專利名稱：Dna載體、其制造方法及使用該dna載體的收集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DNA載體。特別地，本發(fā)明涉及將DNA牢固固定在多孔基體中的DNA載體，其即使在與水接觸時(shí)也能減少DNA洗脫到水中，并保持DNA的選擇性識(shí)別能力和將特定物質(zhì)并入DNA雙螺旋中的能力；還涉及制造該DNA載體的方法和使用DNA的收集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
DNA(脫氧核糖核酸)負(fù)責(zé)活體內(nèi)的遺傳信息并且是對(duì)生命現(xiàn)象最重要的物質(zhì)之一。DNA具有極精確的識(shí)別分子的能力，因?yàn)閱捂淒NA與互補(bǔ)單鏈DNA一起構(gòu)成許多堿基對(duì)。DNA使具有planer化學(xué)結(jié)構(gòu)的芳族化合物選擇性和特異性嵌入(并入)其雙螺旋中，因此被視為用于檢測(cè)水或空氣中存在的致癌化合物和用于環(huán)境凈化以去除有害物質(zhì)的潛在材料((日文)機(jī)能材料，(功能性材料)，卷19，1999)。在用于檢測(cè)和環(huán)境凈化的材料中使用這種DNA要求將水溶性DNA固定在基材上，因此推進(jìn)了將DNA固定在基材上的技術(shù)的發(fā)展。已經(jīng)提出，例如，包括使載體表面與DNA在含有嗎啉、嗎啉衍生物和/或其鹽的緩沖液中接觸的步驟的方法(國(guó)際專利公開WO00/34456)；通過用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷改性的聚合物固定DNA的方法(Chem.Rev.，卷96，1533-1554，1996；Anal.Chim.Acta，卷365，19-25，1998)；在用原子氧等離子體處理的基材上核酸固定法(日本專利申請(qǐng)公開2002-218976)；使用含二價(jià)金屬的化合物使脫氧核糖核酸的堿金屬鹽和藻酸的堿金屬鹽共凝結(jié)以固定脫氧核糖核酸的方法(參看，例如，日本專利申請(qǐng)公開H07-41494)；通過用波長(zhǎng)為250-270納米的紫外線照射載體上的水溶性DNA水溶液或薄溶液膜或水溶性DNA在載體上的薄溶液膜以使DNA固化并固定在載體上的方法(參看，例如，日本專利申請(qǐng)公開2001-81098)；和包含含鈣物質(zhì)或無機(jī)固體材料(例如硅膠)作為DNA-固定載體的DNA-固定化復(fù)合材料(參看，例如，日本專利申請(qǐng)公開H10-175994)。
這些方法通過將DNA固定在基材上或通過引發(fā)DNA的交聯(lián)反應(yīng)來使DNA不溶于水。然而，在這些方法中，仍然存在DNA暴露面積較小且未充分顯示DNA能力的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了將DNA牢固固定在基材上的DNA載體，其可以減少DNA洗脫到水中并可以充分利用DNA選擇性和特異性收集物質(zhì)的能力；還提供了制造這種DNA載體的方法。本發(fā)明進(jìn)一步提供了使用DNA的收集系統(tǒng)，其可用于特定物質(zhì)的高精度檢測(cè)和用于能夠有效去除物質(zhì)的環(huán)境凈化，在該系統(tǒng)中使用該DNA載體以充分利用DNA選擇性和特異性收集物質(zhì)的能力收集空氣或水中包含的物質(zhì)。
本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)出一種DNA雜交體，其中通過從包含膠態(tài)氧化物和DNA的分散溶液中去除分散溶劑來將DNA固定在多孔氧化物基體中。本發(fā)明人還進(jìn)一步進(jìn)行了刻苦的研究并因此發(fā)現(xiàn)，將DNA固定在包含帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子的多孔基體中以明顯減少DNA洗脫到水中，從而完成了本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明包括下列方面DNA載體，其特征在于將DNA固定在包含帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子的多孔基體中。
將DNA牢固固定在基材中的本發(fā)明的DNA載體可以減少DNA洗脫到水中并可以充分利用DNA選擇性和特異性收集物質(zhì)的能力。本發(fā)明的制造DNA載體的方法可用于方便地制造這種DNA載體。本發(fā)明的使用DNA的收集系統(tǒng)可用于特定物質(zhì)的高精度檢測(cè)和用在能夠有效去除特定物質(zhì)的環(huán)境凈化系統(tǒng)中，其中DNA充分利用DNA選擇性和特異性收集物質(zhì)的能力收集空氣或水中包含的特定物質(zhì)。
根據(jù)結(jié)合附圖作出的下列描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，其中類似的參考字符是指整個(gè)附圖中相同或類似的部分。


圖1是表明本發(fā)明的收集系統(tǒng)的圖示。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
對(duì)本發(fā)明的DNA載體沒有特別限制，只要其是將DNA固定在包含帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子的多孔基體上的DNA載體。
本發(fā)明的DNA載體中的多孔基體中所含的帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷將形成基體的能力與保持DNA的能力結(jié)合在一起。這種保持DNA的能力來自聚有機(jī)硅氧烷中的堿性官能團(tuán)，其與DNA的磷酸根形成酸-堿結(jié)構(gòu)以使DNA牢固固定在多孔基體中，并保持其雙螺旋。帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷優(yōu)選為任何有助于在制造DNA載體時(shí)與多孔基體中所含的粒子(如下所述)和與DNA制成均勻分散/溶解溶液的聚有機(jī)硅氧烷。優(yōu)選的聚有機(jī)硅氧烷是通過將帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物水解而得的水溶性水解縮合物。
可以形成這種帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷的帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物是帶有具有將DNA固定在聚有機(jī)硅氧烷中的能力的堿性官能團(tuán)以及可水解官能團(tuán)的硅烷化合物，并也可以是含有烷基取代基的硅烷化合物?？伤夤倌軋F(tuán)可以包括鹵素原子和烷氧基，優(yōu)選烷氧基。烷氧基的例子可以包括具有1至8個(gè)碳原子的烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基和正丁氧基。用作取代基的烷基的例子可以包括具有1至8個(gè)碳原子的烷基，例如甲基、乙基、正丙基和正丁基。硅烷化合物的堿性官能團(tuán)與上述聚有機(jī)硅氧烷的相同。這種堿性官能團(tuán)優(yōu)選為氨基并也可以是伯氨基，特別優(yōu)選仲、叔和季氨基。其具體例子可以包括具有1至8個(gè)碳原子的烷基氨基，例如甲氨基、二甲氨基和乙氨基和含氮的雜環(huán)基團(tuán)。這種硅烷化合物的優(yōu)選具體例子可以包括一種或多種式(1)所代表的化合物化學(xué)式(1)
其中R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴(carbohydrate)基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；當(dāng)R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)時(shí)，R1代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)，當(dāng)R2代表含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)時(shí)，R1代表H或具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R3和R4各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；且n代表0、1或2；化學(xué)式(2) 其中R1、R3、R4和R5各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；且n代表0、1或2；化學(xué)式(3) 其中R1、R3、R4、R5和R6各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；n代表0、1或2；且X-代表陰離子；化學(xué)式(4)
其中R3和R4各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R7和R8各自獨(dú)立地代表二價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；且n代表0、1或2；化學(xué)式(5) 其中R3、R4和R9各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R7和R8各自獨(dú)立地代表二價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；且n代表0、1或2。式(1)至(5)中的R1、R3、R4、R5、R6或R9所代表的具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)的例子包括具有1至8個(gè)碳原子的直鏈、支鏈或環(huán)狀烷基，例如甲基、乙基、正丙基、s-丙基、正丁基、s-丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基，和芳族烴基團(tuán)，例如苯基。式(1)至(5)中的R2所代表的具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)可以包括具有1至8個(gè)碳原子的直鏈、支鏈或環(huán)狀二價(jià)亞烷基，例如亞甲基、亞乙基、三亞甲基和四亞甲基，和具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)芳族烴基團(tuán)，例如鄰亞苯基、間亞苯基和對(duì)亞苯基。含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)具體包括-NH和通過一個(gè)或兩個(gè)二價(jià)烴基團(tuán)(例如亞甲基、亞乙基、三亞甲基和四亞甲基)與氮原子的鍵合形成的基團(tuán)，具體例如-C2H4NHC3H6-、-C3H6NHC2H4-、-CH2NHC3H6-、-C2H4NHCH2-、-C2H4NHC2H4-和-C3H6NHC3H6-。式(4)至(5)中的R7或R8所代表的二價(jià)烴基團(tuán)不受碳原子數(shù)的限制并可以包括直鏈、支鏈或環(huán)狀二價(jià)亞烷基，例如亞甲基、亞乙基、三亞甲基和四亞甲基，和二價(jià)芳族烴基團(tuán)，例如鄰亞苯基、間亞苯基和對(duì)亞苯基?？梢跃唧w例舉亞甲基和亞乙基。式(3)中的X-所代表的陰離子可以是能夠與含有季氨基的硅氧烷的陽(yáng)離子形成離子對(duì)的任何陰離子，并可以包括鹵素離子。
上述式(1)至(3)所代表的化合物可以具體包括表1中所示的(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、H2NC2H4NHC3H6SiCH3(OCH3)2、H2NC2H4NHC3H6Si(OC2H5)3、H2NC2H4NHC3H6SiCH3(OC2H5)2、(CH3)HNC2H4NHC3H6Si(OCH3)3、(CH3)HNC2H4NHC3H6Si(OCH3)2、(CH3)HNC2H4NHC3H6Si(OC2H5)3、(CH3)HNC2H4NHC3H6SiCH3(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。
表1

上述式(4)和(5)所代表的化合物可以具體包括R2、R7和R8各自代表例如亞甲基、亞乙基和三亞甲基之類的二價(jià)烴基團(tuán)且R3、R4和R9各自代表甲基、乙基和丙基之類的單價(jià)烴基團(tuán)時(shí)的式(4)和(5)所代表的化合物。其優(yōu)選例子可以包括式(6)所代表的化合物化學(xué)式(6) 用于本發(fā)明的帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷是帶有堿性官能團(tuán)的硅氧烷化合物，優(yōu)選為可通過使上述式(1)至(5)所代表的任何一種或多種帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物水解獲得的帶有堿性官能團(tuán)的水溶性水解縮合物，并可任選為含有烷基硅氧烷組分或苯基硅氧烷組分的任何該化合物。作為例子，含有這種組分的帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷可以是如下獲得的共聚物將例如烷基烷氧基硅烷化合物或苯基烷氧基硅烷化合物添加到上述帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物中，再對(duì)其進(jìn)行水解和縮聚。烷基烷氧基硅烷可以包括CH3Si(OCH3)3、CH3Si(OC2H5)3、(CH3)2Si(OCH3)2和(CH3)2Si(OC2H5)2。苯基烷氧基硅烷可以包括C6H5Si(OCH3)3和C6H5Si(OC2H5)3。
在用于使帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物水解以形成帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷的過程中，可以將帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物直接添加到水中，然后水解；或者帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物也可以在溶于醇、酮等之后水解，然后添加到水中，或在添加到有機(jī)分散溶劑(例如醇或酮)與水的混合分散溶劑中之后水解。如果需要，可以用水對(duì)這些含有有機(jī)分散溶劑的體系進(jìn)行溶劑替換，以獲得帶有堿性官能團(tuán)的硅氧烷的水分散溶液。
本發(fā)明的DNA載體中的多孔基體中所含的粒子是在基體(將DNA保持在其中)中形成許多孔隙以使該基體多孔的組分。在基體中形成的孔隙具有固定DNA的能力和促進(jìn)DAN與要被DNA俘獲的物質(zhì)的接觸的能力。形成這些孔隙的粒子各自具有優(yōu)選5至100納米，更優(yōu)選10至50納米的粒度。如果粒子的粒度為5納米或更高，則孔隙的尺寸大且DNA與要被DNA俘獲的物質(zhì)進(jìn)行充分接觸。粒度為10納米或更高的粒子更顯著地產(chǎn)生這種效果。另一方面，如果粒子的粒度為100納米或更低，則可以獲得大量孔隙，同時(shí)減少DNA洗脫到水溶液中并因此將DNA牢固固定在多孔基體中。粒度為50納米或更低的粒子更顯著地產(chǎn)生這種效果。要指出的是，此處所用粒子的粒度值是通過激光衍射法、動(dòng)態(tài)散射法或類似方法測(cè)得的。
具有能夠形成這種孔隙的粒度的粒子優(yōu)選應(yīng)該由水不溶性材料構(gòu)成。粒子材料的例子可以包括塑料、金屬鹵素化合物和氧化物，考慮到對(duì)上述帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷的親合力和易得性，氧化物是優(yōu)選的。用作這種粒子材料的氧化物可以具體包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鎵、氧化鑭、氧化鈦、氧化鈰、氧化鋯、氧化錫和氧化鉿。這些氧化物可以單獨(dú)使用或兩種或多種結(jié)合使用。在水分散/溶解溶液中變成膠態(tài)的這些氧化物的粒子是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀自趲в袎A性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷的分散/溶解溶液中均勻混合并促進(jìn)多孔基體的形成。膠態(tài)氧化物可以具體包括上述氧化物的膠態(tài)粒子。在這些膠態(tài)粒子中，考慮到與帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷的親合力和成本效率，膠態(tài)二氧化硅特別優(yōu)選。對(duì)于這種膠態(tài)二氧化硅，可以使用市售產(chǎn)品?？梢允褂玫氖惺勰z態(tài)二氧化硅是例如，含水溶膠，例如SNOWTEX 20、SNOWTEX 30、SNOWTEX N、SNOWTEX O和SNOWTEX C(商品名，NISSAN CHEMICAL INDUSTRIES，LTD.制造)；例如IPA-ST、EG-ST和MEK-ST(商品名，NISSAN CHEMICAL INDUSTRIES，LTD.制造)之類的溶劑基溶膠；和例如OSCAL-1132、OSCAL-1432和OSCAL-1232(商品名，CATALYSTS&CHEMICALS IND.CO.，LTD.制造)之類的溶劑基溶膠。或者，可以使用例如ALUMINASOL 100和ALUMINASOL 520(商品名，NISSAN CHEMICAL INDUSTRIES，LTD.制造)作為膠態(tài)氧化鋁。
在本發(fā)明的DNA載體中，多孔基體以優(yōu)選0.1/99.9至25/75(按重量計(jì))，更優(yōu)選0.5/99.5至10/90的帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷/粒子比率，含有帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子。如果帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷/粒子的比率為0.1/99.9或更高(按重量計(jì))，則DNA通過DNA的磷酸根之間的鍵合適當(dāng)?shù)毓潭ā?.5/99.5或更高(按重量計(jì))的比率更顯著地產(chǎn)生這種效果。另一方面，如果帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷/粒子的比率為25/75或更低(按重量計(jì))，則在粒子之間的間隙中充分形成孔隙。10/90或更低(按重量計(jì))的比率更顯著地產(chǎn)生這種效果。
除了上述帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子外，本發(fā)明的多孔基體可以在不損害DNA能力的限度內(nèi)包含表面活性劑之類的其它組分。此處所用的術(shù)語(yǔ)“多孔”或“多孔性”是指在將DNA載體浸在液體介質(zhì)中時(shí)，水之類的液體介質(zhì)滲入DNA載體中以提高表觀密度。以其中固定有DNA的多孔基體在溶液中達(dá)到充分平衡時(shí)表觀密度或重量的提高而論，本發(fā)明的DNA載體中多孔基體的多孔度優(yōu)選為0.5％或更高，更優(yōu)選5％或更高。
本發(fā)明的DNA載體中所用的DNA不受類型和尺寸的限制，只要其固定在多孔基體中時(shí)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。也就是說，DNA可以是任何單鏈DNA和雙鏈DNA，對(duì)其分子量沒有特別限制。可用的DNA包括可以是cDNA的DNA，可以是mRNA的RNA，來自DNA前體的寡核苷酸和多核苷酸之類的核酸。可用的這類DNA以獲自動(dòng)物的睪丸或胸腺的DNA為例，更具體地，獲自鮭魚、鯡魚或鱈魚的魚白(睪丸)的DNA和獲自哺乳動(dòng)物或鳥類(例如，牛、豬和雞)的胸腺的DNA。也可以使用具有帶有(dA)-(dT)堿基對(duì)的DNA序列，尤其是聚(dA·dT)-聚(dA·dT)型序列的合成DNA。雙鏈DNA特別優(yōu)選，因?yàn)槠涫占囟ㄎ镔|(zhì)(即將特定物質(zhì)嵌入DNA中)的效果得到增強(qiáng)。這種DNA的分子量可以優(yōu)選為100,000或更高，更優(yōu)選500,000或更高。如果DNA的分子量為100,000或更高，則可以將DNA高效固定在由帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子構(gòu)成的基體中。分子量為500,000或更高的DNA更顯著地產(chǎn)生這種效果。
本發(fā)明的DNA載體具有優(yōu)選0.01至15％(w/w)，更優(yōu)選0.1至10％(w/w)的DNA含量。如果DNA含量為0.01％(w/w)或更高，則DNA載體可以充分實(shí)現(xiàn)用DNA收集特定物質(zhì)的作用。DNA含量為0.1％(w/w)或更高的DNA載體可以更顯著地產(chǎn)生這種效果。另一方面，如果DNA含量為15％(w/w)或更低，則在多孔基體的孔隙中不產(chǎn)生堵塞，這從經(jīng)濟(jì)角度看具有優(yōu)點(diǎn)。DNA含量為10％(w/w)或更低的DNA載體可以更顯著地產(chǎn)生這種效果。這加速了氣體或水溶液進(jìn)出DNA載體的流速并使多孔基體的表面層中或孔隙中的DNA表現(xiàn)出充分并有效收集特定物質(zhì)的能力。
制造本發(fā)明的DNA載體的方法可以包括通過下述步驟在形成多孔基體的同時(shí)將DNA固定在多孔基體中的方法制備將上述粒子、DNA和帶有官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷分散和溶解而得的分散/溶解溶液；并從分散/溶解溶液中去除分散溶劑。
本發(fā)明所用的分散/溶解溶液是指含分散態(tài)物質(zhì)的溶液或含溶解態(tài)物質(zhì)的溶液或兩者。制備分散/溶解溶液的步驟可以包括制備每種上述組分的分散/溶解溶液并混合在一起的工序，上述粒子的分散溶液可以通過使用粒子的市售水溶膠或溶劑基溶膠(例如甲醇)并調(diào)節(jié)其濃度來制備。上述帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷的分散溶液可以如下制備將例如帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物逐滴加入水中以產(chǎn)生低聚物，同時(shí)在室溫下攪拌1至5天，再在大約10至80℃濃縮，然后調(diào)節(jié)固含量的濃度?；蛘?，帶有堿性官能團(tuán)的硅烷化合物可以直接在粒子的分散溶液中水解。上述DNA的分散/溶解溶液可以如下制備將提取自動(dòng)物器官的天然DNA分散和溶解在例如5℃的離子交換水中10小時(shí)至5天并調(diào)節(jié)其濃度。去除分散溶劑的步驟可以包括通過例如加熱、噴霧干燥和真空干燥之類的特定方法從含有粒子、DNA、帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷的分散/溶解溶液中去除分散溶劑的工序?？梢愿鶕?jù)所需DNA載體形式(例如粉狀或塊狀)適當(dāng)?shù)剡x擇這種去除分散溶劑的方法。當(dāng)以粉末形式使用DNA載體時(shí)，可以通過噴霧干燥將分散/溶解溶液變成粉末。或者，可以通過形成塊狀物然后將所得塊狀物粉碎來獲得粉末形式的DNA載體。當(dāng)將DNA載體制成薄膜時(shí)，使用這種粉末制備涂布溶液，其隨后可用作涂布到基材(例如板材、管材、纖維、紡織布和無紡布)表面上的涂膜。優(yōu)選在如上去除分散/溶解溶液的步驟之后，在不造成DNA分解的限度內(nèi)對(duì)所得DNA載體施熱。熱處理多孔DNA載體的溫度優(yōu)選為200℃或更低，更優(yōu)選150℃或更低。
本發(fā)明的DNA載體的形式可以包括粉狀、塊狀和涂布到基材(例如板材、管材、纖維、紡織布和無紡布)表面上的涂膜以及由任意這些形式的DNA載體構(gòu)成的模件(例如該粉末填充柱)。
對(duì)本發(fā)明的使用DNA的收集系統(tǒng)沒有特別限制，只要其具有使含有可以被DNA收集的物質(zhì)的水和/或氣體與本發(fā)明的DNA載體接觸的裝置。這種裝置可以包括由用作本發(fā)明的DNA載體的粉末、塊狀物和涂布到基材(例如板材、管材、纖維、紡織布和無紡布)表面上的涂膜構(gòu)成的組件。其具體例子可以包括柱3——其中如圖1中所示將纖維或類似形式的DNA載體1填充到濾器2中，和過濾介質(zhì)和吸附元件——其中適當(dāng)?shù)剡x擇構(gòu)成涂膜的基材的材料、形狀等等。
這種收集系統(tǒng)可以包括卷煙過濾嘴、飲料和牛奶的過濾介質(zhì)、用在哺乳動(dòng)物(包括人類)的消化道或類似器官中的吸附/清洗元件、和從空氣、來自各種場(chǎng)所的排出物和廢水、和河水、湖水和礦漿之類的水中去除有害物質(zhì)的環(huán)境凈化系統(tǒng)。環(huán)境凈化系統(tǒng)可以以下述系統(tǒng)為例——其中將包含有害物質(zhì)的空氣或水通入用DNA載體的粉末等填充的柱中以清除有害物質(zhì)。
此處所用的有害物質(zhì)是指通過嵌入或吸附而與DNA相互作用從而危害DNA的結(jié)構(gòu)或遺傳信息的化合物。沒有分部分闡明可以與DNA相互作用的物質(zhì)，但可以包括含有導(dǎo)致嵌入DNA中的芳族官能團(tuán)和被DNA選擇性吸附的重金屬離子的有害物質(zhì)。其具體例子可以包括二英類化合物(dioxins)，如多氯二苯并-對(duì)二氧芑、多氯二苯并呋喃和多氯聯(lián)苯(PCB)、苯并[a]芘、二氯二苯三氯乙烷(DDT)、己烯雌酚(DES)、溴化乙錠、吖啶橙和它們的衍生物。
此外，本發(fā)明的收集系統(tǒng)可用于可以被本發(fā)明的DNA載體中的DNA收集的物質(zhì)的檢測(cè)系統(tǒng)。例如，本發(fā)明的DNA載體的模件可用于血管或消化道中特定物質(zhì)的檢測(cè)。
實(shí)施例[合成例1]將40克N，N-二甲氨基丙基三甲氧基硅烷(207.34→138.34)逐滴加入200克蒸餾水中并在室溫水解3天。用蒸發(fā)器將所得低聚物溶液在60℃濃縮。此后，在其中加入80克蒸餾水以獲得大約180克帶有堿性官能團(tuán)的硅氧烷溶液(N1)，其固含量為14.8％。
將40克N-甲氨基丙基三甲氧基硅烷(193.32→124.32)逐滴加入200克蒸餾水中并在室溫水解3天。用蒸發(fā)器將所得低聚物溶液在60℃濃縮。此后，在其中加入70克蒸餾水以獲得170克帶有堿性官能團(tuán)的硅氧烷溶液(N2)，其固含量濃度為大約15.1％。
將40克下式所代表的有機(jī)二氧化硅化合物(262.32→193.32)化學(xué)式(7)
逐滴加入200克蒸餾水中并在室溫水解3天。
用蒸發(fā)器將所得低聚物溶液在60℃濃縮。此后，在其中加入70克蒸餾水以獲得大約200克帶有堿性官能團(tuán)的硅氧烷溶液(N3)，其固含量濃度為14.7％。
經(jīng)過1天將5重量份獲自鮭魚魚白(睪丸)的雙鏈DNA(分子量6×106)溶于1000重量份的離子交換水中以獲得DNA水溶液。
在100重量份30％(w/w)硅溶膠(SNOWTEX CM，NISSAN CHEMICALINDUSTRIES，LTD.)中加入11重量份在合成例1中獲得的硅氧烷溶液(N1)并緩慢攪拌10分鐘。然后，在其中加入160重量份在合成例4中獲得的DNA水溶液。使用蒸發(fā)器，在緩慢攪拌下在50℃去除分散溶劑。將所得溶液在60℃干燥15小時(shí)以獲得DNA含量為大約2.5％(w/w)的DNA載體1。
對(duì)這種DNA載體1進(jìn)行洗脫試驗(yàn)。在50重量份的離子交換水中，加入0.1重量份的塊狀DNA載體1。使該混合物在封閉條件下在室溫靜置48小時(shí)。使用分光光度計(jì)(U-3310，HITACHI)在260納米測(cè)得的在上清液中的DNA吸光度為0.05。這種結(jié)果表明，95％(w/w)的DNA固定在DNA載體中。
評(píng)測(cè)該DNA載體1的孔體積。在將0.5重量份DNA載體1在10重量份的離子交換水中浸漬5小時(shí)后，將DNA載體1轉(zhuǎn)移到尼龍網(wǎng)布(mesh)上，并立即用空氣槍濺潑其表面上的吸附水。當(dāng)測(cè)量所得水浸DNA載體1的重量時(shí)，重量增加了16％，至0.58重量份。
在5重量份的50ppm溴化乙錠水溶液中，浸漬0.5重量份DNA載體1。在浸漬3小時(shí)后，上清液中溴化乙錠造成的著色降低，且DNA載體1變紅。DNA載體1在360納米的紫外線輻射下表現(xiàn)出橙色熒光。這證明，保持了對(duì)具有planer結(jié)構(gòu)的有害化合物的嵌入能力。
此外，通過氮吸附法測(cè)得的這種DNA載體1的比表面積為135米2/克。
在100重量份30％(w/w)硅溶膠(SNOWTEX CM，NISSAN CHEMICALINDUSTRIES，LTD.)中加入5重量份在合成例2中獲得的硅氧烷溶液(N2)并緩慢攪拌10分鐘。然后，在其中加入160重量份在合成例4中獲得的DNA水溶液。使用蒸發(fā)器，在緩慢攪拌下在50℃去除分散溶劑。將所得溶液在60℃干燥15小時(shí)以獲得DNA含量為大約2.5％(w/w)的DNA載體2。
當(dāng)按照與實(shí)施例1相同的方式在離子交換水中評(píng)測(cè)DNA載體2的重量增加時(shí)，重量在5小時(shí)增加了18％。
按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)這種DNA載體2進(jìn)行洗脫試驗(yàn)。在上清液中的DNA吸光度為大約0.03。這種結(jié)果表明，97％(w/w)的DNA保持在DNA載體中。
在100重量份30％(w/w)硅溶膠(SNOWTEX CM，NISSAN CHEMICALINDUSTRIES，LTD.)中加入15重量份在合成例3中獲得的硅氧烷溶液(N3)并緩慢攪拌10分鐘。然后，在其中加入250重量份在合成例4中獲得的DNA水溶液。使用蒸發(fā)器，在緩慢攪拌下在50℃去除分散溶劑。將所得溶液在60℃干燥15小時(shí)以獲得DNA含量為大約2.5％(w/w)的DNA載體3。
按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)這種DNA載體3進(jìn)行洗脫試驗(yàn)。在上清液中的DNA吸光度為大約0.05。這種結(jié)果表明，95％(w/w)的DNA保持在DNA載體中。
在100重量份30％(w/w)硅溶膠(SNOWTEX CM，NISSAN CHEMICALINDUSTRIES，LTD.)中加入15重量份在合成例3中獲得的硅氧烷溶液(N3)并緩慢攪拌10分鐘。然后，在其中加入160重量份在合成例4中獲得的DNA水溶液。使用蒸發(fā)器，在緩慢攪拌下在50℃去除分散溶劑。將所得溶液在60℃干燥15小時(shí)以獲得DNA含量為大約3.7％(w/w)的DNA載體4。
按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)這種DNA載體4進(jìn)行洗脫試驗(yàn)。在上清液中的DNA吸光度為大約0.05。這種結(jié)果表明，95％(w/w)的DNA保持在DNA載體中。
在100重量份30％(w/w)硅溶膠(SNOWTEX CM，NISSAN CHEMICALINDUSTRIES，LTD.)中加入10重量份在合成例2中獲得的硅氧烷溶液(N2)并緩慢攪拌10分鐘。然后，在其中加入100重量份在合成例4中獲得的DNA水溶液。使用蒸發(fā)器，在緩慢攪拌下在50℃去除分散溶劑。將所得溶液在60℃干燥15小時(shí)以獲得DNA含量為大約1.5％(w/w)的DNA載體5。
按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)這種DNA載體5進(jìn)行洗脫試驗(yàn)。在上清液中的DNA吸光度為大約0.01。這種結(jié)果表明，98％(w/w)的DNA保持在DNA載體中。
使用比表面積為250米2/克的二氧化硅粉末進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。在5重量份的這種二氧化硅粉末中，加入5重量份在合成例4中獲得的DNA溶液并混合以均勻潤(rùn)濕二氧化硅粉末。將所得糊狀物在50℃干燥24小時(shí)以獲得保持DNA濃度為0.5％(w/w)的二氧化硅粉末。按照與實(shí)施例1中相同的方式對(duì)0.1重量份的所得二氧化硅粉末和50重量份離子交換水的混合物進(jìn)行洗脫試驗(yàn)。上清液中的DNA吸光度為0.16。這種結(jié)果表明，洗脫了大約80％(w/w)的DNA。
在100重量份30％(w/w)硅溶膠(SNOWTEX CM，NISSAN CHEMICALINDUSTRIES，LTD.)中加入11重量份在合成例1中獲得的硅氧烷溶液(N1)并緩慢攪拌10分鐘。然后使用蒸發(fā)器在50℃去除分散溶劑。將所得溶液在60℃干燥15小時(shí)以獲得含有堿性官能團(tuán)但不含DNA的用硅氧烷處理過的二氧化硅。在5重量份的50ppm溴化乙錠水溶液中，將0.5重量份的含有堿性官能團(tuán)但不含DNA的用硅氧烷處理過的二氧化硅浸漬3小時(shí)。然而，上清液中溴化乙錠造成的著色幾乎不降低。含有堿性官能團(tuán)但不含DNA的用硅氧烷處理過的二氧化硅即使在360納米的紫外線輻射下也沒有表現(xiàn)出橙色熒光。
從這些結(jié)果中看出，本發(fā)明的DNA載體減少了DNA洗脫到水中并有效收集特定物質(zhì)。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案，并可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種變動(dòng)和修改。因此，為了使公眾獲悉本發(fā)明的范圍，作出下列權(quán)利要求。
本申請(qǐng)要求2004年7月14日提交的日本專利申請(qǐng)2004-207253的優(yōu)先權(quán)，其在此引用并入本文。
權(quán)利要求
1.DNA載體，其特征在于將DNA固定在包含帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子的多孔基體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的DNA載體，其中帶有官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷是帶有氨基的聚有機(jī)硅氧烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的DNA載體，其中帶有氨基的聚有機(jī)硅氧烷是含有一種或多種下列式所代表的硅烷化合物的水解縮合物化學(xué)式(1) 其中R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；當(dāng)R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)時(shí)，R1代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；當(dāng)R2代表含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)時(shí)，R1代表H或具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R3和R4各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；且n代表0、1或2；化學(xué)式(2) 其中R1、R3、R4和R5各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；且n代表0、1或2；化學(xué)式(3) 其中R1、R3、R4、R5和R6各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；n代表0、1或2；且X-代表陰離子；化學(xué)式(4) 其中R3和R4各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R7和R8各自獨(dú)立地代表二價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；且n代表0、1或2；化學(xué)式(5) 其中R3、R4和R9各自獨(dú)立地代表具有1至8個(gè)碳原子的單價(jià)烴基團(tuán)；R7和R9各自獨(dú)立地代表二價(jià)烴基團(tuán)；R2代表具有1至8個(gè)碳原子的二價(jià)烴基團(tuán)或含有-NH-的二價(jià)基團(tuán)；且n代表0、1或2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)的DNA載體，其中粒子各自具有5至100納米的粒度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的DNA載體，其中粒子含有氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的DNA載體，其中氧化物包含膠態(tài)二氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)的DNA載體，其中DNA載體具有0.01至15％(w/w)的DNA含量。
8.制造根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)的DNA載體的方法，包括下列步驟制備將粒子、DNA和帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷分散和溶解而得的分散/溶解溶液；并從該分散/溶解溶液中去除分散溶劑。
9.使用DNA的收集系統(tǒng)，包括使包含可以被DNA收集的物質(zhì)的水和/或氣體與根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)的DNA載體接觸的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的使用DNA的收集系統(tǒng)，其中將該系統(tǒng)用于環(huán)境凈化系統(tǒng)。
全文摘要
提供了將DNA牢固保持在基材中的DNA載體，其可以減少DNA洗脫到水中并可以充分利用DNA選擇性和特異性收集物質(zhì)的能力；還提供了制造這種DNA載體的方法。還提供了使用DNA的收集系統(tǒng)，其可用于特定物質(zhì)的高精度檢測(cè)和用于能夠有效去除物質(zhì)的環(huán)境凈化，在該系統(tǒng)中使用該DNA載體以充分利用DNA選擇性和特異性收集物質(zhì)的能力收集空氣或水中包含的物質(zhì)。該DNA載體如下其中將DNA固定在包含帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷和粒子的多孔基體中。優(yōu)選地，帶有堿性官能團(tuán)的聚有機(jī)硅氧烷包含一種或多種帶有氨基的特定硅烷化合物的水解縮合物。
文檔編號(hào)C02F1/28GK1984965SQ20058002361
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者張祖依, 榊原悌互, 小谷佳范, 松村和之, 西則雄 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社, 信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社