東北大学多元物質科学研究所（所長：中西八郎）の京谷隆教授グループと株式会社富士通研究所(注1)は共同で、世界で初めて、均一な長さの短繊維カーボンナノチューブの作製とチューブ内への磁性金属の充填に成功しました。カーボンナノチューブの磁性応用への道を拓くものです。

【開発の背景】

【開発した技術】

今回開発したのは、均一な長さの短いカーボンナノチューブを作製する技術と、チューブ内に金属を充填させる技術です。その特長は以下の通りです。

1. 均一な長さの短繊維カーボンナノチューブ作製技術

   京谷教授グループはすでに、アルミニウム板を陽極酸化(注2)することで形成されるナノメートルサイズの無数の穴の内壁に、600〜800℃の高温で炭化水素ガスを流す化学気相成長法により、カーボンナノチューブを生成する技術を開発しています。今回、シリコン基板上に薄く堆積したアルミニウム層を用いることで、短く均一な長さのカーボンナノチューブを作製できました。アルミニウム層の厚さを変化させることでナノチューブの長さを極めて精密に制御することができます。 カーボンナノチューブ生成後、基板部分を強い酸で溶かせば剣山型のナノ構造が、表面のカーボンを除去した後に基板部分を強い酸で溶かせば、長さの揃った一本一本バラバラのカーボンナノチューブが作製可能です(図1)。

   図1 今回開発したナノチューブ作製技術、金属充填技術
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2. カーボンナノチューブ内への金属充填技術

   陽極酸化したアルミニウムの穴の内側にカーボンナノチューブを生成し、表面のカーボンを除去した後、基板を陰極として電気メッキ処理することで、カーボンナノチューブ内に金属をほぼ100％，隙間無く充填することに成功しました。今回のカーボンナノチューブの内径は6〜8 nmであり、カーボンがつくるこのように小さなナノ空間に電気メッキ処理により金属を完全充填できたのは世界で初めてです。

【効果】

今回開発した技術を用いて、長さが50 nmに揃ったカーボンナノチューブの作製に成功しました(図2)。また、長さ300 nmのカーボンナノチューブに磁性金属であるニッケルと鉄の合金を充填することに世界で初めて成功しました(図3)。チューブの一方は閉じているので、磁性金属で満たされた「ナノコップ」と言えます。通常、ナノサイズの磁性金属は、裸の状態では空気中ですぐ燃えるなど極めて不安定ですが、今回作製したものは、コップ状のカーボンに覆われているので空気中でも安定であり、かつ液中に分散させて磁石に引き寄せられるなど磁性を有していることを確認しています(図4)。

【今後】

合成方法はほぼ確立しましたので、今後、「磁性金属で満たされたカーボンナノコップ」の応用展開を進めていきます。高密度磁気記録媒体としての利用とともにナノバイオテクノロジー分野での応用の可能性を探ります。この方法で作成したナノチューブの結晶性は低いので化学反応性は高く、酵素やタンパク質などの様々な生体高分子をチューブ外壁に容易に付けることができると考えています。このような生体高分子を周りに付けた「磁性金属で満たされたカーボンナノコップ」は、特定のDNAやタンパク質を分離する磁気分離、患部に高周波磁場を照射することによる温熱療法への応用、あるいはドラッグデリバリなど高い性能を示す可能性があります。

以上

注釈

関連リンク

• 東北大学多元物質科学研究所：http://www.tagen.tohoku.ac.jp/
• 株式会社富士通研究所：http://www.labs.fujitsu.com/jp/index.html

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