JPWO2004065306A1 - 複合粒子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、生体物質などの目的物質の捕捉性能にすぐれ、かつ回収性能にもすぐれる複合粒子を提供するものである。詳しくは、本発明は、強磁性酸化鉄粒子とリン酸カルシウム系化合物を含んでなる複合粒子およびその製造方法、並びに該複合粒子を使用して目的物質を捕捉、回収、除去または検出する方法に関する。

Description

本発明は、複合粒子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、気体中や液体中に存在する細菌、ウイルス、タンパク質などを捕捉することを主目的とした複合粒子およびその製造方法、並びに該複合粒子を使用して目的物質を捕捉、回収、除去または検出する方法に関するものである。

従来から、水酸アパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物は、人口骨や人口歯をはじめとする生体適合性にすぐれた材料として知られ、この性質を利用して細菌、ウイルス、動植物細胞などの捕捉材料として用いられている。
リン酸カルシウム系化合物は、たとえば、フィルター材としての利用が知られている（特開２００２−２４８３０７号公報、特開２００２−１１４８５９号公報）。これは、有機ポリマー基材の表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成したものである。具体的には、カルシウム含有化合物を含む有機ポリマー基材をリン酸イオンおよび／またはその誘導体を含む水溶液に浸漬して、基材表面にリン酸カルシウム系化合物層を形成している。
リン酸カルシウム系化合物は、フィルター状に加工されて用いられるだけでなく、粒子状態で吸着剤として用いられることも知られている。目的物質が溶液中に存在する場合は、そこにリン酸カルシウム系化合物粒子を添加し、目的物質をリン酸カルシウム系化合物粒子に特異的に吸着させて、捕捉するものである。たとえば、食用油などに含まれる油性物質の吸着剤として、水酸アパタイト粒子が用いられている（特開平１１−２０７１７５号公報の第２〜３頁参照）。
この粒子は、一次粒子の粒径が１μｍ以下である水酸アパタイトの集合体である。油性物質を吸着した粒子を迅速に回収するためには、集合体の粒径が５０μｍ以上必要であることが示されている。吸着性能を大きくするためには、できる限り粒子径の小さい水酸アパタイト粒子が好ましいが、回収時の操作性の面からは、大きい粒子径のものが好ましい。さらに、油性物質を吸着したのち、粒子を回収するためには、放置およびろ過工程が必要である。
水酸アパタイトは、細菌分離剤として使用されることも公知である（特開平９−１３６０３０号公報の第２〜３頁参照）。これは、水酸アパタイトが六角柱状結晶であることを利用して、細菌を選択的に分離するものである。この水酸アパタイトは、単独でスラリー状にして用いる場合、回収する際に一定時間放置しなければならないため、時間がかかる。そのため、水酸アパタイトは層状またはフィルター状にして用いられる。
溶液中に存在する目的物質を捕捉するには、水酸アパタイト粒子を添加するのが簡易ですぐれた方法である。しかし、目的物質を捕捉した水酸アパタイト粒子を回収するには放置時間が必要で、また場合によりろ過工程も必要となるため、捕捉後の回収性に劣ることがこれまでの大きな欠点であった。
一方、磁性体と水酸アパタイトを複合化して、温熱療法用の発熱体として利用できることも公知である。例えば特公平５−４３３９３号にはマグネタイトやリチウムフェライトなどの強磁性フェライト粒子と水酸アパタイト、さらにＬｉ_２ＯやＮａ_２Ｏの副成分との混合粉末の焼結体が温熱療法用のセラミック発熱体として有効であることが示されている。この例では、アパタイトの生体親和性と交流磁界を印加することによる磁性体の発熱を利用して癌などの疾病個所の治療を行うものである。
また特許公報第２８２９９９７号には、同じく温熱療法用のセラミック発熱体として水酸アパタイトを使用する例が示されている。この例では、強磁性フェライト粒子の表面に水酸アパタイトを被覆することが記載されているが、粒子の構造に関する具体的な説明はなく、フェライト粒子と水酸アパタイト粒子の混合物を示唆する表現がある。
このように水酸アパタイトの優れた生体物質捕捉性を維持しながら、回収性能に優れた複合粒子は、これまで開発されていなかった。

本発明は、上記従来の材料では目的物質を捕捉したリン酸カルシウム系化合物の回収工程が煩雑であるという欠点を回避し、目的物質の捕捉性能のみならず、回収性能も大幅に向上した複合粒子を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記の目的を達成するために、鋭意検討した結果、強磁性酸化鉄粒子を基材としてその上にリン酸カルシウム系化合物層を形成した複合粒子とすることにより、目的物質を効率よく捕捉吸着すると同時に、すぐれた回収性も得られることを見い出し、本発明をなすに至った。
本発明の複合粒子は、強磁性酸化鉄粒子とリン酸カルシウム系化合物を含んでなり、リン酸カルシウム系化合物に目的物質を捕捉吸着させたのちに、磁石などを用いて捕集することができる。リン酸カルシウム系化合物は、強磁性酸化鉄粒子の表面近傍に形成されているため、目的物質に対して高い吸着性能を示す一方、粒子内部は強磁性酸化鉄粒子であるため、磁界に反応して磁石などにより容易に回収できるものである。リン酸カルシウム系化合物は、強磁性酸化鉄粒子との混合物として存在させることもできるが、強磁性酸化鉄粒子表面に被膜として形成させる方が捕捉性能が向上するため、より好ましい。特にこのリン酸カルシウム系化合物で強磁性酸化鉄粒子の複合体を被覆するよりも、個々の強磁性酸化鉄粒子の表面に、均一な厚さの被膜として形成されると、目的とする生体物質の捕捉性と回収性の両立に最適な構造となる。
この複合粒子において、リン酸カルシウム系化合物は、とくに水酸アパタイト〔Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３（ＯＨ）〕であるのが好ましい。水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子に対するリン原子の比は１．４〜１．８であるのが好ましい。カルシウム原子に対するリン原子の比がこの範囲内であると、目的物質をより効率よく吸着することができる。
リン酸カルシウム糸化合物の含有量は、強磁性酸化鉄粒子に対して５〜１５０重量％の範囲内であるのが好ましく、１０〜１２０重量％の範囲内にあるのがとくに好ましい。上記の範囲より少ないと、目的物質の捕捉が不十分になることがあり、一方多すぎると、とくにリン酸カルシウム系化合物を強磁性酸化鉄粒子の表面に形成する場合は、粒子の表面以外の部分に析出しやすくなり、粒子の凝集が起こりやすくなるため、逆に目的物質の捕捉効率が低下することがある。
強磁性酸化鉄粒子は、とくに限定されないが、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）粒子、マグヘマイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）粒子、マグネタイト−マグヘマイト中間酸化鉄粒子およびマンガン亜鉛フェライト（ＭｎＺｎＦｅ_２Ｏ_４）粒子よりなる群から選ばれる少なくとも１つの粒子が、好ましく用いられる。その中でも、マグネタイト粒子は、飽和磁化量が大きいため、磁石などで捕集する際の磁界感度が良好なため、最適である。
この強磁性酸化鉄粒子は、針状、板状、球状、粒状、楕円状、立方形状などの各種形状のものを使用できるが、粒子形状が球状ないし粒状のものが、分散性が最も良好であり、目的物質の捕捉性能にすぐれる。
強磁性酸化鉄粒子の粒子サイズとしては、とくに限定されないが、０．０５〜１０μｍであるのが好ましい。この粒子サイズよりも小さいと、均一な分散体を得ることが困難になり、その結果、リン酸カルシウム系化合物の均一な被膜を形成することが難しくなり得る。一方、粒子サイズが上記範囲よりも大きいと、比表面積が小さくなり捕捉性能が低下する傾向を示す。
複合粒子の粒子サイズとしては、強磁性酸化鉄粒子の粒子サイズと被着させるリン酸カルシウム系化合物の量に依存するが、０．１〜１０μｍの範囲内であるのが好ましい。粒子サイズが上記範囲内にあるものが、捕捉性能と回収性能のバランスがとれた複合粒子となる。粒子サイズが上記範囲よりも小さいと、目的物質の捕捉量は向上するが、磁界による捕集性が低くなる傾向にある。また、粒子サイズが上記範囲よりも大きくなると、粒子の比表面積が小さくなるため、目的物質の吸着効率が低くなる傾向にある。
目的物質と結合した複合粒子は、磁石などにより捕集されるが、この捕集性は、同じ粒子サイズのもので比較すると、複合粒子の飽和磁化量が大きいほど、向上する。リン酸カルシウム系化合物の含有量が、強磁性酸化鉄粒子に対して５〜１５０重量％の範囲であれば、飽和磁化量が低下しても実質的に磁石による捕集性に対してほとんど影響がないことがわかった。リン酸カルシウム系化合物の含有量が、上記範囲より少ないと、目的物質の捕捉性能が不十分になり、上記範囲より多いと、粒子が凝集しやすくなると同時に、複合粒子としての飽和磁化量が小さくなり、磁石による捕集性が低下する傾向にある。
複合粒子の飽和磁化量は、強磁性酸化鉄粒子の飽和磁化と、被着させるリン酸カルシウム系化合物の量により決まるが、２０〜８０Ａ・ｍ^２／ｋｇ（２０〜８０ｅｍｕ／ｇ）の範囲が最適である。飽和磁化が２０Ａ・ｍ^２／ｋｇより小さいと、磁石による捕集性が低下する傾向にある。一方、飽和磁化が８０Ａ・ｍ^２／ｋｇより大きくするには、リン酸カルシウム糸化合物の含有量を少なくする必要があり、目的物質の捕捉特性が低下する傾向にある。
つぎに、この複合粒子の保磁力であるが、一般に保磁力が大きくなると磁性粒子間の凝集力が大きくなり、分散性が低下する。その結果、目的物質と吸着すべき活性面が減少し、捕捉効率が低下する傾向にある。
本発明の複合粒子は、個々の強磁性酸化鉄粒子に磁性を示さないリン酸カルシウム系化合物が被着しているため、複合粒子の保磁力は、強磁性酸化鉄粒子の保磁力によりほぼ決まる。本発明者らは、捕捉特性に影響を与えない最適の保磁力の範囲について検討した結果、０．８０〜１５．９２ｋＡ／ｍ（１０〜２００エルステッド）の範囲であれば、実用上問題がないことを見い出した。
すなわち、保磁力が１５．９２ｋＡ／ｍより大きくなれば、複合粒子の分散性が低下してくるが、１５．９２ｋＡ／ｍ以下の保磁力であれば、実用上問題ないことを見い出した。また、保磁力が低い分にはとくに問題となることはないが、０．８０ｋＡ／ｍより低くするためには、強磁性酸化鉄粒子の粒子サイズを大きくするなど、強磁性酸化鉄粒子を本発明の目的に適さない形状や構造にする必要が生じてくるため、好ましくないことがわかった。

第１図は、実施例１に示す本発明の複合粒子の走査型電子顕微鏡写真である。
第２図は、実施例１に示す本発明の複合粒子の粉末Ｘ線回折図である。
第３図は、実施例４に示す本発明の複合粒子の粉末Ｘ線回折図である。

本発明の複合粒子は、既述のとおり、強磁性酸化鉄粒子とリン酸カルシウム系化合物を含んでなることを特徴とする。とくに、リン酸カルシウム系化合物を水酸アパタイトとし、強磁性酸化鉄粒子としてマグネタイト粒子、マグヘマイト粒子、マグネタイト−マグヘマイト中間体粒子およびマンガン亜鉛フェライト粒子よりなる群から選ばれる少なくとも１つの粒子を用い、これら粒子の表面近傍に上記の水酸アパタイトを被着させることにより、目的物質を効率よく捕捉することが可能となる。
強磁性酸化鉄粒子の形状としては、球状ないし粒状であるのが好ましく、その平均粒子サイズは０．０５〜１０μｍの範囲内であるのが好ましい。また、複合粒子の保磁力および飽和磁化としては、それぞれ、０．８０〜１５．９２ｋＡ／ｍ（１０〜２００エルステッド）および２０〜８０Ａ・ｍ^２／ｋｇ（２０〜８０ｅｍｕ／ｇ）の範囲にあるのが好ましい。
つぎに、強磁性酸化鉄粒子としてマグネタイト粒子を用い、リン酸カルシウム系化合物として水酸アパタイトをマグネタイト粒子の表面近傍に被着させる場合を例にとり、本発明の複合粒子の製造方法を説明する。
＜マグネタイト粒子の合成＞
マグネタイト粒子は、鉄塩の水溶液中の酸化反応を用いた、以下の方法により合成することができる。
まず、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ）を溶解した２価のＦｅイオン水溶液にＮａＯＨ水溶液を滴下し、水酸化第一鉄〔Ｆｅ（ＯＨ）_２〕を析出させる。この水酸化第一鉄の懸濁液のｐＨを９〜１０に調整したのち、空気を吹き込んで酸化することにより、マグネタイト粒子を成長させる。ｐＨが上記範囲よりも小さいと、マグネタイトの析出が遅くなり、上記範囲よりも大きいと、ゲーサイト（α−ＦｅＯＯＨ）が生成しやすくなる。
空気吹き込み速度と、懸濁液の保持温度は、マグネタイト粒子の粒子サイズに大きく影響する。空気吹き込み速度は１００〜４００リットル／時間に、懸濁液の保持温度は５０〜９０℃に調整するのがよい。空気吹き込み速度が大きいと、マグネタイトの結晶成長が速くなり、粒子サイズは小さくなる。また、空気吹き込み速度が小さすぎるか、あるいは大きすぎると、マグネタイト以外の物質が混在析出しやすくなる。さらに、保持温度が高くなるほど、マグネタイトが結晶成長しやすくなり、粒子サイズが大きくなる。一方、保持温度が低すぎると、ゲーサイト（α−ＦｅＯＯＨ）粒子が生成しやすくなる。
このような方法により、平均粒子サイズが０．０５〜０．５μｍのマグネタイト粒子を合成することができる。平均粒子サイズは、走査型電子顕微鏡写真上で３００個の粒子のサイズを測定し、その平均値から求められる。
なお、粒子径のより大きな強磁性酸化鉄粒子は、たとえば、焼成法でアルファ−ヘマタイトのインゴットを作製し、これを粉砕して任意の粒子径に調整したのち還元処理することにより、得ることができる。
＜水酸アパタイトの被着＞
つぎに、上記の方法で合成したマグネタイト粒子の表面近傍に水酸アパタイトを被着させる方法について、説明する。
上記マグネタイト粒子を純水で十分水洗したのち、乾燥させることなく、水に対するマグネタイト粒子の含有量が１〜１０重量％になるようにマグネタイト粒子を水に分散させる。この分散液にカルシウム塩水溶液を加え、アルカリでｐＨを７〜１３に調整する。この分散液に、ｐＨを維持しながら、リン酸塩水溶液を加える。この混合溶液を室温で２〜６時間撹拌することにより、マグネタイト粒子の表面近傍に水酸アパタイトを被着させる。
この際ｐＨを維持しながらリン酸塩水溶液を加えることが、個々のマグネタイト粒子の表面に均一な水酸アパタイトの被膜を形成する上で極めて重要であり、あらかじめカルシウムとリンを溶解した水溶液中にマグネタイト粒子を添加して反応させると、反応が進むにしたがいｐＨが変化し、水酸アパタイトがマグネタイト粒子の表面毬の部分に析出する。
本発明では、ｐＨが常に一定値になるようにアルカリ水溶液とリン酸水溶液を同時に加えることにより、ｐＨが一定の条件で水酸アパタイト被膜を形成した。
上記のカルシウム塩は、とくに限定されないが、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、臭化カルシウム、塩素酸カルシウム二水和物などが用いられる。また、上記のアルカリは、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、アンモニアガスなどが用いられる。ｐＨは７〜１３とするのが好ましい。ｐＨが７未満であると、カルシウムおよびリン化合物が析出しないことがあるため、好ましくない。ｐＨが１３より大きいと、カルシウムおよびリンからなる化合物が急激に析出し、マグネタイト粒子表面に均一に被着させることが困難になり、好ましくない。さらに、リン酸塩としては、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素二カリウムなどが用いられる。
以上の方法より、個々のマグネタイト粒子の表面に均一な水酸アパタイトの被膜を被着形成させることができるが、水酸アパタイトの被着強度を上げたり、結晶性を付与したりするために、以下に説明するような加熱撹拌処理や水熱処理を、引き続き行ってもよい。
生体物質の捕捉性は、詳細は不明であるが水酸アパタイトの結晶性と密接な関連があり、捕捉目的の物質の種類に応じて水酸アパタイトの結晶性を制御することが好ましい。例えば、結晶性が低い方が適している場合には、以下に説明するような常圧下での加熱撹拌処理を行うことが好ましい。逆に結晶性が高い方が適している場合には、以下に説明するような水熱処理を行うことが好ましい。
本発明者らの知見では、水酸アパタイトの結晶性が低い方が生体物質の捕捉性能は向上する。この理由は不明であるが、結晶性が低い方が生体物質の特定の官能基と結合しやすいためと考えている。一方水酸アパタイトの被膜を形成した後、さらに熱処理を加えるとマグネタイト粒子との結合性が向上するため、本発明の複合粒子を強力に攪拌したり、振動させるなどの過酷な条件下で使用する場合には、熱処理を施すことが好ましい。
この場合の結晶性コントロールの温度であるが、後述するようにマグネタイト粒子表面に水酸アパタイト被膜を形成するときの懸濁液の温度を６０℃以下とすることが好ましい。６０℃以下で反応させることにより、水酸アパタイトの結晶性の低い生体物質の捕捉性に優れた複合粒子が得られる。
＜常圧下での加熱攪拌処理＞
上記のリン酸カルシウム系化合物を被着させたマグネタイト粒子の分散液を、常圧下で加熱攪拌を施すことにより、マグネタイト粒子の表面近傍に結晶性の低い水酸アパタイト被膜を形成した複合粒子が調製できる。
処理温度は、３０〜１００℃が好ましい。３０℃未満では加熱処理の効果が得られにくく、常圧下では１００℃を超える処理は困難である。結晶性の低い水酸アパタイトを得る目的からは、３０〜６０℃が特に好ましい。
撹拌処理時間は１〜６時間が好ましい。処理時間が１時間よりも短いと撹拌処理効果が少なく、一方６時間を超えても、特に問題となることはないが、撹拌処理の効果は飽和するため、メリットは少ない。
次に、結晶性の高い水酸アパタイトを得るための手段として水熱処理方法について説明する。
＜水熱処理＞
上記のリン酸カルシウム系化合物を被着させたマグネタイト粒子をオートクレーブに入れて、水熱処理を施し、マグネタイト粒子の表面近傍に結晶性の高い水酸アパタイト被膜を形成した複合粒子が調製できる。つまり、この水熱処理により、マグネタイト粒子の表面近傍に結晶性の高い水酸アパタイトを均一に生成させることができる。
水熱処理温度は、１２０〜３００℃が好ましい。１２０℃未満では温度が低すぎるため、水熱処理効果が小さい。３００℃を超えても、とくに問題となることはないが、水酸アパタイトの結晶性向上の面からは、装置が高価になるだけで３００℃を超えて処理するメリットは少ない。
水熱処理時間は、通常、１〜６時間とするのが好ましい。水熱処理温度が短すぎると、十分な水熱処理の効果が得られにくい。また、長すぎても、とくに問題となることはないが、６時間を超えて処理しても水熱処理の効果は飽和するため、製造コストが高くなりメリットは少ない。
このような方法により、保磁力と飽和磁化がそれぞれ０．８０〜１５．９２ｋＡ／ｍ（１０〜２００エルステッド）と２０〜８０Ａ・ｍ^２／ｋｇ（２０〜８０ｅｍｕ／ｇ）の範囲にある、個々のマグネタイト粒子の表面にマグネタイト粒子に対して５〜１５０重量％の均一な水酸アパタイトの被膜が被着形成された、平均粒子サイズが０．０５〜１０μｍ、より好ましくは０．１〜１０μｍの球状ないし粒状の複合粒子が得られる。
なお、保磁力および飽和磁化は、振動試料型磁力計（東英工業社製）を用いて測定される値である。飽和磁化は、７９７ｋＡ／ｍ（１０キロエルステッド）の磁界を印加したときの磁化量から求められる。保磁力は、７９７ｋＡ／ｍの磁界を印加して磁化したのち、磁界をゼロに戻し、さらに磁界を逆方向に徐々に増加させて行ったときの、磁化量がゼロになる印加磁界の値から求められる。
また粒子形状および平均粒子サイズは、以下の方法で測定した。得られた複合粒子を水に希薄状態で個々の粒子が孤立するまで十分に分散させ、この分散液を電子顕微鏡観察用のメッシュ上に滴下して電子顕微鏡観察用のサンプルを作製した。このサンプルを電子顕微鏡で撮影し、粒子の形状および平均粒子サイズを求めた。平均粒子サイズは、３００個の粒子サイズの平均値として求めた。
本発明の複合粒子およびその製造方法について、その特徴を箇条書きにして、まとめると、下記のようになる。
（１）個々の強磁性酸化鉄粒子の表面近傍にリン酸カルシウム系化合物が被着した複合粒子であって、
（２）リン酸カルシウム系化合物は、カルシウム原子に対するリン原子の比が１．４〜１．８の範囲にある水酸アパタイトであるのが好ましく、
（３）強磁性酸化鉄粒子は、粒子形状が球状ないし粒状で、粒子サイズが０．０５〜１０μｍのマグネタイト粒子であるのが好ましく、
（４）リン酸カルシウム系化合物を被着させたのちの複合粒子の粒子サイズは、０．１〜１０μｍの範囲にあるのが好ましく、
（５）この複合粒子の保磁力と飽和磁化が、それぞれ０．８０〜１５．９２ｋＡ／ｍ（１０〜２００エルステッド）と２０〜８０Ａ・ｍ^２／ｋｇ（２０〜８０ｅｍｕ／ｇ）の範囲にあるのが好ましい。
（６）また、この複合粒子の製造法としては、強磁性酸化鉄粒子の分散液中にカルシウム塩およびリン酸塩を加え、ｐＨを一定値になるように調整して、上記粒子の表面近傍にカルシウムとリンからなる化合物を析出させ、強磁性酸化鉄粒子の表面近傍に水酸アパタイトを被着させるのが好ましく、
（７）より好ましくは、カルシウム塩の水溶液に強磁性酸化鉄粒子を分散させて、この懸濁液にｐＨが一定になるようにアルカリ水溶液とリン酸塩の水溶液を添加して、強磁性酸化鉄粒子の表面に均一な水酸アパタイトの被膜を被着形成し、
（８）さらに、その後、任意の結晶性を付与するために常圧下での加熱撹拌処理もしくは水熱処理を施してもよい。
（９）この水酸アパタイトの結晶性は、生体物質の捕捉性能と密接に関係し、結晶性が低い方が、優れた捕捉性能を示し、
（１０）水酸アパタイトの結晶性の低い複合粒子を得るには、上記懸濁液の加熱反応時の温度を３０〜６０℃にコントロールすることが好ましい。
なお、本発明の複合粒子は、必要に応じて水等の溶剤や他の添加物質を加えた組成物として用いてもよい。
本発明の複合粒子を用いることにより、気体中や液体中に存在する細菌、ウイルス、タンパク質などを捕捉することが可能になる。これらの捕捉したい目的物質を、目的物質を含有する試料から捕捉するには、例えば下記の工程を用いるのが効果的であり、これにより目的物質を回収および／または目的物質を除去することもできる。
（ａ）上記目的物質を含有する試料を、複合粒子に混合させる工程。あるいは、
（ｂ）▲１▼上記目的物質を含有する試料を、複合粒子に混合させる工程と、▲２▼複合粒子に結合させた目的物質を、例えば磁場をかけることによって試料から単離させる工程と、▲３▼試料から単離された、目的物質に結合した生体物質を、複合粒子から分離する工程。
また、複合粒子を用いて、目的物質を含有する試料から、目的物質を検出する方法も提供することができ、例えば下記の工程を用いるのが効果的である。▲１▼上記目的物質を含有する試料を、複合粒子に混合させる工程と、▲２▼複合粒子に結合させた目的物質を、例えば磁場をかけることによって試料から単離させる工程と、▲３▼必要により、試料から単離された、目的物質に結合した生体物質を、複合粒子から分離させる工程、および、▲４▼目的物質を検出する工程。

以下に、本発明の実施例を記載して、より具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

＜マグネタイト粒子の合成＞
１００ｇの硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ）を１，０００ｃｃの純水に溶解した。この硫酸第一鉄と等倍モルになるように、２８．８ｇの水酸化ナトリウムを５００ｃｃの純水に溶解した。つぎに、硫酸第一鉄水溶液を攪拌しながら、１時間かけて水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、水酸化第一鉄の沈殿物を生成させた。滴下終了後、攪拌しながら、水酸化第一鉄の沈殿物を含む懸濁液の温度を７５℃まで昇温した。懸濁液の温度が７５℃に達したのち、２５０リットル／時間の速度で、エアーポンプを使用して空気を吹き込みながら、８時間酸化して、マグネタイト粒子を生成させた。このマグネタイト粒子はほぼ球形であり、平均粒子サイズは約０．２２μｍであった。
なお、マグネタイト粒子の粒子サイズは、透過型電子顕微鏡写真上、約３００個の粒子サイズを測定し、その平均粒子サイズから求めた。
＜水酸アパタイトの被着処理＞
上記のマグネタイト粒子の分散液を、純水を用いて十分に水洗したのち、乾燥させることなく、マグネタイトと純水の重量または容量がそれぞれ１０ｇと１００ｍｌになるように調整した。なお、水洗後の分散液中のマグネタイトの含有量は、一部採取して乾燥させて求めたものである。
このマグネタイトの分散液に、撹拌しながら、５４０ミリモル／リットルの塩化カルシウム水溶液１００ｍｌを添加したのち、水酸化ナトリウムを用いてｐＨを１０に調整しながら、３２４ミリモル／リットルのリン酸水素二アンモニウム水溶液１００ｍｌを滴下した。滴下終了後、５時間、攪拌を継続した。このときの反応温度は３５℃であった。
つぎに、この分散液のｐＨを１０に調整したのち、オートクレーブに入れて、１８０℃で４時間水熱処理を施した。その後、この分散液を純水中で洗浄したのち、ろ過し、９０℃で空気中で乾燥した。
このようにして得られた複合粒子は、図１に示す走査型電子顕微鏡写真と、図２に示す粉末Ｘ線回折とにより、マグネタイト粒子の表面近傍に水酸アパタイトが被着したものであることがわかった。
この複合粒子は、平均粒子サイズが０．２７μｍの球状ないし粒状であり、保磁力は４．９４ｋＡ／ｍ（６２エルステッド）で、飽和磁化は５２．３Ａ・ｍ^２／ｋｇ（５２．３ｅｍｕ／ｇ）であった。
また、被着した水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．６７原子％であった。さらに、水酸アパタイトの含有量は、マグネタイト粒子に対して６０重量％であった。
なおカルシウムおよびリンの含有量は、蛍光Ｘ線を用いて測定した。水酸アパタイトは、含まれるカルシウムおよびリンが〔Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３（ＯＨ）〕で表される組成の水酸アパタイトを形成していると考えて、以下の式により水酸アパタイトの含有量を求めた。ここでσ（Ｍ）およびσ（Ｈ）は、それぞれマグネタイトおよび複合粒子の飽和磁化を示す。
水酸アパタイトの含有量：〔σ（Ｍ）−σ（Ｈ）〕／σ（Ｈ）×１００
つぎに、この複合粒子０．５ｇを直径１０ｍｍの円柱状のガラス管に入れ、純水を５ｇ加えて、超音波分散機を使って３０分間分散させた。その後、超音波分散機から取り出し、磁界強度が３，０００ガウスになる磁石上の位置にこの分散液を乗せ、完全に沈降する時間を測定した。その結果、この複合粒子が沈降するのにかかった時間は、６秒であった。
＜生体物質捕捉性能評価＞
生体物質としてＢＳＡ（牛血清アルブミン）を使用し、以下の手順で溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。
まず、５００μｇのＢＳＡを１ミリモル／リットルのリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ６．８）１ｍｌに溶解し、生体物質試料とした。次に、複合粒子５０ｍｇを１ミリモル／リットルのリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ６．８）を用いて数回洗浄した。この複合粒子に前記ＢＳＡ溶液を添加し、複合粒子にＢＳＡを吸着させた。この時の上清すなわち非吸着画分を回収し、吸光度計により、その吸光度（ＯＤ ２８０ｎｍ）を測定して、非吸着画分に含まれるＢＳＡ量を求めた。複合粒子に吸着したＢＳＡの量は、添加したＢＳＡ量から、非吸着画分に含まれるＢＳＡ量を差し引いて算出した。
非吸着画分を除去した複合粒子を、１ミリモル／リットルのリン酸ナトリウム緩衝液で数回洗浄した。その後、２００ミリモル／リットルのリン酸ナトリウム緩衝液を添加、混合し、複合粒子に吸着したＢＳＡを溶出した。この溶出液を回収し、吸光度（ＯＤ ２８０ｎｍ）を測定して、ＢＳＡ溶出量を求めた。
ＢＳＡ溶出効率は、以下の式により算出した。
ＢＳＡ溶出効率：（ＢＳＡ溶出量）／（ＢＳＡ吸着量）×１００
以上の方法で評価したところ、この粒子の溶出効率は、７２％であった。

マグネタイト粒子への水酸アパタイトの被着処理工程において、塩化カルシウム水溶液の濃度を５４０ミリモル／リットルから１，０８０ミリモル／リットルに、リン酸水素二アンモニウム水溶液の濃度を３２４ミリモル／リットルから６４８ミリモル／リットルに変更した以外は、実施例１と同様に、水酸アパタイトを被着させた。その後の水熱処理も、実施例１と同様に行った。得られた複合粒子は、走査型電子顕微鏡写真と粉末Ｘ線回折より、マグネタイト粒子表面近傍に水酸アパタイトが被着したものであることがわかった。
この複合粒子は、平均粒子サイズが０．３１μｍの球状ないし粒状であり、保磁力は４．７８ｋＡ／ｍ（６０エルステッド）で、飽和磁化は４１．８Ａ・ｍ^２／ｋｇ（４１．８ｅｍｕ／ｇ）であった。
また、被着した水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．６３原子％であった。さらに、水酸アパタイトの含有量は、マグネタイト粒子に対して１０１重量％であった。
さらに、この複合粒子について、実施例１と同様にして、超音波分散機による純水中への分散処理とその後の磁石を利用した沈降時間の測定を行ったところ、沈降時間は８秒であった。
実施例１と同様の方法でＢＳＡの溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。この粒子の溶出効率は、７４％であった。

水熱処理工程において、ｐＨを１０から１１に、水熱処理温度を１８０℃から２２０℃に変更した以外は、実施例１と同様に行った。得られた複合粒子は、走査型電子顕微鏡写真と粉末Ｘ線回折より、マグネタイト粒子表面近傍に水酸アパタイトが被着したものであることがわかった。
この複合粒子は、平均粒子サイズが０．２８μｍの球状ないし粒状であり、保磁力は５．５８ｋＡ／ｍ（７０エルステッド）で、飽和磁化は５５．６Ａ・ｍ^２／ｋｇ（５５．６ｅｍｕ／ｇ）であった。
また、被着した水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．７０原子％であった。さらに、水酸アパタイトの含有量は、マグネタイト粒子に対して５１重量％であった。
さらに、この複合粒子について、実施例１と同様にして、超音波分散機による純水中への分散処理とその後の磁石を利用した沈降時間の測定を行ったところ、沈降時間は５秒であった。
実施例１と同様の方法でＢＳＡの溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。この粒子の溶出効率は、６５％であった。

マグネタイト粒子への水酸アパタイトの被着処理工程の後、１８０℃４時間の水熱処理を施す代わりに、６０℃で３時間の加熱撹拌処理を施した以外は、実施例１と同様に行った。得られた複合粒子は、走査型電子顕微鏡写真と粉末Ｘ線回折より、マグネタイト粒子表面近傍に水酸アパタイトが被着したものであることがわかった。
この複合粒子は、平均粒子サイズが０．３０μｍの球状ないし粒状であり、保磁力は５．１７ｋＡ／ｍ（６５エルステッド）で、飽和磁化は５３．６Ａ・ｍ^２／ｋｇ（５３．６ｅｍｕ／ｇ）であった。
また、被着した水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．６８原子％であった。さらに、水酸アパタイトの含有量は、マグネタイト粒子に対して５６重量％であった。
さらに、この複合粒子について、実施例１と同様にして、超音波分散機による純水中への分散処理とその後の磁石を利用した沈降時間の測定を行ったところ、沈降時間は６秒であった。
実施例１と同様の方法でＢＳＡの溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。この粒子の溶出効率は、７５％であった。

マグネタイト粒子への水酸アパタイトの被着処理工程の後、１８０℃４時間の水熱処理を施さなかったこと以外は、実施例１と同様に行った。得られた複合粒子は、走査型電子顕徴鏡写真と粉末Ｘ線回折より、マグネタイト粒子表面近傍に水酸アパタイトが被着したものであることがわかった。
この複合粒子は、平均粒子サイズが０．２８μｍの球状ないし粒状であり、保磁力は５．０９ｋＡ／ｍ（６４エルステッド）で、飽和磁化は５１．５Ａ・ｍ^２／ｋｇ（５１．５ｅｍｕ／ｇ）であった。
また、被着した水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．６６原子％であった。さらに、水酸アパタイトの含有量は、マグネタイト粒子に対して６３重量％であった。
さらに、この複合粒子について、実施例１と同様にして、超音波分散機による純水中への分散処理とその後の磁石を利用した沈降時間の測定を行ったところ、沈降時間は７秒であった。
実施例１と同様の方法でＢＳＡの溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。この粒子の溶出効率は、７８％であった。
比較例１
マグネタイト粒子を用いないで、カルシウムとリンのみからなる化合物をｐＨを１０に調整して析出させ、その後、実施例１と同様に水熱処理を施して、リン酸カルシウム系化合物粒子を生成した。
このリン酸カルシウム系化合物粒子は、走査線電子顕微鏡写真と粉末Ｘ線回折より、平均粒子サイズが約０．１μｍの水酸アパタイト粒子であることがわかった。また、この水酸アパタイト粒子において、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．６６原子％であった。
この水酸アパタイト粒子につき、実施例１と同様にして、超音波分散機による純水中への分散処理とその後の磁石を利用した沈降時間の測定を行ったところ、沈降時間は約５分かかり、実施例１〜５の複合粒子に比べて、明らかに長時間を要するものであることがわかった。これは、水酸アパタイト粒子は、磁性を有さないため、磁界に反応せず、その結果、重力による自然沈降によってのみ沈降するため、このように長時間を要したものである。
実施例１と同様の方法でＢＳＡの溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。この粒子の溶出効率は、６２％であった。
比較例２
実施例１に使用したものと同じマグネタイト粒子を使用した。このマグネタイト粒子１０ｇを３００ｍｌの蒸留水に分散させ懸濁液とした。つぎにこの懸濁液に塩化カルシウム二水和物１１．１０ｇとリン酸アンモニウム１２．１９ｇ、および尿素６０．０６ｇを別に２００ｍｌの蒸留水に溶解させた後マグネタイトの懸濁液を加えた。この懸濁液をゆるやかに攪拌しながら４℃／分の昇温速度で８０℃まで加熱し、その温度で４時間保持した後、室温まで冷却した。沈殿物を蒸留水で洗浄した後、４０℃で乾燥させた。
この方法では、本発明のようにｐＨを一定値に保ちながらアルカリ水溶液とリン酸塩の水溶液を滴下するのではなく、水酸アパタイトを析出させるために必要な物質を最初から全て加えておいて、ｐＨをコントロールすることなく水酸アパタイトの析出反応を行った。
得られた水酸アパタイト析出粒子は、走査型電子顕微鏡写真と粉末Ｘ線回折より、複数のマグネタイト粒子を覆うように水酸アパタイトが析出したものであることがわかった。
この粒子は、平均粒子サイズが０．３３μｍの球状ないし粒状であり、保磁力は７．９５ｋＡ／ｍ（１００エルステッド）で、飽和磁化は６２．０Ａ・ｍ^２／ｋｇ（６２．０ｅｍｕ／ｇ）であった。
また、被着した水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．６６原子％であった。さらに、水酸アパタイトの含有量は、マグネタイト粒子に対して３５重量％であった。
さらに、この粒子について、実施例１と同様にして、超音波分散機による純水中への分散処理とその後の磁石を利用した沈降時間の測定を行ったところ、沈降時間は４秒であった。
実施例１と同様の方法でＢＳＡの溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。この粒子の溶出効率は、３８％であった。
比較例３
比較例２において、この懸濁液の反応温度を３５℃とし、この温度で攪拌しながら４時間保持した以外は、比較例２と同様にして水酸アパタイトを析出させた。
得られた水酸アパタイト析出粒子は、走査型電子顕微鏡写真と粉末Ｘ線回折より、複数のマグネタイト粒子を覆うように水酸アパタイトが析出したものであることがわかった。
この粒子は、平均粒子サイズが０．３２μｍの球状ないし粒状であり、保磁力は７．１６ｋＡ／ｍ（９０エルステッド）で、飽和磁化は５８．１Ａ・ｍ^２／ｋｇ（５８．１ｅｍｕ／ｇ）であった。
また、被着した水酸アパタイトにおいて、カルシウム原子の量はリン原子の量に対して、１．６５原子％であった。さらに、水酸アパタイトの含有量は、マグネタイト粒子に対して４４重量％であった。
さらに、この粒子について、実施例１と同様にして、超音波分散機による純水中への分散処理とその後の磁石を利用した沈降時間の測定を行ったところ、沈降時間は４秒であった。
実施例１と同様の方法でＢＳＡの溶出効率を測定し、捕捉性能を評価した。この粒子の溶出効率は、４２％であった。
上記の実施例１〜５の複合粒子および比較例１の水酸アパタイト粒子、比較例２〜３の水酸アパタイト析出粒子につき、平均粒子サイズ、カルシウム原子に対するリン原子の割合（Ｐ／Ｃａ）、マグネタイトに対する水酸アパタイトの割合（ＨＡｐ／マグネタイト）、保磁力、飽和磁化、沈降時間およびＢＳＡの吸着量を調べた結果を、下記の表１にまとめて示した。

上記の結果から、マグネタイト粒子の表面に水酸アパタイトの均一な被膜を被着形成させた実施例１〜５の各複合粒子は、比較例１の水酸アパタイト粒子に比べ、磁界を利用することで、明らかに短時間で沈降させることができる。これは、実施例１〜５の各複合粒子では、強磁性酸化鉄粒子の表面に均一に被着した水酸アパタイトにより目的物質を効率良く捕捉吸着できるとともに、強磁性酸化鉄粒子の磁界反応性を利用して迅速に捕捉回収できることを示している。
一方、比較例２〜３の方法で水酸アパタイトを析出させた粒子では、沈降時間は本発明の複合粒子に比べて若干短く、回収性能は良好であるが、ＢＳＡの溶出効率が本発明の複合粒子に比べて著しく劣る。これは、この方法で水酸アパタイトを析出させたものは、本発明のようにｐＨが一定になるようにアルカリ水溶液とリン酸塩の水溶液を添加したものではないため、水酸アパタイトが複数のマグネタイト粒子を覆うように析出したためと考えられる。その結果生成粒子が大きくなり、沈降速度が短くなる反面、ＢＳＡの溶出効率が著しく低下したと考えられる。
以上述べたように、本発明により作製された複合粒子は、生体物質の捕捉性能と回収性能のバランスの良好な粒子であることわかる。

本発明の複合粒子は、気体中や液体中に存在する細菌、ウイルス、タンパク質などの生体物質や重金属イオンを捕捉吸着できるため、血液や体液からの細菌やウイルス除去、汚水処理などの用途に用いることができる。また、血液や体液など生物試料中からのタンパク質粗精製にも用いることができる。本複合粒子は、磁界に容易に反応するため、磁石などを用いて極めて簡便な方法で迅速に回収できる。
また、本発明の複合粒子は、リン酸カルシウム系化合物が骨や歯の成分と同等であり優れた生体適合性を有することから、骨や歯の治療や再生にも応用することができる。
以上のように、本発明の複合粒子は、強磁性酸化鉄粒子を基材としその上に水酸アパタイトなどのリン酸カルシウム系化合物を均一に被着形成させたものであるため、上記化合物の被膜により、細菌、ウイルス、タンパク質などの生体物質を効率良く捕捉吸着できるとともに、これらの生体物質を捕捉吸着した複合粒子の回収に際しては、水酸アパタイト粒子のみでは粒子サイズが小さくなると回収性が著しく低下するのに対し、基材が強磁性材料を含んでなり磁界に容易に反応するため、磁石などを用いて極めて簡便な方法で迅速に回収できる。

Claims (19)

1. 強磁性酸化鉄粒子とリン酸カルシウム系化合物を含んでなる複合粒子。
2. リン酸カルシウム系化合物は、強磁性酸化鉄粒子の表面近傍に被着している請求項１に記載の複合粒子。
3. リン酸カルシウム系化合物は、カルシウム原子に対するリン原子の比が１．４〜１．８の範囲の水酸アパタイトである請求項１または２に記載の複合粒子。
4. リン酸カルシウム系化合物は、強磁性酸化鉄粒子に対して、５〜１５０重量％の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の複合粒子。
5. 強磁性酸化鉄粒子は、マグネタイト粒子、マグヘマイト粒子、マグネタイト−マグヘマイト中間体粒子およびマンガン亜鉛フェライト粒子よりなる群から選ばれる少なくとも１つの粒子である請求項１〜４のいずれかに記載の複合粒子。
6. 強磁性酸化鉄粒子は、球状ないし粒状で、平均粒子サイズが０．０５〜１０μｍの範囲にある請求項１〜５のいずれかに記載の複合粒子。
7. 保磁力が０．８０〜１５．９２ｋＡ／ｍ（１０〜２００エルステッド）の範囲、飽和磁化が２０〜８０Ａ・ｍ^２／ｋｇ（２０〜８０ｅｍｕ／ｇ）の範囲にある請求項１〜６のいずれかに記載の複合粒子。
8. 粒子形状が球状ないし粒状で、平均粒子サイズが０．０５〜１０μｍの範囲にある請求項１〜７のいずれかに記載の複合粒子。
9. 生体物質捕捉用として用いられる請求項１〜８のいずれかに記載の複合粒子。
10. 強磁性酸化鉄粒子を水中に分散させ、これにカルシウム塩水溶液とリン酸塩水溶液を加え、ｐＨを調整して、強磁性酸化鉄粒子の表面近傍にリン酸カルシウム系化合物を析出させ、強磁性酸化鉄粒子とリン酸カルシウム系化合物から構成された複合粒子を製造することを特徴とする複合粒子の製造方法。
11. カルシウム塩水溶液に強磁性酸化鉄粒子を分散させ、これにアルカリ水溶液とリン酸塩水溶液を、ｐＨが７〜１３の範囲で一定になるように調整しながら添加することにより、強磁性酸化鉄粒子の表面近傍にリン酸カルシウム系化合物を析出させ、強磁性酸化鉄粒子とリン酸カルシウム系化合物から構成された複合粒子を製造することを特徴とする複合粒子の製造方法。
12. 強磁性酸化鉄粒子の表面近傍にリン酸カルシウム系化合物を析出させた後、これに１２０〜３００℃で１〜６時間の水熱処理を施すことを特徴とする請求項１０または１１に記載の複合粒子の製造方法。
13. 強磁性酸化鉄粒子の表面近傍にリン酸カルシウム系化合物を析出させた後、これに３０〜６０℃で１〜６時間の常圧下での加熱撹拌処理を施すことを特徴とする請求項１０または１１に記載の複合粒子の製造方法。
14. 下記（１）の工程を含む目的物質の捕捉方法であって、請求項１〜９のいずれかに記載の複合粒子を使用することを特徴とする、目的物質の捕捉方法。
    （１）上記目的物質を含有する試料を、複合粒子に混合させる工程
15. 下記（１）〜（３）の工程を含む目的物質の回収方法および／または目的物質の除去方法であって、請求項１〜８のいずれかに記載の複合粒子を使用することを特徴とする、目的物質の回収方法および／または目的物質の除去方法。
    （１）上記目的物質を含有する試料を、複合粒子に混合させる工程
    （２）複合粒子に結合させた目的物質を、試料から単離させる工程
    （３）試料から単離された、目的物質に結合した生体物質を、複合粒子から分離させる工程
16. 下記（１）〜（４）の工程を含む目的物質の検出方法であって、請求項１〜９のいずれかに記載の複合粒子を使用することを特徴とする、目的物質の検出方法。
    （１）上記目的物質を含有する試料を、複合粒子に混合させる工程
    （２）複合粒子に結合させた目的物質を、試料から単離させる工程
    （３）必要により、試料から単離された、目的物質に結合した生体物質を、複合粒子から分離させる工程、および、
    （４）目的物質を検出する工程
17. 請求項１〜９のいずれかに記載の複合粒子を含む、目的物質の捕捉のための組成物。
18. 請求項１〜９のいずれかに記載の複合粒子を含む、目的物質の回収および／または目的物質の除去のための組成物。
19. 請求項１〜９のいずれかに記載の複合粒子を含む、目的物質の検出のための組成物。

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