JP2015196738A

JP2015196738A - 新規重合体、およびそれを有する細胞培養基材

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Publication number: JP2015196738A
Application number: JP2014074371A
Authority: JP
Inventors: 木綿金城; Momen Kaneshiro; 宮田　寛; Hiroshi Miyata; 寛宮田
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-09
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP6405669B2

Abstract

【課題】アルコール類等溶媒への溶解性や基板への加工が可能な、医療材料や包装材料等として使用することが可能な、水酸基及びＮ−置換カルバメート基を有する共重合体とその製造方法を提供する。【解決手段】ポリビニレンカーボネートをＲＮＨ２（Ｒは水酸基、Ｃ１〜３０の炭化水素基またはハロゲン原子若しくはＮを含有するＣ１〜３０の炭化水素基）でアミノリシスする方法により得られた、水酸基及びＮ−置換カルバメート基を有する共重合体。前記共重合体の重量平均分子量は１０，０００〜１，０００，０００である共重合体。前記共重合体を有する細胞培養基材。【選択図】なし

Description

本発明は、水酸基及びＮ−置換カルバメート基を有し、一般式（１）及び（２）を含有する共重合体、製造方法およびその用途を提供することにある。

近年、水酸基含有重合体として、ポリビニルアルコールやその共重合体、ポリヒドロキシエチル（メタ）アクリレートやその共重合体等が知られている。ポリビニルアルコール（共）重合体は水溶性、造膜性、接着性、乳化性、耐油性などの特性をもち、紙加工剤、塗料、接着剤、乳化剤、懸濁剤、フィルム、シート原料、医薬、化粧品などの様々な用途で使用されている。

また、特許文献１及び２ではポリヒドロキシエチル（メタ）アクリレート（共）重合体は、その高い透明性、親水性、酸素透過性、生体適合性などを活かしてハイドロゲル、コンタクトレンズ、医療材料などに利用されていることが開示されている。

他にも非特許文献１にはポリビニレンカーボネートのケン化物である、２つの水酸基を有するα，β−二置換エチレン単位からなる単独重合体および共重合体が開示されている。

しかしながら上記の重合体は、アルコール類等溶媒への溶解性や基板への加工が可能な医療材料や包装材料等として使用するには課題があった。

特開２００７−１０５５８号公報特開２００２−２２４２１５号公報

Ｔ．Ｍａｔｓｕｄａｅｔａｌ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１１，４１３５−４１４０（１９９５）．

本発明の目的は、アルコール類等溶媒への溶解性や基板への加工が可能な医療材料や包装材料等として使用することが可能な水酸基及びＮ−置換カルバメート基を有し、一般式（１）及び（２）を含有する単独重合体並びに共重合体とその製造方法を提供することにある。

本発明者等は上記の課題を解決するべく、鋭意検討した結果、アルコール類等溶媒への溶解性や基板への加工が可能な医療材料や包装材料等として使用することが可能な水酸基及びＮ−置換カルバメート基を有し、一般式（１）及び（２）を含有する共重合体とその製造方法を見出した。

すなわち本発明は、以下の（１）から（３）に記載した発明を提供するものである。
［１］下記一般式（１）及び（２）を含有し、その含有量がｍｏｌ％で（１）：（２）＝１：９９〜１００：０であることを特徴とする共重合体。

（式中、Ｒは水酸基、炭素数１〜３０の炭化水素基またはハロゲン原子若しくは窒素原子を含有する炭素数１〜３０の炭化水素基を示す。）
［２］共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）が１０，０００〜１，０００，０００である、［１］記載の共重合体。
［３］ポリビニレンカーボネートをＲＮＨ_２（式中、Ｒは水酸基、炭素数１〜３０の炭化水素基またはハロゲン原子若しくは窒素原子を含有する炭素数１〜３０の炭化水素基を示す。）でアミノリシスすることを特徴とする、［１］記載の共重合体の製造方法。
［４］基材上に［１］又は［２］に記載の共重合体を有することを特徴とする細胞培養基材。

以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の共重合体において、一般式（１）及び（２）の含有量は（１）：（２）＝１：９９〜１００：０であり、好ましくは３０：７０〜１００：０である。なお、一般式（１）の割合が３０ｍｏｌ％未満になると、溶媒への溶解性がやや低下する傾向がある。なお、一般式（２）が０ｍｏｌ％の場合、本発明の共重合体は一般式（１）の単独重合体となるが、その場合も含めて本発明では共重合体と記載する。

本発明の一般式（１）のＲで示される炭素数の炭化水素基としては、炭素数が１〜３０、好ましくは１〜１２、さらに好ましくは１〜６の炭化水素基である。またハロゲン原子もしくは窒素原子を含有する炭素数１〜３０の炭化水素基としては、ハロゲン原子又は窒素原子を含有する、炭素数が好ましくは１〜１２、更に好ましくは１〜６の炭化水素基である。これらの炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂環式炭化水素基などが挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基等の直鎖状又は分枝状の脂肪族炭化水素基、フェニル基、ベンジル基、メチルフェニル基、トリクロロフェニル基等の芳香族炭化水素基、シクロヘキシル基等の脂環式炭化水素基が挙げられる。これらの中でも、炭素数１〜１２の脂肪族炭化水素基が好ましく、例えばｉ−ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基があげられ、さらに好ましくは炭素数１〜６の脂肪族炭化水素基であり、例えばｉ−ブチル基、ヘキシル基があげられる。本発明においてハロゲン原子とはフッ素原子、塩素原子、および臭素原子を例示することができる。

本発明の共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）は１０，０００〜１，０００，０００の範囲が好ましく、さらに好ましくは３０，０００〜１５０，０００の範囲である。Ｍｗが小さいと機械的強度が低下する場合があり、また反対にＭｗが大きすぎると、溶媒への溶解性が低下する場合があるので好ましくない。

本発明の重合体は、ポリビニレンカーボネートを変性剤ＲＮＨ_２（式中、Ｒは水酸基、炭素数１〜３０の炭化水素基またはハロゲン原子若しくは窒素原子を含有する炭素数１〜３０の炭化水素基を示す。）でアミノリシスすることにより製造することができる。ここでいうRも前述のものが好ましい。変性剤は一般式（１）で表されるカルバメート単位を生成できるもので、例えば、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ｉ−プロピルアミン、ｎ−ブチルアミン、ｉ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン等の脂肪族炭化水素基含有アミン、アニリン、ベンジルアミン、トルイジン、トリクロロアニリン等の芳香族炭化水素基含有アミン、シクロヘキシルアミン等の脂環式炭化水素基含有アミンが挙げられる。これらの中でも、炭素数１〜１２の脂肪族炭化水素基含有アミンが好ましく、ｉ−ブチルアミン、ｎ―ヘキシルアミン、ドデシルアミンがあげられ、さらに好ましくは炭素数１〜６の脂肪族炭化水素基含有アミンであって、例えばイソブチルアミン、ｎ−ヘキシルアミンがある。変性量は、共重合体において、一般式（１）の含有量が１〜１００ｍｏｌ％好ましくは３０〜１００ｍｏｌ％となるよう、変性剤ＲＮＨ_２の量を適宜調整すれば良い。一般式（１）の割合が３０ｍｏｌ％未満になると、溶媒への溶解性がやや低下する傾向がある。反応温度は３０〜１２０℃、好ましくは６０〜８０℃の範囲で、反応時間は５〜７２時間が好ましい。

本発明に用いられるポリビニレンカーボネートは、市販のものでよく、又はビニレンカーボネートのラジカル重合によって合成しても良い。ポリビニレンカーボネートのＭｗは１０，０００〜１，０００，０００の範囲が好ましく、さらに好ましくは３０，０００〜１５０，０００の範囲である。Ｍｗが小さいと機械的強度が低下する場合があり、あまりに大きすぎると、溶媒への溶解性が低下する場合がある。

重合開始剤としては、一般的にラジカル重合に使用され、熱により重合を開始させるものが使用可能であり、例えば、α，α’ーアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾビス（４ーメトキシー２，４ージメチルバレロニトリル）、アゾビス（２，４ージメチルバレロニトリル）、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）、ジーｔｅｒｔーブチルパーオキサイド等が好ましい。この重合開始剤は０．０１〜１０重量％程度添加すればよい。反応温度は４０〜１４０℃、好ましくは６０〜１００℃の範囲で、６〜７２時間、好ましくは１２〜２４時間反応させるとよい。

本発明の重合体は、水酸基及びＮ−置換カルバメート基を有し、一般式（１）及び（２）を含有する共重合体であり、一般式（１）及び（２）を含有量およびＮ−置換カルバメート基の置換基の変更が容易である。つまり一般式（１）、（２）の含有量を容易に変更することができることによって、親水性・疎水性を制御可能という有用な効果がある。またＮ−置換カルバメート基の置換基の変更が可能であることについては親水性・疎水性を制御可能という点から医療材料や包装材料等への展開が待できる。

更に本願発明によって得られた本発明の重合体は、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等に加え、メチルアルコールやエチルアルコール等のアルコールへの溶解が可能になり、そのまま、あるいは必要に応じて各種の添加剤を添加、混合することにより、ガラス基板、プラスチックフィルム等の基材へ適用する組成物として使用できる。

また本発明の重合体を基材に適用する方法としては、例えば塗布、はけ塗り、ディップコーティング、スピンコーティング、バーコーディング、流し塗り、スプレー塗装、ロール塗装、エアーナイフコーティング、ブレードコーティングなど通常知られている各種の方法を用いることが可能である。

また、本発明の重合体は、親水性・疎水性の制御が可能であることから、ガラス基材やプラスチックフィルム等基材に適用することによって、細胞や組織の接着を制御できるという特徴を有し、浮遊性細胞や特定接着性細胞の培養基材として使用することができる。

重合体Ａの^１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルチャートである。重合体Ａの^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルチャートである。重合体ＡのＩＲスペクトルチャートである。重合体Ｂの^１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルチャートである。重合体Ｂの^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルチャートである。重合体ＢのＩＲスペクトルチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。また本発明の要旨の範囲内で適宜に変更して実施することができる。

なお、断りのない限り用いた試薬は市販品を用い、実施例により示す諸物性は、以下の方法により測定した。

＜アミノリシスの追跡＞
液成分を、ガスクロマトグラフ（島津製作所製（商品名）ＧＣ−１４Ｂ）を用いて分析した。分離カラムはキャピラリーカラム（商品名）ＩｎｅｒｔＣａｐｆｏｒＡｍｉｎｅ（長さ６０ｍ、内径０．３２ｍｍ）を用い、内部標準物質としてナフタレンを用いて内部標準法により測定した。

＜樹脂の組成＞
核磁気共鳴測定装置（日本電子製、商品名ＪＮＭ−ＧＸ２７０）を用いた、プロトン核磁気共鳴分光（^１Ｈ−ＮＭＲ）スペクトル分析、カーボン核磁気共鳴分光（^１３Ｃ−ＮＭＲ）スペクトル分析、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）（ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製、商品名ＳＰＥＣＴＲＵＭＯＮＥ）より求めた。

＜樹脂の物性＞
重量平均分子量（Ｍｗ）、数平均分子量（Ｍｎ）および重量平均分子量と数平均分子量の比（Ｍｗ／Ｍｎ）は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定した。ＧＰＣ装置としては東ソー（株）製ＨＬＣ−８１２０ＧＰＣを用い、カラムとしては東ソー（株）製ＴＳＫｇｅｌＳｕｐｅｒＡＷＭ−Ｈを用い、カラム温度を４０℃に設定し、溶離液としてＤＭＦ＋１０ｍＭ−ＬｉＢｒを用いて測定した。測定試料は１．０ｍｇ／ｍｌの濃度で調製し、０．２ｍｌ注入して測定した。分子量の検量線は、分子量既知のポリエチレンオキサイド試料を用いて校正した。なお、ＭｗおよびＭｎはポリエチレンオキサイド換算の値として求めた。

＜重合体の溶解性＞
トルエン、メタノール、ＤＭＦ、ＴＨＦそれぞれに対して、重合体を溶液濃度が３０質量％になるように混合させた。その後、該溶解液を透明なガラス瓶の中で２時間静置した後、目視で均一性を確認し、以下の基準で評価した。
○：均一に溶解し、静置後も均一な溶液であった。
×：混合しても溶解しなかった。または、均一に溶解したが、静置すると、層分離するかまたは凝固した。

本発明においては、いずれの溶媒においても○の評価であることが好ましい。

合成例１ポリビニレンカーボネートの合成
ガラス封管中に、ビニレンカーボネート４０ｇ、重合開始剤としてα，α’ーアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）０．１６ｇ、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）３．７６ｇを仕込み、窒素置換後、重合温度６０℃、重合時間１８時間の条件にてラジカル重合反応を行なった。反応後、得られた固形物をＤＭＦに溶解させ、その溶液と過剰のメタノールと混合することにより白色の繊維状の固体を析出させた。得られた個体を濾過後、メタノールで十分洗浄し８０℃にて乾燥させた。その結果、約６５％の収率で所期の有機高分子を得た。

この有機高分子はＦＴ−ＩＲおよびＤＭＳＯ中^１Ｈ−ＮＭＲによりポリビニレンカーボネート（ＰＶＣａ）であることが同定できた。得られたポリビニレンカーボネートのＭｗは、５１０００、Ｍｗ／Ｍｎは２．５であった。

ポリビニレンカーボネートは、メタノール、トルエン、ＴＨＦには全く溶解せず、ＤＭＦにしか溶解しなかった。

実施例１
合成例１で得られたポリビニレンカーボネート５ｇを２５ｍｌのＤＭＦ中に溶解させ、イソブチルアミン２．１７ｇを投入し、窒素雰囲気下、６０℃で反応を行った。反応中にサンプリングを行い、サンプリング物をＧＣで分析してイソブチルアミンが消失するまで反応を行った。反応時間はイソブチルアミン投入後、８時間であった。反応終了後、反応溶液を過剰の純水と混合することにより、白色繊維状固体を析出させた。得られた個体を濾過後、純水で十分洗浄し６０℃にて乾燥させた。その結果、約７０％の収率で重合体Ａを得た。

得られた重合体ＡはＦＴ−ＩＲ、およびＤＭＳＯ中^１Ｈ−ＮＭＲ、^１３Ｃ−ＮＭＲにより、ポリビニレンカーボネートのカーボネート基が約５３％開環し、側鎖に水酸基とＮ−イソブチルカルバメート基を有する構造であると同定できた。得られた重合体ＡのＭｗは５４０００、Ｍｗ／Ｍｎは２．１であった。

また、得られた重合体Ａの^１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルチャートを図１に示す。以下に示すように、式（１）のＲがイソブチルである重合体Ａに由来するカーボンの存在が確認できた。
２０ｐｐｍ：−ＣＨ_３
２８ｐｐｍ：−ＣＨ_２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
４８ｐｐｍ：−ＣＨ_２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
６８ｐｐｍ：−ＣＨ（ＯＨ）−
７０ｐｐｍ：−ＣＨ［ＯＣＯＮＨＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）_２］−
７６ｐｐｍ：ビニレンカーボネートユニット由来のメチンカーボン
１５３ｐｐｍ：−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−
１５６ｐｐｍ：−Ｏ−ＣＯ−ＮＨＣＨ_２−
得られた重合体Ａの^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルチャートを図２に示す。以下に示すように、式（１）のＲがイソブチルである重合体Ａに由来するプロトンの存在が確認できた。
０．８２ｐｐｍ：−ＣＨ _３
１．６８ｐｐｍ：−ＣＨ_２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
２．８０ｐｐｍ：−ＣＨ _２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
４．２〜３．３ｐｐｍ：−ＣＨ（ＯＨ）−
５．５〜４．２ｐｐｍ：ビニレンカーボネートユニット由来のメチンプロトン，−ＣＨ［ＯＣＯＮＨＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）_２］−
７．７〜６．７ｐｐｍ：−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−ＣＨ_２−
得られた重合体ＡのＩＲスペクトルチャートを図３に示す。式（１）のＲがイソブチルである重合体Ａの一般式（１）に由来するウレタン結合由来のピークが１５３０ｃｍ^−１、１７００ｃｍ^−１付近に観測され、水酸基由来のピークが３３００ｃｍ^−１に付近に観測された。また、一般式（２）に由来するカーボネート基由来のピークが１８００ｃｍ^−１付近に観測された。

得られた重合体Ａは、メタノール、トルエン、ＤＭＦ、ＴＨＦのすべてに溶解した。結果を表１に示す。

実施例２
合成例１で得られたポリビニレンカーボネート５ｇを２５ｍｌのＤＭＦ中に溶解させ、イソブチルアミン８．５ｇを投入し、窒素雰囲気下、６０℃で反応を行った。
反応中にサンプリングを行い、サンプリング物をＧＣで分析してイソブチルアミンの転化率が５０％になるまで反応を行った。反応時間はイソブチルアミン投入後、１０時間であった。反応終了後、反応溶液を過剰の純水と混合することにより、白色繊維状固体を析出させた。得られた個体を濾過後、純水で十分洗浄し６０℃にて乾燥させた。その結果、約７０％の収率で重合体Ｂを得た。
得られた重合体ＢのＭｗは５５０００、Ｍｗ／Ｍｎは２．３であった。

得られた重合体ＢはＤＭＳＯ中^１３Ｃ−ＮＭＲ、^１Ｈ−ＮＭＲおよびＦＴ−ＩＲ、により、ポリビニレンカーボネートのカーボネート基が１００％開環し、側鎖に水酸基とＮ−イソブチルカルバメート基を有する構造であると同定できた。また、得られた重合体Ｂの^１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルチャートを図４に示す。更に以下に示す、式（１）のＲがイソブチルである重合体Ｂに由来するカーボンの存在が確認できた。
２１ｐｐｍ：−ＣＨ_３
２９ｐｐｍ：−ＣＨ_２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
４６ｐｐｍ：−ＣＨ_２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
６７ｐｐｍ：−ＣＨ（ＯＨ）−
７４ｐｐｍ：−ＣＨ［ＯＣＯＮＨＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）_２］−
１５６ｐｐｍ：−Ｏ−ＣＯ−ＮＨＣＨ_２−
得られた重合体Ｂの^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルチャートを図５に示す。以下に示す、式（１）のＲがイソブチルである重合体Ｂに由来するプロトンの存在が確認できた。
０．８２ｐｐｍ：−ＣＨ _３
１．６８ｐｐｍ：−ＣＨ_２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
２．７８ｐｐｍ：−ＣＨ _２−ＣＨ−（ＣＨ_３）_２
４．５〜３．０ｐｐｍ：−ＣＨ（ＯＨ）−
５．５〜４．５ｐｐｍ：−ＣＨ［ＯＣＯＮＨＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）_２］−
７．５〜６．５ｐｐｍ：−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−ＣＨ_２−
得られた重合体ＢのＩＲスペクトルチャートを図６に示す。式（１）のＲがイソブチルである重合体Ｂのウレタン結合由来のピークが１５３０ｃｍ^−１、１７００ｃｍ^−１付近に観測され、水酸基由来のピークが３３００ｃｍ^−１に付近に観測された。一方で、一般式（２）に由来するカーボネート基由来のピークは観測されなかった。

得られた重合体Ｂは、メタノール、トルエン、ＤＭＦ、ＴＨＦのすべてに溶解した。結果を表１に示す。

実施例３
イソブチルアミン８．５ｇの代わりに、ヘキシルアミン１１．７ｇを使用した以外は、実施例２と同様の方法で重合体Ｃを得た。収率は６９％、得られた重合体ＣのＭｗは５５０００、Ｍｗ／Ｍｎは２．４であった。また、得られた重合体ＣのＩＲ測定からは、ウレタン基由来のピークが観測され、カーボネート基由来のピークは観測されなかった。

実施例４
イソブチルアミン８．５ｇの代わりに、ドデシルアミン２１．５ｇを使用した以外は、実施例２と同様の方法で重合体Ｄを得た。収率は７２％、得られた重合体ＤのＭｗは５６０００、Ｍｗ／Ｍｎは２．３であった。また、得られた重合体ＤのＩＲ測定からは、ウレタン基由来のピークが観測され、カーボネート基由来のピークは観測されなかった。

Claims

下記一般式（１）及び（２）を含有し、その含有量がｍｏｌ％で（１）：（２）＝１：９９〜１００：０であることを特徴とする共重合体。

（式中、Ｒは水酸基、炭素数１〜３０の炭化水素基またはハロゲン原子若しくは窒素原子を含有する炭素数１〜３０の炭化水素基を示す。）
共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）が１０，０００〜１，０００，０００である、請求項１記載の共重合体。
ポリビニレンカーボネートをＲＮＨ_２（式中、Ｒは水酸基、炭素数１〜３０の炭化水素基またはハロゲン原子若しくは窒素原子を含有する炭素数１〜３０の炭化水素基を示す。）でアミノリシスすることを特徴とする、請求項１記載の共重合体の製造方法。
基材上に請求項１又は２に記載の共重合体を有することを特徴とする細胞培養基材。