Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

人工腎臓 / 透析 / 尿素 / イオン / 電気透析 / 抽出 / 界面活性剤 / キレート

人工腎臓治療をさらに発展させるためには、血液から病因物質のみを取り除くシステムか、透析後の透析液から有用な溶質を回収して血液に戻すという尿細管機能を実現するシステムを構築する必要がある。
本研究では、携帯型人工腎臓の開発を目指して、使用後の透析液に含まれているイオン(特にNaCl)と尿素を分離し、イオンを回収することを目的とした。そこで、イオン選択性を有する液体膜を用い、電位差を推進力とした透析システムで、尿素とNaClの分離およびNaClの濃縮を試みた。逆ミセルを形成させた有機溶液およびキレートを溶解させた有機溶液をPTFE膜に含浸させて液体膜として使用した。その結果、逆ミセル液体膜では、電位差を与えなくてもNaClの透過速度は尿素のそれよりも大きくなり、電位差を与えることでNaClの透過速度は向上した。キレート溶液を用いた場合には、逆ミセルより含浸膜の安定性は優れていたが、電位差を与えないと尿素とNaClの透過速度に差が生じなかった。そこで、逆ミセル含浸型液膜を用いて、電気透析を模倣した三連式セルを作製した。外側の二層間に推進力として電位をかけ、一定時間経過後のNaClと尿素の移動量を求めた。NaClは中央の層で増加し、尿素の移動量はNaClに比べて少なかったことから、同様の操作を繰り返すか、同様の装置をいくつか接続して連続操作することによって、NaClと尿素を分離し、NaClを濃縮することが可能になる。
以上の結果より、逆ミセル液体膜を用い、電気透析を模倣したシステムによって、NaClと尿素の混合溶液からNaClを分離、濃縮できることが分かった。このような分離システムは、尿細管機能を再現したり、使用後の透析液から有用な溶質を回収し、それを血液に戻すことを可能にする。

高分子ゲル / 薬物送達システム / 放出制御 / 吸脱着 / 親水・疎水 / 電気透析 / 電解重合 / 荷電膜 / 吸着 / 膜電位 / イオン

生体の体内動態に基づく信号(温度、化学物質、pH等の物理化学的変化)に応答して、必要な量の薬物(あるいは情報伝達物質)を必要な時にのみ放出する自己制御型薬物放出システムの応答制御方法の確立を目的としてシステム(1);物理化学的制御方法、システム(2);電気化学的制御方法の2面から検討した。その結果、以下のような結論を得た。
システム(1)では、感温性高分子ゲルのN-イソプロピルアクリルアミド共重合体ゲルについて、温度や外部溶液に依存した表面物性(親疎水のバランス)を明らかにし、有機分子の吸脱着制御剤として適用できることを明らかにした。ゲルの物理・化学的な網目構造、溶液pH、溶液構造(水構造)を種々の分子設計(合成法、構成モノマーの一次構造設計等)、電解質添加といった操作によって行い、ゲルの吸着特性に及ぼす影響を調べ、ゲルの吸着特性と機械的な強度を向上・制御する設計法を確立した。また一方で、イオン性ゲルを用いてゲルの収縮メカニズムを検討し、ゲル内外のイオンの物質移動とゲルの応答(収縮)の関連性を明らかにし、ゲル中の溶媒排出(薬物放出)制御因子ならびに制御方法を明らかにした。
システム(2)では、システム(1)で成果を得た感温性ゲルの物性を、ゲルに弱酸基をドーピングすることによって電気化学的に制御できることならびにそのメカニズムを明らかにした。また、イオントフォレシスによる薬物放出制御のため、導電性共役高分子膜を用い、その電気的な膜特性の検討を行った。水晶振動子微量天秤法によってドーパント種の膜内外への輸送過程をリアルタイムで経時的に膜の重量を測定することによって計測し、電気的な膜物性の制御によって薬物の膜透過を制御しうることを明らかにした。

【研究分担者】
小久保謙一	早稲田大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
須藤雅夫	静岡大学	工学部	教授	(Kakenデータベース)
清田佳美	静岡大学	工学部	助手	(Kakenデータベース)