(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不飽和カルボン酸１〜２０重量％を含むラジカル重合性ビニル単量体１００重量部と磁性体５〜２００重量部を混合し、水中に分散した後、油溶性開始剤で重合して得られる粒子を、有機性塩基および／またはアセトン、メルカプトエタノール、エリトリトール、ジチオエリトリトール、酢酸エチル、ブチルカルビトールアセテート、フェニルセロソルブからなる群から選ばれる水溶性溶剤で処理することを特徴とする磁性ポリマー粒子の製造方法。
【請求項２】
磁性体が粒子径２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の磁性ポリマー粒子の製造方法。
【請求項３】
有機性塩基が有機アミン化合物およびアンモニアから選ばれることを特徴とする請求項１記載の磁性体ポリマー粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性ポリマー粒子の製造方法に関し、さらに詳しくは、診断薬担体、細菌分離単体、細胞培養担体、核酸分離精製担体、蛋白分離精製担体、固定化酵素担体、ドラッグデリバリー担体、磁性トナー、磁性インク、磁性塗料などに有用な磁性ポリマー粒子であって、粒子の表面に有用なカルボキシル基が多く存在し、表面荷電量が大きい粒子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性体含有ポリマー粒子は、磁力により容易に捕集される特性に着目され、主に医学・生化学分野において、診断薬担体、細菌あるいは細胞分離担体、核酸あるいは蛋白分離・精製担体、ドラッグデリバリー担体、酵素反応担体、細胞培養担体等としての優れた実効作用が期待されている。磁性体含有ポリマー粒子の合成法として、従来知られている代表的な方法を挙げると、次のようなものがある。まず、磁性体がポリマー粒子内部に存在するタイプについては、親油化処理した磁性体を重合性モノマー中に分散し、これを懸濁重合する方法（特開昭５９−２２１３０２号公報参照）、同じく親油化処理した磁性体を重合性モノマー中に分散し、ホモジナイザーで水中に均質化して重合することにより、比較的小粒子径の磁性粒子を得る方法（特公平４−３０８８号公報参照）、あるいは特定の官能基を有する多孔ポリマー粒子の存在下で、鉄化合物を析出させたのち酸化することにより、多孔ポリマー粒子内部に磁性体を入り込ませ、大粒径かつ均一径の磁性粒子を得る方法（特公平５−１０８０８号公報参照）等が知られている。一方、磁性体がポリマー粒子表面に存在するタイプについては、ポリマー粒子エマルジョン中で鉄化合物を析出させたのち、ポリマー粒子表面をフェライト化する方法（特開平３−１１５８６２号公報あるいは特開平５−１３８００９号公報参照）が知られている。しかしながら、これら従来の合成法により得られた磁性体含有ポリマー粒子を診断薬担体等に用いると、磁性体が表面に存在するタイプの粒子では磁性体の強い悪影響が現れた。また、磁性体がポリマー粒子内部に存在するタイプの粒子の場合でも、感度が大幅に低下したり、非特異的反応を示したりして、十分な実用性能が得られなかった。これは、従来の非磁性の乳化重合による粒子と比べて、懸濁重合で合成された磁性体粒子の表面に抗体が吸着あるいは化学結合するためのカルボキシル基が少ないためと考えられた。非磁性のポリマー粒子の合成においては、同一のモノマー組成、同一粒径であっても、懸濁重合での粒子は乳化重合による粒子より大幅に表面荷電量が少ない。これは、乳化重合は重合初期にミセルから形成された微小粒子や水中の水溶性オリゴマーが集合して核になってモノマーを吸収して肥大化するという粒子形成機構であるため、親水性の高い成分が粒子の表面に集合するのに対し、懸濁重合では基本的には当初のモノマー滴がそのまま重合して粒子になるとの機構であるためカルボキシル基が粒子内部に存在する量が多いためとされる。一方、磁性粒子を乳化重合で合成することが知られている（特公平３−５７９２１）。しかし、この乳化重合による粒子は小粒径に限られ、磁気沈降が容易にできる１μｍ程度以上の粒子径を得ることはきわめて困難である。このように、従来の方法は、大粒径で、表面荷電量の高い磁性粒子を容易に合成することができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解決すべき鋭意検討した結果なされたものであり、その課題は、粒子内部に磁性体を含有するタイプで懸濁重合による磁性粒子の表面のカルボキシル基を増加させることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不飽和カルボン酸１〜２０重量％を含むラジカル重合性ビニル単量体１００重量部と磁性体５〜２００重量部を混合し、水中に分散した後、油溶性開始剤で重合して得られる粒子を、有機性塩基および／またはアセトン、メルカプトエタノール、エリトリトール、ジチオエリトリトール、酢酸エチル、ブチルカルビトールアセテート、フェニルセロソルブからなる群から選ばれる水溶性溶剤で処理することを特徴とする磁性ポリマー粒子の製造方法を提供するものである。
【０００５】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用するラジカル重合性ビニル単量体としては、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸等の不飽和カルボン酸；スチレン、α−メチルスチレン、ｏ−ビニルトルエン、ｍ−ビニルトルエン、ｐ−ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル化合物；メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ｉ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、（ポリ）エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、（ポリ）プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート；（メタ）アクリロニトリル、シアン化ビニルデン等のシアン化ビニル化合物；塩化ビニル、塩化ビニリデン、ふっ化ビニル、ふっ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化ビニル化合物；等を挙げることができる。本発明において、ラジカル重合性ビニル系単量体の１〜２０重量％、好ましくは２〜１０重量％は、不飽和カルボン酸である。不飽和カルボン酸が１重量％より少ないと、本発明での処理を行っても十分な表面荷電量が得られず、また、２０重量％より多いと、重合時の安定性が劣悪になるとともに粒子の親水性が強くなりすぎ、診断薬での抗体吸着性が悪くなる。ラジカル重合性ビニル系単量体のうち、不飽和カルボン酸と共重合させる他の単量体としては、芳香族ビニル化合物および（メタ）アクリレートが好ましい。（メタ）アクリレートのうち、好ましいものとしては、メチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレートなどが挙げられる。不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸以外のラジカル重合性ビニル系単量体は、単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【０００６】
本発明で使用する磁性体としては、酸化鉄系磁性体が好ましいが、他の金属成分を使用することもできる。前記酸化鉄系磁性体としては、例えば Ｆｅ3Ｏ4、γ−Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト、ＹＦｅガーネット、ＧａＦｅガーネット、Ｂａフェライト、Ｓｒフェライト、窒化鉄等を挙げることができる。磁性体の粒子径は小さいほど、ポリマー粒子内部に均一に分散しやすい点から好ましく、特に粒子径が２０ｎｍ以下の超常磁性体が好ましい。これら磁性体は、上記のラジカル重合性ビニル系単量体の一部または全部に分散して使用する。本願発明の磁性体は、カップリング剤、石ケンなどの親油化処理剤で処理し、磁性体表面を油性化することが好ましい。具体的には油性の磁性流体から取り出した磁性体が良好に使用できる。本発明において、磁性体の使用量はラジカル重合性ビニル系単量体１００重量部に対し、５〜２００重量部、好ましくは１０〜１００重量部である。磁性体の使用量が５重量部より少ないと、得られる磁性ポリマー粒子の磁性が小さく、磁性ポリマー粒子として機能を果たさない。一方、２００重量部より多いと磁性ポリマー粒子表面への磁性体の露出が避けられず、診断薬担体では露出した磁性体による悪影響が生じる。
【０００７】
本発明において磁性ポリマー粒子は、磁性体を分散したラジカル重合性ビニル系単量体に油溶性重合開始剤を添加し、これらを水中に分散して重合を行うことにより製造する。磁性体を分散したラジカル重合性ビニル系単量体を分散するには、ホモミキサー、コロイドミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザーなどが使用できる。本発明において、油溶性開始剤としては通常のものが使用でき、ベンゾイルペルオキシド、アゾビスイソブチロニトリル、ラウリルペルオキシドなどが挙げられる。その使用量も通常量で良く、重合条件、開始剤によって異なるが、ラジカル重合性ビニル単量体に対し、通常１〜５重量％である。本発明においては、重合安定剤として、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、水溶性高分子、無機系懸濁保護剤などが使用できる。これらのうち、幅広い粒子径の粒子を得ることができ、正負いずれの表面荷電の粒子も合成できるという点から部分ケン化ポリビニルアルコールが良好に使用できる。重合安定剤の使用量も通常量であり、一般に界面活性剤では水に対し通常0.001〜１重量％程度、水溶性高分子、無機系懸濁保護剤では水に対し通常0.1から５重量％程度である。重合温度と時間には特に制限はなく、使用するモノマー、重合開始剤に合わせて定められる。通常は重合温度５０−１００℃、重合時間２−１０時間である。
【０００８】
本発明では、上記のように重合して得られた磁性ポリマー粒子を、さらに有機性塩基及びまたは水溶性溶剤で処理する。本発明において有機性塩基とは、アンモニアおよび、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン等の有機アミン化合物である。本発明において、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機系の固定塩基では、磁性ポリマー粒子内部への浸透性が不足し、本発明の効果がない。本発明において水溶性溶剤とは、水に溶解し、かつポリマーに親和性を有する有機溶剤であり、具体例としては、アセトン、メルカプトエタノール、エリトリトール、ジチオエリトリトール、酢酸エチル、ブチルカルビトールアセテート、フェニルセロソルブから選ばれるものである。ここで、有機溶剤の水への溶解度が２５℃において１重量％以下であると本発明の効果が期待できない。本発明においては、磁性ポリマー粒子の水系分散液に有機性塩基および／または水溶性溶剤を添加して処理を行う。本発明において、有機性塩基の使用量は、通常、磁性ポリマー粒子の水系分散液の0.1〜２０容量％、水溶性溶剤の使用料は、通常、磁性ポリマー粒子の水系分散液の１〜９５容量％である。この際、磁性ポリマー粒子の水系分散液のｐＨはｐＨ９以上である必要があり、好ましくはｐＨ１１以上である。処理温度にはとくに制限はないが、５０℃〜８０℃程度に加温することが好ましい。処理時間には制限はないが、通常１〜４０時間である。処理の際の磁性ポリマー粒子の濃度は特に制限はないが、通常、０.１〜２０重量％である。処理時間中に磁性ポリマー粒子が沈降する場合は、適度の撹拌を行うことが好ましい。
【０００９】
本発明のように、有機性塩基および／または水系分散液で処理を行うことにより、磁性ポリマー粒子の表面荷電量が大幅に増大する。具体的には、表面荷電量は、カルボキシル基変性粒子として実用上問題なく使用できる値である0.05ミリ当量／ｇ程度以上になる。本発明での表面荷電量は、電導度滴定で磁性ポリマー粒子の表面に存在する酸を測定して得られる値であり、ミリ当量／ｇ（磁性ポリマー粒子1g当たりの粒子表面に存在するカルボキシル基のミリ当量数）で表す。この測定法が記載されている文献としては次のものが例示できる。J.Colloid Interface Sci., Vol.176 No.2 P.362-369 (1995)
本発明の方法で得られた磁性ポリマー粒子は、診断薬担体、細菌分離単体、細胞培養担体、核酸分離精製担体、蛋白分離精製担体、固定化酵素担体、ドラッグデリバリー担体、磁性トナー、磁性インク、磁性塗料などに使用することができる。
【００１０】
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。
【実施例】
本実施例において、粒子の平均粒子径、粒子径の範囲、表面荷電量は次のように測定した。
表面荷電量： J.Colloid Interface Sci., Vol.176 No.2 P.362-369 (1995)に記載の方法と同様の条件で測定した。
平均粒子径： 電子顕微鏡で粒子の写真を撮り、無作為に選んだ１００個の粒子の粒子径を測定し、平均値を計算した粒子径の範囲：電子顕微鏡で粒子の写真を撮り、無作為に選んだ１００個の粒子の粒子径を測定し、粒子の粒子径が最大のものから５番目から最小のものから５番目のものまでの範囲で表した合成例１（ベース磁性粒子の合成）
ベースの磁性粒子１を下記の懸濁重合法により合成した。市販の油性の磁性流体（タイホー工業（株）フェリコロイト゛HCー50）をアセトンに入れて磁性体を沈殿させたのち乾燥して、平均粒径１０ｎｍのフェライト系の超常磁性磁性体を得た。この磁性体３０ｇにスチレン７０ｇ、アクリル酸ブチル２０ｇ、ジビニルベンゼン５ｇ、メタクリル酸５ｇを加え均一に分散した後、ベンゾイルペルオキシド３ｇを溶解させた。これをポリビニルアルコール（日本合成化学（株）ゴーセノールGH17）１０ｇを溶解した水１０００ｍｌに添加し、超音波分散機で５分間の分散を行い液滴径が０.１〜３μｍの懸濁液を得た。その後、この懸濁液を窒素雰囲気下、８０℃で６時間の重合を行って、重合凝固物量２重量％、重合収率９８％でベース磁性粒子１を得た。得られたベース磁性粒子１の粒子径は平均径１.７μｍ、粒子径の範囲は約０.３〜５μｍ、熱天秤でのフェライト含量は２２.１重量％であった。また、このベース粒子は磁石による磁気沈降性が良好であるが、メタクリル酸を単量体中５重量％と多く使用しているにもかかわらず、表面荷電量は0.002ミリ当量／ｇと少ないものであった。
合成例２および３合成例２ではメタクリル酸を１ｇ、スチレンを７４ｇ、合成例３ではメタクリル酸を２０ｇ、スチレンを５５ｇとするほかは合成例１と同様にして、ベース磁性粒子２、ベース磁性粒子３を得た。ベース磁性粒子２では重合凝固物量２重量％、重合収率９７％、平均径１.５μｍ、表面荷電量0.002ミリ当量／ｇであった。ベース磁性粒子３は、重合凝固物量２３重量％、重合収率９８％、平均径３.５μｍ、表面荷電量0.008ミリ当量／ｇであった。ベース磁性粒子３は重合安定性が非常に悪く、また、大量にメタクリル酸を使用したにもかかわらず表面荷電量が低いままであった。
【００１１】
実施例１（磁性粒子の処理）
合成例１のベース磁性粒子１の水分散液１０ｇ（固形分で１ｇ）に１重量％アンモニア水を１ｇ入れ、分散液のｐＨを１２.５とした後、これを密栓して６０℃で１０時間ゆるく振とうして処理を行った。冷却後、0.5N硫酸で中和してｐＨ７.５とし、磁性ポリマー粒子を４回水で洗浄・再分散し、アンモニア処理による実施例１の磁性粒子を得た。実施例１の粒子は磁性体含量、粒子径、粒子径分布はベース磁性粒子１と変わりがないが、表面荷電量は0.125ミリ当量／ｇと大幅に上昇した。
実施例２〜１２および比較例１〜６表１に示すベース磁性粒子および処理剤を用いた以外は、実施例１と同様にして磁性ポリマー粒子を得た。これらの処理において、有機性塩基なしで水溶性溶剤のみで処理する場合は、系を0.5Nの水酸化ナトリウムでｐＨ１２に調整して行った。これらの表面荷電量の結果を表１に示す。実施例１１は表面荷電量の上昇が見られるが、ベース磁性粒子の重合時のカルボン酸基含有単量体が少ないために本発明の処理を行っても表面荷電量の上昇が少なかった。実施例１２では表面荷電量が上昇したが、処理後の粒子が多孔性になった。
【００１２】
【表１】
0003743072.tif 000002
【００１３】
応用例実施例１で得られた磁性ポリマー粒子と、処理前のベース磁性粒子１の診断薬用粒子としての可能性を見るために、アビジンを磁性ポリマー粒子のカルボキシル基と化学結合する操作を行ない、アイソトープでラベルしたビオチンを用いて結合量を評価した。操作は次の様に行った。
〔粒子へのアビジンの化学結合〕磁性ポリマー粒子濃度１０重量％の水分散液１ｍｌにアビジン５００ｐｍｏｌと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１００ｍｇを加え、６０℃で８時間振とうして、粒子上にアビジンを化学結合させた。その後、磁石で粒子を分離し、１ｍｌの生理食塩水で３回洗浄した。
〔粒子に結合したアビジン量の測定〕アビジンが結合した磁性ポリマー粒子濃度１重量％の粒子分散液１００μｌ×５本に、末端がビオチンで修飾され、もう一方の末端が32Ｐでラベルされた合成ＤＮＡ（塩基数３０）をそれぞれ１０、１００、２００、４００、８００ｐｍｏｌを添加し、反応系の濃度が１.５Ｍ／Ｌになるように５Ｍ／ＬのＮａＣｌ水溶液を加え、室温で２０分間粒子に結合しているアビジンとビオチンの結合反応をさせた。その後、磁石で磁性ポリマー粒子を分離除去して、磁性ポリマー粒子に結合したビオチンを系から除いた。反応前後のＲＩカウントから反応したビオチン量を算出し、飽和反応量から磁性ポリマー粒子上に結合されてたアビジン量を求めた。同様に、実施例１で得られた磁性ポリマー粒子の代わりに、合成例１で得られたベース磁性粒子を用いた他は、上記と同様にして粒子にアビジンを結合し、アビジン量を測定した。その結果、実施例１の処理前のベース磁性粒子のアビジン結合量は粒子１ｍｇ当たり５ｐｍｏｌであったのに対し、本発明の処理を行った実施例１の粒子は粒子１ｍｇ当たり２５０ｐｍｏｌと大幅に増加していた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の製造方法により得られる磁性粒子は、従来高い表面荷電量の粒子を得ることが困難であった懸濁重合による磁性ポリマー粒子において、重合法を変えずに粒子の後処理によって実用上問題のないレベルまで表面荷電量を上昇させることができた。このため、本発明の磁性粒子は表面が安定かつ親水性で、表面の増強されたカルボキシル基を利用して抗体蛋白、酵素、核酸プローブ、蛍光色素、薬剤など各種の機能物質を結合させることができる。このため、本発明の磁性粒子は生化学および医学関連を含む幅広い技術分野において極めて好適に使用することができる。