JPH048290A - 微生物吸着材 - 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、微生物吸着材に関する。更に詳細には、微生
物の吸着材、バイオリアクターやバイオセンサーにおけ
る微生物菌体の保持担体などとして使用される微生物吸
着材に間する。

（従来の技術） 従来、この種の微生物吸着材としては、特公昭６２−４
１６４１号公報に記載された橋かけポリビニルピリジウ
ムハライトからなる不溶性高分子化合物がある。

この化合物は、高い効率で、しかも生きた状態で微生物
を捕らえることができ、その上、水に不溶性であるため
環境を汚染することがない優れた微生物吸着材である。

しかしながら、上記の橋かけポリビニルピリジニウムハ
ライドは水だけでなく、通常の有機溶媒にも不溶である
ため、固体としてしか取り扱えず、加工が困難であり、
単位重量当りの表面積が小さく、吸着効率が悪いという
ｒＷＩＭがあった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来技術の欠点を解消すべくなされたも
のであり、水に不溶性であり、微生物の活性を低下させ
ることなく吸着することができ、かつ、表面積が大きく
、微生物の吸着効率が高い微生物吸着材を提供すること
を目的とするものである。

（課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するため、本発明は、 「一般式、　　　　　　　　　　　　　Ｒ２ルキル基ま
たはペンタフルオロフェニルメチル基、Ｒ２は水素原子
またはＣ５〜Ｃ３のアルキル基、Ｘはハロゲン原子、Ｙ
は水素原子、ＣＩ−Ｃ３のアルキル基、ベンジル基、エ
ーテル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基また
はアリール基）で表わされるビニル系共重合体が、板状
基材の表面に付着していることを特徴とする微生物吸着
材」をその要旨とした。

すなわち、本発明の微生物吸着材に使用する上記ビニル
系共重合体は、橋かけポリビニルピリジニウムパライド
と同様の優れた微生物吸着能を有するにも拘らず、水に
は不溶又は難溶でありながら、有機溶媒には可溶であっ
て、これを溶液とすることができるので、橋かけポリビ
ニルピリジニウムハライドでは不可能であった、他の基
材への含浸やコーティングなどの加工が可能なのである
。

本発明の微生物吸着材は、この共重合体の性質を利用し
、優れた微生物吸着性を有するビニル系共重合体を板状
基材の表面に付着することによって、ビニル系共重合体
の単位重量当りの表面積を大幅に増加せしめ、微生物吸
着能を高めｋものである。

本発明には、４−ビニルピリジンとモノビニルモノマー
とを共重合した後、ハロゲン化物を作用させて得られる
、下記の一般式で表されるビニル系共重合体が使用され
る。

一般式”　　　　　　　　　　　Ｒま ただし、式中Ｒ１はベンジル基、Ｃ４〜ＣＩ８のアルキ
ル基またはペンタフルオロフェニルメチル基、Ｒ２は水
素原子または０１〜Ｃ３のアルキル基、Ｘはハロゲン原
子、Ｙは水素原子、０１〜Ｃ３のアルキル基、ベンジル
基、エーテル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル
基またはアリール基である。また、このビニル系共重合
体はランダム共重合体またはブロック共重合体である。

共重合に使用するモノビニルモノマーとしては、エチレ
ン、プロピレン、ブテンなどのモノオレフィン、スチレ
ン、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エステル、メ
タクリル酸、メタクリル酸エステル、脂肪族ビニルエス
テル、アクリロニトリル及びこれらの誘導体などがある
が、これに限らず、種々のものが単独又は組合せて使用
できる。

ただし、親水性の高い官能基を有するモノビニルモノマ
ーを使用すると、得られる共重合体が重合度によっては
水溶性となるので望ましくない。

この４−ビニルピリジンとモノビニルモノマーとの比率
、すなわち、ｎ：ｍの割合は、使用されるモノビニルモ
ノマーの種類や、重合度によっても異なるが、大略１０
：９０〜９０：１０の範囲にあるのが望ましい。この範
囲よりも４−ビニルピリジンの割合が少ないと十分な微
生物吸着能が得られず、これよりも多いと得られる共重
合体が水溶性の高いものとなってしまう。とくに望まし
いｎ：ｍの割合は１０：９０〜ＴＯ：　３０の範囲であ
る。

また、上記ビニル系共重合体の重合度は少なくとも３０
０以上であることが望ましく、これより重合度が低いと
、得られる共重合体の水溶性が高いものとなる。

モノビニルモノマーと４−ビニルピリジンとの共重合体
は、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化ベンジル、ハロゲ
ン化ペンタフルオロフェニルメチルなどのハロゲン化物
と反応させることにより、ピリジンを４級化し、次式で
表される官能基を形成する。

式：　Ｘ　−Ｒ１−Ｎ” この官能基が主体となって微生物を活性状態を維持した
ままで、吸着する働きをしているものと考えられる。こ
の機構は明かではないが、この官能基は正に帯電してお
り、一般に微生物の細胞表面は負に帯電していることか
ら、静電気的な相互作用が一つの重要な因子であると推
定される。

この様にして得られたビニル系共重合体は、水に対して
実質的に不溶又は難溶であって、有機溶剤には可溶であ
る。この性質を利用して、上記ビニル系重合体は有機溶
剤に溶かされて溶液とされる。この有機溶剤としては、
アルコール類、エステル類、゛　フェノール類、エーテ
ル類などが使用できるが、取り扱い易さ等の点から考え
て、アルコール類を使用することが望ましい。

次に、ビニル系共重合体を溶解した溶液は、板状基材に
含浸、スプレー　コーティング等の手段で付与される。

この後、乾燥工程を経ることにより、上記ビニル系共重
合体は板状基材に付着される。

板状基材に対するビニル系共重合体の付着量は特に限定
されないが、ビニル系共重合体の付着厚さが０．００１
−１μｍの範囲にあるのが望ましいので、基材に対して
おおよそ０．００１〜１００重置％の付着範囲となるの
がよい。０．００１重置％以下では十分な微生物の吸着
効果が出ず、１００重量％以上では、ビニル系重合体の
使用量が増す割には吸着効果は上がらず、不経済となる
。

本発明の板状基材には、石綿板、木板、プラスチック板
、コンクリート板、あるいは金網、波板、多孔板等種々
のものが使用できる。又、この板状基材の大きさ、形状
、比重は用途や使用状態に応じて自由に選択することが
できる。この結果、板状基材表面に形成されるビニル系
共重合体の付着による被膜の表面積は、使用状態や用途
に応じて適宜変更が可能となる。例えば当該微生物吸着
材に汚水を接触させて水処理を行う際、板状基材の形状
を多孔板としたならば、基材表面に形成されるビニル系
共重合体の付着による被膜の表面積は大きくなる。この
結果、処理水との接触面積も大きくなり、微生物吸着能
は飛躍的に向上することになる。また、厚みを薄くした
板状基材を複数枚積層し、これら板状基材相互を結合し
た後、結合された板状基材の表面にビニル系共重合体に
よる被膜を形成することもできる。この場合、ビニル系
共重合体の付着による被膜の表面積を飛躍的に大きくす
ることができ、当該微生物吸着材の微生物吸着能も飛躍
的に向上させることができる。

又、板状基材は、金属製、コンクリート製、プラスチッ
ク製など素材を選択的に使用することにより、当該微生
物吸着材の強度を高めたり、軽量化を計ったりすること
ができる。尚、板状基材は、例えば金網の表面にプラス
チックによる被膜を設けたもののように、多種類の素材
を複合してなるものであってもよい。

尚、本発明の微生物吸着材によって、吸着する対象とな
る微生物とは、細菌、真菌、藻類、ウィルス等をいう、
水処理材あるいは空気処理材として本発明の微生物吸着
材を用いる場合には、被処理水あるいは被処理空気に含
まれるこれらの微生物を吸着除去することにより水或は
空気の浄化が行われる。また、バイオリアクター等に利
用する場合には、特定の機能を有する菌体を、生きたま
まで、或は活性の高い状態で吸着させ、これら菌体に含
まれる酵素を働かせて、反応生成物を得たり、物質の選
別を行ったりする。

尚、本発明者らの実験により、本発明のビニル系共重合
体において、その特徴である微生物吸着能を十分に発現
するためには、水分が必要であることが明かとなった。

このため、本発明の微生物吸着材をエアーフィルターの
フィルター材として用いる場合には、ビニル系共重合体
と共に、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどのアル
カリ土類金属塩や塩化リチウム、メタケイ酸カリウム、
硫酸チタニウムなどの潮解性物質、ポリビニルアルコー
ル、ポリアクリル酸塩、ビニルピロリドンなどの水溶性
高分子、シリカゲル、ゼオライト、コラーゲン、五酸化
ニリン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、エチレン
グリコール等の保湿剤を板状基材表面に付着させるので
ある。これにより、当該微生物吸着材は、水系の場合と
同しく優れた微生物吸着能を発現するようになる。

尚、本発明の微生物吸着材を微生物の除去だけに用いる
場合には、本発明のビニル系共重合体と共に、殺菌剤を
板状基材表面に付着するようにしたならば、微生物吸着
能と共に、殺菌性能をも備えた微生物吸着材を得ること
ができる。この殺菌剤としては、例えば、抗生物質のポ
リミキシン、第４アンモニウム塩などの陽性界面活性剤
、アルキルアミノエチルグリシンなどの両性界面活性剤
、クロルヘキシジン、ポリヘキサメチレンビグアニジン
などのビグアナイド、ウンデシレン酸などの高級脂肪酸
、金属及び金属イオン、フェノール類などが使用できる
。

（実施例） 以下、本発明を実施例に従って詳細に説明する。

実施例１ ４−ビニルピリジンとスチレンとをｌ：２．５モルの割
合で共重合した後、４−ビニルピリジンと等モルのベン
ジルハライドで４級化処理してビニルピリジニウム系共
重合体を得た。

次いで、３２５メツシユの金網１０ｃｗｘｌＯＯｃ＊を
上記ビニルピリジニウム系共重合体のエタノール溶液中
に浸漬した後、８０℃で乾燥して、金網に対する共重合
の付着率が０．１５重置％の微生物吸着材を得た。

上記微生物吸着材を渦巻き状に巻いたものをビーカーに
入れ、更にこのビーカーに大腸菌を０．８５％滅菌食塩
水に１．７Ｘ１０’ｌｌ／−１の濃度に！！濁させた液
１０００ｗ＋Ｉを入れ、マグネティツクスターラーで攪
拌した。一定時間毎に液中に残存する生菌数を寒天平板
混釈法を用いて測定し、除菌率を求めて第１表にした。

比較例１ 実施例！で用いたビニルピリジニウム系共重合体を用い
ず、３２５メツシユの金網１０ｃｍｘ　１００ｃｓ＋を
渦巻き状に巻いたもののみをビーカーに入れ、更にこの
ビーカーに大Ｈ菌ヲ０．８５［菌食塩水ニ１．７ｘｌＯ
’個／１の濃度に懸濁させた液１０１００Ｏを入れ、マ
グネティックスターラーで攪拌した。一定時間毎に液中
に残存する生菌数を寒天平板混釈法を用いて測定し、除
菌率を求めて第１表に示した。

（以下余白） 第１表 吸着材は、ビニルピリジニウム系共重合体を付着させな
い比較例１に比べて、微生物吸着能に優れ、高い除菌率
を示した。

実施例２ 実施例１の微生物吸着材を渦巻状に巻いたものをビーカ
ーに入れ、更にこのビーカーに黄色ブドウ球菌を０．８
５％滅菌食塩水に１．２ｘｌｏ’個／１の濃度に懸濁さ
せた液１０１００（１を入れマグネテイツクスターラー
で攪拌した。一定時間毎に液中に残存する生菌数を寒天
平板混釈法を用いて測定し、除菌率を求めて第２表に示
した。

（以下余白） 第１表から明らかなように、 実施例１の微生物 第２表 も本発明の微生物吸着材は良好な菌の吸着を示した。

第２表から明らかなように、 菌の種類を変えて 実施例４ ４−ビニルピリジンとスチレンとを１：２．５モルの割
合で共重合した後、４−ビニルピリジンと等モルのヘン
シルハライドで４級化処理してビニルピリジニウム系共
重合体を得た。

一方、表面を粗面化した直径１２ｃｍ＋のアクリル円板
ｌＯ枚を、アクリル円板同士が平行に、かつ　隙間が５
ｍｓとなるように中心に通した軸に固定して多層回転体
を作製した。

次いで、この多層回転体を上記ビニルピリジニウム系共
重合体のエタノール溶液中に浸漬した後、８０℃で乾燥
して、アクリル板に対する共重合体の付着率が１．５！
量％の微生物吸着材を得た。

上記多層回転体を用いた微生物吸着材を、大腸菌を０．
８５％滅菌食塩水に１．６ｘｌＯ’個／１の濃度に懸濁
させた液１２００ｍ１に漬け、軸を中心に回転させて大
腸菌の懸濁液を攪拌した。一定時間毎に液中に残存する
生菌数を寒天平板混釈法を用いて測定し、除菌率を求め
て第３表に示した。

比較例２ 実施例４で用いたビニルピリジニウム系共重合体を用い
ず、実施例４で用いた多層回転体のみを、大腸菌を０．
８５にの滅菌食塩水に１．６ｘ１０６個／ｍｌの濃度に
懸濁させた液１２００ｍ１に漬け、軸を中心に回転させ
て大腸菌の懸濁液を攪拌した。一定時間毎に残存する生
菌数を寒天平板混釈法を用いて測定し、除菌率を求めて
第３表に示した。

（以下余白） 第３表 （発明の効果） 本発明の微生物吸着材は、上述の如く、水に不溶で有機
溶剤に可溶である、優れた微生物吸着能を有する共重合
体を作成し、これを板状基材に付着させたものである。

このため、板状基材の大きさや形状を適宜選択すること
により、同板状基材表面に形成されるビニル系共重合体
の付着による被膜の表面積を増大させることができ、当
該微生物吸着材の微生物吸着能を飛躍的に高めることが
できる。また、製造が容易であり、その分コストの低減
化を計ることもできる。また、本発明に使用するビニル
系共重合体は水に不溶であるので、水に溶は出して環境
を汚染することもない。更に、本発明の微生物吸着材は
、板状基材の素材を選択的に使用することにより、当該
微生物吸着材の強度を高めたり、軽量化を計ったりする
ことができる。

又、本発明の微生物吸着材は、板状基材の太き微生物吸
着材の形状、大きさ、比重を自由に設計することができ
ることから、用途や使用状態に簡単に対応することがで
きる。

更に、本発明の微生物吸着材をバイオセンサーやバイオ
リアクターとして用いた場合には、微生物を生きたまま
で活性の高い状態で、高い効率で固定化できるので、優
れた生体触媒機能を十分に活用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一般式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、式中Ｒ＿１はベンジル基、Ｃ＿４〜Ｃ＿１＿
   ６のアルキル基またはペンタフルオロフェニルメチル基
   、Ｒ＿２は水素原子またはＣ＿１〜Ｃ＿３のアルキル基
   、Ｘはハロゲン原子、Ｙは水素原子、Ｃ＿１〜Ｃ＿３の
   アルキル基、ベンジル基、エーテル基、カルボキシル基
   、カルボン酸エステル基またはアリール基）で表される
   ビニル系共重合体が板状基材の表面に付着していること
   を特徴とする微生物吸着材。