JP2008037714A - アルコキシレーションによるメソポーラスシリカの表面修飾体 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール修飾したメソシリカ多孔体、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アルコールにより表面修飾されたメソシリカ多孔体を製造し、高い構造安定性を付与し、修飾密度を変化させることで孔径を制御せしめ、更には、有機官能基の親水性又は疎水性を制御することで耐水性を高めることを特徴とする、アルコキシレーションによるメソシリカ多孔体の製造方法、及びそのメソシリカ多孔体。
【効果】有機修飾したメソシリカ多孔体は、例えば、水溶液中での有機タンパク質の吸着する機能的部材、親水的な孔内空間を利用した特殊反応場、等として応用することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、アルコールにより表面修飾されたシリカ多孔体に関するものであり、更に詳しくは、エタノール等のアルコールでシリカ多孔体を表面修飾することにより耐水性を高め、高い構造安定性を付与すると同様に、修飾密度を変化させることで孔径を制御せしめ、更には、有機官能基の親水性又は疎水性の調整で、水溶液中の親水性有機物あるいはタンパク質の吸着取り込みに使用できる、アルコキシ修飾したシリカ多孔体及びその製造方法に関するものである。本発明の有機修飾したシリカ多孔体は、例えば、シリカ多孔体表面近傍に存在する疎水的な孔内空間を利用した特殊反応場、親水的な孔内空間を利用した特殊反応場としての応用が期待できる新規多機能性シリカ多孔体等として有用である。

直径２〜５０ｎｍのメソ細孔が非常に規則的に配列したシリカ系の多孔体が、特定のシリカ原料と界面活性剤から得られることが見出されて以来（例えば、非特許文献１、２）、細孔のサイズの均一性に優れた多孔体の研究が積極的に行われている。更に、シリカ多孔体の細孔構造をより有効に利用するために、触媒活性点を導入する目的で、ケイ素の一部をアルミニウム等の異種元素で置換した多孔質材料を合成することは、シリカ多孔体に、選択的吸着特性や特異的触媒特性を付与するための重要な試みである。

シリカ多孔体表面に、例えば、オクタデシル基の様な有機基を固定化し、吸着質との親和性を制御することで、より効率的な吸着特性や分離特性を付与することができる。均一メソ孔を有するシリカ多孔体においても、表面修飾体に関する研究開発が数多く行われており、アミノ基の存在を利用した錯体合成場の構築や、メルカプト基と重金属との親和性を利用した有害重金属の溶液中からの除去等、様々な応用が期待されている（例えば、非特許文献３〜５参照）。

しかしながら、上記文献に開示された多孔体は、例えば、水溶液中での吸着材や分離材として用いた場合に、耐水性が低く、細孔構造が壊れ、十分な選択吸着性や選択分離性が得られないという問題があり、当技術分野では、耐水性が高く、細孔構造が安定で、高い吸着特性を有するシリカ系の多孔体の開発が強く要請されていた。

Ｃ．Ｔ．Ｋｒｅｓｇｅ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３５９，ｐ７１０，１９９２ Ｓ．Ｉｎａｇａｋｉ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，６８０，１９９３ Ｐ．Ｓｕｔｒａ，Ｄ．Ｂｒｕｎｅｌ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９６，２４８５ Ｊ．Ｆ．Ｄｉａｚ ｅｔ ａｌ．，ＭＲＳ Ｓｙｍｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９６，４３１，８９ Ｔ．Ｋｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１９９９， １５，２７９４

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を解消することが可能なシリカ多孔体の表面特性を制御する新しい方法を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、アルコールを孔表面に固定化することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、水溶液中での吸着材として用いた場合に、吸着・分離の選択性及び速度を高くすることが可能なシリカ多孔体及び該多孔体の製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、孔表面に固定化したアルコールによって孔の崩壊を防ぎ、特に、水溶液中での有機物あるいはタンパク質を吸着させる新しいシリカ多孔体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）表面修飾されたシリカ多孔体であって、１）シリカ系メソ多孔体の表面がアルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）で修飾されている、２）それにより、孔表面にアルコキシ基を有している、ことを特徴とするアルコキシ修飾したシリカ多孔体。
（２）前記アルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）が、ｎ＜５のものである、前記（１）に記載のシリカ多孔体。
（３）前記シリカ系メソ多孔体が、１）ケイ素原子と酸素原子を必須成分として含む化合物の多孔体である、２）細孔のサイズがメソ孔であり、その中心細孔直径が２〜５０ｎｍである、３）細孔容積が０．１〜１．５ｍＬ／ｇである、４）比表面積が２００〜１５００ｍ^２である、５）表面にシラノール基（−ＳｉＯＨ基）を有する、前記（１）に記載のシリカ多孔体。
（４）アルコールの修飾密度を低くすることで、孔表面に親水基と疎水基を露出せしめた、前記（１）に記載のメソシリカ多孔体。
（５）アルコール修飾により耐水性を向上させた、前記（１）に記載のメソシリカ多孔体。
（６）メソシリカ多孔体の孔内全てをアルコールで充填させた、前記（１）に記載のメソシリカ多孔体。
（７）アルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）によりメソシリカ多孔体の表面修飾をしてメソシリカ多孔体の孔表面にアルコキシ基を形成することを特徴とするアルコキシレーションによるシリカ多孔体の製造方法。
（８）前記アルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）が、ｎ＜５のものである、前記（７）に記載のシリカ多孔体の製造方法。
（９）アルコールの煮沸還流によりアルコキシレーションを行う、前記（７）に記載のシリカ多孔体の製造方法。
（１０）アルコールの修飾密度を変化させることにより、細孔径を制御せしめる、前記（７）に記載のメソシリカ多孔体の製造方法。
（１１）前記アルコキシ基からなる有機官能基の側鎖の長さを変化させることにより、耐水性を高める、前記（７）に記載のメソシリカ多孔体の製造方法。
（１２）前記有機官能基の（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）疎水部をアルコールの側鎖の長さで変化させる、前記（７）に記載のシリカ多孔体の製造方法。

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、表面修飾されたシリカ多孔体であって、シリカ系メソ多孔体の表面がアルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）で修飾されていること、それにより、孔表面にアルコキシ基を有していること、を特徴とするものである。本発明では、（１）ケイ素原子と酸素原子を必須成分として含む化合物の多孔体であること、（２）細孔のサイズがメソ孔であり、その中心細孔直径が２〜５０ｎｍであること、（３）細孔容積が０．１〜１．５ｍＬ／ｇであること、（４）比表面積が２００〜１５００ｍ^２であること、（５）表面にシラノール基（−ＳｉＯＨ基）を有すること、を好ましい実施の態様としている。

本発明は、メソシリカ多孔体をアルコールによって表面修飾することにより、その表面特性を改変して、特に、水溶液中で水溶性低分子生理活性物質、タンパク質等を吸着させることが可能なシリカ多孔体を製造し、提供するものである。本発明は、シリカ多孔体が、例えば、シリカゲルの様な無定形構造材料、有機分子集合体を利用して構造規則性を付与した材料、及びそれらのケイ酸骨格中に異種ユニットを導入した材料であって、任意の孔径を有する材料に適用されるものである。

本発明のアルコール修飾したシリカ多孔体は、好適には、例えば、シリカ多孔体を分散したアルコール溶液を２４時間還流することで生成させることができる。本発明では、アルコールとしては、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨであり、ｎ＜５のものが好ましく、好適には、例えば、メタノールやエタノールが用いられる。本発明では、シリカ多孔体をアルコール修飾することにより、アルコキシ基を、脱水縮合によりシリカ多孔体の孔表面に固定化することができる。また、本発明では、アルコールの修飾密度を低くすることで、孔表面に親水基と疎水基を露出せしめたメソシリカ多孔体とすることができる。

上記アルコールで修飾されたシリカ多孔体は、水分子のシリカ骨格への接近を抑制し、水分子による解裂反応を受けても、微細構造を形成している主骨格の変化が抑制されるため、アルコール修飾したシリカ多孔体の構造安定性は大幅に向上する。また、本発明では、上記アルコール修飾により、耐水性を向上させたメソシリカ多孔体、更に、メソシリカ多孔体の孔内全てをアルコールで充填させてタンパク質を導入したメソシリカ多孔体を製造し、提供することができる。

次に、アルコールにより表面修飾したシリカ多孔体の水溶液中での安定性について説明する。一般に、シリカ多孔体は、水溶液中で孔が壊れてしまう。しかしながら、例えば、水溶液中でエタノール修飾したシリカ多孔体は、未修飾のシリカ多孔体の場合は、細孔が６時間で壊れてしまうのに対して、ほとんど変化無く、細孔を安定に保つことができることが分かった。更に、上記アルコールで修飾されたシリカ多孔体への水溶性の低分子生理活性物質、タンパク質等の吸着は、数時間で平衡に達する場合が多く、その場合、十分に水溶液での吸着に耐えることができる。

また、本発明は、アルコキシレーションによる上記シリカ多孔体の製造方法であって、アルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）によりメソシリカ多孔体の表面修飾をしてメソシリカ多孔体の孔表面にアルコキシ基を形成することを特徴とするものである。

本発明では、アルコールの煮沸還流によりアルコキシレーションを行うこと、アルコールの修飾密度を変化させることにより、細孔径を制御せしめること、前記アルコキシ基からなる有機官能基の側鎖の長さを変化させることにより、耐水性を高めること、前記有機官能基の疎水部をアルコールの側鎖の長さで変化させてシリカ表面を疎水的にすること、を好ましい実施の態様としている。

次に、本発明において、アルコール修飾シリカ系メソ多孔体とは、ケイ素原子と酸素原子を必須成分として含む化合物の多孔体であり、細孔のサイズがメソ孔であるものを意味するものとして定義される。ここで、メソ孔とは、中心細孔直径が２〜５０ｎｍであるものを言う。なお、中心細孔直径とは、シリカ系メソ多孔体の細孔容積（Ｖ）を細孔直径（Ｄ）で微分した値（ｄＶ／ｄＤ）を細孔直径（Ｄ）に対してプロットした曲線（細孔径分布曲線）の最大ピークにおける細孔直径を意味する。前記アルコール修飾シリカ系メソ多孔体とは、そのシリカ系メソ多孔体の表面のシラノールをアルコールで修飾して、アルコキシ基を形成したものである。

そして、上述の細孔分布曲線は、シリカ系メソ多孔体を、液体窒素温度（−１９６℃）に冷却して窒素ガスを導入し、定容量法によりその吸着量を求め、次いで、導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧に対する窒素ガス吸着量をプロットして吸着等温線を得た後に、Ｃｒａｎｓｔｏｎ−Ｉｎｋｌａｙ法を適用して求めることができる曲線である。

本発明において、上記アルコール修飾シリカ系メソ多孔体の中心細孔直径は、特に、４〜１５ｎｍであることが好ましい。中心細孔直径が４ｎｍ未満では、該シリカ系メソ多孔体を、例えば、ヘモグロビン等のタンパク質との複合化に利用した場合に、ヘモグロビン等のタンパク質の細孔内への吸着が不充分となる傾向があり、中心細孔直径が１５ｎｍを超えると、ヘモグロビン等のタンパク質が効率よく立体構造が保持されない傾向がある。即ち、シリカ系メソ多孔体の中心細孔直径を上記範囲内にすることにより、ヘモグロビン等のタンパク質の吸着を高効率化でき、立体構造の保持も容易となるため、ヘモグロビン等のタンパク質を更に安定化することが可能となる。

本発明において、上記アルコール修飾シリカ系メソ多孔体は、０．１〜１．５ｍＬ／ｇの細孔容積を有するものであることが好ましく、また、２００〜１５００ｍ^２の比表面積を有するものであることが好ましい。そして、上記シリカ系メソ多孔体は、全細孔容積に占める、中心細孔直径の±４０％の範囲内の直径を有する細孔の全容積の割合が６０％以上の多孔体であることが好ましい。

ここで、全細孔容積に占める、中心細孔直径の±４０％の範囲内の直径を有する細孔の全容積の割合が６０％以上とは、例えば、中心細孔直径が３．００ｎｍである場合、この３．００ｎｍの±４０％、即ち、１．８０〜４．２０ｎｍの範囲にある細孔の容積の合計が、全細孔容積の６０％以上を占めていることを意味する。

この条件を満たす多孔体は、細孔の直径が非常に均一であることを意味し、このような細孔配列構造を有するアルコール修飾シリカ系メソ多孔体にタンパク質を吸着させることにより、タンパク質の安定性及び吸着量をより向上させることができる。なお、細孔容積は、上述のように、アルコール修飾シリカ系メソ多孔体を液体窒素温度に冷却して窒素ガスを導入する方法（窒素吸着法）により算出することができる。

本発明において、上記アルコール修飾シリカ系メソ多孔体は、１ｎｍ以上のｄ値に相当する回折角度に１本以上のピークを有するＸ線回折パターンを示す多孔体であることが好ましい。Ｘ線回折パターンでピークが現われる場合は、そのピーク角度に相当するｄ値の周期構造がアルコール修飾シリカ系メソ多孔体中にあることを意味する。

したがって、１ｎｍ以上のｄ値に相当する回折角度に１本以上のピークがあることは、細孔が１ｎｍ以上の間隔で規則的に配列していることを意味する。このように、非常に規則的な細孔配列構造を有するアルコール修飾シリカ系メソ多孔体にタンパク質を吸着させることにより、タンパク質の安定性及び吸着量をより向上させることが可能になる。

本発明では、上述のシリカ系メソ多孔体における、細孔の配列状態（細孔配列構造）は、特に制限されるものではないが、シリカ系メソ多孔体としては、例えば、ヘキサゴナルの細孔配列構造を有するものや、キュービックやディスオーダの細孔配列構造を有するものが例示される。

ここで、シリカ系メソ多孔体がヘキサゴナルの細孔配列構造を有するとは、シリカ系メソ多孔体の細孔の配置が六方構造であることを意味する（Inagaki, et. al., Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, 1449 (1996); Q. Huo et. al., Science, 268, 1324 (1995)参照）。ヘキサゴナルの細孔配列構造としては、２ｄ−ヘキサゴナル（２次元ヘキサゴナル）及び３ｄ−ヘキサゴナル（３次元ヘキサゴナル）が挙げられる。本発明において好適に用いることのできる２次元ヘキサゴナルの細孔配列構造を有するアルコール修飾シリカ系メソ多孔体は、２次元ヘキサゴナル配列構造に基づいて、六角柱状の細孔が互いに平行に規則的に形成されている。

シリカ系メソ多孔体がキュービックの細孔配列構造を有するとは、シリカ系メソ多孔体中の細孔の配置が立方構造であることを意味する（J. C. Vartuli et. al., Chem. Mater., 6, 2317, 1994； Q. Huo et.al., Nature, 368, 317, 1994参照）。そして、シリカ系メソ多孔体がディスオーダの細孔配列構造を有するとは、細孔の配置が不規則であることを意味する（P. T. Tanev et. al., Science, 267, 865, 1995； S. A. Bagshaw et. al., Science, 269, 1242, 1995； R. Ryoo et. al., J. Phys. Chem., 100, 17718, 1996参照）。

シリカ系メソ多孔体が、ヘキサゴナルやキュービック等の規則的細孔配列構造を有する場合は、細孔の全てがこれらの規則的細孔配列構造である必要はない。即ち、シリカ系メソ多孔体は、ヘキサゴナルやキュービック等の規則的細孔配列構造とディスオーダの不規則的細孔配列構造の両方を有していることが可能である。しかしながら、全ての細孔のうち、８０％以上は、ヘキサゴナルやキュービック等の規則的細孔配列構造となっていることが好ましい。

本発明において、上記シリカ系メソ多孔体としては、有機基を有するシリカ系メソ多孔体、有機基を有しないシリカ系メソ多孔体が例示される。そして、いずれのシリカ系メソ多孔体の場合においても、ケイ素以外の金属元素（例えば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ等）を更に含むことができる。なお、いずれのシリカ系メソ多孔体であっても、表面にはシラノール基（−ＳｉＯＨ基）が存在している。そのＯＨをアルコールで修飾したものをアルコール修飾シリカ系メソ多孔体と言う。

有機基を有するシリカ系メソ多孔体とは、シリカ系メソ多孔体を構成するケイ素原子の少なくとも一部に、有機基が、炭素−ケイ素結合を形成することによって結合しているものを言う。有機基としては、例えば、アルカン、アルケン、アルキン、ベンゼン、シクロアルカン等の炭化水素から１以上の水素がとれて生じる炭化水素基や、アミド基、アミノ基、イミノ基、メルカプト基、スルフォン基、カルボキシル基、エーテル基、アシル基、ビニル基等が挙げられる。

次に、本発明のアルコール修飾したシリカ系メソ多孔体は、例えば、タンパク質複合体を合成するのに使用されるが、ここではヘモグロビンを代表例として説明すると、ヘモグロビンの構造は、図４で表すことができる。シリカ系メソ多孔体に吸着させるヘモグロビンの重量は、シリカ系メソ多孔体１００重量部当たり、０．５〜５０重量部であることが好ましく、２０〜５０重量部であることがより好ましい。ヘモグロビンの吸着量が上記範囲である場合、ヘモグロビンのシリカ系メソ多孔体への吸着が効率的に生じ、安定化の程度が向上する。

本発明のアルコール修飾したシリカ系メソ多孔体と複合化されるタンパク質は、前記ヘモグロビンに限定されるものではなく、前記アルコール修飾シリカ系メソ多孔体の細孔内壁に吸着し得る全てのタンパク質が対象とされるが、例えば、ヘモグロビン、カタラーゼ等が例示される。本発明のアルコール修飾したシリカ系メソ多孔体を利用して合成される複合体は、シリカ系メソ多孔体の細孔内部にタンパク質を備えており、前記タンパク質は、前記細孔内部で多量体を形成しており、更に、該多量体は、前記シリカ系メソ多孔体の細孔内壁に吸着して複合体を形成している。

ここで、タンパク質の多量体とは、２以上のタンパク質が、直接に又は水などの低分子を介して、結合してなる化合物を言い、結合には、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合が含まれる。しかし、これらの結合の種類は、特に制限されるものではない。

図５は、図４に示すシリカ系メソ多孔体の細孔内部にヘモグロビンを備える、ヘモグロビン複合体を模式的に示す斜視図である。なお、図５は、図４のシリカ系メソ多孔体の中心部分の細孔のみを拡大して示したものである。

図５に示すヘモグロビン複合体において、シリカ系メソ多孔体の細孔内には、ヘモグロビンが存在している。それらは、図５の構造に限定されるものではなく、例えば、多量体を形成している場合もあり得る。

また、上記ヘモグロビン複合体においては、前記シリカ系メソ多孔体の細孔内部に酸化触媒が更に担持されていることが好ましい。このような酸化触媒としては、好適には、例えば、酸化ルテニウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化チタン等が挙げられ、これらは、例えば、濃縮された酸素、一酸化炭素、一酸化窒素の酸化反応に用いることができる。

酸化触媒の担持量は、０．１〜５重量％程度が一般的である。更に、このような酸化触媒をシリカ系メソ多孔体の細孔内部に担持させる方法も、特に制限されるものではないが、例えば、シリカ系メソ多孔体を、酸化触媒又はその前駆体の溶液中に入れて攪拌した後、減圧乾燥し、更に必要に応じて、加熱等により前駆体を酸化させることにより、酸化触媒を担持したヘモグロビン複合体を得ることが可能である。上述のように、本発明のアルコール修飾シリカ系メソ多孔体は、ヘモグロビン複合体を代表例として説明したが、本発明は、上記ヘモグロビン複合体に限定されるものではなく、他のタンパク質についても同様の手法でタンパク質複合体を作製し、提供することが可能である。

本発明により、次のような効果が奏される。
（１）アルコール修飾したシリカ系メソ多孔体を製造し、提供することができる。
（２）本発明のアルコール修飾したシリカ系メソ多孔体は、その細孔内部に各種タンパク質を安定に、且つ大きな吸着量で吸着させ、タンパク質複合体とすることが可能である。
（３）タンパク質を安定に保持して、その活性を安定、且つ高活性で発揮させることが可能なタンパク質の高度利用技術を提供することができる。
（４）タンパク質の活性を維持して、安定、且つ有効に発揮することが可能な新規機能性部材を提供することができる。

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。尚、本発明の効果をより顕著に示すために、孔径が均一なシリカ多孔体を用いてアルコール修飾した実施例を示す。

本実施例では、シリカ系メソ多孔体の合成を行った。
（合成例）
水ガラス１号２７１．５９ｇを水８２８．４１ｇと混合した後、８０℃に加熱した。別途、ドコシルトリメチルアンモニウムクロライド８０ｇを７０℃の水１リットルに添加し、溶解後、トリイソピルベンゼン７０ｍｌ（６０ｇ）を更に添加し、ホモミキサーで３０分攪拌した。この乳化液を水ガラス溶液に瞬時に添加して、更に、５分攪拌した。これに２規定塩酸を約１時間かけて添加し、ｐＨ８．５の状態で約３時間攪拌した。これを吸引濾過した後、７０℃の熱水に再分散・濾過を繰り返し、濾液の伝導度が１００μＳ／ｃｍ以下であることを確認した。これを４５℃で３日間乾燥した後、５５０℃で６時間焼成することにより、中心細孔直径６．２ｎｍのシリカ系メソ多孔体を得た。得られたシリカ系メソ多孔体を、以下「大口径ＦＳＭ」とする。

大口径ＦＳＭについて、粉末Ｘ線回折及び窒素吸着等温線の測定を行った。粉末Ｘ線回折は、理学ＲＡＤ−Ｂ装置を用いて測定し、窒素吸着等温線は、液体窒素温度において、定容積法により求めた。Ｘ線回折パターンにより、大口径ＦＳＭは、２次元ヘキサゴナルの細孔配列構造を有していることが分かった。また、窒素吸着等温線からＣｒａｎｓｔｏｎ−Ｉｎｋｌａｙ法で計算した細孔分布曲線によると、全細孔容積に占める、中心細孔直径の±４０％の範囲内の直径を有する細孔の全容積の割合は、６０％以上であることが分かった。

（ＦＳＭのエタノール修飾）
エタノール溶媒中（１００ｍｌ）に、乾燥させたシリカ多孔体（１ｇ）を加えて撹拌し、分散させた後に、１００℃で２４時間還流を行った。その後、回収した試料は、４５度で乾燥させた。

孔径が均一なシリカ多孔体は、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムを鋳型として用いて合成しており、二次元六方構造を有するシリカ多孔体である。これを未修飾試料として取り扱うが、未修飾体の窒素吸着測定から算出した比表面積は１２１１ｍ^２ｇ^−１、孔径は６．２ｎｍであった。粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）による分析から、得られた表面修飾体は、二次元六方構造を保持していることが確認された。

また、ＩＲ測定によりアルコキシ基が表面に結合していると確認された。更に、窒素吸着測定から、有機修飾に伴い得られた表面修飾体の比表面積（１０５０ｍ^２ｇ^−１）、孔径（６ｎｍ）は、いずれも減少していることが示された。ここで、細孔容積は、メソ孔表面への修飾を評価するため、相対圧９０％での窒素吸着量から算出した。以上から、アルコール修飾することで孔表面を初め、シリカ多孔体の表面全てがアルコキシ基で覆われた表面修飾体が生成したことが明らかとなった。

比較例３
上記実施例１の未修飾体の耐水性を調査した。ＦＳＭ（６０Å）の水処理後の窒素吸着曲線ａ）と細孔分布曲線ｂ）を図２示す。図２ａは、ＦＳＭ（６０Å）を、水の中で攪拌する前及び攪拌した後のＦＳＭ（６０Å）の窒素吸着特性について調べた結果である。縦軸は窒素の吸着量を、横軸はそのときの相対圧力を示す。ＡはＰ／Ｐ_０＝０．６付近で急激に立ち上がっていることから、孔が詰まっておらず、綺麗にあいていることが分かる。

一方、水中で攪拌したＦＳＭは、比表面積及び細孔容量が減少しているが分かる。このことは、水によってＦＳＭの孔が壊れたことを示している。図２ｂは、窒素吸着等温線から求めた細孔分布曲線である。ＦＳＭは６ｎｍ付近にシャープなピークが見られる。一方、水中で攪拌したサンプルはピークが減少しているのが分かる。

次に、水の中でも孔が壊れないサンプルを調製するために、孔の表面をエトキシ化した。更に、上記実施例２に示した表面修飾体の耐水性測定を調査した。エトキシ化ＦＳＭの水中での窒素吸着曲線（左）と細孔分布曲線（右）を図３に示す。図３の左図で、縦軸は窒素の吸着量を、横軸はそのときの相対圧力を示す。図３の左図では、Ｐ／Ｐ_０＝０．６付近で急激に立ち上がっていることから、詰まっておらず、孔が綺麗にあいていることが分かる。したがって、エトキシ化していないＦＳＭの場合は壊れてしまう孔が、エトキシ化することで耐水性が向上し、合壊れないことが分かった。図３の右図は、窒素吸着等温線から求めた細孔分布曲線である。この図でも、孔が壊れていないことが分かる。

参考例１
本参考例では、タンパク質複合体の合成を行った。エタノール修飾ＦＳＭの粉末１００ｇと、ヘモグロビンの水溶液（リン酸バッファｐＨ６．９）５ｍＬ（ヘモグロビンのモル濃度：６ｍｇ／ｍｌ）とを混合し、２５℃で５時間震盪させた。その後、７０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行い、沈殿物を凍結乾燥した。これにより、ヘモグロビンとＦＳＭとの複合体（以下、「複合体１」という。）を得た。
参考例２

エタノール修飾ＦＳＭに代えて、ＦＳＭを用いた他は、参考例１と同様にして、ヘモグロビンと未修飾ＦＳＭとの複合体（以下「複合体２」という。）を得た。図４に、ヘモグロビンの構造を模式的に示した説明図を示す。また、図５に、シリカ系メソ多孔体の細孔内部にヘモグロビンを備える、ヘモグロビン複合体を模式的に示した説明図を示す。

参考例３
（１）吸着量の測定
複合体１と２に対するヘモグロビンの吸着量を測定した。吸着量の測定は、上記遠心分離で得られた上澄みを用いて行った。測定の結果を図６に示す。図６の左の縦軸は、それぞれのシリカ系メソ多孔体１００ｍｇに対するヘモグロビンの吸着量、横軸は、吸着平衡濃度を示す。ＦＳＭ−ｅｔｏｘｙはエタノール修飾ＦＳＭ、ＦＳＭは未修飾ＦＳＭである。エタノール修飾ＦＳＭには、タンパク質が吸着していく様子が伺えるが、未修飾ＦＳＭでは、タンパク質の吸着量がエタノール修飾ＦＳＭに比べて少ないのが分かる。

（２）窒素吸着の測定
図７の左図に、複合体１の、窒素吸着曲線を示す。エタノール修飾ＦＳＭに対し、ヘモグロビンの吸着量の異なる３種類の複合体（エタノール修飾ＦＳＭ １００ｍｇに対し、ヘモグロビンが、それぞれ、Ａ:０ｍｇ Ｂ：１０ｍｇ Ｃ：３０ｍｇの吸着量）を作り、それぞれについて、窒素吸着特性について調べた。縦軸は、窒素の吸着量を示し、横軸に、そのときの相対圧力を示す。

Ａでは、Ｐ／Ｐ_０＝０．４付近で急激に立ち上がっている。このことは、規則正しい孔が綺麗に開いていること示している。一方、ヘモグロビンが吸着したエタノール修飾ＦＳＭでは、ヘモグロビンの吸着量が増えるに従い、非表面積及び細孔容量が減少していることが分かる。このことは、孔の中にヘモグロビンが導入されていることを示している。

（３）細孔分布の測定
図７の右図に、窒素吸着等温線から求めたエタノール修飾ＦＳＭ、及び複合体１の細孔分布曲線を示す。Ａがエタノール修飾ＦＳＭ、Ｂ、Ｃ（エタノール修飾ＦＳＭ １００ｍｇに対し、ヘモグロビンが、それぞれ、Ｂ：３０ｍｇ Ｃ：２０ｍｇの吸着量）がヘモグロビンエタノール修飾ＦＳＭを示す。Ａでは、６ｎｍ付近にシャープなピークが見られる。一方、ヘモグロビンが吸着したエタノール修飾ＦＳＭ（Ｂ、Ｃ）では、ヘモグロビンの吸着量が増えるにしたがって、細孔容量が減少していることが分かる。

以上詳述したように、本発明は、アルコキシレーションによるメソポーラスシリカの表面修飾体に係るものであり、本発明により、シリカ多孔体にアルコールで表面修飾を行うことによって、耐水性を向上させ、構造安定性を付与したアルコール修飾したシリカ系メソ多孔体を提供することができる。本発明の表面修飾したシリカ多孔体は、耐水性を有する機能性部材や特殊反応場への応用が期待できると共に、特に、その細孔内壁にヘモグロビン等のタンパク質を吸着、保持することでタンパク質を内包した複合体を合成し、提供することができる。

実施例１で合成した有機修飾したシリカ多孔体の赤外吸収スペクトルを示す。 実施例１で合成した未修飾のシリカ多孔体の窒素吸着曲線ａ）及びその細孔分布ｂ）を示す。 実施例１で合成した有機修飾したシリカ多孔体の窒素吸着曲線（左）及びその細孔分布（右）を示す。 ヘモグロビンの構造を模式的に示す説明図である。 シリカ系メソ多孔体の細孔内部にヘモグロビンを備える、ヘモグロビン複合体を模式的に示す説明図である。 シリカ系メソ多孔体に対するヘモグロビンの吸着量を示す説明図である。 ヘモグロビンが導入されたシリカ系メソ多孔体の、窒素吸着曲線（左）と、細孔分布曲線（右）の図である。

Claims (12)

1. 表面修飾されたシリカ多孔体であって、（１）シリカ系メソ多孔体の表面がアルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）で修飾されている、（２）それにより、孔表面にアルコキシ基を有している、ことを特徴とするアルコキシ修飾したシリカ多孔体。
2. 前記アルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）が、ｎ＜５のものである、請求項１に記載のシリカ多孔体。
3. 前記シリカ系メソ多孔体が、（１）ケイ素原子と酸素原子を必須成分として含む化合物の多孔体である、（２）細孔のサイズがメソ孔であり、その中心細孔直径が２〜５０ｎｍである、（３）細孔容積が０．１〜１．５ｍＬ／ｇである、（４）比表面積が２００〜１５００ｍ^２である、（５）表面にシラノール基（−ＳｉＯＨ基）を有する、請求項１に記載のシリカ多孔体。
4. アルコールの修飾密度を低くすることで、孔表面に親水基と疎水基を露出せしめた、請求項１に記載のメソシリカ多孔体。
5. アルコール修飾により耐水性を向上させた、請求項１に記載のメソシリカ多孔体。
6. メソシリカ多孔体の孔内全てをアルコールで充填させた、請求項１に記載のメソシリカ多孔体。
7. アルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）によりメソシリカ多孔体の表面修飾をしてメソシリカ多孔体の孔表面にアルコキシ基を形成することを特徴とするアルコキシレーションによるシリカ多孔体の製造方法。
8. 前記アルコール（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨ）が、ｎ＜５のものである、請求項７に記載のシリカ多孔体の製造方法。
9. アルコールの煮沸還流によりアルコキシレーションを行う、請求項７に記載のシリカ多孔体の製造方法。
10. アルコールの修飾密度を変化させることにより、細孔径を制御せしめる、請求項７に記載のメソシリカ多孔体の製造方法。
11. 前記アルコキシ基からなる有機官能基の側鎖の長さを変化させることにより、耐水性を高める、請求項７に記載のメソシリカ多孔体の製造方法。
12. 前記有機官能基の（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１）疎水部をアルコールの側鎖の長さで変化させる、請求項７に記載のシリカ多孔体の製造方法。