JP2007054516A - 気相浄化体、気相浄化ユニット及び気相浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の気相浄化体は、気相中の物質を補足して該補足した物質を酵素分解するものであって、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アルデヒドオキシターゼ、カルボン酸デヒドロゲナーゼ及びカルボン酸オキシダーゼから成る群より選ばれる1種又は2種以上のアルデヒド分解酵素及び/又はカルボン酸分解酵素と、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体と、水とを含み、該重合体に該酵素が分散した固化形態を有する。
【選択図】 なし
Description
しかし、最近では、ガスセンサーの分野において気相中の物質を酵素反応させる系が開発されている。例えば、特許文献1には、気相中のエタノールに対する選択性を有するガスセンサーとして、酵素を、アガロース、ゼラチン、ポリアクリルアミド、アルギネート等の親水性高分子と塩化カリウムとで構成されるマトリクスを用いて複合化し酵素複合体を形成する技術が開示されている。また、特許文献2には、気相中のエタノールに対する選択性を有するガスセンサーとして、酵素を、ヒドロキシエチルセルロースと炭素粉とで構成されるマトリクスで複合化し酵素複合体を形成する技術が開示されている。但し、これら酵素複合体では、微量の有機物の濃度を測定するためのセンサーを構築することは出来ても、室内の気相中の有害有機物を分解除去するような高効率の性能は発揮できない。
特許文献3〜5には、気相中のホルムアルデヒドの浄化方法として、ホルムアルデヒド分解酵素を空気清浄フィルターに利用する技術が開示されている。しかし、該技術情報にはそのような高効率の有害有機物分解除去システムを実用化する際に必須となる酵素の劣化や長期使用時の酵素の活性低下等を抑制する方法や抑制材料までは言及されていない。
例えば、特許文献6には、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(以下MPCと略記する)を重合して得られた2−メタアクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体(以下MPC含有重合体と略す)を化学的に修飾した酵素の製造方法と、これを用いたコンタクトレンズ洗浄液が開示されている。特許文献7には、MPC含有重合体を共存させる酵素の安定化方法が開示されており、特許文献8には、免疫学的活性物質である酵素修飾抗体を固定化した固相に、MPC含有重合体を吸着させた重合体吸着免疫学的活性物質固定化固相が開示させている。特許文献9には、MPC含有重合体を主要な材料とするハイドロゲル中に酵素を閉じ込め安定化する技術が開示されている。特許文献10には、MPC含有重合体と酵素を化学結合して得られる高分子/酵素複合体が開示されている。
本発明の別の目的は、長期保存した場合にも気相中のアルデヒド類及び/又はカルボン酸類を選択性良く、高効率で分解除去でき、更にはこのような作用を長期間維持しうる気相浄化体及び気相浄化ユニットを提供することにある。
また本発明によれば、上記気相浄化体を、気相と接するように基体に設けた気相浄化ユニットが提供される。
更に本発明によれば、上記気相浄化ユニットを気相と接触させることを特徴とする気相浄化方法が提供される。
また、本発明の気相浄化体における、酵素、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体及び水の割合を制御したり、特定の添加物を含有させたりすることにより、長期保存した場合にも上記効果が得られ、更には上記効果を長期維持することが可能となる。
更に本発明の気相浄化体及び気相浄化ユニットは、用いる2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体の種類や分子量等を制御することにより、上記効果を向上させることができる他、気相浄化体及び気相浄化ユニットの耐久性を向上させることができる。
従って、本発明の気相浄化体及び気相浄化ユニットは、防臭対策、シックハウス症候群予防、アレルギー予防、化学物質過敏症抑制等の機能を期待して目的とする環境下において有効に利用することができる。
本発明の気相浄化体は、気相中の物質を補足して該補足した物質を酵素分解することで空気等の気相を浄化するものであって、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アルデヒドオキシターゼ、カルボン酸デヒドロゲナーゼ及びカルボン酸オキシダーゼから成る群より選ばれる1種又は2種以上のアルデヒド分解酵素及び/又はカルボン酸分解酵素と、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体と、水とを含む。
前記酵素分解させる気相中の物質は、含有させる酵素と反応可能な気相中の物質、基本的にはアルデヒド類及びカルボン酸類であれば特に限定されず、特にこれらに該当する有害な有機物質がその対象として挙げられる。このような気相中の物質としては、例えば、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、トリクロルアセトアルデヒド(クロラール)、ベンズアルデヒド、オルソニトロベンズアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、チオフェンアルデヒド、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アセトン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトフェノン、n−メチル−2−ピロリドン、2−ブタノン又はこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。これらの酵素と反応可能な気相中の物質の形態は、ガス状、霧状、微細なエアロゾル状のいずれであっても良い。
アルデヒド分解酵素としては、特異性等が明確である点から、ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ホルムアルデヒドオキシダーゼ等が好ましく挙げられる。
2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリンは、例えば、特開昭54−63025号公報、特開昭58−154591号公報等に示された公知の方法等に準じて製造することができる。
2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体としては、本発明の所望の効果を向上させ、更に耐久性等を向上させるために、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリンと他の単量体との共重合体が好ましい。中でも疎水性単量体と2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとを共重合して得られる共重合体が望ましく、更には水酸基含有単量体と疎水性単量体と2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとの3元共重合体等が好ましい。これらの共重合体には、他の単量体が共重合されていても良い。
前記3元共重合体を構成する各単量体の組成は、通常MPC等の2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン20〜90質量%、GLM等の水酸基含有単量体5〜70質量%、アルキルメタクリレート等の疎水性単量体5〜60質量%の範囲であり、望ましくは2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン40〜80質量%、水酸基含有単量体10〜50質量%、疎水性単量体10〜50質量%の範囲である。
前記2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体の含有割合は、本発明の気相浄化体全量基準で、通常30〜98質量%、好ましくは50〜95質量%である。98質量%より多いと高い酵素活性を発揮させることが困難になる恐れがあり、30質量%未満では酵素活性を長期間にわたって維持することが困難になる恐れがある。
前記酵素の含有割合は、本発明の気相浄化体全量基準で、通常0.0001〜5質量%、好ましくは0.001〜0.5質量%である。0.0001質量%未満では、気相中の物質を十分除去することが困難になる恐れがあり、5質量%より多いと反応に関与しない酵素の割合が増加し、酵素量あたりの反応率の観点から効率低下が生じる恐れがある。
前記水の含有割合は、本発明の気相浄化体全量基準で、通常1.9999〜20質量%、好ましくは5〜15質量%である。該水は、本発明の気相浄化体の使用時にこのような含有割合であることが好ましい。水の含有割合が1.9999質量%未満では酵素反応の効率が低下する恐れがあり、20質量%より高いと長期保存の際に酵素の劣化が生じ易くなる恐れがあると共に、気相浄化体自体の力学的強度が極端に低下する恐れがある。
前記使用環境下における気相浄化体の自発的な吸湿性を利用して水分量を調整するには、例えば、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体が、MPCと炭素数nが1〜22までのアルキル基のメタクリレート(以下、CnMAと略す)との共重合体である場合、使用環境の相対湿度、温度に対して、MPC−CnMA重合体中のMPCの質量比率を表1に示すデータを目安に制御することで、気相浄化体中の前記好ましい水の含有割合を調整することができる。
本発明の気相浄化体に含有させることが可能な前記吸湿性を調整しうる添加剤としては、例えば、糖類、多価アルコール類、ポリアルキレングリコール類及びアミノ酸類の少なくとも1種が好ましく挙げられる。具体的には例えば、ブドウ糖、ショ糖、マルトース、キシリトール、トレハロース、オリゴ糖、セルロース、カルボキシメチルセルロース、コンドロイチン硫酸等の糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン等の多価アルコール類;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体等のポリアルキレングリコール類;アスパラギン酸、アルギニン等のアミノ酸類等が挙げられる。これらの中でも吸湿性を付与することに加えて、酵素の劣化抑制効果を併せ持つ点で、上記具体的に挙げた糖類の少なくとも1種を好ましく用いることができる。
これら他の添加剤の含有割合は、その所望の効果を達成し、且つ本発明の所望の効果を損なわない範囲で適宜決定することができる。
本発明の気相浄化体の具体的な形態としては、フィルムであることが好ましく、その厚さは通常0.01〜5000μm、好ましくは0.1〜100μmである。厚さが0.01μm未満の場合には、前記酵素がフィルム内部よりも外部に露出する割合が多くなり、前記酵素の安定性が低下する恐れがあり、5000μmより厚いと前記酵素と反応する気相中の特定の物質と前記酵素とが十分な接触が得られ難くなり酵素反応性が低下する恐れがある。
本発明の気相浄化体を製造するにあたり、前記溶媒の乾燥工程は、前記重合体を含むので酵素の劣化を抑制して行なうことが可能であるが、製造工程中、酵素が最も劣化し易い工程であるので注意して行うことが好ましい。具体的には、溶媒の乾燥温度を通常10〜70℃の範囲、望ましくは20〜50℃の範囲で実施する。乾燥温度が10℃未満では、乾燥効率が低下する恐れがあり、70℃より高温では前記重合体による酵素劣化抑制効果が低下し、酵素が劣化する恐れがある。
前記基体に形成した本発明の気相浄化体は、そのまま後述する本発明の気相浄化ユニットとして用いることができる他、例えば、フィルム形態等の場合であって、十分な厚みと強度がある場合には、基体から剥がして自己支持性のフィルムとして利用することができる。
基体としては、上述の基体、更にはこのような基体を含む建材、家具、衣類、エアコン機器、エアフィルター、冷蔵庫、自動車等を挙げることができる。
前記気相浄化ユニットを気相に接触させる方法としては、気相浄化ユニットの気相浄化体を、浄化すべき気相に暴露させる方法、また、例えば繊維質や多孔質等の微小な空間に気相浄化体が形成された気相浄化ユニットの場合には、浄化すべき気相をファン等で流れを作り、該微小な空間の気相浄化体に接触するように気相を送り込む方法等により接触させることができる。
合成例1
MPC50.0gをエタノール100gに溶解し、4つ口フラスコに入れ、30分間窒素を吹き込んだ後に、60℃でアゾビスブチロニトリル(以下、AIBNと略記する)0.24gを加えて8時間重合反応させた。重合液を3Lのジエチルエーテル中にかき混ぜながら滴下し、析出した沈殿を濾過し、48時間室温で真空乾燥を行って、粉末39.8gを得た。なお、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。測定条件は20mMリン酸緩衝液(pH7.4)を溶離液とし、ポリエチレングリコールを標準物質とし、屈折率により検出した。結果を表2に示す。尚、得られたMPCホモポリマーを(P−1)と略記する。
MPC50.0gをエタノール100gに溶解し、4つ口フラスコに入れ、30分間窒素を吹き込んだ後に、60℃でAIBN 0.36gを加えて8時間重合反応させた。重合液を3Lのジエチルエーテル中にかき混ぜながら滴下し、析出した沈殿を濾過し、48時間室温で真空乾燥を行って、粉末28.6gを得た。分子量を合成例1と同様に測定した。結果を表2に示す。尚、得られたMPCホモポリマーを(P−2)と略記する。
MPC36.0g、ブチルメタクリレート(BMA)4.0gをエタノール160gに溶解し、4つ口フラスコに入れ、30分間窒素を吹き込んだ後に、60℃でAIBN0.82gを加えて8時間重合反応させた。重合液を3Lのジエチルエーテル中に撹拌しながら滴下し、析出した沈殿を濾過し、48時間室温で真空乾燥を行って、粉末33.4gを得た。分子量を合成例1と同様に測定した。結果を表2に示す。尚、得られたMPC/BMAポリマーを(P−3)と略記する。
合成例3の(P−3)の合成に準じて、表2に示す単量体の種類、組成比を変更し、合成例3と同様の操作により、各ポリマーを調製した。得られたポリマーを合成例の番号に合わせてそれぞれ(P−4)〜(P−23)と略記する。また、得られたポリマーの組成比(質量比)及び重量平均分子量を表2に示す。
尚、表2中、MACはメタクリル酸、EMAはエチルメタクリレート、HEMAは2−ヒドロキシエチルメタクリレート、C12MAはラウリルメタクリレート、C18MAはステアリルマタクリレート、QMAは2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドをそれぞれ示す。
表3に示す7種類の市販のポリマーを後述する比較例に利用した。これらのポリマーを(C−1)〜(C−10)と略記する。
ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(東洋紡社製)を100mg取り、1mMリン酸緩衝液で1mLに希釈しホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ溶液(以下、HD溶液と略記する)を調製した。合成例2で合成した(P−2)0.5gを1mMリン酸緩衝液で10mLに希釈し、24時間振とうして溶解させ、ポリマー原液を得た。ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)(和光純薬工業製)60mgを取り、1mMリン酸緩衝液で10mLに希釈しNAD溶液を調製した。
HD溶液0.1mLとポリマー溶液2.9mLとNAD溶液1.0mLとをポリプロピレン製試験管で攪拌した後に、直径90mmのガラスのペトリディッシュに添加した。ペトリディッシュを28〜32℃、相対湿度30%以下で空気循環のある環境下に静置して24時間乾燥した後、相対湿度60%の恒温恒湿器中に移し24時間静置して、フィルム状の気相浄化体を調製した。得られた気相浄化体について以下の測定を行った。結果をそれぞれ表4に示す。
調製した気相浄化体を、上部にコック付きのガラスデシケーター(容量10L)に導入し、コックよりガラスデシケーターの気相中にホルムアルデヒド液(37%)5μLを、ガラスデシケーター内の予め熱したビーカに滴下した。ホルムアルデヒド液滴下直後及び、25℃で24時間放置後、デシケーター内のホルムアルデヒド濃度をガス検知管(ガステック社製)を用いて測定した。
<含水率測定>
ホルムアルデヒド分解試験の終了後、気相浄化体を取り出し、重量(A)を測定した後、110℃で4時間乾燥し、乾燥重量(B)を測定し、その重量差(A)−(B)を水分含有量とし、全重量における水分含有率を下記のように算出した。
水分含有率=[(A)−(B)]/(A)×100(%)
合成例2で合成した(P−2)の代わりに、合成例1及び合成例3〜23で合成した(P−1)及び(P−3)〜(P−23)を用いた以外は、実施例1と同様に気相浄化体を調製し、各測定を行った。結果を表4に示す。
実施例1の実験において、(P−2)を用いなかった以外は実施例1と同様に試験を行い、ホルムアルデヒドの残存率を実施例1に準じて評価した。結果を表5に示す。
(P−2)の代わりに、表3に示す(C−1)〜(C−10)を用いた以外は、実施例1と同様に気相浄化体を調製し、各測定を行った。結果を表5に示す。
実施例7、8、12、15と同様の試験において、気相浄化体を作製する際に、24時間乾燥する代わりに同様の方法で20時間乾燥後、4時間真空乾燥を行い、水分含有率を低下させた気相浄化体を調製し、各測定を行った。結果を表5に示す。
実施例1、3〜14、16〜23で用いたフィルム状の気相浄化体を取り出し、改めて、上部にコック付きのガラスデシケーター(容量10L)に導入し、コックよりガラスデシケーターの気相中にホルムアルデヒド液(37%)5μLを、ガラスデシケーター内の予め熱したビーカに滴下した。ホルムアルデヒド液滴下直後及び、25℃で24時間放置後、デシケーター内のホルムアルデヒド濃度をガス検知管(ガステック社製)を用いて測定した。結果を表6に示す。
Claims (7)
- 気相中の物質を補足して該補足した物質を酵素分解する気相浄化体であって、
アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アルデヒドオキシターゼ、カルボン酸デヒドロゲナーゼ及びカルボン酸オキシダーゼから成る群より選ばれる1種又は2種以上のアルデヒド分解酵素及び/又はカルボン酸分解酵素と、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体と、水とを含み、該重合体に該酵素が分散した固化形態を有する気相浄化体。 - 2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体の重量平均分子量が70000〜600000である請求項1記載の気相浄化体。
- 酵素の含有割合が0.0001〜5質量%、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体の含有割合が30〜98質量%及び水の含有割合が1.9999〜20質量%である請求項1又は2記載の気相浄化体。
- 2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン含有重合体が、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとグリセロールモノ(メタ)アクリレートとアルキル(メタ)アクリレートとの3元共重合体である請求項1〜3のいずれか1項記載の気相浄化体。
- 形態が厚さ0.01〜5000μmのフィルムである請求項1〜4のいずれか1項記載の気相浄化体。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の気相浄化体を、気相と接するように基体に設けた気相浄化ユニット。
- 請求項6記載の気相浄化ユニットを気相と接触させることを特徴とする気相浄化方法。
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