吸附炭及吸附剂技术领域
本发明涉及能够有效吸附活体内毒素的吸附炭、以及含有这样的吸附炭作
为有效成分的吸附剂。
背景技术
已知,大部分活体内毒素在肠内产生、吸收后,转移到血液中,而成为导
致脏器损伤的原因。通常,活体内毒素在肝脏中进行解毒,在肾脏中进行排泄。
然而,在肾功能或肝功能下降的患者中,伴随这些脏器功能障碍,不能排泄活
体内毒素而蓄积在体内,因此,有时呈现出尿毒症或意识障碍等严重的症状。
随着以糖尿病为首的生活习惯病的增加,肾功能障碍或肝功能障碍的患者数量
逐年增加,因此,代偿这些脏器功能的、将活体内毒素排除到体外的脏器代用
仪器或治疗药的开发、抑制活体内毒素从肠内被吸收到血液中的治疗药或食品
的开发成为重要的课题。
作为活体内毒素的去除方法,目前血液透析最为普遍,但基本上是基于分
级法(サイズ分画法)的去除,而难以去除吸附于白蛋白的活体内毒素或β2
微球蛋白等能够成为病因的分子。
此外,近年来,将血液透析的透析液净化再生后使用的透析治疗法和可穿
戴式透析受到注目。为了普及这些治疗法,在血液透析时,需要一种有效去除
从血液转移到透析液的活体内毒素的技术。
顺便提及,口服给药用活性炭(吸附炭)作为药用炭等而收藏在日本药典
中,用于如下目的:在药物中毒时或食物中毒时,使毒性物质在消化管脏器中
吸附,并以大便的方式排泄。并且,除了这样的药物中毒症状的解毒以外,如
果给肾功能下降的患者施用活性炭,则不仅能够减轻对肾脏的负担,而且能够
延迟血液透析导入期、减少透析频度。对于患者来说,血液透析在精神上、肉
体上以及经济上的负担大,而能够口服给药的活性炭制剂的优势非常大。
作为这样的口服给药用活性炭制剂,已知如下制剂,所述制剂以石油沥青
等沥青类或酚醛树脂为碳原料,利用不燃气体将其烧结而得到(参见专利文献
1~7等)。这些活性炭制剂具有对活体的安全性和稳定性高、便秘等副作用少
等优点,而在市场上销售例如商品名为“Kremezin(クレメジン)”(注册商标)
的细粒剂、胶囊剂等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特公昭62-11611号公报
专利文献2:日本特开2002-253649号公报
专利文献3:日本特开2002-308785号公报
专利文献4:日本特开2004-244414号公报
专利文献5:日本特开2004-123673号公报
专利文献6:日本特开2006-36734号公报
专利文献7:日本特开2008-303193号公报
非专利文献
非专利文献1:Takeuchi M.et al.,Mol.Med 5:393-4405(1999).
发明内容
发明要解决的课题
顺便提及,近年来,由于饮食生活的改变,如晚期糖基化终末产物
(Advanced Glycation End products:AGEs)之类的新的源自食品的毒素被吸
收到血中,这提示有导致各种脏器损伤的可能性(参见非专利文献1等)。
于是,对于晚期糖基化终末产物,也期望利用活性炭制剂来吸附去除,但
是Kremezin(注册商标)等以往的活性炭制剂对晚期糖基化终末产物的吸附
能力低。
本发明是鉴于这样的以往的课题而进行的,其目的在于提供能够有效吸附
晚期糖基化终末产物等活体内毒素的吸附炭、以及含有这样的吸附炭作为有效
成分的吸附剂。
用于解决课题的手段
本发明人为了解决上述课题重复进行了深入研究。其结果发现,通过探讨
烧结条件,控制吸附炭的细孔结构等,得到能够解决上述课题的吸附炭,从而
完成本发明。更具体地说,本发明如下。
(1)一种吸附炭,其总细孔容积为0.10~1.0mL/g,平均细孔直径为1.0~
2.0nm,在1650-1800cm-1红外吸收带的吸光度为0.005以上。
(2)根据上述(1)所述的吸附炭,其是在电炉中对碳原料进行烧结而得
到的。
(3)根据上述(2)所述的吸附炭,其中,所述碳原料为纯度90%以上的
高纯度纤维素。
(4)根据上述(2)或(3)所述的吸附炭,其中,所述碳原料为纤维素
微粒或纤维素无纺布。
(5)一种吸附剂,其含有上述(1)至(4)的任一项所述的吸附炭,作
为有效成分。
发明效果
根据本发明,可以提供能够有效吸附晚期糖基化终末产物等活体内毒素的
吸附炭、以及含有这样的吸附炭作为有效成分的吸附剂。
附图简单说明
图1为示出实施例2的吸附炭的红外吸收光谱的图。
图2为示出针对使用了实施例1及比较例1的吸附炭的晚期糖基化终末产
物的吸附实验的结果的图。
图3为示出针对使用了实施例4及比较例1的吸附炭的硫酸吲哚酚的吸附
实验的结果的图。
图4为示出针对使用了实施例2的吸附炭的氨的吸附实验的结果的图。
具体实施方式
[吸附炭]
本发明涉及的吸附炭的特征在于,总细孔容积为0.10~1.0mL/g,平均细
孔直径为1.0~2.0nm,在1650-1800cm-1红外吸收带的吸光度为0.005以上。
总细孔容积可以适用Gurvitsch的法则,根据相对压力为0.98时的液氮置
换后的N2吸附量算出。此外,平均细孔直径可以由BET法比表面积及总细孔
容积,根据下式算出。
[数学式1]
作为成为本发明涉及的吸附炭的原料的碳原料,可以使用锯屑、木材、椰
子皮、油碳、酚醛树脂、纤维素、丙烯腈、煤沥青、石油沥青等公知的原料。
这些当中,优选基本上不含有磷和钾的、纯度90%以上的高纯度纤维素,
更优选纯度95%以上的高纯度纤维素。作为高纯度纤维素的材料,可以使用铜
氨人造丝、粘胶人造丝、棉、纸浆、棉短绒、粘胶纤维、莱赛尔纤维(Lyocell)
(天丝(Tencel))
特别是,在将本发明涉及的吸附炭用于口服吸附剂的情况下,作为碳原料,
优选使用纤维素微粒,更优选使用粒径为0.1~1000μm的纤维素微粒。
此外,在将本发明涉及的吸附炭用于净化血液或透析液的情况下,作为碳
原料,优选使用纤维素无纺布,更优选使用纤维的细度为0.1~3dtex的纤维素
无纺布。另外,在净化血液和透析液时,还可以适合使用绳状或织造布状的纤
维素。
在制造本发明涉及的吸附炭时,利用电炉等对上述碳原料进行烧结。以往,
为了得到吸附炭,通常利用不燃气体对碳原料进行烧结,但在本发明中未使用
气体,而利用电炉等进行烧结。由此能够得到具有如上述那样的细孔结构等的
吸附炭。
此外,由于不使用气体,因而,即使在使用如上述那样的无纺布状、绳状、
织造布状的纤维素的情况下,也可以得到维持其结构的吸附炭。因此,在将吸
附炭用于净化血液或透析液的情况下是有用的。
作为烧结温度,优选为300~1500℃。此时,不是连续升温而是逐步升温
至烧结温度。具体地说,首先,以每小时10~100℃的速率(割合)升温至300~
500℃,在该温度下维持1~6小时。其后,以每小时10~100℃的速率升温,
每上升100~500℃就维持1~6小时。
根据这样得到的吸附炭,可以有效地吸附去除活体内毒素。作为能够吸附
去除的活体内毒素,包括在体内由糖质或蛋白质等代谢产生的物质、与食物同
时被口服摄取的物质,具体可以举出晚期糖基化终末产物、吲哚、硫酸吲哚酚、
硫化氢、氨、对甲酚、二噁英(dioxin)、尿素、肌酸酐等。
[吸附剂]
本发明涉及的吸附剂含有本发明涉及的吸附炭作为有效成分。作为该吸附
剂可以用于医疗用途,也可以用于健康补充食品等其他用途。其剂型可以制成
散剂、颗粒、片剂、糖衣片、胶囊剂、悬浮剂、贴剂(ステイツク剤)、单剂
量包装(分包包装体)、乳剂等。
例如,在片剂的情况下,向本发明涉及的吸附炭中,加入结合剂、赋形剂、
润滑剂、着色剂、崩解剂、脱氧剂等添加剂,利用规定方法进行成型。
吸附剂的给药量、服用量根据对象为人或为其它动物而不同,并且根据年
龄、个人差别或病情等而不同,通常以人为对象时的口服给药量可以按每天
1~20g分3~4次服用,还可以根据病情适当增减。
实施例
下面说明本发明的实施例,但本发明的范围并不限于这些实施例。
在下面的实施例中,吸附炭的总细孔容积、平均细孔直径、吸附炭的红外
吸收光谱如下测定。
[总细孔容积、平均细孔直径的测定]
将约0.1g的吸附炭放入标准容器内,在装置的前处理部中,于约200℃温
度进行脱气处理(减压干燥)约15小时后,使用岛津-物理吸附仪
(Micromeritics)ASAP 2010(N2气体吸附法,比表面积/细孔分布测定)进行
测定。关于无纺布状的吸附炭,剪裁后进行测定。总细孔容积是以0.98相对
压力算出,平均细孔直径是由BET法比表面积和总细孔容积算出。结果记载
于各实施例、比较例。
[吸附炭的红外吸收光谱的测定]
用傅里叶变换红外分光光度计(Varian Technologies日本公司制)进行分
析。显微IR测定条件如下。
测定利用透过法,在孔径为100×100μm、累积次数为100次、测定波数
范围为4000~650cm-1、MCT检测器、分辨能力为4cm-1的条件下进行测。在
显微IR试样台(GE结晶板)上放置吸附炭,使用采集针,以红外光透过的方
式薄薄地铺平,测定红外吸收光谱。此时确认到,在测定波数范围内,红外吸
收光谱未饱和。红外吸收带的吸光度通过利用无机物特征性基线的倾斜度(傾
き),以4000cm-1的吸光度为基准来算出。然而,由于无机物特征性基线的形
状有可能根据试样的形状来改变,因此以n=5测定红外吸收光谱,算出吸光
度,并且将平均值作为测定值。结果记载于各实施例、比较例。
<实施例1>
将CEOLUS(注册商标)PH-101(旭化成化学公司制、平均粒径50μm)
100g放入罐内,用电炉烧结,制备吸附炭。烧结条件如下。
以每小时50℃的速率升温至300℃,在300℃下维持1小时。
接着,以同样的速率升温至600℃,在600℃下维持2小时。
其后,以同样的速率升温至800℃,在800℃下维持2小时。
其后,以每小时30℃的速率升温至1000℃,在1000℃下维持2小时。
其后,以每小时25℃的速率升温至1200℃,在1200℃下维持2小时。
进而,以每小时20℃的速率升温至1300℃,在1300℃下维持3小时。
最后,用7小时降温至1000℃,进一步用4小时降温至800℃,然后自然
冷却。
所得到的吸附炭的总细孔容积为0.723mL/g,平均细孔直径为1.7nm,基
于傅里叶变换红外分光的在1650~1800cm-1红外吸收带的吸光度为0.006。
<实施例2>
将CEOLUS(注册商标)PH-101(旭化成化学公司制、平均粒径50μm)
100g放入罐内,用电炉烧结,制备吸附炭。烧结条件如下。
以每小时20℃的速率升温至300℃,在300℃下维持5小时30分钟。
接着,以每小时15℃的速率升温至500℃,在500℃下维持4小时。
最后,自然冷却。
所得到的吸附炭的总细孔容积为0.188mL/g,平均细孔直径为1.8nm,基
于傅里叶变换红外分光的在1650~1800cm-1红外吸收带的吸光度为0.086。将
实施例2的吸附炭的红外吸收光谱示于图1。
<实施例3>
将CEOLUS(注册商标)PH-101(旭化成化学公司制、平均粒径50μm)
100g放入罐内,用电炉烧结,制备吸附炭。烧结条件如下。
以每小时25℃的速率升温至300℃,在300℃下维持2小时30分钟。
接着,以同样的速率升温至600℃,在600℃下维持4小时。
其后,以同样的速率升温至800℃,在800℃下维持3小时。
进而,以同样的速率升温至1000℃,在1000℃下维持3小时。
最后,用4小时降温至800℃,然后自然冷却。
所得到的吸附炭的总细孔容积为0.407mL/g,平均细孔直径为1.7nm,基
于傅里叶变换红外分光的在1650~1800cm-1红外吸收带的吸光度为0.007。
<实施例4>
将Bemliese SC282(旭化成纺织公司制,纤维细度1.5dtex)100g放入罐
内,用电炉烧结,制备吸附炭。烧结条件如下。
以每小时50℃的速率升温至300℃,在300℃下维持1小时30分钟。
接着,以同样的速率升温至600℃,在600℃下维持2小时。
其后,以同样的速率升温至800℃,在800℃下维持2小时。
其后,以每小时30℃的速率升温至1000℃,在1000℃下维持2小时。
进而,以每小时25℃的速率升温至1200℃,在1200℃下维持3小时。
最后,用5小时降温至1000℃,进一步用4小时降温至800℃,然后自然
冷却。
所得到的吸附炭的总细孔容积为0.854mL/g,平均细孔直径为1.9nm,基
于傅里叶变换红外分光的在1650~1800cm-1红外吸收带的吸光度为0.062。
<比较例1>
直接使用了市售的医疗用吸附炭、即Kremezin(注册商标)(吴羽化学工
业公司制)。
总细孔容积为0.784mL/g,平均细孔直径为1.9nm,基于傅里叶变换红外
分光的在1650~1800cm-1红外吸收带的吸光度为0.004。
[针对晚期糖基化终末产物(AGEs)的吸附实验]
在含有吸附炭0.1g的各试管内,加入用50mM磷酸缓冲液(pH7.4)稀释
的源自葡萄糖的AGE(AGE-1)1mL(140U),使用试管旋转器(Tube Rotator),
于37℃将试管旋转3小时,由此使AGE-1吸附于各吸附炭。其后,以10,000rpm
离心10分钟,回收上清。
然后,通过使用AGE-1-BSA和抗AGE-1抗体的竞争ELISA法,测定上
清中的AGE-1量,对于在吸附炭的非存在下及存在下的AGE-1量进行比较,
算出吸附率(%)。
利用竞争ELISA法的AGE-1的定量按照如下方法。
首先,将AGE-1-BSA溶解在包被液中以使其为1μg/mL,然后在96孔高
结合性EIA/RIA微孔板的各孔内,分别加入100μL,于4℃吸附一晚进行固相
化。然后,使用洗板机(Auto mini washer、Model AMW-8),用清洗液清洗3
次后,加入封闭液200μL,于室温孵育1小时,以进行封闭。进而,用清洗液
清洗3次后,加入以稀释用缓冲液稀释的上清50μL和以含有1mg/mL BSA的
稀释用缓冲液稀释的AGE-1抗体50μL,在30℃、振荡条件下孵育2小时。
其后,用清洗液清洗3次,加入以稀释用缓冲液稀释的碱性磷酸酶(AP)
标记的羊抗兔IgG抗体100μL,于37℃孵育1小时。用清洗液清洗3次后,
加入AP底物试剂盒(Kit)溶液100μL,于37℃孵育约1小时,然后用酶标
仪(Labsystems multiskan ascent、Model No.354)测定405nm的吸光度。由
AGE-1-BSA的标准线算出各上清中的AGE-1量。
另外,将相当于1μg的AGE-1-BSA标准品的AGEs量定义为1U。
上述实验中所用的包被液、封闭液及稀释用缓冲液的组成如下。
·包被液:含有碳酸钠、碳酸氢钠、0.05%叠氮化钠的溶液(pH9.6~9.8)
·封闭液:含有1%BSA、0.05%叠氮化钠的磷酸缓冲生理食盐水(pH7.4)
·稀释用缓冲液:含有0.1%甘油、0.1%tween20、0.05%叠氮化钠的50mM
2-氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇[三(羟甲基)氨基甲烷]缓冲液(pH7.4)
将使用了实施例1及比较例1的吸附炭的结果示于图2。如图2所示,实
施例1的吸附炭能够吸附AGE-1的97.4%,但是比较例1的吸附炭只能吸附
AGE-1的13.8%。由此可知,与比较例1的吸附炭相比,实施例1的吸附炭能
够有效地吸附去除AGE-1。
[针对含有活体内毒素的血清的吸附实验]
在含有吸附炭50mg的各试管内,加入血液透析患者血清0.5mL,使用试
管旋转器,于室温将试管旋转3小时。其后,以10,000rpm离心10分钟,回
收上清。
然后,用日立自动分析装置,测定上清中的白蛋白(ALB)、尿素氮(BUN)、
肌酸酐(Cre)、钠(Na)、钾(K)、氯(Cl)、无机磷(IP)、总胆固醇(T-CHO)、
甘油三酸酯(TG)的浓度。
将使用了实施例3及比较例1的吸附炭的结果示于下表1。如表1所示,
实施例1的吸附炭能够选择性地去除尿素和肌酸酐,而不影响到与活体的体内
平衡(恒常性)有关的ALB、Na、K、Cl、IP、T-CHO、TG。此外,在尿素
的去除特性方面上,与比较例1的吸附炭相比,实施例3的吸附炭显示出具有
高的特性。
表1
[针对硫酸吲哚酚的吸附实验]
在含有吸附炭50mg的各试管内,加入按照浓度成为20μg/mL的方式添加
了硫酸吲哚酚的健康人血清0.5mL,使用试管旋转器,于室温将试管旋转5分
钟,由此使硫酸吲哚酚吸附于各吸附炭。其后,以10,000rpm离心10分钟,
回收上清。
然后,用4%三氯醋酸溶液除去上清中的蛋白后,用液相色谱-质谱仪
(LC-MS/MS)测定硫酸吲哚酚浓度。另外,将未使用吸附炭者作为对照。
将使用了实施例4及比较例1的吸附炭的结果示于图3。如图3所示,在
对照中,上清中的硫酸吲哚酚浓度为4.1911μg/mL,但在使用了实施例4的吸
附炭时,降低至0.1866μg/mL。另一方面,在使用了比较例1的吸附炭时,仅
降低至2.8487μg/mL。由此可知,与比较例1的吸附炭相比,实施例4的吸附
炭能够有效地吸附去除硫酸吲哚酚。
[针对氨的吸附实验]
在1L的含有500ppm的氨的试样空气中,将吸附炭250mg放置90分钟,
然后用气体技术(Gastec)公司制气体检测管(氨气检测管No.3M)吸引100ml
的试样空气,测定氨浓度。另外,将未使用吸附炭者作为对照,分别测定4
次。
将使用了实施例2的吸附炭的结果示于图4。如图4所示,在对照中,氨
浓度为455±50.0ppm,但在使用了实施例2的吸附炭时,降低至138±47.9ppm。
由此可知,实施例2的吸附炭能够有效地吸附去除氨。
工业应用性
本发明的吸附炭能够有效地吸附晚期糖基化终末产物等活体内毒素。因
此,在将该吸附炭用于口服吸附剂的情况下,能够使晚期糖基化终末产物等在
消化管内吸附,而排除到体外。由此,不仅能够对肾功能障碍患者,也能够对
代谢综合症患者期待预防·延迟各种脏器损伤的效果。
此外,由于在将碳原料烧结时不使用气体,因而在使用纤维素无纺布作为
碳原料的情况下,能够得到无纺布的构造被维持的吸附炭。因此可以期待,将
该吸附炭直接利用于血浆交换疗法(Double Filtration Plasmapheresis:DFPP)。