JP2018009096A - Hydrogel and method for producing hydrogel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイドロゲル及びハイドロゲルの製造方法に関するものであり、詳細には、機械的強度及び瞬発的吸水性に優れるハイドロゲル及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a hydrogel and a method for producing the hydrogel, and more particularly to a hydrogel excellent in mechanical strength and instantaneous water absorption and a method for producing the hydrogel.
内視鏡治療は、食道領域における早期ガンの治療法として広く普及している技術である。内視鏡治療の実施に際して、（１）生理食塩水やヒアルロン酸等の局注による病巣付近の膨隆形成、（２）電子メス又はワイヤによる膨隆部位の切除、などの手技が必要となる。これら一連の手技は精巧な技術を要するため、手技技術訓練を目的として様々な内視鏡治療用の人体模倣モデルが開発され、そして市販されている。しかし、これらの人体模倣モデルは、テクスチャや外観を模倣したのみで、生体応答までは再現できていない。 Endoscopic treatment is a widely used technique for treating early cancer in the esophagus region. When performing endoscopic treatment, procedures such as (1) bulge formation near the lesion by local injection of physiological saline or hyaluronic acid, and (2) excision of the bulge site with an electronic knife or wire are required. Since these series of procedures require elaborate techniques, various human body imitation models for endoscopic treatment have been developed and are commercially available for the purpose of procedure technique training. However, these human body imitation models only imitate the texture and appearance, and cannot reproduce the biological response.
生体応答の一例としては、生体では局注した際、局注部が速やかにゲル化することが知られている。これは、生体に含まれているリン脂質やムコ多糖類の高分子ネットワークが、局注液を速やかに取り込みゲル化するためである。しかしながら、市販品の人体模倣モデルは、生体のテクスチャに近い点を考慮して、材質としてシリコンゴム等が用いられており、局注液が速やかにゲル化するという機構を備えていない。 As an example of a biological response, it is known that when locally injected in a living body, the locally injected portion rapidly gels. This is because the polymer network of phospholipids and mucopolysaccharides contained in the living body quickly takes in the local injection solution and gels. However, in consideration of the point close to the texture of a living body, a commercially available human body imitation model uses silicon rubber or the like as a material, and does not have a mechanism that a local injection solution gels quickly.
ここで、生体応答を模倣する材料の候補としては、ハイドロゲルが挙げられる。ハイドロゲルは親水性ポリマーからなり、水分を取り込む機構を備えている。ハイドロゲルとしては、例えば、非特許文献１には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（Ｍｗ：１５，０００）の１０％溶液に２０％のポリアクリル酸（ＰＡＡ）水溶液を２％〜１０％の範囲で混和し均質化して、６０Ｃｏのγ線で２０ｋＧｙ照射したものが開示されている。また、非特許文献２には、９０ｇ／ＬのＰＶＡに０．３ｍＬのアクリル酸（ＡＡ）を添加し、メチレンビスアクリルアミドにより架橋したハイドロゲルが開示されている。また、非特許文献３には、１０％ＰＶＡ溶液にアクリル酸を加え、過酸化ベンゾイルを添加し、８０℃３時間にて架橋し、ゲルを作製することが開示されている。更に、非特許文献４には、ＰＶＡの約９％溶液に９〜３３％に調製したアクリル酸溶液を均質に混和し、電子線を照射（５〜３０ｋＧｙ）して、架橋することが開示されている。 Here, hydrogel is mentioned as a candidate of the material which imitates a biological response. The hydrogel is made of a hydrophilic polymer and has a mechanism for taking in moisture. As a hydrogel, for example, in Non-Patent Document 1, a 20% polyacrylic acid (PAA) aqueous solution is added to a 10% solution of polyvinyl alcohol (PVA) (Mw: 15,000) in a range of 2% to 10%. It is disclosed that the mixture is homogenized and irradiated with 60 Co gamma rays at 20 kGy. Non-Patent Document 2 discloses a hydrogel obtained by adding 0.3 mL of acrylic acid (AA) to 90 g / L PVA and crosslinking with methylenebisacrylamide. Non-Patent Document 3 discloses that a gel is prepared by adding acrylic acid to a 10% PVA solution, adding benzoyl peroxide, and crosslinking at 80 ° C. for 3 hours. Further, Non-Patent Document 4 discloses that an acrylic acid solution prepared to 9 to 33% is homogeneously mixed with an approximately 9% solution of PVA, followed by irradiation with an electron beam (5 to 30 kGy) and crosslinking. ing.
また、特許文献１には、１５〜３０質量％に調製したＰＶＡ−ＰＡＡ水溶液にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を加えＰＶＡ−ＰＡＡ−ＰＥＧ水溶液を調製し、凍結融解又は室温ゲル化することが開示されている。特許文献２には、ＰＶＡ及びＰＡＡを混合し高温条件下でマイクロ波を照射し、高圧力により架橋反応することが開示されている。 Patent Document 1 discloses that a PVA-PAA-PEG aqueous solution is prepared by adding polyethylene glycol (PEG) to a PVA-PAA aqueous solution prepared to 15 to 30% by mass, and then freeze-thawed or gelled at room temperature. Yes. Patent Document 2 discloses that PVA and PAA are mixed, irradiated with microwaves under high temperature conditions, and subjected to a crosslinking reaction under high pressure.
非特許文献１〜４及び特許文献１〜２では、吸水性付与を目的として、アクリル酸を添加しているものの、ゲル状態からの急速な吸水機構を備えていないため膨潤度が低いか、あるいは、生体模倣モデルとして必須となるゲルの機械的強度が著しく不足している、という課題がある。
本発明は、上記現状に鑑みなされたものであり、機械的強度を備え、かつ瞬発的吸水性に優れ、生体模倣モデルに適用可能なハイドロゲルを提供することを課題とする。
In Non-Patent Documents 1 to 4 and Patent Documents 1 and 2, although acrylic acid is added for the purpose of imparting water absorption, the degree of swelling is low because it does not have a rapid water absorption mechanism from the gel state, or There is a problem that the mechanical strength of the gel, which is essential as a biomimetic model, is remarkably insufficient.
The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a hydrogel that has mechanical strength, is excellent in instantaneous water absorption, and can be applied to a biomimetic model.
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。 Means for solving the above problems include the following embodiments.
＜１＞ 第１のポリマーの架橋体及び第２のポリマーの架橋体を含み、
前記第１のポリマーが、ポリビニルアルコール及びポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも１種であり、
前記第２のポリマーが、ポリアクリル酸塩及びポリグルタミン酸からなる群より選択される少なくとも１種であるハイドロゲル。
＜２＞ 前記第１のポリマーの架橋体と、前記第２のポリマーの架橋体とが、三次元的に相互に絡み合った相互侵入網目構造を有する＜１＞に記載のハイドロゲル。
＜３＞ 前記第１のポリマーの架橋体に対する第２のポリマーの架橋体の質量基準の比率（第２のポリマー／第１のポリマー）が、０．１〜１０．０である＜１＞又は＜２＞に記載のハイドロゲル。
＜４＞ 第１のポリマーの架橋体及び第２のポリマーの架橋体が、それぞれ独立の手法により形成されてなる＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載のハイドロゲル。
＜５＞ 第１のポリマーの架橋体が放射線照射により形成されてなり、第２のポリマーの架橋体が架橋剤による化学反応により形成されてなる＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載のハイドロゲル。
＜６＞ ポリビニルアルコール及びポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも１種の第１のポリマーと、ポリアクリル酸塩及びポリグルタミン酸からなる群より選択される少なくとも１種の第２のポリマーとを混合して、混合物を調製する工程と
前記混合物における第１のポリマーを架橋する第１の操作を実施する工程と、
前記混合物における第２のポリマーを架橋する第２の操作を実施する工程と、
を有する＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載のハイドロゲルの製造方法。
＜７＞ 第１の操作及び第２の操作が、それぞれ異なる手法により架橋する操作である＜６＞に記載のハイドロゲル。
＜８＞ 前記第１の操作が、放射線の照射であり、第２の操作が、架橋剤による化学反応である＜６＞又は＜７＞に記載のハイドロゲルの製造方法。
<1> A crosslinked body of the first polymer and a crosslinked body of the second polymer,
The first polymer is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyacrylamide;
The hydrogel in which the second polymer is at least one selected from the group consisting of polyacrylate and polyglutamic acid.
<2> The hydrogel according to <1>, wherein the crosslinked body of the first polymer and the crosslinked body of the second polymer have an interpenetrating network structure in which the three-dimensionally entangled each other.
<3> The mass-based ratio (second polymer / first polymer) of the crosslinked body of the second polymer to the crosslinked body of the first polymer is 0.1 to 10.0 <1> or The hydrogel as described in <2>.
<4> The hydrogel according to any one of <1> to <3>, wherein the crosslinked body of the first polymer and the crosslinked body of the second polymer are formed by independent methods.
<5> The cross-linked body of the first polymer is formed by irradiation, and the cross-linked body of the second polymer is formed by a chemical reaction with a cross-linking agent. Any one of <1> to <4> The hydrogel described.
<6> Mixing at least one first polymer selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyacrylamide and at least one second polymer selected from the group consisting of polyacrylate and polyglutamic acid A step of preparing a mixture, and a step of performing a first operation of crosslinking the first polymer in the mixture;
Performing a second operation of crosslinking the second polymer in the mixture;
The method for producing a hydrogel according to any one of <1> to <5>, comprising:
<7> The hydrogel according to <6>, wherein the first operation and the second operation are operations of crosslinking by different methods.
<8> The method for producing a hydrogel according to <6> or <7>, wherein the first operation is irradiation with radiation and the second operation is a chemical reaction with a crosslinking agent.
本発明によれば、機械的強度を備え、かつ瞬発的吸水性に優れ、生体模倣モデルに適用可能なハイドロゲルを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hydrogel that has mechanical strength, is excellent in instantaneous water absorption, and can be applied to a biomimetic model.
以下、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
＜ハイドロゲル＞
本実施形態のハイドロゲルは、第１のポリマーの架橋体及び第２のポリマーの架橋体を含み、前記第１のポリマーが、ポリビニルアルコール及びポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも１種であり、前記第２のポリマーが、ポリアクリル酸塩及びポリグルタミン酸からなる群より選択される少なくとも１種である。
<Hydrogel>
The hydrogel of the present embodiment includes a crosslinked body of a first polymer and a crosslinked body of a second polymer, and the first polymer is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyacrylamide. The second polymer is at least one selected from the group consisting of polyacrylate and polyglutamic acid.
本実施形態のハイドロゲルは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）及びポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも１種の第１のポリマーの架橋体を含有するため、機械的強度に優れたハイドロゲルとなる。
また、本実施形態のハイドロゲルは、ポリアクリル酸塩及びポリグルタミン酸からなる群より選択される少なくとも１種の第２のポリマーの架橋体を含有するため、吸水力に優れたハイドロゲルとなる。
つまり、第１のポリマーの架橋体により機械的強度を高めつつ、第２のポリマーの架橋体により膨潤性と瞬発的吸水性を向上させている。なお、本明細書において、瞬発的吸水性とは、水中に浸漬したときに、１時間程度の時間において充分に膨潤することをいう。例えば、１時間程度の時間において、２００％以上の膨潤度を有することが好ましい。
Since the hydrogel of this embodiment contains the crosslinked body of the at least 1 sort (s) of 1st polymer selected from the group which consists of polyvinyl alcohol (PVA) and polyacrylamide, it becomes a hydrogel excellent in mechanical strength.
Moreover, since the hydrogel of this embodiment contains the crosslinked body of the at least 1 sort (s) of 2nd polymer selected from the group which consists of a polyacrylate and polyglutamic acid, it becomes a hydrogel excellent in water absorption.
That is, while the mechanical strength is increased by the crosslinked body of the first polymer, the swellability and instantaneous water absorption are improved by the crosslinked body of the second polymer. In addition, in this specification, instantaneous water absorption means that it fully swells in about 1 hour when immersed in water. For example, it is preferable that the swelling degree is 200% or more in about 1 hour.
そして、本実施形態のハイドロゲルは、第１のポリマーと第２のポリマーとは、それぞれ独立して架橋体を形成しており、更には、第１のポリマーの架橋体と、第２のポリマーの架橋体とが、三次元的に相互に絡み合った相互侵入網目構造を有することが好ましい。相互侵入網目構造を有すると、機械的強度に優れた第１のポリマーの架橋体と、膨潤性と瞬発的吸水性に優れる第２のポリマーの架橋体とが互いに補強しやすい構造となる。 In the hydrogel of this embodiment, the first polymer and the second polymer each independently form a crosslinked body, and further, the crosslinked body of the first polymer and the second polymer. The cross-linked body preferably has an interpenetrating network structure that is entangled three-dimensionally. When it has an interpenetrating network structure, the crosslinked body of the first polymer excellent in mechanical strength and the crosslinked body of the second polymer excellent in swelling property and instantaneous water absorption easily reinforce each other.
（第１のポリマー）
第１のポリマーは、ポリビニルアルコール及びポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも１種であり、少なくともポリビニルアルコールを含むことが好ましい。
(First polymer)
The first polymer is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyacrylamide, and preferably contains at least polyvinyl alcohol.
ハイドロゲル中、第１のポリマーの架橋体に対する第２のポリマーの架橋体の比率（第２のポリマー／第１のポリマー）は、膨潤度と機械的強度の両立の観点からは、質量基準で、０．１〜１０．０であることが好ましく、０．１〜５．０であることがより好ましく、０．５〜５．０であることがさらに好ましい。 In the hydrogel, the ratio of the crosslinked body of the second polymer to the crosslinked body of the first polymer (second polymer / first polymer) is, on the basis of mass, from the viewpoint of compatibility between the degree of swelling and the mechanical strength. 0.1 to 10.0, more preferably 0.1 to 5.0, and even more preferably 0.5 to 5.0.
（第２のポリマー）
第２のポリマーは、ポリアクリル酸塩及びポリグルタミン酸からなる群より選択される少なくとも１種であり、少なくともポリアクリル酸塩を含むことが好ましい。ポリアクリル酸塩としては、ポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）が好ましい。
(Second polymer)
The second polymer is at least one selected from the group consisting of polyacrylate and polyglutamic acid, and preferably contains at least polyacrylate. As the polyacrylate, sodium polyacrylate (SPA) is preferable.
（その他のポリマー）
ハイドロゲルに含まれる架橋体を形成するポリマーは、膨潤度、機械的強度等の観点から、第１のポリマー及び第２のポリマー以外のその他のポリマーを含んでいてもよい。なお、本実施形態のハイドロゲルは、全架橋体中、第１のポリマーの架橋体及び第２のポリマーの架橋体の含有割合が、５０質量％以上であることが好ましい。
(Other polymers)
The polymer forming the crosslinked body contained in the hydrogel may contain other polymers other than the first polymer and the second polymer from the viewpoint of the degree of swelling and mechanical strength. In the hydrogel of the present embodiment, the content ratio of the crosslinked body of the first polymer and the crosslinked body of the second polymer is preferably 50% by mass or more in the entire crosslinked body.
（添加剤）
後述するように、第２のポリマーの架橋体は、架橋剤により形成されることが好ましく、そのため、ハイドロゲル中に架橋剤が残存していてもよい。架橋剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル（ＥＤＧＥ）、メチレンビスアクリルアミド、トリメチロールプロパントリアクリル酸エステル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム等の多価イオン類等が挙げられる。
(Additive)
As will be described later, the second polymer cross-linked body is preferably formed of a cross-linking agent. Therefore, the cross-linking agent may remain in the hydrogel. Examples of the crosslinking agent include polyvalent ions such as ethylene glycol diglycidyl ether (EDGE), methylene bisacrylamide, trimethylolpropane triacrylic ester, polyethylene glycol diglycidyl ether, zinc, calcium, magnesium, and aluminum.
また、ハイドロゲルは、その他の添加剤を含有していてもよい。その他の添加剤としては、例えば、着色剤、吸水性付与を目的とする粘度鉱物、ゲル強度の向上を目的とする金属ヒドロゾル等が挙げられる。 The hydrogel may contain other additives. Examples of other additives include colorants, viscous minerals for the purpose of imparting water absorption, metal hydrosols for the purpose of improving gel strength, and the like.
（ハイドロゲルの物性値）
本実施形態のハイドロゲルの機械的強度及び膨潤度は、模倣したい生体モデルに合わせて調整することが可能である。そのため、ハイドロゲルの機械的強度及び膨潤度は、適用する生体モデルに応じて適宜設定することが好ましい。
(Physical properties of hydrogel)
The mechanical strength and swelling degree of the hydrogel of the present embodiment can be adjusted according to the biological model to be imitated. Therefore, it is preferable to set the mechanical strength and swelling degree of the hydrogel as appropriate according to the biological model to be applied.
以上から、本実施形態のハイドロゲルは、機械的強度及び膨潤度を制御することにより、様々な固さ、形態等を持つ人体模倣モデルへの適用等が見込まれる。 From the above, the hydrogel of this embodiment is expected to be applied to a human body imitation model having various hardnesses, forms, and the like by controlling the mechanical strength and the degree of swelling.
＜ハイドロゲルの製造方法＞
ハイドロゲルの製造方法は、特に制限されず、例えば、以下の方法が挙げられる。ハイドロゲルの製造方法の実施形態の一例は、ポリビニルアルコール及びポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも１種の第１のポリマーと、ポリアクリル酸塩及びポリグルタミン酸からなる群より選択される少なくとも１種の第２のポリマーとを混合して、混合物を調製する工程（混合物調製工程）と、前記混合物中の第１のポリマーを架橋する第１の操作を実施する工程（第１のポリマーの架橋工程）と、前記混合物中の第２のポリマーを架橋する第２の操作を実施する工程（第２のポリマーの架橋工程）と、を有する。ハイドロゲルの製造方法は、その他の工程をさらに有していていもよい。
<Method for producing hydrogel>
The manufacturing method in particular of hydrogel is not restrict | limited, For example, the following method is mentioned. An example of an embodiment of a method for producing a hydrogel is at least one first polymer selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyacrylamide, and at least one selected from the group consisting of polyacrylate and polyglutamic acid. A step of mixing a second polymer of the seed to prepare a mixture (mixture preparation step), and a step of performing a first operation for crosslinking the first polymer in the mixture (crosslinking of the first polymer) Step) and a step of performing a second operation of crosslinking the second polymer in the mixture (second polymer crosslinking step). The method for producing a hydrogel may further include other steps.
また、第１のポリマーの架橋工程と、第２のポリマーの架橋工程の順序は、いずれが先であってもよく、さらには、同時に実施してもよい。好ましくは、第２のポリマーの架橋工程が、第１のポリマーの架橋工程よりも前に行われる場合である。 In addition, the first polymer crosslinking step and the second polymer crosslinking step may be performed in any order, or may be performed simultaneously. Preferably, the second polymer crosslinking step is performed prior to the first polymer crosslinking step.
第１のポリマーを架橋するための第１の操作と、第２のポリマーを架橋するための第２の操作は、それぞれのポリマーが独立に架橋されれば、同じ手法であっても異なる手法であってもよい。同じ手法としては、例えば、第１の操作及び第２の操作がいずれも架橋剤による化学反応であって、第１の操作では第１のポリマーのみと反応する架橋剤Ａを用い、第２の操作では第２のポリマーのみと反応する架橋剤Ｂを用いる方法が考えられる。
その中でも、第１の操作は放射線の照射であることが好ましく、第２の操作は架橋剤による化学反応であることが好ましい。このような逐次的架橋により、両ポリマーの特性を損なわずにハイドロゲルを作製することができる。
The first operation for cross-linking the first polymer and the second operation for cross-linking the second polymer can be performed by different methods even if the same method is used as long as each polymer is independently cross-linked. There may be. As the same technique, for example, the first operation and the second operation are both chemical reactions with a cross-linking agent, and the first operation uses the cross-linking agent A that reacts only with the first polymer. In operation, a method using a crosslinking agent B that reacts only with the second polymer can be considered.
Among them, the first operation is preferably radiation irradiation, and the second operation is preferably a chemical reaction with a crosslinking agent. By such sequential crosslinking, a hydrogel can be produced without impairing the properties of both polymers.
（混合物調製工程）
混合物調製工程では、第１のポリマーと第２のポリマーとを混合し、混合物を調製する。第１のポリマーと第２のポリマーがより均質に混合するよう、加熱しながら混合してもよい。加熱条件は特に制限されず、例えば、１００℃〜１５０℃の温度範囲が挙げられる。
(Mixture preparation process)
In the mixture preparation step, the first polymer and the second polymer are mixed to prepare a mixture. You may mix, heating, so that a 1st polymer and a 2nd polymer may mix more homogeneously. The heating conditions are not particularly limited, and examples include a temperature range of 100 ° C to 150 ° C.
第１のポリマーと第２のポリマーは、液状媒体に分散又は溶解させてもよい。液状媒体としては、水が挙げられる。混合物中の液状媒体の含有率は、取り扱い性等に応じて適宜調節することができる。 The first polymer and the second polymer may be dispersed or dissolved in a liquid medium. An example of the liquid medium is water. The content of the liquid medium in the mixture can be appropriately adjusted according to the handleability and the like.
混合物中の第１のポリマー及び第２のポリマーの含有率は、ハイドロゲル中の第１のポリマー及び第２のポリマーの所望の配合比率を鑑みて、液状媒体への溶解性等を考慮して調節することが好ましい。
なお、混合物は、次の架橋工程の前に、加熱してもよい。加熱により、第１のポリマー及び第２のポリマーが液状媒体に溶解して、より均質な三次元の網目の架橋体を形成することができる傾向にある。
The content ratio of the first polymer and the second polymer in the mixture is determined in consideration of the solubility in the liquid medium in consideration of the desired blending ratio of the first polymer and the second polymer in the hydrogel. It is preferable to adjust.
Note that the mixture may be heated before the next crosslinking step. By heating, the first polymer and the second polymer tend to dissolve in the liquid medium and form a more uniform three-dimensional network crosslinked body.
（第２のポリマーの架橋工程）
混合物に架橋剤を添加し、第２のポリマーを架橋する。第２のポリマーに対する架橋剤の含有率は、架橋剤の種類に応じて適宜調整することが好ましい。例えば、架橋剤としてＥＤＧＥを用いた場合には、第２のポリマーに対する架橋剤の含有率は、０．０１質量％〜５質量％が挙げられる。
(Second polymer crosslinking step)
A crosslinking agent is added to the mixture to crosslink the second polymer. The content of the crosslinking agent relative to the second polymer is preferably adjusted as appropriate according to the type of the crosslinking agent. For example, when EDGE is used as the cross-linking agent, the content of the cross-linking agent relative to the second polymer is 0.01% by mass to 5% by mass.
混合物に架橋剤を添加した後、架橋反応を進行させるために加熱することが好ましい。第２のポリマーの架橋工程での温度は、ポリマーの種類、架橋剤の種類等により適宜調整することが好ましく、例えば、３０℃〜１００℃の温度範囲が挙げられる。 After adding a cross-linking agent to the mixture, it is preferable to heat to advance the cross-linking reaction. It is preferable to adjust suitably the temperature in the bridge | crosslinking process of a 2nd polymer with the kind of polymer, the kind of crosslinking agent, etc., for example, the temperature range of 30 to 100 degreeC is mentioned.
（第１のポリマーの架橋工程）
第２のポリマーの架橋工程を経た後の混合物に、放射線を照射し、第１のポリマーを架橋する。放射線としては電子線及びγ線が挙げられる。
放射線の照射線量は、ハイドロゲルの所望の膨潤度及び機械的強度に応じて適宜調整することが好ましく、例えば、３０ｋＧｙ〜１５０ｋＧｙであることが好ましく、５０ｋＧｙ〜１００ｋＧｙであることがより好ましい。
(Crosslinking step of first polymer)
The mixture after the second polymer crosslinking step is irradiated with radiation to crosslink the first polymer. Examples of radiation include electron beams and γ rays.
The radiation dose is preferably adjusted as appropriate according to the desired degree of swelling and mechanical strength of the hydrogel, for example, preferably 30 kGy to 150 kGy, and more preferably 50 kGy to 100 kGy.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
＜ハイドロゲルの作製＞
ポリビニルアルコール（Ｍｗ：８９，０００〜９８，０００、９９＋％ｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄ、Ｓｉｇｍａ−ａｌｄｒｉｃｈ社製）及びポリアクリル酸ナトリウム（重合度：２，７００〜７，５００、和光純薬工業株式会社製）及びイオン交換水を加えて表１に示す質量パーセント濃度の水溶液を調製した。調製した水溶液をオートクレーブにて１３５℃、２時間加熱してポリマーを溶解し、水溶液全体が均質になるまで撹拌した。ここに、表１に示す配合でエチレングリコールジグリシジルエーテル（ＥＤＧＥ）（電子顕微鏡用、和光純薬工業株式会社製）を添加した後、φ５５ｍｍアズノールシャーレに分注し、５５℃で１２時間放置した。次に、４．８ＭｅＶの電子線を表１に示す線量で照射し、ハイドロゲルを作製した。
<Production of hydrogel>
Polyvinyl alcohol (Mw: 89,000 to 98,000, 99 + % hydrolyzed, manufactured by Sigma-aldrich) and sodium polyacrylate (polymerization degree: 2,700 to 7,500, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and Ion exchange water was added to prepare an aqueous solution having a mass percent concentration shown in Table 1. The prepared aqueous solution was heated in an autoclave at 135 ° C. for 2 hours to dissolve the polymer, and stirred until the entire aqueous solution became homogeneous. Here, after adding ethylene glycol diglycidyl ether (EDGE) (for electron microscope, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) with the formulation shown in Table 1, it was dispensed into a φ55 mm Aznol petri dish and allowed to stand at 55 ° C. for 12 hours. . Next, a 4.8 MeV electron beam was irradiated at a dose shown in Table 1 to prepare a hydrogel.
＜膨潤度の測定＞
作製したハイドロゲルを切り出し、膨潤度測定用のサンプルとした。切り出したゲルを２５℃の水中に１時間浸漬した後、水中から取り出し、質量を測定した。膨潤度は以下の式により求めた。
膨潤度 （％）＝ （Ｗ１−Ｗ０）／Ｗ０×１００
ここで、Ｗ１は水に浸漬後のゲルの質量、Ｗ０は浸漬前のゲルの質量である。
<Measurement of swelling degree>
The produced hydrogel was cut out and used as a sample for measuring the degree of swelling. The cut gel was immersed in water at 25 ° C. for 1 hour, then taken out from water, and the mass was measured. The degree of swelling was determined by the following formula.
Swelling degree (%) = (W 1 −W 0 ) / W 0 × 100
Here, W 1 is gel weight after immersion in water, W 0 is the mass of the pre-soaking the gel.
＜機械的強度の測定＞
φ５５ｍｍアズノールシャーレに、ハイドロゲルの厚みが５ｍｍ〜７ｍｍになるように水溶液を分注し、上記方法でハイドロゲルを作製した。強度試験機（ＴＡ．ＸＴＰｌｕｓ、英弘精機株式会社製）を用いて、ハイドロゲルに対して内径５ｍｍの円柱プローブを速度１ｍｍ／秒で押し込み、得られた応力−ひずみ曲線の初期の直線領域の傾きから弾性率を求めた。
<Measuring mechanical strength>
An aqueous solution was dispensed into a φ55 mm azunoluette petri dish so that the thickness of the hydrogel was 5 mm to 7 mm, and a hydrogel was prepared by the above method. Using a strength tester (TA.XTPplus, manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.), a cylindrical probe having an inner diameter of 5 mm was pushed into the hydrogel at a speed of 1 mm / sec. The elastic modulus was obtained from
＜考察＞
図１に、実施例１〜３における、ＳＰＡ濃度と機械的強度及び膨潤度との関係を示す。
ＳＰＡ濃度の上昇とともに、膨潤度が飛躍的に上昇することが分かった（２４０質量％→５１２質量％）。一方、機械的強度の上昇は緩やかであった（６６ｋＰａ→９１ｋＰａ）。これらの結果から、ＳＰＡは主にハイドロゲルの吸水力の向上に寄与していることがわかる。
<Discussion>
In FIG. 1, the relationship between SPA density | concentration, mechanical strength, and a swelling degree in Examples 1-3 is shown.
It was found that the degree of swelling dramatically increases with the increase in SPA concentration (240% by mass → 512% by mass). On the other hand, the increase in mechanical strength was moderate (66 kPa → 91 kPa). From these results, it can be seen that SPA mainly contributes to the improvement of the water absorption capacity of the hydrogel.
図２に、実施例４〜６における、ＰＶＡ濃度及びＳＰＡ濃度の総量と、機械的強度及び膨潤度との関係を示す。
ポリマー全体の濃度が上昇するとともに、機械的強度は飛躍的に上昇したのに対し、膨潤度は緩やかに低下した。すなわち、図１及び図２から、ＰＶＡは、機械的強度の向上に寄与したことがわかる。また、ＰＶＡ濃度の上昇により膨潤度が緩やかに下がったものの、約３００％の膨潤度を示している。したがって、ＰＶＡ濃度及びＳＰＡ濃度の合計が大きくなるに従い、機械的強度及び吸水力の両方に優れたハイドロゲルが作製可能であることがわかる。
In FIG. 2, the relationship between the total amount of PVA density | concentration and SPA density | concentration in Examples 4-6, mechanical strength, and a swelling degree is shown.
As the concentration of the whole polymer increased, the mechanical strength increased dramatically, while the degree of swelling gradually decreased. That is, it can be seen from FIGS. 1 and 2 that PVA contributed to the improvement of mechanical strength. Moreover, although the swelling degree fell gently by the raise of PVA density | concentration, the swelling degree of about 300% is shown. Therefore, it can be seen that as the total of the PVA concentration and the SPA concentration increases, a hydrogel excellent in both mechanical strength and water absorption can be produced.
図３に、実施例７〜８における、ＥＤＧＥ濃度と、機械的強度及び膨潤度との関係を示す。ＥＤＧＥ濃度が高いほど、機械的強度が上昇し膨潤度は下がることがわかる。 In FIG. 3, the relationship between EDGE density | concentration, mechanical strength, and a swelling degree in Examples 7-8 is shown. It can be seen that the higher the EDGE concentration, the higher the mechanical strength and the lower the degree of swelling.
図４に、実施例９〜１１における、照射線量と、機械的強度及び膨潤度との関係を示す。
照射線量が多くなるとともに、機械的強度は上昇し、膨潤度は低下することが示された。
In FIG. 4, the relationship between irradiation dose, mechanical strength, and swelling degree in Examples 9-11 is shown.
It was shown that as the irradiation dose increased, the mechanical strength increased and the swelling degree decreased.
ポリマーとしてＰＶＡのみを用いて作製した比較例１のハイドロゲルは、表１に示す通り、膨潤度が著しく低いことがわかる。
また、ポリマーとしてＳＰＡのみを用いて作製した比較例２のハイドロゲルは、表１に示す通り、機械的強度が低いことがわかる。さらに、比較例２のハイドロゲルは、図５の写真に示されるとおり、膨潤後に形状が保たれていないことがわかる。
As shown in Table 1, it can be seen that the hydrogel of Comparative Example 1 produced using only PVA as the polymer has a significantly low degree of swelling.
In addition, as shown in Table 1, the hydrogel of Comparative Example 2 produced using only SPA as a polymer has low mechanical strength. Furthermore, it can be seen that the shape of the hydrogel of Comparative Example 2 is not maintained after swelling, as shown in the photograph of FIG.
Claims (8)
前記第１のポリマーが、ポリビニルアルコール及びポリアクリルアミドからなる群より選択される少なくとも１種であり、
前記第２のポリマーが、ポリアクリル酸塩及びポリグルタミン酸からなる群より選択される少なくとも１種であるハイドロゲル。 A crosslinked body of the first polymer and a crosslinked body of the second polymer,
The first polymer is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyacrylamide;
The hydrogel in which the second polymer is at least one selected from the group consisting of polyacrylate and polyglutamic acid.
前記混合物における第１のポリマーを架橋する第１の操作を実施する工程と、
前記混合物における第２のポリマーを架橋する第２の操作を実施する工程と、
を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のハイドロゲルの製造方法。 Mixing at least one first polymer selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyacrylamide with at least one second polymer selected from the group consisting of polyacrylate and polyglutamic acid; Preparing a mixture; performing a first operation of crosslinking the first polymer in the mixture;
Performing a second operation of crosslinking the second polymer in the mixture;
The manufacturing method of the hydrogel of any one of Claims 1-5 which has these.
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