JPS6059010B2 - マイクロカプセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は殻皮を通過してきた物質を分解してアンモニウ
ムイオンを発生させ得る酵素からなる芯物質物質を高分
子の殻皮で包蔵したマイクロカプセルに関するものであ
る。

従来、酵素、医薬品などの生理活性物質及びその他の化
学薬剤をマイクロカプセル化することは知られている。

しかしながら、従来のマイクロカプセルにおいては、陰
イオン交換樹脂機能を持つものは知られていない。他方
、人工腎臓分野においては、透析装置からの透析液をウ
レアーゼ酵素て処理してその中に含まれる尿素を炭酸ガ
スとアンモニアとに分解した後、吸着剤処理して生成し
たアンモニアを除去するとともに、このようにして精製
処理された透析液を透析装置へ循環する方法が提案され
、その実用化が検討されている。

しかしながら、この方法においては、処理操作が２段階
であるため処理装置が大きくなるとともに、複雑化する
という問題があり、さらにアンモニアに対する選択吸着
剤として安価かつ効率的なものがなく、その開発が急が
れている。本発明者は、このような透析液の処理におい
て、陰イオン交換膜を殼皮として用いてウレアーゼをマ
イクロカプセル化し、このマイクロカプセルを用いて透
析液を処理する時には、尿素の分解とその分解により生
成したアンモニアの除去が１段で行われ、極めて簡単な
透析液の処理法が達成し得ることに着目し、このような
目的に適合するマイクロカプセルを開発すべく鋭意研究
を重ねたＪ結果、本発明を完成するに到つた。

すなわち、本発明によれば、殻皮を通過してきた物質を
分解してアンモニウムイオンを発生させ得る酵素からな
る芯物質を高分子殼皮で包蔵したマイクロカプセルにお
いて、該殼皮を形成する高分子は、ポリーｐ−クロルム
チルスチレンを基本骨格とするとともに、そのクロルメ
チル基の一部はジアミンによつて架橋され、残部のクロ
ルメチル基は４級アンモニウム化されていることを特徴
とするマイクロカプセルが提供される。

本発明におけるマイクロカプセルは、ポリスチレンを殼
皮原料として次の工程により製造される。

（１）ポリスチレンのクロルメチル化 このクロルメチル化反応は、従来公知の種々の方法で行
うことができ、たとえばポリスチレンを、塩化亜鉛や塩
化第二スズのようなフリーデルクラフト触媒の存在下、
ク的レメチルエーテル又はホルムアルデヒド及び塩化水
素と反応させる。

この反応によりクロルメチル基がポリスチレン分子中の
ベンゼン核のｐ一位に導入されるが、本発明の場合、そ
のクロルメチル化率は、スチレン単位モルあたり、クロ
ルメチル基０．８モル以上、殊に０．９〜１モルを含む
ような割合である。（２）ポリーｐ−クロルメチルスチ
レンの部分的架橋化前記のようにして得たポリーｐ−ク
ロルメチルスチレンには、その四級アンモニウム化によ
り水液性となるので、これにジアミンを反応させ、クロ
ルメチル基の一部を架橋させ、不溶性のものとする。

この反応は、ポリーｐ−クロルメチルスチレンの有機溶
媒溶液にジアミンを加え、攪拌することによつて実施さ
れる。この場合、架橋剤とし一てのジアミンは、エチレ
ンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルキレン
ジアミンや、フェニレンジアミンなどの芳香族ジアミン
などが用いられる。この反応により、ポリーｐ−ク曵レ
メチルスチレン中に含まれるク町レメチル基とジアミン
中に含まれるアミノ基とが結合し、架橋されたポリーｐ
−クロルメチルスチレンが得られる。この場合の反応は
、たとえば、次の反応式で示される。（式中、Ｒはアル
キレン基又はアリーレン基である）この反応を行う場合
、クロルメチル基の架橋率は、生成物が水性溶媒に対し
不溶性のものとなる程度であればよく、本発明の場合、
ポリーｐ−クロルメチルスチレン中のクロルメチル基の
５〜１５％が架橋されればよい。

換言すれば、ポリーｐ−クロルメチルスチレンに含まれ
るクロルメチル基１モル当り０．０２５〜０．０７５モ
ルのジアミンを反応させればよい。このようにして生成
された架橋化ポリーｐ−ク頃レメチルスチレンは、適当
な水素イオン濃度条件においてその架橋部分のアンモニ
ウムイオン基の作用により、弱塩基性陰イオン交換樹脂
として機能し、またカチオン界面活性剤としての機能も
合せ有する。

（３）芯物物質水溶液の１次乳化 前記架橋化反応により水性溶媒に対して不溶性となつた
ポリーｐ−クロルメチル化ポリスチレンの部分架橋物の
有機溶媒溶液に対して、芯物質水溶液を添加し、攪拌し
て乳化させる。

この乳化処理においては、乳化剤として、スパン８５（
Ｓｐａｎ８５）などのノニオン性界面活性剤を併用する
こともできるが、本発明の場合、前記したように、ポリ
ーｐ−クロルメチルスチレンの部分架橋物が界面活性作
用を持つので、この乳化剤の使用は省略することができ
る。

この１次乳化において、ポリーｐ−ク山レメチルスチレ
ンの部分架橋物の溶媒中濃度は、通常２〜１０％（ｗ／
ｖ）であり、またこのポリマー溶液に加える芯物質小溶
液量は、ポリマー溶液１容量部に対し、０．１〜１容量
部、好ましくは０．５〜１容量部である。本発明で用い
る芯物質としては、殼皮を通過してきた物質を分解して
アンモニウム（有機アンモニウムを含む）イオンを発生
させ得る酵素が用いられる。このようなものとしては、
例えば、尿素を炭酸ガスとアンモニウムイオンに分解す
るウレアーゼや、アミド化合物を有機アンモニウムイオ
ンと有機カルボキシルに分解するキモトリプシン等のプ
ロテアーゼ、ペプチダーゼ、アミノアシラーゼ、その他
、アミノ酸デカルボキシラーゼ等が挙げられる。本発明
のマイクロセプセルでは、殼皮を通してきた物質は、こ
のような酵素で分解されてアンモニウムイオンを発生す
るが、このアンモニウムイオンは、その殼皮の陰イオン
交換樹脂機能により、カプセル内に濃縮される。前記し
た人工腎臓装置における透析液の処理用マイクロカプセ
ルとする時には、ウレアーゼが適用される。（４）第２
次乳化処理この第２次乳化処理は、必ずしも必要でなく
、省略することもできるが、この第２次乳化は、前記で
得た乳化液をコロイド保護溶液に加え、攪拌する。

この場合、コロイド保護溶液としては、ゼラチン水溶液
、ＰＶＡ水溶液などがある。このコロイド保護溶液の使
用量は、第１次乳化液１容量部あたり、５〜５喀量部、
好ましくは１０〜２喀量部である。（５）ポリーｐ−ク
ロルメチルスチレン部分架橋物の４級アンモニウム化前
記のようにして得た２次乳化液に対し、４級アンモニウ
ム化剤としてアミンを作用させ、ポリーｐ−クロルメチ
ルスチレン部分架橋物中に残存するクロルメチル基を４
級アンモニウム基に変える。

この場合のアミンとしては、ジメチルアミン、ジエチル
アミンなどのジアルキルアミン及びトリメチルアミン、
トリエチルアミン、トリブチルアミンなどのトリアルキ
ルアミンが挙げられる。この４級アンモニウム化剤は、
ポリーｐ−クロルメチルスチレンの部分架橋物中に含ま
れるクロルメチル基に対して過剰量、通常、４〜５倍量
用いる。この第４級化反応を行う場合、反応を円滑に進
行させるために、４級アンモニウム化剤の添加は１０〜
０℃で間欠的に行うのがよい。次に、この４級アンモニ
ウム化の後、有機溶媒を除去する。この場合の有機溶媒
の除去は、蒸発等の常法によつて行うことができる。こ
のようにして、ポリーｐ−クロルメチルスチレンにおい
て、そのクロルメチル基の一部がジアミンによつて架橋
され、その残部が４級アンモニウム化された構造を有す
る、水不溶性でかつ陰イオン交換能を持つポリマーを殼
皮とした粒径１０〜１００μｍのマイクロカプセルを得
る。

本発明によるマイクロカプセル製造法においては、種々
の変更が可能であり、たとえば、ポリーｐ−クロルメチ
ルスチレン溶液に芯物質を乳化させた後、架橋及び４級
アンモニウム化させることも可能である。

本発明のマイクロカプセルは、その殼皮が陰イオン交換
樹脂として作用するので、その内部に存在するアンモニ
ウムイオンは、その殼皮を通つて外部へ通過することが
防止され、アンモニウムイオンの内部濃縮が達成される
。

また、このようにアンモニウムイオンをカプセル内に封
じこめることは、酵素マイクロカプセルを触媒とする反
応系のＰＨ上昇を防いだり、アンモニウムイオン又はア
ミンによつて阻害を受ける他の生体触媒等との共存が可
能になる等の効果も示す。本発明のマイクロカプセルは
、その芯物質としてウレアーゼを適用することにより、
人工腎臓において得られる透析液の処理剤として適用さ
れる。

すなわち、透析液をこのマイクロカプセルを充填したマ
イクロカプセル層を通過させる時には、透析液中の尿素
はマイクロカプセル内でウレアーゼの作用により炭酸ガ
スとアンモニアとに分解されるが、炭酸ガスは外部へ放
出され、アンモニアはアンモニウムイオン（ＮＨ４つと
してマイクロカプセル内に残留する。このアンモニウム
イオンは、殼皮の陰イオン交換樹脂としての作用により
、外部への漏洩が阻止され、内部に濃縮化される。この
処理によつて得られた尿素除去された透・析液は透析装
置へ循環再使用される。次に本発明を実施例によりさら
に詳細に説明する。

実施例１ ポリスチレン（平均重合度１６００〜１８００）を常法
により、塩化第２スズの存在下、クロルメチルエーテル
中でクロルメチル化し、ク山レメチル化率９０％以上の
ポリーｐ−クロルメチルスチレンを得た。

このポリーｐ−クロルメチルスチレン７５ｍ９をクロル
ホルム２．５ｍ１に溶解した溶液に、エチレンジアミン
５μ′（クロルメチル基に対し約０．２当量）を加え、
常温で攪拌する。

このようにして得られた反応溶液に対し、卵アルブミン
の飽和水溶液２ｍ１にウレアーゼ２０ｍ９を溶かした溶
液を攪拌しながら滴下して乳化した。

次に、この乳化液を、６％ゼラチン水溶液５０ｍ１には
げしくかきまぜながら加え、室温で２分間強力に攪拌し
た後、氷冷下１分間トリメチルアミンを吹き込む。この
反応液を室温で１分間攪拌した後、さらに１分間トリメ
チルアミンを吹き込む（トリメチルアミンの合計吹込量
は、最初に存在するクロルメチル基の４〜５倍当量）。
この反応生成物を室温で５分間攪拌した後、２０％リン
酸水溶液てＰＨを６．５〜７．５に調整した後、室温て
攪拌して溶媒としてのクロロホルムをとばし、次いで遠
心処理によりマイクロカプセルを集めて洗浄する。この
場合のマイクロカプセルの粒径は、約２０μｍであつた
。次にこのようにして得られたマイクロカプセルー（Ｍ
Ｃ−■）について、そのウレアーゼ活性を測定し”た。

この場合のウレアーゼ活性の測定は、３０℃において０
．１〜２％の尿素水溶液１０ｍ１にマイクロカプセル０
．１ｍｔを懸濁させ、その際に起る尿素分解反応により
カプセル外に生成するアンモニウ．ム量を定量すること
により行つた。また、比較のために、前記マイクロカプ
セルの製造において、トリメチルアミンを反応させない
で得られたマイクロカプセル（ＭＣ−■）及びエチレン
ジアミン及びトリメチルアミンを反応させ５ないで得た
マイクロカプセル（ＭＣ−１）についても同様にしてそ
のウレアーゼ活性を測定した。

その結果を第１表に示す。なお、これらのウレアーゼ活
性は、カプセル化に用いたウレアーゼの全活性を１．０
とした時のマイクロカプセル化ウレア・ーゼのみかけの
全活性として示す。また、マイクロカプセルを６％ゼラ
チン水溶液に懸濁して冷蔵庫に保存した時の活性変化を
調べたところ、７日間の保存後、ＭＣ−１は１０％、”
ＭＣ−■は１０％及びＭＣ−■は１５％の活性低下を示
した。

さらに、マイクロカプセルの活性とＰＨの関係を調べた
ところ、ＭＣ−１はＰＨ７．５，ＭＣ一■はＰＨ６．７
及びＭＣ−■はＰＨ４．８で最高活性を示した。また、
前記した本発明のマイクロカプセルにおいて、尿素分解
反応により生じるアンモニウムイオンカプセル内保持力
（アンモニウムイオンに対する殼皮のバリヤー能）を調
べるために、尿素分解反応に際し、そのマイクロカプセ
ル外のアンモニウムイオン濃度とマイクロカプセル内ア
ンモニウムイオン濃度を測定した。

この場合、マイクロカプセル内アンモニウムイオン濃度
は、マイクロカプセルをＰＨｌｌ．５の条件におき、カ
プセル内のアンモニウムイオンをアンモニア（ＮＨ３）
としてカプセル外へ漏洩させ、そのアンモニアをアンモ
ニウムイオン電極を用いて定量して測定した。その結果
を第２表に示す。この第２表の結果から、本発明による
マイクロカプセルでは、尿素分解により生成するアンモ
ニウムイオンはマイクロカプセル内に効率よく保持され
ることがわかる。

実施例２実施例１において、ウレアーゼに代えてグルコ
アミラーゼ１０Ｕ（ユニット）を用いたところ、４．２
Ｕの活性を有するマイクロカプセルを得た。

実施例３実施例１において、卵アルブミン水溶液２ｍ１
に代えてポリビニルリン酸水溶液２ｍｔを用いると共に
、ウレアーゼに代えてキモトリプシン５Ｕを用いたとこ
ろ、３．６Ｕの活性を有するマイクロカプセルを得た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 殻皮を通過してきた物質を分解してアンモニウムイ
   オンを発生させ得る酵素からなる芯物質を高分子殻皮で
   包蔵したマイクロカプセルにおいて、該殻皮を形成する
   高分子は、ポリ−ｐ−クロルメチルスチレンを基本骨格
   とすると共に、そのクロルメチル基の一部はジアミンに
   よつて架橋され、残部のクロロメチル基は４級アンモニ
   ウム化されていることを特徴とするマイクロカプセル。 ２ 芯物質がウレアーゼである特許請求の範囲第１項の
   マイクロカプセル。