(57)【要約】【課題】複数の刺激に対しそれぞれ独立して応答を示す刺激応答性材料を利用する方法を提供すること。【解決手段】溶解度パラメーターの異なるポリマー鎖Ａ及びポリマー鎖Ｂから構成される一般式ＡｍＢｎ（ｍ、ｎは１〜５の整数）で示されるブロック又はグラフト共重合体を主構成成分とする材料を利用し、少なくとも２以上の刺激条件に対し独立して長さ、面積、体積のいずれかの空間量を変化させることで生体成分及び／又は薬剤との親和性を変化させることを特徴とする刺激応答性材料の利用方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解度パラメーターの異なるポリマー鎖Ａ及びポリマー鎖Ｂから構成される一般式ＡｍＢｎ（ｍ、ｎは１〜５の整数）で示されるブロック又はグラフト共重合体を主構成成分とする材料を利用し、少なくとも２以上の刺激条件に対し独立して長さ、面積、体積のいずれかの空間量を変化させることで生体成分及び／又は薬剤との親和性を変化させることを特徴とする刺激応答性材料の利用方法。
【請求項２】
２以上の刺激の中に少なくとも温度変化及び／又はｐＨ変化が含まれていることを特徴とする請求項１記載の利用方法。
【請求項３】
刺激応答利用方法が生体成分及び／又は薬剤を分離精製することを特徴とする請求項１又は２記載の利用方法。
【請求項４】
刺激応答利用方法が細胞を培養することを特徴とする請求項１又は２記載の刺激応答利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水の存在下において刺激を与える事により、空間量の変化を伴う刺激応答性材料に関する。更に詳しくは温度変化及び／又はｐＨ変化により膨潤収縮を可逆的に繰り返すことの可能な材料の利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに刺激応答性を発現するポリマー、材料は多く知られており、その刺激としては温度、光、ｐＨ，イオン濃度、電位、溶媒親和力などが利用されている。
【０００３】
例えば温度応答性を示す例としてはポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを始めとしたアクリルアミド系ポリマー、ポリビニルメチルエーテルが、ｐＨ応答性を示す例としてはポリアクリル酸／ＰＶＡブレンド物などが知られており、人工筋肉をはじめとしたアクチュエーター、エネルギー変換用素材、薬剤のコントロールリリース、細胞培養などへの利用が試みられている。
【０００４】
このような刺激応答性は基本的には材料マトリクス中への液体（水）の吸収とマトリクス中からの液体（水）の排除の繰り返しにより起こるものである。従来の材料に於いては複数の刺激にそれぞれ応答するものはなく単一刺激単一応答であり単機能のものしか知られていなかった。そのために用途としては極めて限定されたものに成らざるを得なかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような状況を鑑み、複数の刺激に対しそれぞれ独立して応答を示す刺激応答性材料の利用方法を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
複数の刺激に応答させる為にはそれぞれの刺激応答性材料を混合すれば基本的には目的を達成させられると考えられるが、実際にはポリマーの多くはポリマー間で非相溶系であり混合しないのが通常であり、相溶系を見いだすことは大変な労力を必要とし、仮に相溶系を見いだしたとしても、用途展開は極めて限定されたものとなる。本発明者らは各刺激に応答するポリマーを用いブロック、或はグラフト共重合体とすることでこれらの問題点を解決出来る事を見いだした。即ち、本発明は以下によって達成される。
【０００７】
（１）溶解度パラメーターの異なるポリマー鎖Ａ及びポリマー鎖Ｂから構成される一般式ＡｍＢｎ（ｍ、ｎは１〜５の整数）で示されるブロック又はグラフト共重合体を主構成成分とする材料を利用し、少なくとも２以上の刺激条件に対し独立して長さ、面積、体積のいずれかの空間量を変化させることで生体成分及び／又は薬剤との親和性を変化させることを特徴とする刺激応答性材料の利用方法。
（２）２以上の刺激の中に少なくとも温度変化及び／又はｐＨ変化が含まれていることを特徴とする上記（１）記載の利用方法。
（３）刺激応答利用方法が生体成分及び／又は薬剤を分離精製することを特徴とする上記（１）又は（２）記載の利用方法。
（４）刺激応答利用方法が細胞を培養することを特徴とする上記（１）又は（２）の利用方法。
【０００８】
本発明の刺激応答性材料の利用方法はその用途として人工筋肉、薬剤のコントロールリリース、蛋白質等の生体成分の分離精製、細胞培養などが中心になると考えられる事からマイルドな刺激に対し応答する事が望まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に用いられる刺激応答性材料を構成する一般式ＡｍＢｎで表されるブロック又はグラフト共重合体に於いてポリマー鎖Ａ及びＢは共に温度応答性を有する場合、一方が温度応答性、他方がｐＨ応答性を有する場合、共にｐＨ応答性を有する場合がある。温度応答性は０℃〜７０℃の範囲で発現される事が望まれる。０℃以下では本発明の材料が使用される条件が水系であることから凍結等の問題が生じ、又、７０℃以上では蛋白質等の生体成分にとって変成等の問題を起こさせるため望ましくない。ｐＨ応答性はｐＨ３〜ｐＨ１１の範囲で発現される事が望ましい。ｐＨ２以下、或はｐＨ１２以上では蛋白質等の生体成分にとって変成等の問題が起きるので望ましくない。Ａ，Ｂ各ポリマー鎖が温度応答性の場合は転移温度の差が５℃以上で有ることが望ましい。これ以下では２次刺激に伴う相変化が不明瞭となり機能発現の面で望ましくない。又、Ａ，Ｂ各ポリマー鎖がｐＨ応答性である場合は一次及び二次の刺激となるｐＨの変化量は２以上であることが望ましい。これ以下では２次刺激に伴う変化が不明瞭になり機能発現の面で望ましくない。
【００１０】
温度応答性ポリマー鎖を誘導するモノマーとしてはＮ−イソプロピルアクリルアミドなどのＮ−アルキル置換アクリルアミド類、（メタ）アクリロイルオキシエチルピロリドン、ビニルメチルエーテルなどのビニルエーテル類など、又、ポリマー鎖としてはメチルセルロース、１２％アセチル化ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなどが挙げられるが、温度応答能に影響を及ぼさない範囲で他のビニルモノマーと共重合しても構わない。具体的な例としてはメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル酸エステル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル類、スチレン、塩化ビニル、Ｎ−ビニルピロリドンなどのビニル化合物、（メタ）アクリルアミド類などが利用できる。
【００１１】
ｐＨ応答性ポリマー鎖を誘導するモノマーとしては（メタ）アクリル酸、スチレンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸    などの解離基を有するモノマーが挙げられるが、ｐＨ応答能に影響を及ぼさない範囲での他のビニルモノマー例えばメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル酸エステル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル類、スチレン、塩化ビニル、Ｎ−ビニルピロリドンなどのビニル化合物、（メタ）アクリルアミド類などと共重合可能である。
【００１２】
Ａ又はＢで表されるポリマー鎖の分子量は１０００から５００００程度が望ましい。１０００以下では刺激応答能が十分でなく空間量の変化が不十分となる。一方５００００以上になると合成の点で難しくなる。
【００１３】
本発明のブロック、或はグラフト共重合体の合成方法は公知の方法により作る事が可能である。ブロック共重合体を合成する場合、リビング重合法、両端或は片末端にアミノ基や水酸基、カルボキシル基などの反応性基を導入したポリマー鎖を合成しこれらをカップリングする方法、イニファーターを用いたラジカル重合法などが挙げられる。又、グラフト共重合体は、Ａ鎖又はＢ鎖に対応するマクロモノマーを合成しこの後ラジカル或はアニオン重合を行うことにより合成する事が出来る。尚、ｐＨ応答性を発現するポリマー鎖は活性水素を有している為そのままアニオン重合やカップリング反応には供せない。その時にはエステル化などによりカルボキシル基を保護し共重合化の後に加水分解等で保護基をはずすことにより目的が達成される。
【００１４】
本発明に使用される一般式ＡｍＢｎで表されるブロック、或はグラフト共重合体は刺激応答性は有するものの、条件によっては水に溶ける場合もあるので実用途を考えた場合、不溶化処理を行うことが望ましい。この方法としてはγ線照射による架橋、多官能性モノマーを用いることにる化学架橋などで達成できる。又、ポリビニルアルコールやポリ２−ヒドロキシエチルメタクリレートなどの水不溶性ゲル中に閉じ込めＩＰＮとする事でも達成できる。
【００１５】
尚、本発明に於けるブロック、或はグラフト共重合体はＡ，Ｂの２元系であるが、ポリマ−鎖ＣあるいはＤ等を導入した多元系の共重合体とし、３種以上の刺激に対し応答可能とする事を排除するものではない。
【００１６】
本発明の一般式ＡｍＢｎで表されるブロック、或はグラフト共重合体を主構成成分とする刺激応答性材料に於いては、Ａ鎖、Ｂ鎖は溶解度パラメーターが異なる事から蛋白質、多糖類、脂質、細胞成分等の生体成分及び薬剤などとの親和性（相互作用）が異なる。従って２種類以上の物質に対し選択性を発現でき、各刺激に応じてこれらの基質の吸着、放出が独立に制御可能となる為、分離精製用材料又はコントロールリリース用材料として好適である。又、一次刺激、二次刺激に対してその都度体積変化を示すためアクチュエータとしてもこれまでにない高次の運動性を獲得できる。又、該刺激応答性材料は多孔質膜表面や多孔質ビーズ表面に固定化する事によりケミカルバルブ等として利用することもできる。
【実施例】
【００１７】
以下に実施例を用い本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲が実施例のみに制限されるものではない。
【００１８】
（実施例１）
ガラス重合管にＮ−イソプロピルアクリルアミド０．１ｍｏｌ、アゾビスイソブチロニトリル０．５ｍｍｏｌ、アミノエタンチオール０．０７ｍｏｌ、溶媒としてＤＭＦ３０ｍｌを仕込み、真空下に封管し６０℃下で重合を行った。再沈精製後同定を行ったところ、１分子あたりアミノ基が１つ導入された数平均分子量２５００の重合体（ＰＩＰＡｍ）であることが分かった。
【００１９】
メタクリロイルオキシエチルピロリドン０．１ｍｏｌ、ｐ，ｐ’−ジイソシアナートジフェニルジスルフィド３ｍｍｏｌをパイレックスガラス製重合容器に取り、脱気後水銀ランプでＵＶ照射し３０℃下１２時間光重合を行った。再沈精製後同定を行ったところ、数平均分子量７８００、１分子中のイソシアナート数が１．９８の重合体（ＰＭＥＰ）が得られた。
【００２０】
上記片末端アミノ化ＰＩＰＡｍと両末端ジイソシアナート化ＭＥＰを反応前の末端官能基比（イソシアナート：アミノ基）が１：１になるようにＤＭＦに溶解し０℃、４８時間かけてカップリング反応を行い、ブロック共重合体を得た。
【００２１】
このブロック共重合体を含水下でＤＳＣを測定したところ転移温度が３４℃と５０℃に観察された。該共重合体をＤＭＦに溶解しブタンジオール、触媒としてピリジンを加えガラス板上にキャストしたのち、８０℃に加熱、化学架橋を導入した。真空乾燥を行いＤＭＦ等を溜去後、冷水に浸漬し含水ゲルとした。該ゲルの温度を４０℃にしたところ収縮し、次いで６０℃にしたところ更に収縮し、各刺激に対し独立に応答する事が分かった。
【００２２】
（実施例２）
実施例１と同じ方法で片末端アミノ化ＰＩＰＡｍを調製した。また両末端ジイソシアナートのプレポリマーとしてポリトリメチルシリルメタクリル酸エステル（ＰＴＭＳＭ）を実施例１と同様に光重合で調製した。両者でカップリング反応を行いブロック共重合化を行い、続いて反応系に１規定塩酸を加えシリルエステルを加水分解しイソプロピルアミドとメタクリル酸の共重合体を得た。再沈精製後、ＤＭＦに溶解しここにトルエンジイソシアナートを加え化学架橋を導入しゲル化させたのち溶媒置換し含水ゲルとした。
【００２３】
該ゲルは３０〜３５℃を境にそれ以下では膨潤し、それ以上の温度では収縮した。次に４０℃の温水に保持した該ゲルに水酸化ナトリウム水溶液を加えｐＨ１０にしたところ膨潤した。この系を２０℃にしたところ該ゲルは更に膨潤し、各刺激に対し独立に応答する事が示された。
【００２４】
［発明の効果］
本発明において利用する刺激応答性材料は従来のものと異なり、多刺激に対し独立に応答する多機能性を有しているため各種メカノケミカル素材、アクチュエータなどの高性能化に寄与できる。