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2018 年度 実績報告書

両親媒性ランダム・交互共重合体の花型ミセルが形成する高次秩序構造とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 18H02020
研究機関大阪大学

研究代表者

佐藤 尚弘  大阪大学, 理学研究科, 教授 (10196248)

研究分担者 寺尾 憲  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60334132)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード両親媒性高分子 / 交互共重合体 / ランダム共重合体 / 花型ミセル / フラワーネックレス / 小角X線散乱 / 蛍光寿命測定 / 疎水化多糖
研究実績の概要

マレイン酸ナトリウムとドデシルビニルエーテルからなる両親媒性交互共重合体は、重合度分布を狭くしなくても水溶液中で均一な花型ミセルあるいは均一な花型ミセルを単位とするフラワーネックレスを形成することが知られている。当該年度は、この交互共重合体を合成し、そのミセル水溶液について以下の研究を行った。
(1)花型ミセルおよびフラワーネックレスを形成している濃厚水溶液に対して小角X線散乱(SAXS)測定とピレンを可溶化させて蛍光寿命測定を行い、花型ミセル溶液は高濃度までミセル構造を維持しながら、コロイド結晶に類似した高次の規則構造を形成することを見出した。フラワーネックレス溶液は、濃度増加に伴ってゲル化を起こすので、花形ミセル溶液のような高次構造は観測されなかった。
(2)pH 9の弱アルカリ水溶液中で花型ミセルを形成していた交互共重合体試料が、pHを下げていくとフラワーネックレスにモルフォロジー転移することを見出した。
(3)この交互共重合体と球状蛋白質(β-ラクトグロブリン)とを水溶液中で混合すると共重合体の会合数の大きい複合体を形成することを見出し、その複合体の構造をSAXSにより調べた。
さらに、生体適合性と生分解性を有する多糖(プルラン)を疎水化した両親媒性ランダム共重合体を合成し、その水溶液中でのミセル構造をSAXSと蛍光寿命測定により調べ、これまでに研究してきたビニル系の両親媒性ランダム共重合体と類似のミセル構造を形成していることを見出した。疎水化多糖の水溶液中でのミセル構造を詳細に調べたのは本研究が最初で、生体適合性と生分解性に優れたドラッグデリバリーシステムへの応用が期待されている疎水化多糖のミセル構造を明確にできた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初は計画していなかった疎水化多糖が水溶液中で形成するミセルの構造を調べることができた。これは多糖の疎水化に適した疎水化剤が利用できたことによる。また、マレイン酸ナトリウムとドデシルビニルエーテルからなる両親媒性交互共重合体のミセルモルフォロジーが溶媒条件に敏感に依存することは以前より予想されていたが、調節が容易な溶液中のpH変化でミセルモルフォロジー変化が観測されたのも、当初の研究計画にはなかった発見である。ただし、予備的な研究より、花型ミセルを形成する濃厚溶液がコロイド結晶に類似した高次構造を形成することはわかっていたが、フラワーネックレスでは、高濃度で会合・ゲル化が起こり、コロイド結晶様の秩序性が見出せなかったことは想定外であった。

今後の研究の推進方策

これまでに得られた研究成果をさらに発展させる予定である。具体的には、以下の研究を進める。
(1)pHを下げたときのマレイン酸ナトリウム-ドデシルビニルエーテル交互共重合体のミセル構造をさらに詳細に調べ、ミセルモルフォロジー転移を引き起こしている原因を探求する。
(2)疎水基にオクタデシル基を有する疎水プルランの疎水基含量を増加させたときに、ランダム行為る状態からフラワーネックレスへの形態転移の様子を詳細に調べる。
(3)水溶液中で両親媒性高分子と球状蛋白質とが形成する複合体構造を小角X線散乱測定によりさらに詳細に調べる。さらに、この複合体の形成機構を、低分子界面活性剤と球状蛋白質との複合体形成機構と比較し、タンパク質光学への高分子界面活性剤の利用の基礎を提供する。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      University of Helsinki
  • [雑誌論文] Kinetics of Block Copolymer Micelles Formed in Solution2019

    • 著者名/発表者名
      SATO Takahiro、TAKAHASHI Rintaro
    • 雑誌名

      KOBUNSHI RONBUNSHU

      巻: 76 ページ: 3~22

    • DOI

      https://doi.org/10.1295/koron.2018-0052

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dehydration, Micellization, and Phase Separation of Thermosensitive Polyoxazoline Star Block Copolymers in Aqueous Solution2019

    • 著者名/発表者名
      Sezonenko Tetiana、Qiu Xing-Ping、Winnik Fran?oise M.、Sato Takahiro
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 52 ページ: 935~944

    • DOI

      https://dx.doi.org/10.1021/acs.macromol.8b02528

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self-Assembly of Amphiphilic Amylose Derivatives in Aqueous Media2019

    • 著者名/発表者名
      Kameyama Yuki、Kitamura Shinichi、Sato Takahiro、Terao Ken
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 35 ページ: 6719~6726

    • DOI

      https://dx.doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b00985

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micellization and Phase Separation in Aqueous Solutions of Thermosensitive Block Copolymer Poly(N-isopropylacrylamide)-b-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) upon Heating2019

    • 著者名/発表者名
      Kuang Chen、Yusa Shin-ichi、Sato Takahiro
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 52 ページ: 4812~4819

    • DOI

      https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b00807

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural Studies of Polymer Nano-Assemblies in Solution by Scattering Techniques2018

    • 著者名/発表者名
      SATO Takahiro、LI Yan
    • 雑誌名

      KOBUNSHI RONBUNSHU

      巻: 75 ページ: 293~336

    • DOI

      https://doi.org/10.1295/koron.2018-0003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 感熱応答性ポリオキサゾリン星型ブロック共重合体の水溶液中での脱水和・ミセル化・相分離2019

    • 著者名/発表者名
      Tetiana Sezonenko, Xing-Ping Qiu, Francoise M. Winnik, 佐藤尚弘
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の相分離水溶液中におけるコロイドの分散状態2019

    • 著者名/発表者名
      韓 佳運, 佐藤 尚弘, 高橋 倫太郎
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] Effect of Addition of PNIPAM homopolymer on the Phase Separation and Micellization in Aqueous Solutions of PNIPAM-b-Poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) upon Heating2019

    • 著者名/発表者名
      Chen Kuang, Takahiro Sato, Shin-ichi Yusa
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 両親媒性交互共重合体の水溶液中におけるミセル構造のpH依存性2019

    • 著者名/発表者名
      江上侑希, 佐藤尚弘
    • 学会等名
      第65回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] カチオン性界面活性剤により安定化された乳液の分散状態2019

    • 著者名/発表者名
      萩原真衣, 佐藤尚弘
    • 学会等名
      第65回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] 球状タンパク質とアニオン性界面活性剤の水溶液中における相互作用の温度依存性2019

    • 著者名/発表者名
      瀧口俊樹, 佐藤尚弘
    • 学会等名
      第65回高分子研究発表会(神戸)
  • [学会発表] 大豆油とレシチンと水からなる乳液中におけるコロイド分散状態2019

    • 著者名/発表者名
      山田 兼三, 佐藤 尚弘
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
  • [学会発表] 両親媒性ランダム・周期共重合体が溶液中で形成する花形ミセル2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤 尚弘
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
  • [学会発表] Conformation and Self-Association Behavior of Hydrophobically Modified Pullulan by Octenyl Succinic Anhydride in Aqueous Media2019

    • 著者名/発表者名
      Jia Yang, Takahiro Sato
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
  • [学会発表] ポリマーソームの形成過程の動力学2019

    • 著者名/発表者名
      高橋 倫太郎, Narayanan Theyencheri, 遊佐 真一, 佐藤 尚弘
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
  • [学会発表] Conformation and Self-Association Behavior of Hydrophobically Modified Pullulan by Octenyl Succinic Anhydride in Aqueous Media2019

    • 著者名/発表者名
      Jia Yang, Takahiro Sato
    • 学会等名
      2nd GLowing Polymer Symposium in KANTO
    • 国際学会
  • [図書] 基礎高分子科学 第2版2020

    • 著者名/発表者名
      高分子学会
    • 総ページ数
      496
    • 出版者
      東京化学同人
    • ISBN
      ISBN9784807909629
  • [備考] 佐藤研究室|大阪大学大学院理学研究科高分子科学専攻

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/sato/

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公開日: 2021-01-27  

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