WO2023249009A1 - ポリマー化合物 - Google Patents

Abstract

（メタ）アクリル骨格、（メタ）アクリルアミド骨格を有するポリマーにおいて、当該ポリマーが有する主たる構造とは異なる構造を複合化することにより、新たな特性を有する共重合ポリマー化合物を提供すること。　（メタ）アクリル骨格、（メタ）アクリルアミド骨格を有するポリマー化合物において、当該ポリマー化合物の側鎖の一部としてホスホン酸基を有する側鎖が導入されたポリマー化合物。

Description

ポリマー化合物

　本発明は、新規なポリマー化合物、及び当該ポリマー化合物を含む表面処理組成物等に関する。本願は、２０２２年６月２３日に日本国へ出願された特願２０２２－１０１４５３号に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。

　一般に、各種材料表面に血液等の生体成分が接触すると、当該材料表面が異物として認識されて生体組織中のタンパク質の非特異的吸着、変性、多層吸着等が生じ、その結果、凝固系、補体系、血小板系等の活性化が生じることが知られている。このため、生体と接触して使用される医療用機器の表面においては、当該機器が異物として認識され、生体成分と異物反応を起こすことを防止するために、当該機器の表面に生体親和性を付与することが望まれる。

　各種医療用機器の表面に生体親和性を付与する手段として、従来から生体親和性を有する材料を人工的に合成し、これを医療用機器の表面に塗布して使用する試みがなされている。このような生体親和性材料としては、２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）ポリマー、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリ（２－メトキシエチルアクリレート）（ＰＭＥＡ）等が代表的に知られている。これら生体親和性材料により、医療用機器表面などの血液等の生体成分が接触する部位を構成することで、医療用機器表面が異物として認識されることが防止され、その結果、凝固系、補体系、血小板系等の活性化が抑制される等の生体親和性が発現される。

　ＭＰＣポリマーは生体環境下で電気的な中性を保つベタインの一種であり、生体の細胞膜を覆っているリン脂質極性基をメタクリル骨格に対する側鎖として結合した構造を有している。つまり、ＭＰＣポリマーは、生体を構成する生体関連物質を模した構造を合成ポリマーの骨格に対して結合することにより、当該生体関連物質が発揮する生体親和性を活用し、全体として生体親和性を発揮する合成ポリマーと考えることができる。一方、純粋なＭＰＣポリマーは水溶性を示すために、疎水性ユニットを共重合することにより非水溶性化したポリマーの状態で医療用機器表面に塗布することにより、血小板の粘着性が抑制されるなどの優れた生体親和性を発現することができる（例えば、特許文献１を参照）。

　一方、ＰＥＧは、鎖状エーテル構造の一種である－（Ｃ_２Ｈ_４－Ｏ）－を繰返し単位とするポリマーであって、生体を構成する物質とは類似しない構造を有するにも関わらず、非常に優れた生体親和性を有することが知られている。また、当該ＰＥＧ自体は水溶性を示すために、他の構造単位との間で各種の複合化を行うことによって非水溶性化することによって、医療用機器の表面等に生体親和性を付与するためのコーティング剤等として使用されている。

　また、上記ＰＭＥＡはアクリル骨格に対して、上記ＰＥＧの構成単位である－（Ｃ_２Ｈ_４－Ｏ）－を主たる構造とする側鎖を結合した構造を有しており、生体親和性を有することが知られている。また、特許文献２には、当該ＰＭＥＡと同様の－（Ｃ_２Ｈ_４－Ｏ）－を主たる構成とする側鎖構造がアクリルアミド骨格に導入された構造を有するポリメトキシエチルアクリルアミド（ＰＭＥＡＡｍ）が良好な生体親和性を示すことが記載されている。当該ＰＭＥＡ、ＰＭＥＡＡｍ等はホモポリマーとして非水溶性を示すことから、当該ポリマーは生体環境と接触して使用される医療用機器の表面等に生体親和性を付与するためのコーティング剤等として広く使用されている。

　その他にも、鎖状エーテル構造や環状エーテル構造を側鎖部に含むことで生体親和性を示すポリマーとして、ビニルエーテル骨格を主鎖とするポリマー（特許文献３）、主にポリエチレン構造を主鎖とするポリマー（特許文献４）等が知られている。また、特許文献５には、複数単位の鎖状エーテル構造を側鎖部に有するポリマーが生体親和性を示す一方で、所定の条件で水溶性を示すことが記載されている。

　上記のような生体親和性を示すポリマーは、当該ポリマーに含水させ水和した際に、当該水和構造内に共通に「中間水」（ｆｒｅｅｚｉｎｇ－ｂｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ、ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｗａｔｅｒ）と呼ばれる形態で水分子を含有することが明らかになっている。中間水は、氷点下の温度域において水分子の規則化／不規則化に伴う潜熱の移動を生じることによって特徴付けられ、物質表面に強く拘束される不凍水と、物質表面によって殆ど拘束を受けていない自由水に対して、その中間的な特性を示す状態の水分子として理解されている。上記水和構造内に中間水を生成するポリマーにおいては、その構造に応じた割合で中間水を生成し、生体親和性の発現に重要な役割を担っていると考えられている（例えば、非特許文献１を参照）。

　また、特許文献６には、細胞の培養の際等に細胞が接触する基材等が中間水を含有することにより、一般の細胞培養基材と比較した際に細胞と基材間の接着の様式が変化し、良好な細胞培養が進展すると共に、幹細胞等の分化を促進する作用を示すことが記載されており、中間水の存在が細胞の生命活動等に関係することが示唆されている。

特開平３－３９３０９号公報 特開２００４－３５７８２６号公報 特開２０１４－４７３４７号公報 特開２０１４－８２１７４号公報 国際公開第２００４／０８７２２８号 特開２０１６－６３８０１号公報 特開２００９－４６３９７号公報

ＡＧＣ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｒｅｐｏｒｔ　７１（２０２１），Ｐ．２１－２８ 化学 Ｖｏｌ.６６Ｎｏ.５（２０１１）

　上記のように、所定の構造を有するポリマーにおいては、その水和構造内の水分子の一部が中間水の状態となり、当該中間水が存在することにより生体親和性等が発現することが知られている。そして、水和により中間水を含有するポリマーは、一般に水和状態において高い分子運動性を示すことが観察されることから（例えば、非特許文献２を参照）、中間水の状態の水分子の生成は、水和した状態でのポリマーの分子運動性に関係することが考察されている。

　一方、上記のような鎖状エーテル構造、環状エーテル構造やベタインを含む構造等が中間水の含有に寄与する具体的な機構は必ずしも明らかにされておらず、中間水の生成に帰結するポリマー構造についての一般的な設計指針は必ずしも明らかでない。このため、中間水を含有可能なポリマーであって、各種の目的への使用に適したポリマーを得ようとする際には、実際に合成した各種のポリマーについて中間水の含有可能性等を個別に評価して選択するというような過程を経ることが必要とされている。

　また、例えば、所定の基本構造を有して中間水を含有可能なポリマーに対して、中間水を含有しない他の構造を共重合や混合等の手段によって複合化した際には、一般に中間水の含有に寄与する構造の存在密度の低下に伴って含有可能な中間水量の低下等を生じることが予想されるため、ポリマーの複合化等の手段によって水和時の中間水量を増加させ、生体親和性等を向上させる等の試みは一般的ではなかった。

　本発明は、特に（メタ）アクリル骨格、（メタ）アクリルアミド骨格を有するポリマーにおいて、当該ポリマーが有する主たる構造とは異なる構造を複合化することにより、新たな特性を有する共重合ポリマー化合物を提供することを課題とする。

　上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提供する。
　（１）下記式１に示す構造を有し、その先端部分（●）に、下記式２～４に示す構造の少なくともいずれかを含むと共に、下記式５に示す構造を含むことを特徴とするポリマー化合物。
　但し、式１において、Ｒ_１は水素又はメチル基、ＸはＯ又はＮＨのいずれか、ｎはモノマーユニットの繰り返し数をそれぞれ示し、
　式２において、Ｒ_２は水素又はメチル基、ｍは２～６の自然数、ｐは１～３の自然数をそれぞれ示し、
　式３において、Ｒ_３はＣＨ_２，またはＣ_２Ｈ_４のいずれか、Ｒ_４Ｏ_ｋは３員環から６員環のうちのいずれかの環状エーテル（環状エーテルに含まれる酸素原子の数（ｋ）は、ｋ≧１）であり、Ｒ_３およびＲ_４に含まれる任意の水素がＯＨ，ＣＨ_３，Ｃ_２Ｈ_５の少なくともいずれか一つで置換されていても良い。）をそれぞれ示し、
　式４において、上記ＸがＯである場合にはｑは１～１４の整数、又は上記ＸがＮＨである場合にはｑは０～１４の整数を示し、
　式５において、Ｒ５’は、その水素原子の少なくとも一つが式６に示す構造で置換されている炭素数が６以下のアルキル基を示すものとする。

　（２）上記ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの総数（ｎ）に対して、前記式５に示す構造を含むモノマーユニットの割合が１～５０ｍｏｌ％であるポリマー化合物。
　（３）上記ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの総数（ｎ）に対して、式２～５に示す構造を含むモノマーユニットの割合が９０ｍｏｌ％以上であるポリマー化合物。
　（４）上記ポリマー化合物を含むポリマー組成物。
　（５）上記ポリマー化合物を溶媒に溶解してなるコーティング組成物
　（６）金属表面にコーティング皮膜を設けるために使用される上記のコーティング組成物

　本発明に係る所定の共重合成分との間で共重合化したポリマーにおいては、当該共重合化を行わないポリマーと比較して含水時の中間水の割合が増加する。また、本発明に係る共重合化したポリマー化合物においては、当該共重合化を行わないポリマーと比較して金属表面等に対する密着性が向上することから、より広範囲の基材に対するコーティング材料として使用可能であり、各種の基材表面に生体親和性を付与するためのコーティング材料として有用である。

合成例１に係るＭＥＡ－ｒａｎ－ＡＭＰＡ共重合体の^１Ｈ－ＮＭＲチャートである。 合成例３に係るＢｕＡ－ｒａｎ－ＡＭＰＡ共重合体の^１Ｈ－ＮＭＲチャートである。 合成例１，３に係る各ポリマー化合物によって被覆された試料表面のＸＰＳ分析の結果である。 合成例１に係る各ポリマー化合物を基質として、間葉系幹細胞を培養した際の様子を示す光学顕微鏡像である。 合成例３に係る各ポリマー化合物を基質として、間葉系幹細胞を培養した際の様子を示す光学顕微鏡像である。 ガラス表面に形成されたチタン被膜を基質として、間葉系幹細胞を培養した際の様子を示す光学顕微鏡像である。 合成例１，３に係る各ポリマー化合物を基質として間葉系幹細胞を培養した際の、基質上の細胞数、及びＡＬＰ活性の様子を示すグラフである。

　疎水性ポリマーと水相との界面においては、当該ポリマーを構成するポリマー分子と水分子の間で実質的な相互作用が発生せず、ポリマーと水相間に明確な界面が維持されると考えられる。一方、親水性を示すポリマーを水相と平衡させた際には、当該ポリマーを構成するポリマー分子と水分子の間で水和反応等が生じることにより、複雑な界面構造（水和構造）が形成されることが知られており、当該水相（水分子）との相互作用の有無によって、各種ポリマーが疎水性／親水性に分類されるものと考えられる。そして、例えば、特に親水性が高いポリマーを水相と接触させた際には、ポリマーの分子鎖の周囲に高密度で水分子が結合する結果、ポリマー分子間の結合が維持困難となり、全体としてポリマーが水に溶解する水溶性ポリマーとしての特徴が発現するものと考えられる。

　なお、本願明細書においては、水分子との間で水和を生じるポリマーの内で、水溶性を示さないポリマーを特に水和性ポリマーと記載することがある。また、本願明細書においては、「ポリマー」及び「重合体」との用語は、モノマー単位の繰り返しで構成された構造を有する化合物（分子）を示すものとして互換的に使用するものとする。また、当該ポリマー（重合体）において、当該ポリマーを構成する繰り返し単位をモノマーユニットと称する場合がある。また、「高分子」の用語は、ポリマーのほか、例えばタンパク質、核酸等のような多数の原子が共有結合してなる巨大分子を示すものとして使用するものとする。

　上記水相と平衡する親水性ポリマーの表面に形成される水和構造内には、一般的にポリマー分子によって強く拘束され、加熱や冷却などの温度履歴を加えた際に水分子に固有の凝固／融解等の現象を生じることのできない水分子が存在することが知られており、このような状態の水分子は一般に「不凍水」と呼ばれている。また、当該不凍水の外殻には、当該不凍水を構成する水分子との間の凝集力などによって弱く拘束され、単相の水相と同様に凝固／融解等を生じる「自由水」と呼ばれる状態の水分子が存在することが知られている。

　一方、例えば、上記特許文献１～５等に記載されるポリマーが水相と水和した構造内には、上記不凍水や自由水とは異なる挙動を示す水分子が存在することが確認されている。つまり、特許文献１～５等に記載されるポリマーを水和させた状態で、－１００℃～０℃程度の範囲で温度変化をさせた際には、水分子の規則化／不規則化の相変態に起因すると考えられる潜熱の移動が観察され、当該相変態を生じる状態の水分子が「中間水」と称されている。そして、当該中間水の含有量に応じて、当該ポリマーとタンパク質、細胞等の生体物質の間の相互作用が変化し、生体親和性が発現することが観察されている（特許文献２～５等を参照）。

　つまり、各種のポリマーが示す生体親和性は、当該ポリマーが示す親水性に起因した一側面として発現するものと推測され、例えば、大きな割合で中間水を含有することで高い生体親和性を示す上記のＭＰＣポリマーやＰＥＧが水溶性を示すことは、当該推測を裏付けるものであると考えられる。そして、例えば、特許文献１に記載されるＭＰＣポリマーにおいては、ＭＰＣポリマーに対してより疎水性を示す特定のユニット（メタクリル酸ブチル等のメタクリル酸エステル）と共重合することにより、水相と平衡した際のポリマー内の凝集力を高め、その結果として中間水の含有能を維持した状態で非水溶性を獲得したものと推察される。

　一方、上記のとおり、親水性ポリマーの範疇においても、その水和構造内に中間水が含有しないポリマーと、中間水を含有するポリマーが混在し、またポリマー構造に応じて含有される中間水の量が変化する等、中間水が生成する機構等については必ずしも明らかにされていない。このような状況に対して、例えば、非特許文献１に記載されるように、ポリマー構造と中間水の生成の関係についての体系的な研究が開始されており、特に少量の異種モノマーを導入することによりポリマーの水和構造の制御の可能性が示唆されている。

　上記のような技術背景において、本発明者が各種ポリマーにおいて生成する水和構造の制御を可能とする手法の検討を行ったところ、（メタ）アクリル骨格等を有するポリマー化合物の側鎖の一部として、ホスホン酸基を有する側鎖を導入することによって、当該ポリマー化合物が含有可能な中間水の量を増加させることが可能であることを見出し、本発明に至ったものである。

　また、上記のように、所定のポリマー化合物に対して、その側鎖の一部にホスホン酸基を有する側鎖を導入して中間水の量を増加させた際にも、当該ポリマー化合物が示す非水溶性が良好に維持されることから、生体環境と接触して使用される医療用機器の表面等に生体親和性を付与するためのコーティング剤等として使用されるポリマー化合物において、その中間水量の制御等を可能とする手段として有効であると考えられる。

　上記のように、（メタ）アクリル骨格等を有する所定のポリマー化合物に対してホスホン酸基を有する側鎖を導入することにより、ポリマー化合物が含有可能な中間水量が増加する機構は必ずしも明らかではないが、極性基の一種であるホスホン酸基をポリマー化合物に導入することによって、含水したポリマー化合物が形成する水和構造が変化することが原因であると考察される。

　つまり、以下の実施例で使用したＰＭＥＡやＰＢｕＡ（ポリブチルアクリレート）等のポリマー化合物は水和性ポリマーであって、当該ポリマーが含水した際に形成される水和構造の内部には、いずれも水素結合等によってポリマー化合物に強く拘束され、独立した水分子が示す挙動が観察されない不凍水の状態の水分子が存在することが明らかになっている。当該不凍水の状態の水分子は、ポリマー化合物に対して結合することによって拘束されると共に、当該不凍水の状態の水分子間に生じる水素結合等の相互作用によって所定の規則性を持って配置することで強固な水素結合ネットワークを形成して、安定化しているものと推察される。

　一方、極性基の一種であるホスホン酸基が当該ポリマー化合物に一定の割合で導入されることによって、不凍水内の規則性に乱れを生じることで、その水素結合ネットワークが緩和され、不凍水の一部がより分子運動の自由度が大きい中間水等の状態に変化する結果、ポリマー化合物が含有可能な中間水量が増加するものと推察された。

　つまり、本発明に係るポリマー化合物においては、所定の親水性を有することによって不凍水等を含む水和構造を形成可能なポリマー化合物に対して、当該ポリマーの主鎖に対する側鎖部分の一部にホスホン酸基を導入することによって、当該水和構造を変化させることにより中間水の割合を増加するものと考えられる。

　本発明に係るポリマー化合物は、その一面において、（メタ）アクリル骨格及び／又は（メタ）アクリルアミド骨格を有するポリマー主鎖に対して、その側鎖部分にアルキル基、及び／又は、中間水の生成に寄与する構造として知られる鎖状エーテル構造、環状エーテル構造、ベタイン構造等が導入された構造に対して、ホスホン酸基によって水素原子の少なくとも一つが置換されたアルキル基が導入された構造を側鎖部分に含むポリマー化合物である。

　上記（メタ）アクリル骨格、（メタ）アクリルアミド骨格に対して、その側鎖部分に所定の炭素数を有するアルキル基を導入したポリマー化合物は、一般に含水して水和を生じることが知られている。また、その側鎖部分に中間水の生成に寄与する構造として知られる鎖状エーテル構造、環状エーテル構造、ベタイン構造等を導入することによってポリマー全体としての親水性が向上すると共に、所定量の中間水を含有可能であり、ＭＰＣポリマー、ＰＭＥＡやＰＭＥＡＡｍ等の生体親和性を示すポリマーが形成される。

　上記、鎖状エーテル構造は、アルキレン基の一端がエーテル結合（－Ｏ－）で置き換えられた単位構造が一又は複数連結した構造であり、その一例として、以下の式２で示される構造が挙げられる。式２に示す鎖状エーテル構造において、特にｍ値をｍ＝２とした際にはＰＥＧの構成単位である（Ｃ_２Ｈ_４－Ｏ）に一致し、上記ＰＭＥＡやＰＭＥＡＡｍ等が中間水を含有する要因と考えられる構造に相当する。本発明に係るポリマー化合物においては、式２中のｍ値を２～６、ｐ値を１～３の範囲として、Ｒ_２として水素又はメチル基を有することにより、ポリマー化合物が示す親水性の程度を調整することが可能である。

　上記、環状エーテル構造は、アルキレン基に結合した環状エーテルを含み、その一例として、以下の式３で示される構造が挙げられる。環状エーテル構造においては、環状の炭化水素の炭素を酸素で置換した構造を有することにより、上記鎖状エーテル構造と同様に、ポリマー中において中間水の生成に寄与することが知られている。本発明に係るポリマー化合物においては、式３中のＲ_３をＣＨ_２，またはＣ_２Ｈ_４のいずれかとし、Ｒ_４Ｏ_ｋは３員環から６員環のうちのいずれかの環状エーテルとすることができる。また、当該環状エーテルに含まれる酸素原子の数（ｋ）は、１以上であり、Ｒ_３およびＲ_４に含まれる任意の水素がＯＨ，ＣＨ_３，Ｃ_２Ｈ_５の少なくともいずれか一つで置換された構造とすることができる。

　また、本発明に係るポリマー化合物においては、以下の式４で示されるアルキル基を側鎖部分に有することができる。本発明に係るポリマー化合物において、側鎖部分に導入されたアルキル基は、式４におけるｑ値を１４以下の範囲とすることで弱親水性の性質を示し、ポリマー化合物の全体としての柔軟性を維持することができる。ｑ値を１２以下、又は８以下、６以下の範囲にすることにより親水性が高まると共に、式４に示す構造の密度を調整することによってポリマー化合物の全体としての親水性を調整することができる。

　本発明に係るポリマー化合物においては、上記式２，３で示される鎖状エーテル構造、環状エーテル構造を含むモノマーユニットを高い割合で含むことで優れた生体親和性を発現することができる。一方、上記式４で示されるアルキル基を含むモノマーユニットの割合を高めることにより、飽和含水量の小さなポリマー化合物とすることができる。また、本発明に係るポリマー化合物は、上記Ｒ_２～Ｒ_４の構造、及び上記ｍ，ｐ，ｋ，ｑの各値が相互に異なるモノマーユニットによって構成することができる。

　上記、ホスホン酸基は、以下の式６で示される構造である。本発明に係るポリマー化合物においては、当該ホスホン酸基により水素原子を置換したアルキル基（式５）をポリマーの主鎖部分に対する側鎖として導入することにより、ポリマー化合物にホスホン酸基が導入される。式５に示すアルキル基は、炭素数を６以下とすることが好ましく、例えば、アルキル基の先端の炭素原子に対してホスホン酸基を導入した構造とすることができる。また、単一のアルキル基に対して複数のホスホン酸基を導入した構造を、側鎖部分としてポリマー主鎖に結合することができる。

　本発明においては、以下の実施例に示すように、（メタ）アクリル骨格等を有するポリマー化合物に対して、その側鎖部分にホスホン酸基を導入することにより、当該ポリマー化合物の飽和含水量が増加すると共に、特に当該ポリマー化合物が固有に含有可能である中間水量に対して、その含有割合が増加することが見出された。また、本来は殆ど中間水の含有が見られないポリマー化合物に対しても、その側鎖部分にホスホン酸基を導入することにより、十分な程度の生体親和性を発揮することができる程度の中間水を含有可能となることが見出された。

　ホスホン酸基の導入による生じるポリマー化合物の水和構造の変化は、以下のように考察される。例えば、ブチルアクリレートの単独重合体であるＰＢｕＡを含水させた際には、その水和殻内に中間水の状態の水分子が殆ど観察されず、主に不凍水と自由水によって水和殻が構成されることが知られている。このことは、ポリマー分子の表面で不凍水の状態で強く拘束された水分子に対して、自由水が直接的に接触して存在可能であることを示唆するものと推察される。

　一方、上記鎖状エーテル構造や環状エーテル構造等を側鎖に含むことで生体親和性を示すポリマーにおいては、上記のとおり、含水時の水和殻内に不凍水、自由水に加えて、中間水の状態の水分子が存在することが知られている。そして、当該中間水が、不凍水よりも弱く、且つ、自由水よりも強く、ポリマー分子から拘束を受けた状態であることを考慮すると、ＰＭＥＡに拘束される不凍水に対しては自由水が直接的に接触して存在することができず、両者の間には所定の遷移領域が必要となること、及び、当該不凍水と自由水の間の遷移領域に存在する水分子が中間水として観測されるものと推察することができる。

　つまり、親水性ポリマーの水和殻に含まれる不凍水の微細構造には、当該ポリマーの構造に応じて違いが存在し、当該不凍水の微細構造に違いに起因して、自由水との間に遷移領域（中間水）が生じるものと推察される。そして、本発明においては、ポリマー化合物内にホスホン酸基を導入することによって、ポリマーの水和殻に含まれる不凍水が形成する水素結合ネットワークが緩和され、その微細構造に変化を生じる結果、含水量が増加すると共に、特に中間水の含有割合が増加するものと推察される。

　本発明に係るポリマー化合物は、各種の目的で使用される（メタ）アクリル骨格及び／又は（メタ）アクリルアミド骨格を有するポリマー構造において、当該ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの一部を、ホスホン酸基を含む上記式５で示される構造で置換することによって構成することができる。特に、非水溶性を示す各種のポリマー化合物に対して、当該ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの一部をホスホン酸基を含む上記式５で示される構造で置換することによって、非水溶性を維持しながら中間水の含有割合を高めることができる。

　つまり、本発明によれば、生体親和性等を発揮する目的で使用される（メタ）アクリル骨格、（メタ）アクリルアミド骨格を有するＰＭＥＡ，ＰＭＥＡＡｍ等のポリマー化合物に対して、当該ポリマー化合物を合成する際に、ホスホン酸基を含む上記式５で示される構造を含むモノマー分子を混合して重合させることにより、当該ポリマー化合物が含有可能な中間水の割合を増加させ、当該ポリマー化合物が発揮する生体親和性の程度を高めることが可能となる。

　更に、ポリアルキルアクリレート等の側鎖部分にアルキル基を有するポリマー化合物は、通常は有効な量の中間水を含有することが困難であり十分な生体親和性を示さないところ、当該構造のポリマー化合物に対して、その合成時にホスホン酸基を含む上記式５で示される構造を含むモノマー分子を混合して共重合体とすることにより、当該ポリマー化合物が中間水を含有可能となり、生体親和性を発揮させることが可能となる。

　また、本発明に係るポリマー化合物が有する側鎖部分の構造は、上記鎖状エーテル構造、環状エーテル構造、アルキル基等に限定されず、当該ポリマー化合物が中間水を有する範囲で適宜の構造を有する側鎖部分を有することができる。例えば、特許文献１に記載されるＭＰＣポリマーにおいて中間水の生成に寄与する、いわゆるベタイン構造等を有する側鎖部分を導入することにより、含有可能な中間水量を増加することができる。更に、本発明の効果を生じる範囲でポリマー化合物に対して各種の特性を付与する目的で、例えば、アミノ基を含有する構造、ハロゲン元素を含有する構造、シリコン原子を含有する構造を含む側鎖部分を導入したポリマー化合物とすることが可能である。

　本発明に係るポリマー化合物において、一般的には、当該ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの総数（ｎ）に対して、上記式２～５に示す構造を有するモノマーユニットの割合を９０ｍｏｌ％以上とし、より好ましくは９５ｍｏｌ％以上とすることにより、又は、実質的に上記式２～５に示す構造を有するモノマーユニットのみから構成することによって、各種の部材表面を構成する目的に良好に使用されるコーティング組成物を構成するポリマー化合物を得ることができる。

　また、特にホスホン酸基を含む上記式５で示される構造を有するモノマーユニットの割合を、当該ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの総数（ｎ）に対して、１～５０ｍｏｌ％の範囲とすることができる。ホスホン酸基が導入されたアルキル基（式５）を含むモノマーユニットの割合を増加させることにより、当該ポリマー化合物が示す親水性を向上することができる。また、特にホスホン酸基の密度が増加することによって、当該ポリマー化合物をコーティング組成物として使用する際に、特に金属や無機材料の表面に対する密着性を向上することができる。

　また、ホスホン酸基が導入されたアルキル基（式５）を含むモノマーユニットの割合を２～２０ｍｏｌ％、或いは３～１０ｍｏｌ％の範囲にすることにより、基礎とされたポリマー化合物の特性を活かしながら、当該ポリマー化合物の中間水の含有能を高めることが可能である。
　本発明に係るポリマー化合物においては、ホスホン酸基が導入されたアルキル基を含むモノマーユニットの構造は単一である必要はなく、相互に異なった形態でホスホン酸基が導入されたアルキル基を含むモノマーユニットを含むことが可能である。

　本発明に係るポリマー化合物の数平均分子量は、例えば、１０，０００～５００，０００の範囲とすることが望ましく、さらに好ましくは３０，０００～１００，０００の範囲とすることが望ましい。本発明に係るポリマー化合物は、水和によって不凍水や中間水等から構成される水和構造を生成するものであり、所定の親水性を示すものであるところ、数平均分子量を１０，０００以上、或いは３０，０００以上とすることにより、良好な耐水溶性を付与することができる。また、数平均分子量を５００，０００以下、或いは１００，０００以下とすることにより、本発明に係るポリマー化合物をコーティング等の手段によって基材表面に適用する際の流動性を確保することができる。
　また、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）を、１．０～２．５の範囲、より好ましくは１．０～１．５の範囲とすることにより、各種特性のばらつきを防止できる点で望ましい。

　上記式６で示されるホスホン酸基を含む化合物は、当該ホスホン酸基に起因して各種の無機物質への接着作用を生じることが知られている（例えば、特許文献７等）。本発明に係るポリマー化合物においても、当該ホスホン酸基を有する側鎖構造の導入により金属材料や無機材料の表面に対する密着性の向上が観察され、特に、従来のＰＭＥＡやＰＭＥＡＡｍ等によってはコーティングによる表面被覆が困難であった基材に対して生体親和性を付与するためのコーティング組成物として有効に使用することができる。

　本発明に係るポリマー化合物は、各種医療機器において生体内組織や細胞、血液等に接して使用される表面のコーティングに加え、特に、骨折部の安定化等を目的として体内に埋入した状態で生体内の骨部と接合して使用される金属製等のインプラント材や、当該インプラント材を骨部に固定する目的で使用されるスクリュー等の補助的な部材の表面をコーティングする目的に好ましく使用することができる。

　当該用途においては、中間水を含有するポリマー表面において観察される間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化促進作用を利用して、例えば、インプラント材の表面での骨芽細胞の生成を促進することでインプラントと骨組織間の骨性結合（osseointegration）の獲得を促進することが期待される。その他、中間水を含有するポリマー表面においては、各種の細胞の生体活動が良好に維持され、また幹細胞の分化等が促進されることが明らかにされており、本発明に係るポリマー化合物は、幹細胞を含む各種細胞と接触する表面を構成するための材料として好ましく使用することができる。

　上記本発明に係るポリマー化合物によって少なくとも表面の一部がコーティングされ、体内に埋入して使用されるインプラント材の使用形態や形状は特に限定されず、例えば、整形外科用や歯科用金属材料として用いられるスクリュー状、ブロック状、柱状、板状、ペレット状、繊維状等、任意の形状のインプラント材等に対して本発明に係るポリマー化合物を適用することができる。

　本発明に係るポリマー化合物は、式２～５等に示す構造、又は、重合後の脱保護により式２～５等に示す構造となる基を予め導入した（メタ）アクリル酸や（メタ）アクリルアミドをモノマーとして、当該モノマーを目的とするポリマー化合物の組成に応じた割合で適宜の溶媒中に溶解した状態で、ラジカル重合等の適宜の手段によって重合することで合成することができる。

　重合の際に反応媒として使用される溶媒は、使用するモノマーを良好に溶解できるものであれば特に制限無く使用することが可能であり、例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルのようなエーテル系溶媒；ｏ－ジクロロベンゼンのようなハロゲン化芳香族炭化水素；Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド等のアミド； ジメチルスルホキシド等のスルホキシド； ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素； ヘキサン又はペンタンのような脂肪族炭化水素等、脂肪族又は芳香族の有機溶媒を好ましく使用することができる。これらの溶媒は１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
　上記で合成されたポリマーに対して、その後に適宜の精製や、官能基の脱保護等を行うことで本発明に係るポリマー化合物とすることができる。

　本発明に係るポリマー化合物は、その使用目的等に応じて、他のポリマー化合物やフィラー成分、溶媒、分散媒等と混合した組成物として使用することができる。特に、適宜の溶媒に溶解することでコーティング用組成物とし、これを塗布法、スプレー法、ディップ法等によって各種基材の表面にコーティングして使用することができる。当該コーティングは、例えば、生体親和性を付与したい各種の基材表面にコーティング用組成物塗布した後に、その溶媒を蒸発除去等することによって行うことができる。

　また、コーティング用組成物を使用して各種部材の表面をコーティングした後、当該コーティング被膜において、各種の架橋剤を使用したり、電子線等のエネルギー照射等によってポリマー分子を架橋することで、当該被膜の耐性の向上等を行うことができる。

　また、各種基材の表面に本発明に係るポリマー化合物を含むコーティング皮膜を設ける方法として、コーティングされる基材の表面に重合の開始基となる官能基を予め化学的に固定した状態で、上記モノマーを溶解した溶液に接触させることで表面開始グラフト重合を生じさせることによって、ポリマー化合物の合成と基材表面へのコーティングを同時に行うこともできる。

　各種基材の表面に設けられる本発明に係るポリマー化合物を含むコーティング皮膜の膜厚は、当該基材が使用される用途等に応じて決定することが可能であり、例えば、数ｎｍ～１ｍｍの範囲とすることが可能である。

　本発明に係るポリマー化合物を各種溶媒に溶解してなるコーティング組成物においては、その生体親和性等を顕著に損なわない範囲で、コーティングの目的に応じて、例えば、抗菌剤、ラジカル捕捉剤、過酸化物分解剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、可塑剤、難燃剤、帯電防止剤等の添加剤を混合して使用することができる。また、ホスホン酸基を含む上記式５で示される構造を導入したポリマー化合物と、当該構造を導入しない以外は同様の構造を有するポリマー化合物とを適宜の割合で含むコーティング組成物とすることにより、含水時の中間水量を容易に調整することが可能である。

　また、本発明に係るポリマー化合物が各種基材に対して高い密着性を示すことを利用して、本発明に係るポリマー化合物を含むコーティング組成物を、いわゆるプライマとして使用し、そのコーティング膜表面に各種のポリマーを積層して使用することも可能である。
　また、本発明に係るポリマー化合物によって被覆された表面に血液などの生体物質を接触させる際には、予め当該表面に含水させることで、ポリマー化合物を水和等しておくことが好ましい。
　本発明に係るポリマー化合物を含むコーティング組成物は、生体内組織や細胞、血液等と接して使用される表面の少なくとも一部分を被覆していればよく、医療機器等を成す基材の表面に対して、本発明に係るコーティング組成物を表面処理剤として用いることができる。

　なお、本明細書において、医療機器とは、生体内組織や細胞、血液等に接して使用される機器であり、例えば、当該生体内組織や血液等が示す生理的な活性を害さない目的で使用される機器を意味する。当該医療機器には、例えば、生体内に入れられた形態、生体内組織が露出した状態で当該組織や血液と接して使用される形態、骨組織等の生体内組織に埋入された状態で当該組織に接して使用される形態、および体外循環医用材料において体外に取り出した生体内成分である血液と接して使用される形態などを当然に含むものとする。また、「医療用途に使用され」とは、上記「生体内組織や血液に接して使用され」、又は、それを予定して使用されることを含むものである。

　本発明に係るコーティング組成物によりコーティングされる医療機器等を構成する部材の材質や形状は特に制限されることなく、例えば、多孔質体、繊維、不織布、粒子、フィルム、シート、チューブ、中空糸や粉末等いずれでも良い。その材質としては木錦、麻等の天然高分子、ナイロン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリオレフィン、ハロゲン化ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ（メタ）アクリレート、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ブタジエン－アクリロニトリル共重合体等の合成高分子あるいはこれらの混合物が挙げられる。特に、金属、セラミクス、ガラス、およびそれらの複合材料等のように、高分子材料との密着性を確保し難い表面に対して、本発明に係るポリマー化合物を含むコーティング組成物が望ましく使用することができる。

　本発明に係るコーティング組成物は、生体内組織や血液と接して使用される医療機器に用いることができ、体内埋め込み型の人工器官や治療器具、体外循環型の人工臓器類、さらにカテーテル類（血管造影用カテーテル、ガイドワイヤー、ＰＴＣＡ用カテーテル等の循環器用カテーテル、胃管カテーテル、胃腸カテーテル、食道チューブ等の消化器用カテーテル、チューブ、尿道カテーテル、尿菅カテーテル等の泌尿器科用カテーテル）等の医療機器の生体内組織や血液と接する表面の少なくとも一部、好ましくは血液と接する表面のほぼ全部に用いられることが望ましい。
　また、多数のガス交換用多孔質中空糸膜をハウジングに収納し、中空糸膜の外面側に血液が流れ、中空糸膜の内部に酸素含有ガスが流れるタイプの中空糸膜外部血液灌流型人工肺の、中空糸膜の外面もしくは外面層に、本発明に係るコーティング組成物が被覆されている人工肺としてもよい。

　また、透析液が充填された少なくとも一つの透析液容器と、透析液を回収する少なくとも一つの排液容器とを含む透析液回路と、前記透析液容器を起点とし、または、前記排液容器を終点として、透析液を送液する送液手段とを有する透析装置であって、その血液と接する表面の少なくとも一部が本発明に係るコーティング組成物でコーティングされても　また、本発明に係るコーティング組成物は、所定量の中間水を有する表面が示すタンパク質や細胞等との選択的吸着性を活かして、各種タンパク質や細胞等が存在する水溶液に接する基材表面や粒子表面にコーティングされることにより、各種の診断用チップを構成する目的で使用されてもよい。

　また、本発明に係るコーティング組成物が塗布される等によって、本発明に係るポリマー化合物によって構成される表面は、細胞を好ましい形態で接着して維持可能な細胞培養用支持体として好ましく使用することができる。つまり、本発明に係るポリマー化合物により表面が構成される細胞培養用支持体は、基質に接着して生きる細胞であれば特に限定されず、表皮細胞や、血管内皮細胞、口腔内皮細胞、食道上皮細胞、胃上皮細胞、腸管上皮細胞等の消化管上皮細胞、鼻腔粘膜上皮細胞、気管上皮細胞、肺胞上皮細胞等の呼吸器上皮細胞、汗腺細胞、皮脂腺細胞、アポクリン腺細胞、乳腺細胞等の外分泌腺細胞、唾液腺上皮細胞、涙腺細胞、膵臓ランゲルハンス島細胞、副腎髄質細胞、副腎皮質細胞、松果体細胞、脳下垂体細胞、甲状腺細胞等の内分泌腺細胞、肝細胞、腎上皮細胞、膵臓細胞、副腎細胞等の内臓実質細胞、味蕾細胞、嗅上皮細胞、有毛細胞等の感覚器細胞、神経細胞と、星状膠細胞、シュワン細胞等のグリア細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞等の筋細胞、線維芽細胞、間質細胞、結合織細胞、軟骨細胞、骨芽細胞等の間葉細胞、胸腺上皮細胞、子宮上皮細胞、卵巣ろ胞細胞、輸卵管上皮細胞、精細管上皮細胞、ライディッヒ細胞等の細胞培養に適用することができる。

　また、本発明に係るポリマー化合物により表面が構成される細胞培養用支持体は、胚性幹細胞(ＥＳ細胞)、人工多能性幹細胞(ｉＰＳ細胞)、胚性腫瘍細胞(ＥＣ細胞)、胚性生殖幹細胞(ＥＧ細胞)、核移植ＥＳ細胞、体細胞由来ＥＳ細胞等の分化多能性を有する幹細胞、造血幹細胞、骨髄由来間葉系幹細胞、脂肪組織由来間葉系幹細胞、その他間質由来幹細胞、Ｍｕｓｅ細胞、神経幹細胞等の組織幹細胞、多分化能を有する幹細胞、肝臓、膵臓、脂肪組織、骨組織、軟骨組織等の各種組織における前駆細胞等の各種の幹細胞の培養に使用することが可能である。本発明に係るポリマー化合物により表面が構成される細胞培養用支持体を用いた幹細胞の培養においては、細胞を好ましい形態で接着して維持可能であること等に起因して、培養される幹細胞の特性に応じて分化の促進や抑制等が生じるため、培養の目的に則した細胞培養が可能である。

　また、本発明に係るポリマー化合物は、骨折部の安定化や欠損した骨部を補うこと等を目的として、体内に埋入した状態で使用される部材の表面をコーティングする用途に使用可能であり、特に、生体内の骨部と骨性結合を生成することが期待される脊椎インプラント、人工歯根等の歯科インプラント、指インプラント、頭蓋骨インプラント、顎骨インプラント、腕インプラント、骨盤インプラント等の各種インプラント材や、鎖骨フック等の骨フック、人工股関節用ステム等の関節置換材等であって、チタン等の金属材料や、各種のセラミックス等で構成される部材の表面の少なくとも一部をコーティングする目的で使用されることで良好な骨性結合を生成することが可能となる。

　以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定して理解されるものではない。

　以下の例で用いた薬品等について、特に断りのない場合は市販品をそのまま使用した。
　モノマー及びポリマーの構造解析については、ＮＭＲ測定装置（日本電子株式会社製、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＪＮＭ－ＥＣＸ）を用い、^１Ｈ－ＮＭＲ測定及び^１３Ｃ－ＮＭＲ測定を行った。なお、ケミカルシフトはＣＤＣｌ_３（^１Ｈ：７．２６ｐｐｍ 、^１３Ｃ：７７．１ｐｐｍ）を基準とした。

［合成例１］
　以下の方法で、２－メトキシエチルアクリレート（ＭＥＡ）と、アクリロイルオキシエチルホスホン酸（ＡＭＰＡ）のランダム共重合体を合成した。当該ＭＥＡは、式１においてＸがＯ（酸素原子）であり、式２においてＲ_２をメチル基、ｍ＝２，ｐ＝１とした構造に相当する。また、当該ＡＭＰＡは、式５において炭素数が２であり、その水素原子の一つが式６に示すホスホン酸基で置換された構造に相当する。

・ＭＥＡと、２－(ジメトキシホスホリル)エチルアクリレート（ＤＭＰＥＡ）との共重合体の合成
　重合禁止剤等の除去カラムを使用することで精製したＭＥＡとＤＭＰＥＡ、及び重合開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を、重合溶媒としてのトルエン中に溶液濃度が２Ｍとなるように４０：２：０．０３５のモル比で投入して溶解して凍結脱気を３回行った後、６５℃のオイルバス中で攪拌しながら６時間反応させて重合反応を行った。反応溶液を大過剰のヘキサンに滴下して合成したポリマー化合物（Ｐｏｌｙ（ＭＥＡ－ｒａｎ－ＤＭＰＥＡ））を析出させた。回収した析出物を再度トルエン中に溶解した溶液を大過剰のヘキサンに滴下してポリマー化合物を析出させる操作を３回繰り返した後、析出物をＴＨＦに溶解して回収し、乾燥させた。

　上記で得られた生成物について^１Ｈ－ＮＭＲ測定を行い、当該生成物がＭＥＡ－ＤＭＰＥＡ共重合体であること、及び、ＭＥＡ：ＤＭＰＥＡ＝９５．４５：４．５５（ｍｏｌ比）であることを確認した。

・Ｐｏｌｙ（ＭＥＡ－ｒａｎ－ＤＭＰＥＡ）の脱保護
　上記で得たポリマー化合物（２ｇ）をジクロロメタンに溶解させ、当該ポリマー化合物中のリン酸保護基であるメトキシ基に対して６等量となる量のブロモトリメチルシラン(（ＣＨ_３）_３ＳｉＢｒ)を添加して全量を２０ｍＬとしたものを室温で３時間攪拌して反応させた後、メタノールを１００ｍＬ程度添加し、更に１時間反応させることで脱保護を行った。反応後のポリマーをヘキサンで再沈殿させ、水精製を一晩行った後、ＴＨＦに溶解して回収し、硫酸マグネシウムで脱水を行い、真空乾燥させて共重合体（ＭＥＡ－ＡＭＰＡ共重合体）を回収した。

　上記で得られた生成物について^１Ｈ－ＮＭＲ測定を行い、上記処理によりリン酸の保護基（メトキシ基）が外れてＭＥＡ－ＡＭＰＡ共重合体が得られたことを確認した。図１には、当該ＭＥＡ－ＡＭＰＡ共重合体の^１Ｈ－ＮＭＲチャートを示す。

［合成例２］
　上記合成例１に記載の方法に対して、共重合体の合成時にＤＭＰＥＡを使用しない以外は同様の方法によりＭＥＡ重合体（ＰＭＥＡ）を合成し、対比に用いた。

［合成例３］
　以下の方法で、ブチルアクリレート（ＢｕＡ）と、ＡＭＰＡのランダム共重合体を合成した。当該ＢｕＡは、式１においてＸがＯ（酸素原子）であり、式４においてｑ＝４とした構造に相当する。

・ＢｕＡとＤＭＰＥＡとの共重合体の合成
　重合禁止剤等の除去カラムを使用することで精製したＢｕＡとＤＭＰＥＡ、及び重合開始剤としてのＡＩＢＮを、重合溶媒としてのトルエン中に溶液濃度が２Ｍとなるように４０：２：０．０３５のモル比で投入して溶解して凍結脱気を３回行った後、６５℃のオイルバス中で攪拌しながら６時間反応させて重合反応を行った。反応溶液を大過剰のヘキサンに滴下して合成したポリマー化合物（Ｐｏｌｙ（ＢｕＡ－ｒａｎ－ＤＭＰＥＡ））を析出させた。回収した析出物を再度トルエン中に溶解した溶液を大過剰のヘキサンに滴下してポリマー化合物を析出させる操作を３回繰り返した後、析出物をＴＨＦに溶解して回収し、乾燥させた。

　上記で得られた生成物について^１Ｈ－ＮＭＲ測定を行い、当該生成物がＢｕＡ－ＤＭＰＥＡ共重合体であること、及び、ＢｕＡ：ＤＭＰＥＡ＝９５．８３：４．１７（ｍｏｌ比）であることを確認した。

・Ｐｏｌｙ（ＢｕＡ－ｒａｎ－ＤＭＰＥＡ）の脱保護
　上記で得たポリマー化合物（１．８ｇ）をジクロロメタンに溶解させ、当該ポリマー化合物中のリン酸保護基であるメトキシ基に対して６等量となる量のブロモトリメチルシラン(（ＣＨ_３）_３ＳｉＢｒ)を添加して全量を２０ｍＬとしたものを室温で３時間攪拌して反応させた後、メタノールを１００ｍＬ程度添加し、更に１時間反応させることで脱保護を行った。反応後のポリマーをヘキサンで再沈殿させ、水精製を一晩行った後、ＴＨＦに溶解して回収し、飽和食塩水と混合して分液操作を行った。再び水精製を行ったのち、得られたポリマーをエタノールで回収して乾燥させ、共重合体（ＢｕＡ－ＡＭＰＡ共重合体）を回収した。

　上記で得られた生成物について^１Ｈ－ＮＭＲ測定を行い、上記処理によりリン酸の保護基（メトキシ基）が外れてＢｕＡ－ＡＭＰＡ共重合体が得られたことを確認した。図２には、当該ＢｕＡ－ＡＭＰＡ共重合体の^１Ｈ－ＮＭＲチャートを示す。

［合成例４］
　上記合成例３に記載の方法に対して、共重合体の合成時にＤＭＰＥＡを使用しない以外は同様の方法によりＢｕＡ重合体（ＰＢｕＡ）を合成し、対比に使用した。

　上記合成例１～４で合成したＭＥＡ－ＡＭＰＡ共重合体及びＢｕＡ－ＡＭＰＡ共重合体について、以下の方法で飽和含水時の中間水の含有量を測定した。
　乾燥させた各重合体を純水中に１週間以上浸漬して飽和含水させたものを含水サンプルとして、３～６ｍｇ程度の含水試料を質量が既知のアルミニウム製簡易密閉容器（容積７．５μＬ）に移し、任意の時間だけ室内に放置して含水された水の一部を蒸発させることで含水量を調節した後に容器を密閉した。

　上記密閉した容器について、オートサンプラー（AS 3DX）付きの熱流束型高感度示差走査熱量計（ＤＳＣ；EXSTAR X DSC7000, 株式会社日立ハイテクサイエンス）を用いて、窒素雰囲気中（流量：２０ｍＬ／ｍｉｎ）において、開始温度の３０℃から－１００℃まで降温して５分間保持した後、５０℃まで昇温する過程において、上記容器に流入／流出する熱量を測定した。測定中の温度走査速度は５℃／ｍｉｎとした。

　上記測定後に上記アルミニウム容器の質量（含水質量）を電子天秤で測定した。その後、アルミニウム容器に穴を開けて１１０℃で４日間、減圧下（８０ｍＴｏｒｒ）で乾燥させた後、アルミニウム容器の質量（乾燥質量）を測定して蒸発した水分質量、及び、アルミニウム容器内のサンプルの乾燥質量を求めた。

　容器内に密閉された各種の含水率の含水サンプルについてＤＳＣ測定を行った際には、一般的に以下のような挙動が観察される。含水率が一定以下である含水サンプルについてのＤＳＣチャートにおいては、水和水の凍結融解に起因する熱の移動は観察されない。これは、水和水の全てが不凍水の状態にあって、水和水が凍結や融解等の相変態を生じないためと考えられる。

　一方、含水率が所定の範囲にある含水サンプルについてのＤＳＣチャートにおいては、－４０℃～－２０℃程度の温度範囲において水和水の凍結融解に起因する熱の移動が観察され、当該熱の移動量は含水サンプルの含水量に略比例することが観察される。ＤＳＣ測定中の穏やかな温度変化の過程においては、純水は０℃付近で凍結融解に係る潜熱を生じることから、当該０℃付近での潜熱の移動と明確に区別される－４０℃～－２０℃の温度範囲での潜熱の移動は、サンプルであるポリマー化合物によって何らかの拘束を受けた水分子に起因するものであると考察され、当該水分子が中間水（ＩＷ）を構成するものであると考えられる。

　他方、上記中間水に起因する－４０℃～－２０℃の温度範囲での潜熱の移動量が飽和する以上の含水率の含水サンプルにおいては、０℃付近での潜熱の移動が観測され、当該０℃付近での潜熱の移動量は含水サンプルの含水量に略比例することが観察される。当該０℃付近での潜熱の移動を生じる水和水は、純水と同様の挙動を示すものであって、サンプルであるポリマー化合物によって殆ど拘束されていない水分子に起因するものであると考察され、当該水分子が自由水を構成するものであると考えられる。

　上記考察に基づいて、測定されたＤＳＣチャートにおいて－４０℃～－２０℃の温度範囲に出現するピークを中間水の規則化等に起因する潜熱の移動に基づくものとして、当該ピークの面積から移動した熱量（ΔＨｃｃ（Ｊ））を求め、以下の式に従って単位質量当たりのポリマー化合物に含有される中間水（ＩＷ）の量（Ｗ_ＩＷ）を算出した。

　但し、ΔＨ^０ _ｍは水の標準融解エンタルピー（＝３３３．６ Ｊ／ｇ）であり、Ｗ_dryはポリマー化合物の乾燥重量である。なお、含水したポリマー化合物に含まれる自由水の量（Ｗ_ＦＷ）は、昇温の際にＤＳＣチャート上で観測される測定された水の融解に係る全熱量（ΔＨ_ｍ）と上記中間水の相変態に係る熱量（ΔＨ_ｃｃ）の差分に基づいて、上記と同様に単位質量当たりのポリマー化合物に含有される量（Ｗ_ＦＷ）として算出した。また、含水したポリマー化合物に含まれる不凍水の量（Ｗ_ＮＷ）は、重量測定によって求められる全含水量（Ｗ_water）から、上記中間水量と自由水量を差し引くことで求められる。
　表１には、上記の方法により合成例１～４に係るポリマー化合物において観測された中間水量を、その飽和含水量と共に示す。

　なお、表１に示す飽和含水量は、以下のようにして評価した値である。つまり、所定の量の水と水和させたポリマーを－１００℃程度まで降温した後に昇温する過程においては、ポリマーとの水和水の内、自由水は０℃において融解を生じるのに対して、中間水は－２０℃程度から０℃の範囲内で融解を生じるため、当該中間水の融解に起因する吸熱の極大値は氷点下に観察される。

　このため、当該ポリマーの昇温過程における熱の移動を示差走査熱量計（ＤＳＣ）で観察した際には、－２０～０℃の範囲に中間水と自由水の融解潜熱（吸熱）の重ね合わせに対応するブロードなＤＳＣ曲線が観察される。そして、水和水の総量が少ないポリマーにおいては、当該ＤＳＣ曲線の極大値が氷点下に現れるのに対して、水和水の総量を増やして自由水を増加させることで、当該ＤＳＣ曲線の極大値が０℃に漸近することが観察される。当該現象を利用して、表１に示す飽和含水量は、含水量を適宜変更した各ポリマーを示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて速度５℃／ｍｉｎの条件にて昇温することにより得られるＤＳＣ曲線において、中間水と自由水の融解による吸熱の極大値が０℃に一致したときの含水量を飽和含水量とした。
　また、表１に示す中間水量は、各ポリマー化合物について含水量を変化させて計測した中間水量の内の最大値を、当該ポリマー化合物が含有可能な中間水量として記載する。

　表１に示すように、ＰＭＥＡに対してホスホン酸基を含む側鎖部分を５ｍｏｌ％程度の割合で導入したＭＥＡ－ＡＭＰＡ共重合体においては、当該導入によって飽和含水量が２倍程度に拡大すると共に、中間水量についても２倍程度に拡大することが観察された。

　また、ＰＢｕＡのホモポリマーの飽和含水量は１．３ｗｔ％程度であり、水和によって水和水を含有する程度が低いことに対して、５ｍｏｌ％程度の割合でホスホン酸基を含む側鎖部分を導入したＭＥＡ－ＰＢｕＡ共重合体においては、当該飽和含水量が１０倍程度に拡大し、含有可能な水和水の量が大きく拡大することが示された。また、ＰＢｕＡのホモポリマーはごく僅かな中間水のみを含有可能であるのに対して、当該ホスホン酸基の導入によってＰＭＥＡのホモポリマーと同程度の割合で中間水を含有可能であることが明らかとなった。

　上記の結果は、ホスホン酸基を含む側鎖部分の導入により、各種の構造を有するポリマーが含有可能な中間水量を有効に拡大することが可能であり、各種ポリマーが示す生体親和性の程度を高めることができると共に、所望の割合で中間水を含有可能なポリマーを容易に提供することが可能となることが示された。

　以下に説明する方法により、上記合成例１～４で合成した各ポリマー化合物の金属チタン表面へのコーティングを試行した。
　上記合成例１～４で合成した各ポリマー化合物を、トルエン中にそれぞれ１（ｗｔ％）の濃度になるように溶解してコーティング液を生成した。表面にスパッタリング法によって金属チタンからなる被膜を形成し、アセトンで３回洗浄して乾燥させたガラス基板（直径１４ｍｍ）を上記各コーティング液中に浸漬し、その状態で９０℃に２４時間の保持をした。その後、各ガラス基板をアセトン内で３回超音波洗浄した後に乾燥させ、更に３０分間のオゾン洗浄を行った。
　表２には、上記コーティング処理を行った各ガラス基板の表面での水の接触角の評価結果を、上記コーティング処理を行わないチタン被膜付きガラス基板の結果と比較して示す。

　表２に示すように、ホスホン酸基を含む側鎖部分が導入されたポリマー化合物でコーティングした基板では、基材とした金属チタン表面と異なる接触角が観察され、各ポリマー化合物によって金属チタン表面が被覆されていることが示唆された。
　一方、合成例２，４に係るＰＭＥＡ，ＰＢｕＡのホモポリマーを溶解したコーティング液中に浸漬した基板表面においては、コーティング処理を行わない基板と同程度の接触角が観察された。このことから、ＰＭＥＡ，ＰＢｕＡのホモポリマーのトルエン溶液においては、ポリマー化合物が金属チタン表面に有意に吸着しないこと、又は、その後の洗浄工程において吸着したポリマー化合物が脱離することが推察された。

　以下に説明する方法により、上記合成例１，３で合成した各ポリマー化合物によって被覆された金属チタン表面についてＸＰＳ分析を行った。
　図３には、上記合成例１，３に係る各ポリマー化合物によって被覆された試料についてのＸＰＳ分析を示す。図３に示すように、いずれの試料においてもポリマーに由来するＣ＝Ｏ結合のピークが観測されたことから、金属チタンの表面がポリマー化合物でコーティングされていることが示唆された。また、１３５ ｅＶ付近にリン元素に由来すると考えられるピークが確認されることからも、リン酸を有するポリマー化合物が金属チタン表面にコーティングされていることが示唆された。

　本発明に係るポリマー化合物を細胞培養の基質として使用した際の効果を検証すると共に、特に、間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化促進を伴った培養の可能性を検証する目的で、以下の評価を行った。

　評価に使用した間葉系幹細胞（マウス骨髄由来間葉系幹細胞株Ｄ１細胞）の懸濁液は、以下のようにして調製した。１０ｍｍディッシュ (IWAKI)を使用して３～９代の継代培養をしたマウス骨髄由来間葉系幹細胞株Ｄ１細胞を５ｍＬのＰＢＳ（－）で一度洗浄した後、トリプシン－ＥＤＴＡ溶液を１ｍＬ加えて１分間インキュベートして細胞をディッシュから剥離した。剥離した細胞に培地（５ｍＬ）を加えトリプシンの反応を止めた後、細胞懸濁液を遠沈管チューブ (IWAKI) に回収し、遠心分離機 (Centrifuge 5702, Eppendorf, DE) により１分間，１５００ｒｐｍで遠心して上澄みを取り除き、再度、骨分化誘導培地を加えて細胞懸濁液を作製した。作製した懸濁液の濃度を、血球計算盤を用いて計算し、１×１０^５（ｃｅｌｌｓ／ｍｌ）となるように骨分化誘導培地で希釈し、以下の評価に使用した。

　上記合成例１，３に係るポリマー化合物をコーティングした基板、及び、比較のためにチタン表面を有する各基板を、ＭＰＣコートした２４ｗｅｌｌプレートに入れ、３０分間ＵＶ滅菌した後、各基板をＰＢＳ（－）で１回洗浄し、その後、４８ｗｅｌｌプレート内で５００μＬの骨分化誘導培地（ＭＤＥＭ（ダルベッコ改変イーグル培地:Dulbecco’s Modified Eagle Medium）(Gibco, Carlsbad, CA)，１０％ＦＢＳ(ウシ胎児血清:Fetal bovine serum)，1% P.S. (Penicillin Streptomysin) (Gibco)，10^-7 M Dexamethason (Sigma-Aldrich, America)，１０ｍＭ β-glycerophosphate (東京化成，Tokyo，Japan), 50 μｇ/ｍＬ Ascorbic acid 2-phosphate (Sigma)）を添加して、３７℃，５％ＣＯ_２の条件下で１時間インキュベートし、基板のプレコンディショニングを行った。

　プレコンディショニングの後に各ｗｅｌｌから培地を取り除き、上記で作成した細胞懸濁液を、各基板上において２．５×１０^４ｃｅｌｌｓ／ｃｍ^２の密度になるように各ｗｅｌｌに添加し、３７℃, ５％ＣＯ_２の条件下で既定の日数の培養を行った。

　図４Ａ～Ｃには、間葉系幹細胞を播種してから１日後の各基板（基質）表面の細胞の様子を示す。図４Ｃに示すように、金属チタン被膜の表面を基質として培養した際には、細胞が伸展していることが観察される一方で、上記合成例１，３（図４Ａ，Ｂ）で合成した各ポリマー化合物の表面を基質として培養した際には、細胞の伸展が抑制されている様子が観察された。

　細胞培養においては、細胞が伸展する等して扁平な形態で基質上に接着した場合と比較して、一般に基質上に接着した細胞が球状を維持する場合に細胞培養が良好に進展し、細胞活性も維持されることが知られている。また、中間水を含有する物質を基質として培養を行った際には、培養される各種の細胞の伸展等が抑制されることが知られている（特許文献６等）。
　図４Ａ～Ｃに示す結果は、本発明に係るポリマー化合物を細胞培養の基質として使用した際に細胞の培養が良好に進展することを示すものと推察された。

　図５には、間葉系幹細胞を播種してから３日後の、各基質上の細胞数、及び間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化の指標としてのＡＬＰ活性の様子を比較して示す。
　各基質上の細胞数は、細胞培養した基板をＰＢＳ（－）で２回洗浄した後、０．２ｗｔ％Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ溶液を５００μＬずつ添加し、超音波を５秒間当てて細胞を破砕した細胞破砕液をＴＥバッファーで１０倍に希釈し、picogreen試薬（Thermo Fisher Scientific）を使用して、基質上に存在する細胞に含まれるＤＮＡの総量を測定することにより、評価を行った。

　また、ＡＬＰ（alkaline phosphatase）は、分化した骨細胞で高発現することから、その酵素活性により間葉系幹細胞が骨芽細胞へ分化する程度の評価を行うことができる。ＡＬＰ活性の評価は、上記細胞破砕液をｍｉｌｌｉ－Ｑで５倍に希釈し、ＡＬＰアッセイ キット(Wako, Osaka, Japan)を用いて行った。
　図５に示すように、３日間の培養後の骨芽細胞の細胞数は、ポリマー化合物をコーティングしない金属チタン被膜の表面を基質とした際に、合成例１，３で合成した各ポリマー化合物を基質にした場合に比較して優位に大きいことが観察された。一方、合成例１，３で合成した各ポリマー化合物を基質にした場合には、ＡＬＰ活性が高まることが観察され、間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化が促進されることが推察された。

　本発明に係るポリマー化合物は、各種部材の表面にコーティング等することにより生体親和性の表面を構成することができる。特に従来のポリマーによってはコーティングが困難であった金属や無機材料などの表面に対して、本発明に係るポリマー化合物は高い密着性を示すことから、広範囲のコーティング対象に対して使用することができる。

Claims (6)

1. 　下記式１に示す構造を有し、その先端部分（●）に、下記式２～４に示す構造の少なくともいずれかを含むと共に、下記式５に示す構造を含むことを特徴とするポリマー化合物。
   　但し、式１において、Ｒ_１は水素又はメチル基、ＸはＯ又はＮＨのいずれか、ｎはモノマーユニットの繰り返し数をそれぞれ示し、
   　式２において、Ｒ_２は水素又はメチル基、ｍは２～６の自然数、ｐは１～３の自然数をそれぞれ示し、
   　式３において、Ｒ_３はＣＨ_２，またはＣ_２Ｈ_４のいずれか、Ｒ_４Ｏ_ｋは３員環から６員環のうちのいずれかの環状エーテル（環状エーテルに含まれる酸素原子の数（ｋ）は、ｋ≧１）であり、Ｒ_３およびＲ_４に含まれる任意の水素がＯＨ，ＣＨ_３，Ｃ_２Ｈ_５の少なくともいずれか一つで置換されていても良い。）をそれぞれ示し、
   　式４において、上記ＸがＯである場合にはｑは１～１４の整数、又は上記ＸがＮＨである場合にはｑは０～１４の整数を示し、
   　式５において、Ｒ５’は、その水素原子の少なくとも一つが式６に示す構造で置換されている炭素数が６以下のアルキル基を示すものとする。
   

   

   

   

   

   

   
2. 　前記ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの総数（ｎ）に対して、前記式５に示す構造を含むモノマーユニットの割合が１～５０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載のポリマー化合物。
3. 　前記ポリマー化合物を構成するモノマーユニットの総数（ｎ）に対して、式２～５に示す構造を含むモノマーユニットの割合が９０ｍｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１に記載のポリマー化合物。
4. 　請求項１～３のいずれかに記載のポリマー化合物を含むことを特徴とするポリマー組成物。
5. 　請求項１～３のいずれかに記載のポリマー化合物を溶媒に溶解してなることを特徴とするコーティング組成物。
6. 　金属表面にコーティング皮膜を設けるために使用されることを特徴とする請求項５に記載のコーティング組成物。

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