JP2006291225A - Method of surface modification of polymer gel filler - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly selective filler in the template polymerization of a saccharide. <P>SOLUTION: The polymer gel filler for chromatography is obtained by subjecting a monomer such as methacrylic acid or 4-vinylpyridine, a crosslinking agent such as ethylene dimethacrylate or methylene bisacrylamide, and a solvent such as toluene, to the 2-stage swelling polymerization allowing the resulting polymer to adsorb a saccharide such as galactose, glucose, or mannose, and then treating the product with heat. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリマーゲル充填剤の表面改質方法に関する。   The present invention relates to a method for modifying a surface of a polymer gel filler.

タンパク質であるレクチンのように、糖類を特異的に識別する高分子ホストの研究が活発に行われている。その調製法の1つとして、分子インプリント法を用いた手法が提案されている。   Researches on polymer hosts that specifically identify saccharides, such as lectins, which are proteins, are being actively conducted. As one of the preparation methods, a method using a molecular imprint method has been proposed.

分子インプリント法は、特異的な分子認識能を有する高分子の調製法として注目されている。その一般的な調製法は、ホストとなるモノマーとゲストとなるプリント分子を試験管等に入れ重合する、いわゆる塊状重合法を用いるのが一般的である。具体的には、まずプリント分子とモノマーを加える。このとき、プリント分子とモノマーとの間には非共有結合型の相互作用が形成される。次に架橋剤を加え、重合を開始する。重合終了後、高分子を洗浄し、プリント分子を除去する。得られた高分子には、プリント分子の大きさと官能基の位置を記憶したサイトが調製される。かかる分子インプリント法を図1に模式的に示す。   The molecular imprint method has attracted attention as a method for preparing a polymer having specific molecular recognition ability. As a general preparation method, a so-called bulk polymerization method in which a monomer serving as a host and a print molecule serving as a guest are placed in a test tube or the like and polymerized is generally used. Specifically, first, a print molecule and a monomer are added. At this time, a non-covalent interaction is formed between the print molecule and the monomer. Next, a crosslinking agent is added and polymerization is initiated. After the polymerization is completed, the polymer is washed to remove the print molecules. In the obtained polymer, a site storing the size of the print molecule and the position of the functional group is prepared. Such a molecular imprint method is schematically shown in FIG.

この塊状重合法は系中に水が存在しないので、ホストモノマーとプリント分子との間に形成される水素結合等の弱い相互作用が阻害されない利点がある。しかし、この重合では、一般的に油溶性のプリント分子しか適用できない制限があり、特に、生体高分子の代替として、水溶性物質を特異的に認識する合成高分子を調製する場合に問題となる。例えば、糖を鋳型とする分子インプリント法の問題点として、水をはじめとする極性溶媒に鋳型を溶解させねばならず、ホストモノマーと鋳型との間の相互作用が不利になる点が挙げられる。   This bulk polymerization method has an advantage that water does not exist in the system, and weak interactions such as hydrogen bonds formed between the host monomer and the print molecule are not inhibited. However, in this polymerization, there is a limitation that generally only oil-soluble print molecules can be applied, and it becomes a problem particularly when a synthetic polymer that specifically recognizes a water-soluble substance is prepared as an alternative to a biopolymer. . For example, a problem with the molecular imprint method using sugar as a template is that the template must be dissolved in a polar solvent such as water, and the interaction between the host monomer and the template is disadvantageous. .

近年、単糖類を鋳型とした水媒体中での分子インプリント法について報告されている(例えば非特許文献1,2参照)。また、鋳型をホストに存在させた状態で、120℃に加熱することで、鋳型に対する識別能が大きくなる報告もなされている(例えば非特許文献3参照)。   In recent years, a molecular imprint method in an aqueous medium using a monosaccharide as a template has been reported (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). In addition, it has been reported that the ability to discriminate the template increases by heating to 120 ° C. while the template is present in the host (see, for example, Non-Patent Document 3).

しかしながら、鋳型として用いた糖に対して、まだ十分な識別能を発現するまでに至っていない。
さらに、塊状重合法で得られた高分子の塊は、粉砕することでHPLC(高速液体クロマトグラフィー)用充填剤として利用可能であるものの、分級などの操作が煩雑であり、また、粒子径が不均一であることから得られるカラムの性能が高くないという欠点があった。
細矢他、第45回高分子学会予稿集、45(1996)1764 K.Tsukagoshi et al., Chem. Lett., 1994, 681) B. Sellergen et al., J. Chromatogr., 635 (1993) 31
However, a sufficient discriminating ability has not yet been developed for the sugar used as a template.
Furthermore, although the polymer mass obtained by the bulk polymerization method can be used as a filler for HPLC (High Performance Liquid Chromatography) by pulverization, operations such as classification are complicated, and the particle size is small. There was a disadvantage that the performance of the column obtained from non-uniformity was not high.
Hosoya et al., The 45th Annual Meeting of the Polymer Society of Japan, 45 (1996) 1764 K. Tsukagoshi et al., Chem. Lett., 1994, 681) B. Sellergen et al., J. Chromatogr., 635 (1993) 31

本発明の目的は、これまでの調製法(塊状重合法)の問題点を克服し、糖を特異的に認識するポリマーゲル充填剤の表面改質方法を提供することである。   An object of the present invention is to overcome the problems of the conventional preparation methods (bulk polymerization method) and to provide a surface modification method for a polymer gel filler that specifically recognizes sugar.

本発明者は、鋭意研究の結果、メタクリル酸および架橋剤を用いて重合を行い、さらに鋳型分子である糖の存在下に加熱処理を施した場合に、糖類に対する選択識別性がより大きく発現することを見いだした。さらに、その選択識別性は鋳型だけではなく鋳型と類似の構造を有する糖類にも及ぶことを見いだした。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。   As a result of earnest research, the present inventors have conducted polymerization using methacrylic acid and a cross-linking agent, and when the heat treatment is performed in the presence of sugar as a template molecule, the selective discrimination with respect to saccharide is more greatly expressed. I found out. Furthermore, it was found that the selective discrimination extends not only to the template but also to sugars having a structure similar to the template. The present invention has been completed based on these findings.

すなわち本発明は、メタクリル酸または4−ビニルピリジンであるモノマー、架橋剤、溶媒を原料として重合で得られたポリマーに糖を吸着させて加熱処理を施すことを特徴とするポリマーゲル充填剤の表面改質方法に関する。   That is, the present invention provides a surface of a polymer gel filler characterized by adsorbing a sugar to a polymer obtained by polymerization using a monomer, which is methacrylic acid or 4-vinylpyridine, a cross-linking agent, and a solvent as raw materials, and performing a heat treatment. The present invention relates to a reforming method.

糖を鋳型として調製した本発明のポリマーゲルからなるクロマトグラフィー用充填剤は、糖類に対する選択性がより大きく発現する。しかもその選択性は鋳型だけを識別するのではなく、アルドペントース/アルドヘキソース、N−アセチルヘキソサミンをそれぞれ2つのグループとして識別した。したがって、本発明は糖の鋳型重合における高選択性の充填剤の提供を可能にし、糖質の分析に止まらず複合糖質全般の分離に大きく寄与するものと考えられる。   The chromatographic filler comprising the polymer gel of the present invention prepared using saccharide as a template exhibits a greater selectivity for saccharide. Moreover, the selectivity did not identify only the template, but aldpentose / aldohexose and N-acetylhexosamine were each identified as two groups. Therefore, the present invention makes it possible to provide a highly selective filler in saccharide template polymerization, and is considered to greatly contribute to separation of complex carbohydrates as well as analysis of carbohydrates.

本発明において用いる糖(プリント分子)としてはガラクトース(Gal)、グルコース(Glc)、マンノース(Man)等の単糖類が挙げられる。本発明において用いるモノマー(ホストモノマー)としては、メタクリル酸(MA)あるいはビニルピリジン(VP)が挙げられる。また、本発明において用いる架橋剤としては、エチレンジメタクリレート(EDMA)またはメチレンビスアクリルアミドが挙げられる。さらに、本発明において用いる溶媒としては、トルエンが挙げられる。   Examples of the sugar (print molecule) used in the present invention include monosaccharides such as galactose (Gal), glucose (Glc), and mannose (Man). Examples of the monomer (host monomer) used in the present invention include methacrylic acid (MA) and vinylpyridine (VP). Moreover, as a crosslinking agent used in this invention, ethylene dimethacrylate (EDMA) or methylenebisacrylamide is mentioned. Furthermore, toluene is mentioned as a solvent used in this invention.

本発明においてモノマー、架橋剤および溶媒を用いて行う重合における重合条件は次の通りである。すなわち、温度は室温〜50℃程度であり、重合時間は4時間〜8時間である。なお、重合方法としては光重合を用いることもできる。   In the present invention, polymerization conditions in the polymerization performed using a monomer, a crosslinking agent and a solvent are as follows. That is, the temperature is from room temperature to about 50 ° C., and the polymerization time is from 4 hours to 8 hours. In addition, photopolymerization can also be used as a polymerization method.

重合終了後に溶媒を除去し、目的とするポリマーゲルを得る。さらに、重合終了後に溶媒を除去して得られたポリマーに糖を吸着させ、加熱処理を施す。この場合、加熱温度は一般に100℃〜300℃の範囲が好ましく、特に250℃前後が好ましい。   After completion of the polymerization, the solvent is removed to obtain the target polymer gel. Furthermore, sugar is adsorbed to the polymer obtained by removing the solvent after completion of the polymerization, and heat treatment is performed. In this case, the heating temperature is generally preferably in the range of 100 ° C to 300 ° C, particularly preferably around 250 ° C.

このようにして製造された本発明のポリマーゲルは、糖質の分析および複合糖質全般の分離を目的とする高速液体クロマトグフィー(HPLC)、キャピラリー電気クロマトグラフィー(CEC)等種々のクロマトグフィーの充填剤として使用することができる。上記ポリマーゲルをクロマトグフィーの充填剤として使用する場合におけるポリマーゲルのポリマー粒子の粒子径は、使用するクロマトグラフィーの種類、分離する対象となる物質の種類等に応じて適宜設定することができる。望ましい粒子径は、通常は2μm〜300μm,好ましくは2μm〜20μmであるが、この範囲に限定されない。   The polymer gel of the present invention thus produced has various chromatographic properties such as high performance liquid chromatography (HPLC) and capillary electrochromatography (CEC) for the purpose of analyzing carbohydrates and separating complex carbohydrates in general. Can be used as a filler. The particle diameter of the polymer particles of the polymer gel when the polymer gel is used as a chromatographic filler can be appropriately set according to the type of chromatography used, the type of substance to be separated, and the like. A desirable particle diameter is usually 2 μm to 300 μm, preferably 2 μm to 20 μm, but is not limited to this range.

以下の実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例によって何ら制限されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention in detail but are not to be construed to limit the scope of the invention.

架橋剤としてエチレンジメタクリレート2ml(11ミリモル)、溶媒としてトルエン4mlを原料として二段階膨潤重合法で50℃で重合反応し、さらに得られたポリマーゲル表面にホストモノマーとしてメタクリル酸1ml(12ミリモル)、架橋剤としてメチレンビスアクリルアミド0.5g(3ミリモル)を重合で導入した。重合反応終了後、ポリマーゲルを洗浄し、グルコースをポリマーゲル表面に吸着させ、250℃で30分間加熱処理を施した。得られたポリマー粒子を充填剤とする高速液体クロマトグラフィーを用いて下記の条件下で、D−キシロース(Xyl)、L−アラビノース(Ara)、D−マンノース(Man)、N−アセチルD−グルコサミン(GlcNAc)、N−アセチル−D−ガラクトサミン(GalNAc)、D−グルコース(Glc)およびD−ガラクトース(Gal)の糖混合物を用いて糖類の識別を調べた。   2 ml (11 mmol) of ethylene dimethacrylate as a cross-linking agent and 4 ml of toluene as a solvent are subjected to a polymerization reaction at 50 ° C. by a two-stage swelling polymerization method. Further, 1 ml (12 mmol) of methacrylic acid as a host monomer on the surface of the obtained polymer gel As a cross-linking agent, 0.5 g (3 mmol) of methylenebisacrylamide was introduced by polymerization. After completion of the polymerization reaction, the polymer gel was washed, glucose was adsorbed on the surface of the polymer gel, and heat treatment was performed at 250 ° C. for 30 minutes. D-xylose (Xyl), L-arabinose (Ara), D-mannose (Man), N-acetyl D-glucosamine under the following conditions using high performance liquid chromatography using the obtained polymer particles as a filler The saccharide identification was examined using a sugar mixture of (GlcNAc), N-acetyl-D-galactosamine (GalNAc), D-glucose (Glc) and D-galactose (Gal).

クロマトグラフィー条件:
移動相:95%アセトニトリル水溶液および90%アセトニトリル水溶液流速:1ml/分
カラムサイズ:4.6mm(i.d.)×150mm
カラム温度:30℃
検出:RI
結果を図2に示す。図2から次のことが分かる。
(1)鋳型を入れずに加熱処理した場合、糖類に対する選択性は加熱処理前と大きく変化しない。
(2)鋳型を入れた効果について比較すると、加熱処理することで、アミド基を有する糖類に対する選択性が大きく変化することが示された。
(3)その選択性は鋳型だけを識別するものではなく、特に、アセチルヘキソサミンとアルドペントース/アルドヘキソースを2つのグループとして識別する。
(4)鋳型が存在する条件で加熱処理することで、充填剤表面のカルボキシル基の状態に何らかの変化が生じ、アミド基との相互作用が変化したものと推測される。
Chromatographic conditions:
Mobile phase: 95% acetonitrile aqueous solution and 90% acetonitrile aqueous solution Flow rate: 1 ml / min Column size: 4.6 mm (id) x 150 mm
Column temperature: 30 ° C
Detection: RI
The results are shown in FIG. The following can be seen from FIG.
(1) When heat treatment is carried out without a mold, the selectivity for saccharides is not significantly changed from that before the heat treatment.
(2) Comparison of the effects of adding a template showed that the selectivity for saccharides having an amide group was greatly changed by heat treatment.
(3) The selectivity does not identify only the template, in particular acetylhexosamine and aldopentose / aldohexose as two groups.
(4) It is presumed that the heat treatment under the condition where the template exists causes some change in the state of the carboxyl group on the surface of the filler, and the interaction with the amide group changes.

なお、図2において、縦軸および横軸の符号は下記の意味を表す。   In FIG. 2, the symbols on the vertical axis and the horizontal axis represent the following meanings.

Figure 2006291225
Figure 2006291225

ホストモノマーとしてビニルピリジンを用いて、実施例1に記載されたポリマー粒子を充填剤とする高速液体クロマトグラフィーを用いて下記の条件下で、D−ガラクトース(Gal)、L−アラビノース(Ara)、D−グルコース(Glc)、D−キシロース(Xyl)、D−マンノース(Man)およびD−リキソース(Lyx)の糖混合物を用いて糖類の識別を調べた。   D-galactose (Gal), L-arabinose (Ara), using high performance liquid chromatography using vinyl pyridine as a host monomer and the polymer particles described in Example 1 as a filler, under the following conditions: Sugar identification was examined using a sugar mixture of D-glucose (Glc), D-xylose (Xyl), D-mannose (Man) and D-lyxose (Lyx).

クロマトグラフィー条件:
移動相:85%アセトニトリル水溶液
流速:1ml/分
カラムサイズ:4.6mm(i.d.)×150mm
カラム温度:50℃
検出:RI
注入量:140nmol
結果を表2に示す。下記表2に示すように、ホストモノマーとしてビニルピリジンを用いた場合においても、糖類の識別に関して、メタクリル酸をホストモノマーとした場合と同様に、グループにより識別する傾向を示した。
Chromatographic conditions:
Mobile phase: 85% aqueous acetonitrile flow rate: 1 ml / min Column size: 4.6 mm (id) x 150 mm
Column temperature: 50 ° C
Detection: RI
Injection amount: 140 nmol
The results are shown in Table 2. As shown in Table 2 below, when vinyl pyridine was used as the host monomer, saccharides were identified by group as in the case where methacrylic acid was used as the host monomer.

Figure 2006291225
Figure 2006291225

ホストモノマーとしてメタクリル酸を用いたポリマーについて、加熱時間によるイオン交換容量の変化を測定したところ、下記表3に示すように、加熱時間が長くなるに従ってイオン交換容量の減少が見られた。なお、イオン交換容量の測定条件は次の通りである。   When a change in ion exchange capacity with heating time was measured for a polymer using methacrylic acid as a host monomer, as shown in Table 3 below, the ion exchange capacity decreased as the heating time increased. The ion exchange capacity measurement conditions are as follows.

ポリマーを内径4.6mm、長さ150mmのカラムに充填した。次にそのカラムに0.1N塩化カリウム水溶液を通液し、溶出溶液を0.1N水酸化カリウム水溶液で滴定することによりイオン交換容量を求めた。   The polymer was packed in a column with an inner diameter of 4.6 mm and a length of 150 mm. Next, 0.1N aqueous potassium chloride solution was passed through the column, and the elution solution was titrated with 0.1N aqueous potassium hydroxide solution to determine the ion exchange capacity.

Figure 2006291225
Figure 2006291225

ホストモノマーとしてメタクリル酸を用いたポリマーについて、加熱処理によるポリマーの組成変化は見られないことをFT−IRスペクトルにより確認した。   About the polymer which used methacrylic acid as a host monomer, it was confirmed by the FT-IR spectrum that the polymer composition change by heat processing was not seen.

濃度が1.7μmol/Lの酢酸水溶液、並びに酢酸1.7μmol/LおよびD−グルコース0.17μmol/Lを含む水溶液を用いて、両者のUVスペクトルを測定した。また、濃度が47mg/Lのポリメタクリル酸水溶液、並びにポリメタクリル酸47mg/LおよびD−グルコース58μmol/Lを含む水溶液を用いて、同様にして両者のUVスペクトルを測定した。結果を図3および図4に示す。両者の図から次のことが分かる。
(1)ポリメタクリル酸のn→π°遷移による吸収帯において、水中でグルコースの存在により、浅色移動と濃色効果が見られ、モノメリックな酢酸ではこのような顕著な差異が見られなかった。
(2)ポリメタクリル酸とグルコースは、水中においても水素結合により相互作用する可能性がある。
The UV spectra of both were measured using an aqueous acetic acid solution having a concentration of 1.7 μmol / L and an aqueous solution containing 1.7 μmol / L acetic acid and 0.17 μmol / L D-glucose. Moreover, both UV spectra were measured in the same manner using a polymethacrylic acid aqueous solution having a concentration of 47 mg / L and an aqueous solution containing 47 mg / L polymethacrylic acid and 58 μmol / L D-glucose. The results are shown in FIG. 3 and FIG. From both figures, the following can be understood.
(1) In the absorption band due to the transition of n → π ° of polymethacrylic acid, due to the presence of glucose in water, a shallow color shift and a dark color effect are observed, and such a marked difference is not observed with monomeric acetic acid. It was.
(2) Polymethacrylic acid and glucose may interact with each other even in water through hydrogen bonding.

糖類および官能基に関する加熱時間による識別能への影響を調べたところ、下記表4に示すように、糖を鋳型として加熱処理することで、単糖およびアミンの保持に関して相対的に有利になる傾向を示した。加熱処理によりイオン交換基が消失するものの、鋳型が存在することにより、その減少が抑制されたか、または、ある部位にイオン交換基が集中して残存したと推測される。   As shown in Table 4 below, when the influence of the heating time on the discrimination ability of the saccharide and the functional group was examined, the heat treatment using the saccharide as a template tends to be relatively advantageous with respect to retention of monosaccharides and amines. showed that. Although the ion exchange groups disappear due to the heat treatment, it is presumed that the presence of the template suppressed the decrease, or the ion exchange groups remained concentrated at a certain site.

Figure 2006291225
Figure 2006291225

なお、上記表4における各物質の測定条件は以下の通りである。
(1)D−キシロース、D−グルコース、N−アセチル−D−グルコサミンの場合
移動相:98%アセトニトリル水溶液
流速:1mL/分
カラムサイズ:4.6mm(i.d.)×150mm
カラム温度:30℃
検出:RI
注入量:140nmol
(2)トリエチルアミン、ジエチレントリアミンの場合
移動相:pH4.8クエン酸緩衝液
流速:1mL/分
カラムサイズ:4.6mm(i.d.)×150mm
カラム温度:30℃
検出:RI
注入量:140nmol
In addition, the measurement conditions of each substance in the said Table 4 are as follows.
(1) In the case of D-xylose, D-glucose, N-acetyl-D-glucosamine Mobile phase: 98% acetonitrile aqueous solution Flow rate: 1 mL / min Column size: 4.6 mm (id) x 150 mm
Column temperature: 30 ° C
Detection: RI
Injection amount: 140 nmol
(2) In the case of triethylamine and diethylenetriamine Mobile phase: pH 4.8 citrate buffer Flow rate: 1 mL / min Column size: 4.6 mm (id) x 150 mm
Column temperature: 30 ° C
Detection: RI
Injection amount: 140 nmol

分子インプリント法の工程を説明した図である。It is a figure explaining the process of the molecular imprint method. ホストモノマーとしてメタクリル酸を用い加熱処理することにより調製したポリマーゲル充填剤による糖の識別能を示すグラフである。It is a graph which shows the discrimination ability of the saccharide | sugar by the polymer gel filler prepared by heat-processing using methacrylic acid as a host monomer. 酢酸による糖の識別を表すUVスペクトルである。It is a UV spectrum showing the discrimination of the sugar by acetic acid. ポリメタクリル酸による糖の識別を表すUVスペクトルである。It is UV spectrum showing the identification of the saccharide | sugar by polymethacrylic acid.

Claims (4)

メタクリル酸または4−ビニルピリジンであるモノマー、架橋剤、溶媒を原料として重合で得られたポリマーに糖を吸着させて加熱処理を施すことを特徴とするポリマーゲル充填剤の表面改質方法。   A method of modifying a surface of a polymer gel filler, comprising subjecting a polymer obtained by polymerization using a monomer, a cross-linking agent, and a solvent that are methacrylic acid or 4-vinylpyridine as a raw material, and subjecting the polymer to heat treatment. 糖がガラクトース、グルコースおよびマンノースからなる群より選択される請求項1に記載の表面改質方法。   The surface modification method according to claim 1, wherein the sugar is selected from the group consisting of galactose, glucose and mannose. 架橋剤がエチレンジメタクリレートまたはメチレンビスアクリルアミドである請求項1または請求項2に記載の表面改質方法。   The surface modification method according to claim 1 or 2, wherein the crosslinking agent is ethylene dimethacrylate or methylene bisacrylamide. 溶媒がトルエンである、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の表面改質方法。   The surface modification method according to any one of claims 1 to 3, wherein the solvent is toluene.
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