JP2018087316A - ブロック共重合体およびそれを用いた表面処理剤 - Google Patents

ブロック共重合体およびそれを用いた表面処理剤 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明の課題は、短時間での細胞剥離を可能にする細胞培養基材の表面処理剤として有用なブロック共重合体を提供すること。【解決手段】 下記(A)および(B)および(C)のブロックを含むブロック共重合体により前記課題を解決する。(A)水に対する下限臨界溶解温度(LCST)が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性重合体ブロック。(B)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が9以上20未満の範囲にある親水性重合体ブロック。(C)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が0以上9未満の範囲にある疎水性重合体ブロック。【選択図】 なし

Description

本発明は、短時間での細胞剥離を可能にする細胞培養基材の表面処理剤として有用なブロック共重合体に関する。
細胞培養は生化学的な現象の理解や有用物質の産生などに用いられ、また近年、幹細胞の発見や培養技術の進歩により、再生医療を始めとする細胞を用いた治療に大きな注目が寄せられている。
哺乳類由来の細胞の多くは接着性を有しており、体内においてはコラーゲン、フィブロネクチン、ラミニンなどの生体高分子に接着し、増殖・分化することが知られている。同様に、細胞培養においても接着性を有する細胞の多くは、何らかの基材に接着させて培養する必要がある。従来、基材としては表面処理したガラスあるいは高分子が用いられていた。例えば、ポリスチレンにγ線照射あるいはシリコーンコーティングを行なった基材がある。また、コラーゲンやフィブロネクチンのような生体高分子を表面に塗布した基材も用いられる。
一般的に、前記の接着性を有する動物細胞の継代培養では、基材上で増殖した細胞をタンパク質分解酵素で処理して基材から剥離させたのち、新しい基材に播種する操作が行われている。タンパク質分解酵素は細胞表面にあるタンパク質を分解し、細胞と基材の間の結合および細胞間の結合を切る役目を担っている。一方、タンパク質分解酵素は細胞の生存率に大きな影響を与えることが知られており、タンパク質分解酵素を用いずに細胞を基材から分離する手法は細胞にダメージを与えない方法として重要である。再生医療においても同様に、基材などの体外で培養した細胞にダメージを与えずに細胞を基材から分離し、生体内に戻すことが求められており、タンパク質分解酵素を用いずに基材から分離する方法が求められている。
上記問題を解決するために、温度応答性ポリマーを基材表面に被覆した細胞培養基材が特許文献1に開示されている。このような基材によれば、周囲環境の温度降下による温度応答性ポリマーのゾル転移で基材表面の接着力を弱めて、細胞を剥離させ、回収することができる。通常、哺乳類由来の細胞は、体温である37℃付近で培養することが多く、培養終了後、体温以下で細胞を剥離できる基材が必要となる。
文献2および3には、水中におけるゾル転移温度[下限臨界溶解温度(LCST)]が体温以下の範囲にある温度応答性ポリマーとして、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)(LCST=32℃)、ポリ(N−n−プロピルアクリルアミド)(LCST=21℃)、ポリ(N−n−プロピルメタクリルアミド)(LCST=32℃)、ポリ(N−エトキシエチルアクリルアミド)(LCST=約35℃)、ポリ(N−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド)(LCST=約28℃)、ポリ(N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド)(LCST=約35℃)、及びポリ(N,N−ジエチルアクリルアミド)(LCST=32℃)等が記載されている(特許文献2および3)。
上記温度応答性ポリマーを細胞培養基材に用いる場合、下限臨界溶解温度以下に細胞培養基材の温度を下げる必要があるが、その時間によっては同時に細胞を低温化してしまう。細胞の低温化は細胞の活性低下を及ぼすため、冷却時間の短縮が必要である。
特開平2−211865号公報 特開平3−266980号公報 特開平5−244938号公報
本発明の課題は、短時間での細胞剥離を可能にする細胞培養基材の表面処理剤として有用なブロック共重合体およびそれを用いた表面処理剤を提供することにある。
本発明者らは、以上の点を鑑み、鋭意研究を重ねた結果、温度応答性重合体および親水性重合体および疎水性重合体を含むブロック共重合体を基材上に被覆し成膜することで、短時間での細胞剥離を可能にすることを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、以下の[1]から[19]に記載した態様を包含する。
[1]下記(A)、(B)および(C)のブロックを含むブロック共重合体。
(A)水に対する下限臨界溶解温度(LCST)が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性重合体ブロック。
(B)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が9以上20以下の範囲にある親水性重合体ブロック。
(C)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が0以上9未満の範囲にある疎水性重合体ブロック。
[2]ブロック(A)が下記一般式(1)
Figure 2018087316
(式中、Rは水素原子又はメチル基であり、RおよびRは各々独立して、水素原子、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1もしくは2のアルキルオキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基、フッ素で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基、フルフリル基またはテトラヒドロフルフリル基であり、RとRは互いに結合してピロリジン環、ピペリジン環またはモルホリン環を形成してもよい。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]に記載のブロック共重合体。
[3]ブロック(A)が下記一般式(2)
Figure 2018087316
(式中、Rは水素原子またはメチル基であり、Rは水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基であり、rは1〜10の整数である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]に記載のブロック共重合体。
[4]ブロック(A)が下記一般式(3)
Figure 2018087316
(式中、Rは水素原子またはメチル基であり、Rは炭素数1〜6の炭化水素基である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]に記載のブロック共重合体。
[5]ブロック(B)が下記一般式(4)
Figure 2018087316
(式中、Rは水素原子又はメチル基であり、R10は炭素数1〜10のアルキレン基であり、R11は炭素数1〜4の2価の炭化水素基である。R12、R13、及びR14は、互いに独立して、水素原子、メチル基、またはエチル基である。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]〜[4]の何れかに記載のブロック共重合体。
[6]ブロック(B)が下記一般式(5)
Figure 2018087316
(式中、R15は水素原子またはメチル基である。R16は−(CHCHO)−(CHO)−(CHCH(CH)O)−R17(式中、R17は水素原子または炭素数1〜10のアルキル基であり、iは1〜30の整数であり、jおよびkは各々独立して、0〜30の整数である。)である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]〜[4]の何れかに記載のブロック共重合体。
[7]ブロック(B)が下記一般式(6)
Figure 2018087316
(式中、R19は水素原子またはメチル基であり、R20は炭素数1〜10のアルキレン基であり、R21は炭素数1〜4のアルキレン基である。R22及びR23は、各々独立して、水素原子または炭素数1〜4の炭化水素基である。Aは、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合であり、Xはスルホン酸基、カルボキシル基、またはリン酸基である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]〜[4]の何れかに記載のブロック共重合体。
[8]ブロック(B)が下記一般式(7)
Figure 2018087316
(式中、R24、R25、およびR26は各々独立して水素原子またはメチル基である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]〜[4]の何れかに記載のブロック共重合体。
[9]ブロック(B)が下記一般式(8)
Figure 2018087316
(式中、R28は水素原子またはメチル基であり、R29は炭素数2〜7のアルキレン基であり、R30及びR31は互いに独立して、水素原子、メチル基、またはエチル基である。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]〜[4]の何れかに記載のブロック共重合体。
[10]ブロック(B)が下記一般式(9)
Figure 2018087316
(式中、R28は水素原子またはメチル基であり、R29は炭素数2〜7のアルキレン基であり、R30及びR31は互いに独立して、水素原子、メチル基、またはエチル基である。R32は、炭素数1〜4の炭化水素基、水酸基または炭素数1〜2のアルキルオキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基である。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。Xはハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、酢酸イオンである。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]〜[4]の何れかに記載のブロック共重合体。
[11]ブロック(C)が下記一般式(10)
Figure 2018087316
(式中、R33は水素原子またはメチル基であり、Yは水素原子、塩素原子、アセトキシ基、ニトリル基、または炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、前記[1]〜[10]の何れかに記載のブロック共重合体。
[12]ブロック(C)が下記一般式(11)
Figure 2018087316
(式中、R34は水素原子またはメチル基であり、R35は炭素数1〜30の炭化水素基であり、Zはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。)
で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体あることを特徴とする、前記[1]〜[10]の何れかに記載のブロック共重合体。
[13]ブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の合計に対する各ブロックのmol%が、以下の(a)から(c)であることを特徴とする、前記[1]〜[12]の何れかに記載のブロック共重合体。
(a)ブロック(A)の比率が25mol%から85mol%
(b)ブロック(B)の比率が2mol%から50mol%
(c)ブロック(C)の比率が10mol%から70mol%
[14]ブロック共重合体の数平均分子量(Mn)が3,000以上1,000,000以下であることを特徴とする、前記[1]〜[13]の何れかに記載のブロック共重合体。
[15]前記ブロック(A)、(B)および(C)の間の1つ以上にスペーサーを介した結合を有しており、前記スペーサーの少なくとも1つが下記一般式(12)および(13)
Figure 2018087316
Figure 2018087316
(式中、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基である。)
で表される2価の結合の内、少なくとも1種類の結合を含む2価の結合であることを特徴とする、前記[1]〜[14]の何れかに記載のブロック共重合体。
[16]以下の工程(1)から(3)を含む、前記[1]〜[15]の何れかに記載のブロック共重合体の製造方法:
(1)前記[1]に記載の(A)、(B)および(C)のブロックのうち、何れか1種類のブロックを製造する工程、
(2)前記[1]に記載の(A)、(B)および(C)のブロックのうち、工程(1)で製造したブロックを除く1種類のブロックと、工程(1)で製造したブロックを含むブロック重合体とが結合した、部分ブロック共重合体を製造する工程、
(3)前記[1]に記載の(A)、(B)および(C)のブロックのうち、工程(2)で製造した部分ブロック共重合体を含むブロック共重合体を構成しない1種類のブロックと、工程(2)で製造した部分ブロック共重合体とが結合した、ブロック共重合体を製造する工程。
[17]前記[1]〜[15]の何れかに記載のブロック共重合体を含むことを特徴とする、基材用表面処理剤。
[18]前記[17]に記載の表面処理剤を基材に塗布されてなる膜。
[19]前記[18]に記載の膜で表面を被覆した細胞培養用基材。
[20]前記[19]に記載の細胞培養基材を用いて、前記[1]に記載の温度応答性重合体ブロックのLCSTより高い温度で細胞を培養し、細胞増殖後に温度をLCSTより低くして増殖細胞を基材から剥離することを特徴とする細胞培養方法。
温度応答性重合体ブロックと親水性重合体ブロックと疎水性重合体ブロックを含む、本発明のブロック共重合体から得られる膜を細胞培養基材に被覆すれば、細胞培養後、温度降下による基材表面の親水化が促進され、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮することができる。これによって、細胞培養後、冷却処理を施しても、細胞にダメージを与えることなく、短時間で細胞を回収できる細胞培養基材が得られるようになる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施の形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施の形態は、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。本発明は、その趣旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
1.ブロック共重合体
本発明のブロック共重合体は、以下の(A)、(B)および(C)のブロックを含むブロック共重合体である。
(A)水に対する下限臨界溶解温度(LCST)が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性重合体ブロック。
(B)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が9以上20未満の範囲にある親水性重合体ブロック。
(C)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が0以上9未満の範囲にある疎水性重合体ブロック。
以下に本発明におけるブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の詳細を説明する。なお、「重合体」とは、「共重合体」(copolymer)および「単独重合体」(homopolymer)を含む。即ち、ブロック(A)、(B)および(C)の各々を構成する繰り返し単位は、それぞれ1種類であってもよく、2種類以上であってもよい。
本発明におけるブロック(A)はLCSTが0℃〜50℃の範囲にある温度応答性重合体ブロックである。ここで、LCSTとは下限臨界溶解温度(Lower Critical Solution Temperature:LCST)であり、この温度よりも低い温度では高分子が水に溶解して透明の溶液になるが、この温度よりも高い温度では不溶化して白濁するか沈殿が生じ、相分離する温度である。
後述する方法により作製した、本発明のブロック共重合体を含む細胞培養基材を用いて細胞を培養した場合、LCSTが0℃未満であれば細胞にダメージを与えることなく剥離することが困難となり、50℃を超えれば体温付近で細胞を接着できなくなり、細胞培養が困難となることから、ブロック(A)のLCSTは0℃〜50℃の範囲にある必要がある。体温である37℃付近で細胞接着性を付与すると共に、温度降下で細胞を剥離し、ダメージを与えることなく細胞を回収する点で、ブロック(A)のLCSTは10℃〜40℃の範囲にあることが好ましく、20℃〜35℃の範囲にあることがさらに好ましい。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)は、LCSTが0℃〜50℃の範囲にある重合体ブロックであれば特に制限は無いが、ブロック(A)を構成する繰り返し単位としては、下記一般式(1)〜(3)の何れかで表される繰り返し単位が好ましい。ブロック(A)は1種類の繰り返し単位から成っていてもよく、2種類以上の繰り返し単位から成っていてもよい。
Figure 2018087316
式中、Rは水素原子又はメチル基であり、LCSTを0℃〜50℃の範囲にする点で、水素原子が好ましい。
およびRは各々独立して、水素原子、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1から2のアルキルオキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基、フッ素で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基、フルフリル基またはテトラヒドロフルフリル基であり、RとRは互いに結合してピロリジン環、ピペリジン環もしくはモルホリン環を形成してもよい。前述の炭素数1〜6の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基を例示できる。また、前述の炭素数1から2のアルキルオキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基として、メトキシエチル基、エトキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基、メトキシブチル基、エトキシブチル基を例示することができる。さらに、前述のフッ素で置換されていてもよい炭素数2〜6の炭化水素基としては、2−フルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロブチル基などを例示することができる。これらの中では、LCSTを0℃〜50℃の範囲にする点で、炭素数1〜6の炭化水素基を用いることが好ましく、n−プロピル基、イソプロピル基を用いることがより好ましい。
本発明における一般式(1)で表される繰り返し単位としては、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、N−シクロプロピルアクリルアミド、N−シクロプロピルメタクリルアミド、N−エトキシエチルアクリルアミド、N−エトキシエチルメタクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド、1−(1−オキソ−2−プロペニル)ピロリジン、1−(1−オキソ−2−メチル−2−プロペニル)ピロリジン、1−(1−オキソ−2−プロペニル)ピペリジン、1−(1−オキソ−2−メチル−2−プロペニル)ピペリジン、4−(1−オキソ−2−プロペニル)モルホリン、および4−(1−オキソ−2−メチル−2−プロペニル)モルホリンから選択されるモノマーを重合して生成する繰り返し単位を例示できる。LCSTを10℃〜40℃の範囲にする点で、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−エトキシエチルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミドを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましく、LCSTを20℃〜35℃の範囲にする点で、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−エトキシエチルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミドから選択されるモノマーを重合して生成する繰り返し単位であることがより好ましい。
Figure 2018087316
式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、LCSTを0℃〜50℃の範囲にするために、水素原子が用いられる。Rは、水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基であり、炭素数1〜6の炭化水素基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基を例示できるが、LCSTを0℃〜50℃の範囲にする点で、炭素数1〜3の炭化水素基を用いることが好ましい。rは1〜10の整数であり、LCSTを0℃〜50℃の範囲にする点で、1〜3の整数が好ましい。本発明における一般式(2)で表される繰り返し単位としては、LCSTを10℃〜40℃の範囲にするために、2−エトキシエチルビニルエーテルを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2018087316
式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、LCSTを0℃〜50℃の範囲にする点で、水素原子を用いることが好ましい。Rは炭素数1〜6の炭化水素基を表し、炭素数1〜6の炭化水素基としてメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基を例示できるが、LCSTを0℃〜50℃の範囲にする点で、メチル基、エチル基を用いることが好ましい。本発明における一般式(3)で表される繰り返し単位としては、LCSTを10℃〜40℃の範囲にする点で、メチルビニルエーテルを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましい。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)の構成単位としては、前記一般式(1)から一般式(3)の何れかで表される繰り返し単位の中では、温度降下による細胞の剥離性が良好である点で、一般式(1)で表される繰り返し単位であることが好ましい。
本発明におけるブロック(B)は、0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値が9以上20以下の親水性重合体のブロックである。
本明細書において、HLB値(Hydrophile−Lipophile Balance:HLB)とは、W.C.Griffin, Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 1, 311(1949).に記載の、水と油への親和性の程度を表す値であり、0から20までの値を取り、0に近いほど疎水性が高く、20に近いほど親水性が高くなる。計算式によりHLB値を算出方法として、アトラス法、グリフィン法、デイビス法、川上法があるが、本明細書においては、グリフィン法により算出した値を使用し、本発明のブロック共重合体を構成する各ブロックの繰り返し単位中の親水部の式量と繰り返し単位の総式量を元に、下記の計算式により算出した。
HLB値=20×(繰り返し単位中の親水部の式量)÷(繰り返し単位の総式量)
前述の、各ブロックの繰り返し単位中の親水部の定義として、スルホン部(−SO−)、ホスホノ基部(−PO−)、カルボキシル基部(−COOH)、エステル部(−COO−)、アミド部(−CONH−)、イミド部(−CON−)、アルデヒド基部(−CHO)、カルボニル基部(−CO−)、ヒドロキシル基部(−OH)、アミノ基部(−NH)、アセチル基部(−COCH)、エチレンアミン部(−CHCHN−)、エチレンオキシ部(−CHCHO−)、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオン、ハロゲン化物イオン、酢酸イオンを例示することができる。
繰り返し単位中の親水部の算出では、親水部を構成する原子が、他の親水部を構成する原子として重複してはならない。繰り返し単位中のHLB値の算出例を以下に記載した。例えば、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(分子量:295.27)の場合、親水部は、エステル部が1部、ホスホノ基部が1部およびエチレンアミン部が1部であり、親水部の分子量は181.04であるから、HLB値は12.3である。2−ジメチルアミノエチルメタクリレート(分子量:157.11)の場合、親水部は、エステル部が1部およびエチレンアミン部が1部であり、親水部の分子量は86.07であるから、HLB値は11.0である。メチルメタクリレート(分子量:100.12)の場合、親水部は、エステル部が1部であり、親水部の分子量は44.01であるから、HLB値は8.8である。n−ブチルメタクリレート(分子量:142.20)の場合、親水部は、エステル部が1部であり、親水部の分子量は44.01であるから、HLB値は6.2である。
さらに、本発明のブロック共重合体を構成する各ブロックが、異なるモノマー(モノマー1、モノマー2・・・)からなる共重合体である場合は、それぞれのモノマーが重合して生成する繰り返し単位の共重合体中の比率(mol%)を分析し、下記の計算式で算出することができる。
HLB値=HLB値×比率+HLB値×比率+・・・・
ここで、HLB値はモノマー1が重合して生成する重合体のHLB値であり、組成はモノマー1が重合して生成する繰り返し単位の共重合体中の比率(mol%)であり、HLB値はモノマー2が重合して生成する重合体のHLB値であり、組成はモノマー2が重合して生成する繰り返し単位の共重合体中の比率(mol%)である。
またブロック(B)は,HLB値が9以上20未満であれば疎水性のモノマーを含んでよく,例えば上記親水性基を含むモノマーとアルキル(メタ)アクリレートやスチレン誘導体からなる共重合体を例示することができる。
本発明におけるブロック(B)は、HLB値が9未満である場合は、疎水性が高くなるため細胞剥離に必要な冷却時間が長くなり、結果として細胞の活性低下を招くことから、HLB値が9以上20未満の範囲である必要がある。一方、HLB値が20に近づくと親水性が高くなり細胞が接着しづらくなることから、本発明におけるブロック(B)のHLB値は9以上19未満であることが好ましく、9以上17未満であることがより好ましい。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(B)は、HLB値が9以上20以下にある重合体ブロックであれば特に制限は無いが、ブロック(B)を構成する繰り返し単位としては、下記一般式(4)〜(9)の何れかで表される繰り返し単位が好ましい。ブロック(B)は1種類の繰り返し単位から成っていてもよく、2種類以上の繰り返し単位から成っていてもよい。
Figure 2018087316
式中、Rは水素原子又はメチル基である。R10は、炭素数1〜10のアルキレン基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、炭素数1〜6のアルキレン基であることが好ましい。このようなアルキレン基として、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基などが例示され、エチレン基であることがより好ましい。また、R10は、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で(ポリ)オキシエチレン基が好ましい。
11は、炭素数1〜4の2価の炭化水素基であり、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、炭素数1〜4のアルキレン基、例えばメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基であることが好ましく、エチレン基であることがより好ましい。R12、R13、及びR14は、互いに独立して、水素原子、メチル基、又はエチル基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、R12、R13、及びR14が同時に、水素原子又はメチル基であることが好ましく、同時にメチル基であることがより好ましい。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、エステル結合、アミド結合であることが好ましく、エステル結合がより好ましい。
本発明における一般式(4)で表される繰り返し単位としては、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、2−アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルホスホリルコリン、4−(メタ)アクリロイルオキシブチルホスホリルコリン、6−(メタ)アクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、10−(メタ)アクリロイルオキシデシルホスホリルコリン、ω−(メタ)アクリロイル(ポリ)オキシエチレンホスホリルコリン、2−アクリルアミドエチルホスホリルコリン、3−アクリルアミドプロピルホスホリルコリン、4−アクリルアミドブチルホスホリルコリン、6−アクリルアミドヘキシルホスホリルコリン、10−アクリルアミドデシルホスホリルコリン、およびω−(メタ)アクリルアミド(ポリ)オキシエチレンホスホリルコリンから選択されるモノマーを重合して生成する繰り返し単位を例示できる。これらの繰返し単位の中では、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2018087316
式中、R15は水素原子またはメチル基である。R16は、炭素数1〜3のアルキレン基を含む(ポリ)オキシアルキレン基であり、−(CHCHO)−(CHO)−(CHCH(CH)O)−R17(式中、R17は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、フルフリル基、テトラヒドロフルフリル基であり、iは1〜30の整数であり、jおよびkは0〜30の整数である。)で表される。
本発明における一般式(5)で表される繰り返し単位としては、ポリエチレングリコールメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、フルフリルアクリレート、フルフリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレートおよびテトラヒドロフルフリルメタクリレートから選択されるモノマーを重合して生成する繰り返し単位を例示できる。これらの繰返し単位の中では、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、ポリエチレングリコールメタクリレート、2−メトキシエチルアクリレートまたはテトラヒドロフルフリルアクリレートを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2018087316
式中、R19は水素原子またはメチル基である。R20は、炭素数1〜10のアルキレン基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等の炭素数1〜6のアルキレン基であることが好ましく、エチレン基、プロピレン基であることがより好ましい。
21は、炭素数1〜4のアルキレン基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等のアルキレン基であることが好ましく、エチレン基、プロピレン基であることがより好ましい。R22及びR23は、各々独立して、水素原子又は炭素数1〜4の炭化水素基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、R22及びR23が同時に水素原子またはメチル基であることが好ましく、同時にメチル基であることがより好ましい。
は、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、エステル結合、アミド結合であることが好ましく、エステル結合であることがより好ましい。また、Xはスルホン酸基、カルボキシル基、若しくは、リン酸基であることが好ましい。
本発明における一般式(6)で表される繰り返し単位としては、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(カルボキシラトメチル)アミニウム、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−カルボキシラトエチル)アミニウム、ジメチル(2−アクリロイルオキシエチル)(2−カルボキシラトエチル)アミニウム、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(3−カルボキシラトプロピル)アミニウム、ジメチル(2−アクリロイルオキシエチル)(3−カルボキシラトプロピル)アミニウム、ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム、ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(4−スルホナトブチル)アミニウム、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−スルホナトエチル)アミニウム、ジメチル(2−アクリロイルオキシエチル)(2−スルホナトエチル)アミニウム、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム、ジメチル(2−アクリロイルオキシエチル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−ホスホナトエチル)アミニウム、ジメチル(2−アクリロイルオキシエチル)(2−ホスホナトエチル)アミニウム、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(3−ホスホナトプロピル)アミニウム、およびジメチル(2−アクリロイルオキシエチル)(3−ホスホナトプロピル)アミニウムから選択されるモノマーを重合して生成する繰り返し単位を例示できるが、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(カルボキシラトメチル)アミニウム、ジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−カルボキシラトエチル)アミニウム、ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム、ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(4−スルホナトブチル)アミニウムまたはジメチル(2−メタクリロイルオキシエチル)(2−スルホナトエチル)アミニウムを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2018087316
式中、R24は水素原子またはメチル基である。R25、R26は各々独立して水素原子又はメチル基である。
本発明における一般式(7)で表される繰り返し単位としては、アクリルアミドまたはN,N−ジメチルアクリルアミドを重合して生成する繰り返し単位を用いることができる。
Figure 2018087316
式中、R28は水素原子又はメチル基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、メチル基を用いることが好ましい。R29は、炭素数2〜7のアルキレン基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、炭素数2〜4のアルキレン基であることが好ましく、エチレン基であることがより好ましい。R30及びR31は、互いに独立して、水素原子、メチル基、エチル基であり、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、R30及びR31が同時に、水素原子又はメチル基であることが好ましく、同時にメチル基であることがより好ましい。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、エステル結合、アミド結合であることが好ましく、エステル結合であることがより好ましい。
本発明における一般式(8)で表される繰り返し単位としては、アミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、3−アミノプロピル(メタ)アクリレート、3−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、3−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミドエチルアミン、ジメチル[(メタ)アクリルアミドエチル]アミン、ジエチル[(メタ)アクリルアミドエチル]アミン、3−(メタ)アクリルアミドプロピルアミン、ジメチル[3−(メタ)アクリルアミドプロピル]アミン、およびジエチル[3−(メタ)アクリルアミドプロピル]アミンをモノマーとして重合して生成する繰り返し単位を例示できるが、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、2−ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチル[(メタ)アクリルアミドメチル]アミン、またはジメチル[(メタ)アクリルアミドエチル]アミンを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましい。
Figure 2018087316
式中、R28は水素原子又はメチル基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、メチル基を用いることが好ましい。R29は、炭素数2〜7のアルキレン基であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、炭素数2〜4のアルキレン基であることが好ましく、エチレン基であることがより好ましい。R30及びR31は、互いに独立して、水素原子、メチル基、エチル基であり、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、R30及びR31が同時に、水素原子又はメチル基であることが好ましく、同時にメチル基であることがより好ましい。R32は、炭素数1〜4の炭化水素基、水酸基または炭素数1〜2のアルキルオキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基であり、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、メチル基、エチル基、水酸基またはメトキシ基で置換されていてもよいエチレン基であることが好ましい。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合であり、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、エステル結合、アミド結合であることが好ましく、エステル結合であることがより好ましい。Xはハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、酢酸イオンであり、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、ハロゲン化物イオン、水酸化物イオンであることが好ましい。
本発明における一般式(9)で表される繰り返し単位としては、トリメチル−2−メタクロイルオキシエチルアンモニウムクロリド、トリメチル−2−メタクロイルオキシエチルアンモニウムブロミド、トリメチル−3−メタクロイルオキシプロピルアンモニウムクロリド、トリメチル−3−メタクロイルオキシエチルアンモニウムブロミドをモノマーとして重合して生成する繰り返し単位や、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、3−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、3−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジメチル[(メタ)アクリルアミドエチル]アミン、ジエチル[(メタ)アクリルアミドエチル]アミン、ジメチル[3−(メタ)アクリルアミドプロピル]アミン、ジエチル[3−(メタ)アクリルアミドプロピル]アミンをモノマーとして重合して生成する繰り返し単位と、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2−クロロエチルメチルエーテルとを反応させて生成する繰り返し単位を例示できる。これらの繰り返し単位の中では、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点および合成が容易な点で、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、3−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジメチル[(メタ)アクリルアミドエチル]アミン、ジメチル[3−(メタ)アクリルアミドプロピル]アミン、をモノマーとして重合して生成する繰り返し単位と、炭素数1〜4のハロゲン化アルキル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2−クロロエチルメチルエーテルとを反応させて生成する繰り返し単位であることが好ましい。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(B)として、前記一般式(4)から一般式(9)の何れかで表される繰り返し単位の中では、細胞接着性を制御できる点および細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、一般式(4)、一般式(5)、一般式(6)、または一般式(8)で表される繰り返し単位が好ましく、細胞接着性に優れる点で、一般式(5)または一般式(8)で表される繰り返し単位であることがより好ましい。
本発明におけるブロック(C)は、0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値が0以上9未満の疎水性重合体ブロックである。ブロック(C)は、本発明のブロック共重合体の基材への接着に寄与するブロックである。なお、本明細書におけるHLB値は前述のとおりである。
本発明におけるブロック(C)のHLB値が9以上である場合は、基材に塗布した場合に水中で剥離しやすく安定な膜を得ることができない。従って、本発明におけるブロック(C)のHLB値は0以上9未満の範囲にある必要があり、基材に塗布した場合に水中で剥離しない安定な膜が得られる点で、0以上8以下の範囲に有ることが好ましく、0以上7以下の範囲にあることがより好ましい。
また、本発明におけるブロック(C)は、HLB値が0以上9未満の範囲にあれば、前述の親水性部を含むモノマーを含んでよく、例えば、前述の親水部を含むモノマーと、アルキル(メタ)アクリレートやスチレン誘導体との共重合体を例示することができる。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(C)は、HLB値が0以上9未満にある重合体ブロックであれば特に制限は無いが、ブロック(C)を構成する繰り返し単位としては、下記一般式(10)または(11)で表される繰り返し単位が好ましい。ブロック(C)は1種類の繰り返し単位から成っていてもよく、2種類以上の繰り返し単位から成っていてもよい。
Figure 2018087316
式中、R33は水素原子またはメチル基である。Yは水素原子、塩素原子、アセトキシ基、ニトリル基、炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を例示することができ、水中で剥離しない安定な膜を得る点で、水素原子、塩素原子、炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を用いることが好ましい。炭素数6〜30の芳香族炭化水素基としてはフェニル基、1−ナフタレン基、2−ナフタレン基、9−アントラセン基、1−ピレン基およびその誘導体を例示することができる。
本発明における一般式(10)で表される繰り返し単位としては、エチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、アクリロニトリル、スチレン、1−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、9−ビニルアントラセン、および1−ビニルピレンから選択されるモノマーを重合して生成する繰り返し単位を例示できる。これらの中では、基材に塗布した場合の接着性の点で、スチレン、1−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、9−ビニルアントラセン、1−ビニルピレンを重合して生成する繰り返し単位であることが好ましく、スチレンを重合して生成する繰り返し単位であることがより好ましい。
Figure 2018087316
式中、R34は水素原子またはメチル基である。R35は炭素数1〜30の炭化水素基であり、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−ヘキサデシル基、n−オクタデシル基などを例示することができる。水中で剥離しない安定な膜を得る点で、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−ヘキサデシル基、n−オクタデシル基が用いられることが好ましい。
Zは、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合であり、水中で剥離しない安定な膜を得る点で、エステル結合、アミド結合であることが好ましく、エステル結合であることがより好ましい。
本発明における一般式(11)で表される繰り返し単位としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、n−ウンデシル(メタ)アクリレート、n−ドデシル(メタ)アクリレート、n−テトラデシル(メタ)アクリレート、n−ヘキサデシル(メタ)アクリレート、n−オクタデシル(メタ)アクリレート、n−エイコシル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート化合物、N−n−オクチル(メタ)アクリルアミド、N−n−デシル(メタ)アクリルアミド、N−n−ドデシル(メタ)アクリルアミド、N−n−ヘキサデシル(メタ)アクリルアミド、N−n−オクタデシル(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド化合物、N−ビニル−n−オクチルアミド、N−ビニル−n−デシルアミド、N−ビニル−n−ドデシルアミド、N−ビニル−n−ヘキサデシルアミドなどのN−ビニルアミド化合物から選択されるモノマーを重合して生成する繰り返し単位を例示できる。これらの中では、水中で剥離しない安定な膜を得る点で、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−ヘプチル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、n−トリデシル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート化合物を重合して生成する繰り返し単位であることが好ましい。
さらに、本発明におけるブロック(C)としては、上記以外にも、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミドなどのN−アルキルマレイミド化合物、フマル酸ジ−tert−ブチル、フマル酸ジ−n−ブチルなどのフマル酸ジエステル化合物、N−ビニルイミダゾール、N−ビニルカルバゾールなどから選ばれる少なくとも1つのモノマーを含む重合体を用いることができる。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の各ブロックは、直接結合していてもよいし、低分子のスペーサーを介して結合していてもよい。スペーサーの原子数は、前述の本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、2原子から30原子であることが好ましい。また、スペーサーの構造も本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、例えば、ブロック間の結合の少なくとも1つが下記一般式(12)および一般式(13)で表される2価の結合の内、少なくとも1種類の結合を含む2価の結合であってもよい。
Figure 2018087316
Figure 2018087316
式中、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基であり、炭素数1〜20の炭化水素基としてはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基を例示することができるが、各ブロック間の結合が安定である点で、Rは水素原子であることが好ましい。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の配列順に特に制限はなく、(A)−(B)−(C)、(A)−(C)−(B)、(B)−(A)−(C)を例示することができる。また、本発明のブロック共重合体は、各ブロック(A),(B)および(C)を2回以上含んでいてもよく、各ブロックはランダムに配列されていてもよい。例えば、(A)−(B)−(A)−(C)、(A)−(B)−(C)−(A)なども許容される。
また、本発明のブロック共重合体は、ブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)以外に他の重合体ブロック(X)を含んでいてもよく、その場合の具体的な配列順としては、(A)−(B)−(C)−(X)、(A)−(B)−(X)−(C)、(A)−(C)−(B)−(X)、(A)−(C)−(X)−(B)、(A)−(X)−(B)−(C)、(A)−(X)−(C)−(B)、(B)−(A)−(C)−(X)、(B)−(A)−(X)−(C)、(B)−(C)−(A)−(X)、(B)−(X)−(A)−(C)、(C)−(A)−(B)−(X)、(C)−(B)−(A)−(X)を例示することができる。ここで、重合体ブロック(X)は、前述の本発明の効果を損なわない限り、本発明におけるブロック(A)、ブロック(B)、ブロック(C)の何れかであってもよく、これら以外のブロック、例えば、LCSTが50℃を超える温度応答性ブロックや、0℃〜50℃の範囲にLCSTを持つ、HLB値(グリフィン法)が9以上20以下の範囲にある親水性重合体ブロックや、0℃〜50℃の範囲にLCSTを持つ、HLB値(グリフィン法)が0以上9未満の範囲にある疎水性重合体ブロックであってもよい。これらの配列の中では、細胞剥離に必要な冷却時間が短縮できる点で、温度応答性重合体ブロックであるブロック(A)と親水性重合体ブロックであるブロック(B)が連続していない配列、すなわち、(A)−(C)−(B)、(A)−(C)−(B)−(X)、(A)−(C)−(X)−(B)、(A)−(X)−(B)−(C)、(A)−(X)−(C)−(B)、(B)−(C)−(A)−(X)、(B)−(X)−(A)−(C)が好ましく、(A)−(C)−(B)、(A)−(C)−(B)−(X)、(B)−(C)−(A)−(X)であることがより好ましい。 本明細書における、「部分共重合体」との用語は、必須のブロック(A)、(B)および(C)のうちいずれか1種が欠けている共重合体をいう。例えば、(A)−(B)、(A)−(C)、(A)−(B)−(X)、(A)−(X)−(C)などが該当する。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の合計に対するブロック(A)の比率は、1〜90mol%であれば特に制限はないが、本発明のブロック共重合体を含む表面処理剤で基材を被覆した細胞培養基材に細胞接着性を付与すると共に、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、25〜85mol%であることが好ましく、45〜65mol%であることがより好ましい。前述の全繰り返し単位に対するブロック(A)の比率が1mol%未満であれば細胞接着性が低下し、90mol%を超えれば細胞剥離に必要な冷却時間が長くなる。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の合計に対するブロック(B)の比率は、1〜90mol%であれば特に制限はないが、本発明のブロック共重合体を含む表面処理剤で基材を被覆した細胞培養基材に細胞接着性を付与すると共に、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、2〜50mol%であることが好ましく、5〜30mol%であることがより好ましい。前述の全繰り返し単位に対するブロック(B)の比率が1mol%未満であれば細胞剥離に必要な冷却時間が長くなり、90mol%を超えれば細胞接着性が低下する。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の合計に対するブロック(C)の比率は、1〜90mol%であれば特に制限はないが、本発明のブロック共重合体を含む表面処理剤で基材を被覆する場合に、基材への接着性を付与すると共に、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、10〜70mol%であることが好ましく、20〜50mol%であることがより好ましい。前述の全繰り返し単位に対するブロック(C)の比率が1mol%未満であれば基材への接着性が低下し、冷却時にブロック共重合体が培地中に溶出する。90mol%を超えれば細胞剥離に必要な冷却時間が長くなる。
本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の各ブロックの比率は、前述の全繰り返し単位に対する各ブロックの比率の範囲内であれば特に制限はないが、前述の細胞培養基材への細胞接着性の付与と細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、ブロック(A)とブロック(B)の比率は0.5:1から50:1の範囲にあることが好ましく、1.5:1から15:1の範囲にあることがより好ましい。また、本発明のブロック共重合体の基材への接着性の付与と細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、ブロック(A)とブロック(C)の比率は0.25:1から10:1の範囲にあることが好ましく、0.5:1から5:1の範囲にあることがより好ましい。さらに、前述の細胞培養基材への細胞接着性および本発明のブロック共重合体の基材への接着性の付与と、細胞剥離に必要な冷却時間を短縮する点で、ブロック(B)とブロック(C)の比率は0.01:1から5:1の範囲にあることが好ましく、0.1:1から2:1の範囲にあることがより好ましい。
本発明のブロック共重合体の数平均分子量(Mn)は3,000以上1,000,000以下の範囲にあり、好ましくは4,000以上500,000以下、さらに好ましくは5,000以上200,000以下である。3,000未満の場合は細胞培養基材に被覆しても細胞培養中に基材から培地中に溶出してしまう。また、1,000,000を越える場合は溶液粘度が高くなり、細胞培養基材への被覆が困難になる。
本発明のブロック共重合体は、以下の工程(1)から(3)を含む工程からなる方法により製造することができる。
(1)本発明におけるブロック(A)、ブロック(B)、ブロック(C)のうち、何れか1種類のブロックを製造する工程、
(2)本発明におけるブロック(A)、ブロック(B)、ブロック(C)のうち、工程(1)で製造したブロックを除く1種類のブロックと、工程(1)で製造したブロックを含むブロック重合体とが結合した、部分ブロック共重合体を製造する工程、
(3)本発明におけるブロック(A)、ブロック(B)、ブロック(C)のうち、工程(2)で製造した部分ブロック共重合体を含むブロック共重合体を構成しない1種類のブロックと、工程(2)で製造した部分ブロック共重合体とが結合した、ブロック共重合体を製造する工程。
本発明のブロック共重合体を構成する各ブロックは、異なる種類のモノマーとのブロック共重合が行える点で、リビングカチオン重合やリビングアニオン重合やリビングラジカル重合などのリビング重合により製造されることが好ましい。これらのリビング重合の中では、重合反応の制御が容易である点でリビングラジカル重合を用いることが好ましく、例えば、株式会社エヌ・ティー・エス発行、“ラジカル重合ハンドブック”、p.161〜225(2010)に記載のリビングラジカル重合技術を用いて製造することがより好ましい。リビングラジカル重合技術としては、原子移動ラジカル重合法(ATRP)、可逆的付加開裂連鎖移動重合法(RAFT)、ニトロキシドを介した重合法(NMP)などを例示することができるが、これらの中では、汎用性が高く、細胞毒性を示す金属を使用しなくてもよい点でRAFT重合により製造することが好ましい。
本発明のブロック共重合体の具体的な製造方法としては、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(A−B−C)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(A−C−B)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(B−A−C)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(B−C−A)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(C−A−B)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(C−B−A)を例示することができる。
また、前述したとおり、本発明のブロック共重合体は、本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)、ブロック(C)以外に他のブロック(X)を含んでいてもよく、その場合の具体的な製造方法としては、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(X)を生成するモノマーを重合する方法(A−B−C−X)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(A−B−X−C)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(X)を生成するモノマーを重合する方法(A−C−B−X)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(A−C−X−B)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(A−X−B−C)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(A−X−C−B)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(X)を生成するモノマーを重合する方法(B−A−C−X)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(B−A−X−C)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(X)を生成するモノマーを重合する方法(B−C−A−X)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(B−C−X−A)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(B−X−A−C)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(B−X−C−A)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、未反応モノマーを除いた後、ブロック(X)を生成するモノマーを重合する方法(C−A−B−X)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(C−A−X−B)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(X)を生成するモノマーを重合する方法(C−B−A−X)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(C−B−X−A)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(C−X−A−B)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(X)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(C−X−B−A)、ブロック(X)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(X−A−B−C)、ブロック(X)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(X−A−C−B)、ブロック(X)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(C)を生成するモノマーを重合する方法(X−B−A−C)、ブロック(X)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(X−B−C−A)、ブロック(X)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(XCを生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(A)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(B)を生成するモノマーを重合する方法(X−C−A−B)、ブロック(X)を生成するモノマーを重合した後、ブロック(C)を生成するモノマーを重合し、次いで、ブロック(B)を生成するモノマーを重合し、さらに、ブロック(A)を生成するモノマーを重合する方法(X−C−B−A)を例示することができる。
前述の、本発明のブロック共重合体の製造における中間段階の各ブロックの製造においては、各ブロックを生成するモノマーの重合が終了した段階で、反応溶液の一部を採取してH−NMRなどにより未反応モノマーの残量を測定し、未反応モノマーの残存量に応じて、生成した各ブロックを精製してもよく、精製せずに次のブロックを生成するモノマーの重合に使用してもよい。例えば、中間段階の各ブロックを生成するための重合が終了した段階での未反応モノマーの残存量が多く、未反応モノマーが次のブロックを生成するための重合に悪影響を与えると考えられる場合には、重合により生成したブロックを溶媒抽出や再沈殿、再結晶など、高分子の精製方法として公知の方法により精製することが好ましい。具体的には、未反応モノマー残存量が、モノマー仕込み量の20%以上の場合、前述の方法により重合により生成したブロックを精製することが好ましい。
一方、中間段階の各ブロックを生成するための重合が終了した段階での未反応モノマーの残存量が少なく、次のブロックを生成するための重合に悪影響を与えないと考えられる場合には、重合により生成したブロックを精製せずに、次のブロックを生成するモノマーの重合に使用してもよい。具体的には、未反応モノマー残存量が、モノマー仕込み量の20%未満、好ましくは15%未満の場合、重合により生成したブロックを精製せずに、次のブロックを生成するモノマーの重合に使用してもよい。
目的とする本発明のブロック共重合体の製造を終えた段階では、残存する未反応モノマーを除くため、前述の溶媒抽出や再沈殿、再結晶など、高分子の精製方法として公知の方法により、本発明のブロック共重合体を精製することが好ましい。
さらに、本発明のブロック共重合体の製造方法としては、例えば、A. Michael, J. Prakt. Chem. 48, 94(1893)、R. Huisgen, in 1,3−Dipolar Cycloadditi−on Chemistry, ed. by A. Padwa, Wiley, New York, Vol. 1, 1−176(1984)、C. W. Tornoe, C. Christensen, M. Meldal, J. Org. Chem. 67, 3057−3062、V. V. Rostovtsev, L. G. Green, V. V. Fokin, K. B. Sharpless, Angew. Chem., Int. Ed. 41, 2596−2599(2002)に記載の、クリック反応を用いることもできる。
クリック反応を用いた本発明のブロック共重合体の具体的な製造方法としては、例えば、前述のRAFT重合によりブロック共重合体を製造する場合、ブロック(B)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(B)を合成し、さらにブロック(A)を生成するモノマーを重合して、ブロック(B)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(C)を反応させる方法((A−B)+C)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(B)を合成し、さらにブロック(C)を生成するモノマーを重合して、ブロック(B)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(A)を反応させる方法(A+(B−C))、ブロック(C)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(C)を合成し、さらにブロック(A)を生成するモノマーを重合して、ブロック(C)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(B)を反応させる方法((A−C)+B)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(C)を合成し、さらにブロック(B)を生成するモノマーを重合して、ブロック(C)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(A)を反応させる方法(A+(C−B))、ブロック(A)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(A)を合成し、さらにブロック(B)を生成するモノマーを重合して、ブロック(A)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(C)を反応させる方法((B−A)+C)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(A)を合成し、さらにブロック(C)を生成するモノマーを重合して、ブロック(A)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(B)を反応させる方法(B+(A−C))、ブロック(C)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(C)を合成し、さらにブロック(B)を生成するモノマーを重合して、ブロック(C)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(A)を反応させる方法((B−C)+A)、ブロック(C)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(C)を合成し、さらにブロック(A)を生成するモノマーを重合して、ブロック(C)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(B)を反応させる方法(B+(C−A))、ブロック(A)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(A)を合成し、さらにブロック(C)を生成するモノマーを重合して、ブロック(A)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(B)を反応させる方法((C−A)+B)、ブロック(A)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(A)を合成し、さらにブロック(B)を生成するモノマーを重合して、ブロック(A)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(C)を反応させる方法(C+(A−B))、ブロック(B)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(B)を合成し、さらにブロック(C)を生成するモノマーを重合して、ブロック(B)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(A)を反応させる方法((C−B)+A)、ブロック(B)を生成するモノマーを重合して末端にアルキニル基(またはアジド基)を有するブロック(B)を合成し、さらにブロック(A)を生成するモノマーを重合して、ブロック(B)側の末端にアルキニル基(またはアジド基)を有する部分ブロック体を合成した後、末端にアジド基(またはアルキニル基)を有するブロック(C)を反応させる方法(C+(B−A))などを例示することができる。
前述のクリック反応を用いた本発明のブロック共重合体の製造においては、モノマーの重合により生成したブロックを用い、クリック反応により本発明のブロック共重合体を製造することから、クリック反応時の副反応を抑制する点で、各ブロックを生成するモノマーの重合が終了した段階で、生成した各ブロックを精製することが好ましい。
また、前述のクリック反応を用いて本発明のブロック共重合体を製造した場合には、本発明のブロック共重合体中の各ブロック間の少なくとも一つに、前述の一般式(1)または(2)に示した2価の結合が導入される。
2.表面処理剤
本発明の基材用表面処理剤は、本発明のブロック共重合体を含むものである。本発明の表面処理剤の用途に特に制限はないが、好ましくは、シャーレ、マルチウェルプレート、フラスコ、マイクロキャリアなどの細胞培養基材用の表面処理剤である。
本発明の表面処理剤は、基材に塗布するだけで表面処理を行うことができるものである。本発明の表面処理剤は、本発明のブロック共重合体以外に、本発明のブロック共重合体を溶解することができる溶媒を含むものであってもよい。本発明のブロック共重合体を溶解できる溶剤に特に制限はないが、基材に塗布した際に基材を溶解することがなく、さらに、基材に塗布後に蒸発して残留しない点で、水や炭素数1〜3のアルコール系溶媒が好ましく、残留しても培養細胞に及ぼす影響が小さい点で、エタノール、または、水とエタノールの混合溶媒が特に好ましい。本発明の表面処理剤は、通常、溶液状のものであるが、上記の溶媒で溶解可能な粉末状であってもよい。
本発明の表面処理剤の対象基材に特に制限はないが、前記ブロック共重合体は疎水性相互作用で基材に接着することから、好ましくは各種疎水性ポリマー材料が用いられる。疎水性ポリマー材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系ポリマー、ポリジメチルシロキサン等の各種シリコーンゴム、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等が挙げられる。また、金属基材、セラミックス基材あるいはガラス基材にシランカップリング剤で表面処理したものも用いることができる。
また、基材の形状は、特に制限はないが、例えば、板状、ビーズ状および繊維状の形状のほか、板状の基材に設けられた穴や溝や突起なども挙げられる。本発明の表面処理剤を基材に塗布する方法としては、例えば、はけ塗り、ディップコーティング、スピンコーティング、バーコーティング、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。
3.膜
本発明の膜は、本発明の表面処理剤を各種基材に塗布した後、乾燥することによって得られる膜である。本発明のブロック共重合体中にブロック(C)を含むことで細胞培養基材に対して接着性を有するとともに、本発明のブロック共重合体中にブロック(A)を含むことで、細胞培養温度である37℃以上では膜表面は疎水性を示すことによりタンパク質などの付着を可能とし、細胞の接着培養が可能となる。さらに、細胞培養後に、温度降下させることで、膜表面が親水性に変化し、細胞剥離を促すことができ、本発明のブロック共重合体中にブロック(B)を含むことで、剥離に必要な冷却時間を短縮することが可能になる。
本発明の膜の厚さは1nm以上10μm以下であり、好ましくは10nm以上5μm以下であり、より好ましくは30nm以上500nm以下であり、さらに好ましくは50nm以上200nm以下である。1nm未満の場合は細胞培養基材に被覆した時に細胞剥離に必要な冷却時間が長くなってしまう。10μmを越える場合は細胞培養基材に被覆した時に細胞の接着性が低下する。
4.細胞培養用基材および細胞培養基材を用いた細胞培養方法
本発明の細胞培養用基材は、本発明の膜で基材表面を被覆した細胞培養用基材である。本発明の細胞培養基材による細胞培養は、培養基材の表面に被覆されたブロック共重合体のLCSTよりも高い温度で行われるが、ヒト由来細胞を用いる場合は、高い培養効率を得ることを目的にヒトの体温付近で行うことが好ましく、35〜39℃の温度範囲で行うことがより好ましく、36〜38℃の温度範囲で行うことがさらに好ましい。その他の培養条件は特に制限されず、当分野において通常行われる条件下で培養を行ってよい。例えば、培地としては、ウシ胎児血清等の血清が添加されているものでもよいし、無血清培地でもよい。
培養後、増殖した細胞を細胞培養基材から剥離するには、周囲の温度を本発明のブロック共重合体を構成するブロック(A)のLCSTよりも低い温度、好ましくはLCSTより10℃低い温度以下に変化させるだけでよい。LCST以下に冷却することによる細胞培養基材からの細胞剥離は、細胞を培養していた培養液中においても、その他の培地或いはリン酸緩衝液中においても可能であり、目的に応じて選択することができる。その際、増殖細胞を効果的にかつ容易に剥離させるため、細胞培養基材を軽くたたいたり、揺らしたり、更にはピペット等を使用して培地を撹拌するなどしてもよい。
本発明の細胞培養基材を用いることによって、好ましくは培養した細胞が冷却のみで最大径5μm〜300μmの大きさで剥離することができる。さらに好ましくは冷却のみで単一細胞の形状で剥離することができる。剥離細胞の大きさ、形状は、ブロック共重合体の組成および分子量、細胞培養基材の構造、細胞培養基材の製造方法、細胞培養方法、培養される細胞の種類を選択することによって調整できる。例えば、ブロック共重合体の中のブロック(B)の比率を上げること、細胞培養基材の製造方法によってブロック共重合体の厚さを増加させること、培養基材表面の凹凸を増加させることによって、細胞凝集塊の大きさを小さくでき、さらに単一細胞で剥離することができる。
本発明の細胞培養基材を用いて培養される細胞としては、温度降下による刺激付与前の細胞培養基材の表面に接着可能なものであれば特に制限されるものではない。例えば、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞、ヒト脂肪組織由来間葉系幹細胞、ヒト肺由来繊維芽細胞、ヒト皮膚繊維芽細胞、チャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞、マウス結合組織L929細胞、ヒト胎児腎臓由来細胞HEK293細胞、ヒト子宮頸癌由来HeLa細胞等の種々の培養細胞株に加え、例えば生体内の各組織、臓器を構成する上皮細胞や内皮細胞、収縮性を示す骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、神経系を構成するニューロン細胞、グリア細胞、繊維芽細胞、生体の代謝に関与する肝実質細胞、肝非実質細胞や脂肪細胞、分化能を有する細胞として、種々の組織に存在する幹細胞、さらにはそれらから分化誘導した細胞等を用いることができる。これら以外でも、血液、リンパ液、髄液、喀痰、尿又は便に含まれる細胞(生細胞)や、体内あるいは環境中に存在する微生物、ウイルス、原虫等を例示できる。
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら制限されるものではない。なお、断りのない限り、試薬は市販品を用いた。
<ブロック共重合体の組成>
核磁気共鳴測定装置(日本電子製、商品名JNM−ECZ400S/L1)を用いたプロトン核磁気共鳴分光(H−NMR)スペクトル分析より求めた。
<ブロック共重合体の分子量、分子量分布>
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)および分子量分布(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装置は東ソー(株)製 HLC−8320GPCを用い、カラムは東ソー製 TSKgel Super AWM−Hを2本用い、カラム温度を40℃に設定し、溶離液は10mMトリフルオロ酢酸ナトリウムを含む1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノールまたは10mM臭化リチウムを含むN,N−ジメチルホルムアミドを用いて測定した。測定試料は1.0mg/mLで調製して測定した。分子量の検量線は、分子量既知のポリメタクリル酸メチル(ポリマーラボラトリーズ製)を用いた。
<基材表面の対水接触角>
水中、40℃および20℃での気泡接触角(θ)(°)を測定し、40℃および20℃の対水接触角(180−θ)(°)を算出した。θは協和界面科学(株)製接触角計DM300を用いて、水中、3μLの気泡の接触角を測定した。40℃および20℃の対水接触角の差が大きいほど、温度応答性、即ち温度変化により細胞を剥離させる能力が高いといえる。
実施例1
[重合体ブロック(B)の合成]
試験管に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン1.50g(5.1mmol)、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド25.3mg(63μmol)、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル1mg(6μmol)を加え、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液10.2mLに溶解した。窒素バブリングを30分行った後、65℃で18時間反応させた。反応後、反応溶液をアセトン:メタノール=20:1混合溶液200mLに注ぎ込み、析出した黄色固体をろ過し、1日減圧乾燥し、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの重合体(重合体ブロック(B))を得た。2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)の繰り返し単位の親水部式量は炭素5個、水素8個、窒素1個、酸素6個、リン1個の合計(209.1)であり、繰り返し単位総式量は295.3であり、HLB値(グリフィン法)は14であった。
[部分ブロック共重合体の合成]
試験管に上記重合体ブロック(B)1.50g、n−ブチルメタクリレート1.71g(12.0mmol)、アゾビスイソブチロニトリル2mg(13μmol)を加え、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液12mLに溶解した。窒素バブリングを30分行った後、65℃で24時間反応させた。反応後、反応溶液をヘキサン300mLに注ぎ込み、析出した淡黄色固体をろ過し、1日減圧乾燥して、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体を得た。n−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)の繰り返し単位の親水部式量は炭素1個、酸素2個の合計(44.0)であり、繰り返し単位総式量は142.2であり、HLB値(グリフィン法)は6であった。
[ブロック共重合体の合成]
試験管に上記部分ブロック共重合体0.75g、N−イソプロピルアクリルアミド0.93g(8.2mmol)、アゾビスイソブチロニトリル0.3mg(2μmol)を加え、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液8.2mLに溶解した。窒素バブリングを30分行った後、65℃で24時間反応させた。反応後、反応溶液をヘキサン200mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過し、1日減圧乾燥して、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体を得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表1に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体0.01gをエタノール4.99gに溶解し、ブロック共重合体の0.2wt%エタノール溶液を作製した。さらに、0.2wt%エタノール溶液1mLとエタノール9mLを混合し、0.02wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
コーニング社製細胞培養用ポリスチレン製6ウェルプレートの各ウェルに、得られた表面処理剤を0.2mLずつ加え、室温で乾燥した。さらに、減圧乾燥を6時間行い、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは50nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)を、37℃、CO濃度5%で培養した。培養液は10vol%ウシ胎児血清を含むダルベッコ・フォークト変法イーグル最小必須培地(10vol%FBS/DMEM)を用いた。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却することで細胞は100%剥離した。
参考例1
[表面処理剤の合成]
実施例1[部分ブロック共重合体の合成]で合成した2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体をブロック共重合体の代わりに用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で合成を行い、0.02wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは50nmであった。40℃および20℃で対水接触角評価したが、同等の接触角(15°)で、何れも高い親水性を示し、温度応答性を示さなかった。
[細胞培養評価]
上記にて製造した表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の細胞培養評価を5日間行ったが、細胞は基材に接着せず、増殖は確認できなかった。
実施例2
[細胞培養評価および剥離評価]
実施例1[膜評価]で製造した、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)の代わりにチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞(100個/mm)を用い、培養液として10vol%FBS/DMEMの代わりに10vol%FBS/Ham‘s F―12を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は70%剥離した。
参考例2
[細胞培養評価]
参考例1[膜評価]で製造した、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)の代わりにチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞(100個/mm)を用い、培養液として10vol%FBS/DMEMの代わりに10vol%FBS/Ham‘s F―12を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の細胞培養評価を5日間行ったが、細胞は基材に接着せず、増殖は確認できなかった。
実施例3
[重合体ブロック(B)の合成]
4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッドを43mg(106μmol)、アゾビスイソブチロニトリル1.7mg(10μmol)を用い、14時間反応させたこと以外は、実施例1[重合体ブロック(B)の合成]と同じ方法で合成を行い、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの重合体(重合体ブロック(B))を得た。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記重合体ブロック(B)1.0g、n−ブチルメタクリレート2.40g(16.9mmol)、アゾビスイソブチロニトリル2.5mg(15μmol)、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液17mLを用い、30時間反応させたこと以外は、実施例1[部分ブロック共重合体の合成]と同じ方法で合成を行い、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体を得た。
[ブロック共重合体の合成]
上記重合体部分ブロック0.50g、N−イソプロピルアクリルアミド0.62g(5.5mmol)、アゾビスイソブチロニトリル0.2mg(1μmol)、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液5.5mLを用いたこと以外は、実施例1[ブロック共重合体の合成]と同じ方法で合成を行い、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体を得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表1に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の合成]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは100nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は100%剥離した。
参考例3
[表面処理剤の合成]
実施例3[部分ブロック共重合体の合成]で合成した2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体をブロック共重合体の代わりに用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.02wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは50nmであった。40℃および20℃で対水接触角評価したが、同等の接触角(23°)で、何れも高い親水性を示し、温度応答性を示さなかった。
[細胞培養評価]
上記にて製造した表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の細胞培養評価を5日間行ったが、細胞は基材に接着せず、増殖は確認できなかった。
実施例4
[細胞培養評価および剥離評価]
実施例3[膜評価]で製造した表面に温度応答性膜が導入された細胞培養基材を用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)の代わりにチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞(100個/mm)を用い、培養液として10vol%FBS/DMEMの代わりに10vol%FBS/Ham‘s F―12を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は70%剥離した。
参考例4
[細胞培養評価]
参考例3[膜評価]で製造した表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(B)からなる部分ブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)の代わりにチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞(100個/mm)を用い、培養液として10vol%FBS/DMEMの代わりに10vol%FBS/Ham‘s F―12を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の細胞培養評価を5日間行ったが、細胞は基材に接着せず、増殖は確認できなかった。
実施例5(クリック反応で製造)
[末端アルキニル基を有するn−ブチルメタクリレート重合体ブロックの合成]
三方コックを備えた200mL試験管に、4−シアノペンタン酸ジチオベンゾエートのプロパルギルエステル体0.57g(1.8mmol)、n−ブチルメタクリレート12.80g(90mmol)、アゾビスイソブチロニトリル60mg(0.36mmol)を加え、次いで1,4−ジオキサン45mL、エタノール45mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で24時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をメタノール300mLに注ぎ、底に付着した赤色油状物質を回収した。メタノール100mLで2回洗浄し、得られた油状物質を真空乾燥したところ、末端アルキニル基を有するn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)12.11gを得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=6850、Mw/Mn=1.14であった。
[末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体の合成]
三方コックを備えた300mL試験管に、末端アルキニル基を有するn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)5.95g(0.7mmol)、N−イソプロピルアクリルアミド15.84g(140mmol)、アゾビスイソブチロニトリル11.5mg(0.07mmol)を加え、次いで、1,4−ジオキサン140mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で43時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をヘキサン1000mLに注ぎ、赤色沈殿物を回収した。ヘキサン500mLで2回洗浄し、得られた赤色物を真空乾燥したところ、N−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体15.26gを得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=21400、Mw/Mn=1.20であった。
[末端アジド基を有する重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた200mL試験管に、4−シアノペンタン酸ジチオベンゾエートの3−アジドプロピルエステル体0.20g(0.57mmol)、ポリエチレングリコールメタクリレート(i=4.5, j=0, R16=メチル基)(Aldrich製、Mn=300)12.01g(40mmol)、アゾビスイソブチロニトリル18.8mg(0.11mmol)を加え、次いで、1,4−ジオキサン28mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で2.5時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をヘキサン500mLに注ぎ、底に付着した赤色油状物を回収した。ヘキサン300mLで2回洗浄し、得られた赤色油状物を真空乾燥したところ、末端アジド基を有するポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)5.50gを得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=11400、Mw/Mn=1.14であった。ポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)の繰り返し単位中の親水部の式量は炭素10個、水素18個、酸素6.5個の合計(242.2)であり、繰り返し単位の総式量は298.4であり、HLB値(グリフィン法)は16であった。
[ブロック共重合体の合成]
三方コックを備えた50mL試験管に、前記N−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体0.50g、上記末端アジド基を有するポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)0.94gを加え、窒素置換を行った。窒素バブリングを行ったDMF9mLを加え溶解させた。臭化銅(I)38mg、2,2’−ビピリジル84mg、DMF1mLで別途調製した溶液を窒素気流下で試験管に加え、室温で48時間反応させた。反応終了後、三方コックを取り外し、空気に触れさせて銅触媒を失活させた。反応液を活性アルミナを詰めたカラムに通して銅触媒を取り除き、その溶液をロータリーエバポレーターで濃縮した。濃縮液を純水50mLにゆっくり注ぎ、析出した固形分を遠心分離(3000rpm×3分)により回収した。得られた固形分をメタノール2mL溶解させ、再度純水50mLにゆっくり注ぎ、析出した固形分を遠心分離(3000rpm×3分)により回収した。真空乾燥により、ポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体0.27gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表1に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面にポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは95nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面にポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は100%剥離した。
実施例6(クリック反応で製造)
[末端アジド基を有する重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた200mL試験管に、4−シアノペンタン酸ジチオベンゾエートの3−アジドプロピルエステル体0.20g(0.57mmol)、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート6.28g(40mmol)、アゾビスイソブチロニトリル18.8mg(0.11mmol)を加え、次いで、1,4−ジオキサン28mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で8時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をヘキサン400mL注ぎ、底に付着した赤色油状物を回収した。ヘキサン300mLで2回洗浄し、得られた赤色油状物を真空乾燥したところ、末端アジド基を有する2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)3.71gを得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=7000、Mw/Mn=1.12であった。2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)の繰り返し単位の親水部式量は炭素3個、水素4個、窒素1個、酸素2個の合計(86.1)であり、繰り返し単位総式量は157.2であり、HLB値(グリフィン法)は11であった。
[ブロック共重合体の合成]
末端アジド基を有するポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)0.94gの代わりに上記末端アジド基を有する2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)0.60gを用いたこと以外は実施例5[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成を行い、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体0.20gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表1に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは80nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は100%剥離した。
実施例7(クリック反応で製造)
[末端アジド基を有する重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた200mL試験管に、4−シアノペンタン酸ジチオベンゾエートの3−アジドプロピルエステル体0.20g(0.57mmol)、2−メトキシエチルアクリレート5.20g(40mmol)、アゾビスイソブチロニトリル18.8mg(0.11mmol)を加え、次いで、1,4−ジオキサン28mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で9時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をヘキサン600mL注ぎ、底に付着した赤色油状物を回収した。ヘキサン300mLで2回洗浄し、得られた赤色油状物を真空乾燥したところ、末端アジド基を有するメトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)2.48gを得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=8100、Mw/Mn=1.09であった。2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)の繰り返し単位の親水部式量は炭素3個、水素4個、酸素3個の合計(88.1)であり、繰り返し単位総式量は130.1であり、HLB値(グリフィン法)は14であった。
[ブロック共重合体の合成]
末端アジド基を有するポリエチレングリコールメタクリレート重合体ブロック(B)0.94gの代わりに上記末端アジド基を有する2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)0.66gを用いたこと以外は実施例5[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成を行い、2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体0.23gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表1に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面に2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは48nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面に2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は80%剥離した。
実施例8(クリック反応で製造)
[末端アルキニル基を有するスチレン重合体ブロックの合成]
三方コックを備えた200mL試験管に、2−ブロモイソ酪酸のプロパルギルエステル体0.10g(0.49mmol)、スチレン9.37g(90mmol)、2,2‘−ビピリジル94mg(0.6mmol)、塩化銅(I)25mg(0.25mmol)、アスコルビン酸25mg(0.13mmol)を加え、次いで1,4−ジオキサン90mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で24時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をメタノール300mLに注ぎ、底に付着した油状物質を回収した。メタノール100mLで2回洗浄し、得られた油状物質を真空乾燥したところ、末端アルキニル基を有するスチレン重合体ブロック(C)を得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=19,000、Mw/Mn=1.14であった。スチレン重合体ブロック(C)の繰り返し単位の親水部は存在せず、HLB値(グリフィン法)は0であった。
[末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体の合成]
三方コックを備えた300mL試験管に、末端アルキニル基を有するスチレン重合体ブロック(C)6.0g、2−エトキシエチルビニルエーテル8.7g(75mmol)、2,2‘−ビピリジル94mg(0.6mmol)、塩化銅(I)25mg(0.25mmol)、アスコルビン酸25mg(0.13mmol)を加え、次いで、イソプロピルアルコール27mL、水63mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で43時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をメタノール1000mLに注ぎ、沈殿物を回収した。メタノール500mLで2回洗浄し、得られた沈殿物を真空乾燥し、2−エトキシエチルビニルエーテル重合体ブロック(A)とスチレン重合体ブロック(C)からなる末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体を得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=55,000、Mw/Mn=1.20であった。
[末端アジド基を有する重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた200mL試験管に、4−シアノペンタン酸ジチオベンゾエートの3−アジドプロピルエステル体0.20g(0.57mmol)、ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム11.1g(40mmol)、アゾビスイソブチロニトリル18.8mg(0.11mmol)を加え、次いで、1,4−ジオキサン28mLを加えて溶解させた。試験管を液体窒素に浸して凍結し、真空ポンプで減圧脱気を行い、室温に戻した。この操作を3回繰り返し、試験管内の溶存酸素を除去した。試験管を65℃に昇温し、65℃で9時間重合した。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応液を濃縮した。濃縮液をヘキサン600mLに注ぎ、底に付着した赤色油状物を回収した。ヘキサン300mLで2回洗浄し、得られた赤色油状物を真空乾燥したところ、末端アジド基を有するジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)2.48gを得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=17,300、Mw/Mn=1.09であった。ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)の繰り返し単位の親水部式量は炭素3個、水素5個、窒素2個、酸素4個、硫黄1個の合計(165.1)であり、繰り返し単位総式量は292.4であり、HLB値(グリフィン法)は11であった。
[ブロック共重合体の合成]
三方コックを備えた50mL試験管に、2−エトキシエチルビニルエーテル重合体ブロック(A)とスチレン重合体ブロック(C)(HLB値(グリフィン法)=0)からなる末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体0.50g、上記末端アジド基を有するジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)0.94gを加え、窒素置換を行った。窒素バブリングを行ったDMF9mLを加え溶解させた。臭化銅(I)38mg、2,2’−ビピリジル84mg、DMF1mLで別途調製した溶液を窒素気流下で試験管に加え、室温で48時間反応させた。反応終了後、三方コックを取り外し、空気に触れさせて銅触媒を失活させた。反応液を活性アルミナを詰めたカラムに通して銅触媒を取り除き、その溶液をロータリーエバポレーターで濃縮した。濃縮液を純水50mLにゆっくり注ぎ、析出した固形分を遠心分離(3000rpm×3分)により回収した。得られた固形分をメタノール2mLに溶解させ、再度純水50mLにゆっくり注ぎ、析出した固形分を遠心分離(3000rpm×3分)により回収した。真空乾燥により、ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)とスチレン重合体ブロック(C)と2−エトキシエチルビニルエーテル重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体0.27gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表1に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面にジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)とスチレン重合体ブロック(C)と2−エトキシエチルビニルエーテル重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは45nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面にジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)とスチレン重合体ブロック(C)と2−エトキシエチルビニルエーテル重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は72%剥離した。
実施例9(クリック反応で製造)
[末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体の合成]
2−エトキシエチルビニルエーテル8.7g(75mmol)の代わりにメチルビニルエーテル4.4g(75mmol)を用いたこと以外は、実施例8[末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成を行い、メチルビニルエーテル重合体ブロック(A)とスチレン重合体ブロック(C)からなる末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体を得た。GPCを用いて、得られたポリマーの数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)を求めたところ、Mn=51,000、Mw/Mn=1.20であった。
[ブロック共重合体の合成]
2−エトキシエチルビニルエーテル重合体ブロック(A)とスチレン重合体ブロック(C)からなる末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体0.50gの代わりにメチルビニルエーテル重合体ブロック(A)とスチレン重合体ブロック(C)からなる末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体0.45g、を用いたこと以外は実施例8[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成を行い、ジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)とスチレン重合体ブロック(C)とメチルビニルエーテル重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体0.20gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表1に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面にジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)とスチレン重合体ブロック(C)とメチルビニルエーテル重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは45nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面にジメチル(3−メタクリロイルアミノプロピル)(3−スルホナトプロピル)アミニウム重合体ブロック(B)とスチレン重合体ブロック(C)とメチルビニルエーテル重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は73%剥離した。
比較例1
[膜評価]
セルシード(株)製UpCell(R)35mmφディッシュの、40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40°よりも高く、本発明の培養基材よりも20℃での親水性が低いことが分かった。
[細胞培養評価および剥離評価]
上述のセルシード(株)製UpCell(R)35mmφディッシュを用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認され、細胞増殖後の細胞剥離評価では、3分冷却することで細胞は30%剥離した。また15分冷却することで細胞は65%剥離した。
比較例2
[重合体ブロック(C)の合成]
100mLの2口ナス型フラスコにn−ブチルメタクリレート2.240g、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド0.073g、アゾビスイソブチルニトリル0.004gを加え、1,4−ジオキサン10mLに溶解した。窒素バブリングを30分行った後、65℃で12時間反応させた。反応後、メタノールで再沈し、n−ブチルメタクリレートの重合体ブロック(C)を得た。
[部分ブロック共重合体の合成]
100mLの2口ナス型フラスコにn−ブチルメタクリレートの重合体ブロック(C)1.200g、N−イソプロピルアクリルアミド1.210g、アゾビスイソブチルニトリル0.004gを加え、1,4−ジオキサン/エタノール=1:2混合溶液15mLに溶解した。窒素バブリングを30分行った後、65℃で12時間反応させた。反応後、純水で再沈し、n−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなる部分ブロック共重合体を得た。
[表面処理剤の調製]
上記部分ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面にn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなる部分ブロック共重合体が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは100nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40°よりも高く、本発明の培養基材よりも20℃での親水性が低いことが分かった。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面に温度応答性膜が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認され、細胞増殖後の細胞剥離評価では、3分冷却することで細胞は24%剥離した。また15分冷却することで細胞は60%剥離した。
比較例3
[表面処理剤の調製]
実施例5[末端アルキニル基を有する部分ブロック共重合体の合成]で合成した部分ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面にn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなる部分ブロック共重合体が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは80nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。20℃での対水接触角は40°よりも高く、本発明の培養基材よりも20℃での親水性が低いことが分かった。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面に温度応答性膜が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認され、細胞増殖後の細胞剥離評価では、3分冷却することで細胞は26%剥離した。また15分冷却することで細胞は63%剥離した。
比較例4
[膜評価]
コーニング社製細胞培養表面処理35mmφディッシュの、40℃および20℃での対水接触角を表1に示す。40℃および20℃は同等の接触角(48°)を示し、温度応答性を示さなかった。
[細胞培養評価および剥離評価]
上述のコーニング製の細胞培養表面処理φ35mmディッシュを用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認されたが、細胞増殖後の細胞剥離評価では、15分冷却しても細胞は全く剥離しなかった。
実施例10
[重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた100mL試験管に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート2.4g(16.0mmol)、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド108mg(267μmol)、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル8.8mg(53μmol)を加え、1,4−ジオキサン10mLに溶解した。アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で29時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート仕込み量の93%が重合していることを確認し、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートの重合体(重合体ブロック(B))を合成できた。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン10mL、n−ブチルメタクリレート2.4g(16.9mmol)、アゾビスイソブチロニトリル8.8mg(53μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で25時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、n−ブチルメタクリレート仕込み量の92%が重合していることを確認し、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体を合成できた。
[ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン20mL、N−イソプロピルアクリルアミド4.8g(42.4mmol)、アゾビスイソブチロニトリル8.8mg(53μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で45時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の99%が重合していることを確認できた。反応溶液を蒸留水300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体をクロロホルム300mLに溶解し、得られた溶液に無水硫酸マグネシウムを5g添加し、室温で30分間撹拌した。得られた懸濁液をろ過して硫酸マグネシウムを除いた後、エバポレーターを用いて、減圧下でろ液からクロロホルムを留去し、30mLまで濃縮した。得られた濃縮溶液をヘキサン300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体を減圧下、80℃で、6時間乾燥し、白色パウダーとして、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体5.8gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体150mgをエタノール29.85gに溶解し、0.5wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
IWAKI組織培養用100mmφディッシュに、得られた表面処理剤を1mLずつ加え、室温で5分間放置した後、加えた表面処理剤をパスツールピペットで回収した。室温で1時間放置しディッシュ表面を乾燥させた後、さらに、70℃に設定したオーブンで1時間加熱し、表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは10nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて調製した、表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を用い、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(ロンザ社、PT−2501)(100個/mm)を、37℃、CO濃度5%で培養した。培地および添加因子はロンザ社PT−3001キットを用いた。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却することで細胞は単一細胞の形状で100%剥離した。
実施例11
[重合体ブロック(B)の合成]
2−ジメチルアミノエチルメタクリレート1.2g(7.8mmol)、4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド50mg(123μmol)、アゾビスイソブチロニトリル1.7mg(10μmol)を用い、25時間反応させたこと以外は、実施例10[重合体ブロック(B)の合成]と同様の方法で合成を行い、H−NMRで2−ジメチルアミノエチルメタクリレート仕込み量の86%が重合していることを確認し、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートの重合体(重合体ブロック(B))を合成できた。
[部分ブロック共重合体の合成]
n−ブチルメタクリレート3.7g(26mmol)、アゾビスイソブチロニトリル1.8mg(11μmol)を用い、21時間反応させこと以外は、実施例10[部分ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成を行い、H−NMRでn−ブチルメタクリレート仕込み量の95%が重合していることを確認し、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)からなる部分ブロック共重合体を合成できた。
[ブロック共重合体の合成]
N−イソプロピルアクリルアミド4.9g(43mmol)、アゾビスイソブチロニトリル2mg(12μmol)を用い、42時間反応させたこと以外は、実施例10[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成を行い、H−NMRでN−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の54%が重合していることを確認できた。得られた反応溶液を実施例10[ブロック共重合体の合成]に記載の方法と同様の方法で処理し、白色パウダーとして、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体4.4gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例10[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.5wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例10[膜評価]に記載の方法で細胞培養基材を調製した。膜の厚さは10nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて合成した細胞培養基材を用いたこと以外は実施例10[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却することで細胞は単一細胞の形状で100%剥離した。
実施例12
[細胞培養評価および剥離評価]
実施例11[膜評価]で合成した、表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を用い、ヒト前駆脂肪細胞(東洋紡(株)、CA802s05a)(100個/mm)を、37℃、CO濃度5%で培養した。培地はヒト前駆脂肪細胞増殖培地(東洋紡(株)、CA811K500)を用いた。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却することで細胞はシート状で100%剥離した。
実施例13
[重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた100mL試験管に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート0.27g(1.7mmol)、n−ブチルメタクリレート0.16g(1.1mmol)、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド55mg(135μmol)、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、1,4−ジオキサン15mLに溶解した。アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート仕込み量の97%、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体(2−ジメチルアミノエチルメタクリレート:60.1mol%、n−ブチルメタクリレート39.9mol%)(共重合体ブロック(B))を合成できた。得られた共重合体ブロック(B)のHLB値は9.0であった。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記で得られた共重合体ブロック(B)の反応溶液に、1,4−ジオキサン5mL、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート0.75g(4.8mmol)、n−ブチルメタクリレート2.89g(20.3mmol)、アゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート仕込み量の97%、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、前記共重合体ブロック(B)に2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体(共重合体ブロック(C))(2−ジメチルアミノエチルメタクリレート:19mol%、n−ブチルメタクリレート81mol%)が結合した部分ブロック共重合体を合成できた。得られた共重合体ブロック(C)のHLB値は7.0であった。
[ブロック共重合体の合成]
上記で得られた部分ブロック共重合体反応溶液に、1,4−ジオキサン15mL、N−イソプロピルアクリルアミド3.1g(27mmol)、アゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で72時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の99%が重合していることを確認できた。反応溶液を蒸留水300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体をクロロホルム300mLに溶解し、得られた溶液に無水硫酸マグネシウムを5g添加し、室温で30分間撹拌した。得られた懸濁液をろ過して硫酸マグネシウムを除いた後、エバポレーターを用いて、減圧下でろ液からクロロホルムを留去し、30mLまで濃縮した。得られた濃縮溶液をヘキサン300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体を減圧下、80℃で、6時間乾燥し、白色パウダーとして、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)と2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体3.5gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体30mgをエタノール30gに溶解し、0.1wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
IWAKI組織培養用100mmφディッシュに、得られた表面処理剤を2mL加え、室温で5分間放置した後、乾燥していない余分な表面処理剤をパスツールピペットで回収した。室温で1時間放置しディッシュ表面を乾燥させた後、さらに、70℃に設定したオーブンで1時間加熱し、表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)と2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは10nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて調製した、表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)と2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を用い、ヒト胎児肺由来正常二倍体線維芽細胞(JCRB細胞バンク、TIG−3−20)(100個/mm)を、37℃、CO濃度5%で培養した。培養液は10vol%ウシ胎児血清を含むイーグル最小必須培地(10vol%FBS/EMEM)を用いた。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却することで細胞はシート状で100%剥離した。
実施例14
[重合体ブロック(B)の合成]
2−ジメチルアミノエチルメタクリレート1.1g(7.0mmol)、n−ブチルメタクリレート0.58g(4.1mmol)を用いたこと以外は実施例13[重合体ブロック(B)の合成]と同様の方法で合成した。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート仕込み量の97%、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体(2−ジメチルアミノエチルメタクリレート:62.9mol%、n−ブチルメタクリレート37.1mol%)(共重合体ブロック(B))を合成できた。得られた重合体ブロック(B)のHLB値は9.2であった。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液、n−ブチルメタクリレート2.37g(16.7mmol)を用い、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートを添加しなかったこと以外は実施例13[部分ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成した。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、前記共重合体ブロック(B)にn−ブチルメタクリレートの重合体(重合体ブロック(C))(n−ブチルメタクリレート100mol%)が結合した部分ブロック共重合体を合成できた。
[ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液を用いたこと以外は実施例13[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成した。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の99%が重合していることを確認できた。得られた反応溶液を実施例13[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で処理し、白色パウダーとして、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体3.0gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例13[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.1wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例13[膜評価]に記載の方法で調製を行い、表面に2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは10nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて調製した細胞培養基材を用いたこと以外は実施例13[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却することで細胞はシート状で100%剥離した。
実施例15
[重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた100mL試験官に2−ジメチルアミノエチルメタクリレート0.94g(6.0mmol)、メチルメタクリレート0.90g(9.0mmol)、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド55mg(135μmol)、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、1,4−ジオキサン10mLに溶解した。アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート仕込み量の96%、メチルメタクリレート仕込み量の97%が重合していることを確認し、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体(2−ジメチルアミノエチルメタクリレート:39.8mol%、メチルメタクリレート:60.2mol%)(共重合体ブロック(B))を合成できた。メチルメタクリレートが重合して生成する繰り返し単位の親水部式量は炭素1個と酸素2個の合計(44.0)であり、繰り返し単位総式量100.1であり、HLB値(グリフィン法)は9であった。得られた重合体ブロック(B)のHLB値(グリフィン法)は10であった。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン10mL、n−ブチルメタクリレート1.71(12.0mmol)、アゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、前記共重合体ブロック(B)にn−ブチルメタクリレート重合体(重合体ブロック(C))が結合した部分ブロック共重合体を合成できた。
[ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液を用いたこと以外は実施例13[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成した。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の99%が重合していることを確認できた。得られた反応溶液を実施例13[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で処理し、白色パウダーとして、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体3.5gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例13[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.1wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例13[膜評価]に記載の方法で調製を行い、表面に、2−ジメチルアミノエチルメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは11nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて調製した細胞培養基材を用いたこと以外は実施例13[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却すると細胞はシート状で100%剥離した。
実施例16
[重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた100mL試験官に2−メトキシエチルアクリレート0.70g(5.4mmol)、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド55mg(135μmol)、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、1,4−ジオキサン5mLに溶解した。アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、2−メトキシエチルアクリレート仕込み量の99%が重合していることを確認し、2−メトキシエチルアクリレートの重合体(重合体ブロック(B))を合成できた。2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)の繰り返し単位の親水部式量は炭素3個と水素4個と酸素3個の合計(88.1)であり、繰り返し単位総式量130.1であり、HLB値(グリフィン法)は14であった。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン15mL、n−ブチルメタクリレート2.76g(19.4mmol)、アゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、前記重合体ブロック(B)にn−ブチルメタクリレート重合体(重合体ブロック(C))が結合した部分ブロック共重合体を合成できた。
[ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液を用い、1,4−ジオキサン10mL、N−イソプロピルアクリルアミド3.30g(29.2mmol)、アゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加えたこと以外は実施例13[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成した。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の99%が重合していることを確認できた。得られた反応溶液を実施例13[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で処理し、白色パウダーとして、2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体3.5gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例13[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.1wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例13[膜評価]に記載の方法で調製を行い、表面に、2−メトキシエチルアクリレート重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは11nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて調製した細胞培養基材を用いたこと以外は実施例13[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却すると細胞はシート状で100%剥離した。
実施例17
[重合体ブロック(B)の合成]
三方コックを備えた100mL試験官に2−メトキシエチルアクリレート0.70g(5.4mmol)、n−ブチルメタクリレート1.15g(8.1mmol)、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド55mg(135μmol)、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、1,4−ジオキサン5mLに溶解した。アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、2−メトキシエチルアクリレート仕込み量の99%、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、2−メトキシエチルアクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体(2−メトキシエチルアクリレート:40.3mol%、n−ブチルメタクリレート59.7mol%)(共重合体ブロック(B))を合成できた。得られた重合体ブロック(B)のHLB値は9.1であった。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン15mL、n−ブチルメタクリレート1.61g(11.3mmol)、アゾビスイソブチロニトリル4.4mg(27μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で40時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、n−ブチルメタクリレート仕込み量の98%が重合していることを確認し、前記共重合体ブロック(B)にn−ブチルメタクリレート重合体(重合体ブロック(C))が結合した部分ブロック共重合体を合成できた。
[ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液を用いたこと以外は実施例16[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で合成した。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の99%が重合していることを確認できた。得られた反応溶液を実施例13[ブロック共重合体の合成]と同様の方法で処理し、白色パウダーとして、2−メトキシエチルアクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体3.5gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例13[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.1wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例13[膜評価]に記載の方法で調製を行い、表面に、2−メトキシエチルアクリレートとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロック(B)とn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは11nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて調製した細胞培養基材を用いたこと以外は実施例13[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却すると細胞はシート状で100%剥離した。
実施例18
[重合体ブロック(C)の合成]
三方コックを備えた100mL試験管にn−ブチルメタクリレート3.7g(25.8mmol)、RAFT剤として4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド108mg(267μmol)、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル8.8mg(53μmol)を加え、1,4−ジオキサン10mLに溶解した。アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で30時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取し1H−NMRを測定した結果、n−ブチルメタクリレート仕込み量の95%が重合していることを確認し、n−ブチルメタクリレートの重合体(重合体ブロック(C))を合成できた。
[部分ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン10mL、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート2.7g(17.2mmol)、アゾビスイソブチロニトリル8.8mg(53μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で30時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取し1H−NMRを測定した結果、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート仕込み量の96%が重合していることを確認し、n−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)と2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)からなる部分ブロック共重合体を合成できた。
[ブロック共重合体の合成]
上記で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン20mL、N−イソプロピルアクリルアミド4.8g(42.4mmol)、アゾビスイソブチロニトリル8.8mg(53μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で45時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取し1H−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の99%が重合していることを確認できた。反応溶液を蒸留水300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体をクロロホルム300mLに溶解し、得られた溶液に無水硫酸マグネシウムを5g添加し、室温で30分間撹拌した。得られた懸濁液をろ過して硫酸マグネシウムを除いた後、エバポレーターを用いて、減圧下でろ液からクロロホルムを留去し、30mLまで濃縮した。得られた濃縮溶液をヘキサン300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体を減圧下、80℃で、6時間乾燥し、白色パウダーとして、n−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)と2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体6.0gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表2に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例13[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.1wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例13[膜評価]に記載の方法で調製を行い、表面にn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)と2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは10nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表2に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く、40°未満であり、高い親水性を示した。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて調製した細胞培養基材を用いたこと以外は実施例13[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。15分冷却することで細胞はシート状で100%剥離した。
比較例5
[細胞培養評価および剥離評価]
比較例2[膜評価]で調製した、表面にn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなる部分ブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例10[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。1時間冷却しても細胞は剥離しなかった。
比較例6
[細胞培養評価および剥離評価]
比較例2[膜評価]で調製した、表面にn−ブチルメタクリレート重合体ブロック(C)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなる部分ブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用いたこと以外は、実施例12[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。1時間冷却しても細胞は剥離しなかった。
比較例7
[細胞培養評価および剥離評価]
比較例1[膜評価]で評価したセルシード(株)製UpCell(R)35mmφディッシュを用いたこと以外は、実施例12[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。1時間冷却しても細胞は剥離しなかった。
比較例8
比較例4[膜評価]で評価したコーニング社製細胞培養表面処理35mmφディッシュを用いたこと以外は実施例10[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で評価した。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。1時間冷却しても細胞は剥離しなかった。
比較例9
[膜評価]
IWAKI組織培養用100mmφディッシュの、40℃および20℃での対水接触角を表3に示す。40℃および20℃は同等の接触角(57°)を示し、温度応答性を示さなかった。
[細胞培養評価および剥離評価]
上述のIWAKI組織培養用ディッシュ(Φ9cm)を用いたこと以外は、実施例12[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行った。細胞増殖が確認され、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養したところで、10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。基材を10℃に冷却後、アスピレーターで剥離した細胞を除去し、再度10×10倍の顕微鏡で細胞数を確認した。1時間冷却しても細胞は剥離しなかった。
比較例10
[重合体ブロックの合成]
試験管に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン1.00g(3.39mmol)、n−ブチルメタクリレート1.12g(7.88mmol)、4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド24mg(59μmol)、アゾビスイソブチロニトリル1mg(6μmol)を加え、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液20mLに溶解した。窒素バブリングを15分行った後、65℃で18時間反応させた。反応後、反応溶液をジエチルエーテル500mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過、乾燥して、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロックを得た。
[ブロック共重合体の合成]
試験管に上記共重合体ブロック1.00g、N−イソプロピルアクリルアミド1.20g(10.6mmol)、アゾビスイソブチロニトリル6mg(37μmol)を加え、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液20mLに溶解した。窒素バブリングを15分行った後、65℃で18時間反応させた。反応後、反応溶液をジエチルエーテル500mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過、乾燥して、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロックとN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロックからなるブロック共重合体を得た。得られたブロック共重合体の各繰り返し単位の比率は、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンが重合して生成する繰り返し単位が12mol%、n−ブチルメタクリレートが重合して生成する繰り返し単位が25mol%、N−イソプロピルアクリルアミドが重合して生成する繰り返し単位が63mol%であり、実施例1で合成したブロック共重合体とほぼ同一の比率であった。得られたブロック共重合体のMnおよびMw/Mnを表3に示す。
[表面処理剤の調製]
上記ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロックとN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロックからなるブロック共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは100nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表3に示す。20℃での対水接触角は40℃での対水接触角よりも低く温度応答性を示したが、20℃での対水接触角は40°以上であった。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロックとN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロックからなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)の代わりにチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞(100個/mm)を用い、培養液として10vol%FBS/DMEMの代わりに10vol%FBS/Ham‘s F―12を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却することによって、15分で細胞は10%剥離した。
比較例11
[共重合体の合成]
試験管に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン1.00g(3.39mmol)、n−ブチルメタクリレート1.12g(7.88mmol)、N−イソプロピルアクリルアミド2.00g(17.7mmol)、4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド24mg(59μmol)、アゾビスイソブチロニトリル1.9mg(12μmol)を加え、1,4−ジオキサン/エタノール=1:1混合溶液40mLに溶解した。窒素バブリングを15分行った後、65℃で18時間反応させた。反応後、反応溶液をジエチルエーテル500mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過、乾燥して、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとn−ブチルメタクリレートとN−イソプロピルアクリルアミドの共重合体を得た。得られた共重合体の各繰り返し単位の比率は、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンが重合して生成する繰り返し単位が11mol%、n−ブチルメタクリレートが重合して生成する繰り返し単位が26mol%、N−イソプロピルアクリルアミドが重合して生成する繰り返し単位が63mol%あり、実施例1で合成したブロック共重合体とほぼ同一の比率であった。得られたブロック共重合体のMnおよびMw/Mnを表3に示す。
[表面処理剤の調製]
上記共重合体を用いたこと以外は実施例1[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例1[膜評価]に記載の方法と同様の方法で細胞培養基材の調製を行い、表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとn−ブチルメタクリレートとN−イソプロピルアクリルアミドの共重合体からなる膜が導入された細胞培養基材を調製した。膜の厚さは100nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表3に示す。40℃および20℃は同等の接触角を示し、温度応答性を示さなかった。
[細胞培養評価および剥離評価]
上記にて製造した表面に2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとn−ブチルメタクリレートの共重合体ブロックとN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロックからなるブロック共重合体が導入された細胞培養基材を用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)の代わりにチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞(100個/mm)を用い、培養液として10vol%FBS/DMEMの代わりに10vol%FBS/Ham‘s F―12を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却したが、15分経過しても細胞は全く剥離しなかった。
比較例12
比較例4[膜評価]で評価したコーニング社製細胞培養表面処理35mmφディッシュを用い、マウス結合組織L929細胞(100個/mm)の代わりにチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞(100個/mm)を用い、培養液として10vol%FBS/DMEMの代わりに10vol%FBS/Ham‘s F―12を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却したが、15分経過しても細胞は全く剥離しなかった。
比較例13
比較例9[膜評価]で評価したIWAKI組織培養用100mmφディッシュを用いたこと以外は、実施例13[細胞培養評価および剥離評価]と同様の評価を行い、細胞増殖が確認された。また、培養細胞が基材の100%を覆うまで培養した後、基材を10℃に冷却したが、15分経過しても細胞は全く剥離しなかった。
比較例14
[部分ブロック共重合体の合成]
実施例10[重合体ブロック(B)の合成]で得られた反応溶液に、1,4−ジオキサン20mL、N−イソプロピルアクリルアミド4.8g(42.4mmol)、アゾビスイソブチロニトリル8.8mg(53μmol)を加え、アルゴンバブリングを10分行った後、65℃で45時間反応させた。反応後、反応溶液の一部を採取しH−NMRを測定した結果、N−イソプロピルアクリルアミド仕込み量の98%が重合していることを確認した。反応溶液を蒸留水300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体をクロロホルム300mLに溶解し、得られた溶液に無水硫酸マグネシウムを5g添加し、室温で30分間撹拌した。得られた懸濁液をろ過して硫酸マグネシウムを除いた後、エバポレーターを用いて、減圧下でろ液からクロロホルムを留去し、30mLまで濃縮した。得られた濃縮溶液をヘキサン300mLに注ぎ込み、析出した白色固体をろ過した。得られた白色固体を減圧下、80℃で、6時間乾燥し、白色パウダーとして、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体ブロック(B)とN−イソプロピルアクリルアミド重合体ブロック(A)からなるブロック共重合体5.8gを得た。得られたブロック共重合体の組成、MnおよびMw/Mnを表3に示す。
[表面処理剤の調製]
上記部分ブロック共重合体を用いたこと以外は実施例10[表面処理剤の調製]と同様の方法で調製を行い、0.5wt%の表面処理剤を調製した。
[膜評価]
上記表面処理剤を用いたこと以外は実施例10[膜評価]に記載の方法で細胞培養基材を調製した。膜の厚さは10nmであった。40℃および20℃での対水接触角を表3に示す。40℃および20℃は同等の接触角(57°)を示し温度応答性を示さず、比較例9[膜評価]で評価したIWAKI組織培養用100mmφディッシュと同等であったことから、ブロック共重合体が水中に溶出していることがわかった。
前述の実施例および比較例で合成したブロック共重合体の種類、各ブロックの組成比、MnおよびMw/Mn、対水接触角を表1〜3に示した。また、前述の実施例、参考例および比較例における細胞培養評価の結果を表4〜8に示した。
Figure 2018087316
Figure 2018087316
Figure 2018087316
Figure 2018087316
Figure 2018087316
Figure 2018087316
Figure 2018087316
Figure 2018087316
[15]前記ブロック(A)、(B)および(C)の間の1つ以上にスペーサーを介した結合を有しており、前記スペーサーを介した結合の少なくとも1つが下記一般式(12)および(13)
本発明の細胞培養基材を用いて培養される細胞としては、温度降下による刺激付与前の細胞培養基材の表面に接着可能なものであれば特に制限されるものではない。例えば、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞、ヒト脂肪組織由来間葉系幹細胞、ヒト肺由来線維芽細胞、ヒト皮膚線維芽細胞、チャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞、マウス結合組織L929細胞、ヒト胎児腎臓由来細胞HEK293細胞、ヒト子宮頸癌由来HeLa細胞等の種々の培養細胞株に加え、例えば生体内の各組織、臓器を構成する上皮細胞や内皮細胞、収縮性を示す骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、神経系を構成するニューロン細胞、グリア細胞、線維芽細胞、生体の代謝に関与する肝実質細胞、肝非実質細胞や脂肪細胞、分化能を有する細胞として、種々の組織に存在する幹細胞、さらにはそれらから分化誘導した細胞等を用いることができる。これら以外でも、血液、リンパ液、髄液、喀痰、尿又は便に含まれる細胞(生細胞)や、体内あるいは環境中に存在する微生物、ウイルス、原虫等を例示できる。

Claims (20)

  1. 下記(A)、(B)および(C)のブロックを含むブロック共重合体。
    (A)水に対する下限臨界溶解温度(LCST)が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性重合体ブロック。
    (B)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が9以上20以下の範囲にある親水性重合体ブロック。
    (C)0℃〜50℃の範囲にLCSTを持たない、HLB値(グリフィン法)が0以上9未満の範囲にある疎水性重合体ブロック。
  2. ブロック(A)が下記一般式(1)
    Figure 2018087316
    (式中、Rは水素原子またはメチル基であり、RおよびRは各々独立して、水素原子、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1もしくは2のアルキルオキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基、フッ素で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基、フルフリル基またはテトラヒドロフルフリル基であり、RとRは互いに結合してピロリジン環、ピペリジン環またはモルホリン環を形成してもよい。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1に記載のブロック共重合体。
  3. ブロック(A)が下記一般式(2)
    Figure 2018087316
    (式中、Rは水素原子またはメチル基であり、Rは水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基であり、rは1〜10の整数である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1に記載のブロック共重合体。
  4. ブロック(A)が下記一般式(3)
    Figure 2018087316
    (式中、Rは水素原子またはメチル基であり、Rは炭素数1〜6の炭化水素基である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1に記載のブロック共重合体。
  5. ブロック(B)が下記一般式(4)
    Figure 2018087316
    (式中、Rは水素原子又はメチル基であり、R10は炭素数1〜10のアルキレン基であり、R11は炭素数1〜4の2価の炭化水素基である。R12、R13、及びR14は、互いに独立して、水素原子、メチル基、またはエチル基である。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  6. ブロック(B)が下記一般式(5)
    Figure 2018087316
    (式中、R15は水素原子またはメチル基である。R16は−(CHCHO)−(CHO)−(CHCH(CH)O)−R17(式中、R17は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基であり、iは1〜30の整数であり、jおよびkは各々独立して、0〜30の整数である。)である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  7. ブロック(B)が下記一般式(6)
    Figure 2018087316
    (式中、R19は水素原子またはメチル基であり、R20は炭素数1〜10のアルキレン基であり、R21は炭素数1〜4のアルキレン基である。R22及びR23は、各々独立して、水素原子または炭素数1〜4の炭化水素基である。Aは、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合であり、Xはスルホン酸基、カルボキシル基、またはリン酸基である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  8. ブロック(B)が下記一般式(7)
    Figure 2018087316
    (式中、R24、R25、およびR26は各々独立して水素原子またはメチル基である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  9. ブロック(B)が下記一般式(8)
    Figure 2018087316
    (式中、R28は水素原子またはメチル基であり、R29は炭素数2〜7のアルキレン基であり、R30及びR31は互いに独立して、水素原子、メチル基、またはエチル基である。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  10. ブロック(B)が下記一般式(9)
    Figure 2018087316
    (式中、R28は水素原子またはメチル基であり、R29は炭素数2〜7のアルキレン基であり、R30及びR31は互いに独立して、水素原子、メチル基、またはエチル基である。R32は、炭素数1〜4の炭化水素基、水酸基または炭素数1〜2のアルキルオキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜4の炭化水素基である。Aはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。Xはハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、酢酸イオンである。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  11. ブロック(C)が下記一般式(10)
    Figure 2018087316
    (式中、R33は水素原子またはメチル基であり、Yは水素原子、塩素原子、アセトキシ基、ニトリル基、または炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体であることを特徴とする、請求項1〜10の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  12. ブロック(C)が下記一般式(11)
    Figure 2018087316
    (式中、R34は水素原子またはメチル基であり、R35は炭素数1〜30の炭化水素基であり、Zはエステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びエーテル結合からなる群から選択される2価の結合である。)
    で表される繰り返し単位の内、少なくとも1種類の繰り返し単位を含む重合体あることを特徴とする、請求項1〜10の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  13. ブロック共重合体を構成するブロック(A)、ブロック(B)およびブロック(C)の合計に対する各ブロックのmol%が、以下の(a)から(c)であることを特徴とする、請求項1〜12の何れか1項に記載のブロック共重合体。
    (a)ブロック(A)の比率が25mol%から85mol%
    (b)ブロック(B)の比率が2mol%から50mol%
    (c)ブロック(C)の比率が10mol%から70mol%
  14. ブロック共重合体の数平均分子量(Mn)が3,000以上1,000,000以下であることを特徴とする、請求項1〜13の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  15. 前記ブロック(A)、(B)および(C)の間の1つ以上にスペーサーを介した結合を有しており、前記スペーサーの少なくとも1つが下記一般式(12)および(13)
    Figure 2018087316
    Figure 2018087316
    (式中、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基である。)
    で表される2価の結合の内、少なくとも1種類の結合を含む2価の結合であることを特徴とする、請求項1〜14の何れか1項に記載のブロック共重合体。
  16. 以下の工程(1)から(3)を含む、請求項1〜15の何れか1項に記載のブロック共重合体の製造方法:
    (1)請求項1に記載の(A)、(B)および(C)のブロックのうち、何れか1種類のブロックを製造する工程、
    (2)請求項1に記載の(A)、(B)および(C)のブロックのうち、工程(1)で製造したブロックを除く1種類のブロックと、工程(1)で製造したブロックを含むブロック重合体とが結合した、部分ブロック共重合体を製造する工程、
    (3)請求項1に記載の(A)、(B)および(C)のブロックのうち、工程(2)で製造した部分ブロック共重合体を含むブロック共重合体を構成しない1種類のブロックと、工程(2)で製造した部分ブロック共重合体とが結合した、ブロック共重合体を製造する工程。
  17. 請求項1〜15の何れか1項に記載のブロック共重合体を含むことを特徴とする、基材用表面処理剤。
  18. 請求項17に記載の表面処理剤を基材に塗布されてなる膜。
  19. 請求項18に記載の膜で表面を被覆した細胞培養用基材。
  20. 請求項19に記載の細胞培養基材を用いて、請求項1に記載の温度応答性重合体ブロックのLCSTより高い温度で細胞を培養し、細胞増殖後に温度をLCSTより低くして増殖細胞を基材から剥離することを特徴とする細胞培養方法。
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