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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023105988
(43)【公開日】2023-08-01
(54)【発明の名称】粉体の製造方法および粉体
(51)【国際特許分類】
C08J 3/12 20060101AFI20230725BHJP
C08B 15/04 20060101ALI20230725BHJP
B01J 2/04 20060101ALI20230725BHJP
B01J 20/30 20060101ALI20230725BHJP
B01J 20/24 20060101ALI20230725BHJP
B01J 20/28 20060101ALI20230725BHJP
【ＦＩ】
C08J3/12 101
C08J3/12 CEP
C08B15/04
B01J2/04
B01J20/30
B01J20/24 C
B01J20/28 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022007067
(22)【出願日】2022-01-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003506
【氏名又は名称】第一工業製薬株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504136568
【氏名又は名称】国立大学法人広島大学
(74)【代理人】
【識別番号】100179578
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 和弘
(72)【発明者】
【氏名】森田 祐子
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 真衣
(72)【発明者】
【氏名】後居 洋介
(72)【発明者】
【氏名】北村 武大
(72)【発明者】
【氏名】高橋 克夫
(72)【発明者】
【氏名】荻 崇
【テーマコード（参考）】
4C090
4F070
4G004
4G066
【Ｆターム（参考）】
4C090AA03
4C090BA34
4C090BB12
4C090BB33
4C090BB36
4C090BB52
4C090BD21
4C090BD22
4C090BD34
4C090CA34
4C090DA05
4F070AA02
4F070AB03
4F070AC12
4F070AC36
4F070AC45
4F070AC66
4F070AE08
4F070AE28
4F070CA05
4F070CB05
4F070CB12
4F070DA34
4F070DC01
4F070DC03
4F070DC06
4F070DC15
4G004EA08
4G066AB05D
4G066AB09D
4G066AB12D
4G066AC02B
4G066AC35B
4G066BA09
4G066BA17
4G066BA20
4G066BA25
4G066BA26
4G066CA54
4G066DA07
4G066FA03
4G066FA11
4G066FA14
4G066FA26
4G066FA37
(57)【要約】
【課題】粉体を水に再分散させた際の耐久性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】セルロース繊維を含む粉体の製造方法は、スラリーを噴霧乾燥する工程を含み、スラリーは、アニオン性基を有するセルロース繊維と、有機溶媒を含む溶媒と、アニオン性基に反応する架橋剤と、を備え、アニオン性基はカルボキシ基を含み、セルロース繊維が溶媒に分散している。アニオン性基を有するセルロース繊維を含む粉体は、アニオン性基に結合した架橋剤による架橋構造を有し、アニオン性基はカルボキシ基を含み、比表面積が５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であり、全細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下である。
【選択図】なし
【解決手段】セルロース繊維を含む粉体の製造方法は、スラリーを噴霧乾燥する工程を含み、スラリーは、アニオン性基を有するセルロース繊維と、有機溶媒を含む溶媒と、アニオン性基に反応する架橋剤と、を備え、アニオン性基はカルボキシ基を含み、セルロース繊維が溶媒に分散している。アニオン性基を有するセルロース繊維を含む粉体は、アニオン性基に結合した架橋剤による架橋構造を有し、アニオン性基はカルボキシ基を含み、比表面積が５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であり、全細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セルロース繊維を含む粉体の製造方法であって、
スラリーを噴霧乾燥する工程を含み、
前記スラリーは、
アニオン性基を有するセルロース繊維と、有機溶媒を含む溶媒と、前記アニオン性基に反応する架橋剤と、を含み、
前記アニオン性基は、カルボキシ基を含み、
前記セルロース繊維が前記溶媒に分散している、
粉体の製造方法。
スラリーを噴霧乾燥する工程を含み、
前記スラリーは、
アニオン性基を有するセルロース繊維と、有機溶媒を含む溶媒と、前記アニオン性基に反応する架橋剤と、を含み、
前記アニオン性基は、カルボキシ基を含み、
前記セルロース繊維が前記溶媒に分散している、
粉体の製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の粉体の製造方法において、
前記スラリーは、前記セルロース繊維の前記アニオン性基に対し、前記架橋剤を０．０５当量以上０．５当量以下含む、粉体の製造方法。
前記スラリーは、前記セルロース繊維の前記アニオン性基に対し、前記架橋剤を０．０５当量以上０．５当量以下含む、粉体の製造方法。
【請求項3】
アニオン性基を有するセルロース繊維を含む粉体であって、
前記アニオン性基に結合した架橋剤による架橋構造を有し、
前記アニオン性基は、カルボキシ基を含み、
比表面積が５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であり、全細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下である、粉体。
前記アニオン性基に結合した架橋剤による架橋構造を有し、
前記アニオン性基は、カルボキシ基を含み、
比表面積が５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であり、全細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下である、粉体。
【請求項4】
請求項３に記載の粉体において、
前記セルロース繊維は、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバーである、粉体。
前記セルロース繊維は、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバーである、粉体。
【請求項5】
請求項３または請求項４に記載の粉体であって、
タンパク質の吸着に用いられる、粉体。
タンパク質の吸着に用いられる、粉体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粉体の製造方法および粉体に関する。
【背景技術】
【0002】
セルロースは、生分解性を有する天然由来材料であり、汎用性が高く、また、化学的および熱的安定性が比較的高い材料として知られている。セルロースは、タンパク質等の生体物質に対し、非特異的な相互作用や吸着を起こし難いため、精製・分離用カラムの充填剤や、酵素、微生物、細胞の固定化担体・吸着剤・膜材料等に用いられている。
【0003】
微細繊維状セルロースは、セルロースナノファイバーとも呼ばれ、木材等のセルロース系原料を解繊処理することにより得られるナノオーダーのセルロース繊維である。従来から、セルロースナノファイバーについて、タンパク質等の生体物質に対する吸着特性に関する研究結果が報告されている。例えば、非特許文献１には、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバーに対するタンパク質の吸着特性が示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Ramon Weishaupt,他８名“TEMPO-OxidizedNanofibrillated Cellulose as a High Density Carrier for Bioactive Molecules”, Biomacromolecules,2015, 16, 11, 3640-3650
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、非特許文献１に記載のセルロースナノファイバーは、タンパク質の吸着能が十分であるとは言えず、改善の余地があった。そこで、本願発明者らは、セルロース繊維と溶媒とを含むスラリーを噴霧乾燥させることにより、タンパク質の吸着性に優れる粉体を製造できることを見出した。しかしながら、粉体を水に再分散させた際の耐久性において、改善の余地があることを本願発明者らは見い出した。このため、粉体を水に再分散させた際の耐久性を向上させることができる技術の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、以下の形態として実現することができる。
【0007】
（１）本発明の一形態によれば、セルロース繊維を含む粉体の製造方法が提供される。この粉体の製造方法は、スラリーを噴霧乾燥する工程を含み、前記スラリーは、アニオン性基を有するセルロース繊維と、有機溶媒を含む溶媒と、前記アニオン性基に反応する架橋剤と、を含み、前記アニオン性基は、カルボキシ基を含み、前記セルロース繊維が前記溶媒に分散している。
【0008】
（２）上記形態の粉体の製造方法において、前記スラリーは、前記セルロース繊維の前記アニオン性基に対し、前記架橋剤を０．０５当量以上０．５当量以下含んでいてもよい。
【0009】
（３）本発明の他の形態によれば、アニオン性基を有するセルロース繊維を含む粉体が提供される。この粉体は、前記アニオン性基に結合した架橋剤による架橋構造を有し、前記アニオン性基は、カルボキシ基を含み、比表面積が５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であり、全細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下である。
【0010】
（４）上記形態の粉体において、前記セルロース繊維は、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバーであってもよい。
【0011】
（５）上記形態の粉体は、タンパク質の吸着に用いられてもよい。
【0012】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンパク質吸着剤や、カラム充填剤、固定化担体等の形態で実現することができる。
【発明の効果】
【0013】
本実施形態の製造方法によれば、粉体を水に再分散させた際の耐久性に優れた粉体を製造できる。また、本実施形態の粉体によれば、水に再分散させた際の耐久性優れる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【0015】
本実施形態のセルロース繊維を含む粉体の製造方法は、スラリーを噴霧乾燥する工程を含む。このスラリーは、アニオン性基を有するセルロース繊維と、有機溶媒を含む溶媒と、アニオン性基に反応する架橋剤と、を含み、アニオン性基は、カルボキシ基を含み、セルロース繊維が溶媒に分散している。
【0016】
本実施形態の製造方法によれば、粉体を水に再分散させた際の耐久性に優れた粉体を製造できる。このような効果を奏するメカニズムは定かではない。しかし、推定メカニズムとしては、噴霧乾燥する工程でスラリーが熱を受けることによってセルロース繊維のアニオン性基と架橋剤とが反応し、架橋構造を有する粉体を得ることができる。粉体に架橋構造が含まれることによって、粉体を水に再分散させた際に粉体の形状が保たれなくなることを抑制でき、この結果として、耐久性を高めることができると考えられる。なお、本明細書においては、粉体を水に再分散させた際の耐久性のことを、「耐水性」とも呼ぶ。
【0017】
［セルロース繊維］
本実施形態において用いられるセルロース繊維は、アニオン性基を有する。アニオン性基を有することによって、タンパク質に対する吸着能を高めることができる。また、アニオン性基として少なくともカルボキシ基を含むことにより、架橋剤との反応による架橋構造を、効率的に形成させることができる。
本実施形態において用いられるセルロース繊維は、アニオン性基を有する。アニオン性基を有することによって、タンパク質に対する吸着能を高めることができる。また、アニオン性基として少なくともカルボキシ基を含むことにより、架橋剤との反応による架橋構造を、効率的に形成させることができる。
【0018】
カルボキシ基以外のアニオン性基としては、特に限定されないが、例えば、リン酸基、スルホン酸基、硝酸基、ホウ酸基、および硫酸基からなる群より選択される少なくとも１種等が挙げられる。本明細書において、カルボキシ基は、酸型（－ＣＯＯＨ）に限らず、塩型、すなわちカルボン酸塩基（－ＣＯＯＸ、Ｘはカルボン酸と塩を形成する陽イオン）も含む概念であり、酸型と塩型とが混在してもよい。リン酸基、スルホン酸基、硝酸基、ホウ酸基、および硫酸基等についても、同様に、酸型に限らず塩型も含む概念であり、酸型と塩型とが混在してもよい。塩としては、特に限定されないが、例えば、ナトリウム塩やカリウム塩等のアルカリ金属塩、マグネシウム塩やカルシウム塩等のアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩やホスホニウム塩等のオニウム塩、１級アミンや２級アミン、３級アミン等のアミン塩等が挙げられる。
【0019】
カルボキシ基を含有するセルロース繊維としては、特に限定されないが、例えば、セルロース分子中のグルコースユニットの水酸基を酸化することによって形成された酸化セルロース繊維や、セルロース分子中のグルコースユニットの水酸基をカルボキシメチル化することによって形成されたカルボキシメチル化セルロース繊維等が挙げられる。一実施形態において、セルロース繊維は、アニオン性基としてカルボキシ基を含有するセルロース繊維と、カルボキシ基以外のアニオン性基を含有するセルロース繊維との混合物であってもよい。
【0020】
セルロース繊維におけるアニオン性基の量は、特に限定されないが、セルロース繊維の乾燥質量に対して０．５～３．０ｍｍｏｌ／ｇであることが好ましく、１．５～２．０ｍｍｏｌ／ｇであることがより好ましい。アニオン性基の量は、例えば、カルボキシ基の場合、乾燥質量を精秤したセルロース繊維を用いて０．５～１質量％スラリーを６０ｍＬ調製し、０．１ｍｏｌ／Ｌの塩酸水溶液によってｐＨを約２．５とした後、０．０５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して電気伝導度測定を行い、ｐＨが約１１になるまで続け、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量（Ｖ）から、下記式に従い求めることができる。硫酸基についても、同様の電気伝導度測定によって測定することができる。その他のアニオン性基についても、公知の方法で測定することができる。
アニオン性基量（ｍｍｏｌ／ｇ）＝Ｖ（ｍＬ）×〔０．０５／セルロース繊維質量（ｇ）〕
アニオン性基量（ｍｍｏｌ／ｇ）＝Ｖ（ｍＬ）×〔０．０５／セルロース繊維質量（ｇ）〕
【0021】
本実施形態において用いられるセルロース繊維は、I型結晶構造を有することが望ましい。セルロースI型結晶は天然セルロースの結晶形であり、I型結晶構造を有することにより、セルロース繊維に水不溶性を持たせて、水に対する膨潤を抑え、耐久性を高めることができる。このため、I型結晶構造を有するセルロース繊維を用いることにより、タンパク質の吸着能に優れ、かつ、耐久性のより高い粉体を提供することができる。
【0022】
セルロース繊維がI型結晶構造を有することは、例えば、広角Ｘ線回折像測定によって得られる回折プロファイルにおいて、２θ＝１４°～１７°付近と、２θ＝２２°～２３°付近との２つの位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。
【0023】
セルロース繊維としては、例えば、平均繊維径が３ｎｍ以上５００ｎｍ以下である微細繊維状セルロース（セルロースナノファイバー）を用いてもよい。微細繊維状セルロースの平均繊維径は、より好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【0024】
セルロース繊維の平均繊維径は、次のようにして測定することができる。すなわち、固形分率で０．０５～０．１質量％のセルロース繊維の水分散体を調製し、その水分散体を、親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の観察用試料とする。なお、大きな繊維径の繊維を含む場合には、ガラス上へキャストした表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を観察してもよい。また、観察用試料は、例えば２％ウラニルアセテートでネガティブ染色してもよい。そして、構成する繊維の大きさに応じて５０００倍、１００００倍あるいは５００００倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。その際に、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、２０本以上の繊維が交差するよう、試料および観察条件（倍率等）を調節する。そして、この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、１枚の画像当たり縦横２本ずつの無作為な軸を引き、軸に交錯する繊維の繊維径を目視で読み取っていく。このようにして、最低３枚の重複しない表面部分の画像を、電子顕微鏡で撮影し、各々２つの軸に交錯する繊維の繊維径の値を読み取る（したがって、最低２０本×２×３＝１２０本の繊維径の情報が得られる）。このようにして得られた繊維径の相加平均を平均繊維径とする。
【0025】
セルロース繊維の平均アスペクト比は、特に限定されないが、５０以上１０００以下であることが好ましく、１００以上８００以下であることがより好ましく、２００以上５００以下であることがさらに好ましい。
【0026】
セルロース繊維の平均アスペクト比は、次のようにして測定することができる。すなわち、先に述べた方法に従い平均繊維径を算出する。また、同様の観察画像からセルロース繊維の平均繊維長を算出する。詳細には、繊維の始点から終点までの長さ（繊維長）を最低１０本目視で読み取る。このようにして得られた繊維長の相加平均を算出し、平均繊維長とする。そして、これらの値を用いて平均アスペクト比を下記式に従い算出する。
平均アスペクト比＝平均繊維長（ｎｍ）／平均繊維径（ｎｍ）
平均アスペクト比＝平均繊維長（ｎｍ）／平均繊維径（ｎｍ）
【0027】
微細繊維状セルロースは、解繊処理を行うことにより得てもよい。解繊処理は、アニオン性基を導入してから実施してもよく、導入前に実施してもよい。解繊処理としては、特に限定されないが、例えば、高速回転下でのホモミキサーや、高圧ホモジナイザー、超音波分散処理機、ビーター、ディスク型レファイナー、コニカル型レファイナー、ダブルディスク型レファイナー、グラインダー等を用いて、セルロース繊維の水分散液を処理することにより行うことができ、微細繊維状セルロースの水分散液を得ることができる。
【0028】
好ましい一実施形態の微細繊維状セルロースとしては、セルロース分子中のグルコースユニットのＣ６位の水酸基が選択的に酸化されてカルボキシ基に変性された酸化微細繊維状セルロースが挙げられる。酸化微細繊維状セルロースは、木材パルプ等の天然セルロースをＮ－オキシル化合物の存在下、共酸化剤を用いて酸化させ、解繊（微細化）処理することにより得られる。Ｎ－オキシル化合物としては、一般に酸化触媒として用いられるニトロキシラジカルを有する化合物が用いられ、例えばピペリジンニトロキシオキシラジカル等を挙げることができる。Ｎ－オキシル化合物としては、２，２，６，６－テトラメチルピペリジノオキシラジカル（ＴＥＭＰＯ）または４－アセトアミド－ＴＥＭＰＯが好ましい。ＴＥＭＰＯで酸化された微細繊維状セルロースは、一般に、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバー（以下、ＴＯＣＮとも呼ぶ）と称されている。本実施形態において、セルロース繊維は、微細繊維状セルロースであることが好ましく、酸化微細繊維状セルロースであることがより好ましく、ＴＯＣＮであることがさらに好ましい。なお、酸化微細繊維状セルロースは、カルボキシ基とともに、アルデヒド基またはケトン基を有していてもよいが、アルデヒド基およびケトン基を実質的に有していないことが好ましい。
【0029】
［溶媒］
本実施形態における溶媒としては、有機溶媒を含む。有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、アルコールや、ケトン、エーテル、エステル等が挙げられる。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、１－プロパノール等が挙げられる。有機溶媒としては、誘電率が比較的高く、スラリー中のセルロース繊維が凝集することを抑制する観点から、アルコールを用いることが好ましく、メタノールまたはエタノールを用いることがより好ましい。また、噴霧乾燥後に得られる粉体におけるタンパク質吸着能を向上させる観点から、エタノールを用いることが特に好ましい。また、溶媒として、有機溶媒とともに水を含んでいてもよい。有機溶媒は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。溶媒に有機溶媒が含まれることにより、噴霧乾燥によって形成される粉体における細孔の状態を適切な状態に保つことができる。
本実施形態における溶媒としては、有機溶媒を含む。有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、アルコールや、ケトン、エーテル、エステル等が挙げられる。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、１－プロパノール等が挙げられる。有機溶媒としては、誘電率が比較的高く、スラリー中のセルロース繊維が凝集することを抑制する観点から、アルコールを用いることが好ましく、メタノールまたはエタノールを用いることがより好ましい。また、噴霧乾燥後に得られる粉体におけるタンパク質吸着能を向上させる観点から、エタノールを用いることが特に好ましい。また、溶媒として、有機溶媒とともに水を含んでいてもよい。有機溶媒は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。溶媒に有機溶媒が含まれることにより、噴霧乾燥によって形成される粉体における細孔の状態を適切な状態に保つことができる。
【0030】
溶媒における有機溶媒の濃度は、特に限定されないが、７５質量％以上１００質量％以下であることが好ましく、８０質量％以上１００質量％以下であることがより好ましく、９０質量％以上１００質量％以下であることがさらに好ましい。なお、溶媒の残部は、水である。
【0031】
［架橋剤］
本実施形態において用いられる架橋剤は、セルロース繊維に含まれるアニオン性基に結合することにより、架橋構造を形成する。架橋剤としては、特に限定されないが、例えば、アミノ樹脂、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、ポリイソシアネート化合物等が挙げられる。架橋剤としては、架橋反応を効率的に形成させる観点から、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物またはエポキシ化合物を用いることが好ましい。
本実施形態において用いられる架橋剤は、セルロース繊維に含まれるアニオン性基に結合することにより、架橋構造を形成する。架橋剤としては、特に限定されないが、例えば、アミノ樹脂、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、ポリイソシアネート化合物等が挙げられる。架橋剤としては、架橋反応を効率的に形成させる観点から、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物またはエポキシ化合物を用いることが好ましい。
【0032】
［スラリー］
スラリーは、有機溶媒を含む溶媒に、アニオン性基を有するセルロース繊維が分散したものであり、アニオン性基に反応する架橋剤を含む。溶媒とセルロース繊維とを混合攪拌することにより、セルロース繊維が溶媒に分散したスラリーを得ることができる。架橋剤は、水等に溶かした後にスラリーに添加してもよく、スラリー溶媒に可溶である場合には、溶媒とセルロース繊維とを混合攪拌する際に添加してもよい。スラリーの合計質量に対するセルロース繊維の含有量は、特に限定されないが、例えば、固形分換算で０．０１質量％以上０．５０質量％以下含まれることが好ましく、０．０５質量％以上０．４０質量％以下含まれることがより好ましい。上記下限以上とすることにより、生産効率を向上できる。また、上記上限以下とすることにより、スラリーの粘度が過度に上昇することを抑制できるので、噴霧乾燥する際にノズルが詰まることを抑制でき、その結果、生産効率の低下を抑制できる。
スラリーは、有機溶媒を含む溶媒に、アニオン性基を有するセルロース繊維が分散したものであり、アニオン性基に反応する架橋剤を含む。溶媒とセルロース繊維とを混合攪拌することにより、セルロース繊維が溶媒に分散したスラリーを得ることができる。架橋剤は、水等に溶かした後にスラリーに添加してもよく、スラリー溶媒に可溶である場合には、溶媒とセルロース繊維とを混合攪拌する際に添加してもよい。スラリーの合計質量に対するセルロース繊維の含有量は、特に限定されないが、例えば、固形分換算で０．０１質量％以上０．５０質量％以下含まれることが好ましく、０．０５質量％以上０．４０質量％以下含まれることがより好ましい。上記下限以上とすることにより、生産効率を向上できる。また、上記上限以下とすることにより、スラリーの粘度が過度に上昇することを抑制できるので、噴霧乾燥する際にノズルが詰まることを抑制でき、その結果、生産効率の低下を抑制できる。
【0033】
スラリーに添加する架橋剤の量は、特に限定されない。スラリーは、スラリーに含まれるセルロース繊維のアニオン性基に対し、架橋剤を０．０５当量以上０．５当量以下含むことが好ましく、０．１当量以上０．５当量以下含むことがより好ましく、０．１５当量以上０．４５当量以下含むことがさらに好ましい。ここで、当量とは、モル当量であることを示す。上記下限以上とすることにより、セルロース繊維のアニオン性基と架橋剤との反応によって形成される架橋構造を多くできる結果、粉体の耐水性をより向上できる。また、上記上限以下とすることにより、粉体における架橋構造が過度に多くなることを抑制できるので、タンパク質の吸着能が低下することを抑制できる。
【0034】
［噴霧乾燥］
本実施形態にかかる粉体の製造方法は、有機溶媒を含む溶媒にアニオン性基を有するセルロース繊維が分散し、かつ、架橋剤を含むスラリーを噴霧乾燥する工程を含む。架橋剤を含むスラリーを噴霧乾燥することにより、噴霧乾燥の熱によって架橋反応を促進できる。このため、架橋反応を別工程によって行う場合と比較して、粉体の製造工程が複雑化することを抑制できる。
本実施形態にかかる粉体の製造方法は、有機溶媒を含む溶媒にアニオン性基を有するセルロース繊維が分散し、かつ、架橋剤を含むスラリーを噴霧乾燥する工程を含む。架橋剤を含むスラリーを噴霧乾燥することにより、噴霧乾燥の熱によって架橋反応を促進できる。このため、架橋反応を別工程によって行う場合と比較して、粉体の製造工程が複雑化することを抑制できる。
【0035】
噴霧乾燥の方式としては、特に限定されないが、例えば、スラリーを２流体式や４流体式等のノズル方式であってもよく、回転ディスク方式であってもよい。噴霧乾燥における入口温度は、特に限定されないが、１００℃以上２００℃以下であることが好ましく、１２０℃以上１８０℃以下であることがより好ましい。上記範囲内とすることにより、噴霧乾燥後に得られる粉体におけるタンパク質吸着能をより向上できる。また、上記下限以上とすることにより、セルロース繊維のアニオン性基と架橋剤との反応をより促進できる。本明細書において、「噴霧乾燥における入口温度」とは、噴霧乾燥装置の乾燥室と、その乾燥室にガスを導入する配管との接合部分において計測される温度を意味する。噴霧乾燥におけるスラリー流量は、特に限定されないが、例えば、ＢＵＣＨＩ社製、ミニスプレードライヤー Ｂ－２９０を用いる場合、１ｍＬ／分以上１０ｍＬ／分以下であることが好ましい。噴霧乾燥におけるガス流量は、特に限定されないが、１Ｌ／分以上１０Ｌ／分以下であることが好ましい。噴霧乾燥に用いるガスとしては、例えば、希ガスや窒素ガス等を用いることができる。
【0036】
［粉体］
上述の製造方法によって、アニオン性基を有するセルロース繊維を含む粉体を得ることができる。この粉体は、アニオン性基に結合した架橋剤による架橋構造を有し、アニオン性基は、カルボキシ基を含み、比表面積が５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であり、全細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下である。
上述の製造方法によって、アニオン性基を有するセルロース繊維を含む粉体を得ることができる。この粉体は、アニオン性基に結合した架橋剤による架橋構造を有し、アニオン性基は、カルボキシ基を含み、比表面積が５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であり、全細孔容積が０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下である。
【0037】
架橋剤としては、特に限定されないが、例えば、上述した架橋剤が挙げられる。架橋構造としては、特に限定されないが、カルボキシ基に結合した架橋剤による架橋構造が少なくとも含まれる。すなわち、粉体は、架橋構造として、下記一般式（１）で表される架橋構造を少なくとも備える。なお、式中、Ｘは架橋剤である。
【0038】
【化1】
【0039】
粉体の比表面積は、５０ｍ２／ｇ以上４００ｍ２／ｇ以下であることがより好ましく、１００ｍ２／ｇ以上３００ｍ２／ｇ以下であることがさらに好ましい。上記下限以上とすることにより、タンパク質吸着能を向上できる。また、上記上限以下とすることにより、粉体の物理強度を付与することができる。本明細書において、「比表面積」とは、ＢＥＴ法による窒素吸着比表面積を意味する。粉体の比表面積は、７７Ｋでの窒素吸着等温線を、容量測定器を用いて測定することにより求められる。
【0040】
粉体の全細孔容積は、０．１ｃｍ３／ｇ以上０．８５ｃｍ３／ｇ以下であることがより好ましく、０．２ｃｍ３／ｇ以上０．７５ｃｍ３／ｇ以下であることがさらに好ましい。上記下限以上とすることにより、タンパク質吸着能を向上できる。また、上記上限以下とすることにより、粉体の物理強度を付与することができる。本明細書において、「全細孔容積」とは、全ての細孔の容積の総和を意味する。粉体の全細孔容積は、相対圧が１に十分近い状態における吸着ガス量を液体換算することで測定できる。
【0041】
粉体の平均粒子径は、特に限定されないが、０．１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上５０μｍ以下であることがさらに好ましい。上記下限以上とすることにより、粉体取り扱い時の粉立ちを抑制できる。また、上記上限以下とすることにより、粉体取り扱い時の充填量を上げることができる。粉体の平均粒子径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を観察することで確認できる。本明細書における「平均粒子径」は、ＳＥＭ画像を用いて、少なくとも２０個の粒子においてそれぞれの最大径を測定し、その平均値を求めることにより算出できる。
【0042】
［タンパク質の吸着方法等］
本実施形態にかかる粉体は、タンパク質吸着能に優れ、かつ、耐水性に優れるため、タンパク質の吸着に好適に用いることができる。本実施形態にかかる粉体は、例えば、タンパク質吸着剤や、カラム充填剤、固定化担体等に好適に用いることができる。本実施形態にかかる粉体にタンパク質を吸着する方法としては、特に限定されず、例えば、タンパク質を含んだ溶液に粉体を浸漬してもよく、撹拌や振とう等を行ってもよい。また、例えば、本実施形態にかかる粉体を入れた容器にタンパク質を含む溶液を流して、粉体にタンパク質を吸着させてもよい。
本実施形態にかかる粉体は、タンパク質吸着能に優れ、かつ、耐水性に優れるため、タンパク質の吸着に好適に用いることができる。本実施形態にかかる粉体は、例えば、タンパク質吸着剤や、カラム充填剤、固定化担体等に好適に用いることができる。本実施形態にかかる粉体にタンパク質を吸着する方法としては、特に限定されず、例えば、タンパク質を含んだ溶液に粉体を浸漬してもよく、撹拌や振とう等を行ってもよい。また、例えば、本実施形態にかかる粉体を入れた容器にタンパク質を含む溶液を流して、粉体にタンパク質を吸着させてもよい。
【0043】
本実施形態において、吸着させるタンパク質としては特に制限されず、例えば、酵素、抗体、ホルモン等の各種タンパク質が挙げられる。また、このようなタンパク質を含ませる溶媒にも特に制限はなく、各種緩衝液（リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、Ｔｒｉｓ、ＨＥＰＥＳ等）が好適に用いられる。
【実施例0044】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0045】
［原料］
・ＴＯＣＮ：ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバー（レオクリスタＩ－２ＳＸ、第一工業製薬株式会社製、セルロース濃度：２質量％、セルロースI型結晶構造：「あり」、数平均繊維径：４ｎｍ、平均アスペクト比：２８０、カルボキシ基量：１．９ｍｍｏｌ／ｇ）
・セルロース粒子（比較例）：Ｃｅｌｌｕｆｉｎｅ ｃ－５００（ＪＮＣ株式会社製）
・エタノール
・カルボジイミド系架橋剤（カルボジライト Ｖ－０２－Ｌ２、日清紡ケミカル株式会社製）
・オキサゾリン系架橋剤（エポクロス ＷＳ－７００（エポクロスは登録商標）、株式会社日本触媒製）
・ＴＯＣＮ：ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバー（レオクリスタＩ－２ＳＸ、第一工業製薬株式会社製、セルロース濃度：２質量％、セルロースI型結晶構造：「あり」、数平均繊維径：４ｎｍ、平均アスペクト比：２８０、カルボキシ基量：１．９ｍｍｏｌ／ｇ）
・セルロース粒子（比較例）：Ｃｅｌｌｕｆｉｎｅ ｃ－５００（ＪＮＣ株式会社製）
・エタノール
・カルボジイミド系架橋剤（カルボジライト Ｖ－０２－Ｌ２、日清紡ケミカル株式会社製）
・オキサゾリン系架橋剤（エポクロス ＷＳ－７００（エポクロスは登録商標）、株式会社日本触媒製）
【0046】
［粉体の調製］
溶媒としての１００％エタノール５０ｍＬに、ＴＯＣＮおよび架橋剤を加えて、分散機（ＩＫＡ社製、ホモジナイザー Ｔ１０ ｂａｓｉｃ）を用いて７０Ｗ、Ｐｏｗｅｒ ６、３００００ｒｐｍの条件で６０分間撹拌することによって、セルロース繊維が溶媒に分散したスラリーを調製した。試料１では架橋剤を用いず、試料２～４では架橋剤としてカルボジイミド化合物を用い、試料６では架橋剤としてオキサゾリン化合物を用いた。スラリーに含まれる架橋剤量は、ＴＯＣＮのアニオン性基（カルボキシ基）に対する当量で、以下の表１および表２に示す値とした。スラリーの合計質量に対するＴＯＣＮ濃度は、固形分換算で０．０８質量％とした。スラリーの噴霧乾燥は、噴霧乾燥器（ＢＵＣＨＩ社製、ミニスプレードライヤー Ｂ－２９０）を用いて行った。噴霧乾燥は、入口温度を１２０℃とし、液体供給速度２．５ｍＬ／分、ガス流量６Ｌ/分、液滴径１０～２００μｍの条件で行った。これにより、カルボン酸の一部が架橋されたＴＯＣＮを含む粉体を得た。
溶媒としての１００％エタノール５０ｍＬに、ＴＯＣＮおよび架橋剤を加えて、分散機（ＩＫＡ社製、ホモジナイザー Ｔ１０ ｂａｓｉｃ）を用いて７０Ｗ、Ｐｏｗｅｒ ６、３００００ｒｐｍの条件で６０分間撹拌することによって、セルロース繊維が溶媒に分散したスラリーを調製した。試料１では架橋剤を用いず、試料２～４では架橋剤としてカルボジイミド化合物を用い、試料６では架橋剤としてオキサゾリン化合物を用いた。スラリーに含まれる架橋剤量は、ＴＯＣＮのアニオン性基（カルボキシ基）に対する当量で、以下の表１および表２に示す値とした。スラリーの合計質量に対するＴＯＣＮ濃度は、固形分換算で０．０８質量％とした。スラリーの噴霧乾燥は、噴霧乾燥器（ＢＵＣＨＩ社製、ミニスプレードライヤー Ｂ－２９０）を用いて行った。噴霧乾燥は、入口温度を１２０℃とし、液体供給速度２．５ｍＬ／分、ガス流量６Ｌ/分、液滴径１０～２００μｍの条件で行った。これにより、カルボン酸の一部が架橋されたＴＯＣＮを含む粉体を得た。
【0047】
噴霧乾燥によって得られた粉体について、比表面積（ＢＥＴ値）、全細孔容積、リゾチーム吸着量を測定した。汎用のセルロース粒子（試料５）についても、比表面積、全細孔容積およびリゾチーム吸着量を測定した。また、噴霧乾燥前のスラリー溶液と、噴霧乾燥によって得られた粉体および汎用のセルロース粒子をそれぞれ水に分散させた溶液とについて、ゼータ電位を測定した。また、噴霧乾燥によって得られた粉体について、耐水性を評価した。
【0048】
［測定方法および評価方法］
・比表面積（ＢＥＴ値）
比表面積（ｍ２／ｇ）は、７７Ｋでの窒素吸着等温線を、容量測定器（ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ２８ＳＡ）を用いて測定した。
・比表面積（ＢＥＴ値）
比表面積（ｍ２／ｇ）は、７７Ｋでの窒素吸着等温線を、容量測定器（ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ２８ＳＡ）を用いて測定した。
【0049】
・全細孔容積
全細孔容積（ｃｍ３／ｇ）は、相対圧が１に十分近い状態における吸着ガス量の液体換算値を、容量測定器（ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ２８ＳＡ）を用いて測定した。
全細孔容積（ｃｍ３／ｇ）は、相対圧が１に十分近い状態における吸着ガス量の液体換算値を、容量測定器（ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ２８ＳＡ）を用いて測定した。
【0050】
・リゾチーム吸着量
以下に示す方法により、リゾチーム吸着量（ｍｇ Ｌｙｓ／ｇ ＴＯＣＮ）を測定した。リゾチームとして、ニワトリ卵白由来リゾチーム（ＭＰバイオメディカル製、ゼータ電位：７．８ｍＶ、大きさ：４．５×３．０×３．０ｎｍ、等電点：１１）を用いた。まず、リゾチーム１０～４０ｍｇを水５０ｍＬに加え、振とう機を用いて３０分間撹拌した後、上記粉体、ＴＯＣＮまたはセルロース粒子を１０ｍｇ加えて浸とう機を用いて１２０分間攪拌した。その後、遠心分離（１５０００ｒｐｍ、５分間）を行い、遠心分離後の上清について、紫外可視近赤外分光法（２８１ｎｍ）により、吸光度を測定し、別途作成した検量線との比較により、上清中の遊離のタンパク質量を定量した。投入したリゾチームの質量から、上清中の遊離のタンパク質量を差し引くことによって、試料に吸着したリゾチームの質量を求めた。リゾチーム吸着量（ｍｇ Ｌｙｓ／ｇ ＴＯＣＮ）は、試料におけるセルロース繊維の固形分質量あたりの、吸着したリゾチームの質量とした。
以下に示す方法により、リゾチーム吸着量（ｍｇ Ｌｙｓ／ｇ ＴＯＣＮ）を測定した。リゾチームとして、ニワトリ卵白由来リゾチーム（ＭＰバイオメディカル製、ゼータ電位：７．８ｍＶ、大きさ：４．５×３．０×３．０ｎｍ、等電点：１１）を用いた。まず、リゾチーム１０～４０ｍｇを水５０ｍＬに加え、振とう機を用いて３０分間撹拌した後、上記粉体、ＴＯＣＮまたはセルロース粒子を１０ｍｇ加えて浸とう機を用いて１２０分間攪拌した。その後、遠心分離（１５０００ｒｐｍ、５分間）を行い、遠心分離後の上清について、紫外可視近赤外分光法（２８１ｎｍ）により、吸光度を測定し、別途作成した検量線との比較により、上清中の遊離のタンパク質量を定量した。投入したリゾチームの質量から、上清中の遊離のタンパク質量を差し引くことによって、試料に吸着したリゾチームの質量を求めた。リゾチーム吸着量（ｍｇ Ｌｙｓ／ｇ ＴＯＣＮ）は、試料におけるセルロース繊維の固形分質量あたりの、吸着したリゾチームの質量とした。
【0051】
・ゼータ電位
ゼータ電位（ｍＶ）は、Ｍａｌｖｅｒｎ社製の「Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ ｎａｎｏ ｚｓ」を用いて測定した。ｐＨ７．０の純水中において、粉体濃度を０．２ｍｇ／ｍＬとし、温度２５℃の条件により測定した。
ゼータ電位（ｍＶ）は、Ｍａｌｖｅｒｎ社製の「Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ ｎａｎｏ ｚｓ」を用いて測定した。ｐＨ７．０の純水中において、粉体濃度を０．２ｍｇ／ｍＬとし、温度２５℃の条件により測定した。
【0052】
・耐水性評価
乾燥粉体を５質量％濃度で水に再分散させ、６時間静置後の状態を目視観察し、以下の評価基準に従って耐水性を評価した。
乾燥粉体を５質量％濃度で水に再分散させ、６時間静置後の状態を目視観察し、以下の評価基準に従って耐水性を評価した。
【0053】
○：粉体形状維持
△：粉体形状が一部崩壊
×：ゲル状
△：粉体形状が一部崩壊
×：ゲル状
【0054】
［測定結果および評価結果］
表１に測定結果を示し、表２に評価結果を示す。
表１に測定結果を示し、表２に評価結果を示す。
【0055】
【表1】
【0056】
【表2】
【0057】
表１に示すように、スラリーを噴霧乾燥して得られた粉体については、比較例としてのセルロース粒子と比較して、比表面積や全細孔容積が大きく、リゾチーム吸着量も多かった。すなわち、タンパク質の吸着性に優れる粉体が得られたことが示された。また、噴霧乾燥によって得られた粉体を水に分散させた溶液のゼータ電位の絶対値は、噴霧乾燥前のスラリー溶液のゼータ電位の絶対値と比較して、増加していた。このことから、噴霧乾燥によって得られた粉体は、水に良好に分散することが示唆された。また、スラリーに含まれる架橋剤の濃度が高いと、噴霧乾燥によって得られた粉体の水分散溶液におけるゼータ電位の絶対値が小さかった。このことから、架橋剤とセルロース繊維のアニオン性基とが噴霧乾燥によって反応して架橋構造が形成され、粉体におけるアニオン性基が減少したことが示唆された。
【0058】
表２に示すように、スラリーに含まれる架橋剤の濃度が高いと、水に再分散させた場合において粉体の形状が崩壊することを抑制でき、この結果として、粉体の耐水性が向上することがわかった。
【0059】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。