JP2023512655A - 酵素及び金属－有機構造体（ｍｏｆ） - Google Patents

酵素及び金属－有機構造体（ｍｏｆ） Download PDF

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Abstract

内部容積を画定する構造体を含む金属-有機構造体(MOF)、内部容積内に配置された酵素、及び界面活性剤を含む組成物が提供される。また、組成物の製造方法及びその使用も提供される。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2020年1月27日に出願された米国特許仮出願第62/966335号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本技術は、一般的に、酵素及び金属-有機構造体(metal-organic frameworks)並びにその調製方法及び使用方法に関連する。
酵素が有用であるためには、酵素がその機能及び性能を維持することが必要である。しかしながら、多くの酵素用途は、通常の可能性の範囲外であり、活性部位中のアミノ酸残基がそれらの協同的機能にとっては離れすぎて、性能の喪失をもたらすように酵素の変性を生じさせる。例えば、酵素変性は、非生理的pH値又は高温条件下、並びに有機溶媒又は界面活性剤の存在下で起こる。不適合な変性条件下で酵素安定性を可能にする技術及び方法が必要とされている。
一態様では、本技術は、内部容積(internal volume)を画定する構造体(framework)と、内部容積内に配置された酵素と、界面活性剤とを含む組成物を提供する。任意の実施形態では、構造体は孔隙(pore space)を画定する。任意の実施形態において、酵素はヒドロラーゼ(例えば、ペプチダーゼ、リパーゼ、及び/又はグルコシダーゼ)であり得る。任意の実施形態において、組成物は、0ppm超～約1500ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、中性～アルカリ性pHを有し得る。任意の実施形態において、MOFは、ZIF-8、MOF-74、MIL-53、MAF-7、ZIF-90、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含み得る。任意の実施形態では、組成物は、洗濯洗浄組成物、食器洗い洗浄組成物、硬質表面洗浄組成物、パーソナルケア洗浄組成物、又はそれらの2つ以上の組み合わせであってもよい。
別の態様では、本技術は、組成物を調製することを含む、組成物を製造するための方法を提供する。
別の態様では、本技術は、組成物を使用するための方法を提供する。
図1は、実施例による、MOF前駆体及び酵素から出発して、内部容積を画定する構造体及び内部容積内に配置された酵素を含むMOFを製造する合成スキームである。
図2は、実施例による、孔隙(すなわち、構造体平面内の空間)及び外部空間(すなわち、MOFの外側の空間)を有する配置された酵素を有さないMOFの概略図である。
図3は、実施例による、水中37℃での保存下、界面活性剤混合物の存在下での酵素活性を示すグラフである。
図4は、実施例に従う、水中22℃での保存下、プロテアーゼの存在下での酵素活性を示すグラフである。
様々な実施形態を以下に記載する。具体的な実施形態は、網羅的な説明として、または本明細書で考察されるより広範な態様への限定として意図されていないことに留意されたい。特定の実施形態に関連して説明される一態様は、必ずしもその実施形態に限定されず、任意の他の実施形態で実施することができる。
本明細書で使用される場合、「約（ａｂｏｕｔ）」は、当業者によって理解され、それが使用される文脈に応じてある程度変化するであろう。当業者に明らかでない用語の使用がある場合、それが使用される文脈を前提として、「約」は、特定の用語の最大±１０％を意味するであろう。
要素を説明する文脈において（特に以下の請求項の文脈において）「ａ」および「ａｎ」ならびに「ｔｈｅ」という用語ならびに同様の指示語の使用は、本明細書で特に明記しない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数形および複数形のどちらも包含すると解釈されるべきである。本明細書での値の範囲の列挙は、本明細書で別途指示がない限り、範囲内に含まれる各個別の値を個別に参照する簡略法として機能することのみを意図し、各個別の値は、本明細書で個別に列挙されているのと同様に本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されているすべての方法は、本明細書で別途指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実行することができる。本明細書で提供されるありとあらゆる例または例示的文言（例えば、「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」）の使用は、単に実施形態をよりよく明らかにすることを意図しており、特に明記しない限り、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる文言も、請求されていないあらゆる要素を、必須として示すものと解釈されるべきではない。
本明細書で使用される場合、「金属-有機構造体」又は「MOF」は、金属イオン又はクラスターに有機配位子を配位させて三次元構造を形成している化合物のクラスを指す。MOFは、配位ポリマーのサブクラスであり、多くの場合、内部容積を有する多孔性であるという特別な特徴を有する。
本明細書で使用される場合、「ZIF-8」は、2-メチルイミダゾール及び金属塩から誘導される金属-有機構造体を指すものとして当業者によって理解される。例えば、ZIF-8は、Leeら, Chem. Eng. J. 2015, 271, 272-280(参照により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
本明細書で使用される場合、「MOF-74」は、2,5-ジヒドロキシテレフタル酸及び金属塩から誘導される金属-有機構造体を指すものとして当業者によって理解される。例えば、MOF-74は、Rosiら, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 1504-1518(参照により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
本明細書で使用される場合、「MIL-53」は、テレフタル酸及び金属塩から誘導される金属-有機構造体を指すものとして当業者によって理解される。例えば、MIL-53は、Puら, Appl. Catal., A, 2018, 549, 82-92及びLoiseauら, Chem. Eur. J. 2004, 10(6), 1373-1382(参照により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
本明細書で使用される場合、「MAF-7」は、3-メチル-1,2-4-トリアゾール及び金属塩から誘導される金属-有機構造体を指すものとして当業者によって理解される。例えば、MAF-7は、Zhangら, Adv. Mater. 2011, 23, 126-1271(参照により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
本明細書で使用される場合、「ZIF-90」は、イミダゾレート-2-カルボキシアルデヒド及び金属塩から誘導される金属-有機構造体を指すものとして当業者によって理解される。例えば、ZIF-90は、Morrisら、J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12626-12627(参照により本明細書に組み込まれる)に記載されている。
ZIF-8、MOF-74、MIL-53、MAF-7、及びZIF-90は、Yaghiら, Introduction to Reticular Chemistry: Metal-Organic Frameworks and Covalent Organic Frameworks; Wiley-VCH: Weinheim, 2019にも記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用される場合、「配置された(disposed)」とは、酵素が内部容積の外側に自由に移動することができないことを指す。用語「配置された」は、用語「封入された(encapsulated)」、「閉じ込められた(entrapped)」、又は「埋め込まれた(embedded)」と容易に置き換えられ得る。任意の実施形態において、酵素の少なくとも一部は内部容積内に配置される。任意の実施形態において、酵素の少なくとも約50％、少なくとも約75％、少なくとも約80％、少なくとも約85％、少なくとも約90％、少なくとも約95％、又は少なくとも約99％が内部容積内に配置される。任意の実施形態において、MOFは、酵素がその四次及び/又は三次構造を維持するのに寄与し得る。任意の実施形態において、MOFは、酵素が、その機能及び性能を維持するのに寄与し得る。
一態様では、本技術は、内部容積を画定する構造体を含むMOFと、内部容積内に配置された酵素と、界面活性剤とを含む組成物を提供する。任意の実施形態において、MOFは、反応して構造体を形成する有機化合物及び金属塩を含む前駆体から構築される。一般に、MOFは結晶質である。本技術において、MOFは、図1に例示されるように、構造体の形成によって内部容積内に酵素が配置されるように、酵素の存在下で形成される。任意の実施形態において、酵素とMOFは共有結合していない。
内部容積は、構造体によって画定される。例えば、図2に示されるように、構造体は、内部容積(すなわち、構造体内の空間)を有する。任意の実施形態において、MOFは、構造体によって画定される平面を含む。任意の実施形態において、平面は、内部容積をMOFの周りの外部空間から分離し、ここでこの平面は構造体の頂点(vertices)及び辺(edges)によって画定される。任意の実施形態において、内部容積は、構造体と、構造体によって画定される平面とによって囲まれる。任意の実施形態において、構造体は、平面内に孔隙を画定する。孔は、MOFの内部容積の中への、及びMOFの内部容積の外への成分の移動を可能にする。任意の実施形態において、孔は、前記酵素を前記内部容積から逃がさないようにするサイズを有する。任意の実施形態において、孔は、酵素よりも低い分子量を有する化合物が外部空間から内部容積に入ることを可能にするサイズであってもよい。任意の実施形態において、孔は、酵素よりも低い分子量を有する化合物が内部容積から出て外部空間に入ることを可能にするサイズであってもよい。任意の実施形態において、化合物は、酵素よりも少なくとも約25％低い分子量、酵素よりも少なくとも約30％低い分子量、酵素よりも少なくとも約40％低い分子量、酵素よりも少なくとも約50％低い分子量、酵素よりも少なくとも約60％低い分子量、酵素よりも少なくとも約70％低い分子量、酵素よりも少なくとも約75％低い分子量、酵素よりも少なくとも約80％低い分子量、酵素よりも少なくとも約85％低い分子量、酵素よりも少なくとも約90％低い分子量、又は酵素よりも少なくとも約95％低い分子量を有し得る。任意の実施形態において、孔は、酵素と同等か、又は酵素よりも高い分子量を有する化合物が外部空間から内部容積に入るのを阻止するサイズであってもよい。任意の実施形態において、孔は、酵素分子量の少なくとも75％の分子量を有する化合物が外部空間から内部容積に入るのを阻止するサイズであってもよい。任意の実施形態において、孔は、酵素(例えば、プロテアーゼ)が外部空間から内部容積に入るのを阻止するサイズであってもよい。任意の実施形態において、孔は、ポリマー(例えば、ポリ(アクリル酸)、ポリ(エチレンイミン)、ポリ(ビニルアルコール、ポリ(エチレングリコール)、ポリ(プロピレングリコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(サッカライド)、及びそれらのコポリマー、並びにそれらの2つ以上の組み合わせ)などの他の大分子が外部空間から内部容積に入るのを阻止するサイズであってもよい。
任意の実施形態において、酵素はヒドロラーゼであってもよい。酵素の非限定的な例としては、ペプチダーゼ、リパーゼ、グルコシダーゼ、又はそれらの2つ以上の組み合わせが挙げられる。任意の実施形態において、組成物は、0ppm超～約1500ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約40ppm～約900ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約40ppm～約200ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約40ppm～約100ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約500ppm～約900ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約700ppm～約900ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約800ppm～約900ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約300ppm～約600ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約400ppm～約500ppmの酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約40ppm～約200ppm、約40ppm～約100ppm、又は約40ppm～約70ppmのリパーゼ酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約500ppm～約900ppm、約700ppm～約900ppm、又は約800ppm～約900ppmのペプチダーゼ酵素を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約50ppm～約500ppm、約100ppm～約250ppm、又は約150ppm～約250ppmのグルコシダーゼ酵素を含み得る。
任意の実施形態において、MOFは、反応したMOF前駆体を含む。任意の実施形態において、MOF前駆体は、有機化合物及び金属塩を含む。
任意の実施形態において、有機化合物は、イミダゾール基、トリアゾール基、少なくとも2つのカルボン酸基、又はそれらの2つ以上の組み合わせを有する化合物を含む。任意の実施形態において、有機化合物は、2-メチルイミダゾール、3-メチル-1,2-4-トリアゾール、1つ又は複数のヒドロキシル基又は複数のアミノ基で任意選択で置換されていてもよいテレフタル酸、又はそれらの組み合わせを含む。任意の実施形態において、有機化合物は、2-メチルイミダゾール、イミダゾレート-2-カルボキシアルデヒド、又はそれらの組み合わせを含み得る。任意の実施形態において、有機化合物は、テレフタル酸、2,5-ジヒドロキシテレフタル酸、又はそれらの組み合わせを含み得る。任意の実施形態において、有機化合物は、3-メチル-1,2-4-トリアゾールを含み得る。
任意の実施形態において、金属塩は、Zn、Al、Co、Fe、Sc、Ca、Mg、Mn、Li、Ni、Cu、Zr、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含んでもよい。任意の実施形態において、金属塩は、Zn、Al、Fe、Mg、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含んでもよい。任意の実施形態において、金属塩は、Zn、Al、又はそれらの組み合わせを含んでもよい。任意の実施形態において、金属塩は、Zn(NO3)2、Zn(OAc)2、Al(NO)3、又はMOFの合成のための当業者に公知の任意の他の金属塩を含み得る。任意の実施形態において、金属塩は、三価及び/又は二価の金属を含み得る。任意の実施形態において、金属塩は、三価金属を含んでもよい。任意の実施形態において、金属塩は、三価アルミニウムを含んでもよい。
任意の実施形態において、MOFは、ZIF-8、MOF-74、MIL-53、MAF-7、ZIF-90、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含み得る。
任意の実施形態において、界面活性剤は、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、双性イオン性界面活性剤、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含み得る。
任意の実施形態において、界面活性剤は、非イオン性界面活性剤を含んでもよい。非イオン性界面活性剤としては、以下のものが挙げられる：アルキルアルコキシル化アルコール(例えば、1～50の平均アルコキシル化度を有するC8～C18アルキルアルコキシル化アルコール)、アルコールエトキシレート(AE又はAEO)、アルコールプロポキシレート、プロポキシル化脂肪アルコール(PFA)、アルコキシル化脂肪酸アルキルエステル(例えば、エトキシル化及び/又はプロポキシル化脂肪酸アルキルエステル)、アルキルフェノールエトキシレート(APE)、ノニルフェノールエトキシレート(NPE)、アルキルポリグリコシド(APG)、アルコキシル化アミン、脂肪酸モノエタノールアミド(FAM)、脂肪酸ジエタノールアミド(FADA)、エトキシル化脂肪酸モノエタノールアミド(EFAM)、プロポキシル化脂肪酸モノエタノールアミド(PFAM)、ポリヒドロキシアルキル脂肪酸アミド、グルコサミンのN-アシルN-アルキル誘導体(例えば、グルカミド、GA、又は脂肪酸グルカミド、FAGA)、商品名SPAN及びTWEENで入手可能な製品、又はそれらの2つ以上の組み合わせ。
任意の実施形態において、界面活性剤は、アニオン性界面活性剤を含み得る。アニオン性界面活性剤は、サルフェート、スルホネート、又はこれらの組み合わせを含むことができる。任意の実施形態において、スルホネートは、アルカン-2,3-ジイルビス(サルフェート)、アルキルサルフェート(AS)、又はそれらの組み合わせを含み得る。任意の実施形態において、ASは、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、脂肪アルコールサルフェート(FAS)、第一級アルコールサルフェート(PAS)、アルコールエーテルサルフェート(AES、アルコールエトキシサルフェート又は脂肪アルコールエーテルサルフェートとしても知られる)、又はこれらの2つ以上の組み合わせを含むが、これらに限定されない。任意の実施形態において、サルフェートは、アルコールエーテルサルフェート(AES)を含む。任意の実施形態において、スルホネートは、直鎖アルキルベンゼンスルホネート(LAS)、LASの異性体、分岐アルキルベンゼンスルホネート(BABS)、フェニルアルカンスルホネート、α-オレフィンスルホネート(AOS)、オレフィンスルホネート、アルケンスルホネート、ヒドロキシアルカンスルホネート及びジスルホネート、第二級アルカンスルホネート(SAS)、パラフィンスルホネート(PS)、エステルスルホネート、スルホン化脂肪酸グリセロールエステル、α-スルホ脂肪酸メチルエステル(α-SFMe又はSESにはメチルエステルスルホネート(MES)が含まれる)、アルキルコハク酸又はアルケニルコハク酸、ドデセニル/テトラデセニルコハク酸(DTSA)、アミノ酸の脂肪酸誘導体、スルホコハク酸又は石鹸のジエステル及びモノエステル、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含み得る。任意の実施形態において、スルホネートは、アルキルベンゼンスルホネート(LAS)を含み得る。
任意の実施形態において、界面活性剤は、カチオン性界面活性剤を含み得る。カチオン性界面活性剤は、アルキルピリジニウム化合物、アルキル第四級アンモニウム化合物、アルキル第四級ホスホニウム化合物、アルキル第三級スルホニウム化合物、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含み得る。任意の実施形態において、アルキル第四級アンモニウム化合物は、以下の一般式を有し得る:(R)(R1)(R2)(R3)N+ X-(式中、Rは直鎖又は分枝鎖、置換又は非置換C6～C18アルキル又はアルケニル部分であり、R1及びR2はメチル又はエチル部分から独立して選択され、R3はヒドロキシル、ヒドロキシメチル、又はヒドロキシエチル部分であり、Xは荷電中性を提供するアニオンであり、好適なアニオンとしてはハロゲン化物イオン、例えば、塩化物イオン；硫酸イオン；及びスルホン酸イオンが挙げられる)。任意の実施形態において、カチオン性界面活性剤は、モノC6～C18アルキルモノ-ヒドロキシエチルジ-メチル第四級アンモニウムクロリドを含み得る。任意の実施形態において、カチオン性界面活性剤は、モノC8～C10アルキルモノ-ヒドロキシエチルジ-メチル第四級アンモニウムクロリド、モノC10～C12アルキルモノ-ヒドロキシエチルジ-メチル第四級アンモニウムクロリド、及びモノ-C10アルキルモノ-ヒドロキシエチルジ-メチル第四級アンモニウムクロリドを含み得る。カチオン性界面活性剤の非限定的な例としては、アルキルジメチルエタノールアミンクワット(quat)(ADMEAQ)、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)、ジメチルジステアリルアンモニウムクロリド(DSDMAC)、アルキルベンジルジメチルアンモニウム、アルキル第四級アンモニウム化合物、アルコキシル化第四級アンモニウム(AQA)化合物、エステルクワット(第四級アンモニウム)、及びそれらの2つ以上の組合せが挙げられる。
任意の実施形態において、界面活性剤は、双性イオン性界面活性剤を含み得る。双性イオン性界面活性剤は、アミンオキシド、ベタイン(例えば、アルキルジメチルベタイン及びスルホベタイン)、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含み得る。
任意の実施形態において、組成物は、約10重量％～約98重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約50重量％～約98重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約70重量％～約98重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約10重量％～約40重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約20重量％～約30重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約12重量％～約30重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約15重量％～約25重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約20重量％～約40重量％の界面活性剤を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約25重量％～約35重量％の界面活性剤を含み得る。
任意の実施形態において、組成物は、中性からアルカリ性のpH(例えば、約7以上のpH)を有し得る。任意の実施形態において、組成物は、約7～約11のpHを有し得る。任意の実施形態において、組成物は、約7～約10のpHを有し得る。任意の実施形態において、組成物は、約7～約9のpHを有し得る。任意の実施形態において、組成物は、約7～約8のpHを有し得る。
任意の実施形態において、組成物は、レギュラー(regular)、コンパクト(compact)又は濃縮(concentrated)液体；ゲル；ペースト；固形石鹸(soap bar)；レギュラー又は圧縮(compacted)粉末；粒状固体(granulated solid)；2つ以上の層(同じ又は異なる相)を有する均質又は多層錠剤；1つ以上の区画を有するパウチ；単一若しくは多区画単位用量形態；又はそれらの2つ以上の組み合わせとして製剤化され得る。任意の実施形態において、組成物は、固体形態であってもよい。一般に、固体形態は、約10重量％未満の溶媒(例えば、約5重量％未満、約2重量％未満、約1重量％未満、又は約0.5重量％未満)を含み得る。任意の実施形態において、組成物は半固体(例えば、ゲル及び/又はペースト)又は液体形態であり得る。一般に、半固体又は液体形態は、溶媒を含むことができる。任意の実施形態において、組成物は、濃縮半固体組成物又は濃縮液体組成物であってもよい。
任意の実施形態において、溶媒は、有機溶媒、水、又はそれらの組み合わせを含み得る。有機溶媒としてはプロパノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、及び/又はブチレングリコールなどのC1～C6アルコールが挙げられるが、これらに限定されない。任意の実施形態において、溶媒は水を含んでもよい。任意の実施形態において、組成物は、少なくとも約10重量％、少なくとも約20重量％、少なくとも約30重量％、少なくとも約40重量％、少なくとも約50重量％、又は少なくとも約60重量％の溶媒を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約15重量％～約75重量％の溶媒、約15重量％～約70重量％の溶媒、約15重量％～約60重量％の溶媒、又は約15重量％～約50重量％の溶媒を含み得る。任意の実施形態において、組成物は、約50重量％～約95重量％の溶媒、約60重量％～約90重量％の溶媒、約60重量％～約80重量％の溶媒、又は約60重量％～約70重量％の溶媒を含み得る。
任意の実施形態において、組成物は、洗濯洗浄組成物、食器洗い洗浄組成物、硬質表面洗浄組成物、パーソナルケア洗浄組成物、又はそれらの2つ以上の組み合わせであってもよい。任意の実施形態において、組成物は、食器洗い洗浄、硬質表面洗浄、及び/又はパーソナルケア洗浄組成物中に一般的に存在する1つ以上の成分をさらに含み得る。例えば、組成物は、洗剤組成物に一般的に含まれる、蛍光増白剤、ポリアクリレート、有機ポリカルボン酸、キレート剤、電解質、染料、芳香剤、再付着防止剤、防腐剤、加工助剤、充填剤、漂白剤などをさらに含むことができる。
任意の実施形態において、酵素は、高温での少なくとも28日間の保存の間、少なくとも90％の残留活性を示す。任意の実施形態において、高温は、約30℃～約65℃、約30℃～約55℃、又は約30℃～約45℃であり得る。
別の態様では、本技術は、MOFの製造方法を提供する。任意の実施形態において、方法は、共沈法を介して行われてもよい。任意の実施形態において、共沈は、水中での沈殿を含む。任意の実施形態において、本明細書で提供されるMOF前駆体を、酵素を含有する水性組成物に添加して、水性混合物を提供することができる。任意の実施形態において、MOF前駆体の添加は、連続撹拌下で添加されてもよい。任意の実施形態において、MOF前駆体の添加は、連続的に添加されてもよい。任意の実施形態において、水性混合物は、約2時間～約48時間(例えば、約5時間～約36時間又は約20時間～約28時間)撹拌され得る。任意の実施形態において、撹拌後、水性混合物を遠心分離することができる。
別の態様では、本技術は、本明細書で提供される組成物の製造方法を提供する。任意の実施形態において、酵素が配置されたMOFが、界面活性剤を含む容器に添加され得る。
別の態様では、本技術は、本明細書で提供される組成物を使用するための方法を提供する。任意の実施形態において、組成物は、洗濯洗浄組成物、食器洗い洗浄組成物、硬質表面洗浄組成物、及び/又はパーソナルケア洗浄組成物を使用するための任意の従来の方法に従って使用されてもよい。
したがって、一般的に記載される本発明は、以下の実施例を参照することによってより容易に理解され、以下の実施例は、例示として提供され、本発明を限定することを意図しない。
リパーゼをSigma-Aldrich(L0777)から購入し、水で希釈して、酵素濃度5mg/mLのリパーゼ原液を得た。
BCAアッセイを用いて、上清中の酵素含量を測定することによって封入効率を計算した。具体的には、MOF中に封入された酵素を、出発酵素量と上清中の量との差として決定した。
実施例1：リパーゼが封入されたZIF-8
リパーゼ原液を、連続撹拌下で水を含有する容器に添加し、続いて2-メチルイミダゾール(2M)及び酢酸亜鉛無水物(dehydrate)(0.4M)を添加した。溶液は、0.25及び0.125mg/mLのリパーゼ、25～800mMの2-メチルイミダゾール、及び0.625～30mMの酢酸亜鉛二水和物の最終濃度を有した。室温でさらに24時間撹拌を続けた。溶液を6700×gで5分間遠心分離し、続いて上清を除去した。上清をBCAアッセイに使用した。再分散した(redispersed)ペレットを水で3回洗浄した後、リパーゼ特異的アッセイを用いてペレット及び上清について酵素活性を測定した。封入リパーゼの活性は49％であった。
実施例2：リパーゼが封入されたMOF-74
リパーゼ原液を、連続撹拌下で水を含有する容器に添加し、続いて2,5-ジヒドロキシテレフタル酸(0.3M)及び酢酸亜鉛無水物(0.4M)を添加した。溶液は、0.25及び0.125mg/mLのリパーゼ、3～25mMの2,5-ジヒドロキシテレフタル酸、及び7～58.6mMの酢酸亜鉛無水物の最終濃度を有した。室温でさらに24時間撹拌を続けた。溶液を6700×gで5分間遠心分離し、続いて上清を除去した。上清をBCAアッセイに使用した。再分散したペレットを水で3回洗浄した後、リパーゼ特異的アッセイを用いてペレット及び上清について酵素活性を測定した。封入リパーゼの活性は33％であった。
実施例3：リパーゼが封入されたMIL-53
リパーゼ原液を、連続撹拌下で水を含有する容器に添加し、続いてテレフタル酸(0.1M)及び硝酸アルミニウム九水和物(1.3M)を添加した。溶液は、0.25及び0.125mg/mLリパーゼ、9～44mMテレフタル酸、及び17～67mM硝酸アルミニウム九水和物の最終濃度を有した。室温でさらに24時間撹拌を続けた。溶液を6700×gで5分間遠心分離し、続いて上清を除去した。上清をBCAアッセイに使用した。再分散したペレットを水で3回洗浄した後、リパーゼ特異的アッセイを用いてペレット及び上清について酵素活性を測定した。封入リパーゼの活性は75％であった。
実施例4：保存試験
試験1：界面活性剤あり
プロテアーゼ及び(A)リパーゼ(封入されていない/純粋なリパーゼ)、(B)実施例1、(C)実施例2、及び(D)実施例3を含有する水性試験溶液を調製した。各試験溶液を半分に分けた。試験溶液の半分に界面活性剤混合物を加えた。リパーゼ活性の測定は、界面活性剤混合物の添加時に開始した。さらに、4時間、1日、2日、7日、14日、21日、及び28日目に活性を測定した。すべての溶液は0.05mg/mLリパーゼ、0.9mg/mLプロテアーゼ、及び20％界面活性剤(存在する場合)の最終濃度を有し、22℃又は37℃の温度に維持された。
図3は、封入されていない/純粋なリパーゼについてのリパーゼ活性が水中37℃で28日間にわたって減少したことを示す。14日目までに、封入されていないリパーゼの活性はゼロであった。対照的に、実施例3のMOFは、水中37℃で28日間にわたって少なくとも約60％のリパーゼ活性を維持した。理論に拘束されることを望むものではないが、実施例3のMOFは界面活性剤混合物中などの高イオン強度組成物中の三価アルミニウムに起因して、向上した安定性を提供すると考えられる。比較すると、実施例1及び2のMOFは二価亜鉛を含み、この二価亜鉛はMOFに対する攻撃を示し、それらの分解をもたらす可能性がある。水溶液などの低イオン強度組成物では、二価MOFは安定であり、プロテアーゼによる分解からリパーゼを保護することができる。
試験2：界面活性剤なし
プロテアーゼ及び(A)リパーゼ(封入されていない/純粋なリパーゼ)、(B)実施例1、(C)実施例2、及び(D)実施例3を含有する水性溶液を調製した。すべての溶液は0.05mg/mLのリパーゼ及び0.9mg/mLのプロテアーゼの濃度を有し、22℃の温度に維持された。リパーゼ活性の測定は、リパーゼ溶液へのプロテアーゼの添加時に開始した。さらに、4時間、1日、2日、7日、14日、21日、及び28日目に活性を測定した。
図4は、封入されていないリパーゼについてのリパーゼ活性が水中22℃で28日間にわたって急速に減少したことを示す。7日目までに、封入されていないリパーゼは不活性になった。対照的に、リパーゼがMOF(すなわち、実施例1、2、及び3)中に封入された場合、水中22℃で28日間にわたって、少なくとも20％のリパーゼ活性が維持された。7日目までに、MOF封入リパーゼ活性は約50％(実施例2)～約90％(実施例3)であった。理論に拘束されることを望むものではないが、封入されていないリパーゼは、プロテアーゼによるタンパク質分解のために不活性になり、MOFはプロテアーゼがリパーゼに接近するのを妨げると考えられる。
ある実施形態を図示し説明してきたが、以下の特許請求の範囲で定義される、そのより広い態様の技術から逸脱することなく、そこに当業者によって変更および修正を行うことができることを理解すべきである。
本明細書に例示的に記載されている実施形態は、本明細書に具体的に開示されていない、任意の１つまたは複数の要素、任意の１つまたは複数の限定がなくても好適に実施され得る。したがって、例えば、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの用語は、限定的ではなく、拡張的に読まれるべきである。さらに、本明細書で用いられる用語および表現は、限定ではなく説明の用語として使用されており、このような用語および表現を使用して、示され説明された機能またはその部分のいかなる同等物を除外する意図はないが、請求された技術の範囲内で様々な変更が可能であることが認識される。さらに、「から本質的になる」という句は、具体的に列挙されたそれらの要素および請求された技術の基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を与えない、それらの追加の要素を含むことが理解されるであろう。「からなる」という句は、指定されていないいかなる要素も除外する。
本開示は、本出願に記載される特定の実施形態に関して限定されるべきではない。当業者には明らかなように、その精神および範囲から逸脱することなく、多くの修正および変更を行うことができる。本明細書に挙げているものに加えて、本開示の範囲内の機能的に同等の方法および組成物は、前述の説明から当業者には明らかであろう。このような修正および変更は、添付の特許請求の範囲内にあることが意図されている。本開示は、このような請求項が権利を与えられる同等物の全範囲とともに、添付の請求項の用語によってのみ限定されるべきである。本開示は、特定の方法、試薬、化合物、または組成物に限定されず、言うまでもなく、変化し得ることを理解されたい。また、本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図していないことも理解されたい。
加えて、本開示の特徴または態様がマーカッシュ群の観点から説明される場合、開示がまた、それによってマーカッシュ群の任意の個々の要素または要素の下位群の観点から説明されることを、当業者は認識するであろう。
当業者に理解されるように、ありとあらゆる目的のために、特に書面による説明を提供するという観点から、本明細書に開示されるすべての範囲は、ありとあらゆる可能な部分範囲およびこれらの部分範囲の組み合わせも包含する。リストされた範囲は、十分に説明し、同じ範囲を少なくとも等しい半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分類できると容易に認識することができる。非限定的な例として、本明細書で考察される各範囲は、下部３分の１、中部３分の１および上部３分の１に容易に分類することができる。また、当業者によって理解されるように、「最大」、「少なくとも」、「より大きい」、「より小さい」などのすべての文言は、列挙された数を含み、上で考察されるように、後で部分範囲に分類することができる範囲を指す。最後に、当業者によって理解されるように、ある範囲は、各個々の要素を含む。
本明細書で指すすべての出版物、特許出願、発行済み特許、および他の文書は、あたかも各個々の出版物、特許出願、発行済み特許、または他の文書が、参照によりその全体が組み込まれると具体的かつ個別に示されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれたテキストに含まれる定義は、それらが本開示の定義と矛盾する限りにおいて除外される。
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (38)

  1. 内部容積を画定する構造体を含む金属-有機構造体(MOF)と、
    内部容積内に配置された酵素と、
    界面活性剤と
    を含む組成物。
  2. 前記酵素がヒドロラーゼである、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記酵素が、ペプチダーゼ、リパーゼ、グルコシダーゼ、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項1又は請求項2に記載の組成物。
  4. 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、双性イオン性界面活性剤、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項1～3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 前記非イオン性界面活性剤が、アルキルアルコキシル化アルコール、アルコールエトキシレート、アルコールプロポキシレート、プロポキシル化脂肪アルコール、アルコキシル化脂肪酸アルキルエステル、アルキルフェノールエトキシレート、ノニルフェノールエトキシレート、アルキルポリグリコシド、アルコキシル化アミン、脂肪酸モノエタノールアミド、脂肪酸ジエタノールアミド、エトキシル化脂肪酸モノエタノールアミド、プロポキシル化脂肪酸モノエタノールアミド、ポリヒドロキシアルキル脂肪酸アミド、グルコサミンのN-アシルN-アルキル誘導体、商品名SPAN及びTWEENで入手可能な製品、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項4に記載の組成物。
  6. 前記アニオン性界面活性剤が、サルフェート、スルホネート、又はそれらの組み合わせを含む、請求項4又は請求項5に記載の組成物。
  7. 前記スルホネートが、アルカン-2,3-ジイルビス(サルフェート)、アルキルサルフェート、又はそれらの組み合わせを含む、請求項6に記載の組成物。
  8. 前記サルフェートがアルコールエーテルサルフェートを含む、請求項7に記載の組成物。
  9. 前記スルホネートが、直鎖アルキルベンゼンスルホネート、アルキルベンゼンスルホネートの異性体、分岐アルキルベンゼンスルホネート、フェニルアルカンスルホネート、α-オレフィンスルホネート、オレフィンスルホネート、アルケンスルホネート、ヒドロキシアルカンスルホネート及びジスルホネート、第二級アルカンスルホネート、パラフィンスルホネート、エステルスルホネート、スルホン化脂肪酸グリセロールエステル、α-スルホ脂肪酸メチルエステル、アルキル-若しくはアルケニルコハク酸、ドデセニル/テトラデセニルコハク酸、アミノ酸の脂肪酸誘導体、スルホコハク酸若しくは石鹸のジエステル及びモノエステル、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項6～8のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 前記スルホネートがアルキルベンゼンスルホネート(LAS)を含む、請求項9に記載の組成物。
  11. 前記カチオン性界面活性剤が、アルキルピリジニウム化合物、アルキル第四級アンモニウム化合物、アルキル第四級ホスホニウム化合物、アルキル第三級スルホニウム化合物、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項4～10のいずれか一項に記載の組成物。
  12. 前記双性イオン性界面活性剤が、アミンオキシド、ベタイン、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項4～11のいずれか一項に記載の組成物。
  13. 前記組成物が、約10重量％～約40重量％の前記界面活性剤を含む、請求項1～12のいずれか一項に記載の組成物。
  14. 前記組成物が、約20重量％～約30重量％の前記界面活性剤を含む、請求項1～13のいずれか一項に記載の組成物。
  15. 前記組成物が、0ppm超～約1500ppmの酵素を含む、請求項1～14のいずれか一項に記載の組成物。
  16. 前記組成物が、約40ppm～約900ppmの酵素を含む、請求項1～15のいずれか一項に記載の組成物。
  17. 前記組成物が、中性からアルカリ性のpHを有する、請求項1～16のいずれか一項に記載の組成物。
  18. 前記組成物が、約7～約9のpHを有する、請求項1～17のいずれか一項に記載の組成物。
  19. 前記酵素及び前記MOFが共有結合していない、請求項1～18のいずれか一項に記載の組成物。
  20. 前記構造体が孔隙を画定する、請求項1～19のいずれか一項に記載の組成物。
  21. 前記孔隙が、前記酵素を前記内部容積から逃がさないようにするサイズを有する、請求項20に記載の組成物。
  22. 前記孔隙が、前記酵素よりも低い分子量を有する化合物が前記内部容積に入ることを可能にするサイズを有する、請求項20又は21に記載の組成物。
  23. 前記化合物が、前記酵素よりも少なくとも約25％低い分子量を有する、請求項22に記載の組成物。
  24. 前記化合物が、前記酵素よりも少なくとも約50％低い分子量を有する、請求項22又は請求項23に記載の組成物。
  25. 前記化合物が、前記酵素よりも少なくとも約75％低い分子量を有する、請求項22～24のいずれか一項に記載の組成物。
  26. 前記MOFが、反応したMOF前駆体を含む、請求項1～25のいずれか一項に記載の組成物。
  27. 前記MOF前駆体が有機化合物及び金属塩を含む、請求項26に記載の組成物。
  28. 前記有機化合物が、イミダゾール基、トリアゾール基、又は少なくとも2つのカルボン酸基を有する化合物を含む、請求項27に記載の組成物。
  29. 前記有機化合物が、2-メチルイミダゾール、イミダゾレート-2-カルボキシアルデヒド、3-メチル-1,2,4-トリアゾール、1つ又は複数のヒドロキシル基又は複数のアミノ基で置換されていてもよいテレフタル酸、又はそれらの組み合わせを含む、請求項27又は請求項28に記載の組成物。
  30. 前記金属塩が、Zn、Al、Co、Fe、Sc、Ca、Mg、Mn、Li、Ni、Cu、Zr、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項27～29のいずれか一項に記載の組成物。
  31. 前記金属塩が、Zn(NO3)2、Zn(OAc)2、Al(NO)3、又はそれらの2つ以上の組合せを含む、請求項27～30のいずれか一項に記載の組成物。
  32. 前記MOFが、ZIF-8、MOF-74、MIL-53、MAF-7、ZIF-90、又はそれらの2つ以上の組み合わせを含む、請求項1～31のいずれか一項に記載の組成物。
  33. 水をさらに含む、請求項1～32のいずれか一項に記載の組成物。
  34. 前記組成物が、洗濯洗浄組成物、食器洗い洗浄組成物、硬質表面洗浄組成物、パーソナルケア洗浄組成物、又はそれらの2つ以上の組み合わせである、請求項1～33のいずれか一項に記載の組成物。
  35. 前記組成物が、レギュラー、コンパクト若しくは濃縮液体；ゲル；ペースト；固形石鹸；レギュラー若しくは圧縮粉末；粒状固体；2つ以上の層(同じ若しくは異なる相)を有する均質若しくは多層錠剤；1つ以上の区画を有するパウチ；単一若しくは多区画単位用量形態；又はそれらの2つ以上の組み合わせとして製剤化される、請求項1～34のいずれか一項に記載の組成物。
  36. 前記MOF前駆体及び前記酵素を、水を含む容器に添加することを含む、請求項27～35のいずれか一項に記載の組成物を製造する方法。
  37. 前記MOF前駆体及び前記酵素を共沈させて、内部容積を画定する構造体を含むMOFを形成し、前記酵素を前記内部容積内に配置させる、請求項36に記載の方法。
  38. 前記界面活性剤を添加することをさらに含む、請求項37に記載の方法。
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