ガンマ線を利用して双性イオン性ポリマーをグラフトした非バイオファウリングポリピロール電極

Biomimetic nonbiofouling polypyrrole electrodes grafted with zwitterionic polymer using gamma rays.

• Jin-Oh Jeong
• Semin Kim
• Junggeon Park
• Sanghun Lee
• Jong-Seok Park
• Youn-Mook Lim
• Jae Young Lee

抄録

金属電極や導電性高分子（CP）電極を含むバイオ電極は、生体内の微生物や生体分子の混入によりバイオファウリングを起こすことが多く、生体機能や生体適合性が大きく損なわれます。ここでは、メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)をガンマ線照射によりその場重合し、導電性高分子であるポリピロール(PPy)の表面に耐ファウリング性を導入しました。MPCモノマーの濃度はグラフト中に変化させた。MPCで修飾したPPy電極(PPy-g-MPC)は、生体内での血清タンパク質吸着,線維芽細胞の付着,細菌の付着,瘢痕組織形成などの複数の解析により、優れた防汚性を示した。重要なことは、0.2MPCをガンマ線を用いて修飾したPPy-g-MPCは、未修飾のPPy電極と同様の電気的特性を示したことであり、我々のMPCグラフト戦略は、元のPPy電極の電気的・電気化学的特性を損なうことなく、アンチバイオファウリング特性を導入することに成功したことを示している。ガンマ線を用いたその場重合によるPPy電極へのツビタイオン性MPCポリマーのグラフト化は、生体適合性に優れた機能性バイオ電極、例えば神経電極、刺激装置、バイオセンサーの開発に貢献すると考えられる。

Bioelectrodes, including metallic and conductive polymer (CP) bioelectrodes, often suffer from biofouling by contamination from microbacteria and/or biomolecules in biological systems, which can cause substantial impairment of biofunctionality and biocompatibility. Herein, we have employed an in situ polymerization of methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) by gamma radiation to introduce fouling-resistant properties onto the surface of the conductive polymer, polypyrrole (PPy). The concentrations of an MPC monomer were varied during the grafting. PPy electrodes modified with MPC (PPy-g-MPC) revealed excellent anti-biofouling properties, as demonstrated by multiple analyses, such as serum protein adsorption, fibroblast adhesion, bacteria adhesion, and scar tissue formation in vivo. Importantly, PPy-g-MPC, which was modified with 0.2 M MPC using gamma radiation, exhibited electrical properties similar to unmodified PPy electrodes, indicating that our MPC grafting strategies did not cause impairment of electrical/electrochemical properties of the original PPy electrodes while successfully introducing anti-biofouling properties. Zwitterionic MPC polymer grafting on PPy electrodes by in situ polymerization with gamma radiation will benefit the development of highly biocompatible and functional bioelectrodes, such as neural electrodes, stimulators, and biosensors.