JP5339399B2 - 低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ及びその製造方法 - Google Patents
低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、医薬、化成品分野などにおける包接・分離用材料、薬剤徐放材料として、あるいは高機能性材料として有用な低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブとその製造方法に関するものである。
ナノテクノロジーを代表する材料として０．５〜５００ナノメートル（以下ｎｍと記す）の細孔を有するナノチューブ状材料が注目を集めている。そのなかでも人工的に初めて合成された無機系ナノチューブであるカーボンナノチューブは良く知られており（非特許文献１）、そのサイズ、形状、化学構造、等に由来する特性への期待から、ナノスケールの電子デバイス、高強度材料、電子放出、及びガス貯蔵等への用途開発とともに、実用化への要望から精力的に量産化に関する研究が進められている（特許文献１、非特許文献２）。
また、１ｎｍ以下の細孔を有する有機環状化合物としてシクロデキストリンが有名である。シクロデキストリンは、種々の低分子有機化合物をその環状中空部に内包できることから、健康食品分野、化粧品分野、抗菌消臭・家庭品分野、工業・農業・環境分野への貢献を目的に、様々なシクロデキストリン包接品が研究開発され、既に事業化されているものも多い（特許文献２〜４）。このようなシクロデキストリンの広範な用途開発の実施は、シクロデキストリンの量産化が実現していることと、シクロデキストリンの構造がブドウ糖６〜８単位を環状に連ねたものであり、生体への安全性が確保されていることが大きな要因である。
本発明者らは無機系ナノチューブとは違った分野での応用が見込まれ、またシクロデキストリンよりも大きな内孔サイズの中空構造を有する長鎖炭化水素基に糖残基を結合させた糖脂質又はペプチド脂質を自己集合させることにより形成される中空繊維状有機ナノチューブを合成することに成功している（特許文献５、６、非特許文献３）。この中空繊維状有機ナノチューブは、中空シリンダー部の内孔サイズが１０〜５００ｎｍであり、シクロデキストリンよりも一桁以上大きいため、シクロデキストリンでは包接が不可能である３〜５００ｎｍのタンパク質、ウイルス、金属微粒子やその他の無機微粒子等をその中空シリンダー内部に捕捉できるため、その用途開発が行われている。
１ｎｍ以下の細孔を有するシクロデキストリンが包接することの出来る低分子有機化合物は、１ｎｍ以下のシクロデキストリン細孔に入ることが出来るものに限られている。すなわち、１ｎｍ以下のサイズを有する低分子有機化合物であり、１ｎｍより大きなサイズを有する有機化合物は、包接することが出来ない。また、シクロデキストリンの低分子有機化合物に対する包接は、溶液中において包接状態と解離状態が共存する平衡状態にあり、一般的にシクロデキストリン−低分子有機化合物包接体の安定性は高くはないことから、より安定性の高い包接体が求められている。
一方、本発明者らの開発した中空繊維状有機ナノチューブは中空構造を有し、その内孔サイズは、１０〜５００ｎｍであるため、その内孔サイズより小さい３〜５００ｎｍのタンパク質、ウイルス、金属微粒子やその他の無機微粒子等をその中空シリンダー内部に捕捉できる。しかしながら、３ｎｍより小さい有機化合物を安定に包接することは、困難であった。
特表２００３−５３５７９４号公報
特開２００５−３０６７６３号公報
特開２００６−１９１７号公報
特開平７−１０９２５４号公報
特開２００４−２２４７１７号公報
特開２００２−３２２１９０号公報
S.Iijima, Nature, 1991, 354, 56
K.Hata, DonN.Futaba, K.Mizuno, T.Namai, M.Yumura, S.Iijima,Science, 2004, 306, 1362
S.Kamiya, H.Minamikawa, J.H.Jung, Y.Bo, M.Masuda,T.Shimizu, Langmuir, 2005, 21, 743
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、シクロデキストリン包接体に不足する、安定性のある低分子有機化合物の包接体及びその製造方法を提供することにある。また、本発明のもう１つの目的は、シクロデキストリンが包接することの出来ない１ｎｍより大きなサイズであって、中空繊維状有機ナノチューブが安定に包接することの出来ない３ｎｍより小さいサイズの有機化合物の包接体及びその製造方法を提供することにある。
発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、糖脂質又はペプチド脂質と組み合わせた低分子有機化合物を、溶媒単独もしくは何種類かの溶媒を組み合わせた混合溶媒に溶解し、その溶液を室温下に静置するか或いは濃縮することにより自己集合させると、低分子有機化合物が中空繊維状有機ナノチューブを構成する脂質二分子膜内にインターカレートした低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを形成することを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、医薬、化成品分野などにおける包接・分離用材料、薬剤徐放材料として、あるいは高機能性材料として有用な、糖脂質又はペプチド脂質と組み合わせた炭化水素化合物の使用を特徴とする、以下の（１）ないし（５）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを提供するものである。
（１） 下記一般式（１）
Ｇ−ＮＨＣＯ−Ｒ （１）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基を表す。）で表わされるＮ−グリコシド型糖脂質、又は
下記一般式（２）
Ｇ−ＮＨＣＯ−（ＣＨ 2 ） n ＣＯＯＨ （２）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、ｎは６〜２０の整数を表す。）で表わされる非対称双頭型糖脂質、あるいは、
下記一般式（３）
ＱＣＯ（ＮＨＣＨ 2 ＣＯ） m ＯＨ （３）
（式中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質、
から選ばれる１種と低分子有機化合物を溶かした混合溶媒を室温下に静置するか又は濃縮することにより形成された中空繊維状有機ナノチューブであって、中空繊維状有機ナノチューブの脂質膜中に前記低分子化合物がインターカートされていることを特徴とする低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（２）前記糖がグルコースである前記（１）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（３）前記ペプチドがグリシルグリシン（ｍ＝２）である前記（１）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（４）前記低分子有機化合物が、機能性化合物である（１）〜（３）のいずれかの低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（５）前記低分子有機化合物が、蛍光性を有する化合物である（１）〜（３）のいずれかの低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（１） 下記一般式（１）
Ｇ−ＮＨＣＯ−Ｒ （１）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基を表す。）で表わされるＮ−グリコシド型糖脂質、又は
下記一般式（２）
Ｇ−ＮＨＣＯ−（ＣＨ 2 ） n ＣＯＯＨ （２）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、ｎは６〜２０の整数を表す。）で表わされる非対称双頭型糖脂質、あるいは、
下記一般式（３）
ＱＣＯ（ＮＨＣＨ 2 ＣＯ） m ＯＨ （３）
（式中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質、
から選ばれる１種と低分子有機化合物を溶かした混合溶媒を室温下に静置するか又は濃縮することにより形成された中空繊維状有機ナノチューブであって、中空繊維状有機ナノチューブの脂質膜中に前記低分子化合物がインターカートされていることを特徴とする低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（２）前記糖がグルコースである前記（１）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（３）前記ペプチドがグリシルグリシン（ｍ＝２）である前記（１）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（４）前記低分子有機化合物が、機能性化合物である（１）〜（３）のいずれかの低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
（５）前記低分子有機化合物が、蛍光性を有する化合物である（１）〜（３）のいずれかの低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
また本発明は、以下の（６）ないし（９）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法を提供するものである。
（６）下記一般式（１）
Ｇ−ＮＨＣＯ−Ｒ （１）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基を表す。）で表わされるＮ−グリコシド型糖脂質、又は
下記一般式（２）
Ｇ−ＮＨＣＯ−（ＣＨ 2 ） n ＣＯＯＨ （２）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、ｎは６〜２０の整数を表す。）で表わされる非対称双頭型糖脂質、あるいは、
下記一般式（３）
ＱＣＯ（ＮＨＣＨ 2 ＣＯ） m ＯＨ （３）
（式中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質、
から選ばれる１種と低分子有機化合物を溶媒に溶解させる工程、
その溶液を室温下に静置するか或いは濃縮することにより、溶液中で自己集合させて、脂質膜中に該低分子化合物がインターカレートした低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを生成させる工程、
生成した低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを溶液から回収し、室温で風乾又は減圧加熱乾燥させる工程
からなる、低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
（７）前記糖がグルコースである前記（６）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
（８）前記ペプチドがグリシルグリシン（ｍ＝２）である前記（６）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
（９）前記溶媒が、沸点が１２０℃以下のアルコール類を少なくとも１０容積％含む前記（６）〜（８）のいずれかの低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
（６）下記一般式（１）
Ｇ−ＮＨＣＯ−Ｒ （１）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基を表す。）で表わされるＮ−グリコシド型糖脂質、又は
下記一般式（２）
Ｇ−ＮＨＣＯ−（ＣＨ 2 ） n ＣＯＯＨ （２）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、ｎは６〜２０の整数を表す。）で表わされる非対称双頭型糖脂質、あるいは、
下記一般式（３）
ＱＣＯ（ＮＨＣＨ 2 ＣＯ） m ＯＨ （３）
（式中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質、
から選ばれる１種と低分子有機化合物を溶媒に溶解させる工程、
その溶液を室温下に静置するか或いは濃縮することにより、溶液中で自己集合させて、脂質膜中に該低分子化合物がインターカレートした低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを生成させる工程、
生成した低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを溶液から回収し、室温で風乾又は減圧加熱乾燥させる工程
からなる、低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
（７）前記糖がグルコースである前記（６）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
（８）前記ペプチドがグリシルグリシン（ｍ＝２）である前記（６）の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
（９）前記溶媒が、沸点が１２０℃以下のアルコール類を少なくとも１０容積％含む前記（６）〜（８）のいずれかの低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
本発明の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブは、３ｎｍより小さい低分子有機化合物を安定に微細中空繊維状有機ナノチューブの膜中に分散含有しているため、微細中空繊維状有機ナノチューブが元来有するその中空内部への３ｎｍ未満並びに３ｎｍ以上のサイズを有する薬剤や生体分子の包接能力と、その膜中に３ｎｍより小さい低分子有機化合物を安定に分散含有する能力を併せ持つ、新規な複合材料を作成し、提供できるものである。
また、本発明の中空繊維状有機ナノチューブは、例えば、ファインケミカル工業分野、医薬、化粧品分野などにおいて薬剤や有用生体分子の包接・分離用材料、ドラッグデリバリ材料として利用可能である。その際、膜中に安定に分散含有された有機化合物は、中空内部へ包接された薬剤等と環境が異なるため、薬剤等を包接した低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを溶媒中に分散した場合、包接された薬剤は溶媒に運ばれ徐放されるが、膜中に分散含有された低分子有機化合物は安定に存在し続けることができる。
すなわち、膜中に分散含有される低分子有機化合物として蛍光性を有する化合物を使用すれば、微細中空繊維状有機ナノチューブの生体内での直接蛍光顕微鏡観察が可能になり、薬剤等を包接した微細中空繊維状有機ナノチューブがどの様な挙動を示すか明らかにすることができる。
すなわち、膜中に分散含有される低分子有機化合物として蛍光性を有する化合物を使用すれば、微細中空繊維状有機ナノチューブの生体内での直接蛍光顕微鏡観察が可能になり、薬剤等を包接した微細中空繊維状有機ナノチューブがどの様な挙動を示すか明らかにすることができる。
さらには、微小なチューブ構造を利用した人工血管、ナノチューブキャピラリ、ナノリアクターとして医療、分析、化学品製造分野などで有用であり、工業的利用価値が高いため、これら様々な分野へ貢献することができる。
本発明の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブは、一般式（１）Ｇ−ＮＨＣＯ−Ｒ並びに一般式（２）Ｇ−ＮＨＣＯ−（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨで表される糖脂質、もしくは一般式（３）ＱＣＯ（ＮＨＣＨ２ＣＯ）ｍＯＨで表されるペプチド脂質と、低分子有機化合物を原料とすることによって製造することができる。
この一般式（１）及び一般式（２）中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基、好ましくはグルコースである。
上記一般式（１）中、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基、好ましくは１個の二重結合を含む不飽和炭化水素基である。またＲの炭素数は６〜２４、好ましくは１０〜１６である。
上記一般式（２）中、ｎは６〜２０の整数であり、好ましくは１０〜１６である。
上記一般式（３）中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、好ましくは１０〜１６である。また上記一般式（３）中、ｍは１〜３の整数であり、好ましくは２である。
この一般式（１）及び一般式（２）中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基、好ましくはグルコースである。
上記一般式（１）中、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基、好ましくは１個の二重結合を含む不飽和炭化水素基である。またＲの炭素数は６〜２４、好ましくは１０〜１６である。
上記一般式（２）中、ｎは６〜２０の整数であり、好ましくは１０〜１６である。
上記一般式（３）中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、好ましくは１０〜１６である。また上記一般式（３）中、ｍは１〜３の整数であり、好ましくは２である。
図１は、前記糖脂質又はペプチド脂質と、前記低分子有機化合物とから合成される、本発明の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを模式的に示すものである。
図１に示すとおり、本発明の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブは、中空繊維状有機ナノチューブを構成する脂質二分子膜内に、低分子有機化合物がインターカレートした構造を有するものである。
図１に示すとおり、本発明の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブは、中空繊維状有機ナノチューブを構成する脂質二分子膜内に、低分子有機化合物がインターカレートした構造を有するものである。
本発明においてインターカレートされる低分子有機化合物は、脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素から選ばれるものであり、中空繊維状有機ナノチューブを構成する脂質二分子膜内にインターカレート出来る構造を有する３ｎｍ以下の大きさを持つ炭化水素化合物である。
具体的には、クロロフィル色素、ナフトキノン類、アントラキノン類、カテキン類、フラボノイド類、スチルベノイド類、フェニルプロパノイド類、カロテノイド系色素、テルペン類、ステロイド、トリテルペンアルコール類、脂溶性ビタミン類、脂肪酸類、アルカロイド、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、等の低分子有機化合物が挙げられる。
具体的には、クロロフィル色素、ナフトキノン類、アントラキノン類、カテキン類、フラボノイド類、スチルベノイド類、フェニルプロパノイド類、カロテノイド系色素、テルペン類、ステロイド、トリテルペンアルコール類、脂溶性ビタミン類、脂肪酸類、アルカロイド、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、等の低分子有機化合物が挙げられる。
また、本発明における前記低分子有機化合物は、所望の機能を有する機能性化合物であることが好ましい。
例えば、前記低分子有機化合物として蛍光性を有する化合物を用いた場合には、微細中空繊維状有機ナノチューブの生体内での直接蛍光顕微鏡観察が可能になり、薬剤等を包接した微細中空繊維状有機ナノチューブがどの様な挙動を示すか明らかにすることができる。
このような蛍光性を有する低分子有機化合物としては、具体的には、８−アミノ−１−ナフタレンスルホン酸塩類、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、アントラセン誘導体、フルオレセイン誘導体、クマリン誘導体、ピレン誘導体、等を挙げることができる。
例えば、前記低分子有機化合物として蛍光性を有する化合物を用いた場合には、微細中空繊維状有機ナノチューブの生体内での直接蛍光顕微鏡観察が可能になり、薬剤等を包接した微細中空繊維状有機ナノチューブがどの様な挙動を示すか明らかにすることができる。
このような蛍光性を有する低分子有機化合物としては、具体的には、８−アミノ−１−ナフタレンスルホン酸塩類、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、アントラセン誘導体、フルオレセイン誘導体、クマリン誘導体、ピレン誘導体、等を挙げることができる。
次に、一般式（１）もしくは一般式（２）で表される糖脂質もしくは一般式（３）で表されるペプチド脂質と組み合わせた低分子有機化合物を用いて低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを製造する方法について述べる。
（１）まず、以下の（１ａ）又は（１ｂ）の方法により、低分子有機化合物がインターカレートされた有機ナノチューブを溶液中に生成させる。
（１ａ）溶媒に一般式（１）もしくは一般式（２）で表される糖脂質もしくは一般式（３）で表されるペプチド脂質を溶解させて溶液を調製する。この溶媒は沸点以下に加温する。そのため脂質の溶解量を多くすることができる。この溶液中の脂質の濃度は高いほど好ましく、飽和であることが最も好ましい。
（１ａ）溶媒に一般式（１）もしくは一般式（２）で表される糖脂質もしくは一般式（３）で表されるペプチド脂質を溶解させて溶液を調製する。この溶媒は沸点以下に加温する。そのため脂質の溶解量を多くすることができる。この溶液中の脂質の濃度は高いほど好ましく、飽和であることが最も好ましい。
この溶媒としては、沸点が１２０℃以下であるアルコール類を用いることができる。この溶媒は単独でもよいし、２種以上の混合溶媒であってもよい。
このようなアルコール類としては、１−ブタノール、２−ブタノール、エタノール、メタノール、２−メトキシエタノール、イソブチルアルコール、三級ブチルアルコール、２−ペンタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、アミルアルコール、アリルアルコール、を挙げることができる。
このようなアルコール類としては、１−ブタノール、２−ブタノール、エタノール、メタノール、２−メトキシエタノール、イソブチルアルコール、三級ブチルアルコール、２−ペンタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、アミルアルコール、アリルアルコール、を挙げることができる。
更に、このアルコール類に、芳香族炭化水素類、パラフィン類、塩化パラフィン類、塩化オレフィン類、塩化芳香族炭化水素類、エーテル類、ケトン類、エステル類、含窒素化合物及び水の１種以上を混合した混合溶媒を用いてもよい。この混合溶媒はこのアルコール類を好ましくは少なくとも１０容積％、より好ましくは少なくとも５０容積％含む。
前記芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、メシチレン、テトラリン、キシレン、を挙げることができる。
前記パラフィン類としては、シクロヘキサン、ヘプタン、ヘキサン、リグロイン、ペンタン、エチルシクロペンタン、石油エーテル、イソオクタン、イソヘキサン、イソヘプタン、イソペンタン、デカリン、デカン、ドデカン、オクタン、ノナン、を挙げることができる。
前記塩化パラフィン類としては、四塩化炭素、クロロホルム、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、塩化メチレン、塩化エチル、塩化ブチル、塩化プロピルを挙げることができる。
前記塩化オレフィン類としては、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、1,1-ジクロロエチレン、1,2-ジクロロエチレンを挙げることができる。
前記塩化芳香族炭化水素類としては、1-クロロナフタレン、o-ジクロロベンゼン、m-ジクロロベンゼン、を挙げることができる。
前記エーテル類としては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、エチルメチルエーテル、ジベンジルエーテル、ジフェニルエーテル、トリグリム、ジオキサン、テトラヒドロフラン、を挙げることができる。
ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、アセタール、アセトアルデヒド、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、ジメチルスルホキシド、を挙げることができる。
前記エステル類としては、酢酸エチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、ギ酸メチル、ギ酸ブチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、酪酸エチル、酪酸メチルを挙げることができる。
前記含窒素化合物としては、アセトアミド、アセトニトリル、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、エチルアミン、エチレンジアミン、ヒドラジン、ニトロメタン、ピペリジン、プロピルアミン、ピリジン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、トリエチルアミン、アクリロニトリル、アニリン、ジイソプロピルエチルアミン、ジメチルアセトアミド、ジメチルアニリン、N,N-ジメチルホルムアミド、ホルムアミド、N-メチルピロリドン、モルホリン、ニトロベンゼン、キノリン、を挙げることができる。
前記芳香族炭化水素類としては、ベンゼン、トルエン、メシチレン、テトラリン、キシレン、を挙げることができる。
前記パラフィン類としては、シクロヘキサン、ヘプタン、ヘキサン、リグロイン、ペンタン、エチルシクロペンタン、石油エーテル、イソオクタン、イソヘキサン、イソヘプタン、イソペンタン、デカリン、デカン、ドデカン、オクタン、ノナン、を挙げることができる。
前記塩化パラフィン類としては、四塩化炭素、クロロホルム、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、塩化メチレン、塩化エチル、塩化ブチル、塩化プロピルを挙げることができる。
前記塩化オレフィン類としては、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、1,1-ジクロロエチレン、1,2-ジクロロエチレンを挙げることができる。
前記塩化芳香族炭化水素類としては、1-クロロナフタレン、o-ジクロロベンゼン、m-ジクロロベンゼン、を挙げることができる。
前記エーテル類としては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、エチルメチルエーテル、ジベンジルエーテル、ジフェニルエーテル、トリグリム、ジオキサン、テトラヒドロフラン、を挙げることができる。
ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、アセタール、アセトアルデヒド、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、ジメチルスルホキシド、を挙げることができる。
前記エステル類としては、酢酸エチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、ギ酸メチル、ギ酸ブチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、酪酸エチル、酪酸メチルを挙げることができる。
前記含窒素化合物としては、アセトアミド、アセトニトリル、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、エチルアミン、エチレンジアミン、ヒドラジン、ニトロメタン、ピペリジン、プロピルアミン、ピリジン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、トリエチルアミン、アクリロニトリル、アニリン、ジイソプロピルエチルアミン、ジメチルアセトアミド、ジメチルアニリン、N,N-ジメチルホルムアミド、ホルムアミド、N-メチルピロリドン、モルホリン、ニトロベンゼン、キノリン、を挙げることができる。
このようにして調製した脂質溶液に低分子有機化合物をそのまま、もしくは溶媒に溶解した溶液を加えることにより、脂質−低分子有機化合物混合溶液を調整する。
この際、低分子有機化合物をそのまま脂質溶液に加えるのは、低分子有機化合物が脂質溶液に溶解する場合である。低分子有機化合物が脂質溶液に溶解しない場合には、脂質溶液に良く混ざる溶媒を選択し、その溶媒に低分子有機化合物を溶解した後に、脂質溶液に加えることにより脂質−低分子有機化合物混合溶液を調整する。
この際、低分子有機化合物をそのまま脂質溶液に加えるのは、低分子有機化合物が脂質溶液に溶解する場合である。低分子有機化合物が脂質溶液に溶解しない場合には、脂質溶液に良く混ざる溶媒を選択し、その溶媒に低分子有機化合物を溶解した後に、脂質溶液に加えることにより脂質−低分子有機化合物混合溶液を調整する。
このようにして調製した脂質−低分子有機化合物混合溶液を徐冷して、室温下に静置して低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを生成させる。この「徐冷」とは、特に加熱や冷却操作を行わないで温度を下げるという意味と、加熱や冷却操作を行い温度制御しながらゆっくり下げるという２つの意味がある。従って、徐冷時の温度は、周囲の温度や装置の熱容量などによって異なる場合と、温度をコントロールする装置の設定に依存する場合がある。また「室温」とは特に過剰な加熱や冷却を行わない温度という意味であり、具体的には０〜４０℃、好ましくは２０℃付近の温度をいう。このようにして、徐冷十数時間〜数日間経過後、溶液から低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブが析出してくる。
（１ｂ）上記と同様の溶媒に脂質と低分子有機化合物を溶解させて脂質−低分子有機化合物混合溶液を調製する。この溶媒を使用するにあたっては特に加温を要しない。この溶液中の脂質の濃度は高いほど好ましく、飽和であることが最も好ましい。
次に、この溶液を濃縮する。例えば、エバポレーターを用いて、蒸発温度は好ましくは室温〜低圧力下での沸点以下、圧力５〜１０ＫＰａで濃縮乾固する。
その結果、各溶媒に対する溶解度に依存して、溶液から低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブが析出してくる。
次に、この溶液を濃縮する。例えば、エバポレーターを用いて、蒸発温度は好ましくは室温〜低圧力下での沸点以下、圧力５〜１０ＫＰａで濃縮乾固する。
その結果、各溶媒に対する溶解度に依存して、溶液から低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブが析出してくる。
（２）次に、溶液から低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを回収し、風乾又は減圧加熱乾燥することにより、空気中で安定な、平均外径が２０〜７００ｎｍ、好ましくは４０〜４００ｎｍであり、平均内径（中空の平均径）が１０〜５００ｎｍ、好ましくは２０〜２００ｎｍであり、長さが数百ｎｍ〜数百μｍのサイズを有する低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブが得られる。
風乾の条件は、回収した低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを空気の流れのある場所で室温、大気圧下で乾燥することである。乾燥時間は２時間〜４８時間であり、好ましくは２４時間以上である。
減圧加熱乾燥の条件は、室温から６０℃の温度範囲において減圧度２０Ｐａ以下で、２時間以上乾燥することである。加熱温度は６０℃以下であれば高いほど乾燥時間が短くて済むが、脂質の熱安定性に与える影響を考慮すると４０℃以下が好ましい。より好ましい乾燥条件は、３０℃で２４〜４８時間である。
風乾の条件は、回収した低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを空気の流れのある場所で室温、大気圧下で乾燥することである。乾燥時間は２時間〜４８時間であり、好ましくは２４時間以上である。
減圧加熱乾燥の条件は、室温から６０℃の温度範囲において減圧度２０Ｐａ以下で、２時間以上乾燥することである。加熱温度は６０℃以下であれば高いほど乾燥時間が短くて済むが、脂質の熱安定性に与える影響を考慮すると４０℃以下が好ましい。より好ましい乾燥条件は、３０℃で２４〜４８時間である。
低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの形態やサイズ次元の確認のためには、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、などが用いられる。走査電子顕微鏡は繊維状構造体の表面観察、形態観察には非常に有効な観察手段である。繊維構造体の配向状態によっては、中空シリンダー構造の直接確認は可能であるが、万能とは言えない。透過電子顕微鏡は、中空シリンダー構造を濃淡のコントラストの差で表現できるため、中空シリンダー構造の確認は可能であるが、リボン状の構造体の横幅両端が単に少し巻き上がった状態でも同様なコントラスト像を与えるため、単独使用では、中空シリンダー構造と断定するには少し危険である。そのため、中空繊維状形態の存在確認のためには、走査電子顕微鏡と透過電子顕微鏡を併用して使用することが望ましい。また、低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブに分子有機化合物が含まれていることの確認のためには、蛍光顕微鏡、核磁気共鳴装置、などが用いられる。蛍光顕微鏡は低分子有機化合物が蛍光性を持つ場合、有機ナノチューブの膜中に低分子有機化合物の存在を直接確認するための非常に有効な観察手段である。核磁気共鳴装置は、低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを溶媒に溶解した後、核磁気共鳴スペクトル測定によって、低分子有機化合物が有機ナノチューブの膜中に含まれているがどうかを確認することができる手段である。蛍光性を持つか持たないかに関わらず、低分子有機化合物の膜中での存在は、核磁気共鳴スペクトルを測定することによって、確認できる。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−テトラデカノイル−グリシルグリシン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
Ｎ−テトラデカノイル−グリシルグリシン２０ｍｇと８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩４ｍｇを４０℃に加温したエタノール２０ｍｌに溶解し、その後、ロータリーエバポレーター（圧力１０ＫＰａ、蒸発温度４０℃）を用いて濃縮乾固すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−テトラデカノイル−グリシルグリシン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：２４ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径６０ｎｍ、平均外径１５０ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図２）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図３）。
（実施例１）
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−テトラデカノイル−グリシルグリシン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
Ｎ−テトラデカノイル−グリシルグリシン２０ｍｇと８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩４ｍｇを４０℃に加温したエタノール２０ｍｌに溶解し、その後、ロータリーエバポレーター（圧力１０ＫＰａ、蒸発温度４０℃）を用いて濃縮乾固すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−テトラデカノイル−グリシルグリシン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：２４ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径６０ｎｍ、平均外径１５０ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図２）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図３）。
（実施例２）
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
Ｎ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン１ｍｇをメタノール−酢酸エチル１対１混合溶液０．４ｍｌに溶解した。この溶液に８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩０．２ｍｇを溶解した水溶液２０ｍｌを加え、室温で２４時間放置すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を濾過により集め、更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：１ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径６０ｎｍ、平均外径１２０ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図４）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図５）。
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
Ｎ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン１ｍｇをメタノール−酢酸エチル１対１混合溶液０．４ｍｌに溶解した。この溶液に８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩０．２ｍｇを溶解した水溶液２０ｍｌを加え、室温で２４時間放置すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を濾過により集め、更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（１１−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：１ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径６０ｎｍ、平均外径１２０ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図４）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図５）。
（実施例３）
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（９−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
Ｎ−（９−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン１０ｍｇと８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩２ｍｇを５０℃に加温したメタノール−酢酸エチル１：５混合溶媒５ｍｌに溶解し、その後、放冷すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（９−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：１５ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径６０ｎｍ、平均外径６０ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図６）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図７）。
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（９−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
Ｎ−（９−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン１０ｍｇと８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩２ｍｇを５０℃に加温したメタノール−酢酸エチル１：５混合溶媒５ｍｌに溶解し、その後、放冷すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／Ｎ−（９−ｃｉｓ−オクタデセノイル）−β−Ｄ−グルコピラノシルアミン低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：１５ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径６０ｎｍ、平均外径６０ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図６）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図７）。
（実施例４）
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／１９−[（β−Ｄ−グルコピラノシル）カルバモイル]ノナデカン酸低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
１９−[（β−Ｄ−グルコピラノシル）カルバモイル]ノナデカン酸１ｍｇと８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩０．２ｍｇを７０℃に加温したエタノール−水１対１混合溶媒３０ｍｌに溶解し、その後、アルゴンガス気流中に放置することによって濃縮すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／１９−[（β−Ｄ−グルコピラノシル）カルバモイル]ノナデカン酸低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：１．２ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径２０ｎｍ、平均外径２７ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図８）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図９）。
［８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／１９−[（β−Ｄ−グルコピラノシル）カルバモイル]ノナデカン酸低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの合成］
１９−[（β−Ｄ−グルコピラノシル）カルバモイル]ノナデカン酸１ｍｇと８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸アンモニウム塩０．２ｍｇを７０℃に加温したエタノール−水１対１混合溶媒３０ｍｌに溶解し、その後、アルゴンガス気流中に放置することによって濃縮すると白色粉末が析出する。得られた白色粉末を更に２４時間風乾することにより、８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸／１９−[（β−Ｄ−グルコピラノシル）カルバモイル]ノナデカン酸低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ（収量：１．２ｍｇ）を得た。透過電子顕微鏡と走査電子顕微鏡観察により平均内径２０ｎｍ、平均外径２７ｎｍの中空繊維状有機ナノチューブが形成していることがわかった（図８）。また、蛍光顕微鏡観察により８−アニリノ−１−ナフタレンスルホン酸が有機ナノチューブの膜中にインターカレートしていることが確かめられた（図９）。
本発明によれば、３ｎｍ以下の低分子有機化合物をインターカレートした中空繊維状有機ナノチューブが得られるため、微小なチューブ構造を利用した人工血管、ナノチューブキャピラリ、ナノリアクターとして医療、分析、化学品製造分野などで有用であり、工業的利用価値が高いため、これら様々な分野への貢献が期待できる。
Claims (9)
- 下記一般式（１）
Ｇ−ＮＨＣＯ−Ｒ （１）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基を表す。）で表わされるＮ−グリコシド型糖脂質、又は
下記一般式（２）
Ｇ−ＮＨＣＯ−（ＣＨ 2 ） n ＣＯＯＨ （２）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、ｎは６〜２０の整数を表す。）で表わされる非対称双頭型糖脂質、あるいは、
下記一般式（３）
ＱＣＯ（ＮＨＣＨ 2 ＣＯ） m ＯＨ （３）
（式中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質、
から選ばれる１種と低分子有機化合物を溶かした混合溶媒を室温下に静置するか又は濃縮することにより形成された中空繊維状有機ナノチューブであって、中空繊維状有機ナノチューブの脂質膜中に前記低分子化合物がインターカートされていることを特徴とする低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。 - 前記糖がグルコースである請求項１に記載の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
- 前記ペプチドがグリシルグリシン（ｍ＝２）である請求項１に記載の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
- 前記低分子有機化合物が、機能性化合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
- 前記低分子有機化合物が、蛍光性を有する化合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブ。
- 下記一般式（１）
Ｇ−ＮＨＣＯ−Ｒ （１）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、Ｒは炭素数が１０〜２４の不飽和炭化水素基を表す。）で表わされるＮ−グリコシド型糖脂質、又は
下記一般式（２）
Ｇ−ＮＨＣＯ−（ＣＨ 2 ） N ＣＯＯＨ （２）
（式中、Ｇは糖のアノマー炭素原子に結合するヘミアセタール水酸基を除いた糖残基を表し、ｎは６〜２０の整数を表す。）で表わされる非対称双頭型糖脂質、あるいは、
下記一般式（３）
ＱＣＯ（ＮＨＣＨ 2 ＣＯ） m ＯＨ （３）
（式中、Ｑは炭素数６〜１８の炭化水素基、ｍは１〜３の整数を表す。）で表わされるペプチド脂質、
から選ばれる１種と低分子有機化合物を溶媒に溶解させる工程、
その溶液を室温下に静置するか或いは濃縮することにより、溶液中で自己集合させて、脂質膜中に該低分子化合物がインターカレートした低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを生成させる工程、
生成した低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブを溶液から回収し、室温で風乾又は減圧加熱乾燥させる工程
からなる、低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。 - 前記糖がグルコースである請求項６に記載の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
- 前記ペプチドがグリシルグリシン（ｍ＝２）である請求項６に記載の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
- 前記溶媒が、沸点が１２０℃以下のアルコール類を少なくとも１０容積％含む請求項６〜８のいずれか１項に記載の低分子有機化合物インターカレート型中空繊維状有機ナノチューブの製造方法。
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