両親媒性多糖デンドリマーを保護剤とした
金・白金ナノコロイドによる活性酸素消去活性
奈良女子大学大学院人間文化研究科

吉 村倫 一

Tadpole-type amphiphilic dendrimers with poly(amidoamine) (PAMAM) dendrons and a single alkyl chain (alkyl chain
length = 16, generation number = 1–5) were designed and synthesized, and investigated their adsorption and aggregation
properties using surface tension, fluorescence of pyrene, dynamic light scattering (DLS), and small-angle neutron scattering(SAXS). The amphiphilic dendrimers exhibit low critical micelle concentration and high efficiency in lowering the surfacetension of water, indicating that the dendron-head moieties were more efficiently packed at the air-water interface and insolution. The DLS and SANS show that the amphiphilic dendrimers form small micelles in aqueous solution regardless ofthe generation and the concentration. Gold and platinum nanoparticles were prepared by chemical reduction protected bytadpole type amphiphilic dendrimers, and their catalytic activities for reduction reaction of p-nitrophenol and DPPH radical
scavenging reaction were investigated. It was found that the catalytic activities for reduction reaction were significantly
influenced by the dendrimer generation and the size of nanoparticles.

１．緒

基を糖鎖で修飾した多糖デンドリマーを保護剤とした金お言

よび白金ナノ粒子を合成し，p‐ニトロフェノールの還元

近年，活性酸素の健康などへの影響が一般的に知られ注反応，DPPH ラジカルおよびヒドロキシルラジカルの消去目を集めている。活性酸素は体中で発生して細胞を攻撃し，反応に対するナノ粒子の触媒活性を評価することを目的と動脈硬化，がん，アルツハイマー，脳梗塞など 200 種類以する。会合体のナノ構造と細胞認識をもつ糖鎖を用いるこ

上の病気や老化の原因となっているとで，人体や環境に配慮した粒径のそろった安定なナノ粒

1）−3）。人間の体内には活性酸素を消去してくれる強力な酵素をもっているが，20子と高い触媒活性が得られると確信する。

代をピークにその働きは衰えていく。これを補うためには，

２．実

ビタミン C やポリフェノールなどの抗酸化物質を体外から摂２.１取する必要があるが，現代の食生活でこれらを効果的に摂合

２.１.１取することは非常に難しい。これまでに我々は，ヒアルロ験成Tadpole 型両親媒性デンドリマー（２デンドロン骨格）の合成

ン酸，フコイダン，キトサン，デンドリマーなどの水溶性高分子存在下で金ナノ粒子を調製し，そのヒドロキシルラジメタノールに溶解させたヘキサデシルアミンを 40 ºC 付

カルの活性酸素消去活性および 1 , 1 -ジフェニル - 2 - ピクリ近まで昇温させた後，アクリル酸メチルを約 1 時間かけてルヒドラジル（DPPH）ラジカルの消去活性について調べた

加え，約 94 時間，40 ºC で加熱撹拌した。反応終了後，未結果，いずれも高い活性が認められることを見出した

4）
−9）

。

反応のアクリル酸メチルを除去するために，メタノールにここで用いたデンドリマーは，従来の高分子と異なり分子よる共沸で減圧蒸留を行い，メチルエステル末端基を有す形状やサイズが制御された規則的な多分岐構造を有し，水る 世 代 0 . 5 の Tadpole 型 両 親 媒 性 デ ン ド リ マ ー（C 16 -溶液中では自己会合せず単分子ミセルで存在する。また，2 denG 0 . 5）を少し粘性のある透明液体で得た。収率は 100

近年，我々はデンドリマーを自己集合させるために，デン% であった。構造は， H NMR および ESI–MS により確認

ドリマー骨格に１本の炭化水素鎖を導入した Tadpole 型した。

1（おたまじゃくし型）の両親媒性デンドリマーを分子設計・次に，メタノールに溶解させた C 16 - 2 denG 0 . 5 を 40 ºC 付合成し，これらは気／液界面に効率よく吸着・配向し，水中近まで昇温させた後，エチレンジアミンを約 1 . 5 時間かけで数 10 ～ 100 nm の会合体を形成することを明らかにした。て滴下し，約 80 時間，40 ºC で加熱撹拌した。反応終了後，本研究では，これらの両親媒性デンドリマーや末端官能未反応のエチレンジアミンを除去するために，トルエン，エタノール，メタノールの順による共沸で減圧蒸留を行い，Active Oxygen Scavenging of Gold andPlatinum Nano-Colloids Protected by
Amphiphilic Dendrimers with MultiSugars
Tomokazu Yoshimura
Graduate School of Humanities and Sciences,
Nara Women’s University

白色粘体を得た。この粘体をヘキサンで洗浄し，真空デシケーターで十分に乾燥させることにより，アミノ末端基を有する世代１の Tadpole 型両親媒性デンドリマー（C 16 2denG1）を白色固体で得た。収率は 93 % であった。構造は，

1

H NMR および ESI–MS により確認した。

− 50 −

上と同様の方法により，アクリル酸メチルおよびエチレン

両親媒性多糖デンドリマーを保護剤とした金・白金ナノコロイドによる活性酸素消去活性ジアミンの反応を繰り返すことによって，2 つのデンドロ

光光度計によりプローブにピレンを用いて測定した。スペン骨格を有する世代 5 までの Tadpole 型両親媒性デンドリ

クトルは 335 nm の励起波長，360 ～ 400 nm で記録し，ピマー（C 16 - 2 denGn；n は世代で 1 ～ 5）を収率よく合成した。

レンの濃度は１× 10 mol dm とした。ピレン蛍光スペ−5−3クトルの振動バンドの低波長側から数えて１番目と３番目
２.１. ２

Tadpole 型両親媒性デンドリマー（３デンドロン骨格）の合成の強度比（I 1 /I 3）より，水溶液中の会合体の疎水的環境を評価した。

２. １. １でヘキサデシルアミンの代わりに，N- ヘキサデ中性子小角散乱（SANS）の測定は，Tadpole 型両親媒性シルエチレンジアミンを用いて同様に，３つのデンドロンデンドリマーを溶解した重水（D 2 O）中で重塩酸（DCl）ま骨格を有する世代 1 ～ 5 の Tadpole 型両親媒性デンドリマ

たは重水酸化ナトリウム（NaOD）の添加により pH を調整ー（C 16 - 3 denGn；n は世代で 1 ～ 5）を合成した。構造をした試料を用いて行った。

Fig. 1 に示す。

２．３
２.１. ３糖鎖の導入

金および白金ナノ粒子の合成

Tadpole 型両親媒性デンドリマー（C 16 - 3 denGn ; n = 1

メタノールに溶解させた Tadpole 型両親媒性デンドリマ～ 5）と塩化金酸の濃度比が１：１または４：１になるよーに，大過剰量のラクトビオン酸を加え，窒素雰囲気，還うに，塩化金酸水溶液を C 16 -mdenGn 水溶液に加え，30 分流下，100 時間加熱撹拌した。反応終了後，メタノールを間よく撹拌した。この混合溶液に氷冷した水素化ホウ素ナ減圧留去して，透析を数日間行い未反応の糖を除去した。

トリウムを加えて，30 分間撹拌を続けることで還元を行

構造は， H NMR，ESI–MS および元素分析により確認した。

い，金ナノ粒子を調製した。

２．
２に， 塩 化 金 酸 を 塩 化 白 金 酸 に 変 え て 同 条 件 で 行 っ た。

1

また，白金ナノ粒子の調製は，金ナノ粒子の場合と同様界面化学的特性合成した Tadpole 型両親媒性デンドリマーの表面張力を，Tadpole 型両親媒性デンドリマー（C 16 - 3 denGn ; n = 1 ～自動表面張力計 Kruss K 122 を用いてウイルヘルミー法に5）と塩化白金酸の濃度比は１ ：１または４：１になるよより 25℃で測定した。各濃度での平衡表面張力を得るた

うに調製した。

−1

めに，表面張力値の変化が毎９分で 0 . 05 mN m 以下となるまで測定を行なった。cmc と cmc における表面張力は，

２．４

表面張力と濃度の対数曲線の屈曲点から決定した。

p- ニトロフェノールの還元反応

石英セルに，金または白金ナノ粒子，p- ニトロフェノー

Tadpole 型両親媒性デンドリマーが形成する会合体の大ル，超純水を加えて，撹拌した。この混合溶液に，氷冷し

き さ は，Uniphase 社 製 He–Ne レ ー ザ ー（ 出 力：35 mW，た水素化ホウ素ナトリウムを素早く加え，可視紫外吸光分

波長：632 . 8 nm– 垂直偏光）を光源とする独国 ALV 社製の光計にセットし，時間に伴う 400 nm の吸光度を測定した。

ALV- 5000 E を用いて測定した。すべての溶液は，測定前にセルロースエステル製の 0 . 2 µm フィルターでろ過して２．５

金および白金ナノ粒子の DPPH ラジカル消去能用いた。解析はヒストグラム法により拡散係数を決定し，石英セルに，金または白金ナノ粒子と DPPH ラジカル溶

Stokes-Einstein の式を用いて流体力学的直径を算出した。

液を加え，撹拌した。この混合溶液を可視紫外吸光分光計

界面活性剤水溶液の蛍光測定は，日立 650−10 S 蛍光分にセットし，時間に伴う 517 nm の吸光度を測定した。

３．結果及び考察
３.１

合成

Tadpole 型両親媒性デンドリマー（C 16 -mdenGn，m はデンドロンの数で 2，3，n は世代で 1 ～ 5）は，コアにヘキサデシルアミンまたは N- ヘキサデシルエチレンジアミンを用いて，アクリル酸メチルによる Michael 付加反応と生成したメチルエステルとエチレンジアミンの反応を繰り返す Divergent 法に従い収率よく合成することができた。

３. ２

界面化学的特性pH２の水溶液における C 16 -mdenGn の表面張力は，いずFig. 1

Structure of C16-3denGn.

れも濃度の増加とともに減少し，臨界ミセル濃度（cmc）− 51 −

コスメトロジー研究報告 Vol.21, 2013を示す明瞭な屈曲点が見られほぼ一定となった（Fig. 2）。
世代１～３の cmc は世代の増加すなわちデンドリマーの親水性の増大とともに増加したが，世代４，５になるとcmc の大きな増加は認められず，cmc は逆に小さくなるか，あるいはほとんど変わらなかった。気 / 液界面での吸着・配向状態は，cmc における表面張力（γcmc）および Gibbs 式から求めた分子占有面積（Acmc）を用いて評価することが–1

で き る。C 16 -mdenGn の γcmc は 36 ～ 47 mN m ，Acmc は20 . 53 ～ 0 . 86 nm となり，嵩高い構造のデンドロン骨格を有しているにもかかわらず，従来の界面活性剤と同様に気/ 液界面に効率よく吸着・配向していることがわかった。
これは，世代およびデンドロン骨格が増加すると，デンドロンのアミド基間の水素結合が増加して密にパッキングでFig. 2きるためと考えられる。C 16 -mdenGn のミセル形成の標準

Surface tension for C16-3denGn.

0

自由エネルギーの絶対値 ∆G mic は，世代が１から２に増加すると小さくなるものの，世代２～５ではほぼ同じ値0であり，∆G micおよび吸着の標準自由エネルギーの絶対0値 ∆G ads とも，デンドロンの骨格数に大きな違いは見ら0

れ な か っ た。 ま た， い ず れ の 世 代 で も ∆G mic は0∆G ads よりも小さくなり，ミセル形成よりも気 / 液界面への吸着の方が優れることがわかった。ピレンの蛍光スペクトルの 373 nm と 384 nm の強度比 I 1 /I 3 および静的光散乱から得られた散乱強度は，世代１および２では表面張力曲線から求めた cmc 付近の濃度からそれぞれ減少，増大したが，世代３以上になると cmc 以下の濃度から変化が見られた。これは世代が高くなると，気 / 液界面への吸着と同時に水溶液中で会合体を形成していることを示唆する。

３. ３水溶液中でのミセル特性

Fig. 3

SANS curves for C16-3denGn at pH9.

距離が近づいたことがわかった。また，pH 2 の溶液でもデンドリマーの末端アミノ基の一部がプロトン化される

pH 9 で見られた低 Q 領域での立ち上がりが同様に観測さpH 9 の低濃度（5 mmol dm ）溶液における C 16 - 3 denGn（nれた。世代２では，5 ～ 25 mmol dm の低濃度で立ち上= 1 ～ 5）の SANS 曲 線（Fig. ３）は， 散 乱 ベ ク ト ル Q >がりが見られなかったが，濃度が 100 mmol dm に増加す

0 . 07 Å において Q に従う散乱が観測されていることかると立ち上がりが観測され，ミセルの凝集体が示唆された。

ら，会合体の構造は球状であることが示唆される。Guinier

これは動的光散乱から求めた見かけの流体力学的直径の大の式を用いて得られた回転半径は，世代には依存せず 2 . 0

きさとほぼ一致した。すなわち，低濃度では数 nm の粒径～ 2 . 4 nm であった。また，低 Q 領域（Q < 0 . 005 Å ）では，のミセルが得られたのに対し，100 mmol dm では 72 ～デ ン ド リ マ ー の 世 代 に よ っ て 散 乱 曲 線 が 異 な り，C 16 -85 nm の大きな会合体が認められた。また，世代 3 ～ 5 では，2 denGn（n = 4，5）および C 16 - 3 denGn（n = 3 ～ 5）では低世代 2 と異なり低濃度から凝集体の形成が確認された。pH

世代と異なり立ち上がりが見られた。これは，世代 1 ～ 32 の 溶 液 に お け る C 16 - 3 denG 3（100 mmol dm ）の cryo-の C 16 - 2 denGn および世代１，２の C 16 - 3 denGn では水溶TEM 写真（Fig. 4）から 100 ～ 600 nm の球状および内部が液中で球状ミセルとして存在するのに対し，世代が増加す空洞になったドーナツ状の凝集体が確認された。この大きるとミセル同士が集まって大きな凝集体を形成しているこな凝集体の存在が，SANS 曲線の低 Q 領域の立ち上がりにとを示唆する。一方，pH 2 の溶液では，デンドリマーの起因していると結論づけられる。さらに，コントラスト変アミノ基がすべてプロトン化されるため，SANS 曲線は Q化法を用いて見積もった会合体中の１分子あたりの体積は，= 0 . 06 ～ 0 . 09 Å 付近にミセル間の静電的反発に起因するいずれの世代でも計算値よりも小さくなり，その差は世代ブロードなピークプロファイルが観測された。このピークの増加とともに大きくなった。これは高世代になるほど会位置は濃度の増加とともに高 Q 側にシフトし，ミセル間の合体中で分子が密にパッキングされていることを示唆する。

–3–1–4–1–1–3–3–3–3− 52 −

両親媒性多糖デンドリマーを保護剤とした金・白金ナノコロイドによる活性酸素消去活性Fig. 4Cryo-TEM images of C16-3denG3 at pH2.
Fig. 6 Apparent rate constant and generation for C16 -3denGn.

４．総括

高性能化ならびに高機能化の発現を目指して分子設計・合成した Tadpole 型両親媒性デンドリマーは，高世代で親水部のデンドロン骨格がかなり嵩高いにもかかわらず，デンドロン間の相互作用が働いて高い界面活性を有すること
Fig. 5がわかった。この両親媒性デンドリマーを保護剤として金TEM image of gold nanoparticles.

または白金ナノ粒子を調製でき，p- ニトロフェノールの還この傾向は気 / 液界面での吸着と同様に，世代の増加とと元反応や DPPH ラジカルの消去反応における触媒活性をもにデンドリマーのアミド基間の水素結合が増加するため示すこともわかった。今後，金属ナノ粒子を用いたヒドロと考えられる。また，SANS 曲線は，溶液の温度を 25℃かキシルラジカルやその他の活性酸素種の消去作用についてら 63℃に上昇させても違いが見られなかったことから，詳しく検討していく予定である。

ミセルおよびミセル同士が集まった凝集体は温度に対して（引用文献）極めて安定であることがわかった。

１）Miyake Y, Shimoi K, Kumazawa S, Yamamoto K,

３. ４

金・白 金 ナノ粒子 の 調 製と触 媒 活 性およびDPPH ラジカル消去能

Kinae N, Osawa T, J. Agric. Food Chem. 48 , 3217 , 2000 .
２）Pulido R, Bravo L, Saura-Calixto F, J. Agric. Food
Chem. 48 , 3396 , 2000 .

C 16 - 3 denGn を保護剤とした金および白金ナノ粒子は，C 16 - 3 denGn と塩化金酸または塩化白金酸の混合溶液を化３）Gyamfi M A, Yonamine M, Aniya Y, Gen. Pharmacol.
32 , 661 , 1999 .

学還元することで調製した。C 16 - 3 denGn と塩化金酸または塩化白金酸の濃度比が４：１では，金の場合，直径４nm４）Esumi K, Takei N, Yoshimura T, Colloids Surf. B 32 ,117 , 2003 .

以下の単分散なナノ粒子が得られたが，白金の場合，大きな粒径のナノ粒子が得られ，金属とデンドリマーのアミノ５）Esumi K, Houdatsu H, Yoshimura T, Langmuir 20 , 2536 ,2004 .

基の相互作用は金よりも白金の方が弱いことがわかった。
C 16 - 3 denGn で保護した金および白金ナノ粒子を用いた p-６）Isono R, Yoshimura T, Esumi K, J. Colloid Interface
Sci. 288 , 177 , 2005 .

ニトロフェノールの還元反応における触媒活性は，世代３の金ナノ粒子を用いたときに最も高い活性が認められ，こ７）Akiyama S, Yoshimura T, Esumi K, J. Jpn. Soc. Colour
Mater. 78 , 112 , 2005 .

れまでに報告された PAMAM および PPI デンドリマーを保護剤として用いたナノ粒子よりも高いことがわかった。

８）Akiyama S, Yoshimura Torigoe K, T, Esumi K, J. Jpn.
Soc. Colour Mater. 78 , 409 , 2005 .

一方，1 , 1 - ジフェニル - 2 - ピクリルヒドラジル（DPPH）ラジカルの消去反応に対しては，C 16 - 3 denGn で保護したナ

９）Endo T, Fukunaga T, Yoshimura T, Esumi K, J.
Colloid Interface Sci. 302 , 516 , 2006 .

ノ粒子は高い触媒活性を示さなかった。

− 53 −