JP3567269B2

JP3567269B2 - 表面異方性高分子粒子および製造方法

Info

Publication number: JP3567269B2
Application number: JP24240496A
Authority: JP
Inventors: 春馬川口; 啓二藤本; 美和子設楽
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: JPH1087841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面異方性高分子粒子およびその高分子粒子の製造方法に関する。更に詳細には、調製した高分子粒子の表面に異方性を有して、蛋白質の修飾体、抗体、親水性および疎水性、正電荷および負電荷、磁性等を付与することを特徴とする表面異方性高分子粒子、およびその高分子粒子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より高分子粒子は、一般にラジカル重合反応等で、懸濁重合、乳化重合、シード重合、ソープフリー乳化重合などの公知の方法によって合成することができる。
ポリスチレン系ラテックス、ポリ（メタ）アクリル系ラテックス、ポリビニル系ラテックス、ポリアクリルアミド系ラテックス等をはじめとして数多くの高分子粒子が報告されている。またこれらの高分子粒子の表面改質方法についても数多く報告されている。例えば、抗原や抗体を修飾して診断薬に用いたり（特開平０７−３１８５６１号公報、特開平０８−１１０３４０号公報）、表面の親水性を向上させたり（特開平０７−２７０４１７号公報）、金属のコーテイングを行って導電性を付与させて導電性接着剤や導電性フィラー等に応用されたりしている（特開平０２−１１８０７９号公報、特開平０３−０４９１０５号公報）。
しかしながら、これらの表面改質の方法は、粒子表面の全面に均一になされたものであり、表面に方向性や異方性を持たせたものではない。
【０００３】
一方、化学構造的に異方性を有する粒子は、Ｆｒｅｃｈｅｔらのデンドマリー（Ｌ．Ｋａｒｅｎ、Ｊ．Ｍ．Ｊ．Ｆｒｅｃｈｅｔ、ｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｖｏｌ．１１５１，１４９６，（１９９３年））が報告されているが、これは、製造方法が複雑であり、１０ｎｍ以上の大きさの粒子を製造することは困難である。また、別の異方性を有する粒子としては、大久保らのいわゆる「いいだこ型粒子」（Ｍ．Ｏｋｕｂｏ．ｅｔａｌ．，Ｃｏｌｌｉｄ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．Ｖｏｌ．２６５，８７６，（１９８７年））やＥＩ−Ａａｓｓｅｒらの「亜鈴型粒子」（ＥＩ−Ａａｓｓｅｒ．ｅｔａｌ．，Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．，Ｐｏｌｙｍ．Ｃｈｅｍ．Ｅｄ．，Ｖｏｌ．２８，６５３，（１９９０年））等の報告もあるが、これらの粒子は、シード重合の相分離を利用して粒子表面に突出部を作成したもので、球形ではない。
高分子粒子の表面の改質として材料表面に不均一に、場合によっては、目的に応じた方向性が異なる処理をする方法は、未だ報告されていないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、表面異方性を有する高分子粒子を提供することにある。さらに、本発明の第２の目的は、その高分子粒子の製造方法を提供することにある。
更に詳細には、調製した高分子粒子の表面に異質の蛋白質の修飾や親水性および疎水性、正電荷および負電荷、磁性等を付与した表面異方性高分子粒子を提供することであり、さらには、その高分子粒子の製造方法を提供することにある。なお、本発明でいう表面異方性とは、高分子粒子の表面を、例えば、球状の片側のみに表面改質した場合、他の片側はその処理とはちがった表面改質を行い、改質の方向性が均質ではなく、異質のものが認識されうる、もしくは異質のものを認識できることを意味する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、異方性の表面改質について鋭意検討した結果、特定の方法により、高分子粒子の表面の性能を異方的に改善できることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、次の（１）〜（２）である。
（１）表面が異方性を有する粒径０．０１〜１０００μｍの高分子粒子。
（２）高分子粒子の片側表面を薬剤で処理し、ついでもう片側を別の薬剤で処理することを特徴とする粒径０．０１〜１０００μｍの表面異方性高分子粒子の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる高分子粒子は、前記の公知の方法に準じて製造できるもので、その高分子粒子を構成する樹脂なる具体的な単量体としては、例えばスチレン、核置換メチルスチレン等のスチレン系単量体；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル等の（メタ）アクリル酸エステル；（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアルキル（メタ）アクリル酸エステル；ジエチレングリコ−ルモノ（メタ）アクリル酸エステル、トリエチレングリコ−ルモノ（メタ）アクリル酸エステル、ポリエチレングリコ−ルモノ（メタ）アクリル酸エステル等のポリオキシアルキレンモノエステル；（メタ）アクリル酸フルオロアルキル、（メタ）アクリル酸シリルアルキル、（メタ）アクリル酸、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルピリジン等の単官能単量体；エチレングリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、ポリエチレングリコ−ルジ（メタ）アクリル酸エステル等のポリオキシアルキレンジ（メタ）アクリル酸エステル；ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、１、４−ブタンジオールジ（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸アリル、ジビニルベンゼン、ビスアクリルアミド、ジアリルフタレート、アジピン酸ジビニル、Ｎ、Ｎ−メチレンビスアクリルアミドなどの架橋性多官能単量体が挙げられる。これらの単量体は１種または２種以上の混合物が用いられる。
【０００７】
表面改質を容易にするために、表面の活性を向上させる目的で、ｏ−クロロスチレン、ｍ−クロロスチレン、ｐ−クロロスチレン、あるいはｏ−ニトロフェニルアクリル酸エステル、ｍ−ニトロフェニルアクリル酸エステル、ｐ−ニトロフェニルアクリル酸エステル、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクロレイン等を加えても差し支えない。
【０００８】
また、さらにこれらの溶解性を調整する目的で適当な溶媒を併用することもでき、該溶媒としては、水、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコ−ル、ｎ−ブチルアルコ−ル、酢酸エチル、酢酸ブチル、塩化メチレン、クロロホルム、アセトニトリル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、１、４−ジオキサン、アセトン（ＡＣＴ）、メチルエチルケトン、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）等が挙げられる。これらの溶媒は、１種または２種以上の混合物を用いることができる。これらの溶媒は、特に限定されないが、単量体成分に対して、０〜９０重量％の範囲で用いられる。
【０００９】
前記の単量体体成分からなる混合物をラジカル重合開始剤の存在下、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスで置換又は雰囲気下において行うことができる。
また、前記ラジカル重合開始剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、過酸化ベンゾイル、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、ｔ−ブチルペルオキシ２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルペルオキシピバレート、ｔ−ブチルペルオキシジイソブチレート、過酸化ラウロイル、アソ゛ビスイソブチロニトリル、アゾビス−２、４−ジメチルバレロニトリル、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、過硫酸ソ−ダ等を好ましく挙げることができる。
【００１０】
前記の単量体に対する重合開始剤の仕込み量は、原料混合物に対して１０重量％以下が好ましく、特に５重量％以下が望ましい。また重合温度は重合開始剤の種類により異なるが、２０〜１４０℃が好ましく、重合時間は６〜１２０時間が好ましい。
更にまた、前記重合に際しては、色素等の着色剤、無機充填剤、紫外線吸収剤、酸化安定剤あるいはこのような機能を有する単量体等を添加しても良い。
【００１１】
本発明で用いる高分子粒子は、前記の単量体成分を、例えば、一般的なラジカル重合反応等で、懸濁重合、乳化重合、シード重合、ソープフリー乳化重合などの公知の方法によって合成することができる。
一例を挙げれば、メタクリル酸、Ｐ−ニトロフェニルアクリル酸エステル、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド等の単量体成分を、エチルアルコールの溶媒中で、ＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）をラジカル重合開始剤として沈殿重合させて、粒径が０．０１〜１０００μｍの高分子粒子を合成する。
【００１２】
異方性の導入方法としては、
（１）固−液界面、（２）気−液界面および（３）液−液界面で粒子の表面の一部を改質させることができる。
（１）は、固相に予め吸着させた基質と高分子粒子の片側を反応させた後、続いて他の片側を液相中に存在する別の基質または液相自身と反応させることにより、高分子粒子表面に異方的な性質を持たせることができる。
（２）は、まず高分子粒子を液相／気相の界面に並べた後、液相に存在する基質または液自身と反応させる。つづいて、気相側に存在する粒子の表面を反応性気体で処理するかまたは別の液相に添加し、別の基質と反応させることにより、粒子表面に異方的な性質を持たせることができる。
（３）は、液相同士が混合せず、界面を形成するような条件下で、その界面に高分子粒子を並べた後、それぞれの液相に存在する基質またはそれぞれの液相自身と反応させることにより、粒子表面に異方的な性質を持たせることができる。
なお、これらの操作を改質の材料を替えて繰り返すかあるいは、他の界面の導入方法を組み合わせるかして異方性を付与することができる。
【００１３】
表面異方性高分子粒子作成方法の一例を概念図として図１に示す。基板（例えばポリスチレンのプレートなど）の表面に修飾しようとする蛋白質、（図１では、蛋白質を免疫グロブリンＧ（ＩｇＧと略す）として示した。）を均一に並べて置き、ついで高分子粒子の片側をその蛋白質に接触させて、高分子粒子に蛋白質を付けて基板から分離する。これを繰り返したり、先に述べたように他の方法と組み合わせて、高分子粒子の他の片側を処理する。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の表面異方性の高分子粒子は、該粒子に、表面に異種の蛋白質の修飾や親水性および疎水性、正電荷および負電荷、磁性等の異方性を付与することができるので、基質、表面、環境を特異的に選択的に認識する特徴を有する。このため、これらの性質を利用して、診断薬用粒子、医療用基材、生体適合性材料、歯科用材料、化粧用基材、防汚染塗料、防曇材、帯電防止剤、導電性接着剤、導電性封止材、磁性粒子、記録媒体、クロマトグラフィー用充填材等への応用の可能性がある。
【００１５】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に詳細に説明する。
合成例１；高分子粒子の作成
１００ｍｌの４つ口フラスコにｐ−ニトロフェニルアクリレート１．９３ｇ（１０ｍｍｏｌ）メタクリル酸０．８６ｇ（１０ｍｍｏｌ）、メチレンビスアクリルアミド０．７７ｇ（５ｍｍｏｌ）をエタノール３０ｇに溶解させた。１時間系を窒素置換した後、アゾビスイソブチロニトリル１ｇ（７．３ｍｍｏｌ）を含むエタノール１０ｇの溶液を添加した。３００ｒｐｍの攪拌下で、反応温度約６０℃で２４時間反応した。重合終了後、遠心分離で（１２０００ｒｐｍ）４回精製した。得られた高分子粒子を水で４回置換して粒径約２μｍの粒子が得られた。
【００１６】
実施例１−１；ポリスチレンへのＩｇＧの吸着
３５ｍｍ径の未処理のポリスチレン製シャーレ中にヒトＩｇＧを２００ｐｐｍの濃度に調製したｐＨ７．０のリン酸緩衝液１ｍｌ加え、４℃、２４時間インキュベートした。反応液を除去し、リン酸緩衝液で３回洗浄した。
ポリスチレンキュベット上のヒトＩｇＧの吸着量は測定すると約１μｇ／ｃｍ^２であった。
【００１７】
実施例１−２；高分子粒子とＩｇＧとの反応；
合成例１で調整した高分子粒子、０．２ｇを１ｍｌのｐＨ７．０のリン酸緩衝液に分散させ、実施例１−１で調整したポリスチレン製シャーレ中に添加し、４℃、５時間静置した。その後、ｐＨ７．０のリン酸緩衝液および１Ｍの食塩水で洗浄した後、０．１Ｍ食塩水を加えて、超音波処理した。
この結果、片側にヒトＩｇＧが粒子上に修飾され、他の片側が親水性の表面を有する異方性高分子粒子が得られた。
【００１８】
実施例１−３；異方性表面高分子粒子のＩｇＧの定量；
実施例１−２で得られたＩｇＧ修飾した高分子粒子に蛍光物質であるフルオレサミンと反応させた後、蛍光強度の測定を行った。検量線をもとにＩｇＧの存在量を求めた結果、高分子粒子１ｍｇ中に１．１１μｇのＩｇＧが存在していることがわかった。
【００１９】
実施例１−４；異方性表面高分子粒子の定性；
実施例１−２で得られたＩｇＧ修飾した高分子粒子、０．３ｍｇ／μｌに市販の抗ヒトＩｇＧを有する金コロイド（粒子径、５ｎｍ、Ｂｉｏｃｅｌｌ社製ＳｕｐｅｒＧｏｌｄＣｏｎｊｕｇａｔｅ）の５倍希釈品を５０μｌを添加し、４℃で、２４時間、遮光して浸透した。遠心分離（５０００ｒｐｍ、３ｍｉｎ）で、ｐＨ７．０のリン酸緩衝液で２回、１Ｍ食塩水で２回、Ｔｗｅｅｎ−２０、０．０５重量％を含むｐＨ７．０のリン酸緩衝液で２回洗浄操作を行った後、透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
結果を図２−１に示した。金コロイドが粒子の表面の片側一部のみに存在していることがわかった。
【００２０】
比較例１−１；高分子粒子とＩｇＧとの反応；
合成例１で調整した高分子粒子、１２ｍｇを２００ｐｐｍの濃度のヒトＩｇＧのｐＨ７．０のリン酸緩衝液、１．５ｍｌを添加し、４℃、５時間静置して反応させた。
この結果、粒子の表面がヒトＩｇＧに均一に粒子上におおわれた等方性高分子粒子が得られた。
【００２１】
比較例１−２；
比較例１−１で得られた等方性高分子粒子を実施例１−３と同様な方法を用いて、表面に存在するＩｇＧを定量した。その結果、高分子粒子１ｍｇ中に２０．０μｇのＩｇＧが存在することがわかった。
【００２２】
比較例１−３；
比較例１−１で得られた等方性高分子粒子を実施例１−４と同様な処理をした後、透過型電子顕微鏡を用いて観察を行った。
結果を図２−２に示した。
その結果から金コロイド粒子が表面全体に均一に存在していることがわかる。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】表面異方性高分子粒子作成の概念図
【図２】実施例１の異方性高分子粒子の顕微鏡写真（図２−１）および比較例の等方性高分子粒子の顕微鏡写真（図２−２）

Claims

高分子粒子の片側表面ともう片側表面とが異なる性能を有する粒径０．０１〜１０００μｍの表面異方性高分子粒子。
高分子粒子の片側表面を薬剤で処理し、ついでもう片側を別の薬剤で処理するか、あるいはもう片側を薬剤で処理しないことを特徴とする粒径０．０１〜１０００μｍの表面異方性高分子粒子の製造方法。
固−液界面、気−液界面または気−固界面のいずれかの界面に高分子粒子を並べた後、一つの相側に存在する高分子粒子の表面を薬剤で処理し、ついで別の相側に存在する高分子粒子の表面を別の薬剤で処理するか、あるいは別の相側に存在する高分子粒子の表面を薬剤で処理しないことを特徴とする請求項２記載の製造方法。
請求項２又は３に記載の方法により製造した粒径０．０１〜１０００μｍの表面異方性高分子粒子。