JP6156874B2 - Bioinert film, coating liquid, production method thereof, and bioinert-treated substrate - Google Patents
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Description
本発明は、生体不活性膜とその製造に使用されるコーティング液、およびその製造方法ならびに生体不活性処理済基材に関するものである。 The present invention relates to a bioinert film, a coating liquid used for the production thereof, a production method thereof, and a bioinert-treated substrate.
水と接触する基材は、一般に、生物学的に誘導された有機種の望ましくない蓄積を受ける傾向があり、それは、タンパク質の吸着、細菌の吸着、そしてそれに続く伝播、または血栓形成によるものである。 Substrates that come into contact with water are generally prone to undesirable accumulation of biologically derived organic species, due to protein adsorption, bacterial adsorption, and subsequent propagation, or thrombus formation. is there.
このような生物付着は深刻な結果をもたらし得る。例えば、医療分野ではカテーテルを介した細菌感染が生物付着によって生じることがあり、産業界ではフィルタの目詰まり、表面における有機材料の蓄積などの問題を引き起こす。 Such biofouling can have serious consequences. For example, in the medical field, bacterial infection through a catheter may be caused by biofouling, and in the industry, problems such as filter clogging and accumulation of organic materials on the surface occur.
生物付着の軽減または防止のための一方法として、特許文献1では、複数の高分子鎖グラフト微粒子をジビニル化合物等で架橋した膜が開示されているが、ここでは粒子の表面での単位面積当たりの高分子の数は約0.03本鎖/nm2と少ない。 As a method for reducing or preventing biofouling, Patent Document 1 discloses a film obtained by crosslinking a plurality of polymer chain grafted fine particles with a divinyl compound or the like. Here, per unit area on the surface of the particle is disclosed. The number of macromolecules is as small as about 0.03 chain / nm 2 .
例えば、汎用性ポリマーの一つであるPMMAではこのような0.01nm2以上0.1本鎖/nm2未満のものは準希薄ポリマーブラシ(Semi-dilute polymer brush)とも呼ばれ、高分子はランダムコイル状(Random coil)、伸びたコイル状(Stretched coil)などの形態をとるが、生物付着の抑制についてはさらに改善の余地があった。 For example, in PMMA, which is one of general-purpose polymers, those having a molecular weight of 0.01 nm 2 or more and less than 0.1 chain / nm 2 are also called semi-dilute polymer brushes. Random coil shape, stretched coil shape, etc. are used, but there is room for further improvement in the suppression of biofouling.
一方、近年では簡便性・汎用性を有する精密重合法として、リビングラジカル重合法が飛躍的な発展をみせ、様々な新材料が容易に合成されるようになった(特許文献2、3)。このリビングラジカル重合法の表面グラフト重合への適用をブレークスルーとして、長さの揃ったポリマーを飛躍的に高い密度でグラフトすることが可能となった。 On the other hand, in recent years, as a precise polymerization method having simplicity and versatility, the living radical polymerization method has made dramatic progress, and various new materials have been easily synthesized (Patent Documents 2 and 3). By applying this living radical polymerization method to surface graft polymerization as a breakthrough, it has become possible to graft polymers of uniform length at a significantly higher density.
表面占有率にして約10%以上にも達するこの高密度ポリマーブラシには、準希薄ポリマーブラシとは全く異なる性質の発現が期待される。これまでに、高密度ポリマーブラシが、(i)伸び切り鎖長に匹敵するほど大きな膨潤膜厚(伸張配向)と高い圧縮抵抗を示すこと、(ii)大きな浸透圧と高度に延伸された分子鎖形態に由来して、溶融状態でも溶媒中でも(一定以上の大きさの分子をブラシ層に取り込まない)明確なサイズ排除効果を示し、さらに、タンパク質など生体関連物質の吸着を抑制しうること、(iii)同種ブラシ間でも相互貫入が起こらず、その結果、膨潤ブラシ間の摩擦係数が極度に低くなることなどが実証された。 This high-density polymer brush having a surface occupancy of about 10% or more is expected to exhibit completely different properties from the semi-dilute polymer brush. To date, high-density polymer brushes have (i) large swelling film thickness (stretch orientation) and high compression resistance comparable to the extended chain length, and (ii) high osmotic pressure and highly stretched molecules. Derived from the chain form, it shows a clear size exclusion effect in the molten state and in the solvent (does not take in molecules larger than a certain size into the brush layer), and can further suppress the adsorption of biological substances such as proteins, (Iii) It was demonstrated that mutual penetration does not occur between the same type of brushes, and as a result, the friction coefficient between the swollen brushes becomes extremely low.
例えば、各種の親水性ポリマーの高密度ポリマーブラシを合成し、そのタンパク吸着特性を検討した結果、高密度ポリマーブラシ特有のサイズ排除効果がタンパク質の非特異的吸着を大幅に抑制することや、これらの親水性高密度ポリマーブラシに対するマウス由来L929繊維芽細胞の接着特性を検討した結果、準希薄ブラシに比べて細胞接着を飛躍的に抑制されることなどが明らかにされつつある。 For example, as a result of synthesizing high-density polymer brushes of various hydrophilic polymers and examining their protein adsorption characteristics, the size exclusion effect unique to high-density polymer brushes significantly suppresses nonspecific adsorption of proteins, As a result of studying the adhesion characteristics of mouse-derived L929 fibroblasts to this hydrophilic high-density polymer brush, it has been clarified that cell adhesion is dramatically suppressed as compared with a semi-dilute brush.
しかしながら、比較的単純な形状の基材の表面に直接にグラフト重合を行い高密度ポリマーブラシを形成した場合については以上のようなタンパク質の非特異的吸着や細胞接着を抑制した結果が得られているが、実用的な材料、例えばカテーテルなどの医療材料の表面への生体不活性膜の付与については未だ実証をともなう十分な検討はされていない。 However, in the case of forming a high-density polymer brush by directly performing graft polymerization on the surface of a substrate having a relatively simple shape, the results of suppressing nonspecific adsorption of proteins and cell adhesion as described above were obtained. However, the application of a biologically inert film to the surface of a practical material, for example, a medical material such as a catheter, has not yet been sufficiently studied with demonstration.
しかしながら、上記のような実用的な材料の表面に生体不活性膜を付与する場合、リビングラジカル重合により、生体適合性高分子を用いて、高密度に高分子鎖を材料表面にグラフトする方法では、(1)開始基を材料表面へ導入、(2)リビングラジカル重合(真空中または不活性ガス下で加熱処理、重合時間が数十分から数十時間)、(3)洗浄など、時間のかかる数段階の作業が必要であり、大量生産等を考慮すると実用的な点ではさらに改良が求められていた。 However, when a bioinert film is applied to the surface of a practical material as described above, a method of grafting polymer chains on the material surface at high density using a biocompatible polymer by living radical polymerization is used. , (1) Initiating group introduced into material surface, (2) Living radical polymerization (heat treatment in vacuum or under inert gas, polymerization time from tens of minutes to tens of hours), (3) Cleaning, etc. Such several stages of work are necessary, and further improvements have been demanded from a practical point of view in consideration of mass production.
特に、医療材料の形状は、平板、繊維、チューブ、円形、球など複雑なもの多いが、開始基の均一な導入やリビングラジカル重合などの作業を行うのは、複雑な形状になるほど難しくなるという問題点があった。 In particular, the shape of medical materials is often complicated, such as flat plates, fibers, tubes, circles, spheres, etc., but the more complicated the shape, the more difficult it is to perform operations such as uniform introduction of initiator groups and living radical polymerization. There was a problem.
なお、特許文献2には、高分子グラフト鎖間での立体反発により高分子グラフト鎖が伸びた構造となるまでに高密度にした微粒子が開示され、DDSなどへの使用が検討されているが、架橋剤と反応させて基材に膜を形成することは記載されていない。 In addition, Patent Document 2 discloses fine particles that have been densified to a structure in which the polymer graft chains are extended by steric repulsion between the polymer graft chains, and their use in DDS and the like is being studied. There is no description of forming a film on a substrate by reacting with a crosslinking agent.
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、基材の形状によらず、煩雑な作業を必要とせずに簡便かつ短時間で作製することができ、タンパク質の非特異的吸着や細胞接着を大幅に抑制することができる生体不活性膜、コーティング液、およびその製造方法ならびに生体不活性処理済基材を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and can be easily and quickly produced without requiring a complicated operation regardless of the shape of the base material. It is an object of the present invention to provide a bioinert film, a coating liquid, a production method thereof, and a bioinert-treated base material that can greatly suppress adsorption and cell adhesion.
上記の課題を解決するために、本発明の生体不活性膜は、高分子グラフト鎖間で立体反発が生じ、前記高分子グラフト鎖が伸びた構造となるまでに高密度で前記高分子グラフト鎖が無機微粒子表面に結合している複数の高分子鎖グラフト微粒子が、互いに架橋剤により架橋されてなることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the bioinert membrane of the present invention has a steric repulsion between polymer graft chains, and the polymer graft chains have a high density until the polymer graft chains are extended. Is characterized in that a plurality of polymer chain graft fine particles bonded to the surface of the inorganic fine particles are cross-linked with each other by a cross-linking agent.
この生体不活性膜において、前記高分子グラフト鎖のグラフト密度が0.1本鎖/nm2以上であることが好ましい。 In this bioinert membrane, it is preferable that the graft density of the polymer graft chain is 0.1 chain / nm 2 or more.
この生体不活性膜において、前記高分子グラフト鎖が、(メタ)アクリル酸またはその誘導体、(メタ)アクリルアミドまたはその誘導体、およびスチレン誘導体から選ばれる少なくとも1種の原料モノマーをリビングラジカル重合して得られた親水性のポリマー鎖であることが好ましい。 In this bioinert membrane, the polymer graft chain is obtained by living radical polymerization of at least one raw material monomer selected from (meth) acrylic acid or a derivative thereof, (meth) acrylamide or a derivative thereof, and a styrene derivative. It is preferable that the hydrophilic polymer chain be formed.
この生体不活性膜において、前記高分子グラフト鎖が、次式(I): In this bioinert membrane, the polymer graft chain has the following formula (I):
(式中、R1はC1〜C3アルキル基を示し、R2はC1またはC2アルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示す。nは3〜10の整数を示す。)で表わされる重合開始基含有シランカップリング剤を前記無機微粒子に結合させた後、前記高分子グラフト鎖の原料モノマーをリビングラジカル重合して得られたものであることが好ましい。 (Wherein R 1 represents a C 1 to C 3 alkyl group, R 2 represents a C 1 or C 2 alkyl group, X represents a halogen atom, and n represents an integer of 3 to 10). It is preferable that the polymer-initiated group-containing silane coupling agent is bonded to the inorganic fine particles, and then the raw material monomer of the polymer graft chain is obtained by living radical polymerization.
この生体不活性膜において、前記架橋剤が、前記高分子鎖グラフト微粒子と前記生体不活性膜が表面に形成された基材とを架橋していることが好ましい。 In this bioinert film, it is preferable that the cross-linking agent crosslinks the polymer chain graft fine particles and the base material on which the bioinert film is formed.
この生体不活性膜において、前記架橋剤が、フェニルアジド基およびピリジンアジド基から選ばれる基を少なくとも2個有する化合物であることが好ましい。 In this bioinert membrane, the cross-linking agent is preferably a compound having at least two groups selected from a phenyl azide group and a pyridine azide group.
この生体不活性膜において、前記無機微粒子の粒子径が1nm以上1μm以下であることが好ましい。 In this bioinert film, the inorganic fine particles preferably have a particle diameter of 1 nm or more and 1 μm or less.
この生体不活性膜において、前記無機微粒子が、ケイ素酸化物、金属酸化物、金属、および金属硫化物から選ばれるいずれかの材料からなることが好ましい。 In the bioinert film, the inorganic fine particles are preferably made of any material selected from silicon oxide, metal oxide, metal, and metal sulfide.
本発明のコーティング液は、高分子グラフト鎖間で立体反発が生じ、前記高分子グラフト鎖が伸びた構造となるまでに高密度で前記高分子グラフト鎖が無機微粒子表面に結合している高分子鎖グラフト微粒子、および架橋剤が溶媒中に溶解または分散していることを特徴としている。 The coating liquid of the present invention is a polymer in which steric repulsion occurs between polymer graft chains, and the polymer graft chains are bonded to the surface of the inorganic fine particles at a high density until the polymer graft chains are extended. The chain graft fine particles and the cross-linking agent are dissolved or dispersed in a solvent.
本発明のコーティング液の製造方法は、前記のコーティング液の製造方法であって、リビングラジカル重合の重合開始基含有シランカップリング剤を表面に結合させた前記無機微粒子、リビングラジカル重合の触媒となる金属錯体、および前記高分子グラフト鎖の原料モノマーを溶媒に溶解または分散させてリビングラジカル重合を行い、沈殿物として前記高分子鎖グラフト微粒子を得る工程と、前記高分子鎖グラフト微粒子および前記架橋剤が室温で溶解または分散可能な良溶媒にこれらを溶解または分散し、前記高分子鎖グラフト微粒子の濃度を1.0〜20.0質量%の範囲内、前記架橋剤の濃度を0.1〜10.0質量%の範囲内として、前記コーティング液を調製する工程とを含むことを特徴としている。 The method for producing a coating liquid according to the present invention is a method for producing the coating liquid, wherein the inorganic fine particles having a living radical polymerization-initiating group-containing silane coupling agent bound to the surface serve as a catalyst for living radical polymerization. A step of performing living radical polymerization by dissolving or dispersing a metal complex and a raw material monomer of the polymer graft chain in a solvent to obtain the polymer chain graft fine particles as a precipitate; the polymer chain graft fine particles and the crosslinking agent; Are dissolved or dispersed in a good solvent that can be dissolved or dispersed at room temperature, the polymer chain graft fine particles have a concentration of 1.0 to 20.0% by mass, and the concentration of the crosslinking agent is 0.1 to And a step of preparing the coating liquid in a range of 10.0% by mass.
本発明の生体不活性膜の製造方法は、前記のコーティング液を基材に塗布して塗膜を形成する工程と、前記塗膜に紫外光を照射するか、または前記塗膜を熱処理することにより、前記高分子鎖グラフト微粒子同士を前記架橋剤によって架橋し、生体不活性膜を形成する工程とを含むことを特徴としている。 The method for producing a bioinert film of the present invention includes a step of applying the coating liquid to a substrate to form a coating film, and irradiating the coating film with ultraviolet light or heat-treating the coating film. The polymer chain graft fine particles are crosslinked with the crosslinking agent to form a bioinert film.
この生体不活性膜の製造方法において、デッピング法、スピンコーティング法、およびキャスティング法から選ばれるいずれかの湿式成膜法で前記コーティング液を前記基材に塗布することが好ましい。 In this method for producing a bioinert film, it is preferable that the coating liquid is applied to the substrate by any one of wet film forming methods selected from a dipping method, a spin coating method, and a casting method.
この生体不活性膜の製造方法において、前記架橋剤が、フェニルアジド基およびピリジンアジド基から選ばれる基を少なくとも2個有する化合物であり、前記塗膜に紫外光を照射することにより、前記高分子鎖グラフト微粒子同士を前記架橋剤によって架橋し、生体不活性膜を形成することが好ましい。 In this method for producing a bioinert film, the cross-linking agent is a compound having at least two groups selected from a phenyl azide group and a pyridine azide group, and the polymer is irradiated with ultraviolet light. It is preferable that the chain graft fine particles are crosslinked with the crosslinking agent to form a bioinert film.
この生体不活性膜の製造方法において、アミノ基含有シランカップリング剤で表面処理した金属製の前記基材に前記コーティング液を塗布し、前記基材と前記高分子鎖グラフト微粒子とを前記架橋剤により架橋することが好ましい。 In this method for producing a bioinert film, the coating liquid is applied to the metal base material that has been surface-treated with an amino group-containing silane coupling agent, and the base material and the polymer chain graft microparticles are combined with the cross-linking agent. It is preferable to crosslink by.
この生体不活性膜の製造方法において、前記塗膜に100W以上の紫外光を10秒以上照射することが好ましい。 In this method for producing a bioinert film, it is preferable that the coating film is irradiated with ultraviolet light of 100 W or more for 10 seconds or more.
この生体不活性膜の製造方法において、前記塗膜を120℃以上の温度で18時間以上熱処理することが好ましい。 In this method for producing a bioinert film, the coating film is preferably heat-treated at a temperature of 120 ° C. or more for 18 hours or more.
本発明の生体不活性処理済基材は、細胞培養皿、細胞培養用フラスコ、コンタクトレンズケース、およびカテーテルから選ばれるいずれかの基材の表面に前記の生体不活性膜が形成されていることを特徴としている。 The bioinert-treated substrate of the present invention has the bioinert film formed on the surface of any substrate selected from cell culture dishes, cell culture flasks, contact lens cases, and catheters. It is characterized by.
本発明の生体不活性膜、コーティング液、およびその製造方法ならびに生体不活性処理済基材によれば、基材の形状によらず、煩雑な作業を必要とせずに簡便かつ短時間で作製することができ、タンパク質の非特異的吸着や細胞接着を大幅に抑制することができる。 According to the bioinert film, the coating liquid, the production method thereof, and the bioinert-treated base material of the present invention, it can be produced simply and in a short time without requiring complicated work regardless of the shape of the base material. And non-specific adsorption of proteins and cell adhesion can be greatly suppressed.
以下に、本発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
本発明において、「高分子グラフト鎖」とは、無機微粒子表面から重合反応によって原料モノマーを2個以上伸長して形成されたポリマー鎖を意味する。 In the present invention, “polymer graft chain” means a polymer chain formed by extending two or more raw material monomers from the surface of inorganic fine particles by a polymerization reaction.
また、「高密度」とは、グラフト鎖間で立体反発が生じる程度までグラフト鎖が密集した場合のグラフト鎖の密度を意味し、この場合、グラフト鎖は、表面に垂直な方向にほぼ伸びきった形態をとる。 In addition, “high density” means the density of graft chains when the graft chains are dense enough to cause steric repulsion between the graft chains. In this case, the graft chains are substantially extended in a direction perpendicular to the surface. Take the form.
また、「結合」とは、一般的な化学反応により形成される結合を意味し、例えば、共有結合、イオン結合等が挙げられる。 The “bond” means a bond formed by a general chemical reaction, and examples thereof include a covalent bond and an ionic bond.
本発明において、「生体不活性膜」とは、次のような点から把握される。親水性のポリマー(生体適合性ポリマー)は、リビングラジカル重合で高密度ポリマーブラシにすると、タンパク質の非特異的吸着や細胞接着を抑制することが報告されており、高密度ポリマーブラシの構造と化学組成がタンパク質の非特異的吸着や細胞接着に与える影響について各種の検討がされている(レビュー: (a) Senaratne, W., Andruzzi, L., and Ober, C. K. 2005. Self-assembled monolayers and polymer brushes in biotechnology: Current applications and futre perspectives. Biomacromolecules6: 2427. (b) Fristrup, C. J., Jankova, K., and Hvilsted, S. 2009. Surface-initiated atom transfer radical polymerization-a technique to develop biofunctional coatings. Soft Matter5: 4623. 論文:(a) Yoshikawa, C., Goto, A., Tsujii, Y., Fukuda, T., Kimura, T., Yamamoto, K., and Kishida, A. 2006. Protein repellency of well-defined, concentrated poly(2-hydroxyethyl methacrylate) brushes by the size-exclusion effect. Macromolecules 39: 2284. (b) Yoshikawa, C., Goto, A., Ishizuka, N., Nakanishi, K., Kishida, A., Tsujii, Y., and Fukuda, T. 2007. Size-Exclusion Effect and Protein Repellency of Concentrated Polymer Brushes Prepared by Surface-initiated Living Radical Polymerization. Macromol. Symp. 248: 189. (c) C. Yoshikawa, Y. Hashimoto, S. Hattori, T. Honda, K. Zhang, D. Terada, A. Kishida, Y.Tsujii, H. Kobayashi, Suppression of Cell Adhesion on Well-defined Concentrated PolymerBrushes of Hydrophilic Polymers. Chem. Letters, 2010, 39, 142-143. (d) Feng, W., Brash, J. L., and Zhu, S. 2006. Non-biofouling materials prepared by atom transfer radical polymerization grafting of 2-methacryloloxyethyl phosphorylcholine: Separate effect of graft density and chain length on protein repulsion. Biomaterials27: 847. (e) Iwata, R., Suk-In, P., Hoven, V. P., Takahara, A., Akiyoshi, K., and Iwasaki, Y. 2004. Control of nanobiointerfaces generated from well-defined biomimetic polymer brush for protein and cell manipulations. Biomacromolecules 5: 2308. (f) Mei, Y., Elliott, J. T., Smith, J. R., Langenbach, K. J., Wu, T., Xu, C., Beers, K. L., Amis, E. J., and Henderson, L. 2006. Gradient substrate assembly for quantifying cellular response to biomaterials. J. Biomed. Mater. Res. 79A(4): 974.)。このような従来における検討結果から生体不活性膜として把握される範囲は当業者であれば明らかであろう。 In the present invention, the “biologically inert membrane” is understood from the following points. Hydrophilic polymers (biocompatible polymers) have been reported to inhibit non-specific adsorption of proteins and cell adhesion when they are made into high-density polymer brushes by living radical polymerization. The structure and chemistry of high-density polymer brushes are reported. Various studies have been conducted on the effects of composition on nonspecific adsorption of proteins and cell adhesion (Review: (a) Senaratne, W., Andruzzi, L., and Ober, CK 2005. Self-assembled monolayers and polymer brushes in biotechnology: Current applications and futre perspectives.Biomacromolecules6: 2427. (b) Fristrup, CJ, Jankova, K., and Hvilsted, S. 2009.Surface-initiated atom transfer radical polymerization-a technique to develop biofunctional coatings.Soft Matter5 : 4623. Paper: (a) Yoshikawa, C., Goto, A., Tsujii, Y., Fukuda, T., Kimura, T., Yamamoto, K., and Kishida, A. 2006. Protein repellency of well- defined, concentrated poly (2-hydroxyethyl methacrylate) brushes by the size-exclusion effect. Macromolecules 39: 2284. (b) Yoshikawa, C., Goto, A., Ishizuka, N., Nakanishi, K., Kishida, A., Tsujii, Y., and Fukuda, T. 2007. Size-Exclusion Effect and Protein Repellency of Concentrated Polymer Brushes Prepared by Surface-initiated Living Radical Polymerization. Macromol. Symp. 248: 189. (c) C. Yoshikawa, Y. Hashimoto, S. Hattori, T. Honda, K Zhang, D. Terada, A. Kishida, Y. Tsujii, H. Kobayashi, Suppression of Cell Adhesion on Well-defined Concentrated Polymer Brushes of Hydrophilic Polymers. Chem. Letters, 2010, 39, 142-143. (D) Feng, W., Brash, JL, and Zhu, S. 2006. Non-biofouling materials prepared by atom transfer radical polymerization grafting of 2-methacryloloxyethyl phosphorylcholine: Separate effect of graft density and chain length on protein repulsion.Biomaterials27: 847. (e) Iwata, R., Suk-In, P., Hoven, VP, Takahara, A., Akiyoshi, K., and Iwasaki, Y. 2004. Control of nanobiointerfaces generated from well-defined biomimetic polyme r brush for protein and cell manipulations. Biomacromolecules 5: 2308. (f) Mei, Y., Elliott, JT, Smith, JR, Langenbach, KJ, Wu, T., Xu, C., Beers, KL, Amis, EJ , and Henderson, L. 2006. Gradient substrate assembly for quantifying cellular response to biomaterials. J. Biomed. Mater. Res. 79A (4): 974.). Those skilled in the art will understand the range that can be grasped as a bioinert film from the results of such conventional studies.
図1は、本発明の生体不活性膜の一例を模式的に示す断面図である。なお、図1の架橋態様はあくまでも例示であって、実際の架橋態様はこの図に限定されるものではない。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the bioinert film of the present invention. In addition, the bridge | crosslinking aspect of FIG. 1 is an illustration to the last, and an actual bridge | crosslinking aspect is not limited to this figure.
本発明の生体不活性膜31は、高分子グラフト鎖23が無機微粒子22表面に結合している複数の高分子鎖グラフト微粒子21が、互いに架橋剤25で架橋されている。 In the bioinert film 31 of the present invention, a plurality of polymer chain graft fine particles 21 in which the polymer graft chains 23 are bonded to the surface of the inorganic fine particles 22 are cross-linked with a cross-linking agent 25.
高分子鎖グラフト微粒子21は、高分子グラフト鎖23間で立体反発が生じ、高分子グラフト鎖23が伸びた構造となるまでに高密度で高分子グラフト鎖23が無機微粒子22表面に結合している。 In the polymer chain graft fine particles 21, steric repulsion occurs between the polymer graft chains 23, and the polymer graft chains 23 are bonded to the surface of the inorganic fine particles 22 at a high density until the polymer graft chains 23 are extended. Yes.
生体不活性膜31は、基材41の表面に形成され、高分子鎖グラフト微粒子21は、架橋剤25で基材41の表面とも架橋されている。 The bioinert film 31 is formed on the surface of the base material 41, and the polymer chain graft fine particles 21 are also cross-linked with the surface of the base material 41 with a cross-linking agent 25.
特許文献1では、複数の高分子鎖グラフト微粒子がジビニル化合物等で架橋された膜が開示されているが、ここでは粒子の表面での単位面積当たりの高分子の数は約0.03本鎖/nm2と少ない。このような準希薄ポリマーブラシ(Semidilute polymer brush)では、高分子はランダムコイル状(Random coil)、伸びたコイル状(Stretched coil)などの形態をとる。これに対して本発明で使用されるような高密度ポリマーブラシは、高分子グラフト鎖間での立体反発により高分子グラフト鎖が伸長した形態をとっており、そのタンパク質の非特異的吸着や細胞接着に対するサイズ排除特性は特許文献1の技術とは全く異なるものである。 Patent Document 1 discloses a film in which a plurality of polymer chain graft fine particles are crosslinked with a divinyl compound or the like. Here, the number of polymers per unit area on the particle surface is about 0.03 chain. / Nm 2 is low. In such a semi-diluted polymer brush, the polymer takes a random coil shape, a stretched coil shape, or the like. On the other hand, the high-density polymer brush used in the present invention takes a form in which the polymer graft chain is elongated due to steric repulsion between the polymer graft chains, and the non-specific adsorption of the protein or cell The size exclusion characteristic for adhesion is completely different from the technique of Patent Document 1.
すなわち、高分子鎖グラフト微粒子と架橋剤の使用によって、基材の形状によらず、煩雑な作業を必要とせずに簡便かつ短時間で作製することができ、かつ、高密度ポリマーブラシに起因してタンパク質の非特異的吸着や細胞接着を大幅に抑制することができる生体不活性膜を、実施例に開示したような実験事実に基づいて初めて見出し本発明を完成するに至ったものである。 That is, by using polymer chain graft fine particles and a crosslinking agent, it can be produced easily and in a short time without requiring a complicated operation regardless of the shape of the base material, and also due to the high density polymer brush. Thus, the present inventors have found a biologically inactive membrane capable of greatly suppressing nonspecific adsorption of proteins and cell adhesion based on experimental facts as disclosed in the Examples, and have completed the present invention.
高分子グラフト鎖のグラフト密度は、0.1本鎖/nm2が好ましく、0.1〜1.2本鎖/nm2がより好ましく、0.3〜1.2本鎖/nm2がより好ましい。このグラフト密度を制御することにより、タンパク質の非特異的吸着や細胞接着を抑制することができる。 Graft density of the polymer graft chain is preferably from 0.1 stranded / nm 2, more preferably 0.1 to 1.2 strands / nm 2, 0.3 to 1.2 strands / nm 2 Gayori preferable. By controlling the graft density, nonspecific adsorption of proteins and cell adhesion can be suppressed.
本発明において、「グラフト密度」または「密度」とは、微粒子表面の単位面積(nm2)あたりの表面に結合したグラフト鎖の本数を意味する。グラフト密度(σ)は、元素分析により微粒子表面から伸長して形成された高分子グラフト鎖の量(グラフト量、w)を求め、その値とコア微粒子の表面積(S、nm2)、グラフトポリマーまたはフリーポリマーの数平均分子量Mnならびにアボガドロ数(Av)を用いて以下のようにして算出される。
算出方法:σ=(w/Mn)Av/S
高分子グラフト鎖の数平均分子量(Mn)は、2,000〜100,000が好ましい。また、高分子グラフト鎖の重合度は、例えば10〜10,000である。また、高分子グラフト鎖の分子量分布は、均質なグラフト表面を有する点を考慮すると、1〜1.5が好ましく、1〜1.3がより好ましい。
In the present invention, “graft density” or “density” means the number of graft chains bonded to the surface per unit area (nm 2 ) of the fine particle surface. Graft density (σ) is determined by the amount of polymer graft chains (graft amount, w) formed by extending from the fine particle surface by elemental analysis, and the value and the surface area of core fine particles (S, nm 2 ), graft polymer Alternatively, it is calculated as follows using the number average molecular weight Mn of the free polymer and the Avogadro number (Av).
Calculation method: σ = (w / Mn) Av / S
The number average molecular weight (Mn) of the polymer graft chain is preferably from 2,000 to 100,000. The degree of polymerization of the polymer graft chain is, for example, 10 to 10,000. The molecular weight distribution of the polymer graft chain is preferably 1 to 1.5 and more preferably 1 to 1.3 in view of having a homogeneous graft surface.
高分子グラフト鎖は、例えば、無機微粒子表面上の重合開始基を基点とした原料モノマーのリビングラジカル重合によって得ることができる。 The polymer graft chain can be obtained, for example, by living radical polymerization of a raw material monomer based on a polymerization initiating group on the surface of inorganic fine particles.
リビングラジカル重合としては、原始移動ラジカル重合(ATRP)、窒素酸化物系リビングラジカル重合(NMP)、可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)重合などが知られているが、本発明では目的に応じていずれの方法を用いてもよい。 As living radical polymerization, primitive transfer radical polymerization (ATRP), nitrogen oxide living radical polymerization (NMP), reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, and the like are known. Any method may be used.
原料モノマーの種類としては、高分子グラフト鎖が親水性のポリマー鎖となり、かつ生体適合性を有するモノマーであれば、特に限定されず、当業者の認識する範囲で適宜に選択することができる。 The type of raw material monomer is not particularly limited as long as the polymer graft chain is a hydrophilic polymer chain and has biocompatibility, and can be appropriately selected within the scope recognized by those skilled in the art.
ここで「親水性」とは、高密度ポリマーブラシの構造と化学組成がタンパク質の非特異的吸着や細胞接着に与える影響についての各種の検討(上記の文献を参照)より当業者の認識する範囲内のものであって、特に限定されないが、1つの例としては、生体不活性膜の静水接触角が好ましくは50°未満、より好ましくは40°未満、さらに好ましくは30°未満となり得る範囲内である。 The term “hydrophilic” as used herein refers to a range recognized by those skilled in the art based on various studies on the effects of the structure and chemical composition of high-density polymer brushes on non-specific protein adsorption and cell adhesion (see the above-mentioned literature). Although not particularly limited, one example is that the hydrostatic contact angle of the bioinert membrane is preferably less than 50 °, more preferably less than 40 °, and even more preferably less than 30 °. It is.
原料モノマーの種類としては、例えば、(メタ)アクリル酸またはその誘導体、(メタ)アクリルアミドまたはその誘導体、およびスチレン誘導体などを用いることができる。 As a kind of raw material monomer, (meth) acrylic acid or its derivative (s), (meth) acrylamide or its derivative (s), a styrene derivative, etc. can be used, for example.
なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは「アクリル」および「メタクリル」を意味する。 In the present specification, “(meth) acryl” means “acryl” and “methacryl”.
好ましい例は、CH2=CRaCOORbで表わされるアクリル酸誘導体またはメタクリル酸誘導体を含む。ここでRaは水素原子またはメチル基を示し、Rbは、次の群から選ばれるいずれかを示す:
・アルカリ金属
・少なくともオキシエチレン単位を含むC6〜C30の親水性基
・少なくとも水酸基を含むC2〜C20の親水性基
・少なくともエーテル酸素を含むC3〜C20の親水性基
・少なくとも1級アミノ基、2級アミノ基、または3級アミノ基を含むC3〜C20の親水性基
・−SO3 −、−PO4 −−、および−COO−から選ばれるいずれかのアニオン基と4級アンモニウムカチオンとの内部塩構造を有するC6〜C20の親水性基
高分子グラフト鎖は1つのモノマー種(ホモポリマー)を含んでもよいし、またはランダムに、もしくは規則的なブロックで配列された複数の種(コポリマー)を含んでもよい。
Preferred examples include an acrylic acid derivative or a methacrylic acid derivative represented by CH 2 = CR a COOR b . Here, R a represents a hydrogen atom or a methyl group, and R b represents any one selected from the following group:
- alkali metal, C 3 -C 20 hydrophilic groups, at least including at least hydrophilic group-least ether oxygen of C 2 -C 20 containing a hydrophilic group, at least hydroxyl group of C 6 -C 30 containing oxyethylene units primary amino group, secondary amino group C 3 -C 20 hydrophilic groups · -SO 3 that or a tertiary amino group, -, -PO 4 - -, and -COO - or an anion group selected from C 6 -C 20 hydrophilic group having an internal salt structure of benzene and quaternary ammonium cation The polymer graft chain may contain one monomer species (homopolymer) or randomly or in regular blocks It may include a plurality of arranged species (copolymers).
高分子鎖グラフト微粒子の無機微粒子は、例えばシリカ等のケイ素酸化物;金属;金属酸化物;金属硫化物等が挙げられる。前記金属としては、例えば、Au、Ag、Pt、Pd等の貴金属;Ti、Zr、Ta、Sn、Zn、Cu、V、Sb、In、Hf、Y、Ce、Sc、La、Eu、Ni、Co、Fe等の遷移金属等が挙げられる。 Examples of the inorganic fine particles of the polymer chain graft fine particles include silicon oxide such as silica; metal; metal oxide; metal sulfide. Examples of the metal include noble metals such as Au, Ag, Pt, and Pd; Ti, Zr, Ta, Sn, Zn, Cu, V, Sb, In, Hf, Y, Ce, Sc, La, Eu, Ni, Examples include transition metals such as Co and Fe.
無機微粒子の粒子径は、1nm以上5μm以下が好ましく、1nm以上1μm以下がより好ましい。この無機微粒子の粒子径を制御することにより、緻密な粒子膜が形成され、タンパク質の非特異的吸着や細胞接着を抑制することができる。 The particle diameter of the inorganic fine particles is preferably 1 nm or more and 5 μm or less, and more preferably 1 nm or more and 1 μm or less. By controlling the particle size of the inorganic fine particles, a dense particle film is formed, and nonspecific adsorption of proteins and cell adhesion can be suppressed.
無機微粒子の粒子径は、1種類であっても2種類以上の混合であってもよい。無機微粒子の粒径が1種類である場合、高分子鎖グラフト微粒子の大きさが均一となり、緻密な塗膜を形成できる。 The particle size of the inorganic fine particles may be one type or a mixture of two or more types. When the particle size of the inorganic fine particles is one, the size of the polymer chain graft fine particles becomes uniform, and a dense coating film can be formed.
高分子鎖グラフト微粒子は、例えば以下のようにして製造することができる。まず、重合開始基含有カップリング剤としての化合物を、化学吸着法により無機微粒子表面に固定する。 The polymer chain graft fine particles can be produced, for example, as follows. First, a compound as a polymerization initiating group-containing coupling agent is fixed on the surface of inorganic fine particles by a chemical adsorption method.
そして、1種類以上の原料モノマーを供給してリビングラジカル重合を行う。 Then, one or more raw material monomers are supplied to perform living radical polymerization.
重合開始基含有カップリング剤を予め無機微粒子表面に固定することにより、無機微粒子表面上でグラフト密度を一定に保持しつつグラフト重合を進行させることができる。つまり、グラフト量はグラフト鎖のMn(数平均分子量)に比例して増大させることができ、重合をリビング的に進行させ、微粒子表面上のほぼすべてのグラフト鎖をほぼ均等に成長させることができる。 By fixing the polymerization initiating group-containing coupling agent on the surface of the inorganic fine particles in advance, the graft polymerization can be advanced while maintaining a constant graft density on the surface of the inorganic fine particles. In other words, the graft amount can be increased in proportion to the Mn (number average molecular weight) of the graft chain, the polymerization can proceed in a living manner, and almost all the graft chains on the surface of the fine particles can be grown almost uniformly. .
無機微粒子表面のグラフト密度は、重合開始基含有カップリング剤と重合開始基を含有しないカップリング剤との割合を調製することで、変更することができる。具体的には、無機微粒子がケイ素酸化物の粒子である場合、重合開始基含有カップリング剤と重合開始基を含有しないカップリング剤との割合が1:0であれば、グラフト密度は0.1本鎖/nm2以上である。 The graft density on the surface of the inorganic fine particles can be changed by adjusting the ratio of the polymerization initiator-containing coupling agent to the coupling agent not containing the polymerization initiator group. Specifically, when the inorganic fine particles are silicon oxide particles, if the ratio of the polymerization initiator-containing coupling agent to the coupling agent containing no polymerization initiator is 1: 0, the graft density is 0.00. Single strand / nm 2 or more.
重合開始基含有カップリング剤としての化合物は、微粒子との親和性等を考慮して選択することができる。 The compound as the polymerization initiating group-containing coupling agent can be selected in consideration of the affinity with the fine particles.
無機微粒子がケイ素酸化物、金属酸化物、または金属硫化物の粒子である場合、その重合開始基含有カップリング剤としては、前記の式(I)に示す重合開始基含有カップリング剤が好ましい。 When the inorganic fine particles are silicon oxide, metal oxide, or metal sulfide particles, the polymerization initiator group-containing coupling agent represented by the above formula (I) is preferable as the polymerization initiator group-containing coupling agent.
式(I)中、R1はC1〜C3アルキル基、好ましくはC1またはC2アルキル基を示し、R2はC1またはC2アルキル基を示し、Xはハロゲン原子、好ましくは臭素原子または塩素原子を示す。nは3〜10の整数を示す。 In the formula (I), R 1 represents a C 1 -C 3 alkyl group, preferably a C 1 or C 2 alkyl group, R 2 represents a C 1 or C 2 alkyl group, X represents a halogen atom, preferably bromine Indicates an atom or a chlorine atom. n shows the integer of 3-10.
式(I)で表わされる化合物としては、(2−ブロモ−2−メチル)プロピオニルオキシプロピルトリエトキシシラン(BPE)、(2−ブロモ−2−メチル)プロピオニルオキシヘキシルトリエトキシシラン(BHE)などが挙げられる。 Examples of the compound represented by the formula (I) include (2-bromo-2-methyl) propionyloxypropyltriethoxysilane (BPE), (2-bromo-2-methyl) propionyloxyhexyltriethoxysilane (BHE), and the like. Can be mentioned.
その他、例えば微粒子が金や銀、白金などの金属である場合、その重合開始基含有カップリング剤としては、例えば、ジスルフィド化合物などを用いるこが好ましい。ジスルフィド化合物としては、例えば、次式(II)で表わされる化合物を用いることができる。 In addition, for example, when the fine particles are a metal such as gold, silver, or platinum, it is preferable to use, for example, a disulfide compound as the polymerization initiating group-containing coupling agent. As the disulfide compound, for example, a compound represented by the following formula (II) can be used.
高分子鎖グラフト微粒子は、リビングラジカル重合の重合開始基含有シランカップリング剤を表面に結合させた無機微粒子、リビングラジカル重合の触媒となる金属錯体、および高分子グラフト鎖の原料モノマーを溶媒に溶解または分散させてリビングラジカル重合を行い、沈殿物として得ることができる。 Polymer chain graft fine particles are dissolved in solvent with inorganic fine particles with living radical polymerization polymerization initiator group-containing silane coupling agent bound to the surface, metal complexes that serve as a catalyst for living radical polymerization, and polymer graft chain raw material monomers. Alternatively, it can be dispersed and subjected to living radical polymerization to obtain a precipitate.
このようなリビングラジカル重合の詳細や使用する触媒などは当業者であれば適宜に選択し得るであろう。 Those skilled in the art will be able to select the details of such living radical polymerization and the catalyst to be used as appropriate.
リビングラジカル重合の終了後、目的とする高分子鎖グラフト微粒子は、反応液から当該分野で通常用いられる方法、例えば抽出、蒸留、洗浄、濃縮、沈殿、ろ過、乾燥、吸着、析出、クロマトグラフィーなどの方法を単独または組み合わせることにより、単離することができる。 After the completion of the living radical polymerization, the target polymer chain graft microparticles are obtained from the reaction solution by a method commonly used in the art, such as extraction, distillation, washing, concentration, precipitation, filtration, drying, adsorption, precipitation, chromatography, etc. These methods can be isolated singly or in combination.
本発明の生体不活性膜は、以上に説明したような高分子鎖グラフト微粒子と、架橋剤とを溶解または分散させたコーティング液を用いて調製することができる。 The bioinert film of the present invention can be prepared using a coating solution in which the polymer chain graft fine particles and the crosslinking agent as described above are dissolved or dispersed.
このコーティング液を調製する際には、まず、例えばリビングラジカル重合の重合開始基含有シランカップリング剤を表面に結合させた無機微粒子、リビングラジカル重合の触媒となる金属錯体、および高分子グラフト鎖の原料モノマーを溶媒に溶解または分散させてリビングラジカル重合を行い、沈殿物として前記高分子鎖グラフト微粒子を得る。その後、高分子鎖グラフト微粒子および架橋剤が室温で溶解または分散可能な良溶媒にこれらを溶解または分散し、高分子鎖グラフト微粒子の濃度を1.0〜20.0質量%の範囲内、架橋剤の濃度を0.1〜10.0質量%の範囲内として、コーティング液を調製することができる。 When preparing this coating solution, first, for example, inorganic fine particles in which a living radical polymerization-initiating group-containing silane coupling agent is bound to the surface, a metal complex serving as a catalyst for living radical polymerization, and a polymer graft chain The raw material monomer is dissolved or dispersed in a solvent, and living radical polymerization is performed to obtain the polymer chain graft fine particles as a precipitate. Thereafter, the polymer chain graft fine particles and the cross-linking agent are dissolved or dispersed in a good solvent that can be dissolved or dispersed at room temperature, and the concentration of the polymer chain graft fine particles is within the range of 1.0 to 20.0% by mass. The coating liquid can be prepared by setting the concentration of the agent within the range of 0.1 to 10.0% by mass.
高分子鎖グラフト微粒子および架橋剤が室温で溶解または分散可能な良溶媒としては、例えば、1,4−ジオキサン、アセトン、アセトニトリル、クロロホルム、クロロフェノール、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、ジエチルアセテート、ジエチルケトン、炭酸ジメチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、エタノール、酢酸エチル、m−クレゾール、モノ−およびジ−アルキル置換グリコール、N,N−ジメチルアセトアミド、ジエチルエーテル、p−クロロフェノール、1,2−プロパンジオール、1−ペンタノール、1−プロパノール、2−ヘキサノン、2−メトキシエタノール、2−メチル−2−プロパノール、2−オクタノン、2−プロパノール、3−ペンタノン、4−メチル−2−ペンタノン、ヘキサフルオロイソプロパノール、メタノール、酢酸メチル、アセト酢酸メチル、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、n−メチルピロリドン−2、酢酸n−ペンチル、フェノール、テトラフルオロ−n−プロパノール、テトラフルオロイソプロパノール、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、水などが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of good solvents in which the polymer chain graft fine particles and the crosslinking agent can be dissolved or dispersed at room temperature include, for example, 1,4-dioxane, acetone, acetonitrile, chloroform, chlorophenol, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentanone, dichloromethane, and diethyl acetate. , Diethyl ketone, dimethyl carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, ethanol, ethyl acetate, m-cresol, mono- and di-alkyl substituted glycols, N, N-dimethylacetamide, diethyl ether, p-chlorophenol, 1,2- Propanediol, 1-pentanol, 1-propanol, 2-hexanone, 2-methoxyethanol, 2-methyl-2-propanol, 2-octanone, 2-propanol, 3-pentanone, 4-methyl -2-pentanone, hexafluoroisopropanol, methanol, methyl acetate, methyl acetoacetate, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, n-methylpyrrolidone-2, n-pentyl acetate, phenol, tetrafluoro-n-propanol, tetrafluoroisopropanol, tetrahydrofuran , Toluene, xylene, water and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明のコーティング液は、例えば、湿式成膜法として既に知られている方法によって基材に塗布することができる。例えば、デッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法などを用いることができる。 The coating liquid of this invention can be apply | coated to a base material by the method already known as a wet film-forming method, for example. For example, a dipping method, a spin coating method, a casting method, or the like can be used.
このコーティング液は、基材の全体をコーティングすることもできるし、部分的にコーティングすることもできる。例えば、フォトリソグラフィによって、コーティングを部分的に架橋させ、未架橋部分を除去することも可能である。 This coating liquid can coat the whole base material, or can also coat it partially. For example, the coating can be partially crosslinked and uncrosslinked portions can be removed by photolithography.
本発明の生体不活性膜は、コーティング液を基材に塗布して塗膜を形成し、次いで高分子鎖グラフト微粒子同士を架橋剤によって架橋することで形成することができる。 The bioinert film of the present invention can be formed by applying a coating solution to a substrate to form a coating film, and then crosslinking the polymer chain graft microparticles with a crosslinking agent.
架橋を開始させる方法としては、例えば、電子ビーム放射線、電磁放射線(紫外光(UV)、可視光および近赤外)、熱、および湿気硬化性化合物が使用される場合の湿気の添加などが挙げられる。 Methods for initiating crosslinking include, for example, electron beam radiation, electromagnetic radiation (ultraviolet light (UV), visible light and near infrared), heat, and the addition of moisture when moisture curable compounds are used. It is done.
好ましい実施形態においては、架橋は紫外光の照射または熱によって行われる。この場合、架橋剤としては、例えば、フェニルアジド基およびピリジンアジド基から選ばれる基を少なくとも2個有する化合物を用いることができる。 In a preferred embodiment, the crosslinking is performed by ultraviolet light irradiation or heat. In this case, as the crosslinking agent, for example, a compound having at least two groups selected from a phenyl azide group and a pyridine azide group can be used.
フェニルアジド基およびピリジンアジド基から選ばれる基を少なくとも2個有する化合物としては、直鎖状の分子量200〜1000の範囲内のものが好ましいものとして例示される。 Preferred examples of the compound having at least two groups selected from a phenyl azide group and a pyridine azide group include those having a linear molecular weight in the range of 200 to 1,000.
このような化合物としては、例えば、オキシエチレン単位を2〜6個有するポリエチレングリコールビスアジドベンゾエートを挙げることができる。このうち、トリエチレングリコールビスアジドベンゾエート(TEGBA)は次の構造を有する。 Examples of such a compound include polyethylene glycol bisazidobenzoate having 2 to 6 oxyethylene units. Among these, triethylene glycol bisazidobenzoate (TEGBA) has the following structure.
上記のような架橋剤は、紫外光の照射または熱によって、高分子グラフト鎖に結合する。すなわち、コーティングした塗膜に紫外光を照射するか、またはコーティングした塗膜を加熱(熱処理)することにより、高分子鎖グラフト微粒子同士を前記の架橋剤によって架橋し、生体不活性膜を形成することができる。 The crosslinking agent as described above is bonded to the polymer graft chain by irradiation with ultraviolet light or heat. That is, the coated coating film is irradiated with ultraviolet light, or the coated coating film is heated (heat treatment) to crosslink the polymer chain graft microparticles with the crosslinking agent, thereby forming a bioinert film. be able to.
このときの紫外光照射の条件としては、塗膜に100W以上の紫外光を10秒以上照射することが好ましい。 As conditions for ultraviolet light irradiation at this time, it is preferable to irradiate the coating film with ultraviolet light of 100 W or more for 10 seconds or more.
本発明ではあらかじめ生体不活性なグラフト表面をもつ高分子鎖グラフト微粒子を用意してあるので、それ含む溶液をコートし、単純な架橋反応(例えば、紫外線照射を30秒行う)だけで、簡便に生体不活性膜を作製することができる。そして紫外線照射によれば短時間で生体不活性膜を作製することができる。 In the present invention, polymer chain graft microparticles having a biologically inert graft surface are prepared in advance, so that the solution containing the polymer chain is coated, and simple crosslinking reaction (for example, ultraviolet irradiation for 30 seconds) is simply performed. A bioinert membrane can be produced. And, by irradiation with ultraviolet rays, a bioinert film can be produced in a short time.
また、生体不活性膜を熱処理によって形成する場合には、熱処理の条件としては、塗膜を120℃以上で18時間以上熱処理することが好ましい。 Moreover, when forming a bioinert film | membrane by heat processing, as conditions for heat processing, it is preferable to heat-process a coating film at 120 degreeC or more for 18 hours or more.
このフェニルアジド基およびピリジンアジド基から選ばれる基を少なくとも2個有する化合物を架橋剤として用いた場合、この架橋剤のアジド基が基材表面と反応して結合し、基材と高分子鎖グラフト微粒子とを架橋剤により架橋することもできる。例えば、基材表面にアルキル基、アミノ基、水酸基などがある場合には、この架橋剤と基材表面との架橋反応が進行する。 When a compound having at least two groups selected from the phenyl azide group and the pyridine azide group is used as a crosslinking agent, the azide group of the crosslinking agent reacts with and binds to the substrate surface, and the substrate and the polymer chain graft The fine particles can also be crosslinked with a crosslinking agent. For example, when there is an alkyl group, amino group, hydroxyl group or the like on the substrate surface, the crosslinking reaction between the crosslinking agent and the substrate surface proceeds.
さらに、架橋部となるフェニルアジド基は、一般に医療材料として用いられる多くの汎用ポリマー材料(PP、PE、PET、PMMA、PS、PU、セルロースなど)やガラス材料(−OH基)と反応することが知られており(Langmuir 1991, 7, 2010-2012 Biomacromolecules 2007, 8, 679-685 Macromolecules 1994,27, 7809-7814 Langmuir 1996,11, 2267-2271 Chemical Reviews, Volume 88, Number 2, March/April, 1988)、材料(材質)によらずほとんどの基材において架橋をすることができる。 Furthermore, the phenyl azide group that becomes the cross-linking part reacts with many general-purpose polymer materials (PP, PE, PET, PMMA, PS, PU, cellulose, etc.) and glass materials (—OH groups) that are generally used as medical materials. (Langmuir 1991, 7, 2010-2012 Biomacromolecules 2007, 8, 679-685 Macromolecules 1994,27, 7809-7814 Langmuir 1996,11, 2267-2271 Chemical Reviews, Volume 88, Number 2, March / April , 1988), almost any substrate can be crosslinked regardless of the material.
また、金属製の基材を用いた場合、あらかじめ金属製の基材をアミノ基含有シランカップリング剤またはアルキル基含有シランカップリング剤で表面処理し、この表面処理した金属製の基材に、前記のフェニルアジド基およびピリジンアジド基から選ばれる基を少なくとも2個有する化合物を架橋剤として用いたコーティング液を塗布することで、基材と高分子鎖グラフト微粒子とを架橋剤により架橋することができる。 In addition, when a metal substrate is used, the metal substrate is surface-treated with an amino group-containing silane coupling agent or an alkyl group-containing silane coupling agent in advance, and this surface-treated metal substrate is The base material and the polymer chain graft microparticles can be cross-linked by a cross-linking agent by applying a coating liquid using a compound having at least two groups selected from the phenyl azide group and the pyridine azide group as a cross-linking agent. it can.
アミノ基含有シランカップリング剤としては、例えば、次式(III)で表わされる化合物を用いることができる。 As the amino group-containing silane coupling agent, for example, a compound represented by the following formula (III) can be used.
式中、R1はC1〜C3アルキル基、好ましくはC1またはC2アルキル基を示し、R2はC1またはC2アルキル基を示す。nは3〜10の整数を示す。 In the formula, R 1 represents a C 1 -C 3 alkyl group, preferably a C 1 or C 2 alkyl group, and R 2 represents a C 1 or C 2 alkyl group. n shows the integer of 3-10.
式(III)で表わされる化合物としては、AMP(3−アミノプロピルトリメトキシシラン)などが挙げられる。 Examples of the compound represented by the formula (III) include AMP (3-aminopropyltrimethoxysilane).
アルキル基含有シランカップリング剤としては、例えば、上記式(III)のSiに結合したアミノアルキル基をアルキル基、好ましくは炭素数1〜8の直鎖のアルキル基に置換したものを用いることができる。 As the alkyl group-containing silane coupling agent, for example, an alkyl group, preferably a linear alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, substituted with an aminoalkyl group bonded to Si in the above formula (III) is used. it can.
本発明の生体不活性膜は、任意の適切な厚さで調製することができる。通常、50nm〜数十マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する。好ましくは、コーティングの厚さは、50nm〜1000nmである。 The bioinert membrane of the present invention can be prepared with any suitable thickness. Usually it has a thickness in the range between 50 nm and several tens of micrometers. Preferably, the thickness of the coating is 50 nm to 1000 nm.
本発明の生体不活性膜が適用される基材としては、特に限定されないが、例えば、平坦または湾曲、剛性または可撓性の基材を用いることができ、各種の金属性基材、樹脂製基材、ガラス製基材などを用いることができる。 The substrate to which the bioinert film of the present invention is applied is not particularly limited. For example, a flat or curved, rigid or flexible substrate can be used, and various metallic substrates and resins can be used. A substrate, a glass substrate, or the like can be used.
本発明の生体不活性膜を表面に形成した生体不活性処理済基材として、例えば、細胞培養皿、細胞培養用フラスコ、コンタクトレンズケース、カテーテル、インプラント、ステント、生体サンプル(例えば、血液)採取管、マイクロタイタープレート、微小流体デバイス、バイオセンサー、マイクロチューブ、PCR管、分離フィルタ、ピペットチップなどを挙げることができる。中でも、細胞培養皿、細胞培養用フラスコ、コンタクトレンズケース、カテーテルなどに好適である。 Examples of bioinert-treated substrates on which the bioinert film of the present invention is formed include, for example, cell culture dishes, cell culture flasks, contact lens cases, catheters, implants, stents, and biological samples (eg, blood). A tube, a microtiter plate, a microfluidic device, a biosensor, a microtube, a PCR tube, a separation filter, a pipette chip and the like can be mentioned. Among them, it is suitable for cell culture dishes, cell culture flasks, contact lens cases, catheters and the like.
以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1:Entry1)
[サンプル作製]
1.高分子鎖グラフト微粒子の作製
重合開始基含有シランカップリング剤(2−ブロモ−2メチル)プロピオニルオキシプロピルトリエトキシシラン(BPE)の合成
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(Example 1: Entry 1)
[Sample preparation]
1. Preparation of polymer chain graft microparticles Synthesis of polymerization initiation group-containing silane coupling agent (2-bromo-2methyl) propionyloxypropyltriethoxysilane (BPE)
(1)BPEの合成
2段階反応により行った。第1段階として、アリルアルコール(42g)、トリエチルアミン(88g)およびテトラハイドロフラン(THF)(1L)の混合溶液を氷冷し、その中へ2−ブロモイソブチリルブロマイド(100g)を滴下した。
(1) Synthesis of BPE Performed by a two-step reaction. As a first step, a mixed solution of allyl alcohol (42 g), triethylamine (88 g) and tetrahydrofuran (THF) (1 L) was ice-cooled, and 2-bromoisobutyryl bromide (100 g) was added dropwise thereto.
その後、反応液を0℃で3時間攪拌し、さらに室温で10時間攪拌した。反応液を濃縮し、THFを加え、塩を析出させ、濾過し、濾液を濃縮した後、得られたものをクロロホルム(1L)により希釈し、それを1N塩酸水溶液(3×500ml)、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(3×500ml)、純水(3×500ml)の順で洗浄した。 Thereafter, the reaction solution was stirred at 0 ° C. for 3 hours, and further stirred at room temperature for 10 hours. The reaction solution was concentrated, THF was added to precipitate a salt, filtered, and the filtrate was concentrated. The obtained solution was diluted with chloroform (1 L), and diluted with 1N hydrochloric acid aqueous solution (3 × 500 ml), saturated carbonic acid. Washing was carried out in the order of aqueous sodium hydrogen solution (3 × 500 ml) and pure water (3 × 500 ml).
有機相を乾燥し、濃縮後、減圧蒸留により精製し、1−(2−ブロモ−2−メチル)プロピオニルオキシ−2−プロペン(BPP)を収率50%で得た。 The organic phase was dried, concentrated and purified by distillation under reduced pressure to obtain 1- (2-bromo-2-methyl) propionyloxy-2-propene (BPP) in a yield of 50%.
第2段階として、フラスコの中へBPP(34g)、トリエトキシシラン(81.5g)、トルエン(170ml)およびカルステッド触媒(500μL)を順次入れ、その混合液をアルゴン雰囲気下、室温で12時間攪拌した。 As the second stage, BPP (34 g), triethoxysilane (81.5 g), toluene (170 ml) and calsted catalyst (500 μL) were sequentially added into the flask, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours under an argon atmosphere. did.
反応後減圧蒸留により精製し、BPEを収率20%で合成した。
(2)シリカ微粒子への開始基の導入
<シリカ微粒子へのBPE固定化>
シリカ微粒子として、平均粒径130nmのシリカ微粒子(日本触媒(株)製、製品名「シーホスター(登録商標)KE−E10」(平均粒径130nm)を用いた。
After the reaction, it was purified by distillation under reduced pressure, and BPE was synthesized with a yield of 20%.
(2) Introduction of initiation group into silica fine particles <BPE immobilization on silica fine particles>
Silica fine particles (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., product name “Seahoster (registered trademark) KE-E10” (average particle size 130 nm)) were used as the silica fine particles.
シリカ微粒子のエタノール分散液(7.7wt%,30mL)を28%アンモニア水溶液(13.9g)とエタノール(200mL)の混合液中へ加えた。 A dispersion of silica fine particles in ethanol (7.7 wt%, 30 mL) was added to a mixed solution of 28% aqueous ammonia (13.9 g) and ethanol (200 mL).
その混合液を室温で2時間攪拌した後、エタノール(10mL)に溶解したBPE(2g)を滴下し、室温で18時間攪拌した。 The mixture was stirred at room temperature for 2 hours, BPE (2 g) dissolved in ethanol (10 mL) was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 18 hours.
その後、シリカ微粒子を遠心分離機により回収し、エタノールにより洗浄した後、開始基を有するシリカ微粒子を得た。 Thereafter, the silica fine particles were collected by a centrifuge and washed with ethanol to obtain silica fine particles having an initiating group.
この開始基を有するシリカ微粒子は、エタノール中で保存した。
(3)シリカ微粒子を用いたリビングラジカル重合
開始基を有するシリカ微粒子(200mg)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル メタクリレート(PEGMA、オキシエチレン単位の数:8〜9個)(5.0g)、Cu(I)Br(7.6mg)、2、2−ビピリジン(16.4mg)およびエチル2−ブロモイソブチレート(EBIB)(7.3mg)のメタノール(5g)溶液をグローブボックス中でパイレックス(登録商標)製ガラス管に入れた後、30℃で3時間重合して、高分子グラフト鎖がシリカ微粒子表面に結合した複合粒子を得た。
Silica microparticles having this initiating group were stored in ethanol.
(3) Silica fine particles (200 mg) having living radical polymerization initiating groups using silica fine particles, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate (PEGMA, number of oxyethylene units: 8 to 9) (5.0 g), Cu (I) A solution of Br (7.6 mg), 2,2-bipyridine (16.4 mg) and ethyl 2-bromoisobutyrate (EBIB) (7.3 mg) in methanol (5 g) in a glove box with Pyrex (registered) (Trademark) and then polymerized at 30 ° C. for 3 hours to obtain composite particles in which polymer graft chains were bonded to the surface of silica fine particles.
複合粒子の精製は、遠心分離とメタノールへの再分散を繰り返すことにより行った。 The composite particles were purified by repeating centrifugation and redispersion in methanol.
高分子グラフト鎖におけるモノマー転化率は、NMRにより求めた。 The monomer conversion rate in the polymer graft chain was determined by NMR.
また、EBIBから生成する遊離ポリマー(PPEGMA)の分子量および分子量分布は、ゲル濾過クロマトグラフィ(GPC)により求めた。 The molecular weight and molecular weight distribution of the free polymer (PPEGMA) produced from EBIB were determined by gel filtration chromatography (GPC).
熱重量分析(TG−DTA)により求めたグラフト量と遊離ポリマーの分子量から、グラフト密度を算出し、全てのサンプルにおいて、0.2鎖/nm2以上の高いグラフト密度を有していることを確認した。 The graft density is calculated from the graft amount determined by thermogravimetric analysis (TG-DTA) and the molecular weight of the free polymer, and all samples have a high graft density of 0.2 chain / nm 2 or more. confirmed.
なお、ここで用いた重合条件、重合結果を表1にまとめた。 The polymerization conditions and polymerization results used here are summarized in Table 1.
2.架橋剤(トリエチレングリコールビスアジドベンゾエート:TEGBA)の合成
まず、4−アジドベンゾイックアシッド(3.0g)、トリエチレングリコール(1.9g)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(0.26g)をジクロロメタン60mlに溶解させた。
2. Synthesis of cross-linking agent (triethylene glycol bisazidobenzoate: TEGBA) First, 4-azidobenzoic acid (3.0 g), triethylene glycol (1.9 g), N, N-dimethyl-4-aminopyridine (0. 26 g) was dissolved in 60 ml of dichloromethane.
これに、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドハイドロクロライド)(6.04g)を加え、19時間撹拌したのち、さらに0.1M塩酸(200ml)を加え、15分撹拌した。 1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) (6.04 g) was added to this, and after stirring for 19 hours, 0.1 M hydrochloric acid (200 ml) was further added and stirred for 15 minutes.
次に、これを水層と有機層を分離した後、有機層を純水(200ml)、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(200ml)、純水(200ml)で洗浄した。 Next, the aqueous layer and the organic layer were separated from each other, and then the organic layer was washed with pure water (200 ml), a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution (200 ml), and pure water (200 ml).
有機層は濃縮し、TEGBAを収率74%で得た。 The organic layer was concentrated to obtain TEGBA in 74% yield.
このTEGBA(架橋剤)のNMRスペクトル(図2)を調べ、分子構造を確認した。 The NMR spectrum (FIG. 2) of this TEGBA (crosslinking agent) was examined to confirm the molecular structure.
下記に示す反応による。 According to the reaction shown below.
3.微粒子を用いたコーティング液の調製
PPEGMA−SiPsの濃度を2.0〜9.0wt%、TEGBAの濃度を0.5wt%として、高分子鎖グラフト微粒子、TEGBAを含むトルエン溶液を作製した(実施例1のコーティング液)。
4.コーティング
スピンコーター(MIKASA,MS−A100)を使用し、アミノプロピルトリエトキシシラン(AMP)を修飾されたシリコン基板上に、上記のコーティング液を1500回転30秒の条件でコートし、実施例1のコーティング塗布膜を形成した。
5.コーティング液塗布膜への紫外線照射
紫外線ランプ(アズワン、ハンディータイプUV硬化装置)を用い、実施例1のコーティング塗布膜のコーティング表面に100Wで、30秒紫外線を照射して、実施例1の紫外線照射膜を形成した。
3. Preparation of Coating Solution Using Fine Particles A PPEGMA-SiPs concentration of 2.0 to 9.0 wt% and a TEGBA concentration of 0.5 wt% were used to prepare a toluene solution containing polymer chain grafted fine particles and TEGBA (Example) 1 coating solution).
4). Using a coating spin coater (MIKASA, MS-A100), the above-mentioned coating solution was coated on a silicon substrate modified with aminopropyltriethoxysilane (AMP) under conditions of 1500 rpm and 30 seconds. A coating coating film was formed.
5. Irradiation of UV to the coating solution coating film Using an ultraviolet lamp (As One, handy type UV curing device), the coating surface of the coating coating film of Example 1 was irradiated with UV light at 100 W for 30 seconds, and then the UV irradiation of Example 1 was performed. A film was formed.
照射後、コーティングはトルエンまたはクロロホルムなどの良溶媒を用い、超音波洗浄した。 After irradiation, the coating was ultrasonically cleaned using a good solvent such as toluene or chloroform.
なお、紫外線照射しない場合、超音波洗浄により、実施例1のコーティング塗布膜はシリコン基板から剥がれることを確認している。
(実施例2:Entry2)
PPEEGMAグラフトシリカ微粒子(PPEGMA−SiPs)の濃度を5.0wt%とした以外は、実施例1と同様にして、実施例2のコーティング液を作製した。
In addition, when not irradiating with ultraviolet rays, it was confirmed that the coating coating film of Example 1 was peeled off from the silicon substrate by ultrasonic cleaning.
(Example 2: Entry 2)
A coating solution of Example 2 was prepared in the same manner as Example 1 except that the concentration of the PPEEGMA graft silica fine particles (PPEGMA-SiPs) was 5.0 wt%.
実施例2のコーティング液を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2のコーティング塗布膜を形成し、実施例2の紫外線照射膜を形成した。
(実施例3:Entry3)
PPEGMA−SiPsの濃度を9.0wt%とした以外は、実施例1と同様にして、実施例3のコーティング液を作製した。
A coating coating film of Example 2 was formed in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid of Example 2 was used, and an ultraviolet irradiation film of Example 2 was formed.
(Example 3: Entry 3)
A coating solution of Example 3 was produced in the same manner as Example 1 except that the concentration of PPEGMA-SiPs was 9.0 wt%.
実施例3のコーティング液を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例3のコーティング塗布膜を形成し、実施例3の紫外線照射膜を形成した。
[実施例1〜3のサンプル評価]
6.写真、AFM像評価
図3は、実施例1(Entry1)、実施例2(Entry2)、実施例3(Entry3)の紫外線照射膜の写真であり、図4はAFM像である。均一な膜が、シリコン基板から剥がれることなく形成された。
7.細胞接着評価
実施例1(Entry1)、実施例2(Entry2)、実施例3(Entry3)、比較例1(Entry4)の膜のコーティング表面へ、ヒト血管内皮細胞(1万個/cm2)を播種した。なお比較例1(Entry4)は、TEGBAのみを含有するコーティング液を使用した。
A coating application film of Example 3 was formed in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid of Example 3 was used, and an ultraviolet irradiation film of Example 3 was formed.
[Sample evaluation of Examples 1 to 3]
6). Photograph and AFM Image Evaluation FIG. 3 is a photograph of the ultraviolet irradiation film of Example 1 (Entry 1), Example 2 (Entry 2), and Example 3 (Entry 3), and FIG. 4 is an AFM image. A uniform film was formed without peeling off from the silicon substrate.
7). Cell adhesion evaluation Example 1 (Entry 1), Example 2 (Entry 2), Example 3 (Entry 3), and Comparative Example 1 (Entry 4) were coated with human vascular endothelial cells (10,000 cells / cm 2 ) on the coating surface. Sowing. In Comparative Example 1 (Entry 4), a coating solution containing only TEGBA was used.
24時間後の細胞接着像を図5(HUVEC adhesion test on the VS-like coatingの写真)に、各コーティング表面への細胞接着数を図6に示す(図6の縦軸は細胞播種数で標準化したものである)。複合微粒子を含むコーティング表面には細胞がほとんど接着しないことが確認された。比較例1との対比からも、PPEGMA-SiPsが存在することで細胞接着が大幅に抑制されたといえる。 The cell adhesion image after 24 hours is shown in FIG. 5 (photo of HUVEC adhesion test on the VS-like coating), and the number of cell adhesion to each coating surface is shown in FIG. 6 (the vertical axis in FIG. 6 is normalized by the number of cell seeding). ) It was confirmed that cells hardly adhered to the coating surface containing the composite fine particles. From the comparison with Comparative Example 1, it can be said that the presence of PPEGMA-SiPs significantly suppressed cell adhesion.
表2に、実施例1〜3のコーティング組成物とHUVEC adhesionテスト結果を示す。 Table 2 shows the coating compositions of Examples 1 to 3 and the HUVEC adhesion test results.
8.タンパク吸着評価
実施例2(Entry2)のサンプルを用い、ウシ由来血清(FBS)中に含まれる共雑タンパクの吸着について水晶振動子測定により調べた。
8). Protein Adsorption Evaluation Using the sample of Example 2 (Entry 2), the adsorption of coexisting proteins contained in bovine serum (FBS) was examined by quartz crystal measurement.
希釈しないFBSを用い、1時間の吸着量を調べた結果を図7(ウシ由来血清タンパク(FBS)の吸着測定)に示す。1時間後リン酸バッファーで洗浄するとベースラインが元の位置に戻ることから、吸着量はほぼ0ng/cm2であり、タンパク吸着を阻害することが確認された。
(実施例4:Entry5,6)
9.ポリマー基材へのコーティング膜作成
実施例2と同じコーティング液を用いて、PETフィルム、FEPフィルムへコーティング塗布膜を作成し、同様に紫外線照射膜を形成した(Entry5,6:表3参照)。写真を図8に、AFM像を図9に示す。シリコン基板上と同様に、ポリマーフィルム上でもコーティング膜が得られた。
The results of examining the amount of adsorption for 1 hour using undiluted FBS are shown in FIG. 7 (Adsorption measurement of bovine serum protein (FBS)). After 1 hour, when the phosphate buffer was washed, the baseline returned to the original position, and the adsorption amount was almost 0 ng / cm 2 , confirming that protein adsorption was inhibited.
(Example 4: Entry 5, 6)
9. Preparation of coating film on polymer substrate Using the same coating solution as in Example 2 , a coating film was prepared on a PET film and an FEP film, and an ultraviolet irradiation film was similarly formed (Entry 5, 6: see Table 3). A photograph is shown in FIG. 8, and an AFM image is shown in FIG. The coating film was obtained on the polymer film as well as on the silicon substrate.
(実施例5:Entry7,8)
10.コーティング液塗布膜の加熱処理膜
AMP固定化シリコン基板および未処理のシリコン基板上に、実施例2と同じコーティング液を用いて、コーティング塗布膜を作成し、120℃で20時間加熱し、熱処理膜を作成した(Entry7,8:表4参照)。
(Example 5: Entry 7, 8)
10. Heat treatment film of coating liquid coating film A coating coating film is prepared on the AMP-immobilized silicon substrate and the untreated silicon substrate using the same coating liquid as in Example 2, and heated at 120 ° C. for 20 hours to be a heat treated film (Entry 7, 8: see Table 4).
熱処理膜は室温に戻した後、トルエンまたはクロロホルムなどの良溶媒を用い、超音波洗浄した。光学写真を図10に、AFM像を図11に示す。 The heat-treated film was returned to room temperature and then ultrasonically cleaned using a good solvent such as toluene or chloroform. An optical photograph is shown in FIG. 10, and an AFM image is shown in FIG.
(実施例6:Entry12)
11.細胞毒性評価(溶出試験)
未反応の架橋剤が存在する場合、細胞培養中に架橋剤が溶出し、細胞に影響(毒性)を与える可能性がある。そこで、以下の溶出試験を行った。
(Example 6: Entry 12)
11. Cytotoxicity evaluation (dissolution test)
When an unreacted cross-linking agent is present, the cross-linking agent elutes during cell culture, which may affect (toxic) cells. Therefore, the following dissolution test was performed.
まず、表5に示すサンプルをシリコン基板上に作成した。それらのサンプルを24ウェルプレートに並べ、血清培地を1ml加え、インキュベーターで24時間静置した。96ウェルプレートにヒト血管内皮細胞(1.5×104個/ウェル)を準備し(前培養)、サンプルを浸漬しておいた血清培地を各50μlずつ96ウェルの細胞へ添加し、24時間培養した。 First, samples shown in Table 5 were formed on a silicon substrate. Those samples were arranged in a 24-well plate, 1 ml of serum medium was added, and the plate was allowed to stand for 24 hours in an incubator. Human vascular endothelial cells (1.5 × 10 4 cells / well) are prepared in a 96-well plate (preculture), and 50 μl of serum medium in which the sample is immersed is added to 96-well cells for 24 hours. Cultured.
その後、細胞増殖(生存)能力分析キット、WST−1(タカラバイオ)を用いて細胞生存率の評価を行った。図12に結果を示す。縦軸の吸光度は生細胞の割合を示しており、いずれのサンプルもシリコン基板上の吸光度(生存率)とほぼ同じであった。このことから、未反応の架橋剤はほとんどない、あるいは溶出したとしても細胞に影響を与えないと考えられる。 Thereafter, cell viability was evaluated using a cell proliferation (viability) ability analysis kit, WST-1 (Takara Bio). The results are shown in FIG. The absorbance on the vertical axis indicates the proportion of living cells, and all samples were almost the same as the absorbance (survival rate) on the silicon substrate. From this, it is considered that there is almost no unreacted cross-linking agent or even if it is eluted, it does not affect the cells.
(実施例7:Entry13,14,15,16)
12.UVによる架橋反応の確認
架橋剤の紫外線による架橋度を調べるために、架橋剤の濃度を変えてPPEGMA-SiPをFEPフィルム上にコーティングした(表6)。紫外線照射による硬化前後でコーティング膜のFT-IR測定を行った(図13〜図16)。架橋剤の濃度によらず、紫外線照射後はアジド基のピークがほぼ消失しており、紫外線照射によりほぼすべてのアジド基が架橋反応に消費されていることがわかる。
(Example 7: Entry 13, 14, 15, 16)
12 Confirmation of cross- linking reaction by UV In order to examine the degree of cross-linking of the cross-linking agent by ultraviolet rays, PPEGMA-SiP was coated on the FEP film by changing the concentration of the cross-linking agent (Table 6). FT-IR measurement of the coating film was performed before and after curing by ultraviolet irradiation (FIGS. 13 to 16). Regardless of the concentration of the crosslinking agent, it can be seen that the peak of the azido group disappears after the ultraviolet irradiation, and that almost all of the azide group is consumed in the crosslinking reaction by the ultraviolet irradiation.
(実施例8:Entry17〜31)
13.各種ポリマーフィルムへのコーティング
各種ポリマーフィルムに対し、表7に示す組成物濃度でコーティングを行い、UV照射または加熱処理による架橋を行った。UV照射条件は100Wで30秒間、加熱処理条件は120度180時間とした。各架橋処理後、サンプルはトルエン、クロロホルム、エタノールなど有機溶媒を用いて超音波洗浄した。
(Example 8: Entry 17-31)
13. Coating on Various Polymer Films Various polymer films were coated at the composition concentrations shown in Table 7 and crosslinked by UV irradiation or heat treatment. The UV irradiation condition was 100 W for 30 seconds, and the heat treatment condition was 120 degrees 180 hours. After each crosslinking treatment, the sample was subjected to ultrasonic cleaning using an organic solvent such as toluene, chloroform, and ethanol.
一例として、Entry17,23,26のAFM像を図17に示す(いずれもコーティング条件は同じ)。超音波洗浄後も表面はPPEGMA−SiPsで覆われていることがわかる。
14.細胞接着
表7のサンプルに対してヒト血管内皮細胞(1万個/cm2)を播種した。リファレンスとして細胞培養用プラスチックシート(TCPS)(Wako)を用いた。各コーティング表面への24時間後の細胞接着数を図18に示す(図18の縦軸は細胞播種数で標準化したものである)。図18より、いずれのポリマー基材表面においても血管内皮細胞はほとんど接着しないことが確認された。
As an example, AFM images of Entry 17, 23, and 26 are shown in FIG. 17 (the coating conditions are all the same). It can be seen that the surface is covered with PPEGMA-SiPs even after ultrasonic cleaning.
14 Cell adhesion The human vascular endothelial cells (10,000 cells / cm 2 ) were seeded on the samples shown in Table 7. A cell culture plastic sheet (TCPS) (Wako) was used as a reference. The number of cell adhesion after 24 hours to each coating surface is shown in FIG. 18 (the vertical axis in FIG. 18 is normalized by the number of cell seeding). From FIG. 18, it was confirmed that vascular endothelial cells hardly adhered on any polymer substrate surface.
以上のように、実施例1〜8では、コーティング液塗布膜への紫外線照射または熱処理によって、煩雑な作業を必要とせずに簡便にコーティング膜を作製することができ、特に紫外線照射によって短時間でコーティング膜を作製することができた。そして得られたコーティング膜は、タンパク質の非特異的吸着や細胞接着を大幅に抑制することができ、生体不活性膜として機能した。 As described above, in Examples 1 to 8, a coating film can be easily produced without requiring a complicated operation by ultraviolet irradiation or heat treatment on the coating liquid coating film, and particularly in a short time by ultraviolet irradiation. A coating film could be produced. The obtained coating film could significantly suppress non-specific protein adsorption and cell adhesion, and functioned as a biologically inactive film.
21 高分子鎖グラフト微粒子
22 無機微粒子
23 高分子グラフト鎖
25 架橋剤
31 生体不活性膜
41 基材
21 Polymer chain graft fine particle 22 Inorganic fine particle 23 Polymer graft chain 25 Crosslinker 31 Bioinert film 41 Base material
Claims (17)
前記架橋剤が、前記高分子鎖グラフト微粒子と前記生体不活性膜が表面に形成された基材とを架橋していることを特徴とする生体不活性膜。 A plurality of polymer chain graft fine particles in which steric repulsion occurs between the polymer graft chains and the polymer graft chains are bonded to the surface of the inorganic fine particles at a high density until the polymer graft chains are extended. In bioinert membranes that are cross-linked by a cross-linking agent ,
A bioinert film characterized in that the cross-linking agent crosslinks the polymer chain graft microparticles and a substrate on which the bioinert film is formed .
(式中、R1はC1〜C3アルキル基を示し、R2はC1またはC2アルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示す。nは3〜10の整数を示す。)で表わされる重合開始基含有シランカップリング剤を前記無機微粒子に結合させた後、前記高分子グラフト鎖の原料モノマーをリビングラジカル重合して得られたものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の生体不活性膜。 The polymer graft chain is represented by the following formula (I):
(Wherein R 1 represents a C 1 to C 3 alkyl group, R 2 represents a C 1 or C 2 alkyl group, X represents a halogen atom, and n represents an integer of 3 to 10). 4. The product according to claim 1, wherein the polymer-initiated group-containing silane coupling agent is bonded to the inorganic fine particles, and then the raw material monomer of the polymer graft chain is obtained by living radical polymerization. The bioinert membrane according to any one of the above.
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