(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ原子及びＳｉ原子を含む、レプトスリックス属に属する微生物由来のセラミックスを有機基で化学修飾した有機・無機複合材料。
【請求項２】
鉄、珪素、リンの元素比率が原子数％で、６６〜８７：２〜２７：１〜３２である、請求項１に記載の有機・無機複合材料。
【請求項３】
前記微生物由来のセラミックスが磁性を付与されたものである、請求項１に記載の有機・無機複合材料。
【請求項４】
前記微生物が、レプトスリックス・コロディニ（Ｌｅｐｔｏｔｈｒｉｘ ｃｈｏｌｏｄｎｉｉ）ＯＵＭＳ１（ＮＩＴＥ ＢＰ−８６０）である、請求項１に記載の有機・無機複合材料。
【請求項５】
前記有機基が、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、アミド基、イミド基、シアノ基、イソシアノ基、アルデヒド基、ケトン基、イミノ基、アミノ基、アジド基、ニトロ基、ヒドロキシ基、エーテル基、エポキシ基、イソシアナト基、イソチオシアナト基、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、チオール基、スルフィド基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホキシド基、複素環、ハロゲン原子、ケイ素原子、チタン原子、アルミニウム原子及びリン原子からなる群から選ばれる少なくとも１種の官能基を有する基である、請求項１に記載の有機・無機複合材料。
【請求項６】
前記有機基による化学修飾が、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤、及びリン系カップリング剤からなる群から選ばれる少なくとも１種と前記微生物由来のセラミックスとを反応させることによってなされる、請求項１に記載の有機・無機複合材料。
【請求項７】
前記有機基がアルキレンカーボネートを合成する反応の触媒として機能する、請求項１に記載の有機・無機複合材料。
【請求項８】
請求項１又は３に記載の有機・無機複合材料に加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素、リパーゼ及び不斉有機触媒からなる群から選ばれる少なくとも１種を固定化した触媒・有機・無機複合材料。
【請求項９】
請求項１又は３に記載の有機・無機複合材料に色素を固定化した有機・無機複合材料。
【請求項１０】
請求項７に記載の有機・無機複合材料、又は請求項８に記載の触媒・有機・無機複合材料を有効成分とする固定化触媒。
【請求項１１】
有機・無機複合材料の製造方法であって、Ｆｅ原子及びＳｉ原子を含む、レプトスリックス属に属する微生物由来のセラミックスと下記一般式（１）：
Ｙ−Ｒ１−Ｓｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ（１）
［式中、ＹはＲ４Ｒ５Ｎ−基、Ｒ７Ｒ８Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１１Ｒ１０Ｎ−Ｒ９−Ｒ７Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１と一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基、アルキル基、フェニル基、３，４−エポキシシクロヘキシル基、ハロゲン原子、メルカプト基、イソシアネート基、置換基を有することのあるグリシジル基、グリシドキシ基、置換基を有することのあるビニル基、メタクリロキシ基（ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯ−）、アクリロキシ基（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）、ウレイド基（ＮＨ２ＣＯＮＨ−）、置換基を有することのあるメタクリル基、置換基を有することのあるエポキシ基、置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基、置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基、又は置換基を有することのあるアクリル基を示し、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１０及びＲ１１はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ６及びＲ９はそれぞれ独立に、炭素数２〜６のアルキレン基を示し、Ｒ１は単結合、アルキレン基、フェニレン基、又はＹと一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基を示し、Ｒ２は同一又は異なって、アルキル基又はフェニル基を示し、Ｒ３は同一又は異なって、水酸基又はアルコキシ基を示し、ｎは０〜２の整数を示す。］
で表されるシラン系カップリング剤、下記一般式（２）：
Ｒ１２３Ｓｉ−ＮＨｍＲ１３２−ｍ （２）
［式中、Ｒ１２は同一又は異なって、アルキル基を示し、Ｒ１３は同一又は異なって、アルキル基又はアルキルシラン基を示し、ｍは０〜２の整数を示す。］
で表されるシラン系カップリング剤、及び下記一般式（３）：
Ｙ−Ｒ１−Ｔｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ（１）
［式中、Ｙ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びｎは前記に同じ。］
で表されるチタネート系カップリング剤からなる群から選ばれる少なくとも１種とを反応させることを特徴とする、Ｆｅ原子及びＳｉ原子を含む、レプトスリックス属に属する微生物由来のセラミックスを有機基で化学修飾した有機・無機複合材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造方法で得られた有機・無機複合材料に含まれる有機基を利用して、さらに化学修飾を施す工程を有する有機・無機複合材料の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の製造方法で得られた有機・無機複合材料に含まれる有機基に、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素、リパーゼ及び不斉有機触媒からなる群から選ばれる少なくとも１種を固定化させる工程を有する触媒・有機・無機複合材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の製造方法で得られた有機・無機複合材料に含まれる有機基に、色素を結合させる工程を有する有機・無機複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機・無機複合材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特異な形状・サイズ・組成を有する材料は、革新的な機能を発揮する可能性を有するため重要である。特に、人工的には作れない特異な構造・形状・サイズ・組成を有する材料は大きな潜在能力を秘めている。例えば、代表的な鉄バクテリアであるレプトスリックス・オクラセア（Leptothrix ochracea）が生産するセラミックスは、直径約1μm、長さ約200μmの鞘状物質であり、酸素を除いた構成成分はおよそFe:Si:P=80:15:5であることが知られている。さらに、その中空構造は、直径100nm以下（約10〜40nm）の非晶質性ナノ粒子で構成されていることが知られている（非特許文献１）。【０００３】
従来、鉄バクテリアが生産するセラミックスは、配管を詰まらせたり赤水被害をもたらすために、もっぱら廃棄物として処理されてきた。しかしながら、セラミックスは、生物由来であるため環境に優しく、ユビキタス元素である鉄やケイ素を主成分とするため持続的に入手できる未利用資源であることに注目すべきである。しかも、仮にこのような特異な構造体を人工的に作ろうとすれば膨大な手間、技術及びエネルギーを要するので、自然界から得られるセラミックスを利用した新規材料の開発は、サイエンスとテクノロジーの両面において非常に意義深い。【０００４】
従来、酵素の担体として、珪藻土、セライト、シリカ、グラスビーズ等の無機材料をそのまま利用することが行われている。しかしながら、この場合、酵素の担持率が低くなったり酵素活性が損なわれたりする等の問題が発生する場合がある。そのため、酵素の固定化に適した材料として、有機基で表面修飾を施した有機・無機複合材料の開発が進んでいる。このようなものとしては、例えば、修飾カオリナイト球状担体、修飾磁性ナノ粒子、修飾金・シリカ複合ナノ粒子等が知られている。【０００５】
修飾カオリナイト球状担体であるToyonite-200Mは、カオリナイトを加工して得られる多孔質セラミックス球状担体Toyoniteをシラン系カップリング剤で表面修飾した材料であり、酵素の固定化に利用できる（特許文献１及び非特許文献２）。【０００６】
修飾磁性ナノ粒子は、マグヘマイト（磁赤鉄鉱）のナノ粒子にシラン系カップリング剤を作用させて調製される。この修飾磁性ナノ粒子とリパーゼを共有結合で固定化することが開示されている（非特許文献３）。【０００７】
修飾金・シリカ複合ナノ粒子は、高分子化合物によって媒介された金とシリカの自己組織化と引き続く焼結処理の後、有機基の末端チオールの金表面への配位によって調製される。さらに、有機基の官能基との共有結合によって酵素が固定化される（非特許文献４）。【０００８】
しかしながら、これら公知の材料における有機基の結合密度はそれほど高くなく、そのために固定化できる酵素量が１質量％前後と非常に低く、さらに、酵素活性の耐久性も充分に高いとは言えない等の問題があった。【０００９】
また、例えば、油脂加水分解酵素であるリパーゼは、エステル結合の加水分解だけでなく、有機溶媒中でエステル化反応及びエステル交換反応も触媒できる。さらに、ラセミ体化合物の速度論的光学分割に優れた性能を発揮するため、有機合成分野や製薬分野において広い用途がある。珪藻土、セライト、Toyonite等を担体とした固定化リパーゼがすでに広く利用されているが、酵素担持率が低いことや、繰り返しの利用に伴って酵素活性が低下したり酵素が剥がれ落ちたりすることが問題となっている。これらの問題を克服できれば、より小さな反応装置を用いてより長期間繰り返し利用できるようになるため、工業的に有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−３１３１７９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H. Hashimoto, S. Yokoyama, H. Asaoka, Y. Kusano, Y. Ikeda, M. Seno, J. Takada, T. Fujii, M. Nakanishi, R. Murakami, Characteristics of hollow microtubes consisting of amorphous ironoxide nanoparticles produced by ironoxidizing bacteria, Leptothrix ochracea. J. Magn. Magn. Mater., 310, 2405-2407 (2007)
【非特許文献２】M. Kamori, T. Hori, Y. Yamashita, Y. Hirose, Y. Naoshima, Immobilization of lipase on a new inorganic ceramics support, toyonite, and there activity and enantioselectivity of the immobilized lipase. J. Mol. Catal. B: Enzymatic, 9, 269-274 (2000).
【非特許文献３】H.M.R. Gardimalla, D. Mandal, P.D. Stevens, M. Yen, Y. Gao, Superparamagnetic nanoparticle-supported enzymatic resolution of racemic carboxylates. Chem.Commun., 4432-4434 (2005).
【非特許文献４】U. Drechsler, N.O. Fischer, B.L. Frankamp, V.M. Rotello, Highly efficient biocatalysts via covalent immobilization of Candida rugosa lipase on ethylene glycol-modifiedgold-silica nanocomposites. Adv. Mater., 16, 271-274 (2004).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、セラミックスの有する種々の特異な形状を保ったまま人工的な処理が施された新規有機・無機複合材料及びその製造方法を提供することを主な課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記のような従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、自然界から得られる種々の特異な形状を有するセラミックスに化学処理を施すことにより、有機基で化学修飾された有機・無機複合材料が得られることを見出した。さらに、得られた有機・無機複合材料に導入された有機基を利用して、有機・無機複合材料に触媒等を固定化できることも見出した。本発明はこれらの知見に基づきさらに鋭意検討を重ねてなされたものである。【００１４】
すなわち、本発明は、下記項１〜３０に記載の有機・無機複合材料、その製造方法、該有機・無機複合材料を利用して得られる複合材料に関する。【００１５】
項１．微生物由来のセラミックスを有機基で化学修飾した有機・無機複合材料。【００１６】
項２．前記微生物由来のセラミックスが、Ｆｅ原子及びＳｉ原子を含むセラミックスである、項１に記載の有機・無機複合材料。【００１７】
項３．前記微生物由来のセラミックスが磁性を付与されたものである、項１又は２に記載の有機・無機複合材料。【００１８】
項４．前記微生物が、鉄バクテリアである、項１〜３のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００１９】
項５．前記微生物が、レプトスリックス属（Leptothrix）、ガリオネラ属（Gallionella）、スフェロチルス属（Sphaerotilus）、クロノスリックス属（Clonothrix）、トクソスリックス属（Toxothrix）、シデロモナス属（Sideromonas）、シデロカプサ属（Siderocapsa）又はシデロコッカス属（Siderococcus）に属する微生物である、項１〜４のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２０】
項６．前記微生物がレプトスリックス・コロディニ(Leptothrix cholodnii)である、項１〜５のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２１】
項７．前記微生物がレプトスリックス・コロディニ OUMS1(NITE BP-860)である、項１〜６のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２２】
項８．前記セラミックスが鞘状、らせん状、棒状、粒状、マイクロチューブ状、ナノチューブ状、中空ひも状、カプセル状、ひも状と球状の凝集体、ひも状、又はロッド状のセラミックスである、項１〜７のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２３】
項９．前記微生物が、レプトスリックス・オクラセア（Leptothrix ochracea）である、項１〜５及び８のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２４】
項１０．前記有機基が、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、アミド基、イミド基、シアノ基、イソシアノ基、アルデヒド基、ケトン基、イミノ基、アミノ基、アジド基、ニトロ基、ヒドロキシ基、エーテル基、エポキシ基、イソシアナト基、イソチオシアナト基、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、チオール基、スルフィド基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホキシド基、複素環、ハロゲン原子、ケイ素原子、チタン原子及びリン原子からなる群から選ばれる少なくとも１種の官能基を有する基である、項１〜９のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２５】
項１１．前記セラミックスに含まれるＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子が、前記有機基に含まれるケイ素、チタン、アルミニウム、又はリンのいずれかと結合している、項１〜１０のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２６】
項１２．前記有機基に含まれるケイ素、チタン、アルミニウム及びリンからなる群から選ばれる少なくとも１種が、それぞれ、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤及びリン系カップリング剤に由来する、項１１に記載の有機・無機複合材料。【００２７】
項１３．前記有機基による化学修飾が、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤、及びリン系カップリング剤からなる群から選ばれる少なくとも１種と前記微生物由来のセラミックスとを反応させることによってなされる、項１〜１２のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００２８】
項１４．前記シラン系カップリング剤が、下記一般式（１）：
Ｙ−Ｒ１−Ｓｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ（１）
［式中、ＹはＲ４Ｒ５Ｎ−基、Ｒ７Ｒ８Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１１Ｒ１０Ｎ−Ｒ９−Ｒ７Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１と一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基、アルキル基、フェニル基、3,4-エポキシシクロヘキシル基、ハロゲン原子、メルカプト基、イソシアネート基、置換基を有することのあるグリシジル基、グリシドキシ基、置換基を有することのあるビニル基、メタクリロキシ基（CH2=C(CH3)COO-）、アクリロキシ基（CH2=CHCOO-）、ウレイド基（NH2CONH-）、置換基を有することのあるメタクリル基、置換基を有することのあるエポキシ基、置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基、置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基、又は置換基を有することのあるアクリル基を示し、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１０及びＲ１１はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ６及びＲ９はそれぞれ独立に、炭素数２〜６のアルキレン基を示し、Ｒ１は単結合、アルキレン基、フェニレン基、又はＹと一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基を示し、Ｒ２は同一又は異なって、アルキル基又はフェニル基を示し、Ｒ３は同一又は異なって、水酸基又はアルコキシ基を示し、ｎは０〜２の整数を示す。］
で表される化合物、及び下記一般式（２）：
Ｒ１２３Ｓｉ−ＮＨｍＲ１３２−ｍ      （２）
［式中、Ｒ１２は同一又は異なって、アルキル基を示し、Ｒ１３は同一又は異なって、アルキル基又はアルキルシラン基を示し、ｍは０〜２の整数を示す。］
で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種である、項１２又は１３に記載の有機・無機複合材料。【００２９】
項１５．前記シラン系カップリング剤が、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n-オクタデシルトリエトキシシラン、臭化３-（トリエトキシシリル）プロピルトリフェニルホスホニウム、臭化３−（トリエトキシシリル）プロピルアンモニウム、及びヘキサメチルジシラザンからなる群から選ばれる少なくとも１種である、項１２〜１４のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００３０】
項１６．前記チタネート系カップリング剤が、下記一般式（３）：
Ｙ−Ｒ１−Ｔｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ（３）
［式中、ＹはＲ４Ｒ５Ｎ−基、Ｒ７Ｒ８Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１１Ｒ１０Ｎ−Ｒ９−Ｒ７Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１と一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基、アルキル基、フェニル基、3,4-エポキシシクロヘキシル基、ハロゲン原子、メルカプト基、イソシアネート基、置換基を有することのあるグリシジル基、グリシドキシ基、置換基を有することのあるビニル基、メタクリロキシ基（CH2=C(CH3)COO-）、アクリロキシ基（CH2=CHCOO-）、ウレイド基（NH2CONH-）、置換基を有することのあるメタクリル基、置換基を有することのあるエポキシ基、置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基、置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基、又は置換基を有することのあるアクリル基を示し、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１０及びＲ１１はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ６及びＲ９はそれぞれ独立に、炭素数２〜６のアルキレン基を示し、Ｒ１は単結合、アルキレン基、フェニレン基、又はＹと一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基を示し、Ｒ２は同一又は異なって、アルキル基又はフェニル基を示し、Ｒ３は同一又は異なって、水酸基又はアルコキシ基を示し、ｎは０〜２の整数を示す。］
で表される化合物である項１２又は１３に記載の有機・無機複合材料。【００３１】
項１７．前記チタネート系カップリング剤が、３−アミノプロピルトリエトキシチタン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシチタン、３−メルカプトプロピルトリメトキシチタン、３−クロロプロピルトリエトキシチタン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシチタン、フェニルトリメトキシチタン及びn-オクタデシルトリエトキシチタンからなる群から選ばれる少なくとも１種である項１２、１３又は１６に記載の有機・無機複合材料。【００３２】
項１８．前記有機基が触媒として機能する、項１〜１７のいずれかに記載の有機・無機複合材料。【００３３】
項１９．項１〜１７のいずれかに記載の有機・無機複合材料に触媒を固定化した触媒・有機・無機複合材料。【００３４】
項２０．触媒が、酵素、有機触媒及び金属錯体触媒からなる群から選ばれる少なくとも１種である項１９に記載の触媒・有機・無機複合材料。【００３５】
項２１．項１〜１７のいずれかに記載の有機・無機複合材料に色素を固定化した有機・無機複合材料。【００３６】
項２２．色素が、蛍光色素である項２１に記載の有機・無機複合材料。【００３７】
項２３．色素が、ポルフィリン系色素である項２１又は２２に記載の有機・無機複合材料。【００３８】
項２４．有機・無機複合材料の製造方法であって、微生物由来のセラミックスと下記一般式（１）：
Ｙ−Ｒ１−Ｓｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ（１）
［式中、ＹはＲ４Ｒ５Ｎ−基、Ｒ７Ｒ８Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１１Ｒ１０Ｎ−Ｒ９−Ｒ７Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１と一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基、アルキル基、フェニル基、3,4-エポキシシクロヘキシル基、ハロゲン原子、メルカプト基、イソシアネート基、置換基を有することのあるグリシジル基、グリシドキシ基、置換基を有することのあるビニル基、メタクリロキシ基（CH2=C(CH3)COO-）、アクリロキシ基（CH2=CHCOO-）、ウレイド基（NH2CONH-）、置換基を有することのあるメタクリル基、置換基を有することのあるエポキシ基、置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基、置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基、又は置換基を有することのあるアクリル基を示し、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１０及びＲ１１はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ６及びＲ９はそれぞれ独立に、炭素数２〜６のアルキレン基を示し、Ｒ１は単結合、アルキレン基、フェニレン基、又はＹと一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基を示し、Ｒ２は同一又は異なって、アルキル基又はフェニル基を示し、Ｒ３は同一又は異なって、水酸基又はアルコキシ基を示し、ｎは０〜２の整数を示す。］
で表されるシラン系カップリング剤、下記一般式（２）：
Ｒ１２３Ｓｉ−ＮＨｍＲ１３２−ｍ      （２）
［式中、Ｒ１２は同一又は異なって、アルキル基を示し、Ｒ１３は同一又は異なって、アルキル基又はアルキルシラン基を示し、ｍは０〜２の整数を示す。］
で表されるシラン系カップリング剤、及び下記一般式（３）：
Ｙ−Ｒ１−Ｔｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ（１）
［式中、Ｙ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びｎは前記に同じ。］
で表されるチタネート系カップリング剤からなる群から選ばれる少なくとも１種とを反応させることを特徴とする、微生物由来のセラミックスを有機基で化学修飾した有機・無機複合材料の製造方法。【００３９】
項２５．項２４に記載の製造方法で得られた有機・無機複合材料に含まれる有機基を利用して、さらに化学修飾を施す工程を有する、有機・無機複合材料の製造方法。【００４０】
項２６．項２４又は２５に記載の製造方法で得られた有機・無機複合材料に含まれる有機基に、触媒を固定化させる工程を有する、触媒・有機・無機複合材料の製造方法。【００４１】
項２７．触媒が、酵素、有機触媒及び金属錯体触媒からなる群から選ばれる少なくとも１種である、項２６に記載の触媒・有機・無機複合材料の製造方法。【００４２】
項２８．項２４に記載の製造方法で得られた有機・無機複合材料に含まれる有機基に、色素を結合させる工程を有する、有機・無機複合材料の製造方法。【００４３】
項２９．色素が、ポルフィリン系色素である、項２８に記載の有機・無機複合材料の製造方法。【００４４】
項３０．項１８に記載の有機・無機複合材料、又は項１９若しくは２０に記載の触媒・有機・無機複合材料を有効成分とする固定化触媒。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、自然界から得られる種々の特異な形状を有するセラミックスに化学処理を施すことにより、有機基で化学修飾された有機・無機複合材料が得られる。特に、有機材料と無機材料とを結合させるシラン系カップリング剤等とセラミックスとを反応させることにより、表面に多種多様な有機基及び官能基が導入されたセラミックス（化学修飾セラミックス）が得られる。【００４６】
また、セラミックスに導入された多種多様な官能基を利用して、セラミックスに触媒等を固定化することができる。触媒等が固定化された化学修飾セラミックスは、セラミックスの有する種々の形状特性によって、優れた触媒特性等を発揮する。【００４７】
さらに、本発明によれば、微生物由来のセラミックスに磁性を付与した磁性セラミックスを化学修飾できる。磁性を付与すると磁石と接着するようになるため、化学修飾・磁性セラミックスを容易に回収・再利用できる。よって、例えば、磁性酸化鉄の用途として従来知られているセラミックス工業、化学工業、電子工業、バイオ産業、医療分野など様々な分野への使用も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】微生物由来のセラミックスの単離精製（２）で得られたガリオネラ・フェルギネア（Gallionella ferruginea）由来のらせん状セラミックスのＳＥＭ写真である。
【図２】OUMS1株をJOP液体培地で培養後、形成された鞘状酸化物の光学顕微鏡像（A）および走査型電子顕微鏡（SEM）像（B）である。
【図３−Ａ】OUMS1株（上段）と既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株（下段)の16SリボゾーマルDNAの塩基配列のホモロジー検索の結果を示す図である。
【図３−Ｂ】OUMS1株（上段）と既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株（下段)の16SリボゾーマルDNAの塩基配列のホモロジー検索の結果を示す図である。
【図４】OUMS1株（A）と鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株（B）のゲノムDNA電気泳動パターンの比較を示す図である。
【図５−Ａ】OUMS1株が作る酸化鉄のSEM像である。
【図５−Ｂ】OUMS1株が作る酸化鉄のSEM像である。
【図６】OUMS1株が作る酸化鉄のTEM像である。
【図７】OUMS1株が作る酸化鉄のX回折（XRD）パターンを示す図である。
【図８】OUMS1株が作る酸化鉄の高分解TEM像である。
【図９】実施例２で得られた修飾セラミックスのＳＥＭ写真である。
【図１０】実施例２で得られた修飾セラミックスのＴＥＭ写真である。
【図１１】実施例９で得られたポルフィリン修飾セラミックスの紫外・可視吸収スペクトルである。
【図１２】実施例９で得られたポルフィリン修飾セラミックスの光学顕微鏡観察（明視野観察像（左）とその蛍光観察像（右））である。
【図１３】実施例１８の手順(II)：水素還元工程に使用した電気炉の模式図である。
【図１４】実施例１８の手順(I)で得られたサンプル（下から２つ目）、手順(I)〜(II) で得られたサンプル（下から３つ目）、手順(I)〜(III)で得られたサンプル（一番上）、及び原料セラミックス（一番下）のＸＲＤパターンである。
【図１５】実施例１８の手順(I)で得られたサンプル（左から２つ目）、手順(I)〜(II) で得られたサンプル（左から３つ目）、手順(I)〜(III)で得られたサンプル（一番右）、及び原料セラミックス（一番左）のSEM像である。
【図１６】実施例１８の手順(I)〜(II)で得られたサンプルの元素マッピングである。
【図１７】実施例１８の手順(I)〜(II)（左）、及び手順(I)〜(III)（右）で得られたサンプルのメスバウアースペクトルである。
【図１８】実施例１８の手順(I)〜(II)（細線）、及び手順(I)〜(III)（太線）で得られたサンプルのVSM測定結果である。
【図１９】実施例１９で得られた化学修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）のSEM写真である。
【図２０】実施例１９で得られた化学修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）のTEM写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明の有機・無機複合材料は、微生物由来のセラミックスを有機基で化学修飾することによって得られる（以下、有機基で化学修飾されたセラミックスを、単に「化学修飾セラミックス」ということがある）。
【００５０】
微生物由来のセラミックス
セラミックスは、様々なバクテリアが生産する無機物質であり、種々の形状のものが知られている。本発明において使用されるセラミックスは、その表面にＦｅ原子及びＳｉ原子が含まれることが好ましい。なお、本発明において、セラミックスの表面とは、セラミックスが外部と接触し得る部分をいう。例えば、鞘状の構造を有するセラミックスであれば、鞘構造の外部表面、内部表面、さらに、該鞘構造の表面が網目構造を有する場合は、該網目構造の内部表面も含む。
【００５１】
セラミックスを生産する微生物としては、例えば、鉄バクテリアが挙げられる。鉄バクテリアは、川、池、地下、水田等に生息し、鞘状、らせん状、棒状、粒状等の種々の形状の無機物質（セラミックス）を生産する。
【００５２】
本発明において、鉄バクテリアとしては、例えば、レプトスリックス属（Leptothrix）、ガリオネラ属（Gallionella）、スフェロチルス属（Sphaerotilus）、クロノスリックス属（Clonothrix）、トクソスリックス属（Toxothrix）、シデロモナス属（Sideromonas）、シデロカプサ属（Siderocapsa）、シデロコッカス属（Siderococcus）に属する微生物が挙げられる（例えば、「小島貞夫、須藤隆一、千原光雄編：“環境微生物図鑑” 講談社 (1995)」）。
【００５３】
本発明においては、表面にＦｅ原子及び／又はＳｉ原子を含むセラミックスであれば、これらの原子に結合した酸素原子に有機基を結合及び／又は吸着させることにより、種々の微生物が生産した種々の形状のセラミックスを有機基で化学修飾することができる。
【００５４】
例えば、代表的な鉄バクテリアであるレプトスリックス・オクラセア（Leptothrix ochracea）は、鞘状のセラミックスを生産することが知られている（以下、レプトスリックス・オクラセアが生産する鞘状のセラミックスを「鞘状セラミックス」、又は「バイオジナス酸化鉄」ということがある）。レプトスリックス・オクラセアが生産するセラミックスは、直径約１μm、長さ約200μmの鞘状物質であり、鉄、酸素以外に微量の珪素及びリンを含む酸化物である。さらに、その鞘状構造は、直径100nm以下（約10〜40nm）のナノ粒子で構成されている。なお、同一の微生物が作り出すセラミックスであっても、セラミックスに含まれる鉄、珪素、リン等の構成成分の種類や構成比は、微生物の存在する環境によって変化する。
【００５５】
レプトスリックス・オクラセアが生産する鞘状セラミックスは、例えば、浄水場の自然ろ過施設に溜まった堆積物中に存在する。該堆積物に遠心分離、減圧乾燥等を施すことより、レプトスリックス・オクラセア由来のセラミックスを精製することができる。
【００５６】
鞘状セラミックスを形成するレプトスリックス・オクラセア以外にも、例えば、ガリオネラ属はらせん状、スフェロチルス属及びクロノスリックス属は枝分かれしたチューブ状又は糸状、トクソスリックス属は糸状（ハープのような形状、扇状）、シデロモナス属は短幹状、シデロカプサ属はカプセル状、シデロコッカス属は球状のセラミックスを生産することが知られている（例えば、「小島貞夫、須藤隆一、千原光雄編：“環境微生物図鑑” 講談社 (1995)」）。これらのセラミックスも、レプトスリックス・オクラセアが生産するバイオジナス酸化鉄と同様の方法で単離精製、分析できる。
【００５７】
また、本発明において、微生物（鉄バクテリア）由来のセラミックスとしては、低結晶性酸化鉄であるフェリハイドライトの構造を有する酸化鉄の生産菌由来のセラミックスを使用することもできる。
【００５８】
ここで、フェリハイドライトとは、低結晶性の酸化鉄を意味する。Ｘ線回折パターンに現れるピークの数によって2-line ferrihydriteや6-line ferrihydrite等と呼ばれている。2-line ferrihydriteの組成はFe4(O, OH, H2O)で6-line ferrihydriteの組成はFe4.6(O, OH, H2O)12とされている（R. A. Eggleton and R. W. Fitzpatrick, “New data and a revised structural model for ferrihydrite”, Clays and Clay Minerals, Vol.36, No. 2, pp111-124, 1988）。
【００５９】
当該生産菌としては、フェリハイドライトの構造を有する酸化鉄の生成能を有するものであれば、いかなるものであってもよいが、好ましくはレプトスリックス・コロディニ(Leptothrix cholodnii)である。かかる微生物の一例として、浄水場から単離されたレプトスリックス・コロディニOUMS1株が挙げられる。当該レプトスリックス・コロディニ OUMS1株は、フェリハイドライトの構造を有する酸化鉄の生成能を有している。以下に、レプトスリックス・コロディニOUMS1株の菌学的性質及び遺伝学性質を示す。
【００６０】
(i)菌学的性質
形状は、長さ数μm、幅約1μmの桿菌で、単一細胞のときは鞭毛を使い活発に運動する。本菌は増殖するにつれて細胞の両端が連結した状態となり、また菌体の周りに多糖とタンパク質からなる繊維状の物質を作るので、液体培地中では均一に存在せず、凝集・沈殿した状態となる。培地に鉄やマンガンを加えると、それらの酸化物が菌体外の繊維状物質に付着し、鞘状の構造物を形成する。寒天培地上では、白色で不定形の繊維状コロニーを形成し、鉄を添加すると黄褐色、マンガンを添加すると茶色のコロニーとなる。
【００６１】
(ii)遺伝学的性質
レプトスリックス・コロディニ OUMS1株の16S rDNAの塩基配列を配列表の配列番号１に示す。当該16S rDNAの塩基配列についてDDBJのデータベースに対するBLAST検索を行った結果及び上記の菌学的性質から、当該菌株はレプトスリックス・コロディニに属することが分かった。
【００６２】
当該レプトスリックス・コロディニOUMS1株は、2009年12月25日に、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８(郵便番号292-0818))に、受託番号NITE P-860として寄託されている。また、この菌株は、現在国際寄託に移管されており、その受託番号はNITE BP-860である。
【００６３】
上記レプトスリックス・コロディニOUMS1株以外にフェリハイドライトの構造を有する酸化鉄の生成能を有するレプトスリックス・コロディニの具体例としては、配列番号１で示される塩基配列からなる16S rDNAを有するレプトスリックス・コロディニが挙げられる。また、フェリハイドライトの構造を有する酸化鉄の生産菌の具体例としては、配列番号１で示される塩基配列からなる16S rDNAを有する生産菌が挙げられる。
【００６４】
レプトスリックス・コロディニ又は酸化鉄の生産菌由来のセラミックスの形状としては、マイクロチューブ状、ナノチューブ状、中空ひも状、カプセル状、ひも状と球状の凝集体、ひも状、ロッド状が挙げられる。
【００６５】
鉄原子を含む微生物由来のセラミックスの構造は、上記の通り、種々の構造が知られている。本発明において、鉄原子を含む微生物由来のセラミックスの大きさは、その種類によって様々であるが、通常０．１〜３０００μｍ程度である。
【００６６】
より具体的には、例えば、鞘状、らせん状、枝分かれしたチューブ状、糸状、短幹状であれば、通常、直径０．１〜５μｍ程度、長さ５μｍ〜３０００μｍ程度である。また、カプセル状であれば、通常１．２μｍ〜２４μｍ程度である。さらに、球状であれば、０．１μｍ〜１μｍ程度である。また、上記のマイクロチューブ状であれば、直径０．３〜４μｍ程度、長さ５〜２００μｍ程度、ナノチューブ状であれば、直径３００〜４５０ｎｍ程度、長さ５〜２００μｍ程度、中空ひも状であれば、長さ３〜１０μｍ程度、カプセル状であれば、長径１．５〜７μm程度、短径０．５〜３μｍ程度、ひも状であれば、長さ０．５〜５μｍ程度、ロッド状であれば、長さ５〜３０μｍ程度である。
【００６７】
また、微生物由来のセラミックスには、鉄原子に加えて、珪素、リン等が含まれているものが好ましい。なお、通常、鉄原子を含む微生物由来のセラミックスには、酸素原子、炭素原子、及び水素原子も含まれる。
【００６８】
例えば、上記のような微生物をコバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属元素やネオジウム等の希土類元素等が存在する環境下で培養することにより、微生物由来のセラミックスにこれらの元素を含ませ得る。これらの元素を含ませれば、鉄以外の物質に由来する磁性を本発明の磁性セラミックスに付与できる。また、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムのような軽元素も含ませ得る。
【００６９】
レプトスリックス・コロディニ又は酸化鉄の生産菌由来のセラミックスは、フェリハイドライトの構造を有し、表面が繊維状又は鱗片状であることを特徴とする。
【００７０】
表面とはチューブの外表面のことであり、繊維状とは糸状物質が複雑に絡まりあった表面形状であり、鱗片状とは鱗状の物質で埋め尽くされた表面形状である。
【００７１】
構成成分は、例えばFe, O, Si, Pであり、更にこの酸化鉄には通常炭素原子や水素原子も含まれている。鉄、珪素、リンの元素比率は原子数％（at%）で、通常66〜87：2〜27：1〜32程度であることが望ましい。また、本発明の酸化鉄は、一次粒子径が3〜5nm程度のフェリハイドライト微粒子の集合体であってもよい。
【００７２】
本発明の有機・無機複合材料は、このようなセラミックスの表面に存在するＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子(例えばOH基由来のもの)と、分子内に有機基を有する化合物とを反応させることにより得られる。すなわち、本発明の有機・無機複合材料は、セラミックスの有機基で化学修飾し得る部分（例えば、Ｆｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子）の少なくとも一部を有機基で化学修飾して得られるものである。その結果、セラミックスに含まれるＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子が、有機基に含まれるケイ素、チタン、アルミニウム、又はリンのいずれかと結合した有機・無機複合材料が形成される。
【００７３】
磁性が付与された微生物由来のセラミックス
さらに、本発明においては、前記微生物由来のセラミックスに磁性（磁石と接着する性質）を付与したもの（以下、磁性セラミックスという）を同様に化学修飾して有機・無機複合材料とすることもできる。微生物由来のセラミックスに磁性を付与する方法としては、例えば、鉄原子を含む微生物由来のセラミックスに加熱処理を施す方法が挙げられる。
【００７４】
加熱処理の条件は、前記微生物由来のセラミックスに含まれる鉄原子が還元、酸化されて、セラミックス中に含まれる鉄原子が磁性酸化鉄（例えばＦｅ３Ｏ４、γ−Ｆｅ２Ｏ３等）になれば特に限定されない。なお、本発明の加熱処理には、酸化を伴う加熱処理、還元を伴う加熱処理や、これらを伴わない加熱処理も含まれる。加熱処理は、例えば、酸素ガス（例えば、大気）の存在下に700〜900℃で加熱する酸化や、水素ガスの存在下に400〜650℃程度で加熱する水素還元、さらに、N2ガスで置換したFe2+イオンの存在するアルカリ水溶液中に原料セラミックスを混合し、還流条件で加熱する方法（例えば、「S. A. Kahani and M. jafari, J. Magn. Magn. Mater., 321 (2009) 1951-1954」等）等により行われる。
【００７５】
磁性セラミックスを製造するための好ましい方法（加熱処理）としては、例えば、下記工程（１）及び（２）を含む方法が挙げられる。
（１）：前記鉄原子を有する微生物由来のセラミックスを加熱する工程、及び
（２）：工程（１）で得られたセラミックスを水素ガスの存在下、加熱下に還元する工程
かかる工程（１）及び（２）を有する加熱処理により、主にＦｅ３Ｏ４を含む磁性セラミックスが得られる。
【００７６】
本発明の磁性セラミックスを製造するための好ましい方法（加熱処理）として、前記工程（１）及び（２）を有する加熱処理に加えて、下記工程（３）を含む方法も挙げられる。
（３）：工程（２）で得られた磁性セラミックスを酸素ガス存在下に加熱する工程（酸化処理、アニール処理工程）
【００７７】
かかる工程（１）〜（３）を有する加熱処理により、主にγ−Ｆｅ２Ｏ３を含む磁性セラミックスが得られる。
【００７８】
前記工程（１）の好ましい加熱温度は700〜900℃程度、より好ましくは750〜850℃程度、特に好ましくは800℃程度である。また、工程（１）の加熱工程は、例えば、酸素ガスの存在する雰囲気下（大気中等）で行えばよく、加熱時間は通常0.1〜12時間程度、好ましくは1〜4時間程度、より好ましくは2時間程度である。
【００７９】
前記工程（２）の好ましい温度は、400〜650℃程度、より好ましい温度は、450〜600℃、特に好ましい温度は、550℃程度である。工程（２）の加熱還元時間は通常1〜5時間程度、好ましくは2〜4時間、より好ましくは3時間程度である。工程（２）は、水素ガスの存在下に行えばよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスと水素ガスとの混合ガス中で行うのが好ましい。当該混合ガスを使用する場合、不活性ガスと水素ガスのモル比は、通常0：100〜99：1程度、好ましくは75：25〜97：3程度、より好ましくは97：3程度とすればよい。また、混合ガスの圧力は0.1MPa程度とすればよい。
【００８０】
工程（３）の好ましい加熱温度は、100〜300℃程度、より好ましい温度は、150〜250℃、特に好ましい温度は、250℃程度である。また、工程（３）の加熱時間は通常0.1〜12時間程度、好ましくは1〜4時間程度、より好ましくは2時間程度である。工程（３）は、酸素ガスの存在する雰囲気下、例えば大気中で行うことができる。
【００８１】
工程（１）の加熱工程は、電気炉等を使用して原料である前記微生物由来のセラミックスを加熱すればよい。前記工程（１）の前に、自然界から採取した前記微生物由来のセラミックスを乾燥に供してもよい。乾燥方法は、特に限定されず、真空乾燥、加熱乾燥（100℃程度）、凍結乾燥等の公知の方法により行えばよい。また、工程（２）の加熱還元工程は、水素ガス存在下とした電気炉中、工程（１）で得られたセラミックスを加熱すればよい。工程（２）の加熱工程は、例えば水素還元用の電気炉を使用すればよい。水素還元用の電気炉の市販品としては、例えば、光洋リンドバーグ社製のチューブ炉等が使用できる。
また、工程（３）の加熱手段は、工程（１）と同様の電気炉等を使用できる。
【００８２】
本発明の磁性セラミックスは、加熱処理によって、微生物由来のセラミックス中に含まれる鉄原子の少なくとも一部がＦｅ３Ｏ４、γ−Ｆｅ２Ｏ３等の構造をとり、フェリ磁性を帯びる。なお、工程（１）の加熱（焼成）工程によって、前記微生物由来のセラミックスは、α−Ｆｅ２Ｏ３を生じる。α−Ｆｅ２Ｏ３（赤鉄鉱、ヘマタイト）は、γ−Ｆｅ２Ｏ３（磁鉄鉱）やＦｅ３Ｏ４（磁赤鉄鉱、マグヘマタイト）のような磁性を有しない。工程（１）で得られたα−Ｆｅ２Ｏ３を工程（２）で加熱還元することにより、α−Ｆｅ２Ｏ３はＦｅ３Ｏ４へと変化する。さらに、Ｆｅ３Ｏ４を工程（３）の酸化処理を行うことにより、Ｆｅ３Ｏ４は、γ−Ｆｅ２Ｏ３へと変化する。
【００８３】
工程（２）の加熱還元工程は、酸素が除去されている水素ガス雰囲気下で行うことがより好ましい。水素ガスを含む混合ガスから酸素を除去する方法としては、例えば、酸素除去カラムを通過させる方法が挙げられる。酸素除去カラムは市販品を使用すればよく、例えばジーエルサイエンス（株）社製の大型オキシゲントラップを使用することができる。
【００８４】
また、工程（２）の水素ガスによる加熱還元工程では、水が生成する。加熱還元工程は水分が除去されている雰囲気下で行うことが好ましい。水素ガスを含む混合ガスから水を除去する方法としては、例えば、工程（２）の加熱手段でサンプルの前後に乾燥剤（例えばＰ２Ｏ５）を設置し、水分が除去された水素ガスを含む混合ガスを通過させながら、水素還元工程を行う方法が挙げられる。
【００８５】
上記のような方法により、水素還元ガス中の微量酸素と還元反応で発生する水分を除去することにより、セラミックスの降温時に起こる表面酸化を防ぐことができ、磁性セラミックス中に含まれる酸化鉄をＦｅ３Ｏ４の単一相（X線回折（XRD）による評価。以下同じ。）にすることができる。
【００８６】
上記工程（１）〜（２）を含む製造方法、工程（１）〜（３）を含む製造方法によって、本発明の磁性セラミックスを製造することができる。
【００８７】
本発明の磁性セラミックスは、上記の加熱処理を行うことにより、酸化鉄を含む。かかる酸化鉄の少なくとも１種が磁性を帯びていることから、本発明の磁性セラミックスは磁性を有する。磁性を帯びた酸化鉄の種類は特に限定されない。本発明の磁性セラミックスに含まれ得る磁性酸化鉄としては、例えば、Ｆｅ３Ｏ４、γ−Ｆｅ２Ｏ３等のフェリ磁性を有する酸化鉄が挙げられる。本発明の磁性セラミックスは、Ｆｅ３Ｏ４及びγ−Ｆｅ２Ｏ３からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００８８】
また、本発明の磁性セラミックスの形状は、通常、原料である前記微生物由来のセラミックスの形状とほぼ同じである。すなわち、本発明の磁性セラミックスの形状は、鞘状、らせん状、枝分かれしたチューブ状、糸状（糸状が集まって構成されたハープのような形状、扇状等も含む）、短幹状、カプセル状、球状、マイクロチューブ状、ナノチューブ状、中空ひも状、カプセル状、ひも状と球状の凝集体、ひも状、及びロッド状を有する。また、本発明の磁性セラミックスの大きさは、通常０．１〜３０００μｍ程度である。
【００８９】
より具体的には、例えば、鞘状、らせん状、枝分かれしたチューブ状、糸状、短幹状であれば、通常、直径０．１〜５μｍ程度、長さ５〜３０００μｍ程度、好ましくは直径０．３〜３μｍ程度、長さ５〜１０００μｍ程度、より好ましくは直径０．５〜２μｍ程度、長さ５〜２００μｍ程度である。また、カプセル状であれば、通常１．２〜２４μｍ程度である。さらに、球状であれば、０．１〜１μｍ程度である。また、上記のマイクロチューブ状であれば、直径０．３〜４μｍ程度、長さ５〜２００μｍ程度、ナノチューブ状であれば、直径３００〜４５０ｎｍ程度、長さ５〜２００μｍ程度、中空ひも状であれば、長さ３〜１０μｍ程度、カプセル状であれば、長径１．５〜７μm、短径０．５〜３μｍ程度、ひも状であれば、長さ０．５〜５μｍ程度、ロッド状であれば、長さ５〜３０μｍ程度である。
【００９０】
さらに、本発明の磁性セラミックスがＦｅ３Ｏ４を含む場合と、γ−Ｆｅ２Ｏ３を含む場合とは、表面形状にはほとんど差がない。
【００９１】
本発明の磁性セラミックスにおいて、前記微生物由来のセラミックスに、鉄原子に加えて、珪素及びリンが含まれている場合、その組成比は、原料である前記微生物由来のセラミックスの組成とほぼ同じである。すなわち、本発明の磁性セラミックスに鉄、珪素及びリンが含まれる場合、鉄、珪素、リンの元素比率は原子数％（at%）で、通常66〜87：2〜27：1〜32程度、好ましくは70〜77：16〜27：1〜9である。
【００９２】
なお、本発明の磁性セラミックスの構成成分は、原料となる前記微生物由来のセラミックスの構成成分によって変化する。前記の通り、例えば、上記のような微生物由来のセラミックスを生成する微生物をコバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属元素やネオジウム等の希土類元素等が存在する環境下で培養することにより、微生物由来のセラミックスにこれらの元素を含ませ得る。これらの元素を含ませれば、鉄以外の物質に由来する磁性を本発明の磁性セラミックスに付与できる。また、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムのような軽元素も含ませ得る。
【００９３】
また、本発明の磁性セラミックスが鉄に加えて、珪素及びリンを含む場合、通常、磁性セラミックスに含まれるＦｅ３Ｏ４とγ−Ｆｅ２Ｏ３と、珪素やリンとは固溶しておらず鉄、珪素、リンはそれぞれ相分離している。なお、珪素及びリンを含む場合、本発明の磁性セラミックスのＸ線回折（XRD）パターンに珪素やリンに起因する明瞭なピークが確認されないことから、珪素やリンはアモルファス構造の酸化物を形成していると考えられる。
【００９４】
本発明の磁性セラミックスの結晶子サイズは、例えば、5〜100 nm程度である。
【００９５】
また、本発明の磁性セラミックスに含まれる酸化鉄がＦｅ３Ｏ４の単一相である場合、磁性セラミックスに含まれる鉄の約６割がＦｅ３Ｏ４であり、約４割が常磁性のＦｅ２＋及びＦｅ３＋である。一方、本発明の磁性セラミックスに含まれる酸化鉄がγ−Ｆｅ２Ｏ３の単一相である場合、磁性セラミックスに含まれる鉄の約７割がγ−Ｆｅ２Ｏ３であり、約３割が常磁性のＦｅ２＋及びＦｅ３＋である。
【００９６】
なお、後述の実施例に記載のように、常磁性のＦｅ２＋及びＦｅ３＋が、前記のアモルファス相を構成するＦｅ成分であると仮定して、メスバウアー分光法（Mossbauer分光法）の結果と原料である前記微生物由来のセラミックス中の鉄、珪素、リンの組成比から、アモルファス相の組成を計算することができる。微生物由来のセラミックス中の鉄、珪素、リンの組成比が、上記のＦｅ：Ｓｉ：Ｐ＝66〜87：2〜27：1〜32である場合であって、本発明の磁性セラミックスに含まれる酸化鉄がＦｅ３Ｏ４の単一相である場合、アモルファス相の組成は、およそＦｅ：Ｓｉ：Ｐ＝36〜66：5〜55：2〜60程度である。また、本発明の磁性セラミックスに含まれる酸化鉄がγ−Ｆｅ２Ｏ３の単一相である場合には、アモルファス相の組成は、およそＦｅ：Ｓｉ：Ｐ＝39〜69：4〜51：2〜56程度である。
【００９７】
また、本発明の磁性セラミックスにＦｅ３Ｏ４及びγ−Ｆｅ２Ｏ３からなる群から選ばれる少なくとも一種が含まれる場合、磁性セラミックス中のこれらの磁性酸化鉄の割合は、通常1〜50質量％程度、好ましくは30〜50質量％程度、より好ましくは40〜50質量％程度である。
【００９８】
本発明の磁性セラミックスがＦｅ３Ｏ４を含む場合には、磁性セラミックスの飽和磁化は、通常1〜50 emu/g程度、好ましくは30〜50 emu/g程度、より好ましくは40〜50 emu/g程度である。また、保磁力は、通常0〜250Oe程度である。さらに、残留磁化は0〜20 emu/g程度である。なお、本発明の磁性セラミックスに含まれる酸化鉄がＦｅ３Ｏ４の単一相である場合には、磁性セラミックスの飽和磁化は、通常50 emu/g程度である。
【００９９】
一方、本発明の磁性セラミックスに含まれる酸化鉄がγ−Ｆｅ２Ｏ３を含む場合、磁性セラミックスの飽和磁化は、通常1〜40 emu/g程度、好ましくは25〜40 emu/g程度、より好ましくは30〜40 emu/g程度であるである。また、保磁力は、通常0〜60Oe程度である。さらに、残留磁化は0〜20 emu/g程度である。なお、本発明の磁性セラミックスに含まれる酸化鉄がγ−Ｆｅ２Ｏ３の単一相である場合には、磁性セラミックスの飽和磁化は、通常40 emu/g程度である。
【０１００】
また、純粋なＦｅ３Ｏ４及びγ−Ｆｅ２Ｏ３は、それぞれ98 emu/g、81 emu/gであることから、本発明の磁性セラミックスがＦｅ３Ｏ４又はγ−Ｆｅ２Ｏ３を含む場合、本発明の磁性セラミックス中に含まれる1〜50％程度がＦｅ３Ｏ４、γ−Ｆｅ２Ｏ３の磁性酸化鉄微粒子であり、２５〜４９％程度が鉄、珪素、リンの酸化物を含む前記アモルファス相である。
【０１０１】
有機基
本発明において、分子内に有機基を有する化合物は、有機基を有し、かつ、セラミックスの表面に存在するＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子(例えばＯＨ基由来のもの)と結合及び／又は吸着する基を持つ化合物であれば特に限定されない。
【０１０２】
このような化合物中に含まれる有機基としては、例えば、下記の官能基を有するものが挙げられる。カルボキシル基、カルボン酸エステル基、アミド基、イミド基、シアノ基、イソシアノ基、アルデヒド基、ケトン基、イミノ基、アミノ基、アジド基、ニトロ基、ヒドロキシ基、エーテル基、エポキシ基、イソシアナト基、イソチオシアナト基、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、チオール基、スルフィド基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホキシド基、複素環、ハロゲン原子、ケイ素原子、チタン原子及びリン原子。
【０１０３】
このような官能基を有する有機基が導入されたセラミックスには、後述のように、該有機基に触媒等を固定化でき、触媒・有機・無機複合材料を得ることができる。該複合材料は、多種多様な形状を有するセラミックスの表面に触媒機能を付与することができるので、その構造に応じた優れた触媒特性を示す。
【０１０４】
本発明で使用するセラミックスと前記有機基を有する化合物とは、例えば、セラミックスに含まれるＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子(例えばＯＨ基由来のもの)と、該有機基に含まれるケイ素、チタン、リン、アルミニウム等を介して結合させることができる。その結果、セラミックスに含まれるＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子が、有機基に含まれるケイ素、チタン、アルミニウム、又はリンのいずれかと結合した有機・無機複合材料が形成される。
【０１０５】
このような結合を有する化学修飾セラミックスは、例えば、セラミックスと、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤、リン系カップリング剤等とを反応させることにより得ることができる。すなわち、セラミックスをシラン系カップリング剤等で表面処理することにより、セラミックスの表面とシラン系カップリング剤等とが反応し、シラン系カップリング剤等が有する有機基をセラミックスに導入することができる。
【０１０６】
シラン系カップリング剤の作用の一つとして、有機−無機界面の接着改良が知られている。これは、シランカップリング剤が加水分解されてシラノールとなり、部分的に縮合してオリゴマー状態となり、続いて無機質表面に水素結合的に吸着し、これを乾燥することにより、水酸基が脱水縮合反応して化学結合となり、無機材料と有機材料とを強固に接着するものである。
【０１０７】
シラン系カップリング剤が有する有機基、及び官能基の種類は非常に多くのものが知られており、セラミックスに有機基を導入する試薬として特に優れている。本発明において、シラン系カップリング剤は、従来公知のものが使用でき、市販品が容易に入手可能である。好ましいシラン系カップリング剤としては、例えば、下記一般式（１）：
Ｙ−Ｒ１−Ｓｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ        （１）
で表される化合物が挙げられる。
【０１０８】
一般式（１）において、Ｙは、Ｒ４Ｒ５Ｎ−基、Ｒ７Ｒ８Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１１Ｒ１０Ｎ−Ｒ９−Ｒ７Ｎ−Ｒ６−ＮＲ４−基、Ｒ１と一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基、アルキル基（好ましくは炭素数が１〜６のアルキル基）、フェニル基、3,4-エポキシシクロヘキシル基、ハロゲン原子、メルカプト基、イソシアネート基、置換基を有することのあるグリシジル基、グリシドキシ基、置換基を有することのあるビニル基、メタクリロキシ基（CH2=C(CH3)COO-）、アクリロキシ基（CH2=CHCOO-）、ウレイド基（NH2CONH-）、置換基を有することのあるメタクリル基、置換基を有することのあるエポキシ基、置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基、置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基、又は置換基を有することのあるアクリル基を示す。該置換基としては炭素数１〜６（好ましくは１〜３）のアルキル基、ハロゲン原子（好ましくは塩素原子、フッ素原子、臭素原子、より好ましくは塩素原子）、フェニル基等が挙げられる。
【０１０９】
前記Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１０及びＲ１１はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を示し、Ｒ６，Ｒ９はそれぞれ独立に、炭素数２〜６のアルキレン基を示す。
【０１１０】
また、一般式（１）において、Ｒ１は単結合、アルキレン基（好ましくは炭素数１〜６のアルキレン基）、フェニレン基、又はＹと一体となって（Ｙ−Ｒ１が）ビニル基を示す。より好ましいＲ１は炭素数２〜４のアルキレン基であり、Ｃ３Ｈ６がより一層好ましい。
【０１１１】
Ｒ２は同一又は異なって、アルキル基（好ましくは炭素数が１〜６のアルキル基）又はフェニル基を示す。より好ましいＲ２はメチル基又はフェニル基であり、メチル基がより一層好ましい。
【０１１２】
Ｒ３は同一又は異なって、水酸基又はアルコキシ基（好ましくは炭素数が１〜６のアルコキシ基）を示す。より好ましいＲ３は炭素数１〜３のアルコキシ基（βメトキシエトキシ基を含む）であり、メトキシ基又はエトキシ基がより一層好ましい。
【０１１３】
置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基のホスホニウム部分は、一般式Ｐ＋Ｒ１４Ｒ１５Ｒ１６−（Ｒ１４〜Ｒ１６のうち二つがフェニル基で一つがアルキル基(好ましくは炭素数１〜８のアルキル基)であるか、又はＲ１４〜Ｒ１６が全てフェニル基(４位がフッ素原子又はメチル基で置換されていてもよい)である）で表されるものが好ましい。当該アルキル基は、好ましくはイソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、シクロヘキシル基、及びｎ−オクチル基である。置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基は、好ましくは臭化トリフェニルホスホニウム基である。
【０１１４】
置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基のアンモニウム部分は、一般式Ｎ＋Ｒ１７Ｒ１８Ｒ１９−（Ｒ１７〜Ｒ１９はアルキル基又はアリール基、好ましくは炭素数1〜８のアルキル基又はフェニル基である）で表されるものであり、該アリール基及びフェニル基はハロゲン、ヒドロキシ、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコシキ基、シアノ、ニトロ、及びアミノから選択される１〜４個の原子又は基で置換されていもよい。当該アルキル基として好ましくは、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、シクロヘキシル基、ｎ−オクチル基等を例示できる。置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基は、好ましくは臭化アンモニウム基である。
【０１１５】
また、ｎは０〜２の整数を示す。好ましいｎは、０又は１であり、さらに好ましいｎは０である。
【０１１６】
一般式（１）で表されるシラン系カップリング剤としては次の化合物があげられる。
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン等のビニル系官能基を有するシラン系カップリング剤；
３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等のメタクリロキシ系官能基を有するシラン系カップリング剤；
３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等のアクリロキシ系官能基を有するシラン系カップリング剤；
３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルジエトキシシラン、Ｎ−メチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−メチル−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−メチル−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−メチル−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−３−アミノプロピルメチルトリメトキシシラン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−３−アミノプロピルメチルトリエトキシシラン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、（Ｎ−メチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、（Ｎ−メチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、（Ｎ−メチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、（Ｎ−メチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、（Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、（Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、（Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、（Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、２−アミノエチルトリメトキシシラン、２−アミノエチルトリエトキシシラン、２−アミノエチル−メチルジメトキシシラン、２−アミノエチル−メチルジエトキシシラン、４−アミノブチルトリメトキシシラン、４−アミノブチルトリエトキシシラン、４−アミノブチル−メチルジメトキシシラン、４−アミノブチル−メチルジエトキシシラン、６−アミノヘキシルトリメトキシシラン、６−アミノヘキシルトリエトキシシラン、６−アミノヘキシル−メチルジメトキシシラン、６−アミノヘキシル−メチルジエトキシシラン、８−アミノオクチルトリメトキシシラン、８−アミノオクチルトリエトキシシラン、８−アミノオクチル−メチルジメトキシシラン、８−アミノオクチル−メチルジエトキシシラン、４−アミノフェニルトリメトキシシラン、４−アミノフェニルトリエトキシシラン、４−アミノフェニル−メチルジメトキシシラン、４−アミノフェニル−メチルジエトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルトリメトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルトリエトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルメチルジメトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルメチルジエトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−ウレイドプロピルメチルジメトキシシラン、３−ウレイドプロピルメチルジエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、３−トリメトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン等のアミノ系官能基を有するシラン系カップリング剤；
３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、３−クロロプロピルメチルジエトキシシラン等のハロゲン原子で置換されたアルキル基がケイ素原子に結合したシラン系カップリング剤；
３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトエチルトリメトキシシラン、３−メルカプトエチルトリエトキシシラン、３−メルカプトエチル−メチルジメトキシシラン、３−メルカプトエチル−メチルジメトキシシラン等のメルカプト系官能基を有するシラン系カップリング剤；
ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド等のスルフィド系シラン系カップリング剤；
３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルメチルジメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルメチルジエトキシシラン等のイソシアネート系官能基を有するシラン系カップリング剤、
その他、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n-オクタデシルトリエトキシシラン、臭化３-（トリエトキシシリル）プロピルトリフェニルホスホニウム、臭化３−（トリエトキシシリル）プロピルアンモニウム等。
【０１１７】
後述のように、本発明の有機・無機複合材料にさらに化学修飾を施す場合、これらの中でも、アミノ基、メルカプト基、メタクリロキシ基、エポキシ基又はハロゲン原子を有するシラン系カップリング剤が好ましい。
【０１１８】
例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、２−アミノエチル−３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピル−トリメトキシシラン、３−［２−（２−アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピル−トリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n-オクタデシルトリエトキシシラン等が好ましい。
【０１１９】
また、シラン系カップリング剤としては、下記一般式（２）：
Ｒ１２３Ｓｉ−ＮＨｍＲ１３２−ｍ      （２）
で表される化合物も挙げられる。
【０１２０】
一般式（２）において、Ｒ１２は同一又は異なって、アルキル基（好ましくは、炭素数１〜６のアルキル基）を示す。好ましいＲ１２は、炭素数１〜６の直鎖アルキル基であり、より好ましいＲ１２は、炭素数１〜３の直鎖アルキル基である。
【０１２１】
また、Ｒ１３は同一又は異なって、アルキル基又はアルキルシラン基を示す（アルキル基及びアルキルシラン基中のアルキル部分の炭素数は、好ましくは１〜６である）。好ましいＲ１３はトリアルキルシラン基である。該トリアルキルシラン基のアルキル基の炭素数は、通常１〜６、好ましくは１〜３である。
【０１２２】
一般式（２）において、ｍは０〜２の整数を示し、好ましくは１である。
【０１２３】
一般式（２）で表されるシラン系カップリング剤の具体例としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。
【０１２４】
また、上記一般式（１）及び（２）には該当しないが、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド（(C2H5O)3SiC3H6S4C3H6Si(OC2H5)3）、ビス（トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド（(CH3O)3SiC3H6S4C3H6Si(OCH3)3）、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン((C2H5O)3SiC3H6N=C(CH3)C4H9）、３−トリメトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン((CH3O)3SiC3H6N=C(CH3)C4H9）等もシラン系カップリング剤として使用できる。
【０１２５】
本発明において、シラン系カップリング剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上混合して使用してもよい。
【０１２６】
前記チタネート系カップリング剤は、従来公知のものが使用できる。チタネート系カップリング剤に含まれる有機基の種類も多くのものが知られており、セラミックスに有機基を導入する試薬として好適に使用できる。
【０１２７】
好ましいチタネート系カップリング剤としては、例えば、下記一般式（３）：
Ｙ−Ｒ１−Ｔｉ（Ｒ２）ｎ（Ｒ３）３−ｎ（３）
で表される化合物が挙げられる。
【０１２８】
一般式（３）において、Ｙ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びｎは、前記一般式（１）で表されるシラン系カップリング剤と同じものである。
【０１２９】
また、チタネート系カップリング剤の具体的化合物としては次のものが挙げられる。
３−アミノプロピルトリエトキシチタン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシチタン、３−メルカプトプロピルトリメトキシチタン、３−クロロプロピルトリエトキシチタン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシチタン、フェニルトリメトキシチタン、n-オクタデシルトリエトキシチタン、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２、２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミドエチル・アミノエチル）チタネート等。
【０１３０】
これらの中でも、３−アミノプロピルトリエトキシチタン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシチタン、３−メルカプトプロピルトリメトキシチタン、３−クロロプロピルトリエトキシチタン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシチタン、フェニルトリメトキシチタン、n-オクタデシルトリエトキシチタンが好ましい。
【０１３１】
本発明において、チタネート系カップリング剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上混合して使用してもよい。
【０１３２】
前記アルミネート系カップリング剤としては、従来公知のものが使用できる。アルミネート系カップリング剤に含まれる有機基の種類も多くのものが知られており、セラミックスに有機基を導入する試薬として好適に使用できる。例えば、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムジイソプロポキシモノエチルアセトアセテート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート等が挙げられる。
【０１３３】
本発明において、アルミネート系カップリング剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上混合して使用してもよい。
【０１３４】
また、前記リン系カップリング剤は、従来公知のものが使用できる。リン系カップリング剤に含まれる有機基の種類も多くのものが知られており、セラミックスに有機基を導入する試薬として好適に使用できる。例えば、アクリロイルオキシエチルフタルオキシエチルジエチルホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルフタルオキシエチル）ジエチルピロホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルフタルオキシエチル）メチルホスファイト、ジ（メタクリロイルオキシエチルフタルオキシエチル）ホスフェート、ジ（アクリロイルオキシエチルフタルオキシエチル）ピロホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルフタルオキシエチル）ホスファイト、メタクリロイルオキシエチルマレオキシエチルジエチルホスフェート、ジ（アクリロイルオキシエチルマレオキシエチル）ジエチルピロホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルマレオキシエチル）エチルホスファイト、ジ（アクリロイルオキシエチルマレオキシエチル）ホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルマレオキシエチル）ピロホスフェート、ジ（アクリロイルオキシエチルマレオキシエチル）ホスファイト、メタクリロイルオキシエチルスクシンオキシエチルジエチルホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルスクシンオキシエチル）ジメチルピロホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルスクシンオキシエチル）エチルホスファイト、ジ（メタクリロイルオキシエチルスクシンオキシエチル）ホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルスクシンオキシエチル）ピロホスフェート、ジ（メタクリロイルオキシエチルスクシンオキシエチル）ホスファイト、ジ（Ｎ−アクリルアミノメチル）ホスファイト、ジ（Ｎ−アクリルアミノメチル）ピロホスフェート、ジ（Ｎ−アクリルアミノメチル）ホスフェート等を挙げることができる。
【０１３５】
本発明において、リン系カップリング剤は、１種単独で使用してもよいし、２種以上混合して使用してもよい。
【０１３６】
以下、本発明の用語の定義について説明する。
【０１３７】
アルキル基又はアルキル部分は、直鎖、分枝鎖又は環状のアルキル基のいずれでもよく、アルキレン基は、直鎖、分枝鎖又は環状のアルキレン基のいずれでもよい。
【０１３８】
ここで、アルキル部分とは、アルコキシ基及びアルキルシランの中のアルキル基を意味する。
【０１３９】
ハロゲン原子とは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を意味する。
【０１４０】
炭素数１〜８のアルキル基は、直鎖状、分枝鎖状又は環状のいずれでもよく、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、ヘプチル、及びオクチルが挙げられる。
【０１４１】
炭素数１〜６のアルキル基は、直鎖、分枝鎖又は環状のいずれでもよく、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、及びヘキシルが挙げられる。
【０１４２】
炭素数１〜３のアルキル基は、直鎖又は分枝鎖のいずれでもよく、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、及びイソプロピルが挙げられる。
【０１４３】
炭素数１〜６のアルキレン基は、直鎖、分枝鎖又は環状のいずれでもよく、例えば、メチレン、エチレン、ｎ−プロピレン、イソプロピレン、ｎ−ブチレン、イソブチレン、tert−ブチレン、ｎ−ペンチレン、イソペンチレン、及びヘキシレンが挙げられる。
【０１４４】
炭素数２〜６のアルキレン基は、直鎖、分枝鎖又は環状のいずれでもよく、例えば、エチレン、ｎ−プロピレン、イソプロピレン、ｎ−ブチレン、イソブチレン、tert−ブチレン、ｎ−ペンチレン、イソペンチレン、及びヘキシレンが挙げられる。
【０１４５】
炭素数２〜４のアルキレン基は、直鎖、分枝鎖又は環状のいずれでもよく、例えば、エチレン、ｎ−プロピレン、イソプロピレン、ｎ−ブチレン、イソブチレン、及びtert−ブチレンが挙げられる。
【０１４６】
炭素数１〜６のアルコキシ基は、直鎖、分枝鎖又は環状のいずれでもよく、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、及びβメトキシエトキシが挙げられる。
【０１４７】
炭素数１〜３のアルコキシ基は、直鎖又は分枝鎖のいずれでもよく、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、及びβメトキシエトキシが挙げられる。
【０１４８】
アリール基とは、５又は６員の芳香族炭化水素環からなる単環又は多環系の基を意味し、例えば、フェニル、ナフチル、フルオレニル、アントリル、ビフェニリル、テトラヒドロナフチル、及びクロマニルが挙げられる。
【０１４９】
本発明の有機・無機複合材料は、前記セラミックスと前記有機基を有する化合物とを反応させることにより得られる。例えば、有機基を有する化合物として、前記種々のカップリング剤を使用する場合、セラミックスと該カップリング剤とを適当な溶媒中で混合することにより、本発明の有機・無機複合材料が得られる。
【０１５０】
溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、トルエン等が用いられる。溶媒の使用量は、特に限定されず、適宜選択すればよい。
【０１５１】
また、反応温度は−３０℃〜２００℃程度、反応時間は３０分間〜２００時間程度の範囲で適宜選択すればよい。反応生成物である化学修飾セラミックスは、通常の分離手段、例えば、ろ過や遠心分離等で単離することができる。
【０１５２】
本発明の有機・無機複合材料の有機基の担持率は、使用するセラミックス、シランカップリング剤等の前記有機基を含む化合物の種類、反応条件等によって異なるが、有機・無機複合材料中、通常１〜３０重量％程度、好ましくは５〜２０重量％とすることができる。なお、本発明における担持率は、元素分析を用いて測定した値である。
【０１５３】
また、本発明の有機・無機複合材料において、ハロゲン化ホスホニウムアルキルシリル基又はハロゲン化アンモニウムアルキルシリル基が前記セラミックスに含まれるＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子と結合した有機・無機複合材料は、たとえば炭酸ガスとエチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドからエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネートを合成する反応の触媒として利用できる(例えば、特開2008-296066号公報参照)。この有機・無機複合材料は、前記セラミックスに、前記一般式（１）で表されるシラン系カップリング剤であるハロゲン化ホスホニウムアルキルトリアルコキシシラン又はハロゲン化アンモニウムアルキルトリアルコキシシランを反応させることにより、ハロゲン化ホスホニウムアルキルシリル基又はハロゲン化アンモニウムアルキルシリル基が前記セラミックスに含まれるＦｅ原子及び／又はＳｉ原子に結合した酸素原子と結合した有機・無機複合材料が形成される。当該反応の反応温度は通常０〜２００℃、好ましくは３０〜１５０℃である。ここでのハロゲン化ホスホニウム部分、ハロゲン化アンモニウム部分は、それぞれ前述する置換基を有することのあるハロゲン化ホスホニウム基、置換基を有することのあるハロゲン化アンモニウム基に対応する。有機・無機複合材料中のハロゲン化ホスホニウムアルキルトリアルコキシシラン又はハロゲン化アンモニウムアルキルトリアルコキシシランの含有量は通常１〜２０重量％、好ましくは５〜２０重量％の範囲である。
【０１５４】
本発明においては、前記カップリング剤等を用いてセラミックスに有機基を導入した後に、該有機基に含まれる官能基を利用して、前記有機・無機複合材料にさらに化学修飾を施しても良い。例えば、カルボン酸とアミンの縮合によるアミド化反応、カルボン酸とアルコールの縮合によるエステル化反応、エポキシドに対するアミン、アルコール等の求核付加反応、有機ハロゲン化合物に対するアミン、アルコール、チオール等の求核置換反応、α,β-不飽和カルボニル基に対するアミン、チオール等のマイケル付加反応、アルデヒド基とアミノ基の脱水縮合によるイミン形成反応、グリニアール反応やウィティッヒ反応に代表される有機金属反応剤を用いる炭素-炭素結合形成反応、鈴木-宮浦カップリングやオレフィンメタセシスに代表される金属錯体触媒炭素-炭素結合形成反応等によってさらに化学修飾することができる。このような反応により更に化学修飾を施すことによって、シランカップリング剤等に含まれていた官能基を所望の官能基に変換することもできる。
【０１５５】
触媒の固定化
また、本発明においては、本発明の有機・無機複合材料の有機基に含まれる官能基、また、前記のようにさらに化学修飾をすることによって導入された官能基を利用して、有機・無機複合材料に触媒を固定化することができる。なお、本発明において、前記有機・無機複合材料に触媒を固定して得られる材料を、触媒・有機・無機複合材料ということがある。本発明の有機・無機複合材料に触媒を固定化すると、セラミックスの少なくとも一部の表面に触媒が存在し、前記有機・無機複合材料にセラミックスの形状に応じた種々の触媒特性を付与することが可能となる。
【０１５６】
本発明の有機・無機複合材料に固定化できる触媒としては、例えば、酵素、有機触媒、金属錯体触媒等が挙げられる。これらの触媒は、１種単独を固定化しても良いし、２種以上を混合して固定化しても良い。
【０１５７】
酵素としては、従来公知の酵素が使用できる。本発明において好ましい酵素としては、例えば、加水分解酵素（Ｈｙｄｒｏｌａｓｅ）、酸化還元酵素（Ｏｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ）、転移酵素（Ｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ）、脱離酵素（Ｌｙａｓｅ）、異性化酵素（Ｉｓｏｍｅｒａｓｅ）、合成酵素（Ｌｉｇａｓｅ）等が挙げられる。
【０１５８】
加水分解酵素としては、例えば、エステルを加水分解するエステラーゼ、リパーゼ、ペプシン、キモトリプシン、カルボキシペプチダーゼ、サーモライシン、ガゼプシン、ペプチダーゼ、アミノペプチダーゼ、パパイン、キモパパイン、プロメリン、プロテアーゼ、ヒドロキシニトリルリアーゼ、プロティナーゼ、ジペプチダーゼ等のようなペプチド結合を加水分解する蛋白分解酵素；α及びβ−グルコシダーゼ、α及びβ−グルカナーゼ、α及びβ−ガラクトシダーゼ、α及びβ−アミラーゼ、セルラーゼ、プルラナーゼ等のような糖のグルコシド結合を加水分解するグルコシダーゼ；ホスホモノエステラーゼ、ホスホジエステラーゼ、ピロホスファターゼ等のようなリン酸結合を加水分解するホスファターゼ；アルギナーゼ、ウレアーゼ、グルタミナーゼ等のようなアミド基を加水分解するアミダーゼ；その他ヌクレアーゼ、ラクトナーゼ、コラゲナーゼ、ニトリルヒドラターゼ、ヒドロキシニトリルリアーゼ等が挙げられる。
【０１５９】
また、酸化還元酵素としては、例えば、アルコールデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、アルデヒドオキシダーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、ピルビン酸シンターゼ、コハク酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、チトクロムｃオキシダーゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、フェレドキシンヒドロゲナーゼ、スーパーオキサイドジスムターゼ、チトクロームＰ４５０等が挙げられる。
【０１６０】
転移酵素としては、例えば、トランスホスホリダーゼ、トランスグルコシダーゼ、トランスペプチダーゼ、トランスアミダーゼ、トランスグルタミナーゼ、トランスアルドラーゼ、トランスケトラーゼ、ホスホリラーゼ、クレアチンキナーゼ、ヘキソキナーゼ、ピルビン酸キナーゼ、ホスホグリセリン酸キナーゼ、ＲＮＡポリメラーゼ、ＤＮＡポリメラーゼ、グルコサミントランスアセチラーゼ、アミノアシルトランスフェラーゼ、アスパラギン酸トランスアミナーゼ、アラニントランスアミナーゼ、６−ホスホフルクトキナーゼ等が挙げられる。
【０１６１】
脱離酵素としては、例えば、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、ヒスチジンデカルボキシラーゼ、アルドラーゼ、クエン酸（ｓｉ）−シンターゼ、ＡＴＰクエン酸（ｐｒｏ−３Ｓ）リアーゼ、トリプトファナーゼ、フマル酸ヒドラターゼ、アコニット酸ヒドラターゼ、エノラーゼ、エノイル−ＣｏＡヒドラターゼ、アスパラギ酸アンモニア−リアーゼ等が挙げられる。
【０１６２】
異性化酵素としては、例えば、リブロースリン酸３−エピメラーゼ、ＵＤＰグルコース４−エピメラーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、グルコースリン酸イソメラーゼ、ホスホグリセリン酸ホスホムターゼ等が挙げられる。
【０１６３】
合成酵素としては、例えば、チロシル−ｔＲＮＡシンテターゼ、アシル−ＣｏＡシンテターゼ、アミドシンテターゼ、ペプチドシンテターゼ、シクロリガーゼ、アセチル−ＣｏＡカルボキシラーゼ等が挙げられる。
【０１６４】
その他、アルドラーゼ、バイヤー・ビリガラーゼ、アルコール脱水素酵素、カルボニル還元酵素等が挙げられる。
【０１６５】
これらの酵素の中でも、本発明においては、リパーゼ、カルボニル還元酵素等が好ましい。
【０１６６】
これら酵素は、動物由来、植物由来、又は微生物由来のいずれであってもよく、また、精製品が好ましいが、粗精製物であってもよい。
【０１６７】
本発明の有機・無機複合材料は、特に酵素の担体として優れており、酵素が該有機・無機複合材料に固定化された酵素・有機・無機複合材料は、酵素の担持率が高く、優れた触媒機能を発揮する。例えば、油脂加水分解酵素であるリパーゼは、エステル結合の加水分解だけでなく、有機溶媒中でエステル化反応及びエステル交換反応も触媒できる。本発明において、酵素としてリパーゼを固定化した酵素・有機・無機複合材料は、ラセミ体化合物の速度論的光学分割に優れた性能を発揮し、有機合成分野や製薬分野において幅広い用途に使用できる。リパーゼを固定化した酵素・有機・無機複合材料からなる固定化酵素触媒を用いたラセミ化化合物の速度論的光学分割反応の際の温度は、通常0〜100℃、好ましくは20〜60℃である。
【０１６８】
また、本発明の酵素・有機・無機複合材料を含む固定化酵素触媒は、長期間保持でき、繰り返し再利用しても酵素活性が維持されるという優れた特性も有する。これにより、高価な酵素を使い捨てにせず繰り返し使用でき、かつ、反応生成物中に酵素が残留しないので、工業的に優れた固定化酵素として使用できる。
【０１６９】
本発明の有機・無機複合材料への酵素の担持は、通常の固定化方法を採用すれば良く、例えば、有機・無機複合材料と酵素をリン酸緩衝液等の溶媒中で混合することにより容易に行うことができる。
【０１７０】
本発明の酵素・有機・無機複合材料を含む固定化酵素触媒における酵素量は、使用する酵素、有機・無機複合材料によって大きく異なるが、酵素・有機・無機複合材料中、通常１〜１０重量％程度、好ましくは３〜５重量％程度とすることができる。なお、本発明において、酵素量は、Bradford法により測定した値である。
【０１７１】
本発明の触媒・有機・無機複合材料を含む固定化触媒において、触媒が酵素である場合は、前記有機・無機複合材料の有機基中に存在する官能基と酵素とが水素結合等の非共有結合（分子間相互作用）、吸着等により固定化される。また、ゾル-ゲル法やアルギン酸カルシウムを用いて、酵素を物理的に内包させて固定化してもよい。
【０１７２】
前記有機触媒は、金属元素を含まず、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄、リン、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等の元素からなる触媒作用を有する化合物である。本発明においては、前記有機・無機複合材料の有機基に存在する官能基を利用して、有機触媒を導入することができる。また、シラン系カップリング剤の一部であるトリアルコキシシリル基を有機触媒に結合した後、セラミックスと反応させて調製することもできる。有機触媒としては従来公知のものが使用できる。このような有機触媒としては、例えば、不斉有機触媒等が挙げられる。
【０１７３】
また、前記金属錯体触媒も従来公知のものが使用できる。本発明においては、金属錯体触媒（種々の有機金属触媒、金属酸化物等も含む）が、前記有機・無機複合材料の有機基中に存在する官能基と非共有結合（分子間相互作用）、共有結合、吸着、配位結合等により固定化される。たとえば、３−[２−（２−アミノエチルアミノエチルアミノ）プロピル]トリメトキシシラン等のキレート性シランカップリング剤を作用させて調製した化学修飾セラミックスには、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｏやＨｇ等の遷移金属を配位させることができる。また、リン系配位子に官能基を導入しておき、前記有機・無機複合材料の有機基に存在する官能基と結合させた後に、Ｐｔ、Ｐｄ、ＲｕやＲｈ等の遷移金属を配位させることもできる。
【０１７４】
色素の固定化
さらに、本発明の有機・無機複合材料の有機基に含まれる官能基、また、前記のようにさらに化学修飾をすることによって導入された官能基を利用して、有機・無機複合材料に色素等を固定化することもできる。色素としては、従来公知のものが固定化でき、例えば、ポルフィン（無金属）、中心金属置換ポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリン銅（II）、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリン亜鉛（II）、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリンコバルト（III）クロリド、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリンクロム（III）クロリド、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリンアルミニウム（III）クロリド、５，１０，１５，２０−テトラキス（ペンタフルオロフェニル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン、５-(４-カルボキシフェニル)-１０,１５,２０-トリフェニルポルフィリン、シリコンフタロシアニンオキシド、アルミニウムフタロシアニンクロリド、フタロシアニン（無金属）、中心金属置換フタロシアニン、ポルフィリンジリチウムフタロシアニン、銅テトラメチルフタロシアニン、銅フタロシアニン、クロムフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、鉛フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキシド、Ｍｇフタロシアニン、銅オクタメチルフタロシアニン等のポルフィリン系色素が挙げられる。
【実施例】
【０１７５】
以下、実施例等により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。【０１７６】
１．微生物由来のセラミックスの単離精製（１）
京都府城陽市の浄水場にて20Lのタンクに採取したバイオジナス酸化鉄（レプトスリックス・オクラセアが生産した鞘状のセラミックス）を含んだ混濁液を静置し、バイオジナス酸化鉄を沈殿させた。上澄み液10Lをデカンテーションにより取り除き、イオン交換水を10L加えて混濁させた。これを1日静置し、バイオジナス酸化鉄を沈殿させた。これらの沈殿操作を5回繰り返した。残った混濁液を遠心管（800mLサイズ）に取り、5分間超音波を当てた後、遠心分離（9000rpm、10分間）によりバイオジナス酸化鉄を沈殿させ、上澄み液を除いた。この操作を繰り返しタンク内の混濁液がなくなったら、イオン交換水で洗いながら１つの遠心管にバイオジナス酸化鉄をまとめた。この時、遠心管の底にたまった砂を混ぜないように注意する。遠心分離後、上澄み液を捨てた。遠心管内のバイオジナス酸化鉄にエタノール（約2L）を加えてナスフラスコに移し、1時間撹拌した。エバポレーターでエタノールを留去し真空乾燥すると、赤褐色粉末として75gのバイオジナス酸化鉄が得られた。元素分析の結果、C:1.87％ N:0.00％であった。また、バイオジナス酸化鉄の元素比をEDXにより決定すると、Fe:Si:P=73:22:5であった。バイオジナス酸化鉄のその他のキャラクタリゼーションの方法は、前記非特許文献１に記載の通りである。【０１７７】
２．微生物由来のセラミックスの単離精製（２）
岡山大学工学部本館の側溝にて採取した汚泥から、上記と同様の方法でセラミックスを単離したところ、ガリオネラ・フェルギネア（Gallionella ferruginea）由来のらせん状セラミックスが主に含まれていた。SEM写真を図１に示す。【０１７８】
得られたセラミックスの元素比をEDXにより決定すると、Fe:Si:P=77:18:5であった。【０１７９】
３．微生物由来のセラミックスの単離精製（３）
（１）京都府城陽市浄水場からのOUMS1株の単離
京都府城陽市文化パルク城陽の鉄バクテリア槽内の地下水沈殿物から水を容器に汲み取り、その少量（たとえば、0.5〜1 g）を、鉄小片（99.9%純度、約5 mm角）を入れたJOP液体培地(滅菌地下水1L中、リン酸水素二ナトリウム12水和物0.076 g、リン酸二水素カリウム2水和物0.02 g、HEPES 2.383 g、硫酸鉄0.01 mM、pHを水酸化ナトリウム水溶液で7.0に調整)に投入し、十分に懸濁した後に、振とう培養器（70 rpm）上で20℃で10日間培養した。当該培養中に増加した沈殿物の一部を取り出し、鉄小片を入れた新たなJOP液体培地を入れたフラスコに移植し、さらに同条件で10日間振とう培養した。この過程をさらにもう一度繰り返した。フラスコ中の液体を少量採取し、JOP液体培地で10-2〜10-6に希釈した。それぞれの希釈液を別個の滅菌ペトリ皿中のJOP寒天平板培地上に点滴し、滅菌したガラス棒で培地上に拡散塗布した。これらの培地を20℃の恒温器中で7〜10日培養したところ、対象細菌が増殖し、鞘状酸化物を形成した。【０１８０】
培養後、形成された単コロニー（菌株）を、殺菌した爪楊枝で個別にくりぬき、新たに調製したJOP寒天平板培地に植菌し、20℃で10日間培養したところ、培地上にコロニーが出現した。これらのコロニーの中に淡黄褐色、不整型のコロニーが識別された。低倍光学顕微鏡で観察したところ、淡黄褐色部分の主体は鞘状構造であった。当該性状を有する単離菌株をOUMS1株と称した。【０１８１】
上記の識別されたOUMS1株コロニーの一部をかきとり、新たに調製したJOP液体培地を入れたフラスコに移植し、振とう培養器（70 rpm）上で20℃で10日間培養した後、増加した懸濁物をスライドガラスに載せ、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡で観察したところ、鞘状酸化物の形成が確認された（図２A、B）。【０１８２】
（２）京都府城陽市浄水場から単離されたOUMS1株の同定
OUMS1株をJOP寒天プレート上で23℃、10日間培養し、プレート上にTEバッファー（10 mM Tris/1 mM EDTA）を1 ml加えてセルスクレイパー（TRP 社製）で菌体を掻き取り、エッペンドルフチューブに回収した後、5000×g、10 minの遠心で菌体を回収した。CTAB法によってゲノムDNAを抽出し、16S rDNA領域を次のプライマーでPCR増幅した。
5'-AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG-3'
5'-GGY TAC CTT GTT ACG ACT T-3'
増幅断片をTA PCR cloning kit (BioDynamics Laboratory Inc.)を用いてTAクローニングし、ジデオキシ法（サンガー法）にしたがってDNA配列を解読した。解読したDNA配列は配列番号１の塩基配列であった。この16SリボゾーマルDNAの塩基配列について、DDBJのBLASTを用いてホモロジー検索を行った。【０１８３】
このホモロジー検索結果を図３−Ａ及び図３−Ｂに示す。既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株（文献１）の16SリボゾーマルDNA塩基配列（文献２）と９９％のホモロジーがあるとの検定結果が得られた。
文献１：Emerson, D. and Ghiorse, W. C. Isolation, Cultural Maintenance, and Taxonomy of a Sheath-Forming Strain of Leptothrix discophora and Characterization of Manganese-Oxidizing Activity Associated with the Sheath. Appl. Environ. Microbiol. 58, 4001-4010(1992)
文献２：Spring, S., Kaempfer, P., Ludwig, W. and Schleifer, K. H. Polyphasic characterization of the genus Leptothrix : new descriptions of Leptothrix mobilis sp. nov. and Leptothrix discophora sp. nov. nom. rev. and ammended description of Leptothrix cholodnii emend Syst. Appl. Microbiol. 19, 634-643(1996).【０１８４】
OUMS1株をMSVP(例えば、Mulder, E. G., and W. L. van Veen Investigations on the Sphaerotilus-Leptothrix group. Ant, v. Leeuwhoek 29, 121-153(1963)参照)液体培地で20℃、4日間培養し、増殖した細菌菌体を回収し、CTAB法によってゲノムDNAを抽出し、増幅断片多型法（RAPD法）にしたがって、ゲノムDNA解析を行い、既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株のゲノムDNAとの比較を行った。OUMS1株と既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株とのゲノムDNAの電気泳動パターンを図４に示す。【０１８５】
図４に示すように、用いた６種類のプライマー全てにおいて、OUMS1のゲノムDNA電気泳動パターンは既知のSP-6のそれと増幅断片の長さや数の点で異なっていたため、OUMS1株はSP-6株とは異なる菌株であることが明らかになった。【０１８６】
OUMS1株コロニーの一部をかきとり、硫酸鉄の替わりに硫酸マンガンを加えたMSVP液体培地（文献１）を入れたフラスコに移植し、振とう培養器（70rpm）上で20℃で10日間培養した後、増加した懸濁物をスライドガラスに載せ、光学顕微鏡で観察したところ、鞘状酸化物の形成が確認された。【０１８７】
OUMS1株は、その培養コロニーの形状、鞘状酸化物の形成能、マンガン酸化能に関し、既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株の記載と一致し、さらに16SリボゾーマルDNA塩基配列のホモロジー検索の結果、OUMS1株と既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株とは99％のホモロジーがあることが確認されたため、OUMS1株は既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニと同定した。また、RAPD法によるゲノムDNAの電気泳動パターン比較によってOUMS1株は、既知の鉄酸化細菌レプトスリックス・コロディニSP-6株とは異なる菌株であることが確認されたため、OUMS1株をレプトスリックス・コロディニOUMS1株(NITE BP-860)と命名した。【０１８８】
３．OUMS1が形成する酸化鉄の特性
OUMS1株が形成した酸化鉄の結晶構造をX線回折（XRD）測定、組成分析をエネルギー分散型X線（EDX）分析、微細構造観察を走査型電子顕微鏡（SEM）および透過型電子顕微鏡（TEM）を用いて評価した。【０１８９】
図５−Ａの１−１４、図５−Ｂの１、２にOUMS1株が形成した酸化鉄のSEM像を示す。視野中のほとんどの構造物がミクロンオーダーのチューブ（マイクロチューブ）形状を有することが明らかとなった。その外径は1.6〜3.7μｍ、内径は0.5〜0.8μｍ程度であった。また、OUMS1株が形成する酸化鉄の表面形状は大きく３つに分類することができる。すなわち、図５−Aの１−６に示した繊維状（繊維の幅が100-200 nm程度）の粒子が疎に絡まりあったような表面形状、７−１１に示した繊維状の粒子（繊維の幅100-300 nm程度）が密に絡まりあったような表面形状、１２−１４に示した鱗片状の粒子からなる表面形状である。その他にも図５−Bの１に示すような凝集体や図５−Bの２に示した太さ1μm程度のロッド状の酸化鉄も確認された。【０１９０】
図６の１〜１３にOUMS1が形成した酸化鉄のTEM像を示す。上記SEM像に見られた形状と同様の形状の図６-１〜４のマイクロチューブ形状以外に、図６-５，６に示した外径350-400 nm程度のナノチューブ形状、７に示した外径500 nm程度、内径180 nm程度の中空ひものような形状、図６-８〜１０に示した長径1.5〜5μｍ程度、短径0.78〜2.0μｍ程度のカプセル形状、図６-１１に示した外径350nm程度、内径230nm程度のチューブの一端が閉じた形状、図６-１２に示したひも状と球状の凝集体のような形状、図６-１３に示したひも状の酸化鉄が確認された。この結果からOUMS1は酸化鉄マイクロチューブ以外に、ナノチューブ、中空ひも状、カプセル状、ひも状と球状の凝集体、ひも状のような多彩な形状の酸化鉄を形成することが明らかとなった。【０１９１】
EDXによる組成分析の結果OUMS1が作る酸化鉄の構成成分はFe, O, Si, Pであることが明らかとなった。表１に24点分析した結果の平均値と標準偏差を示す。酸素を除いた組成はFe:Si:P=79.3:8.8:11.9であった。また、この酸化鉄には炭素原子や水素原子も含まれる。【０１９２】
【表１】
0005622718.tif 000002
【０１９３】
図７にOUMS1株が形成した酸化鉄のXRDパターン（一番下）および比較サンプルとして2-line ferrihydrite（下から二番目）および6-line ferrihydrite（下から三番目）のXRDパターンを示す。OUMS1株が形成した酸化鉄は2-line ferrihydriteと6-line ferrihydriteが混ざったようなピークを示した。この結果からOUMS1が作る酸化鉄はferrihydriteであることが明らかとなった。【０１９４】
図８にOUMS1が作る代表的な酸化鉄マイクロチューブの高分解能透過型電子顕微鏡（HRTEM）像を示す。これからOUMS1が形成する酸化鉄の一次粒子径は3〜5 nm程度であることが明らかとなった。また、一次粒子について明瞭な格子縞が確認されたことからOUMS1が作る酸化鉄は微結晶の集合体であることが明らかとなった。【０１９５】
上記XRD測定とHRTEM観察の結果から、OUMS1が作る酸化鉄は一次粒子径が3〜5nm程度のferrihydrite微粒子の集合体（セラミックス）であることが明らかとなった。【０１９６】
分析に使用した機器
光学顕微鏡：オリンパス（株）社BX-51（図２−Ａ、図４−Ａ）
X線回折（XRD）測定：Rigaku社RINT-2000（図７）
走査型電子顕微鏡（SEM）：（株）日立ハイテクノロジーズ社Miniscope TM-1000（図２−Ｂ、図４−Ｂ）
走査型電子顕微鏡（SEM）：日本電子（株）JSM-6700F（図５−Ａ、図５−Ｂ）
エネルギー分散型X線（EDX）分析：日本電子（株）JED-2200F（表１）
透過型電子顕微鏡（TEM）：日本電子（株）JEM-2100F（図６、図８）【０１９７】
４．シラン系カップリング剤を用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾（一般操作）
前記セラミックスの単離精製（１）で得られたバイオジナス酸化鉄（セラミックス）を真空ポンプで減圧し150℃で4時間乾燥した。この乾燥バイオジナス酸化鉄（300mg）を反応器に入れて窒素置換し、各実施例に記載のシラン系カップリング剤(1.0mmol)、乾燥トルエン（3mL）を入れて100℃で24時間加熱した。エバポレーターでトルエンを留去した。酢酸エチルを用いて修飾バイオジナス酸化鉄を遠心管に移し、9000rpmで10分間遠心分離をした後、上清み液を除いた。この精製操作を5回行った後、沈殿の修飾バイオジナス酸化鉄を真空乾燥した。元素分析により有機基の担持率を算出した。なお、13C CP/MAS NMRや29Si CP/MAS NMR等の固体NMRを測定しても、常磁性の鉄の存在によって著しく短くなった緩和時間のために、NMRシグナルが全く観測されない。このため化学修飾の確認方法は、元素分析と赤外吸収スペクトルに加え、特定の場合には、紫外・可視吸収スペクトル、顕微鏡観察、担持した触媒によって発現される触媒活性の評価などに限られる。【０１９８】
実施例１（３−アミノプロピルトリエトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−アミノプロピルトリエトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０１９９】
【化１】
0005622718.tif 000003
【０２００】
なお、上記式は模式図であり、式中のバイオジナス酸化鉄に結合している酸素原子とシラン系カップリング剤のケイ素原子との間の結合は、３本でも２本でも１本でもよく、これらが混合していてもよい。また、化学修飾により導入された基は、１つ以上存在する。以下の式において、同様である。【０２０１】
得られた有機・無機複合材料の元素分析の結果、C:7.85％、N:1.93％であった。この炭素含有量から算出した有機基の担持率は、15.0％(w/w)(1.74mmol/g)であった。【０２０２】
実施例２（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０２０３】
【化２】
0005622718.tif 000004
【０２０４】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:9.54％、N:0.10％であった。この炭素含有量から算出した有機基の担持率は14.7％(w/w)(0.94mmol/g)であった。また、FT-IRの結果、1717cm-1にC=O伸縮振動が確認された。【０２０５】
バイオジナス酸化鉄に有機基を結合し修飾バイオジナス酸化鉄を分離する等の一連の実験操作の過程で、バイオジナス酸化鉄に由来する特異な形状は、長さが短くなることを除いて、著しくは損なわれない。得られた修飾バイオジナス酸化鉄のＳＥＭ写真を図９に、ＴＥＭ写真を図１０にそれぞれ示す。これらの写真から、バイオジナス酸化鉄の鞘状の形状とそれを構成しているナノ粒子が、化学修飾の過程を経ても維持されていることが分かる。【０２０６】
実施例３（３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０２０７】
【化３】
0005622718.tif 000005
【０２０８】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:6.04％、N:0.00％であった。この炭素含有量から算出した有機基の担持率は、12.6％(w/w)(1.22mmol/g)であった。【０２０９】
実施例４（３−クロロプロピルトリエトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−クロロプロピルトリエトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０２１０】
【化４】
0005622718.tif 000006
【０２１１】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:4.83％、N:0.47％であった。また、この炭素含有量から算出した有機基の担持率は9.2％(w/w)(0.87mmol/g)であった。【０２１２】
実施例５（３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０２１３】
【化５】
0005622718.tif 000007
【０２１４】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:6.41％、N:0.04％であった。また、この炭素含有量から算出した有機基の担持率は9.4％(w/w)(0.66mmol/g)であった。【０２１５】
実施例６（フェニルトリメトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すようにフェニルトリメトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０２１６】
【化６】
0005622718.tif 000008
【０２１７】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:6.06％、N:0.44％であった。また、この炭素含有量から算出した有機基の担持率は6.3％(w/w)(0.60mmol/g)であった。【０２１８】
実施例７（n-オクタデシルトリエトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すようにn-オクタデシルトリエトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０２１９】
【化７】
0005622718.tif 000009
【０２２０】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:8.83％、N:0.00％であった。また、この炭素含有量から算出した有機基の担持率は9.3％(w/w)(0.33mmol/g)であった。【０２２１】
実施例８（ヘキサメチルジシラザンを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すようにヘキサメチルジシラザンを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。【０２２２】
【化８】
0005622718.tif 000010
【０２２３】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:4.59％、N:0.00％であった。また、この炭素含有量から算出した有機基の担持率は6.2％(w/w)(0.84mmol/g)であった。【０２２４】
実施例９（化学修飾バイオジナス酸化鉄における有機基を利用したさらなる化学修飾）
下式に従い、実施例１で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄の表面に存在するアミノ基にテトラフェニルポルフィリンを結合させた。【０２２５】
【化９】
0005622718.tif 000011
【０２２６】
アミノプロピル基が導入されたバイオジナス酸化鉄（300mg）、N,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド（DCC）（78.5mg, 0.380mmol）、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール（HOBT）(51mg, 0.377mmol)を反応器に入れ、窒素置換した。5-(4-カルボキシフェニル)-10,15,20-トリフェニルポルフィリン（100mg, 0.152mmol）を乾燥テトラヒドロフラン(4mL)に溶かした溶液を加えて、室温で72時間撹拌した。吸引ろ過を行い、テトラヒドロフラン、エタノール、加熱したエタノール、ヘキサンの順番に洗浄した後、真空乾燥した。【０２２７】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:10.41％、N:2.10％であった。また、この窒素含有量から算出したポルフィリン基の担持率は11.1％(w/w)(0.17mmol/g)であった。【０２２８】
バイオジナス酸化鉄へのポルフィリンの導入は、紫外・可視吸収スペクトルによって確認した。ポルフィリン修飾バイオジナス酸化鉄（赤線  上側の線）と無修飾バイオジナス酸化鉄（青線  下側の線）の粉末サンプルの紫外・可視吸収スペクトル（マトリックス：硫酸バリウム）を図１１に示す。400〜450 nmにはポルフィリンのＳｏｒｅｔ吸収帯が、500〜650 nmにはポルフィリンの４つのＱ吸収帯がはっきりと確認できる。【０２２９】
さらに、バイオジナス酸化鉄へのポルフィリンの導入は、光学顕微鏡観察によっても確認できた。530-550nmの励起光を照射したところ、ポルフィリンによる赤色の蛍光を示した（図１２）。図１２は明視野観察像（左）とその蛍光観察像（右）であるが、ポルフィリン分子がバイオジナス酸化鉄全体に均一に分布して結合していることが分かる。【０２３０】
実施例１０（Burkholderia cepacia由来リパーゼ（BCL）の修飾バイオジナス酸化鉄への固定化）
バークホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）由来リパーゼ（BCL）（和光純薬株式会社, Lipase PS IM Amano けいそう土固定化, 31.3g）、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 125mL) 、撹拌子をナスフラスコに入れて、室温で3時間撹拌した。ブフナーろうとを用いて吸引ろ過し、酵素水溶液を得た。この酵素水溶液を透析膜（分子量１万カット）に入れて、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 500mL, 30分×２回, 1時間×２回, 12時間×１回)に対して透析した。透析した酵素水溶液(106mL)と予め３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで処理しておいたバイオジナス酸化鉄（実施例２で得られたもの）(500mg)を遠心管に入れ、25℃で24時間振とう（125rpm）した。遠心分離(10,000rpm, 10分)により得られた沈殿物を真空乾燥すると、化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素BCLが500mg得られた。【０２３１】
上記の遠心分離において回収した上清と固定化に用いた酵素水溶液中のタンパク量をBradford法により定量することにより、リパーゼの担持率を算出した。500mgの粉末中に担持された酵素量は22.9mg (4.6％(w/w))であった。【０２３２】
実施例１１（Candida antarctica由来リパーゼ（CAL）の修飾バイオジナス酸化鉄への固定化）
カンジダ・アンタルクチカ（Candida antarctica）由来リパーゼ（CAL）水溶液(ノボザイムズジャパン株式会社, Lipozyme CALB L、50mL)を透析膜（分子量１万カット）に入れて、リン酸緩衝液(10mM、pH7.0、300mL、20分×２回、1時間×３回)に対して透析した。透析した酵素水溶液(87mL)と予め３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで処理しておいた修飾バイオジナス酸化鉄（実施例２で得られたもの）(501mg)を遠心管に入れ、25℃で24時間振とう（125rpm）した。遠心分離(10,000rpm、10分)により得られた沈殿物を真空乾燥すると、化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素CALが489mg得られた。【０２３３】
上記の遠心分離において回収した上清と固定化に用いた酵素水溶液中のタンパク量をBradford法により定量することにより、リパーゼの担持率を算出した。501mgの粉末中に担持された酵素量は15.3mg (3.1％(w/w))であった。【０２３４】
実施例１２（修飾バイオジナス酸化鉄固定化リパーゼを用いたラセミ体アルコールの速度論的光学分割
化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（１）【０２３５】
【化１０】
0005622718.tif 000012
【０２３６】
1-フェニルエタノール1a(122μL, 1.00mmol)、実施例１０で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素BCL(10mg)、モレキュラーシーブス3A(3粒)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で1時間撹拌した後、反応溶液をセライトでろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/酢酸エチル(5:1)) によりエステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたガスクロマトグラフィーによりそれぞれの光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０２３７】
(S)-1a:
単離収率31％; 光学純度83％ ee
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.51 (d, J = 6.3 Hz, 3H), 1.77 (d, J = 3.0 Hz, 1H), 4.87−4.95 (m, 1H), 7.28−7.41 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250℃, Col. 95℃, Det. 220℃, (R)-1a 30.0分, (S)-1a 32.6分。【０２３８】
(R)-2a:
単離収率23％; 光学純度98％ ee
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.54 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 2.07 (s, 3H), 5.88 (q, J = 6.8 Hz, 1H), 7.27−7.36 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250℃, Col. 95℃, Det. 220℃, (S)-2a 24.6分, (R)-2a 27.5分。【０２３９】
化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（２）【０２４０】
【化１１】
0005622718.tif 000013
【０２４１】
1-(2-ナフチル)エタノール1b(173mg, 1.00mmol)、実施例１０で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素BCL(10mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で1時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル(5:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０２４２】
(S)-1b:
単離収率56％; 光学純度69％ ee
[α]19D = −32.6 (c 0.96, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.59 (d, J = 6.0 Hz, 3H), 1.88 (s, 1H), 5.08 (q, J = 6.0 Hz, 1H), 7.45−7.53 (m, 3H), 7.82−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1b 30.2分, (R)-1b 39.8分。【０２４３】
(R)-2b:
単離収率40％; 光学純度 >99％ ee
[α]20D = +117 (c 1.04, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.63 (d, J = 8.3 Hz, 3H), 2.10 (s, 3H), 6.05 (q, J = 8.3 Hz, 1H), 7.48−7.49 (m, 3H), 7.81−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2b 25.1分, (S)-2b 28.9分。【０２４４】
化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（３）【０２４５】
【化１２】
0005622718.tif 000014
【０２４６】
1-(2-ナフチル)プロパノール1c(186mg, 1.00mmol)、実施例１０で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素BCL(10mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で12時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/酢酸エチル(5:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０２４７】
(S)-1c:
単離収率59％; 光学純度77％ ee
[α]22D = −28.8 (c 1.03, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.95 (t, J = 7.0 Hz, 3H), 1.83−1.95 (m, 3H), 4.78 (t, J = 5.3 Hz, 1H), 7.45−7.49 (m, 3H), 7.79−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1c 24.4分, (R)-1c 33.5分。【０２４８】
(R)-2c:
単離収率40％; 光学純度97％ ee
[α]22D = +96.8 (c 1.11, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.91 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 1.91−2.03 (m, 2H), 2.10 (s, 3H), 5.83 (t, J = 7.0 Hz, 1H), 7.45−7.48 (m, 3H), 7.78−7.84 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2c 18.7分, (S)-2c 25.7分。【０２４９】
化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（４）【０２５０】
【化１３】
0005622718.tif 000015
【０２５１】
1-フェニルエタノール1a(122μL, 1.00mmol)、実施例１１で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素CAL(10mg)、モレキュラーシーブス3A(3粒)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で3時間撹拌した後、反応溶液をセライトでろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/エーテル(50:1)−(10:1)) によりエステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたガスクロマトグラフィーによりそれぞれの光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０２５２】
(S)-1a:
単離収率45％; 光学純度91％ ee
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.51 (d, J = 6.3 Hz, 3H), 1.77 (d, J = 3.0 Hz, 1H), 4.87−4.95 (m, 1H), 7.28−7.41 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250 ℃, Col. 95 ℃, Det. 220 ℃, (R)-1a 30.0分, (S)-1a 32.6分。【０２５３】
(R)-2a:
単離収率43％; 光学純度 >99％ ee
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.54 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 2.07 (s, 3H), 5.88 (q, J = 6.8 Hz, 1H), 7.27−7.36 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250 ℃, Col. 95 ℃, Det. 220 ℃, (S)-2a 24.6分, (R)-2a 27.5分。【０２５４】
化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（５）【０２５５】
【化１４】
0005622718.tif 000016
【０２５６】
1-(2-ナフチル)エタノール1b(173mg, 1.00mmol)、実施例１１で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素CAL(10mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で4.5時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル(5:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０２５７】
(S)-1b:
単離収率45％; 光学純度96％ ee
[α]22D = −46.2 (c 0.99, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.59 (d, J = 6.0 Hz, 3H), 1.88 (s, 1H), 5.08 (q, J = 6.0 Hz, 1H), 7.45−7.53 (m, 3H), 7.82−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1b 30.2分, (R)-1b 39.8分。【０２５８】
(R)-2b:
単離収率48％; 光学純度 >99％ ee
[α]22D = +117 (c 0.99, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.63 (d, J = 8.3 Hz, 3H), 2.10 (s, 3H), 6.05 (q, J = 8.3 Hz, 1H), 7.48−7.49 (m, 3H), 7.81−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2b 25.1分, (S)-2b 28.9分。【０２５９】
化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（６）【０２６０】
【化１５】
0005622718.tif 000017
【０２６１】
1-(2-ナフチル)プロパノール1c(186mg, 1.00mmol)、実施例１１で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素CAL(10mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で70時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/酢酸エチル(5:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０２６２】
(S)-1c:
単離収率42％; 光学純度88％ ee
[α]20D = −34.0 (c 1.03, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.95 (t, J = 7.0 Hz, 3H), 1.83−1.95 (m, 3H), 4.78 (t, J = 5.3 Hz, 1H), 7.45−7.49 (m, 3H), 7.79−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1c 24.4分, (R)-1c 33.5分。【０２６３】
(R)-2c:
単離収率41％; 光学純度 >99％ ee
[α]21D = +93.1 (c 1.03, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.91 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 1.91−2.03 (m, 2H), 2.10 (s, 3H), 5.83 (t, J = 7.0 Hz, 1H), 7.45−7.48 (m, 3H), 7.78−7.84 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2c 18.7分, (S)-2c 25.7分。【０２６４】
実施例１３
前記単離精製（１）で得られた未処理のバイオジナス酸化鉄（セラミックス）、実施例１で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄（セラミックス）、及び実施例１と同様にしてToyonite 200 (東洋電化株式会社製)にシランカップリング剤を作用させた化学処理Toyonite 200それぞれの有機基担持率を比較した。また、実施例１０及び１１で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄固定化酵素、実施例１０及び１１と同様にしてリパーゼ（ＢＣＬ、ＣＡＬ）を固定化した未処理のバイオジナス酸化鉄、Toyonite 200固定化酵素それぞれのリパーゼ担持率を比較した。これらの結果を表２に示す。【０２６５】
【表２】
0005622718.tif 000018
【０２６６】
この結果から、バイオジナス酸化鉄は、シランカップリング剤の担持率、リパーゼの担持率共に高く、非常に優れた酵素固定化担体として使用できることが分かる。また、未処理のバイオジナス酸化鉄を３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理することにより、リパーゼの担持率が向上することも分かる。【０２６７】
Toyonite 200は、カオリン鉱物に強酸を加え、水と共に水熱処理を施した後、水洗したスラリー又は粉体を造粒し、３５０〜１０００℃で焼成することにより得られる多孔質セラミックス球状担体であり、リパーゼの固定化に使用される優れた無機担体として知られている。本発明の有機・無機複合材料の原料となるバイオジナス酸化鉄は、自然界から直接入手できる上に、Toyoniteと比較しても化学処理後のリパーゼ担持率が高いため、経済的にも環境負荷の面でも非常に有利である。【０２６８】
実施例１４（臭化３−(トリエトキシシリル)プロピルトリフェニルホスホニウムを用いたバイオジナス酸化鉄の化学修飾）
以下の操作に従い、臭化３−(トリエトキシシリル)プロピルトリフェニルホスホニウムを用いてバイオジナス酸化鉄を化学修飾した。150℃で4時間真空乾燥したバイオジナス酸化鉄（2.60g）を反応器に入れて窒素置換した。反応器に乾燥トルエン（95mL）を加え、ジメチルホルムアミド（4mL）に溶かした臭化３−(トリエトキシシリル)プロピルトリフェニルホスホニウム（2.60g, 4.75mmol）を加えた。80℃にて24時間撹拌した。反応溶液をエタノールで洗浄しながら、遠心管に移した。遠心分離（9,000rpm, 10分）し、上清を除いた。エタノールを加えて遠心分離する洗浄操作を４回行った。得られた沈殿を真空乾燥した。【０２６９】
【化１６】
0005622718.tif 000019
【０２７０】
得られた有機・無機複合材料の元素分析の結果、C:9.40％、N:0.50％であった。この炭素含有量から算出した有機基の担持率は、12.7％(w/w)(0.31mmol/g)であった。【０２７１】
実施例１５バイオジナス酸化鉄固定化有機触媒を用いた二酸化炭素とエポキシドの環状付加反応【０２７２】
【化１７】
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【０２７３】
実施例１４で得られたバイオジナス酸化鉄固定化有機触媒(650mg, 2 mol%)、1,2-エポキシヘキサン(1.20mL, 10.0mmol)をステンレス製オートクレーブに入れて、二酸化炭素（1MPa）を導入し、90℃にて６時間加熱した。オートクレーブを30分間氷冷した。反応溶液をセライト濾過して触媒を除き、エーテルで洗浄した。得られた溶液を濃縮し、真空乾燥した。粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的化合物を収率94%で得た。
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.93 (t, J = 7.2 Hz, 3H), 1.33−1.49 (m, 4H), 1.65−1.72 (m, 1H), 1.78−1.85 (m, 1H), 4.07 (dd, J = 7.5, 8.5 Hz, 1H), 4.52 (t, J = 8.5 Hz, 1H), 4.67−4.72 (m, 1H)【０２７４】
実施例１６（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いたバイオジナス酸化鉄(OUMS1由来)の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いてバイオジナス酸化鉄(OUMS1由来)を化学修飾した。【０２７５】
【化１８】
0005622718.tif 000021
【０２７６】
得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄を元素分析した結果、C:12.60％、N:1.76％であった。この炭素含有量から算出した有機基の担持率は9.13％(w/w)(0.59mmol/g)であった。【０２７７】
実施例１７Burkholderia cepacia由来リパーゼ（BCL）の修飾バイオジナス酸化鉄(OUMS1由来)への固定化）
バークホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）由来リパーゼ（BCL）（和光純薬株式会社, Lipase PS IM Amano けいそう土固定化, 1.87g）、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 14mL)、撹拌子を遠心管に入れて、室温で4時間撹拌した。遠心分離（9,000rpm, 10分）により粉末を沈殿させた後、上清を桐山ろうとを用いて吸引ろ過し、酵素水溶液を得た。この酵素水溶液を透析膜（分子量１万カット）に入れて、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 500mL, 20分×２回, 30分×２回, 1時間×１回, 13時間×１回)に対して透析した。透析した酵素水溶液(11.6mL)と予め３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで処理しておいたバイオジナス酸化鉄（OUMS1由来、実施例１６で得られたもの）(55.6mg)を遠心管に入れ、25℃で24時間振とう（125rpm）した。上清を取り除いた後にイオン交換水（12mL）を加えて懸濁し、遠心分離（9,000rpm, 10分）した。この操作を３回行った。得られた沈殿物を真空乾燥すると、化学修飾バイオジナス酸化鉄（OUMS1由来）固定化酵素BCLが55.3mg得られた。【０２７８】
上記の遠心分離において回収した上清と固定化に用いた酵素水溶液中のタンパク量をBradford法により定量することにより、リパーゼの担持率を算出した。55.6mgの粉末中に担持された酵素量は1.5mg (2.7％(w/w))であった。【０２７９】
化学修飾バイオジナス酸化鉄（OUMS1由来）固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割【０２８０】
【化１９】
0005622718.tif 000022
【０２８１】
1-フェニルエタノール1a(121μL, 1.00mmol)、実施例１７で得られた化学修飾バイオジナス酸化鉄（OUMS1由来）固定化酵素BCL(16.5mg)、モレキュラーシーブス3A(3粒)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で13時間撹拌した後、反応溶液をセライトでろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。キラルカラムを取り付けたガスクロマトグラフィーによりそれぞれの光学純度を決定した。【０２８２】
(S)-1a:
光学純度58％ ee【０２８３】
(R)-2a:
光学純度99％ ee【０２８４】
実施例１８（磁性の付与）
以下の手順(I)、(II)、(III)により、単離精製（１）で得られたセラミックスを加熱処理した。【０２８５】
手順(I)： 原料セラミックスの乾燥粉末をアドバンテック社製の電気マッフル炉OPM-28Dを用いて、大気下、８００℃で２時間焼成した。この操作は急熱急冷で行った。【０２８６】
手順(II)： Ｈ２３％−Ａｒガス（１気圧）の存在下、手順(I)で得られた焼成後のセラミックスを電気炉（光洋リンドバーグ（株）社製のチューブ炉）で、５５０℃、２時間の条件下に水素還元した。手順(II)の水素還元工程の模式図を図１３に示す。電気炉のＨ２３％−Ａｒガス（0.1MPa）流入口の直前に酸除去カラム（ジーエルサイエンス（株）社製の大型オキシゲントラップ）を、原料セラミックスが入った電気炉の前後にＰ２Ｏ５を設置することによって、ガス中の微量酸素、反応で発生する水分を除去しながら還元処理を行った。還元処理前に炉内を真空排気した後に、Ｈ２３％−Ａｒガスで満たした。反応中のガス流量は100ccmとした。昇温速度は10℃/minで冷却は急冷とした。【０２８７】
手順(III): 実施例１８の手順(II)で得られたサンプルを大気下、２５０℃で２時間、アドバンテック社製の電気マッフル炉OPM-28Dを用いて加熱した。この操作は急熱急冷で行った。【０２８８】
実施例１８の手順(I)で得られたサンプル、手順(I)〜(II) で得られたサンプル、手順(I)〜(III)で得られたサンプルをそれぞれ取り出し、Ｘ線回折（XRD）測定、走査型電子顕微鏡（SEM）、元素分析、元素マッピング、メスバウアー分光法、及び振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて評価した。評価結果は、後述の分析例１〜４の通りである。【０２８９】
分析例１（ＸＲＤ測定）
実施例１８の手順(I)で得られたサンプル、手順(I)〜(II) で得られたサンプル、手順(I)〜(III)で得られたサンプル、及び原料セラミックスのＸＲＤパターンをそれぞれ測定した。結果を図１４に示す。なお、ＸＲＤ測定装置は、Rigaku社製のRINT-2000を使用した。図１４のＸＲＤパターンにおいて、原料セラミックスが一番下、手順(I)で得られたサンプルが下から２つ目、手順(I)〜(II)で得られたサンプルが下から３つ目、手順(I)〜(III)で得られたサンプル一番上である。【０２９０】
図１４から、手順(I)で得られたサンプルでは、α−Ｆｅ２Ｏ３がほぼ単一相で生成していることが確認された。また、手順(I)〜(II) で得られたサンプルではＦｅ３Ｏ４がほぼ単一相で生成し、手順(I)〜(III)で得られたサンプルではγ−Ｆｅ２Ｏ３がほぼ単一相で生成していることが確認された。【０２９１】
さらに、ＸＲＤの結果から、手順(I)〜(II)及び手順(I)〜(III)で得られたサンプルの格子定数を計算したところ、それぞれ８．３９７ Å、８．３４４ Åであった。これらの格子定数は、純粋なＦｅ３Ｏ４、γ−Ｆｅ２Ｏ３の値（８．３９６Å、８．３４７ Å）とほぼ一致するため、析出した磁性酸化鉄中にSiやPは固溶しておらず、FeとSiやPが相分離していることが確認された。【０２９２】
また、ＸＲＤパターンにSiやPに起因する明瞭なピークが確認されないことから、SiやPはアモルファス構造の酸化物を形成していることが示唆された。さらに、ＸＲＤパターンから結晶子サイズを見積もったところ約20 nm程度であることが確認された。【０２９３】
実施例１８の手順(I)で得られたサンプル、手順(I)〜(II) で得られたサンプル、手順(I)〜(III)で得られたサンプル、及び原料セラミックスのSEM像を図１５に示す。なお、SEMは日立製作所（株）社製のHitach S-4300を使用した。図１５から、手順(I)、手順(I)〜(II)、手順(I)〜(III)の全てのサンプルにおいて、原料セラミックスのチューブ形状は、ほぼ維持されていることが確認された。また、手順(I)〜(II)で得られたサンプルと手順(I)〜(III)で得られたサンプルの表面形状は、ほとんど差がないことも確認された。【０２９４】
分析例２（元素分析）
実施例１８の手順(I)〜(II)で得られたサンプルの元素分析を行った結果、原料セラミックスと同様の組成比を有することが確認された。すなわち、手順(II)で得られたサンプルは、Fe: Si: P = 73：23：4であり、原料セラミックスはFe: Si: P =73：22：5であった。また、元素マッピングを行った結果を図１６に示す。なお、EDXによる元素分析はアメテック（株）社製のEDAX Genesis 2000を使用した。FeとSiおよびPは相分離しているものの全ての元素がサブミクロンオーダーで均一に分布していた。この結果からFeとSiおよびPの相分離はナノオーダーで起こっていると示唆される。【０２９５】
分析例３（メスバウアー（Mossbauer）分光法による鉄の化学状態解析）
実施例１８の手順(I)〜(II)及び手順(I)〜(III)で得られたサンプルのメスバウアースペクトルを図１７に示す。なお、メスバウアー分光測定には、株式会社東陽リサーチズ（現：(株)トポロジック・システムズ）製, MDF-200を使用した。メスバウアースペクトルから、手順(I)〜(II)で得られたサンプルに含まれるFeの約６割がＦｅ３Ｏ４であり、約４割が常磁性のＦｅ２＋、Ｆｅ３＋であることが確認された。また、手順(I)〜(III)で得られたサンプルに含まれるＦｅの約７割がγ−Ｆｅ２Ｏ３であり、約３割が常磁性のＦｅ２＋、Ｆｅ３＋であることが確認された。【０２９６】
ここで、常磁性のＦｅ２＋及びＦｅ３＋成分が、前記アモルファス相を構成するＦｅ成分であると仮定し、メスバウアー分光法の結果と原料セラミックスの組成比Fe: Si: P =73：22：5とから、アモルファス相の組成を計算した。その結果、実施例１８の手順(I)〜(II)で得られたサンプルのアモルファス相の組成はFe: Si: P = 52: 39: 9、手順(I)〜(III)で得られたサンプルのアモルファス相の組成はFe: Si: P = 45: 45: 10であった。アモルファス相の組成を表３に示す。【０２９７】
【表３】
0005622718.tif 000023
【０２９８】
分析例４（VSMによる磁気特性の評価）
振動試料型磁力計（東英工業（株）、VSM-5-15）を用いて、実施例１８の手順(I)〜(II)及び手順(I)〜(III)で得られたサンプルの磁気特性をそれぞれ測定した。結果を図１８及び表４に示す。【０２９９】
【表４】
0005622718.tif 000024
【０３００】
実施例１８の手順(I)〜(II)で得られたサンプルは、飽和磁化45 emu/g、保磁力235 Oe、残留磁化14 emu/g、手順(I)〜(III)で得られたサンプルは、飽和磁化41 emu/g、保磁力55 Oe、残留磁化11 emu/gであり、それぞれフェリ磁性を示すことが確認された。純粋なＦｅ３Ｏ４及びγ−Ｆｅ２Ｏ３の飽和磁化は、それぞれ98 emu/g、81 emu/gであることから、実施例１８の手順(I)〜(II)及び手順(I)〜(III)で得られたサンプルの約５０％が磁性酸化鉄微粒子、残りの約５０％がFe、Si、Pの酸化物からなるアモルファス相であることが確認された。【０３０１】
実施例１９（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いた磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いて、実施例１８で得られた磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）を化学修飾した。【０３０２】
【化２０】
0005622718.tif 000025
【０３０３】
得られた化学修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）を元素分析した結果、C:3.73％、N:0.00％であった。この炭素含有量から算出した有機基の担持率は6.3％(w/w)(0.41mmol/g)であった。また、FT-IRの結果、1717cm-1にC=O伸縮振動が確認された。得られた化学修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）のSEM写真を図１９に、TEM写真を図２０にそれぞれ示す。これらの写真から、磁性セラミックスの形状が化学修飾の過程を経ても維持されていることが分かる。【０３０４】
実施例２０（Burkholderia cepacia由来リパーゼ（BCL）の修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）への固定化）
バークホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）由来リパーゼ（BCL）（和光純薬株式会社, Lipase PS IM Amano けいそう土固定化, 6.3g）、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 25mL) 、撹拌子をナスフラスコに入れて、室温で3時間撹拌した。ブフナーろうとを用いて吸引ろ過し、酵素水溶液を得た。この酵素水溶液を透析膜（分子量１万カット）に入れて、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 500mL, 30分×２回, 1時間×２回, 12時間×１回)に対して透析した。透析した酵素水溶液(53mL)と予め３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで処理しておいた修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）（実施例１９で得られたもの）(100mg)をナスフラスコに入れ、27℃で24時間振とう（125rpm）した。これを遠心管に移し、遠心分離(10,000rpm, 10分)により得られた沈殿物を真空乾燥すると、化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素BCLが109mg得られた。【０３０５】
上記の遠心分離において回収した上清と固定化に用いた酵素水溶液中のタンパク量をBradford法により定量することにより、リパーゼの担持率を算出した。100mgの粉末中に担持された酵素量は3.8mg (3.8％(w/w))であった。【０３０６】
実施例２１（Candida antarctica由来リパーゼ（CAL）の修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）への固定化）
カンジダ・アンタルクチカ（Candida antarctica）由来リパーゼ（CAL）水溶液(ノボザイムズジャパン株式会社, Lipozyme CALB L、15mL)を透析膜（分子量１万カット）に入れて、リン酸緩衝液(10mM、pH7.0、300mL、20分×２回、1時間×３回)に対して透析した。透析した酵素水溶液(32mL)と予め３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで処理しておいた修飾・磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）（実施例１９で得られたもの）(115mg)をナスフラスコに入れ、27℃で24時間振とう（125rpm）した。これを遠心管に移し、遠心分離(10,000rpm、10分)により得られた沈殿物を真空乾燥すると、化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素CALが134mg得られた。【０３０７】
上記の遠心分離において回収した上清と固定化に用いた酵素水溶液中のタンパク量をBradford法により定量することにより、リパーゼの担持率を算出した。115mgの粉末中に担持された酵素量は8.1mg (7.1％(w/w))であった。【０３０８】
化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（１）【０３０９】
【化２１】
0005622718.tif 000026
【０３１０】
1-フェニルエタノール1a(122μL, 1.00mmol)、実施例２０で得られた化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素BCL(12.1mg)、モレキュラーシーブス3A(3粒)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で2.5時間撹拌した後、反応溶液をセライトでろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/ジエチルエーテル(50:1)〜(10:1)) によりエステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたガスクロマトグラフィーによりそれぞれの光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０３１１】
(S)-1a:
単離収率48％; 光学純度89％ ee
[α]32D = −32.6 (c 0.73, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.51 (d, J = 6.3 Hz, 3H), 1.77 (d, J = 3.0 Hz, 1H), 4.87−4.95 (m, 1H), 7.28−7.41 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250℃, Col. 95℃, Det. 220℃, (R)-1a 30.0分, (S)-1a 32.6分。【０３１２】
(R)-2a:
単離収率40％; 光学純度>99％ ee
[α]33D = +125 (c 0.73, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.54 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 2.07 (s, 3H), 5.88 (q, J = 6.8 Hz, 1H), 7.27−7.36 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250℃, Col. 95℃, Det. 220℃, (S)-2a 24.6分, (R)-2a 27.5分。【０３１３】
化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（２）【０３１４】
【化２２】
0005622718.tif 000027
【０３１５】
1-(2-ナフチル)エタノール1b(172mg, 1.00mmol)、実施例２０で得られた化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素BCL(12.1mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で6時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル(50:1)〜(10:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０３１６】
(S)-1b:
単離収率44％; 光学純度>99％ ee
[α]29D = −47.8 (c 1.00, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.59 (d, J = 6.0 Hz, 3H), 1.88 (s, 1H), 5.08 (q, J = 6.0 Hz, 1H), 7.45−7.53 (m, 3H), 7.82−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1b 30.2分, (R)-1b 39.8分。【０３１７】
(R)-2b:
単離収率40％; 光学純度 99％ ee
[α]30D = +128 (c 1.00, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.63 (d, J = 8.3 Hz, 3H), 2.10 (s, 3H), 6.05 (q, J = 8.3 Hz, 1H), 7.48−7.49 (m, 3H), 7.81−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2b 25.1分, (S)-2b 28.9分。【０３１８】
化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（３）【０３１９】
【化２３】
0005622718.tif 000028
【０３２０】
1-(2-ナフチル)プロパノール1c(186mg, 1.00mmol)、実施例２０で得られた化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素BCL(12.1mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で24時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/酢酸エチル(50:1)〜(10:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０３２１】
(S)-1c:
単離収率53％; 光学純度51％ ee
[α]31D = −23.5 (c 1.04, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.95 (t, J = 7.0 Hz, 3H), 1.83−1.95 (m, 3H), 4.78 (t, J = 5.3 Hz, 1H), 7.45−7.49 (m, 3H), 7.79−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1c 24.4分, (R)-1c 33.5分。【０３２２】
(R)-2c:
単離収率28％; 光学純度97％ ee
[α]30D = +96.8 (c 1.03, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.91 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 1.91−2.03 (m, 2H), 2.10 (s, 3H), 5.83 (t, J = 7.0 Hz, 1H), 7.45−7.48 (m, 3H), 7.78−7.84 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2c 18.7分, (S)-2c 25.7分。【０３２３】
化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（４）【０３２４】
【化２４】
0005622718.tif 000029
【０３２５】
1-(2-ナフチル)エタノール1b(172mg, 1.00mmol)、実施例２１で得られた化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素CAL(4.4mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で4.5時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル(10:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０３２６】
(S)-1b:
単離収率56％; 光学純度66％ ee
[α]25D = −36.6 (c 1.04, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.59 (d, J = 6.0 Hz, 3H), 1.88 (s, 1H), 5.08 (q, J = 6.0 Hz, 1H), 7.45−7.53 (m, 3H), 7.82−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1b 30.2分, (R)-1b 39.8分。【０３２７】
(R)-2b:
単離収率33％; 光学純度 95％ ee
[α]25D = +118 (c 1.03, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 1.63 (d, J = 8.3 Hz, 3H), 2.10 (s, 3H), 6.05 (q, J = 8.3 Hz, 1H), 7.48−7.49 (m, 3H), 7.81−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2b 25.1分, (S)-2b 28.9分。【０３２８】
化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（５）【０３２９】
【化２５】
0005622718.tif 000030
【０３３０】
1-(2-ナフチル)プロパノール1c(186mg, 1.00mmol)、実施例２１で得られた化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素CAL(4.4mg)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)、モレキュラーシーブス3A(３粒)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で72時間撹拌した後、反応溶液をセライトろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/酢酸エチル(10:1)) により、エステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたHPLCにより光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０３３１】
(S)-1c:
単離収率60％; 光学純度52％ ee
[α]28D= −17.6 (c 1.03, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.95 (t, J = 7.0 Hz, 3H), 1.83−1.95 (m, 3H), 4.78 (t, J = 5.3 Hz, 1H), 7.45−7.49 (m, 3H), 7.79−7.85 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (S)-1c 24.4分, (R)-1c 33.5分。【０３３２】
(R)-2c:
単離収率31％; 光学純度 96％ ee
[α]24D= +98.8 (c 1.06, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) 0.91 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 1.91−2.03 (m, 2H), 2.10 (s, 3H), 5.83 (t, J = 7.0 Hz, 1H), 7.45−7.48 (m, 3H), 7.78−7.84 (m, 4H)
HPLC: Chiralcel OJ-H, hexane/i-PrOH (9:1), 流速 0.5 mL/分, 検出波長 254 nm, (R)-2c 18.7分, (S)-2c 25.7分。【０３３３】
実施例２２（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いた磁性セラミックス（Ｆｅ３Ｏ４）の化学修飾）
前記一般操作に従い、下式に示すように３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いて磁性セラミックス（Ｆｅ３Ｏ４）を化学修飾した。【０３３４】
【化２６】
0005622718.tif 000031
【０３３５】
得られた化学修飾・磁性セラミックス（Ｆｅ３Ｏ４）を元素分析した結果、C:1.10％、N:0.00％であった。この炭素含有量から算出した有機基の担持率は1.6％(w/w)(0.10mmol/g)であった。【０３３６】
実施例２３（Burkholderia cepacia由来リパーゼ（BCL）の修飾・磁性セラミックス（Ｆｅ３Ｏ４）への固定化）
バークホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）由来リパーゼ（BCL）（和光純薬株式会社, Lipase PS IM Amano けいそう土固定化, 6.25g）、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 25mL) 、撹拌子をナスフラスコに入れて、室温で3時間撹拌した。ブフナーろうとを用いて吸引ろ過し、酵素水溶液を得た。この酵素水溶液を透析膜（分子量１万カット）に入れて、リン酸緩衝液(10mM, pH7.0, 500mL, 30分×２回, 1時間×２回, 12時間×１回)に対して透析した。透析した酵素水溶液(21.5mL)と予め３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで処理しておいた修飾・磁性セラミックス（Ｆｅ３Ｏ４）（実施例２２で得られたもの）(102mg)をナスフラスコに入れ、27℃で24時間振とう（125rpm）した。これを遠心管に移し、遠心分離(10,000rpm, 10分)により得られた沈殿物を真空乾燥すると、化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素BCLが110mg得られた。【０３３７】
上記の遠心分離において回収した上清と固定化に用いた酵素水溶液中のタンパク量をBradford法により定量することにより、リパーゼの担持率を算出した。102mgの粉末中に担持された酵素量は3.3mg (3.3％(w/w))であった。【０３３８】
化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素を用いたキラルアルコールの速度論的光学分割（１）【０３３９】
【化２７】
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【０３４０】
1-フェニルエタノール1a(122μL, 1.00mmol)、実施例２３で得られた化学修飾・磁性セラミックス固定化酵素BCL(13.9mg)、モレキュラーシーブス3A(3粒)、乾燥ジイソプロピルエーテル(5mL)を試験管に入れ、30℃で30分間撹拌した。酢酸ビニル(185μL, 2.00mmol)を加えて反応を開始した。30℃で2時間撹拌した後、反応溶液をセライトでろ過し、溶媒を留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン/ジエチルエーテル(10:1)) によりエステル体とアルコール体を単離した。キラルカラムを取り付けたガスクロマトグラフィーによりそれぞれの光学純度を決定した。スペクトルデータは以下の通りである。【０３４１】
(S)-1a:
単離収率60％; 光学純度64％ ee
[α]30D= -38.0 (c 1.03, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.51 (d, J = 6.3 Hz, 3H), 1.77 (d, J = 3.0 Hz, 1H), 4.87−4.95 (m, 1H), 7.28−7.41 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250℃, Col. 95℃, Det. 220℃, (R)-1a 30.0分, (S)-1a 32.6分。【０３４２】
(R)-2a:
単離収率35％; 光学純度>99％ ee
[α]31D= +109 (c 1.02, CHCl3)
1H NMR (CDCl3, 300 MHz) 1.54 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 2.07 (s, 3H), 5.88 (q, J = 6.8 Hz, 1H), 7.27−7.36 (m, 5H)
GC: CP-cyclodextrin-β-2,3,6-M-19, Inj. 250℃, Col. 95℃, Det. 220℃, (S)-2a 24.6分, (R)-2a 27.5分。【０３４３】
＜性能の比較＞
下表に前記単離精製（１）で得られたレプトスリックス・オクラセア由来のセラミックス、実施例１８で得られた磁性セラミックス（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、及びマグヘマイト（戸田工業）を３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランで化学修飾することにより得た有機・無機複合材料（それぞれ、BIOX-M（実施例２で得られたもの）、m-BIOX-M（実施例１９で得られたもの）、γ-Fe2O3-Mと呼ぶ）の酵素固定化担体としての性能を比較した。同様の条件下で２級アルコール1a〜1cを反応させた。TOF値は、単位時間あたりの酵素の触媒回転数を示す。触媒活性では、BIOX-Mが担体として最も優れている。m-BIOX-Mを担体として用いた場合は、BIOX-Mを担体として用いた場合より触媒活性の点では若干劣るが、磁性を有する点で優れている。同じ磁性酸化鉄であっても、m-BIOX-Mを担体として用いた場合は、合成酸化鉄（γ-Fe2O3-M）を担体として用いた場合よりも格段に高い触媒活性を示した。この比較により、人工合成した酸化鉄よりも自然界から得られるセラミックスの方が固定化担体に適していると言える。【０３４４】
【表５】
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【図１】
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【図２】
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【図３−Ａ】
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【図３−Ｂ】
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【図４】
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【図５−Ａ】
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【図５−Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【配列表】
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