JP2004162017A - 水溶性ブロック共重合体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アニオン性化合物とイオンコンプレックスを形成し得るカチオン性ブロックと、非イオン性ブロックとからなる分子鎖を有し、遺伝子キャリアーや、塗料あるいはインキの顔料分散剤など、幅広い用途に有用な水溶性ブロック共重合体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】分子中にポリ（エチレンイミン）ブロック単位とポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位とを有し、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体。
特に、一般式（１） Ｘ−（Ａ−Ｂ）ｎ 又は Ｘ−（Ｂ−Ａ）ｎ
（式中、Ｘは１価以上の重合開始化合物残基、Ａはポリ（エチレンイミン）ブロック単位、Ｂはポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位、ｎはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数である。）で表される、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アニオン性化合物とイオンコンプレックスを形成し得るカチオン性ブロックと、非イオン性ブロックとからなる分子鎖を有し、遺伝子キャリアーや、塗料あるいはインキの顔料分散剤など、幅広い用途に有用な水溶性ブロック共重合体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリ（エチレンイミン）が製紙、化粧品、水の純化などに使用されてきた。しかしながら、ここ数年来、カチオン性重合体であるポリ（エチレンイミン）が、アニオン性生体高分子、たとえばＤＮＡなどとの静電気的なイオン相互作用により、イオンコンプレックスを形成することから、遺伝子キャリアーとして注目を集めている。
【０００３】
ポリ（エチレンイミン）は本来カチオン性水溶性重合体であるが、ＤＮＡなどのアニオン性生体高分子とイオンコンプレックスを形成すると水に対して不溶となってしまうため、その用途は非常に限られたものとなる。
そのため二重親水性ブッロク共重合体が提案されている。かかる二重親水性ブッロク共重合体は、両ブロック共に水溶性であるが、両ブロックそれぞれが異なった機能を有する。その結果、イオンコンプレックスをコアとし、非イオン性ブロックをコロナとするナノミセルが形成され、水中に均一に分散する。このようにして得られるナノミセルは、広い用途に応用可能で、特にＤＮＡキャリアとして有用である。
【０００４】
例えば、ポリ（エチレンイミン）と、分子鎖片末端にエポキシ基を有するポリ（エチレングリコール）をカップリングさせて得られる水溶性ブロック共重合体が挙げられる（たとえば、非特許文献１参照。）。かかる水溶性ブロック共重合体はポリ（エチレングリコール）ブロックが非イオン性であるため、有機溶媒との親和性に乏しいという問題点があった。
【０００５】
また、ポリ（エチルオキサゾリン）の一部を加水分解して得られる、分子中にエチレンイミンを有するエチレンイミンとエチルオキサゾリンとのランダム共重合体も知られている（たとえば、特許文献１参照）。かかる共重合体については、ポリエチルオキサゾリンを単に加水分解してその程度を調整しているため、ランダム共重合体となっても決してブロック共重合体にはならない。このランダム共重合体は、アニオン性化合物とイオン結合体を形成するという特性を有していても、ブロック共重合体のような明確なコアとコロナ区分を有するイオンコンプレックスナノミセルを形成する特性を示すものではない。
【０００６】
さらに、線状のポリ（エチレンイミン）に２−エチル−２−オキサゾリンを反応させて得られるグラフト共重合体も提案されている（特許文献２参照）。この共重合体は、幹ポリマーがポリ（エチレンイミン）であるため、分子中の多数の窒素原子にポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）が結合したグラフト共重合体であって、所謂ブロック共重合体ではない。
【０００７】
【非特許文献１】
ミロス・セドラック（Milos Sedlak），外２名，「マクロモレキュラー・ケミストリー・アンド・フィジクス（Macromolecular Chemistry and Physics）」，１９９９年，第１９９巻，ｐ．２４７−２５４
【特許文献１】
特開２００２−１９４１１６号公報
【特許文献２】
特開平０８−１２００３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、線状のカチオン性ブロックと、水溶性であり、かつ有機溶媒への溶解性を有する線状の非イオン性ブロックとからなる線状の分子鎖を有する水溶性ブロック共重合体およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、分子中にポリ（エチレンイミン）ブロック単位とポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位とを有し、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体を提供するものである。
また、本発明は、
一般式（１）
Ｘ−（Ａ−Ｂ）ｎ 又は Ｘ−（Ｂ−Ａ）ｎ
一般式（２）
［Ｘ−（Ａ−Ｂ）ｎ］ｍ−Ｙ 又は ［Ｘ−（Ｂ−Ａ）ｎ］ｍ−Ｙ
（上式中、Ｘは１価以上の重合開始化合物残基、Ａはポリ（エチレンイミン）ブロック単位、Ｂはポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位、Ｙは１価以上の末端化合物残基、ｎはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数、ｍはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数である。）で表される、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体を提供するものである。
更に、本発明は、分子中にポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロック単位またはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロック単位とポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位とを有する水溶性ブロック共重合体を、水と、ポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）を溶解するが水と非相溶の有機溶媒との混合溶媒中に分散させてエマルジョンを形成させ、酸またはアルカリ存在下に、該水溶性ブロック共重合体のポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロックまたはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロックを優先的に加水分解することを特徴とする水溶性ブロック共重合体の製造方法を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の水溶性ブロック共重合体は、水系溶媒中でカチオン性を示す線状のポリ（エチレンイミン）ブロック単位（以下、単にエチレンイミンブロックという）と線状のポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位（以下、単にプロピオニルエチレンイミンブロックという）とを有し、質量平均分子量が２５００〜８０００００のものである。
本発明の水溶性ブロック共重合体を構成するエチレンイミンブロックＡとプロピオニルエチレンイミンブロックＢとは、Ａ−Ｂ、Ａ−Ｂ−Ａ、Ｂ−Ａ−Ｂ、Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ−・・・で結合しているものであり、特にＡ−ＢおよびＢ−Ａで結合しているのが好ましい。
【００１１】
本発明の水溶性ブロック共重合体の代表的なものを以下に示す。
一般式（１）
Ｘ−（Ａ−Ｂ）ｎ 又は Ｘ−（Ｂ−Ａ）ｎ
一般式（２）
［Ｘ−（Ａ−Ｂ）ｎ］ｍ−Ｙ 又は ［Ｘ−（Ｂ−Ａ）ｎ］ｍ−Ｙ
（上式中、Ｘは１価以上の重合開始化合物残基、Ａはエチレンイミンブロック、Ｂはプロピオニルエチレンイミンブロック、Ｙは１価以上の末端化合物残基、ｎはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数、ｍはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数である。）で表される、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体が挙げられる。
【００１２】
上記式中の１価以上の重合開始剤としては、カチオン開環リビング重合の開始剤であり、低分子化合物と高分子化合物である。かかる重合開始剤としては、好ましくは１〜１２価のもので、その価数に応じてエチレンイミンブロックＡまたはプロピオニルエチレンイミンブロックＢと結合している。そのため、該重合開始剤の価数が１および２の場合には、直鎖状の水溶性ブロック共重合体となり、それ以上の価数であれば星型の水溶性ブロック共重合体、特にベンゼン骨格の６価では典型的な星型のものとなる。なお、重合開始剤の価数が大きく、しかも後述の末端化合物が結合している場合、水溶性ブロック共重合体がゲル化しないように１価の末端化合物を選択するのが好ましい。
【００１３】
かかる低分子化合物類の重合開始剤としては、分子中に塩化アルキル基、臭化アルキル基、ヨウ化アルキル基、トルエンスルホニルオキシ基、あるいはトリフルオロメチルスルホニルオキシ基などの官能基を有する化合物を用いることができる。具体的には、たとえば、塩化メチルベンゼン、臭化メチルベンゼン、ヨウ化メチルベンゼン、トルエンスルホン酸メチルベンゼン、トリフルオロメチルスルホン酸メチルベンゼン、臭化メタン、ヨウ化メタン、トルエンスルホン酸メタンまたはトルエンスルホン酸無水物、トリフルオロメチルスルホン酸無水物、５−（４−ブロモメチルフェニル）-１０，１５，２０-トリ（フェニル）ポルフィリン、ブロモメチルピレンなどの１価のもの、ジブロモメチルベンゼン、ジヨウ化メチルベンゼン、ジブロモメチルビフェニレン、ジブロモメチルアゾベンゼンなどの２価のもの、トリブロモメチルベンゼン、などの３価のもの、テトラブロモメチルベンゼン、テトラ（４−クロロメチルフェニル）ポルフィリン、テトラブロモエトキシフタロシアニンなどの４価のもの、ヘキサブロモメチルベンゼン、テトラ（３，５−ジトシリルエチルオキシフェニル）ポルフィリンなどの５価以上のものが挙げられる。
多くのアルコール類化合物をトシレート化、またはブロモ化することで、それらを簡便に重合開始剤として用いることができる。
これらの中でも、臭化アルキル、ヨウ化アルキル、トルエンスルホン酸アルキル、トリフルオロメチルスルホン酸アルキルは重合開始効率が高く、特に臭化アルキル、トルエンスルホン酸アルキルを使用するのが好ましい。
また、上記カチオン開環リビング重合開始能を有する官能基を有し、かつ光による発光機能、エネルギー移動機能、電子移動機能を有するポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格のいずれかの骨格を有する色素類は、得られる水溶性ブロック共重合体に特殊な機能を付与することができる。
【００１４】
高分子化合物の重合開始剤としては、たとえば、ポリ（エチレングリコール）の末端炭素原子に臭素原子あるいはヨウ素原子が結合したもの、末端酸素原子にトルエンスルホニル基が結合したものなどを使用することができる。その場合、ポリ（エチレングリコール）の分子量は８００〜１００００であればよく、１５００〜５０００であれば特に好適である。
【００１５】
上記式中の１価以上の末端化合物としては、実質的にエチレンイミンブロックＡまたはプロピオニルエチレンイミンブロックＢの末端を停止するものであり、好ましくは１〜１２価のもので、その価数に応じてエチレンイミンブロックＡまたはプロピオニルエチレンイミンブロックＢの末端で結合している。そのため、該化合物の価数が１および２の場合には、直鎖状の水溶性ブロック共重合体となり、それ以上の価数であれば星型やその複数の結合体である水溶性ブロック共重合体となる。なお、末端化合物の価数が大きい場合、水溶性ブロック共重合体がゲル化しないように１価の末端化合物を選択さするのが好ましい。
【００１６】
かかる末端化合物の具体的なものとしては、５−（４−アミノフェニル）-１０，１５，２０−トリ（フェニル）ポルフィリン、テトラ（４−アミノフェニル）ポルフィリン、アミノピレン、アミノメチルピレン、５−（４−ヒドロキシフェニル）-１０，１５，２０−トリ（フェニル）ポルフィリン、テトラ（４−ヒドロキシフェニル）ポルフィリン、テトラ（３，５−ジヒドロキシフェニル）ポルフィリン、テトラアミノフタロシアニンなどが挙げられ、これらの化合物は、置換基を有していてもよい。中でも、発光機能、エネルギー移動機能、電子移動機能を有するポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格のいずれかの骨格を有する色素類は、得られる水溶性ブロック共重合体に特殊な機能を付与することができる。
【００１７】
尚、本発明の水溶性ブロック共重合体は、重合開始剤残基を有しているが、必ずしも上記末端化合物の残基を有していなくともよく、その場合重合開始剤から解離した基や水素が結合している。
【００１８】
本発明の水溶性ブロック共重合体は、質量平均分子量が２５００〜８０００００、好ましくは５０００〜１０００００であり、エチレンイミンブロックＡとプロピオニルエチレンイミンブロックＢとのモル比が好ましくは０．１〜０．９５、より好ましくは０．３〜０．７である。かかる質量平均分子量が上記範囲であれば、良好な水溶性を示し、且つアニオン化合物と安定なイオン会合ミセル形成の特性を有することから好ましい。
かかる水溶性ブロック共重合体を構成するエチレンイミンブロックＡおよびプロピオニルエチレンイミンブロックＢの重合度は２０以上であるのが好ましい。各ブロックの重合度が２０未満であるときは、ブロック共重合体としての特徴が発現しにくい。一分子鎖中に含まれるブロック数は、用途によって適宜選択することができ特に限定されないが、イオンコンプレックス会合によってナノミセルを形成しやすいジブロック体またはトリブロック体とするのが好ましい。
また、水溶性ブロック共重合体の一分子鎖当たりの重合度は５０〜５０００であるのが好ましい。即ち、水溶性ブロック共重合体が星型である場合にはブロック鎖が複数本あり、一分子鎖当たりの重合度を上記範囲とするのが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の水溶性ブロック共重合体の製造方法について述べる。以下に詳述する製造方法は、エチレンイミンブロックとプロピオニルエチレンイミンブロックとからなる線状の分子鎖を有する新規な水溶性ブロック共重合体をもたらす画期的なものである。
【００２０】
即ち、分子中に線状のポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロック単位または線状のポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロック単位とプロピオニルエチレンイミンブロック（線状のポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位）とを有する水溶性ブロック共重合体（以下、「ブロック前駆体」と称す）を、水と、該プロピオニルエチレンイミンブロックを溶解するが水と非相溶の有機溶媒との混合溶媒中に分散させてエマルジョンを形成させ、酸またはアルカリ存在下に、該ブロック前駆体のポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロック単位（以下、「ホルミルエチレンイミンブロック」と称す）またはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロック単位（以下、「アセチルエチレンイミンブロック」と称す）を優先的に加水分解することにより水溶性ブロック共重合体を製造することができる。
【００２１】
本発明では、ホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロック、および、プロピオニルエチレンイミンブロックが、どちらも水溶性であるが、前者に比べて後者の方が有機溶媒に対して高い溶解性を有することに着目してなされたものである。ホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有するブロック前駆体の水溶液に、プロピオニルエチレンイミンブロックを溶解するが水と非相溶の有機溶媒を加えて撹拌すると、ホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックは水相に溶解し、プロピオニルエチレンイミンブロックは有機溶媒相に溶解してエマルジョンを形成する。
【００２２】
この系に、酸またはアルカリを加えて加熱することによって、水相に溶解したホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックが優先的に加水分解される結果、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる線状の分子鎖を有する水溶性ブロック共重合体が得られる。該水溶性ブロック共重合体は、アニオン性化合物とイオンコンプレックスを形成した後も水溶性を保持し、かつ有機溶媒にも相溶性を示す。
【００２３】
本発明の、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する水溶性ブロック共重合体は、その前駆重合体である、ホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有するブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解することによって得られる。
【００２４】
前記ブロック前駆体は、２−オキサゾリンまたは２−メチル−２−オキサゾリンをカチオン開環リビング重合した後、得られたリビングポリマーに、さらに２−エチル−２−オキサゾリンを重合させることによって得られる。同様にして、２−オキサゾリンまたは２−メチル−２−オキサゾリンの重合と、２−エチル−２−オキサゾリンの重合を交互に繰り返すことによって、多ブロックのブロック前駆体が得られる。勿論、２−エチル−２−オキサゾリンの重合を先に行い、次いで２−オキサゾリンまたは２−メチル−２−オキサゾリンの重合を行うこともできる。このようなブロック前駆体の製法については、例えばアドバンセス・イン・ケミストリー・シリーズ １４２，３２０（１９７５）などで知られている。
【００２５】
カチオン開環リビング重合反応に使用する溶媒としては、非プロトン性不活性溶媒や非プロトン性極性溶媒など、公知慣用の溶媒を使用することができる。
ブロック前駆体の各ブロックの重合度は２０以上であるのが好ましい。各ブロックの重合度が２０未満であるときは、最終的に得られる水溶性ブロック共重合体としての特徴が発現しにくい。一分子鎖中に含まれるブロック数は、用途によって適宜選択することができ特に限定されないが、イオンコンプレックス会合によってナノミセルを形成しやすいジブロック体またはトリブロック体とするのが好ましい。
また、ブロック前駆体の一分子鎖当たりの重合度は５０〜５０００であるのが好ましい。
【００２６】
ブロック前駆体の一分子中のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックの重合度と、プロピオニルエチレンイミンブロックの重合度との比は、一分子鎖当たりのブロック数とは無関係に、２：８〜８：２の範囲にあるのが好ましい。
【００２７】
カチオン開環リビング重合の重合開始剤としては、前記したものが使用に供される。かかる重合開始剤として上記官能基を有し、かつ特殊な機能を有するものを使用すれば、連鎖末端の窒素原子に該開始剤の残基が結合したブロック前駆体が得られ、そのホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解することによって、分子鎖末端の窒素原子に、特殊な機能を有する基が結合した水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００２８】
三官能性以上の多官能性重合開始剤である場合は、該開始剤を核（１）とする星型のブロック前駆体が得られ、そのホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解することによって、分子鎖末端の窒素原子が、特殊な機能を有する核（１）に結合した星型の水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００２９】
カチオン開環リビング重合によって得られるブロック前駆体はリビングポリマーであり、分子鎖末端の炭素原子に活性点を有しているので、求核性の高い官能基、たとえば、アミノ基やフェノール性ヒドロキシ基などと容易に反応する。したがって、該求核性の高い官能基を３個以上有する化合物（前記末端化合物）を、リビングポリマーであるブロック前駆体と反応させれば、該化合物を核とする星型のブロック前駆体が得られる（上記求核性の高い官能基を３個以上有する化合物である核を、以下単に「核（２）」と略記する。）。すなわち、この場合は、分子鎖末端の炭素原子が核（２）に結合した星型のブロック前駆体が得られる。
【００３０】
ブロック前駆体の活性末端に、該活性点と反応する上記官能基を有し、かつ前記の特殊な機能を有する化合物（末端化合物）を反応させれば、分子鎖末端の炭素原子に該化合物の残基が結合したブロック前駆体が得られ、そのホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解することによって、分子鎖末端の炭素原子に特殊な機能を有する基が結合した水溶性ブロック共重合体が得られる。星型のブロック前駆体の活性末端に末端化合物を反応させた場合は、自由鎖末端の炭素原子に特殊機能を有する基が結合した星型のブロック前駆体が得られ、上記と同様にして加水分解することによって自由鎖末端に特殊な機能を有する基が結合した星型の水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００３１】
末端化合物としては、前記したものであり、特に光による発光機能、エネルギー移動機能、電子移動機能を有するポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格のいずれかの骨格を有する色素類が特殊な機能を水溶性ブロック共重合体に付与することができる。また、該化合物が、三官能性以上の多官能性化合物である場合は、該化合物を核（２）とする星型のブロック前駆体が得られ、そのホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解することによって、分子鎖末端の炭素原子が特殊な機能を有する核（２）に結合した星型の水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００３２】
カチオン開環リビング重合開始剤として一官能性の化合物を使用して得られたブロック前駆体のリビングポリマーに、さらに一官能性の化合物（末端化合物）を反応させ、得られたブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解すれば、分子鎖の両末端に特殊な機能を有する基が結合した水溶性ブロック共重合体が得られる。また、上記ブロック前駆体のリビングポリマーと、核（２）として三官能性以上の化合物（末端化合物）を反応させ、核（２）を有するブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解すれば、特殊機能を有する核（２）に結合した分子鎖の自由鎖末端の窒素原子に特殊機能を有する該化合物が結合した星型の水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００３３】
光による発光機能、エネルギー移動機能、電子移動機能など、特殊な機能を有するポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格のいずれかの骨格を有する、重合開始剤および末端化合物を使用し、またはこれらを組み合わせて得られるブロック前駆体の、ホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解することによって、上記機能を有する基が結合した水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００３４】
次に、ブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解して、水溶性ブロック共重合体を製造する方法について説明する。
【００３５】
ブロック前駆体から水溶性ブロック共重合体を得るためには、ブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックの優先的な加水分解反応を、エマルジョン状態で行わなければならない。該エマルジョンは、基本的にはブロック前駆体、水、および、プロピオニルエチレンイミンブロックを溶解するが水と非相溶の有機溶媒からなる。該混合物を撹拌すると、ブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックが水相に溶解し、一方、プロピオニルエチレンイミンブロックが有機溶媒相に溶解してエマルジョンを形成する。この場合、ブロック前駆体は乳化剤として作用する。該エマルジョンは、Ｏ／Ｗ型あるいはＷ／Ｏ型いずれであってもよい。
【００３６】
上記水と非相溶の有機溶媒としては、塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼン、ニトロベンゼン、メトキシベンゼン、トルエンなど、およびこれらの混合溶媒が挙げられる。
加水分解反応時、水相には、公知の加水分解触媒として酸またはアルカリを添加する。酸としては、塩酸、硫酸、硝酸など通常の無機酸類を、またアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなど通常の無機アルカリ類を使用することができる。
【００３７】
Ｏ／Ｗ型エマルジョンを反応場とする場合を例に挙げると、水相の酸またはアルカリの濃度は、加水分解されるホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを構成する単量体単位のモル数の少なくとも１倍相当量であればよく、５０倍以内とするのが好ましい。５０倍を超えると、プロピオニルエチレンイミンブロックが加水分解を受けやすくなる。最も好ましい範囲は１〜５倍である。
【００３８】
加水分解反応温度は１００℃以下が好ましく、使用する酸またはアルカリの濃度に合わせて設定するとよい。酸またはアルカリの濃度が高い場合は、温度を低く、たとえば室温程度に設定し、酸またはアルカリの濃度が低い場合は、反応温度を高めに設定するとよい。
【００３９】
酸を用いたＯ／Ｗ型エマルジョンの加水分解反応系では、反応の進行に伴って反応系内でのＯ／Ｗ型エマルジョンが水中ミセルに変換するので、そのミセルの形成を目安として、反応の終点を判断することができる。たとえば、反応の初期においては、ホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックは水相に溶解してＯ／Ｗ型エマルジョンを形成するが、ホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックが塩酸存在下に加水分解されて生成するエチレンイミンブロックの塩酸塩は、酸性の水相ではポリマー結晶となる。該ポリマー結晶は酸性の水相に不溶であるためエマルジョンが破壊され、その結果、該ポリマー結晶がコアとなり、そのまわりを水溶性のプロピオニルエチレンイミンブロックが覆ったコア−コロナ型のミセルが形成される。水相は不透明なミセル分散液となり、有機溶媒は油滴ではなく、油相として水相から分離する。この現象は視覚によって明確に観測でき、反応の終点の目安とすることができる。
【００４０】
一般的に、加水分解反応は２〜４８時間が好適であるが、酸の濃度、反応温度などの条件によって異なる。
上記加水分解反応によって、ブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックが優先的に加水分解されてエチレンイミンブロックとなり、水溶性ブロック共重合体が得られるが、この際、加水分解で使用される酸の量が過剰となると、プロピオニルエチレンイミンブロックも加水分解を受けるホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックとの近傍部分でいくらか加水分解を受け、前記エチレンイミンブロックに組み込まれることもあり得る。
【００４１】
しかし、この加水分解反応は、プロピオニルエチレンイミンブロック中のランダムな位置で起こるのではなく、水と非相溶の有機溶媒中に溶解しているプロピオニルエチレンイミンブロックが、撹拌や分子鎖の熱運動によって水相に引き出された部分で起こる。すなわち、エチレンイミンブロックに隣接した部分のプロピオニルエチレンイミンブロックが加水分解された結果、プロピオニルエチレンイミンブロックが加水分解を受けなかった場合と比較して、単に、得られる水溶性ブロック共重合体のエチレンイミンブロックの分子鎖長が幾分長くなり、プロピオニルエチレンイミンブロックの分子鎖長が幾分短くなるにすぎない。
【００４２】
本発明において、Ｏ／Ｗ型エマルジョンを形成させるための好ましい配合例は、ブロック前駆体１ｇに対し、水５〜４０ｍｌ、水と非相溶の有機溶媒は０．５〜６ｍｌである。
【００４３】
本発明の水溶性ブロック共重合体の製造方法によれば、ブロック前駆体を、水と、プロピオニルエチレンイミンブロックを溶解するが水と非相溶の有機溶媒との混合溶媒中に分散させてエマルジョンを形成させ、酸またはアルカリ存在下で加水分解することによって、該ブロック前駆体のホルミルエチレンイミンブロックまたはアセチルエチレンイミンブロックを優先的に加水分解することができ、カチオン性ブロックである線状のエチレンイミンブロックと、線状のプロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００４４】
前記ブロック前駆体を、２−オキサゾリンまたは２−メチル−２−オキサゾリンと、２−エチル−２−オキサゾリンとのカチオン開環リビング重合によって合成する場合に、三官能性以上の多官能性の開始剤を使用すれば星型のブロック前駆体が得られ、これを加水分解して星型の水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００４５】
カチオン開環リビング重合開始剤が、ポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格など、特殊な機能を有する骨格をもっている場合は、最終的に得られる線状または星型の水溶性ブロック共重合体に、光による発光機能、エネルギー移動機能、電子移動機能などの特殊な機能を付与することができる。
【００４６】
カチオン開環リビング重合によって合成したブロック前駆体は、リビングポリマーであり、分子鎖末端の炭素原子上に活性点を有する。この活性点と反応する基を３個以上有する末端化合物を該リビングポリマーと反応させることによっても、星型のブロック前駆体、およびこれを加水分解した星型の水溶性ブロック共重合体が得られる。
【００４７】
前記分子鎖末端の活性点と反応させる末端化合物として、上記特殊な機能を有する骨格をもつ化合物を使用すれば、最終的に得られる線状および星型の水溶性ブロック共重合体に特殊な機能を付与することができる。
【００４８】
本発明の水溶性ブロック共重合体は、線状のカチオン性ブロックを有しており、生体高分子などとの水中ナノミセル形成に用いることができる。くわしくいえば、本発明での水溶性ブロック共重合体はアニオン性のDNA、タンパク質、ウイルス、ばい菌などとイオン結合し、それらを取り込んだキャリアーとして用いることができる。このようなキャリアーは医療またはナノ医療分野での、臨床用診断剤、治療剤、生体組織接着剤、保護剤として有用である。特に、本発明での水溶性ブロック共重合体はＤＮＡとのナノミセル形成に極めて有用であり、そのミセルは遺伝子治療用のベクター調製の重要な素材として用いることができる。ポルフィリンまたはフタロシアニンなどを含む水溶性ブロック共重合体は光線力学ガン治療のレーザー光線による色素型制ガン剤として用いることができる。また、光機能性を有するナノミセルをナノリアクター（nanoreactor）、またはナノ粒子型触媒として用いることもできる。
【００４９】
また、本発明の水溶性ブロック共重合体は、アニオン性の染料、顔料との水中ナノ分散体作製に有用であり、前記、医療またはナノ医療分野における用途、あるいは、ナノリアクター（nanoreactor）やナノ粒子型触媒などの用途以外に、各種水性塗料や水性インキ、中でも水性ジェットインキなどにも好適に使用することができる。特にアニオン性基を有する染料としては、コンゴーレッド、アシッドレッド、アシッドバイオレット、インジゴカルミン、フタロシアニンスルホン酸ナトリウム、フタロシアニンカルボン酸ナトリウム、クロロフィリンナトリウム、フェニルポルフィリンスルホン酸ナトリウム、フェニルポルフィリンカルボン酸ナトリウム、フェニルポルフィリンカルリン酸ナトリウム、ピロガロールレッド、ピロガロールバイオレット、ヘスペリジンなどが挙げられる。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例および参考例によって本発明をさらに具体的に説明する。特に断らない限り、「％」は「質量％」を表す。
【００５１】
＜分子量測定法＞
東ソー株式会社製高速液体クロマトグラフィー「ＨＬＣ−８０００」（ＲＩ検出器、ＴＳＫｇｅ１２０００ｘ１＋３０００Ｈｘｌ＋５０００Ｈｘｌ＋ｇｕａｒｄｃｏｌｕｍｎＨｘ１−Ｈ、溶媒ジメチルホルムアミド、流速１．０ｍｌ／分、温度４０℃）を使用して測定した。
【００５２】
＜粒径および粒径分布の測定法＞
日機装株式会社製ＵＰＡ粒度分析計「Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ ９２０３」（レーザー光波長７８０ｎｍ、反射角１８０^o、温度２５℃）を使用して、動的光散乱（ＤＬＳ）法による粒径および粒径分布を測定した。
【００５３】
（合成例１）
＜ブロック前駆体（１−１）の合成＞
容積５０ｍｌの反応容器内部を窒素ガスで置換した後、カチオン開環リビング重合開始剤である臭化ベンジル０．１７１ｇ（１ｍｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド５ｍｌを加え、室温で攪拌した。この溶液に、２−メチル−２−オキサゾリン８．５１ｇ（０．１ｍｏｌ）を加えた後、１００℃で２４時間攪拌しながら２−メチル−２−オキサゾリンをカチオン開環リビング重合させた。重合率は９８％であった。
【００５４】
反応液温度を６０℃に下げた後、２−エチル−２−オキサゾリン４．９５ｇ（０．０５ｍｏｌ）を加えた後、１００℃に加熱し２４時間攪拌した。反応混合液の温度を室温に下げ、メタノール１０ｍｌを加えた後、反応混合液を減圧濃縮した。この濃縮液をジエチルエーテル１００ｍｌ中に注いで、重合体を沈殿させた。
得られた重合体のメタノール溶液を、ジエチルエーテル中に注いで再沈殿させ、吸引濾過後、濾過物を真空乾燥し、ブロック前駆体（１−１）１２．９５ｇを得た。収率は９５％であった。
【００５５】
得られたブロック前駆体（１−１）の分子量を測定した結果、数平均分子量（以下、「Ｍｎ」と略記する。）は１２０００であり、分子量分布は１．１５であった。
¹Ｈ−ＮＭＲ（d_TMS = 0, CDCl₃）測定からアセチルエチレンイミンブロックにおける側鎖メチル基のシグナル（CH₃ 1.97ppm）と、プロピオニルエチレンイミンブロックにおける側鎖エチル由来のシグナル（CH₃ 1.13ppm, CH₂ 2.41ppm）および両ブッロクの主鎖エチレンシグナル(CH₂CH₂ 3.46ppm)を確認した。従って、両単位の¹Ｈ−ＮＭＲ測定による積分比から、アセチルエチレンイミンブロックとプロピオニルエチレンイミンブロックとのモル組成比は７０：３０であることがわかった。このことから、その平均モノマーの質量を８９．３と見積もることができる。
【００５６】
（合成例２）
＜星型のブロック前駆体（１−２）の合成＞
反応容器に、六官能性のカチオン開環リビング重合開始剤であり、星型のブロック前駆体の核（１）となるヘキサブロモメチルベンゼン０．０２１ｇ（０．０３３ｍｍｏｌ）を加え、窒素置換した。窒素気流中、２−メチル−２−オキサゾリン１．５３ｇ（１８ｍｍｏｌ）、およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド５ｍｌを順次加えた。撹拌しながら６０℃に加熱して１０分間保持し、次いで１００℃に昇温し、２０時間撹拌した。^１Ｈ−ＮＭＲの測定結果から、２−メチル−２−オキサゾリンがほぼ定量的に重合し、ポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）が得られたことが確認できた。この重合体の分子量を測定した結果、その質量平均分子量は２１４００で、その分子量分布は１．６５であった。
【００５７】
上記反応液に、さらに２−エチル−２−オキサゾリン０．５９ｇ（６ｍｍｏｌ）を加え、１００℃で２４時間撹拌した。反応混合液の温度を室温に下げ、メタノール１０ｍｌを加えた後、反応混合液を減圧濃縮した。この濃縮液をジエチルエーテル１００ｍｌ中に注いで、重合体を沈殿させた。
得られた重合体のメタノール溶液を、ジエチルエーテル中に注いで再沈殿させ、吸引濾過後、濾過物を真空乾燥し、水溶性の星型のブロック前駆体（１−２）２．１ｇを得た。収率は９７％であった。
分子量測定および^１Ｈ−ＮＭＲ測定した結果、その質量平均分子量が２４４００、その分子量分布が１．７２であった。
¹Ｈ−ＮＭＲ（d_TMS = 0, CDCl₃）測定からアセチルエチレンイミンブロックにおける側鎖メチル基のシグナル（CH₃ 1.99ppm）と、プロピオニルエチレンイミンブロックにおける側鎖エチル由来のシグナル（CH₃ 1.13ppm, CH₂ 2.41ppm）および両ブッロクの主鎖エチレンシグナル(CH₂CH₂ 3.46ppm)を確認した。従って、両単位の¹Ｈ−ＮＭＲ測定による積分比から、アセチルエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は８０：２０であることがわかった。
【００５８】
（合成例３）
＜星型のブロック前駆体（１−３）の合成＞
六官能性カチオン開環リビング重合開始剤であり、星型のブロック前駆体の核（１）となるヘキサブロモメチルベンゼン０．０３３ｇ（０．０５２ｍｍｏｌ）、２−メチル-２-オキサゾリン１．５３ｇ（１８ｍｍｏｌ）、２−エチル-２-オキサゾリン０．９９ｇ（１０ｍｍｏｌ）、およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド５ｍｌを使用した以外は、合成例１と同様の方法であるが、２−エチル−２−オキサゾリンを先に重合させ、その後２−メチル−２−オキサゾリンを重合させることで、水溶性の星型のブロック前駆体（１−３）２．４ｇを得た。収率は９４％であった。
その質量平均分子量は２９７００、分子量分布は１．８１であった。１Ｈ NMRでは、合成例２同様なシグナルが観測され、分子鎖中のアセチルエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は６８：３２であった。
【００５９】
（合成例４）
＜星型のブロック前駆体（１−４）の合成＞
内部をアルゴンガスで置換した反応容器に、四官能性のカチオン開環リビング重合開始剤であり、星型のブロック前駆体の核（１）となるテトラ（４−クロロメチルフェニル）ポルフィリン０．０２２ｇ（０．０２７ｍｍｏｌ）、ヨウ化ナトリウム０．１２ｇ、およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド６ｍｌを加え、室温で３時間攪拌した。この溶液に、２-エチル-２-オキサゾリン０．９９ｇ（１０ｍｍｏｌ）を加え、１００℃に昇温し２４時間撹拌した。
【００６０】
反応液温度を６０℃に下げた後、２−メチル−２−オキサゾリン１．５３ｇ(１８ｍｍｏｌ)を加え、１００℃に昇温して２４時間攪拌した。得られた重合体を、合成例１と同様の方法で単離し、水溶性の星型のブロック前駆体（１−４）２．４ｇを得た。収率は９５％であった。
【００６１】
分子量測定および^１Ｈ−ＮＭＲ測定した結果、その質量平均分子量が２５８００、その分子量分布が１．７２であった。
¹Ｈ−ＮＭＲ（d_TMS = 0, CDCl₃）測定からアセチルエチレンイミンブロックにおける側鎖メチル基のシグナル（CH₃ 1.97ppm）と、プロピオニルエチレンイミンブロックにおける側鎖エチル由来のシグナル（CH₃ 1.14ppm, CH₂ 2.41ppm）および両ブッロクの主鎖エチレンシグナル(CH₂CH₂ 3.45ppm)を確認した。また、星型ポリマー中心に位置するポルフィリン骨格のピロール環のプロトンは8.82ppmに現れた。¹Ｈ−ＮＭＲ測定による積分比から、アセチルエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は７１：２９であることがわかった。
この星型のブロック前駆体（１−４）は、核にポルフィリン構造を有するため、該ブロック前駆体水溶液の吸収スペクトルにおいて、ポルフィリンに固有のソレー（Soret）帯に由来する４２０ｎｍ（free base）の強い吸収が観測された。
【００６２】
（合成例５）
＜星型のブロック前駆体（１−５）の合成＞
窒素ガスで置換した反応容器に、トルエンスルホン酸メチル０．０４４ｇ（０．２３６ｍｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド５ｍｌ、２−エチル−２−オキサゾリン２．３４ｇ（０．０２３６ｍｏｌ）を加えた後、１００℃で１６時間攪拌した。
反応液温度を６０℃に下げた後、２−メチル−２−オキサゾリン２．０１ｇ（０．０２３６ｍｏｌ）を加えた、１００℃に加熱し、２４時間攪拌した。
【００６３】
反応液温度を室温に下げた後、四官能性の核（２）としてテトラ（４−アミノフェニル）ポルフィリン０．０３８ｇ（０．０５６ｍｍｏｌ）を加え、８０℃で２４時間攪拌した。
合成例１と同様の方法によって生成物を単離し、水溶性の星型のブロック前駆体（１−５）４．２７ｇを得た。収率は９６％であった。
【００６４】
分子量測定および^１Ｈ−ＮＭＲ測定した結果、その質量平均分子量が５８７００、その分子量分布が１．２５であった。
¹Ｈ−ＮＭＲ（d_TMS = 0, CDCl₃）測定からアセチルエチレンイミンブロックにおける側鎖メチル基のシグナル（CH₃ 1.97ppm）と、プロピオニルエチレンイミンブロックにおける側鎖エチル由来のシグナル（CH₃ 1.14ppm, CH₂ 2.41ppm）および両ブッロクの主鎖エチレンシグナル(CH₂CH₂ 3.45ppm)を確認した。また、星型ポリマー中心に位置するポルフィリン骨格のピロール環のプロトンは8.79ppmに現れた。¹Ｈ−ＮＭＲ測定による積分比から、分子鎖中のアセチルエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は５１：４９であった。
この星型のブロック前駆体（１−５）は、核にポルフィリン構造を有するため、該ブロック前駆体水溶液の吸収スペクトルにおいて、ポルフィリンに固有のソレー（Soret）帯に由来する４１８ｎｍ（free base）の強い吸収が観測された。
【００６５】
（実施例１）
＜水溶性ブロック共重合体（２−１a）の合成＞
合成例１で得たブロック前駆体（１−１）０．５ｇを、１５mlのクロロホルム中に溶解させた後、それに５ｍｏｌ／ｌの塩酸水溶液0.８５ｍｌを加えた。この混合液を撹拌してW/O型エマルジョンを得た。該エマルジョンを５０℃に加熱し、４８時間攪拌した。反応液にアセトン５０ｍｌを加えて重合体を沈殿させた後、吸引濾過し、アセトンで洗浄した。得られた重合体を乾燥し、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する水溶性ブロック共重合体（２−１）０．４２ｇを得た。
^１Ｈ−ＮＭＲ（TMS外部標準、重水中）測定の結果、加水分解前のアセチルエチレンイミンブロックの側鎖メチルに由来した1.98ppm のピークは完全に消えた。ところが、プロピオニルエチレンイミンブロックの側鎖のエチル基に由来したピークは1.18ppm(CH₃)と2.25ppm(CH₂)は消えなかった。また、ポリマーの主鎖（ＣＨ_２ＣＨ_２）由来のピークは3.52ppmを中心に現れた。これらのピークの積分値から、分子鎖中の（エチレンイミン）単位と、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比はほぼ７０：３０であった。このことから、アセチルエチレンイミンブロックに於いて加水分解が進行したと判断された。
【００６６】
（実施例2）
＜水溶性ブロック共重合体（２−１b）の合成＞
合成例１で得た水溶性ブロック共重合体（１−１）０．５ｇを、５ｍｏｌ／ｌの塩酸２０ｍｌ（過剰量で添加）に溶解し、これにクロロホルム３ｍｌを加えて３０分間撹拌してエマルジョンを得た。該エマルジョンを５０℃に加熱し、１０時間攪拌した。反応液にアセトン５０ｍｌを加えて重合体を沈殿させた後、吸引濾過し、アセトンで洗浄した。得られた重合体を乾燥し、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する水溶性ブロック共重合体（２−１）０．４５ｇを得た。
^１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果、分子鎖中のエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は８０：２０であった。
（実施例3）
＜星型の水溶性ブロック共重合体（２−２）の合成＞
実施例２におけるブロック前駆体（１−１）の代わりに、合成例２で得た星型のブロック前駆体（１−２）を使用したこと以外は、すべて実施例２と同様にして、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する星型の水溶性ブロック共重合体（２−２）０．４３ｇを得た。分子鎖中のエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は８５：１５であった。
【００６７】
（実施例4）
＜星型の水溶性ブロック共重合体（２−３）の合成＞
実施例２におけるブロック前駆体（１−１）の代わりに、合成例３で得た星型のブロック前駆体（１−３）を使用したこと以外は、すべて実施例２と同様にして、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する星型の水溶性ブロック共重合体（２−３）０．４７ｇを得た。分子鎖中のエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は７２：２８であった。
【００６８】
（実施例5）
＜星型の水溶性ブロック共重合体（２−４）の合成＞
実施例２におけるブロック前駆体（１−１）の代わりに、合成例４で得た星型のブロック前駆体（１−４）を使用したこと以外は、すべて実施例２と同様にして、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する星型の水溶性ブロック共重合体（２−４）０．４５ｇを得た。
【００６９】
分子鎖中のエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は７９：２１であった。
この星型の水溶性ブロック共重合体は、核にポルフィリン構造を有するため、該ブロック共重合体水溶液の吸収スペクトルにおいて、ポルフィリンに固有のソレー（Soret）帯に由来する４２０ｎｍ（free base）の強い吸収が観測された。
【００７０】
（実施例6）
＜星型の水溶性ブロック共重合体（２−５）の合成＞
実施例２におけるブロック前駆体（１−１）の代わりに、合成例５で得た星型のブロック前駆体（１−５）を使用したこと以外は、すべて実施例２と同様にして、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する星型の水溶性ブロック共重合体（２−５）０．４２ｇを得た。
【００７１】
分子鎖中のエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックのモル組成比は６２：３８であった。
この星型の水溶性ブロック共重合体は、核にポルフィリン構造を有するため、該ブロック共重合体水溶液の吸収スペクトルにおいて、ポルフィリンに固有のソレー（Soret）帯に由来する４４２ｎｍ（プロトン化）の強い吸収が観測された。
【００７２】
（応用例１）
＜水溶性ブロック共重合体（２−１ａ）を用いた染料コンゴレッドの水中分散体の調製＞
実施例１で得た水溶性ブロック共重合体ポリマー（２−１ａ）１０ｍｇを３ｍＬの蒸留水に溶解した。攪拌しながら、その溶液にコンゴレッド（東京化成社製、アニオン性の赤染料）の水溶液（３．５ｍｇ／ｍＬ）２．０ｍＬを滴下した。それを一晩放置させた後、得られた分散体の粒径分布測定を行った結果、平均粒径１５０ｎｍの単分散を示した。この分散液を円心分離装置にて処理すると、上澄みは全く無色透明になった。即ち、液中には、フリーな染料はないと考えられる。
【００７３】
（応用例２）
＜星型の水溶性ブロック共重合体（２−４）とＤＮＡとのイオン会合によるナノ粒子の形成＞
実施例５で得た星型の水溶性ブロック共重合体（２−４）０．０１５ｇを１ｍｌの蒸留水に溶解し、この溶液を、サケの精子から抽出したＤＮＡを含む濃度２．２ｍｇ／ｍｌの水溶液４ｍｌ中に滴下し、１時間攪拌した。該分散液について、動的光散乱法によって、星型の水溶性ブロック共重合体（２−４）とＤＮＡとの会合粒子の形成を確認したところ、平均中心粒径が１７５ｎｍで、単分散状態のナノ粒子が観測された。さらに、この分散液に、０．２ｇの食塩を加え、塩濃度を０．６９ｍｏｌ／ｌに調製し、再び会合粒子の粒径を確認したところ、平均中心粒径は１７５ｎｍのままであった。ＤＮＡを含むナノ粒子は、これほどの高濃度の食塩中でも全く凝集することなく、これを半年間放置した後にも粒径変化は起こらず、きわめて高い安定性を保持した。この安定性の高さは、星型の水溶性ブロック共重合体（２−４）のプロピオニルエチレンイミンブッロクがイオン会合コアを取り囲む水溶性コロナ層を形成したことを強く示唆する。この中性のコロナ層が塩の静電気的な遮蔽効果を弱める働きをしたと推測できる。
【００７４】
上記実施例に示した本発明における加水分解反応の特徴は、アセチルエチレンイミンブロックが優先的に加水分解されることと、加水分解を受けるのが側基であるアシル基であり、分子鎖の主鎖構造は全く変化しないことである。したがって、加水分解反応前後で水溶性ブロック共重合体の重合度は変わらない。
実施例１〜６で得られた水溶性ブロック共重合体（２−１ａ）〜（２−５）の^１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果、前駆重合体であるブロック前駆体（１−１）〜（１−５）で１．９７ｐｐｍに現れたアセチルエチレンイミンブロックのメチル基に由来するピークが完全に消失していた。一方、プロピオニルエチレンイミンブロックのメチル基に由来する１．１３ｐｐｍのピークは残存し、そのピークの積分強度は加水分解前よりはいくぶん減少するが、その減少の度合いは加水分解反応時間を変えることによって制御できることから、アセチルエチレンイミンブロックが優先的に加水分解されていることが明らかである。
【００７５】
尚、加水分解反応後の水溶性ブロック共重合体（２−１ｂ）〜（２−５）におけるエチレンイミンブロックのモル分率は、いずれもその前駆重合体であるブロック前駆体（１−１）〜（１−５）におけるアセチルエチレンイミンブロックのモル分率よりも増大している。これは、塩酸過剰系において、加水分解反応がアセチルエチレンイミンブロックだけではなく、プロピオニルエチレンイミンブロックにおいても起こり、その部分がエチレンイミンブロックに変化したことを意味している。
【００７６】
しかし、本発明におけるブロック前駆体の加水分解反応は、エマルジョン中で行うため、有機溶媒相に溶解したプロピオニルエチレンイミンブロックの大部分は加水分解を受けず、撹拌や熱運動によって該ブロックが水相にわずかに引き出された部分のみが加水分解されたと解するのが妥当である。すなわち、プロピオニルエチレンイミンブロックの加水分解は、該ブロックのランダムな位置で起こるのではなく、エチレンイミンブロックに連続した部分で起こっており、したがって、水溶性ブロック共重合体のブロック配列には、実質的な乱れはないと結論できる。
【００７７】
上記応用例２からも明らかなように、本発明の水溶性ブロック共重合体の製造方法によって得られる、エチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する水溶性ブロック共重合体は、エチレンイミンブロックがカチオン性ブロックであり、アニオン性の生体高分子であるＤＮＡとイオンコンプレックスを形成し、ナノ粒子となって水相に分散している。
【００７８】
【発明の効果】
本発明は、新規な、カチオン性ブロックであるエチレンイミンブロックと、プロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する線状または星型の水溶性ブロック共重合体を提供することができる。
また、本発明の水溶性ブロック共重合体の製造方法によれば、ブロック前駆体を、水と、プロピオニルエチレンイミンブロックを溶解するが水と非相溶の有機溶媒との混合溶媒中に分散させてエマルジョンを形成させ、酸またはアルカリ存在下で加水分解することによって、カチオン性ブロックであるエチレンイミンブロックとプロピオニルエチレンイミンブロックとからなる分子鎖を有する線状または星型の水溶性ブロック共重合体をもたらすことができる。

Claims (12)

1. 分子中にポリ（エチレンイミン）ブロック単位とポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位とを有し、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体。
2. 一般式（１）
   Ｘ−（Ａ−Ｂ）ｎ 又は Ｘ−（Ｂ−Ａ）ｎ
   （式中、Ｘは１価以上の重合開始化合物残基、Ａはポリ（エチレンイミン）ブロック単位、Ｂはポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位、ｎはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数である。）で表される、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体。
3. 一般式（２）
   ［Ｘ−（Ａ−Ｂ）ｎ］ｍ−Ｙ 又は ［Ｘ−（Ｂ−Ａ）ｎ］ｍ−Ｙ
   （式中、Ｘは１価以上の重合開始化合物残基、Ａはポリ（エチレンイミン）ブロック単位、Ｂはポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位、Ｙは１価以上の末端化合物残基、ｎはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数、ｍはＸの価数の範囲内で、少なくとも１の整数である。）で表される、質量平均分子量が２５００〜８０００００である水溶性ブロック共重合体。
4. 前記ポリ（エチレンイミン）ブロック単位と前記ポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位とのモル比が、０．１〜０．９５
   である請求項１乃至３のいずれかに記載の水溶性ブロック共重合体。
5. 前記Ｘが、１〜１２価の重合開始化合物残基である請求項１乃至４のいずれかに記載の水溶性ブロック共重合体。
6. 前記Ｙが、１〜１２価の末端化合物残基である請求項３乃至５のいずれかに記載の水溶性ブロック共重合体。
7. 前記Ｘが、ベンゼン骨格、ポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格のいずれかの骨格を有する重合開始化合物の残基である請求項１乃至３のいずれかに記載の水溶性ブロック共重合体。
8. 前記Ｙが、ベンゼン骨格、ポルフィリン骨格、フタロシアニン骨格、またはピレン骨格のいずれかの骨格を有する末端化合物の残基である請求項３乃至７のいずれかに記載の水溶性ブロック共重合体。
9. 分子中にポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロック単位またはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロック単位とポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位とを有する水溶性ブロック共重合体を、水と、ポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）を溶解するが水と非相溶の有機溶媒との混合溶媒中に分散させてエマルジョンを形成させ、酸またはアルカリ存在下に、該水溶性ブロック共重合体のポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロックまたはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロックを優先的に加水分解することを特徴とする水溶性ブロック共重合体の製造方法。
10. 一般式（３）
    Ｘ−（Ｚ−Ｂ）ｎ，
    Ｘ−（Ｂ−Ｚ）ｎ，
    ［Ｘ−（Ｚ−Ｂ）ｎ］ｍ−Ｙ 又は
    ［Ｘ−（Ｂ−Ｚ）ｎ］ｍ−Ｙ
    （式中、Ｚはポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロック単位またはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロック単位、Ｘ、Ｂ、ｎ、ｍは請求項３と同じである。）で表される水溶性ブロック共重合体を、水と、ポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）を溶解するが水と非相溶の有機溶媒との混合溶媒中に分散させてエマルジョンを形成させ、酸またはアルカリ存在下に、該水溶性ブロック共重合体のポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロックまたはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロックを優先的に加水分解することを特徴とする水溶性ブロック共重合体の製造方法。
11. 前記ポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロック単位またはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロック単位と前記ポリ（Ｎ−プロピオニルエチレンイミン）ブロック単位とのモル比が、０．１〜０．９である請求項９又は１０記載の水溶性ブロック共重合体の製造方法。
12. 前記酸またはアルカリが、ポリ（Ｎ−ホルミルエチレンイミン）ブロック単位またはポリ（Ｎ−アセチルエチレンイミン）ブロック単位を構成する単量体単位のモル数の１〜５０倍のモル数である請求項９乃至１１のいずれかに記載の水溶性ブロック共重合体の製造方法。