JP7232442B2 - Substrate for cell culture that reversibly changes surface phase separation structure in response to light - Google Patents

Substrate for cell culture that reversibly changes surface phase separation structure in response to light Download PDF

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Description

特許法第30条第2項適用 1.発行者名:公益社団法人高分子学会 刊行物名:「高分子学会予稿集 67巻1号[2018]」 発行日:平成30年5月8日 2. 集会名:第67回(2018年)高分子学会年次大会 発表日:平成30年5月24日 3.発行者名:公益社団法人日本化学会 刊行物名:「日本化学会秋季事業 第8回CSJ化学フェスタ2018プログラム集」 発行日:平成30年9月26日 4. 集会名:日本化学会秋季事業 第8回CSJ化学フェスタ2018 発表日:平成30年10月24日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law 1. Name of publisher: The Society of Polymer Science, Japan Publication name: “The Society of Polymer Science and Technology Proceedings, Vol. 67, No. 1 [2018]” Publication date: May 8, 2018 2. Meeting name: The 67th (2018) SPSJ Annual Meeting Announcement date: May 24, 2018 3. Publisher name: The Chemical Society of Japan Publication name: “The Chemical Society of Japan Autumn Program 8th CSJ Chemistry Festa 2018 Program Collection” Publication date: September 26, 2018 4. Name of Meeting: The 8th CSJ Chemistry Festa 2018 Autumn Event of the Chemical Society of Japan Presentation Date: October 24, 2018

本発明は、光に応答して可逆的に表面相分離構造を変えるブロック共重合体、その製造方法、及び、該ブロック共重合体を使用する細胞培養用基材等に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a block copolymer that reversibly changes its surface phase separation structure in response to light, a method for producing the same, a cell culture substrate using the block copolymer, and the like.

In vitroにおける細胞培養では細胞挙動制御に増殖因子、分化誘導因子等の液性生体シグナル因子を用いてきた。一方で、細胞培養基材表面の微細構造や濡れ性、弾性率等の材料特性が細胞足場構造の微小環境の変化をもたらし、細胞の挙動に影響を与えることが明らかとなった(非特許文献1、2)。近年、足場材料のみで細胞の挙動制御を試みる研究に大きな注目が集まっており、その中でも微細構造や物性が固定された静的な足場を用いた研究が多くなされているが、動的な足場は外部刺激による材料特性の制御を介して、細胞挙動の制御を可能とする。さらに、生体内環境は刻々と変化するため、その模倣をすることで、新たな培養形態への応用も可能である。 Humoral signaling factors such as growth factors and differentiation-inducing factors have been used to control cell behavior in in vitro cell culture. On the other hand, it was revealed that the microstructure, wettability, and material properties such as elastic modulus of the cell culture substrate surface lead to changes in the microenvironment of the cell scaffold structure, affecting cell behavior (non-patent literature). 1, 2). In recent years, research that attempts to control cell behavior using only scaffolding materials has attracted a great deal of attention. allows control of cell behavior through control of material properties by external stimuli. Furthermore, since the in vivo environment changes from moment to moment, it is possible to apply it to new culture forms by imitating it.

外部刺激の中でも、光による外部刺激は局所的、即時的、非接触的に刺激を付与できる。この性質を利用して細胞の接脱着を制御する光応答性基材の報告もなされてきたが、それらは光分解反応による表面状態変化を誘起しているため、分解生成物による細胞への毒性や予期せぬ副作用が懸念される(非特許文献3)。 Among external stimuli, light-based external stimuli can provide local, immediate, and non-contact stimuli. Photoresponsive substrates that control cell attachment and detachment using this property have also been reported, but since they induce surface state changes due to photodegradation reactions, their decomposition products are toxic to cells. and unexpected side effects (Non-Patent Document 3).

その中で現在、温度変化という外部刺激を利用して培養基材表面の濡れ性と分子運動性を変化させ、細胞の接着性を制御する技術がすでに開発されており、細胞シート作製用の基材として有名な材料がある。温度応答性高分子として有名なpoly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm) は水中で約32℃に下限臨界溶液温度(LCST)を有し、LCST以上の温度では重合体分子は疎水性となり自己凝集するのに対し、LCST以下の温度では親水性となり重合体鎖が水和する。この時の動的な濡れ性変化と、重合体鎖が水和することによる分子運動性の変化を利用し、細胞接脱着及び細胞分離制御システムの構築が行われた(非特許文献4)。 Among them, a technology has already been developed to control the adhesiveness of cells by changing the wettability and molecular mobility of the culture substrate surface using an external stimulus such as a change in temperature. There is a famous material as a material. Poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm), a well-known thermoresponsive polymer, has a lower critical solution temperature (LCST) of approximately 32°C in water. On the other hand, at temperatures below the LCST, it becomes hydrophilic and the polymer chains hydrate. Utilizing the dynamic wettability change at this time and the change in molecular mobility due to hydration of polymer chains, a cell attachment/detachment and cell separation control system was constructed (Non-Patent Document 4).

しかしながら、温度変化という外部刺激はその変化を与える範囲選択性や温度という連続したパラメータの変化にかかる時間などにより、パターニングなどの微細な操作が困難である。 However, fine manipulations such as patterning are difficult for an external stimulus such as a temperature change due to the range selectivity of the change and the time required for a continuous parameter change such as temperature.

Nagase K., et al., J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5924-5930Nagase K., et al., J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5924-5930 Engler, A. J.et al., Cell 2006, 126, 677-689.Engler, A. J. et al., Cell 2006, 126, 677-689. Nakanishi, J. et al., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16314-16315.Nakanishi, J. et al., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16314-16315. Nagase K., et al., J. Mater. Chem., 2012, 22, 19514-19522.Nagase K., et al., J. Mater. Chem., 2012, 22, 19514-19522.

本発明は、光に対して応答し、可逆的な光異性化を起こす置換基を有する重合体材料を作製し、光応答性細胞培養材料、及び、その製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to prepare a polymer material having a substituent group that responds to light and causes reversible photoisomerization, and to provide a photoresponsive cell culture material and a method for producing the same. .

本発明者らは、鋭意研究し、光応答性細胞培養材料として、2種類のメタクリレート類によるジブロック共重合体を合成し、微細構造やその物性を動的に変化させるために、光に可逆的に応答するフォトクロミック分子の一つであるスピロベンゾピランをベースとしたモノマーを前記ジブロック共重合体に導入した。そして、材料表面の微細構造の作製を目的に、ジブロック共重合体の各ブロックの物性の違いによる自己凝集により自発的にミクロ及びナノスケールを含む微細構造を形成する相分離という現象を利用した。そのために表面に有機層を積層することで疎水修飾を施した基体上に前記光応答性ジブロック共重合体を被膜することにより、表面に微細構造を有する培養基板を作製し、本発明を完成させた。 The present inventors have conducted intensive research and synthesized a diblock copolymer composed of two types of methacrylates as a photoresponsive cell culture material. A monomer based on spirobenzopyran, one of the photochromic molecules that responds to photochromic reactions, was introduced into the diblock copolymer. Then, for the purpose of creating a fine structure on the surface of the material, we used the phenomenon of phase separation, which spontaneously forms a fine structure including micro- and nano-scales by self-aggregation due to the difference in physical properties of each block of the diblock copolymer. . For this purpose, a culture substrate having a microstructure on the surface was prepared by coating the photoresponsive diblock copolymer on a substrate that was hydrophobically modified by laminating an organic layer on the surface, and the present invention was completed. let me

具体的には、本発明は、下記式(I)で表されることを特徴とする、ブロック共重合体を提供する:

Figure 0007232442000001
ただし、
環Aが、C5~C8の芳香環であり、
R1が、C1~C18の置換されていてもよい直鎖又は分枝状のアルキル基であり、
R2が、H又はC1~C17の置換されていてもよい直鎖又は分枝状のアルキル基であり、
R1の炭素数 > R2の炭素数であり、
R3、R4及びR5が、それぞれ独立して、H又は-CH3から選択され、
Xaが、O又はSから選択され、
Yaが、-NO2、-CN、-COOH、-F、-Cl、-Br、-I、-OH、-NH2、-CH3から選択され、及び、
nが、5~200であり、
xが、5~200であり、
yが、5~50である。 Specifically, the present invention provides a block copolymer characterized by being represented by the following formula (I):
Figure 0007232442000001
however,
Ring A is a C 5 to C 8 aromatic ring,
R 1 is a C 1 to C 18 optionally substituted linear or branched alkyl group,
R 2 is H or an optionally substituted linear or branched C 1 to C 17 alkyl group;
The number of carbon atoms in R 1 > the number of carbon atoms in R 2 and
R3 , R4 and R5 are each independently selected from H or -CH3 ;
Xa is selected from O or S;
Ya is selected from -NO2 , -CN, -COOH, -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -NH2 , -CH3 , and
n is 5 to 200,
x is between 5 and 200;
y is 5-50.

本発明のブロック共重合体の前記式(I)において、
nが、100~180であり、
xが、60~140であり、
yが、9~30である場合がある。
In the formula (I) of the block copolymer of the present invention,
n is from 100 to 180,
x is between 60 and 140;
y may be 9-30.

本発明のブロック共重合体において、前記式(I)の化合物が、下記式(II)で表される場合がある:

Figure 0007232442000002
ただし、
nが、133~146であり、
xが、74~115であり、
yが、11~25である。 In the block copolymer of the present invention, the compound of formula (I) may be represented by the following formula (II):
Figure 0007232442000002
however,
n is from 133 to 146,
x is between 74 and 115;
y is 11-25.

また、本発明は、ガラス又はシリコンからなる基体表面に対して表面固定された有機層上に前記式(I)又は(II)の化合物が被膜されている相分離構造体システムを提供する。 The present invention also provides a phase-separated structure system in which the compound of formula (I) or (II) is coated on an organic layer surface-fixed to the surface of a substrate made of glass or silicon.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記表面固定された有機層が、ケイ素化合物試薬によって有機化合物を表面に固定された有機層、又は、ランダム共重合体を含む有機層である場合がある。 In the phase-separated structure system of the present invention, the surface-immobilized organic layer may be an organic layer having an organic compound immobilized on the surface by a silicon compound reagent or an organic layer containing a random copolymer.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記ケイ素化合物試薬が、トリメトキシ(メチル)シラン又は1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン、1,3-ジブチル‐1,1,3,3-テトラメチルジシラザン又は1,3-ジエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシラザンから選択される化合物を含む場合がある。。 In the phase separation structure system of the present invention, the silicon compound reagent is trimethoxy(methyl)silane or 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane, 1,3-dibutyl-1,1,3 ,3-tetramethyldisilazane or 1,3-diethyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane. .

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記ランダム共重合体が、下記式(III)の構造を有する場合がある:

Figure 0007232442000003
ただし、
R6が、-COOH又は-CH2OHであり、
R7が、-C6H5又は-S-(CH2)11-CH3であり、
pが、20~200であり、
qが、20~200である。 In the phase-separated structure system of the present invention, the random copolymer may have the structure of formula (III) below:
Figure 0007232442000003
however,
R6 is -COOH or -CH2OH ,
R7 is -C6H5 or -S- ( CH2 ) 11 - CH3 ;
p is between 20 and 200;
q is between 20 and 200;

本発明の相分離構造体システムの前記式(III)において、
pが、55~60であり、
qが、54~59である、
場合がある。
In the formula (III) of the phase separation structure system of the present invention,
p is between 55 and 60;
q is between 54 and 59;
Sometimes.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記相分離構造体システムは、光に応答して可逆的な表面相分離構造が変化する相分離構造を有する場合がある。 In the phase-separated structure system of the present invention, the phase-separated structure system may have a phase-separated structure in which the reversible surface phase-separated structure changes in response to light.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記表面相分離構造の変化が、表面の微細な凹凸構造、膜表面の濡れ性、又は、硬さの変化を伴う場合がある。 In the phase-separated structure system of the present invention, the change in the surface phase-separated structure may be accompanied by a change in the fine uneven structure of the surface, the wettability of the film surface, or the hardness.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記相分離構造体システムが、細胞培養用の基材である場合がある。 In the phase-separated structure system of the present invention, the phase-separated structure system may be a substrate for cell culture.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記細胞培養用の基材が、光に応答して可逆的に、培養細胞が接着と脱離とを若しくは接着した培養細胞が脱離と再接着とを行う、又は、培養細胞の分化、伸展、遊走、若しくは、遺伝子及びタンパク質の発現の変化を制御する場合がある。 In the phase separation structure system of the present invention, the substrate for cell culture reversibly adheres and detaches cultured cells or detaches and re-adheres adhered cultured cells in response to light. or regulate the differentiation, spreading, migration, or changes in gene and protein expression of cultured cells.

さらに、本発明は、前記ブロック共重合体:PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)の製造方法であって、
下記反応式1で表されるように、重合開始剤として4,4′-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (4,4’-azobis(4-cyanopentanoic acid))を、RAFT重合連鎖移動剤としてジチオ安息香酸 4-シアノペンタン酸エステル (4-cyanopentanoic acid dithiobenzoate)を用いて、メチルメタクリレート(methylmethacrylate)を反応させて、PMMA (poly-methylmethacrylate)を調製する工程、

Figure 0007232442000004
ただし、nが、5~200であり;

次に、
下記反応式2で表されるように、4,4′-アゾビス(4-シアノペンタン酸)を用いて、前記PMMAと、SpMA (1'-(2-Methacryloyloxyethyl)-3',3'-dimethyl-6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline))と、n-ブチルメタクリレート(n-Butyl methacrylate) とを反応させる工程、
を含む製造方法を提供する;
Figure 0007232442000005
ただし、
nが、5~200であり、
xが、5~200であり、
yが、5~50である。
Furthermore, the present invention provides a method for producing the block copolymer: PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA),
As shown in Reaction Formula 1 below, 4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid) is used as a polymerization initiator, and 4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid) is used as a RAFT polymerization chain transfer agent. A step of reacting methylmethacrylate with 4-cyanopentanoic acid dithiobenzoate to prepare PMMA (poly-methylmethacrylate);
Figure 0007232442000004
provided that n is 5 to 200;

next,
As represented by the following Reaction Scheme 2, 4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid) was used to react the PMMA with SpMA (1′-(2-Methacryloyloxyethyl)-3′,3′-dimethyl). -6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline)) and n-butyl methacrylate reacting,
to provide a manufacturing method comprising;
Figure 0007232442000005
however,
n is 5 to 200,
x is between 5 and 200;
y is 5-50.

また、本発明は、相分離構造体システムの製造のための、前記ブロック共重合体の使用を提供する。 The invention also provides the use of said block copolymers for the production of phase-separated structural systems.

さらに、本発明は、光に応答させて可逆的に表面相分離構造を変化させ、該変化によって、培養細胞が接着と脱離とを若しくは接着した培養細胞が脱離と再接着とを行う、又は、培養細胞の分化、伸展、遊走、若しくは、遺伝子及びタンパク質の発現の変化を制御するための、前記分離構造体システムの使用を提供する。 Furthermore, the present invention reversibly changes the surface phase separation structure in response to light, and the change causes the cultured cells to adhere and detach, or the adhered cultured cells to detach and re-adhere. Alternatively, the use of said separate structure system for controlling differentiation, spreading, migration of cultured cells or changes in gene and protein expression is provided.

本発明によって、光に対して応答し、可逆的な光異性化を起こす置換基を有する重合体材料を作製し、光応答性細胞培養材料、及び、その製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a polymer material having a substituent that responds to light and undergoes reversible photoisomerization can be produced, and a photoresponsive cell culture material and a method for producing the same can be provided.

ブロック共重合体:PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)の1H-NMRスペクトルを表す。 1 H-NMR spectrum of block copolymer: PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA). ランダム共重合体:P(MMA-r-nBMA)の1H-NMRスペクトルを表す。 1 H-NMR spectrum of random copolymer: P(MMA-r-nBMA). 原子間力顕微鏡による相分離表面構造の像とUV光による相分離構造の変化を表す図。スケールバーは5 μmを表す。The figure which shows the image of the phase-separated surface structure by an atomic force microscope, and the change of the phase-separated structure by UV light. Scale bar represents 5 μm. UV光と可視光の繰り返し照射による相分離構造の可逆的スイッチングにおける原子間力顕微鏡による相分離表面構造の像を表す図。スケールバーは5 μmを表す。Fig. 3 is an atomic force microscope image of the phase-separated surface structure in reversible switching of the phase-separated structure by repeated irradiation of UV light and visible light. Scale bar represents 5 μm. MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21と133 : 115 : 25のポリマー修飾基板についての、UV光又は可視光を照射することにより相分離表面構造の表面凹凸構造の変化を惹起させたときの相分離構造体システムの表面及び断面を表す図。Investigation of changes in the surface relief structure of the phase-separated surface structure of MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21 and 133 : 115 : 25 polymer-modified substrates by irradiation with UV light or visible light. FIG. 2 shows a surface and a cross-section of a phase-separated structure system; MMA : nBMA : SpMA = 127 : 118 : 28のポリマー修飾基板についての、UV光を照射することにより相分離表面構造の表面凹凸構造の変化を惹起させたときの相分離構造体システムの表面及び断面の凹凸構造の高低差の変化を表す図。Surface and cross section of a phase-separated structure system on a polymer-modified substrate of MMA : nBMA : SpMA = 127 : 118 : 28 when UV light is irradiated to cause a change in the surface relief structure of the phase-separated surface structure The figure showing the change of the height difference of uneven|corrugated structure. 光スイッチングできる相分離構造表面を有する細胞培養基板において培養した細胞の顕微鏡写真図。スケールバーは、それぞれ、上段が200 μm、下段が100 μmを表す。Micrographs of cells cultured on a cell culture substrate having a phase-separated structure surface capable of photoswitching. Scale bars represent 200 μm on top and 100 μm on bottom, respectively. 光スイッチングできる相分離構造表面を有する細胞培養基板において培養した細胞にUV光と可視光とを繰り返し照射した際の可逆的な細胞接着性の変化を表す顕微鏡写真及び表面構造の変化と細胞接着性を模式的に表した図。Micrographs showing reversible changes in cell adhesion when cells cultured on a cell culture substrate with a photoswitchable phase-separated structure surface are repeatedly irradiated with UV light and visible light, and changes in surface structure and cell adhesion The figure which represented typically. UV光又は可視光を照射した細胞培養基板において培養した細胞に、当初照射した光とは異なる光を照射して、表面層分離を変化させた際の細胞の接着又は脱離を観察した顕微鏡写真。細胞の顕微鏡写真のスケールバーは200 μmを、中に示した相分離構造を表す像のスケールバーは5 μmを表す。Micrographs of cell adhesion and detachment observed when cells cultured on a cell culture substrate irradiated with UV light or visible light are irradiated with light different from the light initially irradiated to change the surface layer separation. . The scale bar of the micrograph of the cells represents 200 μm, and the scale bar of the image showing the phase-separated structure shown in the middle represents 5 μm.

1.ブロック共重合体
本発明の実施形態の1つはブロック共重合体である。
1. Block Copolymers One of the embodiments of the present invention is block copolymers.

本発明は、光に対して応答し、可逆的な光異性化を起こすスピロベンゾピランを有するブロック共重合体からなる材料を作製し、光応答性細胞培養材料を製造する。 The present invention prepares a material comprising a block copolymer having spirobenzopyran that responds to light and undergoes reversible photoisomerization to produce a photoresponsive cell culture material.

材料表面の微細構造の作製にはブロック重合体の各ブロックの物性の違いによる自己凝集により自発的にミクロ及びナノスケールを含む微細構造を形成する相分離という現象を利用する。この現象を引き起こすために、例えば、メチルメタクリレートとn-ブチルメタクリレートによるジブロック共重合体を合成する。さらに、この微細構造やその物性を動的に変化させるために、例えば、光に対して可逆的に応答するフォトクロミック分子の一つであるスピロベンゾピランをベースとしたモノマーをn-ブチルメタクリレートブロックに導入する。この光応答性ジブロック共重合体を、表面にアルキル鎖等の有機層を積層することで疎水修飾を施したガラス基板等の基体上にスピンコートによって修飾し、熱処理を施すことで、表面に微細構造を有する培養基板を作製する。スピロベンゾピランはUV光の照射により閉環型で極性の低いスピロピラン型から開環型で双性イオンのメロシアニン型に光異性化し、これに伴う極性の変化と立体的な構造変化によって導入したジブロック共重合体の凝集形態を変化させることができる。 A phenomenon called phase separation, in which fine structures including micro- and nano-scales are spontaneously formed by self-aggregation due to differences in the physical properties of blocks of block polymers, is used to fabricate fine structures on the surface of materials. In order to induce this phenomenon, for example, a diblock copolymer of methyl methacrylate and n-butyl methacrylate is synthesized. Furthermore, in order to dynamically change this fine structure and its physical properties, for example, spirobenzopyran-based monomers, which are photochromic molecules that respond reversibly to light, are attached to n-butyl methacrylate blocks. Introduce. This photoresponsive diblock copolymer is modified by spin coating on a substrate such as a glass substrate that has been hydrophobically modified by laminating an organic layer such as an alkyl chain on the surface, and heat treatment is applied to the surface. A culture substrate having a microstructure is produced. Spirobenzopyran undergoes photoisomerization from the ring-closed, low-polarity spiropyran form to the ring-opened, zwitterionic merocyanine form upon irradiation with UV light. The aggregation morphology of the copolymer can be varied.

具体的には、本実施形態であるブロック共重合体は、下記式(I)で表されることを特徴とする、ブロック共重合体を提供する:

Figure 0007232442000006
ただし、
環Aが、C5~C8の芳香環であり、
R1が、C1~C18の置換されていてもよい直鎖又は分枝状のアルキル基であり、
R2が、H又はC1~C17の置換されていてもよい直鎖又は分枝状のアルキル基であり、
R1の炭素数 > R2の炭素数であり、
R3、R4及びR5が、それぞれ独立して、H又は-CH3から選択され、
Xaが、O又はSから選択され、
Yaが、-NO2、-CN、-COOH、-F、-Cl、-Br、-I、-OH、-NH2、-CH3から選択され、及び、
nが、5~200であり、
xが、5~200であり、
yが、5~50である。 Specifically, the block copolymer of the present embodiment provides a block copolymer characterized by being represented by the following formula (I):
Figure 0007232442000006
however,
Ring A is a C 5 to C 8 aromatic ring,
R 1 is a C 1 to C 18 optionally substituted linear or branched alkyl group,
R 2 is H or an optionally substituted linear or branched C 1 to C 17 alkyl group;
The number of carbon atoms in R 1 > the number of carbon atoms in R 2 and
R3 , R4 and R5 are each independently selected from H or -CH3 ;
Xa is selected from O or S;
Ya is selected from -NO2 , -CN, -COOH, -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -NH2 , -CH3 , and
n is 5 to 200,
x is between 5 and 200;
y is 5-50.

前記式(I)において、
nが、100~180であり、
xが、60~140であり、
yが、9~30であるブロック共重合体であることができる。
In the above formula (I),
n is from 100 to 180,
x is between 60 and 140;
It can be a block copolymer in which y is 9-30.

本発明のブロック共重合体において、前記式(I)の化合物が、下記式(II)で表されるブロック共重合体であることができる:

Figure 0007232442000007
ただし、
nは133~146であり、
xは74~115であり、
yは、11~25である。 In the block copolymer of the present invention, the compound of formula (I) can be a block copolymer represented by the following formula (II):
Figure 0007232442000007
however,
n is between 133 and 146;
x is between 74 and 115;
y is 11-25.

本発明では、光応答性ユニットの例としてスピロベンゾピランを用いることができる。スピロベンゾピランは光異性化により、アゾベンゼンと比較してより大きな極性変化を示しかつ立体的な構造変化も引き起こす分子である。液面や高温条件等の分子運動性が高い条件以外において光のみによる相分離構造転換を成せるだけの駆動力をスピロベンゾピランによって得ることができる。 In the present invention, spirobenzopyran can be used as an example of the photoresponsive unit. Spirobenzopyran is a molecule that exhibits a greater polar change and also causes a steric structural change by photoisomerization compared to azobenzene. Spirobenzopyran can provide a driving force sufficient for phase separation structural conversion by light alone, except under conditions of high molecular mobility such as liquid surface and high temperature conditions.

より詳細に説明すると、スピロベンゾピランはフォトクロミック分子である。フォトクロミック分子とは光の照射により、その分子の物性を可逆的に光異性化させることができる分子の総称である。 More specifically, spirobenzopyrans are photochromic molecules. Photochromic molecules are a general term for molecules whose physical properties can be reversibly photoisomerized by irradiation with light.

以下に本発明で使用するフォトクロミック分子であるスピロベンゾピランの光異性化による構造変化を示す。スピロベンゾピランは極性の低い閉環構造であるスピロピラン型から、約365nmの波長のUV光を照射することで双性イオンを有する開環構造のメロシアニン型に光異性化する(下記式A参照)。このとき、メロシアニン型は580nmにスピロピラン型にはない吸収を示すようになり、その補色である紫色を呈するようになる。スピロベンゾピランは熱力学的にスピロピラン型が安定な構造になっている。

Figure 0007232442000008
Structural changes due to photoisomerization of spirobenzopyran, which is a photochromic molecule used in the present invention, are shown below. Spirobenzopyran photoisomerizes from the spiropyran type, which is a closed ring structure with low polarity, to the merocyanine type, which is an open ring structure having a zwitterion, by irradiation with UV light at a wavelength of about 365 nm (see formula A below). At this time, the merocyanine type shows absorption at 580 nm, which the spiropyran type does not, and exhibits its complementary color, violet. Spirobenzopyran has a thermodynamically stable structure of the spiropyran type.
Figure 0007232442000008

ジブロック共重合体の自己凝集による相分離構造の形成には各ブロックの物性と各ブロックの割合が重要となる。そこでジブロック共重合体を合成するにあたり、分子鎖長を正確に制御する技術が必要である。そこで本発明では、その具体例として、リビングラジカル重合の1つである可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT重合:Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization)を用いて重合体の重合を行う。 The physical properties of each block and the ratio of each block are important for the formation of a phase-separated structure by self-aggregation of a diblock copolymer. Therefore, in synthesizing diblock copolymers, a technique for accurately controlling the molecular chain length is required. Accordingly, in the present invention, as a specific example thereof, a polymer is polymerized using reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT polymerization), which is one of living radical polymerizations.

RAFT重合とは、適切な連鎖移動剤(RAFT剤)を選択し、合成の際に使用することで、狭い分子量分布の重合体を作成することができる重合方法である。RAFT重合の反応過程には、一般的なリビングラジカル重合の反応過程である、開始反応、成長反応、停止反応に加え、RAFT剤を介する平衡反応がある(スキーム1参照)。1つのRAFT剤が2つの重合体鎖間のラジカルを保存しながら、ラジカルを素早く移動させることで全体の重合をゆっくり進めることができる。その結果、各重合体鎖間に重合度の差が発生しづらくなり、分子量分布の小さい重合体を重合することが可能である。

Figure 0007232442000009
RAFT polymerization is a polymerization method that can produce a polymer with a narrow molecular weight distribution by selecting an appropriate chain transfer agent (RAFT agent) and using it during synthesis. In the reaction process of RAFT polymerization, in addition to initiation reaction, propagation reaction, and termination reaction, which are typical reaction processes of living radical polymerization, there are equilibrium reactions mediated by RAFT agents (see Scheme 1). A single RAFT agent can store radicals between two polymer chains while rapidly transferring them, allowing the overall polymerization to proceed slowly. As a result, it becomes difficult for a difference in degree of polymerization to occur between the polymer chains, and it is possible to polymerize a polymer having a narrow molecular weight distribution.
Figure 0007232442000009

本発明では、このRAFT重合を用いることにより、重合度の範囲の狭い、即ち、均一性の高いブロック共重合体を製造することにより、下記で説明する光に可逆的に反応する相分離構造体システムを製造することができる。 In the present invention, by using this RAFT polymerization, a block copolymer having a narrow range of degree of polymerization, i.e., having high homogeneity, is produced, thereby producing a phase-separated structure that reversibly reacts to light as described below. system can be manufactured.

なお、本ブロック共重合体は、下記「3.ブロック共重合体の製造方法」の実施形態や実施例に記載の方法に従って製造することができる。また、下記「4.ブロック共重合体の使用」の実施形態や、実施例に記載の方法に従って使用することができる。 The present block copolymer can be produced according to the methods described in the embodiments and examples of "3. Production method of block copolymer" below. In addition, it can be used according to the embodiment described in "4. Use of Block Copolymer" below and the methods described in Examples.

2.相分離構造体システム
本発明のもう1つの実施形態は、相分離構造体システムである。上記のとおり、本発明は、光に対して応答し、可逆的な光異性化を起こすスピロベンゾピランを有する重合体材料を作製し、光応答性細胞培養材料を開発した上で、相分離構造体システムとして、その材料表面の微細構造の作製については、ブロック重合体の各ブロックの物性の違いによる自己凝集により自発的にミクロ及びナノスケールを含む微細構造を形成する相分離現象を利用する。
2. Phase Separated Structure System Another embodiment of the present invention is a phase separated structure system. As described above, the present invention produces a polymer material having spirobenzopyran that responds to light and undergoes reversible photoisomerization, develops a photoresponsive cell culture material, and obtains a phase separation structure. As a body system, for the preparation of the fine structure of the material surface, the phase separation phenomenon that spontaneously forms fine structures including micro and nano scales by self-aggregation due to the difference in physical properties of each block of the block polymer is used.

この現象を引き起こすために、例えば、メチルメタクリレートとn-ブチルメタクリレートによるジブロック共重合体を合成する。さらに、この微細構造やその物性を動的に変化させるために、例えば、光に対して可逆的に応答するフォトクロミック分子の一つであるスピロベンゾピランをベースとしたモノマーをn-ブチルメタクリレートブロックに導入する。 In order to induce this phenomenon, for example, a diblock copolymer of methyl methacrylate and n-butyl methacrylate is synthesized. Furthermore, in order to dynamically change this fine structure and its physical properties, for example, spirobenzopyran-based monomers, which are photochromic molecules that respond reversibly to light, are attached to n-butyl methacrylate blocks. Introduce.

この光応答性ジブロック共重合体を表面に、例えばアルキル基からなる有機層又はランダム共重合体を含む有機層に積層することで疎水修飾を施したガラス基板等の基体上にスピンコートによって修飾し、熱処理を施すことで、表面に微細構造を有する培養基板を作製する。すなわち、この場合、ガラス基板上に有機層と光応答性ジブロック共重合の順序で積層された相分離構造システムを形成させて使用する。 Modification by spin coating on a substrate such as a glass substrate which has been hydrophobically modified by laminating the photoresponsive diblock copolymer on the surface, for example, on an organic layer comprising an alkyl group or an organic layer containing a random copolymer. Then, a culture substrate having a microstructure on its surface is produced by heat-treating. That is, in this case, a phase-separated structure system in which an organic layer and a photoresponsive diblock copolymer are laminated on a glass substrate is formed and used.

この相分離構造システムにおけるスピロベンゾピランは、UV光の照射により閉環型で極性の低いスピロピラン型から開環型で双性イオンのメロシアニン型に光異性化し、これに伴う極性の変化と立体的な構造変化によって導入したジブロック共重合体の凝集形態を変化させることができる(上記式(III)参照)。 Spirobenzopyran in this phase-separated structural system undergoes photoisomerization from the ring-closed, low-polar spiropyran form to the ring-opened, zwitterionic merocyanine form upon irradiation with UV light. The aggregation morphology of the introduced diblock copolymer can be changed by structural change (see formula (III) above).

すなわち、具体的に説明すると、本実施形態の例としては、ガラス又はシリコンからなる基体表面に対して表面固定された有機層上に前記式(I)の化合物が被膜されている相分離構造体システムを挙げることができる。 Specifically, as an example of the present embodiment, a phase-separated structure in which the compound of formula (I) is coated on an organic layer surface-fixed to the surface of a substrate made of glass or silicon system.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記表面固定された有機層が、ケイ素化合物試薬によって有機化合物を表面に固定された有機層であることができる。 In the phase-separated structure system of the present invention, the surface-immobilized organic layer may be an organic layer having an organic compound immobilized on the surface by a silicon compound reagent.

本発明の相分離構造体システムにおいて、前記ケイ素化合物試薬が、トリメトキシ(メチル)シラン又は1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン、1,3-ジブチル‐1,1,3,3-テトラメチルジシラザン又は1,3-ジエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシラザンから選択することができる。 In the phase separation structure system of the present invention, the silicon compound reagent is trimethoxy(methyl)silane or 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane, 1,3-dibutyl-1,1,3 ,3-tetramethyldisilazane or 1,3-diethyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane.

また、前記有機層としてランダム共重合体を使用するときは、前記ランダム共重合体が、下記式(III)の構造を有する相分離構造体システムを作製し、使用する:

Figure 0007232442000010
ただし、
R6が、-COOH又は-CH2OHであり、
R7が、-C6H5又は-S-(CH2)11-CH3であり、
pが、20~200であり、
qが、20~200である。 Further, when a random copolymer is used as the organic layer, the random copolymer prepares and uses a phase-separated structure system having a structure of the following formula (III):
Figure 0007232442000010
however,
R6 is -COOH or -CH2OH ,
R7 is -C6H5 or -S- ( CH2 ) 11 - CH3 ;
p is between 20 and 200;
q is between 20 and 200;

本発明の分離構造体システムが、光に応答して可逆的に表面相分離構造を変化することができる。 The separation structure system of the present invention can reversibly change the surface phase separation structure in response to light.

本発明の相分離構造体システムにおいては、前記表面相分離構造の変化することが、膜表面の微細な凹凸構造の変化、濡れ性の変化及び又は硬さの変化を伴うことができる。 In the phase-separated structure system of the present invention, the change in the surface phase-separated structure can be accompanied by a change in the fine uneven structure of the film surface, a change in wettability and/or a change in hardness.

本明細書において、「微細な凹凸構造の変化」とは、10~30 nmの範囲、好ましくは15~25 nmの範囲の表面の高低差が、この範囲以下の高低差になる又は前記高低差が消失する、又は、前記範囲よりも高低差が小さい若しくはない状態から前記数値範囲の高低差を生じることをいう。 In this specification, the term "change in fine uneven structure" means that the height difference of the surface in the range of 10 to 30 nm, preferably in the range of 15 to 25 nm, becomes a height difference below this range, or the height difference disappears, or a height difference within the above numerical range is generated from a state in which the height difference is smaller than or not present in the above range.

本発明の相分離構造体システムが、細胞培養用の基材として使用することができる。 The phase-separated structure system of the present invention can be used as a substrate for cell culture.

相分離構造の確認は、例えば、原子間力顕微鏡を用いた重合体を修飾した基板の表面解析によって行うことができる。重合体の組成や重合体をスピンコートする際の濃度により相分離の構造は異なる。例えば、この基板にUV光を照射することにより、この構造は光応答により変化し、条件によっては完全に消失するという大きな変化を示すことができる。さらにこの相分離構造が消滅した基板に対し、可視光を照射することにより、再び相分離由来の微細構造を復活させることができる。 The phase separation structure can be confirmed by, for example, surface analysis of the polymer-modified substrate using an atomic force microscope. The structure of phase separation differs depending on the composition of the polymer and the concentration at which the polymer is spin-coated. For example, by irradiating this substrate with UV light, this structure can change due to the photoresponse and can exhibit a large change such that it completely disappears under certain conditions. Furthermore, by irradiating the substrate from which the phase separation structure has disappeared with visible light, the fine structure derived from the phase separation can be revived.

本発明の相分離構造体システムは、光に応答して可逆的に、培養細胞が接着と脱離を行う、又は、培養細胞の分化、伸展、遊走、若しくは、遺伝子及びタンパク質の発現の変化を制御することが可能な細胞培養用の基材として利用することが可能である。 The phase separation structure system of the present invention reversibly adheres and detaches cultured cells in response to light, or causes differentiation, spreading, migration, or changes in gene and protein expression of cultured cells. It can be used as a controllable substrate for cell culture.

例えば、本発明の相分離構造体システムを細胞培養用の基材として使用し、細胞の該基材への接着、該基材に接着させた培養細胞の脱離、又は、培養細胞が脱離した基材への培養細胞の再接着を、可視光又はUV光を照射することによる膜表面の微細構造の動的な可逆的変化によってもたらすことができる。 For example, using the phase separation structure system of the present invention as a substrate for cell culture, adhesion of cells to the substrate, detachment of cultured cells adhered to the substrate, or detachment of cultured cells Re-adherence of cultured cells to the coated substrate can be brought about by dynamic, reversible changes in the microstructure of the membrane surface upon irradiation with visible or UV light.

すなわち、可視光を本発明の相分離構造体システムの表面に照射することにより表面の微細な凹凸構造が小さくなり若しくは消失し、UV光を照射することにより該相分離構造体システムの表面の微細な凹凸構造が可逆的に相対的に大きくなる特性を有する相分離構造体システムである。本相分離構造体システムにおいて、表面の微細な凹凸構造が小さい若しくは消失しているときに接着した培養細胞は、相分離構造体システムの表面にUV光を照射することにより微細な凹凸構造が相対的に大きくなる際に、該培養細胞の脱離が惹起される。一方、UV光の照射により表面の微細な凹凸構造が相対的に大きい状態のときに相分離構造体システム表面に接着させた培養細胞は、可視光の照射により表面の微細な凹凸構造が相対的に小さくなる若しくは消失する際に、該相分離構造体システム表面より脱離する。 That is, by irradiating the surface of the phase-separated structure system of the present invention with visible light, the fine uneven structure on the surface becomes smaller or disappears, and by irradiating with UV light, the surface of the phase-separated structure system becomes finer. It is a phase-separated structure system having a characteristic that the uneven structure reversibly becomes relatively large. In this phase-separated structure system, the cultured cells adhered when the fine uneven structure on the surface is small or disappears are exposed to the fine uneven structure by irradiating the surface of the phase-separated structure system with UV light. Detachment of the cultured cells is triggered when the cells grow significantly larger. On the other hand, the cultured cells adhered to the surface of the phase-separated structure system when the fine uneven structure on the surface was relatively large due to the irradiation of UV light, the fine uneven structure on the surface became relatively large due to the irradiation of visible light. or disappears from the surface of the phase-separated structure system.

したがって、本発明の相分離構造体システムの表面への培養細胞の接着、脱離及び再接着等を可視光又はUV光を照射することで制御することが可能である。 Therefore, it is possible to control the adhesion, detachment, re-adhesion, etc. of cultured cells to the surface of the phase-separated structure system of the present invention by irradiating visible light or UV light.

3.ブロック共重合体の製造方法
本発明の他の実施形態は、上記相分離構造体システムで使用されるブロック共重合体の製造方法である。
3. Method for Making Block Copolymers Another embodiment of the present invention is a method for making block copolymers used in the phase-separated structure system.

該ブロック共重合体の製造方法の具体的な例としては、前記ブロック共重合体:PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)の製造方法であって、
下記反応式1で表されるように、ジチオ安息香酸 4-シアノペンタン酸エステル (4-Cyanopentanoic acid dithiobenzoate) と4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (4,4’-azobis(4-cyanopentanoic acid)) と、メチルメタクリレート(methylmethacrylate)とを反応させ、PMMA (Poly-Methylmethacrylate)を調製する工程、及び、

Figure 0007232442000011

下記反応式2に表されるように、前記PMMA、4,4′-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (4,4’-azobis(4-cyanopentanoic acid))、SpMA (1'-(2-Methacryloyloxyethyl)-,3',3'-dimethyl-6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline))と、n-ブチルメタクリレート(n-Butyl methacrylate) とを反応させる工程、
を含む製造方法である。
Figure 0007232442000012
A specific example of the method for producing the block copolymer is a method for producing the block copolymer: PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA),
4-Cyanopentanoic acid dithiobenzoate and 4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid) (4,4'-azobis(4 -cyanopentanoic acid)) and methylmethacrylate to prepare PMMA (Poly-Methylmethacrylate);
Figure 0007232442000011

As shown in Reaction Scheme 2 below, the PMMA, 4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid) (4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid)), SpMA (1′-(2- Methacryloyloxyethyl)-,3',3'-dimethyl-6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline)) and n-butyl methacrylate,
It is a manufacturing method including
Figure 0007232442000012

より具体的なブロック共重合体の製造方法は、下記実施例に詳細に記載する。 A more specific method for producing a block copolymer will be described in detail in the examples below.

4.ブロック共重合体の使用
本発明のもう1つの実施形態は、相分離構造体システムの製造のための前記ブロック共重合体の使用である。
4. Use of Block Copolymers Another embodiment of the present invention is the use of said block copolymers for the manufacture of phase separated structural systems.

既に、ブロック共重合体及び相分離構造体システムの製造方法は、上記に示した。上記の方法に従い、前記ブロック共重合体を使用して、相分離構造体システムを製造することができる。そして、該相分離構造体システムは、光に応答して可逆的に、培養細胞が接着と脱離を行う、又は、培養細胞の分化、伸展、遊走、若しくは、遺伝子及びタンパク質の発現の変化を制御することが可能な細胞培養用の基材として利用することができる。 Already, block copolymers and methods for preparing phase-separated structural systems have been presented above. According to the methods described above, the block copolymers can be used to prepare phase-separated structural systems. The phase-separated structure system reversibly adheres and detaches cultured cells in response to light, or causes differentiation, spreading, and migration of cultured cells, or changes in gene and protein expression. It can be used as a substrate for cell culture that can be controlled.

本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。ここに記述される実施例は本発明の実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。 All documents mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety. The examples described herein are illustrative of embodiments of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

スピロベンゾピラン(SpOH)の合成
材料及び方法
Synthetic materials and methods of spirobenzopyran (SpOH)

試薬
本実施例では、下記の試薬を用いた。
2,3,3-トリメチル-3H-インドール (97 %, 和光純薬工業株式会社, 大阪, 日本)
2-ブロモエタノール (97 %, 和光純薬工業株式会社)
アセトニトリル (99.5 %, 和光純薬工業株式会社)
水酸化カリウム (85.0 %, 和光純薬工業株式会社)
2-ヒドロキシ-5-ニトロベンズアルデヒド(和光純薬工業株式会社)
ジエチルエーテル (98.0 %, 和光純薬工業株式会社)
ヘキサン (96.0 %, 和光純薬工業株式会社)
エタノール (99.5 %, 和光純薬工業株式会社)
Reagents In this example, the following reagents were used.
2,3,3-Trimethyl-3H-indole (97 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan)
2-Bromoethanol (97 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Acetonitrile (99.5 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Potassium hydroxide (85.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
2-Hydroxy-5-nitrobenzaldehyde (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Diethyl ether (98.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Hexane (96.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Ethanol (99.5 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

装置
本実施例では、下記の装置を用いた。
核磁気共鳴(NMR)スペクトロメーター (1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, U.S.A.)
Apparatus In this example, the following apparatus was used.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer (1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, USA)

1-(2-ヒドロキシエチル)-2,3,3-トリメチル-3H-インドリウムブロミド(1-(2-Hydroxyethyl)-2,3,3-trimethyl-3H-indolium bromide; 以下TMIBRと記載)の合成
下記反応式3に表されるように、表1に示す仕込量でTMIBRを合成した。ここで、2,3,3-トリメチル-3H-インドール(2,3,3-Trimethyl-3H-indole) に対して、2-ブロモエタノールが十分量存在するように、モル比で 1 : 1.50 となるようにした。

Figure 0007232442000013
Figure 0007232442000014
1-(2-Hydroxyethyl)-2,3,3-trimethyl-3H-indolium bromide (1-(2-Hydroxyethyl)-2,3,3-trimethyl-3H-indolium bromide; hereinafter referred to as TMIBR) Synthesis TMIBR was synthesized with the amount shown in Table 1 as shown in Reaction Formula 3 below. Here, the molar ratio of 2,3,3-Trimethyl-3H-indole to 2,3,3-Trimethyl-3H-indole is 1:1.50 so that there is sufficient 2-bromoethanol. I made it so that
Figure 0007232442000013
Figure 0007232442000014

二つ口ナスフラスコ(300 mL)に溶媒として アセトニトリル (100 mL)を加え、窒素バブリングを施した。2,3,3-トリメチル-3H-インドール(13.0 g, 81.6 mmol)及び2-ブロモエタノール(15.2 g, 122.0 mmol)を二つ口フラスコ内の アセトニトリルと混合し、窒素雰囲気下、90℃で 24 時間還流反応させた。反応終了後、エバポレーターを用いて45℃でアセトニトリルを除去した。残存した紫のオイル状の液体をヘキサン(25 mL)で3回超音波洗浄し、TMIBR を得た。 Acetonitrile (100 mL) was added as a solvent to a two-neck eggplant flask (300 mL), and nitrogen bubbling was performed. 2,3,3-Trimethyl-3H-indole (13.0 g, 81.6 mmol) and 2-bromoethanol (15.2 g, 122.0 mmol) were mixed with acetonitrile in a two-necked flask and heated at 90°C under a nitrogen atmosphere. The reaction was allowed to reflux for an hour. After completion of the reaction, acetonitrile was removed at 45°C using an evaporator. The remaining purple oily liquid was ultrasonically washed three times with hexane (25 mL) to obtain TMIBR.

TMIBR の1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 7.79-7.54 (m, aromatic, 4H), 4.89 (t, CH2-OH, 2H), 4.19 (t, N-CH2-CH2, 2H), 3.12 (s, C-CH3, 3H), 1.65 (s, C-(CH3)2, 6H).
1H-NMR spectrum of TMIBR (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR ( CDCl3 ): δ = 7.79-7.54 (m, aromatic, 4H), 4.89 (t, CH2 - OH, 2H), 4.19 (t, N- CH2 - CH2 , 2H), 3.12 ( s, C- CH3 , 3H), 1.65 (s, C-( CH3 ) 2 , 6H).

9,9,9a-トリメチル-2,3,9a-テトラヒドロ - オキサゾロ[3,2-a]インドール(9,9,9a-Trimethyl-2,3,9,9a-tetrahydro-oxazolo[3,2-a]indole; TMIO)の合成
下記反応式4に表されるように、表2に示す仕込量でTMIOを合成した。ここで、水酸化カリウムは TMIBR の合成で用いた2,3,3-トリメチル-3H-インドールに対して、モル比で 1 : 1.18 となるように調製した。

Figure 0007232442000015
Figure 0007232442000016
9,9,9a-Trimethyl-2,3,9a-tetrahydro-oxazolo[3,2-a]indole Synthesis of a]indole; TMIO) TMIO was synthesized in the amounts shown in Table 2 as represented by Reaction Formula 4 below. Here, potassium hydroxide was prepared at a molar ratio of 1:1.18 with respect to 2,3,3-trimethyl-3H-indole used in the synthesis of TMIBR.
Figure 0007232442000015
Figure 0007232442000016

氷浴中で水酸化カリウム(5.40 g, 96.2 mmol)を H2O(300 mL)に溶解させ、水酸化カリウム水溶液を調製した。TMIBR (全量)に水酸化カリウム水溶液を加え、室温で 10 分間撹拌し反応させた。ジエチルエーテル(300 mL)を用いて 3 回分液し、ジエチルエーテル層を抽出した。分液操作後、エバポレーターを用いてジエチルエーテルを除去し、TMIO を得た[ 収量 15.6 g (76.7 mmol) 収率 94.0 % ]。 An aqueous potassium hydroxide solution was prepared by dissolving potassium hydroxide (5.40 g, 96.2 mmol) in H 2 O (300 mL) in an ice bath. An aqueous potassium hydroxide solution was added to TMIBR (whole amount), and the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes to react. Diethyl ether (300 mL) was used to separate three times, and the diethyl ether layer was extracted. After liquid separation, diethyl ether was removed using an evaporator to obtain TMIO [yield: 15.6 g (76.7 mmol), yield: 94.0%].

TMIOの1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 7.13-6.72 (m, aromatic, 4H), 3.82-3.66 (m, O-CH2-, 2H), 3.57-3.43 (m, N-CH2-,2H), 1.42 and 1.37 (s, C-(CH3)2, 6H), 1.16 (s, C-CH3, 3H).
1H-NMR spectrum of TMIO (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR ( CDCl3 ): δ = 7.13-6.72 (m, aromatic, 4H), 3.82-3.66 (m, O- CH2- , 2H), 3.57-3.43 (m, N- CH2- ,2H). , 1.42 and 1.37 (s, C-(CH 3 ) 2 , 6H), 1.16 (s, C-CH 3 , 3H).

2-(3 '、3'-ジメチル-6-ニトロ-3'H-スピロ[クロメン-2,2'-インドール] -1'-イル) - エタノール (2-(3',3'-dimethyl-6-nitro-3'H-spiro[chromene-2,2'-indol]-1'-yl)-ethanol; 以下SpOHと記載)の合成
下記反応式5に表されるように、表3に示す仕込量でSpOHを合成した。ここで、TMIO に対して、2-ヒドロキシ-5-ニトロベンズアルデヒド (2-hydroxy-5-nitrobenzaldehyde)が十分量存在するように、モル比で 1 : 1.34 となるようにした。

Figure 0007232442000017
Figure 0007232442000018
2-(3',3'-dimethyl-6-nitro-3'H-spiro[chromen-2,2'-indol]-1'-yl)-ethanol (2-(3',3'-dimethyl- Synthesis of 6-nitro-3'H-spiro[chromene-2,2'-indol]-1'-yl)-ethanol; SpOH was synthesized at the charge. Here, the molar ratio of 2-hydroxy-5-nitrobenzaldehyde to TMIO was adjusted to 1:1.34 so that a sufficient amount of 2-hydroxy-5-nitrobenzaldehyde was present.
Figure 0007232442000017
Figure 0007232442000018

二つ口ナスフラスコ (300 mL)に溶媒として エタノール(40 mL)を加えた。TMIO (15.6 g, 66.9 mmol)及び2-ヒドロキシ-5-ニトロベンズアルデヒド(17.2 g, 103.0 mmol)を二つ口フラスコ内のエタノールと混合し、窒素バブリングを施した。窒素雰囲気下、90℃で 24 時間還流反応させた。反応終了後、吸引濾過装置を用いてエタノールを除去し、得られた固体をエタノールでさらに洗浄した。真空乾燥機 (FVO-30, Fine, 東京, 日本)で 50 ℃、6 時間乾燥させ、SpOHを得た[ 収量 23.6 g (67.0 mmol) 収率 87.4 % ]。 Ethanol (40 mL) was added as a solvent to a two-neck eggplant flask (300 mL). TMIO (15.6 g, 66.9 mmol) and 2-hydroxy-5-nitrobenzaldehyde (17.2 g, 103.0 mmol) were mixed with ethanol in a two-neck flask and nitrogen bubbling was performed. Under nitrogen atmosphere, reflux reaction was carried out at 90° C. for 24 hours. After completion of the reaction, ethanol was removed using a suction filtration device, and the obtained solid was further washed with ethanol. SpOH was obtained by drying in a vacuum dryer (FVO-30, Fine, Tokyo, Japan) at 50°C for 6 hours [yield: 23.6 g (67.0 mmol), yield: 87.4%].

SpOHの1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 8.03 and 8.00 (d, ortho-aromatic to NO2, 2H), 7.21-6.66 (m, aromatic, 6H),5.88 (d, -CH=CH-C-O-, 1H), 5.87 (d, -CH=CH-C-O-, 1H), 3.84-3.69 (m, CH2-OH, 3H), 3.50-3.30 (m, N-CH2-, 2H), 1.29 and 1.20 (s, C-(CH3)2, 6H).
1H-NMR spectrum of SpOH (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR ( CDCl3 ): δ = 8.03 and 8.00 (d, ortho-aromatic to NO2 , 2H), 7.21-6.66 (m, aromatic, 6H), 5.88 (d, -CH=CH-CO-, 1H ), 5.87 (d, -CH=CH-CO-, 1H), 3.84-3.69 (m, CH 2 -OH, 3H), 3.50-3.30 (m, N-CH 2 -, 2H), 1.29 and 1.20 ( s, C-( CH3 ) 2 , 6H).

スピロベンゾピランモノマー(SpMA)の合成
材料及び方法
本実施例では、下記の試薬を用いた。
2-(3',3'-ジメチル-6-ニトロ-3'H-スピロ[クロメン-2,2'-インドール] -1'-イル) - エタノール (SpOH)
メタクリル酸クロリド(97.0 %, 和光純薬工業株式会社)
トリエチルアミン (99.0 %, 関東化学株式会社)
N,N-ジメチル-4-アミノピリジン (99.0 %, 和光純薬工業株式会社)
塩酸 (36 %, 和光純薬工業株式会社)
炭酸水素ナトリウム (99.5 %, ナカライテスク株式会社, 京都, 日本)
硫酸マグネシウム (98.0 %, 和光純薬工業株式会社)
塩化メチレン (99.5 %, 和光純薬工業株式会社)
ヘキサン (96.0 %, 和光純薬工業株式会社)
Materials and Methods for Synthesis of Spirobenzopyran Monomer (SpMA) In this example, the following reagents were used.
2-(3',3'-dimethyl-6-nitro-3'H-spiro[chromen-2,2'-indol]-1'-yl) - ethanol (SpOH)
Methacrylic chloride (97.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Triethylamine (99.0 %, Kanto Chemical Co., Ltd.)
N,N-Dimethyl-4-aminopyridine (99.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Hydrochloric acid (36 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Sodium bicarbonate (99.5 %, Nacalai Tesque Co., Ltd., Kyoto, Japan)
Magnesium Sulfate (98.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Methylene chloride (99.5 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Hexane (96.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

本実施例では、下記の装置を用いた。
核磁気共鳴(NMR)スペクトロメーター (1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, U.S.A.)
In this example, the following apparatus was used.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer (1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, USA)

1'-(2-メタクリロイルオキシエチル)-,3',3'-ジメチル-6-ニトロスピロ(2H-1-ベンゾピラン-2,2'-インドリン) (1'-(2-Methacryloyloxyethyl)-,3',3'-dimethyl-6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'- indoline; 以下SpMAと記載)の合成
下記反応式6に表されるように、表4に示す仕込量でSpMAを合成した。ここで、SpOHに対して、メタクリル酸クロリドが十分量存在するように、モル比で 1 : 1.29 となるようにした。

Figure 0007232442000019
Figure 0007232442000020
1'-(2-Methacryloyloxyethyl)-,3',3'-dimethyl-6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline) (1'-(2-Methacryloyloxyethyl)-,3' Synthesis of ,3'-dimethyl-6-nitrospiro (2H-1-benzopyran-2,2'-indoline; hereinafter referred to as SpMA) The molar ratio of methacryloyl chloride to SpOH was adjusted to 1:1.29 so that a sufficient amount of methacryloyl chloride was present.
Figure 0007232442000019
Figure 0007232442000020

二つ口ナスフラスコ (300 mL)に溶媒として事前に硫酸マグネシウムで脱水を施した塩化メチレン (100 mL)を加えた。SpOH (5.00 g, 14.2 mmol)及びN,N-ジメチル-4-アミノピリジン(0.237 g, 1.94 mmol)を二つ口ナスフラスコ内の 塩化メチレンと混合し、窒素バブリングを施した。トリエチルアミン(1.82 g, 18.0 mmol)及びメタクリル酸クロリド(1.91 g, 18.3 mmol)を残りの塩化メチレン(50 mL)と混合し、氷浴中窒素雰囲気下で 1 時間滴下し、24 時間反応させた。反応終了後、塩酸(100 mM, 500 mL)、飽和 炭酸水素ナトリウム(1.14 M, 500 mL)、H2O (100 mL)の順に洗浄し、回収した塩化メチレン層を硫酸マグネシウムにより脱水した。エバポレーターを用いて塩化メチレンを除去し、50 ℃に加熱したヘキサン(1 L)を加え、2 時間撹拌した。冷凍庫で溶液を冷やし、SpMA を析出させ、吸引濾過でSpMAを回収した[ 収量 2.39 g (5.69 mmol) 収率 40.1 % ]。 Methylene chloride (100 mL) previously dehydrated with magnesium sulfate was added as a solvent to a two-neck eggplant flask (300 mL). SpOH (5.00 g, 14.2 mmol) and N,N-dimethyl-4-aminopyridine (0.237 g, 1.94 mmol) were mixed with methylene chloride in a two-necked eggplant flask and nitrogen bubbling was performed. Triethylamine (1.82 g, 18.0 mmol) and methacrylic acid chloride (1.91 g, 18.3 mmol) were mixed with the remaining methylene chloride (50 mL), added dropwise in an ice bath under a nitrogen atmosphere for 1 hour, and allowed to react for 24 hours. After completion of the reaction, it was washed with hydrochloric acid (100 mM, 500 mL), saturated sodium hydrogen carbonate (1.14 M, 500 mL) and H 2 O (100 mL) in that order, and the recovered methylene chloride layer was dehydrated with magnesium sulfate. Methylene chloride was removed using an evaporator, hexane (1 L) heated to 50° C. was added, and the mixture was stirred for 2 hours. The solution was cooled in a freezer to precipitate SpMA, which was collected by suction filtration [yield 2.39 g (5.69 mmol) yield 40.1%].

SpMAの1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 8.03 and 8.00 (d, ortho-aromatic to NO2, 2H), 7.23-6.67 (m, aromatic, 6H),6.07 and 5.56 (s, CH2=C, 2H), 5.87 (d, -CH=CH-C-O-, 1H), 4.30 (t, N-CH2-CH2-, 2H), 3.58-3.40 (m,N-CH2-, 2H), 1.92 (s, CH3-C=CH2, 3H), 1.28 and 1.17 (s, C-(CH3)2, 6H).
1H-NMR spectrum of SpMA (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR ( CDCl3 ): δ = 8.03 and 8.00 (d, ortho-aromatic to NO2 , 2H), 7.23-6.67 (m, aromatic, 6H), 6.07 and 5.56 (s, CH2 =C, 2H) , 5.87 (d, -CH=CH-CO-, 1H), 4.30 (t, N- CH2 - CH2- , 2H), 3.58-3.40 (m,N- CH2- , 2H), 1.92 (s , CH 3 -C=CH 2 , 3H), 1.28 and 1.17 (s, C-(CH 3 ) 2 , 6H).

RAFT 重合連鎖移動剤であるジチオ安息香酸 4-シアノペンタン酸エステル(CPADB)の合成
材料及び方法
本実施例では、下記の試薬を用いた。
4,4'-アゾビス(4-シアノペンタン酸)(4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid); 98.0 %,和光純薬工業株式会社)
塩化ベンジル (99.0 %, 和光純薬工業株式会社)
ナトリウムメトキシド (96.0 %, 東京化学工業株式会社)
イオウ (98.0 %,和光純薬工業株式会社)
メタノール (99.8 %,和光純薬工業株式会社)
ジエチルエーテル (98.0 %, 和光純薬工業株式会社)
塩酸 (36.0 %,和光純薬工業株式会社)
水酸化ナトリウム (97.0 %, 和光純薬工業株式会社)
フェリシアン化カリウム(III) (99.0 %, 和光純薬工業株式会社)
酢酸エチル(99.5 %, 和光純薬工業株式会社)
ヘキサン (96.0 %, 和光純薬工業株式会社)
シリカゲル (ワコーゲルR C-200; 和光純薬工業株式会社)
Materials and Methods for Synthesizing Dithiobenzoic Acid 4-Cyanopentanoate (CPADB), a RAFT Polymerization Chain Transfer Agent In this example, the following reagents were used.
4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid) (98.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Benzyl chloride (99.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Sodium Methoxide (96.0 %, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Sulfur (98.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Methanol (99.8 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Diethyl ether (98.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Hydrochloric acid (36.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Sodium hydroxide (97.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Potassium ferricyanide(III) (99.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Ethyl acetate (99.5 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Hexane (96.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Silica gel (Wakogel R C-200; Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

本実施例では、下記の装置を用いた。
核磁気共鳴(NMR)スペクトロメーター(1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, U.S.A.)
薄層クロマトグラフィー:Aluminum TLC plate (TLC Silica gel 60 F254, silica gel coated with flourescent indicator F254, EMD Millipore, MA, U.S.A)
In this example, the following apparatus was used.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer (1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, USA)
Thin layer chromatography: Aluminum TLC plate (TLC Silica gel 60 F254, silica gel coated with flourescent indicator F254, EMD Millipore, MA, USA)

ジチオ安息香酸 (dithiobenzoic acid; 以下DTBAと記載)の合成
下記反応式7に表されるように、表5に示す仕込量でDTBAを合成した。ここで、塩化ベンジルに対して、ナトリウムメトキシド及びイオウが、モル比で 1 : 1.98 となるように調製した。

Figure 0007232442000021
Figure 0007232442000022
Synthesis of dithiobenzoic acid (hereinafter referred to as DTBA) DTBA was synthesized in the amounts shown in Table 5 as represented by Reaction Formula 7 below. Here, the molar ratio of sodium methoxide and sulfur to benzyl chloride was adjusted to 1:1.98.
Figure 0007232442000021
Figure 0007232442000022

二つ口ナスフラスコ (500 mL)にナトリウムメトキシド(27.0 g, 0.500 mol)を加え、溶媒として事前に硫酸マグネシウムで脱水を施したメタノール(250 mL)を氷冷しながら加えた。ナトリウムメトキシドが溶解し、発熱が収まり次第、イオウ(16.0 g, 0.499 mol)を加え、窒素バブリングを行いながら撹拌した。窒素雰囲気下で氷冷しながら 塩化ベンジル (31.9 g, 0.252 mmol)を滴下した。滴下終了後、68 ℃で 18 時間還流反応した。反応終了後、反応溶液を氷冷し、析出した固体を吸引濾過により取り除いた。エバポレーターでメタノールを除去し、その後氷冷した H2O (150 mL)を加えて、再び吸引濾過を行った。ジエチルエーテル(100 mL)で 3 回洗浄し、H2O 層を回収した。回収した H2O 層に 1.0 M 塩酸(250 mL)を加えて、ジエチルエーテル(100 mL)で3回分液操作を行い、生成した DTBA をジエチルエーテル層に抽出した。1.0 M水酸化ナトリウム(750 mL)、で 3 回分液操作を行い、生成した DTBA を H2O 層に抽出し、DTBA 溶液を得た。 Sodium methoxide (27.0 g, 0.500 mol) was added to a two-necked eggplant flask (500 mL), and methanol (250 mL) previously dehydrated with magnesium sulfate was added as a solvent while cooling with ice. As soon as the sodium methoxide dissolved and the heat generation subsided, sulfur (16.0 g, 0.499 mol) was added, and the mixture was stirred while bubbling nitrogen. Benzyl chloride (31.9 g, 0.252 mmol) was added dropwise with ice cooling under a nitrogen atmosphere. After completion of the dropwise addition, reflux reaction was carried out at 68° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was ice-cooled, and the precipitated solid was removed by suction filtration. Methanol was removed with an evaporator, ice-cooled H 2 O (150 mL) was added, and suction filtration was performed again. It was washed with diethyl ether (100 mL) three times and the H2O layer was collected. 1.0 M Hydrochloric acid (250 mL) was added to the recovered H 2 O layer, and liquid separation operation was performed three times with diethyl ether (100 mL) to extract the produced DTBA into the diethyl ether layer. Separation operation was performed three times with 1.0 M sodium hydroxide (750 mL), and the generated DTBA was extracted into the H 2 O layer to obtain a DTBA solution.

ジ(チオベンゾイル)ジスルフィド (di(thiobenzoyl) disulfide; 以下DTDと記載)の合成
下記反応式8に表されるように、表6に示す仕込量でDTDを合成した。ここで、DTD の合成で用いた 塩化ベンジルに対して、フェリシアン化カリウム(III)が、モル比で 1 : 1.24 となるように調製した。

Figure 0007232442000023
Figure 0007232442000024
Synthesis of di(thiobenzoyl) disulfide (hereinafter referred to as DTD) DTD was synthesized as shown in Reaction Formula 8 below with the amount shown in Table 6. Here, the molar ratio of potassium ferricyanide (III) to benzyl chloride used in the synthesis of DTD was 1:1.24.
Figure 0007232442000023
Figure 0007232442000024

H2O (1000 mL)に フェリシアン化カリウム(III) (102.5 g, 0.311 mol)を溶解させ、撹拌しながら DTBA 溶液を滴下し反応させた。生じた赤紫色固体を吸引濾過により回収した。洗浄液が無色になるまでH2Oで洗浄した後、減圧乾燥により DTD を得た[ 収量 19.9 g (64.9 mmol) 収率 51.5 % ]。 Potassium ferricyanide (III) (102.5 g, 0.311 mol) was dissolved in H 2 O (1000 mL), and the DTBA solution was added dropwise to react with stirring. The resulting reddish purple solid was collected by suction filtration. After washing with H 2 O until the washings were colorless, the DTD was obtained by drying under reduced pressure [Yield 19.9 g (64.9 mmol) Yield 51.5 %].

DTDの1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 8.09 (m, ortho-aromatic, 2H), 7.61 (m, para-aromatic, 1H), 7.45 (m, meta - aromatic, 2H).
1H-NMR spectrum of DTD (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR ( CDCl3 ): δ = 8.09 (m, ortho-aromatic, 2H), 7.61 (m, para-aromatic, 1H), 7.45 (m, meta-aromatic, 2H).

ジチオ安息香酸 4-シアノペンタン酸エステル(4-Cyanopentanoic acid dithiobenzoate; 以下CPADBと記載)の合成
下記反応式9に表されるように、表7に示す仕込量でCPADBを合成した。ここで、DTD に対して、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (4,4’-azobis(4-cyanopentanoic acid))が十分量存在するように、モル比で 1 : 1.49 となるようにした。

Figure 0007232442000025
Figure 0007232442000026
Synthesis of 4 -Cyanopentanoic acid dithiobenzoate (hereafter referred to as CPADB) CPADB was synthesized as shown in Reaction Formula 9 below with the amount shown in Table 7. Here, the molar ratio of 4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid) to DTD is 1:1.49 so that a sufficient amount of 4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid) is present. I made it so that
Figure 0007232442000025
Figure 0007232442000026

二つ口ナスフラスコ(500 mL)に DTD(12.3 g, 40.1 mmol)と 4,4'-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (16.8 g, 59.9 mmol)を加え、酢酸エチル(230 mL)に溶解させ、撹拌しながら窒素バブリングを施した。窒素雰囲気下で 85 ℃、24 時間還流反応させた。エバポレーターを用いて、酢酸エチルを除去し、カラムクロマトグラフィ (固定相;シリカゲル, 展開溶媒; ヘキサン: 酢酸エチル= 3:2)により精製し(Rf 値: 0.32)、CPADBを得た[ 収量 3.9 g (14.0 mmol) 収率 34.9 % ]。 DTD (12.3 g, 40.1 mmol) and 4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid) (16.8 g, 59.9 mmol) were added to a two-necked eggplant flask (500 mL) and dissolved in ethyl acetate (230 mL). and nitrogen bubbling was applied while stirring. A reflux reaction was carried out at 85° C. for 24 hours under a nitrogen atmosphere. Ethyl acetate was removed using an evaporator and purified by column chromatography (stationary phase; silica gel, developing solvent; hexane:ethyl acetate = 3:2) (Rf value: 0.32) to obtain CPADB [yield 3.9 g ( 14.0 mmol) Yield 34.9 %].

CPADBの1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 7.91 (m, ortho-aromatic, 2H), 7.58 (m, para -aromatic, 1H), 7.40 (m, meta - aromatic, 2H), 2.77-2.42 (m, -CH2-CH2-, 4H), 1.95 (d, -CH3, 3H).
1H-NMR spectrum of CPADB (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR (CDCl 3 ): δ = 7.91 (m, ortho-aromatic, 2H), 7.58 (m, para-aromatic, 1H), 7.40 (m, meta-aromatic, 2H), 2.77-2.42 (m, - CH2 - CH2- , 4H), 1.95 (d, -CH3 , 3H).

PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)の重合
材料及び方法
本実施例では、下記の試薬を用いた。
1'-(2-メタクリロイルオキシエチル)-,3',3'-ジメチル-6-ニトロスピロ(2H-1-ベンゾピラン-2,2'-インドリン)(SpMA)
ジチオ安息香酸 4-シアノペンタン酸エステル (4-Cyanopentanoic acid dithiobenzoate; 以下CPADBと記載)
メチルメタクリレート(methyl methacrylate;98.0%, 和光純薬工業株式会社)を入手し、精製後使用した。
n-ブチルメタクリレート(n-butyl methacrylate;98.0 %, 和光純薬工業株式会社)を入手し、精製後使用した。
4,4'-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (98.0 %, 和光純薬工業株式会社)
1,4-ジオキサン (99.5 %和光純薬工業株式会社; 120℃で蒸留)
Materials and Methods for Polymerizing PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA) In this example, the following reagents were used.
1'-(2-methacryloyloxyethyl)-,3',3'-dimethyl-6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline) (SpMA)
4- Cyanopentanoic acid dithiobenzoate (hereinafter referred to as CPADB)
Methyl methacrylate (98.0%, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was obtained and used after purification.
n-butyl methacrylate (98.0%, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was obtained and used after purification.
4,4'-Azobis(4-cyanopentanoic acid) (98.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
1,4-dioxane (99.5 % Wako Pure Chemical Industries; distilled at 120°C)

本実施例では、下記の装置を用いた。
核磁気共鳴(NMR)スペクトロメーター (1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, U.S.A.)
高速液体クロマトグラフィー (GPC; EXTREMA, 日本分光株式会社, 東京, 日本)
UV 測定装置 : UV-4075 (日本分光株式会社)
オートサンプラー : AS-4050 (日本分光株式会社)
カラムオーブン : CO-4060 (日本分光株式会社)
カラム : KF-G4A (Shodex, 昭和電工株式会社, 東京, 日本), KF-806L (Shodex, 昭和電工株式会社), KF-806L (Shodex,昭和電工株式会社)
In this example, the following apparatus was used.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer (1H-NMR; UNITY INOVA 400 MHz spectrometer, Varian, Palo Alto, CA, USA)
High Performance Liquid Chromatography (GPC; EXTREMA, JASCO Corporation, Tokyo, Japan)
UV measurement device : UV-4075 (JASCO Corporation)
Autosampler: AS-4050 (JASCO Corporation)
Column Oven : CO-4060 (JASCO Corporation)
Column : KF-G4A (Shodex, Showa Denko K.K., Tokyo, Japan), KF-806L (Shodex, Showa Denko K.K.), KF-806L (Shodex, Showa Denko K.K.)

ポリメチルメタクリレート (poly-methylmethacrylate; 以下PMMAと記載)の重合
下記反応式10に表されるように、表8及び9に示す仕込量でPMMAを合成した。ここで、メタクリル酸メチルが 130 units 程度になるように仕込量を設定した。なお、表8の仕込量では、目標とするユニットよりも大きい重合体(ポリマー)が得られたため、メタクリル酸メチルの割合を減らした表9の仕込量で改めて合成を行った。ここで得られた重合体をそれぞれ PMMA#1、PMMA#2とした。

Figure 0007232442000027
Figure 0007232442000028
Figure 0007232442000029
Polymerization of poly-methylmethacrylate (hereinafter referred to as PMMA) As represented by Reaction Formula 10 below, PMMA was synthesized with the amounts shown in Tables 8 and 9. Here, the charging amount was set so that the amount of methyl methacrylate was about 130 units. In addition, since a polymer larger than the target unit was obtained with the amount charged in Table 8, synthesis was performed again with the amount charged in Table 9 with a reduced proportion of methyl methacrylate. The polymers obtained here were named PMMA#1 and PMMA#2, respectively.
Figure 0007232442000027
Figure 0007232442000028
Figure 0007232442000029

二つ口ナスフラスコ(100 mL)に ジチオ安息香酸 4-シアノペンタン酸エステル(PMMA#1; 0.0626 g, 0.22 mmol, PMMA#2; 0.0714 g, 0.26 mmol)と 4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (144 units; 0.0133 g, 0.0464 mmol)を加えた。窒素置換を 3 回行った後、1,4-ジオキサン(35 mL)をシリンジで滴下し、窒素バブリングを施した。窒素雰囲気下で メタクリル酸メチル(3.8 mL)をシリンジで滴下し、70 ℃で 21 時間反応させた。反応終了後、再沈殿法(良溶媒; テトラヒドロフラン, 貧溶媒;メタノール)により PMMA を精製した[ PMMA-1; 収量 2.76 g 収率 75.2 % ] [ PMMA#2; 収量 2.10 g 収率 57.1 % ]。

Dithiobenzoic acid 4-cyanopentanoate (PMMA#1; 0.0626 g, 0.22 mmol, PMMA#2; 0.0714 g, 0.26 mmol) and 4,4'-azobis(4- cyanopentanoic acid) (144 units; 0.0133 g, 0.0464 mmol) was added. After purging with nitrogen three times, 1,4-dioxane (35 mL) was added dropwise with a syringe, and nitrogen bubbling was performed. Methyl methacrylate (3.8 mL) was added dropwise with a syringe under a nitrogen atmosphere, and the mixture was reacted at 70°C for 21 hours. After completion of the reaction, PMMA was purified by a reprecipitation method (good solvent; tetrahydrofuran, poor solvent; methanol) [PMMA-1; yield 2.76 g, yield 75.2%] [PMMA#2; yield 2.10 g, yield 57.1%].

PMMA_1の1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ =7.89 (broad, ortho-aromatic H), 7.52 (broad, para-aromatic H), 7.36 (broad, meta-aromatic H), 3.78-3.42 (broad, -O-CH3), 2.56 (broad, -CH2-CH2-), 2.07-1.74 (broad, -CH2-), 1.02-0.84 (broad, methacrylic methylene).
1H-NMR spectrum of PMMA_1 (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR (CDCl 3 ): δ = 7.89 (broad, ortho-aromatic H), 7.52 (broad, para-aromatic H), 7.36 (broad, meta-aromatic H), 3.78-3.42 (broad, -O-CH 3 ), 2.56 (broad, -CH 2 -CH 2 -), 2.07-1.74 (broad, -CH 2 -), 1.02-0.84 (broad, methacrylic methylene).

PMMA_2の1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ =7.89 (broad, ortho-aromatic H), 7.52 (broad, para-aromatic H), 7.36 (broad, meta-aromatic H), 3.71-3.55 (broad, -O-CH3), 2.53 (broad, -CH2-CH2-), 2.07-1.76 (broad, -CH2-), 1.02-0.84 (broad, methacrylic methylene).
1H-NMR spectrum of PMMA_2 (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR (CDCl 3 ): δ = 7.89 (broad, ortho-aromatic H), 7.52 (broad, para-aromatic H), 7.36 (broad, meta-aromatic H), 3.71-3.55 (broad, -O-CH 3 ), 2.53 (broad, -CH 2 -CH 2 -), 2.07-1.76 (broad, -CH 2 -), 1.02-0.84 (broad, methacrylic methylene).

PMMA-b-P (nBMA-stat-SpMA)の合成
下記反応式11に表されるように、表10~13に示す仕込量でPMMA-b-P (nBMA-stat-SpMA)を合成した。ここで、各ユニット数の異なる 4種類のジブロック共重合体を設計し、MMA : nBMA :SpMA が 146 : 120 程度 : 28 程度の重合体を 2 種, 146 : 75 程度 : 15 程度, 133 : 120 程度 : 28 程度となるようにした。ここでで得られた重合体をそれぞれ PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_1、PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_2、PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_3、PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_4 とした。

Figure 0007232442000030
Figure 0007232442000031
Figure 0007232442000032
Figure 0007232442000033
Figure 0007232442000034
Synthesis of PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA) PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA) was synthesized in the amounts shown in Tables 10 to 13 as shown in Reaction Formula 11 below. Here, we designed four types of diblock copolymers with different numbers of units, and two types of polymers with a ratio of MMA: nBMA: SpMA of about 146:120: about 28, 146: about 75: about 15, and 133: About 120: I made it about 28. PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_1, PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_2, PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_3, PMMA-bP( nBMA-stat-SpMA)_4.
Figure 0007232442000030
Figure 0007232442000031
Figure 0007232442000032
Figure 0007232442000033
Figure 0007232442000034

ナスフラスコ(100 mL)にPMMA、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸)、SpMA を加えた。窒素置換を3回行った後、1,4-ジオキサン(6 mL)をシリンジで滴下し、凍結脱気を5回施した。窒素雰囲気下でメタクリル酸-n-ブチルをシリンジで滴下し、70 ℃で21時間反応させた。反応終了後、再沈殿法(良溶媒; テトラヒドロフラン, 貧溶媒;メタノール)により PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)を精製した。得られたPMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)の収量及び収率を下記に示す。
[PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_1; 収量 100 mg 収率 50.0 % ]
[PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_2; 収量 1.51 g 収率 75.4 % ]
[PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_3; 収量 0.93 g 収率 66.5 % ]
[PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_4; 収量 1.59 g 収率 75.5 % ]
PMMA, 4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid) and SpMA were added to an eggplant flask (100 mL). After purging with nitrogen three times, 1,4-dioxane (6 mL) was added dropwise with a syringe, and freeze degassing was performed five times. In a nitrogen atmosphere, n-butyl methacrylate was added dropwise with a syringe, and reacted at 70°C for 21 hours. After completion of the reaction, PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA) was purified by a reprecipitation method (good solvent; tetrahydrofuran, poor solvent; methanol). The amount and yield of PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA) obtained are shown below.
[PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_1; Yield 100 mg Yield 50.0 % ]
[PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_2; Yield 1.51 g Yield 75.4 % ]
[PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_3; Yield 0.93 g Yield 66.5 % ]
[PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_4; Yield 1.59 g Yield 75.5 % ]

PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_1の1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 8.03 (broad, ortho -aromatic to NO2), 7.21-6.74 (broad, aromatic), 5.88 (broad, -CH=CH-C-O-), 3.94 (broad, N-CH2-CH2-, -CH2-CH2-O-), 3.60-3.55 (broad, -O-CH2-CH2-,O=C-O-CH3), 1.94-1.81 (broad, -CH2-), 1.40-0.85 (broad, C-(-CH3)2), 1.02-0.85 (broad, methacrylic methyl).
1H-NMR spectrum of PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_1 (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR (CDCl 3 ): δ = 8.03 (broad, ortho -aromatic to NO 2 ), 7.21-6.74 (broad, aromatic), 5.88 (broad, -CH=CH-CO-), 3.94 (broad, N- CH2 - CH2- , -CH2 - CH2 -O-), 3.60-3.55 (broad, -O- CH2- CH2- ,O=CO- CH3 ), 1.94-1.81 (broad, -CH 2 -), 1.40-0.85 (broad, C-(-CH 3 ) 2 ), 1.02-0.85 (broad, methacrylic methyl).

PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_2の1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)を図1に示した。
1H-NMR (CDCl3):δ = 8.02 (broad, ortho -aromatic to NO2), 7.21-6.69 (broad, aromatic), 5.89 (broad, -CH=CH-C-O-), 3.93 (broad, N-CH2-CH2-, -CH2-CH2-O-), 3.60-3.55 (broad, -O-CH2-CH2-,O=C-O-CH3), 1.94-1.81 (broad, -CH2-), 1.45-0.85 (broad, C-(-CH3)2), 1.02-0.85 (broad, methacrylic methyl).
Figure 1 shows the 1H-NMR spectrum (400 MHz CDCl 3 ) of PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_2.
1H-NMR (CDCl 3 ): δ = 8.02 (broad, ortho -aromatic to NO 2 ), 7.21-6.69 (broad, aromatic), 5.89 (broad, -CH=CH-CO-), 3.93 (broad, N- CH2 - CH2- , -CH2 - CH2 -O-), 3.60-3.55 (broad, -O- CH2- CH2- ,O=CO- CH3 ), 1.94-1.81 (broad, -CH 2 -), 1.45-0.85 (broad, C-(-CH 3 ) 2 ), 1.02-0.85 (broad, methacrylic methyl).

PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_3の1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 8.01 (broad, ortho -aromatic to NO2), 7.21-6.69 (broad, aromatic), 5.89 (broad, -CH=CH-C-O-), 3.94 (broad, N-CH2-CH2-, -CH2-CH2-O-), 3.60 (broad, -O-CH2-CH2-, O=C-O-CH3), 1.95-1.82 (broad, -CH2-), 1.39-0.85 (broad, C-(-CH3)2), 1.03-0.85 (broad, methacrylic methyl).
1H-NMR spectrum of PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_3 (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR (CDCl 3 ): δ = 8.01 (broad, ortho -aromatic to NO 2 ), 7.21-6.69 (broad, aromatic), 5.89 (broad, -CH=CH-CO-), 3.94 (broad, N- CH2 - CH2- , -CH2 - CH2 -O-), 3.60 (broad, -O- CH2 - CH2- , O=CO- CH3 ), 1.95-1.82 (broad, -CH2- ), 1.39-0.85 (broad, C-(-CH 3 ) 2 ), 1.03-0.85 (broad, methacrylic methyl).

PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)_4の1H-NMR スペクトラム(400 MHz CDCl3)
1H-NMR (CDCl3):δ = 8.00 (broad, ortho -aromatic to NO2), 7.21-6.74 (broad, aromatic), 5.87 (broad, -CH=CH-C-O-), 3.94 (broad, N-CH2-CH2-, -CH2-CH2-O-), 3.60 (broad, -O-CH2-CH2-,O=C-O-CH3), 1.94-1.82 (broad, -CH2-), 1.40-0.85 (broad, C-(-CH3)2), 1.02-0.85 (broad, methacrylic methyl).
1H-NMR spectrum of PMMA-bP(nBMA-stat-SpMA)_4 (400 MHz CDCl 3 )
1H-NMR (CDCl 3 ): δ = 8.00 (broad, ortho -aromatic to NO 2 ), 7.21-6.74 (broad, aromatic), 5.87 (broad, -CH=CH-CO-), 3.94 (broad, N- CH2 - CH2- , -CH2 - CH2 -O-), 3.60 (broad, -O- CH2 - CH2- ,O=CO- CH3 ), 1.94-1.82 (broad, -CH2- ), 1.40-0.85 (broad, C-(-CH 3 ) 2 ), 1.02-0.85 (broad, methacrylic methyl).

合成した4種類のPMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)に対してそれぞれ分子量Mnを1H-NMR、分子量分布Mw/MnをGPC (展開溶媒 : THF)で測定した。その結果を表14に示す。得られた重合体の組成比に基づいて、重合体の名称をMMA : nBMA : SpMA = 146 : 155 : 25、146 : 115 : 21、146 : 74 : 11、133 : 115 :25と表した。

Figure 0007232442000035
The molecular weight Mn and the molecular weight distribution Mw/Mn of the synthesized four types of PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA) were measured by 1H-NMR and GPC (developing solvent: THF). The results are shown in Table 14. Based on the composition ratio of the obtained polymers, the names of the polymers were expressed as MMA:nBMA:SpMA=146:155:25, 146:115:21, 146:74:11, 133:115:25.
Figure 0007232442000035

ピラニア溶液による基板表面の不純物分解
材料及び方法
本実施例では、下記の試薬を用いた。
硫酸 (95.0 %, 和光純薬工業株式会社)
過酸化水素(30.0%, 和光純薬工業株式会社)
Material and Method for Decomposing Impurities on Substrate Surface with Piranha Solution In this example, the following reagents were used.
Sulfuric acid (95.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Hydrogen peroxide (30.0%, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

基板作製に用いるガラス基板の洗浄及びシラノール基の露出の為に、基板をピラニア溶液で処理した。ピラニア溶液は 硫酸と過酸化水素の体積分率が7 : 3 となるように氷冷しながら調製した。発熱がなくなったらガラス基板をピラニア溶液に浸漬し、24 時間処理した。ピラニア溶液は強力な酸化力を有し、基板表面に付着した有機物を酸化することにより、基板表面から有機物を除去し、併せて基板表面にシラノール基を露出させる。
ピラニア溶液処理が終了したら、Milli-Q 水で十分にピラニア溶液を洗浄した。ピラニア洗浄基板は Milli-Q 水中に浸漬して、新たな有機物汚れが付かないように保存した。シランカップリング反応や測定に使用する際には Milli-Q 水中に保存していた基板を 3 時間減圧乾燥を行い、ガラス基板表面の水を十分に乾燥させたものを用いた。
The substrate was treated with a piranha solution for cleaning the glass substrate used for substrate preparation and exposing the silanol groups. The piranha solution was prepared with ice cooling so that the volume fraction of sulfuric acid and hydrogen peroxide was 7:3. When the heat generation disappeared, the glass substrate was immersed in the piranha solution and treated for 24 hours. The piranha solution has a strong oxidizing power, and by oxidizing the organic matter adhering to the substrate surface, removes the organic matter from the substrate surface and exposes silanol groups on the substrate surface.
After the piranha solution treatment was completed, the piranha solution was thoroughly washed with Milli-Q water. The piranha-cleaned substrate was immersed in Milli-Q water and preserved to prevent new organic soiling. When used for the silane coupling reaction or measurement, the substrate that had been stored in Milli-Q water was dried under reduced pressure for 3 hours, and the water on the surface of the glass substrate was sufficiently dried before use.

シランカップリング反応による基板表面のアルキル化
材料及び方法
本実施例では、下記の試薬を用いた。
トルエン (99.0 %, 和光純薬工業株式会社)
トリメトキシシラン (C1; 98.0 %, 東京化学工業株式会社)
1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(hexamethyldisilazane; HMDS; 96.0 %, 和光純薬工業株式会社)
アセトン (99.5 %, 和光純薬工業株式会社)
Material and Method for Alkylating Substrate Surface by Silane Coupling Reaction In this example, the following reagents were used.
Toluene (99.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Trimethoxysilane (C1; 98.0 %, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazane (HMDS; 96.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Acetone (99.5 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

トリメトキシ(メチル)シラン(Trimethoxy(methyl)silane (C1) )修飾
修飾する重合体薄膜を固定するため、シランカップリング溶液を調製した。トルエン(100 mL)中に トリメトキシ(メチル)シラン(0.83 mL)を混合し 15 分間窒素バブリングしながら撹拌した。その後、実施例5でピラニア溶液処理したガラス基板をシランカップリング溶液に浸漬し、50 ℃で 24 時間反応させた。反応終了後、Milli-Q 水でシランカップリング溶液を十分に洗浄し、減圧乾燥を 3 時間行うことで、C1 修飾基板を作製した。
Trimethoxy(methyl)silane (C1) Modification A silane coupling solution was prepared to fix the polymer thin film to be modified. Trimethoxy(methyl)silane (0.83 mL) was mixed in toluene (100 mL) and stirred for 15 minutes with nitrogen bubbling. Thereafter, the glass substrate treated with the piranha solution in Example 5 was immersed in the silane coupling solution and reacted at 50° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the silane coupling solution was thoroughly washed with Milli-Q water and dried under reduced pressure for 3 hours to fabricate a C1-modified substrate.

1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(hexamethyldisilazane)修飾
実施例5でピラニア溶液処理したガラス基板上に1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン(200 μL)をキャストし、乾燥機を用いて 140 ℃で 15 分間乾燥させた。その後、アセトン中に浸漬させ 15 分間超音波洗浄を施し、減圧乾燥を 1 時間行うことで、HMDS 修飾基板を作製した。
1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazane modification 1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazane (200 μL) was cast and dried at 140° C. for 15 minutes using a dryer. After that, it was immersed in acetone, subjected to ultrasonic cleaning for 15 minutes, and dried under reduced pressure for 1 hour to fabricate the HMDS-modified substrate.

MMAと nBMAとのランダム共重合体:P(MMA-r-nBMA)の合成
MMAと nBMAとのランダム共重合体:P(MMA-r-nBMA)を下記の反応式12に従って合成した。

Figure 0007232442000036
ただし、
nが、20~200であり、
mが、20~200である。 Synthesis of random copolymer of MMA and nBMA: P(MMA-r-nBMA)
A random copolymer of MMA and nBMA: P(MMA-r-nBMA) was synthesized according to Reaction Formula 12 below.
Figure 0007232442000036
however,
n is 20 to 200,
m is 20-200.

(1)材料
下記の試薬を使用した。
・4-シアノ-4-[(ドデシルスルファニル - チオカルボニル)スルファニル]ペンタノール(4-Cyano-4-[(dodecylsulfanyl-thiocarbonyl)sulfanyl]pentanol;99.0%, シグマ-アルドリッチ)
・メチルメタクリレート(methyl methacrylate;98.0%, 和光純薬工業株式会社)を入手し、精製後使用した。
・n-ブチルメタクリレート(n-butyl methacrylate;98.0 %, 和光純薬工業株式会社)を入手し、精製後使用した。
・4,4'-アゾビス(4-シアノペンタン酸)(4,4'-Azobis(4-cyanopentanoic acid;98.0 %, 和光純薬工業株式会社)
・1,4-ジオキサン (99.5 % 和光純薬工業株式会社)を入手し、蒸留後使用した。
・テトラヒドロフラン(99.5 %, 和光純薬工業株式会社)
・メタノール(99.8 %, 和光純薬工業株式会社)
(1) Materials The following reagents were used.
・4-Cyano-4-[(dodecylsulfanyl-thiocarbonyl)sulfanyl]pentanol (4-Cyano-4-[(dodecylsulfanyl-thiocarbonyl)sulfanyl]pentanol; 99.0%, Sigma-Aldrich)
- Methyl methacrylate (98.0%, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was obtained and used after purification.
- n-butyl methacrylate (98.0%, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was obtained and used after purification.
・4,4'-Azobis(4-cyanopentanoic acid; 98.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
- 1,4-dioxane (99.5% Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was obtained and used after distillation.
・Tetrahydrofuran (99.5 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・Methanol (99.8 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(2) 合成条件
合成条件を表15に示した。
(2) Synthesis conditions Table 15 shows the synthesis conditions.

Figure 0007232442000037
Figure 0007232442000037

(3) 反応
二つ口ナスフラスコ(100 mL)に4,4'-Azobis(4-cyanopentanoic acid)(15.2mg, 0.054mmol)および(4-Cyano-4-[(dodecylsulfanyl -thiocarbonyl)sulfanyl]pentano(120.6 mg, 0.3 mmol)を加えた。窒素置換を行った後、1,4-ジオキサン(8 mL)を滴下し、窒素バブリングを行った。窒素雰囲気下でメチルメタクリレート(1.31 mL)およびブチルメタクリレート(1.79 mL)を滴下し、70℃で21時間反応させた。
反応終了後、良溶媒としてテトラヒドロフランを、貧溶媒としてメタノールを使用し、再沈殿法を行い、ゴム状の固形物を得た。
さらに得られた固形物を良溶媒であるテトラヒドロフランに溶解し、溶媒をを減圧除去しP(MMA-r-nBMA)を得た。(収量 1.257 g, 収率 44.1% )
P(MMA-r-nBMA)の1H-NMRスペクトルを図2に示した。
(3) Reaction 4,4'-Azobis(4-cyanopentanoic acid) (15.2mg, 0.054mmol) and (4-Cyano-4-[(dodecylsulfanyl-thiocarbonyl)sulfanyl]pentanoic acid) were added to a two-neck eggplant flask (100 mL). (120.6 mg, 0.3 mmol) was added.After purging with nitrogen, 1,4-dioxane (8 mL) was added dropwise and nitrogen bubbling was performed.Methyl methacrylate (1.31 mL) and butyl methacrylate (1.31 mL) were added under a nitrogen atmosphere. (1.79 mL) was added dropwise and reacted at 70° C. for 21 hours.
After completion of the reaction, reprecipitation was performed using tetrahydrofuran as a good solvent and methanol as a poor solvent to obtain a rubbery solid.
Further, the resulting solid was dissolved in tetrahydrofuran, which is a good solvent, and the solvent was removed under reduced pressure to obtain P(MMA-r-nBMA). (Yield 1.257 g, Yield 44.1% )
1 H-NMR spectrum of P(MMA-r-nBMA) is shown in FIG.

スピンコーターによるガラス基板表面への光応答性重合体の修飾
材料及び方法
本実施例では、下記の材料を用いた。
PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)
トルエン(99.0 %, 和光純薬工業株式会社)
マイクロカバーガラス 24 mm×24 mm×0.13-0.17 mm (上記C1又はHMDSで修飾)
Material and Method for Modification of Photoresponsive Polymer on Glass Substrate Surface by Spin Coater In this example, the following materials were used.
PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA)
Toluene (99.0 %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Micro cover glass 24 mm x 24 mm x 0.13-0.17 mm (modified with C1 or HMDS above)

本実施例では、下記の装置を用いた。
スピンコーター (ACT-300DH, 株式会社アクティブ、 埼玉、 日本)
In this example, the following apparatus was used.
Spin coater (ACT-300DH, Active Co., Ltd., Saitama, Japan)

均一な厚みを有する重合体薄膜を作製するため、スピンコート法による修飾を行った。スピンコート法は半導体の製造過程で使用されることもあり、安定して薄膜を作製することができる修飾方法である。合成した光応答性ジブロック共重合体をトルエン (360 μL, 10 mg/mL)に溶解させ、表15に示す回転条件で実施例6でシラン修飾を施したガラス基板に窒素雰囲気下でスピンコートした後、140 ℃で 12 時間減圧環境下で熱アニーリングを施した。

Figure 0007232442000038
In order to fabricate a polymer thin film with uniform thickness, modification by spin coating was performed. The spin coating method is sometimes used in the manufacturing process of semiconductors, and is a modification method that can stably produce a thin film. The synthesized photoresponsive diblock copolymer was dissolved in toluene (360 μL, 10 mg/mL) and spin-coated on the silane-modified glass substrate in Example 6 under the rotation conditions shown in Table 15 under a nitrogen atmosphere. After that, it was subjected to thermal annealing at 140°C for 12 hours under reduced pressure.
Figure 0007232442000038

原子間力顕微鏡による相分離表面構造の観察
材料及び方法
本実施例では、下記の材料を用いた。
マイクロカバーガラス 24 mm×24 mm×0.13-0.17 mm (重合体で修飾)
カンチレバー (OMCL-AC240TS-W2, オリンパス工業株式会社, 東京, 日本) (バネ定数 2.0 N/m、共振周波数 70 kHz)
Materials and Methods for Observation of Phase Separation Surface Structure by Atomic Force Microscope In the present example, the following materials were used.
Micro cover glass 24 mm x 24 mm x 0.13-0.17 mm (modified with polymer)
Cantilever (OMCL-AC240TS-W2, Olympus Corporation, Tokyo, Japan) (spring constant 2.0 N/m, resonant frequency 70 kHz)

本実施例では、下記の装置を用いた。
原子間力顕微鏡(Atomic force microscope; Dimension 3100 Nanoscope IV, Veeco, Plainview, New York , U.S.A)
原子間力顕微鏡(Atomic force microscope; MultiMode Nanoscope IIIa, Bruker AXS K.K. , Billerica, Massachusetts, U.S.A)
UVランプ (365 nm wavelength handheld; UVGL-58, 1.2 mW/cm2, UVP, CA, U.S.A.).
In this example, the following apparatus was used.
Atomic force microscope (Dimension 3100 Nanoscope IV, Veeco, Plainview, New York, USA)
Atomic force microscope (MultiMode Nanoscope IIIa, Bruker AXS KK , Billerica, Massachusetts, USA)
UV lamp (365 nm wavelength handheld; UVGL-58, 1.2 mW/cm2, UVP, CA, USA).

アルキル層の種類と重合体の組成の違いが基板表面の相分離構造に与える影響及び、スピロベンゾピランの光異性化が基板表面の相分離構造に与える影響を調べるために、C1、HMDS 各シラン修飾基板に対して 4 種類の重合体(MMA : nBMA : SpMA = 146 : 155 : 25、146 : 115 : 21、146 : 74 : 11、133 : 115 : 25)を 5 mg/mL の濃度でそれぞれスピンコートした基板を作製した(MMA : nBMA : SpMA = 146 : 155 : 25 及び 133 : 115 : 25 に関してのみ 7 mg/mL も作製した)。その後、表面微細構造を原子間力顕微鏡を用いて観察した。基板は常温、大気中において測定モードをタッピングモード、測定範囲は 20μm、スキャン速度 1 Hz の条件で測定した。UV光照射は UVランプ(365 nm wavelength)を用いて基板から 1 cm 離れた距離から90 秒間行った。 In order to investigate the effect of the type of alkyl layer and the composition of the polymer on the phase-separated structure of the substrate surface, and the effect of the photoisomerization of spirobenzopyran on the phase-separated structure of the substrate surface, C1 and HMDS silanes were used. Four different polymers (MMA:nBMA:SpMA = 146:155:25, 146:115:21, 146:74:11, 133:115:25) were added to the modified substrate at a concentration of 5 mg/mL, respectively. Spin-coated substrates were made (7 mg/mL was also made only for MMA:nBMA:SpMA=146:155:25 and 133:115:25). The surface microstructure was then observed using an atomic force microscope. The substrate was measured at room temperature in the air under the conditions of tapping mode, measurement range of 20 μm, and scan speed of 1 Hz. UV light irradiation was performed for 90 seconds from a distance of 1 cm from the substrate using a UV lamp (365 nm wavelength).

結果及び考察
図3は、原子間力顕微鏡による相分離表面構造の像を示す。まず、UV光照射前の基板に注目した。MMA : nBMA : SpMA = 146 : 74 : 11、5 mg/mL の修飾基板は表面に何らかの構造物は確認できるものの、その高さと構造物の輪郭の形状から相分離が生じていないと考えられた。それ以外のポリマー修飾基板に関してはシラン剤の種類に依らず、同一の重合体では同様な相分離由来の表面構造を形成していることが確認できた。しかし、重合体の組成により相分離の形状が異なる結果となった。MMA : nBMA : SpMA = 146 : 155 : 25 の重合体のうち 5 mg/mL で修飾を行った基板は白色ドット状になる海島構造を示し、7 mg/mL で修飾を行った基板は白色ドメインが連なっているラメラ構造を示した。これは基板へのポリマー修飾時の濃度の違いにより、基板表面に存在する重合体分子の量が変化したことに起因すると考えられた。5 mg/mL で修飾を行った基板に現れた白色ドットドメイン部分が増加した重合体分子によりドメインのエリアが増加し、付近の異なる白色ドットドメインと融合することで、上記のようなラメラ構造を示していた。146 : 115 : 21 の重合体は白色ドメインが連なっているラメラ構造を示すのに対し、133 : 115 : 25 の重合体は白色ドット状になる海島構造を示した。これらの構造の違いは重合体の組成比率に左右されていると考えられた。
続いて UV光照射後の基板に注目する。MMA : nBMA : SpMA = 146 : 74 : 11 のポリマー修飾基板は UV光照射に関わらず変化が見られなかった。さらに、MMA : nBMA : SpMA = 146 : 155 : 25 の重合体では 2 種類のアルキル層上に 5 mg/mL で修飾を行った基板は白色ドット状になる海島構造から相分離構造が消滅する結果、7 mg/mL で修飾を行った基板のうちアルキル鎖を HMDS でグラフトした基板は白色ドメインが連なったラメラ構造から相分離構造が消滅する結果に対し、7 mg/mL で修飾を行った基板のうちアルキル鎖を C1 でグラフトした基板は白色ドメインが連なっているラメラ構造から白色ドット状の海島構造に転換にとどまり、相分離構造の消滅ほどの変化は得られなかった。この際差異が生まれた原因として、C1 による複数のシラン分子による複雑なポリマーネットワーク形成が関わっていると考えられた。この C1 ポリマーネットワークが HMDS 修飾のような単分子層に近い場合は、重合体がそのネットワーク中に捕らわれることなくスピロベンゾピランの光異性化を駆動力に相分離構造の転換が十分に行えるが、C1 ポリマーネットワークが複雑なものになればなるほど修飾した重合体がそのネットワーク中に捕らわれ、分子の運動性が制限されスピロベンゾピランの光異性化は相分離構造を消滅させるほどの駆動力が得られなかったと考えられた。これは、C1 修飾の不安定性から生じたものではないかと考察できた。一方、それ以外の重合体に関してはシラン剤の種類に依らず同一の重合体で同様の転換が見られた。まず 146 : 115 : 21 のポリマー修飾基板に着目すると白色ドメインが連なっているラメラ構造から白色ドッ ト状の海島構造に転換した。しかし、アルキル層の種類の違いにより、UV光照射前では差異がなかった構造が、UV光照射後では海島構造の各ドットの大きさが異なるものとなったが、1 枚の AFM 像内でも白色ドットの大きさにムラがあり、かつ、HMDS 修飾基板に関しては近傍にあるドットが融合しているかのような形状のドットが多く見受けられた。
Results and Discussion FIG. 3 shows an image of the phase-separated surface structure by an atomic force microscope. First, we focused on the substrate before UV light irradiation. MMA : nBMA : SpMA = 146 : 74 : 11, 5 mg/mL modified substrate has some structure on the surface, but it was considered that phase separation did not occur from the height and the shape of the outline of the structure. . Regarding other polymer-modified substrates, it was confirmed that the same polymer formed a similar surface structure derived from phase separation, regardless of the type of silane agent. However, the shape of phase separation varied depending on the composition of the polymer. MMA : nBMA : SpMA = 146 : 155 : 25 The substrate modified with 5 mg/mL showed a white dot-like sea-island structure, and the substrate modified with 7 mg/mL showed white domains. showed a lamellar structure with a series of It was considered that this was caused by the change in the amount of polymer molecules existing on the substrate surface due to the difference in concentration when the substrate was modified with the polymer. The white dot domain portion that appeared on the substrate modified at 5 mg/mL was increased by the polymer molecule, which increased the area of the domain and fused with different white dot domains in the vicinity, resulting in the above lamellar structure. was showing. The 146 : 115 : 21 polymer showed a lamellar structure with continuous white domains, while the 133 : 115 : 25 polymer showed a sea-island structure with white dots. It was considered that these structural differences depend on the composition ratio of the polymer.
Next, we will focus on the substrate after UV light irradiation. MMA : nBMA : SpMA = 146 : 74 : 11 polymer-modified substrate showed no change regardless of UV light irradiation. Furthermore, in the MMA : nBMA : SpMA = 146 : 155 : 25 polymer, the substrate modified at 5 mg/mL on the two types of alkyl layers became white dot-like, resulting in the disappearance of the phase separation structure from the sea-island structure. , Of the substrates modified at 7 mg/mL, the HMDS-grafted alkyl chains showed a lamellar structure with a series of white domains and a phase-separated structure that disappeared. Among them, the substrate with C1-grafted alkyl chains showed only a transformation from a lamellar structure with a series of white domains to a sea-island structure with white dots, and the change was not as great as the disappearance of the phase-separated structure. The reason for this difference was thought to be related to the formation of a complex polymer network with multiple silane molecules by C1. When this C1 polymer network is close to a monolayer as in the HMDS modification, the photoisomerization of spirobenzopyran is sufficient as the driving force for phase-separated structural transformation without the polymer being trapped in the network. As the C1 polymer network becomes more complex, the modified polymer is trapped in the network, restricting the mobility of the molecule, and the photoisomerization of spirobenzopyran provides the driving force to eliminate the phase-separated structure. thought it wasn't. It could be considered that this was caused by the instability of the C1 modification. On the other hand, with respect to other polymers, similar conversion was observed with the same polymer regardless of the type of silane agent. Focusing on the 146 : 115 : 21 polymer-modified substrate, the lamellar structure with a series of white domains was transformed into a sea-island structure with white dots. However, due to the difference in the type of alkyl layer, the size of each dot in the sea-island structure, which had no difference before UV light irradiation, became different after UV light irradiation. There was unevenness in the size of the white dots, and in the case of the HMDS-modified substrate, there were many dots that looked as if adjacent dots were fused together.

可視光による相分離構造の可逆的スイッチングの観察
材料及び方法
本実施例では、下記の材料を用いた。
マイクロカバーガラス 24 mm×24 mm (重合体で修飾)
カンチレバー (OMCL-AC240TS-W2, オリンパス工業株式会社) (バネ定数 2.0 N/m、共振周波数 70 kHz)
Observation Material and Method for Reversible Switching of Phase Separation Structure by Visible Light In this example, the following materials were used.
Micro cover glass 24 mm x 24 mm (modified with polymer)
Cantilever (OMCL-AC240TS-W2, Olympus Corporation) (spring constant 2.0 N/m, resonance frequency 70 kHz)

本実施例では、下記の装置を用いた。
原子間力顕微鏡(Atomic force microscope; Dimension 3100 Nanoscope IV, Veeco, Plainview, New York , U.S.A)
原子間力顕微鏡(Atomic force microscope; MultiMode Nanoscope IIIa, Bruker AXS K.K. , Billerica, Massachusetts, U.S.A)
UVランプ(365 nm wavelength handheld; UVGL-58, 1.2 mW/cm2, UVP, CA, U.S.A.).
LED (530 nm wavelength; LAJ4C, 8500 cd, 株式会社岩崎電機製作所, 東京, 日本).
In this example, the following apparatus was used.
Atomic force microscope (Dimension 3100 Nanoscope IV, Veeco, Plainview, New York , USA)
Atomic force microscope (MultiMode Nanoscope IIIa, Bruker AXS KK , Billerica, Massachusetts, USA)
UV lamp (365 nm wavelength handheld; UVGL-58, 1.2 mW/cm2, UVP, CA, USA).
LED (530 nm wavelength; LAJ4C, 8500 cd, Iwasaki Electric Co., Ltd., Tokyo, Japan).

スピロベンゾピランが UV光照射と可視光照射によるそれぞれの光異性化により基板表面の相分離構造に与える影響を調べるために、HMDS 修飾基板に対して 3種類の重合体MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21と133 : 115 : 25と127 : 118 : 28 を 5, 7, 10 mg/mL の濃度でスピンコートし、作製した。その後、表面微細構造を原子間力顕微鏡を用いて観察した。基板は室温、大気中において測定モードを タッピングモード、測定範囲は20 μm、スキャン速度 1 Hz の条件で測定した。UV光照射は基板から1 cm離れた距離から90秒行った。可視光照射は基板から20 cm離れた距離から 1800秒行った。 In order to investigate the effect of spirobenzopyran on the phase-separated structure of the substrate surface by photoisomerization by UV light irradiation and visible light irradiation, respectively, three kinds of polymer MMA : nBMA : SpMA = 146 were applied to the HMDS-modified substrate. : 115 : 21, 133 : 115 : 25 and 127 : 118 : 28 were spin-coated at concentrations of 5, 7 and 10 mg/mL. The surface microstructure was then observed using an atomic force microscope. The substrate was at room temperature in the atmosphere, and the measurement mode was the tapping mode, the measurement range was 20 μm, and the scan speed was 1 Hz. UV light irradiation was performed for 90 seconds from a distance of 1 cm from the substrate. Visible light irradiation was performed for 1800 seconds from a distance of 20 cm from the substrate.

結果
図4は、可視光による相分離構造の可逆的スイッチングにおける原子間力顕微鏡による相分離表面構造の像を示す。図5及び図6は、相分離表面構造の断面図を示す。まず、UV光照射前の基板に注目する。MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 :21、5 mg/mL の修飾基板は以前の結果と異なり表面に相分離構造は確認できなかった。それ以外のポリマー修飾基板に関しては白色ドットの大きさに差があるが、同様な相分離由来の海島構造を形成していることが確認できた。
重合体ごとにスピンコート時の修飾濃度の違いによる相分離構造の差異に注目する。MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21 では 7 mg/mL より 10 mg/mL のほうがドットの一つあたりの面積が大きくなった。また、MMA : nBMA : SpMA = 133 : 115 : 25 ポリマー修飾基板ではスピンコート時の修飾濃度が高くなるにつれドットの一つあたりの面積が大きくなった。
続いて UV光照射後の基板に注目する。すべての修飾基板において UV光照射により相分離由来の表面構造が消滅した。その後さらに可視光を照射し、観察したところ、MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21 のポリマー修飾基板に関しては修飾濃度に依らず、UV光照射前に似た表面構造を回復させることが分かった。MMA : nBMA : SpMA = 133 : 115 : 25 のポリマー修飾基板に関しても可視光照射により相分離由来の表面構造は回復したが、修飾濃度によって回復した表面構造の形状が異なるものとなった。5 mg/mL で修飾した基板は白色ドットが連なったようなラメラ構造と海島構造の中間のような形状であった。7 mg/mL で修飾した基板は茶色ドットが現れるようになり、白色ドメインと茶色ドメインが逆転したかのような表面構造となった。10 mg/mL はわずかに白色ドットが連なっているような傾向がみられるが、概ね UV光照射前の表面構造と同様な形状を示した。
その後さらに UV光を照射し、観察したところ、すべての修飾基板において初めの UV光照射時と同様に表面構造がすべて消滅していることが確認できた。以上より、2 種類の組成の重合体を修飾した基板上では修飾濃度に依らず相分離由来の表面構造を形成し、その構造は UV光照射で消滅、可視光照射で回復させることができる光可逆的な性質を有することが示された。
また、可視光を照射した際の表面の微細な凹凸構造は、高低差が19.23±1.35 nmであり、UV光を照射すると、この高低差がほぼ消滅した(図6)。
Results FIG. 4 shows an atomic force microscope image of the phase-separated surface structure in the reversible switching of the phase-separated structure by visible light. 5 and 6 show cross-sectional views of phase-separated surface structures. First, focus on the substrate before UV light irradiation. MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21, 5 mg/mL modified substrate could not confirm the phase separation structure on the surface unlike previous results. It was confirmed that the other polymer-modified substrates formed a similar sea-island structure derived from phase separation, although there was a difference in the size of the white dots.
We pay attention to the difference in the phase separation structure due to the difference in the modification concentration during spin coating for each polymer. At MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21, the area per dot was larger at 10 mg/mL than at 7 mg/mL. In addition, on the MMA : nBMA : SpMA = 133 : 115 : 25 polymer-modified substrate, the area per dot increased as the modification concentration during spin coating increased.
Next, we will focus on the substrate after UV light irradiation. On all modified substrates, the surface structure due to phase separation disappeared by UV light irradiation. After further irradiation with visible light, observation revealed that the polymer-modified substrate with MMA : nBMA : SpMA = 146 : 115 : 21 recovered the surface structure similar to that before UV light irradiation, regardless of the modification concentration. rice field. On the MMA : nBMA : SpMA = 133 : 115 : 25 polymer-modified substrate, the surface structure derived from phase separation was recovered by visible light irradiation, but the shape of the recovered surface structure differed depending on the modification concentration. The substrate modified with 5 mg/mL had a shape intermediate between a lamellar structure with white dots and a sea-island structure. The substrate modified at 7 mg/mL showed brown dots, and the surface structure was as if the white and brown domains were reversed. At 10 mg/mL, there was a tendency for a slight series of white dots to appear, but the shape was generally similar to that of the surface structure before UV light irradiation.
After further irradiation with UV light, observation revealed that the surface structure of all the modified substrates had disappeared, as was the case with the initial UV light irradiation. From the above, it can be concluded that a surface structure derived from phase separation is formed on a substrate modified with polymers of two types of composition regardless of the modification concentration, and that structure can be destroyed by UV light irradiation and restored by visible light irradiation. It was shown to have reversible properties.
In addition, the fine uneven structure on the surface when irradiated with visible light had a height difference of 19.23±1.35 nm, and this height difference almost disappeared when irradiated with UV light (Fig. 6).

光スイッチングできる相分離構造表面の細胞培養基板への応用(1)
材料及び方法
本実施例では、下記の材料を用いた。
ウシ大動脈内皮細胞(bovine aortic endothelial cells; BAECs; B304-05, used for passage numbers 16, Cell Applications, San Diego, U.S.A.)
マイクロカバーガラス24 mm×24 mm×0.13-0.17 mm (重合体で修飾)
ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM; Lot# L7N3114, Wako Pure Chemicals, Osaka, Japan)
ウシ胎児血清(Fetal bovine serum; FBS; Lot# 12868, Biowest, Nuaille, France)
ペニシリン及びストレプトマイシン(P/S; Lot# 1864855, Gibco Life Technologies, Grand Island, NY, U.S.A.)
Dulbecco's phosphate buffered saline (PBS; Lot# L7K2513, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, U.S.A.
トリプシン/EDTA(Trypsin/ethylenediaminetetraacetic acid; T/E; Lot# TWP7024, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, U.S.A.)
Application of photoswitchable phase separation structure surface to cell culture substrate (1)
Materials and Methods In this example, the following materials were used.
Bovine aortic endothelial cells (BAECs; B304-05, used for passage numbers 16, Cell Applications, San Diego, USA)
Micro cover glass 24 mm x 24 mm x 0.13-0.17 mm (modified with polymer)
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM; Lot# L7N3114, Wako Pure Chemicals, Osaka, Japan)
Fetal bovine serum (FBS; Lot# 12868, Biowest, Nuaille, France)
Penicillin and streptomycin (P/S; Lot# 1864855, Gibco Life Technologies, Grand Island, NY, USA)
Dulbecco's phosphate buffered saline (PBS; Lot# L7K2513, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA
Trypsin/EDTA (Trypsin/ethylenediaminetetraacetic acid; T/E; Lot# TWP7024, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)

本実施例では、下記の装置を用いた。
位相差顕微鏡 (Eclipse Ti-E/B, 株式会社ニコン, 東京, 日本)
In this example, the following apparatus was used.
Phase contrast microscope (Eclipse Ti-E/B, Nikon Corporation, Tokyo, Japan)

培地は DMEM に FBS を終濃度 10 %、PS を終濃度 1 %となるように調製したものを細胞培養に用いた。1×PBS は 10×PBS を滅菌水により希釈して調製した。1×T/E は10×T/E を 1×PBS により希釈して調製した。これらの試薬は 4 ℃で保存し、使用時は37 ℃まで温めてから用いた。細胞継代は細胞培養ディッシュ(φ100 mm)に 10 %コンフルエントとなるように播種し、37 ℃、5 % CO2 インキュベーター内で培養した。ここで 2.0×105 cells/cm2 をBAEC のコンフルエントとしている。継代は 100 %コンフルエントになる前に 3 日に1回の頻度で行った。継代操作に関しては、培地をアスピレーターで除去した後、1×PBS で 2 回洗浄を行った。その後 1×T/E を添加し、37 ℃、5 % CO2 インキュベーター内で約 3 分間反応させ、細胞をディッシュから剥離させた。培地を加えて T/E の反応を停止させたのち、1200 rpm で 3 分間遠心分離を行うことで細胞ペレットを回収した。上清を除去し、新たに培地を加えて細胞懸濁液を作製し、それを用いて新たな TCPS ディッシュに播種した。 The medium used for cell culture was DMEM with FBS at a final concentration of 10% and PS at a final concentration of 1%. 1×PBS was prepared by diluting 10×PBS with sterilized water. 1xT/E was prepared by diluting 10xT/E with 1xPBS. These reagents were stored at 4°C and warmed to 37°C before use. Cells were subcultured by inoculating a cell culture dish (φ100 mm) to 10% confluency and culturing in a 37°C, 5% CO 2 incubator. Here, 2.0×10 5 cells/cm 2 is defined as BAEC confluency. Passaging was performed once every 3 days before reaching 100% confluence. Regarding the subculture operation, after removing the medium with an aspirator, the cells were washed twice with 1×PBS. After that, 1×T/E was added and reacted in a 37° C., 5% CO 2 incubator for about 3 minutes to detach the cells from the dish. After stopping the T/E reaction by adding medium, the cell pellet was collected by centrifugation at 1200 rpm for 3 minutes. The supernatant was removed and fresh medium was added to prepare a cell suspension, which was used to inoculate a new TCPS dish.

作製したポリマー修飾基板に播種した細胞が接着、伸展するかの評価を行うため、播種後day1-4、day7 の細胞形態の観察を位相差顕微鏡を用いて観察した。コントロールには TCPS の φ100 mmディッシュ 上に播種した細胞を用いた。作製したポリマー修飾基板は瞬間接着剤を基板の 4 隅に少量塗布し、φ100 mm のペトリ皿上に張り付けた。また、比較の為、ペトリ(petri)皿の基板が貼られていない部分も併せて観察した。図7は、光スイッチングできる相分離構造表面を有する細胞培養基板において培養した細胞の顕微鏡写真である。なお、TCPS の day 1の拡大像と、TCPS の day 7(day 4 時点でコンフルエントに達していた)とにおいて、撮影は行わなかった。day 1、day 2 の結果に注目すると、TCPS 上に播種した細胞挙動と比較し、ポリマー修飾基板は細胞の形態が丸く接着が十分ではなく進展していないものが多く見受けられた。これはペトリ皿にも当てはまり、ポリマー修飾基板は接着に時間がかかることがわかった。培養日数を増やしていくと、TCPS は day 3-day 4 でコンフルエントに達するのに対し、ポリマー修飾基板、ペトリ皿上に播種した細胞は day7 においてそれぞれ 30 %程度、50-60 %程度のコンフルエントまでにしか達しなかった。一方で day7 においては接着している細胞はほとんどがその手腕を伸ばし、伸展している様子も観察できた。 In order to evaluate whether the cells seeded on the prepared polymer-modified substrate adhere and spread, the cell morphology was observed using a phase-contrast microscope on days 1 to 4 and day 7 after seeding. As a control, cells seeded on a TCPS φ100 mm dish were used. A small amount of instant adhesive was applied to the four corners of the prepared polymer-modified substrate, and the substrate was pasted on a Petri dish of φ100 mm. For comparison, a portion of the Petri dish where no substrate was adhered was also observed. FIG. 7 is a photomicrograph of cells cultured on a cell culture substrate having a photoswitchable phase-separated structure surface. No radiography was performed on the magnified images on day 1 of TCPS and on day 7 of TCPS (they reached confluence at day 4). Focusing on the results of day 1 and day 2, compared with the behavior of the cells seeded on TCPS, many of the cells on the polymer-modified substrate had a round morphology and did not develop sufficiently due to insufficient adhesion. This was also true for Petri dishes, where we found that polymer-modified substrates adhered slowly. As the number of culture days increased, TCPS reached confluence on day 3-day 4, whereas cells seeded on polymer-modified substrates and petri dishes reached 30% and 50-60% confluence on day 7, respectively. only reached On the other hand, on day 7, most of the adherent cells stretched out their arms and could also be observed to be stretched.

本発明の相分離構造表面を有する細胞培養基板を用いることによって、細胞の脱着等の細胞の挙動を制御できる。 By using the cell culture substrate having a phase-separated structure surface of the present invention, cell behavior such as cell detachment can be controlled.

光スイッチングできる相分離構造表面の細胞培養基板への応用(2)
実施例10と同様に、スピロベンゾピランが UV光照射と可視光照射によるそれぞれの光異性化により基板表面の相分離構造及び培養細胞に与える影響を調べるために、ピラニア溶液処理したガラス基板上にHMDSを積層した修飾基板に対して重合体(MMA:nBMA:SpMA = 133 : 115 : 25)を10 mg/mL の濃度でスピンコートし、相分離構造体システムを作製した。
その後、実施例11と同様に、相分離構造体システムの表面にC2C12 (P10-15)を2.0×104 cells/cm2で播種し、2日間培養し、細胞の接着及び脱離の観察を位相差顕微鏡を用いて観察した。
また、UV光照射は基板から1 cm離れた距離から90秒間行うと細胞の脱離が惹起されて除去された。相分離構造体システムの表面を1×PBSで洗浄した。洗浄後、可視光照射は基板から20 cm離れた距離から1800秒間行った。なお、細胞の播種、UV光照射、洗浄及び可視光照射を4回繰り返した。
Application of photoswitchable phase separation structure surface to cell culture substrate (2)
In the same manner as in Example 10, in order to investigate the effect of spirobenzopyran on the phase separation structure of the substrate surface and cultured cells due to photoisomerization by UV light irradiation and visible light irradiation, A polymer (MMA:nBMA:SpMA = 133:115:25) was spin-coated at a concentration of 10 mg/mL on the HMDS-laminated modified substrate to fabricate a phase-separated structural system.
Thereafter, in the same manner as in Example 11, C2C12 (P10-15) was seeded on the surface of the phase separation structure system at 2.0×10 4 cells/cm 2 , cultured for 2 days, and cell adhesion and detachment were observed. Observation was made using a phase-contrast microscope.
In addition, when UV light irradiation was performed at a distance of 1 cm from the substrate for 90 seconds, detachment of the cells was induced and removed. The surface of the phase separation structure system was washed with 1×PBS. After cleaning, visible light irradiation was performed for 1800 seconds from a distance of 20 cm from the substrate. In addition, cell seeding, UV light irradiation, washing and visible light irradiation were repeated four times.

結果
図8は、光スイッチングできる相分離構造表面を有する細胞培養基板において培養した細胞にUV光と可視光とを繰り返し照射した際の培養細胞の接着と脱離と再接着と再脱離とを観察した顕微鏡写真及び表面構造と細胞の接着性の変化を模式的に表した図である。本発明の相分離構造表面を有する細胞培養基板を相分離構造体システムとして用いることによって、細胞の脱着を可逆的に制御できた。
Results Figure 8 shows the adhesion, detachment, re-adhesion, and re-detachment of cultured cells when cells cultured on a cell culture substrate having a phase-separated structure surface capable of photoswitching were repeatedly irradiated with UV light and visible light. It is the figure which represented typically the observed micrograph, surface structure, and the change of adhesiveness of a cell. By using the cell culture substrate having the phase-separated structure surface of the present invention as a phase-separated structure system, cell detachment could be reversibly controlled.

光スイッチングできる相分離構造表面の細胞培養基板への応用(3)
実施例10と同様に、スピロベンゾピランが UV光 照射と可視光照射によるそれぞれの光異性化により基板表面の相分離構造及び培養細胞に与える影響を調べるために、HMDS 修飾基板に対して重合体MMA : nBMA : SpMA = 133 : 115 : 25 を10 mg/mL の濃度でスピンコートし、作製した。その後、UV光及び可視光を照射していない基板、UV光を照射した基板、及び、UV光及び可視光を照射した基板の3種類の基板を準備した。この3種類の基板それぞれに、実施例11と同様に、C2C12 (P10-15)を2.0×104 cells/cm2で播種し、2日間培養し、細胞の観察を位相差顕微鏡を用いて観察した。
Application of photoswitchable phase separation structure surface to cell culture substrate (3)
In the same manner as in Example 10, in order to examine the effect of spirobenzopyran on the phase-separated structure of the substrate surface and cultured cells due to photoisomerization by UV light irradiation and visible light irradiation, respectively, a polymer was applied to the HMDS-modified substrate. MMA : nBMA : SpMA = 133 : 115 : 25 was spin-coated at a concentration of 10 mg/mL. After that, three types of substrates were prepared: a substrate not irradiated with UV light and visible light, a substrate irradiated with UV light, and a substrate irradiated with UV light and visible light. C2C12 (P10-15) was seeded on each of these three substrates at 2.0×10 4 cells/cm 2 in the same manner as in Example 11, cultured for 2 days, and the cells were observed using a phase-contrast microscope. bottom.

結果
図9は、異なる光を照射した細胞培養基板において培養した細胞にUV光又は可視光を照射した際の顕微鏡写真である。
UV光及び可視光を照射していない基板、UV光を照射した基板、及び、UV光及び可視光を照射した基板の3種類の基板(初期状態)において、相分離構造の有無に寄らず、細胞の伸展、接着、及び増殖が観察された。
UV光又は可視光が照射された、UV光及び可視光を照射していない基板、UV光を照射した基板、及び、UV光及び可視光を照射した基板の3種類の基板(光照射後の状態)において、相分離の転換を惹起する可視光又はUV光が照射された際に、細胞の脱着の誘導が観察された。
すなわち、細胞は、相分離構造そのものを認識しているのではなく、相分離構造の動的な転換を認識していることが明らかとなった。
Results FIG. 9 shows micrographs of cells cultured on cell culture substrates irradiated with different lights and irradiated with UV light or visible light.
In three types of substrates (initial state): a substrate not irradiated with UV light and visible light, a substrate irradiated with UV light, and a substrate irradiated with UV light and visible light, regardless of the presence or absence of a phase separation structure, Cell spreading, adhesion and proliferation were observed.
Three types of substrates: substrates irradiated with UV light or visible light, substrates not irradiated with UV light and visible light, substrates irradiated with UV light, and substrates irradiated with UV light and visible light (after light irradiation) state), induction of cell detachment was observed upon irradiation with visible or UV light, which induces a transition in phase separation.
That is, it was clarified that the cells do not recognize the phase separation structure itself, but the dynamic conversion of the phase separation structure.

Claims (15)

下記式(I)で表されることを特徴とする、ブロック共重合体:
Figure 0007232442000039
_________________________________________________________
ただし、
環Aが、C5~C8の芳香環であり、
R1が、C1~C18の置換されていてもよい直鎖又は分枝状のアルキル基であり、
R2が、H又はC1~C17の置換されていてもよい直鎖又は分枝状のアルキル基であり、
R1の炭素数 > R2の炭素数であり、
R3、R4及びR5が、それぞれ独立して、H又は-CH3から選択され、
Xaが、O又はSから選択され、
Yaが、-NO2、-CN、-COOH、-F、-Cl、-Br、-I、-OH、-NH2、-CH3から選択され、及び、
nが、5~200であり、
xが、5~200であり、
yが、5~50である。
A block copolymer characterized by being represented by the following formula (I):
Figure 0007232442000039
______________________________________________________________________
however,
Ring A is a C 5 to C 8 aromatic ring,
R 1 is a C 1 to C 18 optionally substituted linear or branched alkyl group,
R 2 is H or an optionally substituted linear or branched C 1 to C 17 alkyl group;
The number of carbon atoms in R 1 > the number of carbon atoms in R 2 and
R3 , R4 and R5 are each independently selected from H or -CH3 ;
Xa is selected from O or S;
Ya is selected from -NO2 , -CN, -COOH, -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -NH2 , -CH3 , and
n is 5 to 200,
x is between 5 and 200;
y is 5-50.
前記式(I)において、
nが、100~180であり、
xが、60~140であり、
yが、9~30であることを特徴とする、請求項1に記載のブロック共重合体。
In the above formula (I),
n is from 100 to 180,
x is between 60 and 140;
The block copolymer according to claim 1, characterized in that y is 9-30.
前記式(I)の化合物が、下記式(II)で表されることを特徴とする、請求項1に記載のブロック共重合体:
Figure 0007232442000040
_________________________________________________________
ただし、
nが、133~146であり、
xが、74~115であり、
yが、11~25である。
The block copolymer according to claim 1, wherein the compound of formula (I) is represented by formula (II):
Figure 0007232442000040
______________________________________________________________________
however,
n is from 133 to 146,
x is between 74 and 115;
y is 11-25.
ガラス又はシリコンからなる基体表面に対して表面固定された有機層上に請求項1~3のいずれか1項に記載の式(I)の化合物が被膜されていることを特徴とする、相分離構造体システム。 Phase separation characterized in that the compound of formula (I) according to any one of claims 1 to 3 is coated on an organic layer surface-fixed to the surface of a substrate made of glass or silicon. structure system. 前記表面固定された有機層が、ケイ素化合物試薬によって有機化合物を表面に固定された有機層、又は、ランダム共重合体を含む有機層であることを特徴とする、請求項4に記載の相分離構造体システム。 5. The phase separation according to claim 4, wherein the surface-immobilized organic layer is an organic layer having an organic compound immobilized on the surface by a silicon compound reagent or an organic layer containing a random copolymer. structure system. 前記ケイ素化合物試薬が、トリメトキシ(メチル)シラン又は1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン、1,3-ジブチル‐1,1,3,3-テトラメチルジシラザン又は1,3-ジエチル-1,1,3,3-テトラメチルジシラザンから選択される化合物を含むことを特徴とする、請求項5に記載の相分離構造体システム。 The silicon compound reagent is trimethoxy(methyl)silane or 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane, 1,3-dibutyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane or 1, 6. A phase-separated structure system according to claim 5, characterized in that it contains a compound selected from 3-diethyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane. 前記ランダム共重合体が、下記式(III)の構造を有することを特徴とする、請求項5に記載の相分離構造体システム:
Figure 0007232442000041
ただし、
R6が、-COOH又は-CH2OHであり、
R7が、-C6H5又は-S-(CH2)11-CH3であり、
pが、20~200であり、
qが、20~200である。
The phase-separated structure system according to claim 5, wherein the random copolymer has a structure of formula (III):
Figure 0007232442000041
however,
R6 is -COOH or -CH2OH ,
R7 is -C6H5 or -S- ( CH2 ) 11 - CH3 ;
p is between 20 and 200;
q is between 20 and 200;
前記式(III)において、
pが、55~60であり、
qが、54~59である、
ことを特徴とする、請求項7に記載の相分離構造体システム。
In the formula (III),
p is between 55 and 60;
q is between 54 and 59;
The phase-separated structure system according to claim 7, characterized in that:
前記相分離構造体システムは、光に応答して可逆的な表面相分離構造が変化する相分離構造を有することを特徴とする、請求項4~8のいずれか1項に記載の相分離構造体システム。 The phase separation structure according to any one of claims 4 to 8, wherein the phase separation structure system has a phase separation structure in which a reversible surface phase separation structure changes in response to light. body system. 前記表面相分離構造の変化が、表面の微細な凹凸構造、膜表面の濡れ性、又は、硬さの変化を伴うことを特徴とする、請求項9に記載の相分離構造体システム。 10. The phase-separated structure system according to claim 9, wherein the change in the surface phase-separated structure accompanies a change in the fine uneven structure of the surface, the wettability of the film surface, or the hardness. 前記相分離構造体システムが、細胞培養用の基材であることを特徴とする、請求項4~10のいずれか1項に記載の相分離構造体システム。 The phase separation structure system according to any one of claims 4 to 10, characterized in that said phase separation structure system is a substrate for cell culture. 前記細胞培養用の基材が、光に応答して可逆的に、培養細胞が接着と脱離とを若しくは接着した培養細胞が脱離と再接着とを行う、又は、培養細胞の分化、伸展、遊走、若しくは、遺伝子及びタンパク質の発現の変化を制御することを特徴とする、請求項11に記載の相分離構造体システム。The cell culture substrate reversibly adheres and detaches cultured cells or detaches and re-adheres adhered cultured cells in response to light, or differentiates and spreads cultured cells. 12. The phase-separated structure system according to claim 11 , which regulates , migration, or changes in gene and protein expression. 請求項1~3のいずれか1項に記載のブロック共重合体:PMMA-b-P(nBMA-stat-SpMA)の製造方法であって、
下記反応式1で表されるように、重合開始剤として4,4′-アゾビス(4-シアノペンタン酸) (4,4’-azobis(4-cyanopentanoic acid))を、RAFT重合連鎖移動剤としてジチオ安息香酸 4-シアノペンタン酸エステル (4-cyanopentanoic acid dithiobenzoate)を用いて、メチルメタクリレート(methylmethacrylate)を反応させて、PMMA (poly-methylmethacrylate)を調製する工程、
Figure 0007232442000042

ただし、nが、5~200であり;

次に、
下記反応式2で表されるように、4,4′-アゾビス(4-シアノペンタン酸)を用いて、前記PMMAと、SpMA (1'-(2-Methacryloyloxyethyl)-3',3'-dimethyl-6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline))と、n-ブチルメタクリレート(n-Butyl methacrylate) とを反応させる工程、
を含むことを特徴とする、製造方法;
Figure 0007232442000043
ただし、
nが、5~200であり、
xが、5~200であり、
yが、5~50である。
Block copolymer according to any one of claims 1 to 3: A method for producing PMMA-bP (nBMA-stat-SpMA),
As shown in Reaction Formula 1 below, 4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid) is used as a polymerization initiator, and 4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid) is used as a RAFT polymerization chain transfer agent. A step of reacting methylmethacrylate with 4-cyanopentanoic acid dithiobenzoate to prepare PMMA (poly-methylmethacrylate);
Figure 0007232442000042

provided that n is 5 to 200;

next,
As represented by the following Reaction Scheme 2, 4,4′-azobis(4-cyanopentanoic acid) was used to react the PMMA with SpMA (1′-(2-Methacryloyloxyethyl)-3′,3′-dimethyl). -6-nitrospiro(2H-1-benzopyran-2,2'-indoline)) and n-butyl methacrylate reacting,
A manufacturing method, characterized in that it comprises;
Figure 0007232442000043
however,
n is 5 to 200,
x is between 5 and 200;
y is 5-50.
相分離構造体システムの製造のための、請求項1~3のいずれか1項に記載のブロック共重合体の使用。 Use of block copolymers according to any one of claims 1 to 3 for the production of phase-separated structural systems. 光に応答させて可逆的に表面相分離構造を変化させ、該変化によって、培養細胞が接着と脱離とを若しくは接着した培養細胞が脱離と再接着とを行う、又は、培養細胞の分化、伸展、遊走、若しくは、遺伝子及びタンパク質の発現の変化を制御するための、請求項4~12のいずれか1項に記載の分離構造体システムの使用。 Reversibly changing the surface phase separation structure in response to light, and by the change, adhesion and detachment of cultured cells, detachment and re-adhesion of adhered cultured cells, or differentiation of cultured cells , spreading, migration or changes in gene and protein expression.
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