JP2021046385A - Water-dispersible fine particle - Google Patents

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弘文 白馬
Hirofumi Hakuba
弘文 白馬
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Abstract

To provide a material that serves as an agent for suppressing biofilm formation and can be dispersed in water, while keeping its effects even under environments such as a wet area, and also has high safety and low environmental load.SOLUTION: The present disclosure provides a water-dispersible fine particle containing a complex of a polycarboxylic acid derivative and a ε-poly-L-lysine free base. The present disclosure also provides an antimicrobial agent and/or a biofilm removing agent containing the fine particle, and a method for producing a fine particle that includes a reaction between a polycarboxylic acid derivative and a ε-poly-L-lysine free base to occur in a reaction liquid to form a complex.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、微生物が生産するバイオフィルムの形成を抑制する方法に関し、バイオフィルム生産性の高いグラム陰性桿菌だけでなく、グラム陽性球菌に対してもバイオフィルムの生産抑制およびバイオフィルム除去が可能な組成物に関する。 The present invention relates to a method for suppressing the formation of a biofilm produced by a microorganism, and can suppress the production of a biofilm and remove the biofilm not only for Gram-negative bacilli having high biofilm productivity but also for Gram-positive cocci. Regarding the composition.

バイオフィルムは、材料表面に定着した微生物が生産する構造体であり、所謂、ヌメリ(スライム)として知られ、医療、生活、産業等のあらゆる環境において、病原体の発生、材料の腐食等に関与する等、衛生上、多くの問題を引き起こす。 Biofilms are structures produced by microorganisms that have settled on the surface of materials, and are known as so-called slimes, and are involved in the generation of pathogens, corrosion of materials, etc. in all environments such as medical care, daily life, and industry. It causes many hygiene problems.

例えば、病院、介護等の医療現場では、抗菌剤や抗生物質等の薬剤に対し、耐性を獲得した病原性菌(薬物耐性菌)の発生が問題となっている。薬物耐性菌は、バイオフィルムの形成によって、薬剤、外的ストレスに対し、耐性を獲得しやすい環境を作り出すとされる。また、要介護者等の口腔内に発生する歯周病性バイオフィルムは、誤嚥性肺炎といった重篤な疾患を招くことがある。さらには、キッチン、風呂場、トイレ等の身近な水回りにおいても、バイオフィルムによる不快臭や食中毒の発生、材料の腐食等をもたらす。 For example, in medical settings such as hospitals and nursing care, the outbreak of pathogenic bacteria (drug-resistant bacteria) that have acquired resistance to drugs such as antibacterial agents and antibiotics has become a problem. Drug-resistant bacteria are said to create an environment in which resistance to drugs and external stress can be easily acquired by forming biofilms. In addition, periodontal biofilms that occur in the oral cavity of people requiring long-term care may lead to serious diseases such as aspiration pneumonia. Furthermore, biofilms cause unpleasant odors, food poisoning, and corrosion of materials in familiar water areas such as kitchens, bathrooms, and toilets.

バイオフィルムは、微生物が材料表面へ定着した後、微生物の増殖のプロセスで形成、成長し、微生物と病原性物質を含むコロニーとして、外部に放出される。一旦、バイオフィルムが形成されると、環境ストレスや抗菌剤等に対し、耐性を示し、バイオフィルム中の微生物の除去が困難となる。 After the microorganisms have settled on the surface of the material, the biofilm is formed and grown in the process of growth of the microorganisms, and is released to the outside as colonies containing the microorganisms and pathogenic substances. Once the biofilm is formed, it exhibits resistance to environmental stress, antibacterial agents, etc., and it becomes difficult to remove microorganisms in the biofilm.

バイオフィルムの除去方法として、次亜塩素酸、オゾン、二酸化塩素等の酸化性殺菌剤による洗浄処理が行われる場合がある。しかしながら、酸化性殺菌剤は、高い腐食性を有しているため、環境、安全の面から適用範囲が限られる。 As a method for removing the biofilm, a cleaning treatment with an oxidizing disinfectant such as hypochlorous acid, ozone, or chlorine dioxide may be performed. However, since the oxidizing fungicide has high corrosiveness, its application range is limited from the viewpoint of environment and safety.

上記の問題を解決するため、腐食性の高い酸化性殺菌方法の代わりに、非酸化性のバイオフィルム殺菌剤が知られている。例えば、特許文献1にあるイソプロピルメチルフェノール(IPMP)は、歯周病原性バイオフィルムに浸透して殺菌性を示すことが知られている。IPMPは水不溶性であるため、液状として使用する場合、有機溶媒、界面活性剤等の可溶化剤との併用が必要であり、水を基剤とする処方が適用できないことがある。 In order to solve the above problems, non-oxidizing biofilm sterilizers are known instead of highly corrosive oxidative sterilization methods. For example, isopropylmethylphenol (IPMP) in Patent Document 1 is known to permeate periodontal pathogenic biofilms and exhibit bactericidal properties. Since IPMP is water-insoluble, when used as a liquid, it is necessary to use it in combination with a solubilizer such as an organic solvent or a surfactant, and a water-based formulation may not be applicable.

特許文献2では、ε−ポリ−L−リジン(ε−PL)を用いたバイオフィルム除去剤が開示されている。当該発明には、ε−PLを含有する水溶液をバイオフィルムに浸漬すると、バイオフィルムが除去される内容が記載されている。ε−PLは、安全性が高い抗菌性ポリアミノ酸として知られ、水に対する溶解性が高く、水溶液としての処方性に優れる。しかし、ε−PLは、バイオフィルム形成を抑制するためのコート剤として使用する場合、水に溶出しやすいため、材料やバイオフィルム表面に留まらせることが困難である。特に、菌やバイオフィルムが繁殖しやすい水回り等、使用環境によっては、ε−PLのバイオフィルム抑制効果が失われる可能性がある。 Patent Document 2 discloses a biofilm remover using ε-poly-L-lysine (ε-PL). The invention describes that when an aqueous solution containing ε-PL is immersed in a biofilm, the biofilm is removed. ε-PL is known as a highly safe antibacterial polyamino acid, has high solubility in water, and is excellent in prescribability as an aqueous solution. However, when ε-PL is used as a coating agent for suppressing biofilm formation, it is difficult to retain it on the material or the surface of the biofilm because it easily elutes in water. In particular, the biofilm-suppressing effect of ε-PL may be lost depending on the usage environment such as around water where bacteria and biofilms easily propagate.

上記課題を解決するため、発明者は、材料への抗菌成分の残留を目的とし、ε−PL塩酸塩をポリマーに内包した微粒子を開発している。当該ポリマー微粒子は、バイオフィルム生産性の高いグラム陰性桿菌(P.fluorescens)由来のバイオフィルムに対し、抑制効果を確認している。一方、近年カテーテル等の医療用具への付着が問題となっているグラム陽性球菌(S.aureus)に対しては、バイオフィルム抑制および/または除去効果が十分ではない場合があることがわかってきた。 In order to solve the above problems, the inventor has developed fine particles containing ε-PL hydrochloride in a polymer for the purpose of retaining an antibacterial component in a material. It has been confirmed that the polymer fine particles have an inhibitory effect on a biofilm derived from Gram-negative bacilli (P. bluerescens) having high biofilm productivity. On the other hand, it has become clear that the biofilm-suppressing and / or removing effect may not be sufficient for Gram-positive cocci (S. aureus), which have recently become a problem of adhesion to medical devices such as catheters. ..

上述の通り、バイオフィルムを効果的に抑制および/または除去する技術は、多くの産業で要望されるものであり、特に、医療現場で問題となるStaphylococus属由来のバイオフィルム対策は喫緊の課題である。 As described above, techniques for effectively suppressing and / or removing biofilms are required in many industries, and in particular, measures against biofilms derived from the genus Staphylococus, which is a problem in the medical field, are an urgent issue. is there.

特許第5573111号公報Japanese Patent No. 5573111 特許第5982088号公報Japanese Patent No. 5982088

防菌防黴誌,1995,23,6.Antibacterial and antifungal magazine, 1995, 23, 6. Nanoscale Research Letters,2014,9,373.Nanoscale Research Letters, 2014, 9, 373.

本発明は、グラム陽性球菌、特にStaphylococus属由来のバイオフィルムの形成を抑制および/または除去する剤として、水に分散可能でありながらも水回り等の環境下でも効果が持続し、さらに安全性が高く、低環境負荷の材料を提供することにある。 The present invention, as an agent for suppressing and / or removing the formation of gram-positive cocci, particularly Staphylococcus aureus-derived biofilm, is dispersible in water but has a long-lasting effect even in an environment such as around water, and is further safe. Is to provide materials with high and low environmental load.

本発明者は、鋭意検討した結果、以下に示す手段により上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。 As a result of diligent studies, the present inventor has found that the above problems can be solved by the means shown below, and has arrived at the present invention.

すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
[1] ポリカルボン酸誘導体とε−ポリ−L−リジン遊離塩基とからなる複合体を含む、水分散性の微粒子。
[2] 前記微粒子は、前記複合体の会合体を形成している、[1]に記載の微粒子。
[3] 前記ポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸と下記一般式(1)のプロパルギルアミノ酸が縮合した化合物である、[1]または[2]に記載の微粒子。

Figure 2021046385

(式中のRは、水素原子または、炭素数1〜8の炭化水素基を示す。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のnは、1〜3の整数を示す。)
[4] 前記ポリカルボン酸は、ポリグルタミン酸である、[1]〜[3]のいずれかに記載の微粒子。
[5] 前記微粒子の平均粒子径は、0.01μm〜0.5μmである、[1]〜[4]のいずれかに記載の微粒子。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の微粒子を含有する、抗微生物剤および/またはバイオフィルム除去剤。
[7] 前記ポリカルボン酸誘導体と前記ε−ポリ−L−リジン遊離塩基とを反応液中で反応させて複合体を形成させる、[1]〜[5]のいずれかに記載の微粒子の製造方法。
[8] 前記反応液のpHが7.0〜10.0である、[7]に記載の微粒子の製造方法。 That is, the present invention has the following configuration.
[1] Water-dispersible fine particles containing a complex composed of a polycarboxylic acid derivative and an ε-poly-L-lysine free base.
[2] The fine particles according to [1], wherein the fine particles form an aggregate of the complex.
[3] The fine particles according to [1] or [2], wherein the polycarboxylic acid derivative is a compound obtained by condensing a polycarboxylic acid with a propargyl amino acid of the following general formula (1).
Figure 2021046385

(R in the formula indicates a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. In the hydrocarbon group, a plurality of hydrogen atoms are replaced with nitrogen atoms, oxygen atoms or sulfur atoms. In addition, n in the formula indicates an integer of 1 to 3).
[4] The fine particles according to any one of [1] to [3], wherein the polycarboxylic acid is polyglutamic acid.
[5] The fine particles according to any one of [1] to [4], wherein the average particle size of the fine particles is 0.01 μm to 0.5 μm.
[6] An antimicrobial agent and / or a biofilm remover containing the fine particles according to any one of [1] to [5].
[7] Production of the fine particles according to any one of [1] to [5], wherein the polycarboxylic acid derivative and the ε-poly-L-lysine free base are reacted in a reaction solution to form a complex. Method.
[8] The method for producing fine particles according to [7], wherein the pH of the reaction solution is 7.0 to 10.0.

本発明の微粒子は、水分散性に優れ、材料表面に接着性を有し、抗菌成分を長く残留することができるため、菌が繁殖しやすい水環境下であっても、持続的に微生物が生産するバイオフィルムの形成を抑制することができる。また、天然物由来の原料を用いるため、環境への負荷が小さい。 The fine particles of the present invention have excellent water dispersibility, have adhesiveness to the surface of the material, and can retain antibacterial components for a long time. The formation of the biofilm to be produced can be suppressed. In addition, since raw materials derived from natural products are used, the burden on the environment is small.

微粒子の形成過程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation process of fine particles. 微粒子分散液コートの水浸漬前後のブロモフェノールブルー染色写真を示す。A photograph of bromophenol blue staining before and after immersion of the fine particle dispersion coat in water is shown. 微粒子分散液コートの水浸漬前後のハロー試験の写真を示す。The photograph of the halo test before and after the immersion in water of the fine particle dispersion coating is shown.

本発明は、ポリカルボン酸誘導体とε−ポリ−L−リジン(ε−PL)遊離塩基とからなる複合体を含む、水分散性のポリマー微粒子である。また、前記ポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸に対し、前記ε−PL遊離塩基と相互作用を有する置換基を導入したグラフトポリマーである。ポリカルボン酸誘導体とε−PL遊離塩基が水素結合又は共有結合等の強い結合を形成することで、分散性に優れた微粒子を形成することができる。さらには、微粒子を材料表面に長期間留まらせることができるだけでなく、バイオフィルム内への浸透性が向上するため、含有する薬剤の残留性および効果の持続性が期待できる。 The present invention is a water-dispersible polymer fine particle containing a complex consisting of a polycarboxylic acid derivative and a ε-poly-L-lysine (ε-PL) free base. Further, the polycarboxylic acid derivative is a graft polymer in which a substituent having an interaction with the ε-PL free base is introduced into the polycarboxylic acid. By forming a strong bond such as a hydrogen bond or a covalent bond between the polycarboxylic acid derivative and the ε-PL free base, fine particles having excellent dispersibility can be formed. Furthermore, not only can the fine particles stay on the surface of the material for a long period of time, but also the permeability into the biofilm is improved, so that the persistence of the contained drug and the sustainability of the effect can be expected.

本発明において、ポリカルボン酸とε−PL遊離塩基からなる複合体は、前記相互作用を有することにより、水中にてポリカルボン酸誘導体と薬剤が自己組織化し、安定な会合体を形成することができる。 In the present invention, the complex composed of the polycarboxylic acid and the ε-PL free base can self-assemble the polycarboxylic acid derivative and the drug in water to form a stable aggregate by having the above-mentioned interaction. it can.

前記ε−PLは、遊離塩基(以下、ε−PL遊離塩基と称することがある)のほかに、塩酸、硫酸およびリン酸などの無機酸とε−PLとで形成される無機酸塩、酢酸、プロピオン酸、フマル酸、リンゴ酸、クエン酸、マレイン酸、アジピン酸、グルコン酸および乳酸などの有機酸とε−PLとで形成される有機酸塩、カプロン酸、ラウリン酸およびステアリン酸などの中鎖および長鎖の飽和脂肪酸とε−PLとで形成される飽和脂肪酸塩、オレイン酸、リノール酸およびアラキドン酸などの中鎖および長鎖の不飽和脂肪酸とε−PLとで形成される不飽和脂肪酸塩などが挙げられる。ε−PL遊離塩基は、例えばJNC株式会社または一丸ファルコス株式会社製のものが入手可能である。また、塩酸塩型ε−PLは、例えばトロントリサーチケミカルズ社製のものが入手可能である。ε−PLは、アミン塩を形成すると、対イオンの静電的な相互作用により、アミンとStaphylococus属の細胞膜との吸着性が弱くなり、抗菌性が低下する可能性がある。よって、対イオンを持たないε−PL遊離塩基を用いるのが好ましい。 In addition to the free base (hereinafter, may be referred to as ε-PL free base), the ε-PL is an inorganic acid salt formed by ε-PL and an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, and acetic acid. , Propionic acid, fumaric acid, malic acid, citric acid, maleic acid, adipic acid, gluconic acid and lactic acid, and organic acid salts formed by ε-PL, caproic acid, lauric acid and stearic acid, etc. Saturated fatty acid salts formed by medium- and long-chain saturated fatty acids and ε-PL, non-saturated fatty acids formed by medium- and long-chain unsaturated fatty acids such as oleic acid, linoleic acid and arachidonic acid and ε-PL. Examples include saturated fatty acid salts. As the ε-PL free base, for example, those manufactured by JNC Corporation or Ichimaru Falcos Co., Ltd. are available. Further, as the hydrochloride type ε-PL, for example, one manufactured by Toronto Research Chemicals Co., Ltd. is available. When ε-PL forms an amine salt, the adsorptivity between the amine and the cell membrane of the genus Staphylococus may be weakened due to the electrostatic interaction of counterions, and the antibacterial property may be lowered. Therefore, it is preferable to use an ε-PL free base having no counterion.

前記ブドウ球菌属(Staphylococus属)は、Staphylococus aureus(S.aureus)、Staphylococus epidermidis(S.epidermidis)、Staphylococus saprophyticus(S.saprophyticus)等が挙げられるが、本発明の微粒子はいずれに対しても抗微生物、殺微生物、消毒または除微生物作用を有する。 The genus Staphylococcus (Staphylococcus genus) includes Staphylococcus aureus (S. aureus), Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis), Staphylococcus saprophyticus, etc. Has microbial, microbial killing, disinfecting or sterilizing effects.

本発明において、ポリカルボン酸誘導体は、分子内に2個以上のカルボキシル基を有するカルボン酸に対し、少なくとも1個以上のプロパルギルアミノ酸を修飾した誘導体である。分子内に2個以上のカルボキシル基を有するカルボン酸としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、クエン酸、酒石酸等の低分子型カルボン酸、ポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸等の高分子型合成ポリマー、ペクチン、アルギン酸、ヒアルロン酸、カルボキシメチルセルロース等の天然物型多糖類、ポリ−γ−グルタミン酸、ポリ−α−グルタミン酸、ポリアスパラギン酸等のポリプチドが挙げられる。これらの中で、分子内に複数の架橋点を有するポリマーであり、生物資源を有効活用でき、生分解性と安全性が高いことから、ポリ−γ−グルタミン酸およびその塩が好ましい。 In the present invention, the polycarboxylic acid derivative is a derivative obtained by modifying at least one propargyl amino acid with respect to a carboxylic acid having two or more carboxyl groups in the molecule. Examples of the carboxylic acid having two or more carboxyl groups in the molecule include low molecular weight carboxylic acids such as malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, citric acid and tartaric acid, polyacrylic acid and polymethacrylic acid. Examples thereof include high molecular weight synthetic polymers, natural polysaccharides such as pectin, alginic acid, hyaluronic acid and carboxymethyl cellulose, and polypeptides such as poly-γ-glutamic acid, poly-α-glutamic acid and polyaspartic acid. Among these, poly-γ-glutamic acid and salts thereof are preferable because they are polymers having a plurality of cross-linking points in the molecule, can effectively utilize biological resources, and have high biodegradability and safety.

本発明において、プロパルギルアミノ酸とは、一般式(1)で表されるアミノ酸誘導体である。式中のRは、水素原子または炭素数1〜8の炭化水素基である。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のRは、それぞれ同じものであっても異なったものであってもよい。また、式中のnは、1〜3の整数を示す。 In the present invention, the propargyl amino acid is an amino acid derivative represented by the general formula (1). R in the formula is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. Further, in the hydrocarbon group, a plurality of hydrogen atoms may be substituted with a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom. Further, R in the formula may be the same or different. Further, n in the formula represents an integer of 1 to 3.

Figure 2021046385
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前記一般式(1)のプロパルギルアミノ酸を構成するアミノ酸は、いずれを使用しても制限はなく、市販されているものがあればそれを用いればよいが、安全性の観点から生体タンパク質を構成するアミノ酸を用いるのが好ましい。生体のタンパク質を構成するアミノ酸としては、アスパラギン、アスパラギン酸、アラニン、アルギニン、システイン・シスチン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、プロリン、セリン、チロシン、イソロイシン、ロイシン、バリン、ヒスチジン、リジン(リシン)、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン(トレオニン)、トリプトファンが挙げられ、いずれもL体を用いるのが好ましい。これらの中でも、入手が容易であり、安全性が高く、最も構造が単純な材料であるグリシンを用いるのが好ましい。 The amino acids constituting the propargyl amino acid of the general formula (1) are not limited regardless of which one is used, and any commercially available amino acid may be used, but from the viewpoint of safety, it constitutes a biological protein. It is preferable to use amino acids. Aspartic acids, aspartic acid, alanine, arginine, cysteine cystine, glutamine, glutamic acid, glycine, proline, serine, tyrosine, isoleucine, leucine, valine, histidine, lysine (lysine), methionine, etc. Examples thereof include phenylalanine, threonine (threonine), and tryptophan, and it is preferable to use the L form for all of them. Among these, it is preferable to use glycine, which is easily available, has high safety, and has the simplest structure.

前記一般式(1)のプロパルギルアミノ酸は、下記反応式(2)に示されるように前記アミノ酸とプロパルギルアルコール又はプロパルギルハロゲン化物等を縮合して得ることができる。より具体的には、アミノ酸とプロパルギルアルコール等を混合溶解し、塩化チオニル等の縮合剤を添加して反応させることにより、プロパルギルアミノ酸を容易に製造することができる。なお、式中のXは、水酸基またはハロゲン基を示す。また、式中のRは、水素原子または、炭素数1〜8の炭化水素基を示す。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のRは、それぞれ同じものであっても異なったものであってもよい。また、式中のnは、1〜3の整数を示す。 The propargyl amino acid of the general formula (1) can be obtained by condensing the amino acid with propargyl alcohol, propargyl halide or the like as shown in the following reaction formula (2). More specifically, a propargyl amino acid can be easily produced by mixing and dissolving an amino acid and propargyl alcohol or the like, and adding a condensing agent such as thionyl chloride to cause a reaction. In addition, X in the formula represents a hydroxyl group or a halogen group. Further, R in the formula represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. Further, in the hydrocarbon group, a plurality of hydrogen atoms may be substituted with a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom. Further, R in the formula may be the same or different. Further, n in the formula represents an integer of 1 to 3.

Figure 2021046385
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本発明において、ポリカルボン酸誘導体は、下記反応式(3)に示されるように前記ポリカルボン酸のカルボキシル基に、一般式(1)のプロパルギルアミノ酸を縮合して得ることができる。前記ポリカルボン酸とプロパルギルアミノ酸を縮合する方法としては、ポリカルボン酸とプロパルギルアミノ酸を、室温(1〜30℃)、脱水縮合剤存在下にて反応させることにより調製することができる。より具体的には、ポリカルボン酸を溶媒に溶解した後、前記調製したプロパルギルアミノ酸を添加し、縮合剤、必要に応じて反応促進剤を添加して反応させることにより調製することができる。このとき、カルボン酸活性基であるプロパルギルアミノ酸は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して0.25〜1.0当量とするのが好ましい。前記カルボン酸単位に対してプロパルギルアミノ酸のモル比が小さすぎると、反応が不足し、修飾率が低下することがある。一方、前記カルボン酸単位に対してプロパルギルアミノ酸のモル比が大きすぎると、未反応原料及び副生成物の量が多くなることがある。 In the present invention, the polycarboxylic acid derivative can be obtained by condensing the propargyl amino acid of the general formula (1) with the carboxyl group of the polycarboxylic acid as shown in the reaction formula (3) below. As a method for condensing the polycarboxylic acid and the propargyl amino acid, it can be prepared by reacting the polycarboxylic acid and the propargyl amino acid at room temperature (1 to 30 ° C.) in the presence of a dehydration condensing agent. More specifically, it can be prepared by dissolving the polycarboxylic acid in a solvent, adding the prepared propargyl amino acid, and adding a condensing agent and, if necessary, a reaction accelerator to react. At this time, the propargyl amino acid, which is a carboxylic acid active group, is preferably 0.25 to 1.0 equivalent with respect to the carboxylic acid unit constituting the polycarboxylic acid. If the molar ratio of propargyl amino acid to the carboxylic acid unit is too small, the reaction may be insufficient and the modification rate may decrease. On the other hand, if the molar ratio of propargyl amino acid to the carboxylic acid unit is too large, the amounts of unreacted raw materials and by-products may increase.

Figure 2021046385
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本発明において、脱水縮合剤は、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(WSC)、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロりん酸(HBTU)等が挙げられる。前記脱水縮合剤は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して0.25〜1.0当量添加するのが好ましい。 In the present invention, the dehydration condensing agent is N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (WSC), O- (benzotriazole-1-yl). -N, N, N', N'-tetramethyluronium hexafluorophosphoric acid (HBTU) and the like can be mentioned. The dehydration condensing agent is preferably added in an amount of 0.25 to 1.0 equivalent with respect to the carboxylic acid unit constituting the polycarboxylic acid.

本発明において、縮合反応の反応溶媒は、ポリカルボン酸を溶解する溶媒であれば特に制限されず、例えば、水、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラヒドロフラン(THF)等が挙げられる。 In the present invention, the reaction solvent for the condensation reaction is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves the polycarboxylic acid, and examples thereof include water, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), and tetrahydrofuran (THF). ..

本発明において、縮合反応を促進する場合には、反応促進剤として、塩基、触媒、活性エステル体を反応液に添加するのが好ましい。塩基は、トリエチルアミン(EtN)、N,N−ジイソプロピルエチルアミン等のアミン、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩等が挙げられる。また、触媒は、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(DMAP)等が挙げられる。また、活性エステル体は、反応中間体のエステルとして、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)、N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)が挙げられる。塩基を添加する場合は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して、0.5〜1.5当量添加するのが好ましい。また、活性エステル体を添加する場合は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して0.25〜1.0当量添加するのが好ましい。 In the present invention, when accelerating the condensation reaction, it is preferable to add a base, a catalyst, and an active ester as a reaction accelerator to the reaction solution. Bases are triethylamine (Et 3 N), N, N- diisopropylethylamine amine such as, sodium carbonate, carbonates such as sodium hydrogen carbonate. Examples of the catalyst include N, N-dimethyl-4-aminopyridine (DMAP) and the like. Examples of the active ester include 1-hydroxybenzotriazole (HOBt) and N-hydroxysuccinimide (NHS) as the ester of the reaction intermediate. When a base is added, it is preferable to add 0.5 to 1.5 equivalents with respect to the carboxylic acid unit constituting the polycarboxylic acid. When the active ester is added, it is preferable to add 0.25 to 1.0 equivalent to the carboxylic acid unit constituting the polycarboxylic acid.

前記縮合反応において、プロパルギルアミノ酸及び脱水縮合剤等の各原料の仕込量を変えることにより、ポリカルボン酸に対するプロパルギルアミノ酸の修飾率を変えることができる。ポリカルボン酸を用いる場合、プロパルギルアミノ酸の修飾率は、カルボン酸単位あたり1〜55%が好ましく、5〜50%がより好ましく、10〜50%がさらに好ましい。55%を超えると、溶媒に対する溶解性が悪くなることがある。ポリカルボン酸に対するプロパルギルアミノ酸の修飾率を前記範囲に調整することにより、薬剤(ε−PL)を内包させた時の微粒子のサイズを調整することができる。 In the condensation reaction, the modification rate of propargyl amino acid with respect to polycarboxylic acid can be changed by changing the amount of each raw material such as propargyl amino acid and dehydration condensing agent. When a polycarboxylic acid is used, the modification rate of the propargyl amino acid is preferably 1 to 55%, more preferably 5 to 50%, still more preferably 10 to 50% per carboxylic acid unit. If it exceeds 55%, the solubility in a solvent may deteriorate. By adjusting the modification rate of the propargyl amino acid to the polycarboxylic acid within the above range, the size of the fine particles when the drug (ε-PL) is encapsulated can be adjusted.

本発明において、反応後のポリカルボン酸誘導体を回収するには、反応液に対し、ポリカルボン酸誘導体が不溶な有機溶媒(貧溶媒)を添加して沈殿させる。貧溶媒は、ポリカルボン酸誘導体が不溶であり分散性が良い液体であれば特に制限はなく、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エステル等が挙げられる。貧溶媒の添加量は、反応溶媒に対し3〜10倍量が好ましい。貧溶媒の添加量が少なすぎると、ポリカルボン酸誘導体が十分に析出しないことがある。また、貧溶媒の添加量が多すぎると、洗浄のコストが増大する。 In the present invention, in order to recover the polycarboxylic acid derivative after the reaction, an organic solvent (poor solvent) in which the polycarboxylic acid derivative is insoluble is added to the reaction solution to precipitate the polycarboxylic acid derivative. The poor solvent is not particularly limited as long as it is a liquid in which the polycarboxylic acid derivative is insoluble and has good dispersibility, and examples thereof include acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and acetic acid ester. The amount of the poor solvent added is preferably 3 to 10 times the amount of the reaction solvent. If the amount of the poor solvent added is too small, the polycarboxylic acid derivative may not be sufficiently precipitated. Further, if the amount of the poor solvent added is too large, the cleaning cost increases.

本発明において、ポリカルボン酸誘導体を回収後、不純物の除去を行う場合、ポリカルボン酸誘導体を水などの良溶媒に溶解した後、室温にて撹拌しながら貧溶媒を添加して前記ポリカルボン酸誘導体を再沈殿させる、いわゆる溶解再沈殿法を用いて精製する方法が挙げられる。これを必要により1〜3回繰返せば、不純物を検出限界以下にまで低減することができる。なお、良溶媒は、ポリカルボン酸誘導体が溶解する溶媒であれば、特に制限はないが、安全性と環境に対する影響の面からは水が好ましい。また、貧溶媒は、ポリカルボン酸誘導体が溶けにくい液体であれば特に制限はなく、好例として、アセトン、メタノール、エタノール等が挙げられる。 In the present invention, when the polycarboxylic acid derivative is recovered and then impurities are removed, the polycarboxylic acid derivative is dissolved in a good solvent such as water, and then a poor solvent is added while stirring at room temperature to obtain the polycarboxylic acid. Examples thereof include a method of purifying the derivative using a so-called dissolution reprecipitation method in which the derivative is reprecipitated. If this is repeated 1 to 3 times as necessary, impurities can be reduced to below the detection limit. The good solvent is not particularly limited as long as it is a solvent in which the polycarboxylic acid derivative is dissolved, but water is preferable from the viewpoint of safety and environmental influence. The poor solvent is not particularly limited as long as it is a liquid in which the polycarboxylic acid derivative is difficult to dissolve, and examples thereof include acetone, methanol, and ethanol.

前記良溶媒の量は、ポリカルボン酸誘導体の溶解性に応じて調整できるが、工業生産性の面からは高濃度が望ましい。例えば、良溶媒の量は、10〜60wt%の範囲が好ましく、より好ましくは、10〜30wt%の範囲である。 The amount of the good solvent can be adjusted according to the solubility of the polycarboxylic acid derivative, but a high concentration is desirable from the viewpoint of industrial productivity. For example, the amount of the good solvent is preferably in the range of 10 to 60 wt%, more preferably in the range of 10 to 30 wt%.

前記貧溶媒の量は、ポリカルボン酸誘導体の溶解性に応じて調整できるが、ポリカルボン酸誘導体が析出する量の最少量であってもよい。例えば、貧溶媒は、良溶媒に対し、2倍量〜12倍量が好ましい。 The amount of the poor solvent can be adjusted according to the solubility of the polycarboxylic acid derivative, but may be the minimum amount of the polycarboxylic acid derivative precipitated. For example, the amount of the poor solvent is preferably 2 to 12 times the amount of the good solvent.

上記精製を繰り返すことで、さらなる不純物の低減が可能である。製造コストの面からは、1〜2回行えばよい。 By repeating the above purification, impurities can be further reduced. From the viewpoint of manufacturing cost, it may be performed once or twice.

得られたポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸のカルボキシル基にプロパルギルアミノ酸が縮合した化合物であり、カルボキシル基の親水性部位とプロパルギルアミノ基の疎水性部位から構成される両親媒性分子である。 The obtained polycarboxylic acid derivative is a compound in which a propargyl amino acid is condensed with a carboxyl group of a polycarboxylic acid, and is an amphipathic molecule composed of a hydrophilic moiety of a carboxyl group and a hydrophobic moiety of a propargyl amino group.

本発明において、ポリカルボン酸誘導体と前記ε−PL遊離塩基を相溶可能な溶媒中(反応液中)で共存させることにより、ポリカルボン酸誘導体のプロパルギルアミノ酸部位にε−PL遊離塩基が結合して複合体を形成し、さらに前記複合体が自己組織化して安定な微粒子を形成することができる(図1)。 In the present invention, by coexisting the polycarboxylic acid derivative and the ε-PL free base in a compatible solvent (in the reaction solution), the ε-PL free base is bound to the propargyl amino acid moiety of the polycarboxylic acid derivative. The complex can be further self-assembled to form stable fine particles (FIG. 1).

本発明において、微粒子を調製する際に、反応液のpHを変えることで、微粒子の粒子径を調整することができる。微粒子を調製する際の反応液のpHは、5〜10の範囲が好ましく、より好ましくは、7〜10の範囲である。pHが酸性側になると、抗菌性が低下したり、ポリイオンコンプレックス化により、微粒子が凝集しやすくなることがある。微粒子の平均粒子径は、特段の制限はないが、0.01μm〜0.5μmの範囲が好ましい。 In the present invention, the particle size of the fine particles can be adjusted by changing the pH of the reaction solution when preparing the fine particles. The pH of the reaction solution when preparing the fine particles is preferably in the range of 5 to 10, more preferably in the range of 7 to 10. When the pH is on the acidic side, the antibacterial property may be lowered, or the fine particles may be easily aggregated due to polyion complexing. The average particle size of the fine particles is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 μm to 0.5 μm.

本発明において、微粒子を調製する際の反応液中のポリカルボン酸誘導体に対するε−PL遊離塩基の添加量は、ポリカルボン酸誘導体のプロパルギルアミノ基に対するε−PL遊離塩基のモル比が0.01〜2の範囲が好ましく、より好ましくは0.1〜1.5の範囲である。モル比が大きすぎると、コストの面で不利になることがある。 In the present invention, the amount of ε-PL free base added to the polycarboxylic acid derivative in the reaction solution when preparing fine particles is such that the molar ratio of ε-PL free base to the propargylamino group of the polycarboxylic acid derivative is 0.01. The range of ~ 2 is preferable, and the range of 0.1 to 1.5 is more preferable. If the molar ratio is too large, it can be costly.

本発明において、微粒子を調製する際の溶剤は、ポリカルボン酸誘導体とε−PL遊離塩基の両成分が溶解する溶剤であれば、特に制限はないが、環境、安全性の観点から、水が好ましい。必要に応じて、分散剤、界面活性剤、可溶化剤等の添加剤を使用してもよい。 In the present invention, the solvent used for preparing the fine particles is not particularly limited as long as it is a solvent in which both the polycarboxylic acid derivative and the ε-PL free base are dissolved, but water is used from the viewpoint of environment and safety. preferable. If necessary, additives such as a dispersant, a surfactant, and a solubilizer may be used.

本発明において、微粒子を調製する際の反応液中のε−PL遊離塩基の濃度は、抗微生物(菌)剤として使用する場合、最小発育阻止濃度(MIC)及び最小殺菌濃度(MBC)の値を参考として決めればよい。例えば、ε−PL遊離塩基を使用する場合、0.001〜3wt%の範囲が好ましく、より好ましくは、0.01〜1wt%の範囲である。3wt%を超えると、原料コストの面で不利になることがあり、0.001wt%未満では、抗菌性が低下することがある。 In the present invention, the concentration of ε-PL free base in the reaction solution when preparing fine particles is the value of the minimum inhibitory concentration (MIC) and the minimum bactericidal concentration (MBC) when used as an antimicrobial (bacterial) agent. You can decide with reference to. For example, when ε-PL free base is used, the range is preferably 0.001 to 3 wt%, more preferably 0.01 to 1 wt%. If it exceeds 3 wt%, it may be disadvantageous in terms of raw material cost, and if it is less than 0.001 wt%, the antibacterial property may decrease.

本発明において、微粒子を調製する際の反応液中のポリカルボン酸誘導体の濃度は、前記のε−PL遊離塩基の有効濃度とモル比のバランスに応じて決めることができる。例えば、0.1〜1wt%の範囲が好ましく、より好ましくは、0.5〜1wt%の範囲である。1wt%を超えると、原料コストの面で不利になることがある。0.1wt%未満では、微粒子中の薬剤濃度が低下するため、抗菌性が低下することがある。 In the present invention, the concentration of the polycarboxylic acid derivative in the reaction solution when preparing the fine particles can be determined according to the balance between the effective concentration of the ε-PL free base and the molar ratio. For example, the range of 0.1 to 1 wt% is preferable, and the range of 0.5 to 1 wt% is more preferable. If it exceeds 1 wt%, it may be disadvantageous in terms of raw material cost. If it is less than 0.1 wt%, the concentration of the drug in the fine particles is lowered, so that the antibacterial property may be lowered.

得られた微粒子は、反応溶剤として水を用いる場合には、そのまま微粒子分散液として抗微生物、殺微生物、消毒および除微生物等の用途およびバイオフィルム除去に用いることができる。前記微粒子分散液は、既に形成されたバイオフィルムに対しては、必要により希釈又は濃縮して散布または噴霧する方法が挙げられる。前記分散液をバイオフィルムに散布または噴霧した後、常温にて少なくとも1分間以上放置するのがよい。また、必要により界面活性剤、タンパク質分解酵素、多糖分解酵素、DNA分解酵素、漂白剤などを添加または併用してもよい When water is used as the reaction solvent, the obtained fine particles can be used as they are as a fine particle dispersion for applications such as antimicrobial, microbial killing, disinfection and sterilization, and for removing biofilms. Examples of the fine particle dispersion liquid include a method of diluting or concentrating the biofilm already formed and spraying or spraying the fine particle dispersion liquid. After spraying or spraying the dispersion on the biofilm, it is preferable to leave it at room temperature for at least 1 minute or more. Further, if necessary, a surfactant, a proteolytic enzyme, a polysaccharide degrading enzyme, a DNA degrading enzyme, a bleaching agent and the like may be added or used in combination.

本発明において、微粒子は、既に形成されたバイオフィルムに散布または噴霧して用いる以外に、バイオフィルムが形成されていない材料表面に予めコートしておくことで(抗バイオフィルムコート)、材料表面への微生物の定着やバイオフィルムの形成を抑制することができる。当該コート被膜は、微粒子表面のカルボン酸基と基材表面のポリマーとの結合相互作用、または微粒子が基材表面に物理吸着することで、粒子が基材表面に固定化されるため、水によって容易に流出されることなく、抗微生物性が維持され、バイオフィルムの形成を長期間にわたり抑制することができる。 In the present invention, the fine particles are applied to the surface of the material by pre-coating the surface of the material on which the biofilm is not formed (anti-biofilm coating), in addition to spraying or spraying the fine particles on the biofilm already formed. It is possible to suppress the colonization of microorganisms and the formation of biofilms. In the coat film, the particles are immobilized on the surface of the base material by the bond interaction between the carboxylic acid group on the surface of the fine particles and the polymer on the surface of the base material, or the fine particles are physically adsorbed on the surface of the base material. The antimicrobial property is maintained without being easily spilled, and the formation of biofilm can be suppressed for a long period of time.

本発明において、微粒子を抗バイオフィルムコートとして使用する場合、材料表面に微粒子を介して付着するε−PL遊離塩基の付着量は0.04〜0.12μg/cmの範囲とするのが好ましい。ε−PL遊離塩基の付着量が少なすぎると、バイオフィルムの形成抑制が十分に発揮されない場合がある。また、ε−PL遊離塩基の付着量が多すぎると、費用対効果の面で不利になる。 In the present invention, when the fine particles are used as an anti-biofilm coat, the amount of ε-PL free base attached to the surface of the material via the fine particles is preferably in the range of 0.04 to 0.12 μg / cm 2. .. If the amount of the ε-PL free base attached is too small, the suppression of biofilm formation may not be sufficiently exerted. Further, if the amount of the ε-PL free base attached is too large, it is disadvantageous in terms of cost effectiveness.

前記材料表面に抗バイオフィルムコート処理する場合、塗布しうる基材として、セラミックス、金属、金属酸化物、プラスチック、ゴム類、鉱石類、木材等を挙げることができる。 When the surface of the material is coated with an anti-biofilm, examples of the base material that can be applied include ceramics, metals, metal oxides, plastics, rubbers, ores, and wood.

本発明において、微粒子は、生態系に対して安全性の高い材料を用いており、かつ水に分散することができるため、一般家庭だけでなく、病院、介護現場等の医療現場でのバイオフィルム対策として、キッチン、トイレ、浴槽等の水回り等、多くの産業用途に適用することができる。 In the present invention, the fine particles use a material that is highly safe for the ecosystem and can be dispersed in water. Therefore, the biofilm is used not only in general households but also in medical sites such as hospitals and nursing care sites. As a countermeasure, it can be applied to many industrial applications such as around water in kitchens, toilets, bathtubs, etc.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to the Examples.

(グリシン,2−プロピン−1−イル,エステル(GPE)の調製)
グリシン(ナカライテスク)2.1gと2−プロピン−1−オール(ナカライテスク)30mLの混合液を調製し、室温で塩化チオニル(ナカライテスク)2.4mLを添加した。反応液を室温で2時間撹拌し、更に50℃で2時間撹拌した。反応液を5℃まで冷却し、酢酸エチル90mLを添加することにより、沈殿物を得た。沈殿物をろ過により分離し、更に酢酸エチル30mLで3回洗浄し、乾燥(50℃、12時間)することにより、グリシン,2−プロピン−1−イル,エステル(アミノエタン酸2−プロピニル)(GPE)を得た。
(Preparation of glycine, 2-propyne-1-yl, ester (GPE))
A mixture of 2.1 g of glycine (Nacalai Tesque) and 30 mL of 2-propyne-1-ol (Nacalai Tesque) was prepared, and 2.4 mL of thionyl chloride (Nacalai Tesque) was added at room temperature. The reaction mixture was stirred at room temperature for 2 hours and further at 50 ° C. for 2 hours. The reaction mixture was cooled to 5 ° C. and 90 mL of ethyl acetate was added to obtain a precipitate. The precipitate was separated by filtration, washed 3 times with 30 mL of ethyl acetate, and dried (50 ° C., 12 hours) to give glycine, 2-propin-1-yl, an ester (2-propynyl aminoethaneate) (GPE). ) Was obtained.

(プロパルギルアミノ酸修飾率の測定)
ポリカルボン酸誘導体を構成するカルボキシル基に対するプロパルギルアミノ酸の修飾率は、DO中のH−NMRスペクトル(BRUKER、MR400)を測定することにより決定した。修飾率の算出は、プロパルギルアミノ酸が修飾されたカルボキシル基と修飾されていないカルボキシル基のα水素の積分強度比を測定し、下記の式により求めた。
修飾率(%)=[修飾されたカルボキシル基のα水素]/[(未修飾のカルボキシル基のα水素)+(修飾されたカルボキシル基のα水素)]×100
(Measurement of propargyl amino acid modification rate)
Modification ratio of propargyl amino acid to the carboxyl group constituting the acid derivative was determined by measuring 1 H-NMR spectrum in D 2 O (BRUKER, MR400) . The modification rate was calculated by measuring the integrated intensity ratio of α-hydrogen of the carboxyl group modified with propargyl amino acid and the α-hydrogen of the carboxyl group not modified, and using the following formula.
Modification rate (%) = [modified carboxyl group α-hydrogen] / [(unmodified carboxyl group α-hydrogen) + (modified carboxyl group α-hydrogen)] × 100

(製造例1)GPE化γ−PGA(40)の製造
東洋紡製ポリグルタミン酸ナトリウム(γ−PGA)0.5gと水6mLを入れ、室温で撹拌した。当該溶液に、γ−PGAを構成するカルボン酸単位に対し、0.75当量の1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(WSC)及び1−ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)を加え、室温で24時間反応させた。反応後、アセトン35mLを添加し、ポリマーを析出させた。得られたポリマーをアセトンで洗浄し、乾燥させた。乾燥後、粗ポリマーを水5.5mLに溶解し、アセトン60mLを添加して、再び沈殿させ、ろ過により分取した。60℃で12時間真空乾燥し、目的のGPE化γ−PGAを得た。H−NMR(DO)より、γ−PGAのカルボン酸単位に対するGPEの修飾率は、40%であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をGPE化γ−PGA(40)とした。
(Production Example 1) Production of GPE-modified γ-PGA (40) 0.5 g of Toyobo-made sodium polyglutamate (γ-PGA) and 6 mL of water were added, and the mixture was stirred at room temperature. 0.75 equivalents of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (WSC) and 1-hydroxybenzotriazole (HOBt) were added to the solution with respect to the carboxylic acid units constituting γ-PGA. In addition, the reaction was carried out at room temperature for 24 hours. After the reaction, 35 mL of acetone was added to precipitate the polymer. The resulting polymer was washed with acetone and dried. After drying, the crude polymer was dissolved in 5.5 mL of water, 60 mL of acetone was added, the mixture was precipitated again, and the mixture was collected by filtration. Vacuum dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain the desired GPE-modified γ-PGA. From 1 H-NMR (D 2 O ), modification ratio of GPE for the carboxylic acid units of gamma-PGA was confirmed to be 40%. The obtained polycarboxylic acid derivative was designated as GPE-modified γ-PGA (40).

(製造例2)GPE化γ−PGA(25)の製造
原料の仕込量として、0.5当量のGPE及びWSC、HOBtを用いた以外は、製造例1記載の方法により行った。H−NMR(DO)より、γ−PGAのカルボン酸単位に対するGPEの修飾率は、25%であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をGPE化γ−PGA(25)とした。
(Production Example 2) Production of GPE-ized γ-PGA (25) The method described in Production Example 1 was used except that 0.5 equivalents of GPE, WSC, and HOBt were used as the amount of raw materials to be charged. From 1 H-NMR (D 2 O ), modification ratio of GPE for the carboxylic acid units of gamma-PGA was confirmed to be 25%. The obtained polycarboxylic acid derivative was designated as GPE-modified γ-PGA (25).

(製造例3)GPE化γ−PGA(15)の製造
原料の仕込量として、0.25当量のGPE及びWSC、HOBtを用いた以外は、製造例1記載の方法により行った。H−NMR(DO)より、γ−PGAのカルボン酸単位に対するGPEの修飾率は、15%であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をGPE化γ−PGA(15)とした。
(Production Example 3) Production of GPE-ized γ-PGA (15) The method described in Production Example 1 was used except that 0.25 equivalents of GPE, WSC, and HOBt were used as the amount of raw materials to be charged. From 1 H-NMR (D 2 O ), modification ratio of GPE for the carboxylic acid units of gamma-PGA was confirmed to be 15%. The obtained polycarboxylic acid derivative was designated as GPE-modified γ-PGA (15).

(GPE化γ−PGA/ε−PLの微粒子分散液の作製)
製造例1〜3で得られたGPE化γ−PGA0.05gに蒸留水25mLを加え、室温で溶解し、当該溶液に0.01〜0.1wt%に希釈した一丸ファルコス社製ε−PL遊離塩基(ポリリジン10)水溶液25mLまたはトロントリサーチケミカルズ社製ε−PL塩酸塩水溶液25mLを添加し、室温で1分間撹拌し、実施例1〜7および比較例1〜3の微粒子分散液を得た。得られた微粒子分散液の詳細を表1に示す。
(Preparation of fine particle dispersion of GPE-ized γ-PGA / ε-PL)
25 mL of distilled water was added to 0.05 g of GPE-modified γ-PGA obtained in Production Examples 1 to 3, dissolved at room temperature, and diluted to 0.01 to 0.1 wt% in the solution. 25 mL of an aqueous solution of base (polylysine 10) or 25 mL of an aqueous solution of ε-PL hydrochloride manufactured by Toronto Research Chemicals Co., Ltd. was added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 minute to obtain fine particle dispersions of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3. The details of the obtained fine particle dispersion are shown in Table 1.

Figure 2021046385
Figure 2021046385

(分散液中の微粒子の平均粒子径測定)
得られた微粒子分散液の平均粒子径測定を粒子径分布測定装置(米国Dispersion Technology社、DT1202)にて測定した。実施例1、2、7の微粒子についてpH9.9〜6.5の範囲で調製し、各pHにおいて得られた分散液中の微粒子の平均粒子径を測定した。なお、調整前のpHは9.9であり、1%塩酸にてpHを6.5まで調整した。結果を表2に示す。pH9.9〜7.0の範囲では、平均粒子径30〜341nmのポリマー微粒子が得られるが、pH7未満では粒子の凝集が観測された。凝集したポリマー微粒子は、沈殿するため、基材への均一な塗布が困難となり、バイオフィルム抑制効果が低下する可能性がある。
(Measurement of average particle size of fine particles in dispersion)
The average particle size of the obtained fine particle dispersion was measured with a particle size distribution measuring device (Dispersion Technology, Inc., DT1202, USA). The fine particles of Examples 1, 2 and 7 were prepared in the range of pH 9.9 to 6.5, and the average particle size of the fine particles in the obtained dispersion was measured at each pH. The pH before adjustment was 9.9, and the pH was adjusted to 6.5 with 1% hydrochloric acid. The results are shown in Table 2. In the pH range of 9.9 to 7.0, polymer fine particles having an average particle diameter of 30 to 341 nm were obtained, but below pH 7, agglutination of the particles was observed. Since the agglomerated polymer fine particles precipitate, it becomes difficult to uniformly apply the polymer fine particles to the base material, and the biofilm suppressing effect may be reduced.

Figure 2021046385
Figure 2021046385

(菌液の調製)
上記得られた微粒子分散液の抗菌性を評価するため、試験菌の調製を行った。試験用菌として、S.aureus(Staphylococcus aureus)は、独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンターのNBRC株(NBRC13276)より入手した。S.aureusを復元培養した後、S.aureusグリセロール懸濁液として凍結保存した。S.aureusグリセロール懸濁液を解凍し、振盪フラスコに、当該懸濁液(1mL)及び、SCD液体培地(日本製薬社製のSCD培地12gを蒸留水400mLで溶解し、オートクレーブで滅菌した液体培地)(50mL)を入れた。シェイカー付のインキュベーター内に入れ、培養温度35℃、19時間、撹拌速度150rpmに設定し、S.aureusグリセロール懸濁液を培養した。培養後、フラスコを取り出し、クリーンベンチ内に準備した。培養後のフラスコから菌液を40mL採取し、滅菌済の80%グリセロール(ナカライテスク社製グリセロールと蒸留水から作製)(20mL)に希釈し、保存液を作製した。培養後の菌液の生菌数は、下記の通り測定した。
(Preparation of bacterial solution)
In order to evaluate the antibacterial property of the obtained fine particle dispersion, test bacteria were prepared. As a test bacterium, S. Aureus (Staphylococcus aureus) was obtained from the NBRC strain (NBRC13276) of the Biotechnology Center, National Institute of Technology and Evaluation. S. After reconstructing and culturing aureus, S. aureus. It was cryopreserved as an emulsion glycerol suspension. S. Thaw the aureus glycerol suspension and put the suspension (1 mL) and SCD liquid medium (12 g of SCD medium manufactured by Nippon Pharmaceutical Co., Ltd. dissolved in 400 mL of distilled water and sterilized in an autoclave) in a shaking flask. 50 mL) was added. Place in an incubator with a shaker, set the culture temperature at 35 ° C. for 19 hours, and set the stirring speed to 150 rpm. The aureus glycerol suspension was cultured. After culturing, the flask was taken out and prepared in a clean bench. 40 mL of the bacterial solution was collected from the flask after culturing and diluted with sterilized 80% glycerol (prepared from Nacalai Tesque glycerol and distilled water) (20 mL) to prepare a preservation solution. The viable cell count of the bacterial solution after culturing was measured as follows.

(菌液の生菌数の測定)
培養後のフラスコから菌液(1mL)を採取し、滅菌済のナカライテスク社製生理食塩水にて10〜10倍希釈した。各希釈液を3M社製一般細菌用ペトリフィルムに1mL接種した。ペトリフィルムをインキュベーター内に入れ、室温で3日間培養した。培養後、ペトリフィルムに観測されたコロニー数をカウントし、生菌数を求めた。本培養で得られたS.aureusグリセロール懸濁液菌液(グリセロール添加前)の生菌数は、1.4×10cfu/mLであった。
(Measurement of viable cell count of bacterial solution)
Bacterial solution (1 mL) was taken from the flask after culture was diluted 10 2 to 10 8 times at sterile Nacalai Tesque saline. 1 mL of each diluted solution was inoculated into Petrifilm for general bacteria manufactured by 3M. Petrifilm was placed in an incubator and cultured at room temperature for 3 days. After culturing, the number of colonies observed on Petrifilm was counted to determine the viable cell count. S. cerevisiae obtained in the main culture. aureus glycerol suspension bacterial liquid viable count (before glycerol added) was 1.4 × 10 9 cfu / mL.

(MIC測定)
微粒子分散液の各種菌に対する抗菌性は、最小発育阻止濃度(MIC)を測定することにより決定した。上記菌液とSCD液体培地(日本製薬社製のSCD培地12gを蒸留水400mLで溶解し、オートクレーブで滅菌した液体培地)にて、生菌数が10cfu/mLになるよう希釈した。抗菌剤の濃度を2000ppmに調製した試験液を用い、薬剤(ε−PL)濃度が800ppmになるよう菌液で希釈した。800ppm液を更に菌液で2倍希釈系列になるよう調製しながら、最終25ppmまで希釈した。800〜25ppmの希釈液を48穴マイクロプレート内に接種し、35℃、24時間培養した。培養後、菌の発育が抑制された最小濃度を測定し、MICを求めた。また、S.aureusの他に、バイオフィルム生産性の高いグラム陰性桿菌であるP.fluorescens(NBRC No.14160)をMIC測定に用いた。測定結果を表3に示す。実施例1、2、4、5、7の微粒子分散液はpH6.3〜9.8の範囲において、S.aureus及びP.fluorescensに対する抗菌性が認められた。ただし、pH6.3では、ε−PLのアミンがプロトン化されたためか抗菌性が若干低下した。また、ε−PL塩酸塩を用いた比較例1〜3の場合、P.fluorescensに対しては抗菌性が認められたが、S.aureusに対するMICは>800ppmと高く、抗菌性が低い結果となった。ε−PL塩酸塩は、対イオンの静電的な相互作用により、アミンとStaphylococus属の細胞膜との吸着性が弱くなり、抗菌性が低下したものと推測される。
(MIC measurement)
The antibacterial property of the fine particle dispersion against various bacteria was determined by measuring the minimum inhibitory concentration (MIC). The bacteria solution and SCD liquid medium at (Nippon Seiyaku of SCD medium 12g was dissolved in distilled water 400 mL, liquid medium sterilized in an autoclave), was diluted to the viable cell count becomes 10 6 cfu / mL. A test solution prepared to have an antibacterial agent concentration of 2000 ppm was used, and diluted with a bacterial solution so that the drug (ε-PL) concentration was 800 ppm. The 800 ppm solution was further diluted with the bacterial solution to a final 25 ppm while preparing a 2-fold dilution series. A diluted solution of 800 to 25 ppm was inoculated into a 48-well microplate and cultured at 35 ° C. for 24 hours. After culturing, the minimum concentration at which the growth of the bacterium was suppressed was measured, and the MIC was determined. In addition, S. In addition to aureus, P. aureus is a gram-negative bacillus with high biofilm productivity. Fluorescence (NBRC No. 14160) was used for MIC measurement. The measurement results are shown in Table 3. The fine particle dispersions of Examples 1, 2, 4, 5, and 7 have a pH range of 6.3 to 9.8, and S.I. aureus and P. aureus Antibacterial properties against fluororescens were observed. However, at pH 6.3, the antibacterial property was slightly reduced probably because the amine of ε-PL was protonated. Further, in the case of Comparative Examples 1 to 3 using ε-PL hydrochloride, P.I. Antibacterial properties were observed against fluororescens, but S. The MIC against aureus was as high as> 800 ppm, resulting in low antibacterial activity. It is presumed that ε-PL hydrochloride has reduced antibacterial properties due to weak adsorption between amines and cell membranes of the genus Staphylococus due to the electrostatic interaction of counterions.

Figure 2021046385
Figure 2021046385

(バイオフィルム付着防止を想定した水浸漬試験)
微粒子分散液のコート基材を用い、バイオフィルム付着防止を想定した水浸漬試験を実施した。微粒子分散液コート基材は、住友ベークライト社製PVCシート(1cm)に実施例2および比較例2で得られた微粒子分散液を0.04mL/cmコートし、室温にて乾燥させた。この時のε−PLの固形分量は0.08mg/cmに相当する。バイオフィルム形成環境を想定し、直径100mmのシャーレにコート基材を設置し、市水20mLを入れ、30℃で静置した。適宜、コート基材を採取し、ε−PLの残留性試験および抗菌性試験を実施した。
(Water immersion test assuming prevention of biofilm adhesion)
A water immersion test was conducted assuming the prevention of biofilm adhesion using a coated substrate of the fine particle dispersion. As the fine particle dispersion coating base material, a PVC sheet (1 cm 2 ) manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd. was coated with 0.04 mL / cm 2 of the fine particle dispersions obtained in Example 2 and Comparative Example 2 and dried at room temperature. The solid content of ε-PL at this time corresponds to 0.08 mg / cm 2. Assuming a biofilm forming environment, a coated base material was placed on a petri dish having a diameter of 100 mm, 20 mL of city water was added, and the mixture was allowed to stand at 30 ° C. The coated substrate was collected as appropriate, and a persistence test and an antibacterial property test of ε-PL were carried out.

(ε−PLの残留性試験)
ε−PLの残留性試験は、ブロモフェノールブルー(BPB)によるε−PLの染色法により実施した。上記記載の水浸漬試験で取り出したコート基材に対し、東京化成工業社製0.1%BPBナトリウム水溶液を塗布し、室温で3時間浸漬させ、BPBとε−PLと複合塩を形成させた。浸漬後、大量の水で洗浄し、余分のBPBナトリウムを除去し、ε−PLの残留性をBPB染色部位として目視で観察した。図2に示されるように、γ−PGAとε−PL混合液コート(参考例1、2)およびε−PL単体(参考例3、4)では、水浸漬直後にε−PLが流出したのに対し、GPE化γ−PGA/ε−PL微粒子分散液では、1か月水に浸漬しても、ε−PLの高い残留性を示した。
(Persistent test of ε-PL)
The ε-PL persistence test was performed by staining ε-PL with bromophenol blue (BPB). A 0.1% BPB sodium aqueous solution manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. was applied to the coated substrate taken out in the water immersion test described above and immersed for 3 hours at room temperature to form a composite salt of BPB and ε-PL. .. After immersion, the cells were washed with a large amount of water to remove excess BPB sodium, and the persistence of ε-PL was visually observed as a BPB-stained site. As shown in FIG. 2, in the γ-PGA and ε-PL mixed solution coating (Reference Examples 1 and 2) and ε-PL alone (Reference Examples 3 and 4), ε-PL flowed out immediately after immersion in water. On the other hand, the GPE-modified γ-PGA / ε-PL fine particle dispersion showed high persistence of ε-PL even when immersed in water for 1 month.

また、ε−PLの残留性を定量するため、BPB染色部位を5%食塩水1mLで抽出し、得られた抽出液についてバイオテックジャパンプレートリーダーにて595nmの吸光度を測定した。下式より、ε−PLの残存率を求めた。pHが9.8の分散液において、ε−PLの残存性が最も高く、1か月浸漬の時点にて残存率は31%であった(表4)。一方、ε−PL塩酸塩を用いた比較例2では、1日間までのε−PL残存率を確認するのみであった。参考例1、2はγ−PGAとε−PLとからなる組成物を用いた試験であり、参考例3、4はε−PLのみを用いた試験の結果である。いずれも残存率が低い結果となった。ε−PL遊離塩基は、GPE化PGAとの反応性がよく、ポリマー微粒子及び基材表面に長期間残存する結果が得られた。
ε−PL残存率(%)=100−(水浸漬直後吸光度−水浸漬後の吸光度)/(水浸漬直後の吸光度)×100
In addition, in order to quantify the persistence of ε-PL, the BPB-stained site was extracted with 1 mL of 5% saline, and the obtained extract was measured for absorbance at 595 nm with a Biotech Japan plate reader. The residual rate of ε-PL was calculated from the following formula. In the dispersion having a pH of 9.8, the residual rate of ε-PL was the highest, and the residual rate was 31% at the time of immersion for 1 month (Table 4). On the other hand, in Comparative Example 2 using ε-PL hydrochloride, only the ε-PL residual rate up to 1 day was confirmed. Reference Examples 1 and 2 are tests using a composition composed of γ-PGA and ε-PL, and Reference Examples 3 and 4 are the results of a test using only ε-PL. In both cases, the survival rate was low. The ε-PL free base had good reactivity with GPE-modified PGA, and the result was obtained that it remained on the polymer fine particles and the surface of the substrate for a long period of time.
ε-PL residual rate (%) = 100- (absorbance immediately after immersion in water-absorbance after immersion in water) / (absorbance immediately after immersion in water) x 100

Figure 2021046385
Figure 2021046385

(ハロー試験)
上記バイオフィルム付着防止を想定した水浸漬試験において、水浸漬後のコート基材を採取し、S.aureusに対する抗菌性試験(ハロー試験)を実施した。ハロー試験は、SCD平板寒天培地に菌液(S.aureus、10cfu/mL)を接種し、その上にコート基材を設置してハロー試験を行った。37℃にて24時間静置培養し、ハローの径を測定した。表5に示す通り、実施例2の微粒子分散液コートは、10日間浸漬した後においてもハローが観測され抗菌性が維持されていた。一方、ε−PL塩酸塩の系(比較例2)、および銀ナノ粒子(日本イオン製)を用いた系(参考例5)では、水浸漬直後において、抗菌成分が水に溶出または脱落し、短期間で抗菌性は失われた。図3にハロー試験の結果を示す。
(Hello test)
In the water immersion test assuming the prevention of biofilm adhesion, the coated base material after water immersion was collected, and S.I. An antibacterial test (halo test) against aureus was carried out. In the halo test, a bacterial solution (S. aureus, 10 6 cfu / mL) was inoculated on an SCD plate agar medium, and a coat base material was placed on the bacterial solution (S. aureus, 10 6 cfu / mL) to perform the halo test. The halo was statically cultured at 37 ° C. for 24 hours, and the diameter of the halo was measured. As shown in Table 5, the fine particle dispersion coating of Example 2 was observed to have halos even after being immersed for 10 days, and the antibacterial property was maintained. On the other hand, in the system using ε-PL hydrochloride (Comparative Example 2) and the system using silver nanoparticles (manufactured by Nippon Ion) (Reference Example 5), the antibacterial component was eluted or dropped into water immediately after immersion in water. Antibacterial properties were lost in a short period of time. FIG. 3 shows the results of the halo test.

Figure 2021046385
Figure 2021046385

本発明の微粒子は、バイオフィルム除去成分を水等の適当な媒体に分散させて塗布または噴霧することにより、効果的にバイオフィルムの形成を抑制または形成されたバイオフィルムを除去できるため適用範囲が広く、また生体、環境に対する安全性の高い材料を用いており、さらに基材接着性に優れるため、バイオフィルム対策として有効である。 The fine particles of the present invention have a wide range of application because the biofilm removing component can be dispersed in an appropriate medium such as water and applied or sprayed to effectively suppress the formation of the biofilm or remove the formed biofilm. It is effective as a biofilm countermeasure because it uses a wide range of materials that are highly safe for living organisms and the environment, and has excellent substrate adhesion.

Claims (8)

ポリカルボン酸誘導体とε−ポリ−L−リジン遊離塩基とからなる複合体を含む、水分散性の微粒子。 Water-dispersible fine particles containing a complex consisting of a polycarboxylic acid derivative and a ε-poly-L-lysine free base. 前記微粒子は、前記複合体の会合体を形成している、請求項1に記載の微粒子。 The fine particles according to claim 1, wherein the fine particles form an aggregate of the complex. 前記ポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸と下記一般式(1)のプロパルギルアミノ酸が縮合した化合物である、請求項1または2に記載の微粒子。
Figure 2021046385

(式中のRは、水素原子または、炭素数1〜8の炭化水素基を示す。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のnは、1〜3の整数を示す。)
The fine particles according to claim 1 or 2, wherein the polycarboxylic acid derivative is a compound obtained by condensing a polycarboxylic acid with a propargyl amino acid of the following general formula (1).
Figure 2021046385

(R in the formula indicates a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. In the hydrocarbon group, a plurality of hydrogen atoms are replaced with nitrogen atoms, oxygen atoms or sulfur atoms. In addition, n in the formula indicates an integer of 1 to 3).
前記ポリカルボン酸は、ポリグルタミン酸である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の微粒子。 The fine particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the polycarboxylic acid is polyglutamic acid. 前記微粒子の平均粒子径は、0.01μm〜0.5μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の微粒子。 The fine particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the average particle size of the fine particles is 0.01 μm to 0.5 μm. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の微粒子を含有する、抗微生物剤および/またはバイオフィルム除去剤。 An antimicrobial agent and / or a biofilm remover containing the fine particles according to any one of claims 1 to 5. 前記ポリカルボン酸誘導体と前記ε−ポリ−L−リジン遊離塩基とを反応液中で反応させて複合体を形成させる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の微粒子の製造方法。 The method for producing fine particles according to any one of claims 1 to 5, wherein the polycarboxylic acid derivative and the ε-poly-L-lysine free base are reacted in a reaction solution to form a complex. 前記反応液のpHが7.0〜10.0である、請求項7に記載の微粒子の製造方法。 The method for producing fine particles according to claim 7, wherein the pH of the reaction solution is 7.0 to 10.0.
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