博 士（ 地球 環境科 学）外 嶋友哉

学位論文題名A Study on Removal and Accumulation oBiSphenol
・AbyHOStlgueStCOn
lpleXadonUSin
gCyC
lodeXtrin
LinkedChitOS
an（シクロデキストリン結合キトサンとのホスト・ゲスト複合体形成に よ る ビ ス フ ェ ノ ー ル Aの 除 去 と 集 積 に 関 す る 研 究 ）学 位 論 文 内 容の 要 旨

我々人類の生活は様々な 化学物質、工業製品に依存し成り立っている。ところが最近になり、これまで安全と考 えられ環境中に放出されてきた界面活性剤、農薬、プラスチッ
ク等の中に生物の自己保存 、もしくは種の存続を脅かす物質が含まれていることが危惧されるようになってきた。現 在、危険性が指摘されている物質はビスフェノールAなど約70種あり、主として性ホルモ ンエストロゲンに類似の芳香環を有した化合物である。こうした物質はホルモン受容体に 誤って認識され、ホルモン作用を乱すことから内分泌撹乱物質(EDCs）と呼ばれるようになった。申請者はシクロデキ ストリンc：CD）結合キトサンとい う新 規に 合成 された多糖誘導体を用い、ED
Csの 一種であるビスフェノールAの除去・集積を目指し研究を行った 。
第1章で は、 円二 色性 ス ペク トル 及び U
V‑可視 吸収 ス ペク トル の2種類の分 光学的手法 に よ り 、 CD結合 キト サン のCD部分 に おけ るEDC
sと のホ スト ゲス ト複 合体 形成 による包接性及び選択性につい て検討した。円二色性スペクトル測定の結果、EDCsの一種であるビスフェノールAがl3‑CD結合キトサンに包接されることが示された。またニト口フ
ェノール類をゲスト分子と して用いた系での測定により、ホストゲスト複合体形成においてゲスト分子の方向性及び 立体構造が包接性及び選択性に依存することが示された。次にUV‑可視吸収スペクトル測定により、ホストゲスト複合体形成における解離定数の算出を行 った 。ビ スフ ェノ ール Aとp‑CD結 合キ トサ ンの 解離 定数 は7． 5xl0'4Mであ り、以前の報告により包接性が高い とされていたp‑‑トロフェノールとa‑CD‑の解離定数2.
2x10・4Mと同程度の値を示した。
第2章で は、 CD結合 キトサンのキトサン部分の高分子量、ポリカチオン陸を 利用したビスフェノールAの環境中からの除去方法の検討を行った。まず、キトサンの高分子量の性質を利用した限外濾過に よる除去方法について検討した。1.
0x1．0'4M及び100ppbレ
ベ ルに 相当 する 4． 4x 10‑7Mの ビス フェ ノールA水溶液中にCD結合キトサンを 添加し、分 子 量 60， 000のCD結合 キト サン のCD部分 にお いて ビス フウ ノー ル Aと のホ スト ゲス
ト複合体を形成させた後、 分画分子量10，000の濾過膜を用い限外濾過を行い、UV‑可視吸収スペクトルにより除去率を算出した。その結果、それぞれ77．7％及び51.
4％の除去率でビスフェノールAの回収が可能であった。次にキトサンのポリカチオン陛の性質を利用したポリイオン複合体形成に よる除去方法について検討した。1.
0x10・4Mのビスフェノー
ルA
水 溶液 にポ リカチ オン陸であるCD結合キトサンを添加し、ホストゲスト複 合体を形成後、ポリアニオン性であ るアルギン酸ナトリウムを添加することでポリイオン複合体を形成させ沈殿を得る。得ら れた沈殿を遠心分離機により回収、溶解後、UV‑
可視吸収スペ‑1334 ‑クトルにより除去率を算出した。その結果、80．2％の除去率でビスフェノールAの回収が可能であ った。また、ゲスト分子にニトロフェノール類を用いた上記2種類の除去方法の検討にお いて、 ゲスト分 子の立 体構造が除去率に大きく依存することから、CD結合キトサ ン に よ る ビ ス フ ェ ノ ー ル Aの 選 択 的 な 除 去 の 可 能 性 が 示 さ れ た 。
第3章 では、 第2章 で示さ れた除去 方法とキ ャピリ ー電気泳 勁との 組み合わ せたビ ス
フウノー ルAの微量分 析方法 について 検討を行 った。 100 ppbレペルのビスフェノールA水溶液は低濃度であるため、キャピラリー電気泳動によルピークを確認することができな
い、 そ こ で100 ppbの ビス フ ェ ノー ル A水溶 液 1000 m
Lを第 2章で 述べた限 外濾過 法に従い20 m
Lに濃縮 後、キャ ピラリ ー電気泳 動を用 いた分析 を行った。限外濾過をキャピラリー電 気泳勁 の前処理 として 応用する ことで 、20 mLに 濃縮さ れたビス フェノー ルA
はキャピラリ一電気泳動においてピークとして確認することが可能になった。また、上記に示され るよう に、1000 m
Lの溶液 をキャピ ラリー 電気泳動の必要最小量である0．01mLまで濃縮することが可能であることが判明し、現在のEDCsが「；り題とされている低濃度で適用可能であることが示された。
第4章 では、 ギトサン のアミ ノ基を利 用した 架橋によ り水不溶性のキトサンビーズを成形後、 CD導人を 行うこと により 、CD結合キ トサン ビーズを 新規に 合成し、 ビスフ ェ
ノールAの更 に効率的 な除去 法につい て検討を 行った 。得られたCD
結合キトサンビーズ
は含水率が高く、ビーズ内部、表面の電子顕微鏡撮影により多孔質であることが示された。
CD結 合 キト サ ン ビー ズ を 充填 させたカ ラムに 1.0
x10．4M及び 100 ppb
レベ ルのビ スフェノール A水 溶液をそ れぞれ 流速l mL/min、50 mL/min
で流 し、キ トサンビ ーズに 固定化された CD部分におけるホストゲスト複合体をビスフェノールAと形成させた。その後、疎水溶媒 である メタノー ルを添 加し、CDに 包接さ れていた ビスフェノールAを回収後、UV．可視吸収スペクトルにより除去率を算出した。その結果、それぞれ78．6％及び64．G％の除去率 でビスフェノールAの回収が可能であった。また、ゲスト分子にニトロフェノール類を用いた同様の検討において、ゲスト分子の立体構造が除去率に大きく依存することから、CD結合キト サンビー ズによ るビスフ ェノー ルAの 選択的な除去の可能性が示された。
第 5章 で は 、 本 研 究 に お け る 結 論 と 今 後 の 展 望 に つ い て 述 べ ら れ て い る 。
以 上 の結 果 よ り、 本 論 文 では p‑C
D結 合 キト サ ン及びp‑CDがE
DCsの一種 である ビスフェノー ルAとホス卜 ゲスト 複合体を 形成する ことを 見出された。またC
D結合キトサンのキトサン部分の高分子量、ポリカチオン、架橋可能なアミノ基の性質を利用したそれぞれ限外濾 過、ポ リイオン 複合体 形成、CD固 定化カ ラム方法により、ビスフェノールAの除去方法の可能性が示された。更に先の除去方法とキャピラリー電気泳動の組み合わせによるビス フェノ ールAの微量 分析の可 能性が示 された 。今後、より最適なホストとEDCs（：ゲスト）の組み合わせを見出すことで、ビスフェノールA以外のEDCsの除去・集積への応用が 可能で あること が示された。以上で述べたように、この研究はCD結合キトサンを用いる ことに より、目 的のEDCsのみを環境中から除去・集積するシステムの構築につなかるものと考えられる。

− 1335−

学 位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査

教 授

坂入 信 夫

教 授

西則雄

助教授

覚 知 豊 次助教授

野 水 基 義学位論文題名A Study on Removal and Accumulation of Bisphenol‑A by
Host‑guest Complexation Using Cyclodextrin Linked Chitosan（シクロデキストリン結合キトサンとのホスト・ゲスト複合体形成に よ る ビ ス フ ェ ノ ー ル Aの 除 去 と 集 積 に 関 す る 研 究 ）これまで安全と考えられ環境中に放出され続けてきた界面活性剤、農薬、プラスチッ
ク等の中に，生物の種の存続を脅かす物質が含まれていることが次第に明らかにされてきた。こうした物質はホルモン受容体に誤って認識され、ホルモン作用を乱すことから内分泌撹乱化学物質(EDCs，環境ホルモン）と呼ばれるようになった。しかも、この新しい汚染物質は現在の測定技術の限界に近い極低濃度で作用することから、更に深刻な環境問題とされている。申請者は，ホルモンがレセプタータンパク質に分子認識され複合体を形成する過程を模倣した人工的な系でこのような汚染物質を除去することが可能な機能性材料の開発について研究を行った．研究に用いた素材はシクロデキストリン(CD)結合キトサンという新規に合成された多糖誘導体で、EDCsの一種であるビスフェノールAを選択的に除去・集積できることを見いだした．
第1章では、円二色性スペクトル及びUV‑可視吸収スペクトルの2種類の分光学的手法 により、CD結合キトサンのCD部分におけるビスフェノールAとのホストグスト複合体形成による包接性及び選択性について検討されている。その結果、ビスフェノールAが[3‑CD結合キトサンに包接されることが示され、解離定数が7.5x10・4Mと強固な複合体が形成されることを見出した。この事実はEDCsがCDによって分子認識され、選択的な包 接 複 合 体 の 形成 が 可 能 で ある こ と を 実 験的 に 証 明 し たもの である 。
第2章では、CD結合キトサンが高分子化合物であることならびにキトサン部分がポリカチオン性を有していることに着目して，ビスフェノールAの除去法の検討が行われている 。 そ の 結 果 、濃 度23ppm及び 100ppbの ビスフ ェノ ール A水 溶液 ヘCD結合キ トサ ン

を加え限外濾過を行うことにより、高分子化合物であるCD結合キトサンに包接されたビスフェノールAがそれぞれ77％、51％で除去できることを見出した。また，濃度23ppmのビスフェノールA水溶液にCD結合キトサン及びアルギン酸ナトリウムを添加すると、ポリイオン複合体の沈殿が生成し、これを分別することで80％のビスフェノールAの除去が可能であることが示された。
第3章では、第2章で示された除去方法とキャピリー電気泳動との組み合わせによるビスフェノールAの微量分析方法について検討が行われている。その結果、濃度100 ppbのビスフェノールA水溶液を前述したCD結合キトサンを用いた限外濾過法により濃縮を行った後、キャピラリー電気泳動へと導入することで微量の内分泌系撹乱化学物質の検出・同定が可能であることが示された。
第4章では、不溶性のCD結合キトサンビーズを新たに合成しそれを用いて，更に効率の良いビスフェノールA除去のためのモデル実験を行った結果について述べている．まず，キトサンのアミノ基を架橋することにより水不溶性のキトサンビーズを調製した後、還元的アミノ化法でCDの導入を行った。得られたCD結合キトサンビーズを充填したカラムに、濃度23ppm及び100 ppbのビスフェノールA水溶液を通過させ吸着量を測定した．その結果，ビスフェノールAはCD結合キトサンビーズに吸着され、水洗を続けても溶出は認められないことが判明した．その後、90％メタノールでの洗浄により添加したビスフェノールAの約70％が回収され、ビスフェノールAの分離・濃縮が可能であることが示された。
第 5章 で は 、 本 研 究 に お け る 結 論 と 今 後 の 展 望 に つ い て 述 べ ら れ て い る 。
上記に示す通り、申請者の発見を基盤として、新しい分子認識に基づくEDCsの除去・集積についての研究過程を述べている。すなわち本論文では、EDCsの一種であるビスフェノールAとホストゲスト複合体を形成するCD結合キトサンの高分子量、ポリカチオン、架橋可能なアミノ基の性質を利用した、限外濾過、ポリイオン複合体形成、CD固定化カラム方法により、ビスフェノールAの除去方法の可能性が示されている。更に先の除去方法とキャピラリー電気泳動の組み合わせにより、ビスフェノールAの微量分析の可能性が示されている。この研究はCD結合キトサンを用いることにより、目的のEDCsのみを環境 中 か ら 除 去 ・ 集 積 す る シ ス テ ム の 構 築 に っ な が る も の と 考 え ら れる 。
審査員一同は、これらの成果を高く評価し、また申請者は研究者として誠実かっ熱心であると考え、大学院過程における研鑚や単位取得なども併せ申請者が博士（地球環境科学）の学位を受けるのに充分な資格を有するものと判定した。