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微細粒子分離方法
説明

微細粒子分離方法

【課題】液体および気体中に分散している微細粒子(金属、金属化合物および有機化合物)を効率よく分離回収する手段を提供する。
【解決手段】微細粒子の混入した液体に生体内高分子であるDNAを加え、微細粒子とDNAを接触させることにより、微細粒子をDNAが捕捉して凝集状態となる。これを沈殿させることにより液体から分離させる。分離した微細粒子とDNAは、燃焼等の公知の方法でDNAを除去すれば微細粒子を分離回収し、再利用する事が出来る。一方、微細粒子の混入した気体に於いては気体中の微細粒子を捕捉する為の公知のフィルターにDNAを含有保持させ、微細粒子を含むエアロゾルを誘導し、該微細粒子をDNAに捕捉して微細粒子を気体から分離する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、DNAを用いて液体や気体内に混入した微細粒子を分離し、或いは該微細粒
子を回収して再利用する方法に関する。尚、本発明の明細書では微細粒子とは粒子径が1
〜100,000ナノメーターの粒子を言うこととする。
【背景技術】
【0002】
近年のナノテクノロジーの発展に伴い、多種多様な微細粒子が各種産業に使用されるよ
うになった。例えば粒子径が100nm以下の極めて小さい粒子(以下ナノサイズ粒子と
いう)の金属粒子は各種産業の発展に寄与する為各方面で開発が進められているが、一方
でナノサイズ粒子は生体内に取り込まれやすく、特に金属のナノサイズ粒子は血流にのっ
た場合様々な臓器に分散、蓄積され、毒性を示す可能性が高い事が指摘されている。例え
ばナノサイズ粒子は鼻腔から脳へ容易に移動し、鼻腔、肺、脳に蓄積することが報告され
ている。又、ナノサイズの酸化チタン粒子を慢性的に暴露されたマウスは、マイクロサイ
ズの粒子を暴露されたマウスよりも早期に肺がんになる確率が高いことが知られている。
更には金のナノサイズ粒子が胎盤を通過して母親から胎児に移動することが報告されてい
る。又、ディーゼル排ガス微粒子など、有機物、金属などの混合物で形成される微細粒子
も気管支炎、肺がんなどの原因とされている。
【0003】
一方粒子径がマイクロメーター単位のサイズの微細粒子(以下マイクロサイズ粒子とい
う)は生体への悪影響は少ないと考えられているが、一旦水中および空気中に分散してし
まうとその分離、回収は極めて困難であり、分離、回収には多大な費用と労力が必要であ
った。マイクロサイズ粒子の中には希少な資源や高価な資源があり、安価で効率的な分離
回収方法が望まれていた。マイクロサイズ粒子より更に粒子径が小さいナノサイズ粒子に
関してはその分離、回収は更に困難となる。
【0004】
例えば、塗料、家具のコート剤、化粧品、食品、さらに最近環境浄化において注目され
ている光触媒など幅広い使用がされている二酸化チタン粒子は、マイクロサイズ粒子或い
はナノサイズ粒子であり、製品製造工程において溶媒中に混入して懸濁した液体状となっ
ている。その為二酸化チタン粒子を分離回収することが困難であり、回収率は極めて低い
。回収しきれなかった二酸化チタン粒子はそのまま廃棄されているのが現状である。
亜鉛、シリカ、カーボンナノチューブなど、様々な微細粒子が各種産業に使用されてい
るが、二酸化チタンのみならず、これら微細粒子の分離、回収率は低く、不完全であり、
分離、回収しきれなかったものは環境に排出、廃棄されている。これら微細粒子の環境へ
の排出、廃棄は特にナノサイズ粒子では人体への悪影響が強く懸念されており、新たな世
界的環境問題となりつつある。又、液体や気体中に混入した希少資源の微細粒子、例えば
貴重金属の微細粒子が混入した液体や気体から貴重金属である微細粒子を分離、回収、再
利用することは、限られた地球資源の有効利用という人類共通の重大な課題であり、全て
の産業が直面する今日的課題である。
【0005】
微細粒子を分離する方法として、これまでいくつかの試みがなされている。フィルター
濾過、遠心分離、pH調整および塩濃度調整による沈降促進など様々であるが、どれも分
離効率が悪い、時間が掛かる、経済性がよくないなど問題があり、簡便、短時間、安価且
つ効率の良い微細粒子の分離、回収法が求められている。また、前述のpHを調整して沈
降を促進させて分離する方法はpHを極端に高くする、または低くして微細粒子を回収す
る技術であり、塩濃度調整による沈降促進による分離法は高塩濃度下で微細粒子原料を回
収する技術であり、微細粒子を分離回収した後の溶液を廃棄する際の処理に時間と経費が
かかる。又、廃棄処理が不完全である場合は環境負荷が大きいことが問題である。それら
は以下の公知資料に既に指摘されている。
【0006】
【非特許文献1】Fernadez-Ibanez P., Blanco. J., Malato, S., de las. Nieves. F.J., 2003. Application of the colloidal stability of TiO2 particles for recovery and reuse in solar photocatalysis. Water Res. 37(13), 3180-3188.
【非特許文献2】Baran, W., Murkowski, A., Wardas, W., 2005. The separation of catalyst after photocatalytic reactions conducted in the presence of TiO2/ FeCl3/ UV. Chemosphere 59(6), 853-859.
【特許文献1】Blanco, J., Malato, S., de las Nieves, J., Fernandez, P. 2001. Method of sedimentation of colloidal semiconductor particles. European patent application EP-1-101-737-A1.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、液体および気体中に分散している微細粒子(金属、金属化合物および有機化
合物)を効率よく分離する、或いは分離回収する手段を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、上述した課題に鑑み鋭意検討した結果、微細粒子の混入した液体(懸濁
液)に於いては懸濁液中に生体内高分子であるDNAを加え、微細粒子とDNAを接触さ
せることにより、微細粒子をDNAが捕捉して凝集状態となり、沈降を促進させる事によ
り液体内に分散した微細粒子を分離出来ることを見出した。沈降した微細粒子とDNAが
凝集したものを更に分離し、燃焼等の公知の方法でDNAを除去すれば微細粒子を分離回
収し、再利用する事が出来る。
【0009】
一方微細粒子の混入した気体(エアロゾル)に於いては気体に浮遊する微細粒子を捕捉
する為の公知のフィルターにDNAを含有保持し、該DNA保持フィルターに微細粒子を
含むエアロゾルを誘導し、DNA保持フィルターを通過させるときにDNAとエアロゾル
に含まれる微細粒子を接触させることにより、該微細粒子をDNAに捕捉して微細粒子を
気体から分離する。
【0010】
水溶液中の微細粒子再利用の為には、DNAと微細粒子が凝集した状態或いはDNAが
その2重らせん構造に微細粒子を補足した状態で熱水(80〜100度)およびアルカリ
溶液(pH12〜14)洗浄する。これにより、DNAと微細粒子を分離する。あるいは
、微細粒子が金属粒子の場合は、燃焼によりDNAのみを選択的に燃焼除去して、微細粒
子のみを回収する。空気中の微細粒子を捕捉したDNAを保持したフィルターは、フィル
ターを廃棄するか、燃焼などにより、DNAを選択的に燃焼除去して、微細粒子のみを回
収する。
【0011】
さらに、溶液からの微細粒子とDNAの凝集体の回収を迅速にするために、凝集体がで
きた後、遠心操作およびフィルターろ過を行う。また、微細粒子を含む液体中にDNAを
加える際に酸化鉄または鉄粒子などの磁性粒子を同時に加える。これにより、酸化鉄また
は鉄粒子と微細粒子材料をDNAに捕捉せしめ、磁力により酸化鉄または鉄粒子と微細粒
子原料を捕捉したDNAをひきつけ分離し、その後にDNAと酸化鉄または鉄粒子と微細
粒子原料を分離し、微細粒子原料を回収する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、微細粒子を含む気体や液体から該微細粒子を分離、回収するに際し、産
業廃棄物として廃棄されている安価な材料であるDNAを用いて容易に分離、回収する事
が出来る。特に、液体や気体中に混入した希少資源の微細粒子、例えば貴重金属の微細粒
子が混入した液体や気体から貴重金属である微細粒子を環境負荷なく分離、回収、再利用
することは、近年の資源の回収、有効利用といった重大な課題を解決することになる。
【0013】
さらに、DNAに捕捉された微細粒子を液体から分離する場合、或いは微細粒子を捕捉し
たDNAから微細粒子のみを分離する場合、その他の化学物質や多くのエネルギーを必要
としないため、環境負荷が少ない。微細粒子を捕捉したDNAから微細粒子のみを分離す
る場合、微細粒子の再利用が可能であり、限りある地球資源の有効活用が図られる。
【0014】
DNAに捕捉され凝集した状態となった微細粒子は、生体内への吸収性が低く、微細粒
子の人体内への取り込みによる悪影響を防止するという効果がある。よって、微細粒子を
環境中に排出する際、DNAを加えることにより、微細粒子の自然界への散逸による環境
汚染を防止する事ができるだけでなく、特に生体に悪影響を及ぼすと考えられているナノ
サイズ粒子の生体内への取り込みを未然に防ぐことができ、産業の健全性を強化すること
が可能である。
【0015】
本発明で用いられるDNAは、魚類の白子、例えばサケ、ニシン、タラ等の魚類の白子
から安価に取得することができる。現在魚類の白子のほとんどは有効利用されずに産業廃
棄物として海洋投棄されており、海洋投棄されている白子を有効利用することができれば
、環境負荷を軽減できるという効果がある。
更に産業界にとっては安価なDNAを使用して効率よく微細粒子を分離し、更には微細
粒子の原料を回収再利用出来るので経済効果も期待できる。また、DNAは生物が有する
有機物であり環境にとって無害であり、廃棄バイオマスを有効利用した安全な微細粒子分
離、回収法が確立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
(1)使用するDNA
本発明で用いられるDNAは、二重らせん構造を有するものであって、特に制限はない
が、サケ、ニシン、タラ等の魚類の白子から安価に取得することができる。また、DNA
は白子以外にもすべての生命体から採取することもできる。DNAの長さは限定しないが
長いほど好ましい。
【0017】
(2)対象となる微細粒子
本発明で分離回収可能な微細原料は、金属または金属化合物または有機化合物が好まし
い。金属としては、銀、プラチナ、金等が挙げられる。また金属化合物としては、酸化チ
タン、酸化亜鉛、酸化鉄等が挙げられる。またそれ以外ではカーボンナノチューブ、アス
ベストなどが挙げられる。
微細粒子の形状は、粒状、板状、繊維状、薄膜上等のいずれの形状であってもよいが、
粒状が好ましい。サイズにおいては1nm〜100μmが有効である。好ましくは1nm
〜10μm、より好ましくは1nm〜5μmの微細粒子である。
【0018】
(3)沈殿法
本発明におけるDNA添加量は至適量が存在する。DNA添加量と微細材料との割合は
材料の種類にもより特に限定されないが、例えば10mlに存在する微細材料25mgに
対して添加するDNAの量は0.1〜1000μg、より好ましくは1〜200μgであ
る。
【0019】
DNA添加する際の微細材料の懸濁液のpHや塩濃度は特に限定されないが、強アルカ
リ性を除く中性域、具体的にはpH=2〜10程度が望ましい。また、温度は、60度以
下であれば問題ない。
【0020】
DNA添加後、遠心操作を加えれば、効率よく凝集物を沈殿させることができる。すな
わち、微細材料にDNAを添加後、数分間の遠心を行う。遠心速度は特に限定しないが、
10g〜1000gが好ましく、より好ましくは100g〜1000gである。遠心時間
も特に限定しないが、2、3分で十分な効果が得られる。
【0021】
DNA添加後、フィルターろ過を加えれば、効率よく凝集物を除去することができる。
例えばナノサイズの粒子はフィルターでは通過したり、目詰まりをおこすが、DNAと凝
集させれば、容易にろ過、除去することが可能である。フィルターのサイズは特に限定し
ない。
【0022】
DNA添加時に酸化鉄など磁性粒子を加えた場合、DNA、磁性粒子、微細粒子の3つ
で凝集物を形成するため、磁力(磁石)でそれらを回収することができる。添加する酸化
鉄粒子など磁性粒子の量は、微細原料の十分の一から同量が好ましく、より好ましくは同
量である。
【0023】
(4)再利用法
本発明におけるDNAを凝集沈殿した微細粒子から外し再利用するための処理としては
、pH12〜14程度の強アルカリ性溶液、および熱(80〜100度)、またはその両
方による洗浄処理が挙げられる。熱処理時間は1〜5分程度である。それぞれの処理をし
た微細粒子を水分除去用のフィルター、または紙上に回収する。微細粒子が金属、金属化
合物であった場合、高温燃焼(200〜600度)も適用できる。分離回収した微細粒子
を高温の炉にいれ、有機物であるDNAを燃焼させる。
【0024】
(5)ナノ毒性低減法
本発明は、微細原料特有の毒性を低減する。すなわちナノ金属粒子などの小さなサイズの
粒子は生体内に取り込まれ易いが、微細粒子にDNAを凝集させたものは、環境中への排
出が減少するとともに、微細原料そのものが生体内に取り込まれにくい性質となる。よっ
て、ナノ毒性の懸念される微細粒子の環境放出を予め防御するために、微細粒子約25m
gあたりにDNAを0.1〜1000μg、より好ましくは1〜200μg加え、凝集さ
せた後、環境中に排出すると良い。
【実施例】
【0025】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ
限定されるものではない。
【0026】
<実施例1>
(1)DNA添加によるナノサイズ二酸化チタンの沈降分離
5nmの粒子径の二酸化チタン水溶液(25mg/10ml水)にDNAの量(〜60
0μg)を変えながら加え、沈降の速度を比較した。
【0027】
(2)また、DNAに超音波処理を行う際、処理時間を変化させ、長さの異なるDNA
を作成した。超音波処理を5〜50分間行い、DNAの長さをアガロース電気泳動で確認
した。それらのDNAを用いて、5nmの二酸化チタン(25mg/10ml水)に対す
るDNA25μg添加した際の沈降を確認した。
【0028】
(3)結果
上記実験の結果、通常72時間でも沈降しない二酸化チタン粒子をDNA25μg加え
ることにより30分で自然沈降させることができた(図1)。また、DNAの添加量には
至適量が存在し、粒子径5nmの二酸化チタン水溶液(25mg/10ml水)には、1
0〜200μgのDNAを加えた場合に効率のよい沈降が見られた(図2)。
【0029】
DNAに超音波処理を行うと、処理時間に応じた長さの異なるDNAが確認された(図
3)。これらDNAを使用して、上記と同様の沈降を検討した結果、最も長鎖の超音波処
理していないDNAが最も効率が高いが、DNAを加えないものに比して、短いDNAで
も加えたものは沈降が速かった(図4)。
【0030】
以上の結果から、DNAは微細粒子を効率よく捕捉し、効率良く共に沈降すること、D
NA鎖の長いもの程捕捉、沈降の効率が良く、添加量には至適量が存在することが分かる

尚、二酸化チタン水溶液に酸化鉄粒子などの磁性体粒子を加え、水溶液に磁界を掛けれ
ば二酸化チタン粒子と磁性体粒子を補足したDNAの重力による沈降に加えて磁界による
力を加える事ができ、沈降速度を上げる事ができる。
【0031】
<実施例2>
(1)DNA処理による生体内への取り込みの減少
DNA凝集二酸化チタンの培養細胞(チャイニーズハムスター細胞)への取り込み量を
検討した。二酸化チタン(1mg/ml)の取り込み量はフローサイトメータの側方散乱
光(SS)を指標に、作用後一時間にて測定した。DNA処理は、二酸化チタン1mg/
mlあたり1mgを作用させ、余分なDNAを洗浄後、細胞に作用させた。
【0032】
(2)結果
図5−a〜cにおけるFSはフローサイトメータにおける前方散乱光を、SSは側方散
乱光を表す。粒子などが細胞内に取り込まれると、細胞内密度が上昇するため、SSが増
加する。二酸化チタンを作用させない細胞は、側方散乱光強度(SS)は低いが(図5−
a)二酸化チタンを作用させた細胞では、側方散乱光強度(SS)の高い上昇が認められ
た(図5−b)。一方、DNAで凝集した二酸化チタンではSSは低く(図5−c)、細胞
内への取り込みが抑制されていた。また、図6に図5−a〜cのSSを比較した図を示す

【0033】
以上の結果から、DNA処理により、微細粒子そのものが生体内に取り込まれにくい性
質となることが示されている。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明は、微細粒子を使用する産業、すなわち貴重金属粒子を使用する産業、ナノテク
ノロジー産業、化粧品、食品産業など、微細原料の回収に窮している産業において利用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】DNA添加した場合と添加しない場合の液体中の二酸化チタン粒子の自然沈降の時間経過の比較図
【図2】DNA添加による二酸化チタン粒子の自然沈降におけるDNA添加量依存性を示す図
【図3】超音波処理時間の変化に依存したDNAの切断をアガロースゲル電気泳動で確認した図
【図4】鎖長の異なるDNAによる二酸化チタン粒子の自然沈降の図:DNA鎖長依存性
【図5】フローサイトメータによって計測した細胞内への二酸化チタン粒子の取り込み状態を示す図(図5―a)二酸化チタン粒子を作用させない細胞の前方散乱光強度(FS)と側方散乱光強度(SS)パターン(図5―b)二酸化チタン粒子を作用させた細胞の前方散乱光強度(FS)と側方散乱光強度(SS)パターン(図5―c)DNA処理した二酸化チタン粒子を作用させた細胞の前方散乱光強度(FS)と側方散乱光強度(SS)パターン
【図6】図5−a〜cの側方散乱光強度(SS)の比較

【特許請求の範囲】
【請求項1】
微細粒子を含む液体にDNAを加える行程と、前記DNAが前記微細粒子を捕捉する行程
と、前記微細粒子を捕捉したDNAを液体から分離する行程を含む微細粒子分離方法。
【請求項2】
微細粒子を含む液体にDNAを加える行程と、前記DNAが前記微細粒子を捕捉する行程
と、前記微細粒子を捕捉したDNAを液体から分離する行程と、前記微細粒子をDNAか
ら分離回収する行程とを含む微細粒子分離方法。
【請求項3】
請求項1又は2記載の方法であって前記微細粒子は少なくとも金属、金属化合物、有機化
合物の一つを含むものである微細粒子分離方法。
【請求項4】
微細粒子を含む気体を、DNA保持フィルターによって濾過して気体に含まれる微細粒子
を該DNAに捕捉させる工程を含む微細粒子分離方法。
【請求項5】
請求項1〜3記載の方法であって、前記微細粒子を捕捉したDNAを液体から分離する行
程は凝集沈殿によることを特徴とする微細粒子分離方法。
【請求項6】
請求項1〜3記載の方法であって、前記微細粒子を捕捉したDNAを液体から分離する行
程は遠心力によることを特徴とする微細粒子分離方法。
【請求項7】
請求項1〜3記載の方法であって、前記微細粒子を捕捉したDNAを液体から分離する行
程はフィルター濾過によることを特徴とする微細粒子分離方法。
【請求項8】
請求項1〜3記載の方法であって、前記微細粒子を含む液体に酸化鉄粒子または鉄粒子を
含む磁性体粒子を加える行程と、前記微細粒子と酸化鉄粒子または鉄粒子を含む磁性体粒
子を捕捉したDNAを液体から磁界により分離する行程を有することを特徴とする微細粒
子分離方法。
【請求項9】
請求項2〜3記載の方法であって、前記微細粒子を捕捉したDNAから、前記微細粒子を
分離回収する行程は、少なくともアルカリ溶液中で分離する方法、熱水で分離する方法、
その両方で分離する方法、燃焼によりDNAのみ除去する方法のいずれか一つであること
を特徴とする微細粒子分離方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2010−448(P2010−448A)
【公開日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−161209(P2008−161209)
【出願日】平成20年6月20日(2008.6.20)
【出願人】(507219686)静岡県公立大学法人 (63)
【Fターム(参考)】