Bis jetzt hat die Massenproduktion von organischen Nanoröhren sehr schwer technisch, weil eine große Menge an Wasser, Lösungsmittel für die Synthese von selbstorganisierten organischen Nanoröhren aus amphiphilen Moleküle benötigt. Wir haben eine komfortable Masse-Synthese-Verfahren für die Nanoröhren, die weniger als ein Tausendstel des Lösungsmittels im herkömmlichen Methoden eingesetzt, und die Zeit für die Trocknung erforderliche nutzt nur ein paar Stunden entwickelt. Da die Nanoröhrchen wir entwickelt haben, ermöglicht die Verkapselung von funktionellen Substanzen (Proteine, Metall-Nanopartikel, etc.) größer als 10 nm, was unmöglich gewesen, zu kapseln, bis jetzt, Anwendungen auf die langsame Freisetzung von Medikamenten und gesunde Lebensmittel erwartet haben. Synopse Die Hohe Axial-Ratio Nanostruktur Fabrication Team der Nanoarchitektonik Research Center (Toshimi Shimizu, Director) des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST, Hiroyuki Yoshikawa, Präsident) wurden neu entworfen und synthetisiert amphiphile Moleküle mit hydrophilen und hydrophoben Komponenten, und haben eine Technik für die Synthese verschiedener organischer Nanoröhren von 40-200 nm Innendurchmesser, 70-500 nm Außendurchmesser und einige Mikrometer in der Länge entwickelt sich selbst organisierenden sie in organischen Lösungsmitteln. Diese Methode benötigt weniger als ein Tausendstel des Lösungsmittels durch konventionelle Methoden eingesetzt, so dass die Massenproduktion von organischen Nanoröhren (Abbildung 1). Im Gegensatz zu Kohlenstoff-Nanoröhren haben organische Nanoröhrchen ausgezeichnete Dispergierbarkeit in Wasser, und kann Gastsubstanzen von mehr als 10 nm in der Größe, wie Proteine und Nukleinsäuren zu integrieren. Die organische Nanoröhrchen können kapseln auch funktionale Stoffe, die so groß ist, dass Cyclodextrine, auf kommerzieller Basis als Kapselung Substanzen derzeit produziert, kann das nicht sind. So ist die organische Nanoröhrchen sind für die Anwendung auf verschiedenen Gebieten wie Medizin, Gesundheit und nanobio Technologien vielversprechend. Diese Arbeit entstand in orgatechno 2006 angezeigt hielt im Pacifico Yokohama vom 25-27 Juli.  Abbildung 1 (links). Weißer Feststoff Pulver (Gewicht = 100 g), bestehend aus organischen Nanoröhren (mittlere Außendurchmesser = 80 nm und mittlere Innendurchmesser = 60 nm) und (rechts) eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der Nanoröhrchen die wir entwickelt haben . Hintergrund und Geschichte der Forschung Arbeiten Studien zur Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die nur aus Kohlenstoffatomen bestehen, wurden ausgiebig von den Aussichtspunkten der Anwendung der Forschung, Praxis und Massenproduktion fortgeschritten. Auf der anderen Seite gab es Bio-Nanoröhren, deren Außendurchmesser ähneln mehrschichtigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen von zehn bis zu mehreren zehn nm Außendurchmesser. Ähnlich wie Seife Moleküle werden die organischen Nanoröhren hohlzylindrischen Nanostrukturen durch spontane Zusammenstellung von amphiphilen Molekülen mit einem wasserlöslichen (hydrophilen) und öllösliche (hydrophoben)-Einheiten gebildet. Diese Zusammenstellung wird als "self-assembly". Es wurde festgestellt, dass nur eine begrenzte Art von amphiphilen Molekülen, wie Phospholipide, Glycolipide und peptidelipids, kann in Nanotube-Strukturen selbst zusammen. Die Größen der organischen Nanoröhren sind in der Regel 10-200 nm Innendurchmesser, 4-10 nm Außendurchmesser und mehrere bis zu mehreren hundert um in der Länge, obwohl je nach amphiphile Moleküle verwendet. Die Moleküle bilden zylindrische Bilayer-Strukturen, in denen die hydrophilen Gruppen der Moleküle, die sich sowohl Oberflächen jeder Doppelschicht mit Wasser (Abbildung 2) Kontakt sind. Über mehrere Millionen Moleküle sind ordentlich arrangiert von rein intermolekularen Wechselwirkungen ohne chemische Bindung an stabil Nanostruktur Strukturen zu bilden.  Abbildung 2. Eine Darstellung von typischen molekularen Packung eines organischen Nanoröhrchen. Der Kopf eines jeden Kaulquappe-like amphiphilen Moleküls zeigt die hydrophile Gruppe und der Schwanz zeigt die hydrophobe Gruppe. Es gab self-assembly-Methoden in Wasser für die Synthese von organischen Nanoröhren, aber die Methoden haben den Nachteil, dass eine große Menge an Wasser, entsprechend 1000-10000 mal das Gewicht der organischen Nanoröhren, benötigt wird. Darüber hinaus erfordern die Methoden viele Schritte und eine lange Zeit, um schließlich in Nanotube-Strukturen (Abbildung 3) zu verwandeln. So, bis jetzt wurde davon ausgegangen, dass die Massen-Produktion von über 1 Gramm Nanoröhren schwierig ist, im Labor Ebene. AIST hat das Studium der Entwicklung, Synthese und Selbstorganisation von amphiphilen Molekülen für Nanotube-Bildung in den letzten zehn Jahren fortgeschritten, und in dieser Arbeit haben wir in der Massenproduktion von organischen Nanoröhren gelungen. Diese Arbeit wurde im Rahmen des Core Research für Entwicklungskreis Science and Technology (CREST) Projekt der Gemeinsamen Forschungsstelle der Japan Science and Technology Agency (JST) und AIST (im FY von 2000-2005) durchgeführt, und in dem Teil der lösungsorientierte Forschung für Wissenschaft und Technologie (Sorst)-Projekt, die Auftragsforschung von JST (im FY von 2005-2007).  Abbildung 3. Eine morphologische Transformation Mechanismus der amphiphilen molekularer Aggregate, zuerst bildet kugelförmige Baugruppen, dann gehen durch spiralförmige Baugruppen und schließlich zu Nanotube-ähnliche Strukturen in Wasser. Details der Forschungsarbeiten In dieser Arbeit, mit der hydrophilen und hydrophoben Teilen kostengünstige und sichere Materialien wie Saccharide und Peptide, die als Nahrungsmittel verwendet werden können, haben wir entworfen und N-Glykosid-type Glykolipide und peptidelipids für die Bildung von Nanoröhren. Darüber hinaus haben wir bei der Synthese von gelungen Hohlfaser-wie organische Nanoröhrchen durch Selbstorganisation der Lipide in sicheren organischen Lösungsmitteln, wie Ethanol, die auch für Lebensmittel verwendet wird, aber nicht mit einem Lösungsmittel Wasser.  Abbildung 4. Eine mögliche schematische Darstellung eines Self-Assembly-Mechanismus unserer amphiphilen Molekülen in einem organischen Lösungsmittel (gezeichnet durch das Forschungsinstitut für Nanotechnologie). Durch komfortable Bearbeitung, wie zB bei Raumtemperatur Erhaltung und Verdampfen von Lösungsmitteln und unter Verwendung von organischen Lösungsmitteln, die gute Lösungsmittel für Nanoröhrchen Materialien sind, haben wir in der Massenproduktion von über 1 kg Feststoff-pulverförmige organische Nanotubes mit den Mengen an Lösungsmitteln niedriger als gelungen 1.000-10.000 th dieser Bedarf für die herkömmlichen Methoden. Abbildung 4 zeigt, dass die synthetisierten amphiphilen Moleküle können Nanoröhrchen Baugruppen in nur einem Schritt zu bilden, ohne sich mehrere Schritte wie Nanoröhren in Wasser, was zur Produktion einer großen Menge von Nanoröhren in einer sehr kurzen Zeit. Wir haben bestätigt, dass der weiße Feststoff Pulver organischer Nanoröhren von 40-200 nm Innendurchmesser, 70-500 nm Außendurchmesser und einige Mikrometer in der Länge mit Getriebe-und Rasterelektronenmikroskop (Abbildung 5) bestehen. In dieser Arbeit haben wir über 1 kg von Nanoröhren mit organischen Lösungsmitteln von ca. 10 L (konventionellen Methoden benötigen 20.000 l Wasser) hergestellt. Außerdem in Vorbereitung von Nanoröhren ermöglicht Verkapselung von funktionalen Stoffen, müssen konventionelle Methoden ein Vakuum-Trocknung über mehrere Tage, aber unser organisches Lösungsmittel Methode macht die Trocknung leicht in mehreren Stunden zu erreichen.  Abbildung 5. Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (Transmission) von weißen organischen Nanoröhren im festen pulverförmigen Zustand. Die Eigenschaften, Größen und Funktionen unserer organischen Nanoröhren sind verschieden von denen der Kohlenstoff-Nanoröhren, und im Jenseits ihre Anwendungen, Forschung und Entwicklung und Forschung für die Praxis wird als ein Werk aus beschleunigt werden Japan . Damit haben wir unsere Nanoröhren den Namen "Organic Nanotube AIST," und wir haben vor kurzem damit dies als Markenzeichen eingetragen wird. Zyklische Moleküle, so genannte "Cyclodextrin", das gebildet von 6-8 Glukose-Molekülen verbunden kreisförmig sind, wurden weitgehend in einer Vielzahl von Bereichen wie Nahrungsmittel, Medizin und Haus halten verwendeten Waren. Encapsulating verschiedene organische niedermolekulare Verbindungen Gewicht in ihrer hydrophoben Taschen haben die Moleküle Funktionen bei der Herstellung instabile Stoffe stabil, in die langsame Freisetzung von Medikamenten und Aromachemikalien und in machen wasserunlösliche Substanzen löslich. Auf der anderen Seite können organische Nanoröhrchen durch Selbstorganisation von Glykolipiden gebildet und in Wasser dispergiert werden. Darüber hinaus können die Nanoröhren kapseln 10-50 nm Skala Substanzen, zB Proteine, Nukleinsäuren, Viren und Metall-Nanopartikeln, die Cyclodextrin-Moleküle können nicht, sich zu zerstreuen sie in Wasser. Eigentlich Verwendung organischer Nanoröhren von 30-60 nm Innendurchmesser, haben wir in der Verkapselung von Metall-Nanopartikeln von 1-20 nm im Durchmesser und kugelförmige Proteine von 12 nm im Durchmesser gelungen (Ferritin), wie in Abbildung 6 dargestellt. Kürzlich Produkte unter Einsatz Kapselung Funktionen von Cyclodextrin wurden erforscht und entwickelt, und viele von ihnen haben bereits auf kommerzieller Basis hergestellt worden. Jedoch sind unsere Nanoröhren, so dass die Massenproduktion und Verkapselung von großen Molekülen, für industrielle Anwendungen, wie neue Materialien mit Kapselung Funktionen vielversprechend.  Abbildung 6. (Links und Mitte) TEM-Aufnahmen von Nanoröhren mit einem Innendurchmesser von 30-50 nm, Verkapselung Gold-Nanopartikel mit verschiedenen Größen, jeweils. (Rechts) einem Transmissions-Elektronenmikroskop-Aufnahme einer Nanoröhre mit einem inneren Durchmesser von 60 nm, Verkapselung Ferritin mit einem äußeren Durchmesser von 12 nm auf. Zukunftspläne für die Forschungsarbeit Jenseits, planen wir die Entwicklung organischer Nanoröhren aus der Sicht der neuen Nanoröhrchen Containern oder neue organische Nanoröhrchen Träger vorab mit der Fähigkeit, Adsorption, Kapselung und langsame Freisetzung, der Prüfung von Anträgen auf Felder (1) Landwirtschaft (die Entfernung von Prionen , slow-release Gülle, etc.), (2) Lebensmittel (Entladung von Fett, funktionalen Fasern, etc.), (3) Gesundheit (Prävention von Haarausfall, Allergen-Filter, etc), (4) die medizinische Versorgung (Drug Delivery-Systeme für Zielregionen, hemocatharsis, die Erfassung von Viren, die Verabreichung von Insulin, Zerstäubung, etc), (5) Umwelt (Entfernung von metallischen Partikeln, etc), und (6) Gesundheit Lebensmittelzusatzstoff Materialien für Frauen und ältere Menschen. |