米乐m6官方网站（AIST；吉川博之，所长）纳米结构研究中心高轴比纳米结构制造团队（所长清水俊美）新设计并合成了具有亲水性和疏水性的两亲性分子，并开发了一种在 40-200 nm 的条件下合成各种 40-200 nm 有机纳米管的技术通过在有机溶剂中自组装，其内径为70-500 nm，外径为数μm，长度为数μm。该方法所需的溶剂不到传统方法的千分之一，从而能够大规模生产有机纳米管（图1）。与碳纳米管不同，有机纳米管在水中具有优异的分散性，并且可以掺入尺寸超过10纳米的物质，例如客体蛋白质和核酸。有机纳米管甚至可以包封如此大的功能物质，而目前作为包封物质商业化生产的环糊精则无法做到这一点。因此，有机纳米管有望应用于医疗、健康和纳米生物技术等各个领域。

这项研究工作展示于Orgatechno 20067 月 25 日至 27 日在 Pacifico Yokohama 举行。

图1（左）由有机纳米管（平均外径= 80 nm，平均内径= 60 nm）组成的白色固体粉末（重量= 100 g），以及（右）我们开发的纳米管的扫描电子显微照片。

仅由碳原子组成的碳纳米管的研究从应用研究、实际使用和大规模生产的角度已经取得了广泛进展。另一方面，已经存在外径与外径为十至几十nm的多层碳纳米管类似的有机纳米管。与肥皂分子类似，有机纳米管是由两亲性分子与水溶性（亲水性）和油溶性（疏水性）部分自发组装而成的中空圆柱形纳米结构。这种组装称为“自组装”。研究发现，只有有限种类的两亲性分子，如磷脂、糖脂和肽脂，可以自组装成纳米管结构。

有机纳米管的尺寸通常为内径10-200 nm，外径40-1000 nm，长度为数至数百μm，但取决于所使用的两亲性分子。这些分子形成圆柱形双层结构，其中分子的亲水基团定向到每个双层的两个表面以与水接触（图2）。数百万个分子通过纯粹的分子间相互作用有序排列，无需化学键合，形成稳定的纳米结构。

图 2 有机纳米管典型分子堆积的图示。

每个蝌蚪状两亲性分子的头部表示亲水基团，尾部表示疏水基团。

已经有水中自组装方法用于合成有机纳米管，但这些方法的缺点是需要大量的水，相当于有机纳米管重量的1000-10000倍。此外，这些方法需要很多步骤和很长时间才能最终转化为纳米管结构（图3）。因此，到目前为止，人们认为在实验室水平上大规模生产超过1克的纳米管是很困难的。

AIST 在过去十年中推进了用于纳米管形成的两亲性分子的设计、合成和自组装的研究，在这项工作中，我们成功地大规模生产了有机纳米管。这项工作是作为进化科学技术核心研究（CREST）项目的一部分，日本科学技术振兴机构（JST）和AIST的联合研究（2000-2005财年），以及科学技术解决方案导向研究（SORST）项目，JST的合同研究（2005-2007财年）的一部分进行的。

图 3 两亲性分子组装体的形态转变机制，首先形成球形组装体，然后经过螺旋组装体，最后在水中形成纳米管状结构。

在这项工作中，我们利用廉价且安全的材料（例如可用作食品的糖和肽）的亲水和疏水部分，设计并合成了用于形成纳米管的N-糖苷型糖脂和肽脂。此外，我们还通过在安全有机溶剂（例如也用于食品的乙醇）中自组装脂质，成功合成了中空纤维状有机纳米管，但不使用水溶剂。

图4可能的示意图，显示了我们的两亲性分子在有机溶剂中的自组装机制（由纳米技术研究所绘制）。

通过室温保存和溶剂蒸发等便捷的加工，并使用纳米管材料的良溶剂有机溶剂，我们成功地批量生产了超过1公斤的固体粉末状有机纳米管，其溶剂用量低于传统方法的千分之一到万分之一。

图4表明，合成的两亲性分子只需一步即可形成纳米管组件，无需像水中的纳米管那样经历多个步骤，从而在很短的时间内产生大量的纳米管。我们通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜证实，白色固体粉末由内径40-200 nm、外径70-500 nm、长度数μm的有机纳米管组成（图5）。

在这项工作中，我们使用约 10% 的有机溶剂生产了超过 1 千克的纳米管L(常规方法需要20,000L水）。此外，在制备能够封装功能性物质的纳米管时，传统方法需要几天的真空干燥过程，但我们的有机溶剂方法使干燥过程在几个小时内轻松完成。

图 5 固体粉末状态的白色有机纳米管的扫描电子显微镜图像（透射模式）。

我们的有机纳米管的特性、尺寸和功能与碳纳米管不同，今后将作为源自日本的工作加速其应用、研发和实用化研究。因此，我们将我们的纳米管命名为“有机纳米管 AIST”，并且我们最近申请将其注册为我们的商标。

环状分子，称为“环糊精”，由6-8个葡萄糖分子环状连接而成，已广泛应用于食品、医药、家居用品等多种领域。这些分子将各种有机低分子量化合物包裹在其疏水口袋中，具有使不稳定物质稳定、缓慢释放药物和芳香化学品以及使不溶于水的物质溶解的功能。

另一方面，通过糖脂自组装形成的有机纳米管可以很好地分散在水中。此外，纳米管可以封装10-50纳米尺度的物质，例如纳米管。蛋白质、核酸、病毒和金属纳米粒子（环糊精分子不能）将它们分散在水中。实际上，我们利用内部30-60 nm的有机纳米管，成功地封装了直径1-20 nm的金属纳米粒子和直径12 nm的球形蛋白质（铁蛋白），如图6所示。

最近已经研究和开发了利用环糊精的包封功能的产品，并且其中许多已经商业化生产。然而，我们的纳米管能够大规模生产和封装大分子，作为具有封装功能的新材料，有望在工业应用中得到应用。

图 6（左图和中图）内径为 30-50 nm 的纳米管的透射电子显微照片，分别封装了不同尺寸的金纳米颗粒。 （右）内径为 60 nm 的纳米管的透射电子显微照片，其中封装了外径为 12 nm 的铁蛋白。

今后，我们计划从具有吸附、封装和缓释能力的新型纳米管容器或新型有机纳米管载体的角度来推进有机纳米管的开发，考虑在(1)农业(去除朊病毒、缓释粪便等)、(2)食品(排出脂肪、功能纤维等)、(3)健康(预防脱发、过敏原)领域过滤器等）、（4）医疗（目标区域给药系统、血液导泻、捕获病毒、胰岛素给药、雾化等）、（5）环境（去除金属颗粒等）、（6）妇女和老年人保健食品添加剂材料。