View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
防汚機能を有する 生体適合性複合高分子材料
九州大学
大学院工学研究院
応用化学部門教授
田中敬二・准教授
松野寿生
山形大学
大学院理工学研究科
バイオ化学工学専攻教授
田中
賢
1
九州大学, 2012
研究背景
現状では、血液適合性表面設計の一般論は確立されていない。
ミクロ相分離表面 超親水性表面 生体膜類似表面
PS-PHEMA共重合体
血液適合性高分子表面
PMPCPEG修飾
Okano (1981) Nakabayashi (1992)Han (1989)
2
九州大学, 2012
研究背景ポリ(アクリル酸2-メトキシエチル)(PMEA)
CH2 CH
C
O
O
CH2
n
O2 CH3
血清成分
PMEA
人工心肺コーティング剤血清成分の吸着抑制能
有機溶媒易溶性
非水溶性
透明性
粘着性
3
九州大学, 2012
問題点
PMEAは室温でゴム状態にあるため、固体基板上に製膜すると「はじき現象」により形態を保持できない。
各種表面解析に適する薄膜の作製が困難なため、表面の構造・物性が明らかになっていない。
PMEA表面の構造・物性と血液適合性発現機構の関係は未解明。
PMEA単独ではマイクロメートルオーダーの厚膜しか作製できない。
100 μm/div
PMEA膜
基板
4
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術表面偏析に基づく安定なPMEA表面作製技術の開発
CH2 C
C
O
O
CH3
n
CH3
PMMAPMEA
+CH2 CH
C
O
O
CH2
n
O2 CH3
熱処理
ブレンド膜
基板
PMEA表面
室温でガラス状態
安定な膜形態の維持
PMEAを、室温でガラス状態であり膜形態の維持が容易な PMMAと混合し、さらに熱処理することで安定なPMEA表面
を作製した。
5
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術
0 20 40 60 80 100200
450
400
Bulk PMEA fraction / vol%
Tem
pera
ture
/ K
350
300
250 50 wt%
353 K相溶領域
(ゴム状態)
相分離領域
(PMEA/PMMA)ブレンドの相図
: ブレンドの相分離温度(Flory-Huggins式)
: ブレンドのガラス転移温度(Tg )(Fox式)
相溶領域(ガラス状態)
PMEA/PMMA
基板
(PMEA/PMMA 50/50)ブレンド膜表面形態
100.0
0.0
Hei
ght /
nm
20 μm
自 乗 平 均 面 粗
さRMS2.6 nm
最表面におけるPMEA体積分率
φsPMEA (0) = 100 vol%(角度依存X線光電子分光測定)
PMEA表面
(原子間力顕微鏡(AFM)観察)
T. Hirata, H. Matsuno, M. Tanaka, and K. Tanaka, Phys. Chem. Chem. Phys., 13, 4928 (2011).
6
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術
Bulk PMEA fraction / wt%
100
20
40
60
80
01000 20 40 60 80
1. Before annealing2. After annealing
12
Surf
ace
PMEA
fra
ctio
n / w
t%
分子量
表面張力
<γPMEA(36.7 mN·m-1)
γPMMA(42.2 mN·m-1)
Mn,PMEA(26k)
< Mn,PMMA(85k)
: PMEAannealing
(PMEA/PMMA)ブレンドの表面組成（熱処理温度＠曇点以上）
分析深さ 7 nm
7
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術
Depth / nm
PMEA
fra
ctio
n / w
t%
100
20
40
60
80
0100 2 4 6 8
2
1
PMEA表面分率の深さ依存性
(50/50)
(10/90)
(PMEA/PMMA)
(PMEA/PMMA)ブレンド膜（熱処理温度＠曇点以上）
形状像
PMEAリッチ相
オーバーレイヤー（非相溶）
位相像
20 μm
150
100
50
20 μm
0 4020 60 800
Distance / μm
断面プロファイル
PMEA/PMMA = 50/50
熱処理により、PMEAが表面濃縮した。
8
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術
Depth / nm
100
60
70
80
90
50100 2 4 6 8
φsPM
EA(z
) / %
1. 6 h2. 12 h
(PMEA/PMMA)ブレンド膜（熱処理温度＠Tg 以上曇点以下）
20 μm 20 μm
20
0 4020 60 800
10
Hei
ght /
nm
Distance / μm
形状像 位相像
断面プロファイル
熱処理時間
PMEA/PMMA = 50/50
熱処理条件の最適化により、平坦なPMEA表面が形成した。
PMEA濃縮層
（相溶）
9
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術
表面形態は水環境下においても安定であった。
PMEA/PMMA (50/50 wt/wt)水中浸漬1 h後 水中浸漬24 h後
1 μm 1 μm
4
0
3
2
1Hei
ght /
nm
0 32 4 5Distance / μm
1
4.0
0.0
Hei
ght /
nm
10.0
-10.0
Phas
e/ d
eg.
RMS = 0.33 ± 0.01 nm
1 μm
4
0
3
2
1Hei
ght /
nm
0 32 4 5Distance / μm
1
4.0
0.0
Hei
ght /
nm
10.0
-10.0
Phas
e/ d
eg.
1 μm 1 μm
RMS = 0.36 ± 0.01 nm
(PMEA/PMMA)ブレンド膜の水中安定性
10
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術10
気泡接触 気泡が非接触
試料
シリンジ
10
表面凝集構造の水中浸漬時間依存性
θ
water
air
sample
0 4 16Time / hour
8 12
θ/ d
eg.
48
46
45
43
44
47
54
52
51
49
50
0 4 16Time / hour
8 12
53
θ/ d
eg.
69
67
66
64
65
0 4 16Time / hour
8 12
68
θ/ d
eg.
PMMA PMMAPMEA
PMEA/PMMAPMEA/PMMA
(10/90)ブレンド膜
(50/50)ブレンド膜ホモポリマー膜
積層膜(ホモポリマー膜)
0 4 16Time / hour
8 12
θ/ d
eg.
40
38
37
35
36
39
11
九州大学, 2012
新技術の基となる研究成果・技術
38.7 °52.5 °46.0 °68.0 °
11
PMEAはPMMAより安定な水界面
を構築することが可能
水界面自由エネルギー(γ1-2 )
> γPMEA-water(1.1 mJ·m-2)
γPMMA-water(17.4 mJ·m-2)水中における静的接触角測定より算出プローブ: 空気(気泡)，n-ヘプタン
0 4 16Time / hour
8 12
θ/ d
eg.
48
46
45
43
44
47
54
52
51
49
50
0 4 16Time / hour
8 12
53
θ/ d
eg.
0 4 16Time / hour
8 12
θ/ d
eg.
40
38
37
35
36
39
69
67
66
64
65
0 4 16Time / hour
8 12
68
θ/ d
eg.
PMMA PMMAPMEA
PMEA/PMMAPMEA/PMMA
(10/90)ブレンド膜
(50/50)ブレンド膜ホモポリマー膜
積層膜(ホモポリマー膜)
PMMA blend(10/90)
PMEAblend(50/50)
35
30
25
20
15
10
5
0
Num
ber P
LT(c
ells
/ 10
4μ
m2 )
0 h8 h
16 h24 h
12
九州大学, 2012
2. 血小板粘着1. プレ水中浸漬
water
sample
platelet
sample
浸漬時間: 0, 8, 16, 24 h
血小板粘着数
PMEA多成分膜では、プレ水中浸漬時間を長くすることで、
血小板粘着数を低下させることができた。
ブレンド膜は、PMEAホモポリマー表面と同等もしくはそれ以上
の血小板粘着抑制能を示した。
新技術の基となる研究成果・技術
血小板粘着試験
13
九州大学, 2012
従来技術とその問題点
PMEAは、既に人工心肺等のコーティング 剤として実用化されているが・・・
コーティング特性が低い
血液適合性の発現機構が不明
等の問題がある。
14
九州大学, 2012
新技術の特徴・従来技術との比較
従来技術の問題点であった、コーティング特性の改良に成功した。
PMEA単独でのコーティングより血小板粘着
抑制能が向上した。
本技術の適用により、PMEA使用量の低減が図れるため、コーティングコストが1/2～1/3程度まで削減されることが期待される。
15
九州大学, 2012
想定される用途
防汚機能を有するコーティング剤
医用器具
（人工血管・人工心肺・透析膜 etc）
建築材
（医療施設、水道設備）
船底塗料
16
九州大学, 2012
想定される業界
利用者・対象
医療器具メーカー
国内市場規模
生体適合性材料
（ゼラチン、抗血栓性コーティング）
2010年 11.9億円
2020年予測
9.9億億円
17
九州大学, 2012
実用化に向けた課題
PMMA以外のアルキルアクリレート、ポ
リエステル等、他の高分子とのブレンド
膜についてデータを取得し、適用可能な
高分子の種類の拡大を図る。
18
九州大学, 2012
本技術に関する知的財産権
発明の名称：
生体適合性材料、医療用具
及び医療用具の使用方法
出願番号
：
特願2011-270727
出願人 ：
九州大学、山形大学
発明者 ：
田中敬二、田中
賢、他2名
19
九州大学, 2012
産学連携の経歴（田中敬二）
2006年-2009年
NEDO産業技術研究助成
過去3年間：50件の共同研究・技術指導を実施
20
九州大学, 2012
お問い合わせ先
九州大学知的財産本部
技術移転グループ
ＴＥＬ
092－642 －4361
ＦＡＸ
092－642 －4365
transfer@imaq.kyushu-u.ac.jp
Recommended