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液晶構造を有するゲルの製造方法及びこの方法で製造された液晶構造を有するゲル 新技術説明会

国内特許コード P09S000313
整理番号 IP17-074
掲載日 2010年1月29日
出願番号 特願2008-507461
登録番号 特許第5103630号
出願日 平成19年3月23日(2007.3.23)
登録日 平成24年10月12日(2012.10.12)
国際出願番号 JP2007055957
国際公開番号 WO2007111232
国際出願日 平成19年3月23日(2007.3.23)
国際公開日 平成19年10月4日(2007.10.4)
優先権データ
  • 特願2006-083289 (2006.3.24) JP
発明者
  • 土橋 敏明
  • 山本 隆夫
  • 古澤 和也
出願人
  • 国立大学法人群馬大学
発明の名称 液晶構造を有するゲルの製造方法及びこの方法で製造された液晶構造を有するゲル 新技術説明会
発明の概要

水溶性高分子自体がゲル化機能と液晶形成機能を併せ持ち、光学特性のある種々の水溶性高分子を主成分とする水に不溶な液晶ゲルを製造する。
先ず水又は塩を含む水溶液に水溶性高分子を溶解して高分子溶解液を調製する。次にこの高分子溶解液を化学架橋剤を含む水溶液中で透析し、これにより、水溶性高分子を主成分とする、液晶構造を有するゲルを得る。上記水溶性高分子は、水溶性生体高分子とこの水溶性生体高分子の誘導体と水溶性合成高分子とからなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子である。また水溶性生体高分子は核酸、多糖類、タンパク質、変性タンパク質及びポリアミノ酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、水溶性合成高分子はポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸及びポリスチレンスルホン酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子である。

従来技術、競合技術の概要
【0002】
DNA(deoxyribonucleic acid; デオキシリボ核酸)が二重らせん構造を持つことは周知である。水溶液中のDNAは約1.5Åごとにマイナス電荷を持つ持続長約500Åの電解質高分子に分類される。またDNAの2重らせん構造における塩基対層及び大きな溝(major groove)には平面化学構造を持つ芳香族化合物の選択的吸着性があることが知られている。
【0003】
従来、支持体上の水溶性DNA(例えば、サケの精巣由来のDNA)の水溶液若しくはその液膜、又は支持体上の水溶性DNAの薄層、或いは支持体上の水溶性DNAの溶液の液膜の濃縮ないし乾固により得られた薄層に、波長が250~270nmの範囲の紫外線を照射することにより、支持体に水溶性DNAの水不溶性架橋重合体を固定する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この方法によれば、紫外線によりサケの精巣由来のDNAに架橋反応を起こさせて水に対して不溶化し、この不溶化技術により平面化学構造を持つ芳香族化合物よりなる発がん物質及び環境ホルモンを吸着することができる。
【0004】
一方、本出願人は、カードランやDNAなどの高分子水溶液を金属カチオン水溶液中に透析して液晶ゲルを製造する液晶ゲルの製造方法を特許出願した(特願2004-249638、国際特許出願PCT/JP2005/015395参照。)。これらの透析を用いて製造された液晶ゲルのうち、特にカードランからなる液晶ゲルは、その特徴的な液晶構造を利用した光学部品や、薬物担体への応用が期待されている。またDNAからなる液晶ゲルはDNAの持つ環境汚染物質吸着機能を利用した環境浄化材料への応用が期待されている。
[0005]
特許文献1:特開2001-81098(特許請求の範囲、[0019][0022])
発明の開示
発明が解決しようとする課題
[0006]
しかし、上記従来の特許文献1に記載された紫外線照射による水不溶性DNA架橋体の製造方法では、紫外線を用いてDNAを架橋反応させるために、DNAに長時間紫外線を照射する必要があり、大量生産に適しない問題点があった。またこの方法は、本発明のような光学特性のある高分子自体がゲル化機能と液晶形成機能を併せ持つように液晶ゲルを製造するものではない。
[0007]
また、本出願人の出願した上記液晶ゲルの製造方法では、金属イオンと高分子の間のクーロン力や水素結合などの物理結合に起因する物理ゲルであると考えられるため、水中に長期間保持すると、金属イオンの溶出によって、弾性率や複屈折などの物性が低下するおそれがある。
[0008]
本発明の第1の目的は、水溶性高分子自体がゲル化機能と液晶形成機能を併せ持ち、光学特性のある種々の水溶性高分子を主成分とする水に不溶な液晶ゲルの製造方法及びその液晶ゲルを提供することにある。
[0009]
本発明の第2の目的は、高分子溶解液を、化学架橋剤を含む水溶液中に透析又は浸漬することにより、外部環境に対して比較的安定な液晶物性及び力学物性を得ることができる液晶ゲルの製造方法及びその液晶ゲルを提供することにある。
[0010]
本発明の第3の目的は、従来の技術では成し得なかった高分子の化学架橋剤を用いた液晶ゲル化を可能とし、水溶性高分子を主成分とする液晶ゲルを安価にかつ量産可能に製造できる液晶ゲルの製造方法及びその液晶ゲルを提供することにある。
課題を解決するための手段
【0011】
請求項1に係る発明は、水又は塩を含む水溶液に水溶性高分子を溶解して水溶性高分子溶解液を調製する工程と、この高分子溶解液を化学架橋剤を含む水溶液中で透析し、これにより、水溶性高分子を主成分とする、液晶構造を有するゲルを得る工程とを含むゲルの製造方法であって、水溶性高分子が、水溶性生体高分子とこの水溶性生体高分子の誘導体と水溶性合成高分子とからなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、水溶性生体高分子が核酸、多糖類、タンパク質、変性タンパク質及びポリアミノ酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、水溶性合成高分子がポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸及びポリスチレンスルホン酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、化学架橋剤が、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、エチレングリコールジグリジシルエーテル及びエピクロロヒドリンからなる群より選ばれた1種又は2種以上であり、液晶構造を有するゲルを得る工程が、高分子溶解液を半透膜からなる透析チューブに充填して密封する工程と、所定温度に保持された第1恒温槽中において高分子溶解液が充填されたチューブを化学架橋剤を含む水溶液中に浸漬してチューブ内の高分子溶解液を透析した後に、第1恒温槽より低い温度に保持された第2恒温槽中にチューブを上記水溶液とともに移して、第2恒温槽中においてチューブ内の高分子溶解液を透析し、更にチューブを上記水溶液とともに再び第1恒温槽中に移して、第1恒温槽中においてチューブ内の高分子溶解液を透析することを繰返すことにより、チューブ長手方向に垂直な断面で観察したときに同心円状の多層構造を有する円筒状のゲルをチューブ内に形成する工程と、上記ゲルをチューブより取り出して水洗することにより、中実な円柱状又は円柱中心部をくりぬいた円筒状のゲルを得る工程とを含むことを特徴とするゲルの製造方法である。
[0012]
本発明における「液晶ゲル」とは、水溶性高分子の凝集状態が液晶であるとともにゲルであるものをいう。
【0013】
請求項に係る発明は、請求項1ないしいずれか1項に記載の方法により製造され、水溶性高分子からなる円筒状、球状、板状、フィルム状、棒状又は繊維状の液晶構造を有するゲルである。
産業上の利用分野
【0001】
本発明は、種々の高分子溶液を化学架橋剤の水溶液中に透析又は浸漬することによって、液晶構造を有するゲル(以下、「液晶ゲル」という。)を製造する方法と、この方法で製造された液晶ゲルに関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 水又は塩を含む水溶液に水溶性高分子を溶解して水溶性高分子溶解液を調製する工程と、
前記高分子溶解液を化学架橋剤を含む水溶液中で透析し、これにより、水溶性高分子を主成分とする、液晶構造を有するゲルを得る工程と
を含むゲルの製造方法であって、
前記水溶性高分子が、水溶性生体高分子とこの水溶性生体高分子の誘導体と水溶性合成高分子とからなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性生体高分子が核酸、多糖類、タンパク質、変性タンパク質及びポリアミノ酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性合成高分子がポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸及びポリスチレンスルホン酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、
前記化学架橋剤が、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、エチレングリコールジグリジシルエーテル及びエピクロロヒドリンからなる群より選ばれた1種又は2種以上であり、
前記液晶構造を有するゲルを得る工程が、
前記高分子溶解液を半透膜からなる透析チューブに充填して密封する工程と、
所定温度に保持された第1恒温槽中において前記高分子溶解液が充填されたチューブを前記化学架橋剤を含む水溶液中に浸漬して前記チューブ内の高分子溶解液を透析した後に、前記第1恒温槽より低い温度に保持された第2恒温槽中に前記チューブを前記水溶液とともに移して、前記第2恒温槽中において前記チューブ内の高分子溶解液を透析し、更に前記チューブを前記水溶液とともに再び前記第1恒温槽中に移して、前記第1恒温槽中において前記チューブ内の高分子溶解液を透析することを繰返すことにより、チューブ長手方向に垂直な断面で観察したときに同心円状の多層構造を有する円筒状のゲルを前記チューブ内に形成する工程と、
前記ゲルを前記チューブより取り出して水洗することにより、中実な円柱状又は円柱中心部をくりぬいた円筒状のゲルを得る工程と
を含むことを特徴とするゲルの製造方法。
【請求項2】 水又は塩を含む水溶液に水溶性高分子を溶解して水溶性高分子溶解液を調製する工程と、
前記高分子溶解液を化学架橋剤を含む水溶液中で透析し、これにより、水溶性高分子を主成分とする、液晶構造を有するゲルを得る工程と
を含むゲルの製造方法であって、
前記水溶性高分子が、水溶性生体高分子とこの水溶性生体高分子の誘導体と水溶性合成高分子とからなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性生体高分子が核酸、多糖類、タンパク質、変性タンパク質及びポリアミノ酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性合成高分子がポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸及びポリスチレンスルホン酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、
前記化学架橋剤が、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、エチレングリコールジグリジシルエーテル及びエピクロロヒドリンからなる群より選ばれた1種又は2種以上であり、
前記液晶構造を有するゲルを得る工程が、
所定温度に保持された第1恒温槽中において前記化学架橋剤を含む水溶液中に前記高分子溶解液をシリンジ、ノズル又はマイクロピペットにより滴下して液滴全周囲に半透膜を形成することにより球状のゲルを形成する工程と、
前記第1恒温槽より低い温度に保持された第2恒温槽中に前記球状のゲルを前記水溶液とともに移して、前記第2恒温槽中において前記球状のゲル内の高分子溶解液を透析した後に、前記球状のゲルを前記水溶液とともに再び前記第1恒温槽中に移して、前記第1恒温槽中において前記球状のゲル内の高分子溶解液を透析することを繰返すことにより、直径断面で観察したときに同心円状の多層構造を有する球状のゲルを形成する工程と
を含むことを特徴とするゲルの製造方法。
【請求項3】 水又は塩を含む水溶液に水溶性高分子を溶解して水溶性高分子溶解液を調製する工程と、
前記高分子溶解液を化学架橋剤を含む水溶液中で透析し、これにより、水溶性高分子を主成分とする、液晶構造を有するゲルを得る工程と
を含むゲルの製造方法であって、
前記水溶性高分子が、水溶性生体高分子とこの水溶性生体高分子の誘導体と水溶性合成高分子とからなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性生体高分子が核酸、多糖類、タンパク質、変性タンパク質及びポリアミノ酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性合成高分子がポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸及びポリスチレンスルホン酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、
前記化学架橋剤が、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、エチレングリコールジグリジシルエーテル及びエピクロロヒドリンからなる群より選ばれた1種又は2種以上であり、
前記液晶構造を有するゲルを得る工程が、
前記高分子溶解液を第1平板上に滴下した後、別の第2平板を被せて滴下した高分子溶解液を平坦化する工程と、
所定温度に保持された第1恒温槽中において前記第1平板及び第2平板の間に挟まれた高分子溶解液を前記化学架橋剤を含む水溶液中に浸漬して前記高分子溶解液の前記第1平板及び第2平板に被覆されない部分に半透膜を形成することにより板状又はフィルム状のゲルを形成した後に、前記第1恒温槽より低い温度に保持された第2恒温槽中に前記板状又はフィルム状のゲルを前記水溶液とともに移して、前記第2恒温槽中において前記板状又はフィルム状のゲル内の高分子溶解液を透析し、更に前記板状又はフィルム状のゲルを前記水溶液とともに再び前記第1恒温槽中に移して、前記第1恒温槽中において前記板状又はフィルム状のゲル内の高分子溶解液を透析することを繰返すことにより、板表面又はフィルム表面で観察したときに同心円状の多層構造を有し各層において中心から高分子が放射状に配向した板状又はフィルム状のゲルを前記第1平板及び第2平板の間に形成する工程と、
前記ゲルを前記第1及び第2平板より取り出して水洗することにより板状又はフィルム状のゲルを得る工程と
を含むことを特徴とするゲルの製造方法。
【請求項4】 水又は塩を含む水溶液に水溶性高分子を溶解して水溶性高分子溶解液を調製する工程と、
前記高分子溶解液を化学架橋剤を含む水溶液中で透析し、これにより、水溶性高分子を主成分とする、液晶構造を有するゲルを得る工程と
を含むゲルの製造方法であって、
前記水溶性高分子が、水溶性生体高分子とこの水溶性生体高分子の誘導体と水溶性合成高分子とからなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性生体高分子が核酸、多糖類、タンパク質、変性タンパク質及びポリアミノ酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、前記水溶性合成高分子がポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸及びポリスチレンスルホン酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の高分子であり、
前記化学架橋剤が、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、エチレングリコールジグリジシルエーテル及びエピクロロヒドリンからなる群より選ばれた1種又は2種以上であり、
前記液晶構造を有するゲルを得る工程が、
所定温度に保持された第1恒温槽中において前記高分子溶解液をシリンジ又はノズルにより前記化学架橋剤を含む水溶液中に押出して前記水溶液中で棒状又は繊維状全周囲に半透膜を形成することにより棒状又は繊維状のゲルを形成する工程と、
前記第1恒温槽より低い温度に保持された第2恒温槽中に前記棒状又は繊維状のゲルを前記水溶液とともに移して、前記第2恒温槽中において前記棒状又は繊維状のゲル内の高分子溶解液を透析した後に、前記棒状又は繊維状のゲルを前記水溶液とともに再び前記第1恒温槽中に移して、前記第1恒温槽中において前記棒状又は繊維状のゲル内の高分子溶解液を透析することを繰返すことにより、長手方向に垂直な断面で観察したときに同心円状の多層構造を有する棒状又は繊維状のゲルを形成する工程と、
前記ゲルを前記水溶液より取り出して水洗することにより、中実又は中空の棒状又は繊維状のゲルを得る工程と
を含むことを特徴とするゲルの製造方法。
【請求項5】 化学架橋剤を含む水溶液中の化学架橋剤の濃度が0.1重量%以上かつ飽和濃度以下である請求項1ないし4いずれか1項に記載のゲルの製造方法。
【請求項6】 請求項1ないし5いずれか1項に記載の方法により製造され、水溶性高分子からなる円筒状、球状、板状、フィルム状、棒状又は繊維状の液晶構造を有するゲル。
【請求項7】 タンパク質を含むとき、前記タンパク質がミオシン、ゼラチン又はコラーゲンであり、多糖類がカードラン又はキトサンであり、核酸がDNA又はRNAである請求項記載の液晶構造を有するゲル。
【請求項8】 円筒状、棒状又は繊維状に形成され、長手方向に垂直な断面で観察したときに中心から高分子が放射状に配向した請求項記載の液晶構造を有するゲル。
【請求項9】 長手方向に垂直な断面で観察したときに同心円状の多層構造を有する請求項記載の液晶構造を有するゲル。
【請求項10】 球状に形成され、直径断面で観察したときに中心から高分子が放射状に配向した請求項記載の液晶構造を有するゲル。
【請求項11】 直径断面で観察したときに同心円状の多層構造を有する請求項10記載の液晶構造を有するゲル。
【請求項12】 板状又はフィルム状に形成され、板表面又はフィルム表面で観察したときに中心から高分子が放射状に配向した請求項記載の液晶構造を有するゲル。
【請求項13】 板表面又はフィルム表面で観察したときに同心円状の多層構造を有する請求項12記載の液晶構造を有するゲル。
【請求項14】 タンパク質を含むとき、前記タンパク質がミオシン、ゼラチン又はコラーゲンであり、多糖類がカードラン又はキトサンであり、核酸がDNA又はRNAである請求項1ないし4いずれか1項に記載のゲルの製造方法。
産業区分
  • 高分子化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008507461thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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