多分岐性高分子及びその製造方法
【課題】コア−シェル型構造を有し、濃度に依存せず安定に高分子ミセル様の形態を保持することができる多分岐性高分子を提供する。
【解決手段】コアがポリエチレンイミン（ＰＥＩ）から成り、シェルがポリグリセロール（ＰＧＬ）から成る、コア−シェル型構造を有する多分岐性高分子を構成する。
【解決手段】コアがポリエチレンイミン（ＰＥＩ）から成り、シェルがポリグリセロール（ＰＧＬ）から成る、コア−シェル型構造を有する多分岐性高分子を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアとシェルとがそれぞれ異なる高分子から成るコア−シェル型構造を有する多分岐性高分子、及びこの多分岐性高分子の製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
両親媒性のブロック共重合高分子は、溶液中で自己組織化により、球状ミセル、ベシクル、ロッド状ミセル等、様々な構造を形成することが報告されている。
【０００３】
これらの自己組織化体（高分子ミセル）は、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）の薬物キャリヤー及び遺伝子治療のベクターとしての応用や、塗料、接着剤等の工業材料及び無機材料のナノスケール、メソスケールの構造体形成のテンプレートとしての利用が期待されており、精力的に研究が進められている。
【０００４】
高分子ミセルの形態のコントロールには、両親媒性共重合高分子の組成、高分子溶液の濃度、温度、溶媒の種類が、強く影響を与える（例えば、非特許文献１〜非特許文献４を参照）。
このため、多くの科学者が、種々の新しい両親媒性共重合高分子を精密な分子設計から合成し、その溶液中で高分子ミセルが形成する特殊なモルフォロジーについて、報告している（例えば、非特許文献４〜非特許文献５を参照）。
【０００５】
しかしながら、これらの両親媒性共重合高分子が形成する高分子ミセルは、溶液中で動的であるために、溶液を流体としたときに働く剪断応力及び、臨界ミセル濃度以下の高分子溶液、或いは、他の界面活性剤や塩が存在していると、そのモルフォロジーに大きな影響を受け、高分子ミセルを安定に形成しない（例えば、非特許文献６〜非特許文献７を参照）。
【０００６】
そこで、近年では、多分岐性高分子をコアに有し、線状高分子をシェルに有する、高分子一分子が、高分子ミセルと同様の構造（図２参照）を形成する、コア−シェル型マルチアーム高分子の合成が多数報告されている（例えば、非特許文献８〜非特許文献９を参照）。
【０００７】
コア−シェル型マルチアーム高分子は、コアとなる多分岐性高分子が共有結合からなるので、濃度によらずミセル様の形態をとりうる。
このため、臨界ミセル濃度が存在しない。
さらに、他の界面活性剤が存在していてもミセルの形態が変化しない、という分子構造由来の特徴を示す。
【０００８】
従って、コア−シェル型マルチアーム高分子は、従来の線状高分子ではミセルを形成できない希薄条件下でも、ミセル様の構造を形成する。
このことから、これまで線状高分子による高分子ミセルを用いていた、ＤＤＳや無機材料創製のテンプレートのみ成らず、希釈高分子溶液を用いた抽出剤や高分子触媒としての応用が検討されている（例えば、非特許文献１０を参照）。
【０００９】
【非特許文献１】Croy,S.R.;Kwon,G.S.:CurrentPharmaceutical Design,Vol.12(36),pp.4669-4684,2006
【非特許文献２】Yoshida,T.;Doi,M.;Kanaoka,S.;Aoshima,S.:J. Polym. Sci.,Part A:Polym. Chem.,43,pp.5704-5709,2005
【非特許文献３】Kimberly,L.M.;Hanadi, S.:Macromolecules,40,pp.3733-3738,2007
【非特許文献４】Bhargava,P.,Tu,Y.,Zheng,J.X.,Xiong,H.,Quirk,R.P.,Cheng,S.Z.D.:J. Am. Chem. Soc.,129,pp.1113-1121,2007
【非特許文献５】Chou,S.-H.;Tsao,H.-K.;Sheng,Y.-J.:Journal of Chemical Physics,Vol.125,194903/1-194903/6,2006
【非特許文献６】Osaka,N.;Okabe,S.;Karino,T.;Hirabaru,Y.;Aoshima,S.;Shibayama,M.:Macromolecules,39,pp.5875-5884,2006
【非特許文献７】Mitsukami,Y.;Hashidzume,A.;Yusa,S.;Morishima,Y.;Lowe,A.B.;McCormick,C.L.:Polymer,47,pp.4333-4340,2006
【非特許文献８】Adeli,M.;Haag,R.:J. Polym. Sci.:Part A:Polym. Chem.,Vol.44,pp.5740-5749,2006
【非特許文献９】Xiaoying,S.;Xiaohui,Y.;Yunhang,L.;Xinling,W.:J. Polym. Sci.:Part A:Polym. Chem.,Vol.42,pp.2356-2364,2004
【非特許文献１０】Terashima,T.;Kamigaito,M.;Baek,K.-Y.;Ando,T.;Sawamoto,M.:J. Am. Soc. Chem.,125(18),pp.5288-5289,2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これらのコア−シェル型マルチアーム高分子は、図２に示すように、シェルに当たる高分子鎖が線状高分子であるために、高濃度の高分子溶液では、分子間相互作用或いは分子鎖絡み合いによって、流動性のない物理架橋ゲルを形成する。
このように、濃度に依存せず安定に高分子ミセル様の形態を保持することは、現在までに提案された手法では困難である。
【００１１】
そこで、シェルも分岐性高分子として、ミセル間やミセルのシェル内での分子鎖絡み合いのない分岐性高分子をコア及びシェルに共に有する、コア−シェル型多分岐性高分子を合成すれば、濃度に依存せずに、ミセル様の構造を安定に形成することができると考えられる。
しかし、これまで提案されている多分岐性高分子は、逐次重合及び連鎖移動反応によって合成されたものであって、同一分子内のコアとシェルにそれぞれ組成の異なる成分を有するコア−シェル型多分岐性高分子とはなっていない。
【００１２】
また、コア−シェル型構造ではなく、同一の多分岐性高分子を内側から外側に繰り返し形成して、分子鎖絡み合いのない分岐性高分子を構成することも考えられる。
しかしながら、この構造の分岐性高分子を製造する場合には、合成反応を一段階（一層）ずつ精密に行う必要があり、合成に時間がかかるため、大量生産には不向きである。
【００１３】
上述した問題の解決のために、本発明においては、コア−シェル型構造を有し、濃度に依存せず安定に高分子ミセル様の形態を保持することができる多分岐性高分子及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の多分岐性高分子は、図１に示すように、分子鎖絡み合いのない分岐性高分子をコア及びシェルに共に有する、コア−シェル型多分岐性高分子において、コアが多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性のポリエーテルから成るものである。
【００１５】
このように、コアが多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性ポリエーテルから成るコア−シェル型多分岐性高分子は、シェルの多分岐性のポリエーテルが多分岐性高分子であるため、濃度に依存せずに、ミセル様の構造を安定に形成することができる。
そして、高い濃度としても、流動性を保有させることが可能になる。
【００１６】
また、コアが多分岐性のポリアミンから成るので、上述の分子表面の官能基化のみならず、分子内部にも化学反応による官能基の導入が可能である。
そして、塩基性の条件下では、コアのポリアミンに、疎水性化合物を包摂させることができる。このとき、ポリアミンの構造自体は変化しない。
一方、酸性の条件下では、コアのポリアミンに包摂させた疎水性化合物を放出させることができる。
即ち、水溶液のｐＨに応答して、疎水性化合物の包摂及び放出を行うことが可能になる。
【００１７】
コアを構成する分岐性のポリアミンとしては、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）や、ポリプロピレンイミンデンドリマーが挙げられる。
シェルを構成する多分岐性のポリエーテルとしては、例えば、ポリグリセロール（ＰＧＬ）が挙げられる。
本発明の多分岐性高分子の好適な例としては、コアがポリエチレンイミンから成り、シェルがポリグリセロールから成るコア−シェル型多分岐性高分子（以下、ＰＧＬ−ＰＥＩと称する）がある。
【００１８】
なお、シェルの多分岐性のポリエーテルをポリグリセロールとした場合には、分子の表面に水酸基を有することから、多くの化学反応による分子の外表面の官能基化が可能であり、物理的化学的性質を自由にコントロールすることが可能である。
【００１９】
本発明の多分岐性高分子は、コアが多分岐性のポリアミンのみであり、シェルが多分岐性のポリエーテルのみであることが望ましい。
しかしながら、本発明の多分岐性高分子は、特性に悪影響を与えない程度で、少量又は微量の他の化合物を、コア又はシェルに有するものも含む。
【００２０】
本発明の多分岐性高分子の製造方法は、多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させることにより、上述した本発明の多分岐性高分子、即ち、コアが多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性のポリエーテルから成る、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造するものである。
【００２１】
上述の本発明の多分岐性高分子の製造方法において、出発原料及びコアとなる分岐性のポリアミンとしては、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）や、ポリプロピレンイミンデンドリマーが挙げられる。
また、シェルとなる多分岐性のポリエーテルとしては、例えば、ポリグリセロール（ＰＧＬ）が挙げられる。
さらに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物としては、グリシドール等が挙げられる。
なお、環状エーテルには、四員環以上のものも存在するが、四員環以上では、分岐性ポリアミンのアミンと付加反応を起こさない、もしくは起こしにくいので、好ましくない。
【００２２】
多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させる際には、好ましくは、多分岐性のポリアミンを加熱する。これにより、反応の進行を促進することができる。
例えば、多分岐性のポリエチレンイミンにグリシドールを反応させる場合には、ポリエチレンイミンを６０℃程度に加熱すればよい。
【発明の効果】
【００２３】
上述の本発明の多分岐性高分子によれば、濃度に依存せずに、ミセル様の構造を安定に形成することができる。
そして、高い濃度としても、流動性を保有させることが可能になる。これにより、高濃度でも、粘性の低い水溶液の状態で使用することが可能になり、多分岐性高分子の濃度を高めることが可能になる。
【００２４】
また、コアの多分岐性のポリアミンが、ｐＨに応答して、疎水性化合物の包摂及び放出を行うことが可能になるので、分子内部へ、化学反応による官能基の導入も可能である。
【００２５】
さらにまた、シェルの多分岐性のポリエーテルをポリグリセロールとした場合には、分子の表面に水酸基を有することから、多くの化学反応による分子の外表面の官能基化が可能であり、物理的化学的性質を自由にコントロールすることが可能である。
従って、例えば、高分子の架橋剤として用いた場合には、新規材料の創製の前駆体としても利用することができる。
【００２６】
本発明の多分岐性高分子の製造方法によれば、多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させて、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造することにより、容易に、かつ、速く、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造することが可能になる。
これにより、大量生産を容易に行うことができる。
【実施例】
【００２７】
本発明の多分岐性高分子である、ＰＧＬ−ＰＥＩを、実際に合成して、その特性を調べた。
【００２８】
（１．原料）
ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）及びグリシドールを原料として用いて、メタノール及びアセトニトリルを溶媒等に用いて、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成した。
試薬は、すべて和光純薬工業(株)製を用いた。
ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、メタノール、アセトニトリルは、精製を行わず、そのまま用いた。
グリシドールは、水素化カルシウム存在下で蒸留した直後に、反応に用いた。
【００２９】
（２．ＰＧＬ−ＰＥＩの合成）
ＰＧＬ−ＰＥＩを合成する際の反応を、以下の化学反応式に示す。
【００３０】
【化１】
【００３１】
この化学反応式に示すように、ＰＥＩを６０℃でグリシドールを反応させることにより、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成することができる。
【００３２】
なお、合成して得られるＰＧＬ−ＰＥＩのシェル部分のポリグリシドール（ＰＧＬ）の分岐の数は、一定数ではなく、１つのＰＧＬ−ＰＥＩの高分子全体で確率的に分布する。
この点は、分岐の数が一定である、同一の分岐性高分子のみで一段階ずつ反応させて合成した分岐性高分子とは異なっている。
【００３３】
以下のようにして、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成した。
まず、ガラス製の撹拌羽を付けたメカニカルスターラーを備えた、３００ｍＬのセパラブルフラスコを用意して、このセパラブルフラスコにＰＥＩ(2.0g,1.1mmol)を加えた。
次に、ＰＥＩを６０℃に加熱して、このＰＥＩに、滴下漏斗を用いて、グリシドール(34.16g,470mmol)を２時間かけて滴下した。
その後、２４時間撹拌して、ＰＥＩとグリシドールとを反応させた。
そして、１Ｈ−ＮＭＲ測定により、反応液中のグリシドールのシグナルが消失したことを確認した後に、反応を終了させた。
続いて、反応混合物をメタノール１００ｍＬに溶解した。
次に、得られた溶液を、６００ｍＬのアセトニトリルに滴下して加え、反応物（粘稠物）を得た。
次に、この粘稠物を、減圧下で溶媒を留去することにより、粘稠な無色透明の生成物（34.1g、収率９４．３％）を得た。
【００３４】
（３．測定）
得られた試料について、核磁気共鳴吸収スペクトルの測定と、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）の測定とを行った。
【００３５】
（１）１Ｈ，13Ｃ核磁気共鳴吸収スペクトル（１Ｈ−ＮＭＲ，13Ｃ−ＮＭＲ）の測定
合成したＰＧＬ−ＰＥＩの試料０．０３ｇを、０．８ｍＬの重水素化溶媒（DMSO-d6,MeOH-d4）に溶解させて、測定用試料として、核磁気共鳴吸収スペクトル（ＮＭＲ）の測定を行った。
また、13Ｃ−ＮＭＲの測定は、比較対照としてのＰＥＩについても、同様の測定を行った。
核磁気共鳴吸収スペクトルの測定には、超伝導多核種核磁気共鳴装置JNM-GX400（日本電子(株)製）を用いた。
【００３６】
（２）ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）の測定
合成したＰＧＬ−ＰＥＩを２０ｍｇ秤量し、ＤＭＦ（ジメチルホルミアミド）を５ｍｌ加えて溶解した後、メンブランフィルターでろ過し、測定試料溶液を得た。
また、比較対照としてのＰＥＩについても、同様にして、測定試料溶液を得た。
測定条件は、溶離液にＤＭＦを用いて、カラムにはShodex GPC KD 803（分離範囲４００〜７００００）Da、Shodex GPC KD 805（分離範囲５０００〜５００００００）Daを用い、カラム温度を４０℃として、検出器を示差屈折率計とした。
【００３７】
（４．ＰＧＬ−ＰＥＩの構造同定）
測定により得られた、ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲスペクトルを、それぞれ図３に示す。図３中、上側がＰＥＩのスペクトルであり、下側がＰＧＬ−ＰＥＩのスペクトルである。
【００３８】
ＰＧＬ−ＰＥＩのスペクトルには、５３．０ｐｐｍ〜５４．０ｐｐｍに第三級アミンに隣接する炭素に由来するブロードなシグナル（Ａ３）が観測された。
一方、原料であるＰＥＩが有する第一級アミン及び第二級アミンに隣接する炭素に由来するシグナル、即ち、４７．５ｐｐｍのシグナル（Ａ１）及び４９．５ｐｐｍのシグナル（Ａ２）は、観測されなかった。
このことは、ＰＥＩが有する第一級アミン及び第二級アミンが、グリシドールとの付加反応により、第三級アミンとなったことを示している。
【００３９】
一方、オキシラン類の開環重合体は、１，３付加構造を繰り返す直鎖状の重合体であるが、グリシドールの開環重合体（ポリグリセロール；ＰＧＬ）が水酸基を有しているために、連鎖移動反応等の副反応が起こる。
そのため、グリシドールの開環重合体（ポリグリセロール；ＰＧＬ）は、その構造を図４に示すように、直鎖状の１，３付加構造（Ｌ１，３）及び１，４付加構造（Ｌ１，４）、１，３付加と１，４付加の両方が起こった分岐した構造（Ｂ）、並びに、末端水酸基（Ｔ）をそれぞれ有する。
【００４０】
図３に示したＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲのスペクトルは、ポリグリシドールのスペクトルとよく一致し、６４．０ｐｐｍ及び７１．５ｐｐｍにＰＧＬの末端水酸基（Ｔ）に隣接する炭素（ＴCH2OH及びＴCHOH,CH2）に由来するシグナルが観測された。
この他に、７１．５ｐｐｍ及び７９．０ｐｐｍにそれぞれ、分岐したＰＧＬのメチレン炭素（ＢCH2）及びメチン炭素（ＢCH）に由来するシグナルが観測された。また、６２．０ｐｐｍ，７０．５ｐｐｍ，７３．５ｐｐｍ及び６９．５ｐｐｍ，８０．５ｐｐｍに、直鎖状のＰＧＬのメチレン炭素(Ｌ1,3 CH2OH、Ｌ1,3 CH2、Ｌ1,4 CH2)及びメチン炭素(Ｌ1,4 CHOH、Ｌ1,3 CH)に由来するシグナルが観測された。
このことより、ＰＧＬ−ＰＥＩは、グリシドールの１，３付加構造及び１，４付加構造からなる、複雑な分子骨格を有する多量体であることが分かる。
【００４１】
また、ＰＧＬ−ＰＥＩの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを、図５に示す。
図５に示すように、２．４ｐｐｍ〜２．８ｐｐｍにＰＥＩのメチレンのプロトンに由来するブロードなシグナルが観測され、３．４ｐｐｍ〜４．０ｐｐｍにＰＧＬの末端水酸基に隣接するメチレンのプロトン、ＰＧＬのエーテル基に隣接するメチレンプロトン、メチン及び末端水酸基のプロトンに由来するブロードなシグナルがそれぞれ観測された。即ち、ＰＧＬは、不規則な分子構造を有することが明らかとなった。
このことは、13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおいて、ＰＧＬ−ＰＥＩの構造中にＰＧＬの分岐構造を有することと一致する。
【００４２】
ＰＥＩとＰＧＬのそれぞれの１モノマーユニットが有するプロトンに由来するシグナルの積分値の比は、４：５である。
そして、図５に示した積分値から、ＰＥＩとＰＧＬとの比を算出すると、約４：３９であった。
これらのことより、ＰＧＬ−ＰＥＩは、平均でＰＥＩに対して約８倍のＰＧＬを有することが明らかとなった。
【００４３】
次に、ＧＰＣ測定により得られた、ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩのＧＰＣ曲線を、図６に示す。図６中、破線がＰＥＩのＧＰＣ曲線であり、実線がＰＧＬ−ＰＥＩのＧＰＣ曲線である。
得られたＧＰＣ曲線より算出したＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩの数平均分子量（Ｍｎ）は、ポリスチレン換算でそれぞれ６００及び１４７００であり、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、それぞれ１．２１及び１．２４であった。
従って、ＰＧＬ−ＰＥＩは、ＰＥＩに比べて高分子量であることが確認された。
また、ＰＧＬ−ＰＥＩの溶出曲線は、単峰性を示しており、原料であるＰＥＩの溶出曲線とは、完全に独立していることから、ＰＧＬ−ＰＥＩ中に原料であるＰＥＩが存在しないことが確認された。
【００４４】
上述のように、ＰＧＬ−ＰＥＩの溶出曲線が単峰性を示したこと、及びＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおいて第一級アミン、第二級アミンに隣接する炭素に由来するシグナルが確認されなかったことから、目的とするＰＧＬ−ＰＥＩのみが得られ、グリシドールの単独重合体（ＰＧＬ）を含まないことが確認された。
【００４５】
（５．反応機構）
次に、ＰＥＩを用いたＰＧＬの重合機構の詳細を、下記の化学反応式に示す。
【００４６】
【化２】
【００４７】
【化３】
【００４８】
開始反応では、まず、ＰＥＩ中の第三級アミンが、ルイス塩基としてグリシドールを活性化し、zwitterion（ツイッターイオン）を生成する。
次に、このツイッターイオンへ、求核性の高いＰＥＩの第一級アミン及び第二級アミンが求核攻撃し、開環付加物を生成し、第三級アミンを再生する。
この開始反応により、ＰＥＩのアミノ基はすべて第三級アミンとなる。
そして、ＰＥＩの有するアミノ基がすべて第三級アミンとなった後に、滴下によってさらに加えられた余剰のグリシドールは、第三級アミンによって活性化され、第２のツイッターイオンを生成する。
【００４９】
次に、生長反応が起こる。
開始反応の最後に発生した、第２のツイッターイオンの周辺には、グリシドールの開環付加反応によって生成した水酸基が存在する。このため、この水酸基がツイッターイオンのアンモニウム基の隣の炭素へ求核攻撃することにより、ポリグリシドールユニットが生長する。
この生長反応を繰り返すことで、グリシドールが開環重合体を与える。
【００５０】
このとき、グリシドールを活性化する第三級アミンは、ＰＧＬ−ＰＥＩの分子のコア部に存在し、ＰＧＬ−ＰＥＩの分子のシェル部をポリグリシドールユニットが覆うことになるので、ポリグリシドールの生長反応は、分子内反応で起こる。
このため、ポリグリシドールの単独重合体は生成せず、コア−シェル型多分岐性高分子ＰＧＬ−ＰＥＩが生成する。
【００５１】
（６．ＰＧＬ−ＰＥＩのゲスト分子の包摂とｐＨ変化に伴う放出挙動）
ＰＧＬ−ＰＥＩは、多分岐性ポリアミンであるＰＥＩをコアとし、多分岐性ポリエーテルであるＰＧＬをシェルとする、コア−シェル型多分岐性高分子である。
ポリアミンであるＰＥＩは、塩基性の水溶液中では疎水性であり、酸性の水溶液中では親水性である。
一方、ＰＧＬは、ｐＨに依存せず水に溶ける親水性高分子である。
【００５２】
ＰＧＬ−ＰＥＩは、塩基性の水溶液中において、コアのＰＥＩ部が疎水性を示すミセル様の構造を形成するので、疎水性化合物を可溶化する。
そして、水溶液のｐＨが低くなると、ＰＥＩが親水性となるため、可溶化した疎水性化合物を放出すると考えられる。
【００５３】
このことを、紫外可視分光法によって評価するために、塩基性の水溶液中でＰＧＬ−ＰＥＩに疎水性化合物であるベンジルシンナメート（ＢＣ）を可溶化させた。
この水溶液のｐＨを低くしたときのＢＣの吸光度の変化から、ＰＧＬ−ＰＥＩの疎水性分子の放出挙動について調べた。
【００５４】
まず、水とＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液の、それぞれのベンジルシンナメート（ＢＣ）飽和溶液の紫外可視吸収（ＵＶ−ｖｉｓ）スペクトルを、測定した。
測定により得られたそれぞれのスペクトルを、図７に示す。図７中、実線がＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液を用いた場合のスペクトルを示し、点線が水を用いた場合のスペクトルを示している。
【００５５】
図７に示すように、水とＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液のいずれを用いた場合においても、Ｅ−吸収帯及びＢ−吸収帯が、それぞれ２００ｎｍ及び２８０ｎｍに観測された。
そして、ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液の方が、水のみを用いた場合より、ＢＣの吸光度が上昇している。このことは、水溶液中で、ＰＧＬ−ＰＥＩが疎水性のＢＣを可溶化することを示している。
【００５６】
また、ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液を塩基性側から酸性側に、ｐＨを低くなるように変化させて、このｐＨの変化に伴う、ＢＣの吸光度（λmax＝２８０ｎｍ）の変化を測定した。
得られた測定結果として、ｐＨと吸光度との関係を、図８に示す。
【００５７】
図８より、塩基性から酸性に変化するに従い、ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液中のＢＣの吸光度が減少することがわかる。
塩基性条件下においては、ＰＧＬ−ＰＥＩのコア部のＰＥＩが疎水性であるため、ＰＧＬ−ＰＥＩがミセル様の形態をとる。
このとき、ＢＣが共存すれば、ＰＧＬ−ＰＥＩが、そのコア部にＢＣを取り込むので、ＢＣの吸光度が大きくなる。
一方、酸性条件下においては、ＰＥＩがプロトン化され親水性を示すので、ＰＧＬ−ＰＥＩは、ＢＣを放出すると考えられる。これにより、ＢＣの吸光度が減少する。
従って、図８に示した測定結果から、塩基性から酸性へのｐＨ変化に伴って、ＰＧＬ−ＰＥＩが疎水性低分子化合物の放出挙動を示すことが明らかとなった。
【００５８】
以上のことから、コア−シェルともに多分岐性高分子からなるコア−シェル型多分岐性高分子であるＰＧＬ−ＰＥＩが合成されていることを確認することができた。
また、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成するためのＰＥＩとグリシドールとの反応では、グリシドールの単独重合体を副生せず、目的のＰＧＬ−ＰＥＩのみを生成することがわかった。
このことは、ＰＥＩがグリシドールを活性化することで分子内生長反応を誘起するためであると考えられる。
【００５９】
また、得られたＰＧＬ−ＰＥＩは、水溶液中で疎水性化合物（ゲスト分子）を包摂することが確認された。
そして、水溶液のｐＨを塩基性から酸性へと変化させることにより、ＰＧＬ−ＰＥＩがゲスト分子を放出することも確認された。
【００６０】
上述の実施例は、出発原料及びコアの多分岐性のポリアミンを多分岐性（分岐を有する）ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）として、シェルの多分岐性のポリエーテルをポリグリセロール（ＰＧＬ）として、反応に使用する水酸基及び三員環の環状エーテルを有する化合物をグリシドールとした場合であった。
本発明では、同様の特性を有するコア−シェル型構造を容易に製造することが可能であれば、これらの物質に限らず、他の物質を使用することが可能である。
【００６１】
出発原料及びコアの多分岐性のポリアミンは、多分岐性、即ち、分岐した鎖がさらに分岐して、高度に分岐した構造を有するポリアミンであれば良い。
このようなポリアミンとしては、実施例の多分岐性（分岐を有する）ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）やポリプロピレンイミンデンドリマー等が挙げられる。ポリプロピレンイミンデンドリマーの構造は、下記の化４に示す通りである。
なお、コア−シェル型構造のコアとなるためには、多分岐性の高分子（ポリアミン）であることが必要であり、分岐を有していても低分子量体（例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミン）であると、コア−シェル型構造を作製するための重合反応が進行しない、もしくは進行しにくいので、好ましくない。
【００６２】
【化４】
【００６３】
反応に使用する水酸基及び三員環の環状エーテルを有する化合物を変えることによって、シェルの多分岐性のポリエーテルを変えることが可能である。
上述の実施例のように、グリシドールを使用すると、シェルがポリグリセロール（ＰＧＬ）となる。
水酸基及び三員環の環状エーテルを有する化合物の他の例としては、例えば、Propyloxiranemethanolや、3-[Bis(glycidyloxymethyl)-methoxy]-1,2-propanediolや、4-bromophenyl glycidolが、挙げられる。これらの構造を、下記の化５〜化７に示す。
なお、前述したように、環状エーテルは、四員環以上のものも存在するが、四員環以上では、分岐性のポリアミンのアミンと付加反応を起こさない、もしくは起こしにくいので、好ましくない。
【００６４】
【化５】
【化６】
【化７】
【００６５】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の多分岐性高分子は、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）の薬物キャリヤー及び遺伝子治療のベクターとしての応用や、塗料、接着剤等の工業材料及び無機材料のナノスケール、メソスケールの構造体形成のテンプレートとしての利用が考えられる。
即ち、本発明の多分岐性高分子は、産業上の利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】シェルが分岐性高分子であるコア−シェル構造の多分岐性高分子の構造を示す図である。
【図２】シェルが鎖状高分子であるコア−シェル構造の多分岐性高分子の構造を示す図である。
【図３】ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲスペクトルの測定結果である。
【図４】グリシドールの開環重合体（ポリグリセロール）の構造を示す図である。
【図５】ＰＧＬ−ＰＥＩの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルの測定結果である。
【図６】ＧＰＣ測定による、ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩのＧＰＣ曲線である。
【図７】水とＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液の、各ＢＣ飽和溶液の紫外可視吸収スペクトルの測定結果である。
【図８】ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液のｐＨの変化に伴う、ＢＣの吸光度の変化を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアとシェルとがそれぞれ異なる高分子から成るコア−シェル型構造を有する多分岐性高分子、及びこの多分岐性高分子の製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
両親媒性のブロック共重合高分子は、溶液中で自己組織化により、球状ミセル、ベシクル、ロッド状ミセル等、様々な構造を形成することが報告されている。
【０００３】
これらの自己組織化体（高分子ミセル）は、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）の薬物キャリヤー及び遺伝子治療のベクターとしての応用や、塗料、接着剤等の工業材料及び無機材料のナノスケール、メソスケールの構造体形成のテンプレートとしての利用が期待されており、精力的に研究が進められている。
【０００４】
高分子ミセルの形態のコントロールには、両親媒性共重合高分子の組成、高分子溶液の濃度、温度、溶媒の種類が、強く影響を与える（例えば、非特許文献１〜非特許文献４を参照）。
このため、多くの科学者が、種々の新しい両親媒性共重合高分子を精密な分子設計から合成し、その溶液中で高分子ミセルが形成する特殊なモルフォロジーについて、報告している（例えば、非特許文献４〜非特許文献５を参照）。
【０００５】
しかしながら、これらの両親媒性共重合高分子が形成する高分子ミセルは、溶液中で動的であるために、溶液を流体としたときに働く剪断応力及び、臨界ミセル濃度以下の高分子溶液、或いは、他の界面活性剤や塩が存在していると、そのモルフォロジーに大きな影響を受け、高分子ミセルを安定に形成しない（例えば、非特許文献６〜非特許文献７を参照）。
【０００６】
そこで、近年では、多分岐性高分子をコアに有し、線状高分子をシェルに有する、高分子一分子が、高分子ミセルと同様の構造（図２参照）を形成する、コア−シェル型マルチアーム高分子の合成が多数報告されている（例えば、非特許文献８〜非特許文献９を参照）。
【０００７】
コア−シェル型マルチアーム高分子は、コアとなる多分岐性高分子が共有結合からなるので、濃度によらずミセル様の形態をとりうる。
このため、臨界ミセル濃度が存在しない。
さらに、他の界面活性剤が存在していてもミセルの形態が変化しない、という分子構造由来の特徴を示す。
【０００８】
従って、コア−シェル型マルチアーム高分子は、従来の線状高分子ではミセルを形成できない希薄条件下でも、ミセル様の構造を形成する。
このことから、これまで線状高分子による高分子ミセルを用いていた、ＤＤＳや無機材料創製のテンプレートのみ成らず、希釈高分子溶液を用いた抽出剤や高分子触媒としての応用が検討されている（例えば、非特許文献１０を参照）。
【０００９】
【非特許文献１】Croy,S.R.;Kwon,G.S.:CurrentPharmaceutical Design,Vol.12(36),pp.4669-4684,2006
【非特許文献２】Yoshida,T.;Doi,M.;Kanaoka,S.;Aoshima,S.:J. Polym. Sci.,Part A:Polym. Chem.,43,pp.5704-5709,2005
【非特許文献３】Kimberly,L.M.;Hanadi, S.:Macromolecules,40,pp.3733-3738,2007
【非特許文献４】Bhargava,P.,Tu,Y.,Zheng,J.X.,Xiong,H.,Quirk,R.P.,Cheng,S.Z.D.:J. Am. Chem. Soc.,129,pp.1113-1121,2007
【非特許文献５】Chou,S.-H.;Tsao,H.-K.;Sheng,Y.-J.:Journal of Chemical Physics,Vol.125,194903/1-194903/6,2006
【非特許文献６】Osaka,N.;Okabe,S.;Karino,T.;Hirabaru,Y.;Aoshima,S.;Shibayama,M.:Macromolecules,39,pp.5875-5884,2006
【非特許文献７】Mitsukami,Y.;Hashidzume,A.;Yusa,S.;Morishima,Y.;Lowe,A.B.;McCormick,C.L.:Polymer,47,pp.4333-4340,2006
【非特許文献８】Adeli,M.;Haag,R.:J. Polym. Sci.:Part A:Polym. Chem.,Vol.44,pp.5740-5749,2006
【非特許文献９】Xiaoying,S.;Xiaohui,Y.;Yunhang,L.;Xinling,W.:J. Polym. Sci.:Part A:Polym. Chem.,Vol.42,pp.2356-2364,2004
【非特許文献１０】Terashima,T.;Kamigaito,M.;Baek,K.-Y.;Ando,T.;Sawamoto,M.:J. Am. Soc. Chem.,125(18),pp.5288-5289,2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これらのコア−シェル型マルチアーム高分子は、図２に示すように、シェルに当たる高分子鎖が線状高分子であるために、高濃度の高分子溶液では、分子間相互作用或いは分子鎖絡み合いによって、流動性のない物理架橋ゲルを形成する。
このように、濃度に依存せず安定に高分子ミセル様の形態を保持することは、現在までに提案された手法では困難である。
【００１１】
そこで、シェルも分岐性高分子として、ミセル間やミセルのシェル内での分子鎖絡み合いのない分岐性高分子をコア及びシェルに共に有する、コア−シェル型多分岐性高分子を合成すれば、濃度に依存せずに、ミセル様の構造を安定に形成することができると考えられる。
しかし、これまで提案されている多分岐性高分子は、逐次重合及び連鎖移動反応によって合成されたものであって、同一分子内のコアとシェルにそれぞれ組成の異なる成分を有するコア−シェル型多分岐性高分子とはなっていない。
【００１２】
また、コア−シェル型構造ではなく、同一の多分岐性高分子を内側から外側に繰り返し形成して、分子鎖絡み合いのない分岐性高分子を構成することも考えられる。
しかしながら、この構造の分岐性高分子を製造する場合には、合成反応を一段階（一層）ずつ精密に行う必要があり、合成に時間がかかるため、大量生産には不向きである。
【００１３】
上述した問題の解決のために、本発明においては、コア−シェル型構造を有し、濃度に依存せず安定に高分子ミセル様の形態を保持することができる多分岐性高分子及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の多分岐性高分子は、図１に示すように、分子鎖絡み合いのない分岐性高分子をコア及びシェルに共に有する、コア−シェル型多分岐性高分子において、コアが多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性のポリエーテルから成るものである。
【００１５】
このように、コアが多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性ポリエーテルから成るコア−シェル型多分岐性高分子は、シェルの多分岐性のポリエーテルが多分岐性高分子であるため、濃度に依存せずに、ミセル様の構造を安定に形成することができる。
そして、高い濃度としても、流動性を保有させることが可能になる。
【００１６】
また、コアが多分岐性のポリアミンから成るので、上述の分子表面の官能基化のみならず、分子内部にも化学反応による官能基の導入が可能である。
そして、塩基性の条件下では、コアのポリアミンに、疎水性化合物を包摂させることができる。このとき、ポリアミンの構造自体は変化しない。
一方、酸性の条件下では、コアのポリアミンに包摂させた疎水性化合物を放出させることができる。
即ち、水溶液のｐＨに応答して、疎水性化合物の包摂及び放出を行うことが可能になる。
【００１７】
コアを構成する分岐性のポリアミンとしては、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）や、ポリプロピレンイミンデンドリマーが挙げられる。
シェルを構成する多分岐性のポリエーテルとしては、例えば、ポリグリセロール（ＰＧＬ）が挙げられる。
本発明の多分岐性高分子の好適な例としては、コアがポリエチレンイミンから成り、シェルがポリグリセロールから成るコア−シェル型多分岐性高分子（以下、ＰＧＬ−ＰＥＩと称する）がある。
【００１８】
なお、シェルの多分岐性のポリエーテルをポリグリセロールとした場合には、分子の表面に水酸基を有することから、多くの化学反応による分子の外表面の官能基化が可能であり、物理的化学的性質を自由にコントロールすることが可能である。
【００１９】
本発明の多分岐性高分子は、コアが多分岐性のポリアミンのみであり、シェルが多分岐性のポリエーテルのみであることが望ましい。
しかしながら、本発明の多分岐性高分子は、特性に悪影響を与えない程度で、少量又は微量の他の化合物を、コア又はシェルに有するものも含む。
【００２０】
本発明の多分岐性高分子の製造方法は、多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させることにより、上述した本発明の多分岐性高分子、即ち、コアが多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性のポリエーテルから成る、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造するものである。
【００２１】
上述の本発明の多分岐性高分子の製造方法において、出発原料及びコアとなる分岐性のポリアミンとしては、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）や、ポリプロピレンイミンデンドリマーが挙げられる。
また、シェルとなる多分岐性のポリエーテルとしては、例えば、ポリグリセロール（ＰＧＬ）が挙げられる。
さらに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物としては、グリシドール等が挙げられる。
なお、環状エーテルには、四員環以上のものも存在するが、四員環以上では、分岐性ポリアミンのアミンと付加反応を起こさない、もしくは起こしにくいので、好ましくない。
【００２２】
多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させる際には、好ましくは、多分岐性のポリアミンを加熱する。これにより、反応の進行を促進することができる。
例えば、多分岐性のポリエチレンイミンにグリシドールを反応させる場合には、ポリエチレンイミンを６０℃程度に加熱すればよい。
【発明の効果】
【００２３】
上述の本発明の多分岐性高分子によれば、濃度に依存せずに、ミセル様の構造を安定に形成することができる。
そして、高い濃度としても、流動性を保有させることが可能になる。これにより、高濃度でも、粘性の低い水溶液の状態で使用することが可能になり、多分岐性高分子の濃度を高めることが可能になる。
【００２４】
また、コアの多分岐性のポリアミンが、ｐＨに応答して、疎水性化合物の包摂及び放出を行うことが可能になるので、分子内部へ、化学反応による官能基の導入も可能である。
【００２５】
さらにまた、シェルの多分岐性のポリエーテルをポリグリセロールとした場合には、分子の表面に水酸基を有することから、多くの化学反応による分子の外表面の官能基化が可能であり、物理的化学的性質を自由にコントロールすることが可能である。
従って、例えば、高分子の架橋剤として用いた場合には、新規材料の創製の前駆体としても利用することができる。
【００２６】
本発明の多分岐性高分子の製造方法によれば、多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させて、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造することにより、容易に、かつ、速く、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造することが可能になる。
これにより、大量生産を容易に行うことができる。
【実施例】
【００２７】
本発明の多分岐性高分子である、ＰＧＬ−ＰＥＩを、実際に合成して、その特性を調べた。
【００２８】
（１．原料）
ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）及びグリシドールを原料として用いて、メタノール及びアセトニトリルを溶媒等に用いて、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成した。
試薬は、すべて和光純薬工業(株)製を用いた。
ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、メタノール、アセトニトリルは、精製を行わず、そのまま用いた。
グリシドールは、水素化カルシウム存在下で蒸留した直後に、反応に用いた。
【００２９】
（２．ＰＧＬ−ＰＥＩの合成）
ＰＧＬ−ＰＥＩを合成する際の反応を、以下の化学反応式に示す。
【００３０】
【化１】
【００３１】
この化学反応式に示すように、ＰＥＩを６０℃でグリシドールを反応させることにより、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成することができる。
【００３２】
なお、合成して得られるＰＧＬ−ＰＥＩのシェル部分のポリグリシドール（ＰＧＬ）の分岐の数は、一定数ではなく、１つのＰＧＬ−ＰＥＩの高分子全体で確率的に分布する。
この点は、分岐の数が一定である、同一の分岐性高分子のみで一段階ずつ反応させて合成した分岐性高分子とは異なっている。
【００３３】
以下のようにして、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成した。
まず、ガラス製の撹拌羽を付けたメカニカルスターラーを備えた、３００ｍＬのセパラブルフラスコを用意して、このセパラブルフラスコにＰＥＩ(2.0g,1.1mmol)を加えた。
次に、ＰＥＩを６０℃に加熱して、このＰＥＩに、滴下漏斗を用いて、グリシドール(34.16g,470mmol)を２時間かけて滴下した。
その後、２４時間撹拌して、ＰＥＩとグリシドールとを反応させた。
そして、１Ｈ−ＮＭＲ測定により、反応液中のグリシドールのシグナルが消失したことを確認した後に、反応を終了させた。
続いて、反応混合物をメタノール１００ｍＬに溶解した。
次に、得られた溶液を、６００ｍＬのアセトニトリルに滴下して加え、反応物（粘稠物）を得た。
次に、この粘稠物を、減圧下で溶媒を留去することにより、粘稠な無色透明の生成物（34.1g、収率９４．３％）を得た。
【００３４】
（３．測定）
得られた試料について、核磁気共鳴吸収スペクトルの測定と、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）の測定とを行った。
【００３５】
（１）１Ｈ，13Ｃ核磁気共鳴吸収スペクトル（１Ｈ−ＮＭＲ，13Ｃ−ＮＭＲ）の測定
合成したＰＧＬ−ＰＥＩの試料０．０３ｇを、０．８ｍＬの重水素化溶媒（DMSO-d6,MeOH-d4）に溶解させて、測定用試料として、核磁気共鳴吸収スペクトル（ＮＭＲ）の測定を行った。
また、13Ｃ−ＮＭＲの測定は、比較対照としてのＰＥＩについても、同様の測定を行った。
核磁気共鳴吸収スペクトルの測定には、超伝導多核種核磁気共鳴装置JNM-GX400（日本電子(株)製）を用いた。
【００３６】
（２）ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）の測定
合成したＰＧＬ−ＰＥＩを２０ｍｇ秤量し、ＤＭＦ（ジメチルホルミアミド）を５ｍｌ加えて溶解した後、メンブランフィルターでろ過し、測定試料溶液を得た。
また、比較対照としてのＰＥＩについても、同様にして、測定試料溶液を得た。
測定条件は、溶離液にＤＭＦを用いて、カラムにはShodex GPC KD 803（分離範囲４００〜７００００）Da、Shodex GPC KD 805（分離範囲５０００〜５００００００）Daを用い、カラム温度を４０℃として、検出器を示差屈折率計とした。
【００３７】
（４．ＰＧＬ−ＰＥＩの構造同定）
測定により得られた、ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲスペクトルを、それぞれ図３に示す。図３中、上側がＰＥＩのスペクトルであり、下側がＰＧＬ−ＰＥＩのスペクトルである。
【００３８】
ＰＧＬ−ＰＥＩのスペクトルには、５３．０ｐｐｍ〜５４．０ｐｐｍに第三級アミンに隣接する炭素に由来するブロードなシグナル（Ａ３）が観測された。
一方、原料であるＰＥＩが有する第一級アミン及び第二級アミンに隣接する炭素に由来するシグナル、即ち、４７．５ｐｐｍのシグナル（Ａ１）及び４９．５ｐｐｍのシグナル（Ａ２）は、観測されなかった。
このことは、ＰＥＩが有する第一級アミン及び第二級アミンが、グリシドールとの付加反応により、第三級アミンとなったことを示している。
【００３９】
一方、オキシラン類の開環重合体は、１，３付加構造を繰り返す直鎖状の重合体であるが、グリシドールの開環重合体（ポリグリセロール；ＰＧＬ）が水酸基を有しているために、連鎖移動反応等の副反応が起こる。
そのため、グリシドールの開環重合体（ポリグリセロール；ＰＧＬ）は、その構造を図４に示すように、直鎖状の１，３付加構造（Ｌ１，３）及び１，４付加構造（Ｌ１，４）、１，３付加と１，４付加の両方が起こった分岐した構造（Ｂ）、並びに、末端水酸基（Ｔ）をそれぞれ有する。
【００４０】
図３に示したＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲのスペクトルは、ポリグリシドールのスペクトルとよく一致し、６４．０ｐｐｍ及び７１．５ｐｐｍにＰＧＬの末端水酸基（Ｔ）に隣接する炭素（ＴCH2OH及びＴCHOH,CH2）に由来するシグナルが観測された。
この他に、７１．５ｐｐｍ及び７９．０ｐｐｍにそれぞれ、分岐したＰＧＬのメチレン炭素（ＢCH2）及びメチン炭素（ＢCH）に由来するシグナルが観測された。また、６２．０ｐｐｍ，７０．５ｐｐｍ，７３．５ｐｐｍ及び６９．５ｐｐｍ，８０．５ｐｐｍに、直鎖状のＰＧＬのメチレン炭素(Ｌ1,3 CH2OH、Ｌ1,3 CH2、Ｌ1,4 CH2)及びメチン炭素(Ｌ1,4 CHOH、Ｌ1,3 CH)に由来するシグナルが観測された。
このことより、ＰＧＬ−ＰＥＩは、グリシドールの１，３付加構造及び１，４付加構造からなる、複雑な分子骨格を有する多量体であることが分かる。
【００４１】
また、ＰＧＬ−ＰＥＩの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを、図５に示す。
図５に示すように、２．４ｐｐｍ〜２．８ｐｐｍにＰＥＩのメチレンのプロトンに由来するブロードなシグナルが観測され、３．４ｐｐｍ〜４．０ｐｐｍにＰＧＬの末端水酸基に隣接するメチレンのプロトン、ＰＧＬのエーテル基に隣接するメチレンプロトン、メチン及び末端水酸基のプロトンに由来するブロードなシグナルがそれぞれ観測された。即ち、ＰＧＬは、不規則な分子構造を有することが明らかとなった。
このことは、13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおいて、ＰＧＬ−ＰＥＩの構造中にＰＧＬの分岐構造を有することと一致する。
【００４２】
ＰＥＩとＰＧＬのそれぞれの１モノマーユニットが有するプロトンに由来するシグナルの積分値の比は、４：５である。
そして、図５に示した積分値から、ＰＥＩとＰＧＬとの比を算出すると、約４：３９であった。
これらのことより、ＰＧＬ−ＰＥＩは、平均でＰＥＩに対して約８倍のＰＧＬを有することが明らかとなった。
【００４３】
次に、ＧＰＣ測定により得られた、ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩのＧＰＣ曲線を、図６に示す。図６中、破線がＰＥＩのＧＰＣ曲線であり、実線がＰＧＬ−ＰＥＩのＧＰＣ曲線である。
得られたＧＰＣ曲線より算出したＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩの数平均分子量（Ｍｎ）は、ポリスチレン換算でそれぞれ６００及び１４７００であり、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、それぞれ１．２１及び１．２４であった。
従って、ＰＧＬ−ＰＥＩは、ＰＥＩに比べて高分子量であることが確認された。
また、ＰＧＬ−ＰＥＩの溶出曲線は、単峰性を示しており、原料であるＰＥＩの溶出曲線とは、完全に独立していることから、ＰＧＬ−ＰＥＩ中に原料であるＰＥＩが存在しないことが確認された。
【００４４】
上述のように、ＰＧＬ−ＰＥＩの溶出曲線が単峰性を示したこと、及びＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおいて第一級アミン、第二級アミンに隣接する炭素に由来するシグナルが確認されなかったことから、目的とするＰＧＬ−ＰＥＩのみが得られ、グリシドールの単独重合体（ＰＧＬ）を含まないことが確認された。
【００４５】
（５．反応機構）
次に、ＰＥＩを用いたＰＧＬの重合機構の詳細を、下記の化学反応式に示す。
【００４６】
【化２】
【００４７】
【化３】
【００４８】
開始反応では、まず、ＰＥＩ中の第三級アミンが、ルイス塩基としてグリシドールを活性化し、zwitterion（ツイッターイオン）を生成する。
次に、このツイッターイオンへ、求核性の高いＰＥＩの第一級アミン及び第二級アミンが求核攻撃し、開環付加物を生成し、第三級アミンを再生する。
この開始反応により、ＰＥＩのアミノ基はすべて第三級アミンとなる。
そして、ＰＥＩの有するアミノ基がすべて第三級アミンとなった後に、滴下によってさらに加えられた余剰のグリシドールは、第三級アミンによって活性化され、第２のツイッターイオンを生成する。
【００４９】
次に、生長反応が起こる。
開始反応の最後に発生した、第２のツイッターイオンの周辺には、グリシドールの開環付加反応によって生成した水酸基が存在する。このため、この水酸基がツイッターイオンのアンモニウム基の隣の炭素へ求核攻撃することにより、ポリグリシドールユニットが生長する。
この生長反応を繰り返すことで、グリシドールが開環重合体を与える。
【００５０】
このとき、グリシドールを活性化する第三級アミンは、ＰＧＬ−ＰＥＩの分子のコア部に存在し、ＰＧＬ−ＰＥＩの分子のシェル部をポリグリシドールユニットが覆うことになるので、ポリグリシドールの生長反応は、分子内反応で起こる。
このため、ポリグリシドールの単独重合体は生成せず、コア−シェル型多分岐性高分子ＰＧＬ−ＰＥＩが生成する。
【００５１】
（６．ＰＧＬ−ＰＥＩのゲスト分子の包摂とｐＨ変化に伴う放出挙動）
ＰＧＬ−ＰＥＩは、多分岐性ポリアミンであるＰＥＩをコアとし、多分岐性ポリエーテルであるＰＧＬをシェルとする、コア−シェル型多分岐性高分子である。
ポリアミンであるＰＥＩは、塩基性の水溶液中では疎水性であり、酸性の水溶液中では親水性である。
一方、ＰＧＬは、ｐＨに依存せず水に溶ける親水性高分子である。
【００５２】
ＰＧＬ−ＰＥＩは、塩基性の水溶液中において、コアのＰＥＩ部が疎水性を示すミセル様の構造を形成するので、疎水性化合物を可溶化する。
そして、水溶液のｐＨが低くなると、ＰＥＩが親水性となるため、可溶化した疎水性化合物を放出すると考えられる。
【００５３】
このことを、紫外可視分光法によって評価するために、塩基性の水溶液中でＰＧＬ−ＰＥＩに疎水性化合物であるベンジルシンナメート（ＢＣ）を可溶化させた。
この水溶液のｐＨを低くしたときのＢＣの吸光度の変化から、ＰＧＬ−ＰＥＩの疎水性分子の放出挙動について調べた。
【００５４】
まず、水とＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液の、それぞれのベンジルシンナメート（ＢＣ）飽和溶液の紫外可視吸収（ＵＶ−ｖｉｓ）スペクトルを、測定した。
測定により得られたそれぞれのスペクトルを、図７に示す。図７中、実線がＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液を用いた場合のスペクトルを示し、点線が水を用いた場合のスペクトルを示している。
【００５５】
図７に示すように、水とＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液のいずれを用いた場合においても、Ｅ−吸収帯及びＢ−吸収帯が、それぞれ２００ｎｍ及び２８０ｎｍに観測された。
そして、ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液の方が、水のみを用いた場合より、ＢＣの吸光度が上昇している。このことは、水溶液中で、ＰＧＬ−ＰＥＩが疎水性のＢＣを可溶化することを示している。
【００５６】
また、ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液を塩基性側から酸性側に、ｐＨを低くなるように変化させて、このｐＨの変化に伴う、ＢＣの吸光度（λmax＝２８０ｎｍ）の変化を測定した。
得られた測定結果として、ｐＨと吸光度との関係を、図８に示す。
【００５７】
図８より、塩基性から酸性に変化するに従い、ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液中のＢＣの吸光度が減少することがわかる。
塩基性条件下においては、ＰＧＬ−ＰＥＩのコア部のＰＥＩが疎水性であるため、ＰＧＬ−ＰＥＩがミセル様の形態をとる。
このとき、ＢＣが共存すれば、ＰＧＬ−ＰＥＩが、そのコア部にＢＣを取り込むので、ＢＣの吸光度が大きくなる。
一方、酸性条件下においては、ＰＥＩがプロトン化され親水性を示すので、ＰＧＬ−ＰＥＩは、ＢＣを放出すると考えられる。これにより、ＢＣの吸光度が減少する。
従って、図８に示した測定結果から、塩基性から酸性へのｐＨ変化に伴って、ＰＧＬ−ＰＥＩが疎水性低分子化合物の放出挙動を示すことが明らかとなった。
【００５８】
以上のことから、コア−シェルともに多分岐性高分子からなるコア−シェル型多分岐性高分子であるＰＧＬ−ＰＥＩが合成されていることを確認することができた。
また、ＰＧＬ−ＰＥＩを合成するためのＰＥＩとグリシドールとの反応では、グリシドールの単独重合体を副生せず、目的のＰＧＬ−ＰＥＩのみを生成することがわかった。
このことは、ＰＥＩがグリシドールを活性化することで分子内生長反応を誘起するためであると考えられる。
【００５９】
また、得られたＰＧＬ−ＰＥＩは、水溶液中で疎水性化合物（ゲスト分子）を包摂することが確認された。
そして、水溶液のｐＨを塩基性から酸性へと変化させることにより、ＰＧＬ−ＰＥＩがゲスト分子を放出することも確認された。
【００６０】
上述の実施例は、出発原料及びコアの多分岐性のポリアミンを多分岐性（分岐を有する）ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）として、シェルの多分岐性のポリエーテルをポリグリセロール（ＰＧＬ）として、反応に使用する水酸基及び三員環の環状エーテルを有する化合物をグリシドールとした場合であった。
本発明では、同様の特性を有するコア−シェル型構造を容易に製造することが可能であれば、これらの物質に限らず、他の物質を使用することが可能である。
【００６１】
出発原料及びコアの多分岐性のポリアミンは、多分岐性、即ち、分岐した鎖がさらに分岐して、高度に分岐した構造を有するポリアミンであれば良い。
このようなポリアミンとしては、実施例の多分岐性（分岐を有する）ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）やポリプロピレンイミンデンドリマー等が挙げられる。ポリプロピレンイミンデンドリマーの構造は、下記の化４に示す通りである。
なお、コア−シェル型構造のコアとなるためには、多分岐性の高分子（ポリアミン）であることが必要であり、分岐を有していても低分子量体（例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミン）であると、コア−シェル型構造を作製するための重合反応が進行しない、もしくは進行しにくいので、好ましくない。
【００６２】
【化４】
【００６３】
反応に使用する水酸基及び三員環の環状エーテルを有する化合物を変えることによって、シェルの多分岐性のポリエーテルを変えることが可能である。
上述の実施例のように、グリシドールを使用すると、シェルがポリグリセロール（ＰＧＬ）となる。
水酸基及び三員環の環状エーテルを有する化合物の他の例としては、例えば、Propyloxiranemethanolや、3-[Bis(glycidyloxymethyl)-methoxy]-1,2-propanediolや、4-bromophenyl glycidolが、挙げられる。これらの構造を、下記の化５〜化７に示す。
なお、前述したように、環状エーテルは、四員環以上のものも存在するが、四員環以上では、分岐性のポリアミンのアミンと付加反応を起こさない、もしくは起こしにくいので、好ましくない。
【００６４】
【化５】
【化６】
【化７】
【００６５】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の多分岐性高分子は、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）の薬物キャリヤー及び遺伝子治療のベクターとしての応用や、塗料、接着剤等の工業材料及び無機材料のナノスケール、メソスケールの構造体形成のテンプレートとしての利用が考えられる。
即ち、本発明の多分岐性高分子は、産業上の利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】シェルが分岐性高分子であるコア−シェル構造の多分岐性高分子の構造を示す図である。
【図２】シェルが鎖状高分子であるコア−シェル構造の多分岐性高分子の構造を示す図である。
【図３】ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩの13Ｃ−ＮＭＲスペクトルの測定結果である。
【図４】グリシドールの開環重合体（ポリグリセロール）の構造を示す図である。
【図５】ＰＧＬ−ＰＥＩの１Ｈ−ＮＭＲスペクトルの測定結果である。
【図６】ＧＰＣ測定による、ＰＥＩ及びＰＧＬ−ＰＥＩのＧＰＣ曲線である。
【図７】水とＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液の、各ＢＣ飽和溶液の紫外可視吸収スペクトルの測定結果である。
【図８】ＰＧＬ−ＰＥＩ水溶液のｐＨの変化に伴う、ＢＣの吸光度の変化を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとシェルとがそれぞれ異なる高分子から成るコア−シェル型構造を有し、
前記コアが、多分岐性のポリアミンから成り、
前記シェルが、多分岐性のポリエーテルから成る
ことを特徴とする多分岐性高分子。
【請求項２】
前記多分岐性のポリアミンが、分岐を有するポリエチレンイミンであることを特徴とする請求項１に記載の多分岐性高分子。
【請求項３】
前記多分岐性のポリエーテルが、ポリグリセロールであることを特徴とする請求項１に記載の多分岐性高分子。
【請求項４】
多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させることにより、
コアが前記多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性のポリエーテルから成る、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造する
ことを特徴とする多分岐性高分子の製造方法。
【請求項５】
前記多分岐性のポリアミンが、分岐を有するポリエチレンイミンであることを特徴とする請求項４に記載の多分岐性高分子の製造方法。
【請求項６】
前記多分岐性のポリエーテルが、ポリグリセロールであることを特徴とする請求項４に記載の多分岐性高分子の製造方法。
【請求項７】
前記化合物として、グリシドールを使用することを特徴とする請求項４に記載の多分岐性高分子の製造方法。
【請求項１】
コアとシェルとがそれぞれ異なる高分子から成るコア−シェル型構造を有し、
前記コアが、多分岐性のポリアミンから成り、
前記シェルが、多分岐性のポリエーテルから成る
ことを特徴とする多分岐性高分子。
【請求項２】
前記多分岐性のポリアミンが、分岐を有するポリエチレンイミンであることを特徴とする請求項１に記載の多分岐性高分子。
【請求項３】
前記多分岐性のポリエーテルが、ポリグリセロールであることを特徴とする請求項１に記載の多分岐性高分子。
【請求項４】
多分岐性のポリアミンに、水酸基と三員環の環状エーテルとを有する化合物を反応させることにより、
コアが前記多分岐性のポリアミンから成り、シェルが多分岐性のポリエーテルから成る、コア−シェル型構造の多分岐性高分子を製造する
ことを特徴とする多分岐性高分子の製造方法。
【請求項５】
前記多分岐性のポリアミンが、分岐を有するポリエチレンイミンであることを特徴とする請求項４に記載の多分岐性高分子の製造方法。
【請求項６】
前記多分岐性のポリエーテルが、ポリグリセロールであることを特徴とする請求項４に記載の多分岐性高分子の製造方法。
【請求項７】
前記化合物として、グリシドールを使用することを特徴とする請求項４に記載の多分岐性高分子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１８５１７９（Ｐ２００９−１８５１７９Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８０４（Ｐ２００８−２６８０４）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年９月４日 社団法人 高分子学会発行の「高分子学会予稿集５６巻２号［２００７］」に発表
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年９月４日 社団法人 高分子学会発行の「高分子学会予稿集５６巻２号［２００７］」に発表
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
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