JPH05261274A - 金属化合物の球形粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蛋白質、酵素、微生物等の化学的に不安定な
種々の物質を粒子内部に包含させ複合化させることが可
能な金属化合物の球形状粒子の製造方法を提供する。 【構成】 金属化合物の水性ゾルを水非混和性有機溶剤
と混合してＷ／Ｏ型乳化液を調製し、この乳化液を前記
水性ゾルを凝集することのできる凝集剤の水溶液と混合
することを特徴とする金属化合物の球形粒子の製造方
法。生化学的に活性な物質を分散させた金属化合物の水
性ゾルを水非混和性有機溶剤と混合してＷ／Ｏ型乳化液
を調製し、この乳化液を前記水性ゾルを凝集することの
できる凝集剤の水溶液と混合することを特徴とする、粒
子内部に前記生化学的に活性な物質を複合させた金属化
合物の球形粒子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、種々の生化学的に活性
な物質を粒子内部に包含させることが可能な金属化合物
の球形粒子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】金属酸化物や金属水酸化物の
ような金属化合物の球状粒子の合成方法は数多く知られ
ている。中でもこれら金属化合物のＷ／Ｏ乳化液を利用
する合成方法は他の方法と比較して合成温度が低いこと
から、特に、（１）得られる球状粒子内部に熱的に不安
定な化合物や物質例えば酵素または微生物を存在させて
複合化できる、（２）細孔構造の発達した高比表面積の
球状粒子が得られる、などの利点を有している。金属化
合物のＷ／Ｏ型乳化液を使用する金属化合物の球状粒子
の合成方法としては、（ａ）水溶性金属化合物の水溶液
（Ａ液）と水非混合性有機溶剤とからＷ／Ｏ型乳化液を
調製し、この乳化液を前記金属化合物と反応して水不溶
性析出物を生成する水溶性無機化合物の水溶液と混合す
る（特公昭５７−５５４５４）方法、（ｂ）水溶性金属
化合物の水溶液又は金属化合物の水性ゾルと水非混合性
有機溶剤とからＷ／Ｏ型乳化液を調製し、この乳化液に
前記水溶性金属化合物又は水性ゾルの凝集剤をそのまま
添加する方法（特開昭５２−７４６２０号、特開昭５８
−１２０５２５号及び特開昭５９−２６９１１号）、な
どが知られている。

【０００３】前記（ａ）の方法では、得られる球状粒子
の内部に顔料や油性物質などを包含させる場合は、これ
らの物質を予め水溶液（Ａ液）中に分散させた後でＷ／
Ｏ型乳化液を調製しなければならない。しかしながらこ
の方法ではＡ液が水溶性の金属化合物の水溶液であるた
め電解質濃度が極めて高く、しかもｐＨ値も可成高いか
低い場合も多く、分散させる物質が無機顔料等の安定し
た物質ならば問題ないとしても、不安定な生化学的活性
物質例えば酵素、蛋白質、微生物などは電解度濃度やｐ
Ｈ値等により影響を受け、不活性化されるか極端な場合
には変性されると言う欠点がある。

【０００４】また前記（ｂ）の方法では、Ｗ／Ｏ型乳化
液にそのまま添加された凝集剤が油相を拡散して水相に
達し、ここで反応が起り、比較的緩慢に凝集が起る。こ
の方法は、Ｗ／Ｏ型乳化液が添加された水溶液中で瞬時
に転相して、乳化液中の水相が析出物を生成する前記
（ａ）の方法とは全く異る。このため（ｂ）の方法では
反応中に乳化液中の水相の水滴同志が凝集して不安定な
粒子が生成し易く、全体として得られる金属化合物粒子
の球形化率が劣ると言う問題があった。

【０００５】このように従来の方法によっては、粒子内
部に酵素のような生化学的な活性な物質を包含させ複合
化した金属化合物の球形粒子を得ることは至難であり、
不安定な生化学的活性物質を何等損うことなく複合化で
きる金属化合物の球形粒子の製造法の開発が強く要望さ
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、化学的に不
安定な種々の物質を粒子内部に包含させ複合化させるこ
とが可能な金属化合物の球形状粒子の製造方法を提供す
ることをその課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため、蛋白質、酵素およびこれらを生産する
微生物等の不安定な物質を複合化することができかつ形
状が良好な球形となる金属化合物粒子の製造方法の開発
について鋭意研究を行った結果、金属化合物の水性ゾル
中に必要に応じて前記したような生化学的活性物質を分
散させたものを水非混合性有機溶剤と混合してＷ／Ｏ型
乳化液を調製し、この乳化液を前記した水性ゾルの凝集
剤を含む溶液中に混合することにより、極めて良好な形
状の球形粒子が得られ、予め生化学的に活性な物質を分
散させた場合にはこの物質も何等変質することなく安定
に複合化できることを見い出し、本発明を完成するに至
った。

【０００８】すなわち、本発明によれば、金属化合物の
水性ゾルを水非混和性有機溶剤と混合してＷ／Ｏ型乳化
液を調製し、この乳化液を前記水性ゾルを凝集すること
のできる凝集剤の水溶液と混合することを特徴とする金
属化合物の球形粒子の製造方法が提供される。

【０００９】また本発明によれば、生化学的に活性な物
質を分散させた金属化合物の水性ゾルを水非混和性有機
溶剤と混合してＷ／Ｏ型乳化液を調製し、この乳化液を
前記水性ゾルを凝集することのできる凝集剤の水溶液と
混合することを特徴とする、粒子内部に前記生化学的に
活性な物質を複合させた金属化合物の球形粒子の製造方
法が提供される。

【００１０】本発明において使用される金属化合物は、
周期律表第II〜IV族の金属の安定した酸化物及び水酸化
物(含水酸化物を含む)の中から選ばれ、水中において安
定した水性ゾルを生成するものである。好適な例として
は、周期律表第II〜IV族の金属の酸化物や水酸化物であ
る。代表的な例としては、シリカ、アルミナ、マグネシ
ア、ジルコニア、チタニア等の金属の酸化物や水酸化物
の他、イットリア、セリアなどのランタノイド金属の酸
化物や水酸化物、及び酸化スズ、酸化バナジン、酸化モ
リブデン、酸化タングステンなどの金属酸化物ならびに
相当する水酸化物がある。

【００１１】この金属化合物は一次粒子径が１〜２００
ｎｍ、好適には３〜１００ｎｍである。一次粒子径が１
ｎｍよりも小さいか２００ｎｍよりも大きい場合は、得
られる粒子が所望の球形を示さなくなるので実用的でな
い。

【００１２】前記金属化合物の水性ゾルは水に金属化合
物を分散させることにより調製することができるが、別
に化学的方法によりその場で生成させることもできる。
この水性ゾルは通常室温で調製される。生化学的に活性
な物質を粒子内部に複合化させる場合は、比較的不安定
なこれら物質を予め水性ゾル中に分散させる必要がある
ので、そのｐＨ値は３〜１０の範囲で個々の物質の安定
化に最適のｐＨ値に保持するのが好ましい。

【００１３】前記の水性ゾルに混合してＷ／Ｏ型乳化液
を調製するための水非混合性有機溶剤は、沸点範囲が約
５０℃以上のもので、粘性の大きくない一般的に使用さ
れるものであればいずれも使用することができる。生化
学的に活性な物質を水性ゾル中に分散した場合には、使
用する有機溶剤はこれらの物質を変質させないよう選択
する。水非混合性で、本発明での使用に好適な有機溶剤
の例には、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘ
キサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キ
シレン、エチルベンゼン、クロロホルム、酢酸エチル、
酢酸イソプロピル、メチルイソブチルケトン、酪酸エチ
ル、ミリスチン酸イソプロピル、ジクロロメタン、四塩
化炭素等がある。これらの溶剤は２種以上を混合して用
いてもよい。

【００１４】本発明によれば、前記の水性ゾルを前記の
水非混合性有機溶剤と混合してＷ／Ｏ型乳化液を調製す
る。この際の両成分の混合比はＷ／Ｏ型乳化液が得られ
る範囲であれば特に制限されないが一般には体積比で１
／９〜２／１の範囲であるのが好ましい。

【００１５】Ｗ／Ｏ型乳化液の調製には種々の型の乳化
機を使用することができる。例えば一般的な分散液を生
成させるための乳化機を使用することができ、その代表
的なものとしては、超音波ホモゲナイザー、アジホモミ
キサー、ラインホモミキサー、ラインミル等を挙げるこ
とができる。乳化液の調製はこれらの乳化機を使用して
室温で行なう。所要時間は約１分間〜約１時間である。

【００１６】Ｗ／Ｏ型乳化液の調製に際しては乳化剤を
使用することができるが、乳化剤を共存させる場合に
は、これが他の成分、例えば水非混和性有機溶剤や、場
合により共存させる生化学的に活性な物質に対して非活
性であるように選択する。本発明で使用する好適な乳化
剤の例としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノス
テアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエ
ート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、
ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレエー
ト、ソルビタンモノステアレート、硬化ひまし油トリイ
ソステアレート、グリセリンモノステアレート、グリセ
リンモノオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニ
ルエーテル等がある。この乳化剤は安定なＷ／Ｏ型乳化
液が生成するのに望ましい適当量が用いられ、通常水性
ゾル１リットル当り１〜５０ｇ程度の量で用いられる。
これらの乳化剤も必要に応じ２種以上混合して用いるこ
とができる。

【００１７】Ｗ／Ｏ型乳化液は次のようにして調製する
ことができる。先ず前記の金属化合物を水に分散させて
金属化合物の水性ゾルを生成させる。この際の水に対す
る金属化合物の量すなわち固形分比は適宜選択すること
ができるが、通常２〜５０ｗｔ％好適には５〜３０ｗｔ
％である。分散手段としては慣用のディスパーザーを用
いることができるが、前記した乳化機を用いてもよい。
金属化合物が安定した水性ゾルを生成するために酸又は
アルカリを添加して液のｐＨ値を調整することもでき
る。次にこうして得られた水性ゾルを水非混合性有機溶
剤と混合してＷ／Ｏ型乳化液を調製する。この際前記の
乳化機を混合のために使用できる。

【００１８】水性ゾル中に生化学的に活性な物質を分散
させ、この物質を複合化した金属化合物の球形粒子を得
る場合には、この添加物質を慣用のディスパーザー又は
前記した乳化機を用いて水性ゾル中に分散させるか、あ
るいはこの生化学的に活性な物質を必要により前記した
乳化剤を予め溶解させた水非混合性有機溶剤に分散さ
せ、次いでこの分散液を水性ゾル中に混合分散させてＯ
／Ｗ型乳化液としてもよい。このＯ／Ｗ型乳化液を次い
で水性ゾルと同様に処理する。前述したように生化学的
に活性な物質を水性ゾル中に分散させる場合には、水性
ゾルのｐＨ値に留意し、物質の変成を防止することが必
要である。なお、複合化のために添加する物質は、生化
学的に活性な物質に限らず、他の化学物質であることが
できる。

【００１９】水性ゾルを凝集することのできる凝集剤と
しては、従来公知のものを使用することができ、その好
適な例としては、硫酸アンモニウム、硫酸マグネシウ
ム、塩化アンモニウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アン
モニウム等の無機化合物、硫酸、塩酸、酢酸等の酸、さ
らにエチルアルコール等の水混和性有機溶剤が挙げられ
る。この凝集剤は水溶液として使用し、水性ゾル中の金
属化合物１モル当り０．５〜１０モル好適には１．５〜
５モルの範囲の比率で用いられる。

【００２０】Ｗ／Ｏ型乳化液と混合される凝集剤の水溶
液の量比は特に限定されないが、一般には乳化液と水溶
液との混合比は体積比で１／９〜８／２の範囲とするの
が好ましい。

【００２１】Ｗ／Ｏ型乳化液と凝集剤水溶液との混合
は、次のようにして行なわれる。先ず凝集剤水溶液を慣
用の手段で撹拌し、この水溶液の下部に乳化液を注入す
るようにして実施する。この混合は一般に常温常圧下に
行なうことができるが、場合により加熱又は冷却下に行
うこともできる。また混合を減圧下又は加圧下に実施す
ることもできる。この際の混合処理時間は５分間〜１時
間の範囲である。

【００２２】前記の混合処理により金属化合物の球形粒
子が生成し、予め生化学的に活性な物質を水性ゾル中に
分散させた場合には、この物質を粒子内部に複合化した
金属化合物の球形粒子が得られる。凝集した球形粒子は
遠心分離操作又は吸引濾過等の慣用の固−液分離操作に
より液体から分離することができる。こうして得られた
球形粒子はそのまま乾燥して製品としてもよく、また
水、アルコール等の洗浄液で１〜数回洗浄し、次いで乾
燥又は加熱処理して製品とすることもできる。

【００２３】以上の処理によって得られる金属化合物の
粒子は、球状であり、電子顕微鏡下で観察した結果での
球形化率は９９％以上を示し、粒子径は通常０．１〜３
００μｍの範囲内にある。この球形粒子の粒子径及び粒
度分布は一般に乳化機の撹拌回転数、乳化剤の濃度等の
要因により調整することが可能である。また粒子の細孔
径は用いる金属化合物の水性ゾルの一次粒子径によって
決り、一次粒子径が小さい場合には細孔径も小さくな
る。一般的には細孔径は５〜５０ｎｍの範囲である。

【００２４】

【実施例】次に実施例に挙げて本発明をさらに詳細に説
明する。

【００２５】実施例１〜８ 表１に示した種々の性状を示す水性シリカゾル１００ｍ
ｌを予め乳化剤としてソルビタンモノオレエート０．３
３ｇとポリオキシエチレンソルビタントリオレエート
０．７６ｇとを溶解させたシクロヘキサン１４０ｍｌと
混合し、この混合物を表１に示した種々の運転条件下で
ホモミキサーを用いてＷ／Ｏ型乳化液を調製した。

【００２６】次いでこの乳化液を濃度３．０モル／ｌの
硫酸アンモニウム水溶液３２０ｍｌ中に足長ロートを用
いて撹拌下に前記水溶液の下部に注入した。室温で３０
分間撹拌を続けた後、得られた反応液を固−液分離する
ため遠心分離処理して生成した固体粒子を分離し、次い
でこの固体粒子を２回水洗した後、温度４５℃、圧力１
Ｔｏｒｒで乾燥して球形のシリカ粒子を得た。こうして
得られた球形シリカ粒子の性状を表１に示す。

【００２７】なお表１に示した球形シリカ粒子の性状に
関して、平均粒子径はマイクロトラック（ＬＥＥＤ ＆
ＮＯＲＴＨＲＵＰ社製、７９９５−１０型）を用いて
測定した重量平均粒子径であり、球形比率は走査型電子
顕微鏡を用いて１０００倍の拡大写真を撮り、この写真
中の全粒子中の球形粒子の割合を百分率（％）で示した
ものである。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例９〜１４ 実施例１において水性シリカゾルの代りに表２に示した
種々の金属酸化物又は金属水酸化物の水性ゾルを用いた
以外は実施例１と同様に処理して、これら金属化合物の
球形粒子を製造した。得られた球状粒子の性状を表２に
示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】比較例１〜４ 実施例１で用いたものと同じ水性シリカゾルを用いて、
実施例１と同様に処理してＷ／Ｏ型乳化液を製造した。
この乳化液に対して、撹拌下に表３に示した種々の凝固
剤を添加した。室温で３０分間撹拌を続けた後、得られ
た反応液を遠心分離により固−液分離した。生成したシ
リカ粒子を収得し、次いで２回水洗した後１０５℃の温
度で乾燥してシリカの球形粒子を得た。この球形粒子の
性状を表３に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】実施例１５〜１７ 実施例２において用いた水性シリカゾル中に予めディス
パーザーを用いて表４に示した種々の物質を分散させて
おいた以外は実施例２と同様に処理して、これら物質を
複合させたシリカの球形粒子を得た。得られたシリカ粒
子の性状を表４に示す。

【００３４】なお表４において示す添加量は、添加する
物質のシリカゾル中におけるシリカに対する重量割合を
百分率で示したものであり、固定化率は添加した量に対
する実際に複合された量の重量割合を百分率で示したも
のである。

【００３５】

【表４】

【００３６】比較例５ 実施例１５において、シリカゾルの代りにＪＩＳ３号け
い酸ナトリウムを用いた他は実施例１５と同様にして処
理して複合化球形シリカ粒子を得た。得られた粒子は平
均粒子径６．９μｍ、球形化率９９％以上の粒子性状を
示し、その固定化率は９４ｗｔ％であった。

【００３７】参考例 実施例１５と比較例５で得られたアルコールデヒドロゲ
ナーゼ複合化シリカ粒子を試料として用い、対照として
複合化に用いたのと同じアルコールデヒドロゲナーゼを
そのまま用いて、アセトアルデヒドの還元反応を行なっ
て酵素活性を調べた。対照の酵素活性を１００％として
それぞれの試料の酵素活性を表わすと次のようになっ
た。 実施例１５の粒子の酵素活性：５１％ 比較例５の粒子の酵素活性 ： ２％

【００３８】実施例１７ ポリオキシエチレンソルビタントリオレート０．１ｇを
溶解したシクロヘキサン２０ｍｌに超音波ホモジナイザ
ーを用いてアルコールデヒドロゲナーゼを分散し、得ら
れた分散液をホモミキサーを用い、８０００ｒｐｍで１
分間撹拌して実施例２と同じ水性シリカゾル８０ｍｌに
乳化し、Ｏ／Ｗ型乳化液を調製した。このＯ／Ｗ型乳化
液を水性シリカゾルの代りに用いた他は、実施例２と同
様にして複合化シリカ粒子を得た。得られた複合化シリ
カ粒子は平均粒子径５．９μｍ、球形化率９９％以上
で、アルコールデヒドロゲナーゼの固定化率は９９％で
あった。

【００３９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、比較的簡単な湿
式方法で金属化合物の真球状の粒子を製造することがで
き、しかもこの粒子は容易に液体から単離することがで
きる。また蛋白質、酵素及びこれらを生産する微生物の
ような不安定な生化学的に活性な物質を粒子内部に複合
化できるので、本発明で得られる球形粒子は、その球形
粒子の形状が真球状で極めて均質に富んだものであるこ
とと相まって、生体物質分離用のカラム充填材やバイオ
リアクター用充填材を製造するための工業的手段として
極めて好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０１Ｆ 17/00 Ａ 9040−4Ｇ Ｃ０１Ｇ 1/02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属化合物の水性ゾルを水非混和性有機
   溶剤と混合してＷ／Ｏ型乳化液を調製し、この乳化液を
   前記水性ゾルを凝集することのできる凝集剤の水溶液と
   混合することを特徴とする金属化合物の球形粒子の製造
   方法。
2. 【請求項２】 水性ゾル中の金属化合物の一次粒子径が
   １〜２００ｎｍである請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 乳化液中の金属化合物１モルに対して凝
   集剤を０．５〜１０モル使用する請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 生化学的に活性な物質を分散させた金属
   化合物の水性ゾルを水非混和性有機溶剤と混合してＷ／
   Ｏ型乳化液を調製し、この乳化液を前記水性ゾルを凝集
   することのできる凝集剤の水溶液と混合することを特徴
   とする、粒子内部に前記生化学的に活性な物質を複合さ
   せた金属化合物の球形粒子の製造方法。
5. 【請求項５】 生化学的に活性な物質が、蛋白質、酵素
   及び微生物の中から選ばれる請求項４記載の方法。