| 【発明の名称】 |
有害物質の処理材およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】加藤 真示
【氏名】渡邉 裕和
【氏名】黒部 久徳
【氏名】近藤 庸市
【氏名】岩田 美佐男
【氏名】山口 晃史
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| 【要約】 |
【課題】二酸化チタン膜にて効率良く有害物質を不活性化できる有害物質の処理材を提供する。
【解決手段】二酸化チタン膜５は、血漿成分などの被処理体に混入するおそれのある大腸菌やＨＩＶなどの有害物質２を光触媒機能にて不活性化する。特定の有害物質２のみを保持する特異性を有した保持物質８を単分子の架橋分子７にて二酸化チタン膜５の表面に並列に架橋する。架橋分子７の膜厚が薄くなる。保持物質８が保持した有害物質に対する二酸化チタン膜５の光触媒機能による不活性化を架橋分子７が阻害しにくい。二酸化チタン膜５による光触媒機能により保持物質８が保持した有害物質２を効率良く不活性化できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 液相および気相の少なくともいずれか１つの形態を採る被処理体に混入または混入するおそれのある特定の有害物質のみを保持する特異性を有した保持物質と、この保持物質にて保持した前記有害物質を光触媒機能により不活性化する遷移金属酸化物と、この遷移金属酸化物の表面に並列に形成され前記保持物質を前記遷移金属酸化物に架橋させる単分子の架橋分子とを具備していることを特徴とした有害物質の処理材。
【請求項２】 架橋分子は、無機的な結合にて遷移金属酸化物の表面に形成されていることを特徴とした請求項１記載の有害物質の処理材。
【請求項３】 架橋分子は、遷移金属酸化物の表面における法線方向に沿っていることを特徴とした請求項１または２記載の有害物質の処理材。
【請求項４】 液相および気相の少なくともいずれか１つの形態を採る被処理体に混入または混入するおそれのある有害物質を光触媒機能により不活性化する遷移金属酸化物の表面に単分子の架橋分子を並列に形成し、この架橋分子を介して特定の前記有害物質のみを保持する特異性を有した保持物質を前記遷移金属酸化物に架橋させることを特徴とする有害物質の処理材の製造方法。
【請求項５】 遷移金属酸化物の表面に無機的な結合にて架橋分子を形成することを特徴とする請求項４記載の有害物質の処理材の製造方法。
【請求項６】 シランカップリング剤を備えた架橋分子を、シランカップリング反応により遷移金属酸化物の表面に単分子のみ形成することを特徴とする請求項４または５記載の有害物質の処理材の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウィルスや細菌、毒素などの特定の有害物質を不活性化する有害物質の処理材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、この種の有害物質の処理材としては、特願２０００−３２１５５２号に記載のものが提案されている。
【０００３】この特願２０００−３２１５５２号に記載の処理材は、光触媒作用を有する遷移金属酸化物としての二酸化チタン膜の表面に、血液や血漿、血液製剤、体液などに含まれる生物学的危険性のある有害物質としてのウィルスや病原細菌などの生物および毒素を選択的に吸着する保持物質としての受容体などの抗体を、シランカップリング剤としてのアミノアルキルエトキシシランである３−アミノプロピルトリエトキシシラン(AminoPropylTriEthoxySilane:ＡＰＴＥＳ)およびグルタルアルデヒドにて構成された架橋部としての架橋分子を介して架橋させている。
【０００４】そして、この処理材の抗体に吸着されたウィルスや病原細菌などの生物および毒素を、二酸化チタン膜が持つ高い酸化力によって不活性化させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の特願２０００−３２１５５２号に記載された処理材では、二酸化チタン膜の表面にＡＰＴＥＳを導入する際に、このＡＰＴＥＳの膜構造を制御していないため、このＡＰＴＥＳが二酸化チタン膜の表面に膜状になって存在している。また、この二酸化チタン膜の表面に導入されたＡＰＴＥＳに、架橋分子であるグルタルアルデヒドを導入する際に、このグルタルアルデヒドも過剰にＡＰＴＥＳに結合してしまう。
【０００６】この結果、二酸化チタン膜の表面に導入された膜状のＡＰＴＥＳおよびグルタルアルデヒドにより、例えばＨＩＶなどの有害物質への二酸化チタン膜による光触媒作用が阻害されてしまい、この二酸化チタン膜による有害物質の不活性化が効率良くできないという問題を有している。
【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたもので、遷移金属酸化物にて効率良く有害物質を不活性化できる有害物質の処理材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の有害物質の処理材は、液相および気相の少なくともいずれか１つの形態を採る被処理体に混入または混入するおそれのある特定の有害物質のみを保持する特異性を有した保持物質と、この保持物質にて保持した前記有害物質を光触媒機能により不活性化する遷移金属酸化物と、この遷移金属酸化物の表面に並列に形成され前記保持物質を前記遷移金属酸化物に架橋させる単分子の架橋分子とを具備しているものである。
【０００９】そして、液相および気相の少なくともいずれか１つの形態を採る被処理体に混入または混入するおそれのある有害物質を光触媒機能により不活性化する遷移金属酸化物の表面に、特定の有害物質のみを保持する特異性を有した保持物質を、単分子の架橋分子にて並列に架橋させる。この結果、架橋分子の膜厚がより薄くなるから、保持物質が保持した有害物質の遷移金属酸化物の光触媒機能による不活性化が、架橋分子により阻害されにくくなる。よって、この遷移金属酸化物による光触媒機能により保持物質が保持した有害物質が効率良く不活性化可能となる。
【００１０】請求項２記載の有害物質の処理材は、請求項１記載の有害物質の処理材において、架橋分子は、無機的な結合にて遷移金属酸化物の表面に形成されているものである。
【００１１】そして、遷移金属酸化物の表面に無機的な結合にて架橋分子を形成することにより、この架橋分子が受ける遷移金属酸化物による光触媒作用の影響が少なくなるとともに、遷移金属酸化物の表面からの保持物質および架橋分子の離脱が防止可能となる。
【００１２】請求項３記載の有害物質の処理材は、請求項１または２記載の有害物質の処理材において、架橋分子は、遷移金属酸化物の表面における法線方向に沿っているものである。
【００１３】そして、遷移金属酸化物の表面における法線方向に沿って架橋分子をこの遷移金属酸化物の表面に形成することにより、この遷移金属酸化物の表面に単分子の架橋分子により保持物質をより複数架橋できる。このため、この保持物質による特定の有害物質の保持がより効率良くなるから、遷移金属酸化物の光触媒機能による有害物質の不活性化がより効率良くなる。
【００１４】請求項４記載の有害物質の処理材の製造方法は、液相および気相の少なくともいずれか１つの形態を採る被処理体に混入または混入するおそれのある有害物質を光触媒機能により不活性化する遷移金属酸化物の表面に単分子の架橋分子を並列に形成し、この架橋分子を介して特定の前記有害物質のみを保持する特異性を有した保持物質を前記遷移金属酸化物に架橋させるものである。
【００１５】そして、液相および気相の少なくともいずれか１つの形態を採る被処理体に混入または混入するおそれのある有害物質を光触媒機能により不活性化する遷移金属酸化物の表面に架橋分子を単分子のみ形成し、この架橋分子を介して特定の有害物質のみを保持する特異性を有した保持物質を遷移金属酸化物に架橋させる。この結果、架橋分子の膜厚がより薄くなるから、保持物質が保持した有害物質の遷移金属酸化物の光触媒機能による不活性化が、架橋分子により阻害されにくくなる。よって、この遷移金属酸化物による光触媒機能により保持物質が保持した有害物質が効率良く不活性化可能となる。
【００１６】請求項５記載の有害物質の処理材の製造方法は、請求項４記載の有害物質の処理材の製造方法において、遷移金属酸化物の表面に無機的な結合にて架橋分子を形成するものである。
【００１７】そして、遷移金属酸化物の表面に無機的な結合にて架橋分子を形成することにより、この架橋分子が受ける遷移金属酸化物による光触媒作用の影響が少なくなるとともに、遷移金属酸化物の表面からの保持物質および架橋分子の離脱が防止可能となる。
【００１８】請求項６記載の有害物質の処理材の製造方法は、請求項４または５記載の有害物質の処理材の製造方法において、シランカップリング剤を備えた架橋分子を、シランカップリング反応により遷移金属酸化物の表面に単分子のみ形成するものである。
【００１９】そして、シランカップリング剤を備えた架橋分子を、シランカップリング反応により遷移金属酸化物の表面に単分子のみ形成すれば、この架橋分子の遷移金属酸化物の表面への単分子形成が容易になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態の有害物質の処理装置の構成を図面を参照して説明する。
【００２１】図２において、１は処理装置本体で、この処理装置本体１は、例えばウィルスや細菌、毒素などで特に特異的な結合性もしくは、抗原性を示す構成蛋白を有した有害物質２が混入あるいは混入のおそれがあり、液相および気相の少なくともいずれか１つの形態を採る被処理体が内部に流入される複数の処理室３を備えている。
【００２２】ここで、菌体において強い抗原性を示す部位は、表１に示すように主に３通りあり、菌種によって抗原性が異なる。例えば、細菌である大腸菌Ｏ−１５７は、Ｏ抗原の１５７番目を示す。これら特異的な抗原性を示すいずれの細菌が対象となる。また、ウィルスとしては、例えば表２に示すように、構成蛋白の中で強い結合性を示す蛋白を有するいずれのウィルスが対象となる。さらに、毒素としては、例えば表３に示す各種細菌産生の毒素の他に、ふぐ毒(テトロドトキシン)、蛇毒、サソリや蜂、クモなどの昆虫の毒など、特定の抗原性を示すいずれの毒素が対象となる。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】そして、処理装置本体１の各処理室３の両側には、面方向が互いに平行に離間された矩形平板状の処理材４がそれぞれ配設されている。これら処理材４は、光触媒機能を有する光触媒材料としての遷移金属酸化物である二酸化チタン(ＴｉＯ２)膜５が成膜、すなわちコートされた矩形平板状の基材６の表面に、架橋部としての架橋分子７を介して特定の有害物質２のみと結合する特異性を有した選択的受容体である保持物質８が結合されている。ここで、各基材６は、紫外線を透過し、図示しない光源からの光を導光する二酸化シリコン(ＳｉＯ２)にて成形されたシート状のガラスである。また、二酸化チタン膜５は、基材６の表面に常圧ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法、すなわち化学蒸着法により成膜されている。
【００２７】さらに、保持物質８の結合は、図１に示すように、例えば二酸化チタン膜５の表面に結合する水酸基にシランカップリング剤としてのアミノアルキルエトキシシランである３−アミノプロピルトリエトキシシラン(AminoPropylTriEthoxySilane:ＡＰＴＥＳ)11が単分子のみ結合され、この結合されたＡＰＴＥＳ11のアミノ基にグルタルアルデヒド12が単分子のみ結合され、この結合されたグルタルアルデヒド12の末端のアルデヒド基に蛋白質である保持物質８のアミノ基が結合され、シッフ塩基の還元、すなわち保持物質８を結合した後にＡＰＴＥＳ11およびグルタルアルデヒド12間の結合およびグルタルアルデヒド12および保持物質８間の結合の二重結合を還元して結合される。
【００２８】なお、この保持物質８としては、表１に示す細菌の特異的な抗原性に対する特異抗体、表２に示すウィルスの特異的な強い結合性を示す構成蛋白に対する受容体(レセプタ)、表３に示す毒素の抗体など、有害物質２のみと結合する特異性を有したアミノ基を有するものや特異性を有した蛋白質など、有害物質２を特異的に保持するものが用いられる。ここで、有害物質２の保持とは、吸着などの物理的な結合や化学結合などの化学的な結合など、有害物質２を留めておくいずれの形態をいう。
【００２９】また、処理装置本体１には、処理室３内の処理材４に光を照射する図示しない光源を備えている。この光源は、例えばピーク波長が約６００ｎｍの可視光を照光する蛍光ランプや、波長が３００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下にピークを有するブラックライト、略１８５ｎｍでもピークを有しオゾンを生成可能な低圧水銀ランプなどの紫外線を照射する紫外線ランプなどが用いられる。
【００３０】なお、可視光から赤外線以上の長波長の光では、二酸化チタン膜５が励起されなくなって光触媒機能が得られなくなり、また、波長が短すぎると光により被処理体の構成成分や処理材４を損傷するおそれがあることから、可視光から紫外線の領域である略１５０ｎｍ以上略６００ｎｍ以下にピーク波長を有する光源が用いられる。
【００３１】次に、上記一実施の形態の処理材の製造方法を説明する。
【００３２】まず、図３(a)に示すように、ＳｉＯ２ガラスにて成形された基材６(縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×厚さ０．５ｍｍ)の片側の表面のみに、常圧ＣＶＤ法にて二酸化チタン膜５をコートする。このとき、この二酸化チタン膜５により被処理体中における血漿成分などが変性されず、光触媒活性に必要な紫外線が吸収でき、十分な抗菌性を持ちつつ、この二酸化チタン膜５が基材６から剥離しない最適な膜厚となるように、この二酸化チタン膜５の膜厚を制御する。
【００３３】この後、図３(b)に示すように、この二酸化チタン膜５が成膜された基材６を、架橋分子７の一部を構成するＡＰＴＥＳ11を含有する脱水トルエン溶液の蒸気相内に設置し、シランカップリング反応による化学結合により、ＡＰＴＥＳ11を二酸化チタン膜５の表面に固定化させる。
【００３４】そして、このＡＰＴＥＳ11が表面に固定化された基材６を、脱水エタノール、脱水トルエン、１ｍＭ ＮａＯＨ水溶液、および１ｍＭ ＨＮＯ３水溶液を用いて数回洗浄した後、最後に超純水で洗浄し、窒素ガスを用いて乾燥させる。
【００３５】ここで、基材６の二酸化チタン膜５の表面に固定化したＡＰＴＥＳ11の膜厚を分光エリプソメトリーにて測定したところ、１．１±０．１ｎｍと測定できた。この値は、ＡＰＴＥＳ11単分子の長さ寸法１．１ｎｍに一致するため、このＡＰＴＥＳ11単分子のみが二酸化チタン膜５の表面上に、この二酸化チタン膜５の表面における法線方向に向かって規則的に配列していると推察できる。
【００３６】次に、図３(c)に示すように、ＡＰＴＥＳ11単分子が二酸化チタン膜５の表面に固定化された基材６に、０．１Ｍ リン酸カリウム緩衝液で濃度３．０％に調整したグルタルアルデヒド12溶液を添加して、室温にて十分に撹拌混合する。
【００３７】さらに、図３(d)示すように、０．１Ｍ リン酸カリウム緩衝液(ｐＨ７．５)にて十分に撹拌洗浄した後、蛋白質である保持物質８、例えばＨＩＶ(Human Immunodeficiency Virus:ヒト免疫不全ウィルス)が結合する受容体としてのＴ細胞表面の蛋白成分であるＣＤ４([Cys(Bzl)]８４-Fragment 81-92 シグマアルドリッチ社製)を添加して、４℃で２４時間撹拌する。このとき、このＣＤ４のアミノ基を架橋分子７のアルデヒド基に結合させ、基材６にＣＤ４を保持させる。
【００３８】この後、グルタルアルデヒド12がＡＰＴＥＳ11に結合された基材６を脱水した後、この基材６を１Ｍ Tris ＨＣｌ緩衝液(ｐＨ７．５)にて懸濁して、室温で１時間反応させ、グルタルアルデヒド12のアルデヒド基を不活化する。
【００３９】さらに、図３(e)に示すように、この基材６にＮａＢＨ４を添加して、この基材６のグルタルアルデヒド12のシッフ塩基を還元して安定化させて医科学用バイオリアクターである処理材４を調製する。
【００４０】次に、上記一実施の形態の被処理体の処理動作を説明する。
【００４１】まず、例えば血液や血液成分、血液製剤などの液体や空気などの気体である被処理体からの除去対象となる有害物質２が示す特異的な抗原性に対する保持物質８を有した処理材４を基材６の表面に設け。この基材６を処理装置本体１の各処理室３内に設置する。
【００４２】この後、これら各処理室３それぞれの内部に被処理体を所定の流量で流入させるとともに、光源を照光する。
【００４３】このとき、この被処理体の流入により、被処理体内に混入する有害物質２が処理材４の保持物質８に吸着などにて結合して保持されることにより不活性化され、この有害物質２が被処理体から除去される。
【００４４】さらに、保持物質８に保持されて不活性化された有害物質２は、光源から光が照射された二酸化チタン膜５の光触媒機能による強い酸化力にて分解される。
【００４５】すなわち、光源からの光が照射された二酸化チタン膜５の表面に付着する水分(Ｈ2Ｏ)や空気中の水分がこの二酸化チタン膜５に衝突することによりヒドロキシラジカル(・ＯＨ)を生成する酸化反応が生じるとともに、酸素が衝突することによりスーパーオキサイドアニオン(・Ｏ2-)が生成する還元反応が生じる光触媒作用が起こる。
【００４６】この光触媒作用により、被処理体が浄化され、例えば有害物質２による発病などが確実に防止される。
【００４７】次に、上記一実施の形態の処理材の作用を実験例を参照して説明する。
【００４８】(実験例１)まず、処理材４による抗ＨＩＶ評価について実験した。
【００４９】上述の処理材の製造方法にて作製した基材６の二酸化チタン膜５を上方に向けた状態で、この基材６を図示しないウェルプレート(24ウェル)内に置き、ＨＩＶ溶液を５００μｌ加えた。
【００５０】このとき、このＨＩＶ溶液の調整は、培養液(RPMI-1640 MEDIUM ,SIGMA CHEMICAL CO.)中に、ＨＩＶ(ＨＩＶ−１)を添加して、ｐ２４タンパク濃度が１００μｇ／ｍｌとなるようにする。
【００５１】この後、内部に基材６が設置されたウェルプレートを図示しない振盪培養器に設置して、この振盪培養器にてウェルプレートを振盪させながら、波長３００〜４００ｎｍの紫外線(ブラックライト使用)を１５、３０、６０分間それぞれ照射した。このとき、基材６の二酸化チタン膜５に照射される紫外線強度を３５０±２０μＷ／ｃｍ２とした(紫外線測定器 ＵＭ−360 ミノルタ株式会社製)。
【００５２】さらに、紫外線を所定時間照射した後、ウェルプレートからＨＩＶ溶液を取り出して宿主細胞であるＨ９細胞と混和し、３７℃、５％ＣＯ２のインキュベーターにて１４日間培養した後、感染細胞より量産される培養上清中のｐ２４抗原量を測定し、処理後の残存感染性ウィルス量を間接的に測定した。
【００５３】
【表４】
【００５４】この結果、表４および図４に示すように、二酸化チタン膜５に架橋分子７を単分子のみ固定化させた処理材４は、基材６の表面に二酸化チタン膜５を成膜した処理材、および二酸化チタン膜５の表面に複数の架橋分子７が直列に固定化された処理材４それぞれに比べ、紫外線照射時間に対する二酸化チタン膜５によるＨＩＶの不活性化効率が向上することが確認できた。
【００５５】(実験例２)次に、円筒形の基材６の内面に二酸化チタン膜５、架橋分子７および保持物質８を導入した処理材４による抗ＨＩＶ評価について実験した。
【００５６】内径２ｍｍφ、厚み０．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの基材６としての石英ガラス管の内面に、市販のＴｉＯ２コーテイング液(ＳＴ−Ｋ０１ 石原産業株式会社製)を塗布し、大気雰囲気にて５００℃、３０分間保持の条件で二酸化チタン膜５を焼き付けた。
【００５７】そして、ＡＰＴＥＳ11の脱水トルエン溶液の蒸気相をつくり、この蒸気相を予め石英ガラス管に繋いでおいたチューブからこの石英ガラス管の内部に送り込み、この石英ガラス管の内部に焼き付けた二酸化チタン膜５の表面にＡＰＴＥＳ11の単分子膜を形成した。
【００５８】さらに、ＡＰＴＥＳ11の脱水トルエン溶液の蒸気相の石英ガラス管内への送り込みが完了した後、脱水エタノール、脱水トルエン、１ｍＭ ＮａＯＨ水溶液、および１ｍＭ ＨＮＯ３水溶液を用いて数回洗浄した後、最後に超純水で洗浄し、窒素ガスを用いて乾燥させる。
【００５９】ここで、ＡＰＴＥＳ11が単分子膜となっていることを検査するために、石英ガラス管の内面において分光エリプソメトリーにてＡＰＴＥＳ11の膜厚を測定したところ、１．１±０．２ｎｍであると確認できた。この値は、ＡＰＴＥＳ11単分子の長さ寸法１．１ｎｍに一致するため、この石英ガラス管の内部に形成したＡＰＴＥＳ11が単分子膜であることが確認できた。
【００６０】この後、この石英ガラス管の内部に形成したＡＰＴＥＳ11にグルタルアルデヒド12を化学的に結合させた後、このグルタルアルデヒド12にＣＤ４を結合させた。
【００６１】次いで、内部に焼き付けられた二酸化チタン膜５に架橋分子７にてＣＤ４が固定化された石英ガラス管である試料の一端に滅菌済みの図示しないディスポーザブルチューブを取り付け、図示しない輸液ポンプにて２００ｍｌ／ｈｒの速さでＨＩＶ液を送った。
【００６２】ただし、試料としての石英ガラス管には、予め培養液(RPMI-1640 MEDIUM ,SIGMA CHEMICAL CO.)を充填しておき、この石英ガラス管内の二酸化チタン膜５およびＣＤ４を常時湿らせておき、この石英ガラスの流出側には、滅菌済みの図示しない採取容器を設置しておく。
【００６３】さらに、輸液ポンプを作動させると同時に、石英ガラス管に波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線を強度３５０±２０μＷ／ｃｍ２で照射した(紫外線測定器ＵＭ−360 ミノルタ株式会社製)。
【００６４】そして、試験開始から３０分経過した後に、採取容器に溜まった液体から、５００μｌずつ１０検体サンプリングし、これら１０検体それぞれに宿主細胞であるＨ９細胞を混和し、３７℃、５％ＣＯ２のインキュベーターにて１４日間培養した後、感染細胞より量産される培養上清中のｐ２４抗原量を測定し、処理後の残存感染性ウィルス量を間接的に測定した。
【００６５】この結果、１０検体すべてにおいて、ＨＩＶが不活化していることが判明した。
【００６６】(実験例３)次に、架橋分子７の膜厚による二酸化チタン膜５の光触媒作用について実験した。
【００６７】石英ガラスにて板状(縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ)に成形された基材６の片面に、常圧ＣＶＤ法にて二酸化チタン膜５を成膜し、この二酸化チタン膜５の表面に複数の架橋分子７が直列的に接続されこれら架橋分子７にＣＤ４が固定化された処理材４と、上述の処理材４の製造方法にて作製した処理材４とのそれぞれに波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線を強度２０００μＷ／ｃｍ２、１２０分間の条件で５００μｌの超純水中で照射した。
【００６８】この後、この超純水から取り出したそれぞれの処理材４それぞれを、タンパクの染色剤であるクマシーブリリアントブルー(ＣＢＢ)液に浸漬した。
【００６９】この結果、複数の架橋分子７が直列的に二酸化チタン膜５の表面に固定化された処理材４は、ＣＢＢ液に染色されなかったのに対し、単分子の架橋分子７を並列に二酸化チタン膜５の表面に固定化した処理材４は、ＣＢＢ液によって染色されることが確認できた。
【００７０】すなわち、単分子の架橋分子７を並列に二酸化チタン膜５の表面に固定化した処理材４は、上記条件の比較的強い紫外線を照射しても、この処理材４の二酸化チタン膜５の表面からＣＤ４が離脱しないことを示唆している。
【００７１】これは、図１に示すように、二酸化チタン膜５の表面にＡＰＴＥＳ11による単分子膜が形成され、このＡＰＴＥＳ11と二酸化チタン膜５との界面がＳｉ−Ｏ結合、すなわち無機的な結合で結ばれているため、架橋分子７が受ける二酸化チタン膜５による光触媒作用の影響が少なくなるとともに、この二酸化チタン膜５からの架橋分子７およびＣＤ４の離脱が起こらなかったものと推察できる。
【００７２】上述したように、上記一実施の形態によれば、図５のＡＦＭ(Atomic Force Microscope)像に示す処理材４の二酸化チタン膜５の表面に、架橋分子７の一部を構成するＡＰＴＥＳ11を単に導入させると、図６に示すＡＦＭ像のように、このＡＰＴＥＳ11が明らかに多分子膜となって二酸化チタン膜５の表面に固定化されている。
【００７３】さらに、図７に示すＡＦＭ像のように、二酸化チタン膜５の表面に多分子膜として導入されたＡＰＴＥＳ11の表面に架橋分子７の一部を構成するグルタルアルデヒド12を化学的に結合させると、このグルタルアルデヒド12自体の厚みにより、二酸化チタン膜５の表面に固定化させた架橋分子７の厚みがさらに増すこととなる。
【００７４】したがって、この二酸化チタン膜５の表面に多分子膜状のＡＰＴＥＳ11およびグルタルアルデヒド12を導入させた後に、図８に示すＡＦＭ像のように、このグルタルアルデヒド12に保持物質８としてのＣＤ４を結合させると、ＡＰＴＥＳ11およびグルタルアルデヒド12自体の厚みにて紫外線が二酸化チタン膜５に透過しにくくなるから、ＣＤ４が保持した有害物質２としてのＨＩＶなどのウィルスに対する殺菌作用、すなわち二酸化チタン膜５の光触媒活性が低下してしまう。
【００７５】そこで、二酸化チタン膜５の表面における法線方向に沿った状態で、この二酸化チタン膜５の表面に単分子のＡＰＴＥＳ11を並列に導入させて固定化させた後、これら単分子構造のＡＰＴＥＳ11それぞれに単分子のグルタルアルデヒド12を化学的に結合させ、これら単分子構造のグルタルアルデヒド12それぞれにＣＤ４を結合させて、これらＡＰＴＥＳ11およびグルタルアルデヒド12にてＣＤ４を二酸化チタン膜５の表面に架橋させる。
【００７６】すると、ＡＰＴＥＳ11およびグルタルアルデヒド12による架橋分子７の厚みが可能な限り薄くなるから、二酸化チタン膜５への紫外線の透過を架橋分子７が阻害しにくくなるとともに、二酸化チタン膜５とＣＤ４との間隔が狭くなるので、二酸化チタン膜５の光触媒作用によるＣＤ４が保持したＨＩＶの不活性化および無毒化効率を向上できる。また、ＡＰＴＥＳ11へのグルタルアルデヒド12の過剰な結合を抑制できるから、これらＡＰＴＥＳ11およびグルタルアルデヒド12による架橋分子７の膜厚を均一化できる。
【００７７】さらに、図１に示すように、二酸化チタン膜５の表面に無機的な結合にてＡＰＴＥＳ11が結合されているから、これら二酸化チタン膜５とＡＰＴＥＳ11との結合界面が無機化される。この結果、このＡＰＴＥＳ11が受ける二酸化チタン膜５による光触媒作用の影響が少なくなるとともに、この二酸化チタン膜５の光触媒作用によるＡＰＴＥＳ11の劣化を抑制できるから、二酸化チタン膜５の表面からのＡＰＴＥＳ11やグルタルアルデヒド12、ＣＤ４などの離脱を防止できる。
【００７８】また、処理材４の二酸化チタン膜５の表面にシランカップリング剤であるＡＰＴＥＳ11をシランカップリング反応による化学的な結合により導入させることにより、単分子のＡＰＴＥＳ11のみが二酸化チタン膜５の表面に導入されるから、この二酸化チタン膜５の表面への単分子構造のＡＰＴＥＳ11の導入を容易にできる。
【００７９】なお、上記一実施の形態では、有害物質２としてウィルスであるＨＩＶを対象として実験したが、表２に示すように、ウィルスは、特異的な受容体結合性もしくは抗原性を有し、これらに対する特異的な受容体もしくは抗体が存在し、このような特異的な結合性を示す蛋白質の保持物質８が存在するいずれのウィルスをも対象とできる。
【００８０】また、表１および表３に示すように、細菌、毒素は特異的に抗原性を有し、この抗原性に対する特異的な抗体が存在し、この抗体に対して特異的に抗原性を示す蛋白質の保持物質８が存在するいずれの細菌、毒素をも対象とできる。
【００８１】すなわち、このようなウィルス、細菌および毒素は、光触媒機能を有した二酸化チタン膜５に架橋分子７を介して所定の保持物質８を結合させることにより、この保持物質８にて容易に保持され、処理材４の二酸化チタン膜５による光触媒機能に特定の有害物質２の選択保持機能を付与できる。
【００８２】そして、保持物質８としては、蛋白質に限らず架橋分子７の末端のアルデヒド基に結合するアミノ基を有するいずれの保持物質８でも適用できる。なお、蛋白質であればアミノ基を有するため、特異的な結合性もしくは、抗原性を有する構成蛋白を有したウィルス、細菌および毒素を対象とすれば、この構成蛋白を選択的に保持する受容体もしくは抗体も蛋白質であり、比較的に保持物質８を容易に調製できる。
【００８３】さらに、ＡＰＴＥＳ11をシランカップリング剤としてシランカップリング反応による化学結合により、処理材４の二酸化チタン膜５の表面に単分子の架橋分子７を導入したが、この二酸化チタン膜５の表面に単分子の架橋分子７が並列に導入できれば、ＡＰＴＥＳ11以外のシランカップリング剤でも、さらにはどのような構成の架橋分子７でもよい。
【００８４】また、光触媒機能を有する遷移金属酸化物として二酸化チタンを用いたが、光照射により強い酸化力を示すいずれの遷移金属酸化物でもできる。なお、上述のように、二酸化チタンは、光触媒機能が極めて強い酸化力を示すとともに安定性が高く、さらには常温空気存在化で表面に架橋分子７が結合するための水酸基を有することから、他の遷移金属酸化物より好ましい。また、他の遷移金属酸化物を用いる場合や表面に水酸基があまり存在しない二酸化チタンを用いる場合には、例えば酸により処理して表面に水酸基を形成させてから架橋分子７を結合させる。
【００８５】さらに、架橋分子７としては、ＡＰＴＥＳ11およびグルタルアルデヒド12を用いたものに限らず、保持物質８を二酸化チタン膜５の表面に結合できるいずれの構成でもよい。
【００８６】そして、処理する被処理体に混入する有害物質２が複数存在する場合には、例えばそれぞれに対応する保持物質８を基材６に保持させたり、それぞれ異なる特定の有害物質２に対応する保持物質８を保持した処理材４にて処理すればよい。
【００８７】さらに、被処理体を処理材４に接触させつつ光を照射して保持した有害物質２を不活性化する連続処理に限らず、光を照射することなく被処理体を処理材４と接触させて有害物質２を保持物質８に保持させ、被処理体の処理材４との接触を終了させてから光を照射して、予め保持して捕捉した有害物質２を不活性化する間欠処理でもできる。なお、この間欠処理では、光触媒作用による被処理体の構成成分の変性を確実に防止できるとともに、分解された有害物質２の一部の構成成分が剥離などして被処理体に再び混入することをも確実に防止できる。
【００８８】そして、保持物質８を二酸化チタン膜５に結合させたが、例えば図示しないガラスビーズなどの表面に二酸化チタン膜５を設け、この二酸化チタン膜５の表面に保持物質８を結合させてもよい。
【００８９】また、被処理体の構成成分が処理材４の二酸化チタン膜５に接触できない密な状態となるように、この処理材４の二酸化チタン膜５に架橋分子７や保持物質８を設けて、この二酸化チタン膜５を覆うなどしてもよい。この結果、被処理体の構成成分が二酸化チタン膜５に接触しない構成となるから、確実に被処理体の構成成分の変性を防止できる。
【００９０】さらに、実験例２のように、チューブ状の石英ガラス管の内面に処理材４を結合させれば、この石英ガラス管自体が処理材４となるので、製造性が容易で軽量小型化が容易にできるとともに、汎用性を向上できる。
【００９１】
【発明の効果】請求項１記載の有害物質の処理材によれば、単分子の架橋分子にて保持物質を遷移金属酸化物の表面に並列に架橋させれば、この架橋分子の膜厚がより薄くなるから、保持物質が保持した有害物質の遷移金属酸化物の光触媒機能による不活性化が架橋分子により阻害されにくくなるので、この遷移金属酸化物による光触媒機能にて保持物質が保持した有害物質を効率良く不活性化できる。
【００９２】請求項２記載の有害物質の処理材によれば、請求項１記載の有害物質の処理材の効果に加え、遷移金属酸化物の表面に無機的な結合にて架橋分子を形成すれば、この架橋分子が受ける遷移金属酸化物による光触媒作用の影響が少なくなり、遷移金属酸化物の表面からの保持物質および架橋分子の離脱を防止できる。
【００９３】請求項３記載の有害物質の処理材によれば、請求項１または２記載の有害物質の処理材の効果に加え、遷移金属酸化物の表面における法線方向に沿って架橋分子をこの遷移金属酸化物の表面に形成すれば、この遷移金属酸化物の表面に単分子の架橋分子により保持物質をより複数架橋できるので、この保持物質による特定の有害物質の保持、および遷移金属酸化物の光触媒機能による有害物質の不活性化それぞれをより効率良くできる。
【００９４】請求項４記載の有害物質の処理材の製造方法によれば、遷移金属酸化物の表面に架橋分子を単分子のみ形成し、この架橋分子を介して保持物質を遷移金属酸化物に架橋させれば、架橋分子の膜厚がより薄くなるから、保持物質が保持した有害物質の遷移金属酸化物の光触媒機能による不活性化が架橋分子により阻害されにくくなるので、この遷移金属酸化物による光触媒機能により保持物質が保持した有害物質が効率良く不活性化できる。
【００９５】請求項５記載の有害物質の処理材の製造方法によれば、請求項４記載の有害物質の処理材の製造方法の効果に加え、遷移金属酸化物の表面に無機的な結合にて架橋分子を形成すれば、この架橋分子が受ける遷移金属酸化物による光触媒作用の影響が少なくなり、遷移金属酸化物の表面からの保持物質および架橋分子の離脱を防止できる。
【００９６】請求項６記載の有害物質の処理材の製造方法によれば、請求項４または５記載の有害物質の処理材の製造方法の効果に加え、シランカップリング剤を備えた架橋分子を、シランカップリング反応により遷移金属酸化物の表面に単分子のみ形成すれば、この架橋分子の遷移金属酸化物の表面への単分子形成を容易にできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２９３
【氏名又は名称】株式会社ノリタケカンパニーリミテド
【識別番号】５９５１６７５９１
【氏名又は名称】山口 晃史
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| 【出願日】 |
平成１３年１０月１８日（２００１．１０．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２７６４
【弁理士】
【氏名又は名称】樺澤 襄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１２８５０２（Ｐ２００３−１２８５０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年５月８日（２００３．５．８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３２１１６８（Ｐ２００１−３２１１６８） |
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