JPWO2004062767A1 - 二本鎖ｄｎａを用いた有害物質の濃縮除去方法、並びにそのための吸着体および装置 - Google Patents

Abstract

有害物質を含有する被処理液を二本鎖ＤＮＡと接触させ、有害物質を二本鎖ＤＮＡにインターカレーションにより吸着して分離することを特徴とする有害物質除去方法。該方法は、ダイオキシン類の処理に特に有用であり、例えば、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により形成された容器または袋物に二本鎖ＤＮＡあるいは二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を封入してなる吸着体と、非処理液とを接触させることにより行うことができる。

Description

本発明は、二本鎖ＤＮＡを用いて水や牛乳、母乳等の液体中から有害物質、特にダイオキシン類を濃縮および／または除去する方法および装置に関する。

ポリ塩化ジベンゾ−ｐ−ダイオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）およびコプラナーポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）を包含するダイオキシン類は、食物連鎖を通して取り込まれ、多くの生物中に蓄積される有害物質である。これらのダイオキシン類は極微量でも人体に悪影響を及ぼす惧れがあるため、ダイオキシン類の発生抑制と汚染された環境からのダイオキシン類の除去は重要な課題である。特に、川や湖沼等の水中に存在するダイオキシン類は、不溶性微粒子表面に付着しているものと、水に溶解しているものとがあり、前者は微粒子と共に凝集して除去することができるが、後者の除去は非常に困難であった。
水に溶解しているダイオキシン類を除去する手段としては、被処理液を活性炭が流動している膜分離装置内に投入し、該活性炭に水中に溶解したダイオキシン類を吸着させ、活性炭や浮遊物質などの固形分を膜分離によって除去してダイオキシン類を除去することが挙げられる（例えば、特開２００２−２３９３４７参照）。該手段では、溶解性のダイオキシン類を活性炭に吸着させ、その活性炭と固形分に吸着されているダイオキシンを膜によって濾過することにより、ダイオキシン類を除去することができる。
本発明は、水や牛乳、母乳等の液体中に溶解したダイオキシン類等の有害物質を、効率良くかつ低費用で除去し得る方法、そのための有害物質吸着体、並びにそのための装置を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意研究を行った結果、二重螺旋構造を有する二本鎖ＤＮＡの塩基対の間に平面構造を有する芳香族化合物が入り込む、所謂インターカレーションを利用することにより、水や牛乳、母乳等の液体中に溶解した有害物質を効率良く濃縮および／または除去することができることを見出して本発明を完成させた。
従って本発明は、有害物質を含有する被処理液を二本鎖ＤＮＡと接触させ、有害物質を二本鎖ＤＮＡにインターカレーションにより吸着して分離することを特徴とする有害物質除去方法に関する。
また本発明は、前記有害物質除去方法のために使用されるものであって、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により形成された容器または袋物に二本鎖ＤＮＡあるいは二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を封入してなることを特徴とする吸着体に関する。
さらに本発明は、前記有害物質除去方法のために使用されるものであって、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により分割された少なくとも二つの空間を有する接触槽と、二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を循環させ、かつ該隔膜を介して一方側の空間に該二本鎖ＤＮＡ含有溶液を流通させる二本鎖ＤＮＡ溶液循環手段と、有害物質を含有する被処理液を循環させ、かつ該隔膜を介して他方側の空間に該被処理液を流通させる被処理液循環手段とを備えてなり、有害物質が該隔膜を介して該被処理液から該二本鎖ＤＮＡ含有溶液に移行して分離されることを特徴とする有害物質除去装置、並びに
二本鎖ＤＮＡを非遊離にて含有する吸着体を収容する接触槽と、有害物質を含有する被処理液を、該接触槽内を流通するように循環させる被処理液循環手段とを備えてなり、前記吸着体は、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により形成された容器または袋物に二本鎖ＤＮＡあるいは二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を封入してなり、有害物質が被処理液から該吸着体に移行して分離されることを特徴とする有害物質除去装置
にも関する。

図１は、本発明の有害物質除去装置の一態様を図示する模式図であり、
図２は、図１の接触槽の構成の一態様を図示する模式図であり、
図３は、本発明の有害物質除去装置の他の態様を図示する模式図であり、また
図４は、本発明の吸着体の一態様を図示する斜視図である。

本発明で用いる二本鎖ＤＮＡは、右巻き螺旋型を有する二本のポリヌクレオチド鎖からなる。二本のポリヌクレオチド鎖の糖−リン酸骨格から、構造的相補性を有する平面的な塩基同士が、螺旋の軸に対して垂直にらせんの中央部に向かって突出し合い水素結合で結合している。二本鎖ＤＮＡの塩基対と塩基対の間には、Ｂ型構造の場合、幅約１．１ｎｍ、高さ約０．３４ｎｍの隙間があり、平面構造を有する小分子はこの隙間に入り込むことが可能であり、これをインターカレーションと呼ぶ。この現象は小分子の電荷や疎水性により促進される場合がある。ダイオキシン類は複数のベンゼン環からなる平面構造を有し、疎水性を示すことから、二本鎖ＤＮＡを利用して水中からダイオキシンを除去することが考えられる。
前記二本鎖ＤＮＡとしては例えば、魚類の白子を原料としたものを使用することができる。魚類の白子は二本鎖ＤＮＡおよびタンパク質を多量に含んでおり、非常に栄養価の高い食材であることが知られている。しかしながら魚類の白子はごく一部が鮮食用として利用されているのみで、加工の困難さ、保存性等の理由からその利用分野は限られており、大部分は廃棄処分されていた。特に、北海道で大量に水揚げされる鮭の白子は年間１万トン以上が飼料や肥料に使われるか廃棄処分されていた。従って、二本鎖ＤＮＡを多く含む魚類の白子は、二本鎖ＤＮＡの安価な大量生産のための原料として特に適している。該魚類としては例えば鮭、鰊、鱒、鱈等を挙げることができ、これらの白子から皮、筋、血管等を除去した後、精製して油分を除き、生成することによって二本鎖ＤＮＡを得ることができる。
本発明で処理可能な有害物質は多岐にわたるが、二本鎖ＤＮＡへのインターカレーションを利用することから、平面的な立体構造を有する有機化合物、例えば芳香族環を有する化合物を好ましく処理することができる。特にジベンゾ−ｐ−ダイオキシン（ＤＤ）、ジベンゾフラン（ＤＦ）、ビフェニル（ＢＰ）、ポリ塩化ジベンゾ−ｐ−ダイオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）、コプラナーポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）等のダイオキシン類の処理に本発明は好ましく適用される。
本発明の有害物質除去方法において、被処理液と二本鎖ＤＮＡとを接触させる様式は特に制限されず、例えば、被処理液と二本鎖ＤＮＡを含有する溶液とを二本鎖ＤＮＡが被処理液中に移行しないように、例えば有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜を解して接触させる方法が挙げられる。この方法では、隔膜を中空糸の形態にすることにより、二本鎖ＤＮＡ含有溶液と被処理液との接触面積を増大させることができ、その結果、被処理液の処理効率を高めることができる。
また、被処理液と二本鎖ＤＮＡとを接触させる様式として、二本鎖ＤＮＡを非遊離にて含有する吸着体と非処理液とを接触させる方法が挙げることもできる。この方法では、非処理液を収容槽に収容し、そして該収容槽に前記吸着体が投入される。所望により、該収容槽内で非処理液を循環させたり攪拌させたりして、吸着体と非処理液との接触効率を増大することが好ましい。
前記吸着体としては、例えばアクリルアミドゲルに二本鎖ＤＮＡを固定してなるゲルが挙げられる。該ゲルは、円柱状、円盤状等の形状に成形し得る他、ゲルの製造方法によっては、略均一な粒径を有するビーズ状のゲルとすることもできる。また前記吸着体の他の態様として、ポリスルホンに二本鎖ＤＮＡを固定してなるものがある。ポリスルホンは、ビーズ状、膜状等に成形することが容易であり、特に中空糸状に成形したポリスルホンに二本鎖ＤＮＡを固定してなる吸着体は、有害物質を含有する被処理液との接触面積が大きく、処理効率が高まる。
前記吸着体の特別な態様は、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により容器を形成し、該容器中に二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を封入したものである。この吸着体では、被処理液中の有害物質が該隔膜を透過して二本鎖ＤＮＡに吸着し、一方、二本鎖ＤＮＡは該隔膜を透過しないので、二本鎖ＤＮＡ含有溶液中に有害物質が移行して効率的に除去することができる。
本発明ではさらに、二本鎖ＤＮＡにインターカレーションした有害物質を有機溶媒で抽出して二本鎖ＤＮＡから脱着することができ、二本鎖ＤＮＡ含有溶液または二本鎖ＤＮＡを含む吸着体を再生させて再利用することが可能である。
以下、図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明の有害物質除去装置の一態様を図示する模式図であり、図２は、図１の接触槽の構成の一態様を図示する模式図であり、図３は、本発明の有害物質除去装置の他の態様を図示する模式図であり、そして図４は、本発明の吸着体の一態様を図示する斜視図である。
図１に図示する態様の有害物質除去装置は、二本鎖ＤＮＡ含有溶液循環手段２と、被処理液循環手段３と、二本鎖ＤＮＡ含有溶液循環手段２および被処理液循環手段３に接続された接触槽１とを含んでなる。
二本鎖ＤＮＡ含有溶液循環手段２は、二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を循環させる例えばポンプであり、溶液中の二本鎖ＤＮＡが本発明の有害物質除去装置において有害物質を吸着する物質として働く。二本鎖ＤＮＡ含有溶液の濃度は、処理すべき有害物質の量、処理を完了すべき時間等の条件により変化するが、例えば０．１〜１０μＭ（ｂｐ）程度である。
被処理液循環手段３は、水中から濃縮および／または除去すべき有害物質を含有する被処理液を循環させる例えばポンプである。被処理液中の有害物質の濃度は特に制限されず、例えば有害物質がｐｐｂレベルの極低濃度で存在しても、本発明の有害物質除去装置は効率良く処理を行うことができる。
接触槽１は、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜を有し、接触槽１の内部は該隔膜により少なくとも二つの空間に隔てられている。そして該空間の一方側に二本鎖ＤＮＡ含有溶液が循環され、また該空間の他方側に被処理液が循環される。該隔膜には例えば、ダイオキシン類のように分子量が数百である小分子は透過するけれども、二本鎖ＤＮＡのように分子量が５００万以上の巨大分子は透過しないような孔径を有する半透膜を用いることができ、このような半透膜は市販で入手可能である。
前記隔膜を配置して接触槽１中の空間を分割する様式は、二本鎖ＤＮＡ含有溶液および被処理液が共に循環可能であり、かつ双方が接触することができれば特に制限はなく、例えば一枚の隔膜により接触槽１内を二つの空間に分割した単純な構成、例えば接触槽１を縦に二分した構成、円筒二重槽状となるようにドーナツ形に分割した構成等を採用することができる。しかしながら、本発明の有害物質除去装置の処理原理からすると、二本鎖ＤＮＡ含有溶液と被処理液との接触面積が拡大すればする程、処理効率はより増大するので、例えば、図２に図示するように、半透膜から多数の中空糸５を形成してその内部で二本鎖ＤＮＡ含有溶液または被処理液のいずれか一方を流通させ、中空糸５の外部で他方を流通させるようにした構成の接触槽１は、二本鎖ＤＮＡ含有溶液と被処理液との接触面積が増大して、処理効率が高い装置となる。
上記構成の有害物質除去装置を用いた有害物質の除去では、二本鎖ＤＮＡ含有溶液を二本鎖ＤＮＡ含有溶液循環手段２により接触槽１の一方側の空間で循環させ、一方、被処理液を被処理液循環手段３により接触槽１の他方側の空間で循環させる。この際、被処理液は、被処理液を貯留する湖沼、水槽等から直接に循環させても良いし、または水槽に移した後に循環させても良い。また、各液の循環の方向は任意である。すると、二本鎖ＤＮＡ含有溶液と被処理液とが接触槽１において隔膜を介して接触し、被処理液中に含まれるダイオキシン類等の有害物質が接触槽１中の隔膜を透過して二本鎖ＤＮＡ含有溶液中に含まれる二本鎖ＤＮＡにインターカレーションする。有害物質をインターカレーションした二本鎖ＤＮＡは隔膜を透過しないので、結果として被処理液中から有害物質が除去され、二本鎖ＤＮＡ含有溶液中に濃縮される。
こうして二本鎖ＤＮＡ含有溶液中に濃縮された有害物質は、焼却等の既知の方法により最終的に処理される。また、有害物質をインターカレーションした二本鎖ＤＮＡを含む二本鎖ＤＮＡ含有溶液をヘキサン等の有機溶媒と混合すると、二本鎖ＤＮＡにインターカレーションした有害物質が二本鎖ＤＮＡより脱着して有機溶媒中へと移動する。こうして飽和するまで有害物質をインターカレーションした二本鎖ＤＮＡを再生することもできる。
図３に図示する態様の有害物質除去装置は、被処理液循環手段３と、被処理液循環手段３に接続され、吸着体４を含む接触槽１とを含んでなる。
吸着体４は、二本鎖ＤＮＡを遊離させずに含有するものであり、例えば高分子化合物等の担体上に二本鎖ＤＮＡを化学結合させてなる。その形状は特に制限されず、球状、繊維状、シート状等であることができるが、二本鎖ＤＮＡと被処理液との接触の効率を高めるために好ましいのは、多孔質担体の表面に二本鎖ＤＮＡを結合させたものである。また、二本鎖ＤＮＡを含有する二本鎖ＤＮＡ含有溶液を、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない半透膜製のバックに充填して構成したものを吸着体４として用いることもできる。
上記構成の有害物質除去装置を用いた有害物質の除去では、接触槽１に吸着体４を収容し、被処理液を被処理液循環手段３により接触槽１に循環させる。すると、被処理液中に含まれるダイオキシン類等の有害物質が吸着体４が有する二本鎖ＤＮＡにインターカレーションし、その結果、被処理液中から有害物質が除去される。そして有害物質を吸着した吸着体４を接触槽１から取り出し、既知の方法により処理する。
また、吸着体４の有害物質の吸着能が低下した場合、被処理液の循環を停止し、そして接触槽１に有機溶媒を循環させことにより、有害物質をインターカレーションした二本鎖ＤＮＡを有する吸着体４から有害物質を脱着して有機溶媒へと移動させることができる。この結果、吸着体４は再生され、そして有害物質は有機溶媒中に抽出される。
図４に図示する吸着体４は、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により形成された容器または袋物に二本鎖ＤＮＡあるいは二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を封入してなる。該隔膜としては、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない半透膜を用いることができ、該半透膜で例えば袋物を作製し、該袋物中に二本鎖ＤＮＡあるいは所望の濃度で調製した二本鎖ＤＮＡ含有溶液を漏れの無いように封入して吸着体を作製し得る。該袋物は、例えば膜を貼り合わせて円筒状とした後、上下を封止して形成することができる。
実施例１：二本鎖ＤＮＡ含有溶液を用いたダイオキシン類の除去
ジベンゾ−ｐ−ダイオキシン（ＤＤ）、ジベンゾフラン（ＤＦ）およびビフェニル（ＢＰ）のダイオキシン類をそれぞれ１ｍｇ／ｍｌの濃度で含有する溶液を、モデル被処理液として用意した。該モデル被処理液と、鮭白子由来二本鎖ＤＮＡを６．８μＭ（ｂｐ）の濃度で含有する二本鎖ＤＮＡ含有溶液とを半透膜を介して９６時間、１００ｍｌ／分の流量で循環させながら接触させた。
接触終了後のモデル被処理液中と二本鎖ＤＮＡ含有溶液中のダイオキシン類濃度を比較すると、二本鎖ＤＮＡ含有溶液中のダイオキシン濃度は、モデル被処理液中の濃度より数百倍高く、ダイオキシン類が二本鎖ＤＮＡ含有溶液中に濃縮されていることが解った。
次いで、ダイオキシン類を高濃度で含む二本鎖ＤＮＡ含有溶液にヘキサンを加え室温で６時間浸透させた。これによりダイオキシン類をヘキサン中に抽出することができ、こうして再生した二本鎖ＤＮＡ含有溶液は、再生前のものとほぼ同様の有害物質除去能を有していた。
実施例２：吸着体の作製
鮭白子由来二本鎖ＤＮＡの６．８μＭ（ｂｐ）溶液を調製した。また１ｋＤカットオフの透析膜から縦１０ｃｍ、横５ｃｍ、厚さ２ｃｍの袋物を形成した。
該溶液を該袋物に５０ｍｌづつ分注し、そして密封して吸着体とした。

本発明では、二本鎖ＤＮＡの塩基対の間に有害物質をインターカレーションさせることにより、水や牛乳、母乳等の液体中に溶解したダイオキシン類等の有害物質を効率良く濃縮および／または除去することができる。さらに、該二本鎖ＤＮＡとして、従来はその大部分が廃棄されていた魚類の白子由来のものを使用することができ、処理費用も低下させることができる。

Claims (6)

1. 有害物質を含有する被処理液を二本鎖ＤＮＡと接触させ、有害物質を二本鎖ＤＮＡにインターカレーションにより吸着して分離することを特徴とする有害物質除去方法。
2. 前記有害物質はダイオキシン類であることを特徴とする、請求項１記載の有害物質除去方法。
3. 有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により形成された容器または袋物に二本鎖ＤＮＡあるいは二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を封入してなることを特徴とする、請求項１記載の有害物質除去方法のために使用される吸着体。
4. 有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により分割された少なくとも二つの空間を有する接触槽と、
   二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を循環させ、かつ該隔膜を介して一方側の空間に該二本鎖ＤＮＡ含有溶液を流通させる二本鎖ＤＮＡ溶液循環手段と、
   有害物質を含有する被処理液を循環させ、かつ該隔膜を介して他方側の空間に該被処理液を流通させる被処理液循環手段とを備えてなり、
   有害物質が該隔膜を介して該被処理液から該二本鎖ＤＮＡ含有溶液に移行して分離されることを特徴とする、請求項１記載の有害物質除去方法のために使用される有害物質除去装置。
5. 前記隔膜は中空糸を形成し、前記接触槽は中空糸外部の空間と中空糸内部の空間とに分割されることを特徴とする、請求項４記載の有害物質除去装置。
6. 二本鎖ＤＮＡを非遊離にて含有する吸着体を収容する接触槽と、
   有害物質を含有する被処理液を、該接触槽内を流通するように循環させる被処理液循環手段とを備えてなり、
   前記吸着体は、有害物質は透過するが二本鎖ＤＮＡは透過しない隔膜により形成された容器または袋物に二本鎖ＤＮＡあるいは二本鎖ＤＮＡを含有した溶液を封入してなり、
   有害物質が被処理液から該吸着体に移行して分離されることを特徴とする、請求項１記載の有害物質除去方法のために使用される有害物質除去装置。

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