JP4101191B2 - 温度応答性ペプチドコポリマーゲルを用いた液中物質捕集材料 - Google Patents
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Description
従来、浄水場などのように処理スケールが大きい場合は、対象の液中に凝集剤を添加して目的物質を沈澱させる沈澱法が用いられている(例えば、特開2002−361279号公報、特開2002−126758号公報、特開2001−9498号公報、特開平09−52092を参照)。
しかし、近年、ビスフェノールAが内分泌撹乱化学物質の一つであり、生体内の内分泌系の情報伝達を撹乱するのみならず、免疫系や神経系の正常な機能にも影響を与えることが指摘されており、ビスフェノールAを含む溶液等から高効率に同物質を除去する技術の開発が望まれている。
また、線状分枝の両末端に生体親和性基が導入されたポリロタキサンヒドロゲルを整形外科などの医療分野で用いられる組織再生用基材として使用することが知られている(例えば、特許文献2参照)。更に、生体分解性を有するトリブロックポリマーを組織癒着防止膜等として使用することも知られている(例えば、特許文献3参照)。
一方、生分解性のヒドロゲルを薬剤デリバリーのために使用することも知られている(例えば、特許文献4、5参照)。
従って、本発明の課題は、目的とする物質を取り込んだり、捕集後の物質捕集材料を再生したりする過程をいかに容易に成し遂げるか、という物質捕集材料を設計する上で最も重要な要素に取り組み、不純物質または有用物質のような目的物質を含有する液中から同物質を捕集するために適した液中物質捕集材料並びに液中物質捕集方法を提供することである。
本発明は、液中物質捕集材料に特定の両親媒性コポリマーを用いることによって、温度の上昇・下降によって引き起こされるゾルーゲル相転移を溶液中の物質捕集に利用することをその要旨とするものである。
ここで、両親媒性とは、極性基および非極性基の両方を含む性質をいう。両親媒性コポリマーの成分として、適宜好適な疎水性ポリマー鎖Aおよび親水性ポリマー鎖Bを選択し、その組成を調整することにより、液中物質捕集材料としての所望の性能を得ることができる。
で表されるビニルポリマー、
或いは一般式(III):
で表されるポリアミド(ポリペプチド)、
で表されるポリエステルを含んで成るポリマー鎖が包含される。
このようなものの具体例としては、例えばポリエチレン、ナイロン、ポリカプロラクトンなどが挙げられる。
とりわけ数平均分子量が150〜200000、より好ましくは数平均分子量が300〜5000のポリアミノ酸が捕集効率の点から好ましい。このような疎水性ポリマー鎖には、本発明の目的に反しない限り、1種または2種以上の構成単位を用いてよい。
(1)炭素数1〜6の分枝状、線状或いは環状のアルキル基、
(2)カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基およびアミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも1つの基を有する炭素数1〜30の分枝状、線状或いは環状のアルキル基、
(3)カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基およびアミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも1つの基を有するフェニル基
よりなる群から選ばれる基であり(但し、R13、R14、R15およびR16の少なくとも1つは、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基およびアミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも1つの基を有する)、xは1または2以上の整数である]
で表される高分子電解質類、
で表されるポリビニルアルコール類、
で表されるポリビニルエーテル類、
で表されるポリアルキレングリコールが包含される。
このようなものの具体例としては、例えばポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられる。
とりわけ数平均分子量が500〜100000、より好ましくは数平均分子量が1000〜20000のポリエチレングリコールが捕集効率の点から好ましい。このような親水性ポリマー鎖には、本発明の目的に反しない限り、1種または2種以上の構成単位を用いてよい。
両親媒性コポリマーを合成する場合、少なくとも一方の末端に官能基を有する親水性ポリマー鎖Bを開始剤として用いることが好ましい。より好ましくは、少なくとも一方の末端にアミノ基を有するポリエチレングリコール(アミノ−PEG)を用いることが、生体適合性、開始剤としての安定性を有するため好ましい。
このような溶媒としては、例えばベンゼン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン(THF)が挙げられる。
次に、温度調節機構を用いて有機相がゾル状態となる所定温度へ系内を加熱し、その状態で撹拌機構を用いて系内を激しく撹拌し、有機相と水相との接触面積を増やす。その結果、水相に含まれていた目的物質としてのビスフェノールAは効率よく有機相へ移動する。
次いで、撹拌を停止し、一定時間系内を静置すると、水相と有機相が分離する。分離がある程度完了したら、系内をゾル−ゲル相転移の転移点以下の温度まで冷却し、目的物質としてのビスフェノールA、両親媒性ブロックコポリマー、クロロホルムを含む有機相をゲル化させる。ゲル化が完了した後、水相と有機相を分離する。この際、有機相は固形物として固まっているので、水相の取り出しは、ポンプアップや容器を傾けるだけで、極めて容易に行なうことが可能である。
本発明における両親媒性コポリマーを水不溶性の有機溶媒に溶かした溶液は、ゾル状態では撹拌により水相に懸濁し、水溶液中の捕集しようとする目的物質を水相から有機相に取り込む。その後、冷却して得られたゲル状態では固形となり水相と容易に分離することが可能となる。
[化学特性および熱特性の分析方法]
(1)重合度
重合度は、400MHz1H−NMR(JEOL、JMN−LA400)を用いてd−クロロホルム中で測定した。
(2)ポリマーの分子量および分子量分布
ゲル透過クロマトグラフィ(GPC)測定は、島津製作所(株)製液体クロマトグラフィ装置を用いて、クロロホルム中、40℃で行なった(流速:1.0mL/分)。ポリマーの分子量および分子量分布(Mw/Mn)は、市販の標準ポリスチレンと比較したクロマトグラフから算出した。
(3)ゾルーゲル相転移の転移点
ゾルーゲル相転移は目視により観察できる。コポリマーを濃度が約5重量%となるようにクロロホルム中へ溶解し、次いでその溶液を試験管中で様々な温度で観察した。溶液が透明となる温度から徐々に降温すると溶液に濁りが生じる。示差走査熱量(DSC)測定を、DSC−8230(理学(株)製)を用いて40℃〜0℃(降温速度:2℃/分)で実施し、ゲル化に伴う発熱ピークが観測される温度をもって転移点とした。
(4)ビスフェノールAの濃度
ビスフェノールAの濃度は、紫外可視吸収分光光度計(日立U‐3000)を用いて測定した。この装置を用いると、0.1ppmのオーダーまで検出することが可能である。
ポリ(L−ロイシン)−ポリ(エチレングリコール)−ポリ(L−ロイシン)ブロック共重合体(PLL−PEG−PLL)の調製
トリホスゲンを用い、Fuchs-Farthing法に従って、L−ロイシン N−カルボキシ無水物(Leu−NCA)を合成した。
まず、L−ロイシン2gをTHF中に懸濁させ、この懸濁液中へ、THF中に3重量%の濃度で溶解させたトリホスゲン3gを添加し、混合物を50℃で30分間、撹拌した。反応終了後、減圧下で溶媒を除去した。得られたLeu−NCAをTHF/n−ヘキサン混合系で3回再結晶させ、真空乾燥した。
表1に示すように得られたコポリマーの分子量分布は十分小さかった。NMR測定の結果から、コポリマーの各末端におけるロイシン単位数を測定した。NMRの結果はGPC測定結果と良く整合している。特性の評価結果を表1にまとめる。
ビスフェノールAの飽和水溶液(0.12g/L)中に、40℃に加熱した前記コポリマーのクロロホルム溶液(濃度1重量%)を加えた。その後、系全体を40℃に加温した。有機相と水相との接触面積を増やすため、その状態で系を激しく撹拌して有機相を水相へ懸濁させた。その結果、水相に含まれていたビスフェノールAは効率良く有機相に移動する。
その後、撹拌を停め、静置し、水相と有機相の分離を待つ。分離がある程度完了したら、系の温度を転移点以下の20℃へ冷却し、有機相をゲル化させた。ゲル化が完了した後、水相と有機相を分離した。この際、有機相は固形物として固まっているので、容器を傾けるだけで、極めて容易に水相を取り出すことができた。
重合反応開始時に投入したLeu−NCAの量、およびアミノ−PEGの分子量と投入量を変更すること以外は実施例1と同様にして、両親媒性コポリマーを調製した。得られたコポリマーの特性値を表1にまとめる。
得られた両親媒性コポリマーを用い、実施例1と同様にして液中物質捕集材料を形成した。また、初期濃度を変更すること以外は実施例1と同様にして、水中に溶解させたフタル酸ジメチル(DMP)およびフタル酸ジエチル(DEP)の捕集を行った(表2)。DMPおよびDEPは、環境ホルモンとしての可能性が示唆されている物質である。
この結果から、本発明の液中物質捕集材料は良好な捕集効率を示すことがわかる。
液中物質捕集材料を使用する代わりにクロロホルムのみを使用すること以外は実施例1と同様にして、水中に溶解させたビスフェノールAの捕集を行った(表2)。
この結果から、液中物質捕集材料を使用した場合より捕集効率が低いことがわかる。従って、本発明による液中物質捕集材料の有効性が証明された。
2 捕集しようとする目的物質を含む水相
3 両親媒性ブロックコポリマーのクロロホルム溶液
4 プロペラ(撹拌装置)
Claims (8)
- 疎水性ポリマー鎖Aおよび親水性ポリマー鎖Bを有する両親媒性コポリマーを含んで成り、該両親媒性コポリマーの有機溶媒への溶液は温度によるゾル−ゲル相転移を示すものであって、被処理水中の目的物質を該ゾル−ゲル相転移を経て分離するための液中物質捕集材料。
- 前記疎水性ポリマー鎖Aがポリアミノ酸であり、前記親水性ポリマー鎖Bがポリアルキレングリコールである請求項1に記載の液中物質捕集材料。
- 前記両親媒性コポリマーが、親水性ポリマー鎖Bの少なくとも一方の末端に疎水性ポリマー鎖Aを有するブロックコポリマーである請求項1または2に記載の液中物質捕集材料。
- 前記親水性ポリマー鎖Bが数平均分子量1000〜20000のポリエチレングリコールである請求項1〜3のいずれかに記載の液中物質捕集材料。
- 前記疎水性ポリマー鎖Aがグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、メチオニン、システイン、セリン、トレオニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ヒスチジン、リシン、アルギニン、アスパラギン、およびグルタミンよりなる群から選択される少なくとも1種のアミノ酸を構成単位とする数平均分子量300〜5000のポリアミノ酸である請求項1〜4のいずれかに記載の液中物質捕集材料。
- 前記両親媒性コポリマーの有機溶媒への溶液は、転移点より高温ではゾル状態、転移点より低温ではゲル状態をそれぞれ示す、請求項1〜5のいずれかに記載の液中物質捕集材料。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の液中物質捕集材料を使用し、撹拌および温度の変更を利用して被処理液中の目的物質を捕集する液中物質捕集方法。
- 有機溶媒を含んでなる請求項1〜5のいずれかに記載の液中物質捕集材料を
目的物質を含有する被処理水と混合し、
該液中物質捕集材料がゾル状態となる転移点以上の温度まで加熱し、
該混合物を撹拌して懸濁状態とし、
撹拌を停止し、系内の相が分離するまで静置し、
系内を転移点以下の温度まで該液中物質捕集材料を冷却してゲル化させ、
得られたゲルを分離する
ことを含んで成る液中物質捕集方法。
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