JPH0347536A - 微生物吸着材及びその製造方法 - Google Patents

微生物吸着材及びその製造方法

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JPH0347536A
JPH0347536A JP1181576A JP18157689A JPH0347536A JP H0347536 A JPH0347536 A JP H0347536A JP 1181576 A JP1181576 A JP 1181576A JP 18157689 A JP18157689 A JP 18157689A JP H0347536 A JPH0347536 A JP H0347536A
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Akinori Minami
彰則 南
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、水処理における水中の微生物の吸着材、バイ
オリアクターやバイオセンサーにおける微生物面体の保
持担体などとして使用される微生物吸着材に関し、とく
に水中の菌体を効率良く吸着てきる微生物吸着材に関す
る。
［従来技術］ 従来、上下水道の微生物を除去する手段として、塩素消
毒法などの殺菌作用を有する水可溶性化学物質が使用さ
れている。しかし、これらの化学物質は一般に毒性が強
いことが多く、とくに、飲料水や、食品又は医薬品製造
用の水に添加して用いるには問題があった。例えば、上
記塩素消毒では、処理反応においてトリハロメタン等の
有機ハロゲン化物が生成するが、最近、このトリハロメ
タンに発癌性があり、生物濃縮を受けることがわかり、
環境汚染問題として大きく取り上げられている。
このため、水に不溶性で微生物を除去てきる材質が強く
要望されている。
一方、バイオリアクターやバイオセンサーの分野では、
最近、微生物菌体を生きた状態て担体に固定化させ、微
生物によって生産される菌体内または菌体外の酵素を利
用することが考えられている。これら微生物の担体への
固定化方法としては、従来、物理的吸着法、共有結合法
などが知られている。この内、物理的吸着法は結合が弱
く、微生物が脱離することがあり、共有結合法は比較的
強固な結合が得られるが、反応方法によっては酵素が変
性しやすく、とくに微生物菌体の場合には死滅するおそ
れがある。このため、微生物菌体を死なせたり、活性を
低下させたりすることなく、安定に固定化できる担体が
望まれている。
上述のような水処理の微生物除去材やバイオリアクター
の担体における要求を満たす材料として、特公昭６２−
４１６４１号公報には、橋かけポリビニルピリジニウム
ハライドからなる不溶性高分子化合物が提案されている
。この化合物は、高い効率で、しかも、生きた状態で微
生物を捕えることができ、その上、水に不溶性であるた
め環境を汚染することがない非常に優れた微生物吸着材
である。
しかしながら、上記の橋かけポリビニルピリジニウムハ
ライドは水だけでなく、通常の有ａ溶剤にも不溶である
ため、固体としてしか取り扱えず、加工が困難で、一般
にはビーズ形状で使用されるので、単位重量当たりの表
面積が小さく、吸着効率が悪いという問題があフた。こ
れを解消するためには、例えばビーズの径を小さくすれ
ば良いが、この様にすると、目づまりか生じて使用でき
なくなるおそれがあフた。
なお、橋かけ構造を持たないポリビニルピリジニウムハ
ライドは水溶性であって、水処理材として用いた場合に
は流失する問題があるだけでなく、′ｒＬ菌性があるこ
とが知られている。
［発明が解決すべき課題］ 本発明は上記従来技術の欠点を解消すべくなされたもの
であり、水系で使用しても溶解せず、微生物の活性を低
下させることなく吸着することができ、かつ、表面積が
大きく、微生物の吸着効率が高い微生物吸着材を得るこ
とを課題とする。
［［題を解決する手段］ 本発明は、一般式、 ２ （ただし、式中Ｒ１はベンジル基、０４〜ＣＩＧのアル
キル基またはペンタフルオロフェニルメチル基、Ｒ２は
水音原子または０１〜Ｃ３のアルキル基、Ｘはハロゲン
原子、Ｙは水素原子、Ｃ１−Ｃ５のアルキル基、ベンジ
ル基、エーテル基、カルボキシル基、カルボン酸エステ
ル基またはアリール基）で表わされるビニル系共重合体
が、多孔質基材の表面に付着していることを特徴とする
微生物吸着材に関する。
［作用］ すなわち、本発明の微生物吸着材に使用する上記のビニ
ル系共重合体は、橋かけポリビニルピリジニウムハライ
ドと同様の優れた微生物吸着能を有するにもかかわらず
、水には不溶または難溶でありながら、有’ａＮｆＩ剤
には可溶であって、これを溶液とすることができるので
、橋かけポリビニルピリジニウムハライドでは不可能で
あった、他の基材への含浸やコーティングなどの加工が
可能なのである。本発明の微生物吸着材は、この共重合
体の性質を利用し、優れた微生物吸着性を有するビニル
系重合体を多孔質基材の表面に付着することによって、
ビニル系共重合体の単位ｆｆ１ｆｆｉ当たりの表面積を
大幅に増加せしめ、微生物吸着能を高めたものである。
本発明には、４−ビニルピリジンとモノとニルモノマー
とを共重合した後、ハロゲン化物を作用させて得られる
、下記の一般式で表わされるビニル系共重合体が使用さ
れる。
ただし、式中Ｒ１はベンジル基、Ｃ４〜ＣＩ６のアルキ
ル基またはペンタフルオロフェニルメチル基、Ｒ２は水
素原子またはＣｌ−Ｃ５のアルキル基、Ｘはハロゲン原
子、Ｙは水素原子、ｃ、−ｃ３のアルキル基、ベンジル
基、エーテル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル
基またはアリール基である。また、このビニル系共重合
体はランダム共重合体またはブロック共重合体である。
共重合に使用するモノとニルモノマーとしては、エチレ
ン、プロピレン、ブテンなどのモノオレフィン、スチレ
ン、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エステル、メ
タクリル酸、メタクリル酸エステル、脂肪族ビニルエス
テル、アクリロニトリル及びこれらの誘導体などがある
が、これらに限らず、種々のものが単独または組合せて
使用できる。ただし、親水性の高い官能基を有するモノ
とニルモノマーを使用すると、得られる共重合体が重合
度によフては水溶性となるので望ましくない。
このモノビニルモノマーと４−ビニルピリジンとの比率
、すなわち、ｎ：ｍの割合は、使用されるモノビニルモ
ノマーの種類や、重合度によっても異なるが、大略１０
：９０〜９０：１０の範囲にあるのが望ましい、この範
囲よりも４−ビニルピリジンの割合が少ないと十分な微
生物吸着性が得られず、これより多いと得られる共重合
体が水溶性の高いものとなってしまう。
また、上記ビニル系重合体の重合度は少なくとも３００
以上であることが望ましく、これより重合度が低いと、
得られる共重合体の水溶性が高いものとなる。
モノビニルモノマーと４−ビニルピリジンとの共重合体
は、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化ベンジル、ハロゲ
ン化ペンタフルオロフェニルメチルなどのハロゲン化物
と反応させることにより、ピリジンを４級化し、次式で
表わされる官能基を形成する。
式：Ｘ−Ｒ，艷Ｖ この官能基が主体となフて微生物を活性状態を維持した
ままで、吸着する働きをしているものと考えられる。こ
の機構は明らかではないが、この官能基は正に帯電して
おり、一般に微生物の細胞表面は負に帯電していること
から、静電気的な相互作用が一つの重要な因子であると
推定される。
この様にして得られたビニル系共重合体は、水に対して
実質的に不溶または電溶であって、有機溶剤には可溶で
ある。この性質を利用して、上記ビニル系重合体は有機
溶剤に溶かされて溶液とされる。有ａＷＩ剤としては、
アルコール類、エステル類、フェノール類、エーテル類
などが使用できるが、取り扱いやすさなどの点から考え
て、アルコール類を使用することが望ましい。
次に、ビニル系共重合体を溶解した溶液は、多孔質基材
に含浸、スプレー、コーティングなどの手段で付与され
る。この後、乾燥工程を経ることにより、上記ビニル系
共重合体は多孔Ｍ基材に付着される。この際、多孔質基
材の内部にわたって、できるだけ広い範囲に均一にビニ
ル系共重合体を付着させるためには含浸によるのが望ま
しい。
多孔質基材に対するビニル系共重合体の付着量は特に限
定されないが、０．０１〜２０ｗｔ％の範囲において吸
着力が高く、かつ経済的である。　２０ｗｔ％以上では
、ビニル系共重合体の使用量が増す割には吸着効果は上
がらず、不経済となる。
本発明の多孔質基材には、不織布、織物、編物、紙、発
泡体など種々のものが使用でき、有機、無機、全屈から
なる単一、もしくは複合素材が選択可能である。中でも
３次元構造からなる不織布は、表面積が大きく、圧力損
失が低いという点で望ましい。加えて、ビニル系共重合
体が不織布の繊維表面に薄く均一に付着できるので、ビ
ニル系共重合体の単位重量当たりの表面積は、ビーズに
比して最躍的に大きい。この結果、水処理における微生
物の接触面積や、バイオリアクターにおける基質との反
応効率を大幅に高めることが可能となる。
また微生物を大量に吸着した場合でも、不織布の密度を
コントロールすることにより、空隙を確保し・て目詰り
の生じない構造にできる。
なお、本発明の微生物吸着材によって、吸着する対象と
なる微生物とは、細菌、真菌、藻類、ウィルスなどを言
う。水処理材として本発明の微生物吸着材を用いる場合
には、被処理水に含まれるこれらの微生物を吸着除去す
ることにより水の浄化が行なわれる。また、バイオリア
クターなどに利用する場合には、特定のＩ！能を有する
面体を、生きたままで、あるいは活性の高い状態で吸着
させ、これら菌体に含まれる酵素を動かせて、反応生成
物を得たり、物質の選別を行なったりする。
（実施例１） ４−ビニルピリジンとスチレンとを４０　：　６０モル
％の割合で共重合した後、等モル・僅のベンジルプロミ
ドで４級化処理してビニル系共重合体を得た。
一方、レーヨン繊維（ｍ度１．５デニール）からなる１
ａｍウェアを水流絡合処理して、目付９０ｇ／ｍ２、厚
み０．５ｍ＋の不織布を得た。
この水流絡合不織布に、上記ビニル系重合体を溶解した
エタノ−ルミ８液を含浸した後、７５℃で乾燥して、不
織布に対する共重合体の付着率が１．５重量％の微生物
吸着材を得た。
この微生物吸着材を３ｏφに打抜き、内径３ｃｍのカラ
ムに３０枚Ｆｊｉ層充填した後、ニジエリシア・コリを
０．８５％食塩水に４．６Ｘ　１０８個／１の濃度に懸
濁させた液を、４５ｍ１／ｈｒの速度でカラムに通液し
た。
通液して得た炉液中の生菌数を寒天平板混釈法を用いて
一定時間毎に測定し、除菌率を求め、第１表に示した。
（比較例１） 実施例１でビニル系共重合体を用いず、水流絡合不織布
のみをカラムに充填し、これに、ニジエリシア・コリを
０．８５％食塩水に５．５Ｘ　１０１’ｆｍ／ｍｌの濃
度に懸濁させた液を、３５ｍ１／ｈｒの速度でカラムに
通液した。
通液して得た炉液中の生菌数を一定時間毎に測定し、除
菌率を求め、第１表に示した。
（実施例２） ビニル系共重合体として、４−ビニルピリジンとスチレ
ンとを４０　：　６０モル％の割合で共重合した後、等
モル量のベンジルクロリドで４級化処理したものを用い
たこと以外は、実施例１と同様にして微生物吸着材を得
た。
この微生物吸着材を実施例１と同様にしてカラムに充填
した後、ニジエリシア・コリを０．８５％食塩水に５．
６Ｘ　１０”個／１の濃度に懸濁させた液を、４０ｍ１
／ｈｒの速度でカラムに通液し、炉液中の生菌数を一定
時間毎に測定し、除菌率を求め、第１表に示した。
第１表から明らかなように、実施例１．２のビニル系共
重合体を付着させた水流絡合不織布を用いた微生物吸着
材は、菌の吸着力に優れ、高い除菌率を示したが、比較
例１のビニル系共重合体を付着させていないものは、菌
の吸着力が弱く、しかも時間の経過とともに著しく低下
し、わずか、１０％程度の除菌率しか示さなかフた。
第１表 （実施例３） 実施例１の微生物吸着材を３ｃｒａφに打抜き、内径３
ｃのカラムに３０枚積層充填した後、スタフィロコッカ
ス・アウレウスを０．８５％食塩水に２．８×１０”個
／ｍｌの濃度に懸濁させた液を、６０ｎ＋Ｉ／ｈｒの速
度でカラムに通液した。
通液して得た炉液中の生菌数を一定時間毎に測定し、除
菌率を求め、第２表に示した。
（実施例／１） 実施例１の微生物吸着材を３ｃＴｌｌφに打抜き、内径
３１のカラムに３０枚［！充填した後、シュードモナス
・エルギノーザを０．８５％食塩水に６．２Ｘ　１０８
個／ｍｌの濃度に５Ａ濁させた液を、３０ｍ１／ｈｒの
速度でカラムに通液した。
通液して得た炉液中の生菌数を一定時間毎に測定し、除
菌率を求め、第２表に示した。
第２表から明らかなように、菌の種類にかかわらず、本
発明の微生物吸着材は良好な菌の吸着力を示した。
第２表 （実施例５） 実施例１の微生物吸着材を１．６ｃｍφに打抜き、内径
１．６１のカラムに２０枚積層充填した後、Ｔ−４バク
テリオフアージを０６８５％食塩水に１．３Ｘ　１０６
個／ｍｌの濃度に！！濁させた液を、２０ｍ１／ｂｒの
速度でカラムに通液した。
通液して得た炉液中の生菌数を一定時間毎に測定し、除
菌率を求め、第３表に示した。
（比較例２） 実施例５でビニル系共重合体を用いず、水流絡合不織布
のみをカラムに充填し、これに、Ｔ−４バクテリオフア
ージを０．８５％食塩水に１．３Ｘ　１０ａ個／ｍｌの
濃度に懸濁させた液を、２０ｍ１／ｈｒの速度でカラム
に通′ｉ伐した。
通ｉ１！シて得た炉液中の生菌数を一定時間毎に測定し
、除菌率を求め、第３表に示した。
第３表から、本発明の微生物吸着材が、面体に比へてよ
り微小なウィルスに対しても有効に働くことがわかった
。
第３表 （実施例６） ビニル系共重合体として、４−ビニルピリジンとスチレ
ンとを２５　：　７５モル％の割合で共重合した後、等
モル量のベンジルプロミドで４級化処理したものを用い
たこと以外は、実施例１と同様にして微生物吸着材を得
た。
この微生物吸着材を実施例１と同様にしてカラムに充填
した後、ニジエリシア・コリを０．８５％食塩水に２．
３Ｘ　１０Ｂ個／１の濃度に懸濁させた液を、７０ａ＋
Ｉ／ｈｒの速度でカラムに通液し、炉液中の生菌数を一
定時間毎に測定し、除ｖＭ率を求め、第４表に示した。
（比較例３〉 ビニル系共重合体として、４−ビニルピリジンとスチレ
ンとを９５：５モル％の割合で共重合した後、等モルｍ
のベンジルプロミドで４級化処理したものを用いたこと
以外は、実施例１と同様にして微生物吸着材を得た。
この微生物吸着材を実施例１と同様にしてカラムに充填
した後、０．８５％食塩水を通液したところ、ビニル系
共重合体が徐々に炉液中に漏出してしまったので、測定
は行なえなかった。
（実施例７） ビニル系共重合体として、トビニルピリジンとメタクリ
ル酸メチルとを４０　：　６０モル％の割合で共重合し
た後、等モル量のベンジルプロミドで４級化処理したも
のを用いたこと以外は、実施例１と同様にして微生物吸
着材を得た。
この微生物吸着材を実施例１と同様にしてカラムに充填
した後、ニジエリシア・コリを０．８５％食塩水に３．
８Ｘ　１０８個／ａｌの濃度に懸濁させた液を、５０ｍ
１／ｈｒの速度でカラムに通液し、炉液中の生菌数を一
定時間毎に測定し、除菌率を求め、第４表に示した。
（比較例４） ビニル系共重合体として、４−ビニルピリジンとメタク
リル酸メチルとを５：９５モル％の割合て共重合した後
、等モル量のベンジルプロミドで４級化処理したものを
用いたこと以外は、実施例１と同様にして微生物吸着材
を得た。
この微生物吸着材を実施例１と同様にしてカラムに充填
した後、ニジエリシア・コリを０．８５％食塩水に３．
８Ｘ　ｔｏｅ個／１の濃度に懸濁させた液を、５５１／
ｈｒの速度でカラムに通液し、炉液中の生菌数を一定時
間毎に測定し、除菌率を求め、第４表に示した。
第４表から、本発明に使用するビニル系共重合体の原料
物質である４−ビニルピリジンとビニルモノマーの割合
によって、微生物吸着材の微生物の吸着力に差が生じる
ことがわかった。とくに、比−咬例４のように、４−ビ
ニルピリジンの量が減少すると微生物の吸着力は低下し
た。一方、４−ビニルピリジンの量が増加すると微生物
の吸着力は高まる傾向にあるが、この量があまり多くな
ると、比較例３のように樹脂が水溶性となって使用でき
なくなフた。なお、第４表から、とニルモノマー成分を
変更しても、良好な吸着力を持つ微生物吸着材が得られ
ることもわかった。
第４表 （実施例８） 多孔質基材を、ポリエステル繊維（１！＆度１．５デニ
ール）からなる、目１寸１２６ｇ／ｍ２、厚み０．８７
＋ｎｒｘのニードルバンチ不織布に変えたこと以外は実
施例１と同様にして微生物吸着材を得た。
この微生物吸着材を３ＣＩｌφに打抜き、内径３ｃＴ１
１のカラムに２３枚積層充填した後、ニジエリシア・コ
リを０．８５％食塩水に５．５Ｘ　１０Ｂ個／１の濃度
に懸濁させた液を、３５ｍ１／ｈｒの速度でカラムに通
滴し、炉液中の生菌数を一定時間毎に測定し、除菌率を
求め、第５表に示した。
（実施例９） 多孔質基材を、アクリル繊維（繊度１．３デニール）か
らなる、目付１５１３／ｍ２、厚み１．１１ａｍのニー
ドルバンチ不織布に変えたこと以外は実施例１と同様に
して微生物吸着材を得た。
この微生物吸着材を３ｃｗφに打抜き、内径３０のカラ
ムに１８枚積層充填した後、ニジエリシア・コリを０．
８５％食塩水に３．９Ｘ　１０ａ個／１の濃度に懸濁さ
せた液を、５０ｍ１／ｈｒの速度でカラムに通を夜し、
！ｊ５液中の生菌数を一定時間毎に測定し、除菌率を求
め、第５表に示した。
（実施例１０） 多孔質基材を、ガラス繊維（繊維径６μｍ）からなる、
目付１５０ｇ／ｍ２、厚み１．０５−の湿式不織布に変
えたこと以外は実施例１と同様にして微生物吸着材を得
た。
この微生物吸着材を３ｃｔＩＩφに打抜き、内径３ｃの
カラムに２４枚積層充填した後、ニジエリシア・コリを
０．８５％食塩水に２．８Ｘ　１０Ｂ個／１の濃度に懸
濁させた液を、５５ｍ１／ｈｒの速度でカラムに通液し
、炉液中の生菌数な一定時間毎に測定し、除菌率を求め
、第５表に示した。
（実施例１１） 多孔質基材を、レーヨン繊ｉｔｔ　＜繊度１．５デニー
ル）からなる、目ｆ寸１３５３／ｍ２、厚み０．９０−
の二−ドルパンチ不織布に変えたこと以外は実施例１と
同様にして微生物吸着材を得た。
この微生物吸着材を３（？ｌｌφに打抜き、内径３ｃｍ
のカラムに２６枚積層充填した後、ニジエリシア・コリ
を０．８５％食塩水に３．３Ｘ　１０ａ個／１の濃度に
懸濁させた液を、５５ｍ１／ｈｒの速度でカラムに通液
し、炉液中の生菌数を一定時間毎に測定し、除菌率を求
め、第５表に示した。
第５表かられかるように、多孔質基材の種類によって、
微生物吸着材の微生物の吸着力は若干の変動は受けるが
、いずれも吸着力を有することがわかった。
第５表 ［発明の効果］ 本発明の微生物吸着材は、上述の如く、水に不溶で有ａ
溶剤に可溶である、優れた微生物吸着能を有する共重合
体を作成し、これを表面積が大きい多孔質基材に付着さ
せたものである。このため、本発明の微生物吸着材を水
処理材に用いた場合には、水中に含まれる微生物を効率
よく吸着し、時間が経過しても吸着能は低下しにくく、
目詰りなどのトラブルも生じにくい、しかも、本発明に
使用するビニル系共重合体は水に不溶であるので、溶は
出して環境を汚染することもない、また、本発明の微生
物吸着材をバイオセンサーやバイオリアクターとして用
いた場合には、微生物を生きたままの活性の高い状態で
、高い効率で固定化でき、しかも、吸着材が３次元構造
であフて、反応基質や分析対象となる溶液などとの接触
が広い面積でスムーズに行なｘ、（Ｄて、優れた生体触
媒機能をする 分に活用することができる。
この様に、本発明の微生物吸着材は水処理材、あるいは
バイオセンサー、バイオリアクターなどに使用するのに
極めて適したものである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）一般式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、式中Ｒ＿１はベンジル基、Ｃ＿４〜Ｃ＿１＿
    ６のアルキル基またはペンタフルオロフェニルメチル基
    、Ｒ＿２は水素原子またはＣ＿１〜Ｃ＿３のアルキル基
    、Ｘはハロゲン原子、Ｙは水素原子、Ｃ＿１〜Ｃ＿３の
    アルキル基、ベンジル基、エーテル基、カルボキシル基
    、カルボン酸エステル基またはアリール基）で表わされ
    るビニル系共重合体が、多孔質基材の表面に付着してい
    ることを特徴とする微生物吸着材。
  2. （２）一般式中のｎ：ｍの割合が１０：９０〜９０：１
    ０である請求項１に記載の微生物吸着材。
  3. （３）４−ビニルピリジンとモノビニルモノマーとを共
    重合した後、ハロゲン化物を作用させて、一般式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、式中Ｒ＿１はベンジル基、Ｃ＿４〜Ｃ＿１＿
    ６のアルキル基またはペンタフルオロフェニルメチル基
    、Ｒ＿２は水素原子またはＣ＿１〜Ｃ＿３のアルキル基
    、Ｘはハロゲン原子、Ｙは水素原子、Ｃ＿１〜Ｃ＿３の
    アルキル基、ベンジル基、エーテル基、カルボキシル基
    、カルボン酸エステル基またはアリール基）で表わされ
    るビニル系共重合体を作成し、次いで該ビニル系共重合
    体を有機溶剤に溶解して非水溶液とし、該非水溶液を多
    孔質基材に含浸し、乾燥することによって、該ビニル系
    共重合体を該多孔質基材表面に付着せしめることを特徴
    とする微生物吸着材の製造方法。
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