JP5376543B2 - ポリイオンデンドリマー、及びそれよりなるハイドロゲル - Google Patents

Description

本発明は、新規なポリイオンデンドリマーに関する。また、本発明は、当該ポリイオンデンドリマー及び粘土鉱物(クレイ)を含有してなるハイドロゲル材料、並びに当該ハイドロゲル材料に多量の水を含有させてなるハイドロゲルに関する。

水は地球上の生命にとって必要不可欠なものであり、清浄さの象徴と見なされてきた。地球の表面の７１％は水で覆われ、また、我々の体の６５％はこの単純でありながら活力に満ちた分子から成り立っている。自然界とりわけ生物界で水は大変重要な役割を担っているので、高含水率の含水材料を作り出すことができれば、環境にも優しい、用途の広い、重要な材料となりうる。しかしながら、これまで高含水率の含水材料を作り出す試みは、容易に予想されるように、機械的強度が劣るために見るべき成果がなかったが、近年、水を主成分とする材料のドラッグデリバリーや人工軟骨などへの潜在的な可能性に注目して、いくつかの研究グループがその機械的強度を向上させることに取り組んでいる(非特許文献１〜３)。

含水材料として、従来から知られているポリマーハイドロゲルは、基本的には共有結合による架橋により作られている。これらの通常の有機化学的方法により架橋されたポリマーハイドロゲルは、強度が低くもろい不透明な材料であり自己修復性もなかった。
ハイドロゲルの強度を改善するために、粘土鉱物の共存下に（メタ）アクリルアミド誘導体を重合させてなる方法により、引張破断強度が改善された有機無機複合ハイドロゲルが提案されている（特許文献１）。さらに、カルボン酸基又はスルホン酸基を有する重合性モノマーとの共重合体とすることにより強度が改善されることも報告されている（特許文献２）。
また、最近、ポリマーと水膨潤性粘土鉱物とを複合させたポリマー/無機複合ナノ複合体ハイドロゲルが、比較的優れた機械的強度を持つことから注目されているが、これらのゲルの含水率はたかだか９０％であり、機械的強度は含水率の増加に伴い減少し、実用的に意味のある強度を発現させるためには含水率を８０％程度にまで減少させる必要があった(非特許文献４)。

また、従来から知られているポリマーハイドロゲルを製造するためには、重合反応や架橋反応によるため、加熱や冷却のサイクルを繰り返す等、複雑な工程を経る必要があった。例えば、ケン化度９０％以上のポリビニルアルコールを水蒸気の存在下に１．２〜５．０気圧で１０５〜１５０℃に維持したときの凝集物を脱水して、再膨潤させてなるハイドロゲルが報告されている（特許文献３）。
このようなハイドロゲルは、医薬、食品、化粧品、衛生用品、農業資材、電子材料など広範囲な産業分野で利用されており、例えば、ポリ乳酸などからなるハイドロゲルにＧＭ−ＣＳＦを含有させてなる医薬品（特許文献４）、オリゴ（ポリ（エチレングリコール）フマレート）を用いた光架橋性生分解性ハイドロゲルを含有してなる関節補填材料（特許文献５）、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有するポリマーのポリマー結晶系ヒドロゲルによるモルフォロジー発現性を有する生体材料（特許文献６）、ポリビニルアルコールとアニオン性架橋重合体と水酸化アルカリを含有してなるアルカリ電池用高分子ハイドロゲル電解質（特許文献７）、ピリジン等の複素環式化合物から形成される第４級アンモニウムカチオンを含むイオン性有機化合物からなるハイドロゲル（特許文献８）などが知られている。
また、医薬や食品などに適用する場合には、人体に対する安全性が要求され、環境保護の観点からは生分解性であることが望まれている。したがって、ハイドロゲルを構成する材料がこれらの要望を満たす物であることが望まれている。例えば、ポリエチレングリコールやある種のポリエステルは人体から容易に排出されるか又は生物学的に易分解性であることが知られており(非特許文献５〜６)、また、クレイナノシートは自然界に存在する無機鉱物を原料とするもので、ローション等の化粧品や歯磨き粉、シャンプー及びシャワーゲル等に広く使われている安全な材料であることが知られており(非特許文献７)、このような材料を用いたハイドロゲルの開発が望まれている。

一方、「デンドリマー (dendrimer) は、中心から規則的に分岐した構造を持つ樹状高分子。ギリシャ語で木を意味する用語から命名された。デンドリマーは、コア (core) と呼ばれる中心分子と、デンドロン (dendron) と呼ばれる側鎖部分から構成される。また、デンドロン部分の分岐回数を世代 (generation) と言い表す。一般に高分子はある程度の分子量分布を持つが、高世代のデンドリマーは、分子量数万に達するもののほとんど単一分子量であるという、際立った特徴を持つ。また、コアはデンドロンによって覆われており、外界と遮断された環境にあるために、特異な発光挙動や反応性を示すことが見出され、新しい機能物質として期待されている。ただし、他の高分子と比べて合成が極めて困難であるため、実用化には至っていない。また、現在最もよく用いられているポリアミドアミン構造を持つＰＡＭＡＭデンドリマーなどは、試薬会社から市販されている。」（出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』）
現在までに、デンドリマーをハイドロゲルに応用したものは見い出せないが、ＤＤＳなどへの応用が期待されている。また、ＰＡＭＡＭデンドリマーなどのデンドリマーの表面にアンモニウムイオンやカルボキシレートイオンなどの陽イオンや陰イオンを結合させたイオン性デンドリマーが抗寄生虫組成物として有用であることが報告されている（特許文献９）。

特開２００２−５３６２９号公報 特開２００９−４６５５３号公報 特開平７−２１６１０１号公報 特開２００７−３０８５００号公報 特表２００８−５３７４９９号公報 特開２００５−２１３４００号公報 特開２００５−３２２６３５号公報 ＷＯ２００６／０８２７６８号公報 特表２００２−５２４５２４号公報

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本発明は、上記のような従来のハイドロゲルの欠点を克服し、水を主成分とし含水量が大きく、実用的な機械的強度を有するハイドロゲル、及びその材料を提供する。本発明は、さらに、高い透明度を有し、自己修復性があり、形状維持性のあるハイドロゲル、及びその材料を提供するものである。さらに、本発明は、新規なポリイオンデンドリマーを提供する。

本発明者らは、上記のような従来のハイドロゲルの欠点を克服し、水を主成分とし、実用的な機械的強度を有する材料を開発すべく、鋭意検討した結果、コア部にポリエチレングリコール等の親水性の線状ポリマーを有し、該線状ポリマーの両末端をポリエステルでデンドロン化し、デンドロン表面にグアニジン基等のカチオン性の基を多数擁するポリイオンデンドリマーの分子設計とその合成法を確立し、これらのポリイオンデンドリマーが静電気的な相互作用及び水素結合等を介してナノシート構造を有する粘土鉱物(クレイ)の表面と結合してできる複合体よりなるハイドロゲルが、高い機械的強度と瞬時に完全に自己修復する性質を併せ持つ材料となること、さらにイオン性の側鎖を有する線状のポリマーを併用することにより、さらに高い機械的強度を発現することを見い出して、本発明に到達した。

即ち、本発明は、コア部にポリエチレングリコール等の親水性の線状ポリマーを有し、該線状ポリマーの両末端をポリエステルでデンドロン化し、デンドロン表面にグアニジン基、チオ尿素基、及び／又はイソチオ尿素基から選ばれるカチオン性の基が結合してなるポリイオンデンドリマーに関する。
また、本発明は、前記した本発明のポリイオンデンドリマー、及び粘土鉱物(クレイ)を含有してなるハイドロゲル材料、並びにさらに水を含有してなるハイドロゲルに関する。
さらに、本発明は、前記した本発明のポリイオンデンドリマー、粘土鉱物(クレイ)、及びイオン性の側鎖を有する線状のポリマーを含有してなるハイドロゲル材料、並びにさらに水を含有してなるハイドロゲルに関する。
本発明は、前記した本発明のいずれかのハイドロゲルに生理活性のあるタンパク質を含有してなるタンパク質含有ハイドロゲルに関する。

本発明を更に詳細に説明すれば次のとおりである。
（１）コア部に親水性の線状ポリマーを有し、該線状ポリマーの両末端をデンドロン化し、デンドロン表面にグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合してなるポリイオンデンドリマー。
（２）コア部に親水性の線状ポリマーを有し、該線状ポリマーの両末端をポリエステルでデンドロン化し、デンドロン表面にグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合してなるポリイオンデンドリマー。
（３）ポリエステルが、分岐が対称的になるようにするために２個以上の水酸基が対称的に置換した炭素数３〜１０の脂肪族飽和カルボン酸からなるポリエステルである前記（２）に記載のポリイオンデンドリマー。
（４）コア部の親水性の線状ポリマーが、ポリアルキレングリコールである前記（１）から（３）のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
（５）デンドロン表面に、ポリエーテル基によりグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合させられている前記（１）から（４）のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
（６）ポリイオンデンドリマーが、次の一般式１

（式中、ｎはコア部のポリエチレングリコールの繰り返し数を示し、２０〜１０００００であり、ｍは表面にカチオン性の基を導入するためのリンカー基の繰り返し数であり１〜６であり、ｇはデンドロンの世代を示し１〜５であり、Ｒはグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基を示し、Ｘは水素原子、又はＣ_１−Ｃ_７のアルキル基を示す。）
で表されるポリイオンデンドリマーである前記（１）〜（４）のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
（７）一般式１におけるＸを含むポリハイドロオキシカルボン酸が、分岐が対称的になるようにするために２個以上の水酸基が対称的に置換した炭素数３〜１０の脂肪族飽和カルボン酸である前記（６）に記載のポリイオンデンドリマー。
（８）一般式１におけるＸが、メチル基である前記（６）又は（７）に記載のポリイオンデンドリマー。
（９）グアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が、次の式２、式３、又は式４、

で表されるカチオン性の基である前記（１）〜（８）のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
（１０）ポリイオンデンドリマーが、次の式５

（式中、ｎは２０〜１０００００である。）
で表されるポリイオンデンドリマーである前記（１）〜（９）のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
（１１）前記（１）〜（１０）のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー、及び粘土鉱物を含有してなるハイドロゲル材料。
（１２）ハイドロゲル材料が、さらにイオン性の側鎖を有する線状のポリマーを含有してなる前記（１１）に記載のハイドロゲル材料。
（１３）イオン性の側鎖を有する線状のポリマーが、ポリアクリル酸又はポリメタクリル酸のアルカリ金属塩である前記（１２）に記載のハイドロゲル材料。
（１４）粘土鉱物が、水膨潤性のスメクタイト、及び層状珪酸塩からなる群から選ばれる粘土鉱物である前記（１１）〜（１３）のいずれかに記載のハイドロゲル材料。
（１５）粘土鉱物が、ナノシート構造を有する粘土鉱物である前記（１１）〜（１４）のいずれかに記載のハイドロゲル材料。
（１６）粘土鉱物が、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト、バイデライト、雲母、及び合成雲母からなる群から選ばれる１種又は２種以上である前記（１１）〜（１５）のいずれかに記載のハイドロゲル材料。
（１７）粘土鉱物が、ヘクトライトである前記（１６）に記載のハイドロゲル材料。
（１８）前記（１１）〜（１７）のいずれかに記載のハイドロゲル材料に水を含有させてなるハイドロゲル。
（１９）水の含有量が、ハイドロゲル材料に対して８０％以上である前記（１８）に記載のハイドロゲル。
（２０）前記（１８）又は（１９）に記載のハイドロゲルが、生理活性のあるタンパク質を含有してなるタンパク質含有ハイドロゲル。
（２１）生理活性のあるタンパク質が、ミオグロビン又はアルブミンである前記（２０）に記載のタンパク質含有ハイドロゲル。

本発明は、表面にカチオン性の基が結合したポリイオンデンドリマー、及びそれを用いたハイドロゲルを提供するものである。
本発明は、少なくとも９４％の水分を含有することができ、非共有結合のみでゲル化している強靱で透明なハイドロゲルを提供することができる。また、このような水分含有量の高い含水材料はタンパク質をその生物学的機能性を失うことなく取り込むことが可能であり、本発明のハイドロゲルはタンパク質を取り込んだことによる機械的強度の減少もなく、タンパク質含有ハイドロゲルとして有用である。
さらに、本発明のハイドロゲルはテトラヒドロフラン等の有機溶剤に浸漬しても形態保持性があり、乾燥した後に水で処理して再ゲル化しても元の形状を回復する特徴を有している。
本発明により得られる超分子ハイドロゲルは、特定の大きさを有するデンドリマーを含有するものであり、デンドリマーのコア部の線状ポリマーの重合度やデンドロン部の世代及びデンドロン表面のイオン種を変えることにより、種々のサイズや形状のポリイオンデンドリマーを分子設計してその成分として用いることができるので、幅広い物性のデザインが可能である。また、本発明のポリイオンデンドリマーの合成も容易である。さらに、本発明のハイドロゲルはクレイナノシートとポリイオンデンドリマーと必要によりポリアクリル酸ナトリウムのようなイオン性の側鎖を有する線状のポリマーを混合して撹拌するだけで容易に形成されるため(図１参照)、従来のポリマーハイドロゲルの製造時に必要であった加熱や冷却のサイクルが不要であるので、調製が容易で環境に優しい多目的の材料として大きな可能性を有している。

即ち、本発明のハイドロゲルは、水分含有量が高く(少なくとも９４％)、かつ十分な機械強度を有し、さらに透明性に優れ、形状維持性に優れ、耐薬品性があり、再ゲル化しても元の形状を回復する自己修復性があり、生理活性や酵素活性のあるタンパク質等を該タンパク質の性質を変えずに保持できるという優れた特徴を有するものである。
さらに、本発明のハイドロゲルを構成するポリイオンデンドリマーのコア部を構成する親水性の線状ポリマーであるポリアルキレングリコール、好ましくはポリエチレングリコール、及びデンドロンを構成するポリエステルは人体から容易に排出されるか又は生物学的に易分解性であることが知られており(非特許文献５〜６)、環境に優しいだけでなく人体に対する安全性にも優れている。本発明のハイドロゲルに使用されるクレイナノシートも、自然界に存在する無機鉱物を原料とするもので、ローション等の化粧品や歯磨き粉、シャンプー及びシャワーゲル等に既に広く使われている安全な材料であり(非特許文献７)、この点からも本発明のハイドロゲルは環境に優しいだけでなく人体に対する安全性にも優れているということができる。

図１は、自己集積化によるハイドロゲルの製造過程を写真と模式図で示したものである。 図２は、本発明のハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの透過型電子顕微鏡像である。 図３は、本発明のハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１、Ｃｌａｙ−Ｇ２及びＣｌａｙ−Ｇ３の動的粘弾性の結果を示したグラフである。 図４は、本発明のハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１−ＡＳＡＰ、Ｃｌａｙ−Ｇ２−ＡＳＡＰ、及びＣｌａｙ−Ｇ３−ＡＳＡＰの動的粘弾性の結果を示したグラフである。 図５は、本発明のハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙの貯蔵弾性率によるクレイナノシートの効果を表したグラフである。 図６は、本発明のハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率によるクレイナノシートの効果を表したグラフである。 図７は、本発明のハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの動的粘弾性による歪み依存性を表したグラフである。 図８は、本発明のハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの高速粘弾性回復特性の結果を示したグラフである。 図９は、本発明のハイドロゲルに取り込まれたミオグロビンの脱離率の結果を示したグラフである。 図１０は、本発明のハイドロゲルに取り込まれたミオグロビン及びアルブミンの脱離率の結果を示したグラフである。 図１１は、本発明のハイドロゲルに取り込まれたミオグロビンの活性試験の結果を示したグラフである。 図１２は、本発明のハイドロゲルの形状保持性能を示したカラー写真である。

本発明のポリイオンデンドリマーは、コア部に親水性の線状ポリマーを有し、該線状ポリマーの両末端をデンドロン化し、デンドロン表面にグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合してなることを特徴とするものである。
コア部の親水性の線状ポリマーとしては、炭素数２〜５の直鎖状又は分岐状のアルキレングリコールからなるポリアルキレングリコールが好ましく、より好ましいポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコールが挙げられる。これらのポリアルキレングリコールは、親水性であることが必要であり、アルキレングリコールの繰り返し数（ｎ）としては、特に制限はないが、２０〜１０００００、好ましくは１００〜１００００、より好ましくは１５０〜１０００、さらに好ましくは２００〜５００が挙げられる。一般に、繰り返し数（ｎ）が小さすぎるとハイドロゲルの強度が不足し、大きすぎると含水率が低下することがあるので、強度と含水率を考慮して適宜決めることができる。

本発明のポリイオンデンドリマーは、コア部の線状ポリマーの両末端をデンドロン化したものである。デンドロン化する方法としては、エーテル結合（−Ｏ−）、イミノ結合（−Ｎ−）、エステル結合（−ＣＯＯ−）、アミド結合（−ＣＯＮＨ−）、カルバモイルオキシ結合（−ＯＣＯＮＨ−）などの任意の結合により行うことができる。例えば、ポリオールによるポリエーテル、ポリアミンによるポリアミン、ハイドロキシカルボン酸によるポリエステル、アミノカルボン酸によるポリアミド、ポリカルバミン酸誘導体によるポリカーボネートなどによることもできるが、製造方法が簡便で親水性であるものが好ましい。好ましいデンドロン化としては、ポリエステルが挙げられる。ポリエステルによるデンドロン化における分岐させるために使用されるカルボン酸としては、ジハイドロオキシカルボン酸、トリハイドロオキシカルボン酸などのポリハイドロオキシカルボン酸を使用することができる。また、分岐が対称的になるようにするために、２個以上の水酸基が対称的に置換したカルボン酸が好ましい。このようなカルボン酸としては、炭素数３〜１０、好ましくは５〜１０の脂肪族飽和カルボン酸（但し、炭素数はカルボキシル基の炭素原子を含まない炭素数である。）が好ましいが、これに限定されるものではない。好ましいカルボン酸としては、３−ハイドロオキシ−２−ハイドロオキシメチル−プロピオン酸、又は３−ハイドロオキシ−２−ハイドロオキシメチル−２−アルキル−プロピオン酸が挙げられる。当該アルキル基は、一般式１において基Ｘで示されているものであり、基Ｘは水素原子、又はＣ_１−Ｃ_７のアルキル基、好ましくはＣ_１−Ｃ_４のアルキル基、より好ましくはＣ_１−Ｃ_２のアルキル基を示す。当該アルキル基としては、メチル基、エチル基などのＣ_１−Ｃ_７、好ましくはＣ_１−Ｃ_４、より好ましくはＣ_１−Ｃ_２の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。特に好ましいカルボン酸としては、３−ハイドロオキシ−２−ハイドロオキシメチル−２−メチル−プロピオン酸が挙げられる。
デンドロン部分の分岐回数を世代 (generation)と言う。本発明のポリイオンデンドリマーにおいては、当該世代（ｇ）としては特に制限はないが、世代が大きくなると製造が煩雑になり、小さいとハイドロゲルの強度が低下することから、世代（ｇ）としては１〜５、好ましくは１〜４、より好ましくは２〜３、さらに好ましくは３が挙げられる。

このようにして成長させたデンドリマーの表面は、ポリハイドロオキシカルボン酸を使用してエステル化したことにより、当該ポリハイドロオキシカルボン酸の水酸基が存在することになる。そして、当該水酸基に、グアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合したものが本発明のポリイオンデンドリマーである。当該水酸基にカチオン性の基を結合させる方法としては、適当なリンカー基を用いる方法が好ましい。リンカー基としては、直鎖状の原子数で３〜４０個、好ましくは６〜３０個、６〜２０個のものが挙げられる。これらのリンカー基を構成する原子としては、炭素原子、酸素原子、又は窒素原子が挙げられる。リンカー基は、デンドリマーの表面の水酸基とカチオン性の基を結合させることができれば十分であるが、デンドリマー全体の親水性を保持させるために、リンカー基も親水性のものが好ましい。好ましいリンカー基としてはポリエーテルが挙げられる。ポリエーテルの繰り返し数（ｍ）としては１〜６、好ましくは２〜５、より好ましくは２〜４、さらに好ましくは２〜３が挙げられる。
リンカー基とデンドリマーの表面の水酸基との結合は、特に限定されるものではない。エーテル結合（−Ｏ−）、イミノ結合（−Ｎ−）、エステル結合（−ＣＯＯ−）、アミド結合（−ＣＯＮＨ−）、カルバモイルオキシ結合（−ＯＣＯＮＨ−）などの任意の結合を選択することができるが、製造の容易さから好ましい結合としては、カルバモイルオキシ結合（−ＯＣＯＮＨ−）が挙げられる。
好ましいカチオン性の基としては、前記した式２、式３、又は式４で表されるグアニジン基、チオ尿素基やイソチオ尿素基が挙げられる。より好ましいカチオン性の基としては、前記した式２で表されるグアニジン基が挙げられる。

本発明の好ましいポリイオンデンドリマーにおける線状ポリマーの両末端のデンドロン化としては、ポリエステルによるものが挙げられ、より好ましくは、当該ポリエステルが、分岐が対称的になるようにするために２個以上の水酸基が対称的に置換した炭素数３〜１０、好ましくは炭素数３〜７の脂肪族飽和カルボン酸でエステル化されたポリエステルによるものが挙げられる。
本発明の好ましいポリイオンデンドリマーにおけるコア部の親水性の線状ポリマーとしては、ポリアルキレングリコールが挙げられ、より好ましくは、繰り返し数２０〜１０００００のポリアルキレングリコール、さらに好ましくは繰り返し数２０〜１０００００のポリエチレングリコールが挙げられる。
本発明の好ましいポリイオンデンドリマーにおけるデンドロン表面としては、ポリエーテル基によりグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合している基が挙げられる。当該ポリエーテル基の好ましい例としては、繰り返し数が１〜６、好ましくは２〜５、より好ましくは２〜４、さらに好ましくは２〜３のポリアルキレンエーテル、より好ましくはポリエチレンエーテルが挙げられる。
本発明の好ましいポリイオンデンドリマーとしては、コア部の親水性の線状ポリマーが繰り返し数２０〜１０００００のポリアルキレングリコール、線状ポリマーの両末端のデンドロン化が分岐が対称的になるようにするために２個以上の水酸基が対称的に置換した炭素数３〜１０の脂肪族飽和カルボン酸からなるポリエステルによるものであり、かつデンドロン表面に、ポリエーテル基によりグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合しているポリイオンデンドリマーが挙げられる。
本発明のさらに好ましいポリイオンデンドリマーは、前記した一般式１におけるＸがメチル基である次の一般式６、

（式中、ｎはコア部のポリエチレングリコールの繰り返し数を示し、２０〜１０００００であり、ｍは表面にカチオン性の基を導入するためのリンカー基の繰り返し数であり１〜６であり、ｇはデンドロンの世代を示し１〜５であり、Ｒはグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基を示す。）
で表されるポリイオンデンドリマーが挙げられる。
本発明のさらに好ましいポリイオンデンドリマーとしては、前記した式５で表されるポリイオンデンドリマーが挙げられる。式５で表されるポリイオンデンドリマーの世代数は３世代であり、以下ではこれを「Ｇ３」と略称する。同様に２世代のポリイオンデンドリマーを「Ｇ２」と略称し、１世代のポリイオンデンドリマーを「Ｇ１」と略称する。式５で表されるＧ３の例では、ポリエーテルの繰り返し数は２となっているが、これに限定されるものではない。

本発明のポリイオンデンドリマーは、公知の方法に準じて製造することができる。
例えば、表面部として水酸基、分岐鎖としてポリエステル基、コア部として親水性の高いポリエチレングリコール基を有するビスデンドリマーを実施例１に示した製造ルートにしたがって製造する。表面部として水酸基を有するデンドリマー（Ｇ１−ＯＨ、Ｇ２−ＯＨ、Ｇ３−ＯＨと略称する。）は、公知の方法、例えば、H. Ihre, O. L. Padilla De Jesus, J. M. J. Frechet, J. Am. Chem. Soc. 123, 5908 (2001).に記載の方法に準じて製造することができる。
このようにして製造された表面部として水酸基を有するデンドリマー（Ｇ１−ＯＨ、Ｇ２−ＯＨ、Ｇ３−ＯＨ）に適当なリンカー基を結合させ、次いで、グアニジン基などのカチオン性の基に誘導することにより本発明のポリイオンデンドリマーを製造することができる。この具体例として以下の実施例２〜４に示した方法を参照されたい。
デンドロン部が第４世代以上のビスデンドリマーも実施例１〜４の方法を繰り返すことにより製造することができる。また、表面部にチオウレニウム基又はイソチオウレニウム基を有するビスデンドリマーも表面部の水酸基を公知の方法によりチオウレニウム基に変換することにより合成することができる。
これらの製造工程において、必要があればペプチド合成などに汎用されている保護基を導入することもできる。

このようにして製造された本発明のポリイオンデンドリマーは、溶液状としてそのままハイドロゲルの材料とすることもできるし、乾燥させてハイドロゲルの材料とすることもできる。
本発明のハイドロゲル材料として使用される粘土鉱物(クレイ)としては、ナノシート構造を有するものが好ましいが、これに限定されるものではない。好ましい粘土鉱物(クレイ)としては、水膨潤性のスメクタイトや雲母等の層状珪酸塩が挙げられる。より具体的には、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト、バイデライト、雲母、合成雲母などが挙げられる。より好ましい粘土鉱物(クレイ)としては、ヘクトライトが挙げられる。粘土鉱物(クレイ)は、市販のものをそのまま使用することもできる。
粘土鉱物(クレイ)の使用量としては、本発明のポリイオンデンドリマー１質量部に対して、１〜１００質量部、好ましくは１０〜１００質量部、より好ましくは１０〜５０質量部が挙げられる。

本発明のハイドロゲル材料として使用されるイオン性の側鎖を有する線状のポリマーとしては、線状ポリマーであって、側鎖にイオン性の基を有するものである。好ましいイオン性の側鎖を有する線状のポリマーとしては、ポリアクリル酸又はポリメタクリル酸のアルカリ金属塩が挙げられる。アルカリ金属塩としては、好ましくはナトリウム塩が挙げられる。好ましいポリマーとしては、ポリアクリル酸ナトリウムが挙げられる。
当該ポリマーの重合度には特に制限はないが、好ましい重合度としては１００〜２０００００、より好ましくは２０００〜１０００００、さらに好ましくは２００００〜１０００００や、重合度が２００００〜７００００のものが挙げられる。ポリアクリル酸ナトリウムとしては、市販のものをそのまま使用することもできる。
イオン性の側鎖を有する線状のポリマーの使用量としては、本発明のポリイオンデンドリマー１質量部に対して、０．１〜１０質量部、好ましくは０．１〜５質量部、より好ましくは０．１〜１質量部が挙げられる。

本発明のハイドロゲルの製造方法としては、本発明のハイドロゲルは従来の共有結合による架橋ゲルの製造の場合と異なり、重合反応や架橋反応が不要であり、構成成分をただ混合するだけでよい。すなわち、図１に示したように、まず、ポリアクリル酸ナトリウム（ＡＳＡＰ）（３ｍｇ）とクレイナノシート（１００ｍｇ）を水（５ｍｌ）中に投入すると透明な粘凋な液体となる（図１ｂ）。次いで第三世代のデンドロンを両末端に有するポリイオンデンドリマー（Ｇ３）（７．５ｍｇ）を加えて撹拌すると３分以内にハイドロゲルが生成する（図１ｃ）。ポリアクリル酸ナトリウムを用いない場合も同様な方法で容易にハイドロゲルを製造することができる。これらの具体的な製造例については、後述する実施例を参照されたい。

図１は、本発明の自己集積化によるハイドロゲルの製造例を模式図（図１の上段）とカラー写真（図１の下段）で示したものである。図１ａは、水中にクレイナノシートを混合した場合のものである。水中にクレイナノシートが懸濁している様子を模式的に示したものが図１ａであり、そのカラー写真がその下段に示されている。懸濁により水が少し濁っている様子が移されている。それに、ポリアクリル酸ナトリウム（ＡＳＡＰ）を混合した場合のものが、図１ｂであり、その下段がその写真である。ポリアクリル酸ナトリウム（ＡＳＡＰ）が、クレイナノシートに付着して、懸濁状態が緩和されている。
これに、さらに第三世代のデンドロンを両末端に有するポリイオンデンドリマー（Ｇ３）を混合してゲル化したものが図１ｃであり、その下段がその写真である。図１ｃの写真ではゲル化している様子を明確にするために瓶の上下が逆にされている。それを模式的に示したものが図１ｃの模式図である。それぞれ単独で存在していたクレイナノシートが、ポリイオンデンドリマー（Ｇ３）によりゲル化する様子を図１ｃが示している。

図２は、実施例１３で製造された２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ（ポリイオンデンドリマー（Ｇ３）、クレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)、及びポリアクリル酸ナトリウム（ＡＳＡＰ）を用いたハイドロゲル）の透過型電子顕微鏡像である。クレイのナノシートが相互に両末端がデンドロン化されたポリマーにより相互に結合されて互いにもつれ合いながら均一に分散している様子がわかる。

図３は、実施例９、実施例１０及び実施例１１で製造したハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１、Ｃｌａｙ−Ｇ２及びＣｌａｙ−Ｇ３のそれぞれについての、動的粘弾性を２５ｍｍの平行円盤を備えたＡＲＥＳ−ＲＦＳ レオメーター（ＴＡ インスツルメント社製）を用いて歪み一定（γ＝１％）の条件で測定した結果を示すものである。図３の縦軸は、貯蔵弾性率（Ｇ’）及び損失弾性率（Ｇ”）（Ｐａ）を示し、横軸は周波数（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示す。図３中の黒丸印（●）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ３の貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒四角印（■）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ２の貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒三角印（▲）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１の貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示す。白丸印（○）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ３の損失弾性率（Ｇ”）の周波数分散を示し、白四角印（□）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ２の損失弾性率（Ｇ”）の周波数分散を示し、白三角印（△）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１の損失弾性率（Ｇ”）の周波数分散を示す。
この結果、これらのハイドロゲルの貯蔵弾性率（Ｇ’）及び損失弾性率（Ｇ”）は周波数に依存しない平坦部を有しており、この領域でＧ’＞Ｇ”であって、擬固体状態のゲルの特徴を表していた。これらのハイドロゲルの強度をあらわすＧ’は、ハイドロゲルの製造に用いた両末端にデンドロン部を有するコア部がポリエチレングリコールのデンドロン部のグアニジンカチオンの濃度が同一であるにも拘わらず、該デンドロン部の世代が増加するに伴って上昇しており、デンドロン効果が示された。

図４は、実施例１７、実施例１８及び実施例１９で製造したアニオンポリマーを含有するハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１−ＡＳＡＰ、Ｃｌａｙ−Ｇ２−ＡＳＡＰ及びＣｌａｙ−Ｇ３−ＡＳＡＰのそれぞれについての、動的粘弾性を２５ｍｍの平行円盤を備えたＡＲＥＳ−ＲＦＳ レオメーター（ＴＡ インスツルメント社製）を用いて歪み一定（γ＝１％）の条件で測定した結果を示すものである。図４の縦軸は、貯蔵弾性率（Ｇ’）及び損失弾性率（Ｇ”）（Ｐａ）を示し、横軸は周波数（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示す。図４中の黒丸印（●）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ３−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒四角印（■）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ２−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒三角印（▲）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示す。白丸印（○）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ３−ＡＳＡＰの損失弾性率（Ｇ”）の周波数分散を示し、白四角印（□）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ２−ＡＳＡＰの損失弾性率（Ｇ”）の周波数分散を示し、白三角印（△）はハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１−ＡＳＡＰの損失弾性率（Ｇ”）の周波数分散を示す。
この結果、これらのハイドロゲルの強度についてもデンドリマー効果が認められるとともに、アニオンポリマーの添加による、ハイドロゲルの強度（Ｇ’）の上昇が認められた。

図５は、実施例５〜実施例８で製造したハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙ、３％Ｇ３−Ｃｌａｙ、４％Ｇ３−Ｃｌａｙ及び５％Ｇ３−Ｃｌａｙのそれぞれについての、動的粘弾性を２５ｍｍの平行円盤を備えたＡＲＥＳ−ＲＦＳ レオメーター（ＴＡ インスツルメント社製）を用いて歪み一定（γ＝１％）の条件で測定した結果を示すものである。図５の縦軸は、貯蔵弾性率（Ｇ’）（Ｐａ）を示し、横軸は周波数（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示す。図５中の黒四角印（■）はハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒丸印（●）はハイドロゲル４％Ｇ３−Ｃｌａｙの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒三角印（▲）はハイドロゲル３％Ｇ３−Ｃｌａｙの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒逆三角印（▼）はハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示す。
この結果、これらのハイドロゲルの強度（Ｇ’）は、クレイナノシートの濃度の上昇に伴い上昇し、５％Ｇ３−Ｃｌａｙでは０．１ＭＰａにまで上昇した。

図６は、実施例１２〜実施例１６で製造したハイドロゲル１％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ、２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ、３％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ、４％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ及び５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰのそれぞれについての、動的粘弾性を２５ｍｍの平行円盤を備えたＡＲＥＳ−ＲＦＳ レオメーター（ＴＡ インスツルメント社製）を用いて歪み一定（γ＝１％）の条件で測定した結果を示すものである。図６の縦軸は、貯蔵弾性率（Ｇ’）（Ｐａ）を示し、横軸は周波数（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示す。図６中の黒四角印（■）はハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒丸印（●）はハイドロゲル４％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒三角印（▲）はハイドロゲル３％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒逆三角印（▼）はハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、黒横向き三角印はハイドロゲル１％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示す。
この結果、これらのハイドロゲルの強度（Ｇ’）は、クレイナノシートの濃度の上昇に伴い上昇し、５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰでは０．５ＭＰａにまで上昇した。

図７は、実施例１６で製造したハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰについての、動的粘弾性を２５ｍｍの平行円盤を備えたＡＲＥＳ−ＲＦＳ レオメーター（ＴＡ インスツルメント社製）を用いて歪み一定（γ＝１％）の条件で測定した結果を示すものである。図７の縦軸は、貯蔵弾性率（Ｇ’）及び損失弾性率（Ｇ”）（Ｐａ）を示し、横軸は周波数（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示す。図７中の濃い黒丸印（●）はハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）の周波数分散を示し、薄い黒丸印（○）はハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの損失弾性率（Ｇ”）の周波数分散を示す。
この結果、低歪み条件下では５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰは０．５ＭＰａの貯蔵弾性率（Ｇ’）を有する擬固体ゲルであるが、限界歪み（γ＝９％）を超えるとＧ’が急激に低下し、ゲルが破壊されて擬液体状態になることがわかった。

図８は、実施例１６で製造したハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの動的粘弾性測定を２５ｍｍの平行円盤を備えたＡＲＥＳ−ＲＦＳ レオメーター（ＴＡ インスツルメント社製）を用いて行い、図８に示す結果を得た。図８の縦軸は、貯蔵弾性率（Ｇ’）及び損失弾性率（Ｇ”）（Ｐａ）を示し、横軸は時間（秒）を示す。図８中の濃い実線（原図は濃紺の線）はハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの貯蔵弾性率（Ｇ’）を示し、薄い実線（原図は水色の線）はハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの損失弾性率（Ｇ”）を示す。
この結果、周波数（ω）６ｒａｄ／ｓ（１Ｈｚ）、歪み（γ）０．１％の条件で貯蔵弾性率（Ｇ’）が約０．５ＭＰａであり、さらに損失正接（ｔａｎδ＝Ｇ”／Ｇ’）が約０．４〜０．５である擬固体性を示す値であった（図８）。このゲルに同じ周波数６ｒａｄ／ｓを保持したまま、歪みを１００％適用した際の貯蔵弾性率（Ｇ’）は５ＫＰａ程度まで減少し、損失正接（ｔａｎδ）が３〜４の擬液体性を示す値となった。さらに３００秒間連続で１００％歪負荷を与え続けた直後、再び歪みを０．１％に戻して動的粘弾性を測定したところ、貯蔵弾性率（Ｇ’）は直ちに０．５ＭＰａに回復した。さらにこの高速復帰挙動には繰り返し特性があり、連続して低歪負荷（０．１％）と高歪負荷（１００％）のサイクルを３回繰り返しても、高速弾性率復帰挙動は損なわれなかった。この結果から本発明のハイドロゲルは特異な高速回復挙動を持つことがわかる。同様な挙動を示すハイドロゲルがこれまでにも報告されているが、本発明のハイドロゲルの低歪み条件下での貯蔵弾性率（０．５ＭＰａ）はオリゴメリックエレクトロライトハイドロゲル（前記の非特許文献９）より１桁以上高く、またコポリペプチドハイドロゲル（前記の非特許文献１０）より２〜３桁高く、さらにピリジン等の複素環式化合物から形成される第４級アンモニウムカチオンを含むイオン性有機化合物からなるハイドロゲル（前記の特許文献８）と比べても２桁近く高い値である。
以上により本発明のハイドロゲルが高度な自己修復性を持つことが示された。

図９は、実施例２７、実施例２８及び実施例２９で製造したミオグロビン（Ｍｂ）を含有したハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ、Ｇ１−Ｃｌａｙ−Ｍｂ及びＧ２−Ｃｌａｙ−Ｍｂについてそれぞれ、１５０００ｒｐｍで遠心分離し、分離した水中のミオグロビンの濃度を４０５ｎｍのソーレバンドの吸収を用いて分析しミオグロビンの脱離率を算定した(1st release)結果のグラフ、並びに、次いで脱水したハイドロゲルを水で処理した後、再度１５０００ｒｐｍで遠心分離し、分離した水中のミオグロビンの濃度から２回目のミオグロビンの脱離率を算定した(2nd release)結果を示すグラフである。図９の縦軸はミオグロビンの脱離率（％）を示す。横軸は左側から、Ｇ１−Ｃｌａｙ−Ｍｂ（Ｇ１）の場合、Ｇ２−Ｃｌａｙ−Ｍｂ（Ｇ２）の場合、及びＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ（Ｇ３）の場合をそれぞれ示す。それぞれのハイドロゲルにおける左側は1st releaseの結果を示し、右側は2nd releaseの結果を示す。
この結果、脱離するミオグロビンの量はわずかであり、両末端にデンドロン基を有するポリマーのデンドロン基の世代が高くなるほど脱離率が急激に少なくなることがわかった。

図１０は、実施例２７、実施例３０、実施例３１及び実施例３２のハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＢＳＡ、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂ及びＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−ＢＳＡのそれぞれを、１５０００ｒｐｍで遠心分離し、分離した水中のミオグロビン又はアルブミンの濃度を４０５ｎｍ又は２８０ｎｍのソーレバンドの吸収を用いて分析しミオグロビン又はアルブミンのそれぞれの脱離率を算定した結果を示すグラフである。図１０の縦軸はタンパク質の脱離率（％）を示す。横軸は左側から、Ｇ３−Ｃｌａｙの場合、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの場合をそれぞれ示す。それぞれのハイドロゲルにおける左側はミオグロビン（Ｍｂ）の場合を示し、右側はアルブミン（ＢＳＡ）の場合を示す。
この結果、ミオグロビンの脱離率及びアルブミンの脱離率はいずれも５％以下であった。

図１１は、ミオグロビンの濃度が０．５μＭの濃度になるように実施例２７及び実施例３１のハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ及びＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂをそれぞれ用いて、ミオグロビンの活性を調べた結果を示すグラフである。比較のため、Ｃｌａｙ−Ｍｂ、ＡＳＡＰ−Ｍｂ及びＧ３−Ｍｂのそれぞれについても同様の測定を行った結果を示す。図１１の縦軸はミオグロビンの比活性（％）を示す。横軸の左側から、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂの場合、Ｇ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂの場合、Ｇ３−Ｍｂの場合、Ｃｌａｙ−Ｍｂの場合、ＡＳＡＰ−Ｍｂの場合を示す。
この結果、Ｃｌａｙ−Ｍｂ及びＡＳＡＰ−Ｍｂの系でのミオグロビンは遊離のミオグロビンのそれぞれ９８％及び９６％の活性を示し、クレイナノシート及びＡＳＡＰはミオグロビンの活性に影響を及ぼさないことがわかるが、Ｇ３−Ｍｂの系ではミオグロビンの活性が遊離のミオグロビンの活性の３５％しかなかった。この系でのミオグロビンの活性の大幅な低下はＧ３のグアニジン基（５００μＭ）がミオグロビン（５μＭ）に対して大過剰に存在するためにグアニジン基がミオグロビンの活性に大きな影響を及ぼしたものと考えられる。
これに対して、Ｇ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ及びＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂの系ではグアニジン基の大部分はクレイナノシートの表面に補足されていると考えられるので、このような影響は極めて少なくなった。即ち、本発明のハイドロゲルはカチオン性の基を多数有しているが、これらのカチオン性の基はクレイナノシートの表面に補足され、生理活性タンパク質の活性には大きな影響を与えないことがわかった。
なお、Ｇ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂの系でのミオグロビンの活性はＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂでのミオグロビンに比べてやや高い活性を示したが、これは、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰのゲルの強度がＧ３−Ｃｌａｙの強度より強く、ハイドロゲルの構造がＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂの場合にはＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂの場合に比べてやや緩いため拡散しやすいというためと考えられる。

図１２は、ハート型の５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰハイドロゲルを製造し、このハイドロゲルをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中に浸漬した場合、及びこのゲルを乾燥させた場合の形状をカラー写真で示したものである。図１２のａは、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰハイドロゲルであり、図１２のｂはＴＨＦに浸漬後のゲルであり、図１２のｃは乾燥させたゲルである。
通常の物理的に架橋されたハイドロゲルはＴＨＦに浸漬すると形状が破壊されるが、本発明のハイドロゲルは図１２ｂに示したようにハート型の形状を維持していた。更にこのゲルを乾燥させると全体的に収縮するものの、図１２ｃに示したようにハート型の形状は維持されていた。この乾燥ゲルは水中に投入すると図１２ａに示すハート型のハイドロゲルに再生された。

このように、本発明は、コア部にポリアルキレングリコール等の親水性の線状ポリマーを有し、該線状ポリマーの両末端をポリエステルでデンドロン化し、デンドロン表面にグアニジン基等のカチオン性の基を多数擁するポリイオンデンドリマー、及びナノシート構造を有する粘土鉱物(クレイ)からなる新規なハイドロゲル材料を提供するものである。
本発明のポリイオンデンドリマーが静電気的な相互作用及び水素結合等を介してナノシート構造を有する粘土鉱物(クレイ)の表面と結合してできる複合体よりなる本発明のハイドロゲルは、水分含有量が高く(少なくとも９４％)、強度の高い透明なハイドロゲルであり、かつ自己修復性があり、形状維持性があり、そして、生理活性や酵素活性のあるタンパク質等を該タンパク質の性質を変えずに保持できるという特徴を有している。
したがって、本発明のハイドロゲルは、従来のハイドロゲルの用途のみならず、医薬、食品、化粧品、衛生用品など広範囲の産業分野において極めて有用なものである。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

次に示す反応式にしたがって、Ｇ１−ＯＨ、Ｇ２−ＯＨ及びＧ３−ＯＨを製造した。

表面部として水酸基、分岐鎖としてポリエステル基、コア部としてポリエチレングリコール基を有するビスデンドリマーである化合物７（Ｇ１−ＯＨ）、その２世代の化合物９（Ｇ２−ＯＨ）、及びその３世代の化合物１１（Ｇ３−ＯＨ）を、文献（非特許文献８ H. Ihre, O. L. Padilla De Jesus, J. M. J. Frechet, J. Am. Chem. Soc. 123, 5908 (2001).）に記載の方法により製造した。

化合物７（Ｇ１−ＯＨ）のＮＭＲとＭＳのデータ：
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.09 (s, 6), 3.64 (bs, 〜1200), 4.32 (t, 4, J=5.0).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１０８７９．
化合物９（Ｇ２−ＯＨ）のＮＭＲとＭＳのデータ：
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.05 (s, 12), 1.29 (s, 6), 3.36 (t, 10, J=4.8),
3.64 (bs,〜1200),4.32 (m, 8), 4.40 (d, 4, J=11.1).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１１４７６．
化合物１１（Ｇ３−ＯＨ）のＮＭＲとＭＳのデータ：
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.05 (s, 24), 1.28 (s, 18), 3.28 (t, 5, J=5.8),
3.35 (t, 5, J=5.8), 3.50 (t, 6, J=5.8),
3.64 (bs,〜1200), 3.78 (m, 25), 4.28 (m, 20).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１２６２０．

次の反応式にしたがって、Ｇ１を製造した。

（１）化合物１３（Ｇ１−ＮＨ（Ｂｏｃ））の製造
化合物７（Ｇ１−ＯＨ）１．０ｇ（０．０９ｍｍｏｌ，１当量）を５．０ｍＬのジクロロメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）に溶解させ、０．２５ｍＬのピリジンと４−ニトロフェニルクロロホルメイト０．４０ｇ（２．０ｍｍｏｌ，２２当量）を加え、室温で２２時間撹拌して反応させた。反応液をジエチルエーテルに注ぎ、生成した化合物１２を沈殿させて精製した。化合物１２を６．０ｍＬのベンゼンに溶解させ、４−（ジメチルアミノ）ピリジン（ＤＭＡＰ）０．０７ｇ（０．５１ｍｍｏｌ，５．７当量）とｔｅｒｔ−ブチル２−（２−（２−アミノエトキシ）エトキシ）エチルカルバメイト０．３５ｇを加えて、室温で１２時間撹拌して反応させた。反応液をジエチルエーテルに注いで、化合物１３を０．８ｇの白色の固体として得た（收率６８％）。
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.20 (s, 6), 1.04 (s, 6), 1.42 (s, 36),
3.64 (bs, 〜1200), 4.19 (t, 8, J=5.0).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１１６８４．

（２）化合物１５（Ｇ１−Ｇｄｎ（Ｂｏｃ））の製造
０．３ｇの化合物１３をトリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）とジクロロメタン１：１の混合溶媒１ｍＬに溶かし、室温で５時間撹拌して保護基を外した。ついで反応液をジエチルエーテルに注ぎ化合物１４を沈殿物として得た。こうして得た化合物１４を８ｍＬのジクロロメタンに溶かし、０．５０ｍＬのトリエチルアミンと５０ｍｇのＮ，Ｎ’−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルオキシカルボニル）−Ｎ”−トリフルオロメタンスルホニルグアニジンを加え、室温で８時間撹拌し反応させた。反応液をジエチルエーテルに注いで、化合物１５を０．２２ｇの白色の固体として得た（收率６２％）。
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.20 (s, 6), 1.48 (s, 72), 3.64 (bs, 〜1200),
4.19 (t, 8, J=5.0).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１１８６３．

（３）化合物１（Ｇ１(溶液)）の製造
０．０３２ｇの化合物１５を、トリフルオロ酢酸とジクロロメタンの混合溶媒（１：１）０．５０ｍＬに溶かし、室温で６時間撹拌して保護基を外し、化合物１（Ｇ１）を得た。反応はＮＭＲで追跡し、１．４８のシグナルが完全に消滅して、化合物１５の保護基が外れたのを確認した。反応液は高真空下で溶媒と副生物を除去した後、１．０ｍＬの純水を加えて３重量％のＧ１水溶液として、ハイドロゲルの製造にそのままに用いた。

次の反応式にしたがって、Ｇ２を製造した。

（１）化合物１７（Ｇ２−ＮＨ（Ｂｏｃ））の製造
化合物９（Ｇ２−ＯＨ）１．０ｇ（０．０９ｍｍｏｌ，１当量）を５．０ｍＬのジクロロメタンに溶解させ、０．２５ｍＬのピリジンと４−ニトロフェニルクロロホルメイト０．８０ｇ（４．０ｍｍｏｌ，４４当量）を加え、室温で１２時間撹拌して反応させた。反応液をジエチルエーテルに注ぎ、生成した化合物１６を沈殿させて精製した。化合物１６を６．０ｍＬのベンゼンに溶解させ、４−（ジメチルアミノ）ピリジン（ＤＭＡＰ）０．１４ｇ（１．０２ｍｍｏｌ，１１．４当量）とｔｅｒｔ−ブチル２−（２−（２−アミノエトキシ）エトキシ）エチルカルバメイト０．７０ｇを加えて、室温で１２時間撹拌して反応させた。反応液をジエチルエーテルに注いで、化合物１７を０．７１ｇの白色の固体として得た（收率５５％）。
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.17 (s, 12), 1.24 (s, 6), 1.42 (s, 72),
3.64 (bs,〜1200), 4.16 (t, 16, J=5.0).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１２５４２．

（２）化合物１９（Ｇ２−Ｇｄｎ（Ｂｏｃ））の製造
０．３ｇの化合物１７をトリフルオロ酢酸とジクロロメタン１：１の混合溶媒２ｍＬに溶かし、室温で５時間撹拌して保護基を外した。ついで反応液をジエチルエーテルに注ぎ化合物１８を沈殿物として得た。こうして得た化合物１８を８．０ｍＬのジクロロメタンに溶かし、１．０ｍＬのトリエチルアミンと０．１０ｇのＮ，Ｎ’―ジ（ｔｅｒｔ―ブチルオキシカルボニル）−Ｎ”−トリフルオロメタンスルホニルグアニジンを加え、室温で８時間撹拌し反応させた。反応液をジエチルエーテルに注いで、化合物１９を０．１８ｇの白色の固体として得た（収率５８％）。
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.16 (s, 12), 1.24 (s, 6), 1.47 (s, 144),
3.64 (bs, 〜1200), 4.16 (t, 16, J=5.0).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１２８９６．

（３）化合物２（Ｇ２(溶液)）の製造
０．０３４ｇの化合物１９を、トリフルオロ酢酸とジクロロメタンの混合溶媒（１：１）０．５０ｍＬに溶かし、室温で６時間撹拌して化合物１９の保護基を外し、化合物２（Ｇ２）を得た。反応はＮＭＲで追跡し、１．４７のシグナルが完全に消滅して、保護基が外れたのを確認した。反応液は高真空下で溶媒と副生物を除去した後、１．０ｍＬの純水を加えて３重量％のＧ２水溶液として、ハイドロゲルの製造にそのまま用いた。

次の反応式にしたがって、Ｇ３を製造した。

（１）化合物２１（Ｇ３−ＮＨ（Ｂｏｃ））の製造
化合物１１（Ｇ３−ＯＨ）１．０ｇ（０．０８ｍｍｏｌ，１当量）を５．０ｍＬのジクロロメタンに溶解させ、１．０ｍＬのピリジンと４−ニトロフェニルクロロホルメイト１．６ｇ（８．０ｍｍｏｌ，１００当量）を加え、室温で１２時間撹拌して反応させた。反応液をジエチルエーテルに注ぎ、生成した化合物２０を沈殿させて精製した。化合物２０を６．０ｍＬのベンゼンに溶解させ、４−（ジメチルアミノ）ピリジン０．２９ｇ（２．１２ｍｍｏｌ，２６当量）とｔｅｒｔ−ブチル２−（２−（２−アミノエトキシ）エトキシ）エチルカルバメイト１．４ｇを加えて、室温で１２時間撹拌して反応させた。反応液をジエチルエーテルに注いで、化合物２１を０．８３ｇの白色の固体として得た（收率５８％）。
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.17 (s, 24), 1.23 (s, 18), 1.42 (s, 144),
3.64 (bs, 〜1200), 4.16 (t, 32, J=5.0).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１３５３５．

（２）化合物２３（Ｇ３−Ｇｄｎ（Ｂｏｃ））の製造
０．３ｇの化合物２１をトリフルオロ酢酸とジクロロメタン１：１の混合溶媒４ｍＬに溶かし、室温で５時間撹拌して保護基を外した。ついで反応液をジエチルエーテルに注ぎ化合物２２を沈殿物として得た。こうして得た化合物２２を８．０ｍＬのジクロロメタンに溶かし、１．５ｍＬのトリエチルアミンと０．２０ｇのＮ，Ｎ’−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルオキシカルボニル）−Ｎ”−トリフルオロメタンスルホニルグアニジンを加え、室温で８時間撹拌し反応させた。反応液をジエチルエーテルに注いで、化合物２９を０．２１ｇの白色の固体として得た（收率５９％）。
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ：
1.16 (s, 24), 1.21 (s, 18), 1.47 (s, 288),
3.64 (bs, 〜1200), 4.14 (t, 32, J=5.0).
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ：［Ｍ］^＋＝１４１０６．

（３）化合物３（Ｇ３(溶液)）の製造
０．０３６ｇの化合物２３を、トリフルオロ酢酸とジクロロメタンの混合溶媒（１：１）０．５０ｍＬに溶かし、室温で６時間撹拌して保護基を外し、化合物３（Ｇ３）を得た。反応はＮＭＲで追跡し、１．４７のシグナルが完全に消滅して、保護基が外れたのを確認した。反応液は高真空下で溶媒と副生物を除去した後、１．０ｍＬの純水を加えて３重量％のＧ３水溶液として、ハイドロゲルの製造にそのまま用いた。

自己集積化によるハイドロゲル（２％Ｇ３−Ｃｌａｙ）の製造
実施例４で製造した３重量％のＧ３水溶液を純水で希釈して０．１５％のＧ３水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)（ヘクトライト）を２重量％となるように加えて撹拌した。撹拌初期には透明な溶液となったが、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルを２％Ｇ３−Ｃｌａｙと命名する。このゲルの含水率は９７．９％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（３％Ｇ３−Ｃｌａｙ）の製造
実施例４で製造した３重量％のＧ３水溶液を純水で希釈して０．２３％のＧ３水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を３重量％となるように加えて撹拌した。撹拌初期には透明な溶液となったが、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルを３％Ｇ３−Ｃｌａｙと命名する。このゲルの含水率は９６．３％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（４％Ｇ３−Ｃｌａｙ）の製造
実施例５で製造したハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙをクレイナノシートの濃度が４％となるように８０℃で脱水してハイドロゲルを製造した。このハイドロゲルを４％Ｇ３−Ｃｌａｙと命名する。このゲルの含水量は９５．７％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（５％Ｇ３−Ｃｌａｙ）の製造
実施例５で製造したハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙをクレイナノシートの濃度が５％となるように８０℃で脱水してハイドロゲルを製造した。このハイドロゲルを５％Ｇ３−Ｃｌａｙと命名する。このゲルの含水率は９４．６％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（Ｃｌａｙ−Ｇ１）の製造
実施例２で製造した３重量％のＧ１水溶液を純水で希釈して０．１５％のＧ１水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を２重量％となるように加えて撹拌した。撹拌初期には透明な溶液となったが、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルのグアニジン基の濃度は０．５ｍＭであった。このハイドロゲルをＣｌａｙ−Ｇ１と命名する。このゲルの含水率は９７．９％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（Ｃｌａｙ−Ｇ２）の製造
両末端をデンドロン化したポリエチレングリコールのデンドロン部の世代効果を見るために、実施例３で製造した３重量％のＧ２水溶液を純水で希釈して、ハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように、０．０７８％のＧ２水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を２重量％となるように加えて撹拌した。撹拌初期には透明な溶液となったが、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルをＣｌａｙ−Ｇ２と命名する。このゲルの含水率は９７．９％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（Ｃｌａｙ−Ｇ３）の製造
両末端をデンドロン化したポリエチレングリコールのデンドロン部の世代効果を見るために、実施例４で製造した３重量％のＧ３水溶液を純水で希釈して、ハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように、０．０４３％のＧ３水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を２重量％となるように加えて撹拌した。撹拌初期には透明な溶液となったが、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルをＣｌａｙ−Ｇ３と命名する。このゲルの含水率は９８．０％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（１％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ）の製造
０．０３重量％のポリアクリル酸ナトリウム（ＡＳＡＰ）（和光純薬工業株式会社のポリアクリル酸ナトリウム 重合度22,000〜70,000 high viscosity (カタログ番号196−02955)）と１重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。該粘凋液にＧ３を０．０７５％になるように加え、撹拌したところ、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルを１％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９８．９％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ）の製造
０．０６重量％のＡＳＡＰと２重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。該粘凋液にＧ３を０．１５％になるように加え、撹拌したところ、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルを２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９７．８％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（３％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ）の製造
０．０９重量％のＡＳＡＰと３重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。該粘凋液にＧ３を０．２３％になるように加え、撹拌したところ、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルを３％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９６．７％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（４％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ）の製造
実施例１３で製造したハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰを、クレイナノシートの濃度が４％となるように８０℃で脱水してハイドロゲルを製造した。このハイドロゲルを４％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９５．６％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ）の製造
実施例１３で製造したハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰを、クレイナノシートの濃度が５％となるように８０℃で脱水してハイドロゲルを製造した。このハイドロゲルを５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９４．５％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（Ｃｌａｙ−Ｇ１−ＡＳＡＰ）の製造
０．０６重量％のＡＳＡＰと２重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。該粘凋液にＧ１を０．１５％になるように加え、撹拌したところ、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルのグアニジン基の濃度は０．５ｍＭであった。このハイドロゲルをＣｌａｙ−Ｇ１−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９７．８％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（Ｃｌａｙ−Ｇ２−ＡＳＡＰ）の製造
０．０６重量％のＡＳＡＰと２重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。両末端をデンドロン化したポリエチレングリコールのデンドロン部の世代効果を見るために、該粘凋液にハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように０．０７８％のＧ２を加え、撹拌したところ、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルをＣｌａｙ−Ｇ２−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９７．９％であった。

自己集積化によるハイドロゲル（Ｃｌａｙ−Ｇ３−ＡＳＡＰ）の製造
０．０６重量％のＡＳＡＰと２重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。両末端をデンドロン化したポリエチレングリコールのデンドロン部の世代効果を見るために、該粘凋液にハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように０．０４３％のＧ３を加え、撹拌したところ、５分以内にハイドロゲルとなった。このハイドロゲルをＣｌａｙ−Ｇ３−ＡＳＡＰと命名する。このゲルの含水率は９７．９％であった。

実施例１３のハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰを５マイクロリットル秤量し、水分の蒸発を防ぐために湿度を９７〜９９％に保った恒温恒湿糟中で多孔性のカーボングリッド(Lacey-substrate-Ted Pella Ltd.)上に展開して薄膜を製造した。余分な液を濾紙で２〜３秒間処理して除去した後、この薄膜を直ちに液体窒素で冷却した液化エタンに浸漬して固化させ、クライオトランスファーデバイスを用いて Gatan 626 cryoholder に移し、透過型電子顕微鏡(JEOL JEM-2010, 120kV)でSC 1000 CCD カメラ (Gatan, Inc.)を用いて撮影し、図２に示すＴＥＭ像を得た。図２から、クレイのナノシートが相互に両末端がデンドロン化されたポリマーにより相互に結合されて互いにもつれ合いながら均一に分散している様子がわかる。

粘弾性の測定−デンドリマー効果
実施例９、実施例１０及び実施例１１で製造したハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１、Ｃｌａｙ−Ｇ２及びＣｌａｙ−Ｇ３の動的粘弾性を２５ｍｍの平行円盤を備えたＡＲＥＳ−ＲＦＳ レオメーター（ＴＡ インスツルメント社製）を用いて歪み一定（γ＝１％）の条件で測定し、図３に示す周波数分散を得た。これらのハイドロゲルの貯蔵弾性率（Ｇ’）及び損失弾性率（Ｇ”）は周波数に依存しない平坦部を有しており、この領域でＧ’＞Ｇ”であって、擬固体状態のゲルの特徴を表していた。これらのハイドロゲルの強度をあらわすＧ’は、ハイドロゲルの製造に用いた両末端にデンドロン部を有するポリエチレングリコールのデンドロン部のグアニジンカチオンの濃度が同一であるにも拘わらず、該デンドロン部の世代が増加するに伴って上昇しており、デンドロン効果を示している。

粘弾性の測定−デンドリマー効果
実施例１７，実施例１８及び実施例１９で製造したアニオンポリマーを含むハイドロゲルＣｌａｙ−Ｇ１−ＡＳＡＰ、Ｃｌａｙ−Ｇ２−ＡＳＡＰ、及びＣｌａｙ−Ｇ３−ＡＳＡＰを用いた以外は実施例２１と同様の測定を行い、図４に示す結果を得た。これらのハイドロゲルの強度についてもデンドリマー効果が認められるとともに、アニオンポリマーの添加による、ハイドロゲルの強度（Ｇ’）の上昇が認められた。

粘弾性の測定―クレイナノシートの効果
実施例５〜実施例８で製造した、ハイドロゲル２％Ｇ３−Ｃｌａｙ、３％Ｇ３−Ｃｌａｙ、４％Ｇ３−Ｃｌａｙ、及び５％Ｇ３−Ｃｌａｙを用いた以外は実施例２１と同様に粘弾性の測定を行い、図５に示す結果を得た。これらのハイドロゲルの強度（Ｇ’）は、クレイナノシートの濃度の上昇に伴い上昇し、５％Ｇ３−Ｃｌａｙでは０．１ＭＰａにまで上昇した。

粘弾性の測定−クレイナノシートの効果
実施例１２〜実施例１６で製造したハイドロゲル１％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ、２％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ、３％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ、４％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ、及び５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰを用いた以外は実施例２１と同様に粘弾性の測定を行い、図６に示す結果を得た。これらのハイドロゲルの強度（Ｇ’）は、クレイナノシートの濃度の上昇に伴い上昇し、５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰでは０．５ＭＰａにまで上昇した。

粘弾性の測定−歪み依存性
実施例１６で製造したハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰを用いて、実施例２１と同じ装置で粘弾性測定を行い、歪み依存性を評価し、図７に示す結果を得た。低歪み条件下では５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰは０．５ＭＰａの貯蔵弾性率（Ｇ’）を有する擬固体ゲルであるが、限界歪み（γ＝９％）を超えるとＧ’が急激に低下し、ゲルが破壊されて擬液体状態になることがわかる。

弾性の測定−高速粘弾性回復特性−自己修復性
実施例１６で製造したハイドロゲル５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰの動的粘弾性測定を実施例２１と同じ装置を用いて行い、図８に示す結果を得た。周波数（ω）６ｒａｄ／ｓ（１Ｈｚ）、歪み（γ）０．１％の条件で貯蔵弾性率（Ｇ’）が約０．５ＭＰａであり、さらに損失正接（ｔａｎδ＝Ｇ”／Ｇ’）が約０．４〜０．５である擬固体性を示す値であった（図８参照）。このゲルに同じ周波数６ｒａｄ／ｓを保持したまま、歪みを１００％適用した際の貯蔵弾性率（Ｇ’）は５ＫＰａ程度まで減少し、損失正接（ｔａｎδ）が３〜４の擬液体性を示す値となった。さらに３００秒間連続で１００％歪負荷を与え続けた直後、再び歪みを０．１％に戻して動的粘弾性を測定したところ、貯蔵弾性率（Ｇ’）は直ちに０．５ＭＰａに回復した。さらにこの高速復帰挙動には繰り返し特性があり、連続して低歪負荷（０．１％）と高歪負荷（１００％）のサイクルを３回繰り返しても、高速弾性率復帰挙動は損なわれなかった。この結果から本発明のハイドロゲルは特異な高速回復挙動を持つことがわかる。同様な挙動を示すハイドロゲルがこれまでにも報告されているが、本発明のハイドロゲルの低歪み条件下での貯蔵弾性率（０．５ＭＰａ）はオリゴメリックエレクトロライトハイドロゲル（非特許文献９（Yoshida, M., Koumura, N., Misawa, Y., Tamaoki, N., Matsumoto, H., Kawanami, H., Kazaoui, S., Minami, N. Oligomeric electrolyte as a multifunctional gelator J. Am. Chem. Soc. 129, 11039-11041 (2007).））より１桁以上高く、またコポリペプチドハイドロゲル（非特許文献１０（Nowak, A. P., Breedveld, V., Pakstis, L., Bulent, O., Pine, D. J., Pochan, D., Deming, T. J. Rapid recovering hydrogel scafflds from self-assembling diblock copolypeptide amphiphiles Nature 417, 424-428 (2002).））より２〜３桁高く、
さらにピリジン等の複素環式化合物から形成される第４級アンモニウムカチオンを含むイオン性有機化合物からなるハイドロゲル（特許文献１（WO2006/082768））と比べても２桁近く高い値である。
以上により本発明のハイドロゲルが高度な自己修復性を持つことが示された。

ミオグロビンを含有するハイドロゲルの製造
実施例４で製造した３重量％のＧ３水溶液を純水で希釈して、ハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように、０．０４３％のＧ３水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を２重量％となるように加えた。次いでミオグロビン（Ｍｂ）の濃度が５μＭとなるようにミオグロビンを加えて撹拌したところ、ハイドロゲルが生成した。このハイドロゲルをＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂと命名する。紫外可視分光光度計でこのゲルを分析したところ、４０５ｎｍにミオグロビンのソーレバンドに基づく吸収を有しており、この吸収は遊離のミオグロビンのソーレバンドと同じ波長であった。このことから、ミオグロビンはハイドロゲル中に取り込まれても構造上の変化がないことがわかる。

ミオグロビンを含有するハイドロゲルの製造
実施例２で製造した３重量％のＧ１水溶液を純水で希釈してハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように、０．１５％のＧ１水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を２重量％となるように加えた。次いでミオグロビン（Ｍｂ）の濃度が５μＭとなるようにミオグロビンを加えて撹拌したところ、ハイドロゲルが生成した。このハイドロゲルをＧ１−Ｃｌａｙ−Ｍｂと命名する。紫外可視分光光度計でこのゲルを分析したところ、４０５ｎｍにミオグロビンのソーレバンドに基づく吸収を有しており、この吸収は遊離のミオグロビンのソーレバンドと同じ波長であった。このことから、ミオグロビンはハイドロゲル中に取り込まれても構造上の変化がないことがわかる。

ミオグロビンを含有するハイドロゲルの製造
実施例３で製造した３重量％のＧ２水溶液を純水で希釈して、ハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように、０．０７８％のＧ２水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を２重量％となるように加えた。次いでミオグロビン（Ｍｂ）の濃度が５μＭとなるようにミオグロビンを加えて撹拌したところ、ハイドロゲルが生成した。このハイドロゲルをＧ２−Ｃｌａｙ−Ｍｂと命名する。紫外可視分光光度計でこのゲルを分析したところ、４０５ｎｍにミオグロビンのソーレバンドに基づく吸収を有しており、この吸収は遊離のミオグロビンのソーレバンドと同じ波長であった。このことから、ミオグロビンはハイドロゲル中に取り込まれても構造上の変化がないことがわかる。

アルブミンを含有するハイドロゲルの製造
実施例４で製造した３重量％のＧ３水溶液を純水で希釈して、ハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように、０．０４３％のＧ３水溶液とし、該水溶液にクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を２重量％となるように加えた。次いでアルブミン（ＢＳＡ）の濃度が３μＭとなるようにアルブミンを加えて撹拌したところ、ハイドロゲルが生成した。このハイドロゲルをＧ３−Ｃｌａｙ−ＢＳＡと命名する。紫外可視分光光度計でこのゲルを分析したところ、２８０ｎｍにアルブミンのソーレバンドに基づく吸収を有しており、この吸収は遊離のアルブミンのソーレバンドと同じ波長であった。このことから、アルブミンはハイドロゲル中に取り込まれても構造上の変化がないことがわかる。

ミオグロビンを含有するハイドロゲルの製造
０．０６重量％のＡＳＡＰと２重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。該粘凋液にハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように０．０４３％のＧ３を加えた。次いでミオグロビン（Ｍｂ）の濃度が５μＭとなるようにミオグロビンを加えて撹拌したところ、ハイドロゲルが生成した。このハイドロゲルをＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂと命名する。紫外可視分光光度計でこのゲルを分析したところ、４０５ｎｍにミオグロビンのソーレバンドに基づく吸収を有しており、この吸収は遊離のミオグロビンのソーレバンドと同じ波長であった。このことから、ミオグロビンはハイドロゲル中に取り込まれても構造上の変化がないことがわかる。

アルブミンを含有するハイドロゲルの製造
０．０６重量％のＡＳＡＰと２重量％のクレイナノシート(ROCKWOOD社製LAPONITE XLG)を含有する水溶液を撹拌して透明な粘凋液を得た。該粘凋液にハイドロゲル中のグアニジン基の濃度が０．５ｍＭとなるように０．０４３％のＧ３を加えた。次いでアルブミン（ＢＳＡ）の濃度が３μＭとなるようにアルブミンを加えて撹拌したところ、ハイドロゲルが生成した。このハイドロゲルをＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−ＢＳＡと命名する。紫外可視分光光度計でこのゲルを分析したところ、２８０ｎｍにアルブミンのソーレバンドに基づく吸収を有しており、この吸収は遊離のアルブミンのソーレバンドと同じ波長であった。このことから、アルブミンはハイドロゲル中に取り込まれても構造上の変化がないことがわかる。

ミオグロビンを含有するハイドロゲルからのミオグロビンの脱離
実施例２７で製造したハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂを１５０００ｒｐｍで遠心分離し、分離した水中のミオグロビンの濃度を４０５ｎｍのソーレバンドの吸収を用いて分析しミオグロビンの脱離率を算定した(1st release)。ついで脱水したハイドロゲルを水で処理した後、再度１５０００ｒｐｍで遠心分離し、分離した水中のミオグロビンの濃度から２回目のミオグロビンの脱離率(2nd release)を算定した。実施例２８及び実施例２９で製造したハイドロゲルＧ１−Ｃｌａｙ−Ｍｂ及びＧ２−Ｃｌａｙ−Ｍｂについても同様の測定を行い、図９に示す結果を得た。図９より脱離するミオグロビンの量はわずかであり、両末端にデンドロン基を有するポリマーのデンドロン基の世代が高くなるほど脱離率が少なくなることがわかる。

種々のタンパク質を含有するハイドロゲルからのタンパク質の脱離
実施例２７、実施例３０、実施例３１及び実施例３２のハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＢＳＡ、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂ及びＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−ＢＳＡをそれぞれ１５０００ｒｐｍで遠心分離し、分離した水中のミオグロビン又はアルブミンの濃度を４０５ｎｍ又は２８０ｎｍのソーレバンドの吸収を用いて分析しミオグロビン又はアルブミンの脱離率を算定し、図８に示した結果を得た。ミオグロビンの脱離率及びアルブミンの脱離率はいずれも５％以下であった。

ハイドロゲルに取り込まれたミオグロビンの活性
ミオグロビンは過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）によるオルソフェニレンジアミン(o-phenylenediamine（ＯＰＤ）)の酸化反応の触媒となることが知られているので、この反応をモデル反応として、ハイドロゲルに取り込まれたミオグロビンがオルソフェニレンジアミンの酸化反応活性を維持しているかを検討した。２５．０ｍＭのＨ_２Ｏ_２と１０．０ｍＭのＯＰＤを含有する水溶液にミオグロビンを０．５μＭの濃度になるように加えて、反応生成物である２，３−ジアミノ−５，１０−ジヒドロフェナジン(2,3-diamino-5,10-dihydrophenazine)の４２０nmの吸収（ε_{４２０ｎｍ}＝１６３００Ｍ^−１．ｃｍ^−１）の増加を１０秒間隔で３分間追跡し、その勾配から反応速度を求め、これを遊離のミオグロビンの活性とした。さらに、２５．０ｍＭのＨ_２Ｏ_２と１０．０ｍＭのＯＰＤを含有する水溶液にミオグロビンの濃度が０．５μＭの濃度になるように実施例２７又は実施例３１のハイドロゲルＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ又はＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂを加え、上記の遊離のミオグロビン場合と同様の方法で、ハイドロゲルに取り込まれたミオグロビンの活性を求め、上記の遊離のミオグロビンの活性との比で整理して、図１１に示す結果を得た。Ｇ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ中のミオグロビンは遊離のミオグロビンの約８０％の活性を有し、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂは約７１％の活性を有していた。遊離のミオグロビンの活性からの若干の低下が認められたが、これはハイドロゲル中での反応基質及び反応生成物の拡散のしにくさが原因であると考えられる。このことを確認するために、Ｃｌａｙ−Ｍｂ、ＡＳＡＰ−Ｍｂ及びＧ３−Ｍｂについても同様の測定を行い、それぞれの環境下でのミオグロビンの活性を求め、図１１に示した。図１１から明らかなように、Ｃｌａｙ−Ｍｂ及びＡＳＡＰ−Ｍｂの系でのミオグロビンは遊離のミオグロビンのそれぞれ９８％及び９６％の活性を示し、クレイナノシート及びＡＳＡＰはミオグロビンの活性に影響を及ぼさないことがわかるが、Ｇ３−Ｍｂの系ではミオグロビンの活性が遊離のミオグロビンの活性の３５％しかなかった。この系でのミオグロビンの活性の大幅な低下はＧ３のグアニジン基（５００μＭ）がミオグロビン（５μＭ）に対して大過剰に存在するためにグアニジン基がミオグロビンの活性に影響を及ぼしていると考えられるが、Ｇ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂ及びＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂの系ではグアニジン基の大部分はクレイナノシートの表面に補足されていると考えられるので、このような影響は受けない。Ｇ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂの系でのミオグロビンの活性はＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂでのミオグロビンに比べてやや高い活性を示したが、ハイドロゲルの構造がＧ３−Ｃｌａｙ−Ｍｂの場合にはＧ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰ−Ｍｂの場合に比べてやや緩いため拡散の影響を受けにくいためと考えられ、Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰのゲルの強度がＧ３−Ｃｌａｙの強度より高い現象と矛盾しない。

ハイドロゲルの形状保持性能
実施例１６と同様にして型の中で、図１２ａに示したようにハート型の５％Ｇ３−Ｃｌａｙ−ＡＳＡＰハイドロゲルを製造した。このハイドロゲルをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中に浸漬した。通常の物理的に架橋されたハイドロゲルはＴＨＦに浸漬すると形状が破壊されるが、このハイドロゲルは図１２ｂに示したようにハート型の形状を維持していた。更にこのゲルを乾燥させると全体的に収縮するものの、図１２ｃに示したようにハート型の形状は維持されていた。この乾燥ゲルは水中に投入すると図１２ａに示すハート型のハイドロゲルに再生された。

本発明のポリイオンデンドリマー、及び粘土鉱物(クレイ)からなる新規なハイドロゲル材料を用いて製造される本発明のハイドロゲルは、水分含有量が高く(少なくとも９４％)、強度の高い透明なハイドロゲルであり、かつ自己修復性があり、形状維持性があり、そして、生理活性や酵素活性のあるタンパク質等を該タンパク質の性質を変えずに保持できるものであり、本発明のハイドロゲルは、従来のハイドロゲルの用途のみならず、医薬、食品、化粧品、衛生用品など広範囲の産業分野において極めて有用なものであり、産業上の利用可能性を有する。

Claims (21)

1. コア部に親水性の線状ポリマーを有し、該線状ポリマーの両末端をデンドロン化し、デンドロン表面にグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合してなるポリイオンデンドリマー。
2. 線状ポリマーの両末端のデンドロン化が、ポリエステルによるものである請求項１に記載のポリイオンデンドリマー。
3. ポリエステルが、分岐が対称的になるようにするために２個以上の水酸基が対称的に置換した炭素数３〜１０の脂肪族飽和カルボン酸からなるポリエステルである請求項２に記載のポリイオンデンドリマー。
4. コア部の親水性の線状ポリマーが、ポリアルキレングリコールである請求項１から３のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
5. デンドロン表面に、ポリエーテル基によりグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が結合させられている請求項１から４のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
6. ポリイオンデンドリマーが、次の一般式１
   （式中、ｎはコア部のポリエチレングリコールの繰り返し数を示し、２０〜１０００００であり、ｍは表面にカチオン性の基を導入するためのリンカー基の繰り返し数であり１〜６であり、ｇはデンドロンの世代を示し１〜５であり、Ｒはグアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基を示し、Ｘは水素原子又はＣ_１−Ｃ_７のアルキル基を示す。）
   で表されるポリイオンデンドリマーである請求項１〜４のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
7. 一般式１におけるＸを含むポリハイドロオキシカルボン酸が、分岐が対称的になるようにするために２個以上の水酸基が対称的に置換した炭素数３〜１０の脂肪族飽和カルボン酸である請求項６に記載のポリイオンデンドリマー。
8. 一般式１におけるＸが、メチル基である請求項６又は７に記載のポリイオンデンドリマー。
9. グアニジン基、チオ尿素基、及びイソチオ尿素基からなる群から選ばれるカチオン性の基が、次の式２、式３、又は式４、
   で表されるカチオン性の基である請求項１〜８のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
10. ポリイオンデンドリマーが、次の式５
    （式中、ｎは２０〜１０００００である。）
    で表されるポリイオンデンドリマーである請求項１〜９のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のポリイオンデンドリマー、及び粘土鉱物を含有してなるハイドロゲル材料。
12. ハイドロゲル材料が、さらにイオン性の側鎖を有する線状のポリマーを含有してなる請求項１１に記載のハイドロゲル材料。
13. イオン性の側鎖を有する線状のポリマーが、ポリアクリル酸又はポリメタクリル酸のアルカリ金属塩である請求項１２に記載のハイドロゲル材料。
14. 粘土鉱物が、水膨潤性のスメクタイト、及び層状珪酸塩からなる群から選ばれる粘土鉱物である請求項１１〜１３のいずれかに記載のハイドロゲル材料。
15. 粘土鉱物が、ナノシート構造を有する粘土鉱物である請求項１１〜１４のいずれかに記載のハイドロゲル材料。
16. 粘土鉱物が、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト、バイデライト、雲母、及び合成雲母からなる群から選ばれる１種又は２種以上である請求項１１〜１５のいずれかに記載のハイドロゲル材料。
17. 粘土鉱物が、ヘクトライトである請求項１６に記載のハイドロゲル材料。
18. 請求項１１〜１７のいずれかに記載のハイドロゲル材料に水を含有させてなるハイドロゲル。
19. 水の含有量が、ハイドロゲル材料に対して８０％以上である請求項１８に記載のハイドロゲル。
20. 請求項１８又は１９に記載のハイドロゲルが、生理活性のあるタンパク質を含有してなるタンパク質含有ハイドロゲル。
21. 生理活性のあるタンパク質が、ミオグロビン又はアルブミンである請求項２０に記載のタンパク質含有ハイドロゲル。