JPH0430272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、細胞又は微生物の固定化に適した
担体及びその製造方法に関し、更に詳細には、細
胞又は微生物を物理的に吸着することにより若し
くは炭素質との親和性によつて固定化する際に使
用される水不溶性の担体及びその製造方法に関す
る。 （従来の技術） 従来、細胞又は微生物を固定化する方法として
は、細胞又は微生物を水不溶性の担体（以下、単
に担体という）に物理的に吸着させる方法があ
り、これには、多孔質ガラス、セラミツクス、金
属酸化物或いは活性炭等の無機物の担体が使用さ
れていた。 （発明が解決しようとする問題点） ところが、上記の担体にあつては、１〜500μ
という広い範囲にわたる細胞や微生物のコロニー
の大きさや生育形態に適した細孔の細孔径或いは
細孔の規則的配列等の微細構造の制御が極めて困
難であつた。このため、細胞や微生物のコロニー
の大きさやその生育形態に適した細孔を有する担
体を得ることができず、細胞や微生物のコロニー
の大きさや生育形態に適しない微細孔を有する担
体が使用され、細胞や微生物が担体より脱落し易
くなつていた。 又、この担体にあつては、その付形或いは加工
を含めた高次構造の制御を行なうことができなか
つた。例えば、バイオリアクターの型に合わせ
て、このた対を立体構造、円盤状或は板状といつ
た所定の形状に接着加工したり、切削加工したり
することが極めて困難であつた。 更に、これらの担体が生化学反応生成物に混入
した場合、特にその生成物が食品、医薬品であつ
た場合には、活性炭を除いて人体には極めて有害
なものであつた。 この発明の目的とするものは、細孔径や細孔の
規則的配列の微細構造の制御ができ、細胞や微生
物のコロニーの大きさや生育形態に適した細孔を
有し、細胞や微生物の担体からの脱落を防止する
ことができると共に、その強度が高く、所定の形
状に接着或いは切削加工をすることが容易にでき
る担体を提供しようとするものである。 （問題点を解決するための手段及び作用） この発生者は、上述した問題点に鑑み、鋭意研
究を重ねた結果、上述した問題を完全に解決する
新規な担体及びその製造方法を見い出すことに成
功した。 即ち、この第１の発明は、植物の通管組織を形
成する壁に含浸され、炭素化された有機物により
補強された、その形態をそのまま保持して炭素化
された植物の通管組織よりなる細胞又は微生物の
固定化に適した担体である。また、第２の発明は
植物の通管組織を形成する壁に有機物を含浸し、
この有機物を不融化処理し、次いで、これを加熱
して植物の通管組織及び有機物を炭素化し、その
形態をそのまま保持し補強したことを特徴とする
植物の通管組織よりなる細胞又は微生物の固定化
に適した担体を製造する方法である。 さて、この発明にあつては、植物の通管組織の
形態をそのまま保持し、これを担体として利用し
たことを特徴とするものである。 以下にこの担体を構成する植物の通管組織及び
この通管組織を形成する壁に含浸される有機物に
ついて説明する。 まず、植物の通管組織、即ち、仮導管、導管或
いは繊維細胞といつた細孔、好ましくは開放気孔
を有する組織は、加熱による炭素化の後の細孔径
やその分布、配列などが細胞や微生物の固定化に
適したものを選択する。例えば、木本のうち、被
子植物、裸子植物、竹類などの植物通管組織であ
つて、具体的には、松、杉、檜などの針葉樹で
は、おもな細孔は仮導管であり、全組織の90％以
上を占め、その大きさは１〜70μの範囲内であ
り、植物の種類によつて異つている。 一方、広葉樹では導管と繊維細胞が主な細孔で
あり、その大きさは導管では20〜500μ、繊維細
胞では10〜50μの範囲内であり、植物の種類によ
り異つている。したがつて、この発明によつて得
られる担体の細孔径の大きさは１〜500μの範囲
内であり、この範囲内において固定化する細胞や
微生物の種類に応じて、また、それらがコロニー
を形成する場合には、そのコロニーの大きさを考
慮して、それぞれ最適の植物の通管組織の種類を
選択することができる。 植物の通管組織を形成する壁に含浸される有機
物は、フエノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、ビス
マレイミド・トリアジン樹脂、ポリジビニルベン
ゼン樹脂等の熱硬化性樹脂及び塩化ビニル樹脂、
フツ化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリ
ルロニトリル樹脂等の熱可塑性樹脂或いは石油・
石炭系重質油、アスフアルト、コールタール、ピ
ツチ類、糖類及びそれらの溶剤可溶成分より選ば
れた１種または２種以上であつて、炭素化率が３
％以上、好ましくは10％以上の物質である。これ
らの有機物は、前記植物通管組織を形成する壁に
含浸される。ここで含浸とは有機物が通管組織を
形成する壁の表面に被覆されたり、通管組織の細
孔を形成する壁の内部に浸透して、通管組織の炭
素化率を向上させると共に、通管組織が本来有す
る細孔の形状をそのまま保持しながら、炭化後の
強度や耐久性を向上させることができるようにす
ることを意味する。 続いて、この発明に係る担体の製造方法につい
て説明する。 まず、上記のように固定化する細胞や微生物の
種類に応じて、またそれらがコロニーを形成する
場合には、そのコロニーの大きさを考慮して選択
された最適の植物の通管組織を形成する壁に、フ
エノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、ビスマレイミ
ド・トリアジン樹脂、ポリジビニルベンゼン樹脂
等の熱硬化正樹脂及び塩化ビニル樹脂、フツ化ビ
ニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリルロニト
リル樹脂等の熱可塑性樹脂或いは石油・石炭系重
質油、アスフアルト、コールタール、ピツチ類、
糖類及びそれらの溶剤可溶成分より選ばれた１種
または２種以上であつて、炭素化率が３％以上、
好ましくは10％以上の物質を含浸させる。この
際、その有機物の含浸率は、通管組織に対して１
〜100重量％の範囲であつて、通管組織の有する
細孔の形態をそのまま維持しつつ、通管組織の炭
素化率を高めるに必要な量を含浸させる。 なお、含浸に際しては、浸透性を高めるため、
適切な溶剤可溶分を用いたり、溶剤で希釈した有
機物を用いてもよい。 含浸は、通管組織の細孔構造を傷つけないよう
に好ましくは常温−減圧下で行ない、表面に付着
した余剰の有機物は溶剤による洗浄或は拭き取り
等の適切な方法によつて除去するのが好ましい。 次いで、含浸後、不融化処理する。すなわち、
この有機物が再び溶剤に溶解したり、軟化して流
動化したりしないようにするため、この有機物が
熱硬化性樹脂の場合には、これを昇温し三次元構
造化させ、熱可塑性樹脂或いは石油・石炭系重質
油、アスフアルト、コールタール、ピツチ類、糖
類の場合は、適切な硬化剤或いは酸化剤等を添加
して不融化する。 次に、前述のように不融化した含浸後の植物通
管組織を加熱して炭素化する。 炭素化は、加熱温度450度以上、非酸化性雰囲
気中で行う。その再の昇度速度は遅いほど炭素化
収率が大きくなる傾向を示すが、含浸された有機
物の種類によつて最適の昇温速度を選択するのが
好ましい。 このように、固定化する細胞や微生物の種類に
応じて、またそれらがコロニーを形成する場合に
は、そのコロニーの大きさを考慮して最適の植物
通管組織を選択することにより、この通管組織を
形成する壁に有機物を含浸させ、含浸後、この組
織を不融化処理し、次いで、これを加熱し炭素化
して微生物や細胞に適した担体を提供することが
できる。 更に、この担体は細胞や微生物のコロニーの大
きさや生育形態に適した細孔を有し、細胞や微生
物の担体からの脱落を防止することができる。 又、この担体は、含浸前、含浸後、不融化後或
いは炭素化後のいずれの状態においても、バイオ
リアクターに合わせて所定の形状に接着或いは切
削加工することが容易にできる。例えば、薄板状
に加工してその両面に細胞又は微生物を固定化す
ることもできる。なお、この場合、細孔が貫通し
ていることが必要である。又、粒状として、充填
型固定床或は流動床としても使用できる。 なお、多くの植物では、その細孔が一方向に配
向しているため、接着或は切削加工する際、固定
化面に垂直に細孔が配向している状態が望まし
い。 なお、広葉樹、竹、藤等の植物の通管組織で
は、比較的大きな導管由来の貫通細孔を利用し
て、細孔内に積極的に通液して使用したり、粒状
として、充填型固定床或いは流動床として使用し
てもよい。なお、この発明の担体は炭素質である
ため、酸化反応により容易に含酸素表面官能基を
導入することができる。又、この含酸素表面官能
基は有機化学的手法により、他の官能基、例え
ば、メチル基、アミノ基、ニトロ基等に置換し得
る。このため、固定化しようとする細胞又は微生
物に合つた官能基を選択し、これを含酸素表面官
能基と置換することができ、細胞又は微生物との
親和性を一層向上させることができる。 なお、この発明の炭素材よりなる担体は、導電
性を有するため、通電により発熱させたり、電場
を形成させたりして使用することができ、細胞又
は微生物との親和性を一層向上させることができ
る。 （実施例） 次に、この発明を一実施例を示して更に詳細に
説明する。 実施例 １ 広葉樹として、赤ワラン、カポール、針葉樹と
して米松、米檜、の４種の植物を105℃で10時間
乾燥し、有機物として市販レゾール樹脂（炭素化
率33％）をメタノールで樹脂とメタノールとの体
積比を７対３にして希釈し、これを４種の植物に
減圧含浸した。含浸品は170度で１時間熱処理し
て、レゾール樹脂を不融化処理した。即ち、この
レゾール樹脂を三次元網状構造としてこれを硬化
させた。それぞれのレゾール樹脂含浸率はラワン
7.4％、米松13.5％、米檜26.0％であつた。 不融化処理後、50℃／hrの昇温速度で、非酸化
性雰囲気中で800度まで焼成し、通管組織の形状
をそのまま保持した多孔質炭素材である担体を得
た。 これらは、第１図〜第８図の走査型電子顕微鏡
写真に示す様な種々の細孔径を持つ、規則的微細
構造を示した。また、レゾール樹脂を含浸せずに
炭素化したものと比較して、 (1) 水中での超音波洗浄によつても組織の脱落が
ない。 (2) 紙などで強くこすつても着色を示さない。な
どの特徴を示した。次に、上記実施例１で得ら
れたこの発明に係る担体を未含浸の比較例と比
較した曲げ強度を下記第１表に示す。

【表】 実施例 ２ 実施例１の赤ラワン及び米檜から得られたこの
発明品をガラス状炭素、ステンレス、ムライト、
塩化ビニル、ゼオライトの各材質と、メタン生成
菌、アセトジエニツク、酸性成菌の混合菌体につ
いて、その固定化状態を比較した。各試材は30×
10×２mmの板状とした。 嫌気性消化汚泥中により採取した。これらの菌
類を、初期濃度（有機物質VSとして）200PPM
加え、基質としてペプトン及びグルコールを初期
濃度（有機炭素量として）500PPMを加えた培養
液を調整した。この培養液を37度に保ち、前記の
各種担体を浸漬し各担体に、6.5／minの流量
で通液した。浸漬は50日間行ない各種担体に固定
化された菌体量を有機炭素量として比較した。 この結果を第２表に示す。

【表】 第２表において、25日目と50日目で固定化量が
50日目で減少しているものは脱落によるものと考
えられる。 また、第２表より、他の材質と比較し実施例の
ものが良好な固定化量を示し、最適な細孔分布が
存在することを示している。 また、これとは別に、赤ラワン及び米檜の実施
品を前記培養液に８日間浸漬し、菌体の固定化状
態を走査型電子顕微鏡で観察した結果を第９図〜
第１２図に示す。ここで第９図及び第１０図では
発達したコロニーとなり菌体が固定化されている
様子が観察された。また、第１１図及び第１２図
では、細孔内部へ固定化されている様子が観察さ
れた。 （発明の効果） 以上、詳述した如く、この第１の発明は、植物
の通管組織を形成する壁に含浸され、炭素化され
た有機物により補強された、その形態をそのまま
保持して炭素化された植物の通管組織よりなる細
胞又は微生物の固定化に適した担体である。又、
第２の発明は、植物の通管組織を形成する壁に有
機物を含浸させ、この有機物を不融化処理し、次
いで、これを加熱して植物の通管組織及び有機物
を炭素化し、その形態をそのまま保持し補強した
ことを特徴とする植物の通管組織よりなる細胞又
は微生物の固定化に適した担体を製造する方法で
ある。 したがつて、使用する植物通管組織の種類を適
宜に選択することにより、各種の細胞や微生物の
コロニーの大きさや生育形態に適した細孔を有す
る担体を得ることができる。 また、担体全体を炭素材により構成したため、
細胞や微生物との親和性を高くするとともに、細
胞や微生物が担体から脱落するのを防止すること
ができ、人体にも無害である。 一方、植物の通管組織を有機物由来の炭素によ
つて補強してなる担体であるため、その強度が高
く担体自体の脱落を防止することができる。 更に、このものは、有機物に由来する炭素によ
り補強されたものであるため、担体を各種形状に
接着或いは切削加工することが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明により得られた赤
ラワン由来の担体であつて炭素化された生物の形
態を示す顕微鏡写真、第３図及び第４図はこの発
明により得られたカポール由来の担体であつて炭
素化された生物の形態を示す顕微鏡写真、第５図
及び第６図はこの発明により得られた米松由来の
担体であつて炭素化された生物の形態を示す顕微
鏡、第７図及び第８図はこの発明により得られた
米檜由来の担体であつて炭素化された生物の形態
を示す顕微鏡写真、第９図及び第１０図はこの発
明により得られた赤ラワン由来の担体であつて炭
素化され微生物が固定化された生物の形態を示す
顕微鏡写真、第１１図及び第１２図はこの発明に
より得られた米檜由来の担体であつて炭素化され
微生物が固定化された生物の形態を示す顕微鏡写
真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 植物の通管組織を形成する壁に含浸され、炭
   素化された有機物により補強された、その形態を
   そのまま保持して炭素化された植物の通管組織よ
   りなる細胞又は微生物の固定化に適した担体。 ２ 前記有機物が、フエノール樹脂、フラン樹
   脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユ
   リア樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポ
   リジビニルベンゼン樹脂等の熱硬化性樹脂及び塩
   化ビニル樹脂、フツ化ビニル樹脂、塩化ビニリデ
   ン樹脂、アクリロニトリル樹脂等の熱可塑性樹脂
   或いは石油・石炭系重質油、アスフアルト、コー
   ルタール、ピツチ類、糖類及びそれらの溶剤可溶
   成分より選ばれた１種または２種以上であつて、
   その炭化率が３％以上の物質であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の細胞又は微生物
   の固定化に適した担体。 ３ 前記有機物の含有率が、植物の通管組織に対
   して１〜100％の範囲であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の細胞又は微生物の固定
   化に適した担体。 ４ 植物の通管組織を形成する壁に有機物を含浸
   し、この有機物を不融化処理し、次いで、これを
   加熱して植物の通管組織及び有機物を炭素化し、
   その形態をそのまま保持し補強したことを特徴と
   する植物の通管組織より細胞又は微生物の固定化
   に適した担体を製造する方法。 ５ 加熱温度が450℃以上、非酸化性雰囲気中で
   加熱されたことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項に記載の細胞又は微生物の固定化に適した担体
   を製造する方法。