JP2017122644A - 分離材、カラム、及び分離材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 多孔質ポリマ粒子と、該多孔質ポリマ粒子の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層と、を備え、被覆層が、水酸基を有する架橋高分子に、活性水素基と水酸基とを有する高分子がグラフトしているグラフトポリマを含む、分離材。
[2] 多孔質ポリマ粒子が、ジビニルベンゼンを含有するモノマに由来する構造単位を有するポリマを含む、[1]に記載の分離材。
[3] 前記活性水素基が、アミノ基又はチオール基である、[1]又は[2]に記載の分離材。
[4] 細孔径(モード径)が0.1〜0.5μmである、[1]〜[3]のいずれかに記載の分離材。
[5] 多孔質ポリマ粒子の粒径の変動係数が5〜15%である、[1]〜[4]のいずれかに記載の分離材。
[6] 水酸基を有する架橋高分子が、多糖類又はその変性体由来の架橋高分子である、[1]〜[5]のいずれかに記載の分離材。
[7] 水酸基を有する架橋高分子が、アガロース又はその変性体由来の架橋高分子である、[1]〜[6]のいずれかに記載の分離材。
[8] 活性水素基と水酸基とを有する高分子が、活性水素基を有する、デキストラン、ポリグリセリンモノメタクリレート又はポリヒドロキシエチルメタクリレートである、[1]〜[7]のいずれかに記載の分離材。
[9] 活性水素基と水酸基とを有する高分子の重量平均分子量が、5000〜100000である、[1]〜[8]のいずれかに記載の分離材。
[10] 多孔質ポリマ粒子1g当たり30〜400mgの被覆層を備える、[1]〜[9]のいずれかに記載の分離材。
[11] [1]〜[10]のいずれかに記載の分離材を備えるカラム。
[12] [1]〜[10]のいずれかに記載の分離材の製造方法であって、
多孔質ポリマ粒子の表面に水酸基を有する高分子を吸着させ、当該高分子を架橋する工程と、
架橋された高分子に、活性水素基と反応し得る基を導入する工程と、
活性水素基と反応し得る基に、活性水素基と水酸基とを有する高分子を反応させる工程と、を備える、製造方法。
本実施形態の分離材は、多孔質ポリマ粒子と、該多孔質ポリマ粒子の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層と、を備える。なお、本明細書中、「多孔質ポリマ粒子の表面」とは、多孔質ポリマ粒子の外側の表面のみでなく、多孔質ポリマ粒子の内部における細孔の表面を含むものとする。また、本明細書中(メタ)アクリル酸とはアクリル酸又はメタクリル酸を意味し、(メタ)アクリレート等の他の類似の表現においても同様である。
本実施形態に係る多孔質ポリマ粒子は、多孔質化剤を含むモノマを重合させて得られるポリマを含む粒子であり、例えば、従来の懸濁重合、シード重合等によって合成することができる。すなわち、多孔質ポリマ粒子は、例えば、上記モノマに由来する構造単位を有するポリマを含む。モノマとしては、特に限定されないが、例えば、アクリル系モノマ、スチレン系モノマを使用することができる。具体的なモノマとして以下のような多官能性モノマ、単官能性モノマ等が挙げられる。
1)多孔質ポリマ粒子又は分離材を、超音波分散装置を使用して水(界面活性剤等の分散剤を含む)に分散させ、1質量%の多孔質ポリマ粒子又は分離材を含む分散液を調製する。
2)粒度分布計(シスメックスフロー、シスメックス株式会社製)を用いて、上記分散液中の多孔質ポリマ粒子又は分離材約1万個の画像により平均粒径及び粒径のC.V.を測定する。
本実施形態に係る被覆層は、水酸基を有する架橋高分子に、活性水素基と水酸基とを有する高分子がグラフトしているグラフトポリマを含む。多孔質ポリマ粒子が、このような被覆層で被覆されることにより、カラム圧の向上を抑制することができるとともに、タンパク質の非特異吸着を抑制することが可能となる上、分離材のタンパク質吸着量を、天然高分子を用いた場合以上にすることが可能となる。
本実施形態の分離材は、例えば、1)多孔質ポリマ粒子の表面に水酸基を有する高分子を吸着させ、当該高分子を架橋する工程(吸着架橋工程)と、2)架橋された高分子に、活性水素基と反応し得る基を導入する工程(活性水素基と反応し得る基の導入工程)と、3)活性水素基と反応し得る基に、活性水素基と水酸基とを有する高分子を反応させる工程(グラフト工程)と、を備える方法により製造できる。
まず、水酸基を有する高分子の溶液を多孔質ポリマ粒子表面に吸着させる。
次いで、水酸基を有する架橋高分子に活性水素基と反応し得る基を導入する。活性水素基と反応し得る基を導入する方法に特に制限はなく、公知の方法等が使用可能である。例えば、エポキシ基は、所定濃度のアルカリ性水溶液に粒子を浸漬し、分散液を調製した後、エポキシ基を有するハロゲン化アルキル化合物を分散液に添加し、反応させる方法等により導入できる。アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液が挙げられる。また、エポキシ基を有するハロゲン化アルキル化合物としては、例えば、エピクロロヒドリンが挙げられる。
活性水素基と反応し得る基の導入工程により得られた粒子を、活性水素基と水酸基とを有する高分子の水溶液に分散させた後、触媒等を添加し、活性水素基と反応し得る基を、活性水素基と水酸基とを有する高分子と反応させる。触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液が挙げられる。
被覆層を備える分離材は、イオン交換基、リガンド(プロテインA)等を表面上の水酸基等を介して導入することにより、イオン交換精製、アフィニティ精製等に使用することができる。イオン交換基を導入する方法として、例えば、ハロゲン化アルキル化合物を用いる方法が挙げられる。
また、本実施形態のカラムは、本実施形態の分離材を備えるものである。本実施形態のカラムは、カラム内に本実施形態の分離材を充填させることで製造することができる。カラム内に分離材を充填させる方法は特に制限させるものではなく、例えば、公知の方法を採用することができる。
<多孔質ポリマ粒子1の合成>
500mLの三口フラスコに、純度96%のジビニルベンゼンを16g、Span80を6g、過酸化ベンゾイルを0.64g混合し、モノマ溶液を調製した。0.5質量%のポリビニルアルコール水溶液を溶媒として用いた。上記モノマ溶液及び上記溶媒をマイクロプロセスサーバーを使用して乳化後、得られた乳化液(モノマ濃度25体積%)をフラスコに移し、80℃のウォーターバスで加熱しながら、攪拌機を用いて約8時間撹拌した。得られた粒子をろ過後、アセトンで洗浄し、多孔質ポリマ粒子1を得た。多孔質ポリマ粒子1の粒径をフロー型粒径測定装置で測定し、平均粒径及び粒径のC.V.値を算出した。結果を表1に示す。
アガロース(Mw:100000)の水溶液(2質量%)100mLに、水酸化ナトリウム4g及びグリシジルフェニルエーテル0.4gを添加し、70℃で12時間反応させ、アガロースにフェニル基を導入した。得られた変性アガロースをイソプロピルアルコールで沈殿させた。沈殿させた変性アガロースをろ別し、再度水に溶解した後、イソプロピルアルコールで変性アガロースを沈殿させる操作を更に2回繰り返した後、乾燥し、変性アガロースを得た。得られた変性アガロースを再度水に溶解して20mg/mLの変性アガロース水溶液を調製した。この水溶液700mLに多孔質ポリマ粒子1を10gの割合で投入し、55℃で24時間撹拌することによって、変性アガロースを多孔質ポリマ粒子1に吸着させた。変性アガロースを吸着させた多孔質ポリマ粒子1をろ過し、熱水で洗浄した。
多孔質ポリマ粒子1の表面に吸着した変性アガロースを次のようにして架橋した。0.4Mの水酸化ナトリウム水溶液350gに対して多孔質ポリマ粒子1を10g分散させた分散液を調製した後、当該分散液にエチレングリコールジグリシジルエーテルを10g添加し、室温で12時間撹拌し、変性アガロースを架橋させた。得られた粒子をろ別し、純水にて洗浄した。
得られた粒子10gを、0.4Mの水酸化ナトリウム水溶液350gに分散させた。当該分散液にエピクロロヒドリンを20g逐次添加し、3時間撹拌し、変性アガロースの架橋体にエポキシ基を導入した。得られた粒子を2質量%の熱ドデシル硫酸ナトリウム水溶液で洗浄後、純水で洗浄し、エポキシ変性体被覆粒子を得た。
デキストラン(Mw:6000)5gを、ジメチルスルホキシド(DMSO)50mLに溶解させてデキストラン溶液を得た。得られたデキストラン溶液に、エチレンジアミン0.1g及びシアノ水素化ホウ素ナトリウム20mgを添加して、60℃で7日間攪拌した。この間、1日置き(すなわち3日目、5日目及び7日目)に、シアノ水素化ホウ素ナトリウム20mgを添加した。
5gのDex−NH2を50gの水に溶解させたDex−NH2水溶液に、エポキシ変性体被覆粒子10gを分散させた。得られた分散液を、80℃で12時間攪拌して、エポキシ変性体被覆粒子にDex−NH2をグラフトさせた。グラフト後の粒子を、ろ別し、熱水で洗浄した。得られた粒子を以下の方法により評価した。
熱重量分析にて、多孔質ポリマ粒子1g当たりの被覆層量(mg)を算出した。
結果を表3に示す。
グラフト前後の粒子を熱重量分析することにより、多孔質ポリマ粒子1g当たりのグラフト量(mg)を算出した。結果を表3に示す。
得られた分離材0.5gをBSA(Bovine Serum Alubumin)濃度20mg/mLのリン酸緩衝液(pH7.4)50mLに投入し、24時間室温で撹拌した。その後、遠心分離を行って上澄み液をとった。分光光度計で上澄み液の280nmの吸光度を測定することによって求めた上澄み液中のBSA濃度から、分離材に吸着したBSA量を算出した。結果を表3に示す。
得られた粒子分散液から、遠心分離により水を除去した。得られた粒子10gを、ジエチルアミノエチルクロライド塩酸塩の水溶液(ジエチルアミノエチルクロライド塩酸塩60gを水に溶解し100gとした水溶液)に分散させ、70℃で10分攪拌した後、70℃に加温した5Mの水酸化ナトリウム水溶液を100mL添加し、1時間反応させた。反応終了後、生成物をろ取して、水/エタノール(体積比8/2)で2回洗浄し、ジエチルアミノエチル(DEAE)基をイオン交換基として有する(DEAE変性)分離材を得た。得られた分離材の細孔径(モード径)、比表面積及び空隙率(ポロシティ)を水銀圧入法にて測定した。結果を、表2に示す。
(通液評価及び動的吸着量評価)
得られた分離材を濃度30質量%のスラリー(溶媒:メタノール)としてφ7.8×300mmのステンレスカラムに15分充填した。その後、カラムに流速を変えながら水を通し、流速とカラム圧との関係を測定し、0.3MPa時の通液速度(線流速)を測定した。結果を表3に示す。
q10=cfF(t10−t0)/VB
q10:10%breakthroughにおける動的吸着量(mg/mL wet resin)
cf:注入しているBSA濃度
F:流速(mL/min)
VB:ベッド体積(mL)
t10:10%breakthroughにおける時間(min)
t0:BSA注入開始時間(min)
活性水素基と水酸基とを有する高分子の作製に用いるデキストランのMwを23000に変更したこと以外は実施例1と同様にして分離材を作製し、実施例1と同様に評価した。活性水素基の導入前後でポリマ分子量に変化はなく、得られたDex−NH2のMwは、23000であった。
活性水素基と水酸基とを有する高分子の作製に用いるデキストランのMwを45000に変更したこと以外は実施例1と同様にして分離材を作製し、実施例1と同様に評価した。活性水素基の導入前後でポリマ分子量に変化はなく、得られたDex−NH2のMwは、45000であった。
Dex−NH2を、下記のようにして合成したチオール末端を有するポリグリセリンモノメタクリレート(PGMA−SH、Mw:75000)に変更したこと以外は実施例1と同様にして分離材を作製し、実施例1と同様に評価した。
2−シアノ−2−プロピルジチオベンゾエート0.4g、グリセリンモノメタクリレート78.1g、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)0.38g、エタノール140mLを混合し、70℃で5時間重合を行った後、水素化ホウ素ナトリウム(0.2g)を5gの水に溶解したものを添加し、3時間撹拌した。ジクロロメタンを用いて得られたポリマを再沈殿させた。得られたポリマのMwをGPCにより測定したところ、75000であった。
Dex−NH2を、下記のようにして合成したチオール末端を有するポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEMA−SH、Mw:92000)に変更したこと以外は実施例1と同様にして分離材を作製し、実施例1と同様に評価した。
2−シアノ−2−プロピルジチオベンゾエート0.4g、ヒドロキシエチルメタクリレート78.1g、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)0.38g、エタノール140mLを混合し、70℃で5時間重合を行った後、水素化ホウ素ナトリウム(0.2g)を5gの水に溶解したものを添加し、3時間撹拌した。ジクロロメタンを用いて得られたポリマを再沈殿させた。得られたポリマのMwをGPCにより測定したところ、92000であった。
多孔質ポリマ粒子1をそのまま分離材として用い、実施例1と同様に評価した。
Dex−NH2を、デキストラン(Mw:45000)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして分離材を作製し、実施例1と同様に評価した。
実施例1と同様の方法により、エポキシ変性体被覆粒子を作製した。次いで、エポキシ変性体被覆粒子10gを、10質量%のポリビニルアルコール(PVA、Mw:12000)水溶液100mLに投入し、1時間撹拌して分散液を得た。得られた分散液に、更に1Mの水酸化ナトリウム水溶液100mL、及び、水素化ホウ素ナトリウム0.36gを加え18時間撹拌して、エポキシ変性体被覆粒子にポリビニルアルコールをグラフトさせた。グラフト後の粒子を、ろ別し、熱水で洗浄した。得られた粒子を分離材として用い、実施例1と同様により評価した。
ポリビニルアルコールを、アガロース(Mw:21000)に変更したこと以外は、比較例2と同様にして分離材を作製し、比較例3と同様に評価した。
市販のアガロース粒子(Capto DEAE:GEヘルスケア)(以下、「多孔質ポリマ粒子2」という)をそのまま分離材として用い、実施例1と同様に評価した。
<多孔質ポリマ粒子3の合成>
ジビニルベンゼン16gに代えて2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート11.2g及びエチレングリコールジメタクリレート4.8gを用いたこと並びにSpan80の量を6gから5gに変更したこと以外は、多孔質ポリマ粒子1と同様の方法で多孔質ポリマ粒子3を得た。多孔質ポリマ粒子3の粒径をフロー型粒径測定装置で測定し、平均粒径及び粒径のC.V.値を算出した。結果を表1に示す。
蒸留水6gに、デキストラン(Mw:150000)1g、水酸化ナトリウム0.6g及び水素化ホウ素ナトリウム0.15gを溶解させた。得られた溶液6gに、4gの多孔質ポリマ粒子3を混合し、デキストランを多孔質ポリマ粒子3に吸着させた。デキストランを吸着させた多孔質ポリマ粒子3をエチルセルロースとトルエンとの混合溶液(エチルセルロース濃度:1質量%)1Lに加え攪拌し、粒子を分散させ、懸濁液を得た。得られた懸濁液に、エピクロルヒドリン5mLを加えて50℃に昇温し、この温度で6時間攪拌して、多孔質ポリマ粒子3の表面に吸着したデキストランを架橋した。反応終了後、粒子を懸濁液からろ別して、トルエン、エタノール、蒸留水で順次洗浄し、分離材を作製した。得られた分離材は、実施例1と同様に評価した。
Claims (12)
- 多孔質ポリマ粒子と、該多孔質ポリマ粒子の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層と、を備え、
前記被覆層が、水酸基を有する架橋高分子に、活性水素基と水酸基とを有する高分子がグラフトしているグラフトポリマを含む、分離材。 - 前記多孔質ポリマ粒子が、ジビニルベンゼンを含有するモノマに由来する構造単位を有するポリマを含む、請求項1に記載の分離材。
- 前記活性水素基が、アミノ基又はチオール基である、請求項1又は2に記載の分離材。
- 細孔径(モード径)が0.1〜0.5μmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の分離材。
- 前記多孔質ポリマ粒子の粒径の変動係数が5〜15%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の分離材。
- 前記水酸基を有する架橋高分子が、多糖類又はその変性体由来の架橋高分子である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の分離材。
- 前記水酸基を有する架橋高分子が、アガロース又はその変性体由来の架橋高分子である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の分離材。
- 前記活性水素基と水酸基とを有する高分子が、活性水素基を有する、デキストラン、ポリグリセリンモノメタクリレート又はポリヒドロキシエチルメタクリレートである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の分離材。
- 前記活性水素基と水酸基とを有する高分子の重量平均分子量が、5000〜100000である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の分離材。
- 前記多孔質ポリマ粒子1g当たり30〜400mgの前記被覆層を備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載の分離材。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の分離材を備えるカラム。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の分離材の製造方法であって、
多孔質ポリマ粒子の表面に水酸基を有する高分子を吸着させ、当該高分子を架橋する工程と、
架橋された前記高分子に、活性水素基と反応し得る基を導入する工程と、
前記活性水素基と反応し得る基に、活性水素基と水酸基とを有する高分子を反応させる工程と、を備える、製造方法。
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