KANTO CHEMICAL CO., INC.

Cç2009 No.3（通巻 213 号）

ISSN 0285-2446

最先端半導体ウェーハ洗浄技術

冨田

寛

2

尿中微量アルブミンの測定とその意義について

栗原

由利子

8

新・私の古生物誌（5） −絶滅した巨大地上性ナマケモノの進化と古生態（その2）
−

福田 芳生

12

新しい銀イオンクロマトグラフィー用 HPLC カラム Silver column KANTO の開発（1）

大瀧 伸之

17

ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（26）カール・ツァイス、エルンスト・アッベ、オットー・ショット

原田

22

編集後記

馨

24

最先端半導体ウェーハ洗浄技術
Advanced Semiconductor Wafer Cleaning Technology

株式会社東芝 セミコンダクター社 プロセス技術推進センター
半導体プロセス開発第四部 フロントエンドプロセス技術開発第三担当

主査

冨田

寛

HIROSHI TOMITA
Advanced ULSI Process Engineering Dept.Ⅳ , Process & Manufacturing Engineering Center
Toshiba Corporation Semiconductor Company

1．はじめに窒化膜、ポリシリコン膜、タングステンプラグ、銅配線など）以外にHigh-ｋ（高誘電率）膜、メタルゲート膜に各種金

国内初の世界標準汎用メモリーとなったNAND型フラッ属材料が使われ始めている。そのためバックエンドプロセ

シュメモリー（電源を切ってもデータが消えない不揮発性のス（BEOL：Back End of the Line）
だけでなく、フロントエンド

半導体メモリーの一種）
は、近年アプリケーションが益々

プロセス（FEOL：Front End of the Line）
でも、金属材料を広がってきた。デジタルカメラ、携帯電話のメモリーとして溶解しない薬液プロセスが必要になってきた。代表的な使われ始め、USBメモリーに代表される可搬電子媒体、従来のパーティクル除去洗浄液であるアンモニア＋過酸化

可搬音楽媒体として使用されるだけでなく、PC内蔵ハー

水素水（SC1：Standard Clean 1）
は、金属材料を溶解してドディスクメモリーの置き換えも始まった。このメモリー最大

しまう懸念が高いため、使用できない工程が増えてきた。

のメリットは、記憶素子の微細化が容易な構造であること

この様な背景のなかで、次世代デバイスのクリティカルであり、その結果として集積容量の増大化、メモリーチップ

欠陥となる20〜30nmサイズの微小パーティクルは、従来のの縮小化が進められている。東芝は、2009年には32nm

薬液プロセスを用いた洗浄技術で除去可能であるのか。

世代のNAND型フラッシュメモリーの量産開始を計画して更に、同サイズのデバイスパターンに対してダメージレス洗浄いる。次世代NAND型フラッシュメモリーにおいても、現が本当に実現可能であるのか。これらの課題を最初に紹

在、露光装置メーカが開発中の極端紫外線（Extreme

介し、今後の新しい洗浄技術に関して考察したい。

UV：EUV）
を用いた特殊な露光装置を使用する事なく、リソグラフィ技術とプロセス技術を組み合わせた微細パター

2．物理洗浄方法の定量解析技術

ン形成技術を用いて、20nmサイズの超微細デバイスの開発を行っている。

従来からパーティクルの洗浄効果には、除去率（PRE：

一方、その様な微細パターンを有したデバイス構造でParticle Removal Efficiency）
を指標として議論がなされてあっても、高い歩留まりで「ものづくり」
を行う必要がある。

きた。PREは、微粒子計測器で測定されたウェーハ上の半導体製造プロセスのウェーハ洗浄工程における洗浄対

パーティクル数、ポスト（洗浄後）
値とイニシャル
（洗浄前）

象となる異物（パーティクル）は、微細化の代償として致命値を使って表記される。

欠陥サイズ(Critical dimension)が小さくなる。異物検査装置では、検出困難な20〜30nmサイズの微小パーティクル

PRE
（％）
＝
［
（Initial-Post）/ Initial］ｘ 100

も洗浄対象となってきている。

2

微細化とは別に、低消費電力化と高速化を推進する

本指標は、相対的に洗浄方法間差を議論するには有ために次世代の半導体デバイスでは、従来から用いられ効であるが、同一洗浄条件における微粒子除去効果のてきた標準的な材料（例えば、シリコン酸化膜、シリコン

粒径依存性を調べるためには、サンプルに工夫が必要とTHE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

最先端半導体ウェーハ洗浄技術なる。我々は、微粒子塗布装置を用いて粒子径を変え最大のポイントは、除去が容易で洗浄評価の強制汚染て、同一ウェーハ上に既知量の粒子のみを塗布する方法

粒子には不適と言われていたPSL粒子であっても、粒子を採用した。微粒子塗布装置は、MSP社製2300 NPT-1

径が小さくなるに従ってPREが低下することである。特（日本代理店：GSIクレオス）を用いた。PREの算出にに、60nm以下では極端にPREが低下した。

は、KLA-Tencor社製SP2とSURFmonitorを利用した。
図1に2300 NPT-1装置概要図と300mmウェーハに40、60、80、100、200nmのPSL（ポリスチレンラテックス）
粒子を塗 布して、それをSP2で 測 定した 結 果を示 す。図2に
SURF monitorを用いた同一ウェーハを使ったPRE算出方
法の概念図を示した。

図3 二流体洗浄における PRE の粒子径依存性

次に、40nmと200nm の二つのPSL粒子に対してPREの窒素流量依存性を図4に示した。200nm PSL粒子は、
極端な流量依存性はなく高いPREを示す。40nm PSL粒
図1 2300 NPT-1 概要図と微粒子塗布結果

子は、窒素が低流量の際は低いPREを示すが、窒素を高流量の条件にすることでPREを向上させることができた。しかし、一般的には二流体洗浄の窒素ガス高流量条
件は、物理力も大きくなるため、パターンダメージの発生確率が増加する。

図2 SURF monitor を用いた PRE 算出方法

今回の微粒子径と粒子数（密度）の条件は、SP2計測環
境、並びに洗浄効率を考慮して設定した。また、今回はPSL球を採用したが、同塗布装置は他の粒子（例えば、シ

図4 PRE のN2 流量依存性（40nm/200nm PSL）

リカ、シリコン窒化物）も導入できるというメリットがある。

3．二流体洗浄

図5に35nm CMOS
（Complementary Metal Oxide
Semiconductor）
ゲート構造のダメージ評価を行った結果を代表的な枚葉式二流体洗浄によるPREを、図3に示示す。図4にて40nm PSL粒子のPREが改善した窒素

した1）。窒素流量は14L/min.とした。図3に示した結果の35L/min.の条件では、ウェーハ全面でパターン欠陥を検出

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

3

した 。同 様 に40nm PSL 粒 子 が 除 去できない 窒 素
14L/min.の条件では、パターン欠陥は殆ど発生しなかった。この結果からもパターン欠損ダメージを引き起こさずに、
40nm以下の微小パーティクルを高いPREを維持しながら効率良く物理洗浄することは非常に困難であることが分かる。

図6 液体条件を換えた二流体洗浄における PRE のパーティクルサイズ依存性

リを微量添加した条件では、更にPREが向上した。この
図5 パターン欠損評価(左：N2=14L/min.、右：N2=35L/min.）

PRE向上のモデルはIPA添加によって液体の表面張力が低下することで、①粒子と基板間への液体浸透性が増したことと、②基板上の液膜厚、特にStagnant layerが薄く

従来から提案されているダメージレスのパーティクル

なることにより、二流体ジェットの液玉がウェーハ表面の微洗浄方法として、物理洗浄を用いない薬液洗浄のみに

小サイズのPSL粒子に対しても影響を与えたためと考えてよるリフトオフプロセスがある。この方法は、下地シリコいる。

ン酸化膜等の絶縁膜をアルカリ洗浄によってエッチング

次に、IPA添加の二流体ジェット洗浄における35nm

し、パーティクルをリフトオフさせる方法である。PREとア

CMOSゲート構造のダメージ評価を行った結果を図7にルカリ洗浄の条件との間には強い相関があり、特に処示す。純水の同条件と同様に二流体ジェット洗浄による理温度が高く、且つアルカリ濃度が高い条件ほどPRE

ゲートパターンダメージは、発生させないことを確認しが高くなる。これはPREが、下地膜のエッチング量に依た。最後に表1にPRE、ゲートダメージ発生量をまとめ存していることを意味している。高いPREを得るためにた。表1に示したように、従来の純水をベースとした二流下地を多くエッチングする必要があり、結果として下地体ジェット洗浄では、微小パーティクルをパターン欠損を膜に対してはダメージ（膜減り）を与えてしまう。つまり、下発生させずに除去することは困難であったが、IPAを添

地をエッチングすると言う観点では、SC1アルカリ洗浄も加した二流体ジェット洗浄の採用で高いPREとダメージ条件によっては使用できない。特にメタル、High-ｋ膜をレスを同時に実現できる可能性を示した。この低表面張用いたLogicデバイスでは、下地とゲート構造にアルカリ

力液体を洗浄に用いる方向性は、今後の微細パターン

及び過酸化水素水に弱い膜を使っているため、パーテの洗浄には必要不可欠な技術になると思われる。

ィクル除去という観点では非常に使いづらい工程の一つである。
新しい取り組みとして、二流体ジェット洗浄に用いる液体を工夫する提案を、我々は行っている1）。本提案では、ウェーハ上に形成されているStagnant layer（停滞層）
を
コントロールすることを検討している。図6に表面張力をコントロールした液体を用いて二流体ジェット洗浄を行った
結果を示した。純水（DIW）を用いた二流体ジェット洗浄
条件ではPREが低いが、IPA（イソプロピルアルコール）を添加した条件ではPREが飛躍的に向上する。更にアルカ

4

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図7 パターン欠損評価(左：DIW、右：希釈 IPA）

最先端半導体ウェーハ洗浄技術

表1 二流体ジェット洗浄性能まとめ

図8 キャビテーションダメージ（アルミニウム膜）（a）Single、 (b) Twin、 (c) Triple

4．枚葉超音波洗浄
超音波洗浄を次世代の微細パターン洗浄に適用する
ためには、超音波印加時に形成されるキャビテーションの物理強度を定量的に把握し、キャビテーション自体を制御可能であるかを検討する必要がある2）。
4.1 キャビテーションのモニタリング方法

図9 キャビテーションダメージ（レジスト膜）（a）Single、 (b) Twin、 (c) Triple

一般的に用いられているデバイスパターンの欠損有無評価からは、超音波印加時に発生するキャビテーション

べて示す。このSEM写真では、ゲートパターン欠損（a）からのパワー解析までを行うことは困難である。また、ソノルミ

は、たまたま二つ別々のキャビテーションが近接領域で発ネッセンス（液体中の気泡が超音波によって圧壊した時に生してゲートダメージを発生させたと理解できるが、実際は起こる発光）を用いたキャビテーション有無評価では、本Imaging filmであるアルミニウム膜上の穴欠陥（b）から、

来の三次元情報をCCDカメラ等で二次元情報として取りTwinのキャビテーションダメージがゲート構造に働いてダメー

込むため、キャビテーションの一つ一つの信号を分離、解ジを引き起こしていると推察できる。また、ゲートパターン欠析することは不可能となる。また同技術では、ウェーハ洗損（a）
ではキャビテーションの有無は判別できるが、ダメージ

浄処理中のデバイスパターン形成領域近傍の状態を直力を算出することは困難である。一方のアルミニウム膜上に接モニターすることが出来ない。そこで、我々は、超音波形成された穴欠陥（b）
からは膜材質、穴の大きさ、穴深さ

洗浄時の真のキャビテーション力を直接観察するための情報からキャビテーションパワーを算出することが可能とに、ブランケット膜の金属膜（アルミニウム）とレジスト膜を言える。

キャビテーションダメージ評価用の「イメージング フィルム：
Imaging film」
として用いることを検討した。
図8、9にアルミニウム金属膜上、及びレジスト膜上に形成された特徴的なキャビテーションダメージSEM（Scanning
Electron Microscope）
写真を各々示した。このSEM写真
からは、アルミニウム膜であってもレジスト膜であっても膜表面に特異的な穴状のダメージ（穴欠陥）が形成されている
ことが分かる。穴の形態としてもSingle/ Twin/ Triple holeがあり、この穴を穿つ力が超音波印加時に形成される

図10 ゲートパターン欠損ダメージとアルミニウム穴欠陥(a)ゲートパターン欠損、(b)Twin holes on Al

キャビテーションの力と考えられる。すなわち、このダメー
ジが、パターン欠陥を引き起こす超音波洗浄起因のダメージと言える。

図11にSingle及びTwinの穴欠陥の数例を挙げた。このSEM写真からは、単一の穴欠陥であっても、下地シリコ

図10に超音波洗浄実施時に形成された、代表的なゲー

ン基板の表面まで完全に見えている穴と、クレータ形状のトパターン欠損とアルミニウム膜上に形成された穴欠陥を並

中央のみ下地の表面が見えている穴欠陥があることが分

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かる。また、Twin欠陥では、2μm枠内に少し離れて二つ考察すると、先ずは微細化デバイス向けにキャビテーションの穴欠陥を形成している場合と、二つの穴が一つの穴欠パワーを一義的に下げること。且つ微細化デバイスが形

陥として結びついた場合がある。

成されているウェーハ表面から離れた所でキャビテーション

これらの穴欠陥は、キャビテーション起因のダメージと考を発生させる、キャビティー制御技術が必要になると思わえられる。このダメージを低減させなければ、微細パターンれる。今後、洗浄装置メーカ、超音波振動子メーカからのが形成されているウェーハに対して、パターン欠陥を抑制し提案を待ちたい。

た超音波洗浄は実現不可能と考えられる。

図12 キャビテーションダメージ発生モデル
図11 キャビテーションダメージの例 (a) Single、 (b) Twin

5．32nm 以降の次世代微細パターン向けの洗浄方法とは
4.2 パターンダメージ形成モデル

6

キャビテーションパワーを下げるために、超音波振動子

本編にて紹介してきた洗浄プロセスの課題は、全てデバ周波数を高周波数へシフトすることを検討した3）。高周波

イス微細化が進むことによって、新たに考慮すべき課題とし数振動を採用することでキャビテーションのパワーを低減て挙げられた事柄である。更にその課題は、新しいデバイ

することは可能であったが、同時にPREの低下を引き起ス構造や微細化が更に進んだデバイス寸法に対して、不こした。更にゲートダメージ発生量を低減することは可能で都合（オーバーエッチングや基板掘れ等）が発生しないよう

あったが、皆無にすることは不可能であった。これらの結に、既設洗浄プロセスレシピの局所最適化ワークを行うだ

果から、超音波洗浄の一番の課題は、デバイスが形成

けでは課題を克服できないほど、技術困難度が高い問題されているウェーハ最表面を避けて（離れて）如何にキャビだと思われる。従って、最小寸法が30nm以下の次世代デテーションを発生させるかである。図12にキャビテーション

バイスにおいて、その洗浄プロセスを確立するためには、従ダメージの発生モデルを示した。キャビテーションによって来の経験則からだけで解を求めるのではなく、物理現象をウェーハに与えられるダメージは、ウェーハからのキャビテー

理解し、制御する新たな、且つ有効なパラメーターを導入しション発生距離で決まるというモデルである。キャビテー

た新しい洗浄技術が必要と思われる。

ションサイズは、本来は超音波振動子の周波数で一義的しかしながら、30nm以下の微細なデバイスパターンのに決まるサイズであり、キャビテーションのエネルギーは周波欠損（ダメージ）を発生させずに、パターンサイズよりも大き数で定まる。従って、ウェーハ直上でキャビテーションが発いパーティクルを除去することが原理的に可能であるのか生した場合には、下地ウェーハに強いダメージを引き起こ

をもう一度考え直す必要がある。そのためには、パーティす。逆にウェーハから離れ過ぎた場所でキャビテーションがクル付着形態（ドライとウエット）の理解を進めるのと同時発生した場合には、下地ウェーハにダメージを与えないが、に、ウェーハ（下地膜種毎）に対してのパーティクル付着力

同時にパーティクルも除去できない。

測定技術を確立し、パターンダメージレスの洗浄の解があ

このキャビテーションダメージ発生モデルを考慮した、次るのかを見極める必要がある。その際、解無しの場合は世代デバイス向けの超音波洗浄によるパーティクル除去を

高度な洗浄技術を探求しても意味が無くなる。そのため、

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最先端半導体ウェーハ洗浄技術

新しい洗浄技術の探求とは別に、ウェーハに対してパーティ

引用文献

クル付着を防止する各種プロセス（プロセスとハード）の清浄化と、プロセス材料（レジスト、塗布膜、薬品等）
中のパー
ティクルに対してのフィルタリング技術の開発が益々重要になると思われる。

1） 吉水、犬飼、梅澤、林、大口、冨田, 新規な二流体洗浄方法を用いた効率的なナノサイズ粒子除去 , 2009年春
季 第56回応用物理学関係連合講演会
2） 冨田、犬飼、梅澤、季, UCPSS 2008 proceeding, p. 695,
Sept.2008
3） 飛沢、山田、梅澤、冨田、Yilamas Nick、松角， 近接超音波洗浄機における高周波超音波を用いた場合のパー
ティクル除去性能とパターンダメージ評価 2009年春季 第
56回応用物理学関係連合講演会

関東化学の半導体プロセス用薬品

お問合せ先：el-info@gms.kanto.co.jp
TEL 03-3667-6811 FAX 03-3667-0440

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尿中微量アルブミンの測定とその意義について
Urinary Albumin - Dissociation between TIA method and HPLC method, and it’s fragmentation-

東京医科歯科大学

大学院保健衛生学研究科

先端分析検査学

助教

栗原

由利子

YURIKO KURIHARA(Assistant Professor)

Tokyo Medical and Dental University, Graduate School of Health Care Sciences,
Analytical Laboratory Chemistry

1．はじめに
尿中微量アルブミンは、糖尿病性腎症の早期発見マーカーとして頻用され、その測定は免疫比濁法（TIA法）、ラテックス凝集免疫測定法、免疫比ろう法などによるものが一般的である。これらの方法は、いずれも特異的抗ヒトア
ルブミン抗体を用いた抗原抗体反応による方法である。
2004年にComperらは、ゲルろ過法を測定原理とするHigh
performance liquid chromatography法（HPLC法）による測定系を構築し、そのアルブミン分画中にアルブミン単量体の

図1 腎臓の構造

分子量としては完全な形を取っているが、既存のアルブミン
抗体と反応しない免疫非反応性アルブミンの存在を示し、その免疫非反応性アルブミンが糖尿病患者では健常人に細胞のスリット膜の構造が明らかになり、糸球体のろ過比べて多く含まれると報告した1）。HPLC法による尿中微量

サイズバリアが損傷されると尿中に蛋白（アルブミン）がさ

アルブミン測定をすれば、より早期に糖尿病性腎症を発見

らに漏れ出す3）。糖尿病性腎症の早期においてはそのでき、フォローアップできるとの報告がなされ 2）、尿中アルブ

排泄量が微増し、いわゆる微量アルブミン尿と言われるミンの測定法に一石を投じる形となった。

状態になる。微量アルブミン尿は、約30〜300mg/dayの状態にあり尿試験紙では検出困難とされ、免疫比濁法
や比ろう法などの高感度検出法によって測定する。この2．尿中微量アルブミンとは

時期（早期）に腎症の治療を始めれば、顕性腎症や腎不腎臓には、ネフロンと呼ばれる尿を産生する機能構成

全への進行を遅らせることができるため、早期腎症の発単位があり、腎臓1つに約100万個のネフロンが存在して見・経過観察マーカーとして尿中微量アルブミン測定が行いる。さらにネフロンは糸球体と尿細管から構成され、われている。

糸球体は篩のような網目状構造を持ち、血液中の血球や分子量の大きい蛋白を除く成分がろ過され、尿の元と++3．尿中微量アルブミン測定法−

なる原尿が産生される。尿細管では水分やNa 、K 、Cl8など分子量の小さい身体に必要な成分が再吸収され尿尿中微量アルブミンの測定には定性法と定量法があり、

となる
（図1）
。健常人においても、一日当たり30mg/day未定性法ではイムノクロマト法やラテックス凝集阻止反応を原

満のアルブミンが尿中に排泄されているが、糸球体上皮理とした測定キットなどが販売されており、その感度は20〜

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尿中微量アルブミンの測定とその意義について

30mg/Lである。尿試験紙に準ずる方法のものが多いが感体は130例中23例（17.7％）であり、HPLC法での値が小さ

度がやや低いため、現在あまり使用されていない。

かったものは2例見られた。また腎症病期の判定を両方法

定量法は、抗原抗体反応を用いた免疫比濁法や免疫でおこなったところ、130例中117例は一致したが、13例で比ろう法を原理とする測定キットが13社から販売され、汎HPLC法と免疫比濁法での判定は乖離し、そのうち11例が用自動分析機での測定が可能なことから測定法として主HPLC法のほうが病期の進行したステージを示した検体で流を占めている。これらの方法の感度は5〜10mg/Lであ

あった
（表1）
。これら乖離検体のほとんどは糖尿病患者尿り、測定値が数値化されているため経過観察にも用いやであり、血糖コントロール不良である場合が多かった。

すい。

表1 免疫比濁法とHPLC法によるアルブミン尿の判定の比較

HPLC法による尿中微量アルブミン測定キットは、Ausum
社からAccuminとして販売されており、ゲルろ過を用いた
分子サイズによる分離を原理としている。HPLC法は抗体に反応しないアルブミンの測定もできるため、尿中アルブミンの測定をより正確に行えるとの報告がなされた1）。そのためより早期に腎症に進行する前に微量アルブミン尿を検出できる新しい測定法として注目された。免疫非反応性
アルブミンは、市販されている抗体と反応せず、しかも分子量6.6万のインタクトアルブミン（完全型アルブミン）と同じ

5．尿中アルブミンの構造と抗体反応性について

分子量をもつものであるとされている。また健常人における免疫非反応性アルブミンは尿中に排泄されている量の1）

ほぼ2倍の量があると報告された 。

健常人尿および糖尿病患者尿を収集し、Native-PAGE、
SDS-PAGE（電気泳動法）を行い銀染色により蛋白染色し、しかし、HPLC法による尿中微量アルブミンの測定は、市販抗体を用いてウエスタンブロット（電気泳動後の蛋白をその分離特性から他の蛋白の混入が避けられず、尿中メンブレンに転写する分析法）
による抗体反応性を検討し

4）

微量アルブミン濃度の過剰評価が示唆されている 。

た。健常人尿において、尿中の蛋白は80〜15ｋDa
（キロドル
トン）
に幅広く見られ、主バンドの66ｋDaはアルブミン（分子4．免疫比濁法とHPLC法による尿中微量アルブミン測定

量6.6万）であることが分かった。ウエスタンブロットでは66kDaのバンドのほか、45ｋDaや27ｋDaにも反応が現れ、現在、検査室で利用されている免疫比濁法による尿中

尿中アルブミンのフラグメント化が疑われた。しかし、それよ

微量アルブミン測定値とHPLC法による測定値について相り小さいバンドは他の蛋白の抗体とも反応しなかった
（デー

関を調べた
（図2）
。健常人尿においてはそれぞれの方法で

タ未開示）。尿のｐHの状態や、腎基底膜や尿中のさまざまの結果が乖離した例はほとんどなかったが、糖尿病患者

な蛋白分解酵素により、蛋白が分解されフラグメント化されにおいて結果に乖離の見られた検体がいくつか存在したと考えられる。また糖尿病患者では健常人尿よりも蛋白

た。HPLC法で比濁法の測定値よりも2倍以上高かった検排泄量が多いことから、
トランスフェリン、α1-アンチトリプシンなどのアルブミン以外の蛋白の混入が見られた。
糖尿病患者尿で免疫比濁法とHPLC法とで結果に乖離が見られた検体について、その抗体反応性を見るため、HPLC法でのアルブミン分画を分取しSDS-PAGEとウエスタ
ンブロットによる抗体反応性を検討した。その結果、66、60
ｋDaの位置にバンドが見られ、検体によっては、45、35、28kDaなどの位置にもバンドがいくつか見られた。非還元

図2 免疫比濁法とHPLC法との相関
健常人および糖尿病患者（糖尿病性腎症患者を含む）130例の尿中アルブミン濃度を免疫比濁法とHPLC法で測定した。

状態より還元状態において、これらの小さな分子量のバンドが検出され、アルブミンのフラグメント化が考えられた。ウTHE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

9

エスタンブロットの結果も還元状態では反応しないバンドが7．まとめ出現した（図 3）。
7.1 他の蛋白の混入
尿中微量アルブミン測定はHPLC法による測定法が開発され 1）、糖尿病腎症の早期発見が可能であると報告された。しかし、HPLC法は分子サイズによる分離法であるため、その分離特性からアルブミンとされる分画には約30〜130ｋDaまでのサイズの分子が含まれる。このため、66kＤa近傍の分子量を持つアルブミン以外の蛋白も含まれてくる。
このことから尿中アルブミン濃度を高く測定する危険性があると考えられる4-8）。またアルブミン以外の蛋白を含む液を
図3 乖離検体のSDS-PAGE、ウエスタンブロット（還元状態）
免疫比濁法とHPLC法での測定結果が乖離した検体について、SDS-PAGE及び抗ヒトアルブミンポリクローナル抗体にてウエスタンブロットを行った。

HPLC法で測定した結果、他の蛋白とアルブミンを分離できなかったと報告されている9）。
著者らは、予備実験としてアルブミン標準液をHPLC法と6．Cathepsin Dによる尿中アルブミンのフラグメント化

免疫比濁法にて定量測定した結果、共に同等の測定値が得られることを確認している。しかし、尿検体ではHPLC

尿中アルブミンのフラグメント化が疑われたことから、ど法と免疫比濁法の結果が乖離する検体が存在し、HPLCの程度までフラグメント化された尿中アルブミンとアルブミ法による測定値が免疫比濁法による測定値よりも高値を示

ン抗体とが反応するか調べるため、尿中に存在する蛋すケースがある。これら検体について他の蛋白の混入につ白分解酵素の一つであるCathepsin Dによるアルブミンのいて検討したところ、トランスフェリン
（分子量77ｋDa）やα1-ア

フラグメント化実験を行った。Cathepsin Dによる反応時間

ンチトリプシン（分子量50ｋDa）
が若干混入していた。

を0〜60分とし、SDS-PAGEによるアルブミンのバンドの確認によりフラグメント化を観察したところ、66ｋDaのバンド

7.2 アルブミンのフラグメント化

は徐々に消失したが、低分子化したアルブミンのバンドが

著者らは、これら混入蛋白だけでなく、いずれの尿蛋

認められた
（図4）
。同時に、免疫比濁法によるアルブミン

白の抗体にも反応しない蛋白を含むことから、HPLC法で濃度測定を行った（図4下表）。その結果、73mg/Lからの結果が免疫比濁法よりも高値を示した検体を用い、51mg/Lと約30％の減少が見られた。HPLC法と免疫比

HPLCにてアルブミン分画を分取し、SDS-PAGEとウエス

濁法での測定値に乖離が認められた検体のSDS-PAGE

タンブロットで分析した。その結果、還元状態にするとフパターンと比較したところ、いくつかのバンドが共通していラグメント化（30〜60kDa）が見られ、ウエスタンブロットでると考えられた。

のアルブミン抗体反応性も変化した。
Sviridovらは、フラグメント化した尿中アルブミンは、免疫比濁法では免疫反応性が保たれているため測定できる
が、HPLC法では分子量が小さくなっているため測定できず、また尿中アルブミンのフラグメント化は、尿の保存状態の違いやpH、α1-アンチトリプシンの混入などによって起こると報告している10）。Candianoらは、尿中アルブミンの2次元電気泳動による分析で健常人尿ではフラグメント化が見られないが、腎疾患尿ではフラグメント化アルブミンが多数含まれており、ネフローゼ患者では特にその傾向が強いこ

図4 Cathepsin D処理におけるSDS-PAGEによるアルブミンの分子量の変化
Cathepsin D処理の反応時間を0〜60分間で、アルブミンのフラグメント化を見た結果、60分間の処理で免疫比濁法による測定値が約70％に低下した。

10

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）とを報告している11）。著者らは、健常人尿と糖尿病患者尿について、SDS-PAGE、ウエスタンブロットによるアルブミン

尿中微量アルブミンの測定とその意義についてのフラグメント化を検討し、健常人よりも糖尿病患者において、より多数のフラグメント化アルブミンと思われるバンドが出現することを確認している（データ未開示）。さらに腎症の進行度とフラグメント化の関連性についても、質量分析にて解析中である。
7.3 フラグメント化アルブミンの解析
著者らは、尿中蛋白分解酵素の一つであるCathepsin
Dによってアルブミンがフラグメント化され、ポリクローナル
抗体と反応しない低分子のバンドが出現することを見出している。これらフラグメント化アルブミンは、どの程度まで
アルブミンとして測定するべきなのか、疑問の残るところである。還元、非還元条件によって抗体反応性の変わるものについてもアルブミンとして良いのか、一体どこまでをアルブミンとするのか、定義から改めて考える必要があるように思われる。

6） Sastra SA, Osicka TM, Comper WD. The analysis andcharacterization of immunounreactive urinary albumin in
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7） Owen WE, Roberts WL. Performance characteristics of an
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3139-48, (2006).

尿中アルブミンの構造と抗体反応性について、SDSPAGE、ウエスタンブロットを用いた解析を試みた結果、健常人尿、微量アルブミン尿などの病態の違いによって尿中
アルブミンのフラグメント化に違いが見られることが分かり、今後フラグメント化アルブミンの解析が、腎症の進行度を見極める診断マーカーとして用いられることが期待される。

引用文献
1） Osicka TM, Comper WD. Characterization of
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immunonephelometry with HPLC. Kidney Int. 66(Suppl 92),
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THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

11

新・私の古生物誌（5）New Series of My Paleontological Notes(5)─絶滅した巨大地上性ナマケモノの進化と古生態（その2）─
─Evolutional and Paleoecology of Extinct Giant Ground Sloth─
医学博士

福田

芳生

M.Dr. YOSHIO FUKUDA※2009

No.2（212号）
アリクイは始新世に登場したから続くa

7．ナマケモノの登場
1．はじめにナマケモノのグループは、ユーロタマンドウアから遅れること約2千万年の後に、ようやく登場します。現生のナマケ
モノはすべて樹上生活を送る種です。一方、化石種のナb

マケモノは、そのほとんどが地上性ナマケモノで占められています。そこで、地上性ナマケモノの起源について少し述べることにします。

c

樹上性のナマケモノが次第に大形になると、枝にぶら下がるのが困難になり、地上に降りたとする説が、しばしば古脊椎動物学の参考書に登場しています。これは一読し図10 絶滅した巨大アルマジロ、クリプトドンの甲羅。これは甲羅を構成する
皮骨板の 1つ。aは表側、bは裏面、cは側面。全体に多孔質である。

たところ、大変明解な説明のように思えますが、実は遙か以前に樹上性と地上性に分かれたことが、ガウディン博士

この皮骨というのは、皮下の結合織層に石灰分が沈着して、骨のように硬くなったものです。皮骨の表面は角質によって明らかにされています。
現生・絶滅種を問わず、ナマケモノのグループは皮下に鎖カタビラのような感じの細かな骨片があり（図9）、それは層に覆われていますから、怪我でもしない限り露出することはありません。

退化的なアルマジロの甲羅と考えられています。この鎖カタ
ビラこそ、ナマケモノがアルマジロの仲間から誕生したことを、

8．3グループからなる地上性ナマケモノ

証明しています。アルマジロの甲羅（図7-212号,図10）
は爬虫類のカメやワニ、装甲恐竜の鎧と同じ皮骨に由来してい地上性ナマケモノはすべて絶滅動物のリストに入っています。それは3つのグループからなっています。メガロニクス、ます。

ミロドン、メガテリウムの3グループです。
この3グループは始新世の終わり頃から漸新世にかけてa

南米大陸に出現しました。それは今から約3千万年以前と考えればよいでしょう。食性は共通していて、いずれも植b

物食です。
最古のメガロニクスと目されている化石は、パタゴニアの

図9 天然の洞窟で生活したミロドン・リスタイ。全長1.5メートルほど。aは復元
図、bは北米アリゾナの更新統末（約1万年前）の洞窟に残存していた毛皮。写真はその裏側で、無数の小さな白点は皮骨である（aはA.A.カーリ
ニィとE.P.トニィ、bはA.J.サットクリフによる）。

12

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

漸新世のデセアド層より発見されています（図11）。それは長さ6センチメートルほどの下顎骨前半部で、鋭いノミのよう新・私の古生物誌

絶滅した巨大地上性ナマケモノの進化と古生態（その2）

b

a

a

図11 アルゼンチンのパタゴニア地方にある約3千万年前の地層より産出した
メガロニクスの仲間、デセアドグナサス・リグシィの下顎前方の骨。長さ約6センチメートルである。これは目下、最古のメガロニクスと考えられている。aは上側、bは右側面（A.A.カーリニィほかによる）。

な門歯や柱状の歯が残っています。デセアドグナサス（デセ
アドの顎の意）がそれで、体長1メートル未満の小型種です。
前記の3グループは頭骨に大変よく特徴が出ているので、
図12に示しました。頬骨突起が帽子の顎紐のように下方に突出している点は、3グループの共通項です。
まずメガロニクスですが、頭骨は半球状に膨大していて、b

上下の顎骨先端に犬歯状の鋭い門歯があります。それは大工道具のノミに似ています。メガロニクスは食物となる葉や茎を鋭い門歯で切断し、後方の柱状の歯で細切したのでしょう。このメガロニクスはなかなか生き上手な種で、水中生活を送るもの、遙か彼方のアラスカまで遠征するもの

図13 aはスペインの首都マドリードにある国立自然史博物館の大ホールに展示されているオオナマケモノ、メガテリウム・アメリカヌムの全身骨格。
bは頭部。写真で見る限り、何とも猛々しい感じがする。しかし、実際は大人しい草食動物。外敵に襲われると、猛然と反撃に転じた。全長7メートル前後、重量も10トン近くあった。写真の化石骨は、アルゼ
ンチンの平原地帯から掘り出されたという。

まで出現します。
咬筋が付着していたのでしょう。相当硬い植物でも、平気で食べていたことを示しています。
この章の終わりに、頭骨の形状から雌雄を判別した研究例について述べましょう。北米アリゾナ州ナバホ郡の更abc

新統後期の地層からしばしばパラミロドンの立派な化石骨が産出します（図14）。

図12 絶滅した地上性ナマケモノの3大グループの頭骨。aはメガロニクスの仲間、bはミロドンの仲間、cはオオナマケモノ（メガテリウム）の仲間。
矢印は下方に伸び出した頬骨突起を示す（T.J.ガウディンによる）

次のミロドンでは頭骨が細長い箱形をしていて丈も低く、顎骨もほぼ直線状です。このミロドンは、下顎からノミ状のac

鋭い門歯が消失します。崖の斜面に巨大なトンネルを穿って暮らすもの、溶岩が冷え固まって形成された天然の洞窟を利用するものなど、その暮らしぶりは変化に富んでいます。
メガテリウムは地上性ナマケモノの最大種（図13）で、頭骨は丈の低い直角三角形で、上下の顎骨先端部から鋭い門歯が完全に姿を消します。顎骨下縁が大きく下方に向かって膨隆しています。恐らく、生息時そこに強力なbd

図14 北米アリゾナ州ナバホ郡産のナマケモノ、パラミロドン・ハルラニィの頭骨。左のa、bが雄のもの、右のc、dが雌のものと考えられている。雄では右の雌に比べて、全体に頑丈な感じがする。a、cは背側、b、dは口蓋側、頭骨の長さは、それぞれ45センチメートルほど（H.G.マクドナル
ドほかによる）。

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

13

頭骨を調べたマクドナルド博士らの研究グループは、同んだと考えられます。

じパラミロドンでも全体にがっしりしていて幅の広いものと、

さらに、洪水で遺骸が長い時間を掛けて海に運ばれてほっそりしていて幅の狭いものがあることに気付きました。

きたにしては、関節で連なった化石骨が多く、しかも水流にそして、がっしりした頭骨は雄、ほっそりしたものは雌のもの

よる磨耗の痕跡が無いこと。ピスコ層からは、未だかつてに違いないと結論しました。これは地上性ナマケモノの性

海生動物以外の化石の産出例が皆無であることなどから差について述べた重要な報告と申せましょう。

も、タラソクヌスは水生ナマケモノであると決定されました。

マクドナルド博士は「地上性ナマケモノだって、雄は繁殖

このタラソクヌスが姿を消し去った原因は、鮮新世中期期に雌を獲得するため、体格が良く、その上強くなければ以降に海水温が上昇し、そのため食糧となる海藻類が減ならないので、大分苦労したようですね」と語っています。

少したからだとする説が有力です。

9．水中生活に適応したナマケモノ

10．メガテリウムの古生態

地上性ナマケモノの中から水中生活を送る仲間が出現

この章では、巨獣メガテリウムを中心に述べることにしします。それはペルーの約300万年前の鮮新世初期に相ます。今から約1万年前に姿を消したメガテリウムは、体当するピスコ層より、1995年に発見されたタラソクヌス・ナタン

長6から7メートル、重量も10トン近くあったと考えられていまス（図15）を初めとして、今迄に3種類が報告されています。

す。全身粗い茶褐色の毛で覆われて、太く頑丈なしっぽ

このピスコ層はペルーの太平洋沿岸寄りにあります。

を持っていました（図16）。この被毛の様子は、北米アリ
ゾナ州や南米パタゴニア地方の洞窟から発見された、ミロドンのミイラ化した毛皮に基づいています。

a

d

e
b

c

図15 ペルーの鮮新世初期（今から約300万年前）のピスコ層より発見された水生のナマケモノ、タラソクヌス・ナタンス。a〜cは頭骨、d、eは下顎骨。aは背面、bは口蓋側、cは側面。dは下顎上側、eは側面。頭骨は吻部がよく発達し、水中生活への適応を示す丈の低い長方形である。長さは40センチメートル近くある（C.deムイゾンとH.G.マクドナルドによる）。

図16 濃い褐色の粗毛に被われた巨獣メガテリウム・アメリカヌムの復元図。
これは立ち上がった姿勢。四肢の爪は内側にたたみ込まれている（A.A.
カーリニィとE.P.トニィによる）。

このタラソクヌスが水生のナマケモノだと決められた理由
は、体長2メートル程で、四肢骨や椎骨が他と比べて華奢であること。その様子は従来の水生哺乳類に共通してい4本の太い足でゆっくりと地上を歩きました。時々、がっること。低く細長い頭骨は吻部が前方に伸張し、歯も幅しりした後脚で立ち上がることもあったようです。その際、広で海藻を食べるのに適応していることなどです。

前肢の鋭い鉤爪を岩登りのハーケンのように、木の幹にガおそらく長い吻部は筋肉で覆われて、ゾウの鼻のような感じだったでしょう。タラソクヌスの仲間は、この特別な吻部を用いて海藻を引き寄せ、舌の助けを借りて口中に運14

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

ツンと打ち込み、しっぽを地面に付けて身の安定を保ちました。
また、前肢の鉤爪は木の枝を引き寄せるのに役立った

新・私の古生物誌

絶滅した巨大地上性ナマケモノの進化と古生態（その2）でしょう。長い伸縮自在の舌を巧みに操って、高い梢の葉や小枝、種子を食べていたと考えられています。
メガテリウムは歯を左右にずらして、葉や小枝を擂り潰すのだと長い間信じられていました。2001年になって、アルゼ
ンチンの自然史博物館に勤務する古脊椎動物学者バルゴ
博士は、顎の運動について詳細に調べ、専ら上下方向に動かしていたことを明らかにしました（図17）。そのことからす
ると、メガテリウムは食物を刃物で押し切るように、細切りにして呑み込んでいたのでしょう。
図18 現生のアリクイ2種。実際はヒメアリクイを加えて3種だが、ここでは2種を挙げておく。左上は樹上生活を営むコアリクイ、下は長い舌でアリを舐め採るオオアリクイ。左側前肢の鋭い爪が見える（小原による）。
a

南米ガイアナ共和国（ベネズエラの隣国、首都は大西洋
岸のジョージタウン）で、地元のハンターがオオアリクイの子供を捕らえたところ、怒り狂った母親がハンターをぎゅっと抱きしめて殺したということです。死因は抱きしめられた際、b

鋭い鉤爪が心臓にグサリと突き刺さったからだそうです。それは恐るべき死の抱擁と申せましょう。

c

図17 オオナマケモノ、メガテリウム・アメリカヌムの頭部と歯の咬み合わせ。aは頭部側面の復元図。1対の鼻孔が吻部先端に開き、分厚い口唇、頬側に強力な咬筋があったことを示している。bは木の葉や小枝を食べる
メガテリウム。cは上下の歯の咬合状態を示す（aはA.A.カーリニィとE.P.
トニィ、bはT.G.ガウディン、cはM.S.バルゴによる）。

11．地上性ナマケモノの分布と絶滅
メガテリウムを含む地上性ナマケモノは南米で誕生し、その生息域はブラジル、アルゼンチン、チリ、ペルー、エクア
ドル、中南米に及んでいます。その一部は更新統末頃にテワンテペク地峡を越えて北米大陸に達し、今から1万年のんびりと木の葉や小枝を食べている時、突如サーベほど以前に、何とカナダ北西部のアラスカ国境にまで進出

ルタイガーのような凶暴極まりない肉食動物が襲いかかってしました。体長2.5メートルのメガロニクス・ジェファーソニィが来ます。メガテリウムは鋭い鉤爪を振り上げて、猛然と反それです（図19）。

撃したでしょう。
以前、このメガテリウムが鋭く頑丈な鉤爪を持っていることを根拠に、それで獲物の肉を引き裂いて食べたのだとする学説が幅をきかせていました。
メガテリウムに由来する糞化石が南米の1万年前後の地層から続々と発見されました。その中味を調べたところ、カシに似た樹木の葉や小枝、種子、樹皮などで構成されていることが分かり、メガテリウム肉食説は完全に葬り去られてしまいました。
メガテリウムは約1万年前に絶滅したので、鉤爪の威力は想像に委せる他ないのですが、鋭い大形の鉤爪を持つ
現生のオオアリクイ（図18）に襲われて、ハンターが死亡した話があります。

図19 カナダのアラスカ国境にまで進出することに成功したナマケモノ、メガロ
ニクス・ジェファーソニィ。これは立ち姿の復元図だが、貫禄のある立派なものだ。体長2.5メートルほどあった（H.G.マクドナルドほかによる）。

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

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このジェファーソニィという学名の由来について少し説明しましょう。アメリカの第三代大統領トーマス・ジェファーソン
は大変な化石好きで、かなりのコレクションを持っていました。年季の入ったアマチュア博物学者と言ったところです。
ある日、大統領のもとに マンモスの化石骨 と称する一個の木箱が送られて来ました。学者の助言を仰いで、そaの正体を突き止めました。それは巨大な鉤爪を持つ地上性ナマケモノの骨だったのです。このナマケモノは大統領の功績を記念して、メガロニクス・ジェファーソニィと命名さbれました。この栄光に包まれたメガロニクスの骨格標本は、
現在アメリカ自然史博物館に展示されています。読者の皆さんが現地を訪れることがあれば、是非一度実物を見て図21 aは穴居生活を送る地上性ナマケモノ、グロッソテリウムの前肢の爪。
bは1本の爪を示す。長さ15センチメートルほどである。

下さい。お断りして置きますが、それはアラスカ国境から発掘されたものではありません。
また、地上性ナマケモノにスケリドテリウムやグロッソテリ
ウム（図20）がいます。それらのナマケモノはミロドンの仲間で、前肢が特に頑丈にできていて、その様子はモグラの脚に似ています。
aabb
図22 アルゼンチンの大西洋沿岸の崖に残る洞窟、これはミロドンの仲間によって掘られたもの。壁面に鋭い爪の引っ掻き跡がある。aは洞窟の遠景。スケールは1.8メートル。bは洞窟の入口を示す。スケールは20セン
チメートル。これはかなり小型のもの（S.F.ビスカイノほかによる）。

図20 更新統末のナマケモノ、グロッソテリウム・ロブスツム。このミロドンの仲
間は、崖の斜面に洞窟を穿って生活した。体長2.5メートルほど。aは全身骨格、bは復元図（aはS.F.ビスカイノほか、bはA.A.カーリニィとE.P.ト
ニィによる）。

代は、今から1万3千年から1万200年ほど以前です。地上性ナマケモノが洞窟に潜んで、寒さから身を守ったり、子供を育てたり、外敵から逃れたと考えられています。
地上性ナマケモノの絶滅の原因について、現在いくつ

パタゴニア地方の洞窟を調査したアルゼンチンの古生物

かの仮説が唱えられています。まず、狩りに長けた人類に学者ビスカイノ博士らのグループは、ナマケモノの化石骨の滅ぼされたとする説、森林が減少して草原が拡大したた

他に、洞窟の壁面に鋭い爪の引っ掻き跡を発見しました。

め、食物を得ることが難しくなったからだとする説があります。

それは前記のモグラ型の脚を持つナマケモノが、鋭い爪

筆者は上記の2つが複雑に絡み合って、絶滅に追いやらで硬い土を掘り（図21）、洞窟を穿ったことを示しています。

れたと考えています。

洞窟は大きなものでは奥行き5から6メートル、幅1.8メート
ル、高さ2メートルほどです（図22）。洞窟の形成された年

16

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新しい銀イオンクロマトグラフィー用HPLC
カラム Silver column KANTO の開発（1）Development of New HPLC Column for Silver ion chromatography (1)関東化学株式会社 草加工場 生産技術部 試薬生産技術課

大瀧

伸之

NOBUYUKI OHTAKI

Production Technique Dept. Soka Factory, kanto Chemical Co., Inc.

られている。ベンゼンスルホン酸基が固定化されているカチ

1．はじめにオン交換カラムに硝酸銀溶液を通液し、Ag＋をベンゼンスル
銀イオンクロマトグラフィー（Silver ion chromatography）

ホン酸基に固定化して調製する。比較的安定ではあるが、は、有機化合物の不飽和結合と銀イオンが錯体を形成する担体であるシリカゲル表面のシラノール基や、カチオン交換基

性質を利用する液体クロマトグラフィーである。分離対象でであるベンゼンスルホン酸基のフェニル部のπ電子が試料ある有機化合物分子中の二重結合の数や位置、
cis/transと相互作用して保持の強さに影響を及ぼすことがある。

異性などの違いに応じて分離が行われる。銀イオンクロマト
1）

グラフィーの歴 史は古く、約50 年前に、Dutton やB.de
2）

3）

筆者らは、
従来の銀イオンクロマトグラフィー用分離剤・HPLCカラムの課題を克服する高い安定性と特徴的な分離

4）

Vries 、
Barrett 、
L.J.Morris らが不飽和脂肪酸エステルの能を兼備する分離剤とHPLCカラムの開発を目指して検討

cis/trans異性体や食用油脂中のグリセリド成分を銀イオンを重ね、新しい銀イオンクロマトグラフィー用HPLCカラム＋

カラムクロマトグラフィー（Ag -カラムクロマト）や薄層クロマトグ＋

Silver column KANTO を開発した。本稿では、銀イオ

ラフィー（Ag -TLC）
によって分離している。銀イオンクロマトグ

ンクロマトグラフィーの概要と、HPLCカラム Silver column

ラフィーは、
複雑な組成を持つ油脂類の分離分析・精製に

KANTO の特徴とアプリケーションについて述べる。

有用な手法であり、脂質化学およびその関連分野で多くの応用例が報告されている5）。また、それ以外の分野でも種々

2． 銀イオンクロマトグラフィーの原理と実際の有機化合物の分離に用いられている6）。
Duttonらが用いた分離剤である硝酸銀含浸シリカゲル

Ag＋と不飽和有機化合物は弱い電荷移動型錯体を形

は、現在でもAg＋-カラムクロマトやAg+-TLC用の分離剤とし成する8）。 銀イオンクロマトグラフィーにおいては、固定相上のて利用されている。硝酸銀含浸シリカゲルは、
シリカゲルを硝Ag＋と試料である不飽和有機化合物が形成する電荷移動

酸銀溶液に浸漬処理して調製する。簡便に作製できる反型錯体の安定性の差異に基づいてクロマト分離される。

面、
シリカゲルに含浸された硝酸銀が移動相中に溶け出す

Ag＋とアルケンは、（1）σ結合型：二重結合上の占有された2pために繰り返して使用できないことや、溶け出したAg＋によっ結合軌道のπ電子がAg＋の空の5s軌道に供与されて形成てクロマトグラフの配管部や分画したフラクションが汚染されされるσ結合（図1-a）と、（2）π結合型：二重結合上の非占有るといった問題がある。このような理由から、繰り返して使用のπ*−2p反結合性軌道に、Ag＋の占有された4d軌道からdすることのないカラムクロマトグラフィーやTLCの分離剤に用電子が逆供与されて形成されるπ結合（図1-b）の二種類の途が限定され、高い繰り返し再現性が求められる高速液結合様式によって錯体を形成すると考えられている9,10,11）。

体クロマトグラフィー（HPLC）
用の分離剤としては用いることが銀イオンクロマトグラフィーにおいては、固定相のAg＋と試料でできなかった。Ag＋-HPLC用カラムとしては、
Christie7）が開ある不飽和有機化合物が形成する錯体の安定性が高い発したカチオン交換カラムにAg＋を固定化したカラムが用いほど、試料は固定相に強く保持されるものと考えられる。

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

17

Kanetiらの計算によれば、不飽和脂肪酸（エステル）の二重

3． Silver column KANTO −分離剤−＋

結合とカルボニル炭素が近いほどAg と形成する錯体の安定性は高く12）、銀イオンクロマトグラフィーにおいてモノエン脂

3.1 銀イオン‐高速液体クロマトグラフィー（Ag＋-HPLC）
用
カラム Silver column KANTO の特徴

肪酸エステル位置異性体の二重結合がカルボニル炭素と13）近いほど強く保持される結果 とよく一致している。

銀イオン‐高速液体クロマトグラフィー（Ag＋-HPLC）
用カラ
ム Silver column KANTO の固定相として新たに開発した分離剤の主な仕様を表1に示した。 無機イオン交換体でもあるリン酸ジルコニウムを担体として用いている。 非シリカ系の担体を用いていることと、担体自体がイオン交換体であることが大きな特徴である。 担体の表面にシラノール
基はなく、またイオン交換基などの導入もないので試料分子との副次的な相互作用は少ないと予想される。 担体であるリン酸ジルコニウムに導入されたAg＋はその結晶構造に取り込まれて安定に存在する。 硝酸銀含浸シリカゲルなどは光に敏感で黒化しやすいが、本分離剤は白色の粉
体である
（図2）
。

図1 Ag＋とアルケンが形成する電荷移動型錯体の結合様式

表 1 分離剤の仕様

銀イオンクロマトグラフィーでは、順相クロマトグラフィーと同様に移動相の極性を増加することによって試料分子をカラ
ムから溶出する。 移動相にはヘキサンなどの無極性溶媒に酢酸エチル（〜10%）やアセトニトリル（〜2%）を添加したものを用いている。 銀イオンクロマトグラフィーにおける不飽和有機化合物の保持の強さに関しては、以下のような傾向が知られている。
①試料分子の二重結合数が多いほど保持が強い。
②cis/trans異性体ではcis体（Z体）の方がtrans体（E体）
よりも保持が強い。
③複数の二重結合をもつ有機化合物では、非共役二重結合の方が、共役二重結合よりも保持が強い。

図2

Silver column KANTO 用分離剤の外観とSEM写真（左：外観の写真、右：SEM写真）

また、二重結合と二重結合が離れている方が保持は強い。

担体は、独自の製法によってHPLCカラム用充填材とし④脂肪酸（およびそのエステル）
では、二重結合とカルボニル炭素が近い方が保持は強い。

は4.6φ-250mmL.であり、粒子径5μmの分離剤を充填して＋実際のクロマトグラフィーでは、Ag と不飽和有機化合いる。なお、分離剤のAg含有率を加減することによって物との錯体形成に加えて、固定相の担体と試料分子との副保持の強さを調整できる。また、粒子径3μmの分離剤

次的な相互作用も保持挙動に影響する。 特に、シリカゲルも作製できるので、分離対象物質や迅速分析用など使を担体とする従来型の固定相ではシリカゲルの表面に用目的に応じたカラム設計が可能である。

存在するシラノール基の作用によって保持の強さが大きく影響される。

18て最適な多孔性球状粒子として作製した。カラムサイズ

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

移動相としてヘキサンやヘプタンにアセトニトリル（ACN）を添加したものを用いると、よりよい分離が得られることが多い。

新しい銀イオンクロマトグラフィー用 HPLC カラム Silver column KANTO の開発（1）

図3は、多環式芳香族化合物の分離について、2種の移3.2 カラムの耐久性−繰り返し再現性と銀イオンの溶出

動相、アセトニトリル/ヘプタンとイソプロピルアルコール

Silver column KANTO は繰り返し使用におけるクロ（IPA）/ヘプタンを用いて比較したクロマトグラムである。

マトグラムの再現性が高いことと、分離剤から移動相へ

アセトニトリル/ヘプタンを移動相に用いた方がピーク形状のAg＋の溶出が無いことが大きな特長である。アセトニト

はシャープであり、アントラセンとフェナントレンがよく分離さ

リル/ヘキサンを移動相とするリニアグラジェント溶離においれている。 図4はトリアシルグリセロールの立体位置異性て、高度不飽和脂肪酸メチルエステルの混合物を試料と体の分離に対する移動相（アセトニトリル/ヘキサン）のアセ

して1,000回の連続繰り返し分析を行い、それらの保持時

トニトリル濃度の影響を示すクロマトグラムである。アセト間の変動を調べた。

ニトリル濃度の減少にともなってトリアシルグリセロールの不飽和脂肪酸エステルは二重結合数の少ない順に、
ま保持時間は長くなり、立体位置異性体である1,2-ジパルミ

た、二重結合数が同じであればtrans体がcis体よりも早く溶

チン-3-オレイン（1,2-Dipalmin-3-olein；PPO）と1,3-ジパルミ

出される。 表2において、比較的保持の弱いモノエン脂肪チン-2-オレイン（1,3-Dipalmitin-2-olein；POP）
の分離度も

酸メチル
（二重結合数1）のピークは、
使用回数の増加にともな向上した。なお、
アセトニトリル/ヘキサンでは、溶出力がって1分から2分程度溶出が早くなる傾向が見られたことで強すぎると考えられるときには、
アセトニトリルに代えて酢酸

保持時間の変動係数（CV％）
は高めだが、比較的保持のエチル（AcOEt）
をヘキサンやヘプタンに添加した溶液を移強い不飽和脂肪酸メチル（二重結合数2以上）のCV％はお動相に用いるのがよい。

おむね1から2％以内であり、非常に高い再現性を示した。
また、繰り返し使用1,000回目のクロマトグラムにおいてもピー
ク割れなどといったカラムの劣化を示唆するような変化は見られなかった（図5）。 約２ヶ月間の長期間にわたる評価実験であり、HPLC装置自体の再現性（ポンプの送液精度など）
や移動相組成の再現性（自然蒸発による組成変化の可能性）などのカラムと関係のない変動要因の影響を考慮すれ
表 2 繰り返し使用における保持時間の再現性

図3

移動相組成がクロマト分離に及ぼす影響
カラム：Silver column KANTO（4.6φ-250mmL.)
流速：1.0mL/分，カラム温度：20℃

図4 トリアシルグリセロール立体位置異性体の分離に対する移動相中のアセ
トニトリル（ACN)濃度の影響
試料：PPO（1,2-ジパルミチン-3-オレイン）, POP（1,3-ジパルミチン-2-オレイン）, 他の条件は図3と同じ

図5

使用回数1,000回の高度不飽和脂肪酸メチルのクロマトグラム
移動相：リニアグラジェント溶離，0.2-2％ ACN/ヘキサン（30分）
カラム温度：40℃，
他の条件は図3と同じ

THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

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ば非常に高い再現性を示しているものと考えられる。

と同様に、trans体がcis体よりも早く溶出される。1分子に3実試料（精製魚油、
エチルエステル体）を試料とし、図5と同個の二重 結合を有する不飽 和脂肪 酸であるリノレン酸

じ条件で1,000回の繰り返し分析を行い、カラム溶出液中の｛linolenic（9,12,15-octadecatrienoic）
acid}にはcis型二重

Ag量、
すなわち Silver column KANTO からのAgのリーク結合とtrans型二重結合の数と位置の組み合わせにより8種量を調べた。カラム溶出液を濃縮し原子吸光分析に供しの異性体が存在する。図7は、Silver column KANTO にた結果、1,000回分の総溶出液60Lに対してAgのリーク量はより得られたリノレン酸メチル（Linolenic acid methyl ester）の最大で20ngと見積もられ、濃度に換算すると3pptに相当

クロマトグラムである。 3個の二重結合について、
cis型二重する。また、この評価実験においてはUV検出器（検出波

結合の数が少ない分子種から順に溶出されている。

長UV206nm）と蒸発式光散乱検出器（ELSD）を用いたが、Agの溶出が原因と考えられるようなベースラインの乱れやノイズの増加などの現象は見られなかった。以上の結果から、 Silver column KANTO からのAgの溶出はほとんど無いと考えられ、クロマトグラムの繰り返し再現性が高いことが裏づけられる。
3.3 cis/trans異性体の分離
Silver column KANTO は不飽和化合物における二重結合の状態の違いを識別して試料分子を分離する。
cis/trans異性体では、一般にcis体の方が双極子モーメントは大きく、立体的にも不安定である反面、Ag＋と形成する錯体

図7 リノレン酸メチル − cis/trans異性体の分離
移動相：リニアグラジェント溶離, 0.5-3％ ACN/ 2％ AcOEt/ ヘキサン（20分）
, 検出：蒸発式光散乱検出器（ELSD), カラム温度：40℃, 他の条件は
図3と同じの安定性は高い。一方で、相対的に双極子モーメントが小さく、安定なtrans体とAg＋が形成する錯体の安定性は低い。したがって、Silver column KANTO とより安定な錯体

3.4 不飽和脂肪酸の保持挙動に対する共役二重結合とを形成するcis体は強く保持され、相対的に安定性の低い

非共役二重結合の影響

錯体を形成するtrans体の保持は弱い。

1分子に2個の炭素–炭素二重結合をもつ炭素数18の不飽和脂肪酸（octadecadienoic acid）
には、
リノール酸
｛linoleic（cis,cis-9,12-octadecadienoic）
acid｝のほかに、二つの二重結合が共役している共役リノール酸（CLA：Conjugated
Linoleic Acid）
が知られている。共役リノール酸は、共役二重結合におけるπ電子の非局在化により、非共役のリノール酸よりも安定である。したがって分子の安定性とは反対に、それらとAg＋が形成する錯体の安定性は、
Ag＋と非共役のリノール酸が形成する錯体よりも低いものと予想される。
図8は、酢酸エチル/ヘキサンを移動相とする Silver column

図6 スチルベン − cis/trans 異性体の分離
移動相：0.2％ ACN/ ヘキサン, 他の条件は図3と同じ

KANTO による共役リノール酸メチル異性体のクロマトグラムである。共役リノール酸メチルの溶出に必要な酢酸エチル

20Silver column KANTO におけるスチルベン（stilbene）の濃度はcis型二重結合を1個もつcis-モノエン酸メチルと同等

cis/trans異性体のクロマトグラムを図6に示した。カルボニルであった。なお、非共役型のリノール酸メチルは酢酸エチル/基などをもたない炭化水素の場合も、脂肪酸エステルであヘキサンでは溶出されず、移動相には溶出力の大きなアセト

るエライジン酸メチル｛elaidic（trans-9-octadecenoic）
acid

ニトリル/ヘキサンを用いる必要がある。試料分子中のπ電

methyl ester；図5のピークNo.2}とオレイン酸メチル｛oleic（cis-子の非局在化が Silver column KANTO に対する保持に

9-octadecenoic）
acid methyl ester；図5のピークNo.3｝の場合影響することを示唆している。

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新しい銀イオンクロマトグラフィー用 HPLC カラム Silver column KANTO の開発（1）methyl ester｝、
ペトロセリン酸メチル｛petroselinic（cis-6octadecenoic）acid methyl ester｝の順に溶出され、Ag＋と不飽和脂肪酸（エステル）が形成する錯体の安定性と保持の強さにはよい相関が認められる。 図11は、炭素数（エステル部を除く）
が14から24のモノエン酸メチルエス
テルについて二重結合の位置と保持時間の関係を示す図である。 炭素数には関わりなく二重結合がカルボニル炭素から遠ざかるほど早く溶出される傾向が明らかである。 trans体についてもcis体と同様の傾向が認められ
図8 共役リノール酸メチル − cis/trans異性体の分離
移動相：リニアグラジェント溶離, 2-10％ AcOEt（20分）/ヘキサン, 他の条
件は図3と同じ

る。なお、電子供与性の官能基（ナフタシル基など）とのエステルであれば錯体の安定性は増し、カラムに対する保持はさらに強くなることが報告されている12）。

3.5 位置異性体の分離
不飽和脂肪酸やそのエステルでは、Aｇ＋は炭素–炭素二重結合だけではなく、カルボニル基とも相互作用してよ14）
り安定な錯体を形成する（図9）。また、trans体よりも分子内歪みが大きなcis体ではAg＋を介して炭素–炭素二重結合とカルボニル基が環状構造をとる錯体を形成する。この場合、炭素–炭素二重結合とカルボニル基の位置が近いほど環が小さくなり、安定であるといわれている11）。

図11 モノエン酸メチルの二重結合の位置と保持時間
移動相：リニアグラジェント溶離, 2-10％ AcOEt（20分）/ヘキサン, 他の条
件は図3と同じ
図9 Ag+とモノエン酸エステルが形成する錯体の模式図

図12に、 Silver column KANTO によるテルフェニル
図10は、 Silver column KANTO によるcis-オクタデセ（terphenyl）の位置異性体（o -、m -、p -異性体）のクロマト

ン酸メチル位置異性体のクロマトグラムである。 炭素–炭グラムを示す。 芳香族化合物であるテルフェニルはビフェ素二重結合がカルボニル炭素から遠いcis-バクセン酸メ

ニル（biphenyl）に続いてo -体、m -体、p -体の順に溶出さチル｛cis-vaccenic（cis-11-octadecenoic）acid methylれた。 Silver column KANTO が脂肪族化合物だけでester｝、
オレイン酸メチル｛oleic（cis-9-octadecenoic）acid

はなく、芳香族化合物の分離にも適用できることを示す結果である。

図10 cis-オクタデセン酸メチル − 位置異性体の分離
移動相： イソクラティック溶離，0.3％ ACN/ ヘキサン, 他の条件は図3と同じ

図12 テルフェニル − 位置異性体の分離
移動相： イソクラティック溶離, 0.2％ ACN/ヘキサン, 他の条件は図3と同じ＊以下、2009 No.4（214号）に続く。

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（26）
カール・ツァイス、エルンスト・アッベ、オットー・ショット
Scientists and Engineers in German Stamps (26). Carl Zeiss, Ernst Abbe, Otto Schott.
筑波大学名誉教授

原田馨

KAORUHARADA
Professor Emeritus,University of Tsukuba.

カール ・ツァイス

エルンスト・アッべカール・ツァイス、エルンスト・アッベ、オットー・ショット※本稿では、カール・ツァイス社の設立と発展に貢献した三人の科学者、技術者
をまとめて紹介いたします。

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オットー・ショット

イエナにある光学機器製造工場の経営者カール・ツァイ
スは、細胞説で知られるM. J. シュライデン
（Matthlias
Jakob Schleiden, 1804-1881）から顕微鏡の性能向上のた

カール・ツァイス（Carl Zeiss, 1816-1888）、光学技術者、めの助言を得て光学機器の製造を行っていた。しかし光工場経営者。ヴァイマール（Weimar）に生まれ、ギムナジ

学機器は単なる経験のみで製造出来るものではなく、確ウムを卒業した後、機械工場で働き、1846年以降イエナ

かな光学理論に基づいて、先ず設計と計算をすることに（Jena）で光学機器工場を設立し、ここでイエナ大学が必より性能の高い製品を製造しなければならないと考え、要とする機械、器具のほとんどを製作した。

若い頃より面識のあった光学に詳しいエルンスト・
アッベにエルンスト・アッベ（Ernst Abbe, 1840-1905）、ドイツの物協力を依頼した。また高性能のレンズを得るには種々様々

理学者、工場経営者。アイゼナハ（Eisenach）に生まれ、の歪みのない均質のガラスが必要であるため、そのような

イエナ大学、ゲッチンゲン大学およびフランクフルト・アム・マ

ガラス製造の専門家として1882年、化学者オットー・ショット

インで学び、研究を行った後、イエナ大学の私講師となりに協力を依頼した。新しい光学ガラスにはリン酸、ホウ

1870年に同大学の教授となる。

酸、鉛などを含むものが製造された。これらショットの作っオットー・ショット（Otto Schott, 1851-1935）、ドイツの化た特別仕様のガラスを用い、アッベの設計した光学製品

学者、光学ガラス製造者。ヴィッテン（Witten）に生まれ、は性能が向上し、ツァイスの工場は世界のツァイスへと発展

アーヘン、ヴュルツブルク、ライプツィッヒで化学を学んだ。

した。ツァイスの工場は顕微鏡のみならず、望遠鏡、双眼THE CHEMICAL TIMES 2009 No.3（通巻213号）

ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（26）カール・ツァイス、エルンスト・アッベ、オットー・ショット

鏡、レンズ、カメラなど種々の優秀な光学機器、さらにプラネタリウムまで製作した。例えば、カメラのレンズ・テッサー50mm F 4.5 は、20世紀初頭には世界の最高峰レンズとして名声を博し、垂涎の的の光学製品であった。
アッベはもともと物理学者であったが、ツァイスと共に働くことにより光学機器製造の有能な技師となり、次いで会社の経営者となった。経営者としての彼は労働者の福祉のために会社の利益の多くを注ぎ込んだ。アッベはツァイスの死後「カール・ツァイス財団（Carl Zeiss Stiftung）」
を設立した。会社は経営者の私物ではなく、財団のものであるとした。このカール・ツァイス財団は長い歴史を経て今日も存在している。アッベがその財団の名を自分の名ではなくカール・ツァイスの名を使ったことは、
奥ゆかしくその人柄を示している。
カール・ツァイス社の近くに「光学博物館」がある。これはカール・ツァイス社自身の歴史を示した博物館である。最も興初期の工場内での種々の光学機器の組み立て作業場。

味あるのは創業時代の手工業的作業場の復元である。その他数多くのものが展示してある。眼鏡の部には詩人 J. C. F.
ヘルダーリン（Johann C. F. Holderlin, 1770-1843）、微生物学者R. コッホ（RobertKoch, 1843-1910）、生理学者R. フィルヒョウ
（Rudolf Virchow, 1821-1902）
らが使っていた眼鏡の展示があった。カール・ツァイス社に隣接した広場にアッベを記念する廟がある。中にはアッベの胸像が安置されている。
イエナの光学機器工場の発展に貢献したツァイス、アッベ、ショットの三人の墓は
この町の旧墓地（Alten Friedhof）にある。

※本稿に掲載の写真は、著者の撮影によるものである。

カール ・ツァイス財団の「光学博物館」の建物と標識、1866年創設。

記念廟の中にあるアッベの胸像。
光学博物館に展示されているエルンスト・アッベの手型。

エルンスト・アッベの墓。

カール・ツァイス社に隣接して建立されたアッベの記念廟。

カール・ツァイスの墓。

オット−・ショットの墓、墓石の上に光学ガラスがさり気なく置いてある。

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（26）カール・ツァイス、エルンスト・アッベ、オットー・ショット

カール・ツァイス、3枚組の記
念切手の内の一枚。

エルンスト・アッべ、3枚組の記念切手の内の一枚。

ショットによる光学ガラス100年記念切手。1984年DDR発行。

カール・ツァイス社の顕微鏡の科学100年記念切手。1968年西ドイツ発行。

カール・ツァイス社の3枚組の記念切手の内の一枚。1956
年DDR発行。

カール・ツァイス財団100年記
念切手。1989年DDR発行。

ツァイス・イエナ、125年記
念切手。1971年DDR発行。

編

表紙写真
クロユリ
（黒百合・ユリ科）
クロユリは、華麗なコマクサや、エーデルワイスの近似種であるヒナウスユキソウと共に、文字通り高嶺の花、
高山植物の代表格として広く一般に知られています。この花には「神秘の・・」という枕詞もあり、実物を見るまで想像が高まりますが、私の場合「何だ黒くないよ、茶色ではないか、随分地味な花だ・・。」
これが第一印象でした。高山帯・亜高山帯に背丈10〜30cm ほどに育ち、暗い紫褐色系の花を付けます。この写真は槍ヶ岳での撮影ですが、加賀の白山には大きな群生地があることが知られています。
（写真・文 北原音作）

集

今年は、1609年にガリレオ・ガリレイが自作の望遠鏡で天体観測を行ってから400年目にあたり、
国際天文学連合が中心となり「世界天文年2009」と定められています。
7月22日の午前中には、薩南諸島の種子島南部から奄美大島北部にかけた地域で、国内では46年ぶりに皆既日食を観測することができます。条件がよければ、月が太陽の大部分を覆い隠した
ダイヤモンドリングが観測できるかもしれません。
部分日食は、日本全土で観測することができます。梅雨明けは、東北地方でも7月20日ごろと予報されていますので、全国で日食の観測に間に合いそうです。

C K

後記

次に国内で観測できる日食は、金環日食が2012年5月と2030年6月、皆既日食は26年後の2035年9月となります。
2月に、地球が太陽の大部分を覆い隠したダイ
ヤモンドリングを月軌道上からハイビジョンカメラで撮影した、日本の月周回衛星「かぐや（」SELENE）
は、月探査の任務を終了し6月11日早朝、月面へ制御落下しました。
本誌では、SSDへの利用が拡大しているメモ
リー、HPLCを用いたアルブミンやトランス脂肪酸の分析など最新の技術に関する論文をお送りします。今後とも、ケミカルタイムズをご愛顧戴きますよう
お願いします。

〒103-0023 東京都中央区日本橋本町3丁目2番8号
電話（03）3279−1751 FAX（03）3279−5560
インターネットホームページ http://www.kanto.co.jp
編集責任者 簗島 功
平成21年7月1日 発行「無断転載および複製を禁じます。」