JP7148925B2 - 機能性ポリオレフィン - Google Patents
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Description
しかし本発明者らは、表面にカルボキシ基を導入したポリオレフィンには、DNA等のアニオン性生体高分子を固定化できないことを実験的に確認した。
そこで本発明は、アニオン性生体高分子の固定化が可能な機能性ポリオレフィン、および、当該機能性ポリオレフィンの好適な製造方法を提供することを目的とする。
以下、本発明を示す。
上記コーティング層が、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む(メタ)アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含むことを特徴とする機能性ポリオレフィン。
ポリオレフィンを、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む(メタ)アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含む溶液に浸漬する工程を含み、
上記溶液における上記(メタ)アクリレート樹脂の濃度が1質量%以上であり、且つ上記変性ポリオレフィン樹脂の濃度が0.1質量%以上、2質量%以下であることを特徴とする方法。
1.コーティング工程
本工程では、ポリオレフィンの表面を、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む(メタ)アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂との混合樹脂でコーティングする。
本工程では、上記(メタ)アクリレート樹脂と変性ポリオレフィン樹脂の混合樹脂を含むコーティング層を表面に形成したポリオレフィンを、上記変性ポリオレフィン樹脂の融点以上、融点+40℃以下で加熱する。本工程の実施は任意であり、実施しなくてもよいが、実施することによりおそらく上記変性ポリオレフィン樹脂の少なくとも一部が溶融し、コーティング層表面への上記(メタ)アクリレート樹脂の偏析が促進されると考えられる。
(1)機能性モノマーPEG11/NMAの合成
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ(ppm)=6.41(s,H,-NH-),5.05(s,H,-NH-t-Boc),5.71(s,H,-CH=CH),5.32(s,H,-CH=CH),3.31-3.69(m,28H,-CO-CH2-CH2-CO-),1.97(s,3H,CH3-C=CH2),1.44(s,9H,-C-CH3)
DART-TOF/MS
[M]+ calcd for C33H64N2O14,m/z=712.9; found,713.5(positive)
反応後の溶液を大過剰のn-ヘキサンに加え、生成物を沈殿させた。更に、沈殿をn-ヘキサンで3度洗浄した後、真空オーブンに入れ、60℃で一晩乾燥した。
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ(ppm)=6.11(s,H,-NH-),5.06(s,H,-NH-t-Boc),4.31(m,3H,-CH2-CH2-CF2-),3.69-3.32(m,40H,-CO-CH2-CH2-CO-),1.90-1.81(m,24H,-C-CH2-),1.28-0.75(m,55H,C-CH3)
GPC Mn=1.9×104,Mw/Mn=1.5
実施例1と同様にして、PEGの重合度がそれぞれ3および6であるPEG3/N-RfおよびPEG6/N-Rfを合成した。
装置: 高速GPC装置(「GPC8020」東ソー社製)
カラム: 水系サイズ排除クロマトグラフィー用カラム(「GF510」昭和電工社製,7.5×300mm)
移動相: THF
流速: 1.0mL/min
(1)機能性ポリオレフィン板の作製
塩素化/酸変性ポリオレフィン(「ハードレン(R)」東洋紡社製,塩素含有量:24質量%,無水マレイン酸含有量:1.6質量%,重量平均分子量:60,000)、および実施例1~3で合成した機能性ポリマーPEG3/N-Rf、PEG6/N-Rf、またはPEG11/N-Rfを、トルエンにそれぞれ1.0質量%の濃度で溶解した。得られた各溶液に厚さ200μm×10mm×10mmのアイソタクチックポリプロピレン(it.PP)製板を浸漬した後、25℃で15時間乾燥した。
次に、it.PP製板を4M塩酸に浸漬し、40℃で一晩振とうした後、超純水で洗浄することにより、末端アミノ基を脱保護した。
1H NMR(500MHz,MeOD)δ(ppm)=8.00-6.59(m,9H,fluorescence),3.99-3.96(m,2H,-NH-C(=S)-NH-),3.39-2.87(m,8H,-CH2-)
5容量%DMSOと5mM DMT-MMを含む0.1Mリン酸緩衝液(pH8.0)(2mL)に、上記実施例4(2)で得たFITC-S-S-COOHを0.6mMの濃度となるように溶解した。得られた溶液に、上記実施例4(1)で得た各機能性ポリオレフィン板を浸漬し、振とうしながら2時間反応させた。また、比較のために、機能性ポリマーで被覆していないポリオレフィン板も同様に処理した。次いで、0.1Mリン酸緩衝液(pH8.0)で洗浄した。なお、以下の操作は遮光下で行った。各機能性ポリオレフィン板を、5mM水酸化ナトリウム水溶液(10mL)、5mM塩酸(10mL)、および5mM水酸化ナトリウム水溶液(10mL)に順次浸漬し、それぞれ40℃で1時間ずつ振とうした。最後に、0.1Mリン酸緩衝液(pH8.0)で洗浄した。
次いで、還元剤であるTCEPを2mMの濃度で0.1Mリン酸緩衝液(pH8.0)に溶解した。当該溶液(2mL)に各機能性ポリオレフィン板を浸漬し、40℃で1時間ずつ振とうすることにより、ジスルフィド結合を切断した。TCEP溶液の蛍光強度(ex.495nm,em.515nm,感度:low)を室温で測定した。結果を図1に示す。
図1に示される結果の通り、未処理のポリオレフィン板の表面にはアミノ基は存在せず、本発明に係る機能性ポリマーにより処理したポリオレフィン板の表面にはアミノ基が存在していた。また、エチレングリコール単位の繰り返しが6以上である場合には、検出されるアミノ基数が顕著に増加した。
上記実施例4(1)において、PEG6/N-Rfを用い、且つその溶液濃度を0.25質量%または4.0質量%に調整した以外は上記実施例4(1)と同様にして機能性ポリオレフィン板を作製し、上記実施例4(3)と同様にして表面提示アミノ基を定量した。結果を図2に示す。
図2に示す結果の通り、ポリオレフィン板を表面処理するための機能性ポリマー溶液の濃度が高いほど、表面提示アミノ基の量が増えることが実験的に示された。なお、機能性ポリマー溶液の濃度としては、1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましいことが分かった。
上記実施例4(1)において、塩素化/酸変性ポリオレフィンの溶液濃度を0.25質量%または4.0質量%に調整した以外は上記実施例4(1)と同様にして機能性ポリオレフィン板を作製し、上記実施例4(3)と同様にして表面提示アミノ基を定量した。結果を図3に示す。
図3に示す結果の通り、機能性ポリマーと共にポリオレフィンの表面処理に用いた塩素化/酸変性ポリオレフィン溶液の濃度としては、表面提示アミノ基の量の観点からは2.0質量%以下が好ましい。一方、機能性ポリマーのポリオレフィンに対する接着性の観点からは、塩素化/酸変性ポリオレフィン溶液の濃度は高いほど好ましいと考えられる。
(1)機能性ポリオレフィン板の作製
塩素化/酸変性ポリオレフィン(「ハードレン(R)」東洋紡社製,塩素含有量:24質量%,無水マレイン酸含有量:1.6質量%,重量平均分子量:60,000)、および実施例1で合成した機能性ポリマーPEG11/N-Rfを、トルエンにそれぞれ1.0質量%の濃度で溶解した。得られた各溶液に厚さ200μm×10mm×10mmのアイソタクチックポリプロピレン(it.PP)製板を浸漬した後、25℃で15時間真空乾燥した。
次に、ポリオレフィン板を4M塩酸に浸漬し、40℃で一晩振とうした後、超純水で洗浄することにより、末端アミノ基を脱保護した。
比較のために、特開2017-154131号公報の実施例1を参照して、下記構造式を有する機能性ポリマーPEG8/C-Rfを合成し、機能性ポリマーPEG11/N-Rfの代わりに機能性ポリマーPEG8/C-Rfを用いた以外は上記(1)と同様にしてit.PP製板を表面処理した後、末端カルボキシ基を脱保護した。なお、下記構造式中、x,y,z=81,8,11である。
SH-DNA(HS-5’-TTA GTT CTC CAG CTA TCT T-3’)の水溶液を1M塩化カリウム含有50mMリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解した5μM溶液(100μL)を、各基板に滴下し、室温で3時間反応させた。1M塩化カリウムを含む50mMリン酸緩衝液(pH7.0)で洗浄した。
上記SH-DNAと相補的な配列を有するFITC-DNA(FITC-5’-A AGA TAG CTG GAG AAC TA A-3’)を8×SSC緩衝液に溶解した1μM溶液(200μL)を滴下し、80℃で10分間加熱した後、加湿チャンバー内において40℃で15時間ハイブリダイゼーションを行った。次いで、8×SSC緩衝液で各基板を洗浄した。
90℃に予熱した0.1Mリン酸緩衝液(pH7.6)(2mL)に各基板を浸漬し、10分間加熱することにより、熱変性させた。放冷後、溶液の蛍光強度(ex.495nm,em.515nm)を測定し、表面に固定化されたDNAの密度を求めた。結果を図4に示す。
表面にカルボキシ基を導入した比較例機能性ポリオレフィン板に、100mM水溶性カルボジイミドと50mM N-ヒドロキシコハク酸イミドを含む50mMリン酸緩衝液(pH7.0)を200μL滴下し、室温にて2時間反応させることにより、表面カルボキシ基を活性エステル化した。滅菌水でポリオレフィン板を洗浄し、窒素ガスを吹きかけた後、真空乾燥した。1MのKClとNH2-DNA(NH2-5’-TTA GTT CTC CAG CTA TCT T-3’)を含む50mM リン酸緩衝液(pH7.0)を100μL滴下し、室温にて3時間反応させた。1MのKClを含む50mMリン酸緩衝液(pH7.0)でポリオレフィン板を洗浄した。
上記NH2-DNAと相補的な配列を有するFITC-DNA(FITC-5’-A AGA TAG CTG GAG AAC TA A-3’)を1μM含む8×SSC緩衝液を200μL滴下し、80℃で10分間加熱した後、加湿チャンバー内において40℃で15時間ハイブリダイゼーションを行った。次いで、8×SSC緩衝液で各基板を洗浄した。
90℃に予熱した0.1Mリン酸緩衝液(pH7.6)(2mL)に各基板を浸漬し、10分間加熱することにより、熱変性させた。放冷後、溶液の蛍光強度(ex.495nm,em.515nm)を測定し、表面に固定化されたDNAの密度を求めた。結果を図4に示す。
一方、MPO/PEG8/C-Rfが塗布されることにより表面にカルボキシ基が提示されているit.PP製板には、表面官能基を有さない未処理のit.PP製板と同レベルでしかDNAを検出できなかった。その理由としては、リン酸ジエステル結合により全体としてはマイナス電荷を有するDNAが、マイナスに帯電するフルオロ基や基板表面のカルボキシ基と反発したことが考えられる。
Claims (8)
- 上記フルオロ化炭化水素基がC2-15パーフルオロアルキル基である請求項1に記載の機能性ポリオレフィン。
- 上記変性ポリオレフィン樹脂が、クロロ、ブロモおよびヨードからなる群より選択される1以上のハロゲノ基、並びに/または、カルボン酸基を有するものである請求項1または2に記載の機能性ポリオレフィン。
- 更にアニオン性生体高分子を含み、当該アニオン性生体高分子が上記アミノ基を介して結合している請求項1~3のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。
- 上記アニオン性生体高分子が、DNAおよび/またはRNAである請求項4に記載の機能性ポリオレフィン。
- 上記(メタ)アクリレート樹脂における、(メタ)アクリレート単位:アミノ基を有する構造単位:フルオロ化炭化水素基を有する構造単位の割合が、モル比で60~85:5~20:5~30(合計100)である請求項1~5のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。
- 上記(メタ)アクリレート樹脂に対する上記変性ポリオレフィン樹脂の割合が0.25質量倍以上、5質量倍以下である請求項1~6のいずれかに記載の機能性ポリオレフィン。
- 機能性ポリオレフィンを製造するための方法であって、
ポリオレフィンを、アミノ基を有する構造単位およびフルオロ化炭化水素基を有する構造単位を含む(メタ)アクリレート樹脂と、変性ポリオレフィン樹脂を含む溶液に浸漬する工程を含み、
上記アミノ基を有する構造単位が、下記式で表されるものであり、
R 1 はHまたはメチル基を示し、
Xは、式-Y-CR 2 R 3 -CR 4 R 5 -(-O-CR 2 R 3 -CR 4 R 5 -) n -(式中、YはOまたはNHであり、R 2 ~R 5 は、独立してHまたはC 1-6 アルキル基を示し、nは6以上の整数である。)で表されるリンカー基を示す。]
上記溶液における上記(メタ)アクリレート樹脂の濃度が1質量%以上であり、且つ上記変性ポリオレフィン樹脂の濃度が0.1質量%以上、2質量%以下であることを特徴とする方法。
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Kaya Tokuda et al.,Highly Water Repellent but Highly Adhesive Surface with Segregation of Poly(ethylene oxide) Side Chains,Langmuir,American Chemical Society,2015年,vol.31,p.209-214 |
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