(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面構造化支持体の製造方法であって、
(i) 少なくとも１つの面が無機ナノクラスタでナノ構造化された第１支持体を生成する工程、
(ii) 前記第１支持体の材料とは異なる第２支持体のための支持体材料を、前記第１支持体の工程(i)で得られた前記ナノ構造化された表面に適用する工程、及び、
(iii) 前記第１支持体を、前記無機ナノクラスタを含んだ工程(ii)からの前記第２支持体から分離し、その結果としてナノクラスタによってナノ構造化された第２支持体を得る工程を含み、分離は第１支持体に作用/溶解することができるが、第２支持体には不活性な分離剤を用いる方法で行われ、
第１支持体が、ガラス又は二酸化ケイ素よりなる群から選ばれ、分離剤は、フッ化水素酸である、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、工程(ii)における前記第２支持体材料の適用が、熱蒸着、電子線蒸着、スパッタリング又は電気化学析出によって行われる方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記第２支持体材料が、Ｓｉ、Ｃ、酸化亜鉛、Ｃｒ、酸化インジウム、Ｃｕ、ヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）、ヒ化インジウム及びヒ化ガリウムから選択される導体又は半導体であるか、酸化アルミニウム、フッ化カルシウム若しくはフッ化マグネシウムである方法。
【請求項４】
高分子表面構造化支持体の製造方法であって、
(a) 少なくとも１つの表面が無機ナノクラスタ（２）でナノ構造化された第１支持体（１）を生成する工程、
(b) 前記第１支持体の材料とは異なる第２支持体のための硬化可能な支持体材料（３）を、前記第１支持体の工程(a)で得られた前記ナノ構造化された表面に適用する工程であって、前記硬化可能な支持体材料は、有機の架橋性又は非架橋性高分子、樹脂、有機の重合可能及び／又は架橋性オリゴマー並びに有機の重合可能な高分子前駆体又はそれらの混合物から選択される工程、
(c) 前記第２支持体のための前記支持体材料を硬化させる工程、及び、
(d) 前記第１支持体を、工程(c)で得られた前記第２支持体（４）及び前記無機ナノクラスタから分離する工程であって、その結果としてナノクラスタによってナノ構造化された第２支持体（５）が得られる工程を含み、分離は第１支持体に作用/溶解することができるが、第２支持体には不活性な分離剤を用いる方法で行われ、第１支持体が、ガラス又は二酸化ケイ素よりなる群から選ばれ、分離剤は、フッ化水素酸である、
方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、工程(a)と工程(b)との間に、結合分子（６）を固定化する工程が行われる方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記結合分子が、プロペンチオール、メルカプトポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジチオール、アクリロイルクロライドを伴ったシステアミン、アルキルチオグリコレート及びアミノ−１−アルキルチオールから選択され、アルキルは、１乃至２４の炭素原子を有する直鎖又は有枝鎖、飽和又は不飽和の炭化水素を表している方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、前記結合分子が細胞のレセプタである方法。
【請求項８】
高分子表面構造化支持体の製造方法であって、
(a’) 溶解されたコアシェル高分子系を形成しながら、高分子を適当な溶媒に含ませる工程、
(b’) 前記コアシェル高分子系のコアの少なくとも一部分を、ナノクラスタを形成する１つ又は複数の、同じ又は異なる金属化合物によって充填する工程、
(c’) 支持体の少なくとも１つの面上に、工程(b’)で得られた前記コアシェル高分子系を、膜として、前記膜内で前記コアシェル高分子系が規則的構造で配置されるように適用する工程、及び、
(d’) 工程(c’)で前記支持体上に適用された前記コアシェル高分子系の高分子を部分的に除去し、その結果として、前記ナノクラスタはもはや完全には前記高分子によって取り囲まれていなくなる工程、及び、
(e’) 前記支持体を工程(d’)で得られた前記膜から分離し、その結果として、ナノクラスタでナノ構造化された高分子膜が得られる工程
を含んだ方法であって、
分離は分離剤を用いる方法で行われ、支持体が、ガラス又は二酸化ケイ素よりなる群から選ばれ、分離剤は、フッ化水素酸である、
方法。
【請求項９】
請求項４乃至８の何れか１項に記載の方法であって、工程(i)又は(a)からの前記第１支持体は３次元の形態を有している方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法であって、前記無機クラスタは金クラスタである方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法であって、前記無機ナノクラスタは１ｎｍ乃至３００μｍの距離を有する構造化された様式で配列される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメートル領域の秩序表面構造を備えた表面構造化支持体、及び、ナノメートル領域における表面構造化を有するこれらの支持体を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周期的に及び非周期的に微細構造化された数マイクロメートルから数ナノメートルの表面は、多数の用途、特には、電子及び光学部品並びにセンサ及び微小技術において使用される。このような微細構造化された表面の製造は、所望の微細構造のタイプに応じて適宜選択される公知のリソグラフィ技術によって行う。したがって、例えば、ナノメートル領域の構造は、電子線リソグラフィ及びイオン線リソグラフィを用いて製造され、対応するシステムが市販されている。さらに、原子線リソグラフィは、原子線と光マスクとの相互作用を制御することにより、広い表面の周期的線状パターン及び別の２次元周期構造が製造されるのを可能とする。
【０００３】
しかしながら、これらの方法は、経済的に正当化できない及び／又はナノメートル領域の周期構造を供給しない及び／又は物理的パラメータによってしか制御できず、それゆえ非常に高価な装置を必要とするという短所を有しているので、いわゆるミセルブロック共重合体ナノリソグラフィが開発され、それを用いると１０乃至１７０ｎｍの低ナノメートル領域の周期のナノ構造表面が製造されうる。ミセルブロック共重合体ナノリソグラフィ法は、以下の特許及び特許出願において詳細に記述されている：特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９５２０１８号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９７４７８１３号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第２９７４７８１５号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９７４７８１６号明細書
【発明の開示】
【０００４】
ミセルブロック共重合体ナノリソグラフィにおいては、テンプレート効果が重要な役割を果たしている。これは、補助的な構造であって、その上に組み上げられるシステムの成長、構造及び配置を制御する構造のセッティングを含んでいる。このようなテンプレートは、例えば、ブロック共重合体及びグラフト共重合体であって適切な溶媒中でミセルコアシェル系へと会合するもの及びコアシェル構造を有する高分岐度樹枝状分子である。これらのコアシェル構造は、無機前駆体を局在化させるために働き、その無機前駆体からは、制御されたサイズを有する無機粒子が堆積され得て、それらは、高分子のケーシングによって互いに空間的に隔離される。ここでは、コアシェル系又はミセルは、スピンキャスティング又はディップコーティングなどの単純なデポジション法により、異なる支持体上に高秩序単層膜として適用されうることが有利である。有機マトリクスは、続いて、ガス−プラズマ処理又は熱分解によって残留物を残さず除去され、その結果として、無機ナノ粒子は、有機テンプレートによって位置を定められた配置で、支持体上に固定される。無機ナノ粒子のサイズは、決められた無機前駆体化合物の重量部及び構造を通した粒子間の横方向距離によって、特には、有機マトリクスの分子量によって決定される。その結果として、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＴｉ粒子並びにそれらの酸化物及び合金であって１乃至２０ｎｍのものが、１０乃至１７０ｎｍの球形コアシェル系に対応した周期を有する秩序パターンで堆積されうる。
【０００５】
上述のミセルブロック共重合体ナノリソグラフィのための前提条件は、支持体が、有機マトリクスを除去するためのガス−プラズマ処理又は熱分解処理にダメージなしで耐える材料又は材料混合物からなることである。したがって、慣例的には、貴金属、酸化物ガラス、単結晶又は多結晶の支持体、半導体、不動態化表面を持つ又は持たない金属、絶縁体又は一般的には後のエッチング処理に高い耐性を有する支持体が、支持体として使用される。しかしながら、有機支持体及び多数の無機支持体は、ブロック共重合体ナノリソグラフィ法に使用されるガス−プラズマ処理又は熱分解処理における不安定性のために、除外されねばならない。さらには、高分子ミセルの規則的な自己組織化を許容するほど十分には平坦ではない表面を有する支持体も除外される。数ナノメートル厚の膜のコーティングも、この方法では、技術的に実現されえない。
【０００６】
これは、特には、ブロック共重合体ナノリソグラフィ法に使用されえない有機高分子支持体及び無機支持体が、チップ製作における伝導体パスの製造、細胞、細菌及びウイルスの培養並びにインプラントとしての使用などにおいて大きな実用的及び経済的重要性を有している限りにおいて、不利益である。
【０００７】
例えば、多数の細胞及び細胞培養を用いる作業は、実用的及び経済的観点のために、可塑性の又は特殊な高分子からなる培養皿を用いてなされている。それらは、例えば、一般には、細胞を増殖させること、細胞を分化させること又は組織を発生させることに使用される。しかしながら、ナノ構造は、以前は高分子表面に転写されえず、したがって接着を介した細胞の機能の調節にも、以前は使用されえなかった。
【０００８】
さらには、金属、ガラス、単結晶又は多結晶支持体及び半導体からなる公知の支持体を使用することは、それらが望みどおりに調整されえない強い強度を有しているという短所を有している。しかしながら、柔軟且つフレキシブルであり、例えば、インプラント又はステント材料などの物体上に膜状に適用され、したがってこれらの物体に構造化された表面を提供しうる構造化表面への要求がある。さらに、表面の強度は、表面上での細胞成長の分化に関与している。加えて、製造される構造間の表面の化学的性質は、以前は非常に制限されていたが、生物学、光学、センサ工学及び電子工学における多数の応用に非常に重要である。
【０００９】
本発明は、したがって、これまでは構造化不可能であったか又は非常な困難を伴ってのみ構造化されていた支持体表面のナノ構造化方法を利用可能にするという基本的な課題を有している。
【００１０】
本課題は、以下の工程を含んだ表面構造化支持体の製造方法により解決される：
(i) 少なくとも１つの面が無機ナノクラスタでナノ構造化された第１支持体を生成する工程、
(ii) 第１支持体の材料とは異なる第２支持体のための支持体材料を、第１支持体の工程(i)で得られたナノ構造化された表面に適用する工程、及び、
(iii) 工程(ii)からの第２支持体を、無機ナノクラスタを含めて第１支持体から分離し、その結果としてナノクラスタによってナノ構造化された第２支持体を得る工程。
【００１１】
好ましい態様によれば、上記の工程(ii)において、硬化可能な支持体材料が第２支持体材料に使用され、その硬化可能な支持体材料は、有機の架橋性又は非架橋性高分子、樹脂、有機の重合可能及び／又は架橋性オリゴマーから並びに有機の重合可能な高分子前駆体又はそれらの混合物から選択され、硬化される。この好ましい態様は、したがって、高分子の表面構造化支持体の製造方法であり、それは以下の工程を含んでいる：
(a) 少なくとも１つの面が無機ナノクラスタでナノ構造化された第１支持体を生成する工程、
(b) 第１支持体の材料とは異なる第２支持体のための硬化可能な支持体材料を、第１支持体の工程(a)で得られたナノ構造化された表面に適用する工程であって、前記硬化可能な支持体材料は、有機の架橋性又は非架橋性高分子、樹脂、有機の重合可能及び／又は架橋性オリゴマーから並びに有機の重合可能な高分子前駆体又はそれらの混合物から選択される工程、
(c) 第２支持体のための支持体材料を硬化させる工程、及び、
(d) 第１支持体を、工程(c)で得られた無機ナノクラスタを含んだ第２支持体から分離する工程であって、ナノクラスタによってナノ構造化された第２支持体を得る工程。
【００１２】
別の好ましい態様によれば、工程(ii)で使用されうる第２支持体材料は、第１支持体上に、熱蒸着、電子線蒸着、スパッタリング又は電気化学析出によって適用される。
【００１３】
以下、本発明に係る表面構造化支持体の製造方法の各工程を、詳細に説明する。
【００１４】
工程(i)又は(a)では、無機ナノクラスタによってナノ構造化された表面が製造される。
【００１５】
このようなナノ構造化した表面を製造するためには、最先端技術において知られているリソグラフィ法が使用されうる。ナノ構造化した表面を単純且つ経済的な手法で生産できるミセルブロック共重合体ナノリソグラフィ法による製造が好ましい（特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。
【００１６】
もし、ナノ構造化された表面が最先端技術において知られているリソグラフィ法で製造されるならば、使用される第１支持体は、このリソグラフィ法で慣習的に使用される材料からなる。ミセルブロック共重合体ナノリソグラフィ法の場合は、以下の使用可能な支持体材料：貴金属、酸化物ガラス、単結晶又は多結晶の支持体、半導体、不動態化表面を持つ又は持たない金属、絶縁体及び一般的には後のエッチング処理に高い耐性を有する支持体が特に挙げられるべきである。それらは、好ましくは、Ｐｔ、Ａｕ、ＧａＡｓ、ＡｌxＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＯ2、Ｇｅ、ＳｉxＮy、ＳｉxＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＰＳｉ、ＧａＩｎＡｓＰ、ガラス、グラファイト、ダイヤモンド、マイカ、ＳｒＴｉＯ3 及びそれらにドープしたものである。
【００１７】
第１支持体は、高分子材料からなることも可能である。このようなナノ構造化された高分子支持体は、ここで記述される本発明に係る方法で得ることができる。本出願の方法において工程(d)で得ることのできる支持体は、したがって、再度工程(i)又は(a)における第１支持体として使用されうる。高分子材料としては、あらゆる高分子が使用されうる。以下は、特に適した高分子材料として、例の目的で挙げられうるものである。ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）及びポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧ−ＤＡ）。ポリスチレンの第１支持体が特に好ましい。
【００１８】
工程(ii)で使用されうる第２支持体材料が、第１支持体上への熱蒸着、電子線蒸着、スパッタリング又は電着によって適用される上記の態様では、上述したように、高分子材料の第１支持体が好ましくは用いられる。
【００１９】
工程(i)又は(a)で製造される無機ナノクラスタは、特には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの酸素耐性のある貴金属、或いは、酸化物、例えばＴｉＯ2などの半導体酸化物、又はＦｅ2Ｏ3の変態などの磁気粒子である。さらに、金属混成系、例えばＡｕ／Ｆｅ2Ｏ3、ＡｕＣｏＯ、Ａｕ／Ｃｏ3Ｏ4、Ａｕ／ＺｎＯ、Ａｕ／ＴｉＯ2、Ａｕ／ＺｒＯ2、Ａｕ／Ａｌ2Ｏ3、Ａｕ／Ｉｎ2Ｏ3、Ｐｄ／Ａｌ2Ｏ3、Ｐｄ／ＺｒＯ2、Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3 及びＰｔ／グラファイトなどからのクラスタも想定される。Ａｕからの無機ナノクラスタが好ましい。
【００２０】
工程(i)において第１支持体に適用されるクラスタは、それらの形態において制限されず、点、線、面又は他のいかなる形態としても存在しうる。クラスタは、好ましくは１ｎｍ乃至３００μｍの、特に好ましくは１ｎｍ乃至１５０μｍの、さらに好ましくは１ｎｍ乃至２０μｍのサイズを有している。点状のクラスタの場合、「クラスタのサイズ」は、その直径を意味している。線状のクラスタの場合、「クラスタのサイズ」は、その線幅を意味しているが、望むならば線の長さであってもよい。クラスタ面の場合、「クラスタのサイズ」は、そのクラスタ表面の寸法を意味している。
【００２１】
第１支持体上に生成された得られた構造は、好ましくは、１ｎｍ乃至３００μｍの大きさのオーダを有している。秩序構造の場合は、それらの構造は１ｎｍ乃至３００μｍの周期を有している。表面構造化された支持体上での細胞接着に関しては、５ｎｍ乃至１００μｍの大きさ又は周期のオーダが特に好ましい。５ｎｍ乃至１００ｎｍの大きさ又は周期がより好ましく、５ｎｍ乃至２０ｎｍがさらに特に好ましい。５乃至５００ｎｍの大きさのオーダは、例えば、ミセルブロック共重合体ナノリソグラフィ法によって生成されうる。より大きな構造は、例えば、既知のフォトリソグラフィ法によって製造されうる。
【００２２】
本発明に係る高分子表面構造化支持体の製造方法の工程(b)において、第２支持体のための硬化性材料は、工程(a)で得られた第１支持体の構造化表面上に適用される。第２支持体のための硬化性材料は、有機又は無機高分子、樹脂、有機の重合可能又は架橋性オリゴマー、架橋性高分子及び有機の重合可能な高分子前駆体から選択される。ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧ−ＤＡ）、例えば、ＰＥＧ−ＤＡ５００、ＰＥＧ−ＤＡ４０００及びＰＥＧ−ＤＡ８０００、並びに非常に異なる分子量のポリフォスファゼンが、硬化可能な第２支持体材料のための特別な例として挙げられる。
【００２３】
特別な態様は、コラーゲン、ヒアルロン酸、フィブロネクチン、ビトロネクティン及び他の天然高分子を、工程(b)で使用されうる硬化性高分子として提供する。
【００２４】
電子用途には、有機及び無機の導電性及び半導体高分子が特に興味深く、例えば、ポリ（４，４−ジオクチルシクロペンタジチオフェン）が挙げられる。 
第２支持体のための硬化性材料は、好ましくは、最先端技術において慣習的なコーティング法によって、液体の形で又は溶液として、所望の厚さで均一に適用される。例えば、ポリスチレン、ポリ（４，４−ジオクチルシクロペンタジチオフェン）及びポリフォスファゼンは溶液状で、ＰＤＭＳ及びエポキシ樹脂は液体状態で、第１キャリア材料上に、スピン遠心法によって適用される。ＰＥＧ−ジアクリレートは、好ましくは、保護ガス下、溶液の形で滴下される。
【００２５】
工程(b)からの第２支持体であって第１支持体の反対側に、無機キャリア層をさらに提供することも可能である。この無機キャリア層は、あらゆる無機材料から、好ましくは、導電性無機材料から製造されることができ、例えばシリコン、二酸化亜鉛、金、炭素からなる。無機キャリア層は、無機材料に応じて、既知の手法によって、例えば、熱蒸着、電子線蒸着、スパッタリング、電気化学析出によって又は滑面を有する固体として第２支持体上に適用される。この態様では、工程(c)の硬化の後において、第２支持体がわずか１乃至２０ｎｍの厚さを有していることが好ましい。これは、第１支持体に適用されたナノクラスタ、例えば金クラスタが、それらが無機キャリア層と同時に接触するように、したがってナノ電極の製造に好適なように第２支持体に埋め込まれることをもたらしうる。
【００２６】
工程(c)において、第２支持体のために、硬化性材料が硬化される。第２支持体材料を硬化するための方法は、支持体材料の性質に応じて選択される。したがって、例えば、溶液として適用されうるポリスチレン及びポリフォスファゼンは、溶媒のゆっくりとした蒸発によって硬化される。ＰＤＭＳ及びエポキシ樹脂は、熱的に重合又は架橋され、その結果として硬化される。ＰＥＧ−ジアクリレートは、光化学的に重合され、この方法で硬化される。
【００２７】
硬化後、第２支持体は、好ましくは１ｎｍ乃至数ｃｍの厚みを有し、１０ｎｍ乃至１００ｃｍの厚みが特に好ましい。高分子表面構造化支持体の膜としての適用に関しては、工程(c)による第２支持体は、好ましくは１０ｎｍ乃至１ｃｍの、特に好ましくは１００ｎｍ乃至１ｍｍの厚みを有している。
【００２８】
工程(ii)において使用されうる第２支持体材料が、熱蒸着、電子線蒸着、スパッタリング又は電気化学析出によって第１支持体上に適用される態様においては、これらの使用可能な第２支持体材料は、好ましくはＳｉ、Ｃ、酸化亜鉛、Ｃｒ、酸化インジウム、Ｃｕ、ヒ化インジウム、ヒ化ガリウム及びヘキサデカフルオロフタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）から選択される導体若しくは半導体、又は、酸化アルミニウム、フッ化カルシウム及びフッ化マグネシウムなどの光学関連のコーティングに使用されうる材料である。例えば、Ｆ１６ＣｕＰｃ層は、マイクロ波生成器を用いて下記条件で適用されうる（温度：１２５℃、圧力：２×６-5ｔｏｒｒ、処理時間：１００秒）。約５０ｎｍ厚のＣｒ層は、例えば、スパッタリングによって得られる。このために、６０ｍＡの加速電圧及び１×１０-5ｔｏｒｒのアルゴン圧で作業がなされる。上述した硬化可能な第２支持体材料の場合のように、この手法で生成される層は、好ましくは１０ｎｍ乃至１ｃｍの、特に好ましくは１００ｎｍ乃至１ｍｍの厚みを有している。
【００２９】
表面構造化支持体又は高分子表面構造化支持体の製造方法における工程(iii)又は工程(d)では、第１支持体は、工程(ii)で適用された第２支持体から又はナノクラスタを含み工程(c)で硬化された第２支持体から分離され、それにより無機ナノクラスタによってナノメートル領域で構造化された第２支持体を生成し、ナノクラスタは第１支持体上で有していたのと同様のパターンで第２支持体に転写される。この分離は、機械的に又は分離剤を用いる何れか適切な方法で行われ、それは、第１支持体材料の性質に応じて及び第２支持体材料の性質を考慮に入れて選択される。使用される分離剤は、第１支持体は溶解などによる作用を受けるが、逆に第２支持体はこの分離剤に対してできる限り安定且つ不活性であるように選ばれることに、注意が払われるべきである。したがって、例えば、ガラス又は二酸化ケイ素からなる第１支持体は、第２支持体がポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧ−ＤＡ）又はフォスファゼンからなる場合には、フッ化水素酸（例えば２５％）によって除去されうる。第１支持体がポリスチレンの場合は、例えばトルエンが、第２支持体がＰＥＧ−ＤＡ又はＰＤＭＳからなる場合には、適切な分離手段として用いられうる。
【００３０】
工程(iii)若しくは(d)で得られる支持体又は構造化表面を有する高分子支持体のサイズは任意であり、所望の用途に応じて１００ｎｍ2乃至数メートルでありうる。１ｍｍ2乃至１００ｃｍ2のサイズが好ましい。
【００３１】
本発明に係る方法の好ましい態様によると、好ましくはプロペンチオール、メルカプトポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルクロライドを伴ったシステアミン、ポリエチレングリコールジチオール、アルキルチオグリコレート及びアミノ−１−アルキルチオールから選択される結合分子を固定化する工程が、工程(i)と工程(ii)との間又は工程(a)と工程(b)との間で実施されうる。「アルキル」は、直鎖又は有枝鎖、飽和又は不飽和の炭化水素であって、１乃至２４の炭素原子を、好ましくは４乃至１８の炭素原子を、特に好ましくは６乃至１２の炭素原子を有しているものを意味する。アミノ−１−ウンデカンチオール及びアリルメルカプトアセテートは、特に有利であることが示されている。結合分子は、それが無機ナノクラスタに特異的に結合可能であり且つ第２支持体に化学的に又は静電的に結合するが第１支持体には付着しないように選択されるべきである。
【００３２】
結合分子の固定化は、既知の方法で行われる。例えば、金クラスタへのプロペンチオールの結合は気相で行われうるし、上に挙げたほかのチオールは、約１２時間の反応時間内で、溶液中で金クラスタと結合させられる。
【００３３】
第２支持体内又は第２支持体上での無機ナノクラスタのより良い結合が、結合分子によって達成される。
【００３４】
特に有利な態様では、細胞が結合分子として使用されうる。この場合は、細胞の結合タンパク質が、第１支持体上のナノ構造に応じて、あるナノクラスタに対してのみ結合する。これは、第１支持体の分離の後に、細胞の接着タンパク質と結合したナノクラスタのみが第２支持体上に残ることを生じさせうる。このような手法で、ナノ構造化された表面上での細胞の接着作用に関する重要な認識が得られうる。
【００３５】
さらに好ましい態様によると、ナノクラスタを取り囲んだ領域の不動態化が、工程(iii)又は (d)に続いて、例えば細胞又は他の生体分子と無機ナノクラスタとの目標とする相互作用を達成するために行われうる。ポリエチレングリコールによるこのような不動態化は、例えば、J.A. Hubbellによる米国特許出願第 2003/0133963 号 において記述されている。不動態化のさらなる可能性は、酸素プラズマにより、ポリスチレン支持体又はＰＤＭＳ支持体の表面にヒドロキシル基を生成することにある。次に、強いタンパク質反発性をもった分子ＰＥＧモノレイヤが、これらのヒドロキシル基上に（３−トリエトキシシリループロピル）−カルバミン酸（メトキシポリエチレングリコール）エステルを結合することにより生成される。さらに、ポリスチレン表面は、酸素プラズマ中、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）によって、タンパク質相互作用及び細胞接着に対して不動態化されうることが知られている。ＢＳＡが不動態化されるべきでない構造の領域に非特異的に結合することを妨げるために、この領域は、初めに別の特異的結合物質によって保護されなければならない。したがって、金クラスタは、例えば、表面のプラズマ活性化の後に結合されたＰＥＧチオールを用いて保護されうる。チオールの金への結合は、ヨウ素雰囲気下で再度切断されうる。ＢＳＡのポリスチレンへの非特異的な結合の後、次いでＰＥＧは洗い落とされうる（Wolfgang Geyer の博士学位論文、Heidelberg 大学、2001年5月4日を参照）。
【００３６】
第１支持体を分離する工程(iii)又は(d)の後に、及び必要ならば上述の不動態化の後に、無機ナノクラスタの生体機能化の工程が行われうる。「生体機能化」とは、ナノ構造化したクラスタ上にそれらを生物学的応用に向けて機能化するために特定の分子が適用される工程を意味する。あらゆるタンパク質、タンパク質配列及び他の生物学的に興味深い分子が、その下で理解されうる。これらの分子は、直接的に又は異なる結合分子を介してナノクラスタに付着されうる。チオールアンカーを有する環状ＲＧＤペプチドは、例えば、不動態化の工程の後に金クラスタに結合されうる。この手法により、金クラスタは、細胞接着タンパク質であるインテグリンとの特異的結合のために機能化されうる。もう１つの例は、キネシン又はミオシンなどの分子モータの結合である。
【００３７】
さらに好ましい態様によると、工程(b)で適用される支持体材料は、硬化の前又は後で、さらなる分子の結合のためにヘテロ二官能性分子により機能化されうる。ヘテロ二官能性分子は、少なくとも２つの異なる官能基を有するように構築されている。これらの官能基の少なくとも一方は、第２支持体の硬化性材料に結合しうるが、他方の官能基の化学的機能性は、結合後でさえも保持されたままである。例えば、２−カルボキシエチルアクリレート、プロペンジオール及び２−アミノエチルメタクリレートがこのために適している。したがって、例えば、ナノ構造の生体機能化に加えて、残りの支持体表面の生体機能化が、あらゆる生物学的に興味深い物質を用いて行われうる。この関連で、ＥＧＦ、ＮＧＦ及びＴＧＦなどの成長因子並びにフィブロネクチン、ＲＧＤ及びキャサリンなどの細胞接着タンパク質及び／又はペプチド並びにバソプレッシン、インターフェロン及びインシュリンなどの細胞外シグナル分子が、ここで特に興味深い。このような機能化を用いて、異なるタイプの分子が、互いに統制された相互作用を結ぶように、秩序立った仕方で互いに隣接して固定されうる。例えば、重合中に内部にカルボキシル基が結合されたＰＥＧヒドロゲルは、成長因子ＥＧＦによって活性化されうるが、一方、それに加えて、ナノ構造が上述したように細胞結合のためにＲＧＤによって機能化され、それは、例えば、無血清細胞培養に使用されうる。他の例は、ヒドロゲルの細胞成長因子による機能化を用いた、ウイルスのスパイクタンパク質のナノ構造上への幾何学的配置である。
【００３８】
他の有利な態様は、３次元の第１支持体の使用である。この３次元第１支持体は、表面上で全体的に又は部分的にナノ構造化されている。この支持体は、工程(b)で全体的に又は部分的に硬化性材料中に埋め込まれ、工程(d)で完全に溶解されて、それによって表面上でナノ構造化された３次元構造が得られる。この３次元第１支持体は、例えば繊維状、球状又はレンズ状の形態のあらゆる３次元構造を有しうる。例えば、３次元第１支持体は、その表面が上述の方法によって金クラスタのナノ構造によって被覆された５μｍ乃至３００μｍの直径を有するガラス繊維でありうる。金のポイントにより被覆されたコロイドも想定できる。この金のポイントは、システアミン及びアクリロイルクロライドの固定化によって活性化され、ＰＥＧ−ＤＡ中にキャストされる。ガラス繊維は、工程(d)において、フッ化水素酸を用いて溶解されられるか又は機械的に分離されうる。ある細胞の結合のための特異的な活性化は、神経管又はステントとしての使用を可能にする。
【００３９】
本発明に係る上述の方法は、以下で図１を参照しながら詳細に説明されるが、ここで図１は、好ましい態様に従った本発明に係る高分子表面構造化支持体の製造方法を概略的に示している。
【００４０】
図１に示されているように、初めに、工程(a)において、無機ナノクラスタ２が第１支持体の表面上にナノ構造化された様式で適用される。続いて、結合分子６が、このナノ構造上に固定化される。次に、続く工程(b)において、第２支持体のための硬化性支持体材料３が、第１支持体１のナノ構造化された表面上に適用される。第２支持体のための硬化性支持体材料３は、続いて工程(c)で硬化され、その結果として第２支持体４が得られる。工程(d)において、次には第１支持体１が第２支持体４及び結合分子６を含めたナノクラスタ２から分離され、その結果として、ナノクラスタによってナノ構造化された第２支持体５が得られる。
【００４１】
別の態様によると、上述の発明の課題は、以下の工程を備えた高分子表面構造化支持体の製造方法によっても解決される：
(a’) 溶解されたコアシェル高分子系を形成しながら、高分子を適当な溶媒に含ませる工程、
(b’) コアシェル高分子系のコアの少なくとも一部分を、ナノクラスタを形成する１つ又は複数の、同じ又は異なる金属化合物によって充填する工程、
(c’) 支持体の少なくとも１つの面上に、工程(b’)で得られたコアシェル高分子系を、膜として、膜内でコアシェル高分子系が規則的構造で配置されるように適用する工程、及び、
(d’) 工程(c’)で支持体上に適用されたコアシェル高分子系の高分子を部分的に除去し、その結果として、ナノクラスタはもはや完全には高分子によって取り囲まれていなくなる工程、及び、
(e’) 工程(d’)で得られた膜から支持体を分離し、その結果として、ナノクラスタでナノ構造化された高分子膜が得られる工程。
【００４２】
工程(a’)乃至(c’)は、ミセルブロック共重合体ナノリソグラフィで通常使用される手順に対応している。これらの工程を実施するための詳細は、文献（独国特許出願公開第１９９５２０１８号、独国特許出願公開第１９７４７８１３号、独国特許出願公開第２９７４７８１５号及び独国特許出願公開第１９７４７８１６号）に見出される。
【００４３】
例えば、高分子両親媒性物質は、水溶液又は有機溶液中で会合し、明確な球状若しくは棒状のミセル、ラメラ、ベシクル又は複合会合体を形成しうる「コアシェル高分子系」という表現の下で理解されるべきである。したがって、本発明によると、使用される高分子（ホスト化合物）により生成される分子空洞又は分子内部空間、即ち、高分子コアが、ゲスト化合物即ち使用される金属化合物によって充填又は複合化されうる一般的にホスト／ゲスト系と称されている系も含まれる。
【００４４】
本発明に従って使用される、コアシェル高分子系を構築する高分子は、好ましくはブロック共重合体、グラフト共重合体、マイクロアーム星型高分子、異なる腕を有する星型高分子、樹枝状高分子、ミクロゲル粒子、星型ブロック高分子、ブロック星型高分子及びコアシェルラテックス高分子から選択される。
【００４５】
ポリスチレン−ｂ−ポリエチレンオキサイド、ポリスチレン−ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリスチレン−ポリ（４−ビニルピリジン）又はそれらの混合物の高分子は、より好ましい。しかしながら、それらの中のポリスチレンブロックは、他の非極性高分子、例えば、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリメチルメタクリレート又は他のポリメタクリレートによって置き換えられうる。このような２元ブロック共重合体の第２つまり極性ブロックは、使用される金属化合物とのできる限り強い相互作用に加わるものでありうる。この例は、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アミノ置換されたポリスチレン、ポリアクリレート又はポリメタクリレート、アミノ置換されたポリジエン、ポリエチレンイミン、けん化されたポリオキサゾリン又は水素化されたポリアクリロニトリルである。第１ブロックは、極性高分子から構築されていてもよいが、そのときは金属化合物が主に即ち選択的に第２極性ブロックと相互作用するように選択されるという条件付きである。
【００４６】
典型的には、上で挙げた高分子系は、例えばトルエンなどの選択溶媒に、約１０３乃至１００ｍｇ／ｍｌの、好ましくは約５ｍｇ／ｍｌの量で溶解される。約１２時間後、この溶液は本発明に従った方法の工程(b’)において１つの又は複数の金属化合物と混合され、コアシェル高分子系によって形成された高分子コアの少なくとも一部分を金属化合物で充填するために、２４時間に渡って激しく攪拌される。
【００４７】
金属化合物は、上述の金属クラスタのためのものと同じである。この別の態様でも、Ａｕ又はＡｕ化合物が好ましい。
【００４８】
本発明に従った方法の工程(c’)において、支持体の少なくとも１つの面への単層又は多層での膜の適用は、好ましくは、ディッピング法、キャスティング法、スピン遠心法又は希釈溶液からの吸着によって行われる。単層又は多層での適用は、より好ましくは、希釈溶液中でのディッピング法により行われる。好ましい態様では、高分子コア中に含まれた金属化合物は、工程(c’)の前に、溶液中又は膜中における化学的処理及び／又は高エネルギー放射、例えば、紫外光、Ｘ線放射又は電子衝撃によって、金属又は金属酸化物へと変換される。
【００４９】
ミセルブロック共重合体ナノリソグラフィ法の場合に支持体用に使用可能な支持体材料として、以下が特に挙げられうる：貴金属、酸化物ガラス、単結晶又は多結晶の支持体、半導体、不動態化表面を持つ又は持たない金属、絶縁体又は一般的には後のエッチング処理に高い耐性を有する支持体。Ｐｔ、Ａｕ、ＧａＡｓ、ＡｌxＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＯ2、Ｇｅ、ＳｉxＮy、ＳｉxＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＰＳｉ、ＧａＩｎＡｓＰ、ガラス、グラファイト、ダイヤモンド、マイカ、ＳｒＴｉＯ3及びそれらにドープしたもの。
【００５０】
工程(c’)に含まれる膜、即ち巨視的に被覆する膜は、例えば０．００１ｍｍ／ｍｉｎ乃至２ｍ／ｍｉｎの速さでの、支持体の溶液からの一定の引き抜きによって得られる。金属化合物によって充填された高分子コアは、膜内に規則的構造を形成しながら、それによって本質的に損なわれないで分離される。
【００５１】
本発明に従った方法の工程(d’)において、膜及び少なくとも部分的に膜で覆われた支持体は、反応性イオンエッチング法、イオンスパッタリング法若しくはウェットケミカル法又はそれらの組み合わせに供せられる。支持体表面上に堆積された構造は、エッチング技術によって対応する支持体に転写されるマスクとして働くが、ここでは支持体上に適用された膜の一部分のみが所望の位置又は所望の領域で残留物を残さず除かれ、コアシェル高分子系によって生成された規則的構造は、高分子コアの充填剤のタイプ並びにイオンエッチング及び／又はイオンスパッタリング法及び／又はウェットケミカル法の持続時間によって及びそれらに応じて、支持体のレリーフ構造へと変換される。アルゴン、オゾン、酸素及びそれらの混合物を用いたイオンエッチングが好ましくは行われ、アルゴンイオンスパッタリングがより好ましい。「部分的除去」という表現は、部分的除去の後にナノクラスタがもはや完全には高分子に囲まれていないことを意味している。好ましくは、無機クラスタの２０乃至８０％の表面が高分子によって囲まれたままである。より好ましくは、適用された膜の部分的除去の後、クラスタ表面の３０乃至７０％の領域が高分子により覆われており、さらにより好ましくは４０乃至６０％の、最も好ましくは５０％の領域が覆われている。
【００５２】
工程(c’)で適用される膜の厚みは、好ましくは１ｎｍ乃至数ｃｍ、特には１０ｎｍ乃至１００ｃｍ、特に好ましくは１０ｎｍ乃至１ｃｍ、さらにより好ましくは１００ｎｍ乃至１ｍｍである。
【００５３】
工程(d’)に含まれる膜から支持体を分離する程(e’)は、請求項１に従った工程(d)について記述したのと同様に行われる。
【００５４】
本発明に従った上記の方法から得られる、ナノ構造化表面を有した高分子支持体は、特にはインプラント材料及びステント材料上に適用され、細胞、細菌及びウイルスのための培養基質として並びに組織のための栄養下地として使用されうる。柔軟な高分子支持体は、特にニューロンの成長に役割を果たす。さらに、それらは、電子部品に及び加湿／除湿に及び物体の汚染の予防にも使用されうる。その例は、皮膚代替の生成のための無血清細胞培養における使用である。さらに、ナノ構造化表面を有しており、本発明に従った方法で得られる支持体は、生理活性分子の精密な配置を介して生体系が模倣され、操作され、調査され、定量される全く異なる用途、例えば、ウイルス又は花粉と細胞との相互作用の模倣、所望の表現型への細胞分化の操作及び分子モータの活性の調査及び定量のための分子モータの結合に重要である。さらに、それらは電子及び光学部品（半導体支持体の使用が特に興味深い）及び生物学的又は化学的センサにも、加湿／除湿及び物体の汚染の予防用にも使用されうる。
【００５５】
加えて、本発明の特別の利点は、細胞中の結合レセプタ及びタンパク質が、表面のジオメトリ並びに化学的及び物理的性質によって配列及び位置決めされうることであり、その表面上で細胞は、細胞の機能、例えば生化学的シグナルパス、遺伝子発現及びある細胞タンパク質の合成が、これによって意図的に制御されうるように接着しうる。
【００５６】
本発明は、以下において、実施例によって詳細に説明される。
【００５７】
例１
ガラス表面からポリスチレン上への金構造の転写
転写されるべき金構造を有するガラス支持体を含んだデシケータが排気され、数μｌのプロペンチオールが存在しているシュレンクフラスコに接続される。このようにして蒸発させられたプロペンチオールは、支持体表面上に１２時間に亘って作用する。
【００５８】
窒素向流中での支持体の曝気及びすすぎの後、ポリスチレン／トルエン溶液（２５ｍｇ／ｍｌ）が、０．２μｍのシリンジフィルタ（約５μｌ／ｃｍ2）を通して支持体表面上に滴下される。
【００５９】
室温における６時間の乾燥時間の後、ポリスチレンは、６０℃で１時間、オーブン中で硬化される。支持体は、ポリスチレンで覆われた側が上になるようにして、１２％フッ化水素酸溶液中に置かれる。数秒後、ポリスチレン膜は浮上し、ＭＱ水によりすすがれ、窒素で送風乾燥される。
【００６０】
例２
ガラス表面からポリエチレングリコール上への金構造の転写
転写されるべき金構造を有するガラス支持体は、ＰＥＧ−ジチオールの５％ＤＭＦ溶液中に１２時間置かれる。
【００６１】
ＭＱ水中でのすすぎの後、３００ｍｇのＰＥＧ−ジアクリレート（ＰＥＧ−ＤＡ）、０．１５ｍｇの光開始剤（イルガキュア２９５９）及び３００ｍｌの水の溶液が、窒素向流中で適用（約５μｌ／ｃｍ2）される。
【００６２】
その物体は、窒素下で４５分間、ＵＶランプ（２７５ｎｍ）によって照射される。
【００６３】
１２％のフッ化水素酸溶液が、ガラス側を上に向けた支持体上に、フッ化水素酸がガラスの端を越えてＰＥＧヒドロゲルに接触しないようにして滴下される。数時間後、ガラスがヒドロゲル膜から分離する。
【００６４】
ヒドロゲルはＭＱ水中で数回洗浄され、水中に保存される。
【００６５】
例３
金構造のＰＥＧチューブ中への転写
５０乃至１５０μｍの直径を有し、金のナノ構造により構造化されたガラス繊維を、プロペンチオール蒸気中に３時間吊るす。その繊維は、続いて、光開始剤イルガキュア２９５９を含んだＰＥＧ−ＤＡの液滴中に置かれる。窒素下での４５分間のＵＶ照射の後、ガラス繊維は、その一端が１２％のフッ化水素酸溶液中に、固化されたＰＥＧの液滴のうち約３分の２が酸の外部になお出ているようにして保持される。ＰＥＧ液滴内のガラス繊維に沿って上昇するフッ化水素酸がＰＥＧ液滴の上端に達するや否や、その繊維は、繊維がＰＥＧ液滴から引き抜かれうるようにして、その直径が大幅に縮小され、金構造を製造されたチューブの内側に残す。
【００６６】
例４
金のナノ構造を有する生体機能化されたＰＥＧマトリクスの製造
１ｍｇの２−カルボキシエチルアクリレートが５００ｍｌのＰＥＧ−ＤＡ７００中に溶解される。この溶液は、例２に従って、金構造を転写するために使用される。重合及び金構造のＰＥＧ上への転写の後、カルボキシル基は、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル中で変換されうる。これは、支持体を１％のＮ−ヒドロキシスクシンイミドのＨＥＰＥＳ緩衝溶液（ｐＨ ７．３）中に移すことにより行われる。続く乾燥ＤＭＳＯ中でのトリス−（カルボキシメチル）アミン（ＮＴＡ）の結合及びニッケルとの錯形成は、ヒスチジンを介したあらゆるタンパク質の結合を可能とする。ＮＴＡの結合の後及びニッケルの錯形成の前に、金構造は、チオール基を介して、生理活性分子、例えばＲＧＤによって機能化されうる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】好ましい態様に従った本発明に係る高分子表面構造化支持体の製造方法を概略的に示している図。
【図１】
0005460960.tif 000002