JP2003514051A

JP2003514051A - ポーラスな分子的にインプリントされたポリマーおよびその製造方法

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Publication number: JP2003514051A
Application number: JP2001535454A
Authority: JP
Inventors: セラーグレン、ベルジェ; ビュヒェル、グンター
Original assignee: エムアイピー・テクノロジーズ・エービー
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2003-04-15
Also published as: EP1776949A8; ATE405606T1; EP1268626B1; US20050189291A1; DE60040022D1; SE9903958D0; WO2001032760A1; EP1776949A3; EP1776949A2; US6881804B1; AU1320401A; US7393909B2; EP1268626A1

Abstract

(57)【要約】ポーラスな分子的にインプリントされたポリマーおよびその調製方法を記載している。ポーラスな分子的にインプリントされたポリマーは、ポーラスシリカを準備し、ポーラスシリカの表面に分子鋳型を付着させ、ポーラスシリカのポアをポリマーで充填し、シリカおよび分子鋳型を除去し、それによってポーラスな分子的にインプリントされたポリマーを残すことによって得られることを特徴とする。その方法は上記で規定した工程により特徴づけられる。また、分子鋳型がなく、したがってポーラスポリマーへの分子インプリントがないことを除いて、ポーラスな分子的にインプリントされたポリマーおよびその調製方法に対して規定したのと同じ特徴を持つポーラスなポリマー小胞体とその調製方法も記載している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野分子状のポアまたはキャビティ鋳型としてのメソポーラスシリカゲルおよびコ
ア／シェルシリカゲル粒子の使用による、分子認識性を持つポーラスなネットワ
ークポリマーおよび球状ポリマー小胞体(vesicle)の合成および使用方法。

【０００２】本発明は小さな分子と生物学的な巨大分子の選択的な結合性を持つ、新規なナ
ノ構造化された材料を記述している。

【０００３】技術的背景鋳型の存在下での分子インプリンティングにおいては、高レベルの架橋を持つ
ポリマー（ＭＩＰ）が製造される。鋳型は構造および官能性に関して標的分子に
対応しており［１，２，３，４］、合成の後に除去され、それによって鋳型に従
った形態および官能性を持つキャビティが残る。今までに多数のインプリントさ
れたポリマーが製造され、インプリンティング法は多数の選択的分離の遂行に関
して非常に有望な方法になっている。ＭＩＰは高い選択性および親和性で目立っ
ている。このように、抗体類似の親和性を持つ多数の材料を製造することができ
る。ＭＩＰの利点は、標的分子に対する高い会合定数（１０⁸Ｍ^-1までのＫ_a）［
５，６］および高い安定性である。欠点は、制限されたクロマトグラフィー的な
分離能（液体クロマトグラフィーＬＣでの広く非対称なピーク）、低い負荷容量
（＜３ｍｇ／ｇ）、および低い収率を伴う複雑な製造プロセスである。低い収率
はスケールアップとより高価な鋳型の使用を妨げる。そのうえ、うまくいった生
物学的な巨大分子のインプリンティングについてのわずかな例があるだけである
。

【０００４】（ｉ）分子認識性を持つポリマー（ＭＩＰ）の単分散粒子としての製造ほとんどのＭＩＰは、鋳型の存在下で、官能性の不飽和モノマー（ビニル、ア
クリル、メタクリル）と過剰量の架橋剤としての二または三不飽和モノマー（ビ
ニル、アクリル、メタクリル）のフリーラジカル重合によって製造され、それに
よってポーラスな有機ネットワークが生じる。この方法は、種々の溶媒と種々の
温度を用いて比較的安定なポリマーが製造できるという利点を持ち［７］、この
ことは様々な鋳型分子が持つ種々の溶解性の観点から重要である。

【０００５】ほとんどの非共有結合性インプリンティング系は、エチレングリコールジメタ
クリレート（ＥＤＭＡ）で架橋させたアクリルまたはメタクリルモノマーたとえ
ばメタクリル酸（ＭＡＡ）に基礎を置いている。キラル分離のためのインプリン
トされた固定相（キラル固定相、ＣＳＰ）を製造するために、始めに、アミノ酸
エナンチオマーの誘導体が鋳型として使用された。この系は、一般にＭＡＡとの
水素結合または静電相互作用による鋳型のインプリンティングに使用できる［８
，９］。この方法は、Ｌ−フェニルアラニンアニリド（Ｌ−ＰＡ）の例によって
明確に示される。

【０００６】最初の工程において、鋳型（Ｌ−ＰＡ）、官能性モノマー（ＭＡＡ）および架
橋剤（ＥＤＭＡ）を、水素結合を形成する傾向が低く、平均的な極性が小さい溶
媒に溶解する。その後、アゾ開始剤たとえばアゾ−Ｎ，Ｎ’−ビスイソブチロニ
トリル（ＡＩＢＮ）を用いるか、または室温で光化学的に［１１，１０］もしく
は６０℃もしくはそれ以上で熱化学的に［１１］、フリーラジカル重合を開始す
る。ＭＩＰがモノリス(monolith)として形成され、使用する前に、これを乳鉢と
乳棒またはボールミルによって粉砕しなければならない。ふるい分けの後に、粒
子をそれぞれクロマトグラフィーのための２５〜３８μｍおよびバッチ用途のた
めの１５０〜２００μｍの分画に分類する［１１，１２，１３，１４，１５］。
この鋳型をソックスレー装置によって抽出し、回収する。次に、固定相としての
ポリマーをクロマトグラフィーによって評価し、鋳型の保持時間および容量比（
ｋ’）［１６］を類似の構造体のそれと比較する。

【０００７】粉砕およびふるい分けによってポリマーに手を加えることは、高いコストと微
細な粒子の形態での材料な高い損失に結びつく。そのうえ、これらの材料を大き
なスケールで製造することは困難である。モノリス粒子のふるい分けによって、
表面に局在化した結合サイトだけでなく接触可能性に劣る結合サイトをも有する
ふぞろいな粒子が生じる。流動の妨害および拡散の制限により、このことはクロ
マトグラフィーにおける分離性能を低下させる。

【０００８】したがって、ＭＩＰ材料を大量にかつ均一な形態で製造する必要がある。それ
は、物質移動特性および負荷容量に関して、これらがモノリス法によるふぞろい
な粒子と比較して優れているためである。均一な形態を持つ材料はビーズ重合［
１２，１８］、分散重合［１３］または沈殿重合［１４］によって既に製造され
ている。これらの生成物の形態は、合成条件に関する小さな変化に非常に敏感で
あるうえに、重合にはある種の溶媒のみが使えるだけである。その結果、各々の
目標とする鋳型のために合成法を最適化しなければならず、このことはコストが
かかり明らかにこの合成法の変形を制限している。さらに、球状粒子の製造のた
めの合成条件は、必ずしも鋳型分子に対する高い選択性と親和性をもたらす条件
と両立するわけではない。代替方法は、予備成形された支持材料をコーティング
することであり［１５，１９，２０］、それによってＭＩＰが金属酸化物［１５
，２０］上に製造される。他の方法は、有機ポリマー支持体上［１９］または溶
融シリカキャピラリーの壁面上［２１，２２，２３］へのＭＩＰのコーティング
である。

【０００９】たとえば、分子インプリンティングポリマーコーティングを製造するために、
３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレートにより修飾され、関連して
ヘキサメチルジシラザン（エンドキャップ）で処理されたワイドポアのシリカゲ
ル（シリカ６０、シリカ１００、シリカ５００またはシリカ１０００（メルク）
）を用いる。次に、支持体を、キラル鋳型および開始剤（アゾビス（イソブチロ
ニトリル）、ＡＩＢＮ）の存在下において、モノマー混合物（エチレングリコー
ルジメタクリレート、ＥＧＤＭＡおよびメタクリル酸、ＭＡＡ）の薄層（１０〜
１５６Å）でコートする。重合（モノマーグラフト法）［１５］の後、得られた
シリカゲルを風力ふるい分けによりふるい分けし、その後に沈殿させてクロマト
グラフィーで試験する。他の方法は、リクロスフィアー(LiChrosphere)１０００
の金属錯体形成ポリマー層によるコーティングにある。これは、ポリメタクリレ
ート誘導体化したシリカ粒子を金属配位性の鋳型の存在下において金属錯体形成
ポリマーでコーティングすることにより行われる［２４］。

【００１０】（ii）ノンポーラスシリカ粒子のポア鋳型としての使用およびポリマー小胞体
の製造コロイダルシリカ粒子を鋳型として使用することによるメソポーラスポリマー
の製造はジョンソンらによって記述されている［２５］。１５〜３５ｎｍのシリ
カゲル粒子を沈降させ、加圧および加熱下で安定化させる。次に、こうして製造
したシリカゲル粒子の凝集体中のスペースを、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）と開
始剤（ＡＩＢＮ）との混合物で充填し、６０℃に加熱することにより重合を開始
する。次に、シリカ鋳型をフッ化水素酸またはそれぞれフッ化アンモニウムおよ
びフッ化セシウムを用いて溶解し、それによって小胞状ポリマーのフレームを得
る。ここで、ポアサイズはコロイダルシリカゲルのディメンションによって変化
させることができる。

【００１１】マイクロおよびナノ小胞体（これらは種々の材料の包接を可能にする）は、た
とえば両親媒性のブロックコポリマー［２６，２７］もしくはリン脂質［２８］
の自発的な自己集合によって、乳化重合によって、またはコロイド状の粒子の有
機多層膜によるコーティングによって製造することができる。こうして、コロイ
ド状のメラミン樹脂粒子を高分子電解質分子で段階的にコートし、続いてコアを
溶解することができる［２９］。０．１〜１０μｍのサイズ範囲において密度を
持つ弱く架橋したメラミン樹脂粒子は鋳型として役立ち、ｐＨ値＜１．６で溶解
することができる。この鋳型は交互に帯電した高分子電解質で繰り返しコートす
ることができる。このコーティングは鋳型を溶解した後にも安定であり、それに
よってそのディメンションが鋳型のディメンションによって決定される高分子電
解質小胞体が得られる。壁面の強度は予めコーティングによって決定され、広い
範囲内で自由に決定することができる。このような方法で高分子電解質小胞体を
製造することができ、これは分子量に応じてポリマーに対する選択的な透過性を
示す［３０］。

【００１２】選択的な透過性は、たとえば、体積相(volume phase)とはかなり異なる小胞体
内部においてイオン化状態を作るために用いることができる［３１］。

【００１３】Ｃ_nＨ_2n+1ＮＨ（ＣＨ₂）₂ＮＨ₂のタイプの中性鋳型およびシリカ源としてのテ
トラエトキシシランを使用することにより、小胞状の構造を持つメソポーラスモ
レキュラーシーブを得ることができる［３２］。この小胞体は、１つまたはそれ
以上の約３〜７０ｎｍ厚さの、波状のシリカ層を伴って形成される。シリカ層は
２．４〜４．０μｍのサイズ範囲のメソポアを有する。約２０ｎｍ〜１４００ｎ
ｍのサイズ範囲にあるシリカ小胞体は高い熱安定性および水熱安定性を示す。

【００１４】（iii）サブマイクロメーターおよびマイクロメーターの範囲にあるノンポー
ラスシリカゲル粒子の製造サブマイクロメーターおよび約４μｍまでのマイクロメーターの範囲にあるノ
ンポーラスシリカゲル粒子の合成は、シュテーバーらの研究に基づき［３３］、
アンモニア水中において共溶媒としてのエタノールとともにテトラアルコキシシ
ランを加水分解および縮合することにより、それぞれ１．６μｍまでの単分散球
状シリカゲル粒子および３μｍまでの多分散粒子が形成される。この合成法は、
いくつかの報告において徹底的に研究されている［３４，３５，３６］。−２０
℃でのテトラエトキシシランの加水分解および縮合による２．０μｍまでの単分
散シリカゲル粒子の製造［３７］および酸性条件下での球状シリカゲル粒子の合
成が記述されている［３８］。１０μｍまでのノンポーラスシリカゲル粒子の合
成は二相系のアルコキシシラン／水の中で行われ、この場合、反応中に形成され
たエタノールにより系はゆっくりと１つの単相へと変換される［３９］。

【００１５】（iv）サブマイクロメーターおよびマイクロメーターの範囲にある単分散球状
ポーラスシリカゲル粒子の合成マイクロメーター（＞５μｍ）の範囲にあるポーラスシリカゲル粒子の製造は
乳化重合により行われる［４０］。これらは広い粒径範囲を示し、ふるい分けし
なければならない。ナノメーター（＜１０ｎｍ）の範囲にあるポーラスシリカゲ
ル粒子はチューらによって記述されている［４１］。この合成法は、共溶媒を用
いないシリカの二相ゾル−ゲル法に基づいている。

【００１６】サブマイクロメーターの範囲にある単分散球状ポーラスシリカゲル粒子の製造
に関しては文献では全く知られていない。

【００１７】（ｖ）サブマイクロメーターの範囲にある単分散球状メソポーラスコア／シェ
ルシリカゲル粒子の合成ノンポーラスコアとメソポーラス層を持つ単分散球状シリカゲル粒子の合成に
関しては文献では全く知られていない。

【００１８】本発明分子的にインプリントされたポリマーにおいてサイトの接触可能性が劣るとい
う問題は、原理的には、多数の分子結合サイトが表面に配置されるような方法で
、ポーラス鋳型および分子鋳型を同時に用いることにより解決することができる
。この手法は二重鋳型法と呼ばれる。本発明において我々は、ポーラスシリカゲ
ルの使用により、ポーラスな有機ネットワークポリマー中に非常に接触しやすい
分子的にインプリントされた結合サイトを生じさせることができる二重鋳型法を
開発した。

【００１９】本発明の他の態様によれば、ポーラスシェルとノンポーラスコアを持つコア／
シェル粒子の使用により、調整可能なポロシティを有する中空の小胞体を製造す
ることが可能になる。コア／シェル粒子と二重鋳型法とを組み合わせることによ
り、分子的にインプリントされた小胞体の調製が可能になる。

【００２０】本発明によれば、ポーラスな分子的にインプリントされたポリマーが提供され
る。このポリマーは、ポーラスシリカを準備し、ポーラスシリカの表面に分子鋳型を付着させ、ポーラスシリカのポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマーを
重合させ、シリカおよび分子鋳型を除去し、それによってポーラスな分子的にインプリント
されたポリマーを残すことによって得られることを特徴とする。

【００２１】本発明は、分子的にインプリントされたポリマーの調製方法も提供する。この
方法は、ポーラスシリカを準備し、ポーラスシリカの表面に分子鋳型を付着させ、ポーラスシリカのポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマーを
重合させ、シリカおよび分子鋳型を除去し、それによってポーラスな分子的にインプリント
されたポリマーを残すことを特徴とする。

【００２２】本発明は小胞体も提供する。この小胞体は、ノンポーラスコアおよびポーラスシェルを持つシリカ粒子（コア／シェル粒子）
を準備し、コア／シェル粒子のポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマー
を重合させ、シリカを除去し、それによってポーラスなポリマー小胞体を残すことによって得られることを特徴とする。

【００２３】本発明は小胞体の調製方法も提供する。この方法は、ノンポーラスコアおよびポーラスシェルを持つシリカ粒子（コア／シェル粒子）
を準備し、コア／シェル粒子のポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマー
を重合させ、シリカを除去し、それによってポーラスなポリマー小胞体を残すことを特徴とする。

【００２４】本発明のこれらのおよび更なる特徴および利点は、下記の説明および添付のク
レームから明らかになるであろう。

【００２５】本発明の第１の態様によれば、新規な種類の分子的にインプリントされたポリ
マーが製造される。ここでは、ポーラスシリカの使用によりポリマーの形態を制
御し、かつ表面に結合した鋳型により分子認識を制御する。ポーラスシリカはポ
ーラス鋳型として働き、表面に結合した分子はシリカ表面上で分子に対する結合
サイトを獲得するための鋳型として働く。表面に結合した鋳型はモノマー混合物
によるコーティングによって包囲された後、後者が重合される。２つのモデル系
を図１および図２に模式的に示している。

【００２６】モデル系Ａにおいてはヌクレオチド塩基、オリゴヌクレオチドまたはその誘導
体が、モデル系Ｂにおいてはアミノ酸またはペプチド誘導体が、標準的なカップ
リング薬品により表面に結合している。図１においては、シリカ表面をまずグリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン（ＧＰＳ）でシラン化して対応するエポキ
シで修飾されたシリカ表面（ＳｉＯＧＰＳ）を生じさせる。モデル系Ａにおいて
は、次にこの表面をプリンまたはピリミジン誘導体塩基たとえば９−（２−アミ
ノエチル）アデニンと反応させる。次に、シリカ粒子のポアを適当なモノマー混
合物で充填し、モノマーをたとえばフリーラジカル重合により重合した後、シリ
カ鋳型をフッ化物たとえばフッ化アンモニウムによる処理によって溶解除去する
。図１の例によって得られる結合サイトは９−エチルアデニンに対して相補的で
ある。修飾されたシリカの代わりに、鋳型はコントロールドポアガラス（ＣＰＧ
）からなっていてもよい。これは、固相ＤＮＡ合成により得られる、鋳型として
用いられる合成生成物の直接的な使用を可能にする。こうして、オリゴヌクレオ
チドで修飾されたＣＰＧを、同じオリゴヌクレオチドまたは対応する配列を含む
ＤＮＡもしくはＲＮＡに対して親和性を持つ材料を作るために用いることができ
る。

【００２７】モデル系Ｂにおいては、代わりにＳｉＯＧＰＳ表面をアミノ酸またはペプチド
誘導体と反応させる。ここでは、Ｎ−末端保護のペプチドＦＭＯＣ−Ｐｈｅ−Ｇ
ｌｙを表面のエポキシ基と反応させる。脱保護の後、モノマーによるポア充填、
重合およびシリカ溶解を上記と同様に実施し、次いで得られた材料を対応するペ
プチドまたは対応するＮ−末端エピトープを選択的に結合させるために用いるこ
とができる。

【００２８】このようにモデル系は表面に配置されたヌクレオチド塩基、オリゴヌクレオチ
ド、アミノ酸またはペプチドに対する結合サイトの製造を可能にし、ここではシ
リカゲルの溶解のために、対応する鋳型を認識できるスポンジ状のマクロポーラ
スな材料が形成される。結合サイトはメソポーラスまたはマクロポーラスな材料
の表面に局在化しているので、拡散経路が短いことにより、それらの接触可能性
は特に高い。このような方法で、鋳型に対応するエピトープを含む生物学的な巨
大分子たとえばオリゴヌクレオチド、ポリペプチドまたはたんぱく質を強く結合
することができる。この方法は再び図２に模式的に示されている。

【００２９】この方法は、ポーラスポリマー小胞体を製造するために、他のシリカゲルの形
態に転用することができる。これは、ポーラスコア／シェルシリカゲル粒子のポ
ア内でのモノマー混合物の重合によりなされる。これらのシリカゲル粒子はノン
ポーラスコアとポーラスシェルからなる。ポリマー小胞体の形態およびポロシテ
ィは、さらにコア／シェルシリカゲル合成法の変化によって調整される。このた
めに、コア／シェル合成法はポーラスシリカゲルを製造するための種々の方法と
組み合わされる。アルキルシラン、イオン性または中性のポア形成剤の使用によ
り、および合成のための条件（温度、濃度）の変化により、シェルのポア径およ
び粒径を調整することができる。モノマー充填、重合およびコア／シェルシリカ
鋳型の溶解の後、次にはこれによって調整可能なポア径を持つ小胞体の調製が可
能になる。最終的に、ポーラスポリマー小胞体の合成は、分子インプリンティン
グと組み合わせることができる。

【００３０】説明した方法は、種々のサイズとポロシティのシリカからなる多数の種々のシ
リカ支持材料を用いて、二重鋳型法を達成することを可能にする。ポーラス鋳型
としてポーラスシリカ支持体を、規定されたサイズとポロシティを持つ表面にイ
ンプリントされた粒子を合成するための分子鋳型と組み合わせて使用することは
知られていない。

【００３１】本発明につながる研究は以下のものを含んでいる。

【００３２】（ｉ）新規な形態を持つＭＩＰ（ａ）モノリス法モノリス法によるＭＩＰの製造のためのモデル系を開発した。そのために、ア
ミノ酸エナンチオマーの誘導体たとえばＬ−フェニルアラニンアニリド（Ｌ−Ｐ
Ａ）およびヌクレオチド塩基誘導体（９−エチルアデニン）を鋳型として用いた
。これらは水素結合および静電相互作用を介して官能性モノマー（ＭＡＡ）と相
互作用する。室温での光化学重合のためにＡＩＢＮを開始剤として用いた。ポリ
マーの粉砕およびふるい分けの後および鋳型の抽出の後に、この材料を鋳型に対
する選択性に関してクロマトグラフィーで評価した。これは、二重鋳型原理によ
って得られた材料と比較すべきモデル系として機能する。

【００３３】（ｂ）球状シリカ支持体のポリマーコーティング球状の分子的にインプリントされた粒子の製造するために、ノンポーラスな球
状シリカゲル（粒径：１〜５μｍ）およびポーラスな球状シリカゲル（粒径：１
０μｍ、ポア径：１０００Å）を用いる。これらを、２つの異なる方法によるＭ
ＩＰでコートした。その１つは、ウルフらによるものであり、表面を３−（トリ
メトキシシリル）プロピルメタクリレートにより修飾した後、残りのシラノール
基を反応させる（エンドキャッピング）ことからなる。その後、シリカゲルを、
鋳型（Ｌ−ＰＡ）および開始剤（ＡＩＢＮ）を含むモノマー混合物（ＭＡＡ、Ｅ
ＤＭＡ）でコートし、重合を光化学的に開始させた。

【００３４】シリカゲルをＭＩＰでコートする更なる方法は、グヨットらによって記述され
た方法に基づく手法によって可能である。この場合、まずシリカ表面を３−アミ
ノプロピルトリエトキシシランまたはグリシドキシプロピルシラン（ＧＰＳ）で
シラン化した。次に、それぞれアミノ基およびエポキシ基を開始剤（アゾビス（
シアノペンタン酸）、ＡＣＰＡ）と反応させた。モノマー混合物でコーティング
した後、重合を光化学的に行い、粒子をモノマー混合物中に懸濁させた。

【００３５】（ii）種々のポア形成剤を用いたポーラスな球状シリカゲル粒子の合成（ａ）ポア形成剤としてのアルキルトリアルコキシシラン（オクタデシルトリ
メトキシシラン、Ｃ１８−ＴＭＳ）アンモニア水中において共溶媒としてのエタノールとともに反応性シランとし
てのテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）およびオクタデシルトリメトキシシラン
を共加水分解および共縮合することにより、球状オルガノシリカゲル複合材を作
る。これらの複合材は、５５０℃で仮焼することによりメソポーラスな球状シリ
カゲル粒子へ変えることができる。この材料は７５０ｍ²／ｇまでの比表面ａ_s（
ＢＥＴ）、０．６ｍＬ／ｇまでの比ポア体積（ガーウィッシュ）および合成条件
に応じて２ｎｍから４ｎｍの平均ポア径を示す。反応温度およびそれぞれ水およ
びアンモニアの濃度の変化によって、粒径を９００ｎｍまで調節できる［４２，
４３，４４，４５］。

【００３６】（ｂ）ポア形成剤としての中性鋳型（アルキルアミン）メソポーラスな金属酸化物の合成のためにｎ−アルキルアミンを使用すること
は、最初にＴ．Ｊ．ピナヴァイアによって試みられた［４６］。これらの生成物
はふぞろいな形態を示していた。共溶媒としてアルコールを使用し触媒としてア
ンモニアを使用することによって均一な反応系に変えることにより、および鋳型
およびシリカ前駆体の濃度を変化させることにより、メソポーラスで球状のＳＭ
Ｓ材料（球状メソポーラスアミン鋳型シリカ）を得ることができる［４７］。こ
れらの粒子は２μｍまでの径を有し、８００ｍ²／ｇまでの比表面ａ_s（ＢＥＴ）
、０．８ｍＬ／ｇまでの比ポア体積（ガーウィッシュ）および３．０の平均ポア
径（ウィーラー）を示す。

【００３７】（ｃ）鋳型としてのイオン性界面活性剤（ｎ−アルキルトリメチルアンモニウ
ムブロマイド）Ｍ４１Ｓクラスのメソポーラス金属酸化物の合成およびそれらの石油化学用途
のためのクラッキング触媒としての使用は、１９９２年およびそれ以前からのモ
ービルオイル社の科学者による研究にさかのぼる。これは、六方配列した円柱状
ポア系を持つ高度にポーラスなＭＣＭ−４１によって例示される。単相系でのこ
れらの材料の合成により、すなわちシリカ源としてのテトラエトキシシラン、共
溶媒としてのアルコールおよび触媒としてのアンモニア水溶液の使用により、Ｍ
ＣＭ−４１類似の構造を持つ球状粒子の製造が可能になった［４８，４９，５０
］。これらの材料は、各々アルキル鎖の長さおよび鋳型の濃度に応じて、１３０
０ｍ²／ｇまでの比表面ａ_s（ＢＥＴ）、０．８ｍＬ／ｇまでの比ポア体積（ガー
ウィッシュ）および約２．０ｎｍの平均ポア径（ウィーラー）を有する。

【００３８】（ｄ）ポア形成剤としてのポリマー（ポリエチレンオキシド）５０ｎｍまでのポア径を持つ球状シリカ粒子の合成のために、水、アルコール
およびアンモニアの混合物に溶解したポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を用いる
。ＴＥＯＳを加えることによって、約２００ｎｍの大きな球状シリカゲル複合材
が製造され、ろ過後これを乾燥して仮焼することによって、５５０ｍ²／ｇまで
の比表面ａ_s（ＢＥＴ）および０．９ｍＬ／ｇまでの比ポア体積が得られる。

【００３９】（iii）メソポーラスコア／シェルシリカゲル粒子の合成メソポーラスコア／シェルシリカゲル粒子の合成は３つの公知の方法の組み合
わせによる。第１に、ノンポーラスシリカゲルコアをよく知られたシュテーバー
法により製造する［３３〜３６］。反応温度、水およびアンモニアの濃度の変化
によって、およびアルコキシシランおよびアルコールの種類および濃度の変化に
よって、サイズを１００ｎｍから３．０μｍの間で調整できる。次のポーラス層
の合成は、２つのよく知られた合成法の組み合わせに基づく。一方は、テトラエ
トキシシランおよびＣ１８−ＴＭＳの共加水分解および共縮合によるポーラスシ
リカゲル粒子の合成であり［４２〜４５］、他方の後成長の方法は当初はノンポ
ーラスシリカゲルの拡大のために開発された［５２］。このような方法で、水、
エタノールおよびアンモニア中の球状ノンポーラスシリカゲル粒子の懸濁液にテ
トラエトキシシランを滴下して加えることにより、粒径を当初の５００ｎｍから
３μｍへ増大させることができた。コア／シェルシリカゲル粒子の合成のために
、いかなる追加の処理もなしに、ＴＥＯＳ／Ｃ１８−ＴＭＳの混合物をノンポー
ラスのシュテーバー粒子の反応懸濁液中に直接に滴下する。ポロシティは引き続
く５５０℃での仮焼により得られる［４５，５３，５４］。

【００４０】添加するポア形成剤の量を変えることにより、３５０ｍ²／ｇまでの比表面ａ_s （ＢＥＴ）、０．４ｍＬ／ｇまでの比ポア体積Ｖ_p（ガーウィッシュ）および３
．８ｎｍの平均ポア径ｐ_d（ＢＪＨ、ｄｅｓ．）を持つメソポーラスコア／シェ
ルシリカゲル粒子を製造することができる。

【００４１】発明の具体的な実施形態（ｉ）ポーラスシリカ支持体を用いた二重鋳型原理の達成ノンポーラスまたはマクロポーラスのシリカゲルにポリマーをコートするため
に用いた手法を、ポーラスシリカ支持体のポア充填に拡張する。それによって、
ポーラスシリカゲルが形態的な鋳型として、表面に結合した鋳型分子が分子鋳型
として役立つ。

【００４２】ポーラスシリカを球状シリカゲルとして用いる。ポーラス球状シリカゲルを調
製する種々の手法により、種々のサイズおよび構造のポア系が得られる。次に、
図１に示したように、分子鋳型をシリカ表面に結合する。２つのモデル系を利用
することができ、第１の系ではペプチドを、第２の系ではヌクレオチドを表面に
固定する。次に、マロウクの方法に従い、ポーラスな、鋳型で修飾されたシリカ
ゲルのポア系を真空引きしてモノマー混合物で充填した後、重合する［２５］。

【００４３】その後、シリカゲルをフッ化水素酸またはフッ化カルシウムもしくはフッ化ア
ンモニウムを用いて溶解し、それによって表面に局在化した結合サイトを持つポ
ーラス球状ポリマーが得られる。

【００４４】モノマー混合物の重合はメソポーラスの鋳型修飾シリカゲルのポア内で起こる
（図１および図２）。これによって、多数の種々のポーラスシリカゲル材料が支
持体材料として役立つ。たとえば円柱状のポア系を持つ球状シリカゲル（Ｍ４１
Ｓクラス）をシリカゲルとして用いることができ、これらはナノ粒子凝集体（そ
れぞれＳＭＳ−クラスおよびポア形成剤としてのｎ−アルキルトリアルコキシシ
ラン）またはポア形成剤としてのポリマーを有するシリカゲルからなる。このよ
うにして、サイズおよび構造に関して種々のポア系が得られる。次に、シリカ表
面をたとえばグリシドキシプロピルシラン（ＧＰＳ）でシラン化し、つづいて鋳
型（９−（２−アミノエチル）アデニン、モデル系Ｉ）のアミノ基または鋳型（
ＦＭＯＣ−Ｌ−Ｐｈｅ−Ｌ−Ｇｌｙ、モデル系II）のカルボキシル基と反応させ
る。

【００４５】シリカを修飾する代わりに、鋳型をコントロールドポアガラス（ＣＰＧ）で形
成してもよく、これは鋳型として用いられる固相ＤＮＡ合成により得られる合成
生成物の直接的な使用を可能にする。こうして、オリゴヌクレオチドで修飾され
たＣＰＧを、同じオリゴヌクレオチドまたは対応する配列を含むＤＮＡもしくは
ＲＮＡに対して親和性を持つ材料を作るために用いることができる。

【００４６】溶媒を除去し、シリカまたはＣＰＧポア系を真空引きした後、これをモノマー
混合物（ＭＡＡ、ＥＤＭＡ）で充填し、ＡＩＢＮを用いて重合を光化学的に開始
する。次に、シリカゲルをフッ化水素酸またはフッ化カルシウムもしくはフッ化
アンモニウムで溶解除去し、それによって標的分子に対して親和性を持つポーラ
スな球状スポンジ状ポリマーを得る。

【００４７】（ii）メソポーラスコア／シェルシリカゲル粒子を用いたマイクロおよびナノ
小胞体の製造ポーラスシリカゲルのポア充填のための（ｉ）で説明した方法を、ポーラスコ
ア／シェルシリカゲルすなわちノンポーラスコアとポーラスシェルをもつシリカ
ゲルのポアを充填するために用いることができる。モノマー混合物の重合および
フッ化水素酸または弗化物によるシリカコアの溶解の後に、ポーラスなポリマー
小胞体が残る。

【００４８】メソポーラスコア／シェルシリカゲル粒子のサイズおよびポロシティは、さら
にクロマトグラフィー材料のための要求に対して調整することができ、それに従
って２μｍを超える粒径が目標になる。このことは、コア／シェルシリカゲル粒
子の合成条件の調整によってなされる。ポーラス球状シリカゲル粒子の合成に関
する種々の方法により、種々のサイズ、ポア径およびポア対称性の支持体材料が
得られる。ポーラス層の厚みによって、こうして得られたポリマー小胞体の比表
面積および安定性も増す。工程（ｉ）で説明したポーラスシリカゲルのコーティ
ング方法は、ポーラスコア／シェル材料のコーティングに転用することができる
。こうして、鋳型（Ｌ−Ｐｈｅ−Ｌ−Ｇｌｙまたはヌクレオチド塩基）をＧＰＳ
−シラン化されたシリカ表面と直接に反応させることができる（図１）。その後
、ポア系をモノマー混合物（ＭＡＡ、ＥＤＭＡ）で充填し、開始剤としてＡＩＢ
Ｎを用いて重合を行う。シリカコアをたとえばフッ化水素酸またはフッ化アンモ
ニウムによって溶解除去することにより、ポーラスなポリマー小胞体が形成され
、そのサイズおよびポロシティは対応するコア／シェル粒子のポーラス特性によ
って決定される。ポリマー厚さを増すことによりすなわちコア／シェル粒子のポ
ーラス層のサイズの結果として機械的安定性を増すことができ、コア／シェル粒
子のポア径によりポア径を調整することができる。ＴＥＯＳ／Ｃ１８−ＴＭＳ混
合物を滴下して加えることにより、および後成長プロセス中のシリカゲル懸濁液
の希釈により、添加されたシリカ混合物の大部分で凝集を防止できる［５５］。
ポーラスコア／シェルシリカゲル粒子は、得られるマイクロ小胞体についての要
求に応じて、そのサイズおよびポロシティに関して適合させることができる。そ
の結果、目的は２μｍ以上の径を持つ球状粒子を得ることにあり、さもなければ
ＨＰＬＣのようにクロマトグラフィーカラム中の圧力が高くなりすぎるであろう
。これは、ノンポーラスシリカコアの拡大によって得ることができる。反応温度
、溶媒、アンモニア濃度およびアルコキシシラン源の変化によって、コア粒径を
増すことができる。このような方法で、ノンポーラスシリカコアを３．０μｍま
で大きくすることができる。このことに対する言及は文献中に見られる。さらに
１０μｍまでの球状シリカゲル粒子が二相系での合成により得られる［４１］。

【００４９】既知のメソポーラスシリカゲル粒子の製造方法との組み合わせにより、ポロシ
ティをメソポーラスの全領域すなわち２〜５０ｎｍの範囲内で変えることができ
る。この目的のためには、イオン性鋳型（ｎ−アルキルトリメチルアンモニウム
ブロマイド）および非イオン性鋳型（ｎ−アルキルアミン）とポリマー（ポリエ
チレンオキシド）が適している。これらのプロセスは全て、触媒としてアンモニ
アを含むエタノール溶液中でのポア形成剤の存在下でのテトラアルコキシシラン
の加水分解および縮合に基づく。次に、これは既知のポーラスコア／シェルシリ
カゲル粒子の合成方法と組み合わせることができる。

【００５０】ポーラスコア／シェルシリカゲル粒子を使用すると、比表面およびポア径の弾
力的な調整という利点がもたらされる。このような方法で、ポリマー小胞体のサ
イズならびに小胞体壁面のポロシティおよび厚さを注意深く調整できる。

【００５１】（iii）分子認識性を持つマイクロおよびナノ小胞体の製造この方法は、分子認識性を持つ小胞体に拡張することができる。この目的のた
めには、粒子表面に結合されるか、またはモノマーとの混合物として添加された
鋳型（図１）を必要とする。引き続く重合の後および鋳型の抽出の後に、コアを
溶解し、それによって鋳型に対する顕著な親和性を示すポーラスなポリマー小胞
体が形成される。

【００５２】このために、鋳型９−（２−アミノエチル）アデニン（モデル系Ｉ）またはＦ
ＭＯＣ−Ｌ−Ｐｈｅ−Ｌ−Ｇｌｙ（モデル系II）を用いることができる。これら
は、ＧＰＳを結合させたシリカ表面のエポキシ基と反応する。生成物を処理した
後、ポアをモノマー混合物および開始剤（ＡＩＢＮ）で充填して重合させる。引
き続く重合の後に、鋳型およびシリカコアを溶解して、標的分子に対して高い親
和性を示す球状のポーラスなポリマー小胞体を残す。

【００５３】（iv）球状の分子的にインプリントされた粒子およびポーラスコア／シェルシ
リカゲル粒子の使用方法球状ＭＩＰおよび球状ポリマー小胞体は、選択性および負荷容量に関して、モ
ノリス法により製造された参照材料とクロマトグラフィーで比較することができ
る。この目的のために、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）または高速液体クロマ
トグラフィー（ＨＰＬＣ）が、材料の安定性に応じて用いられる。さらに、ポー
ラスなポリマー小胞体は、薬物の貯蔵、保護または標的指向放出（徐放系）に用
いることができる。

【００５４】クロマトグラフィーでの使用のほかにも、ポーラスコア／シェルシリカゲル粒
子は、金属をエントラップした後に、触媒用途の可能性のある支持体材料となり
得る。

【００５５】得られたポーラスな球状ポリマーおよびポーラスなポリマー小胞体を、選択性
に関してクロマトグラフィー（ＬＣまたはＨＰＬＣ）で試験し、モノリス法によ
る材料と比較する。

【００５６】ポーラスなポリマー小胞体に関しては、クロマトグラフィーのほかにも、広い
範囲の用途がある。小胞体は、シリカ表面への数種のポリマーによる制御された
コーティングにより調製することができる。このような小胞体は、たとえば内壁
上に特にアミノ基を、逆に外壁上にカルボキシルまたはスルホネート基を含むこ
とができる。さらに、カプセルの内側に両親媒性基および外壁上に親水基を持つ
小胞体を製造することもできる。小胞体の内部の水性溶媒を油と継続的に交換す
ることにより、安定な水／油エマルションを製造することができる。

【００５７】さらに、ポーラスなポリマー小胞体は、薬物の貯蔵および標的指向放出（徐放
系）に用いることができる。小胞体膜は、そのポロシティおよびその化学構造に
より、計画した用途に応じて調整可能な選択透過性を示す。小胞体壁面の選択透
過性は、たとえばカプセルの内部でのドナン・パーティショニングの設定を介し
て用いられ、体積相とは異なるイオン性条件をもたらす。こうして、たとえば小
胞体の内部と体積相とで異なるｐＨ値のために、小胞体内部で選択的な化学反応
を行うことができる。

【００５８】ポーラスコア／シェルシリカゲル粒子は高い比表面を有し、それは球状シリカ
ゲルの表面上の薄いシェル内部に集中している。シラン化によって、逆相シリカ
ゲル材料を製造することができ、これはシリカゲル粒子内部の速い物質移動のた
めに既存のクロマトグラフィーの固定相と比較して明確な改良を示す。

【００５９】クロマトグラフィーでの使用のほかに、ポーラスコア／シェルシリカゲル粒子
は、金属（Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔなど）でドーピングした後に、触媒用途のための可
能性のある支持体材料として機能する。さらに、コア／シェルシリカゲル粒子は
、普通のメソポーラスシリカゲル［４８］よりも、高い熱的および水熱的安定性
を示し、このことは触媒用途にとって重要である。

【参照文献】

【図面の簡単な説明】

【図１】シリカゲルの表面上に鋳型を結合させるためのモデル系および対応する鋳型の
認識試験のための基質を模式的に示す図。

【図２】分子インプリンティングにおけるポア鋳型としてのポーラスシリカゲル粒子の
使用方法を模式的に示す図。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年３月２２日（２００１．３．２２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ビュヒェル、グンタードイツ連邦共和国、21071 ハンブルク、アルバイツベライヒ・テヒニーシェ・ケラーミック、テヒニーシェ・ウニベルジテート・ハンブルク・ハルブルク（番地なし) Ｆターム(参考） 4G066 AA22D AA32D AC17B AC22B EA01 FA07 FA11 4J031 CA01 CA24 CA32 CA34 CC10 4J100 GD00 JA15 JA50

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポーラスシリカを準備し、ポーラスシリカの表面に分子鋳型を付着させ、ポーラスシリカのポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマーを
重合させ、シリカおよび分子鋳型を除去し、それによってポーラスな分子的にインプリント
されたポリマーを残すことによって得られることを特徴とするポーラスな分子的にインプリントされた
ポリマー。
【請求項２】ポリマーがポーラスな粒子を含有することを特徴とする請求
項１に記載のポーラスな分子的にインプリントされたポリマー。
【請求項３】粒子が球状粒子であることを特徴とする請求項２に記載のポ
ーラスな分子的にインプリントされたポリマー。
【請求項４】ポリマーが小胞体粒子を含有することを特徴とする請求項２
または３に記載のポーラスな分子的にインプリントされたポリマー。
【請求項５】粒子が少なくとも２μｍの平均粒径を有することを特徴とす
る請求項２ないし４のいずれか１項に記載のポーラスな分子的にインプリントさ
れたポリマー。
【請求項６】粒子が２〜１０μｍの平均粒径を有することを特徴とする請
求項５に記載のポーラスな分子的にインプリントされたポリマー。
【請求項７】ポーラスシリカを準備し、ポーラスシリカの表面に分子鋳型を付着させ、ポーラスシリカのポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマーを
重合させ、シリカおよび分子鋳型を除去し、それによってポーラスな分子的にインプリント
されたポリマーを残すことを特徴とする分子的にインプリントされたポリマーの製造方法。
【請求項８】ポーラスシリカが粒子を含有することを特徴とする請求項７
に記載の方法。
【請求項９】粒子が球状粒子であることを特徴とする請求項８に記載の方
法。
【請求項１０】粒子がポーラスシリカによって包囲されたシリカのノンポ
ーラスコアを有するコア／シェルタイプのものであることを特徴とする請求項８
または９に記載の方法。
【請求項１１】ポーラスシリカがメソポーラスすなわち２〜５０ｎｍのポ
アサイズを有することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の
方法。
【請求項１２】ポーラスシリカ粒子が少なくとも２μｍの粒径を有するこ
とを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】分子鋳型がポーラスシリカの表面に共有結合で付着してい
ることを特徴とする請求項７ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】少なくとも１種のモノマーを機構に導入し重合してポリマ
ーにすることにより、ポーラスシリカのポアをポリマーで充填することを特徴と
する請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】ポーラスシリカおよび分子鋳型を溶媒で溶解することによ
って除去することを特徴とする請求項７ないし１４のいずれか１項に記載の方法
。
【請求項１６】溶媒がフッ化水素酸、フッ化カルシウムおよびフッ化アン
モニウムから選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】ノンポーラスコアおよびポーラスシェルを持つシリカ粒子（コア／シェル粒子）
を準備し、コア／シェル粒子のポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマー
を重合させ、シリカを除去し、それによってポーラスなポリマー小胞体を残すことによって得られることを特徴とするポーラスなポリマー小胞体。
【請求項１８】ノンポーラスコアおよびポーラスシェルを持つシリカ粒子（コア／シェル粒子）
を準備し、コア／シェル粒子のポアを１種または複数種のモノマーで充填した後、モノマー
を重合させ、シリカを除去し、それによってポーラスなポリマー小胞体を残すことを特徴とするポーラスなポリマー小胞体の製造方法。