JP4522105B2 - 物質の液体からの分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、２重らせんのＤＮＡを用いた液体中の物質の分離処理用システムに関し、特にＤＮＡ構造がより安定な条件下で分離対象物質を選択的に吸着して処理対象の液体から分離対象物質を分離する処理システムに関する。本発明は、更に、この処理システムを用いた液体の処理方法に関する。

従来、ＤＮＡは２重らせん構造を形成し、生体内で遺伝子情報を担うことが知られている。ＤＮＡの二重らせんには、平面的な化学構造をもつ芳香族系化合物が選択的にインターカレーションされやすく、これによってＤＮＡ自身の異変が起こって、発ガン性などを起こすと言われている。このＤＮＡの特異性を利用し、２重らせんＤＮＡを用いて発ガン性化合物などの有害物質を選択的に除去する方法が提案されている（非特許文献１）。

２重らせんＤＮＡを環境浄化材料として使用するために、２重らせんＤＮＡを固定化する技術が検討されている。特開平７−４１４９４公報（特許文献1）には、デオキシリボ核酸の固定化方法として、デオキシリボ核酸のアルカリ金属塩とアルギン酸のアルカリ金属塩を２価の金属含有化合物で凝固させることによりデオキシリボ核酸を固定化方法が開示されている。特開２００１−８１０９８号公報（特許文献２）には、ＤＮＡを環境浄化材料とする際に、支持体上の水溶液もしくはその液膜、又は支持体上の水溶性ＤＮＡの薄層に、波長が２５０〜２７０ｎｍの範囲の紫外線を照射することによってＤＮＡを硬化させ、支持体にＤＮＡを固定化させる点が開示されている。特開平１０−１７５９９４公報（特許文献３）には、ＤＮＡが固定化されている複合体として、無機質固体への固体化担体が開示されている。更に、担持体中のＤＮＡの有効利用及び浄化速度の向上の観点から、多孔質のＤＮＡ担持体の開発も行われている。更に、中空系透析膜を介し中のＤＮＡ水溶液とダイオキシン類を含む水溶液を接触させ、ダイオキシンが透析膜を透過し、ＤＮＡに吸着されることが確認されている（非特許文献２）。
機能材料、Ｖｏｌ．１９、１９９９年 高分子、５２巻、２００３年、Ｐ１３４〜１３７ 特開２００２−２１８９７６公報 特開平７−４１４９４公報 特開２００１−８１０９８号公報

上記の各文献においては、ＤＮＡの２重らせん構造がどのように保持さているかについて触れられていない。ＤＮＡを水と接触させる場合、２重らせんのＤＮＡ構造に揺らぎが起こり易く、２重らせん構造が解かれたりする。このような現象が特に温度が高くなるにつれて、起こると考えられる。無機質に担持された場合においては、マトリックス（担持体を構成する基材）の機械的強度を如何に発現させるかという点も課題として残されている。

上述したように、ＤＮＡのインターカレーション特性に基づき、ＤＮＡ材料を水の浄化システムに適用するに当たって、幅広い条件下でＤＮＡの機能を発現させる方法が求められている。本発明は、このような従来技術における問題を解消するためになされたものであり、２重らせんの吸着能力を安定に発現し、水等の浄化に好適に利用できる液体の処理システムを提供することをその目的とする。

本発明にかかる分離対象物質を含む液体の処理システムには、以下の各態様が含まれる。
（１）分離対象物質を含む液体の処理システムであって、
２重らせんＤＮＡの保持相を配置した処理領域と、該処理領域に分離対象物質を含む液体を供給して分離対象物質を２重らせんＤＮＡの保持相に保持させるための液体供給手段と、該２重らせんＤＮＡの保持相と接触したことで分離対象物質が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び分離対象物質が除去またはその濃度が低減した液体の何れかを回収するための手段と、を有し、
前記２重らせんＤＮＡと前記分離対象物質との接触が生じる液相の塩化合物の濃度が０．０２質量％以上であり、
前記２重らせんＤＮＡの保持相が、無機多孔質基材を含む固体相であり、
前記無機多孔質が、少なくともコロイダルシリカと塩基官能基を有するシロキサンを用いて形成された多孔質シリカである
ことを特徴とする液体の処理システム。
（２）分離対象物質を含む液体の処理システムであって、
２重らせんＤＮＡの保持相を配置した処理領域と、該処理領域に分離対象物質を含む液体を供給して分離対象物質を２重らせんＤＮＡの保持相に保持させるための液体供給手段と、該２重らせんＤＮＡの保持相と接触したことで分離対象物質が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び分離対象物質が除去またはその濃度が低減した液体の何れかを回収するための手段と、を有し、
前記２重らせんＤＮＡと前記分離対象物質との接触が生じる液相の塩化合物の濃度が０．０２質量％以上であり、
前記２重らせんＤＮＡの保持相が、有機ポリマー基材を含む固体相であり、
前記有機質ポリマーがリン酸官能基を有するビニル重合体を含む
ことを特徴とする液体の処理システム。
（３）分離対象物質を含む液体の処理システムであって、
２重らせんＤＮＡの保持相を配置した処理領域と、該処理領域に分離対象物質を含む液体を供給して分離対象物質を２重らせんＤＮＡの保持相に保持させるための液体供給手段と、該２重らせんＤＮＡの保持相と接触したことで分離対象物質が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び分離対象物質が除去またはその濃度が低減した液体の何れかを回収するための手段と、を有し、
前記２重らせんＤＮＡの保持相が、有機ポリマー基材を含む固体相であり、
前記有機ポリマーがアニオン官能基を有するビニル重合体を含み、
前記有機ポリマーと前記２重らせんＤＮＡとを架橋するための金属イオンを該固体相に含み、
前記２重らせんＤＮＡと前記分離対象物質との接触が生じる液相の塩化合物の濃度が０．０２質量％以上である
ことを特徴とする液体の処理システム。

また、本発明にかかる液体からの分離対象物質の分離処理方法は、上記の構成の処理システムを用いた液体からの分離対象物質の分離処理方法であって、
塩化合物の濃度が０．０２質量％以上であり、分離対象物質を含む液体を用意する工程と、
該液体を前記処理領域に供給して２重らせんＤＮＡの保持相に接触させて、該液体中の分離対象物質を該２重らせんＤＮＡの保持相に保持させる工程と、
前記２重らせんＤＮＡの保持相との接触により分離対象物が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び分離対象物質が除去またはその濃度が低減した液体を回収する工程と、
を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、塩化合物の存在下で、ＤＮＡ水溶液やＤＮＡ分散液、あるいはＤＮＡを有する固体相を用いて、処理システムにおける液体から分離対象物質が取り除かれる機能が安定に発現することが可能となった。無機ＤＮＡ担持体の場合では、機械的性質が保持される。これによって、幅広い環境下で浄化機能が発現する環境浄化システムが可能となった。

本発明により、塩化合物の存在下で液相中からの分離対象物の分離を行うシステムが提供され、分離対象物質は選択的に２重らせんＤＮＡを含む相に移動し、そこで保持、濃縮される。

ここで、分離対象物質とは、インターカレーションや吸着などによって、２重らせんＤＮＡと相互作用し、２重らせんＤＮＡに保持される物質をいう。例えば、このような相互作用により、ＤＮＡ構造に悪影響を与えたり、ＤＮＡの遺伝情報を脅かす有害物質も分離対象物質に含まれる。相互作用しうる物質に関し、未解明の部分があるが、ＤＮＡにインターカレーションされる芳香族官能基を持つ物質、ＤＮＡに選択的に吸着される重金属イオンを挙げることができる。その具体例としては、ポリクロロジベンゾ−パラ−ジオキシン、ポリクロロジベンゾフラン及びポリクロロビスフェニル（ＰＣＢ）などのダイオキシン類；ベンツ[a]ピレン；ジクロロジフェニルトリクロロエタン（ＤＤＴ）；ジエチルスチルベストロール(ＤＥＳ)；臭化エチジウム；アクリジンオレンジ；及びこれらの誘導体などを挙げることができる。例えば、ゴミ焼却などでダイオキシン等が発生する。これらの一部の有害物質がＤＮＡに選択的にインターカレーションされ、本発明の分離システムでの分離対象物質になる。また、ＰＣＢなどの農薬により汚染された水を浄化する場合において、ＤＮＡに影響を及ぼす有害物質が本発明の分離対象物質になる。更に、合成薬品中、ＤＮＡに影響する微量の発ガン物質も分離対象物質になる。

本発明では、処理しようとする液体に対して２重らせんＤＮＡを保持し得る、すなわち処理すべき液体と接触した際に、２重らせんＤＮＡが液体側に移行しない状態で２重らせんＤＮＡを保持し得る保持相が用いられる。

この保持相としては、液体中に２重らせんＤＮＡを溶解または分散させた液相や、個体基体に２重らせんを担持あるいは保持させた固相が利用できる。液相を用いる場合には、半透膜などの適当な透過膜で液相と処理すべき液体とが接触するようにこれらを配置する構成を利用できる。

分離対象物質を含む液体は、その塩化合物濃度が０．０２質量％以上である水性媒体中で２重らせんＤＮＡの保持相と接触させる。この水性媒体は、保持相が液相である場合は液相をこの水性媒体で形成し、これに、その塩化合物濃度が０．０２質量％以上となる塩化合物濃度の分離対象物質を含む液体を接触させたり、塩化合物を添加するなどしてその塩化合物濃度を調整して用いることができる。例えば、分離対象物質を含む液体が分離対象物質の水溶液である場合は、これと接触する２重らせんＤＮＡを含む水性媒体との、塩化合物濃度に関する平衡状態が得られた段階で、水性媒体の塩化合物濃度が０．０２質量％以上となるように塩化合物濃度を調整する。２重らせんＤＮＡの保持相が固相の場合は、これに接触する液体自体の媒体を水性媒体としその塩化合物濃度を０．０２質量％以上とする。この被処理液体の塩化合物濃度が０．０２％以上であればそのまま用いることもできる。被処理液体中の塩化合物濃度は、直接にイオンクロマトグラフ分析、原子吸光分析等の方法で、それぞれイオン種やその量を算出し、測定すれば、よい。また、透析膜を通してイオン交換水や純水と十分平衡させ、得られた水溶液を濃縮して塩の含有量を測定する方法も用いられる。

分離対象物質と２重らせんＤＮＡとが接触する水相の塩化合物濃度を維持あるいは調整するための塩化合物は、ＤＮＡの２重らせん構造を安定化させる目的で用いられるものであり、水溶性で、所望の安定化効果があれば、特に制限なく使用することができる。このような塩化合物の具体例として、塩化ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、蟻酸ナトリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウム、炭酸カリウム、酢酸カリウム、リン酸カリウム、塩化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、リン酸リチウムなどのアルカリ金属の塩類と、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、硝酸バリウムなどのアルカリ土類金属の塩類と、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムなどを挙げることができる。これらは単独でもいいし、２種類の塩以上の塩を同時に使ってもよい。特に好ましい塩は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムであり、これらの少なくとも１種を含む水性媒体とすることが好ましい。

塩化合物の濃度として０．０２％（質量）以上であり、好ましくは０．１％以上である。塩濃度が０．０２％以上であると、幅広い条件下でＤＮＡの２重らせん構造が保たれ、分離機能が発現される。塩化合物の濃度の上限としては、排出液として排出しない循環系の場合では特に限定されない。排出液として排出する場合では、好ましく１０％以下に、より好ましく5％以下に設定する。

先に述べたように、分離対象物質を含む液中の塩化合物は、予め存在する塩化合物をそのまま利用してもよいが、濃度が所望の濃度に達していない場合、系に塩化合物を添加して調整を行う。また、必要な量の塩化合物をＤＮＡ水溶液またはＤＮＡが担持された固体相と一体化し、系の中に溶け込ませて、所望の塩化合物の濃度に上げる手法も用いることができる。

本発明に用いられるＤＮＡとしては、インターカレーション機能を有する２重らせんのものであれば、本使用目的に使用できる。例えば、哺乳類の精巣又は動物の胸腺から得られるＤＮＡが挙げられる。特に、サケ、ニシンまたはタラの白子（精巣）から得られるものが好ましい。又、哺乳動物もしくは鳥類、例えばウシ、ブタ、ニワトリ等の胸腺から得られるものが好ましい。他の水溶性ＤＮＡの例としては、合成ＤＮＡ特に（ｄＡ）−（ｄＴ）の塩基対を持つＤＮＡ配列、特に例えばｐｏｌｙ（ｄＡ）−ｐｏｌｙ（ｄＴ）型の配列を持つＤＮＡであってもよい。これらの水溶性形態として、アルカリ塩、アンモニウム塩の形態を用いる。ＤＮＡの分子量として、好ましくは１０万以上、より好ましく５０万以上である。

ＤＮＡ水溶液を保持相として用いる場合では、ＤＮＡの水溶液と分離対象物質を含有する被処理水(例えば、汚染水）を隔離膜で介して接触させる。隔離膜として、ＤＮＡ高分子が透過させないが、分離対象物質が通過する物であれば、特に限定されない。隔離膜の分画分子量が500以上であり、より好ましくは1000以上である。分画分子量が500以上であると、低分子の有害物質が通過しやすく、ＤＮＡ分子の通過が抑えられる。隔離膜の材質として、セルロースエステル製、再生セルロース、ポリビニリデンの透析膜、複合セルロース中空フィルター、ポリエステルスルフォン中空フィルター、ポリスルフォン中空フィルターを挙げることができる。吸着速度を向上するために、ＤＮＡの水溶液、分離対象物質を含む水またはその両側を循環や流れさせてもよい。

水溶液中のＤＮＡの濃度（質量基準）が好ましくは０．００５％〜１０％で、より好ましくは０．１％〜５％である。ＤＮＡの濃度が０.００５％以上であると、効率的に浄化することが可能になる。一方、ＤＮＡの濃度が１０％以下であると、ＤＮＡ水溶液の粘度が適宜になり、ＤＮＡ水溶液の流れが可能となる。

本発明で２重らせん構造が安定化されるために、従来の分離システムと比べてより高温領域でも、分離機能が発現される。

ＤＮＡが担持された固体相を用いる場合では、ＤＮＡを担持することで不溶化した固相を直接に分離対象物質を含む液体と接触させる。ＤＮＡを担持した固相としては、ＤＮＡを含み、その機能を損なわず、且つ処理対象の液体に不溶であれば、特に制限無く本発明に用いることができる。例えば、ＤＮＡを不溶化したもの、ＤＮＡが無機マトリックスに保持され不溶化されたもの、及びＤＮＡが有機マトリックスに保持され、不溶化されたものなどを挙げることができる。

ＤＮＡを不溶化したものとしては、ＤＮＡを架橋させたり、修飾させたりすることにより得られるものを挙げることができる。以下の幾つかの方法が用いられるが、これらの方法により限定されない。

例えば、ＤＮＡのリン酸基と架橋する金属イオンを用い、ＤＮＡを不溶化させることができる。金属イオンの具体例としてはＭｇ²⁺、Ｃａ²⁺、Ｂａ²⁺、Ｓｒ²⁺、Ａｌ³⁺、Ｆｅ³⁺、Ｔｉ⁴⁺、Ｚｒ⁴⁺などが挙げられる。不溶化方法として、金属化合物の水溶液とＤＮＡ水溶液とを適宜に反応させ、水に不溶なＤＮＡのゲル体を得る方法も利用できる。金属イオンや金属化合物の添加量は、ＤＮＡに対して酸化物の質量換算で０.０１％〜５％、好ましく０.０５〜２％である。

励起線を用いてＤＮＡを不溶化させることもできる。例えば、ＤＮＡ水溶液を基材に塗布し、乾燥した後、紫外線、x線、γ線または電子線でＤＮＡを硬化させることができる。硬化条件は特に限定されないが、部分に不溶化される場合は、可溶なＤＮＡを水などで抽出し、不溶化ＤＮＡを用いればよい。紫外線を用いる場合では、紫外線の波長としては、４００ｎｍ以下、より好ましく３５０ｎｍ以下である。電子線を用いる場合では、加速電圧が１ｋＶ以上、好ましく５kV以上である。

また、ＤＮＡのリン酸基を脂質化させ、ＤＮＡを不溶化させることもできる。例えば、ＤＮＡのアルカリ水溶液と４級アンモニウム塩と反応させて、水に不溶なＤＮＡを得ることができる。用いる４級アンモニウム塩の具体例としては、n-ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルジメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、ジドデシルジメチルアンモニウムブロマイドなどを挙げることができる。

ＤＮＡを無機マトリックス（基材）、特に、酸化物マトリックスを用いて固定化させる場合では、酸化物になる原料として、酸化物微粒子、金属イオンの塩類、及び金属アルコキシドなどを用い、好ましく酸化物のコロイド及び金属アルコキシドを用いることができる。

酸化物コロイドを用いる場合では、コロイドの粒子径が好ましく５〜100nmであり、より好ましくは１０〜50nmである。粒子径が5nmより大きいと、細孔のサイズが小さくなる恐れがなくなり、ＤＮＡ高分子が都合よく担持できる。一方、粒子径が１００nmより小さいと、細孔の数が減少する恐れがなくなる。酸化物粒子として、例えば、コロイダルシリカ、コロイダル酸化アルミニウム、コロイダル酸化鉄、コロイダル酸化ガリウム、コロイダル酸化ランタン、コロイダル酸化チタニウム、コロイダル酸化セリウム、コロイダル酸化ジルコニウム、コロイダル酸化すず及びコロイダル酸化ハフニウム等を挙げることができる。これらは単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。経済性から、入手しやすいシリカコロイドをマトリックスの主成分とすることが好ましい。コロイダルシリカの具体例として、日産化学工業株式会社からスノーテックス２０、スノーテックス３０、スノーテックスＮ、スノーテックスＯ、スノーテックスＣ等の水系ゾル銘柄、メタノール系ゾル、ＩＰＡ−ＳＴ、ＥＧ−ＳＴ、ＭＥＫ−ＳＴなどの溶剤系ゾル銘柄や触媒化成工業株式会社からＯＳＣＡＬ−１１３２、ＯＳＣＡＬ−１４３２、ＯＳＣＡＬ−１２３２等の溶剤系ゾル銘柄等を提供されている。コロイダル酸化アルミニウムの具体例としては、日産化学工業株式会社が市販しているアルミナゾル１００、アルミナゾル５２０などの銘柄をあげることができる。

金属アルコキシドを酸化物マトリックスの原料として用いる場合では、親水性有機溶媒で加水分解させることにより、酸化物マトリックスを形成させる。金属アルコキシド化合物として、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシランなどのシリコンアルコキシシラン、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム−ｎ−ブトキシド、アルミニウム−sec−ブトキシド、アルミニウム−tert−ブトキシドなどのアルミニウムアルコキシド、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラｎ−プロポキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラｎ−ブトキシチタン、テトライソブトキシチタン等のチタニウムアルコキシド、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラｎ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｔ−ブトキシド等のジルコニウムアルコキシドを挙げることができる。用いる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、エチレングリコール及びエチレングリコール−モノ−ｎ−プロピルエーテルなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン及びシクロヘキサノンなどの各種のケトン類を挙げることができる。上記のアルコキシド化合物の溶液を調製する際、必要に応じて、アルコキシル基の加水分解をコントロールするための酸触媒や安定化剤、水を添加して加水分解を行う。触媒としては、たとえば、硝酸、塩酸、硫酸、燐酸、酢酸及びアンモニア等を例示することができる。安定化剤としては、アセチルアセトン、アセト酢酸エチルなどのジケトン類を挙げることができる。

酸化物マトリックスを修飾する成分として、塩基官能基を有するオルガノシロキサンを用いてもよい。塩基性官能基はＤＮＡのリン酸基と酸塩基構造を形成しうる窒素を含む官能基を指す。塩基性官能基を有するシロキサンは、該官能基を有するアルコキシシランを加水分解させることにより得る。アルコキシシランの具体例として、下記の化合物を挙げる。

ここで、各式ごとに、Ｒ¹は水素又は炭素数1〜８の一価炭化水素基で、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁹はそれぞれ独立して炭素数１〜８の一価炭化水素基、Ｒ⁷，Ｒ⁸は炭素数1〜８の２価の炭化水素基で、Ｒ²は炭素数１〜８の二価の炭化水素基または、−ＮＨ-を有する二価基である。

これらの化合物の具体例として、Ｈ₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、Ｈ₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₃Ｈ₆ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₃Ｈ₆ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（Ｃ₂Ｈ₅）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（Ｃ₂Ｈ₅）₂ＮＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、Ｈ₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、ＣＨ₃ＨＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣＨ₃ ）₂、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₃、（ＣＨ₃）₂ＮＣ₂Ｈ₄ＮＨＣ₃Ｈ₆ ＳｉＣＨ₃（ＯＣ₂Ｈ₅ ）₂、Ｃｌ^-（ＣＨ₃）₃Ｎ⁺Ｃ₃Ｈ₆Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、Ｃｌ^-（Ｃ₄Ｈ₉）₃Ｎ⁺Ｃ₃Ｈ₆Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃などを挙げることができる。これらの少なくとも１種を用いることができる。

塩基性官能基が環状である場合では、具体例として以下の化合物を挙げることができる。

上記の塩基性官能基を持つアルコキシシの加水分解方法としては、直接に水に添加して加水分解させる方法を用いることができる。また、予めアルコール、ケトンの有機分散媒にて必要な水を加え、加水分解させることができる。必要に応じて、加水分解後、水への溶媒置換を行い、水系の塩基性官能基を有するシロキサン溶液を得る。酸化物マトリックスへの修飾方法としては、上記の酸化物原料から形成したマトリックスを、塩基性官能基を有するオルガノシロキサン液に浸漬し、酸化物マトリックスを修飾する方法や、塩基性官能基を有するシロキサンと上記の酸化物成分を含む分散液から直接に酸化物マトリクスを形成させる方法などを挙げることができる。

酸化物マトリックスにＤＮＡを担持する方法として、特に限定されないが、予め形成されたマトリックスにＤＮＡ水溶液より、ＤＮＡを固定化する方法や、マトリックスの成分を有する分散液にＤＮＡを分散し、得た分散液を直接に固化させることにより、多孔質ＤＮＡ担持体を形成させる方法も用いることができる。多孔質ＤＮＡ担持体中のＤＮＡの含有量（質量基準）は０．０１％〜１５％、より好ましく０．１％〜１０％とすることが望ましい。ＤＮＡの含有量が０．０１％以上であると、ＤＮＡ由来の性質の発現効率をより良好とすることができる。一方、含有量が１５％以下であると、経済性の問題も無くなり、多孔質ＤＮＡ担持体中の細孔が形成し難くなる恐れがなくなる。これによって、多孔質ＤＮＡ担持体中へ水の移動が速く、表面層のＤＮＡの他に、細孔内部のＤＮＡの特性が素早く発現することが可能となる。

上記の固定化の工程において、分散媒の加熱、噴霧乾燥、真空乾燥などの方法を用いることができる。得られた多孔質ＤＮＡ担持体にＤＮＡの分解が起こらない程度の熱を与えることが好ましい。多孔質ＤＮＡ担持体の熱処理温度は、２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下である。

多孔質ＤＮＡ担持体としては、必要に応じて、粉末及びバルクの他に、板、管状体、繊維、織布及び不織布などの基体表面へのコーティング膜などを挙げることができる。更に、上記した多孔質ＤＮＡ担持体粉末、多孔質ＤＮＡ担持体を被覆した板、管状体、繊維、織布及び不織布などを用い、モジュール化することできる。例えば、多孔質ＤＮＡ担持体粉末を充填し、カラム化することができる。

有機ポリマーをマトリックスとする場合では、ポリマー中にＤＮＡを固定化でき、その機能を保持できるものであれば、有機ポリマーの種類は特に限定されない。好ましくは、ＤＮＡと金属イオンにより架橋させることのできるアニオン性ポリマーを用いることができる。用いられるアニオン性有機ポリマーとして、例えばアルギン酸などの天然ポリマー、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルリン酸エステルなどからのポリマー、またはアクリル酸、メタクリル酸、アクリルリン酸エステルと他のビニル単量体との共重合ポリマーを挙げることができる。これらは必要に応じてその１種以上を用いることができる。ビニル単量体としては、例えば、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、スチレン、核置換スチレン類、アルキルビニルエーテル類、アルキルビニルエステル類、パーフルオロ・アルキルビニルエーテル類、パーフルオロ・アルキルビニルエステル類、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、マレイミドまたはフェニルマレイミド等が挙げられる。これらのビニル単量体の中で、特に好ましく用いることができるものは、メタクリル酸エステル類、アクリロニトリル、スチレン類、マレイミド、フェニルマレイミドである。

重合には、溶液重合、紫外線や電子線の照射による重合を用い、好ましく溶液重合の方法を用いる。

溶液重合の場合では、溶媒にモノマーを溶かし、2,2-アゾビスイソブチロニトリル、2,2-アゾビス（2,4-ジメチルバレロニトリル）、ジメチル2,2-アゾビス（2-メチルプロピオネート）、ジメチル2,2-アゾビスイソブチレートなどのアゾ系開始剤、ラウリルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、tert- ブチルパーオクトエートなどの過酸化物系開始剤等の重合開始剤を用いて行う。

ビニル重合の分散媒としては、基本的にこれらの原料が可溶であれば、使用できる。水、メタノールなどのアルコール類やアセトンなどのケトン類、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル類の溶媒を用いることが出来る。また、２種類以上の混合溶媒を用いてよい。

反応系の溶媒とし、原料成分を１とした場合、質量比で1.0 〜20.0 程度用いるのが好ましく、重合開始剤は質量比で0.005 〜0.05 程度用いるのが好ましい。より好ましい質量比は溶媒が1.5 〜10 、重合開始剤が0.01前後である。溶媒、重合開始剤の使用量が上記の好ましい範囲にないと、重合体がゲル化して様々な溶媒に不溶となり、製膜できなくなる等の問題が起こるので好ましくない。重合条件としては、これらの混合液を攪拌しながら、４０℃以上の温度で、より好ましくは、６０℃以上で溶剤沸点以下の温度で重合を行う。

原料中の比率として、アクリル酸、メタクリル酸及びアクリルリン酸エステルの酸性成分が質量％として5％以上で、好ましく10％以上である。酸性成分が5％より多いと、ＤＮＡとの架橋が可能となる。

アニオン性ポリマーとの架橋方法としては、ＤＮＡとアニオン性ポリマーとの混合物に、金属イオンを導入して架橋を行う。金属イオン種として、価数が2価以上の金属イオンを用いる。金属イオン種として、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Y³⁺、Co³⁺、In³⁺、La³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Sn⁴⁺などを挙げることができる。ＤＮＡ複合体中に、金属イオンの量として、酸化物質量換算で0.05%〜50％で、より好ましくは、0.1％〜30％の範囲内である。添加量が0.05％〜50％以上であると、ＤＮＡとマトリックス基材の複合体の耐水性が発現されると共に、ＤＮＡの2重らせんは都合よく保持される。

均一な複合体を得るには、酸性成分を有するポリマーとＤＮＡとの混合液の工程を設ける。その後、金属イオンを有する溶液と接触させ、架橋を行う。好ましくは、アニオン性ポリマー、アニオンポリマーのアルカリ塩、または、アニオンポリマーのアンモニア塩の水溶液とＤＮＡのアルカリ塩との混合水溶液を得て、水溶性の金属塩水溶液より架橋させる。

ＤＮＡ複合体の最終形態に応じて、混合水溶液に金属塩の水溶液を加え、ＤＮＡを有する析出物またはＤＮＡのゲル体を得て、後に乾燥してＤＮＡ複合体のバルク体を得る。また、ＤＮＡ混合水溶液を適宜に粘度を調整し、繊維状にゲル化させることにより、ＤＮＡ複合体の繊維を得ることができる。同様に、フィルム状にゲル化させることにより、ＤＮＡ複合体のシートを得ることができる。更に、ＤＮＡの混合液を板、管状体、繊維、織布及び不織布などの基体表面へコーティングし、仮乾燥しＤＮＡ膜を形成し、後に金属塩の溶液に接触し、金属イオンの浸透より、架橋されたＤＮＡ複合被膜を有する板、繊維、織布及び不織布を得ることができる。

更に、上記したＤＮＡ複合体、ＤＮＡ複合体を被覆した板、管状体、繊維、織布及び不織布などを用い、モジュール化することできる。例えば、ＤＮＡ複合体をカラムに充填し、気体又は液体中の特殊の物質を抽出するという形態を採ることができる。また、牛乳や母乳の濾過材として、ＤＮＡハイブリッド担持繊維、織布をフィルターとしたモジュール化への応用も可能である。

上述した無機多孔質または有機ポリマーのマトリックスに固定化されたＤＮＡも2重らせん構造が、塩の存在下で安定化される。特に、無機多孔質マトリックスの場合では、ＤＮＡの2重らせん構造の動きが起こることにより、無機マトリックスが破壊され、担持体の機能が成り立たなくなる恐れがなくなる。

なお、２重らせんＤＮＡの保持相と分離対象物を含む液体を接触させた後に、分離対象物質が保持または濃縮された２重らせんＤＮＡの保持相と、分離対象物質の濃度が低減または分離対象物質が除去された液体と、の少なくとも一方がシステムから回収され、それを必要に応じて所定の用途に利用することができる。

以下、実施例等を用いて本発明を更に詳細に説明する。以下において「％」は質量基準である。

（合成例1）
４０ｇのＮ-２（アミノエチル）３-アミノプロピルトリメトキシシラン（２５９→１９０）を２００ｇの蒸留水に滴下し、室温で３日間加水分解させた。得られたオリゴマ−液を６０℃でエパポレーターを用いて濃縮した。その後、9５ｇの蒸留水を加え、約１８０ｇの塩基性官能基を有するシロキサン溶液Ｎ１を得た。固形分は１５．１%であった。

（合成例２）
４０ｇの下記の有機ケイ素化合物（２６２．３２→１９３．３２）を2００ｇの蒸留水に滴下し、室温で３日間加水分解させた。

得られたオリゴマ−液を６０℃でエパポレーターを用いて濃縮した。その後、７０ｇの蒸留水を加え、約２００ｇの塩基性官能基を有するシロキサン溶液Ｎ２を得た。固形分濃度は約１４.７%であった。

（実施例１）
５重量部のサケの白子から得られた二本鎖ＤＮＡ（分子量，６×１０⁶）を１０００重量部のイオン交換水に１日間かけて溶かし、ＤＮＡの水溶液を得た。３０％（重量）のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に５重量部の塩基性官能基を有するシロキサン溶液Ｎ１を添加し、３０分間攪拌した後、２００重量部のＤＮＡの水溶液を加えた。更に、ゆっくり３０分間攪拌した後、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥した。得られたかたまりを解碎し、篩を用いて１〜４ｍｍのサイズの粒子を取り出し、多孔質ＤＮＡ担持体1（ＤＮＡの含有量が約３.２重量％）を得た。

得られた多孔質ＤＮＡ担持体1を用い、臭化エチジウムの吸着実験を行った。100ppmの塩化ナトリウムを含む50ppmの臭化エチジウム５０重量部に０．５重量部の多孔質ＤＮＡ担持体を浸漬した。３時間経過したところ、上澄み中の臭化エチジウムによる着色が低下し、多孔質ＤＮＡ担持体が赤くなった。３６６ｎmの紫外線を当てたところ、多孔質ＤＮＡ担持体がオレンジの蛍光色を示し、平面構造を有する有害物化合物に対してインターカレーション機能が保たれていることを確認した。多孔質ＤＮＡ担持体の割れは観察されなかった。

更に、この多孔質ＤＮＡ担持体を窒素吸着法で比表面積を測定したところ、比表面積が１２１ｍ²／ｇであった。

（実施例２）
実施例1の多孔質ＤＮＡ担持１重量部を２００ppmの塩化カリウムを含む５０ppｍの臭化エチジウム５０重量部に浸漬した。３時間経過したところ、上澄み中の臭化エチジウムによる着色が低下し、多孔質ＤＮＡ担持体が赤くなった。３６６ｎmの紫外線を当てたところ、多孔質ＤＮＡ担持体がオレンジの蛍光色を示し、平面構造を有する有害物化合物に対してインターカレーション機能が保たれていることを確認した。多孔質ＤＮＡ担持体の割れは観察されなかった。

（実施例３）
３０％（重量）のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に４重量部の塩基性官能基を有するシロキサン溶液Ｎ２（合成例２）を添加し、３０分間攪拌した後、１５０重量部のＤＮＡ水溶液（実施例１）を加えた。更に、ゆっくり３０分間攪拌した後、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥した。得られたかたまりを解碎し、篩を用いて１〜４ｍｍのサイズの粒子を取り出し、多孔質ＤＮＡ担持体2（ＤＮＡの含有量が約２.４重量％）を得た。

得られた多孔質ＤＮＡ担持体1を用い、臭化エチジウムの吸着実験を行った。 100ppmの塩化ナトリウムを含む50ppmの臭化エチジウム５０重量部に０．５重量部の多孔質ＤＮＡ担持体を浸漬した。３時間経過したところ、上澄み中の臭化エチジウムによる着色が低下し、多孔質ＤＮＡ担持体が赤くなった。３６６ｎmの紫外線を当てたところ、多孔質ＤＮＡ担持体がオレンジの蛍光色を示し、平面構造を有する有害物化合物に対してインターカレーション機能が保たれていることを確認した。多孔質ＤＮＡ担持体の割れは観察されなかった。

得られた多孔質ＤＮＡ担持体１重量部を５０重量部の５０ppm塩化ナトリウムの水溶液に浸漬した。１週間経過しても、多孔質ＤＮＡ担持体に割れなどが起こらなかった。

（実施例4）
３０％（重量）のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ）１００重量部に３重量部の塩基性官能基を有するシロキサン溶液Ｎ２（合成例２）を添加し、３０分間攪拌した後、３００重量部のＤＮＡ水溶液（実施例１）を加えた。更に、ゆっくり３０分間攪拌した後、エバポレーターを用いて５０℃で分散媒を除去した。その後、６０℃で１５時間乾燥した。得られたかたまりを解碎し、篩を用いて１〜４ｍｍのサイズの粒子を取り出し、多孔質ＤＮＡ担持体３（ＤＮＡの含有量が約４.７重量％）を得た。

得られた多孔質ＤＮＡ担持体３を用い、臭化エチジウムの吸着実験を行った。100ppmの塩化ナトリウムを含む50ppmの臭化エチジウム５０重量部に０．５重量部の多孔質ＤＮＡ担持体を浸漬した。３時間経過したところ、上澄み中の臭化エチジウムによる着色が低下し、多孔質ＤＮＡ担持体が赤くなった。３６６ｎｍの紫外線を当てたところ、多孔質ＤＮＡ担持体がオレンジの蛍光色を示し、平面構造を有する有害物化合物に対してインターカレーション機能が保たれていることを確認した。多孔質ＤＮＡ担持体の割れは観察されなかった。

（実施例５）
１重量部実施例４の多孔質ＤＮＡ担持体３を２００ppmの塩化カリウムを含む５０ppｍの臭化エチジウム５０重量部に浸漬した。３時間経過したところ、上澄み中の臭化エチジウムによる着色が低下し、多孔質ＤＮＡ担持体が赤くなった。３６６ｎmの紫外線を当てたところ、多孔質ＤＮＡ担持体がオレンジの蛍光色を示し、平面構造を有する有害物化合物に対してインターカレーション機能が保たれていることを確認した。多孔質ＤＮＡ担持体の割れは観察されなかった。

（実施例６）
１５ｃｃの５wt％NaClと０.０５％ＤＮＡ水溶液（ＤＮＡ分子量：６００万）を直径約２cmの分画分子量１万の再生セルロース透析膜のチューブの中に注入し、両端を封じ込めた。予めオイルバースで６５℃に加熱し、攪拌した５ｗｔ％ＮａＣｌと５０ｐｐｍの臭化エチジウムの水溶液にＤＮＡ液のチューブを浸漬した。１日間後観察したところ、ＤＮＡチューブの色がまわりの臭化エチジウム液と比べてかなり濃く、３６６ｎｍの紫外線を当てると、強いオレンジ蛍光色が見られた。チューブを冷してから、分光光度計を用いて臭化エチジｎｍにおける吸光度を測定したところ、臭化エチジウムの濃度が少なくとも１５０ｐｐｍ以上であることがわかった。

（比較例1）
実施例４の多孔質ＤＮＡ担持体の高純度水での耐久性を調べた。0.１重量部の多孔質ＤＮＡ担持体２を１００重量部の蒸留水に浸漬した。ＤＮＡ担持体の表面から、気泡が発生する段階で、殆どの形状が保たれたが、一部が０.１ｍｍ〜１ｍｍの粉末に割れた。２時間後、大きな変化は見られなかった。２日後、その上澄み中のＤＮＡ濃度を分光光度計で測定した。２６０nm付近のＤＮＡによる吸光度が約０.０３であった。多孔質ＤＮＡ担持体のＤＮＡがほとんど溶出されないが、その機械的強度が弱かった。

（比較例２）
１５ｃｃの塩を含まない０.０５％ＤＮＡ水溶液（ＤＮＡ分子量：６００万）を直径約２cmの分画分子量１万の再生セルロース透析膜のチューブの中に注入し、両端を封じ込めた。予めオイルバースで６５℃に加熱し、攪拌した５０ｐｐｍの臭化エチジウムの水溶液にＤＮＡ液のチューブを浸漬した。１日間後観察したところ、ＤＮＡチューブの色がまわりの臭化エチジウム液と比べて殆ど変化なく、３６６ｎｍの紫外線を当てると、オレンジ蛍光色が見られたものの、強度は弱かった。チューブを冷してから、分光光度計を用いて臭化エチジｎｍにおける吸光度を測定したところ、臭化エチジウムの濃度が約６０ｐｐｍであった。塩存在の条件下と比べて、吸着性能がかなり弱かった。

Claims (6)

1. 分離対象物質を含む液体の処理システムであって、
   ２重らせんＤＮＡの保持相を配置した処理領域と、該処理領域に分離対象物質を含む液体を供給して分離対象物質を２重らせんＤＮＡの保持相に保持させるための液体供給手段と、該２重らせんＤＮＡの保持相と接触したことで分離対象物質が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び分離対象物質が除去またはその濃度が低減した液体の何れかを回収するための手段と、を有し、
   前記２重らせんＤＮＡと前記分離対象物質との接触が生じる液相の塩化合物の濃度が０．０２質量％以上であり、
   前記２重らせんＤＮＡの保持相が、無機多孔質基材を含む固体相であり、
   前記無機多孔質が、少なくともコロイダルシリカと塩基官能基を有するシロキサンを用いて形成された多孔質シリカである
   ことを特徴とする液体の処理システム。
2. 分離対象物質を含む液体の処理システムであって、
   ２重らせんＤＮＡの保持相を配置した処理領域と、該処理領域に分離対象物質を含む液体を供給して分離対象物質を２重らせんＤＮＡの保持相に保持させるための液体供給手段と、該２重らせんＤＮＡの保持相と接触したことで分離対象物質が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び分離対象物質が除去またはその濃度が低減した液体の何れかを回収するための手段と、を有し、
   前記２重らせんＤＮＡと前記分離対象物質との接触が生じる液相の塩化合物の濃度が０．０２質量％以上であり、
   前記２重らせんＤＮＡの保持相が、有機ポリマー基材を含む固体相であり、
   前記有機質ポリマーがリン酸官能基を有するビニル重合体を含む
   ことを特徴とする液体の処理システム。
3. 分離対象物質を含む液体の処理システムであって、
   ２重らせんＤＮＡの保持相を配置した処理領域と、該処理領域に分離対象物質を含む液体を供給して分離対象物質を２重らせんＤＮＡの保持相に保持させるための液体供給手段と、該２重らせんＤＮＡの保持相と接触したことで分離対象物質が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び分離対象物質が除去またはその濃度が低減した液体の何れかを回収するための手段と、を有し、
   前記２重らせんＤＮＡの保持相が、有機ポリマー基材を含む固体相であり、
   前記有機ポリマーがアニオン官能基を有するビニル重合体を含み、
   前記有機ポリマーと前記２重らせんＤＮＡとを架橋するための金属イオンを該固体相に含み、
   前記２重らせんＤＮＡと前記分離対象物質との接触が生じる液相の塩化合物の濃度が０．０２質量％以上である
   ことを特徴とする液体の処理システム。
4. 前記塩化合物として、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム及び塩化マグネシウムから選択された少なくとも１種を含む請求項１〜３のいずれかに記載の処理システム。
5. 前記塩化合物の濃度が０.１質量％以上である請求項１〜４のいずれかに記載の処理システム。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の処理システムを用いた液体からの分離対象物質の分離処理方法であって、
   分離対象物質を含む液体を用意する工程と、
   該液体を前記処理領域に供給して２重らせんＤＮＡの保持相に０．０２質量％以上の塩化合物濃度で接触させて、該液体中の分離対象物質を該２重らせんＤＮＡの保持相に保持させる工程と、
   前記２重らせんＤＮＡの保持相との接触により分離対象物が保持または濃縮されたＤＮＡの保持相及び除去またはその濃度が低減した液体の何れかを回収する工程と、
   を有することを特徴とする処理方法。