(57)【要約】【課題】刺激に対し、見掛けの空間量を変化させる事なく、材料の溶解度パラメータ（親和性）を変化させる手段を提供する。【解決手段】水に対する溶解度の温度係数が負の水溶性高分子鎖Ａと温度係数が正の水溶性高分子鎖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、温度に対して長さ、面積、体積のいずれかの見掛けの空間量を変えずに生体成分及び／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】
水に対する溶解度の温度係数が負の水溶性高分子鎖Ａと温度係数が正の水溶性高分子鎖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、温度に対して長さ、面積、体積のいずれかの見掛けの空間量を変えずに生体成分及び／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】
見掛けの空間量の変化が１次元方向の変化率として３０％未満であ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】
刺激応答性材料の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、見掛けの空間量の変化を伴う事なく材料の溶解度パラメータ（親和性）が変わる刺激応答性機能材料に関する。更に詳しくは温度変化により材料の溶解度パラメータのみが可逆的に繰り返し変化する材料に関する。
【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いるおり、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。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。
【０００３】
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。従って基本的にこれらの材料は刺激に対応して長さ、面積、体積等で現される空間量が変化する物であり、この空間量の変化をいかに有効利用するかという点に注力されてきた。
【０００４】
アクチュエータやケミカルバルブとしてはこの機能は重要であるが、薬剤のコントロールリリース、分離精製材料、細胞培養基材などへ展開、実用化を考えた場合、寸法変化即ち空間量の変化はむしろ欠点となる事が有る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、見掛けの空間量を変化させる事なく、刺激に対し材料の溶解度パラメータ（親和性）が変化する材料を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述のごとく従来の刺激応答性材料は基本的に空間量を変化させる事に主眼が置かれているため広義の分離材料に展開する場合、この空間量の変化が問題となる場合がある。混合空間量を変化させる事なく溶解度パラメータを変化させるには溶解度の温度係数が正負のポリマー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。本発明者らはこれらのポリマー鎖を用いブロック、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）水に対する溶解度の温度係数が負の水溶性高分子鎖Ａと温度係数が正の水溶性高分子鎖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、温度に対して長さ、面積、体積のいずれかの見掛けの空間量を変えずに生体成分及び／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）見掛けの空間量の変化が１次元方向の変化率として３０％未満であ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）記載の利用方法。
【０００８】
本発明の刺激応答性機能材料を利用する方法はその用途として、薬剤のコントロールリリース、蛋白質、脂質、多糖類、細胞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温和な刺激に対し鋭敏に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】
本発明の刺激応答性機能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は水に対する溶解度の温度係数が負であり、Ｂは温度係数が正である。即ち、ポリマー鎖Ａは温度上昇に伴い溶解度が減少し、逆にポリマー鎖Ｂは溶解度が増大する事を意味する。更に望ましくは両ポリマー鎖とも溶解度が不連続的に大きく変化する温度（転移温度）が存在する事が望ましい。本発明の温度応答性機能材料が刺激に対しその見掛けの空間量を殆ど変化させない理由は温度に対する溶解度係数が正負異なるため一方が膨潤傾向にある時、他方が収縮傾向になり、分子鎖レベルでは大きな構造変化がおきても両者が相殺しあい全体として見掛けの空間量に大きな変化が起きないためである。しかし空間量に変化はないが分子量レベルではＡ鎖、Ｂ鎖の広がりが大きく異なるため材料全体としての溶解度パラメータは大きく変化する。この変化量が分離精製等の機能に利用される。従ってこの温度応答性は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性等の問題を起こさせるため望ましくない。ポリマー鎖Ａとポリマー鎖Ｂとの転移温度領域の差は２０℃以内、好ましくは１０℃以内に有ることが望ましい。これ以上の温度差がある場合、温度刺激に対し空間量の変化が無視できなくなり望ましくない。
【００１０】
本発明において空間量が不変であるということは１次元方向の変化率が３０％未満であることを意味する。変化率がこれ以上大きくなると実用化の点で特に装置設計上問題となる。
【００１１】
水に対する溶解度が負の温度係数を示す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などの水溶性（メタ）アクリル酸エステル類、ビニルメチルエーテルなどのビニルエーテル類などが、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。
【００１２】
水に対する溶解度が正の温度係数を示すポリマー鎖を誘導するモノマーとしてはポリビニルアルコール、Ｎ−ビニルピロリドンなどのビニルモノマー、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドなどが、又、ポリマー鎖としては立体規則性ポリメタクリル酸などが挙げられる。
【００１３】
本発明を構成する刺激応答性ブロック又はグラフト共重合体ＡｍＢｎに於いて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以下では刺激応答性が十分でなく溶解度パラメータ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。
【００１４】
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できる。尚、カルボキシル基を有するモノマー又は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。
【００１５】
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（溶解度パラメータの変化）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よる化学架橋などで達成できる。又、ポリビニルアルコール、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とすることでも達成できるが、該共重合体の濃度が低下する為、刺激に対する溶解度パラメータの変化量が小さくなるので前者の方法の方が望ましい。
【００１６】
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元素であるがポリマー鎖Ｃ、Ｄ等を導入した多元素の共重合体とし２種以上の刺激に対し応答可能（溶解度パラメータと空間量の変化）とする事を排除するものではない。
【００１７】
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機能材料に於いては、刺激に応じて溶解度パラメータ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）が刺激の前後で異なる。従って２種類以上の物質に対し選択性を発現でき、刺激に応じてこれらの基質の吸着、放出の制御が可能になる為、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。該機能性材料はそのままのゲル形状で使用されるほか、該材料を多孔質膜表面に固定化する。多孔質ビーズ上に固定化するなどの形状で使用される。
【実施例】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施例１）
ガラス重合管にＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド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つ以上導入された数平均分子量２５００の水に対する溶解度の温度係数が正の重合体（ＰＤＭＡｍ）であることが分かった。
【００２０】
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド０．０９ｍｏｌ、グリシジルメタクリレート０．０１ｍｏｌ、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６３００、１分子中のイソシアナート数２．０２の水に対する溶解度の温度係数が負（相転移温度３５℃）の重合体（ＰＩＰＡｍ）が得られた。
【００２１】
上記片末端アミノ化ＰＤＭＡｍと両末端ジイソシアナート化ＰＩＰＡｍ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。
【００２２】
該共重合体をＤＭＦに溶解し１，４−ジアミノブタン、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２０℃に保持したのち温度を５０℃に上げた。この時該ゲルは長さ方向で約５％収縮したに留まった。又、該ゲルの水に対する接触角を測定したところ２０℃では５３゜であったのに対し５０℃では３９゜であり該ゲルの溶解度パラメータが変化している事が示唆された。
【００２３】
（実施例２）
アニオン重合開始剤であるｎ−ＢｕＬｉ ０.２ｍｍｏｌを含有する精製トルエン溶液を乾燥窒素下重合用ガラスアンプル中に加え、−７８℃に冷却した後、撹拌下、Ｎ，Ｎ-ジメチルアクリルアミド、０.０９ｍｏｌ，トリメチルシリルメタクリル酸エステル、０.０１ ｍｏｌを加え、−７８℃で２４時間反応を行い、アニオンリビング成長種を調製した。この時反応系から１部を取り出し同定を行ったところ重合度約５５、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．１の重合体となっている事が分かった。
【００２４】
カチオン重合開始剤としてＨＣｌ／ＳｎＣｌ４／ｎ−Ｂｕ４ＮＣｌ ０.２ｍｍｏｌを含有する精製トルエン溶液を重合用ガラスアンプル中に加え、−７８℃冷却したのち、撹拌下ビニルメチルエーテル ０.１ｍｏｌを加え−７８℃で２４時間反応を行い、カチオンリビング成長種を調製した。この時反応系から１部を取り出し同定したところ、重合度約９０、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．１５の重合体になっている事が分かった。
【００２５】
このカチオン重合を行った反応溶液を先のアニオン成長種の入ったアンプルに加え、−７８℃で２４時間更に反応を継続しブロック共重合体とした。ここに１ＮＨＣｌを加えシリルエステルを加水分解しカルボン酸型としたのち再沈精製した。該共重合体をＤＭＦに溶解し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を行い含水ゲルとした。該ゲルの２０℃と５０℃とでの水との接触角を測定したところ５５゜と３８゜であり該ゲルの溶解度パラメータが変化している事が示唆された。尚、昇温に伴う両温度間での該ゲルの長さ方向の変化率は４％の収縮に留まった。
【００２６】
［発明の効果］
本発明の刺激応答性機能材料の利用方法は従来の刺激応答性材料を用いた場合と異なり見掛け上の空間量の変化が小さいため実用化にあたり、寸法変化等が少ないため装置設計が容易になり、維持管理に於いても容易になる。