高速に熱応答するグラフト型イソプロピルアクリルアミド系ゲルの分子設計

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455458
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo Women's Medical University
• Principal Investigator: 岡野 光夫 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (00130237)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊池 明彦 東京女子医科大学, 医学部, 助手 (40266820) ; 青柳 隆夫 東京女子医科大学, 医学部, 講師 (40277132)
• Keywords: 温度応答性ゲル / グラフト型ゲル / ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド) / 高速収縮 / 人工筋肉 / 疎水性凝集

Research Abstract

ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)は32℃より低温で水に溶解し、一方、この温度以上では脱水和してポリマー鎖が凝集・沈殿する温度応答性高分子である。本研究では高速に温度に応答する高分子ゲルを分子の構築構造を制御して合成し、その温度応答挙動を解析した。アミノエタンチオールを連鎖移動剤としたIPAAmのテロメリ化反応により片末端にアミノ基を有するPIPAAmを合成した。このとき、連鎖移動剤とIPAAmとのモル比を調節することで生成するPIPAAmの分子量を制御し、分子量が2900、4000、9000のPIPAAmを調製した。末端アミノ基とアクリロキシスクシンイミドとを反応させ、末端に重合可能なビニル基を導入したPIPAAmマクロモノマーを合成した。IPAAm、PIPAAmマクロモノマーとを架橋剤の存在下水中でラジカル共重合しPIPAAmグラフトゲルを調製した。分子量の異なるグラフト鎖を有するゲルの温度に応答した収縮挙動をその膨潤度変化、ならびに、示差走査熱量分析(DSC)から解析した。10℃で膨潤したゲルを40℃にしたとき、グラフト鎖の分子量が増大するにつれゲルの素早い収縮が観察された。このとき、グラフト鎖の分子量が2900、あるいは4000のゲルでは通常のゲルに見られたような表面スキン層が観察された。これらのゲルでは温度変化に応答して運動性の高いグラフト鎖が脱水、凝集して疎水性凝集核を形成するが、分子量が小さいためにゲル全体を一気に収縮させうる疎水性凝集力が発現せず、スキン層と内部圧の増加にともなう脱水過程とのバランスによりゆっくりとした収縮が見られた。DSCの解析からグラフト型ゲルの収縮は主に自由水の放出により生起していることが明らかとなった。さらに、ビデオを用いた連続膨潤・収縮変化の解析から1分間隔での温度昇降に追随したゲルの膨潤・収縮振動を起こすことが確認され、人工筋肉モデルとしても有用であることが示唆された。次年度以降は、グラフト型ゲルの高速温度応答性に与えるグラフト側鎖の親水性・疎水性のバランスに着目して検討を加えるとともに、内包した薬物の放出に与えるゲルの分子構築構造の効果を詳細に検討していく。

Research Products

• [Publications] R.Yoshida: "Comb-type grafted hydrogels with rapid de-swelling responses to temperature changes" Nature. 374. 240-242 (1995)
• [Publications] Y.Kaneko: "Influence of freely mobile grafted chain length on dynamic properties of comb-type grafted poly(N-isopropylacrylamide)hydrogels" Macromolecules. 28. 7717-7723 (1995)
• [Publications] Y.Kaneko: "Fast swelling/deswelling kinetics of comb-type grafted poly(N-isopropylacrylamide)hydrogels" Macromol.Symp.109. 41-53 (1996)