高分子化合物の分解反応速度の測定装置

技術概要

測定対象となる不溶性高分子を、微小球体へ加工、発光性色素を添加し、微小球体を反応溶液に包含させてレーザで励起しその発光を光学顕微鏡で収集し、観測するもの。不溶性高分子の液中における分解反応を顕微的、精密、かつ、その場で測定できるため、複合的で高度な化学的・生物学的な解析を可能とする。

用途・応用

高分子化合物分解反応速度の測定装置

背景

従来、合成高分子や天然高分子等の高分子化合物の分解反応速度を測定する方法として
は、例えば、乾燥重量法（例えば、非特許文献１、２参照）、クロマトグラフィーや電気
泳動を用いた測定方法（例えば、非特許文献３参照）、水晶振動子マイクロバランス法（
例えば、非特許文献４、５参照）、走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法（例えば、非
特許文献６参照）等が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】

【非特許文献１】Ｊｕｌｉｅ　Ｆ．Ｊａｍｅｓｏｎ，Ｍａｒｉｓａ　Ｏ．Ｐａｃｈｅｃｏ
，Ｊａｓｏｎ　Ｅ．Ｂｕｔｌｅｒ，Ｗｈｉｔｎｅｙ　Ｌ．Ｓｔｏｐｐｅｌ，“Ｅｓｔｉｍ
ａｔｉｎｇ　Ｋｉｎｅｔｉｃ　Ｒａｔｅ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｅｎｚｙｍａ
ｔｉｃ　Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｙｏｐｈｉｌｉｚｅｄ　Ｓｉｌｋ　Ｆｉｂｒ
ｏｉｎ　Ｓｐｏｎｇｅｓ ” ，Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ　ｉｎ　Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
　ａｎｄ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｕｌｙ　２０２１，Ｖｏｌｕｍｅ　９，Ａｒ
ｔｉｃｌｅ　６６４３０６．
【非特許文献２】Ｔｈｉｄａｒａｔ　Ｗｏｎｇｐｉｎｙｏｃｈｉｔ，Ｂｌａｉｒ　Ｆ．Ｊ
ｏｈｎｓｔｏｎ，Ｆ．Ｐｈｉｌｉｐｐ　Ｓｅｉｂ，“Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　Ｂｅｈａ
ｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｓｉｌｋ　Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ　Ｅｎｚｙｍｅ　Ｒｅｓｐｏｎ
ｓｉｖｅｎｅｓｓ ” ，ＡＣＳ　Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｒｔｉｃｌｅ，２０１８，４，９４２−９５１．
【非特許文献３】Ｊｏｓｅｐｈ　Ｂｒｏｗｎ，Ｃｈｉａ−Ｌｉ　Ｌｕ，Ｊｅａｎｎｉｎｅ
　Ｃｏｂｕｒｎ，Ｄａｖｉｄ　Ｌ．Ｋａｐｌａｎ，“Ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｓｉｌｋ　ｂ
ｉｏｍａｔｅｒｉａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｎ　ｐｒｏｔｅｏｌｙｓｉｓ ” ，Ａｃｔ
ａ　Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉａ　１１（２０１５）２１２−２２１．
【非特許文献４】Ｔａｓｈｆｉａ　Ｍ．Ｍｏｈｏｎａ，Ｎｉｎｇ　Ｄａｉ，Ｐｒａｔｈｉ
ｍａ　Ｃ．Ｎａｌａｍ，“Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　Ｋｉｎｅ
ｔｉｃｓ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ　Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍｓ　ｉｎ　Ａｑ
ｕｅｏｕｓ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ａｎｄ　Ｐｅｒａｃｅｔｉ
ｃ　Ａｃｉｄ　Ｕｓｉｎｇ　Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ
” ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ　２０２１，３７，１４２１４−１４２２７．
【非特許文献５】Ｘａｖｉｅｒ　Ｔｕｒｏｎ，Ｏｒｌａｎｄｏ　Ｊ．Ｒｏｊａｓ，Ｒａｎ
ｄａｌｌ　Ｓ．Ｄｅｉｎｈａｍｍｅｒ，“Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　Ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ
　Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ：Ａ　ＱＣＭ−Ｄ　Ｓｔｕｄｙ ” ，Ｌａｎ
ｇｍｕｉｒ　２００８，２４，３８８０−３８８７．
【非特許文献６】Ｋｉｙｏｈｉｋｏ　Ｉｇａｒａｓｈｉ，Ａｎｕ　Ｋｏｉｖｕｌａ，Ｍａ
ｓａｈｉｓａ　Ｗａｄａ，Ｓａｔｏｓｈｉ　Ｋｉｍｕｒａ，Ｍｅｒｊａ　Ｐｅｎｔｔｉｌ
ａ，Ｍａｓａｈｉｒｏ　Ｓａｍｅｊｉｍａ，“Ｈｉｇｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ａｔｏｍｉｃ　Ｆ
ｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　Ｖｉｓｕａｌｉｚｅｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｖｅ　Ｍｏ
ｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ　ｒｅｅｓｅｉ　Ｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄ
ｒｏｌａｓｅ　Ｉｏｎ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ” ，ＴＨＥ　ＪＯ
ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＢＩＯＬＯＧＩＣＡＬ　ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ，ＶＯＬＵＭＥ　２８４
・ＮＵＭＢＥＲ　５２，ＰＡＧＥ　３６１８６−３６１９０，ＤＥＣＥＭＢＥＲ　２５，
２００９． 

課題

上記の方法では、高分子化合物の分解反応速度を顕微的、精密、かつその場で測定する
ことができない。高分子化合物の分解反応速度を顕微的、精密、かつその場で測定するこ
とができれば、複合的で高度な化学的、生物学的な解析が可能となる。
　乾燥重量法は、最も普及しているものの、顕微測定、その場測定のいずれもが困難であ
り、精度も劣るという課題がある。
　クロマトグラフィーや電気泳動を用いた測定方法は、精度が高いものの、その場測定や
顕微測定を実現できないという課題がある。
　水晶振動子マイクロバランス法は、精度の高さに加えてその場測定も可能であるが、測
定条件が限定的であるという課題がある。
　走査型プローブ顕微鏡を用いた測定方法は、定量的な解析が困難であり、測定条件も限
られている上に、光学顕微鏡と組み合わせることが困難であるという課題がある。
　このように、従来、高分子化合物の分解反応速度を顕微的、精密、かつその場で測定す
ることができる方法はなく、そのような方法が望まれていた。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高分子化合物の分解反応速度を、
室温、大気圧下で、顕微的、精密、かつその場で測定することができる高分子化合物の分
解反応速度の測定方法、高分子化合物の分解反応速度の測定装置を提供することを目的と
する。

手段

本発明は、以下の態様を有する。
［１］高分子化合物を含む溶液を、界面活性剤を溶解した有機溶媒に添加し、得られた混
合液をホモジナイズして高分子コロイド懸濁液を生成する工程と、 　前記高分子コロイド懸濁液を、炭素数３以上のアルコールに添加した後に静置するか、
または、そのまま静置して、高分子マイクロ球体を形成する工程と、
　前記高分子マイクロ球体を水に懸濁させ、石英基板上に滴下し乾固させる工程と、
　前記石英基板上の前記高分子マイクロ球体を覆うように分解用液体を滴下し、前記分解
用液体中の前記高分子マイクロ球体をレーザー光で励起し、前記高分子マイクロ球体が発
する蛍光のスペクトルを計測する工程と、
　前記スペクトルの光共振ピークの波長の変化量から前記高分子マイクロ球体の体積変化
量を計測する工程と、を有する、高分子化合物の分解反応速度の測定方法。
［２］前記高分子化合物は、天然高分子化合物または合成高分子化合物である、［１］に
記載の高分子化合物の分解反応速度の測定方法。
［３］高分子マイクロ球体を含む懸濁液を滴下した石英基板を載置するステージと、
　前記石英基板上の前記高分子マイクロ球体を覆うように分解用液体を滴下するディスペ
ンサーと、
　前記石英基板上の前記分解用液体中の前記高分子マイクロ球体にレーザー光を照射する
励起光源と、
　前記高分子マイクロ球体が発する蛍光のスペクトルを計測する発光検出器と、
　前記スペクトルの光共振ピークの波長の変化量から前記高分子マイクロ球体の体積変化
量を算出する体積変化計算器と、を備える、高分子化合物の分解反応速度の測定装置。 

効果

本発明によれば、高分子化合物の分解反応速度を、室温、大気圧下で、顕微的、精密、
かつその場で測定することができる高分子化合物の分解反応速度の測定方法、高分子化合
物の分解反応速度の測定装置を提供することができる。

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