(57)【要約】【課題】  本発明は、バイオフィルムの形成を抑制および／または形成されたバイオフィルムを除去する剤として、水に分散可能でありながらも、水回り等の環境下でも効果が持続し、さらに安全性が高く、低環境負荷の材料を提供することにある。【解決手段】  本発明は、ポリカルボン酸誘導体と薬剤とからなる複合体を含む、水分散性の微粒子である。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリカルボン酸誘導体と薬剤とからなる複合体を含む、水分散性の微粒子。
【請求項２】
前記微粒子は、前記複合体の会合体である、請求項１に記載の微粒子。
【請求項３】
前記薬剤は、抗微生物ペプチドを含む、請求項１または２に記載の微粒子。
【請求項４】
前記薬剤は、ε−ポリ−Ｌ−リジンを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の微粒子。
【請求項５】
前記ポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸と下記一般式（１）のプロパルギルアミノ酸が縮合した化合物である、請求項１〜４のいずれかに記載の微粒子。
【化５】
2020066912.tif 000011
（式中のＲは、水素原子または、炭素数１〜８の炭化水素基を示す。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のｎは、１〜３の整数を示す。）
【請求項６】
前記ポリカルボン酸は、ポリグルタミン酸、ポリアクリル酸、アルギン酸およびそれらの塩からなる群から選ばれる１種以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の微粒子。
【請求項７】
平均粒子径は、０．０５μｍ〜０．７μｍである、請求項１〜６のいずれかに記載の微粒子。
【請求項８】
前記薬剤と前記ポリカルボン酸誘導体のプロパルギルアミノ基とのモル比は、０．１〜０．７５である、請求項１〜７のいずれかに記載の微粒子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の微粒子を含有する、抗微生物剤および／またはバイオフィルム除去剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物が生産するバイオフィルムを除去する材料に関し、特に、バイオフィルムが形成されやすい環境であったり、バイオフィルムが形成された状態であっても、効果的にバイオフィルムを抑制および除去することができる、バイオフィルム除去組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオフィルムは、材料表面に定着した微生物が生産する構造体であり、所謂、ヌメリ（スライム）として知られ、医療、生活、産業等のあらゆる環境において、病原体の発生、材料の腐食等に関与する等、多くの問題を引き起こす。【０００３】
例えば、病院、介護等の医療現場では、抗菌剤や抗生物質等の薬剤に対し、耐性を獲得した病原性菌（薬物耐性菌）の発生が問題となっている。薬物耐性菌は、バイオフィルムの形成によって、薬剤、外的ストレスに対し、耐性を獲得しやすい環境を作り出すとされる。また、要介護者等の口腔内に発生する歯周病性バイオフィルムは、誤嚥性肺炎といった重篤な疾患を招くことがある。さらには、キッチン、風呂場、トイレ等の身近な水回りにおいても、バイオフィルムによる不快臭や食中毒の発生、材料の腐食等をもたらす。【０００４】
バイオフィルムは、微生物が材料表面へ定着した後、微生物の増殖のプロセスで形成、成長し、微生物と病原性物質を含むコロニーとして、外部に放出される。一旦、バイオフィルムが形成されると、環境ストレスや抗菌剤等に対し、耐性を示し、バイオフィルム中の微生物の除去が困難となる。【０００５】
バイオフィルムの除去方法として、次亜塩素酸、オゾン、二酸化塩素等の酸化性殺菌剤による洗浄処理が行われる場合がある。しかしながら、酸化性殺菌剤は、高い腐食性を有しているため、環境、安全の面から適用範囲が限られる。【０００６】
上記の問題を解決するため、腐食性の高い酸化性殺菌方法の代わりに、非酸化性のバイオフィルム殺菌剤が知られている。例えば、特許文献１にあるイソプロピルメチルフェノール（ＩＰＭＰ）は、歯周病原性バイオフィルムに浸透して殺菌性を示すことが知られている。ＩＰＭＰは水不溶性であるため、液状として使用する場合、有機溶媒、界面活性剤等の可溶化剤との併用が必要であり、水を基剤とする処方が適用できないことがある。【０００７】
特許文献２には、ε−ポリ−Ｌ−リジン（ε−ＰＬ）を用いたバイオフィルム除去剤が開示されている。当該発明には、ε−ＰＬを含有する水溶液をバイオフィルムに作用させると、バイオフィルムが除去される内容が記載されている。ε−ＰＬは、安全性が高い抗菌性ポリアミノ酸として知られ、水に対する溶解性が高く、水溶液としての処方性に優れる。しかし、ε−ＰＬは、バイオフィルム形成を抑制するためのコート剤として使用する場合、水に溶出しやすいため、材料やバイオフィルム表面に留まらせることが困難である。特に、菌やバイオフィルムが繁殖しやすい水回り等、使用環境によっては、ε−ＰＬのバイオフィルム抑制および除去効果が失われる可能性がある。【０００８】
上記の通り、バイオフィルムの形成を抑制するには、材料表面の微生物の足場となる部位に、抗菌効果を有効濃度の範囲内に維持する必要がある。特許文献３には、両親媒性ブロック共重合体と抗菌剤を含むミセルが口腔内バイオフィルム形成を抑制するための薬物移送システムとして、歯と結合性を有することで表面に残留し、持続性を高める内容が記載されている。【０００９】
非特許文献１には、銀ナノ粒子の抗バイオフィルムに関する内容が記載されている。銀ナノ粒子の抗バイオフィルム効果は、ナノサイズの銀粒子がバイオフィルムに浸透し、バイオフィルム中の細菌類、バイオフィルムを破壊すると考えられている。しかし、銀ナノ粒子は、抗菌性、抗バイオフィルム性に優れるものの、粒子が凝集しやすく、タンパク質、塩等の夾雑物の共存により、活性が著しく低下することが知られている（非特許文献２）。また、銀ナノ粒子は、安全性が高いとされているが、難分解性であり、銀皮症の発生や環境汚染等の懸念がある。【００１０】
先行技術に鑑みると、バイオフィルムを効果的に抑制、除去する剤としては、高分子ミセル、金属ナノ粒子等のナノマテリアルが挙げられるものの、依然、水分散性、材料表面への残留性、水回り等の環境下での持続性、安全性、生分解性等の技術課題が多く残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５５７３１１１号公報
【特許文献２】特許第５９８２０８８号公報
【特許文献３】特許第５７７１１４３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Nanoscale Research Letters，2014，9，373．
【非特許文献２】J. Antibact. Antifung. Agents，2018，46，7，277−284．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、バイオフィルムの形成を抑制および／または除去する剤として、水に分散可能でありながらも、水回り等の環境下でも効果が持続し、さらに安全性が高く、低環境負荷の材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、鋭意検討した結果、以下に示す手段により上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。【００１５】
すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
（１）  ポリカルボン酸誘導体と薬剤とからなる複合体を含む、水分散性の微粒子。
（２）  前記微粒子は、前記複合体の会合体である、（１）に記載の微粒子。
（３）  前記薬剤は、抗微生物ペプチドを含む、（１）または（２）に記載の微粒子。
（４）  前記薬剤は、ε−ポリ−Ｌ−リジンを含む、（１）〜（３）のいずれかに記載の微粒子。
（５）  前記ポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸と下記一般式（１）のプロパルギルアミノ酸が縮合した化合物である、（１）〜（４）のいずれかに記載の微粒子。
【化１】
2020066912.tif 000003
（式中のＲは、水素原子または、炭素数１〜８の炭化水素基を示す。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のｎは、１〜３の整数を示す。）
（６）  前記ポリカルボン酸は、ポリグルタミン酸、ポリアクリル酸、アルギン酸およびそれらの塩からなる群から選ばれる１種以上である、（１）〜（５）のいずれかに記載の微粒子。
（７）  平均粒子径は、０．０５μｍ〜０．７μｍである、（１）〜（６）のいずれかに記載の微粒子。
（８）  前記薬剤と前記ポリカルボン酸誘導体のプロパルギルアミノ基とのモル比は、０．１〜０．７５である、（１）〜（７）のいずれかに記載の微粒子。
（９）  （１）〜（８）のいずれかに記載の微粒子を含有する、抗微生物剤および／またはバイオフィルム除去剤。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の微粒子は、水分散性とバイオフィルムの除去性に優れ、また、バイオフィルム形成を抑制するコート剤としても使用することができ、菌が繁殖しやすい水環境下であっても、持続的にバイオフィルムの形成を抑制することができる。さらには、天然物由来の原料を用いるため、環境への負荷が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】微粒子の形成過程を示す模式図である。
【図２】水中での微粒子の分散状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図３】本発明の微粒子のＩＲスペクトルチャートである。
【図４】薬剤付着量とバイオフィルム抑制率との関係を示すグラフである。
【図５】バイオフィルムに対する薬剤接触時間とバイオフィルム除去率との関係を示すグラフである。
【図６】バイオフィルムに対する薬剤接触時間とバイオフィルム抑制率との関係を示すグラフである。
【図７】バイオフィルムに対する薬剤接触時間とバイオフィルム中の生菌数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ポリカルボン酸誘導体と薬剤とからなる複合体を含む、水分散性のポリマー微粒子である。また、前記ポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸に対し、前記薬剤と相互作用を有する置換基を導入したグラフトポリマーである。そして、ポリカルボン酸誘導体と薬剤が水素結合又は共有結合等の強い結合を形成することで、分散性に優れた微粒子を形成することができる。さらには、微粒子を材料やバイオフィルム表面に長期間留まらせることができるだけでなく、バイオフィルム内への浸透性が向上するため、含有する薬剤の残留性および効果の持続性が期待できる。
【００１９】
本発明において、前記薬剤は、バイオフィルム生産に関与する微生物に対し、抗微生物、殺微生物、消毒または除微生物作用を有する薬剤が好ましい。具体的には、抗微生物（菌）ペプチド、第４級アンモニウム塩、ビグアニド化合物、チアゾリン化合物、イミダゾール化合物、グリセリド化合物、カーバメート化合物、スルファミド化合物、ピリジン化合物、フェノール化合物、ハロゲン系化合物の有機系抗微生物（菌）剤が挙げられる。その中でも、低環境負荷と高安全性の観点から、抗微生物（菌）ペプチドが好ましい。抗微生物（菌）ペプチドの好例としては、ε−ポリ−Ｌ−リジン（ε−ＰＬ）、プロタミン、リゾチーム、ナイシン、ディフェンシン、コリスチン、インドリシジン、メリチン等が挙げられるが、原料の入手性と汎用性の観点よりε−ＰＬがより好ましい。前記ε−ＰＬは、必須アミノ酸の一種であるＬ−リジンのε位のアミノ基とカルボキシル基とがペプチド結合した、およそ２５〜３５のリジンが直鎖状につながったアミノ酸ホモポリマーである。このようなポリリジンは、例えばトロントリサーチケミカルズ社製のものが入手可能である。
【００２０】
本発明において、ポリカルボン酸誘導体は、分子内に２個以上のカルボキシル基を有するカルボン酸に対し、少なくとも１個以上のプロパルギルアミノ酸を修飾した誘導体である。分子内に２個以上のカルボキシル基を有するカルボン酸としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、クエン酸、酒石酸等の低分子型カルボン酸、ポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸等の高分子型合成ポリマー、ペクチン、アルギン酸、ヒアルロン酸、カルボキシメチルセルロース等の天然物型多糖類、ポリ−γ−グルタミン酸、ポリ−α−グルタミン酸、ポリアスパラギン酸等のポリプチドが挙げられる。これらの中で、分子内に複数の架橋点を有し、安全性が高いことから、ポリ−γ−グルタミン酸、ポリアクリル酸、アルギン酸およびそれらの塩が好ましい。
【００２１】
本発明において、プロパルギルアミノ酸とは、一般式（１）で表されるアミノ酸誘導体である。式中のＲは、水素原子または炭素数１〜８の炭化水素基である。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のＲは、それぞれ同じものであっても異なったものであってもよい。また、式中のｎは、１〜３の整数を示す。
【００２２】
【化２】
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【００２３】
上記一般式（１）のプロパルギルアミノ酸を構成するアミノ酸は、いずれを使用しても制限はなく、市販されているものがあればそれを用いればよいが、安全性の観点から生体タンパク質を構成するアミノ酸を用いるのが好ましい。生体のタンパク質を構成するアミノ酸としては、アスパラギン、アスパラギン酸、アラニン、アルギニン、システイン・シスチン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、プロリン、セリン、チロシン、イソロイシン、ロイシン、バリン、ヒスチジン、リジン（リシン）、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン（トレオニン）、トリプトファンが挙げられ、いずれもＬ体を用いるのが好ましい。これらの中でも、入手が容易であり、安全性が高く、最も構造が単純な材料であるグリシンを用いるのが好ましい。
【００２４】
前記一般式（１）のプロパルギルアミノ酸は、下記反応式（２）に示されるように前記アミノ酸とプロパルギルアルコール又はプロパルギルハロゲン化物等を縮合して得ることができる。より具体的には、アミノ酸とプロパルギルアルコール等を混合溶解し、塩化チオニル等の縮合剤を添加して反応させることにより、プロパルギルアミノ酸を容易に製造することができる。なお、式中のＸは、水酸基またはハロゲン基を示す。また、式中のＲは、水素原子または、炭素数１〜８の炭化水素基を示す。また、前記炭化水素基において、複数の水素原子が窒素原子、酸素原子または硫黄原子に置換されたものであってもよい。また、式中のＲは、それぞれ同じものであっても異なったものであってもよい。また、式中のｎは、１〜３の整数を示す。
【化３】
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【００２５】
本発明において、ポリカルボン酸誘導体は、下記反応式（３）に示されるように前記ポリカルボン酸のカルボキシル基に、一般式（１）のプロパルギルアミノ酸を縮合して得ることができる。前記ポリカルボン酸とプロパルギルアミノ酸を縮合する方法としては、ポリカルボン酸とプロパルギルアミノ酸を、室温（１〜３０℃）、脱水縮合剤存在下にて反応させることにより調製することができる。より具体的には、ポリカルボン酸を溶媒に溶解した後、前記調製したプロパルギルアミノ酸を添加し、縮合剤、必要に応じて反応促進剤を添加して反応させることにより調製することができる。このとき、カルボン酸活性基であるプロパルギルアミノ酸は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して０．２５〜１．０当量とするのが好ましい。前記カルボン酸単位に対してプロパルギルアミノ酸のモル比が小さすぎると、反応が不足し、修飾率が低下することがある。一方、前記カルボン酸単位に対してプロパルギルアミノ酸のモル比が大きすぎると、未反応原料及び副生成物の量が多くなることがある。
【化４】
2020066912.tif 000006
【００２６】
本発明において、脱水縮合剤は、Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＷＳＣ）、Ｏ−（ベンゾトリアゾール−１−イル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロりん酸（ＨＢＴＵ）等が挙げられる。前記脱水縮合剤は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して０．２５〜１．０当量添加するのが好ましい。
【００２７】
本発明において、縮合反応の反応溶媒は、ポリカルボン酸を溶解する溶媒であれば特に制限されず、例えば、水、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等が挙げられる。
【００２８】
本発明において、縮合反応を促進する場合には、反応促進剤として、塩基、触媒、活性エステル体を反応液に添加するのが好ましい。塩基は、トリエチルアミン（Ｅｔ３Ｎ）、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン等のアミン、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩等が挙げられる。また、触媒は、Ｎ，Ｎ−ジメチル−４−アミノピリジン（ＤＭＡＰ）等が挙げられる。また、活性エステル体は、反応中間体のエステルとして、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール（ＨＯＢｔ）、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）が挙げられる。塩基を添加する場合は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して、０．５〜１．５当量添加するのが好ましい。また、活性エステル体を添加する場合は、ポリカルボン酸を構成するカルボン酸単位に対して０．２５〜１．０当量添加するのが好ましい。
【００２９】
前記縮合反応において、プロパルギルアミノ酸及び脱水縮合剤等の各原料の仕込量を変えることにより、ポリカルボン酸に対するプロパルギルアミノ酸の修飾率を変えることができる。ポリカルボン酸を用いる場合、プロパルギルアミノ酸の修飾率は、カルボン酸単位あたり１〜５５％が好ましく、５〜５０％がより好ましく、１０〜５０％がさらに好ましい。５５％を超えると、溶媒に対する溶解性が悪くなる。ポリカルボン酸に対するプロパルギルアミノ酸の修飾率を前記範囲に調整することにより、薬剤を内包させた時の微粒子のサイズを調整することができる。
【００３０】
本発明において、反応後のポリカルボン酸誘導体を回収するには、反応液に対し、ポリカルボン酸誘導体が不溶な有機溶媒（貧溶媒）を添加して沈殿させる。貧溶媒は、ポリカルボン酸誘導体が不溶であり分散性が良い溶媒であれば特に制限はなく、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エステル等が挙げられる。貧溶媒は、反応溶媒に対し３〜１０倍量が好ましい。貧溶媒の添加量が少なすぎると、ポリカルボン酸誘導体が十分に析出しないことがある。また、貧溶媒の添加量が多すぎると、洗浄のコストが増大する。
【００３１】
本発明において、ポリカルボン酸誘導体を回収後、不純物の除去を行う場合、ポリカルボン酸誘導体を水などの良溶媒に溶解した後、室温にて撹拌しながら貧溶媒を添加して前記ポリカルボン酸誘導体を再沈殿させる、いわゆる溶解再沈殿法を用いて精製する方法が挙げられる。これを必要により１〜３回繰返せば、不純物を検出限界以下にまで低減することができる。なお、良溶媒は、ポリカルボン酸誘導体が溶解する溶媒であれば、特に制限はないが、安全性と環境に対する影響の面からは水が好ましい。また、貧溶媒は、ポリカルボン酸誘導体が溶けにくいものであれば特に制限はなく、好例として、アセトン、メタノール、エタノール等が挙げられる。
【００３２】
前記良溶媒の量は、ポリカルボン酸誘導体の溶解性に応じて調整できるが、工業生産性の面からは高濃度が望ましい。例えば、良溶媒の量は、１０〜６０ｗｔ％の範囲が好ましく、より好ましくは、１０〜３０ｗｔ％の範囲である。
【００３３】
前記貧溶媒の量は、ポリカルボン酸誘導体の溶解性に応じて調整できるが、ポリカルボン酸誘導体が析出する量の最少量であってもよい。例えば、貧溶媒は、良溶媒に対し、２倍量〜１２倍量が好ましい。
【００３４】
上記精製を繰り返すことで、さらなる不純物の低減が可能である。製造コストの面からは、１〜２回行えばよい。
【００３５】
得られたポリカルボン酸誘導体は、ポリカルボン酸のカルボキシル基にプロパルギルアミノ酸が縮合した化合物であり、カルボキシル基の親水性部位とプロパルギルアミノ基の疎水性部位から構成される両親媒性分子である。
【００３６】
本発明において、ポリカルボン酸誘導体と前記薬剤を相溶可能な溶媒中（反応液中）で共存させることにより、ポリカルボン酸誘導体のプロパルギルアミノ酸部位に薬剤が結合して複合体を形成し、さらに前記複合体が自己組織化して微粒子を形成することができる（図１）。当該微粒子は、ポリカルボン酸誘導体のカルボキシル基に対するプロパルギルアミノ酸の修飾率と薬剤の濃度によって、微粒子の粒子径を調整することができる。微粒子の平均粒子径は、特段の制限はないが、０．０５μｍ〜０．７μｍの範囲が好ましい。粒子径が大きすぎると、バイオフィルム内部に浸透できない。
【００３７】
本発明において、微粒子を調製する際の反応液中のポリカルボン酸誘導体に対する薬剤の添加量は、ポリカルボン酸誘導体のプロパルギルアミノ基に対する薬剤のモル比が０．１〜０．７５の範囲が好ましく、より好ましくは０．１５〜０．６５の範囲である。モル比が大きすぎると、微粒子が凝集しやすくなり、液中での再分散性が悪くなる場合がある。モル比が小さすぎると、抗バイオフィルムに有効な微粒子が得られない場合がある。
【００３８】
本発明において、微粒子を調製する際の溶剤は、ポリカルボン酸誘導体と薬剤の両成分が溶解する溶剤であれば、特に制限はないが、環境、安全性の観点から、水が好ましい。必要に応じて、分散剤、界面活性剤、可溶化剤等の添加剤を使用してもよい。
【００３９】
本発明において、微粒子を調製する際の反応液中の薬剤の濃度は、抗微生物（菌）剤を使用する場合、最小発育阻止濃度（ＭＩＣ）及び最小殺菌濃度（ＭＢＣ）の値を参考として決めてもよい。例えば、ε−ＰＬを使用する場合、０．０１〜１ｗｔ％の範囲が好ましく、より好ましくは、０．０２〜０．１ｗｔ％の範囲である。１ｗｔ％を超えると、原料コストの面で不利となることがあり、０．０１ｗｔ％未満では、抗バイオフィルム性が低下することがある。
【００４０】
本発明において、微粒子を調製する際の反応液中のポリカルボン酸誘導体の濃度は、前記の薬剤の有効濃度とモル比のバランスに応じて決めることができる。例えば、０．１〜１ｗｔ％の範囲が好ましく、より好ましくは、０．５〜１ｗｔ％の範囲である。１ｗｔ％を超えると、原料コストの面で不利になる場合がある。０．１ｗｔ％未満では、微粒子中の薬剤濃度が低下するため、抗バイオフィルム性が低下する場合がある。
【００４１】
得られた微粒子は、反応溶剤として水を用いる場合には、そのまま微粒子分散液として抗微生物、殺微生物、消毒および除微生物等の用途およびバイオフィルム除去に用いることができる。ここで、微粒子分散液とは、図２に示されるように微粒子が凝集塊を形成せずに、微粒子が分散液中に均一に存在することを指す。前記微粒子分散液は、既に形成されたバイオフィルムに対しては、必要により希釈又は濃縮して散布または噴霧する方法が挙げられる。前記分散液をバイオフィルムに散布または噴霧した後、常温にて少なくとも１分間以上放置するのがよい。また、必要により界面活性剤、タンパク質分解酵素、多糖分解酵素、ＤＮＡ分解酵素、漂白剤などを添加または併用してもよい。
【００４２】
本発明において、微粒子は、既に形成されたバイオフィルムに散布または噴霧して用いる以外に、バイオフィルムが形成されていない材料表面に予めコートしておくことで、材料表面への微生物の定着やバイオフィルムの形成を抑制することができる（抗バイオフィルムコート）。当該コート被膜は、微粒子表面のカルボン酸基と基材表面との相互作用、または微粒子が基材表面に物理吸着することで、粒子が基材表面に固定化されるため、水によって容易に流出されることなく、抗微生物性が維持され、バイオフィルムの形成を長期間にわたり抑制することができる。
【００４３】
本発明において、微粒子を抗バイオフィルムコートとして使用する場合、材料表面に微粒子を介して付着する薬剤の付着量は０．０４〜０.１２μｇ／ｃｍ２の範囲とするのが好ましい。薬剤の付着量が少なすぎると、バイオフィルムの形成抑制が十分に発揮されない場合がある。また、薬剤の付着量が多すぎると、費用対効果の面で不利になる。
【００４４】
前記材料表面に抗バイオフィルムコート処理する場合、塗布しうる基材として、セラミックス、金属、金属酸化物、プラスチック、ゴム類、鉱石類、木材等を挙げることができる。
【００４５】
本発明において、微粒子は、生態系に対して安全性の高い材料を用いており、かつ水に分散することができるため、一般家庭だけでなく、病院、介護現場等の医療現場でのバイオフィルム対策として、キッチン、トイレ、浴槽等の水回り等、多くの産業用途に適用することができる。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。【００４７】
（グリシン，２−プロピン−１−イル，エステル（ＧＰＥ）の調製）
グリシン（ナカライテスク）２．１ｇと２−プロピン−１−オール（ナカライテスク）３０ｍＬの混合液を調製し、室温で塩化チオニル（ナカライテスク）２．４ｍＬを添加した。反応液を室温で２時間撹拌し、更に５０℃で２時間撹拌した。反応液を５℃まで冷却し、酢酸エチル９０ｍＬを添加することにより、沈殿物を得た。沈殿物をろ過により分離し、更に酢酸エチル３０ｍＬで３回洗浄し、乾燥（５０℃、１２時間）することにより、グリシン，２−プロピン−１−イル，エステル（アミノエタン酸２−プロピニル、ＧＰＥ）を得た。【００４８】
（プロパルギルアミノ酸修飾率の測定）
ポリカルボン酸誘導体を構成するカルボキシル基に対するプロパルギルアミノ酸の修飾率は、Ｄ２Ｏ中の１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（ＢＲＵＫＥＲ、ＭＲ４００）を測定することにより決定した。修飾率の算出は、プロパルギルアミノ酸が修飾されたカルボキシル基と修飾されていないカルボキシル基のα水素の積分強度比を測定し、下記の式により求めた。
修飾率（％）＝[修飾されたカルボキシル基のα水素]／[（未修飾のカルボキシル基のα水素）＋（修飾されたカルボキシル基のα水素）]×１００【００４９】
（粒子径の測定）
微粒子分散液０．１ｍＬを回分セルに入れた純水中に添加し、当該希釈液を撹拌しながら、ナノ粒子径分布測定装置（島津製作所、ＳＡＬＤ−７５００ｎａｎｏ）のレーザー光を照射し、測定可能な屈折率にて分散液中の微粒子の平均粒子径を測定した。【００５０】
（ＩＲスペクトルの測定）
微粒子分散液を遠心分離（４０００ｒｐｍ）して沈殿させた後、２ｍＬの純水にて３回水洗し、室温で２４時間真空乾燥し、赤外分光計（パーキンエルマー製ＦＴ−ＩＲ装置、型番：ＳｐｅｃｔｒｕｍＯｎｅ／ＭｕｌｔｉＳｃｏｐｅ）によるＩＲスペクトルを測定した。【００５１】
（バイオフィルム量の測定）
培養後、テストピースを取り出し、生理食塩水で洗浄し、テストピース表面に付着したバイオフィルム量を測定した。バイオフィルム測定方法は、ＣＶ（クリスタルバイオレット）染色法により実施した。即ち、０．１ｗｔ％ＣＶ水溶液にテストピースを３０分間浸漬した後、過剰のＣＶを水で洗浄し、１ｍＬの９８％エタノールにて染色部位を抽出し、５００ｎｍの吸光度を測定した。【００５２】
（生菌数の測定）
バイオフィルム中の生菌数は、バイオフィルム付着表面材料に生理食塩水１ｍＬを加え、超音波洗浄機にてバイオフィルムを破壊し、溶出液を採取し、生理食塩水にて１０２〜１０８まで希釈し、３Ｍ製ペトリフィルムＴＭ培地へ接種し、３０℃で１週間培養し、コロニーをカウントし、生菌数を測定した。【００５３】
（製造例１）ＧＰＥ化γ−ＰＧＡ（４０）の製造
東洋紡製ポリグルタミン酸ナトリウム（γ−ＰＧＡ）０．５ｇと水６ｍＬを入れ、室温で撹拌した。当該溶液に、γ−ＰＧＡを構成するカルボン酸単位に対し、０．７５当量の１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＷＳＣ）及び１−ヒドロキシベンゾトリアゾール（ＨＯＢｔ）を加え、室温で２４時間反応させた。反応後、アセトン３５ｍＬを添加し、ポリマーを析出させた。得られたポリマーをアセトンで洗浄し、乾燥させた。乾燥後、粗ポリマーを水５．５ｍＬに溶解し、アセトン６０ｍＬを添加して、再び沈殿させ、ろ過により分取した。６０℃で１２時間真空乾燥し、目的のＧＰＥ化γ−ＰＧＡを得た。１Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ２Ｏ）より、γ−ＰＧＡのカルボン酸単位に対するＧＰＥの修飾率は、４０％であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をＧＰＥ化γ−ＰＧＡ（４０）とした。【００５４】
（製造例２）ＧＰＥ化γ−ＰＧＡ（２５）の製造
原料の仕込量として、０．５当量のＧＰＥ及びＷＳＣ、ＨＯＢｔを用いた以外は、製造例１記載の方法によりポリカルボン酸誘導体の製造を行った。１Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ２Ｏ）より、γ−ＰＧＡのカルボン酸単位に対するＧＰＥの修飾率は、２５％であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をＧＰＥ化γ−ＰＧＡ（２５）とした。【００５５】
（製造例３）ＧＰＥ化γ−ＰＧＡ（１５）の製造
原料の仕込量として、０．２５当量のＧＰＥ及びＷＳＣ、ＨＯＢｔを用いた以外は、製造例１記載の方法によりポリカルボン酸誘導体の製造を行った。１Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ２Ｏ）より、γ−ＰＧＡのカルボン酸単位に対するＧＰＥの修飾率は、１５％であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をＧＰＥ化γ−ＰＧＡ（１５）とした。【００５６】
（製造例４）ＧＰＥ化ＰＡＣ（１９）の製造
原料として、日本触媒製ポリアクリル酸ナトリウム水溶液（ＰＡＣ）、仕込量として、０．５当量のＧＰＥ及びＷＳＣ、ＨＯＢｔを用いた以外は、製造例１記載の方法によりポリカルボン酸誘導体の製造を行った。１Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ２Ｏ）より、ＰＡＣのカルボン酸単位に対するＧＰＥの修飾率は、１９％であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をＧＰＥ化ＰＡＣ（１９）とした。【００５７】
（製造例５）ＧＰＥ化ＡＬＧ（２２）の製造
原料として、ナカライテスク社製アルギン酸ナトリウム（ＡＬＧ）を用いた以外は、製造例１記載の方法によりポリカルボン酸誘導体の製造を行った。１Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ２Ｏ）より、ＡＬＧのカルボン酸単位に対するＧＰＥの修飾率は、２２％であることを確認した。得られたポリカルボン酸誘導体をＧＰＥ化ＡＬＧ（２２）とした。【００５８】
（ＧＰＥ化γ−ＰＧＡ／ε−ＰＬの微粒子分散液の作製）
製造例１〜３で得られたＧＰＥ化γ−ＰＧＡ０．００５ｇに水０．５ｍＬを加え、室温で溶解し、当該溶液に０．０２〜０．１８ｗｔ％のトロントリサーチケミカルズ社製ε−ＰＬ（塩酸塩）水溶液０．５ｍＬを添加し、室温で１分間撹拌し、微粒子分散液を得た。得られた分散液を用いて測定した微粒子の平均粒子径を表１に示す。ポリマーのＧＰＥ基に対するε−ＰＬのモル比が０．１６〜０．６３の範囲において、平均粒子径０．０６４μｍ〜０．６２４μｍの微粒子が得られたことを確認した。モル比が０．７５を超えると、粒子が凝集し、分散性が悪化する傾向であった。ＧＰＥ化されていないγ−ＰＧＡとε−ＰＬの混合液を作製すると、直ちに凝集物が見られ、前記のような微粒子は得られなかった。なお、実施例１で得られた微粒子の組成を分析するため、微粒子を遠心分離機で遠沈し、水洗、乾燥して赤外分光計（島津製作所）によるＩＲスペクトルを測定した。遠沈した微粒子のＩＲスペクトルを図３に示す。得られた微粒子は、ＧＰＥ化γ−ＰＧＡとε−ＰＬ由来の吸収ピークが観測されており、両成分を含む組成物であることが確認された。【００５９】
【表１】
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【００６０】
（試験例１）Ｐ.Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ菌液の調製
抗バイオフィルム性評価として、バイオフィルム生産性の高いグラム陰性桿菌であるＰ.Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓを用いた。Ｐ.Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ乾燥標品は、ＮＢＲＣ Ｎｏ.１４１６０より入手し、下記の方法により復元した。和光純薬工業社製のダイゴ８０２培地８.４ｇと精製水３００ｍＬをビーカーに量りとり、室温で約３０分間撹拌し、懸濁させた。オートクレーブで復元液を滅菌後、マイクロピペットで０．２ｍＬ取り、Ｐ.Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ乾燥標品アンプルに入れ、撹拌した。別に調製した和光純薬工業社製ＳＣＤ培地（Ｓｏｙｂｅａｎ−Ｃａｓｅｉｎ  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｂｒｏｔｈ）２５ｍＬをフラスコに入れ、続いて、上記の懸濁させたＰ.Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ菌液１００μＬを入れ、恒温振とう培養機にて、温度３０℃、２４時間、速度１５０ｒｐｍに設定し、培養した。培養後、８０％グリセロールに入れ、菌液を−８０℃で保存した。【００６１】
（試験例２）微粒子分散液を用いた抗バイオフィルムコート試験
抗バイオフィルムコートの試験液として、製造例１〜５のＧＰＥ化ポリカルボン酸を用い、ε−ＰＬとの微粒子分散液を調製した。微粒子分散液は、分散液中のＧＰＥ化ポリカルボン酸の濃度が０．５ｗｔ％、ε−ＰＬの濃度が０．０４５ｗｔ％になるよう、両水溶液を混合して調製した。比較として、ε−ＰＬ単体水溶液、和光純薬工業社製ＩＰＭＰ（４−イソプロピル−３−メチルフェノール）エタノール溶液、銀ナノ粒子の水分散液（日本イオン社製）を用い、液中の濃度が０．０４５ｗｔ％になるよう、それぞれ調製した。各試験液のコート量として、各抗菌成分の付着量が０．０４〜０．１２μｇ／ｃｍ２になるようテストピース（塩ビ製、１ｃｍ２）にコートし、３０℃で１２時間真空乾燥させた。各薬剤をコートしたテストピースに対し、水回りを想定した環境として、水洗条件（２５℃、３５０ｒｐｍ、１分間撹拌）に付した。水洗後のテストピースを試験例１で作製した菌液を含む培地（Ｐ.Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ菌液をＳＣＤ培地で１０６ｃｆｕ／ｍＬに調製）に浸漬し、３０℃で４８時間培養してバイオフィルムを形成させた。培養後、テストピースを取り出し、生理食塩水で洗浄し、テストピース表面に付着したバイオフィルム量を測定した。バイオフィルムの抑制率は、下記の式により計算した。
バイオフィルム抑制率（％）＝（未処理のテストピースの測定値−試験用液コートのテストピースの測定値）／（未処理のテストピースの測定値）×１００【００６２】
各コート剤の付着量とバイオフィルム抑制率の結果を表２、図４に示す。ＧＰＥ化ポリカルボン酸／ε−ＰＬ微粒子コートは、未処理テストピースに対し、最大で８５％程度のバイオフィルムが抑制されていることを確認した。一方、ε−ＰＬ単体、銀ナノ粒子コートは、水洗条件を加えると、バイオフィルム抑制率が低下、すなわちバイオフィルム付着抑制性が低下した。これは、コート層に含まれる薬剤が水洗により容易に除去されたためと推定される。また、銀ナノ粒子コートは、付着量が多い程、バイオフィルム付着量が高くなる傾向があり、製品由来の不活性成分がバイオフィルム、細菌細胞の定着を促進する足場となっていると推測される。一方、ＧＰＥ化ポリカルボン酸／ε−ＰＬコートは、水洗条件を加えても、バイオフィルム抑制効果が維持されており、ε−ＰＬ単体および銀ナノ粒子には達成されない持続効果が確認された。【００６３】
【表２】
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【００６４】
（試験例３）薬剤浸漬後のバイオフィルム除去性試験
４８ウェルマイクロプレート（住友ベークライト社製）に、試験例１の菌液（Ｐ.Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ, １０６ｃｆｕ／ｍＬ）を含むＳＣＤ培地を入れ、３０℃で１週間培養し、プレート内にバイオフィルムを形成させ、上澄の菌液を除き、滅菌済の生理食塩水でリンスし、乾燥させた。試験液は、試験例２と同じ方法で作製した。即ち、分散液に対し、ＧＰＥ化ポリカルボン酸の濃度が０．５ｗｔ％、ε−ＰＬの濃度が０．０４ｗｔ％になるよう、微粒子分散液を作製した。バイオフィルムを形成させたマイクロプレート内に各試験薬剤１ｍＬを入れ、１分、１０分、３０分、６０分間浸漬し、各浸漬（接触）時間毎にバイオフィルム除去性を調べた。浸漬（接触）時間経過後、試験薬剤を除去し、直ちに、生理食塩水１ｍＬで２回洗浄して乾燥後、試験例２に記載のＣＶ染色法によるバイオフィルム量の測定を行った。バイオフィルムの除去率は、下記の式により計算した。
バイオフィルム除去率（％）＝（未処理の測定値−試験液浸漬後の測定値）／（未処理の測定値）×１００【００６５】
各試験薬剤のバイオフィルムへの接触（浸漬）時間とバイオフィルム除去率の関係を表３、図５に示す。ε−ＰＬ水溶液は、最もバイオフィルム除去性が高いが、ＧＰＥ化ポリカルボン酸／ε−ＰＬは、７割のバイオフィルム除去性を示した。また、バイオフィルム除去性は、バイオフィルム殺菌剤として知られるＩＰＭＰと同等であり、銀ナノ粒子よりも高かった。銀ナノ粒子は、接触時間を延長するとバイオフィルム除去性が低下する結果となった。これは、銀ナノ粒子が、バイオフィルム由来のタンパク質、培地の塩等の不純物により凝集したためと推測される。【００６６】
（試験例４）薬剤浸漬（接触）後のバイオフィルム抑制性試験
試験例３のバイオフィルムを形成させたマイクロプレート内に各試験薬剤１ｍＬを入れ、１分、１０分、３０分、６０分間浸漬し、接触時間経過後、試験薬剤を除去し、直ちに、生理食塩水１ｍＬで２回洗浄した。ここで、マイクロプレート内にＳＣＤ培地１ｍＬを入れ、３０℃で２４時間培養し、再びバイオフィルムを形成させ、バイオフィルムの再抑制性を評価した。培養後、バイオフィルム量の測定を行った。バイオフィルムの量は、試験例２に記載のＣＶ染色法によるバイオフィルム量の測定を行った。バイオフィルムの抑制率は、下記の式により計算した。
バイオフィルム抑制率（％）＝（未処理の測定値−試験液浸漬後の測定値）／（未処理の測定値）×１００【００６７】
各試験薬剤と抑制率の関係を表３、図６に示す。ＧＰＥ化ポリカルボン酸／ε−ＰＬの内、ポリカルボン酸としてＰＡＣの系が最もバイオフィルムの抑制効果が高いこと確認した。ＧＰＥ化ポリカルボン酸／ε−ＰＬは、バイオフィルム表面に接着し、培地中、バイオフィルムが形成されやすい環境下であっても、バイオフィルムの抑制効果が維持されることがわかった。【００６８】
【表３】
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【００６９】
（試験例５）バイオフィルム殺菌性試験
バイオフィルムに対する試験薬剤接触後、バイオフィルム中の菌の殺菌性を試験した。試験例３のバイオフィルムを形成させたマイクロプレート内に各試験薬剤１ｍＬを入れ、１分、１０分、３０分、６０分間浸漬し、接触時間経過後、試験薬剤を除去し、直ちに、生理食塩水１ｍＬで２回洗浄した。マイクロプレートに、生理食塩水１ｍＬ入れ、超音波洗浄機により１分間処理し、バイオフィルムを破壊して生理食塩水中に菌を溶出させた。溶出液を滅菌済の生理食塩水にて１０２〜１０８まで希釈し、３Ｍ製 ペトリフィルムＴＭ 培地へ接種し、３０℃で１週間培養し、コロニーをカウントし、生菌数を測定した。薬剤接触時間と生菌数の関係を表４、図７に示す。実施例３７−３９において、未処理の生菌数が４００００ｃｆｕ／ｗｅｌｌに対し、生菌数が低下しており、微粒子分散液への浸漬によって、バイオフィルム中の菌数が低下したことを確認した。【００７０】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の微粒子は、水に分散させるなどして、コーティング或いは浸漬により、効果的にバイオフィルムの形成を抑制し、または除去することができるため適用範囲が広く、また生体、環境に対する安全性の高い材料を用いており、さらに基材接着性を有するため、バイオフィルム対策として利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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