(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の式（２）で表される繰り返し単位を有するポリマーから成るポリカチオンとＡＭＰまたはその類縁化合物であるグアニル酸、シチジル酸、ウリジル酸もしくは酒石酸を含有するアルカリ性水溶液に、下記の式（１）で表される繰り返し単位を有するポリマーから成るポリアニオンの水溶液を添加することによりＡＭＰまたはその類縁化合物を結合したポリイオンコンプレックスから成る沈殿を生成させる工程、
前記ポリイオンコンプレックスの沈殿を乾燥後、酸性水溶液に浸漬することにより該ポリイオンコンプレックスからＡＭＰまたはその類縁化合物を脱離させる工程、および
ＡＭＰまたはその類縁化合物を脱離させたポリイオンコンプレックスを乾燥後、アルカリ性水溶液に浸漬させることにより該ポリイオンコンプレックスを水で膨潤しゲル化する工程を含むことを特徴とするＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルの製造方法。
【化１】
0003955160.tif 000004
【化２】
0003955160.tif 000005
【請求項２】
化学量論的な電荷バランスが崩れたポリアニオンとポリカチオンとから構成されるポリイオンコンプレックスが水で膨潤されているゲルであって、前記ポリアニオンが下記の式（１）で表されるポリマーから成り、前記ポリカチオンが下記の式（２）で表されるポリマーから成り、ＡＭＰまたはその類縁化合物であるグアニル酸、シチジル酸、ウリジル酸、イノシン酸もしくは酒石酸に応答して膨潤したり収縮することを特徴とするゲル。
【化３】
0003955160.tif 000006
【化４】
0003955160.tif 000007
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＭＰのような特定の分子（低分子化合物）に応答して膨潤したり収縮する新規な機能性ゲルとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、各種の外部刺激に応答して、膨潤・収縮現象を示す機能性ゲル（インテリジェントゲル）に関する研究が行われている。このようなゲルは、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ：薬物送達システム）、ケミカルアクチュエーター（例えば、人工筋肉）、物質分離など多岐の分野にわたる応用の可能性を有している。
【０００３】
これまでに知られている機能性ゲルは、専ら、温度、電場、ｐＨ等を外部刺激とするものであり、特定の物質に直接応答して膨潤・収縮するものは少ない。特に生体内に存在する物質、例えばＡＭＰ（アデノシン一リン酸：アデニル酸）のような物質に応答するゲルが得られれば、上記のごとき分野において一層の応用展開が期待される。
本発明の目的は、特定の分子（低分子化合物）に応答することのできる新しいタイプの機能性ゲルを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ポリアニオンとポリカチオンから構成されるポリイオンコンプレックスを利用することにより、上記の目的を達成したものである。
すなわち、本発明は、先ず、基本発明として、ポリカチオン溶液とポリアニオン溶液とを反応させてポリイオンコンプレックスを生成させるに当たり、ポリカチオンまたはポリアニオンとして、電荷を有する低分子と結合可能な官能基を含むものを用い、その低分子の存在下にポリカチオン溶液とポリアニオン溶液とを反応させることにより該低分子を結合したポリイオンコンプレックスを生成させる工程、
低分子を結合したポリイオンコンプレックスから該低分子を脱離させる工程、および低分子を脱離させたイオンコンプレックスを溶媒で膨潤しゲル化する工程を含むことを特徴とする分子応答性ゲルの製造方法を提供する。
【０００５】
さらに、本発明に従えば、この基本発明を具現化したものとして、ポリカチオンとＡＭＰまたはその類縁化合物を含有するアルカリ性水溶液に、ボロン酸基を有するポリアニオンの水溶液を添加することによりＡＭＰまたはその類縁化合物を結合したポリイオンコンプレックスから成る沈殿を生成させる工程、
前記ポリイオンコンプレックスの沈殿を乾燥後、酸性水溶液に浸漬することにより該ポリイオンコンプレックスからＡＭＰまたはその類縁化合物を脱離させる工程、および
ＡＭＰまたはその類縁化合物を脱離させたポリイオンコンプレックスを乾燥後、アルカリ性水溶液に浸漬させることにより該ポリイオンコンプレックスを水で膨潤しゲル化する工程を含むことを特徴とするＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルの製造方法が提供される。
【０００６】
この本発明の方法において、好ましいポリアニオンは下記の式（１）で表される繰り返し単位を有するポリマーであり、また、好ましいポリカチオンは下記の式（２）で表される繰り返し単位を有するポリマーである。
【０００７】
【化３】
0003955160.tif 000002
【０００８】
【化４】
0003955160.tif 000003
【０００９】
本発明は、さらに、上記の方法によって製造され、化学量論的な電荷バランスが崩れたポリカチオンとポリアニオンとから構成されるポリイオンコンプレックスが溶媒で膨潤されていることを特徴とする分子応答性ゲルを提供する。本発明のゲルは、好ましくは溶媒として水によって膨潤されるヒドロゲルである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の機能性ゲルは、電荷を有する低分子（低分子化合物）に応答して膨潤・収縮することができるものであり、この本発明のゲルは該低分子化合物を用いてポリイオンコンプレックスの組成を予めコントロールすることによって得られる。
【００１１】
ポリカチオン溶液とポリアニオン溶液を混合すると、該カチオンとアニオンが静電的な相互作用により架橋状に結合したポリイオンコンプレックスの沈殿を生成するが、その組成は、カチオンとアニオンが１：１で対応したものになることが知られている。ここで、本発明に従う分子応答性ゲルの製造方法においては、ポリカチオンまたはポリアニオンのいずれか一方として、応答対象となる電荷を有する低分子（低分子化合物）に結合することのできる官能基を含むものを用いる。このポリカチオンまたはポリアニオンに含まれる官能基は、環境条件の変化（例えば、ｐＨの変化、温度の変化など）により、該低分子化合物と可逆的に共有結合し且つその結合を解離し得るようなものでなければならない。
【００１２】
かくして、その低分子（低分子化合物）の存在下にポリカチオン溶液とポリアニオン溶液とを反応させると、ポリカチオンとポリアニオンが上述したような本来の１：１の化学量論比からずれた割合で結合したポリイオンコンプレックスが得られる。例えば、負の電子を有する低分子化合物に結合可能な官能基を含むポリアニオンを用い、その低分子化合物の存在下に該ポリアニオンとポリカチオンを反応させると、ポリアニオンは低分子化合物と結合することにより負の電荷が大きくなっているので、該低分子化合物が存在しない場合に比べて過剰のポリカチオンが結合したポリイオンコンプレックスの沈殿が生成する。このようなポリイオンコンプレックスの沈殿は、全体的には電荷が中和しており、収縮状態のゲルである。
【００１３】
本発明に従う分子応答性ゲルの製造方法においては、次に、低分子（低分子化合物）を結合したポリイオンコンプレックスから該低分子（低分子化合物）を脱離させる。このためには、系の環境条件（例えば、ｐＨ、温度）を、低分子（低分子化合物）の存在下にポリイオンコンプレックスを生成させた工程の条件と異ならせ、これによって、ポリカチオンまたはポリアニオンに含まれていた官能基と低分子の結合を解離させる。
【００１４】
この結果、カチオンとアニオンが１：１で対応する化学量論比からずれ、カチオンとアニオンのいずれか一方が過剰に結合して（上記の例ではカチオンが過剰）、電荷バランスが崩れ全体としては正または負に荷電した（上記の例では正に荷電）ポリイオンコンプレックスが形成される。このようなポリイオンコンプレックスは、イオンによる圧力が高くなるため、溶媒（通常は水）により容易に膨潤する。
【００１５】
このようにして得られた膨潤ゲルは、低分子（ポリイオンコンプレックスの生成時に用いた低分子化合物）の存在下に再び置かれると、該低分子と再び結合して電荷バランスを回復し（すなわち、電荷が中和し）、収縮することができる。
【００１６】
本発明に従えば、以上のような原理に基づき、具体例として、ＡＭＰ（アデノシン一リン酸：アデニル酸）またはその類縁化合物に応答して膨潤・収縮する機能を有するゲルを製造することができる。
【００１７】
このＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルを製造するには、ポリアニオンとして、ボロン酸基を有するポリアニオンを用いる。ボロン酸基を有するポリアニオンとして特に好ましいのは上述の式（１）で表される繰り返し単位を有するポリマー〔ポリ（エチレン−無水マレイン酸フェニルボロン酸〕である。この他、図１に例示するような繰り返し単位を有するポリマーを使用することもできる。
【００１８】
式（１）および図１から理解されるように、ＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルを製造するのに使用されるこれらのポリマーは、アニオン部位〔式（１）の繰り返し単位を有するポリマーではＣＯＯ- 、図１に示すポリマーではＳＯ3 - 〕を有するとともに、分子内にボロン酸基Ｂ（ＯＨ）3 を有しており、このボロン酸基がＡＭＰまたはその類縁化合物と可逆的に結合（共有結合）することになる。ここで、本発明が対象とするＡＭＰおよびその類縁化合物の例は図２に示されている。図２から理解されるように、本発明に関連して用いるＡＭＰの類縁化合物という語は、ＡＭＰと同様に、シス−ジオール部位を有するとともに、負の電荷（酒石酸の場合はカルボキシル基がプロトン解離することにより生じる負の電荷、その他の化合物の場合は、リン酸部位による負の電荷）を有する化合物を指称する。
【００１９】
本発明に従いＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルを製造するに当たっては、先ず、上述のようなボロン酸基を有するポリアニオンの水溶液を、ポリカチオンとＡＭＰまたはその類縁化合物を含有する水溶液に添加する。ポリカチオンとして特に好ましい例は、上述の式（２）で表される繰り返し単位を有するポリマー〔ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）〕である。その他、図３に例示されるような繰り返し単位を有するポリカチオンを用いることもできる。
【００２０】
このポリカチオンとポリアニオンの反応は、適当な緩衝液（例えば、炭酸緩衝液）を用いて、アルカリ性のｐＨ下に行う。これによって、ボロン酸基とシス−ジオール基が脱水縮合してエステルを形成し、ポリアニオンのボロン酸部位にＡＭＰまたはその類縁化合物が共有結合する。この結果、ポリアニオンのアニオン部位〔上記の式（１）の繰り返し単位を有するポリマーを用いる場合は、ＣＯＯ- 部位、およびボロン酸基に結合したＡＭＰまたはその類縁化合物に由来する負電荷〕に、ポリカチオンのカチオン部位が過剰に（該ＡＭＰまたはその類縁化合物に結合しない場合に比べて）架橋状に結合したポリイオンコンプレックスの沈殿（収縮状態のゲル）が生成する。
【００２１】
なお、ポリカチオンとポリアニオンとからポリイオンコンプレックスを生成させる上記の反応においては、カチオン部位とアニオン部位〔式（１）の繰り返し単位を有するポリアニオンの場合、カルボキシ基＋ボロン酸基〕およびＡＭＰまたはその類縁化合物が４：２：１に対応するような比率で用いるのが一般的である。
【００２２】
次に、以上のようにして得られたポリイオンコンプレックスの沈殿を乾燥させた後、酸性水溶液（例えば、酢酸緩衝液）に浸漬する。これによって、ボロン酸基とシス−ジオール基とのエステルが加水分解して、ボロン酸基を介してポリイオンコンプレックス内に結合していたＡＭＰまたはその類縁化合物が脱離する。この結果、電荷バランスが崩れた、すなわち、ポリアニオンに対してポリカチオンが過剰に結合しているポリイオンコンプレックスを得ることができる。
【００２３】
ＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルを製造する本発明の方法においては、最後の工程として、上述のように化学量論的に電荷バランスが崩れた（全体として負に荷電した）ポリイオンコンプレックスを再びアルカリ性水溶液（例えば、アンモニウム緩衝液）に浸漬する。この結果、水で膨潤した膨潤ゲルが得られる。
この膨潤ゲルは、ＡＭＰまたはその類縁化合物と再び結合すると、電荷バランスを回復し（電荷が中和し）、収縮することができる。
【００２４】
以上のようにして、本発明に従えば、化学量論的な電荷バランスが崩れたポリカチオンとポリアニオンとから構成されるポリイオンコンプレックス（すなわち、ポリカチオンとポリアニオンが本来の１：１の化学量論比がずれた割合で結合したポリイオンコンプレックス）が溶媒で膨潤されている分子応答性のゲルが得られる。
【００２５】
この本発明のゲルは、一般的には、ＡＭＰまたはその類縁化合物に応答するゲルの製造に関連して上で詳述したように水で膨潤されたゲル、すなわちハイドロゲルであるが、本発明の原理は溶媒が非水性溶媒（有機溶媒）であるゲルにも適用され得る。また、上述したものとは異なる適当なポリイオンコンプレックスを利用することにより、各種の低分子（低分子化合物）に応答して膨潤・収縮する分子応答性ゲルを得るためにも本発明は適用可能である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の特徴をさらに明らかにするため、実施例に沿って本発明を説明する。
実施例１：ポリカチオンコンプレックスから成るゲルの調製
ポリアニオンとして、上述の式（１）の繰り返し単位を有するポリマーを用いた。このポリアニオンは、ポリ（エチレン−無水マレイン酸）交互共重合体３００ｍｇ（2.４ｍｍｏｌ）と３−アミノフェニルボロン酸４００ｍｇ（2.９ｍｍｏｌ）をＤＭＦ中７０℃で２０時間反応させることにより合成した。生成物の確認はＦＴ−ＩＲと 1Ｈ  ＮＭＲにより行った。すなわち、ＩＲではＣ＝Ｏの吸収が１７１０ｃｍ-1と１６７０ｃｍ-1に現れ（前者はカルボキシル基、後者はアミド基に対応する）、さらに、ＮＭＲでは7.５ｐｐｍ付近に芳香族プロトン（４Ｈ）、2.７ｐｐｍにＣＨプロトン（２Ｈ）、1.７ｐｐｍにＣＨ2 プロトン（４Ｈ）のピークが観測されたことにより、生成したポリマーの同定を行った。
【００２７】
ポリカチオンとしては、上述の式（２）の繰り返し単位を有するポリマーを用いた。このポリカチオンは市販品〔アルドリッチ社製ポリ（塩化ジアリルジメチルアンモニウム）、分子量４０万〜５０万〕を用いた。
このポリカチオンの水溶液２ｃｍ3 （ポリカチオン濃度：２０ｍｍｏｌ  ｄｍ-3）とＡＭＰの水溶液１ｃｍ3 （ＡＭＰ濃度：１０ｍｍｏｌ  ｄｍ-3）を混合し、これにポリアニオンの水溶液１ｃｍ3 〔ポリアニオン（カルボキシル基＋ボロン酸基）濃度：２０ｍｍｏｌ  ｄｍ-3〕を滴下することによりポリイオンコンプレックスを調製した。このポリイオンコンプレックスの調製は、炭酸緩衝液によりｐＨを１0.３に保ち、２５℃の温度下に行った。ＡＭＰがポリイオンコンプレックス中に取り込まれたことは、上澄み中の未反応のＡＭＰ濃度を吸光光度定量することにより確認した。
【００２８】
次に、得られたポリイオンコンプレックスの沈殿を真空乾燥機で乾燥し、酢酸緩衝液（ｐＨ＝5.５）に４１時間浸漬した。この操作により、ポリイオンコンプレックス中のＡＭＰをほぼ定量的に脱離（抽出）できたことを吸光光度定量することにより確認した。
【００２９】
以上のようにして得られたポリイオンコンプレックスを真空乾燥機で乾燥した後、アンモニウム緩衝液（ｐＨ＝9.３）中に投入すると、約３０倍に膨張し膨潤ゲルとなった。
【００３０】
実施例２：ゲルの収縮試験
実施例１で得られた膨潤ゲルにＡＭＰを添加した。対照として、ＡＭＰ以外に、Ａｄ（アデノシン）、ＤＡＭＰ（デオキシアデノシン一リン酸）、およびＤＡｄ（デオキシアデノシン）も添加した。これらの低分子化合物の構造式を図４に示す。
【００３１】
各低分子化合物を添加した場合のゲルの変化の様子を図５に示す。図に示すように、ＡＭＰを添加すると膨潤ゲルは徐々に収縮していった。これに対し、Ａｄ、ＤＡＭＰ、およびＤＡｄを添加した場合、ほとんど収縮は見られなかった。Ａｄはボロン酸基と結合できるが、電荷を持たない。ＤＡＭＰは電荷を持っているが、シス−ジオール部位を持たないため、ボロン酸基と結合できない。ＤＡｄは電荷およびボロン酸結合部位のいずれも有さない。このように本発明のポリイオンコンプレックスから成るゲルはＡＭＰ中で選択的に収縮することが明らかになった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に従えば、ポリカチオンとポリアニオンとから構成されるポリイオンコンプレックスを変性化することにより特定の低分子化合物に応答する機能性ゲルが得られる。特に、ボロン酸基を含むポリイオンコンプレックスから成る本発明のゲルは、ＡＭＰまたはその類縁化合物に応答して膨潤・収縮することができるので、この性質を利用して、例えば、ＡＭＰ（またはその類縁化合物）の存否の環境下に応じて薬剤の放出を制御するＤＤＳ（ドラッグデリバリーシステム）や、ＡＭＰ（またはその類縁化合物）の分離システムなどに応用される可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルを製造するのに使用できるポリアニオンの繰り返し単位の構造式を例示するものである。図中、ｌ、ｍおよびｎは、ポリマーの繰り返し単位の数を表す整数である。
【図２】本発明のゲルが対象とするＡＭＰおよびその類縁化合物の構造式を例示するものである。
【図３】本発明のＡＭＰまたはその類縁化合物に応答性のゲルを製造するのに使用できるポリカチオンの繰り返し単位の構造式を例示するものである。図中、ｍおよびｎは、ポリマーの繰り返しの数を表す整数である。
【図４】本発明のゲルの収縮試験に用いられた低分子化合物の構造式を示すものである。
【図５】本発明のゲルを用いた収縮試験の結果を示すグラフである。
【図１】
0003955160.tif 000008
【図２】
0003955160.tif 000009
【図３】
0003955160.tif 000010
【図４】
0003955160.tif 000011
【図５】
0003955160.tif 000012