JPH05262882A - 熱可逆性ハイドロゲル材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、低温では水に溶解し、高温で
は多量の水を保持したハイドロゲルとなる熱可逆性ハイ
ドロゲル材料を提供することにある。 【構成】ＬＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物と水
溶性高分子化合物が結合されてなる高分子化合物であっ
て、該ＬＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物部分が
一分子内に複数存在する熱可逆性ハイドロゲル材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質の分離や医薬品、
食品、農薬、化粧品などに利用されるハイドロゲル材料
に関する。さらに詳しくは、温度変化によって可逆的に
ゲル化する熱可逆性ハイドロゲル材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可逆性ハイドロゲルとしては、従来ゼ
ラチンゲルや寒天ゲルなどが知られている。これらのゲ
ル材料（ゼラチン、寒天）は、高温で水に溶解して水溶
液となり、冷却すると多量の水を保持したハイドロゲル
となる。このように、温度変化によって可逆的にゲル化
する性質を示すことから、物質の分離や医薬品、食品、
農薬、化粧品などに利用されている。しかし、従来知ら
れている熱可逆性ハイドロゲルはすべて、冷却によりゲ
ル化するものであるため、利用範囲が制限されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低温
では水に溶解し、高温では多量の水を保持したハイドロ
ゲルとなる熱可逆性ハイドロゲル材料を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
ＬＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物と水溶性高分
子化合物が結合されてなる高分子化合物であって、該Ｌ
ＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物部分が一分子内
に複数存在することを特徴とする熱可逆性ハイドロゲル
材料により達成される。

【０００５】本発明に用いられるＬＣＳＴを有する温度
感応性高分子化合物とは、水に対する溶解度温度係数が
負を示す高分子化合物であり、低温にて生成する高分子
化合物と水分子との水素結合に依存する水和物（オキソ
ニウムヒドロキシド）が高温で分解し、脱水和により高
分子化合物同士が凝集し沈殿する特徴を有する。ＬＣＳ
Ｔ（Lower Critical Solution Temperature）とは、こ
のような温度感応性高分子化合物の水和と脱水和の転移
温度をいう（例えば、ハスキンズ（M. Haskins）らの
J. Macromol, Sci.-Chem., A2 (8), 1441 (1986) 参
照）。すなわち、本発明の温度感応性高分子化合物はＬ
ＣＳＴ以下の温度では親水性で水に溶解するが、ＬＣＳ
Ｔ以上の温度では疎水性となって沈殿し、この変化は可
逆的である。本発明においては、上記温度感応性高分子
化合物のＬＣＳＴが０〜９０℃、さらには１０〜５０℃
であることが好ましい。

【０００６】本発明に用いられる温度感応性高分子化合
物としては、ポリＮ置換アクリルアミド誘導体、ポリＮ
置換メタアクリルアミド誘導体およびこれらの共重合
体、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール
部分酢化物などが挙げられる。好ましい温度感応性高分
子化合物を以下にＬＣＳＴが低い順に列挙する。

【０００７】ポリ−Ｎ−アクリロイルピペリジン；ポリ
ーＮ−ｎ−プロピルメタアクリルアミド；ポリーＮ−イ
ソプロピルアクリルアミド；ポリーＮ,Ｎ−ジエチルア
クリルアミド；ポリーＮ−イソプロピルメタアクリルア
ミド；ポリーＮ−シクロプロピルアクリルアミド；ポリ
ーＮ−アクリロイルピロリジン；ポリーＮ,Ｎ−エチル
メチルアクリルアミド；ポリーＮ−シクロプロピルメタ
アクリルアミド；ポリーＮ−エチルアクリルアミド 上記の高分子化合物は、単一の単量体を重合したもので
あっても、他の単量体と共重合させたものであってもよ
い。共重合する単量体は、親水性単量体、疎水性単量体
のいずれでも用いることができる。一般的には、親水性
単量体と共重合すると生成物のＬＣＳＴは上昇し、疎水
性単量体と共重合すると生成物のＬＣＳＴは下降する。
したがって、これらを適宜選択することによっても所望
のＬＣＳＴを有する高分子化合物を得ることができる。

【０００８】親水性単量体としては、Ｎ−ビニルピロリ
ドン、ビニルピリジン、アクリルアミド、メタアクリル
アミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、ヒドロキシエチル
メタアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒ
ドロキシメチルメタアクリレート、ヒドロキシメチルア
クリレート、酸性基を有するアクリル酸、メタアクリル
酸およびそれらの塩、ビニルスルホン酸、スチレンスル
ホン酸など、並びに塩基性を有するＮ,Ｎ−ジメチルア
ミノエチルメタクリレート、Ｎ,Ｎ−ジエチルアミノエ
チルメタクリレート、Ｎ,Ｎ−ジメチルアミノプロピル
アクリルアミドおよびそれらの塩などが挙げられるが、
これらに限定されるものではない。

【０００９】一方、疎水性単量体としては、エチルアク
リレート、メチルメタクリレート、グリシジルメタクリ
レートなどのアクリレート誘導体およびメタクリレート
誘導体、Ｎ−ｎ−ブチルメタアクリルアミドなどのＮ置
換アルキルメタアクリルアミド誘導体、塩化ビニル、ア
クリロニトリル、スチレン、酢酸ビニルなどが挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。

【００１０】一方、本発明に用いられる水溶性高分子化
合物は、水に可溶な高分子化合物であれば特に制限はな
く、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコ
ール、ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン、ポリビニルピリジ
ン、ポリアクリルアミド、ポリメタアクリルアミド、ポ
リ−Ｎ−メチルアクリルアミド、ポリヒドロキシエチル
メタアクリレート、ポリヒドロキシエチルアクリレー
ト、ポリヒドロキシメチルメタアクリレート、ポリヒド
ロキシメチルアクリレート、ポリアクリル酸、ポリメタ
クリル酸、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホ
ン酸およびそれらの塩、ポリ−Ｎ,Ｎ−ジメチルアミノ
エチルメタクリレート、ポリ−Ｎ,Ｎ−ジエチルアミノ
エチルメタクリレート、ポリ−Ｎ,Ｎ−ジメチルアミノ
プロピルアクリルアミドおよびそれらの塩などが挙げら
れる。

【００１１】ＬＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物
と水溶性高分子化合物との結合は、例えば、いずれかの
高分子化合物中に重合性官能基を導入し、他方の高分子
化合物を与える単量体を共重合させて行うことができ
る。また、ＬＣＳＴを有す温度感応性高分子化合物と水
溶性高分子化合物との結合は、温度感応性高分子化合物
を与える単量体と、水溶性高分子化合物を与える単量体
とのブロック共重合によっても行うことができる。さら
に、ＬＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物と水溶性
高分子化合物との結合は、あらかじめ両者に反応活性な
官能基を導入し、両者を化学反応により結合させること
によっても行える。このとき、水溶性高分子化合物中に
反応活性な官能基を複数導入する必要がある。

【００１２】本発明の熱可逆性ハイドロゲル材料は、分
子内に存在する温度感応性高分子化合物のＬＣＳＴ以下
の温度においては、該温度感応性高分子化合物部分、水
溶性高分子化合物部分ともに水溶性であるので、完全に
水に溶解する。しかし、この水溶液の温度を、分子内に
存在する温度感応性高分子化合物のＬＣＳＴ以上の温度
に加温すると、該温度感応性高分子化合物部分が疎水性
となり、疎水的相互作用によって、別個の分子間で会合
する。一方、水溶性高分子化合物部分は、このときでも
水溶性であるので、本発明の熱可逆性ハイドロゲル材料
は水中において、温度感応性高分子化合物部分間の疎水
性会合部を架橋点とした、三次元網目構造をもつハイド
ロゲルを生成する。このハイドロゲルの温度を再び、分
子内に存在する温度感応性高分子化合物のＬＣＳＴ以下
の温度に冷却すると、該温度感応性高分子化合物部分が
水溶性となり疎水性会合による架橋点が解放され、ハイ
ドロゲル構造が消失する。このため、本発明の熱可逆性
ハイドロゲル材料は、再び完全な水溶液となる。このよ
うに、本発明の熱可逆性ハイドロゲル材料のゲル化は、
分子内に存在する温度感応性高分子化合物のＬＣＳＴに
おける可逆的な親水性、疎水性の変化に基づくものであ
るので、温度変化に対応して完全な可逆性を有する。

【００１３】

【実施例】以下に実施例を示して本発明をより具体的に
説明する。

【００１４】実施例１ （１）Ｎ−アクリロキシスクシンイミドの合成 Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド１１.５ｇ、トリエチル
アミン１１ｇをクロロホルム１５０mlに溶解し、０℃に
冷却してアクリルロイルクロライド１０ｇを滴下した。
０℃で３０分間撹拌後、冷蒸留水８０mlを加えた。クロ
ロホルム層に無水硫酸マグネシウムを加え脱水、濾過
後、２,６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール１
０mgを加え、溶液を３０mlまで濃縮、氷冷し、酢酸エチ
ル３mlとヘキサン２０mlの混合溶液を滴下した。析出沈
殿を濾集し、酢酸エチル／ヘキサン＝１／４の混合溶液
で洗浄、さらに酢酸エチル／ヘキサン＝１／９の混合溶
液で洗浄後、真空乾燥して８.６ｇのＮ−アクリロキシ
スクシンイミドを得た。

【００１５】（２）ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルア
ミド−コーＮ−アクリロキシスクシンイミド）の合成 Ｎ−イソプロピルアクリルアミド１０,２ｇ、Ｎ−アク
リロキシスクシンイミド１.７１ｇをクロロホルム４０
０mlに溶解、窒素置換後、Ｎ,Ｎ'−アゾビスイソブチロ
ニトリル０.１３５ｇを加え、６０℃にて６時間重合さ
せた。濃縮後、ジエチルエーテルに再沈した。凝集、真
空乾燥して８.８ｇのポリ（Ｎ−イソプロピルアクリル
アミド−コーＮ−アクリロキシスクシンイミド）を得
た。

【００１６】（３）熱可逆性ハイドロゲル材料Ｉの調製 ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド−コーＮ−アク
リロキシスクシンイミド）１.０ｇ、両末端アミノ化ポ
リエチレンオキシド（分子量６,０００；川研ファイン
ケミカル（株）製）０.５ｇをクロロホルム１００mlに
溶解し、５０℃で３時間反応させた。室温まで冷却後、
イソプロピルアミン０.１ｇを加え、１時間放置した。
濃縮後、ジエチルエーテル中に沈殿させた。凝集、真空
乾燥して、１.５ｇの本発明の熱可逆性ハイドロゲル材
料Ｉを得た。

【００１７】（４）熱可逆的ゲル化試験 熱可逆性ハイドロゲル材料Ｉ ０.５ｇを１０mlの蒸留水
に氷冷下で溶解した。この水溶液を徐々に加温すると、
約３０℃以上で流動性を失い、ゲル化した。このゲルを
冷却すると、約３０℃以下で流動性を取り戻し、再び水
溶液に戻った。この変化は可逆的に繰り返し観測され
た。

【００１８】実施例２ （１）ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド−コーＮ
−アクリロキシスクシンイミドーコーｎ−ブチルメタク
リレート）の合成 Ｎ−イソプロピルアクリルアミド９.６１ｇ、Ｎ−アク
リロキシスクシンイミド１.７１ｇ、ｎ−ブチルメタク
リレート０.７１ｇをクロロホルム４００mlに溶解し、
窒素置換後、Ｎ,Ｎ'−アゾビスイソブチロニトリル０.
１３５ｇを加え、６０℃にて６時間重合させた。濃縮後
ジエチルエーテルに再沈した。濾集、真空乾燥して、
７.８ｇのポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド−コ
ーＮ−アクリロキシスクシンイミドーコーｎ−ブチルメ
タクリレート）を得た。

【００１９】（２）熱可逆性ハイドロゲル材料IIの調製 ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド−コーＮ−アク
リロキシスクシンイミドーコーｎ−ブチルメタクリレー
ト）１.０ｇ、両末端アミノ化ポリエチレンオキシド
（分子量６,０００；川研ファインケミカル（株）製）
０.５ｇをクロロホルム１００mlに溶解し、５０℃にて
３時間反応させた。室温まで冷却後、イソプロピルアミ
ン０.１ｇを加え、１時間放置した。濃縮後、ジエチル
エーテル中に沈殿させた。濾過、真空乾燥して、１.５
ｇの本発明の熱可逆性ハイドロゲル材料IIを得た。

【００２０】（３）熱可逆的ゲル化試験 熱可逆性ハイドロゲル材料II ０.５ｇを１０mlの蒸留水
に氷冷下で溶解した。この水溶液を徐々に加温すると、
約２０℃以上で流動性を失い、ゲル化した。このゲルを
冷却すると、約２０℃以下で流動性を取り戻し、再び水
溶液に戻った。この変化は可逆的に繰り返し観測され
た。

【００２１】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の熱
可逆性ハイドロゲル材料は、特定の温度以下では水溶
性、その温度以上ではハイドロゲルとなる。本発明の熱
可逆性ハイドロゲル材料のゲル化は、分子内に存在する
温度感応性高分子化合物のＬＣＳＴにおける可逆的な親
水性、疎水性の変化に基づくものであるので、温度変化
に対応して完全な可逆性を有する。また、上記ＬＣＳＴ
は任意に制御可能であるのでゲル化温度も任意に制御で
きる。このように、本発明の熱可逆性ハイドロゲル材料
は従来にない特徴を有するので、物質の分離や医薬品、
食品、農薬、化粧品などに広く利用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 有一 神奈川県横浜市金沢区釜利谷町1642−212 Ｂ−４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＬＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物
   と水溶性高分子化合物が結合されてなる高分子化合物で
   あって、該ＬＣＳＴを有する温度感応性高分子化合物部
   分が一分子内に複数存在する熱可逆性ハイドロゲル材
   料。