JP2004189915A - Material composed of acrylic polymer having functional group and method for producing the same - Google Patents

Material composed of acrylic polymer having functional group and method for producing the same Download PDF

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JP2004189915A
JP2004189915A JP2002360372A JP2002360372A JP2004189915A JP 2004189915 A JP2004189915 A JP 2004189915A JP 2002360372 A JP2002360372 A JP 2002360372A JP 2002360372 A JP2002360372 A JP 2002360372A JP 2004189915 A JP2004189915 A JP 2004189915A
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functional group
acrylic polymer
group
hollow fiber
weight
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Yoshihiro Aga
善広 英加
Tetsuji Kondo
哲司 近藤
Takanori Saito
孝則 齋藤
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To readily provide a material having a functional group by adding a polyalkylene glycol having a functional group to a material composed of an acrylic polymer. <P>SOLUTION: The material is composed of an acrylic polymer having a functional group having ≥10 wt.% water content. The material is preferably composed of the acrylic polymer having the functional group in which porosity of the material is ≥30%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料およびその製造方法に関するものであり、官能基を有するポリアルキレングリコールを含む水溶液をアクリル系ポリマーからなる材料に接触させることにより、容易に官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料を提供できる。
【0002】
【従来の技術】
近年、官能基を有する材料がアフィニティーなどの研究用材料として、またリガンドを導入した医療材料を製造するための反応性材料として用いられてきた。官能基を導入するための材料の担体素材としては、セルロース、セルロース誘導体、アガロース、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスルホン系ポリマー、キチン、キトサンなどの高分子化合物が用いられてきた。これら担体の形状としては、ビーズ、繊維、中空糸膜、平膜、ゲルなどが用いられている。
【0003】
しかし、これら担体に官能基を導入する際は、臭化シアンで活性基を表面に導入したり、α−クロロアセトアミドメチル基などの活性基を表面に導入したりして、表面化学反応により官能基を導入する必要があった(例えば、特許文献1参照)。これらの手法は研究用途などでは頻繁に用いられているが、医療材用途などの大量生産に用いる場合は、合成操作が煩雑で、反応物質や溶媒を大量に使用するため大量の廃液、廃棄物が出るなど製造コストがかかってしまう問題があった。
【0004】
アクリル系ポリマー、特にポリメタクリレート系ポリマーは生体適合性に優れており、眼内レンズやコンタクトレンズ、人工腎臓をはじめとして種々の分離膜やフィルム、ハイドロゲルなどに用いられている。しかし、現在利用されているアクリル系ポリマーに官能基を導入する際は、加水分解したり(例えば、非特許文献1参照)、官能基を有するモノマーと共重合したりするなどして、上記と同じく官能基の導入にかかるコストが生産上大きな問題となっている。一方、アクリル系ポリマーのような合成物質とポリアルキレングリコールと結合した物質との相互作用を利用した組成物に関する技術が知られており(特許文献2参照)、該技術によれば基材への生理活性物質の固定化は可能である。
【0005】
【特許文献1】
国際公開第97/027878号パンフレット
【0006】
【非特許文献1】
伊藤嘉浩ら、「プロシーディングズ オブ ナショナル アカデミー オブ サイエンシズ(Proceedings of National Academy of Sciences)」,ナショナル アカデミー オブ サイエンス オブ ザ ユナイテッド ステイツ オブアメリカ(National Academy of Sciences of the United States of America),1996年,93巻,p.3598−3601
【0007】
【特許文献2】
特表2001−527539号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記の問題を考慮して、汎用的に用いられているアクリル系ポリマーからなる材料に容易にかつ効率的に官能基を導入できる方法とそれにより得られる製造コストのかからない材料を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。すなわち、含水率が10重量%以上であることを特徴とする官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料、および含水状態のアクリル系ポリマーからなる材料に官能基を有するポリアルキレングリコールを含む水溶液を接触させ、ポリアルキレングリコールをアクリル系ポリマーに固定化することによりアクリル系ポリマーに官能基を導入する方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明におけるアクリル系ポリマーとは、主としてアクリル酸、メタクリル酸およびそれらの誘導体などからなる重合体であり、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリフェニルアクリレートなどが挙げられるが、生体適合性の点からポリメチルメタクリレートが望ましい。本発明で用いられるアクリル系ポリマーは、その他のモノマーを共重合することにより適宜、コポリマーとして用いてもよい。
【0011】
本発明に好ましく用いられるポリメチルメタクリレートは、アイソタクチック構造部分とシンジオタクチック構造部分をもつが、アイソタクチックリッチのポリマーを単独で用いてもよいし、シンジオタクチックリッチのポリマーを単独で用いてもよい。しかし、アイソタクチシチの高いポリメチルメタクリレートと、シンジオタクチシチの高いポリメチルメタクリレートとは、ある条件下において構造的な絡み合い、いわゆるステレオコンプレックスを形成できるため、成形性の観点から両者をブレンドしてステレオコンプレックス構造をもたせたものが望ましい。
【0012】
アイソタクチックポリメチルメタクリレートとしては、アイソタクチック構造(トライアド表示)が50%以上、好ましくは70%以上を含むものが用いられる。ポリメチルメタクリレートの立体構造は核磁気共鳴吸収法によって、定量的に求めることができる。アイソタクチックポリメチルメタクリレートは一般にグリニヤ試薬またはアルキルリチウムなどの有機金属化合物を用いる重合によって得られ、このような方法によれば、アイソタクチック構造の含量90%以上のポリマーを得ることも可能である。
【0013】
一方、シンジオタクチシチの高いシンジオタクチックポリメチルメタクリレートは通常のラジカル重合によって得られる。この場合、カルボキシル基や、スルホン酸基などの陰イオン性基あるいは第4級アンモニウム基や、アミノ基などの陽イオン性基、さらにヒドロキシエチルメタクリレートやアクリルアミドなどの非イオン性基などを含有するビニルモノマーなどを1種類以上共重合することも可能である。また、ポリメチルメタクリレート単独重合品や分子量の異なったポリマー、あるいは異なる種類の共重合ポリマーなどを数種類混合して用いることも、必要に応じて行なわれる。
【0014】
ポリメチルメタクリレート系ポリマーの平均分子量は、目的とする材料の構造や、機械的特性、さらに紡糸性などを考慮すると、通常10万以上が好ましい。
【0015】
材料の形態としては、繊維状のもの、球状のもの、平膜状のもの、中空糸膜状のものなど特に限定されない。
【0016】
本発明で使用されるポリメチルメタクリレート系ポリマーは、例えば公知の乾湿式紡糸法で製造できる。ポリメチルメタクリレート系ポリマーの原液の溶媒としては、ゾル−ゲル変化を示すポリメタクリレート系ポリマーを溶解する溶媒はすべて使用可能であるが、原液を冷却した時に適当な温度で、ゲル化する溶媒が好ましく使用される。さらに、凝固時に脱溶媒して製品とするための凝固剤としては、水が好ましく用いられるため、この水と置換容易な溶媒が特に好ましい。このため、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、酢酸、アセトン、メチルエチルケトン、およびこれらの相互混合物などが用いられる。
【0017】
また、ポリメチルメタクリレート系ポリマーの原液のポリマー濃度も分子量と同様に材料の構造や機械的特性あるいは紡糸性に関与してくるものであり、得られる材料の構造および機械的特性を考慮すると、原液中のポリマー濃度は5〜30重量%、さらには10〜30重量%の範囲に設定されることが好ましい。
【0018】
さらに、材料の細孔径制御のために、多価アルコールや水、塩などといった第3の添加剤を加えることも通常行なわれる手段である。
【0019】
このようして得られるポリメチルメタクリレート系ポリマーの原液の粘度は繊維状や中空糸膜状に製造する場合、紡糸性と深く関わってくる要因であり、用いる口金の形状や寸法あるいは制御可能な温度範囲、ゾル−ゲル変化温度などを考慮して決定することが好ましい。通常、10〜8000ポイズであることが好ましく、さらには100〜3000ポイズであることが好ましい。すなわちポリマー濃度と分子量を適宜選択することで最適な紡糸原液条件を設定することが可能となる。
【0020】
次に、本発明に好ましく用いられる中空糸膜状の含水ポリメチルメタクリレート系材料を製造する例を示す。
【0021】
通常、中空糸膜の紡糸に用いられる乾湿式紡糸法は、吐出された糸条を空中で伸長し、所定の寸法に設定した後、凝固浴に導いて凝固・脱溶媒を行なう方法であり、一般に広く採用されている。
【0022】
中空糸は内側に中空部分を形成させるための液体もしくは気体を、外側に重合体を溶液に溶かした紡糸原液を流すことができる多重スリットを用い、これらの液体、気体を凝固浴に吐出することにより得られる。内側に注入される液体としては、たとえば、該紡糸原液の溶媒および水やアルコールなどの凝固剤、これらの混合物、あるいは該共重合体やそれとの混合物の非溶媒であるような疎水性の液体、たとえば、n−オクタン、流動パラフィンなどの脂肪族炭化水素、ミリスチン酸イソプロピルの様な脂肪酸エステルなども使用できる。親水性の凝固剤を使用した場合には凝固剤に親和性の高い親水性ポリマ成分が膜内表面に移動し、凝固する。また、吐出糸条が空中での温度変化によってゲル化したり、凝固によって速やかに強固な構造を形成する場合には、自己吸引や圧入によって、窒素ガスや空気などの不活性気体を用いることができる。このような気体注入法は工程上からも非常に有利な方法である。温度変化によってゲル化をおこすような原液系の場合には、乾式部分において冷風を吹き付け、ゲル化を促進させることができる。中空糸の膜厚は紡糸原液の吐出量により、内径は注入液体もしくは気体の量によりコントロールする方法が一般的である。
【0023】
吐出口金から浴液までの距離、いわゆる乾式部分の長さ(以下、乾式長と略)は、吐出ゾルの形状を目的寸法までに引き伸ばすために、一定距離を空中部分において、ゾルの状態でドラフトをかけることが好ましい。一方で、急激なドラフトは製糸安定性を低下させるため、ある程度乾式長を長くとることが好ましい。また同時に、乾式長が長すぎると、ゾルの変形が不安定となり、中空糸の寸法安定性が悪くなる傾向がある。したがって、乾式長は1mm以上、30mm以下であることが好ましく、さらに好ましくは2mm以上20mm以下に設定される。
【0024】
吐出ゾルをゲル化させ中空糸形状を固定するための液浴は、ゲル化のみを行なわせることもあるが、ゲル化と共にその脱溶媒を同時に行なう方が工程上有利な場合が多く、凝固浴として用いられる。したがって、その組成および特にその温度が中空糸の透過特性にも影響を及ぼす可能性がある。一般的には凝固浴温が高くなると、膜の透過性(孔径)は大きくなるが、寸法安定性は低下する傾向にあるため、目的の中空糸の特性に応じた条件が選択され、通常5〜70℃であることが好ましく、さらには、20〜50℃であることが好ましい。凝固浴は通常、水やアルコールなどの凝固剤、または紡糸原液を構成している溶媒との混合物からなる。凝固浴の組成はその凝固性によって、紡糸安定性や中空繊維の膜構造に影響する。
【0025】
かくして得られた中空糸状ゲルは、十分に水洗され、膜の空隙に水分子を含有した含水ゲル構造が得られる。含水ゲル構造はいったん乾燥すると、再び元の含水ゲル構造に戻すことは困難であるため、乾燥によって、その膜構造が破壊されないようグリセリンなどの保湿剤を付与して、モジュール化などが行われる。
【0026】
乾燥したポリメタクリレート系多孔質材料の場合は、水に浸漬しても含水状態にはならないが、表面張力の小さいエタノールなどにいったん浸漬した後、水と徐々に置換させることにより、再び含水化させることが可能である。
【0027】
本発明でいう含水状態とは含水率が10重量%以上の状態であることをいい、本発明の官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料は含水率が10重量%以上であることが必要である。含水率とは、水を含んだ材料中の水の重量を含水状態の材料の重量で割った値に100をかけた値のことをいう。具体的には、水を含んだ材料の表面の水を拭き取り、その重量を測定し、その後その材料を十分乾燥して乾燥重量を測定して、含まれていた水の重量を算出する。
【0028】
本発明の官能基を有する材料においては、材料の含水率は高いほど、官能基を有するポリアルキレングリコールの固定化効率は高い。したがって、含水率としては10%重量以上が必要であり、望ましくは30重量%以上である。
【0029】
材料を含水状態にするには、材料が多孔質であることが好ましい。多孔質材料における空孔率が高いほど、より高い含水状態を達成できる。ここでいう空孔率とは、以下の式により算出される。
A:実際の材料の乾燥重量(g)
B:材料に空孔がないと仮定した場合の材料の重量(g)(材料に空孔がないと仮定した場合の体積に材料素材の比重をかけた値)
空孔率={1−(A/B)}×100
空孔率は高いほどよいが、含水率を10重量%以上とするためには30%以上が好ましく、さらに好ましくは50%以上である。
【0030】
材料の形状としては平膜状、粒子状、中空糸状、繊維状、スポンジ状、カットファイバーなど何でもよいが、官能基を導入後、リガンドを固定化して、血液浄化用途、細胞培養用途に用いる場合は、閉鎖系で圧力損失を伴わず、細胞を傷つけず循環できる利点から中空糸膜が望ましい。また、表面積を確保する点、含水状態とする点からこれらは多孔質であることがのぞましい。多孔質として用いる場合は、透析やろ過機能を付与することができ、血液浄化用途のみならず、バイオリアクターなどの細胞培養用途としても用いることができる。多孔質材料の場合は、製造条件を制御することにより孔の制御も可能である。
【0031】
本発明における官能基とは、リガンドを容易に反応したり、種々の化学的性質をもつ構造式のものであれば、なんでもよいが、例えば、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、スクシンイミド基、メルカプト基、ピリジルジスルフィド基、イミダゾリルカルバミン酸基、エポキシ基、アルデヒド基、ビオチンなどが挙げられる。
【0032】
アクリル系ポリマーへの官能基の導入は、含水状態のアクリル系ポリマーに官能基を有するポリアルキレングリコールを含む水溶液を添加することにより、達成することができる。ポリアルキレングリコールは疎水的相互作用および水素結合によりアクリル系ポリマーからなる材料に固定化されると考えられる。
【0033】
官能基をもったポリアルキレングリコールは、合成してもよいが、市販されているものを利用するのが望ましい。例えば、水酸基を有するもの、カルボキシル基を有するもの、アミノ基を有するもの、メルカプト基を有するもの、スクシンイミド基を有するもの、ピリジルジスルフィド基を有するもの、エポキシ基を有するもの、イミダゾリルカルバミン酸基、アルデヒド基、イソシアネート基、ビオチンなどをもつものがシェアウォーター社で市販されている。官能基はポリアルキレングリコールの末端にあっても、側鎖にあっても、主鎖あってもよい。末端官能基の場合は、両末端であっても、片末端であってもよい。
【0034】
本発明におけるポリアルキレングリコールは、例えばポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールに代表される主鎖中に酸素原子を含む親水性の鎖状高分子であるが、ポリアルキレングリコールの一部が修飾されたポリマーであってもよい。ポリアルキレングリコールの分子量は、特に限定されるものではなく、数平均分子量で1000〜20000程度のものが用いられるが、基材に対する吸着能を考慮した上での最適な分子量としては、例えば2000〜10000程度のものが好ましく用いられる。
【0035】
材料を血液浄化用カラムとして利用する場合、特に中空糸を用いる場合は以下のようにして製造されるが、特に限定されるものではない。一例を示すと次の通りである。まず、中空糸膜を必要な長さに切断し、必要本数を束ねた後、筒状ケースに入れる。その後両端に仮のキャップをし、中空糸膜両端部にポッティング剤(例えば、二液混合型ポリウレタン系接着剤)を入れる。このとき遠心機でモジュールを回転させながらポッティング剤を入れる方法は、ポッティング剤が均一に充填されるために好ましい方法である。ポッティング剤が固化した後、中空糸膜の両端が開口するように両端部を切断し、中空糸膜モジュールを得る。
【0036】
【実施例】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0037】
官能基を有するポリエチレングリコールの濃度は高速液体クロマトグラフィーで測定した(溶離液:0.2M リン酸緩衝液、pH8.0、カラム:東ソー製G3000SWXL、装置:東ソー社、HPLCシステム、流速:1.0ml/min)。
【0038】
固定化率は、官能基を有するポリエチレングリコールのの濃度から下記式により求めた。
固定化率=官能基を有するポリエチレングリコールの混合前の濃度−混合後の濃度/混合前の濃度
[作製例1 ステレオコンプレックス型ポリメチルメタクリレート(PMMA)中空糸の作製]
ポリスチレン換算のGPC法による重量平均分子量が40万のシンジオタクチック(syn)−PMMA137gと重量平均分子量が140万のsyn−PMMA80g、平均分子量が50万のアイソタクチック(iso)−PMMA35gをジメチルスルホキシド1185gと混合し、110℃で8時間撹拌し紡糸原液を調製した。
【0039】
得られた紡糸原液を99℃に保温された外径/内径=2.1/1.95mmφの環状スリット型中空口金から、1.1g/minの割合で、空気中に吐出した。同時に中空内部には窒素ガスを注入した。乾式部分の長さは60cm、凝固浴には40℃の水を用いた。凝固した中空糸を水洗後、75℃、73%のグリセリン水溶液で5%の弛緩熱処理を行ってサンプリングした。該中空糸の内径/膜厚は200/30μmであった。得られた中空糸は25kGyでγ線滅菌した。
【0040】
[作製例2 ステレオコンプレックス非形成型PMMA中空糸の作製]
ポリスチレン換算のGPC法による重量平均分子量が40万のsyn−PMMA198gと重量平均分子量が140万のsyn−PMMA154gをジメチルスルホキシド1655gと混合し、110℃で8時間撹拌し紡糸原液を調製した。
【0041】
得られた紡糸原液を99℃に保温された外径/内径=2.1/1.95mmφの環状スリット型中空口金から、1.1g/minの割合で、空気中に吐出した。同時に中空内部には窒素ガスを注入した。乾式部分の長さは60cm、凝固浴には40℃の水を用いた。凝固した中空糸を水洗後、75℃、73%のグリセリン水溶液で5%の弛緩熱処理を行ってサンプリングした。該中空糸の内径/膜厚は200/30μmであった。得られた中空糸は25kGyでγ線滅菌した。
【0042】
[作製例3 ステレオコンプレックス非形成型PMMA平膜の作製]
ポリスチレン換算のGPC法による重量平均分子量が40万のsyn−PMMA10重量%をジメチルスルホキシドと混合し、80℃で8時間撹拌し原液を調製した。この溶液を0.1mmスペーサー付きの80℃のガラス板に塗布し、ドクターブレードにて溶液を引き延ばしたものを水中にいれて、凝固させ、PMMAからなる平膜状の材料を作製した。得られた平膜は25kGyでγ線滅菌した。
【0043】
[作製例4 メルカプト基を有するPEGの調製]
NaClを0.15mM含む20mMリン酸緩衝液(pH7.5)に5mg/mlに溶解したアミノ化メトキシPEG(シェアウォーター社、分子量5000、片末端アミノ基、片末端メトキシ基)にN−スクシンイミジル 3−(2−ピリジルジチオ)−プロピオネート(ピアス社製、SPDP)を20mMに溶解したジメチルスルホキシド溶液を5倍モル量添加し、30分室温で反応させた後、ジチオスレイトール(ピアース社製)を25mMとなるように添加し、片末端がメルカプト基のメトキシPEGを得た。
【0044】
<実施例1、比較例1>
市販のアミノ化メトキシPEG(分子量5000,シェアウォーター社)の500ppm水溶液1mlに作製例3で得られたPMMA平膜(含水率75重量%)を0.36g(乾燥重量0.1g)を添加したところアミノ化メトキシPEGは固定化し(80%)、アミノ基を有する材料を作製することができた。一方、平膜を乾燥させたものには固定化されなかった(比較例1)。
【0045】
<実施例2、比較例2>
市販のビオチンPEG(分子量3400,シェアウォーター社)の5100ppm水溶液1mlに作製例1で得られた(含水率83重量%、開孔率80%)中空糸0.86g(乾燥重量0.15g)を添加したところビオチン化PEGは固定化し(95%)、ビオチンを固定化した材料を作製することができた。一方、中空糸を乾燥させたものには固定化されなかった(比較例2)。
【0046】
<実施例3、比較例3>
市販のエポキシPEG(分子量5000,シェアウォーター社)化抗体の500ppm水溶液1mlに作製例2で得られた中空糸(含水率79重量%、開孔率75%)0.96g(乾燥重量0.2g)を添加したところエポキシ化PEGは固定化され(95%)、エポキシ基を導入した材料を作製することができた。一方、中空糸を乾燥させたものには固定化されなかった(比較例3)。
【0047】
<実施例4>
25kGyでγ線滅菌されたPMMA中空糸膜からなる東レ製人工腎臓“フィルトライザー”(BK−1.0F)に作製例4で得られた片末端がメルカプト基のメトキシPEG、500ppmを充填後、水洗した。メルカプト基を有するPEGは1モジュール当たり120mg固定化され、メルカプト基を導入した材料からなるカラムを作製することができた。
【0048】
【発明の効果】
本発明により、官能基を有するポリアルキレングリコールをアクリル系ポリマーからなる材料に添加することにより、容易に官能基を有する材料を提供することができる。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a material composed of an acrylic polymer having a functional group and a method for producing the same, and by easily contacting an aqueous solution containing a polyalkylene glycol having a functional group with a material composed of an acrylic polymer, the functional group is easily formed. Can be provided.
[0002]
[Prior art]
In recent years, materials having a functional group have been used as research materials such as affinity, and as reactive materials for producing medical materials into which ligands have been introduced. As a carrier material of a material for introducing a functional group, a polymer compound such as cellulose, a cellulose derivative, agarose, polyolefin, polyester, polystyrene, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polysulfone-based polymer, chitin, and chitosan is used. Have been. As the shape of these carriers, beads, fibers, hollow fiber membranes, flat membranes, gels and the like are used.
[0003]
However, when introducing a functional group into these carriers, an active group is introduced into the surface with cyanogen bromide, or an active group such as α-chloroacetamidomethyl group is introduced into the surface, and the functional group is introduced by a surface chemical reaction. It was necessary to introduce a group (for example, see Patent Document 1). These methods are frequently used in research applications, but when used in mass production such as medical material applications, the synthesis operation is complicated and a large amount of reactants and solvents are used. There is a problem that the production cost is increased, such as the occurrence of a problem.
[0004]
Acrylic polymers, particularly polymethacrylate polymers, are excellent in biocompatibility and are used for various separation membranes, films, hydrogels and the like, including intraocular lenses, contact lenses, and artificial kidneys. However, when a functional group is introduced into an acrylic polymer that is currently used, the functional group may be hydrolyzed (for example, see Non-Patent Document 1) or copolymerized with a monomer having a functional group. Similarly, the cost of introducing a functional group is a major problem in production. On the other hand, there is known a technique relating to a composition utilizing an interaction between a synthetic substance such as an acrylic polymer and a substance bonded to a polyalkylene glycol (see Patent Document 2). Immobilization of a physiologically active substance is possible.
[0005]
[Patent Document 1]
WO 97/027878 pamphlet [0006]
[Non-patent document 1]
Yoshihiro Ito et al., "Proceedings of National Academy of Sciences", National Academy of Sciences of the United States of America, 1996, 93 Vol., P. 3598-3601
[0007]
[Patent Document 2]
JP 2001-527539 A
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, the present invention provides a method that can easily and efficiently introduce a functional group into a material composed of an acrylic polymer, which is widely used, and a material that does not require a manufacturing cost. The purpose is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configurations. That is, a material made of an acrylic polymer having a functional group and having a water content of 10% by weight or more, and an aqueous solution containing a polyalkylene glycol having a functional group are brought into contact with a material made of an acrylic polymer in a water-containing state Then, a polyalkylene glycol is immobilized on the acrylic polymer to introduce a functional group into the acrylic polymer.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The acrylic polymer in the present invention is a polymer mainly composed of acrylic acid, methacrylic acid and derivatives thereof, specifically, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polyethyl acrylate, polypropyl methacrylate. , Polypropyl acrylate, polybutyl methacrylate, polybutyl acrylate, polyphenyl methacrylate, polyphenyl acrylate, etc., and polymethyl methacrylate is preferable from the viewpoint of biocompatibility. The acrylic polymer used in the present invention may be appropriately used as a copolymer by copolymerizing other monomers.
[0011]
Polymethyl methacrylate preferably used in the present invention has an isotactic structure portion and a syndiotactic structure portion, but may use an isotactic-rich polymer alone or a syndiotactic-rich polymer alone. May be used. However, polymethyl methacrylate with high isotacticity and polymethyl methacrylate with high syndiotacticity can form a structural entanglement under certain conditions, that is, a so-called stereo complex. Those having a complex structure are desirable.
[0012]
As the isotactic polymethyl methacrylate, those having an isotactic structure (triad display) of 50% or more, preferably 70% or more are used. The three-dimensional structure of polymethyl methacrylate can be quantitatively determined by a nuclear magnetic resonance absorption method. Isotactic polymethyl methacrylate is generally obtained by polymerization using a Grignard reagent or an organometallic compound such as alkyl lithium. According to such a method, it is possible to obtain a polymer having an isotactic structure content of 90% or more. is there.
[0013]
On the other hand, syndiotactic polymethyl methacrylate having high syndiotacticity can be obtained by ordinary radical polymerization. In this case, a vinyl group containing an anionic group such as a carboxyl group or a sulfonic acid group, a quaternary ammonium group, a cationic group such as an amino group, and a nonionic group such as hydroxyethyl methacrylate or acrylamide. It is also possible to copolymerize one or more monomers and the like. If necessary, a mixture of several kinds of polymethyl methacrylate homopolymers, polymers having different molecular weights, or different types of copolymers may be used.
[0014]
The average molecular weight of the polymethyl methacrylate-based polymer is usually preferably 100,000 or more in consideration of the structure, mechanical properties, and spinnability of the target material.
[0015]
The form of the material is not particularly limited, such as fibrous, spherical, flat membrane, or hollow fiber membrane.
[0016]
The polymethyl methacrylate polymer used in the present invention can be produced, for example, by a known dry-wet spinning method. As the solvent for the stock solution of the polymethyl methacrylate polymer, any solvent that dissolves the polymethacrylate polymer showing a sol-gel change can be used, but a solvent that gels at an appropriate temperature when the stock solution is cooled is preferable. used. Furthermore, water is preferably used as a coagulant for removing the solvent during coagulation to obtain a product, and therefore, a solvent that can be easily replaced with water is particularly preferable. For this purpose, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, acetic acid, acetone, methyl ethyl ketone, and a mixture thereof are used.
[0017]
In addition, the polymer concentration of the stock solution of polymethyl methacrylate-based polymer also contributes to the structure, mechanical properties, or spinnability of the material in the same manner as the molecular weight. It is preferable that the polymer concentration in the medium is set in the range of 5 to 30% by weight, more preferably 10 to 30% by weight.
[0018]
Further, in order to control the pore size of the material, it is a common practice to add a third additive such as polyhydric alcohol, water, salt, or the like.
[0019]
The viscosity of the stock solution of the polymethyl methacrylate-based polymer obtained in this way is a factor that is closely related to spinnability when producing a fibrous or hollow fiber membrane, and the shape and dimensions of the die used or the controllable temperature It is preferable to determine in consideration of the range, the sol-gel change temperature, and the like. Usually, it is preferably 10 to 8000 poise, more preferably 100 to 3000 poise. That is, by appropriately selecting the polymer concentration and the molecular weight, it becomes possible to set optimal spinning stock solution conditions.
[0020]
Next, an example of producing a hydrated polymethyl methacrylate-based material in the form of a hollow fiber membrane preferably used in the present invention will be described.
[0021]
Usually, the dry-wet spinning method used for spinning the hollow fiber membrane is a method in which the discharged yarn is stretched in the air, set to a predetermined size, and then guided to a coagulation bath for coagulation and desolvation, Generally used widely.
[0022]
The hollow fiber uses a multi-slit that allows the flow of a liquid or gas for forming a hollow part inside and a spinning solution in which a polymer is dissolved in a solution on the outside, and discharges these liquids and gases to a coagulation bath. Is obtained by Examples of the liquid injected into the inside include, for example, a solvent for the spinning dope and a coagulant such as water or alcohol, a mixture thereof, or a hydrophobic liquid such as a non-solvent for the copolymer or a mixture thereof. For example, aliphatic hydrocarbons such as n-octane and liquid paraffin, and fatty acid esters such as isopropyl myristate can be used. When a hydrophilic coagulant is used, a hydrophilic polymer component having a high affinity for the coagulant moves to the inner surface of the membrane and solidifies. In addition, when the discharged yarn gels due to a temperature change in the air or quickly forms a strong structure by solidification, an inert gas such as nitrogen gas or air can be used by self-suction or press-fitting. . Such a gas injection method is a very advantageous method from the viewpoint of the process. In the case of a stock solution in which gelation is caused by a change in temperature, cold air can be blown in the dry portion to promote gelation. In general, the thickness of the hollow fiber is controlled by the discharge amount of the spinning solution, and the inner diameter is controlled by the amount of the injected liquid or gas.
[0023]
The distance from the discharge mouth to the bath liquid, the so-called dry portion length (hereinafter abbreviated as dry length), is set at a certain distance in the aerial portion in the state of the sol in order to stretch the shape of the discharged sol to the target size. It is preferable to draft. On the other hand, it is preferable to increase the dry length to some extent in order to reduce the yarn drafting stability due to a rapid draft. At the same time, if the dry length is too long, the deformation of the sol becomes unstable, and the dimensional stability of the hollow fiber tends to deteriorate. Therefore, the dry length is preferably 1 mm or more and 30 mm or less, and more preferably 2 mm or more and 20 mm or less.
[0024]
The liquid bath for gelling the discharged sol and fixing the shape of the hollow fiber may only perform gelation, but it is often advantageous in terms of the process to simultaneously perform the desolvation together with the gelation. Used as Thus, its composition and especially its temperature can also affect the permeation properties of the hollow fiber. In general, as the coagulation bath temperature increases, the permeability (pore size) of the membrane increases, but the dimensional stability tends to decrease. Therefore, conditions according to the characteristics of the target hollow fiber are selected. It is preferable that it is -70 degreeC, Furthermore, it is preferable that it is 20-50 degreeC. The coagulation bath usually consists of a coagulant such as water or alcohol, or a mixture with a solvent constituting the spinning dope. The composition of the coagulation bath affects the spinning stability and the membrane structure of the hollow fiber depending on its coagulability.
[0025]
The thus obtained hollow fiber gel is sufficiently washed with water to obtain a hydrogel structure containing water molecules in the pores of the membrane. Once the water-containing gel structure is dried, it is difficult to return to the original water-containing gel structure. Therefore, a humectant such as glycerin is applied to the film so that the film structure is not destroyed by drying, and modularization is performed.
[0026]
In the case of a dried polymethacrylate-based porous material, it does not become hydrated even when immersed in water, but after being immersed in ethanol or the like having a small surface tension once, it is gradually hydrated by being gradually replaced with water. It is possible.
[0027]
The water content in the present invention means that the water content is 10% by weight or more. The material composed of the acrylic polymer having a functional group of the present invention needs to have a water content of 10% by weight or more. is there. The water content refers to a value obtained by multiplying 100 by a value obtained by dividing the weight of water in a material containing water by the weight of a material in a water-containing state. Specifically, the water on the surface of the material containing water is wiped off, the weight is measured, the material is sufficiently dried, and the dry weight is measured to calculate the weight of the water contained.
[0028]
In the functional group-containing material of the present invention, the higher the moisture content of the material, the higher the immobilization efficiency of the functional group-containing polyalkylene glycol. Therefore, the water content needs to be 10% by weight or more, preferably 30% by weight or more.
[0029]
In order to make the material water-containing, the material is preferably porous. The higher the porosity of the porous material, the higher the water content can be achieved. The porosity here is calculated by the following equation.
A: Dry weight of actual material (g)
B: Weight (g) of the material assuming that the material has no pores (value obtained by multiplying the volume assuming that the material has no pores by the specific gravity of the material)
Porosity = {1− (A / B)} × 100
The porosity is preferably as high as possible, but is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, in order to make the water content 10% by weight or more.
[0030]
The shape of the material may be anything such as a flat membrane, a particle, a hollow fiber, a fiber, a sponge, or a cut fiber.However, when a functional group is introduced, a ligand is immobilized, and the material is used for blood purification or cell culture. A hollow fiber membrane is preferred because it has the advantage of being able to circulate without damaging cells in a closed system without pressure loss. In addition, it is preferable that these materials are porous from the viewpoint of securing a surface area and a condition of containing water. When used as a porous material, it can impart dialysis and filtration functions, and can be used not only for blood purification but also for cell culture such as bioreactors. In the case of a porous material, the pores can be controlled by controlling the manufacturing conditions.
[0031]
The functional group in the present invention may be any one having a structural formula having various chemical properties, such as an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a succinimide group, and a mercapto group. , A pyridyl disulfide group, an imidazolyl carbamic acid group, an epoxy group, an aldehyde group, biotin and the like.
[0032]
Introduction of a functional group into the acrylic polymer can be achieved by adding an aqueous solution containing a polyalkylene glycol having a functional group to the water-containing acrylic polymer. It is considered that the polyalkylene glycol is immobilized on the material composed of the acrylic polymer by hydrophobic interaction and hydrogen bonding.
[0033]
The polyalkylene glycol having a functional group may be synthesized, but it is desirable to use a commercially available product. For example, those having a hydroxyl group, those having a carboxyl group, those having an amino group, those having a mercapto group, those having a succinimide group, those having a pyridyl disulfide group, those having an epoxy group, imidazolyl carbamic acid groups, and aldehydes Those having a group, an isocyanate group, biotin and the like are commercially available from Shearwater. The functional group may be at the terminal of the polyalkylene glycol, in the side chain, or in the main chain. In the case of a terminal functional group, it may be both terminals or one terminal.
[0034]
The polyalkylene glycol in the present invention is a hydrophilic chain polymer containing an oxygen atom in the main chain represented by, for example, polyethylene glycol or polypropylene glycol, but is a polymer in which a part of the polyalkylene glycol is modified. May be. The molecular weight of the polyalkylene glycol is not particularly limited, and those having a number average molecular weight of about 1,000 to 20,000 are used. The optimum molecular weight in consideration of the adsorption ability to the substrate is, for example, 2,000 to 2,000. Those having about 10,000 are preferably used.
[0035]
When the material is used as a blood purification column, particularly when a hollow fiber is used, it is produced as follows, but is not particularly limited. An example is as follows. First, the hollow fiber membrane is cut into a required length, bundled in a required number, and then placed in a cylindrical case. Thereafter, temporary caps are put on both ends, and a potting agent (for example, a two-component polyurethane adhesive) is put into both ends of the hollow fiber membrane. At this time, a method of adding the potting agent while rotating the module with a centrifuge is a preferable method because the potting agent is uniformly filled. After the potting agent is solidified, both ends are cut so that both ends of the hollow fiber membrane are open, and a hollow fiber membrane module is obtained.
[0036]
【Example】
Examples are shown below, but the present invention is not limited to these.
[0037]
The concentration of the polyethylene glycol having a functional group was measured by high performance liquid chromatography (eluent: 0.2 M phosphate buffer, pH 8.0, column: Tosoh G3000SWXL, apparatus: Tosoh Corporation, HPLC system, flow rate: 1. 0 ml / min).
[0038]
The immobilization rate was determined from the concentration of polyethylene glycol having a functional group by the following equation.
Immobilization rate = concentration of polyethylene glycol having a functional group before mixing−concentration after mixing / concentration before mixing
[Preparation Example 1 Preparation of stereocomplex polymethyl methacrylate (PMMA) hollow fiber]
137 g of syndiotactic (syn) -PMMA having a weight average molecular weight of 400,000 by polystyrene conversion, 80 g of syn-PMMA having a weight average molecular weight of 1.4 million, and 35 g of isotactic (iso) -PMMA having an average molecular weight of 500,000 were converted into dimethyl sulfoxide. The mixture was mixed with 1185 g and stirred at 110 ° C. for 8 hours to prepare a spinning dope.
[0039]
The obtained spinning stock solution was discharged into the air at a rate of 1.1 g / min from an annular slit type hollow die having an outer diameter / inner diameter of 2.1 / 1.95 mmφ kept at 99 ° C. At the same time, nitrogen gas was injected into the hollow interior. The length of the dry portion was 60 cm, and water at 40 ° C. was used for the coagulation bath. After the coagulated hollow fiber was washed with water, it was subjected to a 5% relaxation heat treatment at 75 ° C. and a 73% aqueous glycerin solution and sampled. The inner diameter / film thickness of the hollow fiber was 200/30 μm. The obtained hollow fiber was sterilized by gamma irradiation at 25 kGy.
[0040]
[Production Example 2 Production of stereo complex non-forming PMMA hollow fiber]
198 g of syn-PMMA having a weight-average molecular weight of 400,000 by polystyrene conversion and 154 g of syn-PMMA having a weight-average molecular weight of 1.4 million were mixed with 1655 g of dimethyl sulfoxide, and stirred at 110 ° C. for 8 hours to prepare a spinning dope.
[0041]
The obtained spinning dope was discharged into the air at a rate of 1.1 g / min from an annular slit-type hollow die having an outer diameter / inner diameter of 2.1 / 1.95 mmφ kept at 99 ° C. At the same time, nitrogen gas was injected into the hollow interior. The length of the dry portion was 60 cm, and water at 40 ° C. was used for the coagulation bath. The coagulated hollow fiber was washed with water, subjected to a 5% relaxation heat treatment at 75 ° C. and a 73% glycerin aqueous solution, and sampled. The inner diameter / film thickness of the hollow fiber was 200/30 μm. The obtained hollow fiber was sterilized by gamma irradiation at 25 kGy.
[0042]
[Preparation Example 3 Preparation of stereo complex non-formed PMMA flat membrane]
10% by weight of syn-PMMA having a polystyrene-equivalent weight average molecular weight by GPC method of 400,000 was mixed with dimethyl sulfoxide and stirred at 80 ° C. for 8 hours to prepare a stock solution. This solution was applied to a glass plate at 80 ° C. with a 0.1 mm spacer, and the solution obtained by stretching the solution with a doctor blade was placed in water and solidified to produce a flat film material made of PMMA. The obtained flat membrane was sterilized by gamma irradiation at 25 kGy.
[0043]
[Preparation Example 4 Preparation of PEG Having Mercapto Group]
N-succinimidyl 3 was added to aminated methoxy PEG (Shearwater, molecular weight 5000, one terminal amino group, one terminal methoxy group) dissolved at 5 mg / ml in 20 mM phosphate buffer (pH 7.5) containing 0.15 mM NaCl 3 A 5-fold molar amount of a solution of-(2-pyridyldithio) -propionate (SPDP, manufactured by Pierce, Inc.) dissolved in 20 mM was added thereto, and reacted at room temperature for 30 minutes. Then, dithiothreitol (Pierce) was added. The solution was added to a concentration of 25 mM to obtain methoxy PEG having a mercapto group at one end.
[0044]
<Example 1, Comparative Example 1>
0.36 g (dry weight: 0.1 g) of the PMMA flat membrane (water content: 75% by weight) obtained in Preparation Example 3 was added to 1 ml of a 500 ppm aqueous solution of commercially available aminated methoxy PEG (molecular weight: 5,000, Shearwater). However, the aminated methoxy PEG was immobilized (80%), and a material having an amino group could be produced. On the other hand, it was not immobilized on the dried flat membrane (Comparative Example 1).
[0045]
<Example 2, Comparative Example 2>
0.86 g (dry weight 0.15 g) of the hollow fiber obtained in Preparation Example 1 (water content: 83% by weight, porosity: 80%) was added to 1 ml of a 5100 ppm aqueous solution of commercially available biotin PEG (molecular weight: 3400, Shearwater). Upon addition, the biotinylated PEG was immobilized (95%), and a biotin-immobilized material could be produced. On the other hand, it was not immobilized on the dried hollow fiber (Comparative Example 2).
[0046]
<Example 3, Comparative Example 3>
0.96 g (dry weight: 0.2 g) of the hollow fiber (water content: 79% by weight, porosity: 75%) obtained in Preparation Example 2 in 1 ml of a 500 ppm aqueous solution of a commercially available antibody made of epoxy PEG (molecular weight: 5000, Shearwater) ) Was added, the epoxidized PEG was immobilized (95%), and a material having an epoxy group introduced could be produced. On the other hand, it was not immobilized on the dried hollow fiber (Comparative Example 3).
[0047]
<Example 4>
After filling Toray's artificial kidney “Filt Riser” (BK-1.0F) made of PMMA hollow fiber membrane sterilized with 25 kGy with γ-ray with 500 ppm of methoxy PEG having a mercapto group at one end obtained in Preparation Example 4 , Washed with water. 120 mg of PEG having a mercapto group was immobilized per module, and a column comprising a material into which the mercapto group had been introduced could be prepared.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, a material having a functional group can be easily provided by adding a polyalkylene glycol having a functional group to a material composed of an acrylic polymer.

Claims (5)

含水率が10重量%以上であることを特徴とする官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料。A material comprising an acrylic polymer having a functional group, wherein the material has a water content of 10% by weight or more. 材料の空孔率が30%以上であることを特徴とする請求項1記載の官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料。2. The material comprising an acrylic polymer having a functional group according to claim 1, wherein the porosity of the material is 30% or more. アクリル系ポリマーがポリメチルメタクリレートであることを特徴とする請求項1記載の官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料。The material comprising an acrylic polymer having a functional group according to claim 1, wherein the acrylic polymer is polymethyl methacrylate. 材料にポリアルキレングリコールが含まれていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料。The material comprising a functional group-containing acrylic polymer according to any one of claims 1 to 3, wherein the material contains a polyalkylene glycol. 官能基を有するポリアルキレングリコールを含む水溶液をアクリル系ポリマーからなる材料に接触させることを特徴とする官能基を有するアクリル系ポリマーからなる材料の製造方法。A method for producing a material comprising an acrylic polymer having a functional group, comprising contacting an aqueous solution containing a polyalkylene glycol having a functional group with a material comprising an acrylic polymer.
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