ポリスルホベタイン
双極性イオンポリマー
この画像は最も一般的なポリスルホベタインの2つの化学構造を示している。
(a) メタクリル酸の第四級アンモニウムアミド (PSPP) と (b) メタクリル酸の第四級アンモニウムエステル (PSPE) を含むポリスルホベタインの化学構造。

ポリスルホベタインは、一つの構成繰り返し単位内に正に帯電した第四級アンモニウム基と負に帯電したスルホン酸基を含む両性イオン性ポリマーである。[1] [2]近年、ポリスルホベタインは優れた生体耐性と表面に対する極めて低い汚染挙動により、ますます注目を集めている。これらの特性は主に、各両性イオン基の周囲に密に結合した水和層に由来し、これがタンパク質の吸着を効果的に抑制し、ひいては防汚挙動を向上させる。[3] [4]そのため、ポリスルホベタインは、主に限外濾過膜[4] 、血液接触デバイス[5]、および薬物送達材料として利用されている。[3]

ポリスルホベタインの化学構造はいくつかのサブグループに分けられます。最も広く使用されているのは、（メタ）アクリル酸のアミド（「PSPP」）または第四級エステル（「PSPE」）です。また、ポリ（ビニルピリジニウム）、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、または第四級ポリ（ピロリジニウム）由来の化合物や、両性イオン性イオネンもよく見られます。[2] [6] [7] [8] [9] [10]

合成

ポリスルホベタインは一般的にフリーラジカル重合によって合成される。[6] [11]しかし、ポリスルホベタインの合成は、ほとんどの溶媒への溶解性が低いために制限されることが多く、現在、フリーラジカル重合に適したスルホベタインモノマーはごくわずかしか市販されていない。最も人気のあるものは、親水性と重合性の良好な組み合わせを提供するSPEとSPPである。[11]

ソリューションの動作

ほとんどすべてのポリスルホベタインは低温では水に不溶性であるが、多くのポリスルホベタインは水溶液中で上限臨界溶解温度（UCST）を示す。これは、冷却するとコイル状から球状への崩壊転移を起こすことを意味する。[12] [13]このような挙動は非常に異例である。なぜなら、他の両性イオン性ポリマー、例えばポリ（ホスファチジルコリン）やポリ（カルボキシベタイン）は、一般的に温度刺激に対して応答的な挙動を示さないからである。[14] [15] [16]

ポリスルホベタインの溶液中でのUCST型挙動の理由は、広いpH範囲（約2～14）にわたって電気的に中性、すなわち全体の電荷がゼロであることに基づいています。電荷の中和により、個々のポリマー鎖間に反発および引力相互作用が生じ、内部塩が形成されます。多数の荷電基と水および荷電基自身とのこの複雑な相互作用のバランスは、ポリスルホベタインの水中での溶解度に大きく影響し、最終的にはUCST型転移をもたらします。この相転移の温度は、しばしば透明点と呼ばれ、モル質量、ポリマー構造、溶媒同位体（例：H 2 O/D 2 O）、そして特に溶液への塩の添加に非常に敏感です。[17] [18] [19] [20] [21] [22]

水溶液中に塩添加剤が存在すると、引力と斥力の相互作用のバランスが変化し、結果として溶解度も変化します。特に、塩アニオンの性質はポリスルホベタインの溶解度に大きな影響を与えます。カオトロピックアニオンは溶解性を向上させ（塩析効果）、コスモトロピックアニオンはポリスルホベタインの沈殿を引き起こします（塩析効果）。[23] [24] [25]

ポリスルホベタイン薄膜

ポリスルホベタインから作られた薄膜も熱応答性を示すが、相転移が大きくシフトしており、これは主にポリマー濃度の増加とポリマー間およびポリマーと水の相互作用の変化に関係している。[12] [26] [27]さらに、水溶液と同様に、異なる水同位体（H 2 O/D 2 O）および塩添加物も相転移に影響を与えることがわかった。[20] [28]興味深いことに、ポリスルホベタイン薄膜は混合水/メタノール蒸気中で共溶媒効果を示すが、これは水/メタノール溶液では見られない。明らかに、ポリスルホベタインは、状態図の物質に富む側で低級アルコールと混和性を示す。[29] [30]

参考文献

  1. ^ Lowe, Andrew B.; McCormick, Charles L. (2002-11-01). 「両性イオン性ポリマーの合成と溶液特性」 . Chemical Reviews . 102 (11): 4177– 4190. doi :10.1021/cr020371t. ISSN  0009-2665. PMID  12428987.
  2. ^ ab ラ シェフスキー、アンドレ (2014-05-23)。 「両性イオンポリマーの構造と合成」。ポリマー。6 (5): 1544 ～ 1601 年。土井: 10.3390/polym6051544。ISSN  2073-4360。
  3. ^ ab Woodfield, Peter A.; Zhu, Yicheng; Pei, Yiwen; Roth, Peter J. (2014-01-28). 「ポリ(ペンタフルオロフェニルアクリレート)の後重合修飾による水性UCSTの調整可能な疎水修飾スルホベタイン共重合体」. Macromolecules . 47 (2): 750– 762. Bibcode :2014MaMol..47..750W. doi :10.1021/ma402391a. hdl : 20.500.11937/3990 . ISSN  0024-9297.
  4. ^ ab Wu, Jiang; Lin , Weifeng; Wang, Zhen; Chen, Shengfu; Chang, Yung (2012-05-15). 「低磁場核磁気共鳴法による非付着性材料ポリ(スルホベタインメタクリレート)の水和反応の調査」Langmuir . 28 (19): 7436– 7441. doi :10.1021/la300394c. ISSN  0743-7463. PMID  22512533.
  5. ^ Yuan, Jiang; Huang, Xiaobo; Li, Pengfei; Li, Li; Shen, Jian (2013-08-28). 「セルロース膜からのスルホベタインの表面開始RAFT重合による血液適合性と抗生物付着性の向上」 .ポリマー化学. 4 (19): 5074– 5085. doi :10.1039/C3PY00565H. ISSN  1759-9962.
  6. ^ ab クダイベルゲノフ、サーキト;イェーガー、ヴェルナー。 Laschewsky、Andre (2006)、「ポリマーベタイン: 合成、特性評価、および応用」、超分子ポリマーポリマーベタインオリゴマー、vol. 201、ベルリン、ハイデルベルク：シュプリンガー ベルリン ハイデルベルク、pp.  157–224、doi :10.1007/12_078、ISBN 978-3-540-31923-8、 2022年2月22日取得
  7. ^ Tarannum, Nazia; Singh, Meenakshi (2013-06-01). 「ポリベタインのスルホおよび​​カルボ類似体の合成と応用における進歩：レビュー」 Reviews in Advanced Sciences and Engineering 2 ( 2): 90– 111. doi :10.1166/rase.2013.1036. ISSN  2157-9121.
  8. ^ Wielema, TA; Engberts, JBFN (1987). 「両性イオン性ポリマー—I. 新規ポリ(ビニルスルホベタイン)シリーズの合成。ポリマー構造が水への溶解性に及ぼす影響」 . European Polymer Journal . 23 (12): 947– 950. Bibcode :1987EurPJ..23..947W. doi :10.1016/0014-3057(87)90038-3. ISSN  0014-3057.
  9. ^ Grassl, B.; Galin, JC (1995). 「セグメント化ポリ(テトラメチレンオキシド)双性イオノマーとその相同イオネン. 1. 合成、分子特性、および熱安定性」 . Macromolecules . 28 (21): 7035– 7045. Bibcode :1995MaMol..28.7035G. doi :10.1021/ma00125a001.
  10. ^ Grassl, Bruno; Meurer, Bernard; Scheer, Monique; Galin, Jean Claude (1997-01-01). 「セグメント化ポリ(テトラメチレンオキシド)双性イオノマーとその相同イオネン。2. DSCおよび固体1H-NMR分光法による相分離」 . Macromolecules . 30 (2): 236– 245. Bibcode :1997MaMol..30..236G. doi :10.1021/ma960643s. ISSN  0024-9297.
  11. ^ ab Koeberle, P.; Laschewsky, A. (1994-04-01). 「疎水性修飾双性イオンポリマー：合成、バルク特性、および無機塩との混和性」 . Macromolecules . 27 (8): 2165– 2173. Bibcode :1994MaMol..27.2165K. doi :10.1021/ma00086a028. ISSN  0024-9297.
  12. ^ ab ニーバー、バート＝ヤン;プフマイヤー、ジョナス。ヘロルト、クリスチャン。クロイツァー、ルーカス。ヒルデブランド、ベトナム。ミュラー・ブッシュバウム、ピーター。ラシェフスキー、アンドレ。パパダキス、クリスティーン (2018-05-21)。 「水溶液および薄膜形状におけるポリスルホベタイン」。材料。11 (5): 850。ビブコード:2018Mate...11..850N。土井：10.3390/ma11050850。ISSN  1996-1944。PMC 5978227。PMID  29883371。 
  13. ^ Hildebrand, Viet; Laschewsky, André; Zehm, Daniel (2014-10-13). 「水、重水素化水、および水性塩溶液中におけるポリ双性イオンポリ(N,N-ジメチル-N-(3-(メタクリルアミド)プロピル)アンモニオプロパンスルホネート)の親水性について」 . Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition . 25 ( 14–15 ): 1602–1618 . doi :10.1080/09205063.2014.939918. ISSN  0920-5063. PMID  25058808. S2CID  23914906.
  14. ^ Bohrisch, Jörg; Schimmel, Thomas; Engelhardt, Heinz; Jaeger, Werner (2002-05-01). 「バルクおよび溶液中の合成ポリカルボキシベタインの電荷相互作用」. Macromolecules . 35 (10): 4143– 4149. Bibcode :2002MaMol..35.4143B. doi : 10.1021/ma0122019 . ISSN  0024-9297.
  15. ^ ネリー、ボンテ;アンドレ・ラシェフスキー (1996-05-01)。「カルボベタイン部分を有する両性イオンポリマー」。ポリマー。37 (10): 2011–2019。土井:10.1016/0032-3861(96)87319-8。ISSN  0032-3861。
  16. ^ Favresse, P; Laschewsky, A (2001-03-01). 「ジアリルアンモニウムモノマーを用いた新規両親媒性ポリ(カルボベタイン)の合成と研究」 .ポリマー. 42 (7): 2755– 2766. doi :10.1016/S0032-3861(00)00686-8. ISSN  0032-3861.
  17. ^ シュルツ、DN;パイファー、DG;アガルワル、PK;ララビー、J. JJ、カラダス。ソニ、L.ハンドワーカー、B.ガーナー、RT (1986-11-01)。「スルホベタインポリマーの相挙動と溶液特性」。ポリマー。27 (11): 1734 ～ 1742 年。土井:10.1016/0032-3861(86)90269-7。ISSN  0032-3861。
  18. ^ Vishnevetskaya, Natalya S.; Hildebrand, Viet; Niebuur, Bart-Jan; Grillo, Isabelle; Filippov, Sergey K.; Laschewsky, André; Müller-Buschbaum, Peter; Papadakis, Christine M. (2017-05-23). 「二重熱応答性ポリスルホベタイン- b -ポリ( N -イソプロピルメタクリルアミド)ジブロック共重合体からの「統合失調症」ミセル」 . Macromolecules . 50 (10): 3985– 3999. Bibcode :2017MaMol..50.3985V. doi :10.1021/acs.macromol.7b00356. ISSN  0024-9297.
  19. ^ Schmoldt, A.; Benthe, HF; Haberland, G. (1975-09-01). 「ラット肝ミクロソームによるジギトキシン代謝」.生化学薬理学. 24 (17): 1639– 1641. ISSN  1873-2968. PMID  10.
  20. ^ ab クロイザー、ルーカス P.;ウィドマ​​ン、トビアス。ホーン、ヌリ。王君。ビーズマン、ローレンツ。パイス、リアンダー。ムーラン、ジャン＝フランソワ。ヒルデブランド、ベトナム。ラシェフスキー、アンドレ。パパダキス、クリスティーン M.ミュラー・ブッシュバウム、ピーター (2019-05-14)。「ポリ（スルホベタイン）ベースのブロック共重合体薄膜の膨潤および交換挙動」。高分子。52 (9): 3486–3498 . Bibcode :2019MaMol..52.3486K。土井：10.1021/acs.macromol.9b00443。ISSN  0024-9297。S2CID  155174181。
  21. ^ Hildebrand, Viet; Laschewsky, André; Päch, Michael; Müller-Buschbaum, Peter; Papadakis, Christine M. (2017). 「ポリ(スルホベタインメタクリレート)の熱応答挙動に対する両性イオン構造の影響」.ポリマー化学. 8 (1): 310– 322. doi : 10.1039/C6PY01220E . ISSN  1759-9954.
  22. ^ Yu, Jingfeng; Liu, Yudong; Song, Sanan; Gao, Ge; Liu, Fengqi (2017年11月). 「高濃度スルホベタイン双性イオン性ポリマー溶液の相挙動」 . Polymer Journal . 49 (11): 767– 774. doi :10.1038/pj.2017.51. ISSN  0032-3896.
  23. ^ Zhang, Y; Cremer, P (2006年12月). 「高分子とイオンの相互作用：ホフマイスター系列」 . Current Opinion in Chemical Biology . 10 (6): 658– 663. doi :10.1016/j.cbpa.2006.09.020. PMID  17035073. S2CID  21990688.
  24. ^ Lo Nostro, Pierandrea; Ninham, Barry W. (2012-04-11). 「ホフマイスター現象：生物学におけるイオン特異性の最新情報」 . Chemical Reviews . 112 (4): 2286– 2322. doi :10.1021/cr200271j. ISSN  0009-2665. PMID  22251403.
  25. ^ Wielema, Thomas A.; Engberts, Jan BFN (1990-01-01). 「両性イオン性ポリマー—III. ポリ(ビニルスルホベタイン)およびポリ(ビニルベタイン)の水溶液への溶解度に対する塩の影響」 . European Polymer Journal . 26 (6): 639– 642. Bibcode :1990EurPJ..26..639W. doi :10.1016/0014-3057(90)90220-X. ISSN  0014-3057.
  26. ^ クロイザー、ルーカス P.;ウィドマ​​ン、トビアス。アルドサリ、ナワラ。ビーズマン、ローレンツ。マンジャピア、ガエタノ。ヒルデブランド、ベトナム。ラシェフスキー、アンドレ。パパダキス、クリスティーン M.ミュラー・ブッシュバウム、ピーター (2020-10-14)。「二重熱応答性ポリ（スルホベタイン）ベースのジブロックコポリマー薄膜の循環的水分貯蔵挙動」。高分子。53 (20): 9108 – 9121. Bibcode :2020MaMol..53.9108K。土井：10.1021/acs.macromol.0c01335。ISSN  0024-9297。S2CID  226323489。
  27. ^ クロイザー、ルーカス P.;ウィドマ​​ン、トビアス。ビーズマン、ローレンツ。ホーン、ヌリ。パントル、ヨハネス。メルクル、ラファエロ。ムーラン、ジャン＝フランソワ。ヒルデブランド、ベトナム。ラシェフスキー、アンドレ。パパダキス、クリスティーン M.ミュラー・ブッシュバウム、ピーター (2020-04-10)。「二重熱応答性ポリ（スルホベタイン）ベースのジブロックコポリマー薄膜の相転移速度論」。高分子。53 (8): 2841–2855。ビブコード:2020MaMol..53.2841K。土井：10.1021/acs.macromol.0c00046。ISSN  0024-9297。S2CID  216346530。
  28. ^ クロイザー、ルーカス P.;ウィドマ​​ン、トビアス。ガイガー、クリスティーナ。王沛喜。ヴァギアス、アポストロス。ヘーガー、ジュリアン E.ハーセ、マーティン。ヒルデブランド、ベトナム。ラシェフスキー、アンドレ。パパダキス、クリスティーン M.ミュラー・ブッシュバウム、ピーター (2021-08-03)。「二重熱応答性ポリ（スルホベタイン）ベースのジブロックコポリマー薄膜の塩依存性相転移挙動」。ラングミュア。37 (30): 9179–9191。土井:10.1021/acs.langmuir.1c01342。ISSN  0743-7463。PMID  34279952。S2CID 236141517  。
  29. ^ クロイザー、ルーカス P.;ガイガー、クリスティーナ。ウィドマ​​ン、トビアス。王沛喜。ロバート・キュービット;ヒルデブランド、ベトナム。ラシェフスキー、アンドレ。パパダキス、クリスティーン M.ミュラー・ブッシュバウム、ピーター (2021-07-28)。「水/メタノール混合蒸気中でのポリ(スルホベタイン)ベースのジブロックコポリマー薄膜の溶媒和挙動」。高分子。54 (15): 7147– 7159. Bibcode :2021MaMol..54.7147K。土井：10.1021/acs.macromol.1c01179。ISSN  0024-9297。S2CID  237724968。
  30. ^ クロイザー、ルーカス P.;リンデンマイヤー、クリストフ。ガイガー、クリスティーナ。ウィドマ​​ン、トビアス。ヒルデブランド、ベトナム。ラシェフスキー、アンドレ。パパダキス、クリスティーン M.ミュラー・ブッシュバウム、ピーター (2021-01-19)。「ポリ(スルホベタイン) 対 ポリ(N-イソプロピルメタクリルアミド): 水/メタノール雰囲気における薄膜の共非溶解型挙動」。高分子。54 (3): 1548–1556 . Bibcode :2021MaMol..54.1548K。土井：10.1021/acs.macromol.0c02281。ISSN  0024-9297。S2CID  234184714。
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ポリスルホベタイン&oldid=1321677320」より取得