注目製品のご紹介

水溶性光重合開始剤

~ Taking Photoinitiators Into the Water World ~

Professor Shlomo Magdassi1, Dr. Douglas Harris2, and Dr. Hanying Luo2

1 The Hebrew University of Jerusalem, Casali Center, Institute of Chemistry, Jerusalem, Israel
2 MilliporeSigma, 6000 N. Tuetonia Avenue, Milwaukee, WI

光重合開始剤は、吸収された光エネルギーである紫外または可視光を、開始種、典型的にはフリーラジカルの形で化学エネルギーに変換するために添加される化合物です。従来、これら化合物は非極性環境用に設計されており、その疎水性部分が水に不溶性にしています。親水性重合条件、特にヒドロゲル系における重合の高まりにより、新しいクラスの水溶性光開始剤が必要となっています。

シグマアルドリッチでは、水溶媒中での光重合を可能にする新たな化合物として、Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate(LAP, 900889)および水分散性光開始剤ナノ粒子であるdiphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide(TPO, 906808, 906816)を販売しております。これら化合物により、3Dバイオプリンティング、組織工学用途、およびデバイス製造のための新規組成物の開発が可能になります。

Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate(LAP)

LAPの構造式

LAPは、1991年にMajimaらによって最初に報告されました1。2015年のBenediktらによる研究では、より最適な使用法が検討され、代替構造と性能を比較しています2。この光重合開始剤は、高い反応性および紫外線および紫色光の両方の光源下で開始することができるために注目されています。

LAPは、組織工学用ヒドロゲルまたは他の足場材料の重合において使用される、水溶性および細胞適合性を有する Ⅰ 型光重合開始剤です3-7。その優れた水溶性と改良された重合反応により、生物学的用途において他の光重合開始剤よりも適しています3。重合速度の改善は、より低い開始剤濃度での架橋反応を可能にし、潜在的な毒性を低下させ、細胞生存性を増加させます3,4。365 nmでの重合速度の増加に加えて、LAPは400 nmの波長も吸収します。そのため可視光での重合を可能にし、高い細胞生存率を有する、細胞を含んだ(cell-laden)構造体を得ることができます。

性質

  • Water solubility:4.7 wt%
  • λmax:380 nm (UV and 350-410 nm violet light curing)
  • High reactivity formulations
  • Biocompatible
  • Recommended addition level: 0.1 – 0.8 wt%
  • Avoid contact with alkaline additives

水分散性TPOナノ粒子光重合開始剤

Ⅰ 型光重合開始剤であるdiphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide(TPO)は高効率ですが水に不溶性です。水分散性TPOナノ粒子は、エルサレム・ヘブライ大学のShlomo Magdassi教授のグループによって開発されました。この水溶性バージョンのTPOは、組織工学用途における水溶液中でのヒドロゲルの迅速な3D印刷を可能にします8。TPOナノ粒子は、385~420 nmの範囲の光を吸収するため、低コストで、LEDを用いた市販の3DプリンターおよびUV硬化デバイスにおいて、あらゆるUV硬化性水系溶液に使用するのに適しています。

性質

  • Water solubility:3.0 wt% TPO nanoparticles
  • λmax:366-381 nm (UV and 385-420 nm violet light-curing)
  • High reactivity formulations
  • Biocompatible
     

References

  1. Majima T., Schnabel, W. and Weber, W. "Phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinates as water-soluble photoinitiators. Generation and reactivity of O=Ṗ(C6H5)(O) radical anions." Makromol. Chem., 1991, 192: 2307–2315.
  2. Benedikt, S., Wang, J., Markovic, M., Moszner, N., Dietliker, K., Ovsianikov, A., Grützmacher, H. and Liska, R. "Highly efficient water-soluble visible light photoinitiators." J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem., 2016 54: 473–479.
  3. Nguyen, K.T. & West, J.L. “Photopolymerizable hydrogels for tissue engineering applications” Biomaterials 2002, 23, 4307-4314.
  4. Ma, Y. et al. “Deterministically patterned biomimetic human iPSCderived hepatic model via rapid 3D bioprinting” Proc. Natl. Acad. Sci. 2016, 113(8), 2206-11.
  5. Ruskowitz, E. and DeForest, C. “Photoresponsive biomaterials for targeted drug delivery and 4D cell culture”  Nat. Rev. Mater., 2018, 3, 17087.
  6. Williams, C.G.; Malik, A.N.; Kim, T.K.; Elisseeff, J.H. “Variable cytocompatibility of six lines with photoinitiators used for polymerizing hydrogels and cell encapsulation” Biomaterials, 2015, 26(11), 1211-1218.
  7. Fairbanks, B.D. et al. “Photoinitiated polymerization of PEG-diacrylate with lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate: polymerization rate and cytocompatibility” Biomaterials, 2009, 30(35), 6702-6707.
  8. Pawar, A. A., Saada, G., Cooperstein, I., Larush, L., Jackman, J. A., Tabaei, S. R., Cho, N., Magadassi, S. "High-performance 3D printing of hydrogels by water-dispersible photoinitiator nanoparticles." Sci. Adv. 2016; 2 : e1501381.