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JP5219040B2 - Carrier, reactant complex comprising this carrier, and method for producing carrier - Google Patents
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Carrier, reactant complex comprising this carrier, and method for producing carrier Download PDF

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Description

本発明は、担体、この担体を備える反応物質複合体及び担体の製造方法に関する。   The present invention relates to a carrier, a reactant complex including the carrier, and a method for producing the carrier.

近年、新規ナノスケール材料の作製及びナノスケール材料の応用が盛んに行われている。特に、ナノスケール材料に触媒を固定化して、その触媒機能や利便性を高めようとする試みが盛んである。例えば、シリカを原料とし、界面活性剤を鋳型として作製した、均一で規則的なナノ細孔を有するシリカ系メソ多孔体に、タンパク質である酵素を固定化した酵素複合体の作製、この酵素複合体をリアクター等に応用する試み等がなされている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, the production of new nanoscale materials and the application of nanoscale materials have been actively performed. In particular, there are many attempts to fix the catalyst function and convenience by immobilizing a catalyst on a nanoscale material. For example, the production of an enzyme complex in which a protein enzyme is immobilized on a silica-based mesoporous material having uniform and regular nanopores made of silica as a raw material and using a surfactant as a template. Attempts have been made to apply the body to a reactor or the like (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1記載の膜状の反応物質複合体(酵素複合膜)は、例えば、図11に示すように、互いに平行な複数の貫通孔(マクロ細孔)を有する陽極酸化アルミナ膜と、当該マクロ細孔内に形成されたシリカ系メソ多孔体と、シリカ系メソ多孔体の細孔の内部に固定された反応物質(酵素)と、を備えている。そして、この反応物質複合体において、シリカ系メソ多孔体の細孔の貫通方向は、陽極酸化アルミナ膜のマクロ細孔の貫通方向と同一となっている。
このような膜状の反応物質複合体をリアクター等に応用する場合、反応物質複合体の一方の面から他方の面に向かって、特定物質(反応基質)を含有する液体や気体を強制的に透過させる方法や、反応物質複合体を電解液等に浸漬させ、特定物質を含有する気体を当該電解液等と接触させて、当該電解液等に当該特定物質を溶解させる方法などによって、当該特定物質と、シリカ系メソ多孔体の細孔内の反応物質と、を接触させ、当該特定物質を生成物に変えるようになっている。この場合、特定物質は反応物質と接触するために、また、生成物は反応物質複合体の外部へと移動するために、反応物質が固定された領域を拡散するようになっている。すなわち、従来のシリカ系メソ多孔体においては、反応物質が固定された固定領域と、特定物質や生成物が拡散する拡散領域と、が分離していない。
The membrane-like reactant complex (enzyme complex membrane) described in Patent Document 1 includes, for example, an anodized alumina membrane having a plurality of parallel through-holes (macropores) and the macro as shown in FIG. A silica-based mesoporous material formed in the pores, and a reactive substance (enzyme) fixed inside the pores of the silica-based mesoporous material. In this reactant composite, the penetration direction of the pores of the silica-based mesoporous material is the same as the penetration direction of the macropores of the anodized alumina film.
When such a membrane-like reactant complex is applied to a reactor or the like, a liquid or gas containing a specific substance (reaction substrate) is forced from one side of the reactant complex to the other. The specific method can be determined by a method of permeation or by immersing the reactant complex in an electrolytic solution, bringing a gas containing the specific material into contact with the electrolytic solution, and dissolving the specific material in the electrolytic solution. The substance is brought into contact with the reactive substance in the pores of the silica-based mesoporous material, and the specific substance is converted into a product. In this case, the specific substance diffuses in the region where the reactant is fixed in order to come into contact with the reactant and the product moves to the outside of the reactant complex. That is, in the conventional silica-based mesoporous material, the fixed region where the reactive substance is fixed and the diffusion region where the specific substance or product diffuses are not separated.

ここで、シリカ系メソ多孔体の形状としては、粉末状、顆粒状、シート状、バルク状、膜状等がある。また、その細孔の配向には、ランダムなもの、一方向に方向制御されたもの等がある。
特開2008−193979号公報
Here, examples of the shape of the silica-based mesoporous material include powder, granule, sheet, bulk, and membrane. In addition, the orientation of the pores may be random or controlled in one direction.
JP 2008-1993979 A

しかしながら、何れの形状、配向においても、シリカ系メソ多孔体の細孔の大きさはナノメートルオーダーであり、また、反応物質が固定された固定領域と、特定物質や生成物が拡散する拡散領域と、が分離した構造ではないため、シリカ系メソ多孔体の細孔の内部に分子量の大きな反応物質を固定すると、細孔内における特定物質や生成物の拡散性が悪くなる。したがって、特に、シリカ系メソ多孔体のアスペクト比(細孔の深さ/細孔径)が高い場合に、高速で反応を実施できないという問題がある。また、特定物質を含有する液体や気体を強制的に透過させる方法の場合、シリカ系メソ多孔体の細孔の内部に分子量の大きな反応物質を固定すると、圧損が大きくなるため、当該液体や気体を高速で透過させることができず、やはり高速で反応を実施できないという問題がある。   However, in any shape and orientation, the size of the pores of the silica-based mesoporous material is on the order of nanometers, and the fixed region in which the reactant is fixed and the diffusion region in which the specific substance or product diffuses Therefore, if a reactive substance having a large molecular weight is fixed inside the pores of the silica-based mesoporous material, the diffusibility of the specific substance or product in the pores deteriorates. Therefore, there is a problem that the reaction cannot be carried out at a high speed particularly when the aspect ratio (pore depth / pore diameter) of the silica-based mesoporous material is high. In addition, in the case of a method for forcibly permeating a liquid or gas containing a specific substance, if a reactive substance having a large molecular weight is fixed inside the pores of the silica-based mesoporous material, the pressure loss increases. Cannot be transmitted at high speed, and the reaction cannot be carried out at high speed.

本発明の課題は、担持した反応物質によって、より高速での反応を実現できる担体、この担体を備える反応物質複合体及び担体の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a carrier capable of realizing a reaction at a higher speed with a supported reactant, a reactant complex including the carrier, and a method for producing the carrier.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
特定物質と選択的に反応する反応物質を担持する担体において、
互いに平行な複数の貫通孔を有する基材と、
前記貫通孔内に当該貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体と、
を備え、
前記シリカ構造体は、ナノメートルオーダーの大きさの穴部を内壁面に複数有し、
前記穴部の内部に前記反応物質が固定されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1
In a carrier carrying a reactive substance that selectively reacts with a specific substance,
A substrate having a plurality of through holes parallel to each other;
A hollow fiber-like silica structure formed in the through hole along the inner wall of the through hole;
With
The silica structure has a plurality of holes in the order of nanometers on the inner wall surface,
The reactant is fixed in the hole.

請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載の担体において、
前記基材は、アルミニウムを含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板であり、
前記貫通孔は、前記陽極酸化によって形成された孔であることを特徴とする。
The invention described in claim 2
The carrier according to claim 1,
The base material is an anodized alumina substrate obtained by anodizing a substrate containing aluminum,
The through hole is a hole formed by the anodic oxidation.

請求項3に記載の発明は、
請求項1又は2に記載の担体において、
前記反応物質は生体触媒であり、前記穴部の大きさは、当該生体触媒のサイズの0.5〜2.0倍であることを特徴とする。
The invention according to claim 3
The carrier according to claim 1 or 2,
The reactant is a biocatalyst, and the size of the hole is 0.5 to 2.0 times the size of the biocatalyst.

請求項4に記載の発明は、
反応物質複合体において、
請求項1〜3の何れか一項に記載の担体と、
前記担体に担持された前記反応物質と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 4
In the reactant complex,
The carrier according to any one of claims 1 to 3,
The reactants supported on the carrier;
It is characterized by providing.

請求項5に記載の発明は、
請求項1〜3の何れか一項に記載の担体の製造方法において、
前記貫通孔の内壁に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、
前記シリカ層から前記界面活性剤を除去して、前記シリカ構造体を形成するシリカ構造体形成ステップと、
を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 5
In the manufacturing method of the carrier according to any one of claims 1 to 3,
A silica layer forming step of forming a silica layer containing a predetermined surfactant on the inner wall of the through hole;
A silica structure forming step of removing the surfactant from the silica layer to form the silica structure;
It is characterized by providing.

請求項6に記載の発明は、
請求項5に記載の担体の製造方法において、
前記シリカ層形成ステップは、
前記界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で前記貫通孔内に吸引導入する吸引導入ステップと、
前記貫通孔内に導入された前記シリカ源溶液を所定の吸引速度で吸引乾燥させる吸引乾燥ステップと、
を備え、
前記シリカ構造体形成ステップは、前記シリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から前記界面活性剤を除去することを特徴とする。
The invention described in claim 6
In the manufacturing method of the support | carrier of Claim 5,
The silica layer forming step includes
A suction introduction step of sucking and introducing the silica source solution containing the surfactant into the through hole at a predetermined suction speed;
A suction drying step of sucking and drying the silica source solution introduced into the through hole at a predetermined suction speed;
With
The silica structure forming step is characterized by removing the surfactant from the silica layer by firing the silica layer.

本発明によれば、担体は、互いに平行な複数の貫通孔を有する基材と、貫通孔内に当該貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体と、を備え、シリカ構造体は、ナノメートルオーダーの大きさの穴部を内壁面に複数有し、穴部の内部に反応物質が固定されるようになっている。
したがって、シリカ構造体の壁面部分が、反応物質が固定される固定領域となって、シリカ構造体の中空部分が、特定物質や生成物が拡散する拡散領域となる。すなわち、シリカ構造体は、固定領域と拡散領域とが分離した構造になっているため、分子量の大きな反応物質が固定された場合であっても、シリカ構造体のアスペクト比が高い場合であっても、担持した反応物質によって、より高速での反応を実現することができる担体及びこの担体を備える反応物質複合体を提供することができる。
According to the present invention, the carrier includes a base material having a plurality of through-holes parallel to each other, and a hollow fiber-like silica structure formed in the through-hole along the inner wall of the through-hole. The body has a plurality of holes in the order of nanometers on the inner wall surface, and the reactants are fixed inside the holes.
Therefore, the wall surface portion of the silica structure becomes a fixed region where the reactant is fixed, and the hollow portion of the silica structure becomes a diffusion region where the specific substance or product diffuses. That is, since the silica structure has a structure in which the fixed region and the diffusion region are separated, even when a reactant having a large molecular weight is fixed, the silica structure has a high aspect ratio. In addition, it is possible to provide a carrier capable of realizing a reaction at a higher speed by the supported reactant and a reactant complex including the carrier.

また、本発明によれば、基材の貫通孔の内壁に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、シリカ層から界面活性剤を除去して、シリカ構造体を形成するシリカ構造体形成ステップと、によって担体を製造するようになっている。
すなわち、担持した反応物質によって、より高速での反応を実現することができる担体を、簡易な方法で製造することができる。
Further, according to the present invention, a silica layer forming step of forming a silica layer containing a predetermined surfactant on the inner wall of the through hole of the base material, and removing the surfactant from the silica layer, The silica structure forming step to be formed is used to manufacture the carrier.
That is, a carrier capable of realizing a reaction at a higher speed by the supported reactant can be produced by a simple method.

以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the invention is not limited to the illustrated example.

図1は、本実施形態の担体10の構成を説明するための模式図である。図2は、本実施形態の反応物質複合体1の構成を説明するための模式図であり、図3は、本実施形態の反応物質複合体1の要部構成を説明するための断面模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of the carrier 10 of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the reactant complex 1 of the present embodiment, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the main configuration of the reactant complex 1 of the present embodiment. It is.

<担体>
担体10は、特定物質と選択的に反応する反応物質20を担持するためのものである。
具体的には、担体10は、例えば、互いに平行な複数の貫通孔11aを有する基材11と、貫通孔11a内に当該貫通孔11aの内壁11a1に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体12と、を備えて構成され、シリカ構造体12が有する穴部としての細孔12aの内部に反応物質20が固定されるようになっている。
<Carrier>
The carrier 10 is for supporting a reactive substance 20 that selectively reacts with a specific substance.
Specifically, the carrier 10 includes, for example, a base material 11 having a plurality of through-holes 11a parallel to each other, and a hollow fiber-like silica structure formed in the through-hole 11a along the inner wall 11a1 of the through-hole 11a. 12, and the reactant 20 is fixed inside the pores 12 a as the holes of the silica structure 12.

基材11は、例えば、アルミニウムを含む基板(アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基板)を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板(陽極酸化アルミナ膜)である。   The base material 11 is, for example, an anodized alumina substrate (anodized alumina film) obtained by anodizing a substrate containing aluminum (a substrate made of aluminum or an aluminum alloy).

貫通孔11aは、例えば、陽極酸化によって形成された、基材11の一方の面から他方の面にかけて貫通する円筒状の孔である。
貫通孔11aの直径は、担体10に担持させる反応物質20の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、具体的には、例えば、10nm〜10μmである。
The through hole 11a is, for example, a cylindrical hole that is formed by anodic oxidation and penetrates from one surface of the substrate 11 to the other surface.
The diameter of the through-hole 11a can be arbitrarily arbitrarily changed according to the type of the reactant 20 supported on the carrier 10, and specifically, for example, 10 nm to 10 μm.

なお、基材11は、陽極酸化アルミナ基板に限ることはなく、所定の金属を含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化金属基板等の、互いに平行な複数の貫通孔11aを有する金属酸化物基板であれば任意である。   The base material 11 is not limited to an anodized alumina substrate, but a metal oxide having a plurality of parallel through holes 11a such as an anodized metal substrate obtained by anodizing a substrate containing a predetermined metal. Any substrate can be used.

シリカ構造体12は、ナノメートルオーダーの大きさの細孔12aを複数有する多孔性シリカ膜(シリカ製のメッシュ体)を丸めて円筒状に形成したような形状をなしている。すなわち、シリカ構造体12は、ナノメートルオーダーの大きさの細孔12aを壁面に複数有する中空糸状のシリカ系メソ多孔体である。
シリカ構造体12は、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1を鋳型として形成される。具体的には、例えば、貫通孔11aの内壁11a1に、界面活性剤とシリカとの自己組織化によって有機−無機複合体(界面活性剤を含むシリカ層)を形成させ、その後、有機−無機複合体から界面活性剤を焼却除去や溶媒抽出除去することによって、周期構造を有するメソポーラスな多孔質材料(シリカ構造体12)を形成するようになっている。
The silica structure 12 has such a shape that a porous silica film (silica mesh body) having a plurality of pores 12a having a size on the order of nanometers is rounded and formed into a cylindrical shape. That is, the silica structure 12 is a hollow fiber-like silica-based mesoporous material having a plurality of pores 12a having a size of nanometer order on the wall surface.
The silica structure 12 is formed using the inner wall 11a1 of the through hole 11a of the substrate 11 as a mold. Specifically, for example, an organic-inorganic composite (silica layer containing a surfactant) is formed on the inner wall 11a1 of the through-hole 11a by self-assembly of a surfactant and silica, and then an organic-inorganic composite is formed. By removing the surfactant from the body by incineration or solvent extraction, a mesoporous porous material (silica structure 12) having a periodic structure is formed.

細孔12aは、界面活性剤のミセルを鋳型として形成された、シリカ構造体12の内壁面12bから外壁面12cにかけて貫通する孔である。細孔12aの貫通方向は、例えば、基材11が有する貫通孔11aの貫通方向に対して略垂直となっている。
細孔12aの大きさ(中心細孔直径)は、担体10に担持させる反応物質20の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、具体的には、例えば、1nm〜50nmである。ここで、細孔12aの大きさは、界面活性剤の種類を変えて、界面活性剤のミセルの径を変えることによって制御することができる。また、細孔12aの大きさは、例えば、界面活性剤と併せて、トリメチルベンゼンやトリプロピルベンゼンなどの比較的疎水性の分子を添加し、ミセルを膨潤させて、ミセルの径を変えることによって制御することができる。
ここで、細孔12aの中心細孔直径とは、細孔12aの断面形状が正円形状であると仮定し、シリカ構造体12の細孔容積(V)を細孔12aの直径(D)で微分した値(dV/dD)を細孔12aの直径(D)に対してプロットした曲線(細孔径分布曲線)の最大ピークにおける細孔直径を意味する。なお、図1や図2に示す細孔12aの断面形状は、正六角形状である。
The pores 12a are holes that penetrate from the inner wall surface 12b to the outer wall surface 12c of the silica structure 12 and are formed using a surfactant micelle as a template. The penetration direction of the pores 12a is, for example, substantially perpendicular to the penetration direction of the penetration hole 11a included in the base material 11.
The size of the pores 12a (center pore diameter) can be arbitrarily arbitrarily changed according to the type of the reactant 20 supported on the carrier 10, and specifically, for example, 1 nm to 50 nm. Here, the size of the pores 12a can be controlled by changing the type of the surfactant and changing the diameter of the micelle of the surfactant. Also, the size of the pores 12a can be determined by, for example, adding a relatively hydrophobic molecule such as trimethylbenzene or tripropylbenzene together with a surfactant to swell the micelles and changing the micelle diameter. Can be controlled.
Here, the central pore diameter of the pores 12a is based on the assumption that the cross-sectional shape of the pores 12a is a perfect circle, and the pore volume (V) of the silica structure 12 is the diameter (D) of the pores 12a. Means the pore diameter at the maximum peak of a curve (pore diameter distribution curve) obtained by plotting the value (dV / dD) differentiated with respect to the diameter (D) of the pore 12a. Note that the cross-sectional shape of the pores 12a shown in FIGS. 1 and 2 is a regular hexagonal shape.

担体10に担持させる反応物質20が、例えば、タンパク質等の生体触媒である場合、シリカ構造体12が有する細孔12aの大きさは、生体触媒のサイズの0.5〜2.0倍程度であることが好ましく、生体触媒のサイズの0.7〜1.4倍程度であることがより好ましく、生体触媒のサイズとほぼ同等であることが最も好ましい。細孔12aの大きさが担体10に担持させる生体触媒のサイズの0.5倍未満であると、生体触媒の細孔12a内への吸着が不充分となる傾向があり、細孔12aの大きさが担体10に担持させる生体触媒のサイズの2.0倍より大きいと、生体触媒の立体構造が効率よく保持されない傾向がある。
すなわち、シリカ構造体12が有する細孔12aの大きさを、担体10に担持させる生体触媒のサイズの0.5〜2.0倍程度(より好ましくは0.7〜1.4倍程度、最も好ましくはほぼ同程度)にすることによって、担体10に対する生体触媒の固定(吸着)を効率化でき、また、担体10に固定された生体触媒の立体構造の保持も容易となるため、生体触媒を安定的に担持することができる。
具体的には、例えば、生体触媒としてホルムアルデヒド脱水素酵素を担体10に担持させる場合、ホルムアルデヒド脱水素酵素の直径は約8nmであるため、シリカ構造体12が有する細孔12aの大きさとしては、4nm〜16nm程度が好ましい。
When the reactant 20 to be carried on the carrier 10 is a biocatalyst such as protein, for example, the size of the pores 12a of the silica structure 12 is about 0.5 to 2.0 times the size of the biocatalyst. It is preferable that it is about 0.7 to 1.4 times the size of the biocatalyst, and most preferably about the same as the size of the biocatalyst. If the size of the pores 12a is less than 0.5 times the size of the biocatalyst supported on the carrier 10, the biocatalyst tends to be insufficiently adsorbed into the pores 12a. If the length is larger than 2.0 times the size of the biocatalyst supported on the carrier 10, the three-dimensional structure of the biocatalyst tends not to be efficiently maintained.
That is, the size of the pores 12a of the silica structure 12 is about 0.5 to 2.0 times (more preferably about 0.7 to 1.4 times) the size of the biocatalyst supported on the carrier 10. (Preferably approximately the same), the fixation (adsorption) of the biocatalyst to the carrier 10 can be made more efficient, and the three-dimensional structure of the biocatalyst fixed to the carrier 10 can be easily maintained. It can be supported stably.
Specifically, for example, when formaldehyde dehydrogenase is supported on the carrier 10 as a biocatalyst, the diameter of the formaldehyde dehydrogenase is about 8 nm. Therefore, the size of the pores 12a of the silica structure 12 is as follows: About 4 nm to 16 nm is preferable.

なお、担体10に担持させる反応物質20が、タンパク質であり、そのタンパク質が多量体を形成する場合には、担体10に担持させるタンパク質のサイズは、多量体のサイズとすることができる。ここで、多量体とは、2以上のタンパク質が、直接に、又は水などの低分子を介して結合してなる化合物をいい、結合には、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合が含まれる。しかし、これらの結合の種類は、特に制限されない。
また、担体10に担持させる反応物質20のサイズは、その反応物質20の形状が、球状である場合は反応物質20の直径(例えば、楕円球状のように直径が複数ある場合は、そのうちの何れか1つ)、板状である場合は反応物質20の長辺の長さ、等とすることができるが、これらに限られるものではなく、その反応物質20の形状や特性に応じて適宜任意に判断するのが好ましい。
When the reactant 20 to be carried on the carrier 10 is a protein and the protein forms a multimer, the size of the protein carried on the carrier 10 can be the size of the multimer. Here, the multimer means a compound in which two or more proteins are bonded directly or through a small molecule such as water, and the bond includes a covalent bond, an ionic bond, a hydrogen bond, and a coordinate bond. Is included. However, the type of these bonds is not particularly limited.
The size of the reactant 20 supported on the carrier 10 is the diameter of the reactant 20 when the reactant 20 has a spherical shape (for example, when there are a plurality of diameters such as an oval sphere) 1), in the case of a plate shape, the length of the long side of the reactant 20 can be set as such, but is not limited thereto, and is arbitrarily selected according to the shape and characteristics of the reactant 20 It is preferable to make a judgment.

また、担体10に担持させる反応物質20が、例えば、タンパク質等の生体触媒である場合、担持された生体触媒の変性を抑制する等の観点から、シリカ構造体12の酸解離定数(pKa)は、pKa5〜14が好ましい。   In addition, when the reactant 20 to be supported on the carrier 10 is a biocatalyst such as a protein, for example, the acid dissociation constant (pKa) of the silica structure 12 is from the viewpoint of suppressing denaturation of the supported biocatalyst. , PKa5-14 are preferred.

また、細孔12aの深さ(すなわち、シリカ構造体12の壁面の厚み)は、担体10に担持させる反応物質20の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、具体的には、例えば、1nm以上である。
ここで、シリカ構造体12の壁面の厚みを決めるファクターの1つとして、界面活性剤とシリカとの自己組織化時の吸引速度(すなわち、吸引導入時及び吸引乾燥時の吸引速度)が挙げられる。吸引速度が低下するにつれて、基材11が有する貫通孔11a内に形成される中空糸状のシリカ構造体12の壁面の厚みは厚くなり、吸引速度が所定の閾値以下になると、貫通孔11a内には、固定領域A1と拡散領域A2とが分離された構造のシリカ系メソ多孔体(中空糸状のシリカ構造体12)が形成されず、固定領域A1と拡散領域A2とが分離されていない構造のシリカ系メソ多孔体(例えば、図11に示すような従来のシリカ系メソ多孔体)が形成されてしまう。
In addition, the depth of the pores 12a (that is, the thickness of the wall surface of the silica structure 12) can be arbitrarily arbitrarily changed according to the type of the reactant 20 to be supported on the carrier 10, and specifically, for example, 1 nm or more.
Here, as one of the factors that determine the thickness of the wall surface of the silica structure 12, the suction speed at the time of self-assembly of the surfactant and silica (that is, the suction speed at the time of suction introduction and suction drying) can be mentioned. . As the suction speed decreases, the thickness of the wall surface of the hollow fiber-like silica structure 12 formed in the through-hole 11a of the base material 11 increases, and when the suction speed falls below a predetermined threshold, the through-hole 11a enters the through-hole 11a. The silica-based mesoporous material (hollow fiber-like silica structure 12) having a structure in which the fixing region A1 and the diffusion region A2 are separated is not formed, and the fixing region A1 and the diffusion region A2 are not separated. A silica-based mesoporous material (for example, a conventional silica-based mesoporous material as shown in FIG. 11) is formed.

シリカ構造体12は、0.1〜1.5mL/gの細孔容積を有するシリカ系メソ多孔体であることが好ましく、また、200〜1500mの比表面積を有するシリカ系メソ多孔体であることが好ましい。そして、シリカ構造体12は、全細孔容積に占める、中心細孔直径の±40%の範囲内の直径を有する細孔の全容積の割合が60%以上のシリカ系メソ多孔体であることが好ましい。
ここで、「全細孔容積に占める、中心細孔直径の±40%の範囲内の直径を有する細孔の全容積の割合が60%以上」とは、例えば、中心細孔直径が3.00nmである場合、この3.00nmの±40%、すなわち、1.80〜4.20nmの範囲にある細孔の容積の合計が、全細孔容積の60%以上を占めていることを意味する。
このような条件を満たすシリカ系メソ多孔体は、細孔の直径が非常に均一であることを意味し、このような細孔配列構造を有するシリカ系メソ多孔体に、例えば、反応物質20としてタンパク質等の生体触媒を吸着させると、生体触媒の安定性及び吸着量(固定量)をより向上させることができる。なお、細孔容積は、例えば、リン酸溶液や硝酸溶液で基材11を溶解させて、析出したシリカ構造体12を液体窒素温度に冷却して窒素ガスを導入する方法(窒素吸着法)によって算出することができる。
The silica structure 12 is preferably a silica-based mesoporous material having a pore volume of 0.1 to 1.5 mL / g, and is a silica-based mesoporous material having a specific surface area of 200 to 1500 m 2. It is preferable. The silica structure 12 is a silica-based mesoporous material in which the ratio of the total volume of pores having a diameter within a range of ± 40% of the center pore diameter in the total pore volume is 60% or more. Is preferred.
Here, “the ratio of the total volume of pores having a diameter within the range of ± 40% of the center pore diameter in the total pore volume is 60% or more” means that the center pore diameter is 3. When it is 00 nm, it means that the total volume of pores in the range of ± 40% of 3.00 nm, that is, 1.80 to 4.20 nm occupies 60% or more of the total pore volume. To do.
A silica-based mesoporous material satisfying such conditions means that the pore diameter is very uniform. For example, the reactive mesoporous material having such a pore-arranged structure can be used as the reactant 20. When a biocatalyst such as protein is adsorbed, the stability of the biocatalyst and the adsorption amount (fixed amount) can be further improved. The pore volume is determined by, for example, a method (nitrogen adsorption method) in which the base material 11 is dissolved with a phosphoric acid solution or a nitric acid solution, the precipitated silica structure 12 is cooled to liquid nitrogen temperature, and nitrogen gas is introduced. Can be calculated.

また、シリカ構造体12は、1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークを有するX線回折パターンを示すシリカ系メソ多孔体であることが好ましい。X線回折パターンでピークが現われる場合は、そのピーク角度に相当するd値の周期構造がシリカ系メソ多孔体中にあることを意味する。
したがって、1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークがあることは、細孔が1nm以上の間隔で規則的に配列していることを意味する。このように、非常に規則的な細孔配列構造を有するシリカ系メソ多孔体に、例えば、反応物質20としてタンパク質等の生体触媒を吸着させると、生体触媒の安定性及び吸着量をより向上させることが可能になる。
The silica structure 12 is preferably a silica-based mesoporous material that exhibits an X-ray diffraction pattern having one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more. When a peak appears in the X-ray diffraction pattern, it means that a periodic structure having a d value corresponding to the peak angle is present in the silica-based mesoporous material.
Therefore, having one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more means that the pores are regularly arranged at intervals of 1 nm or more. Thus, for example, when a biocatalyst such as protein is adsorbed as the reactant 20 on the silica-based mesoporous material having a very regular pore arrangement structure, the stability and the amount of adsorption of the biocatalyst are further improved. It becomes possible.

なお、シリカ構造体12における、細孔12aの配列状態(細孔配列構造)は、特に制限されるものではない。シリカ構造体12としては、例えば、ヘキサゴナルの細孔配列構造を有するもの、キュービックやディスオーダの細孔配列構造を有するものが例示される。
ここで、シリカ構造体12がヘキサゴナルの細孔配列構造を有するとは、シリカ構造体12が有する細孔12aの配置が六方構造であることを意味する。ヘキサゴナルの細孔配列構造としては、2次元ヘキサゴナル及び3次元ヘキサゴナルが挙げられる。本発明において好適に用いることのできる2次元ヘキサゴナルの細孔配列構造を有するシリカ構造体12は、例えば、図1及び図2に示すように、2次元ヘキサゴナル配列構造に基づいて、六角柱状の細孔が互いに平行に規則的に形成されている。
また、シリカ構造体12がキュービックの細孔配列構造を有するとは、シリカ構造体12が有する細孔12aの配置が立方構造であることを意味する。
また、シリカ構造体12がディスオーダの細孔配列構造を有するとは、シリカ構造体12が有する細孔12aの配置が不規則であることを意味する。
Note that the arrangement state (pore arrangement structure) of the pores 12a in the silica structure 12 is not particularly limited. Examples of the silica structure 12 include those having a hexagonal pore arrangement structure and those having a cubic or disorder pore arrangement structure.
Here, the silica structure 12 having a hexagonal pore arrangement structure means that the arrangement of the pores 12a of the silica structure 12 is a hexagonal structure. Examples of the hexagonal pore arrangement structure include two-dimensional hexagonal and three-dimensional hexagonal. A silica structure 12 having a two-dimensional hexagonal pore arrangement structure that can be suitably used in the present invention has a hexagonal column-like fine structure based on a two-dimensional hexagonal arrangement structure, for example, as shown in FIGS. The holes are regularly formed in parallel with each other.
The silica structure 12 having a cubic pore arrangement structure means that the arrangement of the pores 12a of the silica structure 12 is a cubic structure.
The silica structure 12 having a disordered pore arrangement structure means that the arrangement of the pores 12a of the silica structure 12 is irregular.

なお、シリカ構造体12が、ヘキサゴナルやキュービック等の規則的細孔配列構造を有する場合は、細孔12aの全てがこれらの規則的細孔配列構造である必要はない。すなわち、シリカ構造体12は、ヘキサゴナルやキュービックなどの規則的細孔配列構造と、ディスオーダの不規則的細孔配列構造と、の両方を有していることが可能である。しかしながら、全ての細孔12aのうちの80%以上は、ヘキサゴナルやキュービックなどの規則的細孔配列構造となっていることが好ましい。   In addition, when the silica structure 12 has a regular pore arrangement structure such as hexagonal or cubic, it is not necessary that all of the pores 12a have these regular pore arrangement structures. That is, the silica structure 12 can have both a regular pore arrangement structure such as hexagonal or cubic and a disordered irregular pore arrangement structure. However, 80% or more of all the pores 12a preferably have a regular pore arrangement structure such as hexagonal or cubic.

また、シリカ構造体12としては、有機基を有するシリカ系メソ多孔体、有機基を有しないシリカ系メソ多孔体が例示される。そして、何れのシリカ系メソ多孔体の場合においても、ケイ素以外の金属元素(例えば、Al、Zr、Ti)を更に含むことができる。なお、何れのシリカ系メソ多孔体であっても、表面にはシラノール基(−SiOH基)が存在している。
有機基を有するシリカ系メソ多孔体とは、シリカ系メソ多孔体を構成するケイ素原子の少なくとも一部に、有機基が、炭素−ケイ素結合を形成することによって結合しているものをいう。有機基としては、例えば、アルカンやアルケン、アルキン、ベンゼン、シクロアルカンなどの炭化水素から1以上の水素がとれて生じる炭化水素基、アミド基、アミノ基、イミノ基、メルカプト基、スルフォン基、カルボキシル基、エーテル基、アシル基、ビニル基等が挙げられる。
Examples of the silica structure 12 include a silica-based mesoporous material having an organic group and a silica-based mesoporous material having no organic group. In any silica-based mesoporous material, a metal element other than silicon (for example, Al, Zr, Ti) can be further included. In any silica mesoporous material, silanol groups (—SiOH groups) exist on the surface.
The silica-based mesoporous material having an organic group refers to a material in which an organic group is bonded to at least a part of silicon atoms constituting the silica-based mesoporous material by forming a carbon-silicon bond. Examples of the organic group include a hydrocarbon group, an amide group, an amino group, an imino group, a mercapto group, a sulfone group, and a carboxyl group that are generated by removing one or more hydrogens from hydrocarbons such as alkanes, alkenes, alkynes, benzenes, and cycloalkanes. Group, ether group, acyl group, vinyl group and the like.

<反応物質>
反応物質20は、特定物質或はその生成物と選択的に反応する物質であれば任意であり、具体的には、例えば、生体由来の分子識別素子(タンパク質等の生体触媒など)、パラジウムや白金などの金属触媒、酸化ルテニウムや酸化マンガン、酸化鉄、酸化チタンなどの酸化触媒、その他の有機触媒又は無機触媒、各種ポリマー、ポリマーコンプレックス、ポリイオンコンプレックス、吸光物質、蛍光物質、色素等である。
なお、担体10に担持される反応物質20の種類は、1種類であっても良いし、複数種類であっても良い。
<Reactive substances>
The reactive substance 20 is arbitrary as long as it is a substance that selectively reacts with a specific substance or its product. Specifically, for example, a molecular identification element derived from a living body (a biocatalyst such as a protein), palladium, Metal catalysts such as platinum, oxidation catalysts such as ruthenium oxide, manganese oxide, iron oxide and titanium oxide, other organic catalysts or inorganic catalysts, various polymers, polymer complexes, polyion complexes, light-absorbing substances, fluorescent substances, dyes and the like.
In addition, the kind of the reactant 20 supported on the carrier 10 may be one kind or plural kinds.

<反応物質複合体>
反応物質複合体1は、例えば、図2及び図3に示すように、担体10と、担体10に担持された反応物質20と、を備えて構成される。反応物質複合体1は、例えば、生化学分析や微量成分分析のためのセンサとして、或は、高分子合成や触媒反応などにおけるリアクターとして好適に適用することができる。
<Reactant complex>
For example, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the reactant complex 1 includes a carrier 10 and a reactant 20 supported on the carrier 10. The reactant complex 1 can be suitably applied, for example, as a sensor for biochemical analysis or trace component analysis, or as a reactor in polymer synthesis or catalytic reaction.

ここで、担体10において、基材11が有する貫通孔11a内は、例えば、図3に示すように、反応物質20が固定される固体領域A1と、特定物質(反応物質)及び生成物(反応生成物)が拡散する拡散領域A2と、に分けられる。
固定領域A1は、シリカ構造体12の壁面部分であり、その壁面部分に形成された細孔12aの内部に反応物質20が固定される。
拡散領域A2は、反応物質複合体1の一方の面から他方の面にかけて貫通する孔からなる。すなわち、拡散領域A2は、シリカ構造体12の中空部分であり、何も充填されていない空洞となっている。
Here, in the carrier 10, the inside of the through-hole 11 a of the base material 11, as shown in FIG. 3, for example, is a solid region A1 to which the reactant 20 is fixed, a specific substance (reactant), and a product (reaction). And a diffusion region A2 in which the product is diffused.
The fixing region A1 is a wall surface portion of the silica structure 12, and the reactant 20 is fixed inside the pores 12a formed in the wall surface portion.
Diffusion region A2 consists of a hole penetrating from one surface of reactant complex 1 to the other surface. That is, the diffusion region A2 is a hollow portion of the silica structure 12 and is a cavity that is not filled with anything.

したがって、例えば、反応物質複合体1の一方の面から他方の面に向かって、特定物質を含有する液体や気体を強制的に透過させると、当該液体や気体は拡散領域A2を通過する。
例えば、図11に示すような従来の反応物質複合体の場合、固定領域A1と拡散領域A2とが分離されていない構造(反応物質20が固定された領域を、特定物質や生成物が拡散する構造)であるため、当該液体や気体は、反応物質20が固定された領域を通過することになる。これに対し、本発明の反応物質複合体1の場合、当該液体や気体は、何も充填されていない空洞状態の拡散領域A2を通過することになり、従来の反応物質複合体と比較して、圧損が低く、当該液体や気体を高速に透過させることができるため、高速で反応を実施することができる。
Therefore, for example, when a liquid or gas containing a specific substance is forcibly permeated from one surface of the reactant complex 1 to the other surface, the liquid or gas passes through the diffusion region A2.
For example, in the case of the conventional reactant complex as shown in FIG. 11, the fixed region A1 and the diffusion region A2 are not separated (the specific substance or product diffuses in the region where the reactant 20 is immobilized). Therefore, the liquid or gas passes through the region where the reactant 20 is fixed. On the other hand, in the case of the reactant complex 1 of the present invention, the liquid or gas passes through the diffusion region A2 in a hollow state that is not filled with anything, as compared with the conventional reactant complex. Since the pressure loss is low and the liquid or gas can permeate at high speed, the reaction can be carried out at high speed.

さらに、当該液体や気体が拡散領域A2を通過する際に、当該液体や気体に含有された特定物質は、拡散領域A2を拡散して、固定領域A1に固定された反応物質20へと移動し、当該反応物質20と接触する。そして、当該接触によって生じた生成物も、拡散領域A2を拡散して、反応物質複合体1の外部へと移動する。
例えば、図11に示すような従来の反応物質複合体の場合、固定領域A1と拡散領域A2とが分離されていない構造であるため、特定物質や生成物は、反応物質20が固定された領域を拡散することになる。これに対し、本発明の反応物質複合体1の場合、特定物質や生成物は、何も充填されていない空洞状態の拡散領域A2を拡散することになり、従来の反応物質複合体と比較して、特定物質や生成物の拡散性が高くなるため、高速で反応を実施することができる。
Furthermore, when the liquid or gas passes through the diffusion region A2, the specific substance contained in the liquid or gas diffuses through the diffusion region A2 and moves to the reactant 20 fixed in the fixed region A1. In contact with the reactant 20. The product generated by the contact also diffuses in the diffusion region A2 and moves to the outside of the reactant complex 1.
For example, in the case of the conventional reactant complex as shown in FIG. 11, since the fixed region A1 and the diffusion region A2 are not separated, the specific substance or product is a region where the reactant 20 is fixed. Will spread. On the other hand, in the case of the reactant complex 1 of the present invention, the specific substance or product diffuses in the diffusion region A2 in a hollow state where nothing is filled, which is compared with the conventional reactant complex. In addition, since the diffusibility of the specific substance or product is increased, the reaction can be performed at high speed.

また、例えば、反応物質複合体1を電解液等に浸漬させ、特定物質を含有する気体を当該電解液等と接触させて、当該電解液等に当該特定物質を溶解させると、当該特定物質は、反応物質複合体1の外部を拡散して内部(拡散領域A2)へと移動し、さらに、拡散領域A2を拡散して固定領域A1に固定された反応物質20へと移動し、当該反応物質20と接触する。そして、当該接触によって生じた生成物も、拡散領域A2を拡散して、反応物質複合体1の外部へと移動する。
例えば、図11に示すような従来の反応物質複合体の場合、固定領域A1と拡散領域A2とが分離されていない構造であるため、特定物質や生成物は、反応物質20が固定された領域を拡散することになる。これに対し、本発明の反応物質複合体1の場合、特定物質や生成物は、何も充填されていない空洞状態の拡散領域A2を拡散することになり、従来の反応物質複合体と比較して、特定物質や生成物の拡散性が高くなるため、高速で反応を実施することができる。
Further, for example, when the reactant complex 1 is immersed in an electrolytic solution, a gas containing the specific substance is brought into contact with the electrolytic solution, and the specific substance is dissolved in the electrolytic solution, the specific substance is Then, it diffuses outside the reactant complex 1 and moves to the inside (diffusion region A2), further diffuses through the diffusion region A2 and moves to the reactant 20 fixed to the fixed region A1, and the reactant 20 is contacted. The product generated by the contact also diffuses in the diffusion region A2 and moves to the outside of the reactant complex 1.
For example, in the case of the conventional reactant complex as shown in FIG. 11, since the fixed region A1 and the diffusion region A2 are not separated, the specific substance or product is a region where the reactant 20 is fixed. Will spread. On the other hand, in the case of the reactant complex 1 of the present invention, the specific substance or product diffuses in the diffusion region A2 in a hollow state where nothing is filled, which is compared with the conventional reactant complex. In addition, since the diffusibility of the specific substance or product is increased, the reaction can be performed at high speed.

<反応物質複合体の製造方法>
次に、反応物質複合体1の製造方法について説明する。反応物質複合体1は、担体10を製造し、その製造された担体10に反応物質20を固定することによって製造される。
<Method for producing reactant complex>
Next, a method for producing the reactant complex 1 will be described. The reactant complex 1 is produced by producing the carrier 10 and immobilizing the reactant 20 on the produced carrier 10.

(担体の製造)
まず、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製する。
ここで、シリカ源溶液とは、シリカ源となる化合物(例えば、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)等のアルコキシシラン)を含有する溶液のことである。
界面活性剤は、担体10に担持させる反応物質20の種類等に応じて適宜任意に変更可能であり、トリブロック共重合体のCTAB、P123及びF127等を好ましく用いることができる。
具体的には、例えば、CTAB、P123及び/又はF127を、エタノールや塩酸の混合物中に溶解して、30℃〜60℃程度で、還流器を用いて数時間程度攪拌する。
次いで、これに、TEOS等のシリカ源を添加し、更に、30℃〜60℃程度で、還流器を用いて2時間〜20数時間程度攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製する。
なお、シリカ源溶液に含まれる界面活性剤の種類は、1種類であっても良いし、複数種類であっても良い。
(Manufacture of carrier)
First, a silica source solution containing a surfactant is prepared.
Here, the silica source solution is a solution containing a compound that becomes a silica source (for example, alkoxysilane such as tetraethyl orthosilicate (TEOS)).
The surfactant can be arbitrarily changed as appropriate according to the type of the reactant 20 to be supported on the carrier 10, and triblock copolymers CTAB, P123, F127, and the like can be preferably used.
Specifically, for example, CTAB, P123 and / or F127 are dissolved in a mixture of ethanol and hydrochloric acid, and stirred at about 30 ° C. to 60 ° C. for several hours using a refluxer.
Next, a silica source solution such as TEOS is added thereto, and the mixture is further stirred at about 30 ° C. to 60 ° C. for about 2 hours to about 20 hours using a refluxer, whereby a silica source solution containing a surfactant is obtained. Prepare.
In addition, the kind of surfactant contained in a silica source solution may be one kind, and plural kinds may be sufficient as it.

次に、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に、界面活性剤を含むシリカ層を形成する(シリカ層形成ステップ)。
具体的には、例えば、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、基材11の一方の面に滴下し、真空ポンプ等の吸引装置を用いて、所定の吸引速度で、当該滴下された界面活性剤を含むシリカ源溶液を貫通孔11a内に吸引導入する(吸引導入ステップ)。
次いで、例えば、貫通孔11a内に導入された界面活性剤を含むシリカ源溶液を、真空ポンプ等の吸引装置を用いて、所定の吸引速度で、吸引乾燥させて(吸引乾燥ステップ)、貫通孔11aの内壁11a1に界面活性剤を含むシリカ層を形成する。
なお、吸引導入時の吸引速度と、吸引乾燥時の吸引速度と、は同一であっても良いし、異なっていても良い。
Next, a silica layer containing a surfactant is formed on the inner wall 11a1 of the through hole 11a of the base material 11 (silica layer forming step).
Specifically, for example, the prepared silica source solution containing the surfactant is dropped onto one surface of the base material 11 and dropped at a predetermined suction speed using a suction device such as a vacuum pump. A silica source solution containing a surfactant is sucked and introduced into the through-hole 11a (suction introduction step).
Next, for example, the silica source solution containing the surfactant introduced into the through hole 11a is sucked and dried at a predetermined suction speed using a suction device such as a vacuum pump (suction drying step), and the through hole is formed. A silica layer containing a surfactant is formed on the inner wall 11a1 of 11a.
Note that the suction speed at the time of suction introduction and the suction speed at the time of suction drying may be the same or different.

次に、貫通孔11aの内壁11a1に形成されたシリカ層から界面活性剤を除去して、シリカ構造体12を形成する(シリカ構造体形成ステップ)。
具体的には、例えば、貫通孔11aの内壁11a1に形成されたシリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から界面活性剤を除去することにより、貫通孔11aの内壁11a1に沿って中空糸状のシリカ構造体12を形成する。
以上のようにして、担体10を製造する。
Next, the surfactant is removed from the silica layer formed on the inner wall 11a1 of the through hole 11a to form the silica structure 12 (silica structure forming step).
Specifically, for example, by firing the silica layer formed on the inner wall 11a1 of the through hole 11a and removing the surfactant from the silica layer, a hollow fiber-like shape is formed along the inner wall 11a1 of the through hole 11a. A silica structure 12 is formed.
The carrier 10 is manufactured as described above.

(反応物質の固定)
まず、反応物質20を含む反応物質溶液を調製する。
次に、調製した反応物質溶液中に、製造された担体10を浸漬させて、担体10に反応物質20を吸着固定させる。
次に、担体10を洗浄することによって、拡散領域A2内の反応物質20を洗い流す。
以上のようにして、製造された担体10に反応物質20を固定化して、反応物質複合体1を製造する。
(Reaction substance fixation)
First, a reactant solution containing the reactant 20 is prepared.
Next, the produced carrier 10 is immersed in the prepared reactant solution, and the reactant 20 is adsorbed and fixed on the carrier 10.
Next, the reactant 10 in the diffusion region A2 is washed away by washing the carrier 10.
As described above, the reactant 20 is immobilized on the produced carrier 10 to produce the reactant complex 1.

なお、上記の担体10の製造方法、反応物質複合体1の製造方法は、一例であって、これに限られるものではない。   In addition, the manufacturing method of said support | carrier 10 and the manufacturing method of the reactant composite 1 are examples, and are not restricted to this.

以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
実施例1では、担体を作製して、その担体について評価した。
<Example 1>
In Example 1, a carrier was prepared and evaluated.

まず、界面活性剤(P123)1.0gを、エタノール20mL、濃塩酸100μL及び水2mLと混合して、攪拌しながら60℃で1時間還流を行った。
次いで、これに、TEOS2.13gを添加し、還流器を用いて60℃で12時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
First, 1.0 g of surfactant (P123) was mixed with 20 mL of ethanol, 100 μL of concentrated hydrochloric acid and 2 mL of water, and refluxed at 60 ° C. for 1 hour with stirring.
Next, 2.13 g of TEOS was added thereto, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 12 hours using a refluxer to prepare a silica source solution containing a surfactant.

次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が100nm、厚みが60μmの陽極酸化アルミナ基板(基材11)を作製した。   Next, a certain voltage is applied to the aluminum substrate in a phosphoric acid solution, and the aluminum substrate is anodized to produce an anodized alumina substrate (base material 11) having a through-hole diameter of 100 nm and a thickness of 60 μm. did.

次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、吸引速度10L/minで、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引速度10L/minで、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
Next, the prepared silica source solution containing the surfactant is dropped on one surface of the produced anodized alumina substrate, and the through hole of the anodized alumina substrate is used at a suction speed of 10 L / min using a suction device. Suction was introduced into the inside.
Next, the silica layer solution containing the surfactant sucked into the through-hole is sucked and dried at a suction speed of 10 L / min by using a suction device, whereby the silica layer containing the surfactant in the through-hole. Formed.

次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、500℃で6時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。   Next, the anodized alumina substrate in which the silica layer containing the surfactant is formed in the through hole is dried overnight in a desiccator, and then baked at 500 ° C. for 6 hours. The carrier was prepared by removing

次に、作製した担体を貫通孔に対して斜めに切断し、その断面を、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察した。その結果を図4に示す。
図4に示すように、SEM観察の結果、陽極酸化アルミナ基板の貫通孔の内壁に沿って、中空糸状の構造体が形成されていることが確認された。
Next, the produced carrier was cut obliquely with respect to the through hole, and the cross section thereof was observed using an SEM (scanning electron microscope). The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, as a result of SEM observation, it was confirmed that a hollow fiber-like structure was formed along the inner wall of the through hole of the anodized alumina substrate.

また、作製した担体を貫通孔に対して斜めに切断し、その断面を、TEM(透過型電子顕微鏡)を用いて観察した。その結果を図5に示す。
図5に示すように、TEM観察の結果、陽極酸化アルミナ基板の貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状の構造体は、メッシュ状の均一な3次元構造であることが確認された。また、TEM観察の結果、この中空糸状の構造体は、壁面の厚みが約8.0nmであることが分かった。さらに、TEM観察の結果、この中空糸状の構造体が有する細孔(細孔12a)は、断面形状が略正六角形状であり、平均細孔サイズが約8.0nmであることが確認された。ここで、細孔サイズとは、六角形における、一辺と、当該一辺に対向する他の一辺と、の間の距離のことである。
Further, the produced carrier was cut obliquely with respect to the through-hole, and the cross section was observed using a TEM (transmission electron microscope). The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, as a result of TEM observation, it was confirmed that the hollow fiber-like structure formed along the inner wall of the through hole of the anodized alumina substrate had a mesh-like uniform three-dimensional structure. As a result of TEM observation, it was found that this hollow fiber-like structure had a wall thickness of about 8.0 nm. Furthermore, as a result of TEM observation, it was confirmed that the pores (pores 12a) of the hollow fiber-like structure have a substantially regular hexagonal cross-sectional shape and an average pore size of about 8.0 nm. . Here, the pore size is a distance between one side and another side facing the one side in the hexagon.

また、作製した担体を、EDX(エネルギー分散型X線分光法)を用いて解析した。
その結果、陽極酸化アルミナ基板の貫通孔の内壁に沿って、シリカが分布していることが確認された。
Further, the produced carrier was analyzed using EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy).
As a result, it was confirmed that silica was distributed along the inner wall of the through hole of the anodized alumina substrate.

以上のSEM、TEM及びEDXの結果から、本発明の担体の製造方法によって、陽極酸化アルミナ基板(基材11)と、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に沿って形成された中空糸状の構造体(シリカ構造体12)と、を備える担体(担体10)を作製できることが確認された。   From the results of the above SEM, TEM, and EDX, the hollow fiber shape formed along the inner wall 11a1 of the anodized alumina substrate (base material 11) and the through hole 11a of the base material 11 by the carrier manufacturing method of the present invention. It was confirmed that a carrier (carrier 10) having the structure (silica structure 12) can be produced.

<実施例2>
実施例2では、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の、界面活性剤の量及びTEOSの量について評価した。
<Example 2>
In Example 2, a support was prepared, and the amount of the surfactant and the amount of TEOS in the silica source solution containing the surfactant were evaluated.

まず、界面活性剤(P123)を、エタノール20mL、濃塩酸100μL及び水2mLと混合して、攪拌しながら60℃で1時間還流を行った。
次いで、これに、TEOSを添加し、還流器を用いて60℃で12時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
First, surfactant (P123) was mixed with 20 mL of ethanol, 100 μL of concentrated hydrochloric acid and 2 mL of water, and refluxed at 60 ° C. for 1 hour with stirring.
Subsequently, TEOS was added thereto, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 12 hours using a refluxer to prepare a silica source solution containing a surfactant.

次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が100nm、厚みが60μmの陽極酸化アルミナ基板(基材11)を作製した。   Next, a certain voltage is applied to the aluminum substrate in a phosphoric acid solution, and the aluminum substrate is anodized to produce an anodized alumina substrate (base material 11) having a through-hole diameter of 100 nm and a thickness of 60 μm. did.

次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、吸引速度10L/minで、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引速度10L/minで、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
Next, the prepared silica source solution containing the surfactant is dropped on one surface of the produced anodized alumina substrate, and the through hole of the anodized alumina substrate is used at a suction speed of 10 L / min using a suction device. Suction was introduced into the inside.
Next, the silica layer solution containing the surfactant sucked into the through-hole is sucked and dried at a suction speed of 10 L / min by using a suction device, whereby the silica layer containing the surfactant in the through-hole. Formed.

次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、500℃で6時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。   Next, the anodized alumina substrate in which the silica layer containing the surfactant is formed in the through hole is dried overnight in a desiccator, and then baked at 500 ° C. for 6 hours. The carrier was prepared by removing

ここで、P123の量が0.6g,1.0g及び1.5gである各シリカ源溶液(TEOSの量は2.13g)を用いて、3種類の担体を作製した。
また、TEOSの量が1.28g,2.13g及び3.2gである各シリカ源溶液(P123の量は1.0g)を用いて、3種類の担体を作製した。
Here, three types of support | carriers were produced using each silica source solution (the amount of TEOS is 2.13g) whose amount of P123 is 0.6g, 1.0g, and 1.5g.
Three types of carriers were prepared using each silica source solution (the amount of P123 was 1.0 g) in which the amount of TEOS was 1.28 g, 2.13 g, and 3.2 g.

次に、作製した6種類の担体それぞれを、TEMを用いて観察した。
その結果、P123の量が0.6g及び1.5gの場合、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に沿って中空糸状のシリカ構造体12が形成されていることは確認されたが、そのシリカ構造体12が有する細孔12aは、内壁11a1(内壁面)に不規則に配置され、形状が歪んだ略六角柱状であった。
これに対し、P123の量が1.0gの場合は、例えば、図1及び図2に示すような、互いに平行な規則的に配置された略正六角柱状の細孔12aを有する中空糸状のシリカ構造体12が、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に沿って形成されていることが確認された。
また、TEOSの量が1.28g及び3.2gの場合、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に沿って中空糸状のシリカ構造体12が形成されていることは確認されたが、そのシリカ構造体12が有する細孔12aは、内壁11a1(内壁面)に不規則に配置され、形状が歪んだ略六角柱状であった。
これに対し、TEOSの量が2.13gの場合は、例えば、図1及び図2に示すような、互いに平行な規則的に配置された略正六角柱状の細孔12aを有する中空糸状のシリカ構造体12が、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に沿って形成されていることが確認された。
以上の結果から、界面活性剤としてP124を用いるときは、シリカ構造体12が有する細孔12aの形状等の観点から、P123の量が1.0g、TEOSの量が2.13gであるシリカ源溶液を用いて担体10を作製することが好適であることが分かった。
Next, each of the prepared six types of carriers was observed using a TEM.
As a result, when the amount of P123 was 0.6 g and 1.5 g, it was confirmed that the hollow fiber-like silica structure 12 was formed along the inner wall 11a1 of the through hole 11a of the base material 11, The fine pores 12a of the silica structure 12 were approximately hexagonal columnar shapes irregularly arranged on the inner wall 11a1 (inner wall surface) and distorted in shape.
On the other hand, when the amount of P123 is 1.0 g, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, hollow fiber-like silica having regularly arranged regular hexagonal columnar pores 12a parallel to each other. It was confirmed that the structure 12 was formed along the inner wall 11a1 of the through-hole 11a which the base material 11 has.
Further, when the amount of TEOS was 1.28 g and 3.2 g, it was confirmed that the hollow fiber-like silica structure 12 was formed along the inner wall 11a1 of the through hole 11a of the base material 11, The fine pores 12a of the silica structure 12 were approximately hexagonal prisms irregularly arranged on the inner wall 11a1 (inner wall surface) and distorted in shape.
On the other hand, when the amount of TEOS is 2.13 g, for example, a hollow fiber-like silica having regular regular hexagonal columnar pores 12a arranged in parallel with each other as shown in FIGS. It was confirmed that the structure 12 was formed along the inner wall 11a1 of the through-hole 11a which the base material 11 has.
From the above results, when P124 is used as the surfactant, a silica source in which the amount of P123 is 1.0 g and the amount of TEOS is 2.13 g from the viewpoint of the shape of the pores 12 a of the silica structure 12. It has been found that it is preferable to make the carrier 10 using a solution.

同様にして、界面活性剤F127についても、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の、界面活性剤の量及びTEOSの量について評価した。
その結果、界面活性剤としてF127を用いるときは、シリカ構造体12が有する細孔12aの形状等の観点から、F127の量が0.92g、TEOSの量が2.0gであるシリカ源溶液(具体的な組成は実施例4参照)を用いて担体10を作製することが好適であることが分かった。
Similarly, for the surfactant F127, a support was prepared, and the amount of the surfactant and the amount of TEOS in the silica source solution containing the surfactant were evaluated.
As a result, when F127 is used as the surfactant, from the viewpoint of the shape of the pores 12a of the silica structure 12, the silica source solution (0.92 g of F127 and 2.0 g of TEOS) ( It turned out that it is suitable to produce the support | carrier 10 using the specific composition (refer Example 4).

また、同様にして、界面活性剤CTABについても、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の、界面活性剤の量及びTEOSの量について評価した。
その結果、界面活性剤としてCTABを用いるときは、シリカ構造体12が有する細孔12aの形状等の観点から、CTABの量が1.52g、TEOSの量が11.57gであるシリカ源溶液(具体的な組成は実施例4参照)を用いて担体10を作製することが好適であることが分かった。
Similarly, for the surfactant CTAB, a carrier was prepared, and the amount of the surfactant and the amount of TEOS in the silica source solution containing the surfactant were evaluated.
As a result, when CTAB is used as the surfactant, a silica source solution having a CTAB amount of 1.52 g and a TEOS amount of 11.57 g from the viewpoint of the shape of the pores 12a of the silica structure 12 ( It turned out that it is suitable to produce the support | carrier 10 using the specific composition (refer Example 4).

<実施例3>
実施例3では、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液を貫通孔11a内に吸引導入する時(吸引導入時)及び貫通孔11a内に吸引導入された界面活性剤を含むシリカ源溶液を吸引乾燥させる時(吸引乾燥時)の吸引速度について評価した。
<Example 3>
In Example 3, the carrier is prepared, and the silica containing the surfactant introduced into the through-hole 11a is sucked and introduced into the through-hole 11a when sucking and introducing the silica source solution containing the surfactant into the through-hole 11a. The suction speed when the source solution was dried by suction (at the time of suction drying) was evaluated.

まず、界面活性剤(P123)1.0gを、エタノール20mL、濃塩酸100μL及び水2mLと混合して、攪拌しながら60℃で1時間還流を行った。
次いで、これに、TEOS2.13gを添加し、還流器を用いて60℃で12時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
First, 1.0 g of surfactant (P123) was mixed with 20 mL of ethanol, 100 μL of concentrated hydrochloric acid and 2 mL of water, and refluxed at 60 ° C. for 1 hour with stirring.
Next, 2.13 g of TEOS was added thereto, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 12 hours using a refluxer to prepare a silica source solution containing a surfactant.

次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が100nm、厚みが60μmの陽極酸化アルミナ基板(基材11)を作製した。   Next, a certain voltage is applied to the aluminum substrate in a phosphoric acid solution, and the aluminum substrate is anodized to produce an anodized alumina substrate (base material 11) having a through-hole diameter of 100 nm and a thickness of 60 μm. did.

次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引導入時と同一の吸引速度で、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
Next, the prepared silica source solution containing the surfactant was dropped onto one surface of the produced anodized alumina substrate, and sucked into the through hole of the anodized alumina substrate using a suction device.
Next, the silica source solution containing the surfactant sucked and introduced into the through hole is sucked and dried by using the suction device at the same suction speed as that when sucking is introduced, so that the surfactant is put into the through hole. A containing silica layer was formed.

次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、500℃で6時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。   Next, the anodized alumina substrate in which the silica layer containing the surfactant is formed in the through hole is dried overnight in a desiccator, and then baked at 500 ° C. for 6 hours. The carrier was prepared by removing

ここで、吸引導入時及び吸引乾燥時の吸引速度を、0.1L/min、0.5L/min、1L/min、2L/min、3L/min、5L/min、8L/min及び10L/minとして、8種類の担体を作製した。   Here, the suction speed at the time of suction introduction and suction drying is 0.1 L / min, 0.5 L / min, 1 L / min, 2 L / min, 3 L / min, 5 L / min, 8 L / min, and 10 L / min. As a result, eight types of carriers were prepared.

次に、作製した8種類の担体それぞれを、TEMを用いて観察した。その結果を表1に示す。
Next, each of the produced eight types of carriers was observed using a TEM. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、TEM観察の結果、吸引速度が1L/min以上である場合は、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に沿って、中空糸状のシリカ構造体12が形成されていることが確認された。すなわち、細孔12aの貫通方向が、貫通孔11aの貫通方向に対して略直交しており、かつ、中空部分(拡散領域A2)を有するシリカ系メソ多孔体(シリカ構造体12)が形成されていることが確認された。
これに対し、吸引速度が0.5L/min以下の場合は、中空糸状のシリカ構造体12ではなく、細孔サイズが約8.0nmの細孔を有する従来のシリカ系メソ多孔体(例えば、図11参照)が、基材11が有する貫通孔11a内に形成されていることが確認された。すなわち、細孔の貫通方向が、貫通孔11aの貫通方向と略同一であり、かつ、中空部分を有さないシリカ系メソ多孔体が形成されていることが確認された。
As shown in Table 1, when the suction speed is 1 L / min or more as a result of TEM observation, the hollow fiber-like silica structure 12 is formed along the inner wall 11a1 of the through hole 11a of the base material 11. It was confirmed that That is, a silica-based mesoporous material (silica structure 12) is formed in which the penetration direction of the pores 12a is substantially orthogonal to the penetration direction of the penetration hole 11a and has a hollow portion (diffusion region A2). It was confirmed that
On the other hand, when the suction speed is 0.5 L / min or less, not the hollow fiber-like silica structure 12 but a conventional silica-based mesoporous material having pores having a pore size of about 8.0 nm (for example, 11) was formed in the through hole 11a of the base material 11. In other words, it was confirmed that a silica-based mesoporous material having a pore penetration direction substantially the same as the penetration direction of the through-hole 11a and having no hollow portion was formed.

また、表1に示すように、TEM観察の結果、吸引速度が1L/min以上である場合、吸引速度が増加するにつれて、中空糸状のシリカ構造体12の壁面の厚みが薄くなっていくことが確認された。   Moreover, as shown in Table 1, when the suction speed is 1 L / min or more as a result of TEM observation, the thickness of the wall surface of the hollow fiber-like silica structure 12 may become thinner as the suction speed increases. confirmed.

以上の結果から、上記組成の溶液(界面活性剤を含む溶液)を用い、かつ、貫通孔11aの直径が100nmである基材11を用いた場合、中空糸状のシリカ構造体12を形成するためには、1L/min以上の吸引速度で吸引導入及び吸引乾燥する必要があることが分かった。また、吸引速度によって、中空糸状のシリカ構造体12の壁面の厚みを制御できることが分かった。   From the above results, in order to form a hollow fiber-like silica structure 12 when a solution having the above composition (a solution containing a surfactant) is used and the base 11 having a diameter of the through hole 11a of 100 nm is used. It was found that it was necessary to introduce and suck and suck at a suction speed of 1 L / min or more. It was also found that the thickness of the wall surface of the hollow fiber-like silica structure 12 can be controlled by the suction speed.

<実施例4>
実施例4では、担体を作製して、界面活性剤を含むシリカ源溶液中の界面活性剤の種類と、中空糸状のシリカ構造体12が有する細孔12aの大きさと、の関係について評価した。
<Example 4>
In Example 4, a support was prepared, and the relationship between the type of the surfactant in the silica source solution containing the surfactant and the size of the pores 12a of the hollow fiber silica structure 12 was evaluated.

まず、界面活性剤(P123)1.0gを、エタノール20mL、濃塩酸100μL及び水2mLと混合して、攪拌しながら60℃で1時間還流を行った。
次いで、これに、TEOS2.13gを添加し、還流器を用いて60℃で12時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
First, 1.0 g of surfactant (P123) was mixed with 20 mL of ethanol, 100 μL of concentrated hydrochloric acid and 2 mL of water, and refluxed at 60 ° C. for 1 hour with stirring.
Next, 2.13 g of TEOS was added thereto, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 12 hours using a refluxer to prepare a silica source solution containing a surfactant.

次に、リン酸溶液中でアルミニウム基板に一定電圧を印加して、当該アルミニウム基板を陽極酸化することによって、貫通孔の直径が100nm、厚みが60μmの陽極酸化アルミナ基板(基材11)を作製した。   Next, a certain voltage is applied to the aluminum substrate in a phosphoric acid solution, and the aluminum substrate is anodized to produce an anodized alumina substrate (base material 11) having a through-hole diameter of 100 nm and a thickness of 60 μm. did.

次に、調製した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、作製した陽極酸化アルミナ基板の一方の面に滴下し、吸引装置を用いて、吸引速度10L/minで、当該陽極酸化アルミナ基板の貫通孔内に吸引導入した。
次いで、貫通孔内に吸引導入した界面活性剤を含むシリカ源溶液を、吸引装置を用いて、吸引速度10L/minで、吸引乾燥させることによって、当該貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層を形成した。
Next, the prepared silica source solution containing the surfactant is dropped on one surface of the produced anodized alumina substrate, and the through hole of the anodized alumina substrate is used at a suction speed of 10 L / min using a suction device. Suction was introduced into the inside.
Next, the silica layer solution containing the surfactant sucked into the through-hole is sucked and dried at a suction speed of 10 L / min by using a suction device, whereby the silica layer containing the surfactant in the through-hole. Formed.

次に、貫通孔内に界面活性剤を含むシリカ層が形成された陽極酸化アルミナ基板を、デシケータ中で一晩乾燥させた後、500℃で6時間焼成して、当該シリカ層から界面活性剤を除去することによって、担体を作製した。   Next, the anodized alumina substrate in which the silica layer containing the surfactant is formed in the through hole is dried overnight in a desiccator, and then baked at 500 ° C. for 6 hours. The carrier was prepared by removing

また、界面活性剤(F127)0.92gを、エタノール23.5mL、濃塩酸200μL及び水1.33mLと混合して、攪拌しながら60℃で1時間還流を行った。
次いで、これに、TEOS2.0gを添加し、還流器を用いて60℃で12時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
そして、界面活性剤P123を含むシリカ源溶液の場合と同様にして、担体を作製した。
Further, 0.92 g of a surfactant (F127) was mixed with 23.5 mL of ethanol, 200 μL of concentrated hydrochloric acid and 1.33 mL of water, and refluxed at 60 ° C. for 1 hour with stirring.
Next, 2.0 g of TEOS was added thereto, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 12 hours using a refluxer to prepare a silica source solution containing a surfactant.
And the support | carrier was produced like the case of the silica source solution containing surfactant P123.

また、界面活性剤(CTAB)1.52gを、エタノール15g及び濃塩酸4mLと混合して、攪拌しながら60℃で1時間還流を行った。
次いで、これに、TEOS11.57gを添加し、還流器を用いて60℃で12時間攪拌することによって、界面活性剤を含むシリカ源溶液を調製した。
そして、界面活性剤P123を含むシリカ源溶液の場合と同様にして、担体を作製した。
Further, 1.52 g of a surfactant (CTAB) was mixed with 15 g of ethanol and 4 mL of concentrated hydrochloric acid, and refluxed at 60 ° C. for 1 hour with stirring.
Next, 11.57 g of TEOS was added thereto, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 12 hours using a refluxer to prepare a silica source solution containing a surfactant.
And the support | carrier was produced like the case of the silica source solution containing surfactant P123.

次に、作製した3種類の担体それぞれを、TEMを用いて観察した。その結果を表2に示す。
Next, each of the prepared three types of carriers was observed using a TEM. The results are shown in Table 2.

表2に示すように、TEM観察の結果、界面活性剤の種類によって、中空糸状のシリカ構造体12が有する細孔12aの大きさが異なることが確認された。
以上の結果から、シリカ源溶液に含まれる界面活性剤の種類のよって、シリカ構造体12が有する細孔12aの大きさを制御できることが分かった。
As shown in Table 2, as a result of TEM observation, it was confirmed that the size of the pores 12a of the hollow fiber silica structure 12 was different depending on the type of the surfactant.
From the above results, it was found that the size of the pores 12a of the silica structure 12 can be controlled depending on the type of surfactant contained in the silica source solution.

<実施例5>
実施例5では、担体10に、反応物質20として生体触媒(具体的には、ホルムアルデヒド脱水素酵素)を固定して反応物質複合体1を作製し、その反応物質複合体1について評価した。
<Example 5>
In Example 5, a reactant complex 1 was prepared by immobilizing a biocatalyst (specifically, formaldehyde dehydrogenase) as the reactant 20 on the carrier 10, and the reactant complex 1 was evaluated.

まず、実施例1と同様の方法で、担体10を作製した。
次いで、ホルムアルデヒド脱水素酵素を、リン酸バッファ(pH7.4)に溶解させて、ホルムアルデヒド脱水素酵素濃度が1.2mg/mLの酵素溶液を調製した。
次いで、作製した担体10の一方の面に、調製した酵素溶液2.5mLを滴下して、3℃で一晩静置した。
次いで、酵素溶液が滴下された担体10を、5mLの脱イオン水で3回洗浄して、陽極酸化アルミナ基板の表面や担体10中の拡散領域A2内の酵素を洗い流すことによって、反応物質複合体1を作製した。
First, the carrier 10 was produced in the same manner as in Example 1.
Next, formaldehyde dehydrogenase was dissolved in phosphate buffer (pH 7.4) to prepare an enzyme solution having a formaldehyde dehydrogenase concentration of 1.2 mg / mL.
Next, 2.5 mL of the prepared enzyme solution was dropped on one surface of the produced carrier 10 and allowed to stand overnight at 3 ° C.
Next, the carrier 10 to which the enzyme solution is dropped is washed three times with 5 mL of deionized water, and the enzyme in the diffusion region A2 in the surface of the anodized alumina substrate or the carrier 10 is washed away, whereby the reactant complex 1 was produced.

次に、TG−DTA(熱重量示差熱同時分析計)を用いて、作製した反応物質複合体1における酵素固定量を測定した。
その結果、1gの担体10に対して、2.0mgのホルムアルデヒド脱水素酵素が固定されていることが確認された。
Next, the amount of enzyme immobilized in the produced reactant complex 1 was measured using TG-DTA (thermogravimetric differential thermal analyzer).
As a result, it was confirmed that 2.0 mg of formaldehyde dehydrogenase was immobilized on 1 g of the carrier 10.

<実施例6>
実施例6では、特定物質(具体的には、ホルムアルデヒド)を含有する特定物質溶液を用いて、実施例5で作製した反応物質複合体1について評価した。
具体的には、ホルムアルデヒドをギ酸に酸化する反応(HCHO + NAD + 3HO ―(ホルムアルデヒド脱水素酵素)→ HCOO + NADH + 2H)を利用して(すなわち、NAD(酸化型)の還元によって生じるNADH(還元型)に特徴的な波長340nmを選び、その吸光度の変化から、生成したNADH濃度を求めることによって)、実施例5で作製した反応物質複合体1が備えるホルムアルデヒド脱水素酵素の活性を測定した。
<Example 6>
In Example 6, the reactant complex 1 produced in Example 5 was evaluated using a specific substance solution containing a specific substance (specifically, formaldehyde).
Specifically, a reaction for oxidizing formaldehyde to formic acid (HCHO + NAD + + 3H 2 O − (formaldehyde dehydrogenase) → HCOO + NADH + 2H 3 O + ) (ie, NAD + (oxidation) Formaldehyde) provided in the reactant complex 1 produced in Example 5) by selecting a wavelength 340 nm characteristic of NADH (reduced type) generated by the reduction of the type) and determining the concentration of the produced NADH from the change in absorbance thereof. Dehydrogenase activity was measured.

まず、実施例5で作製した反応物質複合体1を粉砕したもの1.0gを、3.0mLのリン酸バッファ(pH7.4)に加えた。
次いで、これに、補酵素(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD))12mgと、ホルムアルデヒド濃度が0.3%のホルムアルデヒド水溶液300μLと、添加して25℃で静置した。
次いで、この反応物質複合体1を粉砕したものが加えられた特定物質溶液の上澄みを600μL採取し、400μLのリン酸バッファ(pH7.4)と混合して、試料(実施例6用の試料)を作製した。
First, 1.0 g of pulverized reactant complex 1 prepared in Example 5 was added to 3.0 mL of phosphate buffer (pH 7.4).
Next, 12 mg of coenzyme (nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + )) and 300 μL of a formaldehyde aqueous solution having a formaldehyde concentration of 0.3% were added thereto, and the mixture was allowed to stand at 25 ° C.
Next, 600 μL of the supernatant of the specific substance solution added with the pulverized reactant complex 1 was collected and mixed with 400 μL of a phosphate buffer (pH 7.4) to obtain a sample (sample for Example 6). Was made.

次に、吸光光度計を用いて、作製した実施例6用の試料の340nmにおける吸収を測定した。その結果を図6に示す。   Next, the absorption at 340 nm of the produced sample for Example 6 was measured using an absorptiometer. The result is shown in FIG.

比較例1として、遊離酵素でも同様の測定を行った。
具体的には、反応物質複合体1を粉砕したもの1.0gに代えて、ホルムアルデヒド脱水素酵素2.0mgを用いて、実施例6と同様の方法で、試料(比較例1用の試料)を作製した。
次に、吸光光度計を用いて、作製した比較例1用の試料の340nmにおける吸収を測定した。その結果も図6に示す。
As Comparative Example 1, the same measurement was performed with a free enzyme.
Specifically, a sample (sample for Comparative Example 1) was prepared in the same manner as in Example 6 using 2.0 mg of formaldehyde dehydrogenase instead of 1.0 g of the pulverized reactant complex 1. Was made.
Next, the absorption at 340 nm of the prepared sample for Comparative Example 1 was measured using an absorptiometer. The result is also shown in FIG.

図6においては、横軸に反応時間(すなわち、ホルムアルデヒド水溶液を添加してからの経過時間)、縦軸に測定された340nmの吸光度を示す。また、丸プロット(○)は実施例6の結果、三角プロット(△)は比較例1の結果を示す。   In FIG. 6, the horizontal axis indicates the reaction time (that is, the elapsed time since the addition of the aqueous formaldehyde solution), and the vertical axis indicates the absorbance at 340 nm. Further, the circle plot (◯) shows the result of Example 6, and the triangle plot (Δ) shows the result of Comparative Example 1.

図6に示すように、吸光度測定の結果、実施例6の固定化酵素(すなわち、実施例5で作製した反応物質複合体1が備える酵素)は、アスペクト比の高いシリカ構造体12内に固定されているにも関わらず、比較例1の遊離酵素と同等の反応速度及び酵素活性を有することが分かった。
以上の結果から、本発明の担体10は、担持した反応物質20によって、遊離酵素と同等の反応速度での反応を実現できることが分かった。
As shown in FIG. 6, as a result of the absorbance measurement, the immobilized enzyme of Example 6 (that is, the enzyme included in the reactant complex 1 prepared in Example 5) is immobilized in the silica structure 12 having a high aspect ratio. Nevertheless, it was found to have a reaction rate and enzyme activity equivalent to those of the free enzyme of Comparative Example 1.
From the above results, it was found that the carrier 10 of the present invention can realize a reaction at a reaction rate equivalent to that of the free enzyme by the supported reactant 20.

<実施例7>
実施例7では、特定物質(具体的には、ホルムアルデヒド)を含有する特定物質ガスを用いて、実施例5で作製した反応物質複合体1について評価した。
<Example 7>
In Example 7, the reactive substance complex 1 produced in Example 5 was evaluated using a specific substance gas containing a specific substance (specifically, formaldehyde).

まず、図7〜図9に示すガス検出用の酵素センサSを作成した。
図7は、酵素センサSの平面斜視図であり、図8は、図7におけるVIII−VIII線における断面を模式的に示す図であり、図9は、図7におけるIX−IX線における断面を模式的に示す図である。
酵素センサSは、反応物質複合体1が備える反応物質20の特性を利用して気体試料(特定物質ガス)中の特定物質を電気化学的計測法によって検出するセンサである。具体的には、酵素センサSは、例えば、図7〜図9に示すように、センサヘッドS1と、反応物質複合体1と、を備えて構成される。
First, the enzyme sensor S for gas detection shown in FIGS.
7 is a plan perspective view of the enzyme sensor S, FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross section taken along line VIII-VIII in FIG. 7, and FIG. 9 is a cross section taken along line IX-IX in FIG. It is a figure shown typically.
The enzyme sensor S is a sensor that detects a specific substance in a gas sample (specific substance gas) by an electrochemical measurement method using the characteristics of the reactive substance 20 included in the reactive substance complex 1. Specifically, the enzyme sensor S includes, for example, a sensor head S1 and a reactant complex 1 as shown in FIGS.

センサヘッドS1は、下側本体部S11と、下側本体部S11上に配置された上側本体部S12と、下側本体部S11と上側本体部S12との間に配置された電極部S13と、センサヘッドS1内に形成された液相部S14及び気相部S15と、液相部S14と気相部S15とを隔てるガス透過膜S16と、等を備えて構成される。
電極部S13は、作用電極S13aと、対電極13bと、参照電極S13cと、等を備えている。
また、液相部S14は、液相部S14に溶液を導入するための溶液導入口S14aと、液相部S14に導入された溶液を排出するための溶液排出口S14bと、等を備えている。
また、気相部S15は、気相部S15に特定物質ガスを導入するためのガス導入口S15aと、気相部S15に導入された特定物質ガスを排出するためのガス排出口S15bと、等を備えている。
The sensor head S1 includes a lower body portion S11, an upper body portion S12 disposed on the lower body portion S11, an electrode portion S13 disposed between the lower body portion S11 and the upper body portion S12, A liquid phase part S14 and a gas phase part S15 formed in the sensor head S1, a gas permeable film S16 separating the liquid phase part S14 and the gas phase part S15, and the like are provided.
The electrode part S13 includes a working electrode S13a, a counter electrode 13b, a reference electrode S13c, and the like.
The liquid phase part S14 includes a solution introduction port S14a for introducing the solution into the liquid phase part S14, a solution discharge port S14b for discharging the solution introduced into the liquid phase part S14, and the like. .
The gas phase section S15 includes a gas inlet S15a for introducing the specific substance gas into the gas phase section S15, a gas outlet S15b for discharging the specific substance gas introduced into the gas phase section S15, and the like. It has.

反応物質複合体1は、液相部S14内における、電極部S13とガス透過膜S16との間に、基材11が有する貫通孔11aの貫通方向が電極部S13の上面に対して略直交するように配置されている。
ここで、気相部S15に導入された特定物質ガス中の特定物質は、ガス透過膜S16を透過して、液相部S14へと移行し、液相部S14内に配置された反応物質複合体1中の拡散領域A2を拡散して、反応物質複合体1中の固定領域A1に固定された反応物質20と接触するようになっている。そして、当該接触によって生成された生成物は、反応物質複合体1中の拡散領域A2を拡散して、反応物質複合体1の外部(電極部S13)へと移行するようになっている。
すなわち、ガス透過膜S16を透過した特定物質が、固定領域A1に固定された反応物質20と接触するまでの移動距離(拡散距離)と、当該接触によって生成された生成物が、電極部S13に到達するまでの移動距離(拡散距離)と、がより短くなるように、反応物質複合体1を、液相部S14内に配置した。
In the reactant complex 1, the penetration direction of the through hole 11 a of the base material 11 is substantially orthogonal to the upper surface of the electrode part S 13 between the electrode part S 13 and the gas permeable film S 16 in the liquid phase part S 14. Are arranged as follows.
Here, the specific substance in the specific substance gas introduced into the gas phase part S15 permeates the gas permeable membrane S16, moves to the liquid phase part S14, and is a reactant composite disposed in the liquid phase part S14. The diffusion region A2 in the body 1 is diffused to come into contact with the reactant 20 fixed in the fixed region A1 in the reactant complex 1. And the product produced | generated by the said contact diffuses the diffusion area | region A2 in the reactive substance complex 1, and transfers to the exterior (electrode part S13) of the reactive substance complex 1. FIG.
That is, the movement distance (diffusion distance) until the specific substance that has passed through the gas permeable membrane S16 comes into contact with the reactive substance 20 fixed in the fixing region A1, and the product generated by the contact are transferred to the electrode part S13. The reactant complex 1 was placed in the liquid phase part S14 so that the travel distance (diffusion distance) until it reached was shorter.

なお、酵素センサSは、例えば、室温(25℃)で、参照電極S13aに対して作用電極S13cに所定の電圧(例えば、+600mVの電圧)を印加し、アンペロメトリー法による電流計測によって、酵素センサSからの応答電流を計測することにより、特定物質ガス中の特定物質を検出するようになっている。
また、例えば、濃度と応答電流との関係を示す検量線を予め作成しておくと、酵素センサSからの応答電流に基づいて、特定物質ガスの特定物質濃度も測定することができる。
The enzyme sensor S applies a predetermined voltage (for example, a voltage of +600 mV) to the working electrode S13c with respect to the reference electrode S13a at room temperature (25 ° C.), for example, and measures the enzyme by measuring the current by amperometry By measuring the response current from the sensor S, the specific substance in the specific substance gas is detected.
For example, if a calibration curve indicating the relationship between the concentration and the response current is prepared in advance, the specific substance concentration of the specific substance gas can be measured based on the response current from the enzyme sensor S.

次に、NAD12mgを、3mLのリン酸バッファ(pH7.4)に溶解させて、液相部S14を満たすための電解液を調製した。
次いで、調製した電解液を、溶液導入口S14aから液相部S14内へと導入し、溶液排出口S14bから漏れ出すまで導入し続けることによって、反応物質複合体1が配置された液相部S14内を当該電解液で満たした。
Next, 12 mg of NAD + was dissolved in 3 mL of phosphate buffer (pH 7.4) to prepare an electrolytic solution for filling the liquid phase part S14.
Next, the prepared electrolytic solution is introduced from the solution introduction port S14a into the liquid phase portion S14 and continued to be introduced until it leaks out from the solution discharge port S14b, whereby the liquid phase portion S14 in which the reactant complex 1 is disposed. The inside was filled with the electrolyte solution.

次に、酵素センサSからの応答電流の計測を開始し、当該計測の開始から約6000秒経過後に、気相部S15内への特定物質ガスの導入を開始した。特定物質ガスとしては、ホルムアルデヒド濃度が100ppbのホルムアルデヒドガス(HCHOガス)を使用した。
次いで、当該計測の開始から約13000秒経過後に、特定物質ガスの導入を停止し、当該計測の開始から約16000秒経過後に、当該計測を終了した。その計測結果を図10に示す。
Next, measurement of the response current from the enzyme sensor S was started, and introduction of the specific substance gas into the gas phase S15 was started after about 6000 seconds had elapsed from the start of the measurement. As the specific substance gas, formaldehyde gas (HCHO gas) having a formaldehyde concentration of 100 ppb was used.
Next, the introduction of the specific substance gas was stopped after about 13,000 seconds from the start of the measurement, and the measurement was completed after about 16000 seconds from the start of the measurement. The measurement results are shown in FIG.

比較例2として、遊離酵素でも同様の測定を行った。
具体的には、まず、酵素センサSから反応物質複合体1を取り除いたもの(すなわち、センサヘッドS1)を用意した。
次いで、実施例7と同様の方法で調製した電解液(液相部S14を満たすための電解液)に、ホルムアルデヒド脱水素酵素を加えて、ホルムアルデヒド脱水素酵素濃度が12mg/ccの酵素溶液を調製した。
次いで、調製した酵素溶液で、センサヘッドS1が備える液相部S14内を満たすことによって、比較例2のセンサ(遊離酵素センサ)を作製した。
次いで、実施例7と同様の方法で、ホルムアルデヒド濃度が100ppbのホルムアルデヒドガスを導入した際の、遊離酵素センサからの応答電流を計測した。その計測結果も図10に示す。
As Comparative Example 2, the same measurement was performed with a free enzyme.
Specifically, first, a product obtained by removing the reactant complex 1 from the enzyme sensor S (that is, the sensor head S1) was prepared.
Next, formaldehyde dehydrogenase is added to the electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 7 (electrolyte solution for filling the liquid phase part S14) to prepare an enzyme solution having a formaldehyde dehydrogenase concentration of 12 mg / cc. did.
Next, the sensor (free enzyme sensor) of Comparative Example 2 was produced by filling the liquid phase portion S14 included in the sensor head S1 with the prepared enzyme solution.
Next, the response current from the free enzyme sensor when formaldehyde gas having a formaldehyde concentration of 100 ppb was introduced by the same method as in Example 7 was measured. The measurement results are also shown in FIG.

また、比較例3として、従来のシリカ系メソ多孔体であるFSMに固定されたFSM固定化酵素でも同様の計測を行った。
ここで、FSMは、従来のシリカ系メソ多孔体であるため、例えば、図11に示すシリカ系メソ多孔体のように、固定領域A1と拡散領域A2とが分離されていない。また、図11に示すシリカ系メソ多孔体は、細孔の配向が一方向に方向制御されているが、FSMは、細孔の配向がランダムで方向制御されていない。
具体的には、まず、反応物質複合体1に代えて、ホルムアルデヒド脱水素酵素が担持されたFSMをセンサヘッドS1の電極部S13とガス透過膜S16との間に配置することによって、比較例3のセンサ(FSM固定化酵素センサ)を作製した。
次いで、実施例7と同様の方法で調製した電解液(液相部S14を満たすための電解液)で、FSM固定化酵素センサが備える液相部S14内を満たした。
次いで、実施例7と同様の方法で、ホルムアルデヒド濃度が100ppbのホルムアルデヒドガスを導入した際の、FSM固定化酵素センサからの応答電流を計測した。その計測結果も図10に示す。
Further, as Comparative Example 3, the same measurement was performed with an FSM-immobilized enzyme immobilized on FSM, which is a conventional silica-based mesoporous material.
Here, since the FSM is a conventional silica-based mesoporous material, the fixed region A1 and the diffusion region A2 are not separated, for example, unlike the silica-based mesoporous material shown in FIG. Further, in the silica-based mesoporous material shown in FIG. 11, the orientation of the pores is controlled in one direction, but in the FSM, the orientation of the pores is random and the direction is not controlled.
Specifically, first, instead of the reactant complex 1, an FSM carrying formaldehyde dehydrogenase is disposed between the electrode part S13 of the sensor head S1 and the gas permeable membrane S16, so that the comparative example 3 Sensor (FSM immobilized enzyme sensor) was prepared.
Next, the inside of the liquid phase portion S14 included in the FSM-immobilized enzyme sensor was filled with an electrolytic solution prepared in the same manner as in Example 7 (electrolytic solution for filling the liquid phase portion S14).
Next, in the same manner as in Example 7, the response current from the FSM-immobilized enzyme sensor when formaldehyde gas having a formaldehyde concentration of 100 ppb was introduced was measured. The measurement results are also shown in FIG.

図10においては、横軸に応答電流の計測開始からの経過時間、縦軸に計測された応答電流を示す。また、実線は実施例7の結果、一点鎖線は比較例2の結果、破線は比較例3の結果を示す。   In FIG. 10, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of response current measurement, and the vertical axis represents the measured response current. The solid line shows the result of Example 7, the alternate long and short dash line shows the result of Comparative Example 2, and the broken line shows the result of Comparative Example 3.

図10に示すように、応答電流計測の結果、実施例7の酵素センサSにおいては、酵素がアスペクト比の高いシリカ構造体12内に固定されているにも関わらず、応答の立ち上がりが、比較例2の遊離酵素センサと同等であることが分かった。すなわち、担体10には空洞状態の拡散領域A2が存在するため、担体10内での特定物質や生成物の拡散性は、溶液中での拡散性と同程度に良好であることが分かった。
また、実施例7の酵素センサSにおいては、実施例5で作製した反応物質複合体1が備える酵素は担体10に高密度に固定されているため、飽和電流が、比較例2の遊離酵素センサよりも大きくなることが分かった。
その一方で、比較例3のFSM固定化酵素センサにおいては、応答の立ち上がりが、比較例2の遊離酵素センサよりも鈍いことが分かった。これは、固定領域A1と拡散領域A2とが分離されておらず、かつ、細孔の配向がランダムな担体(FSM)に酵素が固定されているためであると考えられる。
以上の結果から、本発明の担体10は、担持した反応物質20によって、従来の担体(従来のシリカ系メソ多孔体)よりも高速での反応を実現できることが分かった。
As shown in FIG. 10, as a result of the response current measurement, in the enzyme sensor S of Example 7, the rise of the response was compared even though the enzyme was fixed in the silica structure 12 having a high aspect ratio. It was found to be equivalent to the free enzyme sensor of Example 2. That is, since the carrier 10 has the diffusion region A2 in the hollow state, it has been found that the diffusibility of the specific substance or product in the carrier 10 is as good as the diffusivity in the solution.
In the enzyme sensor S of Example 7, the enzyme included in the reactant complex 1 prepared in Example 5 is fixed to the carrier 10 at a high density, so that the saturation current is the free enzyme sensor of Comparative Example 2. It turned out to be bigger.
On the other hand, it was found that in the FSM-immobilized enzyme sensor of Comparative Example 3, the rise in response was slower than that of the free enzyme sensor of Comparative Example 2. This is presumably because the fixed region A1 and the diffusion region A2 are not separated and the enzyme is fixed to a carrier (FSM) with random pore orientation.
From the above results, it was found that the carrier 10 of the present invention can realize a reaction at a higher speed than the conventional carrier (conventional silica-based mesoporous material) by the supported reactant 20.

以上説明した本発明の担体10及び担体10を備える反応物質複合体1によれば、担体10は、互いに平行な複数の貫通孔11aを有する基材11と、貫通孔11a内に当該貫通孔11aの内壁11a1に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体12と、を備え、シリカ構造体12は、ナノメートルオーダーの大きさの細孔12aを壁面に複数有し、反応物質20は、細孔12aの内部に固定される。
したがって、シリカ構造体12の壁面部分が、反応物質20が固定される固定領域A1となって、シリカ構造体12の中空部分が、特定物質や生成物が拡散する拡散領域A2となる。すなわち、シリカ構造体12は、固定領域A1と拡散領域A2とが分離した構造になっているため、分子量の大きな反応物質20が固定された場合であっても、シリカ構造体12のアスペクト比(シリカ構造体12(拡散領域A2)の長さ/シリカ構造体12の外径)が高い場合であっても、担体10には空洞状態の拡散領域A2が存在するため、担体10内での特定物質や生成物の拡散性は、溶液中での拡散性と同程度に良好であり、担持した反応物質20によって、より高速での反応を実現することができる。
また、基材11は、互いに平行な複数の貫通孔11aを有しているため、反応物質複合体1を、例えば、実施例7で示したように配置することによって、特定物質が、固定領域A1に固定された反応物質20と接触するまでの移動距離と、当該接触によって生成された生成物が、検出素子(例えば、電極部S13)に到達するまでの移動距離と、をより短くすることができる。したがって、貫通孔11aの配向がランダムな基材を使用する場合と比較して、より高速での反応を実現することができる。
According to the carrier 10 of the present invention described above and the reactant complex 1 including the carrier 10, the carrier 10 includes a substrate 11 having a plurality of through-holes 11 a parallel to each other, and the through-hole 11 a in the through-hole 11 a. A hollow fiber-like silica structure 12 formed along the inner wall 11a1, and the silica structure 12 has a plurality of nanometer-order pores 12a on the wall surface. It is fixed inside the hole 12a.
Therefore, the wall surface portion of the silica structure 12 becomes the fixed region A1 where the reactant 20 is fixed, and the hollow portion of the silica structure 12 becomes the diffusion region A2 where the specific substance or product diffuses. That is, since the silica structure 12 has a structure in which the fixing region A1 and the diffusion region A2 are separated, even when the reactant 20 having a large molecular weight is fixed, the aspect ratio ( Even when the silica structure 12 (the length of the diffusion region A2) / the outer diameter of the silica structure 12) is high, the carrier 10 includes the diffusion region A2 in a hollow state. The diffusibility of the substance or product is as good as the diffusivity in the solution, and the reaction material 20 supported can realize a reaction at a higher speed.
Moreover, since the base material 11 has a plurality of through-holes 11a parallel to each other, the specific substance is fixed to the fixed region by arranging the reactant complex 1 as shown in Example 7, for example. The movement distance until the contact with the reactant 20 fixed on A1 and the movement distance until the product generated by the contact reaches the detection element (for example, the electrode part S13) are further shortened. Can do. Therefore, the reaction at a higher speed can be realized as compared with the case of using a base material in which the orientation of the through holes 11a is random.

また、以上説明した本発明の担体10及び担体10を備える反応物質複合体1によれば、基材11は、アルミニウムを含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板であり、貫通孔11aは、陽極酸化によって形成された孔である。
したがって、基材11は、互いに平行な複数の貫通孔11aが容易かつ確実に形成されているとともに、強度や安定性が高いため、基材として好適である。
Further, according to the carrier 10 of the present invention described above and the reactant composite 1 including the carrier 10, the base material 11 is an anodized alumina substrate obtained by anodizing a substrate containing aluminum, and the through hole 11a. Are holes formed by anodization.
Therefore, the base material 11 is suitable as a base material because a plurality of through holes 11a parallel to each other are easily and surely formed and the strength and stability are high.

また、以上説明した本発明の担体10及び担体10を備える反応物質複合体1によれば、反応物質20は生体触媒であり、細孔12aの大きさは、当該生体触媒のサイズの0.5〜2.0倍である。
すなわち、シリカ構造体12が有する細孔12aの内部に、タンパク質等の生体触媒をしっかりと固定することができるため、生体触媒の立体構造の変化を防止することができる。さらに、シリカ構造体12が有する細孔12aの内部に生体触媒をしっかりと固定することで、生体触媒は適度に分散された状態に維持されるため、生体触媒が凝集を起こして失活する等を防止することができる。また、シリカ構造体12は多孔質であり、比表面積が非常に大きい。したがって、シリカ構造体12を用いると、シリカ構造体12よりも比表面積が小さい担体を用いる場合と比較して、より大きな固定量でより高濃度に反応物質20を固定することができる。
したがって、反応物質複合体1は、長寿命で、優れた安定性を有するものとなり、また、反応物質複合体1を適用したセンサやリアクターは、長寿命で、優れた安定性や感度を有するものとなって、好適である。
Further, according to the carrier 10 of the present invention described above and the reactant composite 1 including the carrier 10, the reactant 20 is a biocatalyst, and the size of the pores 12a is 0.5 of the size of the biocatalyst. ~ 2.0 times.
That is, since a biocatalyst such as a protein can be firmly fixed inside the pores 12a of the silica structure 12, a change in the three-dimensional structure of the biocatalyst can be prevented. Further, by firmly fixing the biocatalyst inside the pores 12a of the silica structure 12, the biocatalyst is maintained in a moderately dispersed state, and thus the biocatalyst is aggregated and deactivated. Can be prevented. The silica structure 12 is porous and has a very large specific surface area. Therefore, when the silica structure 12 is used, the reactant 20 can be fixed at a higher concentration with a larger fixing amount than when a carrier having a specific surface area smaller than that of the silica structure 12 is used.
Therefore, the reactant complex 1 has a long lifetime and excellent stability, and the sensor and reactor to which the reactant complex 1 is applied have a long lifetime and excellent stability and sensitivity. This is suitable.

また、以上説明した本発明の担体10の製造方法によれば、基材11が有する貫通孔11aの内壁11a1に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、シリカ層から界面活性剤を除去して、シリカ構造体12を形成するシリカ構造体形成ステップと、を備えている。そして、シリカ層形成ステップは、界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で貫通孔11a内に吸引導入する吸引導入ステップと、貫通孔11a内に導入された界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で吸引乾燥させる吸引乾燥ステップと、を備え、シリカ構造体形成ステップでは、シリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から界面活性剤を除去するようになっている。
すなわち、担持した反応物質20によって、より高速で高感度な反応を実現することができる担体10を、簡易な方法で製造することができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the support | carrier 10 of this invention demonstrated above, the silica layer formation step which forms the silica layer containing a predetermined surfactant on the inner wall 11a1 of the through-hole 11a which the base material 11 has, and a silica layer And a silica structure forming step of forming a silica structure 12 by removing the surfactant. The silica layer forming step includes a suction introduction step of sucking and introducing a silica source solution containing a surfactant into the through-hole 11a at a predetermined suction speed, and a silica source containing the surfactant introduced into the through-hole 11a. A suction drying step of sucking and drying the solution at a predetermined suction speed. In the silica structure forming step, the silica layer is baked to remove the surfactant from the silica layer.
That is, the carrier 10 capable of realizing a faster and more sensitive reaction with the supported reactant 20 can be produced by a simple method.

なお、本発明は、上記した実施の形態のものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof.

シリカ構造体12が有する細孔12aの貫通方向は、基材11が有する貫通孔11aの貫通方向に対して略垂直に限ることはなく、細孔12aが中空糸状のシリカ構造体12の内壁面12bから外壁面12cにかけて貫通しているのであれば任意である。
また、シリカ構造体12が有する穴部は、シリカ構造体12の内壁面12bから外壁面12cにかけて貫通する細孔12aに限ることはなく、例えば、シリカ構造体12の内壁面12bに形成された凹部(すなわち、内壁面12b側が開口して外壁面12c側が閉口した穴)であっても良い。
The penetration direction of the pores 12a of the silica structure 12 is not limited to being substantially perpendicular to the penetration direction of the through holes 11a of the substrate 11, and the inner wall surface of the silica structure 12 having the hollow fiber shape of the pores 12a. It is optional as long as it penetrates from 12b to the outer wall surface 12c.
Moreover, the hole part which the silica structure 12 has is not restricted to the pore 12a which penetrates from the inner wall surface 12b of the silica structure 12 to the outer wall surface 12c, For example, it was formed in the inner wall surface 12b of the silica structure 12. A concave portion (that is, a hole opened on the inner wall surface 12b side and closed on the outer wall surface 12c side) may be used.

担体10の製造方法において、シリカ層形成ステップは、吸引導入ステップと吸引乾燥ステップとを備えるものに限ることはなく、貫通孔11aの内壁11a1に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成することができるのであれば任意である。
また、担体10の製造方法において、界面活性剤除去の手法は、焼成法に限ることはなく、界面活性剤を除去できるのであれば、例えば、溶媒抽出法であっても良い。
In the method for manufacturing the carrier 10, the silica layer forming step is not limited to the suction introducing step and the suction drying step, and a silica layer containing a predetermined surfactant is formed on the inner wall 11 a 1 of the through hole 11 a. It is optional if it can.
In the method for producing the carrier 10, the method for removing the surfactant is not limited to the firing method, and may be, for example, a solvent extraction method as long as the surfactant can be removed.

反応物質複合体1の製造方法において、製造された担体10を、反応物質20を含む反応物質溶液に浸漬させて、担体10に反応物質20を吸着固定させることによって、担体10に反応物質20を担持させるようにしたが、反応物質20の固定化の方法は、浸漬法に限ることはなく、例えば、シリカ構造体12の表面に予め所定の官能基を導入して反応物質20を化学修飾しても良いし、導電性高分子、グルタルアルデヒド、光架橋性樹脂等を用いた公知の固定化方法を用いても良いし、或いは、これらの固定化法を併用しても良い。   In the method for producing the reactant complex 1, the produced carrier 10 is immersed in a reactant solution containing the reactant 20, and the reactant 20 is adsorbed and fixed on the carrier 10. Although the method of immobilizing the reactant 20 is not limited to the immersion method, for example, a predetermined functional group is introduced in advance on the surface of the silica structure 12 to chemically modify the reactant 20. Alternatively, a known immobilization method using a conductive polymer, glutaraldehyde, a photocrosslinkable resin, or the like may be used, or these immobilization methods may be used in combination.

反応物質複合体1の製造方法において、製造された担体10を、反応物質20を含む反応物質溶液に浸漬させて、担体10に反応物質20を吸着固定させることによって、担体10に反応物質20を担持させるようにしたが、これに限ることはなく、担体10に反応物質20を担持させることができるのであれば、担体10の製造方法や反応物質複合体1の製造方法は任意である。
具体的には、反応物質20が酸化触媒である場合、例えば、製造した担体10を金属アルコキシド等の溶液に浸漬して加水分解することで、シリカ構造体12に表面被覆を施し、その後、焼成することによって、金属粒子の酸化(酸化触媒の生成)を行い、反応物質複合体1を製造することができる。或は、例えば、界面活性剤と、シリカ源と、ルテニウムやマンガン、鉄、チタンなどの金属粒子と、を含む溶液を、所定の吸引速度で、基材11が有する貫通孔11a内に吸引導入して、吸引乾燥した後、焼成することによって、シリカ層からの界面活性剤の除去と、金属粒子の酸化(酸化触媒の生成)と、を同時に行い、反応物質複合体1を製造するようにしても良い。
In the method for producing the reactant complex 1, the produced carrier 10 is immersed in a reactant solution containing the reactant 20, and the reactant 20 is adsorbed and fixed on the carrier 10. However, the present invention is not limited to this, and any method for producing the carrier 10 and any method for producing the reactant complex 1 can be used as long as the reactant 20 can be carried on the carrier 10.
Specifically, when the reactant 20 is an oxidation catalyst, for example, the manufactured support 10 is immersed in a solution of metal alkoxide and hydrolyzed to apply a surface coating to the silica structure 12, and then fired. By doing so, oxidation of metal particles (generation of an oxidation catalyst) can be performed, and the reactant composite 1 can be manufactured. Alternatively, for example, a solution containing a surfactant, a silica source, and metal particles such as ruthenium, manganese, iron, and titanium is sucked and introduced into the through hole 11a of the substrate 11 at a predetermined suction speed. Then, after drying by suction, firing is performed to simultaneously remove the surfactant from the silica layer and oxidize the metal particles (generate an oxidation catalyst) to produce the reactant composite 1. May be.

基材11は、陽極酸化アルミナ基板等の金属酸化物基板に限ることはなく、互いに平行な複数の貫通孔11aを有する基板であれば任意である。
具体的には、例えば、ナノレベルの周期的な円柱構造をテンプレートとして用いて、高分子ポリマー、金属、セラミックス等の薄膜へ転写することによって、互いに平行な複数の貫通孔11aを有する基板11を作製することもできる。
The base material 11 is not limited to a metal oxide substrate such as an anodized alumina substrate, and may be any substrate as long as it has a plurality of through holes 11a parallel to each other.
Specifically, for example, a substrate 11 having a plurality of through-holes 11a parallel to each other is transferred by transferring to a thin film such as a polymer, metal, or ceramic using a periodic cylindrical structure at a nano level as a template. It can also be produced.

本発明の担体の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the support | carrier of this invention. 本発明の反応物質複合体の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the reaction material complex of this invention. 本発明の反応物質複合体の要部構成を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the principal part structure of the reactant composite of this invention. 実施例1でのSEM観察の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of SEM observation in Example 1. 実施例1でのTEM観察の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of TEM observation in Example 1. 実施例6での吸光度測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the light absorbency measurement in Example 6. 実施例7で作製したガス検出用の酵素センサの平面斜視図である。10 is a plan perspective view of an enzyme sensor for gas detection produced in Example 7. FIG. 図7におけるVIII−VIII線における断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section in the VIII-VIII line in FIG. 図7におけるIX−IX線における断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section in the IX-IX line in FIG. 実施例7での応答電流計測の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the response current measurement in Example 7. 従来の担体の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the conventional support | carrier.

符号の説明Explanation of symbols

1 反応物質複合体
11 基材
11a 貫通孔
11a1 内壁
12 シリカ構造体
12a 細孔(穴部)
12b 内壁面
10 担体
20 反応物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactive material complex 11 Base material 11a Through-hole 11a1 Inner wall 12 Silica structure 12a Pore (hole)
12b inner wall surface 10 carrier 20 reactant

Claims (6)

特定物質と選択的に反応する反応物質を担持する担体において、
互いに平行な複数の貫通孔を有する基材と、
前記貫通孔内に当該貫通孔の内壁に沿って形成された中空糸状のシリカ構造体と、
を備え、
前記シリカ構造体は、ナノメートルオーダーの大きさの穴部を内壁面に複数有し、
前記穴部の内部に前記反応物質が固定されることを特徴とする担体。
In a carrier carrying a reactive substance that selectively reacts with a specific substance,
A substrate having a plurality of through holes parallel to each other;
A hollow fiber-like silica structure formed in the through hole along the inner wall of the through hole;
With
The silica structure has a plurality of holes in the order of nanometers on the inner wall surface,
The carrier, wherein the reactant is fixed inside the hole.
請求項1に記載の担体において、
前記基材は、アルミニウムを含む基板を陽極酸化して得た陽極酸化アルミナ基板であり、
前記貫通孔は、前記陽極酸化によって形成された孔であることを特徴とする担体。
The carrier according to claim 1,
The base material is an anodized alumina substrate obtained by anodizing a substrate containing aluminum,
The carrier, wherein the through hole is a hole formed by the anodic oxidation.
請求項1又は2に記載の担体において、
前記反応物質は生体触媒であり、前記穴部の大きさは、当該生体触媒のサイズの0.5〜2.0倍であることを特徴とする担体。
The carrier according to claim 1 or 2,
The reaction material is a biocatalyst, and the size of the hole is 0.5 to 2.0 times the size of the biocatalyst.
請求項1〜3の何れか一項に記載の担体と、
前記担体に担持された前記反応物質と、
を備えることを特徴とする反応物質複合体。
The carrier according to any one of claims 1 to 3,
The reactants supported on the carrier;
A reactant complex comprising:
請求項1〜3の何れか一項に記載の担体の製造方法において、
前記貫通孔の内壁に、所定の界面活性剤を含むシリカ層を形成するシリカ層形成ステップと、
前記シリカ層から前記界面活性剤を除去して、前記シリカ構造体を形成するシリカ構造体形成ステップと、
を備えることを特徴とする担体の製造方法。
In the manufacturing method of the carrier according to any one of claims 1 to 3,
A silica layer forming step of forming a silica layer containing a predetermined surfactant on the inner wall of the through hole;
A silica structure forming step of removing the surfactant from the silica layer to form the silica structure;
A method for producing a carrier comprising the steps of:
請求項5に記載の担体の製造方法において、
前記シリカ層形成ステップは、
前記界面活性剤を含むシリカ源溶液を所定の吸引速度で前記貫通孔内に吸引導入する吸引導入ステップと、
前記貫通孔内に導入された前記シリカ源溶液を所定の吸引速度で吸引乾燥させる吸引乾燥ステップと、
を備え、
前記シリカ構造体形成ステップは、前記シリカ層を焼成することによって、当該シリカ層から前記界面活性剤を除去することを特徴とする担体の製造方法。
In the manufacturing method of the support | carrier of Claim 5,
The silica layer forming step includes
A suction introduction step of sucking and introducing the silica source solution containing the surfactant into the through hole at a predetermined suction speed;
A suction drying step of sucking and drying the silica source solution introduced into the through hole at a predetermined suction speed;
With
The silica structure forming step includes removing the surfactant from the silica layer by firing the silica layer.
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