JP2008255313A - Novel high strength interpenetrating network gel synthesized from monomer having n-vinylalkylamide structure and novel crosslinking agent - Google Patents

Novel high strength interpenetrating network gel synthesized from monomer having n-vinylalkylamide structure and novel crosslinking agent Download PDF

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広治 網代
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隆文 舩木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel gel which has an interpenetrating network structure using N-vinylalkylamide as a monomer, and a novel crosslinking agent used to form the gel. <P>SOLUTION: The poly(N-vinylalkylamide) gel in an interpenetrating network structure is synthesized by using an N-vinylalkylamide monomer and a crosslinking agent represented by formula (II) as the constituent units. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、相互侵入網目構造(IPN)を有する新規ポリマーゲルに関する。   The present invention relates to a novel polymer gel having an interpenetrating network structure (IPN).

高分子材料は医療の発展に大きな役割を果たしている。治療における薬物投与の際、皮膚損傷と苦痛を伴う注射や、肝臓通過のために薬物不活性化が問題となる経口投与と比べると、皮膚科薬は皮膚から直接吸収され全身循環へ移行するため、患者に優しく確実な処法といえる。   Polymer materials play a major role in medical development. Dermatological drugs are absorbed directly from the skin and transferred to the systemic circulation when compared to oral administration where drug inactivation is a problem due to skin damage and pain during drug administration and treatment through the liver This is a patient-friendly and reliable treatment.

ポリ(N−ビニルアセトアミド(NVA)誘導体)はポリアクリルアミドと同様に生体高分子ポリペプチドの異性体であり、またソフトコンタクトレンズなどに利用されているピロリドンと化学構造が類似していることからも、高い生体親和性が期待される。また、湿布剤として一般に使用されているポリアクリルアミド、ポリアクリル酸と同等またはそれ以上の生体親和性が考えられ、また、ポリ(NVA誘導体)は両親媒性を示すため、油を取り込むオイルゲル化剤としての応用例が報告されており、既存の高分子材料に比べて難水溶性医薬品および親油性薬物を取り込みやすいことが見込まれる。   Poly (N-vinylacetamide (NVA) derivative) is an isomer of a biopolymer polypeptide similar to polyacrylamide, and also because its chemical structure is similar to pyrrolidone used in soft contact lenses and the like. High biocompatibility is expected. In addition, it is considered to have biocompatibility equivalent to or higher than that of polyacrylamide and polyacrylic acid that are generally used as poultices, and poly (NVA derivatives) are amphipathic, so oil gelling agents that take in oil Application examples are reported, and it is expected that poorly water-soluble drugs and lipophilic drugs can be easily taken in compared with existing polymer materials.

ポリアクリルアミドは生体高分子ポリペプチドの異性体であり、優れた生体適合性を示すと同時に32℃付近に下限臨界溶液温度(LCST)を示すため、薬物送達システム(DDS)や細胞シート脱着表面などの機能性材料としての応用されている。これに対して、もうひとつのポリペプチド異性体であるN−ビニルアセトアミド(NVA)とその誘導体は、既に工業化された簡便な合成法が当研究室より報告されて以来、その重合反応性や共重合体などの特性が明らかとなりつつある。   Polyacrylamide is an isomer of biopolymer polypeptide, and exhibits excellent biocompatibility and at the same time a lower critical solution temperature (LCST) around 32 ° C., so that it can be used for drug delivery systems (DDS), cell sheet desorption surfaces, etc. It is applied as a functional material. On the other hand, N-vinylacetamide (NVA), which is another polypeptide isomer, and derivatives thereof have been reported since our laboratory has reported a simple synthetic method that has already been industrialized. The properties of polymers and the like are becoming clear.

一方、高分子材料の物理的化学的性質は立体構造に大きく影響されることが知られている。例えばポリアクリルアミドでは、主鎖の一次構造制御(非特許文献4)または相互侵入網目構造(IPN)の導入(非特許文献1〜3)により、機械的強度が著しく変化することが報告されている。これらに対して、ポリ(NVA誘導体)の立体構造制御やIPN構造を導入した例についてはほとんど知られておらず、また、バイオマテリアルへの応用までには至っていない。
J. P. Gong et al., Adv. Mater., 15, 1155 (2003). H. Tsukeshiba, et al., J. Phys. Chem. B 109, 16304 (2005). K. Yasuda, et al, Biomaterials, 26, 4468 (2005). Y. Isobe, et al., J. Am. Chem. Soc., 123, 7180 (2001).
On the other hand, it is known that the physical and chemical properties of polymer materials are greatly influenced by the three-dimensional structure. For example, in polyacrylamide, it has been reported that the mechanical strength is remarkably changed by controlling the primary structure of the main chain (Non-Patent Document 4) or introducing an interpenetrating network structure (IPN) (Non-Patent Documents 1 to 3). . On the other hand, little is known about examples in which a three-dimensional structure control of poly (NVA derivative) or an IPN structure is introduced, and it has not yet been applied to biomaterials.
JP Gong et al., Adv. Mater., 15, 1155 (2003). H. Tsukeshiba, et al., J. Phys. Chem. B 109, 16304 (2005). K. Yasuda, et al, Biomaterials, 26, 4468 (2005). Y. Isobe, et al., J. Am. Chem. Soc., 123, 7180 (2001).

本発明は上記事情に鑑みたもので、N−ビニルアルキルアミドをモノマーとした相互侵入網目構造(IPN)を有する新規ゲルおよび該ゲルを形成するための新規架橋剤を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a novel gel having an interpenetrating network structure (IPN) using N-vinylalkylamide as a monomer and a novel crosslinking agent for forming the gel. .

すなわち、本発明は化学式(I)で表されるN−ビニルアルキルアミドモノマーを構成単位として合成された、相互侵入網目構造を有するポリ(N−ビニルアルキルアミド)ゲル:

Figure 2008255313
(式中、Rは、水素原子、または炭素原子数1〜8のアルキル基を表す)を提供するものである。 That is, the present invention relates to a poly (N-vinylalkylamide) gel having an interpenetrating network structure synthesized with an N-vinylalkylamide monomer represented by the chemical formula (I) as a structural unit:
Figure 2008255313
(Wherein R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms).

本発明は、新規な、相互侵入網目構造を有するポリ(N−ビニルアルキルアミド)ゲルを提供するものである。
また、本発明は、上記ゲルを製造するに有用な新規な架橋剤を提供するものである。
The present invention provides a novel poly (N-vinylalkylamide) gel having an interpenetrating network structure.
Moreover, this invention provides the novel crosslinking agent useful for manufacturing the said gel.

本発明のゲルを構成する単位モノマーは、化学式(I)で表されるN−ビニルアルキルアミド(以下、単に「N−ビニルアルキルアミド」ということもある)である。式中Rは水素原子、炭素原子数1〜8の分岐していてもよいアルキル基を表す。 The unit monomer constituting the gel of the present invention is an N-vinylalkylamide represented by the chemical formula (I) (hereinafter sometimes simply referred to as “N-vinylalkylamide”). In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or an optionally branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.

を変えることにより、ポリ(N−ビニルアルキルアミド)の機能を制御することができる。例えばRを水素原子とすると、ポリマーを親水性とすることができる。Rをメチル基とすると、ポリマーを両親媒性とすることができる。Rをイソブチル基とすると、さらに感熱応答性を付与できる。Rの炭素数をさらに延ばすと、ポリマーを親油性とすることができる。 By changing R 1 , the function of poly (N-vinylalkylamide) can be controlled. For example, when R 1 is a hydrogen atom, the polymer can be made hydrophilic. When R 1 is a methyl group, the polymer can be made amphiphilic. When R 1 is an isobutyl group, heat responsiveness can be further imparted. If the carbon number of R 1 is further extended, the polymer can be made oleophilic.

本発明においては、上記Rが異なる2種類以上のN−ビニルアルキルアミドの混合モノマーとして使用してもよいし、また、反応性が類似し、ゲルを形成できる限り、N−ビニルアルキルアミドモノマーの一部を他のビニルモノマー、例えばビニルアセテート、(アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸、メタクリル酸メチル、等の汎用ビニルポリマーで置き換えて使用することも可能である。 In the present invention, the N-vinylalkylamide monomer may be used as a mixed monomer of two or more types of N-vinylalkylamides having different R 1 , and as long as the reactivity is similar and a gel can be formed. It is also possible to use a part of the above by replacing with other vinyl monomers such as vinyl acetate, (a general vinyl polymer such as acrylamide, methacrylamide, acrylic acid, methyl methacrylate, etc.).

本発明のゲル製造に際しては、まずN−ビニルアルキルアミドモノマーを、架橋剤および重合開始剤を適当な溶媒中で重合してゲルを形成する。この第1段階目で合成されるゲルを本発明においてはホストゲルというものとする。またホストゲルを構成するポリマーを「ホストポリマー」というものとする。   In the production of the gel of the present invention, first, an N-vinylalkylamide monomer is polymerized in a suitable solvent with a crosslinking agent and a polymerization initiator to form a gel. The gel synthesized in the first stage is referred to as a host gel in the present invention. The polymer constituting the host gel is referred to as “host polymer”.

本発明では下記化学式(II):

Figure 2008255313
で表される架橋剤を使用するようにする。該架橋剤は、N−ビニルアルキルアミドモノマーと類似の骨格構造を有しているので、ラジカル共重合性が低いN−ビニルアルキルアミドモノマーを重合するに際して架橋点を確実に導入することができる。架橋剤は種々のものが知られているが、例えば既知の架橋剤N,N−メチレンビスアクリルアミド(MBA)を使用すると架橋反応が不十分となったりする。 In the present invention, the following chemical formula (II):
Figure 2008255313
It is made to use the crosslinking agent represented by these. Since the crosslinking agent has a skeleton structure similar to that of the N-vinylalkylamide monomer, a crosslinking point can be surely introduced when polymerizing the N-vinylalkylamide monomer having low radical copolymerizability. Various crosslinking agents are known. For example, when the known crosslinking agent N, N-methylenebisacrylamide (MBA) is used, the crosslinking reaction may be insufficient.

式(II)中、Rは、上記と同義であり、水素原子、または炭素原子数1〜8のアルキル基を表す。Rは同一であっても異なっていてもよい。 In formula (II), R 1 is as defined above, and represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. R 1 may be the same or different.

式(II)中Yは、下記化学式(III):

Figure 2008255313
(式中、n、nはそれぞれ独立して2または4を表す;mは0または1を表す)で表される。 In formula (II), Y represents the following chemical formula (III):
Figure 2008255313
(Wherein n 1 and n 2 each independently represent 2 or 4; m represents 0 or 1).

化学式(II)中、Yの具合例としてしては以下のものを挙げることができる。

Figure 2008255313
In chemical formula (II), examples of Y include the following.
Figure 2008255313

本発明の架橋剤は、窒素雰囲気下、無水ジメチルホルムアミドを溶媒として、式(I)で表される化合物の二級アミンを水素化ナトリウムを用いてアニオン化したのちに
式(IV):
X−Y−X (IV)
(式中、Yは上記と同義、Xはハロゲン原子を表す)
で表される化合物と反応させることにより得ることができる。この反応は、一般的に求核置換反応として知られており、当業者であれば製造することができる。
The crosslinking agent of the present invention is obtained by anionizing a secondary amine of a compound represented by the formula (I) with sodium hydride in a nitrogen atmosphere using anhydrous dimethylformamide as a solvent, and then formula (IV):
XYX (IV)
(Wherein Y is as defined above, X represents a halogen atom)
It can obtain by making it react with the compound represented by these. This reaction is generally known as a nucleophilic substitution reaction and can be prepared by one skilled in the art.

重合は、種々公知の重合開始剤や、ガンマ線などのラジカル発生条件下において行われ、例えばラジカル発生剤、例えば2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパンジヒドロクロリド]、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]ヒドラート、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]等の熱重合開始剤、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等のレドックス系開始剤などを例示できるが、本発明においては溶媒への適切な溶解性、および二段階目にゲル化させるため、長時間冷暗所で充分に浸透させることが可能との観点から2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライドを使用するようにするとよい。   The polymerization is carried out under various known polymerization initiators and radical generating conditions such as gamma rays. For example, radical generators such as 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propanedihydrochloride] 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2′-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] hydrate, 2,2′-azobis {2 -[1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl] propane} dihydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane], 2,2′- Azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2,2′-azobis [ -Methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide] and the like, and redox initiators such as potassium persulfate and ammonium persulfate can be exemplified, but in the present invention, suitable solubility in a solvent. And 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride is preferably used from the viewpoint that it can be sufficiently permeated in a cool and dark place for a long time.

ホストゲルを合成する際に使用する溶媒に制限はないが、N−ビニルアルキルアミドの溶解性の観点から選択すればよく、N−ビニルホルムアミドの場合は水やメタノール、エタノール等のアルコール、N−ビニルアセトアミドの場合には、水、アルコール類のほかに他のN−アルキルビニルアルキルアミドと同様、ベンゼン、トルエン等の有機溶媒等を使用でき、両親媒性化合物であるために合成後種々の溶媒に置換も可能である。   Although there is no restriction | limiting in the solvent used when synthesize | combining host gel, What is necessary is just to select from a soluble viewpoint of N-vinyl alkylamide, In the case of N-vinylformamide, alcohol, such as water, methanol, and ethanol, N-vinyl In the case of acetamide, in addition to water and alcohols, as with other N-alkylvinylalkylamides, organic solvents such as benzene and toluene can be used. Replacement is also possible.

重合は、上記N−ビニルアルキルアミドモノマー、架橋剤、重合開始剤を適当な溶媒に溶解させた溶液を、不活性ガス雰囲気下、熱、UV光をかけることにより行う。その際、溶液を所望の形状を有する容器中で行うことにより、ゲルの形状を任意に制御することが可能である。   Polymerization is carried out by applying heat and UV light to a solution prepared by dissolving the N-vinylalkylamide monomer, the crosslinking agent, and the polymerization initiator in an appropriate solvent under an inert gas atmosphere. In that case, the shape of the gel can be arbitrarily controlled by performing the solution in a container having a desired shape.

N−ビニルアルキルアミドモノマーの濃度[M]、開始剤の濃度[I]、架橋剤の濃度[C]とすると、[M]は、1.0〜4.0mol/L、[M]100に対して、架橋剤の濃度[C]は、5〜1、開始剤の濃度[I]は、10〜1程度の割合で溶液を調製するようにすればよい。   Assuming that the concentration [M] of the N-vinylalkylamide monomer [M], the concentration [I] of the initiator, and the concentration [C] of the crosslinking agent, [M] is 1.0 to 4.0 mol / L, and [M] 100. On the other hand, the concentration [C] of the crosslinking agent may be 5 to 1, and the concentration [I] of the initiator may be prepared at a ratio of about 10 to 1.

N−ビニルアルキルアミドモノマーの種類、架橋剤の種類、各成分の使用比、溶媒を代えることにより、得られるゲルの膨潤度を制御することが可能である。例えば、N−ビニルアルキルアミドモノマーとしてN−ビニルアミドモノマー(式(I)においてRがメチル基)を使用すると、[M]の濃度(1〜4mol/L)、架橋剤の種類、各成分の使用比([M]100に対して、架橋剤の濃度[C]を1〜3、開始剤の濃度を1〜5を変えることにより、膨潤度10〜26の間で種々異なる膨潤度を有するホストゲルを調製することができる。 The degree of swelling of the resulting gel can be controlled by changing the type of N-vinylalkylamide monomer, the type of crosslinking agent, the ratio of each component used, and the solvent. For example, N- (in the formula (I) R 1 is a methyl group) vinyl alkyl amide monomer as N- vinylamide monomers Using a concentration (1~4mol / L), the type of the crosslinking agent [M], each component Ratio of the cross-linking agent [C] 1 to 3 and the initiator concentration 1 to 5 with respect to [M] 100, the degree of swelling varies from 10 to 26. A host gel can be prepared.

重合後、未反応モノマー、架橋剤の残渣を系から除去するようにする。除去は、得られたゲルを、たとえば反応に使用した溶媒中に浸漬し、ゲル中から溶媒中にそれらの化合物を追い出すことにより行える。その操作は複数回おこなうとより効果的である。そうした洗浄の終了は、ゲルの重量が変化しない平衡膨潤状態となった場合を目安にすればよい。   After polymerization, unreacted monomers and residues of crosslinking agent are removed from the system. The removal can be performed by, for example, immersing the obtained gel in the solvent used for the reaction and driving out those compounds from the gel into the solvent. It is more effective to perform this operation multiple times. The completion of such washing may be based on the case where the gel is in an equilibrium swelling state where the weight of the gel does not change.

相互侵入網目構造のポリ(N−ビニルアルキルアミド)ゲルは、上記で得られたホストゲルまたは乾燥ポリ(N−ビニルアルキルアミド)ゲルを、上記N−ビニルアルキルアミドモノマー、架橋剤、重合開始剤を適当な溶媒に溶解させた溶液中に浸漬し、各成分を溶液と同濃度になるまでホストゲル内へ拡散させ、ホストゲルを合成したと同様にN−ビニルアルキルアミドモノマーをホストゲル中で重合、架橋することにより得られる。この第2段階目で合成されるポリマーを「ゲストポリマー」ということとする。   The poly (N-vinylalkylamide) gel having an interpenetrating network structure is obtained by using the above-obtained host gel or dry poly (N-vinylalkylamide) gel with the N-vinylalkylamide monomer, the crosslinking agent, and the polymerization initiator. Immerse in a solution dissolved in a suitable solvent, diffuse each component into the host gel until the same concentration as the solution, polymerize and crosslink the N-vinylalkylamide monomer in the host gel in the same way as the host gel was synthesized. Can be obtained. The polymer synthesized in the second stage is referred to as “guest polymer”.

ゲストポリマー形成の際に使用される、N−ビニルアルキルアミドモノマー、架橋剤、重合開始剤、それらの使用割合は、ホストゲルを形成するときと同じでも異なっていてもよい。   The N-vinylalkylamide monomer, the crosslinking agent, the polymerization initiator, and the use ratio thereof used in forming the guest polymer may be the same as or different from those in forming the host gel.

相互侵入網目構造(IPN構造)とは、異なった種類の架橋網目が化学的な結合を持つことなく独立に存在する状態でお互いに絡み合った構造、と定義される。例えば、ポリ−2−ヒドロキシ−3−メタクロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドを架橋親水性ポリマーとして、メラミン樹脂を架橋疎水性ポリマーとして互いに絡み合うIPN構造をとることによりいかなる溶媒にも不溶な膜を形成する。(Y. Sakai, et al., Proc. 3rd Inter. Meet. Chemical Sencers, 273 (1990))また、ここでメラミン樹脂の代わりにエチレングリコールジメタクリレートを用いることで、より耐水性を高めることが可能である(Y. Sakai et al., J. Electrochem. Soc., 140, 432 (1993))。本発明においては、N−ビニルアルキルアミドモノマー濃度[M]の溶液を使用し、一段合成で得られたゲルと、N−ビニルアルキルアミドモノマー濃度[M]/2の溶液を使用し、本発明のように2段階合成で得られたゲルとの単位面積当たりの強度、破断強度(破断時の侵入深さ、圧力)を比較することにより、確認することができる。後者のゲルの単位面積当たりの強度が、前者のそれより増加していれば、相互侵入網目構造が形成され存在しているということができる。 The interpenetrating network structure (IPN structure) is defined as a structure in which different types of cross-linking networks are entangled with each other without having a chemical bond. For example, by forming an intertwined IPN structure using poly-2-hydroxy-3-methacryloyloxypropyltrimethylammonium chloride as a crosslinked hydrophilic polymer and melamine resin as a crosslinked hydrophobic polymer, a film insoluble in any solvent is formed. . (Y. Sakai, et al., Proc. 3 rd Inter. Meet. Chemical Sencers, 273 (1990)) Also, where by use of ethylene glycol dimethacrylate in place of the melamine resin, can enhance the water resistance It is possible (Y. Sakai et al., J. Electrochem. Soc., 140, 432 (1993)). In the present invention, a solution having an N-vinylalkylamide monomer concentration [M] is used, and a gel obtained by one-step synthesis and a solution having an N-vinylalkylamide monomer concentration [M] / 2 are used. Thus, it can be confirmed by comparing the strength per unit area and the breaking strength (penetration depth at break, pressure) with the gel obtained by the two-step synthesis. If the strength per unit area of the latter gel is higher than that of the former gel, it can be said that an interpenetrating network structure is formed and exists.

両親媒性を有するN−ビニルアルキルアミドをモノマーとしたIPN構造を有するゲルはこれまで知られておらず、様々な薬物を担持する丈夫な担体としての応用が期待され、バイオマテリアル産業への有用性があると考えている。   Gels having an IPN structure using an amphiphilic N-vinylalkylamide as a monomer have not been known so far, and are expected to be used as a strong carrier for carrying various drugs. I think there is sex.

以上、ホストポリマー、ゲストポリマーの両者とも、架橋ポリ(N-ビニルアルキルアミド)から構成されるIPN構造のポリマーゲルについて説明した。本発明においては、ホストポリマー、ゲストポリマーのどちらか一方を、N-ビニルアルキルアミドポリマー以外の他のポリマー、例えば、アクリル酸およびメタクリル酸の塩やエステル化合物から成るポリマー、ビニルアセテートポリマー、アクリルアミドポリマー、メタクリルアミドポリマーで構成することも可能である。
例えば、アクリルアミドポリマーをホストポリマー、ゲストポリマーとするIPN構造のゲル、その調製法はすでに知られている(例えば、非特許文献1、J. T. Zhang et al., J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem., 42, 1249 (2004))ホストポリマー、ゲストポリマーのどちらか一方を、アクリルアミドポリマーで構成してIPN構造のポリマーゲルを調製する場合、すでに知られている(架橋)ポリアクリルアミドの調製方法を適用すればよい。架橋剤は、式IIで示した本発明の架橋剤を使用することも可能であるし、(架橋)ポリアクリルアミドの調製で用いる架橋剤を使用することもできる。
As described above, both the host polymer and the guest polymer have been described with respect to the polymer gel having an IPN structure composed of crosslinked poly (N-vinylalkylamide). In the present invention, either the host polymer or the guest polymer is replaced with another polymer other than the N-vinylalkylamide polymer, for example, a polymer comprising a salt or ester compound of acrylic acid or methacrylic acid, a vinyl acetate polymer, or an acrylamide polymer. It can also be composed of a methacrylamide polymer.
For example, a gel having an IPN structure using an acrylamide polymer as a host polymer and a guest polymer and a preparation method thereof are already known (for example, Non-Patent Document 1, JT Zhang et al., J. Polym. Sci. Part A: Polym Chem., 42, 1249 (2004)) When preparing a polymer gel with an IPN structure by composing either a host polymer or a guest polymer with an acrylamide polymer, preparation of (crosslinked) polyacrylamide which is already known Apply the method. As the crosslinking agent, the crosslinking agent of the present invention represented by the formula II can be used, or the crosslinking agent used in the preparation of (crosslinked) polyacrylamide can be used.

(架橋剤の合成)
Cl−Y−Cl(Yは表1に示した)を用いて下記反応式に示したようにNVA骨格を有する架橋剤を合成した。このとき使用した溶媒ジメチルホルムアミドは60mLであり、市販品である油中1.02当量相当の水素化ナトリウム2.4g使用し、NVA5gと反応させた後にCl−Y−Clと反応させ、求核置換反応によって架橋剤を合成した。

Figure 2008255313
(Synthesis of crosslinking agent)
A cross-linking agent having an NVA skeleton was synthesized as shown in the following reaction formula using Cl—Y—Cl (Y is shown in Table 1). The solvent dimethylformamide used at this time was 60 mL, 2.4 g of sodium hydride equivalent to 1.02 equivalent in oil, which is a commercial product, was used, reacted with 5 g of NVA, reacted with Cl—Y—Cl, and nucleophilic. A crosslinking agent was synthesized by a substitution reaction.
Figure 2008255313

Figure 2008255313
a)収量(g)は、シリカゲルクロマトグラフィーにより単離された重量である。
b)収率(%)は、リンカーの使用量(23mmol)に基づいて計算した値である。
Figure 2008255313
a) Yield (g) is the weight isolated by silica gel chromatography.
b) Yield (%) is a value calculated based on the amount of linker used (23 mmol).

得られた架橋剤(エントリーNo.1〜3)を、室温、重アセトニトリル中で測定したプロトンNMR(400MHz)スペクトルを図1〜3に示した。   Proton NMR (400 MHz) spectra obtained by measuring the obtained crosslinking agents (entry Nos. 1 to 3) in deuterated acetonitrile at room temperature are shown in FIGS.

(ホストゲルの合成1:架橋剤による膨潤度の影響)

Figure 2008255313
(Synthesis of host gel 1: Influence of swelling degree by crosslinking agent)
Figure 2008255313

NVA(0.34g,4mmol)、架橋剤2(12mg,0.04mmol)、および開始剤2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド(11mg,0.04mmol)を脱気した超純水2mLへ溶解させ(NVA濃度は2mol/L)、窒素雰囲気下二枚のガラス板(隙間1mm厚)へ導入後、37℃に加熱させることで重合反応を開始させた。溶液は約30分でゲル化した。4時間反応後に得られたゲルを冷却しラジカルを失活させて反応を停止し、2.12gの透明なゲルを得た。   NVA (0.34 g, 4 mmol), crosslinker 2 (12 mg, 0.04 mmol), and initiator 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride (11 mg, 0.04 mmol) were degassed. It melt | dissolved in 2 mL of ultrapure water (NVA density | concentration is 2 mol / L), and after introducing into two glass plates (gap 1 mm thickness) under nitrogen atmosphere, the polymerization reaction was started by heating to 37 degreeC. The solution gelled in about 30 minutes. The gel obtained after the reaction for 4 hours was cooled to deactivate radicals to stop the reaction, and 2.12 g of a transparent gel was obtained.

得られたゲルを毎日洗浄水を交換しながら5日間、超純水中に浸すことにより洗浄し、平衡膨潤状態で6.03gのゲル(ホストゲル2)を得た。   The obtained gel was washed by immersing it in ultrapure water for 5 days while changing the washing water every day to obtain 6.03 g of gel (host gel 2) in an equilibrium swelling state.

得られたゲルの一部(0.347g)を凍結乾燥して得られた重さ(0.023g)から、25℃における膨潤度は14、収率は99%以上であった。結果を下記表2に示す。   From the weight (0.023 g) obtained by freeze-drying a part (0.347 g) of the obtained gel, the degree of swelling at 25 ° C. was 14, and the yield was 99% or more. The results are shown in Table 2 below.

架橋剤2に代えて、架橋剤1、3を用いて上記と同様にして透明なゲル(ホストゲル1,3)を調製した。架橋剤1、3を用いた場合も、架橋剤2の場合と同様にいずれも定量的に重合が進行した。結果を下記表2に示した。   Transparent gels (host gels 1 and 3) were prepared in the same manner as described above using the crosslinking agents 1 and 3 instead of the crosslinking agent 2. In the case of using the crosslinking agents 1 and 3, the polymerization proceeded quantitatively in the same manner as in the case of the crosslinking agent 2. The results are shown in Table 2 below.

Figure 2008255313
Figure 2008255313

架橋剤1を用いて得られたゲルの膨潤度は他のものに比べて大きな値を示した。これは架橋剤の大きさが小さいために、架橋剤2,3に比べて架橋反応が不十分であったためと考えられる。   The degree of swelling of the gel obtained using the cross-linking agent 1 showed a larger value than the others. This is probably because the cross-linking reaction was insufficient compared to the cross-linking agents 2 and 3 because the size of the cross-linking agent was small.

(ホストゲルの合成2:重合条件の考察)
架橋剤2を使用し、NVAモノマー[M]の濃度、およびNVAモノマー[M]、開始剤[I]、架橋剤[C]の濃度比([M]:[I]:[C])を下記表3に示した条件に代えた以外、上記ホストゲルの合成1と同様にゲルを合成した。結果を表3に示す。
(Synthesis of host gel 2: Consideration of polymerization conditions)
Using the crosslinking agent 2, the concentration of the NVA monomer [M] and the concentration ratio of the NVA monomer [M], the initiator [I], and the crosslinking agent [C] ([M]: [I]: [C]) A gel was synthesized in the same manner as in the above host gel synthesis 1 except that the conditions shown in Table 3 below were used. The results are shown in Table 3.

Figure 2008255313
上記表3に示したようにNVAの濃度は1mol/Lから4mol/Lまで広範囲で定量的にゲルの調製ができる
Figure 2008255313
As shown in Table 3, the gel concentration can be quantitatively prepared over a wide range of NVA concentrations from 1 mol / L to 4 mol / L.

(相互侵入網目構造を有するゲルの調製)

Figure 2008255313
(Preparation of gel having interpenetrating network structure)
Figure 2008255313

1mm厚で調製したホストゲル1,2,3,4,5,6,9をそれぞれ、表4に示した量使用し、NVA(2.38g,28mmol)、架橋剤2(83mg,0.28mmol)、およびホストゲルの合成1で使用した同じ開始剤(77mg,0.28mmol)と一緒に超純水と混合して全体が8mLとなるように調製し、10℃冷却下で24時間静置した。この操作により各成分がゲル内部まで同濃度に拡散され、NVA濃度は同2mol/Lとなる。   Host gels 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 9 prepared with a thickness of 1 mm were used in the amounts shown in Table 4, respectively, and NVA (2.38 g, 28 mmol) and crosslinking agent 2 (83 mg, 0.28 mmol) And the same initiator (77 mg, 0.28 mmol) used in Synthesis 1 of the host gel and mixed with ultrapure water to make a total of 8 mL, and left to stand at 10 ° C. for 24 hours. By this operation, each component is diffused into the gel at the same concentration, and the NVA concentration becomes 2 mol / L.

モノマー浸漬条件を4℃で一週間とした例を記す。ホストゲル7を0.185g取り出し、一週間4℃でモノマー溶液に浸漬後再び窒素雰囲気下二枚のガラス板(隙間1mm厚)へ挟み込み、37℃6時間加熱した。これによりIPN構造を有するNVAゲルが得られる(IPNゲル8)。ここで得られたIPNゲルの膨潤度は10、収率は89%であった。
IPNゲルの膨潤度は、平行膨潤状態での重量Ws=0.4712g、乾燥状態での重量をWd=0.0432gであるから、式(Ws−Wd)/Wdより、膨潤度10と計算される。また収率は、一段階目の定量的に反応したホストゲル7において、初めに調製した2mol/L濃度に相当するゲル2mLは、平行膨潤状態では6.03gへと変化するため、1g/mLと仮定した場合、モノマー浸漬状態におけるホストゲルのNVA濃度は0.66mol/Lと補正される(同条件のホストゲル2を参照)。すなわち、二段階目のIPNゲル調製状態のNVA濃度は全体で2.66mol/Lとみなすことができ、同じ体積のホストゲル7(0.66mol/L)の乾燥重量0.012gとなることから、IPNゲルが定量的に反応した場合では0.012g×(2.66mol/L÷0.66mol/L)=0.0484gとなるはずであり、実際に得られたIPNゲルの乾燥重量は0.0432gであったから、収率は0.0432g÷0.0484g×100=89(%)と算出した。
An example in which the monomer immersion condition is set to 4 ° C. for one week will be described. 0.185 g of the host gel 7 was taken out, immersed in a monomer solution at 4 ° C. for one week, sandwiched again between two glass plates (gap 1 mm thick) in a nitrogen atmosphere, and heated at 37 ° C. for 6 hours. As a result, an NVA gel having an IPN structure is obtained (IPN gel 8). The degree of swelling of the IPN gel obtained here was 10, and the yield was 89%.
The degree of swelling of the IPN gel is calculated as a degree of swelling of 10 from the formula (Ws−Wd) / Wd because the weight in the parallel swelling state is Ws = 0.4712 g and the weight in the dry state is Wd = 0.0432 g. The The yield of the first-stage quantitatively reacted host gel 7 was 1 g / mL because the gel 2 mL corresponding to the initially prepared 2 mol / L concentration changed to 6.03 g in the parallel swelling state. Assuming that the NVA concentration of the host gel in the monomer immersion state is corrected to 0.66 mol / L (see the host gel 2 under the same conditions). That is, the NVA concentration in the second stage IPN gel preparation state can be regarded as 2.66 mol / L as a whole, and the dry weight of the same volume of the host gel 7 (0.66 mol / L) is 0.012 g. When the IPN gel reacted quantitatively, it should be 0.012 g × (2.66 mol / L ÷ 0.66 mol / L) = 0.0484 g, and the dry weight of the IPN gel actually obtained was 0.8. Since it was 0432 g, the yield was calculated as 0.0432 g ÷ 0.0484 g × 100 = 89 (%).

Figure 2008255313
Figure 2008255313

なお、前記表3に示したようにNVAの濃度は1mol/Lから4mol/Lまで広範囲で定量的にゲルの調製ができるが、表4は予備実験としてホストゲルをモノマー溶液中10℃で24時間浸したのちに重合を開始させ、IPNゲルを合成した結果であり、短時間の浸漬であってもそれぞれにIPN構造を導入することができることを平行膨潤状態の重量増加から確認している(IPNゲル1〜7)。   As shown in Table 3, the gel concentration can be quantitatively prepared over a wide range of NVA concentrations from 1 mol / L to 4 mol / L, but Table 4 shows that the host gel is kept in the monomer solution at 10 ° C. for 24 hours as a preliminary experiment. This is the result of synthesizing the IPN gel after the immersion, and confirming that the IPN structure can be introduced into each of the IPN gels even in a short immersion (IPN). Gels 1-7).

破断点の測定
得られたホストゲル2,4、IPNゲル8を5mm×5mmに切り出し、圧縮試験機(島津社製、EZ test)によりゲルの破断点をそれぞれ3回測定し、平均値を比較した。結果を表5に示した。表5中、破断強度(mm)は、ゲルが破断したときの圧縮した距離を表し、破断強度(Pa)は、そのときの応力を表し、極大値から決定した。
Measurement of breaking point The obtained host gels 2, 4 and IPN gel 8 were cut into 5 mm x 5 mm, the breaking points of the gel were measured three times with a compression tester (manufactured by Shimadzu Corporation, EZ test), and the average values were compared. . The results are shown in Table 5. In Table 5, the breaking strength (mm) represents the compressed distance when the gel broke, and the breaking strength (Pa) represents the stress at that time, and was determined from the maximum value.

Figure 2008255313
Figure 2008255313

IPN構造を有するゲル(IPNゲル8)が16.5×10Paであり、IPN構造を導入する前のゲル(5.1×10Pa)やNVA濃度を2倍にして調製したホストゲル4の値(12.6×10Pa)よりも大きな値を示した。 The gel having the IPN structure (IPN gel 8) is 16.5 × 10 5 Pa, the gel before introducing the IPN structure (5.1 × 10 5 Pa), and the host gel 4 prepared by doubling the NVA concentration The value was larger than the value (12.6 × 10 5 Pa).

(生体適合性)
表4に示したIPNゲル2を用いてマウスL929繊維芽細胞の接着試験を行い、その生体適合性を評価した。
(Biocompatibility)
An adhesion test of mouse L929 fibroblasts was performed using IPN gel 2 shown in Table 4, and its biocompatibility was evaluated.

一週間後の観察したところ、ポリ(N−ビニルアセトアミド)(NVA)ゲルへの細胞接着は、初期の接着数が少ないものの、徐々に伸展し増殖する傾向が見られ、細胞に対する強い為害性はないものと考えられた。   When observed one week later, cell adhesion to poly (N-vinylacetamide) (NVA) gel showed a tendency to gradually expand and proliferate, although the initial number of adhesions was small, and the harmfulness to cells was strong. I thought it was not.

(NVAと他のモノマーの組み合わせによる相互侵入網目構造の調製)
(NVAとN−イソプロピルアクリルアミド
NVA(0.51g, 6mmol)、架橋剤1(18mg, 0.06mmol)、および開始剤2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド(17mg, 0.06mmol)を,脱気した超純水3mLへ溶解させた(NVA濃度は2mol/L)。得られた溶液を、窒素雰囲気下二枚のガラス板(隙間2mm厚)へ導入後、37℃に加熱させることで重合反応を開始させると約30分でゲル化した。4時間反応後に冷却しラジカルを失活させて反応を停止し、3.13gのゲルを得た。ここで得られたゲルは超純水中に24時間浸すことにより洗浄し、平衡膨潤状態で8.00gのゲルを得た。
(Preparation of interpenetrating network structure by combination of NVA and other monomers)
(NVA and N-isopropylacrylamide NVA (0.51 g, 6 mmol), crosslinker 1 (18 mg, 0.06 mmol), and initiator 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride (17 mg, 0 (.06 mmol) was dissolved in 3 mL of degassed ultrapure water (NVA concentration was 2 mol / L) The resulting solution was introduced into two glass plates (gap 2 mm thick) under a nitrogen atmosphere, and then 37 ° C. When the polymerization reaction was started by heating, gelation occurred in about 30 minutes, and after 4 hours of reaction, the reaction was stopped by cooling to deactivate radicals to obtain 3.13 g of gel. The gel was washed by immersing in ultrapure water for 24 hours to obtain 8.00 g of gel in an equilibrium swelling state.

次に、厚さ3.00mmになった平行膨潤状態のNVAゲルを、直径9mmのディスク状に切り出して、これをホストゲル(ディスク体積=π×4.5mm×4.5mm×3.0mm=191mm3=1.91×10-4 L)とした.
なお、この直径9mmディスク(0.173g)を凍結乾燥して得られた重さ(0.011g)から、25℃における膨潤度は14.7、収率は99.8%とそれぞれ算出された。
Next, a parallel swollen NVA gel having a thickness of 3.00 mm was cut into a disk shape having a diameter of 9 mm, and this was cut into a host gel (disk volume = π × 4.5 mm × 4.5 mm × 3.0 mm = 191 mm3 = 1.91 × 10 -4 L).
From the weight (0.011 g) obtained by freeze-drying this 9 mm diameter disk (0.173 g), the degree of swelling at 25 ° C. was calculated to be 14.7 and the yield was 99.8%, respectively. .

直径9mm,厚さ3mmのNVAゲルにIPN構造を導入する手順を以下に示す。
N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)1.8g,16mmol)、架橋剤メチレンビスアクリルアミド(MBAAm) (25mg, 0.16mmol)、および同開始剤(44mg, 0.16mmol)と一緒に超純水と混合して全体が16mLとなるように調製し、4℃冷却下で24時間静置した。この操作により各成分がゲル内部まで同濃度に拡散され、NIPAMの濃度は同1mol/Lとなる。
The procedure for introducing the IPN structure into an NVA gel having a diameter of 9 mm and a thickness of 3 mm is shown below.
N-isopropylacrylamide (NIPAM) 1.8 g, 16 mmol), crosslinker methylenebisacrylamide (MBAAm) (25 mg, 0.16 mmol), and the same initiator (44 mg, 0.16 mmol) and mixed with ultrapure water. The whole was adjusted to 16 mL and allowed to stand for 24 hours under cooling at 4 ° C. By this operation, each component is diffused into the gel at the same concentration, and the concentration of NIPAM becomes 1 mol / L.

ゲルを取り出し、再び窒素雰囲気下二枚のガラス板(隙間2mm厚)へ挟み込み、室温状態で6時間UV照射を行うことによりNVAとNIPAMから成るIPN構造を有するゲルを得た。これを5日間超純水に浸すことにより洗浄し、ディスク1個の平行膨潤状態で0.289g得た。このディスクの乾燥状態では0.027gであることから膨潤度は9.7、また仕込みのNVAゲルの乾燥状態が上記のように0.011gであることから、反応したNIPAMのポリマーは0.016gと算出され、反応前に仕込み状態でディスク体積内に存在していたNIPAMは、(1mol/L×113.08g/mol×1.91×10-4 L=0.0215g)であるから、収率は74%とそれぞれ計算された。
また、厚さ3mm、直径9mmのディスク状ゲルを用いた以外、上記破断点の測定と同様にして破断点を測定した。結果を下記表6に示す。
The gel was taken out and sandwiched again between two glass plates (gap 2 mm thick) under a nitrogen atmosphere, and UV irradiation was performed at room temperature for 6 hours to obtain a gel having an IPN structure composed of NVA and NIPAM. This was washed by immersing it in ultrapure water for 5 days to obtain 0.289 g in a state of parallel swelling of one disk. Since the disk is 0.027 g in the dry state, the swelling degree is 9.7, and since the dry state of the charged NVA gel is 0.011 g as described above, the reacted NIPAM polymer is 0.016 g. NIPAM present in the disk volume in the charged state before the reaction was (1 mol / L × 113.08 g / mol × 1.91 × 10 −4 L = 0.0215 g), so the yield was 74%. And calculated respectively.
Further, the breaking point was measured in the same manner as the above breaking point except that a disc-shaped gel having a thickness of 3 mm and a diameter of 9 mm was used. The results are shown in Table 6 below.

(NVAとアクリルアミド)
ゲストポリマ構成モノマーとしてアクリルアミド(AAm)を2.0mol/L用い、重合にUV照射ではなく37度の熱重合を行った以外,N−イソプロピルアクリルアミドを使用した場合と同様にして、NVAとAAmから成るIPN構造を有するゲルを得た。収率99%以上、膨潤度7.3であった。
また、厚さ3mm、直径9mmのディスク状ゲルを用いた以外、上記破断点の測定と同様にして破断点を測定した。結果を下記表6に示す。
(NVA and acrylamide)
From NVA and AAm in the same manner as when N-isopropylacrylamide was used, except that 2.0 mol / L of acrylamide (AAm) was used as a guest polymer constituent monomer and the polymerization was performed by thermal polymerization at 37 degrees instead of UV irradiation. A gel having an IPN structure was obtained. The yield was 99% or more and the degree of swelling was 7.3.
Further, the breaking point was measured in the same manner as the above breaking point except that a disc-shaped gel having a thickness of 3 mm and a diameter of 9 mm was used. The results are shown in Table 6 below.

Figure 2008255313
Figure 2008255313

Figure 2008255313
Figure 2008255313

本発明のポリ(N−ビニルアルキルアミドモノマー)ゲルは、様々な薬物を担持する丈夫な担体としての応用が期待され、新規バイオマテリアルとして産業的な展開に繋げることが可能である。   The poly (N-vinylalkylamide monomer) gel of the present invention is expected to be applied as a strong carrier for supporting various drugs and can be industrially developed as a new biomaterial.

架橋剤(エントリNo.1)のH−NMR(400MHz)スペクトル。 1 H-NMR (400 MHz) spectrum of the crosslinking agent (entry No. 1). 架橋剤(エントリNo.2)のH−NMR(400MHz)スペクトル。 1 H-NMR (400 MHz) spectrum of the crosslinking agent (entry No. 2). 架橋剤(エントリNo.3)のH−NMR(400MHz)スペクトル。 1 H-NMR (400 MHz) spectrum of the crosslinking agent (entry No. 3).

Claims (5)

化学式(I)で表されるN−ビニルアルキルアミドモノマーを一段階目および二段階目に合成するゲル網目の構成単位として合成された、相互侵入網目構造のポリ(N−ビニルアルキルアミド)ゲル:
Figure 2008255313
(式中、Rは、水素原子、または炭素原子数1〜8のアルキル基を表す)。
A poly (N-vinylalkylamide) gel having an interpenetrating network structure synthesized as a structural unit of a gel network for synthesizing the N-vinylalkylamide monomer represented by the chemical formula (I) in the first stage and the second stage:
Figure 2008255313
(Wherein R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms).
一段階目および二段階目に合成するゲル網目の構成単位が化学式(I)で表されるN−ビニルアルキルアミドモノマー、架橋剤および重合開始剤から合成された相互侵入網目構造のポリ(N−ビニルアルキルアミドモノマー)ゲル:
Figure 2008255313
(式中、Rは、水素原子、または炭素原子数1〜8のアルキル基を表す)。
The poly network (N-) having an interpenetrating network structure synthesized from an N-vinylalkylamide monomer represented by the chemical formula (I), a crosslinking agent and a polymerization initiator is used as the structural unit of the gel network synthesized in the first stage and the second stage. Vinyl alkylamide monomer) gel:
Figure 2008255313
(Wherein R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms).
架橋剤が、下記化学式(II)で表される、請求項2に記載のポリ(N−ビニルアルキルアミドモノマー)ゲル:
Figure 2008255313
(式中、Rは、水素原子、または炭素原子数1〜8のアルキル基を表す;Yは、下記化学式(III):
Figure 2008255313
(式中、n、nはそれぞれ独立して2または4を表す;mは0または1を表す)で表される)。
The poly (N-vinyl alkylamide monomer) gel according to claim 2, wherein the crosslinking agent is represented by the following chemical formula (II):
Figure 2008255313
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms; Y represents the following chemical formula (III):
Figure 2008255313
(Wherein, n 1 and n 2 each independently represents 2 or 4; m represents 0 or 1)).
下記化学式(II)で表される化合物:
Figure 2008255313
(式中、Rは、水素原子、または炭素原子数1〜8のアルキル基を表す;Yは、下記化学式(III):
Figure 2008255313
(式中、n、nはそれぞれ独立して2または4を表す;mは0または1を表す;Xはハロゲン原子を表す)で表される)。
Compound represented by the following chemical formula (II):
Figure 2008255313
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms; Y represents the following chemical formula (III):
Figure 2008255313
(Wherein n 1 and n 2 each independently represents 2 or 4; m represents 0 or 1; X represents a halogen atom).
化学式(I)で表されるN−ビニルアルキルアミドモノマーを一段階目または二段階目に合成するゲル網目の構成単位とし、アクリル酸およびメタクリル酸の塩やエステル化合物、アクリルアミドモノマー、メタクリルアミドモノマーまたはビニルアセテートを二段階目または一段階目に合成するゲル網目の構成単位として構成された、相互侵入網目構造のポリマーゲル:
Figure 2008255313
(式中、Rは、水素原子、または炭素原子数1〜8のアルキル基を表す)。
The N-vinylalkylamide monomer represented by the chemical formula (I) is a structural unit of a gel network synthesized in the first stage or the second stage, and salts and ester compounds of acrylic acid and methacrylic acid, acrylamide monomer, methacrylamide monomer or A polymer gel with an interpenetrating network constructed as a building block of a gel network that synthesizes vinyl acetate in the second or first stage:
Figure 2008255313
(Wherein R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms).
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