JP6425141B2 - 分子内相互作用に基づく高強度ゲル - Google Patents

Description

本発明は、分子内相互作用に基づく高強度ゲル、特に、ポリ（ビニルアミド）ゲルに関する。

ゲルは高分子鎖が三次元構造をとって、溶媒や気体を内部に取り込んだ構造を有する。これをセンサー（非特許文献１）やアクチュエーター（非特許文献２）、また薬物徐放材料（非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５）に利用するために研究が盛んである。しかしながら、実際にこれを材料として利用する際に問題となるのは、その機械的強度である。ゲルの力学的強度は一般に極めて弱く、これを改善するために種々の研究もおこなわれている。例えば、コンポジット化（非特許文献６）や、相互侵入網目構造を利用したダブルネットワークゲル（DNゲル）（非特許文献７）がある。さらに、高分子鎖の構造を工夫することで、滑車効果の得られるゲル（非特許文献８）や単一高分子構造を有するゲル（非特許文献９）などの研究が知られている。

また、最近ではDNゲルがインプラント材料に用いられたりしているが、生体内環境で用いるためには、1.9-14.4MPa程度の強度が必要となる（非特許文献１０）一方で、より生体適合性の高いゲル材料の開発が望まれている。

Michelle M. Ward Muscatello, Lee E. Stunja, Sanford A. Asher, Anal. Chem. 2011, 78, 5149.; R. Yoshida, Sensors 2010, 10, 1810. P. Techawanitchai, M. Ebara, N. Idota, T. Asoh, A. Kikuchi, T. Aoyagi, Soft Matter 2012, 8, 2844. Y. Qiu, K. Park, Adv. Drug Delivery Rev. 2001, 53, 321. R. Censi, P. D. Martino, T. Vermonden, W. E. Hennink, J. Control. Release 2012, 161, 680. T. Vermonden, R. Cenxi, W.E. Hennink, Chem. Rev. 2012, 112, 2853. K. Haraguchi M. Ebato, T. Takehisa, Adv. Mater. 2006, 18, 2250. J.P. Gong et al, Adv. Mater. 2003, 15, 1155. Y. Okumura, K. Itoh, Adv. Mater. 2001, 13, 485. T. Sakai, T. Matsunaga, Y. Yamamoto, C. Ito, R. Yoshida, S. Suzuki, N. Sasaki, M, Shibayama, Macromolecules, 2008, 41, 5379-5384. J.A. Stammen, S. Williams, D.N. Ku, R.E. Guldberg, Biomaterials 2001, 22, 799.

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、生体適合性の高い、高強度ゲル、特に、ポリ(ビニルアミド)ゲルを提供することを目的とする。

本発明者らは、ゲルの液体分散媒としてある特定の分散媒を使用することで、ポリ(ビニルアミド)ゲルの強度が飛躍的に向上することを見出し本発明をなすにいたった。
すなわち、本発明は、ポリ(ビニルアミド）ゲルであって、液体分散媒として、下記一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコール：

（式中、Ｒ_３〜Ｒ_５はそれぞれ独立して、水素原子、ＯＨ基またはＣ１〜Ｃ３アルキル基を表し、Ｒ_４およびＲ_５が結合する炭素原子と共にＣ３〜Ｃ６のシクロアルキル環であってもよい；ｎ_１は、２以上２０以下の整数を表す。）
および/または、
下記一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコール：

（式中、Ｒ_６〜Ｒ_８はそれぞれ独立して、水素原子、ＯＨ基またはＣ１〜Ｃ３アルキル基を表す；ｎ_２は、２以上２０以下の整数を表す。）
を含有する、ポリ(ビニルアミド）ゲル
に関する。

本発明のポリ（ビニルアミド）ゲルは、強度が強く、生体適合性に優れている。

圧縮強度と圧縮ひずみのプロフィールを示す図。 PEG400を分散媒とするポリ（Ｎ−ビニルアセトアミド）ゲルの赤外吸収スペクトル。 圧縮強度と圧縮ひずみのプロフィールを示す図。 圧縮強度と圧縮ひずみのプロフィールを示す図。

本発明のポリ（ビニルアミド）ゲルは、液体分散媒として、下記一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコール：

、
および/または、
下記一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコール：

、好ましくは一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールを含有していることを大きな特徴としている。

一般式（Ｉ）中、Ｒ_３〜Ｒ_５はそれぞれ独立して水素原子、ＯＨ基またはＣ１〜Ｃ３アルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基、またはイソプロピル基）を表す。また、Ｒ_４およびＲ_５はそれらが結合する炭素原子と共にＣ３〜Ｃ６のシクロアルキル環、好ましくはシクロアルキル五員環または六員環であってもよい。

一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールの片末端または両末端のＯＨ基の水素原子が、低級アルキル基、好ましメチル基、エチル基、より好ましくはメチル基であってもよい。

Ｒ_３〜Ｒ_５が上記に記載のものであると、水素結合に直接関与する末端のヒドロキシル基について何ら影響しない理由から、Ｒ_３〜Ｒ_５が水素原子の場合と同様に機能すると考えられる。好ましくはＲ_３〜Ｒ_５の少なくとも一つが水素原子であることであり、その他のＲ_３〜Ｒ_５が、水素原子またはＣ１〜Ｃ３アルキル基、好ましくは水素原子、メチル基、エチル基またはプロピル基、より好ましくは、水素原子、メチル基またはエチル基、さらにより好ましくは、水素原子またはメチル基、最も好ましくは水素原子を表す。

一般式（Ｉ）で表される化合物は液体である必要があり、ｎ_１は、そのような観点から適宜選定され、通常は２以上２０以下の整数、好ましくは４以上１７以下の整数、より好ましくは８〜９の整数を表す。

一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールは、一般には、例えば化学試薬メーカー（和光純薬工業株式会社、東京化成工業株式会社、日油株式会社など）から購入することができる。

一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールはシクロヘキサンオキサイドを金属触媒によって重合することでも合成可能である（Vandenberg E. J. et al, J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed. 1969, 7, 525-567; Kuran, W. et al, Macromol. Chem. Phys. 1994, 195, 401-411）。また、不飽和化合物の酸化的閉環反応を利用して合成することも可能である（Giuseppe Bifulco et al, Tetrahedron Lett. 2003, 44, 5499-5503）。このように、一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールは、当業者であれば適宜製造することができる。

一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールの市販品としては、ポリエチレングリコール（分子量約200）、ポリエチレングリコール（分子量約400）、ポリエチレングリコール（分子量約600）、デカエチレングリコール、ドデカエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ヘプタエチレングリコール、ノナエチレングリコール、オクタエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、デカエチレングリコールモノメチルエーテル、ドデカエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ヘキサエチレングリコールモノメチルエーテル、ヘプタエチレングリコールモノメチルエーテル、ノナエチレングリコールモノメチルエーテル、オクタエチレングリコールモノメチルエーテル、ペンタエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル等が入手可能である。

一般式（ＩＩ）中、Ｒ_６〜Ｒ_８はそれぞれ独立して水素原子、ＯＨ基またはＣ１〜Ｃ３アルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基、またはイソプロピル基）を表す。

一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコールの片末端または両末端のＯＨ基の水素原子が、低級アルキル基、好ましくはメチル基、エチル基、より好ましくはメチル基であってもよい。

Ｒ_６〜Ｒ_８が上記に記載のものであると、水素結合に直接関与する末端のヒドロキシル基について何ら影響しない理由から、式（ＩＩ）のプロピレングリコールは式（Ｉ）のエチレングリコールと同様に機能すると考えられる。

また、Ｒ_６〜Ｒ_８の少なくとも２つが水素原子であり、その他のＲ_６〜Ｒ_８が、水素原子またはＣ１〜Ｃ３アルキル基、好ましくは水素原子、メチル基、エチル基またはプロピル基、より好ましくは、水素原子、メチル基またはエチル基、さらにより好ましくは、水素原子またはメチル基、最も好ましくは水素原子を表す。

一般式（ＩＩ）で表される化合物は液体である必要があり、ｎ_２は、そのような観点から適宜選定され、通常は２以上２０以下の整数、好ましくは４以上１７以下の整数を表す。

一般式（ＩＩ）で表されるポリプロレングリコールは、一般には、例えばプロピレンオキシド等のエポキシモノマーをPotassium t-Butoxideを開始剤に用いて開環重合することにより合成可能であり（Charles C. Price et al. J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 4039-4044）。）、当業者であれば製造することができる。

一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコールの市販品としては、和光純薬工業より、分子量4000、1000、2000、3000、400等が入手可能である。

一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールおよび/または、一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコールの一部または全部をグリセリンで置換してもよい。水酸基の数が増加する理由から、一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールおよび/または、一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコールと同様に機能すると考えられるからである。

分散媒として水が分散媒全量の75重量％、または50重量％程度まで含まれていてもよい。水は、ゲル全体の膨潤度の大きさに大きく影響する。高強度という本発明の効果を最大限享受するには水は２５重量％まで、より好ましくは１〜０重量％程度とすることが望ましいが、本発明により得られる最高強度の強度を限度に、水を７５重量％までの範囲、または５０重量％までの範囲で含ましめることにより、その強度を調整することが可能である。

本発明のポリ(ビニルアミド）ゲルを構成する分散質であるポリ（ビニルアミド）分散質は、ビニルアミドモノマー、例えば、一般式（ＩＩＩ）で表されるＮ−ビニルアルキルアミドモノマーおよび/または後述する一般式（ＶＩ）で表されるアクリルアミドモノマー：

および
ジビニル架橋用モノマー
から重合される架橋ポリ(ビニルアミド）を使用できる。好ましいビニルアミドモノマーは、一般式（ＩＩＩ）で表されるＮ−ビニルアルキルアミドモノマーである。

一般式（ＩＩＩ）中、Ｒ_１は、水素原子またはＣ１〜Ｃ４アルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基またはter-ブチル基）を表す。そのような基であれば、上記一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコール、一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコールと、水素結合を形成可能と考えられる。

Ｒ_１は、好ましくは、水素原子またはＣ１〜Ｃ３アルキル基、より好ましくは、水素原子またはＣ１〜Ｃ２アルキル基、さらにより好ましくは、Ｃ１〜Ｃ２アルキル基、最も好ましくはメチル基である。

一般式（ＩＩＩ）で表されるＮ−ビニルアルキルアミドモノマーは、Ｎ−（１−アルコキシエチル）−アルキルアミドの熱分解することにより合成可能であり（例えば、M. Akashi et al., J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 1990, 28, 3487-3497）、また、昭和電工株式会社より入手可能である。

ジビニル架橋用モノマーとしては、種々のジビニルモノマー、例えば、メタクリル酸骨格、アクリル酸骨格、メタクリルアミド骨格、アクリルアミド骨格を有する汎用の架橋剤、例えばメチレンビスアクリルアミド、テトラエチレングリコールジアクリラート、ジエチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジメタクリラート、トリエチレングリコールジメタクリラート等、および一般式（ＩＶ）で表されるビス―Ｎ−ビニルアルキルアミド架橋用モノマー：

を使用することができる。好ましいジビニル架橋用モノマーは、上記一般式（ＩＶ）で表されるビス―Ｎ−ビニルアルキルアミド架橋用モノマーである。

一般式（ＩＶ）中、Ｒ_２は、上記Ｒ_１と同義である。Ｒ_１は同一であっても異なっていてもよい。

一般式（ＩＶ）中、Ｙは下記化学式（Ｖ）：

で表される。

一般式（Ｖ）は、酸素原子を含む架橋剤と酸素原子を含まない架橋剤の構造を一つの構造式で表したものである。酸素原子を含む場合は、ｎは０であり、ｍ_３は１を表す。その場合、ｍ_１、ｍ_２はそれぞれ独立して２〜４の整数、好ましくは４、ｍは０または１、好ましくは０である。酸素原子を含まない場合は、ｍ_３およびｍが０であり、nが４、６または７、好ましくは４である。

化学式（IＶ）中、Ｙの具合例としてしては以下のものを挙げることができる。

本発明においては、一般式（ＩＩＩ）で表されるＮ−ビニルアルキルアミドモノマーの一部または全部を、アミド基を有するビニルモノマーの構造異性体の観点から、下記一般式（ＶＩ）で表されるアクリルアミド化合物を使用することができる。

式中Ｒ_９は、上記Ｒ_１と同義である。

本発明の架橋用モノマーは、窒素雰囲気下、無水ジメチルホルムアミドを溶媒として、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物の二級アミドを水素化ナトリウムを用いてアニオン化したのちに
式（ＶＩＩ）：
Ｘ−Ｙ−Ｘ （ＶＩＩ）
（式中、Ｙは上記と同義、Ｘはハロゲン原子を表す）
で表される化合物と反応させることにより得ることができる。この反応は、一般的に求核置換反応として知られており、当業者であれば製造することができる。

なお、上記式（ＶＩＩ）で表される化合物は、対応する水酸基をハロゲン化試薬によりアルキルハライドに変換）することにより製造でき、また、市販品として１，４−ジクロロブタン、１，６−ジクロロヘキサン、１，５−ジクロロへプタン、ビス（４−クロロブチル）エーテル、ビス（２−クロロエチル）エーテル、１，２−ビス（２−クロロエトキシ）エタン、ジエチレングリコールビス（２−クロロエチル）エーテル等が入手可能である。

一般式（ＶＩ）で表されるアクリルアミド化合物を使用する場合、架橋用モノマーは、汎用の架橋剤、例えばメチレンビスアクリルアミド、テトラエチレングリコールジアクリラート、ジエチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジメタクリラート、トリエチレングリコールジメタクリラート等を好ましく使用することができる。もちろん、それらの汎用の架橋剤の一部または全部を一般式（ＩＶ）で表されるビス―Ｎ−ビニルアルキルアミド架橋用モノマーで置き換えて使用してもよい。

本発明のゲル製造に際しては、まずビニルアミドモノマー（式（ＩＩＩ）および/または式（ＶＩ））を、架橋用モノマーおよび重合開始剤を適当な溶媒中で重合してゲル（以下、「プレゲル」という）を形成する。

重合は、種々公知の重合開始剤や、ガンマ線などのラジカル発生条件下において行われ、例えばラジカル発生剤、例えば２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパンジヒドロクロリド］、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジハイドロクロライド、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−カルボキシエチル）−２−メチルプロピオンアミジン］ヒドラート、２，２’−アゾビス｛２−［１−（２−ヒドロキシエチル）−２−イミダゾリン−２−イル］プロパン｝ジヒドロクロリド、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］、２，２’−アゾビス｛２−メチル−Ｎ−［１，１−ビス（ヒドロキシメチル）−２−ヒドロキシエチル］プロピオンアミド｝、２，２’−アゾビス［２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）プロピオンアミド］等の熱重合開始剤、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等のレドックス系開始剤などを例示できるが、本発明においては溶媒への適切な溶解性との観点から２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパンジヒドロクロリド］を使用するようにするとよい。

プレゲルを合成する際に使用する溶媒に制限はないが、その後の溶媒交換の観点から選択するのがよく、水やメタノール、エタノール等のアルコールが使用可能である。

重合は、上記ビニルアミドモノマー（式（ＩＩＩ）および/または式（ＶＩ））、架橋用モノマー、重合開始剤を適当な溶媒に溶解させた溶液を、不活性ガス雰囲気下、熱、ＵＶ光をかけることにより行う。その際、溶液を所望の形状を有する容器中で行うことにより、ゲルの形状を任意に制御することも可能である。

ビニルアミドモノマーの濃度［Ｍ］、開始剤の濃度［Ｉ］、架橋用モノマーの濃度［Ｃ］とすると、［Ｍ］は、１〜４ｍｏｌ／Ｌ、［Ｍ］１００に対して、架橋用モノマーの濃度［Ｃ］は、５〜０．０１、開始剤の濃度［Ｉ］は、１０〜０．０１程度の割合で溶液を調製するようにすればよい。

ビニルアミドモノマーの種類、架橋用モノマーの種類、各成分の使用比、溶媒を変えることにより、得られるゲルの膨潤度を制御することが可能である。例えば、ビニルアミドモノマーとしてＮ−ビニルアセトアミド（式（ＩＩＩ）においてＲ_１がメチル基）を使用すると、［Ｍ］、架橋用モノマーの種類、各成分の使用比（［Ｍ］１００に対して、架橋用モノマーの濃度［Ｃ］を１〜３、開始剤の濃度を０．０１〜５を変えることにより、膨潤度１０〜２６の間で種々異なる膨潤度を有するプレゲルを調製することができる。

重合後、未反応モノマー、架橋用モノマーの残渣を系から除去するようにする。除去は、得られたゲルを、たとえば反応に使用した溶媒中に浸漬し、ゲル中から溶媒中にそれらの化合物を追い出すことにより行える。その操作は複数回行うとより効果的である。そうした洗浄の終了は、ゲルの重量が変化しない平衡膨潤状態となった場合を目安にすればよい。

上記で得られたプレゲルまたは乾燥ポリ（ビニルアミド）ゲルを、式（Ｉ）および/または式（ＩＩ）の溶液分散媒で、プレゲルの場合、溶媒交換により、乾燥ポリ（ビニルアミド）ゲルの場合、乾燥ゲルへ分散媒を拡散させて、本発明のゲルを得る。

本発明のポリ（ビニルアミド）ゲルは、非常に高い強度を有することができ、例えば、破壊応力でその強度を表すと、図１に示されているように５０ＭＰａに至ってもその破壊が観測されない程の強度を有することができる。従って、ポリ（ビニルアミド）ゲルとして、今までに得られたことない少なくとも０.５ＭＰａを超え、さらには少なくとも０.６ＭＰａを超え、よりさらには少なくとも１ＭＰａを超え、上限として少なくとも５０ＭＰａの破壊応力を有することができる。
溶媒（分散媒）粘度、分散媒とポリ（ビニルアミド）との相互作用（例えば、水素結合、特に分散媒末端のヒドロキシル基とポリ（ビニルアミド）中のカルボニル基との間の水素結合）、ポリ（ビニルアミド）の凝集形態等がトータルに作用し疑似架橋構造が形成され、本発明の高強度が達成されているものと考えている。

本発明に従い、強度の高いポリ（Ｎ−ビニルアミド）ゲルを得る場合、例えば、分散質として、Ｎ−ビニルアルキルアミドモノマー（式（ＩＩＩ））を溶媒との相溶性の観点から、ビス―Ｎ−ビニルアルキルアミド架橋用モノマー（式（ＩＶ））を親疎水バランスおよび両親媒性の観点から、Ｎ−ビニルアルキルアミドモノマー（式（ＩＩＩ））とビス―Ｎ−ビニルアルキルアミド架橋用モノマー（式（ＩＶ））との使用割合を適切な膨潤度の観点から選び、分散媒として、式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコール、一般式（ＩＩ）で表されるポリプロピレングリコールを水素結合性の強さ等、疑似架橋構造形成の観点から選ぶようにすればよい。

［ポリ（Ｎ−ビニルアセトアミド）ヒドロゲルの製造］
ポリ（Ｎ−ビニルアセトアミド）ゲル（以下、「PNVAゲル」と略記する場合もある）を、文献[H. Ajiro, Y. Takemoto, M. Akashi, Chem. Lett. 2009, 38, 368.]に従って得た。

すなわち、Ｎ−ビニルアセトアミド（0.34ｇ, 4 mmol）(昭和電工社製）と開始剤にアゾ化合物V-50(wako社製)（11ｍｇ、0.04mmol）、さらに架橋用モノマーとなる５−オキサノナメチレン−ビス（Ｎ−ビニルアセトアミド）（5ON-bis-NVA）（12mg, 0.04mmol）を水(4mL)に溶かして合わせたものを、二枚のガラス板を用いた2mmの隙間へインジェクトし、これを窒素雰囲気下で55℃、4時間反応させることでポリ（Ｎ−ビニルアセトアミド）ヒドロゲルを得た。

［PNVAゲルおよび物性測定（その１）］
得られたヒドロゲルを十分に洗浄してディスク状（直径8mm、3mm 厚）に切り出し、これをゲル１個とした。それを有機溶媒（水（water）, エタノール（ethanol）、エチレングリコール（ethylene glycol）、トリエチレングリコール（triethylene glycol）、ポリエチレングリコール（PEG400（分子量400））中へ浸漬させ、溶媒交換を行なうことにより各ゲルを調製した。表１に、種々の有機溶媒（分散媒）中におけるPNVAゲルを分析（サイズ変化、破壊強度、破壊ひずみ等）した結果を下記表１に示す。

破壊応力(Fracture stress)、破壊ひずみ(Fracture strain)は、圧縮試験機(島津社製EZ test)により測定を行った。

有機溶媒によってはゲルの大きさが著しくことなった。また、エタノール、エチレングリコール、およびトリエチレングリコールを用いた場合ではいずれもヒドロゲルよりも大きな圧縮強度を示した。これらはゲルのサイズが小さくなるに伴う、高濃度による効果や溶媒の粘度の効果が考えられる。

ＰＥＧ４００を用いたゲルの強度評価のプロファイルを図1に示す。PEG400を用いた場合では、他の有機溶媒を用いた場合と異なり、きわめて大きな圧縮強度を示した。また、変形の挙動は塑性変形であった。このことは、液体分散媒であるPEG４００とPNVAのゲルの分子間水素結合を示している。

［ＰＥＧ４００を用いたゲルの構造解析］
PEG400に含浸させたPNVAゲルの構造解析を行なうことを目的としてFT-IR測定を行った。結果を図2に示す。水素結合に基づくと考えられるアミド基由来のピーク（1620-1640カイザー）のシフトが認められた。また、通常PEGは末端のヒドロキシル基が自身のエーテル部分と水素結合で相互作用している。これが解かれるとヒドロキシル基由来のピーク（3400-3600カイザー）のシフトが起こることが知られているが、本系においても観測された。したがって、PNVAゲル中に存在するPEGの末端ヒドロキシル基が、NVAのアミド基と相互作用（水素結合）をしていることが認められた。このような構造変化がゲルの強度化に結び付いていると考えられる。

［PNVAゲルおよび物性測定（その２）］

上記でディスク状（直径8mm、3mm 厚）に切り出し得られたポリ（Ｎ−ビニルアセトアミド）ヒドロゲルを、そのまま、あるいは乾燥後に、20mL程度の溶媒へ含浸させることで各ゲルを得た。溶媒として分子量約200のＰＥＧ（PEG200）、分子量約400のＰＥＧ（PEG400））、分子量約600のＰＥＧ（PEG600）、両末端をメチル化したジメチルテトラエチレングリコール(TEGDME)(分子量＝178）およびジメチルＰＥＧ(PEGDME) (分子量＝500）に浸漬させ各ゲルを調製した。表２に、種々の有機溶媒（分散媒）を含んだPNVAゲルを分析した結果（分子量、直径、厚さ、収縮度、膨潤度、PNVAの溶解性）を下記表２に示す。

「収縮度^a」は、「収縮度＝（膨潤状態の体積）÷（ＰＮＶＡヒドロゲルの体積）×100」の式から得られた値を示す；
「膨潤度^b」は、「膨潤度＝（膨潤状態の重さ）÷（乾燥したＰＮＶＡゲルの重さ）」式から得られた値を示す；
「PNVAの溶解性^c」における「○」は、10 mg/mL濃度で100μLの溶媒を用いて溶解した場合を示し、「×」は、溶解しない場合を示す。

ゲルを構成している直鎖状高分子ＰＮＶＡに対する溶解性と合わせると、PEG200を除いてPEG400、PEG600、TEGDMEおよびPEGDMEの場合は、ゲル化させることで乾燥ゲルの同程度の重量の溶媒が担持されることが分かった。

分散媒として、TEGDMEおよびPEGDMEを使用して得たゲルを、圧縮強度を測定したところ、上記したPEG400で得たゲルと同様に、きわめて大きな圧縮強度が示された。また、変形の挙動は塑性変形であった。

[混合系分散媒]
上記でディスク状（直径8mm、3mm 厚）に切り出し得られたポリ（Ｎ−ビニルアセトアミド）ヒドロゲルを、そのまま、あるいは乾燥後に、20mL程度の溶媒へ含浸させることで各ゲルを得た。）溶媒として水とＰＥＧ４００の混合系に浸漬させ各ゲルを調製し、ゲルの大きさの変化（H/H₀)、膨潤度、溶媒担持率、破絶強度、破断ひずみを測定した。結果を下記表３に示した。

表３中、
a) H/H₀：H（水で膨潤したゲルの厚さ）/H₀（混合溶媒で膨潤したゲルの厚さ）
b) 膨潤度＝（W_s- W_d）÷W_ｄ
c) 溶媒担持率＝（W_s- W_d）÷W_s×100
ただし、W_s=（混合溶媒に膨潤させたゲルの重さ）、W_d=（乾燥ゲルの重さ）
を示す。

「破絶強度」は、島津社製の圧縮試験機EZ-testを用いて圧縮し応力のピークトップを示した点を観測することにより測定した。
「破断ひずみ」、島津社製の圧縮試験機EZ-testを用いて圧縮し応力のピークトップを示した点を観測することにより測定した。

※）：PEG400を100％用いた場合では、明確な破断点がピークトップとしてあらわらないことから、数値化していない。

ＰＥＧ/水の重量比25/75、50/50、75/25のそれぞれの混合溶媒において、破断強度をみると、75/25において、他の条件と明らかに異なり強い破断強度7.21MPaと同時に、ゲルの厚さも0.56と0.46と比較すると大きな値を示した。
このことは、水を２５重量％までの水を含有でき、それまでの水の含有量であれば、高強度ゲルが得られることを示している。
また上記結果は、本発明により得られる最高強度の強度を限度に、水を５０重量までの範囲で含ましめることにより、その強度を調整可能であることを示している。

[ポリアクリルアミドゲル] ＰＮＶＡゲルに代えポリアクリルアミドを用いてゲルを作製した。
用いたポリアクリルアミドは、アクリルアミドとN,N-メチレンビスアクリルアミドを合わせてラジカル重合）することにより、ポリアクリルアミドヒドロゲルを作製し得られたヒドロゲルを十分に洗浄してディスク状（直径8mm、3mm 厚）に切り出した。それを有機溶媒PEG400中へ浸漬させ、溶媒交換を行なうことによりゲルを調製した。図１に示したと同様の方法により測定した強度評価のプロファイルを図３に示した。

溶媒にＰＥＧ400を用いた図３aの場合では、溶媒に水を用いた図３ｂの場合に比べて、きわめて大きな圧縮強度を示した。また、変形の挙動は塑性変形であった。

本発明のポリ（ビニルアミド）ゲルは、バイオマテリアル分野、例えば、軟骨、歯茎、床ずれ防止剤等の生体部材としての適用できる可能性がある。さらにはクッション材、パッキン材、電気泳動用基材、医療用材料（薬物除法材、貼布材など）としても適用、使用できる可能性がある。また、アクチュエータ、センサー、リチウムイオンポリマー電池のゲル電解質等にも適用できる可能性がある。

Claims (10)

1. ポリ（ビニルアミド）ゲルであって、
   該ポリ（ビニルアミド）ゲルが、ポリ（ビニルアミド）よりなる分散質および液体分散媒を含有し、
   該ポリ（ビニルアミド）が、一般式（ＩＩＩ）で表されるＮ−ビニルアミドモノマー：
   

   

   （Ｒ_１は、水素原子またはＣ１〜Ｃ４アルキル基を表す。）、
   および
   ジビニル化合物から重合されてなる架橋ポリ（ビニルアミド）であり、
   該液体分散媒が、下記一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールおよびその誘導体：
   

   

   （式中、Ｒ_３〜Ｒ_５はそれぞれ独立して、水素原子、ＯＨ基またはＣ１〜Ｃ３アルキル基を表し、Ｒ_４およびＲ_５が結合する炭素原子と共にＣ３〜Ｃ６のシクロアルキル環であってもよい；ｎ_１は、４以上１７以下の整数を表す；片末端または両末端のＯＨの水素原子が、メチル基またはエチル基で置換されていてもよい。）
   を含有する、上記ポリ（ビニルアミド）ゲル。
2. 一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコール誘導体のＲ_３〜Ｒ_５が、すべて水素原子である、請求項１に記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
3. ｎ_１が８〜９である、請求項１または２に記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
4. 一般式（ＩＩＩ）のＲ_１が、メチル基である、請求項１〜３いずれかに記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
5. ジビニル化合物が、下記一般式（ＩＶ）：
   

   

   （式中、Ｒ_２は水素原子またはＣ１〜Ｃ４アルキル基を表し、同一であっても異なっていてもよい；Ｙは下記化学式（Ｖ）：
   

   

   （式中、ｍ _３ は０または１を表し、ｎが０の場合、ｍ_３は１を表し、ｍ_１、ｍ_２はそれぞれ独立して２〜４の整数を表し、ｍは０または１を表す。ｍ_３およびｍが０の場合、ｎは４、６または７のいずれかの整数を表す。）
   で表されるビス−Ｎ−ビニルアミド架橋用モノマーである、請求項１〜４のいずれかに記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
6. 一般式（Ｖ）中、ｍ_１およびｍ_２が４、ｍ_３が１、ｍが０、ｎが０であり、一般式（ＩＶ）中、Ｒ_２がメチル基である、請求項５に記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
7. ポリ（ビニルアミド）ゲルが、液体分散媒とポリ（ビニルアミド）との間で形成された水素結合を有する、請求項１〜６いずれかに記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
8. 一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールおよびその誘導体における片末端または両末端のＯＨの水素原子が、メチル基またはエチル基で置換された、請求項１〜７いずれかに記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
9. 一般式（Ｉ）で表されるポリエチレングリコールおよびその誘導体における片末端または両末端のＯＨの水素原子がメチル基である、請求項１〜７いずれかに記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。
10. 液体分散媒が、液体分散媒全量の７５重量％までの水を含有する、請求項１〜９いずれかに記載のポリ（ビニルアミド）ゲル。

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