JP3580022B2

JP3580022B2 - ブロック共重合体および医療用材料

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Publication number: JP3580022B2
Application number: JP11346196A
Authority: JP
Inventors: 一男杉山
Original assignee: NOF Corp
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH09296019A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリシロキサン基およびホスホリルコリン基を有するブロック共重合体に関する。さらには、該ブロック共重合体を用いる医療用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体内には多種のリン脂質が含まれており、これらのリン脂質は生体が生命を維持するために重要な役割を演じていることが明らかになっている。例えば、ホスホリルコリン基などを有するリン脂質は細胞膜などの細胞質の構成要素であり、生体の種々な代謝過程と密接な関係があり、またその他にも脳組織のエネルギー源、脂肪の運搬および吸収、血液の凝固、食物の味覚などにも非常に重要な役割を果たしている。このようにリン脂質は生体全体の生命維持において多くの機能をもつため、人工臓器用等の医用材料、バイオセンサー等のセンサー類などに応用する試みが数多くなされている。必ずしも十分な性能を示したものはほとんどなかった。
また、一方ポリシロキサンは化学的安定性が高く、溶出物をほとんど含まないといった点でも生体安定性に優れている。また分子鎖の運動性が非常に高く、分子量や架橋度の違いによってオイル、ゲル、ペースト、エラストマー、プラスチックス等と性状を変えることができる特性をもっている。さらに気体透過性、生体親和性、撥水性等の機能をもつことが知られている。
また一方、ポリシロキサン基を含有するアゾ系重合開始剤を用いて、不飽和単量体を重合した共重合体は知られている（特公平２−３３０５３号公報）。
しかしながらポリシロキサン成分とホスホリンコリン成分を同一分子内にもつ共重合体、特にブロック共重合体は知られていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題点を解決するため、ポリシロキサン基とホスホリルコリン基を有するブロック共重合体を提供することにある。
さらにまた、本発明の目的は、該ブロック共重合体を用いる医療用材料を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点に鑑み鋭意検討した結果、ポリシロキサン基含有アゾ系重合開始剤を用いて、ホスホリルコリン基含有単量体を重合するとポリシロキサン基とホスホリルコリン基の両方を含有するブロック共重合体ができることを見いだし、また、生体親和性という点では共通の特性であるが、その他の諸物性、特性の異なる２種類のセグメント、すなわちポリシロキサン基とホスホリルコリン基を有する構造からなるブロック共重合体が、従来にない新規な機能を発現する材料になりうる可能性を有していることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、一般式［１］
【化８】

［ただし、式中、ｍは５０〜３００（ポリシロキサン部分の分子量４，０００〜２０，０００）、ａは２０〜３００（数平均分子量１０，０００〜１００，０００）］
で示されるポリシロキサン基含有アゾ系重合開始剤を用いて、下記一般式［２］
【化９】

［ただし、式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は炭素数１〜８のアルキル基、アリル基またはヒドロキシアルキル基、Ｘは、
【化１０】

（ただし、式中、Ｒ^４は水素原子もしくはメチル基、Ｒ^５は炭素数１〜２０のアルキル基、アルケニル基またはヒドロキシアルキル基を示す）であり、またＹは、
【化１１】

であり、ｐは１〜９の整数である。］
で示されるホスホリルコリン基含有単量体を必須成分として重合してなるポリシロキサン基−ホスホリルコリン基含有ブロック共重合体である。
またさらに、前記のポリシロキサン基−ホスホリルコリン基含有ブロック共重合体の構造が下記一般式［３］
【化１２】

［ただし、式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は炭素数１〜８のアルキル基、アリル基またはヒドロキシアルキル基、Ｘ’はＸのエチレン性重合可能な不飽和基がラジカル開始剤によって開裂して生成したエチレン連鎖であり、そのＸは、
【化１３】

（ただし、式中、Ｒ^４は水素原子もしくはメチル基、Ｒ^５は炭素数１〜２０のアルキル基、アルケニル基またはヒドロキシアルキル基を示す）であり、またＹは、
【化１４】

であり、ｐは１〜９の整数である。また、ｎは１０〜５００００の整数、ｍは５０〜３００、ｂは２０〜３００である。また２５℃におけるメタノール溶液としたときの極限粘度が０．０５〜０．５ｄｌ／ｇである。］
で示されるブロック共重合体である。
またさらに、前記のポリシロキサン基−ホスホリルコリン基含有ブロック共重合体を用いることを特徴とする医療用材料である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
一般式［１］で示されるポリシロキサン基含有アゾ系重合開始剤は、ポリシロキサン基単位を有するラジカル発生剤である。具体的には、例えば、市販のアゾ系重合開始剤として和光純薬（株）製ＶＰＳシリーズが挙げられる。ＶＰＳ−０５０１は、数平均分子量約３〜４万、シロキサン部分の分子量約５千であり、ＶＰＳ−１００１は、数平均分子量約７〜９万、シロキサン部分の分子量約１万のものが挙げられる。
一般式［１］において、ｍは、５０〜３００で、ポリシロキサン部分の分子量１，０００〜２０，０００であり、ａは、２０〜３００、数平均分子量１０，０００〜１００，０００である。
【０００６】
一般式［２］において、Ｘはアリルオキシ基、ビニルオキシ基、プロペニルオキシ基、（メタ）アクリル基、（メタ）アクリルアミド基、ｐ−メチルスチリル基、ｐ−メチル−α−メチルスチリル基などが挙げられる。具体的には、
【化１５】

などの化合物の基が挙げられる。Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は炭素数１〜８のアルキル基、アリル基またはヒドロキシアルキル基、Ｒ^４は水素原子もしくはメチル基、Ｒ^５は炭素数１〜２０のアルキル基、アルケニル基またはヒドロキシアルキル基である。
一般式［２］において、Ｙは、アルキル鎖、エチレンオキシド鎖、プロピレンオキシド鎖由来の基であり、具体的には、
【化１６】

などの化合物の基が挙げられる。ｐは１〜９の整数である。
【０００７】
一般式［３］で示されるブロック共重合体は、前記の一般式［１］のポリシロキサン基含有アゾ系重合開始剤を用いて、一般式［２］で示されるホスホリルコリン基含有単量体を重合して得られる。
ホスホリルコリン基含有単量体の具体例としては、前記のＸおよびＹの組み合わせによって各種単量体が挙げられるが、特にたとえば、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（以下ＭＰＣと略す。）が入手しやすく好ましく挙げることができる
本発明のブロック共重合体の製造は、前記のポリシロキサン基含有アゾ系重合開始剤、ＭＰＣを、たとえばエタノール、ベンゼン等の単一有機溶媒、またはこれらの混合溶媒中に溶解してガラスアンプル等の容器の中で、脱気または窒素置換を行った環境下で、５０〜１００℃、好ましくは６０〜８０℃の条件で、１０〜４０時間、好ましくは１５〜２５時間振盪しながら重合する。重合後たとえばジエチルエーテルのような沈殿剤中にブロック共重合体を析出させることによって目的のブロック共重合体を得ることができる。
得られた共重合体の構造としては、アゾ系重合開始剤のラジカル重合の機構より下記に示すような生成物構造が考えられる。本発明ではアゾ系重合開始剤の溶解するジエチルエーテルに不溶な、すなわちアゾ系重合開始剤が分解しコモノマーとブロック共重合体を生成したこれら共重合体成分の混合物として得られる。
重合体の構造式を下記に示す。
【化１７】

【０００８】
本発明のブロック共重合体は、ポリシロキサン基およびホスホリルコリン基の両成分とも一般的に言う生体親和性のある材料である。それとともに本発明のポリマーの構成成分であるシロキサンセグメントは疎水性であり、ホスホリルコリン基単位は、一般的に大きな親水性を有する。これ以外にも、極性−非極性といった諸物性的には異なった特性を有する２成分より成っている。現在、生体の分子認識の一説として生体が自己認識する場合、材料表面の親水−疎水成分からなるミクロドメイン構造の大きさが大きな役割を果たしていることが言われている。この説からすると本材料を精密に分子設計することによって、生体により近い材料をつくり出すことができるとともに用途に応じた材料設計も可能と考えらる。
【０００９】
また、本発明のブロック共重合体は、従来の天然リン脂質に比較して製膜性や成形性に優れており、容易にフイルム状や繊維状に成形可能である。しかも得られたフィルム、繊維などの成型品は天然のリン脂質から成形された成形品に較べはるかに強固なものとなる。例えば、溶液キャスト法などの極めて簡単な方法により、容易にフィルムを成形することができる。また本発明のブロック共重合体は、ホスホリルコリン基およびポリシロキサン基を含有する構造を有しているため、ポリシロキサン基のセグメントとホスホリルコリン基のセグメントの分子量の違いによってオイル、ゲル、ペースト、エラストマー、プラスチックス等と性状を変えることができるとともに、抗血栓、抗細胞接着、抗タンパク付着等の生体親和性、酸素透過性などガス透過性、また撥水性などをもっている。このため人工臓器などの医用材料、バイオセンサー等のセンサー類、コンタクトレンズ等のアイケア品、ガス分離膜など、幅広い分野への利用が可能である。
特に、抗血栓、抗タンパク付着、抗細胞接着等の生体親和性に優れ、医療用材料として好適である。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は、新規かつ有用なポリシロキサン基−ホスホリルコリン基を含有する構造のブロック共重合体である。本発明のブロック共重合体は、ポリシロキサンセグメントを構成するたとえばアゾ開始剤の種類、組成を容易に変えることによって、また、リン脂質類似構造を有するモノマーたとえばＭＰＣの組成を変えることによって、膜のミクロ構造等の特性、諸物性、溶解性等を幅広くまた望むように設計することが可能で、強固なフィルムなどの成形体を容易に成形することができ、また、抗タンパク付着、抗細胞接着等の生体親和性に優れ、医療用材料として好適である。
【００１１】
【実施例】
次に実施例を用いて本発明を説明する。
［実施例１−１］Ｐ−１のブロック共重合体（ＰＤＭＳ−ｂ−ＰＭＰＣ）の合成表１に示すように所定量の２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）及びポリシロキサン開始剤（和光純薬製ＶＳＰシリーズ、ＶＰＳ−０５０１）をエタノール：ベンゼン（３０：７０Ｖ／Ｖ％）の混合溶媒に溶解してガラス製重合管に入れ、液体窒素浴を用いて脱気操作を行った後溶封した。重合管は８０℃、２０時間振とうし重合させた。反応後、内容物を多量のジエチルエーテル中に注入してブロック共重合体（Ｐ−１とする。）を析出させた。
溶媒のジエチルエーテルに不溶のブロック共重合体として０．４５４ｇ得た。収率は５９．８％であった。
【００１２】
得られたＰ−１の共重合体を^１Ｈ−ＮＭＲで測定した。結果は次のとおりであった。
^１Ｈ−ＮＭＲ（δ（ｐｐｍ）：ＴＭＳ／ＣＤ_３ＯＤ）
０．１２ −Ｓｉ（ＣＨ_３）_２Ｏ−
０．８−１．４ −ＣＨ_３
１．７−２．２ −ＣＨ_２−
３．２−３．４ −Ｎ（ＣＨ_３）_３
３．７−３．９ −ＣＨ_２−
４．０−４．１ −ＣＨ_２Ｎ−
４．１−４．３ −ＰＯＣＨ_２−
４．３−４．４ −ＣＯＯＣＨ_２−
また、^１Ｈ−ＮＭＲの測定からプロトンの面積比より表１のＰ−１の共重合体中のＭＰＣモル分率を算出した結果は、７９モル％であった。
またさらに、Ｐ−１の共重合体の赤外吸収スペクトル（ＩＲ）を測定した。結果を図１に示した。なお、比較として、ＭＰＣの単独重合体、アゾ系重合開始剤の測定結果も併せて示した。
以上の結果から、Ｐ−１の主な構造は、次のものと推定した。
【化１８】

得られたブロック共重合体Ｐ−１の極限粘度はメタノールを溶媒としてウベローデ型粘度計で、２５℃で測定した。その結果、０．１５０ｄｌ／ｇであった。
【００１３】
【表１】

【００１４】
［実施例１−２］Ｐ−２のブロック共重合体（ＰＤＭＳ−ｂ−ＰＭＰＣ）の合成表１に示すように所定量の２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）及びポリシロキサン開始剤（和光純薬製ＶＳＰシリーズ、ＶＰＳ−１００１）を用いて、実施例１−１と同様にして重合した。
溶媒のジエチルエーテルに不溶のブロック共重合体（Ｐ−２とする）として０．４３２ｇ得た。収率は５７．６％であった。
【００１５】
得られたＰ−２の共重合体を^１Ｈ−ＮＭＲで測定した。結果は次のとおりであった。
^１Ｈ−ＮＭＲ（δ（ｐｐｍ）：ＴＭＳ／ＣＤ_３ＯＤ）
０．１２ −Ｓｉ（ＣＨ_３）_２Ｏ−
０．８−１．４ −ＣＨ_３
１．７−２．２ −ＣＨ_２−
３．２−３．４ −Ｎ（ＣＨ_３）_３
３．７−３．９ −ＣＨ_２−
４．０−４．１ −ＣＨ_２Ｎ−
４．１−４．３ −ＰＯＣＨ_２−
４．３−４．４ −ＣＯＯＣＨ_２−
また、^１Ｈ−ＮＭＲの測定からプロトンの面積比より表１のポリマー中のＭＰＣモル分率を算出した結果８８モル％であった。
またさらに、Ｐ−２のブロック共重合体の赤外吸収スペクトル（ＩＲ）を測定した。結果は実施例１−１と同様であった。得られたＰ−２のブロック共重合体の構造は、次のものと推定した。
【化１９】

得られたブロック共重合体Ｐ−２の極限粘度はメタノールを溶媒としてウベローデ型粘度計で、２５℃で測定した。その結果、０．０７１ｄｌ／ｇであった。結果を併せて表１に示した。
【００１６】
［参考例１］Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）の測定
実施例１−１および１−２で得られた共重合体Ｐ−１およびＰ−２（ＰＤＭＳ−ｂ−ＰＭＰＣ）を０．１ｇ溶かしたメタノール溶液２０ｍｌをガラス基板（０．５×０．５ｃｍ）上に展開して、常温常圧でキャストし、続いて常温で減圧乾燥を１０時間行いフィルムを得た。さらに、このフィルムを２５℃の水に２４時間浸漬させた後、凍結乾燥させ試料を調製した。島津製作所製ＥＳＣＡ７５０を使用し、ＰＤＭＳ−ｂ−ＰＭＰＣフィルムをＭｇＫα（１２５３．６ｅＶ）で測定した。
その結果Ｐ−１およびＰ−２ともに共重合体のフイルムの表面にＰとＳｉの元素が検出されたことを確認した。
【００１７】
［実施例２］タンパク質の吸着試験
実施例１−１および１−２で得たＰ−１およびＰ−２のブロック共重合体を用いて、直径０．２０ｍｍ、６０ｃｍ２／ｇのガラスビーズを０．１重量％ＰＤＭＳ−ｂ−ＰＭＰＣのメタノール溶液に浸し、表面をコートした。表面コートしたガラスビーズ８３．３４ｇ（０．１０ｍ２）を直径２０ｍｍ、高さ３００ｍｍのカラムに充填し、０．０６７Ｍのリン酸緩衝液（Ａｌｂ＝ｐＨ５．６、Ｇｌｏ＝ｐＨ６．２）でリンスした後、所定濃度のタンパク質水溶液をいれた。２時間吸着した後その水溶液を２ｍＬ採取して水溶液中のタンパク質濃度を決定した。表面コートしたガラスビーズへのタンパク質の吸着量は、仕込みタンパク質量と水溶液中のタンパク質量の差から求めた。水溶液のタンパク質の濃度はＬｏｗｒｙ法で定量した。その結果を図２に示す。
比較のガラスビーズ単独での吸着量に比べ、Ｐ−１およびＰ−２の共重合体を用いた場合はタンパク質の吸着が少ないことがわかる。
【００１８】
［実施例３］細胞接着試験
Ｐ−１またはＰ−２の共重合体のメタノール溶液からキャストしてフイルム状の成形体を得た。このフィルムを紫外線滅菌を２時間行ったのち、マウス繊維芽細胞（Ｌ−９２９）の所定量を培養液に分散させ、フィルムに細胞を藩種し、写真撮影（×１００）を行った。また比較のためにガラスセルとの接着試験も行った。その結果は、次の状態が観察された。
Ｐ−１の共重合体のフイルムは、Ｌ−９２９の接着は全く認められない。
Ｐ−２の共重合体のフイルムでは、Ｌ−９２９の接着が認められ、コンフルエンス状態（規則的な配向状態）となる。
ガラス基板では、Ｌ−９２９の変成が認められ、異物認識されている。
結果を図３に示した。
以上の結果から、比較例のガラス基板では、異物認識されて変成しているのに対して、本発明の実施例１−１のＰ−１の共重合体のフイルムでは、異物としての認識がなく、細胞種が接着しない。これに対して、本発明の実施例１−２のＰ−２の共重合体のフイルムでは、異物としての認識がなく、細胞種が接着し、増殖することがわかる。
【００１９】
［参考例２］接触角の測定
接触角は、実施例１−１（Ｐ−１）または１−２（Ｐ−２）のブロック共重合体をガラスセル上にコーテイングしたものを試料とし、ゴニオメーター式接触角測定器（ＥＲＭＡ製型式Ｇ−Ｉ型）を用いて行った。なお、水滴は１５μｌの量をコーテイングガラスセルの上に置き、５０秒後に左の接触角を、また、７０秒後に右の接触角を測定した。測定は、６点の水滴について行い、最大値、最小値を除いた４点の平均値から求めた。結果を併せて、表１に示した。
表より、本発明のブロック共重合体をコーテイングしたものは、接触角が１４〜２０度と低く、表面のぬれ性が大きいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１−１のＰ−１の共重合体の赤外吸収スペクトル（ＩＲ）を図１−ａに示した。なお、比較として、ＭＰＣのホモポリマーのＩＲを１−ｂに、またアゾ系重合開始剤のＶＰＳ−０５０１のＩＲを１−ｃに示した。
【図２】実施例２における実施例１−１（Ｐ−１）および１−２（Ｐ−２）のタンパク吸着試験結果を示した。
【図３】実施例３における実施例１−１（Ｐ−１）および１−２（Ｐ−２）の細胞接着試験の結果を示した。

Claims

一般式［１］

［ただし、式中、ｍは５０〜３００（ポリシロキサン部分の分子量４，０００〜２０，０００）、ａは２０〜３００（数平均分子量１０，０００〜１００，０００）］
で示されるポリシロキサン基含有アゾ系重合開始剤を用いて、下記一般式［２］

［ただし、式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は炭素数１〜８のアルキル基、アリル基またはヒドロキシアルキル基、Ｘは、

（ただし、式中、Ｒ^４は水素原子もしくはメチル基、Ｒ^５は炭素数１〜２０のアルキル基、アルケニル基、ヒドロキシアルキル基を示す）であり、また、Ｙは、

であり、ｐは１〜９の整数である。］
で示されるホスホリルコリン基含有単量体を必須成分として重合してなるポリシロキサン基−ホスホリルコリン基含有ブロック共重合体。
請求項１記載のポリシロキサン基−ホスホリルコリン基含有ブロック共重合体の構造が下記一般式［３］

［ただし、式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３は炭素数１〜８のアルキル基、アリル基またはヒドロキシアルキル基、Ｘ’はＸのエチレン性重合可能な不飽和基がラジカル開始剤によって開裂して生成したエチレン連鎖であり、そのＸは、

（ただし、式中、Ｒ^４は水素原子もしくはメチル基、Ｒ^５は炭素数１〜２０のアルキル基、アルケニル基、ヒドロキシアルキル基をしめす）であり、またＹは、

であり、ｐは１〜９の整数である。
また、ｎは１０〜５００００の整数、ｍは５０〜３００、ｂは２０〜３００である。また２５℃におけるメタノール溶液としたときの極限粘度が０．０５〜０．５ｄｌ／ｇである。］
で示されるブロック共重合体。
請求項１記載のポリシロキサン基−ホスホリルコリン基含有ブロック共重合体を有効材料とする医療用材料。