JP2006111498A

JP2006111498A - Refining method of carbon nanotube, refining unit, and refining kit

Info

Publication number: JP2006111498A
Application number: JP2004301954A
Authority: JP
Inventors: Masao Kamahori; 政男釜堀; Kishifu Hidaka; 貴志夫日高; Yoshihiro Furukawa; 善啓古川
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: JP4463070B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of sieving out carbon nanotube taking advantage of the difference in its dimensional diameter from the impurities such as solid carbon nanoparticles as a raw material, etc. <P>SOLUTION: In this refining method, a molecular tweezer which forms a composite with a carbon nanotube is added to and mixed in a solution dispersed with a carbon compound containing a carbon nanotube, and the carbon nanotube is solubilized. The composite of the solubilized carbon nanotube and the molecular tweezer and insolubles are separated by electrophoresis, etc., and a solution containing the composite of the solubilized carbon nanotube and the molecular tweezer is obtained. An enzyme which cuts the molecular tweezer is added to the obtained solution of the composite of the solubilized carbon nanotube and the molecular tweezer and the composite of the solubilized carbon nanotube and the molecular tweezer is broken, and the carbon nanotube is insolubilized. The insolubilized carbon nanotube is filtered to isolate, washed with water and methanol, and the refined carbon nanotube is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、立体構造の炭素材料からなるカーボンナノチューブに係る新規な炭素材料の分級法及びその分級装置に関する。 The present invention relates to a novel carbon material classifying method and classifying apparatus for carbon nanotubes made of a three-dimensional carbon material.

炭素材料は、温度や圧力環境の違いにより種々の立体構造を採ることが知られており、煤のように特定の結晶構造をもたない非晶質、雲母に代表される平面層状の六員環グラファイト構造や三次元立体ダイヤモンド構造などがある。これらはミリメートル以上の大きさまで連続した構造が可能である。ところが最近では、複数の炭素原子がボール状の構造を成すフラーレンや、チューブ状の構造を成すカーボンナノチューブと呼ばれる新規なナノレベル立体構造が発見された。ナノレベル立体構造は、前記の炭素材料がもつ構造と比較して顕著な特異性を有している。すなわち、ナノレベル立体構造の径が極端に小さいため、物性の量子化が予想され、従来の炭素材料にない新機能の発現が期待できる。これらがどのような温度・圧力環境で構造的に安定かについてはまだ研究段階にあるものの、工業材料としての応用を目的にそれらの製造方法については幾つかの提案がされている。 Carbon materials are known to adopt various three-dimensional structures depending on differences in temperature and pressure environment. They are amorphous without a specific crystal structure, such as cocoons, and are flat-layered six-membered materials represented by mica. There are ring graphite structure and three-dimensional diamond structure. These can have a continuous structure up to a size of millimeter or more. Recently, however, new nano-level three-dimensional structures called fullerenes in which a plurality of carbon atoms form a ball-like structure and carbon nanotubes that form a tube-like structure have been discovered. The nano-level three-dimensional structure has remarkable specificity as compared with the structure of the carbon material. That is, since the diameter of the nano-level three-dimensional structure is extremely small, physical properties are expected to be quantized, and new functions not found in conventional carbon materials can be expected. Although the temperature and pressure environment in which these are structurally stable is still in the research stage, several proposals have been made for their production methods for the purpose of application as industrial materials.

従来のフラーレン及びカーボンナノチューブの製造法を大別すると次の三通りになる。第一に、金属触媒を含浸させた二本の黒鉛棒を突き合わせて通電することにより、接触部分から炭素を気化させて、同時に気化したナノメートルサイズの炭素を金属触媒粒子上に成長させるアーク放電法がある。第二に、アーク放電させるかわりにレーザビームを照射して炭素原子を気化させ、同様の金属触媒を利用して立体構造に成長させるレーザアブレーション法がある。第三に、ガス状の炭化水素を熱分解して、触媒金属板上に再成長させるCVD（Chemical Vapor Deposition）法がある。いずれの方法も、炭素を一度ガス化させた後、触媒上に再び固相成長させる方法である。固相の状態にある炭素原子を一度気相（ガス）にした後、再び固相の立体構造を得るようにしている。 Conventional methods for producing fullerenes and carbon nanotubes are roughly classified into the following three types. First, arc discharge in which two graphite rods impregnated with a metal catalyst are brought into contact with each other and energized to vaporize carbon from the contact portion and simultaneously grow vaporized nanometer-sized carbon on the metal catalyst particles. There is a law. Second, there is a laser ablation method in which a carbon beam is vaporized by irradiating a laser beam instead of arc discharge, and is grown into a three-dimensional structure using a similar metal catalyst. Third, there is a CVD (Chemical Vapor Deposition) method in which gaseous hydrocarbons are thermally decomposed and regrown on a catalytic metal plate. Both methods are methods in which carbon is once gasified and then solid-phase grown again on the catalyst. After the carbon atoms in the solid phase are once changed to the gas phase (gas), the solid structure of the solid phase is obtained again.

カーボンナノチューブを工業材料として使用した代表例としては、電子放出装置への応用がある。その詳細は、一例として「真空」第42巻8号（1999年）722-726頁に説明されている。カーボンナノチューブはナノメートルサイズの炭素の管であり、優れた電気伝導性を有する。そのため、カーボンナノチューブに電界を加えると、管の端部などで電界集中が生じ、電子を外部に容易に引き出すことができる。引き出された電子を蛍光板に当てると発光するので、光源やディスプレイとして使用できる。従来の電子放出源と比べると、カーボンナノチューブはその断面サイズが小さいため、電界集中が効果的に生じると考えられている。このため、電子放出に必要とされる電圧が小さい。また、高真空環境を必要としないなど、電子放出装置の電子放出源として用いられる。更に、特開平６−１５７０１６号公報、特開平７−６１８０３号公報、特開平１１−４３３１６号公報、特開２０００−８６２１７号公報、特開２０００−９５５０９号公報に上述と同様な方法が示されている。
「真空」第42巻8号（1999年）722-726頁特開平６−１５７０１６号公報特開平７−６１８０３号公報特開平１１−４３３１６号公報特開２０００−８６２１７号公報特開２０００−９５５０９号公報 A typical example of using carbon nanotubes as an industrial material is application to an electron emission device. The details are described as an example in “Vacuum” Vol. 42, No. 8, (1999), pages 722-726. Carbon nanotubes are nanometer-sized carbon tubes and have excellent electrical conductivity. Therefore, when an electric field is applied to the carbon nanotube, electric field concentration occurs at the end of the tube, and electrons can be easily drawn out. Since the emitted electrons emit light when hitting the fluorescent screen, they can be used as a light source or a display. Compared with conventional electron emission sources, carbon nanotubes have a small cross-sectional size, and it is considered that electric field concentration is effectively generated. For this reason, the voltage required for electron emission is small. Further, it is used as an electron emission source of an electron emission device because it does not require a high vacuum environment. Further, JP-A-6-157016, JP-A-7-61803, JP-A-11-43316, JP-A-2000-86217, JP-A-2000-95509 disclose the same methods as described above. ing.
“Vacuum” Vol. 42, No. 8 (1999) 722-726 JP-A-6-157016 JP-A-7-61803 JP 11-43316 A JP 2000-86217 A JP 2000-95509 A

しかしながら、従来のカーボンナノチューブの製造法によると、反応の過程で生成されたカーボンナノチューブは触媒寸法の違い、反応管中の流速や温度差などの影響で所望の寸法を得ることが難しいという問題があった。また、従来の製造方法によると、カーボンナノチューブは生成されるが、安定に生成されるとは限らず、そのためカーボンナノチューブと不純物カーボン粒子が混在してしまい、同一径のカーボンナノチューブを多量に得ることは難しかった。一般的には、分離・精製手段として液体クロマトグラフィーや電気泳動法等の分析技術が用いられる。その際、分離対象物は分離に使用する溶媒に可溶化する必要がある。しかし、カーボンナノチューブは可溶化が困難で液体クロマトグラフィーや電気泳動法等の分析技術を用いることができなかった。 However, according to the conventional carbon nanotube production method, there is a problem in that it is difficult to obtain the desired size of the carbon nanotube produced in the course of the reaction due to the difference in the catalyst size, the flow velocity in the reaction tube, the temperature difference, etc. there were. In addition, according to the conventional manufacturing method, carbon nanotubes are produced, but they are not necessarily produced stably. Therefore, carbon nanotubes and impurity carbon particles are mixed, and a large amount of carbon nanotubes having the same diameter can be obtained. Was difficult. In general, analysis techniques such as liquid chromatography and electrophoresis are used as separation / purification means. At that time, the separation object needs to be solubilized in the solvent used for the separation. However, carbon nanotubes are difficult to solubilize and analysis techniques such as liquid chromatography and electrophoresis cannot be used.

本発明の目的は、カーボンナノ粒子などが混在している原料からカーボンナノチューブを径の大きさの違いによって篩い分ける方法及び装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method and apparatus for sieving carbon nanotubes from a raw material mixed with carbon nanoparticles and the like according to the difference in diameter.

本発明では、環状ペブチドを有する化合物（ここでは、分子ピンセットと呼ぶ）を用いて、煤と呼ばれる固体状のカーボンナノ粒子や、カーボンナノチューブや、フラーレンを含有する混合物から、目的の寸法径を有するカーボンナノチューブのみを選択的に可溶化する。カーボンナノチューブは、用いられた分子ピンセットに対応する寸法径のものが選択的に可溶化され、篩い分け（及び精製）される。最終的なカーボンナノチューブの精製過程で問題となるカーボンナノチューブと分子ピンセットの複合体からの分子ピンセット（環状ペブチドを有する化合物）の脱離は、酵素を用いることにより容易に行うことができる。カーボンナノチューブは酵素処理により単体になる際に不溶化し、精製も簡単に行うことができる。 In the present invention, a compound having a cyclic peptide (herein referred to as molecular tweezers) is used to obtain a target dimensional diameter from a solid carbon nanoparticle called soot, a carbon nanotube, or a mixture containing fullerene. Only carbon nanotubes are selectively solubilized. Carbon nanotubes having a size corresponding to the molecular tweezers used are selectively solubilized and sieved (and purified). Desorption of molecular tweezers (compound having a cyclic peptide) from a complex of carbon nanotubes and molecular tweezers, which is a problem in the final purification process of carbon nanotubes, can be easily performed by using an enzyme. Carbon nanotubes are insolubilized when converted into simple substances by enzyme treatment, and can be easily purified.

分子ピンセットとなる環状ペブチドを有する化合物の溶液と、その環状ペブチドを有する化合物の一部を切断する酵素の組み合わせは、カーボンナノチューブ精製キットとして利用することができる。 A combination of a solution of a compound having a cyclic peptide serving as molecular tweezers and an enzyme that cleaves a part of the compound having the cyclic peptide can be used as a carbon nanotube purification kit.

本発明によれば、必要とされるカーボンナノチューブの寸法に適した環状ペブチドを有する化合物を用いることにより、煤と呼ばれる固体状のナノ粒子炭素からカーボンナノチューブを容易に分級することができる。又、これにより、寸法径の揃ったカーボンナノチューブを、分子ピンセットによる表面層の汚染のない精製された状態で提供できる。このように、カーボンナノチューブを安定、かつ高い回収率で製造できる顕著な効果が得られる。 According to the present invention, by using a compound having a cyclic peptide suitable for the required dimensions of carbon nanotubes, carbon nanotubes can be easily classified from solid nanoparticle carbon called soot. This also makes it possible to provide carbon nanotubes having a uniform size in a purified state without contamination of the surface layer by molecular tweezers. Thus, the remarkable effect that a carbon nanotube can be manufactured stably and with a high recovery rate is acquired.

図１は、本発明に係わるカーボンナノチューブの精製方法を示すフロー図である。使用するサンプルは、カーボンナノチューブを含む炭素化合物であり、アーク放電法又はCVD法で作製したもの、又は市販品である。 FIG. 1 is a flow diagram showing a carbon nanotube purification method according to the present invention. The sample to be used is a carbon compound containing carbon nanotubes, which is produced by an arc discharge method or a CVD method, or a commercially available product.

最初、前処理としてカーボンナノチューブを含む炭素化合物を溶液に分散する。その際、煤等の大きな不溶物は遠心分離等で取り除く。カーボンナノチューブが分散した溶液にカーボンナノチューブと複合体を形成する分子ピンセットを添加・混合して、カーボンナノチューブを可溶化する。得られた溶液中の不溶物をろ過等で分離し、カーボンナノチューブと分子ピンセットの複合体のみを含む溶液を得る。得られたカーボンナノチューブと分子ピンセットの複合体溶液に分子ピンセットを切断する酵素を加えて、カーボンナノチューブと分子ピンセットの複合体を壊して、カーボンナノチューブを不溶化させる。不溶化したカーボンナノチューブをろ過して単離後、蒸留水、メタノール洗浄して、精製したカーボンナノチューブを得る。 First, as a pretreatment, a carbon compound containing carbon nanotubes is dispersed in a solution. At that time, large insoluble matters such as soot are removed by centrifugation or the like. Molecular tweezers that form a composite with carbon nanotubes are added to and mixed with the carbon nanotube-dispersed solution to solubilize the carbon nanotubes. The insoluble matter in the obtained solution is separated by filtration or the like to obtain a solution containing only a composite of carbon nanotubes and molecular tweezers. An enzyme that cleaves molecular tweezers is added to the obtained carbon nanotube-molecular tweezers complex solution to break the carbon nanotube-molecular tweezers complex and insolubilize the carbon nanotubes. Insoluble carbon nanotubes are filtered and isolated, and then washed with distilled water and methanol to obtain purified carbon nanotubes.

本発明で使用する分子ピンセットは、環状ペプチドを基本骨格（基本構造）としている。図２(a)、(b)、(c)は、環状ペプチドの一例であるグラミシジンＳの基本骨格、アミノ酸配列、立体構造を示している。 The molecular tweezers used in the present invention have a cyclic peptide as a basic skeleton (basic structure). 2 (a), (b), and (c) show the basic skeleton, amino acid sequence, and steric structure of gramicidin S, which is an example of a cyclic peptide.

図３は、分子ピンセットとしてのグラミシジンＳ３１，３２とカーボンナノチューブ３３が複合体を形成した様子を示している。グラミシジンＳの場合は、単層カーボンナノチューブ（直径：１〜２nm）と複合体を形成しやすい。 FIG. 3 shows a state where gramicidin S31, 32 as the molecular tweezers and the carbon nanotube 33 form a complex. In the case of gramicidin S, it is easy to form a complex with single-walled carbon nanotubes (diameter: 1 to 2 nm).

図４(a)、(b)は、本発明で使用する分子ピンセットの他の例を示し、グラミシジンＳの構成アミノ酸の側鎖に付加部分（図中ではLで表示）を導入した誘導体の構造を示している。 4 (a) and 4 (b) show other examples of molecular tweezers used in the present invention, and the structure of a derivative in which an additional moiety (indicated by L in the figure) is introduced into the side chain of the constituent amino acid of gramicidin S. Is shown.

図４(a)は、グラミシジンＳの構成アミノ酸であるオルニチン（Orn）の側鎖のアミノ基に付加部分を導入し、同一グラミシジンＳの他の構成アミノ酸のオルニチンの側鎖のアミノ基と結合した構造を有する分子ピンセットの例を示している。尚、付加部分Lは、炭素鎖（-CH₂-）、アミノ酸、又は塩基を用いることができる。特に、本実施例の場合のようにオルニチンの側鎖のアミノ基を介して結合する場合には、カルボキシル基を有する炭素鎖（-CH₂-）を用いて結合することができる。また、アミノ酸を使用する場合にはペプチド結合を、塩基を用いる場合にはリン酸基とアミノ基を結合させれば良い。さらに、付加部分の一部に酵素の切断部位を設けるために、アミノ酸配列Ｘ−Ｙを導入してある。切断部位のアミノ酸Ｘと切断部位を切断する酵素の組み合わせを表１に示す。 In FIG. 4 (a), an additional moiety is introduced into the side chain amino group of ornithine (Orn), which is a constituent amino acid of gramicidin S, and the amino group of the side chain of ornithine of another constituent amino acid of the same gramicidin S is bound. An example of molecular tweezers having a structure is shown. The additional moiety L can be a carbon chain (—CH ₂ —), an amino acid, or a base. In particular, when binding is performed through the amino group of the side chain of ornithine as in the present example, the binding can be performed using a carbon chain having a carboxyl group (—CH ₂ —). Moreover, what is necessary is just to combine a peptide bond when using an amino acid, and combining a phosphate group and an amino group when using a base. Furthermore, in order to provide an enzyme cleavage site in a part of the additional portion, the amino acid sequence XY has been introduced. Table 1 shows combinations of amino acids X at the cleavage site and enzymes that cleave the cleavage site.

図４(b)は、グラミシジンＳの構成アミノ酸であるオルニチン（Orn）の側鎖のアミノ基に付加部分を導入し、別のグラミシジンＳの構成アミノ酸のオルニチンの側鎖のアミノ基に結合している２量体を形成している分子ピンセットの例を示している。尚、付加部分Lは、炭素鎖（-CH₂-）、アミノ酸、又は塩基を用いることができる。本実施例の場合のようにオルニチンの側鎖のアミノ基を介して結合する場合には、カルボキシル基を有する炭素鎖（-CH₂-）を用いて結合することができる。また、アミノ酸を使用する場合にはペプチド結合を、塩基を用いる場合にはリン酸基とアミノ基を結合させれば良い。さらに、付加部分の一部に酵素の切断部位を設けるためにアミノ酸配列Ｘ−Ｙを導入してあり、その際の切断部位のアミノ酸Ｘと切断部位を切断する酵素の組み合わせは表１の通りである。 Fig. 4 (b) shows the addition of an additional moiety to the side chain amino group of ornithine (Orn), which is the constituent amino acid of gramicidin S, and the binding to the amino group of the side chain of ornithine, another constituent amino acid of gramicidin S. Shows an example of molecular tweezers forming a dimer. The additional moiety L can be a carbon chain (—CH ₂ —), an amino acid, or a base. In the case of binding through the side chain amino group of ornithine as in this example, the binding can be performed using a carbon chain having a carboxyl group (—CH ₂ —). Moreover, what is necessary is just to combine a peptide bond when using an amino acid, and combining a phosphate group and an amino group when using a base. Furthermore, in order to provide an enzyme cleavage site in a part of the additional portion, amino acid sequence XY has been introduced, and the combination of the cleavage site amino acid X and the enzyme that cleaves the cleavage site is as shown in Table 1. is there.

図４(a)、(b) に示した分子ピンセットと多層カーボンナノチューブが複合体を形成する様子を図５、図６に示す。図５は、分子ピンセットとして用いた単量体型のグラミシジンＳの誘導体５１，５２が多層カーボンナノチューブ５３と複合体を形成した様子を示している。また図６は、分子ピンセットとして用いた２量体型のグラミシジンＳの誘導体６１，６２が多層カーボンナノチューブ６３と複合体を形成した様子を示している。 FIGS. 5 and 6 show how the molecular tweezers shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) and the multi-walled carbon nanotube form a composite. FIG. 5 shows a state in which monomeric gramicidin S derivatives 51 and 52 used as molecular tweezers form a composite with multi-walled carbon nanotubes 53. FIG. 6 shows a state where the dimer-type gramicidin S derivatives 61 and 62 used as molecular tweezers form a composite with the multi-walled carbon nanotube 63.

グラミシジンＳ単体の場合には、単層カーボンナノチューブ（直径：１〜２nm）と複合体を形成しやすい。しかし、複層カーボンナノチューブ、特に直径10nm以上の物に対しては複合体を形成しにくい。複層カーボンナノチューブと分子ピンセットの複合体を形成するためには、カーボンナノチューブの周りを分子ピンセットが取り囲む必要がある。すなわち、カーボンナノチューブの直径と分子ピンセットの大きさが同程度であるのが望ましい。そのため、複層カーボンナノチューブに分子ピンセットと複合体を形成させるためには、分子ピンセットとしては図４(a)、(b)に示すような環状ペプチドであるグラミシジンＳの構成アミノ酸の側鎖に付加部分を導入した誘導体が望ましい。特に、直径10〜20nm程度の複層カーボンナノチューブに対しては、分子ピンセットとして図４(b)に示すようなグラミシジンＳ誘導体の２量体型を用いるのが望ましい。 In the case of gramicidin S alone, it is easy to form a complex with single-walled carbon nanotubes (diameter: 1 to 2 nm). However, it is difficult to form a composite for multi-walled carbon nanotubes, particularly those having a diameter of 10 nm or more. In order to form a composite of multi-walled carbon nanotubes and molecular tweezers, the molecular tweezers must surround the carbon nanotubes. In other words, it is desirable that the diameter of the carbon nanotube and the size of the molecular tweezers are approximately the same. Therefore, in order to form a molecular tweezer and a complex on a multi-walled carbon nanotube, the molecular tweezer is added to the side chain of the constituent amino acid of gramicidin S, which is a cyclic peptide as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Derivatives with an introduced moiety are desirable. In particular, for a multi-walled carbon nanotube having a diameter of about 10 to 20 nm, it is desirable to use a dimer type of gramicidin S derivative as shown in FIG.

使用する分子ピンセットと選択的に可溶化させるカーボンナノチューブの直径の関係を、グラミシジンＳ誘導体の２量体型の例で以下に説明する。理論的及び実験的に、付加部分の長さによってグラミシジンＳ誘導体の２量体型と複合体を形成するカーボンナノチューブの直径が違う。図７に付加部分がアミノ酸の場合において、付加部分のアミノ酸の数と選択的に複合体を形成するカーボンナノチューブの直径の関係を示す。また、図８に付加部分が炭素鎖の場合において、付加部分の炭素鎖の数と選択的に複合体を形成するカーボンナノチューブの直径の関係を示す。 The relationship between the molecular tweezers to be used and the diameter of the carbon nanotubes to be selectively solubilized will be described below using an example of a dimer type of gramicidin S derivative. Theoretically and experimentally, the diameter of the carbon nanotube forming a complex with the dimer type of gramicidin S derivative differs depending on the length of the additional portion. FIG. 7 shows the relationship between the number of amino acids in the additional moiety and the diameter of the carbon nanotube that selectively forms a complex when the additional moiety is an amino acid. FIG. 8 shows the relationship between the number of carbon chains in the additional portion and the diameter of carbon nanotubes that selectively form a composite when the additional portion is a carbon chain.

図９を参照して、分子ピンセットを用いた本発明によるカーボンナノチューブの精製方法を以下に説明する。 With reference to FIG. 9, the purification method of the carbon nanotube by this invention using molecular tweezers is demonstrated below.

最初、カーボンナノチューブを含む炭素化合物が入った試料槽９１に0.1M Tris‐HClバッファー（10mM CaCl₂、pH8.2）1.0 mＬを加え、超音波により懸濁して分散した。その際、煤等の大きな不溶物は遠心分離で取り除いた。カーボンナノチューブが分散した溶液槽９２にディスペンサー９３を用いて、試薬槽９４からグラミシジンＳ誘導体溶液を100 μＬ（1mg／mＬ）加えて、37℃、１時間放置した。使用したグラミシジンＳ誘導体は、図４(b)に示した２量体型のグラミシジンＳの誘導体で、付加部分のアミノ酸配列は、Gly-Gly-Gly-Gly-Arg-Gly-Gly-Gly-Gly-Glyである。溶液槽９２と回収槽９５の間は内径100μm、長さ10cmのキャピラリー９６を介して接続されている。溶液槽と回収槽の間に高圧電源９７により100V/cmの電圧を印加して、電気泳動法により可溶化したカーボンナノチューブ複合体のみを回収槽９５に泳動し、可溶化したカーボンナノチューブ複合体と不溶物とを分離した。その後、回収槽９５にディスペンサー９８を用いて、酵素試薬槽９９からトリプシン溶液（1mg／mＬ）を 50 μＬ加えて、37℃、１時間反応させた。トリプシン処理により不溶化したカーボンナノチューブは、ろ過して捕集し、蒸留水、エタノール洗浄後、乾燥して得ることができた。高圧電源９７は、必要に応じて極性を変えられるようになっている。また、カーボンナノチューブの精製に用いられるグラミシジンＳ誘導体溶液（分子ピンセット）と、その一部を切断する酵素（本実施例ではトリプシン溶液）は、カーボンナノチューブ精製キット９０として組み合わせたものを用意しておくと便利である。 First, 1.0 mL of 0.1 M Tris-HCl buffer (10 mM CaCl ₂ , pH 8.2) was added to a sample tank 91 containing a carbon compound including carbon nanotubes, and suspended and dispersed by ultrasonic waves. At that time, large insoluble matters such as soot were removed by centrifugation. Using a dispenser 93 in the solution tank 92 in which the carbon nanotubes were dispersed, 100 μL (1 mg / mL) of the gramicidin S derivative solution was added from the reagent tank 94, and left at 37 ° C. for 1 hour. The gramicidin S derivative used is the dimeric gramicidin S derivative shown in FIG. 4 (b), and the amino acid sequence of the added portion is Gly-Gly-Gly-Gly-Arg-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly- Gly. The solution tank 92 and the recovery tank 95 are connected via a capillary 96 having an inner diameter of 100 μm and a length of 10 cm. A voltage of 100 V / cm is applied between the solution tank and the recovery tank by a high-voltage power source 97, and only the carbon nanotube complex solubilized by electrophoresis is migrated to the recovery tank 95, and the solubilized carbon nanotube composite and Insolubles were separated. Thereafter, 50 μL of a trypsin solution (1 mg / mL) was added from the enzyme reagent tank 99 to the collection tank 95 using a dispenser 98, and reacted at 37 ° C. for 1 hour. The carbon nanotubes insolubilized by trypsin treatment were collected by filtration, washed with distilled water and ethanol, and then dried. The polarity of the high-voltage power supply 97 can be changed as necessary. In addition, a gramicidin S derivative solution (molecular tweezers) used for carbon nanotube purification and an enzyme that cleaves a part thereof (trypsin solution in this embodiment) are prepared in combination as a carbon nanotube purification kit 90. And convenient.

カーボンナノチューブの評価法としてはラマン散乱法が非常に有用である。今回精製したカーボンナノチューブから得られたラマンスペクトルは、図１０に示すように「G band」、「D band」と呼ばれる2種類のピーク１０１，１０２が高周波領域で、RBM(Radial breathing mode)と呼ばれるカーボンナノチューブ特有のピーク１０３が低周波領域で観測される。励起光源は、Arイオンレーザ（波長514.15nm）である。図中で1590cm^-1付近に観測される「G band」のピーク１０１は、炭素原子の六角格子内振動に起因しており、カーボンナノチューブの場合には筒状の閉じた構造に由来する肩１０４が観測される。また、図中で1350cm^-1付近に観測される「D band」のピーク１０２は、カーボンナノチューブ内の欠損等に起因するため、カーボンナノチューブの結晶性の評価ができることが分かっている。すなわち、「G band」のピーク１０１と「D band」のピーク１０２の強度比が大きいほど結晶性が良いことが分かる。また、今回精製したカーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡写真を図１１に示す。その結果、直径約10nmのカーボンナノチューブが精製されたことが分かる。 As a method for evaluating carbon nanotubes, the Raman scattering method is very useful. In the Raman spectrum obtained from the carbon nanotubes purified this time, as shown in FIG. 10, two types of peaks 101 and 102 called “G band” and “D band” are in a high frequency region and are called RBM (Radial breathing mode). A peak 103 peculiar to the carbon nanotube is observed in a low frequency region. The excitation light source is an Ar ion laser (wavelength 514.15 nm). In the figure, the peak 101 of the “G band” observed near 1590 cm ⁻¹ is due to vibrations in the hexagonal lattice of carbon atoms, and in the case of carbon nanotubes, the shoulder 104 is derived from a cylindrical closed structure. Is observed. In addition, it is known that the “D band” peak 102 observed in the vicinity of 1350 cm ⁻¹ in the figure is due to defects in the carbon nanotubes, so that the crystallinity of the carbon nanotubes can be evaluated. That is, it is understood that the crystallinity is better as the intensity ratio between the peak 101 of “G band” and the peak 102 of “D band” is larger. Further, FIG. 11 shows a transmission electron micrograph of the carbon nanotube purified this time. As a result, it can be seen that carbon nanotubes having a diameter of about 10 nm were purified.

別の酵素を使用した実施例について以下に説明する。
上記の実施例の場合と同様に、カーボンナノチューブを含む炭素化合物に0.1M Tris‐HClバッファー（10mM CaCl₂、pH8.2）1.0 mＬを加え、超音波により懸濁して分散した。カーボンナノチューブが分散した溶液にマイクロディスペンサーを用いて、グラミシジンＳ誘導体溶液を100 μＬ（1mg／mＬ）加えて、37℃、１時間放置した。使用したグラミシジンＳ誘導体は、図４(b)に示した２量体型のグラミシジンＳの誘導体で付加部分のアミノ酸配列は、Gly-Gly-Phe-Gly-Gly-Glyである。本実施例では、付加部分をアミノ酸としたが、-Phe-Gly-以外の部分を炭素鎖（-CH₂-）、あるいは塩基を用いても問題ない。その際、鎖の数はアミノ酸に対して塩基の場合は同数、炭素鎖の場合は約２倍を目安にすれば同じ分級効果（カーボンナノチューブを直径で分ける性能）が得られる。溶液槽と回収槽の間は内径100μm、長さ10cmのキャピラリーを介して接続されている。溶液槽と回収槽の間に100V/cmの電圧を印加して、電気泳動法により可溶化したカーボンナノチューブ複合体のみを回収槽に泳動し、可溶化したカーボンナノチューブ複合体と不溶物とを分離した。その後、回収槽にα‐キモトリプシン溶液（1mg／mＬ）を 50 μＬ加えて、37℃、１時間反応させた。α‐キモトリプシン処理により不溶化したカーボンナノチューブは、ろ過して捕集し、蒸留水、エタノール洗浄後、乾燥して得ることができた。 Examples using other enzymes are described below.
As in the above example, 1.0 mL of 0.1 M Tris-HCl buffer (10 mM CaCl ₂ , pH 8.2) was added to the carbon compound containing carbon nanotubes, and suspended and dispersed by ultrasonic waves. Using a microdispenser, 100 μL (1 mg / mL) of gramicidin S derivative solution was added to the solution in which the carbon nanotubes were dispersed, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. The gramicidin S derivative used was a dimeric gramicidin S derivative shown in FIG. 4 (b), and the amino acid sequence of the added portion was Gly-Gly-Phe-Gly-Gly-Gly. In this example, the additional moiety is an amino acid, but there is no problem if a carbon chain (—CH ₂ —) or a base other than —Phe-Gly— is used. In this case, the same classification effect (performance of separating carbon nanotubes by diameter) can be obtained if the number of chains is the same for amino acids in the case of bases and about twice in the case of carbon chains. The solution tank and the recovery tank are connected via a capillary having an inner diameter of 100 μm and a length of 10 cm. A voltage of 100 V / cm is applied between the solution tank and the recovery tank, and only the carbon nanotube complex solubilized by electrophoresis is migrated to the recovery tank to separate the solubilized carbon nanotube complex from the insoluble matter. did. Thereafter, 50 μL of α-chymotrypsin solution (1 mg / mL) was added to the collection tank and reacted at 37 ° C. for 1 hour. The carbon nanotubes insolubilized by the α-chymotrypsin treatment were collected by filtration, washed with distilled water and ethanol, and then dried.

精製されたカーボンナノチューブの評価法は、ラマン散乱法と透過型電子顕微鏡を用いた。励起光源は、Arイオンレーザ（波長514.15nm）である。今回精製したカーボンナノチューブから得られたラマンスペクトルは、図１２に示すように1590cm^-1付近に肩付きのピーク１２１が観測され、さらに200cm^-1付近にカーボンナノチューブ特有のピーク１０２であるRBMが観測された。また、今回精製したカーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡写真を図１３に示す。その結果、直径約5nmのカーボンナノチューブが精製されたことが分かる。 As a method for evaluating the purified carbon nanotube, a Raman scattering method and a transmission electron microscope were used. The excitation light source is an Ar ion laser (wavelength 514.15 nm). In the Raman spectrum obtained from the carbon nanotubes purified this time, a shouldered peak 121 is observed in the vicinity of 1590 cm ⁻¹ as shown in FIG. 12, and an RBM that is a peak 102 specific to the carbon nanotube is observed in the vicinity of 200 cm ^−1. It was done. Further, a transmission electron micrograph of the carbon nanotube purified this time is shown in FIG. As a result, it can be seen that carbon nanotubes having a diameter of about 5 nm were purified.

別の酵素を使用した他の実施例について以下に説明する。
上記の実施例の場合と同様に、カーボンナノチューブを含む炭素化合物に50 mM リン酸バッファー（pH 7.8）1.0 mＬを加え、超音波により懸濁して分散した。カーボンナノチューブが分散した溶液にマイクロディスペンサーを用いて、グラミシジンＳ誘導体溶液を100 μＬ（1mg／mＬ）加えて、37℃、１時間放置した。使用したグラミシジンＳ誘導体は、図４(b)に示した２量体型のグラミシジンＳの誘導体で付加部分のアミノ酸配列は、Gly-Gly-Gly-Gly-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Glyである。溶液槽と回収槽の間は内径100μm、長さ10cmのキャピラリーを介して接続されている。溶液槽と回収槽の間に100V/cmの電圧を印加して、電気泳動法により可溶化したカーボンナノチューブ複合体のみを回収槽に泳動し、可溶化したカーボンナノチューブ複合体と不溶物とを分離した。その後、回収槽にＶ８プロテアーゼ溶液（1mg／mＬ）を 50 μＬ加えて、37℃、１時間反応させた。Ｖ８プロテアーゼ処理により不溶化したカーボンナノチューブは、ろ過して捕集し、蒸留水、エタノール洗浄後、乾燥して得ることができた。その際の精製されたカーボンナノチューブのラマン散乱法と透過型電子顕微鏡の評価結果は、図１０及び図１１に示す結果とほぼ同じであった。 Other examples using different enzymes are described below.
As in the case of the above example, 1.0 mL of 50 mM phosphate buffer (pH 7.8) was added to a carbon compound containing carbon nanotubes, and suspended and dispersed by ultrasonic waves. Using a microdispenser, 100 μL (1 mg / mL) of gramicidin S derivative solution was added to the solution in which the carbon nanotubes were dispersed, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. The gramicidin S derivative used was a dimeric gramicidin S derivative shown in FIG. 4 (b), and the amino acid sequence of the added portion was Gly-Gly-Gly-Gly-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly. It is. The solution tank and the recovery tank are connected via a capillary having an inner diameter of 100 μm and a length of 10 cm. A voltage of 100 V / cm is applied between the solution tank and the recovery tank, and only the carbon nanotube complex solubilized by electrophoresis is migrated to the recovery tank to separate the solubilized carbon nanotube complex from the insoluble matter. did. Thereafter, 50 μL of V8 protease solution (1 mg / mL) was added to the collection tank, and reacted at 37 ° C. for 1 hour. The carbon nanotube insolubilized by the V8 protease treatment was collected by filtration, washed with distilled water and ethanol, and then dried. At that time, the Raman scattering method of the purified carbon nanotube and the evaluation result of the transmission electron microscope were almost the same as the results shown in FIGS.

直径が数nmのカーボンナノチューブの精製を目的とした他の実施例を以下に説明する。
最初、カーボンナノチューブを含む炭素化合物に0.1M Tris‐HClバッファー（10mM CaCl₂、pH8.2）1.0 mＬを加え、超音波により懸濁して分散した。その際、煤等の大きな不溶物は遠心分離で取り除いた。カーボンナノチューブが分散した溶液にマイクロディスペンサーを用いて、グラミシジンＳ誘導体溶液を100 μＬ（1mg／mＬ）加えて、37℃、１時間放置した。使用したグラミシジンＳ誘導体は、図４(a)に示した単量体型のグラミシジンＳの誘導体で、付加部分のアミノ酸配列は、Gly-Gly-Gly-Arg-Gly-Gly-Glyである。溶液槽と回収槽の間は内径100μm、長さ10cmのキャピラリーを介して接続されている。溶液槽と回収槽の間に100V/cmの電圧を印加して、電気泳動法により可溶化したカーボンナノチューブ複合体のみを回収槽に泳動し、可溶化したカーボンナノチューブ複合体と不溶物とを分離した。その後、回収槽にトリプシン溶液（1mg／mＬ）を 50 μＬ加えて、37℃、１時間反応させた。トリプシン処理により不溶化したカーボンナノチューブは、ろ過して捕集し、蒸留水、エタノール洗浄後、乾燥して得ることができた。 Another embodiment for purifying carbon nanotubes having a diameter of several nanometers will be described below.
First, 1.0 mL of 0.1 M Tris-HCl buffer (10 mM CaCl ₂ , pH 8.2) was added to a carbon compound containing carbon nanotubes, and suspended and dispersed by ultrasonic waves. At that time, large insoluble matters such as soot were removed by centrifugation. Using a microdispenser, 100 μL (1 mg / mL) of gramicidin S derivative solution was added to the solution in which the carbon nanotubes were dispersed, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. The gramicidin S derivative used was a monomeric gramicidin S derivative shown in FIG. 4 (a), and the amino acid sequence of the added portion was Gly-Gly-Gly-Arg-Gly-Gly-Gly. The solution tank and the recovery tank are connected via a capillary having an inner diameter of 100 μm and a length of 10 cm. A voltage of 100 V / cm is applied between the solution tank and the recovery tank, and only the carbon nanotube complex solubilized by electrophoresis is migrated to the recovery tank to separate the solubilized carbon nanotube complex from the insoluble matter. did. Thereafter, 50 μL of trypsin solution (1 mg / mL) was added to the collection tank and reacted at 37 ° C. for 1 hour. The carbon nanotubes insolubilized by trypsin treatment were collected by filtration, washed with distilled water and ethanol, and then dried.

カーボンナノチューブのラマンスペクトルの低周波領域で観測されるRBMのピークは、カーボンナノチューブの直径が全対称伸縮振動モードに対応するため、波数ν（単位；cm^-1）で表したピークシフト量はカーボンナノチューブの直径d（単位；nm）に反比例し、以下の関係式に従うことが分かっている。 The RBM peak observed in the low frequency region of the Raman spectrum of carbon nanotubes corresponds to the total symmetry stretching mode of the carbon nanotubes, so the peak shift amount expressed in wavenumber ν (unit: cm ^-1 ) is carbon It is known that it is inversely proportional to the diameter d (unit: nm) of the nanotube and follows the following relational expression.

d=248/ν
本実施例で精製したカーボンナノチューブのラマンスペクトルを図１４(a)、(b)に示す。その結果、図１４(a)に示すように1590cm^-1付近に肩付きのピーク１４１が観測された。さらに図１４(b)に示すように200cm^-1付近にカーボンナノチューブ特有のピークであるRBMで直径1nmの単層カーボンナノチューブ由来のピーク１４２、及び直径2nmの２層カーボンナノチューブ由来のピーク１４３が観測された。本実施例では、直径が数nmのカーボンナノチューブの精製を目的としており、これらの結果は良好に目的のカーボンナノチューブが精製できたことを示している。 d = 248 / ν
FIGS. 14A and 14B show the Raman spectra of the carbon nanotubes purified in this example. As a result, a shouldered peak 141 was observed in the vicinity of 1590 cm ⁻¹ as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 14 (b), a peak 142 derived from a single-walled carbon nanotube having a diameter of 1 nm and a peak 143 derived from a double-walled carbon nanotube having a diameter of 2 nm are observed in the RBM, which is a peak peculiar to carbon nanotubes, in the vicinity of 200 cm ^−1. It was done. In this example, the purpose is to purify carbon nanotubes having a diameter of several nanometers, and these results indicate that the target carbon nanotubes were successfully purified.

直径が１nmの単層カーボンナノチューブの精製を目的とした他の実施例を以下に説明する。
最初、カーボンナノチューブを含む炭素化合物に0.1M Tris‐HClバッファー（10mM CaCl₂、pH8.2）1.0 mＬを加え、超音波により懸濁して分散した。その際、煤等の大きな不溶物は遠心分離で取り除いた。カーボンナノチューブが分散した溶液にマイクロディスペンサーを用いて、グラミシジンＳ溶液を100 μＬ（1mg／mＬ）加えて、37℃、１時間放置した。使用したグラミシジンＳには、構成アミノ酸にオルニチンを有するため、酵素としてトリプシンを使用すれば分子ピンセット、すなわちグラミシジンＳを分解可能である。また、オルニチンをアルギニンに置換したグラミシジンＳ類似体を使用しても良い。溶液槽と回収槽の間は内径100μm、長さ10cmのキャピラリーを介して接続されている。溶液槽と回収槽の間に100V/cmの電圧を印加して、電気泳動法により可溶化したカーボンナノチューブ複合体のみを回収槽に泳動し、可溶化したカーボンナノチューブ複合体と不溶物とを分離した。その後、回収槽にトリプシン溶液（1mg／mＬ）を 50 μＬ加えて、37℃、１時間反応させた。トリプシン処理により不溶化したカーボンナノチューブは、ろ過して捕集し、蒸留水、エタノール洗浄後、乾燥して得ることができた。 Another embodiment for purifying single-walled carbon nanotubes having a diameter of 1 nm will be described below.
First, 1.0 mL of 0.1 M Tris-HCl buffer (10 mM CaCl ₂ , pH 8.2) was added to a carbon compound containing carbon nanotubes, and suspended and dispersed by ultrasonic waves. At that time, large insoluble matters such as soot were removed by centrifugation. Using a microdispenser, 100 μL (1 mg / mL) of gramicidin S solution was added to the solution in which the carbon nanotubes were dispersed, and the solution was allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. Since gramicidin S used has ornithine as a constituent amino acid, molecular tweezers, ie, gramicidin S, can be decomposed by using trypsin as an enzyme. Moreover, you may use the gramicidin S analog which substituted ornithine with arginine. The solution tank and the recovery tank are connected via a capillary having an inner diameter of 100 μm and a length of 10 cm. A voltage of 100 V / cm is applied between the solution tank and the recovery tank, and only the carbon nanotube complex solubilized by electrophoresis is migrated to the recovery tank to separate the solubilized carbon nanotube complex from the insoluble matter. did. Thereafter, 50 μL of trypsin solution (1 mg / mL) was added to the collection tank and reacted at 37 ° C. for 1 hour. The carbon nanotubes insolubilized by trypsin treatment were collected by filtration, washed with distilled water and ethanol, and then dried.

本実施例で精製したカーボンナノチューブのラマンスペクトルを図１５に示す。その結果、250cm^-1付近に単層カーボンナノチューブ特有のピーク１５１が観測され、直径1nmの単層カーボンナノチューブが精製されたことが分かる。 FIG. 15 shows the Raman spectrum of the carbon nanotube purified in this example. As a result, a peak 151 peculiar to the single-walled carbon nanotube was observed in the vicinity of 250 cm ⁻¹ , indicating that the single-walled carbon nanotube having a diameter of 1 nm was purified.

直径が異なる少なくとも２種類のカーボンナノチューブの精製を目的とした他の実施例を以下に説明する。 Another embodiment for the purpose of purifying at least two types of carbon nanotubes having different diameters will be described below.

精製フローは今までに述べた方法と同じであるが、複数の分子ピンセットを同時に使用することが異なる。以下に、本実施例によるカーボンナノチューブの精製方法を説明する。 The purification flow is the same as previously described, except that multiple molecular tweezers are used simultaneously. Below, the purification method of the carbon nanotube by a present Example is demonstrated.

最初、前処理としてカーボンナノチューブを含む炭素化合物を溶液に分散する。その際、煤等の大きな不溶物は遠心分離等で取り除く。カーボンナノチューブが分散した溶液にカーボンナノチューブと複合体を形成する複数の分子ピンセットを添加・混合して、カーボンナノチューブを可溶化する。本実施例では、分子ピンセットとして、付加部分にGly-Arg-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体と、付加部分にGlu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体を用いた。その結果、付加部分にGly-Arg-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体は正に荷電し、付加部分にGlu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体は負に荷電している。 First, as a pretreatment, a carbon compound containing carbon nanotubes is dispersed in a solution. At that time, large insoluble matters such as soot are removed by centrifugation or the like. A plurality of molecular tweezers that form a composite with carbon nanotubes are added to and mixed with a solution in which carbon nanotubes are dispersed to solubilize the carbon nanotubes. In this example, as molecular tweezers, a dimeric gramicidin S derivative having an amino acid sequence of Gly-Arg-Gly-Gly in the additional portion, and Glu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly in the additional portion. A dimeric gramicidin S derivative having an amino acid sequence of -Gly-Gly was used. As a result, the dimeric gramicidin S derivative having the amino acid sequence of Gly-Arg-Gly-Gly in the additional moiety is positively charged, and Glu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly in the additional moiety. The dimeric gramicidin S derivative having the amino acid sequence of -Gly is negatively charged.

溶液槽と回収槽の間は内径100μm、長さ10cmのキャピラリーを介して接続されている。溶液槽と回収槽の間に100V/cmの電圧を印加して、電気泳動を行った。２種類の２量体型グラミシジンＳ誘導体で可溶化した溶液は、負極方向に電気泳動することにより、付加部分にGly-Arg-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体と複合体を形成した直径約３nmのカーボンナノチューブが分離される。この後、電気泳動の極性を切り替えて、電気泳動することにより、付加部分にGlu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体と複合体を形成した直径約20nmのカーボンナノチューブが分離される。 The solution tank and the recovery tank are connected via a capillary having an inner diameter of 100 μm and a length of 10 cm. Electrophoresis was performed by applying a voltage of 100 V / cm between the solution tank and the recovery tank. A solution solubilized with two types of dimeric gramicidin S derivatives is electrophoresed in the negative electrode direction to form a complex with a dimeric gramicidin S derivative having an amino acid sequence of Gly-Arg-Gly-Gly in the additional portion. The formed carbon nanotubes having a diameter of about 3 nm are separated. Then, dimer-type gramicidin S derivative having the amino acid sequence of Glu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly in the additional part by switching the polarity of electrophoresis and performing electrophoresis The carbon nanotubes having a diameter of about 20 nm that form a complex with the carbon nanotubes are separated.

その後、付加部分にGly-Arg-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体とカーボンナノチューブの複合体を回収した回収槽にトリプシン溶液（1mg／mＬ）を 50 μＬ加えて、37℃、１時間反応させた。トリプシン処理により不溶化したカーボンナノチューブは、ろ過して捕集し、蒸留水、エタノール洗浄後、乾燥して得ることができた。付加部分にGlu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体とカーボンナノチューブの複合体を回収した回収槽にV8プロテアーゼ溶液（1mg／mＬ）を 50 μＬ加えて、37℃、１時間反応させた。トリプシン処理により不溶化したカーボンナノチューブは、ろ過して捕集し、蒸留水、エタノール洗浄後、乾燥して得ることができた。 Thereafter, 50 μL of a trypsin solution (1 mg / mL) was added to a recovery tank in which a complex of a dimer-type gramicidin S derivative having an amino acid sequence of Gly-Arg-Gly-Gly and a carbon nanotube was recovered at 37 ° C. The reaction was performed for 1 hour. The carbon nanotubes insolubilized by trypsin treatment were collected by filtration, washed with distilled water and ethanol, and then dried. A V8 protease solution (1 mg) was added to the collection tank in which a complex of a dimeric gramicidin S derivative having an amino acid sequence of Glu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly in the additional portion and a carbon nanotube was collected. / ML) was added and reacted at 37 ° C. for 1 hour. The carbon nanotubes insolubilized by trypsin treatment were collected by filtration, washed with distilled water and ethanol, and then dried.

本実施例で精製した得られたカーボンナノチューブを、透過型電子顕微鏡を用いて単位体積当たりの個数によって評価した。その結果、付加部分にGly-Arg-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体を用いて分離したフラクションは、図１６(a)に示すように直径２〜４nmのカーボンナノチューブが大部分であった。また、付加部分にGlu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Glyのアミノ酸配列を有する２量体型グラミシジンＳ誘導体を用いて分離したフラクションは、図１６(b)に示すように直径18〜20nmのカーボンナノチューブが大部分であった。本実施例では、電荷を有するアミノ酸を置換あるいは付加して、分子ピンセットの電荷を変化させたが、図１７(a)、(b)、(c)に示すように環状ペプチドであるグラミシジンＳの基本骨格を有し、付加部分に電荷１７１，１７２，１７３を持たせても良い。尚、図１７(a)、(b)、(c)は、各々、環状ペプチドであるグラミシジンＳ１７４、単量体型グラミシジンＳ誘導体１７５、２量体型グラミシジンＳ誘導体１７６を示している。 The obtained carbon nanotubes purified in this example were evaluated by the number per unit volume using a transmission electron microscope. As a result, the fraction separated using the dimer-type gramicidin S derivative having the amino acid sequence of Gly-Arg-Gly-Gly in the additional portion is large in carbon nanotubes having a diameter of 2 to 4 nm as shown in FIG. It was a part. In addition, a fraction separated using a dimeric gramicidin S derivative having an amino acid sequence of Glu-Glu-Glu-Glu-Glu-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly in the additional portion is shown in FIG. 16 (b). Thus, most of the carbon nanotubes had a diameter of 18 to 20 nm. In this example, the charge of the molecular tweezers was changed by substituting or adding a charged amino acid. As shown in FIGS. 17 (a), (b), and (c), the cyclic peptide gramicidin S was changed. It may have a basic skeleton and may have charges 171, 172, 173 in the additional portion. FIGS. 17A, 17B, and 17C show gramicidin S174, monomeric gramicidin S derivative 175, and dimeric gramicidin S derivative 176, which are cyclic peptides, respectively.

以下に、本発明によるカーボンナノチューブ精製装置の構成例を説明する。
図１８は、カーボンナノチューブ精製装置の構成例を示す図である。本装置は、カーボンナノチューブを含む試料を収める試料槽１８１、分子ピンセットを含む試薬を納める試薬槽１８２を備えたディスペンサー１８３、分子ピンセットを切断する酵素を含む試薬を納める試薬槽１８４を備えたディスペンサー１８５、分子ピンセットで可溶化したカーボンナノチューブ複合体を電気泳動で泳動するキャピラリー１８６、電気泳動で可溶化したカーボンナノチューブ複合体を回収する回収槽１８７を備えて構成される。 Below, the structural example of the carbon nanotube refinement | purification apparatus by this invention is demonstrated.
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of a carbon nanotube purification apparatus. This apparatus includes a sample tank 181 for storing a sample containing carbon nanotubes, a dispenser 183 having a reagent tank 182 for storing a reagent including molecular tweezers, and a dispenser 185 having a reagent tank 184 for storing a reagent containing an enzyme that cleaves molecular tweezers. And a capillary 186 for electrophoresis of the carbon nanotube complex solubilized with molecular tweezers, and a recovery tank 187 for recovering the carbon nanotube complex solubilized by electrophoresis.

最初、カーボンナノチューブを含む試料を収める試料槽１８１に分子ピンセットを含む試薬を納める試薬槽１８２を備えたディスペンサー１８３で試薬を注入する。その後、試料槽１８１と回収槽１８７の間にキャピラリー１８６を介して電気を印加して、電気泳動を行う。電気泳動の結果、回収されたカーボンナノチューブ複合体を含む回収槽１８７に酵素試薬をディスペンサー１８５により注入して、分子ピンセットを分解して、カーボンナノチューブを不溶化する。 First, a reagent is injected by a dispenser 183 provided with a reagent tank 182 for storing a reagent containing molecular tweezers in a sample tank 181 for storing a sample containing carbon nanotubes. Thereafter, electricity is applied between the sample tank 181 and the recovery tank 187 via the capillary 186 to perform electrophoresis. As a result of electrophoresis, an enzyme reagent is injected into the recovery tank 187 containing the recovered carbon nanotube complex by the dispenser 185 to decompose the molecular tweezers and insolubilize the carbon nanotubes.

その際、図１９に示すように第２の回収槽１９１と第２のキャピラリー１９２を追加することにより、最初の電気泳動が終わった後に、極性を反転させて、試料槽１９３と第２の回収槽１９４の間に第２のキャピラリー１９２を介して電気泳動を行い、極性の違うカーボンナノチューブ複合体を得ることができる。すなわち、図２０(a)に示すように、最初の電気泳動では例えば正に荷電したカーボンナノチューブ複合体２０１を選択的に分離・回収し、その後、電気泳動の極性を反転させることにより、図２０(b)に示すように、負に荷電したカーボンナノチューブ複合体２０２を選択的に分離・回収することができる。 At that time, as shown in FIG. 19, by adding a second recovery tank 191 and a second capillary 192, the polarity is reversed after the first electrophoresis is finished, and the sample tank 193 and the second recovery tank are recovered. Electrophoresis is performed between the tanks 194 via the second capillary 192, and carbon nanotube composites having different polarities can be obtained. That is, as shown in FIG. 20 (a), in the first electrophoresis, for example, the positively charged carbon nanotube complex 201 is selectively separated and recovered, and then the polarity of the electrophoresis is reversed, whereby FIG. As shown in (b), the negatively charged carbon nanotube composite 202 can be selectively separated and recovered.

本発明に係わるカーボンナノチューブの精製方法を示すフロー図。The flowchart which shows the purification method of the carbon nanotube concerning this invention. グラミシジンＳの構造を示す図であり、（ａ）は基本骨格を示す図、（ｂ）はアミノ酸配列を示す図、（ｃ）は立体構造を示す図。It is a figure which shows the structure of gramicidin S, (a) is a figure which shows a basic skeleton, (b) is a figure which shows an amino acid sequence, (c) is a figure which shows a three-dimensional structure. 環状ペプチドであるグラミシジンＳとカーボンナノチューブが複合体を形成した様子を示す図。The figure which shows a mode that the gramicidin S and carbon nanotube which are cyclic peptides formed the composite_body | complex. 本発明で使用する分子ピンセットの例を示す図であり、（ａ）は単量体型のグラミシジンＳの誘導体の構造を示す図、（ｂ）は２量体型のグラミシジンＳの誘導体の構造を示す図。It is a figure which shows the example of the molecular tweezers used by this invention, (a) is a figure which shows the structure of the derivative of monomeric-type gramicidin S, (b) is a figure which shows the structure of the derivative of the dimer-type gramicidin S . 分子ピンセットとして用いた単量体型のグラミシジンＳの誘導体が多層カーボンナノチューブと複合体を形成した様子を示す図。The figure which shows a mode that the derivative | guide_body of the gramicidin S of the monomer type used as molecular tweezers formed the composite with the multi-walled carbon nanotube. 分子ピンセットとして用いた２量体型のグラミシジンＳの誘導体が多層カーボンナノチューブと複合体を形成した様子を示す図。The figure which shows a mode that the derivative | guide_body of the dimer type | mold gramicidin S used as molecular tweezers formed the composite with the multi-walled carbon nanotube. 付加部分のアミノ酸の数と、選択的に複合体を形成するカーボンナノチューブの直径の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the number of the amino acids of an addition part, and the diameter of the carbon nanotube which forms a composite_body | complex selectively. 付加部分の炭素鎖の数と、選択的に複合体を形成するカーボンナノチューブの直径の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the number of the carbon chain of an additional part, and the diameter of the carbon nanotube which forms a composite_body | complex selectively. 分子ピンセットを用いたカーボンナノチューブの精製方法の手順を示す図。The figure which shows the procedure of the purification method of the carbon nanotube using molecular tweezers. 分子ピンセットを用いて精製したカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す図。The figure which shows the Raman spectrum of the carbon nanotube refine | purified using the molecular tweezers. 分子ピンセットを用いて精製したカーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡写真を示す図。The figure which shows the transmission electron micrograph of the carbon nanotube refine | purified using the molecular tweezers. 分子ピンセットを用いて精製したカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す図。The figure which shows the Raman spectrum of the carbon nanotube refine | purified using the molecular tweezers. 分子ピンセットを用いて精製したカーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡写真を示す図。The figure which shows the transmission electron micrograph of the carbon nanotube refine | purified using the molecular tweezers. 分子ピンセットを用いて精製したカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す図であり、（ａ）は1590cm^-1付近の肩付きのピークを示す図、（ｂ）はカーボンナノチューブ特有のピークである200cm^-1付近のRBMのピークを示す図。It is a figure which shows the Raman spectrum of the carbon nanotube refine | purified using the molecular tweezers, (a) is a figure which shows the peak with a shoulder of 1590 cm < ^-1 > vicinity, (b) is around 200 cm < ^-1 > which is a peak peculiar to a carbon nanotube. The figure which shows the peak of RBM. 分子ピンセットを用いて精製したカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す図。The figure which shows the Raman spectrum of the carbon nanotube refine | purified using the molecular tweezers. 複数の分子ピンセットを用いて精製したカーボンナノチューブの分離精製結果を示す図であり、（ａ）は分子ピンセットを用いて分離したフラクションを示す図、（ｂ）は別の分子ピンセットを用いて分離したフラクションを示す図。It is a figure which shows the separation and purification result of the carbon nanotube refine | purified using several molecular tweezers, (a) is a figure which shows the fraction isolate | separated using molecular tweezers, (b) is isolate | separated using another molecular tweezers The figure which shows a fraction. 分子ピンセットの構造を示す図であり、（ａ）は電荷を付加したグラミシジンＳを示す図、（ｂ）は電荷を付加した単量体型グラミシジンＳ誘導体を示す図、（ｃ）は電荷を付加した２量体型グラミシジンＳ誘導体を示す図。It is a figure which shows the structure of molecular tweezers, (a) is a figure which shows gramicidin S to which electric charge was added, (b) is a figure which shows monomeric gramicidin S derivative to which electric charge was added, (c) was to which electric charge was added The figure which shows a dimer type | mold gramicidin S derivative | guide_body. 本発明による精製装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the refiner | purifier by this invention. 本発明による精製装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the refiner | purifier by this invention. 電気泳動の極性を反転して分離・精製する様子を示す図。The figure which shows a mode that the polarity of electrophoresis is reversed and isolate | separated and refine | purified.

符号の説明Explanation of symbols

３１，３２，１７４…グラミシジンＳ、３３…カーボンナノチューブ、５１，５２，１７５…単量体型のグラミシジンＳの誘導体、５３、６３…多層カーボンナノチューブ、６１，６２，１７６…２量体型のグラミシジンＳの誘導体、９１、１８１、１９３…試料槽、９２…溶液槽、９３，９８，１８３，１８５…ディスペンサー、９４，１８２，１８４…試薬槽、９５，１８７，１９１…回収槽、９６，１８６，１９２…キャピラリー、９７…高圧電源、９９…酵素試薬槽。 31, 32, 174 ... gramicidin S, 33 ... carbon nanotube, 51, 52, 175 ... derivative of monomeric gramicidin S, 53, 63 ... multi-walled carbon nanotube, 61, 62, 176 ... dimeric gramicidin S Derivative, 91, 181, 193 ... Sample tank, 92 ... Solution tank, 93, 98, 183, 185 ... Dispenser, 94, 182, 184 ... Reagent tank, 95, 187, 191 ... Recovery tank, 96, 186, 192 ... Capillary, 97 ... high voltage power source, 99 ... enzyme reagent tank.

Claims

カーボンナノチューブを含む溶液とペブチドを有する化合物の溶液とを混合する工程と、
混合溶液から不溶物を分離し、可溶化したカーボンナノチューブと前記化合物の複合体を含む溶液を得る工程と、
前記工程で得られたカーボンナノチューブと前記化合物の複合体を含む溶液に前記化合物の一部を特異的に切断する酵素を加える工程と、
前記酵素により切断された前記化合物の断片と前記複合体由来のカーボンナノチューブとを含む溶液からカーボンナノチューブを分離する工程とを有することを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 Mixing a solution containing carbon nanotubes with a solution of a compound having a peptide;
Separating an insoluble matter from the mixed solution to obtain a solution containing a complex of the solubilized carbon nanotube and the compound;
Adding an enzyme that specifically cleaves a part of the compound to a solution containing the composite of the carbon nanotube and the compound obtained in the step;
And a step of separating the carbon nanotube from a solution containing the fragment of the compound cleaved by the enzyme and the carbon nanotube derived from the complex.

請求項１記載のカーボンナノチューブ精製方法において、前記ペブチドを有する化合物は、環状ペプチド又は環状ペプチドの構成アミノ酸の側鎖に付加部分を有する誘導体であることを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 2. The carbon nanotube purification method according to claim 1, wherein the compound having a peptide is a cyclic peptide or a derivative having an additional moiety in a side chain of a constituent amino acid of the cyclic peptide.

請求項２記載のカーボンナノチューブ精製方法において、前記付加部分が、同一環状ペプチドの他の構成アミノ酸の側鎖と結合していることを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 3. The carbon nanotube purification method according to claim 2, wherein the additional moiety is bonded to a side chain of another constituent amino acid of the same cyclic peptide.

請求項２記載のカーボンナノチューブ精製方法において、前記付加部分が、別の環状ペプチドの構成アミノ酸の側鎖と結合していることを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 3. The carbon nanotube purification method according to claim 2, wherein the additional moiety is bonded to a side chain of a constituent amino acid of another cyclic peptide.

請求項２記載のカーボンナノチューブ精製方法において、前記付加部分に酵素の切断部位を有することを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 3. The carbon nanotube purification method according to claim 2, wherein the additional portion has an enzyme cleavage site.

請求項１記載のカーボンナノチューブ精製方法において、前記酵素と前記切断部位の組み合わせが、
(1)酵素：キモトリプシン、切断部位：芳香族アミノ酸（フェニルアラニン、チロシン）、
(2)酵素：トリプシン、切断部位：塩基性アミノ酸（アルギニン、リシン、オルニチン）、又は
(3)酵素：Ｖ８プロテアーゼ、切断部位：酸性アミノ酸（グルタミン酸、アスパラギン酸）
であることを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 The carbon nanotube purification method according to claim 1, wherein the combination of the enzyme and the cleavage site is:
(1) Enzyme: chymotrypsin, cleavage site: aromatic amino acid (phenylalanine, tyrosine),
(2) Enzyme: trypsin, cleavage site: basic amino acid (arginine, lysine, ornithine), or
(3) Enzyme: V8 protease, cleavage site: acidic amino acid (glutamic acid, aspartic acid)
The carbon nanotube purification method characterized by these.

請求項１記載のカーボンナノチューブ精製方法において、前記ペブチドを有する化合物と、当該化合物と複合体を形成するカーボンナノチューブの径とが対応付けられていることを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 2. The carbon nanotube purification method according to claim 1, wherein the compound having the peptide is associated with the diameter of the carbon nanotube forming a complex with the compound.

請求項１記載のカーボンナノチューブ精製方法において、前記混合溶液から不溶物を分離し、可溶化したカーボンナノチューブと前記化合物の複合体を含む溶液を得るために、ろ過、遠心分離、又は電気泳動を用いることを特徴とするカーボンナノチューブ精製方法。 2. The carbon nanotube purification method according to claim 1, wherein filtration, centrifugation, or electrophoresis is used to separate an insoluble matter from the mixed solution and obtain a solution containing a complex of the solubilized carbon nanotube and the compound. A carbon nanotube purification method characterized by the above.

カーボンナノチューブ精製のためのキットであって、
カーボンナノチューブを選択的に可溶化するための、ペブチドを有する化合物を含む溶液と、
前記化合物の一部を特異的に切断する酵素を含む溶液と
を有することを特徴とするカーボンナノチューブ精製キット。 A kit for purifying carbon nanotubes,
A solution containing a compound having a peptide for selectively solubilizing carbon nanotubes;
And a solution containing an enzyme that specifically cleaves a part of the compound.

請求項９記載のカーボンナノチューブ精製キットにおいて、前記ペブチドを有する化合物は、環状ペプチド又は環状ペプチドの構成アミノ酸の側鎖に付加部分を有する誘導体であることを特徴とするカーボンナノチューブ精製キット。 The carbon nanotube purification kit according to claim 9, wherein the peptide-containing compound is a cyclic peptide or a derivative having an additional moiety in a side chain of a constituent amino acid of the cyclic peptide.

請求項１０記載のカーボンナノチューブ精製キットにおいて、前記付加部分が、同一環状ペプチドの他の構成アミノ酸の側鎖と結合していることを特徴とするカーボンナノチューブ精製キット。 The carbon nanotube purification kit according to claim 10, wherein the additional moiety is bonded to a side chain of another constituent amino acid of the same cyclic peptide.

請求項１０記載のカーボンナノチューブ精製キットにおいて、前記付加部分が、別の環状ペプチドの構成アミノ酸の側鎖と結合していることを特徴とするカーボンナノチューブ精製キット。 11. The carbon nanotube purification kit according to claim 10, wherein the additional moiety is bonded to a side chain of a constituent amino acid of another cyclic peptide.

請求項１０記載のカーボンナノチューブ精製キットにおいて、前記付加部分に酵素の切断部位を有することを特徴とするカーボンナノチューブ精製キット。 11. The carbon nanotube purification kit according to claim 10, wherein the additional portion has an enzyme cleavage site.

請求項９記載のカーボンナノチューブ精製キットにおいて、
前記酵素と前記切断部位の組み合わせが、
(1)酵素：キモトリプシン、切断部位：芳香族アミノ酸（フェニルアラニン、チロシン）、
(2)酵素：トリプシン、切断部位：塩基性アミノ酸（アルギニン、リシン、オルニチン）、又は
(3)酵素：Ｖ８プロテアーゼ、切断部位：酸性アミノ酸（グルタミン酸、アスパラギン酸）
であることを特徴とするカーボンナノチューブ精製キット。 In the carbon nanotube purification kit according to claim 9,
The combination of the enzyme and the cleavage site is
(1) Enzyme: chymotrypsin, cleavage site: aromatic amino acid (phenylalanine, tyrosine),
(2) Enzyme: trypsin, cleavage site: basic amino acid (arginine, lysine, ornithine), or
(3) Enzyme: V8 protease, cleavage site: acidic amino acid (glutamic acid, aspartic acid)
The carbon nanotube purification kit characterized by being.

カーボンナノチューブを含む試料を収める第１の試料槽と、
カーボンナノチューブを選択的に可溶化するための、ペプチドを有する化合物からなる第１の試薬を収める第１の試薬槽と、
前記第１の試薬の一部を切断する酵素からなる第２の試薬を収める第２の試薬槽と、
前記第１の試料槽に前記第１の試薬槽から前記第１の試薬を注入する第１の試薬注入手段と、
前記第１の試薬の注入によって可溶化したカーボンナノチューブ複合体を不溶物から分離し第２の試料槽に移す手段と、
前記第２の試料槽に前記第２の試薬槽から前記第２の試薬を注入する第２の試薬注入手段と、
前記第２の試薬が前記第１の試薬の一部を切断することによって不溶化したカーボンナノチューブを回収する手段とを有することを特徴とするカーボンナノチューブ精製装置。 A first sample vessel containing a sample containing carbon nanotubes;
A first reagent tank containing a first reagent composed of a compound having a peptide for selectively solubilizing carbon nanotubes;
A second reagent tank containing a second reagent comprising an enzyme that cleaves a part of the first reagent;
First reagent injection means for injecting the first reagent from the first reagent tank into the first sample tank;
Means for separating the carbon nanotube complex solubilized by the injection of the first reagent from the insoluble material and transferring it to the second sample tank;
Second reagent injection means for injecting the second reagent from the second reagent tank into the second sample tank;
And a means for recovering carbon nanotubes insolubilized by cutting a part of the first reagent by the second reagent.

請求項１５記載のカーボンナノチューブ精製装置において、前記第１の試薬によって可溶化したカーボンナノチューブ複合体を不溶物から分離し第２の試薬槽に移す手段は電気泳動手段であることを特徴とするカーボンナノチューブ精製装置。 16. The carbon nanotube purification apparatus according to claim 15, wherein the means for separating the carbon nanotube complex solubilized by the first reagent from the insoluble matter and transferring it to the second reagent tank is an electrophoresis means. Nanotube purification equipment.

請求項１６記載のカーボンナノチューブ精製装置において、前記電気泳動手段は電気泳動の極性反転手段を有することを特徴とするカーボンナノチューブ精製装置。 17. The carbon nanotube purification apparatus according to claim 16, wherein the electrophoresis means includes electrophoresis polarity reversing means.