広範囲の抗菌活性を有するコーティング剤としてのキトサンヒドロゲル誘導体
本発明は、医療器具の保護およびコーティング用の幅広い抗菌性を有するヒドロゲルマトリックスを形成する、水溶性四級化キトサン誘導体に関する。ヒドロゲル形成を達成するために、四級化キトサンに重合性基、特に光架橋性基、例えばメタクリレート、ＰＥＧ誘導体をグラフトさせ、これを熱重合法または紫外線重合法によりヒドロゲル化することができる。ヒドロゲルは、平衡状態において水を含有しクッション状の親水膜を形成する、水和された架橋ポリマーである。本発明は、多くの医療器具、例えば、コンタクトレンズ、生体インプラントなどの生物医学的器具において、幅広く用いられる。本発明は、光架橋性基をグラフトさせた四級化アンモニウムキトサン誘導体に基づく新規ヒドロゲルの形成について記載するものであり、したがって、抗菌性親水コーティング剤としてのヒドロゲルを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]キトサンは、グルコサミン（２−アミノ−２−デオキシ−β−Ｄ−グルコース）のβ−１，４−連結ポリマーおよびより少量のＮ−アセチルグルコサミンである。それは、カニおよびエビ加工業の豊富な副産物であるキチン（ポリ−Ｎ−アセチルグルコサミン）の脱アセチル化により形成する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]天然キトサンの水溶性および抗菌性は、キトサンの四級化により達成または高めることができる。四級化キトサンは、Ｃ−２位のアミノ基を四級化することによって、多糖主鎖上に永久正荷電がもたらされている。四級化キトサンは、化粧品、食品の保存および包装、コーティング材料、殺菌剤、ならびに生物医学的用途において有用性が見いだされている（特開２００５−２９０２９７号、特開平０８−１４４１２１号、特表２００４−５１５８１３号）。
【０００３】
[0003]したがって、四級化キトサンは、ヒドロゲル形成に利用して抗菌性コンタクトレンズ用コーティングとして配合することができる。ヒドロゲル形成を達成するために、四級化キトサンに（メタ）アクリレートのような光架橋性基をグラフトさせ、これを紫外線重合法によりヒドロゲル化することができる。ヒドロゲルは、平衡状態において水を含有する水和された架橋ポリマーであり、生体適合性の程度が高いため、コンタクトレンズ、生体インプラント、例えば、導尿カテーテル、ペースメーカー、心臓弁、人工心臓、人工乳房、眼内レンズ、創傷被覆材、人工臓器、および生物活性試薬のためのデリバリー担体など、多くの生物医学的用途において、幅広く用いられてきた。しかしながら、医療器具の抗菌性コーティングとしての四級化キトサンヒドロゲルの使用に関しては、研究が行われていない。本発明は、重合性基、特に光架橋性基をグラフトさせた四級化キトサンに基づく新規ヒドロゲルの形成について記載するものであり、結果として得られる抗菌活性を有する医療器具に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９０２９７号
【特許文献２】特開平０８−１４４１２１号
【特許文献３】特表２００４−５１５８１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0004]本発明の目的は、新規の有用な四級化キトサン誘導体、該四級化キトサン誘導体の生産方法、キトサンヒドロゲル、該ヒドロゲルの生産方法、および該ヒドロゲルを用いた物品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0005]本発明は以下の態様を提供する：
［１］重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体。
［２］以下の式（１）により表されるアンモニウム基を有する、［１］の四級化キトサン誘導体：
−Ｎ＋（Ｒ１）３ （１）
［式中、各Ｒ１は、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選
択され、（Ｒ１）のうち２または３つが組み合わさって、置換または非置換脂肪族環状基を形成していてもよい］。
［３］（Ｒ１）の少なくとも１つが、１〜１８の炭素原子を有する置換または非置換アルキル基である、［２］の四級化キトサン誘導体。
［４］重合性有機部分が以下の式により表される、［１］〜［３］のいずれか一つの四級化キトサン誘導体：
−Ｙ−Ｐ
（式中、Ｐは重合性基であり；Ｙはスペーサー基である）。
［５］前記−Ｎ＋（Ｒ１）３基が−Ｎ＋Ｒ’Ｒ’’２［式中、Ｒ’およびＲ’’は、Ｒ’がＲ’’より多くの炭素原子を有するという条件で、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択される］である、［２］の四級化キトサン誘導体。
［６］重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体の生産方法であって、四級化キトサン誘導体と、重合性有機部分を有するハロゲン化物とを反応させる段階を含む方法。
［７］前記ハロゲン化物が以下の式（２）により表される、［６］の方法：
Ｘ−Ｐ１ （２）
［式中、Ｐ１は重合性有機部分であり；Ｘはハロゲン原子である］。Ｘの好ましい例としては、Ｃｌ、ＢｒおよびＩが挙げられる。ハロゲン化物Ｘ−Ｐ１の 好ましい例としては、Ｘ−Ｚ−ＣＯＯＣＲ４＝ＣＨ２［式中、Ｒ４は、−Ｈまたは−ＣＨ３であり；Ｚは、化学結合またはポリエチレングリコール鎖含有基、例えば−ＣＨ２ＣＯＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−（ｎは１以上であり、好ましくは３以上である）である］が挙げられる。
［８］［１］〜［５］のいずれか一つの前記四級化キトサン誘導体、開始剤および水を含む重合性組成物を重合する段階を含む、キトサンヒドロゲルの生産方法。
［９］前記重合段階が、［１］〜［５］のいずれか一つの前記四級化キトサン誘導体、光開始剤および水を含む光重合性組成物に紫外線（ＵＶ）を照射する段階を含む、［８］のキトサンヒドロゲルの生産方法。
好ましい重合性（特に光重合性）組成物は、組成物の全量につき０．１〜２０重量％の［１］〜［５］のいずれか一つの前記四級化キトサン誘導体、０．１〜１．０重量％の開始剤（特に光開始剤）、１〜９９．９重量％の１以上のコモノマー、および０〜８０重量％の水を含む。該組成物は、本発明の利点を損なわないという条件で、他の成分を含有していてもよい。
［１０］［８］または［９］の方法により生産されるヒドロゲル。
［１１］［１０］のヒドロゲルを含むコーティングを有する医療器具。
［１２］［１０］のヒドロゲルを含むコーティングを有するコンタクトレンズ。
［１３］［１０］のヒドロゲルを含有する医療器具。
［１４］［１０］のヒドロゲルを含有する化粧品。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0006]図１は、いくつかのキトサンに基づくヒドロゲル（実施例１５）の走査型電子顕微鏡写真を示す。図１（ａ）は、四級化されていないキトサンヒドロゲルに該当し；図１（ｂ）は、トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；図１（ｃ）は、トリヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；図１（ｄ）は、トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；図１（ｅ）は、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；そして、図１（ｆ）は、ジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡに該当する。
【図２−１】図２は、トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルがケイ素含有硬質ガス透過性コンタクトレンズ（ＲＧＰ ＣＬ）の表面上にコーティングされたことを明らかにする原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察の結果を示す。図２−１は対照(アルゴンプラズマ処理前)の表面の観察結果を示す。
【図２−２】図２−２はアルゴンプラズマ処理レンズの表面の観察結果を示す。
【図２−３】図２−３はトリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡでコーティングされたＲＧＰ ＣＬ（Ｃｓコーティングされたレンズ）の表面の観察結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0007]本発明は、医療器具の保護およびコーティングのための幅広い抗菌性を有するヒドロゲルマトリックスを形成する、水溶性四級化キトサン誘導体に関する。ヒドロゲルは、その親水性が微生物の可逆的で非特異的な付着を本質的に妨げるため、抗菌性コーティングとして魅力的である。
【０００９】
[0008]ヒドロゲル形成を達成するために、四級化キトサンに重合性基、特に光架橋性基、例えばメタクリレート、ＰＥＧ誘導体をグラフトさせ、これを熱重合法または紫外線重合法によりヒドロゲル化することができる。ヒドロゲルは、平衡状態において水を含有しクッション状の親水膜を形成する、水和された架橋ポリマーである。ヒドロゲルは生体適合性の程度が高く、抗菌性を有し、濡れ性が良好であるため、本発明は、多くの医療器具、例えば、コンタクトレンズ、生体インプラント、例えば、導尿カテーテル、ペースメーカー、心臓弁、人工心臓、人工乳房、眼内レンズ、創傷被覆材、人工臓器、および生物活性試薬のためのデリバリー担体、関節全置換物(total joint replacement)などの生物医学的器具において、幅広く用いられる。本発明は、重合性基、特に光架橋性基をグラフトさせた四級化アンモニウムキトサン誘導体に基づく新規ヒドロゲルの形成について記載するものであり、したがって、抗菌性の親水性コーティング剤としてのヒドロゲルを提供する。
【００１０】
[0009]ここで、本発明についてさらに記載する。以下の節において、本発明の異なる観点をより詳細に定義する。そのように定義した各観点は、組み合わせないように明示されていない限り、任意の一または複数の他の観点と組み合わせることができる。とりわけ、好ましいまたは有利であると示されている特徴を、好ましいまたは有利であると示されている任意の一または複数の他の特徴と組み合わせることができる。
【００１１】
[0010]第一の非常に好ましい態様において、本発明の抗菌性ヒドロゲルは、重合性カチオン性四級化キトサンのラジカル重合により調製した架橋ヒドロゲルを含む。
[0011]重合性カチオン性四級化キトサンの構造の概要を以下の式（３）に示す：
【００１２】
【化１】
【００１３】
［式中、Ｐは重合性基であり；Ｙはスペーサー基であり；Ｒ’およびＲ’’は、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択される］。式（３）は、本発明を説明するためにのみ例示している。本発明の重合性四級化キトサンは式（３）の態様に限定されるわけではないことに留意すべきである。
【００１４】
[0012]カチオン性四級化キトサンは四級化キトサン誘導体から調製することが好ましい
が、他のカチオン性四級化キトサンを用いてもよい。これらのカチオン性四級化キトサンは、四級化キトサン鎖に沿ってトリアルキルアンモニウム基を含有する。四級化キトサンは、第一級ヒドロキシル基を介して、好ましくはスペーサー基Ｙを介して、四級化キトサン鎖に結合している重合性基も含有する。
【００１５】
[0013]式（３）を参照して、カチオン性四級化キトサンの好ましい態様は、３つのアルキル基がすべて同一であるトリアルキルアンモニウム基をポリマー鎖に沿って含有する四級化キトサンを含む。四級化アンモニウム部分の非限定的例としては、トリメチルアンモニウム−、トリエチルアンモニウム−、トリプロピルアンモニウム−、トリブチルアンモニウム−、トリペンチルアンモニウム−、トリヘキシルアンモニウム−、トリオクチルアンモニウム−、トリデシルアンモニウム−、トリドデシルアンモニウム−、トリオクタデシルアンモニウム−が挙げられる。
【００１６】
[0014]アルキル基の１つが他の２つと異なるトリアルキルアンモニウム部分が、より好ましい。より好ましいこの態様の非限定的例としては、ジメチルエチルアンモニウム−、ジメチルプロピルアンモニウム−、ジメチルブチルアンモニウム−、ジメチルペンチルアンモニウム−、ジメチルヘキシルアンモニウム−、ジメチルオクチルアンモニウム−、ジメチルデシルアンモニウム−、ジメチルドデシルアンモニウム−、ジメチルオクタデシルアンモニウム−、ジヘキサデシルメチルアンモニウム−、ジヘキサデシルエチルアンモニウム−、ジヘキサデシルプロピルアンモニウム−、およびジヘキサデシルブチルアンモニウム−が挙げられる。
【００１７】
[0015]式（３）を再度参照し、重合性基Ｐは、ビニル、アクリレート、メタクリレート、ビニルフェニレン、シンナモイル、アリルを含む群から選択される重合性基の１つを含むことができる。重合性基Ｐは、スペーサー基Ｙを介してカチオン性四級化キトサンに結合していることが好ましい。スペーサー基は、−（ＣｎＨ２ｎ）−、またはより好ましくは−（ＣｎＨ２ｎＯ）−［式中、ｎ＝０〜２０、またはより好ましくは２〜１０である］を含む基から選択することができる。
【００１８】
[0016]好ましい態様では、ヒドロゲルを重合性カチオン性四級化キトサンのラジカル重合により生産する。他の好ましい態様では、重合性カチオン性四級化キトサンを、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、グリセロールモノアクリレート、アクリロイルホスホリルコリン、ポリエチレングリコールジアクリレート、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、グリセロールモノメタクリレート、メタクリロイルホスホリルコリン、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、スチレンおよびＮ−ビニルピロリドン、またはそれらの混合物を含む非限定的群から選択されるコモノマーと、共重合することができる。コモノマーの例としては、エチレングリコールジアクリレート、グリセロールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ジビニルベンゼン、ポリエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、グリセロールトリ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸グリシジル、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーおよびそれらの混合物のような、二官能または三官能モノマーも挙げられる。
【００１９】
[0017]従来、トリアルキルアンモニウムキトサンは、求核置換反応においてヨウ化メチル、臭化ヘキシルまたは臭化デシルのようなハロゲン化アルキルと反応させて四級化構造の形成をもたらすことにより、合成することができる。以下の反応スキームＩ参照。本発明において、好ましい出発材料としては、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは
少なくとも７５％の脱アセチル化度と、好ましくは１００００〜２０００００ｇ／ｍｏｌ（ＧＰＣにより決定）の数平均分子量を有する、キトサン粉末が挙げられる。出発キトサン材料の分子量が過度に大きい場合、本発明のキトサン誘導体を重合することは難しい。この場合、基材表面へのヒドロゲルの固定も難しくなる。
スキームＩ：トリアルキルアンモニウムマクロモノマーおよび該モノマーからのヒドロゲルの調製に用いられる反応スキーム
【００２０】
【化２】
【００２１】
Ｎ−アルキル−Ｎ，Ｎ−ジアルキルアンモニウムキトサンは、最初にアルデヒド（例えばヘキサナールおよびデカナール）でキトサンを還元的にアルキル化してイミンを形成した後、還元してＮ−アルキル誘導体を得ることにより、形成することもできる。その後、該アルキル誘導体をヨウ化メチルなどのハロゲン化アルキルで四級化した。以下の反応スキームＩＩ参照。
スキームＩＩ：ジメチルアルキルアンモニウムマクロモノマーおよび該モノマーからのヒドロゲルの調製に用いられる反応スキーム
【００２２】
【化３】
【００２３】
[0018]つぎに、ヒドロゲルとして施用するために、四級化キトサン誘導体に重合性基、特に光架橋性基をグラフトさせ、熱重合法または紫外線重合法によりヒドロゲル化した。ここで用いる光架橋性基はポリエチレングリコールモノアクリレート（ＰＥＧＭＡ）である。キトサンおよび四級化キトサンにＰＥＧＭＡ（分子量が３７５と小さいもの）をそれぞれグラフトさせて、キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよび四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡを形成した。キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよび四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、水酸化ナトリウムを塩基として用いてクロロ官能基化ＰＥＧＭＡを天然キトサンまたは四級化キトサンと反応させることにより、それぞれ合成した。グラフト反応の後、四級化キトサンの水溶性は変化しなかったが、キトサンは、親水性ＰＥＧＭＡのグラフト後、不溶性から可溶性に変化した。グラフトさせたＰＥＧの存在は、ＰＥＧアッセイを採用して紫外分光法により検出することができる。
【００２４】
[0019]ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、ポリエチレングリコー
ルジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレートまたはポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーを、紫外線照射中に光架橋性四級化キトサン誘導体とブレンドすることができる。ＰＥＧＤＡは、ヒドロゲル骨格、膜材料および薬物送達の使用のための光化学的修飾において、幅広く用いられてきた。光架橋性ＰＥＧＤＡとのブレンディングは、その親水性、生体適合性および生分解性に起因して、いくつかの利点を有する。これに加えて、非荷電ポリマーであるＰＥＧは、それ自体および他の分子との相互作用が最小限である。もっとも重要な理由は、ＰＥＧＤＡとブレンドすることにより、本発明のキトサン誘導体の引っ張り強さが改善されて、容易に取り扱うことができるヒドロゲルを得ることができる点である。
【００２５】
[0020]本発明では、光重合が多くの利点を有するので、これを用いてヒドロゲルを作製した。光重合は、液体から水に不溶なヒドロゲルを作製するための技術として、用途が広く容易である。それはまた、ヒドロゲルの成分に有害な影響を及ぼすことなく周囲温度において短時間でヒドロゲルを形成することができる、非侵襲的(non-invasive)技術である。低い有機溶媒レベルも本方法に包含され、エピクロロヒドリン、グルタルアルデヒド、カルボジイミドなどのような（従来の化学架橋における）有毒な化学架橋剤の使用が回避される。紫外線を用いて光開始剤とよばれる感光性化合物と相互作用させ、重合を開始させることができるフリーラジカルを作り出して、架橋ヒドロゲルを形成した。したがって、ヒドロゲルを、２：１の比率のキトサン−ｇ−ＰＥＧアクリレートまたは四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧアクリレートおよびＰＥＧジアクリレートからなる溶液（２０重量％の全ポリマー混合物と８０重量％の水）と、少量の水溶性光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ２９５９）（ポリマー混合物に対し０．１重量％）から作製することができる。これにより、キトサン誘導体をＰＥＧＤＡと共重合させる場合、完全な相互貫入網目構造が形成する。溶解後、約０．２５ｍＬの各溶液をポリプロピレンチューブに加え、アルゴンパージしたガラスチャンバーに入れた。ヒドロゲルを形成するために、ガラスチャンバー内の試料溶液を紫外線に１５分間暴露した。あるいは、厚さ２５０μｍのスペーサーフレームを用いてガラススライド上で光重合を行うこともできる。前駆体溶液をガラススライド上に滴下し、他のガラススライドで覆った後、紫外線に１５分間暴露し、これによりヒドロゲルを作製した。
【００２６】
[0021]より孔径が大きな凍結乾燥ポリマーは、キトサンのＮ−アルキル化により達成することができる。キトサンおよびいくつかの四級化キトサンの凍結乾燥ポリマーのＳＥＭ横断面像を図１に示す。図１は、四級化していないキトサンヒドロゲルは多くの小さな細孔（数マイクロメートルのもの）を有し、四級化キトサンヒドロゲルは一般に１００μｍを超えるより大きな細孔を有することを、同じ倍率（×２２０）で示している。ジメチルデシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１４参照）は、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１３参照）に比べ、比較的より大きな細孔を有することが観察された。
他の用途：
[0022]本明細書中に記載する抗菌性ヒドロゲルは、細菌および菌類に対し強い抗菌活性を示し、したがって、コンタクトレンズ用コーティングとして用いるだけでなく、細菌の攻撃を最小限にすることが望ましい配合物に包含させることもできる。例えば、それらは、化粧品配合物、例えば髪および皮膚用配合物、またはコンタクトレンズ用溶液に、低濃度で組み込むことができる。
【００２７】
[0023]これらのキトサン誘導体ヒドロゲルは、ヒトまたは他の動物の体表面での微生物の増殖を防止または抑制するためにそれらの体表面上に施用または接触させることができる生物医学的または薬学的材料として、施用することもできる。
【００２８】
[0024]ＰＥＧおよびキトサンのような生体適合性材料から調製した抗菌性ヒドロゲルは
、２次元または３次元の細胞培養に関与する組織工学の分野で用いることもできる。
抗菌性ヒドロゲルは、正電荷の存在に起因して、成長因子または細胞接着性タンパク質のような負に帯電している生物活性材料の送達および放出制御に、用いることもできる。
【実施例】
【００２９】
合成例
[0025]キトサン粉末は、８１．７９％の脱アセチル化度および１．０５×１０５ｇ／ｍｏｌ（ＧＰＣにより決定）の数平均分子量を有するもので、中国のＤａｌｉａｎ Ｘｉｎｄｉｅ Ｃｈｉｔｉｎ Ｃｏ．により供給された。Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化メチル、臭化ヘキシル、臭化デシル、ヘキサナール、デカナール、塩化クロロアセチル、ＰＥＧモノアクリレート（Ｍｎ３７５）、ＰＥＧジアクリレート（Ｍｎ７００）、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、イソプロパノールおよび水素化ホウ素ナトリウムは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（米国ミズーリ州Ｓａｉｎｔ Ｌｏｕｉｓ）から購入した。分析用ヘキサン、トルエン、ジエチルエーテル、エタノール、アセトンおよび塩化メチレンは、ＶＷＲ Ｐｔｅ Ｌｔｄ（シンガポール）から購入し、入手した状態で使用した。トルエンはモレキュラーシーブ上で乾燥した。光開始剤の４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−プロピル）ケトン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ２９５９）は、Ｃｉｂａ（シンガポール）から購入した。
【００３０】
[0026]１Ｈ−ＮＭＲおよび１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルは、Ｂｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ
３００ＭＨｚ機器で記録した。フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルは、ＫＢｒディスクを用い、４０００〜４００ｃｍ−１の波数範囲にわたりＤｉｇｉｌａｂ ＦＴＳ ３１００機器を用いて室温で記録した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、ヒドロゲルを脱イオン水に２日間以上浸漬してから観察した。その後、これらのヒドロゲルを凍結乾燥機において−５０℃で３時間凍結させた後減圧乾燥した。４８時間の凍結乾燥後、ヒドロゲルを鋭利な刃物で切断して、横断面を得た。その後、それらをアルミニウム製スタッド(aluminium stud)の上に載せ、Ｊｅｏｌ ＪＦＣ−１６００ Ａｕｔｏ Ｆｉｎｅコーターを用いて白金で６０秒間スパッタコーティングした。その後、試料を走査型電子顕微鏡（Ｊｅｏｌ ＪＳＭ−５６００ＬＶ）により画像化した。
合成例１：クロロ官能基化ＰＥＧアクリレートの調製
[0027]数平均分子量３７５のＰＥＧモノアクリレート（２．３６ｍＬ、７．０６ｍｍｏｌ）を１００ｍＬのトルエンに溶解し、塩化クロロアセチル（２．２５ｍＬ、２８．２４ｍｍｏｌ）で処理した。その後、混合物を還流下で２４時間加熱した。この時間の後、溶媒および揮発物を留去し、残渣を塩化メチレン（１５０ｍＬ）に溶解した。該溶液を炭酸カリウム上で攪拌し、濾過した。溶媒を留去し、ヘキサンで洗浄した後、生成物が得られ、これを乾燥し、さらに精製することなく使用した。
1H-NMR (300MHz, CDCl3), δ: 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 4.1 (Cl-CH2-COO-), 5.7 (-CH=CH2), 6.0, 6.2 (-CH=CH2)
13C-NMR (300MHz, CDCl3), δ: 63.6-69.0 (-O-CH2-CH2-O-), 128, 131 (-CH=CH2), 166 (-OCO-CH=CH2), 167 (Cl-CH2-COO-)
合成例２：トリメチルアンモニウムキトサンの調製
[0028]キトサン（１ｇ）をＮ−メチル−２−ピロリジノン（５０ｍＬ）に加え、１．５Ｎ ＮａＯＨ溶液（１５ｍＬ）で処理した。該混合物を５０℃で３０分間撹拌した。その後、ヨウ化ナトリウム（１．０８ｇ）およびヨウ化メチル（１１．２ｇ）を該溶液に加え、次にこれを５０℃で２４時間攪拌した。その後、反応混合物を濾過して不溶物を除去した後、濾液を大過剰のアセトン中に沈殿させ、濾過した。得られた生成物を濾過により収集し、減圧乾燥した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 1.95 (-NHCOCH3) 3.33 (-N+CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例３：トリヘキシルアンモニウムキトサンの調製
[0029]トリヘキシルアンモニウムキトサンは、ヨウ化メチル（１１．２ｇ）を臭化ヘキシル（１３．０ｇ）に変更した点を除き、合成例２と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.19 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.25 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.95 (-NHCOCH3) 3.07 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例４：トリデシルアンモニウムキトサンの調製
[0030]トリデシルアンモニウムキトサンは、ヨウ化メチル（１１．２ｇ）を臭化デシル（１７．４ｇ）に変更した点を除き、合成例２と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.16 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2 (CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.02 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 3.4-4.1
(キトサン-H-2-6)
合成例５：キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0031]キトサン（０．２ｇ）を５０重量％ＮａＯＨ溶液の溶液（２．５ｍＬ）に加え、２４時間攪拌した。その後、アルカリ性になったキトサンを濾過し、濾液をフラスコに移した。クロロ官能基化ＰＥＧアクリレート（０．５ｇ、合成例１参照）をイソプロパノール（２．５ｍＬ）に溶解し、攪拌しつつキトサンに滴下して加えた。該混合物を室温で２４時間反応させた。この時間の後、粗生成物を濾過により回収し、水（１０ｍＬ）に溶解した。該溶液を２．５Ｍ ＨＣｌで中和した。該溶液を遠心分離して沈殿物を除去し、上澄みにエタノール（４０ｍＬ）を加えた後、生成物が溶液から沈殿した。固体を濾過し、エタノールで３回すすいだ。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 1.94 (-NHCOCH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.5 (-CH=CH2), 6.02 (-CH=CH2)
合成例６：トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0032]０．４５ｍＬの水中のトリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例２参照）に０．３０ｍＬの０．３８Ｍ水酸化ナトリウム溶液を加えた。その後、１．５ｍＬのイソプロパノールに溶解したクロロ官能基化ＰＥＧアクリレート（０．５ｇ、合成例１参照）を攪拌しつつ加え、混合物を室温で３時間攪拌した。反応後、混合物を室温に冷却し、アセトンとエタノールの混合物中に沈殿させた。濾過後、生成物が得られた。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 1.95 (-NHCOCH3), 3.22 (-N+CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.5 (-CH=CH2), 5.9-6.1 (-CH=CH2)
合成例７：トリヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0033]トリヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をトリヘキシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例３参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.86 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.19 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.30 (-N+CH2 CH2(CH2)3CH3), 1.95 (-NHCOCH3), 3.07 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.6 (-CH=CH2), 5.97-6.2 (-CH=CH2)
合成例８：トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0034]トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をトリデシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例４参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.16 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2(CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.02 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.6 (-CH=CH2), 5.91-6.05 (-CH=CH2)
合成例９：Ｎ−ヘキシルキトサンの調製
[0035]キトサン（１．０ｇ、６．２１ｍｍｏｌ）を１％酢酸水溶液（１００ｍＬ）に溶解した。その後、ヘキサナール（０．６２ｇ、０．７４ｍＬ、１当量）を加え、混合物を室温で攪拌した。１時間の撹拌後、溶液のｐＨを４．５に調整した。この溶液に、水素化ホウ素ナトリウム（９．３２ｍｍｏｌ）の１０％水溶液を加え、該溶液をさらに９０分間撹拌した。この時間の後、溶液のｐＨを１０に調整し、沈殿したＮ−ヘキシルキトサンを
濾過により収集し、濾液のｐＨが中性になるまで水洗した。これらの沈殿物を濾過し、残渣を中性になるまで蒸留水で洗浄した。未反応のアルデヒドおよび無機生成物を、エタノールおよびジエチルエーテルでソックスレー抽出した。得られたＮ−ヘキシルキトサンを濾過し、乾燥した。
合成例１０：Ｎ−デシルキトサンの調製
[0036]Ｎ−デシルキトサンは、ヘキサナール（０．６２ｇ）をデカナール（０．９７ｇ、６．２ｍｍｏｌ）に変更した点を除き、合成例９と同様に調製した。
合成例１１：ジメチルヘキシルアンモニウムキトサンの調製
[0037]Ｎ−ヘキシルキトサン（１ｇ、合成例９参照）をＮ−メチル−２−ピロリジノン（５０ｍＬ）に加え、１．５Ｎ ＮａＯＨ溶液（１５ｍＬ）で処理した。該混合物を５０℃で３０分間撹拌した。その後、ヨウ化ナトリウム（１．０８ｇ）およびヨウ化メチル（１１．２ｇ）を該溶液に加え、次にこれを５０℃で２４時間攪拌した。その後、反応混合物を濾過して不溶物を除去した後、濾液を大過剰のアセトン中に沈殿させ、濾過した。得られた生成物を濾過により収集し、減圧乾燥した。
1H-NMR (300MHz, D2O),δ: 0.76 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3, 1.22 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.58 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.96 (-NHCOCH3), 3.24 (-N+CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例１２：ジメチルデシルアンモニウムキトサンの調製
[0038]ジメチルデシルアンモニウムキトサンは、Ｎ−ヘキシルキトサン（１ｇ）をＮ−デシルキトサン（１ｇ、合成例１０参照）に変更した点を除き、合成例１１と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O),δ: 0.71 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.17 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2(CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.23 (-N+CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例１３：ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0039]ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をジメチルヘキシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例１１参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.75 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.22 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.58 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.96 (-NHCOCH3), 3.22 (-N+CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.51 (-CH=CH2), 5.86-5.99 (-CH=CH2)
合成例１４：ジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0040]ジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をジメチルデシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例１２参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O),δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.22 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2(CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.22 (-N+CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.54 (-CH=CH2), 5.85-6.05 (-CH=CH2)
ヒドロゲルの調製
合成例１５：キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよび四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの光重合
[0041]キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ（０．０６ｇ、合成例５参照）およびＰＥＧＤＡ（０．０６ｇ）をブレンドし、水（０．４８ｍＬ）に溶解した。光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ
２９５９）を０．１重量％（キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、ＰＥＧＤＡおよび水の全量に基づき）で加えた。得られた溶液を、２枚のガラス板およびその間の厚さ０．２５ｍｍのスペーサーフレームから作られた型に入れた。その後、該溶液を、紫外線水銀ランプを装備したＨｏｎｌｅ ＵＶ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの試験機を用いて、紫外線に暴露した（３６５ｎｍ、１５分暴露、１０ｍＷ／ｃｍ２）。硬化後、型を開き、ヒドロゲルを取り出し、脱イオン水で洗浄した。
【００３１】
[0042]トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、トリヘキシルアンモニウム
キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよびジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡから作製したヒドロゲルは、同様に調製した。
ヒドロゲルのＳＥＭ像
[0043]キトサンおよびいくつかの四級化キトサンの凍結乾燥ポリマーのＳＥＭ横断面像を図１に示す。図１は、四級化していないキトサンヒドロゲルは多くの小さな細孔（数マイクロメートルのもの）を有し、四級化キトサンヒドロゲルは一般に１００μｍを超えるより大きな細孔を有することを、同じ倍率（×２２０）で示している。ジメチルデシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１４）は、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１３）に比べ、比較的より大きな細孔を有することが観察された。施用例
抗菌活性
一般的培養手順
光重合により調製したヒドロゲルをリン酸緩衝生理食塩水に一晩浸し、抗菌アッセイの前に数回すすいだ。細菌をトリプチケースソイ寒天培地上で２４時間培養して採取した後、遠心分離により滅菌純水で２回洗浄した。純水中の細菌懸濁液（１０μＬ）を組織培養ポリスチレンプレートのウェル中のヒドロゲルコーティングの中心に移した。ヒドロゲルを２４℃で４時間（暴露時間）にわたり微生物と接触させた。その後、小容量の中和ブロスをウェルに加えて、あらゆる生存細菌を回収した。中和ブロス中の一連の１０倍希釈物を調製し、トリプチケースソイ寒天培地上で平板培養した。プレートを３５℃で４８時間インキュベートし、コロニー形成単位を計数した。結果は以下のように表された：
[0044]対数減少値＝Ｌｏｇ（初期接種菌数）−Ｌｏｇ（４時間の暴露時間での生存菌数）
結果
【００３２】
【表１】
【００３３】
キトサン誘導体でのコンタクトレンズの表面改質
モノマー溶液の調製
[0045]トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ（合成例６）およびＰＥＧＤＡを脱イオン水に溶解した（モノマー溶液）。モノマーの比率は２：１で、モノマー濃度は５％であった。ケイ素含有硬質ガス透過性コンタクトレンズ（ＲＧＰ ＣＬ）を、ＰＴＦＥビーカー中で脱イオン水およびイソプロピルアルコールを用いて３０分間洗浄した。
その後、それらを減圧乾燥した。洗浄したＲＧＰ ＣＬを、５０Ｗの電力下で６０秒間にわたりアルゴンプラズマにより処理した。アルゴンガス流量は１００ｓｃｃｍであった。その後、それらを続いて該雰囲気に１５分間暴露した。プラズマ処理したＲＧＰ ＣＬとモノマー溶液をグローブボックス（アルゴン雰囲気）に入れた。それらを完全に脱ガスした。ＲＧＰ ＣＬを少量のモノマー溶液に浸漬し、バイアルの口をしっかり締めた。その後、それらを９０分間にわたり紫外線照射した（３０〜３５ｍＷ／ｃｍ２）。トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡでコーティングされたＲＧＰ ＣＬ（Ｃｓコーティングされたレンズ）を、３０分より長く超音波下で脱イオン水で完全に洗浄して、残留モノマーを除去した。ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察の結果を図２に示す。図２は、トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡがＲＧＰ ＣＬの表面上にコーティングされたことを、明らかに示している。
抗菌活性
[0046]Ｃｓコーティングされたレンズの抗菌活性を、上記と同様に評価した。結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
接触角
[0047]接触角を、協和界面科学株式会社により製造された接触角計測器Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ５００を用いて、室温での液滴法により測定した。
【００３６】
対照（処理していない）：９３．４°
Ｃｓコーティングされたレンズ：５０．６°
結果は、本発明のヒドロゲルコーティングが優れた抗菌活性および濡れ性を示すことを明らかにしている。
【図１（ａ）】
【図１（ｂ）】
【図１（ｃ）】
【図１（ｄ）】
【図１（ｅ）】
【図１（ｆ）】
【技術分野】
【０００１】
[0001]キトサンは、グルコサミン（２−アミノ−２−デオキシ−β−Ｄ−グルコース）のβ−１，４−連結ポリマーおよびより少量のＮ−アセチルグルコサミンである。それは、カニおよびエビ加工業の豊富な副産物であるキチン（ポリ−Ｎ−アセチルグルコサミン）の脱アセチル化により形成する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]天然キトサンの水溶性および抗菌性は、キトサンの四級化により達成または高めることができる。四級化キトサンは、Ｃ−２位のアミノ基を四級化することによって、多糖主鎖上に永久正荷電がもたらされている。四級化キトサンは、化粧品、食品の保存および包装、コーティング材料、殺菌剤、ならびに生物医学的用途において有用性が見いだされている（特開２００５−２９０２９７号、特開平０８−１４４１２１号、特表２００４−５１５８１３号）。
【０００３】
[0003]したがって、四級化キトサンは、ヒドロゲル形成に利用して抗菌性コンタクトレンズ用コーティングとして配合することができる。ヒドロゲル形成を達成するために、四級化キトサンに（メタ）アクリレートのような光架橋性基をグラフトさせ、これを紫外線重合法によりヒドロゲル化することができる。ヒドロゲルは、平衡状態において水を含有する水和された架橋ポリマーであり、生体適合性の程度が高いため、コンタクトレンズ、生体インプラント、例えば、導尿カテーテル、ペースメーカー、心臓弁、人工心臓、人工乳房、眼内レンズ、創傷被覆材、人工臓器、および生物活性試薬のためのデリバリー担体など、多くの生物医学的用途において、幅広く用いられてきた。しかしながら、医療器具の抗菌性コーティングとしての四級化キトサンヒドロゲルの使用に関しては、研究が行われていない。本発明は、重合性基、特に光架橋性基をグラフトさせた四級化キトサンに基づく新規ヒドロゲルの形成について記載するものであり、結果として得られる抗菌活性を有する医療器具に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９０２９７号
【特許文献２】特開平０８−１４４１２１号
【特許文献３】特表２００４−５１５８１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0004]本発明の目的は、新規の有用な四級化キトサン誘導体、該四級化キトサン誘導体の生産方法、キトサンヒドロゲル、該ヒドロゲルの生産方法、および該ヒドロゲルを用いた物品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0005]本発明は以下の態様を提供する：
［１］重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体。
［２］以下の式（１）により表されるアンモニウム基を有する、［１］の四級化キトサン誘導体：
−Ｎ＋（Ｒ１）３ （１）
［式中、各Ｒ１は、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選
択され、（Ｒ１）のうち２または３つが組み合わさって、置換または非置換脂肪族環状基を形成していてもよい］。
［３］（Ｒ１）の少なくとも１つが、１〜１８の炭素原子を有する置換または非置換アルキル基である、［２］の四級化キトサン誘導体。
［４］重合性有機部分が以下の式により表される、［１］〜［３］のいずれか一つの四級化キトサン誘導体：
−Ｙ−Ｐ
（式中、Ｐは重合性基であり；Ｙはスペーサー基である）。
［５］前記−Ｎ＋（Ｒ１）３基が−Ｎ＋Ｒ’Ｒ’’２［式中、Ｒ’およびＲ’’は、Ｒ’がＲ’’より多くの炭素原子を有するという条件で、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択される］である、［２］の四級化キトサン誘導体。
［６］重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体の生産方法であって、四級化キトサン誘導体と、重合性有機部分を有するハロゲン化物とを反応させる段階を含む方法。
［７］前記ハロゲン化物が以下の式（２）により表される、［６］の方法：
Ｘ−Ｐ１ （２）
［式中、Ｐ１は重合性有機部分であり；Ｘはハロゲン原子である］。Ｘの好ましい例としては、Ｃｌ、ＢｒおよびＩが挙げられる。ハロゲン化物Ｘ−Ｐ１の 好ましい例としては、Ｘ−Ｚ−ＣＯＯＣＲ４＝ＣＨ２［式中、Ｒ４は、−Ｈまたは−ＣＨ３であり；Ｚは、化学結合またはポリエチレングリコール鎖含有基、例えば−ＣＨ２ＣＯＯ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−（ｎは１以上であり、好ましくは３以上である）である］が挙げられる。
［８］［１］〜［５］のいずれか一つの前記四級化キトサン誘導体、開始剤および水を含む重合性組成物を重合する段階を含む、キトサンヒドロゲルの生産方法。
［９］前記重合段階が、［１］〜［５］のいずれか一つの前記四級化キトサン誘導体、光開始剤および水を含む光重合性組成物に紫外線（ＵＶ）を照射する段階を含む、［８］のキトサンヒドロゲルの生産方法。
好ましい重合性（特に光重合性）組成物は、組成物の全量につき０．１〜２０重量％の［１］〜［５］のいずれか一つの前記四級化キトサン誘導体、０．１〜１．０重量％の開始剤（特に光開始剤）、１〜９９．９重量％の１以上のコモノマー、および０〜８０重量％の水を含む。該組成物は、本発明の利点を損なわないという条件で、他の成分を含有していてもよい。
［１０］［８］または［９］の方法により生産されるヒドロゲル。
［１１］［１０］のヒドロゲルを含むコーティングを有する医療器具。
［１２］［１０］のヒドロゲルを含むコーティングを有するコンタクトレンズ。
［１３］［１０］のヒドロゲルを含有する医療器具。
［１４］［１０］のヒドロゲルを含有する化粧品。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0006]図１は、いくつかのキトサンに基づくヒドロゲル（実施例１５）の走査型電子顕微鏡写真を示す。図１（ａ）は、四級化されていないキトサンヒドロゲルに該当し；図１（ｂ）は、トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；図１（ｃ）は、トリヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；図１（ｄ）は、トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；図１（ｅ）は、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルに該当し；そして、図１（ｆ）は、ジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡに該当する。
【図２−１】図２は、トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルがケイ素含有硬質ガス透過性コンタクトレンズ（ＲＧＰ ＣＬ）の表面上にコーティングされたことを明らかにする原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察の結果を示す。図２−１は対照(アルゴンプラズマ処理前)の表面の観察結果を示す。
【図２−２】図２−２はアルゴンプラズマ処理レンズの表面の観察結果を示す。
【図２−３】図２−３はトリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡでコーティングされたＲＧＰ ＣＬ（Ｃｓコーティングされたレンズ）の表面の観察結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0007]本発明は、医療器具の保護およびコーティングのための幅広い抗菌性を有するヒドロゲルマトリックスを形成する、水溶性四級化キトサン誘導体に関する。ヒドロゲルは、その親水性が微生物の可逆的で非特異的な付着を本質的に妨げるため、抗菌性コーティングとして魅力的である。
【０００９】
[0008]ヒドロゲル形成を達成するために、四級化キトサンに重合性基、特に光架橋性基、例えばメタクリレート、ＰＥＧ誘導体をグラフトさせ、これを熱重合法または紫外線重合法によりヒドロゲル化することができる。ヒドロゲルは、平衡状態において水を含有しクッション状の親水膜を形成する、水和された架橋ポリマーである。ヒドロゲルは生体適合性の程度が高く、抗菌性を有し、濡れ性が良好であるため、本発明は、多くの医療器具、例えば、コンタクトレンズ、生体インプラント、例えば、導尿カテーテル、ペースメーカー、心臓弁、人工心臓、人工乳房、眼内レンズ、創傷被覆材、人工臓器、および生物活性試薬のためのデリバリー担体、関節全置換物(total joint replacement)などの生物医学的器具において、幅広く用いられる。本発明は、重合性基、特に光架橋性基をグラフトさせた四級化アンモニウムキトサン誘導体に基づく新規ヒドロゲルの形成について記載するものであり、したがって、抗菌性の親水性コーティング剤としてのヒドロゲルを提供する。
【００１０】
[0009]ここで、本発明についてさらに記載する。以下の節において、本発明の異なる観点をより詳細に定義する。そのように定義した各観点は、組み合わせないように明示されていない限り、任意の一または複数の他の観点と組み合わせることができる。とりわけ、好ましいまたは有利であると示されている特徴を、好ましいまたは有利であると示されている任意の一または複数の他の特徴と組み合わせることができる。
【００１１】
[0010]第一の非常に好ましい態様において、本発明の抗菌性ヒドロゲルは、重合性カチオン性四級化キトサンのラジカル重合により調製した架橋ヒドロゲルを含む。
[0011]重合性カチオン性四級化キトサンの構造の概要を以下の式（３）に示す：
【００１２】
【化１】
【００１３】
［式中、Ｐは重合性基であり；Ｙはスペーサー基であり；Ｒ’およびＲ’’は、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択される］。式（３）は、本発明を説明するためにのみ例示している。本発明の重合性四級化キトサンは式（３）の態様に限定されるわけではないことに留意すべきである。
【００１４】
[0012]カチオン性四級化キトサンは四級化キトサン誘導体から調製することが好ましい
が、他のカチオン性四級化キトサンを用いてもよい。これらのカチオン性四級化キトサンは、四級化キトサン鎖に沿ってトリアルキルアンモニウム基を含有する。四級化キトサンは、第一級ヒドロキシル基を介して、好ましくはスペーサー基Ｙを介して、四級化キトサン鎖に結合している重合性基も含有する。
【００１５】
[0013]式（３）を参照して、カチオン性四級化キトサンの好ましい態様は、３つのアルキル基がすべて同一であるトリアルキルアンモニウム基をポリマー鎖に沿って含有する四級化キトサンを含む。四級化アンモニウム部分の非限定的例としては、トリメチルアンモニウム−、トリエチルアンモニウム−、トリプロピルアンモニウム−、トリブチルアンモニウム−、トリペンチルアンモニウム−、トリヘキシルアンモニウム−、トリオクチルアンモニウム−、トリデシルアンモニウム−、トリドデシルアンモニウム−、トリオクタデシルアンモニウム−が挙げられる。
【００１６】
[0014]アルキル基の１つが他の２つと異なるトリアルキルアンモニウム部分が、より好ましい。より好ましいこの態様の非限定的例としては、ジメチルエチルアンモニウム−、ジメチルプロピルアンモニウム−、ジメチルブチルアンモニウム−、ジメチルペンチルアンモニウム−、ジメチルヘキシルアンモニウム−、ジメチルオクチルアンモニウム−、ジメチルデシルアンモニウム−、ジメチルドデシルアンモニウム−、ジメチルオクタデシルアンモニウム−、ジヘキサデシルメチルアンモニウム−、ジヘキサデシルエチルアンモニウム−、ジヘキサデシルプロピルアンモニウム−、およびジヘキサデシルブチルアンモニウム−が挙げられる。
【００１７】
[0015]式（３）を再度参照し、重合性基Ｐは、ビニル、アクリレート、メタクリレート、ビニルフェニレン、シンナモイル、アリルを含む群から選択される重合性基の１つを含むことができる。重合性基Ｐは、スペーサー基Ｙを介してカチオン性四級化キトサンに結合していることが好ましい。スペーサー基は、−（ＣｎＨ２ｎ）−、またはより好ましくは−（ＣｎＨ２ｎＯ）−［式中、ｎ＝０〜２０、またはより好ましくは２〜１０である］を含む基から選択することができる。
【００１８】
[0016]好ましい態様では、ヒドロゲルを重合性カチオン性四級化キトサンのラジカル重合により生産する。他の好ましい態様では、重合性カチオン性四級化キトサンを、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、グリセロールモノアクリレート、アクリロイルホスホリルコリン、ポリエチレングリコールジアクリレート、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、グリセロールモノメタクリレート、メタクリロイルホスホリルコリン、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、スチレンおよびＮ−ビニルピロリドン、またはそれらの混合物を含む非限定的群から選択されるコモノマーと、共重合することができる。コモノマーの例としては、エチレングリコールジアクリレート、グリセロールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ジビニルベンゼン、ポリエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、グリセロールトリ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸グリシジル、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーおよびそれらの混合物のような、二官能または三官能モノマーも挙げられる。
【００１９】
[0017]従来、トリアルキルアンモニウムキトサンは、求核置換反応においてヨウ化メチル、臭化ヘキシルまたは臭化デシルのようなハロゲン化アルキルと反応させて四級化構造の形成をもたらすことにより、合成することができる。以下の反応スキームＩ参照。本発明において、好ましい出発材料としては、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは
少なくとも７５％の脱アセチル化度と、好ましくは１００００〜２０００００ｇ／ｍｏｌ（ＧＰＣにより決定）の数平均分子量を有する、キトサン粉末が挙げられる。出発キトサン材料の分子量が過度に大きい場合、本発明のキトサン誘導体を重合することは難しい。この場合、基材表面へのヒドロゲルの固定も難しくなる。
スキームＩ：トリアルキルアンモニウムマクロモノマーおよび該モノマーからのヒドロゲルの調製に用いられる反応スキーム
【００２０】
【化２】
【００２１】
Ｎ−アルキル−Ｎ，Ｎ−ジアルキルアンモニウムキトサンは、最初にアルデヒド（例えばヘキサナールおよびデカナール）でキトサンを還元的にアルキル化してイミンを形成した後、還元してＮ−アルキル誘導体を得ることにより、形成することもできる。その後、該アルキル誘導体をヨウ化メチルなどのハロゲン化アルキルで四級化した。以下の反応スキームＩＩ参照。
スキームＩＩ：ジメチルアルキルアンモニウムマクロモノマーおよび該モノマーからのヒドロゲルの調製に用いられる反応スキーム
【００２２】
【化３】
【００２３】
[0018]つぎに、ヒドロゲルとして施用するために、四級化キトサン誘導体に重合性基、特に光架橋性基をグラフトさせ、熱重合法または紫外線重合法によりヒドロゲル化した。ここで用いる光架橋性基はポリエチレングリコールモノアクリレート（ＰＥＧＭＡ）である。キトサンおよび四級化キトサンにＰＥＧＭＡ（分子量が３７５と小さいもの）をそれぞれグラフトさせて、キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよび四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡを形成した。キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよび四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、水酸化ナトリウムを塩基として用いてクロロ官能基化ＰＥＧＭＡを天然キトサンまたは四級化キトサンと反応させることにより、それぞれ合成した。グラフト反応の後、四級化キトサンの水溶性は変化しなかったが、キトサンは、親水性ＰＥＧＭＡのグラフト後、不溶性から可溶性に変化した。グラフトさせたＰＥＧの存在は、ＰＥＧアッセイを採用して紫外分光法により検出することができる。
【００２４】
[0019]ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）、ポリエチレングリコー
ルジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレートまたはポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーを、紫外線照射中に光架橋性四級化キトサン誘導体とブレンドすることができる。ＰＥＧＤＡは、ヒドロゲル骨格、膜材料および薬物送達の使用のための光化学的修飾において、幅広く用いられてきた。光架橋性ＰＥＧＤＡとのブレンディングは、その親水性、生体適合性および生分解性に起因して、いくつかの利点を有する。これに加えて、非荷電ポリマーであるＰＥＧは、それ自体および他の分子との相互作用が最小限である。もっとも重要な理由は、ＰＥＧＤＡとブレンドすることにより、本発明のキトサン誘導体の引っ張り強さが改善されて、容易に取り扱うことができるヒドロゲルを得ることができる点である。
【００２５】
[0020]本発明では、光重合が多くの利点を有するので、これを用いてヒドロゲルを作製した。光重合は、液体から水に不溶なヒドロゲルを作製するための技術として、用途が広く容易である。それはまた、ヒドロゲルの成分に有害な影響を及ぼすことなく周囲温度において短時間でヒドロゲルを形成することができる、非侵襲的(non-invasive)技術である。低い有機溶媒レベルも本方法に包含され、エピクロロヒドリン、グルタルアルデヒド、カルボジイミドなどのような（従来の化学架橋における）有毒な化学架橋剤の使用が回避される。紫外線を用いて光開始剤とよばれる感光性化合物と相互作用させ、重合を開始させることができるフリーラジカルを作り出して、架橋ヒドロゲルを形成した。したがって、ヒドロゲルを、２：１の比率のキトサン−ｇ−ＰＥＧアクリレートまたは四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧアクリレートおよびＰＥＧジアクリレートからなる溶液（２０重量％の全ポリマー混合物と８０重量％の水）と、少量の水溶性光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ２９５９）（ポリマー混合物に対し０．１重量％）から作製することができる。これにより、キトサン誘導体をＰＥＧＤＡと共重合させる場合、完全な相互貫入網目構造が形成する。溶解後、約０．２５ｍＬの各溶液をポリプロピレンチューブに加え、アルゴンパージしたガラスチャンバーに入れた。ヒドロゲルを形成するために、ガラスチャンバー内の試料溶液を紫外線に１５分間暴露した。あるいは、厚さ２５０μｍのスペーサーフレームを用いてガラススライド上で光重合を行うこともできる。前駆体溶液をガラススライド上に滴下し、他のガラススライドで覆った後、紫外線に１５分間暴露し、これによりヒドロゲルを作製した。
【００２６】
[0021]より孔径が大きな凍結乾燥ポリマーは、キトサンのＮ−アルキル化により達成することができる。キトサンおよびいくつかの四級化キトサンの凍結乾燥ポリマーのＳＥＭ横断面像を図１に示す。図１は、四級化していないキトサンヒドロゲルは多くの小さな細孔（数マイクロメートルのもの）を有し、四級化キトサンヒドロゲルは一般に１００μｍを超えるより大きな細孔を有することを、同じ倍率（×２２０）で示している。ジメチルデシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１４参照）は、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１３参照）に比べ、比較的より大きな細孔を有することが観察された。
他の用途：
[0022]本明細書中に記載する抗菌性ヒドロゲルは、細菌および菌類に対し強い抗菌活性を示し、したがって、コンタクトレンズ用コーティングとして用いるだけでなく、細菌の攻撃を最小限にすることが望ましい配合物に包含させることもできる。例えば、それらは、化粧品配合物、例えば髪および皮膚用配合物、またはコンタクトレンズ用溶液に、低濃度で組み込むことができる。
【００２７】
[0023]これらのキトサン誘導体ヒドロゲルは、ヒトまたは他の動物の体表面での微生物の増殖を防止または抑制するためにそれらの体表面上に施用または接触させることができる生物医学的または薬学的材料として、施用することもできる。
【００２８】
[0024]ＰＥＧおよびキトサンのような生体適合性材料から調製した抗菌性ヒドロゲルは
、２次元または３次元の細胞培養に関与する組織工学の分野で用いることもできる。
抗菌性ヒドロゲルは、正電荷の存在に起因して、成長因子または細胞接着性タンパク質のような負に帯電している生物活性材料の送達および放出制御に、用いることもできる。
【実施例】
【００２９】
合成例
[0025]キトサン粉末は、８１．７９％の脱アセチル化度および１．０５×１０５ｇ／ｍｏｌ（ＧＰＣにより決定）の数平均分子量を有するもので、中国のＤａｌｉａｎ Ｘｉｎｄｉｅ Ｃｈｉｔｉｎ Ｃｏ．により供給された。Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化メチル、臭化ヘキシル、臭化デシル、ヘキサナール、デカナール、塩化クロロアセチル、ＰＥＧモノアクリレート（Ｍｎ３７５）、ＰＥＧジアクリレート（Ｍｎ７００）、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、イソプロパノールおよび水素化ホウ素ナトリウムは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（米国ミズーリ州Ｓａｉｎｔ Ｌｏｕｉｓ）から購入した。分析用ヘキサン、トルエン、ジエチルエーテル、エタノール、アセトンおよび塩化メチレンは、ＶＷＲ Ｐｔｅ Ｌｔｄ（シンガポール）から購入し、入手した状態で使用した。トルエンはモレキュラーシーブ上で乾燥した。光開始剤の４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−プロピル）ケトン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ２９５９）は、Ｃｉｂａ（シンガポール）から購入した。
【００３０】
[0026]１Ｈ−ＮＭＲおよび１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルは、Ｂｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ
３００ＭＨｚ機器で記録した。フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルは、ＫＢｒディスクを用い、４０００〜４００ｃｍ−１の波数範囲にわたりＤｉｇｉｌａｂ ＦＴＳ ３１００機器を用いて室温で記録した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、ヒドロゲルを脱イオン水に２日間以上浸漬してから観察した。その後、これらのヒドロゲルを凍結乾燥機において−５０℃で３時間凍結させた後減圧乾燥した。４８時間の凍結乾燥後、ヒドロゲルを鋭利な刃物で切断して、横断面を得た。その後、それらをアルミニウム製スタッド(aluminium stud)の上に載せ、Ｊｅｏｌ ＪＦＣ−１６００ Ａｕｔｏ Ｆｉｎｅコーターを用いて白金で６０秒間スパッタコーティングした。その後、試料を走査型電子顕微鏡（Ｊｅｏｌ ＪＳＭ−５６００ＬＶ）により画像化した。
合成例１：クロロ官能基化ＰＥＧアクリレートの調製
[0027]数平均分子量３７５のＰＥＧモノアクリレート（２．３６ｍＬ、７．０６ｍｍｏｌ）を１００ｍＬのトルエンに溶解し、塩化クロロアセチル（２．２５ｍＬ、２８．２４ｍｍｏｌ）で処理した。その後、混合物を還流下で２４時間加熱した。この時間の後、溶媒および揮発物を留去し、残渣を塩化メチレン（１５０ｍＬ）に溶解した。該溶液を炭酸カリウム上で攪拌し、濾過した。溶媒を留去し、ヘキサンで洗浄した後、生成物が得られ、これを乾燥し、さらに精製することなく使用した。
1H-NMR (300MHz, CDCl3), δ: 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 4.1 (Cl-CH2-COO-), 5.7 (-CH=CH2), 6.0, 6.2 (-CH=CH2)
13C-NMR (300MHz, CDCl3), δ: 63.6-69.0 (-O-CH2-CH2-O-), 128, 131 (-CH=CH2), 166 (-OCO-CH=CH2), 167 (Cl-CH2-COO-)
合成例２：トリメチルアンモニウムキトサンの調製
[0028]キトサン（１ｇ）をＮ−メチル−２−ピロリジノン（５０ｍＬ）に加え、１．５Ｎ ＮａＯＨ溶液（１５ｍＬ）で処理した。該混合物を５０℃で３０分間撹拌した。その後、ヨウ化ナトリウム（１．０８ｇ）およびヨウ化メチル（１１．２ｇ）を該溶液に加え、次にこれを５０℃で２４時間攪拌した。その後、反応混合物を濾過して不溶物を除去した後、濾液を大過剰のアセトン中に沈殿させ、濾過した。得られた生成物を濾過により収集し、減圧乾燥した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 1.95 (-NHCOCH3) 3.33 (-N+CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例３：トリヘキシルアンモニウムキトサンの調製
[0029]トリヘキシルアンモニウムキトサンは、ヨウ化メチル（１１．２ｇ）を臭化ヘキシル（１３．０ｇ）に変更した点を除き、合成例２と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.19 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.25 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.95 (-NHCOCH3) 3.07 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例４：トリデシルアンモニウムキトサンの調製
[0030]トリデシルアンモニウムキトサンは、ヨウ化メチル（１１．２ｇ）を臭化デシル（１７．４ｇ）に変更した点を除き、合成例２と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.16 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2 (CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.02 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 3.4-4.1
(キトサン-H-2-6)
合成例５：キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0031]キトサン（０．２ｇ）を５０重量％ＮａＯＨ溶液の溶液（２．５ｍＬ）に加え、２４時間攪拌した。その後、アルカリ性になったキトサンを濾過し、濾液をフラスコに移した。クロロ官能基化ＰＥＧアクリレート（０．５ｇ、合成例１参照）をイソプロパノール（２．５ｍＬ）に溶解し、攪拌しつつキトサンに滴下して加えた。該混合物を室温で２４時間反応させた。この時間の後、粗生成物を濾過により回収し、水（１０ｍＬ）に溶解した。該溶液を２．５Ｍ ＨＣｌで中和した。該溶液を遠心分離して沈殿物を除去し、上澄みにエタノール（４０ｍＬ）を加えた後、生成物が溶液から沈殿した。固体を濾過し、エタノールで３回すすいだ。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 1.94 (-NHCOCH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.5 (-CH=CH2), 6.02 (-CH=CH2)
合成例６：トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0032]０．４５ｍＬの水中のトリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例２参照）に０．３０ｍＬの０．３８Ｍ水酸化ナトリウム溶液を加えた。その後、１．５ｍＬのイソプロパノールに溶解したクロロ官能基化ＰＥＧアクリレート（０．５ｇ、合成例１参照）を攪拌しつつ加え、混合物を室温で３時間攪拌した。反応後、混合物を室温に冷却し、アセトンとエタノールの混合物中に沈殿させた。濾過後、生成物が得られた。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 1.95 (-NHCOCH3), 3.22 (-N+CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.5 (-CH=CH2), 5.9-6.1 (-CH=CH2)
合成例７：トリヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0033]トリヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をトリヘキシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例３参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.86 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.19 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.30 (-N+CH2 CH2(CH2)3CH3), 1.95 (-NHCOCH3), 3.07 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.6 (-CH=CH2), 5.97-6.2 (-CH=CH2)
合成例８：トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0034]トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をトリデシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例４参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.16 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2(CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.02 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.6 (-CH=CH2), 5.91-6.05 (-CH=CH2)
合成例９：Ｎ−ヘキシルキトサンの調製
[0035]キトサン（１．０ｇ、６．２１ｍｍｏｌ）を１％酢酸水溶液（１００ｍＬ）に溶解した。その後、ヘキサナール（０．６２ｇ、０．７４ｍＬ、１当量）を加え、混合物を室温で攪拌した。１時間の撹拌後、溶液のｐＨを４．５に調整した。この溶液に、水素化ホウ素ナトリウム（９．３２ｍｍｏｌ）の１０％水溶液を加え、該溶液をさらに９０分間撹拌した。この時間の後、溶液のｐＨを１０に調整し、沈殿したＮ−ヘキシルキトサンを
濾過により収集し、濾液のｐＨが中性になるまで水洗した。これらの沈殿物を濾過し、残渣を中性になるまで蒸留水で洗浄した。未反応のアルデヒドおよび無機生成物を、エタノールおよびジエチルエーテルでソックスレー抽出した。得られたＮ−ヘキシルキトサンを濾過し、乾燥した。
合成例１０：Ｎ−デシルキトサンの調製
[0036]Ｎ−デシルキトサンは、ヘキサナール（０．６２ｇ）をデカナール（０．９７ｇ、６．２ｍｍｏｌ）に変更した点を除き、合成例９と同様に調製した。
合成例１１：ジメチルヘキシルアンモニウムキトサンの調製
[0037]Ｎ−ヘキシルキトサン（１ｇ、合成例９参照）をＮ−メチル−２−ピロリジノン（５０ｍＬ）に加え、１．５Ｎ ＮａＯＨ溶液（１５ｍＬ）で処理した。該混合物を５０℃で３０分間撹拌した。その後、ヨウ化ナトリウム（１．０８ｇ）およびヨウ化メチル（１１．２ｇ）を該溶液に加え、次にこれを５０℃で２４時間攪拌した。その後、反応混合物を濾過して不溶物を除去した後、濾液を大過剰のアセトン中に沈殿させ、濾過した。得られた生成物を濾過により収集し、減圧乾燥した。
1H-NMR (300MHz, D2O),δ: 0.76 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3, 1.22 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.58 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.96 (-NHCOCH3), 3.24 (-N+CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例１２：ジメチルデシルアンモニウムキトサンの調製
[0038]ジメチルデシルアンモニウムキトサンは、Ｎ−ヘキシルキトサン（１ｇ）をＮ−デシルキトサン（１ｇ、合成例１０参照）に変更した点を除き、合成例１１と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O),δ: 0.71 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.17 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2(CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.23 (-N+CH3), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6)
合成例１３：ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0039]ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をジメチルヘキシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例１１参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O), δ: 0.75 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.22 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.58 (-N+CH2CH2(CH2)3CH3), 1.96 (-NHCOCH3), 3.22 (-N+CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.51 (-CH=CH2), 5.86-5.99 (-CH=CH2)
合成例１４：ジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの調製
[0040]ジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡは、トリメチルアンモニウムキトサン（０．２ｇ）をジメチルデシルアンモニウムキトサン（０．２ｇ、合成例１２参照）に変更した点を除き、合成例６と同様に調製した。
1H-NMR (300MHz, D2O),δ: 0.74 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.22 (-N+CH2CH2(CH2)7CH3), 1.58 (-N+CH2 CH2(CH2)7CH3), 1.94 (-NHCOCH3), 3.22 (-N+CH3), 3.5-3.7 (-O-CH2-CH2-O-), 3.4-4.1 (キトサン-H-2-6), 5.54 (-CH=CH2), 5.85-6.05 (-CH=CH2)
ヒドロゲルの調製
合成例１５：キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよび四級化キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡの光重合
[0041]キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ（０．０６ｇ、合成例５参照）およびＰＥＧＤＡ（０．０６ｇ）をブレンドし、水（０．４８ｍＬ）に溶解した。光開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ
２９５９）を０．１重量％（キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、ＰＥＧＤＡおよび水の全量に基づき）で加えた。得られた溶液を、２枚のガラス板およびその間の厚さ０．２５ｍｍのスペーサーフレームから作られた型に入れた。その後、該溶液を、紫外線水銀ランプを装備したＨｏｎｌｅ ＵＶ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの試験機を用いて、紫外線に暴露した（３６５ｎｍ、１５分暴露、１０ｍＷ／ｃｍ２）。硬化後、型を開き、ヒドロゲルを取り出し、脱イオン水で洗浄した。
【００３１】
[0042]トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、トリヘキシルアンモニウム
キトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、トリデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡおよびジメチルデシルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡから作製したヒドロゲルは、同様に調製した。
ヒドロゲルのＳＥＭ像
[0043]キトサンおよびいくつかの四級化キトサンの凍結乾燥ポリマーのＳＥＭ横断面像を図１に示す。図１は、四級化していないキトサンヒドロゲルは多くの小さな細孔（数マイクロメートルのもの）を有し、四級化キトサンヒドロゲルは一般に１００μｍを超えるより大きな細孔を有することを、同じ倍率（×２２０）で示している。ジメチルデシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１４）は、ジメチルヘキシルアンモニウムキトサンヒドロゲル（合成例１３）に比べ、比較的より大きな細孔を有することが観察された。施用例
抗菌活性
一般的培養手順
光重合により調製したヒドロゲルをリン酸緩衝生理食塩水に一晩浸し、抗菌アッセイの前に数回すすいだ。細菌をトリプチケースソイ寒天培地上で２４時間培養して採取した後、遠心分離により滅菌純水で２回洗浄した。純水中の細菌懸濁液（１０μＬ）を組織培養ポリスチレンプレートのウェル中のヒドロゲルコーティングの中心に移した。ヒドロゲルを２４℃で４時間（暴露時間）にわたり微生物と接触させた。その後、小容量の中和ブロスをウェルに加えて、あらゆる生存細菌を回収した。中和ブロス中の一連の１０倍希釈物を調製し、トリプチケースソイ寒天培地上で平板培養した。プレートを３５℃で４８時間インキュベートし、コロニー形成単位を計数した。結果は以下のように表された：
[0044]対数減少値＝Ｌｏｇ（初期接種菌数）−Ｌｏｇ（４時間の暴露時間での生存菌数）
結果
【００３２】
【表１】
【００３３】
キトサン誘導体でのコンタクトレンズの表面改質
モノマー溶液の調製
[0045]トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡ（合成例６）およびＰＥＧＤＡを脱イオン水に溶解した（モノマー溶液）。モノマーの比率は２：１で、モノマー濃度は５％であった。ケイ素含有硬質ガス透過性コンタクトレンズ（ＲＧＰ ＣＬ）を、ＰＴＦＥビーカー中で脱イオン水およびイソプロピルアルコールを用いて３０分間洗浄した。
その後、それらを減圧乾燥した。洗浄したＲＧＰ ＣＬを、５０Ｗの電力下で６０秒間にわたりアルゴンプラズマにより処理した。アルゴンガス流量は１００ｓｃｃｍであった。その後、それらを続いて該雰囲気に１５分間暴露した。プラズマ処理したＲＧＰ ＣＬとモノマー溶液をグローブボックス（アルゴン雰囲気）に入れた。それらを完全に脱ガスした。ＲＧＰ ＣＬを少量のモノマー溶液に浸漬し、バイアルの口をしっかり締めた。その後、それらを９０分間にわたり紫外線照射した（３０〜３５ｍＷ／ｃｍ２）。トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡでコーティングされたＲＧＰ ＣＬ（Ｃｓコーティングされたレンズ）を、３０分より長く超音波下で脱イオン水で完全に洗浄して、残留モノマーを除去した。ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察の結果を図２に示す。図２は、トリメチルアンモニウムキトサン−ｇ−ＰＥＧＭＡがＲＧＰ ＣＬの表面上にコーティングされたことを、明らかに示している。
抗菌活性
[0046]Ｃｓコーティングされたレンズの抗菌活性を、上記と同様に評価した。結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
接触角
[0047]接触角を、協和界面科学株式会社により製造された接触角計測器Ｄｒｏｐ Ｍａｓｔｅｒ ５００を用いて、室温での液滴法により測定した。
【００３６】
対照（処理していない）：９３．４°
Ｃｓコーティングされたレンズ：５０．６°
結果は、本発明のヒドロゲルコーティングが優れた抗菌活性および濡れ性を示すことを明らかにしている。
【図１（ａ）】
【図１（ｂ）】
【図１（ｃ）】
【図１（ｄ）】
【図１（ｅ）】
【図１（ｆ）】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体。
【請求項２】
以下の式により表されるアンモニウム基を有する、請求項１に記載の四級化キトサン誘導体：
−Ｎ＋（Ｒ１）３
［式中、各Ｒ１は、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択され、（Ｒ１）のうち２または３つが組み合わさって、置換または非置換脂肪族環状基を形成していてもよい］。
【請求項３】
（Ｒ１）の少なくとも１つが、１〜１８の炭素原子を有する置換または非置換アルキル基である、請求項２に記載の四級化キトサン誘導体。
【請求項４】
重合性有機部分が以下の式により表される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の四級化キトサン誘導体：
−Ｙ−Ｐ
（式中、Ｐは重合性基であり；Ｙはスペーサー基である）。
【請求項５】
前記−Ｎ＋（Ｒ１）３基が−Ｎ＋Ｒ’Ｒ’’２［式中、Ｒ’およびＲ’’は、Ｒ’がＲ’’より多くの炭素原子を有するという条件で、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択される］である、請求項２に記載の四級化キトサン誘導体。
【請求項６】
重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体の生産方法であって、四級化キトサン誘導体と、重合性有機部分を有するハロゲン化物とを反応させる段階を含む方法。
【請求項７】
前記ハロゲン化物が以下の式により表される、請求項６に記載の方法：
Ｘ−Ｐ１
［式中、Ｐ１は重合性有機部分であり；Ｘはハロゲン原子である］。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記四級化キトサン誘導体、開始剤および水を含む重合性組成物を重合する段階を含む、キトサンヒドロゲルの生産方法。
【請求項９】
前記重合段階が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記四級化キトサン誘導体、光開始剤および水を含む光重合性組成物に紫外線（ＵＶ）を照射する段階を含む、請求項８に記載のキトサンヒドロゲルの生産方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法により生産されるヒドロゲル。
【請求項１１】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含むコーティングを有する医療器具。
【請求項１２】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含むコーティングを有するコンタクトレンズ。
【請求項１３】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含有する医療器具。
【請求項１４】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含有する化粧品。
【請求項１】
重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体。
【請求項２】
以下の式により表されるアンモニウム基を有する、請求項１に記載の四級化キトサン誘導体：
−Ｎ＋（Ｒ１）３
［式中、各Ｒ１は、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択され、（Ｒ１）のうち２または３つが組み合わさって、置換または非置換脂肪族環状基を形成していてもよい］。
【請求項３】
（Ｒ１）の少なくとも１つが、１〜１８の炭素原子を有する置換または非置換アルキル基である、請求項２に記載の四級化キトサン誘導体。
【請求項４】
重合性有機部分が以下の式により表される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の四級化キトサン誘導体：
−Ｙ−Ｐ
（式中、Ｐは重合性基であり；Ｙはスペーサー基である）。
【請求項５】
前記−Ｎ＋（Ｒ１）３基が−Ｎ＋Ｒ’Ｒ’’２［式中、Ｒ’およびＲ’’は、Ｒ’がＲ’’より多くの炭素原子を有するという条件で、独立して、水素および置換または非置換アルキル基からなる群より選択される］である、請求項２に記載の四級化キトサン誘導体。
【請求項６】
重合性有機部分を有する四級化キトサン誘導体の生産方法であって、四級化キトサン誘導体と、重合性有機部分を有するハロゲン化物とを反応させる段階を含む方法。
【請求項７】
前記ハロゲン化物が以下の式により表される、請求項６に記載の方法：
Ｘ−Ｐ１
［式中、Ｐ１は重合性有機部分であり；Ｘはハロゲン原子である］。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記四級化キトサン誘導体、開始剤および水を含む重合性組成物を重合する段階を含む、キトサンヒドロゲルの生産方法。
【請求項９】
前記重合段階が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記四級化キトサン誘導体、光開始剤および水を含む光重合性組成物に紫外線（ＵＶ）を照射する段階を含む、請求項８に記載のキトサンヒドロゲルの生産方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法により生産されるヒドロゲル。
【請求項１１】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含むコーティングを有する医療器具。
【請求項１２】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含むコーティングを有するコンタクトレンズ。
【請求項１３】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含有する医療器具。
【請求項１４】
請求項１０に記載のヒドロゲルを含有する化粧品。
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−２】
【図２−３】
【公表番号】特表２０１２−５３２９３５（Ｐ２０１２−５３２９３５Ａ）
【公表日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０２０３４（Ｐ２０１２−５０２０３４）
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０６３０１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００７４５４
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００１３８０８２）株式会社メニコン (150)
【出願人】（５０６０７６８９１）ナンヤン テクノロジカル ユニヴァーシティー (14)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０６３０１３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００７４５４
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００１３８０８２）株式会社メニコン (150)
【出願人】（５０６０７６８９１）ナンヤン テクノロジカル ユニヴァーシティー (14)
【Ｆターム（参考）】
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