フラーレン類の水分散方法
【課題】 安全性の高いフラーレン類の水分散方法を提供する。
【解決手段】 単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。単糖又は少糖には、ショ糖、グルコース等を、界面活性剤には、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等を使用できる。単糖又は少糖の結晶に代えて、水溶性糖類とＫＢｒ、ＮａＣｌ等の無機塩とを使用することによりフラーレン類水分散液を製造することも可能である。
【解決手段】 単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。単糖又は少糖には、ショ糖、グルコース等を、界面活性剤には、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等を使用できる。単糖又は少糖の結晶に代えて、水溶性糖類とＫＢｒ、ＮａＣｌ等の無機塩とを使用することによりフラーレン類水分散液を製造することも可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラーレン類を安定に水に分散させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素原子が中空の球状に結合してなるフラーレン(Ｃ60等)は、機能性材料として注目され、電子材料や触媒材料、医薬品の分野等において様々な研究がなされている。フラーレンの生産量は年々増加しており、その一方で廃棄量も増加していることから、生体や生態系に及ぼす影響について調査することが社会的に要請されている。
【０００３】
化学物質の急性毒性試験や生体濃縮試験においては、試験物質を適当な濃度に溶解又は分散させた試験溶液を調製し、試験溶液中で所定の濃度を保ちながら魚介類を飼育することが一般に行われている。
【０００４】
フラーレンは骨格が炭素で形成されているため水に対する親和性が低く、一般的な固体微粒子の分散方法である超音波照射や界面活性剤を添加する方法を適用してもフラーレン同士が凝集してしまい、水中に分散させることはできない。
【０００５】
従来用いられているフラーレン水分散液の調製法には、フラーレンのベンゼン飽和溶液をＴＨＦ又はアセトンで希釈し、水を加えた後ベンゼン等の有機溶媒を留去する方法、フラーレンのトルエン溶液に水を加え、超音波照射と同時にトルエンを留去する方法、水に可溶な有機溶媒にフラーレンを溶解して水と混合した後、溶媒を除去する方法等がある(特許文献１参照)。
【０００６】
しかしながら、これらはいずれもフラーレンが分散した有機溶媒を水に分散させた後有機溶媒を留去又は除去する方法である。これらの方法により調製したフラーレン水分散液は、有機溶媒を完全に除去することが困難であり、急性毒性試験や生体濃縮試験に用いるに際しては水中に残存する溶剤の影響が懸念される。
【０００７】
また、上記生物試験の用途以外にもフラーレンの水分散液は各種工業用途に使用されることが期待される。
【０００８】
なお、フラーレンと同様な分子構造物として水酸化フラーレンがある。この水酸化フラーレンは、フラーレンと同様に骨格が炭素で形成されており、フラーレン類に含まれるが、水酸基(ＯＨ)を有するため水に対する親和性が高い。しかし、水酸化フラーレンも、水への分散性、急性毒性試験、生体濃縮試験について、フラーレンと同様の問題がある。
【特許文献１】特開２００１−３４８２１４号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００３］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者等が属する研究グループは、上記課題について検討を行ったところ、フラーレンに、界面活性剤と、所定の糖類と、必要により無機塩の結晶とを加えて擂潰した後、水を加えることにより、有機溶媒を使用することなくフラーレンが均一に分散したフラーレン水分散液が得られることを見出し、先に出願した(特願２００５−２５０６９０)。
【００１０】
本発明者等は更に検討を重ねたところ、フラーレンばかりでなく水酸化フラーレンにも、上記分散方法を適用できることを見出した。また、得られた水分散液を所定条件で圧熱処理するにより、フラーレン及び／又は水酸化フラーレン等のフラーレン類が更に均一に分散したフラーレン類水分散液が得られることを見出し本発明を完成するに到った。
【００１１】
本発明の目的は、有機溶媒を使用することなく生体に安全な分散助剤を使用してフラーレン類を水中に分散させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明は以下に記載するものである。
【００１３】
〔１〕 単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【００１４】
〔２〕 単糖又は少糖が、ショ糖又はグルコースである〔１〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１５】
〔３〕 界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである〔１〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１６】
〔４〕 無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【００１７】
〔５〕 無機塩がＫＢｒ又はＮａＣｌである〔４〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１８】
〔６〕 水溶性糖類が、ショ糖又はグルコースである〔４〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１９】
〔７〕 界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである〔４〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００２０】
〔８〕 単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【００２１】
〔９〕 無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【００２２】
〔１０〕 水溶性多糖と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類がフラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明においては、非イオン又は陰イオン界面活性剤と糖類とを分散助剤として使用し、あるいはこれらの分散助剤と共に必要により無機塩の結晶を使用してフラーレン類分散液を得るフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンである水分散方法である。
【００２４】
上記方法により得られるフラーレン類の分散液は、分散助剤として有機溶媒を使用せず、生体に対する毒性が低い非イオン界面活性剤を使用する場合には生体に対する安全性が問題となる添加物を含まないので、急性毒性試験等の試験に使用できる。本発明によれば、上記方法により得られるフラーレン及び／又は水酸化フラーレン等のフラーレン類の分散液を所定条件で圧熱処理しているので、フラーレン類が更に均一に分散したフラーレン類水分散液が得られる。
【００２５】
本発明により得られるフラーレン類水分散液は分散安定性が高いので各種の分野において利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明で使用するフラーレン類は、その骨格中の炭素原子が、６０、７０等、籠状に結合して中空構造を形成したもので、局所的変形構造体や中空部にイオン種を導入したもの、炭素原子の一部を他の原子により置換したものや官能基を結合させたもの等の誘導体も包含される。
【００２７】
これらフラーレン類のうちで、炭素数６０のフラーレン(Ｃ60フラーレン)及び水酸化フラーレン(Ｃ60水酸化フラーレン)、炭素数７０のフラーレン(Ｃ70フラーレン)、並びに、それらの混合物が好ましい。なお、これらフラーレン類の混合比率は、適宜選択される。
【００２８】
(第１の水分散方法)
本発明第１の水分散方法は、単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加することによりフラーレン類を水に分散させる方法である。
【００２９】
界面活性剤としては、アルキルスルホン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、脂肪酸ナトリウム等の陰イオン界面活性剤、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の非イオン界面活性剤が使用できる。これらのうち、生物試験に用いる分散液を調製する場合は生体に対する安全性の観点から非イオン界面活性剤を使用することが好ましい。
【００３０】
界面活性剤の使用量は、フラーレン類１００質量部に対して１００質量部以上とするが、好ましくは１５０質量部以上である。界面活性剤の使用量に上限はないが、溶液粘度の増加を抑制する観点から、好ましい使用量はフラーレン類１００質量部に対し５０００質量部程度までである。
【００３１】
糖類としては、単糖又は少糖であって、その形態が結晶を形成しているものであればよく、具体的には、グルコース、フルクトース、ガラクトース等の単糖；ショ糖、マルトース、ラクトース等の少糖を挙げることができる。
【００３２】
なお、単糖又は少糖の結晶は、フラーレン類の分散助剤としての作用に加えて擂潰に際してはフラーレン類を細粒化する作用を有している。結晶を形成している単糖又は少糖を使用する場合であっても、吸湿性が高い結晶の場合には、擂潰するうちに吸湿によりフラーレン類を細粒化する作用効果が喪失してしまう場合があるので、この場合には乾燥雰囲気で擂潰を行うか、後述する第３の水分散方法に記載の無機塩と共に擂潰することが望ましい。
【００３３】
単糖又は少糖の使用量は、フラーレン類１００質量部に対して１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。単糖又は少糖の使用量に特に上限はないが、水に対する溶解度から実際に可能な使用量は１００００質量部程度までである。
【００３４】
水分散液中のフラーレン類の分散性を更に良好にするには、水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理することが好ましく、圧力０〜０．２３５ｋＰａ(ゲージ)、温度８０〜１４０℃で１０〜６０分、圧熱処理することがより好ましい。この圧熱処理により粒度分布は小さい方に移動する。
【００３５】
(第２の水分散方法)
本発明第２の水分散方法は、水溶性多糖と、フラーレンと、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法である。
【００３６】
界面活性剤の種類、使用量は上述した第１の水分散方法と同様である。
【００３７】
第２の水分散方法において使用する水溶性多糖は、カルボキシメチルセルロース(ＣＭＣ)、ヒドロキシエチルセルロース等が例示できる。
【００３８】
水溶性多糖の使用量は、フラーレン１００質量部に対し、１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。水溶性多糖の使用量に上限はないが、粘度の上昇を抑制する観点から５０００質量部程度までとすることが好ましい。
【００３９】
なお、水溶性多糖と、水酸化フラーレンと、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加して得られるフラーレン類水分散液は、分散性が良好ではない場合があるので、水溶性多糖との混合条件においては、フラーレン類として水酸化フラーレンを使用することが好ましくない場合もある。
【００４０】
水分散液中の水酸化フラーレンの分散性を良好にするには、及び／又は、水分散液中のフラーレンの分散性を更に良好にするには、水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理することが好ましく、圧力０〜０．２３５ｋＰａ(ゲージ)、温度８０〜１４０℃で１０〜６０分、圧熱処理することがより好ましい。この圧熱処理により粒度分布は小さい方に移動する。
【００４１】
(第３の水分散方法)
本発明第３の水分散方法は、無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法である。
【００４２】
界面活性剤の種類、使用量は上述した第１の水分散方法と同様である。
【００４３】
第３の水分散方法において使用する水溶性糖類は、結晶性糖類と非晶性糖類の両方を含む。結晶性糖類としては第１の水分散方法において例示した単糖及び少糖を、非晶性糖類としては、第２の水分散方法において例示した多糖や市販の上白糖(主成分としてショ糖を含む)を挙げることができる。第３の水分散方法において使用する水溶性糖類としては、水に溶解する糖類であればその結晶性や形態を制限することなく公知の糖類を使用できる。
【００４４】
水溶性糖類の使用量は、フラーレン類１００質量部に対し、１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。水溶性多糖の使用量に特に上限はないが、水溶性糖類の溶解度の観点から実際に添加できる量は５０００質量部程度までである。
【００４５】
無機塩としては結晶性のものが使用でき、例えば、ＫＢｒ、ＮａＣｌ等を挙げることができる。
【００４６】
無機塩の使用量は、フラーレン類１００質量部に対し、１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。無機塩の使用量に特に上限はないが、溶解度等の観点から実際に使用できる無機塩の量は５０００質量部程度までである。
【００４７】
水分散液中のフラーレン類の分散性を更に良好にするには、水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理することが好ましく、圧力０〜０．２３５ｋＰａ(ゲージ)、温度８０〜１４０℃で１０〜６０分、圧熱処理することがより好ましい。この圧熱処理により粒度分布は小さい方に移動する。
【００４８】
本発明においては、フラーレン類と、上述した界面活性剤と、上記第１〜第３の水分散方法に応じて適宜選択した糖類と、必要により無機塩とを擂潰し、これらの擂潰混合物に水を添加することにより分散性の良好なフラーレン類水分散液を得ることができる。擂潰は公知の擂潰機で最終的にこれらの成分が混合した擂潰混合物が得られるように行えばよく、各成分を擂潰する順序は特に問わないが、第１の水分散方法と第３の水分散方法においては、最初にフラーレン類と単糖若しくは少糖の結晶又は無機塩とを擂潰した後、他の成分を加えて擂潰することが作業効率の観点から望ましい。
【００４９】
擂潰条件は特に制限がないが、市販の擂潰機を使用して通常の条件で１５〜１２０分、好ましくは３０〜６０分擂潰する方法が例示できる。
【００５０】
本発明により調製できるフラーレン類水分散液におけるフラーレン類の濃度の上限値は、使用する糖や界面活性剤の種類、添加量等の条件により異なるが、およそ５ｇ／Ｌ程度である。
【実施例】
【００５１】
実施例１
２ｇの氷砂糖を攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、Ｃ60フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製、ナノムパープルＮ６０)０．１ｇとＫＢｒ２ｇとを加え、１５分間擂潰した。その後、２ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、フラーレン水分散液を調製した。
【００５２】
使用した界面活性剤ＨＣＯ−４０は、硬化ヒマシ油エチレンオキサイド(ＥＯ)４０モル付加物である。ＨＣＯ−４０の化学構造を下記式(１)に示す。
【００５３】
【化１】
【００５４】
実施例２〜１１、比較例１〜６
砂糖、ＫＢｒ、又は界面活性剤ＨＣＯ−４０に代えて表１に示す糖類、塩類、界面活性剤を組み合わせて使用した以外は実施例１と同様にフラーレン水分散液を調製した。なお、使用した糖類、界面活性剤の詳細は以下に示すとおりである。
【００５５】
[糖類]
ＣＭＣ：カルボキシメチルセルロース、重量平均分子量 約１００００
[界面活性剤]
ＨＣＯ−１０(日光ケミカルズ社製)：上記式(１)において(ｌ、ｍ、ｎ)及び(ｘ、ｙ、ｚ)がそれぞれその総和の平均値が１０となる数を示す非イオン界面活性剤である。
ＨＣＯ−１００(日光ケミカルズ社製)：上記式(１)において(ｌ、ｍ、ｎ)及び(ｘ、ｙ、ｚ)がそれぞれその総和の平均値が１００となる数を示す非イオン界面活性剤である。
Ｔｗｅｅｎ−８０：和光純薬工業社製、非イオン界面活性剤
ＳＤＳ：ドデシルスルホン酸ナトリウム(和光純薬工業社製)
ＴＤＡＢ：テトラ−ｎ−デシルアンモニウムブロミド(東京化成工業社製)
【００５６】
【表１】
【００５７】
〔分散性評価〕
実施例１〜１１及び比較例１〜６で得られたＣ60フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、フラーレン水分散液を調製後２０時間経過したときに目視により行い、フラーレンの析出が観察されなかった場合を良好、析出が観察された場合を不良と判定した。その結果、表１に示すように圧熱処理前に良好な分散性であった実施例１〜１１のＣ60フラーレン水分散液は、圧熱処理後も良好な分散性であり、圧熱処理前に不良の分散性であった比較例１〜６のＣ60フラーレン水分散液は、圧熱処理後も不良の分散性であった。
【００５８】
実施例１〜１１で得られたＣ60フラーレン水分散液を１４０℃、１２０℃、８０℃、５０℃で加熱し、メタノールで希釈し一晩静置後、析出の有無を確認した(メタノールでの希釈は、フラーレンが析出しやすい条件であって、フラーレン水分散液の分散性の差がはっきりと出やすい傾向にある。)。なお、圧熱処理時間については１０、２０、６０分で検討した。また、実施例１〜１１で得られたＣ60フラーレン水分散液を加熱することなく常温(２５℃)でメタノール希釈し、一晩静置したものの析出の有無も確認した。
【００５９】
その結果、圧熱処理温度１４０℃、１２０℃、８０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出なし、圧熱処理温度５０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出の白濁を生じた。また、圧熱処理しなかったメタノール希釈液も析出の白濁を生じた。
【００６０】
〔粒度分布測定〕
実施例２で得られたＣ60フラーレン水分散液について、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理を実施し、フラーレンの粒度分布及び平均粒径を動的光散乱光度計(大塚電子社製、ＦＰＡＲ−１０００)により測定した。キュウムラント法を用い平均粒径を測定したところ、未処理のフラーレンのキュウムラント平均粒径は１６９ｎｍであったのに対し、圧熱処理を実施したフラーレンのキュウムラント平均粒径は１１８ｎｍであった。
【００６１】
更に、ＣＯＮＴＩＮ法を用いて粒度分布の解析を行った。得られたＣ60フラーレンの粒度分布を図１に示す。図１から明らかなように、フラーレンの粒径分布はシャープなピークを示していた。また、圧熱処理を実施したフラーレンは、圧熱処理していないフラーレンよりも粒度が小さく、分散性がより良好であることを示していた。圧熱処理を実施したフラーレンの透過型電子顕微鏡(ＴＥＭ)写真を図２に示す。
【００６２】
実施例１２
２ｇのＮａＣｌと２ｇの砂糖(市販品、非晶性)を攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、Ｃ60フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製、ナノムパープルＮ６０)０．１ｇを加え、１５分間擂潰した。その後、２ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、分散性は良好であった。また、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理後の水分散液の分散性も良好であった。
【００６３】
比較例７
２ｇのＮａＣｌを攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、Ｃ60フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製、ナノムパープルＮ６０)０．１ｇを加え、１５分間擂潰した。その後、２ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、フラーレンの析出が観察された。
【００６４】
試験例１(急性毒性試験)
実施例２で得られたフラーレン水分散液を使用して生体毒性試験を行った。
【００６５】
フラーレン水分散液で満たした水槽に１濃度区あたりヒメダカ２尾を入れた。フラーレン水分散液への曝露は半止水式とし、２４時間ごとに換水した。フラーレン水分散液への曝露時間９６時間とした。ＬＣ50値を測定したところ、＞２５０ｍｇ／Ｌであった。
【００６６】
試験例２(濃縮試験)
１尾あたり約５ｇのコイ１０尾をフラーレン水分散液で満たした７０Ｌ容水槽に入れ、フラーレン水分散液(実施例２で得られた分散液を更に０．０２ｍｇ／Ｌに希釈したもの)に曝露させた。フラーレン水分散液への曝露は流水式とし、１１５５Ｌ／日の割合でフラーレン水分散液を水槽に供給した。曝露期間は１８日間とした。
【００６７】
曝露期間終了後、コイ４尾を採取して２尾／１群ずつ細かく切断し、更にポリトロンにより微細化した後、サンプルとして１群あたり１ｇを分取した。
【００６８】
無水硫酸ナトリウム約８ｇでサンプルを脱水した後、トルエン２０ｍＬを加えてポリトロンにより均一化した。７０００×ｇで５分間遠心分離した後、上澄み液を脱脂綿フィルターで濾過し、４０℃のロータリーエバポレーターで濃縮した。濃縮物をトルエン／メタノール混合溶媒(４５／５５、ｖ／ｖ)に溶解させ２０ｍＬとし、この溶液に含まれるフラーレンの濃度をＨＰＬＣにより測定した。その結果、フラーレンはいずれの群も不検出であり、供試魚における濃縮倍率は５．８倍以下であった。
【００６９】
実施例１３〜２２、比較例８〜１３
Ｃ60フラーレンに代えて水酸化フラーレン[フロンティアカーボン株式会社製、ナノムスペクトラ ＨＸ１０−Ｓ、分子式Ｃ60(ＯＨ)n (ｎ＝６〜１２)]を使用すると共に、砂糖、ＫＢｒ、又は界面活性剤ＨＣＯ−４０に代えて表２に示す糖類、塩類、界面活性剤を組み合わせて使用した以外は実施例１のＣ60フラーレン水分散液と同様に水酸化フラーレン水分散液を調製した。なお、使用した糖類、界面活性剤の詳細は前述のとおりである。
【００７０】
【表２】
【００７１】
〔分散性評価〕
実施例１３〜２２及び比較例８〜１３で得られた水酸化フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、水酸化フラーレン水分散液を調製後２０時間経過したときに目視により行い、水酸化フラーレンの若干の析出があるものの、水中で均一分散が観察された場合を良好、明らかな析出が観察された場合を不良と判定した。その結果、表２に示すように圧熱処理前に良好な分散性であった実施例１３〜２２の水酸化フラーレン水分散液は、圧熱処理後も良好な分散性であり、圧熱処理前に不良の分散性であった比較例８〜１３の水酸化フラーレン水分散液は、圧熱処理後も不良の分散性であった。
【００７２】
実施例１３、１４、２０及び２１で得られた水酸化フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、水酸化フラーレン水分散液を調製後１週間経過したときに目視により行った。その結果、実施例１３、１４、２０及び２１で得られた水酸化フラーレン水分散液の何れについても、圧熱処理前の試料は白濁し、水酸化フラーレンの析出が観察された。他方、圧熱処理後の試料には白濁は認められなかった。
【００７３】
〔粒度分布測定〕
実施例１４で得られた水酸化フラーレン水分散液中の水酸化フラーレンの粒度分布及び平均粒径を動的光散乱光度計(シスメックス製、Ｎａｎｏ−ＺＳ)により測定した。キュウムラント法を用い平均粒径を測定したところ、水酸化フラーレンのキュウムラント平均粒径は３３４ｎｍであった。また、この試料を０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理したところ、水酸化フラーレンのキュウムラント平均粒径は２６０ｎｍであった。
【００７４】
更に、ＮＮＬＳ法を用いて粒度分布の解析を行った。得られた水酸化フラーレンの粒度分布を図３(圧熱処理無し)及び図４(圧熱処理有り)に示す。図３及び４から明らかなように、フラーレンの粒径分布はシャープなピークを示していた。また、圧熱処理を実施したフラーレンは、圧熱処理していないフラーレンよりも粒度が小さく、分散性がより良好であることを示していた。
【００７５】
実施例１及び３〜１１で得られたフラーレン水分散液についても実施例２と同様に平均粒径と粒径分布を測定したところ、平均粒径は実施例２と同等の値で、粒度分布はシャープなピークを示した。
【００７６】
実施例２３
１ｇのＮａＣｌと１ｇの砂糖(市販品、非晶性)を攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、水酸化フラーレン[フロンティアカーボン株式会社製、ナノムスペクトラ ＨＸ１０−Ｓ、分子式Ｃ60(ＯＨ)n (ｎ＝６〜１２)]０．０５ｇを加え、３０分間擂潰した。その後、１ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物に水酸化フラーレンの濃度が２５０ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、水酸化フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、分散性は良好であった。また、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理後の水分散液の分散性も良好であった。
【００７７】
比較例１４
１ｇのＮａＣｌを攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、水酸化フラーレン[フロンティアカーボン株式会社製、ナノムスペクトラ ＨＸ１０−Ｓ、分子式Ｃ60(ＯＨ)n (ｎ＝６〜１２)]０．０５ｇを加え、３０分間擂潰した。その後、１ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が２５０ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、水酸化フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、水酸化フラーレンの明らかな析出が観察された。
【００７８】
試験例３(急性毒性試験)
実施例１４で得られた水酸化フラーレン水分散液を使用して生体毒性試験を行った。
【００７９】
水酸化フラーレン水分散液で満たした水槽に１濃度区あたりヒメダカ２尾を入れた。水酸化フラーレン水分散液への曝露は半止水式とし、２４時間ごとに換水した。水酸化フラーレン水分散液への曝露時間９６時間とした。ＬＣ50値を測定したところ、３０〜１００ｍｇ／Ｌであった。
【００８０】
実施例２４〜３５及び比較例１５〜２１
Ｃ60フラーレンの代わりにＣ70フラーレン(ＳＴＲＥＡＭ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ社製)を用いた以外は、実施例１〜１２及び比較例１〜７と同様にフラーレン水分散液の分散性の試験を行った。その結果、分散性はＣ60フラーレンの場合よりも全体として若干劣るものの、実施例１〜１２と同じ条件では良好、比較例１〜７と同じ条件では不良であった。
【００８１】
実施例２４〜３５及び比較例１５〜２１で得られたＣ70フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、Ｃ70フラーレン水分散液を調製後２０時間経過したときに目視により行い、Ｃ70フラーレンの若干の析出があるものの、水中で均一分散が観察された場合を良好、明らかな析出が観察された場合を不良と判定した。その結果、圧熱処理前に良好な分散性であった実施例２４〜３５のＣ70フラーレン水分散液は、圧熱処理後も良好な分散性であり、圧熱処理前に不良の分散性であった比較例１５〜２１のＣ70フラーレン水分散液は、圧熱処理後も不良の分散性であった。
【００８２】
実施例２４〜３５で得られたＣ70フラーレン水分散液を１４０℃、１２０℃、８０℃、５０℃で加熱し、メタノールで希釈し一晩静置後、析出の有無を確認した(メタノールでの希釈は、フラーレンが析出しやすい条件であって、フラーレン水分散液の分散性の差がはっきりと出やすい傾向にある。)。なお、圧熱処理時間については１０、２０、６０分で検討した。また、実施例２４〜３５で得られたＣ70フラーレン水分散液を加熱することなく常温(２５℃)でメタノール希釈し、一晩静置したものの析出の有無も確認した。
【００８３】
その結果、圧熱処理温度１４０℃、１２０℃、８０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出なし、圧熱処理温度５０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出の白濁を生じた。また、圧熱処理しなかったメタノール希釈液も析出の白濁を生じた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施例２の圧熱処理有り又は無しの条件で得たＣ60フラーレン水分散液におけるフラーレンの粒度分布を示すグラフである。
【図２】実施例２の圧熱処理有りの条件で得たＣ60フラーレン水分散液におけるフラーレンの分散状態を示す図面代用の透過型電子顕微鏡(ＴＥＭ)写真である。
【図３】実施例１４の圧熱処理無しの条件で得た水酸化フラーレン水分散液における水酸化フラーレンの粒度分布を示すグラフである。
【図４】実施例１４の圧熱処理有りの条件で得た水酸化フラーレン水分散液における水酸化フラーレンの粒度分布を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラーレン類を安定に水に分散させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素原子が中空の球状に結合してなるフラーレン(Ｃ60等)は、機能性材料として注目され、電子材料や触媒材料、医薬品の分野等において様々な研究がなされている。フラーレンの生産量は年々増加しており、その一方で廃棄量も増加していることから、生体や生態系に及ぼす影響について調査することが社会的に要請されている。
【０００３】
化学物質の急性毒性試験や生体濃縮試験においては、試験物質を適当な濃度に溶解又は分散させた試験溶液を調製し、試験溶液中で所定の濃度を保ちながら魚介類を飼育することが一般に行われている。
【０００４】
フラーレンは骨格が炭素で形成されているため水に対する親和性が低く、一般的な固体微粒子の分散方法である超音波照射や界面活性剤を添加する方法を適用してもフラーレン同士が凝集してしまい、水中に分散させることはできない。
【０００５】
従来用いられているフラーレン水分散液の調製法には、フラーレンのベンゼン飽和溶液をＴＨＦ又はアセトンで希釈し、水を加えた後ベンゼン等の有機溶媒を留去する方法、フラーレンのトルエン溶液に水を加え、超音波照射と同時にトルエンを留去する方法、水に可溶な有機溶媒にフラーレンを溶解して水と混合した後、溶媒を除去する方法等がある(特許文献１参照)。
【０００６】
しかしながら、これらはいずれもフラーレンが分散した有機溶媒を水に分散させた後有機溶媒を留去又は除去する方法である。これらの方法により調製したフラーレン水分散液は、有機溶媒を完全に除去することが困難であり、急性毒性試験や生体濃縮試験に用いるに際しては水中に残存する溶剤の影響が懸念される。
【０００７】
また、上記生物試験の用途以外にもフラーレンの水分散液は各種工業用途に使用されることが期待される。
【０００８】
なお、フラーレンと同様な分子構造物として水酸化フラーレンがある。この水酸化フラーレンは、フラーレンと同様に骨格が炭素で形成されており、フラーレン類に含まれるが、水酸基(ＯＨ)を有するため水に対する親和性が高い。しかし、水酸化フラーレンも、水への分散性、急性毒性試験、生体濃縮試験について、フラーレンと同様の問題がある。
【特許文献１】特開２００１−３４８２１４号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００３］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者等が属する研究グループは、上記課題について検討を行ったところ、フラーレンに、界面活性剤と、所定の糖類と、必要により無機塩の結晶とを加えて擂潰した後、水を加えることにより、有機溶媒を使用することなくフラーレンが均一に分散したフラーレン水分散液が得られることを見出し、先に出願した(特願２００５−２５０６９０)。
【００１０】
本発明者等は更に検討を重ねたところ、フラーレンばかりでなく水酸化フラーレンにも、上記分散方法を適用できることを見出した。また、得られた水分散液を所定条件で圧熱処理するにより、フラーレン及び／又は水酸化フラーレン等のフラーレン類が更に均一に分散したフラーレン類水分散液が得られることを見出し本発明を完成するに到った。
【００１１】
本発明の目的は、有機溶媒を使用することなく生体に安全な分散助剤を使用してフラーレン類を水中に分散させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明は以下に記載するものである。
【００１３】
〔１〕 単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【００１４】
〔２〕 単糖又は少糖が、ショ糖又はグルコースである〔１〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１５】
〔３〕 界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである〔１〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１６】
〔４〕 無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【００１７】
〔５〕 無機塩がＫＢｒ又はＮａＣｌである〔４〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１８】
〔６〕 水溶性糖類が、ショ糖又はグルコースである〔４〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００１９】
〔７〕 界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである〔４〕に記載のフラーレン類の水分散方法。
【００２０】
〔８〕 単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【００２１】
〔９〕 無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【００２２】
〔１０〕 水溶性多糖と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類がフラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明においては、非イオン又は陰イオン界面活性剤と糖類とを分散助剤として使用し、あるいはこれらの分散助剤と共に必要により無機塩の結晶を使用してフラーレン類分散液を得るフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンである水分散方法である。
【００２４】
上記方法により得られるフラーレン類の分散液は、分散助剤として有機溶媒を使用せず、生体に対する毒性が低い非イオン界面活性剤を使用する場合には生体に対する安全性が問題となる添加物を含まないので、急性毒性試験等の試験に使用できる。本発明によれば、上記方法により得られるフラーレン及び／又は水酸化フラーレン等のフラーレン類の分散液を所定条件で圧熱処理しているので、フラーレン類が更に均一に分散したフラーレン類水分散液が得られる。
【００２５】
本発明により得られるフラーレン類水分散液は分散安定性が高いので各種の分野において利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明で使用するフラーレン類は、その骨格中の炭素原子が、６０、７０等、籠状に結合して中空構造を形成したもので、局所的変形構造体や中空部にイオン種を導入したもの、炭素原子の一部を他の原子により置換したものや官能基を結合させたもの等の誘導体も包含される。
【００２７】
これらフラーレン類のうちで、炭素数６０のフラーレン(Ｃ60フラーレン)及び水酸化フラーレン(Ｃ60水酸化フラーレン)、炭素数７０のフラーレン(Ｃ70フラーレン)、並びに、それらの混合物が好ましい。なお、これらフラーレン類の混合比率は、適宜選択される。
【００２８】
(第１の水分散方法)
本発明第１の水分散方法は、単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加することによりフラーレン類を水に分散させる方法である。
【００２９】
界面活性剤としては、アルキルスルホン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、脂肪酸ナトリウム等の陰イオン界面活性剤、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の非イオン界面活性剤が使用できる。これらのうち、生物試験に用いる分散液を調製する場合は生体に対する安全性の観点から非イオン界面活性剤を使用することが好ましい。
【００３０】
界面活性剤の使用量は、フラーレン類１００質量部に対して１００質量部以上とするが、好ましくは１５０質量部以上である。界面活性剤の使用量に上限はないが、溶液粘度の増加を抑制する観点から、好ましい使用量はフラーレン類１００質量部に対し５０００質量部程度までである。
【００３１】
糖類としては、単糖又は少糖であって、その形態が結晶を形成しているものであればよく、具体的には、グルコース、フルクトース、ガラクトース等の単糖；ショ糖、マルトース、ラクトース等の少糖を挙げることができる。
【００３２】
なお、単糖又は少糖の結晶は、フラーレン類の分散助剤としての作用に加えて擂潰に際してはフラーレン類を細粒化する作用を有している。結晶を形成している単糖又は少糖を使用する場合であっても、吸湿性が高い結晶の場合には、擂潰するうちに吸湿によりフラーレン類を細粒化する作用効果が喪失してしまう場合があるので、この場合には乾燥雰囲気で擂潰を行うか、後述する第３の水分散方法に記載の無機塩と共に擂潰することが望ましい。
【００３３】
単糖又は少糖の使用量は、フラーレン類１００質量部に対して１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。単糖又は少糖の使用量に特に上限はないが、水に対する溶解度から実際に可能な使用量は１００００質量部程度までである。
【００３４】
水分散液中のフラーレン類の分散性を更に良好にするには、水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理することが好ましく、圧力０〜０．２３５ｋＰａ(ゲージ)、温度８０〜１４０℃で１０〜６０分、圧熱処理することがより好ましい。この圧熱処理により粒度分布は小さい方に移動する。
【００３５】
(第２の水分散方法)
本発明第２の水分散方法は、水溶性多糖と、フラーレンと、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法である。
【００３６】
界面活性剤の種類、使用量は上述した第１の水分散方法と同様である。
【００３７】
第２の水分散方法において使用する水溶性多糖は、カルボキシメチルセルロース(ＣＭＣ)、ヒドロキシエチルセルロース等が例示できる。
【００３８】
水溶性多糖の使用量は、フラーレン１００質量部に対し、１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。水溶性多糖の使用量に上限はないが、粘度の上昇を抑制する観点から５０００質量部程度までとすることが好ましい。
【００３９】
なお、水溶性多糖と、水酸化フラーレンと、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加して得られるフラーレン類水分散液は、分散性が良好ではない場合があるので、水溶性多糖との混合条件においては、フラーレン類として水酸化フラーレンを使用することが好ましくない場合もある。
【００４０】
水分散液中の水酸化フラーレンの分散性を良好にするには、及び／又は、水分散液中のフラーレンの分散性を更に良好にするには、水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理することが好ましく、圧力０〜０．２３５ｋＰａ(ゲージ)、温度８０〜１４０℃で１０〜６０分、圧熱処理することがより好ましい。この圧熱処理により粒度分布は小さい方に移動する。
【００４１】
(第３の水分散方法)
本発明第３の水分散方法は、無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法である。
【００４２】
界面活性剤の種類、使用量は上述した第１の水分散方法と同様である。
【００４３】
第３の水分散方法において使用する水溶性糖類は、結晶性糖類と非晶性糖類の両方を含む。結晶性糖類としては第１の水分散方法において例示した単糖及び少糖を、非晶性糖類としては、第２の水分散方法において例示した多糖や市販の上白糖(主成分としてショ糖を含む)を挙げることができる。第３の水分散方法において使用する水溶性糖類としては、水に溶解する糖類であればその結晶性や形態を制限することなく公知の糖類を使用できる。
【００４４】
水溶性糖類の使用量は、フラーレン類１００質量部に対し、１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。水溶性多糖の使用量に特に上限はないが、水溶性糖類の溶解度の観点から実際に添加できる量は５０００質量部程度までである。
【００４５】
無機塩としては結晶性のものが使用でき、例えば、ＫＢｒ、ＮａＣｌ等を挙げることができる。
【００４６】
無機塩の使用量は、フラーレン類１００質量部に対し、１００質量部以上とするが、１５０質量部以上とすることが好ましい。無機塩の使用量に特に上限はないが、溶解度等の観点から実際に使用できる無機塩の量は５０００質量部程度までである。
【００４７】
水分散液中のフラーレン類の分散性を更に良好にするには、水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理することが好ましく、圧力０〜０．２３５ｋＰａ(ゲージ)、温度８０〜１４０℃で１０〜６０分、圧熱処理することがより好ましい。この圧熱処理により粒度分布は小さい方に移動する。
【００４８】
本発明においては、フラーレン類と、上述した界面活性剤と、上記第１〜第３の水分散方法に応じて適宜選択した糖類と、必要により無機塩とを擂潰し、これらの擂潰混合物に水を添加することにより分散性の良好なフラーレン類水分散液を得ることができる。擂潰は公知の擂潰機で最終的にこれらの成分が混合した擂潰混合物が得られるように行えばよく、各成分を擂潰する順序は特に問わないが、第１の水分散方法と第３の水分散方法においては、最初にフラーレン類と単糖若しくは少糖の結晶又は無機塩とを擂潰した後、他の成分を加えて擂潰することが作業効率の観点から望ましい。
【００４９】
擂潰条件は特に制限がないが、市販の擂潰機を使用して通常の条件で１５〜１２０分、好ましくは３０〜６０分擂潰する方法が例示できる。
【００５０】
本発明により調製できるフラーレン類水分散液におけるフラーレン類の濃度の上限値は、使用する糖や界面活性剤の種類、添加量等の条件により異なるが、およそ５ｇ／Ｌ程度である。
【実施例】
【００５１】
実施例１
２ｇの氷砂糖を攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、Ｃ60フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製、ナノムパープルＮ６０)０．１ｇとＫＢｒ２ｇとを加え、１５分間擂潰した。その後、２ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、フラーレン水分散液を調製した。
【００５２】
使用した界面活性剤ＨＣＯ−４０は、硬化ヒマシ油エチレンオキサイド(ＥＯ)４０モル付加物である。ＨＣＯ−４０の化学構造を下記式(１)に示す。
【００５３】
【化１】
【００５４】
実施例２〜１１、比較例１〜６
砂糖、ＫＢｒ、又は界面活性剤ＨＣＯ−４０に代えて表１に示す糖類、塩類、界面活性剤を組み合わせて使用した以外は実施例１と同様にフラーレン水分散液を調製した。なお、使用した糖類、界面活性剤の詳細は以下に示すとおりである。
【００５５】
[糖類]
ＣＭＣ：カルボキシメチルセルロース、重量平均分子量 約１００００
[界面活性剤]
ＨＣＯ−１０(日光ケミカルズ社製)：上記式(１)において(ｌ、ｍ、ｎ)及び(ｘ、ｙ、ｚ)がそれぞれその総和の平均値が１０となる数を示す非イオン界面活性剤である。
ＨＣＯ−１００(日光ケミカルズ社製)：上記式(１)において(ｌ、ｍ、ｎ)及び(ｘ、ｙ、ｚ)がそれぞれその総和の平均値が１００となる数を示す非イオン界面活性剤である。
Ｔｗｅｅｎ−８０：和光純薬工業社製、非イオン界面活性剤
ＳＤＳ：ドデシルスルホン酸ナトリウム(和光純薬工業社製)
ＴＤＡＢ：テトラ−ｎ−デシルアンモニウムブロミド(東京化成工業社製)
【００５６】
【表１】
【００５７】
〔分散性評価〕
実施例１〜１１及び比較例１〜６で得られたＣ60フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、フラーレン水分散液を調製後２０時間経過したときに目視により行い、フラーレンの析出が観察されなかった場合を良好、析出が観察された場合を不良と判定した。その結果、表１に示すように圧熱処理前に良好な分散性であった実施例１〜１１のＣ60フラーレン水分散液は、圧熱処理後も良好な分散性であり、圧熱処理前に不良の分散性であった比較例１〜６のＣ60フラーレン水分散液は、圧熱処理後も不良の分散性であった。
【００５８】
実施例１〜１１で得られたＣ60フラーレン水分散液を１４０℃、１２０℃、８０℃、５０℃で加熱し、メタノールで希釈し一晩静置後、析出の有無を確認した(メタノールでの希釈は、フラーレンが析出しやすい条件であって、フラーレン水分散液の分散性の差がはっきりと出やすい傾向にある。)。なお、圧熱処理時間については１０、２０、６０分で検討した。また、実施例１〜１１で得られたＣ60フラーレン水分散液を加熱することなく常温(２５℃)でメタノール希釈し、一晩静置したものの析出の有無も確認した。
【００５９】
その結果、圧熱処理温度１４０℃、１２０℃、８０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出なし、圧熱処理温度５０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出の白濁を生じた。また、圧熱処理しなかったメタノール希釈液も析出の白濁を生じた。
【００６０】
〔粒度分布測定〕
実施例２で得られたＣ60フラーレン水分散液について、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理を実施し、フラーレンの粒度分布及び平均粒径を動的光散乱光度計(大塚電子社製、ＦＰＡＲ−１０００)により測定した。キュウムラント法を用い平均粒径を測定したところ、未処理のフラーレンのキュウムラント平均粒径は１６９ｎｍであったのに対し、圧熱処理を実施したフラーレンのキュウムラント平均粒径は１１８ｎｍであった。
【００６１】
更に、ＣＯＮＴＩＮ法を用いて粒度分布の解析を行った。得られたＣ60フラーレンの粒度分布を図１に示す。図１から明らかなように、フラーレンの粒径分布はシャープなピークを示していた。また、圧熱処理を実施したフラーレンは、圧熱処理していないフラーレンよりも粒度が小さく、分散性がより良好であることを示していた。圧熱処理を実施したフラーレンの透過型電子顕微鏡(ＴＥＭ)写真を図２に示す。
【００６２】
実施例１２
２ｇのＮａＣｌと２ｇの砂糖(市販品、非晶性)を攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、Ｃ60フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製、ナノムパープルＮ６０)０．１ｇを加え、１５分間擂潰した。その後、２ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、分散性は良好であった。また、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理後の水分散液の分散性も良好であった。
【００６３】
比較例７
２ｇのＮａＣｌを攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、Ｃ60フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製、ナノムパープルＮ６０)０．１ｇを加え、１５分間擂潰した。その後、２ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、フラーレンの析出が観察された。
【００６４】
試験例１(急性毒性試験)
実施例２で得られたフラーレン水分散液を使用して生体毒性試験を行った。
【００６５】
フラーレン水分散液で満たした水槽に１濃度区あたりヒメダカ２尾を入れた。フラーレン水分散液への曝露は半止水式とし、２４時間ごとに換水した。フラーレン水分散液への曝露時間９６時間とした。ＬＣ50値を測定したところ、＞２５０ｍｇ／Ｌであった。
【００６６】
試験例２(濃縮試験)
１尾あたり約５ｇのコイ１０尾をフラーレン水分散液で満たした７０Ｌ容水槽に入れ、フラーレン水分散液(実施例２で得られた分散液を更に０．０２ｍｇ／Ｌに希釈したもの)に曝露させた。フラーレン水分散液への曝露は流水式とし、１１５５Ｌ／日の割合でフラーレン水分散液を水槽に供給した。曝露期間は１８日間とした。
【００６７】
曝露期間終了後、コイ４尾を採取して２尾／１群ずつ細かく切断し、更にポリトロンにより微細化した後、サンプルとして１群あたり１ｇを分取した。
【００６８】
無水硫酸ナトリウム約８ｇでサンプルを脱水した後、トルエン２０ｍＬを加えてポリトロンにより均一化した。７０００×ｇで５分間遠心分離した後、上澄み液を脱脂綿フィルターで濾過し、４０℃のロータリーエバポレーターで濃縮した。濃縮物をトルエン／メタノール混合溶媒(４５／５５、ｖ／ｖ)に溶解させ２０ｍＬとし、この溶液に含まれるフラーレンの濃度をＨＰＬＣにより測定した。その結果、フラーレンはいずれの群も不検出であり、供試魚における濃縮倍率は５．８倍以下であった。
【００６９】
実施例１３〜２２、比較例８〜１３
Ｃ60フラーレンに代えて水酸化フラーレン[フロンティアカーボン株式会社製、ナノムスペクトラ ＨＸ１０−Ｓ、分子式Ｃ60(ＯＨ)n (ｎ＝６〜１２)]を使用すると共に、砂糖、ＫＢｒ、又は界面活性剤ＨＣＯ−４０に代えて表２に示す糖類、塩類、界面活性剤を組み合わせて使用した以外は実施例１のＣ60フラーレン水分散液と同様に水酸化フラーレン水分散液を調製した。なお、使用した糖類、界面活性剤の詳細は前述のとおりである。
【００７０】
【表２】
【００７１】
〔分散性評価〕
実施例１３〜２２及び比較例８〜１３で得られた水酸化フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、水酸化フラーレン水分散液を調製後２０時間経過したときに目視により行い、水酸化フラーレンの若干の析出があるものの、水中で均一分散が観察された場合を良好、明らかな析出が観察された場合を不良と判定した。その結果、表２に示すように圧熱処理前に良好な分散性であった実施例１３〜２２の水酸化フラーレン水分散液は、圧熱処理後も良好な分散性であり、圧熱処理前に不良の分散性であった比較例８〜１３の水酸化フラーレン水分散液は、圧熱処理後も不良の分散性であった。
【００７２】
実施例１３、１４、２０及び２１で得られた水酸化フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、水酸化フラーレン水分散液を調製後１週間経過したときに目視により行った。その結果、実施例１３、１４、２０及び２１で得られた水酸化フラーレン水分散液の何れについても、圧熱処理前の試料は白濁し、水酸化フラーレンの析出が観察された。他方、圧熱処理後の試料には白濁は認められなかった。
【００７３】
〔粒度分布測定〕
実施例１４で得られた水酸化フラーレン水分散液中の水酸化フラーレンの粒度分布及び平均粒径を動的光散乱光度計(シスメックス製、Ｎａｎｏ−ＺＳ)により測定した。キュウムラント法を用い平均粒径を測定したところ、水酸化フラーレンのキュウムラント平均粒径は３３４ｎｍであった。また、この試料を０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理したところ、水酸化フラーレンのキュウムラント平均粒径は２６０ｎｍであった。
【００７４】
更に、ＮＮＬＳ法を用いて粒度分布の解析を行った。得られた水酸化フラーレンの粒度分布を図３(圧熱処理無し)及び図４(圧熱処理有り)に示す。図３及び４から明らかなように、フラーレンの粒径分布はシャープなピークを示していた。また、圧熱処理を実施したフラーレンは、圧熱処理していないフラーレンよりも粒度が小さく、分散性がより良好であることを示していた。
【００７５】
実施例１及び３〜１１で得られたフラーレン水分散液についても実施例２と同様に平均粒径と粒径分布を測定したところ、平均粒径は実施例２と同等の値で、粒度分布はシャープなピークを示した。
【００７６】
実施例２３
１ｇのＮａＣｌと１ｇの砂糖(市販品、非晶性)を攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、水酸化フラーレン[フロンティアカーボン株式会社製、ナノムスペクトラ ＨＸ１０−Ｓ、分子式Ｃ60(ＯＨ)n (ｎ＝６〜１２)]０．０５ｇを加え、３０分間擂潰した。その後、１ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物に水酸化フラーレンの濃度が２５０ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、水酸化フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、分散性は良好であった。また、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間で圧熱処理後の水分散液の分散性も良好であった。
【００７７】
比較例１４
１ｇのＮａＣｌを攪拌擂潰機(石川工場製)で約１０分間擂り潰した。更に、水酸化フラーレン[フロンティアカーボン株式会社製、ナノムスペクトラ ＨＸ１０−Ｓ、分子式Ｃ60(ＯＨ)n (ｎ＝６〜１２)]０．０５ｇを加え、３０分間擂潰した。その後、１ｇの非イオン界面活性剤(ＨＣＯ−４０、日光ケミカルズ社製)を加え、３０分間擂潰した。この擂潰混合物にフラーレンの濃度が２５０ｍｇ／Ｌとなるようにイオン交換水を加え、水酸化フラーレン水分散液を調製した。得られた分散液の分散性を評価したところ、水酸化フラーレンの明らかな析出が観察された。
【００７８】
試験例３(急性毒性試験)
実施例１４で得られた水酸化フラーレン水分散液を使用して生体毒性試験を行った。
【００７９】
水酸化フラーレン水分散液で満たした水槽に１濃度区あたりヒメダカ２尾を入れた。水酸化フラーレン水分散液への曝露は半止水式とし、２４時間ごとに換水した。水酸化フラーレン水分散液への曝露時間９６時間とした。ＬＣ50値を測定したところ、３０〜１００ｍｇ／Ｌであった。
【００８０】
実施例２４〜３５及び比較例１５〜２１
Ｃ60フラーレンの代わりにＣ70フラーレン(ＳＴＲＥＡＭ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ社製)を用いた以外は、実施例１〜１２及び比較例１〜７と同様にフラーレン水分散液の分散性の試験を行った。その結果、分散性はＣ60フラーレンの場合よりも全体として若干劣るものの、実施例１〜１２と同じ条件では良好、比較例１〜７と同じ条件では不良であった。
【００８１】
実施例２４〜３５及び比較例１５〜２１で得られたＣ70フラーレン水分散液の分散性を、０．１５ｋＰａ、１２０℃、２０分間の圧熱処理前後について評価した。分散性の評価は、Ｃ70フラーレン水分散液を調製後２０時間経過したときに目視により行い、Ｃ70フラーレンの若干の析出があるものの、水中で均一分散が観察された場合を良好、明らかな析出が観察された場合を不良と判定した。その結果、圧熱処理前に良好な分散性であった実施例２４〜３５のＣ70フラーレン水分散液は、圧熱処理後も良好な分散性であり、圧熱処理前に不良の分散性であった比較例１５〜２１のＣ70フラーレン水分散液は、圧熱処理後も不良の分散性であった。
【００８２】
実施例２４〜３５で得られたＣ70フラーレン水分散液を１４０℃、１２０℃、８０℃、５０℃で加熱し、メタノールで希釈し一晩静置後、析出の有無を確認した(メタノールでの希釈は、フラーレンが析出しやすい条件であって、フラーレン水分散液の分散性の差がはっきりと出やすい傾向にある。)。なお、圧熱処理時間については１０、２０、６０分で検討した。また、実施例２４〜３５で得られたＣ70フラーレン水分散液を加熱することなく常温(２５℃)でメタノール希釈し、一晩静置したものの析出の有無も確認した。
【００８３】
その結果、圧熱処理温度１４０℃、１２０℃、８０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出なし、圧熱処理温度５０℃においては圧熱処理時間１０、２０、６０分の何れの条件でも析出の白濁を生じた。また、圧熱処理しなかったメタノール希釈液も析出の白濁を生じた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施例２の圧熱処理有り又は無しの条件で得たＣ60フラーレン水分散液におけるフラーレンの粒度分布を示すグラフである。
【図２】実施例２の圧熱処理有りの条件で得たＣ60フラーレン水分散液におけるフラーレンの分散状態を示す図面代用の透過型電子顕微鏡(ＴＥＭ)写真である。
【図３】実施例１４の圧熱処理無しの条件で得た水酸化フラーレン水分散液における水酸化フラーレンの粒度分布を示すグラフである。
【図４】実施例１４の圧熱処理有りの条件で得た水酸化フラーレン水分散液における水酸化フラーレンの粒度分布を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【請求項２】
単糖又は少糖が、ショ糖又はグルコースである請求項１に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項３】
界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである請求項１に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項４】
無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【請求項５】
無機塩がＫＢｒ又はＮａＣｌである請求項４に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項６】
水溶性糖類が、ショ糖又はグルコースである請求項４に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項７】
界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである請求項４に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項８】
単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【請求項９】
無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【請求項１０】
水溶性多糖と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類がフラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【請求項１】
単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【請求項２】
単糖又は少糖が、ショ糖又はグルコースである請求項１に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項３】
界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである請求項１に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項４】
無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類が水酸化フラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【請求項５】
無機塩がＫＢｒ又はＮａＣｌである請求項４に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項６】
水溶性糖類が、ショ糖又はグルコースである請求項４に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項７】
界面活性剤が、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油又はポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルである請求項４に記載のフラーレン類の水分散方法。
【請求項８】
単糖又は少糖の結晶と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【請求項９】
無機塩の結晶と、水溶性糖類と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法。
【請求項１０】
水溶性多糖と、フラーレン類と、非イオン又は陰イオン界面活性剤とを擂潰して得られる擂潰混合物に水を添加してフラーレン類の水分散液を得、次いで前記水分散液を圧力０ｋＰａ(ゲージ圧)以上、温度８０℃以上で１０分以上、圧熱処理するフラーレン類の水分散方法であって、フラーレン類がフラーレンであるフラーレン類の水分散方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−９４６５６（Ｐ２００８−９４６５６Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７７８３２（Ｐ２００６−２７７８３２）
【出願日】平成１８年１０月１１日（２００６．１０．１１）
【出願人】（０００１７３５６６）財団法人化学物質評価研究機構 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１１日（２００６．１０．１１）
【出願人】（０００１７３５６６）財団法人化学物質評価研究機構 (14)
【Ｆターム（参考）】
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