JP2011190403A - Fluorescent hydrogel fiber, method for producing the same, and saccharide-measuring sensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光ハイドロゲルファイバーおよびその製造方法、ならびにそれを用いた糖類測定用センサーに関する。 The present invention relates to a fluorescent hydrogel fiber, a method for producing the same, and a saccharide measurement sensor using the same.
体内埋め込み型センサーは、様々な疾患においてその病状の経過観察や治療効果のモニタなどに有用であり、近年、盛んに研究されている分野の一つである。特に、糖尿病治療においては、連続血糖測定による血糖コントロールが、病状の進行遅延や合併症の罹病の低減に貢献すると言われている。 Implantable sensors are useful for monitoring the progress of disease states and monitoring therapeutic effects in various diseases, and are one of the fields that have been actively studied in recent years. In particular, in diabetes treatment, blood glucose control by continuous blood glucose measurement is said to contribute to the reduction of disease progression delay and morbidity of complications.
現状の糖尿病患者の多くは、血糖の自己管理のために、指等の穿刺によって血液試料を採取し、血糖計に供給して測定値を読み取ることを行っている。しかし、このような方法は患者への苦痛や簡便性の点で問題があり、一日に数回の測定が限界で、血糖値変化の動向を頻繁に測定して把握することが難しいのが現状である。このような理由から、埋め込み型連続血糖計の有用性は高いと考えられる。 Many current diabetic patients collect blood samples by puncturing their fingers or the like and supply them to a blood glucose meter to read the measured values for self-management of blood glucose. However, this method has problems in terms of pain and convenience for patients, and it is difficult to measure the blood glucose level frequently by measuring it several times a day. Currently. For these reasons, the usefulness of the implantable continuous blood glucose meter is considered high.
一方、生体内のグルコース濃度を継続的に測定するための技術開発は古くからなされており、例えば、可逆的にグルコースと反応して蛍光を発する物質を用いて蛍光量の変化でグルコース濃度を測定するものがある。このような蛍光物質として、特許文献1には、発蛍光性原子団と、少なくとも1つのフェニルボロン酸部位と、少なくとも1つのアミン性窒素とを有し、アミン性窒素がフェニルボロン酸部位の近傍に配置されて該フェニルボロン酸と分子内結合する分子構造を有する発蛍光性化合物が開示されている。また、特許文献2には、水性環境中での検体の濃度検出のための指示高分子として、親水性モノマーとアントラセンホウ酸エステル誘導体などのエキシマー形成多環芳香族炭化水素を有する指示成分モノマーとの共重合体が開示されている。さらに、特許文献3には、蛍光センサーとして、プラスチックフィルムなどの固相に直接蛍光物質を固定化する方法が開示されている。 On the other hand, technological development for continuously measuring the glucose concentration in the living body has been made for a long time. For example, the glucose concentration is measured by changing the amount of fluorescence using a substance that reversibly reacts with glucose and emits fluorescence. There is something to do. As such a fluorescent substance, Patent Document 1 has a fluorescent group, at least one phenylboronic acid moiety, and at least one amine nitrogen, and the amine nitrogen is in the vicinity of the phenylboronic acid moiety. Fluorescent compounds having a molecular structure that is disposed in the molecule and binds intramolecularly to the phenylboronic acid are disclosed. Patent Document 2 discloses an indicator component monomer having an excimer-forming polycyclic aromatic hydrocarbon such as a hydrophilic monomer and an anthracene borate derivative as an indicator polymer for detecting the concentration of an analyte in an aqueous environment. Copolymers are disclosed. Furthermore, Patent Document 3 discloses a method of directly immobilizing a fluorescent substance on a solid phase such as a plastic film as a fluorescent sensor.
しかし、上記特許文献1〜3に記載のセンサー物質は、フィルム形状やシート形状であり、体内に埋め込んで使用する場合、侵襲が少なくないという問題がある。かような問題に対し、特許文献4では、蛍光センサー物質を、シランカップリング剤等を用いて(メタ)アクリルアミド膜等の基材に固定させた糖類測定用センサーが提案されている。 However, the sensor substances described in Patent Documents 1 to 3 have a film shape or a sheet shape, and there is a problem that there is not much invasion when the sensor substance is embedded in the body. For such a problem, Patent Document 4 proposes a saccharide measurement sensor in which a fluorescent sensor substance is fixed to a substrate such as a (meth) acrylamide film using a silane coupling agent or the like.
しかしながら、上記特許文献4に記載の糖類測定用センサーでは、体内へ埋め込む際および取りだす際に、皮膚の切開が必要となるため、侵襲をできるだけ抑制するという点で改良の余地があった。 However, the sugar measuring sensor described in Patent Document 4 requires room for improvement in terms of suppressing invasion as much as possible because it requires incision of the skin when it is implanted into the body and taken out.
そこで、本発明は、グルコースなどの糖類の検出能に優れ、かつ低侵襲で体内への埋め込みおよび取り出しが容易な蛍光ハイドロゲルファイバーおよびその製造方法、ならびにそれを用いた糖類測定用センサーを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a fluorescent hydrogel fiber that is excellent in the ability to detect saccharides such as glucose and that is minimally invasive and can be easily implanted and removed from the body, a method for producing the same, and a saccharide measurement sensor using the same. For the purpose.
本発明者らは、鋭意研究を積み重ねた結果、蛍光モノマー化合物と(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとを共重合させて得られるファイバー形状の蛍光ハイドロゲルがグルコースなどの糖類の検出能に優れており、かつ、より低侵襲で体内への埋め込みおよび体内からの取り出しができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive research, the present inventors have found that a fiber-shaped fluorescent hydrogel obtained by copolymerizing a fluorescent monomer compound and a polymerizable monomer containing a (meth) acrylamide residue can detect sugars such as glucose. And the present invention has been completed by finding that it can be implanted and removed from the body with less invasiveness.
本発明による蛍光ハイドロゲルファイバー、およびそれを用いた糖類測定用センサーは体液中の糖類検出能に優れ、かつ低侵襲的に体内への埋め込みおよび体内からの取り出しが可能となる。 The fluorescent hydrogel fiber according to the present invention and a saccharide measurement sensor using the same are excellent in ability to detect saccharides in body fluids, and can be implanted into the body and taken out from the body in a minimally invasive manner.
本発明の第一は、下記化学式1で表される構造を有する、蛍光ハイドロゲルファイバーである。 The first of the present invention is a fluorescent hydrogel fiber having a structure represented by the following chemical formula 1.
前記化学式1中、X1およびX2は同一または異なっていてもよく、−COO−、−OCO−、−CH2NR−、−NR−、−NRCO−、−CONR−、−SO2NR−、−NRSO2−、−O−、−S−、−SS−、−NRCOO−、−OCONR−、および−CO−からなる群より選択される少なくとも1種の置換基を含む炭素数1〜30の直鎖状または分枝状のアルキレン基であり、この際、Rは、水素原子、または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基である。 In Formula 1, X 1 and X 2 may be the same or different, and —COO—, —OCO—, —CH 2 NR—, —NR—, —NRCO—, —CONR—, —SO 2 NR— , —NRSO 2 —, —O—, —S—, —SS—, —NRCOO—, —OCONR—, and —CO— containing at least one substituent selected from the group consisting of —CO— In which R is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. .
炭素数1〜30の直鎖状または分枝状のアルキレン基の具体的な例としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基、ペンチレン基、イソペンチレン基、ネオペンチレン基、へキシレン基、へプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基、トリデシレン基、テトラデシレン基、ペンタデシレン基、ヘキサデシレン基、ヘプタデシレン基、オクタデシレン基、ノナデシレン基、エイコシレン基、ヘンイコシレン基、ドコシレン基、トリコシレン基、テトラコシレン基、ペンタコシレン基、ヘキサコシレン基、ヘプタコシレン基、オクタコシレン基、ノナコシレン基、またはトリアコンチレン基などが挙げられる。好ましくは、炭素数3〜12のアルキレン基であり、より好ましくはプロピレン基、ヘキシレン基、またはオクチレン基である。 Specific examples of the linear or branched alkylene group having 1 to 30 carbon atoms include, for example, a methylene group, an ethylene group, a propylene group, an isopropylene group, a butylene group, an isobutylene group, a sec-butylene group, tert-butylene group, pentylene group, isopentylene group, neopentylene group, hexylene group, heptylene group, octylene group, nonylene group, decylene group, undecylene group, dodecylene group, tridecylene group, tetradecylene group, pentadecylene group, hexadecylene group, heptadecylene group Group, octadecylene group, nonadecylene group, eicosylene group, heicosylene group, docosylene group, tricosylene group, tetracosylene group, pentacosylene group, hexacosylene group, heptacosylene group, octacosylene group, nonacosylene group, or triacontylene group Etc., and the like. Preferably, it is a C3-C12 alkylene group, More preferably, they are a propylene group, a hexylene group, or an octylene group.
前記アルキレン基に含まれる置換基は、アルキレン基の末端に位置してもよいし、アルキレン基の内部に位置してもよい。好ましい置換基は、−NRCO−または−CONR−である。Rは、水素原子または炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基であり、より好ましくは水素原子である。 The substituent contained in the alkylene group may be located at the end of the alkylene group or may be located inside the alkylene group. A preferred substituent is —NRCO— or —CONR—. R is a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom.
Rで用いられうる炭素数1〜10の直鎖状または分枝状のアルキル基の具体的な例としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、iso−アミル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−へキシル基、3−メチルペンタン−2−イル基、3−メチルペンタン−3−イル基、4−メチルペンチル基、4−メチルペンタン−2−イル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブタン−2−イル基、n−ヘプチル基、1−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、4−メチルヘキシル基、5−メチルヘキシル基、1−エチルペンチル基、1−(n−プロピル)ブチル基、1,1−ジメチルペンチル基、1,4−ジメチルペンチル基、1,1−ジエチルプロピル基、1,3,3−トリメチルブチル基、1−エチル−2,2−ジメチルプロピル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキサン−2−イル基、2,4−ジメチルペンタン−3−イル基、1,1−ジメチルペンタン−1−イル基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イル基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、1−メチルヘプチル基、2−メチルヘプチル基、5−メチルヘプチル基、2−メチルヘプタン−2−イル基、3−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−4−イル基、1−エチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1−プロピルペンチル基、2−プロピルペンチル基、1,1−ジメチルヘキシル基、1,4−ジメチルヘキシル基、1,5−ジメチルヘキシル基、1−エチル−1−メチルペンチル基、1−エチル−4−メチルペンチル基、1,1,4−トリメチルペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、1−イソプロピル−1,2−ジメチルプロピル基、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、n−ノニル基、1−メチルオクチル基、6−メチルオクチル基、1−エチルヘプチル基、1−(n−ブチル)ペンチル基、4−メチル−1−(n−プロピル)ペンチル基、1,5,5−トリメチルヘキシル基、1,1,5−トリメチルヘキシル基、2−メチルオクタン−3−イル基、n−デシル基、1−メチルノニル基、1−エチルオクチル基、1−(n−ブチル)ヘキシル基、1,1−ジメチルオクチル基、または3,7−ジメチルオクチル基などが挙げられる。より好ましくは炭素数1〜5の直鎖状または分枝状のアルキル基である。 Specific examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms that can be used for R include, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, Isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, iso-amyl group, tert-pentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, 3-methylpentan-2-yl group, 3-methyl Pentan-3-yl group, 4-methylpentyl group, 4-methylpentan-2-yl group, 1,3-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutan-2-yl group N-heptyl group, 1-methylhexyl group, 3-methylhexyl group, 4-methylhexyl group, 5-methylhexyl group, 1-ethylpentyl group, 1- (n-propyl) butyl group, 1,1 Dimethylpentyl group, 1,4-dimethylpentyl group, 1,1-diethylpropyl group, 1,3,3-trimethylbutyl group, 1-ethyl-2,2-dimethylpropyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl Group, 2-methylhexan-2-yl group, 2,4-dimethylpentan-3-yl group, 1,1-dimethylpentan-1-yl group, 2,2-dimethylhexane-3-yl group, 2, 3-dimethylhexane-2-yl group, 2,5-dimethylhexane-2-yl group, 2,5-dimethylhexane-3-yl group, 3,4-dimethylhexane-3-yl group, 3,5- Dimethylhexane-3-yl group, 1-methylheptyl group, 2-methylheptyl group, 5-methylheptyl group, 2-methylheptan-2-yl group, 3-methylheptan-3-yl group, 4-methylheptyl group Tan-3-yl group, 4-methylheptan-4-yl group, 1-ethylhexyl group, 2-ethylhexyl group, 1-propylpentyl group, 2-propylpentyl group, 1,1-dimethylhexyl group, 1,4 -Dimethylhexyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 1-ethyl-1-methylpentyl group, 1-ethyl-4-methylpentyl group, 1,1,4-trimethylpentyl group, 2,4,4-trimethyl Pentyl group, 1-isopropyl-1,2-dimethylpropyl group, 1,1,3,3-tetramethylbutyl group, n-nonyl group, 1-methyloctyl group, 6-methyloctyl group, 1-ethylheptyl group 1- (n-butyl) pentyl group, 4-methyl-1- (n-propyl) pentyl group, 1,5,5-trimethylhexyl group, 1,1,5-trimethylhexyl group , 2-methyloctane-3-yl group, n-decyl group, 1-methylnonyl group, 1-ethyloctyl group, 1- (n-butyl) hexyl group, 1,1-dimethyloctyl group, or 3,7- A dimethyloctyl group etc. are mentioned. More preferably, it is a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
前記化学式1中、Z1およびZ2は同一または異なっていてもよく、−O−または−NR’−であり、この際、R’は水素原子または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10のアルキル基である。Z1およびZ2としては、−O−がより好ましい。 In Formula 1, Z 1 and Z 2 may be the same or different and are —O— or —NR′—, wherein R ′ is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted carbon number of 1 -10 alkyl groups. Z 1 and Z 2 are more preferably —O—.
R’で用いられうる炭素数1〜10の直鎖状または分枝状のアルキル基の具体的な例は、上記と同様であるので、ここでは説明を省略する。より好ましくは炭素数1〜5の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基である。 Specific examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms that can be used for R ′ are the same as described above, and thus the description thereof is omitted here. More preferably, it is a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
Q、Q’、Q’’、Q’’’は同一または異なっていてもよく、水素原子、ヒドロキシ基、置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、炭素数2〜11のアシル基、置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルコキシ基、ハロゲン原子を含む基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、カルボン酸アミド基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、または炭素数1〜10のアルキルアミノ基である。 Q, Q ′, Q ″ and Q ′ ″ may be the same or different, and are a hydrogen atom, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C 1-10 linear or branched An alkyl group, an acyl group having 2 to 11 carbon atoms, a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a group containing a halogen atom, a carboxyl group, a carboxylic acid ester group , A carboxylic acid amide group, a cyano group, a nitro group, an amino group, or an alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms.
炭素数1〜10の直鎖状または分枝状のアルキル基の具体的な例は、上記と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Specific examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms are the same as described above, and thus the description thereof is omitted here.
炭素数2〜11のアシル基は、下記化学式2で表される基であることが好ましい。 The acyl group having 2 to 11 carbon atoms is preferably a group represented by the following chemical formula 2.
前記化学式2中、Lは置換されているかまたは非置換の炭素数1〜10の直鎖状または分枝状のアルキル基である。 In Chemical Formula 2, L is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
炭素数2〜11のアシル基の例としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、またはイソバレリル基などが挙げられる。前記化学式2中のLのアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜4であり、より好ましくは1(すなわちアセチル基)である。アントラセン残基にアシル基を導入することにより、励起波長と極大蛍光波長との間隔が拡大するという効果が得られる。 Examples of the acyl group having 2 to 11 carbon atoms include an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, an isobutyryl group, a valeryl group, and an isovaleryl group. The number of carbon atoms of the L alkyl group in the chemical formula 2 is preferably 1 to 4, more preferably 1 (that is, an acetyl group). By introducing an acyl group into the anthracene residue, an effect of increasing the interval between the excitation wavelength and the maximum fluorescence wavelength can be obtained.
炭素数1〜10の直鎖状または分枝状のアルコキシ基の例としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、1,2−ジメチル−プロポキシ基、n−へキシルオキシ基、3−メチルペンタン−2−イルオキシ基、3−メチルペンタン−3−イルオキシ基、4−メチルペンチルオキシ基、4−メチルペンタン−2−イルオキシ基、1,3−ジメチルブチルオキシ基、3,3−ジメチルブチルオキシ基、3,3−ジメチルブタン−2−イルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、1−メチルヘキシルオキシ基、3−メチルヘキシルオキシ基、4−メチルヘキシルオキシ基、5−メチルヘキシルオキシ基、1−エチルペンチルオキシ基、1−(n−プロピル)ブチルオキシ基、1,1−ジメチルペンチルオキシ基、1,4−ジメチルペンチルオキシ基、1,1−ジエチルプロピルオキシ基、1,3,3−トリメチルブチルオキシ基、1−エチル−2,2−ジメチルプロピルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−メチルヘキサン−2−イルオキシ基、2,4−ジメチルペンタン−3−イルオキシ基、1,1−ジメチルペンタン−1−イルオキシ基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イルオキシ基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イルオキシオキシ基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、1−メチルヘプチルオキシ基、2−メチルヘプチルオキシ基、5−メチルヘプチルオキシ基、2−メチルヘプタン−2−イルオキシ基、3−メチルヘプタン−3−イルオキシ基、4−メチルヘプタン−3−イルオキシ基、4−メチルヘプタン−4−イルオキシ基、1−エチルヘキシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、1−プロピルペンチルオキシ基、2−プロピルペンチルオキシ基、1,1−ジメチルヘキシルオキシ基、1,4−ジメチルヘキシルオキシ基、1,5−ジメチルヘキシルオキシ基、1−エチル−1−メチルペンチルオキシ基、1−エチル−4−メチルペンチルオキシ基、1,1,4−トリメチルペンチルオキシ基、2,4,4−トリメチルペンチルオキシ基、1−イソプロピル−1,2−ジメチルプロピルオキシ基、1,1,3,3−テトラメチルブチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、1−メチルオクチルオキシ基、6−メチルオクチルオキシ基、1−エチルヘプチルオキシ基、1−(n−ブチル)ペンチルオキシ基、4−メチル−1−(n−プロピル)ペンチルオキシ基、1,5,5−トリメチルヘキシルオキシ基、1,1,5−トリメチルヘキシルオキシ基、2−メチルオクタン−3−イルオキシ基、n−デシルオキシ基、1−メチルノニルオキシ基、1−エチルオクチルオキシ基、1−(n−ブチル)ヘキシルオキシ基、1,1−ジメチルオクチルオキシ基、または3,7−ジメチルオクチルオキシ基などが挙げられる。 Examples of the linear or branched alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms include, for example, a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, and a sec-butoxy group. Tert-butoxy group, n-pentyloxy group, isopentyloxy group, neopentyloxy group, 1,2-dimethyl-propoxy group, n-hexyloxy group, 3-methylpentan-2-yloxy group, 3-methyl Pentane-3-yloxy group, 4-methylpentyloxy group, 4-methylpentan-2-yloxy group, 1,3-dimethylbutyloxy group, 3,3-dimethylbutyloxy group, 3,3-dimethylbutane-2 -Yloxy group, n-heptyloxy group, 1-methylhexyloxy group, 3-methylhexyloxy group, 4-methylhexyl Oxy group, 5-methylhexyloxy group, 1-ethylpentyloxy group, 1- (n-propyl) butyloxy group, 1,1-dimethylpentyloxy group, 1,4-dimethylpentyloxy group, 1,1-diethyl Propyloxy group, 1,3,3-trimethylbutyloxy group, 1-ethyl-2,2-dimethylpropyloxy group, n-octyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, 2-methylhexane-2-yloxy group, 2,4-dimethylpentan-3-yloxy group, 1,1-dimethylpentan-1-yloxy group, 2,2-dimethylhexane-3-yloxy group, 2,3-dimethylhexane-2-yloxy group, 2, 5-dimethylhexane-2-yloxyoxy group, 2,5-dimethylhexane-3-yloxy group, 3,4-dimethyl San-3-yloxy group, 3,5-dimethylhexane-3-yloxy group, 1-methylheptyloxy group, 2-methylheptyloxy group, 5-methylheptyloxy group, 2-methylheptan-2-yloxy group, 3-methylheptane-3-yloxy group, 4-methylheptane-3-yloxy group, 4-methylheptan-4-yloxy group, 1-ethylhexyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, 1-propylpentyloxy group, 2 -Propylpentyloxy group, 1,1-dimethylhexyloxy group, 1,4-dimethylhexyloxy group, 1,5-dimethylhexyloxy group, 1-ethyl-1-methylpentyloxy group, 1-ethyl-4- Methylpentyloxy group, 1,1,4-trimethylpentyloxy group, 2,4,4-trimethylpe Nyloxy group, 1-isopropyl-1,2-dimethylpropyloxy group, 1,1,3,3-tetramethylbutyloxy group, n-nonyloxy group, 1-methyloctyloxy group, 6-methyloctyloxy group, 1 -Ethyl heptyloxy group, 1- (n-butyl) pentyloxy group, 4-methyl-1- (n-propyl) pentyloxy group, 1,5,5-trimethylhexyloxy group, 1,1,5-trimethyl Hexyloxy group, 2-methyloctane-3-yloxy group, n-decyloxy group, 1-methylnonyloxy group, 1-ethyloctyloxy group, 1- (n-butyl) hexyloxy group, 1,1-dimethyloctyl Examples thereof include an oxy group and a 3,7-dimethyloctyloxy group.
ハロゲン原子を含む基の例としては、例えば、F−、Cl−、Br−、I−、OI−(ヨードオキシ基)、またはハロゲンで置換された炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基などが挙げられる。 Examples of the group containing a halogen atom include, for example, F-, Cl-, Br-, I-, OI- (iodooxy group), or a linear or branched group having 1 to 10 carbon atoms substituted with halogen. And the like.
炭素数1〜10のアルキルアミノ基の例としては、例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、n−プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、n−ブチルアミノ基、n−ペンチルアミノ基、n−ヘキシルアミノ基、n−オクチルアミノ基、n−デシルアミノ基、またはn−イソアミルアミノ基などが挙げられる。 Examples of the alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms include, for example, methylamino group, ethylamino group, n-propylamino group, isopropylamino group, n-butylamino group, n-pentylamino group, and n-hexylamino. Group, n-octylamino group, n-decylamino group, n-isoamylamino group and the like.
また、QおよびQ’ならびにQ’’およびQ’’’の少なくとも一方は、互いに結合して芳香環または複素環を形成してもよい。前記芳香環の例としては、例えば、ベンゼン環が挙げられる。また、前記複素環の例としては、例えば、ピラゾール環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環などが挙げられる。 Further, at least one of Q and Q 'and Q "and Q"' may be bonded to each other to form an aromatic ring or a heterocyclic ring. Examples of the aromatic ring include a benzene ring. Examples of the heterocyclic ring include, for example, pyrazole ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, oxazole ring, isoxazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, Examples include pyridazine ring.
Q、Q’、Q’’、Q’’’の少なくとも1つに、ニトロ基、シアノ基またはアシル基を導入すると、蛍光の赤色変移または励起波長ピークと蛍光波長ピークとの間隔の拡大に寄与する場合があり、好ましい。 When at least one of Q, Q ′, Q ″, and Q ′ ″ introduces a nitro group, a cyano group, or an acyl group, it contributes to the red transition of fluorescence or the increase in the interval between the excitation wavelength peak and the fluorescence wavelength peak. May be preferable.
本発明においては、Q、Q’、Q’’、およびQ’’’のうちの少なくとも1つが、ニトロ基、シアノ基、または前記化学式2で表される炭素数2〜11のアシル基であることが好ましく、ニトロ基、シアノ基、またはアセチル基であることがより好ましく、アセチル基がさらに好ましい。なお、Q、Q’、Q’’、およびQ’’’のうちの1〜3個が上記置換基で置換されていることが好ましく、より好ましくは1〜2個であり、さらに好ましくは1個である。 In the present invention, at least one of Q, Q ′, Q ″, and Q ′ ″ is a nitro group, a cyano group, or an acyl group having 2 to 11 carbon atoms represented by Formula 2 above. It is preferably a nitro group, a cyano group or an acetyl group, more preferably an acetyl group. In addition, it is preferable that 1-3 of Q, Q ′, Q ″, and Q ′ ″ are substituted with the above substituents, more preferably 1 to 2, and even more preferably 1 It is a piece.
Y1およびY2は、同一または異なっていてもよく、置換されていてもよい2価の有機残基である。Y1およびY2は、蛍光モノマー化合物を水溶性にできる程度の親水性を有することが好ましい。ここで、蛍光モノマー化合物を水溶性にできる程度の親水性とは、有機溶媒や可溶化剤の存在無しに、蛍光モノマー化合物を重合するために必要な濃度領域において、水に溶解することを意味する。Y1およびY2で用いられる基の具体的な例としては、例えば、アミノ基、カルボニルオキシ基、あるいは、スルホン酸基、ニトロ基、アミノ基、リン酸基、またはヒドロキシ基などの親水性基を有する二価の有機残基や、構造中にエーテル結合、アミド結合、またはエステル結合などの親水性結合を有する二価の有機残基が例示できる。 Y 1 and Y 2 may be the same or different and may be a divalent organic residue which may be substituted. Y 1 and Y 2 preferably have such hydrophilicity that the fluorescent monomer compound can be rendered water-soluble. Here, hydrophilicity to the extent that the fluorescent monomer compound can be made water-soluble means that it dissolves in water in the concentration range necessary for polymerizing the fluorescent monomer compound without the presence of an organic solvent or solubilizer. To do. Specific examples of the group used for Y 1 and Y 2 include, for example, an amino group, a carbonyloxy group, or a hydrophilic group such as a sulfonic acid group, a nitro group, an amino group, a phosphoric acid group, or a hydroxy group. And a divalent organic residue having a hydrophilic bond such as an ether bond, an amide bond, or an ester bond in the structure.
Y1およびY2の少なくとも一方は、下記化学式3または下記化学式4で表される基を含むことが好ましい。また、Y1およびY2の少なくとも一方が、下記化学式3で表される基および下記化学式4で表される基の両方を含んでいてもよく、この際、下記化学式3で表される基および下記化学式4で表される基の配置は、ブロック状でも良いし、ランダム状であってもよい。さらに、他の前記置換基や2価の有機残基を有していてもよい。 At least one of Y 1 and Y 2 preferably contains a group represented by the following chemical formula 3 or the following chemical formula 4. Further, at least one of Y 1 and Y 2 may contain both a group represented by the following chemical formula 3 and a group represented by the following chemical formula 4, and in this case, a group represented by the following chemical formula 3 and The arrangement of the group represented by the following chemical formula 4 may be a block shape or a random shape. Furthermore, you may have another said substituent and a bivalent organic residue.
前記化学式3および前記化学式4中、nは2〜5であり、好ましくは2〜4、より好ましくは2または3である。また、jは1〜5であり、好ましくは1〜3、より好ましくは1である。さらに、mは1〜200であり、好ましくは20〜150、より好ましくは40〜120である。なお、前記化学式3および前記化学式4中の*は結合点を表す。 In the chemical formula 3 and the chemical formula 4, n is 2 to 5, preferably 2 to 4, more preferably 2 or 3. Moreover, j is 1-5, Preferably it is 1-3, More preferably, it is 1. Furthermore, m is 1 to 200, preferably 20 to 150, and more preferably 40 to 120. In addition, * in the said Chemical formula 3 and the said Chemical formula 4 represents a bonding point.
Y1およびY2部分の分子量は、500〜10,000が好ましく、1,000〜5,000がより好ましい。前記化学式2または前記化学式3で表される2価の有機残基は、例えばエチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルキレングリコール、またはビニルアルコールなどを重合することにより、形成することができる。 The molecular weight of the Y 1 and Y 2 moieties is preferably 500 to 10,000, and more preferably 1,000 to 5,000. The divalent organic residue represented by the chemical formula 2 or the chemical formula 3 can be formed, for example, by polymerizing alkylene glycol such as ethylene glycol or propylene glycol, or vinyl alcohol.
A1およびA2は同一または異なっていてもよく、水素原子またはメチル基である。 A 1 and A 2 may be the same or different and are a hydrogen atom or a methyl group.
U1、U2、U3およびU4は同一または異なっていてもよく、水素原子、または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基である。 U 1 , U 2 , U 3 and U 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. .
なお、本明細書において、「置換されているかまたは(もしくは)非置換の」との記載は、フッ素原子;塩素原子;臭素原子;シアノ基;ニトロ基;ヒドロキシ基;炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基;炭素数1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基;炭素数6〜30のアリール基;炭素数2〜30のヘテロアリール基;炭素数5〜20のシクロアルキル基;などの置換基で置換されているか、または非置換であることを意味する。 In the present specification, the description of “substituted or (or) unsubstituted” means a fluorine atom; a chlorine atom; a bromine atom; a cyano group; a nitro group; a hydroxy group; A linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; an aryl group having 6 to 30 carbon atoms; a heteroaryl group having 2 to 30 carbon atoms; It is substituted with a substituent such as cycloalkyl group; or unsubstituted.
p1とq1とのモル比(p1:q1)およびp2とq2とのモル比(p2:q2)は、1:50〜1:6,000であり、好ましくは1:50〜1:4,000であり、より好ましくは1:100〜1:2,000である。モル比1:50よりも蛍光モノマー化合物の割合が大きくなると、蛍光モノマー化合物の嵩高さのため自由度が失われ、糖類との相互作用が低下する虞がある。一方、モル比1:6,000よりも蛍光モノマー化合物の割合が小さければ、蛍光強度の絶対量を確保できない場合がある。p1およびq1は概ね1〜100が好ましく、p2およびq2は概ね50〜600,000が好ましい。 The molar ratio between p 1 and q 1 (p 1 : q 1 ) and the molar ratio between p 2 and q 2 (p 2 : q 2 ) is 1:50 to 1: 6,000, preferably 1 : 50-1: 4,000, more preferably 1: 100-1: 2,000. When the ratio of the fluorescent monomer compound is larger than the molar ratio 1:50, the degree of freedom is lost due to the bulkiness of the fluorescent monomer compound, and the interaction with the saccharide may be reduced. On the other hand, if the ratio of the fluorescent monomer compound is smaller than the molar ratio 1: 6,000, the absolute amount of fluorescence intensity may not be ensured. p 1 and q 1 are preferably about 1 to 100, and p 2 and q 2 are preferably about 50 to 600,000.
上述したように、本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーの構造中、二価の有機残基Y1およびY2は親水性を有することが好ましい。これにより、具体的には、以下のような効果が得られる。(1)蛍光モノマー化合物が水溶性となるため、蛍光ハイドロゲルファイバーを形成する際の重合反応を効率良く行うことができる。(2)親水性鎖の導入は被検出物質と相互作用するフェニルボロン酸周辺の環境や運動性を変化させ、感度、精度、応答速度、被測定物質である糖類の選択性の向上に寄与する。(3)親水性鎖が蛍光ハイドロゲルファイバー全体の構造を安定化させる。(4)水中でのみ反応が行えるため、有機溶剤中に懸濁した状態で重合を行うことができる。 As described above, in the structure of the fluorescent hydrogel fiber of the present invention, the divalent organic residues Y 1 and Y 2 are preferably hydrophilic. Thereby, specifically, the following effects can be obtained. (1) Since the fluorescent monomer compound becomes water-soluble, the polymerization reaction when forming the fluorescent hydrogel fiber can be performed efficiently. (2) Introduction of a hydrophilic chain changes the environment and motility around phenylboronic acid that interacts with the substance to be detected, contributing to improved sensitivity, accuracy, response speed, and selectivity of the saccharide as the substance to be measured. . (3) The hydrophilic chain stabilizes the entire structure of the fluorescent hydrogel fiber. (4) Since the reaction can be performed only in water, the polymerization can be performed in a state suspended in an organic solvent.
上記化学式1で表される構造を有する蛍光ハイドロゲルファイバーの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によるポリエチレンオキサイド換算で、50,000〜750,000であることが好ましく、150,000〜450,000であることがより好ましい。 The weight average molecular weight of the fluorescent hydrogel fiber having the structure represented by the chemical formula 1 is preferably 50,000 to 750,000 in terms of polyethylene oxide by gel permeation chromatography (GPC), and preferably 150,000 to More preferably, it is 450,000.
本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーの形状は、特に制限されず、円柱形状、角柱形状、立方体形状、もしくはこれらの中空形状、またはこれらのファイバーを用いて構築した3次元構造、例えば、織布構造、シリンダ構造、チューブ、スプリング構造など、いずれの形状であってもよい。蛍光ハイドロゲルファイバーの埋め込み方法や蛍光検出の際に適した形状を選択することが好ましい。 The shape of the fluorescent hydrogel fiber of the present invention is not particularly limited, and a cylindrical shape, a prismatic shape, a cubic shape, or a hollow shape thereof, or a three-dimensional structure constructed using these fibers, for example, a woven fabric structure, Any shape such as a cylinder structure, a tube, or a spring structure may be used. It is preferable to select a shape suitable for the method of embedding the fluorescent hydrogel fiber or fluorescence detection.
本発明による蛍光ハイドロゲルファイバーの直径は、特に制限されないが、注射器、カニューレ、またはカテーテルを用いて埋め込みを行う場合は、10〜2000μmであることが好ましく、100〜1000μmであることがより好ましい。なお、本明細書において、該直径は、実体顕微鏡により測定した値を用いる。 The diameter of the fluorescent hydrogel fiber according to the present invention is not particularly limited, but is preferably 10 to 2000 μm and more preferably 100 to 1000 μm when embedding using a syringe, cannula or catheter. In this specification, a value measured with a stereomicroscope is used as the diameter.
また、ある血糖値において、それぞれの蛍光ハイドロゲルファイバーが同程度の蛍光強度を有するように、1本1本の蛍光ハイドロゲルファイバーの直径は略均一であることが好ましい。なお、本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーを複数本用いる場合、その直径は互いに同一であってもよいし異なっていてもよい。 Moreover, it is preferable that the diameter of each fluorescent hydrogel fiber is substantially uniform so that each fluorescent hydrogel fiber has the same fluorescence intensity at a certain blood glucose level. In addition, when using two or more fluorescent hydrogel fibers of this invention, the diameter may mutually be the same and may differ.
加えて、本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーの長さは、体内に埋め込む部位の大きさ(または長さ)、あるいは後述の循環経路における設置部位の大きさ(または長さ)によって適宜設定すればよく、何ら制限されるものではない。一例として耳を埋め込み部位として挙げれば、50〜200mmの範囲であることが好ましい。 In addition, the length of the fluorescent hydrogel fiber of the present invention may be appropriately set according to the size (or length) of the site to be embedded in the body or the size (or length) of the installation site in the circulation path described later. There are no restrictions. As an example, if the ear is given as an implantation site, it is preferably in the range of 50 to 200 mm.
本発明の第二は、蛍光ハイドロゲルファイバーの製造方法である。 The second of the present invention is a method for producing a fluorescent hydrogel fiber.
本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーの製造方法は、特に制限されないが、例えば、蛍光モノマー化合物と(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとを含む水溶液を用いて水溶液柱を作製する工程を含む製造方法が挙げられる。該製造方法は、さらに、前記水溶液柱を重合する工程を含むことが好ましい。以下、かような製造方法について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 The method for producing the fluorescent hydrogel fiber of the present invention is not particularly limited. For example, the method includes a step of producing an aqueous solution column using an aqueous solution containing a fluorescent monomer compound and a polymerizable monomer containing a (meth) acrylamide residue. A method is mentioned. The production method preferably further includes a step of polymerizing the aqueous solution column. Hereinafter, although such a manufacturing method is demonstrated in detail, this invention is not limited to this.
[(a)水溶液から水溶液柱を作製する工程]
前記蛍光モノマー化合物は、下記化学式5で表される構造を有することが好ましい。
[(A) Step of producing aqueous solution column from aqueous solution]
The fluorescent monomer compound preferably has a structure represented by the following chemical formula 5.
前記化学式5中、X1、X2、Z1、Z2、Y1、Y2、Q、Q’、Q’’、およびQ’’’は、前記化学式1と同様の定義である。 In Formula 5, X 1 , X 2 , Z 1 , Z 2 , Y 1 , Y 2 , Q, Q ′, Q ″, and Q ′ ″ are the same definitions as in Formula 1.
このうち、前記蛍光モノマー化合物として好ましい化合物である、9,10−ビス[[N−(2−ボロノベンジル)−N−[6−[(アクリロイルポリオキシエチレン)カルボニルアミノ]ヘキシル]アミノ]メチル]−2−アセチルアントラセン(上記化学式5のX1およびX2が−C6H12−NHCO−、Y1およびY2が上記化学式3のnが2であるポリエチレングリコール残基、Z1およびZ2が−O−、Qがアセチル基、Q’、Q’’、およびQ’’’が水素原子である化合物:以下、単に「F−PEG−AAm」とも称する)の製造方法を、下記反応式1を参照しながら説明する。しかし、本発明はこれに制限されるものではない。 Of these, 9,10-bis [[N- (2-boronobenzyl) -N- [6-[(acryloylpolyoxyethylene) carbonylamino] hexyl] amino] methyl]-, which is a preferable compound as the fluorescent monomer compound. 2-acetylanthracene (X 1 and X 2 in Chemical Formula 5 are —C 6 H 12 —NHCO—, Y 1 and Y 2 are polyethylene glycol residues in which Chemical Formula 3 n is 2, Z 1 and Z 2 are -O-, a compound in which Q is an acetyl group, Q ′, Q ″, and Q ′ ″ are hydrogen atoms (hereinafter also simply referred to as “F-PEG-AAm”) is represented by the following reaction formula 1 Will be described with reference to FIG. However, the present invention is not limited to this.
原料として2−アセチル−9,10−ジメチルアントラセン(上記反応式1中のI)を用い、四塩化炭素(CCl4)/クロロホルム混合溶媒を加熱して、N−ブロモスクシンイミド(NBS)および過酸化ベンゾイル(BPO)と反応させることにより、2−アセチル−9,10−ビス(ブロモメチレン)アントラセン(上記反応式1中のII)が得られる。次いで、これを、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等の溶媒中で、ジイソプロピルエチルアミン(DIEA)等の塩基存在下、N−(t−ブトキシカルボニル)−ヘキシルジアミン(上記反応式1中のIII)を反応させると、ブロモメチレン基が[(t−ブトキシカルボニルアミノ)ヘキシルアミノ]メチレン基(上記反応式1中のIV)となる。これを、DMF等の溶媒中で、DIEA等の塩基存在下、2−(2−ブロモメチルフェニル)−1,3−ジオキサボナリン(上記反応式1中のV)を作用させると、9,10−ビス[[N−6’−(t−ブトキシカルボニルアミノ)ヘキシル−N−[2−(5,5−ジメチルボリナン−2−イル)ベンジル]アミノ]メチル]−2−アセチルアントラセン(上記反応式1中のVI)が得られる。これに、塩酸等の酸を作用させて脱保護すると、9,10−ビス[[N−(6’−アミノヘキシル)−N−(2−ボロノベンジル)アミノ]メチル]−2−アセチルアントラセン(上記反応式1中のVII)が得られる。次に、アクリロイル−(ポリエチレングリコール)−N−ヒドロキシスクシンイミドエステルを、塩基性緩衝液中で反応させると、目的物であるF−PEG−AAmを得ることができる。 Using 2-acetyl-9,10-dimethylanthracene (I in the above reaction formula 1) as a raw material, heating a carbon tetrachloride (CCl 4 ) / chloroform mixed solvent, N-bromosuccinimide (NBS) and peroxide By reacting with benzoyl (BPO), 2-acetyl-9,10-bis (bromomethylene) anthracene (II in the above reaction scheme 1) is obtained. Then, this is reacted with N- (t-butoxycarbonyl) -hexyldiamine (III in the above reaction scheme 1 in the presence of a base such as diisopropylethylamine (DIEA) in a solvent such as N, N-dimethylformamide (DMF). ), The bromomethylene group becomes a [(t-butoxycarbonylamino) hexylamino] methylene group (IV in the above reaction scheme 1). When this is reacted with 2- (2-bromomethylphenyl) -1,3-dioxabonarine (V in the above reaction formula 1) in the presence of a base such as DIEA in a solvent such as DMF, 9,10- Bis [[N-6 ′-(t-butoxycarbonylamino) hexyl-N- [2- (5,5-dimethylborinan-2-yl) benzyl] amino] methyl] -2-acetylanthracene (the above reaction formula VI) in 1 is obtained. When this was deprotected by the action of an acid such as hydrochloric acid, 9,10-bis [[N- (6′-aminohexyl) -N- (2-boronobenzyl) amino] methyl] -2-acetylanthracene (above VII) in scheme 1 is obtained. Next, when acryloyl- (polyethylene glycol) -N-hydroxysuccinimide ester is reacted in a basic buffer, F-PEG-AAm, which is the target product, can be obtained.
なお、原料化合物として、アントラセン骨格にアセチル基以外のアシル基を有する化合物を使用すると、溶媒、添加剤、反応温度、反応時間および分離方法等を適宜選択することで、アントラセン骨格にアセチル基以外のアシル基を有する化合物を製造することができる。 When a compound having an acyl group other than an acetyl group in the anthracene skeleton is used as the raw material compound, the anthracene skeleton other than the acetyl group can be selected by appropriately selecting a solvent, an additive, a reaction temperature, a reaction time, a separation method, and the like. A compound having an acyl group can be produced.
前記(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとしては、得られた重合体がその構造中に(メタ)アクリロイル基とアミドとを有すればよく、(メタ)アクリルアミドまたはその誘導体が好ましい。具体的な例としては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、N−tris−ヒドロキシメチルアクリルアミド、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、またはN−(n−ブトキシメチル)アクリルアミドなどが挙げられる。また、N−アクリロイルリジン、N−アクリロイルヘキサメチレンジアミンなどの(メタ)アクリロイルクロライドとアミノ酸または活性アミノ基を有する化合物との縮合体も用いることができる。より好ましくは、アクリルアミドまたはメタクリルアミドである。 As the polymerizable monomer containing the (meth) acrylamide residue, the obtained polymer may have a (meth) acryloyl group and an amide in its structure, and (meth) acrylamide or a derivative thereof is preferable. Specific examples include, for example, acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-tert-butylacrylamide, N-tris-hydroxymethylacrylamide, N-hydroxymethylacrylamide, or N- (N-butoxymethyl) acrylamide and the like can be mentioned. Moreover, the condensate of (meth) acryloyl chloride, such as N-acryloyl lysine and N-acryloyl hexamethylene diamine, and the compound which has an amino acid or an active amino group can also be used. More preferred is acrylamide or methacrylamide.
本工程において、前記蛍光モノマー化合物および前記(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーは、水溶液の形態にされる。 In this step, the polymerizable monomer containing the fluorescent monomer compound and the (meth) acrylamide residue is in the form of an aqueous solution.
前記水溶液の溶媒は、特に制限されず、蒸留水、イオン交換水、純水、超純水などを使用することができる。また、リン酸緩衝液に対して、蛍光モノマー化合物および(メタ)アクリルアミド残基を有する重合性モノマーを加えた水溶液を使用することもできる。 The solvent of the aqueous solution is not particularly limited, and distilled water, ion exchange water, pure water, ultrapure water, or the like can be used. In addition, an aqueous solution in which a fluorescent monomer compound and a polymerizable monomer having a (meth) acrylamide residue are added to a phosphate buffer can also be used.
前記蛍光モノマー化合物の水溶液中の濃度は、1〜30質量%であることが好ましく、2〜10質量%であることがより好ましい。また、前記(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーの水溶液中の濃度は、5〜50質量%であることが好ましく、10〜20質量%であることがより好ましい。 The concentration of the fluorescent monomer compound in the aqueous solution is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 2 to 10% by mass. Moreover, it is preferable that the density | concentration in the aqueous solution of the polymerizable monomer containing the said (meth) acrylamide residue is 5-50 mass%, and it is more preferable that it is 10-20 mass%.
前記水溶液中には、他の成分を含んでもよい。このような成分としては、例えば、重合開始剤、重合促進剤、架橋剤、水中で陽イオンとなり得るカチオン性モノマー、水中で陰イオンとなり得るアニオン性モノマー、またはイオンを有さないノニオン系モノマーなどが挙げられる。重合開始剤、重合促進剤、および架橋剤の詳細については、後述する。 The aqueous solution may contain other components. Examples of such components include a polymerization initiator, a polymerization accelerator, a crosslinking agent, a cationic monomer that can be a cation in water, an anionic monomer that can be an anion in water, or a nonionic monomer having no ion. Is mentioned. Details of the polymerization initiator, the polymerization accelerator, and the crosslinking agent will be described later.
水中で陽イオンとなり得るカチオン性モノマーの例としては、例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、または4−ビニルピリジンなどを挙げることができる。これらは単独で使用してもよいしまたは2種以上組み合わせて使用してもよい。 Examples of the cationic monomer that can be a cation in water include dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, and 4-vinylpyridine. These may be used alone or in combination of two or more.
水中で陰イオンとなり得るアニオン性モノマーの例としては、例えば、(メタ)アクリル酸、ビニルプロピオン酸または4−ビニルベンゼンスルホン酸などを挙げることができる。これらは単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。 Examples of anionic monomers that can be anions in water include (meth) acrylic acid, vinylpropionic acid, 4-vinylbenzenesulfonic acid, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
イオンを有さないノニオン系モノマーの例としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチルアクリレートまたは1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレートなどを挙げることができる。これらは単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。 Examples of nonionic monomers having no ions include, for example, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-methoxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, or 1, Examples include 4-cyclohexanedimethanol monoacrylate. These may be used alone or in combination of two or more.
これら他の成分の配合量は、蛍光モノマー化合物と(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとの合計量に対して0.1〜10モル%が好ましく、より好ましくは2〜7モル%である。 The blending amount of these other components is preferably from 0.1 to 10 mol%, more preferably from 2 to 7 mol%, based on the total amount of the fluorescent monomer compound and the polymerizable monomer containing a (meth) acrylamide residue. is there.
また、これら他の成分の水溶液中の濃度は、0.01〜10質量%であることが好ましく、0.02〜1.0質量%であることがより好ましい。重合開始剤、重合促進剤、および架橋剤の詳細については後述する。 Moreover, it is preferable that the density | concentration in the aqueous solution of these other components is 0.01-10 mass%, and it is more preferable that it is 0.02-1.0 mass%. Details of the polymerization initiator, the polymerization accelerator, and the crosslinking agent will be described later.
前記蛍光モノマー化合物と前記(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとを含む水溶液から水溶液柱を作製する方法としては、例えば、(1)チューブを用いる方法;(2)微小流路を用いる方法;(3)同軸マイクロ流体装置を用いる方法;などが挙げられる。 Examples of a method for producing an aqueous solution column from an aqueous solution containing the fluorescent monomer compound and the polymerizable monomer containing the (meth) acrylamide residue include (1) a method using a tube; (2) a method using a microchannel. And (3) a method using a coaxial microfluidic device.
上記(1)のチューブを用いる方法は、特に制限されないが、例えば、蛍光モノマー化合物と(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとを含む水溶液を、チューブ中に注入して、水溶液柱を作製する方法が挙げられる。 The method using the tube of (1) is not particularly limited. For example, an aqueous solution containing a fluorescent monomer compound and a polymerizable monomer containing a (meth) acrylamide residue is injected into the tube to produce an aqueous solution column. The method of doing is mentioned.
図1は、チューブ11中に充填された水溶液柱12を示す模式図である。水溶液柱12は、重合されて蛍光ハイドロゲルファイバーとなり、これを、チューブ11から取り出すことで蛍光ハイドロゲルファイバーを得ることができる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an aqueous solution column 12 filled in a tube 11. The aqueous solution column 12 is polymerized to become a fluorescent hydrogel fiber, and the fluorescent hydrogel fiber can be obtained by taking it out from the tube 11.
前記チューブの素材としては、たとえば、ガラス、金属、例えば、アルミ、スチール、プラスティック、例えば、ポリオレフィン、シリコン、テフロン、などが挙げられる。 Examples of the material of the tube include glass, metal, such as aluminum, steel, and plastic, such as polyolefin, silicon, and Teflon.
前記チューブ中への水溶液の注入は、シリンジなどを用いて行い、水溶液柱を得ることができる。チューブへ水溶液を注入した後は、必要に応じてチューブの両末端に栓をする。このようにして作製される水溶液柱を各種重合法により重合することで、蛍光ハイドロゲルファイバーを得ることができる。チューブを用いる方法では、チューブの形状を変えることで、ファイバーの断面および長さ方向の形を変化させた様々な形状の蛍光ハイドロゲルファイバーを作製することができる。各種重合法についての詳細は後述する。 The aqueous solution can be injected into the tube by using a syringe or the like to obtain an aqueous solution column. After injecting the aqueous solution into the tube, plug both ends of the tube as necessary. A fluorescent hydrogel fiber can be obtained by polymerizing the aqueous solution column thus prepared by various polymerization methods. In the method using a tube, fluorescent hydrogel fibers having various shapes in which the cross section of the fiber and the shape in the length direction are changed can be produced by changing the shape of the tube. Details of various polymerization methods will be described later.
該チューブの内径および長さは、目的とする蛍光ハイドロゲルファイバーのサイズによって適宜設定できることができる。例えば、チューブの内径は10〜2000μmであることが好ましく、また、チューブの長さは、10〜300mmであることが好ましい。 The inner diameter and length of the tube can be appropriately set depending on the size of the target fluorescent hydrogel fiber. For example, the inner diameter of the tube is preferably 10 to 2000 μm, and the length of the tube is preferably 10 to 300 mm.
チューブ中に重合した蛍光ハイドロゲルファイバーは、圧力等で押し出すか、蛍光ハイドロゲルファイバーを収縮させる、またはチューブを切る、チューブを溶かすなどの操作を行うことにより取り出すことができる。押し出して取り出す場合は、チューブの内壁を予め界面活性剤、例えば、プルロニック(登録商標)、ポリエチレングリコール、MPCポリマーなどでコーティングすることにより、容易に取り出すことができる。 The fluorescent hydrogel fiber polymerized in the tube can be taken out by extruding with pressure or the like, shrinking the fluorescent hydrogel fiber, cutting the tube, or dissolving the tube. When the tube is extruded and taken out, it can be easily taken out by coating the inner wall of the tube with a surfactant, for example, Pluronic (registered trademark), polyethylene glycol, MPC polymer or the like.
上記(2)のマイクロ流路(微小流路)を用いる方法にて使用するマイクロ流路(微小流路)の一例を、図2Aに示す。マイクロ流路(微小流路)のインレット21に蛍光モノマー化合物と(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとを含む水溶液を注入すると、アウトレット22に流れて、マイクロ流路(微小流路)23中に水溶液柱24を作製することができる。図2Bは、図2AのA−A線における断面を示す模式図であり、マイクロ流路(微小流路)23を含む基板26と、基板26の上部にかぶせる基板27とに挟まれる空間の中に水溶液が注入され、水溶液柱24が形成されていることを示している。前記マイクロ流路(微小流路)の形成材料としては、例えば、ガラス、ポリジメチルシロキサン、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂などが挙げられる。 An example of a microchannel (microchannel) used in the method (2) using the microchannel (microchannel) is shown in FIG. 2A. When an aqueous solution containing a fluorescent monomer compound and a polymerizable monomer containing a (meth) acrylamide residue is injected into the inlet 21 of the microchannel (microchannel), it flows to the outlet 22 and becomes a microchannel (microchannel) 23. The aqueous solution column 24 can be produced therein. FIG. 2B is a schematic diagram showing a cross section taken along the line AA in FIG. 2A, in a space sandwiched between a substrate 26 including a microchannel (microchannel) 23 and a substrate 27 that covers the top of the substrate 26. It is shown that the aqueous solution 24 is formed by injecting the aqueous solution. Examples of the material for forming the micro flow path (micro flow path) include glass, polydimethylsiloxane, acrylic resin, polymethyl methacrylate resin, and the like.
かようにして作製される水溶液柱を各種重合法により重合することで、蛍光ハイドロゲルファイバーを得ることができる。各種重合法について詳細は後述する。マイクロ流路(微小流路)を用いる方法では、流路形状を変えることで、ファイバーの断面および長さ方向の形を変化させた様々な形状の蛍光ハイドロゲルファイバーを作製することができる。 A fluorescent hydrogel fiber can be obtained by polymerizing the aqueous solution column thus prepared by various polymerization methods. Details of various polymerization methods will be described later. In the method using a microchannel (microchannel), fluorescent hydrogel fibers having various shapes in which the cross section of the fiber and the shape in the length direction are changed can be produced by changing the shape of the channel.
該マイクロ流路(微小流路)の内径および長さは、目的とする蛍光ハイドロゲルファイバーのサイズによって適宜設定できることができる。例えば、マイクロ流路(微小流路)の内径は10〜2000μmであることが好ましく、また、マイクロ流路(微小流路)の長さは、10〜3000mmであることが好ましい。 The inner diameter and length of the microchannel (microchannel) can be appropriately set depending on the size of the target fluorescent hydrogel fiber. For example, the inner diameter of the microchannel (microchannel) is preferably 10 to 2000 μm, and the length of the microchannel (microchannel) is preferably 10 to 3000 mm.
マイクロ流路(微小流路)中で重合して得られる蛍光ハイドロゲルファイバーは、マイクロ流路(微小流路)23を含む基板26から上部にかぶせた基板27を外して取り出すことができる。取り出す場合は、マイクロ流路(微小流路)の内壁をプルロニック(登録商標)などの界面活性剤、ポリテトラフルオロエチレンなどのポリマー、またはオクタフルオロシクロブタン(Octafluorocyclobutane、C4F8)などで予めコーティングしておくことにより、容易に取り出すことができる。 The fluorescent hydrogel fiber obtained by polymerization in the microchannel (microchannel) can be taken out from the substrate 26 including the microchannel (microchannel) 23 by removing the substrate 27 placed thereon. When removing, pre-coated inner wall of the microchannel (fine flow path) surfactants such as Pluronic (registered trademark), a polymer such as polytetrafluoroethylene or octafluorocyclobutane (Octafluorocyclobutane, C 4 F 8) or the like, It can be easily taken out.
上記(3)の同軸マイクロ流体装置を用いる方法では、例えば、図3Aおよび図3Bに示すような同軸マイクロ流体装置(coaxial microfludic device)を用いることができる。2つの流体が同軸となるようにコア部およびシェル部に分けて射出することができるマイクロ流体装置は、例えば、Lab Chip, 4, pp.576−580, 2004のFig.1に具体的に説明されている。例えば、コア部の流体31として蛍光モノマー化合物と(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとを含む水溶液を用い、シェル部の流体32として前記水溶液とは混ざらない有機溶媒を用いることにより、シェル部の有機溶媒の中にコア部の水溶液柱を作製することができる。前記有機溶媒の例としては、例えば、シクロヘキサン、流動パラフィン、ヘキサデカン、コーン油、ミネラル油、シリコーンオイルなどが挙げられ、これらは単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。この水溶液柱を各種重合法により重合することにより、本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーを得ることができる。また、前記有機溶媒の代わりに、シェル部の流体32として、コア部と接触することで瞬時にコア部の水溶液を重合させるような組成を有する溶液を用いてもよい。各種重合法の詳細は後述する。 In the method (3) using the coaxial microfluidic device, for example, a coaxial microfluidic device as shown in FIGS. 3A and 3B can be used. A microfluidic device that can be injected separately into a core portion and a shell portion so that two fluids are coaxial is disclosed in, for example, Lab Chip, 4, pp. 576-580, 2004, FIG. 1 is described in detail. For example, by using an aqueous solution containing a fluorescent monomer compound and a polymerizable monomer containing a (meth) acrylamide residue as the core fluid 31, and using an organic solvent that is not mixed with the aqueous solution as the shell fluid 32, the shell The aqueous column of the core part can be prepared in the organic solvent of the part. Examples of the organic solvent include cyclohexane, liquid paraffin, hexadecane, corn oil, mineral oil, silicone oil and the like, and these can be used alone or in combination of two or more. By polymerizing this aqueous solution column by various polymerization methods, the fluorescent hydrogel fiber of the present invention can be obtained. Moreover, you may use the solution which has a composition which superposes | polymerizes the aqueous solution of a core part instantaneously as the fluid 32 of a shell part instead of the said organic solvent by contacting with a core part. Details of various polymerization methods will be described later.
[(b)水溶液柱を重合させ蛍光ハイドロゲルファイバーを作製する工程]
本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーは、前記の(1)、(2)、または(3)の方法で得られる水溶液柱を重合することで作製することができる。水溶液柱を重合させる方法は、特に制限されず、例えば、ラジカル重合開始剤を用いる化学重合法、光重合開始剤を用いる光重合法、または放射線を照射する放射線重合法などが挙げられる。
[(B) Step of polymerizing aqueous solution column to produce fluorescent hydrogel fiber]
The fluorescent hydrogel fiber of the present invention can be produced by polymerizing the aqueous solution column obtained by the above method (1), (2), or (3). The method for polymerizing the aqueous solution column is not particularly limited, and examples thereof include a chemical polymerization method using a radical polymerization initiator, a photopolymerization method using a photopolymerization initiator, or a radiation polymerization method of irradiating radiation.
化学重合法は、ラジカル重合開始剤、および必要に応じて重合促進剤を、水溶液中、有機溶媒中、またはその両方に添加することで行われる。重合温度は好ましくは15〜75℃、より好ましくは20〜60℃である。また、重合時間は好ましくは3分〜20時間、より好ましくは10分〜8時間である。ラジカル重合開始剤の例としては、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、または過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩;過酸化水素;アゾビス−2−メチルプロピオンアミジン塩酸塩またはアゾイソブチロニトリルなどのアゾ化合物;ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、クメンハイドロパーオキシドまたは酸化ベンゾイルなどのパーオキシド等を挙げることができ、これらは単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。この際、重合促進剤として、例えば、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、モール塩、ピロ重亜硫酸ナトリウム、ホルムアルデヒドナトリウムスルホキシレート、またはアスコルビン酸などの還元剤;エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、グリシン、またはN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンなどのアミン化合物;などの1種または2種以上を用いることができる。 The chemical polymerization method is performed by adding a radical polymerization initiator and, if necessary, a polymerization accelerator to an aqueous solution, an organic solvent, or both. The polymerization temperature is preferably 15 to 75 ° C, more preferably 20 to 60 ° C. The polymerization time is preferably 3 minutes to 20 hours, more preferably 10 minutes to 8 hours. Examples of radical polymerization initiators include, for example, persulfates such as sodium persulfate, potassium persulfate, or ammonium persulfate; hydrogen peroxide; azo such as azobis-2-methylpropionamidine hydrochloride or azoisobutyronitrile. Compound: Peroxides such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, cumene hydroperoxide or benzoyl oxide can be used, and these can be used alone or in combination of two or more. In this case, as a polymerization accelerator, for example, a reducing agent such as sodium hydrogen sulfite, sodium sulfite, Mohr's salt, sodium pyrobisulfite, sodium formaldehyde sulfoxylate, or ascorbic acid; ethylenediamine, sodium ethylenediaminetetraacetate, glycine, or N , N, N ′, N′-Amine compounds such as tetramethylethylenediamine;
重合開始剤の量は、水溶液柱中の濃度として、0.01〜10質量%であることが好ましい。 The amount of the polymerization initiator is preferably 0.01 to 10% by mass as the concentration in the aqueous solution column.
光重合法は、例えば、光重合開始剤を予め水溶液に加えておき、有機溶媒中で得られた水溶液柱に対して、紫外光を照射することで行うことができる。 The photopolymerization method can be performed, for example, by adding a photopolymerization initiator to an aqueous solution in advance and irradiating an aqueous solution column obtained in an organic solvent with ultraviolet light.
用いられる光重合開始剤の例としては、例えば、アセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、p−ジメチルアミノプロピオフェノン、p−ジメチルアミノプロピオフェノン、ベンゾフェノン、p,p’−ジクロロベンゾフェノン、p,p’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−n−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシ−シクロヘキシルフェニルケトン、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,2−ジメチルプロピオイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2−メチル−2−エチルヘキサノイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2,6−ジメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2,6−ジメトキシベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド、2,3,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,3,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメトキシベンゾイル−ジフェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリクロロベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルナフチルフォスフォネート、p−ジメチルアミノ安息香酸、p−ジエチルアミノ安息香酸、アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)、ベンゾインパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイドなどが挙げられる。これらは単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。 Examples of the photopolymerization initiator used include, for example, acetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylaminoacetophenone, p-dimethylaminopropiophenone, p-dimethylaminopropiophenone, benzophenone, p, p '-Dichlorobenzophenone, p, p'-bisdiethylaminobenzophenone, Michler's ketone, benzyl, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin n-propyl ether, benzoin isobutyl ether, benzyl dimethyl ketal, 1-hydroxy-cyclohexyl phenyl ketone , Tetramethylthiuram monosulfide, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, 2,2-dimethylpropioyl Phenylphosphine oxide, 2-methyl-2-ethylhexanoyldiphenylphosphine oxide, 2,6-dimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2,6-dimethoxybenzoyldiphenylphosphine oxide, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenyl Phosphine oxide, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, 2,3,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide, bis (2,3,6-trimethylbenzoyl) ) -Phenylphosphine oxide, 2,4,6-trimethoxybenzoyl-diphenylphosphine oxide, 2,4,6-trichlorobenzoyldiphenylphosphine oxide, 2,4 6-trimethylbenzoylnaphthyl phosphonate, p-dimethylaminobenzoic acid, p-diethylaminobenzoic acid, azobisisobutyronitrile, 1,1′-azobis (1-acetoxy-1-phenylethane), benzoin peroxide, Examples include di-tert-butyl peroxide. These may be used alone or in combination of two or more.
紫外光の波長は200〜400nmが好ましく、また、紫外光の照射量は、100〜2000mJ/cm2であることが好ましく、500〜1500mJ/cm2であることがより好ましい。 Wavelength is preferably 200~400nm of ultraviolet light, The irradiation amount of ultraviolet light is preferably 100 to 2000 mJ / cm 2, more preferably 500~1500mJ / cm 2.
放射線重合法は、得られた水溶液柱に対し、放射線を照射することで放射線重合を行う。放射線としては、電子線が好ましく、その照射線量は、10〜200kGyであることが好ましく、20〜50kGyであることがより好ましい。 In the radiation polymerization method, radiation polymerization is performed by irradiating the obtained aqueous solution column with radiation. The radiation is preferably an electron beam, and the irradiation dose is preferably 10 to 200 kGy, more preferably 20 to 50 kGy.
電子線により重合を行う場合、重合開始剤や重合促進剤を用いることなく重合が可能であり、その場合、重合開始剤・促進剤を洗浄する工程を行わなくてもよい。また、上記化学重合法において例示した重合開始剤および重合促進剤を用いることもできる。 When the polymerization is carried out with an electron beam, the polymerization is possible without using a polymerization initiator or a polymerization accelerator, and in that case, the step of washing the polymerization initiator / accelerator need not be performed. Moreover, the polymerization initiator and the polymerization accelerator which were illustrated in the said chemical polymerization method can also be used.
電子線の照射は、電子加速装置により行うことができる。電子を加速する電圧の大きさにより装置は、低エネルギータイプ、中エネルギータイプ、高エネルギータイプと分類されている。本工程の重合においては、低エネルギータイプの電子線加速装置が好ましい。例えば、低エネルギータイプの電子線加速装置の例として、浜松ホトニクス株式会社製の低エネルギー電子線照射装置が挙げられる。これは、フィラメントから生じた熱電子を高電圧で加速してエネルギーを高め、ベリリウム窓箔からその電子線を大気中に取り出すものであり、40〜110kVという比較的低い加速電圧の電子線を照射することが可能である。 The electron beam irradiation can be performed by an electron accelerator. The apparatus is classified into a low energy type, a medium energy type, and a high energy type according to the magnitude of the voltage for accelerating electrons. In the polymerization in this step, a low energy type electron beam accelerator is preferable. For example, as an example of a low energy type electron beam accelerator, a low energy electron beam irradiation device manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. may be mentioned. This is to accelerate the thermoelectrons generated from the filament at a high voltage to increase the energy and take out the electron beam from the beryllium window foil into the atmosphere, and irradiate the electron beam with a relatively low acceleration voltage of 40 to 110 kV. Is possible.
上記工程により蛍光ハイドロゲルファイバーが得られた後、さらに洗浄液を用いて蛍光ハイドロゲルファイバーの洗浄を行うことが好ましい。洗浄液の例としては、リン酸緩衝液、純水などが挙げられる。 After the fluorescent hydrogel fiber is obtained by the above process, it is preferable to further wash the fluorescent hydrogel fiber using a cleaning liquid. Examples of the cleaning liquid include a phosphate buffer and pure water.
また、上記(a)工程で有機溶媒を用いた場合、前記有機溶媒を溶解しうる洗浄液A、その洗浄液Aを溶解しうる洗浄液B、などのように順次に用いて、蛍光ハイドロゲルファイバーの分散相を交換・洗浄することで、最終的に、水溶液中に蛍光ハイドロゲルファイバーを得ることができる。洗浄液の例としては、例えば、アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、炭化水素類、含ハロゲン炭化水素類、緩衝剤水溶液、純水などが挙げられるが、好ましくはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジエチルエーテル、酢酸エチル、アセトン、ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、クロロホルム、塩化メチレン、リン酸緩衝液、純水などが挙げられ、より好ましくは、ヘキサン、エタノール、リン酸緩衝液、純水などが挙げられる。これら洗浄液は、単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。これらの中でも、ヘキサン、エタノール、リン酸緩衝液、および純水からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。 In addition, when an organic solvent is used in the step (a), the dispersion of the fluorescent hydrogel fiber is sequentially performed using a cleaning liquid A that can dissolve the organic solvent, a cleaning liquid B that can dissolve the cleaning liquid A, and the like. By exchanging and washing the phases, a fluorescent hydrogel fiber can be finally obtained in an aqueous solution. Examples of the cleaning liquid include, for example, alcohols, ethers, esters, ketones, hydrocarbons, halogen-containing hydrocarbons, buffer solution, pure water, etc., preferably methanol, ethanol, propanol, Examples include butanol, diethyl ether, ethyl acetate, acetone, heptane, hexane, cyclohexane, chloroform, methylene chloride, phosphate buffer, pure water, and more preferably hexane, ethanol, phosphate buffer, pure water, and the like. Can be mentioned. These cleaning solutions can be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one selected from the group consisting of hexane, ethanol, phosphate buffer, and pure water is preferable.
以上のような本発明の製造方法により得られる蛍光ハイドロゲルファイバーは、上記化学式1で表される構造を有することが好ましい。詳細な構造は、上述した内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。 The fluorescent hydrogel fiber obtained by the production method of the present invention as described above preferably has a structure represented by the above chemical formula 1. Since the detailed structure is the same as the above-mentioned content, description is abbreviate | omitted here.
上記化学式1で表される構造を有する蛍光ハイドロゲルファイバーは、上記化学式5で表される蛍光モノマー化合物と、(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとの共重合によらずに製造することが可能である。例えば、予め(メタ)アクリルアミド残基を有する重合性モノマーを重合させて得られる重合物、上記化学式5で表される蛍光モノマー化合物、重合開始剤、および必要に応じて重合促進剤を含む水溶液を有機溶媒に添加し水溶液柱を作製し、得られた水溶液柱を上記の重合方法により重合させても、上記化学式1で表される構造を有する蛍光ハイドロゲルファイバーを製造することができる。 The fluorescent hydrogel fiber having the structure represented by the chemical formula 1 is produced without copolymerization of the fluorescent monomer compound represented by the chemical formula 5 and a polymerizable monomer containing a (meth) acrylamide residue. Is possible. For example, an aqueous solution containing a polymer obtained by polymerizing a polymerizable monomer having a (meth) acrylamide residue in advance, a fluorescent monomer compound represented by the above chemical formula 5, a polymerization initiator, and, if necessary, a polymerization accelerator. A fluorescent hydrogel fiber having the structure represented by the above chemical formula 1 can also be produced by adding an aqueous solution column to an organic solvent and polymerizing the obtained aqueous solution column by the above polymerization method.
本発明の製造方法により蛍光ハイドロゲルファイバーは、三次元架橋構造を有していてもよい。三次元架橋構造の導入方法は、特に制限されず、例えば、本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーに架橋剤を作用させて、上記化学式1で表される蛍光モノマー化合物と(メタ)アクリルアミド残基を含む重合性モノマーとの間の少なくとも一部に、分子間架橋を形成させる方法が挙げられる。ポリ(メタ)アクリルアミド鎖に三次元架橋を形成させると、水溶液中でも蛍光モノマー化合物を溶出させることなく糖類の検出が容易にできる。なお、本発明で用いられる蛍光モノマー化合物は、糖類と結合して蛍光を発する疎水性部位を有するが、該疎水性部位は、上記化学式1中のY1およびY2で表される二価の有機残基を介してポリ(メタ)アクリルアミド鎖に結合されるため、水溶液中でも糖類と結合できる自由度が確保されている。したがって、三次元架橋構造を形成しても、糖類の検出感度をほとんど低下させない。 According to the production method of the present invention, the fluorescent hydrogel fiber may have a three-dimensional crosslinked structure. The method for introducing the three-dimensional crosslinked structure is not particularly limited, and includes, for example, a fluorescent monomer compound represented by the above chemical formula 1 and a (meth) acrylamide residue by allowing a crosslinking agent to act on the fluorescent hydrogel fiber of the present invention. A method of forming intermolecular crosslinks at least partly with the polymerizable monomer can be mentioned. When a three-dimensional crosslink is formed on a poly (meth) acrylamide chain, saccharides can be easily detected without eluting the fluorescent monomer compound even in an aqueous solution. The fluorescent monomer compound used in the present invention has a hydrophobic moiety that emits fluorescence by binding to a saccharide, and the hydrophobic moiety is a divalent compound represented by Y 1 and Y 2 in the above chemical formula 1. Since it is bonded to a poly (meth) acrylamide chain via an organic residue, a degree of freedom for bonding with a saccharide is ensured even in an aqueous solution. Therefore, even if a three-dimensional crosslinked structure is formed, the detection sensitivity of saccharides is hardly lowered.
前記架橋剤としては、重合性二重結合によって蛍光センサー化合物中に三次元架橋構造を導入し得るものを広く含む。具体的な例としては、例えば、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−(1,2−ジヒドロキシエチレン)−ビス(メタ)アクリルアミド、ジエチレングリコールジ(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、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートなどのジビニル化合物;トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフェート、トリアリルアミン、ポリ(メタ)アリロキシアルカン、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエ−テル、グリセロールジグリシジルエーテル、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン、グリシジル(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸トリアリル、トリメチロールプロパンジ(メタ)アリルエーテル、テトラアリロキシエタン、またはグリセロールプロポキシトリアクリレートなどが挙げられる。これら架橋剤は、単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。 Examples of the crosslinking agent widely include those capable of introducing a three-dimensional crosslinked structure into a fluorescent sensor compound by a polymerizable double bond. Specific examples include, for example, N, N′-methylenebis (meth) acrylamide, N, N ′-(1,2-dihydroxyethylene) -bis (meth) acrylamide, diethylene glycol di (meth) acrylate, (poly) Ethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol di (meth) acrylate , Pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, (poly) propylene glycol di (meth) acrylate, glycerol tri (meth) acrylate, glycerol acrylic Divinyl compounds such as thiomethacrylate, ethylene oxide modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate; triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, triallyl phosphate , Triallylamine, poly (meth) allyloxyalkane, (poly) ethylene glycol diglycidyl ether, glycerol diglycidyl ether, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, glycerin, pentaerythritol, ethylenediamine, polyethyleneimine, glycidyl (meta ) Acrylate, triallyl isocyanurate, trimethylolpropane di (meth) allyl ether, Tet Arirokishietan or such as glycerol propoxy triacrylate. These crosslinking agents can be used alone or in combination of two or more.
架橋剤の量は、水溶液柱中の濃度として、0.01〜10質量%であることが好ましい。 The amount of the crosslinking agent is preferably 0.01 to 10% by mass as the concentration in the aqueous solution column.
本発明により得られる蛍光ハイドロゲルファイバーは、体内埋め込み用の糖類測定用センサーの構成要素として用いられうる。本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーは、低侵襲的に生体内に埋め込むことが出来る。埋込み方法としては、注射器、カニューレ、留置針、もしくはカテーテルを用いての埋設、または皮膚表層の一部を剥離した埋設などが挙げられる。埋め込んだ蛍光ハイドロゲルファイバーは、その端をつまんで引き抜くなどすることで、生体に埋め込んだ全ての蛍光ハイドロゲルファイバーを取り出すことができる。すなわち、本発明は、かような蛍光ハイドロゲルファイバーの使用方法をも提供する。 The fluorescent hydrogel fiber obtained by the present invention can be used as a component of a saccharide measuring sensor for implantation in the body. The fluorescent hydrogel fiber of the present invention can be implanted in a living body with minimal invasiveness. Examples of the embedding method include embedding using a syringe, cannula, indwelling needle, or catheter, or embedding by removing a part of the skin surface layer. By embedding the fluorescent hydrogel fiber embedded and pulling it out, all the fluorescent hydrogel fibers embedded in the living body can be taken out. That is, the present invention also provides a method for using such a fluorescent hydrogel fiber.
本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーは、生体適合性の高いポリ(メタ)アクリルアミド構造を有するため、長期の生体内埋込みに際しての生体への影響が少ない。 Since the fluorescent hydrogel fiber of the present invention has a poly (meth) acrylamide structure with high biocompatibility, there is little influence on the living body during long-term implantation in the living body.
本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーは、生体内で加水分解や酵素分解などの化学的分解を受けないため、長期埋込みの安定性が高いと考えられる。埋込み組織としては、皮内や皮下が好ましく、高感度や小さなタイムラグを実現するためには、血液との体液交換が盛んでありかつ皮膚表面からの深度が浅い真皮層がより好ましい。埋込み場所は、皮膚表面からの光学測定ができる場所ならば特に制限されず、例えば、腕、脚、腹部、耳等が挙げられる。また、蛍光ハイドロゲルファイバーは、皮下や体内で組織に対して縫い込んだり、巻きつけたりすることで生体内に固定することが可能であり、部位や器官の大きさ、形状に限られずに埋め込むことができる。例えば、皮下組織や、腎被膜、膵臓被膜などに縫い込んだり、血管などに巻きつけたりして固定することができる。 Since the fluorescent hydrogel fiber of the present invention is not subject to chemical degradation such as hydrolysis or enzymatic degradation in vivo, it is considered that the stability of long-term implantation is high. The embedded tissue is preferably intradermal or subcutaneous, and in order to achieve high sensitivity and a small time lag, a dermis layer that actively exchanges body fluids with blood and has a shallow depth from the skin surface is more preferable. The implantation place is not particularly limited as long as it can be optically measured from the skin surface, and examples thereof include arms, legs, abdomen, and ears. In addition, fluorescent hydrogel fibers can be fixed in the body by sewing or wrapping the tissue under the skin or inside the body, and can be implanted without being limited to the size or shape of the part or organ. Can do. For example, it can be fixed by sewing into a subcutaneous tissue, kidney capsule, pancreas capsule or the like, or wrapping around a blood vessel or the like.
本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーは体内に埋込まれ、体外、もしくは同じ部位に埋め込まれたセンサーから励起光を照射して、上記蛍光ハイドロゲルファイバーから発生する蛍光を計測する手段を有する、体内埋め込み用の糖類測定用センサーの構成要素としても用いられうる。 The fluorescent hydrogel fiber of the present invention is embedded in the body, and has means for measuring the fluorescence generated from the fluorescent hydrogel fiber by irradiating excitation light from a sensor embedded outside or in the same site. It can also be used as a component of a saccharide measurement sensor.
また、体液を、体内に刺し込んだ中空針と前記中空針に接続された体外の蛍光検出系との間で循環させ、その循環経路の一部に蛍光ハイドロゲルファイバーを貼り付け、前記蛍光ハイドロゲルファイバーから発生する蛍光を計測する手段を有する、糖類測定用センサーの構成要素としても用いられうる。 Further, the body fluid is circulated between the hollow needle inserted into the body and the fluorescence detection system outside the body connected to the hollow needle, and a fluorescent hydrogel fiber is attached to a part of the circulation path, and the fluorescence hydro It can also be used as a component of a saccharide measurement sensor having means for measuring fluorescence generated from gel fibers.
上記循環経路は、測定対象である糖類は透過させるが、生体成分のうち細胞等やタンパク質等の高分子を透過させない性質を有するものが好ましい。体液は、蛍光ハイドロゲルファイバーが張り付けられた循環経路を通り、その体液中の糖類が蛍光ハイドロゲルファイバーと接触する。前記体液中の糖類と接触する蛍光ハイドロゲルファイバーの蛍光を、蛍光検出系を用いて連続的に測定することによって、生体内の糖濃度を反映する値を得ることが出来る。 The circulation path preferably has a property of allowing saccharides to be measured to permeate but not allowing permeation of macromolecules such as cells and proteins among biological components. The body fluid passes through the circulation path to which the fluorescent hydrogel fiber is attached, and sugars in the body fluid come into contact with the fluorescent hydrogel fiber. By continuously measuring the fluorescence of the fluorescent hydrogel fiber in contact with the saccharide in the body fluid using a fluorescence detection system, a value reflecting the sugar concentration in the living body can be obtained.
蛍光検出系は、少なくとも1種の光源と、少なくとも1種の光検出器とを含むものが好ましい。光源および光検出器は、光源から発する励起光がなるべく入らないように、かつ蛍光ハイドロゲルファイバーから発せられる蛍光が効率よく検出できるよう配置することが好ましい。 The fluorescence detection system preferably includes at least one light source and at least one photodetector. The light source and the light detector are preferably arranged so that excitation light emitted from the light source does not enter as much as possible, and fluorescence emitted from the fluorescent hydrogel fiber can be detected efficiently.
蛍光信号の測定は、蛍光ハイドロゲルファイバーの蛍光特性に合ったランプ、LED、レーザー等の光源および光検出器、また、必要に応じて、光ファイバー、レンズ、鏡、プリズム、光学フィルターなどをセンサー構成物周辺の適当な位置に配置して行うことができる。 For fluorescent signal measurement, lamps, LEDs, lasers, and other light sources and photodetectors that match the fluorescence characteristics of the fluorescent hydrogel fiber, and if necessary, optical fiber, lens, mirror, prism, optical filter, etc. are configured as sensors. It can be carried out by arranging it at an appropriate position around the object.
本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーを用いて検出できる糖類は、特に制限されず、例えば、グルコース、ガラクトース、フルクトースなどの単糖類、マルトース、スクロース、ラクトースなどの多糖類が挙げられる。これらの中でも、グルコースがより好ましい。 The saccharide that can be detected using the fluorescent hydrogel fiber of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include monosaccharides such as glucose, galactose, and fructose, and polysaccharides such as maltose, sucrose, and lactose. Among these, glucose is more preferable.
上述の糖類測定用センサーを用いることにより、糖尿病患者が血糖値を自己制御する際の煩雑性または血糖値のタイムラグを減少させることができる。さらに、上述の糖類測定用センサーを用いることにより、糖尿病患者以外の人々が健康管理のための血糖値測定を簡便に行うことも可能となる。 By using the above-mentioned saccharide measurement sensor, it is possible to reduce the complexity or time lag of the blood glucose level when a diabetic patient self-controls the blood glucose level. Furthermore, by using the saccharide measurement sensor described above, it is possible for people other than diabetics to easily perform blood glucose measurement for health care.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、これら実施例は、本発明を何ら制限するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, these Examples do not restrict | limit this invention at all.
(実施例1:9,10−ビス[[N−(2−ボロノベンジル)−N−[6−[(アクリロイルポリオキシエチレン)カルボニルアミノ]ヘキシル]アミノ]メチル]−2−アセチルアントラセンの合成)
(A)9,10−ビス(ブロモメチル)−2−アセチルアントラセン(上記反応式1中のII)の合成
9,10−ジメチル−2−アセチルアントラセン(上記反応式1中のI)600mg、N−ブロモスクシンイミド800mg、および過酸化ベンゾイル5mgを、クロロホルム6mLと四塩化炭素20mLの混合物に加え、80℃で2時間、加熱還流を行った。溶媒を除去した後、残渣をメタノールで抽出し、780mgの目的物を得た。
Example 1: Synthesis of 9,10-bis [[N- (2-boronobenzyl) -N- [6-[(acryloylpolyoxyethylene) carbonylamino] hexyl] amino] methyl] -2-acetylanthracene)
(A) Synthesis of 9,10-bis (bromomethyl) -2-acetylanthracene (II in the above reaction scheme 1) 9,10-dimethyl-2-acetylanthracene (I in the above reaction scheme 1) 600 mg, N- Bromosuccinimide (800 mg) and benzoyl peroxide (5 mg) were added to a mixture of chloroform (6 mL) and carbon tetrachloride (20 mL), and the mixture was heated to reflux at 80 ° C. for 2 hours. After removing the solvent, the residue was extracted with methanol to obtain 780 mg of the desired product.
(B)9,10−ビス[6’−(t−ブトキシカルボニルアミノ)ヘキシルアミノメチル]−2−アセチルアントラセン(上記反応式1中のIV)の合成
上記(A)で得た生成物500mg、N−BOC−ヘキシルジアミン(上記反応式1中のIII) 1.125g、およびジイソプロピルエチルアミン 1.25mLを、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)10mLに溶解し、45℃で1時間攪拌して反応を行った。反応混合物はクロロホルム60mLで希釈し、水100mLで3回、飽和食塩水100mLで1回洗浄し、有機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥した。乾燥剤を濾過後、濃縮し、クロロホルム/メタノール(体積比 95/5)混合溶媒を溶離液とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、367mgの目的物を得た。
(B) Synthesis of 9,10-bis [6 ′-(t-butoxycarbonylamino) hexylaminomethyl] -2-acetylanthracene (IV in Reaction Scheme 1) 500 mg of the product obtained in (A) above, 1.125 g of N-BOC-hexyldiamine (III in the above reaction scheme 1) and 1.25 mL of diisopropylethylamine are dissolved in 10 mL of N, N-dimethylformamide (DMF), and stirred at 45 ° C. for 1 hour to react. Went. The reaction mixture was diluted with 60 mL of chloroform, washed 3 times with 100 mL of water and once with 100 mL of saturated brine, and the organic phase was dried over anhydrous sodium sulfate. The desiccant was filtered, concentrated, and purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of chloroform / methanol (volume ratio 95/5) as an eluent to obtain 367 mg of the desired product.
(C)9,10−ビス[[N−6’−(t−ブトキシカルボニルアミノ)ヘキシル−N−[2−(5,5−ジメチルボリナン−2−イル)ベンジル]アミノ]メチル]−2−アセチルアントラセン(上記反応式1中のVI)の合成
上記(B)で得た生成物200mg、2−(2−ブロモメチルフェニル)−1,3−ジオキサボリナン(上記反応式1中のV)700mgおよびN,N−ジイソプロピルエチルアミン0.35mLを、3mLのジメチルホルムアミドに溶解し、室温(25℃)で16時間攪拌した。溶媒除去後、メタノール/クロロホルムを溶離液とするシリカゲルカラムで精製し目的物194mgを得た。
(C) 9,10-bis [[N-6 ′-(t-butoxycarbonylamino) hexyl-N- [2- (5,5-dimethylborinan-2-yl) benzyl] amino] methyl] -2 -Synthesis of acetylanthracene (VI in the above reaction scheme 1) 200 mg of the product obtained in the above (B), 700 mg of 2- (2-bromomethylphenyl) -1,3-dioxaborinane (V in the above reaction scheme 1) And 0.35 mL of N, N-diisopropylethylamine was dissolved in 3 mL of dimethylformamide and stirred at room temperature (25 ° C.) for 16 hours. After removing the solvent, the residue was purified by a silica gel column using methanol / chloroform as an eluent to obtain 194 mg of the desired product.
(D)9,10−ビス[[N−(6’−アミノヘキシル)−N−(2−ボロノベンジル)アミノ]メチル]−2−アセチルアントラセン(上記反応式1中のVII)の合成
上記(C)で得られた生成物100mgを、2mLのメタノールに溶解し、4N 塩酸2mLを加えて、室温(25℃)で10時間攪拌した。蒸発乾固後、ゲル濾過によって無機塩を除去し、目的物95mgを得た。
(D) Synthesis of 9,10-bis [[N- (6′-aminohexyl) -N- (2-boronobenzyl) amino] methyl] -2-acetylanthracene (VII in the above reaction scheme 1) ) Was dissolved in 2 mL of methanol, 2 mL of 4N hydrochloric acid was added, and the mixture was stirred at room temperature (25 ° C.) for 10 hours. After evaporation to dryness, inorganic salts were removed by gel filtration to obtain 95 mg of the desired product.
(E)F−PEG−AAmの合成
上記(D)で得られた生成物160mgを、0.5mLのDMFに溶解し、アクリロイル−(ポリエチレングリコール)−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル(ポリエチレングリコール残基部分の分子量は3,400)1.22gの10mL 100mMリン酸緩衝液(pH=8.0)溶液に加え、室温(25℃)で20時間攪拌した。反応混合物をゲル濾過に供し、蛍光高分子画分を採取し、凍結乾燥後、目的物であるF−PEG−AAm 1.2gを得た。重クロロホルムを用いて測定した1H−NMRデータは下記表1の通りであり、ポリエチレングリコール(PEG)残基由来のピークと重なる水素のシグナルは確認されなかった。
(E) Synthesis of F-PEG-AAm 160 mg of the product obtained in (D) above was dissolved in 0.5 mL of DMF, and acryloyl- (polyethylene glycol) -N-hydroxysuccinimide ester (polyethylene glycol residue part) Was added to a solution of 1.22 g of 10 mL 100 mM phosphate buffer (pH = 8.0) and stirred at room temperature (25 ° C.) for 20 hours. The reaction mixture was subjected to gel filtration, and the fluorescent polymer fraction was collected. After lyophilization, 1.2 g of the desired product, F-PEG-AAm, was obtained. The 1 H-NMR data measured using deuterated chloroform is as shown in Table 1 below, and no hydrogen signal overlapping a peak derived from a polyethylene glycol (PEG) residue was confirmed.
(実施例2:蛍光ハイドロゲルファイバーの作製)
最終濃度としてアクリルアミドが15質量%の濃度に、N,N’−メチレンビスアクリルアミドが0.3質量%の濃度になるように、アクリルアミドおよびN,N’−メチレンビスアクリルアミドを60mMリン酸緩衝液(pH7.4)にそれぞれ加えて、溶解・混合し水溶液を調製した。次に、水溶液を室温(25℃)で窒素バブリングを行った。
(Example 2: Production of fluorescent hydrogel fiber)
Acrylamide and N, N′-methylenebisacrylamide were added to a 60 mM phosphate buffer (final concentration of 15% by weight of acrylamide and 0.3% by weight of N, N′-methylenebisacrylamide). Each was added to pH 7.4) and dissolved and mixed to prepare an aqueous solution. Next, nitrogen bubbling was performed on the aqueous solution at room temperature (25 ° C.).
前記の水溶液に、実施例1で合成したF−PEG−AAmが5質量%の濃度、過硫酸ナトリウムが0.9質量%の濃度、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンが0.2質量%の濃度になるようにそれぞれ添加した。 In the aqueous solution, the concentration of F-PEG-AAm synthesized in Example 1 was 5% by mass, the concentration of sodium persulfate was 0.9% by mass, and N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine was 0. Each was added to a concentration of 2% by mass.
次いで、作製される蛍光ハイドロゲルファイバーの取り出しを容易にするためにプルロニック(登録商標)をコーティングしたポリオレフィンチューブ中に、上記水溶液を吸い取って、窒素雰囲気下、室温(25℃)で重合を開始した。ポリオレフィンチューブは、内径400μmで長さが150mmのもの、内径700μmで長さが150mmのもの、
および内径1000μmで長さが150mmのものをそれぞれ1本ずつ合計3本使用した。
Next, the aqueous solution was sucked into a polyolefin tube coated with Pluronic (registered trademark) to facilitate removal of the produced fluorescent hydrogel fiber, and polymerization was started at room temperature (25 ° C.) in a nitrogen atmosphere. . The polyolefin tube has an inner diameter of 400 μm and a length of 150 mm, an inner diameter of 700 μm and a length of 150 mm,
A total of 3 pieces each having an inner diameter of 1000 μm and a length of 150 mm were used.
10分後、空気圧を加え、重合により得られた蛍光ハイドロゲルファイバーをポリオレフィンチューブから取り出した。内径の異なるポリオレフィンチューブを用いることで、直径がそれぞれ400μm、700μm、および1000μmであり、長さが150mm程度である蛍光ハイドロゲルファイバーを1本ずつ、合計3本得ることができた。得られた直径700μmの蛍光ハイドロゲルファイバーの状態を蛍光顕微鏡によって観察した写真を、図4および図5に示す。図4は明視野像の写真であり、図5は蛍光像の写真である。 After 10 minutes, air pressure was applied, and the fluorescent hydrogel fiber obtained by polymerization was taken out from the polyolefin tube. By using polyolefin tubes having different inner diameters, three fluorescent hydrogel fibers each having a diameter of 400 μm, 700 μm, and 1000 μm and a length of about 150 mm could be obtained. FIGS. 4 and 5 show photographs of the obtained fluorescent hydrogel fiber having a diameter of 700 μm observed with a fluorescence microscope. 4 is a photograph of a bright field image, and FIG. 5 is a photograph of a fluorescence image.
本実施例で得られた直径700μmの蛍光ハイドロゲルファイバーを、グルコース濃度が0〜1000mg/dLの範囲となるように調製した60mMリン酸緩衝液中に浸漬し、蛍光実体顕微鏡により、各グルコース濃度における蛍光ハイドロゲルファイバーの蛍光強度について観察した。結果を図6に示す。 The fluorescent hydrogel fiber having a diameter of 700 μm obtained in this example was immersed in a 60 mM phosphate buffer prepared so that the glucose concentration was in the range of 0 to 1000 mg / dL, and each glucose concentration was measured with a fluorescent stereomicroscope. The fluorescence intensity of the fluorescent hydrogel fiber was observed. The results are shown in FIG.
図6に示すように、蛍光ハイドロゲルファイバーはグルコース応答性を有しており、本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーを用いることで、グルコース濃度を測定できることが確認できた。 As shown in FIG. 6, the fluorescent hydrogel fiber has glucose responsiveness, and it was confirmed that the glucose concentration can be measured by using the fluorescent hydrogel fiber of the present invention.
(実施例3:生体内でのグルコース応答性の確認)
マウスの腹腔からグルコース溶液を投与しマウスの血糖値を114mg/dLから600mg/dL以上まで上昇させたときの、蛍光ハイドロゲルファイバーの体内中の蛍光強度の変化を観察した。実施例2で得られた直径700μmの蛍光ハイドロゲルファイバーを、長さ50mm程度にカットして用いた。蛍光ハイドロゲルファイバーを埋め込んだマウスの耳の写真を図7および8に示す。図7は明視野像の写真であり、図8は蛍光像の写真である。
(Example 3: Confirmation of glucose responsiveness in vivo)
When the glucose solution was administered from the abdominal cavity of the mouse to increase the blood glucose level of the mouse from 114 mg / dL to 600 mg / dL or more, the change in the fluorescence intensity in the body of the fluorescent hydrogel fiber was observed. The fluorescent hydrogel fiber having a diameter of 700 μm obtained in Example 2 was cut into a length of about 50 mm and used. Photographs of mouse ears embedded with fluorescent hydrogel fibers are shown in FIGS. FIG. 7 is a photograph of a bright field image, and FIG. 8 is a photograph of a fluorescence image.
図9は血糖値114mg/dL、血糖値383mg/dL、および血糖値600mg/dL以上の際の、マウスの耳を蛍光顕微鏡によって観察した蛍光像の写真である。図10は、図9の蛍光像の写真を解析した蛍光強度を表すカラーイメージである。図9および図10に示すように、血糖値の上昇により蛍光ハイドロゲルファイバーの蛍光強度が強くなることが確認でき、本発明の蛍光ハイドロゲルファイバーを体内埋め込み用の糖類測定用センサーとして使用できることが確認できた。 FIG. 9 is a photograph of a fluorescence image obtained by observing the ear of a mouse with a fluorescence microscope when the blood glucose level was 114 mg / dL, the blood glucose level was 383 mg / dL, and the blood glucose level was 600 mg / dL or higher. FIG. 10 is a color image representing the fluorescence intensity obtained by analyzing the photograph of the fluorescence image of FIG. As shown in FIG. 9 and FIG. 10, it can be confirmed that the fluorescence intensity of the fluorescent hydrogel fiber increases as the blood glucose level increases, and the fluorescent hydrogel fiber of the present invention can be used as a saccharide measuring sensor for implantation in the body. It could be confirmed.
(実施例4:蛍光ハイドロゲルファイバーの埋め込み用デバイスの作製)
蛍光ハイドロゲルファイバーを体内に低侵襲で簡便に埋め込む為のデバイスは、図11に示すように、留置針を改良して作製した。留置針の内針111の先端を削って鈍にし(符号112)、内針111の内部にPDMS(ポリジメチルシロキサン、符号113)を詰めた。さらに、外針114の中に、実施例2で得られた蛍光ハイドロゲルファイバー115を詰めて、埋め込み用デバイスを完成させた。
(Example 4: Production of device for embedding fluorescent hydrogel fiber)
A device for easily embedding the fluorescent hydrogel fiber in the body with minimal invasiveness was produced by improving the indwelling needle as shown in FIG. The tip of the inner needle 111 of the indwelling needle was shaved and blunted (reference numeral 112), and the inner needle 111 was filled with PDMS (polydimethylsiloxane, reference numeral 113). Further, the fluorescent hydrogel fiber 115 obtained in Example 2 was packed in the outer needle 114 to complete the device for implantation.
(実施例5:蛍光ハイドロゲルファイバーの埋め込み・取り出しと、生体内での応答性の確認)
本実施例では、生体に埋め込んだ蛍光ハイドロゲルファイバーの蛍光を外部から観察するため、皮膚の薄いマウスの耳を埋め込み対象とした。
(Example 5: Embedding / removing of fluorescent hydrogel fiber and confirmation of responsiveness in vivo)
In this example, in order to observe the fluorescence of the fluorescent hydrogel fiber embedded in the living body from the outside, the ears of mice with thin skin were targeted for implantation.
図12の模式図に示すように、実施例4にて作製した埋め込み用デバイスのうち、マウスの耳が破れないように先を鈍にした内針111をマウスの耳116に刺し込んだ後(図12のA)、内針111を引き抜き、マウスの耳116にファイバーを埋め込むための空間117を作った(図12のB)。次に、蛍光ハイドロゲルファイバー115を入れた留置針の外針114を上記で作製した空間に挿し込んだ後、上記留置針の内針を外針に挿入した(図12のC)。内針111を押し込み、最後に、内針とともに外針を引き抜くことによって、蛍光ハイドロゲルファイバー115をマウスの耳116に埋め込むことができた(図12のD)。 As shown in the schematic diagram of FIG. 12, among the implantable devices produced in Example 4, the inner needle 111 blunted so that the ears of the mouse were not broken was inserted into the ears 116 of the mouse ( In FIG. 12A, the inner needle 111 was pulled out to create a space 117 for embedding a fiber in the mouse ear 116 (FIG. 12B). Next, after inserting the outer needle 114 of the indwelling needle containing the fluorescent hydrogel fiber 115 into the space prepared above, the inner needle of the indwelling needle was inserted into the outer needle (C in FIG. 12). By pushing the inner needle 111 and finally pulling out the outer needle together with the inner needle, the fluorescent hydrogel fiber 115 could be embedded in the mouse ear 116 (D in FIG. 12).
この方法によって蛍光ハイドロゲルファイバーを埋め込んだマウスの耳を、蛍光顕微鏡によって観察した写真を図13および図14に示す。図13は明視野像の写真であり、図14は蛍光像の写真である。 A photograph of a mouse ear embedded with a fluorescent hydrogel fiber by this method observed with a fluorescent microscope is shown in FIGS. FIG. 13 is a photograph of a bright field image, and FIG. 14 is a photograph of a fluorescence image.
また、蛍光ハイドロゲルファイバーは低侵襲で簡便に埋め込むだけでなく、蛍光ハイドロゲルファイバーの末端をつかんで引き抜くことで、埋め込みから1日経過後、容易に体内から取り除くことができた。図15および図16に、埋め込んだ蛍光ハイドロゲルファイバーを取り出した後のマウスの耳の観察像を示す。図15は明視野像の写真であり、16は蛍光像の写真である。図17に、マウスの耳から取り出した蛍光ハイドロゲルファイバーの写真を示す。 Further, the fluorescent hydrogel fiber was not only easily implanted with minimal invasiveness, but also could be easily removed from the body one day after implantation by grasping and pulling the end of the fluorescent hydrogel fiber. 15 and 16 show observation images of the mouse ears after the embedded fluorescent hydrogel fiber is taken out. FIG. 15 is a photograph of a bright field image, and 16 is a photograph of a fluorescent image. FIG. 17 shows a photograph of the fluorescent hydrogel fiber taken out from the mouse ear.
11 チューブ、
12、24 水溶液柱、
21 マイクロ流路(微小流路)のインレット、
22 マイクロ流路(微小流路)のアウトレット、
23 マイクロ流路(微小流路)、
26、27 基板、
31 コア部の流体、
32 シェル部の流体、
33 インジェクション用ガラス管、
34 ポリジメチルシロキサン製ホルダー、
35 集束用ガラス管、
36、115 蛍光ハイドロゲルファイバー、
37 DI水、
111 内針、
112 内針の先端、
113 ポリジメチルシロキサン、
114 外針、
116 マウスの耳、
117 空間。
11 tubes,
12, 24 Aqueous solution column,
21 Microchannel (microchannel) inlet,
22 Outlet of microchannel (microchannel),
23 microchannel (microchannel),
26, 27 substrates,
31 core fluid,
32 Shell fluid,
33 Glass tube for injection,
34 Polydimethylsiloxane holder,
35 Glass tube for focusing,
36, 115 fluorescent hydrogel fiber,
37 DI water,
111 Inner needle,
112 The tip of the inner needle,
113 polydimethylsiloxane,
114 outer needle,
116 mouse ears,
117 space.
Claims (11)
X1およびX2は同一または異なっていてもよく、−COO−、−OCO−、−CH2NR−、−NR−、−NRCO−、−CONR−、−SO2NR−、−NRSO2−、−O−、−S−、−SS−、−NRCOO−、−OCONR−、および−CO−からなる群より選択される少なくとも1種の置換基を含む炭素数1〜30のアルキレン基であり、この際、Rは、水素原子、または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基であり、
Z1およびZ2は同一または異なっていてもよく、−O−または−NR’−であり、この際、R’は水素原子または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基であり、
Q、Q’、Q’’、Q’’’は同一または異なっていてもよく、水素原子、ヒドロキシ基、置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、炭素数2〜11のアシル基、置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルコキシ基、ハロゲン原子を含む基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、カルボン酸アミド基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、または炭素数1〜10のアルキルアミノ基であり、QおよびQ’ならびにQ’’およびQ’’’の少なくとも一方は、互いに結合して芳香環または複素環を形成してもよく、
Y1およびY2は、同一または異なっていてもよく、置換されていてもよい2価の有機残基であり、この際、Y1およびY2の少なくとも一方が、下記化学式3または下記化学式4で表される構造を含んでいてもよく、
A1およびA2は同一または異なっていてもよく、水素原子またはメチル基であり、
U1、U2、U3およびU4は同一または異なっていてもよく、水素原子、または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基であり、
p1とq1とのモル比(p1:q1)およびp2とq2とのモル比(p2:q2)は、1:50〜1:6,000である。 A fluorescent hydrogel fiber having a structure represented by the following chemical formula 1:
X 1 and X 2 may be the same or different and are —COO—, —OCO—, —CH 2 NR—, —NR—, —NRCO—, —CONR—, —SO 2 NR—, —NRSO 2 —. , -O-, -S-, -SS-, -NRCOO-, -OCONR-, and -CO-, an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms and containing at least one substituent selected from the group consisting of In this case, R is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
Z 1 and Z 2 may be the same or different and are —O— or —NR′—, wherein R ′ is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted straight chain having 1 to 10 carbon atoms. A branched or branched alkyl group,
Q, Q ′, Q ″ and Q ′ ″ may be the same or different, and are a hydrogen atom, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C 1-10 linear or branched An alkyl group, an acyl group having 2 to 11 carbon atoms, a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a group containing a halogen atom, a carboxyl group, a carboxylic acid ester group , A carboxylic acid amide group, a cyano group, a nitro group, an amino group, or an alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms, and at least one of Q and Q ′ and Q ″ and Q ′ ″ is bonded to each other May form an aromatic ring or a heterocyclic ring,
Y 1 and Y 2 may be the same or different and may be substituted divalent organic residues. At this time, at least one of Y 1 and Y 2 is represented by the following chemical formula 3 or the following chemical formula 4 It may contain the structure represented by
A 1 and A 2 may be the same or different and each is a hydrogen atom or a methyl group;
U 1 , U 2 , U 3 and U 4 may be the same or different and are a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ,
The molar ratio of p 1 and q 1 (p 1 : q 1 ) and the molar ratio of p 2 and q 2 (p 2 : q 2 ) are 1:50 to 1: 6,000.
X1およびX2は、同一または異なっていてもよく、−COO−、−OCO−、−CH2NR−、−NR−、−NRCO−、−CONR−、−SO2NR−、−NRSO2−、−O−、−S−、−SS−、−NRCOO−、−OCONR−、および−CO−からなる群より選択される少なくとも1種の置換基を含む炭素数1〜30の直鎖状または分枝状のアルキレン基であり、この際、Rは、水素原子、または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基であり、
Z1およびZ2は同一または異なっていてもよく、−O−または−NR’−であり、この際、R’は水素原子または置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基であり、
Q、Q’、Q’’、Q’’’は同一または異なっていてもよく、水素原子、ヒドロキシ基、置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、炭素数2〜11のアシル基、置換されているかもしくは非置換の炭素数1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルコキシ基、ハロゲン原子を含む基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、カルボン酸アミド基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、または炭素数1〜10のアルキルアミノ基であり、QおよびQ’ならびにQ’’およびQ’’’の少なくとも一方は、互いに結合して芳香環または複素環を形成してもよく、
Y1およびY2は、同一または異なっていてもよく、置換されていてもよい2価の有機残基であり、この際、Y1およびY2の少なくとも一方が、下記化学式3または下記化学式4で表される構造を含んでいてもよく、
X 1 and X 2 may be the same or different and are —COO—, —OCO—, —CH 2 NR—, —NR—, —NRCO—, —CONR—, —SO 2 NR—, —NRSO 2. C1-C30 linear containing at least one substituent selected from the group consisting of-, -O-, -S-, -SS-, -NRCOO-, -OCONR-, and -CO-. Or a branched alkylene group, wherein R is a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms;
Z 1 and Z 2 may be the same or different and are —O— or —NR′—, wherein R ′ is a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted straight chain having 1 to 10 carbon atoms. A branched or branched alkyl group,
Q, Q ′, Q ″ and Q ′ ″ may be the same or different, and are a hydrogen atom, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C 1-10 linear or branched An alkyl group, an acyl group having 2 to 11 carbon atoms, a substituted or unsubstituted linear or branched alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, a group containing a halogen atom, a carboxyl group, a carboxylic acid ester group , A carboxylic acid amide group, a cyano group, a nitro group, an amino group, or an alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms, and at least one of Q and Q ′ and Q ″ and Q ′ ″ is bonded to each other May form an aromatic ring or a heterocyclic ring,
Y 1 and Y 2 may be the same or different and may be substituted divalent organic residues. At this time, at least one of Y 1 and Y 2 is represented by the following chemical formula 3 or the following chemical formula 4 It may contain the structure represented by
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