Μέχρι τώρα, η μαζική παραγωγή των βιολογικών νανοσωλήνες ήταν πολύ δύσκολο από τεχνική άποψη, γιατί μια μεγάλη ποσότητα νερού διαλύτη ήταν απαραίτητο για τη σύνθεση της αυτο-συναρμολογούνται οργανικά νανοσωλήνες από αμφίφιλα μόρια. Έχουμε αναπτύξει μια βολική μαζική σύνθεση μέθοδος για νανοσωλήνες που χρησιμοποιεί λιγότερο από ένα χιλιοστό του διαλύτη που χρησιμοποιείται σε συμβατικές μεθόδους, καθώς και ο χρόνος που απαιτείται για τη διαδικασία ξήρανσης είναι μόνο λίγες ώρες. Δεδομένου ότι οι νανοσωλήνες που έχουμε αναπτύξει επιτρέπει την ενθυλάκωση των λειτουργικών ουσιών (πρωτεΐνες, μεταλλικά νανοσωματίδια, κλπ.) μεγαλύτερο από 10 nm, τα οποία ήταν αδύνατο να ενσωματώσει μέχρι τώρα, οι προοπτικές εφαρμογής τους, με την αργή απελευθέρωση των φαρμάκων και υγιεινής διατροφής. Σύνοψη Ο Ύπατος Αξονική-Ratio Team Κατασκευή νανοδομή του Nanoarchitectonics Research Center (Toshimi Shimizu, Διευθυντής) του Εθνικού Ινστιτούτου Advanced Industrial Επιστήμης και Τεχνολογίας (AIST? Hiroyuki Yoshikawa, Πρόεδρος) έχουν σχεδιάστηκε πρόσφατα και συντίθενται αμφίφιλα μόρια με υδρόφιλες και υδρόφοβες τμημάτων του και έχουν αναπτύξει μια τεχνική για τη σύνθεση των διάφορων βιολογικών νανοσωλήνες από 40 έως 200 nm σε εσωτερική διάμετρο, 70 - 500 nm σε εξωτερική διάμετρος, και πολλά μm σε μήκος από την αυτο-συγκέντρωσή τους σε οργανικούς διαλύτες. Αυτή η μέθοδος χρειάζεται λιγότερο από ένα χιλιοστό του διαλύτη που χρησιμοποιείται από τις συμβατικές μεθόδους, που επιτρέπει τη μαζική παραγωγή των βιολογικών νανοσωλήνες (Σχήμα 1). Σε αντίθεση με νανοσωλήνες άνθρακα, οργανικές νανοσωλήνες έχουν εξαιρετική ικανότητα διασποράς στο νερό, και μπορούν να ενσωματώσουν επισκεπτών ουσίες άνω των 10 nm σε μέγεθος, όπως οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊνικά οξέα. Η οργανική νανοσωλήνες μπορούν να ενσωματώσουν ακόμη και λειτουργικές ουσίες που είναι τόσο μεγάλες που κυκλοδεξτρίνες, που παράγεται σε εμπορική βάση ως ουσίες ενθυλάκωση προς το παρόν, δεν μπορούμε να κάνουμε. Έτσι, οι οργανικές νανοσωλήνες είναι πολλά υποσχόμενη για εφαρμογή σε διάφορους τομείς όπως η ιατρική, η υγεία, και NanoBio τεχνολογίες. Αυτό το ερευνητικό έργο εμφανίζεται στο Orgatechno 2006 πραγματοποιήθηκε στο Pacifico Yokohama από τον Ιούλιο του 25-27.  Σχήμα 1. (Αριστερά) στερεά λευκή σκόνη (βάρος = 100 g) αποτελούμενο από οργανικές νανοσωλήνες (μέση εξωτερική διάμετρος = 80 nm, και η μέση εσωτερική διάμετρος = 60 nm), και (δεξιά) μια μικρογραφία σάρωσης ηλεκτρονίων των νανοσωλήνων που έχουμε αναπτύξει . Ιστορικό και Ιστορία της ερευνητικής εργασίας Οι μελέτες σε νανοσωλήνες άνθρακα, που αποτελούνται μόνο από άτομα άνθρακα, σε μεγάλο βαθμό προηγμένη από τα σημεία άποψη της εφαρμογής της έρευνας, την πρακτική χρήση, και η μαζική παραγωγή. Από την άλλη πλευρά, υπήρξαν οργανικά νανοσωλήνες του οποίου η εξωτερική διάμετρος είναι παρόμοια με πολλαπλές στρώσεις νανοσωλήνες άνθρακα από δέκα έως μερικές δεκάδες nm σε εξωτερική διάμετρο. Παρόμοια με μόρια σαπούνι, τα οργανικά νανοσωλήνες είναι κοίλη κυλινδρική νανοδομές που σχηματίζονται από αυθόρμητες συναρμολόγηση των αμφίφιλα μόρια με ένα υδατοδιαλυτό (υδρόφιλα) και τις λιποδιαλυτές (υδρόφοβες) συστατικά. Αυτή η συναρμολόγηση ονομάζεται «αυτο-οργάνωσης». Έχει διαπιστωθεί ότι μόνο ένα περιορισμένο είδος αμφίφιλα μόρια, όπως τα φωσφολιπίδια, γλυκολιπιδίων, και peptidelipids, μπορεί να αυτο-συναρμολόγηση σε δομές νανοσωλήνων. Τα μεγέθη των βιολογικών νανοσωλήνες είναι συνήθως 10 έως 200 nm σε εσωτερική διάμετρο, 40 - 1000 nm σε εξωτερική διάμετρος, και πολλά για να πολλές εκατοντάδες μm στο μήκος, αν και ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο αμφίφιλα μόρια. Τα μόρια μορφή κυλινδρικές δομές διπλοστιβάδα, στην οποία το υδρόφιλο ομάδες των μορίων είναι προσανατολισμένες στις δύο επιφάνειες του κάθε διπλοστιβάδα σε επαφή με το νερό (Εικόνα 2). Πάνω από αρκετά εκατομμύρια μόρια εύρυθμη διοργανώνονται από καθαρά διαμοριακές αλληλεπιδράσεις χωρίς χημικών δεσμών για να σχηματίσουν σταθερές δομές νανοδομή.  Σχήμα 2. Μια απεικόνιση των τυπικών μοριακή συσκευασία ενός οργανικού νανοσωλήνων. Ο επικεφαλής κάθε γυρίνος-όπως αμφίφιλα μόριο δείχνει την υδρόφιλη ομάδα και η ουρά δείχνει το υδρόφοβο ομάδα. Έχουν επισκεφθεί την αυτο-οργάνωσης των μεθόδων στο νερό για τη σύνθεση των βιολογικών νανοσωλήνες, αλλά οι μέθοδοι έχουν το μειονέκτημα ότι μια μεγάλη ποσότητα νερού, που αντιστοιχούν σε 1.000 έως 10.000 φορές το βάρος της οργανικής νανοσωλήνες, είναι απαραίτητη. Επιπλέον, οι μέθοδοι που απαιτούν πολλά βήματα και πολύ χρόνο για να μετατραπούν σε τελικά δομές νανοσωλήνων (Σχήμα 3). Έτσι, μέχρι τώρα, έχει θεωρηθεί ότι η μαζική παραγωγή του πάνω από το 1 γραμμάριο νανοσωλήνων είναι δύσκολο σε επίπεδο εργαστηρίου. AIST έχει προχωρήσει η μελέτη του σχεδιασμό, τη σύνθεση, και αυτο-συναρμολόγηση αμφίφιλα μορίων για το σχηματισμό των νανοσωλήνων κατά την τελευταία δεκαετία, και σε αυτό το έργο έχουμε καταφέρει να την μαζική παραγωγή των βιολογικών νανοσωλήνων. Το έργο πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της έρευνας Core για εξελικτική Επιστήμη και την Τεχνολογία (CREST) του έργου, την από κοινού έρευνα της Ιαπωνίας Επιστήμης και Τεχνολογίας του Οργανισμού (JST) και AIST (το ΟΕ του 2000-2005), και στο τμήμα Λύση του Oriented Έρευνας για την Επιστήμη και την Τεχνολογία (SORST) του έργου, η έρευνα σύμβαση JST (το ΟΕ του 2005-2007).  Σχήμα 3. Ένα μορφολογική μηχανισμός μετατροπής της αμφίφιλα μοριακές συνελεύσεις, πρώτα σχηματίζουν σφαιρικές συνελεύσεις, τότε περνάει ελικοειδή συνελεύσεις, και, τέλος, με αποτέλεσμα νανοσωλήνων-όπως δομές στο νερό. Λεπτομέρειες των ερευνητικών εργασιών Σε αυτό το έργο, χρησιμοποιώντας το υδρόφιλες και υδρόφοβες περιοχές της φθηνή και ασφαλή υλικά, όπως σακχαριτών και πεπτίδια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως τρόφιμα, έχουμε σχεδιάσει και σύνθεση Ν-γλυκοζίτη τύπου γλυκολιπιδίων και peptidelipids για το σχηματισμό των νανοσωλήνων. Επιπλέον, έχουμε επιτύχει στη σύνθεση των κοίλων ινών-όπως τα οργανικά νανοσωλήνες από αυτο-οργάνωσης των λιπιδίων σε ασφαλή οργανικούς διαλύτες, όπως η αιθανόλη που χρησιμοποιείται επίσης για τα τρόφιμα, αλλά όχι με τη χρήση νερού διαλύτη.  Σχήμα 4. Μια πιθανή γραφική παράσταση που δείχνει ένα αυτο-συναρμολόγηση μηχανισμός αμφίφιλα μόρια μας σε οργανικούς διαλύτες (που από το Ινστιτούτο Ερευνών της Νανοτεχνολογίας). Με βολικό επεξεργασίας, όπως διατήρηση σε θερμοκρασία δωματίου και εξάτμιση των διαλυτών, και τη χρησιμοποίηση οργανικών διαλυτών που είναι καλοί διαλύτες των νανοσωλήνων, έχουμε καταφέρει σε μαζική παραγωγή πάνω από 1 kg στερεών-πούδρας οργανική νανοσωλήνων με τα ποσά των διαλυτών κάτω από 1,000-10,000 ης που απαιτείται για τις συμβατικές μεθόδους. Το σχήμα 4 δείχνει ότι η παραγόμενη αμφίφιλα μόρια μπορούν να σχηματίσουν συγκροτήματα νανοσωλήνων σε ένα μόνο βήμα, χωρίς να υποβάλλονται σε πολλαπλά στάδια, όπως οι νανοσωλήνες στο νερό, με αποτέλεσμα την παραγωγή ενός μεγάλου ποσού των νανοσωλήνων σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Έχουμε επιβεβαιώσει ότι τα στερεά λευκή σκόνη αποτελείται από οργανικά νανοσωλήνων των 40 έως 200 nm σε εσωτερική διάμετρο, 70 - 500 nm σε εξωτερική διάμετρος, και πολλά μm στο μήκος που χρησιμοποιεί τη μετάδοση και ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης (Σχήμα 5). Σε αυτό το έργο, έχουμε πάνω από 1 kg των νανοσωλήνων με τη χρήση οργανικών διαλυτών από περίπου 10 L (συμβατικές μεθόδους χρειάζονται 20.000 L νερού). Επιπλέον, στο πλαίσιο της προετοιμασίας των νανοσωλήνων που επιτρέπει ενθυλάκωση των λειτουργικών ουσιών, τις συμβατικές μεθόδους χρειάζονται ένα κενό διαδικασία ξήρανσης για αρκετές ημέρες, αλλά οργανικούς διαλύτες μέθοδος μας καθιστά τη διαδικασία ξήρανσης εύκολο να επιτευχθεί σε αρκετές ώρες.  Σχήμα 5. Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης εικόνας (τρόπος μετάδοσης) των λευκών οργανικών νανοσωλήνες στην στερεά κατάσταση πούδρας. Τα χαρακτηριστικά, τα μεγέθη, και τις λειτουργίες των βιολογικών νανοσωλήνες μας είναι διαφορετικές από αυτές των νανοσωλήνων άνθρακα, και στη συνέχεια τις αιτήσεις τους, έρευνα και ανάπτυξη, και την έρευνα για την πρακτική χρήση, θα πρέπει να επιταχυνθούν οι εργασίες που προέρχονται από Ιαπωνία . Έχουμε ονομάστηκε έτσι νανοσωλήνες μας το "Οργανική AIST νανοσωλήνων," και έχουμε πρόσφατα αίτηση για αυτό που πρέπει να καταχωρηθεί ως σήμα κατατεθέν μας. Έχουν Κυκλικές μόρια, που ονομάζονται "κυκλοδεξτρίνη", που αποτελούνται από 6-8 μόρια γλυκόζης συνδέεται κυκλικά, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορους τομείς, όπως τρόφιμα, φάρμακα, και το σπίτι αγαθά αναμονή. Ενσωματώνει διάφορες οργανικές χαμηλού μοριακού βάρους ενώσεις με υδρόφοβες τσέπες τους, τα μόρια έχουν καθήκοντα κάνοντας ασταθών ουσιών σταθερή, στην αργή απελευθέρωση των φαρμάκων και των χημικών ουσιών άρωμα, και κάνοντας τα αδιάλυτα στο νερό ουσιών που διαλύονται. Από την άλλη πλευρά, η βιολογική νανοσωλήνες σχηματίζονται από αυτο-συναρμολόγηση γλυκολιπιδίων μπορεί να είναι αρκετά διάσπαρτες στο νερό. Επιπλέον, οι νανοσωλήνες μπορούν να ενσωματώσουν 10 με 50-nm ουσίες κλίμακα, π.χ. πρωτεΐνες, τα νουκλεϊκά οξέα, οι ιοί, και μεταλλικά νανοσωματίδια, τα οποία κυκλοδεξτρίνη μόρια δεν μπορούν, για να διαλύσουν τους στο νερό. Στην πραγματικότητα, με τη χρήση οργανικών νανοσωλήνες με ρυθμό 30-60 nm σε εσωτερική διάμετρο, έχουμε καταφέρει να την ενθυλάκωση των νανοσωματιδίων μετάλλου των 10-20 nm σε διάμετρο και σφαιρικές πρωτεΐνες των 12 nm σε διάμετρο (φερριτίνη), όπως φαίνεται στο Σχήμα 6. Πρόσφατα προϊόντων που χρησιμοποιούν λειτουργίες ενθυλάκωση της κυκλοδεξτρίνης ήταν ερευνηθούν και να αναπτυχθούν, και πολλοί από αυτούς έχουν ήδη παραχθεί σε εμπορική βάση. Ωστόσο, οι νανοσωλήνες μας, που επιτρέπει τη μαζική παραγωγή και την ενθυλάκωση των μεγάλων μορίων, είναι πολλά υποσχόμενη για βιομηχανικές εφαρμογές, όπως νέα υλικά με τις λειτουργίες ενθυλάκωση.  Σχήμα 6. (Αριστερά και κέντρο) micrographs ηλεκτρονίων μετάδοσης των νανοσωλήνων με εσωτερική διάμετρο της τάξης του 30-50 nm, ενσαρκώνοντας νανοσωματίδια χρυσού με διαφορετικά μεγέθη, αντίστοιχα. (Δεξιά) μια μικρογραφία ηλεκτρονίων μετάδοσης ενός νανοσωλήνα με εσωτερική διάμετρο 60 nm, ενσαρκώνοντας φερριτίνη με εξωτερική διάμετρο των 12 nm. Μελλοντικά Σχέδια για ερευνητική εργασία Στη συνέχεια, σχεδιάζουμε να προωθήσει την ανάπτυξη της βιολογικής νανοσωλήνων από την οπτική γωνία των νέων εμπορευματοκιβωτίων νανοσωλήνων ή νέες οργανικές φορείς νανοσωλήνων με την ικανότητα απορρόφησης, ενθυλάκωση, και βραδείας αποδέσμευσης, την εξέταση των αιτήσεων για τους τομείς του (1) η γεωργία (η απομάκρυνση των πρίον , βραδείας αποδέσμευσης κοπριά, κ.λπ.), (2) τρόφιμα (απαλλαγή του λίπους, λειτουργικές ίνες, κλπ.), (3) της υγείας (πρόληψη της αλωπεκίας, φίλτρα αλλεργιογόνα, κ.λπ.), (4) ιατρική φροντίδα (συστήματα χορήγησης φαρμάκων για τις περιοχές-στόχους, hemocatharsis, συλλαμβάνοντας των ιών, χορήγηση ινσουλίνης, ψεκασμού, κ.λπ.), (5) περιβάλλον (αφαίρεση των μεταλλικών σωματιδίων, κλπ), και (6) τα υλικά για την υγεία πρόσθετα τροφίμων για τις γυναίκες και τους ηλικιωμένους. |