JP2006028060A - Ｄｎａ担持体、この製造方法及びこれを用いた捕集システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＮＡを基材に強固に担持させ、ＤＮＡの水への溶出を抑制し、且つ、ＤＮＡの選択的、特異的に物質を捕集する機能を十分に発揮することができるＤＮＡ担持体や、その製造方法を提供し、これを用いて空気中や水中に含有されるＤＮＡが選択的、特異的に捕集可能な物質をＤＮＡの捕集機能を十分に発揮して捕集し、特定物質の高精度の検出や、特定物質を効率よく除去可能な環境浄化に使用できるＤＮＡを用いた捕集システムを提供すること。
【解決手段】 塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンと、微粒子とを含む多孔質マトリックスにＤＮＡが担持されたものであり、前記塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンが、アミノ基を有する特定のシラン化合物の１種または２種以上の加水分解縮合物を含むことが好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ＤＮＡ担持体に関し、特にＤＮＡを多孔質マトリックスに強力に担持させ、水との接触によってもＤＮＡの水中への溶出が抑制され、且つＤＮＡの選択的な認識機能や二重らせんへの特定物質の取込み機能が保持されるＤＮＡ担持体や、ＤＮＡ担持体の製造方法や、ＤＮＡを用いた捕集システムに関する。

ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）は生体内で遺伝情報を担う役割を果しており、生命現象にとって最も重要な物質の一つである。ＤＮＡでは、１本鎖のＤＮＡが相補的な１本鎖ＤＮＡに対して塩基対が多数形成されるために、きわめて精巧な分子認識能を持つ。ＤＮＡの二重らせんが平面的な化学構造をもつ芳香族系化合物を選択的、特異的にインターカレーションする（取り込む）ため、ＤＮＡは水中や空気中に存在する発ガン性化合物の検出材料や、有害物質を除去する環境浄化材料として有望視されている（例えば、非特許文献１参照）。このようなＤＮＡを検出材料や環境浄化材料に適用するためには、水溶性のＤＮＡを基材に固定化させる必要があり、ＤＮＡを基材に固定する技術の開発が進められている。例えば、支持体の表面をモルホリンやモルホリン誘導体や、その塩などを含有する緩衝液中で、ＤＮＡを担体と接触させる工程を有する方法（例えば、特許文献１参照）、γ-アミノプロピルトリエトキシシランを修飾したポリマーよりＤＮＡを固定化する方法（例えば、非特許文献２参照）、基板を原子状酸素プラズマで処理する核酸固定化方法（例えば、特許文献２参照）、デオキシリボ核酸のアルカリ金属塩とアルギン酸のアルカリ金属塩を２価の金属含有化合物で凝固させることによりデオキシリボ核酸を固定化する方法（例えば、特許文献３参照）、支持体上の水溶性ＤＮＡの水溶液もしくはその液膜、又は支持体上の水溶性ＤＮＡの薄層に、波長が２５０〜２７０ｎｍの範囲の紫外線を照射することによってＤＮＡを硬化させ、支持体にＤＮＡを固定化させる方法（例えば、特許文献４参照）や、ＤＮＡの固定化担体がカルシウム含有物質や、シリカゲルなどの無機質固体であるＤＮＡ固体化複合体（例えば、特許文献５参照）などが報告されている。

これらの方法より、ＤＮＡを基材に担持し、またはＤＮＡ間の架橋をもたらし、ＤＮＡの水への不溶出化を行っている。しかし、これらの方法においてＤＮＡの露出面積が小さく、ＤＮＡの機能が完全に引き出されていないという問題が残されている。
機能材料、Ｖｏｌ．１９、１９９９年 Chem. Rev.、 Vol. 96、１５３３-１５５４、１９９６年 Anal. Chim. Acta、Vol. 365、19-25、１９９８年 ＷＯ００／３４４５６公報 特開２００２−２１８９７６号公報 特開平７−４１４９４号公報 特開２００１−８１０９８号公報 特開平１０−１７５９９４号公報

本発明の課題は、ＤＮＡを基材に強固に担持させ、ＤＮＡの水への溶出を抑制し、且つ、ＤＮＡの選択的、特異的に物質を捕集する機能を十分に発揮することができるＤＮＡ担持体や、その製造方法を提供することにある。さらに、これを用いて空気中や水中に含有されるＤＮＡが選択的、特異的に捕集可能な物質をＤＮＡの捕集機能を十分に発揮して捕集することにより、特定物質の高精度の検出や、特定物質を効率よく除去可能な環境浄化に使用することができるＤＮＡを用いた捕集システムを提供することにある。

本発明者らは、既に、酸化物コロイドとＤＮＡとを含む分散液から分散媒を除去することにより、ＤＮＡを多孔質酸化物のマトリックスに担持させたＤＮＡハイブリッドを開発している。本発明者は、更なる鋭意研究の結果、塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンと、微粒子とを含む多孔質マトリックスにＤＮＡを担持させることで、ＤＮＡが水中に溶出することを高度に抑制することができるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、次に記載する各態様が含まれる。
塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンと、微粒子とを含む多孔質マトリックスにＤＮＡが担持されたものであることを特徴とするＤＮＡ担持体。

本発明のＤＮＡ担持体においては、ＤＮＡを基材に強固に担持させ、ＤＮＡの水への溶出を抑制し、且つ、ＤＮＡが有する選択的、特異的に物質を捕集する機能を十分に発揮させることができる。また、本発明のＤＮＡ担持体の製造方法は、このようなＤＮＡ担持体を簡便に製造することができる。さらに、本発明のＤＮＡを用いた捕集システムは、ＤＮＡが選択的、特異的に捕集可能な空気中や水中に含有される物質を、ＤＮＡの捕集機能を十分に発揮させることによりＤＮＡに捕集させ、かかる特定物質の高精度の検出や、特定物質を効率よく除去して環境浄化などに適用することができる。

本発明のＤＮＡ担持体は、塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンと、微粒子とを含む多孔質マトリックスにＤＮＡが担持されたものであれば、特に制限されるものではない。

本発明のＤＮＡ担持体における多孔質マトリックスに含まれる塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンは、マトリックスを形成する機能と、ＤＮＡを担持する機能を併有する。かかるＤＮＡを担持する機能は、ポリオルガノシロキサンにおける塩基性官能基に由来するものであり、塩基性官能基がＤＮＡのリン酸基と酸・塩基構造を形成することにより、ＤＮＡをその２重らせん構造を保ったまま、多孔質マトリックスに強固に担持することができる。塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンとしては、ＤＮＡ担持体を製造する際に、多孔質マトリックスに含まれる後述する微粒子や、ＤＮＡとの均一な分散・溶解液を調製することが容易なものが好ましく、塩基性官能基を有するシラン化合物を加水分解させることより得る水溶性の加水分解縮合物が好ましい。

かかる塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンを形成することができる塩基性官能基を有するシラン化合物としては、ポリオルガノシロキサンにおけるＤＮＡの担持機能を有する塩基性官能基と加水分解する官能基を持つシラン化合物であって、また、アルキル基置換基を有するシラン化合物であってもよい。加水分解する官能基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基などを挙げることができ、好ましくはアルコキシ基である。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基などの炭素数１〜８のアルコキシ基を挙げることができる。置換基としてのアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基などの炭素数１〜８のアルキル基を挙げることができる。また、シラン化合物の塩基性官能基は、上記ポリオルガノシロキサンにおける塩基性官能基と同じものであり、かかる塩基性官能基としては、アミノ基が好ましく、１級アミノ基であってもよいが、特に、２級アミノ基、３級アミノ基及び４級アミノ基が好ましい。具体的には、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基などの炭素数１〜８のアルキルアミノ基や、Ｎ含有ヘテロ環基などを挙げることができる。このようなシラン化合物としては、式（１）

（式中、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基または−ＮＨ−を有する２価基を示し、Ｒ²が炭素数１〜８の２価の炭化水素基を示すとき、Ｒ¹は炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ²が−ＮＨ−を有する２価基を示すとき、Ｒ¹はＨまたは炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ³、Ｒ⁴は独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）、式（２）

（式中、Ｒ¹、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）、式（３）

（式中、Ｒ¹、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵、Ｒ⁶は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示し、Ｘ^-はアニオンを示す。）、式（４）

（式中、Ｒ³、Ｒ⁴は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ⁷、Ｒ⁸は、独立して２価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）、式（５）

（式中、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁹は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ⁷、Ｒ⁸は、独立して２価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）で表される化合物のいずれか１種または２種以上を好ましい具体例として挙げることができる。これらの式（１）〜（５）中、Ｒ¹、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁹が示す炭素数１〜８の１価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｓ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ-ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基などの炭素数１〜８の鎖状、分枝状、または環状アルキル基や、フェニル基などの芳香族炭化水素基を挙げることができる。式（１）〜（５）中、Ｒ²が示す炭素数１〜８の２価の炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基などの炭素数１〜８の鎖状、分枝状、または環状の２価のアルキレン基や、ｏ−フェニレン基、ｍ−フェニレン基、ｐ−フェニレン基などの炭素数１〜８の２価の芳香族炭化水素基を挙げることができ、−ＮＨ−を有する２価基としては、具体的に、−ＮＨ−や、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基などの２価の炭化水素基の１つまたは２つが窒素原子に結合して形成される基などを挙げることができ、具体的に、−Ｃ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆−、−Ｃ₃Ｈ₆ＮＨＣ₂Ｈ₄−、−ＣＨ₂ＮＨＣ₃Ｈ₆−、−Ｃ₂Ｈ₄ＮＨＣＨ₂−、−Ｃ₂Ｈ₄ＮＨＣ₂Ｈ₄−、−Ｃ₃Ｈ₆ＮＨＣ₃Ｈ₆−などを例示することができる。式（４）、（５）中、Ｒ⁷、Ｒ⁸が示す２価の炭化水素基としては、炭素数が限定されるものではなく、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基などの鎖状、分枝状、または環状の２価のアルキレン基や、ｏ−フェニレン基、ｍ−フェニレン基、ｐ−フェニレン基などの２価の芳香族炭化水素基を挙げることができ、具体的に、メチレン基、エチレン基などを例示することができる。式（３）中、Ｘ^-が示すアニオンとしては、４級アミノ基を有するシロキサンカチオンと対イオンを形成できるものであれば、いずれのものであってもよく、例えば、ハロゲンイオンなどを挙げることができる。

上記式（１）〜（３）で表される化合物として、具体的には、表１に示す（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（Ｃ₂Ｈ₅）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（Ｃ₂Ｈ₅）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、Ｃｌ^-（ＣＨ₃）₃Ｎ⁺Ｃ₃Ｈ₆Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、Ｃｌ^-（Ｃ₄Ｈ₉）₃Ｎ⁺Ｃ₃Ｈ₆Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃などを挙げることができる。

また、上記式（４）、（５）で表される化合物として、式中、Ｒ²、Ｒ⁷、Ｒ⁸が、例えば、それぞれメチレン基、エチレン基、トリメチレン基などの２価の炭化水素基を示し、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁹が、それぞれメチル基、エチル基、プロピル基などの１価の炭化水素基を示すものなどを具体的に挙げることができ、式（６）で表される化合物を、好ましいものとして挙げることができる。

本発明に適用される塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンは、塩基性官能基を有するシロキサン化合物、好ましくは上記式（１）〜（５）で表される塩基性官能基を有するシラン化合物のいずれか１種または２種以上を加水分解させ、塩基性官能基を有する水溶性加水分解縮合物として得ることができるが、必要に応じてアルキルシロキサン成分や、フェニルシロキサン成分などを含有するものであってもよい。かかる成分を有する塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンとして、例えば、上記塩基性官能基を有するシラン化合物に、アルキルアルコキシシラン化合物や、フェニルアルコキシシラン化合物などを加えて加水分解縮重合させることにより共重合体として得られるものであってもよい。アルキルアルコキシシランとしてＣＨ₃Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、ＣＨ₃Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃、(ＣＨ₃) ₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₂、(ＣＨ₃) ₂Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂等を挙げることができる。フェニルアルコキシシランとてしは、Ｃ₆Ｈ₅Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、Ｃ₆Ｈ₅Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃等を挙げることができる。

塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンを形成する塩基性官能基を有するシラン化合物の加水分解方法としては、塩基性官能基を有するシラン化合物を直接に水に添加して加水分解してもよいが、アルコール、ケトンなどに溶かした後、水に添加しても、またアルコール、ケトンなどの有機分散媒と水との混合分散媒に添加し加水分解させてもよい。また、必要に応じて、有機分散媒を含むものにおいては水への溶媒置換を行い、塩基性官能基を有するシロキサンの水系分散液を得てもよい。

本発明のＤＮＡ担持体における多孔質マトリックスに含まれる微粒子は、ＤＮＡを担持するマトリックスに多数の細孔を形成し、マトリックスを多孔質化する成分である。マトリックスに形成された細孔は、ＤＮＡを担持する機能と、ＤＮＡに捕捉される物質とＤＮＡとの接触を促進させる機能を有する。このような細孔を形成する微粒子としては、その粒径が５〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは、１０〜５０ｎｍである。微粒子の粒径が５ｎｍ以上であると、細孔のサイズが大きく保たれ、ＤＮＡが捕捉しようとする物質とＤＮＡとの接触が十分になされ、微粒子の粒径が１０ｎｍ以上であると、かかる効果がより顕著に得られる。一方、粒径が１００ｎｍ以下であると、細孔の数を多く確保できると共に、ＤＮＡの水溶液への溶出を抑制し多孔質マトリックスにＤＮＡが強固に担持され、微粒子の粒径が５０ｎｍ以下であると、かかる効果がより顕著に得られる。なお、ここでいう微粒子の粒径の値はレーザー回折法や動的散乱法などで測定した値である。

このような細孔を形成しうる大きさを有する微粒子は、水に不溶である材質であることが好ましく、微粒子の材質として、例えば、プラスチック、金属ハロゲン化合物、酸化物などを挙げることができるが、上記塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンとの結合性および入手のしやすさの観点から、特に好ましい材質として、酸化物を挙げることができる。かかる微粒子の材質としての酸化物としては、具体的に、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ガリウム、酸化ランタン、酸化チタニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化すず、酸化ハフニウム等を挙げることができ、これらは単独でまたは２種以上の組み合わせであってもよい。また、これらの酸化物の微粒子は、水系分散・溶解液中でコロイド状となるものが、塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンの分散・溶解液中で容易に均一に混合され、多孔質のマトリックスの形成を容易とするため好ましい。コロイド状の酸化物としては、具体的には、上記例示の酸化物のコロイドを挙げることができる。これらのうち、塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンとの結合性がよく、また、経済性の点から、特に、コロイド状二酸化ケイ素が好ましい。このようなコロイド状二酸化ケイ素としては市販のものを適用することができ、例えば、スノーテックス２０、スノーテックス３０、スノーテックスＮ、スノーテックスＯ、スノーテックスＣ（商品名：日産化学工業株式会社製）などの水系ゾルや、ＩＰＡ−ＳＴ、ＥＧ−ＳＴ、ＭＥＫ−ＳＴ（商品名：日産化学工業株式会社製）などの溶剤系ゾルや、ＯＳＣＡＬ−１１３２、ＯＳＣＡＬ−１４３２、ＯＳＣＡＬ−１２３２（商品名：触媒化成工業株式会社製）などの溶剤系ゾル等を用いることができる。また、コロイド状酸化アルミニウムとしては、アルミナゾル１００、アルミナゾル５２０（商品名：日産化学工業株式会社製）などを使用することができる。

本発明のＤＮＡ担持体において、多孔質マトリックスに含まれる塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンと微粒子の含有量の割合は、重量比で塩基性官能基を含有するポリオルガノシロキサン／微粒子が、０.１／９９．９〜２５／７５であることが好ましく、より好ましく０.５／９９.５〜１０／９０である。塩基性官能基を含有するポリオルガノシロキサン／微粒子の重量比が０．１／９９.９以上であると、ＤＮＡのリン酸基との結合によりＤＮＡの担持が適性になされ、０.５／９９.５以上であると、この効果がより顕著となる。一方、塩基性官能基を含有するポリオルガノシロキサン／微粒子の重量比が２５／７５以下であると、細孔が微粒子間に効率的に形成され、１０／９０以下であると、この効果がより顕著となる。

本発明における多孔質マトリックスとしては、上記塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンや上記微粒子のほか、例えば、界面活性剤などの他の成分をＤＮＡの機能を損なわない範囲で含有していてもよい。ここで、多孔質とは、水などの液媒に浸漬する際、液媒がＤＮＡ担持体に浸透し、見かけの密度が増加することを意味する。本発明のＤＮＡ担持体における多孔質マトリックスの多孔質の程度は、ＤＮＡを担持した状態で、液中で十分平衡状態に達したときの見かけの密度または重量の増大が０．５％以上であることが好ましく、より好ましくは５％以上である。

本発明のＤＮＡ担持体に用いられるＤＮＡは、多孔質マトリックスに担持された状態で、本発明の目的を達成することができるものであれば、その種類、大きさは制限されない。すなわち、１本鎖ＤＮＡ、２本鎖ＤＮＡいずれであってもよく、分子量も限定されるものではなく、ｃＤＮＡなどであってもよいＤＮＡ、ｍＲＮＡなどであってもよいＲＮＡ、ＤＮＡの前駆体のオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチドなどの核酸、酵素、ホルモン、フェロモン、抗体、抗原、ハプテン、ペプチド、レクチン、複合タンパク質などであってもよいタンパク質などを使用することができる。かかるＤＮＡとしては、例えば、動物の精巣または胸腺から得られるＤＮＡを使用することができ、具体的には、サケ、ニシンまたはタラの白子（精巣）から得られるＤＮＡや、哺乳動物もしくは鳥類、例えばウシ、ブタ、ニワトリ等の胸腺から得られるＤＮＡを使用することができる。また、（ｄＡ）−（ｄＴ）の塩基対を持つＤＮＡ配列、具体的には、ｐｏｌｙ（ｄＡ）−ｐｏｌｙ（ｄＴ）型の配列などを持つ合成ＤＮＡも使用することができる。これらのうち、２本鎖ＤＮＡは、ＤＮＡによる特定物質の捕集効果、すなわちインターカレーション機能が高く好ましい。かかるＤＮＡの分子量としては、好ましくは１０万以上、より好ましく５０万以上を挙げることができる。ＤＮＡの分子量が１０万以上であると、塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンと微粒子からなるマトリックスへの固定化効率が高く、ＤＮＡの分子量が５０万以上であると、その効果がより顕著になる。

本発明のＤＮＡ担持体におけるＤＮＡの含有量は、０．０１〜１５重量％であることが好ましく、より好ましく０．１〜１０重量％である。ＤＮＡの含有量が０．０１重量％以上であると、ＤＮＡに由来する特定物質を捕捉する効果を十分に得ることができ、ＤＮＡの含有量が０．１重量％以上であると、かかる効果をより顕著に得ることができる。一方、ＤＮＡの含有量が１５％以下であると、多孔質マトリックスの細孔が閉塞されることがなく、経済的にも有利であり、ＤＮＡの含有量が１０重量％以下であると、かかる効果をより顕著に得ることができる。これによって、ＤＮＡ担持体中へのガスや水溶液の流入出の速度が速く、多孔質マトリックスの表面層のＤＮＡや、細孔内部のＤＮＡがその機能を発揮することができ、ＤＮＡによる特異物質の取り込みが十分に、且つ効率よく行われる。

本発明のＤＮＡ担持体の製造方法としては、上記微粒子、ＤＮＡ及び塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンを分散・溶解させた分散・溶解液を調製する工程と、該分散・溶解液から分散・溶媒を除去する工程により、多孔質マトリックスの形成と同時にＤＮＡの多孔質マトリックスへの担持を行う方法を挙げることができる。

ここで、本発明において、分散・溶解液とは、物質が分散状態で含まれる液、溶解状態で含まれる液、または、分散状態および溶解状態で含まれる液をいう。
分散・溶解液を調製する工程としては、上記各成分の分散・溶解液を調製し、各分散・溶解液を混合する方法を挙げることができる。上記微粒子の分散液は、例えば、市販の微粒子の水系ゾルやメタノールなどの溶剤系ゾルを使用し、濃度を調整して調製することができる。上記塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンの分散液は、例えば、塩基性官能基を有するシラン化合物を水に滴下し、例えば、室温で１〜５日間攪拌しオリゴマーを生成させ、１０〜８０℃などで濃縮し、固形分の濃度を調整して調製することができる。また、微粒子の分散液に直接塩基性官能基を有するシラン化合物を加水分解させてもよい。上記ＤＮＡの分散・溶解液は、例えば、動物の器官から抽出した天然のＤＮＡをイオン交換水などに、例えば、５℃で１０時間〜５日かけて分散・溶解し、濃度を調整して調製することができる。また、分散・溶媒を除去する工程としては、微粒子、ＤＮＡ、塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンを含有する分散・溶解液を、加熱、噴霧乾燥、真空乾燥などの方法により上記分散・溶解液から分散・溶媒を除去する方法を挙げることができる。このような分散・溶媒の除去方法としては、目的とするＤＮＡ担持体の形態、例えば、粉末またはバルクなどに応じてその方法を適宜選択することができる。ＤＮＡ担持体を粉末とする場合は、分散・溶解液の噴霧乾燥によることができ、また、バルクを形成させた後、得られたバルクを粉砕することができる。また、ＤＮＡ担持体を膜状とする場合は、これらの粉末を用いてコーティング液を調製し、板、管状体、繊維、織布及び不織布などの基体表面へのコーティング膜とすることができる。このような分散・溶解液の除去工程後、得られたＤＮＡ担持体はＤＮＡの分解が起こらない程度の熱を与えることが好ましい。多孔質ＤＮＡ担持体の熱処理温度として、２００℃以下が好ましく、より好ましくは１５０℃以下である。

本発明のＤＮＡ担持体の形態としては、粉末や、バルクや、板、管状体、繊維、織布及び不織布などの基体表面へコーティングしたコーティング膜の他、これらをモジュール化したもの、例えば、粉末などを充填したカラムなどを挙げることができる。

本発明のＤＮＡを用いた捕集システムは、本発明のＤＮＡ担持体に、ＤＮＡが捕集可能な物質を含む水および／またはガスを接触させる手段を有するものであれば、特に限定されるものではなく、かかる手段としては、本発明のＤＮＡ担持体としての、粉末や、バルクや、板、管状体、繊維、織布及び不織布などの基体表面へコーティングしたコーティング膜をモジュール化したものを挙げることができ、具体的には、図１に示すように、繊維状などのＤＮＡ担持体１を、フィルター２間に充填したカラム３や、コーティング膜を形成する基体の材質、形状などを適宜選択した濾過材や、吸着材などを挙げることができる。

このような捕集システムとしては、たばこのフィルターや、飲料、牛乳の濾過材、ヒトを含む哺乳動物の消化管内などの吸着・清浄材、空気や、各種の排水や廃水、河川、湖沼などの水から有害物質を除去するための環境浄化システムなどを挙げることができる。環境浄化システムとしては、例えば、ＤＮＡ担持体の粉末などを充填したカラム中に有害物質を含む空気や、水を通してこれを浄化処理するシステムを例示することができる。

ここで、有害物質とは、インターカレーションや吸着などによって、化合物がＤＮＡと相互作用し、ＤＮＡ構造やＤＮＡの遺伝情報を脅かすものをいう。相互作用しうる物質に関し、未解明の部分があるが、ＤＮＡにインターカレーションされる芳香族官能基を持つ有害物質、ＤＮＡに選択的に吸着される重金属イオンを挙げることができる。その具体例としては、ポリクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン、ポリクロロジベンゾフラン及びポリクロロビスフェニル（ＰＣＢ）などのダイオキシン類、ベンツ[a]ピレン、ジクロロジフェニルトリクロロエタン（ＤＤＴ）、ジエチルスチルベストロール(ＤＥＳ)、臭化エチジウム、アクリジンオレンジ及びこれらの誘導体などを挙げることができる。

また、本発明の捕集システムは、本発明のＤＮＡ担持体におけるＤＮＡが捕集可能な物質の検査システムにも適用することができ、例えば、本発明のＤＮＡ担持体モジュールを血管や消化管内において、特定物質の検出に適用することもできる。
[実施例]

[合成例1]
Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン（２０７．３４→１３８．３４）４０ｇを蒸留水２００ｇに滴下し、室温で３日間加水分解させた。得られたオリゴマ−液を６０℃でエパポレーターを用いて濃縮した。その後、蒸留水８０ｇを加え、塩基性官能基を有するシロキサン溶液（Ｎ１）約１８０ｇを得た。固形分は１４．８％であった。
[合成例２]
Ｎ−メチルアミノプロピルトリメトキシシラン（１９３．３２→１２４．３２）４０ｇを蒸留水２００ｇに滴下し、室温で３日間加水分解させた。得られたオリゴマ−液を６０℃でエパポレーターを用いて濃縮した。その後、蒸留水７０ｇを加え、塩基性官能基を有するシロキサン溶液（Ｎ２）１７０ｇを得た。固形分濃度は約１５.1％であった。
[合成例３]
下記式有機ケイ素化合物（２６２．３２→１９３．３２）４０ｇを蒸留水２００ｇに滴下し、室温で３日間加水分解させた。

得られたオリゴマ−液を６０℃でエパポレーターを用いて濃縮した。その後、蒸留水７０ｇを加え、塩基性官能基を有するシロキサン溶液（Ｎ３）約２００ｇを得た。固形分濃度は約１４.７％であった。
[合成例４]
サケの白子から得られた二本鎖ＤＮＡ（分子量，６×１０⁶）５重量部をイオン交換水１０００重量部に１日間かけて溶かし、ＤＮＡ水溶液を得た。

重量３０％のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に合成例１で得たシロキサン溶液（１Ｎ）１１重量部を加え、１０分間ゆっくり攪拌した。その後、合成例４で得たＤＮＡ水溶液１６０重量部を加え、ゆっくり攪拌しながら、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥し、ＤＮＡの含有量が約２.５重量％のＤＮＡ担持体１を得た。

このＤＮＡ担持体１の溶出実験を行った。イオン交換水５０重量部にＤＮＡ担持体１のバルク０．１重量部を加えた。密閉条件下で室温で４８時間静置し、その上澄みの液を分光光度計（日立、Ｕ−３３１０）を用いて、２６０ｎｍにおけるＤＮＡによる吸光度を測定したところ、吸光度が０．０５であった。９５重量％のＤＮＡが担持されていることがわかった。

ＤＮＡ担持体１の細孔の体積を評価した。０.５重量部のＤＮＡ担持体１を１０重量部のイオン交換水に５時間浸漬したあと、ＤＮＡ担持体１をナイロンメッシュに取り出し、エアガンで瞬間的に表面の吸着水を飛ばした。得られた水浸透のＤＮＡ担持体１の重量を計測したところ、０.５８重量部で、重量増大が１６％であった。

０．５重量部のＤＮＡ担持体１を５重量部の５０ｐｐｍの臭化エチジウム水溶液に浸漬し、３時間経過したところ、上澄み中の臭化エチジウムによる着色が低下し、ＤＮＡ担持体１が赤くなった。３６６ｎｍの紫外線を当てたところ、ＤＮＡ担持体１がオレンジの蛍光色を示し、平面構造を有する有害物化合物に対してインターカレーション機能が保たれていることを確認した。

更に、このＤＮＡ担持体１を窒素吸着法で比表面積を測定したところ、比表面積が１３５ｍ²／ｇであった。

３０％（重量）のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に合成例２で得たシロキサン溶液（Ｎ２）５重量部を加え、１０分間ゆっくり攪拌した。その後、合成例４で得たＤＮＡ水溶液１６０重量部を加え、ゆっくり攪拌しながら、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥し、ＤＮＡの含有量が約２.５重量％のＤＮＡ担持体２を得た。

イオン交換水中での重量増大を、実施例１と同様にして評価した。５時間で重量増大が１８％であった。

このＤＮＡ担持体２の溶出実験を、実施例１と同様にして行った。上澄みの吸光度は約０．０３であった。９７重量％のＤＮＡが担持されていることがわかった。

３０％（重量）のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に合成例３で得たシロキサン溶液（Ｎ３）１５重量部を加え、１０分間ゆっくり攪拌した。その後、合成例４で得たＤＮＡ水溶液２５０重量部を加え、ゆっくり攪拌しながら、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥し、ＤＮＡの含有量が約２.５重量％のＤＮＡ担持体３を得た。

このＤＮＡ担持体３の溶出実験を、実施例１と同様にして行った。上澄みの吸光度は約０．０５であった。９５重量％のＤＮＡが担持されていることがわかった。

３０％（重量）のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に合成例３で得たシロキサン溶液（Ｎ３）１５重量部を加え、１０分間ゆっくり攪拌した。その後、合成例４で得たＤＮＡ水溶液１６０重量部を加え、ゆっくり攪拌しながら、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥し、ＤＮＡの含有量が約３.７重量％のＤＮＡ担持体４を得た。

このＤＮＡ担持体４の溶出実験を、実施例１と同様にして行った。上澄みの吸光度は約０．０５であった。９５重量％のＤＮＡが担持されていることがわかった。

３０％（重量）のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に合成例２で得たシロキサン溶液（Ｎ２）１０重量部を加え、１０分間ゆっくり攪拌した。その後、合成例４で得たＤＮＡ水溶液１００重量部を加え、ゆっくり攪拌しながら、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥し、ＤＮＡの含有量が約１.５重量％のＤＮＡ担持体５を得た。

このＤＮＡ担持体５の溶出実験を、実施例１と同様にして行った。上澄みの吸光度は約０．０１であった。９８重量％のＤＮＡが担持されていることがわかった。
[比較例１]
比表面が２５０ｍ²／ｇシリカ粉末を用いて比較実験を行った。シリカ粉末５重量部に合成例４で得たＤＮＡ溶液５重量部を加え、均一に塗らすように混ぜた。得られたペーストを５０℃で２４時間乾燥し、ＤＮＡの担持濃度が０．５重量％のシリカ粉末を得た。得られたシリカ粉末０．1重量部をイオン交換水５０重量部に入れ、実施例１と同様にして行った。上澄みの吸光度は０．１６であった。約８０重量％のＤＮＡが溶出したことがわかった。
[比較例２]
重量３０％のシリカゾル（日産化学工業（株）スノーテックスＣＭ）１００重量部に合成例１で得たシロキサン溶液（１Ｎ）１１重量部を加え、１０分間ゆっくり攪拌した。その後、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥し、ＤＮＡ非含有の塩基性官能基含有シロキサン処理シリカを得た。このＤＮＡ非含有の塩基性官能基含有シロキサン処理シリカ０．５重量部を５重量部の５０ｐｐｍの臭化エチジウム水溶液に浸漬し、３時間経過させた。しかし上澄み液の臭化エチジウムによる着色が低下することはほとんどなく、３６６ｎｍの紫外線を照射しても、ＤＮＡ非含有塩基性官能基含有シロキサン処理シリカはオレンジの蛍光色が見られなかった。

結果から、本発明のＤＮＡ担持体は、ＤＮＡの水への溶出を抑制し、特定物質を効率よく捕集することがわかった。

本発明の捕集システムを示す概略図である。

Claims (10)

1. 塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンと、微粒子とを含む多孔質マトリックスにＤＮＡが担持されたものであることを特徴とするＤＮＡ担持体。
2. 前記塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンが、アミノ基を有するポリオルガノシロキサンであることを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡ担持体。
3. 前記アミノ基を有するポリオルガノシロキサンが、式（１）
   

   

   （式中、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基または−ＮＨ−を有する２価基を示し、Ｒ²が炭素数１〜８の２価の炭化水素基を示すとき、Ｒ¹は炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ²が−ＮＨ−を有する２価基を示すとき、Ｒ¹はＨまたは炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ³、Ｒ⁴は独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）、式（２）
   

   

   （式中、Ｒ¹、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）、式（３）
   

   

   （式中、Ｒ¹、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵、Ｒ⁶は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示し、Ｘ^-はアニオンを示す。）、式（４）
   

   

   （式中、Ｒ³、Ｒ⁴は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ⁷、Ｒ⁸は、独立して２価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）、式（５）
   

   

   （式中、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁹は、独立して炭素数１〜８の１価の炭化水素基を示し、Ｒ⁷、Ｒ⁸は、独立して２価の炭化水素基を示し、Ｒ²は炭素数１〜８の２価の炭化水素基、または、−ＮＨ−を有する２価基を示し、ｎは０、１または２のいずれかを示す。）で表されるシロキサン化合物のいずれか１種または２種以上を含む加水分解縮合物であることを特徴とする請求項２に記載のＤＮＡ担持体。
4. 前記微粒子が、５〜１００ｎｍの粒径を有することを特徴とするの請求項１〜３のいずれかに記載のＤＮＡ担持体。
5. 前記微粒子が、酸化物を含むことを特徴とする請求項４に記載のＤＮＡ担持体。
6. 前記酸化物が、コロイド状の二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項５に記載のＤＮＡ担持体。
7. ＤＮＡの含有量が、０．０１〜１５重量％であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のＤＮＡ担持体。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のＤＮＡ担持体の製造方法であって、微粒子、ＤＮＡ及び塩基性官能基を有するポリオルガノシロキサンを分散・溶解させた分散・溶解液を調製する工程と、該分散・溶解液から分散・溶媒を除去する工程を有することを特徴とするＤＮＡ担持体の製造方法。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載のＤＮＡ担持体に、ＤＮＡが捕集可能な物質を含む水および／またはガスを接触させる手段を有することを特徴とするＤＮＡを用いた捕集システム。
10. 環境浄化システムに用いることを特徴とする請求項９記載のＤＮＡを用いた捕集システム。

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