コンタクトレンズ素材“シリコーンハイドロゲル”における小角X線散乱を用いた構造解明 No.044

成果のポイント

• コンタクトレンズ素材（シリコーンハイドロゲル）の中に相分離構造を発見
• 相分離構造の形成要因の解明により新素材の材料設計を可能に

研究・開発機関：株式会社メニコン/メニコンフューチャーデバイスラボラトリー

シリコーンハイドロゲル
不透明（●）及び透明（●）な素材の内部構造

　様々な組合せのシリコーンハイドロゲルを作製する中で、透明・不透明な材料の差異を理解するため、SPring-8において小角X線散乱測定(SAXS)を行ったところ、透明な素材（●）は“ナノスケールの相分離構造を持つ”という透過型電子顕微鏡測定と一致する結果が確認されると同時に、不透明な素材（●）は、マクロスケールの相分離構造を持つことがわかりました。更に、乾燥状態から吸水して含水状態とすることで、相分離構造のサイズが大きくなる事が確認できました。これは含水による親水性ドメインが肥大化した結果と考えられます
　このように、SAXSにより重合体の内部構造を観察でき、更には吸水による構造変化を追跡できました。

様々な吸水原料を使用したシリコーンハイドロゲルの重合前後の内部構造

　シリコーンハイドロゲルの内部構造が確認出来ることがわかったため、次により機能性の高い素材を目指した原料のスクリーニングにSAXSの活用を行いました。
同一のシリコーン原料との共重合において、材料1は透明なシリコーンハイドロゲルが得られるものの、不透明である材料2と比較すると親水性に劣ることがわかっていました。そこで、シリコーン原料と共重合する親水性成分の検討を行いました。
　やや親水性に劣る吸水成分を使用すると透明な材料1（○）と、親水性が高い吸水成分を使用した不透明な材料2（○）のSAXS測定結果の違いから、重合前は材料2と同様に疎水性のシリコーン原料と数nmスケールの凝集構造を示し、重合後には材料1と同様に数十ナノメートルスケールの相分離構造を持つ重合体を形成する吸水原料を見いだせば良いことがわかりました。
　SPring-8における散乱測定より、上記課題を解決するヒントを見いだし、材料3（○）に使用した吸水原料を発見しました。この吸水原料は、重合前のシリコーン原料との混合状態で数nmの凝集構造を示し、重合後に数十ナノメートルスケールの相分離構造を形成することが確認できました

これら構造解析結果を生かして、シリコーンハイドロゲルを用いた、新しいコンタクトレンズ素材が生み出され続けています。

*小角X線散乱（SAXS）：
X線を物質に照射して散乱したX線のうち、散乱角が10°以下の低角領域に現れるものを測定し、物質の構造を評価する分析手法。

**極小角X線散乱(USAX)：
従来のX線小角散乱で測定される一般的なサイズは数～数10 nmだが、それよりも大きい数百nm程度のサイズのメゾスコピック（中間的領域）構造について、より極小散乱角領域の散乱強度プロファイルを測定し、評価する方法を極小角X線散乱測定と呼ぶ。