JPS63108057A - 磁性を有する化学修飾剤 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁性体とポリエチレングリコールまたはその
誘導体とが結合した複合体であって、例えば有機または
無機触媒物質あるいは生理活性物質に磁性を賦４１．、
かつ水溶液および有機溶媒中で安定に分散才たはコロイ
ドとして溶解、反応を可能にする化学修飾剤に関する。

〔発明の目的〕

溶液から物質を分離回収する方法としては、たとえばタ
ン・ぐり質などでは高分子または無機物質の担体と結合
させて不溶化し、沈降または遠心分離により回収する方
法が一般に用いられているが、最近迅速簡便で急速分離
が可能となる磁気分離法が注目を集めている。磁性を賦
与する方法として、（１）磁性体粒子表面にタン・ぐり
質ｋｍ接に吸着させる方法、（２）磁性体粒子表面に有
機高分子（ポリアクリルアミド、デキストラン、デンプ
ン、牛血清アルブミン、セルロース）を吸着もしくは被
覆させて、これにタン・ぐり質などを結合させる方法が
ある。しかしこれらの方法によって得られたものは、水
溶液中のみに分散し、有機溶媒中では凝集して大塊状と
なって使用できないという制限がある。一方、有機合成
反応に用いられる有機または無機触媒は、通常有機溶媒
中では凝集し分散しないために反応効率が悪いという問
題がある。これらのタンパク質などの生理活性物質ある
いは有機または無機触媒を有機溶媒中に安定に分散させ
、かつ礁気的に容易に分離回収することができれば、生
物工学工業あるいは有機化学工業における反応を極めて
高効率で行うことができるのみならず、生産コストに対
しても寄与するところが犬となる。しかし有機溶媒にの
み安定に分散溶解するだけでは水溶液中では利用するこ
とができず、その利用が著しく制限される。そこで水溶
液中および有機溶媒中に分散もしくは溶解する性質全賦
力する磁性体複合体について鋭意研究を行った結果、本
発明を完成するに至った。

〔発明の構成〕

本発明は、磁性体とｑ？　ＩＪエチレングリコールまた
はその誘導体とが結合した複合体である。

磁性体としては遷移金属またはそのイオン、その酸化物
あるいはこれらと他の元素との化合物、例えば鉄、コパ
ルＩ−、ニッケルなどの金属及びこれらの酸化物、マグ
ネタイト、フェライト、ガーネット型酸化物、コランダ
ム型酸化物、ペロブスカイト型酸化物、マグネット、ブ
ランバイト型酸化物、ルチルを酸化物、エルビウム、ル
テチウム、ジスプロシウム、テルビウム、ツリウム、カ
ドリニウム、さらにフェリチンやハイスピン型のデオキ
シヘモグロビンおよびヘムまたはその誘導体を用いるこ
とができる。

ポリエチレングリコールは分子量５００〜２０万のもの
が用いられ、その誘導体は代表的にはそのエステル、エ
ーテル、酸アミｒ１　アミノ、カルＪ？ン酸誘導体ある
いは活性化誘導体が用いられる。

磁性体とぼりエチレングリコールマタはその誘導体との
間の結合は、ポリエチレングリコール骨格のエーテル結
合の酸素原子またはエチレン基の水素原子と磁性体表面
の水酸基あるいは金属イオンとの配位結合または水素結
合を、またポリエチレングリコールがカルボキシ基、水
酸基、アミド基、アミン基などを有する誘導体の場合は
、これらの基と磁性体の水酸基との共有結合もしくは配
位結合、あるいは磁性体の金属イオンとの配位結合ある
いはこれらの間でファンデルワールス力により結合させ
ることができる。

実際にこのような結合の形成反応は２つの方法で行うこ
とができる。反応１：磁性体粒子とぼりエチレングリコ
ールｔたはその誘導体とを水もしくは有機溶媒中で分散
機を用いて反応させる方法。反応２：ポリエチレングリ
コールまたはその誘導体の存在下で磁性体の生成反応全
同時に行わせる方法。反応Ｉの分散機には２−ルミル、
振動ミルなどを用いることができる。

分散機中での反応時間を長くすることにより、磁性体に
結合するポリエチレングリコールまたはその誘導体の量
を増やすことができる。ポリエチレングリコールまたは
その誘導体の量を増やすことによっても、磁性体に結合
するポリエチレングリコールまたはその誘導体のｔ−２
増やすことができる。反応２の磁性体の生成反応には、
第一鉄イオンと第二鉄イオンとの中性−アルカリでの反
応、第一鉄イオンの酸化による反応、レピドクロサイト
あるいはアカガネサイトと第一鉄イオンとの反Ｌ６、グ
リーンラストの酸化もしくは自発反応、無定型第二鉄酸
化物と第一鉄イオンとの反応などを用いることができる
。

例えば３グのマグネタイトと１０７のポリエチレングリ
コールを水に分散させ、ボールミルで２日間反応後、水
に透析し、未反応のポリエチレングリコール全除去して
マグネタイト−ポリエチレングリコール複合体を得る。

このマグネタイト−ポリエチレングリコール複合体の粒
径は３０ｎｍであり、複合体には２９％（重量比）のポ
リエチレングリコールが結合する。また水で透析する代
わりｆｃ、６０００（エルステッド）Ｏｅの磁場中で回
収する操作を行うことにより得られる複合体も同様の組
成（２９％）　？示す。磁性体とポリエチレングリコー
ルとの上記の結合は非可逆的であり、表１に示すように
、大量の水に何回透析してもまた磁気分離操作を繰９返
すことによっても組成（２９φ）は変化せず、複合体で
は磁性体にポリエチレングリコールが結合していること
がわかる。

表　　１ ポリエチレングリコールの重量比 ５　　　　２９チ　　　　３０％ ４、０　　　　　３１　　　　　２９ この結合は複合体中の磁性体が分解する条件（６規定塩
酸酸性）において初めて破壊され、このことは分解後に
薄層クロマトグラフィーにより分離回収されるポリエチ
レングリコールノ赤外吸収スペクトル測定により確認し
た。この結合はポリエチレングリコールのエーテル結合
中の酸素原子あるいはエチレン基の水素原子とマグネタ
イト表面の鉄原子、わるいは水酸基との配位結合もしく
は水素結合である。この結合は極めて安定テ、ベンゼン
、ｌ−ルエン、クロロホルム、ｌ−リクレン、四塩化炭
素、ピリジン、アセトン、ジオキサン、メタノール、エ
タノール、ジメチルホルムアミＰ１　ツメチルスルホキ
シドなどの有機溶媒中において、あるいはＰＨ４以上の
水溶液中では複合体は分解しない。ＰＨ３以下ではマグ
ネタイトの結晶が不安定となｐ１複合体が分解する。バ
リウムフェライト−ポリエチレングリコール複合体では
ＰＨ２でも安定である。

本質的にＰＨが低くても磁性体自身が分解しなければ、
ポリエチレングリコールと磁性体との結合は安定である
。Ｓ？−ルミルでの反応の際のポリエチレングリコール
の量を３０１に増やすと、となり、結合量を増大させる
ことができる。ボールミル中での反応時間を１０日間に
すると複合体の粒径は１５　ｎｍとなる。

上記いずれのマグネタイト−ポリエチレングリコール複
合体も水および有機溶媒に安定に溶解分散し、表２に示
すように５日間放置後も凝集粒子全形成しない。

表　　　２ 放置時間（時間）　　凝集粒子の形成 〇　　　　　　　　　　　　　− 〇、５　　　　　　　　　　− ■　　　　　　　　　　　　　＝ ポリエチレングリコールが結合していないマグネタイト
粒子は全く分散しないのに比べると、本発明による複合
体の安定性は著しく高いことがわかる。

アミン基、カルボキシ基などの官能基を有するポリエチ
レングリコール誘導体を用いると、上記したポリエチレ
ングリコール骨格のエーテル結合中の酸素原子による結
合の外に、これらの官能基と磁性体表面の鉄原子および
水酸基との間で結合が生ずる。しかし、これらの結合は
ポリエチレングリコール誘導体分子中のすべての官能基
において生ずるのではなく、たとえばα−メトキシカル
ボニル−ω−メトキシポリエチレングリコールとマグネ
タイトとの複合体において、磁性体との結合に関与して
いないカルボキシ基が１０−３０％残存し、またα−ア
ミノプロピル−ω−メトキシポリエチレングリコールと
マグネタイトとの複合体においても、同様に結合に関与
していないアミン基が２５−５０　％残存する。

磁性体−ポリエチレングリコール複合体の大きさは、分
散機を用いて反応させる場合（反応１）は、上記したよ
うに反応時間全制御することにより調節することができ
、磁性体の生成反応と同時に行わせる場合（反応２）は
、磁性体生成に用いる試薬の量および反応時ＯＰＨを変
えることによシ調節できる。反応２の方法において、例
えばｐＨ８，５で１２のポリエチレングリコール（平均
分子量５０００）に１２０■の塩化第一鉄と３００■の
塩化第二鉄とを反応させた場合は粒子径４５ｎｍの複合
体となり、これらの鉄イオンの量を少なくして、６４■
の塩化第一鉄と１５１　ｍＶの塩化第二鉄とを反応させ
た場合は粒子径３０ｎｍの複合体となる。寸たｐＬＩ　
ｌ　ｌ、　Ｑではいずれも２０　ｎｍの複合体となる。

これらの複合体の水および有機溶媒中での分散安定性は
分散機を用いて反応させたものと同様に高い。さらに分
子量が７５０−２０万のポリエチレングリコールと反応
させた複合体も同様の分散安定性を示す。

上記のような複合体が有機寸たは無機触媒物質あるいは
生理活性物質と結合するには、複合体の製造に際しポリ
エチレングリコールまたはその誘導体分子中のエーテル
結合あるいは未反応の水酸基、カルボキシ基、アミン基
などの官能基で反応が行われる。例えば、マグネタイト
−ポリエチレングリコール複合体と白金コロ４１粒子を
ボールミル中で反応させることにより、当該複合体を白
金コロイ１：′触媒に結合させることができる。

〔発明の効果〕

本発明による複合体のポリエチレングリコールまたはそ
の誘導体部分は両親媒性を有するので、当該複合体は水
溶液中及び有機溶媒中の何れにおいても安定に分散もし
くは溶解する。

この磁性体−ポリエチレングリコール複合体を修飾剤と
して化学修飾された有機または無機触媒物質あるいは生
理活性物質は、水溶液中および有機溶媒中で安定に分散
する。例えばマグネタイト−ポリエチレングリコール複
合体で化学修飾したＩＪ　ノ９−ゼは水浴液中およびベ
ンゼン中で２０００　ｘｇで５分間の遠心では沈澱せず
、約２日ないし７日間水溶液およびベンゼンなどの有機
溶媒の中に分散溶解する。このような化学修飾したリパ
ーゼはベンゼン中でエステル合成反応を触媒するよう（
，１なる。そして粒子径約３０ｎｍ以上のものは永久磁
石および電磁石で分離でき、また粒子径の大きさを問わ
ず超伝導電磁石で分離できる。例えば粒子径約７０　ｎ
ｍのものは、電磁石を用いた１、　７　ｃｍ間隔で３０
０（Ｏｅ）の磁湯中で、５分間で１００％回収される。

また粒子径が３０　ｎｍのものでは、電磁石を用いた１
７工間隔で５０００（Ｏｅ）の磁場中で、７分間で１０
０係回収される。捷た常磁性体（エルビウム）−ポリエ
チレングリコール複合体で化学修飾したリパーゼは超伝
導電磁石を用いた２テスラ（Ｔ）　＝　２０，０００　
（Ｏｅ）の磁場中で、５分間で１００％回収される。ま
たマグネタイト−ポリエチレングリコール複合体で化学
修飾した白金コロイドは、上記の化学修飾したり・ぐ−
ゼと同様の分散安定性と磁気分離特性を示し、ベンゼン
中でシラン重合体の合成を触媒する。

以下に本発明の実施例イｆ示す。

実施例１ １りのα、ω−ノットキシカルボニルポリエチレングリ
コール（平均分子量４５００）（（１５ｍｌの水に溶か
し、アンモニア水溶液でＰＩ−１ｖ、　Ｂ、　０にし、
この溶液に２６０　ｍ！ｉ＋の塩化第一鉄と６４０■の
塩化第二鉄を含む２　ｍｅの蒸留水全滴加した。

滴加中はアンモニア水溶液でｐＨ’ｔＨ８，Ｏから９．
０に維持し、十分に攪拌した。反応液を水に十分透析し
、凍結乾燥して、磁性体−ポリエチレングリコール複合
体を得た。

この複合体は水溶液およびベンゼンに溶解あるいはコロ
イドとして分散し、この溶液から５０００（Ｏｅ）の磁
場中で５分間で完全に回収された。これは再びコロイド
として溶液中に溶解した。水溶液およびベンゼン中にコ
ロイドとして溶解した磁性体−ポリエチレングリコール
複合体は５０００　ｘｇの遠心では沈降せず、６００ｎ
ｍの濁度測定では２４−６０時間変化せず、水溶液およ
び有機溶媒中に安定に分散することがわかった。この複
合体は、磁性体含有率は４０％であり、電子顕微鏡観察
によれば粒径が１１０−４０ｎの超微粒子であった。

ベンゼン以外にトルエン、クロロホルム、トリクレン、
ピリジン、アセトン、ノオキサン、メタノール、エタノ
ール、ジメチルホルムアミｌＳ１ツメチルスルホキシド
などのポリエチレングリコールが溶解する溶媒中で、こ
の磁性体−ポリエチレングリコール複合体は同様の性質
を示した。

磁性体−ポリエチレングリコール複合体のカルボキシ基
にＩｉ−ヒＩ？ロギシこはく酸−ｆミドをジオキサン中
で常法に従い結合させて、活性化した磁性体−ポリエチ
レングリコール複合体（活性化磁性体修飾剤）全合成し
た。

（ａ−１）　　５ηのシュウトモナス・フラー￥　２２
−３９Ｂ菌体よりイ（すたり・ぐ−ゼを含む／１ｍｅの
りん酸緩衝液（ＰＩ−１７，０）に７５ｍ７の」二記活
性化した磁性体−ポリエチレングリコール複合体を加え
、３７℃で９０分間反応させた後、Ｆｌ’７製して、磁
性体−ポリエチレングリコール複合体と同様の溶解安定
性および磁気分離特性を有する磁性体−リパーゼを得た
。さらにこの磁性体−リノヤーゼは水溶液中でオリーブ
油の加水分解活性（１５００単位／１〃７タンパク質）
をベンゼン中でラウリン酸ラウリルの合成活性（１０μ
ｍｏ１　／’Ａ／■タンパク質）を示した。この活性は
、溶液中から磁気的に回収した後、再び溶液中に溶解し
ても失われることはなかった。

（ａ−２）　　＋）ノ？−ゼのかわシにバチルス・ズブ
チリス菌体由来のザブチリシン、牛肝臓由来のカタラー
ゼ、エステラーゼを、活性化した磁性体−ポリエチレン
グリコール複合体を用いて修飾し、この複合体と同様の
溶解安定性および磁気分離特性を与えることができた。

（ａ−３）　　０．３７の磁性体−ポリエチレングリコ
ール複合体と０．１７の白金コロイドまたはロノウムコ
ロイド全クロロホルムに混ぜ合わせ、７１テールミル中
で１日間反応させて修飾し、磁性体−ポリエチレングリ
コール複合体と同様の溶解安定性、および磁気分離特性
を有する修飾白金およびロジウムを得た。これらは水素
付加、シランの重合反応などの触媒能を示した。

（ａ−４）　　（ａ−１）においてリパーゼの代わりに
抗ｐ−ニトロフェノール抗体を用いても、磁性体−ポリ
エチレングリコール複合体と同様の溶解安定性、磁気分
離特性を有する磁性体−抗体ヲ得た。これを用いてベン
ゼン中のｐ−ニドロフェノールを磁気的に分離回収−・
Ｌることかできた。

（ｂ−ｘ）　　分子量−１５００のα、ω−ジメトキシ
カルボニルポリエチレングリコールのかわりに分子量７
５０　（３！ｉ’）、２０００（］−，５ｆ）、２０，
０００（０，７７）、２００．Ｏｏｏ　（０，５ｙ　）
のものを用いても、同様の性質を有する磁性体−ポリエ
チレングリコール複合体ケ得た。

（ｂ−２）　　α、ω−ノメトキシカルボニルポリエチ
レングリコールのかわりにα−・ジメトキシカルボニル
−ω−メトキシポリエチレングリコール（平均分子量４
５００）ｉ用いても、同様の性質を有する磁性体−ポリ
エチレングリコール複合体金得た。

（ｂ−３）　　α、ω−ノメトキシカルボニルポリエチ
レングリコールのかわりにぼりエチレングリコールまた
はモノメトキシＩリエチレングリコール（平均分子ｊｉ
ｉ、’　５０００　）　、α、ω−ジアミノプロピルポ
リエチレングリコール（平均分子量４５００）、α−ア
ミノゾロビル−ω−メＩ・キシポリエチレングリコール
（平均分子量４５００）を用いても同様の性質を有する
磁性体−ポリエチレングリコール複合体を得た。複合体
の水酸基丑たはアミン基に塩化シアヌルをジオキサン中
で常法に従い結合させて、活性化した磁性体−ポリエチ
レングリコール複合体を合成した。

（ａ−１）および（ａ−３）に示す有機″！ｆ、たは無
機物質に、上記活性化した磁性体−ポリエチレングリコ
ール複合体を用いて修飾し、この複合体と同様の溶解安
定性及び磁気分離特性に与えることができた。

実施例２ １７のα、ω−ノメトキシカルボニルポリエチレングリ
コール（平均分子量４．５００）’ｉ１５罰の水に溶か
し、アンモニア水溶液でｐＨ全８．０にし、この溶液に
２００　ｍＷの塩化第一鉄、４０巧の塩化コバルトと６
４０■の塩化第二鉄を含む２　ｍＡの蒸留水を滴加した
。滴加中はアンモニア水溶液でＰｌｌｋ　８．０から９
０に維持し、十分に攪拌した。反応液を水に十分透析し
凍結乾燥して、磁性体−ポリエチレングリコール複合体
を得た。この複合体は実施例１で得た複合体と同様の溶
解安定性、磁気分離特性を示し、実施例１と同様に修飾
剤と１７で用いることができた。

実施例３ ５７のα、ω−シカルア＋？キシポリエチレングリコー
ル（平均分子量／１．５００　）　′ｆｒ：含むクロロ
ホ／ｌ／　ム５　ｍｌに５００　ｍｙの酸化エルビウム
（粒子径２００ｎｍ）ｉ加えて、７［１間ボールミルで
粉砕し、クロロホルムケ完全に除いて、磁性体−ポリエ
チレングリコール複合体（粒径７０　ｎｍ　）を得た。

この複合体は実施例１と同様の溶解安定性を示し、スチ
ールウール存在下で２０．（１（１０（Ｏｅ）＝２テシ
ラ（Ｔ）の磁場中で５分間で完全に回収された。これは
実施例１と同様に修飾剤として用いることができた。

実施例４ １７のα、ω−ジカルボキシポリエチレングリコール（
平均分子量４５００）と１５０　Ｔｑの塩化第一鉄ヲ４
．　ｄの水に溶かし、アンモニア水溶液でＰＨ全９．０
　Ｋ　Ｌ、６５℃で酸素を１時間通じて酸化させた。反
応液を水に十分透析して、磁性体−ポリエチレングリコ
ール複合体を得た。

この複合体は実施例１で得た複合体と同様の溶解安定性
、磁気分離特性全示し、実施例１と同様に修飾剤として
用いることができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁性体とポリエチレングリコールまたはその誘導体
   との複合体。 ２、ポリエチレングリコール誘導体がジカルボン酸誘導
   体である特許請求の範囲第１項の複合体。 ３、磁性体がフェライトである特許請求の範囲第１項の
   複合体。