(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内の細菌性微生物と藻類の抑制方法であって、置換基において少なくとも一つの陽電荷を有するテトラピロールおよび/またはテトラアゾピロール族の光増感剤を、魚や植物を水槽から取り出すことなく水槽内の水に直接加えることを特徴とする抑制方法。
【請求項２】
光増感剤が、バクテリオクロロフィル類、クロリン類、ポルフィリン類、フタロシアニン類、ナフタロシアニン類から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の抑制方法。
【請求項３】
光増感剤が、ポルフィリン骨格構造を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の抑制方法。
【請求項４】
光増感剤が、２〜４つの陽電荷を保有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の抑制方法。
【請求項５】
光増感剤が、メソ位置に二つの陽電荷を保有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の抑制方法。
【請求項６】
光増感剤が、少なくとも一つの親油性置換基を保有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の抑制方法。
【請求項７】
親油性置換基が、４〜１２個の炭素原子を有するアルキル基である請求項６に記載の抑制方法。
【請求項８】
光増感剤が、１〜３０μmol／lの濃度で存在していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の抑制方法。
【請求項９】
異なる吸収スペクトルを有する光増感剤を同時に使用することによって、可視光線のスペクトル全体が光増感に利用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、水槽内の藻類の成長を抑制し、細菌性微生物に対抗するポルフィリン誘導体の使用に関する。
【０００２】
自然源からのきれいな水の入手が停滞したり減少したりしているときにきれいな水に対する需要が高まるため、過去数十年にわたり、水処理方法の開発がますます重要になってきている。そのため、たとえば、水の細菌汚染を除去することを目的とした数多くの処理方法がすでに知られている。飲料水を供給するために、ハイポハロゲナイトや過マンガン酸塩などの強力な酸化剤がしばしば用いられる。これらの処理方法とは別に、水質が投入された薬品によって悪い影響を受けるのを防ぐ目的で、オゾンや紫外線を用いた水処理などの方法がますます重要性を増している。
【０００３】
しかし、ほとんどの場合に大きな規模で、しかもかなりの技術経費を負うことによってのみ実施可能なこのような方法は、利用される水処理方法に対して特殊な要求を有する水中動物飼育法の分野の必要条件には、一般には対応することができない。処理水に含まれる微生物を可能な限り完全に除去する従来の方法では、消費者に供給する前に水を再処理する可能性があるのに対して、水槽内での使用には、動植物に影響を及ぼすことなく、連続的にしかも元の場所で使用可能な薬剤を必要とする。一般に、水槽水の浄化には、フィルターによって水から主に粒子状不純物を除去する濾過設備が使用される（機械濾過）。さらに、水のイオン組成を調整する目的で、イオン交換という形で化学フィルターを使うことがしばしばある。しかし、たとえば活性炭などの化学的に有効な濾過物質をさらに使用したとしても、細菌汚染の発生と繁殖を必ずしも効果的に防ぐことができるとは限らない。
【０００４】
水槽内の水質を調整することは、一方では藻類の成長を防ぎ、他方では魚の病気発生を予防する。特に魚の細菌性病気の場合には、早い時期に病原菌の広がりに対抗する有効な手段をとるのが望ましい。なぜなら、敏感な魚種には、薬による治療方法が必ずしも効果があるわけではないからである。水中に多数の細菌性病原菌が存在することは確認済みであり、その中には、グラム陽性の棒状細菌と球菌細菌、アエロモナス菌、ミコバクテリア、グラム陰性の棒状細菌、ビブリオ菌、シュードモナスが含まれる。このような細菌に対する抗生物質を目的に合わせて使用することは、病気の初期症状が現れるまではできず、さらに病原菌の正確な識別を必要とする。その時点では、病気の広がりをもはや効果的に防ぐことはできない。
【０００５】
ドイツ特許出願公開明細書第１９６０６０８１号は、関連分野における使用として、魚の育種設備の水処理方法を開示し、光増感剤を用いて水を殺菌している。ただし、ここでは魚が増感剤に接触するのを防ぐために多大な費用をかけていて、水を殺菌のために別の容器に移し、そこで照射し、それから魚のたらいに戻している。
【０００６】
従って、本発明の課題は、追加の装置を必要とせず、水槽内の藻類と細菌性微生物を抑制する薬剤を提供することである。
【０００７】
本発明によると、この課題は、少なくとも一つの陽電荷を保有するテトラピロールおよび／またはテトラアゾピロール族の少なくとも一つの光増感剤を水の中に投入し、電磁放射線、好ましくは光にさらすことにより解決される。これらの化合物は、たとえば昆虫の胃毒薬としても知られていて、水槽内の魚や植物に影響を及ぼすことなく、水の中に直接加えることができる。
【０００８】
このような光増感剤の水槽水への使用は、放射線照射に際して励起分子の形成に触媒作用を及ぼすその能力により、水槽内の単細胞もしくは多細胞藻類または細菌の広がりを防ぐのに有利である。
【０００９】
本発明による増感剤の使用により、グラム陽性およびグラム陰性の両方の細菌を効果的に抑制することができる。しかし特に代替の方法に比べて、本発明の方法は、多くの他の薬品に対して抵抗力のあるグラム陰性細菌を、光増感剤を用いて非常に効果的に抑制できるという利点を有する。
【００１０】
本発明における「光増感剤」という用語は、電磁放射線、好ましくは可視光線を吸収する化合物を表わし、放射線の影響下で、三重項酸素から基類および／または一重項酸素の形成に触媒作用を及ぼすことが可能である。本発明での使用に適しているのは、少なくとも一つの陽性荷電化置換基（カチオン性光増感剤）を有するテトラピロールおよび／またはテトラアゾピロール化合物である。大環状分子における置換基の種類は、光増感剤の光化学特性に対して、二次的な重要性しかもたない。なぜならこれらは、本質的にその溶解性に影響を及ぼすからである。従って、置換基を目的に合わせて投入することにより、出発化合物の光化学特性を保持しながら、光増感剤に所望の溶解性を与えることができる。当該技術を有する人は、すでにあるこの目的に合った多数の市販の化合物を、自由に使うことができる。
【００１１】
上記種類の光増感剤に、好ましくは光を照射すると、基類が関与している酸素の活性化および／または各過程の促進により、抗細菌作用が発揮される。放射線のスペクトルは、約３５０〜９００nmの範囲が好ましい。
【００１２】
本発明による光増感剤の使用は、グラム陰性細菌の数を抑制するのに高い有効性を示す。カチオン性光増感剤の存在下で可視光線を照射することにより、迅速かつ効率良く不活性化されるグラム陰性細菌の典型的な例は、大腸菌、緑膿菌およびビブリオアングイラルムである。他方では、このような増感剤は、ブドウ球菌や連鎖球菌などのグラム陽性細菌も不活性化できる。抗細菌活性のために必要な陽電荷は、様々な置換基を通して大環状分子の中に導入することができる。
【００１３】
陽電荷を分子内に導入するための好ましい置換基は、第四アンモニウム基または陽性荷電化窒素原子を含む複素環を保有している。
【００１４】
特に好ましい置換基は、少なくとも一つのトリアルキルアンモニウム基を含む。さらに、Ｎ−アルキル−ピリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキル−ピペラジニウムまたはＮ，Ｎ−ジアルキル−ピペリジニウム誘導体が、陽性荷電化置換基として好まれて使用される。陽性荷電化置換基の数は、１〜４の範囲が好ましい。大環状分子の陽電荷は、ハロゲン化イオンやトシラートなどの負イオンによって中和することが可能である。
【００１５】
本発明の陽電荷のキャリアとして適切な置換基と置換基の級の例を、以下に図で示す。
【００１６】
【化１】
0004547544.tif 000002
【００１７】
光増感剤として使用されるのが好ましいのは、バクテリオクロロフィル類、クロリン類、ポルフィリン類、フタロシアニン類、ナフタロシアニン類の基類からの化合物で、これらはずっと以前から知られているし、関連文献に詳しく記述されている。このような化合物の多くは、市販されている。当該技術を有する人であれば、陽電荷を保有している（一つ以上の）置換基を前記大環状分子内に導入する技術にも熟知している。これらの技術は、たとえばＫ．Ｍ．スミスの「ポルフィリン類とメタロポルフィリン類」の中に詳しく記載されている（K. M. Smith, "Porphyrins and Metalloporphyrins", Elsevier Publishing Co. (1975), 29-61）。
【００１８】
ポルフィリン類、バクテリオクロロフィル類、クロリン類、フタロシアニン類、ナフタロシアニン類の骨組構造は、次の構造式で表わされる。
【００１９】
【化２】
0004547544.tif 000003
【００２０】
電荷を保有している基類と並んで、本発明で用いられるポルフィリン類、バクテリオクロロフィル類、クロリン類、フタロシアニン類、ナフタロシアニン類は、さらに置換基を保有していてもよい。
【００２１】
上記光増感剤は全て、分子内に少なくとも二つの陽電荷を保有している場合に、ずば抜けて良好な抗細菌作用を表わし、しかもその二つの陽電荷がメソ位置にあるとき、結果として分子内で非対称電荷分布となるため、特に有利である。しかし、一つの陽電荷しかない分子であっても、すでに抗細菌活性を示す。
【００２２】
親油性置換基は、細胞膜に対する増感剤の親和力を高めることにより、その抑制作用を上げることができる。細胞質膜に浸透可能な好ましい基類は、４〜１４個、好ましくは、８〜１２個の炭素原子を有するアルキル鎖である。このようなアルキル基類を、増感剤の骨格構造の中に置換基としてピリジリウム、ピペラジニリウムまたはピペリジニリウム置換基の窒素原子に導入すると有利である。
【００２３】
バクテリオクロロフィル類、クロリン類、ポルフィリン類、フタロシアニン類、ナフタロシアニン類は、大環状分子の中心で多数の様々な金属イオンと結合でき、その際、一度に一個のイオンと結合することができる。金属イオンは、配位結合を介してピロール環の４個の窒素原子と結合し、その結合にはハイブリッド電子軌道が関与している。
【００２４】
上記分子の増感活性を決定する重要な光物理的パラメータは、最低励起三重項状態の量子効率および寿命、ならびに一重項酸素形成の量子効率である。これらのデータは、多数の光増感剤用の表集計から入手可能であるが、当該技術を有する人自身によって決められてもよい。たとえば、第一のパラメータは、レーザー用閃光光分解および拡散反射率により確定することができる。これらの測定は、その励起状態が、基本状態において酸素と反応するのに十分な長さの寿命を有する光増感剤の選択を可能にする。1Ｏ2への酸素変換の効率は、窒素冷却したゲルマニウム検出器を用いて、近赤外スペクトルにおける1Ｏ2のルミネセンス放射を決めることにより確定される。また、1Ｏ2生成の選択性を確定するために、他の基板（たとえば、不飽和脂質類、ステロイド類、芳香族または亜硫酸アミノ酸）に対する反応定数と比べて、光増感剤と酸素との反応の反応定数を確定することが可能である。1Ｏ2だけを生成する光増感剤を、本発明の方法に使用するのが特に好ましい。
【００２５】
光増感剤の照射によって生成された一重項酸素（1Ｏ2）は、正常酸素の電子励起により生じ、空気と均衡化された水の中で数マイクロセカンドの寿命を有する。一重項酸素は、不活性化される前に約１５mmにわたり拡散することができ、その高い反応性により微生物を不活性化する作用がある。
【００２６】
水質を維持するために、光増感剤を１〜３０μmol／l、好ましくは５〜１５μmol／lの濃度で、水槽水に直接加わえることができる。この濃度範囲が守られているとき、水槽の動植物に対する分子の中毒作用は完全に除外される。驚くことに、薬品による魚の健康状態への影響は、全く見られない。
【００２７】
光増感剤は、水溶液中での分解速度が低いにもかかわらず、水槽内で有効な濃度を維持するために一定の間隔で付加されなければならない。この目的のため、水溶液に使用された分子の良好な安定性に基づき、たとえば、それぞれの水槽の大きさに合わせることで余計な手間をかけることなく使用者によって投与可能な濃縮物を用意することが可能である。また、適切な水溶性キャリア材料を選ぶとき、キャリア材料の中に組み込まれた増感剤を遅延して解き放つのも、水槽での使用に適切な方法である。増感剤は、その強い錯体形成の傾向により、たとえばイオン交換体、砂、ゼオライト類、活性炭、またはピートなど様々な材料に容易に吸収されるため、粒子状不純物を除去する従来のフィルター方式の使用により、その濃度は絶えず低下していく。このようにして、増感剤の蓄積とそれによる魚への潜在的危害とを取り除くことができる。
【００２８】
特に好ましい実施例では、複数の光増感剤を水処理のために同時に使用する。様々な光増感剤を選択するにあたり、水槽の照明に用いられている光源のスペクトルが光増感のために使用されるように選ぶと特に有利である。異なる吸収極大を有する化合物を選ぶことができる。たとえば、吸収極大が約４００nmの化合物一つと、吸収極大が約５００nmの化合物一つと、吸収極大が約６００nmのさらに別の化合物という具合である。このように、異なる吸収極大を有する光増感剤の組み合わせは、光を特に効率良く利用することができるという利点を有する。
【００２９】
また、光増感剤を固定して、それを固体基質の一部として水槽内に入れることも可能である。キャリアとして特に好まれるのは、増感剤の分子と共有結合を形成する不水溶性ポリマーである。このようにして、たとえば水槽の大きさと内容に適した量の光増感剤を含むポリマーベースのキャリアを提供することができる。
【００３０】
本発明における使用に適した化合物の例は、以下である。
【００３１】
【化３】
0004547544.tif 000004
【００３２】
メソ−テトラ（Ｎ−４−メチル−ピリジル）ポルフィン（Ｔ4ＭＰｙＰと省略）と並んで、ポリフィリン系の化合物としてさらに、ピリジリウム基の窒素原子と結合したアルキル基の長さを１２個の炭素原子にまで増やした化合物を使うことができる。たとえば、メソ−テトラ（Ｎ−４−エチル−ピリジル）ポルフィン（Ｔ4ＥＰｙＰ）、メソ−テトラ（Ｎ−３−エチル−ピリジル）ポルフィン（Ｔ3ＥＰｙＰ）、またはメソ−テトラ（Ｎ−４−ペンチル−ピリジル）ポルフィン（Ｔ4ＰＰｙＰ）などである。
【００３３】
メソ位置に二つの陽電荷を有する化合物の例は、シス−ジ−(Ｎ−メチル−ピリジル)−ジフェニル−ジフェニル−ポルフィンである。