JPH075688B2 - 変性多糖支持体 - Google Patents

変性多糖支持体

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JPH075688B2
JPH075688B2 JP59501046A JP50104684A JPH075688B2 JP H075688 B2 JPH075688 B2 JP H075688B2 JP 59501046 A JP59501046 A JP 59501046A JP 50104684 A JP50104684 A JP 50104684A JP H075688 B2 JPH075688 B2 JP H075688B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明はクロマトグラフィー支持体などのキャリヤ支
持体およびその製造方法と用途に関するものである。
背景技術の簡単な説明 無機イオンと有機イオンの分離から蛋白質分子その他の
生体分子の分離までのイオン交換クロマトグラフィーの
広い応用範囲の故に、クロマトグラフィーは化学分離お
よび生化学分離の強力かつ応用自在の道具となった。こ
の技術は初期には、セルローズ、粘土および、周囲の溶
質相中のイオン物質とイオン交換する可動イオンを含有
する他の無機物などの天然生成物の使用に限定されてい
た。しかしこの天然生成物の低イオン交換能の故に、そ
の実際上の利用は限定され、またイオン交換能を有する
合成有機重合体が開発されてきた。
合成イオン交換材料の第１世代のうちにイオン交換樹脂
があった。これらのイオン交換樹脂の基本的枠組は、炭
化水素枠組のバックボーンに化学的に結合したカチオン
またはアニオンイオン化性基を含む弾性三次元炭化水素
網状構造である。この網状構造は原則として固定し、通
常の溶媒中に不溶、また化学的に不活性である。マトリ
ックスに固着したイオン交換性官能基は、溶質相中のイ
オンと反応しまたはこのイオンによって交換されうる活
性イオンを持っている。従って、溶質相中のイオンは、
重合体樹脂に最初から結合されているイオンと容易に交
換される。市販のイオン交換樹脂の代表例は、DVB（ジ
ビニルベンゼン）と橋かけ結合したポリスチレン、およ
びDVBと共重合したメタクリレートである。ポリスチレ
ンの場合、まず三次元網状構造が作られ、次にクロルメ
チル化によってベンゼン環の中に官能基が導入される。
イオン交換樹脂は弾性三次元重合体であるから、特定の
細孔サイズを有しない。ただ、重合体網状構造の確実に
増大する抵抗がサイズの増大するイオンと分子の取上げ
を制限する。
これらの樹脂の示す流れ抵抗は橋かけ度によって制御さ
れる。低度の橋かけ結合の場合、炭化水素網状構造はよ
り容易に引伸ばされ、膨潤が大であり、樹脂は小イオン
を急速に交換し、比較的大イオンをも反応させる。逆に
橋かけ結合が増大するに従って、炭化水素マトリックス
の弾性が低下し、樹脂網状構造の細孔が狭くなり、交換
プロセスが遅くなり、樹脂は大イオンがその構造の中に
入ることを妨げる傾向を増大する。
重合体樹脂から成るイオン交換樹脂は、水性媒質から有
機イオンと無機イオンとを除去するために効果的に利用
されてきたが、この種の樹脂は蛋白質などの生体高分子
の分離には原則として不適当である。これは特に下記の
理由による。
（１） 高度に橋かけ結合した樹脂構造は蛋白質の拡散
を収容するには狭過ぎる細孔を有する。従って蛋白質は
実際上、ビーズのマクロ表面区域に制限され、従って溶
質ローディングの制限を生じる。
（２） 樹脂表面の近傍に近接した高い電荷密度は、過
度の結合と蛋白質構造のひずみを生じるが故に不適当で
ある。
（３） 炭化水素マトリックスは通常疎水性であって、
生体高分子の敏感な三次元構造に対して潜在的に危険で
あって、しばしば蛋白質の変性を生じる。
蛋白質その他の不安定な生理学的物質の分離に使用され
るクロマトグラフィー材料の次の世代はセルローズイオ
ン交換体に基づいていた。これらの材料は非特異的吸着
を欠き、実際的な細孔構造を有していた。この先行技術
のイオン交換セルローズは、塩基性または酸性特性の置
換基をセルローズ分子に対して、エステル化、エーテル
化または酸化反応によって結合することによって作られ
る。カチオン交換セルローズの例は、カルボキシメチル
化セルローズ（CM）、セルローズのコハク酸半エステ
ル、スルホエチル化セルローズおよびホスホリル化セル
ローズである。アニオン交換セルローズの例は、ジエチ
ルアミノエチル セルローズ（DEAE）およびトリエチル
アミノエチル セルローズ（TEAE）である。しかしなが
ら、主バックボーンまたは固定重合体としてセルローズ
に基づくイオン交換材料は、特にセルローズの固有の性
質、即ちその水に対する親和性の故に、完全な成功を見
なかった。即ち、セルローズに基づいた先行技術のイオ
ン交換材料は、代表的には高い交換能を有するが、水溶
液と接触した際に膨潤し、ゼラチン化しまたは分散する
傾向の故に使用困難である。理想的なイオン交換材料
は、イオンを溶液状で含む溶媒システムと、その細孔を
通して最小限度に相互作用するものでなければならな
い。このようにしてのみ急速な自由流動イオン交換シス
テムをうることが可能になる。
このような問題の一部を解決するために開発された第３
世代のイオン交換材料はイオン交換ゲルであった。この
種のゲルは大型細孔ゲル構造を含み、商業的に公知の材
料SephadexＲを含有する。この材料は変性デキストラン
である。デキストラン分子鎖が橋かけ結合されて三次元
重合体網状構造を生じる。官能基がデキストラン分子鎖
のグルコース単位に対してエーテル結合によって結合さ
れる。蛋白質は親水性重合体網状構造によって変性され
ない。SephadexＲは非常に低い非特異性吸着を示し、こ
のことがこの材料を生物学的分離のマトリックスとして
理想的なものとする。しかしながら、イオン交換ゲルの
多孔度は臨界的にその膨潤性に依存し、この膨潤性は環
境イオン強度、pHおよび対立イオンの性質によって影響
される。緩衝材中のゲルの膨潤は、主として官能基が水
和される傾向によって生じる。膨潤の程度は、ゲルマト
リックスに結合した親水性官能基の数に正比例し、ゲル
中に存在する橋かけ結合度に逆比例する。この特徴的膨
潤な可逆プロセスであって、平衡状態において、次の二
つの力がつり合う。（１）ゲルがさらに水和されて、ゲ
ルビーズの内部の浸透圧を増大する傾向、および（２）
ゲルマトリックスの弾性力。浸透圧は、ほとんど全部、
官能基の水和によるものであり、また相異なるイオンが
相異なる水和度を有するので、イオン交換ゲル中の特定
の対立イオンが膨潤度に対して大きな影響を有するもの
と考えることができる。pH、電解質濃度、および対立イ
オンの性質がすべて水和度に作用してゲルの相異なる膨
潤度に導くのであるから、ゲル中の細孔サイズは特定の
形状にはなく、むしろ環境条件に依存している。橋かけ
結合のないゲルは最大膨潤の故に大型細孔と高容量とを
生じる。しかしこの種のゲルは構造一体性が弱い欠点が
あり、最小限の圧力によって容易に破砕される。ゲルか
ら溶媒を除去すれば、しばしばマトリックスの圧潰を生
じる。高度に橋かけ結合したゲルは機械的強さを有する
が、膨潤度の制限により容量と細孔サイズを失う。
合成重合体から作られたイオン交換ゲルも使用されてい
る。これらのゲルは橋かけ結合ポリアクリルアミド（Bi
o-Gel PＲ）、ミクロ網状のポリスチレン（Styrage
lＲ）、ポリ酢酸ビニール（Merck-O-GelORＲ）、橋かけ
結合ポリ（２−ヒドロキシ エチルメタクリレート）
（Spher onＲ）、およびポリアクリロイルモルホリン
（EnzacrylＲ）を含む。これらのすべては次のような一
般的傾向をもつ。即ち高流速に伴って寸法安定性を得、
あるいは膨潤に伴なって高い容量をうる。しかしながら
同時に容量と高流量とをうることができない。
容量と寸法安定性とを同時に与える単一成分が失敗した
ので、複式構造を含む次の世代のイオン交換材料例えば
ハイブリッドゲルに至った。ハイブリッドゲルは、機械
的安定性を与えるための半剛性成分を、官能基を保持す
るための第２成分、即ちより柔らかな網状構造と結合す
ることによって作られる。アガロースゲルは、本来きわ
めて柔軟で圧縮性であるが、橋かけ結合されたポリアク
リルアミドと交雑することによってより強くすることが
できる。橋かけ結合ポリアクリルアミド成分はアガロー
スよりも機械的に強く、ゲルの流れ特性を改良し、ゲル
膨潤を減少させるが、これは分子の分画化範囲を犠牲に
する。ポリアクリルアミド／アガロース（Ultrogel
sＲ）以外のハイブリッドゲルの例は、ポリアクリロイ
ルモルホリン／アガロース（EnzacrylＲ）およびフレー
ムワークとしての大型細孔ポリエステルに第２型の軽度
橋かけ結合重合体を満たした複合ポリスチレンがある。
さらに他の複合ゲル構造は無機物質を有機物質をもって
被覆することによって得られ、SpherosilＲとして知ら
れる型のものである。多孔質シリカビードをDEAEデキス
トランをもって含浸すれば、生成物はシリカの機械特性
と、DEAEデキストランのイオン交換特性とを有する。し
かしながらこれらの複合物は粒子パッキングによる厳し
いチャンネリング欠陥を有し、被覆面における容量制限
を有する。
また高多孔度／高流量システムを生じるために、劣する
ことのない多孔性シリカまたは多孔性ガラスなどの完全
剛性無機支持体が使用されている。しかしその場合の大
きな問題は、シリカ面におけるシラノール基による蛋白
質の非特異的吸着である。シリカの加水分解は直接にpH
条件に関連しているから、シリカによる非特異的吸着は
中性pHにおいて最小であるが、pHが酸性範囲にまたはア
ルカリ性範囲に変化するに従って増大する。この問題を
解決するために、親水性有機重合体による単層被覆また
はシラン化が試みられた。
高度の選択性を持つ若干の支持された化学構造に対する
生物学的巨大分子または生体高分子の認識部位を利用す
ることによってこれらの高分子の有効な分離を可能とす
るアフィニティクロマトグラフィ技術において、先行技
術は支持体として種々の化学構造の材料を利用した。た
とえば、アガロースゲルおよび橋かけ結合アガロースゲ
ルはもっとも広く用いられている支持材料である。その
親水性の故に、これらは比較的、非特異的結合をまぬが
れるが、その圧縮性の故に、製造工程などの大規模処理
に際してキャリアとしては魅力が少ない。また制御細孔
ガラス孔（CPG）ビーズもアフィニティクロマトグラフ
ィにおいて使用されている。CPGを充填したカラムを用
いれば高流通量が得られるけれども、このキャリアはア
ガロースゲルビーズよりも高価である。また合成アフィ
ニティ収着剤（sorbent）として免疫化学者によってセ
ルローズ粒子が使用されている。しかしながらセルロー
ズ粒子はアガロースゲルに比べて形成困難であり、従っ
て酵素用アフィニティ収着剤の調製においてはそれほど
注意を払われなかった。しかしおそらくセルローズはす
べての支持マトリックスのうちで最も安価なものであろ
う。これより少なく使用されている支持マトリックス
は、ポリアクリルアミドゲルビーズと、デキストランお
よびエピクロルヒドリンから作られたSephadexＲゲルビ
ーズである。これらのゲルビーズを使用するための適当
な方法が開発されたのであるが、これらのビーズの柔ら
かさが低カラム充填度を生じ、またその低分子多孔度は
リゲートに対する配位子有用性の低い収着剤を生じる。
Coupekほか、米国特許第4,281,233号は、ヒドロキシア
ルキルアクリレートまたはメタクリレートと橋かけ結合
単量体との共重合体を含むアフィニティクロマトグラフ
ィ固定相を示している。この共重合体は共有結合した単
糖またはオリゴ糖を含有する（オリゴ糖はこの技術分野
において９つの糖単位（saccaride unit）などを有する
ものと定義される。例えば、ロバート、J.D.とカセリ
オ、M.C.有機化学の基本原理、1964、p.615参照）。
またナカシマほか、米国特許第4,352,884号において、
生体活性物質のキャリアが開示されている。ナカシマキ
ャリアは共重合体で被覆された基質を含む。基質は、ガ
ラス、シリカ、アルミナなどの無機物質、ポリスチレ
ン、ポリエチレンおよび類似物などの合成高重合体、お
よびセルローズなどの自然に存在する高重合体を含む種
々の材料のいずれかとすることができる。共重合体は親
水性アクリレートまたはメタクリレート単量体（ヒドロ
キシまたはアルコキシ アルキル アクリレートまたは
メタクリレート）と、共重合性不飽和カルボン酸または
アミンとから成る。基板材料または基質は、噴霧法、浸
漬法、相分離法などの通常の被覆手順または凝着手順に
よって重合体をもって被覆される。共重合体は、グリシ
ジル アクリレートまたはメタクリレートなどの少量の
橋かけ結合剤を含有することができる。橋かけ結合剤は
被覆処理ののちに橋かけ結合処理を可能とし、また被覆
層からの溶離（おそらくは生体活性物質の溶離）を防止
する。橋かけ結合剤の量はきわめて小であって、共重合
体全重量の0.5〜１重量％の範囲である。このような橋
かけ結合剤の量は下層基質に対する共重合体の実質的共
有結合またはグラフト結合を生じるには不十分である。
故に、ナカシマにおける共重合体は下層基質を実際上、
物理的に被覆するにすぎない。しかし物理的被覆に伴な
って一連の問題が生じる。このキャリアは共重合体の均
一分布を有すると見なされず、多層構造を示すおそれが
あり、また官能基の不均一な分布の可能性がある。
他の興味ある引用文献はクレーマ米国特許第4,070,348
号であって、グリシジル含有アクリレートとアミノ含有
アクリレートとの共重合体を示している。これは多糖、
酵素、ペプチド、ホルモンなどの生物学的活性材料のキ
ャリアとして有効である。クレーマにおける最終生成物
の構造は、その多数の部位において酵素、蛋白質、およ
び類似物などの材料によって共有的に変性されたアクリ
ル共重合体分子鎖の構造である。
このような先行技術、その利点および欠点を検討すれ
ば、高い安定性と、高い多孔度と、低い非特異的吸着性
と、高い流量と、低圧縮性と、制御されたゲル化とを有
し、工業規模の生物学的分離に使用されうるイオン交換
用−アフィニティクロマトグラフィ精製用の支持体の必
要であることが結論される。前記の欠点がその最大効果
を有しまたこのような必要が最も強いのは特に工業レベ
ルにおいてである。
繊維質マトリックスとその内部に固定された顆粒とから
成る工業規模の分子分離材料は、1981年７月28日、米国
特許庁に出願のクラウダ米国同時係属特許願第287,609
号、現在の米国特許第4,384,957号において記載されて
おり、この文献を引用として加える。この特願は、顆
粒、こまかにリファイニングされた繊維のパルプおよび
長い柔らかな繊維のパルプの水性スラリからシートを湿
式抄紙することによって形成された複合ファイバ材料を
記述している。この柔らかな長い繊維の目的は顆粒の塊
とリファイニングされた繊維とを相互に物理的に保持す
るにある。シートは湿式スラリから真空過によって形
成され、この場合、長繊維はクロマトグラフィキャリア
流体の流れ方向に対して直角の面において成形される。
これによって、複合材料の内部に、クロマトグラフィキ
ャリア流体の流れ方向に対して直角にチャンネルを形成
させることができ、この材料を内部流ディストリビュー
タとして作用させることができる。このようにして得ら
れたマトリックス構造は内部流分布メカニズムにおける
チャンネリング欠陥を除去する有効な方法であることが
証明された。
スラリに対してカチオン重合体を添加し炉内乾燥によっ
て重合体をマトリックスに橋かけ結合することによって
得られた繊維／顆粒マトリックスは、表面を正電荷で被
覆された過マトリックスを成す。このように正電荷さ
れたマトリックスは大量の液体から吸着作用によって少
量の不純物を過するために使用することができる（例
えばオストリッチャ米国特許第4,007,113号、第4,007,1
14号、および米国特許第4,305,782号および第4,309,247
号参照。これらすべてを引用として加える）。
カチオン材料を含むスラリを用いる先行技術の湿式スラ
リ化工程においては、不均等な電荷分布を有する材料を
うることが避けられず、一点においては多層被覆が生
じ、他点は露出する。このような生成物は、過工程に
おいては、除去される必要のある不純物の量が全体液量
に対して比較的小であって不均一な電荷分布がフィルタ
の深さによって補償されうるが故に使用可能である。し
かしこのような生成物は微妙なイオン交換工程には簡単
に応用できない。このような工程の効率にとっては、活
性部位の数、ならびに活性部位への近接性が臨界的であ
る。イオン交換体におけるイオン官能基は表面に近接し
て埋込まれることはできず、表面から１分子側鎖長だけ
離間されなければならないであろう。このことを達成す
る１つの方法は、化学的に変性されたシランを繊維マト
リックスの中に合体させるにある。このようなシランは
DEAE、CMなどの官能基またはアフィニティクロマトグラ
フィ部位を持つことができる。またこのようなシランは
機械的に安定かつ強力であって膨潤しない。しかしなが
らこれらのシランは高価であり、またシリカ水酸基によ
る非常に高度の非特異的蛋白質吸着を示す。
まとめて言えば、一般に実験室規模の精製に使用されて
いるイオン交換支持体あるいはアフィニティクロマトグ
ラフィ支持体も、顆粒（またはイオン交換変性顆粒）を
含有するクロマトグラフィ用または精製用の繊維マトリ
ックスも、微妙な精製工程の大規模化に使用するに適し
ないことが証明された。
従って、非圧縮性、制御可能に膨潤性であって高いイオ
ン交換能を有し、高い流量を示し、多用途で、比較的製
造費のかからない工業的規模のイオン交換工程用および
アフィニティクロマトグラフィ精製工程用の支持体の必
要性が存続する。
発明の要約 従ってこの発明の目的は新規な分子支持体を提供するに
ある。
この発明の他の目的は、イオン交換クロマトグラフィ
ー、アフィニティクロマトグラフィまたは逆相クロマト
グラフィーに有用な分子支持体を提供するにある。
この発明のさらに他の目的は工業的規模のクロマトグラ
フィー操作に有用なクロマトグラフィー支持体を提供す
るにある。
この発明のさらに他の目的は、工業的イオン交換法、ア
フィニティクロマトグラフィー法および逆相クロマトグ
ラフィー法を提供するにある。
この方法のさらに他の目的は、イオン交換クロマトグラ
フィー支持体、アフィニティクロマトグラフィー支持体
および逆相クロマトグラフィー支持体の調製方法を提供
するにある。
この発明のこれらの目的およびその他の目的は、下記か
ら明かとなるように、下記を提供することによって達成
された。
（１）合成重合体と共有結合した水不溶性多糖 （２）前記合成重合体が、 （ａ）前記多糖のヒドロキシル基に対して直接に共有結
合することのできるエポキシ基と、フリーラジカル重合
の可能なビニル基とを含有する重合性化合物と、 （ｂ）一般式 （式中のＲはα，β−エチレン性不飽和重合性基であ
り、Ｒ′及びＲ″は同一又は異なる炭素数１〜６のアル
キル基又はアルカノイル基であり、Ｒは直接結合又は
炭素数２〜３のアルキル基であり、Ｒ′又はＲ″は窒素
原子と共に複素環を成しても良いものである。） で表わされる重合性化合物 とのフリーラジカル重合から製造された共重合体、 からなる変性多糖材料。
この発明の他の目的は、イオン交換クロマトグラフィー
用、アフィニティクロマトグラフィー用、逆相クロマト
グラフィー用支持体として、または生化学反応体用試薬
として作用することのできる、前記多糖材料から誘導さ
れた分子分離材料を提供することによって達成された。
この発明のさらに他の目的は、前記の物質を使用した分
子分離工程および／または生化学反応工程を提供するこ
とによって達成された。
以下の詳細な説明において付図を参照してこの発明をさ
らに詳細に説明する。
第１図は糖単位あたり１つのカチオン部位を生じる先行
技術アプローチによって誘導されたアニオン交換セルロ
ーズ（Ａ）と、糖単位あたり多数のカチオン部位を生じ
るこの発明のアプローチによって誘導されたアニオン交
換セルローズ（Ｂ）とを示す図、第２図は第１図（Ｂ）
からさらに橋かけ結合または四級化によって誘導された
アニオン交換セルローズを示す図、第３図は実施例10に
よるγグロブリン タイプＩ（Ａ）、γグロブリン タ
イプII（Ｂ）、アルブミン（Ｃ）の分離を示すグラフ、
第４図は実施例11によるDEAEカートリッジを用いてpHシ
フトにより結合トランスフェリンを溶離した結果を示す
グラフ、第５図は実施例13により各pHにおけるウシIgG
の吸着能を示すグラフ、また第６図は実施例14による四
級化カートリッジ媒質を用いた血漿分画化を示すグラフ
である。
好ましい実施態様の簡単な説明 この発明は、アフィニティ分離を含む広範囲のクロマト
グラフィー分離を含む種々の用途の不溶性支持体とし
て、あるいは生体試薬の不溶性支持体として使用される
材料の発見および開発に関するものである。
支持体材料は有機合成重合体と多糖との複合体に基いて
いる。その最も広く使用される実施態様において、この
複合体そのものは生物学的に不活性である。有機合成重
合体は、前記多糖と結合することのできる化学基を持
ち、またイオン交換能を生じることのできる化学基、ア
フィニティ配位子または生物学的活性分子一般に対する
固定能を与える化学基を持つ。
厳格に述べれば、多糖に結合される重合体は共重合体ま
たはホモポリマーとすることができる。多糖に結合する
ことができる化学基がアフィニティ配位子または生物学
的活性分子の固定単位として有用な化学基と同一物であ
る場合、重合体はこの特定の形においてホモポリマーと
する。しかしさらに一般的な形として、この重合体は多
糖に結合することのできる基および分子固定基として役
立つ異種の基をも含む共重合体とする。
またこの発明は、変性多糖をさらに橋かけ結合剤と反応
させることにより、及び／又はさらに化学イオン化ある
いは潜在的に遮蔽されたイオン交換基のアンマスキング
などの反応によって得られるイオン交換材料に関するも
のである。
またこの発明は、変性多糖に対してアフィニティ配位子
または生体分子を結合することによってアフィニティク
ロマトグラフィー材料または生体反応材料をうることに
より、あるいは変性多糖に対して逆相クロマトグラフィ
用疎水性置換体を結合することによって誘導された材料
に関するものである。
またこの発明は前記物質と非変性多糖との、または変性
あるいは非変性顆粒物質との混合物、または種々の分離
媒質を生じるためその混合物に関するものである。
材料 この明細書および特許請求の範囲において使用される用
語“多糖”とは、分子当り多数の、数百または数千の単
糖単位から成る化合物を含むものとする。これらの単位
はグリコシド結合によって相互に保持されている。その
分子量は原則として約5000ダルトンより高く、数百万ダ
ルトンに達する。これらの化合物は例えば澱粉、グリコ
ーゲン、セルロース、アラビアゴム、寒天およびキチン
などの天然に存在する重合体である。多糖は１個または
複数の反応性水酸基を有しなければならない。これは直
鎖または枝分れ鎖とすることができる。この発明の目的
にとって最も有用な多糖はセルローズである。
多糖は好ましくは完全に非保護であって、その水酸基の
全部が遊離状態にある。例えばアシル化またはアミノア
シル化によって水酸基の部分的遮断が可能である。しか
し多糖の水酸基の過度の遮断は望ましくない。なぜかな
らばこれによって多糖が、生体分子との適当な化学的に
相容性の相互作用を生じるために必要なその親水性を失
うからである。もし多糖が過度に疎水性になれば、蛋白
質などの分子との負の相互作用が生じ、非特異的結合現
象および変性現象に導く。またもし多糖の水酸基の遮蔽
が過度であれば、生成物質と重合体との反応性が大幅に
低減される。これらすべての理由から、実質的にすべて
の水酸基を遊離状態に保持することが好ましい。しかし
多糖は下記に述べるように化学的に活性化されることも
できる。
セルローズは好ましい多糖である。“セルローズ”とは
木材パルプ、棉、大麻、ラミー麻またはレーヨンなどの
再生形など、通常の商業的に入手される形のセルローズ
を意味する。セルローズの適当な形の選択に関して厳密
な規準はない。セルローズはＢ（１−４）結合グルコー
ス単位から成る天然の多糖である。自然状態では、隣接
セルローズ分子鎖は広範に水素結合されて、微結晶区域
を成している。これらの微結晶区域は、水素結合の少な
い無定形区域によって介在されている。制限された酸性
加水分解の結果、無定形区域の優先的喪失を生じ、いわ
ゆる微結晶セルローズを生じる。この発明において有用
なセルローズは自然状態のセルローズ、または微結晶状
態のセルローズである。リンターから誘導されたセルロ
ーズは木材パルプから誘導されたものよりもすぐれてい
る。後者はリグニンを含有しているからである。
重合体を多糖物質に結合する化学反応は原則として結晶
区域においては進行が困難であるが、無定形区域におい
て容易に生じる。例えばセルローズの中への官能基の置
換はセルローズの構造に対して破壊的作用を有する。も
しこの反応が完全に行なわれれば、セルローズマトリッ
クスが破壊され、最終的に水溶性重合体が形成されるで
あろう。この現象の代表的な例はヒドロキシエチルセル
ローズおよび先行技術のセルローズゴムでであって、こ
れらは水に溶解したのちに一般に接着剤または結合剤と
して使用される。
多糖分子中の各無水糖単位は３またはそれ以上の反応水
酸基を有することができる。理論的にはこれらすべての
水酸基が重合体によって置換されうる。しかしこのよう
な反応から生じた生成物は３または３以上の置換度を有
し、これはイオン交換材料の場合、これを不溶性にす
る。全水溶性の生じるレベル以下の置換レベルにおいて
も、このような多糖誘導体はクロマトグラフィー支持体
としては不適当になる。従って、多糖の置換は無定形区
域の最も反応性中心部に制限され、繊維状の乾燥重量gm
当り約1mEQのレベルを超えて実施されてはならない。こ
の置換レベルにおいて、多糖構造の固有立体配置は少し
しか変更されず、低密度不均一交換部位は巨大生体分子
に対して容易に近接可能である。
故にこの発明の分子支持体の最終構造は分子鎖に沿った
多数部位において合成重合体によって共有変性された多
糖分子鎖を含む。
多糖を変性する重合体はホモポリマーまたは共重合体で
ある。ホモポリマーまたは共重合体としての重合体の定
義は、重合性化合物（ａ）と（ｂ）が同一であるか別種
であるかに依存している。最も一般的な形として、共重
合体はランダム共重合体、またはブロック共重合体また
は交互共重合体であることができる。
１つの実施態様において、重合性化合物（ａ）（また
“コモノマー（ａ）”とも呼ばれる）は多糖の水酸基と
反応して共有結合を形成することのできる基を有する。
このような重合性化合物は例えば米国特許第4,070,348
号、クレーマほかによって定義されており、これを引用
文献として加える。この化学基は、多糖が分解または解
重合し始める温度、例えば０゜〜120℃の温度で水溶液
中において水酸基と反応することができ、これによって
水酸基の酸素原子と共有結合を成すことができる。水酸
基に対して水が常に過剰分に存在するのであるから、例
えばイソシアナート基など、水と自発的に反応する化学
基は不適当である。水溶液は純水とし、あるいは水とア
ルコール、ケトンまたは類似物などの１種または複数の
水混和性共溶媒との混合物とする。
コモノマー（ａ）のヒドロキシ反応基は、好ましくはペ
プチド化学から公知のような活性化されたカルボキシ
基、またはアルキルハロゲン化物あるいはエポキシド基
のようなO-アルキル化剤である。O-アルキル化コモノマ
ーの代表例は、無水アクリル酸およびメタクリル酸、ア
クリロイルメタクリロイル N-ヒドロキシ サクシンイ
ミド、アルキル基が一般に２〜６炭素原子を含むアクリ
ル酸またはメタクリル酸のオメガ−ヨード−アルキルエ
ステル、塩化アリル、クロロメチルスチレン、クロロア
セトキシ エチル メタクリレート、およびグリシジル
基を有する化合物である。後者の化合物は、グリシジル
アルコールとそれぞれ不飽和カルボン酸との間に形成さ
れたエーテルまたはエステルである。グリシジルアルコ
ールは、アルファ、ベーター不飽和カルボン酸、好まし
くはアクリル酸またはメタクリル酸をもってエステル化
され、あるいはオレフィンまたはアセチレン的に不飽和
のアルコールをもってエーテル化された３〜18炭素原子
の脂肪族および脂環式アルコールおよびエーテルアルコ
ールである。代表的な化合物はグリシジル アクリレー
トおよびメタクリレート、4,5-エポキシ‐ペンチルアク
リレート、4-（2,3-エポキシ‐プロピル）‐N-ブチル‐
メタクリレート、9,10-エポキシステアリルアクリレー
ト、4-（2,3-エポキシプロピル）‐シクロヘキシル メ
タクリレート、エチレングリコール‐モノグリシジル
エーテルアクリレートおよびアリル グリシジル エー
テルである。
もし活性単量体単位（ａ）が水酸基に対して感性であ
り、またこれらが提供された多糖と反応しないのであれ
ば、これらを水の存在において親水性カルボキシ基また
は水酸基に転化することができる。従って、重合体材料
中には、多糖と結合するに必要な数以上の活性基が存在
する。
他の実施態様においては、重合性化合物（ａ）は、多糖
の水酸基を直接に反応することなくブリッジ化合物を介
して間接的に多糖と共有結合されるものとすることがで
きる。これは、多糖がまず酸化によって化学的に活性化
され、次に重合性コモノマー（ａ）の適当な官能基と反
応することのできるエポキシ基またはビニール基を有す
る化合物と反応させられる場合である。
重合性コモノマー（ｂ）はキャリア材料の最終的用途に
応じて変動する。もしキャリア材料の最終用途がイオン
交換クロマトグラフィ材料として作用することであれ
ば、コモノマー（ｂ）は公知のいずれかのイオン化性化
学基またはその前駆物質を含むことができる。例えばビ
ニール基またはビニジリン基およびカルボン酸、カルボ
キシレート塩、好ましくは１〜６炭素原子を有するカル
ボキシレートエステル、カルボン酸アミド、第２アミン
または第３アミン、第４級アンモニウム、スルホン酸、
スルホン酸エステル、スルホンアミド、リン酸またはホ
スホン酸、あるいはホスホルアミドまたはホスホンアミ
ド基を含有する化合物とすることができる。
コモノマー（ｂ）がイオン交換特性を有する材料の前駆
物質をもつ場合、イオン交換性基そのものは、例えばこ
の技術分野において公知のように適当な一価、二価また
は三価アルカリ金属またはアルカリ土類金属をもって無
水物、エステルまたはアミドまたは塩フォーメイション
の選択的加水分解によってアンマスキングを実施するこ
とによって得られる。
コモノマー（ｂ）の好ましいイオン交換官能は、アミノ
エチル基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、
サイトレート基、ジエチルアミノエチル基、エクテオラ
基（混合アミン）、グアニドエチル基、ホスホン酸基、
p-アミノベンジル基、ポリエチレン イミン基、スルホ
エチル基、スルホメチル基、トリエチルアミノエチル
基、または−Ｎ（CH2CO2H）２などのキレート化基であ
る。
キャリア材料の最終用途がアフィニティ配位子の支持体
である場合、コモノマー（ｂ）は、アフィニティ配位子
に対して前記コモノマー（ｂ）を共有結合することので
きる化学基、即ち“固定（anchoring）”基をもつ。多
くのアフィニティ配位子は水酸基、アミノ基、チオール
基、カルボキシレート基などの求核基をもつが故に、こ
のような求核基と反応することのできる任意の求電子基
がコモノマー（ｂ）の中に存在することができる。この
ような求電子基は、セルローズの水酸基と反応すること
のできる活性基など前述のものを含むがこれには限定さ
れない。これらの求電子基はまたペプチド結合形成のた
めにペプチド化学において使用される活性化カルボキシ
基を含む、例えば塩化カルボニル、無水カルボン酸およ
びカルボン酸アジド基、ならびにシツフ（イミン）塩基
の形成のために使用されるフェニル エステルおよびア
ルデヒドを含む。
また下記式（１）のヒドロキシル−アミノ誘導体のカル
ボキシレートが有効である。
ここにＲはα，β−不飽和重合性基、Ｒ′とＲ″は同種
または異種のC1−C6アルキル基またはアルカノイル基で
ある。Ｒは直接結合（−）またはC2−C3アルキル基と
することができる。Ｒ′とＲ″はＮ原子と共に複素環を
形成することもできる。この型の代表的な化合物は下記
の通りである。
活性化カルボキシル基を有する他の化合物は、塩化アク
リロイルおよびメタクリロイル、無水アクリル酸および
メタクリル酸、無水マレイン酸、フェニル アクリレー
トおよびメタクリレート、グリシジル アクリレートお
よびメタクリレート、4-ヨードブチルアクリレートおよ
びメタクリレートおよび2-イソプロペニル‐4,4-ジメチ
ルオキサゾロン‐５を含む。最後に挙げた化合物は蛋白
質の末端アミノ基と反応することができる。
アフィニティ配位子に結合するために使用されるコモノ
マー（ｂ）において非常に有用な潜在的求電子反応基
は、シアノゲンハライドなどの試薬によって求電子基に
活性化されうる基である。この技術分野においては、シ
アノゲンハライドが1,2-ジオールと反応して下記の型の
活性化構造を生じることが公知である。
そこでこの構造がアフィニティ配位子の求核基と反応す
ることができる。コモノマー（ｂ）中に存在する好まし
い1,2-ジオールのうち、グルコース、マンノースおよび
ガラクトースなどの単糖類、ラクトースおよびマルトー
スなどの二糖類、ラフィノーズなどの三糖類または一般
にグリコシドを含む種々の糖類がある。1,2-ジオール含
有官能基は、重合性コモノマー（ｂ）に対して、エステ
ル化、アミド形成、などの反応によって結合されること
ができる。最も好ましい反応は、グリシジル アクリレ
ートまたはメタクリレートとサッカリドとの反応によっ
てエーテル含有コモノマー（ｂ）を生じる場合である。
キャリア物質の最終用途が生体分子のキャリアである場
合、コモノマー（ａ）または（ｂ）について述べた固定
基のいずれを使用することもできる。アルデヒドまたは
アミンを含有するものなど、他の型の活性基を使用する
こともできる。
重合性コモノマー（ｂ）は実質的に１タイプとし、また
は１種または複数のタイプの混合物とすることができ
る。これは特に、材料の最終用途がイオン交換キャリア
である場合である。その場合、コモノマー（ｂ）はもし
望むならばアニオン交換基およびカチオン交換基などの
官能基を種々の比率で含有することができる。
好ましくは重合性モノ不飽和化合物（ｂ）は下記式
（４）の重合性化合物とする。
ここにR1は水素またはメチル、 ＡはCOまたはSO2、 ＸはOH、OM（ここにＭは金属イオン）、OR2（ここにR2
は直鎖または枝分れ鎖C1−C18アルキル基）、OR3OH（こ
こにR3は直鎖または枝分れ鎖C2−C6、アルキル基または
芳香族基）、NR4R5またはNR4R5R6（ここにR4はR5と同一
または異種、R5はR6と同一または異種、またR4、R5およ
びR6はＨ、R2またはR3OHである）。
AXは下記の式（５）を有することができる。
ここに、Ｙは−CO2 -、−CH2CO2 -、−SO3 -、−CH2SO3 -、
−PO4H-、−CH2PO4H-、−CH2N（CH2COO-）２、−CH2−N
R4R5、または−CH2−NR4R5R6、または対応の遊離酸基、
または前述のようなエステル基または部分エステル基。
これらの式において、基R4とR5;R4とR6またはR5とR6は
窒素原子と共に５〜７員の複素環を形成することができ
る。R4、R5、R6は先に定義したとうりである。
あるいは（この材料がアフィニティ配位子あるいは生体
分子のアンカーとして使用される場合）、ＡはCOまたは
SO2、またはＸはもっとも好ましくはＯ−CH2−CH（OH）
−CH2−サッカライドとし、ここに“サッカライド”
は、アフィニティ配位子または生体分子上の親核反応基
と反応するようにシアノゲンハライドによって活性化さ
れうる基を有する単糖、二糖または三糖である。
アニオン交換材料について好ましいコモノマー（ａ）は
グリシジルアクリレートまたはメタクリレートである。
アニオン交換材料について好ましいコモノマー（ｂ）は
ジエチルアミノエチル アクリレートまたはメタクリレ
ートである。固定材料についてもっとも好ましいコモノ
マー（ｂ）は、グリシジル アクリレートまたはメタク
リレートとグルコースとの反応によって得られたコモノ
マーである。
カチオン交換物質について好ましいコモノマー（ａ）
は、事前の酸化によって多糖に結合されたアミノエチル
メタクリレートである。カチオン交換物質の好ましい
コモノマー（ｂ）は、メタクリル酸、アクリル酸、およ
びアクリル酸二量体、または共重合後にさらにカルボン
酸基に酸化されるグリシジル メタクリレートである。
多糖変性重合体の平均分子量はその中に存在する単量体
の数に依存している。少くとも多糖表面の無定形区域全
体に共有結合を形成するに十分な数のコモノマー（ａ）
を有する必要がある。コモノマー（ｂ）の数は過度に小
であることはできない。過度に小ならば交換能または固
定／相互作用能が僅小となるからである。またコモノマ
ー（ｂ）の数は高過ぎることはできない。これは、コモ
ノマー（ａ）の反応基と多糖との反応において大きな困
難を生じるからである。とにかく、多糖変性重合体は好
ましくは１〜500単位、さらに好ましくは20〜100単位の
（ａ）＋（ｂ）を有する。これは、約100〜100,000、好
ましくは1,000〜10,000の範囲の分子量に相当する。
所望ならば、前記の（ｉ）、（ii）、（iii）、または
（iv）によって示されるものと異なる他の天然コモノマ
ー（ｃ）を重合体に対して添加することができる。これ
らの単量体は、水酸基、アミド基、アルキル基、アリー
ル基および類似物などの中性化学基を持つ重合性不飽和
化合物である。コモノマー（ｃ）のうちで好ましいもの
は、C1〜C6アルキル アクリレートまたは対応のヒドロ
キシル アルキルアクリレートまたはアルカクリレート
である。コモノマー（ｃ）の機能は、必要なら重合体中
の疎水性または親水性残留物の存在量を増大し、親水性
基と疎水性基の所望のバランスを成すにある。
コモノマーの全含有量に対するコモノマー（ａ）の最小
比率が重要である。合成重合体は、多糖に対するこの重
合体の実質的共有結合を可能にするに十分な量のコモノ
マー（ａ）を有しなければならない。重合体中のコモノ
マー（ａ）が少なすぎれば、グラフト重合が不可能でな
いまでも困難になる。一般的に、（ａ）＋（ｂ）（もし
存在すれば＋（ｃ））の全量に対して約４〜12％、好ま
しくは５〜10重量％のコモノマー（ａ）が必要である。
約0.5〜１または２重量％の量は重合体を多糖に対して
実質的にグラフト重合することなく、単に橋かけ結合す
るように思われる。
重合体中のコモノマー（ａ）の上限は、所望の剛性度、
官能度および親水度に応じて99.9重量％までの範囲内を
変動することができる。しかしコモノマー（ａ）の量を
15〜20重量％以上に過度に増大すれば、多孔度が低下す
る。その場合には、巨大分子がコモノマー（ｂ）の官能
基に十分に接近するのに困難を生じる。コモノマー
（ａ）に対してコモノマー（ｂ）を優越させることが望
ましい。コモノマー（ｃ）は、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）
全量に対して20重量％までの量存在することができる。
多糖と変性重合体との重量比は調整自在であって、多糖
に対して共重合体0.1〜５重量部の範囲である。
コモノマー（ｂ）がカチオン交換能を示すことのできる
イオン化性化学基を持つとき、ある程度の橋かけ結合度
が生じるのでなければ溶液中の材料の可撓性がミセル型
集合体の形成を促進し、交換能のゆっくりした損失をも
たらす傾向がある。故にこれらの型の変性多糖について
重合体の橋かけ結合を生じることがこの発明の好ましい
態様である。橋かけ結合は、一方では、少くとも２つの
重合性α，β−炭素二重結合を有する少量のポリ不飽和
コモノマーを重合処方の中に導入することによって得ら
れる。たとえば、モノ−およびポリエチレングリコール
ジメタクリレートおよびジアクリレート（６までのエ
チレン基を持つポリエチレングリコール残基を含む）、
エチレンジメタクリレート、エチレン ジアクリレー
ト、テトラメチレン ジメタクリレート、テトラエチレ
ン ジアクリレート、ジビニル ベンゼン、トリアリル
ジアヌレート、メチレン−ビス−アクリルアミドまた
は−ビス−メタクリルアミドおよび類似物を導入する。
他の型の橋かけ結合剤は、特にアミノアルキルコモノマ
ー（ｂ）から作られた共重合体に応用される。アミノア
ルキル窒素原子上に自由電子対が存在するが故に、窒素
遊離電子対と反応するような二官能試薬をもって橋かけ
結合が実施される。これらの試薬のうち、Hal-CO-（C
H2）ｎ‐CO-Halなどのジアシルハライド、またはHal-
（CH2）ｎ‐Halなどのアルキルジハライドがある。ここ
に、Halは塩化物、臭化物またはヨウ化物などのハロゲ
ン化物、ｎは２〜12の範囲内である。窒素原子と反応す
ることのできる他の二官能試薬を使用することもでき
る。これらの二官能試薬の利点は、共重合体を橋かけ結
合すると同時に、窒素センタにカチオン電荷を生じ、こ
れにより材料をイオン化するにある。
橋かけ結合剤の量は実験的に決定するのが最もよい。こ
の量は、重合体がイオン交換能を経時的に一定値に保持
する場合には十分と見なされ、膨潤が防止されるときに
は高過ぎると見なされ、最終材料中に剛性が得れれば多
過ぎると見なされる。理想的には、合成重合体単位の５
〜20モル％の橋かけ結合剤の量が十分である。
この特願および特許請求の範囲において使用される“ア
フィニティ配位子（affinity ligand）”という用語
は、固定相の中に固定されることができまたアフィニテ
ィクロマトグラフィによって溶出相から相補的結合分子
を精製するために使用することのできる低分子量または
高分子量の分子を含むものとする。例えば、配位子は阻
害剤（inhibitor）、補助因子（cofactor）、補欠分子
族（prosthetic group）、または重合体基質とすること
ができ、これらすべては酵素またはホロ酵素を精製する
ために使用される。他の配位子／リゲート対（ligate p
air）は酵素／重合体阻害剤、核酸、一本鎖／核酸、相
補鎖、ハプテンまたは抗原／抗体、抗体／蛋白質または
多糖、単糖または多糖／レクチンまたは受容体、レクチ
ン／糖蛋白質または受容体、小標的化合物／結合蛋白
質、および結合蛋白質／小標的化合物とすることができ
る。配位子／リゲート対として抗原／抗体対が使用され
る場合、この技術は“イムノアフィニティ”クロマトグ
ラフィという特別の名称を有する。
この発明のキャリアに結合されうる“生物学的活性分
子”は、酵素、酵素基質、阻害剤、ホルモン、抗生物
質、抗体、抗原、ペプチド、サッカライド、核酸および
類似物である。これらの分子についての唯一の要件は、
これらの分子がコモノマー（ｂ）上の固定化学基に共有
結合されうる反応基を有することである。
ヒドロラーゼ、イソメラーゼ、プロテアーゼ、アミラー
ゼおよび類似物などの酵素の固定が特に興味がある。こ
れらの固定された酵素はこの技術分野において公知のよ
うに生化学反応器の中で使用することができる。
逆相（reverse phase）クロマトグラフィまたは“疎水
性相互作用クロマトグラフィ”とは、混合物中の疎水性
成分を吸着するために使用されるクロマトグラフィを意
味する。この種の成分は脂質、細胞断片および類似物を
含む。この実施態様において、コモノマー（ｂ）（iv）
は、C6−C18直鎖または枝分れアルコールあるいはフェ
ノールまたはナフトールなどの芳香族アルコールのアク
リレートまたはメタクリレートエステルである。
この発明のキャリア材料は先行技術の他の多糖基キャリ
ア材料と同様に、そのものとして使用することができ
る。あるいは好ましい態様として、変性後に繊維状を成
す多糖材料を、イオン交換特性、アフィニティクロマト
グラフィ特性、生反応特性および逆性特性を有する繊維
シートなどの自己支持性繊維マトリックスに形成するこ
とができる。また変性繊維質多糖繊維媒質は種々のサイ
ズの非変性繊維を含むことができ、さらに変性または非
変性顆粒状材料を含むことができる。
繊維質媒質は、多孔性繊維マトリックスにおいて、この
発明の特性により繊維が分子分離またはイオン分離また
は分子反応に有効である繊維質マトリックスを含む。こ
のマトリックスは各成分に関して本質的に均質である。
顆粒が存在する場合、この顆粒も分子分離またはイオン
分離または反応に対して有効となるようにこれを変性す
ることが好ましい。このような顆粒は所望の分離または
反応を達成するのに有効な量をもって繊維相の中に含有
されなければならない。全体媒質は本質的に不活性であ
り、寸法安定性である。
使用されうる好ましい顆粒は、微粉末状で提供されまた
クロマトグラフィ機能を示すことのできる、即ち有効な
分子分離および／または分子反応を実施することのでき
るすべての物質を含む。このような組成物の混合物もま
た使用することができる。このような顆粒の例は、シリ
カ、アルミナ、酸化ジルコニウム、ケイソウ土、パーラ
イト、ヒル石などの粘土、活性炭などの炭素、他のイオ
ン交換樹脂などの変性重合体顆粒、結晶性セルローズ、
分子フルイ、および類似物であって、その表面を通常の
方法で変性することができる。このような材料は、Bios
ila、Hi-Flosil、Li Chroprep Si、Mikropak Si、Nucle
osil、Partisil、Porasil、Spherosil、Zorbax cil、Co
rasil、Pallosil、Zipax、Bondapak、Li Chrosorb、Hyp
ersil、Zorbax、Perisorb、Fractosil、Corning Porous
Glass、Dowex、Amberlite樹脂などの商標で市販されて
いる。
分子分離に有効な顆粒物質を記載した文献例はMiller、
米国特許第3,669,841号、Kirklandほか、米国特許第3,7
22,181号、Kirklandほか、米国特許第3,795,313号、Reg
nier、米国特許第3,983,299号、Chang、米国特許第4,02
9,583号、Stehl、米国特許第3,664,967号、Krekeler、
米国特許第4,053,565号およびIher、米国特許第4,105,4
26号である。これらの引用文献の全開示を引用として示
す。
顆粒の粒径は臨界的ではないが、処理されるべき試料が
材料を通過する流量にある程度影響する。通常、約５ミ
クロン以上の均一粒径が好ましく、約10〜100ミクロン
が実際的操作範囲を成している。顆粒の量は固体相の約
10重量％乃至80重量％またはこれ以上の広い範囲を変動
することができる。最適顆粒濃度は、所望の分子分離度
に依存して変動する。
繊維質媒質は、その内部に含まれる顆粒を固定すること
ができなければならない。即ち固定相からの過度の顆粒
損失を防止することができなければならない。しかし媒
質内部を流体を通過させることのできる多孔度有しなけ
ればならない。このようにして、この発明の変性セルロ
ーズ材料は自己結合性であり、他の繊維または結合剤を
添加する必要はないけれども、このような他の繊維また
は結合剤を使用してもよい。この媒質に使用される他の
繊維は、ポリアクリロニトリル繊維、ナイロン繊維、羊
毛繊維、レーヨン繊維およびポリ塩化ビニール繊維、木
材パルプおよび棉などの他のセルローズ繊維、および酢
酸セルローズを含む。
この発明の１つの実施態様は、２種の相異なる型のセル
ローズを含有し、その一方はこの発明による変性セルロ
ーズであり、他方は非変性セルローズであるようにした
繊維質媒質を提供するにある。
前記のセルローズと共に使用することのできるこの発明
の他の実施態様は、湿めった“形成されたままの状態”
と最終的乾燥状態とにおいて十分な構造一体性のシート
を成し、また処理中に操作することができると共に所望
の最終用途に適したリファイニングされてない構造用フ
ァイバである。このようなファイバーは通常比較的大で
あって、６〜60マイクロメートルの範囲の径のものが市
販されている。木材パルプも使用することができ、これ
は15〜25マイクロメートルの繊維直径と、約0.85〜約6.
5mmの繊維長とを有する。リファイニングされていない
自己結合性構造用ファイバは代表的には＋400〜＋800ml
のカナダ標準水度を有する。これらの長自己結合性フ
ァイバはファイバ材質重量の50％以上、好ましくは60〜
100％、最も好ましくは100％を成すことができる。オプ
ションとしてセルローズパルプの大部分を標準サイズの
セルローズパルプ（＋400〜＋800ml）とし、小部分の＋
100〜−600mlの範囲のカナダ標準水度までリファイニ
ングされたセルローズパルプを含むことができる。特
に、約１〜約20％のリファイニングされたパルプと約50
％〜約90％のリファイニングされていないセルローズと
をマトリックスの中に含有させることができる。顆粒も
また添加することができる。
顆粒材料がミリミクロン径である場合、譲受人の1982年
２月９日付、同時係属米国特願第347,360号に記載のよ
うなカチオン樹脂とアニオン樹脂の混合物を使用するこ
とが望ましい。あるいはまた譲受人の1982年７月23日付
同時係属米国特願第401,361号に記載のような重合体バ
ックボーンに沿って酸素原子を有する中性有機重合体樹
脂を、前記のミリミクロンサイズの顆粒に加えて含有す
る媒質を使用することができる。
またこの発明においては、例えばRegnier、米国特許第
3,983,299号、Kirklandほか、米国特許第3,795,313号、
Kirklandほか、米国特許第3,722,181号、Mazarguilほ
か、米国特許第4,034,139号、Talleyほか、米国特許第
4,118,316号、Ho Changほか、米国特許第4,029,583号、
またはRegnier、米国特許第4,108,603号に記載されてい
るような変性無機支持材料をもつ変性セルローズ繊維媒
質を使用することが特に興味深い。これらの特許をすべ
て引用文献として加える。さらに詳しくは、シランを含
有するケイ素質粒子を誘導し、これに各種のイオン交換
基または固定基を取付けることが可能である。この実施
態様においては、セルローズファイバとケイ素質顆粒が
共に変性されており、それらの相互作用が固定能および
／またはイオン交換能を増大する。顆粒状物質の添加は
繊維質媒質の剛性と強度を増大する傾向があり、これを
工業用、特に高圧を含む工業用にただちに使用すること
を可能にする。
調製方法 この発明の重合体変性された多糖材料は種々の方法で調
製することができる。一般的に言って、１つの調製方法
においては、まず重合体を調製し、次にこの重合体を、
そのヒドロキシ反応基（もしあれば）を介して多糖に対
して縮合させる。あるいは他の方法においては、まず多
糖を水酸基反応性コモノマー（ａ）と反応させ、次にコ
モノマー（ｂ）および所望なら他の成分（例えば橋かけ
結合コモノマー、疎水性コモノマーなど）と共重合させ
る。故にこれらの反応は次の２型から成る。（１）コモ
ノマー（ａ）上のヒドロキシ反応基に対するサッカライ
ドの結合、および（２）重合性不飽和化合物の重合。こ
れらが実施される順序は特に臨界的でない。
合成重合体を多糖に（間接的に）結合する第３法は、予
め多糖を化学的に活性化する段階を含む。例えば多糖
を、過ヨウ素酸塩、過酸化水素、セリウムまたはその他
の金属の酸化性イオンまたは類似物などの酸化剤によっ
て処理することができる。活性化された多糖とアミノ含
有重合性単量体化合物との反応につづいて還元を実施す
れば、分子鎖に沿って不飽和官能基を持った誘導された
多糖を生じる。これらの官能基は次に重合体を共役する
ための固定位置として役立つことができる。
多糖の他の型の化学活性化法は、ジエポキシドまたはエ
ピクロルヒドリンなどの化合物との反応を含み、この反
応は分子鎖に沿ってエポキシ基またはその他の基を持つ
誘導多糖を生じる。次にこれらのエポキシ基またはその
他の基は多糖分子鎖上の共役位置として役立つ。
多糖に対する重合体の（間接的）結合のための化学活性
化法は、重合体の中に負（アニオン）官能基を導入する
場合に特に有用である。これはセルローズなどの多糖に
対して負電荷（カルボキシ基、リン酸基、スルホン基な
ど）を与えようとする際に、通常多糖に対して正電荷を
与える方法を成すグラフト重合が余り効果的に生じない
からである。
コモノマーの重合は、ラジカル連鎖反応、段階反応、イ
オンおよび配位重合によって実施されることができる。
特にラジカル重合が有効である。
ラジカル重合性コモノマーの遊離基付加重合は公知の開
始段階、付加段階および停止段階を用いて遊離基開始剤
によって実施される。通常の方法は、単量体と反応する
ことのできるラジカルを生成する単数または複数の物質
を使用するにある。おそらくすべての重合開始剤の最も
簡単なものは、有機過酸化物およびアゾ化合物である。
これらの物質は50〜140℃の温度で、有限速度で通常の
有機溶媒中において自発的に遊離基に分解する。例え
ば、過酸化ベンゾイルは60℃で２種のベンゾイルオキシ
基に分解する。他の例は、近接容易な温度において同様
に複数のラジカルに分解するアゾ化合物、アゾ‐ビス‐
イソブチロニトリルである。
また開始剤系を紫外線をもって照射することによって必
要エネルギが与えられる。例えばベンゾフェノンおよび
その誘導体、ベンゾイン アルキル エーテルまたは誘
導体、またはアセトフェノンなどの光開始剤の存在にお
いて、紫外線をもって開始剤系を照射することによって
開始される。その場合、開始剤分子が、加えられたスペ
クトル域において吸収することが必要である。このよう
にして純粋な熱励起が使用される場合に必要な温度より
も大巾に低い温度で有限速度でラジカルを発生させるこ
とができる。最後に、２分子反応が重合を開始すること
のできるラジカルを生成する場合がある。特に重要なの
は水性媒質中において生じ電子伝達プロセスを含むレド
ックス反応である。例えば、単量体のラジカル重合を開
始する際に、Fe（II）プラス過酸化水素系、またはAg
（Ｉ）プラスS2O8 --が特に重要である。この発明におい
ては、低開始温度の故にレドックス開始剤または光化学
的に誘導された開始剤が特に好ましい。開始剤の量は重
合反応を開始するのに十分な量とする。重合は、単量体
またはコモノマーの実質全量が重合体分子鎖の中に合体
されてしまうまで実施される。これは反応混合物に対す
る簡単な分析テストによって容易に確認することができ
る。好ましくはこの重合は多糖に対する重合体の共有結
合とほとんど同時にまたはその直後に実施される。好ま
しくは、結合と重合は同一水性媒質中において実施され
る。
１つの実施態様において、コモノマー（ａ）と多糖の水
酸基との縮合は、重合の前に行なわれても後に行なわれ
ても、原則として反応混合物の温度を調整することによ
り、あるいは適当な酸性／塩基性触媒を添加することに
よって実施される。
この工程を実施する最も好ましい方法は、ヒドロキシ反
応コモノマー（ａ）を使用した“ワンポット”系におい
て実施される。すべての所望の単量体と多糖を、例えば
水、アルコール、有機物などの不活性溶媒系に加える。
コモノマーの重合を開始する条件のもとに、多糖とコモ
ノマーを処理する。これは例えば、よく撹拌された混合
物に対して、過硫酸アンモニウムおよびチオ硫酸ナトリ
ウムなどの開始剤の水溶液を加え、約15℃〜40℃の温度
で重合を開始することによって実施される。あるいは、
光不安定性開始剤を添加し、光化学手段によって開始す
ることができる。重合を終了させるのに十分な時間撹拌
したのち、多糖の水酸基に対する形成共重合体の結合
は、この縮合を生じるに十分な温度まで反応混合物温度
を高めることによって実施される。共重合体上の結合基
がグリシジル基である場合、この温度は原則として80〜
100℃前後である。次に反応終了まで、あるいは多糖を
所望の能力まで変性するまで、第２の温度で反応を進行
させる。生成物を過し、洗浄し、乾燥し、必要ならば
次の処理を行なう。未反応単量体を好ましくはアルコー
ルで洗浄し、未反応触媒を水性媒質で洗浄し、また重合
体をメタノールまたはエタノールで洗浄する。
変性多糖の次の反応は、橋かけ結合、例えば窒素官能基
の四級化によるイオン交換ポテンシャルの活性化、エス
テルのケン化、酸のイオン化、エポキシドのスルホン
化、ホスホリル化または酸化、または類似の手順によっ
て実施される。四級化、ケン化、酸化および塩形成は当
業者には公知の反応であるからこれ以上説明しない。言
うまでもなく、材料のイオン交換ポテンシャルの相乗作
用を生じる反応は多糖／共重合体結合を破壊してはなら
ない。一般に強酸性条件を避けなければならない。
アミノアルキル官能基の四級化は、変性多糖をジアシル
ハライドまたはアルキル ジハライドと共に、多糖100
部に対してハライド0.1〜３重量部の割合で、適当な温
度、時間および溶媒条件で反応させることにより、橋か
け結合と同時に実施することができる。
変性多糖材料のさらに他の反応は、アフィニティ配位子
または生物学的活性分子をコモノマー（ｂ）の固定基に
結合するにある。この反応は適当な溶媒中において、原
則として水性溶媒中において、固定されるべきアフィニ
ティ配位子または生体分子と変性多糖とを混合し、その
間の共有結合を生じるのに十分な時間と条件のもとに固
定を実施することによって実施される。シアノゲン ハ
ライドなどの物質をもってコモノマー（ｂ）上の多糖基
を活性化し、次に活性化された多糖をアフィニティ重合
配位子または生体分子をもって処理することが必要な場
合がある。この実施態様においては、まずアフィニティ
配位子または生物学的に活性の分子をコモノマー単位
（ｂ）に結合し、次にこのようにして得られた重合体ま
たは共重合体を多糖に結合することが好ましい。
アフィニティ配位子または生物学的活性分子とコモノマ
ー（ｂ）上の固定基との反応は原則として０℃〜50℃の
温度で実施され、酸または塩基または金属などの触媒ま
たはDCCなどの物質の添加を含むことができる。このよ
うにして得られた配位子または生物分子含有変性多糖を
適当な条件で洗浄し、必要なら次の処理を実施する。
原則として疎水性コモノマー（ｂ）（iv）が共重合混合
物に対してアルコール溶媒および／または界面活性剤の
存在において添加される。次にアルコールをもって洗浄
される。
この発明による生成物の形成の１実施例として、（１）
セルローズと、（ａ）グリシジルメタクリレート（GM
A）および（ｂ）ジエチルアミノエチル メタクリレー
ト（DEAEMA）のコモノマー（２）との複合体について記
述することができる。これは、この発明の調製法に含ま
れた実際上無限の生成物とその特性をうるように制御す
ることのできる多数の変性を説明するためのものにすぎ
ない。
第１段階繊維分散と単量体添加 リンターを水中に１％固体含有量で分散させ、DEAEMAと
GMAを添加する。
変数 Ａ） 棉の化学的性質と物理的サイズ、 Ｂ） 単量体の純度、 Ｃ） 固体含有％、 Ｄ） 単量体／棉の比、 Ｅ） DEAEMA/GMA比、 第２段階．重合体の形成 スラリ温度を15℃〜40℃に高める。続いて触媒の添加お
よび１〜２分の反応。
変数 Ａ） 温度と反応時間、 Ｂ） 触媒量、 第３段階．棉に対する重合体の結合 スラリ温度を25分間以内に80℃〜100℃に高める。界面
活性剤添加。
変数 Ａ） 温度上昇率、 Ｂ） スラリpH、 Ｃ） 界面活性剤の効果、 第４段階．洗浄（１） 反応系中に残存する無機触媒を除去するため、４体積部
の水で生成物を洗浄する。
変数 Ａ） 塩を除去するための水の所要体積、 Ｂ） 洗浄方法、 第５段階．洗浄（２） ホモポリマーと未反応単量体を除去するため、２体積部
のメタノールで生成物を洗浄する。
変数 Ａ） 反応条件に反応するメタノールの量 第６段階．洗浄（３） 繊維中に捕捉されたメタノールを除去するため、４体積
部の水で生成物を洗浄する。
変数 Ａ） 水量、 第７段階．酸性化 第６段階から出た生成物を水中に再分散させ、1MHClをp
H4.0〜4.5まで徐々に添加する。
変数 Ａ） 水量、 第８段階〜第14段階：四級化 第８段階 再分散 第６段階から出た生成物を水中に１％固体含有量まで再
分散させる。
変数 Ａ） 固体含有量 第９段階 四級化 1,6ジクロルヘキサンを触媒としてのKIの存在において
スラリに添加する。温度を95℃に高め、15時間、還流す
る。
変数 Ａ） 四級化剤 Ｂ） 溶媒 Ｃ） 反応時間と温度、 第10段階 洗浄（５） KI塩と四級化剤とを除去するために水を使用する。
第11段階 洗浄（６） メタノールを使用して余分の四級化剤の溶解度を増大す
ることにより、これを除去する。
変数 Ａ） 洗浄度 第12段階 洗浄（７） 反応系からメタノールを除去するために洗浄水を使用す
る。
第13段階 酸性化 残留未四級化DEAEに陽子授与するために1MHClを使用す
る。
変数 Ａ） 平衡DEAEとQAEは、反応系中で実施される
四化度に依存している。
第14段階 洗浄（８） 余分の酸を洗い落とす。
この発明の変性多糖材料からの自己支持繊維質媒質の形
成は、重合と多糖変性直後に実施することができる。こ
の実施態様においては、イオン交換基のアンマスキング
またはアフィニティ配位子または生物分子の固定は形成
されたシートそのものについて実施することができる。
あるいは、イオン交換基のアンマスキングおよび／また
はアフィニティ配位子あるいは生体分子の固定後に繊維
媒質を形成する。好ましい方法は、多糖変性後に繊維シ
ートを形成し、次にこのシートに対して、アンマスキン
グおよび固定などの反応を実施するにある。
この発明の変性多糖を使用した自己支持性繊維マトリッ
クスは、繊維と所望なら追加樹脂と変性または未変性顆
粒との水性スラリを真空過することによって作成され
る。このようにして、均一に高い多孔度と微細な細孔サ
イズ構造とを有するすぐれた流水特性のシートが形成さ
れ、このシートは繊維、樹脂および顆粒に関して実質的
に均質である。
真空過は有孔面上で実施される。原則として、実際上
50メッシュから200メッシュまでの、それぞれ280マイク
ロメートルから70マイクロメートルまでのメッシュオー
プニングの織成ワイヤメッシュ上で実施される。これよ
りこまかいメッシュは閉塞の問題および／または構造的
不適格の故に適当でない。
スラリ（変性ファイバ、他のファイバ、顆粒、変性顆
粒、その他の樹脂など）に対する成分全体の添加順序
は、そのスラリが混合工程に際して制御された流体せん
断応力を受けさえすれば、比較的重要でない。このスラ
リは原則として例えば約４％コンシステンシに調製さ
れ、次に真空過とシート形成に必要な適当コンシステ
ンシまで、追加水量によって希釈される。この後者のコ
ンシステンシは、シートを形成するために使用される装
置の型に依存して変動する。代表的には、このスラリは
多孔面上に抄紙され、真空過され、通常の方法で乾燥
される。
平坦な寸法的に安定したシートは任意所望の厚さとし、
これがそれぞれの用途に応じた適当な寸法に断裁され
る。好ましくは、湿めったシートを多くの場合に乾燥
し、これをディスクの形成に適したサイズに断裁する。
これらのディスクは、所望の媒質を形成するように適当
サイズの円筒形カラムの上に載置される。ディスクが円
筒内部にひずみなしで押込まれるが重力で落下してディ
スクと円筒との間にギャップを形成することのないよう
に、ディスクと円筒とを締りばめすることが好ましい。
カラムが乾燥充填されたのち、ポンプを使用して、カラ
ムの中に堆積された要素を通して溶媒を送る。好ましく
は、要素が膨潤して、円筒壁面に対して堅いエッジシー
ルを成すように成す。各要素は寸法的に安定しているか
ら、カラムはその配向または操作について敏感でない。
これは、他のクロマトグラフィ媒質、特に任意のゲル型
媒質について一般に見られる問題点である。
好ましい実施態様において、繊維状のこの発明の変性多
糖媒質は、Leekeほかによって1983年６月17日出願され
た同時係属米国特願第505,532号に記載のようにゼリー
ロール型に形成することができ、あるいはアンダース
ン、米国特許第2,539,767号および第2,539,768号に記載
された機械的過用形状に類似した形状に形成すること
ができる。これはAMF社、Cuno部からMicro-KleanＲフィ
ルターカートリッジとして入手され、同一標題のパンフ
レット、1981に記載されている。これを引用として加え
る。
ゼリーロール型形状は通常カートリッジの中に形成され
る。カートリッジの引用は二、三の利点がある。カート
リッジの用途に応じて、200〜500ml/分の生産規模の流
量を使用することができる。またカートリッジはクラフ
ト ノンシェディング紙の中に巻込み／封入することに
よって別個にオートクレーブ処理することができる。ま
たカートリッジは、アセチル エンドキャップを備えた
ポリスルホンチュービングから成る特殊ハウジングの中
に収容し、オートクレーブ処理することができる。カー
トリッジは常温貯蔵に際してその結合能に関して長期安
定性を示す。
マトリックスの剛性の故に、カラムを高容積プロセスの
ために無制限直径で操作することができる。カラム容積
は、緩衝溶液中のpHまたはイオン強度の変更によって実
際上影響されることがない。このような系は短時間で平
衡され、また再生することができ、カラムの調製および
再生という面倒な手順を除く。
使用法 この発明はイオン交換材料、アフィニティ材料、逆相材
料または生体活性材料は、公知の先行技術のいずれのイ
オン交換、アフィニティまたは逆相クロマトグラフィに
おいても使用することができ、または生体反応体の支持
体として使用することができる。
この発明によって得られる材料はこれまで使用されてい
た材料に比べて個有の特性を有する。変性多糖、例えば
セルローズを他の型の多糖、例えば微結晶セルローズと
混合し、（他の顆粒材料を添加することなく）繊維質シ
ートを形成することによって形成された二元系は、原則
として非特異的蛋白質吸着を示すシリカ材料を含有しな
い利点を有する。系の中に存在する多くの変数を調整す
ることにより、膨潤度を容易にまた高度に制御すること
ができるので、非変性微結晶セルローズの代わりに他の
機械的強化剤を使用することができ、また製造コストが
低く、交換能または固定能が高く、この固定能はいずれ
にせよ、コモノマー（ａ）と（ｂ）の比率を制御するこ
とによって変更することができる。
変性多糖と、変性または非変性顆粒と、非変性ファイバ
とから成る三元系は、この系の中に存在する多数の変数
を変更することにより、膨潤度、剛性および交換能を最
大限に成すことができる利点を有する。流量は、有機成
分と顆粒成分（特にシリカ）の比率を変更することによ
り、大幅に交換能を失うことなく制御できる。さらにこ
のような系は、非変性セルローズを使用した先行技術の
系に比べて、多くの場合にリファイニングパルプを必要
としない利点がある。何故かならば多糖上に結合された
重合体が顆粒をファイバ面に橋かけするためにリファイ
ニングされたパルプと同様に作用するからである。この
系における重合体成分は結合剤樹脂としても作用する。
従ってもし望むならばスラリに対する樹脂の添加を省略
することができる。
通常、先行技術は最大数の化学基を材料面に結合するた
め大面積の材料に依存していたのであるが、この発明の
材料は各多糖分子当り多官能基を結合する手段を与え
る。このような官能基がイオン交換または固定に近接可
能に成される限り、調製はもはや大面積材料には限定さ
れない。
蛋白質の分離と精製において避けなければならないキー
ファクタは蛋白質分子の損傷である。この発明において
は、これは、限られた量の有機重合体と共に多糖などの
生体相容性材料を使用することによって防止される。こ
れらの材料は膨潤性であって、きわめてわずかしか蛋白
質の劣化を生じない。アクリル重合体もサッカライド重
合体もきわめて小量であってまた疎水性であるから、生
体高分子の非特異的吸着が低減される。
設計の柔軟性と設計制御の他の分野は、イオン交換基ま
たは固定基をもつアクリル重合体の長さの調整である。
重合体長さの可変性は溶出または配位子の近接性による
立体化学的障害を除くだけでなく、マトリックスからの
配位子の漏れを最小限に成す。重合体“うで（arm）”
はフォールディングバック（folding back）などの潜在
的内部親水性相互作用を避けるために長すぎてはならな
い。生体配位子を固定するには一般に約５〜20原子の
“うで”が理想的である。
アフィニティ配位子または生体分子について公知の固定
基を使用することにより、この発明の材料は、Sephadex
ＲまたはSepharoseＲなどの公知の市販材料について開
発されたすべての合成方法を使用することができる。
最後に、この発明のマトリックスは化学的にまた物理的
に安定であって、塩および溶離剤と接触したときに寸法
安定性の最小限度の変化を示すにすぎない。
実施例 以下においてこの発明を二、三の実施例について説明す
るが、この発明はこれらの例に限定されるものではな
い。
実施例１ ポリ（ジエチルアミノエチル メタクリレート）‐g-セ
ルローズ （ａ）処方 試 薬 量 微結晶セルローズ 10g ジエチルアミノエチル メタクリレート 25 cc グリシジル メタクリレート 2.5cc 過硫酸アンモニウム １ g チオ硫酸ナトリウム １ g 水分 500 cc （ｂ）手順 1.反応器中の水の中にセルローズをよく分散する。
2.ジエチルアミノエチル メタクリレートとグリシジル
メタクリレートを反応器の中に注入する前によく混合
する。
3.単量体を反応器中に注入したのち、混合物を５分間撹
拌する。
4.過硫酸アンモニウムとチオ硫酸ナトリウムを20mlの水
中に溶解し、次にこれを反応器に注入する。
5.反応体を20分間、15℃〜40℃で撹拌する。次に温度を
80℃に高める。
6.80℃〜90℃の温度で１時間、撹拌をつづける。
7.生成物を冷却するために0.5時間放置する。
8.生成物を過し、水とアセトンでよく洗浄する。
（ｃ）結果 ブリンクマン電位差計E536において、氷酢酸（水溶液中
0.1M HCl）中で0.1M HClO4をもって滴定することによ
り、存在DEAE官能基の数を測定した。この測定器は対照
としての市販DEAEセルローズを測定することによって検
度され、交換能は乾燥材料グラム当りミリ等量（mEQ）
として表わされた。この発明による共重合セルローズ
は、先行技術の誘導法で作られたセルローズの約３倍の
交換能を示した。
この結果は、アルブミン吸着能の測定によってさらに確
認された。これは、繊維質シートを調製し、これをディ
スク状に断裁し、これを76mmサイズのカラムの中に充填
することによって実施された。リン酸塩緩衝液中のアル
ブミンをカラム中をポンプ移送し、そののち1N NaCl溶
液をもって溶離した。280nmO.Dで測定されたアルブミン
量は下記の結果を示した。
四級化ポリ（ジエチルアミノエチル メタクリレート）
‐g-セルローズ （ａ）処方 試薬 量 ポリ（ジエチルアミノエチル メタクリレート）‐g-セ
ルローズ（実施例１） ５ g 1,6-ジクロロヘキサンまたは1,4ジクロロブタン ３ cc ヨウ化カリウム 0.1g イソプロパノール 100 cc 水分 100 cc （ｂ）手順 1.丸首フラスコに湿潤ポリ（ジエチルアミノエチル メ
タクリレート）‐g-セルローズと、1,4ジクロルブタン
と、ヨウ化カリウムと、イソプロパノールとを充填す
る。
2.反応混合物を１晩還流する。
3.生成物を過し、アセトンおよび水でよく洗浄する。
4.試料を10-2N HClで酸性化し、次に水でよく洗う。
（ｃ）結果 結果は、荷電基の固定に際して橋かけ結合剤としての1,
6-ジクロロヘキサンの有効性を示している。また橋かけ
結合剤として、1,6-ジブロモまたはジヨード ヘヘキサ
ンも効果的であった。
四級化パーセントを改良するため、1,3-ジクロロ‐2-プ
ロパノール、1-クロロ‐2-プロパノール、クロロ酢酸、
メチル クロロアセテートおよびクロロエチル ジエチ
ルアミンなどのハロ化合物から成る水溶性四級化試薬を
用いて効果的であった。ヨウ化エチルから誘導された四
級化（QAE）媒質は７〜8.5のpH範囲において特に高いBS
A結合能を示した。結果を表２と表３に示す。
実施例４ 前記の表１のサンプル７によって作られた媒質の交換能
のビーカーテストを種々の型の蛋白質分子について実施
した。結果を下の表４に示す。
実施例５ 実施例２の媒質を用いた血漿 分画化 人間血漿からとられたコーン分画IIとIII775mlをpH6.5
の0.01Mリン酸塩緩衝液の中に溶解した。この溶液を、
実施例の媒質25gを含有するカラム（7.7cm内径×4.3cm
長さ、容積＝200ml）に加えた。非結合分画から2.7gのI
gGが回収されたが、1M塩化ナトリウムによる結合材料の
溶離は7.5gのアルブミンを生じた。
実施例６ 変性セルローズと変性シリカとを含有するシートの形成 （ａ）シリカのシラン化 シラン化工程はトルエン中でまたは水中で実施すること
ができる。反応メカニズムは、有機シラン上のハライド
またはシアノール官能基と、シリカ面上のシラノールと
の縮合とを含む。従って、反応縮合は、シランの性質お
よびシリカの表面特性に非常に依存している。シリカの
選定は化学ファクタと物理ファクタとに基づいて行なわ
れる。化学的には、これはシラン化反応に適した表面特
性を有しなければならない。物理学的には、その粒径
は、２フィート長までのカラムにおいて配合中に複合構
造の等質性が保持される限り、最小限の圧力ビルドアッ
プを可能とする程度に大きくなければならない。ダビッ
ドソンケミカル販売の下記の三つのグレードのシリカゲ
ルはこのような要件に見合うような選択である。
ダビッドソン生成物の最大細孔径は約250Aであって、こ
れはアルブミンより小さい蛋白質分子を収容できるにす
ぎない。IgGまたは免疫複合体などの巨大蛋白分子の拡
散を容易にするためには、1000Aの制御細孔ガラスまた
は500Aの制御細孔シリカを使用する必要がある。DEAEま
たはSPは下記のルートでシリカゲルの上に導入される。
（ｂ）スラリの配合 実施例２の変性セルローズファイバと（ａ）のシラン化
シリカとをタンク中で１〜２％コンシステシンで混合
し、下記配合割合のスラリを形成した。
あるいは、同一反応器の中でリファイニングされた大き
なパルプとリファイニングされた小さなパルプの混合物
について共重合を実施することができる。大サイズ（70
ミクロンまたはこれ以上）のシリカ952をリファイニン
グされたパルプなしで変性セルローズのみによって保持
することができる。結合剤は必要ない。なぜかならばセ
ルローズ上の重合体が結合剤としても作用するからであ
る。
（ｃ）カラムの形成 スラリを通常のように多孔面上に抄紙し、真空フェルテ
ィングし、乾燥した。平坦な寸法安定性シートを、それ
ぞれの型のカラムに適した寸法に断裁する。断裁された
ディスクを円筒体の中に適当高さまで堆積する。
（ｄ）討論と結果 前記のように調製されたマトリックスを9.0mm径のディ
スク状に断裁し、６インチ長まで堆積した。乾燥重量0.
85gの材料。膨張、吸着および溶離ののちに、アルブミ
ン吸着能を測定し、DEAE基の数を滴定して、下の表６に
示す結果を得た。
この結果は、有機マトリックスのイオン交換官能基の寄
与を十分に示している。交換能の増進は、シリカのほ
か、セルローズと結合剤の有効部位全部をイオン交換に
提供したことによって得られた。
実施例７ アフィニティクロマトグラフィ系の調製 成分A:セルローズファイバー 成分B:グリシジル メタクリレート 成分C:グルコース。
方法Ａ 第１段階 ＣのＢへの結合、 第２段階 Ｂ対BC比の制御による重合体の形成 第３段階 前記共重合体の成分Ａに対する結合 第２段階において残された余分量の触媒をもって、温度
を90℃に高めることにより、前記共重合体の成分Ｂのエ
ポキシ基をセルローズに結合することができる。成分Ａ
が重合体系であり、成分Ｃが単量体であることを除いて
化学反応は第１段階と同様である。
方法Ｂ 第１段階アクリル共重合体の形成 第２段階 酸性または塩基性触媒条件のもとに有効エポ
キシ基の90％が成分Ｃと反応できるような適当なモル比
で成分Ｃを重合体に対して加える。残りの10％はあとの
セルローズ面への結合のために残される。
実施例８ この発明によるアニオン変性セルロースの形成 1.セルローズ活性化 セルローズを２〜５％水分散系中の過ヨウ素酸カリウム
（ヨウ素酸カリウムはpH3.0において２％W/V存在）と、
約２時間常温で（または30分40℃で）たえず撹拌しなが
ら反応させる。酸化したセルローズをスクリーン上で真
空フェルディングし、未反応酸化物の除去が終了するま
で増イオン水をもって洗浄する。洗浄水の導電率を、も
はや塩がセルローズから出なくなるまで測定した。
2.活性化セルローズに対する単量体の結合 活性化されたセルローズを脱イオン水の中に２％コンシ
ステンシで再分散させ、アミノ エチル メタクリレー
ト（AEM）を添加した。AEMとセルローズとの重量比は約
25％であった。温度を50℃に高め、AEMを活性化セルロ
ーズと１時間撹拌しながら反応させる。
3.共重合体の生成 グリシジルメタクリレートをAEMに対して9:1の比率で、
反応器を50℃に保持しながら加える。反応タンクの中に
窒素を泡立て、水性系の中に溶解された酸素ガスを除去
する。過硫酸アンモニウムとチオ硫酸ナトリウムとの混
合物または有機過酸化物などの触媒を添加して、10分間
でビニール経由の重合反応を開始する。反応運動学につ
づいて、溶液の混濁度または液中のグリシジル基の減少
度を測定することができた。
4.グリシジル基の対応のアニオン基への転化 エポキシ基のカルボキシル基への転化は、酸化剤として
の過マンガン酸カリウムを用いて60℃で４時間実施され
た。未反応スピーシズとホモポリマーを除去するため、
最終生成物を脱イオン水とメタノールによって完全に洗
浄した。
5.クロマトグラフィカラムの製造 前記のように調製された材料を真空フェルティングによ
って成形し、表７に示すような複合フィルタパッドを形
成する。
パッドの交換能と流量のバランスを下記反応変数に基づ
いて調整することができる。
（ａ）棉ファイバと微結晶セルローズ粉末のサイズ、 （ｂ）セルローズ上にグラフト重合された重合体の量、 （ｃ）重合体の構造と性質、 （ｄ）適当なサイズに断裁し蛋白質分子のクロマトグラ
フィー分離のためにカラムの中に堆積されることのでき
る乾燥シートの性質と量。
交換能テスト結果 この材料を充填したカラムの交換能を、特定条件のもと
にカラム上に吸着されたウシのガンマグロブリン（BG
G）の量から測定し、これをカラム材料グラム当り吸着
されたBGGミリグラムで表示した。テスト手順は下記の
ようであった。
（ａ）ぜん動ポンプをカラムに接続し、配管の中に設定
された圧力計と、280NMにおける蛋白質濃度を追跡する
ためのUVモニタ装置を使用した。
（ｂ）カラム充填 25mm径ディスクをもって６インチ高まで充填されたカラ
ムは、流量とパッド多孔度に応じて１〜10PSIの範囲の
カラム横断圧を有する。パッドは相互間にほとんど間隙
を残さないようにピッチリと充填されるが、その構造を
破壊するほどの大きな力で詰込まれてはならない。全交
換能をカラム体積または重量ベースで表示できるよう
に、カラム中に装入されたパッド全量を計量した。
（ｃ）カラム平衡 流出液が出発溶液と同一のpHと導電率を持つまで、カラ
ムの中に平衡緩衝液をポンプ移送した。平衡状態に達す
るためには約５体積の緩衝液が必要であった。
（ｄ）カチオン交換カラムによるBGG吸着 パッドｇあたり約200mgの平均BGG吸着能に基き、カラム
を満たすために約２体積の量のBGGを必要とするように
目盛を付けられた円筒体の中に１体積のBGG溶液を注入
した。カラムを通して溶液を5ml/分の流速で循環させ
た。BGGの濃度をUVモニタによって280NMでモニタした。
カラムが飽和点に達したとき、A280が安定した。A280が
基線に戻るまでカラムを平衡緩衝液で洗浄した。BGGの
消失係数＝1.3として、吸着能は下記のように表わされ
る。
カチオン交換フィルタNo.Cat＃１とCat＃２の吸着能に
対するpH効果を表８に示す。
実施例８の結論 ウシのガンマブロブリンの吸着テストに示されるよう
に、高吸着能を有するカチオン交換剤が開発された。大
規模工業生産に応用される高流量が得られる。
この系は、基本的にセルローズファイバを支持バックボ
ーンとし、アクリル重合体がバックボーンに共有結合し
たグリシジル基を持つ複合構造である。これらの基が種
々の型の酸化によって対応のアニオン官能基に転化され
る。
リグニン含有量が低く保持される限り、セルローズと重
合体との間の反応はこの実施例における条件に従って進
行するであろう。
実施例９ ポリメタクリル酸をグラフト重合されたセルローズ （ａ）処方 試 薬 量 リンターファイバ 36 g メタクリル酸（またはβ‐カルボキシエチルアクリレー
ト） 90 ml グリシジル メタクリレート ９ ml トリトン Ｘ−100 54 g ラウリル酸ナトリウム 1.5g 過硫酸アンモニウム 9.8g チオ硫酸ナトリウム 9.8g トリブチルアミン 1.0ml （ｂ）手順 1.2の水の中にリンタファイバ36gを分散させ、トリブ
チルアミンを加える。
2.混合界面活性剤：非イオントリトン Ｘ−100（ロー
ム アンド ハース社）とラウリル硫酸ナトリウム（ア
ルコラック社）を加える。
3.混合単量体：メタクリル酸とグリシジル メタクリレ
ートを加え、温度を40℃に高める。
4.水中に予め溶解された触媒混合物：過硫酸アンモニウ
ムとチオ硫酸ナトリウムを加える。
5.強く撹拌しながら温度を１時間で80℃に高める。
6.反応液を常温まで冷却させ、４カラムの脱イオン水で
洗浄する。
7.まずメチルアルコールで洗浄し、次に水洗してアルコ
ールを除去する。
8.0.1Mのアルカリ溶液を加えることによってpHを調整す
る。
（ｃ）結論 正に荷電した蛋白質分子をこの実施例の媒質と接触させ
るビーカ法によって交換能テストを実施し、下記の結果
を得た。
前記の説明から当業者には明らかなように、この発明の
主旨の範囲内においてパラメータ、条件、構造および用
途を任意に変更実施できる。
実施例10〜14 これらの例は、ジェリーロール状またはカートリッジ状
に成形されたファイバマトリックスにこの発明のキャリ
アを使用する場合を示す。
実施例10 DEAEカートリッジによる蛋白質混合物の分離 この実施例においては、DEAE“ジェリーロール”カート
リッジをカラムと同様に高分離度をもって蛋白質混合物
を分離するために使用することができる。カラムと異
り、カートリッジは望ましくない圧力の問題を有せず、
従って低い圧力降下をもって高流量で操作することがで
きる。実際にテストされた15カートリッジのうち、すべ
てのユニットが再現性のある比較可能な結果を生じた。
実験Ａはウシ−グロブリンおよびウシ−アルブミンの人
工的混合物の分離を示す。
実験Ｂは人間血漿の分画化を示す。これらのいずれの実
験においても、カートリッジ（直径2.5cm、高さ7.5cm）
が使用された。
実験Ａ 蛋白質：−グロブリンの２サブクラス（483mg）とウシ
血清アルブミン（432mg）との混合物。
緩衝剤：緩衝剤A:リン酸塩緩衝剤（0.01M）、 pH＝6.8 緩衝剤B:リン酸塩緩衝剤（0.05M） pH＝6.0 緩衝剤C:リン酸塩緩衝剤（0.05M）、 pH＝6.2＋1M NaCl 282mgの−グロブリン タイプＩ（100％純粋）が緩衝剤
Ａ中で1M NaClをもって溶離された（第３図におけるピ
ークＡ）。
148mg−グロブリン タイプII（約90％純度）が緩衝剤
Ｂ中で溶離された（第３図におけるピークＢ）。
アルブミン（95％純度）が緩衝剤Ｃの中に溶離された
（第３図におけるピークＣ）。
実験Ｂ 蛋白質:10ml血漿、pH＝6.8（調整pH） 勾配溶離:0.01Mリン酸塩緩衝剤（pH＝6.8〜4.5） ピークI:−グロブリン ピークII:トランスフェリン ピークIII:アルブミン 電気泳動研究は分画が少なくとも90％純粋であることを
示している。
収率と回収率 使用蛋白質:10ml血漿全O.D.280＝390 −グロブリンO.D.280＝59.4 トランスフェリンO.D.280＝44.0 アルブミンO.D.280＝163.0 他の溶離蛋白質＝84.06 350.46 収率＝88％ 実施例11 DEAEカートリッジを用いたpHシフトによる結合トランス
フェリンの溶離 DEAE（“ジェリーロール”）カートリッジ媒質は、7.0
よりアルカリ性のpHにおいて、蛋白質結合能ごを低下さ
せる。塩の使用とその結果としての透析または限外過
を用いることなく、この独特のpHシフトを用いて、より
高いpHで結合蛋白質を溶離した。
予備的研究は、85.4％の結合BSAがpH7.5で（0.1M）リン
酸塩によって溶離されたことを示していた。この実施例
においてトランスフェリンについて同様の観察が成され
た。pH＝6.8で（0.01M）リン酸塩緩衝液を用いて、DEAE
カートリッジ媒質に対してトランスフェリンが結合さ
れ、（0.01M）リン酸塩pH＝7.5で溶離された。92％の結
合トランスフェリンが１カラム体積の中に溶離された。
残分のトランスフェリンは（0.1M）リン酸塩pH＝7.5と
（1M）NaClによって溶離された。第４図はその結果を示
す。
実施例12 IgG分画化のためのDEAEカートリッジとCMカートリッジ
の使用 1.DEAEカートリッジ（“ジェリーロール”） 使用蛋白質：透析された人間血漿 結合条件：リン酸塩緩衝剤（0.01M:0.9〜1.2ms）pH＝6.
3 溶離条件（連段または段階が使用可能） 2.CMカートリッジ（“ジェリーロール”） 使用蛋白質：前記DEAE段階からの未結合IgG 結合条件：リン酸塩緩衝剤（0.01M:0.9〜1.2ms）pH＝6.
0 溶離条件： 実施例13 相異なるpH値におけるCMカートリッジの交換能 CMカートリッジ（“ジェリーロール”）と市販のWhatma
nＲ CM−52とによって比較研究を実施した。詳細は第
５図および表10と表11に示す。
実施例14 四級化媒質カートリッジを使用した血漿分画化 カートリッジ寸法:2.5cm（直径）×7.5cm（高さ） 蛋白質:10ml血漿、pH＝6.8 勾配：連続リン酸塩緩衝剤（0.01M）、pH＝7.3〜（0.2
M）、pH＝4.5 材料 入力:10ml血漿、全O.D.280＝400 出力：全O.D.280＝377 収率:94.25％ 結果は第６図に示されている。
実施例15 疎水性基を含むこの発明の媒質 （ａ）処方 ポリ−（n-オクチルアクリレート）‐g-セルローズ試薬 量 リファイニングされたパルプ（＋260） 20g n-オクチル アクリレート 50ml グリシジル メタクリレート 5ml 過硫酸アンモニウム 2g チオ硫酸ナトリウム 2g 水分 933cc （ｂ）手順 1.3口、３リットルに丸型フラスコ中の水の中にリファ
イニングされたパルプ（＋260）をよく分散させた。
2.n-オクチル アクリレートとグリシジル メタクリレ
ートを反応器の中に注入前によく混合した。
3.反応器の中に単量体を注入し反応混合物をよく混合し
たのち、過硫酸アンモニウムとチオ硫酸ナトリウム溶液
を反応器の中に常温で装入した。
4.反応混合物を強く撹拌し、反応温度を15分以内に82℃
まで上昇させた。
5.80〜85℃の温度範囲で、１時間、撹拌をつづけた。
6.反応混合物を冷却したのち、生成物をよく水で洗つ
た。
実施例16 キレート基を含むこの発明の媒質 ポリ（3-N,N-ジカルボキシメチル‐Z-ヒドロキシ‐プロ
ピル メタクリレート）‐g-セルローズ （ａ）処方試薬 量 リファイニングされたパルプ（＋260） 50 g グリシジル メタクリレート 12.5cc 過硫酸アンモニウム 0.5g チオ硫酸ナトリウム 0.5g イミノ ジ酢酸ナトリウム ２ g 水 250 cc （ｂ）手順 1.3口反応器中の800ccの水の中にリファイニングされた
パルプ（＋260）をよく分散させた。
2.グリシジル メタクリレートを反応器の中に注入し反
応混合物をよく混合したのち、過硫酸アンモニウムとチ
オ硫酸ナトリウムを反応器の中に常温で装入した。
3.反応混合物を強く撹拌し、反応温度を15分以内に80℃
まで高めた。
4.80〜85℃の温度範囲で１時間撹拌をつづけた。
5.反応混合物を60℃に冷却し、次にイミノジ酢酸ナトリ
ウムを反応器の中に装入した。さらに反応を26時間つづ
けた。
6.反応混合物を冷却し、生成物を過し、洗浄した。
実施例17 これらの結果は、GMA組成を４〜12重量％の範囲を過度
に超えて増大または減少させると、吸着能を低下させる
ことを示す。約12％以上のGMA価は多孔度の減少を生
じ、これに対して約４％以下の値はグラフト重合効率の
損失を生じる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０７Ｋ 17/02 8318−4Ｈ Ｃ０８Ｇ 81/00 ＮＵＳ Ｃ１２Ｎ 11/02 Ｇ０１Ｎ 30/68 8310−2Ｊ (56)参考文献 特開 昭56−43312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−139408（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−25301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−157415（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（１） 合成重合体と共有結合した水不溶
    性多糖からなり、 （２） 前記合成重合体が、 （ａ）前記多糖のヒドロキシル基に対して直接に共有結
    合することのできるエポキシ基と、フリーラジカル重合
    の可能なビニル基とを含有する重合性化合物と、 （ｂ）一般式 （式中のＲはα，β−エチレン性不飽和重合性基であ
    り、Ｒ′及びＲ″は同一又は異なる炭素数１〜６のアル
    キル基又はアルカノイル基であり、Ｒは直接結合又は
    炭素数２〜３のアルキル基であり、Ｒ′又はＲ″は窒素
    原子と共に複素環を成しても良いものである。） で表わされる重合性化合物 とのフリーラジカル重合から製造された共重合体、 からなる変性多糖材料。
  2. 【請求項２】前記の多糖が、セルロースである請求の範
    囲第１項に記載の変性多糖材料。
  3. 【請求項３】前記合成重合体中の前記化合物（ａ）の量
    が、この重合体を前記多糖に実質的に共有結合させるに
    は十分ではあるが、変性多糖の多孔度の実質的損失を生
    じるには不十分な量である請求の範囲第１項に記載の変
    性多糖材料。
  4. 【請求項４】前記重合体が、前記化合物（ａ）よりも多
    量の前記化合物（ｂ）を含有している請求の範囲第１項
    の変性多糖材料。
  5. 【請求項５】前記化合物（ａ）に対する前記化合物
    （ｂ）の比が、４〜12重量％の（ａ）に対して約88〜96
    重量％の化合物（ｂ）とする請求の範囲第４項に記載の
    変性多糖材料。
  6. 【請求項６】前記合成重合体が橋かけ結合されている請
    求の範囲第１項に記載の変性多糖材料。
  7. 【請求項７】前記合成重合体は窒素原子含有基を持ち、
    また、前記の橋かけ結合は、試薬あたり少なくとも２つ
    の前記窒素原子と反応することのできる二官能性試薬に
    よって与えられられている請求の範囲第１項に記載の変
    性多糖材料。
  8. 【請求項８】前記の試薬は、 Hal−（CH2）ｎ−Talであって、ここにHalはハロゲン原
    子又は であり、また、ｎ＝２〜12である請求の範囲第７項に記
    載の変性多糖材料。
  9. 【請求項９】（１）水不溶性多糖の存在下に、 （ａ）前記多糖のヒドロキシル基に対して直接に共有結
    合することのできるエポキシ基と、フリーラジカル重合
    の可能なビニル基とを含有する重合性化合物と、 （ｂ）一般式 （式中のＲはα，β−エチレン性不飽和重合性基であ
    り、Ｒ′及びＲ″は同一又は異なる炭素数１〜６のアル
    キル基又はアルカノイル基であり、Ｒは直接結合又は
    炭素数２〜３のアルキル基であり、Ｒ′又はＲ″は窒素
    原子と共に複素環を成しても良いものである。） で表わされる化合物とを、前記多糖に対して前記化合物
    （ａ）の共有結合を生じさせるのには不十分な温度条件
    の下で反応させることによって、化合物（ａ）と（ｂ）
    の合成重合体を形成する段階と、 （２）前記共有結合を生じさせるのに十分な温度条件の
    下に、前記多糖を前記合成重合体中の化合物（ａ）の化
    学基と反応させる段階 とを含む変性多糖材料の製造方法。
  10. 【請求項１０】前記段階（２）が、段階（１）で使用さ
    れた温度より高い温度で実施される請求の範囲第９項に
    記載の変性多糖材料の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記化合物（ａ）が、窒素原子含有基を
    持ち、試薬あたり少なくとも二つの前記窒素原子と反応
    することのできる二官能性橋かけ剤で前記合成重合体を
    橋かけ結合する段階（３）を含む請求の範囲第９項に記
    載の変性多糖材料の製造方法。
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