JP4821006B2 - 架橋ポリロタキサン及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリロタキサン同士を架橋させた架橋ポリロタキサン及びその製造方法に関する。特に、本発明は、ポリロタキサンに含まれるシクロデキストリンのＯＨ基を非イオン性基に置換した架橋ポリロタキサンであって物理結合を介して複数のポリロタキサンが架橋してなる架橋ポリロタキサン及びその製造方法、並びに該架橋ポリロタキサンを有する外部応答性材料に関する。
従来より、熱可逆性を示すハイドロゲルとして、寒天やゼラチンなどがよく知られている。これらは、加熱により流動性のあるゾル状態、冷却により流動性を失ったゲル状態を示す。
これらのハイドロゲルとは逆の温度特性、即ち低温側でゾル状態、高温側でゲル状態となるゾル−ゲル転移を示す既知化合物として、N,N-ジイソプロピルアクリルアミド系高分子、ポリプロピレングリコール系高分子などが知られている。これらは、細胞培養担体、創傷被覆材、生体接着剤などを含む医療やバイオテクノロジー分野での応用が期待されている。
特開平９−３０１８９３号公報。
これらのハイドロゲルとは逆の温度特性、即ち低温側でゾル状態、高温側でゲル状態となるゾル−ゲル転移を示す既知化合物として、N,N-ジイソプロピルアクリルアミド系高分子、ポリプロピレングリコール系高分子などが知られている。これらは、細胞培養担体、創傷被覆材、生体接着剤などを含む医療やバイオテクノロジー分野での応用が期待されている。
しかし、低温側でゾル状態、高温側でゲル状態となるゾル−ゲル転移を示す既知化合物は、医療やバイオテクノロジーなどに応用する場合、その安全性、即ち生体適合性が懸念される。
そこで、本発明の目的は、安全性、即ち生体適合性を有し、低温側で非ゲル状態（例えばゾル状態、溶液状態など）、高温側で架橋状態、例えばゲル状態となる非ゲル−ゲル転移を示す化合物又は材料を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的の他に、非ゲル−ゲル転移点を制御することができる化合物又は組成物を提供することにある。
そこで、本発明の目的は、安全性、即ち生体適合性を有し、低温側で非ゲル状態（例えばゾル状態、溶液状態など）、高温側で架橋状態、例えばゲル状態となる非ゲル−ゲル転移を示す化合物又は材料を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的の他に、非ゲル−ゲル転移点を制御することができる化合物又は組成物を提供することにある。
本発明者らは、シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなる架橋ポリロタキサンを用いることにより、上記課題を解決できることを見出した。
具体的には、本発明者らは、以下の発明により、上記課題を解決できることを見出した。
＜１＞ シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなる架橋ポリロタキサンであって、前記シクロデキストリン分子の水酸基（−ＯＨ）の一部又は全部が非イオン性基で置換されることを特徴とする架橋ポリロタキサン。
＜１＞ シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなる架橋ポリロタキサンであって、前記シクロデキストリン分子の水酸基（−ＯＨ）の一部又は全部が非イオン性基で置換されることを特徴とする架橋ポリロタキサン。
＜２＞ シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなる架橋ポリロタキサンであって、前記シクロデキストリン分子の水酸基（−ＯＨ）の一部又は全部が非イオン性基で置換され、外部刺激の有無により未架橋状態又は架橋状態から架橋状態又は未架橋状態へと可逆的に変化する可逆的な外部刺激応答性を示す架橋ポリロタキサン。
＜３＞ 上記＜２＞において、前記外部刺激が熱であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において未架橋状態から架橋状態であるゲル状態へと転移するのがよい。
＜４＞ 上記＜３＞において、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるゲル状態から未架橋状態へと転移するのがよい。
＜４＞ 上記＜３＞において、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるゲル状態から未架橋状態へと転移するのがよい。
＜５＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−ＯＲ基であり、該Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜６＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基であり、該Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ２、又はＳＨであるのがよい。
＜６＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基であり、該Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ２、又はＳＨであるのがよい。
＜７＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ１基であり、該Ｒ１は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜８＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｒ２基であり、該Ｒ２は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜８＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｒ２基であり、該Ｒ２は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜９＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ３基であり、該Ｒ３は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜１０＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ４基であり、該Ｒ４は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜１０＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ４基であり、該Ｒ４は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜１１＞ 上記＜１＞〜＜１０＞のいずれかにおいて、非イオン性基は、全シクロデキストリン分子の全水酸基のうちの１０％〜１００％、好ましくは２０〜１００％、より好ましくは３０〜１００％が置換されるのがよい。
＜１２＞ 上記＜１＞〜＜１１＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれるのがよい。
＜１２＞ 上記＜１＞〜＜１１＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれるのがよい。
＜１３＞ 上記＜１＞〜＜１２＞のいずれかにおいて、直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、及びポリプロピレンからなる群から選ばれるのがよい。
＜１４＞ 上記＜１＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、封鎖基が、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、置換ベンゼン類（置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、置換されていてもよい多核芳香族類（置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、及びステロイド類からなる群から選ばれるのがよい。なお、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、及びピレン類からなる群から選ばれるのが好ましく、より好ましくはアダマンタン基類又はトリチル基類であるのがよい。
＜１４＞ 上記＜１＞〜＜１３＞のいずれかにおいて、封鎖基が、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、置換ベンゼン類（置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、置換されていてもよい多核芳香族類（置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、及びステロイド類からなる群から選ばれるのがよい。なお、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、及びピレン類からなる群から選ばれるのが好ましく、より好ましくはアダマンタン基類又はトリチル基類であるのがよい。
＜１５＞ 上記＜１＞〜＜１４＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子がα−シクロデキストリンであり、前記直鎖状分子がポリエチレングリコールであるのがよい。
＜１６＞ 上記＜１＞〜＜１５＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が直鎖状分子により串刺し状に包接される際にシクロデキストリン分子が最大限に包接される量を１とした場合、前記シクロデキストリン分子が０．００１〜０．６、好ましくは０．０１〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．４の量で直鎖状分子に串刺し状に包接されるのがよい。
＜１７＞ 上記＜１＞〜＜１６＞のいずれかにおいて、直鎖状分子はその分子量が１万以上、好ましくは２万以上、より好ましくは３．５万以上であるのがよい。
＜１６＞ 上記＜１＞〜＜１５＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が直鎖状分子により串刺し状に包接される際にシクロデキストリン分子が最大限に包接される量を１とした場合、前記シクロデキストリン分子が０．００１〜０．６、好ましくは０．０１〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．４の量で直鎖状分子に串刺し状に包接されるのがよい。
＜１７＞ 上記＜１＞〜＜１６＞のいずれかにおいて、直鎖状分子はその分子量が１万以上、好ましくは２万以上、より好ましくは３．５万以上であるのがよい。
＜１８＞ 架橋ポリロタキサンの調製方法であって、１）シクロデキストリン分子と直鎖状分子とを混合してシクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接する擬ポリロタキサンを調製する擬ポリロタキサン調製工程；２）前記ＣＤ分子が串刺し状態から脱離しないように、擬ポリロタキサンの両末端を封鎖基で封鎖してポリロタキサンを調製するポリロタキサン調製工程；３）Ａ）前記１）擬ポリロタキサン調製工程前、Ｂ）前記１）擬ポリロタキサン調製工程後であって前記２）ポリロタキサン調製工程前；及び／又はＣ）前記２）ポリロタキサン調製工程後に、シクロデキストリン分子のＯＨ基の一部を非イオン性基に置換する置換工程；４）得られた、少なくとも２分子のポリロタキサンを親水性溶媒に溶解する溶解工程；及び５）親水性溶媒中のポリロタキサンに外部刺激を与えることにより、物理結合を介して該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理架橋する物理架橋工程を有する架橋ポリロタキサンの調製方法。
＜１９＞ 上記＜１８＞において、外部刺激が熱であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において未架橋状態から架橋状態であるハイドロゲル状態へと転移するのがよい。
＜２０＞ 上記＜１９＞において、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移するのがよい。
＜２０＞ 上記＜１９＞において、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移するのがよい。
＜２１＞ 上記＜１８＞〜＜２０＞のいずれかの溶解工程において、ポリロタキサンと親水性溶媒との重量比率が、０．１：９９．９〜７０：３０、好ましくは１：９９〜５０：５０、好ましくは３：９７〜３０：７０であるようにポリロタキサンを溶解するのがよい。
＜２２＞ 上記＜１８＞〜＜２１＞のいずれかにおいて、置換工程を、２）ポリロタキサン調製工程後に設けるのがよい。
＜２２＞ 上記＜１８＞〜＜２１＞のいずれかにおいて、置換工程を、２）ポリロタキサン調製工程後に設けるのがよい。
＜２３＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−ＯＲ基であり、該Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜２４＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基であり、該Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ２、又はＳＨであるのがよい。
＜２４＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基であり、該Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ２、又はＳＨであるのがよい。
＜２５＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ１基であり、該Ｒ１は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜２６＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｒ２基であり、該Ｒ２は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜２６＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｒ２基であり、該Ｒ２は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜２７＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ３基であり、該Ｒ３は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜２８＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ４基であり、該Ｒ４は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜２８＞ 上記＜１８＞〜＜２２＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ４基であり、該Ｒ４は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜２９＞ 上記＜１８＞〜＜２８＞のいずれかにおいて、非イオン性基は、全シクロデキストリン分子の全水酸基のうちの１０％〜１００％、好ましくは２０〜１００％、より好ましくは３０〜１００％が置換されるのがよい。
＜３０＞ 上記＜１８＞〜＜２９＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれるのがよい。
＜３１＞ 上記＜１８＞〜＜３０＞のいずれかにおいて、直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、及びポリプロピレンからなる群から選ばれるのがよい。
＜３０＞ 上記＜１８＞〜＜２９＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれるのがよい。
＜３１＞ 上記＜１８＞〜＜３０＞のいずれかにおいて、直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、及びポリプロピレンからなる群から選ばれるのがよい。
＜３２＞ 上記＜１８＞〜＜３１＞のいずれかにおいて、封鎖基が、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、置換ベンゼン類（置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、置換されていてもよい多核芳香族類（置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、及びステロイド類からなる群から選ばれるのがよい。なお、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、及びピレン類からなる群から選ばれるのが好ましく、より好ましくはアダマンタン基類又はトリチル基類であるのがよい。
＜３３＞ 上記＜１８＞〜＜３２＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子がα−シクロデキストリンであり、前記直鎖状分子がポリエチレングリコールであるのがよい。
＜３３＞ 上記＜１８＞〜＜３２＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子がα−シクロデキストリンであり、前記直鎖状分子がポリエチレングリコールであるのがよい。
＜３４＞ 上記＜１８＞〜＜３３＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が直鎖状分子により串刺し状に包接される際にシクロデキストリン分子が最大限に包接される量を１とした場合、前記シクロデキストリン分子が０．００１〜０．６、好ましくは０．０１〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．４の量で直鎖状分子に串刺し状に包接されるのがよい。
＜３５＞ 上記＜１８＞〜＜３４＞のいずれかにおいて、直鎖状分子はその分子量が１万以上、好ましくは２万以上、より好ましくは３．５万以上であるのがよい。
＜３５＞ 上記＜１８＞〜＜３４＞のいずれかにおいて、直鎖状分子はその分子量が１万以上、好ましくは２万以上、より好ましくは３．５万以上であるのがよい。
＜３６＞ 架橋ポリロタキサン及び溶媒を有する外部刺激応答性材料であって、前記架橋ポリロタキサンは、シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、且つ該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなり、前記シクロデキストリン分子の水酸基（−ＯＨ）の一部又は全部が非イオン性基で置換され、外部刺激の有無により未架橋状態又は架橋状態から架橋状態又は未架橋状態へと可逆的に変化する可逆的な外部刺激応答性を示す外部刺激応答性材料。
＜３７＞ 上記＜３６＞において、外部刺激が熱であり、溶媒が水であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において未架橋状態から架橋状態であるハイドロゲル状態へと転移するのがよい。
＜３８＞ 上記＜３７＞において、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移するのがよい。
＜３８＞ 上記＜３７＞において、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移するのがよい。
＜３９＞ 上記＜３６＞〜＜３８＞のいずれかにおいて、架橋ポリロタキサンと前記溶媒との重量比率が、０．１：９９．９〜７０：３０、好ましくは１：９９〜５０：５０、好ましくは３：９７〜３０：７０であるのがよい。
＜４０＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−ＯＲ基であり、該Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４１＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基であり、該Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ２、又はＳＨであるのがよい。
＜４０＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−ＯＲ基であり、該Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４１＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基であり、該Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ２、又はＳＨであるのがよい。
＜４２＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ１基であり、該Ｒ１は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４３＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｒ２基であり、該Ｒ２は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４３＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｒ２基であり、該Ｒ２は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４４＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ３基であり、該Ｒ３は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４５＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ４基であり、該Ｒ４は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４５＞ 上記＜３６＞〜＜３９＞のいずれかにおいて、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ４基であり、該Ｒ４は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
＜４６＞ 上記＜３６＞〜＜４５＞のいずれかにおいて、非イオン性基は、全シクロデキストリン分子の全水酸基のうちの１０％〜１００％、好ましくは２０〜１００％、より好ましくは３０〜１００％が置換されるのがよい。
＜４７＞ 上記＜３６＞〜＜４６＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれるのがよい。
＜４７＞ 上記＜３６＞〜＜４６＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれるのがよい。
＜４８＞ 上記＜３６＞〜＜４７＞のいずれかにおいて、直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、及びポリプロピレンからなる群から選ばれるのがよい。
＜４９＞ 上記＜３６＞〜＜４８＞のいずれかにおいて、封鎖基が、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、置換ベンゼン類（置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、置換されていてもよい多核芳香族類（置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、及びステロイド類からなる群から選ばれるのがよい。なお、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、及びピレン類からなる群から選ばれるのが好ましく、より好ましくはアダマンタン基類又はトリチル基類であるのがよい。
＜４９＞ 上記＜３６＞〜＜４８＞のいずれかにおいて、封鎖基が、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、置換ベンゼン類（置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、置換されていてもよい多核芳香族類（置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、及びステロイド類からなる群から選ばれるのがよい。なお、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、及びピレン類からなる群から選ばれるのが好ましく、より好ましくはアダマンタン基類又はトリチル基類であるのがよい。
＜５０＞ 上記＜３６＞〜＜４９＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子がα−シクロデキストリンであり、前記直鎖状分子がポリエチレングリコールであるのがよい。
＜５１＞ 上記＜３６＞〜＜５０＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が直鎖状分子により串刺し状に包接される際にシクロデキストリン分子が最大限に包接される量を１とした場合、前記シクロデキストリン分子が０．００１〜０．６、好ましくは０．０１〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．４の量で直鎖状分子に串刺し状に包接されるのがよい。
＜５２＞ 上記＜３６＞〜＜５１＞のいずれかにおいて、直鎖状分子はその分子量が１万以上、好ましくは２万以上、より好ましくは３．５万以上であるのがよい。
＜５１＞ 上記＜３６＞〜＜５０＞のいずれかにおいて、シクロデキストリン分子が直鎖状分子により串刺し状に包接される際にシクロデキストリン分子が最大限に包接される量を１とした場合、前記シクロデキストリン分子が０．００１〜０．６、好ましくは０．０１〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．４の量で直鎖状分子に串刺し状に包接されるのがよい。
＜５２＞ 上記＜３６＞〜＜５１＞のいずれかにおいて、直鎖状分子はその分子量が１万以上、好ましくは２万以上、より好ましくは３．５万以上であるのがよい。
本発明により、安全性、即ち生体適合性を有し、低温側で非ゲル状態（例えばゾル状態、溶液状態など）、高温側で架橋状態、例えばゲル状態となる非ゲル−ゲル転移を示す化合物又は組成物を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、非ゲル−ゲル転移点を制御することができる化合物又は材料を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、非ゲル−ゲル転移点を制御することができる化合物又は材料を提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の架橋ポリロタキサンは、ポリロタキサン分子を構成するＣＤの水酸基の一部又は全てを非イオン性基に置換し、２以上の該ポリロタキサン分子を物理結合によって架橋させてなる。
本発明は、完全なる理論に基づくものではないが、つぎのような作用により生じるものと考えられる。図１を参照しつつ作用を説明する。非イオン性基で置換されていないＣＤを用いたポリロタキサン１０１は、ＣＤ１０３の相互作用、特に水素結合により、同一の直鎖状分子１０５上でＣＤ１０３が凝集し、水に不溶となる。しかしながら、非イオン性基で置換されたＣＤ１０４で形成されるポリロタキサン１０２は、ＣＤ１０４が同一の直鎖状分子１０６上で分散され、水に可溶となる。
本発明の架橋ポリロタキサンは、ポリロタキサン分子を構成するＣＤの水酸基の一部又は全てを非イオン性基に置換し、２以上の該ポリロタキサン分子を物理結合によって架橋させてなる。
本発明は、完全なる理論に基づくものではないが、つぎのような作用により生じるものと考えられる。図１を参照しつつ作用を説明する。非イオン性基で置換されていないＣＤを用いたポリロタキサン１０１は、ＣＤ１０３の相互作用、特に水素結合により、同一の直鎖状分子１０５上でＣＤ１０３が凝集し、水に不溶となる。しかしながら、非イオン性基で置換されたＣＤ１０４で形成されるポリロタキサン１０２は、ＣＤ１０４が同一の直鎖状分子１０６上で分散され、水に可溶となる。
この水に可溶なポリロタキサン１０２の水溶液又はポリロタキサン１０２のゾルを加熱すると、ＣＤ１０４が同一の直鎖状分子１０６上で凝集すると共に、ポリロタキサン間のＣＤ１０４も凝集する。そのため、複数のポリロタキサンにより物理架橋が形成され、ハイドロゲル１１０が形成される。
水に可溶なポリロタキサン１０２の水溶液又はポリロタキサン１０２のゾルとハイドロゲル１１０の形成とは、外部刺激、例えば熱の加除により、可逆的に生じる。なお、外部刺激は、用いる架橋ポリロタキサンの特性に依存するが、例えば熱、ｐＨ、放射線を含む光、音波などを挙げることができる。また、本発明において、ゲル化とは、溶液が流動性を失った状態をいう。
水に可溶なポリロタキサン１０２の水溶液又はポリロタキサン１０２のゾルとハイドロゲル１１０の形成とは、外部刺激、例えば熱の加除により、可逆的に生じる。なお、外部刺激は、用いる架橋ポリロタキサンの特性に依存するが、例えば熱、ｐＨ、放射線を含む光、音波などを挙げることができる。また、本発明において、ゲル化とは、溶液が流動性を失った状態をいう。
なお、本発明の「外部刺激の有無により未架橋状態又は架橋状態から架橋状態又は未架橋状態へと可逆的に変化する」とは、外部刺激の変化により、未架橋状態から架橋状態へと可逆的に変化する場合、又はその逆、即ち外部刺激の変化により、架橋状態から未架橋状態へと可逆的に変化する場合の双方を含む。
また、本発明の「物理結合を介して結合してなる架橋ポリロタキサン」には、上述のゲル状態（例えばハイドロゲル状態）のものが含まれる他、粒径がナノメーターオーダー〜ミクロメーターオーダーのナノ粒子、ミセル及び凝集体なども含まれる。
また、本発明の「物理結合を介して結合してなる架橋ポリロタキサン」には、上述のゲル状態（例えばハイドロゲル状態）のものが含まれる他、粒径がナノメーターオーダー〜ミクロメーターオーダーのナノ粒子、ミセル及び凝集体なども含まれる。
本発明の架橋ポリロタキサンにおいて、ＣＤ分子の水酸基を置換する非イオン性基は、ＣＤ間の水素結合による凝集を阻害する基である。具体的には、非イオン性基は、−ＯＲ基であるのがよい。ここで、Ｒは、炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。なお、Ｒとして、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、へプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルなどの直鎖状アルキル基；イソプロピル、イソブチル、tert-ブチル、１−メチルプロピル、イソアミル、ネオペンチル、1,1-ジメチルプロピル、４−メチルペンチル、２−メチルブチル、２−エチルヘキシルなどの分岐鎖状アルキル基；シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロへプチル、シクロオクチル、アダマンチルなどの環状アルキル基；エチレンオキシド、オキセタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、オキセパン、ジオキサン、ジオキソランなどの環状アルキルエーテル基；チイラン、チエタン、テトラヒドロチオフェン、チアン、ジチオラン、ジチアンなどの環状アルキルチオエーテル基を挙げることができるがこれらに限定されない。このうち、Ｒとして、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルが好ましく、より好ましくはメチル、エチル、プロピルであるのがよい。
なお、複数のポリロタキサンが物理架橋する場合、複数のポリロタキサンがすべて同じ非イオン性基で置換されていてもよい。また、複数のポリロタキサンのうち一部が非イオン性基Ａで置換され、その他が非イオン性基Ｂ（ＢはＡとは異なる）で置換されていてもよい。さらに、複数種の非イオン性基で置換された複数種のポリロタキサンが物理架橋してもよい。複数種の非イオン性基で置換された複数種のポリロタキサンを用いることにより、外部刺激の応答性、例えば、非ゲル−ゲル転移温度を制御することができる。
また、非イオン性基は、−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基であるのがよい。ここで、Ｒ’は上記Ｒから水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ２、又はＳＨであるのがよい。なお、Ｒ’はＲとは独立に規定される。また、Ｒ’として、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はヘキシルから水素を１つ取り除いた基が好ましく、より好ましくはメチル、エチル又はプロピルから水素を１つ取り除いた基であるのがよい。Ｘとして、ＯＨ又はＮＨ２が好ましく、より好ましくはＯＨであるのがよい。
さらに、非イオン性基は−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ１基、−Ｏ−ＣＯ−Ｒ２基、−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ３基、又は−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ４基であるのがよい。
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、各々独立に、炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、各々独立に、炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であるのがよい。
非イオン性基は、架橋ポリロタキサンに含まれる全ＣＤ分子の全水酸基のうちの１０％〜１００％、好ましくは２０〜１００％、より好ましくは３０〜１００％が置換されるのがよい。
本発明の架橋ポリロタキサンは、それを構成するＣＤ分子がα−ＣＤ、β−ＣＤ、及びγ−ＣＤの群から選ばれることが好ましく、特にα−ＣＤであることが好ましい。
本発明の架橋ポリロタキサンにおいて、直鎖状分子がポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれることが好ましく、特にポリエチレングリコールであることが好ましい。
直鎖状分子の分子量は１万以上であるのがよく、好ましくは２万以上、より好ましくは３．５万以上であるのがよい。なお、直鎖状分子の分子量の上限は、特に限定されるものではなく、少なくとも分子量１０万の直鎖状分子を用いた架橋ポリロタキサンは、本発明において好ましく使用することができる。
本発明の架橋ポリロタキサンは、その嵩高い封鎖基がジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、及びピレン類からなる群から選ばれるのがよく、特にアダマンタン基類又はトリチル基類であるのが好ましい。
また、その他の嵩高い封鎖基を用いることができる。例えば、クレゾールなどの置換ベンゼン類（置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、例えばアントラセンなどの置換されていてもよい多核芳香族類（置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、ステロイド類を挙げることができる。
また、その他の嵩高い封鎖基を用いることができる。例えば、クレゾールなどの置換ベンゼン類（置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、例えばアントラセンなどの置換されていてもよい多核芳香族類（置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は１つ又は複数存在してもよい。）、ステロイド類を挙げることができる。
本発明の架橋ポリロタキサンにおけるＣＤ分子と直鎖状分子の組合せとしては、ＣＤ分子がα−ＣＤであり、直鎖状分子がポリエチレングリコールであることが特に好ましい。
本発明の架橋ポリロタキサンにおいて、ＣＤ分子が直鎖状分子により串刺し状に包接される際にＣＤ分子が最大限に包接される量を１とした場合、前記ＣＤ分子が０．００１〜０．６、好ましくは０．０１〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．４の量で直鎖状分子に串刺し状に包接されていることが好ましい。ＣＤ分子の包接量の値が大きすぎる、即ちＣＤ分子が直鎖状分子に緻密に充填されると、ＣＤ分子が直鎖状分子上を相対的に移動するスライディングモード機能を十分に発揮することができない傾向が生じる。
また、本発明は、上述のポリロタキサン、及び溶媒を有する外部刺激応答性材料を提供する。
溶媒は、親水性溶媒であるのが好ましく、より好ましくは水であるのがよい。外部刺激応答性材料は、ポリロタキサンと親水性溶媒、特に水との重量比率が、０．１：９９．９〜７０：３０、好ましくは１：９９〜５０：５０、好ましくは３：９７〜３０：７０となるように、配合するのがよい。
溶媒は、親水性溶媒であるのが好ましく、より好ましくは水であるのがよい。外部刺激応答性材料は、ポリロタキサンと親水性溶媒、特に水との重量比率が、０．１：９９．９〜７０：３０、好ましくは１：９９〜５０：５０、好ましくは３：９７〜３０：７０となるように、配合するのがよい。
外部刺激は加熱であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において、外部刺激応答性材料は、未架橋状態から架橋状態、即ち物理架橋したハイドロゲル状態へと転移するのがよい。また、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲においてハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移するものも本発明の外部刺激応答性材料に含まれる。
外部刺激応答性材料は、上述のポリロタキサン及び溶媒の他に、外部刺激応答性を阻害しない限り、各種の成分を有してもよい。例えば、本発明の外部刺激応答性材料を医療又はバイオテクノロジーの分野で応用する場合、各種成分として生理活性物質を挙げることができる。例えば、生理活性物質としてコラーゲン、ゼラチン、アルブミン、グロブリン、フィブリノーゲン、インスリン、グルカゴンなどのタンパク質やペプチド類、デンプン、グリコーゲン、ヒアルロン酸、セルロース、ヘパリンなどの多糖類、ＲＮＡ、ＤＮＡなどの核酸を挙げることができるがこれらに限定されない。
本発明の架橋ポリロタキサンは、例えば次のように調製することができる。即ち、１）シクロデキストリン分子と直鎖状分子とを混合してシクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接する擬ポリロタキサンを調製する擬ポリロタキサン調製工程；２）前記ＣＤ分子が串刺し状態から脱離しないように、擬ポリロタキサンの両末端を封鎖基で封鎖してポリロタキサンを調製するポリロタキサン調製工程；３）Ａ）前記１）擬ポリロタキサン調製工程前；Ｂ）前記１）擬ポリロタキサン調製工程後であって前記２）ポリロタキサン調製工程前；及び／又はＣ）前記２）ポリロタキサン調製工程後；に、シクロデキストリン分子のＯＨ基の一部を非イオン性基に置換する置換工程；４）得られた、少なくとも２分子のポリロタキサンを親水性溶媒に溶解する工程；及び親水性溶媒中のポリロタキサンに外部刺激を与えることにより、物理結合を介して該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理架橋する物理架橋工程を有する方法により、本発明の架橋ポリロタキサンを調製することができる。
シクロデキストリン分子のＯＨ基の一部を非イオン性基に置換する置換工程は、上記Ａ）〜Ｃ）のいずれかの時期において設けるか、又はＡ）〜Ｃ）の２以上の時期に設けることもできる。
なお、上記調製方法において、用いるＣＤ分子、直鎖状分子、封鎖基等は、上記したものを用いることができる。
シクロデキストリン分子のＯＨ基の一部を非イオン性基に置換する置換工程は、上記Ａ）〜Ｃ）のいずれかの時期において設けるか、又はＡ）〜Ｃ）の２以上の時期に設けることもできる。
なお、上記調製方法において、用いるＣＤ分子、直鎖状分子、封鎖基等は、上記したものを用いることができる。
特に、上記方法において、外部刺激が加熱であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において、外部刺激応答性材料は、未架橋状態から架橋状態、即ち物理架橋したハイドロゲル状態へと転移するのがよい。また、第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１５〜１００℃の第２の温度範囲においてハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移するのがよい。
また、溶解工程において、ポリロタキサンの濃度をある値にするのが好ましい。濃度は、非イオン性基の種類、その置換の度合い、包接量などに依存するが、例えばポリロタキサンと親水性溶媒、特に水との重量比率が、０．１：９９．９〜７０：３０、好ましくは１：９９〜５０：５０、好ましくは３：９７〜３０：７０となるように溶解するのがよい。
さらに、置換工程は、２）ポリロタキサン調製工程後に設けるのが好ましい。
置換工程において用いられる条件は、置換する非イオン性基に依存するが、特に限定されず、種々の反応方法、反応条件を用いることができる。例えば、非イオン性基として上記−ＯＲ基を用いる場合、即ちエーテル結合を生成させる手法として次のものを挙げることができる。一般には、ジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミド等の極性溶媒中で適当な塩基を触媒としてハロゲン化物と共存させる手法が用いられる。塩基としてナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウム・t-ブトキシド、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化リチウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、酸化銀、水酸化バリウム、酸化バリウム、水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ又はアルカリ土類金属塩を用いることができる。また、p-トルエンスルホニル基やメタンスルホニル基等の脱離基を導入後、適当なアルコールと置換する手法も挙げることができる。
また、上記エーテル結合により非イオン性基として−ＯＲ基を導入する方法の他に、次に挙げる方法を用いることができる。即ち、イソシアネート化合物等によるカルバメート結合形成による方法；カルボン酸化合物、酸クロリド化合物又は酸無水物等によるエステル結合形成による方法；シラン化合物等によるシリルエーテル結合形成による方法；クロロ炭酸化合物等によるカーボネート結合形成による方法；などを挙げることができる。
置換工程において用いられる条件は、置換する非イオン性基に依存するが、特に限定されず、種々の反応方法、反応条件を用いることができる。例えば、非イオン性基として上記−ＯＲ基を用いる場合、即ちエーテル結合を生成させる手法として次のものを挙げることができる。一般には、ジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミド等の極性溶媒中で適当な塩基を触媒としてハロゲン化物と共存させる手法が用いられる。塩基としてナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウム・t-ブトキシド、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化リチウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、酸化銀、水酸化バリウム、酸化バリウム、水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ又はアルカリ土類金属塩を用いることができる。また、p-トルエンスルホニル基やメタンスルホニル基等の脱離基を導入後、適当なアルコールと置換する手法も挙げることができる。
また、上記エーテル結合により非イオン性基として−ＯＲ基を導入する方法の他に、次に挙げる方法を用いることができる。即ち、イソシアネート化合物等によるカルバメート結合形成による方法；カルボン酸化合物、酸クロリド化合物又は酸無水物等によるエステル結合形成による方法；シラン化合物等によるシリルエーテル結合形成による方法；クロロ炭酸化合物等によるカーボネート結合形成による方法；などを挙げることができる。
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
＜ＰＥＧのＴＥＭＰＯ酸化によるＰＥＧ−カルボン酸の調製＞
ＰＥＧ（分子量３．５万）１０ｇ、ＴＥＭＰＯ（2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシラジカル）１００ｍｇ、及び臭化ナトリウム１ｇを水１００ｍｌに溶解した。得られた溶液に市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液（有効塩素濃度約５％）５ｍｌを添加し、室温で攪拌しながら反応させた。反応が進行すると添加直後から系のｐＨは急激に減少するが、なるべくｐＨ：１０〜１１を保つように１Ｎ ＮａＯＨを添加して調製した。ｐＨの低下は概ね３分以内に見られなくなったが、さらに１０分間攪拌した。エタノールを最大５ｍｌまでの範囲で添加して反応を終了させた。塩化メチレン５０ｍｌでの抽出を３回繰返して無機塩以外の成分を抽出した後、エバポレータで塩化メチレンを留去した。温エタノール２５０ｍｌに溶解させた後、−４℃の冷凍庫に一晩おいてＰＥＧ−カルボン酸のみを析出させた。析出したＰＥＧ−カルボン酸を遠心分離で回収した。この温エタノール溶解−析出−遠心分離のサイクルを数回繰り返し、最後に真空乾燥で乾燥させてＰＥＧ−カルボン酸を得た。収率９５％以上。カルボキシル化率９５％以上。
ＰＥＧ（分子量３．５万）１０ｇ、ＴＥＭＰＯ（2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシラジカル）１００ｍｇ、及び臭化ナトリウム１ｇを水１００ｍｌに溶解した。得られた溶液に市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液（有効塩素濃度約５％）５ｍｌを添加し、室温で攪拌しながら反応させた。反応が進行すると添加直後から系のｐＨは急激に減少するが、なるべくｐＨ：１０〜１１を保つように１Ｎ ＮａＯＨを添加して調製した。ｐＨの低下は概ね３分以内に見られなくなったが、さらに１０分間攪拌した。エタノールを最大５ｍｌまでの範囲で添加して反応を終了させた。塩化メチレン５０ｍｌでの抽出を３回繰返して無機塩以外の成分を抽出した後、エバポレータで塩化メチレンを留去した。温エタノール２５０ｍｌに溶解させた後、−４℃の冷凍庫に一晩おいてＰＥＧ−カルボン酸のみを析出させた。析出したＰＥＧ−カルボン酸を遠心分離で回収した。この温エタノール溶解−析出−遠心分離のサイクルを数回繰り返し、最後に真空乾燥で乾燥させてＰＥＧ−カルボン酸を得た。収率９５％以上。カルボキシル化率９５％以上。
＜ＰＥＧ−カルボン酸とα−ＣＤとを用いた擬ポリロタキサンの調製＞
上記で調製したＰＥＧ−カルボン酸３ｇ及びα−ＣＤ１２ｇをそれぞれ別々に用意した７０℃の温水５０ｍｌに溶解させた後、両者を混合し、その後、冷蔵庫（４℃）中で一晩静置した。クリーム状に析出した擬ポリロタキサンを凍結乾燥し回収した。収率９０％以上（収量約１４ｇ）。
上記で調製したＰＥＧ−カルボン酸３ｇ及びα−ＣＤ１２ｇをそれぞれ別々に用意した７０℃の温水５０ｍｌに溶解させた後、両者を混合し、その後、冷蔵庫（４℃）中で一晩静置した。クリーム状に析出した擬ポリロタキサンを凍結乾燥し回収した。収率９０％以上（収量約１４ｇ）。
＜アダマンタンアミンとＢＯＰ試薬反応系を用いたポリロタキサンの調製＞
室温でジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５０ｍｌに、ＢＯＰ試薬（ベンゾトリアゾール-1-イル-オキシ-トリス（ジメチルアミノ）ホスホニウム・ヘキサフルオロフォスフェート）３ｇ、ＨＯＢｔ（1-ヒドロキシ-1H-ベンゾトリアゾール・モノヒドレート）１ｇ、アダマンタンアミン１．４ｇ、ジイソプロピルエチルアミン１．２５ｍｌをこの順番に溶解させておき、上記で得られた擬ポリロタキサン１４ｇを添加した後、すみやかによく振りまぜた。スラリー状になった試料を冷蔵庫中で一晩静置した。その後、ＤＭＦ／メタノール＝１：１混合溶液５０ｍｌを加えてよく混ぜ、遠心分離して上澄みを捨てた。このＤＭＦ／メタノール混合溶液による洗浄を２回繰り返した後、さらにメタノール１００ｍｌを用いた洗浄を同様の遠心分離により２回繰り返した。得られた沈澱を真空乾燥で乾燥させた後、ＤＭＳＯ５０ｍｌに溶解し、得られた透明な溶液を水７００ｍｌ中に滴下してポリロタキサンを析出させた。析出したポリロタキサンを遠心分離で回収し、真空乾燥又は凍結乾燥させた。このＤＭＳＯ溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを２回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。添加した擬ポリロタキサンをベースにした収率約６５％（包接錯体１４ｇからの収量は９．２ｇ）であった。
室温でジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５０ｍｌに、ＢＯＰ試薬（ベンゾトリアゾール-1-イル-オキシ-トリス（ジメチルアミノ）ホスホニウム・ヘキサフルオロフォスフェート）３ｇ、ＨＯＢｔ（1-ヒドロキシ-1H-ベンゾトリアゾール・モノヒドレート）１ｇ、アダマンタンアミン１．４ｇ、ジイソプロピルエチルアミン１．２５ｍｌをこの順番に溶解させておき、上記で得られた擬ポリロタキサン１４ｇを添加した後、すみやかによく振りまぜた。スラリー状になった試料を冷蔵庫中で一晩静置した。その後、ＤＭＦ／メタノール＝１：１混合溶液５０ｍｌを加えてよく混ぜ、遠心分離して上澄みを捨てた。このＤＭＦ／メタノール混合溶液による洗浄を２回繰り返した後、さらにメタノール１００ｍｌを用いた洗浄を同様の遠心分離により２回繰り返した。得られた沈澱を真空乾燥で乾燥させた後、ＤＭＳＯ５０ｍｌに溶解し、得られた透明な溶液を水７００ｍｌ中に滴下してポリロタキサンを析出させた。析出したポリロタキサンを遠心分離で回収し、真空乾燥又は凍結乾燥させた。このＤＭＳＯ溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを２回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。添加した擬ポリロタキサンをベースにした収率約６５％（包接錯体１４ｇからの収量は９．２ｇ）であった。
＜ポリロタキサン中のα−ＣＤ量＞
ＮＭＲ測定により、上記ポリロタキサン中には約１１１個のα−ＣＤが包接されていることをその結果として得た。一方、用いたＰＥＧにα−ＣＤを密に詰めた場合、最大包接量は３９８個であることが計算で求めることができる。この計算値と、ＮＭＲの測定値から、本実施例で用いたポリロタキサンのα−ＣＤの量は、最大包接量の０．２８であることがわかった。
ＮＭＲ測定により、上記ポリロタキサン中には約１１１個のα−ＣＤが包接されていることをその結果として得た。一方、用いたＰＥＧにα−ＣＤを密に詰めた場合、最大包接量は３９８個であることが計算で求めることができる。この計算値と、ＮＭＲの測定値から、本実施例で用いたポリロタキサンのα−ＣＤの量は、最大包接量の０．２８であることがわかった。
＜α−ＣＤのオキシメチル化＞
上記で得られたポリロタキサン５ｇを、脱水ＤＭＳＯ１００ｍｌに溶解し、水素化ナトリウム１．７ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して１８等量に相当）を加え、懸濁液を３時間攪拌した。ヨウ化メチル１０ｇを加え、２０時間攪拌後、反応溶液を精製水で３００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに精製水５００ｍｌ中で３時間の透析を２回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基がＯＣＨ３基に置換されたメチル化ポリロタキサンを得た。収量は３．５ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、３００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） ３．０−４．２（ｍ、１４Ｈ）、４．８−５．２（ｍ、１Ｈ）。
上記で得られたポリロタキサン５ｇを、脱水ＤＭＳＯ１００ｍｌに溶解し、水素化ナトリウム１．７ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して１８等量に相当）を加え、懸濁液を３時間攪拌した。ヨウ化メチル１０ｇを加え、２０時間攪拌後、反応溶液を精製水で３００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに精製水５００ｍｌ中で３時間の透析を２回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基がＯＣＨ３基に置換されたメチル化ポリロタキサンを得た。収量は３．５ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３、３００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） ３．０−４．２（ｍ、１４Ｈ）、４．８−５．２（ｍ、１Ｈ）。
また、出発原料であるポリロタキサンがＤＭＳＯのみに溶解し、水溶性がなかったのに対して、α−ＣＤを化学修飾した上記のメチル化ポリロタキサンはＤＭＳＯのみならず、水にも可溶であった。このことは、ポリロタキサンのα−ＣＤ間の水素結合が上記化学修飾によって抑制されたことを示唆している。
得られたポリロタキサンを、その濃度が５ｗｔ％となるように、純水０．５ｍｌに溶解した。この溶液は５℃では無色透明であったが、室温にすると白濁が観察された。さらに加熱したところ、４０℃以上ではゲル化が観察された。また、加熱して得られたゲルを冷却すると、室温では白濁した状態で流動性を示し、さらに５℃まで冷却すると加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
上記ポリロタキサンを１ｗｔ％となるように純水に溶解し、得られた溶液の加熱による透過率変化を波長７００ｎｍの可視光により観測した。観察結果を図２に示す。図２からわかるように、溶液の透過率は２５℃近傍から減少し、４５℃以上で０％に近づいた。このことは、熱刺激によりポリロタキサンが凝集体を形成したため、ポリロタキサンが溶解状態から非溶解状態へと変化し、それによって溶液を白濁させたことを示している。
＜ＰＥＧのＴＥＭＰＯ酸化によるＰＥＧ−カルボン酸の調製＞
ＰＥＧ（分子量３．５万）１００ｇ、ＴＥＭＰＯ（2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシラジカル）１００ｍｇ、及び臭化ナトリウム２．５ｇを水２５０ｍｌに溶解した。得られた溶液に市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液（有効塩素濃度約５％）２５ｍｌを添加し、室温で攪拌しながら反応させた。反応が進行すると添加直後から系のｐＨは急激に減少するが、なるべくｐＨ：１０〜１１を保つように１Ｎ ＮａＯＨを添加して調製した。メタノールを２５ｍｌ添加して反応を終了させた。塩化メチレン４００ｍｌでの抽出を３回繰返して無機塩以外の成分を抽出した後、エバポレータで塩化メチレンを留去した。温エタノール３０００ｍｌに溶解させた後、−４℃の冷凍庫に一晩おいてＰＥＧ−カルボン酸のみを析出させた。析出したＰＥＧ−カルボン酸を遠心分離で回収した。この温エタノール溶解−析出−遠心分離のサイクルを数回繰り返し、最後に真空乾燥で乾燥させてＰＥＧ−カルボン酸を得た。収率９５％以上。カルボキシル化率９５％以上。
ＰＥＧ（分子量３．５万）１００ｇ、ＴＥＭＰＯ（2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニルオキシラジカル）１００ｍｇ、及び臭化ナトリウム２．５ｇを水２５０ｍｌに溶解した。得られた溶液に市販の次亜塩素酸ナトリウム水溶液（有効塩素濃度約５％）２５ｍｌを添加し、室温で攪拌しながら反応させた。反応が進行すると添加直後から系のｐＨは急激に減少するが、なるべくｐＨ：１０〜１１を保つように１Ｎ ＮａＯＨを添加して調製した。メタノールを２５ｍｌ添加して反応を終了させた。塩化メチレン４００ｍｌでの抽出を３回繰返して無機塩以外の成分を抽出した後、エバポレータで塩化メチレンを留去した。温エタノール３０００ｍｌに溶解させた後、−４℃の冷凍庫に一晩おいてＰＥＧ−カルボン酸のみを析出させた。析出したＰＥＧ−カルボン酸を遠心分離で回収した。この温エタノール溶解−析出−遠心分離のサイクルを数回繰り返し、最後に真空乾燥で乾燥させてＰＥＧ−カルボン酸を得た。収率９５％以上。カルボキシル化率９５％以上。
＜ＰＥＧ−カルボン酸とα−ＣＤとを用いた擬ポリロタキサンの調製＞
上記で調製したＰＥＧ−カルボン酸１９ｇ及びα−ＣＤ６７ｇをそれぞれ別々に用意した７０℃の温水３００ｍｌに溶解させた後、両者を混合し、その後、冷蔵庫（４℃）中で一晩静置した。クリーム状に析出した擬ポリロタキサンを凍結乾燥し回収した。
上記で調製したＰＥＧ−カルボン酸１９ｇ及びα−ＣＤ６７ｇをそれぞれ別々に用意した７０℃の温水３００ｍｌに溶解させた後、両者を混合し、その後、冷蔵庫（４℃）中で一晩静置した。クリーム状に析出した擬ポリロタキサンを凍結乾燥し回収した。
＜アダマンタンアミンとＢＯＰ試薬反応系を用いたポリロタキサンの調製＞
室温でジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）２００ｍｌに、ＢＯＰ試薬（ベンゾトリアゾール-1-イル-オキシ-トリス（ジメチルアミノ）ホスホニウム・ヘキサフルオロフォスフェート）０．６ｇ、アダマンタンアミン２．２ｇ、ジイソプロピルエチルアミン０．２５ｍｌをこの順番に溶解させておき、上記で得られた擬ポリロタキサンを添加した後、すみやかによく振りまぜた。スラリー状になった試料を冷蔵庫中で一晩静置した。その後、ＤＭＦ／メタノール＝１：１混合溶液２００ｍｌを加えてよく混ぜ、遠心分離して上澄みを捨てた。このＤＭＦ／メタノール混合溶液による洗浄を２回繰り返した後、さらにメタノール２００ｍｌを用いた洗浄を同様の遠心分離により２回繰り返した。得られた沈澱を真空乾燥で乾燥させた後、ＤＭＳＯ４６０ｍｌに溶解し、得られた透明な溶液を水４６００ｍｌ中に滴下してポリロタキサンを析出させた。析出したポリロタキサンを遠心分離で回収し、真空乾燥又は凍結乾燥させた。このＤＭＳＯ溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを２回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。収量は４４ｇであった。
室温でジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）２００ｍｌに、ＢＯＰ試薬（ベンゾトリアゾール-1-イル-オキシ-トリス（ジメチルアミノ）ホスホニウム・ヘキサフルオロフォスフェート）０．６ｇ、アダマンタンアミン２．２ｇ、ジイソプロピルエチルアミン０．２５ｍｌをこの順番に溶解させておき、上記で得られた擬ポリロタキサンを添加した後、すみやかによく振りまぜた。スラリー状になった試料を冷蔵庫中で一晩静置した。その後、ＤＭＦ／メタノール＝１：１混合溶液２００ｍｌを加えてよく混ぜ、遠心分離して上澄みを捨てた。このＤＭＦ／メタノール混合溶液による洗浄を２回繰り返した後、さらにメタノール２００ｍｌを用いた洗浄を同様の遠心分離により２回繰り返した。得られた沈澱を真空乾燥で乾燥させた後、ＤＭＳＯ４６０ｍｌに溶解し、得られた透明な溶液を水４６００ｍｌ中に滴下してポリロタキサンを析出させた。析出したポリロタキサンを遠心分離で回収し、真空乾燥又は凍結乾燥させた。このＤＭＳＯ溶解−水中で析出−回収−乾燥のサイクルを２回繰り返し、最終的に精製ポリロタキサンを得た。収量は４４ｇであった。
＜ポリロタキサン中のα−ＣＤ量＞
ＮＭＲ測定により、上記ポリロタキサン中には約１０７個のα−ＣＤが包接されていることをその結果として得た。一方、用いたＰＥＧにα−ＣＤを密に詰めた場合、最大包接量は３９８個であることが計算で求めることができる。この計算値と、ＮＭＲの測定値から、本実施例で用いたポリロタキサンのα−ＣＤの量は、最大包接量の０．２７であることがわかった。
ＮＭＲ測定により、上記ポリロタキサン中には約１０７個のα−ＣＤが包接されていることをその結果として得た。一方、用いたＰＥＧにα−ＣＤを密に詰めた場合、最大包接量は３９８個であることが計算で求めることができる。この計算値と、ＮＭＲの測定値から、本実施例で用いたポリロタキサンのα−ＣＤの量は、最大包接量の０．２７であることがわかった。
＜α−ＣＤのオキシメチル化＞
上記で得られたポリロタキサン５．０ｇを、脱水ＤＭＳＯ１００ｍｌに溶解し、水素化ナトリウム１．４ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して１４．４等量に相当）を加え、懸濁液を３時間攪拌した。ヨウ化メチル８ｇを加え、２０時間攪拌後、反応液を精製水で２００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに、精製水５００ｍｌ中で３時間の透析を２回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部がＯＣＨ３基に置換されたメチル化ポリロタキサンを得た。収量は４．３ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＣＤＣｌ３、３００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） ３．０−４．２（ｍ、９Ｈ）、４．６−５．４（ｍ、１Ｈ）。
上記で得られたポリロタキサン５．０ｇを、脱水ＤＭＳＯ１００ｍｌに溶解し、水素化ナトリウム１．４ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して１４．４等量に相当）を加え、懸濁液を３時間攪拌した。ヨウ化メチル８ｇを加え、２０時間攪拌後、反応液を精製水で２００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに、精製水５００ｍｌ中で３時間の透析を２回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部がＯＣＨ３基に置換されたメチル化ポリロタキサンを得た。収量は４．３ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＣＤＣｌ３、３００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） ３．０−４．２（ｍ、９Ｈ）、４．６−５．４（ｍ、１Ｈ）。
（ゲル化の観察）
得られたポリロタキサンを、その濃度が５ｗｔ％となるように、純水０．５ｍｌに溶解した。この溶液は室温では無色透明であったが、加熱により白濁し、６０℃以上でゲル化が観察された。また、加熱して得られたゲルを室温まで冷却すると加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
得られたポリロタキサンを、その濃度が５ｗｔ％となるように、純水０．５ｍｌに溶解した。この溶液は室温では無色透明であったが、加熱により白濁し、６０℃以上でゲル化が観察された。また、加熱して得られたゲルを室温まで冷却すると加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
（透過率変化の測定）
上記ポリロタキサン溶液の加熱による透過率変化を実施例１と同様の方法で観察した。観察結果を図２に示す。図２からわかるように、溶液の透過率は５５℃近傍から急激に減少し、６０℃以上で０％になった。このことは熱刺激によりポリロタキサンが凝集体を形成したため、ポリロタキサンが溶解状態から非溶解状態へ変化し、それによって溶液を白濁させたことを示している。
上記ポリロタキサン溶液の加熱による透過率変化を実施例１と同様の方法で観察した。観察結果を図２に示す。図２からわかるように、溶液の透過率は５５℃近傍から急激に減少し、６０℃以上で０％になった。このことは熱刺激によりポリロタキサンが凝集体を形成したため、ポリロタキサンが溶解状態から非溶解状態へ変化し、それによって溶液を白濁させたことを示している。
＜α−ＣＤのオキシエチル化＞
実施例２と同様の方法で得られたポリロタキサン１．０ｇを、脱水ＤＭＳＯ２０ｍｌに溶解し、水素化ナトリウム０．３ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して１４等量に相当）を加え、懸濁液を３時間攪拌した。臭化エチル１．４ｇを加え、２０時間攪拌後、反応液を精製水で１００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに、精製水１０００ｍｌ中で６時間の透析を３回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部がＯＣＨ２ＣＨ３基に置換されたエチル化ポリロタキサンを得た。収量は０．７ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＣＤＣｌ３、３００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） １．０−１．４（ｍ、３．２Ｈ）、３．０−４．４（ｍ、７．２Ｈ）、４．６−５．２（ｍ、１Ｈ）。
また、出発原料であるポリロタキサンがＤＭＳＯのみに溶解し、水溶性がなかったのに対して、α−ＣＤを化学修飾した上記のエチル化ポリロタキサンはＤＭＳＯのみならず、水にも可溶であった。このことは、ポリロタキサンのα−ＣＤ間の水素結合が上記化学修飾によって抑制されたことを示唆している。
実施例２と同様の方法で得られたポリロタキサン１．０ｇを、脱水ＤＭＳＯ２０ｍｌに溶解し、水素化ナトリウム０．３ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して１４等量に相当）を加え、懸濁液を３時間攪拌した。臭化エチル１．４ｇを加え、２０時間攪拌後、反応液を精製水で１００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに、精製水１０００ｍｌ中で６時間の透析を３回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部がＯＣＨ２ＣＨ３基に置換されたエチル化ポリロタキサンを得た。収量は０．７ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＣＤＣｌ３、３００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） １．０−１．４（ｍ、３．２Ｈ）、３．０−４．４（ｍ、７．２Ｈ）、４．６−５．２（ｍ、１Ｈ）。
また、出発原料であるポリロタキサンがＤＭＳＯのみに溶解し、水溶性がなかったのに対して、α−ＣＤを化学修飾した上記のエチル化ポリロタキサンはＤＭＳＯのみならず、水にも可溶であった。このことは、ポリロタキサンのα−ＣＤ間の水素結合が上記化学修飾によって抑制されたことを示唆している。
（ゲル化の観察）
得られたポリロタキサンを、その濃度が２ｗｔ％となるように、純水０．５ｍｌに溶解した。この溶液は５℃では無色透明であったが、２０℃以上にすると白濁し、ゲル化が観察された。また、このゲルを冷却すると、加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
得られたポリロタキサンを、その濃度が２ｗｔ％となるように、純水０．５ｍｌに溶解した。この溶液は５℃では無色透明であったが、２０℃以上にすると白濁し、ゲル化が観察された。また、このゲルを冷却すると、加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
＜α−ＣＤのオキシｎ−プロピルカルバモイル化＞
実施例２と同様の方法で得られたポリロタキサン１．０ｇを、脱水ＤＭＳＯ１０ｍｌに溶解し、プロピルイソシアネート０．２７ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して４等量に相当）とジブチル錫ジラウレート０．０１ｇを加え２０時間攪拌した。反応液を精製水で１００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに、精製水１０００ｍｌ中で６時間の透析を３回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部がＯＣ＝ＯＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３基に置換されたｎ−プロピルカルバモイル化ポリロタキサンを得た。収量は１．２ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＤＭＳＯ−ｄ６、４００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） ０．７−１．０（ｍ、３Ｈ）、１．３−１．６（ｍ、２Ｈ）、２．８−３．０（ｍ、２Ｈ）、３．２−５．２（ｍ、２４Ｈ）、５．３−６．１（ｍ、２Ｈ）、６．１−７．１（ｍ、１Ｈ）。
また、出発原料であるポリロタキサンがＤＭＳＯのみに溶解し、水溶性がなかったのに対して、α−ＣＤを化学修飾した上記のｎ−プロピルカルバモイル化ポリロタキサンはＤＭＳＯのみならず、水にも可溶であった。このことは、ポリロタキサンのα−ＣＤ間の水素結合が上記化学修飾によって抑制されたことを示唆している。
実施例２と同様の方法で得られたポリロタキサン１．０ｇを、脱水ＤＭＳＯ１０ｍｌに溶解し、プロピルイソシアネート０．２７ｇ（ポリロタキサン中のα−ＣＤ分子の水酸基１８等量に対して４等量に相当）とジブチル錫ジラウレート０．０１ｇを加え２０時間攪拌した。反応液を精製水で１００ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて４８時間、水道水の流水下で透析した。さらに、精製水１０００ｍｌ中で６時間の透析を３回行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部がＯＣ＝ＯＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３基に置換されたｎ−プロピルカルバモイル化ポリロタキサンを得た。収量は１．２ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＤＭＳＯ−ｄ６、４００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） ０．７−１．０（ｍ、３Ｈ）、１．３−１．６（ｍ、２Ｈ）、２．８−３．０（ｍ、２Ｈ）、３．２−５．２（ｍ、２４Ｈ）、５．３−６．１（ｍ、２Ｈ）、６．１−７．１（ｍ、１Ｈ）。
また、出発原料であるポリロタキサンがＤＭＳＯのみに溶解し、水溶性がなかったのに対して、α−ＣＤを化学修飾した上記のｎ−プロピルカルバモイル化ポリロタキサンはＤＭＳＯのみならず、水にも可溶であった。このことは、ポリロタキサンのα−ＣＤ間の水素結合が上記化学修飾によって抑制されたことを示唆している。
（温度特性の観察）
得られたポリロタキサンを、その濃度が５ｗｔ％となるように、純水０．５ｍｌに溶解した。この溶液は５℃では無色透明であったが、９．５℃以上に加熱すると白濁し、沈殿が生じた。また、この溶液を冷却すると、加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
得られたポリロタキサンを、その濃度が５ｗｔ％となるように、純水０．５ｍｌに溶解した。この溶液は５℃では無色透明であったが、９．５℃以上に加熱すると白濁し、沈殿が生じた。また、この溶液を冷却すると、加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
＜α−ＣＤのアセチル化＞
実施例２と同様の方法で得られたポリロタキサン０．５ｇを５ｍｌの脱水ＤＭＳＯ：脱水ピリジン１：１の混合溶媒に溶解し、無水酢酸０．２ｇ及び４−ジメチルアミノピリジン０．０２ｇを加え２０時間攪拌した。反応液を精製水で３０ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて２４時間、水道水の流水下で透析した。さらに、５０００ｍｌ精製水中で２４時間の透析を行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部が−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ３基に置換されたアセチル化ポリロタキサンを得た。収量は０．５ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＤＭＳＯ−ｄ６、４００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） １．８−２．２（ｍ、２．１Ｈ）、３．０−５．３（ｍ、１０Ｈ）、５．３−６．１（ｍ、１Ｈ）。
また、出発原料であるポリロタキサンがＤＭＳＯのみに溶解し、水溶性がなかったのに対して、α−ＣＤを化学修飾した上記のアセチル化ポリロタキサンはＤＭＳＯのみならず、１０℃以下の冷水にも可溶であった。このことは、ポリロタキサンのα−ＣＤ間の水素結合が上記化学修飾によって抑制されたことを示唆している。
実施例２と同様の方法で得られたポリロタキサン０．５ｇを５ｍｌの脱水ＤＭＳＯ：脱水ピリジン１：１の混合溶媒に溶解し、無水酢酸０．２ｇ及び４−ジメチルアミノピリジン０．０２ｇを加え２０時間攪拌した。反応液を精製水で３０ｍｌに希釈し、該希釈液を透析チューブ（分画分子量：１２，０００）にて２４時間、水道水の流水下で透析した。さらに、５０００ｍｌ精製水中で２４時間の透析を行い、凍結乾燥し、α−ＣＤのＯＨ基の一部が−Ｏ−ＣＯ−ＣＨ３基に置換されたアセチル化ポリロタキサンを得た。収量は０．５ｇであった。
１Ｈ−ＮＭＲ、（ＤＭＳＯ−ｄ６、４００ＭＨｚ） δ（ｐｐｍ） １．８−２．２（ｍ、２．１Ｈ）、３．０−５．３（ｍ、１０Ｈ）、５．３−６．１（ｍ、１Ｈ）。
また、出発原料であるポリロタキサンがＤＭＳＯのみに溶解し、水溶性がなかったのに対して、α−ＣＤを化学修飾した上記のアセチル化ポリロタキサンはＤＭＳＯのみならず、１０℃以下の冷水にも可溶であった。このことは、ポリロタキサンのα−ＣＤ間の水素結合が上記化学修飾によって抑制されたことを示唆している。
（温度特性の観察）
得られたポリロタキサンを、その濃度が３ｗｔ％となるように、純水０．３ｍｌに溶解した。この溶液は５℃では無色透明であったが、室温では白濁し、沈殿が生じた。また、この溶液を冷却すると、加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
得られたポリロタキサンを、その濃度が３ｗｔ％となるように、純水０．３ｍｌに溶解した。この溶液は５℃では無色透明であったが、室温では白濁し、沈殿が生じた。また、この溶液を冷却すると、加熱前と同じ状態の溶液を得ることができた。
Claims (21)
- シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなる架橋ポリロタキサンであって、前記シクロデキストリン分子の水酸基（−ＯＨ）の一部又は全部が、−ＯＲ基、−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ １ 基、−Ｏ−ＣＯ−Ｒ ２ 基、−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ ３ 基、及び−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ ４ 基からなる群から選ばれる非イオン性基で置換され、
前記Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ ２ 、又はＳＨであり、
前記Ｒ １ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ２ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ３ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ４ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリジメチルシロキサンからなる群から選ばれる、
上記架橋ポリロタキサン。 - シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなる架橋ポリロタキサンであって、前記シクロデキストリン分子の水酸基（−ＯＨ）の一部又は全部が、−ＯＲ基、−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ １ 基、−Ｏ−ＣＯ−Ｒ ２ 基、−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ ３ 基、及び−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ ４ 基からなる群から選ばれる非イオン性基で置換され、
前記Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ ２ 、又はＳＨであり、
前記Ｒ １ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ２ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ３ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ４ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリジメチルシロキサンからなる群から選ばれ、
外部刺激の有無により未架橋状態又は架橋状態から架橋状態又は未架橋状態へと可逆的に変化する可逆的な外部刺激応答性を示す架橋ポリロタキサン。 - 前記外部刺激が加熱であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において未架橋状態から架橋状態であるゲル状態へと転移する請求項２記載の架橋ポリロタキサン。
- 第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるゲル状態から未架橋状態へと転移する請求項３記載の架橋ポリロタキサン。
- 前記非イオン性基は、全シクロデキストリン分子の全水酸基のうちの１０％〜１００％が置換される請求項１〜４のいずれか１項記載の架橋ポリロタキサン。
- 前記シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれる請求項１〜５のいずれか１項記載の架橋ポリロタキサン。
- 前記封鎖基が、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、置換ベンゼン類、置換されていてもよい多核芳香族類、及びステロイド類からなる群から選ばれる請求項１〜６のいずれか１項記載の架橋ポリロタキサン。
- 前記シクロデキストリン分子がα−シクロデキストリンであり、前記直鎖状分子がポリエチレングリコールである請求項１〜７のいずれか１項記載の架橋ポリロタキサン。
- 架橋ポリロタキサンの調製方法であって、１）シクロデキストリン分子と直鎖状分子とを混合してシクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接する擬ポリロタキサンを調製する擬ポリロタキサン調製工程；２）前記ＣＤ分子が串刺し状態から脱離しないように、擬ポリロタキサンの両末端を封鎖基で封鎖してポリロタキサンを調製するポリロタキサン調製工程；３）Ａ）前記１）擬ポリロタキサン調製工程前、Ｂ）前記１）擬ポリロタキサン調製工程後であって前記２）ポリロタキサン調製工程前；及び／又はＣ）前記２）ポリロタキサン調製工程後に、シクロデキストリン分子のＯＨ基の一部を非イオン性基に置換する置換工程；４）得られた、少なくとも２分子のポリロタキサンを親水性溶媒に溶解する溶解工程；及び５）親水性溶媒中のポリロタキサンに外部刺激を与えることにより、物理結合を介して該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理架橋する物理架橋工程を有する架橋ポリロタキサンの調製方法であって、
前記非イオン性基は、−ＯＲ基、−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ １ 基、−Ｏ−ＣＯ−Ｒ ２ 基、−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ ３ 基、及び−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ ４ 基からなる群から選ばれ、
前記Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ ２ 、又はＳＨであり、
前記Ｒ １ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ２ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ３ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ４ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリジメチルシロキサンからなる群から選ばれる、
上記方法。 - 前記外部刺激が熱であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において未架橋状態から架橋状態であるハイドロゲル状態へと転移する請求項９記載の方法。
- 第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移する請求項１０記載の方法。
- 前記溶解工程において、前記ポリロタキサンと前記親水性溶媒との重量比率が、０．１：９９．９〜７０：３０であるようにポリロタキサンを溶解する請求項９〜１１のいずれか１項記載の方法。
- 前記置換工程を、前記２）ポリロタキサン調製工程後に設ける請求項９〜１２のいずれか１項記載の方法。
- 架橋ポリロタキサン及び溶媒を有する外部刺激応答性材料であって、前記架橋ポリロタキサンは、シクロデキストリン分子の開口部に直鎖状分子が串刺し状に包接され且つ該シクロデキストリン分子が脱離しないように前記直鎖状分子の両末端に封鎖基が配置されるポリロタキサンを少なくとも２分子有し、且つ該少なくとも２分子のポリロタキサンが物理結合を介して架橋してなり、前記シクロデキストリン分子の水酸基（−ＯＨ）の一部又は全部が、−ＯＲ基、−Ｏ−Ｒ’−Ｘ基、−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ １ 基、−Ｏ−ＣＯ−Ｒ ２ 基、−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ ３ 基、及び−Ｏ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ ４ 基からなる群から選ばれる非イオン性基で置換され、
前記Ｒは炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ’は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数３〜１２の環状アルキル基から水素が１つ除かれた基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基から水素が１つ除かれた基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基から水素が１つ除かれた基であり、ＸはＯＨ、ＮＨ ２ 、又はＳＨであり、
前記Ｒ １ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ２ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ３ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記Ｒ ４ は炭素数１〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、少なくとも１個のエーテル基を含む炭素数２〜１２の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数３〜１２の環状アルキル基、炭素数２〜１２の環状アルキルエーテル基、又は炭素数２〜１２の環状アルキルチオエーテル基であり、
前記直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリジメチルシロキサンからなる群から選ばれ、
外部刺激の有無により未架橋状態又は架橋状態から架橋状態又は未架橋状態へと可逆的に変化する可逆的な外部刺激応答性を示す外部刺激応答性材料。 - 前記外部刺激が熱であり、前記溶媒が水であり、温度５〜９０℃の第１の温度範囲において未架橋状態から架橋状態であるハイドロゲル状態へと転移する請求項１４記載の材料。
- 第１の温度範囲よりも高温である第２の温度範囲であって且つ温度１０〜１００℃の第２の温度範囲において架橋状態であるハイドロゲル状態から未架橋状態へと転移する請求項１５記載の材料。
- 前記架橋ポリロタキサンと前記溶媒との重量比率が、０．１：９９．９〜７０：３０である請求項１４〜１６のいずれか１項記載の材料。
- 前記非イオン性基は、全シクロデキストリン分子の全水酸基のうちの１０％〜１００％が置換される請求項１４〜１７のいずれか１項記載の材料。
- 前記シクロデキストリン分子が、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれる請求項１４〜１８のいずれか１項記載の材料。
- 前記封鎖基が、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、置換ベンゼン類、置換されていてもよい多核芳香族類、及びステロイド類からなる群から選ばれる請求項１４〜１９のいずれか１項記載の架橋ポリロタキサン。
- 前記シクロデキストリン分子がα−シクロデキストリンであり、前記直鎖状分子がポリエチレングリコールである請求項１４〜２０のいずれか１項記載の材料。
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