特許ウォッチ

公開番号2024015996
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-06
出願番号2023118609
出願日2023-07-20
発明の名称ハイドロゲル及びその製造方法
出願人公立大学法人大阪
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C08L 99/00 20060101AFI20240130BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】DNAの有する強靭性、剛直性、伸縮性、環境応答性などの特性を有効に活用することができるハイドロゲル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】一実施態様のハイドロゲルは、DNAと、第3族元素～第13族元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属のイオンと、水とを含み、前記DNAが前記金属のイオンにより架橋されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＤＮＡと、第３族元素～第１３族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属のイオンと、水とを含み、前記ＤＮＡが前記金属のイオンにより架橋されている、ハイドロゲル。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記金属のイオンが、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属のイオンである、請求項１に記載のハイドロゲル。
【請求項３】
前記ＤＮＡが二重らせん構造を有する、請求項１又は２に記載のハイドロゲル。
【請求項４】
水分含有量が、前記ＤＮＡ及び前記金属のイオンの合計１００質量部を基準として、０．０１質量部～２０，０００質量部である、請求項１又は２に記載のハイドロゲル。
【請求項５】
前記ＤＮＡの平均分子量が５，０００～２０，０００，０００である、請求項１又は２に記載のハイドロゲル。
【請求項６】
前記ＤＮＡの塩基又は塩基対あたりの前記金属のイオンのモル当量が０．００１～１００当量である、請求項１又は２に記載のハイドロゲル。
【請求項７】
ＤＮＡを含む第１水溶液と、第３族元素～第１３族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属の塩を含む第２水溶液とを混合することを含む、請求項１又は２に記載のハイドロゲルの製造方法。
【請求項８】
前記混合が、前記第１水溶液の中に前記第２水溶液を射出すること、前記第２水溶液の中に前記第１水溶液を射出すること、又は前記第１水溶液及び前記第２水溶液を共射出することを含む、請求項７に記載のハイドロゲルの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ハイドロゲル及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
高分子ゲルは、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）、周囲の環境に応答してその形状を変化させるソフトアクチュエータなどの材料として注目されている。
【０００３】
資源管理、環境保全などの観点から、石油などの化石資源から作られる高分子材料を、生物資源由来のものに置き換えることが検討されている。デオキシリボ核酸（deoxyribonucleic acid、ＤＮＡ）は、海洋生物の残渣などから得られる天然資源として、豊富に入手可能な高分子材料であり、高い環境親和性及び生体親和性を有する。そのため、ＤＮＡを高分子ゲルの材料として使用することが検討されている。
【０００４】
非特許文献１（D. Wang et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 22, 10114-10124）は、ＤＮＡのグアニン残基をポリ（エチレングリコール）ジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）で架橋することにより、バイマオスＤＮＡをゲル、膜及びプラスチックを含む多様な材料に直接変換する方法を記載している。
【０００５】
非特許文献２（Z. Meng et al., Adv. Mater. 2022, 34, 3, 2106208）は、ＤＮＡの静電相互作用部位を利用した、ＤＮＡ及びカチオン性界面活性剤を含むＤＮＡ系ネマチック液晶有機ゲルを記載している。非特許文献２のＤＮＡ系ネマチック液晶有機ゲルでは、ＤＮＡとカチオン性界面活性剤との間に生じる静電相互作用、及びカチオン性界面活性剤同士の間に生じる疎水性相互作用により、三次元ネットワークが形成されている。
【０００６】
非特許文献３（S. B. Mitta et al., Adv. Mater. Interfaces 2022, 9, 14, 2200133）は、遺伝子ＤＮＡに過剰量の塩を添加して加熱する又は遺伝子ＤＮＡを融点まで加熱することにより一本鎖ＤＮＡに解離し、その後、冷却することにより一本鎖ＤＮＡを他の一本鎖ＤＮＡに水素結合を介して物理的に絡み合わせることで、ＤＮＡゲル電解質が形成されることを記載している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
D. Wang et al., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 22, 10114-10124
Z. Meng et al., Adv. Mater. 2022, 34, 3, 2106208
S. B. Mitta et al., Adv. Mater. Interfaces 2022, 9, 14, 2200133
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
２本鎖ＤＮＡは、水素結合、π－π相互作用、静電相互作用などにより高度に構造制御された二重らせん構造を有する。二重らせん構造は、強靭性、剛直性、及び伸縮性をＤＮＡに付与することから、２本鎖ＤＮＡはゲルの材料として有望である。また、二重らせん構造は、水素結合、π－π相互作用、静電相互作用などの弱い相互作用によって安定化されているため、ＤＮＡの形状は周囲の温度、ｐＨ、イオン濃度等に応じて三次元的に大きく変化する。このように、２本鎖ＤＮＡは、周囲の温度、ｐＨ、イオン濃度等に対する環境応答性を示すことから、膨張率の異なる材料と組み合わせたソフトアクチュエータへの応用も期待される。
【０００９】
非特許文献１では、ＤＮＡは架橋剤を介した共有結合で架橋されていることから、その二重らせん構造の少なくとも一部は失われる。そのため、ＤＮＡの本来有する強靭性、剛直性、及び伸縮性を有効に活用することができない。非特許文献２及び非特許文献３では、静電相互作用、疎水性相互作用又は水素結合を介してＤＮＡ鎖の三次元ネットワークを形成することによりＤＮＡはゲル化される。静電相互作用、疎水性相互作用及び水素結合は弱い相互作用であることから、ハイドロゲルの強靭さを高めることは難しい。
【００１０】
本開示は、ＤＮＡの有する強靭性、剛直性、伸縮性、環境応答性などの特性を有効に活用することができるハイドロゲル及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許