JPWO2007021037A1 - INORGANIC POROUS BODY AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents

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Abstract

無機系多孔質体であって、特に4族元素化合物より成る所謂マクロ細孔とナノメートル領域の細孔、所謂メソ細孔を制御し且それらを合わせもつモノリス構造を簡単に製造することを目的とし、4族元素化合物多孔質体より成るモノリス構造体で、孔径100nm以上で、3次元網目状に連続した所謂マクロ細孔としての貫通孔を有し、この貫通孔を形成するゲル骨格に形成された孔径2〜100nmの所謂メソ細孔としての細孔を有し、貫通孔と細孔の全気孔中の容積の和に対して、細孔の占める容積率が10%以上であり、ゲル骨格1g当りの細孔の容積が10cm3/g以下であり、貫通孔と細孔の容積の和に対して、貫通孔の占める容積率が20〜90%である。The purpose is to easily manufacture monolithic structures which are inorganic porous materials, in particular, controlling so-called macropores made of Group 4 element compounds and nanometer-range pores, so-called mesopores, and combining them. A monolithic structure composed of a Group 4 element compound porous body, having a pore diameter of 100 nm or more and having so-called macropores that are continuous in a three-dimensional network, and is formed in a gel skeleton that forms these through-holes A so-called mesopore having a pore diameter of 2 to 100 nm, the volume ratio occupied by the pore is 10% or more with respect to the sum of the volume of the through-hole and the total pore size, and the gel The volume of the pores per 1 g of the skeleton is 10 cm 3 / g or less, and the volume ratio of the through holes is 20 to 90% with respect to the sum of the volume of the through holes and the pores.

Description

本発明は、無機系多孔質体及びその製造方法に関するものであり、特に、4族元素アルコキシドの相分離を伴うゾルゲル法を用いて作成した無機系多孔質体及びその製造方法に関するものである。  The present invention relates to an inorganic porous material and a method for producing the same, and more particularly to an inorganic porous material prepared using a sol-gel method involving phase separation of a group 4 element alkoxide and a method for producing the same.

一般的なクロマトグラフィー用カラムあるいは吸着材としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体等の有機ポリマーよりなるものと、シリカゲル等の無機系充填材を筒内に充填したもの、さらには円柱状一体型多孔質体の側面を密閉して両端から通液できるようにしたものが知られている。
有機系の材質で構成されたカラムは、低強度のために耐圧性が低い、溶媒により膨潤・収縮してしまう、加熱殺菌不可能である等の難点がある。従って、こうした難点を解消するカラムとして、無機系の材料、特にシリカゲルで構成されたカラムが汎用されている。
しかし、シリカゲルカラムのうち、充填材を筒内に充填したものはカラム内に試料を流通させるために要する圧力が高く、高速分離に適さないという難点がある。
一方、シリカ系多孔質体ではすでに細孔構造の形成と広範な構造の制御が実現され、液体クロマトグラフィー用の一体型分離媒体としての高性能が確認されている。
特に本発明の発明者、中西は、ケイ素アルコキシドの加水分解重縮合によるゾルゲル法に於いて、スピノーダル分解による相分離を誘起し、その過度的構造をゲル化により固定し、共連続構造を有するシリカマクロ多孔体の発明に至り、国際特許出願をしている。(WO2003/002458)
一体型多孔質体によるカラムは、カラム圧は低く高速分離が可能である。しかし、充填型、一体型でも基材であるシリカの化学的性質として、強塩基性条件で長時間使用すると基材が徐々に溶解して性能が損なわれるという難点が判明した。これは、従来のシリカを基材とする無機系充填剤一般についても共通の問題である。
すなわちシリカは酸性酸化物であって、水に対する溶解度も高い酸化物であるため、強塩基性の条件下で水を含む溶媒に長時間接触すると、ケイ素−酸素−ケイ素結合が切断されて表面から溶解が起こり、物質分離に必要な表面積が失われてしまう。
又、シリカチタニア多孔質体をゾルゲル法により製造する発明は、幾つか提案されている。例えば、特開平6−107461、特開2001−172089等がある。
前者に於いては、二酸化チタンモノリスの製造であるが、その製法上高温での加熱が必須条件であるが、この様な場合、巨大空孔の所謂マクロ細孔の形成が困難となり、マクロ細孔と通常ナノメートル領域の細孔、所謂メソ細孔の両者同時制御は至難である。
また、後者は、所謂シリカ系多孔質体であり、チタニア含量10%以下であって、上述したシリカ系の欠点は払拭し得ない。
又、タンパク質の細胞内でのリン酸化は、代謝においてあらゆる影響を与えており、その過程を調べるため、構造解析としてリン酸化ペプチドを分析することが重要である。リン酸化ペプチドは、混在する他のペプチドに比べて、微量である。質量分析計における感度も低く、微量のリン酸化ペプチドを直接HPLC分析することは、不可能である。そのため、固定化金属アフィニティークロマトグラフィーによりリン酸化ペプチドだけを選択的に濃縮精製する方法が用いられている。
しかし、この方法は、金属の固定化から始まり、途中の洗浄工程を経て、最終的にリン酸化ペプチドが得られるという煩雑な工程が必要で、時間も掛かってしまう。一方、チタニアゲルのリン酸化合物を選択的に保持する特性を利用して、これらのリン酸化ペプチドを分析する手法も考案されてきている。
しかし、従来の方法から得られるチタニアゲルは、粒子状であり流れる液体との接触部分は少なく、より強い選択性を持つチタニアゲルが要求されていた。
General chromatographic columns or adsorbents include those made of organic polymers such as styrene / divinylbenzene copolymer, those filled with an inorganic filler such as silica gel in a cylinder, and a cylindrical integrated type. A porous body is known in which the side surface is sealed so that liquid can be passed from both ends.
A column made of an organic material has problems such as low pressure resistance due to low strength, swelling / shrinking with a solvent, and inability to heat sterilize. Therefore, a column made of an inorganic material, particularly silica gel, is widely used as a column for solving such difficulties.
However, among the silica gel columns, those in which the packing material is packed in the cylinder have a drawback that the pressure required to circulate the sample in the column is high and it is not suitable for high-speed separation.
On the other hand, the formation of a pore structure and the control of a wide range of structures have already been realized in a silica-based porous body, and high performance as an integrated separation medium for liquid chromatography has been confirmed.
In particular, the inventor of the present invention, Nakanishi, in the sol-gel method by hydrolytic polycondensation of silicon alkoxide, induces phase separation by spinodal decomposition, and its excessive structure is fixed by gelation, and has a co-continuous structure. He has invented the macroporous material and has filed an international patent application. (WO2003 / 002458)
The column with an integral porous body has a low column pressure and can be separated at high speed. However, it has been found that the silica, which is a base material for both the filling type and the integral type, has a chemical property that the base material gradually dissolves and performance is impaired when used for a long time under strongly basic conditions. This is a common problem with conventional inorganic fillers based on silica.
In other words, silica is an acidic oxide and has high solubility in water. Therefore, when it comes into contact with a solvent containing water under strong basic conditions for a long period of time, the silicon-oxygen-silicon bond is cleaved from the surface. Dissolution occurs and the surface area required for material separation is lost.
Several inventions for producing a silica-titania porous body by a sol-gel method have been proposed. For example, there are JP-A-6-107461, JP-A-2001-172089, and the like.
The former is the production of titanium dioxide monolith, but heating at a high temperature is an essential condition for the production method. In such a case, it is difficult to form so-called macropores of macropores, and macroscopic fines are difficult to form. Simultaneous control of both the pores and the pores in the normal nanometer range, so-called mesopores, is extremely difficult.
The latter is a so-called silica-based porous body having a titania content of 10% or less, and the above-mentioned silica-based defects cannot be eliminated.
In addition, phosphorylation of proteins in cells has every influence on metabolism, and in order to investigate the process, it is important to analyze phosphorylated peptides as a structural analysis. The amount of phosphorylated peptide is very small compared to other mixed peptides. The sensitivity in the mass spectrometer is also low, and it is impossible to directly analyze a trace amount of phosphorylated peptide by HPLC. Therefore, a method of selectively concentrating and purifying only phosphorylated peptides by immobilized metal affinity chromatography is used.
However, this method requires a complicated process in which a phosphorylated peptide is finally obtained after immobilization of a metal, followed by an intermediate washing step, and takes time. On the other hand, a technique for analyzing these phosphorylated peptides by utilizing the property of selectively retaining the phosphate compound of titania gel has been devised.
However, the titania gel obtained from the conventional method is particulate and has few contact parts with the flowing liquid, and a titania gel having a higher selectivity has been required.

そこで、本発明者等が研究したところ、酸化チタンを始めとする4族元素化合物のみの構成による多孔質体が化学的重合反応によって形成できることが解明できた。これにより、一体型であって且つ気孔径及び気孔分布を適切に制御した非シリカ無機系多孔質体、就中4族元素化合物多孔質体の完成に至り、従来の充填型および一体型シリカカラムが有する欠点を生じないことを見いだした。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。その目的は、従来のシリカ系多孔質体が有する課題を解決し、圧力損失が小さく、取扱いの容易な無機系多孔質体、就中4族元素化合物多孔質体を提供することにある。また、他の目的は、強塩基性条件下でも性能劣化することなく分離や吸着に使うことのできる、無機系多孔質体を提供することにある。
更に、上記ゾルゲル法によっては、構造制御の困難であった酸化チタンを始めとする無機系多孔質体の製造方法を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、4族元素多孔質体特有の性質によるエネルギー変換、センサー等機能資材の提供の他、チタニアは、紫外線によって活性酸素を発生し有機物を分解するために、消臭や減菌に利用でき、またクロマトグラフにおいては、リン酸化物の特異的な吸着性を利用し、生体内タンパク質のリン酸化代謝過程を調べるカラムとして利用され、またジルコニアは硫酸を担持させ触媒などに使われて、ハフニアはその撥水性の利用も出来る等の産業上の利用範囲拡大に資することである。
上記目的達成の手段は、一つは、4族元素化合物より成り、孔径100nm以上で3次元網目状に連続した貫通孔と、この貫通孔を形成するゲル骨格に形成された孔径2〜100nmの細孔とを有し、貫通孔と細孔の容積の和に対して、細孔の占める容積率が10%以上であることを特徴とする無機系多孔質体であり、
一つは、ゲル骨格1g当りの細孔の容積が10cm/g以下であって、貫通孔と細孔の容積の和に対して、貫通孔の占める容積率が20〜90%であることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、4族元素化合物が、二酸化チタン(TiO)、二酸化ジルコニウム(ZrO)、二酸化ハフニウム(HfO)のいずれかを主成分とすることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、4族元素化合物が二酸化チタン(TiO)であることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、4族元素化合物が二酸化ジルコニウム(ZrO)である事を特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、4族元素化合物は加水分解性金属化合物を原料とすることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、加水分解性金属化合物は金属アルコキシドであることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、金属アルコキシドはチタンアルコキシドであることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、金属アルコキシドはジルコニウムアルコキシドであることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、チタンアルコキシドはチタニウムn−プロポキシドであることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、ジルコニウムアルコキシドはジルコニウムn−プロポキシドであることを特徴とする前記の無機系多孔質体であり、
一つは、前記の無機系多孔質体を用いることを特徴とするクロマトグラフィーカラムであり、
一つは、前記の無機系多孔質体を用いることを特徴とするリン酸化合物の分離あるいは濃縮用吸着材料であり、
一つは、前記の無機系多孔質体を用いることを特徴とする硫酸化合物の分離あるいは濃縮用吸着材料であり、
一つは、酸性水溶液中に於いて、極性溶媒の存在下で、4族元素化合物を加水分解し、重合して反応溶液のゲル化を行なう工程、生成したゲルを焼成する工程を含むことを特徴とする4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法であり、
一つは、酸性水溶液中に於いて、極性溶媒の存在下で、4族元素化合物を加水分解し、重合して反応溶液のゲル化を行う工程、生成したゲルを密閉加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法であり、
一つは、酸性水溶液中に於いて、極性溶媒の存在下で、4族元素化合物を加水分解し、重合して反応溶液のゲル化を行う工程、生成したゲルを密閉加熱処理を行う工程、以上の工程により得られた多孔質ゲルを焼成する工程を含むことを特徴とする4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法であり、
一つは、生成したゲル中の有機成分を除去する工程を含むことを特徴とする前記の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法であり、
一つは、反応溶液中の水の濃度を変化させることにより、貫通孔径及び細孔径を制御することを特徴とする前記の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法であり、
一つは、反応溶液中に強酸を滴下し、ゲル化反応速度を制御することにより、貫通孔径及び細孔径を制御することを特徴とする前記の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法であり、
一つは、密閉加熱処理によって、細孔径を制御することを特徴とする前記の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法であり、
一つは、密閉加熱処理によって、多孔質体の比表面積を制御することを特徴とする前記の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法である。
本発明無機系多孔質体およびそれを使用したカラムは、以下のような多大の効果を有する。
無機系多孔質体を部分的に密封した一体型カラムであるため、充填状態によって流量が変化するという問題がおこらず、ロット間のばらつきが小さい。
又、孔径及び容積率が適切に制御された貫通孔を有するので、圧力損失が小さい。従って、入口圧力が同じであれば、単位時間当たりの流量が多くなり、従来よりも短時間で分析することができる。しかも細孔に固定されたすべての官能基と流体とが反応するので、官能基の消費効率が高い。従って、短いカラムで分析可能となる。
又、血液注入カテーテルや注射器に用いるときの取扱いが容易である。
又、流体の流路の形状・サイズの均一性が高いので、分析物質の溶液−カラム内部表面間の分配が場所によってばらつかない。
又、シリカを主成分とするカラムが塩基性条件での使用によって性能劣化するのに比べて、本発明無機系多孔質材料はpH=13程度の塩基性条件においても、表面積や細孔構造などの変化がなく、分離媒体および吸着剤としての性能を損なわない。
又、本発明のチタニアゲルは、リン酸化合物に対して強い選択性を有し、且つ化学的に安定で試料精製や前処理に有効である。
又、本発明のジルコニアゲルは、硫酸化合物に対して強い選択性を有し、且つ、化学的に安定で試料精製や前処理に有効である。
又、本発明の無機系多孔質体は、トリプシン、アルカリフォスファターゼ、グルコースイソメラーゼ等の酵素や白金、パラジウム等の触媒あるいは、オクタデシル基等の官能基が担持されて、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー等のクロマトグラフィー用カラムに好適に利用され得る。また、シリンジ先端やキャピラリー内部に固定して通液することにより、特定のリン酸化合物を分離あるいは濃縮するために用いることができる。また、多数のタンパク質混合物から、特異吸着によって特定の性質をもったものだけを吸着・分離するために用いることができる。
Thus, as a result of researches by the present inventors, it has been clarified that a porous body composed only of a group 4 element compound including titanium oxide can be formed by a chemical polymerization reaction. As a result, a non-silica inorganic porous body, particularly a group 4 element compound porous body, which is an integral type and whose pore diameter and pore distribution are appropriately controlled, has been completed. Conventional packed and integral silica columns Has found that it does not have the disadvantages.
The present invention has been made based on such knowledge. The object is to solve the problems of conventional silica-based porous materials and to provide an inorganic porous material, especially a Group 4 element compound porous material, which has a low pressure loss and is easy to handle. Another object is to provide an inorganic porous material that can be used for separation and adsorption without deterioration in performance even under strongly basic conditions.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for producing an inorganic porous material such as titanium oxide, which is difficult to control the structure by the sol-gel method.
Furthermore, other objects of the present invention include energy conversion due to the properties peculiar to the Group 4 element porous body, provision of functional materials such as sensors, and titania generates active oxygen by ultraviolet rays to decompose organic substances. It can be used for odor and sterilization, and in chromatographs, it is used as a column to investigate the phosphorylation process of in vivo proteins by utilizing the specific adsorption property of phosphorous oxide, and zirconia is supported by sulfuric acid as a catalyst. Hafnia is to contribute to the expansion of the range of industrial use, such as its water repellency.
One of the means for achieving the above object is a group 4 element compound, having a pore diameter of 100 nm or more and having a three-dimensional network-like continuous through hole and a pore diameter of 2 to 100 nm formed in the gel skeleton forming the through hole. An inorganic porous material characterized in that the volume ratio of the pores is 10% or more with respect to the sum of the volume of the through-holes and the pores,
One is that the volume of the pores per gram of the gel skeleton is 10 cm 3 / g or less, and the volume ratio of the through holes is 20 to 90% with respect to the sum of the volumes of the through holes and the pores. Is the above-described inorganic porous body,
One of the inorganic porous materials is characterized in that the Group 4 element compound is mainly composed of titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), or hafnium dioxide (HfO 2 ). And
One is the inorganic porous body, wherein the group 4 element compound is titanium dioxide (TiO 2 ),
One is the inorganic porous body, wherein the group 4 element compound is zirconium dioxide (ZrO 2 ),
One is the inorganic porous body, wherein the group 4 element compound is made from a hydrolyzable metal compound as a raw material,
One is the above-mentioned inorganic porous body, wherein the hydrolyzable metal compound is a metal alkoxide,
One is the inorganic porous body, wherein the metal alkoxide is titanium alkoxide,
One is the inorganic porous body, wherein the metal alkoxide is zirconium alkoxide,
One is the inorganic porous material, wherein the titanium alkoxide is titanium n-propoxide,
One is the inorganic porous material, wherein the zirconium alkoxide is zirconium n-propoxide,
One is a chromatography column characterized by using the above-mentioned inorganic porous material,
One is an adsorption material for separating or concentrating a phosphoric acid compound characterized by using the above-mentioned inorganic porous material,
One is an adsorptive material for separation or concentration of a sulfuric acid compound characterized by using the above-mentioned inorganic porous material,
One of them includes a step of hydrolyzing a group 4 element compound in an acidic aqueous solution in the presence of a polar solvent, polymerizing and gelling the reaction solution, and a step of firing the generated gel. A method for producing an inorganic porous body comprising a group 4 element compound,
One is a step of hydrolyzing a group 4 element compound in an acidic aqueous solution in the presence of a polar solvent, polymerizing it to gel the reaction solution, and a step of subjecting the generated gel to a closed heat treatment. A method for producing an inorganic porous body comprising a Group 4 element compound,
One is a step of hydrolyzing a group 4 element compound in an acidic aqueous solution in the presence of a polar solvent, polymerizing and gelling the reaction solution, a step of subjecting the generated gel to a heat treatment, and A method for producing an inorganic porous body comprising a group 4 element compound, comprising a step of firing the porous gel obtained by the above steps,
One is a method for producing an inorganic porous body comprising the group 4 element compound described above, which includes a step of removing an organic component in the generated gel.
One is a method for producing an inorganic porous body comprising the group 4 element compound described above, wherein the through-hole diameter and the pore diameter are controlled by changing the concentration of water in the reaction solution,
One is that an inorganic porous body composed of the group 4 element compound described above, wherein a through-hole diameter and a pore diameter are controlled by dropping a strong acid into a reaction solution and controlling a gelation reaction rate. Manufacturing method,
One is a method for producing an inorganic porous body comprising the group 4 element compound described above, wherein the pore diameter is controlled by hermetic heat treatment,
One is a method for producing an inorganic porous body comprising the group 4 element compound described above, wherein the specific surface area of the porous body is controlled by hermetic heat treatment.
The inorganic porous material of the present invention and the column using the same have the following great effects.
Since it is an integrated column in which the inorganic porous body is partially sealed, there is no problem that the flow rate changes depending on the packing state, and the variation between lots is small.
In addition, the pressure loss is small because the through hole has a hole diameter and a volume ratio appropriately controlled. Therefore, if the inlet pressure is the same, the flow rate per unit time increases and analysis can be performed in a shorter time than in the past. In addition, since all the functional groups fixed to the pores react with the fluid, the consumption efficiency of the functional groups is high. Therefore, analysis can be performed with a short column.
In addition, it is easy to handle when used in a blood injection catheter or syringe.
Further, since the shape and size of the fluid flow path are highly uniform, the distribution of the analyte between the solution and the inner surface of the column does not vary depending on the location.
In addition, the performance of the inorganic porous material of the present invention even in basic conditions such as pH = 13 is lower than that of silica-based columns, which are deteriorated in performance under basic conditions. The performance as a separation medium and an adsorbent is not impaired.
In addition, the titania gel of the present invention has a strong selectivity for a phosphate compound, is chemically stable and is effective for sample purification and pretreatment.
Further, the zirconia gel of the present invention has a strong selectivity with respect to a sulfuric acid compound, is chemically stable and is effective for sample purification and pretreatment.
The inorganic porous material of the present invention carries enzymes such as trypsin, alkaline phosphatase and glucose isomerase, catalysts such as platinum and palladium, or functional groups such as octadecyl groups, and liquid chromatography, gas chromatography, etc. It can be suitably used for the chromatography column. Moreover, it can be used for separating or concentrating a specific phosphoric acid compound by passing the liquid while being fixed inside the syringe tip or inside the capillary. Moreover, it can be used for adsorbing and separating only those having specific properties by specific adsorption from a large number of protein mixtures.

図1は、本発明により得られた多孔質二酸化チタンゲルの走査電子顕微鏡写真であり、図2は、水銀圧入測定図であり、図3は、試料の窒素吸着測定図で吸着―脱着等温線図であり、図4は、細孔径分布図であり、図5は、試料の電界放射型走査顕微鏡写真であり、図6は、蒸溜水の量の変化によるモルフォロジーの変化図であり、図7は、塩酸水溶液の変化によるモルフォロジーの変化図であり、図8は、熱処理温度依存性を示すX線回析パターンであり、図9は、熱処理した多孔質二酸化チタンゲルの走査電子顕微鏡写真であり、図10は、熱処理した多孔質二酸化チタンゲルの水銀圧入測定図であり、図11は、トリブロック重合体の変化によるモルフォロジーの変化図であり、図12は、本発明により得られた多孔質体の水銀圧入測定図であり、図13は、多孔質体の窒素吸着測定図で吸着一脱着等温線図であり、図14は、細孔径分布図であり、(a)は累積容積図、(b)は微分容積図であり、図15は、窒素吸着の測定結果表であり、図16は、本発明モノリスによるリン酸化合物の完全分離を示すクロマトグラムであり、図17は、チタニア膜モノリスによる同物質の不完全分離を示すクロマトグラムであり、図18は、チタニア膜モノリスによる同物質の不完全分離を示すクロマトグラムであり、図19は、未精製ペプチド混合物のクロマトグラムであり、図20は、本発明モノリスで精製したペプチド混合物のクロマトグラムであり、図21は、未精製ペプチド消化物のクロマトグラムであり、図22は、本発明モノリスで精製したペプチド消化物のクロマトグラムであり、図23は、シリカゲル充填材によるフェノール/ピリジン分離分析のクロマトグラムであり、図24は、本発明モノリスによるフェノール/ピリジン分離分析のクロマトグラムであり、図25は、本発明により得られた多孔質体の走査電子顕微鏡写真であり、図26は、本発明により得られた多孔質体を使用したカラムによるリン酸化試料のクロマトグラムであり、図27は、本発明により得られたジルコニウムゲルの走査電子顕微鏡写真であり、図28は、水銀圧入測定図であり、図29は、焼成温度の変化による結晶構造変化図であり、図30は、極性溶媒変化によるモルフォロジーの変化を示す走査電子顕微鏡写真図である。  1 is a scanning electron micrograph of a porous titanium dioxide gel obtained according to the present invention, FIG. 2 is a mercury intrusion measurement diagram, and FIG. 3 is an adsorption-desorption isotherm diagram of a nitrogen adsorption measurement diagram of a sample. 4 is a pore size distribution diagram, FIG. 5 is a field emission scanning micrograph of the sample, FIG. 6 is a morphological change diagram due to a change in the amount of distilled water, and FIG. FIG. 8 is an X-ray diffraction pattern showing the heat treatment temperature dependency, and FIG. 9 is a scanning electron micrograph of the heat-treated porous titanium dioxide gel. 10 is a mercury intrusion measurement diagram of heat-treated porous titanium dioxide gel, FIG. 11 is a morphological change diagram due to a change in triblock polymer, and FIG. 12 is a mercury graph of the porous material obtained by the present invention. Press-fitting measurement FIG. 13 is an adsorption-desorption isotherm diagram in a nitrogen adsorption measurement diagram of a porous body, FIG. 14 is a pore size distribution diagram, (a) is a cumulative volume diagram, and (b) is a differential graph. FIG. 15 is a measurement table of nitrogen adsorption, FIG. 16 is a chromatogram showing complete separation of a phosphate compound by the monolith of the present invention, and FIG. 17 is a graph of the same substance by a titania membrane monolith. FIG. 18 is a chromatogram showing incomplete separation of the same substance by a titania membrane monolith, FIG. 19 is a chromatogram of an unpurified peptide mixture, and FIG. FIG. 21 is a chromatogram of a peptide mixture purified by the inventive monolith, FIG. 21 is a chromatogram of an unpurified peptide digest, and FIG. 22 is a chromatogram of a peptide digest purified by the monolith of the present invention. FIG. 23 is a chromatogram of a phenol / pyridine separation analysis using a silica gel packing material, FIG. 24 is a chromatogram of a phenol / pyridine separation analysis using a monolith of the present invention, and FIG. 25 is obtained according to the present invention. 26 is a scanning electron micrograph of the obtained porous body, FIG. 26 is a chromatogram of a phosphorylated sample by a column using the porous body obtained by the present invention, and FIG. 27 is obtained by the present invention. 28 is a scanning electron micrograph of a zirconium gel, FIG. 28 is a mercury intrusion measurement diagram, FIG. 29 is a crystal structure change diagram due to a change in firing temperature, and FIG. 30 shows a change in morphology due to a change in polar solvent. It is a scanning electron microscope photograph figure.

以下本発明について詳細に説明する。本発明は、原理的には上記中西発明の所謂ゾルゲル反応によるものである。
所謂ゾルゲル反応とは、重合可能な低分子化合物を生成し、最終的に凝集体や重合体を得る反応を云う。
一般的なケイ素アルコキシドの場合では、加水分解速度が遅く、それを促進するために酸溶液を加えることも行われるのに対し、金属アルコキシドを用いたゾルゲル法は、金属アルコキシドの加水分解が生じ、放出されるアルコールにより水の比率が減り、重縮合が同時に起こりゲル化される。元来、チタンアルコキシド等の4族元素化合物は、水だけで急速に加水分解と重縮合が生じ、急速に固化してしまう。そのため、従来ではマクロ孔を持たないコロイドゲルをさらに焼結などで縮合させゲル化させていたが、機械的強度が弱かった。
又、ジルコニウムアルコキシドでは、安定化した結晶構造を作成するには、1000℃以上での高温焼成が行われているが、高温焼成では、収縮により製造工程で割れ目が生じるため、目的に応じた固体を作成することが難しかった。
本発明は、例えば極性溶媒を添加した酸性溶液中においてチタンアルコキシド等の4族元素化合物を加水分解・重合して、その反応溶液のゲル化を行った後、生成した多孔質ゲル中の有機成分を除去し、その後焼成することによって製造される4族元素化合物、詳しくは4族元素酸化物の無機系多孔質体及びその製造方法である。
反応溶液は4族元素化合物と水と酸性溶液を含んで、加水分解及び重合反応をさせる溶液であり、極性溶媒を添加して均一化を図ることもある。
本発明で使用される、4族元素化合物、詳しくは4族元素酸化物の無機系多孔質体の原料としての4族元素化合物としては、加水分解性金属化合物等が挙げられる。
本発明の無機系多孔質体は1種又は2種以上の4族元素化合物詳しくは4族元素酸化物から成り、その原料としての4族元素化合物として1種又は2種以上の4族元素化合物、特に加水分解性金属化合物を用いることが出来る。
加水分解性金属化合物としては、アルコールの水酸基の水素を金属原子で置換した金属アルコキシド等が挙げられる。
金属アルコキシドとしては、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、ハフニウムアルコキシド等が挙げられる。
チタンアルコキシドとしては、チタニウムn−プロポキシド、チタニウムイソプロポキシド、チタニウムn−ブトキシド、チタニウムs−ブトキシド、チタニウムt−ブトキシド等が挙げられる。
ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムn−ブトキシド、ジルコニウムs−ブトキシド、ジルコニウムt−ブトキシド等が挙げられる。
ハフニウムアルコキシドとしては、ハフニウムプロポキシド、ハフニウムイソプロポキシド、ハフニウムn−ブトキシド、ハフニウムs−ブトキシド、ハフニウムt−ブトキシド等が挙げられる。
さらにこれらの混合物およびこれらを適宜重合させて酸化物含量を上げた物等を挙げることができる。またオキシ塩化ジルコニウムなどの4族元素のオキシ塩化物も同様に用いることができる。
又、テトラクロロチタンやテトラクロロジルコニア等の4族元素ハライド化合物等を用いることも出来る。但し、これらのハライド化合物では、加水分解の進行によって酸が生じてくるため、添加する酸などの細かい制御が必要となる。
これまで述べたような4族元素化合物は総て加水分解性を有しており、本発明に必須であるゾルゲル反応の原料となり、その反応を進行させ、有効に作用する。その結果として、4族元素化合物、詳しくは4族元素酸化物の多孔質体を製造することが出来る。
本発明では、上述のような急速な重縮合を抑えるために強酸条件下で加水分解・重合反応を行なう。強酸条件下では、加水分解された金属水酸化物が比較的反応性の低い多量体となるとともにイオン化し、求核攻撃が抑えられ、急速な重縮合反応を抑制することになる。
一方、加水分解も同時に生じ、アルコールが作成されるので、酸の抑制効果も溶液中では減ってしまう。そのため、常に抑制させるためにpH3.5以下を維持できるように、酸性溶液を滴下添加することが望ましい。均一な溶液を得るために2分以上、−5℃以上10℃以下の低温で撹拌しながら反応を行うことが望ましい。
酸性溶液としては、塩酸、硝酸等の鉱酸、酢酸、クエン酸等の有機酸等が使用できるが、十分な抑制効果を得るためには、10重量%以上の濃度が望ましい。
次に、水を加えて撹拌することで、さらに加水分解を進行させる。加える水の量が多い程、加水分解の進行が早くなり、さらに酸濃度が下がるため重縮合も早くなり、最終のモノリスの貫通孔は小さくなる。この添加する水の量によって、貫通孔の孔径を制御することができる。
加える水量は、最初の酸溶液に含まれる水の容量によるが、反応溶液に含まれる水量としては、完全に加水分解を起こさせるためには、金属アルコキシドの2〜100倍モル程度が好ましい。
水を滴下しながら、添加した方が溶液温度変化が少なくなり、アルコール分の蒸発が抑えられるので好ましい。
これに更に、反応溶液を均一化させるため、極性溶媒、例えばホルムアミドなどを添加し撹拌する。全体量によるが、均一化させるためには、滴下しながら2分以上の撹拌が望ましい。酸性条件下では、重縮合に対して逆反応の加水分解が進み易く、ゾルゲル転移による反応系の固化に長時間を要するので、極性溶媒から生じる化合物によって中和させる事が望ましい。例えば、ホルムアミドの場合では、加えた酸量の0.5mol以上が好ましく、加水分解により生じるアンモニアによって酸が中和されることになる。
この均一化した反応溶液を目的に応じた密閉容器に入れ、固化させることで4族元素化合物のモノリス多孔質体が得られる。尚、密閉容器の形状としては、使用用途により、種々の形状を適宜選択すれば良く、どのような形状を使用しても構わない。又、密閉容器の材質も種々の材質を適宜選択すれば良い。例えば、モノリス多孔質体として、密閉容器から取り出して使う場合では、密閉容器の内表面とモノリス多孔質体が結合しないようなポリマー材質が好ましい。
逆に、容器内部にモノリス多孔質体を作る場合には、容器内面とモノリス多孔質体が反応するガラスやフューズドシリカキャピラリーやガラス化などの反応性を付加した容器が好ましい。
得られるモノリス多孔質体の貫通孔及び細孔の孔径、形状などは、これら使用するアルコキシド、酸、水、極性溶媒の比率で制御することができるので、目的に応じたモノリス多孔質体を自由に作れることになる。
恒温水槽中に保持することにより固化するゾルゲル反応に於いて、転移と相分離が同時に起こり、溶媒リッチ相と骨格相とからなるゲルが生成する。この反応抑制剤としての酸の使用により、貫通孔とゲル骨格が互いに連続した共連続構造が得られる。得られたゲルは、ゲル骨格にポリマーなどの添加なしで細孔が生成する。この理由については判然としないが、重合過程で生成する一次粒子のサイズが大きいためかと推測される。
又、この方法において、更にポリマーを添加すると、その割合に応じて加水分解と重縮合の速度が変化するため、ポリマーの添加無しの場合から添加量に応じた細孔の孔径、形状などの態様を変化させることができ、目的に適した細孔形成を行うことができる。ポリマーの添加なしで作成する方法が基本となるが、この発明手法では、加水分解と重縮合を同時に起こすことが出来るため、ポリマー添加の緩衝効果から、骨格形成時間を予測し、孔径、形状など細孔形成を広範囲に制御することが可能になる。
ゲル形成後、約24時間熟成させ所望温度で乾燥させ多孔質4族元素酸化物ゲルを得る。得られた多孔質4族元素酸化物ゲルには、孔径の揃った貫通孔が三次元網目状に絡み合った構造で形成される。該多孔質4族元素酸化物ゲル中の有機成分を除去し、その後焼成することによって、4族元素酸化物多孔質体が製造される。
多孔質ゲルの固化したものを塩基性水溶液などに浸漬して密閉条件下で100℃以上に加熱する密閉加熱処理工程を、加水分解工程と焼成工程との中間に加えると、細孔径及び細孔容積率を制御し易くなる。尚、水の塩基性は必ずしも必須条件ではなく、水の特性を十分活かせる水溶液であれば、これに限定されない。
密閉加熱処理の一つである水熱処理は、シリカゲルなどの多孔質体では、侵食効果があることが知られているが、本発明の4族元素化合物では侵食され難い。本発明では、加水分解と重縮合を同時に起こす特徴があるため、焼成前では、骨格が緩い状態で結合されており、その多孔質体内の含有水分により、又は水などを添加して密閉状態で加熱処理を行う事で、貫通孔を変化させずに状態を変化させることができ、細孔径を自由に制御することが出来る。
求める細孔径の寸法を使用溶媒種、加熱温度、反応時間の選択で、自由に調整することが出来るため、結果として目的に応じた表面積を持つモノリスゲルを作成する事ができる。この調整は、加熱温度、加熱時間の選定、ゲル中の含有水だけでも行うことが出来るが、水を含む溶媒を添加することもでき、水を含む溶媒の存在下ならば、どのような温度でも密閉状態であれば良い。又、この処理によって、表面の状態を変化させることも可能になり、試料成分との相互作用も制御することが可能となる。
又、極性溶媒に代えて、水溶性有機高分子、界面活性剤、両親媒性物質を用いても良い。
更に、極性溶媒に水溶性有機高分子、界面活性剤、両親媒性物質を加えることで、ゲル化速度を、これらの添加物質の緩衝効果により制御することができ、細孔の孔径、形状などをより広範囲で自由に作成することができる。
そして、本発明の4族元素化合物による無機系多孔質体は、図1に示すように、μmサイズの骨格(ゲル骨格)とμmサイズの複数の貫通孔が周期的に形成され、絡み合い、又、網目構造を作るゲル骨格は細孔を有している。従って、無機系多孔質体は、流路となる貫通孔と細孔を有する二重孔構造を形成している。
本発明の貫通孔は所謂マクロ細孔を意味し、本発明の細孔は所謂メソ細孔を意味するもので、貫通孔は無機系多孔質体の一端に開口し、途中枝分れし、他の貫通孔と合流し、他端に開口している。
又、本発明の4族元素化合物、詳しくは4族元素酸化物による無機系多孔質体は、貫通孔とこの貫通孔を形成するゲル骨格に形成された細孔の孔径、細孔の全容積、カラムとして使用する場合の全容積に対する貫通孔の容積率、細孔と貫通孔との合計容積に対する細孔の容積率を重要な構成要件とする。無機系多孔質体やカラムの立体構造は、反応系の組成及び温度やpH値、有機高分子の分子量、その他4族元素化合物の反応性に影響を及ぼす各種条件によって変わる。従って、立体構造の制御の方法を一律に述べることは困難であるが、前述した条件が同じであれば細孔径等がほぼ同じ目的物を再現性良く提供できる。
中間物質として生成する多孔質ゲルからの有機成分たる有機高分子の除去は、乾燥前のゲルを洗浄することによってある程度なすことができる。又、除去成分によっては、密閉加熱処理で有機成分たる有機高分子の除去を兼ねることもできる。しかし、洗浄過程の後に有機高分子が分解あるいは燃焼する温度までゲルを充分長時間加熱してこれを完全に除去する方が有効である。
本発明4族元素化合物、詳しくは4族元素酸化物による無機系多孔質体の製造に使用する有機高分子は、理論的には適当な濃度の水溶液となし得る水溶性有機高分子であって、且つ4族元素化合物の加水分解によって生成するアルコールを含む反応系中に、均一に溶解し得るものであれば良いが、具体的には高分子金属塩であるポリスチレンスルホン酸のナトリウム塩またはカリウム塩、高分子酸であって解離してポリアニオンとなるポリアクリル酸、高分子塩基であって水溶液中でポリカチオンを生ずるポリアリルアミンおよびポリエチレンイミン、あるいは中性高分子であって主鎖にエーテル結合を持つポリエチレンオキシド、側鎖にピロリドン環を有するポリビニルピロリドン等が好適である。また界面活性を有する化合物、例えばポリエーテルを含むポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールそれぞれのブロック鎖から構成されるジブロックあるいはトリブロック共重合体(Pluronic F127,P123,F68,L122,L121ほか、いずれもドイツBASF社製品)も好適に用いられる。さらにハロゲン化アルキルアンモニウム等のカチオン性界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム等のアニオン性界面活性剤、ラウリルジメチルアミノ酢酸(LDA)等の両イオン性界面活性剤も同様に用いることができる。
有機高分子に代えて、極性溶媒であるホルムアミド、アセトアミド、N−メチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド等の酸アミド類、エチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールおよび糖アルコールなども用いることができる。
尚、本発明の4族元素化合物による無機系多孔質体は、カラムとして使用する場合、その立体構造が上記の条件を充足していれば、後述の作用効果を発揮するものである。従って、その製造法は、限定されない。
本発明の方法で作られたチタニアゲルは、3次元網目構造のモノリス構造であり、リン酸化合物を選択的に保持する特性があり、その分離に寄与する接触部分が多く、クロマトグラフィー用ゲルとして従来より強い選択性を得ることができる。また、従来のシリカゲルやチタニアコーティングシリカゲルなどと比べて、本発明ゲルは、純チタニアから作られており化学的安定性が高く、固定化金属アフィニティークロマトグラフィーと異なり、バッファーだけで、濃縮、溶出ができ、得られたリン酸化ペプチドの純度を高くすることができ、溶出液には不純物が含まれず、試料精製や前処理に有効である。
本発明の4族元素化合物の無機系多孔質体の貫通孔、細孔について、該無機系多孔質体をカラムとして使用する場合の作用を中心に述べる。試料溶液等の流体は、カラムの一端から入って三次元網目状に連続した貫通孔を通過し、他端から出る。通過途中、従来の充填型カラムにおけるビーズを用いた場合のような極端に狭い流路がなく、しかも貫通孔の孔径が100nm以上であるから、流体が受ける抵抗は小さい。従って、圧力損失も小さい。
貫通孔の孔径が同じであるなら、カラム全体に対する貫通孔の容積率が高いほど、圧力損失が小さくなるので好ましいが、容積率が90%を超えると機械的強度が著しく損なわれてしまい、単体でクロマトグラフィー用などのカラムを構成することが困難となる。他方、容積率が20%に満たないとかえって充填型カラムよりも圧力損失が大きくなる。クロマトグラフィー用として好適な容積率の範囲は、50〜80%である。
そして、貫通孔を形成するゲル骨格に細孔が形成されているので、比表面積が高い。従って、その細孔に、例えばオクタデシル基等の官能基を化学的修飾によって固定したり、グルコースイソメラーゼ、トリプシン等の酵素や白金、パラジウム等の触媒を担持させておくと、流体が通過する過程でこれらの分子と効率よく反応する。しかも官能基が細孔内に固定されているので、流体の流れが速くても官能基が流されることはない。また本発明の無機系多孔質体がアナター結晶相を主成分とする二酸化チタンである場合には、溶液中のリン酸基を有する化合物を特異的に吸着することができ、液体クロマトグラフィー法の応用によって当該物質の選択的な濃縮や検出を行うことが可能である。
但し、貫通孔、細孔を合わせた全気孔中の細孔の占める容積率は10%以上を必要とする。10%よりも少ないと、貫通孔の前記容積率を90%まであげたとしても、官能基をほとんど固定することができないからである。他方、ゲル骨格1g当りの細孔の容積は10cm/g以下であることを必要とする。ゲル骨格1g当りの細孔の容積が10cm/gを超えると機械的強度が著しく損なわれてしまい、単体でクロマトグラフィー用などのカラムを構成することが困難となる。クロマトグラフィー用として好適な細孔容積率及び容積の範囲は、全気孔に対する容積率が50%以上、ゲル骨格1g当りの細孔の容積が2cm/g以上である。
尚、カラム全体に対する貫通孔の容積率及び細孔の全容積が、上記好適な上限値より高くても、本発明の範囲であれば、外周を筒体で覆うなどして機械的に補強することによって、クロマトグラフィーその他に適用可能である。
又、本発明の無機系多孔質材料が4族元素化合物、例えば二酸化チタンである場合には、貫通孔の大きさを概ね10μm以上とし、しかもその割合を高くすることにより、体液の循環する部位に埋め込むことにより、生体に無害な薬剤徐放担体とすることができる。酸化チタンは通常の生体条件下では体液への溶出は非常に少なく、しばしば検出限界以下である。多孔質酸化チタン上には、表面の結晶相を適切に制御した場合には、生体内で骨の成分であるアパタイト層が該多孔質酸化チタン上に形成され、生体はこれを自身の骨とみなすために、何らの拒否反応を起こすことなく生体組織と親和する。したがってこの種の酸化チタン多孔質材料は、生体内への埋入によって不都合な拒絶反応を起こさない、生体組織親和基材或いは安全な薬剤徐放担体として利用することができる。
二酸化ジルコニウムの場合では、硫酸化合物の分離や選択的な捕集に有効であるが、他の金属を取り込み固化する性質があり、化学的安定性が高く、廃棄物処理として有効利用が考えられる。さらに、本発明の方法では、全体を自由な形に作る事が出来るため、用途に応じた多孔質体を得ることが出来る。
The present invention will be described in detail below. In principle, the present invention is based on the so-called sol-gel reaction of the above-mentioned Nakanishi invention.
The so-called sol-gel reaction refers to a reaction in which a low molecular weight compound that can be polymerized is produced and an aggregate or a polymer is finally obtained.
In the case of a general silicon alkoxide, the hydrolysis rate is slow, and an acid solution is also added to accelerate it, whereas the sol-gel method using a metal alkoxide causes hydrolysis of the metal alkoxide, Alcohol released reduces the proportion of water, causing polycondensation and gelation. Originally, Group 4 elemental compounds such as titanium alkoxide rapidly undergo hydrolysis and polycondensation with water alone, and solidify rapidly. Therefore, conventionally, a colloidal gel having no macropores was further condensed and gelled by sintering or the like, but the mechanical strength was weak.
Zirconium alkoxide is fired at a high temperature of 1000 ° C. or higher to create a stabilized crystal structure. However, high temperature firing causes cracks in the manufacturing process due to shrinkage. It was difficult to create.
The present invention, for example, hydrolyzes and polymerizes a group 4 element compound such as titanium alkoxide in an acidic solution to which a polar solvent is added, gels the reaction solution, and then forms an organic component in the generated porous gel. Is an inorganic porous body of a Group 4 element compound, specifically, a Group 4 element oxide, and a method for manufacturing the same.
The reaction solution is a solution containing a group 4 element compound, water, and an acidic solution to cause hydrolysis and polymerization reaction, and may be homogenized by adding a polar solvent.
Examples of the Group 4 element compound used in the present invention, specifically, the Group 4 element compound as a raw material of the inorganic porous body of the Group 4 element oxide include hydrolyzable metal compounds.
The inorganic porous body of the present invention is composed of one or more group 4 element compounds, more specifically, a group 4 element oxide, and one or more group 4 element compounds as the group 4 element compound as a raw material. In particular, a hydrolyzable metal compound can be used.
Examples of the hydrolyzable metal compound include metal alkoxide in which hydrogen of hydroxyl group of alcohol is substituted with a metal atom.
Examples of the metal alkoxide include titanium alkoxide, zirconium alkoxide, hafnium alkoxide and the like.
Examples of the titanium alkoxide include titanium n-propoxide, titanium isopropoxide, titanium n-butoxide, titanium s-butoxide, titanium t-butoxide, and the like.
Examples of the zirconium alkoxide include zirconium propoxide, zirconium isopropoxide, zirconium n-butoxide, zirconium s-butoxide, zirconium t-butoxide and the like.
Examples of the hafnium alkoxide include hafnium propoxide, hafnium isopropoxide, hafnium n-butoxide, hafnium s-butoxide, hafnium t-butoxide, and the like.
Furthermore, the mixture etc. which superposed | polymerized these suitably and raised the oxide content can be mentioned. In addition, oxychlorides of Group 4 elements such as zirconium oxychloride can be used similarly.
Moreover, Group 4 element halide compounds such as tetrachlorotitanium and tetrachlorozirconia can also be used. However, in these halide compounds, acid is generated by the progress of hydrolysis, so fine control of the acid to be added is required.
All the group 4 element compounds described so far have hydrolyzability, and serve as raw materials for the sol-gel reaction essential to the present invention, and the reaction proceeds and acts effectively. As a result, a porous body of a Group 4 element compound, specifically, a Group 4 element oxide can be produced.
In the present invention, the hydrolysis and polymerization reaction is performed under strong acid conditions in order to suppress the rapid polycondensation as described above. Under strong acid conditions, the hydrolyzed metal hydroxide becomes a relatively low-reactivity multimer and is ionized, nucleophilic attack is suppressed, and rapid polycondensation reaction is suppressed.
On the other hand, hydrolysis also occurs at the same time, and alcohol is produced, so that the acid suppressing effect is also reduced in the solution. Therefore, it is desirable to add the acidic solution dropwise so that the pH can be maintained at 3.5 or lower in order to always suppress it. In order to obtain a uniform solution, it is desirable to perform the reaction while stirring at a low temperature of −5 ° C. or more and 10 ° C. or less for 2 minutes or more.
As the acidic solution, mineral acids such as hydrochloric acid and nitric acid, organic acids such as acetic acid and citric acid and the like can be used, but a concentration of 10% by weight or more is desirable in order to obtain a sufficient suppression effect.
Next, hydrolysis is further advanced by adding water and stirring. The greater the amount of water added, the faster the hydrolysis proceeds, and the lower the acid concentration, the faster the polycondensation and the smaller the monolith through-holes. The hole diameter of the through hole can be controlled by the amount of water added.
The amount of water added depends on the volume of water contained in the initial acid solution, but the amount of water contained in the reaction solution is preferably about 2 to 100 times the molar amount of metal alkoxide in order to cause complete hydrolysis.
The addition of water while dropping is preferable because the change in the solution temperature decreases and the evaporation of the alcohol content is suppressed.
Further, in order to make the reaction solution uniform, a polar solvent such as formamide is added and stirred. Although it depends on the total amount, in order to make it uniform, stirring for 2 minutes or more while dropping is desirable. Under acidic conditions, hydrolysis of the reverse reaction tends to proceed with respect to polycondensation, and it takes a long time to solidify the reaction system by sol-gel transition, so it is desirable to neutralize with a compound generated from a polar solvent. For example, in the case of formamide, 0.5 mol or more of the added acid amount is preferable, and the acid is neutralized by ammonia generated by hydrolysis.
This homogenized reaction solution is put into a closed container according to the purpose and solidified to obtain a Group 4 element compound monolith porous body. As the shape of the sealed container, various shapes may be appropriately selected depending on the intended use, and any shape may be used. Moreover, what is necessary is just to select various materials suitably for the material of an airtight container. For example, when the monolithic porous body is used after being taken out from the sealed container, a polymer material that does not bond the inner surface of the sealed container and the monolithic porous body is preferable.
On the other hand, when a monolith porous body is formed inside the container, a container in which the inner surface of the container and the monolith porous body react, a fused silica capillary, or a container added with reactivity such as vitrification is preferable.
The through-hole and pore diameter and shape of the resulting monolith porous body can be controlled by the ratio of the alkoxide, acid, water, and polar solvent used, so the monolith porous body can be freely used according to the purpose. Can be made.
In the sol-gel reaction that solidifies by being held in a constant temperature water bath, transition and phase separation occur simultaneously, and a gel composed of a solvent-rich phase and a skeleton phase is generated. By using the acid as the reaction inhibitor, a co-continuous structure in which the through holes and the gel skeleton are continuous with each other is obtained. In the obtained gel, pores are generated without adding a polymer or the like to the gel skeleton. Although the reason for this is not clear, it is presumed that the size of the primary particles produced in the polymerization process is large.
Further, in this method, since the rate of hydrolysis and polycondensation changes depending on the ratio when a polymer is further added, the pore diameter, shape, etc. depending on the amount added from the case where no polymer is added. , And pore formation suitable for the purpose can be performed. The basic method is to create without adding polymer, but in this method of the invention, hydrolysis and polycondensation can occur simultaneously, so the skeleton formation time is predicted from the buffer effect of polymer addition, pore size, shape, etc. It becomes possible to control pore formation over a wide range.
After the formation of the gel, it is aged for about 24 hours and dried at a desired temperature to obtain a porous group 4 element oxide gel. The obtained porous group 4 element oxide gel has a structure in which through-holes having uniform pore diameters are entangled in a three-dimensional network. An organic component in the porous group 4 element oxide gel is removed and then fired to produce a group 4 element oxide porous body.
When a sealed heat treatment process in which a solidified porous gel is immersed in a basic aqueous solution and heated to 100 ° C. or higher under sealed conditions is added between the hydrolysis process and the firing process, It becomes easy to control the volume ratio. The basicity of water is not necessarily an essential condition, and is not limited to this as long as it is an aqueous solution that can fully utilize the characteristics of water.
Hydrothermal treatment, which is one of hermetic heat treatments, is known to have an erosion effect in porous materials such as silica gel, but is hardly eroded by the Group 4 element compound of the present invention. In the present invention, since hydrolysis and polycondensation occur at the same time, the skeleton is bonded in a loose state before firing, and the water is contained in the porous body or in a sealed state by adding water or the like. By performing the heat treatment, the state can be changed without changing the through hole, and the pore diameter can be freely controlled .
Since the desired pore size can be freely adjusted by selecting the type of solvent used, the heating temperature, and the reaction time, a monolith gel having a surface area according to the purpose can be produced as a result. This adjustment can be performed only by selecting the heating temperature, heating time, and water contained in the gel, but a solvent containing water can also be added, and any temperature can be used in the presence of the solvent containing water. However, it may be sealed. In addition, this process makes it possible to change the surface state and to control the interaction with the sample components.
In place of the polar solvent, a water-soluble organic polymer, a surfactant, or an amphiphilic substance may be used.
Furthermore, by adding a water-soluble organic polymer, a surfactant, an amphiphilic substance to a polar solvent, the gelation rate can be controlled by the buffering effect of these additive substances, and the pore diameter, shape, etc. Can be created in a wider range and freely.
In addition, as shown in FIG. 1, the inorganic porous body of the Group 4 element compound of the present invention has a μm-sized skeleton (gel skeleton) and a plurality of μm-sized through-holes periodically formed and entangled. The gel skeleton that forms the network structure has pores. Therefore, the inorganic porous body forms a double-hole structure having through-holes and pores serving as flow paths.
The through-hole of the present invention means a so-called macropore, and the pore of the present invention means a so-called mesopore, the through-hole opens at one end of the inorganic porous body, and is branched in the middle. It merges with other through holes and opens at the other end.
In addition, the inorganic porous body made of a Group 4 element compound of the present invention, more specifically a Group 4 element oxide, has a pore diameter and a total volume of pores formed in a through-hole and a gel skeleton that forms the through-hole. The volume ratio of the through holes with respect to the total volume when used as a column and the volume ratio of the pores with respect to the total volume of the pores and the through holes are important constituent requirements. The three-dimensional structure of the inorganic porous material or column varies depending on the reaction system composition, temperature, pH value, molecular weight of the organic polymer, and other conditions that affect the reactivity of the Group 4 element compound. Therefore, although it is difficult to uniformly describe the method of controlling the three-dimensional structure, an object having substantially the same pore diameter and the like can be provided with good reproducibility if the above-mentioned conditions are the same.
The removal of the organic polymer as the organic component from the porous gel produced as the intermediate substance can be achieved to some extent by washing the gel before drying. Further, depending on the removal component, the organic polymer as the organic component can also be removed by sealed heat treatment. However, it is more effective to completely remove the gel by heating it for a sufficiently long time to a temperature at which the organic polymer is decomposed or burned after the washing process.
The organic polymer used in the production of the inorganic porous material by the Group 4 element compound of the present invention, specifically the Group 4 element oxide, is a water-soluble organic polymer that can be theoretically formed into an aqueous solution having an appropriate concentration. In addition, it is sufficient that it can be uniformly dissolved in a reaction system containing an alcohol generated by hydrolysis of a group 4 element compound. Specifically, a sodium salt or potassium salt of polystyrenesulfonic acid which is a polymer metal salt Polyacrylic acid that is a salt, a polymer acid that dissociates to form a polyanion, a polymer base that produces a polycation in an aqueous solution, polyallylamine and polyethyleneimine, or a neutral polymer that has an ether bond to the main chain Polyethylene oxide having pyrrolidone, polyvinylpyrrolidone having a pyrrolidone ring in the side chain, and the like are suitable. In addition, diblock or triblock copolymers (pluronic F127, P123, F68, L122, L121, etc., which are composed of block chains of polyethylene glycol and polypropylene glycol containing polyether, for example, polyether BASF, all of which are German BASF Company products) are also preferably used. Furthermore, cationic surfactants such as alkylammonium halides, anionic surfactants such as sodium dodecyl sulfate, and amphoteric surfactants such as lauryldimethylaminoacetic acid (LDA) can be used in the same manner.
Instead of the organic polymer, polar solvents such as formamide, acetamide, N-methylformamide, and acid amides such as N-methylacetamide, polyhydric alcohols such as ethylene glycol and glycerin, sugar alcohols, and the like can also be used.
In addition, when using the inorganic porous body by the group 4 element compound of this invention as a column, if the three-dimensional structure satisfies said conditions, the effect mentioned later will be exhibited. Therefore, the manufacturing method is not limited.
The titania gel made by the method of the present invention is a monolithic structure having a three-dimensional network structure, has a property of selectively retaining a phosphate compound, has many contact portions that contribute to the separation, and has conventionally been used as a gel for chromatography. Stronger selectivity can be obtained. In addition, compared with conventional silica gel and titania-coated silica gel, the gel of the present invention is made of pure titania and has high chemical stability. Unlike immobilized metal affinity chromatography, it can be concentrated and eluted only with a buffer. The purity of the obtained phosphopeptide can be increased, and the eluate does not contain impurities, and is effective for sample purification and pretreatment.
The through-holes and pores of the inorganic porous body of the Group 4 element compound of the present invention will be described focusing on the action when the inorganic porous body is used as a column. A fluid such as a sample solution enters from one end of the column, passes through a three-dimensional continuous through-hole, and exits from the other end. During the passage, there is no extremely narrow flow path as in the case of using beads in a conventional packed column, and the hole diameter of the through hole is 100 nm or more, so the resistance to the fluid is small. Therefore, the pressure loss is small.
If the hole diameters of the through holes are the same, it is preferable that the volume ratio of the through holes with respect to the entire column is higher because the pressure loss becomes smaller. However, if the volume ratio exceeds 90%, the mechanical strength is significantly impaired, It becomes difficult to construct a column for chromatography. On the other hand, if the volume ratio is less than 20%, the pressure loss is larger than that of the packed column. The range of the volume ratio suitable for chromatography is 50 to 80%.
And since the pore is formed in the gel frame | skeleton which forms a through-hole, a specific surface area is high. Therefore, if a functional group such as an octadecyl group is fixed to the pore by chemical modification, or an enzyme such as glucose isomerase or trypsin, or a catalyst such as platinum or palladium is supported, the fluid passes through. Reacts efficiently with these molecules. Moreover, since the functional group is fixed in the pores, the functional group is not flowed even if the fluid flow is fast. In the case the inorganic porous material of the present invention is titanium dioxide as a main component Anata Ze crystalline phase can specifically adsorb a compound having a phosphoric acid group in a solution, liquid chromatography It is possible to selectively concentrate and detect the substance by applying the above.
However, the volume ratio of the pores in all pores including the through holes and the pores needs to be 10% or more. If it is less than 10%, even if the volume ratio of the through holes is increased to 90%, the functional groups can hardly be fixed. On the other hand, the pore volume per gram of gel skeleton needs to be 10 cm 3 / g or less. When the pore volume per gram of the gel skeleton exceeds 10 cm 3 / g, the mechanical strength is remarkably impaired, making it difficult to form a column for chromatography alone. The pore volume ratio and volume range suitable for chromatography are a volume ratio of 50% or more with respect to all pores and a pore volume of 2 cm 3 / g or more per gram of gel skeleton.
In addition, even if the volume ratio of the through-holes and the total volume of the pores with respect to the entire column are higher than the preferable upper limit value, within the scope of the present invention, mechanical reinforcement is performed by covering the outer periphery with a cylindrical body. Therefore, it can be applied to chromatography and the like.
Further, when the inorganic porous material of the present invention is a group 4 element compound, for example, titanium dioxide, the size of the through hole is set to approximately 10 μm or more, and the ratio is increased so that the body fluid circulates. By embedding in, it can be used as a drug sustained-release carrier that is harmless to the living body. Titanium oxide is very little eluted into body fluids under normal biological conditions and is often below the detection limit. When the surface crystal phase is appropriately controlled on the porous titanium oxide, an apatite layer, which is a bone component, is formed on the porous titanium oxide in the living body, and the living body attaches it to its own bone. To be regarded, it is compatible with living tissue without causing any rejection reaction. Therefore, this type of titanium oxide porous material can be used as a biological tissue-compatible substrate or a safe drug sustained-release carrier that does not cause an unfavorable rejection due to implantation in a living body.
Zirconium dioxide is effective for the separation and selective collection of sulfate compounds, but has the property of taking in and solidifying other metals, has high chemical stability, and can be effectively used as a waste treatment. Furthermore, in the method of the present invention, since the whole can be made in a free shape, a porous body corresponding to the application can be obtained.

<実施例1>
まずチタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ製)17.404gに35重量%塩酸水溶液2.645mLを滴下し、5分間攪拌した。これに蒸溜水20.404mLを滴下し、5分間攪拌した。さらに、ホルムアミド1.203mLを滴下し、5分間攪拌した。得られた透明溶液を密閉容器に移し、30℃の恒温水槽中に保持したところ約1時間後に固化した。固化した試料を24時間熟成させ、60℃で乾燥した。これによって、多孔質二酸化チタンゲルを得た。
得られた多孔質二酸化チタンゲルには2μm程度の揃った貫通孔が三次元網目状にからみあった構造で存在していることが、走査電子顕微鏡(日立,S−2600N)図(5000倍)(図1)及び水銀圧入装置(Micromeritics,PORESIZER9320)により測定した測定図(図2)によって確かめられた。60℃で乾燥した多孔質二酸化チタンゲルを60℃/hの昇温速度で300℃まで加熱した。貫通孔の内壁に5nm程度の細孔が多数存在していることが、窒素吸着測定(300℃で熱処理した多孔質二酸化チタンゲルの測定)によって確かめられた(図3に示す吸着一脱着等温線図、図4に示す細孔径分布図)。なお、60℃で乾燥した多孔質二酸化チタンゲルの気孔容積および気孔径は、熱処理を終えた多孔質二酸化チタンゲルのそれにほぼ一致しており、細孔の存在は電界放射型走査電子顕微鏡(日本電子,JSM−6700F)によっても確認された(図5)。
60℃で乾燥した多孔質二酸化チタンゲルには、アナターゼ相の二酸化チタンナノ結晶が形成されていることが、X線回折測定装置(Rigaku,RINT)によって確かめられた(図8)。X線回折ピークの半値幅を用いてScherrerの式を適用すると、ナノ結晶の結晶子サイズが約10nmであると評価された。60℃/hの昇温速度で300℃、500℃、700℃、900℃まで加熱して、各温度で2時間保持した後、X線回折測定を行った。300℃、500℃で加熱した多孔質二酸化チタンゲルではアナターゼ相の二酸化チタンが形成されているが、700℃および900℃以上での熱処理ではルチル相へ構造転移していることが確かめられた。
900℃での熱処理した多孔質二酸化チタンゲルにおいて、三次元網目状にからみあった貫通孔は維持されており、貫通孔径は乾燥した多孔質二酸化チタンゲルとほぼ一致していることが、走査電子顕微鏡による図(図9)及び水銀圧入測定した図(図10)によって確かめられた。
<実施例1−a>
上記反応溶液に蒸溜水を最大21.214mLまで添加して固化させると、水の量が多いほど得られる多孔体の貫通孔径は小さくなり、最小0.5μm程度までこれを連続的に制御することができた(図6)。
図6−aは、蒸溜水を20.404mL加えたもので、2μm程度の揃った貫通孔が三次元網目状態で存在している。蒸溜水の量を20.944mLにしたものが図6−b、21.214mLにしたものが図6−cである。貫通孔は順に小さく変化していることがわかる。
<実施例1−b>
また、用いる35重量%塩酸水溶液液量を、最小2.436mLから最大2.806mLまで変化させて、生成する多孔体の貫通孔径を最大5μmから最小0.2μmの範囲で制御することが出来た(走査電子顕微鏡による図7)。
図7−aは、塩酸を2.754mL加えたもので、3μm程度の揃った貫通孔が三次元網目状態で存在している。塩酸の量を2.645mLにしたものが図7−b、2.436mLにしたものが図7−cである。
<実施例1−c>
さらに、反応温度を40℃から80℃まで変化させても同様に、蒸溜水の濃度および35重量%塩酸水溶液の濃度を調節することにより、上記と同様の範囲内で貫通孔径を制御することができた。
<実施例2>
まずチタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ製)11.602gに35重量%塩酸水溶液1.624mLを滴下し、5分間攪拌した。これにトリブロック共重合体(F68、ドイツBASF社製)0.10gを加え、蒸溜水14.071mLを滴下し、5分間攪拌した。さらに、ホルムアミド0.738mLを滴下し、5分間攪拌した。得られた透明溶液を密閉容器に移し、40℃の恒温水槽中に保持したところ約1時間後に固化した。固化した試料を24時間熟成させ、60℃で乾燥した。これによって、多孔質二酸化チタンゲルを得た。
得られた多孔質二酸化チタンゲルには3μm程度の揃った貫通孔が三次元網目状にからみあった構造で存在していることが、電子顕微鏡及び水銀圧入測定によって確かめられた。60℃で乾燥した試料を60℃/hの昇温速度で300℃まで加熱した。貫通孔の内壁に5nm程度の細孔が多数存在していることが、窒素吸着装置(Micromeritics,ASAP−2010)の測定によって確かめられた。なお、60℃で乾燥した試料の気孔容積および気孔径は、熱処理を終えた多孔質二酸化チタンゲルのそれにほぼ一致していた。
60℃で乾燥した多孔質二酸化チタンゲルには、アナターゼ相の二酸化チタンナノ結晶が形成されていることが、X線回折測定によって確かめられた。X線回折ピークの半値幅を用いてScherrerの式を適用すると、ナノ結晶の結晶子サイズが約10nmであると評価された。60℃/hの昇温速度で300℃、500℃、700℃、900℃まで加熱して、各温度で2時間保持した後、X線回折測定を行った。300℃と500℃で加熱した試料ではアナターゼ相の二酸化チタンが形成されているが、700℃と900℃の熱処理ではルチル相へ構造転移していることが確かめられた。
900℃での熱処理した試料において、三次元網目状にからみあった貫通孔は維持されており、貫通孔径は乾燥試料とほぼ一致していることが、電子顕微鏡及び水銀圧入測定によって確かめられた。
<実施例2−1>
上記反応溶液に蒸溜水を最大14.630mLまで添加して固化させると、得られる多孔体の貫通孔径は小さくなり、最小0.5μm程度までこれを連続的に制御することができた。
<実施例2−2>
また、用いる35重量%塩酸水溶液の量を、最小1.495mLから最大1.691mLまで変化させるか、あるいは、F68(トリブロック共重合体)の量Xを、最小0.06gから最大0.12gまで変化させて、生成するF68の量の変化によるモルフォロジー変化を示す(図11)。多孔体の貫通孔径を最大5μmから最小0.2μmの範囲で制御することができた。さらに、反応温度を30℃に下げるか、あるいは、50℃から80℃の範囲で上昇させても同様に、蒸溜水の濃度および35重量%塩酸水溶液の濃度を調節することにより、上記と同様の範囲内で貫通孔径を制御することができた。
<実施例2−3>
極性溶媒に水溶性有機高分子であるポリエチレンオキシドを共存させ、モノリスゲルを作成した。
まず、チタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ社製)34.807gに35重量%塩酸水溶液5.8265mLを滴下し、5分間撹拌した。これにポリエチレンオキシド(アルドリッチ社製)MW:10,000、1.05gを加え、蒸留水1.39355mLを滴下し、5分間撹拌した。更に、N−メチルホルムアミド量を滴下し、5分間撹拌した。得られた透明溶液を密閉容器に移し、40℃の恒温水槽中に保持したところ、約1時間後に固化した。固化した試料を24時間熟成させ、60℃で乾燥した。これによって、多孔質二酸化チタンゲルを得た。
N−メチルホルムアミドの添加量(X)を変化させる事で、多孔体の貫通孔径を最大5μmから最小0.2μmの範囲で制御することができ、水銀圧入装置(前出)測定の測定図により、確かめられた(図12)。
図12における1〜5が示す曲線の実験条件は、下記のとおりである。
1:X=4.8206mL(0.081mol)
2:X=4.9991mL(0.084mol)
3:X=5.1776mL(0.087mol)
4:X=5.3562mL(0.090mol)
5:X=5.5347mL(0.093mol)
水溶性有機高分子の共存下でも孔径を自由に作れることが実証できた。
<実施例2−4>
実施例2−3と同様の方法で、孔径等を制御された貫通孔を持つチタニア多孔質体を得て、更に、焼成前に密閉容器中で、加熱処理(以下、密閉加熱処理という)を行うことで、細孔を調整した。
まず、チタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ社製)11.602gに35重量%塩酸水溶液1.942mLを滴下し、5分間攪拌した。
これにポリエチレンオキシド(アルドリッチ社製)MW:10,000、0.35gを加え、蒸留水1.39355mLを滴下し、5分間撹拌した。更に、N−メチルホルムアミド1.7854mLを滴下し、5分間撹拌した。得られた透明溶液を密閉容器に移し、60℃の恒温水槽中に保持したところ、約1時間後にゲル化した。ゲル化した試料を24時間熟成させ、60℃で乾燥した。
更に、この多孔質体を乾燥させずに、耐圧性のある密封できる容器に入れて、密封して加熱した。熟成後、100℃、150℃、200℃で密閉加熱処理を行い、更に、それぞれを400Cで焼成した多孔質体、熟成後、密閉加熱処理を行わず60℃で乾燥させた多孔質体、熟成後、密閉加熱処理を行わず、60℃で乾燥させ、さらに400℃で焼成した多孔質体、合計8種を得た。
各多孔質体を窒素吸着装置(Micromeritics,ASAP−2010)により、表面積および細孔径を前出の窒素吸着測定装置により測定した結果、吸着一脱着等温線図(図13)、細孔径分布図(累積容積図14(a)、微分容積図14(b))を得た。
図13に示す吸着一脱着等温線では、各多孔質体のデータにヒステリシスが観察される。これが、高圧側で観察されるほど細孔サイズは大きくなることを示し、吸着等温線(2つのうち下の曲線)の増加が急になるほど、細孔サイズが揃っていることを示している。密閉加熱処理を施すと、細孔サイズは大きくなり、サイズが比較的揃うことが分かる。尚、各データは得られた数値どおりに作製すると重なって見づらいため、▲1▼から順に150cm/gずつ上にずらして表示している。
図14−1に示す累積細孔容積では、曲線の立ち上がる位置や立ち上がり方で細孔のサイズや分布を評価でき、最終的な到達点で細孔がどれくらいの体積を占めているかが分かる。200℃で密閉加熱処理後、60℃で乾燥した多孔質体▲7▼は、曲線の立ち上がりが10nmくらいであり、比較的鋭いカーブを形成している一方、細孔サイズが小さくなってもダラダラと増加しているので、ある程度細孔サイズは揃っているものの分布があることが確認される。
加えて、この多孔質体▲7▼は8つの多孔質体の中で細孔の占める体積が最も大きいことも確認される。
又、200℃で密閉加熱処理後、400℃で熱処理した▲8▼のデータから、熱処理によっても細孔はほとんど消失しないことも分かる。
更に、60℃で乾燥した多孔質体▲1▼では、ほとんど細孔が存在しないことも分かる。
図14−2に示す微分細孔容積では、ピークの位置で細孔の平均サイズが確認される。
更に、ピーク幅が狭いほど、細孔サイズが揃い、分布が少ないことが確認される。200℃で密閉加熱処理後、60℃で乾燥した多孔質体▲7▼、および200℃で密閉加熱処理後、400℃で熱処理した多孔質体▲8▼では、細孔サイズはともに平均10nmである。
これらの図から得られた数値を表にして図15に示す。
全体をまとめると、
60℃の乾燥状態では、細孔径、比表面積はほとんど存在しないが、密閉加熱処理を行なうと、比表面積、細孔径が増大することが分かる。4族元素化合物特有の効果を高めるためには、様々な試料との接触機会が多くなる比表面積が大きく制御された多孔質体が適しており、この密閉加熱処理が有効である事が分かる。更に、処理温度に応じて、その細孔径を制御する事が可能となる。
更に、密閉加熱処理を行った後に焼成する事で、細孔径を大きくする事が可能となる。
焼成加熱温度を変化させると、貫通孔を大きく変化させず、細孔径を目的に応じて変化させることが出来る。密閉加熱処理は多孔質体を侵食させる効果があることは、周知の事実であるが、貫通孔はほとんど変化しないことにより、侵食作用でないことも実証された。更に、焼成工程を加えることで、細孔径を大きくすることができ、目的に応じた多孔質体を制御作成できることが実証できた。
60℃で乾燥後、多孔質体重量に対して、20%重量のイオン交換水を含水し、同様の処理を行ったが、同様の結果になり、イオン交換水を添加しても細孔径および比表面積が制御できることが実証された。
<実施例3>
まず、チタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ製)17.404gに35重量%塩酸水溶液2.645mLを滴下し、5分間攪拌した。
これに蒸溜水20.674mLを滴下し、5分間攪拌した後、ホルムアミド1.203mLを滴下し、さらに5分間攪拌して均一化し、ゾル−ゲル反応液とした。この反応液5mLを長さ200mm、内径6mmの寸法の円筒形密閉容器に入れ、その容器を恒温水槽に入れてゾル−ゲル反応液の温度を30℃に1時間保持し、加水分解・重縮合を行い、固化させ、24時間熟成後、60℃で乾燥して、カラム形状の試料を得た。
<実施例4>
実施例3で、得られた円筒状のモノリスゲルを400℃で熱処理を行い、アナターゼ相を持つ外径2.1mmの固いモノリスゲルを得た。長さ150mmに切断し、ポリプロピレンチューブに挿入し、150℃で加熱し、ポリプロピレンチューブを収縮させてカラム化した。両端に接続ジョイントを取り付け、HPLC分析を行い、そのリン酸化合物の保持力を従来タイプのカラムと比較した。
比較例として、細孔10nmの外径2.1mm、長さ150mmのシリカモノリスにチタニウム(IV)イソプロキシドをコーティングし、400℃で熱処理したチタニアコーティングモノリスを作成し、実施例4と同様な方法でカラム化したカラム、及び、粒子充填タイプカラムとして、細孔10nm、粒子径5μmチタニアゲルを2.1mm×150mmに充填したHPLCカラムを用意した。
3種のカラムで、リン酸基の無いアデノシン、リン酸基の一つ結合したアデノシンモノフォスフェート、リン酸基の二つ結合したアデノシンジフォスフェート、リン酸基の3つ結合したアデノシントリフォスフェードを試料(各1μg/mL)として分析比較した。
実験装置:
セミミクロHPLC対応ポンプ PU712、
紫外可視検出器 UV702(セミミクロセル)、
データステーション EZChrom Elite(以上ジーエルサイエンス社製)、
低拡散ステンレスインジェクター RHEODYNE 8125(レオダイン社製)
実験条件:
溶離液0.1M リン酸緩衝液(pH.7)/アセトニトリル=50/50
流速0.2mL/min
検出UV260nm
注入量 0.1μL
カラム温度 室温
本発明チタニアモノリスでの実施例4による分析結果を(図16)に示す。図中1〜4は以下を表す。
1:アデノシン、2:アデノシンモノフォスフェート、3:アデノシンジフォスフェート、4:アデノシントリフォスフェート
4成分ともにリン酸化の程度によって完全に分離され、高い選択性を有する事が判明した。3次元網目構造をとっているため、試料との接触が大きいためと考えられる。
比較例のチタニアコーティングタイプでは、リン酸化合物を保持する特性を持つが、アデノシンとリン酸基が一つのアデノシンモノフォスフェートは分離せず1つのピークとなった(図17)。
この事から、同様の構造であるシリカモノリス表面にチタニア膜を作成しても、細孔内部まではコーティングされず、選択性が低い事が判明した。
別の比較例のチタニア粒子タイプでは、4成分の分離は見られたものの本発明であるモノリスタイプに比べて、選択性が低い結果であった(図18)。
本発明チタニアモノリスは、シリカコーティングタイプ、チタニア粒子タイプより選択性が優れており、リン酸化合物の選択的な保持能力が大きいことが判明した。
<実施例5>
チタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ製)17.404gに35重量%塩酸水溶液2.645mLを滴下し、5分間攪拌した。これに蒸留水20.404mLを滴下し、5分間攪拌した後、ホルムアミド1.203mLを滴下し、さらに5分間攪拌して均一化し、ゾル−ゲル反応液とした。この反応液5mLを長さ200mm、内径6mmの寸法の円筒形密閉容器に入れ、その容器を恒温水槽に入れてゾル−ゲル反応液の温度を30℃に1時間保持し、加水分解・縮重合を行い、固化させ、24時間熟成後、60℃で乾燥して、外径3.3mmの貫通孔径10μm棒状のチタニアモノリスを得た。
このモノリスを厚さ1.5mmにダイヤモンドカッターで切断し、円盤状のモノリスとした。450℃で焼成し、径2.8mm厚さ1.2mmのフィルター状の固いチタニアモノリスを得た。
さらに、同じ貫通孔径を持ち円盤状のシリカモノリスにチタニウム(IV)イソプロキシドをコーティングし400℃で熱処理したチタニアコーティングモノリスを作成した。
これらのモノリスを0.1M水酸化ナトリウム水溶液中で一夜攪拌し続けたところ、チタニアコーティングタイプでは、溶解した。
本発明チタニアモノリスでは、重量変化は無くアルカリ溶液中でも安定である事が実証された。
<実施例6>
実施例5で、アルカリ溶液中で一夜攪拌したフィルター状モノリスを、ピペットチップに超音波融着器により融着した。
このチタニアモノリスを融着したピペットチップをピペッターに使用して、リン酸化ペプチドが選択的に濃縮精製できるかを調べた。
濃縮精製工程は次のようである。
1.ピペッターの目盛りを200μLにあわせる。
2.コンディショニングのため、50%アセト二トリル水溶液(0.1〜1%ギ酸)で3回ピペッティングする。
3.吸着のため、試料を20〜25回ピペッティングする。
4.洗浄のため、50%アセトニトリル+0.5KCl水溶液(0.1%ギ酸)でピペッティングする。
5.溶出のため、0.2Mリン酸バッファー(pH7.0)で10回ピペッティングし、試料を得る。
標準のリン酸化ペプチド(TRDIYpETDYYRK)(0.01mg/mL)と非リン酸化ペプチド(TRDIYETDYYRK)(0.05mg/mL)の混合試料10μLを、Inertsil(登録商標)WP300 C185μm(150×2.1mmI.D.)カラムを用いて、0.1%トリフルオロ酢酸添加10%アセトニトリルから0.1%トリフルオロ酢酸添加40%アセトニトリルへの15分グラジェント分析を行い、UV210nmで検出した。
実験装置:
HPLCポンプ GL7411(低圧グラジエントユニット内蔵)、
カラムオーブン GL−7430、
オートサンプラー GL−7420、
UV検出器 GL−7450
専用ソフトウエア EZChrom Elite(以上ジーエルサイエンス社製)
濃縮精製を行わない未精製の混合試料の分析結果を図19に示す。本発明チタニアモノリスゲルを用いて上記のピペッティング方法で精製した混合試料の分析結果を図20に示す。図20中1及び2は以下を表す。
1:リン酸化ペプチド
2:非リン酸化ペプチド
精製を行わない試料では非リン酸化ペプチドがそのまま検出されているが、図20ではリン酸化ペプチドだけが精製濃縮されて、検出されていることがわかる。なお、その回収率は約70%であった。
本発明チタニアモノリスは、リン酸化ペプチドを効率良く、高い回収率で精製できる事が確認された。
さらに、同じ方法で、実際のタンパク質であるβカゼイン(0.5mg/mL)溶液50μgをトリプシン消化したペプチドを試料として格製し、HPLC分析を行なった。
試料10μLを、Inertsil(登録商標)WP300 C185μm(150×2.1mmI.D.)カラムを用いて、0.1%トリフルオロ酢酸添加10%アセトニトリルから0.1%トリフルオロ酢酸添加90%アセトニトリルへの15分グラジエント分析を行い、UV210nmで検出した。実験に使用した装置は、標準品の分析で使用したものと同様である。
精製を行なっていないカゼインのペプチド消化物の分析では、他のペプチドが混在し、リン酸化ペプチドを検出する事は出来ない(図21)。
しかし、本発明のチタニアモノリスを融着したピペットチップで前処理濃縮した結果、βカゼインの消化ペプチド中のリン酸化ペプチド2種FQpSEEQQQTEDELQDK(分子量:2061)、
RELEELNVPGEIVEpSLpSpSpSpSEESLTR(分子量:3122)を検出、同定する事が出来た(図22)。図22中1及び2は以下を表す。
1:FQpSEEQQQTEDELQDK(分子量:2061)
2:RELEELNVPGEIVEpSLpSpSpSpSEESLTR(分子量:3122)
実試料のタンパク消化物に含まれる微量のリン酸化ペプチドも選択的な精製回収でき、生体内代謝研究にも十分対応できる事が実証された。
チタニアコーティングモノリスでも同様の結果は得られるが、アルカリ加水分解などを行なった生体試料などでは、モノリスが溶解してしまい、中和後の精製が必要となる。
本発明のモノリスを用いた精製では、アルカリ耐久性もあり、中和工程も必要なく、固定化金属アフィニティークロマトグラフィーのような煩雑な工程も必要なく、簡単にリン酸化ペプチドを選択的に濃縮精製できる。
前処理自動化装置であるハミルトンマイクロラボスターを使用し、その専用チップに同じように本発明チタニアモノリスを融着させ、使用する前処理チップを構成した。さらに前述の手動ピペッティングプロトコールを装置に入力し自動で精製を行なわせ、分析を行なった結果、同等のクロマトグラムを得ることができた。
このように、自動化装置に本発明チタニアモノリスを組み込む事で前処理の自動化も可能となる。
<実施例7>
チタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ製)1.7kgに35重量%塩酸水溶液264mLを滴下し、5分間攪拌した。これに蒸留水2Lを滴下し、5分間攪拌した後、ホルムアミド150mLを滴下し、さらに5分間攪拌して均一化し、ゾル−ゲル反応液とした。この反応液500mLを長さ200mm、内径60mmの寸法の円筒形密閉容器に入れ、その容器を恒温水槽に入れてゾル−ゲル反応液の温度を30℃に1時間保持し、加水分解・縮重合を行い、固化させ、24時間熟成後、60℃で乾燥して、円筒状のモノリスゲルを得た。400℃で熱処理を行い、アナターゼ相を持つ外径20mmの固いモノリスゲルを得た。長さ150mmに切断し、ポリプロピレンチューブに挿入し、150℃で加熱し、ポリプロピレンチューブを収縮させてカラム化した。
このチタニアモノリスカラムに化学修飾を施し、従来のシリカ充填剤と比較した。
チタニアモノリス重量に対して、1wt%ブタジエンモノマーと0.01wt%アゾビスイソブチロニトリルを1Lヘキサンに溶解した。この溶液中にゲルを浸漬し減圧にしながら、ヘキサン溶媒を蒸発させ、120℃で12時間反応、ブタジエンポリマーを化学結合させた。
この化学修飾チタニアモノリスを実施例4と同じ方法でカラム化した。
比較例として、細孔径10nmを持つシリカ粒子に同様のコーティング処理を施し、内径20mm長さ150mmの分取カラムに充填した。弱酸性試料であるフェノールと塩基性試料であるピリジンの混合物1mlを注入し30%メタノール溶離液で、流速20mL/minで分取分析しUV300nmで検出した。
実験装置:
HPLC分取システム PLC561(ジーエルサイエンス社製)
図23及び24に示す1及び2は以下を表す。
1:フェノール
2:ピリジン
図23は、比較例のシリカゲル充填剤による分析であるが、シラノール基の影響により塩基性化合物であるピリジンが吸着しピークがテーリングしている。本発明チタニアゲルに化学修飾したカラムでは、フェノールの逆相保持は同じように得られ、さらに、ピリジンの吸着が無く、早く溶出された(図24)。
本発明のチタニアモノリスは、従来のゲルと同様に化学種を結合させる事により、種々の特性を付け加え得る事が可能である。シリカゲルのような吸着活性点も無く、化学的耐久性が高く、ゲルの溶解が無く精製用に使われる分取クロマトグラフィーにも適している。
<実施例8>
チタニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ社製)11.602gに35重量%塩酸水溶液1.9422mLを滴下し、5分間撹拌した。これにポリエチレンオキシド(アルドリッチ社製)MW:10,000、0.35gを加え、蒸留水1.39355mLを滴下し、5分間撹拌した。さらに、N−メチルホルムアミド1.7854mLを滴下し、更に、5分間撹拌して均一化し、ゾル−ゲル反応液とした。この反応液5mLを長さ150mm、内径6mmの寸法のPFA(パーフルオロアルコキシアルカン)チューブに入れて両端を密栓し、そのチューブを恒温水槽に入れてゾルゲル反応液の温度を30℃に1時間保持し、加水分解、重縮合を行い、ゲル化させ、内径50mm、長さ150mmのステンレス製耐圧容器に入れ、200℃で密閉加熱処理を行い、400℃で焼成した。
比表面積153m/g、平均細孔径13nm、貫通孔径5μmの制御された3.9mm×50mmの多孔質体が得られた。得られた試料の走査電子顕微鏡写真を図25に示す。
得られた多孔質体をポリプロピレンチューブに挿入し、150℃で加熱し、ポリプロピレンチューブを収縮させてカラム化した。両端に接続ジョイントを取り付け、HPLC分析を行い、リン酸基の一つ結合したアデノシンモノフォスフェート、リン酸基の二つ結合したアデノシンジフォスフェート、リン酸基の三つ結合したアデノシントリフォスフェートを試料(各1μg/mL)として分析比較した。実験に使用した装置は、実施例4で使用したものと同様である。
実験条件:
溶離液0.1Mリン酸バッファー(リン酸1カリウム、リン酸2カリウムを混合)pH=7/ACN=50/50
検出波長280nm
室温
流速0.5mL/min
検出UV280nm
注入量 5μL
カラム温度 室温
本発明の密閉加熱処理により、細孔径をコントロールしたチタニアモノリスでの分析結果を図26に示す。図26中1〜3は以下を表す。
1:アデノシンモノフォスフェート
2:アデノシンジフォスフェート
3:アデノシントリフォスフェート
細孔径が適切に制御されているため、より短い時間で、リン酸化の程度によって3成分を分離する事ができ、充填タイプ(図18)に比べて、テーリングが無く対象性の良いクロマトグラムが得られた。密閉加熱処理により、表面活性状態を変える事ができ、かつ細孔径を制御することで、高速分析に適用できるカラムも作成できる事が実証された。
<実施例9>
二酸化チタンと同様に極性溶媒に水溶性有機高分子であるポリエチレンオキシドを共存させ、二酸化ジルコニウムモノリスゲルを作製した。まず、ジルコニウム(IV)n−プロポキシド(アルドリッチ社製、70wt% in 1−propanol)9.3594gに60重量%硝酸水溶液1.6742mLを滴下し、5分間撹拌した。これに蒸留水6.9612mLを滴下し、ポリエチレンオキシド(Fluka社製)MW:35,000、0.15gを加え、30分間撹拌した。さらに、N−メチルホルムアミドを2.6781mL滴下し、5分間撹拌した。得られた透明溶液を密閉容器に移し、80℃の恒温槽中に保持したところ、約1時間後に固化した。固化した試料を24時間熟成させ、69℃で乾燥した。これによって、多孔質体二酸化ジルコニウムゲルを得た(図27)。N−メチルホルムアミドの添加量を変化させる事で、多孔質体の貫通孔径を最大5μmから最小1μmの範囲で制御することが出来た(図28)。図28中1、2は以下を表す。
1:N−メチルホルムアミド2.6781mL
2:N−メチルホルムアミド2.9161mL
水溶性有機高分子の共存下で孔径を自由に作れる事が実証できた。
実施例9に記載の実施例の走査電子顕微鏡写真(図27)とN−メチルホルムアミドの添加量を2.9161mLと変化させて得た走査電子顕微鏡写真(図30)によっても貫通孔の変化が観察された。
<実施例9−1>
さらに、実施例9ゲルを用いて、焼成温度に於ける結晶構造変化を調べた。本発明の方法では、固化した時点ではアモルファスであるが、300℃の低温で熱処理すると、化学的に安定である正方晶あるいは立方晶が得られており、多孔質体構造は得られている。さらに、1200℃で焼成する事で、単斜晶単相に多孔質体構造を壊さず、結晶構造だけを変化させる事が出来る(図29)。図29中四角のプロットは単斜晶、丸のプロットは正方晶又は立方晶を表す。
多孔質体の構造は、ゲルの固化時点で決まる事から、密閉容器の形状によって、目的に応じて自由なを作成することができる。その後に、焼成する事で、化学的な性質が変化する結晶構造を目的に応じて作製可能である事が実証された。
<Example 1>
First, 2.645 mL of a 35 wt% aqueous hydrochloric acid solution was added dropwise to 17.404 g of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich) and stirred for 5 minutes. Distilled water (20.404 mL) was added dropwise thereto and stirred for 5 minutes. Further, 1.203 mL of formamide was added dropwise and stirred for 5 minutes. The obtained transparent solution was transferred to a closed container and kept in a constant temperature water bath at 30 ° C., and then solidified after about 1 hour. The solidified sample was aged for 24 hours and dried at 60 ° C. Thereby, a porous titanium dioxide gel was obtained.
Scanning electron microscope (Hitachi, S-2600N) diagram (5000 times) shows that the obtained porous titanium dioxide gel has through-holes of about 2 μm that are entangled in a three-dimensional network. 1) and a measurement diagram (FIG. 2) measured with a mercury intrusion device (Micromeritics, PORESIZER 9320). The porous titanium dioxide gel dried at 60 ° C. was heated to 300 ° C. at a temperature rising rate of 60 ° C./h. It was confirmed by nitrogen adsorption measurement (measurement of porous titanium dioxide gel heat-treated at 300 ° C.) that there were many pores of about 5 nm on the inner wall of the through-hole (adsorption-one-desorption isotherm shown in FIG. 3). FIG. 4 is a pore size distribution diagram). The pore volume and pore diameter of the porous titanium dioxide gel dried at 60 ° C. are almost the same as those of the porous titanium dioxide gel after the heat treatment, and the presence of the pores is determined by a field emission scanning electron microscope (JEOL, JSM-6700F) (FIG. 5).
It was confirmed by an X-ray diffractometer (Rigaku, RINT) that an anatase-phase titanium dioxide nanocrystal was formed on the porous titanium dioxide gel dried at 60 ° C. (FIG. 8). Applying the Scherrer equation using the half-width of the X-ray diffraction peak, the crystallite size of the nanocrystal was estimated to be about 10 nm. After heating to 300 ° C., 500 ° C., 700 ° C., and 900 ° C. at a rate of temperature increase of 60 ° C./h and holding at each temperature for 2 hours, X-ray diffraction measurement was performed. In the porous titanium dioxide gel heated at 300 ° C. and 500 ° C., anatase phase titanium dioxide was formed, but it was confirmed that the structure was transformed into the rutile phase by heat treatment at 700 ° C. and 900 ° C. or higher.
In the porous titanium dioxide gel heat-treated at 900 ° C., the through-holes entangled in a three-dimensional network are maintained, and the diameter of the through-hole is almost the same as that of the dried porous titanium dioxide gel. It was confirmed by (FIG. 9) and the figure (FIG. 10) which measured mercury intrusion.
<Example 1-a>
When distilled water is added to the reaction solution up to 21.214 mL and solidified, the larger the amount of water, the smaller the through-hole diameter of the porous body obtained, and this is continuously controlled to a minimum of about 0.5 μm. (Fig. 6).
FIG. 6A shows a case where 20.404 mL of distilled water is added, and through-holes having a thickness of about 2 μm are present in a three-dimensional network state. Fig. 6-b shows a distilled water amount of 20.944 mL, and Fig. 6-c shows a water amount of 21.214 mL. It can be seen that the through holes change in order.
<Example 1-b>
In addition, the amount of 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution used was changed from a minimum of 2.436 mL to a maximum of 2.806 mL, and the through-hole diameter of the generated porous body could be controlled in a range from a maximum of 5 μm to a minimum of 0.2 μm. (FIG. 7 by a scanning electron microscope).
FIG. 7A shows a case where 2.754 mL of hydrochloric acid is added, and through-holes of about 3 μm are present in a three-dimensional network state. Fig. 7-b shows a case where the amount of hydrochloric acid is 2.645 mL, and Fig. 7-c shows a case where the amount of hydrochloric acid is 2.436 mL.
<Example 1-c>
Further, even if the reaction temperature is changed from 40 ° C. to 80 ° C., the through-hole diameter can be controlled within the same range as above by adjusting the concentration of distilled water and the concentration of 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution. did it.
<Example 2>
First, 1.624 mL of 35% by weight aqueous hydrochloric acid solution was added dropwise to 11.602 g of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich) and stirred for 5 minutes. To this, 0.10 g of a triblock copolymer (F68, manufactured by BASF Germany) was added, and 14.071 mL of distilled water was added dropwise and stirred for 5 minutes. Further, 0.738 mL of formamide was added dropwise and stirred for 5 minutes. The obtained transparent solution was transferred to a sealed container and kept in a constant temperature water bath at 40 ° C., and solidified after about 1 hour. The solidified sample was aged for 24 hours and dried at 60 ° C. Thereby, a porous titanium dioxide gel was obtained.
It was confirmed by an electron microscope and mercury intrusion measurement that the obtained porous titanium dioxide gel had through-holes of about 3 μm in a structure entangled in a three-dimensional network. The sample dried at 60 ° C. was heated to 300 ° C. at a temperature increase rate of 60 ° C./h. It was confirmed by the measurement with a nitrogen adsorption device (Micromeritics, ASAP-2010) that there were many pores of about 5 nm on the inner wall of the through hole. The pore volume and pore diameter of the sample dried at 60 ° C. were almost the same as those of the porous titanium dioxide gel after heat treatment.
It was confirmed by X-ray diffraction measurement that anatase phase titanium dioxide nanocrystals were formed on the porous titanium dioxide gel dried at 60 ° C. Applying the Scherrer equation using the half-width of the X-ray diffraction peak, the crystallite size of the nanocrystal was estimated to be about 10 nm. After heating to 300 ° C., 500 ° C., 700 ° C., and 900 ° C. at a rate of temperature increase of 60 ° C./h and holding at each temperature for 2 hours, X-ray diffraction measurement was performed. In the samples heated at 300 ° C. and 500 ° C., anatase-phase titanium dioxide was formed, but it was confirmed that the heat treatment at 700 ° C. and 900 ° C. caused a structural transition to the rutile phase.
In the sample heat-treated at 900 ° C., it was confirmed by an electron microscope and mercury intrusion measurement that the through-holes entangled with the three-dimensional network were maintained and the diameter of the through-hole was almost the same as that of the dried sample.
<Example 2-1>
When distilled water was added to the reaction solution up to a maximum of 14.630 mL and solidified, the through-hole diameter of the resulting porous body was reduced and could be continuously controlled to a minimum of about 0.5 μm.
<Example 2-2>
Further, the amount of the 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution used is changed from a minimum of 1.495 mL to a maximum of 1.691 mL, or the amount X of F68 (triblock copolymer) is changed from a minimum of 0.06 g to a maximum of 0.12 g. The morphological change due to the change in the amount of F68 produced is shown (FIG. 11). The through-hole diameter of the porous body could be controlled in the range from a maximum of 5 μm to a minimum of 0.2 μm. Furthermore, even if the reaction temperature is lowered to 30 ° C. or raised in the range of 50 ° C. to 80 ° C., the same as above can be achieved by adjusting the concentration of distilled water and the concentration of 35% by weight hydrochloric acid aqueous solution. The through hole diameter could be controlled within the range.
<Example 2-3>
A monolith gel was prepared by coexisting water-soluble organic polymer polyethylene oxide in a polar solvent.
First, 5.8265 mL of 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution was added dropwise to 34.807 g of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich) and stirred for 5 minutes. To this, polyethylene oxide (manufactured by Aldrich) MW: 10,000, 1.05 g was added, and 1.39355 mL of distilled water was added dropwise, followed by stirring for 5 minutes. Further, the amount of N-methylformamide was added dropwise and stirred for 5 minutes. When the obtained transparent solution was transferred to a sealed container and kept in a constant temperature water bath at 40 ° C., it solidified after about 1 hour. The solidified sample was aged for 24 hours and dried at 60 ° C. Thereby, a porous titanium dioxide gel was obtained.
By changing the addition amount (X) of N-methylformamide, the through-hole diameter of the porous body can be controlled in the range from 5 μm at the maximum to 0.2 μm at the minimum. (Fig. 12).
The experimental conditions of the curves indicated by 1 to 5 in FIG. 12 are as follows.
1: X = 4.8206 mL (0.081 mol)
2: X = 4.9999 mL (0.084 mol)
3: X = 5.1776 mL (0.087 mol)
4: X = 5.3562 mL (0.090 mol)
5: X = 5.5347 mL (0.093 mol)
It was proved that pore size can be made freely even in the presence of water-soluble organic polymer.
<Example 2-4>
In the same manner as in Example 2-3, a titania porous body having through-holes with controlled pore diameters and the like was obtained, and further heat treatment (hereinafter referred to as “sealed heat treatment”) was performed in a sealed container before firing. By doing so, the pores were adjusted.
First, 1.942 mL of 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution was dripped at 11.602 g of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich) and stirred for 5 minutes.
To this, polyethylene oxide (manufactured by Aldrich) MW: 10,000, 0.35 g was added, 1.39355 mL of distilled water was added dropwise, and the mixture was stirred for 5 minutes. Further, 1.7854 mL of N-methylformamide was added dropwise and stirred for 5 minutes. The obtained transparent solution was transferred to a sealed container and kept in a constant temperature water bath at 60 ° C., and gelled after about 1 hour. The gelled sample was aged for 24 hours and dried at 60 ° C.
Furthermore, this porous body was put into a pressure-resistant and sealable container without drying, and was sealed and heated. After aging, the porous body was subjected to sealed heat treatment at 100 ° C., 150 ° C., and 200 ° C., and each was baked at 400 C. After aging, the porous body was dried at 60 ° C. without performing the sealed heat treatment, aging Thereafter, a total of 8 types of porous bodies, which were dried at 60 ° C. and fired at 400 ° C., were not subjected to hermetic heat treatment.
Each porous body was measured with a nitrogen adsorption device (Micromeritics, ASAP-2010) and the surface area and pore diameter were measured with the nitrogen adsorption measurement device described above. As a result, an adsorption-desorption isotherm (FIG. 13), a pore size distribution diagram ( Cumulative volume diagram 14 (a), differential volume diagram 14 (b)) were obtained.
In the adsorption-desorption isotherm shown in FIG. 13, hysteresis is observed in the data of each porous body. This indicates that the pore size becomes larger as observed on the high pressure side, and that the pore size is more uniform as the increase in the adsorption isotherm (the lower curve of the two) becomes steep. It can be seen that when the sealed heat treatment is performed, the pore size increases and the sizes are relatively uniform. In addition, each data is 150cm in order from (1) because it is difficult to see if they are produced according to the obtained numerical value. 3 The display is shifted up by / g.
In the cumulative pore volume shown in FIG. 14A, the size and distribution of the pores can be evaluated by the rising position and the rising direction of the curve, and it can be seen how much volume the pores occupy at the final arrival point. The porous body (7) dried at 60 ° C. after hermetic heat treatment at 200 ° C. has a relatively sharp curve with a rising edge of about 10 nm. On the other hand, even when the pore size is reduced, Therefore, it is confirmed that there is a distribution although the pore sizes are uniform to some extent.
In addition, it is confirmed that the porous body (7) has the largest volume occupied by the pores among the eight porous bodies.
In addition, it can be seen from the data of (8) that heat treatment is performed at 400 ° C. after hermetic heat treatment at 200 ° C., and that the pores are hardly lost by the heat treatment.
Furthermore, it can be seen that the porous body (1) dried at 60 ° C. has almost no pores.
In the differential pore volume shown in FIG. 14-2, the average pore size is confirmed at the peak position.
Further, it is confirmed that the narrower the peak width, the more uniform the pore size and the smaller the distribution. In the porous body (7) dried at 60 ° C. after sealing heat treatment at 200 ° C. and the porous body (8) sealed at 200 ° C. and heat-treated at 400 ° C., the average pore size was 10 nm. is there.
The numerical values obtained from these figures are tabulated and shown in FIG.
Putting it all together,
In the dry state at 60 ° C., the pore diameter and specific surface area are scarcely present, but it can be seen that the specific surface area and pore diameter increase when the sealed heat treatment is performed. In order to enhance the effect peculiar to the Group 4 element compound, it is understood that a porous body having a large specific surface area, which increases the chance of contact with various samples, is suitable, and this hermetic heat treatment is effective. Furthermore, the pore diameter can be controlled according to the processing temperature.
Furthermore, the pore diameter can be increased by firing after the hermetic heat treatment.
When the firing heating temperature is changed, the pore diameter can be changed according to the purpose without greatly changing the through-holes. Although it is a well-known fact that the hermetic heat treatment has an effect of eroding the porous body, it has also been proved that the through-hole hardly changes, so that it is not an erosive action. Furthermore, by adding a firing step, the pore diameter can be increased, and it was proved that a porous body according to the purpose can be controlled and created.
After drying at 60 ° C., 20% by weight of ion-exchanged water was added to the weight of the porous body, and the same treatment was performed, but the same result was obtained. It was demonstrated that the specific surface area can be controlled.
<Example 3>
First, 2.645 mL of 35% by weight hydrochloric acid aqueous solution was added dropwise to 17.404 g of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich) and stirred for 5 minutes.
Distilled water (20.474 mL) was added dropwise thereto and stirred for 5 minutes, and then formamide (1.203 mL) was added dropwise and further stirred for 5 minutes to homogenize to obtain a sol-gel reaction solution. 5 mL of this reaction solution is placed in a cylindrical sealed container having a length of 200 mm and an inner diameter of 6 mm. The container is placed in a constant temperature water bath, and the temperature of the sol-gel reaction solution is maintained at 30 ° C. for 1 hour, followed by hydrolysis and polycondensation. And solidified, aged for 24 hours, and then dried at 60 ° C. to obtain a column-shaped sample.
<Example 4>
In Example 3, the obtained cylindrical monolith gel was heat-treated at 400 ° C. to obtain a hard monolith gel having an anatase phase of 2.1 mm in outer diameter. The sample was cut into a length of 150 mm, inserted into a polypropylene tube, heated at 150 ° C., and the polypropylene tube was contracted to form a column. Connection joints were attached to both ends, HPLC analysis was performed, and the retention of the phosphate compound was compared with that of a conventional type column.
As a comparative example, a titania-coated monolith was prepared by coating titanium monosilica (IV) isoproxide on a silica monolith having an outer diameter of 2.1 mm and a length of 150 mm with a pore size of 10 nm and heat-treating at 400 ° C. In the same manner as in Example 4. An HPLC column packed with 2.1 mm × 150 mm of a titania gel having a pore size of 10 nm and a particle diameter of 5 μm was prepared as a columnar column and a particle packed type column.
Adenosine without phosphate group, adenosine monophosphate with one phosphate group attached, adenosine diphosphate with two phosphate groups attached, and adenosine triphosphate with three phosphate groups attached in three columns The fade was analyzed and compared as a sample (each 1 μg / mL).
Experimental device:
Semi-micro HPLC compatible pump PU712,
UV-visible detector UV702 (semi-micro cell),
Data station EZChrom Elite (manufactured by GL Sciences Inc.),
Low diffusion stainless steel injector RHEODYNE 8125 (manufactured by Leodyne)
Experimental conditions:
Eluent 0.1M phosphate buffer (pH 7) / acetonitrile = 50/50
Flow rate 0.2mL / min
UV detection 260nm
Injection volume 0.1 μL
Column temperature Room temperature
The analysis result by Example 4 with this invention titania monolith is shown in FIG. 1-4 represent the following in the figure.
1: adenosine, 2: adenosine monophosphate, 3: adenosine diphosphate, 4: adenosine triphosphate
It was found that all four components were completely separated by the degree of phosphorylation and had high selectivity. This is probably because the contact with the sample is large because of the three-dimensional network structure.
The titania coating type of the comparative example has a property of retaining a phosphate compound, but adenosine monophosphate having a single adenosine and phosphate group does not separate into one peak (FIG. 17).
From this, it was found that even when a titania film having a similar structure was formed on the surface of a silica monolith, the inside of the pores was not coated and the selectivity was low.
In the titania particle type of another comparative example, although separation of four components was observed, the selectivity was lower than that of the monolith type of the present invention (FIG. 18).
It has been found that the titania monolith of the present invention is more selective than the silica coating type and the titania particle type, and has a large selective retention ability of the phosphate compound.
<Example 5>
To 17.404 g of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich), 2.645 mL of a 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution was added dropwise and stirred for 5 minutes. Distilled water (20.404 mL) was added dropwise thereto and stirred for 5 minutes, and then formamide (1.203 mL) was added dropwise and further stirred for 5 minutes to homogenize to obtain a sol-gel reaction solution. 5 mL of this reaction solution is placed in a cylindrical sealed container having a length of 200 mm and an inner diameter of 6 mm, and the container is placed in a constant temperature water bath, and the temperature of the sol-gel reaction solution is maintained at 30 ° C. for 1 hour, followed by hydrolysis and condensation polymerization. And solidified, aged for 24 hours, and then dried at 60 ° C. to obtain a rod-shaped titania monolith having a through hole diameter of 10 μm and an outer diameter of 3.3 mm.
This monolith was cut to a thickness of 1.5 mm with a diamond cutter to obtain a disk-like monolith. Baking at 450 ° C. gave a filter-like hard titania monolith having a diameter of 2.8 mm and a thickness of 1.2 mm.
Further, a titania-coated monolith was prepared by coating titanium (IV) isoproxide on a disk-like silica monolith having the same through-hole diameter and heat-treating at 400 ° C.
When these monoliths were continuously stirred in a 0.1 M aqueous sodium hydroxide solution overnight, they were dissolved in the titania coating type.
The titania monolith of the present invention was proved to be stable in an alkaline solution with no change in weight.
<Example 6>
In Example 5, the filter-like monolith stirred overnight in an alkaline solution was fused to a pipette tip with an ultrasonic fuser.
Using a pipette tip fused with this titania monolith as a pipetter, it was examined whether the phosphorylated peptide could be selectively concentrated and purified.
The concentration and purification process is as follows.
1. Adjust the pipetter scale to 200 μL.
2. Pipet 3 times with 50% aqueous acetonitrile (0.1-1% formic acid) for conditioning.
3. Pipette sample 20-25 times for adsorption.
4). Pipette with 50% acetonitrile + 0.5 KCl aqueous solution (0.1% formic acid) for washing.
5. For elution, pipette 10 times with 0.2 M phosphate buffer (pH 7.0) to obtain a sample.
10 μL of a mixed sample of standard phosphorylated peptide (TRDIYpETDYYRK) (0.01 mg / mL) and non-phosphorylated peptide (TRDIYETDYYRK) (0.05 mg / mL) was added to Inertsil® WP300 C185 μm (150 × 2.1 mm I.D. D.) Using a column, a 15-minute gradient analysis from 10% acetonitrile with 0.1% trifluoroacetic acid to 40% acetonitrile with 0.1% trifluoroacetic acid was performed, and detection was performed at UV 210 nm.
Experimental device:
HPLC pump GL7411 (built-in low pressure gradient unit),
Column oven GL-7430,
Autosampler GL-7420,
UV detector GL-7450
Dedicated software EZChrom Elite (manufactured by GL Sciences Inc.)
FIG. 19 shows the analysis result of an unpurified mixed sample that is not concentrated and purified. FIG. 20 shows the analysis result of the mixed sample purified by the above pipetting method using the titania monolith gel of the present invention. In FIG. 20, 1 and 2 represent the following.
1: Phosphorylated peptide
2: Non-phosphorylated peptide
Although the non-phosphorylated peptide is detected as it is in the sample that is not purified, it can be seen in FIG. 20 that only the phosphorylated peptide is purified and concentrated. The recovery rate was about 70%.
It was confirmed that the titania monolith of the present invention can purify phosphorylated peptides efficiently and with a high recovery rate.
Furthermore, in the same manner, a peptide obtained by trypsin digesting 50 μg of a β-casein (0.5 mg / mL) solution, which is an actual protein, was prepared as a sample and subjected to HPLC analysis.
10 μL of sample was transferred from 10% acetonitrile with 0.1% trifluoroacetic acid to 90% acetonitrile with 0.1% trifluoroacetic acid using an Inertsil® WP300 C185 μm (150 × 2.1 mm ID) column. A 15 minute gradient analysis was performed and detected at UV 210 nm. The apparatus used for the experiment is the same as that used for the analysis of the standard product.
Analysis of casein peptide digests without purification does not allow detection of phosphorylated peptides due to the inclusion of other peptides (FIG. 21).
However, as a result of pretreatment and concentration with a pipette tip fused with the titania monolith of the present invention, two phosphorylated peptides FQpSEEEQQQTEDELQDK (molecular weight: 2061) in the digested peptide of β casein,
RELEELNVPGEIVEpSLpSpSpSpSEESLTR (molecular weight: 3122) could be detected and identified (FIG. 22). In FIG. 22, 1 and 2 represent the following.
1: FQpSEEEQQQTEDELQDK (molecular weight: 2061)
2: RELEELNVPGEIVEpSLpSpSpSpSEESLTR (molecular weight: 3122)
Selective purification and recovery of trace amounts of phosphorylated peptides in protein digests of actual samples But It has been proved that it can respond well to in vivo metabolism studies.
Similar results can be obtained with titania-coated monoliths, but in biological samples that have been subjected to alkaline hydrolysis or the like, the monolith is dissolved and purification after neutralization is required.
The purification using the monolith of the present invention has alkali durability, does not require a neutralization step, and does not require complicated steps such as immobilized metal affinity chromatography, and easily and selectively purifies phosphorylated peptides. it can.
A Hamilton microlabaster, which is a pretreatment automation device, was used, and the titania monolith of the present invention was fused to the dedicated chip in the same manner to constitute a pretreatment chip to be used. Further, the above-described manual pipetting protocol was input into the apparatus, and purification was performed automatically. As a result of analysis, an equivalent chromatogram could be obtained.
As described above, the pretreatment can be automated by incorporating the titania monolith of the present invention into the automation apparatus.
<Example 7>
To 1.7 kg of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich), 264 mL of a 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution was added dropwise and stirred for 5 minutes. 2 L of distilled water was added dropwise thereto and stirred for 5 minutes, and then 150 mL of formamide was added dropwise and further stirred for 5 minutes to homogenize to obtain a sol-gel reaction solution. 500 mL of this reaction solution is placed in a cylindrical sealed container having a length of 200 mm and an inner diameter of 60 mm, the container is placed in a constant temperature water bath, and the temperature of the sol-gel reaction solution is maintained at 30 ° C. for 1 hour, followed by hydrolysis and condensation polymerization. And solidified, aged for 24 hours, and then dried at 60 ° C. to obtain a cylindrical monolith gel. Heat treatment was performed at 400 ° C. to obtain a hard monolith gel having an anatase phase and an outer diameter of 20 mm. The sample was cut into a length of 150 mm, inserted into a polypropylene tube, heated at 150 ° C., and the polypropylene tube was contracted to form a column.
This titania monolith column was chemically modified and compared with a conventional silica filler.
1 wt% butadiene monomer and 0.01 wt% azobisisobutyronitrile were dissolved in 1 L hexane based on the weight of titania monolith. While immersing the gel in this solution and reducing the pressure, the hexane solvent was evaporated and the reaction was carried out at 120 ° C. for 12 hours to chemically bond the butadiene polymer.
This chemically modified titania monolith was columned in the same manner as in Example 4.
As a comparative example, silica particles having a pore diameter of 10 nm were subjected to the same coating treatment and packed in a preparative column having an inner diameter of 20 mm and a length of 150 mm. 1 ml of a mixture of phenol, which is a weakly acidic sample, and pyridine, which is a basic sample, was injected, and fractionated with a 30% methanol eluent at a flow rate of 20 mL / min and detected at 300 nm UV.
Experimental device:
HPLC preparative system PLC561 (manufactured by GL Sciences Inc.)
1 and 2 shown in FIGS. 23 and 24 represent the following.
1: Phenol
2: Pyridine
FIG. 23 shows the analysis using the silica gel filler of the comparative example, but the pyridine which is a basic compound is adsorbed due to the influence of the silanol group and the peak is tailed. In the column chemically modified to the titania gel of the present invention, the reverse phase retention of phenol was obtained in the same manner, and further, there was no adsorption of pyridine and it was eluted quickly (FIG. 24).
The titania monolith of the present invention can add various characteristics by combining chemical species as in the conventional gel. There is no adsorption active site like silica gel, high chemical durability, no gel dissolution, and suitable for preparative chromatography used for purification.
<Example 8>
To 11.602 g of titanium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich), 1.9422 mL of a 35 wt% hydrochloric acid aqueous solution was added dropwise and stirred for 5 minutes. To this, polyethylene oxide (manufactured by Aldrich) MW: 10,000, 0.35 g was added, 1.39355 mL of distilled water was added dropwise, and the mixture was stirred for 5 minutes. Further, 1.7854 mL of N-methylformamide was added dropwise, and the mixture was further stirred and homogenized for 5 minutes to obtain a sol-gel reaction solution. Place 5 mL of this reaction solution in a PFA (perfluoroalkoxyalkane) tube with a length of 150 mm and an inner diameter of 6 mm, and seal both ends. Put the tube in a constant temperature water bath and keep the temperature of the sol-gel reaction solution at 30 ° C. for 1 hour. Then, it was subjected to hydrolysis and polycondensation, gelled, put into a stainless steel pressure vessel having an inner diameter of 50 mm and a length of 150 mm, subjected to hermetic heat treatment at 200 ° C., and fired at 400 ° C.
Specific surface area 153m 2 A controlled porous body of 3.9 mm × 50 mm having an average pore diameter of 13 nm and a through-hole diameter of 5 μm was obtained. A scanning electron micrograph of the obtained sample is shown in FIG.
The obtained porous body was inserted into a polypropylene tube, heated at 150 ° C., and the polypropylene tube was contracted to form a column. Attach connecting joints at both ends, perform HPLC analysis, adenosine monophosphate with one phosphate group, adenosine diphosphate with two phosphate groups, adenosine triphosphate with three phosphate groups Were analyzed and compared as samples (each 1 μg / mL). The apparatus used for the experiment is the same as that used in Example 4.
Experimental conditions:
Eluent 0.1M phosphate buffer (mixed with 1 potassium phosphate and 2 potassium phosphate) pH = 7 / ACN = 50/50
Detection wavelength 280nm
room temperature
Flow rate 0.5mL / min
Detection UV280nm
Injection volume 5μL
Column temperature Room temperature
FIG. 26 shows the analysis result of titania monolith in which the pore diameter is controlled by the hermetic heat treatment of the present invention. In FIG. 26, 1-3 represent the following.
1: Adenosine monophosphate
2: Adenosine diphosphate
3: Adenosine triphosphate
Since the pore size is appropriately controlled, the three components can be separated in a shorter time depending on the degree of phosphorylation. Compared to the packing type (Fig. 18), there is no tailing and the chromatogram has good objectivity. Obtained. It was demonstrated that the surface active state can be changed by hermetic heat treatment, and that a column applicable to high-speed analysis can be created by controlling the pore diameter.
<Example 9>
A zirconium dioxide monolith gel was prepared by coexisting polyethylene oxide, which is a water-soluble organic polymer, in a polar solvent in the same manner as titanium dioxide. First, 1.6742 mL of a 60 wt% nitric acid aqueous solution was dropped into 9.3594 g of zirconium (IV) n-propoxide (manufactured by Aldrich, 70 wt% in 1-propanol), and stirred for 5 minutes. Distilled water 6.9612mL was dripped at this, polyethylene oxide (made by Fluka company) MW: 35,000, 0.15g was added, and it stirred for 30 minutes. Further, 2.6781 mL of N-methylformamide was added dropwise and stirred for 5 minutes. When the obtained transparent solution was transferred to a sealed container and kept in a thermostat at 80 ° C., it solidified after about 1 hour. The solidified sample was aged for 24 hours and dried at 69 ° C. As a result, a porous zirconium dioxide gel was obtained (FIG. 27). By changing the amount of N-methylformamide added, the through-hole diameter of the porous body could be controlled in the range from 5 μm at the maximum to 1 μm at the minimum (FIG. 28). In FIG. 28, 1 and 2 represent the following.
1: N-methylformamide 2.66781 mL
2: N-methylformamide 2.9161 mL
It was demonstrated that the pore size can be made freely in the presence of water-soluble organic polymers.
Changes in the through-holes were also observed in the scanning electron micrograph (FIG. 27) of the example described in Example 9 and the scanning electron micrograph (FIG. 30) obtained by changing the amount of N-methylformamide added to 2.9161 mL. Observed.
<Example 9-1>
Furthermore, the change in crystal structure at the firing temperature was examined using the gel of Example 9. In the method of the present invention, it is amorphous at the time of solidification, but when heat-treated at a low temperature of 300 ° C., chemically stable tetragonal crystals or cubic crystals are obtained, and a porous structure is obtained. Furthermore, by firing at 1200 ° C., only the crystal structure can be changed without breaking the porous structure into a monoclinic single phase (FIG. 29). In FIG. 29, square plots represent monoclinic crystals, and round plots represent tetragonal crystals or cubic crystals.
Since the structure of the porous body is determined at the time of solidification of the gel, it can be freely selected according to the purpose depending on the shape of the sealed container. form Can be created. After that, it was proved that a crystal structure whose chemical properties change can be produced according to the purpose by firing.

この発明は、クロマトグラフィーカラムや吸着材として利用できる無機系多孔質体に関する。この発明の無機系多孔質体は、トリプシン、アルカリフォスファターゼ、グルコースイソメラーゼ等の酵素や白金、パラジウム等の触媒あるいは、オクタデシル基等の官能基が担持されて、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー等のクロマトグラフィー用カラムに好適に利用され得る。また、シリンジ先端やキャピラリー内部に固定して通液することにより、特定のリン酸化合物を分離あるいは濃縮するために用いることができる。また多数のタンパク質混合物から、特異吸着によって特定の性質をもったものだけを吸着・分離するために用いることができる。  The present invention relates to an inorganic porous material that can be used as a chromatography column or an adsorbent. The inorganic porous material of the present invention carries an enzyme such as trypsin, alkaline phosphatase or glucose isomerase, a catalyst such as platinum or palladium, or a functional group such as octadecyl group, and is used for chromatography such as liquid chromatography and gas chromatography. It can be suitably used for a chromatography column. Moreover, it can be used for separating or concentrating a specific phosphoric acid compound by passing the liquid while being fixed inside the syringe tip or inside the capillary. Moreover, it can be used for adsorbing and separating only those having specific properties by specific adsorption from a large number of protein mixtures.

Claims (22)

4族元素化合物より成り、孔径100nm以上で3次元網目状に連続した貫通孔と、この貫通孔を形成するゲル骨格に形成された孔径2〜100nmの細孔とを有し、貫通孔と細孔の容積の和に対して、細孔の占める容積率が10%以上であることを特徴とする無機系多孔質体。A through-hole composed of a Group 4 element compound and having a pore diameter of 100 nm or more and continuous in a three-dimensional network, and a pore having a pore diameter of 2 to 100 nm formed in a gel skeleton forming the through-hole. An inorganic porous material, wherein a volume ratio occupied by pores is 10% or more with respect to a sum of pore volumes. ゲル骨格1g当りの細孔の容積が10cm/g以下であって、貫通孔と細孔の容積の和に対して、貫通孔の占める容積率が20〜90%であることを特徴とする請求項1記載の無機系多孔質体。The pore volume per gram of the gel skeleton is 10 cm 3 / g or less, and the volume ratio of the through-holes is 20 to 90% with respect to the sum of the through-hole and pore volumes. The inorganic porous body according to claim 1. 4族元素化合物が、二酸化チタン(TiO)、二酸化ジルコニウム(ZrO)、二酸化ハフニウム(HfO)のいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の無機系多孔質体。The inorganic group according to claim 1 or 2 , wherein the Group 4 element compound is mainly composed of titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), or hafnium dioxide (HfO 2 ). Porous body. 4族元素化合物が、二酸化チタン(TiO)であることを特徴とする請求項1〜2の何れかに記載の無機系多孔質体。The inorganic porous body according to claim 1, wherein the group 4 element compound is titanium dioxide (TiO 2 ). 4族元素化合物が、二酸化ジルコニウム(ZrO)であることを特徴とする請求項1〜2の何れかに記載の無機系多孔質体。The inorganic porous body according to claim 1, wherein the group 4 element compound is zirconium dioxide (ZrO 2 ). 4族元素化合物は加水分解性金属化合物を原料とすることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の無機系多孔質体。The inorganic porous body according to any one of claims 1 to 5, wherein the Group 4 element compound uses a hydrolyzable metal compound as a raw material. 加水分解性金属化合物は金属アルコキシドであることを特徴とする請求項6記載の無機系多孔質体。The inorganic porous body according to claim 6, wherein the hydrolyzable metal compound is a metal alkoxide. 金属アルコキシドはチタンアルコキシドであることを特徴とする請求項7に記載の無機系多孔質体。The inorganic porous body according to claim 7, wherein the metal alkoxide is titanium alkoxide. 金属アルコキシドはジルコニウムアルコキシドであることを特徴とする請求項7記載の無機系多孔質体。8. The inorganic porous body according to claim 7, wherein the metal alkoxide is zirconium alkoxide. チタンアルコキシドはチタニウムn−プロポキシドであることを特徴とする請求項8記載の無機系多孔質体。The inorganic porous body according to claim 8, wherein the titanium alkoxide is titanium n-propoxide. ジルコニウムアルコキシドはジルコニウムn−プロポキシドであることを特徴とする請求項9記載の無機系多孔質体。The inorganic porous body according to claim 9, wherein the zirconium alkoxide is zirconium n-propoxide. 請求項1〜11の何れかに記載の無機系多孔質体を用いることを特徴とするクロマトグラフィーカラム。A chromatography column using the inorganic porous material according to claim 1. 請求項1〜11の何れかに記載の無機系多孔質体を用いることを特徴とするリン酸化合物の分離あるいは濃縮用吸着材料。An adsorption material for separating or concentrating a phosphoric acid compound, wherein the inorganic porous material according to any one of claims 1 to 11 is used. 請求項1〜11の何れかに記載の無機系多孔質体を用いることを特徴とする硫酸化合物の分離あるいは濃縮用吸着材料。An adsorption material for separating or concentrating a sulfuric acid compound, wherein the inorganic porous material according to any one of claims 1 to 11 is used. 酸性水溶液中に於いて、極性溶媒の存在下で、4族元素化合物を加水分解し、重合して反応溶液のゲル化を行なう工程、生成したゲルを焼成する工程を含むことを特徴とする4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。The method comprises hydrolyzing a group 4 element compound in an acidic aqueous solution in the presence of a polar solvent, polymerizing it to gel the reaction solution, and firing the resulting gel. 4 A method for producing an inorganic porous body made of a group element compound. 酸性水溶液中に於いて、極性溶媒の存在下で、4族元素化合物を加水分解し、重合して反応溶液のゲル化を行う工程、生成したゲルを密閉加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。It comprises a step of hydrolyzing a group 4 element compound in an acidic aqueous solution in the presence of a polar solvent, polymerizing it to gel the reaction solution, and a step of subjecting the resulting gel to a closed heat treatment. The manufacturing method of the inorganic type porous body which consists of a group 4 element compound. 酸性水溶液中に於いて、極性溶媒の存在下で、4族元素化合物を加水分解し、重合して反応溶液のゲル化を行う工程、生成したゲルを密閉加熱処理を行う工程、以上の工程により得られた多孔質ゲルを焼成する工程を含むことを特徴とする4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。In the acidic aqueous solution, in the presence of a polar solvent, the step of hydrolyzing the group 4 element compound and polymerizing it to gel the reaction solution, the step of subjecting the generated gel to a closed heat treatment, and the above steps The manufacturing method of the inorganic type porous body which consists of a group 4 element compound characterized by including the process of baking the obtained porous gel. 生成したゲル中の有機成分を除去する工程を含むことを特徴とする請求項15〜17の何れかに記載の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。The method for producing an inorganic porous body comprising a group 4 element compound according to any one of claims 15 to 17, further comprising a step of removing an organic component in the generated gel. 反応溶液中の水の濃度を変化させることにより、貫通孔径及び細孔径を制御することを特徴とする請求項15〜18の何れかに記載の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。The production of an inorganic porous body comprising a group 4 element compound according to any one of claims 15 to 18, wherein the through-hole diameter and the pore diameter are controlled by changing the concentration of water in the reaction solution. Method. 反応溶液中に強酸を滴下し、ゲル化反応速度を制御することにより、貫通孔径及び細孔径を制御することを特徴とする請求項15〜19の何れかに記載の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。The inorganic material comprising a group 4 element compound according to any one of claims 15 to 19, wherein a through-hole diameter and a pore diameter are controlled by dropping a strong acid into the reaction solution and controlling a gelation reaction rate. A method for producing a porous material. 密閉加熱処理によって、細孔径を制御することを特徴とする請求項16〜20の何れかに記載の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。21. The method for producing an inorganic porous body comprising a group 4 element compound according to any one of claims 16 to 20, wherein the pore diameter is controlled by hermetic heat treatment. 密閉加熱処理によって、多孔質体の比表面積を制御することを特徴とする請求項16〜21の何れかに記載の4族元素化合物より成る無機系多孔質体の製造方法。The method for producing an inorganic porous body comprising a group 4 element compound according to any one of claims 16 to 21, wherein the specific surface area of the porous body is controlled by hermetic heat treatment.
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