(57)【要約】【課題】ＤＮＡよりなる機能性フイルム、光増幅型ファイバー、医療用フイルムなどを作製するために押出し成型、加熱成型、溶融成型が可能なＤＮＡ組成物の製造方法を提供すること。【解決手段】ＤＮＡ組成物存在下でモノマーを重合することによりＤＮＡを生成ポリマーに担持させる。この方法により、押出し成型、加熱成型、溶融成型が可能なＤＮＡ組成物が提供される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＮＡをポリマーに担持させる方法であって、
以下の（ａ）から（ｄ）：
（ａ）ＤＮＡ−脂質複合体、
（ｂ）架橋ＤＮＡ、
（ｃ）ＤＮＡを電解質として用いて電解重合可能なモノマーを電解重合することで得られるＤＮＡとポリマーとの複合体、
（ｄ）導電性高分子と、ＤＮＡ又はＤＮＡ−脂質複合体との混合物、
からなる群の少なくとも１種から選択される成分の存在下で、モノマーを重合させる工程を有することを特徴とするＤＮＡをポリマーに担持させる方法。
【請求項２】
前記モノマーの重合を低温プラズマにより開始することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法により得られたものであることを特徴とするＤＮＡを担持したポリマー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡを含むフイルム、ファイバーを製造するにあたり、押出し成型、加熱成型、溶融成型を可能としたＤＮＡを担持させたポリマー組成物を作成する方法に関する。本発明によってＤＮＡをポリマーに担持させることにより、機能性フイルム、光増幅型ファイバー、プラスチック光ファイバー、ファイバーレーザー、光バイオセンサー、医療用フイルム材料などへのDNAの用途の拡大を図ることができる。
【背景技術】
【０００２】
一般的に海洋性生物に由来するＤＮＡはナトリウム塩として得られるが、その水溶液は低濃度でも粘度が高く、フイルム化や紡糸は極めて困難である。このため、特許文献１、２及び３には解決策としてＤＮＡとカチオン性界面活性剤脂質との複合体、即、「ＤＮＡ−脂質複合体」を形成せしめることにより、水不溶性有機溶媒可溶性とし、フイルム化や紡糸することが提案されている。しかしながら、「ＤＮＡ−脂質複合体」においても押出し成型、加熱成型、溶融成型は困難であった。このため均一な膜形成やファイバーの製造も困難であった。
【特許文献１】特開平８−２３９３９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１１９２７０号公報
【特許文献３】特開２００３−０７３９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、ＤＮＡとポリマーの両方の特性を有するよりすぐれた性能のフイルム、ファイバーを作成するにあたって、その特性を担う材料となる、ＤＮＡを含有したポリマー組成物の調製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者等は鋭意研究を行った結果、ＤＮＡをポリマーに担持させる方法を見いだすに至った。
【０００５】
すなわち、本発明にかかるＤＮＡをポリマーに担持させる方法は、
以下の（ａ）から（ｄ）：
（ａ）ＤＮＡ−脂質複合体、
（ｂ）架橋ＤＮＡ、
（ｃ）ＤＮＡを電解質として用いて電解重合可能なモノマーを電解重合することで得られるＤＮＡとポリマーとの複合体、
（ｄ）導電性高分子と、ＤＮＡ又はＤＮＡ−脂質複合体との混合物、
からなる群の少なくとも１種から選択される成分の存在下で、モノマーを重合させる工程
を有することを特徴とするＤＮＡをポリマーに担持させる方法である。
【０００６】
本発明のＤＮＡ担持ポリマーは、上記の方法により得られたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、ＤＮＡを含むポリマー組成物を用いた押出し成型、加熱成型、溶融成型が可能となり、ＤＮＡ組成物を機能性材料として用いるに際しての選択肢が拡がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を以下に詳細に説明する。
【０００９】
本発明は、以下の種類の成分から選択された少なくとも１種の成分の存在下でモノマーを重合することにより、ＤＮＡを生成ポリマーに担持させる方法に関する。すなわち上記成分とは、ＤＮＡ−脂質複合体、架橋ＤＮＡ、ＤＮＡを電解質として用いて電解重合可能なモノマーを電解重合することで得られたＤＮＡとポリマーとの複合体、導電性高分子とＤＮＡ又はＤＮＡ−脂質複合体の混合物である。
【００１０】
本発明で使用されるＤＮＡは、その由来はいずれでもよく、特にその由来を制約されることはない。たとえば、鮭精子由来、牛胸腺由来などの動物から抽出したもの、合成手法によるものなどが挙げられる。本発明で用いられるＤＮＡの分子量としては、通常１０万〜１０００万、好ましくは１０万〜５００万、より好ましくは、１０万〜１００万である。
【００１１】
モノマーの重合時に共存させる上記の成分は、それらを得るための方法によって得られたＤＮＡ以外の成分を含む調製物や組成物をそのまま、あるいは必要に応じて精製して用いることができる。上記の重合時に共存させる各成分におけるＤＮＡ分子が、他のＤＮＡ分子あるいはＤＮＡ以外の成分と結合した複合体として提供される場合における結合としては、イオン結合、共有結合、配位結合、水素結合、ファンデルワールス結合等によるものが利用できる。これらの結合の結果、ＤＮＡは高分子量の分子、複合体、錯体等を形成するもの及び／又は、電荷的に中性である部分を形成するもの等となる。そのために、重合時に共存させるＤＮＡを含む成分は室温（25℃）付近で水に難溶である性質を持つ分子集合体となる場合が多いと推測されるが、そのような性質を持つものだけに限定されるわけではない。また、これらの成分が水に対して難溶性または不溶性であれば、これらを共存させたモノマーの重合は非水溶媒系を用いて行うことが好ましいが、特に限定されることはない。
【００１２】
ＤＮＡを担持したポリマーとは、上記のＤＮＡ含有成分の共存下でモノマーを重合させて得られた重合物をいう。従って、この重合物はＤＮＡを取り込んで担持した形態を有し、ＤＮＡ以外の成分を含む調製物や組成物として得られるものであってもよい。
【００１３】
本発明で用いられるＤＮＡ−脂質複合体における脂質としては、例えば、長鎖アルキル基を１つまたは２つ有する第四級アンモニウム塩等が挙げられる。前記長鎖アルキル基としては、通常炭素数１２から１８の直鎖状又は分枝状のアルキル基が挙げられる。このような長鎖アルキル基を有する第四級アンモニウム塩の具体例としては、例えば、セチルトリメチルアンモニウムクロリド、セチルピリジニウムクロリド、ベンジルジメチルヘキサデシルアンモニウムクロリド、ジメチルピリジニウムヘキサメチルアンモニウムクロリド等が挙げられる。
【００１４】
ＤＮＡ−脂質複合体は容易に作成できる。一例を挙げれば、鮭精子由来のＤＮＡ（１０万〜１００万）を適当量の水に溶解し、次いでこの溶液にカチオン性脂質である長鎖アルキル基を有する第四級アンモニウム塩、例えばセチルトリメチルアンモニウムクロリドを一気に加える。そうすると直ちにイオン交換が起こりＤＮＡと脂質の複合体が沈澱する。この沈澱を遠心分離等で単離し、乾燥すればＤＮＡ−脂質複合体が得られる。
【００１５】
ここでのカチオン性脂質の使用割合は、ＤＮＡ中のリン酸アニオン１当量に対して、カチオン性脂質を0．5〜８当量、好ましくは１．０〜５当量、特に好ましくは２〜３当量で配合する。
【００１６】
本発明で用いられる架橋ＤＮＡの作成法としては、以下のような手法が一例として挙げられる。
【００１７】
ＤＮＡに紫外光照射し光化学変化によりＤＮＡ鎖間に架橋を起こさせることができる。さらに詳しくは、ＤＮＡ鎖中のチミンが紫外線の効果で光二量化反応を生じシクロブタン環が形成され、溶媒に不溶なＤＮＡ組成物を形成することができる。またトリメチルソラレンなどのソラレン(psoralen)誘導体とＤＮＡ中のチミン残基の光付加反応により、溶媒に不溶なＤＮＡ組成物を形成することができる。またラジカル発生剤により架橋ＤＮＡを形成することも可能である。
【００１８】
別の手法としては、塩化カルシウム、塩化アルミニウム、塩化チタンなどの多価イオンを用い
DNAを架橋することが挙げられる。
【００１９】
本発明で用いられるＤＮＡとポリマーとの複合体は、ＤＮＡを電解質として用いて電解重合可能なモノマーを電解重合することで得られる。ポリマーとしてはポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンなどが一例として挙げられる。ＤＮＡと電解重合可能なモノマーを溶解した水溶液に、金蒸着したメンブレンフィルターを入れて定電流電解重合を行い、メンブレンフィルター上に複合体を形成する方法が一例として挙げられる。
【００２０】
本発明で用いられる導電性高分子とＤＮＡ、又はＤＮＡ−脂質複合体の混合物は、導電性高分子の溶液とＤＮＡ又はＤＮＡ−脂質複合体の溶液とを、混合攪拌し均一な溶液とし、これを適宜の方法で膜あるいは粉体とすることにより得られる。この膜や粉体を溶媒に溶解させて、ＤＮＡを担持するポリマーを得るための重合反応に用いることができる。
【００２１】
導電性高分子の好ましいものとして、共役系導電性高分子が挙げられる。共役系導電性高分子の具体例としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等が挙げられる。導電性高分子の分子量としては、それぞれの用途により自ずから異なるが、通常１万〜100万、好ましくは1万〜50万、より好ましくは、1万〜20万である。
【００２２】
共役系導電性高分子等の導電性高分子は、DNAと混合することで、DNAとの電荷移動的相互作用により、溶媒に対して溶解性を著しく向上させることができる。従って、導電性高分子とDNAの混合物は極性溶媒に溶解し、得られた溶液から溶媒キャスト法によって均一に混合した薄膜を容易に得ることができる。導電性高分子とＤＮＡの使用割合は、導電性高分子１molに対し、ＤＮＡは、通常０．０１〜１．５mol、好ましくは０．０５〜１．２mol、より好ましくは０．０５〜１．０molである。
【００２３】
上述したDNA含有成分の存在下でモノマーを重合するにあたって、用いられるモノマーとしては、オレフィン、ハロゲン化オレフィン、ジエン、アセチレン、スチレン、ビニル化合物、アクリル酸類などの炭素多重結合系モノマー、環状エーテル、ラクトン、ラクタム、環状アミンなどの環状モノマー、などが挙げられる。好適なものとしては、メチルメタアクリレート、メタクリル酸、酢酸ビニル、N−ビニル−２−ピロリドン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレンが一例として挙げられる。
【００２４】
モノマーの重合は、ＤＮＡ含有成分が共存する重合用溶液にモノマーを含有させ、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、リビング重合、乳化重合などの適宜重合法によりモノマーを重合させ、ＤＮＡを生成ポリマーに担持させる。反応条件は、それぞれの重合法で通常用いられる条件を適応できる。必要に応じ重合開始剤を添加することも行われる。
【００２５】
ＤＮＡ含有成分とモノマーの混合する割合は、ＤＮＡ組成物やモノマーの種類によっても異なるが、ＤＮＡ１重量部に対して、モノマー１〜１０重量部である。好ましくは、２〜５重量部である。また、この重合時の混合比は生成されるポリマーにおいても維持されると考えられる。
【００２６】
生成されるポリマーの分子量の好ましい範囲は、用いられる用途に応じて適宜必要とされるポリマー特性を満たすように決められるが、フイルムでは分子量が５万〜５０万、ファイバーでは分子量が２万〜４０万である。
【００２７】
この重合に用いる溶媒としては、各種の無機または有機溶媒を適宜用いることができるが、好ましいものとして、非プロトン性極性溶媒やイオン性液体も挙げられる。
【００２８】
非プロトン性極性溶媒としては、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトニトリル、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、ジクロロメタン、クロロホルム、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＩ）、Ｎ−メチル−2−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、 Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリドン、スルホラン（ＳＦ）、エチレンカーボネート、などが一例として挙げられる。
【００２９】
イオン性液体としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩などが挙げられる。その一例として、１−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、１−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−エチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネート、１−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロフォスフェート、１−ｎ−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−ｎ−ブチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−ｎ−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムテトラフルオロボレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミド、リチウムビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミド、カリウムビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミド、１，１，１−トリフルオロ−Ｎ−[（トリフルオロメチル）スルフォニル]メタンスルフォンアミド、などが挙げられる。
【００３０】
機能材料として用いるには、不純物、特に重合開始剤の分解生成物の混入を避けるために、重合開始剤を用いることなくプラズマ重合反応、特に低温プラズマ重合反応を用いることが有効である。低温プラズマ重合反応法は低温プラズマ反応を用いることにより、これまでの光ファイバー作製時の問題点であった重合開始剤による有機発光物質の分解および不純物の混入が解消され、高純度プラスチック光ファイバーを作製できる新しい方法である。さらに、この方法により作製された光ファイバーは、ＤＮＡの光増幅効果により、光増幅機能を持つため、例えば大容量光情報通信のさらなる高速化を実現するための通信用ケーブルとしての利用が期待される。
【００３１】
通常ＤＮＡはナトリウム塩として得られるが、その水溶液の粘度は著しく高く、１〜５％の濃度でも高粘度ゲル状となり、水溶液からの紡糸は困難で、これまでにＤＮＡの連続繊維の製造方法は報告されていない。
【００３２】
本発明のＤＮＡ担持ポリマーは、ＤＮＡの特性を失うことなく、生成したポリマーの特性により、湿式紡糸、乾式紡糸、溶融紡糸、押し出し成型、加熱成型、溶融成型などの紡糸、成型対応可能とするものである。さらに、本発明のＤＮＡ担持ポリマーを蛍光体の担体として用いることにより、蛍光体の蛍光強度は、ＤＮＡを担持していないポリマーを担体として用いたものと比べて
より強い値を示す。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
鮭精子由来のＤＮＡ（日本化学飼料（株）製、分子量約５０万）１gを純水１００mlに溶解させた
。このＤＮＡ水溶液中に第四級アンモニウム塩であるセチルトリメチルアンモニウムクロリド(脂質)５gを加え攪拌した。イオン交換が生じＤＮＡと脂質の複合体が沈澱した。これを遠心分離後乾燥しＤＮＡ−脂質複合体を得た。
【００３５】
得られたＤＮＡ−脂質複合体３gをエタノール１００ｍｌに溶解した。これと、メタクリル酸メチル３gを脱気した内径１２mmの石英管に封入、液体窒素を用い冷却固化した。石英管上部に存在するモノマーガスに対し１３．５６MHzのプラズマ（出力５０W）を１分間照射した。この後２０℃で１５０時間反応させた。これによりＤＮＡとポリメタクリル酸の複合型材料が得られた。得られた複合型材料を溶融紡糸装置で１７０〜１７５℃に加熱延伸することによりファイバーを作製できた。
【００３６】
（実施例２）
実施例１で作製したＤＮＡとポリメタクリル酸の複合型材料にユウロピウム化合物としてトリス（６,６,７,７,８,８,８−ヘプタフルオロ−２,２−ジメチル−３,５―オクタンジオナト）ユウロピウム〔Eu(FOD)3〕を３重量%加えた。これを溶融紡糸装置で２３０〜２４０℃に加熱延伸することによりファイバーを作製した。このファイバーに紫外光を照射したところ橙色の蛍光が観測された。ＤＮＡを含まないポリメタクリル酸のみにEu(FOD)3を加えたファイバーに比べ、蛍光強度は３．５倍であった。
【００３７】
（実施例３）
2,2'−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）１gをエタノール１００mlに溶解した。実施例１における、ＤＮＡ−脂質複合体、メタクリル酸メチルを含む溶液に、前記ＡＩＢＮ溶液５mlを加え、加熱することにより反応させ複合型材料を得た。これに、実施例２に記述したようにユウロピウム化合物を加え，溶融紡糸装置でファイバーを作製した。このファイバーに紫外光を照射したところ橙色の蛍光が観測された。しかしながら、ＡＩＢＮを添加せずプラズマ照射を行った実施例２に比べ蛍光強度は２４％であった。これは反応生成物による蛍光発光物質の分解や分解生成物による蛍光の消光が生じたものと考えられる。
（実施例４）
実施例１に示した方法で作成したＤＮＡ−脂質複合体３gをエタノール１００mlに溶解した。
これに酢酸ビニル３gを加え、撹拌しながら２５℃、３０時間反応させた。
この結果ＤＮＡとポリ酢酸ビニルからなる複合型材料が得られた。
（実施例５）
実施例１に示した方法で作成したＤＮＡ−脂質複合体３ｇをエタノール９５mlに溶解した。これに酢酸ビニル３gを加えた。重合開始剤として2,2'−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）１gをエタノール１００mlに溶解し、この５mlを上記ＤＮＡ溶液に加え、撹拌しながら２５℃、３０時間反応させた。この結果ＤＮＡとポリ酢酸ビニルからなる複合型材料が得られた。
（実施例６）
実施例１で得られたＤＮＡ−脂質複合体３gをエタノール１００mlに溶解した。これにスチレンモノマー３gを加え、内径１２mmの石英管に封入、液体窒素で固化し脱気した。脱気操作は溶解・固化・脱気を３回繰り返した。
【００３８】
上記ＤＮＡを含む混合液を溶解後、石英管中の試料に対し１３．５６MHzのプラズマ（出力５０W）を２分間照射した。この後２０℃で１００時間反応させた。これによりDNAとポリスチレンの複合型材料が得られた。得られた複合型材料を押出し成型装置で１８０〜１９０℃に加熱延伸成型することによりファイバーを作製できた。前記ＤＮＡとポリスチレンの複合型材料にユウロピウム化合物としてEu(FOD)3を３重量%加え、これを押出し成型装置で２２０〜２３０℃に加熱延伸成型することによりファイバーを作製した。このファイバーに紫外光を照射したところ橙色の蛍光が観測された。ＤＮＡを含まないポリスチレンのみにEu(FOD)3を加えたファイバーに比べ、蛍光強度は５倍であった。
（実施例７）
鮭精子由来のＤＮＡ（日本化学飼料（株）製、分子量約５０万）１０gを純水１０００mlに溶解さ
せた。このＤＮＡ水溶液中をシャーレに入れ、照度５０万ルックスに調整したキセノンランプ下で３０分露光したところ白色の架橋DNAが析出沈降した。これを遠心分離後乾燥し架橋ＤＮＡを得た。得られた架橋ＤＮＡ３gをアセトニトリル１００ｍｌに溶解した。これと、メタクリル酸メチル３gを脱気した内径１２mmの石英管に封入し、後は実施例１と同様に処理することによりＤＮＡとポリメタクリル酸の複合型材料が得られた。得られた複合型材料を溶融紡糸装置で１７０〜１７５℃に加熱延伸することによりファイバーを作製できた。