JPH03505163A - 触媒反応並びにその実施のための担体及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １、発明の名称 触媒反応並びにその実施のための担体及び装置２、発明の詳細な説明 たんばく、ＤＮＡ構造体又は微生物のような生触媒（Ｂｉｏｋａｔａ−１ｙｓａ ｔｏｒ）を測定すべき化学物質又は生物物質と接触するために、表面にこれら生 触媒を固定することは知られている。

化学物質又は生物物質は、その物質又は反応生成物をまず反応地点から取り除き 、その地点で、最初の反応の経路を測定可能な方法で証明できる第２の反応をひ きおこすことによって間接的に測定されることもできる。この第２の反応は、最 初の反応からの抽出物（Ｅｄｕｋｔｅ）及び生成物による干渉なしに実施される 。

磁性担体上に生化学的活性物質を固定することも知られている。このような例と して次の表を示すことができる。

触媒　　担体　　　　　　　　　　出典酵素　　ポリアクリルアミド／　　　Ｌ ＫＢＬｔｄ。

酸化鉄を共存させた　　　Ｂｒｏｍｍａ　／スウェーデンアガロースーゲル 酵素　　磁性粒子（酸化鉄）　　　　Ｋｏｃｈ−Ｌｉｇｈｔ　　研究所抗体　　 磁性粒子（希土類）　　　　５ｃａｎｄ、　Ｊ、　Ｉｍｎ＋ｕｎｏ１２２　（１ ９８５）　２０７　： Ｔｉ５ｓｕｅ　Ａｎｆｉｇｅｎｓ、２Ｂ酵素又はＤＮＡ構造体のような生体高分 子物質、微生物、その例えば多孔性ガラス（ＣＰＧ）上で固定することが知られ ている。ＣＰＧは、任意の大きさのビーズの形成を可能にするという利点を有す る。使用すべき生触媒を固定するために、ＣＰＧは例えばアミノプロピルシラン を用いて、表面変性に供させる。

酵素は例えば公知のカルボジイミド法、チオ尿素法、又はアゾ法に従った方法で 表面変性されたＣＰＧと結合することができる。当業者はこれらの技術を熟知し ている、例えばＦｉｌｂｅｒｔ。

Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｐｏｒｅ　ｇｌａｓｓｅｓ　ｆｏｒ　Ｅｎｚｙｍｅ　Ｉ ｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ、　Ｍｅｓ−ｓｉｎｇ、　ｉｍｎ＋ｏｂｉｌｉｚｅ ｄ　Ｅｎｚｙｍｃｓ　ｆｏｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｒｅａｃｔｏｒｓ＋３９ −６２゜ＮＹ、　１９７５参照。

しかしながらこれまで、これら技術は満足な結果を生まなかった。というのは、 固定された生触媒で実施する方法にあっては、消費された生触媒ををする触媒担 体は除去され、新しい生触媒と入れ替えなければならないのでその生触媒の活性 が弱まったとき、中断されねばならないからである。

本発明は、このため液状媒体中、とくに水性媒体中で行われる触媒反応を提案す る。即ち担体としてのガラス粒子又はセラミック粒子、とくに多孔質ガラス（Ｃ ＰＧ）上に固定された生触媒を用い、担体粒子は、磁性又は磁性化し得る材料で あることを特徴とする方法である。

このような担体粒子は磁場によって液状媒体中に保持され得る。この方法が液状 媒体が流れる反応器中で行われれば、担体粒子は磁場を不活性化することによっ て簡単に除かれ得る。

適当な生触媒は、従来技術にあるように、抗体、レクチン、一部分、動物組織又 は植物組織のような生体である。

本発明による方法は、場合によっては表面変性されたセラミック材料又はガラス 、とくに表面にＦｅ　（ｎ　）　／Ｆｅ　（ｎ［）−混合オキシド／混合ヒドロ キシドが沈着（ｎｉｅｄｅｒｇｅｓｃｈｌａｇｅｎ）　Ｌ／た多孔質ガラスでな る担体粒子を用いて実施され得る。

さらに本発明による方法を実施するために、触媒反応の実施のための反応器、永 久磁石及び電磁石によって特徴づけられた装置が適しており、該装置において、 反応器は永久磁石の磁場に置かれ、該永久磁石は、電磁石によって磁力を失うこ とができるようになっている。

特別な実施態様によれば、本発明の装置は次のもので特定されていてもよい。

一カップ状又はドーナツ状の永久磁石及び−永久磁石の開口部を覆う、真ちゅう のような非磁性材料でできた蓋 −その場合、該蓋は永久磁石の極の間を電気的に結合する磁性化され得る部材及 び 一反応器として、永久磁石の磁場にある環状ループ（Ｌｅｉ　ｔｕｎｇｓｓ−ｃ ｈｌｅｉｆｅ）を有する。

次の各図及び実施例によって本発明をより詳細に説明する。

図１はフロラインジェクションアナリシス（ＦｌｉｅＢｉｎｊｅｋｔｉｏｎｓ− ａｎａｌｙｓｅ）　（Ｆ　Ｉ　Ａ　）の概略を示す。図２はＦＩＡを実施するた めの本発明の装置を示す。図３及び４は本発明の装置の別の実施例を示す。

図１の反応スキームの場合は、不純物、例えばコリンエステラーゼインヒビンタ ー（Ｉｎｈｉｂｉ　ｔｏｒ）に対して水の試料が試験される。このため、水試料 は、ポンプシステム４〜６のポンプによって、導管３及びバルブ１２を通って反 応器１７に供給される。この反応器中で、発見された不純物は生触媒を用いた反 応によって処理される。反応器は磁場によって磁性化され得るＣＰＧ−このＣＰ Ｇ上で例えばコリンエステラーゼが固定される一保持される不活性化され得る永 久磁石システムにおいて、夫々反応ループ（Ｒｅａｋｔｉｃｎｓｓｃｈｌｅｉｆ ｅ）又は循環ループ（Ｌｅｉ　ｔｕｎｇｓｓｃｈｌｅｉ　ｔｅ）に関するもので あってもよい。選ばれた実施例においては、固定化されたコリンエステラーゼは 探しだされた不純物によって次第に汚染される。流れはバルブ１３及び導管２０ を通って進んでいく。一定の時間経過後バルブ１２が動かされると、導管３を通 る水試料の流入は止められ、導管１を通ってポンプシステム４〜６のひとつのポ ンプによって、基質が反応器に供給されるが、この基質はまだ不活性化されてい ない生触媒による反応を受けることになる。実施例では基質はコリンエステルで ある。導管１とバルブ１１．１２を通って反応器１７に供給された基質は、液体 担体で希釈されるが、この液体担体はバルブ１１において基質と混合される。液 体担体は緩衝溶液である。反応器１７を通過した流れはバルブ１３を通って第２ 反応器２１に供給されるがこの第２の反応器において、生触媒反応（酵素反応） の反応生成物が次の反応を受けることになり、その反応の結果は、下流の検出器 ２２によって検出される。実施例では下流の反応は、反応器１７において遊離さ れたコリンをコリンオキシダーゼを用いて酸化することであり、ここで過酸化水 素が生成され、検出器２２で測定される。

消費されていない生触媒を有する担体が供給容器１４に入れられ、そこで撹拌器 １５により撹拌される。反応器】７中の生触媒が消費されると、永久磁石（図示 されていない）が不活性化され、消費された生触媒が担体流によりバルブ１３及 び導管２０を通って除去される。供給容器１４から、導管１６及びバルブ１２を 通って、消費されていない生触媒が反応器１７に供給される。

反応器１７（図１）は図２において詳細に示されている。永久磁石１００はドー ナツ形をしているので、その２つの極１０１゜１０２は、環状壁の端１０１と中 央夕゛ツブ（Ｚａｐｆｅｎ）　１０２で形成されている。この永久磁石１００は 付加的に電磁石を有しているが、ここでは、接続部１０３．１０４のみが示され ている。

永久磁石１００は図示されていない電磁石により不活性化することができる。永 久磁石１００は、磁性的に中立の材料、例えば真ちゅうからなる蓋１０５を有す る。このＭ２Ｏ３の永久磁石１００に面した側は、蓋１０５よりも直径の小さな 銅盤であって、極１０１と１０２との間の結合力を生じさせる銅盤１０６を有し ている。導管１１８は銅盤１０６の縁へ延び、さらに実際上の反応器１１７とし て銅盤１０６の周りをとり囲み、導管１１９として出ていく。この実際上の反応 器は従って銅盤１０６の周りにほぼオメガ−（Ω）形の環状ループ１１７を形成 しており、銅盤１０６の縁では蓋１０５のみぞに存在する。

図３は、基本的な形態を踏まえた、本発明の装置の他の実施態様を示す。

この態様では基板を有するものとなっている。この基板には、閉じたループのコ アを有する電磁石のコイルが磁性粒子を運ぶチューブがテーパ状の端部を有する コアにおける隙間を通ることができるようにすえつけられている。基板にすえつ けられ、チューブを受は入れるための構造を有する、非磁性材料からなるブロッ クはチューブ保持手段として用いられる。電流をオンにすることによって、磁場 は活性化され、磁気粒子はコアの隙間に保持される。電流がオフになると、粒子 は流れに沿って動き続ける。

図４は、本発明の装置のさらに別の態様を示す。この態様は基板を含んでいる。

この基板上には、永久磁石がサーボモータ（Ｓｔｅｌ　Ｉｍｏｔｏｒ）により長 手方向に前後に動くように設置されている。基板上に固定された非磁性材料から なるブロックは、後部のストッパとして働き、チューブを受は入れる構造をそな えている。ブロックの両端には、チューブをガイドにしっかりと保持するための 装置が備わっている。

磁性粒子の位置を固定するために、サーボモータをコントロールし、永久磁石が ストッパーブロックに対して動くようにする。従、って磁性粒体が流れるチュー ブは、両磁極間に集中する磁場力の直接的影響下にある。磁場の位置固定が要求 される適当な段階を実施した後は磁場はサーボモータの駆動により後退させるこ とができるので、チューブに働く磁場はなくなる。チューブの中の磁性粒子はも はや保持されず、流れ方向に排出される。

製造例１ 塩化鉄（ｎ　）　８．０ｇ／　ｌと塩化鉄（Ｉ［［）　２１．６ｇ／　ｆＬとの 蒸留水の溶液２Ｏｄ中にアミノプロピルｃＰＧ２　ｇを入れた。真空吸引（５０ ｍｂａｒ）により、ＣＰＧの細孔の空気が逃げ上記溶液で満たされた。撹拌され た溶液を蒸留水中の水酸化ナトリウム１００ｇ／！の７０°Ｃに加熱された溶液 ５０戚に撹拌しながら混入した。

形成された黒色沈澱物はさらに１時間ＣＰＧとともに撹拌した。

磁性の湯あか（Ｉｎｋｒｕｓｔｉｅｒｕｇ）を有するＣＰＧ粒子を数回の洗浄工 程で精製し、その後コロイド状の上澄み（υｂｅｒｓｔａｎｄ）をデカントした 。ＣＰＧ粒子を乾燥器中の磁器皿で乾燥した。

実施例１ 製造例１で得られたＣＰＧ粒子にコリンエステラーゼを次の方法で固定した。ま ず、ｐｎ’７．５のカリウムホスフェート緩衝液０、１Ｍ中の５％のゲルタール アルデヒドで粒子を活性化した。ガラス５０■とアルデヒド溶液２戚をゆっ（り と３０分間閉じた容器中で振った。ガラスはこの時間がたつと明るいピンク色を おびた。このように活性化されたガラスを緩衝液で６回洗浄し、その後混合液を デカントし、上澄みを除去した。最後の洗浄工程後、緩衝液中の酵素調製物１０ ■／−の溶液を加えることができるが、かかる後は混合物をゆっくりと１時間回 転した。混合物の上澄みを、ブラッドフォード（Ｂｒａｄｆｏｒｄ）法によりた んばく測定のために用いた。担体を緩衝液で３回洗い４°Ｃの緩衝液に保持した 。

実施例２ 実施例１と同様に、酵素濃度１０■／−の緩衝液でグルコースオキシダーゼ（Ｃ ＯＤ）をＣＰＧに固定した。

図１及び２の装置でフロラインジェクションアナリシス（ＦｌｉｅＢ−ｉｎｊｅ ｋｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅ）を実施した。この場合、反応器に４０秒ごとに基質 を注入した。基質の組成は次の通りだった。ｐＨ７，５のカリウムホスフェート ｉ衝液０．１Ｍ：この中でｌｄあたりグルコースが２１　μＭ　、ＡＢＴＳが２ ｕＭ及びＰＯＤが１０単位溶けていた。ｐＨ７，５のカリウムホスフェート緩衝 液０．１Ｍを担体流として用いた。色素ＡＢＴＳの酸化の結果として形成される 過酸化水素を測光器により４２０ｎｍの波長で検出された。

実施例３ アルコールオキシダーゼ（ＡＯＤ）を実施例１の方法により酵素濃度１０■／− の緩衝液でＣＰＧ上に固定した。

図１及び２に示された装置を用いてフロラインジェクションアナリシスを実施し た。この場合、次の組成を有する基質溶液を４０秒毎に注入した：　ｐＨ７，５ のカリウムホスフェート緩衝液０．１Ｍｉこの中にｌｄあたりエタノール３００ ｕＭ　、ＡＢＴ３２μｉ及びＰＯＤｌ　０単位が溶けていた。測光器による検出 は４２０ｎｍで実施した。

真ちゅう蓋 ≧ 呻 国際調査報告 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．担体としてガラス粒子又はセラミック粒子、とくに多孔質ガラス（ＣＰＧ） 上に固定された生触媒を用いた、液状媒体とくに水性媒体中で実施する触媒反応 において、該担体粒子が磁性又は磁性化し得る材料であることを特徴とする触媒 反応方法。
2. ２．担体粒子の表面が有機高分子、例えばグルタールアルデヒド又はポリウレタ ンの分離層を有することを特徴とする請求項１の方法。
3. ３．生触媒を固定するための担体粒子の表面が変性されていることを特徴とする 請求項１又は２の方法。
4. ４．担体粒子が磁場によって液状媒体中に保持されていることを特徴とする前記 請求項のいずれかの方法。
5. ５．この方法が液状媒体が流れる反応器中で実施されることを特徴とする請求項 ４の方法。
6. ６．抗体、酵素、ＤＮＡ構造体又はレクチンのような生物学的活性高分子又は微 生物やその一部、動物組織又は植物組織のような生体が生触媒として用いられる ことを特徴とする前記請求項のいずれかの方法。
7. ７．表面にＦｅ（ＩＩ）／Ｆｅ（ＩＩＩ）−混合オキシド／混合ヒドロキシドが 沈着（ｎｉｅｄｅｒｇｅｓｃｈｌａｇｅｎ）しており、場合によってはその表面 に有機高分子、例えばグルタールアルデヒド又はポリウレタンの分離層を有して おり、さらに場合によっては表面変性している、セラミック材料又はガラス、と くに多孔質ガラス（ＣＰＧ）からなることを特徴とする前記請求項のいずれかの 方法の実施にとくに使用する担体粒子。
8. ８．−セラミック粒子またはガラス粒子をＦｅ（ＩＩ）及びＦｅ（ＩＩＩ）イオ ンを含む水性溶液といっしょにし、−減圧して粒子の細孔に溶液を満たし、−ア ルカリ条件下で粒子上にＦｅ（ＩＩ）／Ｆｅ（ＩＩＩ）−混合オキシド／混合ヒ ドロキシドを沈着し、 −場合により有機高分子、例えばグルタールアルデヒド又はポリウレタンで担体 粒子を被覆し、 −任意的に表面変性を実施することによって製造される請求項７の担体粒子。
9. ９．１又は２以上の機械的に振動可能な永久磁石、活性化又は不活性化できる電 磁石又は電磁気学的に活性化又は不活性化できる永久磁石を具備し、それによっ て生触媒が一定時間装置を通って流れる液状媒体中に保持されることを可能とす る、請求項１〜６のいずれかの方法を実施する装置。
10. １０．装置が化学的又は生物学的分析、例えばフロウインジェクションアナリシ ス（ＦｌｉｅＢｉｎｊｅｋｔｉｏｎｓａｎａｌｙｓｅ）を実施するのに用いられ ることを特徴とする請求項９の装置。
11. １１．反応器が永久磁石の磁場に設置され、永久磁石が電磁石によって不活性化 できるようになっている、触媒反応を実施する反応器、永久磁石及び電磁石に特 徴を有する請求項９又は１０の装置。
12. １２．−カップ状永久磁石及び、 −永久磁石の開口部を覆う、真ちゅうのような非磁性材料でできた蓋 −その場合、該蓋は永久磁石の極の間を結合する磁性化され得る部材を持ち及び 、 −反応器として永久磁石の磁場にある環状ループを有することを特徴とするとく に請求項１１の装置。