JP7081792B2 - Electrostatic Complex and Organogels - Google Patents
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Description
本発明は、有機溶媒を含むオルガノゲルを形成可能な静電複合体と、当該オルガノゲルに関するものである。 The present invention relates to an electrostatic complex capable of forming an organogel containing an organic solvent and the organogels.
ゲルとはコロイド分散液が流動性を失ってゼリー状になったものであり、分散媒として水を含むものはハイドロゲルと呼ばれる。ハイドロゲルは、その内部に大量の水を包含できるものがあり、食品などの他、オムツの吸水性材料などとして広く利用されている。 A gel is a colloidal dispersion that loses its fluidity and becomes a jelly, and a gel that contains water as a dispersion medium is called a hydrogel. Some hydrogels can contain a large amount of water inside, and are widely used as water-absorbent materials for diapers as well as foods.
それに対して分散媒として有機溶媒を含むものはオルガノゲルと呼ばれ、有機溶媒を包含することが可能であるため、エネルギー分野、エレクトロニクス分野、環境産業分野などで注目されている。しかし、オルガノゲルの研究例はハイドロゲルに比べて圧倒的に少なく、発展途上の段階にあり、開発例も限られている。 On the other hand, those containing an organic solvent as a dispersion medium are called organogels, and since they can include an organic solvent, they are attracting attention in the fields of energy, electronics, environmental industry, and the like. However, the number of research examples of organogels is overwhelmingly smaller than that of hydrogels, and they are in the developing stage, and the number of development examples is limited.
例えば、オムツの吸水性材料は架橋アクリル酸ポリマーであるのに対して、オルガノゲルを構成する分散質は、特許文献1に開示されているような会合性低分子化合物が多い。低分子化合物で構成されたゲルには、強靭性の改善など解決すべき物性上の課題が残っており、ハイドロゲルに使われているような高分子性基材の応用が期待されている。また、天然物質は水溶性のものが多く、脂溶性物質としては石油由来のものや合成化合物が多いこともあるが、オルガノゲルの分散質として天然由来の高分子基材を用いるということは発想の段階にさえ至っていないというのが現状である。 For example, the water-absorbent material of omtu is a crosslinked acrylic acid polymer, whereas the dispersoids constituting the organogels are mostly associative low-molecular-weight compounds as disclosed in Patent Document 1. Gels composed of low-molecular-weight compounds still have physical problems to be solved, such as improvement of toughness, and the application of high-molecular-weight substrates such as those used in hydrogels is expected. In addition, many natural substances are water-soluble, and as fat-soluble substances, there are many petroleum-derived substances and synthetic compounds, but the idea is to use a naturally-derived polymer base material as the dispersoid of organogels. The current situation is that it has not even reached the stage.
天然由来の高分子化合物としては、例えば、アミノ酸であるリジンを脱水縮合したポリリジンがある。リジンはα-アミノ基とε-アミノ基を有するが、化学的に合成されたポリリジンは、2つのアミノ基の内より反応性の高いα-アミノ基とα-カルボキシ基とが反応したポリαリジンである。例えば、特許文献2~5にはポリリジンとラウリル硫酸ナトリウムを含む混合物が記載されているが、この混合物はミセル溶液であるため、用いられたポリリジンはポリαリジンである。 As a naturally occurring polymer compound, for example, there is polylysine obtained by dehydrating and condensing the amino acid lysine. Lysine has an α-amino group and an ε-amino group, but chemically synthesized polylysine is a polyα in which an α-amino group and an α-carboxy group, which are more reactive than the two amino groups, are reacted. Lysine. For example, Patent Documents 2 to 5 describe a mixture containing polylysine and sodium lauryl sulfate, but since this mixture is a micelle solution, the polylysine used is polyα-lysine.
一方、ストレプトマイセス属細菌が、リジンのα-カルボキシ基とε-アミノ基が反応して形成されたポリεリジンを産生することが見出されている(特許文献6)。 On the other hand, it has been found that a bacterium belonging to the genus Streptomyces produces polyεlysine formed by a reaction between an α-carboxy group and an ε-amino group of lysine (Patent Document 6).
上述したように、オルガノゲルの研究例は少なく、分散質として高分子化合物や天然由来化合物を含むオルガノゲルの研究例はさらに少ないといえる。
そこで本発明は、天然由来の高分子化合物で構成されており、有機溶媒を含むオルガノゲルを形成可能な静電複合体と、当該静電複合体から形成されるオルガノゲルを提供することを目的とする。
As mentioned above, there are few research examples of organogels, and it can be said that there are even fewer research examples of organogels containing polymer compounds and naturally derived compounds as dispersoids.
Therefore, it is an object of the present invention to provide an electrostatic complex which is composed of a naturally-derived polymer compound and can form an organogel containing an organic solvent, and an organogel formed from the electrostatic complex. ..
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、天然由来の高分子基材であるポリεリジンと特定の陰イオン界面活性剤との静電複合体からであればオルガノゲルを形成可能であることを見出して、本発明を完成した。
以下、本発明を示す。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems. As a result, they have found that an organogel can be formed from an electrostatic complex of polyεlysine, which is a naturally derived polymer base material, and a specific anionic surfactant, and completed the present invention.
Hereinafter, the present invention will be shown.
[1] ポリεリジン、およびスルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤を含有することを特徴とする静電複合体。
[2] 上記陰イオン界面活性剤が硫酸エステル型陰イオン界面活性剤である上記[1]に記載の静電複合体。
[3] 上記ポリεリジンに含まれるα-アミノ基に対する上記陰イオン界面活性剤の割合が0.9倍モル以上である上記[1]または[2]に記載の静電複合体。
[4] 上記ポリεリジンを構成するリジンのうちL-リジンの占める割合が90%以上である上記[1]~[3]のいずれかに記載の静電複合体。
[5] 上記[1]~[4]のいずれかに記載の静電複合体、および有機溶媒を含有することを特徴とするオルガノゲル。
[6] 上記有機溶媒がクロロホルムである上記[5]に記載のオルガノゲル。
[7] 上記有機溶媒がエタノールおよび/またはイソプロパノールである上記[5]に記載のオルガノゲル。
[8] 有機溶媒を吸収するための方法であって、
ポリεリジン、およびスルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤を含有する静電複合体を調製する工程、および、
上記静電複合体に上記有機溶媒を添加する工程を含む方法。
[9] 上記陰イオン界面活性剤が硫酸エステル型陰イオン界面活性剤である上記[8]に記載の方法。
[10] 上記ポリεリジンに含まれるα-アミノ基に対する上記陰イオン界面活性剤の割合が0.9倍モル以上である上記[8]または[9]に記載の方法。
[11] 上記ポリεリジンを構成するリジンのうちL-リジンの占める割合が90%以上である上記[8]~[10]のいずれかに記載の方法。
[12] 上記静電複合体が上記有機溶媒を吸収してオルガノゲルになる上記[8]~[10]のいずれかに記載の方法。
[13] 上記有機溶媒がクロロホルムである[8]~[12]のいずれかに記載の方法。
[14] 上記有機溶媒がエタノールおよび/またはイソプロパノールである[8]~[12]のいずれかに記載の方法。
[1] An electrostatic complex comprising polyεlysine and an anionic surfactant having a sulfonic acid group.
[2] The electrostatic complex according to the above [1], wherein the anionic surfactant is a sulfate ester type anionic surfactant.
[3] The electrostatic complex according to the above [1] or [2], wherein the ratio of the anionic surfactant to the α-amino group contained in the polyεlysine is 0.9 times the molar amount or more.
[4] The electrostatic complex according to any one of the above [1] to [3], wherein L-lysine accounts for 90% or more of the lysines constituting the polyε lysine.
[5] An organogels comprising the electrostatic complex according to any one of the above [1] to [4] and an organic solvent.
[6] The organogels according to the above [5], wherein the organic solvent is chloroform.
[7] The organogels according to the above [5], wherein the organic solvent is ethanol and / or isopropanol.
[8] A method for absorbing an organic solvent, which is a method for absorbing an organic solvent.
A step of preparing an electrostatic complex containing polyεlysine and an anionic surfactant having a sulfonic acid group, and
A method comprising a step of adding the organic solvent to the electrostatic complex.
[9] The method according to [8] above, wherein the anionic surfactant is a sulfate ester type anionic surfactant.
[10] The method according to the above [8] or [9], wherein the ratio of the anionic surfactant to the α-amino group contained in the polyεlysine is 0.9 times the molar amount or more.
[11] The method according to any one of the above [8] to [10], wherein the proportion of L-lysine among the lysines constituting the polyε lysine is 90% or more.
[12] The method according to any one of [8] to [10] above, wherein the electrostatic composite absorbs the organic solvent to form an organogel.
[13] The method according to any one of [8] to [12], wherein the organic solvent is chloroform.
[14] The method according to any one of [8] to [12], wherein the organic solvent is ethanol and / or isopropanol.
本発明に係る静電複合体は、天然由来の高分子化合物であるポリεリジンを構成成分として含むことから、環境に比較的優しいといえる。また、本発明に係る静電複合体は、有機溶媒を包含してオルガノゲルとなり、さらに脂溶性の有用化合物を包含可能である。かかるオルガノゲルには、例えば、水不溶性のクロロフィルやフェオフィチンを包含してその機能を発揮させたり、また、膜タンパク質をその高次構造を維持したまま包含してその機能を発揮させたりできる可能性がある。よって、本発明に係る静電複合体とオルガノゲルは、従来に無い新素材として、産業上極めて利用価値が高いものである。 Since the electrostatic complex according to the present invention contains polyεlysine, which is a naturally occurring polymer compound, as a constituent component, it can be said that it is relatively environmentally friendly. Further, the electrostatic complex according to the present invention can include an organic solvent to form an organogel, and can further include a fat-soluble useful compound. Such an organogel may contain, for example, water-insoluble chlorophyll or pheophytin to exert its function, or may include a membrane protein while maintaining its higher-order structure to exert its function. be. Therefore, the electrostatic complex and organogels according to the present invention have extremely high industrial utility value as new materials that have never existed in the past.
本発明に係る静電複合体は、ポリεリジン、およびスルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤を含有する。 The electrostatic complex according to the present invention contains polyεlysine and an anionic surfactant having a sulfonic acid group.
ポリεリジンは、下記繰り返し単位を有する高分子であり、側鎖にα-アミノ基を有する以外、ナイロン6と同様の化学構造を有する。 Polyεlysine is a polymer having the following repeating units, and has the same chemical structure as nylon 6 except that it has an α-amino group in the side chain.
ポリεリジンを形成するリジンの絶対構造は特に制限されず、例えば、L-リジンのみからなるもの、D-リジンのみからなるもの、両方を含むものがあるが、何れも用いることができる。但し、一方の割合がより多い方が立体規則性に優れ強度なども高くなり得るので、L-リジンのみからなるポリεリジンおよびD-リジンのみからなるポリεリジンが好ましく、L-リジンのみからなるポリεリジンがより好ましい。さらに、L-グルタミン酸からなるポリεリジンは生分解性に優れる。具体的には、ポリεリジンを構成するリジンの90モル%以上がL-リジンであることが好ましい。当該割合としては、95モル%以上がより好ましく、98モル%以上または99モル%以上がよりさらに好ましく、実質的に100モル%が特に好ましい。 The absolute structure of the lysine forming the polyε-lysine is not particularly limited, and for example, there are those consisting only of L-lysine, those consisting only of D-lysine, and those containing both, but any of them can be used. However, since the larger the ratio of one is, the better the stereoregularity and the higher the strength can be, polyεlysine consisting only of L-lysine and polyεlysine consisting only of D-lysine are preferable, and only L-lysine is used. Polyεlysine is more preferred. Furthermore, polyεlysine composed of L-glutamic acid is excellent in biodegradability. Specifically, it is preferable that 90 mol% or more of the lysine constituting the polyε lysine is L-lysine. As the ratio, 95 mol% or more is more preferable, 98 mol% or more or 99 mol% or more is further preferable, and substantially 100 mol% is particularly preferable.
使用するポリεリジンの分子サイズも特に制限されないが、例えば、重合度としては15以上、700以下とすることができ、数平均分子量としては2000以上、100,000以下とすることができる。重合度が15以上または数平均分子量が2000以上であれば、ゲルがより容易に形成され易くなる。一方、重合度が700以下または数平均分子量が100,000以下であれば、水溶性をより確実に確保でき、本発明に係る静電複合体を合成し易くなる。 The molecular size of the polyεlysine used is also not particularly limited, but for example, the degree of polymerization can be 15 or more and 700 or less, and the number average molecular weight can be 2000 or more and 100,000 or less. When the degree of polymerization is 15 or more or the number average molecular weight is 2000 or more, the gel is more easily formed. On the other hand, when the degree of polymerization is 700 or less or the number average molecular weight is 100,000 or less, water solubility can be more reliably ensured, and the electrostatic complex according to the present invention can be easily synthesized.
前述した通り、リジンを化学的に脱水縮合するとポリαリジンが得られる。よって、ポリεリジンとしては、微生物発酵により製造されたものを工程に用いることが好ましい。微生物発酵により製造されたポリεリジンは、化学合成品より安価であり入手が容易である。ポリεリジンを産生する微生物としては、例えば、ストレプトマイセス・アルブラス(Streptomyces alblus)や、ストレプトマイセス・ヌールセイ(Streptomyces noursei)に属するポリεリジン産生菌を挙げることができる。ポリεリジンは、一般的に、ポリεリジン産生菌の培地から単離精製することができる。 As described above, polyα-lysine is obtained by chemically dehydrating and condensing lysine. Therefore, as the polyεlysine, it is preferable to use one produced by microbial fermentation in the process. Polyεlysine produced by microbial fermentation is cheaper and more readily available than chemically synthesized products. Examples of the microorganism that produces polyεlysine include Streptomyces albulus and a polyεlysine-producing bacterium belonging to Streptomyces noursei. Poly-ε-lysine can generally be isolated and purified from the medium of poly-ε-lysine-producing bacteria.
本発明に係る静電複合体は、スルホン酸基を含む陰イオン界面活性剤を含む。おそらくは、ポリεリジンを構成する各リジンの側鎖α-アミノ基と、陰イオン界面活性剤のスルホン酸基が静電的相互作用により結合し、水に対して不溶化すると考えられる。なお、本発明において「スルホン酸基」とは、いわゆるスルホン酸基(-SO3Hまたは-SO3 -)の他、硫酸基(-OSO3Hまたは-OSO3 -)を含む。 The electrostatic complex according to the present invention contains an anionic surfactant containing a sulfonic acid group. Presumably, the side chain α-amino group of each lysine constituting the polyε lysine and the sulfonic acid group of the anionic surfactant are bound by electrostatic interaction and are insoluble in water. In the present invention, the "sulfonic acid group" includes a sulfate group (-OSO 3 H or -OSO 3- ) in addition to a so - called sulfonic acid group (-SO 3 H or -SO 3- ).
スルホン酸基を含む陰イオン界面活性剤としては、例えば、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(ABS)、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(LAS)、アルファオレフィンスルホン酸塩(AOS)、アルキル硫酸塩(AS)、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム(AES)、ジアルキルスルホコハク酸塩、リグニンスルホン酸塩などを挙げることができる。
分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(ABS)は、疎水性部分である分岐鎖アルキルベンゼンにスルホン酸ナトリウム基などのスルホン酸塩基が置換している界面活性剤であり、例えば、5-ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを挙げることができる。
Examples of the anionic surfactant containing a sulfonic acid group include branched chain alkylbenzene sulfonate (ABS), linear alkylbenzene sulfonate (LAS), alpha olefin sulfonate (AOS), and alkyl sulfate (AS). , Alkyl ether sulfate sodium (AES), dialkyl sulfosuccinate, lignin sulfonate and the like.
Branched chain alkylbenzene sulfonate (ABS) is a surfactant in which a sulfonic acid base such as a sodium sulfonate group is substituted in the branched chain alkylbenzene which is a hydrophobic portion, and for example, sodium 5-dodecylbenzene sulfonate is used. Can be mentioned.
直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(LAS)は、疎水性部分である直鎖アルキルベンゼンにスルホン酸ナトリウム基などのスルホン酸塩基が置換している界面活性剤であり、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩(ABS)による泡公害が問題になったことから、ABSに代わって大量に消費されているものである。LASとしては、1-ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを挙げることができる。 Linear alkylbenzene sulfonate (LAS) is a surfactant in which a sulfonic acid base such as a sodium sulfonate group is substituted with linear alkylbenzene which is a hydrophobic moiety, and is based on branched-chain alkylbenzene sulfonate (ABS). Since foam pollution has become a problem, it is consumed in large quantities in place of ABS. Examples of LAS include sodium 1-dodecylbenzenesulfonate.
アルファオレフィンスルホン酸塩(AOS)は、疎水性部分である長鎖アルケニル基にスルホン酸塩基が置換している界面活性剤である。AOSとしては、1-テトラデセンス
ルホン酸ナトリウム、ヘキサデセンスルホン酸ナトリウム、3-ヒドロキシヘキサデシル-1-スルホン酸ナトリウム、オクタデセン-1-スルホン酸ナトリウム塩、3-ヒドロキシ-1-オクタデカンスルホン酸ナトリウムを挙げることができる。
Alpha-olefin sulfonate (AOS) is a surfactant in which a long-chain alkenyl group, which is a hydrophobic moiety, is substituted with a sulfonic acid base. Examples of AOS include sodium 1-tetradecenesulfonate, sodium hexadecenesulfonate, sodium 3-hydroxyhexadecyl-1-sulfonate, sodium octadecene-1-sulfonate, and sodium 3-hydroxy-1-octadecansulfonate. be able to.
アルキル硫酸塩(AS)は、高級アルコールと硫酸とのエステルの塩である。ASはLASよりもタンパク質変性作用が弱く、また、高級脂肪酸塩(石鹸)に次いで生分解性が高いことから、台所洗剤、シャンプー、歯磨剤などに配合されている。ASとしては、ドデシル硫酸ナトリウムを挙げることができる。
アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム(AES)は、ASのアルキル基と硫酸塩基との間にポリアルキレングリコール鎖が挟まれている構造を有する。
Alkyl sulfate (AS) is a salt of an ester of a higher alcohol and sulfuric acid. Since AS has a weaker protein denaturing effect than LA and has the highest biodegradability next to higher fatty acid salts (soap), it is blended in kitchen detergents, shampoos, dentifrices and the like. As AS, sodium dodecyl sulfate can be mentioned.
Alkyl ether sulfate sodium (AES) has a structure in which a polyalkylene glycol chain is sandwiched between an alkyl group of AS and a sulfate base.
ジアルキルスルホコハク酸塩は、コハク酸のジ長鎖アルキルエステルのコハク酸がスルホン酸基に置換されている界面活性剤であり、例えば、スルホコハク酸ジオクチル(DSS)を挙げることができる。
リグニンスルホン酸塩は、リグニン分解物にスルホン酸基が結合した界面活性剤である。リグニンとは、フェノール化合物が互いに結合した高分子化合物であり、リグニン分解物は、リグニンが分解して低分子量化した化合物をいう。
The dialkyl sulfosuccinate is a surfactant in which the succinic acid of the dilong alkyl ester of succinic acid is replaced with a sulfonic acid group, and examples thereof include dioctyl sulfosuccinate (DSS).
Lignin sulfonate is a surfactant in which a sulfonic acid group is bonded to a lignin decomposition product. Lignin is a high molecular weight compound in which phenol compounds are bonded to each other, and a lignin decomposition product is a compound in which lignin is decomposed to reduce the molecular weight.
本発明に係る静電複合体としては、ゲル化能のために、ポリεリジンがスルホン酸基含有陰イオン界面活性剤により十分に改質されているものが好適である。より具体的には、静電複合体を構成するスルホン酸基含有陰イオン界面活性剤の割合が、ポリεリジンを構成するリジンの側鎖α-アミノ基に対して0.50倍モル以上または0.60倍モル以上であることが好ましく、0.70倍モル以上または0.80倍モル以上であることがより好ましく、0.90モル倍以上または0.95倍モル以上であることがよりさらに好ましく、0.98倍モル以上が特に好ましい。ポリεリジンを構成するリジンとスルホン酸基含有陰イオン界面活性剤を等モルまたは略等モル含む静電複合体が好適である。 As the electrostatic composite according to the present invention, one in which polyεlysine is sufficiently modified with a sulfonic acid group-containing anionic surfactant is preferable because of its gelling ability. More specifically, the proportion of the sulfonic acid group-containing anionic surfactant constituting the electrostatic complex is 0.50 times by mole or more with respect to the side chain α-amino group of the lysine constituting the polyε lysine. It is preferably 0.60 times or more, more preferably 0.70 times or more or 0.80 times or more, and more preferably 0.90 times or more or 0.95 times or more. More preferably, 0.98 times mol or more is particularly preferable. An electrostatic composite containing ismomol or substantially equimolar of lysine constituting polyεlysine and a sulfonic acid group-containing anionic surfactant is suitable.
スルホン酸基含有陰イオン界面活性剤は、一種のみ用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよいが、静電複合体の性質の均一性から一種のみ用いることが好ましい。 The sulfonic acid group-containing anionic surfactant may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use only one of them because of the uniformity of the properties of the electrostatic complex.
本発明の静電複合体は、溶媒中、ポリεリジンとスルホン酸基含有陰イオン界面活性剤を混合するのみで、極めて容易に製造できる。ここで使用する溶媒としては、水が好適である。原料であるポリεリジンとスルホン酸基含有陰イオン界面活性剤を良好に溶解できるからであり、また、目的化合物である静電複合体は水に対して不溶性であることから、反応後における目的物の単離精製に便利だからである。但し、スルホン酸基含有陰イオン界面活性剤の水溶性などによっては、反応液に対するそれらの溶解性を高めるために、メタノールやエタノールなどのアルコール;THFなどのエーテル;ジメチルホルムアミドやジメチルアセトアミドなどのアミドなどの水溶性有機溶媒を反応液に添加してもよい。しかし、反応終了後における静電複合体の分離を考慮すれば、溶媒としては水のみを用いることが好ましい。 The electrostatic composite of the present invention can be produced extremely easily only by mixing polyεlysine and a sulfonic acid group-containing anionic surfactant in a solvent. Water is suitable as the solvent used here. This is because the raw material polyεlysin and the sulfonic acid group-containing anionic surfactant can be satisfactorily dissolved, and since the electrostatic complex as the target compound is insoluble in water, the purpose after the reaction is This is because it is convenient for isolating and purifying substances. However, depending on the water solubility of the sulfonic acid group-containing anionic surfactant, alcohols such as methanol and ethanol; ethers such as THF; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide may be used to enhance their solubility in the reaction solution. A water-soluble organic solvent such as may be added to the reaction solution. However, considering the separation of the electrostatic complex after the reaction is completed, it is preferable to use only water as the solvent.
本発明の静電複合体は水不溶性であることから、水溶媒から容易に分離できるため、反応液における各成分の濃度は特に制限されない。例えば、反応液におけるポリεリジンの濃度を0.1質量%以上、10質量%以下程度、スルホン酸基含有陰イオン界面活性剤の濃度を0.1質量%以上、10質量%以下程度とすることができる。上記ポリεリジン濃度としては、0.5質量%以上がより好ましく、また、5質量%以下がより好ましく、2質量%以下がよりさらに好ましい。上記スルホン酸基含有陰イオン界面活性剤の濃度としては、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がよりさらに好ましく、また、5質量%以下がより好ましく、2質量%以下がよりさらに好ましい。 Since the electrostatic complex of the present invention is water-insoluble, it can be easily separated from the water solvent, so that the concentration of each component in the reaction solution is not particularly limited. For example, the concentration of polyεlysine in the reaction solution is about 0.1% by mass or more and about 10% by mass or less, and the concentration of the sulfonic acid group-containing anionic surfactant is about 0.1% by mass or more and about 10% by mass or less. be able to. The polyεlysine concentration is more preferably 0.5% by mass or more, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 2% by mass or less. The concentration of the sulfonic acid group-containing anionic surfactant is more preferably 0.5% by mass or more, further preferably 1% by mass or more, still more preferably 5% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. More preferred.
反応条件に関しては、反応液を加温してもよいが、常温でも反応は進行する。また、ポリεリジンとスルホン酸基含有陰イオン界面活性剤とを十分に相互作用させるには、反応時間を10分間以上、10時間以下程度とすることができ、30分間以上、5時間以下程度がより好ましい。 Regarding the reaction conditions, the reaction solution may be heated, but the reaction proceeds even at room temperature. Further, in order to sufficiently interact the polyεlysine with the sulfonic acid group-containing anionic surfactant, the reaction time can be 10 minutes or more and 10 hours or less, and 30 minutes or more and 5 hours or less. Is more preferable.
本発明の静電複合体は水不溶性であることから、濾過や遠心分離などにより水溶媒から容易に分離することができる。また、分離した静電複合体は、水で洗浄することにより、過剰に用いたポリεリジンまたはスルホン酸基含有陰イオン界面活性剤、その他の副生塩などを除去することも可能である。また、水溶媒は、アセトンなどで洗浄することにより簡便に除去できる。分離された静電複合体は、減圧乾燥や凍結乾燥などの常法により乾燥することが好ましい。静電複合体の乾燥度合いが高いほど、ゲル化能が高くなる。乾燥度合いとしては、例えば、カールフィッシャー法で測定した水分含量として2.0質量%以下が好ましく、1.0質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下がよりさらに好ましい。当該水分含量は少ない程良いが、当該水分含量としては0質量%以上とすることができ、0.01質量%以上とすることができる。 Since the electrostatic composite of the present invention is water-insoluble, it can be easily separated from the water solvent by filtration, centrifugation or the like. In addition, the separated electrostatic complex can be washed with water to remove excess polyεlysine, a sulfonic acid group-containing anionic surfactant, and other by-products. Further, the aqueous solvent can be easily removed by washing with acetone or the like. The separated electrostatic complex is preferably dried by a conventional method such as vacuum drying or freeze drying. The higher the degree of drying of the electrostatic complex, the higher the gelling ability. As for the degree of drying, for example, the water content measured by the Karl Fischer method is preferably 2.0% by mass or less, more preferably 1.0% by mass or less, still more preferably 0.5% by mass or less. The smaller the water content, the better, but the water content can be 0% by mass or more, and 0.01% by mass or more.
本発明の静電複合体は、少なくともポリεリジンが生分解性を示す上に、有機溶媒に対する親和性を示す。特に、有機溶媒を吸収してゲル化する性質を有する。かかる有機溶媒は、常温常圧下で液状である水以外の溶媒をいい、例えば、非水溶性で脂溶性の高いものを用いることができ、非極性有機溶媒を用いることができる。本発明で用い得る有機溶媒は特に制限されないが、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化脂肪族炭化水素溶媒;メタノール、エタノール、イソプロパノール、1-ブタノール、1-ペンタノール、1-ヘキサノールなどのアルコール系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒;n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒;クロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素溶媒;ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒;ギ酸、酢酸などの有機酸系溶媒;植物由来のエッセンシャルオイル;トリパルミトイルグリセロールなどのトリアシルグリセロールを挙げることができる。 In the electrostatic complex of the present invention, at least polyεlysine exhibits biodegradability and affinity for organic solvents. In particular, it has the property of absorbing organic solvents and gelling. The organic solvent refers to a solvent other than water, which is liquid under normal temperature and pressure, and for example, a water-insoluble and highly lipophilic solvent can be used, and a non-polar organic solvent can be used. The organic solvent that can be used in the present invention is not particularly limited, and is, for example, a halogenated aliphatic hydrocarbon solvent such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride; methanol, ethanol, isopropanol, 1-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol. Alcohol-based solvents such as; ether-based solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran; ketone-based solvents such as acetone and methyl ethyl ketone; aliphatic hydrocarbon solvents such as n-pentane, n-hexane and n-heptane; benzene, toluene, xylene and the like. Aromatic hydrocarbon solvents; Halogenized aromatic hydrocarbon solvents such as chlorobenzene; Ester solvents such as propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate; Amido solvents such as dimethylformamide and dimethylacetamide; Examples thereof include sulfoxide-based solvents; organic acid-based solvents such as formic acid and acetic acid; plant-derived essential oils; and triacylglycerols such as triparmitoylglycerol.
なお、本発明の静電複合体は、事実上、最大で自重の60質量倍の有機溶媒を包含してゲル化することができる。但し、オルガノゲルとしての利用や強靭性などの物性を加味すると、30質量倍程度の有機溶媒を包含させるのが特に好ましい。また、本発明の静電複合体は、保湿性を有しながらも水溶性や過剰な吸水性を示さない。さらに、明確な融点を有し且つ融点と熱分解開始点が十分に離れていることから加熱成形が可能である。よって、生分解性のプラスチック材料として利用することが可能であり、従来の石油由来の材料にとって代わり得るものである。 The electrostatic complex of the present invention can be effectively gelled by containing an organic solvent having a maximum weight of 60 times by mass. However, considering the use as an organogel and physical characteristics such as toughness, it is particularly preferable to include an organic solvent having a mass of about 30 times by mass. In addition, the electrostatic complex of the present invention has moisturizing properties but does not show water solubility or excessive water absorption. Further, since it has a clear melting point and the melting point and the pyrolysis starting point are sufficiently separated from each other, heat molding is possible. Therefore, it can be used as a biodegradable plastic material and can replace the conventional petroleum-derived material.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples as well as the present invention, and appropriate modifications are made to the extent that it can meet the purposes of the preceding and the following. Of course, it is possible to carry out, and all of them are included in the technical scope of the present invention.
実施例1: ポリεリジンイオンコンプレックス(PELIC)の作製
ポリεリジン(JNC株式会社より譲渡)を水に溶解し、25%ポリεリジン水溶液を調製した。当該水溶液5.0mLを分取し、ポリεリジンのアミノ基と塩化物イオンが等モルとなるように12N塩酸813.0μLを添加後、さらに同塩酸437.0μLを添加することで、20%カチオン化ポリεリジン水溶液を調整した。当該水溶液のカチオン化ポリεリジンの濃度は1.25g/6.25mLとなる。当該20%カチオン化ポリεリジン水溶液1.0mLを分取し、さらに蒸留水19.0mLを添加して、1%カチオン化ポリεリジン水溶液20.0mLを調製した。当該水溶液には、カチオン化ポリεリジンが200.0mg含まれる。
カチオン化ポリεリジンのアミノ基とラウリル硫酸ナトリウム(SDS)が等モルとなるように、SDSの50.0mg/20.0mL水溶液と上記カチオン化ポリεリジン水溶液を常温で混和した後、1時間静置した。当該反応混合物を、8,000rpm、25℃で10分間遠心後、上清を捨て、沈殿物を1.5mL容エッペンチューブに100~130mgずつ詰め、減圧乾燥機を用いて常温で24時間乾燥させた。以下、得られた乾燥物を「SDS型PELIC」という。
乾燥して得られたSDS型PELICの反応効率を算出した。具体的には、ポリεリジ
ンとそのカウンターパートナーであるSDSが完全に反応した場合の理論重量で実際に得られた反応後乾燥重量を除算した。その結果、SDS型PELICの反応効率は約95%であった。反応後の回収損失分を考慮すると、SDS型PELICの反応効率は事実上100%に達するものと推察される。そのため、SDS型PELICは、完全修飾タイプのイオンコンプレックスであることが示唆された。
Example 1: Preparation of poly-ε-lysine ion complex (PELIC) Poly-ε-lysine (transferred from JNC Corporation) was dissolved in water to prepare a 25% poly-ε-lysine aqueous solution. Take 5.0 mL of the aqueous solution, add 813.0 μL of 12N hydrochloric acid so that the amino group of polyεlysine and chloride ion are equimolar, and then add 437.0 μL of the same hydrochloric acid to make 20%. An aqueous solution of cationized polyεlysine was prepared. The concentration of cationized polyεlysine in the aqueous solution is 1.25 g / 6.25 mL. 1.0 mL of the 20% cationized poly ε lysine aqueous solution was separated, and 19.0 mL of distilled water was further added to prepare 20.0 mL of the 1% cationized poly ε lysine aqueous solution. The aqueous solution contains 200.0 mg of cationized polyεlysine.
1 hour after mixing the 50.0 mg / 20.0 mL aqueous solution of SDS and the above cationized polyεlysine aqueous solution at room temperature so that the amino group of the cationized polyεlysine and sodium lauryl sulfate (SDS) are equimolar. It was left still. The reaction mixture is centrifuged at 8,000 rpm at 25 ° C. for 10 minutes, the supernatant is discarded, the precipitate is packed in a 1.5 mL Eppen tube in an amount of 100 to 130 mg each, and dried at room temperature for 24 hours using a vacuum dryer. rice field. Hereinafter, the obtained dried product is referred to as "SDS type PELIC".
The reaction efficiency of the SDS-type PELIC obtained by drying was calculated. Specifically, the post-reaction dry weight actually obtained was divided by the theoretical weight when polyεlysine and its counter partner SDS completely reacted. As a result, the reaction efficiency of the SDS type PELIC was about 95%. Considering the recovery loss after the reaction, it is estimated that the reaction efficiency of the SDS-type PELIC reaches virtually 100%. Therefore, it was suggested that the SDS type PELIC is a fully modified type ion complex.
実施例2: PELICのゲル化に与える乾燥程度の影響
SDS型PELICのゲル化能が乾燥程度の影響を受けるか否かに関して実験を行った。上記実施例1において、乾燥時間を0時間から24時間、さらには最長120時間とした以外は同様にして、SDS型PELICを作製した。各SDS型PELIC10mgを2mL容バイアル瓶に入れ、各SDS型PELICの30質量倍のクロロホルムを添加した。常温で静置した後、バイアルを逆さにし、混合物が落下しない場合はゲル化していると判断した。
実験の結果、乾燥時間が2時間までは完全なゲルを形成できず、混合物は半ゲル様の流動性を示すことが確認された。乾燥時間が3時間以上12時間未満ではゲル化するものの、ゲル化に要する時間が1時間を下回ることはなかった。しかし、乾燥時間が12時間以上の場合では1時間以内でゲル化し、24時間では10~30分以内でゲル化した。また、乾燥時間が120時間の場合も24時間と同様であった。
以上の結果の通り、十分に乾燥して水分を除去するほどPELICのゲル化能力を引き出す上で有効であるとともに、120時間という過剰乾燥にもかかわらず十分なゲル化能を保持していたことは乾燥に強い強靭な構造を有していると考えられる。
Example 2: Effect of degree of drying on gelation of PELIC An experiment was conducted on whether or not the gelling ability of SDS-type PELIC was affected by the degree of drying. In Example 1, the SDS type PELIC was produced in the same manner except that the drying time was set to 0 to 24 hours and further to a maximum of 120 hours. 10 mg of each SDS-type PELIC was placed in a 2 mL vial, and 30% by mass of chloroform was added to each SDS-type PELIC. After allowing to stand at room temperature, the vial was turned upside down, and if the mixture did not fall, it was judged to be gelled.
As a result of the experiment, it was confirmed that a complete gel could not be formed until the drying time was 2 hours, and the mixture showed semi-gel-like fluidity. When the drying time was 3 hours or more and less than 12 hours, gelation occurred, but the time required for gelation did not fall below 1 hour. However, when the drying time was 12 hours or more, gelation occurred within 1 hour, and when the drying time was 24 hours, gelation occurred within 10 to 30 minutes. Further, when the drying time was 120 hours, it was the same as 24 hours.
As shown in the above results, the more sufficiently dried to remove water, the more effective it was in drawing out the gelling ability of PELIC, and the sufficient gelling ability was maintained despite the excessive drying of 120 hours. Is considered to have a tough structure that is resistant to drying.
試験例1: SDS型PELICの最大膨潤量
上記実施例2によりSDS型PELICが自重量の30質量倍程度までクロロホルムを含んでゲル化することは明らかとなっていたが、最大何倍程度までゲル化が可能であるかについて実験を行った。上記実施例2において、乾燥時間が24時間または120時間のSDS型PELICを用い、クロロホルム添加量の下限をSDS型PELIC質量の30倍、上限を100倍に設定して、10倍毎にゲル化時間とゲル形成の有無を確認した。その結果、60質量倍のクロロホルムを添加した場合であっても、静置時間の1時間でゲルが形成された。しかし70質量倍以上では、バイアルを逆さまに置くとPELICが落下した。本実験において、乾燥時間が24時間であるPELICと120時間のPELICとの間では、同様の結果が得られたのみであった。
Test Example 1: Maximum swelling amount of SDS-type PELIC From Example 2 above, it was clarified that SDS-type PELIC contained chloroform up to about 30 times by mass of its own weight and gelled, but gel up to about several times. An experiment was conducted to see if it could be converted. In Example 2 above, using an SDS-type PELIC having a drying time of 24 hours or 120 hours, the lower limit of the amount of chloroform added is set to 30 times the mass of the SDS-type PELIC and the upper limit is set to 100 times, and gelation is performed every 10 times. The time and the presence or absence of gel formation were confirmed. As a result, even when 60% by mass of chloroform was added, a gel was formed in 1 hour of the standing time. However, at 70 mass times or more, PELIC dropped when the vial was placed upside down. In this experiment, only similar results were obtained between PELIC with a drying time of 24 hours and PELIC with a drying time of 120 hours.
試験例2: ゲル化の限界反復回数
SDS型PELICについて、再ゲル化回数に関する実験を行った。SDS型PELICに対して30質量倍のクロロホルムを添加し、ゲル化した時点でバイアルのキャップを開け、常温で静置した。同様の操作を毎日定刻に行い、その前にクロロホルムが完全に揮発しているか否か確認するために質量を測定した。
実験の結果、繰り返しゲル化させることでゲル化時間が遅延していく傾向にあり、9回目ではゲル化形成を確認できなくなった。但し、本実験において使用したSDS型PELICとしては、1度ゲル化させた後に常温で2週間放置したものを使用している。従って、通常環境下においても、最低8回程度は繰り返しゲル化させられることが示唆された。
Test Example 2: Limit number of repetitions of gelation For SDS type PELIC, an experiment on the number of regelation was performed. Chloroform was added 30 times by mass with respect to SDS-type PELIC, and when gelled, the cap of the vial was opened and the mixture was allowed to stand at room temperature. A similar operation was performed on a regular basis each day, prior to which the mass was measured to see if chloroform was completely volatilized.
As a result of the experiment, the gelation time tended to be delayed by repeated gelation, and the gelation formation could not be confirmed at the 9th time. However, as the SDS type PELIC used in this experiment, one that has been gelled once and then left at room temperature for 2 weeks is used. Therefore, it was suggested that the gel could be repeatedly gelled at least 8 times even in a normal environment.
試験例3: クロロホルム保持時間
SDS型PELIC10.0mgを外径15×高さ40×口内径7.4(mm)のコレクションバイアル(IWAKI社製)に入れ、さらにクロロホルム200.0μL(約300.0mg)を添加して混和した後、蓋を閉めないまま常温で放置し、クロロホルムの揮発による質量変化を経時的に記録した。対照区としてクロロホルム単独でも同様に実験を行った。結果を図1に示す。
図1に示す結果の通り、クロロホルム単独の場合、常温条件下では平均約2.1mg/
minの速度で質量が減少し、2時間後にはすべて揮発した。一方、最大で自重量の約60倍程度までクロロホルムを含んでゲル化するSDS型PELICの場合、同一条件下において、クロロホルム量が15倍程度になるまではクロロホルム単独の場合と変わらない程度の速度で質量が減少したが、それ以降は緩やかな減少速度に転じた。最終的にすべてのクロロホルムが揮発するまで12時間を要したことから、SDS型PELICは顕著なクロロホルム保持能力を備えていることが明らかとなった。
Test Example 3: Chloroform retention time SDS type PELIC 10.0 mg is placed in a collection vial (manufactured by IWAKI) having an outer diameter of 15 × height of 40 × mouth inner diameter of 7.4 (mm), and further 200.0 μL of chloroform (about 300.0 mg) is placed. ) Was added and mixed, and then the mixture was left at room temperature without closing the lid, and the change in mass due to the volatilization of chloroform was recorded over time. The same experiment was performed with chloroform alone as a control group. The results are shown in FIG.
As shown in the results shown in FIG. 1, in the case of chloroform alone, the average is about 2.1 mg / under normal temperature conditions.
The mass decreased at a rate of min and all volatilized after 2 hours. On the other hand, in the case of SDS-type PELIC that gels by containing chloroform up to about 60 times its own weight, the speed is about the same as that of chloroform alone until the amount of chloroform becomes about 15 times under the same conditions. The mass decreased in, but after that, it turned to a gradual decrease rate. It took 12 hours for all chloroform to finally volatilize, demonstrating that the SDS-type PELIC has a remarkable chloroform-retaining ability.
比較例1: SDS単独のゲル化能
SDS型PELICのゲル化能はポリεリジンとSDSとのイオンコンプレックスに由来するものか否かにつき、確認の実験を行った。上記のSDS型PELICは完全修飾タイプなので、10.0mg中にはその質量比から6.9mgのSDSが含まれている。そこでSDS6.9mgを外径15×高さ40×口内径7.4(mm)のコレクションバイアル(IWAKI社製)に量り取り、クロロホルム200.0μLを添加した上で蓋を閉め、経過を観察した。
その結果、24時間後も変化はなく、閉鎖系においてクロロホルムが揮発するまで観察したが、終始ゲル化する様子はなかった。ポリεリジンがそもそもクロロホルムと任意の割合で溶けないことから、SDS型PELICのゲル化能はSDS型PELIC特有の能力であることが明らかになった。
Comparative Example 1: Gelling ability of SDS alone An experiment was conducted to confirm whether the gelling ability of SDS-type PELIC was derived from the ion complex of polyεlysine and SDS. Since the above SDS type PELIC is a completely modified type, 10.0 mg contains 6.9 mg of SDS from its mass ratio. Therefore, 6.9 mg of SDS was weighed into a collection vial (manufactured by IWAKI) having an outer diameter of 15 × height of 40 × inner diameter of 7.4 (mm), and after adding 200.0 μL of chloroform, the lid was closed and the progress was observed. ..
As a result, there was no change even after 24 hours, and observation was made until chloroform volatilized in the closed system, but gelation did not appear from beginning to end. Since polyεlysine is insoluble in chloroform in any proportion, it was clarified that the gelling ability of SDS-type PELIC is a unique ability of SDS-type PELIC.
試験例4: 葉緑素を利用した電子授受反応場の形成
クロロフィルa粉末1.4mgにクロロホルム4.0mLを添加し、0.035%のクロロフィルa溶液を調製した。バイアルにSDS型PELIC10.0mgを入れ、さらに当該クロロフィルa溶液200.0μLを添加し、暗所にて静置した。30分経過後、バイアルを逆さまにしてもクロロフィルa溶液を吸収してゲル化し、混合物が落下しないことを確認した。
ゲル化直後の外観写真を図2(a)に示す。ゲル化が確認された後、暗所と明所にそれぞれ静置し、12時間後、再度写真を撮影した。暗所で静置したゲルの外観写真を図2(b)に、明所で静置したゲルの外観写真を図2(c)に示す。
図2(b)の通り、暗所に本発明ゲルを静置しても色の変化は認められなかったが、図2(c)の通り、明所に本発明ゲルを静置した場合にはクロロフィル特有の深緑色から褐色に変化した。
クロロフィルは葉緑体の膜中に存在し、光エネルギーを効率良く吸収して化学エネルギーに変換し、二酸化炭素と水から炭水化物と酸素を生成する光合成において重要な役割を果たす。しかしクロロフィルはクロロホルムなどの有機溶媒に溶解する一方で水には不溶であるため、水を溶媒とする一般的なバイオ技術への応用には問題があった。それに対して、本実験結果によれば明所でクロロフィルの色変化が確認できたことから、クロロフィルが光を吸収して分解、即ちマグネシウムの脱離が生じていることが示唆された。このように本発明に係るオルガノゲルは、クロロフィルなどの非水溶性化合物や膜タンパク質などの反応場となるため、水不溶性バイオ機能材料の画期的な利用手段になる可能性を有する。
Test Example 4: Formation of electron transfer reaction field using chlorophyll 4.0 mL of chloroform was added to 1.4 mg of chlorophyll a powder to prepare a 0.035% chlorophyll a solution. 10.0 mg of SDS type PELIC was placed in a vial, 200.0 μL of the chlorophyll a solution was further added, and the mixture was allowed to stand in a dark place. After 30 minutes, even if the vial was turned upside down, the chlorophyll a solution was absorbed and gelled, and it was confirmed that the mixture did not fall.
A photograph of the appearance immediately after gelation is shown in FIG. 2 (a). After the gelation was confirmed, the cells were allowed to stand in a dark place and a bright place, respectively, and 12 hours later, the photographs were taken again. A photograph of the appearance of the gel left in a dark place is shown in FIG. 2 (b), and a photograph of the appearance of the gel left in a bright place is shown in FIG. 2 (c).
As shown in FIG. 2 (b), no change in color was observed even when the gel of the present invention was allowed to stand in a dark place, but as shown in FIG. 2 (c), when the gel of the present invention was allowed to stand in a bright place. Changed from dark green peculiar to chlorophyll to brown.
Chlorophyll is present in the chloroplast membrane and plays an important role in photosynthesis, which efficiently absorbs light energy and converts it into chemical energy, producing carbohydrates and oxygen from carbon dioxide and water. However, since chlorophyll is soluble in an organic solvent such as chloroform but insoluble in water, there is a problem in its application to general biotechnology using water as a solvent. On the other hand, according to the results of this experiment, the color change of chlorophyll was confirmed in the bright place, suggesting that chlorophyll absorbs light and decomposes, that is, the desorption of magnesium occurs. As described above, the organogels according to the present invention can be used as a reaction field for water-insoluble compounds such as chlorophyll and membrane proteins, and thus have the potential to be an epoch-making means for utilizing water-insoluble biofunctional materials.
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