JP7075054B2 - アンモニア吸着剤およびアンモニアの除去方法 - Google Patents

アンモニア吸着剤およびアンモニアの除去方法 Download PDF

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Description

本発明は、アンモニア吸着剤およびアンモニアの除去方法に関する。
近年、医薬品製造や再生医療などの分野において、細胞や微生物を人工的に効率よく大量培養することが求められている。大量培養が求められる細胞としては、チャイニーズハムスター卵巣細胞（ＣＨＯ細胞）等の抗体産生細胞、胚性幹細胞（ＥＳ細胞）や人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）等の多能性幹細胞等が挙げられる。これらの細胞等を長期間安定的に大量培養できれば、モノクローナル抗体等の生体物質や多能性幹細胞由来の分化誘導組織を、効率よく生産することができる。
細胞等を工業的に大量培養する方法としては、スピナーフラスコ等の培養槽を用いた浮遊攪拌培養が考えられる。一方、浮遊攪拌培養では設備規模が大きくなる傾向がある。したがって、コストの削減を図るために、細胞等の培養密度を高めることが有効である。しかしながら、培養密度を高めていくと、細胞等の増殖が抑えられることが知られている。これは、細胞等の高密度化によって培養液（液体培地）中の老廃物（代謝物）の濃度が上昇し、これにより細胞等の増殖活性が低下するためである。細胞等に影響を与える老廃物の代表的なものとしては、アンモニアが知られている。
したがって、細胞等を高密度状態で安定的に増殖させるためには、培養液中に蓄積するアンモニアを除去することが望ましい。これに対し、例えば特許文献１には、濃度差に依存して成分を透過させる培養液成分調整膜を設けた送液ラインによって、細胞培養槽と成分調整液槽とを接続した細胞培養装置が開示されている。この細胞培養装置では、培養液中に蓄積した老廃物は、成分調整液側に移動することで培養液中での濃度が低下する。同時に、培養中に濃度が低下した栄養分は、成分調整液から培養液へ移動して補充される。これにより、培養液中の環境が細胞培養に適した状態に維持される。なお、成分調整液には、培養液そのものが用いられていた。
国際公開第２０１５／１２２５２８号
特許文献１に開示される細胞培養装置は、透析の原理を利用して培養液から老廃物を除去していた。したがって、十分な老廃物の除去を実現するために、成分調整液槽の容積を細胞培養槽の容積の１０倍以上に設定していた。このため、必要な液量が莫大でコストがかかるという課題があった。特に、成分調整液に培養液そのものを用いる場合には、高価な培地を大量に消費することになり、より一層のコストがかかってしまう。また、透析技術を利用して老廃物を除去する場合、培養装置の構造が複雑になるという課題もあった。
また、アンモニアは、細胞等の培養液に限らず、他の溶液系においても除去が望まれることが多い。このため、透析技術以外の手法を用いた新規なアンモニア除去技術が強く望まれる。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、新規なアンモニア除去技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様はアンモニア吸着剤である。このアンモニア吸着剤は、Ｌ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体からなる群から選択される少なくとも１種の物質を含む。この態様によれば、新規なアンモニア除去技術を提供することができる。
上記態様において、アンモニア吸着剤は、アンモニアを含有する溶液に接触して、溶液中のアンモニアを吸着してもよい。また、溶液は、グルコースを含有する、細胞または微生物の培養液であってもよい。また、アンモニア吸着剤の溶液への添加量は、０．０００５ｇ／ｍＬ超０．２ｇ／ｍＬ未満であってもよい。また、強酸性陽イオン交換樹脂は、Ｈ型強酸性陽イオン交換樹脂であってもよい。
本発明の別の態様は、アンモニアの除去方法である。当該除去方法は、上記いずれかの態様のアンモニア吸着剤を、アンモニアに接触させることを含む。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、新規なアンモニア除去技術を提供することができる。
図１（Ａ）～図１（Ｄ）は、実施の形態に係るアンモニアの除去方法を説明するための模式図である。 アンモニア水溶液におけるアンモニア吸着剤のアンモニア吸着率を示す図である。 アンモニアおよびグルコースの水溶液におけるアンモニア吸着剤のグルコース吸着率を示す図である。 細胞培養液におけるアンモニア吸着剤のアンモニア吸着率およびグルコース吸着率を示す図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、この用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
本発明者らは、アンモニアの除去技術について鋭意検討を重ね、アンモニアを高選択的に吸着することができる吸着剤を見出した。具体的には、本実施の形態に係るアンモニア吸着剤は、Ｌ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体からなる群から選択される少なくとも１種の物質を含む。これらの物質を含むアンモニア吸着剤をアンモニアに接触させることで、アンモニアを吸着させることができる。
特に、本実施の形態のアンモニア吸着剤は、溶液中のアンモニアを吸着除去する場合に、好適に用いることができる。この場合、アンモニア吸着剤をアンモニア含有溶液に接触させることで、溶液中のアンモニアを吸着させることができる。これにより、アンモニアを除去することができる。構成する物質が異なる複数種のアンモニア吸着剤を混合して用いてもよい。
Ｌ型ゼオライトとしては、５００ＫＯＡ（東ソー社）、ＨＳ－５００（富士フィルム和光純薬社）等の合成ゼオライトを用いることができる。これらのＬ型ゼオライトが保持する陽イオンはＫ（カリウム）である。保持イオンはＫが好ましいが、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｅ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｌａ等のアルカリ金属、アルカリ土類金属またはランタノイド、あるいはＡｌ、Ｆｅであってもよい。
フェリエライトとしては、７２０ＫＯＡ（東ソー社）、ＨＳ－７２０（富士フィルム和光純薬社）等の合成ゼオライトを用いることができる。これらのフェリエライトが保持する陽イオンはＫ（カリウム）である。保持イオンはＫが好ましいが、Ｎａ（７７０ＮＡＡ）、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｅ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｌａ等のアルカリ金属、アルカリ土類金属またはランタノイド、あるいはＡｌ、Ｆｅであってもよい。
ＺＳＭ－５型ゼオライトとしては、８２２ＨＯＡ、８４０ＨＯＡ、８９０ＨＯＡ、８９１ＨＯＡ（いずれも東ソー社）等の合成ゼオライトを用いることができる。これらのＺＳＭ－５型ゼオライトが保持する陽イオンはＨ（水素）である。
これらのゼオライト（Ｌ型ゼオライト、フェリエライトおよびＺＳＭ－５型ゼオライト）は、酸化ケイ素からなる基本骨格を有し、基本骨格中の一部のケイ素がアルミニウムに置換されている。このため、結晶全体が負に帯電している。ゼオライトは、電気的中性を保つために、ゼオライト細孔中に陽イオンを保持する。陽イオンは、可逆的に交換可能である。ゼオライトの保持イオンがＫまたはＨである場合に、より良好にアンモニア（アンモニウムイオン）を吸着することができる。
強酸性陽イオン交換樹脂としては、ＰＫ２１６ＬＨ、ＰＫ２１６、ＳＫ１１２Ｌ（いずれも三菱化学社）、Ｃ１５０（ピュロライト社）等を用いることができる。強酸性陽イオン交換樹脂には、スチレンとジビニルベンゼンとが重合した基本骨格に、イオン交換基として－ＳＯ３Ｈが結合したＨ型強酸性陽イオン交換樹脂と、イオン交換基として－ＳＯ３Ｎａが結合したＮａ型強酸性陽イオン交換樹脂とが含まれる。上述のＰＬ２１６ＬＨはＨ型であり、ＰＫ２１６、ＳＫ１１２ＬおよびＣ１５０はＮａ型である。交換基のＨ＋またはＮａ＋とアンモニウムイオンとがイオン交換することで、アンモニアが吸着される。好ましくは、強酸性陽イオン交換樹脂は、Ｈ型強酸性陽イオン交換樹脂である。
また、本実施の形態のアンモニア吸着剤は、溶液が、グルコースを含有する細胞または微生物の培養液であった場合に、培養液中に残すべきグルコースに比べて除去対象であるアンモニアを高選択的に吸着することができる。また、アンモニア吸着剤は、細胞や微生物に対する毒性が低いものを選択することが好ましい。なお、培養液の種類は特に限定されない。
また、溶液へのアンモニア吸着剤の添加量、言い換えれば溶液中のアンモニア吸着剤の濃度は、好ましくは０．０００５ｇ／ｍＬ超であり、より好ましくは０．００５ｇ／ｍＬ以上である。また、当該添加量は、好ましくは０．２ｇ／ｍＬ未満であり、より好ましくは０．１ｇ／ｍＬ以下である。アンモニア吸着剤の添加量を０．０００５ｇ／ｍＬ超とすることで、アンモニア吸着率をより確実に高めることができる。また、添加量を０．００５ｇ／ｍＬ以上とすることで、培養液中で１０％以上のアンモニア吸着率を得ることができる。アンモニア吸着率は、溶液中の全アンモニア量に対する吸着したアンモニア量の割合である。これにより、より確実に溶液中のアンモニア量を低減させることができる。
また、アンモニア吸着剤の添加量を０．２ｇ／ｍＬ未満とすることで、グルコース吸着率をより確実に抑制することができる。また、添加量を０．１ｇ／ｍＬ以下とすることで、培養液中で２０％以下のグルコース吸着率を得ることができる。グルコース吸着率は、溶液中の全グルコース量に対する吸着したグルコース量の割合である。これにより、アンモニア吸着剤に起因するグルコース量の低減をより確実に抑制することができる。よって、より効率よく細胞等を培養することができる。
培養液で培養される細胞および微生物は、特に限定されない。例えば培養細胞は、ヒトｉＰＳ細胞、ヒトＥＳ細胞、ヒトＭｕｓｅ細胞等の多能性幹細胞；間葉系幹細胞（ＭＳＣ細胞）、ネフロン前駆細胞等の体性幹細胞；ヒト近位尿細管上皮細胞、ヒト遠位尿細管上皮細胞、ヒト集合管上皮細胞等の組織細胞；ヒト胎児腎細胞（ＨＥＫ２９３細胞）等の抗体産生細胞株；チャイニーズハムスター卵巣細胞（ＣＨＯ細胞）、昆虫細胞（ＳＦ９細胞）等のヒト以外の動物由来の抗体産生細胞株等が挙げられる。これらの細胞は、大量培養が特に望まれる細胞であるため、本実施の形態に係るアンモニア吸着剤の使用対象としてより好ましい。
（アンモニアの除去方法）
本実施の形態に係るアンモニアの除去方法は、上述したアンモニア吸着剤を、アンモニア（アンモニウムイオン）に接触させることを含む。好ましくは、アンモニアを含有する溶液にアンモニア吸着剤を接触させることを含む。アンモニア吸着剤をアンモニアに接触させる方法は特に限定されないが、以下の態様が例示される。図１（Ａ）～図１（Ｄ）は、実施の形態に係るアンモニアの除去方法を説明するための模式図である。以下では、培養液からのアンモニア除去を例に挙げて説明するが、他の溶液からのアンモニア除去についても同様に実施することができる。
図１（Ａ）に示すように、第１の態様では、カラム等の容器２に、アンモニア吸着剤４が充填された吸着モジュール６が用意される。容器２は、容器２の内外を連通する入口２ａと出口２ｂとを有する。アンモニア吸着剤４は、例えば粒子状である。吸着モジュール６は、循環路８を介して、スピナーフラスコ等の培養容器１０に接続される。循環路８は、培養容器１０と容器２の入口２ａとを接続する往路８ａと、容器２の出口２ｂと培養容器１０とを接続する復路８ｂとを含む。往路８ａの途中には、ポンプ１２が接続される。培養容器１０中には、培養液１４と、細胞１６とが収容される。なお、ポンプ１２は復路８ｂに配置されてもよい。
ポンプ１２が駆動すると、培養液１４は培養容器１０から吸引され、往路８ａを介して吸着モジュール６の容器２内に送られる。容器２内に送り込まれた培養液１４は、復路８ｂを介して培養容器１０内に戻される。培養液１４は、培養容器１０と吸着モジュール６との間を循環する過程で、容器２に充填されたアンモニア吸着剤４と接触する。このとき、培養液１４中のアンモニアは、アンモニア吸着剤４に吸着される。この結果、培養液１４中のアンモニアが除去される。往路８ａにおける培養容器１０に接続される側の端部には、図示しないフィルタが設けられる。これにより、細胞１６が吸着モジュール６側に流れることが抑制される。なお、培養容器１０と吸着モジュール６との間で培養液１４を循環させる過程で、細胞１６の培養に必要なグルコースやタンパク質等の培地成分が培養液１４に補充されてもよい。
つまり、第１の態様では、アンモニア吸着剤４を有する吸着モジュール６と、細胞または微生物、および培養液１４が収容される培養容器１０と、吸着モジュール６と培養容器１０とをつなぎ培養液１４を循環させる循環路８と、を備える培養装置を用いることで、培養液１４中のアンモニアが除去される。
図１（Ｂ）に示すように、第２の態様では、培養容器１０の内壁面にアンモニア吸着剤４が支持されている。培養容器１０中には、培養液１４と、細胞１６とが収容されている。したがって、培養液１４は、培養容器１０の内壁面において露出するアンモニア吸着剤４に接触する。これにより、培養液１４中のアンモニアをアンモニア吸着剤４に吸着させることができる。培養容器１０としては、スピナーフラスコ、シャーレ、ウェルプレート、セルカルチャーインサート、マイクロスフェア等が例示される。
培養容器１０の内壁面にアンモニア吸着剤４を支持させる方法としては、例えば、アンモニア吸着剤４を培養容器１０の内壁面に接着させる方法や、培養容器１０が樹脂製である場合には、予めアンモニア吸着剤４を混合した樹脂で培養容器１０を成形する方法が挙げられる。つまり、第２の態様では、培養容器１０と、培養容器１０の内壁面に支持されるアンモニア吸着剤４と、を備える培養装置を用いることで、培養液１４中のアンモニアが除去される。
図１（Ｃ）に示すように、第３の態様では、培養容器１０は、多孔質膜等の隔膜１８によって容器内部が上段１０ａと下段１０ｂに区切られた構造を有する。このような培養容器１０としては、セルカルチャーインサートが例示される。上段１０ａには培養液１４と細胞１６が収容され、下段１０ｂには培養液１４とアンモニア吸着剤４が収容される。培養液１４は、隔膜１８を通過して上段１０ａと下段１０ｂとの間を行き来することができる。一方、細胞１６およびアンモニア吸着剤４は、隔膜１８を通過することができない。
このような構造において、培養液１４は、下段１０ｂに収容されたアンモニア吸着剤４に接触する。これにより、培養液１４中のアンモニアをアンモニア吸着剤４に吸着させることができる。つまり、第３の態様では、培養容器１０と、アンモニア吸着剤４と、培養容器１０内をアンモニア吸着剤４が収容される第１空間と細胞１６が収容される第２空間とに区画する隔膜１８と、を備える培養装置を用いることで、培養液１４中のアンモニアが除去される。
図１（Ｄ）に示すように、第４の態様では、粒子状のアンモニア吸着剤４を培養液１４中に分散、沈降あるいは浮遊させる。これにより、培養液１４中のアンモニアをアンモニア吸着剤４に吸着させることができる。なお、アンモニア吸着剤４は、細胞１６に貪食されることを防ぐために、所定サイズ以上、例えば１０μｍ以上の大きさであることが好ましい。つまり、第４の態様では、培養容器１０と、培養容器１０内の培養液１４に添加されるアンモニア吸着剤４と、を備える培養装置を用いることで、培養液１４中のアンモニアが除去される。
好ましくは、アンモニア吸着剤は、ポリビニルアルコール等の樹脂、コラーゲンやアルギン酸、ゼラチン等の生体由来ゲル等で被覆される。これにより、細胞等に影響を与え得る微粒子がアンモニア吸着剤から培養液中に流出することを抑制することができる。あるいは、アンモニア吸着剤は、セラミックスバインダー、樹脂バインダー、生体由来ゲル等と、Ｌ型ゼオライト等とを混練して成形される。これによっても、微粒子の流出を抑制することができる。セラミックスバインダーとしては、アルミナバインダー、コロイダルシリカ等が例示される。樹脂バインダーとしては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等が例示される。生体由来ゲルとしては、コラーゲン、アルギン酸、ゼラチン等が例示される。
溶液中のアンモニア濃度を検出する場合、その検出方法は特に限定されないが、培地成分アナライザーを使用することが好ましい。また、所定の測定試薬を用いた比色法、酵素の基質特異性を利用する酵素電極法、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）等を利用して、アンモニア濃度を検出することができる。
以上説明したように、本実施の形態に係るアンモニア吸着剤は、Ｌ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体からなる群から選択される少なくとも１種の物質を含む。また、本実施の形態に係るアンモニアの除去方法は、このアンモニア吸着剤を、アンモニアに接触させることを含む。これにより、従来の透析技術を用いてアンモニアを除去する場合とは異なり、莫大な量の溶液を使用せずにアンモニアを除去することができる。したがって、本実施の形態によれば、低コストにアンモニアを除去できる新規なアンモニア除去技術を提供することができる。また、アンモニア吸着剤をアンモニア含有溶液に接触させるだけでアンモニアを除去できるため、本実施の形態によれば培養装置の構造の簡略化を図ることができる。
また、溶液が細胞等の培養液である場合には、従来の透析技術に比べて培養液の使用量を減らすことができる。一般的に培養液は高価であるため、より一層の低コスト化が可能である。また、アンモニアの除去により細胞等を高密度に大量培養することができる。さらに、細胞が多能性幹細胞である場合には、アンモニアの除去によって細胞の高密度大量培養が可能となることに加え、細胞が未分化の状態、つまり細胞の多分化能（分化多能性）を維持することができる。したがって、生体物質生産や分化誘導組織作製に好適な細胞を大量に得ることができる。これにより、医薬品製造や再生医療に要するコストを削減することができる。
また、本実施の形態のアンモニア吸着剤は、有用成分であるグルコースに対してアンモニアを高選択的に吸着することができる。このため、より効率的な細胞培養が可能となる。よって、本実施の形態のアンモニア吸着剤は、グルコースを含有する培養液におけるアンモニアの除去に特に有用である。なお、本実施の形態のアンモニア吸着剤は、他の細胞老廃物の吸着剤と併用してもよい。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。
以下、本発明の実施例を説明するが、実施例は本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。
［アンモニア水溶液（水系溶液）における吸着剤性能の解析］
塩化アンモニウム（富士フイルム和光純薬社）を純水に添加し、アンモニア（アンモニウムイオン）濃度１０ｍＭの水溶液を作製した。この水溶液のｐＨは７．２であった。そして、水溶液２０ｍＬを複数の５０ｍＬ三角フラスコに分注した。また、各種の吸着剤０．５ｇを各フラスコの水溶液に添加した。したがって、吸着剤の濃度は０．０２５ｇ／ｍＬである。そして、３７℃、１５０ｒｐｍで２４時間振とうした。
使用した吸着剤は、以下の通りである。
セラミックス（ＳｉＯ２：関東化学社）
活性炭（富士フィルム和光純薬社）
酸化金属（ＭｇＯ：関東化学社）
Ｌ型ゼオライト（５００ＫＯＡ：東ソー社）
フェリエライト（７２０ＫＯＡ：東ソー社）
モルデナイト（６４２ＮＡＡ：東ソー社）
Ｙ型ゼオライト（３２０ＮＡＡ：東ソー社）
ＺＳＭ－５型ゼオライト（８２２ＨＯＡ：東ソー社）
ポーラス型のＨ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６ＬＨ：三菱化学社）
ポーラス型のＮａ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６：三菱化学社）
ゲル型のＮａ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＳＫ１１２Ｌ：三菱化学社）
プルシアンブルー型錯体（プルシアンブルー：関東化学社）
なお、モルデナイトおよびＹ型ゼオライトが保持する陽イオンはＮａである。また、強酸性陽イオン交換樹脂におけるゲル型は、スチレンとジビニルベンゼンの重合体の三次元構造で構成される。ポーラス型は、ゲル型の三次元構造に物理的に孔を設けた多孔質構造で構成される。
２４時間経過後、０．１μｍフィルタで水溶液と吸着剤とを分離した。そして、ＨＰＬＣ（日本分光社）を用いて水溶液中のアンモニア濃度を測定した。また、以下の数式に基づいて、各吸着剤におけるアンモニアの吸着率を算出した。
吸着率（％）＝［吸着前濃度－吸着後濃度］／吸着前濃度×１００
結果を図２に示す。図２は、アンモニア水溶液におけるアンモニア吸着剤のアンモニア吸着率を示す図である。図２に示すように、吸着剤濃度０．０２５ｇ／ｍＬにおいて、Ｌ型ゼオライト（５００ＫＯＡ）、フェリエライト（７２０ＫＯＡ）、ＺＳＭ－５型ゼオライト（８２２ＨＯＡ）、Ｈ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６ＬＨ）、Ｎａ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６およびＳＫ１１２Ｌ）、およびプルシアンブルー型錯体（プルシアンブルー）では、アンモニア吸着率が２０％以上であった。一方、セラミックス（ＳｉＯ２）、活性炭、酸化金属（ＭｇＯ）、モルデナイト（６４２ＮＡＡ）およびＹ型ゼオライト（３２０ＮＡＡ）では、アンモニア吸着率が１５％以下であった。
また、アンモニア吸着率が高かった吸着剤群のうち、アンモニア吸着率が最も低いＮａ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６）でも、そのアンモニア吸着率は、アンモニア吸着率が低かった吸着剤群の中でアンモニア吸着率が最も高いセラミックス（ＳｉＯ２）の２倍近い値であった。
このことから、Ｌ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体が優れたアンモニア吸着能を有することが確認された。また、強酸性陽イオン交換樹脂については、Ｎａ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６およびＳＫ１１２Ｌ）に比べて、Ｈ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６ＬＨ）の方が、より高いアンモニア吸着能を有することが確認された。
［アンモニアおよびグルコースの水溶液（水系溶液）における吸着剤性能の解析］
塩化アンモニウム（関東化学社）とグルコース（関東化学社）とを純水に添加し、グルコース濃度１０００ｐｐｍ、アンモニア（アンモニウムイオン）濃度１０ｍＭの水溶液を作製した。この水溶液のｐＨは７．２であった。そして、水溶液２０ｍＬを複数の５０ｍＬ三角フラスコに分注した。
また、上述の吸着試験で良好なアンモニア吸着能を示したＬ型ゼオライト（５００ＫＯＡ）、フェリエライト（７２０ＫＯＡ）、ＺＳＭ－５型ゼオライト（８２２ＨＯＡ）、Ｈ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６ＬＨ）、Ｎａ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６およびＳＫ１１２Ｌ）およびプルシアンブルー型錯体（プルシアンブルー）を、各フラスコの水溶液に添加した。さらに、参考としてセラミックス（ＳｉＯ２）、活性炭および酸化金属（ＭｇＯ）もフラスコの水溶液に添加した。各吸着剤の添加量は０．５ｇとした。したがって、吸着剤の濃度は０．０２５ｇ／ｍＬである。そして、３７℃、１５０ｒｐｍで２４時間振とうした。
２４時間経過後、０．１μｍフィルタで水溶液と吸着剤とを分離した。そして、ＨＰＬＣ（日本分光社）を用いて水溶液中のグルコース濃度を測定し、上記数式に基づいて各吸着剤におけるグルコースの吸着率を算出した。結果を図３に示す。図３は、アンモニアおよびグルコースの水溶液におけるアンモニア吸着剤のグルコース吸着率を示す図である。
図３に示すように、Ｌ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体では、グルコース吸着率が２０％以下であった。一方、活性炭および酸化金属（ＭｇＯ）では、グルコース吸着率が３０％以上であった。このことから、Ｌ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体がグルコースに対してアンモニアを高選択的に吸着することが確認された。セラミックス（ＳｉＯ２）は、グルコース吸着率は０％であったが、上述の通りアンモニア吸着率が低く、本実施の形態のアンモニア吸着剤に比べて性能が低いことが確認された。
［細胞培養液における吸着剤性能の解析］
多能性幹細胞用培地（ＳｔｅｍＦｉｔ ＡＫ０２Ｎ：味の素社）に塩化アンモニウム（富士フイルム和光純薬社）を添加し、グルコース濃度２５０ｍｇ／ｍＬ、アンモニア（アンモニウムイオン）濃度１０ｍＭの培地を作製した。この培地２０ｍＬを複数の５０ｍＬチューブ（ThermoFisher Scientific社）に分注した。また、各種の吸着剤０．５ｇ（０．０２５ｇ／ｍＬ）を各チューブの培地に添加した。吸着剤には、Ｌ型ゼオライト（５００ＫＯＡ）、フェリエライト（７２０ＫＯＡ）、ＺＳＭ－５型ゼオライト（８２２ＨＯＡ）、ポーラス型のＨ型強酸性陽イオン交換樹脂（ＰＫ２１６ＬＨ）およびプルシアンブルー型錯体（プルシアンブルー）を用いた。そして、３７℃、６０回／分で２４時間振とうした。
２４時間経過後、０．２２μｍフィルタで培養液と吸着剤とを分離した。そして、Ammonia Assay Kit(シグマ－アルドリッチ社)を用いて細胞培養液中のアンモニア濃度を測定し、血液ガス分析装置（ＡＢＬ８００ ＦＬＥＸ：ラジオメーター社）を用いて細胞培養液中のグルコース濃度を測定した。また、上記数式に基づいて、各吸着剤におけるアンモニアの吸着率およびグルコースの吸着率を算出した。結果を図４に示す。
また、フェリエライト（７２０ＫＯＡ）を除く吸着剤について、培地への添加量を異ならせて上記の吸着試験を実施し、アンモニア吸着率とグルコース吸着率を算出した。添加量（濃度）は、０．０１ｇ（０．０００５ｇ／ｍＬ）、０．１ｇ（０．００５ｇ／ｍＬ）、０．５ｇ（０．０２５ｇ／ｍＬ）、１．０ｇ（０．０５ｇ／ｍＬ）、２．０ｇ（０．１ｇ／ｍＬ）、４．０ｇ（０．２ｇ／ｍＬ）とした。結果を図４に示す。
図４は、細胞培養液におけるアンモニア吸着剤のアンモニア吸着率およびグルコース吸着率を示す図である。図４に示すように、吸着剤濃度０．０２５ｇ／ｍＬにおいて、水系溶液の場合に比べて多少は減少するものの、細胞培養液中でもＬ型ゼオライト、フェリエライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体がアンモニアを吸着できることが確認された。また、グルコース吸着率は２０％以下であった。このことから、細胞培養液中においても、これらの吸着剤がグルコースに対してアンモニアを高選択的に吸着することが確認された。
また、いずれの吸着剤濃度においてもアンモニアを吸着できることが確認された。特に、吸着剤濃度が０．０００５ｇ／ｍＬ超、さらには０．００５ｇ／ｍＬ以上のときに、より良好なアンモニア吸着率が得られることが確認された。また、各吸着剤濃度におけるアンモニア吸着率は、グルコース吸着率よりも高い値であった。加えて、これらの吸着剤ではグルコース吸着率が最大でも３２％であった。このことから、いずれの吸着剤濃度においても、これらの吸着剤が培地中のアンモニア除去に好適であることが確認された。
また、吸着剤の濃度が増加するにつれてアンモニア吸着率は上昇するが、同時にグルコース吸着率も上昇することが確認された。これに対し、吸着剤濃度が０．２ｇ／ｍＬ未満、さらには０．１ｇ／ｍＬ以下のときに、グルコース吸着率をより良好に低減できることが確認された。
２ 容器、 ４ アンモニア吸着剤、 ６ 吸着モジュール、 ８ 循環路、 １０ 培養容器、 １２ ポンプ、 １４ 培養液、 １６ 細胞、 １８ 隔膜。

Claims (2)

  1. Ｌ型ゼオライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、およびＨ型強酸性陽イオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の物質を含み、
    アンモニアおよびグルコースを含有する、細胞または微生物の培養液に接触して、前記培養液中のアンモニアを吸着し、
    前記培養液への添加量は、前記Ｌ型ゼオライトおよび前記ＺＳＭ－５型ゼオライトの場合はそれぞれ０．０２５ｇ／ｍＬ以上０．１ｇ／ｍＬ以下であり、前記Ｈ型強酸性陽イオン交換樹脂の場合は０．０５ｇ／ｍＬ以上０．１ｇ／ｍＬ以下であることを特徴とするアンモニア吸着剤。
  2. 請求項１に記載のアンモニア吸着剤を、アンモニアおよびグルコースを含有する、細胞または微生物の培養液に接触させることを含むことを特徴とするアンモニアの除去方法。
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