特許 7590787 ヒドロゲル組成物、その製造方法及びヒドロゲル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-19

(45)【発行日】2024-11-27

(54)【発明の名称】ヒドロゲル組成物、その製造方法及びヒドロゲル

(51)【国際特許分類】

   C08F 299/02 20060101AFI20241120BHJP

   C08J 3/075 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

C08F299/02

C08J3/075 CEY

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023034515

(22)【出願日】2023-03-07

(65)【公開番号】P2024074217

(43)【公開日】2024-05-30

【審査請求日】2023-03-08

(31)【優先権主張番号】111144287

(32)【優先日】2022-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】519452046

【氏名又は名称】怡定興生醫股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(72)【発明者】

【氏名】劉 大佼

(72)【発明者】

【氏名】葉 修鋒

(72)【発明者】

【氏名】尹 心怡

(72)【発明者】

【氏名】廖 怡君

(72)【発明者】

【氏名】徐 英華

【審査官】内田 靖恵

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２３－５４５３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１６１７３２９０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１５２４５５９１（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１７４３７８４（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１４１４６２２６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５５１４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５３３２８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｆ ２９９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

変性ヒアルロン酸と、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートと、水とを含むヒドロゲル組成物であって、前記ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、前記変性ヒアルロン酸の含有量は１重量％～７重量％であり、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートの含有量は４３重量％～４９重量％であり、前記変性ヒアルロン酸は、ヒアルロン酸を無水メタクリル酸で変性することによって得られ、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートの平均分子量は１ｋＤａ～１０ｋＤａであることを特徴とする、ヒドロゲル組成物。

【請求項2】

ヒアルロン酸の繰り返し単位のモル数に対する無水メタクリル酸のモル数の比は、１～１０であることを特徴とする、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。

【請求項3】

前記ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートの平均分子量は、４ｋＤａ～８ｋＤａであることを特徴とする、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。

【請求項4】

ヒアルロン酸の平均分子量は、１ｋＤａ～２００ｋＤａであることを特徴とする、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。

【請求項5】

前記ヒドロゲル組成物は、光開始剤を更に含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のヒドロゲル組成物。

【請求項6】

ヒドロゲル組成物の製造方法であって、
ステップ（ａ）：ヒアルロン酸を無水メタクリル酸で変性して変性ヒアルロン酸を得るステップ、及び
ステップ（ｂ）：前記変性ヒアルロン酸と、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートと、水とを混合して前記ヒドロゲル組成物を得るステップ
を含み、
前記ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、前記変性ヒアルロン酸の含有量は１重量％～７重量％であり、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートの含有量は４３重量％～４９重量％であり、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートの平均分子量は１ｋＤａ～１０ｋＤａであることを特徴とする、方法。

【請求項7】

ヒアルロン酸の繰り返し単位のモル数に対する無水メタクリル酸のモル数の比は、１～１０である、請求項６に記載の製造方法。

【請求項8】

前記ステップ（ａ）において、ヒアルロン酸を無水メタクリル酸で変性するとき、反応時間は２０時間～３０時間であり、反応温度は０℃～８℃であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

ヒドロゲルであって、請求項１～４のいずれか一項に記載のヒドロゲル組成物から形成されることを特徴とする、ヒドロゲル。

【請求項10】

前記ヒドロゲルのヤング率は、４５０ＭＰａ超であることを特徴とする、請求項９に記載のヒドロゲル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、組成物、その製造方法、及び材料に関し、特に、ヒドロゲル組成物、その製造方法、及びヒドロゲルに関する。

【背景技術】

【0002】

ヒドロゲルは、アクアゲルとも呼ばれ、分散媒体として水を有するゲルであり、高い親水性と、三次元ネットワークの架橋構造とを有する。この架橋構造により、ヒドロゲルは水中で素早く吸収及び膨潤し、この膨潤状態を消滅することなく大量の水を保持できる。ヒドロゲルによって保持される水の量は、架橋度と密接に関係しており、架橋度が高いほど、ヒドロゲルに保持される水の量が少ない。高い水吸着及び高保水の材料として、ヒドロゲルは広範囲の用途を有する。例えば、ヒドロゲルは、オムツ、生理用品、又はフェイシャルマスクなどの生活必需品に応用でき；廃水処理又は空気濾過などの産業分野に適応用でき；火傷用手当用品、薬剤送達キャリア又はグラフトなどの生物医薬分野に応用できる。

【0003】

概して、水溶性又は親水性ポリマーは、化学的又は物理的架橋反応によりヒドロゲルを形成できる。ポリマーの供給源の違いに応じて、ヒドロゲルは、天然ポリマーヒドロゲルと合成ポリマーヒドロゲルとに分類される。天然ポリマーヒドロゲルは、天然ポリマー（例えば、デンプン、セルロース又はヒアルロン酸（ＨＡ）などの多糖類、及びコラーゲン又はポリリジンなどのポリペプチド）から形成され、合成ポリマーヒドロゲルは、合成ポリマー（例えば、アルコール、並びにアクリル酸、及びポリアクリル酸又はポリアクリルアミドなどのその誘導体）から形成される。特に、豊富な原材料供給源と生体適合性に優れるという利点から、生物医学的分野における天然ポリマーヒドロゲルの応用は、産業界及び学界における研究の焦点となっている。

【0004】

ＨＡは、卓越した親水性と保水性を有することに加え、軟骨組織、体液、又は上皮組織中に広く存在し、それにより、卓越した生体適合性を有する。したがって、ＨＡは、天然ポリマーヒドロゲルの原材料として極めて好適である。しかし、ＨＡの高い粘度特性により、ＨＡの型への射出及び均一な充填は困難であることから、種々の要求に適合する特異な形状に成形できない。更に、ＨＡは水に素早く溶解するという特性を有することから、ＨＡによって形成されたヒドロゲルは、不安定で容易に溶解し、その機械的特性は現実の要求に適合せず、これは生物学的分野における応用性を制限する。

【0005】

上記のＨＡの欠点に対して、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）とＨＡとを混合し、その後ヒドロゲルを形成するという技術的手段が開発されている。具体的には、ＰＥＧＤＡの光架橋特性を用いて三次元ネットワークを有する架橋構造を形成し、これがヒドロゲルの主構造として機能して、ＨＡの水溶解度を制限でき、それによってヒドロゲルの機械的強度及び安定性を改善する。しかし、実用的応用における機械的特性に対する要求に適合するためには、約６キロダルトン（ｋＤａ）などの比較的高い平均分子量を有するＰＥＧＤＡを原材料として採用する必要がある。この場合、平均分子量が高いＰＥＧＤＡとＨＡとの存在は排除体積効果を生じ、この効果がＰＥＧＤＡとＨＡとの２つの間の相溶性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を低下させ、更にはＨＡを沈殿しやすくし、それによってヒドロゲルのフォローアップ用途を大きく制限する。

【0006】

したがって、ＰＥＧＤＡとＨＡとが良好な相溶性を有するようにしてＨＡ沈殿を防止するだけでなく、実用的応用における要求に適合するための改善された機械的特性も有する、ＰＥＧＤＡとＨＡとを原材料として採用したヒドロゲルの研究開発がなおも必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の従来技術における上記問題を考慮して、本発明の目的は、ＰＥＧＤＡとＨＡとを含むヒドロゲル組成物を提供することであり、原材料、すなわち、ＰＥＧＤＡ及びＨＡは、ＨＡの沈殿を防ぐ優れた相溶性を有し、これは、ヒドロゲルの形成時のフォローアップ用途に有益である；同時に、本発明のヒドロゲル組成物によって形成されたヒドロゲルは、４５０ＭＰａ超のヤング率など、改善された機械的特性を有し、これは実用的応用における要求に適合でき、その結果応用性が増大する。

【0008】

本発明の別の目的は、ヒドロゲル組成物を提供することであり、当該ヒドロゲル組成物によって形成されたヒドロゲルは、良好な膨潤能力、すなわち、素早い水吸着及び保水の特性を有する。

【0009】

本発明の更に別の目的は、ヒドロゲル組成物を提供することであり、当該ヒドロゲル組成物によって形成されたヒドロゲルは、良好な生体適合性を有することから、当該ヒドロゲルを生物医学的分野に応用できる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するため、本発明は、ヒドロゲル組成物を提供し、当該組成物は、変性ＨＡと、ＰＥＧＤＡと、水とを含み；ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、変性ＨＡの含有量は１重量パーセント（重量％）～７重量％であり、ＰＥＧＤＡの含有量は４３重量％～４９重量％であり；変性ＨＡは、ＨＡを無水メタクリル酸で変性することで得られ；ＰＥＧＤＡの平均分子量は、１ｋＤａ～１０ｋＤａである。

【0011】

無水メタクリル酸で変性したＨＡ及び平均分子量が高いＰＥＧＤＡを原材料として採用することと、加えて、変性ＨＡ及びＰＥＧＤの含有量を特定の範囲内に制御することによって、本発明のヒドロゲル組成物はＨＡ沈殿を生じない。すなわち、上記の２つの原材料が良好な相溶性を有することで、ヒドロゲル組成物は更にヒドロゲルを形成できる；同時に、本発明のヒドロゲル組成物によって形成されたヒドロゲルは、改善された機械的特性、良好な膨潤能力、及び良好な生体適合性という利点を有する。

【0012】

本発明によると、上記ＨＡは二糖類のポリマーを示し、β－１－３グルコシド結合で連結したＮ－アセチル－Ｄ－グルコサミンとＤ－グルクロン酸とを含む。ＨＡの分子式は（Ｃ_１４Ｈ_２１ＮＯ_１１）_ｎであり、ＨＡの繰り返し単位は次式（ａ）で表される。

【0013】

【化1】

式（ａ）

【0014】

本発明によると、「変性ＨＡは、ＨＡを無水メタクリル酸で変性することで得られ」という上記記載は、無水メタクリル酸がＨＡと反応した後、メタクリレート基がＨＡのヒドロキシ基に連結していることを示す。

【0015】

本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡを無水メタクリル酸で変性して変性ＨＡを得る場合、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は、１～１０であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は、１～４であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は、１～３であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は、２～３であってもよい。

【0016】

本発明のいくつかの実施形態において、変性ＨＡにおけるメタクリレート基の比率は２０％～５５％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、変性ＨＡにおけるメタクリレート基の比率は２０％～５０％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、変性ＨＡにおけるメタクリレート基の比率は２０％～４０％であってもよい。具体的には、上記「変性ＨＡにおけるメタクリレート基の比率」は、^１Ｈ－核磁気共鳴（^１Ｈ－ＮＭＲ）によって分析及び測定される。すなわち、測定されたメタクリレート基の水素原子（ケミカルシフトδは約５．５６及び６．０６であり；水素原子の数は２である）の全積分値を、測定されたＨＡの主鎖の水素原子（ケミカルシフトδは約３．０～４．５であり；水素原子の数は１０である）の全積分値で除算することで、上記「変性ＨＡにおけるメタクリレート基の比率」が得られる。

【0017】

本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、変性ＨＡの含有量は２．５重量％～７重量％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、変性ＨＡの含有量は２．５重量％～５重量％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、変性ＨＡの含有量は４重量％～６重量％であってもよい。

【0018】

本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、ＰＥＧＤＡの含有量は４３重量％～４７．５重量％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、ＰＥＧＤＡの含有量は４５重量％～４７．５重量％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、ＰＥＧＤＡの含有量は４４重量％～４６重量％であってもよい。

【0019】

本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、水の含有量は４０重量％～６０重量％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、水の含有量は４４重量％～５６重量％であってもよい。

【0020】

本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、変性ＨＡの含有量は２．５重量％～５重量％であってもよく、ＰＥＧＤＡの含有量は４５重量％～４７．５重量％であってもよく、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は１～３であってもよい。

【0021】

本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、変性ＨＡの含有量は４重量％～６重量％であってもよく、ＰＥＧＤＡの含有量は４４重量％～４６重量％であってもよく、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は１～３であってもよい。

【0022】

本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、変性ＨＡの含有量は４重量％～６重量％であってもよく、ＰＥＧＤＡの含有量は４４重量％～４６重量％であってもよく、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は２～３であってもよい。

【0023】

本発明のいくつかの実施形態において、ＰＥＧＤＡの平均分子量は４ｋＤａ～８ｋＤａであってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ＰＥＧＤＡの平均分子量は５ｋＤａ～７ｋＤａであってもよい。

【0024】

本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの平均分子量は１ｋＤａ～２００ｋＤａであってもよい。

【0025】

本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの平均分子量は１ｋＤａ～１００ｋＤａであってもよい。

【0026】

好ましくは、ヒドロゲル組成物は、光開始剤を更に含んでもよい。光開始剤は、光曝露後にモノマー重合、架橋、及び硬化を示す化合物であってもよい。例えば、光開始剤は、限定するものではないが、フェニル－２，４，６－トリメチルベンゾイルホスフィン酸リチウム（ＬＡＰ）、２，４，６－トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ＴＰＯの名称もある）、２－ヒドロキシ－４’－（２－ヒドロキシエトキシ）－２－メチルプロピオフェノン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ２９５９の名称もある）、又はエオシンＹであってもよい。より好ましくは、光開始剤はＬＡＰであってもよい。

【0027】

本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、光開始剤の含有量は０．２重量％～０．８重量％であってもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ヒドロゲル組成物の全重量を基準にして、光開始剤の含有量は０．４重量％～０．６重量％であってもよい。

【0028】

更に、本発明は、ヒドロゲル組成物の製造方法も提供し、当該方法は、ステップ（ａ）：ＨＡを無水メタクリル酸で変性して変性ＨＡを得るステップ；及びステップ（ｂ）：変性ＨＡと、ＰＥＧＤＡと、水とを混合してヒドロゲル組成物を得るステップを含み、ここで、ヒドロゲル組成物の総重量を基準として、変性ＨＡの含有量は１重量％～７重量％であり、ＰＥＧＤＡの含有量は４３重量％～４９重量％であり；ＰＥＧＤＡの平均分子量は、１ｋＤａ～１０ｋＤａである。

【0029】

ＨＡを無水メタクリル酸で変性して変性ＨＡを予め得ることと、次いで、変性ＨＡと平均分子量が高いＰＥＧＤＡを原材料として混合すること、加えて、変性ＨＡ及びＰＥＧＤの含有量を特定の範囲内に制御することによって、調製されたヒドロゲル組成物はＨＡ沈殿を生じない、すなわち、原材料が良好な相溶性を有し、その結果、ヒドロゲル組成物は更にヒドロゲルを形成でき、同時に、ヒドロゲルは、改善された機械的特性、良好な膨潤能力、及び良好な生体適合性という利点を有する。

【0030】

本発明のいくつかの実施形態では、ステップ（ａ）において、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は１～１０であってもよく；本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は１～４であってもよく；本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は１～３であってもよく；本発明のいくつかの実施形態において、ＨＡの繰り返し単位のモル数に対する上記無水メタクリル酸のモル数の比は２～３であってもよい。

【0031】

好ましくは、ステップ（ａ）において、ＨＡを無水メタクリル酸で変性するとき、反応時間は２０時間～３０時間であってもよく、反応温度は０℃～８℃であってもよい。より好ましくは、ステップ（ａ）において、ＨＡを無水メタクリル酸で変性するとき、反応時間は２０時間～３０時間であってもよく、反応温度は０℃～５℃であってもよい。

【0032】

更に、本発明は、上記の本発明のヒドロゲル組成物から形成されたヒドロゲルも提供する。本発明のヒドロゲルは、改善された機械的特性、良好な膨潤能力、及び良好な生体適合性という利点を有し、その結果、ヒドロゲルを、種々の分野、特に生物医学的分野において、広く応用できる。

【0033】

好ましくは、ヒドロゲルは４５０ＭＰａ超のヤング率を有する。より好ましくは、ヒドロゲルは４５０ＭＰａを超え７００ＭＰａ以下のヤング率を有する。更により好ましくは、ヒドロゲルは４８０ＭＰａ以上且つ７００ＭＰａ以下のヤング率を有する。

【0034】

好ましくは、ヒドロゲルの極限引張強度は（ＵＴＳ）は１３ＭＰａ超である。より好ましくは、ヒドロゲルの極限引張強度は１３ＭＰａを超え１８ＭＰａ以下である。更により好ましくは、ヒドロゲルの極限引張強度は１５ＭＰａ以上且つ１８ＭＰａ以下である。更により好ましくは、ヒドロゲルの極限引張強度は１７ＭＰａ以上且つ１８ＭＰａ以下である。

【0035】

本明細書において、「下端値～上端値」で表される範囲は、特記のない限り、その範囲が下端値以上且つ上端値以下であることを示す。例えば、「含有量は１重量％～７重量％である」は、含有量が「１重量％以上且つ７重量％以下」であることを示す。

【0036】

本開示のその他の目的、利点及び新規特徴は、添付の図面と併用したときに、以下の詳細な説明から、より明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】調製実施例４の変性ＨＡの^１Ｈ－ＮＭＲの結果である。

【図2】実施例３Ａのヒドロゲルの細胞生存率試験の結果である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

以後、実施形態の数種の調製方法を例示して、本発明の実施を説明する。当業者は、本明細書の内容に従って、本発明の利点及び効果を容易に実現できる。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明を実施又は適用するために様々な修正及び変形を行うことができる。

【0039】

試薬の説明
１．ＨＡ：キユーピー株式会社から購入；平均分子量は約７ｋＤａ
２．ＰＥＧＤＡ：Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入；平均分子量は約６ｋＤａ
３．無水メタクリル酸：Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入
４．ＬＡＰ：Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈから購入
５．Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）：Ｄｕｋｓａｎ Ｐｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から購入

【0040】

調製実施例１～４（ＰＥ１～ＰＥ４）：変性ＨＡ
０．５モルのＨＡと約１０ミリリットル（ｍＬ）の脱イオン水とを二口丸底フラスコに入れた後、４℃の環境に終夜置き、ＨＡを脱イオン水に完全に溶解させた。次に、約６．７ｍＬのＤＭＡＣを上記二口丸底フラスコに加えた。その後、下の表１に記載の無水メタクリル酸のモル数と、ＨＡの繰り返し単位のモル数との比の違いに応じて、適量の無水メタクリル酸を上記二口丸底フラスコに加え、その後、この溶液を均一に混合した。次に、０．５モル濃度（Ｍ）のＮａＯＨを上記混合溶液に滴定のために加え、混合溶液のｐＨ値を約８～９の範囲内に４時間制御した。次いで、上記混合溶液を４℃環境に置き、反応を約２０時間連続的に撹拌した。

【0041】

反応完了後、適量の塩化ナトリウムを溶液に添加して、その濃度を０．５Ｍとした。次に、溶液を体積比１：９でエタノールと混合して沈殿を生じさせた。次いで、沈殿をエタノールですすいで未反応物を除去し、沈殿を脱イオン水に溶解して粗生成物を得た。次に、粗生成物を脱イオン水中で３日間透析して精製し、その後、凍結乾燥して調製実施例１～４の変性ＨＡを得た。

【0042】

【表1】

【0043】

更に、メタクリレート基がＰＥ１～ＰＥ４の変性ＨＡに含まれていることを確認するため、説明のための一例として、ＰＥ４の変性ＨＡを^１Ｈ－ＮＭＲ分光計（製造業者：Ｖａｒｉａｎ，Ｉｎｃ．；型式：ＶＮＭＲＳ ７００ＭＨｚ）で分析した。ＰＥ４の変性ＨＡの^１Ｈ－ＮＭＲの結果を図１に示す。用いたｄ－溶媒はＤ_２Ｏであった。図１によると、約１．８６ｐｐｍ（すなわち、図１の標識ｂ）、並びに５．５６ｐｐｍ及び６．０６ｐｐｍ（すなわち、図１の標識ｆ）における明らかなケミカルシフトのピークは、メタクリレート基がＨＡの構造に実際に連結していることを立証でき、変性ＨＡの化学構造は、次式（ｂ）で表された。更に、メタクリレート基の水素分子の全積分値とＨＡの主鎖の水素原子の全積分値との間の比を計算することで、ＰＥ４の変性ＨＡにおけるメタクリレート基の比率が約５４．１％であるという結果が得られた。

【0044】

【化2】

式（ｂ）

【0045】

実施例１～５（Ｅ１～Ｅ５）：ヒドロゲル組成物
下の表２に記載の組成及び含有量に従い、適量のＰＥ１～ＰＥ４の変性ＨＡ、ＰＥＧＤＡ及び脱イオン水を用意し、次いで均一に混合して、実施例１～５のヒドロゲル組成物を得た。

【0046】

比較例１（ＣＥ１）：ＰＥＧＤＡ溶液
下の表２に従い、適量のＰＥＧＤＡ及び脱イオン水を均一に混合して、比較例１のＰＥＧＤＡ溶液を得た。ＰＥＧＤＡ溶液の全重量を基準にして、ＰＥＧＤＡの含有量は５０重量％であり、残りは脱イオン水であった。

【0047】

比較例２（ＣＥ２）：ＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液
下の表２に従い、適量のＨＡ（未変性ＨＡ）、ＰＥＧＤＡ及び脱イオン水を均一に混合して、比較例２のＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液を得た。ＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液の全重量を基準にして、ＨＡの含有量は５重量％であり、ＰＥＧＤＡの含有量は４５重量％であり、残りは脱イオン水であった。

【0048】

比較例３及び４（ＣＥ３及びＣＥ４）：ヒドロゲル組成物
下の表２に記載の組成及び含有量に従い、適量のＰＥ２の変性ＨＡ、ＰＥＧＤＡ及び脱イオン水を用意し、次いで均一に混合して、比較例３及び４のヒドロゲル組成物を得た。比較例３及び４のヒドロゲル組成物と、実施例１～５のヒドロゲル組成物との間の主な違いは、変性ＨＡ及びＰＥＧＤＡの含有量が異なることであった。

【0049】

【表2】

【0050】

分析１：原材料の相溶性の評価
Ｅ２～Ｅ５のヒドロゲル組成物及びＣＥ２のＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液を、この分析に用いた。具体的には、同量のＥ２～Ｅ５のヒドロゲル組成物とＣＥ２のＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液とを採用し、それぞれ、同条件で異なる容器に入れた。

【0051】

次に、各群の透明度を裸眼で観察した結果、明らかな沈殿、すなわち、ＨＡ沈殿がＣＥ２のＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液で観察された。すなわち、ＣＥ２のＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液は、明らかに原材料の相溶性が低かった。他方、Ｅ２～Ｅ５のヒドロゲル組成物では明らかな沈殿は認められなかった。これはＥ２～Ｅ５のヒドロゲル組成物は全て、原材料の相溶性が良好であったことを示す。更に、Ｅ５のヒドロゲル組成物は透明性に最も優れ、したがって原材料の相溶性が最も優れていた。

【0052】

結果として、ＨＡとＰＥＧＤＡとの直接混合がＨＡ沈殿を生じるという従来技術の問題とは異なり、本発明のヒドロゲル組成物は、無水メタクリル酸で変性されたＨＡを採用し、次いでＰＥＧＤＡと混合することで、原材料の相溶性が増強され、ＰＥＧＤＡ中でのＨＡ沈殿の問題が解決された。

【0053】

実施例１Ａ～５Ａ（Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａ）：ヒドロゲル
実施例１Ａ～５Ａは、それぞれＥ１～Ｅ５のヒドロゲル組成物を採用し、次いで、光開始剤として、ＬＡＰを、含有量が約０．５重量％に達するように適量加えた。次に、各群のヒドロゲル組成物を型に入れ、紫外線（光源は、波長３９０ナノメートル（ｎｍ）のＬＥＤであり、光出力は約５ワットであった）に約３０秒間曝露して、ヒドロゲル組成物に架橋反応とその後の硬化を起こさせて、実施例１Ａ～５Ａのヒドロゲルを得た。

【0054】

比較例１Ａ～４Ａ（ＣＥ１Ａ～ＣＥ４Ａ）：ヒドロゲル
比較例１Ａ～４Ａの製造工程は、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａの工程とほぼ同じであった。主な違いは、比較例１Ａ～４Ａはそれぞれ、ＣＥ１のＰＥＧＤＡ溶液、ＣＥ２のＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液、ＣＥ３及びＣＥ４のヒドロゲル組成物を採用したことであった。その後の製造工程は、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａの工程と同じであり、比較例１Ａ～４Ａのヒドロゲルを得た。

【0055】

分析２：機械的特性の評価
Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａ及びＣＥ１Ａ～ＣＥ４Ａのヒドロゲルを、この分析に用いた。具体的には、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａ及びＣＥ１Ａ～ＣＥ４Ａのヒドロゲルを長さ約３０ミリメートル（ｍｍ）、幅約３ｍｍ、高さ約０．５ｍｍの試料に切断した。次に、各試料をＥｌｅｃｔｒｏＦｏｒｃｅ（登録商標）３２００ Ｓｅｒｉｅｓ ＩＩＩ機械的特性試験機に載せ、２２５ニュートン（Ｎ）のロードセル及び０．０８ミリメートル／分（ｍｍ／分）の延伸速度という条件を試験に選択した。次いで、各群のヤング率及び極限引張強度の結果を得て、下の表３に記載した。ヤング率は、応力－ひずみ曲線の線形弾性部分の傾きを計算することで得た。これは、力を加えた後の物体の変形し難さを示す。簡単に述べると、ヤング率が高いほど、力を加えた後に物体が変形し難い。極限引張強度は、物体が破断まで伸張されたときに測定された力であった。

【0056】

【表3】

【0057】

上記表３の結果に従い、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルのヤング率は４５０ＭＰａ超であった。更に、ＰＥＧＤＡ溶液から形成されたＣＥ１Ａのヒドロゲル、又はＨＡ／ＰＥＧＤＡ溶液から形成されたＣＥ２Ａのヒドロゲルと比較した場合、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルは明らかに高いヤング率を有した。すなわち、本発明は、無水メタクリル酸で変性したＨＡを採用し、次いでＰＥＧＤＡと混合してヒドロゲルを形成することから、ヒドロゲルは、実際にはより優れた機械的強度を有する。

【0058】

ＣＥ３Ａ及びＣＥ４Ａの結果と更に比較すると、ＣＥ３Ａ及びＣＥ４Ａのヒドロゲルも無水メタクリル酸で変性したＨＡを採用し、次いでＰＥＧＤＡと混合したが、ＣＥ３Ａのヒドロゲルについては、変性ＨＡの含有量は１０重量％であり、ＰＥＧＤＡの含有量は４０重量％であり；ＣＥ４Ａのヒドロゲルについては、変性ＨＡの含有量は１５重量％であり、ＰＥＧＤＡの含有量は３５重量％であった。すなわち、ＣＥ３Ａ及びＣＥ４Ａの原材料の含有量は、本発明で主張されている特定の範囲に適合していなかった。したがって、ＣＥ３Ａのヒドロゲルのヤング率はわずか３７８．７９ＭＰａであり、ＣＥ４Ａのヒドロゲルのヤング率はわずか７４．３９ＭＰａであり、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルのヤング率よりも明らかに悪かった。

【0059】

更に、極限引張強度の結果については、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルは全て１３ＭＰａ超であり、Ｅ１Ａ～Ｅ５ＡのヒドロゲルはＣＥ１Ａに近い、又は上回りさえする極限引張強度を有した。更に、ＣＥ２Ａ～ＣＥ４Ａと比較したときに、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルの方が明らかに高い極限引張強度を有した。

【0060】

従って、本発明は、無水メタクリル酸で変性したＨＡとＰＥＧＤＡとを原材料として採用し、更には上記原材料の含有量を特定の範囲内に制御することから、本発明のヒドロゲルは、実際により良好なヤング率の結果と、近い又はより優れる極限引張強度の結果とを有した。すなわち、本発明のヒドロゲルは、実際に、改善された機械的特性を有した。

【0061】

分析３：膨潤能力の評価
Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルをこの分析に用いた。具体的には、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルを、直径約１５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍの円柱形試料に切断した。次に、試料を５ｍＬの脱イオン水に浸漬し、試料を脱イオン水に３０秒、３分、５分、１０分、１５分、２０分、３０分及び６０分浸漬したときに、試料の重量を測定した。その後、異なる浸漬時間で測定した試料重量を、水に浸漬する前の試料重量と比較し、異なる時間にわたって水に浸漬した後の各群の膨潤率を得て、それを用いて各群のヒドロゲルの膨潤能力を評価した。異なる群について、異なる時間にわたって水に浸漬した後の膨潤率の結果を、下の表４に記載した。膨潤率は、次式によって得た：［（水浸漬後の試料重量－水浸漬前の試料重量）／水浸漬前の試料重量×１００％］

【0062】

【表4】

【0063】

上記表４の記載の結果によると、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルは全て、約５分の水浸漬後に２００％超の膨潤率を有した。加えて、更に長い時間（約１０分～６０分）水に浸漬したとき、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルはなおも２００％超の膨潤率を維持し、その膨潤率は、ほぼ固定値であった。これは、Ｅ１Ａ～Ｅ５Ａのヒドロゲルが、急速な水吸着と長時間の保水という特性を有することを示した。従って、本発明のヒドロゲルは、実際に良好な膨潤能力を有した。

【0064】

分析４：生体適合性の評価
Ｅ３Ａのヒドロゲルをこの分析に採用し、ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅの試薬を細胞生存率の試験に使用して、生体適合性を評価した。具体的には、Ｅ３Ａのヒドロゲルを脱イオン水に浸漬して、その膨潤率を固定値に到達させた後、直径約６ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍの円柱形試料に切断した。次に、滅菌のため、試料を濃度３０％のエタノールに浸漬した後、紫外線環境下に置いた。その後、試料を取り出してリン酸塩緩衝液で洗浄し、次いで９６ウェルの細胞培養皿に入れた後、２００マイクロリットル（μＬ）のＨａｍ’ｓ Ｆ１２培地を添加した。同時に、ＨＩＧ－８２細胞（ウサギの膝関節の滑膜から単離した細胞）を約５×１０^４ｃｅｌｌ／ｍＬの細胞濃度で別の９６ウェル細胞培養皿に入れ、次いで約５％ＣＯ_２の環境中、約３７℃で１日培養した。次いで、Ｈａｍ’ｓ Ｆ１２培地に浸漬した試料を取り出した後、ＨＩＧ－８２細胞を培養した９６ウェル細胞培養皿に添加し、その後１日培養した。

【0065】

上記培養の完了後、Ｈａｍ’ｓ Ｆ１２培地を９６ウェル細胞培養皿から除去し、次いで１００μＬのＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ溶液（体積比１：９でＨａｍ‘ｓ Ｆ１２と混合したＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ試薬）を添加し、次いで約５％ＣＯ_２の環境中、約３７℃で１．５時間培養した。次に、ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ溶液を取り出して固相酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）リーダー（製造業者：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ；型式：ＳｐｅｃｔｒａＭａｘ Ｍ２）で分析して、波長５７０ｎｍ及び６００ｎｍにおける吸光度を測定して、ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅの還元率を計算した。ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅの還元率が高いほど、細胞生存率が高く、試料の生体適合性も優れる。Ｅ３Ａの結果を図２に示す；ここで、いかなる処理も行わないＨＩＧ－８２細胞を対照群として設定し、各群は５回の反復実験の結果であった。ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅの還元率は次式によって得た。式中、試験群は試料を用いて処理した上記の群を表し、対照群、及び陰性群は、上記と同じ実験工程を経たがＨＩＧ－８２細胞を含有しなかった群を表す。

【0066】

Ｃ_ＲＥＤ：還元型ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ（赤）の濃度
Ｃ_ＯＸ：酸化型ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ（青）の濃度
ε_ＯＸλ_５７０：波長５７０ｎｍにおける酸化型ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅのモル吸光係数
ε_ＯＸλ_６００：波長６００ｎｍにおける酸化型ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅのモル吸光係数
ε_ＲＥＤλ_５７０：波長５７０ｎｍにおける還元型ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅのモル吸光係数
ε_ＲＥＤλ_６００：波長６００ｎｍにおける還元型ＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅのモル吸光係数
Ａ：試験群（培地、試料、細胞及びＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ試薬を含有）の吸光度
Ａ’：陰性対照（培地、試料、及びＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅ試薬を含有）の吸光度

【0067】

図２によると、Ｅ３Ａ及び対照群のＰｒｅｓｔｏＢｌｕｅの還元率はほぼ同じであった。これはＥ３Ａと対照群の細胞生存率がほぼ同じであったことを示す。すなわち、Ｅ３Ａのヒドロゲルは、細胞に対して毒性、感染性、又は細胞を刺激して炎症させて細胞死を引き起こす物質を放出しなかった。したがって、本発明のヒドロゲルは、実際に良好な生体適合性を有した。

【0068】

要約すると、本発明は、変性ＨＡと、平均分子量が高いＰＥＧＤＡとを原材料として採用し、原材料の含有量を制御することで、原材料の相溶性に優れるヒドロゲル組成物を得ることができる。同時に、ヒドロゲル組成物がヒドロゲルを形成した後、ヒドロゲルは、良好な機械的特性、良好な膨潤能力、及び良好な生体適合性を同時に有し、その結果、ヒドロゲルを、特に生物医学的分野などの多数の分野に応用でき、それにより、高い開発の可能性と価値を有する。

【0069】

これまで、本発明の多数の特徴及び利点を、本発明の構造及び特徴の詳細と合せて説明してきたが、本開示は例証にすぎない。詳細、特に形状、サイズ、及び部品の配置の事項において、本付の特許請求の範囲が表現される、用語の幅広い一般的な意味によって示される十分な範囲まで、本発明の原理の範囲内で変更が加えられてもよい。

【図1】

【図2】