JP2002085957A - ハイドロゲル - Google Patents

ハイドロゲル

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    • Y10S516/90Liquid crystal material of, or for, colloid system, e.g. g phase

Abstract

(57)【要約】 【課題】 合成二分子膜の分子設計をベースにした低分
子化合物による分子組織性ハイドロゲルを提供する。 【解決手段】 炭素数10以下の直鎖型或いは分岐型アル
キル基を疎水部に有するカチオン性両親媒性化合物の分
散水溶液に、分子量90以上のアニオンを添加することに
よって形成される分子組織性ハイドロゲル。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低分子化合物によ
るハイドロゲルに関し、特に可逆的にゲル-ゾル相転移
を起こす分子組織性ハイドロゲルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来ハイドロゲルに代表されるソフトマ
テリアルは、合成高分子もしくは多糖などの生体高分子
を主成分としてきた。しかしながら、ハイドロゲルの有
する組織構造や、その物質保持能力、透過性を分子-ナ
ノレベルで制御すること、さらに高速の刺激応答性や化
学エネルギーの力学変換機能など、新しい機能を付与す
るためには、ゲルのナノ構造やその表面化学構造を精密
に制御する必要があり、従来の高分子を用いる方法では
技術的に限界がある。
【0003】これに対し、低分子化合物の集合化により
ナノレベルの分子組織体でハイドロゲルを作成するとい
う新しい方法論が実現すれば、そのナノ構造や物性を構
成分子の化学構造や、分子組織体の特性(相転移現象な
ど)を通して精密に制御できる可能性がある。
【0004】低分子化合物を用いた分子組織性ハイドロ
ゲルの開発には、自発的にハイドロゲルを形成する人工
の分子組織体を開発する必要がある。しかしながら、有
機溶媒中で自己組織化しゲルを形成する自己組織性オル
ガノゲルの形成例は数多く知られているものの、水溶液
中で自己組織的にゲルを形成する分子集合体について
は、その一般的な分子設計指針が得られていないのが現
状である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は比較
的低分子量の化合物を用いて分子組織性ハイドロゲルの
開発を目指すものであり、合成二分子膜の分子設計をベ
ースにして低分子化合物による分子組織性ハイドロゲル
を得ることを目的とする。
【0006】
【発明を解決するための手段】上記問題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、炭素数10以下の直鎖型或いは分
岐型アルキル基を疎水部に有するカチオン性両親媒性化
合物の分散水溶液に、分子量90以上のアニオンを添加す
ることによって、低分子化合物を用いて分子組織性ハイ
ドロゲルが得られることを見出し本発明に想到した。
【0007】すなわち本発明のハイドロゲルは、炭素数
10以下の直鎖型或いは分岐型アルキル基を疎水部に有す
るカチオン性両親媒性化合物と、分子量90以上のアニオ
ンとを組み合わせたことを特徴とする。
【0008】本発明に用いるカチオン性両親媒性化合物
は、疎水部が炭素数10以下の低分子化合物である点で、
疎水部に結晶性の高い長鎖のアルキル基等を有する従来
型の二分子膜形成分子とは異なる。本発明に用いるカチ
オン性両親媒性化合物は、一般的な二分子膜形成分子に
比べて分子配向性が低いため、単独ではハイドロゲルを
形成しないが、分子量が90以上のアニオンを組み合わせ
ることにより安定なハイドロゲルを得ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、順を追って、本発明のハイ
ドロゲルを詳細に説明する。
【0010】[A] カチオン性両親媒性化合物 本発明に用いるカチオン性両親媒性化合物は、疎水部と
親水部からなり、疎水部に炭素数10以下の直鎖型或いは
分岐型アルキル基を有するものである。カチオン性両親
媒性化合物におけるカチオン基は、四級アミノ基が好ま
しい。また疎水部の炭素数は3〜8が好ましい。
【0011】以下、特に好ましく用いることのできるカ
チオン性両親媒性化合物の具体例を挙げる。
【化5】
【化6】
【0012】[B]アニオン 本発明に用いるアニオンは、分子量90以上のアニオンで
あり、特に分子量100〜500のものが好ましい。また、所
謂疎水性アニオンであることが好ましい。ここで、疎水
性アニオンとは、大きな溶解エンタルピーを必要とする
アニオンを意味し、例えば比較的弱い電場をもった大き
なアニオンや、芳香族等の疎水基を含む大きなアニオン
がこれに該当する。
【0013】上記アニオンの中から、カチオン性両親媒
性化合物に適したアニオンを選択することにより安定性
な分子組織性ハイドロゲルを形成することができる。カ
チオン性両親媒性化合物の疎水部が分岐型アルキル基や
炭素数の少ないアルキル基からなる場合は、疎水性の大
きなアニオンを加えても沈殿を生じず、安定なハイドロ
ゲルを形成するのに好ましい。
【0014】本発明に好ましく用いることのできるアニ
オンは、過塩素酸イオン、2-ナフタレンスルホン酸及び
9,10-ジメトキシ-2-アントラセンスルホン酸である。特
に、カチオン性両親媒性化合物が
【化7】 の場合は過塩素酸イオン、スチレンスルホン酸又は2-ナ
フタレンスルホン酸を用いることが好ましく、カチオン
性両親媒性化合物が
【化8】 の場合は9,10-ジメトキシ-2-アントラセンスルホン酸を
用いることが好ましい。
【0015】[C]分子組織性ハイドロゲルの形成 分子組織性ハイドロゲルは、カチオン性両親媒性化合物
の分散水溶液に、分子量90以上のアニオンを添加するこ
とによって形成することができる。
【0016】分散水溶液におけるカチオン性両親媒性化
合物の濃度は、5〜50mMとすることが好ましく、特に10
〜20mMとすることが好ましい。
【0017】また、カチオン性両親媒性化合物の1mol
に対して、0.5〜2molのアニオンを添加することが好ま
しく、特に1molとすることが好ましい。
【0018】かくして得られる本発明の分子組織性ハイ
ドロゲルは、低分子化合物の集合化によりナノレベルの
分子組織体でハイドロゲルを作製するという新しい方法
論により得られるものである。本発明の分子組織性ハイ
ドロゲルは、高温(〜80℃)において、可逆的なゲル-
ゾル転移を示すことが分かっている。従って、そのナノ
構造や物性を構成分子の化学構造や、分子組織体の特性
(相転移現象など)を通して精密に制御することによ
り、ドラッグデリバリーシステム、酵素たんぱく質の固
定化担体、人工筋肉、分離膜等への応用の可能性を有し
ている。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例をあげて説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。
【0020】下記表1に記載のカチオン性両親媒性化合
物とアニオンとを組み合わせて、ハイドロゲルの形成を
試みた。
【0021】表1に記載のカチオン性両親媒性化合物
に、水を加えて1〜2分超音波照射することにより、均
一分散水溶液を調製し、これに種々のアニオン(Br-、C
lO4 -、2-ナフタレンスルホン酸、9,10-ジメトキシ-2-ア
ントラセンスルホン酸)を等モルとなるよう添加した
後、更に1〜2分超音波照射して静置した。結果を表1
に示す。
【0022】
【表1】
【0023】化合物1は、結晶性の高い疎水部(炭素数
12)を有する従来型の二分子形成化合物である。化合物
1にClO4 -(20mM)を添加したサンプルは、粘性のある
水溶液(ゾル)を与えたが、化合物1に芳香族アニオン
を添加したサンプルはいずれも沈殿した。これに対し、
化合物2にClO4 -(10mM)、2-ナフタレンスルホン酸(5
mM)を添加したサンプル、及び化合物3に9,10-ジメト
キシ-2?アントラセンスルホン酸(20mM)を添加したサ
ンプルは沈殿せず、均一なハイドロゲルを与えた。
【0024】これらを1〜2mMに希釈し、電子顕微鏡で
観察したところ、化合物2にClO4 -(10mM)を添加した
サンプルでは、幅8〜10nm、長さ3μm以上のファイバ
ー状会合体が3〜10本束になった網目状構造物を形成し
ていることが分かった(図1)。また、化合物2に2-ナ
フタレンスルホン酸(5mM)を添加したサンプルについ
ては、幅8〜16nm、長さ2〜3μmのファイバー状会合
体が(図2)、化合物3に9,10-ジメトキシ-2-アントラ
センスルホン酸(20mM)を添加したサンプルについて
は、幅6nm程度、長さ3μm以上のファイバー状会合体
が5、6本束になった網目状構造物が観察できた(図
4)。
【0025】これらの会合形態は二分子膜に特徴的なも
のであり、分子量90以上のアニオンの添加によって短鎖
型脂質(化合物2)や、分岐型脂質(化合物3)が発達
したファイバー状架橋構造を与えたことが判る。従来型
の二分子形成化合物(化合物1)では、このようなハイ
ドロゲル形成が認められないことから、(i)結晶性の低
い疎水部構造、(ii)分子量90以上のアニオン(疎水性イ
オン)とのイオンペアからなる親水部、及び(iii)発達
した水素結合ネットワークの形成が分子組織性ハイドロ
ゲルを得るための条件といえる。ただし、化合物2に9,
10-ジメトキシ-2-アントラセンスルホン酸(10mM)を添
加したサンプルは沈殿を与え、化合物3に2-ナフタレン
スルホン酸(20mM)を添加したサンプルではゲル化能が
低いことから、ハイドロゲルの構造安定性は脂質と対ア
ニオンの両成分の分子構造に大きく依存する。
【0026】次に化合物2にClO4 -(10mM)を添加して
形成されたハイドロゲルについて、熱的特性を分光学的
に評価した。400nmにおける吸光度の温度依存性を測定
したところ、ゲルを加熱すると、60〜75℃の領域で溶解
してゾルとなり、その後更に加熱すると急激に白濁し
た。この変化は可逆的であり、冷却すると白濁が消失し
て元の均一なハイドロゲルが得られた。ゲルのDSC測
定においては、78℃より吸熱が観測され、85℃に吸熱ピ
ークがみられた(ΔH:30kJmol-1)。この吸熱ピーク
は溶液の白濁と対応しており、当該サンプルがゲル−ゾ
ル転移のみならず、高温側で大きな会合形態変化を示す
ことが判った。同様なゲル−ゾル転移及び白濁化は、化
合物2に2-ナフタレンスルホン酸を添加して形成された
ハイドロゲルについても観測された。
【0027】このように、本発明の分子組織性ハイドロ
ゲルは、構成成分の分子構造に依存して多様な物性・構
造特性が得られるので、今後新規ハイドロゲル系として
多様な展開が期待できる。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、炭素数10以下の直
鎖型或いは分岐型アルキル基を疎水部に有するカチオン
性両親媒性化合物の分散水溶液に、分子量90以上のアニ
オンを添加することによって得られる本発明の分子組織
性ハイドロゲルは、低分子化合物の集合化によりナノレ
ベルの分子組織体でハイドロゲルを作製するという新し
い方法論により得られるものである。
【0029】本発明の分子組織性ハイドロゲルは、高温
(〜80℃)において、可逆的なゲル-ゾル転移を示すの
で、そのナノ構造や物性を構成分子の化学構造や、分子
組織体の特性(相転移現象など)を通して精密に制御す
ることにより、ドラッグデリバリーシステム、酵素たん
ぱく質の固定化担体、人工筋肉、分離膜等への応用の可
能性が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 化合物2にClO4 -(10mM)を添加したサンプ
ルを1mMに希釈した時の電子顕微鏡写真を示す図であ
る。
【図2】 化合物2に2-ナフタレンスルホン酸(5mM)
を添加したサンプルを1mMに希釈した時の電子顕微鏡写
真を示す図である。
【図3】 化合物3に2-ナフタレンスルホン酸(20mM)
を添加したサンプルを2mMに希釈した時の電子顕微鏡写
真を示す図である。
【図4】 化合物3に9,10-ジメトキシ-2-アントラセン
スルホン酸(20mM)を添加したサンプルを2mMに希釈し
た時の電子顕微鏡写真を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 加川 和宏 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 4G065 AA01 AA09 AB01Y AB02Y AB17Y AB18Y AB22Y BA09 BB08 CA15 DA02 DA04 4H006 AA01 AA03 AA05 AB68 BV34

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素数10以下の直鎖型或いは分岐型アル
    キル基を疎水部に有するカチオン性両親媒性化合物の分
    散水溶液に、分子量90以上のアニオンを添加することに
    よって形成されることを特徴とするハイドロゲル。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のハイドロゲルにおい
    て、前記カチオン性両親媒性化合物が、下記式: 【化1】 【化2】 のいずれかにより表されることを特徴とするハイドロゲ
    ル。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載のハイドロゲルに
    おいて、前記アニオンが、過塩素酸イオン、スチレンス
    ルホン酸、2-ナフタレンスルホン酸、9,10-ジメトキシ-
    2-アントラセンスルホン酸より選ばれる少なくとも1種
    のアニオンであることを特徴とするハイドロゲル。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のハイドロゲルにおい
    て、前記カチオン性両親媒性化合物が 【化3】 であり、かつ、前記アニオンが過塩素酸イオン、スチレ
    ンスルホン酸又は2-ナフタレンスルホン酸であることを
    特徴とするハイドロゲル。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載のハイドロゲルにおい
    て、前記カチオン性両親媒性化合物が 【化4】 であり、かつ、前記アニオンが9,10-ジメトキシ-2-アン
    トラセンスルホン酸であることを特徴とするハイドロゲ
    ル。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載のハイド
    ロゲルにおいて、二分子膜ナノファイバー構造のネット
    ワークより成り、可逆的にゲル-ゾル転移することを特
    徴とするハイドロゲル。
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