(57)【要約】  双性イオン二重ネットワークヒドロゲル、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを作製するための方法、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを使用するための方法、ならびに双性イオン二重ネットワークヒドロゲルから作製された、およびこれによってコーティングされた物品。
2021533892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含む、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルであって、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する、二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項２】
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の化学的架橋双性イオンポリマーを含む、第１の化学ポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の化学的架橋双性イオンポリマーを含む、第２の化学ポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項３】
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含み、前記第１の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）ではない、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項４】
（ａ）第１の架橋ポリマーを含む第１のポリマーネットワークであって、前記第１のポリマーネットワークがヒドロゲルである、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルであって、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する、二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項５】
（ａ）第１の架橋ポリマーを含む第１のポリマーネットワークであって、前記第１のポリマーネットワークがヒドロゲルである、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する架橋ポリ（スルホベタイン）を含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項６】
前記第１の架橋双性イオンポリマーが、ポリ（カルボキシベタイン）（ｐＣＢ）、ポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）、ポリ（スルファベタイン）（ｐＳＡＢ）、ポリ（ホスホベタイン）（ｐＰＢ）、ポリ（ホスホリルコリン）（ｐＰＣ）、ポリ（コリンホスフェート）（ｐＣＰ）、ポリ（トリメチルアミン−Ｎ−オキシド）（ｐＴＭＡＯ）、またはこれらの潜在的な誘導体である、請求項１から３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項７】
前記第２の架橋双性イオンポリマーが、ポリ（カルボキシベタイン）（ｐＣＢ）、ポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）、ポリ（スルファベタイン）（ｐＳＡＢ）、ポリ（ホスホベタイン）（ｐＰＢ）、ポリ（ホスホリルコリン）（ｐＰＣ）、ポリ（コリンホスフェート）（ｐＣＰ）、ポリ（トリメチルアミン−Ｎ−オキシド）（ｐＴＭＡＯ）、またはこれらの潜在的な誘導体である、請求項１から４のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項８】
前記第１の架橋双性イオンポリマーがポリ（カルボキシベタイン）（ｐＣＢ）であり、前記第２の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である、請求項１から３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項９】
前記第１の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）であり、前記第２の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である、請求項１から３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項１０】
前記第１の架橋双性イオンポリマーがポリ（トリメチルアミン−Ｎ−オキシド）（ｐＴＭＡＯ）であり、前記第２の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である、請求項１から３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項１１】
前記第１の架橋双性イオンポリマーがポリ（ホスホリルコリン）（ｐＰＣ）であり、前記第２の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である、請求項１から３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項１２】
前記第１の架橋ポリマーが、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｕ２＋、およびＺｎ２＋から選択される金属イオンによって架橋されている双性イオンポリマーである、請求項４または５に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項１３】
前記第１の架橋ポリマーが、双性イオンポリマー、多糖、またはコラーゲンである、請求項４または５に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項１４】
前記第１の架橋ポリマーが、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、またはデキストランである、請求項４または５に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項１５】
前記第２の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）である、請求項１から４のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲル。
【請求項１６】
前記双性イオン部分が、−Ｎ（ＣＨ３）３＋および−ＳＯ３−、または−Ｎ（ＣＨ３）３＋および−ＳＯ４−から選択される、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項１７】
約０．３ＭＰａ超の引張破壊応力、約２００％超の引張破壊ひずみ、または約０．０１ＭＰａ超のヤング弾性率を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項１８】
約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する、請求項２から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項１９】
前記第１のポリマーネットワークが、化学的に架橋または物理的に架橋されており、前記第２のポリマーネットワークが、化学的に架橋または物理的に架橋されている、請求項１、３、４、または５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２０】
物理的架橋が、イオン性相互作用、水素結合、または双極子−双極子相互作用を通じた、ポリマー間の架橋である、請求項２２に記載の二重ネットワーク。
【請求項２１】
フィブリノゲン結合アッセイ（ｐＨ７．４の０．１５Ｍリン酸緩衝生理食塩水中の１．０ｍｇ／ｍＬフィブリノゲン溶液によって、ポリマー表面が３７℃で９０分間インキュベートされる）によって試験された組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）の結合レベルに対して、約２０％未満のフィブリノゲン結合レベルを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２２】
約５０％超の含水率を有し、ほとんどまたはまったく膨潤しない［すなわち、膨潤率Ｖ２ｅ／Ｖ２が２未満であり、ここで、Ｖ２は調製したままの状態におけるＤＮヒドロゲルの体積であり、Ｖ２ｅは、ＤＩ水またはｐＨ７．４の０．１５Ｍリン酸緩衝生理食塩水に平衡まで浸漬させたＤＮヒドロゲルの体積である］、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２３】
前記第１のポリマーネットワークを形成し、次いで、前記第１のポリマーネットワークを、前記第２のポリマーネットワークの前駆体を含む溶液に平衡まで浸漬させ、続いて前記前駆体を重合して前記二重ネットワークをもたらす２ステッププロセスによって得られる、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２４】
前記第１のポリマーネットワークの存在下、前記第２のポリマーネットワークを、（ａ）モノマー重合、（ｂ）コモノマー共重合、または（ｃ）双性イオンポリマーもしくは双性イオンコポリマーの物理的架橋によって形成する単一ポットプロセスによって得られる、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２５】
前記第１のネットワークが、約［１〜１０］−［１〜５０］−［０．１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２６】
前記第１のネットワークが、約［１〜２］−［２〜４］−０．１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２７】
前記第２のネットワークが、約［１〜１０］−［０〜１０］−［０．０１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２８】
前記第２のネットワークが、約［２〜６］−［０〜０．５］−０．０１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項２９】
前記第１のネットワークが、約［１〜３］−［２〜５０］−［０．１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（カルボキシベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項３０】
前記第１のネットワークが、約１−４−０．１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（カルボキシベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項３１】
前記第２のネットワークが、約［２〜６］−［０〜０．５］−［０．０１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（スルホベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項３２】
前記第２のネットワークが、約４−０．１−０．０１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（スルホベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項３３】
前記第１のネットワークが、約［１〜３］−［２〜５０］−［０．１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（カルボキシベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とし、前記第２のネットワークが、約［２〜６］−［０〜０．５］−［０．０１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（スルホベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の二重ネットワーク。
【請求項３４】
全体にまたは一部に、請求項１から３３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲルを含む、製造物品。
【請求項３５】
生物医学デバイスである、請求項３４に記載の製造物品。
【請求項３６】
前記生物医学デバイスが、カテーテル、耳用ドレナージ管、栄養管、緑内障ドレナージ管、水頭症シャント、人工角膜移植、神経導管、組織接着剤、ｘ線導管、人工関節、人工心臓弁、人工血管、ペースメーカー、左室補助人工心臓（ＬＶＡＤ）、動脈移植片、血管移植片、ステント、血管内ステント、噴門弁、関節置換物、血管補綴、皮膚修復デバイス、蝸牛置換物、コンタクトレンズ、人工靭帯および腱、歯科用インプラント、ならびに再生組織工学のための組織スキャフォールドからなる群から選択される、請求項３５に記載の製造物品。
【請求項３７】
消費者製品である、請求項３４に記載の製造物品。
【請求項３８】
海洋製品である、請求項３４に記載の製造物品。
【請求項３９】
前記海洋製品が、海洋船舶船体、海洋構造物、橋、プロペラ、熱交換器、潜望鏡、センサ、魚網、ケーブル、管／パイプ、コンテナ、膜、およびオイルフェンスからなる群から選択される、請求項３８に記載の製造物品。
【請求項４０】
請求項１から３３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲルを含む、マイクロゲル。
【請求項４１】
請求項１から３３のいずれか１項に記載の二重ネットワークヒドロゲルを含む、基材のための表面コーティング。
【請求項４２】
前記基材が生物医学デバイスである、請求項４１に記載の表面コーティング。
【請求項４３】
前記生物医学デバイスが、カテーテル、耳用ドレナージ管、栄養管、緑内障ドレナージ管、水頭症シャント、人工角膜移植、神経導管、組織接着剤、ｘ線導管、人工関節、人工心臓弁、人工血管、ペースメーカー、左室補助人工心臓（ＬＶＡＤ）、動脈移植片、血管移植片、ステント、血管内ステント、噴門弁、関節置換物、血管補綴、皮膚修復デバイス、蝸牛置換物、コンタクトレンズ、人工靭帯および腱、歯科用インプラント、ならびに再生組織工学のための組織スキャフォールドからなる群から選択される、請求項４２に記載の表面コーティング。
【請求項４４】
前記基材が消費者製品である、請求項４３に記載の表面コーティング。
【請求項４５】
前記基材が海洋製品である、請求項４１に記載の表面コーティング。
【請求項４６】
前記海洋製品が、海洋船舶船体、海洋構造物、橋、プロペラ、熱交換器、潜望鏡、センサ、魚網、ケーブル、管／パイプ、コンテナ、膜、およびオイルフェンスからなる群から選択される、請求項４５に記載の表面コーティング。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１８年８月１４日に出願された米国特許出願第６２／７１８，７５９号、および２０１９年３月１４日に出願された同６２／８１８，５７４号の利益を主張し、それぞれは全体が明白に、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
政府ライセンス権の申告
この発明は、Ｏｆｆｉｃｅ  ｏｆ  Ｎａｖａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈによって与えられた助成金Ｎ０００１４−１６−１−３０８４およびＮ０００１４−１９−１−２０６３のもと、政府支援を受けてなされた。政府は、本発明における一定の権利を有する。
【０００３】
発明の背景
３次元架橋ネットワークを有し保水率の高いヒドロゲルは、バイオセンサデバイス、組織埋込み物、およびコンタクトレンズなどの生物医学用途、または船体、海洋構造物、海洋センサ、および網具などの海洋用途における潜在性のため、関心を集めている。双性イオン材料から作製されるヒドロゲルはさらに、超親水性、ならびにタンパク質、細胞、および微生物の非特異的な生物付着に抵抗することによって合併症およびデバイスの故障を防止する優れた非付着特性が理由で、高い関心を集めている。しかしながら、高分子電解質的性質および高いガラス転移温度（Ｔｇ）に起因して、双性イオンヒドロゲルの機械的特性の改善が望ましい。
【０００４】
双性イオンヒドロゲルの有利な非付着特性にもかかわらず、改善された機械的特性を有する双性イオンヒドロゲルへの必要性が存在する。本発明は、この必要性を満たすことを求め、さらなる関連する利点を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、双性イオン二重ネットワークヒドロゲル、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを作製するための方法、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを使用するための方法、ならびに双性イオン二重ネットワークヒドロゲルから作製された、およびこれによってコーティングされた物品を提供する。
【０００６】
一態様では、本発明は、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを提供する。
一実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含む、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む二重ネットワークヒドロゲルであって、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する、二重ネットワークヒドロゲルである。
【０００７】
別の実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含む、第１の化学ポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の双性イオンポリマーを含む、第２の化学ポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルである。
【０００８】
さらなる実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含み、第１の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）ではない、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルである。
【０００９】
別の実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）第１の架橋ポリマーを含む第１のポリマーネットワークであって、第１のポリマーネットワークがヒドロゲルである、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルである。
【００１０】
さらなる実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）第１の架橋ポリマーを含む第１のポリマーネットワークであって、第１のポリマーネットワークがヒドロゲルである、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する架橋ポリ（スルホベタイン）を含む、第２のポリマーネットワーク
を含む二重ネットワークヒドロゲルであって、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する、二重ネットワークヒドロゲルである。
【００１１】
別の態様では、本発明は、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを作製するための方法を提供する。一実施形態では、この方法は２ステップの方法である。別の実施形態では、この方法は１ステップ（単一ポット）プロセスである。
【００１２】
本発明のさらなる態様では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルから作製された、またはこれを含む製造物品を提供する。
【００１３】
前述の態様およびこの発明に伴う利点の多くは、添付図面を一緒に利用する場合、以下の詳細な記載を参照することでより良好に解されるにつれて、よりたやすく理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの調製の概略図である。
【図２Ａ】調製したままのｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルと、ＤＩ水における浸漬後の膨潤（十分に平衡化した）ＺＤＮヒドロゲルとの膨潤挙動を比較するグラフである。ヒドロゲルは、１−４−０．１／４−０．１−０．０１の組成に従って作製した。
【図２Ｂ】３種の双性イオン単一ネットワーク［ＺＳＮ１（１−２−０．１、１−４−０．１、および２−４−０．１）］と、７種の双性イオン単一ネットワーク［ＺＳＮ２（４−０−０．０１、４−０．０１−０．０１、４−０．１−０．０１、４−０．２−０．０１、４−０．５−０．０１、２−０．１−０．０１、および６−０．１−０．０１）］との成分比を有するｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの平衡膨潤率（％）および平衡含水率（％）を比較するグラフである。
【図３Ａ】３種の異なるｐＣＢ  ＺＳＮ１（１−２−０．１、１−４−０．１、および２−４−０．１）と、７種のｐＳＢ  ＺＳＮ２（２−０．１−０．０１、４−０−０．０１、４−０．０１−０．０１、４−０．１−０．０１、４−０．２−０．０１、４−０．５−０．０１、および６−０．１−０．０１）との成分比を有する、代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの圧縮破壊応力（３Ａ）、圧縮破壊ひずみ（３Ｂ）、および圧縮弾性率（３Ｃ）を比較するグラフである。
【図３Ｂ】３種の異なるｐＣＢ  ＺＳＮ１（１−２−０．１、１−４−０．１、および２−４−０．１）と、７種のｐＳＢ  ＺＳＮ２（２−０．１−０．０１、４−０−０．０１、４−０．０１−０．０１、４−０．１−０．０１、４−０．２−０．０１、４−０．５−０．０１、および６−０．１−０．０１）との成分比を有する、代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの圧縮破壊応力（３Ａ）、圧縮破壊ひずみ（３Ｂ）、および圧縮弾性率（３Ｃ）を比較するグラフである。
【図３Ｃ】３種の異なるｐＣＢ  ＺＳＮ１（１−２−０．１、１−４−０．１、および２−４−０．１）と、７種のｐＳＢ  ＺＳＮ２（２−０．１−０．０１、４−０−０．０１、４−０．０１−０．０１、４−０．１−０．０１、４−０．２−０．０１、４−０．５−０．０１、および６−０．１−０．０１）との成分比を有する、代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの圧縮破壊応力（３Ａ）、圧縮破壊ひずみ（３Ｂ）、および圧縮弾性率（３Ｃ）を比較するグラフである。
【図４】３種の異なるｐＣＢ  ＺＳＮ１（１−２−０．１、１−４−０．１、および２−４−０．１）と、７種のｐＳＢ  ＺＳＮ２（２−０．１−０．０１、４−０−０．０１、４−０．０１−０．０１、４−０．１−０．０１、４−０．２−０．０１、４−０．５−０．０１、および６−０．１−０．０１）との成分比を有する、代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの質量百分率を比較するグラフである。
【図５Ａ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ｐＣＢ単一ネットワーク（ＳＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１）、およびｐＳＢ単一ネットワーク（ＳＮ）ヒドロゲル（４−０．１−０．０１）の代表的な一軸圧縮曲線（５Ａ）、ならびに圧縮弾性率、破壊応力、および破壊ひずみ（５Ｂ）を比較するグラフである。
【図５Ｂ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ｐＣＢ単一ネットワーク（ＳＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１）、およびｐＳＢ単一ネットワーク（ＳＮ）ヒドロゲル（４−０．１−０．０１）の代表的な一軸圧縮曲線（５Ａ）、ならびに圧縮弾性率、破壊応力、および破壊ひずみ（５Ｂ）を比較するグラフである。
【図６Ａ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ｐＣＢ単一ネットワークヒドロゲル（ＳＮ、１−４−０．１）、およびｐＳＢ単一ネットワークヒドロゲル（ＳＮ、４−０．１−０．０１）の代表的な引張曲線（６Ａ）、ならびに引張弾性率、破壊応力、および破壊ひずみ（６Ｂ）を比較するグラフである。
【図６Ｂ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ｐＣＢ単一ネットワークヒドロゲル（ＳＮ、１−４−０．１）、およびｐＳＢ単一ネットワークヒドロゲル（ＳＮ、４−０．１−０．０１）の代表的な引張曲線（６Ａ）、ならびに引張弾性率、破壊応力、および破壊ひずみ（６Ｂ）を比較するグラフである。
【図７Ａ】代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：ヒトフィブリノゲン（７Ａ）、非希釈ヒト血清中のタンパク質（７Ｂ）、ラット血小板（７Ｃ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（７Ｄ）、およびＤＣ  ２．４細胞（７Ｅ）。すべてのデータは、組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）に対して正規化した。図７Ｆでは、それぞれＴＣＰＳおよびｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル表面に接着した、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞およびＤＣ  ２．４細胞の光学画像を比較する。すべての画像の倍率は２００倍であった。
【図７Ｂ】代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：ヒトフィブリノゲン（７Ａ）、非希釈ヒト血清中のタンパク質（７Ｂ）、ラット血小板（７Ｃ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（７Ｄ）、およびＤＣ  ２．４細胞（７Ｅ）。すべてのデータは、組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）に対して正規化した。図７Ｆでは、それぞれＴＣＰＳおよびｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル表面に接着した、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞およびＤＣ  ２．４細胞の光学画像を比較する。すべての画像の倍率は２００倍であった。
【図７Ｃ】代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：ヒトフィブリノゲン（７Ａ）、非希釈ヒト血清中のタンパク質（７Ｂ）、ラット血小板（７Ｃ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（７Ｄ）、およびＤＣ  ２．４細胞（７Ｅ）。すべてのデータは、組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）に対して正規化した。図７Ｆでは、それぞれＴＣＰＳおよびｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル表面に接着した、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞およびＤＣ  ２．４細胞の光学画像を比較する。すべての画像の倍率は２００倍であった。
【図７Ｄ】代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：ヒトフィブリノゲン（７Ａ）、非希釈ヒト血清中のタンパク質（７Ｂ）、ラット血小板（７Ｃ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（７Ｄ）、およびＤＣ  ２．４細胞（７Ｅ）。すべてのデータは、組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）に対して正規化した。図７Ｆでは、それぞれＴＣＰＳおよびｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル表面に接着した、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞およびＤＣ  ２．４細胞の光学画像を比較する。すべての画像の倍率は２００倍であった。
【図７Ｅ】代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：ヒトフィブリノゲン（７Ａ）、非希釈ヒト血清中のタンパク質（７Ｂ）、ラット血小板（７Ｃ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（７Ｄ）、およびＤＣ  ２．４細胞（７Ｅ）。すべてのデータは、組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）に対して正規化した。図７Ｆでは、それぞれＴＣＰＳおよびｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル表面に接着した、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞およびＤＣ  ２．４細胞の光学画像を比較する。すべての画像の倍率は２００倍であった。
【図７Ｆ】代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：ヒトフィブリノゲン（７Ａ）、非希釈ヒト血清中のタンパク質（７Ｂ）、ラット血小板（７Ｃ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（７Ｄ）、およびＤＣ  ２．４細胞（７Ｅ）。すべてのデータは、組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）に対して正規化した。図７Ｆでは、それぞれＴＣＰＳおよびｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル表面に接着した、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞およびＤＣ  ２．４細胞の光学画像を比較する。すべての画像の倍率は２００倍であった。
【図８Ａ】３ラウンドのオートクレーブ処理（ＺＤＮ−Ｒ１、ＺＤＮ−Ｒ２、およびＺＤＮ−Ｒ３）後の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：非希釈ヒト血清中のタンパク質（８Ａ）、ラット血小板（８Ｂ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（８Ｃ）、およびＤＣ  ２．４細胞（８Ｄ）。すべてのデータは、ＴＣＰＳに対して正規化した。
【図８Ｂ】３ラウンドのオートクレーブ処理（ＺＤＮ−Ｒ１、ＺＤＮ−Ｒ２、およびＺＤＮ−Ｒ３）後の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：非希釈ヒト血清中のタンパク質（８Ａ）、ラット血小板（８Ｂ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（８Ｃ）、およびＤＣ  ２．４細胞（８Ｄ）。すべてのデータは、ＴＣＰＳに対して正規化した。
【図８Ｃ】３ラウンドのオートクレーブ処理（ＺＤＮ−Ｒ１、ＺＤＮ−Ｒ２、およびＺＤＮ−Ｒ３）後の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：非希釈ヒト血清中のタンパク質（８Ａ）、ラット血小板（８Ｂ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（８Ｃ）、およびＤＣ  ２．４細胞（８Ｄ）。すべてのデータは、ＴＣＰＳに対して正規化した。
【図８Ｄ】３ラウンドのオートクレーブ処理（ＺＤＮ−Ｒ１、ＺＤＮ−Ｒ２、およびＺＤＮ−Ｒ３）後の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮ）ヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）表面の相対非付着（タンパク質および細胞の接着）を比較するグラフである：非希釈ヒト血清中のタンパク質（８Ａ）、ラット血小板（８Ｂ）、ＲＩＮ−ｍ５Ｆ細胞（８Ｃ）、およびＤＣ  ２．４細胞（８Ｄ）。すべてのデータは、ＴＣＰＳに対して正規化した。
【図９Ａ】ｐＨＥＭＡおよび対照と比較した、１週間の埋込み後の代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）を有する皮膚組織についての、ヘモトキシリン（ｈｅｍｏｔｏｘｙｌｉｎ）およびエオシン（Ｈ＆Ｅ）染色を比較する画像である（９Ａ）；ｐＨＥＭＡと比較した、１、４、および１２週間の埋込み後の代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）を有する皮膚組織についてのマッソントリクローム染色の画像である；２４週間の埋込み後の、埋込みしたマウス、および取り出した代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ならびにｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルを有する皮膚組織についてのマッソントリクローム染色の画像である。埋込みしていないマウスの皮膚組織を、対照として設定した。すべての組織染色画像の倍率は１００倍であった。
【図９Ｂ】ｐＨＥＭＡおよび対照と比較した、１週間の埋込み後の代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）を有する皮膚組織についての、ヘモトキシリン（ｈｅｍｏｔｏｘｙｌｉｎ）およびエオシン（Ｈ＆Ｅ）染色を比較する画像である（９Ａ）；ｐＨＥＭＡと比較した、１、４、および１２週間の埋込み後の代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）を有する皮膚組織についてのマッソントリクローム染色の画像である；２４週間の埋込み後の、埋込みしたマウス、および取り出した代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ならびにｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルを有する皮膚組織についてのマッソントリクローム染色の画像である。埋込みしていないマウスの皮膚組織を、対照として設定した。すべての組織染色画像の倍率は１００倍であった。
【図９Ｃ】ｐＨＥＭＡおよび対照と比較した、１週間の埋込み後の代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）を有する皮膚組織についての、ヘモトキシリン（ｈｅｍｏｔｏｘｙｌｉｎ）およびエオシン（Ｈ＆Ｅ）染色を比較する画像である（９Ａ）；ｐＨＥＭＡと比較した、１、４、および１２週間の埋込み後の代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）を有する皮膚組織についてのマッソントリクローム染色の画像である；２４週間の埋込み後の、埋込みしたマウス、および取り出した代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ならびにｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルを有する皮膚組織についてのマッソントリクローム染色の画像である。埋込みしていないマウスの皮膚組織を、対照として設定した。すべての組織染色画像の倍率は１００倍であった。
【図１０】１２週間の埋込み後の代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の分解（重量残存）および機械的特性（圧縮弾性率残存、圧縮応力残存、圧縮ひずみ残存）を比較するグラフである。
【図１１Ａ】本発明の代表的なＺＤＮヒドロゲル：ｐＣＢ／ｐＳＢ、ｐＣＢ／ｐＣＢ、ｐＳＢ／ｐＣＢ、ｐＳＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルについて、圧縮応力曲線（１１Ａ）、圧縮弾性率、破壊応力、および破壊ひずみ（１１Ｂ）、ならびに平衡膨潤率および平衡含水率を比較するグラフである。ｐＣＢ／ｐＳＢおよびｐＳＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１−４−０．１／４−０．１−０．０１の組成に従って作製し、ｐＣＢ／ｐＣＢおよびｐＳＢ／ｐＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１−４−０．１／４−０．２−０．０１の組成に従って作製した。
【図１１Ｂ】本発明の代表的なＺＤＮヒドロゲル：ｐＣＢ／ｐＳＢ、ｐＣＢ／ｐＣＢ、ｐＳＢ／ｐＣＢ、ｐＳＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルについて、圧縮応力曲線（１１Ａ）、圧縮弾性率、破壊応力、および破壊ひずみ（１１Ｂ）、ならびに平衡膨潤率および平衡含水率を比較するグラフである。ｐＣＢ／ｐＳＢおよびｐＳＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１−４−０．１／４−０．１−０．０１の組成に従って作製し、ｐＣＢ／ｐＣＢおよびｐＳＢ／ｐＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１−４−０．１／４−０．２−０．０１の組成に従って作製した。
【図１１Ｃ】本発明の代表的なＺＤＮヒドロゲル：ｐＣＢ／ｐＳＢ、ｐＣＢ／ｐＣＢ、ｐＳＢ／ｐＣＢ、ｐＳＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルについて、圧縮応力曲線（１１Ａ）、圧縮弾性率、破壊応力、および破壊ひずみ（１１Ｂ）、ならびに平衡膨潤率および平衡含水率を比較するグラフである。ｐＣＢ／ｐＳＢおよびｐＳＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１−４−０．１／４−０．１−０．０１の組成に従って作製し、ｐＣＢ／ｐＣＢおよびｐＳＢ／ｐＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１−４−０．１／４−０．２−０．０１の組成に従って作製した。
【図１２Ａ】代表的なＺＤＮヒドロゲル：ｐＳＢ／ｐＳＢ（１２Ａ）、ｐＣＢ／ＣＢ（１２Ｂ）、およびｐＳＢ／ＣＢ（１２Ｃ）の圧縮試験を比較するグラフである。それぞれにおいて、ＺＤＮヒドロゲルの第１のネットワークは、１−４−０．１の組成に従って作製した。ＺＤＮヒドロゲルの第２のネットワークは、図に示すように、７種の異なる組成に従って作製した。
【図１２Ｂ】代表的なＺＤＮヒドロゲル：ｐＳＢ／ｐＳＢ（１２Ａ）、ｐＣＢ／ＣＢ（１２Ｂ）、およびｐＳＢ／ＣＢ（１２Ｃ）の圧縮試験を比較するグラフである。それぞれにおいて、ＺＤＮヒドロゲルの第１のネットワークは、１−４−０．１の組成に従って作製した。ＺＤＮヒドロゲルの第２のネットワークは、図に示すように、７種の異なる組成に従って作製した。
【図１２Ｃ】代表的なＺＤＮヒドロゲル：ｐＳＢ／ｐＳＢ（１２Ａ）、ｐＣＢ／ＣＢ（１２Ｂ）、およびｐＳＢ／ＣＢ（１２Ｃ）の圧縮試験を比較するグラフである。それぞれにおいて、ＺＤＮヒドロゲルの第１のネットワークは、１−４−０．１の組成に従って作製した。ＺＤＮヒドロゲルの第２のネットワークは、図に示すように、７種の異なる組成に従って作製した。
【図１３Ａ】代表的なｐＣＢ／ＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルの圧縮試験を比較するグラフである。ヒドロゲルの第１のネットワークは、１−２−０．１（１３Ａ）、１−４−０．１（１３Ｂ）、および２−４−０．１（１３Ｃ）の組成に従って作製した。ｐＣＢ／ｐＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルの第２のネットワークは、図に示すように、７種の異なる組成に従って作製した。
【図１３Ｂ】代表的なｐＣＢ／ＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルの圧縮試験を比較するグラフである。ヒドロゲルの第１のネットワークは、１−２−０．１（１３Ａ）、１−４−０．１（１３Ｂ）、および２−４−０．１（１３Ｃ）の組成に従って作製した。ｐＣＢ／ｐＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルの第２のネットワークは、図に示すように、７種の異なる組成に従って作製した。
【図１３Ｃ】代表的なｐＣＢ／ＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルの圧縮試験を比較するグラフである。ヒドロゲルの第１のネットワークは、１−２−０．１（１３Ａ）、１−４−０．１（１３Ｂ）、および２−４−０．１（１３Ｃ）の組成に従って作製した。ｐＣＢ／ｐＣＢ  ＺＤＮヒドロゲルの第２のネットワークは、図に示すように、７種の異なる組成に従って作製した。
【図１４Ａ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ガラス、およびＰＤＭＳへの珪藻の付着および接着試験：２時間経ち、続いて洗浄した後の付着珪藻の密度（個／ｍｍ２）（１４Ａ）；２６Ｐａのせん断応力への曝露に起因する珪藻の除去（％）（１４Ｂ）；ならびに洗浄および２６Ｐａのせん断応力への曝露後に残存する珪藻の密度（個／ｍｍ２）を比較するグラフである。各点は、３つの複製スライドにおける９０回のカウントからの平均である。バーは、逆正弦変換データから導出された９５％信頼限界を示す。
【図１４Ｂ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ガラス、およびＰＤＭＳへの珪藻の付着および接着試験：２時間経ち、続いて洗浄した後の付着珪藻の密度（個／ｍｍ２）（１４Ａ）；２６Ｐａのせん断応力への曝露に起因する珪藻の除去（％）（１４Ｂ）；ならびに洗浄および２６Ｐａのせん断応力への曝露後に残存する珪藻の密度（個／ｍｍ２）を比較するグラフである。各点は、３つの複製スライドにおける９０回のカウントからの平均である。バーは、逆正弦変換データから導出された９５％信頼限界を示す。
【図１４Ｃ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ガラス、およびＰＤＭＳへの珪藻の付着および接着試験：２時間経ち、続いて洗浄した後の付着珪藻の密度（個／ｍｍ２）（１４Ａ）；２６Ｐａのせん断応力への曝露に起因する珪藻の除去（％）（１４Ｂ）；ならびに洗浄および２６Ｐａのせん断応力への曝露後に残存する珪藻の密度（個／ｍｍ２）を比較するグラフである。各点は、３つの複製スライドにおける９０回のカウントからの平均である。バーは、逆正弦変換データから導出された９５％信頼限界を示す。
【図１５Ａ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ガラス、およびＰＤＭＳへのＵｌｖａ胞子の付着および接着試験：洗浄に続く４５分間の沈殿後の付着胞子の密度（個／ｍｍ２）（１５Ａ）；洗浄および５２Ｐａのせん断応力への曝露に起因する胞子の除去（％）（１５Ｂ）；ならびに洗浄および５２Ｐａのせん断応力への曝露後に残存する胞子の密度（個／ｍｍ２）（１５Ｃ）を比較するグラフである。各点は、３つの複製スライドにおける９０回のカウントからの平均である。バーは、逆正弦変換データから導出された９５％信頼限界を示す。
【図１５Ｂ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ガラス、およびＰＤＭＳへのＵｌｖａ胞子の付着および接着試験：洗浄に続く４５分間の沈殿後の付着胞子の密度（個／ｍｍ２）（１５Ａ）；洗浄および５２Ｐａのせん断応力への曝露に起因する胞子の除去（％）（１５Ｂ）；ならびに洗浄および５２Ｐａのせん断応力への曝露後に残存する胞子の密度（個／ｍｍ２）（１５Ｃ）を比較するグラフである。各点は、３つの複製スライドにおける９０回のカウントからの平均である。バーは、逆正弦変換データから導出された９５％信頼限界を示す。
【図１５Ｃ】代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）、ガラス、およびＰＤＭＳへのＵｌｖａ胞子の付着および接着試験：洗浄に続く４５分間の沈殿後の付着胞子の密度（個／ｍｍ２）（１５Ａ）；洗浄および５２Ｐａのせん断応力への曝露に起因する胞子の除去（％）（１５Ｂ）；ならびに洗浄および５２Ｐａのせん断応力への曝露後に残存する胞子の密度（個／ｍｍ２）（１５Ｃ）を比較するグラフである。各点は、３つの複製スライドにおける９０回のカウントからの平均である。バーは、逆正弦変換データから導出された９５％信頼限界を示す。
【図１６】代表的なｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルについての圧縮応力（ＭＰａ）および圧縮ひずみ（％）を比較するグラフである。第１のネットワークは組成１−４−０．１に従って作製し、第２のネットワークは組成４−０．１−０．０１に従って作製した。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明の詳細な説明
本発明は、双性イオン二重ネットワークヒドロゲル、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを作製するための方法、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを使用するための方法、ならびに双性イオン二重ネットワークヒドロゲルから作製された、およびこれによってコーティングされた物品を提供する。
【００１６】
双性イオン二重ネットワークヒドロゲル
一態様では、本発明は、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを提供する。
【００１７】
一実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含む、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク、
を含む二重ネットワークヒドロゲルであって、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する、二重ネットワークヒドロゲルである。
【００１８】
本明細書において用いる場合、「架橋」という用語は、別段の指定がない限り、化学的架橋ポリマーと物理的架橋ポリマーとの両方を指す。
【００１９】
この実施形態では、二重ネットワークヒドロゲルは、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する。これらの実施形態のいくつかでは、約２、３、５、８、１０、１２、または１５ＭＰａ超の圧縮破壊応力である。
【００２０】
二重ネットワークヒドロゲルは約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有するが、二重ネットワークヒドロゲルはまた、約０．３ＭＰａ超（例えば、約０．５、０．７、もしくは１．０ＭＰａ超）の引張破壊応力、約２００％超（例えば、約２５０％もしくは３００％超）の引張破壊ひずみ、または約０．０１ＭＰａ超（例えば、約０．１、０．５、１．０ＭＰａ超）のヤング弾性率を有するものとして特徴付けられうることが理解されるであろう。
【００２１】
本明細書において用いる場合、「双性イオンポリマー」という用語は、重合性双性イオンモノマーを重合することによって調製された（１００モルパーセントの双性イオン部分を有する双性イオンポリマーを提供する）ポリマーを指し（すなわち、双性イオンポリマーの各繰り返し単位が双性イオン部分である）、または重合性双性イオンモノマーと重合性コモノマーとを共重合することによって調製された（１００モルパーセント未満の双性イオン部分を有する双性イオンポリマーを提供する）ポリマーを指す（例えば、重合性双性イオンモノマーと重合性コモノマーとが、重合混合物中に等しい割合で存在する場合、生成物は、５０モルパーセントの双性イオン部分を有する双性イオンポリマーである）。
【００２２】
本明細書において用いる場合、「重合性コモノマー」という用語は、双性イオンモノマーと共重合可能な非双性イオンコモノマーを指す。代表的な重合性コモノマーとしては、アクリル酸、アクリレート、メタクリル酸、メタクリレートが挙げられ、他のコモノマーとしては、ポリエチレンオキシドなどの親水性部分を含むものが挙げられる。本明細書に記載する重合性コモノマーは、双性イオン部分を含む重合性モノマーではない。
【００２３】
代表的な重合性双性イオンモノマー、および双性イオンモノマーから調製される双性イオンポリマーは、それぞれ全体が明白に、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，８７９，４４４号および同第８，８３５，６７１号、ならびに本明細書に記載されている。
【００２４】
双性イオンモノマーから調製される代表的な双性イオンポリマーは、式：
【００２５】
【化１】
2021533892.tif 000003
【００２６】
［式中、
Ｒ４は、水素、フッ素、トリフルオロメチル、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、およびＣ６〜Ｃ１２アリール基からなる群から選択され、
Ｒ５およびＲ６は、アルキルおよびアリールからなる群から独立して選択されるか、またはこれらが結合している窒素と一緒になってカチオン中心を形成し、
Ｌ４は、カチオン中心［Ｎ＋（Ｒ５）（Ｒ６）］をポリマー主鎖［−（ＣＨ２−ＣＲ４）ｎ−］に共有結合的に連結させるリンカーであり、
Ｌ５は、アニオン中心［Ａ２（＝Ｏ）−Ｏ−］をカチオン中心に共有結合的に連結させるリンカーであり、
Ａ２は、Ｃ、Ｓ、ＳＯ、Ｐ、またはＰＯであり、
Ｍ＋は、（Ａ２＝Ｏ）Ｏ−アニオン中心に会合している対イオンであり、
Ｘ−は、カチオン中心に会合している対イオンであり、
ｎは、５〜約１０，０００の整数である］
を有する。
【００２７】
本発明に有用なカルボキシベタインポリマー（例えば、上の式においてＡ２＝Ｃ）を作製するための代表的なモノマーとしては、２−カルボキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２’−メタクリロイルオキシエチル）エタンアミニウム分子内塩のようなカルボキシベタインメタクリレート；カルボキシベタインアクリレート；カルボキシベタインアクリルアミド；カルボキシベタインビニル化合物；カルボキシベタインエポキシド；およびヒドロキシル、イソシアネート、アミノ、またはカルボキシル基を有する他のカルボキシベタイン化合物が挙げられる。
【００２８】
本発明に有用なスルホベタインポリマー（例えば、上の式においてＡ２＝ＳＯ）を作製するための代表的なモノマーとしては、スルホベタインメタクリレート（ＳＢＭＡ）、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびヒドロキシル、イソシアネート、アミノ、またはカルボキシル基を有する他のスルホベタイン化合物が挙げられる。
【００２９】
代表的な重合方法としては、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）、可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）重合、およびフリーラジカル重合が挙げられる。重合のための任意の従来のラジカル開始剤を、本発明を実施するために用いてもよい。通常の熱的または光化学的フリーラジカル重合のための代表的な開始剤としては、過酸化ベンゾイル、２，２’−アゾ−ビス（２−メチルプロイオニトリル）（２−ｍｅｔｈｙｌｐｒｏｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）、およびベンゾインメチルエーテルが挙げられる。ＡＴＲＰのための代表的な開始剤としては、ブロモイソブチリルブロミド（ＢＩＢＢ）などのハロゲン化アルキルが挙げられる。ＲＡＦＴ重合のための代表的な開始剤（すなわち、鎖可逆的媒介（ｃｈａｉｎ  ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  ａｇｅｎｃｙ）（ＣＴＡ）を有するフリーラジカル開始剤）としては、チオカルボニルチオ化合物が挙げられる。
【００３０】
他の双性イオンポリマーは、全体が明白に、参照によって本明細書に組み込まれるＷＯ２０１９／００６３９８に記載されており、下に示すように、Ｎ−オキシドモノマーから調製することができる。
【００３１】
一定の実施形態では、Ｎ−オキシドモノマーは、ポリマー主鎖からのペンダントである（すなわち、ポリマー側鎖の部分を形成する）Ｎ−オキシド部分を含む、ポリマー繰り返し単位を提供する。ポリマー主鎖からのペンダントであるＮ−オキシド部分を有する代表的なポリマーは、次の式
【００３２】
【化２】
2021533892.tif 000004
【００３３】
［式中、
＊は、繰り返し単位が、ポリマーまたはコポリマー中の他の繰り返し単位に付く点を示し、
Ｂはポリマー主鎖であり、
Ｌは、Ｎ−オキシド部分を主鎖に連結するリンカー基であり、代表的な基としては、−（ＣＨ２）ｘ−、−（ＣＨ（ＣＮ））ｘ−、−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ（ＣＨ２）ｘ−、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ（ＣＨ２）ｘ−、−Ｃ（＝Ｏ）ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ（ＣＨ２）ｘ−、−（ＣＨ２）ｘ−Ｏ−（ＣＨ２）ｘ−、および−（ＣＨ２）ｘ−Ｓ−Ｓ−（ＣＨ２）ｘ−が挙げられ、ここで、ｘは各出現毎に、１〜２０から独立して選択される整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル（環状アルキル、例えばＣ３〜Ｃ７シクロアルキルを含む）、およびＣ６〜Ｃ１２アリールからなる群から独立して選択され、
ｎは、約１０〜約５００の整数である］
を有する。
【００３４】
他の実施形態では、Ｎ−オキシドモノマーは、ポリマー主鎖内にある（すなわち、ポリマー主鎖の部分を形成する）Ｎ−オキシド部分を含む、ポリマー繰り返し単位を提供する。ポリマー主鎖内にあるＮ−オキシド部分を有する代表的なポリマーは、次の式
【００３５】
【化３】
2021533892.tif 000005
【００３６】
［式中、
Ｒ１は、水素、フッ素、トリフルオロメチル、シアノ、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、およびＣ６〜Ｃ１２アリールからなる群から選択され、
Ｒ２およびＲ３は、付加重合、縮合重合、またはフリーラジカル重合による重合に好適な官能基から独立して選択され、
Ｌ３およびＬ４は、−（ＣＨ２）ｘ−、−（ＣＨ（ＣＮ））ｘ−、−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ（ＣＨ２）ｘ−、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ（ＣＨ２）ｘ−、−Ｃ（＝Ｏ）ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ（ＣＨ２）ｘ−、−（ＣＨ２）ｘ−Ｏ−（ＣＨ２）ｘ−、および−（ＣＨ２）ｘ−Ｓ−Ｓ−（ＣＨ２）ｘ−から独立して選択され、ここで、ｘは各出現毎に、０〜２０から、好ましくは１〜２０から独立して選択される整数であり、ｎは、約１０〜約５００の整数である］
を有する。
【００３７】
「双性イオンポリマー」という用語はまた、それぞれ、重合混合物中に実質的に等しい割合で存在する、重合性の負に帯電したモノマーと重合性の正に帯電したモノマーとを共重合することによって調製された、実質的に等しい数の負（アニオン性）電荷と正（カチオン性）電荷とを有するポリマーを指す。このような共重合の生成物は、１００モルパーセントの双性イオン部分を有する双性イオンポリマーであり、各双性イオン部分は、一対の繰り返し単位、すなわち、負電荷を有する繰り返し単位および正電荷を有する繰り返し単位として定義される。このような双性イオンポリマーは、混合電荷コポリマーと呼ばれる。「双性イオンポリマー」という用語はまた、それぞれ、重合混合物中に実質的に等しい割合で存在する、重合性の負に帯電したモノマーと、重合性の正に帯電したモノマーと、重合性コモノマーとを共重合することによって調製された（１００モルパーセント未満の双性イオン部分を有する双性イオンポリマーを提供する）ポリマーを指す（例えば、重合性の負に帯電したモノマーおよび重合性の正に帯電したモノマーの組み合わせと、重合性コモノマーとが、重合混合物中に等しい割合で存在する場合（すなわち、５０％の重合性の負に帯電したモノマーおよび重合性の正に帯電したモノマーの組み合わせ、ならびに５０％の重合性コモノマー）、生成物は、５０モルパーセントの双性イオン部分を有する双性イオンポリマーである）。
【００３８】
代表的な重合性の負に帯電したモノマー、および重合性の正に帯電したモノマー、ならびにこれらのモノマーから調製された双性イオンコポリマーは、それぞれ全体が明白に、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第８，８３５，６７１号および同第９，０４５，５７６号、ならびに本明細書に記載されている。
【００３９】
重合性の負に帯電したモノマーと、重合性の正に帯電したモノマーとから調製された代表的な双性イオンポリマーは、式：
【００４０】
【化４】
2021533892.tif 000006
【００４１】
［式中、
Ｒ７およびＲ８は、水素、フッ素、トリフルオロメチル、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、およびＣ６〜Ｃ１２アリール基から独立して選択され、
Ｒ９、Ｒ１０、およびＲ１１は、アルキルおよびアリールから独立して選択されるか、またはこれらが結合している窒素と一緒になってカチオン中心を形成し、
Ａ３（＝Ｏ）−ＯＭ）はアニオン中心であり、ここでＡ３は、Ｃ、Ｓ、ＳＯ、Ｐ、またはＰＯであり、Ｍは金属または有機対イオンであり、
Ｌ６は、カチオン中心［Ｎ＋（Ｒ９）（Ｒ１０）（Ｒ１１）］をポリマー主鎖に共有結合的に連結させるリンカーであり、
Ｌ７は、アニオン中心［Ａ（＝Ｏ）−ＯＭ］をポリマー主鎖に共有結合的に連結させるリンカーであり、
Ｘ−は、カチオン中心に会合している対イオンであり、
ｎは、５〜約１０，０００の整数であり、
ｐは、５〜約１０，０００の整数である］
を有する。
【００４２】
一実施形態では、本発明に有用な双性イオンコポリマーは、（ａ）複数の負に帯電した繰り返し単位、または複数の潜在的に負に帯電した繰り返し単位、および（ｂ）複数の正に帯電した繰り返し単位、または複数の正に帯電した繰り返し単位を含み、コポリマーは実質的に電気的に中性である。
【００４３】
本明細書において用いる場合、「実質的に電気的に中性」という用語は、正に帯電した繰り返し単位の数と負に帯電した繰り返し単位の数とが実質的に等しいこと、および混合荷電基が、ナノメートル規模において一様に分布していることを意味する。
【００４４】
一般に、負に帯電した繰り返し単位、または潜在的に負に帯電した基を有する繰り返し単位の数と、正に帯電した繰り返し単位、または潜在的に正に帯電した基を有する繰り返し単位の数との比は、約１：１．１〜約１：０．５である。一実施形態では、負に帯電した繰り返し単位、または潜在的に負に帯電した基を有する繰り返し単位の数と、正に帯電した繰り返し単位、または潜在的に正に帯電した基を有する繰り返し単位の数との比は、約１：１．１〜約１：０．７である。一実施形態では、負に帯電した繰り返し単位、または潜在的に負に帯電した基を有する繰り返し単位の数と、正に帯電した繰り返し単位、または潜在的に正に帯電した基を有する繰り返し単位の数との比は、約１：１．１〜約１：０．９である。
【００４５】
一定の実施形態では、本発明に有用な双性イオンコポリマーは、正に帯電したペンダント基を有する、複数の正に帯電した繰り返し単位を含む。代表的な正に帯電したペンダント基としては、第四級アンモニウム基、第一級アミン基、第二級アミン基、第三級アミン基、第四級ホスホニウム基、第三級ホスホニウム基、アミド基、複素芳香族窒素基、およびスルホニウム基が挙げられる。一定の実施形態では、本発明に有用なコポリマーは、負に帯電したペンダント基を有する、複数の負に帯電した繰り返し単位を含む。代表的な負に帯電したペンダント基としては、硫酸基、カルボン酸基、リン酸基、硝酸基、フェノール基、およびスルホンアミド基が挙げられる。
【００４６】
一定の実施形態では、本発明に有用なコポリマーは、潜在的に負に帯電した基を有する繰り返し単位を含み、潜在的に負に帯電した基は、硫酸エステル基、カルボン酸エステル基、リン酸エステル基、スルホン基、スルフィド基、ジスルフィド基、オルトエステル基、無水物基、およびβ−ケトスルホン基からなる群から選択される。一定の実施形態では、本発明に有用なコポリマーは、潜在的に正に帯電した基を有する繰り返し単位を含み、潜在的に正に帯電した基は、イミド基およびオキシイミノ基からなる群から選択される。
【００４７】
本発明に有用なコポリマー中の潜在的に負に帯電した基、および潜在的に正に帯電した基は、酸化剤、還元剤、熱、光、酸、塩基、酵素、または電磁界に曝露した際に、帯電した基に変換されうる。
【００４８】
負に帯電した繰り返し単位は、負に帯電したペンダント基を有する繰り返し単位であっても、モノマー主鎖構造に負電荷を有する繰り返し単位であってもよい。負に帯電したペンダント基は、負電荷を有する任意の基であってよい。代表的な負に帯電したペンダント基としては、硫酸基、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、フェノール基、およびスルホンアミド基が挙げられる。
【００４９】
負に帯電した繰り返し単位は、負に帯電したペンダント基または負に帯電した主鎖を有するモノマーから誘導することができる。本発明に有用なコポリマー中の負に帯電した繰り返し単位コポリマーを誘導するために用いることができる代表的なモノマーは、２−カルボキシエチルアクリレート、３−スルホプロピルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、およびポリ（エチレングリコール）メタクリレート、ならびにＤ−グルクロン酸が挙げられる。
【００５０】
正に帯電した繰り返し単位は、正に帯電したペンダント基を有する繰り返し単位であっても、モノマー主鎖構造に正電荷を有する繰り返し単位であってもよい。正に帯電したペンダント基は、正電荷を有する任意の基であってよい。代表的な正に帯電したペンダント基としては、第四級アンモニウム基、第一級アミン基、第二級アミン基、第三級アミン基、第四級ホスホニウム基、第三級ホスホニウム基、アミド基、複素芳香族窒素基、スルホニウム基、および金属有機酸が挙げられる。
【００５１】
正に帯電した繰り返し単位は、正に帯電したペンダント基または正に帯電した主鎖を有するモノマーから誘導することができる。本発明に有用なコポリマー中の正に帯電した繰り返し単位を誘導するために用いることができる代表的なモノマーとしては、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、２−（ジエチルアミノ）エチルメタクリレート、［２−（メタクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムクロリド、およびＮ−アセチルグルコサミンが挙げられる。
【００５２】
重合性双性イオンモノマー、重合性の負に帯電したモノマー、および重合性の正に帯電したモノマーは、帯電していない（例えば保護された）モノマーであってもよく、帯電していないモノマーは、本明細書に記載するように重合し、次いで、（例えば、化学的刺激またはｐＨのような環境的刺激によって）さらに反応させて、生成物の双性イオンポリマー中に、双性イオン対応部分、負に帯電した部分、または正に帯電した部分を示すことができると理解されるであろう。このような帯電していないモノマーは、双性イオン対応部分、負に帯電した対応部分、または正に帯電した対応部分を示す潜在的モノマーであると考えられる。
【００５３】
代表的な帯電していない（潜在的）モノマーは、それぞれ全体が明白に、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第８，２６８，３０１号および同第８，３４９，９６６号、ならびに本明細書に記載されている。
【００５４】
別の実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含む、第１の化学ポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の双性イオンポリマーを含む、第２の化学ポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルである。
【００５５】
この実施形態では、第１の架橋双性イオンポリマーが化学的架橋双性イオンポリマーであり、第２の架橋双性イオンポリマーが化学的架橋双性イオンポリマーであることが理解されるであろう。
【００５６】
本明細書において用いる場合、「化学ポリマーネットワーク」という用語は、化学的方法によって、特に重合によって調製されたポリマーネットワークを指す。本発明の二重ネットワークにおいて、第１のネットワークおよび第２のネットワークのそれぞれは、重合によって調製される。より詳細には、第１の化学ポリマーネットワークが調製されると、第１のポリマーネットワークの存在下、好適な重合性モノマーを重合すること（または好適なコモノマーを共重合すること）によって（例えば、第１のポリマーネットワークを含む溶液中で、好適な重合性モノマーを重合することによって）、第２の化学ポリマーネットワークが調製される。化学ポリマーネットワークは、機械的手段によってポリマー（またはコポリマー）から調製される、イオン結合、水素結合、および双極子−双極子架橋などのポリマー間架橋を含めた物理ネットワークとは区別される。したがって、二重ネットワークは、化学−化学ネットワーク、化学−物理ネットワーク、または物理−物理ネットワークでありうる。双性イオンヒドロゲルの物理、化学、および化学−物理二重ネットワークは、Ｊｉａｎｇら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ、２００８、１１２巻：５３２７〜５３３２頁に記載されている。
【００５７】
さらなる実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第１の架橋双性イオンポリマーを含み、第１の架橋双性イオンポリマーがポリ（スルホベタイン）ではない、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルである。
【００５８】
別の実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）第１の架橋ポリマーを含む第１のポリマーネットワークであって、第１のポリマーネットワークがヒドロゲルである、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する第２の架橋双性イオンポリマーを含む、第２のポリマーネットワーク
を含む二重ネットワークヒドロゲルであって、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する、二重ネットワークヒドロゲルである。
【００５９】
これらの実施形態のいくつかでは、第１の架橋ポリマーは、双性イオンポリマー、多糖、またはコラーゲンである。代表的な第１の架橋ポリマーとしては、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、またはデキストランが挙げられる。
【００６０】
この実施形態では、二重ネットワークヒドロゲルは、約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有する。これらの実施形態のいくつかでは、約２、３、５、８、１０、１２、または１５ＭＰａ超の圧縮破壊応力である。
【００６１】
二重ネットワークヒドロゲルは約０．９ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有するが、二重ネットワークヒドロゲルはまた、約０．３ＭＰａ超（例えば、約０．５、０．７、もしくは１．０ＭＰａ超）の引張破壊応力、約２００％超（例えば、約２５０％もしくは３００％超）の引張破壊ひずみ、または約０．０１ＭＰａ超（例えば、約０．１、０．５、１．０ＭＰａ超）のヤング弾性率を有するものとして特徴付けられうることが理解されるであろう。
【００６２】
さらなる実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、
（ａ）第１の架橋ポリマーを含む第１のポリマーネットワークであって、第１のポリマーネットワークがヒドロゲルである、第１のポリマーネットワーク、および
（ｂ）約５０〜約１００モルパーセントの双性イオン部分を有する架橋ポリ（スルホベタイン）を含む、第２のポリマーネットワーク
を含む、二重ネットワークヒドロゲルである。
【００６３】
これらの実施形態のいくつかでは、第１の架橋ポリマーは、双性イオンポリマー、多糖、またはコラーゲンである。代表的な第１の架橋ポリマーとしては、ヒアルロン酸、アルギン酸塩、またはデキストランが挙げられる。
【００６４】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第１の架橋双性イオンポリマーは、ポリ（カルボキシベタイン）（ｐＣＢ）、ポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）、ポリ（スルファベタイン）（ｐＳＡＢ）、ポリ（ホスホベタイン）（ｐＰＢ）、ポリ（ホスホリルコリン）（ｐＰＣ）、ポリ（コリンホスフェート）（ｐＣＰ）、ポリ（トリメチルアミン−Ｎ−オキシド）（ｐＴＭＡＯ）、またはこれらの潜在的な誘導体である。
【００６５】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第２の架橋双性イオンポリマーは、ポリ（カルボキシベタイン）（ｐＣＢ）、ポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）、ポリ（スルファベタイン）（ｐＳＡＢ）、ポリ（ホスホベタイン）（ｐＰＢ）、ポリ（ホスホリルコリン）（ｐＰＣ）、ポリ（コリンホスフェート）（ｐＣＰ）、ポリ（トリメチルアミン−Ｎ−オキシド）（ｐＴＭＡＯ）、またはこれらの潜在的な誘導体である。
【００６６】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第１の架橋双性イオンポリマーはポリ（カルボキシベタイン）（ｐＣＢ）であり、第２の架橋双性イオンポリマーはポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である。
【００６７】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第１の架橋双性イオンポリマーはポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）であり、第２の架橋双性イオンポリマーはポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である。
【００６８】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第１の架橋双性イオンポリマーはポリ（トリメチルアミン−Ｎ−オキシド）（ｐＴＭＡＯ）であり、第２の架橋双性イオンポリマーはポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である。
【００６９】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第１の架橋双性イオンポリマーはポリ（ホスホリルコリン）（ｐＰＣ）であり、第２の架橋双性イオンポリマーはポリ（スルホベタイン）（ｐＳＢ）である。
【００７０】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第１の架橋ポリマーは、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｕ２＋、およびＺｎ２＋から選択される金属イオンによって架橋されている双性イオンポリマーである。
【００７１】
上に記載した二重ネットワークヒドロゲルのいくつかでは、第２の架橋双性イオンポリマーはポリ（スルホベタイン）である。
【００７２】
上の実施形態のいくつかでは、双性イオン部分は、−Ｎ（ＣＨ３）３＋および−ＳＯ３−、または−Ｎ（ＣＨ３）３＋および−ＳＯ４−から選択される。
【００７３】
本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは約０．９ＭＰａ超（例えば、約２、３、５、８、１０、１２、もしくは１５ＭＰａ超）の圧縮破壊応力、約０．３ＭＰａ超（例えば、約０．５、０．７、もしくは１．０ＭＰａ超）の引張破壊応力、約２００％超（例えば、約２５０％もしくは３００％超）の引張破壊ひずみ、または約０．０１ＭＰａ超（例えば、約０．１、０．５、もしくは１．０ＭＰａ超）のヤング弾性率のうちの１つまたは複数を有するものとして特徴付けられる、有利な機械的強度を有する。
【００７４】
本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルについて、一定の実施形態では、第１のポリマーネットワークは、化学的に架橋または物理的に架橋されており、第２のポリマーネットワークは、化学的に架橋または物理的に架橋されている。本明細書において用いる場合、「物理的に架橋」という用語は、イオン性相互作用、水素結合相互作用、および／または双極子−双極子相互作用を通じた、ポリマー間の架橋を指す。
【００７５】
本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、フィブリノゲン結合アッセイ（ｐＨ７．４の０．１５Ｍリン酸緩衝生理食塩水中の１．０ｍｇ／ｍＬフィブリノゲン溶液によって、ポリマー表面が３７℃で９０分間インキュベートされる）によって試験された組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）の結合レベルに対して、約２０％未満（例えば、約１５％未満、または約１０％未満）のフィブリノゲン結合レベルを有するものとして特徴付けられる、有利な非付着特性を有する。
【００７６】
本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、約５０％超（例えば、約７０％、８０％、または９０％超）の含水率を有し、ほとんどまたはまったく膨潤しない（すなわち、膨潤率Ｖ２ｅ／Ｖ２は２未満であり、ここで、Ｖ２は調製したままの状態におけるＺＤＮヒドロゲルの体積であり、Ｖ２ｅは、ＤＩ水またはｐＨ７．４の０．１５Ｍリン酸緩衝生理食塩水に平衡に達するまで浸漬させたＺＤＮヒドロゲルの体積である）。
【００７７】
本明細書に記載するように、一定の実施形態では、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、少なくとも５０モルパーセントの双性イオン部分（例えば、６０、７０、８０、９０、１００モルパーセント）を有する。有利な機械的特性が達成される限り、ヒドロゲルに非付着特性を付与するためには、より多い双性イオン含有量が好ましい。
【００７８】
一般に、本発明の双性イオン二重ネットワークヒドロゲルについて、相対的に軽度に架橋されている第２のネットワークと比較して、第１のネットワークは、相対的に重度に架橋されている。一定の実施形態では、本発明の双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、図４（質量％として与えられる）に示すように、２〜１５質量％の第１のネットワーク（例えばｐＣＢ）と、８５〜９８質量％の第２のネットワーク（例えばｐＳＢ）とを含有するものとして定義することができる。
【００７９】
本明細書に記載するように、本発明の双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルは、第１のヒドロゲルネットワークと第２のヒドロゲルネットワークとのそれぞれについての重合条件：モノマーモル濃度−架橋剤ｍｏｌ％−開始剤ｍｏｌ％（重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準としたｍｏｌ％）によって命名される。例えば、第１のネットワークについての代表的な命名は１−４−０．１であり、第２のネットワークについての代表的な命名は４−０．１−０．０１であり、このような第１および第２のネットワークについて、代表的な二重ネットワークは１−４−０．１／４−０．１−０．０１と命名される。
【００８０】
本明細書において用いる場合、「モノマーモル濃度」という用語は、第１および第２のポリマーネットワークを調製するために用いる溶液の、１キログラムの溶媒当たりのモノマーのモル数を指す。
【００８１】
上に述べたように、本発明の双性イオン二重ネットワークヒドロゲルについて、相対的に軽度に架橋されている第２のネットワークと比較して、第１のネットワークは、相対的に重度に架橋されている。代表的な実施形態では、第１のネットワーク（１−４−０．１）は、弾性（または硬さ）を提供するために、相対的に高い架橋密度であると考えられる４％の架橋剤を有し、第２のネットワーク（４−０．１−０．０１）は、粘性（または軟らかさ）を提供するために、相対的に低い架橋密度であると考えられる０．１ｍｏｌ％の架橋剤を有する。これら２つの特性の組み合わせ（弾性／硬さおよび粘性／軟らかさ）は、本発明のＺＤＮヒドロゲルの高い強度をもたらす。
【００８２】
さらに、第２のネットワークは、ロッキング効果を提供し、質量を基準としてＺＤＮヒドロゲルの大部分である（ＺＤＮヒドロゲル全体の約８５〜９５ｍｏｌ％の量）。
【００８３】
以下は、本発明の代表的なＺＤＮヒドロゲルについてのモノマーモル濃度−架橋剤ｍｏｌ％−開始剤ｍｏｌ％（重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準としたｍｏｌ％）の概要である。第１のネットワークの一定の実施形態では、［１〜１０］−［１〜５０］−［０．１〜１］。第１のネットワークの他の実施形態では、［１〜２］−［２〜４］−０．１。第１のネットワークの一実施形態では、１−４−０．１。第２のネットワークの一定の実施形態では、［１〜１０］−［０〜１０］−［０．０１〜１］。第２のネットワークの他の実施形態では、［２〜６］−［０〜０．５］−０．０１。第２のネットワークの一実施形態では、４−０．１−０．０１。
【００８４】
以下は、本発明の代表的なＺＤＮヒドロゲル：第１のネットワークがポリ（カルボキシベタイン）、第２のネットワークがポリ（スルホベタイン）、についてのモノマーモル濃度−架橋剤ｍｏｌ％−開始剤ｍｏｌ％（重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準としたｍｏｌ％）の概要である。第１のネットワークの一定の実施形態では、［１〜３］−［２〜５０］−［０．１〜１］。第１のネットワークの他の実施形態では、［１〜２］−［２〜４］−０．１。第１のネットワークの一実施形態では、１−４−０．１。第２のネットワークの一定の実施形態では、［２〜１０］−［０〜０．５］−［０．０１〜１］。第２のネットワークの他の実施形態では、［２〜６］−［０〜０．５］−０．０１。第２のネットワークの一実施形態では、４−０．１−０．０１。代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルについては、［１〜３］−［２〜５０］−［０．１〜１］／［２〜６］−［０〜０．５］−［０．０１〜１］。代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルについては、１−４−０．１／４−０．１−０．０１。
【００８５】
本明細書に記載するＺＤＮヒドロゲルの一定の実施形態では、第１のネットワークは、約［１〜１０］−［１〜５０］−［０．１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。これらの実施形態のいくつかでは、第１のネットワークは、約［１〜２］−［２〜４］−０．１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。
【００８６】
本明細書に記載するＺＤＮヒドロゲルの一定の実施形態では、第２のネットワークは、約［１〜１０］−［０〜１０］−［０．０１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。これらの実施形態のいくつかでは、第２のネットワークは、約［２〜６］−［０〜０．５］−０．０１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有し、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。
【００８７】
本明細書に記載するＺＤＮヒドロゲルの一定の実施形態では、第１のネットワークは、約［１〜２］−［２〜４］−［０．１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（カルボキシベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。これらの実施形態のいくつかでは、第１のネットワークは、約１−４−０．１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（カルボキシベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。
【００８８】
本明細書に記載するＺＤＮヒドロゲルの一定の実施形態では、第２のネットワークは、約［２〜６］−［０〜０．５］−［０．０１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（スルホベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。これらの実施形態のいくつかでは、第２のネットワークは、約４−０．１−０．０１の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（スルホベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。
【００８９】
本明細書に記載するＺＤＮヒドロゲルの一定の実施形態では、第１のネットワークは、約［１〜３］−［２〜５０］−［０．１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（カルボキシベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とし、第２のネットワークは、約［２〜６］−［０〜０．５］−［０．０１〜１］の［モノマーモル濃度］−［架橋剤ｍｏｌ％］−［開始剤ｍｏｌ％］の比を有するポリ（スルホベタイン）ネットワークであり、ここでｍｏｌ％は、重合性双性イオンモノマーまたはコモノマーを基準とする。
【００９０】
双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを作製するための方法
一定の実施形態では、本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、第１のポリマーネットワークを（例えば、双性イオンモノマー、架橋剤、および必要に応じて開始剤の重合；双性イオンおよび非双性イオンコモノマー、架橋剤、ならびに必要に応じて開始剤の共重合；または双性イオンポリマーもしくは双性イオンコポリマーの物理的架橋によって）形成し、次いで、第２のポリマーネットワークの前駆体（例えば、双性イオンモノマー、架橋剤、および必要に応じて開始剤；双性イオンおよび非双性イオンコモノマー、架橋剤、ならびに必要に応じて開始剤；または双性イオンポリマーもしくは双性イオンコポリマー、および物理的架橋剤）を含む溶液に平衡まで浸漬させ、得られた第１のポリマーネットワークと第２のポリマーネットワークの前駆体とを、第２のネットワークの重合および形成を、その結果として二重ネットワークヒドロゲルの重合および形成を行うのに好適な重合条件に供する、２ステッププロセスによって得ることができる。
【００９１】
他の実施形態では、本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルは、第１のポリマーネットワークの存在下で第２のポリマーネットワークが形成される、１ステップ（例えば単一ポット）プロセスによって得ることができる。１ステップ（例えば単一ポット）プロセスでは、第１のポリマーネットワークの存在下、第２のポリマーネットワークを、（ａ）双性イオンモノマーの重合（例えば、モノマー、架橋剤、および開始剤の重合）、（ｂ）双性イオンおよび非双性イオンコモノマーの重合（例えば、コモノマー、架橋剤、および開始剤の共重合）、または（ｃ）双性イオンポリマーもしくは双性イオンコポリマーの物理的架橋（例えば、双性イオンポリマーまたは双性イオンコポリマーと、物理的架橋剤との物理的架橋）によって形成する。
【００９２】
双性イオン二重ネットワークヒドロゲルからの製造物品
別の態様では、本発明は、全体にまたは一部に、本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを含む製造物品を提供する。
【００９３】
一実施形態では、物品は生物医学デバイスである。代表的な生物医学デバイスとしては、カテーテル、耳用ドレナージ管、栄養管、緑内障ドレナージ管、水頭症シャント、人工角膜移植、神経導管、組織接着剤、ｘ線導管、人工関節、人工心臓弁、人工血管、ペースメーカー、左室補助人工心臓（ＬＶＡＤ）、動脈移植片、血管移植片、ステント、血管内ステント、噴門弁、関節置換物、血管補綴、皮膚修復デバイス、蝸牛置換物、コンタクトレンズ、人工靭帯および腱、歯科用インプラント、ならびに再生組織工学のための組織スキャフォールドが挙げられる。
【００９４】
別の実施形態では、物品は消費者製品である。代表的な消費者製品としては、創傷被覆材、または創傷ケアデバイス、皮膚シーラント、皮膚科学デバイス（皮膚修復デバイス、包帯）、化粧用デバイスまたは配合物（局所用クリーム、局所用マスク、審美、再建、もしくは若返り目的のための注入可能もしくは埋込み可能なゲルもしくは他の配合物）、コンタクトレンズ、産婦人科学デバイス（埋込み可能なまたは局所用の産児制限デバイス、膣スリング）、眼内レンズ、審美埋込み物（胸部埋込み物、鼻部埋込み物、頬部埋込み物）、ホルモン制御埋込み物（血糖センサ、インスリンポンプ）、泌尿器科デバイス（カテーテル、人工尿道）が挙げられる。
【００９５】
さらなる実施形態では、物品は海洋製品である。代表的な海洋製品としては、全体にまたは一部において、海洋船舶船体、海洋構造物、橋、プロペラ、熱交換器、潜望鏡、センサ、魚網、ケーブル、管／パイプ、コンテナ、膜、およびオイルフェンスが挙げられる。
【００９６】
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを含むマイクロゲルを提供する。
【００９７】
さらなる実施形態では、本発明は、本明細書に記載する双性イオン二重ネットワークヒドロゲルを含む、基材のための表面コーティングを提供する。基材の表面のすべてまたは一部が、双性イオン二重ネットワークヒドロゲルによってコーティングされうる。
【００９８】
一実施形態では、基材は生物医学デバイスである。代表的な生物医学デバイスとしては、上に列挙したものが挙げられる。
【００９９】
別の実施形態では、基材は消費者製品である。代表的な消費者製品としては、上に列挙したものが挙げられる。
【０１００】
さらなる実施形態では、基材は海洋製品である。代表的な海洋製品としては、上に列挙したものが挙げられる。
【０１０１】
本明細書において用いる場合、「約」という用語は、述べられた値の±５％を指す。
以下の実施例は、本発明を限定する目的ではなく、説明する目的で提供される。
【実施例】
【０１０２】
実施例１
代表的なＺＤＮヒドロゲルの調製
この実施例では、本発明の代表的なＺＤＮヒドロゲルの調製を記載する。
【０１０３】
ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの調製。ＺＤＮヒドロゲルは、２ステップ逐次フリーラジカル重合によって合成した。第１のステップにおいて、透明シート型または管状ロッド型において、３０５ｎｍの波長および６ワットの出力を有する紫外線（ＵＶ）照射下、窒素ブランケットにおいて６時間、１ｍ（モル濃度）のＣＢ、４ｍｏｌ％の架橋剤Ｎ，Ｎ−メチレンビス（アクリルアミド）（ＭＢＡＡ）、および０．１ｍｏｌ％の開始剤２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン（１１７３）（双方はＣＢモノマーに対する）を用いた光重合によって、第１のネットワークであるポリ｛３−［３−（アクリルアミドプロピル）ジメチルアンモニオ］プロピオネート｝（ｐＣＢ）ヒドロゲルを合成した。第１のネットワークヒドロゲルの重合条件は、１−４−０．１（ＣＢモル濃度−架橋剤ｍｏｌ％−開始剤ｍｏｌ％）として表す。第２のステップにおいて、４ｍの［２−（メタクリロイルオキシ）エチル］ジメチル−（３−スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド（ＳＢ）、０．１ｍｏｌ％のＭＢＡＡ、および０．０１ｍｏｌ％の開始剤１１７３（双方はＳＢモノマーに対する）を含有する第２のネットワークの前駆体溶液に、２４時間、調製したままのｐＣＢヒドロゲルを液浸した。第２のネットワークヒドロゲルの重合条件は、４−０．１−０．０１（ＳＢモル濃度−架橋剤ｍｏｌ％−開始剤ｍｏｌ％）として表す。したがって、ＺＤＮヒドロゲルの重合条件は、１−４−０．１／４−０．１−０．０１として表す。第２のネットワークの前駆体溶液を含有する、十分に膨潤した第１のネットワークヒドロゲルを、窒素ブランケットにおいて、３０５ｎｍの波長および６ワットの出力を有する、６時間のＵＶ照射によって、さらに重合した。この２ステップ合成の後、調製したままのｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルを、膨潤平衡に達するまで、水溶液中に１日液浸した。ＺＤＮヒドロゲルの合成について、１−４−０．１／４−０．１−０．０１に加えて、異なる組み合わせの第１のネットワーク（１−２−０．１および２−４−０．１）ならびに第２のネットワーク（４−０−０．０１、４−０．０１−０．０１、４−０．２−０．０１、４−０．５−０．０１、２−０．１−０．０１、および６−０．１−０．０１）を用いた。
【０１０４】
ｐＣＢ／ｐＣＢ、ｐＣＢ／ｐＳＢ、およびｐＳＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの調製。上に記載した方法に従って、ＺＤＮヒドロゲルを調製した。ＺＤＮヒドロゲルの合成について、１−４−０．１／４−０．１−０．０１に加えて、異なる組み合わせの第１のネットワーク（１−２−０．１および２−４−０．１）ならびに第２のネットワーク（４−０−０．０１、４−０．０１−０．０１、４−０．２−０．０１、４−０．５−０．０１、２−０．１−０．０１、および６−０．１−０．０１）を用いた。
【０１０５】
実施例２
平衡膨潤率、平衡含水率、および質量百分率試験
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの特性を測定するために用いた、平衡膨潤率、平衡含水率、および質量百分率試験を記載する。
【０１０６】
平衡化ＺＤＮヒドロゲルと、調製したままの状態との平衡膨潤率（ＥＳＲ）を、寸法測定法によって評価した。調製したままのＺＤＮヒドロゲルディスクを、生検パンチ（直径５または１０ｍｍ）によって切り出した。調製したままのＺＤＮヒドロゲルディスクの直径（ｒ１）および高さ（ｈ１）を測定し、次いで、完全な膨潤のために、３７℃の脱イオン水に２日間浸漬させた。対応する平衡化状態の直径（ｒ２）および高さ（ｈ２）を測定した。ＥＳＲを、下記の通り計算した。各測定は、３回反復で実行した。
【０１０７】
【数１】
2021533892.tif 000007
【０１０８】
ＺＤＮヒドロゲルの平衡含水率（ＥＷＣ）を、重量法によって測定した。ＺＤＮヒドロゲルディスク（直径１０ｍｍおよび厚さ１ｍｍ）を、３７℃における平衡に達するまで、脱イオン水中で膨潤させた。平衡化サンプルを取り出し、濾紙上で転がすことによって表面の過剰な水を除去した後、湿潤質量（Ｍｗ）を測定した。次いで、サンプルを液体窒素中で急速凍結させ、完全に乾燥するまで、２日間凍結乾燥させ、乾燥質量（Ｍｄ）を測定した。ＥＷＣを、下記の通り計算した。各測定は、３回反復で実行した。
【０１０９】
【数２】
2021533892.tif 000008
【０１１０】
第１のネットワークヒドロゲルを、３７℃における平衡に達するまで、脱イオン水中で膨潤させた。液体窒素における急速凍結および２日間の凍結乾燥の後、乾燥質量（Ｍ１）を得た。第１のネットワークヒドロゲルの質量百分率（ＭＳ）を、下記の通り計算した。各測定は、３回反復で実行した。
【０１１１】
【数３】
2021533892.tif 000009
【０１１２】
実施例３
圧縮および引張試験
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの特性を測定するために用いた、圧縮および引張試験を記載する。
【０１１３】
圧縮および引張試験は、１ｋＮロードセルを有する引張−圧縮機械的試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ  ５５４３Ａ（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．、Ｎｏｒｗｏｏｄ、ＭＡ））によって実行し、平衡化ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルサンプルの機械的特性を記録した。引張試験については、クロスヘッド速度を１０ｍｍ分−１に設定した。平衡シートサンプルを、２０ｍｍ×２ｍｍ×０．５０ｍｍの寸法を有する長方形小片に切断した。圧縮試験については、クロスヘッド速度を１ｍｍ分−１に設定した。平衡管状ロッドサンプルを、直径および高さがそれぞれ５ｍｍおよび３．５〜４ｍｍに切断した。平均データは、各サンプルについて５つの試験片を試験することによって取得した。平衡化ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１５ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有しており、圧縮試験によって測定された圧縮ひずみの９９％で損傷を受けなかった。平衡化ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、引張試験によって測定される、約１ＭＰａの引張破壊応力および３００％超の引張破壊ひずみを有していた。
【０１１４】
実施例４
フィブリノゲン吸着試験
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の特性を測定するために用いた、フィブリノゲン吸着試験を記載する。
【０１１５】
ＺＤＮサンプルの非付着特性を検査するために、試験タンパク質としてフィブリノゲン（Ｆｇ）を選択した。Ｆｇ接着を測定するため、平衡化ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルサンプルをまず、１ｍＬのｐＨ７．４の０．１５Ｍリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）緩衝液中の１ｍｇ  ｍＬ−１  Ｆｇによって、１．５時間インキュベートし、続いて、純粋なＰＢＳ緩衝液によって５回洗浄した。次いで、サンプルを新しいウェルに移し、１ｍＬのＰＢＳ緩衝液中の西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）コンジュゲート抗フィブリノゲン（１μｇ  ｍＬ−１）によって、１．５時間インキュベートした。次いで、純粋なＰＢＳ緩衝液によってさらに５回洗浄した後、すべてのサンプルを新しいウェルに移した。次に、０．０３％の過酸化水素を含有する、１ｍｇ  ｍＬ−１ ｏ−フェニレンジアミン（ＯＰＤ）の０．１Ｍクエン酸リン酸ｐＨ５．０溶液を１ｍＬ加えた。１５分間のインキュベーション後、等体積の１Ｎ  ＨＣｌを加えることによって、酵素反応を停止させた。プレートリーダー（Ｃｙｔａｔｉｏｎ  ３（ＢｉｏＴｅｋ、Ｗｉｎｏｏｓｋｉ、ＶＴ））によって、４９２ｎｍにおける吸光度値を記録し、組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）サンプルの吸光度値に対して正規化した。３つの試験片から、平均データを取得した。平衡化ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルサンプルを試験して、ＴＣＰＳに対して、１０％未満のフィブリノゲン結合レベルを有していた。
【０１１６】
実施例５
マイクロＢＣＡアッセイによる血清吸着試験
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の特性を測定するために用いた、マイクロＢＣＡアッセイによる血清吸着試験を記載する。
【０１１７】
マイクロＢＣＡ法によって、ＺＤＮヒドロゲルのヒト血清付着を評価した。ＰＢＳ中で事前に平衡化したＺＤＮヒドロゲルディスク（直径５ｍｍかつ厚さ１ｍｍ）を、２４ウェルＴＣＰＳにおいて、４００μＬの非希釈ヒトプール血清に懸濁させ、続いて、３７℃で２時間インキュベートした。新しいウェルに移す前に、すべてのサンプルを１ｍＬのＰＢＳによって５回すすいで、解離タンパク質を除去した。次いで、マイクロＢＣＡアッセイを直接行って、ヒドロゲルに吸着されたタンパク質の量を決定し、すべてのサンプルの５６２ｎｍにおける吸光度値を、プレートリーダーによって記録し、ＴＣＰＳ（９６ウェル、対照）の吸光度値に対して正規化した。各サンプルは、３回反復で測定した。
【０１１８】
実施例６
乳酸デヒドロゲナーゼアッセイによる血小板付着分析
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の特性を測定するために用いた、乳酸デヒドロゲナーゼアッセイによる血小板付着分析を記載する。
【０１１９】
接着分析のために用いた血小板は、Ｓｐｒａｇｕｅ  Ｄａｗｌｅｙ（ＳＤ）ラットの血液から新たに収集した。次いで、収集した新鮮な血液を、直ちに２００ｇにおける１０分間の遠心分離にかけ、多血小板血漿（ＰＲＰ）を得た。残留物を、２０００ｇにおける２０分間のさらなる遠心分離にかけ、乏血小板血漿（ＰＰＰ）を入手した。ＰＲＰおよびＰＰＰを穏やかに再混合し、最終的な血小板密度を２×１０８ｍＬ−１に調節した。ＰＢＳ中で事前に平衡化したヒドロゲルディスク（直径５ｍｍかつ厚さ１ｍｍ）を、ウェル毎に１つのディスクで２４ウェルＴＣＰＳに入れ、４００μＬの最終血小板溶液によって液浸し、３７℃で３時間インキュベートした。インキュベート後、ディスクを１ｍＬのＰＢＳによって５回すすぎ、次いで、新しいウェルに移した。接着した血小板の個数を、乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）アッセイによって決定した。ＬＤＨアッセイについては、すすいだサンプルを２４ウェルＴＣＰＳ中で３００μＬのＰＢＳおよび１０μＬ  １０×溶解緩衝液に浸漬させ、３７℃、５％二酸化炭素において、４５分間インキュベートした。次いで、５０μＬの反応混合物を各ウェルに加え、室温において３０分間、暗所でインキュベートした。反応を停止させるため、５０μＬの停止溶液を各ウェルに加え、穏やかにピペット分注することによって混合した。最後に、各ウェルから２００μＬの混合物を採取し、４９０ｎｍおよび６８０ｎｍにおける吸光度を、血小板リーダー（Ｐｌａｔｅｌｅｔ  ｒｅａｄｅｒ）によって測定した。４９０ｎｍの吸光度値から６８０ｎｍの吸光度値を減算することによって、ＬＤＨ活性を決定した。データを、ＴＣＰＳ（９６ウェル、対照）のＬＤＨ活性に対して正規化した。各サンプルは、３回反復で測定した。
【０１２０】
実施例７
細胞付着アッセイ
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の特性を測定するために用いた、細胞付着アッセイを記載する。
【０１２１】
ヒドロゲルについての細胞付着アッセイのために、ラット膵臓β細胞であるＲＩＮ−ｍ５ＦおよびネズミＤＣ  ２．４樹状細胞を選択した。端的に言えば、ＰＢＳで事前に平衡化し、ＵＶ滅菌したヒドロゲルディスク（直径５ｍｍかつ厚さ１ｍｍ）を個々に、９６ウェルプレートのウェルに入れた。対応する培養培地に懸濁したＲＩＮ−ｍ５ＦまたはＤＣ  ２．４細胞を、それぞれ細胞１×１０５個／ｍＬまたは細胞５×１０４個／ｍＬの密度でヒドロゲルに接種し、３７℃で、５％の二酸化炭素を有する加湿雰囲気中、２４時間増殖させた。次いで、培地を除去し、ＰＢＳによってヒドロゲルを穏やかに洗浄し、ＰＢＳによって再液浸した。光学画像化については、サンプル上の細胞接着および細胞のモルフォロジーを、顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ  Ｅｃｌｉｐｓｅ  ８０ｉ）を用いて４００倍の倍率で観察した。接着した細胞の定量分析については、サンプルを穏やかに新しいウェルに移し、次いで、上に記載したプロトコルに従って、ＬＤＨアッセイを行った。すべてのデータを、ＴＣＰＳ（９６ウェル、対照）のデータに対して正規化した。各サンプルは、６回反復で測定した。
【０１２２】
実施例８
オートクレーブ処理による代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの滅菌
この実施例では、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）を、標準的なオートクレーブ法によって滅菌した。
【０１２３】
調製したままのｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルを、水またはＰＢＳに平衡まで浸漬させ、次いで、対応する浸漬溶液とともに１２１℃において３０分間滅菌した。次いで、さらなる使用または試験のために、滅菌されたヒドロゲルを室温に冷却した。１、２、または３ラウンドのこのような加熱−冷却オートクレーブ滅菌プロセスを経たヒドロゲルを、それぞれ、ＺＤＮ−Ｒ１、ＺＤＮ−Ｒ２、およびＺＤＮ−Ｒ３と名付けた。これに続く、オートクレーブ処理ＺＤＮヒドロゲルの機械的特性、タンパク質接着、および細胞接着試験は、すべて上に記載したプロトコルに従った。
【０１２４】
実施例９
代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルシートのｉｎ  ｖｉｖｏ埋込み
この実施例では、代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）シートのｉｎ  ｖｉｖｏ埋込みを記載する。
【０１２５】
６〜８週齢の雄Ｃ５７ＢＬ／６マウスを、Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｒｉｖｅｒ  Ｌａｂｓから購入した。すべての動物実験は、連邦ガイドラインに従って操作し、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ａｎｉｍａｌ  Ｃａｒｅ  ａｎｄ  Ｕｓｅ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅによって承認された。皮下埋込み実験を行い、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの異物反応および線維性被膜形成を評価した。細菌感染症を防止するため、正方形ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルディスク（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ）を、埋込みの前にオートクレーブ処理によって滅菌した。同じ形状および寸法を有するｐＨＥＭＡヒドロゲルを陽性対照として設定し、外科手術の前にＵＶによって３０分間滅菌した。動物の外科手術は、麻酔および無菌条件下で実行した。端的に言えば、各マウスは２つのＺＤＮまたは２つのｐＨＥＭＡヒドロゲルを、１つのサンプルを各側に、対称に背部に皮下埋込みされた。マウスは、３％イソフルランを用いて麻酔し、剃毛した。切開部が作製される領域を、ヨウ素および７０％エタノールを用いて滅菌した。外科手術用はさみを用いて、中央背側表面に長軸方向の切開部（１ｃｍ未満の長さ）を作製し、皮下空間への進入路をもたらした。切開部のいずれかの側に、先鈍鉗子によって、ヒドロゲルサンプルの埋込みのための皮下ポケットを作製した。埋込み後、創傷ナイロン縫合糸を用いて切開部を閉じ、鎮痛剤（メロキシカム）を投与した。組織学研究における統計的有意性をもたらすため、各タイプのヒドロゲルの１２個の複製を、６体の異なるマウスに埋込みさせた。麻酔から回復するまでマウスをモニタリングし、サンプルを取り出すまで、１週間、４週間、１２週間、または２４週間収容した。
【０１２６】
実施例１０
代表的なＺＤＮマイクロゲルの調製
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）マイクロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の調製を記載する。
【０１２７】
本発明のバルクヒドロゲルであるｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）が、前進するにつれて微細になるｍｉｃｒｏｎｉｃ鋼メッシュ（ＴＷＰ；５００μｍから２５μｍまでの細孔）を通じて押出しされる、ステンレス鋼ピストンおよびシリンダー機器を用いて、ＺＤＮマイクロゲルを生成した。サイズの均一化のため、マイクロゲルには最終メッシュサイズを５回通過させた。
【０１２８】
実施例１１
Ｕｌｖａ胞子の付着および接着試験
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の特性を測定するために用いた、ｕｌｖａ胞子の付着および接着試験を記載する。
【０１２９】
胞子の付着。標準的な方法によって、Ｕ．ｌｉｎｚａの成熟植物から遊走子を入手した。サンプルを収容したｑｕａｄｒｉＰＥＲＭディッシュの個々の区画に、遊走子の懸濁液（１５ｍｌ；７．５×１０５胞子ｍｌ−１）を加えた。約２０℃の暗所において４５分後、顕微鏡下でスライドを観察して、表面に何らかの沈殿があるかを確認した。次いで、海水下で前後に動かすことによってサンプルを洗浄し、非沈殿（すなわち、遊泳している）胞子を除去した。サンプルが、空気と水との界面を動かないように注意した。顕微鏡を通じてサンプルを再び見て、湿潤サンプルにおける胞子のカウントを行った。蛍光顕微鏡に付属している画像分析システムを用いて、３つの複製スライドのそれぞれにおいて、表面に付着した遊走子の密度をカウントした。胞子は、クロロフィルの自家蛍光によって可視化された。各スライドにおいて、３０視野（それぞれ、０．１５ｍｍ２）についてカウントを行った。
【０１３０】
胞子の付着の強度。湿潤状態におけるカウント後、コーティングに付着した胞子は３時間齢であった（標準的なアッセイにおける４５分と比較される）。付着した胞子を有するスライドを、特別に設計された乱流水チャネルにおいて、５２Ｐａのせん断応力に曝露した。次いで、スライドを、上に記載したように、湿潤状態において再カウントした。
【０１３１】
実施例１２
Ｎ．ｉｎｃｅｒｔａ珪藻の付着および接着試験
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）の特性を測定するために用いた、Ｎ．ｉｎｃｅｒｔａ珪藻の付着および接着試験を記載する。
【０１３２】
珪藻の付着。Ｎ．ｉｎｃｅｒｔａの細胞を、２５０ｍｌコニカルフラスコ中に収容されたＦ／２培地において培養した。３日後、細胞は対数期増殖にあった。細胞を新しい培地中で３回洗浄してから収穫し、希釈して、およそ０．２μｇ  ｍｌ−１のクロロフィルａ含有量を有する懸濁液を得た。実験台において約２０℃で、１５ｍｌの懸濁液を収容した個々のｑｕａｄｒｉＰＥＲＭ（登録商標）ディッシュ中、各サンプルの３つの複製のコーティングスライド上で、細胞を沈殿させた。２時間後、オービタルシェーカー（６０ｒｐｍ）上の５分間の振とうにスライドを曝露し、続いて、海水中の浸水洗浄によって、付着していない細胞を除去した（液浸プロセスは、サンプルが空気と水との界面を通過することを回避した）。まだ湿っている間に、蛍光顕微鏡に付属している画像分析システムを用いて、各タイプの３つのスライドをカウントした。細胞は、クロロフィルの自家蛍光によって可視化された。各スライドにおいて、３０視野（それぞれ、０．５６ｍｍ２）についてカウントを行った。
【０１３３】
珪藻の付着の強度。カウントした後、付着した細胞を有するスライドを、水チャネルにおいて５分間、２６Ｐａのせん断応力に曝露した。付着したままであった細胞の個数を、上に記載したように湿潤でカウントした。
【０１３４】
実施例１３
代表的なｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルコーティングの調製
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルコーティングである、ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲル（１−４−０．１／４−０．１−０．０１）コーティングを調製するための単一ポット法を記載する。
【０１３５】
単一ポット手順は、単一の容器内で、双性イオンｐＣＢポリマー、Ｃａ２＋イオン、ＳＢモノマー、ＭＢＡＡ架橋剤、１１７３光反応開始剤、およびＤＩ水を、単純に混合することによって実施した。ｐＣＢはＣａ２＋イオンと相互作用（イオン結合）して第１のネットワークを形成し、続いて、窒素ブランケットにおいて、３０５ｎｍの波長および６ワットの出力を有するＵＶに６時間曝露して、ＳＢの光開始重合を行った。調製したままのＺＤＮヒドロゲルをＤＩ水に液浸させたところ、膨潤率Ｖ２ｅ／Ｖ２は２未満であり、ここで、Ｖ２は調製したままの状態におけるＺＤＮヒドロゲルの体積であり、Ｖ２ｅはＤＩ水に平衡まで浸漬させたＺＤＮヒドロゲルの体積である。
【０１３６】
ハイブリッド（物理的および化学的）架橋ｐＣＢ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルが、単一ポット法によって首尾よく形成された。Ｃａ２＋に加えて、Ｍｇ２＋、Ｃｕ２＋、およびＦｅ３＋をそれぞれ用いてｐＣＢと相互作用させ、イオン結合によって首尾よく第１のネットワークが形成された。
【０１３７】
実施例１４
代表的なｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの調製および特徴
この実施例では、本発明の代表的な双性イオン二重ネットワーク（ＺＤＮ）ヒドロゲルである、ｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの調製および特徴を記載する。
【０１３８】
ｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、２ステップ逐次フリーラジカル重合によって合成した。第１のステップにおいて、透明シート型または管状ロッド型において、３０５ｎｍの波長および６ワットの出力を有する紫外線（ＵＶ）照射下、窒素ブランケットにおいて６時間、１ｍのＴＭＡＯ、４ｍｏｌ％の架橋剤Ｎ，Ｎ−メチレンビス（アクリルアミド）（ＭＢＡＡ）、および０．１ｍｏｌ％の開始剤２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン（１１７３）（双方はＴＭＡＯモノマーに対する）を用いた光重合によって、第１のネットワークであるポリ（トリメチルアミン−Ｎ−オキシド）（ｐＴＭＡＯ）ヒドロゲルを合成した。第２のステップにおいて、４ｍの［２−（メタクリロイルオキシ）エチル］ジメチル−（３−スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド（ＳＢ）、０．１ｍｏｌ％のＭＢＡＡ、および０．０１ｍｏｌ％の開始剤１１７３（双方はＳＢモノマーに対する）を含有する第２のネットワークの前駆体溶液に、２日間、調製したままのｐＴＭＡＯヒドロゲルを液浸した。第２のネットワークの前駆体溶液を含有する、十分に膨潤した第１のネットワークヒドロゲルを、窒素ブランケットにおいて、３０５ｎｍの波長および６ワットの出力を有する、６時間のＵＶ照射によって、さらに重合した。この２ステップ合成の後、調製したままのｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルを、膨潤平衡に達するまで、水溶液中に１日液浸した。平衡化ｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、ＤＩ水中でわずか７％の体積増加を伴う、調製したままの状態におけるｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルの体積増加と比較して低い膨潤挙動を有していた。
【０１３９】
圧縮および引張試験は、１０ｋＮロードセルを有する引張−圧縮機械的試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ  ５５４３Ａ（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．、Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ））によって実行し、平衡化ｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルサンプルの機械的特性を記録した。引張試験については、クロスヘッド速度を１０ｍｍ分−１に設定した。平衡シートサンプルを、２０ｍｍ×２ｍｍ×０．５０ｍｍの寸法を有する長方形小片に切断した。圧縮試験については、クロスヘッド速度を１ｍｍ分−１に設定した。平衡管状ロッドサンプルを、直径および高さがそれぞれ５ｍｍおよび３．５〜４ｍｍに切断した。平均データは、各サンプルについて５つの試験片を試験することによって取得した。平衡化ｐＴＭＡＯ／ｐＳＢ  ＺＤＮヒドロゲルは、１０ＭＰａ超の圧縮破壊応力を有しており、圧縮試験によって測定された圧縮ひずみの９５％で損傷を受けなかった。
【０１４０】
例示的な実施形態を示し、記載してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、その中で様々な変更をなすことができると理解されるであろう。
【０１４１】
独占的な財産権または特権を主張する本発明の実施形態を、以下に定義する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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