme remains active when specifically eluted. Shows. As observed in FIG. 10, βG appears to be continuously leached from the βG inhibitor fibrils. This phenomenon was not observed in the case of AP inhibitor fibrils (Fig. 9), it is thought that the result is due to the weak innate enzyme-inhibitor affinity rather than the disadvantage of fibrils.

2. 항체용 고체 지지체로서 작용기 부착된 나노튜브2. Nanotubes with Functional Groups as Solid Supports for Antibodies

항체는 작용기 부착된 나노튜브 위에 고정될 수 있고, 이러한 항체 나노튜브는 중량 기준의 높은 표면적, 전기 전도성 및 화학적 및 물리적 안정성으로 인해 많은 이용분야에서 독특한 장점을 나타낸다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 항체 나노튜브는 분자 분리용 친화성 시약으로서 사용될 수 있다. 또한, 항체 나노튜브는 ECL계 면역분석법과 같은 진단 면역분석법을 비롯한 분석 용도에도 유용하다.Antibodies can be immobilized on functionally attached nanotubes, and these antibody nanotubes have been found to exhibit unique advantages in many applications due to their high surface area, electrical conductivity and chemical and physical stability on a weight basis. For example, antibody nanotubes can be used as affinity reagents for molecular separation. Antibody nanotubes are also useful for analytical applications, including diagnostic immunoassays such as ECL immunoassays.

항체는 공유 결합 또는 비공유 흡착을 통해 고정될 수 있다. 공유적 고정화는 다음과 같은 다양한 방법에 의해 달성될 수 있다: 항체 탄수화물 기의 환원적 아민화, 카르복시화된 원섬유의 NHS 에스테르 활성화(상기 실시예 27 참조) 및 환원 또는 말레이미도 변형된 항체와 티올화 또는 말레이미도화 원섬유의 반응(상기 실시예 23 및 25 참조). Antibodies can be immobilized via covalent or non-covalent adsorption. Covalent immobilization can be achieved by a variety of methods, including: reductive amination of antibody carbohydrate groups, NHS ester activation of carboxylated fibrils (see Example 27 above) and reduced or maleimido modified antibodies; Reaction of thiolated or maleimidized fibril (see Examples 23 and 25 above).

나노튜브에 항체를 부착시키는 최상의 방법은 이 복합체가 사용되는 용도에 따라 달라진다. 분리용인 경우에는 바람직한 방법은 비공유 흡착인데, 그 이유는 이 방법에서 단백질 결합능이 가장 높은 것으로 보이기 때문이다. 원섬유의 전기전도성이 중요할 수 있는 ECL을 수반하는 방법에서는 공유적 방법이 바람직할 수 있다(알킬 부가물은 약한 전기 전도체로서, 원섬유를 절연시킬 것으로 예상된다). 환원적 아민화는 항체를 원섬유에 공유 부착시키는데 최상의 방법일 수 있는데, 그 이유는 이 방법을 사용하면 항체의 결합 부위가 외측(원섬유 반대)으로 향하도록 항체가 정확하게 배향되기 때문이다.The best way to attach antibodies to nanotubes depends on the use in which the complex is used. For separation, the preferred method is non-covalent adsorption because it appears to have the highest protein binding capacity in this method. Covalent methods may be preferred in methods involving ECL where the electrical conductivity of the fibrils may be important (the alkyl adduct is a weak electrical conductor, which is expected to insulate the fibrils). Reductive amination may be the best method for covalent attachment of an antibody to fibrillar, because using this method the antibody is oriented correctly such that the binding site of the antibody is directed outwards (opposite to the fibrillar).

3. 작용기 부착된 나노튜브에 NAD3. NAD on functionally attached nanotubes ++ 의 첨가Addition of

NAD+와 같은 보조인자는 효소 보조인자에 결합하는 단백질의 생물특이적 친화성 크로마토그래피용 고체 지지체에 첨가되어 고체 지지체로서 사용될 수 있는 것으로 발견되었다. 예를 들어, NAD+ 원섬유는 탈수소효소의 정제용 고체 지지체로서 사용되었다. 원섬유 이용의 주요 장점은 접근할 수 있는 표면적이 넓다는 점이다. 표면적이 넓은 친화성 기질은 잠재능이 많기 때문에 바람직하다. 원섬유는 컬럼이나 매트에 느슨하게 분산되어 있거나 고정되어 있을 수 있다.It has been found that cofactors such as NAD + can be added to solid supports for biospecific affinity chromatography of proteins that bind enzyme cofactors and used as solid supports. For example, NAD + fibrils were used as a solid support for purification of dehydrogenases. The main advantage of the use of fibres is the large accessible surface area. Affinity substrates with large surface areas are preferred because of their high potential. The fibrils may be loosely dispersed or fixed in the column or mat.

실시예 47Example 47

NADNAD ++ 원섬유에서 탈수소효소의 친화성 크로마토그래피 분리 Affinity Chromatography Separation of Dehydrogenase from Fibrils

NADNAD ++ 원섬유의 제조Preparation of fibril

원섬유는 실시예 14 및 15에 따라 산화하여 카르복시 기를 도입시켰다. 원섬유(31mg)를 중탄산나트륨 용액(3ml, 0.2M, pH 8.6)에 현탁시킨 현탁액에 N6-[아미노헥실]카르바모일메틸)-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오타이드 리튬 염 용액(5ml 중탄산나트륨 용액 중에 Sigma 제품 25mg)을 첨가했다. 이 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안 교반했다. 산물인 원섬유를 물, N,N-디메틸포름아미드 및 메탄올로 충분히 세척했다. 원소 분석 데이터에서는 산물인 원섬유가 질소 분석 시 원섬유 1g 당 NAD 분자 130mmol을 함유하고, 인 분석 시 원섬유 1g당 NAD 분자 147mmol을 함유한다는 것을 보여주었다. 아미노 기로 종결되는 링커를 보유한 다른 NAD+ 유사체도 NAD+ 원섬유를 제조하는데 사용될 수 있다.Fibrils were oxidized according to Examples 14 and 15 to introduce carboxy groups. In a suspension suspended in fibrillar (31 mg) in sodium bicarbonate solution (3 ml, 0.2 M, pH 8.6) N 6- [aminohexyl] carbamoylmethyl) -nicotinamide adenine dinucleotide lithium salt solution (in 5 ml sodium bicarbonate solution) 25 mg of Sigma) was added. The reaction mixture was stirred at rt overnight. The product fibrils were washed sufficiently with water, N, N-dimethylformamide and methanol. Elemental analysis data showed that the product fibril contains 130 mmol of NAD molecules per gram of fibril in nitrogen analysis, and 147 mmol of NAD molecules per gram of fibril in phosphorous analysis. Other NAD + analogs with linkers terminated with amino groups can also be used to make NAD + fibrils.

친화성 분리Affinity separation

NAD+ 고정된 원섬유(0.26mg) 및 기본 원섬유(0.37mg)를 인산나트륨(1ml, 0.1M, pH7.1) 중의 0.1% 폴리에틸렌 글리콜(PEG, MW1000)과 함께 40℃에서 30분 동안 초음파처리한 후, 40℃에서 30분 동안 항온배양했다. 이 원섬유 현탁액을 원심분리하고 상청액을 제거했다. 원섬유를 0.1% PEG(1000) 인산나트륨 완충액 중의 L-젖산염 탈수소효소(LDH) 혼합물(250㎕, LDH 용액 대 0.1% PEG 완충액의 비는 1:1이다)과 4℃에서 90분 동안 항온처리했다. 그 다음, 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 평형화했다. LDH와 원섬유의 항온처리 후, 원섬유를 인산나트륨 완충액 중의 0.1% PEG(1000)(5X 1000㎕)로 세척하고, 세척마다 회전을 15분간 실시했다. LDH는 0.1% PEG(1000) 인산나트륨 완충액 중의 5mM NADH 용액(5mM 3X 1000㎕)으로 용출시켰다. 각 용출 동안 원섬유는 15분 동안 회전시켰다. 용출물 중의 LDH 활성은 피루베이트 환원 동안에 340nm의 흡광도 변화를 측정하여 분석했다. 분석 혼합물은 인산나트륨 완충액 중의 0.1% PEG(1000) (980㎕), 피루베이트(3.3㎕, 100mM 스톡 용액) 및 각 용출 분획(16.7㎕)을 함유했다. 효소 반응은 다음과 같다:NAD + immobilized fibrils (0.26 mg) and basic fibrils (0.37 mg) were sonicated at 40 ° C. for 30 minutes with 0.1% polyethylene glycol (PEG, MW1000) in sodium phosphate (1 ml, 0.1 M, pH7.1). After treatment, the cells were incubated at 40 ° C. for 30 minutes. This fibril suspension was centrifuged and the supernatant was removed. The fibrils were incubated for 90 minutes at 4 ° C. with a mixture of L-lactate dehydrogenase (LDH) in 0.1% PEG (1000) sodium phosphate buffer (250 μl, ratio of LDH solution to 0.1% PEG buffer is 1: 1). did. This mixture was then equilibrated for 30 minutes at room temperature. After incubation of the LDH and the fibrils, the fibrils were washed with 0.1% PEG (1000) (5 × 1000 μl) in sodium phosphate buffer and spun for 15 minutes per wash. LDH was eluted with a 5 mM NADH solution (5 mM 3 × 1000 μl) in 0.1% PEG (1000) sodium phosphate buffer. During each elution the fibrils were spun for 15 minutes. LDH activity in the eluate was analyzed by measuring the change in absorbance at 340 nm during pyruvate reduction. The assay mixture contained 0.1% PEG (1000) (980 μl), pyruvate (3.3 μl, 100 mM stock solution) and each elution fraction (16.7 μl) in sodium phosphate buffer. The enzymatic reaction is as follows:

LDHLDH

피루베이트 + NADH -------------> 젖산염 탈수소효소 + NAD+ Pyruvate + NADH -------------> Lactate Dehydrogenase + NAD +

분석 결과, NAD+ 고정된 원섬유 상에서의 LDH의 능력은 원섬유 1g당 484nmol이고, 기본 원섬유(대조군) 상에서의 LDH의 능력은 원섬유 1g당 3.68nmol인 것으로 나타났다. LDH의 비특이적 결합은 5.6%였다.The analysis showed that the capacity of LDH on NAD + immobilized fibrils was 484 nmol per gram of fibrils and LDH on base fibrils (control) was 3.68 nmol per gram of fibrils. Nonspecific binding of LDH was 5.6%.

4. 단백질 합성용 고체 지지체로서 작용기 부착된 나노튜브4. Nanotubes with functional groups attached as solid supports for protein synthesis

실시예 48Example 48

펩타이드 합성용 고체 지지체로서 작용기 부착된 원섬유의 용도Use of functional group-attached fibrils as solid support for peptide synthesis

염화메틸렌(20ml)에 아미노 원섬유(400mg)와 4-(하이드록시메틸)페녹시아세트산 현탁액(255mg, 1.4mmol)을 첨가한 혼합물에 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC, 268mg, 1.40mmol) 및 1-하이드록시벤조트리아졸 수화물(HOBT, 189mg, 1.4mmol)을 첨가했다. 이 반응 혼합물을 아르곤 가스 하에서 실온에서 하룻밤 동안 교반했다. 산물인 원섬유를 염화메틸렌, 메탄올 및 물로 충분히 세척한 뒤, 진공 건조하여 원섬유를 수득했다. 이 원섬유를 N,N-디메틸포름아미드(DMF, 2ml)와 염화메틸렌(8ml)에 현탁시킨 현탁액에 N-(9-플루오레닐메톡시카르보닐)-O-부틸-L-세린(215mg, 0.56mmol), 1,3-디시클로헥실카르보디이미드(DCC, 115mg, 0.56mmol) 및 4-디메틸아미노피리딘(DMAP, 3.4mg, 0.028mmol)을 첨가했다. 이 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안 교반하고, 산물인 원섬유를 DMF 중의 20% 피페리딘으로 처리했다(5X 40ml, 각 처리마다 1분간 침지시켰다). 산물인 원섬유를 DMF, 물, 수산화나트륨(1N), 메탄올 및 염화메틸렌으로 충분히 세척했다. 산물인 Fib-Handle-Ser(O+)-COOH(닌하이드린 검사는 양성이었다)는 진공 건조했다. 디펩타이드의 합성을 위해, 동일한 절차를 반복하여 아르기닌을 첨가했다. Fib-Handle-Ser(O+)-Arg(Nε-2,2,5,7,8-펜타메틸크로만-6-설포닐)의 아미노산 분석 데이터는, 원섬유 1g당 세린 6.5μmol 및 아르기닌 7.6μmol이 함유되어 있음을 보여주었다. 임의의 다른 펩타이드도 동일한 방법으로 제조할 수 있다.To methylene chloride (20 ml) was added 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodii to a mixture of amino fibril (400 mg) and 4- (hydroxymethyl) phenoxyacetic acid suspension (255 mg, 1.4 mmol). Mid (EDC, 268 mg, 1.40 mmol) and 1-hydroxybenzotriazole hydrate (HOBT, 189 mg, 1.4 mmol) were added. The reaction mixture was stirred overnight at room temperature under argon gas. The product fibril was sufficiently washed with methylene chloride, methanol and water and then dried in vacuo to give a fibril. The fibrils were suspended in N, N-dimethylformamide (DMF, 2 ml) and methylene chloride (8 ml) in a suspension of N- (9-fluorenylmethoxycarbonyl) -O-butyl-L-serine (215 mg, 0.56 mmol), 1,3-dicyclohexylcarbodiimide (DCC, 115 mg, 0.56 mmol) and 4-dimethylaminopyridine (DMAP, 3.4 mg, 0.028 mmol) were added. The reaction mixture was stirred overnight at room temperature and the product fibrils were treated with 20% piperidine in DMF (5 × 40 ml, immersed for 1 min for each treatment). The product fibril was sufficiently washed with DMF, water, sodium hydroxide (1N), methanol and methylene chloride. The product Fib-Handle-Ser (O +)-COOH (the ninhydrin test was positive) was vacuum dried. For the synthesis of dipeptides, arginine was added by repeating the same procedure. Amino acid analysis data of Fib-Handle-Ser (O +)-Arg (N ε -2,2,5,7,8-pentamethylchroman-6-sulfonyl) shows that 6.5 μmol of serine and 7.6 of arginine per gram of fibril It showed that it contained μmol. Any other peptide can be prepared by the same method.

5. 5. 비오틴화된Biotinylated 원섬유Fiber  And 비오틴화된Biotinylated 알킬Alkyl 원섬유Fiber

원섬유 표면은 비오틴화 또는 알킬화 및 비오틴화에 의해 작용기 부착될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 변형을 함유한 원섬유는 그 후 스트렙타비딘 비드 및 스트렙타비딘 효소와 같은 임의의 스트렙타비딘 접합된 물질에 결합할 수 있다.It has been found that fibrillar surfaces can be functionally attached by biotinylation or alkylation and biotinylation. Fibrils containing this modification can then bind to any streptavidin conjugated material such as streptavidin beads and streptavidin enzymes.

원섬유는 표면적이 넓기 때문에 고체 담체로서 매우 유용한 장점을 제공한다. 강한 자성을 띠게 제조될 수 있는 비드는 분리 분석용으로 매우 유용하다. 본 명세서에 기술된 비오틴화된 원섬유는 원섬유의 장점과 비드의 장점을 결합시킨 것이다. 비오틴화된 알킬 원섬유는 알킬 원섬유와 동일한 개념의 연장체이지만, 추가 단백질 흡착성을 나타내는 것이다.Fibrils provide a very useful advantage as a solid carrier because of their large surface area. Beads that can be produced with strong magnetism are very useful for separation analysis. The biotinylated fibrils described herein combine the advantages of fibrils and the advantages of beads. Biotinylated alkyl fibrils are extensions of the same concept as alkyl fibrils but exhibit additional protein adsorption.

스트렙타비딘 및 비오틴 코팅된 원섬유는 진단학에 사용될 수 있고, 전기화학발광 분석법과 같은 분석에서 포획제(capture agent)로 사용될 수 있다.Streptavidin and biotin coated fibrils can be used in diagnostics and as capture agents in assays such as electrochemiluminescence assays.

본 발명의 신규 특징은 하나의 원섬유 상에 2개의 고체 담체를 조합하여 만든 이작용기성 원섬유이다. 더욱이, 게시된 방법은 비드의 표면적을 증가시키고 원 섬유 자성을 증대시킨다.A novel feature of the present invention is a bifunctional fibrils made by combining two solid carriers on one fibrils. Moreover, the published method increases the surface area of the beads and increases the fibrous magnetism.

실시예 49Example 49

비오틴화된 원섬유의 제조Preparation of Biotinylated Fibrils

비오틴화된 원섬유는 실시예 16에 기술된 바와 같이 제조한 아미노 원섬유 2.4mg과 NHS 에스테르 장쇄 비오틴 9mg을 pH 8.15의 0.2M NaHCO3 완충액에서 혼합하여 제조했다. 이 혼합물을 실온에서 4시간 동안 회전시키고 동일한 완충액으로 2회 세척했다.Biotinylated fibrils were prepared by mixing 2.4 mg amino fibrils prepared as described in Example 16 with 9 mg NHS ester long chain biotin in 0.2M NaHCO 3 buffer at pH 8.15. This mixture was spun for 4 hours at room temperature and washed twice with the same buffer.

실시예 50Example 50

비오틴화된 알킬 원섬유의 제조Preparation of Biotinylated Alkyl Fibrils

비오틴화된 알킬 원섬유는 2단계 반응으로 제조했다. 먼저, 이작용기성 원섬유(아미노 및 카르복시를 모두 함유하는) 4.25mg과 NHS 에스테르 장쇄 비오틴 25mg을 혼합했다. 이 원섬유를 세척하고 진공 건조했다.Biotinylated alkyl fibrils were prepared in a two step reaction. First, 4.25 mg of bifunctional fibrils (containing both amino and carboxy) and 25 mg of NHS ester long chain biotin were mixed. The fibrils were washed and dried in vacuo.

제2 반응은 EDC(1-에틸-3,3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드) 11mg을 DMAP(4-디메틸아미노피리딘) 7.5mg 및 DMF 0.5ml중의 NH2(CH2)7CH3 10㎕와 혼합하여 실시했다. 이 혼합물을 실온에서 하룻밤 동안 교반했다. 최종 비오틴화된 알킬 원섬유는 CH2Cl2, MeOH 및 dH2O로 세척했다. The second reaction consisted of 11 mg of EDC (1-ethyl-3,3-dimethylaminopropyl) carbodiimide), 10 mg of NH 2 (CH 2 ) 7 CH 3 in 7.5 mg of DMAP (4-dimethylaminopyridine) and 0.5 ml of DMF. It was mixed with and carried out. The mixture was stirred at rt overnight. The final biotinylated alkyl fibrils were washed with CH 2 Cl 2 , MeOH and dH 2 O.

실시예 51Example 51

분석법에서 고체 지지체로서의 비오틴화된 원섬유Biotinylated fibrils as solid supports in the assay

비오틴화된 원섬유는 스트렙타비딘-비오틴 또는 아비딘-비오틴 상호작용을 필요로 하는 형식을 수반하는 분석법에 사용될 수 있다. 비오틴화된 원섬유는 예를 들어 스트렙타비딘에 의해 추가 유도체화될 수 있다. 원섬유에 공유결합된 비오틴(실시예 50 참조)은 스트렙타비딘과 강한 비공유 결합 상호작용을 형성할 수 있다. 스트렙타비딘은 4개의 동등한 결합 부위를 보유한 4량체 단백질이기 때문에, 비오틴화된 원섬유에 결합된 스트렙타비딘은 추가 비오틴화된 시약이 결합할 수 있는 비어있는 결합 부위를 갖고 있을 것이 거의 확실하다. 즉, 비오틴화된 원섬유는 스트렙타비딘 코팅된 원섬유로 변환될 수 있을 것이다.Biotinylated fibrils can be used in assays involving formats requiring streptavidin-biotin or avidin-biotin interactions. Biotinylated fibrils can be further derivatized with, for example, streptavidin. Biotin covalently bound to fibrils (see Example 50) can form strong non-covalent interactions with streptavidin. Since streptavidin is a tetrameric protein with four equivalent binding sites, it is almost certain that streptavidin bound to biotinylated fibrils will have an empty binding site to which additional biotinylated reagents can bind. . That is, the biotinylated fibrils may be converted to streptavidin coated fibrils.

이러한 원섬유-비오틴-스트렙타비딘(FBS) 지지체로 수행될 수 있는 분석 검사에는 다수가 있다. 예를 들어, 비오틴화된 항피분석물 항체는 FBS 지지체 상에 포획될 수 있다(항체가 피분석물에 결합하기 전 또는 후에). 비오틴화된 항피분석물 항체를 이용한 분석법은 매우 잘 확립되어 있다. 이러한 분석법에는 당해의 피분석물이 항피분석물 항체에 대한 결합성에서 표지된 피분석물과 경쟁하는 경쟁 분석법이 있다. 자유(미결합) 피분석물 및 자유(미결합) 표지된 피분석물은 항체 고정된 원섬유로부터 세척될 수 있다. 세척 단계는 원심분리, 여과를 수반하는 일반적인 실험이나 또는 자석에 대한 인력을 통해 용액상으로부터 물리적으로 분리되는 원섬유에 따라 달라진다.There are a number of assays that can be performed with such fibril-biotin-streptavidin (FBS) supports. For example, biotinylated anti-analyte antibodies can be captured on the FBS support (before or after the antibody binds to the analyte). Assays with biotinylated anti-analyte antibodies are very well established. Such assays include competitive assays in which the analyte of interest competes with a labeled analyte in binding to an anti-analyte antibody. Free (unbound) analytes and free (unbound) labeled analytes can be washed from antibody immobilized fibrils. The washing step depends on the fibrous fibers which are physically separated from the solution phase by general experiments involving centrifugation, filtration or by attraction to the magnets.

경쟁 분석외에도, 샌드위치형 면역분석법이 FBS 지지체 상에서 수행될 수 있다. 샌드위치 면역분석법은 진단학 분야에 공지되어 있다. 이 분석법은 2개의 항체, 즉 예를 들어 비오틴에 의해 표지되어 고체 표면 상에 포획되어 있는 "1차 항체" 및 고체 표면에 포획되어 있지 않지만 리포터(reporter) 기로 표지되어 있는 "2차" 항체로 동시에 결합되어 있는 피분석물을 수반한다. 이러한 샌드위치 분석법은 고체 포획 지지체로서 원섬유를 이용하여 수행할 수 있으며, 여기서 원섬유는 앞 문단에 기술된 바와 같이 포획된다. 이러한 분석법에 따르면, 원섬유는 비오틴에 공유결합될 것이며, 상기 비오틴은 스트렙타비딘에 결합되고, 이 스트렙타비딘은 다시 비오틴화된 1차 항체에 결합되며, 이 항체는 피분석물(존재하는 경우)에 결합되고, 이 피분석물은 표지된 2차 항체에 결합될 것이다.In addition to competitive assays, sandwich immunoassays can be performed on FBS supports. Sandwich immunoassays are known in the diagnostic arts. This assay consists of two antibodies, eg a "primary antibody" labeled with biotin and captured on a solid surface, and a "secondary" antibody labeled with a reporter group but not captured on a solid surface. It involves analytes that are bound at the same time. Such sandwich assays can be performed using fibrils as a solid capture support, where fibrils are captured as described in the preceding paragraph. According to this assay, the fibrils will be covalently bound to biotin, which is bound to streptavidin, which in turn binds to the biotinylated primary antibody, which is then analyzed for the analyte (which is present). Case) and this analyte will bind to a labeled secondary antibody.

이와 유사한 것으로서, DNA 프로브 분석법도 FBS 지지체를 사용하여 수행할 수 있다. 비오틴화된 일본쇄 DNA는 FBS 지지체에 결합될 수 있고, 상보적 일본쇄 피분석물 DNA 분자와 상보적 표지된 올리고뉴클레오타이드 사이에서 경쟁적 하이브리드화가 일어날 수 있다.Similarly, DNA probe assays can also be performed using FBS supports. Biotinylated single stranded DNA can be bound to the FBS support and competitive hybridization can occur between complementary single stranded analyte DNA molecules and complementary labeled oligonucleotides.

다른 유형의 비오틴화된 원섬유인 비오틴화된 알킬화 원섬유도 면역분석법 및 DNA 프로브 분석법에 사용될 수 있다. 실시예 51에 기술된 바와 같이, 이작용기성 원섬유는 한 종류의 작용기에는 비오틴을, 다른 종류의 작용기에는 알킬 사슬을 공유 부착시켜 변형시킬 수 있다. 수득되는 알킬화, 비오틴화된 원섬유는 스트렙타비딘 또는 아비딘과의 특이적 결합(비오틴을 통해)뿐만 아니라 단백질의 흡착(알킬 사슬을 통해)용으로 사용될 수 있다.Another type of biotinylated fibrils, biotinylated alkylated fibrils can also be used in immunoassays and DNA probe assays. As described in Example 51, bifunctional fibrils can be modified by covalently attaching biotin to one type of functional group and an alkyl chain to another type of functional group. The alkylated, biotinylated fibrils obtained can be used for the adsorption (via the alkyl chain) of proteins as well as for specific binding (via biotin) with streptavidin or avidin.

알킬 원섬유는 다른 고체 지지체, 예컨대 스트렙타비딘 코팅된 자성 비드와 함께 사용될 수 있다. 이러한 비드 상의 원섬유가 보유한 1가지 장점은 표면적(단위 중량 기준)이 더 넓다는 점이다. 즉, 원섬유가 자성 비드의 외측 표면에 부착될 수 있다면, 이는 표면적의 급격한 증대와 이에 따른 비드의 결합능의 증대를 초래 할 수 있다. 따라서, 알킬화, 비오틴화된 원섬유는 스트렙타비딘 코팅된 비드와 혼합되어 높은 친화성 스트렙타비딘(비드)-비오틴(원섬유) 상호작용을 생성할 수 있고, 이에 따라 표면적이 매우 큰 원섬유 코팅된 비드를 생성할 것으로 전망된다. 알킬 원섬유는 흡착에 의해 단백질에 결합할 수 있기 때문에, 원섬유 코팅된 비드는 스트렙타비딘 및 항체를 비롯한 흡착 단백질에 의해 추가 유도체화될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스트렙타비딘 또는 항체 코팅된 원섬유는 면역분석법 및 DNA 프로브 분석법에 사용될 수 있다. 즉, 원섬유 코팅된 비드는 소정의 분석법에서 동일한 결과를 제공하는데 필요한 비드의 수가 더 적어도 되도록, 표면적을 극적으로 증가시켜 비드의 성질을 개선시킬 수 있다.Alkyl fibrils can be used with other solid supports, such as streptavidin coated magnetic beads. One advantage of these fibers on the beads is that they have a larger surface area (based on unit weight). In other words, if the fibrils can be attached to the outer surface of the magnetic beads, this can lead to a sharp increase in the surface area and thus an increase in the binding capacity of the beads. Thus, alkylated, biotinylated fibrils can be mixed with streptavidin coated beads to produce high affinity streptavidin (bead) -biotin (fibrin) interactions, thus fibrils having a very high surface area It is expected to produce coated beads. Since alkyl fibrils can bind to proteins by adsorption, fibrilla coated beads can be further derivatized by adsorption proteins, including streptavidin and antibodies. As mentioned above, streptavidin or antibody coated fibrils can be used in immunoassays and DNA probe assays. That is, fibrillar coated beads can improve the properties of the beads by dramatically increasing the surface area such that the number of beads required to provide the same result in a given assay is at least smaller.

6. 3차원 구조6. 3D structure

산화된 원섬유는 산화되지 않은 원섬유보다 수성 매질에 더욱 용이하게 분산된다. 중간소공 및 거대소공(소공 >2nm)을 보유한 안정된 다공성 3차원 구조는 촉매 또는 크로마토그래피 지지체로서 매우 유용하다. 원섬유는 개별적 기준에 따라서 분산될 수 있기 때문에, 가교결합에 의해 안정화된 잘 분산된 시료는 상기 지지체의 작제에 사용될 수 있을 것이다. 작용기 부착된 원섬유는 이러한 용도에 이상적인데, 그 이유는 수성 또는 극성 매질에 쉽게 분산되고, 작용기가 가교점을 제공하기 때문이다. 또한, 작용기는 촉매 또는 크로마토그래피 부위를 지지하는 지점을 제공한다. 최종 결과는 활성제를 지지하는 작용기 부위가 접근할 수 있는 총 표면적을 보유한 강성 3차원 구조물이다.Oxidized fibrils are more readily dispersed in an aqueous medium than unoxidized fibrils. Stable porous three-dimensional structures with mesopores and macropores (pore> 2 nm) are very useful as catalysts or chromatographic supports. Since the fibrils can be dispersed according to individual criteria, well dispersed samples stabilized by crosslinking may be used in the construction of the support. Functionally attached fibrils are ideal for this use because they are readily dispersed in aqueous or polar media and the functional groups provide crosslinking points. The functional groups also provide a point of support for the catalyst or chromatography site. The end result is a rigid three-dimensional structure with a total surface area accessible by the functional site that supports the active agent.

촉매작용에서 이러한 지지체의 전형적인 용도에는 함침에 의해 적재된 금속 촉매, 예컨대 귀금속 수소화 촉매용의 고도 다공성 지지체로서의 용도가 있다. 더욱이, 구조물의 매우 높은 다공성과 함께 작용기를 통해 분자 촉매를 지지체에 결속시켜 고정시키는 능력은 불균일 방식에서 균일한 반응을 수행할 수 있게 한다. 결속된 분자 촉매는 균일 반응에 부수적인 선택성 및 속도의 장점을 이용할 수 있다는 점에서, 균일 반응기와 유사하게 연속 액체상에 본질적으로 매달려있다. 하지만, 고체 지지체에 결속되어 있어서, 활성 성분 및 대부분의 경우 매우 값비싼 촉매의 분리 및 회수를 용이하게 할 수 있다.Typical uses of such supports in catalysis include their use as highly porous supports for metal catalysts loaded by impregnation, such as precious metal hydrogenation catalysts. Moreover, the ability to bind and fix the molecular catalyst to the support via functional groups along with the very high porosity of the structure makes it possible to carry out a uniform reaction in a heterogeneous manner. The bound molecular catalyst is essentially suspended in a continuous liquid phase, similar to a homogeneous reactor, in that it can take advantage of the selectivity and rate of ancillary to homogeneous reactions. However, binding to a solid support can facilitate the separation and recovery of the active ingredient and in most cases very expensive catalysts.

이러한 안정된 강성 구조물은 또한 지지체에 적당한 거울상이성질체 촉매 또는 선택적인 기질을 부착시킴으로써 비대칭 합성 또는 친화성 크로마토그래피와 같은 지금까지 매우 어려웠던 반응들을 수행할 수 있게 한다. 또한, 금속-Pc 또는 금속-포피린 복합체를 통한 유도체화는 금속 이온에 결합된 리간드, 및 추가로 2차 유도체를 통해 리간드에 결합된 임의의 분자를 회수할 수 있게 한다. 예를 들어, 작용기 부착된 원섬유의 3차원 구조가 전극 또는 전극의 일부이고, 작용기화가 Co(II)Pc의 흡착에 의해 이루어진 경우에, 니코틴산의 존재 하에서 Co(II)의 Co(III)으로의 전기화학적 산화는 측기인 카르복시산과 비불안정성 Co(III)-피리딜 복합체를 생성할 것이다. 적당한 항원, 항체, 촉매 항체 또는 다른 부위 특이적 포착제(trapping agent)의 부착은 다른 방식으로 달성하기 매우 어려운 분자를 선택적으로 분리(친화성 크로마토그래피)할 수 있게 할 것이다. 흡장된 물질을 제거하기 위하여 전극을 세척한 후, 표적 분자를 함유하는 Co(III) 복합체는 전기화학적으로 환원하여 불안정성 Co(II) 복합체를 회수할 수 있다. 표적 분자를 함유하는 Co(II) 상의 리간드는 그 다음 불안정성 Co(II) 리간드의 질량 작용 치환에 의해 회수될 수 있고, 이로써 다른 방식으로 수행하기가 매우 어렵거나 비용이 많이 드는 분자(예컨대, 키랄 약물)의 분리 및 회수를 실시할 수 있다. This stable rigid structure also allows for the attachment of suitable enantiomeric catalysts or selective substrates to the support to carry out very difficult reactions such as asymmetric synthesis or affinity chromatography. In addition, derivatization via metal-Pc or metal-porphyrin complexes allows the recovery of ligands bound to metal ions, and further any molecules bound to ligands via secondary derivatives. For example, when the three-dimensional structure of the fibrils to which the functional groups are attached is the electrode or part of the electrode and the functionalization is by adsorption of Co (II) Pc, the Co (III) of Co (II) in the presence of nicotinic acid The electrochemical oxidation of will produce a labile carboxylic acid and an unstable Co (III) -pyridyl complex. Attachment of suitable antigens, antibodies, catalytic antibodies or other site specific trapping agents will allow selective separation (affinity chromatography) of molecules that are otherwise very difficult to achieve. After washing the electrode to remove occluded material, the Co (III) complex containing the target molecule can be electrochemically reduced to recover the labile Co (II) complex. Ligands on Co (II) containing the target molecule can then be recovered by mass functional substitution of the labile Co (II) ligands, thereby making molecules very difficult or expensive to perform in other ways (eg, chiral Drug) can be separated and recovered.

종래에는 작용기 부착된 탄소 원섬유 매트 내의 소공이 유의적인 흐름을 전달하기에는 너무 작아서, 전극을 통한 흐름에는 유용하지 않은 것으로 생각되었다. 또한, 미립자 탄소 또는 다른 탄소계 소재(예컨대, 망상 유리질 탄소(RVC))를 전극 소재로서 사용 시, 관련된 문제점도 있었다. 예를 들어, 다공성 전극 소재는 동일계에서 형성될 수 없고, 지나치게 치밀하게 충진되며 공극 또는 채널(channel)을 형성했으며, 용매 및 흐름 조건의 변화 동안에 치수 불안정성을 나타내기 쉽고 매우 얇은 전극을 형성할 수 없었다. 흐름 전지(flow cell)의 전극으로서 작용기 부착된 탄소 원섬유의 사용은 이러한 문제점을 해결했다.It has conventionally been thought that the pores in a functional fibrous carbon fibrous mat are too small to deliver significant flow, and thus are not useful for flow through the electrode. In addition, there have been related problems when using particulate carbon or other carbon-based material (eg, reticulated glassy carbon (RVC)) as an electrode material. For example, porous electrode materials may not be formed in situ, are too densely packed and form voids or channels, and may exhibit very thin electrodes that are dimensional instability during changes in solvent and flow conditions. There was no. The use of functional fibrous carbon fibrils as electrodes in flow cells solved this problem.

흐름 전지의 전극으로서 사용된 작용기 부착된 탄소 원섬유는 전기활성제로의 표면 처리에 의해 변형될 수 있다. 또한, 이러한 원섬유는 촉매 또는 전기촉매적 기능을 하거나 또는 흐름류로부터 물질의 흡착이나 불필요한 반응을 억제하는데 사용되는 비전기활성 물질로도 변형될 수 있다.The functionally attached carbon fibrils used as electrodes of the flow cell can be modified by surface treatment with an electroactive agent. In addition, these fibrils can also be transformed into non-electroactive materials used to function as catalysts or electrocatalysts or to inhibit the adsorption or unwanted reaction of materials from the stream.

전극을 통한 이러한 흐름은 전기크로마토그래피, 전기화학적으로 개조된 친화성 크로마토그래피, 전기합성 또는 전기화학적으로 개조된 이온 교환 크로마토그래피와 같은 분리 기술에 유용하다. 또한, 탄소 원섬유 매트 상에 포착된 물질의 분리 및/또는 분석을 수행하는 진단 장치에도 사용될 수 있다. This flow through the electrodes is useful for separation techniques such as electrochromatography, electrochemically modified affinity chromatography, electrosynthetic or electrochemically modified ion exchange chromatography. It can also be used in diagnostic devices for performing separation and / or analysis of materials captured on carbon fibrous mats.

작용기 부착된 탄소 원섬유 및 다른 섬유 또는 미립자로 구성된 복합 매트도 사용될 수 있다. 이러한 섬유 또는 미립자는 현탁액에 첨가되어 탄소 원섬유 매트의 최종 다공성 또는 전도성을 변경시킬 수 있다.Composite mats composed of functionally attached carbon fibrils and other fibers or particulates may also be used. Such fibers or particulates can be added to the suspension to alter the final porosity or conductivity of the carbon fibrous mat.

실시예 52Example 52

흐름 전지의 전극으로서 철 프탈로시아닌 작용기 부착된 원섬유의 용도Use of fibrils with iron phthalocyanine functional groups as electrodes in flow batteries

흑연 원섬유는 철(III) 프탈로시아닌-비스-피리딘(FePc-2Py)(Aldrich, 41,016-0)을 흡착시켜 변형시켰다. 원섬유 0.403g과 FePc-2Py 0.130g을 무수 에탄올 150ml에 첨가하고, 450와트 Branson 프로브 초음파처리기로 5분 동안 초음파처리했다. 수득되는 슬러리를 47mm 밀리포어 막 진공 필터 매니폴드의 0.45㎛ MSI 나일론 필터 위로 여과하고, 물로 세정한 뒤, 35℃에서 하룻밤 동안 진공 오븐에서 건조했다. 최종 중량은 0.528g이었고, 이것은 상당한 흡착을 나타냈다. 여과액의 분광분석으로 남은 FeP-2Py를 계산했다. Graphite fibrils were modified by adsorbing iron (III) phthalocyanine-bis-pyridine (FePc-2Py) (Aldrich, 41,016-0). 0.403 g of fibrils and 0.130 g of FePc-2Py were added to 150 ml of anhydrous ethanol and sonicated for 5 minutes with a 450 Watt Branson probe sonicator. The resulting slurry was filtered over a 0.45 μm MSI nylon filter in a 47 mm Millipore membrane vacuum filter manifold, washed with water and then dried in a vacuum oven at 35 ° C. overnight. The final weight was 0.528 g, which showed significant adsorption. The remaining FeP-2Py was calculated by spectroscopic analysis of the filtrate.

FePc-2Py 변형된 원섬유 5mg을 탈이온수 10ml에서 초음파처리로 분산시켰다. 이 분산액을 25mm 막 필터 패니폴드에 고정된 200메쉬 스테인리스강(SS) 직조 스크린 조각 위에 침착시키고, 실온에서 건조시켰다. 0.5인치 직경의 SS 스크린 원반에 지지된 원섬유 매트를 아치 펀치를 사용하여 절단했다.5 mg of FePc-2Py modified fibril was dispersed by sonication in 10 ml of deionized water. This dispersion was deposited on a piece of 200 mesh stainless steel (SS) woven screen secured to a 25 mm membrane filter manifold and dried at room temperature. Fibrous mats supported on 0.5 inch diameter SS screen discs were cut using an arch punch.

전기화학적 흐름 전지는 13mm 직경의 원반형 금 메쉬(400메쉬, Ladd Industries)를 막 지지체 위에 놓고, 3 전극 일정전위기 회로의 작업 전극으로서 외부 접속을 위한 필터 홀더의 벽을 통해 유입된 Teflon® 열수축 관류로 절연된, 백금 선으로 스크린에 전기 접촉을 만들어, 13mm 플라스틱 스위니(Swinney) 타입 막 필터 홀더로 제작했다. 이러한 금 메쉬는 외측 가장자리 주위에 있는 최소량의 에폭시를 사용하여 제 위치에 고정되었다. 금박의 스트립을 고리로 만들어 필터 홀더의 바닥 하류 구역에 놓고 3전극 일정전위기 회로의 상대 전극으로서 접속시키기 위한 절연된 Pt선 납에 접속시켰다. 1M HCl에서 전기화학적으로 산화된 0.5mm 직경의 은 전선 고리를 대조 전극으로서 접속시키기 위해 절연 납으로 필터 홀더의 상단에 설치했다.The electrochemical flow cell placed a 13 mm diameter disc gold mesh (400 mesh, Ladd Industries) on the membrane support and as a working electrode in a three-electrode constant-potential circuit, Teflon® heat-shrink perfusion flowed through the wall of the filter holder for external connection. Electrical contact was made to the screen with a platinum wire, insulated with, and made into a 13 mm plastic Swinney type membrane filter holder. This gold mesh was held in place with the least amount of epoxy around the outer edges. A strip of gold foil was looped and placed in the bottom downstream section of the filter holder and connected to an insulated Pt lead lead for connection as a counter electrode of a three-electrode constant potential circuit. A 0.5 mm diameter silver wire ring electrochemically oxidized in 1 M HCl was placed on top of the filter holder with insulated lead to connect as a control electrode.

0.5인치 직경의 원반형 FePc-2Py 변형된 CN을 흐름 전지에 설치한 뒤, EG&G PAR 273 일정전위기의 적당한 납에 접속시켰다. 이 흐름 전지는, pH 7.0인 0.1M 인산칼륨 완충액 중의 0.1M KCl이 충진된 세이지(Sage) 실린지 펌프에 연결시켰다. 순환전압전류도(CV)는 20mv/sec의 전위 스캔 속도에서 무흐름(정지) 및 흐름(0.4ml/min) 하에서 기록했다(도 6 참조). CV는 흐름 중 및 무흐름 하에서 거의 동일했고, 표면에 한정된 FePc-2Py와 일치하는 2개의 지속적인 가역성 산화 및 환원파를 나타냈다. 유체 흐름 조건 하에서 산화환원 피크의 지속은 FePc-2Py가 탄소 원섬유에 강하게 결합되었고, 철 프탈로시아닌 변형된 원섬유의 이용이 전극 소재를 통한 흐름에 양호하게 기능하는 것을 증명한다.A 0.5 inch diameter disk-shaped FePc-2Py modified CN was installed in the flow cell and then connected to the appropriate lead of the EG & G PAR 273 constant potential. This flow cell was connected to a Sage syringe pump filled with 0.1 M KCl in 0.1 M potassium phosphate buffer at pH 7.0. The cyclic voltammogram (CV) was recorded under no flow (stop) and flow (0.4 ml / min) at a potential scan rate of 20 mv / sec (see FIG. 6). The CV was nearly identical in flow and under no flow, showing two sustained reversible oxidation and reduction waves consistent with the surface-defined FePc-2Py. The continuation of the redox peak under fluid flow conditions demonstrates that FePc-2Py is strongly bound to the carbon fibrils, and that the use of iron phthalocyanine modified fibrils function well for flow through the electrode material.

3차원 구조의 또 다른 예는 원섬유-세라믹 복합체이다. Another example of a three-dimensional structure is a fibrillar-ceramic composite.

실시예 53Example 53

알루미나-원섬유 복합체(185-02-01)의 제조Preparation of Alumina-Fiber Fiber Composite (185-02-01)

질산 산화된 원섬유(185-01-02) 1g을 U/S 분쇄기를 사용하여 100c 탈이온수에 고도로 분산시켰다. 이 원섬유 슬러리를 90℃까지 가열하고, 20cc 프로판올 중에 용해된 0.04mol 삼부톡시화알루미늄 용액을 천천히 첨가했다. 환류를 4시간 동 안 지속한 후, 알콜 배출을 위해 응축기를 떼어냈다. 30분 후, 다시 응축기를 장착하고 슬러리를 100℃에서 하룻밤 동안 환류시켰다. 그 결과, 외관이 균일한 흑색 졸이 수득되었다. 이 졸을 RT까지 냉각하고, 1주 후 표면이 평활한 흑색 겔이 형성되었다. 이 겔을 공기 중에서 300℃로 12시간 동안 가열했다.1 g of nitric acid oxidized fibril (185-01-02) was highly dispersed in 100c deionized water using a U / S grinder. This fibril slurry was heated to 90 ° C., and a 0.04 mol aluminum tributoxide solution dissolved in 20 cc propanol was slowly added. After refluxing was continued for 4 hours, the condenser was removed for alcohol discharge. After 30 minutes, the condenser was again loaded and the slurry was refluxed at 100 ° C. overnight. As a result, a black sol having a uniform appearance was obtained. The sol was cooled to RT and, after one week, a black gel with a smooth surface was formed. The gel was heated to 300 ° C. in air for 12 hours.

알루미나-원섬유 복합체를 SEM으로 조사했다. 균열된 표면의 현미경사진은 겔에 원섬유가 균일하게 분산된 것을 보여주었다.The alumina-fiber composite was examined by SEM. Micrographs of the cracked surface showed uniform distribution of fibrils in the gel.

실시예 54Example 54

실리카-원섬유 복합체(173-85-03)의 제조Preparation of Silica-Fiber Fiber Composite (173-85-03)

질산 산화된 원섬유(173-83-03) 2g을 초음파를 사용하여 200c 에탄올 상에 고도로 분산시켰다. 이러한 슬러리에, 0.1mol 테트라에톡시실란을 50cc 에탄올에 용해시킨 용액을 실온에서 서서히 첨가한 후, 3cc 농염산을 첨가했다. 이 혼합물을 85℃까지 가열하고, 부피가 100cc로 감소될 때까지 이 온도에서 유지시켰다. 이 혼합물을 냉각하고 흑색 고체 겔이 형성될 때까지 방치했다. 이 겔은 300℃ 공기중에서 가열했다.2 g of nitrate oxidized fibrils (173-83-03) were highly dispersed on 200c ethanol using ultrasound. To this slurry, a solution in which 0.1 mol tetraethoxysilane was dissolved in 50 cc ethanol was slowly added at room temperature, followed by 3 cc concentrated hydrochloric acid. The mixture was heated to 85 ° C. and kept at this temperature until the volume was reduced to 100 cc. The mixture was cooled down and left until a black solid gel formed. This gel was heated in air at 300 ° C.

실리카-원섬유 복합체는 SEM으로 조사했다. 균열된 표면의 현미경사진은 겔에 원섬유가 균일하게 분산된 것을 보여주었다.Silica-fiber composites were examined by SEM. Micrographs of the cracked surface showed uniform distribution of fibrils in the gel.

다른 세라믹, 예컨대 지르코니아, 티타니아, 희토 산화물 뿐만 아니라 3원 산화물을 가지고 유사 제조물도 제조할 수 있다.Similar preparations can be made with other ceramics such as zirconia, titania, rare earth oxides as well as ternary oxides.

7. 중합체 7. Polymer 비드Bead 위에 흑연 나노튜브의 병합 Merging of Graphite Nanotubes on Top

Dynal 등에 의해 제조된 것과 같은 중합체 비드, 특히 Fe3O4 코어를 함유한 자성 중합체 비드는 진단학에서 다양한 용도로 사용된다. 하지만, 이러한 비드는 이용가능한 표면적이 나노튜브보다 작다. 이러한 비드의 표면 위에 작용기 부착된 원섬유를 병합할 수 있고, 이러한 중합체/원섬유 복합체는 분리 또는 분석용 고체 지지체로서 사용될 수 있다(예컨대, 전기화학발광 분석, 효소 고정화용).Polymer beads, such as those prepared by Dynal et al., In particular magnetic polymer beads containing Fe 3 O 4 cores, are used in a variety of applications in diagnostics. However, these beads have less surface area available than nanotubes. The functional groups attached fibrils can be incorporated onto the surface of these beads, and such polymer / fibrils composites can be used as solid supports for separation or analysis (eg, for electrochemiluminescence analysis, for enzyme immobilization).

실시예 55Example 55

작용기 부착된 비드에 작용기 부착된 원섬유의 부착Attachment of functional groups attached fibrils to functional group attached beads

자성 토실 활성화된 Dynabeads M-450(30mg/ml) 비드(Dynal, Oslo, Norway) 7.5mg을 0.1M 인산나트륨 완충액 pH 7.5로 3회 세척했다. 그 다음, 이 비드에 0.1M 인산나트륨 완충액(pH 8.4) 0.9ml를 첨가하고, 아민 원섬유 0.1ml를 첨가했다. 이 혼합물을 실온에서 16 내지 24시간 동안 회전시켰다.7.5 mg of magnetic tosyl activated Dynabeads M-450 (30 mg / ml) beads (Dynal, Oslo, Norway) was washed three times with 0.1 M sodium phosphate buffer pH 7.5. Next, 0.9 ml of 0.1 M sodium phosphate buffer (pH 8.4) was added to the beads, and 0.1 ml of amine fibril was added. This mixture was spun at room temperature for 16-24 hours.

현미경 조사 시, 원섬유 표면에 비드를 보유한 원섬유 덩어리가 분명히 보였다.Upon microscopic examination, a fibrous mass with beads on the fibrous surface was clearly visible.

당업자라면, 앞의 실시예 1 내지 55에 게시된 임의의 방법을 통상의 실험에 따라 직경이 5 나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브를 가지고 반복함으로써 원하는 작용기화 결과를 수득할 수 있음을 잘 알 것이다.Those skilled in the art will appreciate that the desired functionalization results can be obtained by repeating any of the methods disclosed in Examples 1-55 above with single-walled carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter in accordance with conventional experiments. .

실시예Example 56 56

메틸렌 블루 흡수 증명Methylene blue absorption proof

SWNT(University of Kentucky)를 임의의 금속 불순물을 제거하기 위하여 6M HCl로 72시간 동안 처리했다. 산 세척된 나노튜브를 초음파처리로 탈이온수에 분산시키고 여과했다. 이 처리를 4회 반복하여 중성 pH까지 세정했다.The University of Kentucky (SWNT) was treated with 6M HCl for 72 hours to remove any metal impurities. The acid washed nanotubes were dispersed in deionized water by sonication and filtered. This treatment was repeated four times and washed to neutral pH.

이러한 SWNT를 탈이온수에 재현탁시키고 초음파처리로 분산시켰다. 2X 연속 희석물을 8개의 PP 원심분리관에 만들었다. 메틸렌블루 용액을 일정량 첨가하고, 이 원심분리관을 회전기 상에 놓고 4시간 동안 진탕시켰다. 이 원심분리관을 4분 동안 원심분리하여, 그 관의 바닥에 펠릿화된 SWNT를 수득했다. SWNT가 최고 농도인 관은 여과액이 투명했고, SWNT 농도가 가장 낮은 2개의 관은 대조군 MB 용액과 색이 유사했다. SWNT 농도가 중간인 6개의 관은 농도가 감소함에 따라 청색이 증가했다.This SWNT was resuspended in deionized water and dispersed by sonication. 2 × serial dilutions were made in 8 PP centrifuge tubes. An amount of methylene blue solution was added and the centrifuge tube was placed on a rotator and shaken for 4 hours. The centrifuge tube was centrifuged for 4 minutes to obtain pelleted SWNTs at the bottom of the tube. The tube with the highest concentration of SWNTs was clear in filtrate, and the two tubes with the lowest concentration of SWNTs were similar in color to the control MB solution. Six tubes with medium SWNT concentrations increased blue with decreasing concentrations.

철 프탈로시아닌 흡수 증명Proof of Iron Phthalocyanine Absorption

SWNT(University of Kentucky)를 임의의 금속 불순물을 제거하기 위하여 6M HCl로 72시간 동안 처리했다. 산 세척된 나노튜브를 초음파처리로 탈이온수에 분산시키고 여과했다. 이 처리를 4회 반복하여 중성 pH까지 세정했다. The University of Kentucky (SWNT) was treated with 6M HCl for 72 hours to remove any metal impurities. The acid washed nanotubes were dispersed in deionized water by sonication and filtered. This treatment was repeated four times and washed to neutral pH.

철 프탈로시아닌-비스 피리딘(FePc-2Py) 7mg을 40ml 에탄올에 초음파처리로 용해시켰다. SWNT 22mg을 첨가하고 5분 동안 초음파처리를 지속했다. 용액을 냉각하고 초음파처리를 반복했다. 고온 용액을 0.45미크론 PVDF 막위로 건조 상태로 여과하고, 새로운 EtOH로 세정했다. 건조할 때까지 여과했다. 건조 중량 = 27mg. FePc-2Py 5mg이 SWNT 상에 흡착되었다.7 mg of iron phthalocyanine-bispyridine (FePc-2Py) was sonicated in 40 ml ethanol. 22 mg of SWNTs were added and sonication was continued for 5 minutes. The solution was cooled and sonication was repeated. The hot solution was filtered dry over 0.45 micron PVDF membrane and washed with fresh EtOH. Filtered to dryness. Dry weight = 27 mg. 5 mg of FePc-2Py was adsorbed onto SWNTs.

SWNT/FePC 부착된 필터 막을 탈이온수 40ml에 첨가하고 초음파처리하여 막으로부터 SWNT를 해리시켰다. 현탁액으로부터 막을 제거하고 와트만 #42 필터지 20mg을 첨가했다. SWNT의 결합제로서 작용하도록 WH42 지를 펄프화하기 위하여 고전력(40% 작업량 주기) 하에 2x5'간 초음파처리했다. 현탁된 물질을 0.45 미크론 PVDF 필터 상에 여과하고 탈이온수로 3X 세척했다. 건조할 때까지 여과했다. 150℃ 핫플레이트 상에서 1시간 동안 건조했다. 건조된 SWNT/WH42 매트는 막으로부터 순수 매트(36mm 직경; 약 25 미크론 두께)로서 분리되었다. 시트 비저항은 1500ohm/면적으로 측정되었다. 매트의 최종 중량은 45mg; WH42 성분의 중량 = 20mg; SWNT wt=22mg; FePc-2Py wt는 SWNT의 표면 위에 흡착된 5mg인 것으로 추정되었다.SWNT / FePC attached filter membrane was added to 40 ml of deionized water and sonicated to dissociate SWNTs from the membrane. The membrane was removed from the suspension and 20 mg of Whatman # 42 filter paper was added. Sonication was performed at 2 × 5 ′ under high power (40% workload cycle) to pulp the WH42 paper to act as a binder of SWNTs. The suspended material was filtered over a 0.45 micron PVDF filter and washed 3 × with deionized water. Filtered to dryness. Dry for 1 hour on a 150 ° C. hotplate. The dried SWNT / WH42 mat was separated from the membrane as a pure mat (36 mm diameter; about 25 microns thick). Sheet resistivity was measured at 1500 ohms / area. The final weight of the mat was 45 mg; Weight of WH42 component = 20 mg; SWNT wt = 22 mg; FePc-2Py wt was estimated to be 5 mg adsorbed on the surface of SWNTs.

SWNT 위에 흡착된 FePc-2Py의 전기화학Electrochemistry of FePc-2Py Adsorbed on SWNTs

전극은 집전장치로서 사용하기 위하여 400x400 메쉬 SS 메쉬 사이에 매트 구역을 압착하여 제작했다. SS 메쉬의 한 가장자리는 유리 피펫에 삽입된 Cu 전선에 부착시켰다. 임의의 노출된 Cu는 에폭시로 절연시켰다. 이 전극을 5 minute 에폭시를 경화시키기 위하여 100℃에서 1시간 동안 가열했다.The electrode was fabricated by pressing a mat zone between 400x400 mesh SS mesh for use as a current collector. One edge of the SS mesh was attached to a Cu wire inserted in a glass pipette. Any exposed Cu was insulated with epoxy. This electrode was heated at 100 ° C. for 1 hour to cure 5 minute epoxy.

전극은 SS 메쉬 상대 전극 및 Ag/AgCl 기준 전극에 대한 순환전압전류도로 검사했다. 전해질은 등장성 붕산염 완충 식염수를 사용했다. 2개의 피크가 관찰되었는데, 하나는 0.04 부근에서 관찰되었지만, 이는 H2 방출 전류로 인해 불분명했다. 제2 피크는 약 +0.1V vs Ag/AgCl를 중심으로 하여 나타났다. +0.1V vs Ag/AgCl을 중심으로 한 피크의 최고 전류는 스캔 속도에 따라 직선형이었고, 이는 표면에 한정된 전기활성제와 일치했다. 이러한 순환전압전류도 기록은 반복되었고, 이로써 FePc-2PY가 전극에 강하게 한정되어 있고 전해질로 유실되지 않음이 입증되었다.The electrodes were examined with cyclic voltammetry for the SS mesh counter electrode and Ag / AgCl reference electrode. The electrolyte used isotonic borate buffered saline. Two peaks were observed, one near 0.04, but unclear due to the H2 emission current. The second peak was centered around about +0.1 V vs Ag / AgCl. The peak current of the peak centered at +0.1 V vs Ag / AgCl was linear with scan rate, which coincided with the surface-limited electroactive agent. This cyclic voltammetry was also repeated, demonstrating that FePc-2PY is strongly bound to the electrode and not lost to the electrolyte.

앞의 상세한 설명과 실시예를 통해 예시한 바와 같이, 본 발명은 다양한 작용기 부착된 나노튜브의 제조 및 이의 용도에 이용가능하다.As illustrated by the foregoing detailed description and examples, the present invention is applicable to the manufacture of various functionally attached nanotubes and their use.

사용된 용어 및 표현은 한정이 아닌 설명을 위해 사용된 것이며, 이러한 용어 또는 표현의 사용이 본 발명의 일부로서 제시되어 설명된 특징들의 임의의 등가물을 제외하기 위한 의도는 전혀 없으며, 따라서 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것을 잘 알고 있어야 한다.The terms and expressions used are for the purpose of description and not of limitation, and the use of such terms or expressions is not intended to exclude any equivalent of the described features set forth as part of the present invention and, therefore, It is to be understood that various variations are possible within the scope.

Claims (47)

하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물:Composite of material represented by the formula: [CnHL]-Rm [C n H L ] -R m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, R은 각각 동일한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, R'CHOH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며,R are the same each, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, R'CHOH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg-X, y는 3 이하의 정수이고,y is an integer of 3 or less, R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 시클로아릴 또는 폴리(알킬에테르)이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl, cycloaryl or poly (alkylether), R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이다.Z is a carboxylate or trifluoroacetate. 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물:Composite of material represented by the formula: [CnHL]-Rm [C n H L ] -R m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, R은 각각 동일하거나 상이한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, R'CHOH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며,R is the same or different, respectively, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, R'CHOH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR' ) y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg-X, y는 3 이하의 정수이고,y is an integer of 3 or less, R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 시클로아릴 또는 폴리(알킬에테르) 중에서 선택되며,R 'is selected from hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl, cycloaryl or poly (alkylether), R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이며,Z is a carboxylate or trifluoroacetate, 추가로 각 R이 산소 함유 기인 경우에는 COOH가 아닌 것이어야 한다.In addition, if each R is oxygen-containing, it should not be COOH. 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물:Composite of material represented by the formula: [CnHL]-[R'-A]m [C n H L ]-[R'-A] m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, 각 R'는 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 시클로아릴 또는 폴리(알킬에테르)이며,Each R 'is alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl, cycloaryl or poly (alkylether), A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00011
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00012
또는 C=Y 중에서 선택되고,
A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00011
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00012
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-N(R')2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'N+(R')3X-, R'SiR'3, R'Si-(OR')y-R'3-y, R'Si-(O-SiR'2)-OR', R'-R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00013
중에서 선택되 는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, nucleotide, oligonucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-N (R ') 2 , R'SH, R'CHO, R'CN, R'X , R'N + (R ') 3 X -, R'SiR' 3, R'Si- (OR ') y -R' 3-y , R'Si- (O-SiR ' 2 ) -OR', R'-R ", R'-N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w- H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00013
Is selected from
y는 3 이하의 정수이고,y is an integer of 3 or less, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이며,Z is a carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다.w is an integer greater than 1 and less than 200.
제3항에 있어서, A가
Figure 112007005671099-PCT00014
또는
Figure 112007005671099-PCT00015
이고,
The compound of claim 3 wherein A is
Figure 112007005671099-PCT00014
or
Figure 112007005671099-PCT00015
ego,
R'는 H이며R 'is H Y는 리신, 세린, 트레오닌, 타이로신, 아스파르트산 및 글루탐산으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 아미노산인 것이 특징인 합성물.And Y is an amino acid selected from the group consisting of lysine, serine, threonine, tyrosine, aspartic acid and glutamic acid.
하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물:Composite of material represented by the formula: [CnHL]-[X'-Aa]m [C n H L ]-[X'-A a ] m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고, a는 10 미만의 정수이며,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, a is an integer less than 10, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00016
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00017
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00016
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00017
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-N(R')2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'N+(R')3X-, R'SiR'3, R'Si-(OR')y-R'3-y, R'Si-(O-SiR'2)-OR', R'-R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00018
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, nucleotide, oligonucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-N (R ') 2 , R'SH, R'CHO, R'CN, R'X , R'N + (R ') 3 X -, R'SiR' 3, R'Si- (OR ') y -R' 3-y , R'Si- (O-SiR ' 2 ) -OR', R'-R ", R'-N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w- H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00018
Is selected from
y는 3 이하의 정수이고,y is an integer of 3 or less, R'는 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, X'는 다핵성 방향족, 이종다핵성 방향족 또는 금속이종다핵성 방향족 부이거나 또는 평면 금속 테트라티오옥살레이트이며,X 'is a polynuclear aromatic, heteropolynuclear aromatic or metal heteropolynuclear aromatic moiety or a planar metal tetrathiooxalate, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이며,Z is a carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다.w is an integer greater than 1 and less than 200.
탄소 나노튜브의 표면 탄소를 화학식 R'CH2OH로 표시되는 화합물과 자유 라디칼 개시제의 존재 하에, 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 반응시키는 단계를 포함하여, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Reacting the surface carbon of the carbon nanotubes in the presence of a compound represented by the formula R′CH 2 OH with a free radical initiator under conditions sufficient to form a functionally attached nanotube represented by the formula To prepare a composite of a material represented by the formula: [CnHL]-[CH(R')OH]m [C n H L ]-[CH (R ') OH] m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고, R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 시클로아릴 또는 폴리(알킬에테르)이다. In this formula, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube having a diameter less than 5 nanometers, n is an integer, L is a number less than 0.1 n, and m is a number less than 0.5 n. And R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl, cycloaryl or poly (alkylether). 제6항에 있어서, 자유 라디칼 개시제가 과산화벤조일인 것이 특징인 방법. 7. The process of claim 6 wherein the free radical initiator is benzoyl peroxide. (a) 탄소 나노튜브의 표면 탄소를 화학식 [CnHL]-Rm(이 식에서, 각 R은 동일한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, CH(R')OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, y는 3 이하의 정수이다)으로 표시되는 치환된 단일벽 탄 소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계; 및(a) The surface carbon of the carbon nanotubes is represented by the formula [C n H L ] -R m (wherein each R is the same, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CH (R ′) OH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", At least one suitable condition under conditions sufficient to form a substituted single-walled carbon nanotube represented by Li, AlR ' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg-X, y being an integer of 3 or less). Reacting with a reagent; and (b) 이와 같이 치환된 단일벽 탄소 나노튜브 [CnHL]-Rm을 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계를 포함하여,(b) reacting such substituted single-walled carbon nanotubes [C n H L ] -R m with at least one suitable reagent under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotubes represented by the formula: Including the steps, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-Am [C n H L ] -A m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00019
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00020
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00019
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00020
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 올리고뉴클레오타이드, 뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-N(R')2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'3, R'N+(R')3X-, R'-R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00021
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, oligonucleotide, nucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-N (R ') 2 , R'SH, R'CHO, R'CN, R'X , R'SiR '3, R'N + (R') 3 X -, R'-R ", R'N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00021
Is selected from
R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이며,Z is a carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다. w is an integer greater than 1 and less than 200.
(a) 탄소 나노튜브의 표면 탄소를 화학식 [CnHL]-Rm(이 식에서, 각 R은 SO3H, COOH, NH2, OH, CH(R')OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, y는 3 이하의 정수이다)로 표시되는 치환된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계; 및(a) The surface carbon of the carbon nanotubes is represented by the formula [C n H L ] -R m (wherein each R is SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CH (R ') OH, CHO, CN, COCl , Halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR Reacted with at least one suitable reagent under conditions sufficient to form a substituted single-walled carbon nanotube represented by ' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg-X, y being an integer of 3 or less). Step; and (b) 이와 같이 치환된 단일벽 탄소 나노튜브 [CnHL]-Rm을 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계를 포함하여,(b) reacting such substituted single-walled carbon nanotubes [C n H L ] -R m with at least one suitable reagent under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotubes represented by the formula: Including the steps, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-Am [C n H L ] -A m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00022
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00023
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00022
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00023
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 올리고뉴클레오타이드, 뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-N(R')2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'3, R'N+(R')3X-, R'-R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00024
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, oligonucleotide, nucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-N (R ') 2 , R'SH, R'CHO, R'CN, R'X , R'SiR '3, R'N + (R') 3 X -, R'-R ", R'N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00024
Is selected from
R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이며,Z is a carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다. w is an integer greater than 1 and less than 200.
화학식 [CnHL]-Rm(이 식에서, 각 R은 동일한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, CH(R')OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3 -y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, y는 3 이하의 정수이다)로 표시되는 치환된 단일벽 탄소 나노튜브를 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계를 포함하여,Formula [C n H L ] -R m , wherein each R is the same, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CH (R ′) OH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3 -y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 , Hg-X, A substituted single-walled carbon nanotube represented by TlZ 2 and Mg-X, y is an integer of 3 or less), under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotube represented by the following formula: Reacting with one suitable reagent, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-Am [C n H L ] -A m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00025
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00026
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00025
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00026
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 올리고뉴클레오타이드, 뉴클 레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-N(R')2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'3, R'N+(R')3X-, R'-R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00027
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, oligonucleotide, nucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-N (R ' ) 2, R'SH, R'CHO, R'CN , R'X, R'SiR '3, R'N + (R') 3 X -, R'-R ", R'N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R ' And
Figure 112007005671099-PCT00027
Is selected from
R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이며,Z is a carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다. w is an integer greater than 1 and less than 200.
화학식 [CnHL]-Rm(이 식에서, 각 R은 동일한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, CH(R')OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, y는 3 이하의 정수이다)로 표시되는 치환된 단일벽 탄소 나노튜브를 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적 어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계를 포함하여,Formula [C n H L ] -R m , wherein each R is the same, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CH (R ′) OH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 , Hg-X, Substituted single-walled carbon nanotubes represented by TlZ 2 and Mg-X, y being an integer of 3 or less), under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotube represented by the following formula: Reacting with at least one suitable reagent, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-Am [C n H L ] -A m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00028
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00029
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00028
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00029
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 올리고뉴클레오타이드, 뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-N(R')2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'3, R'N+(R')3X-, R'-R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00030
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, oligonucleotide, nucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-N (R ') 2 , R'SH, R'CHO, R'CN, R'X , R'SiR '3, R'N + (R') 3 X -, R'-R ", R'N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00030
Is selected from
R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알 킬이고,R "is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이며,Z is a carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다. w is an integer greater than 1 and less than 200.
화학식 [CnHL]-[R'-R]m(이 식에서, 각 R은 동일한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, CH(R')OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, y는 3 이하의 정수이다)로 표시되는 치환된 단일벽 탄소 나노튜브를 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계를 포함하여,Formula [C n H L ]-[R'-R] m (wherein each R is the same, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CH (R ') OH, CHO, CN, COCl, halide , COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 To form a functionally-attached single-walled carbon nanotube represented by the following formula: a substituted single-walled carbon nanotube represented by Hg-X, TlZ 2 and Mg-X, and y is an integer of 3 or less). Reacting with at least one suitable reagent under conditions sufficient for 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-[R'-A]m [C n H L ]-[R'-A] m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, R'는 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬, 시클로아릴 또는 폴리(알킬에테르)이며,R 'is alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl, cycloaryl or poly (alkylether), X는 할라이드이고,X is a halide, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00031
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00032
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00031
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00032
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 올리고뉴클레오타이드, 뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-NH2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'3, R'R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00033
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, oligonucleotide, nucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-NH 2 , R'SH , R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR ' 3 , R'R ", R'-N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00033
Is selected from
R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이다. Z is a carboxylate or trifluoroacetate.
하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 위에 적어도 하나의 적당한 거대고리 화합물을 흡착시키는 단계를 포함하여,Adsorbing at least one suitable macrocyclic compound on the surface of the single-walled carbon nanotubes under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotubes represented by the formula: 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-[X'-Ra]m [C n H L ]-[X'-R a ] m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고, a는 0 또는 10 미만의 정수이며,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, a is an integer less than 0 or 10, 각 R은 SO3H, COOH, NH2, OH, CH(R')OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, Each R is SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CH (R ') OH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR', SR ', SiR' 3 , Si- (OR ') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg-X, y는 3 이하의 정수이고,y is an integer of 3 or less, R'는 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, X는 할라이드이고,X is a halide, X'는 다핵 방향족, 이종다핵 방향족 또는 금속이종다핵 방향족 부이거나 또는 평면 금속 테트라티오옥살레이트이며,X 'is a multinuclear aromatic, heteronuclear aromatic or metal heteropolynuclear aromatic moiety or a planar metal tetrathiooxalate, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이다. Z is a carboxylate or trifluoroacetate. (a) 화학식 [CnHL]-[X'-Ra]m(이 식에서, 각 R은 SO3H, COOH, NH2, OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, y는 3 이하의 정수이다)로 표시되는 치환된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 위에 적어도 하나의 적당한 거대고리 화합물을 흡착시키는 단계;(a) Formula [C n H L ]-[X'-R a ] m (wherein each R is SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR', SiR ' 3 , Si- (OR') y -R ' 3-y , Si- (O-SiR' 2 ) -OR ', R ", Li, AlR' 2 , Hg-X, TlZ At least one suitable macrocyclic compound on the surface of the single-walled carbon nanotubes under conditions sufficient to form substituted single-walled carbon nanotubes, selected from 2 and Mg-X and y is an integer of 3 or less). Adsorbing; (b) 치환된 나노튜브 [CnHL]-[X'-Ra]m를 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계를 포함하여,(b) reacting the substituted nanotubes [C n H L ]-[X'-R a ] m with at least one suitable reagent under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotube represented by the formula Including the step of, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-[X'-Aa]m [C n H L ]-[X'-A a ] m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고, a는 10 미만의 정수이며,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, a is an integer less than 10, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00034
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00035
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00034
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00035
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 올리고뉴클레오타이드, 뉴클 레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-NH2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'3, R'R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00036
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, oligonucleotide, nucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-NH 2 , R 'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR' 3 , R'R ", R'-N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00036
Is selected from
R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, X'는 다핵 방향족, 이종다핵 방향족 또는 금속이종다핵방향족 부이거나 또는 평면 금속 테트라티오옥살레이트이며,X 'is a multinuclear aromatic, heteronuclear aromatic or metal heteropolynuclear aromatic moiety or a planar metal tetrathiooxalate, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이고,Z is carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다. w is an integer greater than 1 and less than 200.
화학식 [CnHL]-[X'-Ra]m(이 식에서, 각 R은 SO3H, COOH, NH2, OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며, y는 3 이하의 정수이다)로 표시되는 치환된 단일벽 탄소 나노튜브를 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계를 포함하여,Formula [C n H L ]-[X'-R a ] m (wherein each R is SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR ', SR ', SiR' 3 , Si- (OR ') y -R' 3-y , Si- (O-SiR ' 2 ) -OR', R ", Li, AlR ' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg At least one suitable reagent under conditions sufficient to form a substituted single-walled carbon nanotube, wherein the substituted single-walled carbon nanotubes are selected from -X and y is an integer of 3 or less) Reacting with, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula: [CnHL]-[X'-Aa]m [C n H L ]-[X'-A a ] m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고, a는 10 미만의 정수이며,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, a is an integer less than 10, 각 A는 OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00037
-CR'2-OY, N=Y,
Figure 112007005671099-PCT00038
또는 C=Y 중에서 선택되고,
Each A is OY, NHY,
Figure 112007005671099-PCT00037
-CR ' 2 -OY, N = Y,
Figure 112007005671099-PCT00038
Or C = Y,
Y는 단백질, 펩타이드, 아미노산, 효소, 항체, 올리고뉴클레오타이드, 뉴클레오타이드, 항원 또는 효소 기질, 효소 억제제 또는 효소 기질의 전이 상태 유사체의 적당한 작용기이거나 또는 R'-OH, R'-NH2, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'3, R'R", R'-N-CO, (C2H4O)w-H, -(C3H6O)w-H, -(C2H4O)w-R', (C3H6O)w-R', R' 및
Figure 112007005671099-PCT00039
중에서 선택되는 것이며,
Y is a suitable functional group of a transition state analog of a protein, peptide, amino acid, enzyme, antibody, oligonucleotide, nucleotide, antigen or enzyme substrate, enzyme inhibitor or enzyme substrate or R'-OH, R'-NH 2 , R'SH , R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR ' 3 , R'R ", R'-N-CO, (C 2 H 4 O) w -H,-(C 3 H 6 O) w -H,-(C 2 H 4 O) w -R ', (C 3 H 6 O) w -R', R 'and
Figure 112007005671099-PCT00039
Is selected from
R'는 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알킬이고,R ″ is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, X'는 다핵 방향족, 이종다핵 방향족 또는 금속이종다핵방향족 부이거나 또는 평면 금속 테트라티오옥살레이트이며,X 'is a multinuclear aromatic, heteronuclear aromatic or metal heteropolynuclear aromatic moiety or a planar metal tetrathiooxalate, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이고,Z is carboxylate or trifluoroacetate, w는 1보다 크고 200보다 작은 정수이다. w is an integer greater than 1 and less than 200.
화학식 [CnHL]-(COOH)m으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서 탄소 나노튜브의 표면 탄소를 적어도 하나의 적당한 시약과 반응시키는 단계; 및 Reacting the surface carbon of the carbon nanotubes with at least one suitable reagent under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotube represented by the formula [C n H L ] — (COOH) m ; And 이와 같이 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 아미노기가 2개 이상인 화합물과 하기 화학식으로 표시되는 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건하에서 반응시키는 단계를 포함하여,Reacting the functional group-attached single-walled carbon nanotubes with a compound having two or more amino groups under conditions sufficient to form a functional-grouped single-walled carbon nanotube represented by the following formula: 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Method for preparing a composite of the material represented by the formula:
Figure 112007005671099-PCT00040
Figure 112007005671099-PCT00040
이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, R'는 알킬, 아릴, 시클로알킬 또는 시클로아릴이다. R 'is alkyl, aryl, cycloalkyl or cycloaryl.
기질로서 단일벽 탄소 나노튜브를 수용할 수 있는 적어도 하나의 효소와 표면 탄소를 반응시키는 단계 및 적어도 하나의 효소가 화학 반응을 수행할 수 있는 조건 하에서 수성 현탁액 중에서 화학 반응을 수행하여 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 생성하는 단계를 포함하여, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Reacting surface carbon with at least one enzyme capable of accepting single-walled carbon nanotubes as a substrate and performing a chemical reaction in an aqueous suspension under the conditions under which at least one enzyme can carry out a chemical reaction, represented by the following formula A method for preparing a composite of a material represented by the following formula, comprising the step of producing a composite of the material: [CnHL]-Rm [C n H L ] -R m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이고,n is an integer, L is a number less than 0.1n, m is a number less than 0.5n, R은 각각 동일한 것으로서, SO3H, COOH, NH2, OH, CH(R')OH, CHO, CN, COCl, 할라이드, COSH, SH, COOR', SR', SiR'3, Si-(OR')y-R'3-y, Si-(O-SiR'2)-OR', R", Li, AlR'2, Hg-X, TlZ2 및 Mg-X 중에서 선택되며,R are the same each, SO 3 H, COOH, NH 2 , OH, CH (R ') OH, CHO, CN, COCl, halide, COSH, SH, COOR', SR ', SiR' 3 , Si- (OR ') y -R' 3-y , Si- (O-SiR ' 2 ) -OR', R ", Li, AlR ' 2 , Hg-X, TlZ 2 and Mg-X, y는 3 이하의 정수이고,y is an integer of 3 or less, R'는 수소, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 아르알킬 또는 시클로아릴이며,R 'is hydrogen, alkyl, aryl, cycloalkyl, aralkyl or cycloaryl, R"는 플루오로알킬, 플루오로아릴, 플루오로시클로알킬 또는 플루오로아르알 킬이고,R "is fluoroalkyl, fluoroaryl, fluorocycloalkyl or fluoroaralkyl, X는 할라이드이고,X is a halide, Z는 카르복실레이트 또는 트리플루오로아세테이트이다.Z is a carboxylate or trifluoroacetate. 제17항에 있어서, Rm은 -OH이고 효소는 사이토크롬 p450 효소 또는 퍼옥시다제인 것이 특징인 방법.18. The method of claim 17, wherein R m is -OH and the enzyme is a cytochrome p450 enzyme or peroxidase. 탄소 나노튜브의 표면 탄소를 질산 및 황산과 반응시켜 니트로화된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성시키는 단계; 및Reacting the surface carbon of the carbon nanotubes with nitric acid and sulfuric acid to form nitrated single wall carbon nanotubes; And 이와 같이 니트로화된 단일벽 탄소 나노튜브를 환원시켜 하기 화학식으로 표시되는 합성물을 수득하는 단계Reducing the nitrated single-walled carbon nanotubes as described above to obtain a compound represented by the following formula 를 포함하여, 하기 화학식으로 표시되는 소재의 합성물을 제조하는 방법:Including, a method of producing a composite of the material represented by the following formula: [CnHL]-(NH2)m [C n H L ]-(NH 2 ) m 이 식에서, 탄소원자 Cn은 직경이 5나노미터 미만인, 실질적으로 원기둥형의 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소이며,In this equation, the carbon atom C n is the surface carbon of a substantially cylindrical single-walled carbon nanotube, less than 5 nanometers in diameter, n은 정수이고, L은 0.1n 미만의 수이며, m은 0.5n 미만의 수이다. n is an integer, L is a number less than 0.1n, and m is a number less than 0.5n. 직경이 5나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브를 이 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 위에 작용기를 균일하게 치환시킬 수 있는 반응물의 유효량과 접촉시키는 것을 포함하여, 상기 직경이 5나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면을 작용기로 균일하게 치환시키는 방법.Single-walled carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter, including contacting single-walled carbon nanotubes less than 5 nanometers in diameter with an effective amount of reactants capable of uniformly displacing functional groups on the surface of the single-walled carbon nanotubes. Method of uniformly replacing the surface of the tube with a functional group. 제20항에 있어서, 반응물이 프탈로시아닌인 것이 특징인 방법.The method of claim 20, wherein the reactant is phthalocyanine. 제20항에 있어서, 반응물이 니켈 (II) 프탈로시아닌테트라설폰산(테트라나트륨 염) 또는 1,4,8,11,15,18,22,25-옥타부톡시-29H,31H-프탈로시아닌인 것이 특징인 방법.21. The method of claim 20 wherein the reactant is nickel (II) phthalocyanine tetrasulfonic acid (tetrasodium salt) or 1,4,8,11,15,18,22,25-octabutoxy-29H, 31H-phthalocyanine. How to be. 직경이 5나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브를 이 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 위에 작용기를 치환시킬 수 있는 반응물의 유효량과 접촉시키는 것을 포함하는 방법을 통해 제조된 직경이 5나노미터 미만인 표면 변형된 단일벽 탄소 나노튜브.Surface modified less than 5 nanometers in diameter prepared by a method comprising contacting a single-walled carbon nanotube less than 5 nanometers in diameter with an effective amount of reactants capable of substituting functional groups on the surface of the single-walled carbon nanotubes. Single wall carbon nanotubes. 제23항에 있어서, 반응물이 프탈로시아닌인 것이 특징인 표면 변형된 단일벽 탄소 나노튜브.24. The surface modified single wall carbon nanotubes of claim 23, wherein the reactant is phthalocyanine. 제23항에 있어서, 반응물이 니켈 (II) 프탈로시아닌테트라설폰산(테트라나트륨 염) 또는 1,4,8,11,15,18,22,25-옥타부톡시-29H,31H-프탈로시아닌인 것이 특징인 표면 변형된 단일벽 탄소 나노튜브. 24. The method of claim 23 wherein the reactant is nickel (II) phthalocyanine tetrasulfonic acid (tetrasodium salt) or 1,4,8,11,15,18,22,25-octabutoxy-29H, 31H-phthalocyanine. Surface modified single-walled carbon nanotubes. NHS 에스테르 기를 보유하고 직경이 5나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브와 단백질을, 상기 NHS 에스테르와 상기 단백질의 아민 기 사이에 공유 결합을 형성하기에 충분한 조건 하에서 접촉시키는 단계를 포함하여 단백질을 나노튜브에 결합시키는 방법. Contacting the protein with a single-wall carbon nanotube having a NHS ester group and less than 5 nanometers in diameter, under conditions sufficient to form a covalent bond between the NHS ester and the amine group of the protein. How to bind to. 직경이 5나노미터 미만인 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 함유하는 전극. An electrode containing functionally attached single-walled carbon nanotubes less than 5 nanometers in diameter. 제27항에 있어서, 전극이 다공성 관통 전극(porous flow through electrode)인 것이 특징인 전극.28. The electrode of claim 27, wherein the electrode is a porous flow through electrode. 제27항에 있어서, 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브가 프탈로시아닌 치환된 나노튜브인 것이 특징인 전극.The electrode of claim 27, wherein the functionally attached single-walled carbon nanotubes are phthalocyanine substituted nanotubes. 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브 망상구조가 작용기에 적어도 하나의 링커 부에 의해 결합된 적어도 2개의 작용기성 원섬유를 함유하고, 상기 링커 부가 이작용기성 또는 다작용기성인 것이 특징인 복수의 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브 망상구조를 함유하는 다공성 소재. A plurality of functional group attachments wherein the functionally attached single-walled carbon nanotube network contains at least two functional fibrils bonded by at least one linker moiety to the functional group, wherein the linker addition is bifunctional or multifunctional. Porous material containing a single-walled carbon nanotube network. 직경이 5나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소를, 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서, 적어도 하나의 적당한 시약으로 물리적 또는 화학적으로 변형시키는 단계;Physically or chemically modifying the surface carbon of single-walled carbon nanotubes less than 5 nanometers in diameter with at least one suitable reagent under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotubes; 이와 같이 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브 위에 당해의 용질이 결합할 수 있는 물질을 고정시키는 단계; 및Immobilizing a material to which the solute of interest is bound on the single-walled carbon nanotube to which the functional group is attached; And 이와 같이 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브 위에 고정된 물질에 당해의 용질이 결합하기에 충분한 조건 하에서 당해의 용질을 함유하는 분획에 상기 치환된 단일벽 탄소 나노튜브를 노출시키는 단계를 포함하여 시료로부터 당해의 용질을 분리하는 방법. Exposing the substituted single-walled carbon nanotubes to the fraction containing the solute under conditions sufficient to bind the solute to the material immobilized on the functionally attached single-walled carbon nanotube. Method of separating the solute of interest. 제31항에 있어서, 당해의 용질이 단백질인 것이 특징인 방법.32. The method of claim 31 wherein the solute of interest is a protein. 제31항에 있어서, 추가로 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 회수하는 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.32. The method of claim 31, further comprising recovering the functionally attached single wall carbon nanotubes. 제31항에 있어서, 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브가 다공성 매트 형태인 것이 특징인 방법.32. The method of claim 31, wherein the functionally attached single wall carbon nanotubes are in the form of a porous mat. 제31항에 있어서, 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브가 충진된 컬럼 형태인 것이 특징인 방법.32. The method of claim 31, wherein the functionally attached single-walled carbon nanotubes are in the form of packed columns. 제31항에 있어서, 결합이 가역성인 것이 특징인 방법.The method of claim 31, wherein the binding is reversible. 제31항에 있어서, 결합이 이온 상호작용인 것이 특징인 방법.32. The method of claim 31, wherein the bond is an ionic interaction. 제31항에 있어서, 결합이 소수성 상호작용인 것이 특징인 방법.32. The method of claim 31, wherein the bond is a hydrophobic interaction. 제31항에 있어서, 결합이 특정 분자 인식을 통해 이루어지는 것이 특징인 방법.32. The method of claim 31, wherein the binding is via specific molecular recognition. 직경이 5나노미터 미만인 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브가 복수개 결합되어 있는, 직경이 25μ 미만인 실질적으로 구형인 비드를 함유하는 중합체 비드. A polymer bead containing substantially spherical beads of less than 25 microns in diameter, wherein a plurality of functionally attached single-walled carbon nanotubes of less than 5 nanometers in diameter are joined. 제40항에 있어서, 비드가 자성인 것이 특징인 중합체 비드.41. The polymer bead of claim 40 wherein the bead is magnetic. 직경이 5나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브의 표면 탄소를, 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 형성하기에 충분한 조건 하에서, 적어도 하나의 적당한 시약으로 물리적 또는 화학적으로 변형시키는 단계;Physically or chemically modifying the surface carbon of single-walled carbon nanotubes less than 5 nanometers in diameter with at least one suitable reagent under conditions sufficient to form a functionally attached single-walled carbon nanotubes; 이와 같이 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브 위에서 반응을 촉매할 수 있 는 생물촉매를 고정시키는 단계; 및Immobilizing a biocatalyst capable of catalyzing the reaction on the functionally attached single-walled carbon nanotube; And 반응물이 산물로 변환되기에 충분한 조건 하에서 상기 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 반응물과 접촉시키는 단계Contacting the functionally attached single-walled carbon nanotube with the reactant under conditions sufficient to convert the reactant into a product. 를 포함하여 적어도 하나의 반응물을 적어도 하나의 산물로 변환시키는 반응을 촉매하는 방법. A method of catalyzing a reaction to convert at least one reactant into at least one product, including. 제42항에 있어서, 추가로 반응이 완료된 후 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브를 회수하는 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.43. The method of claim 42, further comprising recovering the functionally attached single-walled carbon nanotubes after the reaction is complete. 제42항에 있어서, 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브가 다공성 매트 형태인 것이 특징인 방법.43. The method of claim 42, wherein the functionally attached single wall carbon nanotubes are in the form of a porous mat. 제42항에 있어서, 작용기 부착된 단일벽 탄소 나노튜브가 충진된 컬럼 형태인 것이 특징인 방법.43. The method of claim 42, wherein the functionally attached single-walled carbon nanotubes are in the form of packed columns. 펩타이드의 말단 아미노산을 가역성 링커를 통해 직경이 5나노미터 미만인 단일벽 탄소 나노튜브에 부착시키는 단계를 포함하는, 펩타이드 합성방법.Attaching the terminal amino acid of the peptide to a single-walled carbon nanotube less than 5 nanometers in diameter via a reversible linker. 제46항에 있어서, 링커가 4-(하이드록시메틸)페녹시아세트산인 것이 특징인 합성방법.47. The method of claim 46, wherein the linker is 4- (hydroxymethyl) phenoxyacetic acid.
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