(57)【要約】【課題】シリカ前駆体のシリカ転化反応を促すためにｐＨ調整剤を必要とせず、かつシリカ純度の低下を伴わない、簡易なシリカおよびシリカと水溶性化合物との複合材料の合成方法を提供する【解決手段】反応系が二相の液からなり、第１相にシリカ前駆体が可溶で非水溶性の有機溶媒を含み、第２相が水を含み、前記二相の液を混合すると、有機溶媒と水との界面でポシリカ前駆体がと水とが接触して、シリカ前駆体のシリカ転化反応を生じる、シリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材を生成する合成方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応系が少なくとも二相の液からなり、第１相に少なくともシリカ前駆体を含み、第２相に少なくとも水を含み、前記二相の液の混合によるシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【請求項２】
前記第１相は、シリカ前駆体が可溶であり、非水溶性の有機溶媒を含む、請求項１に記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【請求項３】
上記シリカ前駆体がポリシラザンである、請求項１または２に記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【請求項４】
第２相が純水の場合、前記ポリシラザンの純水に対する重量比が８重量％未満である水溶液を用いた、請求項３に記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【請求項５】
前記非水溶性の有機溶媒がジブチルエーテル、ジエチルエーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、あるいはジクロロメタンを含む、請求項２〜４のいずれかに記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【請求項６】
前記水溶性化合物が第２相に含まれ、当該水溶性化合物が塩類、アミノ酸、色素を含む低分子化合物、ポリアミノ酸、ポリペプチド、糖類、タンパク質や酵素、ＤＮＡを含む生体由来高分子、あるいは、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む水溶性高分子である、請求項１〜５のいずれかに記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【請求項７】
反応系のｐＨは任意であり、シリカ前駆体を含む前記第１の相が第２の相の水との接触のみでシリカ合成が開始される、請求項１〜６のいずれかに記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカおよびシリカと水溶性化合物との複合材料の合成に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリカは、吸着剤として乾燥剤、消臭剤など生活に有用であるだけでなく、研磨剤、表面改質剤、水処理剤、濾過助剤、セラミック原料、触媒担体、強度付与材（フィラー）、増量剤、粘度調整剤、吸油剤など工業的にも有用である。また、安全性にも優れるシリカは、食品添加剤や医薬品、香粧品にも利用されている。食品添加剤、医薬品、香粧品は水を溶媒にしたものが多いため、シリカをこれらの用途に応用するためには、シリカへの親水性の付与が重要である。
【０００３】
シリカを溶液中で合成する方法としてはシリカ前駆体の縮合反応を用いることが一般的であり、これまでケイ酸ナトリウムやアルコキシシランがシリカ前駆体として用いられてきた。たとえば、特許文献１では、ケイ酸ナトリウム水溶液を調製し、陽イオン交換樹脂を作用させることでナトリウムイオンを除去し、溶液のｐＨを酸性にすることで活性ケイ酸とし、次いで、シリカ転化反応を促進するために溶液のｐＨをアルカリ性に調整する多段階の工程により水溶性シリカを得る方法を示している。また、特許文献２においても、ケイ酸ナトリウムを用いたシリカ分散液の調整方法を示しているが、やはり煩雑なｐＨ調整を必要としている。特許文献３では、シリカ前駆体としてアルコキシシランを用い、酸性あるいはアルカリ性の水と接触させることによってアルコキシシランの加水分解を促し、シリカを得る方法を示している。特許文献4においても、アルコキシシランを用いてシリカを得ているが、やはりｐＨ調整剤は必須である。
【０００４】
一方、上述の特許文献１〜４では、シリカ調製溶液の工夫によりシリカと有機化合物を複合化し、シリカを高機能化することを目的としている。つまり、シリカと機能性化合物との複合体を調製することで、多種多様な有用性を提示している。特許文献１では、シリカと水溶性高分子を複合化することによりゴム組成物の補強ができることを示している。特許文献２では、シリカ粒子にアルギニンを固定化することで、インク吸収フィラーや親水コーティング材を提供している。特許文献３では、シリカ調製溶液中に尿素を共存させ、反応温度を制御することで、非球状シリカ微粒子を合成している。特許文献４では、親水性コーティングが可能なシリカ組成物について述べている。
【０００５】
上述の例では、必ずしも水溶液中でシリカを形成することは必須ではなく、スピンコーティングなどの塗膜工程の後にシリカ転化することでもよい。しかしながら、複合化すべき化合物が、乾燥によって性質に変化をきたす水溶性化合物である場合には、水溶液中で直接的にシリカと複合化することが重要である。たとえば、タンパク質や酵素などの水溶性機能化合物を活性保持した状態でシリカと複合化することは、酵素の物理的安定性の向上を可能にする（非特許文献１参照）。また、ミセルの外周をシリカでコーティングすることで薬剤放出システムに適用するカプセル剤を提供することができる（特許文献５参照）。これらの例は、酵素活性やミセルの変形の観点から液中でシリカとの複合化を行う必要があり、かつ、水溶液中での変性や変形を伴わないように簡易にシリカとの複合化を行うことが重要である。
【０００６】
シリカ前駆体を用いたシリカの合成に立ち返ると、ケイ酸ナトリウムを用いたシリカ合成方法は、シリカを得るまでにナトリウムイオンの除去やｐＨ調整などを伴い、工程が煩雑であるため、必ずしも効率的な方法とは言えない。一方、アルコキシシランを用いた方法では、シリカを得る工程が比較的簡素であるが、やはりｐＨ調整剤の添加は必須である。シリカ生成後にｐＨ調整剤が系中に残存しやすく、これらを精製する工程はやはり煩雑である。またｐＨ調整により生じる塩の混合は、高純度なシリカを得ることにおいて問題点になり得る。さらには、純水や中性水溶液においてシリカ分散液を調製することが困難であり、特に生態関連化合物との複合化においては、生理活性条件である中性環境での実験が望ましく、水溶性化合物の活性が保持されるｐＨ領域とシリカ転化反応を促進するためのｐＨ領域が一致することが必要であった。また、アルコキシシランを用いる従来技術では、アルコールが副生成物として必ず生成して系中に溶存する。このことも水溶性化合物の活性保持の観点でしばしば問題となる。つまり、従来技術では、シリカ前駆体のシリカ転化反応を促すためにｐＨ調整剤を添加することが必須であり、これがシリカ合成工程の煩雑さ、シリカ純度の低下、および複合化する化合物の制限を招いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２‐１０６９１２公報
【特許文献２】特開２００９‐１８４８５７公報
【特許文献３】特開２０１２‐１４０２８０公報
【特許文献４】特開２０１２‐５０５２５９公報
【特許文献５】特開２００８‐０９４８３３公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Journal of Colloid and Interface Science 377, 497-503 (2012).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、かかる従来技術の不具合を解決することであって、シリカ前駆体のシリカ転化反応を促すためにｐＨ調整剤を必要とせず、シリカ純度の低下を伴わない、簡易なシリカおよびシリカと水溶性化合物との複合材料の合成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは以下の合成方法により、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の合成方法が提供される。
【００１１】
［１］反応系が少なくとも二相の液からなり、第１相に少なくともシリカ前駆体を含み、第２相に少なくとも水を含み、前記二相の液の混合によるシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【００１２】
［２］前記第１相は、シリカ前駆体が可溶であり、非水溶性の有機溶媒を含む、前記［１］に記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【００１３】
［３］上記シリカ前駆体がポリシラザンである、前記［１］または［２］に記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【００１４】
［４］第２相が純水の場合、前記ポリシラザンの純水に対する重量比が８重量％未満である水溶液を用いた、前記［３］に記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【００１５】
［５］前記非水溶性の有機溶媒がジブチルエーテル、ジエチルエーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、ジクロロメタンを含む、前記［２］〜［４］のいずれかに記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【００１６】
［６］前記水溶性化合物が第２相に含まれ、当該水溶性化合物が塩類、アミノ酸、色素を含む低分子化合物、ポリアミノ酸、ポリペプチド、糖類、タンパク質や酵素、ＤＮＡを含む生体由来高分子、あるいはポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリヒドロキシエチルメタクリレートを含む水溶性高分子である、前記［１］〜［５］のいずれかに記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【００１７】
［７］反応系のｐＨは任意であり、シリカ前駆体を含む前記第１の相が第２の相の水との接触のみでシリカ合成が開始される、前記［１］〜［６］のいずれかに記載のシリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材の合成方法。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ポリシラザン化合物の一種であるパーヒドロポリシラザンが水と良好に反応してシリカが形成される機構を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２０】
本発明においては、液二相系（ともに液の二つの相）を構築する上で選択する溶媒は、第１の相は非水溶性の有機溶媒であり、第２の相は水系の溶媒であることが好ましい。非水溶性有機溶媒としては、ジブチルエーテル、ジエチルエーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、ジクロロメタンなどを用いることができる。なお、二相系が保持される範囲内で、アセトン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、メチルブチルケトンなどの水溶性有機溶媒を混合することができる。一方、水系の溶媒とは、超純水やイオン交換水など、化学式Ｈ２Ｏで示される水のほか、ｐＨがあらかじめ調整されたバッファ溶液、水溶性化合物が可溶化された水溶液である。この水系の溶媒のｐＨは、酸性からアルカリ性まで任意のｐＨが適用可能である。
【００２１】
シリカと複合化する水溶性化合物は、塩類、アミノ酸、色素などの低分子化合物、ポリアミノ酸、ポリペプチド、糖類、タンパク質や酵素、ＤＮＡなどの生体由来高分子、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、あるいはポリヒドロキシエチルメタクリレートなどの水溶性高分子を用いることができる。その他の水溶性化合物も、特に限定されるものではなく、低分子から高分子まで任意の水溶性化合物を選択することができる。
【００２２】
本発明では、シリカ前駆体としてポリシラザン化合物を用いる。パーヒドロポリシラザン（ＰＨＰＳ）は水と良好に反応し、図１に示す機構によりシリカが形成される。通常、ＰＨＰＳは、ジ‐ｎ‐ブチルエーテルやキシレンなど非水溶性の有機溶媒に可溶化して保存されている。したがって、水と上記有機溶媒からなる二相の液を調製し、ＰＨＰＳ溶液を混合することで、有機溶媒／水界面でポリシラザンと水とが接触することができ、触媒を用いることなく、シリカ前駆体のシリカ転化反応を開始することができる。ポリシラザンと水が反応することによりケイ酸誘導体が生じ、これが水相中に可溶化すると考えられる。したがって、シリカ転化反応が水相中で進行する。この方法では、水相にｐＨ調整剤を混合する必要がなく、超純水やイオン交換水を用いても水性シリカ分散液を調製することができる。さらに、ｐＨを調整した水溶液を用いることもできる。このｐＨ調整はシリカ形成の素反応とは独立しているため、水溶性化合物との複合化を行う場合などで有効である。すなわち、水溶性化合物の活性が保持される任意のｐＨを有する水溶液を用いてシリカとの複合化反応を行うことができる。
【００２３】
ポリシラザンの添加量は、形成されるシリカの水への溶解性で決めることができる。純水を用いた場合を典型とすると、水溶性シリカ分散液が必要な場合には、シリカの析出を避けるため、ポリシラザンの混合濃度は水相に対して８重量％未満にすることが好ましい。この濃度以上にポリシラザンを添加することもできるが、その場合、シリカが水に可溶化できなくなり、有機相に析出する。有機相に析出したシリカ組成物も水相で形成されたシリカと同様の物性であるため、水性シリカ粉末を得ることを目的とする場合には、８重量％以上のポリシラザンを混合しても構わない。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１：純水を用いて、水溶性化合物を含まない例）
純水３ｍLの上にジ‐ｎ‐ブチルエーテル２ｍLを静かに注入し、二相の液を調製した（図１参照）。トレスマイル（サンワ化学株式会社）として市販されているＰＨＰＳのジ−ｎ−ブチルエーテル溶液（有効成分２０重量パーセント）を用い、この溶液０．１ｍＬ（有効成分８０ｍｇ相当）を添加した。二相が分離した状態を保つ程度で２４時間撹拌を続けた後に、水相を分取し、これを凍結乾燥したところ、１２０ｍｇの白色粉末が得られた。ＰＨＰＳの密度は１．３ｇ／ｃｍ３、シリカの密度は２．０ｇ／ｃｍ３であることから、定量的にシリカが水相から得られたことが示唆された。赤外吸収スペクトル、および29Si-NMR測定により、水酸基の含有量の多いシリカが生成したことがわかった。示唆熱分析測定において、得られたシリカ粉末は６００℃に結晶構造の転移点を示した。市販品のシリカ粉末が７１０℃に転移点を示したところから、本手法で生成したシリカは市販のシリカと同様の結晶構造を有することが示された。ポリシラザンの添加量を５倍とし、二相系を撹拌したところ、次第に界面付近に白色の析出物が現れることが認められた。さらに撹拌すると白色の析出物が有機相に析出した。これを採取し、赤外吸収スペクトルを測定したところ、水相中に得られたシリカと同様の結果であった。
【００２６】
（実施例２：バッファ水溶液を用いて、水溶性化合物を含まない例）
純水の替わりにバッファ水溶液を用いることもできる。すなわち、純水の代わりに０．１Ｍリン酸バッファ（ｐH７．０）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。次第に白色の析出物が分散した。これを採取し、赤外吸収スペクトルを測定したところ、水相中に得られたシリカと同様の結果であった。
【００２７】
（実施例３：ポリドーパミンとの複合化の例）
純水３ｍLにドーパミン塩酸塩６ｍｇを可溶化し、ジ‐ｎ‐ブチルエーテル２ｍＬを加えることで二相の液を調製した。ＰＨＰＳ溶液０．１ｍＬを静かに添加し、マグネティックスターラーにより二相が分離した状態を保つ程度に撹拌した。２４時間撹拌を続けたところ、次第に系はポリドーパミンに由来する褐色に変化した。水相を分取し、凍結乾燥することで褐色粉末を得た。赤外吸収スペクトルにより、シリカとポリドーパミンの複合体であることがわかった。
【００２８】
（実施例４：西洋わさびペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）との複合化の例）
純水３ｍＬにジ‐ｎ‐ブチルエーテル２ｍＬを加えることで二相の液を調製した。ＨＲＰ／リン酸緩衝液（ｐＨ７．０、１．０ｍｇ／ｍＬ水溶液）０．１ｍＬを水相に注入し、その後にＰＨＰＳ溶液０．１ｍLを静かに有機相に添加し、マグネティックスターラーにより二相が分離した状態を保つ程度に撹拌した。24時間撹拌を続けたのちに、水相を分取した。分取した水溶液を用いて、ＨＲＰ酵素活性試験を行った。3，3’，5，5’‐テトラメチルベンジジンと過酸化水素水溶液の混合溶液に分取した上記水溶液を添加した。水溶液は無色から青色に変化した。これはＨＲＰ酵素のはたらきにより過酸化水素が酸化され、テトラメチルベンジジンが構造変化したことによる発色であり、ＨＲＰの酵素活性が保持されていることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、シリカあるいはシリカと水溶性化合物との複合材に係り、工業、医療、食品等に利用できる。
【図１】
2014152097.tif 000003