JP7191341B2 - 乳酸除去方法および乳酸除去装置 - Google Patents
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Description
[M2+ 1-XM3+ x(OH)2][An- x/n・yH2O]
上記式中、M2+は、Cu2+、Mn2+、Mg2+、Fe2+、Ca2+、Ni2+、Zn2+、Co2+およびCd2+からなる群から選択される2価の金属イオンである。M3+は、Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+、In3+、Mn3+およびV3+からなる群から選択される3価の金属イオンである。An-は、CO3 2-、SO4 2-、Cl-、OH-、SiO4 4-、SO4 2-およびNO3 -からなる群から選択されるn価の陰イオンである。xは0.22~0.3であり、nは1~3であり、yは1~12である。
本実施の形態に係る乳酸の除去方法は、上述した乳酸吸着剤を乳酸(乳酸イオン)に接触させることを含む。好ましくは、乳酸を含有する溶液に乳酸吸着剤を接触させることを含む。乳酸吸着剤を乳酸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、実施の形態に係る乳酸の除去方法を説明するための模式図である。以下では、培養液からの乳酸除去を例に挙げて説明するが、他の溶液からの乳酸除去についても同様に実施することができる。
[乳酸吸着剤の合成]
(層状複水酸化物Cu-Al LDHの合成)
まず、イオン交換水の入った五口丸底フラスコを用意し、窒素流通下において30℃、300rpmの条件で撹拌した。また、1.0mol/L NaOH溶液(関東化学社)をイオン交換水に滴下し、pH8.0に上昇させた。次に、五口丸底フラスコを30℃、300rpmの条件で撹拌しながら、Cu-Al混合溶液250mLを10mL/分の速度でイオン交換水に滴下した。その際、1.0mol/L NaOH溶液もフラスコ中に滴下し、水溶液のpHを8.0に保持した。Cu-Al混合溶液の滴下が終了した後、1時間撹拌し、懸濁液を吸引ろ過した。続いて、ろ液が中性になるまでイオン交換水で洗浄した。得られた生成物を40℃、40時間減圧乾燥し、粉砕してCu-Al LDHを得た。
上述の手順で作製したCu-Al LDHを電気炉で200℃、4時間仮焼して、Cu-Al LDOを得た。
まず、Na2CO3水溶液500mLの入った五口丸底フラスコを用意した。そして、30℃、300rpmの条件で撹拌した。撹拌中に、Mg-Al混合溶液500mLを15mL/分の速度でフラスコ中の水溶液に滴下した。その際、1.25 mol/L NaOH水溶液もフラスコ中に滴下し、水溶液のpHを10.5±0.1に保持した。Mg-Al混合溶液の滴下が終了した後、1時間撹拌し、懸濁液を吸引ろ過した。得られた生成物を40℃、40時間減圧乾燥、粉砕した後、電気炉で500℃、2時間仮焼して、Mg-Al LDOを得た。
まず、イオン交換水の入った五口丸底フラスコを用意した。そして、窒素流通下において30℃、300rpmの条件で撹拌した。撹拌中に、Mg-Al混合溶液500mLを15mL/分の速度でフラスコ中のイオン交換水に滴下した。その際、1.25 mol/L NaOH水溶液もフラスコ中に滴下し、水溶液のpHを10.5±0.1に保持した。Mg-Al混合溶液の滴下が終了した後、1時間撹拌し、懸濁液を吸引ろ過した。得られた生成物を40℃、40時間減圧乾燥、粉砕して、Mg-Al LDHを得た。
まず、イオン交換水の入った五口丸底フラスコを用意した。そして、窒素流通下において30℃、300rpmの条件で撹拌した。また、1.0mol/L NaOH溶液(関東化学社)をイオン交換水に滴下し、pH10.5に上昇させた。次に、五口丸底フラスコを30℃、300rpmの条件で撹拌しながら、Ni-Al混合溶液250mLを10mL/分の速度でイオン交換水に滴下した。その際、1.0mol/L NaOH溶液もフラスコ中に滴下し、水溶液のpHを10.5に保持した。Ni-Al混合溶液の滴下が終了した後、1時間撹拌し、懸濁液を吸引ろ過した。続いて、ろ液が中性になるまでイオン交換水で洗浄した。得られ生成物を40℃、40時間減圧乾燥し、粉砕してNi-Al LDHを得た。
乳酸(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、乳酸濃度10mMの水溶液を作製した。さらに、この水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、水溶液のpHを7.2に調整した。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。
吸着率(%)=[吸着前濃度-吸着後濃度]/吸着前濃度×100
多能性幹細胞用培地(StemFit AK02N:味の素社)に乳酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬社)を添加し、グルコース濃度250mg/dL、乳酸濃度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、各種の吸着剤を各チューブの培地に添加した。吸着剤には、Cu-Al LDH、Cu-Al LDOおよびMg-Al LDOを用いた。吸着剤の添加量(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。そして、37℃、60回/分で24時間振とうした。
上述の解析1で用いなかった層状複水酸化物Mg-Al LDHおよびNi-Al LDHについて、吸着剤性能の解析を実施した。まず、乳酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬社)とグルコース(関東化学社)とをそれぞれ純水に添加し、乳酸濃度10mMの乳酸水溶液と、グルコース濃度1000ppmのグルコース水溶液とを作製した。そして、各水溶液20mLを別々の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。吸着剤には、Mg-Al LDHおよびNi-Al LDHを用いた。
多能性幹細胞用培地(StemFit AK02N:味の素社)に乳酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬社)を添加し、グルコース濃度250mg/dL、乳酸濃度10mMの培地を作製した。この培地10mLを複数の15mLチューブ(ThermoFisher Scientific社)に分注した。また、各種の吸着剤を各チューブの培地に添加した。吸着剤には、Mg-Al LDHおよびNi-Al LDHを用いた。吸着剤の添加量(濃度)は、0.25g(0.025g/mL)とした。そして、37℃、60回/分で24時間振とうした。
[乳酸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1]
乳酸リチウム(富士フィルム和光純薬社)とグルコース(関東化学社)とを純水に添加し、乳酸濃度10mM、グルコース濃度1000ppmの水溶液を作製した。この水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、水溶液のpHを7.2に調整した。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。
酸化金属:
α-Fe2O3(添川理化学社)
γ-Fe2O3(添川理化学社)
Al2O3(関東化学社)
Al(OH)3(関東化学社)
弱塩基性陰イオン交換樹脂:
スチレン系ポリアミン型 WA20(三菱ケミカル社)
スチレン系ジメチルアミン型 WA30(三菱ケミカル社)
アクリル系ジメチルアミン型 IRA67(オルガノ社)
スチレン系ジメチルアミン型 IRA96SB(オルガノ社)
強塩基性陰イオン交換樹脂:
スチレン系トリメチルアンモニウム型 SA10A(三菱ケミカル社)
スチレン系ジメチルエタノールアンモニウム型 SA20A(三菱ケミカル社)
上述の解析1で良好な乳酸吸着能を示したWA30、IRA96SB、SA10AおよびSA20Aについて、水溶液への添加量(濃度)を異ならせて上記の吸着試験を実施し、乳酸吸着率およびグルコース吸着率を算出した。濃度は、0.01g(0.0005g/mL)、0.1g(0.005g/mL)、0.5g(0.025g/mL)、2.0g(0.1g/mL)とした。
多能性幹細胞用培地(StemFit AK02N:味の素社)に乳酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬社)を添加し、グルコース濃度250mg/dL、乳酸濃度10mMの培地を作製した。この培地10mLを複数の15mLチューブ(ThermoFisher Scientific社)に分注した。また、各種の吸着剤を各チューブの培地に添加した。吸着剤には、WA30およびSA10Aを用いた。吸着剤の添加量(濃度)は、0.005g(0.0005g/mL)、0.05g(0.005g/mL)、0.25g(0.025g/mL)、0.5g(0.05g/mL)、1.0g(0.1g/mL)、2.0g(0.2g/mL)とした。そして、37℃、60回/分で24時間振とうした。
Claims (16)
- Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物およびMg-Al系層状複酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤を乳酸およびグルコースを含有する溶液に接触させて、前記溶液中の乳酸を吸着することを含む、
乳酸除去方法。 - 前記溶液は、細胞または微生物の培養液である、
請求項1に記載の乳酸除去方法。 - 前記乳酸吸着剤は、前記Cu-Al系層状複水酸化物、前記Mg-Al系層状複水酸化物、前記Ni-Al系層状複水酸化物、前記Cu-Al系層状複酸化物および前記Mg-Al系層状複酸化物からなる群から選択される一種のみで構成される、
請求項1または2に記載の乳酸除去方法。 - Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物、Mg-Al系層状複酸化物、スチレン系ジメチルアミノ基を有するハイポーラス型の弱塩基性陰イオン交換樹脂およびスチレン系ジメチルアミノ基を有するMR型の弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤を、乳酸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て、前記培養液中の乳酸を吸着することを含む、
乳酸除去方法。 - 前記乳酸吸着剤は、Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物、Mg-Al系層状複酸化物、スチレン系ジメチルアミノ基を有するハイポーラス型の弱塩基性陰イオン交換樹脂およびスチレン系ジメチルアミノ基を有するMR型の弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる群から選択される一種のみで構成される、
請求項4に記載の乳酸除去方法。 - 前記乳酸吸着剤の添加量は、0.0005g/mL超0.2g/mL未満である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の乳酸除去方法。
- 乳酸およびグルコースを含有する溶液を収容する容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物およびMg-Al系層状複酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤を有する吸着モジュールと、
前記容器および前記吸着モジュールをつなぎ、前記溶液を前記容器および前記吸着モジュールの間で循環させる循環路と、を備える、
乳酸除去装置。 - 乳酸およびグルコースを含有する溶液を収容する容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物およびMg-Al系層状複酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤であって、前記容器の内壁面に支持される乳酸吸着剤と、を備える、
乳酸除去装置。 - 乳酸およびグルコースを含有する溶液を収容する容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物およびMg-Al系層状複酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤と、
前記容器内を前記乳酸吸着剤が収容される第1空間と前記溶液が収容される第2空間とに区画するとともに前記溶液が透過可能な隔膜と、を備える、
乳酸除去装置。 - 乳酸およびグルコースを含有する溶液を収容する容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物およびMg-Al系層状複酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤であって、前記溶液に添加される乳酸吸着剤と、を備える、
乳酸除去装置。 - 前記乳酸吸着剤は、前記Cu-Al系層状複水酸化物、前記Mg-Al系層状複水酸化物、前記Ni-Al系層状複水酸化物、前記Cu-Al系層状複酸化物および前記Mg-Al系層状複酸化物からなる群から選択される一種のみで構成される、
請求項7乃至10のいずれか1項に記載の乳酸除去装置。 - 乳酸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を収容する培養容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物、Mg-Al系層状複酸化物、スチレン系ジメチルアミノ基を有するハイポーラス型の弱塩基性陰イオン交換樹脂およびスチレン系ジメチルアミノ基を有するMR型の弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤を有する吸着モジュールと、
前記培養容器および前記吸着モジュールをつなぎ、前記培養液を前記培養容器および前記吸着モジュールの間で循環させる循環路と、を備える、
乳酸除去装置。 - 乳酸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を収容する培養容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物、Mg-Al系層状複酸化物、スチレン系ジメチルアミノ基を有するハイポーラス型の弱塩基性陰イオン交換樹脂およびスチレン系ジメチルアミノ基を有するMR型の弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤であって、前記培養容器の内壁面に支持される乳酸吸着剤と、を備える、
乳酸除去装置。 - 乳酸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を収容する培養容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物、Mg-Al系層状複酸化物、スチレン系ジメチルアミノ基を有するハイポーラス型の弱塩基性陰イオン交換樹脂およびスチレン系ジメチルアミノ基を有するMR型の弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤と、
前記培養容器内を前記乳酸吸着剤が収容される第1空間と前記培養液が収容される第2空間とに区画するとともに前記培養液が透過可能な隔膜と、を備える、
乳酸除去装置。 - 乳酸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を収容する培養容器と、
Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物、Mg-Al系層状複酸化物、スチレン系ジメチルアミノ基を有するハイポーラス型の弱塩基性陰イオン交換樹脂およびスチレン系ジメチルアミノ基を有するMR型の弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の物質を含む乳酸吸着剤であって、前記培養液に添加される乳酸吸着剤と、を備える、
乳酸除去装置。 - 前記乳酸吸着剤は、Cu-Al系層状複水酸化物、Mg-Al系層状複水酸化物、Ni-Al系層状複水酸化物、Cu-Al系層状複酸化物、Mg-Al系層状複酸化物、スチレン系ジメチルアミノ基を有するハイポーラス型の弱塩基性陰イオン交換樹脂およびスチレン系ジメチルアミノ基を有するMR型の弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる群から選択される一種のみで構成される、
請求項12乃至15のいずれか1項に記載の乳酸除去装置。
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