2017 Fiscal Year Research-status Report
生体内弾性物質エラスチンをベースとする形状記憶高分子に関する研究
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17K05878
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
猪股 克弘 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80232578)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
信川 省吾 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50609211)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 形状記憶高分子 / ハイドロゲル / エラスチン / 生体由来物質 / ポリメタクリル酸メチル / 回復応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体内で弾性的性質を担うタンパク質であるエラスチンを用いて、新規な形状記憶高分子材料を開発することを目的としている。形状記憶高分子における形状記憶能の発現には、形状回復成分（弾性成分）と形状固定成分（転移成分）の両者が必要である。平成29年度においては、前者としてエラスチンを、後者として、室温以上にガラス転移温度（Tg）を有するアクリルポリマーを選択し、両者を複合化することで形状記憶高分子を調製することを試みた。
エラスチンの前駆体である線状タンパク質、トロポエラスチンを用いて、その側鎖への重合性ビニル基の導入、さらにはメタクリル酸メチルとのラジカル共重合を試みた。トロポエラスチンの架橋と、室温以上にTgを有するポリメタクリル酸メチル（PMMA）との複合化を、ワンポットで行うことで、エラスチン／PMMA複合ハイドロゲルを調製した。
得られた試料の動的粘弾性を測定したところ、5～60℃の幅広い温度範囲で弾性率が徐々に低下するという特徴を有することが分かった。損失正接から評価したTgは、全ての試料で室温以上であり、その値はPMMA成分の増加とともに上昇した。50℃で伸長変形し、5℃に冷却することで変形形状を固定し、その後、応力ゼロの条件下で昇温する際の変形量の温度変化を測定することで、形状記憶試験を行った。すべての試料で、形状記憶率・形状回復率ともにほぼ100％に達し、形状記憶ハイドロゲルを得ることができた。さらに、これらの試料を伸長変形後に5℃で固定化した後、変形量一定の条件下で昇温した際の形状回復応力の測定を行ったところ、形状変形した50℃で回復応力値が最大となることから、変形温度を記憶するという特徴を有することも分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度の計画では、側鎖に重合性官能基を導入したエラスチンを用いたエラスチンハイドロゲルの調製、形状記憶特性の評価、ならびに細胞毒性試験による生体適合性の評価を行うことを予定した。平成29年度は、計画の手法によりトロポエラスチンとポリメタクリル酸メチル（PMMA）を複合化したハイドロゲルについて、PMMAの組成の異なるいくつかの試料を調製した。、それらの動的粘弾性および引張試験を行い、PMMAとの複合化によりガラス転移温度が上昇し、ならびに引張強度が向上するという知見を得た、その結果をもとに、一連の試料の形状記憶試験を行うことができた。これらに関しては、当初の計画以上に進展したと考えている。一方、得られた試料の細胞毒性試験を試みたが、播種する細胞の継体培養や細胞毒性試験用のエラスチンハイドロゲルの調製に時間を要し、再現性のある結果を得ることができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度には、エラスチンと複合化する高分子としてポリメタクリル酸メチル（PMMA）を取り上げた。今年度は、前年度の結果をフィードバックする形で、より疎水性の高い高分子を複合化させることを試みる。疎水化を施したエラスチンハイドロゲルは、その引張強度や弾性率が向上することを、予備的な実験により明らかにしている。また、PMMAよりもハイドロゲル中での凝集力が増すことでガラス転移温度の上昇も期待できる。力学特性および転移温度が向上した疎水化エラスチンを含有する形状記憶ハイドロゲルを調製する。
一方、平成29年度の知見をもとに、新たなエラスチン含有ハイドロゲルの調製法についても検討する。これまで申請者が用いてきた市販の水溶性エラスチンは、生体由来の架橋エラスチンを化学的に処理し線状のトロポエラスチンとしたものである。しかしながら、形状記憶高分子においてエラスチンに弾性成分としての役割を担わせる場合、架橋部位を切断する必要は必ずしも無い。市販の架橋エラスチンを粉末状のまま使用し、PMMAなどの転移成分と複合化させることで、エラスチン含有形状記憶ハイドロゲルのより安価で簡便な調製法を確立することも推進していく予定である。
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Research Products
(3 results)
