新規ナノチェッカーボード構造を有する非膨潤ゲルの創製

创建具有新型纳米棋盘结构的非溶胀凝胶

基本信息

批准号：
14J06051
负责人：
鎌田宏幸
金额：
$ 1.39万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J06051/
关键词：
ハイドロゲル膨潤分解誘起膨潤体積相転移力学物性分解

项目摘要

昨年度には，温度応答性高分子を導入することで，生理条件下で膨潤挙動が制御されたハイドロゲルを構築した．しかし，この特殊な設計をもってしても，ハイドロゲルが分解するにつれ，新たな膨潤が誘起されてしまうことが課題であった (分解誘起膨潤)．多くの生体応用においては，ハイドロゲルは役目を終えた後に分解し，体外に排出されることが求められる．そのため，分解誘起膨潤を克服可能な新たなメカニズムの探索が必要であった．そこで本年度は，分子レベルで"膨潤しにくい"高分子からハイドロゲルを構築することを試みた．高分子ゲルの膨潤挙動を予測するのに最適なFlory-Rehner理論によれば，水中における溶解度パラメーター (χ) が0.53程度となる高分子からハイドロゲルを構築すれば，膨潤が分子レベルで抑制された状態となることがわかっている．そこで本研究では，親水性N,N-dimethylacrylamideおよび疎水性N-tert-butylacrylamideからなる"水に馴染みにくい"コポリマーをハイドロゲルの構成成分として採用した．得られたハイドロゲルをダルベッコりん酸緩衝生理食塩水 (D-PBS) に浸漬させ，その膨潤度の温度依存性を検討した．すると，生体温度である37℃において，このハイドロゲルは膨潤しないということが明らかとなった．更に，ハイドロゲルの分解試験を行ったところ，このハイドロゲルはある一定の程度の膨潤度を保ったまま分解が進行することが判明した．これはFloryらの理論的予測と一致するものである．このように，水への馴染みやすさを調節した合成高分子を用いることで，分解誘起膨潤が抑制されたハイドロゲルの合成に成功した．これは，薬物担体や細胞の足場として利用する場合などにおいて，安全に分解して体外へ排出される材料を実現するための要素技術として極めて重要なものである．

去年，我们通过引入温度响应聚合物构建了一种在生理条件下具有受控膨胀行为的水凝胶。然而，即使采用这种特殊的设计，问题是随着水凝胶的分解会引起新的膨胀（降解引起的膨胀）。在许多生物应用中，水凝胶在完成其作用后需要分解并从体内排出。因此，有必要寻找一种新的机制来克服分解引起的膨胀。因此，今年，我们尝试用在分子水平上“不易膨胀”的聚合物构建水凝胶。根据最适合预测聚合物凝胶溶胀行为的Flory-Rehner理论，如果水凝胶由水中溶解度参数(χ)约为0.53的聚合物构成，则可以在分子水平上抑制溶胀。据了解，情况将是因此，在本研究中，我们采用了由亲水性N,N-二甲基丙烯酰胺和疏水性N-叔丁基丙烯酰胺组成的“水不相容”共聚物作为水凝胶的组成部分。将获得的水凝胶浸入杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水(D-PBS)中，并研究其溶胀程度的温度依赖性。结果表明，这种水凝胶在 37°C（生物温度）下不会膨胀。此外，当对水凝胶进行分解测试时，发现水凝胶在分解的同时保持一定程度的溶胀。这与Flory等人的理论预测一致。这样，我们通过使用调整了水相容性的合成聚合物，成功合成了抑制分解引起的膨胀的水凝胶。这是一项极其重要的基本技术，用于制造用作药物载体或细胞支架时可以安全分解并从体内排出的材料。