JPH09502958A - 均一なフェライト粒子を製造する際のゼラチン又はアミノデキストランのインシトゥ使用 - Google Patents

均一なフェライト粒子を製造する際のゼラチン又はアミノデキストランのインシトゥ使用

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JPH09502958A
JPH09502958A JP5508534A JP50853493A JPH09502958A JP H09502958 A JPH09502958 A JP H09502958A JP 5508534 A JP5508534 A JP 5508534A JP 50853493 A JP50853493 A JP 50853493A JP H09502958 A JPH09502958 A JP H09502958A
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Abstract

(57)【要約】 マンガン(II)を含有するフェライト、例えば、MnFe24 の均一なコロイド粒子を、アミノデキストラン溶液の存在下に比較的に低温で製造する方法が記載されており、アミノデキストラン溶液が、金属酸化物のコロイド粒子の核形成及び成長のため、及び分離された独立の粒子の分散のための、支持担体として働く。単分散された金属フェライト粒子は、変圧器、誘導子、オーディオ及びビデオ記録ヘッドを製造するのに有用な磁性を備えている。また、これらのフェライト粒子は、特定の細胞表面標識として、使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 均一なフェライト粒子を製造する際のゼラチンのインシトゥ使用 関連発明 本出願は、「均一なフェライト粒子を製造する際のゼラチンのインシトゥ使用 」について1990年6月4日に出願された米国出願番号07/532,432 号の一部継続出願である。 技術分野 本発明は、一般には、金属酸化物粒子を製造する方法に関するものである。更 に詳しくは、本発明は、マンガン(II)、亜鉛(II)、混合されたマンガン (II)―亜鉛(II)、鉄(II)、バリウム(II)、コバルト(II)又 はニッケル(II)を含有する、均一なコロイドフェライト粒子を製造する方法 の改善に係るものである。本発明のこの粒子は、ゼラチンの存在下に比較的に低 温で生成し、ゼラチンがこれらの粒子の核形成及び成長の担体として働き、これ らの粒子を、均一な粒径及び形状の分離された単独の粒子へと分散するための担 体として働く。 背景技術 本発明は、マンガン(II)、亜鉛(II)、混合されたマンガン(II)― 亜鉛(II)、鉄(II)、バリウム(II)、コバルト(II)又はニッケル (II)を含有するフェライトからなる、均一な粒径及び形状の良好に分散され たコロイド粒子を得ることに関する問題点を、克服することに関する。均一な形 状及び粒径を有する、マンガン(II)及び亜鉛(II)又は混合マンガン(I I)―亜鉛(II)フェライトからなるコロイド粒子は、これまでに報告されて いない。本発明は、水性媒体内に可溶化された重合体の存在下に磁性金属酸化物 粒子を製造する方法を提供するものであり、ここでマンガン(II)、亜鉛(I I)、マンガン(II)と亜鉛(II)との混合、鉄(II)、バリウム(II )、コバルト(II)及びニッケル(II)を含有するフェライトのコロイド粒 子が、良好に形成されており、均一な粒径及び形状のものであり、水性媒体内に 単独の粒子として分散されている。 マンガン及び/又は亜鉛を含有する微粒子形態のフェライトは、フェリ磁性材 料の重要な種類を代表している。マンガンフェライトの製造方法のほとんどは、 固溶体から高温(1000―2000℃)で実施されてきており、大きな微結晶 を生成する〔ドイツ国特許DE 3619746 A1、日本国特許JP 87 91423 A2及びJP8791424 A2〕。混合されたMn―Feシュ ウ酸塩を低温(350℃)で分解し、続いてH2 /H2 Oで還元すると、Fe34 及びMnFe24 の固溶体として特徴付けられる多結晶粉末が得られた。 低温法によって、スピネル構造のマンガンフェライトが、確実に、フェリ磁性の 微粒子として結晶化する〔R.Bendaud 等、「IEEE Trans.Magnetics」、 MAG―23:3869〜3873頁、1987年〕 単分散系の磁鉄鉱(マグネタイト)及びフェライト(Co2 + 、Ni2 + )粒 子を得ることに関して、顕著な進歩があった〔T.スギモト及びE.Matijevic 「J.Coll.Interface Sci.」74:227〜243頁、1980年;H.タム ラ及びE.Matijevic 「J.Coll.Interface Sci.」90:100〜109頁、 1982年;A.E.Regazzoni 及びE.Matijevic 、 「Corrosion」38:2 12〜218頁、1982年;A.E.Regazzoni 及びE.Matijevic 、「Coll oids Surf.」6:189〜201頁、1983年;E.Matijevic 「J.Coll.I nterface Sci.」117:593〜595頁、1987年;X.J.Fan及び E.Matijeivc 「J.Am.Ceram.Soc. 」71:C―60―C―62、1988年; 国際特許出願WO88/05337〕。しかし、いずれの場合においても、懸濁 液中の磁性粒子のバルクは、広い範囲の粒径及び形状を有する大きなクラスター へと非可逆的に凝集する。また、裸の金属酸化物粒子の疎水性の表面が、これら の粒子の凝集に寄与するだけでなく、pH7に近いように緩衝された生体分子の 水溶液中での操作に対して、これらの粒子が不適当なようになる。 均一な球形を有する重合体―磁鉄鉱複合粒子を製造することについて、強磁性 流体種粒子の存在下にビニル芳香族単量体を乳化重合させることによって、幾ら かの成功が達成されており、強磁性流体種粒子がこの重合体ラテックスの内部に 埋め込まれ始める〔米国特許第4,358,388及び4,783,336〕。 この磁性ラテックス粒子の粒径に対するコントロールは乏しく、従って、広範囲 の粒径及び磁性内容物を有する粒子が得られる。外部表面カルボン酸基を導入し たときには、この磁性ラテックス粒子は幾らかは親水性であるが、しかし未だp H7に近い緩衝された水性媒体中では単独の粒子として分散することができない 。アミノデキストランを共有結合で付着させることによってこれらの粒子をコー ティングすることで、粒子に親水性殻を与えることを実施した。これらのアミノ デキストラン被覆粒子は、水性緩衝液中で安定であり、細胞の消耗に対して種々 のモノクローナル抗体(IgG及びIgM)と共有結合でリンクしてきた。 均一な重合体―フェライト又はマグヘマイト(maghemite:磁性赤鉄鉱)複合粒 子は、均一な球形及び多孔質の重合体粒子の内部で、磁性酸化物を結晶化させる ことによって、製造されてきた〔国際特許出願WO83/03920;J.Ughel stad等の「ミクロスフィア:医学及び生物学への応用 (Microspheres:Medical a nd Biological Applications )」Eds.A.Rembaum and Z.A.Tokes ,CR Cプレス インコーポレーテッド Boca Raton ,フロリダ州、1988年〕。金 属塩をこの粒子の気孔の中へと拡散させ、pH又は酸化の調整は、必要に応じて 実施した。または、最初に、金属酸化物からなる磁性多孔質粒子を調製し、次い で、この気孔を充填し、疎水性重合体によって被覆した。いずれの場合において も、更に疎水性重合体によって被覆することが、より良い特定のビーズ特性を得 るために、必要であることがわかった。 可溶化された重合体を、種々の金属粒子の核形成及び成長を制御するために、 使用した。この重合体粒子のドメインの中で金属粒子を核形成させるという概念 が、最初に記載されたのは、種々の可溶化重合体と共にトルエン及び他の有機溶 媒中でジコバルトオクタカルボニルを熱分解することによって、コバルトオルガ ノゾルが生成したことである〔P.H.Hess 及びP.H.Parker,Jr.,「J.App l.Polym.Sci.」10:1915〜1927頁、1966年〕。この古典的なコ ロイド保護剤は、ゼラチンである〔「写真プロセスの法則:The Theory of the Photographic Process 」T.H.James ,マクミリアン パブリケーション コ ーポレーション、ニューヨーク州、1977年〕。ポリアクリル酸のヒドラジド 及びポリエチ酸(Polyeth acid)のような他の試薬が、金、銀、銅及び白金金属 の安定なヒドロゾルを得るために、使用されてきている〔H.Thiele 及びH.S. von Levern,「J.Coll.Sci.」20:679〜694頁、1965年〕。 非常に小さいロジウム、イリジウム、オスミウム、パラジウム、白金、銀及び 金粒子の、エタノール又はメタノール中でポリビニルアルコール(PVA)又は ポリビニルピロリジン(PVP)を安定化剤として用いたコロイド分散液が、調 製されている〔H.Hirai ,「J.Macromol.Sci.Chem.」A12:1117〜1 141頁、1978年;O.Siiman 等「Chem.Phys.Lett.」100:163〜 168頁、1983年;A.Lepp 及びO.Siiman 「J.Coll.Interface Sci.」 105:325〜341頁、1985年;O.Siiman 及びW.P.Hsu 、「J.Che m.Soc.、Faraday Trans.」1,82:851〜867頁、1986年〕。機能 的な、可溶性の重合体が、セレン及び鉄のコロイド分散の生成を制御するために 、使用されてきている〔T.W.Smith 及びR.A.Cheatham , 「マクロモルキュ ールス:Macromolecules 」13:1203〜1207頁、1980年;T.W.Sm ith 及びD.Wychick 「J.Phys.Chem.」84:1621〜1629頁、1980 年〕。 最近、エタノール中でチタンテトラエトキシドの加水分解によって単分散Ti O2 粒子を生成及び安定化させるのに際して、ヒドロキシプロピルセルロースが 、使用された〔J.H.Jean 及びT.A.Ring 「Colloids Surf.」29:273 〜291頁、1988年〕。 単分散金属フェライト粒子は、幾つかの重要な用途を有している。これらは、 変圧器、誘導子、オーディオ及びビデオ記録ヘッドを製造するのに有用な磁性を 備えている。モノクローナル抗体が付着したゼラチン被覆MnFe24 又はZ nFe24 粒子は、生体細胞用の完全な生分解可能な磁気分離システムを提供 する。これらの粒子、被覆及びあらゆる付着モノクローナル抗体は、細胞を殺す ことなしに食作用で消費されうる。また、ゼラチン、モノクローナル抗体及び細 胞は、例えば、トリプシン、パパイン、コラゲナーゼ及び他の消化酵素によって 、ゼラチン中のペプチド結合を酵素的に開裂させることによって、磁性粒子から 分離することができる。更に、これらの粒子は、特定の細胞表面の標識として、 使用することができる。本発明は、こうした単分散金属フェライト粒子の効果的 な製造法を提供する。 発明の開示 マンガン、亜鉛、混合されたマンガン―亜鉛、鉄、バリウム、コバルト及びニ ッケルのフェライトからなる単分散コロイド粒子を製造する方法において、最初 に、すべて窒素ガスによってパージされている、水系ゼラチン溶液内の第一鉄及 び他の金属塩を、水酸化カリウム又はナトリウム及び硝酸カリウム又はナトリウ ム溶液と混合することによって、水系の金属水酸化物ゲルを生成させる。このゲ ルの金属酸化物ゾルへの変化を、90℃(低温)で4〜72時間の温和な熱処理 によって達成し、この間、第一鉄イオンの硝酸塩による酸化が生じた。また、こ の培養時間は、前記したようにこのゼラチンをその粘度が低いことによって分解 するように働く。4.75〜5.0のpI範囲を有する、ただ1つのタイプのゼ ラチン、タイプB又はアルカリキュアーしたものが、インシトゥ用途に対して最 適であることを発見した。 図面の簡単な説明 図1は、マンガンフェライト粒子の走査型電子顕微鏡写真であり、1ミクロン の長さの寸法を示す白線を有する。 図2は、25℃の1mM硝酸ナトリウム水系懸濁液中における裸のマンガンフ ェライト粒子に対する、移動度対pHのグラフである。 本発明を実施する最良の態様 均一な金属酸化物粒子を生成させるための保持担体としてのゼラチンは、幾つ かの重要な役割を担っている。最初に、ゼラチンは、前記熱処理の生成物である 酸を中和する緩衝媒体として働く。第二に、ゼラチン分子は、フェライト前駆体 の過飽和及びフェライト核の固定化を生成するための場所として働く。ゼラチン 分子はまた、核の継続的な成長を制限し、粒子の凝集を防止するためのドメイン としても働く。ゼラチンの種々のアミノ酸残留物(asp,glu,lys,h is,met)が、官能基(カルボキシレートの酸素、アミノ窒素、イミダゾー ルの窒素、チオエーテルの硫黄)を提供しうるし、反応体のこの部分を通して無 定形Fe(OH)2 ゲル及びそのサクセサーがゼラチンに結合する。アルカリキ ュアーされたゼラチンは、独立した均一な粒子の生成を促進するのに最も効果的 であるが、Fe(OH)2 ゲル内の鉄への付着に有用なカルボン酸残留物を、過 剰に含有している。次いで、フェライトの独立した粒子を、吸着したゼラチン分 子の間の立体反発によって、凝集から保護する。また、ゼラチンは、生成物の疎 水性の表面に吸着することができ、この飽和していない金属酸化物粒子は、その 炭化水素残留物を通して、溶媒へと露出したその親水性残留物を残す。続く安定 化及び磁性粒子の使用に際して、ゼラチンを使用することにより、粒子の周囲で ゼラチンを固定するのに使用する化学的リンカーが、ゼラチンが物理的手段によ って放出されないような安定な複合体を生成することが可能になる。また、これ により、モノクローナル抗体、酵素又は他のたんぱく質が、ゼラチン被覆粒子に 対して共有結合しうる。前記したような機能を果たす上において、ゼラチンを成 功裏に置換できるような他の重合体はないと、信じられる。 フェライト粒子の生成について金属を選択することには、2つの原理が含まれ る。最初に、フェリ磁性又は超常磁性粒子が、粒径0.1〜1.0μmの粒径範 囲において、強磁性粒子よりも好ましかった。前者は、永久磁性モーメントを有 していないが、しかし磁場の存在下に磁化され始める。この方法においては、粒 子のモーメントの整列によって作りだされる凝集の可能性が、防止される。知ら れているように、フェライトは、通常のスピネル構造型の結晶構造を有しており 、フェリ磁性である〔A.F.Wells 「構造無機化学:Stractural Inorganic Chem istry 」第5版、Clarendon Press 、オックスフォード、1984年〕。通常の スピネル構造において、M2 + 金属イオンが正四面体部位を占めるという要件に より、この構造は結晶場安定化エネルギーを与えない。金属イオンの配置d(S r2 + 、Ba2 + )、高いスピンd5 (Mn2 + )及びd10(Zn2 + )は、こ の条件を満足する。他の金属イオン(Fe2 + 、Co2 + 、Ni2 + )は、M2 + が八面体部位を占めている逆スピネル構造、Fe(MFe)O4 を形成してお り、これは、これらのイオンが、相当な八面体結晶場安定化エネルギーを有して いるからである。この記号「M」は、金属を示す。 第二に、水中におけるM(OH)2 種の溶解度は、Fe(OH)2 の溶解度よ りも、大きくなければならない。25℃における代表的な金属水酸化物製品の溶 解度は、次の通りである:2.04×10- 13、Mn(OH)2 ;4.79×1 0- 17、Fe(OH)2 ;1.09×10- 15、Co(OH)2 ;5.54×1 0- 16、Ni(OH)2 ;7.68×10- 17、Zn(OH)2 〔化学及び物理 のハンドブック:Handbook of Chemistry and Physics 、64版、CRCプレス 、フロリダ州 Boca Raton 1984年、B―219頁〕。Ksp(M(OH)2 )の値が、Ksp(Fe(OH)2 )よりも大きいことが要求され、これにより 幾らかのM2 + が水溶液中に溶解し、Fe(OH)2 ゲルを通して拡散すること ができ、Fe2 + イオンの幾らかを置換しうる。従って、より溶解し易いMn( OH)2 、Co(OH)2 及びNi(OH)2 により、我々の製造手順において 、均一なサブミクロンのフェライト粒子が得られる。このコバルト及びニッケル フェライトは、繰り返して洗浄及び磁気分離した後の強磁性磁鉄鉱粒子の凝集に 類似した、粒子の凝集が見られる。フェリ磁性のマンガン、亜鉛及び混合マンガ ン―亜鉛フェライトは、凝集性をほとんど又はまったく示さない。また、Zn( OH)2 は、両性であるFe(OH)2 及びZn(OH)2 とほとんど同程度に 不溶性であり、これにより安定な亜鉛酸イオンZnO2 が、塩基性溶液中に生成 する。非常に少量の磁性材料が、亜鉛について、この手順によって得られた。し かし、1:1のマンガン―亜鉛硫酸塩混合物により、良好な収率で、均一な磁性 フェライト粒子が得られた。更に、非常に溶解し易い水酸化物を生成するBa2 + は、均一なサブミクロンの磁性フェライト粒子を生成する。 2回蒸留した水(Double distilled water:DDW)中で、試薬級金属塩の次 の溶液を、調製した。5MのKOH、2MのKNO3 、1MのFeSO4 、1M のMnSO4 、0.25MのZnSO4 、1MのCo(NO32 、1MのNi (NO32 、0.1MのBa(NO32 及び1MのFeCl2 。KOH溶液 を除くすべての貯蔵溶液を、0.2μmの硫酸セルロースフィルターを通して濾 過した。このFeSO4 及びFeCl2 溶液は、これらを使用する各回ごとに、 窒素ガスによって10分間パージし、一週間以上は貯蔵しなかった。ゼラチン、 タイプB、225ブルーム(Bloom)、ウシスキンを、2回蒸留水中で2% 溶液として新しく調製し、窒素ガスによって10分間パージした。例1:磁性粒子の製造 10mmolのKNO3 (5ml)溶液、12.5mmolのKOH(2.5 ml)溶液及び11.25mlのDDWを混合し、N2 ガスで10分間パージし た(溶液A)。次いで、6.25mmolのFeSO4 (6.25ml)溶液、 及び25mlの2%ゼラチン溶液を、パイレックスびん中で溶液Aへと加え、混 合し、N2 ガスを吹き流し、固く栓をし、オーブン中に90℃で4時間さまたげ ずに配置した。黒色の磁鉄鉱粒子の懸濁液が室温に達した後、1/2時間音波処 理(sonicate)し、次いでこれらの粒子を、1%ゼラチン溶液を用いて5回洗浄 し、ゼラチン溶液中で磁気分離及び再分散した。各洗浄の間に、この懸濁液を5 分間音波処理した。 1000×の強度でこれらの粒子を顕微鏡試験すると、ほとんど完全に約0. 5μmの粒径を有する独立した球形の粒子のみが見られた。この手順において、 Fe2 + :OH- 1 のmol比を、6.25mmolのKOH(1.25ml) を使用することによって、1:2から1:1へと変更すると、このときには、類 似の黒色磁鉄鉱粒子が凝集して、幾つかの分離した粒子を有する小さいクラスタ ーを生成したものが、得られた。このKNO3 溶液を、FeSO4 溶液と予め混 合し、他の工程は変更しなかった場合には、筋状に凝集した、非常に小さい赤み がかった褐色の粒子が得られた。従って、前記した最初の手順を、続く実験にお いて、標準として採用した。 他のタイプのゼラチン、例えば、タイプB、60ブルーム;タイプA、175 ブルーム及びタイプA、300ブルームは、働かなかった。磁性粒子の更に大き い凝集が、各ケースにおいて生成した。分子量(MW)範囲が3000〜106 000の種々のPVA重合体により、磁性粒子からなる不規則な黒い大きな凝集 体が得られ、凝集体を分散させることはできなかった。ポリアクリルアミド(5 ―6×106 MW)及びドデシル硫酸ナトリウムについて、同様の結果が観察さ れた。ポリアクリル酸(2K及び5KのMW)及びデキストラン(100K及び 500KのMW)により、弱い磁性しかない大きな褐色の微結晶が得られた。し かし、高分子量のポリアクリル酸及びデキストランによれば、磁性材料は得られ なかった。また、ポリスチレンスルホン酸、PVP、及びスルホン化カゼインに よれば、磁性材料は得られなかった。例2:金属フェライトの製造 他の金属、即ち、Mn2 + 、Zn2 + 、Co2 + 、Ni2 + 及び(M2 + )に ついての実験において、M2 + :Fe2 + のmol比を1:2に保持し、しかし Co2 + 及びNi2 + の硫酸塩の代わりに硝酸塩を使用した。この金属―水酸化 物の全体のmol比を、1:2に保持し、しかし、全金属に対するKNO3 及び KOHに対するKNO3 の相対的mol比を、変更した。この混合されたMn: Znフェライトを製造するのに際して、硫酸マンガン:硫酸亜鉛の1:1のmo l比を使用し、これと同じ全mol量の非鉄金属イオンを使用した。 10mmolのKNO3 (5ml)溶液、18.75mmolのKOH(3. 75ml)及び6.875mlのDDWを混合し、N2 ガスで10分間パージし た(溶液C)。6.25mmolのFeSO4 (6.25ml)溶液、3.12 5mmolのCo(NO32 (3.125ml)溶液及び25mlの2%ゼラ チン溶液を混合し、N2 ガスで10分間パージした(溶液D)。溶液Dを溶液C へとパイレックスびん中で加え、混合し、N2 ガスを吹き流し、かたく栓をし、 オーブンの中に90℃で5時間妨げずに配置した。褐色の粒子の懸濁液が室温に 達した後、これを1/2時間音波処理し、次いでこれらの粒子を、1%ゼラチン 溶液によって、ゼラチン溶液中で磁気分離及び再分散することによって、5回洗 浄した。この懸濁液を、各洗浄の間に、5分間音波処理した。 粒径約0.1及び0.2μmの球形のコバルト及びニッケルフェライト粒子が 、大きな、ゆるく保持された褐色の凝集体として、生成した。亜鉛の場合は、7 2時間の熱処理の後でさえ、低収率で薄茶色の磁性材料(粒径0.2μm未満) が得られた。均一な、球形を有する、粒径0.3μmの暗褐色のマンガンフェラ イト粒子が、83〜88%の収率で、独立した粒子として得られた。類似した薄 褐色のマンガン亜鉛フェライト粒子が、90℃で72時間熱処理した後に、49 〜55%の収率で得られた。バリウムについては、BaSO4 が水に対して不溶 性であるため、この手順を変更しなければならなかった。従って、6.25mm olのFeCl3 (6.25ml)溶液、0.5mmolのBa(NO32 ( 5.0ml)溶液及び25mlの2%ゼラチン溶液を混合し、N2 ガスで10分 間パージした(溶液D)。溶液C及び前記フェライト製造手順の残りの部分は、 10mmolのKOH溶液(2ml)を使用したことと、熱処理を20時間続け たこととを除いて、変更しなかった。均一な非球形の形状を有する、粒径0.2 μmの黒色のバリウムフェライト粒子を製造した。 これらの好ましい磁性、粒径及び形状の特性から、また、磁性フェライト粒子 を、大規模でも製造し、更に物理的手段によって分析した。反応体の濃度を、2 50ml及び500mlの全容量のレベルに、直線的にスケールアップした。こ の250mlの規模においては、90℃での熱処理は、未だ5時間であるが、し かしこの500mlの規模においては、ゲルからゾルへの変換を良好に達成する ために、熱処理を48時間に増やした。FeSO4 :MnFe24 のmol比 2:1に基づく、収率のパーセンテージは、250mlの規模では83%であり 、500mlの規模では84%であった。これらの粒子を、DDWによって徹底 的に洗浄し、次いで、110℃で乾燥し、一定重量になるまで秤量した。250 mlの規模の調製物について得られた元素分析は、次の通りである:MnFe24 に対する計算値:Mn、23.82%;Fe、48.43%;実測値:Mn 、20.01%;Fe、49.99%。マンガンフェライト粒子の密度を、比重 びんでDDWで置換することによって2回測定すると、4.24及び4.23g /ccが得られた。マンガンフェライト粒子の走査型電子顕微鏡写真(図1)に は、球形及び均一な粒径を有する粒子が見られた。414個の粒子の平均粒径は 、0.29(.08)μmであった。次いで、マンガンフェライト粒子の比表面 積(Sw)は、4.89m2 /gである。これは、磁鉄鉱が埋め込まれたポリス チレンラテックスビーズに対して、次のように匹敵するので好ましい:(1)0 .7μm、41%磁鉄鉱、1.56g/ccにより、Swは5.50m2 /gで ある。(2)0.098μm、23%磁鉄鉱、1.28g/ccにより、4.7 8m2 /gである。この最も最新の多孔質のフェライト疎水性重合体が充填され 、被覆されたビーズは、3〜5m2 /gの範囲のSwを与える。1mMの硝酸塩 水溶液中における25℃での、裸のマンガンフェライト粒子の電気泳動移動度を 、pHの関数として(水酸化ナトリウム水溶液又は硝酸によって調整した。)「 クールター デルサ440:Coulter DELSA 440」を用いて測定し、図2に示 す。コロイド粒子に対する約3.7の等電子点及びpH7で−65mVのゼータ ポテンシャルが得られた。 また、マンガン亜鉛フェライトに対して、元素分析結果を得た。Mn0.5 Zn0.5 Fe24 対する計算値:Mn、11.65%;Zn、13.86%;Fe 、47.36%;実測値:Mn、10.86%;Zn、11.61%;Fe、4 7.12%。このマンガン亜鉛フェライト粒子の密度は、二回測定して、4.1 3及び4.20g/ccであった。このマンガン亜鉛フェライト粒子の比表面積 は、4.97m2 /gである。 本発明を体現する方法は、前記水酸化カリウム及び硝酸カリウム混合物の代わ りに、水酸化ナトリウムと硝酸ナトリウムとの混合物を置き換えることをも、予 定している。また、2価の金属硝酸塩、即ち、Co2 + 、Ni2 + 、Zn2 + 及 びBa2 + の硝酸塩を、2価の金属塩化物及び2価の金属硫酸塩によって置き換 えることができるが、ただし不溶性の硫酸バリウム化合物を生成するであろう2 価の金属Ba2 + は除く。Mn2 + 、Zn2 + 及びFe2 + の2価の金属硫酸塩 を、2価の金属塩化物及び硝酸塩によって置き換えることができるが、ただし不 安定な硝酸第一鉄は除くが、これは続く酸化によって硝酸第二鉄を生成するから である。 本発明を実施するのに比較的に低温を採用したが、これは85〜95℃の範囲 内で変更することができる。また、窒素ガスによるパージングの時間は、本発明 の実施に悪影響を与えることがないように、適当な限界の範囲内で変更すること ができる。また、ゼラチン溶液のパーセンテージの定格は、約0.8〜2.0% の範囲で変更することができる。 本発明で製造したコロイド粒子は、フェライト構造を有する単分散であり、約 0.1〜1ミクロンの平均粒径を有する。前記Mn(II)フェライト粒子は、 約17〜21重量%のマンガンイオンを含有している。前記Mn(II)、Zn (II)、混合されたMn(II)―Zn(II)及びBa(II)フェライト 粒子は、磁場に対してフェリ磁性の応答を示し、即ち、磁場記憶を有しておらず 、一方、磁鉄鉱及びCo(II)及びNi(II)フェライト粒子は、強磁性の 応答を有している。 これらのMn(II)及び混合されたMn(II)―Zn(II)粒子は、磁 鉄鉱粒子の密度である5.2g/ccよりも遥かに低い、4.2g/ccの密度 を有しており、これによって、サブミクロンの粒子が、水系懸濁液中で一層浮力 があるようになる。 このMn(II)、Zn(II)及び混合されたMn(II)―Zn(II) 粒子は、磁鉄鉱粒子の表面よりも疎水性が低い表面を有しており、Mn(II) フェライト粒子の等電位点3.7と比較して、磁鉄鉱粒子は6.7の等電位点を 有している。このMn(II)フェライト粒子は、負荷電粒子の間の静電反発力 によって、pH7の近傍にある水系懸濁液中で一層安定である。このMn(II )及び混合されたMn(II)―Zn(II)フェライト粒子は、5m2 /gの 高い比表面積を有している。 一部継続出願における開示 一般に、種々の分子量を有するデキストランは、前記した磁鉄鉱及びフェライ ト粒子を製造するのに使用した、タイプB、225ブルームのウシスキンゼラチ ンに対する、好適な代替品ではない。しかし、アミノデキストラン誘導体は、上 記例2に記載した手順に基づいて使用した場合には、マンガンフェライト粒子の 製造において、ゼラチンを代替することができた。測定したところでは、水酸基 及びアミノ官能基の双方を有するアミノデキストランの保護能力は、酸性基及び 塩基性基の双方を有するゼラチンの保護能力よりも、低かった。この結果、得ら れた磁性生成物は、独立した粒子からなる幾らかの小さなクラスターを生成した 。この凝集は、反応溶液中のアミノデキストランに対して、使用する金属塩及び 水酸化物の量を減らすことによって、最小限にすることができた。このデキスト ランに対するアミノ置換の度合いは、結果に影響しないようである。 発明の要約 マンガン含有フェライトからなる単分散コロイド粒子を製造する方法において 、最初に、すべて窒素ガスによってパージされている、アミノデキストラン水溶 液中の第一鉄及び他の金属イオンを、水酸化カリウム又はナトリウム及び硝酸カ リウム又はナトリウム溶液と混合することによって、水系の金属水酸化物ゲルを 生成させる。このゲルの金属酸化物ゾルへの変化を、4〜72時間、90℃で温 和な熱処理、いわゆる低温処理をすることによって、達成する。本発明に基づい て使用したアミノデキストランは、デキストランに付着した1〜5個のポリアミ ノアルキル基を含んでいる。好ましいアミノデキストランは、デキストランに付 着した1〜5個の1、3―ジアミノプロピル基を含んでいる。 発明の詳細な説明例3:アミノデキストランを使用した金属フェライトの製造 典型的な製造法においては、1mmolのKNO3 (0.5mlの2M)溶液 、1.875mmolのKOH(0.375mlの5M)溶液及び18.78m lの二回蒸留水を混合し、窒素ガスを用いて10分間パージし、溶液Eを製造し た。0.625mmolのFeSO4 (0.625mlの1M)溶液、0.31 25mmolのMnSO4 (0.3125mlの1M)溶液及び29.4mlの 3.4%w/vアミノデキストラン溶液を混合し、窒素ガスを用いて10分間パ ージし、溶液Fを製造した。次いで、100mlのパイレックスびん中で、溶液 Fを溶液Eへと加え、混合し、窒素ガスを吹き流し、かたく栓をし、オーブン内 に約90℃で約18時間さまたげずに配置した。得られた暗褐色粒子の懸濁液を 、このオーブンから除去し、常温まで冷却し、約0.5時間音波処理した。次い で、これらの粒子を、2%w/vアミノデキストラン溶液によって5回洗浄し、 各洗浄溶液について5分間音波処理することによる磁気分離及び再分散を用いた 。較正された十字線を使用した100×対物レンズ及び10×接眼レンズによっ てこれらの粒子を顕微鏡試験すると、約0.3μmの粒径を有する、独立した球 形粒子が見られた。10個の一次粒子よりも少ない小さなクラスターが幾つか見 られた。これらの粒子は、一般に単分散されており、フェライト構造を有してお り、約0.1〜約1.0ミクロンの範囲内の平均粒径を有している。 本発明に基づいて使用しうるアミノデキストランは、そのアミン官能基をデキ ストラン構造に接続する種々の長さのアルキル基を備えている。好ましいアミノ デキストランは、1.3―ジアミノプロピルデキストランである。1.3―ジア ミノプロピルデキストランは、ジアミノエタン誘導体化デキストランT10に対 して、D.Hicks 等「Invest.Opthalmol.Vis.Sci.」23:1002〜10 13頁、1985年によって示された方法に類似の方法によって、製造した。従 って、1.3―ジアミノプロピルデキストランを、次のように調製した。20g のデキストランT−2M(シグマ、0.123シュガーユニット)を150ml の50mMの酢酸カリウム中に溶解させたpH6.5の溶液を、2.14gの過 ヨウ素酸ナトリウム(0.01mol)を25mlの蒸留水中に溶解させた溶液 と、1.5時間の間混合した。こうして得られた無色の酸化されたデキストラン 溶液を、10リットルの蒸留水を通して透析し、次いで20mlの蒸留水中で2 0mlの1.3―ジアミノプロパン(0.238mol)と、pH8.7で反応 させた(pHは、氷酢酸によって調整した。)。2時間後、10mlの0.1m Mの水酸化ナトリウム溶液中の0.8gの水素化ホウ素ナトリウムを添加して、 この黄色を、褐色のシッフ塩基誘導体へと安定化した。こうして得られた溶液を 、約3〜4μΩcmの伝導率まで蒸留水に対して透析し、0.2μMの硝酸セル ロースフィルターを通して濾過し、100%の収率で34mg/mlの非常に薄 い黄色のアミノデキストラン濃縮物を得た。より高い置換度合いを有するアミノ デキストランを、同様の方法によって製造することができる。例えば、デキスト ランT−2Mの2〜5倍の置換を有するアミノデキストランを、上記手順によっ て、2〜5倍大きいmol量の過ヨウ素酸ナトリウム、1.3―ジアミノプロパ ン及び水素化ホウ素ナトリウムを使用することによって、製造した。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1993年9月27日 【補正内容】 明細書 均一なフェライト粒子を製造する際のゼラチン又は アミノデキストランのインシトゥ使用 関連発明 本出願は、「均一なフェライト粒子を製造する際のゼラチンのインシトゥ使用 」について1990年6月4日に出願された米国出願番号07/532,434 号の一部継続出願であり、現在は米国特許第5,062,991号である。 技術分野 本発明は、一般には、金属酸化物粒子を製造する方法に関するものである。更 に詳しくは、本発明は、マンガン(II)、亜鉛(II)、マンガン(II)と 亜鉛(II)との混合、鉄(II)、バリウム(II)、コバルト(II)又は ニッケル(II)を含有する、均一なコロイドフェライト粒子を製造する方法の 改善に係るものである。本発明のこの粒子は、ゼラチンの存在下に比較的に低温 で生成し、ゼラチンがこれらの粒子の核形成及び成長の担体として働き、これら の粒子を、均一な粒径及び形状の分離した単独の粒子として分散するための担体 として働く。 背景技術 本発明は、マンガン(II)、亜鉛(II)、マンガン(II)と亜鉛(II )との混合、鉄(II)、バリウム(II)、コバルト(II)又はニッケル( II)を含有するフェライトからなる、均一な粒径及び形状の良く分散されたコ ロイド粒子を得ることに関する問題点を、克服することに関する。均一な形状及 び粒径を有する、マンガン(II)及び亜鉛(II)又はマンガン(II)と亜 鉛(II)との混合フェライトからなるコロイド粒子は、これまでに報告されて いない。本発明は、水性媒体内に可溶化された重合体の存在下に磁性金属酸化物 粒子を製造する方法を提供するものであり、ここでマンガン(II)、亜鉛(I I)、マンガン(II)と亜鉛(II)との混合、鉄(II)、バリウム(II ーポレーション、ニューヨーク州、1977年〕。ポリアクリル酸のヒドラジド 及びポリエチレンイミン−N−アルキル酢酸のような他の試薬が、金、銀、銅及 び白金金属の安定なヒドロゾルを得るために、使用されできている〔H.Thiele 及びH.S.Von Levern,「J.Coll.Sci.」20:679〜694頁、1965 年〕。 非常に小さいロジウム、イリジウム、オスミウム、パラジウム、白金、銀及び 金粒子の、エタノール又はメタノール中でポリビニルアルコール(PVA)又は ポリビニルピロリジン(PVP)を安定化剤として用いたコロイド分散液が、調 製されている〔H.Hirai ,「J.Macromol.Sci.Chem.」A12:1117〜1 141頁、1978年;O.Siiman 等「Chem.Phys.Lett.」100:163〜 168頁、1983年;A.Lepp 及びO.Siiman 「J.Coll.Interface Sci.」 105:325〜341頁、1985年;O.Siiman 及びW.P.Hsu 、「J.Che m.Soc.、Faraday Trans.」1,82:851〜867頁、1986年〕。機能 的な、可溶性の重合体が、セレン及び鉄のコロイド分散の生成を制御するために 、使用されてきている〔T.W.Smith 及びR.A.Cheatham , 「マクロモルキュ ールス:Macromolecules」13:1203〜1207頁、1980年;T.W.Smi th 及びD.Wychick 「J.Phys.Chem.」84:1621〜1629頁、1980 年〕。 最近、エタノール中でチタンテトラエトキシドの加水分解によって単分散Ti O2 粒子を生成及び安定化させるのに際して、ヒドロキシプロピルセルロースが 、使用された〔J.H.Jean 及びT.A.Ring 「Colloids Surf.」29:273 〜291頁、1988年〕。 単分散金属フェライト粒子は、幾つかの重要な用途を有している。これらは、 変圧器、誘導子、オーディオ及びビデオ記録ヘッドを製造するのに有用な磁性を 備えている。モノクローナル抗体が付着したゼラチン被覆MnFe24 又はZ nFe24 粒子は、生体細胞用の完全な生分解可能な磁気分離システムを提供 する。これらの粒子、被覆及びあらゆる付着モノクローナル抗体は、細胞を殺す ことなしに食作用で消費されうる。また、ゼラチン、モノクローナル抗体及び細 胞は、例えば、トリプシン、パパイン、コラゲナーゼ及び他の消化酵素によって 、ゼラチン中のペプチド結合を酵素的に開裂させることによって、磁性粒子から 和な熱処理、いわゆる低温処理をすることによって、達成する。本発明に基づい て使用したアミノデキストランは、出に付着した1〜5個のポリアミノアルキル 基を含んでいる。好ましいアミノデキストランは、デキストランに付着した1〜 5個の1、3―ジアミノプロピル基を含んでいる。 発明の詳細な説明例3:アミノデキストランを使用した金属フェライトの製造 典型的な製造法においては、1mmolのKNO3 (0.5mlの2M)溶液 、1.875mmolのKOH(0.375mlの5M)溶液及び18.78m lの二回蒸留水を混合し、窒素ガスを用いて10分間パージし、溶液Eを製造し た。0.625MmolのFeSO4 (0.625mlの1M)溶液、0.31 25mmolのMnSO4 (0.3125mlの1M)溶液及び29.4mlの 3.4%w/vアミノデキストラン溶液を混合し、窒素ガスを用いて10分間パ 液Fを溶液Eへと加え、紺格子、窒素ガスを吹き流し、かたく栓をし、オーブン 内に約90℃で約18時間さまたげずに配置した。得られた暗褐色粒子の懸濁液 を、このオーブンから除去し、常温まで冷却し、約0.5時間音波処理した。次 いで、これらの粒子を、2%w/vアミノデキストラン溶液によって5回洗浄し 、各洗浄溶液について5分間音波処理することによる磁気分離及び再分散を用い た。較正された十字線を使用した100×対物レンズ及び10×接眼レンズによ ってこれらの粒子を顕微鏡試験すると、約0.3μmの粒径を有する分離した球 形粒子が見られた。10個の一次粒子よりも少ない小さなクラスターが幾つか見 られた。これらの粒子は、一般に単分散されており、フェライト構造を有してお り、約0.1〜約1.0ミクロンの範囲内の平均粒径を有している。 本発明に基づいて使用しうるアミノデキストランは、そのアミン官能基をデキ ストラン構造に接続する種々の長さのアルキル基を備えている。好ましいアミノ デキストランは、1.3―ジアミノプロピルデキストランである。1.3―ジア ミノプロピルデキストランは、ジアミノエタン誘導体化デキストランT10に対 して、D.Hicks 等「Invest.Opthalmol.Vis.Sci.」23:1002〜10 13頁、1985年によって示された方法に類似の方法によって、製造した。従 請求の範囲 1.(補正後).均一な粒径及び形状を有するコロイドフェライト粒子を製造す る方法であって: A.窒素ガスによってパージされた、硝酸カリウム及び水酸化カリウム又は 硝酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムの、いずれかの第一の溶液と、 B.第一鉄イオンの塩、2価の金属塩及びアミノデキストラン溶液の第二の 溶液であって、窒素ガスによってパージされている第二の溶液とを混合し、ただ し前記2価の金属塩がバリウム塩である場合には、前記第一鉄イオンの塩又は前 記2価の金属塩の陰イオンが硫酸塩ではなく; C.これら2つの溶液のアミノデキストラン―金属水酸化物混合物に、窒素 ガスを流し、これを所定の低温で、選択された時間の長さの間熟成させてフェラ イトヒドロゾルを生成させ; D.前記ゼラチン溶液を用いて磁気分離及び再分散によってこのヒドロゾル を洗浄し; これによってアミノデキストランで被覆された、分離された独立の金属フェ ライト粒子を生成させる、コロイドフェライト粒子の製造方法。 2.前記2価の金属塩の金属イオンが、Fe2 + イオンである、請求項1記載の コロイドフェライト粒子の製造方法。 3.前記第一鉄イオンの塩が、塩化物又は硫酸塩のいずれかでありうる、請求項 2記載のコロイドフェライト粒子の製造方法。 4.前記2価の金属塩の金属イオンか、Mn2 + イオンである、請求項1記載の コロイドフェライト粒子の製造方法。 5.前記2価の金属塩が、金属塩化物、金属硫酸塩及び金属硝酸塩からなる群よ り選ばれている、請求項4記載のコロイドフェライト粒子の製造方法。 6.前記2価の金属塩が、金属塩化物、金属硫酸塩及び金属硝酸塩の混合物から 選択されている、請求項5記載のコロイドフェライト粒子の製造方法。 7.請求項1又は2に記載されたコロイドフェライト粒子の製造方法によって製 造されたコロイドフェライト粒子。 8.フェライト構造を有し、約0.1〜1.0ミクロンの平均粒径を有する単分 散されたコロイド粒子であって、この粒子が、2価の金属イオンマンガン(II )を含有しており、良好に成形されていること及び均一な粒径及び形状を有して いることを特徴とする、コロイド粒子。 9.マンガン(II)のフェライト粒子が、磁場に応答してフェリ磁性を示す、 請求項8記載のコロイド粒子。
───────────────────────────────────────────────────── 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 G11B 5/133 8527−5E H01F 1/36

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.均一な粒径及び形状を有するコロイドフェライト粒子を製造する方法であっ て: A.窒素ガスによってパージされた、硝酸カリウム及び水酸化カリウム又は 硝酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムの、いずれかの第一の溶液と、 B.第一鉄イオンの塩、2価の金属塩及びアミノデキストラン溶液の第二の 溶液であって、窒素ガスによってパージされている第二の溶液とを混合し; C.これら2つの溶液のアミノデキストラン―金属水酸化物混合物に、窒素 ガスを流し、これを所定の低温で、選択された時間の長さの間熟成させてフェラ イトヒドロゾルを生成させ; D.前記ゼラチン溶液を用いて磁気分離及び再分散によってこのヒドロゾル を洗浄し; これによってアミノデキストランで被覆された、分離された独立の金属フェ ライト粒子を生成させる、コロイドフェライト粒子の製造方法。 2.前記2価の金属塩の金属イオンが、Fe2 + イオンである、請求項1記載の コロイドフェライト粒子の製造方法。 3.前記第一鉄イオンの塩が、塩化物又は硫酸塩のいずれかでありうる、請求項 2記載のコロイドフェライト粒子の製造方法。 4.前記2価の金属塩の金属イオンが、Mn2 + イオンである、請求項1記載の コロイドフェライト粒子の製造方法。 5.前記2価の金属塩が、金属塩化物、金属硫酸塩及び金属硝酸塩からなる群よ り選ばれている、請求項4記載のコロイドフェライト粒子の製造方法。 6.前記2価の金属塩が、金属塩化物、金属硫酸塩及び金属硝酸塩の混合物から 選択されている、請求項5記載のコロイドフェライト粒子の製造方法。 7.請求項1又は2に記載されたコロイドフェライト粒子の製造方法によって製 造された、コロイドフェライト粒子。 8.フェライト構造を有し、約0.1〜1.0ミクロンの平均粒径を有する単分 散されたコロイド粒子であって、この粒子が、2価の金属イオンマンガン(II )を含有しており、良好に成形されていること及び均一な粒径及び形状を有して いることを特徴とする、コロイド粒子。 9.マンガン(II)のフェライト粒子が、磁場に応答してフェリ磁性を示す、 請求項8記載のコロイド粒子。
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