结合铁氧体的有机物及其制备方法

专利名称：结合铁氧体的有机物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及结合铁氧体的有机物及其制备方法，有机物与铁氧体间通过有机物所具有的官能团而强力结合。
背景技术：
铁氧体作为具有铁成分的氧化物的磁性体，在自然界广泛存在，例如在生物体中作为四氧化三铁存在。铁氧体的化学组成和磁性可被很好地控制，铁氧体作为可人工合成、批量生产的情报机器的部件材料而被广泛应用。
有机物若结合铁氧体，即可对其进行磁力操作。在生物工程学和医疗等领域内，正开发研究给有机物附着铁氧体而可能进行磁力操作的物质。例如，非专利文献1中记载了通过给有机物附着铁氧体而付与它磁性，利用磁性对药剂和诊断药等进行临床学研究而获得的大量研究结果。
这些报告中记载了将生物体物质和药剂固定到带有磁性的微球表面，通过磁力操作将其输送到患部，以及将酶免疫试剂固定到带有磁性的微球表面，应用磁力分离可进行快速的分级处理等。
作为有机物结合铁氧体的方法，可以应用各种结合剂法为主的方法进行。另外也应用通过在非磁性物质上直接生成铁氧体的方法，可使有机物和铁氧体间直接且牢固结合而不必需要中介物。
适于此目的的方法有铁氧体电镀。铁氧体电镀技术是由本发明的发明者之一阿部等开发出的方法，例如在非专利文献2中对其进行了详细解说。应用铁氧体电镀有一个优点，即能将电镀液的pH保持在中性附近。利用该铁氧体电镀技术，阿部、半田等在专利文献1中提供具有生理活性且具有磁性的铁氧体固定生物物质及其制备方法，它是在不阻碍具有生理活性的生物物质生物活性的部位通过铁氧体电镀固定铁氧体。
已知应用该铁氧体电镀，针对浸入反应液的非磁性物质的表面存在的羟基(-OH)生成铁氧体，例如象金属氧化物那样表面有多个羟基的底物，通过铁氧体电镀可使铁氧体与底物间牢固结合。
但是有机物中，其表面不一定存在多个羟基，带有的羟基不太多的情况也不少。或者，即使持有羟基，其羟基未必具有与金属氧化物的羟基同样的化学性质，即便对其羟基进行铁氧体电镀，也未必得到铁氧体与有机物间牢固结合的产物。因此，在对有机物进行铁氧体电镀时，有必要发现能使铁氧体与有机物间牢固结合的新条件。
本发明以此为着眼点进行了研究，结果发现了能使铁氧体与有机物间牢固结合的新条件，通过进一步的研究，完成了本发明，由此可提供有机物上牢固结合了铁氧体的铁氧体结合有机物及其制备方法。
专利文献2中记载了关于超常磁性微粒子的发明，它与有机物上结合铁氧体相反，是通过给无机物的粒子表面被覆有机物而使其表面稳定化。专利文献3中记载了强磁性金属微粒子的发明，同样地，它通过在金属微粒的表面被覆2-羟基烟酸等有机物而使其表面稳定化。但是，在已经形成的无机物粒子的表面被覆有机物时，有这样一个问题点，例如与对具有羟基的有机物进行铁氧体电镀一样，无机物与有机物间不能牢固地结合。由于该原因，生成无机物粒子时，构成粒子的原子处于活化状态，和与其它物质进行化学结合时能牢固结合相反，粒子形成后，其构成原子已经稳定化，再在这样的化学结合的基础上进行强结合是不可能的。
专利文献1特开2002-131320号公报专利文献2特表2000-507197(P2000-507197A)专利文献3特开平6-180838号公报非专利文献1Scientific and Clinical Application of MagneticCarriers Prenum Press，New York，(1997)非专利文献2阿部正纪 日本应用磁气学会杂志第22卷(1998)，第1225-1232页。

发明内容
本发明的铁氧体结合有机物的特征是包含具有选自羧基(-COOH基)、巯基(-SH基)及巯基的氧化型基团(-SO2H基、-SO3H基、-S-S基等)的官能团的有机物，和与该有机物通过上述官能团结合的铁氧体。由于有机物具有上述官能团，有机物保持与铁氧体的牢固结合。
本发明的铁氧体结合有机物是铁氧体在有机物存在下生成的，优选生成时与有机物的上述官能团的化学结合是铁氧体与有机物间的强结合。在铁氧体生成的初步阶段，该有机物的上述官能团一旦与铁氧体化学结合，铁氧体与上述有机物间形成牢固的结合。
本发明的铁氧体结合物制备方法的特征是包含在分子内有选自巯基、巯基的氧化型基团及羧基官能团的有机物的水溶液中，在上述有机物上生成铁氧体的步骤。通过该制备方法，通过进行铁氧体结合物质的制备，可得到铁氧体与有机物间强力、稳定的结合。
附图简述

图1是表示本发明中铁氧体固定有机物制备方法的一个实施方案的流程图。
图2是表示本发明中铁氧体固定有机物制备装置的剖面模式图。
图3是表示天冬氨酸的施用量与固定到铁氧体上的天冬氨酸量间关系的图。
图4是表示各种肽的施用量与被固定的肽摩尔数的关系图。
图5是表示固定了天冬氨酸的铁氧体微粒子的透射电镜下的模式图。
实施发明的最佳方案本发明的铁氧体结合有机物是具有选自羧基、巯基及巯基的氧化型基团的官能团的有机物，通过这些官能团与铁氧体结合。
为了使该有机物与铁氧体间保持牢固结合，优选每个上述官能团的分子量在500或以下，更优选或200以下。
本发明的铁氧体结合有机物，优选在所述有机物存在下，铁氧体与有机物的上述官能团进行化学结合而生成的，铁氧体与有机物间保持牢固结合。例如优选在存在这些有机物的水溶液中，将铁氧体化学结合到有机物官能团上而生成的物质。
作为在存在有机物的水溶液中将铁氧体化学结合到有机物官能团上而生成铁氧体结合有机物的方法，后面详细论述的铁氧体电镀特别适宜。用铁氧体电镀制备的铁氧体结合有机物中，铁氧体与有机物间存在牢固的化学结合。
作为构成本发明的铁氧体结合有机物的铁氧体，可应用Fe3O4。另外，构成本发明的铁氧体结合有机物的铁氧体，可含有Zn成分，也可含有Co和Ni等各种金属元素。
Fe3O4适于铁氧体结合有机物的形成，且有较大的磁性。另外，铁氧体若含有Zn可增强其磁性，结果可提高其对磁场感应的灵敏度。再者，铁氧体通过含有Co和Ni等各种金属元素，可适当控制铁氧体的磁性和构造。
构成本发明的铁氧体结合有机物的有机物除了含有上述选自羧基、巯基及巯基的氧化型基团的官能团外，优选还含有选自羧基、羟基(-OH基)、氨基甲酰(-CONH2)基的与上述官能团邻近存在下起协同作用的邻近官能团。
有机物有多个这样的官能团，通过邻近存在下的协同作用，有机物与铁氧体间可形成牢固结合。
与本发明的铁氧体结合的这类有机物，例如苯二甲酸 异苯二甲酸 及对苯二甲酸 此外，与本发明的铁氧体结合的这类有机物例如琥珀酸
戊二酸 己二酸 庚二酸 另外，具有双键结合的延胡索酸 和马来酸 等不饱和酸也可作为本发明的与铁氧体结合的有机物应用。
另外，作为本发明的与铁氧体结合的有机物可应用具有巯基和氨基的2-巯基胺
和6-胺己硫醇 以及具有巯基和羧基的有机物2-巯基丙酸 另外，本发明的与铁氧体结合的有机物优选同时具有亲水性基团。由于该有机物具有亲水性基团，使得有机物与铁氧体的结合变得容易，其结合牢固、稳定。
这样的有机物，例如如下氨基酸和其相关物质。即天冬氨酸 和谷氨酸 另外，作为本发明的与铁氧体结合的有机物，可应用除氨基酸固有的亲水基团氨基(-NH2)和羧基之外侧链具有氨基甲酰基(-CONH2基)的氨基酸天冬酰胺 和谷氨酰胺 另外，天冬氨酸的氨基置换成羟基的苹果酸 也可作为本发明的与铁氧体结合的有机物应用。
另外，天冬氨酸的＞CH-NH2部分置换成＞＝O(羧基)而形成的草酰乙酸 和谷氨酸的＞CH-NH2部分置换成＞＝O而形成的2-酮戊二酸
也可作为本发明的与铁氧体结合的有机物应用。
另外，除氨基酸固有的亲水基团氨基和羧基之外侧链具有羟基的氨基酸丝氨酸 和苏氨酸 也可作为本发明的与铁氧体结合的有机物应用。
另外，作为本发明的与铁氧体结合的有机物可应用具有巯基的氨基酸半胱氨酸 通过氧化半胱氨酸，首先形成半胱亚磺酸 再氧化形成磺基丙氨酸
这些化合物与半胱氨酸同样可形成与铁氧体的结合，可作为本发明的与铁氧体结合的有机物使用。
另外，2个半胱氨酸氧化形成的二硫键结合的氨基酸胱氨酸 可作为本发明的与铁氧体结合的有机物使用。
此外，半胱氨酸的衍生物N乙酰半胱氨酸 和半胱氨酸乙酯 同样可作为本发明的与铁氧体结合的有机物使用。
人们认为这些化合物中亲水性原子团的-NH-(酰胺键)和-(CO)-O-(酯键)与巯基一起参与与铁氧体结合的形成。
另外，作为本发明的与铁氧体结合的有机物可使用有2个巯基的二硫苏糖醇 。二硫苏糖醇中存在两个巯基和2个亲水性羟基基团，与铁氧体很好地结合。
上述各种有机物是作为本发明中可应用的有机物的具体例而进行描述的，所述有机物并不限定于此。本发明中可应用的有机物的羧基置换成硫代羧基-COSH的有机化合物，例如二巯基琥珀酸HSOCH2CH2OSH等，这些有机化合物的羧基被二硫代羧基-CSSH置换的有机化合物也可应用。
上述与铁氧体结合的有机物其分子量均在500或以下，几乎都是分子量200或以下的低分子有机物。这些低分子有机物具有与铁氧体的结合性良好，且容易保持微粒子的性状等优点。
本发明的与铁氧体结合的有机物，优选应用带有与铁氧体结合的上述官能团的同时，还带有与其它有机物结合的官能团的有机物。若应用这样的与铁氧体结合的有机物，该有机物还可结合其它有机物。
作为上述与铁氧体结合的有机物，优选应用带有与铁氧体结合的上述官能团的同时，还带有通过聚合可形成聚合物的用于聚合的官能团的单体有机物。氨基酸通过氨基和羧基可与多肽的结合，侧链还有羧基的天冬氨酸和侧链有巯基的半胱氨酸等氨基酸是这样的单体有机物。
与铁氧体结合的有机物作为结合有机物的官能团并不限定于上述氨基和羧基，含乙烯基等与所要结合的有机物的官能团相适应的各官能团均适于应用。
构成铁氧体结合有机物的有机物，具备与铁氧体结合的有机物和与该有机物结合而形成包被的高分子包被物质。在生物体内应用铁氧体结合有机物时，作为高分子被膜物质，可通过对生物体具有适宜性的物质，例如环氧丙基甲基丙烯酸酯(GMA)的聚合物等形成包被。该包被物质，其单聚体与结合铁氧体的有机物结合，可以该单聚体为起点进行聚合而形成高分子包被物质。另外，也可将高分子包被物质直接结合到结合了铁氧体的有机物上。
另外，通过如此用有机物构成表面包被，可减弱铁氧体分子间的凝集。另一方面，对本发明的铁氧体结合有机物而言，也可用铁氧体包被有机物微粒子的表面。如形成这样构造的话，就赋予了有机物铁氧体表面所具有的性质。
另外，本发明的铁氧体结合有机物可以用聚合物。即，本发明的铁氧体结合有机物具有带多个选自羧基、巯基及巯基的氧化型基团的官能团的聚合有机物，且具有通过这些官能团与该聚合物有机物结合的铁氧体。
构成本发明的铁氧体结合有机物的聚合物有机物包括，例如各种氨基酸聚合而成的多肽。
例如，天冬氨酸和丙氨酸结合的肽 或天冬氨酸和丙氨酸及丝氨酸结合形成的肽 等，以具有与铁氧体结合的基团的各种氨基酸作为构成成分的各种肽，均可作为本发明中与铁氧体结合的聚合物有机物应用。
以这些氨基酸作为构成成分的肽，通过铁氧体电镀可很容易地与铁氧体结合。以这些氨基酸作为构成成分的肽中，除了侧链的羧基等亲水性基团与和铁氧体的结合相关外，亲水性原子团-CONH-(肽键)也可有效作用于与铁氧体结合的形成。
这些作为构成本发明的铁氧体结合有机物的聚合物有机物的肽既可以是人工合成的，又可以象多聚谷氨酸(γ-PGA) 那样天然存在。
这些肽中侧链的巯基和羧基等亲水性基团的含有量和含有率，必要时可根据与铁氧体结合的程度进行适当选择。
本发明中与铁氧体结合的肽可以是能提供与铁氧体结合的官能团的蛋白质。应用铁氧体电镀的话，可通过蛋白质提供的官能团与铁氧体间的强力结合而获得蛋白质与铁氧体的强力结合。
本发明中与铁氧体结合的有机物，除了可以是能提供与铁氧体结合的官能团的蛋白质单体外，该蛋白质还可以是与糖结合形成的糖蛋白等复合蛋白质。若是含有与铁氧体结合的氨基酸的蛋白质结合形成的复合蛋白质，可通过该蛋白质获得铁氧体与复合蛋白质的结合。例如，向DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)结合人工合成的肽，通过该肽强力结合铁氧体而得到赋有磁性的DNA。
另外，本发明中与铁氧体结合的有机物，也可是肽核酸(PNA)与铁氧体结合而形成的物质。这里，PNA是以DNA为模板人工合成的肽，具有与DNA类似的功能。
另外，作为本发明的铁氧体结合有机物的蛋白质，只要是提供与铁氧体结合的官能团的蛋白质，它可以是形成生物体构造的纤维状蛋白质。例如，羊毛的角蛋白中含半胱氨酸和谷氨酸较多，可通过它们结合铁氧体。此外，作为本发明的铁氧体结合有机物的蛋白质，只要是可以提供与铁氧体结合的官能团的蛋白质，它可是运输蛋白质、免疫蛋白质或酶等任一种蛋白质。
根据本发明的实施例，在巯基附近存在2个羧基的有机物比带有羟基的有机物更容易与铁氧体结合。因此，对于在羟基部分有活性位点的酶而言，可在不损坏该活性位点的情况下，巯基和羧基与铁氧体结合。
作为构成本发明铁氧体结合有机物的聚合物的有机物，可以应用含有通过酯键聚合单聚体有机化合物形成的聚合物的有机物。具有酯键的有机化合物中，亲水性原子团酯键可有效作用于巯基和羧基等与铁氧体的结合。
另外，作为构成本发明铁氧体结合有机物的聚合物的有机物，不仅可应用含有上述各种单聚体有机化合物的肽和聚酯，还可应用带有巯基、巯基的氧化型基团、羧基等基团的各种聚合物有机物。例如，多聚丙烯酸 具有高密度羧基，很容易与铁氧体结合。
多聚丙烯酸可用于本发明的铁氧体结合有机物的有机物之外的再补足性包被物包被与和给定的有机物结合了的铁氧体。
此外，就广泛应用的各种高分子物质而言，可通过使它们带有羧基、巯基或羟基等而作为本发明中与铁氧体结合的有机物使用。通过单聚体聚合合成的通常所应用的高分子材料的情况下，应用聚酯和聚酰胺等聚合前的单聚体中具有羧基等官能团的物质时，若在聚合反应中应用这些基团且聚合后保留这些基团通常达不到。但是，通过使这些高分子带有羧基或巯基等，就可以作为本发明中与铁氧体结合的有机物使用。这种情况下，巯基、巯基的氧化型基团、羧基等基团的量和含有率必要时可根据与铁氧体结合程度而适当选择。
本发明的铁氧体结合有机物中，可应用提供上述官能团的生物活性物质作为有机物。另外，本发明的铁氧体结合有机物中，与铁氧体结合的有机物可与生物活性物质结合。当本发明的铁氧体结合有机物被高分子包被物质所包被时，该聚合物的包被物上可结合功能性物质。
这里的生物活性物质是指在生物体内具有活性的物质。例如DDS(应用磁场的药物递送系统)中可使用的各种药剂、可进行磁性分离的生物分析用试剂、DNA、蛋白质。此外，包括具有造影剂和MRI增敏剂等功能的物质。这些物质，通过与铁氧体结合，使赋予磁性的磁力操作成为可能。
本发明的铁氧体结合物质的制备方法，其特征为，该方法包括在含有分子内有选自巯基、巯基氧化型基团、羧基的基团的有机物的水溶物或水合物溶液中，在有机物上生成铁氧体的步骤。在该有机物的存在下，在有机物上形成铁氧体时，在铁氧体生成的初期阶段，铁氧体与有机物的官能团进行化学结合，所以与把有机物结合到已经制备好的铁氧体上的方法相比，可得到强力且稳定的铁氧体与有机物的结合。
铁氧体电镀是适宜作为在有机物上生成铁氧体的方法，通过该方法，有机物与铁氧体直接结合，可获得二者间的牢固结合。
铁氧体电镀是在含有所述有机物的水溶物或水合物溶液中，添加含有Fe2+离子是其必须成分的构成铁氧体的金属离子溶液，同时添加碱性溶液控制上述有机物水溶液的pH，使溶液中的金属离子吸附到上述有机物上，添加氧化剂进行氧化反应，通过氧化Fe2+离子在有机物上形成并固定铁氧体。
进行上述氧化反应时，除可应用向有机物水溶液中吹氧气的方法、通过搅拌等摄取空气中氧气的方法、应用亚硝酸(NaNO2)作为氧化剂的方法之外，优选应用使用稀释过的过氧化氢作氧化剂。
本发明的铁氧体结合物质的制备方法中，可对有机物水溶液应用pH缓冲剂而将含有有机物的水溶液的pH变化控制在规定的范围内，例如应用醋酸铵、醋酸钾、氯化铵和氢氧化铵的混和溶液等。
上述含有以Fe2+离子为必须成分的铁氧体构成元素的溶液，可通过使之含有Fe3+而促进铁氧体生成反应。
本发明中的铁氧体电镀，可如下进行。首先，将含有具有上述官能团的有机物的水溶液或水合物的溶液浸到含2价铁离子Fe2+离子的反应液中，金属离子吸附到官能团上，释放出H+。其次，2)应用空气中的氧气(O2)、亚硝酸(NaNO2)等进行氧化反应，被吸附的Fe2+离子的一部分被氧化成Fe3+离子，引起尖晶石结构的铁氧体层的生成反应，在其表面生成羟基。3)溶液中的Fe2+离子吸附到表面，H+释放出来。接着再进行氧化反应，吸附的Fe2+离子的一部分被氧化成Fe3+离子，再引起尖晶石结构的铁氧体层的生成反应。重复该步骤，有机物铁氧体(四氧化三铁)增长，形成铁氧体结合有机物。上述过程中，可用Co2+离子、Ni2+离子或Zn2+离子等其它金属离子Mn+置换一部分Fe2+离子，形成各种铁氧体。
作为可这样进行铁氧体电镀的物质，可以表面存在多个羟基的物质为对象。另外，关于羧基存在下的铁氧体电镀，本发明者们已经阐明可以在水面展开的花生酸CH3(CH2)18COOH单分子层的水面下的羧基中的-OH作为反应场，生成铁氧体膜。但是，对于带羟基的物质进行铁氧体电镀而言，已经有许多认识，与此相比，对于带羧基的物质进行铁氧体电镀而言几乎一无所知，对什么情况下可进行铁氧体电镀、可获得什么样的结合等一点也没有认识。这里，羧基中的-OH紧邻-CO-，其性质与普通的羟基显著不同。作为本发明的可通过铁氧体电镀与铁氧体结合的有机物，不限定有多个羟基，含有羧基、巯基或其相关基团的有机物，可通过铁氧体电镀而获得有机物与铁氧体牢固结合，并且可获得更牢固的结合。
上述铁氧体电镀，1)可在pH接近8-10的中性区域进行铁氧体生成反应；2)其铁氧体生成反应温度可在3-30℃进行，包括室温在内；3)可用大气开放系统的氧化反应进行从Fe2+到Fe3+的反应。另外，可应用更缓慢的氧化反应进行铁氧体生成反应，在非开放系统中除NaNO2等之外，可应用稀释过的过氧化氢作为氧化剂。通过这样的铁氧体电镀，可在对有机物稳定的条件下直接进行有机物与铁氧体的结合。
下面，结合附图对本发明的铁氧体结合有机物的制备方法的一个实施方案进行具体说明。
图1表示本发明中铁氧体结合有机物制备方法的一个实施方案的流程图。图1中，向101中加入102，以Fe2+为必须成分的铁氧体构成元素的金属离子吸附到有机物上。101为将氯化铵等缓冲剂加入到具有可与铁氧体结合的基团的有机物中，保持pH稳定的水溶液；102为以Fe2+为必须成分的构成铁氧体的金属离子的水溶液。添加时，同时添加103使具有有机物的水溶液的pH保持在8-10。103为碱性溶液，如铵的水溶液等。边搅拌溶液边通进空气，通过使Fe2+氧化而在有机物上生成、固定铁氧体相。接着通过106洗涤，获得107。106为用水洗涤等洗涤步骤；107为铁氧体结合有机物。
如果应用在上述有机物上生成、固定铁氧体的步骤，当结合了铁氧体的有机物是具有活性的蛋白质等生物活性物质时，101(有有机物的水)的温度保持在低温，如4℃等，以预防生物活性物质的活性降低。
下面对本发明的铁氧体结合有机物的用途进行阐述。由于铁氧体直接结合到有机物，且是强力结合，通过铁氧体可对有机物进行磁力操作，所以本发明的铁氧体结合有机物可有各种各样的用途。
首先，利用铁氧体与有机物的结合牢固这一点，可作为包被了有机物的各种铁氧体粒子分散体应用。
包被了本发明有机物的铁氧体的铁氧体结合有机物，在其表面固定配体，即酶、蛋白质的一部分、肽、药物、DNA等能特异性吸附生物分子的物质，可用于亲和层析色谱。另外，给配体物质赋予上述与铁氧体结合的官能团，可用于与铁氧体直接结合的亲和层析色谱。由于这些载体具有铁氧体具有磁性，可进行磁气分离，所以可显著缩短分离需要的时间，很经济。另外，本发明中应用铁氧体结合有机物分散体的载体，铁氧体与配体间没必要应用其余的结合剂即可获得强力结合，载体的大小也可微细。
应用以生物体内的药剂和内分泌干扰物质等化学物质为配体的上述应用本发明的铁氧体结合有机物分散体的载体，可鉴定与该配体选择性结合的生物体内受体，若生物体内的某种受体为配体时，可鉴定与该配体特异性结合的药剂和内分泌干扰物质等化学物质。
另外，本发明的铁氧体结合有机物可作为输送药物的载体和磁气分离的介质应用。生物体内的药剂和内分泌干扰物质等化学物质通常与蛋白质结合，以蛋白质形式存在。另外，与它们选择性结合的生物体内受体也是蛋白质。根据本发明，通过给蛋白质药剂强力结合铁氧体，可对赋予磁性的药剂进行磁力诱导等磁性操作。由于铁氧体与蛋白质强力结合，所以不用担心操作中铁氧体与有机物分离。
另外，本发明的铁氧体结合有机物具有操作中铁氧体与有机物不分离，可诱导磁性这样的特征，可在局部定量存在，所以可作为提高MRI对比的增敏剂和温热疗法时因高频交流磁场而局部选择性升温的发热物质使用。
根据本发明，铁氧体结合有机物可以是纤维或树脂，该纤维至少有巯基、巯基的氧化型基团和羧基中的任一种，通过结合铁氧体而赋予纤维或树脂等结构体磁性。这里所用的纤维或树脂可以是人工合成的，或象羊毛那样以富含半胱氨酸的角蛋白为主要成分，或是由生物体合成的。该情况下，铁氧体具有四氧化三铁样的导电性，应用铁氧体可赋予纤维或树脂导电性，防止带电。
另外，作为本发明的铁氧体结合有机物，一方面它至少具有巯基、巯基的氧化型基团和羧基中的任一种，另一方面它应用具有烷基等疏水性基团的线状有机物，使铁氧体至少与巯基、巯基的氧化型基团和羧基中的任一种结合，铁氧体的周围被有机物覆盖，由此可得到因立体障碍而降低了粒于间凝聚力的磁性粒子粉体。该粒子可广泛应用于，例如油性的磁性胶体粒子和磁性供体(トナ-)用粒子或涂布型的磁性记录媒体用磁性粒子等。另外，若铁氧体周围结合覆盖另一端亲水性的有机物，可得到因立体障碍而降低了粒子间凝聚力、在水中分散性良好的磁性粒子，可作为水性磁性胶体而广泛应用。
本发明的有机物所结合的铁氧体，对其大小无特殊限制，可根据目的选择任意大小的应用。例如给生物体中的抗体等蛋白质赋予上述官能团结合铁氧体时，铁氧体的大小在蛋白质大小的1/10-10倍大小的范围内时，其摄取容易，所以优选。另外，铁氧体所固定的蛋白质，因铁氧体残留的磁性而产生吸引力，为了避免凝集，优选铁氧体的大小在100nm以下，更优选10nm优选显示超常磁性的。另一方面，为了使铁氧体保持磁性，铁氧体的大小优选在5nm以上。
另外，本发明的铁氧体上结合的有机物上可固定荧光物质。这样，通过荧光物质可明确有机物的存在位置。
(实施例1)铁氧体对单体有机物的结合、固定将0.1mol/L的FeCl2水溶液和0.1mol/L的水溶液等体积混和，制备有Fe2+和Fe3+、pH2的溶液。
然后，用水将28％的氨水溶液稀释成0.01％。
接着，用由1mmol/L的NH4OH和NH4Cl构成的1mol/L缓冲液将氨基酸天冬氨酸(Asp)由pH8.4调整成pH10.0的氨基酸溶液。
如图2所示，将用符号201所示的上述天冬氨酸水溶液100μl放到容器202中，放置到盛有冰块203的冰槽204中，预先准备的有Fe2+和Fe3+的水溶液205从管206中，且0.01％NH4OH水溶液207从管208中分别以各50μl少量滴下，用移液管209送入空气210，充分混和。
进行2小时的反应后，应用磁性分离去除水分，添加水分充分混和，再反复除去水分，进行充分洗涤，得到结合了天冬氨酸的铁氧体(四氧化三铁)。用离心除去水分。
对所得结合了天冬氨酸的铁氧体进行天冬氨酸结合量的定量分析。首先，用盐酸溶解铁氧体，接着调节溶解液至碱性环境沉淀出铁离子，除去沉淀。
将有天冬氨酸的溶解物放到玻璃试管中，干燥后，在Waters Copico标记工作站辅助反应瓶中在盐酸蒸汽存在下110℃、处理16小时。反应后，加入0.1ml水和0.01ml三乙胺，除去所产生的沉淀，将上清干燥后，按照和光纯药公司的说明书，用苯基异硫氰酸酯获得衍生物，装同一公司的HPLC(高效液相色谱)柱(Wako Pack WS-PTC柱)，用Waters公司的600型HPLC泵系统分离所述衍生物，用Waters公司的996型光敏二极管阵列检测器进行检测并测定254nm的光吸收。
图3是将天冬氨酸溶液的pH调整到8.4，求出天冬氨酸的投入量与结合、固定到铁氧体上的天冬氨酸量间的关系的结果图。
按上述顺序，用阳离子性、阴离子性和非离子性的各种表面活性剂水溶液对天冬氨酸结合固定的铁氧体进行反复洗涤后，按上述顺序进行定量分析，经过洗涤未观察到天冬氨酸对铁氧体结合量的变化。由此表明，天冬氨酸对铁氧体的结合不是用表面活性剂能够使之脱落的弱结合，而是相当强的结合。
如从图3可看到的，将天冬氨酸溶液的pH调整到8.4时，当天冬氨酸溶液的摩尔浓度为100nmol时，天冬氨酸结合固定到铁氧体上的量为3.8nmol。当将天冬氨酸溶液的pH调整到10.0时，天冬氨酸结合固定到铁氧体上的量减少到0.3nmol。
用与上述天冬氨酸相同的程序求出其它20种有机物对铁氧体的结合固定量。结果总结在表1中。
表1有机物的种类有机物结合固定量(固定量/有机物施用量)二硫苏糖醇 35nmol mg2-巯基丙酸 3.8nmol mg半胱氨酸Cys 10.3nmol mgN-乙酰半胱氨酸 (与半胱氨酸相同)半胱氨酸乙酯(与半胱氨酸相同)2-巯基胺(与半胱氨酸相同)6-氨基己硫醇2.1nmol mg胱氨酸(Cys)28.3nmol mg磺基丙氨酸 3.0nmol mg苯二甲酸0.05nmol mg异苯二甲酸 0.03nmol mg对苯二甲酸 0.03nmol mg天冬氨酸Asp 9.5nmol mg谷氨酸Glu 2.3nmol mg苹果酸 30.5nmol mg草酸乙酸15nmol mg2-酮戊二酸 8.0nmol mg丝氨酸Ser 3.8nmol mg苏氨酸Thr 0.5nmol mg天冬酰胺Asn 1nmol mg谷氨酰胺Gln 0.5nmol mg用X线衍射鉴定制备的上述微粒子的结晶成分。从固定了天冬氨酸的微粒子的衍射信号来看，该微粒子为Fe3O4-γFe2O3的混和单结晶。固定了半胱氨酸的微粒子，随半胱氨酸量的增加红色加深。这些微粒子X线衍射的结果提示，红色是由于αFeOOH的出现而产生的。
通过这些微粒子的磁性测定求出其饱和磁化，结果表明随半胱氨酸量的增加具有磁性的铁氧体减少，非磁性的αFeOOH增加，与此相对应地，饱和磁化减少。另一方面，固定天冬氨酸时，未见到饱和磁化的减少。这些饱和磁化的测定结果，与X线衍射的结果很相符。
上述的固定了天冬氨酸的铁氧体微粒子干燥后，加压成形，制作靶，用激光解离离子化质量分析装置进行表面分析。固定了天冬氨酸的铁氧体与未固定天冬氨酸的铁氧体的差异图谱中可看到与FeCOO+一致的分子量99.9的信号。考虑这是与铁原子配位的羧基裂解而产生的，因此，该信号强烈提示羧基与铁氧体中的铁原子直接结合。
用透射电镜对上述固定了天冬氨酸的铁氧体微粒子进行观察。图5是观察到的电镜图像的模式图。如图5所示，直径约10nm的铁氧体粒子1的周围，覆盖着与该铁氧体结合的天冬氨酸层2。
对固定了天冬氨酸或半胱氨酸的铁氧体微粒子，分别加入含1mol/L氯化钠、8mol/L尿素、4mol/L胍、1％月桂基硫酸钠的水溶液，放置10分钟后，用水充分洗涤。用这些样品测定天冬氨酸或半胱氨酸的量时未发现处理前后有显著性差异。因此，可以说铁氧体结合有机物对这些处理稳定。由于氯化钠切断离子键、尿素和胍切断氢键、月桂基硫酸钠对疏水性相互作用产生强烈影响，所以对这些处理稳定就意味着铁氧体有机物的结合是化学性牢固结合。
(比较例1)其它氨基酸时用与实施例1相同的操作，对上述以外的氨基酸进行与铁氧体结合、固定的测试。结果，从测试甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、组氨酸(His)、甲硫氨酸(Met)、苯丙氨酸(Phe)、酪氨酸(Tyr)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(ILe)、精氨酸(Arg)和赖氨酸(Lys)结合的各铁氧体样品未检测出氨基酸。
(实施例2)铁氧体对肽的结合固定
1)Asp·Ala·Asp·Ala·Asp·Ala·Asp·Ala2)Asp·Ala·Asp·Ala3)Asp·Ala·Ser·Ala·Asp·Ala·Ser·Ala4)Asp·Ala·Ser·Ala通过氨基酸的肽聚合合成以下3种肽。
这些肽的合成，用以Fmoc基团为氨基保护基团的固相合成法，按常规手段进行。附加了保护基团的目的多肽，可通过用以三氟醋酸为主要成分的反应试剂进行处理切断保护基团，通过逆相HPLC纯化到99％以上的纯度。用质量分析仪对所得肽进行精密质量分析，确认目的物。
分别对这些肽进行与实施例1相同的操作，在肽水溶液中生成铁氧体(四氧化三铁)，获得固定了肽的铁氧体。
用与实施例1相同的程序对该固定了肽的铁氧体进行肽的定量分析。结果如图4所示。图4表明，比天冬氨酸(Asp)比率高的肽与铁氧体结合、固定。考虑这些肽中，天冬氨酸的羧基间彼此空间上比邻存在，它们互相协同作用，与铁氧体形成强力结合。
(比较例2)其它肽的情况合成下面的肽1)Gly Gly Gly Gly，对该肽进行与实施例2同样的操作，测试该肽的铁氧体固定。按与实施例2相同的程序，对结合固定到铁氧体上的肽进行定量，结果未发现仅由甘氨酸组成的肽与铁氧体结合。
(实施例3)铁氧体对多聚丙烯酸的结合固定和定量对0.1mL含0.01-0.1％平均分子量为2000的多聚丙烯酸的水溶液(1M铵缓冲液，pH8.4)，用与实施例1相同的条件，通过铁氧体电镀生成铁氧体。向结合了铁氧体的多聚丙烯酸中加入水溶性碳化二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺，反应后，加入肽(Gly Gly Gly Gly)，与羧基进行缩合反应。用蒸馏水洗涤后，用盐酸加水分解，用常规的氨基酸分析方法对游离的氨基酸(Gly)进行定量。结果，可检测出与多聚丙烯酸固定量相对应的Gly，可对多聚丙烯酸对铁氧体的固定量进行定量。
结果，不含多聚丙烯酸的水溶液中生成的铁氧体的Gly的检出量为0.6nmol，与此相对，用0.017％多聚丙烯酸水溶液生成的铁氧体的Gly的检出量为2.5nmol，用0.03％多聚丙烯酸水溶液生成的铁氧体的Gly的检出量为3.2nmol。
本实施例中，对结合了铁氧体的多聚丙烯酸的悬浮液，通过用400nm的可见光进行吸收测定，检测因长时间放置而造成的悬浊程度变化，结果吸光度未变化，说明未因凝集产生沉降。
(实施例4)抗癌剂氨甲喋呤与铁氧体的结合体按与实施例3同样的过程，使下面的化学式所给出的抗癌剂氨甲喋呤(MTX)与铁氧体结合，得到具有磁性的结合体。MTX中，一端具有谷氨酸的结构，有2个羧基，这些基团相邻存在，通过协同作用可获得与铁氧体的强力结合。
对MTX的铁氧体结合体进行酸溶解物的逆相HPLC分析和质量分析。结果，得到可认为是铁氧体溶解产生的Fe3+峰和与MTX的分子量一致的峰。
定量的结果是，MTX对铁氧体的附着量为6.4nmol/mg或2.9μg/mg。
这样借助与铁氧体结合的有机物，药剂和其它功能性物质可与铁氧体结合。
产业上利用的可能性根据本发明，可使有机物与铁氧体强力结合；通过这种结合，可使药剂、试剂、诊断药等各种有用的功能性物质与铁氧体强力结合。这种有机物与铁氧体的结合应用铁氧体电镀，简便易行。由于所形成的铁氧体结合有机物被赋予了磁性，可进行磁力操作，所以可作为，例如DDS(应用磁场的药物释放系统)中使用的各种药剂、可进行磁性分离的生物分析用试剂、DNA芯片、蛋白质芯片、各种造影剂和MRI增敏剂等广泛应用。
权利要求
1.一种铁氧体结合有机物，其特征在于，它包括具有选自羧基、巯基及巯基氧化型基团的官能团的有机物和通过上述官能团与上述有机物结合的铁氧体。
2.权利要求1的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中铁氧体是在所述有机物的存在下生成的，且其生成时与所述有机物的官能团进行化学结合。
3.权利要求2的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中有机物除上述官能团以外，还包含选自羧基、羟基、氨基甲酰基等与上述官能团邻近时存在协同作用的基团。
4.权利要求2的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中有机物还包含亲水性基团。
5.权利要求2的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中有机物包含结合到铁氧体上的有机物和与该有机物结合形成包被的高分子包被物质。
6.权利要求2的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中有机物为分子量500或以下的低分子有机物。
7.权利要求2的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中有机物为聚合物。
8.权利要求2的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中有机物为键合有上述官能团的生物活性物质。
9.权利要求1的铁氧体结合有机物，其特征在于，其中铁氧体结合有机物中的有机物具有与所述有机物结合的生物活性物质。
10.一种铁氧体结合物质的制备方法，其特征在于，该方法包括在包含选自巯基、巯基氧化型基团及羧基基团的有机物的水溶液中，在有机物上生成铁氧体的步骤。
11.权利要求10的铁氧体结合物质的制备方法，其特征在于，在所述有机物上生成铁氧体的步骤中，向含有上述有机物的水溶物或水合物溶液中添加以Fe2+离子为必须成分的、含有构成铁氧体的金属元素离子的溶液，同时添加碱性溶液控制上述有机物水溶液的pH，使溶液中的金属元素离子吸附到上述有机物上，通过进行氧化反应氧化Fe2+离子而将铁氧体生成固定到有机物上。
12.权利要求11的铁氧体结合物质的制备方法，其特征在于，应用过氧化氢作为氧化剂进行Fe2+离子的氧化。
全文摘要
有机物与铁氧体间有强结合的结合铁氧体的有机物可通过将分子内有选自羧基、巯基及其氧化型官能团的有机物与铁氧体结合而生成。可使用铁氧体电镀制备该结合铁氧体的有机物。通过使结合铁氧体的有机物与有生物活性物质相结合，可广泛用于可进行磁性操作的各种药剂、生物分析试剂、DNA、各种造影剂或MRI的增敏剂等。
文档编号C01G49/06GK1646549SQ0380781
公开日2005年7月27日 申请日期2003年2月3日 优先权日2002年2月4日
发明者半田宏, 阿部正纪, 长谷川慎 申请人:财团法人理工学振兴会