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2020 年度 実施状況報告書

親水性およびイオン性物質の高性能・高選択性分離のためのHPLCカラムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K05550
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

池上 亨  京都工芸繊維大学, 分子化学系, 准教授 (20301252)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードクロマトグラフィー / 重合修飾 / 立体選択性 / 糖の識別 / 親水性 / イオン交換
研究実績の概要

シリカの表面修飾に用いる重合反応と分離性能の関係の精査、最適化 シリカゲルの重合修飾に関して、アクリルアミドの重合を基礎的な検討のプローブとして用いた。表面開始型原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)を用いると、非常に親水性の高い分離媒体が得られた。これはアセトニトリル:水=60:40中においても6糖や7糖では十分な保持を与える点で、当初の目的(生体由来の高親水性の化合物、中でも糖鎖のより高い保持を目指した、イオン交換相互作用に依存しない高親水性の固定相の開発)をほぼ実現できた。ここで重合修飾されたポリマーの分子量は、1万から2万と決して大きくないが、フリーラジカル重合法(FRP)で修飾した場合に比べて10から200倍の密度で高分子鎖が形成できており、全体として結合できる高分子の量が飛躍的に高まった。
導入する高分子鎖の鎖長、鎖の密度と分離性能の相関の検討 ポリアクリルアミドの分子量および高分子鎖長の均一性および高分子鎖の密度と分離性能の関係の解明を行なったところ、SI-ATRPで修飾した場合は、分析温度の違(5から60C°)に対して、より相比が安定しており、高温でも保持が激減するということはなかった。糖類の保持や相比に対して測定温度の影響を解析したところ、SI-ATRPで修飾した媒体では非直線的な相関が得られた。van’t Hoffプロットによる解析では、SI-ATRPでもFRPでもエントロピー項には大きな差が見られず、エンタルピー項で大きな違いが見られた。これはポリマー鎖の表面と糖鎖の相互作用がSI-ATRPでより強いことを示している。この解析結果は、SI-ATRPにおける高い構造選択性(直鎖のオリゴ糖と環状のシクロデキストリンの選択性)と直結していることが示された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1)シリカの表面修飾に用いる重合反応条件とカラム性能の関係の精査、最適化  研究実績の概要に述べたとおり、いくつかの固定相で高い親水性を示すものが得られており、順調に知見を増やすことができている。
(2)導入する高分子鎖の鎖長、鎖の密度と分離性能の相関の検討  研究実績の概要に述べたとおり、高分子鎖の鎖長、鎖の密度と分離性能の相関を個別に解析、定量化する方法が確立されたので、順調に進んでいると判断できる。
(3)親水性相互作用型、イオン交換型で理論段数10万段を発生  長いシリカモノリスカラムの修飾について、産業界からいくつかの要請を受けた。今後実施する予定である。SI-ATRPは酸素を嫌う反応であるため、キャピラリーカラム内でも無酸素状態を保つ方法を開発する必要がある。
(4)高速条件下で利用価値の高い低分子型の分子識別部位の開発  低分子型でも十分な保持と選択性を与える固定相を発見したが、シリカ担体を別のものに変えると効果が低くなった。より多種類のシリカ担体を検討対象にして、何が分離特性を左右するのかを明らかにしなければならない。
(5)糖ペプチド、糖タンパクの分離への応用 現在LC-MSに接続が難しい環境にあるため、生体中のペプチド、タンパク質に含まれる糖鎖の標準品を入手して、保持時間から同定を進める必要がある。糖鎖の標準品は非常に高価なので、一度に揃えることは難しいことが研究を推進してゆく上では困難の原因になっている。

今後の研究の推進方策

(1)シリカの表面修飾に用いる重合反応条件とカラム性能の関係の精査、最適化
(2)導入する高分子鎖の鎖長、鎖の密度と分離性能の相関の検討  目的(1)(2)については、従来使われていなかった官能基を含むモノマーを重合修飾することにより、アミド基やカルボン酸以外の官能基を含むポリマーに関しても従来見られた傾向が維持されるのか、あるいは別の挙動が見られるのか確認する。
(3)親水性相互作用型、イオン交換型で理論段数10万段を発生  イオン交換型については、さまざまな官能基を含むモノマーを検討し、知見を増やしてゆく。キャピラリーカラムにも適用できるSI-ATRPを開発するため、無酸素状態を保つ方法を探索するとともに、有酸素下でも進行するSI-ATRPを見出す必要がある。
(4)高速条件下で利用価値の高い低分子型の分子識別部位の開発
(5)糖ペプチド、糖タンパクの分離への応用  (4)(5)については進捗状況の報告にも書いたとおりである。糖ペプチド、糖タンパクについては、比較的安価な糖タンパクを消化してサンプルを得る方法を試してみる。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件) 学会発表 (2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] テュービンゲン大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      テュービンゲン大学
  • [国際共同研究] ペルージャ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      ペルージャ大学
  • [国際共同研究] ウィーン大学(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      ウィーン大学
  • [国際共同研究] オルレアン大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      オルレアン大学
  • [国際共同研究] グスタフ・アドルフス大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      グスタフ・アドルフス大学
  • [雑誌論文] Functionalization using polymer or silane? A practical test method to characterize hydrophilic interaction chromatography phases in terms of their functionalization method2021

    • 著者名/発表者名
      Ikegami Tohru、Taniguchi Ashin、Okada Tomoyuki、Horie Kanta、Arase Syuntaro、Ikegami Yuka
    • 雑誌名

      Journal of Chromatography A

      巻: 1638 ページ: 461850~461850

    • DOI

      10.1016/j.chroma.2020.461850

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The relationship between polymer structures on silica particles and the separation characteristics of the corresponding columns for hydrophilic interaction chromatography2020

    • 著者名/発表者名
      Taniguchi Ashin、Tamura Saki、Ikegami Tohru
    • 雑誌名

      Journal of Chromatography A

      巻: 1618 ページ: 460837~460837

    • DOI

      10.1016/j.chroma.2019.460837

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Separation of carbohydrate isomers and anomers on poly-N-(1H-tetrazole-5-yl)-methacrylamide-bonded stationary phase by hydrophilic interaction chromatography as well as determination of anomer interconversion energy barriers2020

    • 著者名/発表者名
      Fu Xiaoqing、Cebo Malgorzata、Ikegami Tohru、Laemmerhofer Michael
    • 雑誌名

      Journal of Chromatography A

      巻: 1620 ページ: 460981~460981

    • DOI

      10.1016/j.chroma.2020.460981

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fragment-based Design of Zwitterionic, Strong Cation- and Weak Anion-Exchange Type Mixed-mode Liquid Chromatography Ligands and their Chromatographic Exploration2020

    • 著者名/発表者名
      Ferri Martina、Baeurer Stefanie、Carotti Andrea、Wolter Marc、Alshaar Belal、Theiner Johannes、Ikegami Tohru、West Caroline、Laemmerhofer Michael
    • 雑誌名

      Journal of Chromatography A

      巻: 1621 ページ: 461075~461075

    • DOI

      10.1016/j.chroma.2020.461075

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A selective comprehensive reversed-phase×reversed-phase 2D-liquid chromatography approach with multiple complementary detectors as advanced generic method for the quality control of synthetic and therapeutic peptides2020

    • 著者名/発表者名
      Karongo Ryan、Ikegami Tohru、Stoll Dwight R.、Laemmerhofer Michael
    • 雑誌名

      Journal of Chromatography A

      巻: 1627 ページ: 461430~461430

    • DOI

      10.1016/j.chroma.2020.461430

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 親水性相互作用クロマトグラフィー(HILIC)の固定相における糖類分子の保持と選択性に及ぼす高分子構造の影響2020

    • 著者名/発表者名
      谷口亜紳 池上 亨
    • 学会等名
      第31回クロマトグラフィー科学会議
  • [学会発表] HILICカラムの新規キャラクタリゼーション法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      箕﨑知里 谷口亜紳 池上 亨
    • 学会等名
      第31回クロマトグラフィー科学会議
  • [図書] Advances in Chromatography Volume 572020

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Kimata, Eisuke Kanao, Takuya Kubo, Kodai Kozuki, Tohru Ikegami, Masahiro Furuno, Koji Otsuka, Nobuo Tanaka
    • 総ページ数
      34
    • 出版者
      Taylor & Fransis
    • ISBN
      9781003024385

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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