Dna担载纤维、dna担载纤维片材和它们的制备方法

专利名称：Dna担载纤维、dna担载纤维片材和它们的制备方法
技术领域：
本发明涉及DNA担载纤维，其在经由吸附和消除诱变剂以从环境中消除作用于有机体的基因并引起变异的诱变剂的环境净化中是有用的，并在选择性地将各种物质分离的物质分离中也是有用的。本发明也涉及所述DNA担载纤维的制备方法，以及包含所述DNA担载纤维的片材。
背景技术：
随着对生物学个体的复制的研究进展，研究的主题已超越了理解生命活动并且现在朝向使用在这一活动中发挥主要作用的基因，尤其是显示各种在体外发挥作用的基因(下文中简称为DNA(脱氧核糖核酸))。
举例来说，日本专利申请未审公开号H1 0-175994(专利文件1)公开了将DNA固定在各种固定用载体上的技术。根据这一公开的技术，固定用载体由无机固体材料组成并且可以按粉末、块体、薄膜、板、管子、纤维，它们的组合，由它们组成的多孔材料等形式成型。如其中所述，固定用载体的组成包括氧化物、复合氧化物、碳化物、卤化物、硝酸盐、磷酸盐和硫酸盐。更具体地，各种各样的形式如磷酸盐和钙盐如羟磷灰石，硅胶和其它的硅酸盐，玻璃棉，石棉和它们的机织和非机织布可能适用于所述固定用载体的组成。以此类形式固定的DNA不限于单独使用的DNA并且例子是与多糖、其衍生物或蛋白质如胶原一起固定的DNA，和作为与藻酸的配合物固定的DNA。该专利文件1描述了检验按各种形式构成的固定DNA的复合材料的其中固定的DNA的洗脱速率以及对固定了DNA的复合材料在吸附作为诱变剂的溴化乙锭的活性方面的评价结果。
另外，日本专利申请未审公开号2001-081098(专利文件2)公开了水不溶性的DNA交联产物和使用该水不溶性DNA交联产物作为环境净化材料的方法。这一水不溶性的DNA交联产物已经通过在其中双束DNA在水中或没有溶剂的条件下使用UV辐射使该双束DNA交联而获得。在水溶性DNA的水溶液或类似物用来涂覆形成所述溶液的层或薄膜的担载体之后，通过UV辐射使DNA自交联和不溶。优选用于这一技术的DNA的例子是衍生自鱼的精巢或动物的胸腺的那些并且具体的例子是得自鲑鱼、青鱼和鳕鱼精(精巢)的DNA或具有聚(dA)-聚(dT)型序列的合成DNA。此类担载体的形状和材料包括板、球体(例如，直径为0.1mm或10mm的球体)或纤维，它们可以具有多孔结构。其中公开的它们的其它实例包括如合成树脂、玻璃、陶瓷、金属或天然纤维(例如，纤维素或纸浆以及它们的化学加工产物)。此类交联产物在应用如过滤介质(例如，香烟过滤器、空气清洁器的气体过滤介质，和饮用水、可食用水、饮料和食品的液体过滤介质)、用于固定环境激素和有毒金属的吸附剂和环境净化材料中是有用的。
另一方面，日本专利申请未审公开号2004-003070(专利文件3)公开了纤维或纤维片材，所述纤维或纤维片材具有至少一个包含热塑性树脂的表面并且携带固定到所述表面上的固体颗粒，以及所述纤维或纤维片材的制造方法。当与常规的采用粘结剂等将固体颗粒固定到纤维中的技术相比，这一文献中描述的技术可以提供其中固体颗粒均匀地粘结到纤维的表面上且它们的表面性质得到有效保持的纤维或纤维片材。

发明内容
本发明人已经建议了固定了DNA的材料作为能够促进各种各样的应用如诱变剂等的吸附和消除和物质分离的材料。此类固定了DNA的材料可以通过一种方法应用于过滤介质等，在该方法中，将预先成型为片状的纤维或纤维片材用包含DNA的分散溶液直接地涂覆，以致所述DNA与所述纤维或纤维片材粘结并受到所述纤维或纤维片材担载。使用分散溶液的这一方法可能存在问题，例如限制在固定了DNA的材料上担载的DNA的量和堵塞纤维之间的细孔。当采用其中将DNA材料直接地嵌入热塑性纤维中的方法时，在捏合进入纤维和熔融纺丝过程中，所述固定了DNA的材料暴露于高温下较长时间。因此，许多情况下，该方法存在必然使DNA的功能恶化的问题。因此，在目前情形下，不存在对与以下情况有关的问题的有效解决方案，即在用于将DNA与具有由热塑性树脂组成的表面的纤维熔化的技术中将有低热稳定性的物质例如DNA固定。
在此情形下，强烈需要开发适合于纤维介质的DNA担载纤维，其降低DNA的稳定性的恶化并高效地表现DNA的功能。因此，本发明的目的是提供能够维持DNA的稳定性并且有效地表现DNA的吸附性能的DNA担载纤维并且提供在各种使用所述DNA担载纤维的应用中有用的DNA担载片材。
为了达到上述目的，根据本申请第一个发明的DNA担载纤维是具有与固定了DNA的颗粒粘结的表面的DNA担载纤维，其特征在于所述固定了DNA的颗粒是其中DNA固定在多孔基体中的颗粒。
根据本申请第二个发明的DNA担载纤维片材的特征在于将根据第一个发明的DNA担载纤维成型成作为纤维集合体的片材。
此外，根据本申请第三个发明的DNA担载纤维的制备方法是制备具有与固定了DNA的颗粒粘结的表面的DNA担载纤维的方法，其特征在于包括步骤通过以下方式将其中DNA固定在多孔基体中的固定了DNA的颗粒热封到包括纤维的热塑性树脂的表面上，即通过在加热下将所述固定了DNA的颗粒提供给所述纤维的表面。
根据本申请的发明，使用其中DNA固定在多孔基体中的固定了DNA的颗粒显著地改进DNA对热的稳定性等并且允许容易和牢固地将DNA固定在纤维的表面上而不会损坏DNA的功能。所获得的DNA担载纤维可以用作织物，非机织布等的纤维材料。例如，使用这一DNA担载纤维的布、纤维束，片材或非机织布可以用作纤维介质、吸附剂等等，它们可以显著地改进与气体或液体的接触效率并且可以充分地显示源自DNA的吸附功能。另外，本发明有利地用作过滤器，其当用于水中时可以大大地降低DNA的洗脱并且不太可能经历由微生物等引起的DNA分解，原因在于该DNA被约束在多孔基体中。
本发明的其它特征和优点将通过以下描述并结合其附图
而变得明显，其中在整个描述中类似的参考符号表示相同或相似的部分。
实施本发明实施方案的最佳方式本发明提供具有与固定了DNA的颗粒粘结的表面的DNA担载纤维，包含这一DNA担载纤维的DNA担载纤维片材，由所述DNA担载纤维片材组成的DNA担载过滤器，和所述DNA担载纤维的制备方法。本发明中所使用的“固定了DNA的颗粒”是指其中DNA固定在多孔基体中的固体颗粒。固定的DNA维持本发明想要的吸附功能。多孔基体是划分大量细孔的壁式部分并且呈现例如包含孔隙的网状结构形式，所述孔隙充当细孔和划分细孔的细孔壁。这一多孔基体的结构可以采用FE-SEM观察。本文所使用的“粘结的”或“粘结”是指颗粒紧紧地附着到纤维的表面而不会由于气流或水流从该表面脱落。
本发明人基于与以下有关的发明作出了本专利申请由分散溶液获得的固定的DNA，所述分散溶液包含分散的氧化物胶体和DNA以防止DNA在水中洗脱并且维持其稳定性；和使DNA固定的技术，该技术使用通过从包含分散的氧化物胶体、碱性官能团硅氧烷和DNA的分散溶液中除去分散介质而获得的固定了DNA的多孔氧化物凝胶(日本专利申请未审公开号2003-152619和2004-207253)。通过这些技术获得的DNA复合材料具有为气体和液体的浸润所必要的细孔并且可以用作优异的环境过滤介质。
所述固定了DNA的颗粒具有其中DNA固定在多孔基体中的结构。DNA在多孔基体中的固定使在将DNA粘结到纤维上的过程中由热所引起的DNA恶化减轻并且降低已经粘结在纤维上的DNA的吸附性能的恶化。此类多孔基体可以适当地选自金属、聚合物、金属卤化物化合物、氧化物和它们的复合物。这一基体可以通过任何方法形成，优选选自其中使包含分散的DNA和该基体的组分的分散溶液直接固化的方法，和其中将DNA的分散溶液浸于预先形成的多孔基体中然后固化的方法。然而，基体必须具有多孔结构，其中DNA固定在大量向固定了DNA的颗粒的外部保持开放的细孔中。优选地，出于对能够获得耐热性并且通过上述细孔与外部接触的考虑，所述多孔基体包含无机氧化物。主要由无机氧化物组成的多孔基体是更加优选的，原因在于源自该无机氧化物的耐热性和DNA固定功能可以有效地实现。
通过使无机氧化物从包含分散的无机氧化物的胶体和DNA的胶体溶液中胶凝而获得的多孔无机氧化物的固定了DNA的颗粒(下文中称为“固定了DNA的凝胶颗粒”)可以优选用作固定了DNA的颗粒，其中多孔基体主要由无机氧化物组成。这一胶凝可以通过例如此种方法进行，该方法允许在从胶体溶液中除去分散介质的过程中无机氧化物的这一胶体二次絮凝。该二次絮凝也可以通过添加引起二次絮凝的离子或溶剂来达到。最后将所得的凝胶干燥并且可以用作待粘结到纤维上的固定了DNA的凝胶颗粒。无机氧化物的胶体的实例可以包括胶体二氧化硅、胶体氧化铝、胶体氧化铁、胶体氧化镓、胶体氧化镧、胶体氧化钛、胶体氧化铈、胶体氧化锆、胶体氧化锡和胶体氧化铪。考虑到干凝胶的稳定性和价格性能，优选使用至少胶体二氧化硅。
当使用包含或主要由胶体二氧化硅组成的无机氧化物的胶体的混合物将DNA固定时，更加优选采用通过用包含三价或四价金属的一种或两种或更多种金属氧化物的胶体补充作为主组分的胶体二氧化硅而获得的制剂，所述金属氧化物可以选自氧化铝、氧化铁、氧化钛和氧化锆。添加具有三(三价金属)或四(四价金属)的价数的金属的胶体会形成DNA的磷酸盐官能团结构部分和金属离子之间的键接。结果，在凝胶状态下的DNA可以在氧化物凝胶中更加牢固地受到担载并且抑制例如在水中从凝胶上脱落。相对于胶体二氧化硅和三价或四价无机氧化物的总量，三价或四价金属氧化物的含量以胶体的固体含量计优选为0.1-50wt％。任何这些胶体可以通过水热反应合成，并且它们中的一些可以按水性胶态分散体形式商购。以固体含量计，DNA/无机氧化物的重量比为0.1/99.9-25/75，更优选0.5/99.5-10/90。使这样获得的胶体的分散溶液与DNA水溶液共轭。然后通过方法如热、喷雾干燥或真空干燥将分散介质除去以形成DNA共轭氧化物的凝胶。这样产生了可在本发明中获得的作为二次绒屑(secondary flock)的固定了DNA的凝胶颗粒。为了提高胶凝强度，优选应该在不致引起DNA分解的程度上对凝胶实施热处理。将不高于200℃，更优选不高于150℃的温度选定为加热温度，在该温度下，提高胶凝强度的效果可以通过加热获得。为了通过二次絮凝增强无机氧化物的胶体之间的结合和防止DNA和胶体之间的絮凝和胶体在分散溶液中的絮凝，如果有必要的话，可以添加第三组分。这一第三组分可以包括，而不特别地限于，适合的添加剂如酸、碱、水溶性金属化合物和金属醇盐，它们促进胶体的絮凝。
此外，具有碱性官能团结构部分的聚合物可以优选作为辅助组分用于包含胶体二氧化硅的多孔基体中。在这种情况下，碱性官能团结构部分与DNA的磷酸盐结构部分形成酸碱结构从而允许将DNA牢固地固定在多孔基体中，而其双螺旋得到保持。优选的碱性聚合物是具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷。优选地，具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷是任何当制备固定了DNA的多孔氧化物时促进制备胶体颗粒和DNA的均匀分散/溶解溶液的那些。此类具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷可以通过使具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物水解和缩合而获得。具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物的优选的具体实例可以包括由通式(1)-(5)表示的化合物中的任何一种或两种或更多种。
化学通式1 在通式(1)中，R1选自氢或含1-8个碳原子的一价碳氢化物结构部分；R3和R4各自独立地表示含1-8个碳原子的一价碳氢化物结构部分；R2选自含1-8个碳原子的二价碳氢化物结构部分和具有-NH-的二价结构部分；n选自0、1和2。
化学通式2
在通式(2)中，R1、R3、R4和R5各自独立地表示含1-8个碳原子的一价碳氢化物结构部分；R2选自含1-8个碳原子的二价碳氢化物结构部分和具有-NH-的二价结构部分；n选自0、1和2。
化学通式3 在通式(3)中，R1、R3、R4，R5和R6各自独立地表示含1-8个碳原子的一价碳氢化物结构部分；R2选自含1-8个碳原子的二价碳氢化物结构部分和具有-NH-的二价结构部分；n选自0、1和2；X-表示阴离子。
化学通式4 在通式(4)中，R3和R4各自独立地表示含1-8个碳原子的一价碳氢化物结构部分；R7和R8各自独立地选自二价碳氢化物结构部分；R2选自含1-8个碳原子的二价碳氢化物结构部分或具有-NH-的二价结构部分；n选自0、1和2。
化学通式5 在通式(5)中，R3、R4和R9各自独立地表示含1-8个碳原子的一价碳氢化物结构部分；R7和R8各自独立地表示二价碳氢化物结构部分；R2选自含1-8个碳原子的二价碳氢化物结构部分和具有-NH-的二价结构部分；n选自0、1和2。
由在这些通式(1)-(5)中R1、R3、R4、R5、R6或R9表示的含1-8个碳原子的一价碳氢化物结构部分的实例可以包括含1-8个碳原子的链、支化或环状烷基结构部分，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基结构部分和芳族碳氢化物结构部分例如苯基结构部分。由通式(1)-(5)中R2表示的含1-8个碳原子的二价碳氢化物结构部分可以包括含1-8个碳原子的链、支化或环状二价亚烷基结构部分，例如亚甲基、亚乙基、三亚甲基和四亚甲基结构部分和含1-8个碳原子的二价芳族碳氢化物结构部分，例如邻亚苯基、间亚苯基和对亚苯基结构部分。由通式(1)-(5)中R2表示的具有-NH-的二价结构部分可以具体包括-NH-结构部分和通过使一个或两个二价碳氢化物结构部分如亚甲基、亚乙基、三亚甲基和四亚甲基结构部分与氮原子键接形成的结构部分，它们可以具体地举例为-C2H4NHC3H6-、-C3H6NHC2H4-、-CH2NHC3H6-、-C2H4NHCH2-、-C2H4NHC2H4-和-C3H6NHC3H6-(这些结构部分的亚烷基结构部分可以是线性或支化的)。由通式(4)-(5)中R7或R8表示的二价碳氢化物结构部分不受碳原子数目的限制并且可以包括链、支化或环状二价亚烷基结构部分，例如亚甲基、亚乙基、三亚甲基和四亚甲基结构部分和二价芳族碳氢化物结构部分例如邻亚苯基、间亚苯基和对亚苯基结构部分。更具体地，它可以举例为亚甲基和亚乙基结构部分。由通式(3)中X-表示的阴离子可以是任何能够与具有季氨基结构部分的硅氧烷的阳离子形成离子对的那些并且可以包括卤离子。
由通式(1)-(3)表示的化合物可以具体地包括H2NC3H6Si(OCH3)3、H2NC3H6SiCH3(OCH3)2(CH3)HNC3H6Si(OCH3)3、(CH3)HNC3H6SiCH3(OCH3)2、(CH3)HNC3H6Si(OC2H5)3、(CH3)HNC3H6SiCH3(OC2H5)2、(CH3)2NC3H6Si(OCH3)3、(CH3)2NC3H6SiCH3(OCH3)2、(CH3)2NC3H6Si(OC2H5)3、(CH3)2NC3H6SiCH3(OC2H5)2、(C2H5)2NC3H6Si(OCH3)3、(C2H5)2NC3H6Si(OC2H5)3、H2NC2H4NHC3H6Si(OCH3)3、(CH3)HNC2H4NHC3H6Si(OCH3)3、H2NC2H4NHC3H6SiCH3(OCH3)2、(CH3)HNC2H4NHC3H6SiCH3(OCH3)2、H2NC2H4NHC3H6Si(OC2H5)3、(CH3)HNC2H4NHC3H6Si(OC2H5)3、CH3HNC2H4NHC3H6SiCH3(OC2H5)2、(CH3)2NC2H4NHC3H6Si(OCH3)3、(CH3)2NC2H4NHC3H6SiCH3(OCH3)2、(CH3)2NC2H4NHC3H6Si(OC2H5)3、(CH3)2NC2H4NHC3H6SiCH3(OC2H5)2、Cl-(CH3)3N+C3H6Si(OCH3)3、Cl-(C4H9)3N+C3H6Si(OCH3)3(这些化合物的烷基和亚烷基结构部分可以是线性或支化的)。
由通式(4)和(5)表示的化合物可以具体地包括由通式(4)和(5)表示的其中R2、R7和R8各自表示，例如，二价碳氢化物结构部分例如亚甲基、亚乙基和三亚甲基结构部分并且R3、R4和R9各自表示一价碳氢化物结构部分例如甲基、乙基和丙基结构部分的化合物。它们尤其优选的实例可以包括由通式(6)表示的化合物。
化学通式6 在这些碱性官能团结构部分之中，包含仲、叔和季氨基结构部分的碱性官能团结构部分是尤其优选的。优选应用于本发明第三组分的具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷可以通过将具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物分散或溶解在水性分散介质或溶剂中而作为具有碱性官能团结构部分的硅氧烷化合物的水解缩合物获得。优选用于本发明的具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物是由通式(1)-(6)表示的具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物中的任何一种或两种或更多种。这一聚有机硅氧烷可以任选地是任何在不损害本发明的目的和效果的范围内包含烷基硅氧烷组分或/和苯基硅氧烷组分的那些。例如，包含此种组分的具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷可以是通过将例如烷基硅烷化合物或/和苯基硅烷化合物添加到上述具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物中(该具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物依次地经受水解和缩聚)而获得的共聚物。
为了使具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物水解以形成具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷，可以直接地将所述具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物添加到水中然后进行水解；或者，可以在用有机分散介质例如醇或酮并随后用水补充之后，使该具有碱性官能团结构部分的硅烷化合物水解，或可以在添加到有机分散介质例如醇或酮与水的混合分散介质中之后使其水解。如果有必要的话，任何包含有机分散介质的那些可以经历通过水的溶剂替代处理，以获得具有碱性官能团结构部分的硅氧烷的水性分散溶液。
当在多孔基体中使用具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷时，具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷/形成胶体的无机氧化物的重量比优选为0.1/99.9-25/75，更优选0.5/99.5-10/90。如果具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷/无机氧化物的重量比为0.1/99.9或更高，则通过DNA的磷酸盐结构部分和所述聚有机硅氧烷的碱性官能团结构部分之间的键接将DNA适当地固定在多孔基体中。0.5/99.5或更高的重量比更加显著地产生这一效果。另一方面，如果具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷/无机氧化物的重量比为25/75或更少，则在氧化物的胶体之间有效地形成细孔。10/90或更少的重量比更加显著地产生这一效果。DNA/氧化物基体的重量比优选为0.1/99.9-25/75，更优选0.5/99.5-10/90。
如上所述，多孔基体中形成的细孔具有将DNA固定于其中的功能以及用作允许DNA与被DNA俘获的物质接触的部位的功能。能够形成此类细孔的无机氧化物的胶体具有优选5-100nm，更优选10-50nm的直径。如果无机氧化物的胶体具有5nm或更大的直径，则细孔的尺寸保持较大，DNA与待被DNA俘获的物质充分地接触。具有10nm或更大的直径的无机氧化物的胶体更加显著地产生这一效果。另一方面，如果无机氧化物的胶体具有100nm或更小的直径，则可以保证大量细孔，同时抑制DNA被洗脱进入水溶液中并因此被牢固地固定在多孔基体中。具有50nm或更小的直径的无机氧化物的胶体更加显著地产生这一效果。
这样获得的固定了DNA的凝胶颗粒作为具有不同颗粒尺寸的颗粒而被提供，其中使具有在上述范围内的直径的胶体絮凝。然而，为了如下所述将颗粒固定在DNA担载纤维和DNA担载纤维片材中，优选颗粒的颗粒尺寸应该在固定的范围内保持均匀。为了获得在固定的范围内保持均匀的颗粒尺寸，可以在上述获得干燥凝胶的过程中使用喷雾干燥法。当制备了作为块体产物的干燥凝胶时，可以在通过熟知的装置，例如研磨机磨碎之后使用该凝胶。本发明中适合的固定了DNA的凝胶颗粒具有0.1μm-500μm，更优选1μm-100μm的颗粒尺寸。
接下来，将描述将固定了DNA的颗粒粘结到纤维或纤维片材上的方法。对粘结固定了DNA的颗粒的技术不加以特别限制，只要使用的技术允许将所述固定了DNA的颗粒固定到纤维的表面上。当上述固定了DNA的凝胶颗粒用作固定了DNA的颗粒时，例如，可以优选使用上面专利文件3中描述的技术。即，基于这一技术的熔化设备具有将固定了DNA的凝胶颗粒维持在固定温度下的预加热装置和将经加热的颗粒粘结到纤维或纤维片材上的颗粒接触装置。将具有至少一部分或全部由热塑性树脂组成的表面的纤维用作纤维材料。考虑到DNA的热稳定性，本发明中使用的纤维的表面中的热塑性树脂包括，但不特别限于，允许纤维至少具有熔点为200℃或更低，优选170℃或更低，更优选150℃或更低的表面的热塑性树脂。如果所述熔点高于200℃，则固定了DNA的凝胶颗粒的温度和/或引导该颗粒与纤维的表面碰撞的空气流的温度必须设置到高于200℃的温度。因此，由DNA的恶化所引起的吸附性能的降低更可能发生。因此，优选采用组成该纤维的具有较低温度的熔点的表面的热塑性树脂，在该较低温度下，可以将固定了DNA的凝胶颗粒粘结到该纤维上，和采用如下减轻对DNA的热影响的方法，即对固定了DNA的凝胶颗粒进行预加热处理然后经由在较高温度下的空气流将其转移至纤维或纤维片材的表面上。在后一种情况下，对构成纤维的表面的热塑性树脂的熔点的下限不加以特别限制。然而，具有过低熔点的材料例如石蜡会缺乏强度，并且取决于使用目的，可能存在问题，例如一些固定了DNA的凝胶颗粒从纤维的表面脱落。因此，热塑性树脂的熔点优选为50℃或更高。该塑料的尤其优选的实例包括高密度聚乙烯和低密度聚乙烯。在本文中，所使用的纤维可以具有此种结构，即其中纤维的部分或全部表面由具有(部分地)较低熔点的热塑性树脂组成。例如，可以优选使用复合纤维，其中将满足在上述范围内熔点的热塑性树脂置于纤维的表面上，而将具有更高熔点的塑料用作核。
其上粘结有固定了DNA的颗粒的纤维具有约为0.1μm-3mm，优选5μm-500μm的纤维直径。希望纤维直径应该落入这一范围内并且应该是其上粘结的颗粒的平均颗粒尺寸的1倍或更多倍，更优选3倍或更多倍。使用具有此种纤维直径的纤维允许颗粒稳定地附着到纤维的表面上。纤维直径和颗粒尺寸之间的最佳关系根据颗粒粘结在其上的对象是否是单一纤维物质或纤维片材如机织或非机织布而不同，在单一纤维物质中，纤维经拉伸并逐一排列；在纤维片材中，纤维互相缠绕。尤其是对于纤维片材来说，最佳颗粒尺寸根据纤维直径以及纤维间空腔的尺寸而变化。因此，纤维直径和颗粒尺寸的最佳组合可以通过进行初步试验适当地确定。待粘结的颗粒的颗粒尺寸优选为0.1-500μm，更优选1-100μm，如与固定了DNA的颗粒的制备方法有关的讨论所述。然而，在被粘结之前，颗粒可以具有超越这一范围的颗粒尺寸或大于纤维直径的颗粒尺寸，只要在粘结的过程中将颗粒成形为细颗粒，以致所得的颗粒具有落入该范围的颗粒尺寸或比纤维直径小。待粘结的颗粒的选择根据其使用(例如，用作过滤器)的位置，目的等不同。例如，当需要吸附能力时，因为增加可以被粘结的颗粒的重量，优选使用大的颗粒。另一方面，当需要吸附速率时，因为降低可以被粘结的颗粒的重量但是增加粘结的颗粒的表面积，优选使用小的颗粒。在这一方面，具有小纤维直径的纤维或纤维片材和具有小颗粒尺寸的固定了DNA的凝胶颗粒的组合增加纤维和颗粒两者的表面积。这一组合还使吸附速率加速并且在一定程度上增加吸附能力。
用于将固定了DNA的颗粒粘结到纤维或纤维片材上的所述颗粒的预加热温度取决于形成纤维表面的塑料的熔点和空气流的温度。为了维持DNA的双螺旋，该预加热温度优选为150℃或更低，考虑到颗粒对纤维的粘附，该预加热温度为50℃或更高，更优选70℃或更高。此外，考虑到嵌入颗粒中的DNA的稳定性，这些颗粒的加热持续时间越短越合乎需要。考虑到对纤维表面的粘合强度，加热持续时间可以是1分钟-30分钟的一段时间。任何允许待粘结的颗粒在所需的温度下与纤维或纤维片材接触或碰撞的方法可以用来将该颗粒提供给纤维的表面。当连续地进行这一粘结程序时，以恒定的速率连续地提供纤维或纤维片材，同时用例如加热到给定温度的颗粒以及空气流一起对该纤维或纤维片材喷雾以使它们相互碰撞。在纤维束的情况下，优选应该几乎均匀地将纤维束扩宽到定宽并且应该用颗粒喷雾并将其提供给该扩宽的表面。类似地，在纤维片材的情况下，优选应将颗粒喷雾并提供到该片材的表面上。
引导固定了DNA的颗粒与纤维的表面碰撞的空气流的温度可以是不低于纤维的表面的熔点的温度。然而，如果空气流具有过高的温度，则纤维的表面会剧烈熔融，颗粒会埋入该纤维中。结果，预期的吸附功能可能受到损害，或者其上粘结有颗粒的纤维可能破裂。从这一角度出发，优选加热颗粒的温度应该设置到此种温度，该温度不超过比组成用于粘结的纤维的表面的热塑性树脂的熔点高大约100℃的温度范围。该温度的上限为250℃或更低，更优选200℃或更低。空气流的流速取决于纤维表面的热性质和颗粒的尺寸和比重。因此，空气流的任何流速可以根据设计适当地确定。
在这样获得的其中粘结了固定了DNA的颗粒的纤维或纤维片材中，颗粒彼此独立地存在于纤维的表面上而没有聚集(在某些情形下，颗粒相互接触)。因此，没有损害纤维和纤维片材的触感和质地。因此，可以将纤维和纤维片材加工成各种形状并且可以呈现可用于所需应用的形式。本文所使用的纤维片材是指非机织或机织布或网片状片材，其中组成该纤维片材的纤维的至少部分或全部表面由热塑性树脂构成。例如，呈非机织布形式的纤维片材可以直接地用作过滤器或通过将该非机织布夹在具有良好形状保持性能的其它非机织布之间并在其上制造背脊和凹槽以增加过滤面积而用作过滤器。可以让纤维片材围绕着边缘上造了孔的圆柱形管子卷绕，也可以将其用在筒式液体过滤器中。例如，其上已经粘结了固定了DNA的颗粒的纤维可按以下的方式使用可以将纤维加工成非机织布或织物并用和上述呈非机织布形式的纤维片材一样的方法使用；和可以直接地将纤维形成集束，然后将它悬挂着并固定在水中使用。
实施例参照本申请的实施例，将在下文中说明和描述吸附溴化乙锭(诱变剂中的一种)的能力的评价结果。在这些实施例中，将通过引用用于说明的形状、尺寸、数值条件和其它具体条件描述本发明以促进对说明书的理解。然而，本发明不限于这些具体的条件，在本发明目的的范围内可以对这些条件作出改变和修改。
固定了DNA的凝胶颗粒的制备实施例1首先，将5重量份从鲑鱼鱼精获得的双束DNA(平均分子量6×106道尔顿)溶于1000重量份离子交换水中经1天以产生DNA水溶液。随后，在搅拌下将20重量份固体含量为20wt％的商购氧化铝溶胶(商品名ALUMINA SOL 520；由Nissan Chemical Industries制造)添加到800重量份固体含量为30wt％的商购二氧化硅溶胶(商品名“SNOWTEX CM”由Nissan Chemical Industries制造)中。然后在50℃下将所得的DNA的分散溶液干燥24小时以产生含大约2wt％DNA的DNA固定了的多孔氧化物凝胶。用球磨机研磨该干燥凝胶以产生颗粒尺寸大约20μm的根据制备实施例1的DNA固定了的多孔颗粒。
固定了DNA的凝胶颗粒的制备实施例2
首先，将100重量份H2NC2H4NHC3H6Si(OC2H5)3添加到1000重量份离子交换水中并反应5天。通过采用蒸发器在60℃下蒸馏，从所得的混合物中除去大约900重量份分散介质。然后，将200重量份离子交换水添加到该混合物中以产生大约400重量份具有碱性官能团结构部分的硅氧烷的水溶液。随后，将5重量份从鲑鱼鱼精获得的双束DNA(平均分子量6×106道尔顿)溶于1000重量份离子交换水中经1天以产生DNA水溶液。然后，将65重量份具有碱性官能团结构部分的硅氧烷的溶液添加到850重量份上述商购的二氧化硅溶胶中并搅拌大约15分钟。将所得的胶体的分散溶液与所述DNA水溶液混合以产生DNA和胶体的分散溶液，其接着经历使用空气在150℃下的喷雾干燥法处理以产生颗粒尺寸为大约50μm并且含大约1.8wt％DNA的根据制备实施例2的固定了DNA的多孔颗粒。
DNA担载纤维的制备在这一实施例中，将纤维直径为大约20μm的聚乙烯纤维(熔点大约135℃)用作用于担载所述固定了DNA的凝胶颗粒的纤维。首先，将在一束中的100根纤维围绕着辊子卷绕。将这一纤维束从辊子上绕下然后均匀扩宽成大约50mm的宽度。将上面专利文件3中介绍的技术应用于这一绕下的纤维束的扩宽的表面。即，将上述氧化物颗粒提前加热至不同的预加热温度并储存在料斗中。在料斗中的储存持续时间对于每种温度统一在3分钟。
然后按预定的量通过装置如喷射器提供维持在给定温度下的这些颗粒并通过统一在160℃的温度条件下的空气流使这些颗粒与纤维的表面接触，以将颗粒粘结到纤维的表面上。在合理的时段之后，将其上已经粘结了颗粒的纤维冷却到室温左右并卷于辊子上，用气枪吹掉多余的粉末。将所得的纤维用作评价的样品。
(DNA担载纤维片材的制备)在这一实施例中，将由芯壳型复合纤维通过湿法加工中的造纸制备的非机织布(表面密度大约50g/m2)用作纤维片材，所述复合纤维由充当鞘的纤维直径为大约10μm的聚乙烯(熔点大约135℃)和充当芯的聚丙烯(熔点大约160℃)组成。将与在DNA担载纤维中同样的技术应用于该50mm宽的非机织布。在不同的预加热温度下将该颗粒加热并储存在料斗中。在将颗粒粘结到非机织布上之后，从该非机织布上除去多余的粉末以获得用于评价的样品。
实施例1将其上粘结有根据上面制备实施例1的固定了DNA的凝胶颗粒的DNA担载纤维(预加热温度100℃)用作根据实施例1的用于评价的样品。从上面已经粘结有所述颗粒的纤维上切下10m长的纤维束。当称重该纤维束时，其重量从0.35g增加到0.52g。
实施例2将根据上面制备实施例1的固定了DNA的凝胶颗粒(预加热温度70℃)粘结到用作DNA担载纤维片材的基材的非机织布上以获得根据实施例2的用于评价的样品。与在担载所述颗粒之前的非机织布相比，由于担载所述固定了DNA的凝胶颗粒，所获得的非机织布样品带白色。从所得的DNA担载非机织布上切下40cm2的试片。测量重量增加，其上担载的DNA的量在表中示出。
实施例3用和实施例2一样的方法获得根据实施例3的用于评价的样品，不同之处在于将预加热温度设置到100℃。所获得的非机织布视觉上与实施例2的非机织布相似。从所得的DNA担载非机织布上切下40cm2的试片。测量重量增加，其上担载的DNA的量在表中示出。
实施例4用和实施例2一样的方法获得根据实施例4的用于评价的样品，不同之处在于将预加热温度设置到150℃。在这一实施例中获得的非机织布比实施例1和2中的那些变白得更明显。从所得的DNA担载非机织布上切下40cm2的试片。测量重量增加，其上担载的DNA的量在表中示出。
实施例5用和实施例2一样的方法获得根据实施例5的用于评价的样品，不同之处在于将预加热温度设置到100℃和将根据上面制备实施例2的颗粒用作固定了DNA的凝胶颗粒。所获得的非机织布视觉上与实施例2的非机织布相似。从所得的DNA担载非机织布上切下40cm2的试片。测量重量增加，其上担载的DNA的量在表中示出。
实施例1到5中获得的用于评价的样品上的颗粒通过用手触摸不容易从样品上脱落。
对比实施例将根据制备实施例2的固定了DNA的氧化物颗粒的粉末(0.145g)直接用于评价。
吸附溴化乙锭的评价通过下述方法评价这样获得的根据实施例和对比实施例的用于评价的每个样品吸附溴化乙锭(诱变剂中的一种)的能力。首先，以57ppm将溴化乙锭溶于去离子水中制备试验溶液。在室温下，在没有搅拌下将用于评价的每个样品浸渍在试验溶液中7天。测量每个试验溶液在470nm下的吸光率并评价为用于评价的每个样品中所吸附的溴化乙锭的量。通过使用在吸附之后测量的溶液的吸光率I，使用在吸附之前溴化乙锭在一定浓度下的吸光率I0根据公式IS＝100×(I0-I)/I0计算溴化乙锭的吸附率IS(下文称为EB吸附率)。用波长为366nm的UV灯辐射已经吸附了溴化乙锭的DNA担载纤维和非机织布以观察在暗室的条件下的插入性能。
如上所述，评价在实施例1-5中获得的用于评价的每个样品吸附溴化乙锭的能力。评价的结果以及评价中使用的各种条件如纤维或非机织布的重量在表1中示出。在对比实施例中，在没有搅拌下将溴化乙锭溶液直接添加到0.145g制备实施例2的粉末中。在7天之后，测量的EB吸附率为70％。从表1可以看出，可以证实实施例1-5的用于评价的每个样品与对比实施例的粉末相比显示较高的值并且迅速地表现出吸附能力。此外，在用UV灯研究插入性能中，在所有实施例的样品中观察到强荧光。因此，插入DNA的双螺旋中的功能可以证实得到维持。当用电子显微镜观察每个实施例中获得的非机织布的表面时，颗粒破裂成小碎片，其具有比初始颗粒尺寸小且大约为纤维直径几分之一的颗粒尺寸。
表1

本发明实施例和对比实施例已表明，当通过本申请所要求的担载方法将用作固定了DNA的颗粒的本发明的固定了DNA的凝胶颗粒担载到纤维和纤维片材上时，对热敏感的DNA可以稳定地担载在其上而不会损害诱变剂的插入功能，同时多孔氧化物颗粒的细孔得到维持并且DNA的吸附能力迅速地表现出来。
本发明不限于上面的实施方案并且在本发明的精神和范围内可以作出各种改变和修改。因此，为了向公众告知本发明的范围，给出以下权利要求。
本申请要求于2004年11月26日提交的日本专利申请号2004-342888的优先权，据此将该文献在此引入作为参考。
权利要求
1.具有与固定了DNA的颗粒结合的表面的DNA担载纤维，其特征在于所述固定了DNA的颗粒是其中DNA固定在多孔基体中的颗粒。
2.根据权利要求1的DNA担载纤维，其中所述多孔基体包含无机氧化物。
3.根据权利要求2的DNA担载纤维，其中所述无机氧化物能够形成胶体，并且所述颗粒是通过使无机氧化物的胶体从包含所述胶体和待固定的DNA的胶体溶液中胶凝而获得的。
4.根据权利要求3的DNA担载纤维，其中所述无机氧化物的胶体是二氧化硅胶体。
5.根据权利要求3的DNA担载纤维，其中所述无机氧化物的胶体是二氧化硅胶体和三价或四价金属氧化物的胶体的混合物。
6.根据权利要求3-5中任一项的DNA担载纤维，其中所述胶体溶液包含具有碱性官能团结构部分的聚合物。
7.根据权利要求6的DNA担载纤维，其中所述聚合物是具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷。
8.根据权利要求1-3中任一项的DNA担载纤维，其中所述纤维的至少部分或全部表面由热塑性树脂组成。
9.包含根据权利要求1-8中任一项的DNA担载纤维的DNA担载片材。
10.具有与固定了DNA的颗粒结合的表面的DNA担载纤维的制备方法，其特征在于包括步骤通过以下方式将其中DNA固定在多孔基体中的固定了DNA的颗粒热封到包括纤维的热塑性树脂的表面上，即通过在加热下将所述固定了DNA的颗粒提供给所述纤维的表面。
11.根据权利要求10的DNA担载纤维的制备方法，其中如下将所述固定了DNA的颗粒热封到所述纤维的表面上，即在不低于形成所述纤维的表面的热塑性树脂的熔点的温度下使所述固定了DNA的颗粒与所述纤维的表面接触。
12.根据权利要求11的DNA担载纤维的制备方法，其中采用分散有所述固定了DNA的颗粒的空气流使所述固定了DNA的颗粒与所述纤维的表面接触且所述空气流具有不低于所述热塑性树脂的熔点的温度。
13.根据权利要求10-12中任一项的DNA担载纤维的制备方法，其中所述多孔基体包含无机氧化物。
14.根据权利要求13的DNA担载纤维的制备方法，其中所述无机氧化物能够形成胶体，并且所述颗粒是通过使无机氧化物的胶体从包含所述胶体和待固定的DNA的胶体溶液中胶凝而获得的。
15.根据权利要求14的DNA担载纤维的制备方法，其中所述无机氧化物的胶体是二氧化硅胶体。
16.根据权利要求14的DNA担载纤维的制备方法，其中所述无机氧化物的胶体是二氧化硅胶体和三价或四价金属氧化物的胶体的混合物。
17.根据权利要求14-16中任一项的DNA担载纤维的制备方法，其中所述胶体溶液包含具有碱性官能团结构部分的聚合物。
18.根据权利要求17的DNA担载纤维的制备方法，其中所述聚合物是具有碱性官能团结构部分的聚有机硅氧烷。
19.根据权利要求10-18中任一项的DNA担载纤维的制备方法，其中使所述固定了DNA的颗粒与所述纤维的表面接触，且在50℃-150℃的预加热温度下将所述固定了DNA的颗粒加热。
全文摘要
提供了能够维持DNA的稳定性并且有效地表现DNA的吸附性能的DNA担载纤维。还提供了在各种应用中有用的DNA担载片材，即使用所述纤维的片材。所述DNA担载纤维如下制备将其中DNA作为吸附剂固定在包含无机氧化物的多孔基体中的颗粒熔化并固定到由纤维的热塑性树脂组成的表面上。
文档编号D06M11/79GK101087916SQ20058004472
公开日2007年12月12日 申请日期2005年11月18日 优先权日2004年11月26日
发明者张祖依, 汤浅俊哉, 襟立信二, 小谷佳范, 川部雅章, 中村达郎, 加藤宏一, 户泽愉之 申请人:佳能株式会社