両性高分子電解質ゲル構造をもつ材料表面の分子設計とその生体組織への粘着

• Project/Area Number: 09780805
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 加藤 功一 神戸大学, 工学部, 助手 (50283875)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 1998: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 1997: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 生体接着 / 組織粘着 / 両性高分子電解質 / ハイドロゲル / 真皮組織 / 静電相互作用 / 水素結合 / 表面間力 / 界面層形成

Research Abstract

これまでの研究で、ある特定の化学組成をもつ両性高分子電解質ハイドロゲル構造の表面が、高い組織粘着性を示すことを見出した。本年度は、その粘着機構を理解するため、ゲルの網目構造および生体分子一両性高分子電解質間の分子間相互作用について詳しく調べ、組織粘着性を向上させるための表面設計指針を明確にすることを目士旨した。
まず,両性高分子電解質ハイドロゲルの網目構造を推定するため、ゲルの圧縮弾性率試験ならびに平衡膨潤率測定を行った。その結果、ゲル内部には、反対電荷間の静電的相互作用にもとづく物理架橋構造の存在することが確認された。これによって、組織成分と相互作用する分子鎖濃度が高まるため、高い粘着性を示すものと考えられた。さらに、細胞外マトリックスの主成分であるグリコサミノグリカン鎖とカルボキシル基をもつ高分子電解質とのブレンド物を調製し、その赤外吸収スペクトルを測定した。その結果、両者の間には水素結合が生じ、そのような相互作用が組織粘着性の源であるものと考えられた。
次に、ゲルと組織の界面におけるセグメント拡散と接着力発現のダイナミックスについて調べるため、モデル実験系の確立を目指した。すなわち、2つポリマーブラシ表面を作製し、表面間力測定装置を駆使して、これらの表面どうしを数ナノメータの距離にまで近づけ,圧縮されたポリマーブラシの緩和に基く表面間力の変化を経時的に測定することが可能になった。
両性高分子電解質ハイドロゲル構造の組織粘着性に関して、その普遍性を確認するため、多糖類およびタンパク質をベースとする両性高分子電解質を用いてハイドロゲルを作製し、その組織粘着性を調べた。ここでも,静電相互作用にもとづくゲル内の物理架橋が組織粘着にとって重要な役割を果たすことが示された。
本研究の結果得られた知見を学術論文として公表するため,現在,研究のとりまとめを行っている。