JPH042233B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は合成高分子を用いた球型の固定化微
生物及び固定化酵素の製造方法に関する。

「従来の技術」 近年、微生物あるいは酵素など生理活性を有す
る物質を安定且つ長期間に渡つて繰り返し使用す
るために水に不溶な担体に固定化する目的で、
様々な固定化方法あるいは固定化溶担体が開発さ
れている。これらな固定化物は、食品、発酵、医
薬品などの製造業、医療機器、環境保全機器など
の分析機器あるいは環境浄化など広い分野にわた
り、バイオリアクターあるいはバイオセンサーと
して将来活用される事が期待され、また一部の製
造業ではすでに工業的に利用されている。

固定化用担体としては生体高分子、合成高分
子、無機物など様々な物質が用いられているが、
安価な合成や成型のしやすい合成高分子を用いた
例が多い。

バイオリアクターとして用いられる固定化担体
は力学的強度の強さ、単位重量当たりの表面積の
広さから来る反応効率の良さなどから考えて、一
般に球型のものが多い。

一般に、固定化された微生物又は酵素は、担体
表面近くで高い活性を有することが分かつてお
り、担体の単位重量当たりの有効微生物保持量は
球型のものが最大であり、又基質分解の効率が上
がる。さらに球型の担体は他の型状のものと比較
して均一に力がかかる為、ゲルが割れにくく、圧
力や力学的な衝撃に対して強い安定性を有する。

しかし、架橋したポリアクリルアミドゲルを代
表とする架橋剤を含む３次元網目構造を持つ高分
子は、ポリエチレン、ポリプロピレンなど直鎖型
の分子構造を持ち、重合後も特定の溶媒に溶解し
たり熱により変形する高分子と違い重合後の溶解
成型が不可能であり、球型に成型する事が困難で
ある。特に微生物や酵素を抱括固定化する担体と
して用いられる架橋性高分子では、ペレツト状、
粉末状、角型などの型で用いられ、ポリアクリル
アミドの例では今までの径の大きな球型で用いら
れた例はない。

すなわち、架橋剤を含む３次元網目構造を有す
る高分子に微生物又は酵素を抱括固定したものの
代表としてメチレンビスアクリルアミド（BIS）
で架橋したポリアクリルアミド（PAA）を例に
とつてみると、固定化微生物又は固定化酵素を製
造するには次のような工程で製造されている。ア
クリルアミド及びBISを含む水溶液と微生物ある
いは酵素を混合し、この混合液中に重合促進剤と
してβ−ジメチルアミノプロピオニトリル
（DMAPN）と重合開始剤として過硫酸カリウム
を加えることによりラジカル共重合を行ない、３
次元網目構造を持つ担体内に微生物あるいは酵素
を固定化している。合成の際に用いられる容器と
しては、円柱状や角型のもので重合が終了した
後、生成したゲルを切断あるいは粉砕して成型し
ている。この方法で球型の担体を作るとすれば、
一度合成した角型あるいはペレツト状のゲルを削
るが又は球型の鋳型を作り、その中で重合を行な
わなければならず、いずれの場合も工程が面倒
で、完全な球型の担体を得ることは困難で実用的
でないものである。

ゲルが球型に生成し得る技術としては、酵素、
アクリルアミド及びBISを含む水溶液に過硫酸カ
リウムを加え、ただちに界面活性剤（TEMEDと
Span85）を含む有機溶媒中に乳化させ、窒素気
流中撹拌しつつ光照射することにより、ビーズ状
の固定化酵素を得る方法が知られている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、叙上の球型ゲル生成方法では、粒径が
50〜500μｍ内にあり、それ以上大きな径を持つ
球径は得難く、用途に応じて種々の粒径が求めら
れる現状に対応し得ないという難点がある。

「問題点を解決するための手段」、「作用」 本発明は叙上の事情に鑑みなされたもので、そ
の要旨とすることは、架橋剤、微生物又は酵素を
含む合成高分子のモノマー溶液を、これと混り合
わず且つ比重の大きな液体中に、重合開始剤を予
じめ混合若しくは滴下後の注入混合にて、所定量
滴下させ、当該液体上に球型を保つて浮かぶ滴下
溶液塊内にて重合反応を行なわせゲル化するとし
て、微生物又は酵素を球型担体内に抱括固定化す
る方法において、工程が簡単で球の大きさを自由
にコントロールできる新規な製造方法を提供した
点にある。

「実施例」 以下、これを図に基づいて詳細に説明する。

第１図ａ〜ｃは本発明の実施要領を示す全体説
明図、重合開始剤混合要領説明図である。

図中１は重合反応容器で、これは、比較的底が
浅く面積の広いものが好ましく、材質は疏水性で
且つ収容の有機溶媒に溶解しにくいものが良い
が、内面を疏水性で有機溶媒に難溶性の物質でコ
ーティングしたものでも良い。

疏水性は滴下モノマーが接触した場合に球型が
維持できなくなるためである。

２は該容器１に満たされたモノマー溶液に対し
て比重の大きな液体としての有機溶媒混合液、３
はシリンジ、キヤピラリー等先の尖つた滴下容器
で、これにモノマー溶液Ｍと重合開始剤Ｉを入
れ、該有機溶剤２中に一定量注入する（ａ図）。

注入する際、シリンジ３の先端を有機溶媒２中
に入れずに、モノマー溶液を滴下する形でも良い
が、球の径を一定にする為には図示の如く、先端
を混合液２中に浸した方が好ましい。

ａ図の場合は重合開始剤Ｉが予じめ混合される
ので素早く滴下することが必要である。

重合開始剤Ｉはｂ，ｃ図に示される如く、容器
の先端あるいは容器の途中でモノマー溶液Ｍと重
合開始剤Ｉを混合させても良い。

この場合には、混合が滴下寸前若しくは滴下後
なのでａ図の少量バツチ方式と異なり、多量連続
注入が可能である。

ｂ図での一例を述べると次の如くである。

「アクリルアミドモノマー５〜30％、架橋剤と
してBIS0.1〜１％、微生物又は酵素を〜50％含
む水溶液を比重1.0以上に調製した有機溶倍の混
合液中に滴下し、球状の微生物又は酵素を含むモ
ノマー溶液中に５％のDMAPNと過硫酸カリウ
ム２〜５％の溶液を注入することにより重合を行
なう。

ここで使用する有機相は、比重が１より大きく
水と混合しないハロゲン化物等の有機溶媒と比重
が１より小さくて水と混ざり合わない有機溶媒を
混合し、有機溶媒の比重を適当に調製する。」 モノマー溶液には滴下した後、会合が起こりに
くくなるように水溶性のホモポリマーを予じめ含
んいる方が好ましい。重合温度は０〜50℃内が適
当である。

滴下あるいは注入した球状混合液４は重合が完
了後も有機溶媒２上に浮かんでいるが、有機溶媒
２の比重をコントロールする事により重合後の球
状物５は容器の底に沈ませる事もできるので、ゲ
ル化完了物とゲル化未完了物とを自動的に仕分け
することが可能となり、製造、回収上極めて好適
である。

球状ゲルの径は滴下量により色々と変えること
ができるが、１mm以上の径を持つものが製造で
き、従来の技術では得られない比較的大きな径の
ビーズが製造できる為、大きなフロツクを形成す
る微生物をそのまま抱括固定する事ができる。

本発明を用いることにより、固定化微生物又は
固定化酵素を製造する工場において、連続的に安
価で、均質な球状の固定化微生物又は固定化酵素
を大量に製造することができる。

あるいは、工場内の生産工程又は処理工程の中
で随時製造し、反応槽中へ投入する事も可能であ
る。

又、実験室内において、球状の固定化微生物あ
るいは固定化酵素を用いた研究を行なう場合、本
発明のよる方法を用いて小型の球状固定化物を製
造する装置を作ることができる。この装置は全自
動式にすることも可能であるが、簡単な操作を人
の手に頼る装置であつても良い。

「発明の効果」 以上の如く、本発明によるならば、架橋性の合
成高分子にあつても簡単な工程でもつて、球型の
大きさを自由にコントロールできて、微生物又は
酵素を球型担体内に包括固定することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｃは本発明の実施要領を示す全体説
明図、重合開始剤混合要領２態様説明図である。 １……重合反応容器、２……有機溶媒混合液、
３……シリンジ、４……球状混合液、５……球状
物、Ｍ……モノマー溶液、Ｉ……重合開始剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 架橋剤、微生物又は酵素を含む合成高分子の
   モノマー溶液を、これと混り合わず且つ比重の大
   きな液体中に、重合開始剤を予じめ混合若しくは
   滴下後の注入混合にて、所定量滴下させ、当該液
   体上に球型を保つて浮かぶ滴下溶液塊内にて重合
   反応を行なわせゲル化するとしてなることを特徴
   とする合成高分子を用いた球型の固定化微生物及
   び固定化酵素の製造方法。