(57)【要約】【課題】セルロース系糖類を含有する、安定な水性ゲル構造体を提供する。また、セルロース系糖類を積層した、ナノサイズでの応用が可能な水性ゲル構造体を提供する。【解決手段】側鎖を有する水溶性セルロース骨格糖鎖が互いに環の面に平行に層状に積層し、芳香環を構成単位とする、発色もしくは蛍光低分子化合物が、前記層状積層体の層間に存在する糖類積層体を含有してなる水性ゲル構造体。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
側鎖を有する水溶性セルロース骨格糖鎖が互いに環の面に平行に層状に積層し、芳香環を構成単位とする、発色もしくは蛍光低分子化合物が、前記層状積層体の層間に存在する糖類積層体を含有してなる水性ゲル構造体。
【請求項２】
側鎖を有するセルロース骨格糖鎖の水溶液に芳香環を構成単位とする、発色もしくは蛍光を示す低分子化合物を添加することにより得られる請求項１の水性ゲル構造体。
【請求項３】
請求項１記載のセルロース骨格糖鎖の側鎖がキシロースもしくはガラクトースの単独又は両者から構成され、かつそれらの１から５単糖ユニットからなるオリゴマーである請求項１の水性ゲル構造体。
【請求項４】
請求項１記載の低分子化合物が水溶性基又は水素結合基から選ばれた少なくとも１種を有することを特徴とする請求項１の水性ゲル構造体。
【請求項５】
低分子化合物添加に伴い、セルロース骨格糖鎖が互いにグルコース環の面に平行に積層することにより板状構造体を形成し、その厚み方向にはセルロース骨格糖鎖分子１分子からなることを特徴とする請求項１の水性ゲル構造体。
【請求項６】
請求項５記載のセルロース骨格糖鎖積層体においてセルロース骨格層間に低分子化合物が介在あるいは積層体側面に結合していることを特徴とする請求項１の水性ゲル構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、側鎖を有するセルロース骨格糖鎖水溶液に発色もしくは蛍光を示す低分子化合物を添加することによって得られるゲルの生成及びそれに伴って形成される糖鎖積層構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
糖鎖をゲル化させる方法として、金属塩濃度、温度、溶媒組成、異種糖鎖混合などの因子を調整することによって得られることはよく知られている。例えばガラクトキシグルカンの側鎖ガラクトースを部分除去して製造されるガラクトキシグルカンは可逆的熱応答性ゲルとなることは知られている（特許文献１）。
一方、セルロース自身は結晶構造を形成するため、水溶性を持たない。溶解させるには特殊な溶媒を用いるか、セルロース自身を化学的に修飾することによって溶解性を持たせることは可能である。また天然にはセルロース骨格にキシロースやガラクトキシロースなどの糖を側鎖にもつキシログルカンがあり、これは水溶性を示す。このような水溶性をもつ糖類については、ガラクトキシグルカン又はその側鎖ガラクトースを部分除去したガラクトキシグルカンにポリフェノールを加えることにより、ゲル化させることができることが知られている（特許文献２）。しかし、得られるゲルはもろく、白濁している。
また、これまでの糖類のゲルは、温度などによりゲル強度が大きく変化し、安定化させるのが困難であった。またゲルに、低分子化合物を含有させて溶媒中に浸漬させると、低分子化合物が遊離しやすく、ゲル中に安定化させることは難しかった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２８３３０５号公報
【特許文献２】
特開２０００−３５４４６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、セルロース系糖類を含有する、安定な水性ゲル構造体を提供することにある。
さらに本発明の目的は、セルロース系糖類を積層した、ナノサイズでの応用が可能な水性ゲル構造体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、セルロース骨格を有する糖類をゲル化するため種々検討を重ねた結果、特定の色素又は蛍光化合物を水溶性としたセルロース系多糖類の水溶液に作用させることにより、前記発色もしくは蛍光色素が結節点として機能してゲル化し、かつ、前記セルロース系糖類が層状に積層することを見い出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、
（１）側鎖を有する水溶性セルロース骨格糖鎖が互いに環の面に平行に層状に積層し、芳香環を構成単位とする、発色もしくは蛍光低分子化合物が、前記層状積層体の層間に存在する糖類積層体を含有してなる水性ゲル構造体、
（２）側鎖を有するセルロース骨格糖鎖の水溶液に芳香環を構成単位とする、発色もしくは蛍光を示す低分子化合物を添加することにより得られる（１）項の水性ゲル構造体、
（３）（１）項記載のセルロース骨格糖鎖の側鎖がキシロースもしくはガラクトースの単独又は両者から構成され、かつそれらの１から５単糖ユニットからなるオリゴマーである（１）項の水性ゲル構造体、
（４）（１）項記載の低分子化合物が水溶性基又は水素結合基から選ばれた少なくとも１種を有することを特徴とする（１）項の水性ゲル構造体、
（５）低分子化合物添加に伴い、セルロース骨格糖鎖が互いにグルコース環の面に平行に積層することにより板状構造体を形成し、その厚み方向にはセルロース骨格糖鎖分子１分子からなることを特徴とする（１）項の水性ゲル構造体、及び（６）（５）項記載のセルロース骨格糖鎖積層体においてセルロース骨格層間に低分子化合物が介在あるいは積層体側面に結合していることを特徴とする（１）項の水性ゲル構造体
を提供することである。
【０００６】
本発明の水性ゲル構造体に含まれる前記の発色又は蛍光性低分子化合物は架橋領域で、セルロース骨格部と相互作用をし、糖鎖と低分子化合物の積層構造体を形成して安定的にゲル中に保持される。
本発明は、セルロース骨格を有する糖鎖水溶液に前記の低分子化合物を所定量添加し、混合することによって、単独ではリボン状形態を有するセルロース骨格糖鎖が低分子化合物を介して会合し、平板状架橋領域を形成する。この平板構造はリボン状糖鎖が積層したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられるセルロース骨格を有する糖鎖としては、側鎖にキシロースあるいはガラクトキシロースを有するキシログルカンが好ましく用いられるが、セルロース骨格であり、水溶性を示すものであればそれ以外のものを用いることもできる。例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロースなどの水溶性のセルロース誘導体で、セルロース骨格にメチル基、エチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシエチル基、カルボキシル基、エチレングリコール基などの置換基を有するものを含む。ザンサンなどの天然抽出多糖類やキシログルカンやザンサンを化学的に修飾したものも含まれる。側鎖は分子量が１０〜９００が好ましい。これは糖にすると１糖〜５糖となる。また主鎖の重量平均分子量は特に制限はなく、オリゴマーでもよく、好ましくは１０００〜５００万であり、より好ましくは１万〜１００万、特に好ましくは１万〜６０万である。
【０００８】
次に、このセルロース系糖鎖水溶液に添加する増粘あるいはゲル化させる低分子化合物としては、芳香環を構成単位とする発色ないしは蛍光低分子化合物が用いられる。この化合物は好ましくは水素結合性及び水溶性を示すものである。具体例としてはＣｏｎｇｏ  Ｒｅｄが挙げられる。そのほか直接染料に属し、類似構造を有する色素Ｂｅｎｚｏｐｕｒｐｒｉｎｅ  ４Ｂ、Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｋｙ  Ｂｌｕｅ  ６Ｂ、Ｄｉｒｅｃｔ  Ｆａｓｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  Ｒ、Ｄｉｒｅｃｔ  Ｆａｓｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  Ｒなどのジアゾ系のものが挙げられる。また銅フタロシアニン４硫酸ナトリウムなどの水溶性フタロシアニン系の色素も挙げられる。また蛍光色素Ｃ．Ｉ．Ｆｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｂｒｉｇｈｔｅｎｅｒ２８、Ｃ．Ｉ．Ｆｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｂｒｉｇｈｔｅｎｅｒ８５、Ｃ．Ｉ．Ｆｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｂｒｉｇｈｔｅｎｅｒ７１などのスチルベン系のものも同様に用いることができる。また上記の染料として芳香環に置換基を有する誘導体も同様に用いることができる。
【０００９】
本発明において用いられる発色もしくは蛍光低分子化合物の水溶性基としては、スルホ基、カルボキシル基、アンモニウム基などが挙げられ、これらは水中でイオン化していてもよい。前記の低分子化合物としては水溶性基と水素結合基の両者を有するものが好ましい。すなわち、この化合物は好ましくは水素結合性及び水溶性を示すものである。
【００１０】
本発明のゲルの調製は、セルロース骨格糖鎖水溶液に前記発色もしくは蛍光を示す低分子化合物を添加混合する方法をとることができる。糖鎖溶液の濃度は０．１〜５質量％、添加する低分子化合物濃度は０．００１〜５質量％で調製し、添加後十分に混合すればゲルを得ることができるが、好ましくは４０℃〜１２０℃で加熱、あるいは加熱加圧処理を行うことにより、均一の混合し、冷却することにより均一なゲル（粘度０．１Ｐａ・ｓ以上（２０℃）の高粘性溶液を含む）を得ることができる。
前記低分子化合物の使用量は、前記セルロース骨格糖類に対し、２〜５０質量％が好ましく、２０〜３０質量％がより好ましい。
【００１１】
本発明において形成される水性ゲル構造体は、セルロース骨格構造と低分子化合物を介して積層した積層体である。この積層体は、セルロース骨格構造層２層で少なくとも１つのユニットになるが、セルロース骨格構造層がさらに３層以上積層されていてもよい。このように２層を越えて３層以上の積層体を形成させるのはセルロース骨格糖鎖に対する低分子の添加濃度を増加させることによって行うことができる。この積層体を横にした状態で小角Ｘ線散乱測定により平板状構造体であることが確認できる。
この積層体が形成される理由については、次のように考えられる。
【００１２】
通常のセルロース骨格糖鎖はグルコース環が直鎖状につながり全体としてリボン状構造を有している。グルコース環の表面は比較的疎水性に対し、両端は水酸基あるいは置換基が存在し、親水性が高い。これに芳香環を有する低分子化合物が添加されると、ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ力、さらに水素結合性のある場合は水素結合力を含めた力によって糖鎖と平面分子が会合し、最終的にリボン状の糖鎖分子鎖が低分子化合物を介して積層した構造体をとる。これによって形成された積層構造を特徴とする架橋体の形成によって低分子化合物は構成成分であるのと同時に、ゲル内部に強く保持される。
【００１３】
セルロース骨格からなる積層構造体はその層間に低分子化合物が主としてｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ力によって会合、介在しているか積層構造体側面に主として水素結合力によって結合している。積層構造の層間に低分子化合物がある場合、その層間に包接空間ができ、セルロース骨格層間に選択的に分子を包接することができる。層間に光異性化をおこすものを使えば包接サイズを変化させることもできる。また発色もしくは蛍光性の低分子化合物に長細い棒状の分子を用いれば、ゲルを延伸させる等の方法によって比較的剛直鎖であるセルロース骨格が配向するのに伴い、色素が配向し、二色性を示すゲル膜を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の水性ゲル構造体において特定の低分子化合物がゲル内に強く保持され、安定的に定着させることができる。また得られる水性ゲル構造体の架橋構造は積層構造を有しているので、その層間に新たに分子を選択的に包接する利用可能性を有する。これにより混合物の光学異性体の分離や低分子化合物の選択的分離への応用が可能となる。また発色もしくは蛍光性の低分子化合物として長細い棒状の分子を用いれば、ゲルを延伸させる等の方法によって色素を配向させることができ二色性を示す機能性ゲル膜を作りうる。
セルロース系多糖類はこれまで材料としては、繊維やフィルターなどの用途に広く利用されている。またその誘導体などはバインダーや薬剤の担体としての利用もされている。しかしより高付加価値の材料としての利用はほとんどないのが現状である。しかし、上記の本発明の水性ゲル構造体は、ナノサイズでのセルロース糖鎖の積層構造体であり、ナノキャリアによるドラッグターゲティング、ナノ空間を有するホスト材料など各種ナノテクノロジーへの応用に好適である。
【００１５】
【実施例】
次に実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
なお、実施例中の組成を示す％は、特に断わらない限り質量％を示す。
【００１６】
実施例１
アルコール沈殿法により精製したキシログルカン粉末を水に加えることにより１．５％溶液に６０℃で加熱溶解させることにより調製する。また３％コンゴーレッド水溶液を調製し、それと純水を加えることによって、キシログルカン７．５％、コンゴーレッド０．０２％となるよう８０℃で加熱混合したのち室温に冷やすとゲルを得ることができる。このようにして調製される混合溶液について、いくつかの濃度を変えて作成した溶液特性についての結果を表１に示す。このゲルを大容量に水中に浸しても、ほとんどゲル中のコンゴーレッド分子はゲル外には溶出しなかった。なお、表１において“弱いゲル”とはもろく振動によって容易につぶれてしまう状態のゲルを言い、“ゲル”とは振動などによってつぶれず、流動性をもたない状態のゲルを言う。
このコンゴーレッドを加えることによって得られたゲルの熱安定性を調べるために、キシログルカン（０．７５％）、コンゴーレッド（０．３％）のゲルとキシログルカン（０．７５％）、ポリフェノールの一種である没食子酸エピガロカテキンガレート（０．３％）のゲルを比較試験した。ゲルを加熱していくと、ポリフェノール添加型ゲルは約４０℃で融解したがコンゴーレッド添加ゲルは８０℃にしてもゾル化せず安定であった。
【００１７】
またキシログルカン０．７５％、コンゴーレッド０．５％の条件で、先の方法で調製したゲルを、ナノオーダーの構造観察法の一つである小角Ｘ線散乱測定を行い、散乱強度（Ｉ（ｑ））の散乱ベクトルの大きさ（ｑ）の依存性を得た。ここで散乱ベクトルの大きさは入射Ｘ線の波長をλ、散乱角を２θとするとｑ＝（４π／λ）ｓｉｎθと定義され、角度の小さいところでは散乱角に比例している。散乱曲線（Ｉ（ｑ）  ｖｓｑ）の形は散乱体の形状に依存しており、平板状構造体の場合、ギニエの近似式により、厚みの慣性半径をＲｇｔとすればｑ２Ｉ（ｑ）〜ｅｘｐ（−ｑ２Ｒｇｔ２）とあらわせる。したがって散乱体が平板状構造の場合、ｑ２Ｉ（ｑ）の対数を縦軸に、ｑ２を横軸にとる厚みのギニエプロットをとると直線領域が現れ、その傾きから厚みを見積もることができる。
測定結果を図１に示すとゾル（キシログルカンのみ）は直線領域はみられず、厚みを見積もることもできなかったが、ゲル（キシログルカン＋コンゴーレッド）の場合、良好な直線領域がみられこの直線Ａの傾きから厚みの慣性半径を３．７Åと見積もることができた。これはキシログルカン鎖をリボン状分子と見立てるならその幅に相当し、キシログルカン鎖がいくつか積層してできた平板状構造の厚み（キシログルカン鎖の積層体の高さでなく、積層体の幅）に相当する大きさである。このことからキシログルカン鎖がコンゴーレッドを介して積層構造を形成し、平板状の架橋領域を形成していることがわかった。
【００１８】
【表１】
2004217739.tif 000002
【００１９】
４０倍及び１００倍の倍率の光学性能を有する偏光顕微鏡で、上記で調製した表１のキシログルカン（０．７５％）、コンゴーレッド（０．１％）のゲルをプレバラート上に乗せ、カバーガラスで押しつけて観察したところ、繊維状のゲルが観測され、偏光性が観察された。このことからもコンゴーレッド添加によってキシログルカン鎖が配向していることが分かった。したがってゲルによって生成されるキシログルカンの積層構造において、キシログルカン鎖がほぼ並んで積層していることが分かった。
【００２０】
比較例
キシログルカン０．７５％、エタノール２０％の条件で、先の方法で調製したゲルを、小角Ｘ線散乱測定によって得た図を図２に示す。コンゴーレッド添加系のように平板構造の特徴を示さず、厚みを求めることはできない。この場合、糖鎖はランダムに凝集しており、コンゴーレッド系のような特徴的な構造は示さない。
【図面の簡単な説明】
【図１】キシログルカンとコンゴーレッド混合ゲルからの小角Ｘ線散乱を厚みのギニエプロットしたもの。Ｉ（ｑ）は散乱強度であり、ｑは散乱ベクトルの大きさを示す。
【図２】キシログルカンとエタノール混合ゲルからの小角Ｘ線散乱を厚みのギニエプロットしたもの。Ｉ（ｑ）は散乱強度であり、ｑは散乱ベクトルの大きさを示す。
【図１】
2004217739.tif 000003
【図２】
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