JPH06102730B2 - 分離材用バイモーダル粒子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は分離材用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、吸着体などに好適
に使用しうる分離材用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
オン交換樹脂用母材などの分離材にはポリマー粒子が用
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
粒子をうる方法である。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が、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がえられる。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52-129
788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）が小さくなり、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ごとき問題の
少ないものも製造されているが（特開昭57-102905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、微小な一次粒子が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、液注入時にいわゆるショートパスが発生す
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
によるショートパスの発生がなく、しかも圧力損失が小
さい粒子をう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
してなる分離材用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。

すなわち、本発明は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を分散混
合させてなる粒子混合物であり、単分散粒子ＡおよびＢ
がそれぞれセルロース系ポリマー、絹系ポリマー、キチ
ン系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、（メタ）
アクリレート系ポリマー、スチレン系ポリマー、ビニル
アルコール系ポリマーまたは縮合系ポリマーであり、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
特徴とする分離材用バイモーダル粒子に関する。

［実施例］ 本発明の分離材用バイモーダル粒子は、２種類の単分散
粒子ＡおよびＢを分散混合させてなる粒子結合物であ
る。

ここで本発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具
体例としては、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
などの絹系ポリマー；キトサンなどのキチン系ポリマ
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、メチルメタクリレート
−ヒドト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
−ブタジエン共重合体、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；またはその他ポリアミド、
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があげられ
る。

前記単分散粒子を構成するポリマーが、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がえられる。また、単
分散粒子を構成するポリマーとしてスチレン−ブタジエ
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、該単分子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の分
離材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ばあいには、圧
力損失の小さいアフィニティークロマトグラフィ用担体
などの分離材に使用されうる。

本発明のポリマー粒子は、球状（ほ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
体など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
〜1000μｍ、好ましくは50〜600μｍの範囲内にあり、9
5％以上の粒子が数平均粒径±10％以内のものである。

前記数平均粒径が10μｍ未満になると、たとえば血液中
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どに圧力損失が大きくな
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1000μｍをこえると比表面積が小さく
なり、吸着速度が遅くなる。

また、前記数平均粒径±10％以内の粒子の割合が95％未
満であるばあいには、前記のごとき吸着体用の吸着材と
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、スキン層が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、文字どおり海綿のごとく
有孔面が三次元的に連続した構造または繊維が三次元的
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が、網目の大き
さは0.1〜10μｍ程度であることが好ましく、また内部
に直径が10μｍ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％程度であることが好ましい。

前記網目状組織の網目の大きさが0.1μｍ未満になる
と、吸着体用の吸着材として用いたばあいに血液中の前
記不要物の吸着速度が小さくなるのみならず、これら不
要物の吸着除去が充分行われなくなるなどの傾向が生じ
る。また10μｍ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、破砕したりしがちとなる。

単分散粒子表面にスキン層が存在するばあい、かかるス
キン層の厚さは通常0.1〜10μｍ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
が比較的小さいので、排除限界分子量がおよそ100万以
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が網目状組織であるばあい、通常
その表面には孔径0.01〜５μｍ程度の孔が存在する。こ
のように粒子表面が網目状組織であるばあいには、排除
限界分子量がおよそ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。

本発明の分離剤用バイモーダル粒子は、前述のごとく２
種類の単分散粒子ＡおよびＢを分散混合させてなる粒子
混合物である。

前記単分散粒子ＡおよびＢの数平均粒子径の比が、0.5/
1〜0.9/1、なかんづく0.6/1〜0.8/1となるように調整さ
れたものが用いられる。かかる比は0.5/1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があり、また圧力損失
も大きくなる。0.9/1をこえるばあいには、ショートパ
スの発生を防ぐ効果が乏しくなる傾向がある。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
く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がなくなり、ショ
ートパスの発生を防ぐ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たが
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
とが望ましく、均一に分散されていないばいには、各々
の単分散粒子の特性が独立に現れてショートパスの発生
を防ぐ効果が乏しくなったり、圧力損失が大きくなるこ
とがある。

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、たとえば特開昭62-191033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
を組合わせた方法）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、たとえば銅アンモニア水
溶液、ジメチルスルホキシドとパラホルムアルデヒドと
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62-191
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ぼ真球状の粒
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
する溶剤と溶けあり、小滴が自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、たとえば水、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があげられ
る。

一般にポリマー溶液中のポリマーの濃度が高く、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
の網目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、たとえば化学
便覧（日本化学会編、丸善（株）発行、1984年）ポリマ
ー・ハンドブック（ジェイ・ブランドラップ・アンド・
イー・エム・インマグート(J.Brandrup ＆E.M.Immergu
t,)ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(Jhon Willy ＆
Sons、)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トが存
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分離材用バイモーダル粒子は、ク
ロマトグラフ用充填材、酵素固定用担体、アフィニティ
クロマトグラフィー用担体、イオン交換樹脂用母材など
の用途に好適に使用することができ、これらの用途に使
用したばあいには充填状態が均一になるので、ショート
パスが発生せず、しかも圧力損失、吸着速度、分離速度
選択性の点ですぐれたものとなる。

つぎに本発明の分離材用バイモーダル粒子を実施例に基
づいて詳細に説明するが、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１ 二酢酸セルロースを濃度が12.5％となるようにジメチル
スルホキシド／プロピレングリコールが重量比で4/6の
混合液に溶解させた。

ノズルの前方5mmのところに2cmの間隔をあけて幅5cm、
液滴の進行方向の長さ25cm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。このノズルに設けた直径250μｍ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385
0Hzの振動を加えながら吐出させ、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。

えらえた二酢酸セルロース粒子を50℃、0.6％のカ性ソ
ーダ水溶液に投入して、２時間攪拌したのち回収し、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、430μｍで、粒子がすべて平均粒
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（（株）日立製作所製、HCP−
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0.2μｍのスキ
ン層があり、内部は孔径が約0.2〜２μｍ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4cP、24℃）
を、線速が20cm/minとなるように流したとき圧力損失は
52mmHg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（（株）ニレコ製のルーゼックスII）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5cm、印加電圧を510
V、オリフィス孔径を100μｍ、溶液の吐出線速度を8.9m
/sec、振動数を5000Hz、飛行距離を1.7m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、270μｍで、粒子がすべて
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、135mmHgであった。

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、沈降させたのち、沈降した粒子をスポイドで吸い
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10cm/m
in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でえらえ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。

［発明の効果］ 本発明の分離材用バイモーダル粒子は特定に数平均粒径
および特定の粒径分布を有する２種類の単分散粒子を分
散混合させてなる粒子混合物であり、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
材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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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を分散混合させ
   てなる粒子混合物であり、単分散粒子ＡおよびＢがそれ
   ぞれセルロース系ポリマー、絹系ポリマー、キチン系ポ
   リマー、アクリロニトリル系ポリマー、（メタ）アクリ
   レート系ポリマー、スチレン系ポリマー、ビニルアルコ
   ール系ポリマーまたは縮合系ポリマーであり、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
   る分離材用バイモーダル粒子。