JP7226787B2

JP7226787B2 - ハイドロゲルおよびその作製方法

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Publication number: JP7226787B2
Application number: JP2019085039A
Authority: JP
Inventors: 隆志宮田; 暁文河村; 唯乃稲元
Original assignee: Kansai University
Current assignee: Kansai University
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: JP2020180240A

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特許法第３０条第２項適用第６７回高分子学会年次大会予稿集発行所：公益社団法人高分子学会発行日：平成３０年５月８日

本発明は、ハイドロゲルおよびその作製方法に関する。

ハイドロゲルは、高分子鎖を架橋により連結させた三次元ネットワーク構造を有し、高い含水性と柔軟性から生体組織と非常に類似した性質を示す。そのため、ハイドロゲルは、医療材料や生体模倣材料などへの応用が期待されている。しかし、ハイドロゲルは、力学強度が非常に弱く、数倍の延伸や圧縮によって簡単に破壊される。軟骨などの生体組織と比較するとハイドロゲルの破壊エネルギーは１／１００程度となる。この脆弱性を解消するためにさまざまな高強度ゲルが報告されている。例えば、ポリロタキサンを利用し、高分子鎖上を環状の架橋点が自由に移動することができるトポロジカルゲルが報告されている（例えば「Y. Okumura and K. Ito, Advanced Materials, 13, 485 (2001)」等参照）。このトポロジカルゲルは従来のフリーラジカル重合で合成したゲルと比較して１０倍以上の延伸が可能となる。また、架橋点にナノクレイを用いたナノコンポジットゲルもトポロジカルゲルと同様に高い延伸を示す（例えば「K. Haraguchi and T. Takehisa, Advanced Materials, 14, 1120 (2002)」等参照）。さらには、２種類のネットワークからなるダブルネットワークゲル（ＤＮゲル）は、高い延伸に加えて数１０ＭＰａの応力にも耐えることが可能である（例えば「J.P. Gong, Y. Katsuyama, T. Kurokawa and Y. Osad, Advanced Materials, 15, 1155 (2003) 」等参照）。このような高強度ゲルは軟骨組織の模倣材料や、新たなソフトマテリアルとして応用が期待される。これらの高強度ゲルは、特殊なネットワーク構造を設計することによって高い力学特性を有しており、上述のような特殊な合成法によって作製され得る。

Y. Okumura and K. Ito, Advanced Materials, 13, 485 (2001) K. Haraguchi and T. Takehisa, Advanced Materials, 14, 1120 (2002) J.P. Gong, Y. Katsuyama, T. Kurokawa and Y. Osad, Advanced Materials, 15, 1155 (2003)

ところで、上述のような高強度ゲルを実用化レベルに引き上げるためには、比較的シンプルな構造を有すると共に比較的容易に合成することができる高強度ゲルを開発する必要がある。

本発明の課題は、比較的シンプルな構造を有すると共に比較的容易に合成することができる生体適合性高強度ゲルを提供することである。

本発明の第１局面に係るハイドロゲル作製方法では、水中で、２．５ｍｏｌ／Ｌ以上１０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを含むモノマー成分と、そのモノマー成分に対して０．００１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下の範囲内の濃度で添加されるＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミドとがラジカル重合させられてハイドロゲルが作製される。なお、ここで、モノマー成分の濃度は５．０ｍｏｌ／Ｌ以上１０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内であることが好ましい。また、モノマー成分に対するＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミドの添加モル比率（濃度）は、０．００１ｍｏｌ％以上０．２５ｍｏｌ％以下の範囲内であることが好ましく、０．００１ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％以下の範囲内であることがより好ましい。また、モノマー成分に含まれる２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン以外のモノマーとしては、２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンと重合反応し得るビニルモノマー（例えば、アクリレート系モノマーや、メタクリレート系モノマー等）等が挙げられる。また、モノマー成分における２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの含有率は、３０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、５０ｍｏｌ％以上であることがより好ましく、７０ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましく、９０ｍｏｌ％以上であることが特に好ましい。また、モノマー成分における２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの含有率は１００ｍｏｌ％であってもよい（かかる場合、モノマー成分の全てが２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンである。）。なお、本発明において、モノマー成分における２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの含有率は、得られるハイドロゲルの生体適合性を損なわない範囲で調整されなければならない。

本願発明者の鋭意検討の結果、上述のハイドロゲル作製方法により、異なる仕込み濃度で作製されたハイドロゲルよりも強度的に優れるハイドロゲルを作製することができることが明らかとなった。また、上述のハイドロゲル作製方法では、ラジカル重合を行うことにより所望のハイドロゲルを作製することができる。このため、このハイドロゲルは、比較的シンプルな構造を有することになる。また、このハイドロゲルにおいて高分子網目体が２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン由来単位を含むため、このハイドロゲルは生体適合性を有する。したがって、本発明に係るハイドロゲル作製方法では、比較的シンプルな構造を有する生体適合性高強度ゲルを比較的容易に合成することができる。

本発明の第２局面に係るハイドロゲル作製方法は第１局面に係るハイドロゲル作製方法であって、同ハイドロゲル作製方法では、ハイドロゲルの含水率が５０質量％以上９５質量％以下の範囲内に調整される。なお、ハイドロゲルの含水率は５０質量％以上８０質量％以下の範囲内であることが好ましく、５０質量％以上７０質量％以下の範囲内であることがより好ましく、５０質量％以上６０質量％以下の範囲内であることがさらに好ましい。

本願発明者らの鋭意検討により、上述の含水率を有するハイドロゲルが、上記数値範囲外の含水率を有するハイドロゲルよりも強度的に優れることが明らかとなった。このため、本発明に係るハイドロゲル作製方法を利用することによって、より高強度のハイドロゲルを作製することができる。

本発明の第３局面に係るハイドロゲルは、水中で、２．５ｍｏｌ／Ｌ以上１０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを含むモノマー成分と、そのモノマー成分に対して０．００１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下の範囲内の濃度を有するＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミドとをラジカル重合させて成っている。なお、ここで、モノマー成分の濃度は５．０ｍｏｌ／Ｌ以上１０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内であることが好ましい。また、モノマー成分に対するＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミドの添加モル比率（濃度）は、０．００１ｍｏｌ％以上０．２５ｍｏｌ％以下の範囲内であることが好ましく、０．００１ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％以下の範囲内であることがより好ましい。また、モノマー成分に含まれる２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン以外のモノマーとしては、２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンと重合反応し得るビニルモノマー（例えば、アクリレート系モノマーや、メタクリレート系モノマー等）等が挙げられる。また、モノマー成分における２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの含有率は、３０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、５０ｍｏｌ％以上であることがより好ましく、７０ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましく、９０ｍｏｌ％以上であることが特に好ましい。また、モノマー成分における２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの含有率は１００ｍｏｌ％であってもよい（かかる場合、モノマー成分の全てが２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンである。）。なお、本発明において、モノマー成分における２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの含有率は、得られるハイドロゲルの生体適合性を損なわない範囲で調整されなければならない。

このハイドロゲルは、ラジカル重合により生成されている。このため、このハイドロゲルは、比較的シンプルな構造を有することになる。また、このハイドロゲルにおいて高分子網目体が２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン由来単位を含むため、このハイドロゲルは生体適合性を有する。したがって、本発明に係るハイドロゲルは、生体適合性高強度ゲルであって、比較的シンプルな構造を有すると共に比較的容易に合成することができる。

本発明の第４局面に係るハイドロゲルは、主として、高分子網目体および水から成っている。高分子網目体は、２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン由来単位と、Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド由来単位とを含んでいる。水は、高分子網目体に含まれている。そして、このハイドロゲルの含水率は５０質量％以上９５質量％以下の範囲内である。なお、ハイドロゲルの含水率は５０質量％以上８０質量％以下の範囲内であることが好ましく、５０質量％以上７０質量％以下の範囲内であることがより好ましく、５０質量％以上６０質量％以下の範囲内であることがさらに好ましい。

上述のハイドロゲルは、水中で２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを含むモノマー成分と、Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミドとをフリーラジカル重合させた後に、必要に応じてそのハイドロゲルを一定時間乾燥させることによって作製することができる。この結果、このハイドロゲルは、比較的シンプルな構造となる。また、このハイドロゲルにおいて高分子網目体が２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン由来単位を含むため、このハイドロゲルは生体適合性を有する。そして、本願発明者らの鋭意検討により、このハイドロゲルは、上記数値範囲外の含水率を有するハイドロゲルよりも強度的に優れることが明らかとなった。したがって、本発明に係るハイドロゲルは、生体適合性高強度ゲルであって、比較的シンプルな構造を有すると共に比較的容易に合成することができる。

実施例１～５に係るハイドロゲルを圧縮したときの応力－歪み曲線である。なお、図中、「ａ」で示される応力－歪み曲線が実施例１に係るハイドロゲルのものであり、「ｂ」で示される応力－歪み曲線が実施例２に係るハイドロゲルのものであり、「ｃ」で示される応力－歪み曲線が実施例３に係るハイドロゲルのものであり、「ｄ」で示される応力－歪み曲線が実施例４に係るハイドロゲルのものであり、「ｅ」で示される応力－歪み曲線が実施例５に係るハイドロゲルのものである。また、図中「×」の記号は破断点を示しており、同記号がないものは破断しなかったことを示す。実施例２～４に係るハイドロゲルを引っ張ったときの応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｂ」で示される応力－歪み曲線が実施例２に係るハイドロゲルのものであり、「ｃ」で示される応力－歪み曲線が実施例３に係るハイドロゲルのものであり、「ｄ」で示される応力－歪み曲線が実施例４に係るハイドロゲルのものである。また、図中「×」の記号は破断点を示している。実施例６～８に係るハイドロゲルを引っ張ったときの応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｆ」で示される応力－歪み曲線が実施例６に係るハイドロゲルのものであり、「ｇ」で示される応力－歪み曲線が実施例７に係るハイドロゲルのものであり、「ｈ」で示される応力－歪み曲線が実施例８に係るハイドロゲルのものである。また、図中「×」の記号は破断点を示している。実施例９～１１に係るハイドロゲルを圧縮したときの応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｉ」で示される応力－歪み曲線が実施例９に係るハイドロゲルのものであり、「ｊ」で示される応力－歪み曲線が実施例１０に係るハイドロゲルのものであり、「ｋ」で示される応力－歪み曲線が実施例１１に係るハイドロゲルのものである。また、いずれのハイドロゲルでも破断は確認されなかったため破断点を示す記号は付されていない。実施例９～１１に係るハイドロゲルを引っ張ったときの応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｉ」で示される応力－歪み曲線が実施例９に係るハイドロゲルのものであり、「ｊ」で示される応力－歪み曲線が実施例１０に係るハイドロゲルのものであり、「ｋ」で示される応力－歪み曲線が実施例１１に係るハイドロゲルのものである。また、図中「×」の記号は破断点を示している。実施例３、実施例７および実施例１０に係るハイドロゲル（全て架橋剤濃度が０．１ｍｏｌ％となっており、モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度が異なる）の応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｃ」で示される応力－歪み曲線が実施例３に係るハイドロゲルのものであり、「ｇ」で示される応力－歪み曲線が実施例７に係るハイドロゲルのものであり、「ｊ」で示される応力－歪み曲線が実施例１０に係るハイドロゲルのものである。また、図中「×」の記号は破断点を示している。実施例９の乾燥引張試験の結果を示す応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｉ０」で示される応力－歪み曲線が作製直後のハイドロゲルのものであり、「ｉ２」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥２日経過直後のハイドロゲルのものであり、「ｉ４」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥４日経過直後のハイドロゲルのものであり、「ｉ５」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥５日経過直後のハイドロゲルのものであり、「ｉ７」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥７日経過直後のハイドロゲルのものである。また、図中「×」の記号は破断点を示している。実施例９に係るハイドロゲルの乾燥日数と含水率との関係を示す図である。実施例９の作製直後のハイドロゲルを繰返引張試験に供したときの結果を示す応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｉ０１」で示される応力－歪み曲線が作製直後のハイドロゲルの１回目の引張時のものであり、「ｉ０２」で示される応力－歪み曲線が作製直後のハイドロゲルの２回目の引張時のものである。実施例９の自然乾燥４日経過直後のハイドロゲルを繰返引張試験に供したときの結果を示す応力－歪み曲線である。なお、図中、「ｉ４１」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥４日経過直後のハイドロゲルの１回目の引張時のものであり、「ｉ４２」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥４日経過直後のハイドロゲルの２回目の引張時のものである。図８および図９の引張１回目の応力－歪み曲線を併せて示す図である。なお、図中、「ｉ０１」で示される応力－歪み曲線が作製直後のハイドロゲルの１回目の引張時のものであり、「ｉ４１」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥４日経過直後のハイドロゲルの１回目の引張時のものである。図８および図９の引張２回目の応力－歪み曲線を併せて示す図である。なお、図中、「ｉ０２」で示される応力－歪み曲線が作製直後のハイドロゲルの２回目の引張時のものであり、「ｉ４２」で示される応力－歪み曲線が自然乾燥４日経過直後のハイドロゲルの２回目の引張時のものである。

以下、実施例および比較例を示して本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されることはない。

（実施例１）
１．ハイドロゲルの合成
以下の化学式（Ａ）に示される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」と略される場合がある。）の濃度が５ｍｏｌ／Ｌとなり、以下の化学式（Ｂ）に示されるＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（以下「ＭＢＡＡ」と略される場合がある。）の濃度が５．１２×１０^－５ｍｏｌ／Ｌとなり、以下の化学式（Ｃ）に示されるＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン（以下「ＴＥＭＥＤ」と略される場合がある。）の濃度が４．０×１０^－３ｍｏｌ／Ｌとなるように、ＭＰＣ、ＭＢＡＡ、ＴＥＭＥＤおよび水を混合してモノマー水溶液を調製した（このとき、ＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．００１ｍｏｌ％であった。）。

次に、以下の化学式（Ｄ）に示される過硫酸アンモニウム（以下「ＡＰＳ」と略する場合がある。）に水を加えてＡＰＳ水溶液を調製した。

続いて、モノマー水溶液およびＡＰＳ水溶液に対して凍結脱気処理を施してモノマー水溶液およびＡＰＳ水溶液から溶存酸素を取り除いた。そして、モノマー水溶液中のＡＰＳの濃度が０．４７×１０^－３ｍｏｌ／Ｌとなるように、モノマー水溶液に対してＡＰＳ水溶液を加えてプレゲル溶液を調製した。そして、そのプレゲル溶液を円柱の鋳型（直径５ｍｍ，厚み５ｍｍ）に入れて２５℃の温度条件下でＭＰＣおよびＭＢＡＡの重合を行って目的のハイドロゲルを得た。

２．圧縮試験
上述の通りして得られたハイドロゲルを圧縮試験に供したところ、図１に示される応力－歪み曲線（ａ）が得られた。なお、この圧縮試験は、株式会社島津製作所製の小型卓上試験機ＥＺＴｅｓｔ（ＳＭＴＩ－２－Ｎ）を用いて温度２５℃、湿度７０％環境下、圧縮荷重の最大値を１００Ｎに設定し、クロスヘッドスピード５０ｍｍ／分でハイドロゲルを圧縮することによって行われた。

（実施例２）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＢＡＡの濃度を５．００×１０^－４ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．０１ｍｏｌ％であった。

２．圧縮試験
上述の通りにして得られたハイドロゲルを、実施例１と同様にして圧縮試験に供したところ、図１に示される応力－歪み曲線（ｂ）が得られた。

３．引張試験
プレゲル溶液をダンベル型の鋳型（全体厚み１．７６ｍｍ，長方形板部の幅５ｍｍ，長方形板部の長さ２０ｍｍ、長方形板部の両端に設けられる円板部の直径１０ｍｍ）に入れて２５℃の温度条件下でＭＰＣおよびＭＢＡＡの重合を行って引張試験用のハイドロゲル試験片を得た。そして、そのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図２に示される応力－歪み曲線（ｂ）が得られた。なお、この引張試験は、株式会社島津製作所製の小型卓上試験機ＥＺＴｅｓｔ（ＳＭＴＩ－２－Ｎ）を用いて温度２５℃、湿度７０％環境下、クロスヘッドスピード５０ｍｍ／分でハイドロゲルを引っ張ることによって行われた。

（実施例３）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＢＡＡの濃度を５．００×１０^－３ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．１ｍｏｌ％であった。

２．圧縮試験
上述の通りにして得られたハイドロゲルを、実施例１と同様にして圧縮試験に供したところ、図１に示される応力－歪み曲線（ｃ）が得られた。

３．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図２に示される応力－歪み曲線（ｃ）が得られた。

（実施例４）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＢＡＡの濃度を２．５６×１０^－２ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．２５ｍｏｌ％であった。

２．圧縮試験
上述の通りにして得られたハイドロゲルを、実施例１と同様にして圧縮試験に供したところ、図１に示される応力－歪み曲線（ｄ）が得られた。

３．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図２に示される応力－歪み曲線（ｄ）が得られた。

（実施例５）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＢＡＡの濃度を５．００×１０^－２ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は１．０ｍｏｌ％であった。

２．圧縮試験
上述の通りにして得られたハイドロゲルを、実施例１と同様にして圧縮試験に供したところ、図１に示される応力－歪み曲線（ｅ）が得られた。

（実施例６）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度を１０ｍｏｌ／Ｌに代えると共にＭＢＡＡの濃度を１０．００×１０^－４ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．０１ｍｏｌ％であった。

２．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図３に示される応力－歪み曲線（ｆ）が得られた。

（実施例７）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度を１０ｍｏｌ／Ｌに代えると共にＭＢＡＡの濃度を１０．００×１０^－３ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．１ｍｏｌ％であった。

２．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図３に示される応力－歪み曲線（ｇ）が得られた。

（実施例８）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度を１０ｍｏｌ／Ｌに代えると共にＭＢＡＡの濃度を５．００×１０^－２ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．２５ｍｏｌ％であった。

２．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図３に示される応力－歪み曲線（ｈ）が得られた。

（実施例９）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度を２．５ｍｏｌ／Ｌに代えると共にＭＢＡＡの濃度を２．５×１０^－４ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．０１ｍｏｌ％であった。

２．圧縮試験
上述の通りにして得られたハイドロゲルを、実施例１と同様にして圧縮試験に供したところ、図４に示される応力－歪み曲線（ｉ）が得られた。

３．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図５に示される応力－歪み曲線（ｉ）が得られた。

４．乾燥引張試験
上述の引張試験におけるハイドロゲル試験片の作製方法に従って５つのハイドロゲル試験片を用意した。そして、作製直後にその１つを、実施例２と同様にして引張試験に供し、自然乾燥２日経過直後にその１つを、実施例２と同様にして引張試験に供し、自然乾燥４日経過直後にその１つを、実施例２と同様にして引張試験に供し、自然乾燥５日経過直後にその１つを、実施例２と同様にして引張試験に供し、自然乾燥７日経過後に最後の１つを、実施例２と同様にして引張試験に供した。その結果、図７に示される応力－歪み曲線（ｉ０，ｉ２，ｉ４，ｉ５，ｉ７）が得られた。なお、引張試験に供した５つのハイドロゲル試験片それぞれの含水率は図８に示される通りであった。

５．繰返引張試験
上述の引張試験におけるハイドロゲル試験片の作製方法に従って２つのハイドロゲル試験片を用意した。そして、作製直後にその１つを繰返引張試験に供し、然乾燥４日経過直後にその１つを繰返引張試験に供した。その結果、図９～図１２に示される応力－歪み曲線（ｉ０１，ｉ０２，ｉ４１，ｉ４２）が得られた。なお、繰返引張試験は、株式会社島津製作所製の小型卓上試験機ＥＺＴｅｓｔ（ＳＭＴＩ－２－Ｎ）を用いて温度２５℃、湿度７０％環境下、引張荷重の最大値を１００Ｎに設定し、クロスヘッドスピード５０ｍｍ／分でハイドロゲル試験片を繰り返し引っ張ることによって行われた。なお、本繰返引張試験では、引張荷重が１００Ｎに達したハイドロゲル試験片は存在しなかった。

（実施例１０）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度を２．５ｍｏｌ／Ｌに代えると共にＭＢＡＡの濃度を２．５×１０^－３ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．１ｍｏｌ％であった。

２．圧縮試験
上述の通りにして得られたハイドロゲルを、実施例１と同様にして圧縮試験に供したところ、図４に示される応力－歪み曲線（ｊ）が得られた。

３．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図５に示される応力－歪み曲線（ｊ）が得られた。

（実施例１１）
１．ハイドロゲルの合成
モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度を２．５ｍｏｌ／Ｌに代えると共にＭＢＡＡの濃度を１．２５×１０^－２ｍｏｌ／Ｌに代えた以外は、実施例１に示される通りにして目的のハイドロゲルを得た。なお、このときのＭＰＣに対するＭＢＡＡのモル比率（すなわち架橋剤濃度）は０．２５ｍｏｌ％であった。

２．圧縮試験
上述の通りにして得られたハイドロゲルを、実施例１と同様にして圧縮試験に供したところ、図４に示される応力－歪み曲線（ｋ）が得られた。

３．引張試験
実施例２と同様にして本実施例のプレゲル溶液から引張試験用のハイドロゲル試験片を得、実施例２と同様にしてそのハイドロゲル試験片を引張試験に供したところ、図５に示される応力－歪み曲線（ｋ）が得られた。

＜まとめ＞
圧縮試験では、１．０ｍｏｌ％の架橋剤濃度を有するハイドロゲルは７０％程度圧縮されることにより破断したが、０．００１ｍｏｌ％～０．２５ｍｏｌ％の架橋剤濃度を有するハイドロゲルは９０％程度圧縮されても破断せず良好な強度（靭性）を示した。また、０．０１ｍｏｌ％～０．２５ｍｏｌ％の架橋剤濃度を有するハイドロゲルは引張試験でも良好な結果を示した。また、図６に示される通り、架橋剤濃度が同一である場合、モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度が高くなる程、引張強度が高くなることが明らかとなった。これは、モノマー水溶液調製時におけるＭＰＣの濃度が高くなる程、分子鎖同士の絡み合いが多くなり、その結果、エネルギー散逸効果が高くなるためであると考えられる。

また、実施例９の乾燥引張試験の結果、ハイドロゲルは、自然乾燥日数４日程度まで（含水率が５０％程度に下がるまで）歪み（伸び）および引張強度が向上したが、それ以降（含水率が更に下がると）、引張強度は高くなるものの歪み（伸び）が小さくなった。

さらに、作製直後のハイドロゲルおよび自然乾燥４日経過直後のハイドロゲルには、共にヒステリシスは認められなかった。

本発明に係るハイドロゲル作製方法は、比較的シンプルな構造を有する生体適合性高強度ゲルを比較的容易に合成することができるという特徴を有するため、例えば、コンタクトレンズ等の医療材料の製造に応用することができる。

Claims

水中で、２．５ｍｏｌ／Ｌ以上１０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを含むモノマー成分と、前記モノマー成分に対して０．００１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下の範囲内の濃度で添加されるＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミドとをラジカル重合させてハイドロゲルを得る、ハイドロゲル作製方法。
前記ハイドロゲルの含水率を５０質量％以上９５質量％以下の範囲内に調整する、請求項１に記載のハイドロゲル作製方法。
水中で、２．５ｍｏｌ／Ｌ以上１０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の濃度の２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを含むモノマー成分と、前記モノマー成分に対して０．００１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下の範囲内の濃度を有するＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミドとをラジカル重合させて成る
ハイドロゲル。