JP2001514267A - アミノアルキルトリアルキルシリルセルロースおよび表面コーティング法 - Google Patents
アミノアルキルトリアルキルシリルセルロースおよび表面コーティング法Info
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Abstract
Description
シリルセルロースなどの新規多糖誘導体、それらの製造、および規定の分子層を
用いて表面をコーティングする方法に関する。
バイオリアクター技術および特に、バイオセンサおよび化学センサ分析などの多
数の最新の分析および分離技術において決定的な役割を果たしている。
持体表面上に吸着した受容体分子と、測定される種との特異的反応によって行な
われる。特に、個々のDNA、RNA、抗原および/またはタンパク質分子の高
感度検出の分野において、問題の分子を表面に特異的にかつ強固に結合させるこ
とおよびこれら支持体表面での分子の非特異的吸着を妨げることは極めて重要で
ある。
着による吸着固定化である。この方法には様々な欠点がある。固定化は、表面特
性が吸着結合を可能にしそして充分な安定性を確保する支持体に制限される。生
体分子層中の間隙は、不完全なコーティング法または脱着法によって形成される
ことがありうる。最終的に、受容体分子の配向および量の両方の制御は不十分で
あるので、再現性のある製造を行なうことは難しい。
させる共有結合固定化法が探求されてきている。これら共有結合法は、支持体表
面とも生体分子とも反応する二官能性架橋試薬に基づいている。
めて浪費する。これら方法のもう一つの欠点は、湿分の存在下で実際に生じる、
例えばシラン薄膜の不均一ポリマー表面構造の形成である。例えば、Joach
im Renkenら,Anal.Chem.1996,68,176−182
頁,“Multifrequency Evaluation of Diff
erent Immunosorbents on Acoustic Pla
te Mode Sensors”を参照されたい。
)法である(例えば、Kevin L.Primeら,J.Amer.Chem
.Soc.1993,115,10714−10721頁,“Adsorpti
on of Proteins onto Surfaces Contain
ing End−Attached Oligo(ethylenoxide)
:A Model System Using Self−Assembled
Monolayers”を参照されたい)。ここでは、有機物質の安定な薄膜
は、固体支持体上への吸着の間の分子の自発的自己集合によって形成される。最
もよく知られているSAシステムは、金表面上の有機ジスルフィドおよびチオー
ルである。この方法には、金属または特定の酸化物のような僅か数種類の支持体
に制限されるという欠点がある。
lodgett)(LB)法である。適当な物質を水面上に広げる場合、それら
は広がって単分子膜を形成する。ラングミュアおよびブロジェットによって開発
されたこの方法によって、これら単分子膜を固体支持体に移すことが可能である
(Katharine B.Blodgettら,Physical Revi
ew,51巻,1937年6月,964−982頁,“Built−Up Fi
lms of Barium Stearate and Their Opt
ical Properties”を参照されたい)。この方法は、極めて少な
い量の時間および材料を必要とする。
ポリマーを用いることによって得られる(例えば、M.Schaubら,Thi
n Solid Films,210/211,1992,397−400頁,
“Investigation of molecular superstr
uctures of hairy rodlike polymers by
X−ray reflection”)。
る。それら薄膜の特に高い安定性は、UV照射を用いる[2+2]−シクロ付加
(cycloaddition)においてそのポリマー中に存在するアルケン置
換基を架橋することによって更に得ることができる(Gerhard Wegn
er,Thin Solid Films,216,1992,105−116
頁,“Ultrathin Films of polymers:archi
tecture,characterization and propert
ies”)。
る。薄膜を支持体に移した後、これらを修飾Lemieux酸化においてカルボ
ニル基に変換し、それらに生体分子を“シッフ塩基”として共有結合させること
ができる(WO−A95/08770号またはFrank Loescherら
,Proc.SPIE 2928巻,1996,209−219頁)。
に可能である。塩化シアヌルなどの二官能性架橋剤を用いることにより、遊離ア
ミノ基またはヒドロキシル基を有する他のセルロース誘導体に生体分子を共有結
合させることは可能である(上の参考文献を参照されたい)。
欠点がある。したがって、例えば、親水性のガラスまたは石英支持体は、疎水性
LB物質をコーティングする前に、例えば、シラン誘導体によって複雑な湿式化
学工程で疎水性化される必要がある。
無関係に、少なくとも一層の分子層を適用させる方法およびこの方法に適した化
合物を提供することである。
ス誘導体、好ましくは、(a)少なくとも1個の疎水性置換基および(b)少な
くとも1個の窒素含有置換基を含む混合セルロースエーテルによって達成される
。
としてトリアルキルシリル基および置換基(b)としてアミノアルキル基を有し
、但し、そのアルキル基は、特に、置換基(a)中では1個または2個のC原子
を有し、置換基(b)中では2−8個のC原子を有する。更に、その多糖誘導体
は、(c)遊離基反応によってまたは熱によって光化学的に架橋しうる基を有す
る少なくとも1個の追加の置換基を含んでいてもよい。
々のOH基のHが有機基または有機シリル基で置き換えられている、すなわち、
そのOに直に隣接する原子がCまたはSiである化合物として理解されるべきで
ある。更に、この表現は、追加の置換基を(特に、OH基のOに)更に有する誘
導体を含むこともでき、このような追加の置換基の例が置換基(c)である。実
際の分子では(情報ベースとして、Lothar Brandt,Ullman
n’s Encyclopedia of Industrial Chemi
stry,A5巻,第2版,キーワード“cellulose ethers”
,p.461以降を参照されたい)、セルロースエーテル分子中の個々の分子単
位(無水グルコース単位)それぞれが1個またはそれ以上のOH基に置換される
必要はないが、その化合物の呼称は、分子または分子単位の全体を意味する、す
なわち、平均的な意味を示し、概して、分子単位当り最大3個のOH基が置換さ
れうる。置換基(a)または(c)((b)以外)を含むセルロース誘導体の製
造および/または性質については、上のFrank Loescherらによる
参考文献およびDieter Klemmら,Z.Chem.,24(1984
),2巻,62頁,“4−Dimethylamino−pyridin−ka
talysierte Synthese von Celluloseest
ern euber organoloesliche Trimethylc
ellulose”を参照する。
る既知の方法であって、それら生体分子をそのコーティングにまたはその中に結
合させる方法を用いて出発して達成される。この場合、本発明による方法は、そ
のコート化シート様支持体材料が、そのコーティングの内部または外部に少なく
とも1種類の上述の多糖誘導体、特に、混合セルロースエーテルの内の1種類を
含むことを特徴とする。
誘導体は、置換基(a)として、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリ
ール基、アルキルシリル基、アルケンシリル基および/またはアリールシリル基
を有する疎水性置換基を含むが、ラングミュア−ブロジェット(LB)法および
/またはラングミュア−ブロジェット−シェファー(Langmuir−Blo
dgett−Schaefer)(LBS)法を用いて表面への移行を可能にす
る他の置換基も含む。
って、または好ましくは、ラングミュア−ブロジェット法またはラングミュア−
ブロジェット−シェファー法を用いて適用することができる。本発明による多糖
誘導体は、親水性表面にも疎水性表面にも接着できる。したがって、この種類の
支持体は、表面改変用薄膜として適用しそして使用することができる。
例えば、シンナモイル基を取り込むことにより、しかし化学において知られてい
る他の全ての基を取り込むことによっても、更に安定化されるが、これは移行前
、移行中または移行後の重合による架橋によって層を安定化させるためである(
最初に記述される公報は、この開示の内容とともに本明細書中にそのまま援用さ
れる)。
、多糖誘導体と混合されて、層にまたは層中に適用されている更に別の分子の形
で存在する化のいずれかであり得る。その重合は、単層内で起こりうるが、しか
しながら、複数の単層が互いの上に存在する場合、重合は個々の層の分子間でも
起こりうる。
持体材料の表面と1層またはそれ以上の他の層との間に位置する“接着促進剤”
として用いることができる。追加の層は、すべての既知の方法を用いて適用する
ことができるが、それらは、好ましくは、ラングミュア−ブロジェット法または
ラングミュア−ブロジェット−シェファー法を用いて適用される。適当な追加の
層は、具体的には、非両親媒性Haar−Stabポリマー、特に、トリアルキ
ルシリルセルロース自体、例えば、ケイ皮酸トリメチルシリルセルロースなどの
多糖含有分子であるが、他の誘導体でもある。
用である。ここで、少なくとも、“接着促進剤”として作用する第一層に適用さ
れる一番上の層は他の分子を共有結合させる官能基を有する。これらには、例え
ば、アミノ基、アルデヒド基、オレフィン二重結合などの活性基に変換すること
ができるカルボン酸誘導体および/または基、ケイ皮酸誘導体等が含まれる。
に好適でもある。それらアミノアルキル基は、求核剤として役立つし、しかも求
電子性基を有する分子と共有結合を成形する。
アリールシリル基またはトリアルケニルシリル基を有する場合、その表面特性は
、それらシリル基をコーティング後に除去してヒドロキシル基を後に残すことが
できるように改変されうる。これは、例えば、酸の作用によって行なうことがで
きる。
橋される、 −コーティングは、架橋剤の添加により、層全体としてまたは個々の層中で架
橋される、 −コーティングは、1層またはそれ以上の個々の層を含む、 −多糖誘導体は、シート様支持体材料の外側の全ての層中に存在する、 −多糖誘導体を含む層は唯一のコーティングである、 −多糖誘導体を含む層は、シート様支持体材料とコーティングとの間の中間層
であり、適当ならば、そのコーティングも多糖誘導体を含む、 −生体分子は多糖誘導体に結合し、そして −多糖誘導体の置換基(b)は、コーティングが完成した後に除去され、OH
基が再建される。
あって、それら生体分子をコーティングにまたはその中に結合させ、そのコーテ
ィングをLB法、LBS法またはSA法によって行なって、光化学的に架橋する
ことができ、かつ非両親媒性の分子を生じ、そのシート様支持体材料が、そのコ
ーティングの内部または外部に少なくとも1種類の上の説明による混合セルロー
スエーテルを含む上記方法である。
ルロースの溶液を、この溶媒に不溶性であるかまたは僅かしか可溶性でない反応
性アミノアルカン誘導体と混合し、その反応を行ない、最終生成物を単離するよ
うな方法で製造することができる。
フラン(THF)および6mlのピリジンの混合物中に溶解させる。2gの固体
1−アミノ−3−ブロモプロパンをこの溶液に加える。1−アミノ−3−ブロモ
プロパンの重合は、溶解した部分が直ちに反応するので、そのTHF中への不十
分な溶解性によって抑制される。室温で20時間の反応時間後、その生成物を吸
引濾去し、メタノールおよび水で洗浄し、再結晶させる。そのセルロース誘導体
をクロロホルム中に溶解させ(1μg/1μl)、水表面上に広げる。最後に、
25mN/mの表面圧力で、それをガラス製のシート様支持体に移す。
サン中の6.47gのクロロギ酸9−フルオレニルメチル(アミノ酸の保護のた
めに)の溶液を撹拌しながら15分間にわたって加える。その反応生成物を60
0mlのH2Oに加え、そして各回100mlのジエチルエーテルで2回抽出す る。その水性相を、その混合物が僅かに酸性に反応するまでHClで処理後、各
回200mlの酢酸エチルで抽出し、その有機相をH2Oで洗浄し、MgSO4を
用いて乾燥させ、その溶媒を除去する。
セルロースを50mlの塩化メチレン中に溶解させる。上記のように製造された
保護アミノ酸の40mlの塩化メチレン中の懸濁液を速やかに加え、10mlの
塩化メチレン中の1.75gのジシクロヘキシルカルボジイミドを滴加する。そ
の反応混合物を室温で2時間撹拌後、濃縮し、そして200mlのメタノールを
用いて最終生成物を析出させ、メタノールで洗浄し、塩化メチレンから再結晶さ
せる。収率は89%でてある。
わち、表面での流体力学的流動性によって、または表面圧力を一定に保ちながら
支持体(例えば、ガラス)を引くことによって用いることができる。好適には、
実際のコーティングを、上に詳細に説明されそして参考として例示されているよ
うに、この方法で生じた単層(“接着促進剤”)に適用する。生体分子(すなわ
ち、DNA、抗体、抗原、酵素、ホルモンまたは他のペプチドなどの分子)の固
定化は、首尾よく行なうことができる。
のであり、図1において、そこに無水グルコース単位に完全に置換されているよ
うに示されている(モノ)アミノアルキル(ジ)トリアルキルシリルセルロース
中、 mは1以上(好ましくは2−8)であり、 R1、R2、R3は同じであるかまたは異なり、好ましくは、CH3またはC2H5 であり、 lは平均して5以上である。
ノ)アミノアルキル(ジ)トリアルキルシリルセルロースである。
Claims (16)
- 【請求項1】 多糖誘導体であって、 (a)少なくとも1個の疎水性置換基および (b)少なくとも窒素含有置換基 を含む多糖誘導体。
- 【請求項2】 前記多糖がセルロースであり、5以上の重合度を有すること
を特徴とする、請求項1に記載の多糖誘導体。 - 【請求項3】 前記誘導体が、置換基(a)として混合トリアルキルシリル
基および置換基(b)としてアミノアルキル基を有するセルロースエーテルであ
ることを特徴とする、請求項1または2に記載の多糖誘導体。 - 【請求項4】 前記アルキル基が、置換基(a)中では1個または2個のC
原子を有し、置換基(b)中では2−8個のC原子を有することを特徴とする、
請求項1−3のいずれか1項に記載の多糖誘導体。 - 【請求項5】 前記誘導体が、 (c)遊離基反応によってまたは熱によって、光化学的に架橋しうる基を有す
る少なくとも1個の追加の置換基 を更に含む、請求項1−4のいずれか1項に記載の多糖誘導体。 - 【請求項6】 コート化シート様支持体材料上に生体分子を固定化する方法
であって、該生体分子をそのコーティングにまたはその中に結合させ、該コート
化シート様支持体材料が、該コーティングの内部または外部に少なくとも1種類
の請求項1−5のいずれか1項に記載の多糖誘導体を含むことを特徴とする上記
方法。 - 【請求項7】 前記多糖誘導体が、コーティングを行なう前、行っている間
または行った後に架橋していることを特徴とする、請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記コーティングが、架橋剤の添加によって架橋しているこ
とを特徴とする、請求項6に記載の方法。 - 【請求項9】 前記コーティングが、1層またはそれ以上の個々の層を含む
ことを特徴とする、請求項6−8のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項10】 前記多糖誘導体が、シート様支持体材料の外側の全ての層
中に存在する、請求項6−9のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項11】 前記多糖誘導体を含む層が唯一のコーティングであること
を特徴とする、請求項6−9のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項12】 前記多糖誘導体を含む層が、シート様支持体材料とコーテ
ィングとの間の中間層であり、適当ならば、該コーティングも多糖誘導体を含む
ことを特徴とする、請求項6−9のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項13】 生体分子を多糖誘導体に結合させることを特徴とする、請
求項6−12のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項14】 前記多糖誘導体の置換基(b)を、コーティングが完成し
た後に除去し、OH基を再建することを特徴とする、請求項6−13のいずれか
1項に記載の方法。 - 【請求項15】 支持体材料上に生体分子を固定化する方法であって、該生
体分子をコーティングにまたはその中に結合させ、該コーティングをLB法、L
BS法またはSA法によって行なって、光化学的に架橋することができそして非
両親媒性の分子を生じ、該シート様支持体材料が、該コーティングの内部または
外部に少なくとも1種類の請求項3−5のいずれか1項に記載の混合セルロース
エーテルを含むことを特徴とする上記方法。 - 【請求項16】 請求項3−5のいずれか1項に記載の混合セルロースエー
テルを製造する方法であって、有機溶媒中のトリアルキルシリルセルロースの溶
液を、この溶媒に不溶性であるかまたは僅かしか可溶性でない反応性アミノアル
カン誘導体と混合し、その反応を行ない、最終生成物を単離することを特徴とす
る上記方法。
Applications Claiming Priority (3)
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