JPS62279840A - 固定又は吸着用支持体 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （イ）産業上の利用分野 この発明は固定又は吸着用支持体に関する。さらに詳し
くは、醇素、抗原、抗体等のリガンドの固定化用担体や
各種クロマトグラフィ用担体として有用な固定又は吸着
用支持体に関する。

（ロ）従来の技術 粒状の支持体に酵素、基質、抗原、抗体、ホルモン、キ
レート剤等のいわゆるリガンドを化学的に結合し、これ
をカラム等に充填することにより生体反応、器を桶成し
、これに原料を一方から導入し他方から目的物を得ると
いう方法が、工業用、臨床用バイオリアクターやアフィ
ニティクロマ１〜グラフィの分野で汎用されている。こ
とに従来、酵素の抽出Ｍ製方法としては酵素の分子量、
電気的性質、溶解度、安定性等の物理化学的性質の相異
を利用して電気泳動法、分子ふるい法、イオン交換クロ
マトグラフィ法などが用いられているが、最近とくにア
フイニテイクロマトグラフイが注目されている。そして
、これらの支持体としては、多糖類系の有機ポリマ（例
えば、アガロース等）、溶融ガラス、アルコキシドガラ
ス、シリカゲル等が適用されている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 かかる支持体には、種々の液体と高圧下接触しても長時
開削えうるような機械的強度、耐摩耗性、耐薬品性（こ
とに耐酸・耐アルカリ性）が要求されている。しかし従
来の支持体ではこれらの点が充分に満足されているとは
言い難い。

この発明は、かかる状況に鑑みなされたものであり、こ
とに機械的強度、耐摩耗性及び、耐薬品性の点でより優
れた支持体を提供しようとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 かくしてこの発明によれば金属アルコキシド及び／又は
金属アルキルアルコキシドの加水分解により生成した多
孔質ゲルをアンモニア雰囲気下で加熱処理して形成され
る含窒素多孔質ガラスからなる固定又は吸着用支持体が
提供される。

この発明の支持体の原料としては、加水分解により多孔
質ゲルを生成しうるアルコキシド類が用いられ、金属ア
ルコキシドと金属アルキルアルコキシドが挙げられる。

前者の金属アルコキシドとしては、下式（■）二Ｍ　（
ＯＲ１）７Ｌ　　−−（Ｉ　＞ （式中Ｍは多価金属を、Ｒ１は低級アルキル基、ｎは多
価金属Ｍの価数に対応する整数を示す）で表わされる低
級アルコキシドが適しており・上記Ｒ１としてはメチル
、エチル又はプロピル基が適している。また多価金ｆｉ
Ｍとしては３価又は４価の金属が適しており、ケイ素、
アルミニウム、チタン又はホウ素が好ましい。これらの
好ましい具体例としテハ、Ｓｉ　　（ＯＣＨｓ　）４．
５ｉ（ＯＣ２Ｈｓ　）４　、ＡＩ　　（ＱＣ３Ｈ７）３
、Ｔｉ　　（ＯＣ３Ｈ７）４　、Ｂ　（○Ｃ２Ｈ３）３
等が挙げられ、これらのうち、低級アルコキシシランを
用いるのがとくに好ましい。ただし、場合によっては、
−価金属のアルコキシド、例えばＮａＯＣＨ３等を上記
多価金属のアルコキシドに混合して用いてもよい。

一方、後者の金属アルキルアルコキシドとしては、上記
した金属アルコキシドの少なくとも一つのアルコキシ基
自体がアルキル基で置換されている化合物が挙げられ、
下式（ＩＩ） ：Ｍ”　　（ＯＲ”　）、！　（Ｒ３）’ｍ　　・−−
−・−（Ｉｔ）（式中、Ｍ−は多価金属、Ｒ２及びＲ３
は各々低級アルキル基、ρとｍはその合計が多価金ｇＭ
−の価数に対応する整数を示す） で表わされる化合物が適している。ここでＲ２及びＲ３
としては各々メチル、エチル又はプロピル基が好ましく
、多価金属Ｍ′としては前記と同様にケイ素、アルミニ
ウム、チタン又はホウ素が好ましい。これらのうち、ア
ルコキシ基が二双上残存する金属アルキルアルコキシド
がより好ましく、その具体例としては、 Ｓｉ　　（ＯＣＨ３）３　　（ＣＨ３）、Ｓｉ　　（Ｏ
ＣＨ３＞ｓ　　（Ｃ２Ｈｓ　）、Ｓ！　　（ＯＣ２Ｈｓ
　）３　（ＣＩ−Ｉ３）、Ｓ！　　（ＯＣ２Ｈｓ）　３
　（Ｃ２Ｈｓ　）、ＡＩ　　（ＯＣ３Ｒ７）２　　（Ｃ
Ｈ３）、ＡＩ　　（ＯＣ３Ｈ７）２　　（Ｃ２Ｈｓ　＞
、Ｔｉ　　（ＱＣｓ　Ｈｙ　）３　（ＣＨ３）、Ｔｉ　
　（○Ｃ３Ｒ７）　３　　（Ｃ２Ｈｓ　）、Ｔｉ　　（
ＯＣ３Ｒ７）２　　（Ｃ２Ｈｓ　）２、Ｂ　（ＯＣ２Ｈ
ｓ）２　　（Ｃ２Ｈｓ　）等が挙げられる。

ただし、単一のアルコキシ基を有するものでも、他と混
合使用すれば、使用可能である。

この発明の支持体の前駆体となる多孔質ゲルは、上記金
属アルコキシドや金属アルキルアルコキシドを加水分解
に付ることにより得られ、通常、前記金属アルコキシド
及び／又は金属アルキルアルコキシドを水又は含水親水
性溶媒に溶解すると共に加水分解促進剤としての酸やア
ルカリ（通常、塩酸、硝酸、弗酸等の無殿酸）を少量添
加し緩和な温度下で乾燥条件に付して加水分解並びに溶
媒や揮発性生成物の揮散を進めることにより得られる。

この際の、含水親水性有機溶媒としては、メタノール、
エタノール、イソプロパツール等が適している。また、
乾燥温度は４０〜８０゛Ｃが適している。不定形粒状の
支持体を得る場合には上記加水分解を適当な容器や型内
で行ない、得られたバルク状の多孔質ゲル（ドライゲル
）を破砕して前駆体として用いればよい。球状体を得る
ためには上記アルコキシド類の溶液を、該溶液と混合し
ないが分解しうる液媒体、例えば流動パラフィンのごと
きパラフィン類、鉱油、植物油等に注入し撹拌して該溶
液の分散状態下で加水分解させることによりその場で球
状の多孔質ゲルを得、これを回収し適宜洗浄・乾燥して
前駆体として用いればよい。なお、これらの粒状や球状
体の大きさや粒径は約４μｍ〜数ｍｍが適している。ま
た繊維状の多孔質ゲルとするためには、適当な紡糸手段
を用いればよいが、通常、前記金３アルコキシドと金属
アルキルアルコキシドとを混合して用いるのが、曳糸性
の点で好ましく、この際の併用割合は前者対後者の重量
比として約１：１〜１：５とするのが適している。

このようにして得られた不定形粒状、球状又はｌＩＮ状
の多孔質ゲルを加熱窒化処理条件に付すことにより、こ
の発明の支持体が得られる。加熱窒化処理は、窒素源と
なるガス雰囲気下ことにアンモニア雰囲気下で加熱処理
することにより行なう。

加熱処理は前記多孔質ゲルが多孔質を保った状態でガラ
ス化しうる温度及び時間等の条件下で行なうのが適して
おり、通常、約３００〜１２００℃下で２０分〜５時間
程度行なうのが適している。なお、この加熱窒化処理に
より導入される窒素の屋は通常０．５〜６ｗｔ％であり
、耐薬品性の点で２ｗｔ％以上が好ましく、耐摩擦性の
点で１ｗｔ％以上とするのが好ましい。

このようにして得られた支持体は、前駆体の多孔質ゲル
に対応する多孔性（通常、空隙率２０〜６５％程度）の
ものであり、これを支持体として各種リガンドを固定化
することにより、バイオリアクターやアフィニティクロ
マトグラフィ用充填剤として高活性のものが得られるこ
ととなる。なお、この際の固定化方法は、酸又はアルカ
リ処理後にシランカップリング剤を任意に用いてリガン
ドを化学結合させる手法などの当該分野で公知の方法が
種々適用できる。ただし、アルコキシドゲル由来のガラ
ス体のため、その表面に通常の溶融ガラスに比して固有
の水酸基も多いため化学結合の活性も向上されており、
固定化効率も良好である。

（ホ）作用 金属アルコキシド及び／又は金属アルキルアルコキシド
の加水分解及び乾燥により得られる多孔質ゲルは、金属
水酸化物質やこれらの低縮合物からなるが、これを加熱
窒化処理することにより、これらの高縮合化が行なわれ
てガラス化すると共に窒素原子が化学結合により導入さ
れて窒化処理がなされる。

かかる支持体は窒化によりその機械的強度、耐摩耗性、
耐薬品性が向上されており、かつ多孔質であるため優れ
た化学物質等の固定・吸着用支持体として作用する。

（へ）実施例 実施例１ テトラエトキシシランＳｉ　　（○Ｃ２Ｈ３）４４０１
１、メチルトリエトキシシラン Ｓｉ　　　（○ＣｚＨｓ　　ン　ａ　　（ＣＨ３＞　　
１　０１水　２　０１１及び１Ｎ−塩酸１　ｉｌとをビ
ーカー中で混合して４０℃下３時間１ｊ２拌して加水分
解を進めた後、口の溶液（ゾル）をポリエチレン製容器
に入れ、８０℃下、約１日間乾燥条件に付してバルク状
の多孔質ゲル体（５０Ｘ５０Ｘ１５ｍｍ＞を得た。

上記多孔質ゲル体を約１２０メツシユに破砕した後、こ
の粒状ゲル（Ｉ０ｇ）をアルミナボートに保持し、雰囲
気制御炉内に入れて加熱窒化処理を行なった。加熱窒化
処理条件は以下の通りである。

昇温速度：５０℃／ｈｒ 温度二８００℃ 時間：２時間 窒素源：アンモニア （３０分間Ｎ２ガスを２００ｉｆ／ｍｉｎ　テ炉内に流
し次にアンモニアガスを２００ｙ／　／　ｍ　ｉ　ｎで
炉内に導入し、アンモニア雰囲気を設定した） このようにして得られたガラス状の粒状支持体中の窒素
含有率をケルタール法により分析したところ約１．Ｑｗ
ｔ％であり、また赤外吸収スペクトル分析により、Ｓｉ
　−Ｎ結合によるものと確認された。

Ｓ！　　　（ＯＣ２Ｈｓ　　　）４　　　と　Ｓ！　　
　（ＯＣ２Ｈｓ　　　）　　３（ＣＨ３）の比を変える
ことにより上記と同様に窒素含有率の異なる粒状支持体
を各々作製し、その耐摩耗性及び対薬品性について評価
した。

〔評価方法〕

■耐摩耗性 多孔質ゲルを５　Ｘ　５　Ｘ　２　ｍｍに切出し、同様
の熱処理条件で熱処理した試料のビッカース硬度を測定
した。なお、比較例として、加熱窒化処理の代わりに加
熱処理を行なった試料についても測定を行なった。

■耐薬品性 Ａ、耐酸性 ２　Ｎ　−１−Ｉ　ＣＩ中に浸漬し、９０℃のインキュ
ベータ中に４８時間入れ、重量減少を測定した。

Ｂ、耐アルカリ性 ２’Ｎ−ＮａＯＨ中に浸漬し、９０℃のインキュベータ
中に４８時間入れ重量減少を測定した。

なお、前記と同様に、加熱窒化処理の代わりに加熱処理
を行なった試料についての比較も行なった。

（評価結果） 耐摩耗性及び耐薬品性の評価結果を第１図及び第２図に
各々示した。

このように窒化処理することにより少なくとも′ｆｒ４
薬品性が向上し、さらに窒素含有率１％以上迄窒化処理
することにより、耐摩耗性が向上されることが判る。

実施例２ 実施例１と同様な組成からなる金属アルコキシド類の水
溶液１００　ｘｌを、８０℃に加熱された流動パラフィ
ン５００　ｘｌ中へ添加し、スターラーによって２０Ｏ
ｒｐｍで３０分撹拌を行なって約８０〜１２０メツシユ
の球状の多孔質ゲルを分散状態で生成させ、これを回収
しアセトンで洗浄し乾燥した。

この球状の多孔質ゲル約１０ｇを実施例１と同様にして
８００℃でアンモニアによる加熱窒化処理に付してこの
発明の球状支持体を得た。

このようにして得られた支持体は、窒素含有量１、Ｏｖ
ｔ％で、その耐摩耗性、耐薬品性は実施例１における１
、０ｗｔ％導入の場合と同様であった。

（ト）発明の効果 この発明の支持体は、窒化処理されたガラス状体からな
るため、従来の支持体ことに未窒化処理のアルコキシド
ガラス支持体に比して機械的強度、耐摩耗性及びＭ薬品
性が著しく改善されたものである。そして多孔質である
ため、各種リガンドの固定化用担体として有用であり、
さらに固定化用のみならずイオン交換クロマトグラフィ
、吸着クロマトグラフィ等の各種クロマトグラフィ用、
ことに液体クロマトグラフィ用担体としても有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、各々この発明の支持体の特性を比
較例と共に示すグラフ図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属アルコキシド及び／又は金属アルキルアルコキ
   シドの加水分解により生成した多孔質ゲルをアンモニア
   雰囲気下で加熱処理して形成される含窒素多孔質ガラス
   からなる固定又は吸着用支持体。 ２、含窒素多孔質ガラスの窒素含有率が１ｗｔ％以上で
   ある特許請求の範囲第１項記載の支持体。 ３、金属アルコキシドが、下式（ I ）： Ｍ（ＯＲ＾１）ｎ・・・・・・（ I ） （式中、Ｍは多価金属、Ｒ＾１は低級アルキル基、ｎは
   多価金属Ｍの価数に対応する整数を示す）で表わされる
   化合物である特許請求の範囲第１項記載の支持体。 ４、金属アルキルアルコキシドが、下式（II）：Ｍ′（
   ＯＲ＾２）ｌ（Ｒ＾３）ｍ・・・・・・（II）（式中、
   Ｍ′は多価金属、Ｒ＾２及びＲ＾３は各々低級アルキル
   基、ｌとｍはその合計が多価金属Ｍ′の価数に対応する
   整数を示す） で表わされる化合物である特許請求の範囲第１項記載の
   支持体。 ５、式（ I ）及び式（II）中の、多価金属Ｍ、Ｍ′が
   各々ケイ素、アルミニウム、チタン又はホウ素である特
   許請求の範囲第３項または第４項記載の支持体。 ６、式（ I ）及び式（II）中の、低級アルキル基Ｒ＾
   １、Ｒ＾２、Ｒ＾３が各々、メチル、エチル又はプロピ
   ル基である特許請求の範囲第３項又は第４項記載の支持
   体。 ７、球状、不定型粒状又は繊維状である特許請求の範囲
   第１項記載の支持体。