JPS6341541A

JPS6341541A - 表面にキトサン成分を有する高分子成形物及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6341541A
Application number: JP61185805A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Aiba; 誠一相羽; Norihiko Minoura; 憲彦箕浦; Kazuhiro Taguchi; 和宏田口; Yukihiko Fujiwara; 冨士原　行彦
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1986-08-07
Publication date: 1988-02-22
Also published as: JPH0369374B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、キトサンを表面に固定化させた高分子成形物
に関するものである。

〔従来技術〕

キトサンはカニやエビ等の甲殻類の甲皮に存在するキチ
ン（Ｎ−アセチル−β−Ｄ−グルコサミンを主構成単位
とする）を濃アルカリで処理することによって得られる
塩基性多糖である。キトサンは、化学構造的にはＤ−グ
ルコサミンがβ−（１→４）結合したものであるが、キ
チンを濃アルカリで処理する時の条件によってグルコサ
ミンのＮ−アセチル基が残り、通常は、β−Ｄ−グルコ
サミンとＮ−アセチルーβ−Ｄ−グルコサミンの共重合
体の構造になっている。

近年、キトサン及びその変性物のバイオマテリアルとし
ての研究が盛んに行われており、吸収性縫合糸、人工血
管、薬物徐放担体１人工皮膚等への応用が研究されてい
る。しかし、キトサン及びその変性物は親水性高分子で
あるため、含水状態、１、′での機械的強度が弱いという欠点をもっている。

−；ｊ ′Ｉ界工血管等に用いるにはそのものだけでは満足な械
能のものは得られない。また、人工臓器用材料としては
、表面にのみキトサン成分が存在するだけで、良好な生
体適合性が得られるものと考えられる。しかし、このよ
うな成形体は未だ作られていない。

〔目　　　的〕

本発明はキトサン成分を表面に共有結合で固定化させた
高分子成形物を提供することを目的とする。

〔構　　成〕

本発明によれば、表面にキトサン成分を固定化させた高
分子成形物からなり、該キトサン成分と高分子成形物と
は共有結合により結合していることを特徴とする表面に
キトサン成分を有する高分子成形物が提供される。

本発明の高分子成形物における高分子材料としては、従
来公知の各種の高分子材料を用いることができ、その種
類は特に制約されないが、一般には、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリアミ
ド、ポリエステル、ポリブタジェン、シリコンゴム、ニ
トリルゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を好まし
く用いることができる。高分子成形物の形態としては、
繊維状、チューブ状、粒子状、フィルム状、不織布状、
織布状、ブロック状等の種々の形態のものが含まれる。

本発明のキトサン成分を表面に有する高分子成形物は、
ナイトレン又はカルベン発生性反応試薬を結合したキト
サン成分を含む塗布液を用いて製造することができる。

即ち、この塗布液を高分子成形物表面に塗布乾燥して、
ナイトレン又はカルベン発生性反応試薬を結合させたキ
トサン成分からなる被膜を高分子形成物表面に形成し、
次いで、この高分子成形物表面に光を照射することによ
って製造することができる。

なお、本発明で用いるナイトレン又はカルベン−発生性
反応試薬は、キトサン成分を高分子成形物５．１ □゛の不対電子が存在する窒素化合物の分子状態を言い
、カルベンとは、炭素原子中で、２つの不対電子が存在
する炭素化合物の分子状態を言う。これらの状態の分子
は非常に不安定で、周囲の化合物と容易に共有結合を作
る。

本発明で用いるナイトレン発生性反応試薬としては、ア
ジド基を有する化合物が用いられるが、この場合、アジ
ド基の他、キトサン成分の反応基、例えば、アミノ基と
容易に発応性を示す反応基を有するものが用いられる。

このような化合物としでは、従来公知のものを用いるこ
とができ、例えば、メチル−Ｐ−ベンゾイミデート、４
−フロロ−３−ニトロフェニルアジド、Ｎ−ヒドロキシ
サクシイミジル−４−アジドーサリシリックアシド、Ｐ
−アジド安息香酸無水物、Ｎ−ヒドロキシサクシイミジ
ル−４−アジド−ベンゾエート等を挙げることができる
。これらの化合物は、先ず、キトサン成分中のアミノ基
と反応し、アジド基を有するキトサン変性物となる。次
いで、光照射により、ナイトレンを発生し、このナイト
レンは周囲の炭素−水素結合、酸素−水素結合等に挿入
反応を起し、キトサン成分と高分子成形物との間に共有
結合が形成される。

二の反応は、例えば、メチル−Ｐ−アジドベンゾイミデ
ートの場合、次の反応式で示すことができる。

前記式中、（Ａ−３−ＮＨ，はキトサン成分を示し、Ｃ
Ｂ−）−Ｈは高分子成形物を示し、ｐｈはフェニル基を
示す。

ものが用いられる。このような化合物としては、従来公
知のものを用いることができ、例えば、Ｐ−二トロフェ
ニル−３，３，３−トリフロロ−２−シアソフロピオネ
ート等を挙げることができる。この化合物は、先ず、キ
トサン成分中のアミノ基と反応し、ジアゾ基を有するキ
トサン変性物となる。次いで、光照射により、カルベン
を発生し、このカルベンは周囲の炭素−水素結合、酸素
−水素結合等に挿入反応を起し、キトサン成分と高分子
成形物との間に共有結合が形成される。この反応は、例
えば、Ｐ−ニトロフェニル−３，３，３−トリフロロ−
２−シアソフロビオネートの場合、次の反応式で示すこ
とができる。

（４）　　（Ａ＋−ＮＨ２＋　　ＣＦ３−Ｃ−ＣＯＯ−
Ｐｈ−Ｎｏ２＋　（Ａ＋−ＮＨ−Ｃ−Ｃ−ＣＦ。

光照射　　　　１１゛。

（６）　［Ａ３　ＮＨ−Ｃ−Ｃ−ＣＦ３＋　ＣＢ−）−
Ｈｌｌ　　°。

○ 一′（前記式中、（Ａ）Ｎ）ｌ、及びＣＢ＋−Ｈは前記
と同じ意味を持つ）本発明で用いる塗布液は、ナイトレン又はカルベン発生
性反応試薬を結合したキトサン成分を含むものであるが
、このような塗布液は、キトサン成分を希酸水溶液に溶
解し、ＰＨを調整した後、これにナイトレン又はカルベ
ン発生性反応試薬を添加することによって得ることがで
きる。この場合、酸としては、酢酸、ギ酸、乳酸等の有
機酸の使用が好ましい。また、この塗布液は、メタノー
ルやエタノール、プロパツール等のアルコール又は有機
溶媒によって希釈することもできる。塗布液中のキトサ
ン成分濃度は通常０．１〜３重量２、好まし高分子成形
物に対する塗布液の塗布は、従来公知の方法で実施され
、例えば、流延法、スプレー法、漬浸法等が採用される
。表面にナイトレン又はカルベン発生性反応試薬を含む
キトサン成分の被膜が形成された高分子成形物は、これ
を光照射するが、この場合、その光源としては、紫外線
を放出する水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられ、
成形物表面と光源との距離は１〜５０ｃｍ、照射時間は
１〜３０分程度である。成形物表面に対する光照射は、
窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うこと好ましい。

また、光照射するまでの作業は暗室で行うのが好ましい
。

この光照射によって、キトサン成分中に結合したアジド
基又はジアゾ基は非常に反応性に富むナイトレン又はカ
ルベンを発生し、これらのものは。

キトサン成分及び成形物表面と反応し、炭素−水素結合
、酸素−水素結合等の結合に挿入反応を起し、キトサン
成分を共有結合で成形物表面に強固に結合させる。成形
物表面に固定化されるキトサン成分被膜の厚さは１〜１
０ＱＯｎｍ、好ましくは１０〜３００ｎｍ程度である。

本発明で高分子成形物表面に結合固定化させるキトサン
成分としては、キトサン自体の他、その各種変性物が用
いられる。この場合、キトサン変性物とは、キトサンの
構成単位であるβ−Ｄ−グルコサミンの水酸基及び／又
はアミノ基が化学修飾されたものを意味し、このような
ものは、従来よく知られているものである。キトサン変
性試薬は、キトサン中に含まれる反応性のアミノ基及び
水酸基と反応し得るものであればよく、その変性目的に
応じて従来公知の適宜のものが用いられる。

このような変性試薬としては、例えば、アシル化剤、ホ
スホリル化剤、アルデヒド類、イソシアネート類、クロ
ロスルホン酸、酸性ムコ多糖類等が挙げられる。この場
合、アシル化剤は、キトサン中の水酸基やアミノ基と反
応し、Ｎ−アシル−グルコサミン基や、０−アシル−グ
ルコサミン基及びＮ−アシル−０−アシル−グルコサミ
ン基を形成、するために使用され、ホスホリル化剤は、
キトサン中の水酸基と反応し、０−ホスホリル−グルコ
サミン基を形成するために使用され、アルデヒド類は、
キトサン中のアミノ基と反応し、Ｎ−アリリデン−グル
コサミン基やＮ−アルキリデン−グルコサミン基を形成
させるための使用される。クロロスルホン酸はＮ−サル
フェイテッドーグルコサミン基や０−サルフェイテッド
ークルコサミン基を形成するために用いられる。酸性ム
コ多糖は、酸性ムコ多糖の硫酸基又はカルボキシル基が
キトサンのアミノ基とイオン結合した高分子電解質複合
体を形成すために用いられる。イソシアネート類は、キ
トサン中のアミノ基や水酸基と反応し、ウレア結合やウ
レタン結合を形成するために使用される。また、複数の
変性試薬を用いることも可能であり、例えば、アシル化
剤とアルデヒドを用いることにより、Ｎ−アリリデン−
Ｏ−アシル−グルコサミン基やＮ−アルキリデン−０−
アシル−グルコサミン基を形成させることができる。

アシル化剤としては、酸無水物、酸ハロゲン化物、ケテ
ン類、ジケテン類が用いられ、その具体例としては、例
えば、酢酸、プロピオン酸、安息香酸等の有機酸の無水
物、塩化物又は臭化物等を−ましいものとして挙げるこ
とができる。このアホスホリル化剤としては、２−クロ
ロ−２−オキソ−１，３，２−ジオキサホスホランや、
五酸化リン等がある。このホスホリル化剤は、キトサン
中の水酸基と反応する。

アルデヒド類としては、芳香族及び脂肪族アルデヒドが
用いられ、その具体例としては、例えば、ホルムアルデ
ヒド、アセトアルデヒド、グルタルアルデヒド、アクロ
レイン、ベンズアルデヒド、Ｐ−ヒドロキシベンズアル
デヒド、アニスアルデヒド等が挙げられる。脂肪族アル
デヒドはキトサン中のアミノ基と反応して、Ｎ−アルキ
リデン−のものが挙げられ、キトサン中のアミノ基や水
酸基と反応し、ウレア結合やウレタン結合を生成する。

酸性ムコ多糖としては、ヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパ
ラン硫酸等が用いられ、キトサン中のアミノ基と反応し
、高分子電解質複合体を形成する。

本発明において、高分子成形物に対しキトサン変成物を
結合させる場合、そのキトサン変成物は、キトサン水溶
液に変性試薬を添加して反応させて得ることができる他
、キトサンを結合固定化して得られた製品に対し、変性
試薬を反応させることによっても得ることができる。

〔効　　果〕

本発明の製品は、表面にキトサン成分が固定化されてい
ることから、そのキトサン成分の作用を利用し、人工血
管、人工皮フ、細胞培養床、血液成分分離剤、免疫吸着
材等として好適に用いられる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

１）実施例１ ′）、キトサンｔｇを２％酢酸水溶液４０ｍ　（Ａに溶解し
、メレノール６０ｍ　Ｑで希釈した。ここへ無水酢酸０
．２１２、ｊ・ｍｆｌを入れ一昼夜撹拌した。１Ｍ水酸化ナトリウム水
溶液を加えてＰＨを６．６に調整した。ここへ、メチル
−Ｐ−アジドベンゾイミデート塩酸塩０．１１５ｇを入
れ暗室にて一昼夜撹拌した。これを原液とする。この原
液０．５＋ｎＱをとり、水とメタノールの比がｌ：１の
混合液４．５ｍｆｌとまぜた。別にエチレン−酢酸ビニ
ル共重合体フィルムを直径９ｃｍのシャーレ上に溶液キ
ャスト法により形成させておいた。

この上に、先の希釈した原液を流し、デシケータ中にて
乾燥させた。乾燥後高圧水銀ランプの下１０ｃｍの位置
にシャーレを置き、３分間紫外線を照射した。　１０％
酢酸水溶液で十分に洗浄後、４％水酸化ナトリウム水溶
液で洗浄し、最後に水で十分に洗ＤｉＰ後、乾燥した。

ＡＴＲ−ＦＴＩＲ法〔文献Ａｐｐｌｉｅｄ　５ｐｅｃｔ
’：ｏｓｃｏｐｙ　、　３９巻４１８ヘージ（１９８５
））　Ｌ：　、ｋ　リ表面（７）　キ：＋サンのみの赤
外線吸収スペクトルを得た。またこのスペクトルからキ
トサンの塗布厚さが１５ｎｍと算出された。

実施例２ポリ（１，２−ブタジェン）５ｇをベンゼン１００ｍ　
Ｑに溶解し、直径９ｃｍのシャーレにこの溶液のうち１
５ｍＱを流した。乾燥後、この上に実施例１で用いたと
同じ希釈した原液５ｍＱを流し、暗室で乾燥させた。実
施例１と同様に紫外線を照射し、洗浄、乾燥させた。シ
ャーレからフィルムをはがし、そのうち２０　Ｘ　４０
ｍ＋ｎの小片をメタノール３０ｍ　Ｑ、水２０ｍ　Ｑ、
無水酢酸５ｍＱの混合液に入れ、−昼夜放置してアセチ
ル化した後、水、４％水酸化ナトリウム水溶液、水で十
分に洗浄した。実施例１と同様にして表面分析を行い、
キトサン変性物（アセチル化変性物）のみの赤外吸収ス
ペクトルを得た。実施例１と比較して１１１５ｃｍ−”
の吸収がはっきり現われており、グルコサミン残基のア
ミノ基がアセチル化されたことを確認した。また、キト
サン変性物層の厚さは１３０ｎｍであった。また、キト
サン固定化表面の水に対する接触角は４９″であった。

キトサン固定化前のポリ（１，２−ブタジェン）フィル
ムのそれは、ｒＩ２°であった。

−レからはがしたフィルムのうちから１４　Ｘ　４０ｍ
ｍの小片をとり、水１４ｍ　Ｑ、メタノール３ｍＱ、無
水酢酸２ｍＱ混合液に入れ、−昼夜放置したのち、水、
４％水酸化ナトリウム、水で十分に洗浄し、乾燥した。

実施例１と同様にして表面分析を行い、キトサン変性物
（アセチル化物）のみの赤外吸収スペクトルを得た。１
７２８ｃｍ”−’のエステルの吸収が現われており、グ
ルコサミン残基の水酸基がアセチル化されたことを示し
た。キトサン固定化表面の水に対する接着触角は５７°
であった。

実施例４実施例１で調製したキトサンを固定化したフィルムをト
リエチルアミン０．５ｍＱ、フェニルイワシ１σ゛レネ
ート０．５＋＋＋９、アセトニトリル１０ｍ　Ｑの混合
液′−ノ・１に入れ、室温で６時間変性化反応させた。アセト″”
猛トリル及びメタノールで洗浄後乾燥した。固定化させ
たキトサン変性物のみの赤外吸収スペクトルにおいては
、１５９８ｃｍ−’の吸収が現われており、フェニルイ
ソシアネートがグルコサミン残基のアミノ基及び水酸基
と反応したことが確認された。

キトサン固定化表面の水に対する接触角は６０°であっ
た。

実施例５実施例１において調製したキトサンを固定化したフィル
ムを、クロロスルホン酸０．５ｍＱ、ヘキサン１０ｍｆ
ｌの混合液の上澄に入れ、１０分間放置した。

ヘキサン、アセトン、水、０．４％水酸化ナトリウム、
水の順で洗浄し、乾燥させた。固定化されたキトサン変
性物のみの赤外吸収スペクトルにおいては、１２１５ｃ
ｍ−１の硫酸エステル基の吸収が現われており、グルコ
サミン残基が硫酸エステル化されたことを確認した。キ
トサン固定化表面の水に対する接触角は４８°であった
。

実施例６実施例１で調製した原液Ｉｎ＋Ｑをとり、酢酸０．１ｍ
Ｑ、メタノール３＋ｎＱ、１−プロパツール０．６ｍ　
Ｑの混合液とまぜ、このうちの２．３ｍＱをシャーレ上
に；成形したスチレン−ブタジェン−スチレンのプロ、
；；一會、ツク共重合体フィルムの上に流した。乾燥後、紫ｊ）
外線を３分間照射し、洗浄し、乾燥した。このフィルム
から１４　Ｘ　４０ｍｍの小片を切りとり、１％のコン
ドロイチン硫酸Ａナトリウム塩溶液５＋ｎＱに入れ、−
昼夜放置して変性させた。水で十分に洗浄後乾燥した。

実施例１と同様にして表面分析を行い、キトサン変性物
のみの赤外吸収スペクトルを得た。

１２５０ｃ＋＋＋−１の硫酸基の吸収により、キトサン
とコンドロイチン硫酸Ａとの高分子電解質複合体の存在
が確認された。またキトサン変性物層の厚さは３８ｎｍ
であった。キトサン固定化表面の水に対する接触角は３
６°であった。固定化前のスチレン−ブタジェン−スチ
レンのブロック共重合体フィルムのそれは、７６°であ
った。

実施例７ λ ′、１１；実施例２の前半で得た紫外線照射し、シャー
レ；ミからはがしたフィルムのうちから１０　Ｘ　３５
ｍｍの小片（１：１１１をとり、アセトニトリル１０ｍ　Ｑ、トリエチル
アミン０．１ｍΩ、２−クロロ−２−オキソ−１，３，
２−ジオキサホスホラン０．２ｍＱの混合液に、７℃で
１９時間浸せきし、次いで０．４％苛性ソーダ溶液２０
ｍ　Ｑに４０分間浸せきし、水で十分に洗浄し、乾燥し
た。フィルム表面の赤外吸収スペクトルにおいて１２０
６ｃｍ−１のリン酸エステルの吸収が現われており、ホ
スホリル化されたことが確認された。キトサン固定化表
面の水に対する接触角は４５°であった。

実施例８実施例６の前半で調製したスチレンーブタジエンースチ
レンブロック共重合体フィルムから、５Ｘ　２５ｍｍの
小片を切りとり１ｚのヘパリンナトリウム塩水溶液５ｍ
Ｑに入れ、６時間放置した。水で十分に洗浄後乾燥した
。キトサン変性物のみの赤外吸収スペク１ヘルには１２
２６ｃｍ−’の硫酸エステルの吸収が現われており、キ
トサンとヘパリンとの高分子電解質複合体の形成が確認
された。キトサン固定化表面の水に対する接触角は５０
°であった。

実施例９実施例６の前半で得たスチレン−ブタジェン−スチレン
ブロック共重合体フィルムから１４　Ｘ　４０ｍｍの小
片を切りとり、アヤトニトリル１０ｍＱ、トリエチルア
ミン０，１．ｍＱ、、無水酢酸１−＋ｎ（１，の混合液
に入れ、−昼夜放置した。アセｌ−二トリル及びメタノ
ールで洗浄後乾燥した。キトサン変性物の赤外吸収スペ
クトルには、１７４３ｃｍ−”のエステルの吸収が顕著
に現われており、水酸基がアセチル化されていることが
確認された。キトサン固定化表面の水に対する接触角は
５３°であった。

実施例１０ポリビニルアルコール（重合度５００）の５％水溶液０
．５＋ｎＱをシャーレに流し乾燥した。さらにその上に
、実施例１で調製した原液２ｎ＋Ｑを流して乾燥した。

次に、水銀ランプで３分間照射し、水］、Ｏｍｆｌと１
６Ｍ塩酸０．５＋ｎＱとの混合液に入れ１１０°Ｃで４
時間加熱した。これによって、キトサンは加水分解され
た。この液ともとのポリビニルアルコールのみの液をゲ
ル濾過クロマトグラフィで分析した。２２０ｎｍと２５
０ｎｍの２つの波長で検出した。ポリビニルアルコール
のみでは、その溶出ピークの高さが相対的に２２０ｎｍ
の場合の方が２５０ｎｍの場合よりも高いが、加水分解
後の液では、ピークの高さが逆に２５０ｎｍの場合の方
が高かった。これは２５０ｎｍに吸収をもつ反応試薬が
紫外線照射によってポリビニルアルコールに共有結合で
結合し、加水分解後もポリビニルアルコールに結合して
いたためである。キトサン及びその加水分解物は２５０
ｎｍに吸収を持たない。このことから、本発明によって
キトサン成分を表面に共有結合で固定化していることが
証明された。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面にキトサン成分を固定化させた高分子成形物
からなり、該キトサン成分と高分子成形物とは共有結合
により結合していることを特徴とする表面にキトサン成
分を有する高分子成形物。