(57)【要約】【課題】生体に対して適合性があり、液晶エラストマーに用いることができる液晶材料及びその液晶材料を包含するエラストマーを提供できるようにする。【解決手段】カルボン酸などの酸性部位をもつ医薬系物質と、ポリブタジエンとを有機溶剤に溶かした後、有機溶剤を蒸発させた混合物を２２０℃まで加熱すると、混合物はポリブタジエン間に架橋が起こってエラストマーとなり、そのエラストマー内にカルボン酸などの酸性部位をもつ医薬系物質が内包される。結晶状態では、化合物のピリジン部位と医薬系物質のＣＯＯＨ基との間で水素結合により会合体を形成している。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造が化１で表される化合物を含むことを特徴とする液晶材料。
【化１】
2008120750.tif 000011
（式中、ｎ＝４以上）
【請求項２】
前記ｎの値が互いに異なる２種類以上の化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液晶材料がポリブタジエンの中に内包されていることを特徴とするエラストマー。
【請求項４】
さらに、酸性部位を有する医薬系物質が前記液晶材料と会合体を形成して前記ポリブタジエンの中に内包されていることを特徴とする請求項３に記載のエラストマー。
【請求項５】
コレステロールにｐ−ヒドロキシ安息香酸を反応させて、化２に示す化合物を生成する工程と、
前記化２に示す化合物に化３に示す化合物を反応させて、化４に示す化合物を生成する工程と、
前記化４に示す化合物に４−ヒドロキシピリジンを反応させて、化５に示す化合物を生成する工程とを有することを特徴とする液晶材料の製造方法。
【化２】
2008120750.tif 000012
【化３】
2008120750.tif 000013
（式中、ｎ＝４以上、Ｘはハロゲン原子）
【化４】
2008120750.tif 000014
（式中、ｎ＝４以上、Ｘはハロゲン原子）
【化５】
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（式中、ｎ＝４以上）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶材料、エラストマー、及び液晶材料の製造方法に関し、例えば、人工筋肉等に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶エラストマーについては多数の特許出願や論文があり、その製造方法や応用が研究されている。例えば、特許文献１に示すようなジエン系ゴムを主鎖として、液晶分子を側鎖とする液晶エラストマーが開示されている。また、特許文献２には、液晶エラストマーのアクチュエータへの利用が開示されている。
【０００３】
液晶は、物質が方向性の秩序を維持した流動体の状態であるため、液晶構造を有する液晶エラストマーは、伸縮においてどの方向にも伸縮するのではなく、ある方向に特異的に伸縮するゴム弾性のような特性を有している。この特性を活かして、様々な生体内バルブや人工心臓などの人工臓器材料として人工筋肉への応用が期待されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９０４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０５４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶エラストマーを人工筋肉等に用いる場合は、生体への影響を考慮する必要がある。ところが、液晶は一般的に人体に有害なものが多いため、従来の液晶エラストマーにおいては、生体適合性について問題があった。一方、生体への有害性の少ない液晶として、コレステロール誘導体が知られている。ところが、この液晶は液晶エラストマーとして液晶性を示す温度が高く、生体へ利用するためには液晶の温度範囲を低くする必要があり、液晶エラストマーに用いることが困難であった。
【０００６】
本発明は前述の問題点に鑑み、生体に対して有害性の少ない液晶エラストマーに用いることができる液晶材料及びその液晶材料を包含するエラストマーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液晶材料は、構造が化１で表される化合物を含むことを特徴とする。
【化１】
2008120750.tif 000003
（式中、ｎ＝４以上）
【０００８】
本発明のエラストマーは、前記の液晶材料がポリブタジエンの中に内包されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の液晶材料の製造方法は、コレステロールにｐ−ヒドロキシ安息香酸を反応させて、化２に示す化合物を生成する工程と、前記化２に示す化合物に化３に示す化合物を反応させて、化４に示す化合物を生成する工程と、前記化４に示す化合物に４−ヒドロキシピリジンを反応させて、化１に示す化合物を生成する工程とを有することを特徴とする。
【化２】
2008120750.tif 000004
【化３】
2008120750.tif 000005
（式中、ｎ＝４以上、Ｘはハロゲン原子）
【化４】
2008120750.tif 000006
（式中、ｎ＝４以上、Ｘはハロゲン原子）
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構造が化１で表される化合物を含むようにした。これにより、生体に対して有害性の少ない液晶エラストマーに用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、鋭意研究の成果、ピリジンを末端に置換した安息香酸コレステリル誘導体として化１に示す液晶材料を合成した。具体的には、コレステロールとｐ−ヒドロキシ安息香酸のエステルを炭素数４以上のメチレン鎖で連結し、４−ヒドロキシピリジンと反応させることによって、化１に示す液晶材料が生成されることを見いだした。
【００１２】
化１に示す液晶材料は、ピリジンを末端に置換した安息香酸コレステリル誘導体であり、その態様は降温過程だけでなく昇温過程でも液晶性を示す互変液晶で、その液晶温度範囲が広く、コレステリック液晶相を示し、カルボキシル基をもつ化合物と会合体を形成するなどを含む特徴を有している。また、化１に示した化合物は、生体に有害性の少ないコレステロール誘導体にピリジンなどがエステル結合やエーテル結合で連結されている。このエステル結合やエーテル結合は容易に切れやすく、生体内や生体外での分解の際に、その容易に切れる結合が切断され、有害性の少ないコレステロール誘導体に分解されるため、化１に示した化合物は、生体に有害性の少ない材料である。
【００１３】
なお、ｎ＜４の場合は、液晶温度が２２０℃を超えてしまい、生体へ利用することができない。また、ｎ＞１２の場合は、化３に示す化合物を合成するのに多くの手間がかかってしまう。したがって、ｎは４以上とし、１２以下であることが好ましい。
【００１４】
さらに、化１に示した化合物とポリブタジエンとから、化１に示した化合物を内包したポリブタジエンエラストマーを生成することができる。この液晶エラストマーにおいては、ポリブタジエン間は熱的に架橋されているため、有機溶剤には溶けず、有機溶剤を吸収して膨潤しゲル状になる。また、化１に示した化合物のピリジン部位とカルボン酸などの酸性部位との相互利用を利用して、カルボン酸などの酸性部位を持つ医薬系物質を内包させることができる。すなわち、化１に示した化合物と、カルボン酸などの酸性部位をもつ医薬系物質（例えば、インドメタシンやオーキシン）と、ポリブタジエンとを有機溶剤に溶かした後、有機溶剤を蒸発させた混合物を２２０℃まで過熱すると、混合物はポリブタジエン間に架橋が起こってエラストマーとなり、そのエラストマー内に、化１に示した化合物と、カルボン酸などの酸性部位をもつ医薬系物質とが内包される。結晶状態では、化１に示した化合物のピリジン部位と医薬系物質のＣＯＯＨ基との間で水素結合により会合体を形成している。エラストマーを加熱すると、化１に示した化合物が液晶化するとともに、徐々に医薬系物質のＣＯＯＨ基との会合が切れ、医薬系物質は徐々に放出される。
【００１５】
また、一般的なビーズの中に医薬品を内包させたものとは異なり、化１に示した化合物を内包したポリブタジエンエラストマーは、様々な形に容易に変形することが可能であるため、生体の様々な場所へ様々な方法で置くことができる。さらに、生体の中に置かれたエラストマーを局所的に加熱し、液晶状態にすることにより、医薬品の放出を制御することができる。
【実施例】
【００１６】
次に、本発明の生体適合性液晶材料の物性及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
まず、イオン交換樹脂（Aldrich製、ＨＣＲ−Ｗ２）１５ｇと、トルエン１５０ｍｌとをフラスコに仕込み、２４時間還流させた。なお、イオン交換樹脂は、この後に加えるｐ−ヒドロキシ安息香酸及びコレステロールのエステル反応を促進させるための触媒として機能する。この後、ｐ−ヒドロキシ安息香酸及びコレステロールを加え、さらに４８時間還流させた。次に、反応物から樹脂を取り除くためにろ過し、そのろ液を蒸発させた。
【００１７】
次に、樹脂が取り除かれた反応物を薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）により分離し、メタノール及びエチルエーテルにより精製すると、化２に示す化合物が得られた。なお、ＴＬＣにおいて展開溶媒はクロロホルム：メタノール＝９：１の溶媒を用いた。
【００１８】
次に、化２に示した化合物と、α，ω−ジブロモアルカン（ｎ＝４〜１２）と、炭酸カリウムとをモル比１：１：１で混合し、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド５０ｍｌを三角フラスコに仕込み、２４時間攪拌した。攪拌後、ろ過により炭酸カリウムを取り除き、ろ液の溶媒を蒸発させた。
【００１９】
次に、炭酸カリウムが取り除かれた反応物を薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）により分離し、メタノール及びエチルエーテルにより精製すると、以下の化５に示す化合物が得られた。なお、ＴＬＣにおいて展開溶媒はクロロホルム：メタノール＝９：１の溶媒を用いた。
【００２０】
【化５】
2008120750.tif 000007
【００２１】
次に、化５に示した化合物と、４−ヒドロキシピリジンと、炭酸カリウムとをモル比１：１：１で混合し、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド５０ｍｌを三角フラスコに仕込み、２４時間攪拌した。攪拌後、ろ過により炭酸カリウムを取り除き、ろ液の溶媒を蒸発させた。
【００２２】
次に、炭酸カリウムが取り除かれた反応物を薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）により分離し、メタノール及びエチルエーテルにより精製すると、化１に示した化合物が得られた。なお、ＴＬＣにおいて展開溶媒はクロロホルム：メタノール＝９５：５の溶媒を用いた。
【００２３】
本実施例では、α，ω−ジブロモアルカンをｎ＝４〜１２の９種類すべての場合で実験を行い、化１に示した化合物をｎ＝４〜１２の９種類すべて生成した。収率は、ｎ＝４は３３％、ｎ＝５は４１％、ｎ＝６は３１％、ｎ＝７は３０％、ｎ＝８は３７％、ｎ＝９は４０％、ｎ＝１０は３４％、ｎ＝１１は４２％、ｎ＝１２は３５％であった。
【００２４】
次に、化１に示した化合物の元素分析を行った。元素分析の結果を以下の表１に示す。元素分析結果より、化１に示した化合物がそれぞれ純粋であることがわかる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
また、化１に示した化合物を水素核磁気共鳴スペクトルにより測定を行った。測定結果を表２に示す。化１に示した化合物がそれぞれメチレン鎖の長さ（ｎ数）だけ異なっており、それ以外の構造については類似していることがわかる。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
次に、偏光顕微鏡を用いて化１に示した化合物を観察した。図１〜図９は、メチレン鎖の長さが異なる化１に示した化合物（ｎ＝４〜１２）の液晶相を示す顕微鏡写真である。なお、図１〜図９に示す熱的変化における相組織は、ホットプレート上で偏光顕微鏡により観察されたものである。図１〜図９に示すように、化１に示した化合物（ｎ＝４〜１２）は何れもコレステリック液晶相になることがわかる。特に図５（ｎ＝８の化合物）においては、らせん状の特異な模様を有していることがわかる。
【００２９】
次に、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて化１に示した化合物の液晶温度範囲の測定を行った。図１０は、化１に示した化合物（ｎ＝８）の液晶温度範囲の測定結果を示す図である。なお、ＤＳＣでの温度の上昇及び下降は５℃/minで測定した。１０１は昇温過程における特性曲線を示し、１０２は降温過程における特性曲線を示す。また、図１１に、化１に示した化合物（ｎ＝４〜１２）の相転移温度の関係を示し、以下の表３に相転移温度を示す。
【００３０】
【表３】
2008120750.tif 000010
【００３１】
図１１に示すように、結晶と液晶との境の融点においてはｎが偶数の場合はｎが奇数の場合に比べて融点がやや高いことが認められたが、液晶から液体（液体から液晶）への転移点においてはその傾向が認められなかった。
【００３２】
前述したように生体への利用の観点から液晶温度を低くするために、ｎの値が互いに異なる２種類以上の化合物を含むようにしてもよい。一般に、同一系列の液晶材料を混合すると融点が下がることが知られている。
【００３３】
そこで、化１に示した化合物（ｎ＝９）と化１に示した化合物（ｎ＝１１）とを１：２で混合した液晶材料を生成して、同様に実験を行った。化１に示した化合物（ｎ＝９）と化１に示した化合物（ｎ＝１１）とを１：２で混合した液晶材料における液晶温度範囲（昇温過程）の測定結果を図１６に示す。
【００３４】
図１６に示すように、化１に示した化合物（ｎ＝９）の液晶温度範囲は、９３℃〜１７８℃であり、化１に示した化合物（ｎ＝１１）の液晶温度範囲は、９０℃〜１７０℃であったが、化１に示した化合物（ｎ＝９）と化１に示した化合物（ｎ＝１１）とを１：２で混合した液晶材料における液晶温度範囲は、５９℃〜１７２℃となった。このように、ｎ数の異なる化１に示した化合物を混合することにより、液晶温度範囲などが改善される。したがって、生体で利用可能な液晶温度に調整することが可能である。
【００３５】
次に、化１に示した化合物とポリブタジエンとを用いて、化１に示した化合物を内包したポリブタジエンエラストマーの調整方法と、化１に示した化合物とポリブタジエンとの混合物に、さらにカルボキシル基（ＣＯＯＨ基）などの極性部位をもつ医薬系物質を内包したポリブタジエンエラストマーの調整方法とについて説明する。
【００３６】
化１に示した化合物とポリブタジエン（分子量２００万−３００万）とを重量比１：１〜２で混合し、クロロホルムに溶かす。クロロホルムを蒸発させた後に、混合物を２２０℃程度に加熱するとポリブタジエン間に架橋が起こり、化１に示した化合物を包含した液晶エラストマーが得られる。図１２に、化１に示した化合物（ｎ＝１２）を包含した液晶エラストマーの偏光顕微鏡写真を示す。なお、図１２に示す液晶エラストマーにおける混合比は、化１に示した化合物（ｎ＝１２）：ポリブタジエン＝４：６である。
【００３７】
図１２（ａ）は、１１５℃まで昇温したときの液晶エラストマーを示し、図１２（ｂ）は、１３５℃まで昇温したときの液晶エラストマーを示す。図１２に示すように、１１５℃においては液晶が現れており、１３５℃まで昇温すると、液晶が小さくなっていることがわかる。
【００３８】
図１３に、化１に示した化合物（ｎ＝８）を包含した液晶エラストマーの断片の偏光顕微鏡写真を示す。なお、図１３に示す液晶エラストマーにおける混合比は、化１に示した化合物（ｎ＝８）：ポリブタジエン＝１：２である。図１３（ａ）は、１５５℃まで昇温したときの液晶エラストマーを示し、図１３（ｂ）は、１６０℃まで昇温したときの液晶エラストマーを示す。図１３に示すように、１５５℃においては液晶が現れており、１６０℃まで昇温すると、液晶が消滅していることがわかる。
【００３９】
また、化１に示した化合物とポリブタジエンとの混合物に、カルボキシル基をもつ医薬系物質を加えることで、化１に示した化合物とカルボキシル基をもつ医薬系物質とを内包したエラストマーが得られる。具体的には、化１に示した化合物とポリブタジエンとを重量比１：１〜２で混合し、さらにインドメタシンを加え、クロロホルムに溶かす。クロロホルムを蒸発させた後に、混合物を２２０℃程度に加熱するとポリブタジエン間に架橋が起こり、化１に示した化合物とインドメタシンとを包含したエラストマーが得られる。
【００４０】
図１４に、化１に示した化合物（ｎ＝１１）とインドメタシンとを包含したエラストマーの液晶状態（降温過程における１４１℃での状態）における偏光顕微鏡写真を示す。なお、図１４に示すエラストマーにおける混合比は、化１に示した化合物（ｎ＝１１）：ポリブタジエン：インドメタシン＝１１：１５：３である。また、図１５に、インドメタシンの代わりにオーキシンを加えたエラストマーの液晶状態（降温過程における１５９℃の状態）における偏光顕微鏡写真を示す。なお、図１５に示すエラストマーにおける混合比は、化１に示した化合物（ｎ＝１１）：ポリブタジエン：オーキシン＝６：１２：２である。図１４及び図１５に示すように、液晶が発現していることがわかる。
【００４１】
以上のように、カルボン酸などの酸性部位をもつ医薬系物質と、ポリブタジエンとを有機溶剤に溶かした後、有機溶剤を蒸発させた混合物を２２０℃まで加熱すると、混合物はポリブタジエン間に架橋が起こってエラストマーとなり、そのエラストマー内に、化１に示した化合物と、カルボン酸などの酸性部位をもつ医薬系物質とが内包される。結晶状態では、化１に示した化合物のピリジン部位と医薬系物質のＣＯＯＨ基との間で水素結合により会合体を形成している。エラストマーを加熱すると、化１に示した化合物の液晶状態において、化１に示した化合物が液晶化するとともに、徐々に医薬系物質のＣＯＯＨ基との会合が切れ、医薬系物質は徐々に放出される。これにより、人工筋肉としての機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】化１に示した化合物（ｎ＝４）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図２】化１に示した化合物（ｎ＝５）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図３】化１に示した化合物（ｎ＝６）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図４】化１に示した化合物（ｎ＝７）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図５】化１に示した化合物（ｎ＝８）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図６】化１に示した化合物（ｎ＝９）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図７】化１に示した化合物（ｎ＝１０）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図８】化１に示した化合物（ｎ＝１１）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図９】化１に示した化合物（ｎ＝１２）の液晶相を示す顕微鏡写真である。
【図１０】化１に示した化合物（ｎ＝８）の液晶温度範囲の測定結果を示す図である。
【図１１】化１に示した化合物（ｎ＝４〜１２）の相転移温度の関係を示す図である。
【図１２】化１に示した化合物（ｎ＝１２）を包含した液晶エラストマーを示す顕微鏡写真である。
【図１３】化１に示した化合物（ｎ＝８）を包含した液晶エラストマーの断片を示す顕微鏡写真である。
【図１４】化１に示した化合物（ｎ＝１１）とインドメタシンとを包含したエラストマーの液晶状態を示す顕微鏡写真である。
【図１５】化１に示した化合物（ｎ＝１１）とオーキシンとを包含したエラストマーの液晶状態を示す顕微鏡写真である。
【図１６】化１に示した化合物（ｎ＝９）と化１に示した化合物（ｎ＝１１）とを１：２で混合した液晶材料における液晶温度範囲（昇温過程）の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１  昇温過程における特性曲線
１０２  降温過程における特性曲線
【図１】
2008120750.tif 000016
【図２】
2008120750.tif 000017
【図３】
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【図４】
2008120750.tif 000019
【図５】
2008120750.tif 000020
【図６】
2008120750.tif 000021
【図７】
2008120750.tif 000022
【図８】
2008120750.tif 000023
【図９】
2008120750.tif 000024
【図１０】
2008120750.tif 000025
【図１１】
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【図１２】
2008120750.tif 000027
【図１３】
2008120750.tif 000028
【図１４】
2008120750.tif 000029
【図１５】
2008120750.tif 000030
【図１６】
2008120750.tif 000031