WO2020121805A1 - セルロースビーズの製造方法 - Google Patents

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WO2020121805A1
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cellulose
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solution
cellulose solution
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徹 柴田
裕道 大倉
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株式会社ダイセル
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    • C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C08J3/16—Powdering or granulating by coagulating dispersions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
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    • B01J20/281—Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/282—Porous sorbents
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C08J3/14—Powdering or granulating by precipitation from solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2301/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08J2301/02—Cellulose; Modified cellulose

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing cellulose beads.
  • ⁇ Polysaccharides such as cellulose and their derivatives are used for various purposes.
  • these microporous bodies can themselves serve as adsorbents, and their surfaces can be chemically modified to impart functions such as adsorption, separation, and catalysts.
  • Chromatography uses a separation agent in which some atomic group (often called a ligand) that interacts with a target substance or an impurity to be removed is bound to a solid called a matrix.
  • polysaccharides are heavily used as a matrix.
  • polysaccharides have many hydroxyl groups in the molecule, they can be used as scaffolds to easily bind ligands via ether bonds or ester bonds, which is also a major factor in the heavy use of polysaccharides. ..
  • a target molecule which is adsorbed by a method after binding a target molecule with a ligand having an affinity for the target molecule and adsorbing the target molecule The method of releasing and collecting is used.
  • the matrix is required to have a porous structure that allows the target molecule to freely enter and exit. In other words, when the column is packed with the matrix and size exclusion chromatography is performed, it is necessary to show an exclusion limit larger than the combined size of the molecule to be purified and the ligand.
  • the physical strength of the matrix is high in addition to the selectivity for the separation target. That is, a matrix having a low elastic modulus undergoes compressive deformation or breakage when a liquid or gas is flown in chromatography or filtration, and as a result, the flow of the liquid in the chromatography column becomes non-uniform and further clogged. This significantly reduces the separation efficiency of the column. High physical strength is an important property, and in this respect, cellulose is an excellent material among polysaccharides.
  • cellulose has an alcoholic hydroxyl group on its surface as a general characteristic of polysaccharides, it is possible to bond various atomic groups by chemical reaction, and a large amount of highly pure materials can be compared. There are advantages such as being cheaply available.
  • Patent Document 1 discloses a method in which a cellulose dispersion prepared by mixing a low temperature alkaline aqueous solution and a raw material cellulose powder is brought into contact with a coagulating solvent.
  • the method for producing cellulose beads described in Patent Document 1 by adding a coagulating solvent such as methanol to an emulsion of a cellulose dispersion containing an alkaline aqueous solution, the emulsion of the cellulose dispersion is coagulated to form the cellulose. Beads need to be generated. Therefore, according to the manufacturing method disclosed in Patent Document 1, a large number of cellulose beads having an irregular shape are produced, and it is difficult to produce spherical cellulose beads. Further, as seen in the examples of Patent Document 1, generally, in order to stabilize the dispersion state when dispersing a cellulose solution in a liquid medium, the liquid medium has a high viscosity and a specific gravity close to that of the cellulose solution.
  • a coagulating solvent such as methanol
  • Patent Document 2 there is disclosed a method in which a liquid obtained by dissolving cellulose in a mixed aqueous solution of alkali and urea or thiourea is sprayed and supplied to a coagulating liquid.
  • a liquid obtained by dissolving cellulose in a mixed aqueous solution of alkali and urea or thiourea is sprayed and supplied to a coagulating liquid.
  • such spraying of an alkaline solution has problems such as scattering around, a large particle size distribution, and distorted shapes of particles when the distance between the spray and the coagulating solution is short.
  • the main object of the present invention is to provide a novel method for producing cellulose beads, which can suitably produce spherical cellulose beads.
  • step 1 of preparing a coagulation bath having at least a first liquid medium phase and a second liquid medium phase, and supplying a cellulose solution to the first liquid medium phase of the coagulation bath to produce the first liquid medium.
  • step 2 of forming a particulate (spherical) cellulose solution in the phase, and supplying the particulate cellulose solution of the first liquid medium phase to the second liquid medium phase to obtain the particulate cellulose solution.
  • spherical cellulose beads are preferably produced by the method for producing cellulose beads including the step 3 of coagulating.
  • the present invention has been completed by further studies based on these findings.
  • Item 4. Item 4. The method for producing cellulose beads according to any one of Items 1 to 3, wherein in Step 2, the cellulose solution is supplied to the first liquid medium phase from the tip of a nozzle.
  • Item 5. Item 5.
  • the first liquid medium phase is an upper layer and the second liquid medium phase is a lower layer, Item 6.
  • Example 1 is an image of an electron micrograph of cellulose beads obtained in Example 1.
  • 4 is an image of an electron micrograph of cellulose beads obtained in Comparative Example 1. It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the cellulose bead of this invention.
  • the method for producing cellulose beads of the present invention comprises the step 1 of preparing a coagulation bath having at least a first liquid medium phase and a second liquid medium phase, and supplying a cellulose solution to the first liquid medium phase of the coagulation bath. Step 2 of forming a particulate cellulose solution in the first liquid medium phase, and supplying the particulate cellulose solution of the first liquid medium phase to the second liquid medium phase to obtain the particulate cellulose. And a step 3 for solidifying the solution.
  • the method for producing cellulose beads of the present invention can favorably produce spherical cellulose beads by satisfying these constitutions.
  • the method for producing the cellulose beads of the present invention will be described in detail.
  • a coagulation bath having a first liquid medium phase and a second liquid medium phase is prepared.
  • the coagulation bath only needs to have at least a first liquid medium phase and a second liquid medium phase, and another liquid medium different from the first liquid medium phase and the second liquid medium phase. You may provide a phase.
  • the first liquid medium phase is composed of a liquid medium having low compatibility with the cellulose solution described later.
  • step 2 described below when the cellulose solution is supplied to the first liquid medium phase, a particulate cellulose solution is formed. That is, the liquid medium that constitutes the first liquid medium phase constitutes the dispersion medium of the cellulose solution.
  • the second liquid medium phase is composed of a liquid medium that coagulates the cellulose contained in the cellulose solution.
  • the particulate cellulose solution in the first liquid medium phase is supplied to the second liquid medium phase, the cellulose solution comes into contact with the liquid medium constituting the second liquid medium phase to coagulate the cellulose and cellulose beads. Is generated.
  • the liquid medium forming the second liquid medium phase functions as a coagulating solvent.
  • Cellulose beads produced by the production method of the present invention are usually porous cellulose beads, although they vary depending on the configurations of the cellulose solution, the first liquid medium phase, and the second liquid medium phase.
  • the liquid medium constituting the first liquid medium phase is not particularly limited as long as it has low compatibility with the cellulose solution described later, and for example, a known medium as a dispersion medium for forming an emulsion of the cellulose solution may be used.
  • a droplet of a cellulosic solution is delivered to the second liquid medium phase by falling by weight instead of stirring, and when the nozzle is immersed in the first liquid medium phase, it is generally used.
  • Liquids having low viscosity and low specific gravity are more preferable rather than the high viscosity and high specific gravity liquid used.
  • pentane, hexane, heptane, octane, nonane and decane having 5 or more carbon atoms are preferable.
  • diethyl ether, methyl tertiary butyl ether, methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate are also preferable.
  • the combination with the second liquid medium phase be two phases.
  • the liquid medium includes a sorbitan laurate, sorbitan stearate, sorbitan oleate, sorbitan fatty acid ester such as sorbitan trioleate, glycerin fatty acid ester, dispersion stabilizer such as polyglycerin fatty acid ester.
  • sorbitan laurate sorbitan laurate
  • sorbitan stearate sorbitan oleate
  • sorbitan fatty acid ester such as sorbitan trioleate
  • glycerin fatty acid ester glycerin fatty acid ester
  • dispersion stabilizer such as polyglycerin fatty acid ester.
  • the addition is indispensable in order to suppress reaggregation of the droplets.
  • the droplets of the cellulose solution when the droplets of the cellulose solution are supplied to the first liquid medium phase, the droplets can be transferred to the second liquid medium phase, and in this case, the first liquid medium can be transferred.
  • the density of the droplets in the medium phase is kept low, and the probability of deformation or collision fusion due to contact between droplets is low. Therefore, it is not always necessary to add a dispersion stabilizer, and as a result, not only the cost of the dispersion stabilizer becomes unnecessary, but also the generated beads can be separated and washed much easier. Therefore, in the present invention, it is preferable to carry out step 2 and step 3 described later simultaneously in parallel. Further, the dispersion stabilizer (surfactant) may not be added to the first liquid medium phase.
  • the liquid medium constituting the second liquid medium as long as it forms two phases when it comes into contact with the first liquid medium, and when it comes into contact with the cellulose solution described later, it solidifies the cellulose in the cellulose solution, It is not particularly limited and, for example, a known solvent as a coagulating solvent for the cellulose solution can be used.
  • liquid medium that constitutes the second liquid medium phase examples include water and alcohol, and by using alcohol in particular, the pores of the produced cellulose beads can be made smaller than when water is used. Further, it is preferable to use alcohol because the sphericity is improved. When a mixed solvent of water and alcohol is used, the size of the pores of the cellulose beads can be arbitrarily adjusted depending on the mixing ratio.
  • the liquid medium constituting the second liquid medium phase may be one type or two or more types.
  • the alcohol is not particularly limited, but an alcohol having 6 or less carbon atoms is preferable, an alcohol having 4 or less carbon atoms is more preferable, and methanol is most preferable.
  • the liquid medium forming the second liquid medium phase may be an aqueous alcohol solution.
  • the liquid medium that constitutes the second liquid medium phase is also preferably acidic.
  • acidification is preferable because it neutralizes the alkalinity of the cellulose solution described below and causes rapid coagulation.
  • the component which makes the liquid medium acidic is not particularly limited, and inorganic acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid, organic acids such as acetic acid, citric acid and tartaric acid, and those having a buffering effect such as phosphoric acid and carbonic acid, It can be used widely.
  • the liquid medium that constitutes the second liquid medium phase is acidic means that the pH of the liquid medium is less than 7.0.
  • the pH is preferably 5.0 or lower, more preferably 4.0 or lower, further preferably 3.0 or lower, and particularly preferably 2.0 or lower.
  • the lower limit of the pH is not particularly limited, but is preferably 0.0 or more.
  • a salt when the liquid medium is mainly water, it is also preferable to add a salt because rapid solidification is caused. Examples of such salts include sodium chloride, sodium sulfate, sodium acid sulfate, ammonium chloride, ammonium sulfate and the like.
  • the first liquid medium phase 1 is the upper layer and the second liquid medium phase 2 is the lower layer.
  • the particulate cellulose solution 10 of the first liquid medium phase 1 is supplied to the second liquid medium phase 2 by gravity in step 3 described later.
  • the cellulose solution 10 supplied to the first liquid medium phase 1 is free by gravity. It falls and moves from the first liquid medium phase 1 to the second liquid medium phase 2, and the cellulose beads 20 are produced.
  • the first liquid medium phase 1 and the second liquid medium phase 2 are in contact with each other. Since the first liquid medium phase 1 and the second liquid medium phase 2 are in contact with each other, the particulate cellulose solution 10 formed in the first liquid medium phase 1 is rapidly supplied to the second liquid medium phase 2. can do. Note that another liquid medium phase may be provided between the first liquid medium phase 1 and the second liquid medium phase 2.
  • liquid medium having low compatibility is used as the liquid medium forming the first liquid medium phase 1 and the second liquid medium phase 2, respectively. ..
  • the liquid medium having low solubility can be appropriately selected from those described above.
  • the liquid medium forming the first liquid medium phase 1 is more than the liquid medium forming the second liquid medium phase 2. It is preferable to select one having a small specific gravity.
  • Each of these liquid media can also be appropriately selected from those described above. In many cases, the first liquid medium phase and the second liquid medium phase are partially mixed with each other.
  • the degree of this mixing may have some influence on the shape and fine structure of the particles, but it is necessary to adjust the degree of mixing with each other by mixing each phase into a mixed solution or adding salts. It is possible to adjust the shape and fine structure of the. Further, a combination of water and methyl acetate, which is originally completely miscible, can be made into two phases by adding a salt.
  • step 2 of the method for producing cellulose beads of the present invention the cellulose solution is supplied to the first liquid medium phase of the coagulation bath to form a particulate cellulose solution in the first liquid medium phase.
  • the liquid medium forming the first liquid medium phase is as described above.
  • the cellulose solution supplied to the first liquid medium phase has low compatibility with the liquid medium forming the first liquid medium phase, and solidifies when contacted with the liquid medium forming the second liquid medium phase described above.
  • cellulose is dissolved in the following solvent. Dimethylacetamide containing lithium chloride, copper hydroxide ammonia aqueous solution, ionic liquid, quaternary ammonium hydroxide aqueous solution, alkali hydroxide aqueous solution containing urea or thiourea, alkali hydroxide aqueous solution, or the like, selected from known cellulose solvents. It is a thing.
  • solution refers to a solution that contains a certain amount of cellulose, exhibits fluidity, and solidifies when it comes into contact with a coagulating liquid (second liquid medium). It does not matter whether the partially associated material remains or the fine fibrous material is merely dispersed (sometimes referred to as a dispersion).
  • a cellulose solution Preparation of a cellulose solution will be specifically described below by taking an example of using a urea-alkali hydroxide aqueous solution as a solvent.
  • the alkali contained in the aqueous alkali hydroxide solution is preferably lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or quaternary ammonium hydroxide, and sodium hydroxide is most preferable from the viewpoint of product safety, price, and good dissolution or dispersion. ..
  • the alkali concentration of the alkaline aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 3 to 20% by mass. When the alkali concentration is in this range, the dispersibility/swelling property and the solubility of the cellulose in the alkali aqueous solution become high, which is preferable.
  • the more preferable alkali concentration is 5 to 15% by mass, further preferably 7 to 10% by mass, and most preferably 8 to 10% by mass.
  • Urea or thiourea is further added to the above alkaline aqueous solution, and the concentration of urea or thiourea in this case is preferably 10 to 15%.
  • the three components cellulose, alkali hydroxide, urea or thiourea
  • the order of addition is appropriately selected to optimize the dissolution state of cellulose.
  • a transparent cellulose solution is obtained by cooling the slurry thus obtained under the conditions described later.
  • a cloudy liquid in which cellulose is dispersed in an alkaline aqueous solution containing no urea is defined as a “cellulose dispersion liquid”, and it is disclosed that this can also be a raw material of beads, but such a system is also suitable. Even if it has liquidity, it is still not a target to which the present invention is applied.
  • cellulose solution refers to a solution containing 10% by mass or less of cellulose, capable of flowing, and coagulating under appropriate conditions, regardless of whether the cellulose in the liquid is in a molecular dispersion state or an association state.
  • the cellulose solution means a liquid containing cellulose, and a dispersion liquid in which cellulose is dispersed in the liquid, and the cellulose is dissolved in the liquid. It is a concept including a solution.
  • the cellulose solution contains cellulose, and the form thereof may be either dispersion/dissolution or a mixed state thereof.
  • Cellulose may be any as long as the solution forms droplets and can be returned to a solid by coagulation, but it is excellent in solubility, low in viscosity, and easy to handle. Therefore, so-called microcrystalline cellulose to which mild acid hydrolysis is added, cellulose regenerated from cellulose acetate by deacetylation, rayon fiber and the like are preferable.
  • the molecular weight of cellulose is not particularly limited, but the degree of polymerization is preferably 1000 or less. When the degree of polymerization is 1000 or less, dispersibility/swellability in an alkaline aqueous solution becomes high, which is preferable. Further, if the degree of polymerization is 10 or more, the mechanical strength of the obtained cellulose beads is increased, which is preferable. A more preferable range of the degree of polymerization is 50 or more and 500 or less, more preferably 100 or more and 400 or less, and particularly preferably 150 or more and 300 or less.
  • cellulose with improved solubility include dissolving pulp.
  • the mixing conditions of the alkaline aqueous solution and the cellulose are not particularly limited as long as the cellulose solution can be obtained.
  • cellulose may be added to the alkaline aqueous solution, or the alkaline aqueous solution may be added to the cellulose.
  • Cellulose may be suspended in water before mixing with the alkaline aqueous solution.
  • the concentration of cellulose in the cellulose solution is preferably 1 to 10% by mass. If it is 1% by mass or more, the mechanical strength of the obtained beads will be large, and if it is 10% by mass or less, the viscosity of the cellulose solution will be low and the supply to the first liquid medium phase will be easy, which is preferable. ..
  • the concentration of cellulose is more preferably 2 to 6% by mass, further preferably 3 to 5% by mass. The cellulose concentration in this cellulose solution does not include the amount that could not be dissolved/dispersed/swelled and became non-uniform.
  • the temperature at the time of preparing the cellulose solution is not particularly limited, but for example, cellulose and an alkaline aqueous solution containing urea or thiourea are mixed at room temperature, cooled to a low temperature with stirring, and then returned to a temperature that is easy to handle. This preferably forms a cellulose solution.
  • the temperature for cooling to a low temperature is, for example, 0°C to -30°C, preferably about -5°C to -15°C.
  • the temperature of the cellulose solution is, for example, ⁇ 10 to 40 from the viewpoint of reducing the viscosity of the cellulose solution and making it easier to supply the cellulose solution to the first liquid medium phase.
  • the temperature of the first liquid medium phase at this time may be the same as the temperature of the cellulose solution, and in order to optimize the microstructure, the temperature is in the range of ⁇ 10° C. to 50° C. There may be different temperatures between the freezing point and the boiling point of.
  • the diameter of the cellulose solution supplied to the first liquid medium phase can be appropriately adjusted according to the size of the target cellulose beads, and is, for example, 10 to 1000 ⁇ m, preferably 20 to 200 ⁇ m.
  • the method of supplying the cellulose solution to the first liquid medium phase is not particularly limited, but from the viewpoint of suitably forming a particulate cellulose solution in the first liquid medium phase, the cellulose solution is first supplied from the tip of the nozzle. Preference is given to feeding in the medium phase.
  • the discharge hole diameter and shape are not limited as long as the cellulose solution is discharged and droplets of the cellulose solution are formed in the first liquid medium phase.
  • the tip shape of the nozzle it is preferable that the opening at the tip has a circular diameter.
  • the discharge hole diameter may be appropriately adjusted according to the size of the target cellulose beads, and is, for example, 10 to 500 ⁇ m, preferably 50 to 200 ⁇ m.
  • the tip of the nozzle may be dropped into the first liquid medium phase after the jetted liquid column is spontaneously made into droplets in the gas phase in air or an inert gas, and more preferably.
  • the discharge of the cellulose solution from the nozzle can be performed by supplying the pressurized cellulose solution to the nozzle.
  • a double-tube nozzle may be used to flow the cellulose solution from the inner tube and the first liquid medium phase or a liquid mixed therewith from the outer tube to facilitate droplet formation.
  • the gas is not discharged from the nozzle (no assistance by gas flow is used) when the cellulose solution is discharged from the nozzle. .. That is, when the gas is discharged from the nozzle, turbulent flow (stirring) occurs in the gas flow and the first liquid medium phase, which adversely affects the shape and uniformity of the particle size of the cellulose particles.
  • the method for producing cellulose beads of the present invention by discharging droplets of the cellulose solution from the nozzle, it is not necessary to use a gas supply system for forming the droplets of the cellulose solution. Therefore, mist is not generated, and the particle size distribution of the formed cellulose solution can be reduced. Further, since an exhaust treatment system is not necessary, it is easy to simplify the device. Furthermore, since there is no turbulent flow due to airflow spraying, it is possible to generate highly uniform cellulose beads.
  • the specific gravities of the cellulose solution, the first liquid medium phase, and the second liquid medium phase are adjusted, and in the coagulation bath 3, the first liquid medium phase 1 is the upper layer and the second liquid medium phase 2 is the lower layer,
  • the cellulose solution 10 supplied to the first liquid medium phase is allowed to freely fall by gravity to be made into particles in the first liquid medium phase and moved to the second liquid medium phase.
  • step 3 of the method for producing cellulose beads of the present invention the particulate cellulose solution of the first liquid medium phase is supplied to the second liquid medium phase to coagulate the particulate cellulose solution.
  • the liquid medium forming the second liquid medium phase is as described above.
  • the particulate cellulose solution formed in step 2 When the particulate cellulose solution formed in step 2 is supplied to the second liquid medium phase, the particulate cellulose solution comes into contact with the liquid medium of the second liquid medium phase, and the cellulose coagulates to form the cellulose beads. It is formed. As described above, the cellulose beads thus formed are usually porous.
  • the specific gravities of the cellulose solution, the first liquid medium phase, and the second liquid medium phase are adjusted and the first liquid medium phase 1 is the upper layer and the second liquid medium phase 2 is the lower layer in the coagulation bath 3,
  • the granular cellulose solution 10 formed in the first liquid medium phase is allowed to freely fall by gravity and supplied to the second liquid medium phase to be solidified to produce cellulose beads.
  • the cellulose solution When the cellulose solution is supplied to the second liquid medium phase, there is little possibility of freezing or denaturation of the cellulose solution in the range of ⁇ 10 to 50° C., and the freezing point and boiling point of the first liquid medium phase and the second liquid medium phase.
  • the optimum temperature for the desired quality can be selected within the range.
  • the first liquid medium phase and the second liquid medium phase are allowed to stand.
  • weak agitation of 1 rpm or less may be added to alleviate changes in the medium composition and solid content due to addition of the cellulose solution.
  • the diameter of the cellulose beads obtained by the production method of the present invention is appropriately adjusted according to the purpose, but is, for example, 10 to 5000 ⁇ m, preferably 20 to 1000 ⁇ m.
  • spherical cellulose beads can be continuously produced by continuously supplying the cellulose solution to the first liquid medium phase and the second liquid medium phase.
  • the first liquid medium phase, the second liquid medium phase, and the produced beads are appropriately extracted and replenished, continuous production for a longer time becomes possible.
  • the addition of the dispersion stabilizer and the limitation of the dispersion medium, which are necessary for coagulating the cellulose solution are eliminated, which also facilitates the post-treatment.
  • the obtained cellulose beads can be washed by an appropriate method using water or an alcohol such as methanol or ethanol, and can be stored in a state of normal water and humidity.
  • an alcohol such as methanol or ethanol
  • sugars, glycerin, etc. are added in appropriate amounts.
  • preservatives such as alcohol or sodium azide to prevent spoilage. Further, it can be dried in a state where glycerin, sugars, urea and the like are added.
  • the particle diameter (maximum diameter) is 10 ⁇ m to 300 ⁇ m, if necessary, by known appropriate classification.
  • Those having a substantially spherical to spherical shape can be selected and used as a packing material for chromatography, for example. Chromatography can include size exclusion chromatography.
  • a matrix having pores of a size sufficient for the entry of these substances In general, in order to separate and purify useful molecules such as those produced by biotechnology, such as hormones, enzymes and antibodies, it is preferable to use a matrix having pores of a size sufficient for the entry of these substances. That is, when gel filtration chromatography is performed with water as a mobile phase using a column packed with porous cellulose beads, fractionation occurs in some molecular weight range of approximately 10 3 to 10 7 in terms of the molecular weight of polyethylene glycol. Is desirable.
  • the size of the pores of the porous cellulose beads can be adjusted by the type and composition of the liquid medium constituting the above-mentioned cellulose solution, the first liquid medium phase and the second liquid medium phase, the temperature conditions, and the like.
  • an adsorbent can be produced by immobilizing an affinity ligand on the porous cellulose beads obtained by the above-mentioned production method. That is, in the method for producing cellulose beads of the present invention, an adsorbent having an affinity ligand bound thereto can be produced by further including the step of immobilizing the affinity ligand. This adsorbent can also be used as a separating agent for affinity chromatography.
  • Example 1 Production of cellulose beads>
  • a 1 L graduated cylinder was used as a coagulation bath and 500 mL of hexane and 400 mL of methanol were put into the coagulation bath, two layers were formed in which hexane (first liquid medium phase) was located in the upper layer and methanol (second liquid medium phase) was located in the lower layer.
  • the cellulose solution obtained above is placed in a pressure-resistant container having upper and lower entrances, liquid paraffin is injected from the upper port using a liquid chromatography pump for liquid chromatography, and this pressure causes the cellulose solution to flow from the lower port.

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Abstract

球状のセルロースビーズを好適に製造することができる、新規なセルロースビーズの製造方法を提供する。　第１液状媒体相及び第２液状媒体相を有する凝固浴を準備する工程１と、　前記凝固浴の前記第１液状媒体相にセルロース溶液を供給して、前記第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を形成する工程２と、　前記第１液状媒体相の前記粒子状のセルロース溶液を、前記第２液状媒体相に供給し、前記粒子状のセルロース溶液を凝固させる工程３と、 を備える、セルロースビーズの製造方法。

Description

セルロースビーズの製造方法
　本発明は、セルロースビーズの製造方法に関する。
　セルロースを代表とする多糖およびその誘導体は、さまざまな用途に利用されている。例えば、これらの微多孔質体は、それ自体が吸着剤となりうるし、またその表面に何らかの化学修飾を行うことにより、吸着や分離、触媒などの機能が付与できる。
　近年、酵素利用の普及、バイオ医薬の開発などにより、タンパク質を始めとする生体高分子の分離精製は、重要な技術的課題の一つとなっている。これを解決するための重要な手段がクロマトグラフィーである。クロマトグラフィーでは、目的物あるいは除去対象となる不純物と相互作用する何らかの原子団（しばしばこれをリガンドと呼ぶ）をマトリクスと呼ばれる固体に結合した分離剤が用いられる。
　タンパク質の非特異吸着がないことは、生体高分子を分離するための材料として極めて重要な特性であり、そのために多糖類がマトリクスとして重用されている。また、多糖類は分子内に水酸基を多く持つため、これを足場としてエーテル結合やエステル結合を介して容易にリガンドを結合することが出来、これも多糖類が重用される大きな要因となっている。
　また、生体高分子を分離精製するためには、一般的に、マトリクスに目的とする分子と何らかの親和性をもつリガンドを結合し、目的分子を吸着させた後に、何らかの方法で吸着させた目的分子を遊離させて回収する方法を用いる。多量の目的分子を得るためには、多量のリガンドを結合することができることが求められる。さらに、そのリガンドと分子量の大きい生体高分子を効率よく相互作用させるために、マトリクスが、目的分子が自由に出入りできるような多孔質構造を備えていることが求められる。言い換えれば、該マトリクスをカラムに充填してサイズ排除クロマトグラフィーを行ったときに、精製したい分子とリガンドを併せたサイズよりも大きい排除限界を示すことが必要である。
　このようなマトリクスは、多くの場合、粒子としてカラムと呼ばれる管の中に充填して用いられる。
　このようなマトリクスの使いやすさの要因として、分離対象に対する選択性に加えて、その物理強度の高さが挙げられる。すなわち、弾性率の低いマトリクスは、クロマトグラフィーやろ過において液体や気体を流したときに、圧縮変形や破断を被り、その結果クロマトグラフィーカラム内の液の流れが不均一になり、さらには閉塞することにより、カラムの分離効率を著しく低下させる。物理的強度の高さは重要な特性であり、この点において、セルロースは、多糖類の中でも優れた材料となっている。
　他にも、セルロースは、多糖の一般的な特徴としてその表面にアルコール性水酸基を持つため、化学反応によって多様な原子団を結合することが可能であること、純度の高い素材が多量に、比較的安価に入手できることなどの利点がある。
　以上の理由から、生体高分子の分離精製を主目的とする多孔質セルロース媒体が開発されている。これを製造するための方法としては、セルロースを何らかの方法で溶かした後、再生する方法が知られている。一方、有機酸エステルを出発原料にする方法もいくつか見られる。これは、セルロースそのものを直接溶解することは、特殊な溶媒を必要としたり、溶液の粘度が非常に高いなどの難しさがあるのに対し、有機酸エステルは多くの溶媒に溶かすことができること、セルロースの有機酸エステルが、さまざまな有機酸とのさまざまな結合率、また重合度で、安定した品質の下、工業的に供給されること、また容易にエステル結合を分解し、セルロースを再生できることなどの利点を利用したものである。
　多孔質セルロースビーズの製造方法として、例えば特許文献１には、低温のアルカリ水溶液と原料セルロース粉末とを混合して作製したセルロース分散液を、凝固溶媒に接触させる方法が開示されている。
国際公開第２０１４／０３８６８６号 特開２０１３－１３３３５５号公報 特開２０１１－２３１１５２号公報
　例えば特許文献１に記載されたセルロースビーズの製造方法によれば、アルカリ水溶液を含むセルロース分散液のエマルション中に、メタノールなどの凝固溶媒を添加することで、セルロース分散液のエマルションを凝固させてセルロースビーズを生成させる必要がある。このため、特許文献１に開示された製造方法によれば、いびつな形状を有するセルロースビーズが数多く生成され、球状のセルロースビーズを生成することは困難であるという問題がある。また、特許文献１の実施例でも見られるように、一般にセルロース溶液を液状媒体に分散させる際に分散状態を安定にするために、該液状媒体は粘度の高いもの、比重がセルロース溶液に近いものを選び、またソルビタンエステルなどの分散安定剤を添加する必要があった。その結果、媒体として含ハロゲン液体媒体を用いる必要があったり、該媒体や分散安定剤の洗浄除去の負荷が大きくなるなどの問題があった。
　また、例えば特許文献２に記載されたセルロースビーズの製造方法によれば、セルロースをアルカリと尿素あるいはチオ尿素の混合水溶液に溶解した液を噴霧し、凝固液に供給する方法が開示されているが、このようなアルカリ液のスプレーによる噴霧は周辺に飛散する、粒径に大きい分布が生じる、スプレーと凝固液の距離が近いと生成する粒子の形状がいびつになるなどの問題がある。
　このような状況下、本発明は、球状のセルロースビーズを好適に製造することができる、新規なセルロースビーズの製造方法を提供することを主な目的とする。
　本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、少なくとも、第１液状媒体相及び第２液状媒体相を有する凝固浴を準備する工程１と、前記凝固浴の前記第１液状媒体相にセルロース溶液を供給して、前記第１液状媒体相中に粒子状（球状）のセルロース溶液を形成する工程２と、前記第１液状媒体相の前記粒子状のセルロース溶液を、前記第２液状媒体相に供給し、前記粒子状のセルロース溶液を凝固させる工程３とを備えるセルロースビーズの製造方法によれば、球状のセルロースビーズが好適に製造されることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて、更に検討を重ねることにより完成したものである。
項１．　第１液状媒体相及び第２液状媒体相を有する凝固浴を準備する工程１と、
　前記凝固浴の前記第１液状媒体相にセルロース溶液を供給して、前記第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を形成する工程２と、
　前記第１液状媒体相の前記粒子状のセルロース溶液を、前記第２液状媒体相に供給し、前記粒子状のセルロース溶液を凝固させる工程３と、
を備える、セルロースビーズの製造方法。
項２．　前記凝固浴において、前記第１液状媒体相と前記第２液状媒体相とが接触している、項１に記載のセルロースビーズの製造方法。
項３．　前記工程２と前記工程３を同時並行して行う、項１又は２に記載のセルロースビーズの製造方法。
項４．　前記工程２において、前記セルロース溶液は、ノズルの先端から前記第１液状媒体相に供給される、項１～３のいずれか１項に記載のセルロースビーズの製造方法。
項５．　前記ノズルの先端は、前記第１液状媒体相中に存在している、項４に記載のセルロースビーズの製造方法。
項６．　前記凝固浴において、前記第１液状媒体相が上層であり、前記第２液状媒体相が下層であり、
　前記工程３において、重力によって、前記第１液状媒体相の前記粒子状のセルロース溶液を、前記第２液状媒体相に供給する、項１～５のいずれか１項に記載のセルロースビーズの製造方法。
　本発明によれば、球状のセルロースビーズを好適に製造することができる、新規なセルロースビーズの製造方法を提供することができる。
実施例１で得られたセルロースビーズの電子顕微鏡写真の画像である。 比較例１で得られたセルロースビーズの電子顕微鏡写真の画像である。 本発明のセルロースビーズの製造方法を説明するための模式図である。
　本発明のセルロースビーズの製造方法は、少なくとも、第１液状媒体相及び第２液状媒体相を有する凝固浴を準備する工程１と、凝固浴の前記第１液状媒体相にセルロース溶液を供給して、前記第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を形成する工程２と、第１液状媒体相の前記粒子状のセルロース溶液を、前記第２液状媒体相に供給し、前記粒子状のセルロース溶液を凝固させる工程３とを備えることを特徴としている。本発明のセルロースビーズの製造方法は、これらの構成を充足することにより、球状のセルロースビーズを好適に製造することができる。以下、本発明のセルロースビーズの製造方法について詳述する。
（工程１）
　本発明のセルロースビーズの製造方法の工程１においては、第１液状媒体相及び第２液状媒体相を有する凝固浴を準備する。後述の通り、本発明において、凝固浴は、少なくとも第１液状媒体相及び第２液状媒体相を有していればよく、第１液状媒体相及び第２液状媒体相とは異なる他の液状媒体相を設けてもよい。
　凝固浴において、第１液状媒体相は、後述するセルロース溶液と相溶性の低い液状媒体により構成されている。後述の工程２において、第１液状媒体相にセルロース溶液が供給されると、粒子状のセルロース溶液が形成される。すなわち、第１液状媒体相を構成する液状媒体は、セルロース溶液の分散媒を構成する。また、第２液状媒体相は、セルロース溶液に含まれるセルロースを凝固させる液状媒体により構成されている。第１液状媒体相中の粒子状のセルロース溶液が、第２液状媒体相に供給されると、セルロース溶液が第２液状媒体相を構成する液状媒体に接触して、セルロースが凝固し、セルロースビーズが生成する。すなわち、第２液状媒体相を構成する液状媒体は、凝固溶媒として機能する。本発明の製造方法によって製造されるセルロースビーズは、セルロース溶液、第１液状媒体相、及び第２液状媒体相の構成によっても異なるが、通常、多孔質セルロースビーズである。
　第１液状媒体相を構成する液状媒体としては、後述するセルロース溶液と相溶性の低いものであれば特に制限されず、例えばセルロース溶液のエマルションを形成する分散媒として公知のものなどを使用することができる。後述のように、セルロース溶液の液滴を、撹拌によらず、重量による落下により第２液状媒体相に送達する場合、またノズルを第１液状媒体相中に浸漬する場合には、一般的に用いられる高粘度、高比重液体ではなく、むしろ低粘度、低比重の液体がより好ましい。このような液体を例示するなら、炭素数１０以下からなる炭化水素、より好ましくは飽和炭化水素である。扱いやすさや安全性の観点から炭素数は５以上であるペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンが好ましい。またジエチルエーテル、メチルターシャリブチルエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルも同様に好ましい。ただし、後述のように、第２液状媒体相との組み合わせが２相になることが必要である。
　また、従来のセルロースビーズの製造方法において、液状媒体には、ソルビタンラウレート、ソルビタンステアレート、ソルビタンオレエート、ソルビタントリオレエートなどのソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステルなどの分散安定剤（界面活性剤）が添加されている。例えば特許文献３に開示されるように、一旦油中水型エマルジョンを形成し、これを凝固液に接触させる従来一般的に用いられる方法においては、好ましくはこれらを添加してもよいと記載されている場合であっても、実質的には液滴の再凝集を抑制するために添加が不可欠である。しかしながら、本発明において、セルロース溶液の液滴が第１液状媒体相に供給されると並行して、当該液滴の第２液状媒体相への移行を行うことができ、この場合、第１液状媒体相内における液滴の密度は低く保たれ、液滴同士の接触による変形や衝突融合の確率は低くなる。このため分散安定剤を添加することは必ずしも必要でなくなり、その結果、分散安定剤のコストが不要となるだけでなく、生成したビーズの分離、洗浄をはるかに容易にすることができる。従って、本発明においては、後述する工程２と工程３を同時並行して行うことが好ましい。また、第１液状媒体相には、分散安定剤（界面活性剤）を添加しなくてもよい。
　第２液状媒体を構成する液状媒体としては、第１液状媒体と接触した場合には２相を形成し、かつ後述するセルロース溶液と接触すると、セルロース溶液中のセルロースを凝固させるものであれば、特に制限されず、例えばセルロース溶液の凝固溶媒として公知のものなどを使用することができる。
　第２液状媒体相を構成する液状媒体の具体例としては、水、アルコールが挙げられ、特にアルコールを用いることにより、水を用いた場合に比べて、生成されるセルロースビーズの孔を小さくできる。またアルコールを用いると真球性が向上するため好ましい。また水とアルコールの混合溶媒を用いると、混合比によってセルロースビーズの孔の大きさを任意に調整できる。第２液状媒体相を構成する液状媒体は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。
　アルコールとしては特に制限されないが、炭素数６以下のアルコールが好ましく、炭素数４以下のアルコールがより好ましく、最も好ましいのはメタノールである。また、第２液状媒体相を構成する液状媒体は、アルコール水溶液であってもよい。
　第２液状媒体相を構成する液状媒体は、酸性であることも好ましい。当該液状媒体が水を主とする場合には、酸性にすることにより、後述のセルロース溶液のアルカリ性を中和し、速やかな凝固を惹き起こすため、好ましい。当該液状媒体を酸性とする成分については、特に制限されず、硫酸、塩酸などの無機酸や、酢酸、クエン酸、酒石酸などの有機酸や、リン酸、炭酸などの緩衝効果を持つものなど、幅広く用いることができる。なお、第２液状媒体相を構成する液状媒体が酸性であるとは、当該液状媒体のｐＨが７．０未満であることをいう。当該ｐＨとしては、５．０以下が好ましく、４．０以下がより好ましく、３．０以下がさらに好ましく、２．０以下が特に好ましい。なお、当該ｐＨの下限は特に制限されないが、０．０以上であることが好ましい。また、おなじく当該液状媒体が水を主とする場合には、塩を添加することも速やかな凝固を惹き起こすため、望ましい。このような塩を例示するなら、食塩、硫酸ナトリウム、酸性硫酸ナトリウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムなどがある。
　図３の模式図に示すように、例えば凝固浴３において、第１液状媒体相１が上層であり、第２液状媒体相２が下層であることが好ましい。このように構成することにより、後述の工程３において、重力によって、第１液状媒体相１の粒子状のセルロース溶液１０を、第２液状媒体相２に好適に供給することが可能となる。具体的には、比重が大きい順に、セルロース溶液１０、第２液状媒体相２、第１液状媒体相１とすることにより、第１液状媒体相１に供給されたセルロース溶液１０は、重力によって自由落下し、第１液状媒体相１から第２液状媒体相２に移動して、セルロースビーズ２０が生成される。
　図３の模式図に示すように、凝固浴３において、第１液状媒体相１と第２液状媒体相２とは接触していることが好ましい。第１液状媒体相１と第２液状媒体相２とが接触していることにより、第１液状媒体相１中で形成された粒子状のセルロース溶液１０を迅速に第２液状媒体相２に供給することができる。なお、第１液状媒体相１と第２液状媒体相２との間に、他の液状媒体相を設けてもよい。
　第１液状媒体相１と第２液状媒体相２とを接触させる場合、第１液状媒体相１と第２液状媒体相２とを構成する液状媒体としては、それぞれ、相溶性の低いものを用いる。溶性の低い液状媒体は、それぞれ、前述のものから適宜選択することができる。また、第１液状媒体相１を上層とし、第２液状媒体相２を下層とする場合、第１液状媒体相１を構成する液状媒体として、第２液状媒体相２を構成する液状媒体よりも比重の小さいものを選択することが好ましい。このような液状媒体についても、それぞれ、前述のものから適宜選択することができる。なお、第１液状媒体相と第２液状媒体相とは、多くの場合に相互に部分的に混和する。この混和の程度は粒子の形状や微細構造に何らかの影響を及ぼす可能性があるが、それぞれの相を混合液にしたり、塩類などを添加することによって相互の混和の程度を調節すること、ひいては粒子の形状や微細構造を調節することが可能である。また水と酢酸メチルのように、本来は完全に混和する組み合わせでも塩を添加することによって２相とすることもできる。
（工程２）
　本発明のセルロースビーズの製造方法の工程２においては、前述した凝固浴の第１液状媒体相にセルロース溶液を供給して、第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を形成する。第１液状媒体相を構成する液状媒体は、前述の通りである。
　また、第１液状媒体相に供給するセルロース溶液としては、第１液状媒体相を構成する液状媒体と相溶性が低く、かつ、前述の第２液状媒体相を構成する液状媒体と接触すると凝固してセルロースが形成されるものであれば特に制限されない。例を挙げるならセルロースを以下の溶媒に溶解したものである。塩化リチウムを含むジメチルアセタミド、水酸化銅アンモニア水溶液、イオン液体、水酸化四級アンモニウム水溶液、尿素あるいはチオ尿素を含む水酸化アルカリ水溶液、または水酸化アルカリ水溶液など、公知のセルロース溶媒から選ばれるものである。コストの低さ、多種の第１液状媒体相を選択できるなどの点から尿素あるいはチオ尿素を含む水酸化アルカリ水溶液、または尿素あるいはチオ尿素を含まない水酸化アルカリ水溶液に溶かしたものが好ましい。なお、ここで溶液と称するものは、セルロースを一定量含み、流動性を示し、凝固液（第２液状媒体）に触れたときに固体化するものを指し、それが分子分散しているか、一部会合物を残しているか、微細な繊維状物が単に分散しているに過ぎないもの（分散液と呼ばれることがある。）かは問わない。
　以下、尿素－水酸化アルカリ水溶液を溶媒とする場合を例にとってセルロース溶液の調製を具体的に説明する。
　水酸化アルカリ水溶液に含まれるアルカリは、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化四級アンモニウムが好ましく、製品安全性、価格、溶解あるいは分散の良さの面から水酸化ナトリウムが最も好ましい。
　前記アルカリ水溶液のアルカリ濃度に特に限定は無いが、３～２０質量％であることが好ましい。アルカリの濃度がこの範囲であれば、セルロースのアルカリ水溶液への分散性・膨潤性、溶解性が高くなるため好ましい。より好ましいアルカリの濃度は５～１５質量％であり、さらに好ましくは７～１０質量％、最も好ましくは８～１０質量％である。
　上記アルカリ水溶液にさらに尿素あるいはチオ尿素を加えるが、この場合の尿素あるいはチオ尿素の濃度は１０～１５％が好ましい。水に三成分（セルロース、水酸化アルカリ、尿素あるいはチオ尿素）を加えるが、添加順序はセルロースの溶解状態を最適化するために、適切に選ぶ。こうして得られたスラリーを後に述べる条件で冷却することにより、透明なセルロース溶液が得られる。
　なお、特許文献１においては尿素を含まないアルカリ水溶液にセルロースを分散した白濁液を「セルロース分散液」と定義し、これもビーズの原料となりうることが開示されているが、こうした系も適度な流動性があれば本発明を適用する対象になりうることはいまでもない。以下、セルロース溶液という用語は、１０質量％以下のセルロースを含み、流動が可能で、適切な条件では凝固するものを指し、液中のセルロースが分子分散か、会合状態かなどは問わない。すなわち、本発明のセルロースビーズの製造方法において、セルロース溶液とは、セルロースを含む液体であることを意味し、セルロースが液体中に分散している分散液と、セルロースが液体中に溶解している溶液とを包含する概念である。本発明のセルロースビーズの製造方法においては、セルロース溶液にセルロースが含まれていればよく、その形態については、分散・溶解、又はこれらの混合状態のいずれであってもよい。
　セルロースは、その溶液が液滴を形成し、また凝固によって固体に戻ることができるものであれば、いかなるものであってもよいが、溶解性に優れる、溶液の粘度が低く扱い易いなどの観点などから、軽度の酸加水分解を加えた、いわゆる微結晶セルロースや、酢酸セルロースから脱アセチル化により再生したもの、レーヨン繊維などが好ましい。
　セルロースの分子量は特に制限されないが、重合度としては１０００以下であることが好ましい。重合度が１０００以下であれば、アルカリ水溶液への分散性・膨潤性が高くなり、好ましい。また重合度が１０以上であれば、得られるセルロースビーズの機械的強度が大きくなるため好ましい。より好ましい重合度の範囲は５０以上５００以下、さらに好ましくは１００以上４００以下、特に好ましくは１５０以上３００以下である。
　その他、溶解性が向上されたセルロースの例としては、溶解パルプも挙げられる。
　アルカリ水溶液とセルロースとの混合条件は、セルロース溶液が得られれば特に制限されない。例えば、アルカリ水溶液にセルロースを加えてもよいし、セルロースにアルカリ水溶液を加えてもよい。
　セルロースは、アルカリ水溶液と混合する前に、水に懸濁させておいてもよい。
　また、セルロース溶液中のセルロースの濃度は、１～１０質量％であることが好ましい。１質量％以上であれば、得られるビーズの機械的強度が大きくなるため好ましく、１０質量％以下であれば、セルロース溶液の粘度が低く、第１液状媒体相への供給が容易になるため好ましい。セルロースの濃度としては、より好ましくは２～６質量％、さらに好ましくは３～５質量％が挙げられる。なお、このセルロース溶液中のセルロース濃度には、溶解・分散・膨潤しきれず均一にならなかった分を含めない。
　セルロース溶液を調製する際の温度としては、特に制限されないが、例えば、セルロースと尿素あるいはチオ尿素を含むアルカリ水溶液とを室温で混合し、撹拌しながら低温に冷却し、その後扱いやすい温度に戻すことによりセルロース溶液が好適に形成される。低温に冷却する際の温度としては、例えば０℃ないし－３０℃、好ましくは－５℃ないし－１５℃程度が挙げられる。なお、セルロース溶液を第１液状媒体相に供給する際には、セルロース溶液の粘度を低下させて第１液状媒体相に供給しやすくする観点から、セルロース溶液の温度としては、例えば－１０～４０℃程度、好ましくは１０～３０℃程度が挙げられる。また、この時の第１液状媒体相の温度は、セルロース溶液の温度と同様とすることができるし、微細構造を最適にするために－１０℃～５０℃の範囲、且つ第１液状媒体相の凝固点と沸点の間の異なる温度にしてもよい。
　第１液状媒体相に供給するセルロース溶液の直径としては、目的とするセルロースビーズのサイズに応じて適宜調整することができ、例えば１０～１０００μｍ、好ましくは２０～２００μｍが挙げられる。
　第１液状媒体相にセルロース溶液を供給する方法としては、特に制限されないが、第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を好適に形成する観点から、ノズルの先端からセルロース溶液を第１液状媒体相に供給することが好ましい。吐出孔径や形状については、セルロース溶液が吐出されて、第１液状媒体相中にセルロース溶液の液滴が形成されれば制限されない。ノズルの先端形状については、先端の開口部が円径であることが好ましい。また、吐出孔径については、目的とするセルロースビーズのサイズによって適宜調整すればよく、例えば１０～５００μｍ、好ましくは５０～２００μｍが挙げられる。
　また、ノズルの先端は空気あるいは不活性な気体の中において、噴出した液柱を気相中で自発的に液滴としたのち、第１液状媒体相に落下させてもよいし、より好ましくは第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を好適に形成する観点から、ノズルの先端を第１液状媒体相中に存在させた状態で、セルロース溶液をノズルから吐出させることが好ましい。なお、ノズルからのセルロース溶液の吐出は、圧力を加えたセルロース溶液をノズルに供給することで行うことができる。必要に応じて、二重管ノズルを用い、内管からセルロース溶液を、外管から第１液状媒体相あるいはそれと混合する液体を流すことによって、液滴形成をより容易にすることもできる。
　また、第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を好適に形成する観点から、ノズルからセルロース溶液を吐出させる際に、ガスがノズルから吐出しない（ガス流による補助を用いない）ことが望ましい。すなわち、ガスをノズルから吐出させると、ガス流や第１液状媒体相中に乱流（攪拌）が生じて、セルロース粒子の形状や粒子径の均一さに悪影響をもたらす。
　ガスを用いずにノズルからセルロース溶液の液滴を吐出させるには、単に加圧により液柱を噴出させ、界面張力による自発的な分裂を惹き起こす以外に、ノズル中のセルロース溶液にらせん運動を与え、遠心力により液滴化させる一般的な噴霧器の手法を採用すること、インクジェットノズルの原理で間歇的に液を噴出させること、ノズルに超音波振動を与え、液柱の分裂を容易にすることもできる。
　本発明のセルロースビーズの製造方法において、ノズルからセルロース溶液の液滴を吐出させることにより、セルロース溶液の液滴化にガス供給系を用いる必要がない。このため、ミストの発生がなく、また、形成されるセルロース溶液の粒子径分布を小さくすることができる。また、排気処理系も不要なため、装置を簡略化することも容易である。さらに、気流噴霧による乱流の発生もないため、均一性の高いセルロースビーズを生成することが可能となる。
　前述の通り、セルロース溶液、第１液状媒体相、及び第２液状媒体相の比重を調整し、凝固浴３において、第１液状媒体相１を上層とし、第２液状媒体相２を下層とし、第１液状媒体相に供給されたセルロース溶液１０を重力によって自由落下させて、第１液状媒体相中で粒子状とし、第２液状媒体相へ移動させることができる。
（工程３）
　本発明のセルロースビーズの製造方法の工程３においては、第１液状媒体相の粒子状のセルロース溶液を、第２液状媒体相に供給し、粒子状のセルロース溶液を凝固させる。第２液状媒体相を構成する液状媒体は、前述の通りである。
　工程２において形成された粒子状のセルロース溶液が、第２液状媒体相に供給されると、粒子状のセルロース溶液が第２液状媒体相の液状媒体に接触し、セルロースが凝固してセルロースビーズが形成される。前述の通り、このようにして形成されるセルロースビーズは、通常、多孔質である。
　前述の通り、セルロース溶液、第１液状媒体相、及び第２液状媒体相の比重を調整し、凝固浴３において、第１液状媒体相１を上層とし、第２液状媒体相２を下層とすると、第１液状媒体相中に形成された粒子状のセルロース溶液１０を重力によって自由落下させて、第２液状媒体相に供給し、凝固させてセルロースビーズを生成することができる。
　セルロース溶液を第２液状媒体相に供給する際には、セルロース溶液の凍結や変性の可能性が少ない－１０～５０℃の範囲、且つ第１液状媒体相、第２液状媒体相の凝固点と沸点の範囲の中で、目的とする品質に最適な温度を選べばよい。また、第１液状媒体相と第２液状媒体相の温度は同じにすることがもっとも容易であるが、あえて可能な範囲で温度勾配を設けてもよい。
　本発明のセルロースビーズの製造方法においては、球状のセルロースビーズを好適に製造する観点から、工程２及び工程３において、第１液状媒体相及び第２液状媒体相は、静置した状態とすることが好ましいが、セルロース溶液を添加することによる媒体組成や固形物含量の変化を緩和するために１ｒｐｍ以下の弱い撹拌を加えることもできる。第１液状媒体相及び第２液状媒体相が強く攪拌されると、セルロース溶液の形状が変形して、いびつなセルロースビーズが生成しやすくなる。
　本発明の製造方法によって得られるセルロースビーズの直径としては、目的に応じて適宜調整されるが、例えば１０～５０００μｍ、好ましくは２０～１０００μｍが挙げられる。
　本発明の製造方法においては、第１液状媒体相、第２液状媒体相にセルロース溶液を連続的に供給することにより、球状のセルロースビーズを連続的に製造することができる。
　更に第１液状媒体相、第２液状媒体相、生成したビーズを適宜抜き取り、補充すればさらに長時間の連続製造も可能となる。また、いったんセルロース溶液を調製した後、これを凝固させる場合に必要となる分散安定剤の添加や分散媒の制限がなくなり、このことは後処理を容易にすることにもつながる。
　得られたセルロースビーズは、水、メタノールやエタノールなどのアルコールを用いた適当な方法で洗浄し、通常水湿の状態で保存することができる。乾燥させる場合には、糖類、グリセリンなどを適量加える。水湿で長期保存する場合には、腐敗を防ぐためにアルコールやアジ化ナトリウムなどの防腐剤を加える。また、グリセリンや糖類、尿素などを加えた状態で乾燥することもできる。
　本発明の製造方法により得られたセルロースビーズ（粒子状のセルロース媒体）が多孔質セルロースビーズである場合には、必要に応じて、公知の適当な分級により、粒径（最大径）１０μｍ～３００μｍ程度の略球状～球状の形状を有するものを選別して、例えば、クロマトグラフィー用の充填剤として用いることができる。クロマトグラフィーとしては、サイズ排除クロマトグラフィーを挙げることができる。
　サイズ排除クロマトグラフィーに利用できることは、とりもなおさず、適当なリガンドを結合することによって、サイズ排除以外のさまざまのモードによるクロマトグラフィー分離にも利用できることを示す。これらには、イオン交換、疎水性、アフィニティーなどのモードが含まれる。
　一般に、バイオテクノロジーで製造するような有用な分子、例えばホルモン、酵素、抗体などを分離精製するには、それらの物質が十分進入できるような大きさの細孔を持つマトリクスが好ましい。すなわち、多孔質セルロースビーズを充填したカラムを用い、水を移動相としてゲルろ過クロマトグラフィーを行うと、ポリエチレングリコールの分子量に換算して概ね１０3～１０7の範囲の何らかの分子量領域で分画が起きることが望ましい。
　多孔質セルロースビーズの細孔の大きさは、前述のセルロース溶液、第１液状媒体相及び第２液状媒体相を構成する液状媒体の種類や組成、温度条件等によって、調整することができる。
　本発明においては、前述の製造方法により得られた多孔質セルロースビーズに、アフィニティーリガンドを固定化することにより、吸着体を製造することができる。すなわち、本発明のセルロースビーズを製造する方法において、アフィニティーリガンドを固定化する工程をさらに含ませることで、アフィニティーリガンドが結合した吸着体を製造することができる。この吸着体は、アフィニティークロマトグラフィー用の分離剤としても利用することができる。
　以下に、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。
＜セルロース溶液の調製＞
　水酸化ナトリウム４．４５ｇを水５１．５ｇに溶解した液中に、セルロース粉末（日本製紙製粉末セルロース　ＫＣフロック　２００Ｇ）１．９２ｇを分散させた。さらにこの中に、尿素７．６４ｇを加え、撹拌した。得られたスラリーを撹拌しながら－１５℃に冷却すると、粘性のあるスラリーとなった。ふたたび徐々に室温に温めた後、遠心機（２０℃、１００００ｒｐｍ、３０分）を用いて未溶解繊維を沈降させ、上澄みを傾瀉分離した。この上澄み０．３５ｇをメタノールに滴下し、適量の酢酸で中和、水洗して、９．３ｍｇのセルロースを含むセルロース溶液を回収した（分散中セルロース濃度２．７質量％）。
＜実施例１：セルロースビーズの製造＞
　１Ｌのメスシリンダを凝固浴とし、凝固浴にヘキサン５００ｍＬ、メタノール４００ｍＬを入れると、上層にヘキサン（第１液状媒体相）、下層にメタノール（第２液状媒体相）が位置する二層を形成した。一方、前記で得られたセルロース溶液を、上下に出入り口のある耐圧性コンテナに入れ、上方の口から液体クロマトグラフィー用送液ポンプにより流動パラフィンを注入し、この圧力により下方の口からセルロース溶液を導き出し、ステンレスノズル（先端内径を１００μｍ）からゆっくりと噴出させた。ステンレスノズルの先端は、上層のヘキサン中に存在させた。ステンレスノズルの先端からは、連続的に液滴が形成され、この液滴はヘキサン中を徐々に沈降し、メタノール層に移行し、最終的に粒子として沈殿した。得られた粒子を水洗した後、電子顕微鏡で観察すると、図１に示すように、生成した粒子はほぼ真円であり、粒子径も比較的揃っていることが確認された。
＜比較例１：セルロースビーズの製造＞
　実施例１の方法において、凝固浴中に上層のヘキサン層を設けず、ステンレスノズルの先端からセルロース溶液を噴出させ、約２０ｃｍ下に位置するメタノール層に滴下した。メタノール層に沈殿した粒子を水洗した後、電子顕微鏡で観察すると、図２に示すように、生成した粒子のほとんどは、いびつな形状を有していることが確認された。

Claims (6)

  1. 　第１液状媒体相及び第２液状媒体相を有する凝固浴を準備する工程１と、
    　前記凝固浴の前記第１液状媒体相にセルロース溶液を供給して、前記第１液状媒体相中に粒子状のセルロース溶液を形成する工程２と、
    　前記第１液状媒体相の前記粒子状のセルロース溶液を、前記第２液状媒体相に供給し、前記粒子状のセルロース溶液を凝固させる工程３と、
    を備える、セルロースビーズの製造方法。
  2. 　前記凝固浴において、前記第１液状媒体相と前記第２液状媒体相とが接触している、請求項１に記載のセルロースビーズの製造方法。
  3. 　前記工程２と前記工程３を同時並行して行う、請求項１又は２に記載のセルロースビーズの製造方法。
  4. 　前記工程２において、前記セルロース溶液は、ノズルの先端から前記第１液状媒体相に供給される、請求項１～３のいずれか１項に記載のセルロースビーズの製造方法。
  5. 　前記ノズルの先端は、前記第１液状媒体相中に存在している、請求項４に記載のセルロースビーズの製造方法。
  6. 　前記凝固浴において、前記第１液状媒体相が上層であり、前記第２液状媒体相が下層であり、
    　前記工程３において、重力によって、前記第１液状媒体相の前記粒子状のセルロース溶液を、前記第２液状媒体相に供給する、請求項１～５のいずれか１項に記載のセルロースビーズの製造方法。
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