JP5850417B2 - Polymer gel and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、セミ相互侵入網目構造ゲル又は相互侵入網目構造ゲル等の高分子ゲル及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a polymer gel such as a semi-interpenetrating network structure gel or an interpenetrating network structure gel, and a method for producing the same.
高分子ゲルは、低摩擦特性や物質透過性、外的刺激に対する能動的な生物様運動特性など、固体や液体が単独では持ち得ない興味深い性質を数多く持つ。しかし、これらの特性を生かして日常生活や医療、工業の分野でゲルを用いようとする場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ゲルやポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＰＨＥＭＡ）ゲルのような一部のゲルを除き、殆どが機械的強度に乏しく脆いというのが現状である。もし高い強度を持つゲル（特にハイドロゲル）ができれば、またその原理を理解し自由に機械的強度を調整できるようになれば、生活品や工業的な利用は勿論の事、ゲルの持つ物質透過性を生かした人工血管や低摩擦表面を有するゲルの人工関節軟骨への応用など、実用レベルの高機能性バイオマテリアルの開発が可能となり、高分子ゲルの利用価値が飛躍的に高まることが期待される。 Polymer gels have many interesting properties that solids and liquids cannot have on their own, such as low friction properties, substance permeability, and active biological-like movement characteristics against external stimuli. However, when using these properties in daily life, medical care, and industrial fields, some gels such as polyvinyl alcohol (PVA) gel and poly-2-hydroxyethyl methacrylate (PHEMA) gel Except for, most of them are brittle with poor mechanical strength. If a gel with high strength (especially hydrogel) can be obtained, and if the principle can be understood and the mechanical strength can be adjusted freely, it can be used not only for daily use and industrial use, but also for the substance permeation of the gel. It is possible to develop practical high-performance biomaterials, such as the application of artificial blood vessels and gels with low friction surfaces to artificial joint cartilage, and the use value of polymer gels is expected to increase dramatically Is done.
そこで、機械的強度に優れた高分子ゲルを得るため、第一のモノマー成分を重合し架橋することにより形成された網目構造中に、第二のモノマー成分を導入し、第二のモノマー成分を重合し場合により架橋することにより得られる、セミ相互侵入網目構造ハイドロゲル又は相互侵入網目構造ハイドロゲルにおいて、第一のモノマー成分の１０モル％以上が、電荷を有する不飽和モノマーであり、第二のモノマー成分の６０モル％以上が、電気的に中性である不飽和モノマーであり、第一のモノマー成分量：第二のモノマー成分量が、モノマー換算したモル比で１：２〜１：１００であり、かつ、第二のモノマー成分を重合し架橋する場合には、第一のモノマー成分を重合し架橋する場合よりも架橋度を小さく設定することを特徴とする、セミ相互侵入網目構造ハイドロゲル又は相互侵入網目構造ハイドロゲルが提案されている（特許文献１）。当該方法によれば、第一のモノマーとして、１０モル％以上が電荷を有する不飽和モノマーを使用することによって、第一のモノマー成分により得られた網目構造の骨格同士が電気的に反発して膨潤しやすく、当該網目構造の中に第二のモノマーが入り込みやすくなるため、強度の高いゲルを得ることができた。 Therefore, in order to obtain a polymer gel having excellent mechanical strength, the second monomer component is introduced into the network structure formed by polymerizing and crosslinking the first monomer component, In the semi-interpenetrating network hydrogel or interpenetrating network hydrogel obtained by polymerization and optionally crosslinking, 10 mol% or more of the first monomer component is an unsaturated monomer having a charge, 60 mol% or more of the monomer component is an electrically neutral unsaturated monomer, and the first monomer component amount: second monomer component amount is 1: 2 to 1: 2 in terms of a monomer-converted molar ratio. 100, and when the second monomer component is polymerized and cross-linked, the degree of cross-linking is set smaller than when the first monomer component is polymerized and cross-linked,互侵 input network structure hydrogel or interpenetrating network structure hydrogel has been proposed (Patent Document 1). According to this method, by using an unsaturated monomer having a charge of 10 mol% or more as the first monomer, the skeletons of the network structure obtained by the first monomer component are electrically repelled. Since it easily swells and the second monomer easily enters the network structure, a high-strength gel can be obtained.
しかし、上記の合成法により得られるゲルは、第一のモノマーの１０モル％以上が、電荷を有する不飽和モノマーである必要があるので、第一の網目構造としての選択肢が限定される。そこで、本発明は、中性又は弱電解質の第一のモノマーを使用した第一の網目構造体であっても、多量の第二のモノマーを第一の網目構造中に導入できる高分子ゲルの製造方法を提供することを目的とする。 However, since the gel obtained by the above synthesis method needs to be an unsaturated monomer having a charge of 10 mol% or more of the first monomer, the options for the first network structure are limited. Therefore, the present invention provides a polymer gel that can introduce a large amount of the second monomer into the first network structure even in the first network structure using the neutral or weak electrolyte first monomer. An object is to provide a manufacturing method.
本発明（１）は、以下の工程を含む、高分子ゲルの製造方法である。
１）架橋構造を有する第一の網目構造体中に分子ステントを導入する工程；
及び
２）分子ステントを導入した第一の網目構造体内に第二のモノマーを導入して重合する工程。
The present invention (1) is a method for producing a polymer gel including the following steps.
1) introducing a molecular stent into the first network structure having a crosslinked structure;
And 2) A step of polymerizing by introducing a second monomer into the first network structure into which the molecular stent is introduced.
本発明（２）は、前記分子ステント導入後の第一の網目構造体内の浸透圧πｓｔｅｎｔと、前記第一の網目構造体の初期弾性率Ｅ１ｓｔ ｎｅｔとが下記式（１）の関係を満足する、前記発明（１）の製造方法である。
πｓｔｅｎｔ ／ Ｅ１ｓｔ ｎｅｔ ≧ １．５ （１）
In the present invention (2), the relationship between the osmotic pressure π stent in the first network structure after introduction of the molecular stent and the initial elastic modulus E 1st net of the first network structure is expressed by the following formula (1). The manufacturing method according to the invention (1) is satisfied.
πstent / E 1st net ≧ 1.5 (1)
本発明（３）は、網目構造体内での分子ステントの拡散係数Ｄｓｔｅｎｔと、網目構造体内での第二モノマーの拡散係数Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏとの関係が下記式（２）の関係を満足する、前記発明（１）又は（２）の製造方法である。
Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏ ／ Ｄｓｔｅｎｔ ≧ ２ （２）
In the present invention (3), the relationship between the diffusion coefficient Dstent of the molecular stent in the network structure and the diffusion coefficient D2nd mono of the second monomer in the network structure satisfies the relationship of the following formula (2). It is a manufacturing method of the said invention (1) or (2).
D 2nd mono / D stent ≧ 2 (2)
本発明（４）は、前記分子ステントが、電解質ポリマーであることを特徴とする、前記発明（１）〜（３）のいずれか一つの製造方法である。 The present invention (4) is the manufacturing method according to any one of the inventions (1) to (3), wherein the molecular stent is an electrolyte polymer.
本発明（５）は、前記電解質ポリマーが、スルホン酸系モノマー又はその塩、４級アミン塩系モノマーからなる群から選ばれる一又は二種以上の電解質原料モノマーを重合して得られる強電解質ポリマーであることを特徴とする、前記発明（４）の製造方法である。 In the present invention (5), the electrolyte polymer is a strong electrolyte polymer obtained by polymerizing one or two or more kinds of electrolyte raw material monomers selected from the group consisting of sulfonic acid monomers or salts thereof, and quaternary amine salt monomers. It is a manufacturing method of the said invention (4) characterized by the above-mentioned.
本発明（６）は、前記工程１）において、電解質原料モノマーを前記第一の網目構造体内に導入し重合して電解質ポリマーを合成することにより、分子ステントを導入することを特徴とする、前記発明（４）又は（５）の製造方法である。 The present invention (6) is characterized in that in the step 1), a molecular stent is introduced by introducing an electrolyte raw material monomer into the first network structure and polymerizing it to synthesize an electrolyte polymer. It is a manufacturing method of invention (4) or (5).
本発明（７）は、前記工程１）において、分子ステント存在の下で、第一のモノマーと架橋剤を重合して第一の網目構造体を形成する工程である、前記発明（１）〜（５）のいずれか一つの製造方法である。 The present invention (7) is a process of forming the first network structure by polymerizing the first monomer and the crosslinking agent in the presence of the molecular stent in the step 1). (5) Any one of the manufacturing methods.
本発明（８）は、前記工程２）の後に、以下の工程を有することを特徴とする、前記発明（１）〜（７）のいずれか一つの製造方法である。
３）分子ステントを除去する工程。
The present invention (8) is the manufacturing method according to any one of the inventions (1) to (7), which comprises the following steps after the step 2).
3) A step of removing the molecular stent.
本発明（９）は、以下の工程を含む方法により得られる、高分子ゲル。
１）架橋構造を有する中性の第一のモノマーからなる第一の網目構造体中に分子ステントを導入する工程；
及び
２）分子ステントを導入した第一の網目構造体内に第二のモノマーを導入して重合する工程。
The present invention (9) is a polymer gel obtained by a method comprising the following steps.
1) introducing a molecular stent into a first network structure composed of a neutral first monomer having a crosslinked structure;
And 2) A step of polymerizing by introducing a second monomer into the first network structure into which the molecular stent is introduced.
本発明（１０）は、第一のモノマー成分量：第二のモノマー成分量が、モノマー換算したモル比で１：２〜１：１００である、前記発明（９）の高分子ゲルである。 This invention (10) is the polymer gel of the said invention (9) whose 1st monomer component amount: 2nd monomer component amount is 1: 2-1: 100 in the molar ratio converted into the monomer.
本発明に係る製造方法によれば、第一のモノマーの種類に限定されずに、第一の網目構造中に多量の第二のモノマーを導入できるため、中性や弱電解質モノマーであっても、高い強度を有する高分子ゲルを得ることができる。本発明は、分子ステントを用いることによって、第一の網目構造体内の物質の濃度を高めて浸透圧を高めることによって、第一の網目構造体の網目を拡張して多量の第二のモノマーを導入することができる。特にポリマーを用いることにより、第一の網目構造内に分子ステントを留まらせることができ、第二のモノマーが網目構造体に進入する前に分子ステントが網目外に抜けてしまうことを防止することができる。 According to the production method of the present invention, a large amount of the second monomer can be introduced into the first network structure without being limited to the type of the first monomer. A polymer gel having high strength can be obtained. The present invention increases the osmotic pressure by increasing the concentration of the substance in the first network structure by using the molecular stent, thereby expanding the network of the first network structure and adding a large amount of the second monomer. Can be introduced. In particular, by using a polymer, the molecular stent can be retained in the first network structure, and the molecular stent is prevented from coming out of the network before the second monomer enters the network structure. Can do.
まず、本明細書に記載された用語の定義につき説明する。 First, definitions of terms described in this specification will be described.
「相互侵入網目構造ゲル」とは、ベースとなる網目構造に、他の網目構造が、ゲル全体において均一に絡みついており、結果としてゲル内に複数の網目構造を形成しているようなゲルを指す。例えば、この種のゲルは、図１に示すように、複数の架橋点１を有する第一の網目構造Ａと、複数の架橋点２を有する第二の網目構造Ｂとから構成され、これら第一の網目構造Ａと第二の網目構造Ｂが、互いに網目を介して物理的に絡まり合っている。 “Interpenetrating network structure gel” refers to a gel in which other network structures are uniformly entangled with the entire base network structure, resulting in the formation of a plurality of network structures in the gel. Point to. For example, as shown in FIG. 1, this type of gel is composed of a first network structure A having a plurality of crosslinking points 1 and a second network structure B having a plurality of crosslinking points 2. One network structure A and second network structure B are physically entangled with each other through the network.
「セミ相互侵入網目構造ゲル」とは、ベースとなる網目構造に、直鎖状ポリマーが、ゲル全体において均一に絡みついており、結果としてゲル内に複数の網目構造を形成しているようなゲルを指す。例えば、この種のゲルは、図２に示すように、複数の架橋点３を有する第一の網目構造Ｃと、直鎖状ポリマーＤとから構成され、これら第一の網目構造Ｃと直鎖状ポリマーＤが、互いに網目を介して物理的に絡まり合っている。なお、図１及び図２において、第一の網目構造Ａ及びＣを、第二の網目構造Ｂ及び直鎖状ポリマーＤより太く描いたが、これは、便宜的に太さを変えて描いたものである。また、「相互侵入網目構造ゲル」及び「セミ相互侵入網目構造ゲル」は、ダブルネットワーク型のみでなく、三重や四重以上の網目構造を有するゲルをも含む概念である。 “Semi-interpenetrating network structure gel” is a gel in which a linear polymer is uniformly entangled with the base network structure throughout the gel, resulting in the formation of a plurality of network structures in the gel. Point to. For example, as shown in FIG. 2, this type of gel is composed of a first network structure C having a plurality of crosslinking points 3 and a linear polymer D, and these first network structure C and linear chain Polymers D are physically entangled with each other through a network. In FIGS. 1 and 2, the first network structures A and C are drawn thicker than the second network structure B and the linear polymer D, but this is drawn with the thickness changed for convenience. Is. The “interpenetrating network structure gel” and the “semi-interpenetrating network structure gel” are not only a double network type but also a gel including a triple or quadruple or more network structure.
「架橋度」とは、モノマーの仕込みモル濃度に対する架橋剤のモル濃度の比をパーセントで表した値をいう。なお、実際には、重合に関与しなかったモノマーや架橋に関与しなかった架橋剤も僅かにある場合があるが、この際も、本明細書におけるゲルの架橋度は、前記の通りとする。 The “degree of crosslinking” refers to a value expressed as a percentage of the molar concentration of the crosslinking agent relative to the molar concentration of the charged monomer. In practice, there may be a slight amount of monomers that did not participate in the polymerization and crosslinking agents that did not participate in the crosslinking, but in this case, the degree of crosslinking of the gel in this specification is as described above. .
尚、本明細書にいう「ハイドロゲル」とは、溶媒が水であるゲルをいうが、影響しない程度の量、水可溶性溶媒（例えばアルコール）等を含有していてもよい。 The “hydrogel” in the present specification refers to a gel whose solvent is water, but may contain an amount that does not affect, a water-soluble solvent (for example, alcohol), and the like.
本発明に係る高分子ゲルは、少なくとも以下の工程を含む方法により製造される。
１）架橋構造を有する第一の網目構造体中に分子ステントを導入する工程；
及び
２）分子ステントを導入した第一の網目構造体内に第二のモノマーを導入して重合する工程。
The polymer gel according to the present invention is produced by a method including at least the following steps.
1) introducing a molecular stent into the first network structure having a crosslinked structure;
And 2) A step of polymerizing by introducing a second monomer into the first network structure into which the molecular stent is introduced.
工程１）
工程１）においては、架橋構造を有する第一の網目構造体中に分子ステントを導入する。当該工程を経ることにより、分子ステントが第一の網目構造体の間隙に入り込んで、ゲルを膨潤させて間隙を広げるため、工程２）においてモノマーが当該網目構造の内に入り込みやすくなる。そのため、第一の網目構造体内に十分な量の第二のモノマーを導入することができるため、高い強度を有する高分子ゲルを得ることができる。
Step 1)
In step 1), a molecular stent is introduced into the first network structure having a crosslinked structure. By passing through the step, the molecular stent enters the gap of the first network structure and swells the gel to widen the gap, so that the monomer easily enters the network structure in step 2). Therefore, since a sufficient amount of the second monomer can be introduced into the first network structure, a polymer gel having high strength can be obtained.
工程１）において用いる「分子ステント」とは、網目構造体の網目拡張作用を有する物質を意味する。即ち、このような作用を有する物質は、あたかも血管を広げる医療機器であるステントのような役割を果たすので、分子ステントと呼ぶ。 The “molecular stent” used in step 1) means a substance having a network expanding action of a network structure. That is, a substance having such an action is called a molecular stent because it plays a role like a stent that is a medical device that expands blood vessels.
分子ステントは、少なくとも、第一の網目構造体内の浸透圧を、第一の網目構造体初期弾性率より高めることにより、網目構造体内の骨格を広げることが可能となり、更に、第二のモノマー導入の際に当該分子ステントが第一の網目構造体内から容易に抜け出さない程度の低い拡散性を有することにより機能する。 The molecular stent can expand the skeleton in the network structure by increasing at least the osmotic pressure in the first network structure from the initial elastic modulus of the first network structure, and further introduce the second monomer. In this case, the molecular stent functions by having a low diffusibility that does not easily escape from the first network structure.
分子ステントは、第一の網目構造体内に導入した際に、第一の網目構造体の初期弾性率よりも高い浸透圧を示すようなものを選択することが好適である。
即ち、分子ステント導入後の第一の網目構造体内の浸透圧πｓｔｅｎｔと、前記第一の網目構造体の初期弾性率Ｅ１ｓｔ ｎｅｔとが下記式（１）の関係を満足することが好適である。
πｓｔｅｎｔ ／ Ｅ１ｓｔ ｎｅｔ ≧ １．５ （１）
It is preferable to select a molecular stent that exhibits an osmotic pressure higher than the initial elastic modulus of the first network structure when introduced into the first network structure.
That is, it is preferable that the osmotic pressure πstent in the first network structure after introduction of the molecular stent and the initial elastic modulus E 1st net of the first network structure satisfy the relationship of the following formula (1). is there.
πstent / E 1st net ≧ 1.5 (1)
上記式（１）の関係を満足することにより、第一の網目構造体内の浸透圧が、第一の網目構造体自身の初期弾性率の値を上回ることとなり、第一の網目構造体内に水等の溶媒が浸入し、網目構造を膨潤させることができるようになる。πｓｔｅｎｔ ／ Ｅ１ｓｔ ｎｅｔは、２以上であることがより好適であり、４以上であることが更に好適である。 By satisfying the relationship of the above formula (1), the osmotic pressure in the first network structure exceeds the value of the initial elastic modulus of the first network structure itself, and water is contained in the first network structure. Etc., and the network structure can swell. πsent / E 1st net is more preferably 2 or more, and further preferably 4 or more.
ここで、第一の網目構造内の浸透圧πｓｔｅｎｔは、分子ステントを導入した第一の網目構造体の平衡膨潤時の初期弾性率の値で代用する。分子ステントが第一の網目構造内に導入された場合、当該網目構造の平衡膨潤状態においては、網目構造内に水が浸入する圧力（すなわち、浸透圧）が網目構造の弾性率と等しい状態にあることを意味するためである。また、分子ステントとして電解質ポリマーを用いた場合には、全体の浸透圧πｓｔｅｎｔは、解離イオン由来の浸透圧πｉｏｎとポリマー由来の浸透圧πｐｏｌｙの和に概ね等しくなる。浸透圧は分子数と比例関係にあるため、電解質ポリマーの場合、解離イオンの数が、ポリマーの数よりも圧倒的に大きな数となるため、πｉｏｎ＞＞πｐｏｌｙとなり、実質的に解離イオンの浸透圧πｉｏｎは分子ステントを導入した第一の網目構造体の平衡膨潤時の初期弾性率の値に等しくなる。 Here, the osmotic pressure π stent in the first network structure is substituted by the value of the initial elastic modulus at the time of equilibrium swelling of the first network structure into which the molecular stent is introduced. When the molecular stent is introduced into the first network structure, in the equilibrium swelling state of the network structure, the pressure at which water enters the network structure (that is, the osmotic pressure) is equal to the elastic modulus of the network structure. It means to be there. When an electrolyte polymer is used as the molecular stent, the total osmotic pressure π stent is approximately equal to the sum of the osmotic pressure π ion derived from dissociated ions and the osmotic pressure π poly derived from the polymer. Since the osmotic pressure is proportional to the number of molecules, in the case of an electrolyte polymer, the number of dissociated ions is overwhelmingly larger than the number of polymers, so that π ion >> π poly and substantially dissociated ions The osmotic pressure π ion of is equal to the value of the initial elastic modulus at the time of equilibrium swelling of the first network structure into which the molecular stent is introduced.
網目構造内での分子ステントの拡散係数Ｄｓｔｅｎｔと、網目構造内での第二モノマーの拡散係数Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏとの関係が下記式（２）の関係を満足することが好適である。
Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏ ／ Ｄｓｔｅｎｔ ≧ ２ （２）
It is preferable that the relationship between the diffusion coefficient Dstent of the molecular stent in the network structure and the diffusion coefficient D2nd mono of the second monomer in the network structure satisfies the relationship of the following formula (2).
D 2nd mono / D stent ≧ 2 (2)
上記式（２）を満足する分子ステントを使用することによって、分子ステントが第一の網目構造体から放出される速度よりも、第二のモノマーが第一の網目構造内に導入される速度のほうが速くなるため、第二のモノマーを多量導入することができる。Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏ／Ｄｓｔｅｎｔは、１０以上がより好適であり、１００以上がさらに好適である。尚、網目構造内での拡散係数は実施例に記載の方法により計算される。 By using a molecular stent that satisfies the above formula (2), the rate at which the second monomer is introduced into the first network is greater than the rate at which the molecular stent is released from the first network. Since this is faster, a large amount of the second monomer can be introduced. D 2nd mono / D stent is more preferably 10 or more, and further preferably 100 or more. The diffusion coefficient in the network structure is calculated by the method described in the examples.
分子ステントの具体的な例としては、電解質ポリマー、電解質錯体、電解質ミセル、電解質ナノパーティクル等が挙げられる。これらの中でも電解質ポリマーを使用することが好適である。電解質ポリマーを使用することにより、浸透圧が大きくなるので、第一の網目構造体を膨潤し易くなる。浸透圧は、一般的に系の中に存在する分子の数に依存する。すなわち、電解質ポリマーを用いた場合には、上述のように電解質モノマー由来のイオン解離基が解離してイオンが多量に存在することになり、浸透圧を高めることが可能となる。また、ポリマーであることにより、第一の網目構造体内から分子ステントのポリマー成分が放出されにくくなるので、結果的に、解離したカウンターイオンもまた第一の網目構造体内に保持されることとなる。 Specific examples of molecular stents include electrolyte polymers, electrolyte complexes, electrolyte micelles, electrolyte nanoparticles, and the like. Among these, it is preferable to use an electrolyte polymer. By using the electrolyte polymer, the osmotic pressure increases, so that the first network structure is easily swollen. The osmotic pressure generally depends on the number of molecules present in the system. That is, when the electrolyte polymer is used, the ion dissociation group derived from the electrolyte monomer is dissociated as described above and a large amount of ions are present, so that the osmotic pressure can be increased. In addition, since the polymer is less likely to release the polymer component of the molecular stent from the first network structure, the dissociated counter ions are also retained in the first network structure. .
電解質ポリマーとしては、例えば、酸性基（例えば、スルホン酸基）や塩基性基有する不飽和モノマー等の電解質原料モノマーの重合体が挙げられる。より具体的には、電解質原料モノマーとして、例えば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＮａＳＳ）等のスルホン酸系モノマー又はその塩や、アクリル酸等のカルボン酸モノマー又はその塩や、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドハロゲン化メチル４級塩（ＤＭＡＰＡＡ−Ｑ）、ジメチルアミノエチルアクリレートハロゲン化メチル４級塩（ＤＭＡＥＡ−Ｑ）等の４級アミン塩系モノマー等が挙げられる。これらの中でも、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＮａＳＳ）等のスルホン酸系モノマー又はその塩、及び、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドハロゲン化メチル４級塩（ＤＭＡＰＡＡ−Ｑ）、ジメチルアミノエチルアクリレートハロゲン化メチル４級塩（ＤＭＡＥＡ−Ｑ）等の４級アミン塩系モノマーからなる群から選ばれる、一種又は二種以上のモノマーを重合して得られる強電解質ポリマーを用いることが好適である。強電解質ポリマーであることにより、電離し易くなるため、第一の網目構造内の浸透圧を高めることが出来る。 Examples of the electrolyte polymer include polymers of electrolyte raw material monomers such as unsaturated monomers having acidic groups (for example, sulfonic acid groups) and basic groups. More specifically, examples of the electrolyte raw material monomer include sulfonic acid monomers such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and sodium styrenesulfonate (NaSS), or salts thereof, and carboxyls such as acrylic acid. Examples include acid monomers or salts thereof, and quaternary amine salt monomers such as dimethylaminopropylacrylamide halogenated methyl quaternary salt (DMAPAA-Q) and dimethylaminoethyl acrylate halogenated methyl quaternary salt (DMAEA-Q). . Among these, sulfonic acid monomers such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and sodium styrenesulfonate (NaSS) or salts thereof, and dimethylaminopropylacrylamide methyl halide quaternary salt (DMAPAA- Q), a strong electrolyte polymer obtained by polymerizing one or more monomers selected from the group consisting of quaternary amine salt monomers such as dimethylaminoethyl acrylate methyl halide quaternary salt (DMAEA-Q). It is preferable to use it. Since it is a strong electrolyte polymer, it becomes easy to ionize, so that the osmotic pressure in the first network structure can be increased.
分子ステントとして強電解質ポリマーを用いる場合には、強電解質のモノマーを第一の網目構造体内に導入して重合することにより網目構造体の内部に分子ステントを導入することが好適である。ここで、第一の分子構造体の中に、強電解質モノマーを導入する際に、溶液の濃度を高めて、浸透圧を高くすることによって、第一の網目構造体内に多くの分子ステントのモノマーが導入される。内部に強電解質モノマーが導入された状態で重合することにより、第一の網目構造体内に分子ステントを導入することができる。 When a strong electrolyte polymer is used as the molecular stent, it is preferable to introduce the molecular stent into the network structure by introducing and polymerizing a monomer of the strong electrolyte into the first network structure. Here, when the strong electrolyte monomer is introduced into the first molecular structure, the concentration of the solution is increased and the osmotic pressure is increased to increase the monomer of many molecular stents in the first network structure. Is introduced. A molecular stent can be introduced into the first network structure by polymerization in a state where a strong electrolyte monomer is introduced therein.
その他、分子ステント存在の下で、第一のモノマーと架橋剤を重合して第一の網目構造体を形成することにより、第一の網目構造体内に分子ステントを導入することもできる。このような方法とすることにより、合成のステップを一段階減らせるので、製造がより簡便になる。また、電解質ポリマーのような重合体に限定されず、内部で浸透圧を高めることが出来る様々な物質を分子ステントとして用いることができるようになる。 In addition, the molecular stent can be introduced into the first network structure by polymerizing the first monomer and the crosslinking agent in the presence of the molecular stent to form the first network structure. By adopting such a method, the synthesis step can be reduced by one step, so that the production becomes simpler. Moreover, it is not limited to a polymer such as an electrolyte polymer, and various substances that can increase the osmotic pressure inside can be used as a molecular stent.
ここで、分子ステントを導入した第一の網目構造体の膨潤度は、相対厚さにおいて、１．５以上であることが好適であり、１．８以上がより好適であり、２．０以上が更に好適である。上限は特に限定されないが、例えば１０．０である。尚、ここで相対厚さとは、分子ステントを導入した網目構造体の平衡膨潤後の厚みを、分子ステントを導入していない網目構造体の平衡膨潤後の厚みで割った値を意味する。このような膨潤度が得られる程度に分子ステントが、網目構造体内に入り込み膨潤させることによって、工程２）においてモノマーの導入量が多くなる。 Here, the degree of swelling of the first network structure into which the molecular stent is introduced is preferably 1.5 or more, more preferably 1.8 or more, and 2.0 or more in relative thickness. Is more preferred. Although an upper limit is not specifically limited, For example, it is 10.0. Here, the relative thickness means a value obtained by dividing the thickness after equilibrium swelling of the network structure into which the molecular stent is introduced by the thickness after equilibrium swelling of the network structure into which the molecular stent is not introduced. When the molecular stent enters the network structure and swells to such an extent that such a degree of swelling is obtained, the amount of monomer introduced in step 2) increases.
また、分子ステントを導入した第一の網目構造体の剛直性は、単位高分子鎖あたりの弾性率Ｅｎにおいて、１０ＭＰａ以上であることが好適であり、３０ＭＰａ以上がより好適であり、５０ＭＰａ以上がより好適である。上限は特に限定されないが、例えば、１０００ＭＰａ以下である。尚、単位高分子鎖あたりの弾性率Ｅｎは、弾性率×（相対厚さ）３により求めた。ここで、相対厚さとは、厚み変化率を意味する。すなわち、上記Ｅｎは、測定によりえられた弾性率が網目構造体の膨潤度の変化による体積変化に依存するため、網目構造体を構成する高分子あたりの値に規格化して評価するための値である。すなわち、Ｅｎが高い値を示すということは、網目構造体の高分子が伸張した状態にあることを意味するので、分子ステントが網目を拡張していることの指標ともなる。また、より高い剛直性を有することによって、後述する工程２）により得られる高分子ゲルが高い強度を有する材料となる。 Further, rigidity of the first network structure by introducing a molecule stents, the elastic modulus E n per unit polymer chain is preferably not less than 10 MPa, more 30MPa is more preferred, more than 50MPa Is more preferred. Although an upper limit is not specifically limited, For example, it is 1000 Mpa or less. The elastic modulus E n per unit polymer chain was determined by the elastic modulus × (relative thickness) 3. Here, the relative thickness means a thickness change rate. That is, the E n has an elastic modulus which is example by measurement because it depends on the volume change due to the change of the degree of swelling of the mesh structure, to evaluate normalized to a value per polymer constituting the mesh structure Value. In other words, the fact that E n indicates a high value, it means that a state in which the polymer of the network structure is stretched, is also an indication that the molecule stent is expanded to mesh. Moreover, the polymer gel obtained by the process 2) mentioned later becomes a material which has high intensity | strength by having higher rigidity.
ここで工程１）において用いられる架橋構造を有する第一の網目構造体としては、特に限定されないが、化学架橋構造を有する網目構造体であることが好適である。網目構造体の形状としては、全体にわたって連続的に存在する塊状の網目構造体であってもよいし、粒子状の網目構造体であってもよい。特に高強度の高分子ゲルを得るためには、前者の塊状の網目構造体であることが好適である。また粒子状の網目構造体は、例えば塊状の網目構造体を粉砕したものを用いてもよい。 Here, the first network structure having a crosslinked structure used in step 1) is not particularly limited, but is preferably a network structure having a chemical crosslinked structure. The shape of the network structure may be a massive network structure that exists continuously throughout the whole, or may be a particulate network structure. In particular, in order to obtain a high-strength polymer gel, the former massive network structure is preferable. Further, as the particulate network structure, for example, a pulverized network structure may be used.
第一の網目構造体を構成するモノマーとしては、電気的に中性である不飽和モノマー、電荷を有する不飽和モノマーや、これらの共重合体が挙げられるが、これらの中でも、電気的に中性である不飽和モノマー又は弱電解質モノマーを用いることが好適であり、これらの中でも電気的に中性である不飽和モノマーを用いることがより好適である。即ち、電気的に中性であるモノマーは、網目構造を構成するポリマーが電荷を有しないので、互いに反発せず、十分に膨潤しないため、続いて導入しようとするモノマーが第一の網目構造体内に進入しにくいという問題を有していたが、本発明に係る分子ステントを使用することによって、中性モノマー等の第二のモノマーの進入し難い第一の網目構造体を使用した場合であっても、十分に第二のモノマーを第一の網目構造体内に導入させることができる。 Examples of the monomer constituting the first network structure include electrically neutral unsaturated monomers, electrically charged unsaturated monomers, and copolymers thereof. Among these, It is preferable to use an unsaturated monomer or a weak electrolyte monomer, and among these, it is more preferable to use an unsaturated monomer that is electrically neutral. That is, the monomer that is electrically neutral does not repel each other and does not swell sufficiently because the polymer constituting the network structure does not have a charge, so that the monomer to be subsequently introduced is contained in the first network structure. However, when the first network structure in which the second monomer such as the neutral monomer is difficult to enter is used by using the molecular stent according to the present invention. However, the second monomer can be sufficiently introduced into the first network structure.
電気的に中性である不飽和モノマーとしては、例えば、アクリルアミド（ＡＡｍ）、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）、ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡｍ）等のアクリルアミド系モノマーや、酢酸ビニル、ビニルピリジン、スチレン（Ｓｔ）等のビニル系モノマーや、メチルメタクリレート等のアルキルアクリレート系モノマーや、ヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）等のヒドロキシアルキルアクリレート系モノマーや、トリフルオロエチルアクリレート等のフッ素含有不飽和モノマーを挙げることができる。 Examples of electrically neutral unsaturated monomers include acrylamide monomers such as acrylamide (AAm), N-isopropylacrylamide (NIPAM), and dimethylacrylamide (DMAAm), vinyl acetate, vinylpyridine, and styrene (St). And vinyl-based monomers such as methyl methacrylate, alkyl acrylate monomers such as methyl methacrylate, hydroxyalkyl acrylate monomers such as hydroxyethyl acrylate (HEA), and fluorine-containing unsaturated monomers such as trifluoroethyl acrylate.
電荷を有する不飽和モノマーとしては、好適には、酸性基（例えば、カルボキシル基、リン酸基及びスルホン酸基を）や塩基性基（例えば、アミノ基）有する不飽和モノマーを、例えば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸又はそれらの塩を挙げることができる。また、本発明においては、特に弱電解質のモノマー等により製造された網目構造体のように膨潤が十分に起きないものであっても、第一の網目構造体として使用することが可能となる。 As the unsaturated monomer having a charge, an unsaturated monomer having an acidic group (for example, a carboxyl group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group) or a basic group (for example, an amino group) is preferably used. Mention may be made of acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS), acrylic acid (AAc), methacrylic acid or their salts. Further, in the present invention, even a network structure that is not sufficiently swelled, such as a network structure manufactured with a weak electrolyte monomer or the like, can be used as the first network structure.
架橋剤は、特に限定されず、化学架橋を形成する公知の架橋剤を使用することができるが、架橋重合すべき有機モノマーに対応して種々のものが選択され、例えば、二以上の（メタ）アクリル基を有するアクリル系架橋剤が挙げられる。より具体的には、有機モノマーとしてＡＭＰＳ、ＡＡｍ、ＡＡｃを用いた場合には、Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミドを、有機モノマーとしてＳｔを用いた場合には、エチレングリコールジメタクリレートを夫々使用することができる。 The cross-linking agent is not particularly limited, and a known cross-linking agent that forms chemical cross-linking can be used. Various types of cross-linking agents are selected according to the organic monomer to be cross-linked and polymerized. ) Acrylic crosslinking agent having an acrylic group. More specifically, when AMPS, AAm, or AAc is used as the organic monomer, N, N′-methylenebisacrylamide is used, and when St is used as the organic monomer, ethylene glycol dimethacrylate is used. be able to.
重合開始剤は、特に限定されず、公知の重合開始剤を使用することができるが、重合すべき有機モノマーに対応して種々のものが選択される。例えば、有機モノマーとしてＡＭＰＳ、ＡＡｍ、ＡＡｃを熱重合する場合には、過硫酸カリウムなどの水溶性熱触媒、過硫酸カリウム−チオ硫酸ナトリウムなどのレドックス開始剤を用いることができ、光重合する場合には、光増感剤として２−オキソグルタル酸を用いることができる。また、有機モノマーとしてＳｔを熱重合する場合には、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）などの有機溶媒に溶解性の熱触媒を用いることができ、光重合する場合には、光増感剤としてベンゾフェノンを使用することができる。 The polymerization initiator is not particularly limited, and a known polymerization initiator can be used, but various ones are selected according to the organic monomer to be polymerized. For example, when thermally polymerizing AMPS, AAm, AAc as an organic monomer, a water-soluble thermal catalyst such as potassium persulfate, or a redox initiator such as potassium persulfate-sodium thiosulfate can be used. For example, 2-oxoglutaric acid can be used as a photosensitizer. When St is thermally polymerized as an organic monomer, a thermal catalyst soluble in an organic solvent such as azobisisobutyronitrile (AIBN) or benzoyl peroxide (BPO) can be used. In this case, benzophenone can be used as a photosensitizer.
また、第一の網目構造を有するゲルを浸漬する溶液の溶媒は、特に限定されず、公知の溶媒を使用することができる。 Moreover, the solvent of the solution which immerses the gel which has a 1st network structure is not specifically limited, A well-known solvent can be used.
工程２）
工程２）においては、膨潤させた第一の網目構造体内に第二のモノマーを導入して重合する。第二のモノマーは、網目状に重合して第二の網目構造体を導入してもよいし、直鎖的に重合して第二のポリマーを導入してもよい。網目状に重合することによって、相互進入網目構造ゲルを得ることができる。一方、直鎖的に重合した場合には、セミ相互侵入網目構造ゲルを得ることができる。
Step 2)
In step 2), the second monomer is introduced into the swollen first network structure and polymerized. The second monomer may be polymerized into a network to introduce the second network structure, or may be polymerized linearly to introduce the second polymer. By polymerizing in a network, an interpenetrating network structure gel can be obtained. On the other hand, when polymerized linearly, a semi-interpenetrating network structure gel can be obtained.
ここで、第二のモノマーとしては、電気的に中性である不飽和モノマー、電荷を有する不飽和モノマーや、これらの共重合体が挙げられるが、これらの中でも、電気的に中性であるモノマーを用いることが好適である。電気的に中性なモノマーを用いることにより、第二の網目構造体もしくは第二のポリマーが大変形においても破壊しにくい。 Here, examples of the second monomer include an electrically neutral unsaturated monomer, an electrically charged unsaturated monomer, and a copolymer thereof. Among these, an electrically neutral monomer is used. It is preferable to use a monomer. By using an electrically neutral monomer, the second network structure or the second polymer is difficult to break even in a large deformation.
電気的に中性である不飽和モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ジメチルアクリルアミド等のアクリルアミド系モノマーや、酢酸ビニル、ビニルピリジン、スチレン等のビニル系モノマーや、メチルメタクリレート等のアルキルアクリレート系モノマーや、ヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）等のヒドロキシアルキルアクリレート系モノマーや、トリフルオロエチルアクリレート等のフッ素含有不飽和モノマーを挙げることができる。 Examples of electrically neutral unsaturated monomers include acrylamide monomers such as acrylamide, N-isopropylacrylamide, and dimethylacrylamide, vinyl monomers such as vinyl acetate, vinyl pyridine, and styrene, and alkyl monomers such as methyl methacrylate. Examples thereof include acrylate monomers, hydroxyalkyl acrylate monomers such as hydroxyethyl acrylate (HEA), and fluorine-containing unsaturated monomers such as trifluoroethyl acrylate.
電荷を有する不飽和モノマーとしては、好適には、酸性基（例えば、カルボキシル基、リン酸基及びスルホン酸基を）や塩基性基（例えば、アミノ基）有する不飽和モノマーを、例えば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸又はそれらの塩を挙げることができる。 As the unsaturated monomer having a charge, an unsaturated monomer having an acidic group (for example, a carboxyl group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group) or a basic group (for example, an amino group) is preferably used. Mention may be made of acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS), acrylic acid (AAc), methacrylic acid or their salts.
架橋剤としては、工程１）と同様の架橋剤を使用できる。尚、工程１）の架橋剤と工程２）の架橋剤とは、種類が同じであっても異なっていてもよい。重合開始剤としては、工程１）と同様の重合開始剤を使用できる。尚、工程１）の重合開始剤と工程２）の重合開始剤とは、種類が同じであっても異なっていてもよい。また、溶媒も工程１）と、同様に公知の溶媒を用いることができるが、工程１）と工程２）と同種の溶媒を使用することが好適である。 As the crosslinking agent, the same crosslinking agent as in step 1) can be used. The cross-linking agent in step 1) and the cross-linking agent in step 2) may be the same or different. As the polymerization initiator, the same polymerization initiator as in step 1) can be used. The polymerization initiator in step 1) and the polymerization initiator in step 2) may be the same or different. As the solvent, a known solvent can be used as in Step 1), but it is preferable to use the same type of solvent as in Step 1) and Step 2).
本発明に係る高分子ゲル中の第一のモノマー成分量：第二のモノマー成分量が、モノマー換算したモル比で１：２〜１：１００（好適には１：３〜１：５０、より好適には１：３〜１：３０）であることが好適である。このような構成を採ることにより、ゲルに、高い機械強度等の特性を付与することができる。 The amount of the first monomer component in the polymer gel according to the present invention: The amount of the second monomer component is 1: 2 to 1: 100 (preferably 1: 3 to 1:50, in terms of a molar ratio in terms of monomer). It is preferably 1: 3 to 1:30). By adopting such a configuration, properties such as high mechanical strength can be imparted to the gel.
次に、重合・架橋条件等につき説明すると、まず、第一の網目構造を有するゲルに拡散した第二のモノマー成分の重合反応は、加熱するか、または紫外線のような光を照射するか、いずれかにより行うことができる。この重合反応は、前記ゲルの第一の網目構造を壊さない条件下でなされる。また、架橋反応は、所定濃度の架橋剤、反応開始剤を第二のモノマー成分と一緒に溶媒中に混合し、第一の網目構造を有するゲルに拡散させる。具体的には、第一の網目構造を有するゲルを、架橋剤を含有する第二のモノマー溶液に浸漬し、２４時間低温下で拡散させる。なお、拡散途中で架橋してしまうことを避けるために、室温以下、４℃付近が好ましい。 Next, the polymerization / crosslinking conditions will be described. First, the polymerization reaction of the second monomer component diffused in the gel having the first network structure is heated or irradiated with light such as ultraviolet rays. It can be done by either. This polymerization reaction is performed under conditions that do not break the first network structure of the gel. In the cross-linking reaction, a predetermined concentration of cross-linking agent and reaction initiator are mixed in a solvent together with the second monomer component, and diffused into the gel having the first network structure. Specifically, the gel having the first network structure is immersed in a second monomer solution containing a crosslinking agent and diffused at a low temperature for 24 hours. In order to avoid cross-linking during the diffusion, it is preferably room temperature or lower and around 4 ° C.
また、第二のモノマー成分を重合し架橋する場合には、第一のモノマー成分を重合し架橋する場合よりも架橋度を小さく設定することである。即ち、第二の網目構造（第二のモノマー成分を重合し架橋することにより形成される網目構造）の架橋度を、第一の網目構造のそれよりも小さくするというものであり、その最も極端な例が、第二の網目構造の架橋度が０（即ち、第二のモノマー成分を重合するが架橋しない場合）である、セミ相互侵入網目構造ハイドロゲルの形態である。このような構成を採ることにより、ゲルに、これまでにない機械強度等の特性を付与することができる。 In addition, when the second monomer component is polymerized and crosslinked, the degree of crosslinking is set smaller than when the first monomer component is polymerized and crosslinked. That is, the degree of cross-linking of the second network structure (network structure formed by polymerizing and cross-linking the second monomer component) is made smaller than that of the first network structure. An example is the form of a semi-interpenetrating network hydrogel in which the degree of crosslinking of the second network structure is 0 (ie, when the second monomer component is polymerized but not crosslinked). By adopting such a configuration, it is possible to impart characteristics such as unprecedented mechanical strength to the gel.
具体的には、第一の網目構造を形成させるために使用する架橋剤の量と、第二の網目構造を形成させるために使用する架橋剤の量を、各々の網目構造の原料モノマーと関連づけて適宜調整する。好適には、第一の網目構造の架橋度が０．１〜５０ｍｏｌ％であり、第二の網目構造の架橋度が０．００１〜２０ｍｏｌ％となるように、より好適には、第一の網目構造の架橋度が１〜２０ｍｏｌ％であり、第二の網目構造の架橋度が０．０１〜５ｍｏｌ％となるように、最も好適には、第一の網目構造の架橋度が２〜１０ｍｏｌ％であり、第二の網目構造の架橋度が０．０３〜１ｍｏｌ％となるようにする。特に、ゲルの含水率を小さくしたり（即ち、膨潤度を小さくする）、硬くする（即ち、弾性率を大きくする）には、両方の架橋度を上げるようにすればよい。 Specifically, the amount of the crosslinking agent used for forming the first network structure and the amount of the crosslinking agent used for forming the second network structure are related to the raw material monomers of each network structure. Adjust accordingly. Preferably, the first network has a cross-linking degree of 0.1 to 50 mol%, and the second network has a cross-linking degree of 0.001 to 20 mol%, and more preferably, the first network structure has a cross-linking degree of 0.001 to 20 mol%. Most preferably, the degree of crosslinking of the first network structure is 2 to 10 mol so that the degree of crosslinking of the network structure is 1 to 20 mol% and the degree of crosslinking of the second network structure is 0.01 to 5 mol%. %, And the degree of cross-linking of the second network structure is 0.03 to 1 mol%. In particular, in order to reduce the moisture content of the gel (that is, reduce the degree of swelling) or make it hard (that is, increase the elastic modulus), it is only necessary to increase the degree of crosslinking of both.
工程３）
工程３）においては、分子ステントを除去する。当該工程は任意工程であるが、分子ステントを取り除くこともできる。分子ステントの除去方法としては、高分子ゲルを水中等の溶媒中に浸漬する方法などが挙げられる。
Step 3)
In step 3), the molecular stent is removed. The process is an optional process, but the molecular stent can be removed. Examples of the method for removing the molecular stent include a method of immersing the polymer gel in a solvent such as water.
以上、本方法により得られる高分子ゲルは、第一の網目構造体の種類に限定されることなく、高い強度を有する。特に、応力−歪曲線において、早い段階で降伏点が観測され、その後、応力が徐々に上昇しつつ、高い破断伸びを示す。高分子ゲルの破断のための損失エネルギーが、高くなる傾向にあり、破断しにくいゲルが得られるという性質を有する。 As described above, the polymer gel obtained by the present method is not limited to the type of the first network structure, and has high strength. In particular, in the stress-strain curve, the yield point is observed at an early stage, and thereafter, the stress gradually increases while showing a high elongation at break. Loss energy for rupture of the polymer gel tends to be high, and has a property that a gel that is difficult to break can be obtained.
また、第一の網目構造体の架橋度を調整することによって、得られる高分子ゲルの性質を変化させることができる。ＰＡＭＰＳ／ＰＡＡｍ相互進入網目構造ゲルのように高強度の高分子ゲルを得ようとする場合には、第一の網目構造体の架橋度は１〜１０ｍｏｌ％が好適であり、１．５〜８ｍｏｌ％がより好適であり、２〜４ｍｏｌ％が更に好適である。 Moreover, the property of the polymer gel obtained can be changed by adjusting the crosslinking degree of the first network structure. When a high-strength polymer gel such as a PAMPS / PAAm interpenetrating network gel is to be obtained, the degree of crosslinking of the first network structure is preferably 1 to 10 mol%, and 1.5 to 8 mol. % Is more preferable, and 2 to 4 mol% is more preferable.
一方、高い破断歪を有する高分子ゲルを得ようとする場合には、第一の網目構造体の架橋度は０．０３〜６ｍｏｌ％が好適であり、０．１〜４ｍｏｌ％がより好適であり、０．３〜２ｍｏｌ％が更に好適である。 On the other hand, when obtaining a polymer gel having a high breaking strain, the degree of crosslinking of the first network structure is preferably 0.03 to 6 mol%, more preferably 0.1 to 4 mol%. Yes, 0.3 to 2 mol% is more preferable.
また、高い降伏応力を有する高分子ゲルを得ようとする場合には、第一の網目構造体の架橋度は２〜２０ｍｏｌ％が好適であり、３〜１５ｍｏｌ％がより好適であり、４〜１２ｍｏｌ％が更に好適である。 Moreover, when it is going to obtain the polymer gel which has a high yield stress, 2-20 mol% is suitable for the crosslinking degree of a 1st network structure, 3-15 mol% is more suitable, 4 ~ 12 mol% is more preferable.
まず、高分子ゲルの圧縮破断応力は、好適には１〜１００ＭＰａであり、より好適には５〜５０ＭＰａであり、最も好適には１０〜４０ＭＰａである。更に、高分子ゲルの引張破断応力は、好適には０．１〜１００ＭＰａであり、更に好適には０．１〜５０ＭＰａであり、最も好適には０．５〜５ＭＰａである。 First, the compressive breaking stress of the polymer gel is preferably 1 to 100 MPa, more preferably 5 to 50 MPa, and most preferably 10 to 40 MPa. Further, the tensile breaking stress of the polymer gel is preferably 0.1 to 100 MPa, more preferably 0.1 to 50 MPa, and most preferably 0.5 to 5 MPa.
「圧縮破断応力」とは、（圧縮破断時の力／元の断面積）の式で算出され、また、「圧縮破断歪」とは、（元の長さ−圧縮破断時の長さ）／元の長さの式で算出される。これらは、以下の方法Ａで測定可能である。
測定方法Ａ：ゲルを直径９ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に切り出し、前記ゲルを２枚の平板プレート間に挟み、ＴＥＮＳＩＬＯＮ（商標）引張試験機（ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製型式：ＲＴＣ−１３１０Ａ）を用いて圧縮させる圧縮破断応力。圧縮速度は１０％／分とする。
“Compressive rupture stress” is calculated by the formula of (force at compression rupture / original cross-sectional area), and “compression rupture strain” is (original length−length at compression rupture) / Calculated using the original length formula. These can be measured by the following method A.
Measurement method A: The gel was cut into a disk shape having a diameter of 9 mm and a thickness of 5 mm, the gel was sandwiched between two flat plates, and a TENSILON (trademark) tensile tester (Model: RTC-1310A manufactured by ORIENTEC) was used. Compressive breaking stress to be compressed. The compression speed is 10% / min.
「引張破断応力」とは、（引張破断時の力／元の断面積）の式で算出され、また、「引張破断歪」とは、（引張破断時の長さ−元の長さ）／元の長さの式で算出される。これらは、以下の方法Ｂで測定可能である。
測定方法Ｂ：ゲルを延伸部延伸部長さ１２ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ２ｍｍのダンベル状（ＪＩＳ
Ｋ−６２５１−７）に切り出しゲルの両末端を挟み、ＴＥＮＳＩＬＯＮ（商標）引張試験機（ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製型式：１３１０Ａ）で試験を行い、破断した時点での応力を引張破断応力σとする。引張速度は１００ｍｍ／分とする。「歪」とは、（伸長時の長さ‐元の長さ）／元の長さの式で算出される。「応力」とは、（伸長時の力／元の断面積）の式で算出される。
“Tensile rupture stress” is calculated by the formula of (force at tensile rupture / original cross-sectional area), and “tensile rupture strain” is (length at tensile rupture−original length) / Calculated using the original length formula. These can be measured by the following method B.
Measuring method B: Dumbbell shape with a stretched part length of 12 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 2 mm (JIS)
K-6251-7) is sandwiched between both ends of the gel, and a test is conducted with a TENSILON (trademark) tensile tester (ORIENTEC model: 1310A). The tensile speed is 100 mm / min. The “distortion” is calculated by the formula of (length at extension−original length) / original length. “Stress” is calculated by the formula of (force at elongation / original cross-sectional area).
更に、本発明の高分子ゲルは、好適には、含水率が１０％以上（より好適には５０％以上、更に好適には８５％以上）である。このように、ゲルに多量の水を存在させることにより、しなやか性、物質の透過性が向上する。なお、含水率の上限値は特に限定されないが、ゲルの機械強度維持等の理由から、通常は９９．９％以下、好適には９９％以下、より好適には９５％以下である。 Furthermore, the polymer gel of the present invention preferably has a water content of 10% or more (more preferably 50% or more, and even more preferably 85% or more). Thus, the presence of a large amount of water in the gel improves the flexibility and the permeability of the substance. The upper limit value of the moisture content is not particularly limited, but is usually 99.9% or less, preferably 99% or less, more preferably 95% or less for reasons such as maintaining the mechanical strength of the gel.
「含水率」とは、以下の式で求められる値をいう：
含水率＝水の重さ／（水の重さ＋乾燥ゲルの重さ）×１００（％）
“Moisture content” refers to the value determined by the following formula:
Moisture content = weight of water / (weight of water + weight of dry gel) × 100 (%)
また、本発明のゲルは、好適には、収縮度が２０〜９５％（更に好適には６０〜９５％、最も好適には７０〜９５％）である。従来の電解質ゲルは、塩水に漬けると収縮が激しいため、特に、生体材料としての用途が閉ざされていた。このような物性を有することにより、かかる用途の可能性を提供した点で、非常に有意義である。このように収縮度が小さいと、例えば、おむつに応用するときに、吸収能力が落ちないという利点がある。また、海水中でゲルを応用する際にも有効である。 The gel of the present invention preferably has a shrinkage of 20 to 95% (more preferably 60 to 95%, most preferably 70 to 95%). Conventional electrolyte gels are severely shrunk when immersed in salt water, and therefore, their use as biomaterials has been particularly closed. Having such physical properties is very significant in that it provides the possibility of such use. Such a small degree of contraction has an advantage that the absorption capacity does not drop when applied to a diaper, for example. It is also effective when applying gels in seawater.
「収縮度」とは、純水中で平衡膨潤したゲルの重量に対する塩水中で平衡膨潤したゲルの重量の比をパーセントで表した値を指し、以下の方法Ｃで測定された値をいう。
測定方法Ｃ：ゲルを大きさ２×２×０．２ｃｍ３に切り出し、２０℃下で、５００ｍｌの蒸留水に入れ、１日間平衡膨潤させる。平衡膨潤後、水から取り出し、重さを天秤で量る。そのゲルを、更に、２０℃下で、０．１ｍｏｌ／ｌの塩化ナトリウム水溶液５００ｍｌに入れ、１日浸漬し、平衡膨潤させてから取り出し、その重さを量る。
“Shrinkage” refers to a value expressed as a percentage of the weight of the gel swollen equilibrium in salt water to the weight of the gel swollen equilibrium in pure water, and is a value measured by Method C below.
Measurement method C: The gel is cut into a size of 2 × 2 × 0.2 cm 3 , placed in 500 ml of distilled water at 20 ° C., and allowed to swell for one day. After equilibrium swelling, remove from water and weigh with a balance. The gel is further placed in 500 ml of a 0.1 mol / l sodium chloride aqueous solution at 20 ° C., immersed for one day, allowed to swell in equilibrium, and then taken out and weighed.
（分子ステントの種類の検討）
モノマー（ヒドロキシエチルアクリレート：ＨＥＡ）１Ｍ，架橋剤（Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド：ＭＢＡＡ）４ｍｏｌ％，開始剤２−オキソグルタル酸 ０．１ｍｏｌ％を純水に溶解させ、ＵＶを８ｈ照射することで第１網目のＰＨＥＡ（ポリヒドロキシエチルアクリレート）ゲルを作成した。本ゲルを強電解質モノマーと光開始剤の水溶液に３日間浸漬した。モノマーとしては、アニオン型強電解質の２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）とスチレンスルホン酸ナトリウム（ＮａＳＳ）、カチオン型強電解質のジメチルアミノプロピルアクリルアミドハロゲン化メチル４級塩（ＤＭＡＰＡＡ−Ｑ）と、ジメチルアミノエチルアクリレートハロゲン化メチル４級塩（ＤＭＡＥＡ−Ｑ）、比較として中性のアクリルアミド（ＡＡｍ）および弱電解質のアクリル酸（ＡＡｃ）、計６種類を用いた。モノマー濃度は０．５〜１Ｍ、光開始剤濃度は０．１ｍｏｌ％である。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで、ゲル内部で強電解質ポリマー（分子ステント）を合成した。このゲルをＳｔゲルと呼ぶ。Ｓｔゲルを、モノマーＡＡｍ ２Ｍ、架橋剤 ０．０２ｍｏｌ％、光開始剤０．０１ｍｏｌ％の水溶液に２日間浸漬した。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで第２網目のＰＡＡｍを重合し、Ｓｔ−ＤＮ（ダブルネット：相互侵入網目構造）ゲルを合成した。尚、ＮａＳＳを使用した場合には、分子ステントを導入後、第一の網目構造体の一部が破壊された。
(Examination of types of molecular stents)
Monomer (hydroxyethyl acrylate: HEA) 1M, crosslinking agent (N, N'-methylenebisacrylamide: MBAA) 4 mol%, initiator 2-oxoglutaric acid 0.1 mol% is dissolved in pure water, and UV irradiation is performed for 8 hours. Thus, a PHEA (polyhydroxyethyl acrylate) gel of the first mesh was prepared. This gel was immersed in an aqueous solution of a strong electrolyte monomer and a photoinitiator for 3 days. As monomers, anionic strong electrolyte 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and sodium styrenesulfonate (NaSS), cationic strong electrolyte dimethylaminopropylacrylamide methyl halide quaternary salt (DMAPAA-Q) ), Dimethylaminoethyl acrylate methyl halide quaternary salt (DMAEA-Q), and neutral acrylamide (AAm) and weak electrolyte acrylic acid (AAc) as a comparison. The monomer concentration is 0.5 to 1 M, and the photoinitiator concentration is 0.1 mol%. By irradiating this gel with UV for 8 hours, a strong electrolyte polymer (molecular stent) was synthesized inside the gel. This gel is called St gel. The St gel was immersed in an aqueous solution of monomer AAm 2M, a crosslinking agent 0.02 mol%, and a photoinitiator 0.01 mol% for 2 days. This gel was irradiated with UV for 8 hours to polymerize PAAm of the second network, and synthesize a St-DN (double net: interpenetrating network structure) gel. When NaSS was used, a part of the first network structure was broken after the molecular stent was introduced.
上記の製造工程において得られたＳｔゲルの物性を確認した。図３（ａ）は、ステントの種類に対する相対厚さ（ＰＨＥＡゲルの厚さを１とした）の測定結果である。ここで、相対厚さは、ステント導入後の第一の網目構造体の平衡膨潤状態における厚さを、ステントを導入する前の第一の網目構造体（ここではＰＨＥＡ）の平衡膨潤状態における厚さで除した値を測定した。より詳細には、分子ステントを導入したゲルを純水中で平衡膨潤させ、ノギスでゲルの厚さを測定する。分子ステントを導入していないゲルを純水中で平衡膨潤させ、ノギスでゲルの厚さを測定する。相対厚さは以下の式により求める。
（相対厚さ）＝（分子ステントを導入したゲルの厚さ）/（分子ステントを未導入のゲルの厚さ）
The physical properties of the St gel obtained in the above production process were confirmed. FIG. 3A shows the measurement result of the relative thickness (PHEA gel thickness is 1) with respect to the type of stent. Here, the relative thickness is the thickness in the equilibrium swelling state of the first network structure after introduction of the stent, and the thickness in the equilibrium swelling state of the first network structure (here, PHEA) before introducing the stent. The value divided by this was measured. More specifically, the gel into which the molecular stent is introduced is equilibrated and swollen in pure water, and the thickness of the gel is measured with calipers. The gel without the molecular stent is equilibrated and swollen in pure water, and the thickness of the gel is measured with a caliper. The relative thickness is obtained by the following formula.
(Relative thickness) = (Thickness of gel with molecular stent introduced) / (Thickness of gel without molecular stent introduced)
（応力‐歪曲線）
ゲルを延伸部長さ１２ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ２ｍｍのダンベル状（ＪＩＳ
Ｋ−６２５１−７）に切り出し、ＴＥＮＳＩＬＯＮ（商標）引張試験機（ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製形式：１３１０Ａ）で試験を行った。引張速度は１００ｍｍ／分とした。
(Stress-strain curve)
Dumbbell shape with stretched part length 12mm, width 2mm, thickness 2mm (JIS)
K-6251-7), and the test was conducted with a TENSILON ™ tensile tester (Model: 1310A manufactured by ORIENTEC). The tensile speed was 100 mm / min.
（相対初期弾性率の測定方法）
「初期弾性率」は、応力−歪曲線の歪初期における１次直線近似の傾きから求めた。
「相対初期弾性率」は、（ステントを導入したゲルの平衡膨潤時の初期弾性率）/（ステントを未導入ゲルの平衡膨潤時の初期弾性率）の式で算出した。
(Measurement method of relative initial elastic modulus)
“Initial elastic modulus” was determined from the slope of the first-order linear approximation in the initial stage of the stress-strain curve.
The “relative initial elastic modulus” was calculated by the equation: (initial elastic modulus at the time of equilibrium swelling of the gel into which the stent was introduced) / (initial elastic modulus at the time of equilibrium swelling of the gel into which the stent was not introduced).
（損失エネルギーの評価方法）
「損失エネルギー」は、応力−歪曲線の応力値を歪０から破断まで積分することにより算出した。損失エネルギーは応力−歪曲線と横軸により囲まれた面積に相当する。
(Evaluation method of energy loss)
“Loss energy” was calculated by integrating the stress value of the stress-strain curve from strain 0 to fracture. The loss energy corresponds to the area surrounded by the stress-strain curve and the horizontal axis.
図３（ｂ）は、ステントの種類に対する相対初期弾性率の測定結果である。ここでは、［分子ステント導入後のＰＨＥＡゲル単体の初期弾性率］／［ＰＨＥＡゲル単体の初期弾性率］の値を示した。明細書中でも述べたように当該値は、πｓｔｅｎｔ ／ Ｅ１ｓｔ ｎｅｔに等しい。尚、Ｓｔゲルの初期弾性率は、０．０１９ＭＰａ〜０．１７５ＭＰａであった。また、ＰＨＥＡゲル単体の初期弾性率は、０．０３１ＭＰａであった。 FIG.3 (b) is a measurement result of the relative initial elastic modulus with respect to the kind of stent. Here, the value of [initial elastic modulus of PHEA gel after introduction of molecular stent] / [initial elastic modulus of PHEA gel alone] is shown. As described in the specification, this value is equal to πstent / E 1st net . The initial elastic modulus of the St gel was 0.019 MPa to 0.175 MPa. The initial elastic modulus of the PHEA gel alone was 0.031 MPa.
図４は、上記の製造工程において得られたＳｔゲルの相対Ｅｎの値を示した図である。
単位高分子鎖あたりの相対硬さＥｎは、
Ｅｎ∝Ｅ×ｑ
Ｅｎ：単位高分子鎖あたりの相対硬さ
Ｅ：初期弾性率
ｑ：膨潤度（体積変化率）
で表される。そこで、Ｅｎは以下の式（ａ）により求めた。
Ｅｎ＝（初期弾性率）×（相対厚さ）３ （ａ）
Figure 4 is a diagram showing the values of the relative E n of St gel obtained in the above production process.
The relative hardness E n per unit polymer chain,
E n ∝E × q
E n : relative hardness per unit polymer chain E: initial elastic modulus q: degree of swelling (volume change rate)
It is represented by Therefore, E n was obtained by the following formula (a).
E n = (initial elastic modulus) × (relative thickness) 3 (a)
図４に示すように、強電解質ポリマーからなる分子ステントを用いた場合には、特に高い相対硬さＥｎを示すので、第一の網目構造体を構成する高分子が伸張した状態にあることがわかる。すなわち、分子ステントが機能しており、網目構造体の網目を拡張されている状態にあることがわかる。 As shown in FIG. 4, in the case of using the molecules stent comprising a strong electrolyte polymer, in particular exhibits a high relative hardness E n, that the polymer constituting the first network structure is in a stretched state I understand. That is, it can be seen that the molecular stent is functioning and the network of the network structure is expanded.
上記の工程により得られたＳｔ−ＤＮゲルの物性を測定した。図５は、応力−歪曲線を示す。図６は、損失エネルギーを示す。 The physical properties of the St-DN gel obtained by the above steps were measured. FIG. 5 shows a stress-strain curve. FIG. 6 shows the loss energy.
図５に示すように、測定した応力‐歪特性によれば、本発明に係るＳｔ−ＤＮゲルは、主に早い段階で降伏点が発生し、その後、ゆっくりと応力が増加して、大きな破断伸びを有することがわかった。その結果、図６に示す損失エネルギーの図から読み取れるように、当該エネルギーがより高くなり、破断に際して多くのエネルギーを要求する性質を有する高分子ゲルを得ることができることがわかった。 As shown in FIG. 5, according to the measured stress-strain characteristics, the St-DN gel according to the present invention generates a yield point mainly at an early stage, and then the stress slowly increases, resulting in a large fracture. It was found to have elongation. As a result, as can be seen from the loss energy diagram shown in FIG. 6, it was found that the energy becomes higher and a polymer gel having the property of requiring a lot of energy at the time of fracture can be obtained.
上記のＰＨＥＡ（第一の網目構造体）‐ＰＡＭＰＳ（分子ステント）‐ＰＡＡｍ（第二の網目構造体） Ｓｔ−ＤＮゲルの元素分析結果は以下の表１の通りである。
Ｓｔ−ＤＮゲルを、ＰＡＭＰＳ、ＰＡＡｍ ｇｅｌ、ＰＨＥＡ ｇｅｌ、水の４成分系だと考え、Ｃ，Ｎ，Ｏの分析結果を用いて連立方程式を組み、それぞれの重量比を求めたところ、以下の表２の結果となった。したがって、本ゲルでは、ＰＨＥＡ：ＰＡＡｍのモノマー換算したモル比は、１：４．５であった。 St-DN gel is considered to be a four-component system of PAMPS, PAAm gel, PHEA gel, and water, and simultaneous equations are constructed using the analysis results of C, N and O, and the respective weight ratios are determined. The results shown in Table 2 were obtained. Therefore, in this gel, the molar ratio of PHEA: PAAm in terms of monomer was 1: 4.5.
（分子ステント除去）
ＰＨＥＡ‐ＰＡＭＰＳ‐ＰＡＡｍ Ｓｔ−ＤＮゲルを合成後、水に浸漬し、２日目と１６日目に元素分析を行った（表３、表４）。結果、２日目の段階では、他のポリマーと比較して５．０ｗｔ%のステントが含まれていたのに対し、１６日目の段階では２．３ｗｔ%に減少していた（表５、表６）。
(Molecular stent removal)
After synthesizing PHEA-PAMPS-PAAm St-DN gel, it was immersed in water and subjected to elemental analysis on the 2nd and 16th days (Tables 3 and 4). As a result, the 2nd day stage contained 5.0 wt% of the stent compared to the other polymers, while the 16th day stage decreased to 2.3 wt% (Table 5, Table 6).
（拡散係数：第二のモノマー）
第２のモノマー（アクリルアミド）のゲル内での拡散係数：
ＤＡＡｍ＝１．０７×１０−９（ｍ２／ｓ）
(Diffusion coefficient: second monomer)
Diffusion coefficient of the second monomer (acrylamide) in the gel:
D AAm = 1.07 × 10 −9 (m 2 / s)
・導出法
アインシュタイン=ストークスの式を用いて拡散係数Dを求める。
アクリルアミドの流体力学的半径ａは、Ｃ＝Ｃｂｏｎｄの結合長から０．２ｎｍ程度だと予測される。これらを代入すると、
ＤＡＡｍ＝１．０７×１０−９（ｍ２／ｓ）
ＡＡｍのサイズはゲルの網目（数ｎｍ）よりも十分に小さいので、ゲル網目はアクリルアミドの拡散に殆ど影響しない、つまり、ゲル内部での拡散係数は、水中での拡散係数とほぼ等しいと考えられる。
Derivation method Diffusion coefficient D is obtained using the Einstein-Stokes equation.
The hydrodynamic radius a of acrylamide is predicted to be about 0.2 nm from the bond length of C = Cbond. Substituting these,
D AAm = 1.07 × 10 −9 (m 2 / s)
Since the AAm size is sufficiently smaller than the gel network (several nm), the gel network has little effect on the diffusion of acrylamide, that is, the diffusion coefficient inside the gel is considered to be almost equal to the diffusion coefficient in water. .
・浸漬に必要な日数
拡散方程式
ｔは時刻、ｘはゲル表面からの距離、ｃはｘにおけるゲル内部のＡＡｍ濃度である。
ゲル外部のＡＡｍ溶液の濃度ｃＡＡｍは一定とする。
ｔで積分すると、
ゲルの幅ｄが２ｍｍの時、ｘ＝１ｍｍ
計算すると、
ｔ９９%＝４．６３×１０４（ｓ）＝１２．９（ｈ）
ゲルの厚さが２ｍｍの時は、ＡＡｍ溶液に半日以上浸漬すれば、ＡＡｍは十分に浸透する。
・ Day diffusion equation required for immersion
t is the time, x is the distance from the gel surface, and c is the AAm concentration inside the gel at x.
The concentration c AAm of the AAm solution outside the gel is constant.
Integrating with t,
When the gel width d is 2 mm, x = 1 mm
When calculating
t 99% = 4.63 × 10 4 (s) = 12.9 (h)
When the gel thickness is 2 mm, the AAm penetrates sufficiently if immersed in the AAm solution for more than half a day.
（拡散係数：分子ステント）
分子ステント（ＰＡＭＰＳ）のゲル中での拡散係数：
Ｄ＝３．０６×１０−１２（ｍ２／ｓ）
(Diffusion coefficient: Molecular stent)
Diffusion coefficient in gel of molecular stent (PAMPS):
D = 3.06 × 10 −12 (m 2 / s)
・測定法
ステント分子はゲルの網目よりも充分に大きいので、ゲルからのステント分子の流出速度を実際に調べる必要がある。今回、Ｓｔ−ＤＮゲルからのステント分子の流出を１次元ランダムウォークモデルによって考え、そこから拡散係数を計算した。
ステント流出開始後2日目のゲル内のステント総量（ｇ）をＷ１、時刻をｔ１とし、１６日目のステント総量（ｇ）をＷ２、時刻をｔ２とする。ｔ２‐ｔ１＝１４ｄである。また、元素分析の結果より、Ｗ１／Ｗ２＝２．１６７であった。
ゲル内でのステントの拡散係数をＤとする。ランダムウォークモデルを用いた場合、時刻ｔの時のステント分子鎖の存在割合分布は正規分布に従い、以下のように表せる。
ゲル中心（ｘ＝０）でのステント濃度をｃ１とすると、
次に、時刻ｔ２の時のゲル中心でのステント濃度ｃ２は
ここで、ゲル内部のステント総量がゲル中心のステント濃度に比例する、と近似すると、
Ｗ１／Ｗ２＝ｃ１／ｃ２
となる。
実験値（ｄ＝２ｍｍ，Ｗ１／Ｗ２＝２．１６７，ｔ＝１４ｄ）を代入すると、
Ｄ＝３．０６×１０−１２（ｍ２／ｓ）
と求められる。
Measurement method Since the stent molecule is sufficiently larger than the gel network, it is necessary to actually examine the outflow rate of the stent molecule from the gel. This time, the outflow of stent molecules from the St-DN gel was considered by a one-dimensional random walk model, and the diffusion coefficient was calculated therefrom.
The total stent amount (g) in the gel on the second day after the start of stent outflow is W 1 , the time is t 1 , the total stent amount (g) on the 16th day is W 2 , and the time is t 2 . t 2 −t 1 = 14d. Further, the result of elemental analysis was W 1 / W 2 = 2.167.
Let D be the diffusion coefficient of the stent in the gel. When the random walk model is used, the existing distribution of stent molecular chains at time t follows a normal distribution and can be expressed as follows.
When the stent concentration gel center (x = 0) and c 1,
Next, the stent concentration c 2 in the gel the center at time t 2 is
Here, when approximating that the total amount of stent inside the gel is proportional to the stent concentration at the center of the gel,
W 1 / W 2 = c 1 / c 2
It becomes.
Substituting experimental values (d = 2 mm, W 1 / W 2 = 2.167, t = 14d),
D = 3.06 × 10 −12 (m 2 / s)
Is required.
以上の結果から、Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏ ／ Ｄｓｔｅｎｔは、［１．０７×１０−９（ｍ２／ｓ）］／［３．０６×１０−１２（ｍ２／ｓ）］＝３．５０×１０２である。 From the above results, D 2nd mono / D stent is [1.07 × 10 −9 (m 2 /s)]/[3.06×10 −12 (m 2 /s)]=3.50×10 2 .
（第一のモノマーの種類の検討）
モノマー１Ｍ，架橋剤ＭＢＡＡ ４ｍｏｌ％，開始剤２−オキソグルタル酸 ０．１ｍｏｌ％を純水に溶解させ、ＵＶを８ｈ照射することで第１網目のゲルを作成した。モノマーとしては、中性のＡＡｍとＨＥＡ、弱電解質のＡＡｃの３種類を用いた。本ゲルをＡＭＰＳと光開始剤の水溶液に３日間浸漬した。モノマー濃度は０．５〜１Ｍ、光開始剤濃度は０．１ｍｏｌ％である。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで、ゲル内部で強電解質ポリマー（分子ステント）を合成した。このゲルをＳｔゲルと呼ぶ。Ｓｔゲルを、モノマーＡＡｍ ２Ｍ、架橋剤０．０２ｍｏｌ％、光開始剤０．０１ｍｏｌ％の水溶液に２日間浸漬した。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで第２網目のＰＡＡｍを重合し、Ｓｔ−ＤＮゲルを合成した。
(Examination of the first monomer type)
Monomer 1M, crosslinker MBAA 4 mol%, initiator 2-oxoglutaric acid 0.1 mol% was dissolved in pure water, and UV was irradiated for 8 h to prepare a first mesh gel. Three types of monomers were used: neutral AAm and HEA, and weak electrolyte AAc. The gel was immersed in an aqueous solution of AMPS and photoinitiator for 3 days. The monomer concentration is 0.5 to 1 M, and the photoinitiator concentration is 0.1 mol%. By irradiating this gel with UV for 8 hours, a strong electrolyte polymer (molecular stent) was synthesized inside the gel. This gel is called St gel. The St gel was immersed for 2 days in an aqueous solution of monomer AAm 2M, a crosslinking agent 0.02 mol%, and a photoinitiator 0.01 mol%. By irradiating this gel with UV for 8 hours, PAAm of the second network was polymerized to synthesize a St-DN gel.
上記工程により得られたＳｔＤＮゲルの各種物性を測定した。
図７（ａ）は、ステント濃度と相対厚さの関係を示す図であり、図７（ｂ）は、ステント濃度に対する相対初期弾性率の関係を示す図である。ここで、規格化ステント濃度とは、第一網目成分に対する分子ステント高分子のモル比をモノマー単位で換算したものである。成分比は元素分析により求めた。尚、相対厚さ及び相対初期弾性率については、上記と同様の方法により測定した。尚、初期弾性率は、ＡＡｃゲルの場合、０．０２２ＭＰａ、ＡＡｍゲルの場合０．０３３ＭＰａ、ＨＥＡゲルの場合０．０５５ＭＰａであった。また、分子ステント導入後の初期弾性率は、ＳｔＡＡｃゲルの場合０．０３２〜０．０６７ＭＰａ（πｓｔｅｎｔ／Ｅ１ｓｔ ｎｅｔ：１．４５〜３．０４５）、ＳｔＡＡｍゲルの場合０．０３９〜０．１４６ＭＰａ（πｓｔｅｎｔ／Ｅ１ｓｔ ｎｅｔ：１．１８〜４．４２）、ＳｔＨＥＡゲルの場合０．０７７〜０．２１ＭＰａ（πｓｔｅｎｔ／Ｅ１ｓｔ ｎｅｔ：１．４０〜３．８２）であった。ステントの導入量を高くすれば相対厚さ及び相対初期弾性率の値が増していくので、よりステントとしての網目拡張機能を有することがわかる。
Various physical properties of the StDN gel obtained by the above process were measured.
FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the stent concentration and the relative thickness, and FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the relative initial elastic modulus and the stent concentration. Here, the normalized stent concentration is a molar ratio of the molecular stent polymer to the first network component converted in monomer units. The component ratio was determined by elemental analysis. The relative thickness and the relative initial elastic modulus were measured by the same method as described above. The initial elastic modulus was 0.022 MPa for AAc gel, 0.033 MPa for AAm gel, and 0.055 MPa for HEA gel. In addition, the initial elastic modulus after introduction of the molecular stent is 0.032 to 0.067 MPa (π stent / E 1st net : 1.45 to 3.045) in the case of StAAc gel, and 0.039 to 0. 0 in the case of StAAm gel. 146MPa (π stent / E 1st net : 1.18~4.42), the case of StHEA gel 0.077~0.21MPa (π stent / E 1st net : 1.40~3.82) was. As the amount of stent introduced is increased, the values of relative thickness and relative initial elastic modulus increase, and it can be seen that it has a network expansion function as a stent.
図８は、ステント濃度に対する相対Ｅｎの関係を示す図である。尚、Ｅｎの測定方法は上記と同様の方法により行なった。何れの種の第一のモノマーであってもステントの導入量が多くなればなるほど、相対初期弾性率は高い値を示し、分子ステントの導入量が増えることにより網目構造を拡張する効果が高まることがわかった。 Figure 8 is a diagram showing the relationship between relative E n to the stent concentration. The measurement method of the E n was carried out in the same manner as described above. The greater the amount of stent introduced, the higher the relative initial elastic modulus, and the greater the amount of molecular stent introduced, the greater the effect of expanding the network structure. I understood.
図９は、各種ＳｔＤＮゲルの応力‐歪曲線を示す図である。各種ＳｔＤＮゲルの規格化ステント濃度は、ＡＡｃが０．２８、ＡＡｍが０．３１、ＨＥＡが０．４０であるものを使用した。比較として、分子ステントを使用しないで製造したＤＮゲルの結果を掲載した。結果、何れの種の第一のモノマーであっても、比較的低い降伏点を有し、その後、ゆっくりと応力が増して、高い歪を許容することができる性質を有することがわかった。図１０は、各種ＳｔＤＮゲルの損失エネルギーを示す図である。損失エネルギーも、本発明に係るＳｔ−ＤＮゲルは高い値を示した。 FIG. 9 is a diagram showing stress-strain curves of various StDN gels. The standardized stent concentrations of various StDN gels were AAc 0.28, AAm 0.31 and HEA 0.40. As a comparison, the results of a DN gel produced without using a molecular stent are listed. As a result, it was found that any kind of the first monomer has a relatively low yield point, and thereafter has a property of slowly increasing stress and allowing high strain. FIG. 10 is a diagram showing the loss energy of various StDN gels. As for the loss energy, the St-DN gel according to the present invention showed a high value.
（第一の網目構造体の架橋度が物性に与える影響）
モノマー（ジメチルアクリルアミド：ＤＭＡＡｍ）１Ｍ，架橋剤（Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド：ＭＢＡＡ）４ｍｏｌ％，２ｍｏｌ％，１ｍｏｌ％，０．５ｍｏｌ％、開始剤２−オキソグルタル酸 ０．１ｍｏｌ％を純水に溶解させ、ＵＶを８ｈ照射することで第１網目のＰＤＭＡＡｍ（ポリジメチルアクリルアミド）ゲルを作成した。本ゲルを強電解質モノマー（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸：ＡＭＰＳ）と光開始剤の水溶液に３日間浸漬した。モノマー濃度は１Ｍ、光開始剤濃度は０．１ｍｏｌ％である。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで、ゲル内部で強電解質ポリマー（分子ステント）を合成した。このゲルをＳｔゲルと呼ぶ。Ｓｔゲルの厚さ及び初期弾性率を測定して図１１に示した。図１１（ａ）は分子ステントを導入した各種第一の網目構造体の厚さを示す図であり、図１１（ｂ）は初期弾性率を測定した結果を示す図であり、図１１（ｃ）は単位高分子鎖あたりの弾性率を示した図である。
(Effect of the degree of crosslinking of the first network structure on physical properties)
Monomer (dimethylacrylamide: DMAAm) 1M, crosslinker (N, N'-methylenebisacrylamide: MBAA) 4 mol%, 2 mol%, 1 mol%, 0.5 mol%, initiator 2-oxoglutaric acid 0.1 mol% in pure water The first PDMAAm (polydimethylacrylamide) gel was prepared by dissolving in UV and irradiating with UV for 8 hours. This gel was immersed in an aqueous solution of a strong electrolyte monomer (2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid: AMPS) and a photoinitiator for 3 days. The monomer concentration is 1M and the photoinitiator concentration is 0.1 mol%. By irradiating this gel with UV for 8 hours, a strong electrolyte polymer (molecular stent) was synthesized inside the gel. This gel is called St gel. The St gel thickness and initial modulus were measured and shown in FIG. FIG. 11 (a) is a diagram showing the thicknesses of various first network structures into which a molecular stent is introduced, and FIG. 11 (b) is a diagram showing the results of measuring the initial elastic modulus. ) Is a diagram showing the elastic modulus per unit polymer chain.
上記のＳｔゲルを、モノマーＡＡｍ ２Ｍ、架橋剤ＭＢＡＡ ０．０２ｍｏｌ％、光開始剤２−オキソグルタル酸０．０１ｍｏｌ％の水溶液に２日間浸漬した。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで第２網目のＰＡＡｍを重合し、Ｓｔ−ＤＮゲルを合成した。得られたＤＮゲルの応力歪曲線を作成して、各種物性を評価した。尚、比較例として、ＰＡＭＰＳ／ＰＡＡｍの相互進入網目構造ゲルの応力歪曲線を作成した（図１２）。 The above St gel was immersed in an aqueous solution of monomer AAm 2M, crosslinking agent MBAA 0.02 mol%, and photoinitiator 2-oxoglutaric acid 0.01 mol% for 2 days. By irradiating this gel with UV for 8 hours, PAAm of the second network was polymerized to synthesize a St-DN gel. A stress strain curve of the obtained DN gel was prepared to evaluate various physical properties. As a comparative example, a stress-strain curve of a PAMPS / PAAm interpenetrating network gel was prepared (FIG. 12).
（架橋度の検討）
モノマー（ヒドロキシエチルアクリレート：ＨＥＡ）１Ｍ，架橋剤（Ｎ，Ｎ′−メチレンビスアクリルアミド：ＭＢＡＡ）４ｍｏｌ％、開始剤２−オキソグルタル酸 ０．１ｍｏｌ％を純水に溶解させ、ＵＶを８ｈ照射することで第１網目のＰＨＥＡ（ポリヒドロキシエチルアクリレート）ゲルを作成した。本ゲルを強電解質モノマー２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）と光開始剤の水溶液に３日間浸漬した。モノマー濃度は０．５〜１Ｍ、光開始剤濃度は０．１ｍｏｌ％である。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで、ゲル内部で強電解質ポリマー（分子ステント）を合成した。このゲルをＳｔゲルと呼ぶ。Ｓｔゲルを、モノマーＡＡｍ ２Ｍ、架橋剤 ０．０２ｍｏｌ％、光開始剤０．０１ｍｏｌ％の水溶液に２日間浸漬した。本ゲルにＵＶを８ｈ照射することで第２網目のＰＡＡｍを重合し、Ｓｔ−ＤＮゲルを合成した。比較として、ＰＡＭＰＳ／ＰＡＡｍのＤＮゲルと、ＰＨＥＡ／ＰＡＡｍ ｉｐｎ（相互侵入網目構造）ゲルを製造して応力‐歪曲線を作成した。結果を、表７、図１３に示した。
(Examination of the degree of crosslinking)
Monomer (hydroxyethyl acrylate: HEA) 1M, cross-linking agent (N, N'-methylenebisacrylamide: MBAA) 4 mol%, initiator 2-oxoglutaric acid 0.1 mol% is dissolved in pure water and irradiated with UV for 8 hours. Thus, a PHEA (polyhydroxyethyl acrylate) gel of the first mesh was prepared. This gel was immersed in an aqueous solution of strong electrolyte monomer 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and a photoinitiator for 3 days. The monomer concentration is 0.5 to 1 M, and the photoinitiator concentration is 0.1 mol%. By irradiating this gel with UV for 8 hours, a strong electrolyte polymer (molecular stent) was synthesized inside the gel. This gel is called St gel. The St gel was immersed in an aqueous solution of monomer AAm 2M, a crosslinking agent 0.02 mol%, and a photoinitiator 0.01 mol% for 2 days. By irradiating this gel with UV for 8 hours, PAAm of the second network was polymerized to synthesize a St-DN gel. As a comparison, a PAMPS / PAAm DN gel and a PHEA / PAAm ipn (interpenetrating network) gel were produced to create a stress-strain curve. The results are shown in Table 7 and FIG.
第一網目の架橋度を２ｍｏｌ％にした以外は上記と同様の方法でＳｔ−ＤＮゲルを製造して、応力‐歪曲線を作成した。結果を表８、図１４に示した。 A St-DN gel was produced in the same manner as described above except that the degree of crosslinking of the first network was 2 mol%, and a stress-strain curve was prepared. The results are shown in Table 8 and FIG.
Claims (4)
及び
２）分子ステントを導入した第一の網目構造体内に第二のモノマーを導入して重合する工程を含む高分子ゲルの製造方法であって、
該第一の網目構造体の原料が、
電気的に中性である不飽和モノマー、電荷を有する不飽和モノマー又はこれらの共重合体であり、
該電気的に中性である不飽和モノマーが、
アクリルアミド系モノマー、ビニル系モノマー、アルキルアクリレート系モノマー、ヒドロキシアルキルアクリレート系モノマー又はフッ素含有不飽和モノマーであり、
該電荷を有する不飽和モノマーが、
酸性基若しくは塩基性基を有する不飽和モノマー又はそれらの塩であり、
該分子ステントが、
スルホン酸系モノマー又はその塩、４級アミン塩系モノマーからなる群から選ばれる一又は二種以上の電解質モノマーを重合して得られる強電解質ポリマーであり、
該分子ステント導入後の第一の網目構造体内の浸透圧πｓｔｅｎｔと、前記第一の網目構造体の初期弾性率Ｅ１ｓｔ ｎｅｔとが下記式（１）の関係を満足し、
πｓｔｅｎｔ ／ Ｅ１ｓｔ ｎｅｔ ≧ １．５ （１）
網目構造体内での分子ステントの拡散係数Ｄｓｔｅｎｔと、網目構造体内での第二モノマーの拡散係数Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏとの関係が下記式（２）の関係を満足する
Ｄ２ｎｄ ｍｏｎｏ ／ Ｄｓｔｅｎｔ ≧ ２ （２）
ことを特徴とする高分子ゲルの製造方法。 1) introducing a molecular stent into the first network structure having a crosslinked structure;
And 2) a method for producing a polymer gel comprising a step of polymerizing by introducing a second monomer into a first network structure into which a molecular stent has been introduced,
The raw material of the first network structure is
An electrically neutral monomer, a charged unsaturated monomer or a copolymer thereof,
The electrically neutral unsaturated monomer is
Acrylamide monomer, vinyl monomer, alkyl acrylate monomer, hydroxyalkyl acrylate monomer or fluorine-containing unsaturated monomer,
An unsaturated monomer having the charge,
An unsaturated monomer having an acidic group or a basic group or a salt thereof,
The molecular stent is
A strong electrolyte polymer obtained by polymerizing one or more electrolyte monomers selected from the group consisting of sulfonic acid monomers or salts thereof, quaternary amine salt monomers,
The osmotic pressure πstent in the first network structure after introduction of the molecular stent and the initial elastic modulus E 1st net of the first network structure satisfy the relationship of the following formula (1):
πstent / E 1st net ≧ 1.5 (1)
The relationship between the diffusion coefficient Dstent of the molecular stent in the network structure and the diffusion coefficient D2nd mono of the second monomer in the network structure satisfies the relationship of the following formula (2): D2nd mono / Dstent ≥ 2 (2)
A method for producing a polymer gel.
３）分子ステントを除去する工程。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, further comprising the following steps after the step 2).
3) A step of removing the molecular stent.
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