JP2002088652A - 中空繊維内壁部への親水性官能基導入方法及びゲル充填方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空繊維内壁部の処理方法及び該繊維内部に
ゲルを充填する方法を提供する。 【解決手段】 中空繊維内壁部に浸透可能な親水性基を
有するポリマー溶液を付着させた後、前記ポリマーを該
内壁部に付着させ中空部にゲルを充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空繊維内壁部へ
の親水性官能基の導入方法及び中空繊維の中空部にゲル
を安定に充填する方法に関する。本発明で作成されるゲ
ル充填中空繊維又はキャピラリー状物は、キャピラリー
電気泳動やＤＮＡ分析用のマイクロアレイに有用に用い
られる。

【０００２】

【従来の技術】中空繊維内へのゲルの充填方法として
は、電気泳動用キャピラリー製造に関する特開平１１―
２１１６９４号等が提案されている。しかしながら、充
填されるゲルは重合中に通常生じる重合収縮により中空
繊維から剥離し、中空繊維から抜け落ちやすい。従っ
て、ゲルを充填した中空繊維をキャピラリー電気泳動や
ＤＮＡ分析用のマイクロアレイに利用することは困難で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、中空
部に充填されるゲルが中空繊維内壁部に物理的或いは化
学的に固定されるような中空繊維内壁部の処理方法及び
キャピラリー電気泳動やＤＮＡ分析用のマイクロアレイ
への利用に適した中空繊維中空部へのゲル充填方法を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、鋭意検討を行った結果、中空繊維内壁
部の処理方法において、該内壁部に浸透可能な親水性基
を有するポリマー溶液を付着させた後、前記ポリマーを
該内壁部に付着させることにより中空部に充填されるゲ
ルが中空繊維内壁部に、物理的に固定される場を提供で
きることを見いだし本発明に至った。

【０００５】すなわち、本発明は、中空繊維の内壁部の
処理方法において、親水性基を有するポリマーを該内壁
部に付着させることを特徴とする中空繊維内壁部への官
能基導入方法、及び親水性基を有するポリマーが中空繊
維の内壁部に付着した中空繊維の中空部に、ゲル形成性
重合性モノマーを充填し、該モノマーを重合することを
特徴とする中空繊維の中空部へのゲル充填方法、であ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施態様につい
て説明する。本発明で用いられる中空繊維は、多孔質中
空繊維でも非多孔質中空繊維でも良く、例としては、ナ
イロン６、ナイロン６６、芳香族ポリアミド等のポリア
ミド系の各種繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
ブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリグリコール
酸、ポリカーボネート等のポリエステル系の各種繊維、
ポリアクリロニトリル等のアクリル系の各種繊維、ポリ
エチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の各種
繊維、ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリレート
系の各種繊維、ポリビニルアルコール系の各種繊維、ポ
リ塩化ビニリデン系の各種繊維、ポリ塩化ビニル系繊
維、ポリウレタン系の各種繊維、フェノール系繊維、ポ
リフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン等か
らなるフッ素系繊維、ポリアルキレンパラオキシベンゾ
エート系の各種繊維等が挙げられる。

【０００７】キャピラリー電気泳動用にはキャピラリー
外部より検出光を照射するために透明性の材料が好まし
く、ポリメタクリル酸メチルで代表されるメタクリレー
ト系樹脂を材料とする中空繊維或いはキャピラリー（以
降、中空繊維と総称する）を用いるのが好ましい。

【０００８】用いる中空繊維の外径は２ｍｍ以下、好ま
しくは１ｍｍ以下である。また、内径は０．０２ｍｍ以
上が好ましい。キャピラリー電気泳動用には、比較的肉
厚の厚い中空繊維が取り扱いが容易で好ましい。本発明
の対象となる中空繊維内壁部とは、多孔質中空繊維の場
合は、内壁表面及び内壁表面から内部に侵入した部分も
含むものである。非多孔質中空繊維の場合は、内壁表面
を指す。

【０００９】また、ハイブリダイゼーション技術を用い
る繊維配列体を利用したＤＮＡチップ（特願平11-84100
号）用に、本発明の方法で処理した中空繊維を利用し、
ゲル充填中空繊維を作成することもできる。その場合、
本発明のゲル充填中空繊維にプローブＤＮＡを固定し、
多数本の繊維を配列して樹脂で固めて、繊維軸に直角に
スライスしてチップを製造する。このような用途には単
位面積当たりの繊維の本数が多く存在することが必要で
あり、繊維の外径は細い方が好ましく、０．５ｍｍ以
下、更に好ましくは０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であ
る。

【００１０】また、繊維配列体を利用したDNAチップで
は、製造方法において配列の規則性を保つため配列段階
で繊維に張力を付与するため、弾性率の高い材料、例え
ば芳香族ポリアミドやメタクリル酸メチル等のメタクリ
ル系樹脂を素材とする繊維が好ましい。

【００１１】本発明のゲル充填中空繊維は、その用途が
前述のごとく電気泳動やＤＮＡ分析用途を大きな用途と
しているため、中空部及び／又は多孔質部に充填される
べきゲルとしては水との親和性のあるポリアクリルアミ
ド系ゲルが主体である。よって、中空繊維内壁部処理用
の親水性基を有するポリマーとしては、カルボン酸基、
水酸基、アミノ基、スルホン酸基、アニオン基等を有す
るポリマー、またはノニオン性ポリマーが好ましい。

【００１２】該ポリマーを形成するモノマーとしては、
アクリル酸、メタクリル酸、２−ヒドロキシエチルアク
リレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−
ヒドロキシプロピルアクリレート、ビニルアルコール、
アクリルアミド、メタクリルアミド、ｐ−スルホン酸ナ
トリウムスチレン、エチレングリコール、等が挙げられ
る。

【００１３】また、これらのモノマーは、単独でも使用
可能であるが、２種以上を混合して用いることもでき
る。更に、他の不飽和二重結合を持つ重合性モノマーと
の共重合体も利用することができる。このようなモノマ
ーとしては、（メタ）アクリレート系、スチレン系、
（メタ）アクリルアミド系モノマー等が挙げられる。

【００１４】（メタ）アクリレート系モノマーの例とし
ては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタ
クリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メ
タクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタ
クリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸イソアミル、メタク
リル酸ラウリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸
ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸
グリシジル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等のメタ
クリル酸エステル、およびアクリル酸メチル、アクリル
酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプ
ロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチ
ル、アクリル酸ｔ−ブチル、アクリル酸イソアミル、ア
クリル酸ラウリル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベ
ンジル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸グリシ
ジル、アクリル酸２−エチルヘキシル等のアクリル酸エ
ステルが挙げられる。

【００１５】また、スチレン系モノマーの例としては、
ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチル
スチレン、α-メチルスチレン、２,４,６−トリメチル
スチレン、ｐ−メトキシスチレン、α-メトキシスチレ
ン、ｐ−１−（２−ヒドロキシブチル）スチレン、ｐ−
１−（２−ヒドロキシプロピル）スチレン、ｐ−２−
（２−ヒドロキシプロピル）スチレン等が挙げられる。

【００１６】アクリルアミド系モノマーの例としては、
Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル
（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル−Ｎ−メチル（メ
タ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリ
ルアミド、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、
Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｔ−ブ
チル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｓ−ブチル（メタ）
アクリルアミド、Ｎ−ｎ−ブチル（メタ）アクリルアミ
ド、Ｎ−メチル−Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルア
ミド、Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリル
アミド、Ｎ−エチル−Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリ
ルアミド、Ｎ−エチル−Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アク
リルアミド、Ｎ，Ｎ−ジ−ｎ−プロピル（メタ）アクリ
ルアミド等が例示される。

【００１７】これらのモノマーを用いて通常の溶液重合
や懸濁重合等により、中空繊維内壁部処理用の親水基を
有するポリマーを得ることができる。中空繊維内壁部の
処理に用いる溶媒としては、該ポリマーを溶解し、かつ
中空繊維の内壁部へ浸透可能な液体であれば、どのよう
な溶媒でも利用できる。好ましい溶媒としては、メタノ
ール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、ア
セトン、トルエン、酢酸エチル等が挙げられる。内壁部
の処理の度合いは、ポリマー溶液におけるポリマー濃度
等で変化しうる。ポリマー濃度は５０％以下の範囲が好
ましく、さらに好ましくは１〜３０％の範囲が良い。

【００１８】次に具体的な処理方法について説明する。
中空繊維の延長部分の先端を、親水基を有するポリマー
を含む溶液に浸漬して吸入し、該ポリマー溶液を中空繊
維の内壁に導入することにより、該ポリマーを付着させ
る。ポリマー溶液の導入は、どのような方法でも良い
が、例えば、一端を塞いだ中空繊維の開口した先端を該
ポリマー溶液に浸漬し、吸引により中空繊維内へ溶液を
充填させる方法が例示できる。前記方法でポリマーを付
着させ放置すると、中空部に詰まりが生じる。よって、
一度吸引した後、再び該ポリマー溶液を一部放出させる
ことが好ましい。

【００１９】次に、前記処理で得られた中空繊維の中空
部にゲルを充填する方法について説明する。充填するゲ
ル形成性重合性モノマー溶液は、中空繊維内壁部処理の
際に使用したポリマーを形成するモノマーを例示するこ
とができる。また、重合開始剤としては、使用する溶媒
に溶解可能なアゾ系、過酸化物系、レドックス系等の開
始剤を用いることができる。例として、２，２′−アゾ
ビスイソブチロニトリル、２，２′−アゾビス（２−メ
チルブチロニトリル）イソブチロニトリル、過酸化ベン
ゾイル、又は過酸化ベンゾイル−ジメチルアニリン系等
が挙げられる。また、ゲル形成に必要な架橋剤として
は、２官能性以上のアクリルアミド系モノマーが挙げら
れるが、Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，
Ｎ′−（１，２−ジヒドロキシエチレン）−ビスアクリ
ルアミド、Ｎ，Ｎ′−ジアリルタルタルジアミド、Ｎ，
Ｎ′−シスタミン−ビスアクリルアミド、又はＮ−アク
リロイルトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン等が
好ましい。

【００２０】特に、ＤＮＡ分析用にはアクリルアミド系
ゲルが好ましい。アクリルアミドのモノマー濃度として
は２〜２０％の範囲が好ましく、水溶液に架橋剤と重合
開始剤を加えて重合される。中空繊維の中空部にモノマ
ー溶液を充填する方法は真空吸引法が一般的であるがこ
れに限定されるものではない。

【００２１】

【実施例】〔実施例１〕；メタクリル酸メチル−メタク
リル酸共重合体の合成 以下の組成からなるトルエン溶液Ａを調整し、処理に用
いるメタクリル酸メチル−メタクリル酸共重合体の合成
を行った。トルエン溶液Ａを反応容器内において、窒素
雰囲気下、７０℃で６時間重合した後、メチルエチルケ
トンで３倍に希釈した溶液を７倍量のヘキサンに注ぎ入
れることにより、メタクリル酸メチル−メタクリル酸共
重合体（メタクリル酸メチル／メタクリル酸＝８６mol
％／１４mol％）を得た。

【００２２】 〈トルエン溶液Ａ〉 メタクリル酸メチル ２０ 質量部 メタクリル酸 ５ 質量部 ２,２′−アゾビスイソブチロニトリル ０.０５ 質量部 トルエン ７５ 質量部

【００２３】ポリメタクリル酸メチル中空繊維（三菱レ
イヨン株式会社製、外径300μｍ、内径200μｍ）を２５
本束ねて、その一端部は中空繊維の中空部が開口した状
態になるようにウレタン樹脂で固めた。反応容器内にお
いて、以下の組成から成る酢酸エチル溶液Ｂをこのブロ
ックの中空繊維内に吸引により充填した。この後、反応
容器内の圧力を常圧からやや減圧し、中空部の酢酸エチ
ル溶液Ｂの一部を放出した。再び反応容器内を常圧に戻
し、ブロックを真空乾燥機内で終夜乾燥することにより
酢酸エチルを除いた。

【００２４】 〈酢酸エチル溶液Ｂ〉 メタクリル酸メチル−メタクリル酸共重合体 ３０ 質量部 酢酸エチル ７０ 質量部

【００２５】〔実施例２〕以下の組成から成る酢酸エチ
ル溶液Ｃを調整し、実施例１と同様にして中空繊維内の
処理を行った。

【００２６】 〈酢酸エチル溶液Ｃ〉 メタクリル酸メチル−メタクリル酸共重合体 ５ 質量部 酢酸エチル ９５ 質量部

【００２７】〔実施例３〕；メタクリル酸メチル−２-
ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体の合成 以下の組成からなる溶液Ｄを調整し、処理に用いるメタ
クリル酸メチル−２-ヒドロキシエチルメタクリレート
共重合体の合成を行った。トルエン溶液Ｄを反応容器内
において窒素雰囲気下、７０℃で６時間重合した後、メ
チルエチルケトンで３倍に希釈した溶液を７倍量のヘキ
サンに注ぎ入れることにより、メタクリル酸メチル−２
-ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体（メタクリ
ル酸メチル／２-ヒドロキシエチルメタクリレート＝７
８mol％／２２mol％）を得た。

【００２８】 〈トルエン溶液Ｄ〉 メタクリル酸メチル １８ 質量部 ２−ヒドロキシエチルメタクリレート ７ 質量部 ２,２′−アゾビスイソブチロニトリル ０.０５ 質量部 トルエン ７５ 質量部

【００２９】ポリメタクリル酸メチル中空繊維（三菱レ
イヨン株式会社製、外径300μｍ、内径200μｍ）を２５
本束ねて、その一端部は中空繊維の中空部が開口した状
態になるようにウレタン樹脂で固めた。反応容器内にお
いて、以下の組成から成る酢酸エチル溶液Ｅをこのブロ
ックの中空繊維内に吸引により充填した。この後、反応
容器内の圧力を常圧からやや減圧し、中空部の酢酸エチ
ル溶液Ｅの一部を放出した。再び反応容器内を常圧に戻
し、ブロックを真空乾燥機内で終夜乾燥することにより
酢酸エチルを除いた。

【００３０】 〈酢酸エチル溶液Ｅ〉 ・メタクリル酸メチル− ２-ヒドロキシ エチルメタクリレート共重合体 ３０ 質量部 ・酢酸エチル ７０ 質量部

【００３１】〔実施例４〕以下の組成から成る酢酸エチ
ル溶液Ｆを調整し、実施例１と同様にして中空繊維内の
処理を行った。

【００３２】 〈酢酸エチル溶液Ｆ〉 ・メタクリル酸メチル− ２-ヒドロキシ エチルメタクリレート共重合体 ５ 質量部 ・酢酸エチル ９５ 質量部

【００３３】〔実施例５〕実施例１〜４で中空繊維内に
処理を施したブロックを用いて処理の効果を確認した。
各中空繊維内において下記の方法でアクリルアミドゲル
の重合を行った後、ブロックを中空繊維軸に直角方向に
スライスして厚さ約７５０μｍの薄片を得た。この薄片
を水中に入れ、３８℃において終夜、５０℃において１
時間振とうした。振とう後、薄片を観察し、２５本の中
空繊維すべてにアクリルアミドゲルが充填していること
を確認した。

【００３４】〈アクリルアミドゲルの重合〉以下の組成
から成る水溶液Ｇを調整し、反応容器内において、実施
例１から実施例４までで作成したブロックの中空繊維内
に吸引により充填した。水溶液充填後、窒素雰囲気下７
０℃で３時間重合した。

【００３５】 〈水溶液Ｇ〉 アクリルアミド ９ 質量部 Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド １ 質量部 ２,２′−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン） ジヒドロクロライド（Ｖ−５０） ０.１ 質量部 水 ９０ 質量部

【００３６】〔比較例１〕ポリメタクリル酸メチル製中
空繊維（三菱レイヨン株式会社製、外径300μｍ、内径2
00μｍ）を２５本束ねて、その一端部は中空繊維の中空
部が開口した状態になるようにウレタン樹脂で固めた。

【００３７】〔比較例２〕 〈ポリスチレンの合成〉以下の組成からなるトルエン溶
液Ｈを調整し、処理に用いるポリスチレンの合成を行っ
た。トルエン溶液Ｈを反応容器内において窒素雰囲気
下、７０℃で６時間重合した後、５倍量のメタノールに
注ぎ入れることにより、ポリスチレンを得た。

【００３８】 〈トルエン溶液Ｈ〉 スチレン ３０ 質量部 ２,２′−アゾビスイソブチロニトリル ０.０８ 質量部 トルエン ７０ 質量部

【００３９】ポリメタクリル酸メチル中空繊維（三菱レ
イヨン株式会社製、外径300μｍ、内径200μｍ）を２５
本束ねて、その一端部は中空繊維の中空部が開口した状
態になるようにウレタン樹脂で固めた。反応容器内にお
いて、以下の組成から成る酢酸エチル溶液Ｉをこのブロ
ックの中空繊維内に吸引により充填した。この後、反応
容器内の圧力を常圧からやや減圧し、中空部の酢酸エチ
ル溶液Ｉの一部を放出した。再び反応容器内を常圧に戻
し、ブロックを真空乾燥機内で終夜乾燥することにより
酢酸エチルを除いた。

【００４０】 〈酢酸エチル溶液Ｉ〉 ポリスチレン ３０ 質量部 酢酸エチル ７０ 質量部

【００４１】〔比較例３〕比較例１で作成したブロック
を用い、実施例５と同様の方法でアクリルアミドを充填
し、処理の効果を観察した。結果、ブロックをスライス
して薄片を得る際に、２５本の中空繊維のうち４本でゲ
ルの欠落が見られた。薄片を振とうした後には、計１２
本の中空繊維でゲルの欠落が観察された。

【００４２】〔比較例４〕比較例２で作成したブロック
を用い、実施例５と同様の方法で処理の効果を観察し
た。ブロックをスライスして薄片を得る際に、２５本の
中空繊維のうち７本でゲルの欠落が見られた。薄片を振
とうした後には、計１８本の中空繊維でゲルの欠落が観
察された。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、中空部にゲルを充填し
た中空繊維が提供される。更に、本発明により充填した
中空繊維内部のゲルは、中空繊維内壁部に物理的に固定
されることにより抜けにくく、このように製造されたゲ
ルを充填した中空繊維は、キャピラリー電気泳動やＤＮ
Ａ分析用のマイクロアレイ等の製造への利用が可能とな
る。特に、キャピラリー電気泳動ではゲルとキャピラリ
ーの内壁部の界面が強固に結合しており、ＤＮＡ等の泳
動溶質の内壁部でのショートパスがなくなり、均一なバ
ンドを形成した泳動を行うことが期待される。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空繊維内壁部の処理方法において、親
   水性基を有するポリマーを該内壁部に付着させることを
   特徴とする中空繊維内壁部への官能基導入方法。
2. 【請求項２】 付着させる方法が、以下の工程からなる
   請求項１記載の中空繊維内壁部への官能基導入方法。 （１）予め溶媒に親水性基を有するポリマーを溶解する
   第１工程、（２）次に（１）の溶液を中空繊維内壁部に
   付着させる第２工程、（３）さらに、中空繊維中空部の
   溶液及び内壁部の溶媒を除去する第３工程。
3. 【請求項３】 親水基を有するポリマーが、アニオン基
   を有するものである請求項１又は２記載の中空繊維内壁
   部への官能基導入方法。
4. 【請求項４】 アニオン基が、カルボン酸基、水酸基、
   スルホン酸基の群から選択される少なくとも１種である
   請求項３記載の官能基導入方法。
5. 【請求項５】 親水基を有するポリマーが、カチオン基
   を有するものである請求項１又は２記載の中空繊維内壁
   部への官能基導入方法。
6. 【請求項６】 カチオン基がアミノ基である請求項５記
   載の官能基導入方法。
7. 【請求項７】 親水基を有するポリマーが、ノニオンで
   ある請求項１又は２記載の中空繊維内壁部への官能基導
   入方法。
8. 【請求項８】 中空繊維が非多孔質中空繊維である請求
   項１〜７のいずれか１項に記載の中空繊維内壁部への官
   能基導入方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項の方法で得
   られた親水性基を有するポリマーが中空繊維の内壁部に
   付着した中空繊維の中空部に、ゲル形成性重合性モノマ
   ーを充填し、該モノマーを重合することを特徴とする中
   空繊維の中空部へのゲル充填方法。
10. 【請求項１０】 ゲル形成性重合性モノマーがアクリル
    アミドを主成分とするモノマーである請求項９記載のゲ
    ル充填方法。