ラジカルクロスを介してアクセス可能なイソチオウロニウム基を備えた多官能性ヒドロゲルの調製

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10361 (2023) この記事を引用

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ヒドロゲルには、特定の目的のために官能基を装備することができます。イソチオウロニウム基は吸着性を高めたり、チオール基に変換した後の穏やかな反応を通じて他の官能基のカップリングを可能にしたりできます。ここでは、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート（PEGDA）ヒドロゲルにイソチオウロニウム基を導入し、イソチオウロニウム基の還元によってチオール官能化ヒドロゲルに変換することによって多官能性ヒドロゲルを調製する方法を紹介します。この目的のために、イソチオウロニウム基を含む両親媒性モノマー 2-(11-(アクリロイルオキシ)-ウンデシル)イソチオウロニウムブロミド (AUITB) を合成し、PEGDA と共重合させました。この便利な方法では、平衡膨潤度を変えることなく、ヒドロゲルに最大 3 wt% の AUITB を組み込むことができました。機能化の成功は、水接触角測定によるヒドロゲルの表面分析によって実証され、イソチオウロニウム基の存在によりヒドロゲル表面の等電点が 4.5 から 9.0 に増加しました。ヒドロゲルは、アニオン性薬剤ジクロフェナクの顕著な吸着によって例示されるように、吸着剤としての適性を示した。（バイオ）共役反応のための機能化の可能性は、イソチオウロニウム基のチオールへの還元とその後の機能性酵素西洋ワサビペルオキシダーゼのヒドロゲルへの固定化によって実証されました。結果は、完全にアクセス可能なイソチオウロニウム基をラジカル架橋ヒドロゲルに導入できることを示しています。

ヒドロゲルは、組織工学1、2、3、薬物送達4、5、6、または（バイオ）センサー7、8、9の分野で広く研究されています。これらは、水性媒体中で膨潤する不溶性ポリマーネットワークで構成されています10。ヒドロゲルの機能性は、その膨潤挙動と同様に、一般にポリマーネットワークと膨潤媒体の相互作用によって生じます 11、12、13。ただし、ヒドロゲルの特性を調整するエレガントな方法は、ポリマーネットワークの組成または架橋密度と構造を変更することです。

ハイドロゲルの代表的なクラスの 1 つはポリ（エチレングリコール）（PEG）をベースにしており、多くの場合 PEG ジアクリレート（PEGDA）の光硬化によって調製されます5、14、15、16。得られるハイドロゲルは生体不活性であり、タンパク質の吸着 17,18 および細胞接着 19,20 を阻害します。ヒドロゲルの特性に関する要件に基づいて、ポリマーネットワークの形成は、ヒドロゲル前駆体溶液中、つまり架橋前の PEGDA のモル質量または濃度によって影響を受ける可能性があります 21、22、23。さらに、PEG ベースのヒドロゲルの官能化は、他の分子またはモノマーをヒドロゲル前駆体溶液に添加することによって達成できます。これは、例えば高分子電解質ヒドロゲルを生成するモノマーを含めることによって以前に成功しました15、16、24。正に帯電したモノマー 2-(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロリド (MAETAC) は、共重合によって PEGDA ハイドロゲルに組み込まれました 15。同様の研究では、PEGDA ハイドロゲルを官能化するために負に帯電したモノマーメタリルスルホン酸ナトリウム (SMAS) が使用されました 16。どちらの研究でも、非官能化ヒドロゲルと比較して、官能化ヒドロゲルではタンパク質の吸着、細胞接着、および増殖の増加が観察されました。細胞適合性の向上に加えて、このような高分子電解質ヒドロゲルには他の利点と可能な用途があります。高分子電解質材料は、静電相互作用またはイオン交換によって反対の電荷の分子を吸着するために使用でき、たとえば浄水などに応用できます25。モノマーとその官能基の選択は、ヒドロゲルの可能な応用分野にとって非常に重要です。

私たちの知る限り、巨視的なヒドロゲルの調製ではこれまで無視されてきた、特に興味深いイオン部分の 1 つはイソチオウロニウム基です。抗腫瘍活性 26 や抗菌効果 27 など、低分子量イソチオウロニウム塩またはイソチオウロニウム含有ナノ粒子の顕著な特性は、以前に報告されています。イソチオウロニウム機能性粒子は、重金属イオンの吸着剤として市販されています28、29、30、31。イソチオウロニウム基は、酸性から中性の水性環境および空気と接触しても安定であるため、ヒドロゲル前駆体溶液に直接添加するのに適している可能性があります。

300 nm, with an emission maximum around approx. 365 nm, sol2, Dr. Hönle AG). For surface analysis, the hydrogel surface orientated towards the activated silicon wafers was always investigated. For adsorption measurements, precursor solutions were prepared as described before with 0.5 wt% Irgacure 2959, βAUITB between 1 wt% and 3 wt%, and between 98.5 wt% and 96.5 wt% PEGDA (Table SI 1). After mixing, the PEGDA solution was poured into a cylindrical aluminum mold (diameter 30 mm, height 1 mm), covered with a quartz glass pane and subsequently cross-linked with UV irradiation for 7.5 min. Before subsequent experiments with the samples, they were washed excessively and swollen as explained in the respective sections below./p>

3000 cm−1 in the spectrum of the non-reacted PEGDA results from the C-H stretching vibration at the double bond. This spectrum also had a strong band with a peak at 1637 cm−1, which can be assigned to the C = C double bond. The spectra of the cross-linked PEGDA-0 and PEGDA-3 samples were comparable and showed a nearly disappeared band around 1600 cm−1. This indicates that the cross-linking of the samples was successful, including the consumption of the C = C double bond, and that the integration of the monomer in the precursor solution did not interfere with the cross-linking process. Unfortunately, in the PEGDA-3 spectrum, no direct evidence was visible that proves the successful integration of AUITB, probably due to the rather small βAUITB. Summarizing, the Raman spectra also point out that cross-linking of PEGDA hydrogels was not hampered by AUITB addition./p>

3.0.CO;2-D" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1097-4636%2820000905%2951%3A3%3C343%3A%3AAID-JBM7%3E3.0.CO%3B2-D" aria-label="Article reference 17" data-doi="10.1002/1097-4636(20000905)51:33.0.CO;2-D"Article CAS PubMed Google Scholar /p>

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