(57)【要約】  吸着方法は、チューブ状のアパタイト結晶を用いて物質を吸着する。アパタイト結晶として、一般式がＭ２５（ＰＯ４）３Ｘ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘはハロゲン元素及びＯＨからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素または分子を示す。）で表される単結晶を用いてもよい。アパタイト結晶として、外形が六角柱であり、六角柱の上面または下面に形成されている穴の開口部の形状が六角形である結晶を用いてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ状のアパタイト結晶を用いて物質を吸着する吸着方法。
【請求項２】
前記アパタイト結晶として、一般式がＭ２５（ＰＯ４）３Ｘ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘはハロゲン元素及びＯＨからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素または分子を示す。）で表される単結晶を用いることを特徴とする請求項１に記載の吸着方法。
【請求項３】
前記物質としてタンパク質またはアミノ酸を吸着する場合に、一般式がＭ２５（ＰＯ４）３ＯＨ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。）で表される単結晶を用いることを特徴とする請求項１に記載の吸着方法。
【請求項４】
前記アパタイト結晶として、外形が六角柱であり、六角柱の上面または下面に形成されている穴の開口部の形状が六角形である結晶を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の吸着方法。
【請求項５】
前記チューブ状のアパタイト結晶の内径が１０ｎｍから１０μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の吸着方法。
【請求項６】
チューブ状のアパタイト結晶を用いてタンパク質またはアミノ酸を吸着する工程と、
タンパク質またはアミノ酸が吸着したアパタイト結晶を塩化物水溶液に接触させ、吸着していたタンパク質またはアミノ酸を選択的に分離する工程と、
を含む吸着分離方法。
【請求項７】
チューブ状のアパタイト結晶と、前記アパタイト結晶に担持された薬剤と、を有するドラッグデリバリー用担持体。
【請求項８】
前記薬剤は、前記チューブ状のアパタイト結晶の内部に担持されていることを特徴とする請求項７に記載のドラッグデリバリー用担持体。
【請求項９】
前記アパタイト結晶は、一般式がＭ２５（ＰＯ４）３Ｘ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘはハロゲン元素及びＯＨからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素または分子を示す。）で表される単結晶であることを特徴とする請求項７または８に記載のドラッグデリバリー用担持体。
【請求項１０】
前記チューブ状のアパタイト結晶の内径が１０ｎｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のドラッグデリバリー用担持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性材料として広範囲な分野に適用可能な結晶性のアパタイトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイドロキシアパタイトがタンパク質やアミノ酸に対する吸着能を持つことが知られている。そこで、この性質を利用してタンパク質やアミノ酸の分離や精製にアパタイト系吸着剤を利用する技術が考案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６９７９４号公報
【特許文献２】特開２００５−３１３１５０号公報
【特許文献３】特開２００６−２３９６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のアパタイト結晶は、針状や板状、棒状などの形態であり、吸着能の観点からは更なる改善の余地がある。【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸着能を高めた新たな吸着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の吸着方法は、チューブ状のアパタイト結晶を用いて物質を吸着する。【０００７】
この態様によると、アパタイト結晶がチューブ状のため、従来の針状や板状のアパタイト結晶と比較して、比表面積が大きくなり、物質の吸着能が高まる。そのため、このようなチューブ状のアパタイト結晶を用いることで、より多くの物質を吸着することができる。【０００８】
アパタイト結晶として、一般式がＭ２５（ＰＯ４）３Ｘ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘはハロゲン元素及びＯＨからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素または分子を示す。）で表される単結晶を用いてもよい。【０００９】
物質としてタンパク質またはアミノ酸を吸着する場合に、一般式がＭ２５（ＰＯ４）３ＯＨ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。）で表される単結晶を用いてもよい。これにより、生体高分子、例えば、タンパク質やアミノ酸等をより効率よく吸着できる。【００１０】
アパタイト結晶として、外形が六角柱であり、六角柱の上面または下面に形成されている穴の開口部の形状が六角形である結晶を用いてもよい。これにより、比表面積が大きな単結晶として比較的製造が容易な六角形のチューブ状の単結晶を用いることができる。【００１１】
チューブ状のアパタイト結晶の内径が１０ｎｍから１０μｍであってもよい。これにより、アパタイト結晶の穴の中にタンパク質やアミノ酸を適切に吸着することできる。【００１２】
本発明の別の態様は、吸着分離方法である。この方法は、チューブ状のアパタイト結晶を用いてタンパク質またはアミノ酸を吸着する工程と、タンパク質またはアミノ酸が吸着したアパタイト結晶を塩化物水溶液に接触させ、吸着していたタンパク質またはアミノ酸を選択的に分離する工程と、を含む。【００１３】
この態様によると、タンパク質やアミノ酸を含む混合物からタンパク質やアミノ酸を選択的に分離できる。【００１４】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、より多くの物質を吸着できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に係るチューブ状のアパタイト単結晶の構造を示す模式図である。
【図２】実施例及び比較例に係るドラッグデリバリー用担持体を用いた薬剤徐放試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１８】
［アパタイト結晶］
本実施の形態の吸着方法に好適なアパタイト結晶は、その形態がチューブ状のアパタイト単結晶である。このアパタイト結晶は、一般式がＭ２５（ＰＯ４）３Ｘ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘはハロゲン元素及びＯＨからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素または分子を示す。）で表される。アルカリ土類金属は、例えば、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｍｇ、Ｂｅである。また、ハロゲン元素は、例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉである。
【００１９】
［チューブ状のアパタイト単結晶の製造方法］
以下に、アパタイトのチューブ状の単結晶の製造方法について各実施例を参照して説明する。
【００２０】
（実施例１）
はじめに、ＣａＨＰＯ４、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２を、Ｃａ：Ｐ：Ｃｌのモル比が５：３：１となるように計量し、均一混合する。その後、塩素アパタイト濃度が０．１５ｍｏｌ％となるようにＮａＣｌを追加し、混合物を白金るつぼ中で８００〜１１００℃まで昇温速度１００〜５００℃／ｈで昇温させ、合成温度８００〜１１００℃で４８時間合成した後、降温速度５〜３００℃／ｈで８００〜１１００℃から５００℃まで降温させ、その後は自然冷却で常温まで冷却する。焼成後、温純水（約８０℃）で丹念に洗浄し、塩素アパタイト単結晶を取り出す。
【００２１】
そして、塩素アパタイト単結晶（２０ｍｇ）を炉内で９００〜１３００℃に加熱し、炉内に水蒸気を通じて２週間程度かけて反応させ、ハイドロキシアパタイト（水酸アパタイト）単結晶に変換する。
【００２２】
（実施例２）
塩素アパタイト単結晶を得るところまでは、実施例１と同様の方法で作成する。次に、塩素アパタイト単結晶（２０ｍｇ）を６．２５（ｍｏｌ／Ｌ）の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液（４０μｌ）とともに、白金カプセル（２．６ｍｍφ、長さ３．３ｍｍ）中に入れ溶封する。水熱処理は、テストチューブ型オートクレーブで圧力媒体として水を用い、１００ＭＰａの条件下で行う。昇温速度は毎分２０℃とし、処理温度は４００℃で行い、処理時間は４８時間一定とする。これによりハイドロキシアパタイト単結晶を得る。
【００２３】
［アパタイトの結晶構造］
アパタイトは六方晶系に属するイオン結晶であり、単結晶は六角柱状となることが多い。図１は、本実施の形態に係るチューブ状のアパタイト単結晶の構造を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係るアパタイト単結晶は、チューブ状であり、外形が六角柱である。また、六角柱の上面または下面に形成されている穴の開口部の形状が六角形である。そのため、チューブの外壁の厚みがほぼ一様になっている。また、六角柱に形成されている穴は貫通しているとよい。
【００２４】
このようなチューブ状のアパタイト結晶は、従来の針状のアパタイト結晶と比較すると、比表面積が（ｃｍ２／ｇ）１．５〜４倍程度と大きい。このように、比表面積が大きな単結晶として比較的製造が容易な六角形のチューブ状の単結晶を用いるとよい。これにより、後述する吸着方法の際に、吸着対象である物質を含む流体を効率よく結晶表面に触れさせることができる。
【００２５】
このようなチューブ状単結晶を吸着剤として用いる場合、その用途に応じて様々な大きさや形態のものを適宜使用しうる。例えば、チューブ状単結晶の開口部の穴の内径Ｒ１は、１０ｎｍ〜６０μｍ程度である。また、チューブ状単結晶の直径（外径Ｒ２）は、２０ｎｍ〜１００μｍ程度である。また、チューブ状単結晶は、長手方向の長さＬが５０ｎｍ〜４ｍｍ程度である。
【００２６】
［物質の吸着方法］
次に、前述のチューブ状のアパタイト結晶を用いて物質を吸着する方法について詳述する。
【００２７】
本実施の形態に係る吸着方法では、前述のチューブ状のアパタイト結晶をカラムに充填し、そこに吸着対象の物質を含む流体（液体）を通過させることで、対象となる物質を吸着する。
【００２８】
このように吸着剤をカラムに充填して用いる場合、比表面積を大きくするために粒子径が小さいものを選択すると、目詰まりが起きやすく通液性を確保できないことがある。一方、通液性を確保するために粒子径の大きい吸着剤を用いると、比表面積が小さくなり、全体の吸着能が低下する。
【００２９】
これに対して、本実施の形態に係る吸着方法は、チューブ状のアパタイト結晶を吸着剤として用いている。そのため、この吸着剤のカラムへの充填率を高めても、中空部分（貫通孔）を液体が通ることで、高い通液性を確保できる。また、アパタイト結晶がチューブ状のため、従来の針状や板状のアパタイト結晶と比較して、比表面積が大きくなり、物質の吸着能が高まる。そのため、このようなチューブ状のアパタイト結晶を用いることで、通液性を低下させずに比表面積を大きくでき、より多くの物質を吸着することができる。
【００３０】
［タンパク質等の吸着方法］
次に、アパタイトの一つであるハイドロキシアパタイトを用いてタンパク質やアミノ酸等を吸着する場合について説明する。
【００３１】
吸着物質としてタンパク質またはアミノ酸を吸着する場合、アパタイトの中で一般式がＭ２５（ＰＯ４）３ＯＨ（Ｍ２は２価のアルカリ土類金属及びＥｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。）で表される単結晶を用いるとよい。これにより、生体高分子、例えば、タンパク質やアミノ酸等をより効率よく吸着できる。
【００３２】
これは以下の理由による。ハイドロキシアパタイトは、前述のように結晶構造が六方晶系であり、その単結晶は六角柱状である。六角柱状の単結晶は、図１に示すように、側面１０に相当する６つのａ面と、上面１２、下面１４に相当するｃ面とを有する。ａ面には、正の電荷を帯びたカルシウムイオンにより構成される吸着サイトが多く存在し、ｃ面には、負の電荷を帯びたリン酸イオンにより構成される吸着サイトが多く存在する。そのため、カルボキシル基やリン酸基などを多く有している酸性のタンパク質やアミノ酸等はａ面に吸着されやすい。
【００３３】
本実施の形態に係るチューブ状のハイドロキシアパタイト結晶は、六角柱状の６つの側面１０以外に、貫通孔の内壁として６つの内側面１６を有しており、この内側面１６もａ面に相当する。そのため、チューブ状のアパタイト結晶は、従来の針状や板状のアパタイト結晶と比較して、比表面積が大きいだけでなく、ａ面が占める割合も大きい。したがって、本実施の形態に係るチューブ状のハイドロキシアパタイト結晶を用いる吸着方法は、タンパク質やアミノ酸等に対する吸着能を更に高められる。
【００３４】
なお、一般的なタンパク質（例えば、アミノ酸５７４個からなるヘモグロビン）は直径が５ｎｍ程度であることから、タンパク質を吸着する吸着剤としては、内径が１０ｎｍ〜１０μｍ程度のチューブ状のハイドロキシアパタイト結晶が好ましい。一方、一般的なアミノ酸分子の平均直径は０．５ｎｍ程度であることから、アミノ酸を吸着する吸着剤としては、タンパク質を吸着する吸着剤よりも内径が小さく、１０ｎｍ〜１μｍ程度のチューブ状のハイドロキシアパタイト結晶が好ましい。これにより、アパタイト結晶の穴の中にタンパク質やアミノ酸を適切に吸着することできる。
【００３５】
［重金属等の吸着方法］
ハイドロキシアパタイトは、重金属（鉛、カドミウム、水銀等）やフッ素、アルデヒド類の吸着能力を持つ。また、重金属の吸着能はアパタイトのイオン交換能に由来し、Ｃａイオンの多いａ面が優位になる。ハイドロキシアパタイトは、鉛、水銀などの重金属と、構造中のカルシウムイオンとの置換により重金属等を吸着する。そのため、チューブの内壁面にＣａイオンの多いａ面を有する前述のチューブ状のハイドロキシアパタイト結晶は、従来の針状のアパタイト結晶を用いた吸着剤よりも重金属等の吸着に対して有利になる。また、本実施の形態に係るチューブ状のハイドロキシアパタイト結晶は、熱的に安定であり、アルデヒド類を吸着させても、６０〜８０℃の加熱において吸着成分が離脱しない。
【００３６】
［脂質等の吸着方法］
ハイドロキシアパタイトは、脂質や過酸化脂質、糖に対しても高い吸着能を持つ。これは、脂質や糖は負に帯電していることから、正に帯電しているａ面に優先して吸着するためと考えられる。そのため、チューブの内壁面にＣａイオンの多いａ面を有する前述のチューブ状のハイドロキシアパタイト結晶は、従来の針状のアパタイト結晶を用いた吸着剤よりも脂質や等の吸着に対して有利になる。
【００３７】
［吸着分離方法］
本実施の形態に係る別の態様は、吸着分離方法である。この方法は、前述のチューブ状のアパタイト結晶を用いてタンパク質またはアミノ酸を吸着する工程と、タンパク質またはアミノ酸が吸着したアパタイト結晶を塩化物（例えばＮａＣｌ）水溶液に接触させ、吸着していたタンパク質またはアミノ酸を選択的に分離する工程と、を含む。これにより、タンパク質やアミノ酸を含む混合物からタンパク質やアミノ酸を選択的に分離できる。
【００３８】
［ドラッグデリバリーシステム］
本実施の形態に係る更に別の態様は、ドラッグデリバリーシステムとして利用できる薬剤担持体である。この薬剤担持体は、上述のチューブ上のアパタイト結晶の吸着作用を利用し、アパタイト結晶に薬剤を担持させることで実現される。ドラッグデリバリーシステムに利用する薬剤担持体として求められる性能として、主として（１）多量の薬剤を担持できる、（２）薬剤の徐放性がある、といった２点が望まれる。
【００３９】
例えば、骨などに対するドラッグデリバリーシステムとして用いる担持体は生体材料アパタイトが好ましいが、形状は球形か柱状（中実）のものしか知られていなかったため、担持量や徐放性の観点から改善の余地があった。しかしながら、発明者らの鋭意検討により、上述のチューブ状のアパタイト結晶を実現するに至り、ドラッグデリバリーシステムへの適用が可能となった。
【００４０】
ドラッグデリバリーシステムの担持体として、前述の一般式がＭ２５（ＰＯ４）３Ｘで表されるチューブ状のアパタイト結晶が挙げられる。チューブ状のアパタイト結晶からなる担持体の大きさは、例えば、外径が２０ｎｍ〜５０μｍ、内径が１０ｎｍ〜５０μｍ、長さが５０ｎｍ〜５０μｍである。そして、担持体は、所定の成分、例えば、活性作用物質を吸着（吸収）・保持した状態で、体内に輸送され、所望の部位に対して物質を放出する。
【００４１】
生体材料であるアパタイト結晶による薬剤の保持・吸着特性は、種々の物質の親和性によって高めることができる。例えば、アパタイト結晶は、水、荷電子、脂質、タンパク質、核酸などと結合する能力を有する。この性能により、薬剤を担持することができる。また、多量の薬剤を担持させるためには、担持体の比表面積が大きいことが望ましい。
【００４２】
そのため、チューブ状アパタイト結晶は好適であり、より好ましくはチューブ径（内径）を小さくした方がよい。また、薬剤の徐放性を考えると、薬剤を粒子表面に担持するよりは、チューブ内部に担持した方がよい。これにより、チューブ状のアパタイト結晶は、従来の中実のアパタイト粒子と比較して、比表面積が１．５〜４倍になり、薬剤の吸着性能も１．５〜４倍向上することになる。以上の観点から、チューブ状の生体材料アパタイト結晶をドラッグデリバリーシステムに用いると効果的である。
【００４３】
薬物を担持させるアパタイト結晶は、そのサイズを調製することで、（ａ）剤形的には、経口、静脈注、皮下注、経肺、経鼻に有効に利用し得る。また、（ｂ）機能的には、薬物を肝臓、肺又は炎症部位等へ選択的にデリバリーするとともに、薬物の放出制御の改善等に有効に利用し得る。
【００４４】
次に、アパタイト結晶による薬剤担持性能の評価について説明する。実施例は、前述の実施例１と同じ方法で作成されたチューブ状のアパタイト結晶をドラッグデリバリー用担持体として使用したもの、比較例は、従来の針状アパタイト結晶をドラッグデリバリー用担持体として使用したものである。実施例に係るチューブ状のアパタイト結晶は、長さ２００μｍ、外径が４０μｍ、内径が２０μｍである。
【００４５】
また、比較例に係る針状アパタイト単結晶は、以下の方法で作成した。はじめに、０．３ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウム懸濁液に、０．５ｍｏｌ／Ｌのリン酸水溶液を滴下し、単結晶が生成するよう留意しながらｐＨを５〜９に調整することにより、単結晶沈殿物を得た。この沈殿物を１２００°で４８時間成長させることにより、長さ２００μｍ、外径４０μｍの針状のハイドロキシアパタイト単結晶を得た。
【００４６】
そして、実施例のチューブ状アパタイト結晶１０ｍｇに対してアセトニトリル１ｍｌを加えた混合物に、超音波（周波数２８ｋＨｚ、出力１００Ｗ）振動を５分間加え、懸濁液とした。同様に、比較例の針状アパタイト結晶１０ｍｇに対してアセトニトリル１ｍｌを加えた混合物に、超音波（周波数２８ｋＨｚ、出力１００Ｗ）振動を５分間加え、懸濁液とした。
【００４７】
次に、各懸濁液を遠心分離（９０００×ｇ、２０℃、３分間）し、上清を更に０．２２μｍのフィルターでろ過し、高速液体クロマトグラフィー用サンプルとした。高速液体クロマトグラフィー分析より、比較例に係る担持体１０ｍｇ中に医薬品有効成分であるイトラコナゾールが０．８０ｍｇ、実施例に係る担持体１０ｍｇ中に医薬品有効成分であるイトラコナゾールが１．４０ｍｇ、含有されていることを確認した。つまり、比較例に係る担持体の吸着率は８．０％、実施例に係る担持体の吸着率は１４．０％である。
【００４８】
次に、薬剤徐放試験について説明する。図２は、実施例及び比較例に係るドラッグデリバリー用担持体を用いた薬剤徐放試験の結果を示すグラフである。薬剤徐放試験は、薬剤を担持したドラッグデリバリー用担持体を、３７℃、０．１ｍｇリン酸バッファ中（ｐＨ７．４）に配置し、１日毎にバッファ液をサンプリングすることで行われる。サンプリングしたバッファ液を高速液体クロマトグラフィーを用いて分析し、ドラッグデリバリー用担持体から放出されたイトラコナゾールの累計放出量を算出する。
【００４９】
図２に示すように、比較例に係るドラッグデリバリー用担持体の場合、４日までは１日あたりの放出量が多いものの、それ以降は放出量が急減する。一方、実施例に係るドラッグデリバリー用担持体の場合、２０日まで安定した徐放性が実現されている。したがって、実施例に係るドラッグデリバリー用担持体は、長期にわたって薬剤を所望の患部に安定的に付与することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｒ１  内径、  Ｒ２  外径、  １０  側面、  １２  上面、  １４  下面、  １６  内側面。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、機能性材料として広範囲な分野に利用できる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2014045534.tif 000006
2014045534.tif 000007
2014045534.tif 000008
2014045534.tif 000009
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