專利名稱：：在密度梯度中分離碳納米管的方法在密度梯度中分離碳納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明要求于2005年3月4日遞交的在先臨時(shí)申請(qǐng)60/658,502的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)引用全文插入此處。根據(jù)NationalScienceFoundation對(duì)西北大學(xué)的資助DMR-0134706和EEC-0118025禾QDepartmentofEnergy對(duì)西北大學(xué)的資助DE-FG02-00ER45810/A001，美國(guó)政府對(duì)本發(fā)明享有某些權(quán)利。
背景技術(shù)：
：在分子電子、光電子和生物傳感領(lǐng)域中大量使用的單壁碳納米管(SWNT)需要SWNT具有相同的物理結(jié)構(gòu)、電子類型和能帶差。由于目前的合成方法制備的納米管的混合物具有各種各樣的物理結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，因此需要開(kāi)發(fā)一種方法對(duì)這些一維材料進(jìn)行后分離。迄今為止，已經(jīng)報(bào)道了利用可控電擊穿、介電泳和與任一類型的納米管進(jìn)行選擇性反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)(chemicalmoieties),將半導(dǎo)體性SWNT與金屬性SWNT進(jìn)行分離的方法。SWNT已與各種分離技術(shù)結(jié)合使用，這些分離技術(shù)包括陰離子交換介質(zhì)、對(duì)納米管側(cè)壁進(jìn)行的質(zhì)子化和臭氧化、和對(duì)碳納米管進(jìn)行的光誘導(dǎo)氧化。然而，這些方法從化學(xué)上或結(jié)構(gòu)上對(duì)納米管進(jìn)行了改性，損害了其性質(zhì)和其實(shí)用性。因此，本領(lǐng)域仍然關(guān)注尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的分離方法。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)前述，本發(fā)明的目的在于提供一種或更多種與碳納米管分離相關(guān)的方法和/或系統(tǒng)，從而克服以上所概括的現(xiàn)有技術(shù)中的各種缺陷和不足。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方面可以滿足某些目的，而一個(gè)或更多個(gè)其它方面可以滿足某些其它目的。無(wú)論從哪方面來(lái)說(shuō)，各個(gè)目的不應(yīng)等同地應(yīng)用到本發(fā)明的各個(gè)方面。同樣地，以下目的可以根據(jù)本發(fā)明的任意方面在可供選擇的方案中被認(rèn)識(shí)到。本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種或更多種對(duì)進(jìn)行共價(jià)改性或未進(jìn)行共價(jià)改性的納米管進(jìn)行分離的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種用于納米管分離的方法和相關(guān)系統(tǒng)，而不管納米管的直徑或長(zhǎng)度尺寸，從而該方法與各種納米管生產(chǎn)技術(shù)相互兼容，得到一種具有實(shí)用性的分離方法。本發(fā)明的另一目的在于，提供這樣一種方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)可以與現(xiàn)有的自動(dòng)化方法結(jié)合使用，并且可以適應(yīng)商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)由
發(fā)明內(nèi)容和以下某些實(shí)施方式的描述可以明顯地得到，并且對(duì)于具有碳納米管生產(chǎn)、性質(zhì)和相關(guān)分離技術(shù)知識(shí)的領(lǐng)域中的技術(shù)人員也是容易理解的。由上述內(nèi)容本身或與本文所引用的參考文獻(xiàn)結(jié)合的上述內(nèi)容以及相伴隨的實(shí)施例、數(shù)據(jù)、附圖和所有由此得到的合理推論可以明顯地得到上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。部分地，本發(fā)明涉及一種利用密度梯度分離碳納米管的方法。所述方法包括提供一種具有密度梯度的流體介質(zhì)；將上述介質(zhì)與一種組合物進(jìn)行接觸，該組合物包括具有各種不同直徑和/或手性的碳納米管的混合物，和一種或更多種表面活性成分；將上述介質(zhì)和組合物離心一定時(shí)間并且/或者以一定轉(zhuǎn)動(dòng)速率進(jìn)行離心，至少部分地足以使納米管混合物沿著介質(zhì)梯度進(jìn)行分離。這種方法對(duì)納米管的直徑和/或手性沒(méi)有限制。在某些實(shí)施方式中，單壁納米管可以獨(dú)立地具有至多約20A或更大的直徑。不管這一點(diǎn)，在某些實(shí)施方式中，直徑的范圍可以為約7A到約IOA，而在另外一些實(shí)施方式中，直徑的范圍可以為約12A到約15A。碳納米管可以被置于具有表面活性組分的組合物中，本發(fā)明領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到上述表面活性組分的種類。一般而言，上述組分可以與特定的流體介質(zhì)一起起作用，以減少納米管的聚集現(xiàn)象。在某些實(shí)施方式中，上述組分可以選自大范圍內(nèi)的單鏈DNA組分。在某些其它實(shí)施方式中，上述組分可以選自一種或更多種膽汁酸的鹽和其組合。關(guān)于前一種DNA組分，該組分可以選自d(GT)J連，其中，不作為限制條件，n可以是約15到約35的整數(shù)。關(guān)于后一種膽酸鹽，該組分可以選自膽酸鹽、脫氧膽酸鹽、?；敲撗跄懰猁}和其組合。本發(fā)明可用的流體介質(zhì)僅僅受碳納米管在其中聚集的限制，其程度為排除至少部分分離的情況。因此，沒(méi)有任何限制，水性和非水性流體可以在一定的濃度范圍內(nèi)與任何在其中可溶或可分散在其中的物質(zhì)結(jié)合使用，為介質(zhì)提供在本文中所描述的分離技術(shù)中使用的密度梯度。上述物質(zhì)可以是離子性或非離子性的，上述物質(zhì)的非限制性例子分別包括無(wú)機(jī)鹽和醇。在某些實(shí)施方式中，上述介質(zhì)可以包括一系列的水性碘克沙醇(iodixanol)的濃度和相應(yīng)的濃度密度的梯度，以下將更充分進(jìn)行闡述。同樣地，本發(fā)明的方法可能受梯度斜度(gradientslope)的影響，該梯度斜度受離心室的長(zhǎng)度和/或離心角度的影響。不管介質(zhì)的特性或密度梯度如何，使組合物進(jìn)行接觸的操作可以包括在離心前，將一種或更多種上述納米管組合物在梯度液的任意點(diǎn)附近或任意點(diǎn)上引入。在某些實(shí)施方式中，上述組合物可以沿著梯度在一定位置上被引入，該位置在離心過(guò)程中可以基本不變。由以下充分說(shuō)明的理由，可以有利地測(cè)定上述不變點(diǎn)，該不變點(diǎn)的密度約相當(dāng)于引入梯度液中的納米管組合物的浮力密度。在充分離心后，至少介質(zhì)或納米管混合物的一個(gè)級(jí)分可以從介質(zhì)中分離出來(lái)，該級(jí)分在沿著梯度的一個(gè)位置上是等密度的。該分離的級(jí)分對(duì)應(yīng)于通過(guò)本領(lǐng)域公知的一項(xiàng)或更多項(xiàng)技術(shù)制造的納米管，其通過(guò)相應(yīng)的尺寸或化學(xué)特性進(jìn)行識(shí)別。不管這一點(diǎn)，任意介質(zhì)和/或納米管級(jí)分，可以用于隨后的精制或分離，或可選被再次引入另一種流體介質(zhì)中。因此，本發(fā)明的方法可以包括反復(fù)分離。在某些實(shí)施方式中，由一個(gè)分離步驟到另一個(gè)分離步驟，介質(zhì)的條件或參數(shù)可以保持不變。然而，在某些另外的實(shí)施方式中，至少一個(gè)反復(fù)分離步驟可以包括，使一個(gè)或更多個(gè)如下參數(shù)與先前分離步驟的一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)不同，參數(shù)例如，但不限于，表面活性組分的特性、介質(zhì)特性、介質(zhì)密度梯度和/或介質(zhì)pH。部分地，本發(fā)明還涉及了，通過(guò)直徑分離單壁碳納米管的方法。所述方法包括提供一種具有密度梯度的流體介質(zhì)；將上述介質(zhì)與一種組合物進(jìn)行接觸，該組合物包括具有各種不同直徑的單壁碳納米管的混合物，以及至少一種表面活性組分；將上述介質(zhì)和組合物離心一定時(shí)間并且/或者以一定轉(zhuǎn)動(dòng)速率進(jìn)行離心，至少部分地足以使混合物沿著梯度進(jìn)行分離；并且，將至少一批或一部分納米管混合物與介質(zhì)通過(guò)直徑進(jìn)行選擇分離。如本文它處所表明的，經(jīng)選擇分離的納米管可以通過(guò)分光光度測(cè)定法和/或通過(guò)熒光測(cè)定法進(jìn)行識(shí)別，這種識(shí)別方法包括，將吸收光譜和/或發(fā)射光譜分別與相應(yīng)的參照光譜進(jìn)行比較。納米管的直徑尺寸沿著梯度密度和它們所處的位置而增加。這些經(jīng)選擇分離的納米管可以包括至少一種手性。在上述納米管包括至少兩種手性的情況下，選擇操作可以包括，如本文它處所表明的，進(jìn)行反復(fù)分離，以使手性沿著梯度進(jìn)一步分離。當(dāng)這樣分離時(shí)，至少一個(gè)分離步驟可以通過(guò)如下方法來(lái)變化使表面活性組分、介質(zhì)特性、介質(zhì)密度梯度和/或介質(zhì)pH其中的一個(gè)或更多個(gè)與先前分離步驟中的一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)不同。部分地，本發(fā)明還涉及了一種用于分離碳納米管的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括一種流體密度梯度介質(zhì)和如下組合物，該組合物包括至少一種表面活性組分和具有一定范圍的手性和/或直徑尺寸的碳納米管，其中，所述納米管沿著介質(zhì)的梯度定位。直徑尺寸僅僅受納米管制備過(guò)程中所用的合成技術(shù)的限制。不作為限制條件，直徑尺寸的范圍為小于或約4A到約7A，或到15A或更大。同樣地，該系統(tǒng)中的納米管不受手性的限制。不作為限制條件，該手性可以選自本文所述任意一種手性或組合。不管這一點(diǎn)，考慮到本文它處所討論的，可以選擇一種流體密度梯度介質(zhì)和一種或更多種具有或不具有輔助表面活性劑的表面活性組分。在某些實(shí)施方式中，上述系統(tǒng)中的納米管可以通過(guò)直徑進(jìn)行選擇性分離，與本文所述其它技術(shù)比較起來(lái)，上述直徑分離方法相當(dāng)于另一種制造方法和/或商業(yè)信息。因此，根據(jù)本發(fā)明分離的碳納米管(不作為限制條件，例如單壁納米管)可以具有約7A到約15人的直徑，并且可以通過(guò)具有約7A到約15A范圍內(nèi)的直徑進(jìn)行識(shí)別。不作為限制條件，如下結(jié)果指出了，通過(guò)使用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了選擇性分離將直徑差異小于約0.6A的碳納米管分離出來(lái)了。正如進(jìn)一步所指出的，在上述直徑范圍內(nèi)的納米管基本上具有一種(n,m)手性或(n,m)手性的混合物，其中，n和m表示手性中心。圖1(A)離心前后的密度梯度圖。在離心過(guò)程中，碘克沙醇重新分布。(B-F)在超速離心以前和超速離心3.5小時(shí)、7小時(shí)、8.75小時(shí)和10.5小時(shí)后，SWNT在密度梯度中的沉降。最初，從梯度頂部開(kāi)始，納米管以不同沉降速率向下向較高密度處運(yùn)動(dòng)。在7小時(shí)后，SWNT開(kāi)始匯聚到它們?cè)谔荻戎邢鄳?yīng)的等密度點(diǎn)處。在通過(guò)密度進(jìn)行分離以前，除去大塊聚集體和不可溶物。與圖2A形成對(duì)照，在離心管底部沒(méi)有形成小球。調(diào)整用于各個(gè)部分的SWNT的初始濃度，以使所得分布的SWNT的光學(xué)密度是類似的。C和D部分的SWNT所用的濃度分別為B、E和F部分所用濃度的4倍和2倍。圖2(A)在離心10.5小時(shí)后觀察到的SWNT三個(gè)區(qū)域的近攝照片。在這種情況下，描述了一種經(jīng)HiPCO生長(zhǎng)的SWNT。d)經(jīng)離析的SWNT，該SWNT分成具有不同顏色的條帶(1.11一1.17gcm勺。觀察到不同顏色，這一點(diǎn)有利地表明了SWNT通過(guò)物理或電子結(jié)構(gòu)分離。在制備經(jīng)DNA包裹的SWNT過(guò)程中，色帶隨著超聲時(shí)間或強(qiáng)度的增加變得更深且更濃。(ii)灰色、無(wú)色，在較高密度(>1.17gcm—3)下，寬分布的SWNT。(iiO聚集的小球和不溶物。在分離前，將聚集物和不溶物從納米管的水性分散液中除去，不會(huì)形成區(qū)域iii(如圖1中觀察到的)。(B)在等密度分離后，具有代表性的SWNT的非接觸模式原子力顯微圖。將通過(guò)ffiPCO方法生長(zhǎng)的、來(lái)自i部分(A)的綠色帶(圖3A的級(jí)分70)的SWNT沉積在新鮮剝離的云母基板上。納米管的長(zhǎng)度在0.1-1/mi之間變化。圖3在分離且分級(jí)后SWNT的光吸收譜圖。(A)和(B)分別表示使用HiPCO禾口CoMoCAT生長(zhǎng)的SWNT，來(lái)自不同色帶的級(jí)分光譜圖(從各個(gè)SWNT中最小編號(hào)的級(jí)分開(kāi)始由l進(jìn)行連續(xù)編號(hào))。在較短波長(zhǎng)處，半導(dǎo)體性SWNT發(fā)生光躍遷(叩ticaltransition)的吸收在較低密度的初始級(jí)分中取最大值；而在較長(zhǎng)波長(zhǎng)時(shí)，吸收在較高密度的級(jí)分中取最大值。在(A)中，一級(jí)和二級(jí)光躍遷用(*)和(#)表示，隨著密度的增加，(&)表示最大。(C)密度梯度的灰色、無(wú)色區(qū)域的SWNT的光吸收譜(同樣可以通過(guò)級(jí)分編號(hào))發(fā)生紅移且變寬。該實(shí)例描述了經(jīng)HiPCO生長(zhǎng)的SWNT。圖4在174000g下離心10.5小時(shí)后半導(dǎo)體性SWNT的分布與密度的函數(shù)關(guān)系(<5p=0相當(dāng)于p=1.13±0.02gem—3)。(A)吸收振幅是密度的函數(shù)。具有一級(jí)躍遷的半導(dǎo)體性SWNT(從最短波長(zhǎng)開(kāi)始由l進(jìn)行連續(xù)編號(hào))在較短(較長(zhǎng))波長(zhǎng)時(shí)分布在較低(較高)密度處。(B)由表1可知，在各個(gè)分布最大處的密度對(duì)相應(yīng)納米管的平均直徑進(jìn)行作圖。所觀察到的密度隨直徑單調(diào)增加，結(jié)果觀察到，在兩個(gè)最小直徑的納米管之間，密度變化最大。圖5在利用密度梯度離心對(duì)直徑7.6A的SWNT進(jìn)行精選以前(虛線)和以后(實(shí)線)通過(guò)CoMoCAT方法制備的SWNT的光譜圖。分離后，SWNT的(9,1)，(6，5)和(8,3)手性的濃度增加(直徑為7.57，7.57，7.71A),而(7,5)，(8,4)，(7,6)，(8,6)，(9,5)和(8，7)手性的濃度并未明顯增加(用星號(hào)標(biāo)記)。圖6為SWNT的等密度分離提供密度梯度介質(zhì)的化合物碘克沙醇的結(jié)構(gòu)。圖7SWNT的分布圖在分層的40/32.5/25%(wZv)碘克沙醇梯級(jí)的梯度液中，經(jīng)DNA包裹的SWNT最初分散在32.5%(w/v)層中，在174000g下超速離心0、3.5、7、8.75和10.5小時(shí)。(該圖與圖1B-F類似)。盡管在密度梯度的中心處開(kāi)始，但如圖1-2所示，經(jīng)DNA包裹的SWNT仍匯聚到密度梯度液的同一密度處。圖8(A)經(jīng)CoMoCAT生長(zhǎng)的SWNT在分離且分級(jí)后色帶區(qū)域的光吸收譜圖，禾Q(B)同一光吸收譜的導(dǎo)數(shù)譜(derivative,dWd入)(部分A中的數(shù)據(jù)與圖3B中的數(shù)據(jù)相同)。由于半導(dǎo)體性SWNT發(fā)生一級(jí)光躍遷(900-1340nm)，因此圍繞吸收譜中每個(gè)峰導(dǎo)數(shù)(部分B)的最大振幅和最小振幅用于確定相對(duì)振幅吸收。通過(guò)使用導(dǎo)數(shù)圖，使偏移和緩慢變化的背景的影響最小化。(同樣，光譜從最小編號(hào)的級(jí)分開(kāi)始連續(xù)編號(hào))。圖9示意性地表示測(cè)定每體積經(jīng)水合且經(jīng)官能化的SWNT的質(zhì)量的簡(jiǎn)單模型。D是納米管的直徑，t是經(jīng)水合官能化層的厚，p^是經(jīng)水合官能化層的密度，/9s是一層graphene層(SWNT的表面)的面密度。圖10(A)通過(guò)CoMoCAT方法生長(zhǎng)、并分散在2%w/v膽酸鈉中的SWNT在密度梯度中進(jìn)行分離以前的光吸收譜圖。(B)在TLA100.3轉(zhuǎn)子中分離以后的分布圖(利用導(dǎo)數(shù)方法M則定)。(C)在TLA100.3轉(zhuǎn)子中分離以后的光譜。(D)在SW41轉(zhuǎn)子中分離以后的光譜。(E)在SW41轉(zhuǎn)子中分離以后的分布圖(利用已公開(kāi)的(n,m)手性的光躍遷值，由經(jīng)測(cè)定的吸收譜圖的非負(fù)最小平方擬合方程確定)。(同樣，各個(gè)圖中的光譜從最短波長(zhǎng)或最小級(jí)分號(hào)開(kāi)始連續(xù)編號(hào))。圖11(A和B)在進(jìn)行反復(fù)分離后兩個(gè)不同的級(jí)分的光吸收譜圖，該譜圖表明了光譜增強(qiáng)且分離被改善了；(C-F)在一系列反復(fù)分離后的熒光發(fā)射/激發(fā)圖，該圖表明了手性分離改善了。圖12典型的轉(zhuǎn)子產(chǎn)品幾何圖(A)和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(B)，上述結(jié)果表明，密度梯度介質(zhì)重新分布了。(同樣，該圖從最短的持續(xù)時(shí)間開(kāi)始連續(xù)編號(hào))。圖13(A)利用TLA]00.3轉(zhuǎn)子在密度梯度中通過(guò)電子結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)對(duì)經(jīng)DNA包裹的SWNT進(jìn)行分離。與(GT)2o相比，當(dāng)利用d(T)30和d(CZT)6o單鏈DNA時(shí)，分離質(zhì)量降低。(B)使用d(GT)n，其中，n二5、10、20和30進(jìn)行分離。當(dāng)n=30時(shí)，分離最佳，并且隨著n的降低，分離質(zhì)量降低。(同樣，光譜從最短波長(zhǎng)開(kāi)始連續(xù)編號(hào))。圖14(A)密度梯度/碘克沙醇的濃度隨時(shí)間重新分布，納米管在不變點(diǎn)開(kāi)始結(jié)種。(B)僅在22°C、64krpm下TLA100.3轉(zhuǎn)子中超速離心3.5小時(shí)后，經(jīng)DNA包裹的SWNT(d(GT)2Q)已經(jīng)通過(guò)電子結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)分離，以分布曲線(利用導(dǎo)數(shù)方法確定)和在離心管內(nèi)可見(jiàn)的色帶為證。(同樣，圖和譜圖從最短的持續(xù)時(shí)間或波長(zhǎng)開(kāi)始連續(xù)編號(hào))圖15曲線圖表示在分離過(guò)程中，特定的納米管手性(可以從左面編號(hào))的濃度與梯度中的密度的函數(shù)關(guān)系，并且數(shù)據(jù)隨著介質(zhì)pH、表面活性劑和輔助表面活性劑的添加的變化而發(fā)生移動(dòng)。圖16表示由激光消融制備的納米管的密度梯度的照片和光吸收譜(該譜圖從最小級(jí)分號(hào)開(kāi)始連續(xù)編號(hào))，其表明可以通過(guò)相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離。圖17為圓形二色性譜圖，表示在左手和右手CD信號(hào)的納米管吸收譜的差異，指出了利用如膽酸鈉的手性表面活性劑將上述兩種組分(及原料，3)進(jìn)行分離的基礎(chǔ)(從最小級(jí)分號(hào)開(kāi)始由l和2連續(xù)編號(hào))。圖18連續(xù)的熒光發(fā)射/激發(fā)圖，該圖表示改善了對(duì)所參照的、頂部(6,5)和底部(7,5)的手性納米管進(jìn)行的分離。具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的某些具體實(shí)施方式中，表明了利用密度梯度超速離心，通過(guò)直徑和/或手性對(duì)SWNT進(jìn)行等密度分離。密度梯度超速離心法可縮放性好且很靈敏，這些都是有益的。正如進(jìn)一步所考慮到的，該方法沒(méi)有對(duì)碳納米管進(jìn)行共價(jià)改性，因?yàn)檫@種共價(jià)改性可以使其獨(dú)有的電子、光學(xué)和機(jī)械性質(zhì)嚴(yán)重惡化。該方法可以對(duì)具有約0.1到約1/zm的長(zhǎng)度(用于制造例如雙級(jí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電子和光電子器件的尺寸)的典型SWNT進(jìn)行分離，但也可以對(duì)較長(zhǎng)的納米管進(jìn)行等密度分離(通過(guò)直徑和Z或手性)，因?yàn)橐呀?jīng)表明了在其它不相關(guān)的領(lǐng)域中密度梯度離心法對(duì)較高分子量也非常由于單鏈DNA分散SWNT的有效性和其在例如碘克沙醇水溶液的密度梯度介質(zhì)中的穩(wěn)定性，因此它可以被用作離析SWNT的表面活性劑。經(jīng)DNA包裹的SWNT通過(guò)下述文獻(xiàn)方法，使用HiPCO(高壓一氧化碳)或CoMoCAT(Co-Mo催化劑)制備的納米管來(lái)進(jìn)行制備。參見(jiàn)，M.J.O'Connell等的Sde"ce297，593(2002);S.M.Bachilo等的j肌.C/ze附.Soc.125，11186(2003)。碘克沙醇(Sigma-AldrichInc.)的水溶液被用作密度梯度介質(zhì)，并被緩沖至pH為8.5(20mM三(羥甲基)氨基甲烷)。初始的密度梯度液通過(guò)如下方法制備將1.5mL25W(P=1.14gmL-1)和40%wZv(p二1.21gmL—1)或1.0mL250/。、32.5%(p=1.17gmL—1)和40%w/v的碘克沙醇進(jìn)行分層，通過(guò)擴(kuò)散形成近似線性的梯度(見(jiàn)圖1A)。在擴(kuò)散后，將納米管在梯度液的頂部分層(圖IB);或在擴(kuò)散前，將納米管包括在32.5%層中(見(jiàn)圖7)。在納米管的分離過(guò)程中，碘克沙醇介質(zhì)也重新分布，并且密度梯度的斜度隨時(shí)間增加(圖1A)。在174000g下超速離心3、7、8.75禾B10.5小時(shí)后，監(jiān)測(cè)SWNT在密度梯度中的沉降(圖1B-F)。開(kāi)始時(shí)，SWNT向較高密度處移動(dòng)，并且它們的空間分布變寬(圖1B-C)。后來(lái)，沉降變慢，并且取決于SWNT的離析度和物理結(jié)構(gòu)，SWNT向著其在梯度中各自的等密度點(diǎn)匯聚(圖1D-F)。10.5小時(shí)后，SWNT分離成三個(gè)明顯不同的組。圖2A是上述三個(gè)明顯不同組的照片，對(duì)于SWNT首先被放置在梯度中心的情況，也可以形成三個(gè)明顯不同的組(見(jiàn)圖7)。第一分組(1.11-1.17gcm3)提供的經(jīng)離析的納米管己經(jīng)分成具有不同顏色的銳帶。對(duì)于HiPCO物，密度從小到大，這些條帶表現(xiàn)為紫色、綠色和桔色(圖2A)。對(duì)于CoMoCAT物，也形成上述條帶，但比較來(lái)看，頂部的條帶比其它條帶明顯要深。對(duì)于上述兩種物質(zhì)，通過(guò)在初始處理經(jīng)DNA包裹的SWNT的過(guò)程中增加超聲強(qiáng)度或時(shí)間，這些色帶變得更深且更集中。SWNT的長(zhǎng)度在0.1至l」1/xm之間變化(圖2B)。第二分組(〉1.17gem-3)是灰色、無(wú)色的，并由在較大密度處具有寬分布的SWNT組成(沒(méi)有條帶)。在離心管底部形成的小球(圖2A)是最后的分組，但將經(jīng)DNA包裹的納米管溶液在離心前首先進(jìn)行純化以除去大聚集體和不溶物后，就不會(huì)形成上述小球了(圖1B-F)。形成了不同顏色的條帶意味著，納米管通過(guò)電子或物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分離。為了進(jìn)一步在數(shù)量上表征經(jīng)DNA包裹的SWNT的分離，將梯度液在離心后分級(jí)成25/xL的各個(gè)級(jí)分。測(cè)量各個(gè)級(jí)分的光吸收譜圖，以表征不同手性的半導(dǎo)體性SWNT的分布與密度的函數(shù)關(guān)系，具體地，為了與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較，該譜圖檢測(cè)了半導(dǎo)體性納米管在900-1340nm范圍內(nèi)的一級(jí)光躍遷(iw)。(光吸收譜不適于表征金屬性納米管，該金屬性納米管在紫色光和紫外線中在較高能級(jí)時(shí)具有較寬的躍遷)。對(duì)于由含有色帶的區(qū)域得到的級(jí)分，不同半導(dǎo)體性手性得到的吸收相對(duì)值隨著密度發(fā)生變化(圖3A-B)。在這個(gè)區(qū)域的較低密度處，具有一級(jí)光躍遷的納米管在較短波長(zhǎng)的吸收值和濃度增強(qiáng)了。隨著密度的增加，這種增強(qiáng)轉(zhuǎn)向較長(zhǎng)波長(zhǎng)。相反地，在第二無(wú)色分組中，不同半導(dǎo)體性手性的吸收值不會(huì)隨著密度變化。而是，在密度梯度的這個(gè)區(qū)域內(nèi)，在光吸收譜中一級(jí)躍遷形成的峰向較低能級(jí)處移動(dòng)并變寬(圖3C)。為了確認(rèn)所觀察到的紅移和變寬不是碘克沙醇濃度增加的結(jié)果，證實(shí)了在高達(dá)60%w/v碘克沙醇(P=1.32gmL—1)溶液中經(jīng)離析的SWNT的光吸收譜圖不變。在離心10.5小時(shí)后，不同直徑的納米管的分布與在梯度液中密度的函數(shù)關(guān)系用在光吸收譜圖中相當(dāng)于E^躍遷的六個(gè)峰進(jìn)行量化。在圖4A中，參照實(shí)施例4，吸收譜圖中每個(gè)峰的振幅對(duì)密度作圖。每個(gè)分布圍繞平均密度的中心，隨著波長(zhǎng)增長(zhǎng)，向較高密度移動(dòng)。對(duì)于通過(guò)CoMoCAT方法制備的并與文獻(xiàn)報(bào)道一致的SWNT，在吸收譜中的各個(gè)峰主要對(duì)應(yīng)于一種或兩種手性的納米管。(見(jiàn)，下表l)。表1近紅外吸收峰的指認(rèn)<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>在經(jīng)離析的、通過(guò)CoMoCAT方法制備的經(jīng)DNA包裹的SWNT的近紅外光吸收譜中，六個(gè)峰中每個(gè)都被認(rèn)為是共振峰和主要由一種或兩種手性的半導(dǎo)體性SWNT的一級(jí)光躍遷。參見(jiàn)，S.M.Bachilo，L.Balzano，J.E.Herrera，F(xiàn).Pompeo，D.E.Resasco禾口R.B.Weisman的爿m.C7zem.Soc，125，11186-11187(2003)。在圖4B中，對(duì)上述各個(gè)峰用平均密度對(duì)平均直徑作圖。平均密度隨直徑單調(diào)增加，在最小直徑處，密度變化最大。列于表1中的六個(gè)光躍遷中的三個(gè)來(lái)自兩種不同手性的納米管。為了說(shuō)明由這些線型雙峰中可能的變化所造成的誤差，圖4B的直徑-尺寸圖中包括誤差范圍，該誤差范圍表示兩個(gè)手性的直徑之間的差異。顆粒在密度梯度中發(fā)生分離是由沉降系數(shù)或浮力密度的不同造成的。在這種情況下，當(dāng)納米管之間的沉降速率的不同最為顯著時(shí)，進(jìn)行短時(shí)間離心不會(huì)觀察到SWNT組裝成色帶(圖1C)，由此可以推斷出，通過(guò)直徑進(jìn)行分離的驅(qū)動(dòng)力是浮力密度的不同，而非沉降系數(shù)的不同。(應(yīng)理解到，本領(lǐng)域中的其它分離技術(shù)具有相關(guān)的長(zhǎng)度依賴性，原子力顯微鏡被用于表征由數(shù)個(gè)級(jí)分離析的納米管。參見(jiàn)，實(shí)施例17。未觀察到長(zhǎng)度依賴性，這表明浮力密度的變化是納米管直徑不同的直接結(jié)果。)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何模型，將納米管處理成打開(kāi)的中空?qǐng)A柱體，每體積納米管的固有質(zhì)量隨著直徑D發(fā)生反向變化，為3.1D、cm、m。(參見(jiàn)，實(shí)施例5)。這種與直徑的反向關(guān)系與實(shí)驗(yàn)所觀察到的結(jié)果相反，對(duì)密度的影響估計(jì)過(guò)高并且強(qiáng)調(diào)了帶負(fù)電的、高水合的單鏈DNA糖-磷酸酯主鏈的顯著影響。不局限于任何理論或操作模型，通過(guò)包含恒定厚度(2-3nm)表示經(jīng)水合DNA的膠囊層，DNA-SWNT復(fù)合物的浮力密度降至實(shí)驗(yàn)所觀察到的量級(jí)(1.11-1.17gcm3)，得到更確切的密度隨著直徑增加的趨勢(shì)。而且，不作為限制條件，考慮厚度恒定的外封裝層的體積與單純納米管的體積的比，隨著納米管直徑的增加而減小，可以定性地理解這種趨勢(shì)。因此，具有較長(zhǎng)直徑的納米管與具有較短直徑的納米管相比與水結(jié)在灰色、無(wú)色區(qū)域中的SWNT可以聚集成一束或可以離析，包裹該SWNT的DNA比包裹那些形成色帶的SWNT的DNA要少。由于表面-體積比減小了，因此預(yù)期與單個(gè)納米管相比SWNT束沉積到較大浮力密度處，這減少了在納米管-水界面上鍵合水合作用的影響。DNA覆蓋率較低將減少鍵合水合作用，還導(dǎo)致浮力密度更大。由于SWNT束的金屬性部分中電子離域且非輻射重組較快，因此該束中的SWNT的光躍遷發(fā)生紅移且變寬。類似地，在降低DNA覆蓋率的情況下，由于提高了高極性的游離水對(duì)納米管表面的可及性(accessibility)，也會(huì)使光躍遷發(fā)生紅移且變寬。因此，DNA覆蓋率的降低和SWNT的聚集可用于解釋圖3C中所示的光吸收譜。由圖4B可知，密度梯度離心方法在分離具有較小直徑的納米管時(shí)是最有效的，例如由CoMoCAT方法制備的納米管，它們具有較少的手性，平均直徑較小(8A)。圖5比較了通過(guò)CoMoCAT方法制備的SWNT的吸收譜圖。分離后，使手性主要為(9,1)、(6,5)、(8,3)(直徑為7.57A、7.57A禾Q7.82A)、直徑接近7.6A的SWNT的窄分布增強(qiáng)了。如圖5所示，分離后，在920和991nm處的吸收振幅分別提高了5.3和3.5倍。相反地，具有較大直徑的納米管的手性(具體為(7,5)、(8,4)、(7，6)、(8,6)、(9,5)和(8,7)手性)濃度僅略有增強(qiáng)。這種增強(qiáng)表明了密度梯度離心方法具有很高的選擇性，尤其是直徑差僅為0.7A的(6,5)禾P(7，5)手性之間進(jìn)行的分離更表明這一點(diǎn)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的，水性碘克沙醇是一種普通且常用的非離子性密度梯度介質(zhì)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以認(rèn)識(shí)到，也可以使用起到良好作用的其它介質(zhì)。更一般地，在所選擇的流體或溶劑中可穩(wěn)定存在、可溶或可分散的任何材料或化合物可以用作密度梯度介質(zhì)。通過(guò)將上述材料或化合物以不同濃度溶于流體中可以形成一定的密度范圍，例如在離心管或離心室中，從而形成密度梯度。更實(shí)用地，關(guān)于介質(zhì)的選擇，不論碳納米管是否被功能化，其應(yīng)當(dāng)可溶、可穩(wěn)定或可分散在流體/溶劑中或所形成密度梯度中。同樣地，由上述實(shí)用觀點(diǎn)出發(fā)，梯度介質(zhì)的最大密度應(yīng)當(dāng)至少與特定碳納米管在特定介質(zhì)中的浮力密度一樣大，上述梯度介質(zhì)的最大密度由材料或化合物在所選擇的溶劑或流體中的溶解極限來(lái)決定。因此，關(guān)于本發(fā)明，可以使用任何密度梯度介質(zhì)，條件是單壁碳納米管在一定程度上是穩(wěn)定的，即，不會(huì)聚集到阻礙分離的程度。碘克沙醇的替代物包括，但不限于，無(wú)機(jī)鹽(例如，CsCl、Cs2S04、KBr等)、多元醇(例如，蔗糖、丙三醇、山梨醇等)、多糖(例如，聚蔗糖、右旋糖苷等)、除碘克沙醇以外的其它碘化化合物(例如，diatrizoate、Nycodenz等)和膠狀材料(例如，但不限于，Percoll)。表明上述一種介質(zhì)至少在特定的檢測(cè)條件下不會(huì)令人完全滿意，但上述介質(zhì)為選擇合適的密度梯度介質(zhì)提供了一條思路。例如，將經(jīng)DNA包裹的單壁碳納米管進(jìn)行分離可以試圖在包括碘克沙醇和CsCl的水性密度梯度介質(zhì)中進(jìn)行。然而，在上述特定條件下，觀察到納米管聚集在一起，推測(cè)原因在于，銫離子和氯離子的濃度相對(duì)較高造成靜電屏蔽效應(yīng)。相反，僅僅使用非離子性碘克沙醇沒(méi)有觀察到聚集現(xiàn)象。盡管前述內(nèi)容和本文所述其它結(jié)果，本發(fā)明的方法還是可以延伸至包括離子性密度梯度介質(zhì)的用途。問(wèn)題在于，盡管納米管很穩(wěn)定，但是這種離子性介質(zhì)通常具有較強(qiáng)的親水性和水滲透壓，這可能造成納米管和其相關(guān)表面活性組分脫水，并可能導(dǎo)致浮力密度更有效，從而可能會(huì)影響也可能不會(huì)影響分離。在選擇合適的密度梯度介質(zhì)時(shí)考慮的其它參數(shù)包括，但不限于，擴(kuò)散系數(shù)和沉降系數(shù)，上述兩個(gè)參數(shù)可以確定在超速離心過(guò)程中梯度如何快速地重新分布。一般而言，對(duì)于較緩梯度，需要擴(kuò)散系數(shù)較大且沉降系數(shù)較小。例如，percoll是一種相對(duì)于其它介質(zhì)具有相對(duì)較小親水性的非離子性密度梯度介質(zhì)。然而，它具有較高的沉降速率和較小的擴(kuò)散系數(shù)，這使得重新分布較快且梯度清晰。同時(shí)成本是另一個(gè)考慮因素，本發(fā)明的方法往往減輕了這方面的憂慮，介質(zhì)可以重復(fù)回收且重復(fù)使用。例如，雖然水性碘克沙醇與其它密度梯度介質(zhì)相比相對(duì)昂貴，但它可以被重復(fù)利用，該碘克沙醇以高收率有效回收，從而在一個(gè)分離系統(tǒng)中使用后在另一分離系統(tǒng)中重復(fù)使用。密度梯度超速離心法也可以用于分離經(jīng)其它表面活性劑封裝的SWNT，同樣具有相當(dāng)?shù)男Ч?。因?yàn)樵S多表面活性劑的成本遠(yuǎn)低于單鏈DNA成本，因此這種變化在經(jīng)濟(jì)上是有利的。當(dāng)將例如來(lái)自Sigma-Aldrich(St.Louis,MO)的膽酸鈉(以100g規(guī)模提供，報(bào)價(jià)為$0.62&，純度為98%)與來(lái)自Alpha-DNA(Montreal,Canada)生產(chǎn)的序列為d(GT)2o的單鏈DNA(以最大規(guī)模150mg提供，報(bào)價(jià)為S2242.80/g，純度遠(yuǎn)小于98%)進(jìn)行比較時(shí)，差異是顯著的。利用如膽酸鹽(包括，膽酸鈉、脫氧膽酸鈉和?；敲撗跄懰徕c)的表面活性劑，通過(guò)本發(fā)明的方法成功實(shí)現(xiàn)了分離。在密度梯度中進(jìn)行分離還可以利用其它表面活'性劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，在本發(fā)明領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。在另一實(shí)施方式中，例如手性的分離，密度梯度離心可以包括多步反復(fù)步驟，從而采用重復(fù)步驟可以提高通過(guò)物理和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離的程度。例如，通過(guò)連續(xù)重復(fù)進(jìn)行密度梯度離心可以實(shí)現(xiàn)將不希望的手性除去。另外，在反復(fù)過(guò)程中，可以將封裝SWNT的表面活性劑進(jìn)行修正或變化，這甚至可以進(jìn)一步提高分離，因?yàn)槊芏扰c物理和電子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系可以作為表面活性劑/封裝層的函數(shù)進(jìn)行變化。舉例說(shuō)明本發(fā)明，利用碘克沙醇密度梯度，將經(jīng)DNA包裹的SWNT通過(guò)直徑進(jìn)行分離。在離心過(guò)程中，經(jīng)離析的DNA包裹的SWNT在密度梯度液中分成不同色帶(1.11-1.17gcm—3)。與非官能化的SWNT所期望的趨勢(shì)相反，經(jīng)DNA包裹的SWNT的測(cè)定密度隨著納米管直徑的增加而增加。該方法已經(jīng)成功用于通過(guò)HiPCO和CoMoCAT方法生長(zhǎng)的、長(zhǎng)0.1-1/xm的納米管，并且還可用于分離其它納米結(jié)構(gòu)，其中，外部官能化或表面的相對(duì)水合作用隨著尺寸發(fā)生變化。利用密度梯度超速離心通過(guò)直徑對(duì)SWNT進(jìn)行分離是一種可高度規(guī)?；妥詣?dòng)化的方法，該方法使用那些已用在分離聚集的和離析的SWNT的設(shè)備。預(yù)計(jì)該方法(可與其它分離技術(shù)組合使用)對(duì)分子電子、光電子和生物傳感領(lǐng)域?qū)l(fā)生影響，在上述領(lǐng)域中，需要大量直徑、手性和電子帶隙單一的納米管，以生產(chǎn)大量以納米管為基體的器件。實(shí)施例以下非限制性實(shí)施例和數(shù)據(jù)說(shuō)明了與本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)方面和各個(gè)特征，包括用于碳納米管分離的密度梯度介質(zhì)的制備方法和用途，利用本文所述種類的光譜技術(shù)對(duì)上述分離進(jìn)行確認(rèn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)提供的結(jié)果和數(shù)據(jù)是令人驚訝的、預(yù)料不到的且是相反的。雖然通過(guò)使用多種方法和可以在本發(fā)明中使用的密度梯度介質(zhì)和表面活性成分來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)用性，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，采用各種其它介質(zhì)和表面活性組分也可得到相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，這與本發(fā)明的范圍實(shí)施例1SWNT的離析在已知文獻(xiàn)的修正方法中，將1mgSWNT原料分散在0.1MNaCl和1mgmL-1單鏈DNA水溶液中。(參見(jiàn)，Zheng,M.，Jagota,A.，Strano,M.S.，Santos,A.P.，Barone,P.，Chou,S.G.，Diner,B.A，Dresselhaus,M.S.，McLean,R.S.，Onoa,G.B，Samsonidze，G.G.，Semke,E.D.，Usrey,M.，Walls,D.J.S"'e臟2003，302，1545-1548，這些文獻(xiàn)通過(guò)引用全文插入此處)。通過(guò)HiPCO禾nCoMoCAT方法制備的SWNT原料分別購(gòu)自CarbonNanotechnologiesInc.禾卩SouthwestNanotechnologiesInc.。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化脫鹽純化的單鏈DNA(GT)20購(gòu)自AlphaDNA(Ontario,Canada)。利用浴式超聲儀(型號(hào)3510，Branson)或帶有錐形伸長(zhǎng)裝置的角式超聲儀(SonicDismembrator550，F(xiàn)isherScientific)來(lái)破壞SWNT的聚集體和SWNT束，其中，上述錐形伸長(zhǎng)裝置浸沒(méi)到溶液中。浴式和角式超聲儀的超聲時(shí)間為0到90分鐘。超聲后，為了獲取有色的分離過(guò)程的數(shù)字圖象或?qū)馕兆V圖進(jìn)行分級(jí)和表征，分別將40或439ML的lmgmL"溶液在密度梯度液中進(jìn)行分離。實(shí)施例2密度梯度液的擴(kuò)散在將不同的碘克沙醇(圖6)稀釋液分層后，將離心管傾斜至約85度保持60分鐘，以通過(guò)擴(kuò)散形成近似線性的梯度。在超速離心后，梯度液利用經(jīng)改進(jìn)的Bechman級(jí)分回收系統(tǒng)通過(guò)向上置換技術(shù)(upwarddisplacementtechnique)對(duì)梯度進(jìn)行分級(jí)。(J.M.Graham，Zz'o/og/ca/cew—/wga"ow(BIOSScientificPublishers，Limited,ebrary,Inc.,2001)210頁(yè))。FluorinertFC-40(p1.85gmJL—1，Sigma-Aldrich，Inc.)用作與水不可混溶的置換介質(zhì)，該介質(zhì)，以25或100的步長(zhǎng)穿過(guò)22規(guī)格的不銹鋼管，通過(guò)馬達(dá)控制的注射泵(PHD2000，HarvardApparatus,Inc.)以0.5mLmin-1的速度，被引入離心管底部。為了測(cè)定密度梯度液的密度圖，收集100/^L的各個(gè)級(jí)分，并通過(guò)如下方法測(cè)量各個(gè)級(jí)分的密度，誤差為±1%:利用已校準(zhǔn)的微量吸液管和電子天平，對(duì)已知體積的各個(gè)級(jí)分進(jìn)行稱重。為了測(cè)定在密度梯度液中的SWNT的光吸收譜圖與在梯度液中的位置的關(guān)系，密度梯度液被分解成25/xL的各個(gè)級(jí)分。各個(gè)級(jí)分從梯度液頂部向下進(jìn)行編號(hào)，第一梯度液的編號(hào)為fl。分解后，將每個(gè)25的級(jí)分稀釋至體積為850mL，用于采用Cary500光譜儀(Varian，Inc.)在可見(jiàn)光和近紅外光處測(cè)量光吸收譜圖。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解到的，在進(jìn)行離心且保持納米管分離后，可以使用各種其它分級(jí)技術(shù)。所述技術(shù)包括，吸引術(shù)(首先從半月板或致密端)、向上置換術(shù)、管式刺孔(tubepuncture)、管式切片(tubesl1C1ng)、使梯度液交聯(lián)隨后進(jìn)行萃取和活塞式分級(jí)。實(shí)施例4背景扣除為了從測(cè)定的光吸收譜圖中扣除緩慢變化的背景吸收譜圖的影響，使用經(jīng)測(cè)定的光吸收譜圖對(duì)波長(zhǎng)的導(dǎo)數(shù)譜(圖8)，并設(shè)定兩個(gè)假設(shè)。首先，正如Beer法則所期望的，假設(shè)SWNT的一級(jí)光躍遷的線型不隨濃度發(fā)生變化。線型不變暗示著，導(dǎo)數(shù)與吸收的振幅直接成比例。在這種情況下，吸收譜的相對(duì)振幅可以利用導(dǎo)數(shù)譜測(cè)量。第二，假設(shè)與在一級(jí)光躍遷附近的變化相比，背景吸收譜圖(來(lái)自殘余的含碳雜質(zhì)、TT-等離子體共振和的非共振的尾部、鄰近吸收峰)相對(duì)于波長(zhǎng)發(fā)生緩慢變化。(J.S.Lauret等的尸—iev.Z成90(2003);T.Hertel,R.Fasd,G,Moos的P/z".爿75，449(2002);R.Saito，H.Kataura在P/戸/a中的論文80，213(2001))。這個(gè)假設(shè)是合理的，因?yàn)橐褱y(cè)定經(jīng)離析的半導(dǎo)體性SWNT的一級(jí)光躍遷的線寬相對(duì)窄，約25meV。(M.J.O'Connell等的6We臟297，593(2002年7月26日);M.S.Arnold,J.E.Sharping,S.I.Stupp，P.Kumar，M.C.Hersam的7Wrno3，1549(2003);M.S.Arnold等的尸rac.q/^/)/五5359，376(2004))。而且，本文中所研究的六個(gè)躍遷之間的間隔明顯大于25meV(表l)。背景變化緩慢意味著，背景吸收的導(dǎo)數(shù)很小可以被忽略。為了進(jìn)一步消除背景吸收對(duì)波長(zhǎng)的線性變化，將光學(xué)吸收譜中對(duì)每個(gè)峰左側(cè)和右側(cè)導(dǎo)數(shù)的最大絕對(duì)值進(jìn)行平均。圖4提供了作為吸收振幅的該平均值。實(shí)施例5浮力密度模型上面提出了描述SWNT的浮力密度的簡(jiǎn)單模型，此處進(jìn)一步詳細(xì)解釋(參見(jiàn)圖9)?？梢砸员砻娣e乘以gmphene層面密度^的形式給出直徑為D的SWNT的質(zhì)量。為了說(shuō)明DNA的包裹和締合水合作用，引入了恒定厚度為t和密度為/)w的外層。因此，每體積經(jīng)包裹且經(jīng)水合的納米管的質(zhì)對(duì)于在真空(t二0，A^二0)中的SWNT，上述表達(dá)式簡(jiǎn)化為:結(jié)果浮力密度與直徑成反比。在上述簡(jiǎn)化式中，浮力密度隨著直徑的增大而減小，這與我們的實(shí)驗(yàn)觀察相矛盾。而且，當(dāng)graphene面的^為7.663X10—8gcm-2時(shí)，浮力密度為3.1D—1gem—3nm，這明顯高于SWNT密度的測(cè)通過(guò)解釋DNA包裹和水合層，浮力密度減小至實(shí)驗(yàn)觀察到的量級(jí)。假設(shè)對(duì)于經(jīng)DNA包裹且水合的SWNT的浮力密度為1.15gem—3且上部被鍵合的/0加為1.12gem—3(在碘克沙醇(S2)中游離DNA的測(cè)定浮力密度)，這暗示了外層厚度t為3nm。然而，因?yàn)閱捂淒NA被迫形成高長(zhǎng)徑比SWNT表面上的伸展構(gòu)象中，所以較小的Pext是合理的。假設(shè)Pw為1.08gem—3，t減小至2nm。另外，通過(guò)包括這個(gè)外部水合層，所觀察到的浮力密度隨直徑增加而增加的趨勢(shì)也與我們實(shí)驗(yàn)中所用直徑范圍(0.76—1.03nm，表l)的SWNT相匹配。浮力密度相對(duì)于直徑的導(dǎo)數(shù)表達(dá)式為4(DPj-2Pj/+pex,DQ—(D+203因此，浮力密度隨直徑的增加而增加，直徑至多增至臨界直徑，Dmax，由下式給出當(dāng)ps=7.663X10—Sgcm-2，pext=l,08gcnf3，t=2nm時(shí)，預(yù)計(jì)Dmax為l.llnm。當(dāng)yOext=1.12gcm-3，t二3nm時(shí)，預(yù)計(jì)D咖x較小為1.05nm。實(shí)施例6為了說(shuō)明膽酸鹽表面活性劑的用途，將單壁碳納米管以至多1mg/mL的濃度通過(guò)超聲分散在這些表面活性劑的1一5%重量每體積的溶液中。然后，通過(guò)在22°C、54krpm下在Beckman-CoulterTLA100.3轉(zhuǎn)子中超速離心14分鐘除去不溶物和粗聚集物。在上述超速離心后，輕輕倒出上層清液并保存，以在密度梯度液中進(jìn)行分離。原則上，可以使用具有任何幾何形狀的轉(zhuǎn)子進(jìn)行密度梯度離心，但使用兩種特定類型的離心轉(zhuǎn)子用于分離經(jīng)表面活性劑封裝的SWNT，得到良好的效果。第一種類型的離心轉(zhuǎn)子是固定角度的Beckman-CoulterTLA100.3轉(zhuǎn)子，第二種類型是Beckman-CoulterSW41搖擺式轉(zhuǎn)子。通過(guò)如下方法形成密度梯度液將不同密度的溶液在離心管中直接分層，并等待梯度液擴(kuò)散形成近似線性空間分布。通過(guò)如下方法形成各單層將表面活性劑溶液和密度梯度介質(zhì)以各種比例進(jìn)行混合；在一些情況下，各層進(jìn)行緩沖，使pH恒定。Optiprep(60%w/v的碘克沙醇水溶液)用作密度梯度介質(zhì)。通過(guò)表面活性劑封裝的SWNT所被混入至少一層中，結(jié)果該SWNT可以引入密度梯度液中。在TLA100.3轉(zhuǎn)子中成功分離了經(jīng)膽酸鈉、脫氧膽酸鈉和和牛磺脫氧膽酸鈉封裝的SWNT。用于TLA100.3轉(zhuǎn)子的梯度液為三層，每層體積為]mL。從底部到頂部，梯度液為40%、20%和5。/。重量每體積的碘克沙醇。經(jīng)表面活性劑封裝的SWNT包含在20%重量每體積或5%重量每體積的層中。在離心前，同時(shí)將離心管在與豎向成75度的位置傾斜擴(kuò)散1小時(shí)得到近似線性的密度梯度液。如上所述經(jīng)DNA包裹的SWNT，在22。C、64krpm下離心9小時(shí)后，將離心管使用Beckman錐帽利用向上置換術(shù)進(jìn)行分級(jí)。在SW41離心轉(zhuǎn)子中也成功地分離了經(jīng)膽酸鈉封裝的SWNT。用于SW41轉(zhuǎn)子的梯度液由六層形成，各層的體積和碘克沙醇的濃度是變化的。采用兩種略有不同的梯度液。在第一種類型的梯度液中，從頂部到底部各層在2.185、2.185、2.185、0.875、1.785和1.785mL體積中使用10.62、14.00、17.36、19.72、21.77和24.52%w/v的碘克沙醇。經(jīng)膽酸鈉封裝的SWNT包含在體積為0.875mL的層中。在第二種類型的梯度液中，從頂部到底部各層在2.535、2,535、2.535、0.875、1.260和1.260體積中使用10.89、14.79、18.69、21.31、22.96、24.9%w/v碘克沙醇。經(jīng)膽酸鈉封裝的SWNT也包含在體積為0.875mL的層中。分層后，試管被豎直靜置18小時(shí)，直到碘克沙醇的空間分布為近似線性。在22。C、40krpm下離心24.5小時(shí)后，將離心管使用活塞室梯度分級(jí)儀(PistonGradientFractionator)(型號(hào)152，BioCompInstruments,Inc.NewBrunswick,Canada)進(jìn)行分級(jí)。對(duì)于兩種梯度液，觀察到通過(guò)電子和物理結(jié)構(gòu)完成了類似的分離(見(jiàn)圖10)。在寬范圍內(nèi)的梯度介質(zhì)、斜度、密度補(bǔ)償、離心速度、離心溫度和碳納米管在梯度液中的初始空間位置都可實(shí)現(xiàn)分離。分級(jí)后，通過(guò)測(cè)量已分離級(jí)分的光學(xué)性質(zhì)對(duì)通過(guò)物理和電子結(jié)構(gòu)的分離進(jìn)行分析。如本文它處所述，將收集的級(jí)分稀釋至體積為0.8-1.0mL，并利用光學(xué)分光光度測(cè)定法或熒光測(cè)定法進(jìn)行研究。實(shí)施例7這個(gè)實(shí)施例的結(jié)果成功地表明了，進(jìn)行多次反復(fù)超速離心，改進(jìn)了通過(guò)物理和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行的SWNT分離。SWNT通過(guò)膽酸鈉封裝，多次反復(fù)分離在TLA100.3和SW41轉(zhuǎn)子中進(jìn)行。如上述，在一個(gè)反復(fù)分離后，碳納米管結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)富集的特定級(jí)分包含在與第一梯度液相同的第二密度梯度液中。在第二次反復(fù)中，使用的離心和分級(jí)參數(shù)相同。參照?qǐng)D11A-B，2個(gè)反復(fù)中的各個(gè)分離被改善了，這表明，該方法可以重復(fù)進(jìn)行許多次前述的反復(fù)，從而進(jìn)行特定分離或精制。更具體地，參照?qǐng)D11A和B，光吸收譜圖是在TLA100.3轉(zhuǎn)子中第二次反復(fù)分離后測(cè)定的。圖IOA為在第一次反復(fù)以前，初始CoMoCAT物的吸收譜圖。圖10C為在一個(gè)反復(fù)分離后兩個(gè)不同級(jí)分(fl6和f20)的譜圖。然后，將一次反復(fù)分離后的級(jí)分f16在第二密度梯度液中進(jìn)一步純化。所得改善的譜圖為圖IIA。在(A)中，具有最小直徑(例如，(6,5)手性)的納米管的濃度被進(jìn)一步提高了，而在較長(zhǎng)波長(zhǎng)處具有一級(jí)光躍遷的較長(zhǎng)直徑的納米管的濃度被降低了。另外，將在密度梯度液中一次反復(fù)離心后的級(jí)分GO在第二密度梯度液中進(jìn)一步純化。所得改善的譜圖為圖UB。在(B)中，在初始CoMoCAT物中占主導(dǎo)的(6,5)手性大部分已被除去了，而在較大直徑處的手性被增強(qiáng)了。圖IIC-F表示通過(guò)CoMoCAT方法制備的、通過(guò)膽酸鈉分散的SWNT利用SW41轉(zhuǎn)子在密度梯度液中分離后的熒光發(fā)射/激發(fā)圖(C)初始CoMoCAT物。(D)在一次反復(fù)分離后，選擇的SWNT的直徑與(6,5)手性相當(dāng)(7.6埃)。(E)在第二次反復(fù)分離后，再次選擇的SWNT的直徑與(6,5)手性相當(dāng)。在圖(E)中，(6,5)手性(7.6埃)占主導(dǎo)很明顯。(7,5)手性(8.2埃)已被幾乎完全壓制住了。而(8，3)手性(7.7埃)和(9,2)手性(8.0埃)仍很明顯。(F)在對(duì)(D)中所示的材料進(jìn)行第二次反復(fù)分離后，選擇第二次反復(fù)中的(7,5)手性。(E)和(F)中所示的級(jí)分來(lái)自同樣的密度梯度液，但收集到的(F)級(jí)分的密度大于(E)級(jí)分的密度。在(F)中，(7,5)手性占主導(dǎo)。進(jìn)一步反復(fù)進(jìn)行密度梯度超速離心應(yīng)當(dāng)能夠改善分離效果。實(shí)施例8為了改善一次反復(fù)后通過(guò)物理和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離的質(zhì)量，使用較緩(shallower)的密度梯度液。在超速離心過(guò)程中，碘克沙醇隨時(shí)間變得更陡，因?yàn)樵陔x心場(chǎng)中碘克沙醇向離心管底部重新分布。為了使密度梯度液較采用TLA100.3轉(zhuǎn)子所用的密度梯度液緩，使用更長(zhǎng)的離心管和SW4轉(zhuǎn)子。SW41離心管中心處(底部和頂部的中間)的密度梯度液的斜度在22°C、40krpm下超速離心至多30小時(shí)仍保持相對(duì)不變(圖12)。圖10D和圖IOC分別表示了利用SW41和TLA100.3離心管通過(guò)物理和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離的質(zhì)量差異。圖12A表示購(gòu)自Beckman的轉(zhuǎn)子的典型幾何形狀。圖12B表示，在TLA100.3轉(zhuǎn)子中進(jìn)行超速離心過(guò)程中，對(duì)碘克沙醇重新分布定量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在開(kāi)始3.5個(gè)小時(shí)的超速離心過(guò)程中，密度梯度液的陡度在整個(gè)空間位置增加。圖12C是，在40krpm、22。C下超速離心0、6、12、18、24和30小時(shí)后，碘克沙醇重新分布的預(yù)測(cè)圖。處于離心管中心的密度梯度液的區(qū)域仍很緩(用方框來(lái)標(biāo)記并在圖中標(biāo)注)。(Lamm方程在數(shù)字上解答了這個(gè)預(yù)測(cè)。參數(shù)D—idx、sjdx和phi—idx利用BeckmanXL-A超速離心機(jī)來(lái)測(cè)定，上述參數(shù)分別為擴(kuò)散系數(shù)、沉降系數(shù)和碘克沙醇的比體積。碘克沙醇的粘度(eta)是碘克沙醇濃度的函數(shù)，粘度和濃度的關(guān)系由粘度數(shù)據(jù)測(cè)定，該數(shù)據(jù)包含在Opdprep制造商提供的產(chǎn)品信息中。)圖10D和10C分別表示利用SW41轉(zhuǎn)子相對(duì)于TLA100.3轉(zhuǎn)子改進(jìn)分離的例子。實(shí)施例9在密度梯度液中通過(guò)物理和電子結(jié)構(gòu)的分離受包裹SWNT的DNA鏈變化的影響。如上述，除了d(T)3。和d(C/T)6Q(其中，C/T表示對(duì)于各個(gè)堿基C或T無(wú)規(guī)排列)以外，可以使用d(GT)2o序列的單鏈DNA，其中，在合成集合中的每條鏈?zhǔn)菬o(wú)規(guī)變化的。與采用d(GT)2Q相比，上述兩種情況的分離質(zhì)量較低(圖13A)。還檢測(cè)了具有不同長(zhǎng)度的d(GT)n，其中，n二5、10、20或30。觀察到通過(guò)物理和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，n=30最佳，并且分離質(zhì)量隨n減小而降低(圖13B)，這表明d(GT)n鏈的鏈長(zhǎng)逐漸增長(zhǎng)對(duì)于獲得良好的分離具有積極意義。實(shí)施例10為了利用分光光度測(cè)定法分析分離級(jí)分，使用熒光激發(fā)-發(fā)射掃描。Bachilo和他的同事指出，通過(guò)光學(xué)激發(fā)SWNT并改變激發(fā)的波長(zhǎng)，可以更好的測(cè)定分離SWNT的特定級(jí)分中手性(n,m)的構(gòu)成。(S.M.Bachilo等的5We"ce298，2361—2366(2002))。在圖11C-F中，對(duì)于分離的經(jīng)膽酸鈉封裝的SWNT的各個(gè)級(jí)分，熒光強(qiáng)度對(duì)發(fā)射波長(zhǎng)和激發(fā)波長(zhǎng)作圖。實(shí)施例11通過(guò)如下步驟可以在僅僅3.5小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)分離在超速離心以前將SWNT在不變點(diǎn)進(jìn)行分層；使不變點(diǎn)的密度與SWNT的浮力密度相匹配。離心管中存在這樣一個(gè)空間點(diǎn)，在該點(diǎn)中，密度隨時(shí)間保持近似恒定，即使密度梯度變得更陡也是如此，此后該點(diǎn)被稱為不變點(diǎn)(圖14A)。通過(guò)在超速離心以前將SWNT引入不變點(diǎn)并使不變點(diǎn)的密度與SWNT的浮力密度相匹配，SWNT發(fā)生沉降到達(dá)等密度點(diǎn)的距離是最短的，這使得通過(guò)電子和物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離更快(圖14B)。在TLA100.3轉(zhuǎn)子中使用d(GT),SWNT成功實(shí)現(xiàn)了上述結(jié)果，不論封裝層如何，這種想法應(yīng)當(dāng)是可應(yīng)用的。SWNT的浮力密度是封裝層的函數(shù)，并且密度梯度液進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)果在不變點(diǎn)浮力密度和初始密度基本上匹配。然而，由于不變點(diǎn)的空間位置依賴于梯度液的粘度，因此不變點(diǎn)會(huì)略微發(fā)生移動(dòng)。雖然如此，不管封裝層如何，效果應(yīng)當(dāng)是相同的。實(shí)施例12將密度梯度液中具有不同手性的經(jīng)表面活性劑封裝的單壁碳納米管(SWNT)進(jìn)行相對(duì)分離可以通過(guò)如下方法調(diào)節(jié)改變梯度液的pH或使用輔助表面活性劑。參照?qǐng)D15A-C，這些圖描述了分離后具有特定手性的SWNT在梯度液中的濃度與密度的函數(shù)關(guān)系。在采用如下封裝劑/分離條件的情形下，從左側(cè)開(kāi)始分別為(6,5)、(7,5)和(9,5)/(8,7)手性對(duì)級(jí)分的函數(shù)關(guān)系圖(A)膽酸鈉，沒(méi)有緩沖；(B)膽酸鈉，20mMTris緩沖液，pH8.5;(C)膽酸鈉，添加十二垸基硫酸鈉作為輔助表面活性劑(1:4SDS:膽酸鈉，以重量計(jì))。通過(guò)添加20mM的Tris緩沖液來(lái)提高pH，(7,5)手性向較低級(jí)分號(hào)和較低浮力密度(B)移動(dòng)。通過(guò)添加例如十二烷基硫酸鈉的輔助表面活性劑，(7，5)和(9,5)/(8,7)手性向較高密度移動(dòng)。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)分離條件，特定(n,m)手性的離析可以達(dá)到最佳。(由于(9,5)/(8,7)手性的一級(jí)光學(xué)躍遷在1270nm附近重疊，因此上述兩個(gè)手性一起作圖)。(密度隨著級(jí)分號(hào)#增加而增加)。實(shí)施例13通過(guò)激光消融生長(zhǎng)的SWNT也可以在密度梯度液中通過(guò)電子和物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離。與通過(guò)HiPCO或CoMoCAT方法生長(zhǎng)的SWNT(直徑7-10A)不同，激光消融生長(zhǎng)的SWNT通常直徑較大(12-15A)。這個(gè)實(shí)施例的結(jié)果表明，本發(fā)明方法具有一般性，可以擴(kuò)展到具有加大直徑范圍的納米管。參照?qǐng)D16照片，在密度梯度液中離心后，激光消融生長(zhǎng)的納米管(CNIInc.，平均直徑10-16A)通過(guò)密度分離成各種顏色的條帶，這表明通過(guò)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分離。在光吸收譜圖中，各峰的強(qiáng)度隨著級(jí)分號(hào)和密度(密度隨著級(jí)分號(hào)增加而增加)發(fā)生變化，這也表明了，激光消融生長(zhǎng)的SWNT通過(guò)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離。數(shù)據(jù)還表明，金屬性SWNT和半導(dǎo)體性SWNT也可以在密度梯度液中分離。據(jù)稱一級(jí)金屬躍遷(Eum)在500-800nm之間可見(jiàn)。如果是這樣的話，這表明金屬性SWNT存在于G2中，且從GO和f26中除去?？梢詼y(cè)定拉曼光譜進(jìn)行確認(rèn)。(半導(dǎo)體性SWNT的二級(jí)和三極躍遷分別在800-1200nm(E22s)禾Q400-800畫(huà)(E33s)識(shí)別。半導(dǎo)體性SWNT的一級(jí)躍遷(Ells)在較高波長(zhǎng)處，且由于水吸收不可測(cè)定)。不管怎樣，許多不同顏色條帶的照片和隨級(jí)分號(hào)發(fā)生變化的光吸收譜圖表明了，激光消融生長(zhǎng)的SWNT也可以在密度梯度液中通過(guò)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離。實(shí)施例14測(cè)定利用膽酸鈉表面活性劑在密度梯度液中進(jìn)行分離的經(jīng)表面活性劑封裝的SWNT的圓形二色性譜圖(CD)(左手和右手圓形偏振光的光吸收譜圖的差異)。膽酸鈉封裝的SWNT的CD信號(hào)隨密度發(fā)生變化。其CD信號(hào)比未在密度梯度液中進(jìn)行分離的對(duì)照溶液的CD信號(hào)要強(qiáng)，這表示，使用例如膽酸鈉的手性表面活性劑可以使具有相同手性(n，m)的左手和右手SWNT發(fā)生分離。實(shí)施例15通過(guò)將經(jīng)膽酸鈉封裝的SWNT在密度梯度液中進(jìn)行連續(xù)分離，改善了對(duì)特定的目標(biāo)手性的SWNT的分離程度。參照?qǐng)D18，兩個(gè)分離實(shí)驗(yàn)表明，在三次反復(fù)離心后，手性(6,5)和(7,5)發(fā)生了離析。在第一和第二循環(huán)中，沒(méi)有使用緩沖液或輔助表面活性劑。在第三循環(huán)中，添加了20mMTris緩沖液，以改善手性(6,5)和(7,5)之間和較大直徑之間的分離(該種情況的密度分布與所觀察到的圖IOB中(9,5)/(8,7)手性的密度分布類似)。實(shí)施例16在進(jìn)行密度梯度離心后，本領(lǐng)域中已知的許多方法可用于從SWNT級(jí)分中除去表面活性劑和介質(zhì)。不論介質(zhì)、密度梯度液或分離次數(shù)，碳納米管可以被離析出來(lái)，并進(jìn)一步使用或表征。在一種上述方法中，將分級(jí)的經(jīng)表面活性劑封裝的SWNT沉積在官能化的襯底上，該襯底鍵合SWNT的強(qiáng)度要高于它們鍵合表面活性劑或密度梯度介質(zhì)的強(qiáng)度。更具體地，官能化的Si(lll)襯底被帶有3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)的天然二氧化硅覆蓋。將一滴在密度梯度液中離心后的經(jīng)表面活性劑封裝的SWNT(稀釋至2%重量每體積十二垸基硫酸鈉)沉積到經(jīng)APS官能化的襯底上。在水中沖洗襯底后，觀察到納米管表面沒(méi)有表面活性劑或密度梯度介質(zhì)(用原子力顯微鏡觀察)。通過(guò)分析納米管的高度可以識(shí)別其是裸露的，上述高度與已知的沒(méi)有表面活性劑或密度梯度介質(zhì)的SWNT的高度值相符。其它分離方法包括(1)透析。通過(guò)使用截?cái)喾肿恿课挥诩{米管分子量(遠(yuǎn)大于10000道爾頓)和表面活性劑、密度梯度介質(zhì)分子量(大概分子量為1000道爾頓)之間的透析膜，可以除去表面活性劑和密度梯度介質(zhì)(這種方法是工業(yè)規(guī)模的)；和(2)過(guò)濾。通過(guò)使用孔尺寸小于SWNT長(zhǎng)度的膜過(guò)濾器，可以在膜上"捕捉"到納米管，同時(shí)使表面活性劑和密度梯度介質(zhì)穿過(guò)膜。通過(guò)用水/溶劑連續(xù)沖洗被捕捉到膜上的納米管，所有表面活性劑和密度梯度介質(zhì)最終被除去(這種方法也是工業(yè)規(guī)模的)。然后從過(guò)濾器中取出納米管，進(jìn)一步加工/應(yīng)用。實(shí)施例17原子力顯微鏡(AFM)用于表征分離的采用HiPCO生長(zhǎng)的SWNT的長(zhǎng)度。在分離且分級(jí)后，將每25^L分離的SWNT的級(jí)分采用805的0.1MNaCl和20pL的lMTns(三(羥甲基)氨基甲烷)進(jìn)行稀釋。然后，將20pL各個(gè)稀釋級(jí)分與10//L的20mMNiCl2和10/xL的去離子水進(jìn)行混合。將5-10^L的混合物沉積在新鮮剝離的云母上120秒，然后用N2氣槍吹四下。為了除去殘余的碘克沙醇和鹽，將每個(gè)樣品在200mL的去離子水中沖洗30秒。在級(jí)分66、70、72和82的(6/mi)2面積上成像(CPResearch,斷續(xù)接觸模式，分辨率1024X1024)。忽略表面上不明顯是納米管的物體(短于75nm或具有小于3:1長(zhǎng)徑比的物體)。由于相互交叉使得其長(zhǎng)度無(wú)法測(cè)定的納米管也被忽略。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)級(jí)分66、70、72和82分別分析了305個(gè)、584個(gè)、442個(gè)和58個(gè)納米管。長(zhǎng)度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差列在表2中。表2長(zhǎng)度數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>盡管結(jié)合具體實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明的原理，但應(yīng)當(dāng)清楚地認(rèn)識(shí)到，這些描述僅通過(guò)實(shí)例進(jìn)17說(shuō)明，并不意味著以任何方式限制本發(fā)明的范圍。例如，作為本發(fā)明更寬的方面，該方法可以更具體地應(yīng)用到分離可得的金屬性碳納米管。權(quán)利要求1.一種利用密度梯度分離單壁碳納米管的方法，所述方法包括提供一種流體介質(zhì)，所述介質(zhì)具有密度梯度；將所述介質(zhì)與一種包括單壁碳納米管混合物和至少一種表面活性組分的組合物進(jìn)行接觸，所述混合物包括的直徑和手性的其中至少一個(gè)在一定范圍內(nèi)；實(shí)施下述操作中的至少一種，以便至少部分地足以使所述混合物沿著所述梯度分離開(kāi)，所述操作包括將所述介質(zhì)和所述組合物離心一定時(shí)間和以一定轉(zhuǎn)動(dòng)速率離心所述介質(zhì)和所述組合物。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述納米管具有至多約20A的直徑尺寸。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述尺寸的范圍為約7A到約10A。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述尺寸的范圍為約12A到約15A。5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述表面活性組分選自單鏈DNA、膽酸鹽和其組合。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述表面活性組分選自d(GT)n鏈，其中，n是約15到約35的整數(shù)。7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述表面活性組分選自膽酸鹽、脫氧膽酸鹽、?；敲撗跄懰猁}和其組合。8.如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述介質(zhì)包括多個(gè)水性碘克沙醇濃度，并且所述梯度包括在一定范圍內(nèi)的濃度密度。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述梯度的斜度隨離心室的長(zhǎng)度變化。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述離心過(guò)程中，在所述梯度中基本上不變的點(diǎn)進(jìn)行所述接觸，所述不變點(diǎn)的密度約為所述納米管組合物的浮力密度。11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將至少一個(gè)分離級(jí)分進(jìn)行離析，每個(gè)所述級(jí)分與所述梯度等密度。12.如權(quán)利要求ll所述的方法，其中，所述納米管通過(guò)選自以下方法組的方法進(jìn)行制備高壓一氧化碳方法、CO-MO催化方法和激光消融方法，且所述納米管的長(zhǎng)度由所述制備方法決定。13.如權(quán)利要求1所述的方法，包括反復(fù)分離。14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，至少一個(gè)所述反復(fù)分離步驟包括使所述表面活性組分、所述介質(zhì)、所述介質(zhì)密度梯度和介質(zhì)pH的其中至少一個(gè)與先前分離步驟的其中一個(gè)不同。15.—種通過(guò)直徑分離單壁碳納米管的方法，所述方法包括提供一種流體介質(zhì)，所述介質(zhì)具有密度梯度；將所述介質(zhì)與一種包括單壁碳納米管混合物和至少一種表面活性組分的組合物進(jìn)行接觸，所述混合物包括在一定范圍內(nèi)的納米管直徑；實(shí)施下述操作中的至少一種，以便至少部分地足以使所述混合物沿著所述梯度分離開(kāi)，所述操作包括將所述介質(zhì)和所述組合物離心一定時(shí)間和以一定轉(zhuǎn)動(dòng)速率離心所述介質(zhì)和所述組合物；和通過(guò)直徑使所述混合物的納米管與所述介質(zhì)選擇分離。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述分離的納米管通過(guò)分光光度法進(jìn)行識(shí)別，所述識(shí)別包括將所述納米管的吸收譜圖與參照譜圖進(jìn)行比較。17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述分離的納米管通過(guò)熒光測(cè)定法進(jìn)行識(shí)別，所述識(shí)別包括將所述納米管的發(fā)射譜圖與參照譜圖進(jìn)行比較。18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述分離的納米管的直徑隨著梯度密度而增加。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述分離的納米管包括至少一種手性。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述納米管包括至少兩種手性，所述方法包括反復(fù)分離步驟，以沿著所述梯度區(qū)分所述手性納米管。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，至少一個(gè)反復(fù)分離步驟包括使所述表面活性組分、所述介質(zhì)、所述介質(zhì)密度梯度和介質(zhì)pH的其中至少一個(gè)與先前分離步驟的其中一個(gè)不同。22.—種用于分離單壁碳納米管的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一種流體密度梯度介質(zhì)；和包含至少一種表面活性組分和多種單壁碳納米管的組合物，所述納米管具有手性和直徑尺寸，所述納米管沿著所述介質(zhì)的梯度定位。23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述納米管包括的手性和直徑尺寸的其中至少之一在一定范圍內(nèi)。24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述納米管包括范圍為約7A到約15A的直徑尺寸。25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述納米管包括至少一種手性。26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述介質(zhì)包括多個(gè)水性碘克沙醇的濃度。27.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述表面活性組分選自單鏈DNA、膽酸鹽和其組合。28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，還包括輔助表面活性劑。29.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述納米管的一部分從所述系統(tǒng)中選擇性地分離出來(lái)，所述納米管包括范圍為約7A到約15A的直徑尺寸。30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中，所述納米管的尺寸與其它納米管部分尺寸的差異為至少約0.6A。31.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述納米管基本上具有一種手性。全文摘要本發(fā)明涉及一種通過(guò)手性和/或直徑分離單壁碳納米管(SWNT)的方法，這通過(guò)將SWNT和表面活性組分的組合物在密度梯度介質(zhì)中進(jìn)行離心來(lái)實(shí)現(xiàn)。文檔編號(hào)D01F9/12GK101171372SQ200680015296公開(kāi)日2008年4月30日申請(qǐng)日期2006年3月6日優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日發(fā)明者塞繆爾·I·斯圖普,邁克爾·S·阿諾德,馬克·海爾森申請(qǐng)人:西北大學(xué)