Development of adhesion mechanism using upper critical solution temperature by electrostatic interaction and its application

利用静电相互作用上临界溶液温度的粘附机制的发展及其应用

基本信息

批准号：
21H02005
负责人：
遊佐真一
金额：
$ 11.48万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

高温で溶媒に溶解して低温で不溶となる現象は、上限臨界溶液温度（UCST）と呼ばれる。特に、同一側鎖にカチオンとアニオンを含む双性イオン構造のスルホベタイン構造の直鎖状高分子は、UCSTを示す高分子として研究されている。低温ではカチオンとアニオンの静電相互作用が強く働くため、水に不溶となる。一方昇温すると分子運動が激しくなり、静電相互作用が遮蔽されるため、水に可溶となることが知られている。本研究の最終目的は、UCSTを示すゲルを利用して、接着や自己修復に応用することである。今年度は、UCSTを示すヒドロゲルの合成を試みた。特に、カチオンとアニオン性側鎖をランダムにポリマー側鎖に導入したポリアンホライトに架橋剤を導入することでゲル化を試みた。これまでの研究で既に、カチオン性の４級アンモニウム塩を含むスチレン型モノマーのVBTACと、スルホネートイオンを含むスチレン型モノマーのNaSSによるランダム共重合体は、水中でUCST挙動を示すことを確認している。今回は、架橋剤となる２つのメタクリレート基を含む低分子量ポリエチレングリコール（PEG）存在下で、VBTACとNaSSの共重合を行うことでヒドロゲルを作製した。得られたヒドロゲルは、純水中で温度を変化しても、常に白濁した状態で温度応答挙動を示さなかったが、食塩やチオ硫酸ナトリウムなどを溶解した水中で、低温で白濁して、昇温により透明化する現象が観測された。これは、純水中ではカチオン性のVBTACと、アニオン性のNaSSの静電相互作用が強く働くため、温度応答挙動を観測できなかったが、塩を添加してVBTACとNaSSの静電相互作用を遮蔽することで、温度変化による静電相互作用の強さが変化したと考えられる。さらに、温度応答の実験条件を最適化することにより、より明確にポリアンホライトヒドロゲルは、UCST挙動を示すと期待される。

物质在高温下溶解于溶剂而在低温下变得不溶的现象称为上临界溶解温度（UCST）。特别地，已经研究了具有在同一侧链中包含阳离子和阴离子的两性离子磺基甜菜碱结构的线性聚合物作为表现出UCST的聚合物。在低温下，阳离子和阴离子之间的静电相互作用很强，使得它们不溶于水。另一方面，众所周知，当温度升高时，分子运动变得更加强烈，静电相互作用被屏蔽，使其溶于水。这项研究的最终目标是利用表现出 UCST 的凝胶并将其应用于粘附和自修复。今年，我们尝试合成一种具有 UCST 性能的水凝胶。特别是，我们尝试通过将交联剂引入聚两性石中来实现凝胶化，其中阳离子和阴离子侧链随机引入到聚合物侧链中。先前的研究已经证实，含有阳离子季铵盐的苯乙烯单体VBTAC和含有磺酸根离子的苯乙烯单体NaSS的无规共聚物在水中表现出UCST行为。这次，我们通过在低分子量聚乙二醇（PEG）存在下共聚 VBTAC 和 NaSS 来制备水凝胶，其中含有两个甲基丙烯酸酯基团并充当交联剂。即使在纯水中改变温度，所获得的水凝胶仍然浑浊并且没有表现出温度响应行为；观察到材料由于温度而变得透明的现象。这是因为在纯水中，阳离子VBTAC和阴离子NaSS之间的静电相互作用很强，因此无法观察到温度响应行为，但当添加盐时，VBTAC和NaSS之间的静电相互作用被认为是静电相互作用的强度。通过屏蔽，相互作用会因温度变化而变化。此外，通过优化温度响应的实验条件，聚两性水凝胶有望表现出更清晰的UCST行为。

项目成果

期刊论文数量（168）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Preparation of amphiphilic diblock copolymers with pendant hydrophilic phosphorylcholine and hydrophobic dendron groups and their self‐association behavior in water

带有亲水性磷酸胆碱和疏水性树枝基团的两亲性二嵌段共聚物的制备及其在水中的自缔合行为

DOI：
10.1002/pola.26921
发表时间：
2013-11-15
期刊：
Journal of Polymer Science Part A
影响因子：
0
作者：
Kazuki Osawa;T. Imae;M. Ujihara;Atsushi Harada;Kanako Ochi;K. Ishihara;S. Yusa
通讯作者：
S. Yusa

Mechanistic insights and importance of hydrophobicity in cationic polymers for cancer therapy

阳离子聚合物疏水性在癌症治疗中的机理见解和重要性

DOI：
10.1039/d2tb02059a
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
7
作者：
Kumar Nishant;Oqmhula Kenji;Hongo Kenta;Takagi Kengo;Yusa Shin;Rajan Robin;Matsumura Kazuaki
通讯作者：
Matsumura Kazuaki

Formation of Water-Soluble Complexes from Fullerene with Biocompatible Block Copolymers Bearing Pendant Glucose and Phosphorylcholine

富勒烯与带有葡萄糖和磷酸胆碱的生物相容性嵌段共聚物形成水溶性复合物