JPH0718883B2

JPH0718883B2 - 生体液濃縮用吸水樹脂、その製造方法及びその使用方法

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Publication number: JPH0718883B2
Application number: JP63172681A
Authority: JP
Inventors: 亮介米本; 礼造福嶋
Original assignee: Atto Corp; Hymo Corp
Current assignee: Atto Corp; Hymo Corp
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH0224565A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、生化学、医学の分野において、生体由来物
質、例えば、蛋白質の分析を行うために生体液を濃縮す
るに当り、かかる蛋白質を変質させることなく実質的に
液中の水分のみを吸収することによってこれらの成分を
濃縮することを可能とするポリアクリルアミド架橋物で
ある生体液濃縮用吸水樹脂、その製造方法及びその使用
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、医学上の研究・診断の目的で生物体より血液・リ
ンパ液等の体液を採取しその中の蛋白質成分を分析・同
定することは広く行われている。この際、予め被検試料
より水分及び蛋白質以外の低分子成分を分離除去し、蛋
白質成分の濃度を高めておくことによって分析の感度・
精度を高めることは良く知られている。

従来、上記のように、蛋白質成分の濃度を高めておくた
めに幾つかの方法が使用されている。例えば、被検液を
加圧下で限外濾過膜と接触させ水分のみを通過させるこ
とによって達成したもの、例えば、特開昭60−145069号
公報、特開昭61−12284号公報に記載されたものがあ
る。また、ポリアクリル酸ソーダ架橋物から成る吸水樹
脂についても従来公知であり、通常、該吸水樹脂は粉末
状態で市販されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の技術に関しては幾つかの問題
点が指摘されている。例えば、限外濾過膜を使用する濃
縮法については、濾過のために特別の設備が必要であ
り、また、その操作も熟練を必要とした。

一般に、この発明が対象とする分析及び同定のための生
体液は、数ccが使用されるものであり、同時に、多数の
試料を平行して試験に供されることから採用される操作
は、簡便且つ確実であることが極めて重要なことであ
る。例えば、前述の吸水樹脂を被検液中に投入し、水分
のみを吸収させ、残液中に蛋白質を濃縮することは、当
業者が容易に想到するところのものである。

しかしながら、該吸水樹脂は蛋白分子と水分子を選別す
る能力を持たないことから、蛋白質の濃縮を目的とした
この発明に適用することはできない。また、粉末状態の
吸水樹脂を使用すると吸水後のゲルは被検液より濾別す
る必要があり、その操作は煩雑となる。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
上記の吸水樹脂の持つ利点を保存しつつ、その欠点を可
及的に取り除くことによって、使用時の操作を大幅に簡
略化することを可能とし、更に、該課題解決に必要とさ
れる諸特性を最適化することによって優れた濃縮性能を
持つ生体液濃縮用ポリアクリルアミド架橋物即ち生体液
濃縮用吸水樹脂を提供しようとするものである。

この発明では、アクリルアミドを主成分とする水膨潤性
ゲルに関して、良好な蛋白質分離性能を与えるための条
件、即ち、平衡吸水倍率（Se）及び吸水速度指数（Sv）
の二つの条件を最適化することによって、満足すべき性
能を持つ濃縮用ゲルに到達したものである。

ここで、生体液濃縮用吸水樹脂を水中に24時間放置後の
吸水倍率をS24及び３時間放置後の吸水倍率をS24及び３
時間放置後の吸吸倍率をS3と定義し、更に、Se＝S24、S
v＝S3/S24と規定すれば、この発明の目的とする濃縮用
ゲルの最適範囲は、以下の数値領域で表すことができ
る。

４＜Se＜9,Sv＞0.80 以下、各特性の持つ意味を説明する。

濃縮用ゲルにおいて、吸水率が余りに低いと使用時にお
いて、被検液量当り多量の濃縮用ゲルを必要とすること
は当然である。この現象からして、Se＞４は必須であ
る。一方、平衡膨潤率が高いことは、膨潤時の分子鎖間
の空隙が広いことを意味し、内部に取り込み得る被検液
中の蛋白質の分子量が大きくなることと対応する。生体
液中において、分析の対象となる蛋白質分子の回収効率
を検討した結果、Se＜９であれば、実用上、満足すべき
効率を与えることが分かった。

一方、濃縮用ゲルの膨潤速度の大きさは、濃縮所要時間
と濃縮率の安定性を左右する。実際の需要者の便宜を考
慮すれば、濃縮所要時間は３時間前後であることが望ま
しい。この時間帯において満足すべき膨潤率に到達する
ための自由度として平衡吸水倍率のとり得る範囲に上限
があることは上にみた通りである。従って、いま１つの
自由度として、はじめに定義した吸水速度指数Svが重要
になる。吸水速度指数Svは言うまでもなく吸水開始後３
時間の時点で平衡値に近づく尺度であるから、この値が
大きいほど、以後の時間の経過による吸水率の増加は少
なく濃縮率は安定することになる。検討の結果、Sv＞0.
80が望ましい指標であることが明らかになった。

この発明の目的を達するためには、アクリルアミドを50
モル％以上含む非イオン性アクリルモノマーに、２種以
上の水溶性ジビニル化合物を0.5〜3.0モル％共重合させ
ることが望ましい。この場合、第１の架橋剤としては、
N,N−メチレンビスアクリルアミド（略称、BIS）が好ま
しく、また、第２の成分としては、ポリエチレングリコ
ール（メタ）アクリレートの１種ないしは重合度を異に
するエチレングリコール鎖を有する一種以上の混合物
（略称、PEGD）が使用される。

この発明の特徴とする所望のゲル強度を持つ製品を製造
するためには、特に、架橋剤を２種以上併用することが
重要である。良く知られているようにBISのみを架橋剤
として使用し製造されたポリアクリルアミドゲルは極め
て脆弱であり、使用中に、僅かの外部刺激によっても破
砕されて濃縮液中に残留するために、新たに分離操作を
追加する必要が生じる。これに対し、上記の組合わせを
持つ架橋剤を使用すれば、製品は弾性に富み、破砕の可
能性は著しく減少する。

このため、この製品の吸水後の濃縮用ゲルは、ピンセッ
ト等の適当な治具で液中から容易に取り出すことがで
き、残液と分離することができる。

かかる強靱な濃縮用ゲルを得るためには、非イオン性ア
クリルモノマーに対し、水溶性ジビニル化合物を0.5〜
3.0モル％共重合させるに当たりBISとDEGDAの比率が1:5
〜4:1の範囲にあることが望ましく、特に、好ましい範
囲は、1:3〜1:1である。

この発明に使用される非イオン性アクリルモノマーとし
ては、アクリルアミドが最も賞用されるが、50モル％以
下の範囲において、他の非イオン性アクリルモノマーを
共重合させることにより高分子鎖間の水素結合を減少せ
しめ、吸水速度を向上させることができる。

このような目的に用いる非イオン性アクリルモノマーと
しては、ジアセトン・アクリルアミド、Ｎ−アルキル・
アクリルアミド、N,N−ジアルキル・アクリルアミド、
N,N−モルネリン・アクリルアミド、ヒドロキシエチル
（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール・モノ
（メタ）アクリレート等が例示される。

それら非イオン性アクリルモノマーは、15〜30重量％の
水溶液として重合に供せられる。また、10モル％以内の
範囲であれば、イオン性アクリルモノマーを共重合させ
ることもできる。かかる目的に適用されるイオン性アク
リルモノマーとしては、アクリルアミド・アルキルスル
ホン酸塩、（メタ）アクリロイロキシアルキル・トリア
ルキルアンモニウム塩等を例示することができる。

モノマー水溶液の重合は、適度の比表面積を付与するの
に好都合にするため、円筒、積層板等の型に入れて重合
を行い、得られたポリアクリルアミドゲルを所望の大き
さに裁断後、乾燥して製品とする。必要があれば、乾燥
前に、該ポリアクリルアミドゲルを水洗し、ポリアクリ
ルアミドゲル内に残存する微量の可溶性成分を除去する
こともできる。乾燥樹脂の比表面積Saは、下記の範囲で
あることが望ましい。

20＜Sa＜100cm²/g 容易に理解できることであるが、ゲル単位容積当りの表
面積が大きくなることによって吸水速度指数Svは大きく
なる。このことは使用する原料モノマーの選択の範囲が
広がることを意味する。実験結果によれば、その効果は
予想以上であって比表面積Saを少なくとも20cm²/gとす
ることが望ましいことが明らかになった。

他方、比表面積Saの許容し得る上限は、ポリアクリルア
ミドゲルの取扱いの容易さに関係する。例えば、従来技
術として紹介した市販のゲルは粉末状であり、その比表
面積Saは100cm²/gを超える。このような状態では、濃縮
後の濾過が不可欠となり、既に述べたような実用上の不
便をもたらすことになる。この発明に記載するポリアク
リルアミドゲルは、従来知られていたいわゆる吸水ゲル
に比較し、はるかに弾性に富むものであるが実際の使用
上において、安定な形態を維持し得るためには、Sa＜10
0cm²/gが上限であった。

実際の試験に当たっては、試験管又はビーカーに被検液
を採り、この発明による吸水樹脂を投入し、数時間放置
した後、膨潤したポリアクリルアミドゲルをピンセット
等の治具を用いて取り出して残液を試験に供する。

従って、吸水樹脂の形状は、投入及び取り出しの便宜を
考慮したものである必要があり、柱状、板状等の形状が
望ましい。上記の観点から、例えば、形状が円柱形状の
場合には、直径1.5mm以下、板形状の場合には、厚さ1.0
mm以下が好適であった。

モノマーの重合は、重合開始剤及び紫外線照射により発
生するラジカルによって行われる。重合開始剤として
は、過硫酸アンモニウム（略称、APS）等の過酸化物
と、亜硫酸水素塩（略称、SL）、N,N,N′,N′−テトラ
メチルエチレンジアミン（略称、TEMED）等の還元剤と
を併用するレドックス型の重合開始剤が賞用されるが、
特に限定されるものではない。上記過酸化物及び還元剤
は、全モノマーに対し、0.001〜１重量％、好ましくは
0.002〜0.5重量％が使用される。また、重合温度は開始
剤が機能する温度であれば、特に限定されないが、通
常、５〜50℃の範囲が好ましい。

〔作用〕

この発明による生体液濃縮用ポリアクリルアミド架橋物
は、蛋白質を排除しつつ水分のみを短時間で吸収する性
質を有する吸水樹脂である。

上記のような性質は、アクリルアミドを主体とする非イ
オン性アクリル高分子架橋物から成る吸水樹脂に適度の
架橋密度と比表面積を付与することにより達成できる。

即ち、この生体液濃縮用ポリアクリルアミド架橋物につ
いては、その平衡吸水倍率を９以下とすることにより蛋
白質分子が架橋樹脂内部に侵入することができず水分の
みが吸収される。アクリルアミドを主体とする高分子官
能基の親水性と20cm²/g以上の高比表面積を具備する結
果、このポリアクリルアミドゲルは吸水を短時間で完了
し、一定の濃縮率を与えることができる。

また、架橋剤として、N,N−メチレンビスアクリルアミ
ドとポリエチレングリコール（メタ）アクリレートを併
用することにより吸水状態において、強靱な濃縮用ゲル
を得ることができ、残液中から容易に分離することがで
きる。

そして、吸水ゲルの形状は、柱状、板状等の形状であ
り、試験管、ビーカー等内の被検液中に投入し、容易に
蛋白質の濃縮操作を行うことができる。

〔実施例〕

次に、この発明による実施例を説明するが、この発明
は、該特許請求の範囲に記載された事項によって構成さ
れる技術的思想の範囲内を超えない限り、以下の実施例
に制約されるものではないことは勿論である。

実施例−１（試料調整法）容量200mlのガラス製トールビーカーに表−１に記載す
る量のモノマーと蒸留水120mlとを仕込み、窒素曝気を
行い、内温を５℃に調整した後、重合開始剤としてNN′
アゾビスアミジノプロパン塩酸塩（和光純薬製Ｖ−50）
0.2％水溶液1.5ml、過硫酸アンモニウム0.1％水溶液1.5
ml、及び亜硫酸水素ナトリウム0.1％水溶液1.5mlを逐次
添加混合した。重合開始剤を均一に混合した後、長さ12
0mm、内径2.5mm、肉厚0.02mmのポリプロピレン製円筒10
0本を束にして、軸の向きが鉛直方向となるように、上
記ガラスビーカー内に挿入し重合を継続した。

重合開始より２時間後に、各ガラスビーカーを55℃に６
時間保温し、重合を完結させた。

重合完結後、前記ポリプロピレン製円筒の束を１本ずつ
にばらし、長さ4.5mmに切断した後に、70℃にて通風乾
燥し、円柱状の重合物を乾燥状態で取り出し試験に供し
た。

モノマー組成を表−１に示す。なお、表−１に用いる略
号の意味は、下記の通りである。

AAM:アクリルアマイド、BIS:メチレンビスアクリルアマ
イド、及びDEGDM:ジエチレングリコールジメタクリレー
ト〔試験方法〕（１）吸水量の測定：容量200mlのビーカーに蒸留水を50ml入れ、ビーカーに
試料を各々３本入れ、３時間後、24時間後、48時間後
に、ピンセットで１本ずつ取り出し、No.2の濾紙上で水
分を吸収させた後に、下４桁まで測定できる天秤にて重
量を測定し、３時間後の吸水量（即ち、吸水倍率S3）と
24時間後の吸水量（即ち、吸水倍率S24）より吸水速度
指数Svを算出した。

なお、Sv＝S3/S24である。

（２）BSA（牛血清アルブミン）回収率の測定；蛋白濃縮の指標としてBSAを用いた。ワッセルマン試験
管にBSA0.05％溶液5mlを用意し、各試験管に試料（重
量、約0.06g）を合計で15〜20本使用して、BSA溶液を残
液が、約0.5mlになるように濃縮させた。

約0.5mlの残液中のBSA濃度を液体クロマトグラフにより
定量し、濃縮倍率による理論濃縮率との比較により回収
率を算出した。液体クロマトグラフの条件は、カラム；
クリアパックGFS−3.8×300mm、溶解液;20mMリン酸緩衝
液（pH7.0）、0.2MNaCl、検出器;UV215nm2.0AUSF、注入
量;100μ（マイクロリットル）、チャートスピード;1
0cm/hrである。

各評価試験の結果を表−２に示す。

実施例−２実施例−１に用いたと同様の装置にアクリルアミド30
g、BIS0.3g、DEGDM0.9g、及び蒸留水120mlを仕込み、長
さ120mmである各種内径のガラス管の束を挿入すること
以外は、実施例−１と同様の操作により重合乾燥物試料
を得た。

円柱状ゲルの乾物柱直径と比表面積Saとの関係を表−３
に示す。

また、上記組成のモノマー水溶液を、スペーサを挟んだ
ガラス板の間隙内にて重合後、カッタによって2cm角に
細断し、変形を防止しながら乾燥して試験に供した。板
状乾燥物の厚みと比表面積Saを表−４に示す。

表−３及び表−４に記載された試料については、実施例
−１におけると同様に評価試験を行った結果を表−５に
示す。

実施例−３表−６に記載する量の２種のアクリルモノマーとBIS0.3
g、DEGDM0.9g、及び蒸留水120mlから成るモノマー水溶
液を使用する以外は、実施例−１と同様の操作により、
重合乾燥物試料を得て、試験に供した。

各試料に対する評価試験結果を、表−７に示す。なお、
表−６に用いる略号の意味は下記の通りである。

AAM;アクリルアマイド、DAAAM;ダイアセトンアクリルア
マイド、DEGMM;ジエチレングリコールモノメタクリレー
ト、HEA;ヒドロキシエチルアクリレート、及びNa−AAC;
アクリル酸ナトリウム実施例−４表−８に記載する量の２種の架橋剤と、アクリルアミド
30g及び蒸留水120mlから成るモノマー水溶液を使用する
以外は、実施例−１と同様の操作により重合乾燥物試料
を得て、試験に供した。

各試験に対する評価試験の結果を表−９に示す。

なお、表−８に用いる略号の意味は下記の通りである。

DEGDA;ジエチレングリコールジアクリレート、及びTEGD
A;トリエチレングリコールジアクリレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器中の被検用生体液の中に小塊状の吸水
性ポリマー架橋物を投入し、被検液中の水及び低分子量
成分を吸収させた後に、該架橋物と残存液を分離し、残
存液を分析試料とするにあたり、該架橋物の組成が、メ
チレンビスアクリルアミド及びポリエチレングリコール
（メタ）アクリレートから成る水溶性ジビニル化合物、
並びにアクリルアミドを50モル％以上含有する非イオン
性モノビニル単量体の共重合物であり、水溶性ジビニル
化合物の総量がアクリルアミドに対し0.5〜３モル％で
あること、及び該架橋物の24時間吸水後の吸水倍率が４
〜９であり、該架橋物の比表面積が20〜100cm²/gである
ことを特徴とする生体液濃縮用吸水樹脂。
【請求項２】メチレンビスアクリルアミド及びポリエチ
レングリコール（メタ）アクリレートから成る水溶性ジ
ビニル化合物、並びにアクリルアミドを50モル％以上含
有する非イオン性モノビニル単量体の水溶液を共重合さ
せるにあたり、前記水溶性ジビニル化合物の総量がアク
リルアミドに対し0.5〜３モル％であるように調整した
モノマー水溶液を容器中で重合させるにあたり、得られ
る吸水樹脂の比表面積が20〜100cm²/gになるような容器
を使用し、該容器中で重合して得られる含水ゲルを乾燥
することを特徴とする生体液濃縮用吸水樹脂の製造方
法。
【請求項３】請求項１に記載の生体液濃縮用吸水樹脂
を、容器中の被検用生体液の中に投入し、該吸水樹脂に
水分及び低分子量成分のみを選択的に吸収させた後に残
存液と分離することにより、蛋白質成分を残存液中に濃
縮することを特徴とする生体液の濃縮方法。