Functional Biodegradable Polymer Capsules Prepared by Interfacial Photocrosslinking of Spherical Particles

• Project/Area Number: 23K21137
• Project/Area Number (Other): 21H02004 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022-2024); Osaka Prefecture University (2021)
• Principal Investigator: 北山 雄己哉 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40649745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原田 敦史 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (50302774)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2021: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 微粒子界面光架橋 / 高分子微粒子 / 中空粒子 / カプセル / 核酸塩基 / 光二量化反応 / 刺激応答性 / 界面光反応 / 分解性 / 生分解性 / ポリエステル

Outline of Research at the Start

中空・カプセル粒子は、広範な分野に応用される機能性微粒子であるが、海洋マイクロプラスチック問題などの環境問題から現代も広く用いられる非生分解性高分子カプセルからの脱却が火急の課題である。本研究課題では、微粒子界面近傍の光架橋反応（界面光架橋反応）を応用し、ポリアミドやポリエステルなどの生分解性高分子を原料とした、新たな生分解性カプセル創製基盤技術の確立を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、以下の内容について検討を進めた。
１．核酸塩基を光反応性部位とした界面光架橋反応・・・核酸塩基の中でも、チミンやウラシルに代表されるピリミジン塩基は、紫外線照射により[2π+2π]光二量化反応が進行することが知られている。そこでチミンを側鎖に有する高分子を合成し、この高分子微粒子に対して光照射を行うことで、核酸塩基を光反応性部位とした界面光架橋反応が進行するかどうか評価した。高分子微粒子に対するλ=265 nmの光照射により、チミン間の二量化反応（高分子架橋反応）が界面近傍でのみ進行し、中空高分子微粒子を得ることに成功した。
２．高分子カプセルの調製・・・チミンを光反応性部位として用いて調製した中空高分子微粒子に対して、粒子内部に後天的に分子内包が可能かを評価した。具体的には、モデル分子として蛍光分子であるローダミンBを粒子内に内包した高分子カプセルが調製可能か評価したところ、共焦点レーザー顕微鏡で中空粒子内部にローダミンBを安定に内包できたことがわかった。
３．核酸塩基由来機能を利用した高分子カプセルのpH応答性評価・・・ピリミジン塩基は、塩基性条件で脱プロトン化してアニオン化する分子として知られている。この性質を利用してチミンを光反応性部位として用いて調製した高分子カプセルのpH応答的なリリース特性を評価した。その結果、カプセルのシェル部を構成する高分子の親水性が十分な場合、ピリミジン塩基のアニオン化に基づくpH応答的な内包物リリースを達成した。
以上のことから、微粒子化面光架橋反応における光反応性部位として核酸塩基を利用することができ中空粒子や高分子カプセルを調製できると同時にpH応答性を付与できることを明らかにした。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Nanyang Technological University(シンガポール)
• [Journal Article] Visible Light Induced Interfacial Photo-Cross-Linking for Fabrication of Polymer Capsules Using Photoreactive Polymers with Substituted Cinnamates (2024)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Harada Atsushi
  • Journal Title: ACS Applied Polymer Materials Volume: 6 Issue: 7 Pages: 3805-3813
  • DOI: 10.1021/acsapm.3c03108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of Interfacial Halogen Bonding with a Surfactant on Miniemulsion Reversible Chain Transfer-Catalyzed Polymerization (2024)
  • Author(s): Sadakane Masaya、Goto Atsushi、Harada Atsushi、Kitayama Yukiya
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 57 Issue: 7 Pages: 3338-3345
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.4c00122
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] pH-Responsive Capsules Fabricated by Interfacial Photo-Cross-Linking Utilizing the Photoreactivity and pH-Responsiveness of Thymine (2023)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Dosaka Akali、Harada Atsushi
  • Journal Title: ACS Applied Polymer Materials Volume: 5 Issue: 9 Pages: 7390-7399
  • DOI: 10.1021/acsapm.3c01283
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Poly(Vinyl Alcohol) Concentration and Chain Length on Polymer Nanogel Formation in Aqueous Dispersion Polymerization (2023)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Takigawa Shunsuke、Harada Atsushi
  • Journal Title: Molecules Volume: 28 Issue: 8 Pages: 3493-3493
  • DOI: 10.3390/molecules28083493
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Carboxy-functionalized pH responsive capsule polymer particles fabricated by particulate interfacial photocrosslinking (2022)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Harada Atsushi
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry B Volume: 10 Issue: 37 Pages: 7570-7580
  • DOI: 10.1039/d1tb02866a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic study on fabrication of hollow poly(vinyl cinnamate) particles by particulate interfacial photocrosslinking (2022)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Harada Atsushi
  • Journal Title: Aggregate Volume: 3 Issue: 6
  • DOI: 10.1002/agt2.251
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reversible chain transfer catalyzed polymerization in miniemulsion systems with tetraiodomethane as a catalyst (2022)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Sadakane Masaya、Harada Atsushi
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 13 Issue: 44 Pages: 6179-6186
  • DOI: 10.1039/d2py01019d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reversible complexation mediated polymerization of methacrylates using amine catalysts in aqueous heterogeneous systems (2022)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Tokura Daiki、Harada Atsushi
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 55 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41428-022-00715-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interfacial photocrosslinking of polymer particles possessing nucleobase photoreactive groups for hollow/capsule polymer fabrication (2022)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Dosaka Akali、Harada Atsushi
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 13 Issue: 6 Pages: 748-758
  • DOI: 10.1039/d1py01438b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] pH-Responsive Capsule Polymer Particles Prepared by Interfacial Photo-Cross-Linking: Effect of the Alkyl Chain Length of the pH-Responsive Monomer (2021)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Harada Atsushi
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 13 Issue: 29 Pages: 34973-34983
  • DOI: 10.1021/acsami.1c09203
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interfacial Photo-Cross-Linking: Simple but Powerful Approach for Fabricating Capsule Polymer Particles with Tunable pH-Responsive Controlled Release Capability (2021)
  • Author(s): Kitayama Yukiya、Harada Atsushi
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 13 Issue: 8 Pages: 10359-10375
  • DOI: 10.1021/acsami.0c20152
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 微粒子界面における核酸塩基光反応を利用した刺激応答性カプセルの合成 (2024)
  • Author(s): 北山 雄己哉、堂阪 あかり、芝 向日葵、弓場 英司、原田 敦史
  • Organizer: 日本化学会 第104春季年会
• [Presentation] 界面光反応を利用した機能性高分子微粒子づくり (2023)
  • Author(s): 北山雄己哉
  • Organizer: 繊維学会 若手交流セミナー2023
  • Invited
• [Presentation] 界面光反応を鍵とする機能性高分子カプセルの創製 (2023)
  • Author(s): 北山雄己哉
  • Organizer: 第8回ソフトマター工学分科会 講演会
  • Invited
• [Presentation] 微粒子界面における光二量化反応を利用した 温度・pH応答性高分子カプセルの作製 (2023)
  • Author(s): 芝向日葵，北山雄己哉，弓場英司，原田敦史
  • Organizer: 第61回日本接着学会年次大会
• [Presentation] 微粒子界面光架橋反応を利用したポリエステル中空粒子の作製 (2023)
  • Author(s): 小川萌香，北山雄己哉，弓場英司，原田敦史
  • Organizer: 第61回日本接着学会年次大会
• [Presentation] 界面選択的光反応を利用した機能性高分子カプセルの調製 (2023)
  • Author(s): 北山 雄己哉，堂阪 あかり，Oraya Kullawong，弓場 英司，原田 敦史
  • Organizer: 日本接着学会 若手交流シンポジウム２０２３
• [Presentation] 界面光架橋反応を利用した温度・pH応答性高分子カプセルの作製 (2023)
  • Author(s): 芝 向日葵，北山 雄己哉，弓場 英司，原田 敦史
  • Organizer: 日本接着学会 若手交流シンポジウム２０２３
• [Presentation] 高分子微粒子界面における光反応を用いた主鎖分解性中空粒子の作製 (2023)
  • Author(s): 小川 萌香，北山 雄己哉，弓場 英司，谷口 暢一，原田 敦史
  • Organizer: 日本接着学会 若手交流シンポジウム２０２３
• [Presentation] Fabrication of pH-Responsive Capsules by Interfacial Photocrosslinking of Polymer Particles (2023)
  • Author(s): Yukiya Kitayama, Akali Dosaka, Atsushi Harada
  • Organizer: MRM2023 / IUMRS-ICA2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preparation of Hollow Polyester Particles by Particulate Interfacial Photocrosslinking (2023)
  • Author(s): Moeka OGAWA, Yukiya KITAYAMA, Eiji YUBA, Nobukazu TANIGUCHI, Atsushi HARADA
  • Organizer: MRM2023 / IUMRS-ICA2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of Stimuli Responsive Capsules Utilizing Interfacial Photocrosslinking of Polymer Particles (2023)
  • Author(s): Yukiya Kitayama, Akari Dosaka, Moeka Ogawa, Eiji Yuba, Atsushi Harada
  • Organizer: IPC2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 微粒子界面における核酸塩基光二量化反応を利用した機能性カプセル粒子の調製 (2022)
  • Author(s): 北山雄己哉, 堂坂あかり, 原田敦史
  • Organizer: 第32回日本MRS年次大会
• [Presentation] 微粒子界面における光反応を利用したポリエステル中空粒子の作製 (2022)
  • Author(s): 小川 萌香, 北山 雄己哉, 弓場 英司, 谷口 暢一, 原田 敦史
  • Organizer: 第18回日本接着学会関西支部 若手の会
• [Presentation] 微粒子界面における核酸塩基光架橋反応に着目した高分子カプセルの調製 (2022)
  • Author(s): 北山 雄己哉, 堂阪 あかり, 弓場 英司, 原田 敦史
  • Organizer: 第73回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 微粒子界面光架橋反応を利用したポリエステルを主鎖に有する中空粒子の作製 (2022)
  • Author(s): 小川 萌香, 北山 雄己哉, 弓場 英司, 谷口 暢一, 原田 敦史
  • Organizer: 第73回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 微粒子界面における核酸塩基光二量化反応を利用した機能性カプセル粒子合成 (2022)
  • Author(s): 北山 雄己哉, 堂阪 あかり, 原田 敦史
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] 微粒子界面光反応を利用したpH 応答性高分子カプセルの調製 (2022)
  • Author(s): 北山雄己哉, 原田敦史
  • Organizer: 第51回医用高分子シンポジウム
• [Presentation] 微粒子界面光架橋反応を利用した主鎖にポリエステルを有する中空粒子の作製 (2022)
  • Author(s): 小川萌香, 北山雄己哉, 弓場英司, 原田敦史
  • Organizer: 第60回日本接着学会年次大会
• [Presentation] 微粒子界面光反応を基盤とした機能性カプセル創製技術の確立 (2022)
  • Author(s): 北山雄己哉
  • Organizer: 第71回高分子学会年次大会
  • Invited
• [Presentation] 炭素触媒を利用したミニエマルション可逆的連鎖移動触 (2022)
  • Author(s): 貞包 将弥, 北山 雄己哉, 弓場 英司, 原田 敦史
  • Organizer: 第71回高分子学会年次大会
• [Presentation] CI4を触媒とするミニエマルション可逆的連鎖移動触媒重合 (2022)
  • Author(s): 貞包 将弥, 北山 雄己哉, 弓場 英司, 原田 敦史
  • Organizer: 第98回高分子若手研究会[関西]
• [Presentation] Stimuli-Responsive Capsule Polymer Particles Fabricated Through Interfacial Photocrosslinking of Photoreactive Particles (2022)
  • Author(s): Yukiya Kitayama
  • Organizer: The 17th Pacific Polymer Conference (PPC17)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Particulate Interfacial Photocrosslinking: New Fabrication Route of Functional Polymer Particles (2022)
  • Author(s): Yukiya Kitayama
  • Organizer: The International Polymer Conference of Thailand (PCT-12)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 微粒子界面光反応を利用した機能性カプセルの創製 (2021)
  • Author(s): 北山雄己哉、原田敦史
  • Organizer: 第30回ポリマー材料フォーラム
• [Presentation] 核酸塩基を有する高分子微粒子への界面光架橋反応によるカプセル粒子合成 (2021)
  • Author(s): 堂阪あかり、北山雄己哉、弓場英司、原田敦史
  • Organizer: 第70回高分子討論会
• [Presentation] 微粒子界面光架橋反応を利用したpH応答性カプセルの創出 (2021)
  • Author(s): 北山雄己哉、原田敦史
  • Organizer: 第72回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 微粒子界面光架橋反応による機能性高分子カプセルの創製 (2021)
  • Author(s): 北山雄己哉
  • Organizer: 第31回日本MRS年次大会
  • Invited
• [Presentation] Interfacial photocrosslinking of spherical polymer particles as an efficient strategy to create functional polymer particles (2021)
  • Author(s): Yukiya Kitayama
  • Organizer: Pacifichem2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 微粒子界面における核酸塩基の光反応を利用した機能性カプセルの調製 (2021)
  • Author(s): 堂阪あかり、北山雄己哉、弓場英司、原田敦史
  • Organizer: 第1７回日本接着学会関西支部若手の会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光架橋高分子粒子および光架橋高分子粒子の生成方法 (2023)
  • Inventor(s): 北山雄己哉、原田敦史、公立大学法人大阪
  • Industrial Property Rights Holder: 北山雄己哉、原田敦史、公立大学法人大阪
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023
• [Patent(Industrial Property Rights)] 主鎖分解性高分子中空粒子 (2022)
  • Inventor(s): 北山雄己哉、小川萌香、原田敦史
  • Industrial Property Rights Holder: 北山雄己哉、小川萌香、原田敦史
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2022