WO2021106662A1 - 高度に均一なゲル及びその製造方法 - Google Patents

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WO2021106662A1
WO2021106662A1 PCT/JP2020/042680 JP2020042680W WO2021106662A1 WO 2021106662 A1 WO2021106662 A1 WO 2021106662A1 JP 2020042680 W JP2020042680 W JP 2020042680W WO 2021106662 A1 WO2021106662 A1 WO 2021106662A1
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branched
gel
polymer
polymers
monomers
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English (en)
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Inventor
シャン リ
充弘 柴山
慎太郎 中川
Original Assignee
国立大学法人 東京大学
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds

Definitions

  • the present invention relates to a highly uniform gel based on bond percolation theory.
  • An ordered three-dimensional network structure with nanopores is important in a wide range of applications such as filtration, sensing, drug release, electronics, and optics.
  • Methods for forming precise structures with nanometer resolution include nanolithography, metal organic structures, etc., but the overall size of the resulting structure is limited to a few ⁇ m 3 , and even current technology can be used to manufacture it. It is extremely difficult to construct a 3D structure of a size that can be handled by hand ( ⁇ 1 cm 3) because the scale that can be produced is still limited.
  • soft gel materials such as jelly are common soft materials around us, such as diapers, cosmetic water retention agents, lithium ion battery electrolyte carriers, DNA or protein separation membranes, and anticancer agents.
  • Widely used as a sustained-release carrier for drugs such as, polymer gel is a huge three-dimensional polymer network structure with nanometer-sized ( ⁇ 10-9 m) pores throughout its bulk. It is a well-known soft material consisting of network) (Non-Patent Document 1).
  • the network structure of the gel can be synthesized on a large scale in principle without limitation by cross-linking a long polymer chain with a cross-linking agent in a solvent.
  • gel is a material with nanopores, it has a feature not found in other materials that it can be grown to the extent that the entire size can be handled by hand by simple chemical synthesis.
  • the network structure of the gel formed generally contains many defects and is very non-uniform. Specifically, as a result of a completely stochastic gelation reaction, the gel network inevitably has substantial levels of defects, including Dangling end, loops, entanglement, and non-uniform pore size. Occurs (M. Shibayama, Macromol. Chem. Phys. 199 1-30 (1998); M. Zhong, et al., Science 353, 1264-1268 (2016)). Such defects result in a non-uniform distribution of polymer chains, or spatial defects, which are usually detected by light or neutron scattering techniques such as small angle scattering, static laser speckles, and non-ergodic concentration fluctuations. ..
  • the inventors have broken this prejudice, and the problem to be solved by the present invention is a polymer gel having a highly ordered network and a simple and universal method for producing the same. Is to provide a good way.
  • the present invention includes, for example, the following aspects.
  • the polymer in the gel comprises a polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or polymers and a good solvent for the plurality of branched monomers or branched polymers.
  • a gel in which chains of adjacent branched monomers or branched polymers among the plurality of branched monomers or branched polymers are crosslinked at a concentration equal to or higher than the concentration at which they overlap each other.
  • the plurality of branched monomers or branched polymers include a number of branched monomers or branched polymers and a good solvent for the branched monomers or branched polymers, and the plurality of branched monomers or branched polymers are adjacent branched monomers or branched polymers.
  • a composition is provided in which the chains are arranged in a good solvent at a concentration equal to or higher than the overlapping concentration.
  • A Star-shaped polymer: tetrafunctional poly (ethylene glycol (PEG)) having an active ester terminal group, bifunctional cross-linking agent: 1,14-diamino-3,6,9,12-tetraoxatetradecane ( Amino-PEG4-amine) (solid red sphere).
  • B Stoichiometric (equal amounts) star-shaped polymers and cross-linking agents in good solvents.
  • C A polymer gel formed by terminal bonding of a star-shaped polymer with a small molecule cross-linking agent via bond percolation. For readability, a two-dimensional schematic is shown instead of the three-dimensional polymer network structure implemented.
  • D Optical image of a transparent gel fully developed in a glass tube.
  • Ensemble average time correlation function (g 2E ) calculated from g 2 and g 2 of the developed conventional gel Schematic of the scheme used to prepare gels with different types of spatial non-uniformity.
  • All gels consist of a star polymer unit (A) consisting of tetrafunctional poly (ethylene glycol) (PEG) and a bifunctional crosslinker 1,14-diamino-3,6,9,12-etraoxatetradecane ( It was synthesized by cross-linking with amino-PEG4-amine) (B).
  • A tetrafunctional poly (ethylene glycol)
  • B ethylene glycol
  • C Three different shape constraints were applied to the pregel solution to induce different percolation processes.
  • F -(H) Expected structure of the resulting gel network structure. Visualization of the gelling process and the internal structure in the developed gel.
  • Shear storage coefficient (G') and shear loss coefficient (G') during the gelation process of (A)-(C) (A) bond percolation gel, (B) cytopercolation gel, (C) non-ideal bond percolation gel ), (D)-(F) Static laser speckle images from the corresponding well-developed gel, each static laser speckle image accumulated in 30 seconds.
  • the solid line is a guide showing the scaling relationship I (q) to q -2.
  • the red and blue curves fit the Ornstein-Zernike (OZ) model for Bond percolation and Non-ideal bond percolation, respectively.
  • the green curve shows the theoretical OZ curve for the Site percolation gel estimated using the theoretical scaling ( ⁇ to ⁇ -3 / 4) and Bond percolation values. All three curves overlap with q ⁇ > 1.
  • Time correlation function at 100 different sample positions in the well-developed Bond percolation gel of Test Example 4 (g E (2) ( ⁇ ) -1).
  • branched monomer and the “branched polymer” are molecules that are constituent units of a polymer that polymerizes to form a gel.
  • a "branched polymer” has a portion obtained by polymerizing a plurality of the same monomers.
  • (meth) acrylic refers to acrylic, methacrylic, or both.
  • the “gel” is generally a dispersion system of a polymer having a high viscosity and lost its fluidity, and the relationship between the storage elastic modulus G'and the loss elastic modulus G'' is G' ⁇ G''. It refers to a state of having sex, and is typically a substance having a three-dimensional network structure.
  • the hydrogel refers to a state in which the gel contains a solvent such as water inside.
  • Percolation theory is that when particles combine with each other to form a cluster in a limited space, what kind of cluster is formed and when a cluster of the same size as the space is formed, that is, It is a theory that considers when percolated.
  • the present inventors use a branched monomer or branched polymer as a space filling unit, and by densely filling the branched monomer or branched polymer before crosslinking in the solution, the branched monomer or branched polymer in the solution is crosslinked before crosslinking. It created a state that consistently filled the space until later, and the final cross-linked structure created an extremely uniform gel.
  • the cross-linking reaction in which the space in the solution is always uniformly filled, corresponds to bond percolation and has existed as a concept since the 1950s, but this is the first time that it has been realized in a real system. is there.
  • a branched monomer or branched polymer as the space filling unit (Fig. 2 (A)).
  • the branched monomer or branched polymer poly (ethylene glycol) having four arms, which is a star-shaped polymer, is used.
  • Polymers with multiple arms, such as PEG with four arms, are used to exhibit a strong volumetric elimination effect that prevents the spread of other monomers (which may themselves be polymers).
  • the branched monomer or branched polymer is then overlapped with the branched strands of the branched monomer or branched polymer to ensure that the branched monomer or branched polymer fills the space uniformly and densely, as the bond percoration model envisions.
  • Dissolve in a good polymer at a concentration well above the concentration (Fig. 2 (B)).
  • a good solvent is selected as the solvent that exhibits excellent affinity for the branched monomer or branched polymer used in this study in order to prevent the chains of the branched monomer from separating during cross-linking (Fig. 2 (B)).
  • a good solvent for a plurality of branched monomers or polymers refers to a solvent in which no aggregate is observed when a solvent in which a plurality of branched monomers or branched polymers are dissolved is measured by dynamic light scattering.
  • the solubility of the branched monomer or the branched polymer in the solvent is low, the branched monomer or the polymer forms aggregates, and the presence or absence of the aggregates can be determined from the time correlation function g2 with respect to the delay time ⁇ .
  • the solution was filtered through a fine syringe filter with an average pore size of 20 nm (Fig. 2 (C)).
  • a more accurate gel point can be measured as the intersection of the storage coefficient G'and the loss coefficient G'by dynamic viscoelasticity measurement (H. H. Winter et al, J. Rheol. 30, 367-382 (H. H. Winter et al, J. Rheol. 30, 367-382). 1986)).
  • the gel point could be measured as the intersection of the storage coefficient G'and the loss coefficient G'by dynamic viscoelasticity measurement (Fig. 5 (E)).
  • the elastic modulus is a property peculiar to the reticulated polymer having a gel and an elastomer
  • the shear elastic modulus (G') of the reticulated polymer is the elastically effective chain of each elastically effective chain in the reticulated structure. It is the total elasticity and is given by the following equation (S1).
  • v is the number density of elastically valid chains
  • k B is the Boltzmann constant
  • T is the absolute temperature
  • ⁇ is the number density of the bifurcation points.
  • u 4 is the number density of the branched star polymers (tetra-PEG-NHS) in the gel and p is the connectivity of the end groups (DR Miller et al, Macromolecules 9, 206-211 (1976). ), Y. Tsuji et al., Gels 4, 50 (2018)).
  • the space is always uniformly filled with the starting branched monomer or branched polymer unit throughout the gelation reaction, resulting in shape constraints on the pregel solution.
  • the cross-linking conditions based on the bond percolation theory can be realized, and the state in which the polymer is uniformly dispersed even after gelation can be maintained.
  • the nanometer structure in the gel is a branched monomer or branched polymer chain in Fourier space using static laser light scattering (SLS) and small-angle x-ray scattering (SAXS). Spatial functions can be evaluated. SAXS covers a wide range of length scales from ⁇ 2nm to 60nm and SLS from ⁇ 250nm to ⁇ 920nm.
  • the gel having a uniform mesh of the present invention is not only expected to be applied as a high-performance separation membrane, but also can be achieved as a soft material because anomalous scattering of light due to structural non-uniformity does not occur.
  • the theoretical upper limit of transparency is feasible (Fig. 2 (F)).
  • the polymer in the gel contains a polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers and a good solvent for the plurality of branched monomers or branched polymers.
  • a gel is provided in which chains of adjacent branched monomers or branched polymers of a plurality of branched monomers or polymers are crosslinked at a concentration greater than or equal to the "overlapping concentration", that is, at a concentration greater than or equal to the concentration at which the chains of adjacent branched monomers or branched polymers overlap each other.
  • the branched monomers or branched polymers in the gel always overlap each other regardless of the progress of the cross-linking reaction.
  • the "overlapping concentration” is also referred to as "overlapping concentration” as is well known to those skilled in the field of polymers, and adjacent branched monomers or chains of branched polymers begin to come into contact with each other (that is, the regions occupied by the polymer chains overlap).
  • the critical concentration refers to the critical concentration.
  • the local concentration (internal concentration) of the branched monomer or branched polymer is equal to the average concentration of the branched monomer or branched polymer in the entire solution.
  • the concentration of the plurality of branched monomers or polymers in the solution is preferably at least twice as high as the overlapping concentration of the plurality of branched monomers or polymers.
  • the cross-linking agent in the plurality of branched monomers or branched polymers in the gel when cross-linking the side chain or terminal functional group of the branched monomer or branched polymer with the functional group of the cross-linking agent, the cross-linking agent in the plurality of branched monomers or branched polymers in the gel.
  • the total number of functional groups reactive with and the total number of functional groups of the corresponding cross-linking agent are substantially equal.
  • the ratio of the total number of cross-linking agent to reactive functional groups in the branched monomer or polymer: the total number of functional groups of the corresponding cross-linking agent is 3: 2 to 2: 3. preferable.
  • the side chain or terminal nucleophilic functional group of the first branched monomer or branched polymer and the side chain or terminal electronically charged functional group of the second branched monomer or branched polymer are crosslinked. If so, the total number of side chain or terminal nucleophilic functional groups of the first branched monomer or branched polymer in the gel and the side chain or terminal of the corresponding second branched monomer or branched polymer. The total number of group crosslinkers and reactive functional groups is substantially equal.
  • the total number of side chain or terminal nucleophilic functional groups of the first branched monomer or branched polymer the side chain or terminal electronic functional groups of the corresponding second branched monomer or branched polymer.
  • the ratio of the total number of cross-linking agents to the reactive functional groups is preferably 3: 2 to 2: 3.
  • the concentration of the polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers in the gel is not particularly limited, but the lower limit is preferably 1% by weight or more, preferably 6% by weight or more. 6.1% by weight or more is preferable, and 10% by weight or more is preferable.
  • the upper limit is preferably 99% by weight or less, preferably 70% by weight or less, preferably 50% by weight or less, preferably 40% by weight or less, and preferably 30% by weight or less. Is preferable, and it is preferably 20% by weight or less.
  • the concentration of the polymer in the gel is more preferably from 6% to 99% by weight, more preferably from 10% to 70% by weight, and from 10% to 50% by weight. It is more preferably 10% by weight to 40% by weight, more preferably 10% by weight to 30% by weight, still more preferably 10% by weight to 20% by weight.
  • the number of branches of the branched monomer or branched polymer is not particularly limited as long as it is 2 or more, but a tetra-branched polymer is preferable.
  • the skeleton of the branched monomer or branched polymer is not particularly limited as long as it is a chain molecule capable of forming the branched monomer or branched polymer, but is preferably a polyethylene glycol (PEG) polymer or a polymer having a vinyl group, and a polymer having a vinyl group. Examples thereof include (meth) acrylic polymers and styrene-based polymers.
  • the branched polymer is a quaternary polymer with polyethylene glycol as the skeleton or a quaternary polymer with acrylic or styrene as the skeleton. In the case of such a polymer, it has a greater space exclusion effect in the gel.
  • the weight average molecular weight of the branched monomer or branched polymer is not particularly limited, but may be 1000 to 500000, preferably 5000 to 100000, and more preferably 10000 to 50000.
  • the chain portions in one branched monomer or branched polymer have the same structure.
  • the branched monomer or branched polymer is a tetra-branched polymer
  • the parts of the four chains extending from the branch have the same structure. In the case of such a polymer, it has a greater space exclusion effect in the gel.
  • a plurality of branched monomers or branched polymers are crosslinked by a cross-linking means. Includes a combination of a side chain or terminal functional group of the first branched monomer or branched polymer of the above and a side chain or terminal functional group of the second branched monomer or branched polymer reactive thereto.
  • the cross-linking of a plurality of branched monomers or branched polymers may be such that adjacent branched monomers or branched polymers in the polymer are cross-linked via a cross-linking agent, or a plurality of branched monomers or branches.
  • the polymers may be directly crosslinked at the side chains or ends.
  • branched monomers or branched polymers When cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers via a cross-linking agent, it is advantageous in that a plurality of branched monomers or branched polymers used for gel production can be made into one type. However, two or more kinds of branched monomers or branched polymers may be used.
  • the cross-linking agent usually has a chain-like skeleton portion containing carbon and a functional group that binds to a branched monomer or a branched polymer bonded to the skeleton portion.
  • Various cross-linking agents for various polymers are well known, and those skilled in the art can select an appropriate cross-linking agent depending on the type of branched monomer or branched polymer. Those skilled in the art can easily understand the appropriate combination of the reactive group introduced into the branched monomer or branched polymer and the cross-linking agent targeting such functional group.
  • Preferred combinations of branched monomer or branched functional groups and cross-linking agents include azido-alkyne, maleimide-thiol, biotin-avidin or streptavidin, silane-silica particles, bromo-thiol, iodo-thiol, OPSS-thiol.
  • Benzophenone-Nucleating Reagent ATFBA-Nucleating Reagent, Alkin-Azide, Hydrazin-Amine, Aldide-Amine, Acroyl-olefin, Amino-NHS Ester, Epoxy-Amine, Alcohol, or Thiol, Acid-Amine, Alcohol , Or thiol, hydroxyl-acid, and the like, but are not limited thereto.
  • the functional group of the cross-linking agent is not particularly limited as long as it is a polyfunctional cross-linking agent having two or more functionalities, and the homo-polyfunctionality in which one functional group is bonded to the branched monomer or branched polymer in one cross-linking agent. It may be a cross-linking agent, or a hetero-polyfunctional cross-linking agent having two or more functional groups bonded to a branched monomer or a branched polymer in one cross-linking agent. In some preferred embodiments, the cross-linking agent is a homo-bifunctional cross-linking agent or a homo-tetrafunctional cross-linking agent in terms of forming a gel of a uniform network structure network.
  • branched polymer examples include, for example, a compound represented by the following formula (I) having branches of four acrylic skeletons or a styrene skeleton.
  • n is an integer greater than or equal to 1.
  • X is -COO-R 1 -CH 3 , -COO-R 2- OH, or a phenyl group.
  • Y is a hydrogen or C1-C7 alkyl group.
  • N is preferably 1 to 500.
  • R 1 is, C1-C7 alkylene group, C2-C7 alkenylene group, -NH-R 3 -, - CO-R 4 -, - R 4 -OR 5 -, - R 4 -NH-R 5 -, - R 4- COO-R 5- , -R 4 -COO-NH-R 5- , -R 4 -CO-R 5- , R 4 -NH-CO-R 5 -or -R 4 -CO-NH-R 5- Indicates.
  • R 3 represents a C1-C7 alkylene group.
  • R 4 represents a C1-C3 alkylene group.
  • R 5 indicates a C1-C5 alkylene group.
  • R 2 is, C1-C7 alkylene group, C2-C7 alkenylene group, -NH-R 3 -, - CO-R 4 -, - R 4 -OR 5 -, - R 4 -NH-R 5 -, - R 4- COO-R 5- , -R 4 -COO-NH-R 5- , -R 4 -CO-R 5- , R 4 -NH-CO-R 5 -or -R 4 -CO-NH-R 5- Indicates.
  • R 3 represents a C1-C7 alkylene group.
  • R 4 represents a C1-C3 alkylene group.
  • R 5 indicates a C1-C5 alkylene group.
  • A is a functional group, which is an azide, maleimide, bromo, iodo, alkyne, hydrazine, aldehyde, acroyl, amino, epoxy, alcohol, or thiol, acid, or hydroxyl group.
  • A is bromo.
  • Non-limiting examples of cross-linking agents when the branched polymer is a compound of formula (I) include cross-linking agents ZR 1- (OCH 2 CH 2 ) n -OR 2- Z. n is 1 to 500, and R 1 and R 2 are C1-C7 alkylene groups that may be the same or different, respectively. Z is an appropriate functional group reactive with the functional group A and can be appropriately selected by those skilled in the art.
  • the two branched polymer species are a first branched polymer having one or more nucleophilic functional groups on the side chain or terminal and one or more electrophilic functional groups on the side chain or terminal. It is a second branched polymer having a group.
  • the two branched polymer species have a first branched polymer having two or more nucleophilic functional groups at the ends and a second having two or more electrophilic functional groups at the ends.
  • the first branched polymer and the second branched polymer are not particularly limited as long as they are chain molecules capable of forming the branched polymer, but are preferably polyethylene glycol (PEG) polymers or polymers having a vinyl group and having a vinyl group.
  • PEG polyethylene glycol
  • the polymer include (meth) acrylic polymers and styrene-based polymers.
  • the first branched polymer and the second branched polymer are both tetrabranched polymers with polyethylene glycol as the skeleton or tetrabranched polymers with acrylic or styrene as the skeleton. is there.
  • the weight average molecular weight of the first and second branched polymers is not particularly limited, but may be 1000 to 500000, preferably 5000 to 100000, and more preferably 10000 to 50000.
  • the above is the case where a plurality of branched monomers or branched polymers are crosslinked via a crosslinking agent.
  • Appropriate combinations of functional groups introduced into the branched monomers or polymers described in the above and cross-linking agents targeting such functional groups can be used.
  • the nucleophilic functional group present in the first branched polymer is a thiol group (-SH), an amino group, or -COOPhNO 2 (Ph is o-, m-, or p-. (Indicating a phenylene group) and the like, and a nucleophilic functional group known to those skilled in the art can be appropriately used.
  • the nucleophilic functional group is a -SH group.
  • the nucleophilic functional groups may be the same or different, but they are preferably the same. When the functional groups are the same, the reactivity with the electrophilic functional group that forms a cross-linking bond becomes uniform, and it becomes easy to obtain a gel having a uniform three-dimensional structure.
  • an active ester group can be used as the electrophilic functional group present in the second branched polymer.
  • an active ester group include a maleimidyl group, an N-hydroxy-succinimidyl (NHS) group, a sulfosuccinimidyl group, a phthalimidyl group, an imidazole group, an acryloyl group, a nitrophenyl group and the like. If so, other known active ester groups can be appropriately used.
  • the electrophilic functional group is a maleimidyl group.
  • the electrophilic functional groups may be the same or different, but they are preferably the same. When the functional groups are the same, the reactivity with the nucleophilic functional group that forms a cross-linking bond becomes uniform, and it becomes easy to obtain a gel having a uniform three-dimensional structure.
  • a preferable non-limiting specific example of the first branched polymer is, for example, a compound represented by the following formula (II) having branches of four polyethylene glycol skeletons.
  • n 11 to n 14 may be the same or different from each other. The closer the values of n 11 to n 14 are, the more uniform the three-dimensional structure can be and the higher the strength becomes. Therefore, in order to obtain a high-strength gel, it is preferable that they are the same. If the values of n 11 to n 14 are too high, the strength of the gel will be weakened, and if the values of n 11 to n 14 are too low, the gel will be difficult to form due to steric hindrance of the compound. Therefore, n 11 to n 14 include integer values of 25 to 250, preferably 35 to 180, more preferably 50 to 115, and particularly preferably 50 to 60.
  • the weight average molecular weight of the first branched polymer is 5000 to 50000, preferably 7500 to 30000, and more preferably 10000 to 20000.
  • the concentration of the first branched polymer in the gel is preferably 3% by weight to 49% by weight, more preferably 5% by weight to 35% by weight, and 5% by weight to 30% by weight from the viewpoint of making the structure of the gel uniform. Is more preferable, 5% by weight to 25% by weight is more preferable, 5% by weight to 20% by weight is more preferable, 5% by weight to 15% by weight is more preferable, and 5% by weight to 10% by weight is more preferable.
  • B is a nucleophilic functional group, a thiol group (-SH), an amino group, or -COOPhNO 2 (Ph indicates an o-, m-, or p-phenylene group).
  • R 11 to R 14 are linker sites that connect the nucleophilic functional group and the core portion.
  • R 11 to R 14 may be the same or different from each other, but are preferably the same in order to produce a high-strength gel having a uniform three-dimensional structure.
  • R 11 ⁇ R 14 are, C1-C7 alkylene group, C2-C7 alkenylene group, -NH-R 15 -, - CO-R 15 -, - R 16 -OR 17 -, - R 16 -NH-R 17 - , -R 16 -COO-R 17 - , - R 16 -COO-NH-R 17 -, - R 16 -CO-R 17 -, R 16 -NH-CO-R 17 - or -R 16 -CO- NH-R 17 -is shown.
  • R 15 represents a C1-C7 alkylene group.
  • R 16 indicates a C1-C3 alkylene group.
  • R 17 represents a C1-C5 alkylene group.
  • C1-C7 alkylene group means an alkylene group having 1 or more and 7 or less carbon atoms which may have a branch, and is a linear C1-C7 alkylene group or one or two or more branches. It means a C2-C7 alkylene group having (the number of carbon atoms including branching is 2 or more and 7 or less). Examples of C1-C7 alkylene groups are methylene group, ethylene group, propylene group and butylene group.
  • C1-C7 alkylene groups are -CH 2 -,-(CH 2 ) 2 -,-(CH 2 ) 3- , -CH (CH 3 )-,-(CH 2 ) 3 -,-(CH (CH) CH 3 )) 2 -,-(CH 2 ) 2 -CH (CH 3 )-,-(CH 2 ) 3 -CH (CH 3 )-,-(CH 2 ) 2 -CH (C 2 H 5 )- ,-(CH 2 ) 6 -,-(CH 2 ) 2 -C (C 2 H 5 ) 2- , and-(CH 2 ) 3 C (CH 3 ) 2 CH 2-, etc.
  • C2-C7 alkaneylene group is an alkaneylene group having one or two or more double bonds in a chain or a branched chain having 2 to 7 carbon atoms, and is, for example, the alkylene group.
  • a divalent group having a double bond formed by removing 2 to 5 hydrogen atoms of adjacent carbon atoms can be mentioned.
  • a polymer unit having an electrophilic functional group at the terminal for example, a compound represented by the following formula (III) having a branch of four polyethylene glycol skeletons can be mentioned.
  • n 21 to n 24 may be the same or different from each other. The closer the values of n 21 to n 24 are, the more uniform the gel can have a three-dimensional structure and the higher the strength, which is preferable, and it is preferable that the gels are the same. If the values of n 21 to n 24 are too high, the strength of the gel will be weakened, and if the values of n 21 to n 24 are too low, the gel will be difficult to form due to steric hindrance of the compound. Therefore, n 21 to n 24 may be an integer value of 5 to 30, preferably 20 to 250, more preferably 30 to 180, further preferably 45 to 115, and even more preferably 45 to 55.
  • the weight average molecular weight of the second branched polymer is 5000 to 50000, preferably 7500 to 30000, and more preferably 10000 to 20000.
  • the concentration of the second branched polymer in the gel is preferably 3% by weight to 49% by weight, more preferably 5% by weight to 35% by weight, and 5% by weight to 30% by weight from the viewpoint of making the structure of the gel uniform. Is more preferable, 5% by weight to 25% by weight is more preferable, 5% by weight to 20% by weight is more preferable, 5% by weight to 15% by weight is more preferable, and 5% by weight to 10% by weight is more preferable.
  • D is a electrostatic functional group, which is a maleimidyl group, an N-hydroxy-succinimidyl (NHS) group, a sulfosuccinimidyl group, a phthalimidyl group, an imidazoyl group, an acryloyl group or a nitrophenyl group.
  • R 21 to R 24 are linker sites that connect the electrophilic functional group and the core portion.
  • R 21 to R 24 may be the same or different, but are preferably the same in order to produce a high-strength gel having a uniform three-dimensional structure.
  • R 21 ⁇ R 24 are the same or respectively, C1-C7 alkylene group, C2-C7 alkenylene group, -NH-R 25 -, - CO-R 25 -, - R 26 -OR 27 -, - R 26 -NH-R 27 -, - R 26 -COO-R 27 -, - R 26 -COO-NH-R 27 -, - R 26 -CO-R 27 -, - R 26 -NH- CO-R 27 -, or -R 26 -CO-NH-R 27 - shows the.
  • R 25 represents a C1-C7 alkylene group.
  • R 26 represents a C1-C3 alkylene group.
  • R 27 indicates a C1-C5 alkylene group.
  • the alkylene group and the alkaneylene group may have one or more arbitrary substituents.
  • substituents include an alkoxy group, a halogen atom (which may be a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an amino group, a mono or di-substituted amino group, a substituted silyl group, and an acyl group.
  • Groups, aryl groups and the like can be mentioned, but are not limited thereto. If the alkyl groups have more than one substituent, they may be the same or different. The same applies to the alkyl moiety of other substituents containing the alkyl moiety (eg, alkyloxy group, aralkyl group, etc.).
  • the first branched polymer and the second branched polymer may be mixed at a molar ratio of 0.5: 1 to 1.5: 1.
  • the plurality of branched monomers or polymers are branched polymers in which each branched polymer is synthesized by a type AB cross-end coupling reaction, which is a covalent cross-linking reaction of two different polymers. Excludes branched polymers. In some embodiments, the plurality of branched monomers or polymers includes a first branched polymer in which each branched polymer has one or more nucleophilic functional groups in the side chain or terminal, and one or more in the side chain or terminal. Excludes a plurality of branched polymers, which are branched polymers synthesized by cross-linking with a second branched polymer having an electrophilic functional group.
  • the branched polymer is a tetra-branched polymer having polyethylene glycol as a skeleton.
  • the plurality of branched monomers or polymers are such that each branched polymer has a first branched polymer having two or more nucleophilic functional groups at the ends and two or more emotives at the ends.
  • the branched polymer is a quaternary polymer which is a quaternary polymer having polyethylene glycol as a skeleton.
  • the polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers is a first quaternary polymer and a second quaternary polymer that is different from the first quaternary polymer.
  • the good solvent is not particularly limited as long as it is a solvent having high solubility of the plurality of branched monomers or branched polymers, but when the gel of one aspect of the present invention is produced, the plurality of branched monomers or branched polymers constituting the gel are used. It is preferable that the solvent is a solvent that supports the parts (arms) of the branched chains of the adjacent branched monomers or the branched polymers to overlap each other.
  • the good solvent may be water or an organic solvent. Examples of the organic solvent include anhydrous acetonitrile, acetone, N, N-dimethylformamide, methanol, ethanol and the like.
  • the good solvent is preferably an organic solvent.
  • anhydrous acetonitrile is preferable as a good solvent.
  • a suitable good solvent can be appropriately selected depending on the type of branched monomer or branched polymer. For example, in dynamic light scattering measurement, when a composition containing a plurality of branched monomers or branched polymers and a good solvent for the branched monomer or branched polymer is measured at a scattering angle of 90 °, the branched monomer or branched polymer is measured.
  • Such good solvents can be determined to be suitable for the production of the gels of the present invention if only one of the diffusion modes or the co-diffusion modes of is observed and no relaxation mode indicating aggregates is observed.
  • the concentration of the good solvent in the gel is not particularly limited, but the lower limit is preferably 1% by weight or more, preferably 30% by weight or more, preferably 50% by weight or more, and 60% by weight or more. It is preferable that it is 70% by weight or more, and it is preferable that it is 80% by weight or more.
  • the upper limit is preferably 93.9% by weight or less, and preferably 90% by weight or less.
  • the concentration of the good solvent in the gel is preferably from 1% to 93.9% by weight, more preferably from 30% to 90% by weight, and from 50% to 90% by weight. It is more preferably 60% by weight to 90% by weight, more preferably 70% by weight to 90% by weight, and even more preferably 80% by weight to 90% by weight.
  • the gel may consist only of a polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or polymers and a good solvent for the plurality of branched monomers or polymers.
  • the gels of the present invention are one or two in addition to a polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or polymers and a good solvent for the plurality of branched monomers or branched polymers. It may contain more than a seed additive.
  • Such additives include active ingredients of pharmaceuticals or cosmetics, buffers, tonicity agents, preservatives, antioxidants, excipients, carriers, diluents, solvents other than good solvents, solubilizers, stables. Examples thereof include agents, fillers, binders, surfactants, viscous agents, stabilizers, warming agents, fragrances, salts, antioxidants, chelating agents, neutralizing agents, pH adjusters, and the like.
  • the gel of the present invention has the same type of polymer and concentration in the gel prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers, and has the same type of good solvent and in the gel.
  • the polymer solution corresponding to the composition before cross-linking of the gel having the same concentration was used as the polymer solution to be compared, and when the polymer solution to be compared and the gel were compared, the uncross-linked polymer solution was used. Is the maximum rate of change of scattering intensity I (q) below 0.1 ⁇ -1 in the profile of the small-angle X-ray scattering spectrum (SAXS) between the gel and the gel in the range of -50% to + 100%?
  • SAXS small-angle X-ray scattering spectrum
  • the maximum rate of change of scattering intensity I (q) below 0.005 ⁇ -1 in the static laser light scattering (SLS) profile between the uncrosslinked polymer solution and the gel is -50% to + 100%. Is within the range of. That is, when the solution before cross-linking and the gel after cross-linking having the same composition are compared, the rate of change in I (q) of the gels is small.
  • the rate of change in the scattering intensity I (q) between the uncrosslinked polymer solution and the gel is the I (q) of the uncrosslinked polymer solution as I 1 (q) and the gel I (q). the when the I 2 (q), refers to a value represented by (I 2 (q) -I 1 (q)) / I 1 (q) ⁇ 100 (%).
  • the scattering intensity I (q) with respect to the scattering vector q in SLS and SAXS can be obtained by the method described in the examples.
  • the SLS measures the range 7x10 -4 ⁇ -1 ⁇ q ⁇ 2x10 -3 ⁇ -1
  • the SAXS measures the range 1x10 -2 ⁇ q ⁇ 1x10 -1 ⁇ -1.
  • the beam irradiation volume of the gel test piece is preferably 0.3 mm 3 or more.
  • the scattering intensity I (q) is the magnitude of the scattering vector, and the scattering intensity I (q) can be measured using a commercially available light scattering device.
  • the rate of increase of the scattering intensity I (q) in the direction in which the scattering vector q becomes smaller does not substantially change.
  • the maximum rate of change of the scattering intensity I (q) in the above range is in the range of ⁇ 50% to + 100%. This means that light scattering due to structural heterogeneity in the gel occurs little or no.
  • the change in the scattering intensity I (q) in the low region of the scattering vector q measured by SAXS and / or SLS is small, and the polymer crosslinked structure of the gel is more ordered. , Spatically uniform.
  • the time correlation function at the gelation point of the time correlation function g 2 over the gel delay time ⁇ 0.001 to 0.1 (ms) is 10 times the time required for gelation.
  • the rate of change up to the time correlation function of is within ⁇ 10%.
  • the rate of change of the time correlation function g 2 is (g 2b --g ) when the time correlation function at the gel point is g 2a and the time correlation function after 10 times the time required for gelation is g 2b. 2a ) / g 2a * 100 (%).
  • the structure of the gel material is orderly and stable so that scattering caused by spatial inhomogeneity hardly occurs over time, which can be achieved with a conventional gel. Achieves the ultimate uniformity that did not exist.
  • the difference in time correlation function at two or more different locations over the gel delay time range of 0.001 to 0.1 (ms) is within ⁇ 10%.
  • the ensemble averaged time correlation function over the gel delay time range of 0.001 to 0.1 (ms) and the time at each of the 100 different positions of the gel cut out to a height of 20 mm and a diameter of 8 mm. The difference from the correlation function is within ⁇ 10%.
  • the difference from the time correlation function at each of the 100 different positions of the gel cut out to a height of 20 mm and a diameter of 8 mm over a gel delay time of 0.001 to 0.1 (ms) is ⁇ . Within 10%.
  • the structure of the gel material is orderly and stable so that scattering caused by spatial non-uniformity hardly occurs regardless of the measurement position of the gel over time. , Achieves ultimate uniformity that could not be achieved with conventional gels.
  • the time correlation function g 2 of the scattering intensity is defined by the following equation (S4).
  • I (t) is the scattering intensity at time t
  • ⁇ is the delay time
  • ⁇ ...> T is the time average.
  • the ensemble average time correlation function is defined by the following equation (S5).
  • I (t) is the scattering intensity at time t
  • ⁇ is the delay time
  • E is the ensemble average
  • the gel of the present invention is a gel having a highly ordered network structure with few or no spatial defects.
  • the gel of the present invention is a transparent gel.
  • the light transmittance of the gel is 95% or more.
  • the light transmittance of the gel can be measured in a wavelength range of 450-800 nm using an optical quartz cell having an optical path length of 1 cm under the condition of subtracting the influence of the transmittance of the solvent contained in the gel.
  • the calculation of transmittance excludes absorption derived from branched monomers or branched polymers.
  • the gel of the present invention can be produced by curing a gel preparation composition containing a plurality of branched monomers or branched polymers and a good solvent before crosslinking by crosslinking. Further, by putting the gel preparation composition in a mold and curing it, it can be formed into a desired shape such as a sheet shape or a spherical shape according to the intended purpose.
  • the shape of the gel sheet which is a sheet-like gel, can be further formed into an arbitrary shape according to the intended purpose, and examples thereof include, but are not limited to, a substantially rectangular shape and a substantially circular shape in a plan view.
  • a perforated polymer crosslinked product in which a good solvent is reduced or removed from the gel of the embodiment of the present invention is provided.
  • the good solvent can be reduced or removed by a conventional method in the art such as heating drying and air drying.
  • Such a perforated polymer crosslinked body is advantageous in that the order of the polymer structure is high.
  • the plurality of branched monomers or branched polymers include a plurality of branched monomers or branched polymers and a good solvent for the branched monomers or branched polymers, and the plurality of branched monomers or branched polymers are adjacent branched monomers or branched polymers.
  • a composition is provided in which the chains are arranged in a good solvent at a concentration equal to or higher than the overlapping concentration. Such a composition can be used in the preparation of the gel of one aspect of the present invention described above.
  • the cross-linking agent in the plurality of branched monomers or branched polymers when cross-linking the functional groups of the side chains or terminals of the plurality of branched monomers or branched polymers with the functional groups of the cross-linking agent, the cross-linking agent in the plurality of branched monomers or branched polymers
  • the total number of reactive functional groups is substantially equal to the total number of corresponding cross-linking agent functional groups.
  • the ratio of the total number of cross-linking agent to reactive functional groups in the branched monomer or polymer: the total number of functional groups of the corresponding cross-linking agent is 3: 2 to 2: 3. preferable.
  • the side chain or terminal nucleophilic functional group of the first branched monomer or branched polymer and the side chain or terminal electronically charged functional group of the second branched monomer or branched polymer are crosslinked. If so, the total number of side chain or terminal nucleophilic functional groups of the first branched monomer or branched polymer and the corresponding second branched monomer or branched polymer side chain or terminal electrophilic functional groups are crosslinked. The total number of agents and reactive functional groups is substantially equal.
  • the total number of side chain or terminal nucleophilic functional groups of the first branched monomer or branched polymer the side chain or terminal electronic functional groups of the corresponding second branched monomer or branched polymer.
  • the ratio of the total number of cross-linking agents to the reactive functional groups is preferably 3: 2 to 2: 3.
  • the concentration of the polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers is not particularly limited, but the lower limit is preferably 1% by weight or more, preferably 6% by weight or more, and 6.1% by weight. It is preferably 10% by weight or more, and preferably 10% by weight or more.
  • the upper limit is preferably 99% by weight or less, preferably 70% by weight or less, preferably 50% by weight or less, preferably 40% by weight or less, and preferably 30% by weight or less. Is preferable, and it is preferably 20% by weight or less.
  • the concentration of the polymer in the gel is more preferably from 6% to 99% by weight, more preferably from 10% to 70% by weight, and from 10% to 50% by weight. It is more preferably 10% by weight to 40% by weight, more preferably 10% by weight to 30% by weight, still more preferably 10% by weight to 20% by weight.
  • the number of branches of the branched monomer or branched polymer is not particularly limited as long as it is 2 or more, but a tetra-branched polymer is preferable.
  • the skeleton of the branched monomer or branched polymer is not particularly limited as long as it is a chain molecule capable of forming the branched monomer or branched polymer, but is preferably a polyethylene glycol (PEG) polymer or a polymer having a vinyl group, and a polymer having a vinyl group. Examples thereof include (meth) acrylic polymers and styrene-based polymers.
  • the branched monomer or branched polymer is a quaternary polymer with polyethylene glycol as the skeleton or a quaternary polymer with acrylic or styrene as the skeleton. In the case of such a polymer, it has a greater space exclusion effect in the gel.
  • the chain portions in one branched monomer or branched polymer have the same structure.
  • the branched polymer is a quaternary polymer, the parts of the four chains extending from the branch have the same structure. In the case of such a polymer, it has a greater space exclusion effect in the gel.
  • a plurality of branched monomers or branched polymers are crosslinked by a cross-linking means, and the cross-linking means include a combination of a side chain or terminal functional group of the branched monomer or branched polymer and a cross-linking agent reactive thereto, and a branched monomer or branched polymer.
  • the cross-linking means include a combination of a side chain or terminal functional group of the first branched monomer or branched polymer of the above and a side chain or terminal functional group of the second branched monomer or branched polymer reactive thereto.
  • the cross-linking of a plurality of branched monomers or branched polymers may be such that adjacent branched monomers or branched polymers in the polymer are cross-linked via a cross-linking agent, or a plurality of branched monomers or branches.
  • the polymers may be directly crosslinked at the side chains or ends.
  • the compositions of the invention have a scattering vector of 1x10 -2 in the profile of the small angle X-ray scattering spectrum (SAXS) between the uncrosslinked composition and the gel after crosslinking the composition.
  • SAXS small angle X-ray scattering spectrum
  • the maximum rate of change of the scattering intensity I (q) in the range of ⁇ q ⁇ 1x10 -1 ⁇ -1 is in the range of -50% to + 100%.
  • compositions of the present invention the composition of the uncrosslinked, scattering vector q in the profile of the static laser light scattering between the gel after crosslinking the composition (SLS) is 7x10 -
  • the maximum rate of change of the scattering intensity I (q) in the range of 4 ⁇ -1 ⁇ q ⁇ 2x10 -3 ⁇ -1 is in the range of -50% to + 100%.
  • SAXS / in the composition in the range of 7x10 -4 ⁇ -1 ⁇ q ⁇ 2x10 -3 ⁇ -1 for SLS and 1x10 -2 ⁇ q ⁇ 1x10 -1 ⁇ -1 for SAXS.
  • the rate of increase of the scattering intensity I (q) in the direction in which the scattering vector q in SLS becomes smaller does not change substantially.
  • the maximum rate of change of the scattering intensity I (q) in the above range is in the range of ⁇ 50% to + 100%. This means that light scattering due to structural non-uniformity in the composition occurs little or no.
  • Such a composition of the embodiment of the present invention has little change in the scattering intensity I (q) in the low region of the scattering vector q measured by SAXS and / or SLS, and is spatially uniform.
  • the rate of change of the time correlation function g 2 of the composition after gelation over a delay time of 0.001 to 0.1 (ms) with respect to the composition before gelation of the composition is ⁇ 10. Within%.
  • the rate of change of the time correlation function g 2 is (g 2d --g 2c ) / g 2c * 100 (%) when the time correlation function before gelation is g 2c and the time correlation function after gelation is g 2d. ).
  • the structure of the material is orderly and stable so that scattering caused by spatial inhomogeneity hardly occurs even when the sol state is changed to the gel state, and the conventional gel It achieves the ultimate uniformity that could not be achieved with the preparation errand composition.
  • a method for producing a gel containing a polymer prepared by polymerizing a plurality of branched monomers or branched polymers wherein the plurality of branched monomers or branched polymers are combined with a plurality of branched monomers or Methods that include mixing with a good solvent at a concentration greater than or equal to the concentration at which adjacent branched monomers or chains of the branched polymers of the branched polymers overlap, and polymerizing multiple branched monomers or branched polymers to obtain a gel.
  • Such a gel can be obtained by polymerizing the above composition of one aspect of the present invention.
  • the details of the structure and amount of the branched monomer or branched polymer in the composition, the structure of the good solvent and the composition, and the cross-linking means are as described above.
  • the method for producing a gel of the present invention further comprises adding a cross-linking agent before polymerizing a plurality of branched monomers or polymers.
  • polymerizing a plurality of branched monomers or polymers involves cross-linking the plurality of branched monomers or polymers by stimulation.
  • the stimulus includes, but is not limited to, one or more selected from the group consisting of heat / temperature, pH, magnetism, vibration, humidity, water, electromagnetic waves, light, electricity, and pressure.
  • the functional group on the side chain or terminal of the branched monomer or branched polymer and a cross-linking agent reactive with the functional group are crosslinked, or on the side chain or side chain of the first branched monomer or branched polymer of the branched monomer or branched polymer.
  • the cross-linking reaction can be promoted by heating.
  • Appropriate stimuli can be selected by those skilled in the art for the purpose of preserving the uniform structure of the resulting gel.
  • the method for producing a gel of the present invention comprises the step of purifying a mixed solution containing the plurality of branched monomers or branched polymers and the good solvent before polymerizing the plurality of branched monomers or polymers. Including further. Purification can be performed by filtration through a filter, a membrane, or the like, adsorption, or the like. By such a purification step, a gel having higher purity, higher order, and more uniform can be produced.
  • the gel obtained by the method for producing a gel of the present invention has a scattering intensity I (q) of SAXS and / or a scattering intensity I (q) of SLS, and a rate of change in the time correlation function after gelation as compared with that before gelation. , And at least one of the differences in the time correlation function at two or more different positions can meet the range described in the gel of one aspect of the invention.
  • the method for producing a gel material based on bond percoration proposed in the present application does not depend on the chemical species and reaction mode of the branched monomer or branched polymer, the gel, gel sheet, and perforated polymer crosslinked product of the above-described embodiment of the present invention.
  • the gel, gel sheet, and perforated polymer crosslinked product of the above-described embodiment of the present invention have a uniform network structure with a highly ordered network, anomalous scattering of light due to structural heterogeneity is caused. Since this does not occur, it is possible to realize the theoretical upper limit of transparency that can be achieved as a soft material. Therefore, for example, the gel, gel sheet, and perforated polymer crosslinked product of the embodiment of the present invention can be used for cosmetics, pharmaceuticals, non-pharmaceutical products, medical products, additives, paints, ink bases, absorbents, etc.
  • Sustained release agents, carriers, glass substitutes, adhesives, adhesives, heat insulating materials, sound absorbing materials, shock absorbers, load dispersants, electrode materials, optical fibers, films, fillers, fillers, filters, separation membranes or electrode materials It can be used as a component of, but is not limited to these.
  • the present invention can also adopt the following configurations.
  • Item 1 The polymer prepared by cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers and a good solvent for the plurality of branched monomers or branched polymers is contained, and the polymer in the gel is among the plurality of branched monomers or branched polymers.
  • Item 2 The composition of the gel before cross-linking, in which the type of polymer prepared by cross-linking the plurality of branched monomers or branched polymers and the concentration in the gel are the same, and the type of good solvent and the concentration in the gel are the same.
  • Scattering intensity I (q) below 0.1 ⁇ -1 in the profile of the small-angle X-ray scattering spectrum (SAXS) between the uncrosslinked polymer solution and the gel when compared to the corresponding polymer solution.
  • Maximum rate of change is in the range of -50% to + 100% and / or 0.005 ⁇ -1 or less in the profile of static laser light scattering (SLS) between the uncrosslinked polymer solution and the gel.
  • Item 3 The gel according to Item 1, wherein the maximum rate of change of the scattering intensity I (q) in the above is in the range of -50% to + 100%.
  • Item 3 The gel according to Item 1 or 2, which contains the polymer in the range of 6% by weight to 99% by weight.
  • Item 4. The gel according to any one of Items 1 to 3, wherein the adjacent branched monomer or branched polymer in the polymer is crosslinked via a crosslinking agent or directly crosslinked.
  • Item 5 The rate of change from the time correlation function at the gel point to the time correlation function after 10 times the time required for gelation of gels with a delay time in the range of 0.001 to 0.1 (ms) is within ⁇ 10%.
  • Item 6 Scattering intensity I (q) in the small-angle X-ray scattering spectrum (SAXS) profile between the uncrosslinked polymer solution and the gel in the range of 1x10 -2 ⁇ q ⁇ 1x10 -1 ⁇ -1.
  • Item 2. The gel according to Item 2, wherein the maximum rate of change of is in the range of -50% to + 100%.
  • Item 7 Scattering intensity in the range of 7 x 10 -4 ⁇ -1 ⁇ q ⁇ 2 x 10 -3 ⁇ -1 in the static laser light scattering (SLS) profile between the uncrosslinked polymer solution and the gel.
  • Item 2. The gel according to Item 2, wherein the maximum rate of change of I (q) is in the range of -50% to + 100%.
  • Item 8. The gel according to any one of Items 1 to 7, wherein the difference in the time correlation function at two or more different positions over the gel delay time range of 0.001 to 0.1 (ms) is within ⁇ 10%.
  • Item 9. The gel according to any one of Items 1 to 8, wherein the light transmittance is 95% or more.
  • a good solvent is contained at a concentration of a plurality of branched monomers or branched polymers and a good solvent for the branched monomer or branched polymer, and the concentration of the plurality of branched monomers or branched polymers is equal to or higher than a concentration at which chains of adjacent branched monomers or branched polymers overlap.
  • Item 11 The composition according to Item 10, further comprising a cross-linking agent for cross-linking the branched monomer or the branched polymer.
  • the plurality of branched monomers or polymers have a first branched monomer or branched polymer having a nucleophilic functional group and a second branched monomer or branched polymer having a nucleophilic functional group reactive with the nucleophilic functional group.
  • the rate of change of the time correlation function of the composition after gelation in the range of 0.001 to 0.1 (ms) with respect to the composition before gelation is within ⁇ 10% in any of Items 10 to 12.
  • Item 14 A method for producing a gel containing a polymer prepared by polymerizing a plurality of branched monomers or branched polymers. Mixing a plurality of branched monomers or branched polymers with a good solvent at a concentration equal to or higher than the concentration at which the chains of the adjacent branched monomers or branched polymers of the plurality of branched monomers or branched polymers overlap, and the plurality of branched monomers or branches. Polymerize the polymer to obtain a gel, Including methods.
  • Item 15 The production method according to Item 14, further comprising adding a cross-linking agent before polymerizing the plurality of branched monomers or branched polymers.
  • Item 16 Polymerizing the plurality of branched monomers or polymers is one or two selected from the group consisting of heat, temperature, pH, gas, magnetism, vibration, humidity, water, electromagnetic waves, light, electricity, and pressure.
  • Item 4. The production method according to Item 14 or 15, which comprises cross-linking a plurality of branched monomers or branched polymers by the above stimulation.
  • Item 17. The production method according to any one of Items 14 to 16, further comprising a step of purifying a mixed solution containing the plurality of branched monomers or branched polymers and the good solvent before polymerizing the plurality of branched monomers or polymers. ..
  • the produced gel has the same type of polymer and concentration in the gel prepared by cross-linking the plurality of branched monomers or branched polymers, and the type of good solvent and the concentration in the gel are the same. Less than 0.1 ⁇ -1 in the profile of the small-angle X-ray scattering spectrum (SAXS) between the uncrosslinked polymer solution and the gel when compared to the polymer solution corresponding to the pre-crosslinked composition of a gel.
  • SAXS small-angle X-ray scattering spectrum
  • the maximum rate of change of the scattering intensity I (q) is in the range of -50% to + 100%, and / or the static laser light scattering (SLS) between the uncrosslinked polymer solution and the gel.
  • Item 8 The production method according to any one of Items 14 to 17, wherein the maximum rate of change of the scattering intensity I (q) at 0.005 ⁇ -1 or less in the profile is in the range of -50% to + 100%.
  • Item 19 A gel sheet containing the gel according to any one of Items 1 to 9.
  • Item 20 A perforated polymer crosslinked product obtained by reducing or removing the good solvent from the gel according to any one of Items 1 to 9.
  • Item 21 Cosmetics, pharmaceuticals, non-pharmaceutical products, medical products, additives, paints containing the gel according to any one of Items 1 to 9, the gel sheet according to Item 19, or the perforated polymer crosslinked product according to Item 20. , Ink base, absorbent, sustained release agent, carrier, glass substitute, adhesive, adhesive, heat insulating material, sound absorbing material, shock absorber, load dispersant, electrode material, optical fiber, film, filler, filling Agents, filters, separation membranes or electrode materials.
  • Item 22 Cosmetics, pharmaceuticals, non-pharmaceutical products, medical products, additives, paints, ink bases, absorbents, sustained release agents, carriers, glass substitutes, adhesives, adhesives, heat insulating materials, sound absorbing materials, shock absorption Item 3.
  • Item 23 The item 1 to 9, wherein the plurality of branched monomers or branched polymers are a tetrabranched polymer having a polyethylene glycol skeleton or a tetrabranched polymer having an acrylic or styrene skeleton. Gel.
  • Item 24 The gel according to any one of Items 1 to 9, wherein the plurality of branched monomers or branched polymers are only one type of tetrabranched polymer.
  • the plurality of branched monomers or branched polymers have a first branched polymer having two or more nucleophilic functional groups at the end, and each branched polymer has two or more electrophilic functional groups at the end.
  • Item 2 The gel according to any one of Items 1 to 9, excluding a plurality of branched polymers, which is a tetrabranched polymer that is a tetrabranched polymer having a polyethylene glycol as a skeleton and is synthesized by cross-linking with a second branched polymer. ..
  • Test example 1 Materials and methods 1.
  • tetra-PEG-NHS 4-functional poly (ethylene glycol)
  • Mw 20 kg mol- 1 , NOF
  • 1,14-diamino-3 ending in N-hydroxysuccinimidyl ester , 6,9,12-Tetraoxatetradecane (amino-PEG4-amine; Sigma-Aldrich) was separately dissolved in anhydrous acetonitrile containing 100 mM acetic acid.
  • Solutions of tetra-PEG-NHS (6 mM) and amino-PEG4-amine (12 mM) were mixed using a centrifugal mixer (AR-100, THINKY).
  • the molar concentration of amino-PEG4-amine was double that of tetra-PEG-NHS so that the molar concentration of amine matched that of the NHS group.
  • the mixed solution was immediately filtered through a 20 nm pore size microsyringe filter (FD5AXFR12, Entegris) and placed in a clean glass tube 10 mm in diameter, which was then sealed with paraffin.
  • An acid was added to acetonitrile to adjust the reaction rate of NHS and amine groups so that the gel point was about 1 hour after mixing tetra-PEG-NHS and amino-PEG4-amine. All preparation procedures were performed at room temperature (about 25 ° C).
  • Anhydrous acetonitrile was selected as a good solvent because only one relaxation was observed when a solution of tetra-PEG-NHS dissolved in anhydrous acetonitrile was measured by the time-resolved DLS described later (Fig. 4). ..
  • NIPAM N, N'-methylenebis (acrylamide)
  • BIS N, N'-methylenebis (acrylamide)
  • Ammonium persulfate 0.008 mmol
  • N, N, N', N'-tetramethyl-ethylenediamine 0.04 mmol
  • the mixed solution was filtered through a 20 nm pore size microsyringe filter (FD5AXFR12, Entegris) and placed in a clean glass tube 10 mm in diameter, which was then sealed with paraffin. All preparation procedures were performed at 25 ° C.
  • the scattered light was collected by a single pixel avalanche photodiode detector mounted on a goniometer with a scattering angle of 2 ⁇ , a range of 30 ° to 150 °, and an exposure time of 30 seconds at each angle.
  • Toluene was used to match the observed photons to the excess Rayleigh ratio. Adjust the magnification of the sol sample and gel samples Rayleigh ratio equal 1.2 ⁇ 10 4, it was fit and the scattering intensity of SAXS in the low q region (differential scattering cross-section). All experiments were performed at 25 ° C.
  • Scattering intensity is circularly smoothed to obtain a one-dimensional (1D) intensity profile, then custom-made data organization package Red2D (https://github.com/hurxl) with scientific data analysis software (Igor Pro 8, WaveMetrics). / Red2D) was used to correct for incident beam light beam, sample absorption and thickness, exposure time, and cell and solvent scattering. The intensity was plotted as a function of the magnitude of the scattering vector q. Using glass carbon (National Institute of Standards and Technology, USA) and silver behenate standard (Nagara Science, Japan), the absolute intensity (differential scattering cross section) and the distance from the precise sample to the detector, respectively. Corrected. All measurements were taken at 25 ° C.
  • Time decomposition DLS During the gelation process, time-resolved DLS was measured with the same light scattering equipment (ALV-5000, ALV) as described in the section "4.1 Dimensional Static Light Scattering". The scattering angle was fixed at 90 °. Time-resolved measurements were taken during the gelation process with 30 seconds of data collection per frame. All measurements were taken at 25 ° C.
  • a star-shaped polymer consisting of poly (ethylene glycol) having four arms was used as a branched polymer (Fig. 5 (A)).
  • concentration of overlapping branched chains of adjacent star polymers ⁇ 6 wt%) is sufficient.
  • the star polymer was dissolved in a good solvent at a concentration above (12 wt%) (Fig. 5 (B)).
  • anhydrous acetonitrile was selected as the solvent with excellent affinity for the star polymer used in this study (Fig. 5 (C)).
  • the solution was filtered through an ultrafine syringe filter with an average pore size of 20 nm to remove as much dust and nanobubbles as possible from the solution.
  • a small molecule bifunctional cross-linking agent was used here as the cross-linking agent
  • the star polymer solution underwent a sol-gel transition (Fig. 5 (C, D). ))). Since the star-shaped polymer solution does not cause anomalous scattering of light due to gel structure heterogeneity, a very transparent gel was obtained (Fig. 5 (D)). A more accurate gel point could be measured as the intersection of the storage coefficient G'and the loss factor G'by dynamic viscoelasticity measurements (Fig. 5E).
  • Figure 6 shows the scattering profile of a pre-gel solution (Sol) and a well-developed gel (Gel) synthesized by the bond percolation scheme.
  • the SLS intensity of the sol sample and the gel sample was scaled by the same coefficient so as to match the intensity I (q) of SAXS in the low region (low-q-limit) of the scattering vector q.
  • the scattering profiles of the polymer gel and the non-crosslinked pregel solution were about the same. That is, the spatial correlation between the polymer chains did not change with cross-linking. This strongly suggests that the gelation of the star polymer proceeded by bond percolation.
  • the gel of this example will be referred to as "bond percolation gel”.
  • time-resolved dynamic light scattering was used to measure the time correlation function (g 2) of scattering intensity at constant sample locations throughout the gelling process.
  • g 2 time correlation function
  • Figure 9 (B) is an example of gelation of a conventional gel using the NIPAM monomer / crosslinker system.
  • the suppression of g 2 (0) indicates the presence of local oscillations not exceeding the observation length scale of ⁇ q -1 within the experimental time, and the origin of such local oscillations in the gel is uncertain. However, it is often due to the limited dynamics of the cross-linking agent and its adjacent polymer chains. However, no such suppression of g 2 (0) was observed in the bond percolation gel (Fig. 9 (A)). This indicates that local vibration is not an inherent property of polymer gels. Since the bond percolation gel did not show any signs of spatial defects, it is very likely that the local vibrations observed in past gels were due to locally occurring spatial defects, which is the example of this example. It can be removed using the percolation scheme of.
  • the measurement at one sample position shown in FIG. 9 (A) may not represent the dynamics of the entire network structure of the gel.
  • the g 2 curves of the bond percolation gel at different sample positions coincided with each other.
  • the ensemble averaged function g 2E was also consistent with the individual local g 2 curves.
  • the behavior of conventional gels is in sharp contrast to the position-dependent relaxation of bond percolation gels, where each g 2 curve in conventional gels is at the sample position. Depends and does not match the ensemble average.
  • the agreement between the local dynamics and the ensemble averaged dynamics suggests that the concentration change in the bond percolation of this example is ergoditic.
  • the gel having a uniform mesh of the present invention is not only expected to be applied as a high-performance separation membrane, but also does not cause anomalous scattering of light due to structural non-uniformity, so that the theoretical upper limit that can be achieved as a soft material Transparency is feasible.
  • Test example 2 Materials and methods 1. 1. Preparation of star-shaped polymer gels Bond percolation gels, Site percolation gels, and non-ideal percolation gels all use tetra-PEG-NHS (molecular weight 20,000 g mol -1 ), which is a branched polymer, with an amino of approximately equichemical ratio. -The gel was synthesized by cross-linking with PEG4-amine (Fig. 10A, B). The overlapping concentration of tetra-PEG-NHS used here is about 6 wt%.
  • the concentration of tetra-PEG-NHS was 12 wt%, which was about twice as high as the overlapping concentration, and anhydrous acetonitrile, which is a good solvent, was used as the solvent (Fig. 10C, F).
  • the solvent was still anhydrous acetonitrile, which is a good solvent, but the concentration of tetra-PEG-NHS was set to 3 wt%, which is about half of the overlapping concentration (Fig. 10D, G).
  • the branched polymer does not fill the space sufficiently densely, and it is possible to form a network structure with various spatial arrangements.
  • the concentration of tetra-PEG-NHS was set to 12 wt%, which was sufficiently high, but the solvent was changed to water with poor solubility (Fig. 10E, H). Due to the low solubility of the solvent, the branched polymer tends to form aggregates before cross-linking, and the branched polymer cannot uniformly fill the space.
  • the cross-linking reaction rate was controlled by adding acetic acid or phosphate to the solvent so that the gelation time would be about 5-10 minutes in each gelation reaction.
  • ⁇ is a correlation length that depends only on the concentration defined above the overlapping concentration and does not depend on the uniformity or non-uniformity of the structure
  • the SAXS profile is standardized by ⁇ before discussion.
  • the Bond percolation gel almost coincided with the theoretical line, whereas the Site percolation gel and the Non-ideal bond percolation gel showed a deviation from the theoretical line of the corresponding polymer solution (Fig. 12B). Deviations from the theoretical line of polymer solutions indicate the formation of structural defects that are not present in uncrosslinked solutions. Therefore, the profile of SAXS showed that the Bond percolation gel was extremely uniform, and that the Site percolation gel and the Non-ideal bond percolation gel contained structural defects.
  • Test example 3 Tetra-PEG-SH, molecular weight 20,000 gmol -1 was dissolved in acetonitrile in a glass test tube so as to have a concentration of 12 wt%, and a small amount of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30 wt% was added. Since SHs react with each other in an oxidation reaction with hydrogen peroxide to form a disulfide bond (SS), a gel was formed between tetra-PEG-SHs by an AA type cross-linking reaction (without using a cross-linking agent). The formation of the gel was confirmed by inversion of the glass test tube and the reaction solution of tetra-PEG-SH not falling due to gravity.
  • SS disulfide bond
  • Dynamic light scattering was measured at 100 different locations on the prepared gel, and the time correlation function g 2 of the scattering intensity was measured. It was found that g 2 at 100 points had a delay time of 0.001 ms ⁇ ⁇ 0.1 ms and the fluctuation was within ⁇ 10%, indicating that an extremely uniform gel was synthesized (Fig. 13).

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Abstract

複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーと、該複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、ゲル中の前記ポリマーは、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣り合う分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で架橋されている、ゲル。

Description

高度に均一なゲル及びその製造方法
　本発明は、ボンドパーコレーション理論に基づく高度に均一なゲルに関するものである。
　ナノ細孔を持つ秩序のある3次元ネットワーク構造は、濾過、センシング、薬物放出、エレクトロニクス、オプティックスなどの広範な用途で重要である。ナノメートル解像度の精密な構造体を形成する方法としては、ナノリソグラフィー、金属有機構造体などが挙げられるが、出来上がる構造体全体のサイズは数μm3に限られており、現在の技術でさえ製造できるスケールがいまだ制限されているので、手で扱える大きさ(～1cm3)の3次元構造体を構築するのは極めて困難である。
　他方、ゼリーに代表される柔軟なゲル材料は、我々の身の回りにあるありふれたソフトマテリアルであり、おむつ、化粧品の保水剤、リチウムイオン電池の電解質担体、DNA又はタンパク質の分離膜、抗がん剤を初めとする薬剤の徐放化担体などに幅広く利用されており、ポリマーゲルは、そのバルク全体にわたってナノメートルサイズ(～10-9ｍ)の孔を有する巨大な3次元のポリマーの網目構造(network)からなるよく知られているソフトマテリアルである(非特許文献1)。ゲルの網目構造は、溶媒中で長鎖のポリマー鎖を架橋剤で架橋することにより、原則無制限に大きなスケールで合成することができる。ゲルは、ナノ細孔を持つ材料でありながら、簡単な化学合成で、全体のサイズを手で扱えるほどまで成長させることができるという他の材料にはない特徴を持つ。
W. Li, et al Progress in Polymer Science, Volumes 54-55, March-April 2016, Pages 47-75
　しかしながら、形成されるゲルの網目構造は一般に多くの欠陥を含み、非常に不均一である。具体的には、完全に確率的なゲル化反応の結果、ゲルの網目構造に必然的に、Dangling end、ループ、entanglement、及び不均一な孔サイズを初めとする含む実質的なレベルの欠陥が生じる(M. Shibayama, Macromol. Chem. Phys. 199 1-30 (1998); M. Zhong, et al., Science 353, 1264-1268 (2016))。このような欠陥によりポリマー鎖の不均一な分布、すなわち空間的欠陥が生じ、これは小角散乱、静的レーザースペックル、及び非エルゴード性の濃度変動などの光又は中性子散乱技術により通常検出される。ポリマーゲルからこれらの欠陥を取り除くために、単分散のポリマー鎖からのポリマーゲルの合成(J. E. Mark, et al, J. Chem. Phys. 66, 1006-1011 (1977))、光反応などの比較的均一な架橋プロセスの使用(T. Ngai, J. Phys. Chem. B108 5532-5540 (2004))、星型ポリマーのA-B型架橋を介した望ましくない分子内反応の制限(T. Sakai, Macromolecules 41, 5379-5384 (2008))、可動な架橋剤によるポリマー鎖の架橋(Y. Okumura, et al., Adv. Mater. 13, 485-487 (2001))などの多くの試みがなされてきたが、空間的欠陥の区別し得る兆候がゲルに絶えず観察されている(T. Ngai, 前掲; T. Sakai, 前掲)。ゲルは、溶液中のポリマーが乱雑に動くことで確率論的に反応が進むため、本来的に無秩序であると考えられてきた。このため、ナノ構造化された物体としてのゲルの適用が妨げられている。
　本発明者らはこの先入観を破ったものであり、本発明が解決しようとする課題は、高度に秩序のあるネットワークを備えた高分子ゲル及びこれを製造するための簡単かつ普遍的(universal)な方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明は、例えば以下の態様を包含する。
　本発明の一つの態様によれば、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーと、該複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、ゲル中の前記ポリマーは、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣り合う分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が互いに重なり合う濃度以上の濃度で架橋されている、ゲルが提供される。
　本発明の別の態様によれば、数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと、該分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で良溶媒に配置されている組成物が提供される。
　本発明の別の態様によれば、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが重合することにより調製されるポリマーを含むゲルの製造方法であって、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で良溶媒に混合すること、及び前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合してゲルを得ること、を含む、方法が提供される。
ボンドパーコレーション理論の説明図。(A)サイトパーコレーションモデル、(B)ボンドパーコレーションモデル。 ゲルの製造スキームの一例を示す略図。 従来のアルギニンゲル(Draget K., et al, Biomolecules, Nov-Dec 2003;4(6):1661-8)の小角X線散乱のグラフ。 架橋剤を添加しない星型ポリマー(tetra-PEG-NHS)ゾルの水及びアセトニトリルの時間相関関数のグラフ。 ボンドパーコレーションを介したゲル製造の略図。(A)星型ポリマー：活性型のエステル末端基を有する四官能ポリ(エチレングリコール(PEG))、二官能性架橋剤：1,14-ジアミノ-3,6,9,12-テトラオキサテトラデカン(アミノ-PEG4-アミン)(中実の赤い球)。(B) 良溶媒中の化学量論的な（等量の）星型ポリマー及び架橋剤。 (C)ボンドパーコレーションを介して小分子架橋剤との星型ポリマーの末端結合により形成されたポリマーゲル。可読性のため実施の3次元ポリマー網目構造の代わりに2次元の略図を示している。(D)ガラス管内で十分に発達させた透明ゲルの光学像。(E)動的粘弾性測定による星型ポリマーのゲル化の確認。G'及びG"はそれぞれ貯蔵せん断係数及び損失せん断係数を示す。 星型ポリマー溶液(Sol)とボンドパーコレーションの条件で合成した対応するゲル(Gel)のSLS及びSAXSの強度プロファイル[I(q)]。SLSのI(q)はlow-q領域でSAXSのI(q)と適合するようにスケールを調整した。 2Dレーザースペックル画像の測定システムの略図。 ポリマー溶液及びゲルの静的構造。(A)ボンドパーコレーションを介した星型ポリマー溶液の時間分解2Dレーザースペックルパターン、(B)対応するカウント 対 画像中に破線で示される各画像のピクセルプロット、(C)モノマー(NIPAM)と架橋剤とからなる従来のゲル調製用溶液の時間分解2Dレーザースペックルパターン、(D) 対応するカウント 対 画像中に破線で示される各画像のピクセルプロット。各レーザースペックル画像は30秒間蓄積させた。 ポリマー溶液及びゲルの動的性質。(A)ボンドパーコレーションスキームを介したゲル調製用溶液の強度時間相関関数(g2)。τは相関関数における遅延時間である。ゲル化プロセス全体は固定したサンプル位置で30秒ごとに時間分解DLSにより連続的に監視する。(B)モノマー(NIPAM)と架橋剤とからなる従来のゲル調製用溶液の強度時間相関関数(g2)。(C)100個の異なるサンプル位置における十分に発達させたボンドパーコレーションゲルのg2及びg2から計算されるアンサンブル平均時間相関関数(g2E)、(D) 100個の異なるサンプル位置における十分に発達させた従来のゲルのg2及びg2から計算されるアンサンブル平均時間相関関数(g2E)。 異なるタイプの空間不均一を有するゲルを調製するために使用されるスキームの略図。ゲルはすべて、4官能性ポリ（エチレングリコール）(PEG)からなる星型ポリマーユニット(A)と2官能性架橋剤である1,14-ジアミノ-3,6,9,12-エトラオキサテトラデカン(amino-PEG4-amine)(B)との架橋により合成した。(C)-(E) プレゲル溶液に3つの異なる形状の制約条件を適用し異なるパーコレーションプロセスを誘導した。(F)-(H)得られるゲルの網目構造の予想される構造。 ゲル化プロセスと、発達させたゲル中の内部構造の視覚化。(A)-(C) (A)ボンドパーコレーションゲル、(B)サイトパーコレーションゲル、(C)非理想的ボンドパーコレーションゲルのゲル化プロセス中のせん断貯蔵係数（G'）及びせん断損失係数（G"）、(D)-(F) 対応する十分に発達させたゲルからの静的レーザースペックル画像、各静的レーザースペックル画像は30秒間で蓄積した。(G)-(I) 平均（ΔI/I）からの強度の偏差 対 ピクセルの対応するプロット。ピクセルの位置をパネル中に垂直な点線として示す（D-F）。 異なるパーコレーション条件で合成した十分に発達させたゲルのナノ構造。(A)散乱コントラストの差を補正すべくI(q)をスケーリングした後の絶対尺度で示した散乱プロファイル。実線はスケーリング関係I(q)～q-2を示すガイド。(B) ξ及びφで熱力学的変動の寄与に関して正規化した散乱プロファイル。赤色と青色の曲線はBond percolation及びNon-ideal bond percolationのそれぞれに対するOrnstein-Zernike(OZ)モデルに適合している。緑色の曲線は理論的スケーリング（ξ～φ-3/4）及びBond percolationの値を用いて概算したSite percolationゲルに対する理論的OZ曲線を示す。3つの曲線はすべてqξ>1で重なり合う。 十分に発達させた試験例4のBond percolationゲルにおける100箇所の異なるサンプル位置における時間相関関数（gE (2)(τ)-1）。
　本明細書において、「分岐モノマー」及び「分岐ポリマー」は、重合してゲルを形成するポリマーの構成単位となる分子である。「分岐ポリマー」は、複数の同一モノマーが重合された部分を有する。
　本明細書において、「(メタ)アクリル」はアクリル、メタクリル、またはその両方を指す。
  本明細書において、「ゲル」とは、一般に、高粘度で流動性を失った高分子の分散系であり、貯蔵弾性率G'と損失弾性率G''においてG' ≧ G''の関係性を有する状態をいい、典型的には3次元の網目構造を有する物質である。
  本明細書において、ハイドロゲルは、当該ゲルが水等の溶媒を内部に含んだ状態をいう。
　本明細書において、「重量%」は「質量%」と互換的に使用することができる。
　本発明者らの戦略は、「ボンドパーコレーション」モデルに基づく均一なゲルの作製である。
「ボンドパーコレーション」は、「サイトパーコレーション」及び「サイト-ボンドパーコレーション」と共に古典的なパーコレーションモデルの一つである。
　パーコレーション理論は、ある限られた空間内で、粒子が互いに結合してクラスターを形成していく場合に、どのようなクラスターが形成され、いつ空間と同じ大きさのクラスターが形成されるのか、すなわちいつパーコレートしたかを考察する理論である。
　図1(A)に示すように、サイトパーコレーション及びサイト-ボンドパーコレーションモデルでは、初期の段階で反応系を反応性ユニット(中実な灰色の球(X))で部分的に充填する。ユニットはサイト間を拡散でき、滲出(percolation)は拡散により制御され(S. Corezzi, et al., Soft Matter 8, 11207-11216 (2012))、2つのユニットが互いに隣接すると結合する。このようにして形成された滲出する網目構造は、不可避に密な架橋領域と粗い架橋領域を含む。結果として発達した網目構造にはユニットの種々の空間的形態が生じる。白抜きの構造(Y)は滲出された網目構造を示す。
  他方、図1(B)に示すように、ボンドパーコレーションモデルでは、すべての空間が相互に排除的なユニットによって始めに予め充填されている。言い換えると、架橋前の開始時からすべてのサイトが多官能性分子(灰色の球(X))からなるユニットで占められている状態が示されている。個々の灰色の球（X）は強い体積排除効果を示す。滲出(percolation)は隣のユニットとの間の架橋の結果として起こり、反応は制御されている(S. Corezzi, et al., 前掲)。分子間の接続度はゲル化点を決定する。接続された分子の形態は反応中に変化するが、すべてのサイトは占められたままである。赤色の構造(Y)が滲出している網目構造を示す。ユニットが相互に排除的であるため、架橋やネットワーク形成の程度にかかわらず空間は常にユニットにより満たされており、これが反応完了後の非常に秩序のある理想的なネットワーク構造につながる。
　過去の研究では、ユニットの体積排除効果が不十分であるため、ユニットが初期の段階及び架橋反応中のいずれかで空間を満たすことができず、ボンドパーコレーションの条件は完全には満足させられていなかった。
　本発明者らは、空間充填ユニットとして分岐モノマー又は分岐ポリマーを用い、架橋前の分岐モノマー又は分岐ポリマーを溶液内で緻密に充填することで、溶液内の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋前から架橋後まで一貫して空間を埋め尽くす状態を作り出し、最終的な架橋構造が極めて均一なゲルを創出した。溶液内の空間が常に均一に埋め尽くされた状態で進む架橋反応は、ボンドパーコレーションに相当し、概念としては1950年代から存在していたが、現実の系で実現できたのは今回が初めてである。
　図2を参照しながら説明する。この理想的なボンドパーコレーションを達成するために、本願発明者らはまず空間充填ユニットとして、分岐モノマー又は分岐ポリマーを使用する(図2(A))。ここでは、分岐モノマー又は分岐ポリマーとして、星型ポリマーである4つのアームを有するポリ(エチレングリコール)を使用している。4つのアームを有するPEGのような複数のアームを有するポリマーを使用するのは、他のモノマー(それ自体ポリマーであってもよい)が広がるのを防ぐ強い体積排除効果を示すためである。
　次に、ボンドパーコレーションモデルが想定するように分岐モノマー又は分岐ポリマーが空間を均一かつ密に充填することを確実にすべく、分岐モノマー又は分岐ポリマーを、分岐モノマー又は分岐ポリマーの分岐鎖が重複する濃度を十分に超える濃度で良溶媒に溶解させる(図2(B))。良溶媒は、架橋中に分岐モノマーの鎖が分離するのを防ぐため、本研究に使用している分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する優れた親和性を示す溶媒として選択する(図2(B))。本明細書において、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とは、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを溶解させた溶媒を動的光散乱で測定した場合に、凝集体が観測されない溶媒を指す。分岐モノマー又は分岐ポリマーの溶媒に対する溶解性が低いと、分岐モノマーやポリマーは凝集体を形成するが、凝集体の有無を遅延時間τに対する時間相関関数g2から判断することができる。具体的には、動的光散乱で分岐モノマー又はポリマーの溶液（重なり合い濃度以上）を測定すると、良溶媒であれば一つのみの緩和（協同拡散）が観察され、かつその緩和はポリマー濃度の増加と共により速く緩和するようになる。一方で、溶媒の質が不十分の場合、二つの緩和が観測され（以降速い緩和と遅い緩和と呼ぶ）、遅いモードの方が凝集体に該当し、速いモードは協同拡散に該当する。
ここでは無水アセトニトリルを良溶媒として例示している。
　さらに、溶液から可能な限り埃及びナノバブルを除去するため、溶液を平均孔径20nmの張微細シリンジフィルターで濾過した(図2 (C))。
　上記各工程の課題は過去の研究で個別に指摘されているが、一つの系でまとめて解決されたことはない。
　溶液に化学量論量の架橋剤を添加した後(図2(D)、ここでは架橋剤として小分子の二官能性架橋剤を使用)、星型ポリマー溶液はゾル-ゲル転移を受ける(図2(E)))。
　より正確なゲル化点は、動的粘弾性測定により貯蔵係数G'と損失係数G"の交差点として測定することができる(H. H. Winter et al, J. Rheol. 30, 367-382 (1986))。ゲル化点は、動的粘弾性測定により貯蔵係数G'と損失係数G"の交差点として測定することができた(図5(E))。
　ここで、弾性係数はゲルとエラストマーを備えた網状ポリマーに固有の物性であり、ゴム弾性の理論において網状ポリマーのせん断弾性係数(G')は網状構造中の各々の弾性的に有効な鎖の弾性の合計であり、以下の式(S1)で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
式中、vは弾性的に有効な鎖の数密度、kBはボルツマン定数、Tは絶対温度である。
　架空(phantom)なネットワークモデル(W. W. Graessley, Macromolecules 8, 186-190 (1975))では分岐点の移動性を考慮するため、以下の式(S2)が与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
式中、μは分岐点の数密度である。
　ν及びμを概算するには樹状近似を使用でき、以下の等式(S3)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
式中、u4はゲル中の分岐した星型ポリマー(tetra-PEG-NHS)の数密度であり、pは末端基の接続度である(D. R. Miller et al, Macromolecules 9, 206-211(1976)、Y.Tsuji et al., Gels 4, 50 (2018))。
　このように、本発明者らの戦略によれば、空間がゲル化反応の全体にわたって開始分岐モノマー又は分岐ポリマーのユニットで常に一様に満たされ、プレゲル溶液に形状の制約がもたらされる。ゲル化前の溶液内で高分子を緻密に充填することで、ボンドパーコレーション理論に基づく架橋条件を実現し、ゲル化後でも高分子が均一に分散した状態を維持することができる。
　ゲル内のナノメートル構造は、静的レーザー光散乱(static laser light scattering, SLS)及び小角ｘ線散乱(small-angle x-ray scattering, SAXS)を用いてフーリエ空間で分岐モノマー又は分岐ポリマー鎖の空間関数を評価することができる。SAXSは～2nmから～60nm、SLSは～250nmから～920nmまでの広範な長さスケールの現実空間をカバーする。
　そして、本発明の均一な網目を持つゲルは、高性能分離膜としての応用が期待されるだけではく、構造不均一性に由来する光の異常散乱が起こらないため、ソフトマテリアルとして達成しうる理論上限の透明度が実現可能である(図2(F))。
　なお、上述のボンドパーコレーションは理論であって、ボンドパーコレーションに完全には従わずに製造されたゲル調製用組成物及びゲルであっても、本発明で規定する要件を満足するのであれば、本発明の技術的範囲に包含される。
　従って、本発明の一態様によれば、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーと、該複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、ゲル中のポリマーは、「重なり合い濃度」以上の濃度、すなわち複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣り合う分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が互いに重なり合う濃度以上の濃度で架橋されている、ゲルが提供される。これにより、ゲル中の分岐モノマー又は分岐ポリマーは、架橋反応の進行度合いによらず、常に互いに重なり合うこととなる。
　「重なり合い濃度」は、高分子の分野の当業者に周知のように「重なり濃度」とも言い、隣り合う分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖同士が接触し始める（つまり高分子鎖が占める領域が重なる）臨界濃度を指す。科学的には、重なり合い濃度において、分岐モノマー又は分岐ポリマーの局所濃度（内部濃度）と、溶液全体における分岐モノマー又は分岐ポリマーの平均濃度とが等しい。
　重なり合い濃度は、静的光散乱又は小角X線散乱で得られる小角へのゼロ外挿散乱強度が極大値を取る濃度、あるいはゼロ剪断粘度の濃度依存性が線形関係（粘度～濃度∧a, a=1）から非線形関係（粘度～濃度∧a, a > 1）へと遷移する遷移点として定義され、これは実験により確認することができる。
　一部の実施形態において、溶液中の複数の分岐モノマー又はポリマーの濃度は、その複数の分岐モノマー又はポリマーの重なり合い濃度の2倍以上高い濃度であることが好ましい。
　好ましい実施形態では、ボンドパーコレーションの点から、分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基と、架橋剤の官能基とを架橋する場合、ゲル中の複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーにおける架橋剤と反応性の官能基の合計数と、対応する架橋剤の官能基の合計数は実質的に等しい。特定の好ましい実施形態では、分岐モノマー又は分岐ポリマーにおける架橋剤と反応性の官能基の合計数：対応する架橋剤の官能基の合計数の比が、3：2～2：3であることが好ましい。また、好ましい実施形態では、第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求核性官能基と、第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求電子性官能基とを架橋する場合、ゲル中の第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求核性官能基の合計数と、対応する第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求電子性官能基の架橋剤と反応性の官能基の合計数は実質的に等しい。特定の好ましい実施形態では、第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求核性官能基の合計数：対応する第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求電子性官能基の架橋剤と反応性の官能基の合計数の比が、3：2～2：3であることが好ましい。
　ゲル中の複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーの濃度は特に限定されないが、下限値は1重量%以上であることが好ましく、6重量％以上であることが好ましく、6.1重量%以上であることが好ましく、10重量%以上であることが好ましい。上限値は99重量%以下であることが好ましく、70重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることが好ましく、40重量%以下であることが好ましく、30重量%以下であることが好ましく、20重量%以下であることが好ましい。いくつかの実施形態において、ゲル中のポリマーの濃度は6重量％～99重量%であることがより好ましく、10重量%～70重量%であることがより好ましく、10重量%～50重量%であることがより好ましく、10重量%～40重量%であることがより好ましく、10重量%～30重量%であることがより好ましく、10重量%～20重量%であることがさらに好ましい。
　分岐モノマー又は分岐ポリマーの分岐の数は、2以上であれば特に限定されないが、好ましくは四分岐型ポリマーである。分岐モノマー又は分岐ポリマーの骨格は、分岐モノマー又は分岐ポリマーを構成できる鎖状分子であれば特に限定されないが、好ましくはポリエチレングリコール(PEG)ポリマー又はビニル基を有するポリマーであり、ビニル基を有するポリマーとしては(メタ)アクリル系ポリマーまたはスチレン系ポリマーが挙げられる。一部の好ましい実施形態では、分岐ポリマーは、ポリエチレングリコールを骨格とする四分岐型ポリマーであるか、又はアクリルまたはスチレンを骨格とする四分岐型ポリマーである。このようなポリマーの場合、ゲルにおけるより大きな空間排除効果を奏する。
　分岐モノマー又は分岐ポリマーの重量平均分子量は特に限定されないが、1000～500000 が挙げられ、5000～100000が好ましく、10000～50000がより好ましい。
　一部の実施形態では、一つの分岐モノマー又は分岐ポリマーにおける鎖の部分が、同じ構造を有する。例えば、分岐モノマー又は分岐ポリマーが四分岐型ポリマーの場合、分岐から延びる4つの鎖の部分は同じ構造を有する。このようなポリマーの場合、ゲルにおけるより大きな空間排除効果を奏する。
　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーは架橋手段により架橋され、架橋手段としては、分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基とそれに反応性の架橋剤の組み合わせ、及び分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの第1の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基と、それに反応性の第2の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基との組み合わせを含む。言い換えると、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーの架橋は、ポリマー中の隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーが、架橋剤を介して架橋されているものであってもよいし、又は複数の分岐モノマー又は分岐ポリマー同士が側鎖又は末端で直接架橋しているものであってもよい。
　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを架橋剤を介して架橋する場合、ゲルの製造に使用する複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを一種類にすることができる点で有利である。ただし、二種類以上の分岐モノマー又は分岐ポリマーが使用されてもよい。
　架橋剤は通常、炭素を含む鎖状の骨格部分と、骨格部分に結合された分岐モノマー又は分岐ポリマーと結合する官能基とを備えている。各種ポリマーに対する架橋剤は種々のものが周知であり、当業者には分岐モノマー又は分岐ポリマーの種類に応じて適切な架橋剤を選択することができる。分岐モノマー又は分岐ポリマーに導入された反応性基と、かかる官能基をターゲットとする架橋剤との適切な組み合わせを当業者は容易に理解することができる。好ましい分岐モノマー又は分岐ポリマーの官能基と架橋剤の組み合わせとしては、好ましくはアジド-アルキン、マレイミド-チオール、ビオチン-アビジン又はストレプトアビジン、シラン-シリカ粒子、ブロモ-チオール、ヨード-チオール、OPSS-チオール、ベンゾフェノン-求核性試薬、ATFBA-求核性試薬、アルキン-アジド、ヒドラジン-アミン、アルデヒド-アミン、アクロイル-オレフィン、アミノ-NHSエステル、エポキシ-アミン、アルコール、又はチオール、酸-アミン、アルコール、又はチオール、水酸基-酸などが挙げられるが、これらに限定されない。
　架橋剤の官能基は、二官能性以上の多官能性架橋剤であれば特に限定されず、一つの架橋剤中の分岐モノマー又は分岐ポリマーと結合する官能基が一種類であるホモ多官能性架橋剤であってもよいし、一つの架橋剤中の分岐モノマー又は分岐ポリマーと結合する官能基が二種類以上であるヘテロ多官能性架橋剤であってもよい。均一な網目構造ネットワークのゲルを構成する点から、一部の好ましい実施形態では、架橋剤はホモ2官能性架橋剤又はホモ4官能性架橋剤である。
　分岐ポリマーの好ましい非限定的な具体例としては、例えば、4つのアクリル骨格又はスチレン骨格の分岐を有する下記式(I)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　式中、nは1以上の整数である。Xは-COO-R1-CH3、-COO-R2-OH、又はフェニル基である。Yは水素又はC1-C7アルキル基である。
　nは好ましくは1～500である。
　R1は、C1-C7アルキレン基、C2-C7アルケニレン基、-NH-R3-、-CO-R4-、-R4-O-R5-、-R4-NH-R5-、-R4-COO-R5-、-R4-COO-NH-R5-、-R4-CO-R5-、R4-NH-CO-R5-又は-R4-CO-NH-R5-を示す。ここで、R3はC1-C7アルキレン基を示す。R4はC1-C3アルキレン基を示す。R5はC1-C5アルキレン基を示す。
　R2は、C1-C7アルキレン基、C2-C7アルケニレン基、-NH-R3-、-CO-R4-、-R4-O-R5-、-R4-NH-R5-、-R4-COO-R5-、-R4-COO-NH-R5-、-R4-CO-R5-、R4-NH-CO-R5-又は-R4-CO-NH-R5-を示す。ここで、R3はC1-C7アルキレン基を示す。R4はC1-C3アルキレン基を示す。R5はC1-C5アルキレン基を示す。
　Aは官能基であり、アジド、マレイミド、ブロモ、ヨード、アルキン、ヒドラジン、アルデヒド、アクロイル、アミノ、エポキシ、アルコール、又はチオール、酸、又は水酸基である。好ましい実施形態では、Aはブロモである。
　分岐ポリマーが式(I)で表される化合物である場合の架橋剤の非限定的な例としては、Z-R1-(OCH 2CH2)n-O-R2-Zである架橋剤が挙げられ、nは1～500であり、R1, R2はそれぞれ同一であっても異なっていてもよいC1-C7アルキレン基である。Zは官能基Aと反応性の適切な官能基であり、当業者には適宜選択可能である。
　複数の分岐ポリマー同士が側鎖又は末端で直接架橋される場合、複数の分岐ポリマーとして、2種類の分岐ポリマー種を反応させて架橋することが好ましく、異なる2種類のポリマーの共有結合による架橋反応はAB型クロスエンドカップリング反応として知られる(Matsunaga et all, Macromolecules, Vol.42, No. 4, pp. 1344-1351,2009)。一部の実施形態では、2種類の分岐ポリマー種は、側鎖又は末端に1以上の求核性官能基を有する第1の分岐ポリマーと、側鎖又は末端に1以上の求電子性の官能基を有する第2の分岐ポリマーである。好ましい一部の実施形態では、2種類の分岐ポリマー種は、末端に2以上の求核性官能基を有する第1の分岐ポリマーと、末端に2以上の求電子性の官能基を有する第2の分岐ポリマーである。
　第1の分岐ポリマー及び第2の分岐ポリマーは、分岐ポリマーを構成できる鎖状分子であれば特に限定されないが、好ましくはポリエチレングリコール(PEG)ポリマー又はビニル基を有するポリマーであり、ビニル基を有するポリマーとしては(メタ)アクリル系ポリマーまたはスチレン系ポリマーが挙げられる。一部の好ましい実施形態では、第1の分岐ポリマー及び第2の分岐ポリマーはいずれも、ポリエチレングリコールを骨格とする四分岐型ポリマーであるか、又はアクリルまたはスチレンを骨格とする四分岐型ポリマーである。
　第1及び第2の分岐ポリマーの重量平均分子量は特に限定されないが、1000～500000 が挙げられ、5000～100000が好ましく、10000～50000がより好ましい。
　第1の分岐ポリマーに存在する求核性官能基と第2の分岐ポリマーに存在する求電子性官能基の組み合わせとしては、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを架橋剤を介して架橋する場合について上記に説明した分岐モノマー又は分岐ポリマーに導入された官能基と、かかる官能基をターゲットとする架橋剤との適切な組み合わせを使用することができる。
　一部の実施形態では、第1の分岐ポリマーに存在する求核性官能基としては、チオール基(-SH)、アミノ基、又は-COOPhNO2 (Phは、o-、m-、又はp-フェニレン基を示す)などを挙げることができ、当業者であれば公知の求核性官能基を適宜用いることができる。好ましくは、求核性官能基は-SH基である。求核性官能基は、それぞれ同一であっても、異なってもよいが、同一である方が好ましい。官能基が同一であることによって、架橋結合を形成することとなる求電子性官能基との反応性が均一になり、均一な立体構造を有するゲルを得やすくなる。
　一部の実施形態では、第2の分岐ポリマーに存在する求電子性官能基としては、活性エステル基を用いることができる。このような活性エステル基としては、マレイミジル基、N-ヒドロキシ-スクシンイミジル(NHS)基、スルホスクシンイミジル基、フタルイミジル基、イミダゾイル基、アクリロイル基又はニトロフェニル基などを挙げることができ、当業者であればその他の公知の活性エステル基を適宜用いることができる。好ましくは、求電子性官能基はマレイミジル基である。求電子性官能基は、それぞれ同一であっても、異なってもよいが、同一である方が好ましい。官能基が同一であることによって、架橋結合を形成することとなる求核性官能基との反応性が均一になり、均一な立体構造を有するゲルを得やすくなる。
　適切な第1の分岐ポリマーと第2の分岐ポリマーの組み合わせについては特開2018-116043にも記載されている。
　第1の分岐ポリマーの好ましい非限定的な具体例としては、例えば、4つのポリエチレングリコール骨格の分岐を有する下記式(II)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
　n11～n 14は、それぞれ同一でも又は異なってもよい。n11～n14の値が近いほど、均一な立体構造をとることができ、高強度となる。このため、高強度のゲルを得るためには、同一であることが好ましい。ｎ11～ｎ14の値が高すぎるとゲルの強度が弱くなり、n11～n14の値が低すぎると化合物の立体障害によりゲルが形成されにくい。そのため、n11～n14は、25～250の整数値が挙げられ、35～180が好ましく、50～115がさらに好ましく、50～60が特に好ましい。そして、第1の分岐ポリマーの重量平均分子量は、5000～50000が挙げられ、7500～30000が好ましく、10000～20000がより好ましい。
　ゲル中の第1の分岐ポリマーの濃度は、ゲルの構造を均一にする点から、3重量％～49重量％が好ましく、5重量％～35重量％がより好ましく、5重量％～30重量％がより好ましく、5重量％～25重量％がより好ましく、5重量％～20重量％がより好ましく、5重量％～15重量％がより好ましく、5重量％～10重量％がより好ましい。
　Bは求核性官能基であり、チオール基(-SH)、アミノ基、又は-COOPhNO2 (Phは、o-、m-、又はp-フェニレン基を示す)である。
　上記式(II)中、R11～R14は、求核性官能基とコア部分をつなぐリンカー部位である。
　R11～R14は、それぞれ同一でも異なってもよいが、均一な立体構造を有する高強度なゲルを製造するためには同一であることが好ましい。R11～R14は、C1-C7アルキレン基、C2-C7アルケニレン基、-NH-R15-、-CO-R15-、-R16-O-R17-、-R16-NH-R17-、-R16-COO-R17-、-R16-COO-NH-R17-、-R16-CO-R17-、R16-NH-CO-R17-又は-R16-CO-NH-R17-を示す。ここで、R15はC1-C7アルキレン基を示す。R16はC1-C3アルキレン基を示す。R17はC1-C5アルキレン基を示す。
　ここで、「C1-C7アルキレン基」とは、分岐を有してもよい炭素数が1以上7以下のアルキレン基を意味し、直鎖C1-C7アルキレン基又は1つ又は2つ以上の分岐を有するC2-C7アルキレン基(分岐を含めた炭素数が2以上7以下)を意味する。C1-C7アルキレン基の例は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基である。
　C1-C7アルキレン基の例は、-CH2-、-(CH2)2-、-(CH2)3-、-CH(CH3)-、-(CH2)3-、-(CH(CH3))2-、-(CH2)2-CH(CH3)-、-(CH2)3-CH(CH3)-、-(CH2)2-CH(C2Ｈ5)-、-(CH2)6-、-(CH2)2-C(C2Ｈ5)2-、及び-(CH2)3C(CH3)2CH2-などが挙げられる。
　「C2-C7アルケニレン基」とは、鎖中に1個若しくは2個以上の二重結合を有する状又は分枝鎖状の炭素原子数2～7個のアルケニレン基であり、例えば、前記アルキレン基から隣り合った炭素原子の水素原子の2～5個を除いてできる二重結合を有する2価基が挙げられる。
  一方、末端に求電子性官能基を有するポリマーユニットとして好ましい非限定的な具体例には、例えば、4つのポリエチレングリコール骨格の分岐を有する下記式(III)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
　上記式(III)中、n21～n 24は、それぞれ同一でも又は異なってもよい。n 21～n 24の値は近いほど、ゲルは均一な立体構造をとることができ、高強度となるので好ましく、同一である方が好ましい。n 21～n24の値が高すぎるとゲルの強度が弱くなり、n 21～n 24の値が低すぎると化合物の立体障害によりゲルが形成されにくい。そのため、n 21～n 24は、5～30の整数値が挙げられ、20～250が好ましく、30～180がより好ましく、45～115がさらに好ましく、45～55であればさらに好ましい。第2の分岐ポリマーの重量平均分子量は、5000～50000が挙げられ、7500～30000が好ましく、10000～20000がより好ましい。
　ゲル中の第2の分岐ポリマーの濃度は、ゲルの構造を均一にする点から、3重量％～49重量％が好ましく、5重量％～35重量％がより好ましく、5重量％～30重量％がより好ましく、5重量％～25重量％がより好ましく、5重量％～20重量％がより好ましく、5重量％～15重量％がより好ましく、5重量％～10重量％がより好ましい。
　Dは求電性官能基であり、マレイミジル基、N-ヒドロキシ-スクシンイミジル(NHS)基、スルホスクシンイミジル基、フタルイミジル基、イミダゾイル基、アクリロイル基又はニトロフェニル基である。
  上記式(III)中、R21～R24は、求電子性官能基とコア部分をつなぐリンカー部位である。R21～R24は、それぞれ同一でも異なってもよいが、均一な立体構造を有する高強度なゲルを製造するためには同一であることが好ましい。式(III)中、R21～R24は、それぞれ同一又は異なり、C1-C7アルキレン基、C2-C7アルケニレン基、-NH-R25-、-CO-R25-、-R26-O-R27-、-R26-NH-R27-、-R26-COO-R27-、-R26-COO-NH-R27-、-R26-CO-R27-、-R26-NH-CO-R27-、又は-R26-CO-NH-R27-を示す。ここで、R25はC1-C7アルキレン基を示す。R26はC1-C3アルキレン基を示す。R27はC1-C5アルキレン基を示す。
　本明細書において、アルキレン基及びアルケニレン基は任意の置換基を1個以上有していてもよい。該置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子のいずれであってもよい)、アミノ基、モノ若しくはジ置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、又はアリール基などを挙げることができるが、これらに限定されることはない。アルキル基が2個以上の置換基を有する場合には、それらは同一でも異なっていてもよい。アルキル部分を含む他の置換基(例えばアルキルオキシ基やアラルキル基など)のアルキル部分についても同様である。
　本発明のゲルの製造方法において第1の分岐ポリマーと第2の分岐ポリマーを、モル比0.5 : 1 ～ 1.5 : 1 で混合すればよい。
　一部の実施形態において、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーは、各分岐ポリマーが異なる2種類のポリマーの共有結合による架橋反応であるAB型クロスエンドカップリング反応により合成される分岐ポリマーである、複数の分岐ポリマーを除く。一部の実施形態において、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーは、各分岐ポリマーが側鎖又は末端に1以上の求核性官能基を有する第1の分岐ポリマーと、側鎖又は末端に1以上の求電子性の官能基を有する第2の分岐ポリマーとの架橋により合成される分岐ポリマーである、複数の分岐ポリマーを除く。ここで分岐ポリマーは、ポリエチレングリコールを骨格とする四分岐型ポリマーである。一部の好ましい実施形態において、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーは、各分岐ポリマーが、末端に2以上の求核性官能基を有する第1の分岐ポリマーと、末端に2以上の求電子性の官能基を有する第2の分岐ポリマーとの架橋により合成される分岐ポリマーである、複数の分岐ポリマーを除く。ここで分岐ポリマーは、ポリエチレングリコールを骨格とする四分岐型ポリマーである四分岐型ポリマーである。
　一部の実施形態において、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーは、第1の四分岐型ポリマーと、第１の四分岐型ポリマーとは異なる第2の四分岐型ポリマーとが、架橋剤を介して架橋されているか、又は直接架橋しているポリマーを除く。
　良溶媒は、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーの溶解性が高い溶媒であれば特に限定されないが、本発明の一態様のゲルを製造するときに、ゲルを構成する複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣り合う分岐モノマー又は分岐ポリマーの分岐鎖の部分(アーム)が互いに重なり合うのを支援する溶媒であることが好ましい。良溶媒は水であっても有機溶媒であってもよい。有機溶媒としては、無水アセトニトリル、アセトン、N,N-ジメチルホルムアミド、メタノール、エタノール等が挙げられる。分岐モノマー又は分岐ポリマーが水よりも有機溶媒への溶解性が高い場合、良溶媒は有機溶媒であることが好ましい。例えば分岐モノマー又は分岐ポリマーが4分岐型のPEGポリマーである場合、良溶媒は無水アセトニトリルが好ましい。適切な良溶媒は分岐モノマー又は分岐ポリマーの種類に応じて適宜選択することができる。例えば、動的光散乱測定において、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと、該分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含む組成物を散乱角90°の場所で測定した際に、分岐モノマー又は分岐ポリマーの拡散モードあるいは協同拡散モードのいずれかのみが観測され、凝集体を示す緩和モードが観測されない場合に、そのような良溶媒は本発明のゲルの製造に適していると決定することができる。
　ゲル中の良溶媒の濃度は特に限定されないが、下限値は1重量%以上であることが好ましく、30重量%以上であることが好ましく、50重量%以上であることが好ましく、60重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることが好ましい。上限値は、93.9重量%以下であることが好ましく、90重量%以下であることが好ましい。いくつかの実施形態において、ゲル中の良溶媒の濃度は1重量%～93.9重量%であることが好ましく、30重量%～90重量%であることがより好ましく、50重量%～90重量%であることがより好ましく、60重量%～90重量%であることがより好ましく、70重量%～90重量%であることがより好ましく、80重量%～90重量%であることがより好ましい。
　一部の実施形態では、ゲルは、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーと、該複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒のみからなってよい。別の実施形態では、本発明のゲルは、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーと、該複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とに加えて、1種又は2種以上の添加剤を含んでもよい。そのような添加剤としては、医薬品又は化粧品の有効成分、緩衝剤、等張化剤、防腐剤、抗酸化剤、賦形剤、担体、希釈剤、良溶媒以外の溶媒、可溶化剤、安定剤、充填剤、結合剤、界面活性剤、粘剤、安定化剤、温感剤、香料、塩類、酸化防止剤、キレート剤、中和剤、ｐＨ調整剤、等が挙げられる。
　一部の実施形態では、本発明のゲルは、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーの種類及びゲル中の濃度が同一であって、かつ良溶媒の種類及びゲル中の濃度が同一である、ゲルの架橋前の組成物に相当する高分子溶液を比較対象の高分子溶液とし、比較対象の高分子溶液とゲルとを比較した場合に、未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける0.1Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内であるか、及び／又は未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける0.005Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である。つまり、同じ組成の架橋前の溶液と架橋後のゲルとを比較したときに、互いにゲルのI(q)の変化率が少ない。なお、未架橋の高分子溶液とゲルとの間の散乱強度I(q)の変化率とは、未架橋の高分子溶液のI(q)をI1(q)、ゲルのI(q)をI2(q)としたときに、（I2(q)－I1(q)）/ I1(q)×100(%)で表される値を指す。
　本明細書において、SLS及びSAXSにおける散乱ベクトルqに対する散乱強度I(q)は、実施例に記載の方法で求めることができる。好ましい実施形態では、SLSでは7x10-4Å-1 < q < 2x10-3Å-1の範囲を、SAXSでは1x10-2 < q < 1x10-1 Å-1の範囲を測定する。ゲル試験片へのビーム照射体積は0.3 mm3以上であることが望ましい。
　qは散乱ベクトルの大きさであり、散乱強度I(q)は市販の光散乱機器を用いて測定可能である。本明細書では、入射光源としてHe-Neレーザ(波長 λ= 632.8 nm)を用い、散乱光をゴニオメータに装着したシングルピクセルアバランシェフォトダイオード検出器で散乱角度2θ、範囲30°～150° 、各角度30秒の露光時間で収集し、散乱強度I(q)を、散乱ベクトルq=4πnsinθ/λ(式中、nは溶媒の屈折率である)の大きさの関数としてプロットしたものである。従来のポリマーゲルでは、SLS及び／又はSAXSで測定される散乱強度I(q)が、散乱ベクトルqの低い領域(長距離相関)において急激に上昇するが(図3、他にT. Sakai, Macromolecules 41, 5379-5384 (2008)；T. Matsunaga, et al, Macromolecules 42, 6245-6252 (2009)も参照のこと)、これは散乱が強くなることを意味し、ポリマーの架橋構造の空間不均一性の発現を反映している。
　一部の実施形態では、SLSで7x10-4Å-1 < q < 2x10-3Å-1の範囲、SAXSで1x10-2 < q < 1x10-1 Å-1の範囲において、ゲルにおけるSAXS／SLSにおける散乱ベクトルqが小さくなる方向の散乱強度I(q)の増加率が実質的に変化しない。好ましくは、上記範囲における散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である。このことは、ゲルにおける構造不均一性に由来する光の散乱がほとんど起こらないか、全く起こらないことを指す。このような本発明の実施形態のゲルは、SAXS及び／又はSLSで測定される散乱ベクトルqの低領域における散乱強度I(q)の変化が少なく、ゲルのポリマー架橋構造がより秩序立っており、空間的に均一である。
　一部の実施形態では、ゲルの遅延時間τ0.001～0.1(ms)の範囲にわたる時間相関関数g2の、ゲル化点における時間相関関数から、ゲル化に要した時間の10倍の時間後の時間相関関数までの変化率が±10%以内である。時間相関関数g2の変化率は、ゲル化点における時間相関関数をg2a、ゲル化に要した時間の10倍の時間後の時間相関関数をg2bとした場合に、(g2b - g2a )/ g2a ＊100 (%)で表される。
　このような本発明の実施形態のゲルは、時間が経過しても、空間不均一から生じる散乱がほとんど生じないほどにゲル材料の構造が秩序立って安定しており、従来のゲルでは達成できなかった究極の均一性を達成している。
  一部の実施形態では、ゲルの遅延時間0.001～0.1（ｍｓ）の範囲にわたる、異なる2箇所以上の位置における時間相関関数の差が±10％以内である。別の実施形態では、ゲルの遅延時間0.001～0.1（ｍｓ）の範囲にわたる、アンサンブル平均した時間相関関数と、高さ20 mm、直径8 mmに切り出したゲルの１００箇所の異なる位置の各々における時間相関関数との差が±10％以内である。さらに別の実施形態では、ゲルの遅延時間0.001～0.1（ｍｓ）の範囲にわたる、高さ20 mm、直径8 mmに切り出したゲルの１００箇所の異なる位置の各々における時間相関関数との差が±10％以内である。
　このような本発明の実施形態のゲルは、時間が経過しても、ゲルの測定位置によらず空間不均一から生じる散乱がほとんど生じないほどにゲル材料の構造が秩序立って安定しており、従来のゲルでは達成できなかった究極の均一性を達成している。
　本明細書において、散乱強度の時間相関関数g2は以下の式(S4)で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
式中、I(t)は時間tにおける散乱強度、τは遅延時間、<. . . >Tは時間平均である。
　本明細書において、アンサンブル平均時間相関関数は以下の式(S5)で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
式中、I(t)は時間tにおける散乱強度、τは遅延時間、<. . . >Eはアンサンブル平均である。
　(S5)に(S4)を代入することにより、時間相関関数とそのアンサンブル平均量との間の関係が得られる(H. Furukawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 71, 2873-2880 (2002)参照)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　一部の実施形態では、本発明のゲルは空間的欠陥がほとんど又は全くないため、高度に秩序立った網目構造を有するゲルである。
　一部の実施形態では、本発明のゲルは透明ゲルである。好ましくは、ゲルの光の透過率が95%以上である。ゲルの光の透過率は波長450-800nmの間で、光路長1cmの光学石英セルを用いて、ゲルに含まれる溶媒の透過率の影響を差し引いた条件により測定することができる。ただし、透過率の計算には、分岐モノマー又は分岐ポリマー由来の吸収は除く。
　本発明のゲルは、架橋前の複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと良溶媒とを含むゲル調製用組成物を架橋により硬化させることにより、製造することができる。また、ゲル調製用組成物を型に入れて硬化させることにより、その意図された目的に応じて、シート状、球状等の所望の形状に成形することができる。シート状のゲルであるゲルシートの形は、さらに意図された目的に応じて任意の形状とすることができ、例えば平面視で略矩形、略円形等が挙げられるがこれらに限定されない。
　本発明の一部の実施形態では、本発明の実施形態のゲルから良溶媒を低減又は除去した、有孔性ポリマー架橋体が提供される。良溶媒を低減又は除去は、加温乾燥、空気乾燥等の当該技術分野の慣用的な方法により行うことができる。かかる有孔性ポリマー架橋体は、ポリマー構造の秩序が高い点で有利である。
  本発明の別の態様によれば、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと、該分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で良溶媒に配置されている組成物が提供される。このような組成物を、上記の本発明の一態様のゲルの調製に使用することができる。
　好ましい実施形態では、ボンドパーコレーションの点から、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基と、架橋剤の官能基とを架橋する場合、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーにおける架橋剤と反応性の官能基の合計数と、対応する架橋剤の官能基の合計数は実質的に等しい。特定の好ましい実施形態では、分岐モノマー又は分岐ポリマーにおける架橋剤と反応性の官能基の合計数：対応する架橋剤の官能基の合計数の比が、3：2～2：3であることが好ましい。
　また、好ましい実施形態では、第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求核性官能基と、第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求電子性官能基とを架橋する場合、第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求核性官能基の合計数と、対応する第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求電子性官能基の架橋剤と反応性の官能基の合計数は実質的に等しい。特定の好ましい実施形態では、第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求核性官能基の合計数：対応する第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の求電子性官能基の架橋剤と反応性の官能基の合計数の比が、3：2～2：3であることが好ましい。
　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーの濃度は特に限定されないが、下限値は1重量%以上であることが好ましく、6重量％以上であることが好ましく、6.1重量%以上であることが好ましく、10重量%以上であることが好ましい。上限値は99重量%以下であることが好ましく、70重量%以下であることが好ましく、50重量%以下であることが好ましく、40重量%以下であることが好ましく、30重量%以下であることが好ましく、20重量%以下であることが好ましい。いくつかの実施形態において、ゲル中のポリマーの濃度は6重量％～99重量%であることがより好ましく、10重量%～70重量%であることがより好ましく、10重量%～50重量%であることがより好ましく、10重量%～40重量%であることがより好ましく、10重量%～30重量%であることがより好ましく、10重量%～20重量%であることがさらに好ましい。
　分岐モノマー又は分岐ポリマー、良溶媒、架橋手段の詳細については、本発明の一態様のゲルに関して上述した通りである。
　分岐モノマー又は分岐ポリマーの分岐の数は、2以上であれば特に限定されないが、好ましくは四分岐型ポリマーである。分岐モノマー又は分岐ポリマーの骨格は、分岐モノマー又は分岐ポリマーを構成できる鎖状分子であれば特に限定されないが、好ましくはポリエチレングリコール(PEG)ポリマー又はビニル基を有するポリマーであり、ビニル基を有するポリマーとしては(メタ)アクリル系ポリマーまたはスチレン系ポリマーが挙げられる。一部の好ましい実施形態では、分岐モノマー又は分岐ポリマーは、ポリエチレングリコールを骨格とする四分岐型ポリマーであるか、又はアクリルまたはスチレンを骨格とする四分岐型ポリマーである。このようなポリマーの場合、ゲルにおけるより大きな空間排除効果を奏する。
　一部の好ましい実施形態では、一つの分岐モノマー又は分岐ポリマーにおける鎖の部分が、同じ構造を有する。例えば、分岐ポリマーが四分岐型ポリマーの場合、分岐から延びる4つの鎖の部分は同じ構造を有する。このようなポリマーの場合、ゲルにおけるより大きな空間排除効果を奏する。
　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーは架橋手段により架橋され、架橋手段としては、分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基とそれに反応性の架橋剤の組み合わせ、及び分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの第1の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基と、それに反応性の第2の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基との組み合わせを含む。言い換えると、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーの架橋は、ポリマー中の隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーが、架橋剤を介して架橋されているものであってもよいし、又は複数の分岐モノマー又は分岐ポリマー同士が側鎖又は末端で直接架橋しているものであってもよい。
　一部の実施形態では、本発明の組成物は、未架橋の組成物と、組成物を架橋した後のゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける散乱ベクトルが1x10-2 < q < 1x10-1 Å-1の範囲での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である。
　一部の実施形態では、本発明の組成物は、未架橋の組成物と、組成物を架橋した後のゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける散乱ベクトルqが7x10-4Å-1 < q < 2x10-3Å-1の範囲での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である。
　一部の実施形態では、SLSで7x10-4Å-1 < q < 2x10-3Å-1の範囲、SAXSで1x10-2 < q < 1x10-1 Å-1の範囲において、組成物におけるSAXS／SLSにおける散乱ベクトルqが小さくなる方向の散乱強度I(q)の増加率が実質的に変化しない。好ましくは、上記範囲における散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である。このことは、組成物における構造不均一性に由来する光の散乱がほとんど起こらないか、全く起こらないことを指す。このような本発明の実施形態の組成物は、SAXS及び／又はSLSで測定される散乱ベクトルqの低領域における散乱強度I(q)の変化が少なく、空間的に均一である。
　一部の実施形態では、組成物のゲル化前の前記組成物に対するゲル化後の前記組成物の、遅延時間0.001～0.1 (ms)の範囲にわたる時間相関関数ｇ2の変化率が、±10%以内である。時間相関関数g2の変化率は、ゲル化前における時間相関関数をg2c、ゲル化後の時間相関関数をg2dとした場合に、(g2d - g2c)/ g2c ＊100 (%)で表される。
　このような本発明の実施形態の組成物は、ゾル状態からゲル状態に変化しても空間不均一から生じる散乱がほとんど生じないほどに材料の構造が秩序立って安定しており、従来のゲル調製用事組成物では達成できなかった究極の均一性を達成している。
　本発明の別の態様によれば、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが重合することにより調製されるポリマーを含むゲルの製造方法であって、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で、良溶媒に混合すること、及び複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合してゲルを得ること、を含む方法が提供される。
　かかるゲルは、本発明の一態様の上記組成物を重合して得ることができる。分岐モノマー又は分岐ポリマーの構造及び組成物中の量、良溶媒の構造及び組成物中の量、架橋手段の詳細については、上述した通りである。
　一部の実施形態では、本発明のゲルの製造方法は、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合する前に、架橋剤を加えることをさらに含む。
　一部の実施形態では、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合することは、刺激により複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを架橋することを含む。刺激としては、熱・温度、pH、磁気、振動、湿度、水、電磁波、光、電気、及び圧力から成る群から選択される1種又は2種以上が挙げられるがこれらに限定されない。例えば、分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基と、それに反応性の架橋剤とが架橋する場合や、分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの第1の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基と、それに反応性の第2の分岐モノマー又は分岐ポリマーの側鎖又は末端の官能基とが架橋する場合に、加熱することにより架橋反応を促進することができる。当業者には得られるゲルの均一な構造を保持する目的で、適切な刺激を選択することができる。
　一部の実施形態では、本発明のゲルの製造方法は、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合する前に、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと前記良溶媒とを含む混合液を精製する工程をさらに含む。精製は、フィルタ又は膜などによる濾過、吸着などにより行うことできる。このような精製工程により、より純度が高く、秩序が高く、より均一なゲルを製造することができる。
　本発明のゲルの製造方法により得られたゲルは、SAXSの散乱強度I(q)及び／又はSLSの散乱強度I(q)、ゲル化前と比較したゲル化後の時間相関関数の変化率、及び異なる2箇所以上の位置における時間相関関数の差のうちの少なくともいずれかが、本発明の一態様のゲルで説明した範囲を満たし得る。
　本願において提案するボンドパーコレーションに基づくゲル材料の製造方法は、分岐モノマー又は分岐ポリマーの化学種・反応様式に依存しないため、上記の本発明の実施形態のゲル、ゲルシート、及び有孔性ポリマー架橋体は、種々の架橋高分子材料へ適用できる可能性があり、医学、薬学、化学、工学、電子工学などの幅広い分野への波及効果が期待される。
　上記の本発明の実施形態のゲル、ゲルシート、及び有孔性ポリマー架橋体は、高度に秩序のあるネットワークを備えた均一な網目構造を有することから、構造不均一性に由来する光の異常散乱が起こらないため、ソフトマテリアルとして達成しうる理論上限の透明度を実現することもできる。このため、例えば、本発明の実施形態のゲル、ゲルシート、及び有孔性ポリマー架橋体は、化粧料、医薬品、医薬部外品、医療品、添加剤、塗料、インキ用基剤、吸収剤、徐放剤、担体、ガラス代替品、接着剤、粘着剤、断熱材、吸音材、衝撃吸収材、負荷分散材、電極材、光ファイバー、フィルム、充填材、充填剤、フィルター、分離膜または電極材の構成成分として使用することができるがこれらに限定されない広範な用途に使用することができる。
また、本発明は以下の構成を採用することもできる。
　項1．複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーと、該複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、ゲル中の前記ポリマーは、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣り合う分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が互いに重なり合う濃度以上の濃度で架橋されている、ゲル。
　項2．前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーの種類及びゲル中の濃度が同一であって、かつ良溶媒の種類及びゲル中の濃度が同一であるゲルの架橋前の組成物に相当する高分子溶液と比較した場合に、未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける0.1Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内であるか、及び／又は未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける0.005Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である、項１に記載のゲル。
　項3．前記ポリマーを6重量％～99重量％の範囲で含む項1又は2に記載のゲル。
　項4．前記ポリマー中の隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーが、架橋剤を介して架橋されているか、又は直接架橋している項1～3のいずれかに記載のゲル。
　項5．遅延時間0.001～0.1(ms)の範囲にわたるゲルの、ゲル化点における時間相関関数から、ゲル化に要した時間の10倍の時間後の時間相関関数までの変化率が±10％以内である項1～4のいずれかに記載の項1～3のいずれかに記載のゲル。
　項6．前記未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける散乱ベクトルが1x10-2 < q < 1x10-1 Å-1の範囲での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である項2に記載のゲル。
　項7．前記未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける散乱ベクトルqが7x10-4Å-1 < q < 2x10-3Å-1の範囲での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である項2に記載のゲル。
　項8．ゲルの遅延時間0.001～0.1(ms)の範囲にわたる、異なる2箇所以上の位置における時間相関関数の差が±10％以内である項1～7のいずれかに記載のゲル。
　項9．光の透過率が95%以上である項1～8のいずれかに記載のゲル。
　項10．複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと、該分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で良溶媒に配置されている組成物。
　項11．前記分岐モノマー又は分岐ポリマーを架橋するための架橋剤をさらに含む項10に記載の組成物。
　項12．前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、求核性官能基を有する第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーと、該求核性官能基と反応性の求電子性官能基を有する第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーとを含む項10に記載の組成物。
　項13．ゲル化前の前記組成物に対するゲル化後の前記組成物の、遅延時間0.001～0.1 (ms)の範囲にわたる時間相関関数の変化率が、±10%以内である項10～12のいずれかに記載の組成物。
　項14．複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが重合することにより調製されるポリマーを含むゲルの製造方法であって、
　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で良溶媒に混合すること、及び
　前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合してゲルを得ること、
を含む、方法。
　項15．前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合する前に、架橋剤を加えることをさらに含む項14に記載の製造方法。
　項16．前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合することは、熱、温度、pH、ガス、磁気、振動、湿度、水、電磁波、光、電気、及び圧力から成る群から選択される1種又は2種以上の刺激により複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを架橋することを含む項14又は15に記載の製造方法。
　項17．前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合する前に、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと前記良溶媒とを含む混合液を精製する工程をさらに含む項14～16のいずれかに記載の製造方法。
　項18．前記製造されたゲルが、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーの種類及びゲル中の濃度が同一であって、かつ良溶媒の種類及びゲル中の濃度が同一であるゲルの架橋前の組成物に相当する高分子溶液と比較した場合に、未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける0.1Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内であるか、及び／又は未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける0.005Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である、項14～17のいずれかに記載の製造方法。
　項19．項1～9のいずれかに記載のゲルを含むゲルシート。
　項20．項1～9のいずれかに記載のゲルから前記良溶媒を低減又は除去した、有孔性ポリマー架橋体。
　項21．項1～9のいずれかに記載のゲル、項19に記載のゲルシート、又は項20に記載の有孔性ポリマー架橋体を含む化粧料、医薬品、医薬部外品、医療品、添加剤、塗料、インキ用基剤、吸収剤、徐放剤、担体、ガラス代替品、接着剤、粘着剤、断熱材、吸音材、衝撃吸収材、負荷分散材、電極材、光ファイバー、フィルム、充填材、充填剤、フィルター、分離膜または電極材。
　項22．化粧料、医薬品、医薬部外品、医療品、添加剤、塗料、インキ用基剤、吸収剤、徐放剤、担体、ガラス代替品、接着剤、粘着剤、断熱材、吸音材、衝撃吸収材、負荷分散材、電極材、光ファイバー、フィルム、充填材、充填剤、フィルター、分離膜または電極材の製造のための項1～9のいずれかに記載のゲル、項19に記載のゲルシート、又は項20に記載の有孔性ポリマー架橋体の使用。
　項23.前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、ポリエチレングリコールを骨格とする四分岐型ポリマーであるか、又はアクリルまたはスチレンを骨格とする四分岐型ポリマーである項1～9のいずれかに記載のゲル。
  項24. 前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、一種類のみの四分岐型ポリマーである項1～9のいずれかに記載のゲル。
　項25.前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、各分岐ポリマーが、末端に2以上の求核性官能基を有する第1の分岐ポリマーと、末端に2以上の求電子性の官能基を有する第2の分岐ポリマーとの架橋により合成される、ポリエチレングリコールを骨格とする四分岐型ポリマーである四分岐型ポリマーである、複数の分岐ポリマーを除く、項1～9のいずれかに記載のゲル。
実施例
　　以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、特段の記載がない限り、実験は温度25℃、圧力1bar（105Pa）で行った。
試験例1
材料及び方法
1．星型ポリマーゲルの調製
　末端がN-ヒドロキシスクシンイミジルエステルである4官能性ポリ(エチレングリコール)(tetra-PEG-NHS; Mw = 20 kg mol-1, NOF) 及び1,14-ジアミノ-3,6,9,12-テトラオキサテトラデカン(amino-PEG4-amine; Sigma-Aldrich)を別々に100 mM酢酸を含有する無水アセトニトリルに溶解した。tetra-PEG-NHS (6 mM)及びamino-PEG4-amine (12 mM) の溶液を遠心ミキサーを用いて混合した(AR-100, THINKY)。amino-PEG4-amineのモル濃度は、アミンのモル濃度がNHS基のそれに一致するよう、tetra-PEG-NHSの2倍とした。混合した溶液を即座に20nm孔径の微細シリンジフィルタ(FD5AXFR12, Entegris)で濾過し、直径10 mmの清潔なガラスチューブに入れ、次にこれをパラフィンで密封した。NHSとアミン基の反応速度を調整するためにアセトニトリルに酸を加え、ゲル化点がtetra-PEG-NHS と amino-PEG4-amineを混合後約1時間となるようにした。すべての調製手順は室温(約25°C)で行った。
　なお、無水アセトニトリルは、tetra-PEG-NHSを無水アセトニトリルに溶解した溶液を後述の時間分解DLSで測定した場合に一つのみの緩和が観察されたことから、良溶媒として選択した(図4)。
2．NIPAM をモノマーとして用いた従来のゲルの調製
　NIPAM (4 mmol)及びN,N′-メチレンビス(アクリルアミド) (BIS; 0.08 mmol) を10 mlの水に溶解した。NIPAM/BIS溶液中にアルゴンガスを20分間分散し、溶液から酸素を除去した。次に、過硫酸アンモニウム(0.008 mmol)及びN,N,N′,N′-テトラメチル-エチレンジアミン(0.04 mmol) を溶液に加えた。混合した溶液を20nm孔径の微細シリンジフィルタ(FD5AXFR12, Entegris)で濾過し、直径10 mmの清潔なガラスチューブに入れ、次にこれをパラフィンで密封した。すべての調製手順は25°Cで行った。
3．動的粘弾性測定
　レオメータ(MCR 501, Anton-Paar)を用いて星型ポリマーのゲル化プロセスの動的粘弾性測定を行った。温度、せん断歪み、及びせん断周波数はそれぞれ25°C, 2%, 及び 1 Hzであった。貯蔵係数G'及び損失係数G"はH. H. Winter et al, J. Rheol. 30, 367-382 (1986)に従って測定した)。
4．1次元静的光散乱
　入射光源としてHe-Neレーザ(波長 λ= 632.8 nm)を用いて市販の光散乱機器(ALV-5000, ALV)でSLSを行った。散乱光はゴニオメータに装着したシングルピクセルアバランシェフォトダイオード検出器で、散乱角度2θ、範囲30°～150°、各角度30秒の露光時間で収集した。散乱強度は、各散乱角度における散乱体積及び散乱している溶媒について補正し、最終的に散乱ベクトルq=4πnsinθ/λ(式中、ｎは溶媒の屈折率である)の大きさの関数としてプロットした。観察されたフォトンを過剰レイリー比に合わせるためにトルエンを使用した。ゾルサンプルとゲルサンプルのレイリー比を等しく1.2 × 104 の倍率で調整し、低q領域におけるSAXSの散乱強度と適合させた (微分散乱断面積)。実験はすべて25°Cで行った。
5．小角X線散乱
　ラボ・ソースの小角機器(SAXSpoint 2.0, Anton-Paar)を用いてSAXS測定を行った。2つの30μｍ厚のガラス窓を備えた密封された平板セルに含まれるサンプルを真空チャンバ内に配置し、波長1.542 ÅのCu-Kα源からの微小焦点ｘ線で照射した。サンプルに当てるビーム直径は約1 mmとした。サンプルから検出器までの距離は812 mmであった。散乱されたx線を2次元ハイブリッドピクセル検出器(2D Eiger R 1M, Dectris).で収集した。サンプルごとの露光時間は24時間とした。散乱強度は1次元(1D)強度プロファイルを得るために円形平滑化し、次に、科学データ分析ソフトウェア(Igor Pro 8, WaveMetrics)でカスタムメイドのデータ整理パッケージRed2D (https://github.com/hurxl/Red2D) を用いて入射ビーム光束、サンプル吸収及び厚さ、露光時間、及びセルと溶媒の散乱について補正した。強度を散乱ベクトルqの大きさの関数としてプロットした。ガラスカーボン(National Institute of Standards and Technology, USA) とベヘン酸銀標準(Nagara Science, Japan) とを使用して、絶対強度(微分散乱断面積)と精密なサンプルから検出器までの距離とをそれぞれ補正した。測定はすべて25°Cで行った。
6．顕微鏡による2次元静的光散乱
　プレゲル溶液で満たされたガラス管を倒立顕微鏡(ECLIPSE Ti-U, Nikon)のステージの上に配置した。波長488nmA及び直径0.5 mmのコヒーレントなレーザービームをガラス管の上に向けた。10倍対物レンズ(TU Plan Fluor EPI, Nikon)を介して散乱光を収集し、EMCCD カメラ(iXon3, Andor Technology)で記録した。測定は室温(約25°C)で行った。
7．時間分解DLS
　ゲル化プロセスの間に「4．1次元静的光散乱」の節で説明したのと同じ光散乱機器(ALV-5000, ALV)で時間分解DLSを測定した。散乱角度は90°で固定した。1フレーム当たり30秒のデータ収集でゲル化プロセスの間、時間分解測定を行った。測定はすべて25°Cで行った。
8．複数のサンプル位置におけるDLS
　上述の同じ光散乱装置を使用した。自動回転及び上下動作装置を用いて1つの位置辺り300秒間で100個の異なる位置ですべてのサンプルを測定した。測定はすべて25°Cで行った。
結果
　まず空間充填ユニットとして、分岐ポリマーとして4つのアームを有するポリ(エチレングリコール)からなる星型ポリマーを使用した(図5(A))。次に、ボンドパーコレーションモデルが想定するように星型ポリマーが空間を均一かつ密に充填することを確実にすべく、隣り合う星型ポリマーの分岐鎖が重なり合う濃度(～6 wt%)を十分に超える濃度(12wt%)で星型ポリマーを良溶媒に溶解させた(図5(B))。架橋中に星型ポリマーの鎖が分離するのを防ぐため、本研究に使用している星型ポリマーに対する優れた親和性を示す溶媒として無水アセトニトリルを選択した(図5(C))。さらに、溶液から可能な限り埃及びナノバブルを除去するため、溶液を平均孔径20nmの超微細シリンジフィルターで濾過した。溶液に化学量論量の架橋剤を添加した後、ここでは架橋剤として小分子の二官能性架橋剤を使用)、星型ポリマー溶液はゾル-ゲル転移を受けた(図5(C,D)))。星型ポリマー溶液はゲル構造不均一性に由来する光の異常散乱が起こらないため、非常に透明なゲルが得られた(図5(D))。より正確なゲル化点は、動的粘弾性測定により貯蔵係数G'と損失係数G"の交差点として測定することができた(図5E)。
　星型ポリマーのゲルのG'(=10400Pa)を上述の等式(S2)及び(S3)に代入すると、星型ポリマーの接続度は0.92と計算される。製造業者の報告によると星型ポリマーの末端基の変換率が約0.95であることを考慮すると、このゲルの接続度はほぼ理想的な架空ネットワークに等しいことがわかった。
　次に、ゲル内のナノメートル構造を調べるために、SLS及びSAXSを用いてフーリエ空間で分岐ポリマー鎖の空間関数を評価した。図6はプレゲル溶液(Sol)とボンドパーコレーションスキームにより合成した十分に発達したゲル(Gel)との散乱プロファイルを示す。ゾルサンプルとゲルサンプルのSLS強度は、散乱ベクトルqの低領域(low-q-limit) でSAXSの強度I(q)と適合するように同じ係数によりスケールを調整した。驚くべきことに、ポリマーゲルと非架橋のプレゲル溶液の散乱プロファイルはほぼ同一であった。すなわち、ポリマー鎖間の空間的相関は架橋によって変わらなかった。これは星型ポリマーのゲル化がボンドパーコレーションにより進行したことを強く示唆している。以下、本実施例のゲルを「ボンドパーコレーションゲル」と称する。
　他に留意すべき点は、過去のポリマーゲルで常に観察された異常な強いqの低領域での散乱が、ボンドパーコレーションゲルでは観察されなかったことである。
  ボンドパーコレーションゲルの均一性をさらに確認するため、本発明者らはレーザースペックル試験を行い、ゲルにおける空間的欠陥を視覚化した。図7に示すように、ガラス管に入れたゲル調製用サンプルにコヒーレント光を照射し、散乱光の2次元パターンを電子倍増結合結合素子(EMCCD)カメラで監視した。図8(A), (B)に示すように、ボンドパーコレーションゲルではプレゲル溶液から十分に発達させたゲルまで散乱パターンは同じであった。予想外なことに、ゲル化点でも、散乱パターンにほとんど変化はなかった。空間的欠陥の指標である静的レーザースペックル(すなわち明るい斑点)は全く観察されなかった(動画のためデータ省略)。
　この知見をより明確にするために、一般的なモノマーであるN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)を用いて小分子モノマーと架橋剤を水中で共重合することにより合成した従来のゲル(M. Shibayama et al., Macromolecules 29, 8746-8750 (1996))に対しても同じ測定を行った。このモノマー／架橋剤のシステムは、小分子モノマーと架橋剤とが溶液の空間を充填しないため、典型的なサイト-ボンドパーコレーションとして作用するものである。予想通りに、従来のゲルの散乱パターンは網目構造の形成中に顕著に変化した(図8 (C), (D))。反応の進行とともに総散乱強度は増加し、ゾル-ゲル転位点で最大に達した。さらに、初期のゲルネットワークが形成されると、ポリマー鎖の不均一な分布を反映する多数のレーザースペックルが観察された(動画のためデータ省略)。
　以上の静的散乱の結果は、ポリマーゲルにおける空間的均一性が、提案されたボンドパーコレーションスキームにより大幅に改善されたことを示している。
　次に、本発明者らは、時間的相関の観点からもゲルの網目構造の均一性について評価した。まず、時間分解動的光散乱(DLS)により、ゲル化プロセスの間じゅう、一定のサンプル位置における散乱強度の時間相関関数(g2)を測定した。反応開始から約60分後にゾル-ゲル転移が確かに起こっているにもかからわず、ボンドパーコレーションゲルには時間相関関数の知覚できる変化はなかった(図9 (A))。g2 曲線は架橋の程度に係らず単一のマスター曲線で下降した。ボンドパーコレーションゲルのg2 の挙動は、他のどのゲルの挙動-g2 がゾル-ゲル転移点で顕著に変化し、ゲル形成後に初期値g2(0)の知覚できる抑制が共通して観察される-(例えばT. Ngai, J. Phys. Chem. B108 5532-5540 (2004); T. Sakai, Macromolecules 41, 5379-5384 (2008)参照)とも完全に異なっている。
　図9 (B)はNIPAMモノマー／架橋剤システムを用いた従来のゲルのゲル化の例である。g2(0)の抑制は実験時間内の～q-1の観察長さスケールを超えない局所的な振動の存在を示しており、ゲル中のこのような局所的振動の由来は不確かであるが、架橋剤とその隣接ポリマー鎖との動態が制限されていることに因ることが多い。しかしながら、ボンドパーコレーションゲルではそのようなg2(0)の抑制は観察されなかった(図9 (A))。これは局所的な振動がポリマーゲルの固有の性質ではないことを示している。ボンドパーコレーションゲルは空間的欠陥のいかなる兆候も示さなかったため、過去のゲルで観察された局所的振動は局所的に発生した空間的欠陥によるものである可能性が非常に高く、これは本実施例のパーコレーションスキームを用いて除去し得るものである。
　ポリマーゲルは非エルゴード的な材料であり、図9(A)に示した一つのサンプル位置での測定はゲルの網目構造全体の動態を表していない可能性があるため、次に本発明者らは十分に発達させたゲルの100箇所のランダムに選択した異なるサンプル位置で追加のDLS測定を行い、局所的な時間相関関数と、アンサンブル平均した時間相関関数とが一致するかどうかを調べた。その結果、図9(C)に示すように、異なる複数のサンプル位置におけるボンドパーコレーションゲルのg2曲線は互いに一致していた。アンサンブル平均した関数g2Eも個々の局所的なg2曲線と一致していた。これに対し、図9(D)に示すように、従来のゲルの挙動はボンドパーコレーションゲルの位置依存的な緩和とは顕著に対照的であり、従来のゲルにおける各g2 曲線はサンプル位置に依存し、アンサンブル平均とは一致しなかった。局所的動態とアンサンブル平均した動態の一致は、本実施例のボンドパーコレーションにおける濃度変化がエルゴード性であることを示唆している。
　本発明の均一な網目を持つゲルは、高性能分離膜としての応用が期待されるだけではく、構造不均一性に由来する光の異常散乱が起こらないため、ソフトマテリアルとして達成しうる理論上限の透明度が実現可能である。
試験例2
材料及び方法
1．星型ポリマーゲルの調製
　Bond percolationゲル、Site percolationゲル、non-ideal percolationゲルのいずれも、分岐ポリマーであるtetra-PEG-NHS（分子量 20,000 g mol-1）を、概ね等化学量論比のamino-PEG4-amineで架橋し、ゲルを合成した（図10A, B）。ここで使用したtetra-PEG-NHSの重なり合い濃度は約6wt%である。Bond percolationゲルの合成では、tetra-PEG-NHSの濃度は重なり合い濃度よりも2倍程度高い12wt%として、溶媒には良溶媒である無水アセトニトリルを用いた（図10C,F）。一方で、Site percolationゲルの合成では、溶媒は良溶媒の無水アセトニトリルのままであるが、tetra-PEG-NHSの濃度は重なり合い濃度の半分程度である3wt%とした（図10D,G）。Site percolationゲルでは、分岐ポリマーが空間を十分に緻密に充填しておらず、様々な空間配置を持った網目構造が形成されることが可能である。Non-ideal bond percolationゲルの合成では、tetra-PEG-NHSの濃度は十分に高い12wt%としたが、溶媒を溶解性が劣る水に変更した（図10E,H）。溶媒の溶解性が低いために、分岐ポリマーは架橋前から凝集体を形成しやすく、分岐ポリマーが空間を均一に充填することができない。いずれのゲル化反応でもゲル化時間が5-10分程度になるように、酢酸あるいはリン酸塩を溶媒に入れて、架橋反応速度を制御した。得られたゲルのいくつかの評価を試験例1と同様に行った。
結果
1. 動的粘弾性測定
  いずれの合成条件でも、10分以内に貯蔵係数G'が損失係数G"を超え、ゲル化が確認された（図10A,B,C）。
2. 顕微鏡による2次元静的光散乱
　2Dレーザースペックル測定を用いることで、bond percolationゲルと比較して、site percolationゲルとnon-ideal percolationゲルにはより多くの明暗のあるスポット（スペックル）が観測された（図11D,E,F）。図11D,E,F中の点線に沿った散乱強度の規格化されたラインプロファイルは図11G,H,Iにそれぞれ示した。<I>はラインプロファイルでの平均散乱強度で、ΔIは各点での<I>からの差である。ΔI/<I>の絶対値が小さいほど、均一な構造が形成されていることを定性的に示す。Bond percolationゲルの作成条件から逸脱すると、不均一なゲルが形成されることを示している。
3．小角X線散乱
  それぞれのゲルをSAXSで測定し（図12A）、それぞれのゲルと同じ成分を同じ濃度で含む、ゲルの架橋前の組成物に相当するポリマー溶液に対して予測される理論線と比較した（図12B）。理論線は図中に実線で示している。ここで示した理論線は全て、重なり合い濃度以上の場合に対応している。ξは重なり合い濃度以上で定義される濃度にのみ依存した相関長であり、構造の均一・不均一に依らないため、SAXSのプロファイルではξで規格化した上で議論をしている。Bond percolationゲルは理論線とほぼ一致するのに対して、Site percolationゲル、そしてNon-ideal bond percolationゲルでは対応するポリマー溶液の理論線からの逸脱している部分が観測された（図12B）。ポリマー溶液の理論線からの逸脱は、未架橋の溶液の時には存在しない構造欠陥が形成されていることを示している。そのため、SAXSのプロファイルから、Bond percolationゲルは極めて均一であり、Site percolationゲルとNon-ideal bond percolationゲルは構造欠陥を含むことが示された。
試験例3
　Tetra-PEG-SH、分子量20,000 gmol-1を濃度が12wt%となるようにガラス試験管内のアセトニトリル中に溶解させ、濃度30wt%の過酸化水素水を少量加えた。過酸化水素による酸化反応でSH同士が反応し、ジスルフィド結合（S-S）が形成されるため、tetra-PEG-SH同士がA-A型架橋反応（架橋剤を用いない）によりゲルが形成された。ゲルの形成はガラス試験管を倒置させ、tetra-PEG-SHの反応溶液が重力によって落ちて来ないことによって確認した。作製したゲルに対して、100箇所異なる場所で動的光散乱測定を行い、散乱強度の時間相関関数g2を計測した。100箇所でのg2は遅延時間0.001 ms <τ< 0.1 msの範囲内で、±10%の変動に収まっており、極めて均一なゲルが合成されたことが判明した（図13）。

Claims (22)

  1. 　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーと、該複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、ゲル中の前記ポリマーは、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣り合う分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が互いに重なり合う濃度以上の濃度で架橋されている、ゲル。
  2. 　前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーの種類及びゲル中の濃度が同一であって、かつ良溶媒の種類及びゲル中の濃度が同一であるゲルの架橋前の組成物に相当する高分子溶液と比較した場合に、未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける0.1Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内であるか、及び／又は未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける0.005Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である、請求項１に記載のゲル。
  3. 　前記ポリマーを6重量％～99重量％の範囲で含む請求項1又は2に記載のゲル。
  4. 　前記ポリマー中の隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーが、架橋剤を介して架橋されているか、又は直接架橋している請求項1～3のいずれかに記載のゲル。
  5. 　遅延時間0.001～0.1(ms)の範囲にわたるゲルの、ゲル化点における時間相関関数から、ゲル化に要した時間の10倍の時間後の時間相関関数までの変化率が±10％以内である請求項1～4のいずれかに記載の請求項1～3のいずれかに記載のゲル。
  6. 　前記未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける散乱ベクトルが1x10-2 < q < 1x10-1 Å-1の範囲での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である請求項2に記載のゲル。
  7. 　前記未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける散乱ベクトルqが7x10-4Å-1 < q < 2x10-3Å-1の範囲での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である請求項2に記載のゲル。
  8. 　ゲルの遅延時間0.001～0.1(ms)の範囲にわたる、異なる2箇所以上の位置における時間相関関数の差が±10％以内である請求項1～7のいずれかに記載のゲル。
  9. 　光の透過率が95%以上である請求項1～8のいずれかに記載のゲル。
  10. 　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと、該分岐モノマー又は分岐ポリマーに対する良溶媒とを含み、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で良溶媒に配置されている組成物。
  11. 　前記分岐モノマー又は分岐ポリマーを架橋するための架橋剤をさらに含む請求項10に記載の組成物。
  12. 　前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが、求核性官能基を有する第１の分岐モノマー又は分岐ポリマーと、該求核性官能基と反応性の求電子性官能基を有する第２の分岐モノマー又は分岐ポリマーとを含む請求項10に記載の組成物。
  13. 　ゲル化前の前記組成物に対するゲル化後の前記組成物の、遅延時間0.001～0.1 (ms)の範囲にわたる時間相関関数の変化率が、±10%以内である請求項10～12のいずれかに記載の組成物。
  14. 　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが重合することにより調製されるポリマーを含むゲルの製造方法であって、
    　複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを、複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーのうちの隣接する分岐モノマー又は分岐ポリマーの鎖が重なり合う濃度以上の濃度で良溶媒に混合すること、及び
    　前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合してゲルを得ること、
    を含む、方法。
  15. 　前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合する前に、架橋剤を加えることをさらに含む請求項14に記載の製造方法。
  16. 　前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合することは、熱、温度、pH、ガス、磁気、振動、湿度、水、電磁波、光、電気、及び圧力から成る群から選択される1種又は2種以上の刺激により複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを架橋することを含む請求項14又は15に記載の製造方法。
  17. 　前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーを重合する前に、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーと前記良溶媒とを含む混合液を精製する工程をさらに含む請求項14～16のいずれかに記載の製造方法。
  18. 　前記製造されたゲルが、前記複数の分岐モノマー又は分岐ポリマーが架橋することにより調製されるポリマーの種類及びゲル中の濃度が同一であって、かつ良溶媒の種類及びゲル中の濃度が同一であるゲルの架橋前の組成物に相当する高分子溶液と比較した場合に、未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の小角X線散乱スペクトル(SAXS)のプロファイルにおける0.1Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内であるか、及び／又は未架橋の高分子溶液と前記ゲルとの間の静的レーザー光散乱(SLS)のプロファイルにおける0.005Å-1以下での散乱強度I(q)の最大変化率が－50%～＋100%の範囲内である、請求項14～17のいずれかに記載の製造方法。
  19. 　請求項1～9のいずれかに記載のゲルを含むゲルシート。
  20. 　請求項1～9のいずれかに記載のゲルから前記良溶媒を低減又は除去した、有孔性ポリマー架橋体。
  21. 　請求項1～9のいずれかに記載のゲル、請求項19に記載のゲルシート、又は請求項20に記載の有孔性ポリマー架橋体を含む化粧料、医薬品、医薬部外品、医療品、添加剤、塗料、インキ用基剤、吸収剤、徐放剤、担体、ガラス代替品、接着剤、粘着剤、断熱材、吸音材、衝撃吸収材、負荷分散材、電極材、光ファイバー、フィルム、充填材、充填剤、フィルター、分離膜または電極材。
  22. 　化粧料、医薬品、医薬部外品、医療品、添加剤、塗料、インキ用基剤、吸収剤、徐放剤、担体、ガラス代替品、接着剤、粘着剤、断熱材、吸音材、衝撃吸収材、負荷分散材、電極材、光ファイバー、フィルム、充填材、充填剤、フィルター、分離膜または電極材の製造のための請求項1～9のいずれかに記載のゲル、請求項19に記載のゲルシート、又は請求項20に記載の有孔性ポリマー架橋体の使用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117224129A (zh) * 2023-11-15 2023-12-15 之江实验室 电极及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010070775A1 (ja) * 2008-12-19 2010-06-24 株式会社ネクスト２１ 超高強度インジェクタブルハイドロゲル及びその製造方法
JP2013060504A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Univ Of Tokyo イオン液体含有ゲル状組成物、ゲル状薄膜、及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010070775A1 (ja) * 2008-12-19 2010-06-24 株式会社ネクスト２１ 超高強度インジェクタブルハイドロゲル及びその製造方法
JP2013060504A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Univ Of Tokyo イオン液体含有ゲル状組成物、ゲル状薄膜、及びその製造方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MATSUNAGA TAKURO, SAKAI TAKAMASA, AKAGI YUKI, CHUNG UNG-IL, SHIBAYAMA MITSUHIRO: "SANS and SLS Studies on Tetra-Arm PEG Gels in As-Prepared and Swollen States", MACROMOLECULES, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, WASHINGTON DC UNITED STATES, vol. 42, no. 16, 25 August 2009 (2009-08-25), Washington DC United States, pages 6245 - 6252, XP055830468, ISSN: 0024-9297, DOI: 10.1021/ma901013q *
MATSUNAGA TAKURO, SAKAI TAKAMASA, AKAGI YUKI, CHUNG UNG-IL, SHIBAYAMA MITSUHIRO: "Structure Characterization of Tetra-PEG Gel by Small-Angle Neutron Scattering", MACROMOLECULES, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, WASHINGTON DC UNITED STATES, vol. 42, no. 4, 24 February 2009 (2009-02-24), Washington DC United States, pages 1344 - 1351, XP055795319, ISSN: 0024-9297, DOI: 10.1021/ma802280n *
TAKAMASA SAKAI, TAKURO MATSUNAGA, YUJI YAMAMOTO, CHIKA ITO, RYO YOSHIDA, SHIGEKI SUZUKI, NOBUO SASAKI, MITSUHIRO SHIBAYAMA, UNG-IL: "Design and Fabrication of a High-Strength Hydrogel with Ideally Homogeneous Network Structure from Tetrahedron-like Macromonomers", MACROMOLECULES, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, WASHINGTON DC UNITED STATES, vol. 41, no. 14, 1 July 2008 (2008-07-01), Washington DC United States, pages 5379 - 5384, XP055511421, ISSN: 0024-9297, DOI: 10.1021/ma800476x *
TSUJI YUI, LI XIANG, SHIBAYAMA MITSUHIRO: "Evaluation of Mesh Size in Model Polymer Networks Consisting of Tetra-Arm and Linear Poly(ethylene glycol)s", GELS, vol. 4, no. 2, 25 May 2018 (2018-05-25), XP055830469, DOI: 10.3390/gels4020050 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117224129A (zh) * 2023-11-15 2023-12-15 之江实验室 电极及其制备方法和应用
CN117224129B (zh) * 2023-11-15 2024-03-26 之江实验室 电极及其制备方法和应用

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