JPH01278534A - 分離材用バイモーダル粒子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はバイモーダル粒子に関する。さらに詳しくは、
本発明はクロマトグラフィ、吸着体なとに好適に使用し
うるバイモーダル粒子に関する。

［従来の技術・発明が解決しようとする課題］従来より
クロマトグラフィー用の充填材、酵素固定用の担体、ア
フィニティークロマトグラフィー用の担体、イオン交換
樹脂用母料などにはポリマー粒子か用いられている。

かかるポリマー粒子は主として分散法またはスプレー法
で製造されている。

分散法は、界面活性剤を含む分散媒体中に小滴状に分散
させたポリマーの希薄溶液からその溶剤を揮発させるこ
とによって固化させる（特開昭５６−２４４３０号公報
参照）、この分散液に小滴の凝固剤を徐々に加えて固化
させる（特開昭５７−１５９８０１号公報参照）ことに
よってポリマー粒子をつる方法である。この方法では広
い粒径分布を有する粒子をうることができるが、固化し
た小滴から溶剤、分散媒体および界面活性剤を除くため
に水だけでなく有機溶剤による洗浄が必要である。

また分散法の別法として重合性モノマーを分散媒体中に
分散させたのち重合させることによってポリマー粒子を
うる方法も知られており、かかる方法によってえられた
粒子も広い粒径分布を有している。しかしながら、この
粒子を電子顕微鏡で拡大して観察するとさらに微小な球
状粒子が凝集して粒子を形成している状態が見受けられ
、この構造が原因だと思われるか、この方法でえられた
粒子の懸濁液をマグネチックスターラーなどで攪拌する
と微小なポリマークズが多量に生じるという欠点がある
。

スプレー法では、ポリマー溶液を凝固剤中に噴霧するこ
とによってポリマー粒子かえられる。

この粒子も広い粒径分布を持ち、また粒径も比較的大き
い（特開昭５２−１２９７８８号公報参照）。

ところが、ポリマー粒子に粒径の小さいものが多く含ま
れると、吸着効率の良好なカラム状の吸着体として用い
たばあいに圧力損失が大きくなり、とくに血液中から血
漿蛋白質などを選択的に除去するというような用途に用
いると溶血などの問題が生じ、分画分子量がシャープで
なくなるので選択性がわるくなるなどの欠点がある。

前記圧力損失に関する問題を改善するためにポリマー粒
子の粒径を大きくすると、比表面積（単位体積当りの粒
子の総表面積）か小さくなり、吸着速度が低下するとい
う欠点がある。

ポリマー粒子の粒径分布を狭くして前記のことき問題の
少ないものも製造されているが（特開昭５７−１０２９
０５号公報）、この粒子は三次元網目状構造を有する粒
子ではなく、微小な一次粒子か集合した粒子であり、機
械的強度が必ずしも充分でなく、しかもたとえばカラム
状の吸着体として用いたばあいには、充填密度および分
散状態にムラが生じ、液汗入時にいわゆるショートパス
か発生ずるという欠点がある。

［課題を解決するための手段］ そこで本発明者は前記した従来技術に鑑みてたとえばカ
ラム状の吸着体として用いたばあいであっても充填ムラ
によるンヨートパスの発生かなく、しかも圧力損失が小
さい粒子をつるべく鋭意研究を重ねた結果、意外にも特
定の粒度分布を有する２種類の粒子を特定の比率で混合
＝　　３　− してなるバイモーダル粒子を用いたばあいには、前記諸
要件がすべて満足されることを見出し、本発明を完成す
るにいたった。

すなイっち、本発明は数平均粒径かそれぞれ１０〜１０
００胴の範囲内にある２種類の単分散粒子ＡおよびＢか
らなり、単分散粒子ＡとＢの数平均粒径の比が０．５／
１〜０．９／１であり、単分散粒子ＡとＢの個数比が１
７９〜９／１であることを特徴とするバイモーダル粒子
に関する。

［実施例］ 本発明のバイモーダル粒子は、２種類の単分散粒子Ａお
よびＢから構成される。

ここで本明細書にいう単分散粒子とは、粒子の９５％以
上が数平均粒径の±１０％以内である粒子である。

本発明に用いられる単分散粒子を構成するポリマーの種
類などにはとくに限定はなく、単分散粒子を製造しうる
ちのであるかぎりいかなるものも使用しうる。

このようなポリマーの具体例としては、たとえばセルロ
ース、セルロース誘導体、再生セルロースなどのセルロ
ース系ポリマー；絹フィブロインなどの絹糸ポリマー；
キトサンなどのキチン系ポリマー；コラーゲン、アガロ
ース、アルギン酸塩、カラギーナン、ゼラチン、デンプ
ンのごとき天然系ポリマー：ポリアクリロニトリル、ア
クリロニトリル−ビニルスルホン酸共重合体などのアク
リロニトリル系ポリマー；ポリメチルメタクリレート、
メチルメタクリレ−１・−ヒドロキシエチルメタクリレ
ート共重合体、ポリメチルメタクリレートステレオコン
プレックス、ヒドロキシエチルメタクリレート　−スチ
レン共重合体、などの（メタ）アクリレート系ポリマー
、ポリスチレン、スチレン−ブタジェン共重合体、スチ
レン−クロロメチルスチレン共重合体などのスチレン系
ポリマー、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルア
ルコール共重合体などのビニルアルコール系ポリマー；
その他ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリエステル、ポリ
エーテル、ポリウレタン、ポリスルホンなどの縮合系ポ
リマーなど、それぞれのポリマーに適した溶剤に溶解さ
せてポリマー溶液を製造しうる合成系ポリマーなどがあ
げられる。

前記単分散粒子を構成するポリマーか、たとえばセルロ
ース系ポリマーのばあいには、血球成分や血漿蛋白質の
非特異吸着が比較的少ないなどの特徴を有するため、血
液中から血漿蛋白質などを選択的に除去するというよう
な用途に好適に使用されうる粒子かえられる。また、単
分散粒子を構成するポリマーとしてスチレン−ブタジェ
ン共重合体やスチレン−クロロメチルスチレン共重合体
などのように、他の基、たとえばイオン交換性基を導入
したり架橋させたりしうるポリマーを使用したばあいに
は、該単分散粒子はイオン交換樹脂用母材や機械的強度
の大きい粒子や機械的強度の大きいイオン交換樹脂用母
材、アフィニティークロマトグラフィー用担体などに好
適に使用されうる。さらにポリビニルアルコール、エチ
レン−ビニルアルコール共重合体などのように活性水酸
基を有するポリマーを使用したはあいには、圧力損失の
小さいアフィニティークロマトグラフィー用担体などに
使用されうる。

本発明のポリマー粒子は、球状（はぼ真球のもののみな
らず、短径／長径が０．８程度までの楕円状のものの回
転体なとをも含む概念である）の粒子であり、数平均粒
径（楕円状回転体のばあいには体積平均粒径、すなわち
長径の２乗に短径を乗じた値の３乗根として求める）が
１０〜１０００１Ｍ１１好ましくは５０〜６００加の範
囲内にあり、９５％以」二の粒子か数平均粒径±１０％
以内のものである。

前記数平均粒径か１０ｍ１未満になると、たとえば血漿
中から血漿蛋白質を選択的に除くための吸着体用の単分
散粒子として使用したばあいなとに圧力損失か大きくな
り、蛋白質の変性がおこりやすくなるなどの問題が生じ
やすくなる。

また１　０００　、をこえると比表面積が小さくなり、
吸着速度か遅くなる。

また、前記数平均粒径±１０％以内の粒子の割合か９５
％未満であるばあいには、前記のごとき吸着体用の吸着
制として使用したばあいには圧力損失が大きくなったり
、溶血がおこりやすくなったりしたりする。

本発明に用いられる単分散粒子の表面の状態にはとくに
限定はなく、スキン層か存在していてもよく、網目状組
織となっていてもよく、スキン層と網目状組織との中間
の状態であってもよい。なお、その内部は三次元網目状
組織となっていることが望ましい。

前記三次元網目状組織とは、前記のように重合性モノマ
ーの液滴を重合させた粒子がさらに微小な粒子の重合体
（集合体）であるのに対して、文字とおり海綿のごとく
有孔面が三次元的に連続した構造または繊維か三次元的
に連続した構造を有する組織体をいう。

単分散粒子内部の三次元網目状組織を構成する網目の大
きさ、空孔率などにもとくに限定はないか、網目の大き
さは０．１〜１０ρ程度であることか好ましく、また内
部に直径か１０加をこえる空洞部分を局部的に有しても
よい。空孔率は５０〜９５％程度であることか好ましい
。

前記網目状組織の網目の大きさが０．１ρ未満になると
、吸着体用の吸着制として用いたばあいに血液中の前記
不要物の吸着速度か小さくなるのみならす、これら不要
物の吸着除去か充分行われなくなるなどの傾向が生しる
。また１０ｍ１をこえると、粒子の機械的強度が充分で
なくなり、カラムへの充填時や輸送時に粒子が変形した
り、破砕したりしかちとなる。

単分散粒子表面にスキン層か存在するばあい、かかるス
キン層の厚さは通常Ｏ１〜１０加程度である。このよう
に粒子表面にスキン層のある単分散粒子は、表面の孔径
か１１；較的小さいので、排除限界分子量かおよそ　１
００万以下のクロマトグラフィー用粒子またはイオン交
換樹脂用母材として好適に使用しうる。

また単分散粒子の表面か網目状組織であるばあい、通常
その表面には孔径００１〜５７７ＴＩＩ程度の孔か存在
する。このように粒子表面か網目状組織であるばあいに
は、排除限界分子量かおよそ　１００万以上のクロマト
グラフィー用粒子または固定化酵素の担体として適した
ものになる。

本発明のバイモーダル粒子は、前述のことく２種類の単
分散粒子ＡおよびＢから構成される。

前記単分散粒子ＡおよびＢの数平均粒子径の比が、０．
５７Ｉ〜０．９／１、なかんづ＜　　０．６／１〜０８
ハとなるように調整されたものか用いられる。かかる比
は０．５７１よりも小さいばあいには、たとえば沈降速
度の違いが大きいので、各々の粒子が均一に分散しない
傾向かあり、また圧力損失も大きくなる。　０　、９／
Ｉをこえるばあいには、ショートパスの発生を防ぐ効果
か乏しくなる傾向かある。また、前記単分散粒子Ａおよ
びＢの個数比は１／９〜９／１、なかんづ＜２／８〜８
／２となるように調整される。かかる比が１／９よりも
小さいかまたは９／１をこえるばあいには、各々の単分
散粒子の単独のばあいの特性との差かなくなり、ショー
トパスの発生を防く効果が乏しくなる傾向がある。

なお、使用に際しては、前記２種類の単分散粒子はだか
いに均一に分散するようにあらかじめ混合されているこ
とか望ましく、均一に分散されていないはあいには、各
々の単分散粒子の特性か独立に現れてンヨートパスの発
生を防く効果か乏しくなったり、圧力損失か大きくなる
ことかある。

つぎに本発明に用いられる単分散粒子としてセルロース
系ポリマーを用いたばあいについて説明する。

本発明に用いられる単分散粒子の１種であるセルロース
系粒子は、セルロース、セルロース誘導体などを溶解さ
せたセルロース系溶液を、たとえは特開昭６２−１９１
０３３号公報に記載の装置および方法（振動法と乾湿式
凝固法とを組合わぜた方法）を適用することにより製造
されうる。

前記セルロース系溶液を調製する際に用いる溶剤として
は、セルロースの溶剤となる、たとえは銅アンモニア水
溶液、ジメチルスルホキシドとポルムアミドとの混合液
、チオシアン酸カルシウム水溶液など、また代表的なセ
ルロース誘導体である酢酸セルロースの溶剤となる、た
とえばジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、
ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、
アセトンなどがあげられる。

これらの溶剤には、えられるセルロース系粒子の表面に
スキン層を形成するか否か、スキン層を形成するばあい
にはその厚さをどの程度にするか、内部の網目状組織の
孔の大きさをどの程度にするかなどを調節するために、
メタノール、エタノール、エチレングリコール、プロピ
レングリコール、グリセリン、水、無機塩類、ポリエチ
レングリコール、ポリビニルピロリドンなどを加えても
よい。

このようにして調製された５〜２０％（重量％、以下同
様）程度のセルロース系溶液は、たとえば特開昭８２−
１．９１．０３３号公報に記載のごとき装置を用いてほ
ぼ均一な大きさの小液滴として気相中に噴出せしめられ
、凝固剤との衝突による大きな変形を生じさせない飛行
距離以上を飛行せしめられたのち凝固剤と接触せしめら
れる。このようにして製造されるセルロース系粒子はほ
は真球状の粒子である。

前記凝固剤はポリマーの非溶剤からなるが、小滴を構成
する溶剤と溶けあい、小滴力用」然に濡れるような表面
張力を有するものが好ましい。

このような凝固剤の具体例としては、たとえは水、水と
前記良溶剤または非溶剤との混合液、水と界面活性剤と
の混合液などかあげられる。

一般にポリマー溶液中のポリマーの濃度か高く、非溶剤
の割合が少なく、水のように凝固力の強い凝固液を使用
するとスキン層を形成させることができ、また凝固を遅
くしてポリマーを密に凝集させることによって粒子内部
の網１」状組織の網目の大きさを小さくすることができ
る。

前記説明においてはセルロース系ポリマーを用いてポリ
マー粒子を製造したが、他のポリマーを用いるばあいに
も上記のように適当な溶剤にポリマーを溶解させたポリ
マー溶液を用い、該ポリマーの非溶剤を凝固液として使
用し、前記と同様の方法でポリマー粒子を製造しうる。

ポリマーの溶剤、非溶剤および凝固剤は、たとえは化学
便覧（口本化学会編、丸善■発行、」９８４年）ポリマ
ー・ハンドブック（ジエイ・プラントラップ・アンド・
イー・エム・インマーゲート（Ｊ、Ｂｒａｎｄｒｕｐ　
＆　Ｅ、Ｍ、Ｉｍｍｅｒｇｕｔ、）ジョン・ウィリー・
アンド・サンズ（Ｊｈｏｎ　Ｗｉｌｌｙ　＆５ｏｎｓ、
　）編、ニューヨーク、１９７５年）などに記載された
ものを用いうる。

このようにしてえられたポリマー粒子にイオン交換性基
などの他の基を導入したり架橋させたりするサイ］・か
存在するばあいには、そののち他の基を導入したり架橋
させたりすればよい。

このようにしてえられた単分散粒子は特定の平均粒径お
よび特定の粒径分布を有するものであり、かかる単分散
粒子の特定の２種類を特定の混合割合で調整することに
よりえられた本発明のバイモーダル粒子は、クロマトグ
ラフ用充填利、酵素固定用担体、アフィニテイクロマト
グラフィー用担体、イオン交換樹脂用母材なとの用途に
好適に使用することができ、これらの用途に使用したは
あいには充填状態か均一になるので、ショートパスが発
生ぜず、しかも圧力損失、吸着速度、分離速度選択性の
点てすぐれたものとなる。

つぎに本発明のバイモーダル粒子を実施例に基づいて詳
細に説明するか、本発明はかかる実施例のみに限定され
るものではない、 製造例に 酢酸セルロースを濃度か１２．５％となるようにジメチ
ルスルホキシト／プロピレングリコールか重量比で４／
６の混合液に溶解させた。

ノスルの前方５　ｍｍのところに２　ｃｍの間隔をあけ
て幅５ｃｍ、液滴の進行方向の長さ２５　ｃｍの大きさ
の平行平板状の電極を設置し、該電極とノズルとの間に
８００Ｖの直流電圧を印加した。このノスルに設けた直
径２５０加のオリフィスから、１４５℃に保持した前記
溶液を７　、８ｍ／ｓｅｃの線速で３８５０１１　ｚの
振動を加えなから吐出させ、該溶液の均一な液滴を形成
させ、空気中を約３ｍ飛行させたのち、２３℃の１０％
メタノール水溶液中へ侵入させて凝固させ、二酢酸セル
ロースの粒子をえた。

えられた二酢酸セルロース粒子を５０°Ｃ，０，６％の
力性ソーダ水溶液に投入して、２時間撹拌したのち回収
し、中和・水洗してほぼ　１００％の再生セルロース粒
子（単分散粒子Ｂ）をえた。

えられた再生セルロース粒子の数平均粒径を下記方法に
より測定したところ、４３０Ａｍで、粒子かすべて平均
粒径±５％以内にあった。

えられた再生セルロース粒子内の液体をエタノールで置
換してから臨界点乾燥機（■１立製作所製、ＩＩｃＰ−
２）を用いて乾燥させ、金を蒸着させたのち走査型電子
顕微鏡で観察したところ、表面に厚さ約０．２　ｍのス
キン層かあり、内部は孔径が約０．２〜２　ＪＪｍの多
孔質三次元網目状組織であった。

前記再生セルロース粒子を内径１４ｍｍ、長さ７ｃｍの
カラムに充填し、４４％のグリセリン水溶液（粘度４ｃ
Ｐ　、２４°Ｃ）を、線速か２０ｃｎ＋／ｍｉｎのとな
るように流したとき圧力損失は５２　ｍ　ｍ　Ｈｇであ
った。

（数平均粒径および粒径分布） 数百個（約５００〜１０００個）の粒子の光学顕微鏡像
を画像処理装置（■ニレコ製のルーセックス■）を使用
して処理して求める。

製造例２ 製造例１において、電極の長さを５　ｃｍ、印加電圧を
５１０■、オリフィス孔径を１００．、溶液の吐出線速
度を８．９ｍ／ｓｅｃ　、振動数を５０００１１ｚ、飛
行距離を１７ｍとしたほかは製造例１と同様にして再生
セルロース粒子（単分散粒子Ａ）をえた。

えられた再生セルロース粒子の数平均粒径を製造例１と
同様にして測定したところ、２７０應て、粒子かずへて
平均粒径±５％以内にあった。

つぎに製造例１と同様にして圧力損失を測定したところ
、１３５ｍｍ１１ｇてあった。

実施例１〜３ 製造例１および製造例２でえられた粒子を所定の混合割
合に調整したのち、過剰の水を入れたビーカーの中で混
合し、沈降させたのぢ、沈降した粒子をスポイトで吸い
取り、製造例１で用いたものと同じ円筒容器に充填し、
製造例１と同様にして圧力損失を測定した。その結果を
第１表に示す。

つぎに製造例１、製造例２および実施例１〜３でえられ
た粒子をそれぞれカラムに充填し、このカラムに１０ｃ
ｍ／ｍｉｎの速度でインクで赤色に着色した４４％グリ
セリン水溶液の先端部の状沈を目視により観察した。製
造例１および２でえられた粒子を用いたばあいと比べて
実施例１〜３でえられた粒子を用いたばあいは、グリセ
リン水溶液の先端部は均一であった。

［以下余白］ 第　　１　　表 ［発明の効果コ 本発明のバイモーダル粒子は特定の数平均粒径および特
定の粒径分布を有する２種類の粒子からなるものであり
、たとえばクロマトグラフィー用の充填材、酵素固定用
の担体、アフィニティークロマトグラフィー用の担体、
イオン交換樹脂用母料などの用途に用いたばあいには、
充填状態が均一になるためにショートパスが発生せず、
分離あるいは吸着速度が大きくなり、圧力損失が小さく
なるなどの効果を奏する。

特許出願人　　鐘淵化学工業株式会社 代理人弁理士　　朝日奈宗太　はか１名手続補正書（睦
）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　数平均粒径がそれぞれ１０〜１０００μｍの範囲内
   にある２種類の単分散粒子ＡおよびＢからなり、単分散
   粒子ＡとＢの数平均粒径の比が ０．５／１〜０．９／１であり、単分散粒子ＡとＢの個
   数比が１／９〜９／１であることを特徴とするバイモー
   ダル粒子。