JP5058666B2

JP5058666B2 - Ｄｎａの固定化方法、ｄｎａ多孔質複合体及びｄｎａ多孔質複合体を用いた浄化システム

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Publication number: JP5058666B2
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Description

本発明は、２重らせん構造を有するＤＮＡを多孔質部材の表面または、部材の内部に固定化する方法に関し、特にＤＮＡの脱離や溶出を抑制し、ＤＮＡを該部材に強固に固定化する方法に関する。本発明は、更に、この固定化方法より得られたＤＮＡ多孔質複合体及び該ＤＮＡ多孔質複合体を用いた浄化システムにも関する。

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トされやすく、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を支持体に固定化する技術が検討されている。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する方法が開示されている。

特許文献２には、ＤＮＡを環境浄化材料とする際に、紫外線照射によりＤＮＡを含む硬化物を得る方法が開示されている。この方法では、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を固定化させている。特許文献３には、カルシウム含有物質などの無機質固体にＤＮＡを固定化した複合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。しかし、多孔質物質としては、無機質からなる各部分間の結合が弱い状態で集合しているものがあり、そのような他多孔質物質では固体マトリックス自体の強度がまだ不十分である。

一方、ＤＮＡを利用した吸着処理としては、中空糸を用いた方法が非特許文献２に開示されている。ここでは、中空系透析膜を介し、中空部内のＤＮＡ水溶液と中空糸膜外壁側にあるダイオキシン類を含む水溶液を接触させると、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。とことが、このようなＤＮＡ水溶液の処理においては、場合によっては、酵素などによるＤＮＡの劣化などの課題を克服する必要がある。
機能材料、Ｖｏｌ．１９、１９９９年高分子、５２巻、２００３年、Ｐ１３４〜１３７特開平７−４１４９４公報特開２００１−８１０９８号公報特開１０-１７５９９４号公報

上記の各文献においては、ＤＮＡの２重らせん構造を維持し、固定化率の向上及び高強度の安定なＤＮＡ固定化材料が必要されている。特に、水処理において高い浄化効率が期待されるＤＮＡを含む多孔質材料において、水中において広い使用条件下で如何にＤＮＡの溶出を抑え、ＤＮＡ含有多孔質材料を高強度化させるかという問題に対する解決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、ＤＮＡの有する２重らせん構造の吸着能力を安定に発現し、水等の浄化に好適な多孔質ＤＮＡ多孔質複合体を提供し得るＤＮＡ固定化方法を提供することをその目的とする。

本発明にかかるＤＮＡの固定化方法は、ＤＮＡを多孔質材料に固定するためのＤＮＡの固定化方法において、
アルカリ塩またはアンモニウム塩の形態の２重らせんＤＮＡを含有する多孔質シリカを準備する工程と、
酸成分、および固化成分を含む処理液に該ＤＮＡ含有多孔質シリカを接触させる工程と、
前記処理液との接触によりＤＮＡ含有多孔質シリカ中に取り込まれた固化成分をｐＨの変動によるゲル化により固化させて前記多孔質シリカ中にＤＮＡを固定化するとともに、多孔質部材の強度を向上させる工程と、
を有し、
前記固化成分が、金属塩化合物、金属アルコキシド、金属錯体、オルガノシラン、及びこれらの加水分解生成物、並びに金属アルコキシド、金属錯体またはオルガノシランを予め架橋したオリゴマーから選択される少なくとも１種からなる
ことを特徴とするＤＮＡの固定化方法である。

本発明のＤＮＡ多孔質複合体は、上記のＤＮＡ固定化方法によりＤＮＡを多孔質材料に固定化して得られることを特徴とする多孔質複合体である。また、本発明にかかる浄化システムは、上記のＤＮＡ多孔質複合体を用いたことを特徴とする浄化システムである。

本発明によれば、ＤＮＡ含有多孔質部材を、固化成分を含む処理液と接触させ、後に多孔質部材中で固化成分を固化させることにより、ＤＮＡが多孔質部材に強固に固定化され、高強度のＤＮＡ固定化複合体が得られる。これによって、水中におけるＤＮＡの離脱、ＤＮＡ多孔質複合体の割れや強度低下などが極端に抑制され、幅広い環境下でＤＮＡの吸着性能に基づく浄化機能が発現する環境浄化システムが可能となった。

本発明にかかるＤＮＡの固定化方法においては、まず、ＤＮＡ含有多孔質部材に固化成分含有処理液を接触させることによって、ＤＮＡ含有多孔質部材のＤＮＡを含む細孔内に固化成分が付与される。次に、細孔内に供給された固化成分を固化させることで、ＤＮＡが多孔質部材に強固に固定化される。処理液中の固化成分とは、処理液に溶解または分散されており、固化した場合に耐水性を有する固体となる成分を指す。

本発明において、処理液をＤＮＡ含有多孔質部材に接触させる方法は特に制限されないが、処理液にＤＮＡ含有多孔質部材を浸漬する方法や、処理液をＤＮＡ含有多孔質部材に対してスプレーする方法等が利用できる。処理液をＤＮＡ含有多孔質部材に接触させると、処理液は、主に毛管現象により、多孔質部材の細孔内に浸み込み、これにより、ＤＮＡ含有多孔質部材に処理液が含浸した状態を得ることができる。細孔内に処理液が浸み込んだ状態のＤＮＡ含有多孔質部材に対して固化成分の固化のための処理を行う。

固化成分の固化には、固化成分の種類に応じて選択できる。処理液からの分散媒や溶媒の揮発等による固化成分の濃縮や更なる乾燥によって固化する固化成分を用いた場合は、分散媒や溶媒を揮発させるための処理や、乾燥処理を固化のための処理として利用できる。これらの処理は必要に応じて加熱条件下で行うことができる。更に、光などの他の刺激による固化処理も利用できる。

固化成分としては、例えば、分散媒体に分散または溶解されており、かつ乾燥などによって、架橋して不溶化できるものが利用できる。有機成分としては、光又は熱による有機ポリマーのラジカル重合、塩濃度の変化や成分揮発に伴うイオン性有機ポリマーの凝集、金属イオンによるアニオン性ポリマーの架橋などにより固化する有機成分を挙げることができる。無機成分としては、金属酸化物の凝集、ゲル化等により、固化する無機成分をあげることができる。これらの中、浄化処理における捕集効率を上げる観点から、固化後の状態が多孔質であることが好ましい。このような固化成分としては、金属塩化合物、金属アルコキシド、金属錯体、オルガノシラン、またはこれらの加水分解生成物等が好適に使用できる。

金属塩化合物としては、例えば水に可溶で最終的に酸化アルミニウムになるものとして、ＡｌＣｌ₃、Ａｌ(ＮＯ₃)₃、ＮａＡｌＯ₂などの化合物を挙げることができる。他の類似の固化酸化物として、TiOCl₂、ZrOCl₂等の化合物も挙げることができる。また、部分架橋物も都合よく用いることができ、例えばAlCl₃の部分架橋物としてのＡｌ₄(OH)₉Cl₃、Al₂(OH)₅Cl(高塩基性塩化アルミニウム)の分散液を挙げることができる。

金属アルコキシドとしては、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。金属錯体としては、酢酸アルミニウム、酢酸チタニウム、トリス(アセチルアセトナト)アルミニウム(III)、ビス(アセチルアセトナト)モノ(ポロポキシ)アルミニウム(III)、モノ(アセチルアセトナト)ビス(ポロポキシ)アルミニウム(III)、トリス(エチルアセトアセタト)アルミニウム(III)、トリス(ジエチルマロナト)アルミニウム(III)、ビス(アセチルアセトナト)銅(II)、テトラキス(アセチルアセトナト)ジルコニウム(IV)、トリス(アセチルアセトナト)クロム(III)、トリス(アセチルアセトナト)コバルト(III)、酸化チタン(II)アセチルアセトネート［(ＣＨ₃ＣＯＣＨＣＯＣＨ₃)₂ＴｉＯ］などのキレート化合物を挙げることができる。オルガノシランとしては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシランなどを挙げることができる。これらの金属アルコキシド、金属錯体、オルガノシランを予め架橋したオリゴマーも用いることができる。

固化成分として、必要に応じて２以上の異なる固化成分を組み合わせて用いることができる。

処理液の分散媒または溶媒としては、安定な処理液が得られれば、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、イソポロパノール等の親水性溶媒を挙げることができる。

処理液中の固化成分として、ｐＨの変動により、ゲル化するものが用いられる。ゲル化とは、ｐＨをシフトする効果をもつ酸、アルカリ、塩類などの成分を加えることにより、処理液中の固化成分の架橋が促進され、不溶化の方向に変化することを指す。顕著の場合では、これによって処理液中の固化成分が白濁・沈殿したり、場合によって分散液がゲルしたりする。処理液が酸性成分を含み、ｐＨの上昇により、処理液の固化成分がゲル化する性質を持つものが特に好ましい。酸性成分とは、アルカリイオン、アルカリ土類イオン、アンモニウムイオンなどと反応し、塩を形成するものを指し、具体的には、Ｃｌ^-、ＮＯ₃ ^-、ＨＳＯ₄ ^-、ＳＯ₄ ^2-等イオンと、遊離の塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、βジケトン等を挙げることができる。これらの酸性分も必要に応じてその２種以上を組み合わせて用いることができる。処理液のｐＨ範囲は好ましく０〜７で、より好ましく１〜６である。

処理液中の固化成分の濃度が固形分換算（質量基準）で0.1％〜30％、より好ましく0.5〜20％である。固化成分の濃度が0.1％未満であると、固化成分による効果が少ない場合がある。一方、固化成分が30％を超えると、処理液の安定性が低下する場合がある。

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重らせん構造を有するものであれば、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。好ましく、アルカリ塩で、より好ましくナトリウム塩である。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。

酸性成分を含有する処理液で、アルカリ、アンモニア塩など塩形態のＤＮＡ含有多孔質部材を処理すると、ＤＮＡより放出されたアルカリ成分が処理液の酸性成分に作用して、多孔質部材中への浸透に伴い、固化成分が固化する。これによって、処理液中の固化成分が多孔質部材に吸収され、結果的にＤＮＡの固定化へ働き、多孔質部材の強度を強くする。

ＤＮＡ含有多孔質部材としては、ＤＮＡが多孔質部材に含まれ、ＤＮＡ以外の構成主成分が水に不溶で、かつ液が該多孔質部材内に浸透できるものが、本発明に使用できる。多孔質部材としては、酸化物、ハロゲン金属などの無機マトリックスやポリウレタンなどの有機マトリックス、金属マトリックスを用いることができる。安定性の観点から酸化物マトリックス（基体）がより好ましい。酸化物マトリックスとしては、粒子状酸化物マトリックス、ＤＮＡのバインダーとしての酸化物マトリックス、アルコキシドモノマーから低温で形成させるマトリックスや、ガラスの相分離やセラミックス焼成より得られる高温タイプの酸化物微マトリックスなどを挙げることができる。これらの中では、無機多孔質酸化物マトリックス、特に多孔質シリカが更に好ましく、本発明では多孔質シリカが用いられる。

ＤＮＡ含有多孔質部材はこのような多孔質マトリックスにＤＮＡ水溶液を含浸させ、乾燥して得たものを用いることができる。また、多孔質マトリックスになる成分とＤＮＡとの分散液から固化したものでも良い。その中、コロイドの粒子とＮＤＡとの分散液から形成させたＤＮＡ含有多孔質部材が最も好ましい。

酸化物粒子として酸化物コロイドを用い、ＤＮＡ含有多孔質部材を形成する場合は、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以上であると、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以下であると、細孔の数が減少する恐れがなくなる。

酸化物コロイドとしては、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の無機酸化物コロイド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。

更に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及びＲ⁹はそれぞれ独立して炭素数１〜８の一価炭化水素基、Ｒ⁷及びＲ⁸はそれぞれ独立して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ド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、有機溶媒に溶かし、加水分解させることもできる。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、酸化物マトリックス形成用の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を用いることができる。あるいは、塩基性官能基を有するシロキサンと酸化物マトリックス形成用の原料を含む分散液から修飾された酸化物マトリックスを直接形成させる方法も用いることができる。

このような塩基性官能基があると、処理液と接触させる工程で塩基性官能基とＤＮＡのリン酸官能基との相互作用が強くなる。固化成分の固化による効果と共に、ＤＮＡが強固に多孔質マトリックスに固定化される。

ＤＮＡ含有多孔質部材中の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る。これによって、ＤＮＡ含有多孔質部材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。

コロイド分散液にＤＮＡを混合した混合液からＤＮＡ含有多孔質部材を形成させる場合では、混合液を加熱する方法、噴霧乾燥する方法、真空乾燥する方法などの各種の方法を用いることができる。これらの処理においては、得られたＤＮＡ含有多孔質部材中での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。ＤＮＡ含有多孔質部材の熱処理温度として、２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下である。

上述したＤＮＡ含有多孔質部材と処理液との間、塩などの副生成物を取り除く必要がある場合は、固化液で処理した後、水やアルコールなどの液または混合液より洗浄する工程を入れても良い。処理液中に含まれている酸性成分が残り、特にｐＨが低い処理液がＤＮＡ含有多孔質部材に長時間に渡って残存する場合、ＤＮＡ高分子が酸性成分より加水分解される恐れがあるため、洗浄工程より、酸成分を除去することが好ましい。洗浄処理がｐＨの変化を伴う場合、固化成分の固化が促進される。これによって、可溶成分や副生成物などが完全に取り除かれることができ、高性能のＤＮＡ含有多孔質複合体を得ることが出来る。

更に、必要に応じ、固化処理後乾燥工程を入れても良い。乾燥すると、上記のｐＨシフトによる効果と共に、固化成分の固化が一層促進される。乾燥方法とし、室温で風乾させる方法と、熱乾燥する方法を用いることができる。熱乾燥の場合は、乾燥温度が好ましく25℃〜150℃、より好ましく30℃〜100℃である。また、固化促進の目的の場合では、乾燥工程は、洗浄工程の前に行ってもよい。

この様に得られるＤＮＡ多孔質複合体の形態とし、粉末及びバルク（任意の形状の塊）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の形態を挙げることができる。更に、上記したＤＮＡ多孔質複合体の粉末、ＤＮＡ多孔質複合体より被覆した板、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含有多孔質複合体の粉末を充填し、カラム化することができる。

このように得た固化成分によりＤＮＡが多孔質材料の少なくとも細孔中に固定化されたＤＮＡ多孔質複合体を用いて各種処理水の浄化処理を行うことができる。浄化対象物質とは、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の遺伝情報に影響を及ぼ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にインターカレート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。

浄化処理は通常の方法により行うことができる。例えば、ＤＮＡ多孔質複合体と処理水とを混合して、所定時間接触させた後、処理水からＤＮＡ多孔質複合体を分離する方法や、ＤＮＡ多孔質複合体の層に処理水を通過させる方法や、ＤＮＡ多孔質複合体を固定した担体に処理水を接触させる方法などがある。

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）を２００ｇの蒸留水に滴下し、室温で３日間加水分解させた。得られたオリゴマー液を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。

得られたオリゴマー液を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。
(調製例1)
900ｇの50%のメタノール水溶液にそれぞれシリカ100gのメチルシリケートオリゴマー(シリカ含有量：56%)と3.0gの濃塩酸(35%)を添加し、攪拌した。1日間反応させた後、得られたシリカ含有量が約5.6%の液を処理液T1(塩酸濃度：0.1%)とした。
(調製例2)
300gメタノールに20gのテトラエトキシシランを添加し、0.5%塩酸の水溶液180gを攪拌しながら加えた。1日間反応させた後、得られたシリカ含有量が約1.4%の液を処理液T2(塩酸濃度：0.18%)とした。

（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）２０
０重量部に８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、３５０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１〜２ｍｍのサイズの粒子を取り出し、ＤＮＡ含有多孔質部材１（ＤＮＡの含有量が約2.7重量％）を得た。

２０ｇのＤＮＡ含有多孔質部材1を１５０ｇ処理液Ｔ１に浸漬し、攪拌しながら、２日間処理した。その後、上澄液を取り、２００ｇのイオン交換水で３０分間洗浄した。その洗浄を３回繰り返した後、得られた処理粒子を６０℃で３０分間乾燥した。最終的に約２１ｇのＤＮＡ多孔質複合体1を得た。０.５ｇのＤＮＡ多孔質複合体を１００ｇのイオン交換水に入れ、３日間放置した。その上澄液を分光光度計で確認したところ、２６０nｍ付近におけるＤＮＡによる吸収が測定誤差の範囲内で、ほとんど保持されていることを確認した。１０ｇのＤＮＡ多孔質複合体を直径１ｃｍのガラスカラムに充填し、そのカラムに50ppmの臭化エチジウムを５０ｇ流したところ、通過した液は無色で、臭化エチジウムが完全に吸着されていることも確認された。３６６ｎmの紫外線を当てたところ、ＤＮＡ多孔質複合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。吸着実験後、割れなどによる1ｍｍ以下のＤＮＡ含有複合体粉末は観察されなかった。

（実施例２）
３００重量部の３０%のシリカゾル（日産化学工業（株）、スノーテックスＣＭ
）に１０重量部のシロキサン溶液Ｎ1を加え、２時間攪拌した。得られた液をエバポレーターで水を除去した。得られたシリカ粉末に実施例1のＤＮＡの水溶液を含浸させて、５０℃で乾燥した。その後、トータルで約２００重量部のＤＮＡ水溶液を使い、繰り返してＤＮＡ水溶液をシリカ粉末に含浸させた。更に、ＤＮＡ水溶液を含浸したシリカ粉末を乾燥させてＤＮＡ含有多孔質部材２を得た。乾燥した粉末から１０ｇを取り出し、１００ｇの処理液Ｔ1に浸漬し、攪拌しながら、２日間処理した。その後、上澄液を取り、２００ｇのイオン交換水で３０分間洗浄した。その洗浄を３回繰り返した後、得られた処理粒子を６０℃で３０分間乾燥した。最終的に約１０.５ｇのＤＮＡ多孔質複合体２を得た。０.５ｇのＤＮＡ多孔質複合体を１００ｇのイオン交換水に入れ、３日間放置した。その上澄液を分光光度計で確認したところ、２６０nｍ付近におけるＤＮＡによる吸収が測定誤差の範囲内で、ほとんど保持されていることを確認した。

２ｇのＤＮＡ多孔質複合体を１０ｇの５０ｐｐｍの臭化エチジウムに浸漬した。３日間静置下後、３６６ｎmの紫外線を当てたところ、ＤＮＡ多孔質複合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。ＤＮＡ多孔質複合体の割れは観察されなかった。

（実施例３）
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）２０
０重量部に７重量部の塩基性官能基を有するシロキサン溶液Ｎ2を添加し、３０分間攪拌した後、３００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１〜２ｍｍのサイズの粒子を取り出し、ＤＮＡ含有多孔質部材３（ＤＮＡの含有量が約1.6重量％）を得た。

２０ｇのＤＮＡ含有多孔質部材３を300ｇ処理液Ｔ１に浸漬し、攪拌しながら、２日間処理した。その後、上澄液を取り、２００ｇのイオン交換水で３０分間洗浄した。その洗浄を３回繰り返した後、得られた処理粒子を６０℃で３０分間乾燥した。最終的に約２２ｇのＤＮＡ多孔質複合体３を得た。０.５ｇのＤＮＡ多孔質複合体を１００ｇのイオン交換水に入れ、３日間放置した。その上澄液を分光光度計で確認したところ、２６０nｍ付近におけるＤＮＡによる吸収が測定誤差の範囲内で、ほとんど保持されていることを確認した。１０ｇのＤＮＡ多孔質複合体を直径１ｃｍのガラスカラムに充填し、そのカラムに50ppmの臭化エチジウムを５０ｇ流したところ、通過した液は無色で、臭化エチジウムが完全に吸着されていることも確認された。３６６ｎmの紫外線を当てたところ、ＤＮＡ多孔質複合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。

（実施例４）
実施例３の１５ｇのＤＮＡ含有多孔質部材３を１５０ｇ処理液Ｔ１に浸漬し、攪拌しながら、２日間処理した。その後、上澄液を取り、２００ｇのイオン交換水で３０分間洗浄した。その洗浄を３回繰り返した後、得られた処理粒子を６０℃で３０分間乾燥した。最終的に約１５.1ｇのＤＮＡ多孔質複合体1を得た。０.５ｇのＤＮＡ多孔質複合体を１００ｇのイオン交換水に入れ、３日間放置した。その上澄液を分光光度計で確認したところ、２６０nｍ付近におけるＤＮＡによる吸収が測定誤差の範囲内で、ほとんど保持されていることを確認した。１０ｇのＤＮＡ多孔質複合体を直径１ｃｍのガラスカラムに充填し、そのカラムに50ppmの臭化エチジウムを５０ｇ流したところ、通過した液は無色で、臭化エチジウムが完全に吸着されていることも確認された。３６６ｎmの紫外線を当てたところ、ＤＮＡ多孔質複合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。

（実施例５）
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）２０
０重量部に１０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、４００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１〜２ｍｍのサイズの粒子を取り出し、ＤＮＡ含有多孔質部材４（ＤＮＡの含有量が約３.１重量％）を得た。

２０ｇのＤＮＡ含有多孔質部材４を４００ｇ処理液Ｔ１に浸漬し、攪拌しながら、２日間処理した。その後、上澄液を取り、２００ｇのイオン交換水で３０分間洗浄した。その洗浄を３回繰り返した後、得られた処理粒子を６０℃で３０分間乾燥した。最終的に約２３ｇのＤＮＡ多孔質複合体1を得た。０.５ｇのＤＮＡ多孔質複合体を１００ｇのイオン交換水に入れ、３日間放置した。その上澄液を分光光度計で確認したところ、２６０nｍ付近におけるＤＮＡによる吸収が測定誤差の範囲内で、ほとんど保持されていることを確認した。

Claims

ＤＮＡを多孔質材料に固定するためのＤＮＡの固定化方法において、
アルカリ塩またはアンモニウム塩の形態の２重らせんＤＮＡを含有する多孔質シリカを準備する工程と、
酸成分、および固化成分を含む処理液に該ＤＮＡ含有多孔質シリカを接触させる工程と、
前記処理液との接触によりＤＮＡ含有多孔質シリカ中に取り込まれた固化成分をｐＨの変動によるゲル化により固化させて前記多孔質シリカ中にＤＮＡを固定化するとともに、多孔質部材の強度を向上させる工程と、
を有し、
前記固化成分が、金属塩化合物、金属アルコキシド、金属錯体、オルガノシラン、及びこれらの加水分解生成物、並びに金属アルコキシド、金属錯体またはオルガノシランを予め架橋したオリゴマーから選択される少なくとも１種からなる
ことを特徴とするＤＮＡの固定化方法。
前記金属塩化合物が、ＡｌＣｌ₃、Ａｌ（ＮＯ₃）₃、ＮａＡｌＯ₂、ＴｉＯＣｌ₂、ＺｒＯＣｌ₂、Ａｌ₄（ＯＨ）₉Ｃｌ₃及びＡｌ₂（ＯＨ）₅Ｃｌから選択される請求項１に記載のＤＮＡの固定化方法。
前記金属アルコキシドとしては、シリコンアルコキシシラン、アルミニウムアルコキシド、チタニウムアルコキシド及びジルコニウムアルコキシドから選択される請求項１または２に記載のＤＮＡの固定化方法。
前記金属錯体が、酢酸アルミニウム、酢酸チタニウム、トリス（アセチルアセトナト）アルミニウム（ＩＩＩ）、ビス（アセチルアセトナト）モノ（ポロポキシ）アルミニウム（ＩＩＩ）、モノ（アセチルアセトナト）ビス（ポロポキシ）アルミニウム（ＩＩＩ）、トリス（エチルアセトアセタト）アルミニウム（ＩＩＩ）、トリス（ジエチルマロナト）アルミニウム（ＩＩＩ）、ビス（アセチルアセトナト）銅（ＩＩ）、テトラキス（アセチルアセトナト）ジルコニウム（ＩＶ）、トリス（アセチルアセトナト）クロム（ＩＩＩ）、トリス（アセチルアセトナト）コバルト（ＩＩＩ）及び酸化チタン（ＩＩ）アセチルアセトネート［（ＣＨ₃ＣＯＣＨＣＯＣＨ₃）₂ＴｉＯ］から選択される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＮＡの固定化方法。
前記オルガノシランが、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン及びジメチルジメトキシシランから選択される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＤＮＡの固定化方法。
前記ＤＮＡが２重らせんＤＮＡのアルカリ塩である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＤＮＡの固定化方法。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＤＮＡ固定化方法より、ＤＮＡを多孔質材料に固定化して得られることを特徴とするＤＮＡ多孔質複合体。
請求項７記載のＤＮＡ多孔質複合体を用いたことを特徴とする浄化システム。