制御ラジカル表面グラフト重合によるナノ構造機能素子の開発

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申請者らは最近、制御ラジカル重合法を表面開始グラフト重合に応用し、長さと長さ分布の制御された高分子鎖を、従来より約1桁高い密度で固体表面に成長させる技術を確立するとともに、この超高密度グラフト膜中のグラフト鎖は良溶媒中で伸びきり鎖に匹敵するほど高度に伸張しており、従来にない表面特性を示すことを見出した。本年度は、このような高密度グラフト表面の特性を生かした生体インターフェースの構築を目的として、ポリエチレングリコール(PEG)型マクロモノマーの高密度グラフト化を行い、タンパク質や細胞などの生体成分との相互作用を検討した。2-(4-クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランをシリコン基板表面に固定化後、これを、臭化銅、L-(-)-スパルテイン、フリー開始剤、PEG型マクロモノマー、溶媒を所定濃度で混合した重合溶液に浸漬し、脱気封管後70℃にて所定時間重合を行った。重合時に生成するフリーポリマーの数平均分子量(M_n)および分子量分布指数(M_w/M_n)は、GPC法によりポリメタクリル酸メチル換算値として算出し、グラフトポリマーの分子量の指標とした。重合条件の最適化により、いずれのマクロモノマーの重合においても、グラフトポリマーの指標となるフリーポリマーは比較的狭い分子量分布(M_w/M_n<1.3)を保持したまま、そのM_nが重合率に比例して増大した。形成されるグラフト層の膜厚をエリプソメトリー法により測定した結果、グラフト膜厚とフリーポリマーのM_nは良好な比例関係を与え、グラフト重合が制御されて進行していることを確認した。グラフト密度を見積もったところ、いずれも比較的高い値(0.2〜0.3chains/nm^2)であった。次に、細胞接着性の評価のために、石英基板表面にPEG型マクロモノマーをグラフト重合した後、これを48wellマルチプレートにセットし、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を10%ウシ胎児血清を含む培地を用いて1.0x10^5cells/wellの濃度で播種し、所定時間後に光学顕微鏡観察を行った。播種24時間後において、HUVECは石英基板上では良好に接着しているのに対して、PEG型マクロモノマーをグラフトした表面では接着が抑制される傾向があった。特にグラフト鎖長の長い場合、細胞は凝集した状態をとっており、高密度グラフト表面が高い細胞接着抑制効果を示すことが明らかになった。