(57)【要約】      （修正有）【課題】船殻移植生体材料、生物医学的診断センサー、および薬剤送達のためのコーティングにおいて有用な超低汚損材料及び該材料を含有する超低汚損皮膜並びに表面に該皮膜を有する装置の提供。【解決手段】スルホベタイン又はカルボキシベタイン基を含有するアクリレート、アクリルアミド、ビニル化合物、エポキシド等をモノマーとして、（ａ）基材表面にラジカル開始剤を末端に持つ単分子層を形成すること；及び（ｂ）ラジカル開始剤を末端に持つ単分子層上で、上記モノマーを重合することにより、スルホベタイン又はカルボキシベタイン材料の単分子層を含む超低汚損表面を有する基材を提供する。この基材は、前記表面が約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
本願明細書に記載された発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００５年８月２５日に出願した米国仮特許出願６０／７１１，６１３号（これは、その全体が参考として本明細書に援用される。）の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
タンパク質吸着に対する表面抵抗は、船殻、移植生体材料、生物医学的診断およびセンサー、バイオ分離、および薬剤送達のためのコーティングなどの多くの適用にとって重要である。たとえば海洋生物汚損は、抵抗上昇による推進燃料の損失から速度および航続距離についての能力低下にまで及ぶ問題を導く。多くの親水性表面はタンパク質吸着を低下させることができる。しかし、これらの表面はしばしば、細胞、細菌または他の微生物の望ましくない付着を予防するのに十分ではない。表面上の少量のタンパク質でさえも、望ましくない汚損の付着と伝搬を導き得る。たとえば血液適合性のために血小板接着を阻止するには５−１０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着が必要であり、これらの適用のために超低汚損表面が求められる。汚損防止材料は、これらの材料で被覆した表面から非特異的タンパク質吸着を予防する能力を有する。タンパク質吸着および細胞／微生物付着に対する表面または材料抵抗は、海洋用途、卓越した適合性を有する生体材料、および高い特異性を備えたバイオセンサーのための環境に優しい抗汚損または非汚損塗料の開発にとって決定的に重要である。
【０００３】
伝統的に、海洋用途のための最良の汚損防止コーティングはＴＢＴ（トリブチルチン）ベースの塗料である。特に沿岸河口やマリーナなどの水交換率の低い領域で、非標的海洋生物へのＴＢＴの作用に対する環境的懸念の高まりにより、米国を含む多くの国々でＴＢＴ汚損防止コーティングが制限されてきた。現在の市場におけるＴＢＴ不含の汚損防止塗料は、銅粒子または酸化第一銅などの非スズ系殺生物剤に基づく。これらの塗料は銅を水中に浸出させるので、これらの殺生物剤は海洋環境に有害であり、それらの適用は大きく制限されている。非毒性の汚損除去シリコーンおよびフッ素化コーティングが現在開発中である。しかし、これらのコーティングは高速で移動する船舶に対してのみ有効である。汚損は静的構造または陸地に近い海水中を緩やかに移動する船で最も容易に起こるので、これらのコーティングの適用は極度に制限される。海洋微生物が付着しない、環境に優しい汚損防止コーティングが求められている。
【０００４】
様々なポリマーが生物医学分野において生体適合性材料として使用されてきた。しかし、ごくわずかな候補物質だけが「非汚損材料」または「超低汚損材料」とみなされている。ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）に基づく材料が最も一般的に使用される非汚損材料である。ＰＥＧまたはオリゴ（エチレングリコール）（ＯＥＧ）改変表面は、非特異的タンパク質吸着に抗するために広範に検討されてきた。立体排除効果は、ＰＥＧポリマーがタンパク質吸着に耐性である理由の１つとみなされた。ＯＥＧ自己組織化単分子層（ＳＡＭ）の試験は、タンパク質吸着に対する表面抵抗のためにはＯＥＧ鎖の適切な表面密度が必要であり、ＯＥＧ鎖の周囲の密接に結合した水層が主として大きな反発水和力の原因であることを示す。しかし、ＰＥＧまたはＯＥＧ基は、特に酸素と遷移金属イオンの存在下で、比較的速やかに自己酸化し、最も生化学的に関連する溶液は遷移金属イオンを含む。また、グラフトＰＥＧブラシは室温でタンパク質耐性を示すが、３５℃以上ではタンパク質反発特性を失う。ＰＥＧ以外の選択的非汚損材料を探索することは非常に興味深い。
【０００５】
ホスホリルコリン（ＰＣ）に基づくポリマーまたは表面は、タンパク質吸着を低下させることが示された。それらは、細胞膜の外側で認められる、ホスホリルコリン頭部を含むので、バイオミメティック汚損耐性材料とみなされる。ホスホリルコリン（ＰＣ）に基づく材料に関する研究の大部分は、ＭＰＣ−ｃｏ−ＢＭＡ（ブチルメタクリレート）などの、側鎖に位置するＰＣ基とのメタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）ベースのコポリマーに関してである。ＭＰＣベースのコポリマーはコンタクトレンズにおいて商業的に使用されてきた。選択的アプローチは、金上でＰＣ末端の自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を形成することである。メチル末端ＳＡＭ上のものに関してＭＬ（単分子層）の１８％という低いフィブリノゲン吸着が報告された。ＰＣベースの材料の水和作用も、タンパク質吸着に対するそれらの耐性の理由であると思われる。しかし、ホスホエステル基は加水分解を受けやすく、また２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）などのＰＣモノマーは水分感受性であって、合成や取り扱いが容易ではない。長期的な材料安定性を必要とする適用のためにＰＣ以外の新しい材料を開発することが望ましい。
【０００６】
ホスホリルコリンに基づくポリマーと同様に、スルホベタインポリマーは、カチオンおよびアニオン基の両方が同じモノマー残基上に存在する、ポリベタインポリマーに属する。ＭＰＣと比較して、スルホベタインメタクリレート（ＳＢＭＡ）はより合成しやすく、取り扱いも容易である。しかし、ＳＢＭＡポリマーはＰＣポリマーよりも汚損耐性ではないと思われた。ＳＢＭＡポリマーの過去の試験の大部分は、それらを基材に結合するためまたは機械的強度を与えるために他の疎水性モノマーとのコポリマーに集中していたが、汚損防止材料または生体適合性材料としてのスルホベタインの潜在的可能性は過小評価されてきた。
【０００７】
セグメント化ポリウレタン（ＳＰＵ）は、その優れた機械的性質のゆえに、特に心臓血管装置において、広く使用される生体適合材料の１つである。一連の試験は、表面グラフト化、高分子ブレンドまたは相互侵入高分子網目（ＩＰＮ）によるＭＰＣベースのポリマーとのその生体適合性の改善に関して報告した。Ｉｓｈｉｈａｒａと共同研究者達は、もとのＳＰＵと比較して安定な架橋網目を形成し、血小板付着を有効に低減するＭＰＣ／ＳＰＵフィルムの広汎な試験を実施した。非特許文献１（Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｋ．ら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２３：４８８１−８７，２００２）；非特許文献２（Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｋ．ら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２５：５３５３−６１，２００４）。ＭＰＣモノマーの水分感受性のゆえに、超低汚損特性を有するＭＰＣ／ＳＰＵフィルム以外の新しいＳＰＵベースの材料を開発することが望ましい。
【０００８】
それゆえ、超低汚損材料に対する需要が存在する。このように、超低汚損材料は、船殻、移植生体材料、生物医学的診断センサー、および薬剤送達のためのコーティングにおいて有用な超低汚損表面を作製するときに使用できる。これらや他の目的が以下に述べる本発明によって達成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｋ．ら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２３：４８８１−８７，２００２
【非特許文献２】Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｋ．ら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２５：５３５３−６１，２００４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の要旨
本発明は、超低汚損スルホベタインおよびカルボキシベタイン材料、超低汚損スルホベタインおよびカルボキシベタイン材料で被覆した超低汚損表面および表面を作製する方法、および超低汚損表面を有する装置を提供する。
【００１１】
１つの態様では、本発明は、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料で被覆した表面を有する基材を提供する。基材は、少なくともその上にスルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を有する表面を有する。表面は約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、表面は約１０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、表面は約５ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、表面は約０．３ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。
【００１２】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料はポリ（スルホベタイン）である。スルホベタイン材料は、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される１またはそれ以上のモノマーから製造できる。１つの実施形態では、モノマーはスルホベタインメタクリレートである。
【００１３】
１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料はポリ（カルボキシベタイン）である。カルボキシベタイン材料は、カルボキシベタインアクリレート、カルボキシベタインアクリルアミド、カルボキシベタインビニル化合物、カルボキシベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される１またはそれ以上のモノマーから製造できる。１つの実施形態では、モノマーはカルボキシベタインメタクリレートである。
【００１４】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料は、ポリ（スルホベタイン）を含むジブロックコポリマーである。１つの実施形態では、ジブロックコポリマーはポリ（プロピレンオキシド）を含む。
【００１５】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料は相互侵入高分子網目である。１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料は相互侵入高分子網目である。相互侵入高分子網目は、ポリウレタン、シリコーン、ポリエステル、ポリエチレンおよびポリアミドから成る群より選択されるポリマーを含み得る。
【００１６】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料は、ポリ（スルホベタイン）またはポリ（カルボキシベタイン）の少なくとも１つを含む高分子ブレンドである。
【００１７】
もう１つの態様では、本発明は、表面に共有結合した層（たとえば単分子層）に結合したスルホベタインまたはカルボキシベタインポリマーで被覆された表面を有する基材を提供する。１つの実施形態では、スルホベタインまたはカルボキシベタインポリマーは単分子層に共有結合される。１つの実施形態では、単分子層は自己組織化単分子層である。１つの実施形態では、ポリマーはポリ（スルホベタイン）である。もう１つの実施形態では、ポリマーはポリ（カルボキシベタイン）である。１つの実施形態では、基材は、表面の単分子層を形成する固定化化合物に共有結合したスルホベタインまたはカルボキシベタインポリマーを含む表面を有する。
【００１８】
本発明のもう１つの態様では、架橋ポリマーヒドロゲルが提供される。１つの実施形態では、ヒドロゲルは架橋ポリ（スルホベタイン）ヒドロゲルである。もう１つの実施形態では、ヒドロゲルは架橋ポリ（カルボキシベタイン）ヒドロゲルである。
【００１９】
さらなる態様では、本発明は、低汚損表面を作製するための方法を提供する。１つの実施形態では、その方法は、（ａ）基材表面にラジカル開始剤を末端に持つ単分子層を形成すること；および（ｂ）ラジカル開始剤を末端に持つ単分子層上で、スルホベタインまたはカルボキシベタインであるモノマーを重合することを含む。モノマーは、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択できるか、またはカルボキシベタインアクリレート、カルボキシベタインアクリルアミド、カルボキシベタインビニル化合物、カルボキシベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択できる。１つの実施形態では、単分子層は自己組織化単分子層である。
【００２０】
１つの実施形態では、前記方法は、（ａ）基材表面に、末端にヒドロキシ基を有する単分子層を形成すること；（ｂ）ヒドロキシ末端単分子層を、ラジカル開始剤を末端に持つ単分子層に変換すること；および（ｃ）ラジカル開始剤単分子層上でモノマーを重合することを含む。前記モノマーは、上述したようなスルホベタインまたはカルボキシベタインであり得、単分子層は自己組織化単分子層であり得る。
【００２１】
もう１つの実施形態では、前記方法は、（ａ）基材表面に、末端にアルキル基を有する単分子層を形成すること；（ｂ）末端にアルキル基を有する単分子層を第一ジブロックコポリマーで処理すること；および（ｃ）末端にアルキル基を有する単分子層を第二ジブロックコポリマーで処理することを含む。１つの実施形態では、第一ジブロックコポリマーは、［疎水性モノマー］ｌ−ブロック−［親水性モノマー］ｍコポリマーを含む。１つの実施形態では、第一ジブロックコポリマーは、［プロピレンオキシド］ｌ−ブロック−［スルホベタインメタクリレート］ｍコポリマーを含む。１つの実施形態では、第二ジブロックコポリマーは、［疎水性モノマー］ｌ−ブロック−［親水性モノマー］ｎコポリマーを含む。１つの実施形態では、第二ジブロックコポリマーは、［プロピレンオキシド］ｌ−ブロック−［スルホベタインメタクリレート］ｎコポリマーを含む。これらのポリマーに関して、ｌは１０−３０の整数であり、ｍは１０−１００の整数であり、ｎは１０−５０の整数であり、およびｍはｎより大きい。
【００２２】
低汚損表面を作製するために有用な新規ブロックコポリマーも提供される。
【００２３】
本発明の他の態様では、低汚損表面を有する装置および材料が提供される。装置および材料は、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の少なくとも１つの単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する表面を有する。代表的な装置および材料は、移植可能材料、コンタクトレンズ、インビボセンサー、船殻、組織スカフォールド、埋め込み型医療装置、膜、非ウイルス性遺伝子送達担体、粒子および塗料を含む。１つの実施形態では、本発明は、低汚損表面を有する粒子を含む塗料で被覆された船殻を提供し、前記表面は、ルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の少なくとも１つの単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含む表面を有する基材であって、前記表面が約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、前記基材。
（項目２）
前記表面が約１０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、項目１に記載の基材。
（項目３）
前記表面が約５ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、項目１に記載の基材。
（項目４）
前記表面が約０．３ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、項目１に記載の基材。
（項目５）
前記スルホベタイン材料がポリ（スルホベタイン）である、項目１に記載の基材。
（項目６）
前記スルホベタイン材料が、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される１またはそれ以上のモノマーから調製される、項目１に記載の基材。
（項目７）
前記モノマーがスルホベタインメタクリレートである、項目６に記載の基材。
（項目８）
前記カルボキシベタイン材料がポリ（カルボキシベタイン）である、項目１に記載の基材。
（項目９）
前記カルボキシベタイン材料が、カルボキシベタインアクリレート、カルボキシベタインアクリルアミド、カルボキシベタインビニル化合物、カルボキシベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される１またはそれ以上のモノマーから調製される、項目１に記載の基材。
（項目１０）
前記モノマーがカルボキシベタインメタクリレートである、項目９に記載の基材。
（項目１１）
前記スルホベタイン材料が、ポリ（スルホベタイン）を含むジブロックコポリマーである、項目１に記載の基材。
（項目１２）
前記スルホベタイン材料が、ポリ（スルホベタインメタクリレート）およびポリ（プロピレンオキシド）を含むジブロックコポリマーである、項目１に記載の基材。
（項目１３）
前記スルホベタイン材料が相互侵入高分子網目である、項目１に記載の基材。
（項目１４）
前記相互侵入高分子網目が、ポリウレタン、シリコーン、ポリエステル、ポリエチレンおよびポリアミドから成る群より選択されるポリマーを含む、項目１１に記載の基材。
（項目１５）
前記カルボキシベタイン材料が相互侵入高分子網目である、項目１に記載の基材。
（項目１６）
前記スルホベタイン材料が、ポリ（スルホベタイン）またはポリ（カルボキシベタイン）の少なくとも１つを含む高分子ブレンドである、項目１に記載の基材。
（項目１７）
前記表面の単分子層を形成する固定化化合物に共有結合したスルホベタインまたはカルボキシベタインのポリマーを含む基材を有する基材。
（項目１８）
架橋ポリ（スルホベタイン）ヒドロゲル。
（項目１９）
架橋ポリ（カルボキシベタイン）ヒドロゲル。
（項目２０）
（ａ）基材表面にラジカル開始剤を末端に持つ単分子層を形成すること；および
（ｂ）該ラジカル開始剤を末端に持つ単分子層上で、スルホベタインまたはカルボキシベタインであるモノマーを重合すること
を含む、低汚損表面を作製するための方法。
（項目２１）
前記モノマーが、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
前記モノマーが、カルボキシベタインアクリレート、カルボキシベタインアクリルアミド、カルボキシベタインビニル化合物、カルボキシベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される、項目２０に記載の方法。
（項目２３）
（ａ）基材表面に、末端にアルキル基を有する単分子層を形成すること；
（ｂ）該末端にアルキル基を有する単分子層を第一ジブロックコポリマーで処理すること；および
（ｃ）該末端にアルキル基を有する単分子層を第二ジブロックコポリマーで処理すること
を含む、低汚損表面を作製するための方法。
（項目２４）
前記第一ジブロックコポリマーが［疎水性モノマー］ｌ−ブロック−［親水性モノマー］ｍコポリマーを含み、前記第二ジブロックコポリマーが［疎水性モノマー］ｌ−ブロック−［親水性モノマー］ｎコポリマーを含み、前記式中、ｌは１０−３０の整数であり、ｍは１０−１００の整数であり、ｎは１０−５０の整数であり、およびｍはｎより大きい、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記第一ジブロックコポリマーが［プロピレンオキシド］ｌ−ブロック−［スルホベタインメタクリレート］ｍコポリマーを含み、前記第二ジブロックコポリマーが［プロピレンオキシド］ｌ−ブロック−［スルホベタインメタクリレート］ｎコポリマーを含み、前記式中、ｌは１０−３０の整数であり、ｍは１０−１００の整数であり、ｎは１０−５０の整数であり、およびｍはｎより大きい、項目２３に記載の方法。
（項目２６）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する薬剤送達担体。
（項目２７）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する移植可能材料。
（項目２８）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有するコンタクトレンズ。
（項目２９）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有するインビボセンサー。
（項目３０）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する船殻。
（項目３１）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する組織スカフォールド。
（項目３２）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する移植可能な医療装置。
（項目３３）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する膜。
（項目３４）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する非ウイルス性遺伝子送達担体。
（項目３５）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する粒子。
（項目３６）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する粒子を含む塗料。
（項目３７）
前記表面が、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する、低汚損表面を有する粒子を含む塗料で被覆された船殻。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明の前記態様および付随する利点の多くは、添付の図面と合わせて、以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解され、より容易に認識される。
【図１】図１は、表面（金）に開始剤を末端に持つ自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を製造するための２つの方法（１工程および２工程法）の略図である；
【図２】図２は、本発明に従った表面開始原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）によって代表的ポリ（スルホベタイン）材料で被覆した表面を製造するための方法の略図である；
【図３】図３は、本発明に従って相互侵入高分子網目（ＩＰＮ）フィルムを製造するための方法の略図である：（ａ）２０℃でジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）からの溶媒蒸発によってセグメント化ポリウレタン（ＳＰＵ）フィルムを作製する；（ｂ）２０℃にてスルホベタインメタクリレート（ＳＢＭＡ）モノマー、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）モノマー、ＧＤＧＤＡ架橋剤および光開始剤を含むメタノール溶液中でＳＰＵフィルムをインキュベートする；（ｃ）可視光での光重合；（ｄ）ＳＰＵ／ポリ（ＳＢＭＡ）のＩＰＮを提供する；
【図４】図４は、本発明に従って表面開始原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）により代表的ポリ（カルボキシベタイン）（ＣＢＭＡ）で被覆した表面を作製するための方法の略図である；
【図５Ａ】図５Ａおよび５Ｂは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）測定（時間の関数としての波長シフト）によって得た本発明の代表的表面（ポリ（スルホベタイン）被覆表面）へのフィブリノゲンの吸着を比較するグラフである：図５Ａは、裸金表面（裸金）、固定化開始剤１を有する金表面（Ｂｒ−ＳＡＭ）、およびポリ（ＳＢＭＡ）でグラフト化した表面への、ＰＢＳ緩衝液（０．１５Ｍ、ｐＨ７．４）中の１ｍｇ／ｍＬフィブリノゲンの吸着を示す（ＳＢＭＡ７．５ｍｍｏｌ、ビピリジン（ＢＰＹ）２ｍｍｏｌおよびＣｕＢｒ  １ｍｍｏｌを含むＣＨ３ＯＨ／Ｈ２Ｏ  ２５ｍＬ中に１時間液浸したＢｒ−ＳＡＭ表面での重合によって作製した、表面重合後、ＳＰＲの１ｍｍの波長シフトは０．１５ｍｇ／ｍ２吸着タンパク質に等しい）；
【図５Ｂ】図５Ａおよび５Ｂは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）測定（時間の関数としての波長シフト）によって得た本発明の代表的表面（ポリ（スルホベタイン）被覆表面）へのフィブリノゲンの吸着を比較するグラフである：図５Ｂは、本発明の代表的表面（ポリ（スルホベタイン）被覆表面）への、ＰＢＳ緩衝液（０．１５Ｍ、ｐＨ７．４）中の１ｍｇ／ｍＬフィブリノゲンの吸着を示す；
【図６】図６は、結合開始剤を有する（１）および結合開始剤を有さない（２）、本発明の代表的表面（ポリ（スルホベタイン）被覆表面）へのフィブリノゲン吸着のＳＰＲセンサーグラム（時間の関数として波長シフトを示すグラフ）である（２つの基材は、ＣＨ３ＯＨ／Ｈ２Ｏ  ２５ｍＬ中のＳＢＭＡ２．０ｍｍｏｌ、ＢＰＹ０．１ｍｍｏｌおよびＣｕＢｒ０．０５ｍｍｏｌとの重合のために１７時間同じ反応器内に入れた；
【図７】図７は、金基材上の開始剤１  ＳＡＭのタッピング方式原子間力顕微鏡（ＴＭ−ＡＦＭ）画像である（走査範囲：１μｍ×１μｍ）（表面は、１０ｍＭ開始剤１溶液中で２４時間調製し、その後エタノールとＴＨＦで洗った）；
【図８】図８は、ＳＢＭＡ濃度および重合時間の関数としての本発明の代表的表面のポリマーフィルムの厚さおよびフィブリノゲン吸着を比較するグラフである：ポリ（ＳＢＭＡ）の厚さは偏光解析法によって測定し（黒い記号）、フィブリノゲン吸着はＳＰＲによって測定しており（白い記号）（０．１Ｍ  ＳＢＭＡ重合に関して：ＣＨ３ＯＨ／Ｈ２Ｏ  ２５ｍＬ中ＳＢＭＡ２．５ｍｍｏｌ、ＢＰＹ１ｍｍｏｌおよびＣｕＢｒ０．０５ｍｍｏｌ；０．３Ｍ  ＳＢＭＡ重合に関して：ＣＨ３ＯＨ／Ｈ２Ｏ  ２５ｍＬ中ＳＢＭＡ７．５ｍｍｏｌ、ＢＰＹ２ｍｍｏｌおよびＣｕＢｒ１ｍｍｏｌ）、報告する％ＭＬ（単分子層）フィブリノゲン吸着はＣＨ３ＳＡＭへの吸着である。
【図９】図９は、本発明の代表的ブロックコポリマーの製造の略図である：（ａ）２０℃での、ＴＨＦ中の２−ブロモイソブチリルとモノヒドロキシキャップポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）の反応、および（ｂ）２０℃での、メタノール中のＡＴＲＰによるＰＰＯとＳＢＭＡのブロック共重合；
【図１０】図１０は、本発明の代表的ブロックコポリマー、ＰＯ２０−ＳＢＭＡ３５ジブロックコポリマーの１Ｈ  ＮＭＲスペクトル（Ｄ２Ｏ）である；
【図１１】図１１は、基材表面への本発明の代表的コポリマー、ＰＯ２０−ＳＢＭＡ２０（コポリマーＡ）の吸着、それに続くフィブリノゲン吸着のインサイチュー評価を示すＳＰＲセンサーグラムである；
【図１２】図１２は、２０℃でＡＴＲＰによって製造した本発明の３つの代表的コポリマー、ＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）ジブロックコポリマーのための水性ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）曲線（ポリエチレングリコール参照）：コポリマーＡ、Ｍｎ＝６４９０、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．２３２；コポリマーＢ、Ｍｎ＝１１１８３、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．２５５；およびコポリマーＣ、Ｍｎ＝１５１１４、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．３５３；
【図１３】図１３は、２５℃で、本発明の３つの代表的コポリマー（コポリマーＡ、ＢおよびＣ）に関する溶液中のＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）濃度（Ｃｐｐｏ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ））の関数として、物理的に吸着させたＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）で被覆した表面へのフィブリノゲン吸着（ＳＰＲ測定値）を示すグラフである；
【図１４】図１４は、Ｃｐｐｏ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）＝１．０ｍｇ／ｍｌにて、本発明の代表的コポリマーで被覆した表面への２５℃でのフィブリノゲン吸着に関するＳＰＲセンサーグラムである（Ａ；コポリマーＡ、Ｂ：コポリマーＢ、Ｃ：コポリマーＣ、Ｃ＋Ａ：コポリマーＡで埋め戻した（ｂａｃｋｆｉｌｌｅｄ）コポリマーＣ）（各々についての最終ＳＰＲ波長シフトをカッコ内に示す、ＳＰＲ応答の１ｎｍの波長シフトは１５ｎｇ／ｃｍ２吸着タンパク質に等しい）；
【図１５】図１５は、ＣＨ３末端ＳＡＭ表面へのコポリマーＣの吸着、および高いポリ（スルホベタイン）表面密度とタンパク質吸着への高い耐性を達成するためのコポリマーＡによる埋め戻しを示す略図である；
【図１６】図１６は、本発明の代表的表面（コポリマーＡ被覆表面）へのいくつかのタンパク質（フィブリノゲン、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）およびリゾチーム）の吸着を示すＳＰＲセンサーグラムである（各々についての最終波長シフトをカッコ内に示す、ＳＰＲ応答の１ｎｍの波長シフトは１５ｎｇ／ｃｍ２吸着タンパク質に等しい）；
【図１７】図１７は、タンパク質吸着を比較する棒グラフである（ガラス上の代表的ポリ（スルホベタイン）材料に関して固相酵素免疫検定法（ＥＬＩＳＡ）によって測定した：ＡＴＲＰによって作製したポリ（スルホベタイン）（ＳＢＭＡ  ＡＴＲＰ）；本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）ヒドロゲル（ＳＢＭＡヒドロゲル）、代表的ポリ（スルホベタイン）コーティング（ＳＢＭＡコーティング）、および比較用エポキシプライマーコーティング（エポキシプライマー）；
【図１８】図１８は、実施例５で述べるように作製した、非被覆ガラス（ガラス）、エポキシプライマーコーティング（Ｒｅｆ）、本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）／エポキシ被覆表面（ガラス）（ＳＢＭＡ／エポキシコーティング）、およびＡＴＲＰによって作製したポリ（スルホベタイン）（ＳＢＭＡ  ＡＴＲＰ）への、時間（１、３および６時間）の関数としてのＵｌｖａ胞子付着を比較する棒グラフである；
【図１９】図１９Ａおよび１９Ｂは、本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）／エポキシ被覆表面（図１９Ｂ）およびエポキシプライマー被覆表面（図１９Ａ）での発芽胞子（ｓｐｏｒｅｌｉｎｇｓ）の成長を比較する；
【図２０】図２０Ａ−２０Ｃは、スライドガラスの中心部への水ジェット噴霧器からの２００ｋＰａ水圧への暴露後、ガラス（図２０Ａ）、エポキシプライマー被覆表面（図２０Ｂ）、および本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）／エポキシ被覆表面（図２０Ｃ）への発芽胞子の付着強度を比較する；
【図２１】図２１は、本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）／エポキシ被覆表面（ガラス）（ＳＢＭＡ／エポキシコーティング）およびバイオフィルム（生物膜）対照標準（バイオフィルム）上に残存する幼若Ｈ．ｅｌｅｇａｎｓの平均パーセンテージを比較する棒グラフであり、コーティングを１００Ｐａに等しい壁せん断応力に４分間暴露した。
【図２２】図２２は、ポリスチレン（ＰＳ）を対照標準としてＥＬＩＳＡから判定した様々な材料表面への相対的ヒトフィブリノゲン吸着を示すグラフである：ＳＰＵ（非改変）、セグメント化ポリウレタンフィルム；ＩＰＮ−Ｉ、７０ｍｏｌ％のＳＢＭＡモノマー比、１．０ｍｏｌ／Ｌのインキュベーション濃度を含むメタノール溶液中、２０℃で２４時間、ＳＰＵフィルムをインキュベートすることによって作製したＩＰＮフィルム；ＩＰＮ−ＩＩ、７０ｍｏｌ％のＳＢＭＡモノマー比、２．０ｍｏｌ／Ｌのインキュベーション濃度および９０容積％のメタノールと５容積％の水の混合溶媒を含む溶液中、２０℃で２４時間、ＳＰＵフィルムをインキュベートすることによって作製したＩＰＮフィルム；ＨＥＭＡヒドロゲル、２−ヒドロキシエチルメタクリレートヒドロゲル；およびＳＢＭＡヒドロゲル、本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）ヒドロゲル（スルホベタインメタクリレート）；
【図２３Ａ】図２３Ａは、２０℃にて０．５ｍｏｌ／Ｌのインキュベーション濃度および７０ｍｏｌ％のＳＢＭＡモノマー比で、３つの溶媒：メタノール（○）；１：１容積比の混合エタノール／メタノール（△）；および１：１容積比の混合イソプロパノール／メタノール（□）に関するインキュベーション時間の関数としての本発明の代表的相互侵入高分子網目への相対的タンパク質吸着を比較するグラフである；
【図２３Ｂ】および図２３Ｂは、対応するＩＰＮフィルムに対するＳＰＵフィルムの膨潤比を比較するグラフである；
【図２４】図２４は、２０℃で２４時間の、７０ｍｏｌ％のＳＢＭＡモノマー比を有するメタノール溶液中のインキュベーション濃度の関数としての本発明の代表的相互侵入高分子網目への相対的タンパク質吸着を比較するグラフである；
【図２５Ａ】図２５Ａは、２０℃にて７０ｍｏｌ％のＳＢＭＡモノマー比および０．５ｍｏｌ／Ｌまたは１．０ｍｏｌ／Ｌのインキュベーション濃度を有するメタノール溶液中でのインキュベーション時間の関数としての本発明の代表的相互侵入高分子網目への相対的タンパク質吸着を比較するグラフである；および
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、対応するドライＩＰＮフィルムの膨潤比と重量増加を比較するグラフである；
【図２６】図２６は、２０℃で２４時間の１ｍｏｌ／ｌのインキュベーション濃度で、ＳＢＭＡモノマー比（ｍｏｌ％）の関数としての本発明の代表的相互侵入高分子網目への相対的タンパク質吸着を比較するグラフである；
【図２７】図２７は、非改変ＳＰＵフィルムのスペクトルに対して、表面から０および２０μｍのＩＰＮ−Ｉフィルムについてのラマンスペクトルを比較する；
【図２８】図２８は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）測定（時間の関数としての波長シフト）によって得た本発明の代表的表面（ポリ（カルボキシベタイン）被覆表面）へのいくつかのタンパク質（フィブリノゲン、リゾチームおよびｈＣＧ）の吸着を比較するグラフである：ＰＢＳ（１５０ｍＭ、ｐＨ７．４）からの１ｍｇ／ｍＬフィブリノゲン、１ｍｇ／ｍＬリゾチームおよび２０μｇ／ｍＬの吸着；
【図２９】図２９は、本発明の代表的表面、ポリ（スルホベタイン）またはポリ（カルボキシベタイン）被覆表面を提供するために開始剤でシラン化したガラス表面からのＡＴＲＰによる表面グラフト化を作製するための方法の略図である；
【図３０−１】図３０Ａ−３０Ｄは、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）中の組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）（図３０Ａおよび３０Ｂ）および本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）ヒドロゲル（ポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲル）（図３０Ｃおよび３０Ｄ）への内皮細胞付着を比較する画像であり、図３０Ａおよび３０Ｃは１日後であり、図３０Ｂおよび３０Ｄは５日後である；
【図３０−２】図３０Ａ−３０Ｄは、１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）中の組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）（図３０Ａおよび３０Ｂ）および本発明の代表的ポリ（スルホベタイン）ヒドロゲル（ポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲル）（図３０Ｃおよび３０Ｄ）への内皮細胞付着を比較する画像であり、図３０Ａおよび３０Ｃは１日後であり、図３０Ｂおよび３０Ｄは５日後である；および
【図３１Ａ】図３１は、本発明のポリ（カルボキシベタイン）材料を作製する上で有用なカルボキシベタインメタクリレート（ＣＢＭＡ）の化学構造および１Ｈ−ＮＭＲスペクトルの説明図である。
【図３１Ｂ】図３１は、本発明のポリ（カルボキシベタイン）材料を作製する上で有用なカルボキシベタインメタクリレート（ＣＢＭＡ）の化学構造および１Ｈ−ＮＭＲスペクトルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
発明の詳細な説明
本発明は、低汚損表面、低汚損表面を作製する上で有用な材料、低汚損表面を作製するための方法、および低汚損表面を使用するための方法を提供する。低汚損表面はスルホベタインおよびカルボキシベタイン材料を含む。
【００２６】
本発明は、超低汚損表面を提供する。ここで使用する、「低汚損表面」および「超低汚損表面」という用語は、タンパク質吸着に耐性である表面を指す。タンパク質吸着に耐性である超低汚損表面はまた、細胞付着、細菌および他の微生物の付着、およびバイオフィルム形成に対しても耐性である。
【００２７】
本発明の超低汚損表面は、表面を超低汚損にする１またはそれ以上の物質で処理された表面である。超低汚損表面を与えるために表面を処理するのに有用な適切な物質は、両性イオン物質を含む。両性イオン物質は、典型的には等量の正電荷と負電荷を含む電気的に中性の物質である。本発明の超低汚損表面を作製する上で有用な代表的両性イオン物質は、スルホベタイン材料（硫酸の負電荷とアンモニウムの正電荷）およびカルボキシベタイン材料（カルボキシの負電荷とアンモニウムの正電荷）を含む。
【００２８】
１つの態様では、本発明は、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料で被覆された表面を有する基材を提供する。基材は、その上にスルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を備えた表面を有する。表面は、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の少なくとも１つの完全な単分子層で被覆される。単分子層は自己組織化単分子層であり得る。
【００２９】
本発明の表面の利点は、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の十分に制御された密度から生じる。表面被覆材料の十分に制御された密度は本発明の表面の特徴である。被覆材料の十分に制御された密度は表面に低汚損特性を与える。ここで使用する、「十分に制御された密度」という用語は、被覆材料の少なくとも１つの完全な単分子層で被覆され、実質的に欠陥がない（すなわち単一欠陥が約１ｎｍ２を超えない）表面を表わす。ここで使用する、「欠陥」という用語は、非汚損被覆材料（たとえば非汚損基）で覆われていない表面上の領域と定義される。一般に、表面上に物質の層が存在するとき、欠陥の大きさはタンパク質吸着に対する表面の耐性に関連する：欠陥のサイズが小さいほどタンパク質耐性が大きい。十分に制御された密度を有する本発明の代表的超低汚損表面は、単一欠陥が約１ｎｍ２を超えない（すなわち各々の単一欠陥が約１ｎｍ２未満である）、欠陥を含む。
【００３０】
本発明の超低汚損表面は、スルホベタインまたはカルボキシベタイン被覆材料の十分に制御された密度を有する。本発明の表面はタンパク質吸着に対して耐性である。本発明のタンパク質吸着耐性の超低汚損表面の１つの尺度は、単位面積当たりの表面に吸着するフィブリノゲンの量である。本発明の表面は、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、表面は約１０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、表面は約５ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、表面は約０．３ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。
【００３１】
本発明の代表的低汚損表面は、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、スルホベタイン材料で被覆された表面は、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。もう１つの実施形態では、スルホベタイン材料で被覆された表面は、約１０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。もう１つの実施形態では、スルホベタイン材料で被覆された表面は、約５ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。もう１つの実施形態では、スルホベタイン材料で被覆された表面は、約０．３ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料で被覆された表面は、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。もう１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料で被覆された表面は、約１０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。もう１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料で被覆された表面は、約５ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。もう１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料で被覆された表面は、約０．３ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する。
【００３２】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料はポリ（スルホベタイン）である。スルホベタイン材料は、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される１またはそれ以上のモノマーから製造できる。
【００３３】
１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料はポリ（カルボキシベタイン）である。カルボキシベタイン材料は、カルボキシベタインアクリレート、カルボキシベタインアクリルアミド、カルボキシベタインビニル化合物、カルボキシベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択される１またはそれ以上のモノマーから製造できる。
【００３４】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料は、ポリ（スルホベタイン）を含むジブロックコポリマーである。１つの実施形態では、ジブロックコポリマーはポリ（プロピレンオキシド）を含む。
【００３５】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料は相互侵入高分子網目である。１つの実施形態では、カルボキシベタイン材料は相互侵入高分子網目である。相互侵入高分子網目は、ポリウレタン、シリコーン、ポリエステル、ポリエチレンおよびポリアミドから成る群より選択されるポリマーを含み得る。
【００３６】
１つの実施形態では、スルホベタイン材料は、ポリ（スルホベタイン）またはポリ（カルボキシベタイン）の少なくとも１つを含む高分子ブレンドである。
【００３７】
ここで述べる材料と方法を用いて様々な表面を超低汚損にし得る。超低汚損にすることができる代表的表面は、金属および金属酸化物表面、セラミック表面、合成および天然高分子表面、ガラス表面、ガラス繊維表面、シリコーン／シリカ表面、および炭素系材料の表面を含む。代表的な天然高分子表面は、コラーゲン、フィブリン、および組織工学の使用に適する他の炭水化物表面を含む。代表的な炭素系材料表面は、炭素繊維、ナノチューブ、およびかさの高い球体（ｂｕｌｋｙ  ｂａｌｌ）表面を含む。
【００３８】
本発明のもう１つの態様では、超低汚損表面を作製するために有用な材料が提供される。適切な材料は、表面適用したとき（たとえば表面に共有結合するまたは表面に物理的に吸着させる）、表面をタンパク質吸着耐性にする、両性イオン物質を含む。
【００３９】
ここで使用する、「高分子ブレンド」という用語は、密接に組み合わされた構造的にまたは立体は位置的に異なる特徴を有する２またはそれ以上の高分子鎖を指す。２またはそれ以上の高分子は、高分子ブレンドを形成するための物理的に混合される。
【００４０】
代表的両性イオン材料は、両性イオンモノマーから誘導される高分子を含む。本発明において有用である適切な材料は、スルホベタインポリマーおよびカルボキシベタインポリマーを含む。スルホベタインポリマーはスルホベタイン単位を含み、反応性スルホベタインモノマーを適切に重合することによって作製できる。カルボキシベタインポリマーは、カルボキシベタイン単位を含み、反応性カルボキシベタインモノマーを適切に重合することによって作製できる。
【００４１】
本発明の表面は、スルホベタインおよびカルボキシベタインポリマー材料で被覆される。
【００４２】
スルホベタインポリマー
スルホベタインポリマーを、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を通して開始剤を末端に有する層（たとえば自己組織化単分子層などの単分子層）にグラフト化する。開始剤を末端に有する層で基材表面を被覆する。次に、スルホベタインモノマーを前記層に重合して、基材表面にスルホベタインポリマーコーティングの層を形成する。層の末端のラジカル開始剤によって原子移動ラジカル重合が開始される。
【００４３】
１つの実施形態では、スルホベタインポリマーは、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を通して開始剤を末端に有する自己組織化単分子層（ＳＡＭ）からグラフト化される。ラジカル開始剤を末端に有するＳＡＭで基材表面を被覆する。次に、スルホベタインモノマーをＳＡＭに重合して、基材表面にスルホベタインポリマーコーティングの層を形成する。ＳＡＭの末端のラジカル開始剤によって原子移動ラジカル重合が開始される。
【００４４】
ラジカル末端ＳＡＭは、１工程または２工程法によって形成できる。１工程法では、開始剤ＳＡＭは、ラジカル開始剤を末端に有する分子を、共有結合または非共有結合を通して表面に結合することによって形成される。２工程法では、官能基を末端に有するＳＡＭは、官能基を末端に有する分子を、共有結合または非共有結合を通して表面に結合することによって形成される。官能基を末端に有するＳＡＭを、その後、化学反応によって開始剤を末端に有するＳＡＭに変換する。固定化開始剤を有する表面へのスルホベタインモノマーの重合は、表面にスルホベタインポリマーの層を形成する。代表的な開始剤末端ＳＡＭおよびヒドロキシ末端ＳＡＭの合成を実施例１で述べ、図１に示す。開始剤被覆表面への代表的スルホベタインポリマーのグラフト化を実施例２で述べ、図２に示す。
【００４５】
超低汚損表面は、十分に制御された開始剤形成および生体重合手法の使用による基材表面からの高分子鎖の伸長後に達成される。代表的な方法は特定成分を有すると述べられているが、本発明の基材表面は様々な表面であり得ること、官能基末端ＳＡＭはラジカル開始剤への変換に適するいかなる官能基でもあり得ること、表面の開始剤末端ＳＡＭは様々なラジカル開始剤であり得ること、および本発明の被覆材料は様々なスルホベタインポリマーを含み得ることが認識される。
【００４６】
本発明を説明するときに使用する表面は、金被覆基材表面およびガラス表面を含む。他の表面も、本発明の表面を提供するために本発明の方法において使用できることが認識される。
【００４７】
図１に示すように、ＡＴＲＰ開始剤を基材表面に固定化するために２つの方法が使用できる。１つのアプローチは、開始剤を末端に有するチオールを調製し、チオールから基材表面に開始剤末端ＳＡＭを形成することである。他方のアプローチは、メルカプトアルコールから基材表面にヒドロキシル末端ＳＡＭを形成し、その後ヒドロキシル基とハロゲン化アルキルの反応によって開始剤基を表面にグラフト化する。ラジカル開始剤を末端に持つＳＡＭ表面への、スルホベタインモノマー、Ｎ−（３−スルホプロピル）−Ｎ−（メタクリルオキシエチル）−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムベタイン（ＳＢＭＡ）の重合は、室温で実施することができ、反応媒質は水または他の極性溶媒であり得、生成物であるスルホベタインポリマーの分子量は制御可能である。
【００４８】
ＡＴＲＰを通してＳＢＭＡを重合した後、タンパク質吸着は０．０２ｎｍ未満（０．１％ＭＬまたは０．３ｎｇ／ｃｍ２のフィブリノゲン吸着）に大きく低下した（図５Ａ参照）。リゾチームおよびウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）吸着も表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）によって測定し、フィブリノゲン吸着と同様のレベルであることを認めた。この方法により、十分に制御されたポリ（ＳＢＭＡ）ブラシで被覆された超低汚損表面が実現された。ポリ（ＳＢＭＡ）でグラフト化された基材は、実施例で述べるように調製したポリ（ＳＢＭＡ）被覆表面が、それらの超低汚損特性を失うことなく１ヶ月間以上室温で空気中に放置されたまたは水中に液浸されたという事実によって証明されるように、安定である。
【００４９】
開始剤ＳＡＭの品質はその後の表面重合およびタンパク質吸着にとって重要である。表面上の非結合開始剤の量はフィブリノゲン吸着に影響を及ぼす（図６）。適切な溶媒による開始剤ＳＡＭの処理が、超低汚損表面を実現するために必要である。実施例のＳＡＭは、金被覆基材を、表面の慎重な清掃後、室温でチオールの純粋なエタノール溶液に浸すことによって調製された。表面上の非結合開始剤のパーセンテージは開始剤溶液の濃度に比例する。開始剤ＳＡＭを、大部分のＳＡＭの調製におけるように純粋エタノールだけで洗った場合、有意の量の非結合チオール分子が認められた。これらの非結合チオール分子は、開始剤ＳＡＭをエタノール、次いでＴＨＦで洗浄した場合には完全に除去され、これは、ＴＨＦがチオール分子１（図１参照）に関してエタノールよりも良好な溶媒であるためである。原子間力顕微鏡検査（ＡＦＭ）画像は、表面が、金基材からの欠陥と領域を除き、金上の開始剤ＳＡＭに関する特徴がないことを示し、金表面上の非結合チオール分子を伴わない均質な単分子層を指示した（図７）。
【００５０】
表面重合後、ポリマーの厚さは、１２ｎｍから、偏光解析法によって正確に測定するには厚すぎるまでの範囲にわたる。図８は、異なるポリマーの厚さを有するこれら２つの重合表面へのフィブリノゲン吸着に関するＳＰＲからの波長シフトの差を示す。非結合チオールを伴う表面から開始されるより厚いポリマー層は、吸着フィブリノゲンの６％ＭＬに相当する、多少のフィブリノゲン吸着（波長の０．９ｎｍシフト）を導く。非結合開始剤を伴わない表面から開始されるポリマー層は、非常に低いタンパク質吸着を有する。非結合チオール分子は、厚いポリマーフィルムの形成を生じさせ得る。鎖内および鎖間イオン接触による両性イオン基の間での強力な分子間相互作用は、厚いポリマーフィルム内で脱水を導き、それゆえタンパク質吸着を導く。
【００５１】
スルホベタインポリマーブラシは迅速に成長した。図８は、種々のＳＢＭＡ濃度に関する重合時間の関数としてのポリマーの厚さを示す。０．１ＭのＳＢＭＡ濃度との反応に関しては、ポリマーフィルムの厚さは反応の開始時に急速に増大し、約８ｎｍで横ばい状態となり、この時点で停止反応が起こると考えられる。０．３ＭのＳＢＭＡ濃度に関する反応は約１２ｎｍで横ばい状態となった（図８）。より高い濃度との反応は、表面上の厚く不均一なポリマーフィルムを導く。より長い反応時間は、偏光解析法によってフィルムの厚さを測定することを困難にする、溶液全体のゲル化を生じさせることさえあり得る。臭化銅／ビピリジン（ＣｕＢｒ／ＢＰＹ）錯体を、重合を触媒するために使用した。図８はまた、ＳＰＲによって測定したポリ（ＳＢＭＡ）被覆表面へのフィブリノゲン吸着を示す。５−１２ｎｍの範囲のポリマーフィルムの厚さを有する表面はすべて、フィブリノゲン吸着に対して高度に耐性であることが示されている。
【００５２】
本発明において有用なスルホベタインポリマーを作製するための代表的モノマーは、スルホベタインメタクリレート（ＳＢＭＡ）、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびヒドロキシル、イソシアネート、アミノまたはカルボキシル基を有する他のスルホベタイン化合物を含む。
【００５３】
代表的重合方法は、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）、可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）型重合、およびフリーラジカル重合である。重合のための従来のいかなるラジカル開始剤も本発明を実施するために使用し得る。常温または光化学的フリーラジカル重合のための代表的開始剤は、過酸化ベンゾイル、２，２’−アゾ−ビス（２−メチルプロイオニトリル）およびベンゾインメチルエーテルを含む。ＡＴＲＰのための代表的開始剤は、臭化ブロモイソブチリル（ＢＩＢＢ）などのハロゲン化アルキルを含む。ＲＡＦＴ型重合のための代表的開始剤（すなわち連鎖移動剤（ｃｈａｉｎ  ｒｅｂｅｒｓｉｂｌｅ  ａｇｅｎｃｙ（ＣＴＡ）を伴うフリーラジカル開始剤）は、チオカルボニルチオ化合物を含む。
【００５４】
１つの実施形態では、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）などの疎水性部分と、ポリ（ＳＢＭＡ）などのスルホベタイン部分を含む十分に定義されたジブロックコポリマーは、メチル（ＣＨ３）を末端に持つＳＡＭなどの、アルキル末端ＳＡＭで被覆された表面に吸着される。この実施形態に関して、疎水性ポリマーセグメントは疎水性表面に結合し、親水性スルホベタイン部分は溶液に暴露される。スルホベタインを含む代表的な十分に定義されたジブロックコポリマーを実施例３で説明し、図９に示す。
【００５５】
適切なＳＡＭで被覆された表面に加えて、他の疎水性材料で被覆された表面（または疎水性表面）も、本発明のコポリマーをそれらの表面に付着させるために使用できる。
【００５６】
超低汚損表面は、基材表面へのジブロックコポリマーの吸着後に実現される。代表的な方法は特定成分を有すると述べられているが、本発明の基材表面は様々な表面であり得ること、表面のＣＨ３末端ＳＡＭは末端に疎水性基を有する様々なＳＡＭであり得ること、本発明のジブロックコポリマーは、多様な長さを有する様々なスルホベタインベースの親水性部分と多様な長さを有する何らかの適切な疎水性部分から構成され得ること、およびジブロックコポリマーは何らかの適切な重合方法によって調製され得ることが認識される。
【００５７】
図９に図式的に示すように、ジブロックコポリマーの共重合は、遷移金属化合物が、モノマーを非機能性マクロ開始剤に連続的に連結するためのハロゲン原子の担体として働く、可逆的レドックス工程である。合成において、マクロ開始剤を有するＰＰＯ（ＰＰＯ−Ｂｒ）を、モノヒドロキシベースのポリ（プロピレングリコール）を２−ブロモイソブチリルブロミドと反応させることによって合成した。１１２００の分子量を有するＳＢＭＡの重合のために、ＰＰＯ−Ｂｒと触媒ＣｕＢｒの存在下でスルホベタインモノマー（ＳＢＭＡ）を重合してコポリマーを生成した。ＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）ジブロックコポリマーの構造を１Ｈ核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法によって特性決定した。ＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡ３５についての典型的スペクトルを図１０に示す。
【００５８】
メチル末端ＳＡＭを、清浄金被覆基材をＨＳ（ＣＨ２）８ＣＨ３の溶液に浸すことによって金被覆ガラス基材上に形成した。次に、ＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）ジブロックコポリマー溶液を基材表面に流し、続いて、ゆるく吸着されたコポリマーを除去するために緩衝液で洗い流した。この実施例では、物理的に吸着されたコポリマーで被覆された表面へのタンパク質吸着を評価するためのモデル系としてフィブリノゲンを使用した。タンパク質吸着の量は、タンパク質吸着前と吸着後に確立された２つの基線値の差として定義される。図１１は、コポリマーＡの吸着とそれに続くフィブリノゲン吸着のインサイチュー評価についての典型的ＳＰＲセンサーグラムを示す。
【００５９】
疎水性ＣＨ３−ＳＡＭ表面への十分に定義されたジブロックコポリマー、ＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）の物理的吸着を実施した。物理的に吸着されるコポリマーの表面充填密度を制御するため、３つの異なるＳＢＭＡベースのブロックコポリマー（ＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡ２０、ＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡ３５およびＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡ５０と称する）を合成した。ポリ（ＳＢＭＡ）の鎖長を、周囲温度でＡＴＲＰによる連続的モノマー付加によって制御し、一方ＰＰＯの鎖長は一定に保持した。３つのＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）コポリマーについての合成パラメータと平均分子量を表１に要約する。
【００６０】
【表１】
2014039828.tif 000002
ａ開始剤：Ｃｕ（Ｉ）Ｂｒ：ｂｐｙの比率は１：１：２であった。
ｂＤＰｎは重合の程度である。
ｃＭｎは平均分子量であり、Ｍｗ／Ｍｎは調製されたコポリマーの多分散性である。
【００６１】
ポリ（ＳＢＭＡ）鎖がより長いとき、ポリ（ＳＢＭＡ）／ＰＰＯの鎖長比はより高く、ジブロックコポリマーの構造はより対称でない。この２工程反応経路（図９）は、制御された分子量（Ｍｎ）と多分散性（Ｍｗ／Ｍｎ＝１．２−１．３５）を有するＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）コポリマーを提供した。低い多分散性は良好に制御された重合精度を指示する。図１２は、得られた３つのコポリマーの分子量が６５００−１５０００の範囲であり、低い多分散性を有することを示す。コポリマーＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡｓ０、ＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡ３５およびＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡ５０を、図１２ではそれぞれコポリマーＡ、ＢおよびＣと表わしている。３つのＳＢＭＡベースのブロックコポリマーは異なる充填密度とタンパク質吸着行動を有すると予測される。コポリマーとタンパク質の両方の吸着量をＳＰＲから得た。
【００６２】
表面充填密度、およびそれゆえタンパク質吸着への０．００５−１ｍｇ／ｍＬのＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）溶液濃度の作用を測定した。図１３からわかるように、タンパク質吸着は層の化学と構造、すなわち（ａ）溶液中のＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）の濃度（ＣＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ））および（ｂ）ポリ（ＳＢＭＡ）の体積分率［ｆポリ（ＳＢＭＡ）］によって決定される、ＳＢＭＡ表面密度と（ＳＢＭＡ）／ＰＰＯ比に依存する。低いＣＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）（たとえばＣＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）が０．０２ｍｇ／ｍｌ未満である）では、タンパク質吸着は、より高い表面ＳＢＭＡ被覆率のゆえに、より高いｆポリ（ＳＢＭＡ）のＰＰＯ−ＳＢＭＡジブロックコポリマーに関してより低い。これに対し、高いＣＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）では、より低いｆポリ（ＳＢＭＡ）のＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）ジブロックコポリマーへのタンパク質吸着は急速に低下する。より低い分子量を有するコポリマーＡに関して、ＣＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）が０．０３ｍｇ／ｍｌより大きいときは、タンパク質吸着が非常に低い（３ｎｇ／ｃｍ２）。コポリマーＣについては、広範囲のＣＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）にわたってタンパク質吸着はより高いレベル（２０．３ｎｇ／ｃｍ２）のままである。仮説によって限定されるのは望むところではないが、これは、より大きなＳＢＭＡセグメントはそれら自体の間に腔を創造し、表面を完全に覆うことができず、タンパク質吸着を導くためであると考えられる。
【００６３】
ＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）の表面充填密度は、タンパク質吸着に対する表面耐性において重要な役割を果たす。図１４は、ＣＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）＝１．０ｍｇ／ｍｌについての様々なＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）被覆表面へのフィブリノゲン吸着に関するＳＰＲセンサーグラムを示す。フィブリノゲン吸着は、コポリマーＡおよびＢで被覆された表面に対しては非常に低く、コポリマーＣ表面に対してはより高い。これは、コポリマーＣの大きな分子サイズから形成される高い表面充填欠陥によるものである。コポリマーＣで被覆した表面をより小さな分子量のコポリマーＡで埋め戻したとき（図１５に示す）、やはり非常に低いタンパク質吸着が達成された。この結果は、より高いフィブリノゲン吸着が、より高い分子量を有するコポリマーの吸着によって引き起こされるより高い表面空孔によるものであり、これらの腔はより小さな分子量のコポリマーで埋め戻しできることを示唆する。
【００６４】
ＳＢＭＡを含むコポリマーは、表面ＳＢＭＡ密度が高い場合、タンパク質吸着に耐性であるために理想的である。様々なタンパク質の吸着に対するＳＢＭＡベースのコポリマーの耐性を、コポリマーＡへの３つのタンパク質、フィブリノゲン、ＢＳＡおよびリゾチームの吸着を、様々な分子量（１４．３ｋＤ−３４０ｋＤ）とｐＩ（４．８−１０．９）で測定することによってさらに評価した。図１６は、コポリマーＡへの３つのタンパク質すべての吸着が０．２５ｎｍより低い（約３．７５ｎｇ／ｃｍ２）ことを示す。
【００６５】
ブロックコポリマーに関して、スルホベタイン部分のための代表的モノマーは、スルホベタインメタクリレート（ＳＢＭＡ）、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびヒドロキシル、イソシアネート、アミノまたはカルボキシル基を有する他のスルホベタイン化合物を含む。いかなる疎水性高分子鎖も、本発明のコポリマーのための疎水性部分として使用できる。代表的疎水性部分は、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタンおよびポリアミドを含む。
【００６６】
１つの実施形態では、ポリ（ＳＢＭＡ）コーティングを実施例５で述べるように製造した。この実施例は、生物汚損を低減するためまたは生体適合性を上昇させるために単独で使用できるまたは通常の塗料に添加することができるポリＳＢＭＡの製造を説明する。ポリマーは、ＳＢＭＡとＡＩＢＮを反応させ、次にラウリルメタクリレートを添加することによって作製した。生成物をろ過し、９９ｇ／Ｌの濃度でキシレンに分散させた。固相酵素免疫検定法（ＥＬＩＳＡ）は、ポリＳＢＭＡ被覆表面へのタンパク質吸着の８０％以上の低下を示した（結果を図１７に示す）。海洋生物汚損アッセイは、ポリＳＢＭＡコーティングが海洋微生物の沈着を有意に低減することを示した（図１９−２１参照）。
【００６７】
実施例５で述べるように作製したポリＳＢＭＡは、生物汚損を低減するためにエポキシ系塗料に添加することができる。代表的製剤中の成分を表２に示す。
【００６８】
【表２】
2014039828.tif 000003
ポリＳＢＭＡ分散は９９ｇ／Ｌの濃度のキシレン中のポリＳＢＭＡであり、エポキシ樹脂は７０−８０％溶液であり、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３およびカーボンブラックは色素である。この製剤中、添加物は有機粘土構造化剤、シリカ揺変剤から成る。架橋剤は、周囲温度でエポキシ樹脂と反応するポリアミドである。液体汚損防止コーティングは、ブラシまたはスプレーによってエポキシプライマー基材に被覆される。ＥＬＩＳＡは、フィブリノゲン吸着の有意の低下を示し、Ｈ．ｅｌｅｇａｎｓ沈着は５０％以上減少する。
【００６９】
相互侵入高分子網目
もう１つの態様では、本発明は、相互侵入高分子網目（ＩＰＮ）で被覆された超低汚損表面を提供する。ここで使用する、「相互侵入高分子網目」（ＩＰＮ）という用語は、分子規模で少なくとも部分的に織り交ざっているが、互いに共有結合しておらず、化学結合が壊れない限り分離することができない１またはそれ以上の網目を含む高分子を指す。
【００７０】
１つの実施形態では、スルホベタインポリマーを含む相互侵入高分子網目（ＩＰＮ）は、スルホベタインモノマーを第二材料のマトリックスに侵入させ、モノマーを重合させることによって提供される。第二材料は、侵入化合物と同じであるかまたは異なっていてもよい。スルホベタインポリマーおよびセグメント化ポリウレタン（ＳＰＵ）を含む代表的ＩＰＮを実施例６で説明し、図３に例示する。
【００７１】
タンパク質吸着に耐性であり、高い機械的強度を有する相互侵入高分子網目（ＩＰＮ）を、セグメント化ポリウレタン（ＳＰＵ）を架橋スルホベタインメタクリレート（ＳＢＭＡ）ポリマーで改変することによって作製した。ＳＰＵを、ＩＰＮフィルムの機械的強度を補強するためのマトリックス成分として使用し、ポリ（ＳＢＭＡ）を、ＩＰＮフィルムのタンパク質吸着を低減するために使用した。図３に示すように、ＳＰＵフィルムは溶媒蒸発法で調製した。次にＳＰＵフィルムを、ＳＢＭＡモノマー、２−エチルヘキシルメタクリレート（ＥＨＭＡ）モノマー、グリコール１，３−ジグリセロレートジアクリレート（ＧＤＧＤＡ）架橋剤、および光開始剤を含むインキュベーション溶液に液浸した。ＩＰＮフィルムを創製するために可視光照射による光重合によってＳＢＭＡ重合を開始させた。
【００７２】
インキュベーション溶液の総濃度（またはインキュベーション濃度）を、最適結果が得られるように調整した。ＳＢＭＡモノマー比（ｍｏｌ％）は、ＳＢＭＡモノマーのモル数をインキュベーション溶液中のＳＢＭＡとＥＨＭＡモノマーの総モル数で除したものと定義される。実施例では、ＩＰＮについての作製条件を最適化するためにＳＢＭＡモノマー比を０−１００ｍｏｌ％に調整し、ＧＤＧＤＡは１．０×１０−２ｍｏｌ／Ｌに固定した。副反応を排除するため、暗所にて窒素の存在下で光開始剤（たとえばカンホルキノンおよびエチル４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ベンゾエート）をインキュベーション溶液に添加した。光重合のために、ＳＰＵフィルムを可視光（λ＝４００−５００ｎｍ）で照射してＩＰＮフィルムを形成した。次に、非反応モノマーを除去するために当技術分野で公知の広く確立された後処理手順に従ってＩＰＮフィルムを清掃した。ＩＰＮフィルムの化学組成物の深さプロフィールを共焦点ラマン顕微鏡検査によって測定した。ＩＰＮフィルム上の吸着タンパク質の量を固相酵素免疫検定法（ＥＬＩＳＡ）によって測定した。
【００７３】
ＩＰＮ作製のための工程は一般に２つの段階に分けることができる。最初の段階はより短いインキュベーション時間に関連する。この段階では、インキュベーション溶液からＳＰＵマトリックス中に拡散するポリ（ＳＢＭＡ）の量は主としてＳＰＵ膨潤の程度によって制御される。第二段階はより長いインキュベーション時間に結びつく。この段階では、ＳＰＵマトリックス内のポリ（ＳＢＭＡ）の量はＳＰＵフィルム内のＳＢＭＡの溶解度によって決定される。それゆえ、溶媒の極性がＩＰＮ作製において非常に重要な役割を果たし、溶媒極性の相殺取引が存在すると予想される。より極性の低い溶媒中でのインキュベーションは、最初、より高いＳＰＵ膨潤（またはマトリックス内へのより高いＳＢＭＡ拡散またはより低いタンパク質吸着）を生じさせる。しかしまた、長時間のインキュベーション後には、ＳＰＵフィルム内のより低いＳＢＭＡ溶解度（またはＳＰＵマトリックス内のより低いＳＢＭＡ富化領域またはより高いタンパク質吸着）を有する。インキュベーション溶液は、疎水性ＳＰＵを膨潤させることおよび親水性ポリ（ＳＢＭＡ）を溶解することの両方ができるべきであり、ＩＰＮフィルムの最良の性能を達成するためには適切な溶媒極性が必要である。
【００７４】
ＩＰＮフィルム上の吸着タンパク質の量は、溶媒の極性、インキュベーション時間、ＳＢＭＡモノマー比およびインキュベーション濃度を含む、インキュベーション条件に依存する。長いインキュベーション時間でより高い極性の混合溶媒中で作製したＩＰＮは非常に低いタンパク質吸着を有すると思われ、ＳＰＵフィルム内のＳＢＭＡ単位の分布を十分に制御したとき、ポリ（ＳＢＭＡ）を含むＩＰＮは非特異的タンパク質吸着に対して高度に耐性であり得ることを示唆する。
【００７５】
作製した各々のＩＰＮフィルム上のタンパク質吸着を、ポリスチレン（ＰＳ）を対照標準基材として使用してＥＬＩＳＡによって評価した。ＰＳ上の吸着と比較した様々な試料についての相対的タンパク質吸着を図２２に示す。図２２を参照すると、ＩＰＮフィルム上のタンパク質吸着は、ＰＳまたは他の非改変ＳＰＵフィルム上の吸着と比較して有意に低い。非改変ＳＰＵフィルム上の吸着ヒトＦｇはＰＳ上の８２％である。ＩＰＮフィルム上のタンパク質吸着はポリ（ＨＥＭＡ）ヒドロゲル上と同様であるかまたはさらに一層低く、一方でＩＰＮフィルムはポリ（ＨＥＭＡ）よりもはるかに良好な機械的性質を有する。タンパク質吸着が最も低いＩＰＮフィルムは、９５容積％のメタノールと５容積％の水を含む溶液中、２０℃で２４時間、ＳＢＭＡモノマー比７０ｍｏｌ％およびインキュベーション濃度２．０ｍｏｌ／ＬでＳＰＵフィルム（ＴＥＣＯＦＬＥＸ６０）をインキュベートすることによって実現された。ポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲルも比較のために使用した。ポリ（ＳＢＭＡ）への相対的タンパク質吸着はわずかに１．５％であり、ポリ（ＳＢＭＡ）が非特異的タンパク質吸着に対して高度に耐性であり得ることを示唆した。結果は、ポリ（ＳＢＭＡ）およびＳＰＵを含むＩＰＮが、機械的強度を維持しながら低いタンパク質吸着を達成するための卓越したアプローチであることを示す。
【００７６】
非特異的タンパク質吸着に対するＩＰＮの耐性は、それらの作製において使用される溶媒の極性に強く依存する。ＩＰＮ試料が非特異的タンパク質吸着に抗する能力は、ＳＰＵ膨潤の程度とＳＰＵフィルム内のＳＢＭＡの溶解度のバランスによって決定される。長いインキュベーション時間に関しては、非特異的タンパク質吸着に対するＩＰＮの耐性は主としてＳＰＵフィルム内のＳＢＭＡ溶解度によって決定される。より低いタンパク質吸着を有するＩＰＮ試料を調製するためにはより極性の溶媒が好ましい。ＳＰＵフィルムが、高度に極性のＳＢＭＡを含むより極性の溶媒によって長いインキュベーション時間の間に膨潤した後、より多くのＳＢＭＡがＳＰＵフィルム内に侵入し、ＳＰＵマトリックス内にＳＢＭＡに富む領域を形成することができる。短いインキュベーション時間については、ＩＰＮへのタンパク質吸着の低下は主としてＳＰＵ膨潤の程度によって決定される。より極性の低い溶媒はＳＰＵフィルムをより膨潤させ、より多くのＳＢＭＡがフィルム内に拡散することを可能にし、当初のタンパク質吸着の低下を導く。実施例では、作製されたＩＰＮフィルムへのタンパク質吸着の低下に対する溶媒極性の作用を、主として、極性の高いものから順に３種類のインキュベーションを使用して検討した：メタノールはエタノール／メタノールより極性が高く、エタノール／メタノールはイソプロパノール／メタノールより極性が高い。
【００７７】
図２３Ａに示すように、より極性の溶媒（すなわちメタノール）中で２４時間インキュベートしたＩＰＮフィルムでは、２つのより極性の低い混合溶媒（すなわちエタノール／メタノールおよびイソプロパノール／メタノール）から作製したものよりも低いタンパク質吸着が認められた。ＳＢＭＡモノマーは極性溶媒（メタノール）により良好に溶解して、ＳＰＵマトリックスと共にＳＢＭＡに富む領域の形成を生じさせ、タンパク質吸着に対するより良好な耐性を与えるので、より多くのＳＢＭＡ単位が、長いインキュベーションの期間中により極性の溶媒環境においてＳＰＵフィルムに分配され得ると考えられる。膨潤したＳＰＵフィルムとインキュベーション溶液の間の平衡が十分に長いインキュベーション時間で達成され、ＳＰＵフィルム内のより高いＳＢＭＡモノマー分配を生じさせた。それゆえ、長いインキュベーション期間にわたってタンパク質吸着を低減するためにＳＰＵフィルム内にＳＢＭＡに富む領域の形成を達成するには、より極性の環境が好ましい。これはまた、より強力な極性溶媒（すなわち５容積％の水）の添加によって作製したＩＰＮフィルム（ＩＰＮ−ＩＩ）が、なぜ図２２に示すように非特異的タンパク質吸着をさらに低減し得るかを説明する。ＩＰＮ−ＩＩは、純粋なメタノール中で作製されたＩＰＮ−Ｉ、およびＨＥＭＡヒドロゲルよりも良好である。純水はＳＰＵフィルムを膨潤させることができないので、ＩＰＮ作製のための良好な溶媒ではない。９５容積％のメタノールと５容積％の水を含む溶媒が、ＳＰＵ膨潤とＳＢＭＡ溶解度の良好な妥協策である。
【００７８】
ＳＰＵ膨潤対インキュベーション時間が図２３Ｂで比較されている。結果は、最初は極性の低い溶媒（たとえばエタノール／メタノールまたはイソプロパノール／メタノール）がＳＰＵフィルムをより急速に膨潤させることを示す。ＩＰＮ作製の間の膨潤比（％）は、作製されるＩＰＮフィルムと非改変ＳＰＵフィルムの間の直径の差を非改変ＳＰＵフィルムの直径で除したものと定義される。ＳＰＵフィルムは、エタノール／メタノール（またはイソプロパノール／メタノール）溶液中に浸したとき、２時間後にその最大量まで急速に膨潤したことがわかる。同様の程度の膨潤が、２４時間後であるが、メタノール溶液中で達成された。膨潤行動はタンパク質吸着の低減と相関し得る。図２３Ａに示すように、タンパク質吸着の低減は、最初の２時間はメタノール溶液よりもエタノール／メタノール（またはイソプロパノール／メタノール）溶液に浸したＳＰＵフィルムに関してより迅速である。しかし、エタノール／メタノール（またはイソプロパノール／メタノール）溶液中で調製したＩＰＮ試料に関するタンパク質吸着の低減は、２４時間後のメタノール溶液中で調製した試料に関するほど有意ではない。より極性の低い溶媒（たとえばイソプロパノール）はＳＰＵを膨潤させ、ＳＰＵマトリックス内にはるかに速く浸透することができても、ＳＢＭＡはＳＰＵフィルムの内部でイソプロパノールに富む領域に良好に溶解しない。これは、より多くのＳＢＭＡがＳＰＵフィルムに浸透するために膨潤の程度が重要であるのみならず、ＳＰＵフィルム内での溶媒の極性も、より多くのＳＢＭＡがＳＰＵマトリックスに溶解するために重要な役割を果たすことを明らかに指示する。より極性の溶媒は、長いインキュベーション期間後最終的にＳＰＵマトリックス内へのＳＢＭＡ浸透を促進することができるが、ＳＰＵフィルムの膨潤に関してはるかに緩やかな反応速度を有する。それゆえ、中間的な極性を有する適切な溶媒が、ＩＰＮ工程の反応速度と熱力学の間のバランスを保つ、ＩＰＮ作製のためのインキュベーション溶液として望ましい。
【００７９】
インキュベーション溶液の総濃度も、ＳＰＵフィルム内のＳＢＭＡ単位の分散に影響を及ぼし得る。この実施例では、濃度は０．１−３．０ｍｏｌ／Ｌの範囲であり、それに従って種々のインキュベーション濃度下で作製した様々なＩＰＮフィルムへのタンパク質吸着を評価した。図２３に示すように、約１．０ｍｏｌ／Ｌのタンパク質吸着の有効な低下が認められた。インキュベーション溶液のより低い濃度（０．５ｍｏｌ／Ｌ未満）に関しては、ＩＰＮフィルム内に形成されるＳＢＭＡに富む領域がないため、作製されたＩＰＮフィルムのより高いタンパク質吸着が認められた。より高濃度の溶液（２．０ｍｌ／Ｌ以上）中でインキュベートしたＩＰＮフィルムに関しては、高度に荷電したＳＢＭＡを含む高濃度インキュベーション溶液についての溶媒行動の変化により、タンパク質吸着に対するＩＰＮフィルムの耐性はさらに改善されなかった。図２５Ａに示すように、１．０ｍｏｌ／Ｌ溶液の場合には、溶解力の低い分子が、ＳＰＵフィルムを膨潤させ、ＳＰＵフィルム内へのＳＢＭＡ浸透を促進するために使用可能であるので、総濃度１．０ｍｏｌ／Ｌのインキュベーション溶液から作製したＩＰＮフィルムは０．５ｍｏｌ／Ｌ溶液から最初の２時間を超えて作製したものよりも緩やかにタンパク質吸着を低減させた。しかし、２４時間のインキュベーション後、タンパク質吸着のより有効な低減が１．０ｍｏｌ／Ｌ溶液に関して認められた。ＩＰＮ作製の間のタンパク質吸着の変化と共に膨潤比および重量増加の変動を比較することは興味深い。ＩＰＮ作製についての重量増加（％）は、作製されたＩＰＮフィルムと非改変ＳＰＵフィルムの間の乾燥重量の差を非改変ＳＰＵフィルムの乾燥重量で除したものと定義される。図２５Ｂから、膨潤比、重量増加、および作製されたＩＰＮフィルムのタンパク質吸着の間に相関が存在することがわかる。それらの結果は、インキュベーション時間が上昇すると共に、図２５Ｂにおける膨潤比と重量増加の上昇が図２５Ａにおけるより低いタンパク質吸着に対応することを明らかに示す。結果はまた、モノマー成分が実際にＳＰＵフィルム内に拡散し、ＩＰＮフィルム内にＳＢＭＡに富む領域を形成することを示唆する。
【００８０】
図２６は、インキュベーション溶液中の種々のＳＢＭＡモノマー比が、２０℃で２４時間のインキュベーション時間と１ｍｏｌ／Ｌのインキュベーション濃度で、ＩＰＮフィルムへのタンパク質吸着に及ぼす作用を示す。インキュベーション溶液中のＳＢＭＡモノマー比が上昇すると共に相対的タンパク質吸着が低下した。タンパク質吸着の最大低下は、ＳＢＭＡ対ＥＨＭＡのモル比が７：３のときに起こった。これらの結果は、より高いＳＢＭＡモル比を有するインキュベーション溶液は、タンパク質耐性のためにＩＰＮフィルム内により多くのポリ（ＳＢＭＡ）富化領域を導くことを示す。結果はまた、溶液中にある程度のＥＨＭＡ単位を含むことはＳＰＵとポリ（ＳＢＭＡ）の間の親和性を増強し得ることを示す。それゆえ、ＳＢＭＡ対ＥＨＭＡの良好に制御されたモル比は、ＳＰＵフィルム内のＳＢＭＡに富む領域の分散のためおよび非常に低いタンパク質吸着を有する優れたＩＰＮ構造の形成のために重要である。
【００８１】
ＩＰＮフィルムを特性決定するために共焦点ラマン分光法を使用した。典型的なスペクトルを図２７に示す。ポリ（ＳＢＭＡ）からのＳ−Ｃ化学結合が、ＩＰＮフィルムの上部から０および２０μｍの深さで出現する、６０５ｃｍ−１のラマンシフトで認められたが、非改変ＳＰＵフィルについてはそのようなシフトは認められず、ポリ（ＳＢＭＡ）が実際にＳＰＵフィルム内に浸透したことを指示した。上述したように、タンパク質吸着の低下は時間依存的様式を示し（図２３Ａおよび２５Ａ）、膨潤比と重量増加の変動（図２５Ｂ）とタンパク質吸着の変動の間には相関が存在する。１Ｍ濃度の小さなＳＢＭＡ分子に関しては、ＳＢＭＡの物理的吸着がかなり急速に起こるはずである。ラマンからの結果と共にこれらの事実は、ＳＢＭＡが単にＳＰＵフィルムの表面に吸着するのではなく、ＳＰＵマトリックス内に浸透することを示唆する。
【００８２】
相互侵入高分子網目を作製する上で有用なスルホベタインポリマーのための代表的モノマーは、スルホベタインメタクリレート（ＳＢＭＡ）、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびヒドロキシル、イソシアネート、アミノまたはカルボキシル基を有する他のスルホベタイン化合物を含む。代表的な基材は、ポリウレタン、シリコーン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリアミドおよびＴＥＦＬＯＮを含む。
【００８３】
カルボキシベタインポリマー
スルホベタインポリマーに加えて、カルボキシベタインポリマーも超低汚損表面を作製する上で有用である。
【００８４】
カルボキシベタインポリマーを、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を通して開始剤を末端に有する層（たとえばＳＡＭなどの単分子層）にグラフト化する。開始剤を末端に有する層で基材表面を被覆する。次に、スルホベタインモノマーを前記層に重合して、基材表面にスルホベタインポリマーコーティングの層を形成する。層の末端のラジカル開始剤によって原子移動ラジカル重合が開始される。
【００８５】
１つの実施形態では、本発明は、ポリ（カルボキシベタイン）（たとえばポリ（ＣＢＭＡ））などのカルボキシベタインポリマーに基づくコーティング材料を提供する。１つのほうほうでは、活性官能基を有するカルボキシベタインポリマーを、表面開始ＡＴＲＰ法によって開始剤で被覆された表面にグラフト化する。代表的非汚損カルボキシベタインポリマーを実施例７で説明し、その製造を図４に示す。
【００８６】
両性イオンポリ（カルボキシベタイン）材料は、ポリ（カルボキシベタイン）ポリマーを表面にグラフト化するかまたはポリ（カルボキシベタイン）ベースのヒドロゲルを調製することによって製造される。ポリ（カルボキシベタイン）で被覆した表面またはヒドロゲルは、タンパク質吸着または細胞付着に対して高度に耐性である。
【００８７】
超低汚損カルボキシベタイン表面は、制御された方法でポリ（カルボキシベタイン）ポリマー鎖を表面から成長させるリビング重合手法によって作製できる。実施例では、ポリ（カルボキシベタインメタクリレート）、ポリ（ＣＢＭＡ）を、表面開始ＡＴＲＰ法によって開始剤で被覆された基材表面にグラフト化することによって超低汚損表面を作製した。臭化ブロモイソブチリルとメルカプトウンデカノールを反応させることによってω−メルカプトウンデシルブロモイソブチレートを合成した。ω−メルカプトウンデシルブロモイソブチレートを含む溶液に金基材を浸すことにより、自己組織化を通して開始剤を金基材に固定化した。ＣＢＭＡモノマーの１つである、２−カルボキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２’−メタクリロイルオキシエチル）エタンアンモニウム内部塩を、２−（Ｎ，Ｎ’−ジメチルアミノ）エチルメタクリレートをβ−プロピオラクトンと反応させることによって合成した。ＣＢＭＡモノマーを、ＡＴＲＰによってラジカル開始剤を末端に有するＳＡＭからグラフト化した。ＣｕＢｒおよび２，２’−ビピリジン（ＢＰＹ）をそれぞれ触媒およびリガンドとして使用した。反応物を、メタノールと水の混合溶媒中、室温で温和な条件下に保持した。典型的なＡＴＲＰ重合後、均一なカルボキシベタインポリマーブラシを表面にグラフト化した。ポリマー層の厚さは、偏光解析法によって測定したとき約１０−１５ｎｍであった。
【００８８】
ポリ（ＣＢＭＡ）グラフト化表面への３つの異なるタンパク質、ヒトフィブリノゲン（３４０ｋＤ、ｐＩ＝５．５）、リゾチーム（１４ｋＤ、ｐＩ＝１２）、およびヒト絨毛性ゴナドトロピン（ｈＣＧ、３７ｋＤ、ｐＩ＝４．５）の吸着は、図２８に示すように０．３ｎｇ／ｃｍ２未満に低下する（あるいは波長シフトがＳＰＲセンサーの検出限界である０．０２ｎｍ未満である）ことが示された。それゆえ、ポリ（ＣＢＭＡ）グラフト化表面はタンパク質吸着に対して高度に耐性である。
【００８９】
本発明において有用なカルボキシベタインポリマーを作製するための代表的モノマーは、２−カルボキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２’−メタクリロイルオキシエチル）エタンアンモニウム内部塩などのカルボキシベタインメタクリレート；カルボキシベタインアクリレート；カルボキシベタインアクリルアミド；カルボキシベタインビニル化合物；カルボキシベタインエポキシド；およびヒドロキシル、イソシアネート、アミノまたはカルボキシル基を有する他のカルボキシベタイン化合物を含む。
【００９０】
カルボキシベタインポリマーは、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）、可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）型重合、およびフリーラジカル重合を含む重合方法によって作製できる。重合のための従来のいかなるラジカル開始剤も使用し得る。
【００９１】
ポリ（ＣＢＭＡ）またはポリ（ＳＢＭＡ）は、表面開始ＡＴＲＰによってガラス表面に被覆することができる。通常ガラス基材は清浄化された基材であり、その後２−ブロモ−２−メチル−Ｎ−３−［（トリメトキシシリル）プロピル］−プロパンアミドを含む溶液に液浸した。基材を浸漬溶液から取り出し、洗浄して、乾燥した。ＳＢＭＡ（またはＣＢＭＡ）を、表面開始ＡＴＲＰによってＣｕＢｒおよび２，２’−ビピリジンの存在下に固定化開始剤で２つの基材上で重合した。実施例９は、表面開始ＡＴＲＰによるスライドガラス上のポリＳＢＭＡ（またはポリＣＢＭＡ）コーティングの作製を説明し、図２９はこれを例示する。
【００９２】
固相酵素免疫検定法（ＥＬＩＳＡ）は、ポリＳＢＭＡ（またはポリＣＢＭＡ）グラフト化表面へのタンパク質吸着の有意の低下を示した。ポリマーグラフト化ガラス試料上の吸着フィブリノゲンは、通常ガラス試料の４％未満であった。緑藻類胞子と共に６時間インキュベーションした後、ポリＳＢＭＡまたはグラフト化表面上に藻類胞子または藻類付着は認められなかった。対照ガラス試料は緑藻類で覆われた。
【００９３】
もう１つの態様では、本発明は架橋ヒドロゲルを提供する。１つの実施形態では、本発明は架橋ポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲルを提供する。もう１つの実施形態では、本発明は架橋ポリ（ＣＢＭＡ）ヒドロゲルを提供する。
【００９４】
架橋ポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲルを実施例４で述べるように作製した。ＳＢＭＡモノマーをテトラエチレングリコールジメタクリレート（ＴＥＧＤＭＡ）に添加し、次にメタ重亜硫酸ナトリウムおよび過硫酸アンモニウムによって開始されるラジカル重合によって透明なヒドロゲルを作製した。重合後、残留化学物質を除去するための当技術分野で確立された手順に従ってゲルを調製した。上述したポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲルは、低いタンパク質吸着、および低い内皮細胞付着を有する。
【００９５】
架橋ポリ（ＣＢＭＡ）ヒドロゲルを実施例８で述べるように作製した。ＣＢＭＡモノマーをテトラエチレングリコールジメタクリレート（ＴＥＧＤＭＡ）に添加し、次にメタ重亜硫酸ナトリウムおよび過硫酸アンモニウムによって開始されるラジカル重合によって透明なヒドロゲルを作製した。重合後、残留化学物質を除去するための当技術分野で確立された手順に従ってゲルを調製した。ヒドロゲルをディスクにパンチした。試料をフィブロネクチン溶液中でインキュベートし、ウシ大動脈内皮細胞（ＢＡＥＣ）と共に培養した。その結果は、ポリ（ＣＢＭＡ）ヒドロゲル自体が細胞付着に対して高度に耐性であり、細胞付着のためのタンパク質を導入するように容易に改変され得ることを示す。
【００９６】
さらなる態様では、本発明は超低汚損表面を作製するための方法を提供する。１つの実施形態では、前記方法は、（ａ）基材表面にラジカル開始剤を末端に有する単分子層を形成すること；および（ｂ）ラジカル開始剤を末端に有する単分子層上で、スルホベタインまたはカルボキシベタインであるモノマーを重合することを含む。モノマーは、スルホベタインアクリレート、スルホベタインアクリルアミド、スルホベタインビニル化合物、スルホベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択できるか、またはカルボキシベタインアクリレート、カルボキシベタインアクリルアミド、カルボキシベタインビニル化合物、カルボキシベタインエポキシド、およびそれらの混合物から成る群より選択できる。１つのジでは、単分子層は自己組織化単分子層である。
【００９７】
１つの実施形態では、前記方法は、（ａ）基材表面に、末端にヒドロキシ基を有する単分子層を形成すること；（ｂ）ヒドロキシ末端単分子層を、ラジカル開始剤を末端に持つ単分子層に変換すること；および（ｃ）ラジカル開始剤単分子層上でモノマーを重合することを含む。前記モノマーは、上述したようなスルホベタインまたはカルボキシベタインであり得、単分子層は自己組織化単分子層であり得る。
【００９８】
もう１つの実施形態では、前記方法は、（ａ）基材表面に、末端にアルキル基を有する単分子層を形成すること；（ｂ）末端にアルキル基を有する単分子層を第一ジブロックコポリマーで処理すること；および（ｃ）末端にアルキル基を有する単分子層を第二ジブロックコポリマーで処理することを含む。１つの実施形態では、第一ジブロックコポリマーは、［疎水性モノマー］ｌ−ブロック−［親水性モノマー］ｍコポリマーを含む。１つの実施形態では、第一ジブロックコポリマーは、［プロピレンオキシド］ｌ−ブロック−［スルホベタインメタクリレート］ｍコポリマーを含む。１つの実施形態では、第二ジブロックコポリマーは、［疎水性モノマー］ｌ−ブロック−［親水性モノマー］ｎコポリマーを含む。１つの実施形態では、第二ジブロックコポリマーは、［プロピレンオキシド］ｌ−ブロック−［スルホベタインメタクリレート］ｎコポリマーを含む。これらのポリマーに関して、ｌは１０−３０の整数であり、ｍは１０−１００の整数であり、ｎは１０−５０の整数であり、およびｍはｎより大きい。
【００９９】
超低汚損表面を作製するための方法では、表面を超低汚損にする物質で表面を処理するか、または表面を超低汚損にするコーティングを表面上に形成する。
【０１００】
１つの方法では、超低汚損にしようとする表面を、表面を超低汚損にする物質（たとえば化合物またはポリマー）で処理する。この方法では、表面を超低汚損にする物質の一定量で表面を処理する。表面を超低汚損にするために有効な物質を表面に適用し、非共有結合相互作用を通してまたは結合相互作用（たとえば共有結合、イオン結合、静電結合、配位錯体形成）を通して表面に結合する。
【０１０１】
前記方法の１つの実施形態では、基材表面を洗い、清浄化して、その後超低汚損コーティング材料の溶液に一定期間浸漬する。生じた、超低汚損材料で被覆された基材表面を洗って乾燥する。前記手順は数回反復することができる。
【０１０２】
前記方法のもう１つの実施形態では、基材表面を洗い、清浄化して、その後アルキルチオールの溶液に浸漬する。次に第一ジブロックコポリマー溶液を、疎水性材料（たとえばＳＡＭ）で被覆された基材表面に流し、続いて、ゆるく吸着されたコポリマーを除去するために緩衝液で洗い流す。次に第二ジブロックコポリマー溶液を、第一ジブロックコポリマーで被覆された基材表面に流し、続いて、ゆるく吸着されたコポリマーを除去するために緩衝液で洗い流す。
【０１０３】
もう１つの方法では、超低汚損にしようとする表面を１またはそれ以上の物質で処理し、表面を超低汚損にするコーティングを表面上に形成するように加工する。この方法では、超低汚損表面を提供するように制御された方法で表面からポリマー鎖を成長させるリビング重合手法を使用してポリマーコーティングを表面にグラフト化する。
【０１０４】
基材表面でのポリマー材料のグラフト化は、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）、可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）型重合、およびフリーラジカル重合などの何らかの従来の重合方法によってであり得る。基材表面のＳＡＭは表面重合のための優れたプラットフォームである。他の疎水性材料（または疎水性表面）も適切である。１つの実施形態では、ポリマーは、ラジカル開始剤を末端に有する自己組織化単分子層（ＳＡＭ）からグラフト化される。基材表面を、ラジカル開始剤を末端に有するＳＡＭで被覆する。次に基材表面に超低汚損ポリマーコーティングの層を形成するためにモノマーをＳＡＭに重合する。ＳＡＭの末端でラジカル開始剤によって原子移動ラジカル重合が開始される。
【０１０５】
ここで述べる超低汚損表面および材料は、船殻コーティングなどの海洋用途、コンタクトレンズ、歯科インプラント、薬剤送達、移植材料およびインビボセンサーのためのコーティングなどの生物医学分野において使用し得る。従って、もう１つの態様では、本発明は、スルホベタインまたはカルボキシベタイン材料の単分子層を含み、約１ｎｍ２より大きな欠陥を有さず、約３０ｎｇ／ｃｍ２未満のフィブリノゲン吸着を有する１またはそれ以上の表面を備えた、以下を含む装置および材料を提供する：
本発明の超低汚損表面材料を含むように改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する粒子（たとえばナノ粒子）；
本発明の超低汚損表面材料を含むように改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有するナノ粒子を含む塗料；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有するナノ粒子を含む塗料で被覆された船殻；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する薬剤担体；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する非ウイルス性遺伝子送達システム；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有するバイオセンサー；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する、微生物懸濁液、ホルモン分離、タンパク質分画、細胞分離、廃水処理、オリゴ糖バイオリアクター、タンパク質限外ろ過および乳加工のための膜などの、バイオプロセスまたはバイオ分離のための装置；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する移植可能なセンサー；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する皮下センサー；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する、乳房インプラント、移植蝸牛刺激装置および歯科インプラントなどのインプラント；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有するコンタクトレンズ；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する組織スカフォールド；
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する、人工関節、人工心臓弁、人工血管、ペースメーカー、左心室補助装置（ＬＶＡＤ）、動脈グラフトおよびステントなどの移植可能な医療装置；および
本発明の超低汚損表面材料によって改変されたまたは本発明の方法によって作製された表面を有する、耳ドレナージ管、栄養管、緑内障ドレナージ管、水頭症シャント、人工角膜、神経誘導管、尿路カテーテル、組織接着剤、創傷包帯およびｘ線導管などの医療装置。
【０１０６】
以下の実施例は本発明を説明するために提供するものであり、限定のためではない。
【実施例１】
【０１０７】
代表的開始剤ＳＡＭおよびヒドロキシ末端ＳＡＭ：ＳＡＭの調製と開始剤の固定化
ＳＰＲガラスチップまたはシリコンウエハーを、真空下に電子ビーム蒸着によって接着促進クロム層（厚さ２ｎｍ）および表面プラズモン活性金層（４８ｎｍ）で被覆した。ＳＡＭの作製の前に、基材を純水エタノールで洗い、紫外光下で清浄化して、水と純水エタノールで洗った。金被覆基材を、慎重な清浄化後に、室温でチオールの純水エタノール溶液に浸すことによってＳＡＭを形成した。この実施例では、２つのＳＡＭ：開始剤ω−メルカプトウンデシルブロモイソブチレート（１）ＳＡＭ（開始剤ＳＡＭまたはＢｒ−ＳＡＭ）および１１−メルカプト−１−ウンデカノール（２）ＳＡＭ（ＯＨ−ＳＡＭ）を基材上に形成した（図１参照）。
【０１０８】
金表面に開始剤ＳＡＭを作製し、重合とタンパク質吸着へのそれらの作用を比較するため、様々な濃度の１溶液と清浄化手順を試験した。規定がない場合、基材を２４時間浸漬するために純水エタノール中の１ｍＭ  １溶液を使用した。基材を純水エタノール、次いでＴＨＦで洗浄し、窒素流で乾燥した。
【０１０９】
ヒドロキシル末端ＳＡＭの作製のために、金基材を１ｍＭ  ２エタノール溶液中に２４時間浸漬し、そのご基材をエタノールで洗って、窒素流で乾燥した。ヒドロキシル末端ＳＡＭを有する金基材を、無水操作で窒素保護下にＢＩＢＢと反応させた（図１）。この反応では、ＳＡＭ被覆した金基材をピリジン２．１ｍＬ（２６．５ｍｍｏｌ）と共に無水ＴＨＦ２５ｍＬ中でインキュベートし、その後静かに攪拌しながらＢＩＢＢ  ３．１ｍＬ（２５ｍｍｏｌ）を滴下した。臭化水素酸ピリジンと考えられる、白色沈殿物が反応の初期段階に形成された。反応後、基材をＴＨＦ、エタノールおよび脱イオン水で連続的に洗い、窒素流で乾燥した。
【実施例２】
【０１１０】
開始剤被覆表面への代表的スルホベタインポリマーのグラフト化
ＳＢＭＡ重合。ＣｕＢｒと固定化開始剤を有する基材を、窒素保護下で乾燥箱内の反応管に入れた。ゴム隔壁栓で密封した管を取り出した。次に、ＳＢＭＡとＢＰＹを含む脱ガス溶液（１：１容積比の純水とメタノール）を、窒素保護下に注射器を用いて管に移した。反応後、基材を取り出し、エタノールと水で洗って、試料を一晩水中に保持した。試験前に非結合ポリマーを除去するためにＰＢＳ緩衝液による通常の洗浄も適用する（図２）。
【０１１１】
ＳＰＲおよびタンパク質吸着。波長インテロゲーションに基づく、特注の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサーでタンパク質吸着を測定した。ＳＰＲチップをプリズムの基部に取り付け、屈折率マッチング液（Ｃａｒｇｉｌｌｅ）を用いて光学的接触を確立した。２つの独立した平行フローチャネルを有する二チャネルフローセルを、実験の間液体試料を収容するために使用した。ペリスタルティックポンプ（Ｉｓｍａｔｅｃ）を、液体試料をフローセルの２つのチャネルに送達するために利用した。ＰＢＳ中１．０ｍｇ／ｍＬのフィブリノゲン溶液（０．１５Ｍ、ｐＨ７．４）を０．０５ｍＬ／分の流速で表面に流した。
【０１１２】
タンパク質−表面相互作用をリアルタイムで観測するために表面感受性ＳＰＲ検出器を使用した。この実施例では、表面濃度（単位面積当たりの質量）の変化を測定するために波長シフトを使用した。ＨＳ（ＣＨ２）１５ＣＨ３  ＳＡＭ上の吸着フィブリノゲンの量（１５ｎｍ波長シフト）を単分子層（ＭＬ）として採用した。測定された表面へのタンパク質吸着を原因として誘導される波長シフトを、ＨＳ（ＣＨ２）１５ＣＨ３  ＳＡＭに関するものによって％ＭＬに基準化した。分析表面への吸着タンパク質の量がＨＳ（ＣＨ２）１５ＣＨ３  ＳＡＭに関する量より大きい場合、％ＭＬは１００％より大きくなり得る。
【０１１３】
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）。金被覆シリコンチップをＸＰＳ解析のために使用した。ＳＡＭ作製のための手順はＳＰＲチップに関するものと同じである。単色Ａ１  Ｋα  Ｘ線源を備えるＳｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｉｎｓｒｕｍｅｎｔｓ（ＳＳＩ）Ｓ−プローブを用いてＸＰＳ分析を実施した。放出電子のエネルギーを、５０−１５０ｅＶのパスエネルギーで半球型電子エネルギー分析器によって測定する。表面上に存在する元素組成物をサーベイスキャンから同定した。すべてのデータは、表面法線から５５°の取り出し角で収集した。結合エネルギー（ＢＥ）スケールは、Ｃ１ｓスペクトル内のピーク最大値を２８５．０ｅＶに設定することによって参照する。各々のバッチから多数の試料を分析し、データを平均化した。高分解能Ｃ１ｓスペクトルを、Ｓｈｉｒｌｅｙ法によるバックグラウンド除去と一連のガウスピークを用いて適合させた。データ解析ソフトウエアはＳｅｒｖｉｃｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｉｎｃ．からであった。
【０１１４】
偏光解析法。分光エリプソメータ（Ｓｅｎｔｅｃｈ  ＳＥ−８５０，ＧｍｂＨ）を用いて偏光解析法を実施した。試料の作製はＸＰＳ実験におけるものと同じである。５つの別々のスポットをＶＩＳ領域にて３つの異なる入射角（５０、６０および７０°）で測定した。金被覆チップの同じバッチをＵＶ−オゾンクリーナーによって２０分間清掃し、エタノールとミリポア水で洗って、窒素で乾燥した。裸の金被覆チップを対照標準として使用した。試験したフィルムの厚さは、Ｃａｕｃｈｙ層モデルを１．４５の仮定屈折率で使用して決定した。
【０１１５】
タッピング方式原子間力顕微鏡（ＴＭ−ＡＦＭ）。ＴＭ−ＡＦＭのための金基材を、やく１０−７Ｔｏｒｒの高真空蒸発器（ＢＯＣ  Ｅｄｗａｒｄｓ  Ａｕｔｏ３０６）において新鮮へき開雲母（Ａｓｈｅｖｉｌｌｅ−Ｓｃｈｏｏｎｍａｈｅｒ  Ｍｉｃａ  Ｃｏ．）への金の蒸着によって作製した。雲母基材を蒸着の前にラジエータヒーターによって３２５℃に２時間前加熱した。蒸発速度は０．１−０．３ｎｍ／秒であり、金フィルムの最終的な厚さは約２００ｎｍであった。金被覆基材を使用前にＨ２フレーム内で１分間アニールした。すべてのＴＭ−ＡＦＭ画像は、Ｅスキャナーを備えたＮａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＶ（Ｖｅｅｃｏ，ＣＡ）ＡＦＭを用いて取得した。共振周波数約２７０ｋＨｚ、推力定数２０−１００Ｎ／分、およびチップ先端半径５−１０ｎｍでＳｉカンチレバー（ＴＥＳＰ，ＤＩ）を使用した。
【実施例３】
【０１１６】
スルホベタインを含む代表的な十分に定義されたジブロックコポリマー
水溶液中でのＳＢＭＡブロック共重合の調製。ＡＴＲＰ法によって制御された重合が達成される（図１）。ジブロックコポリマーの共重合は、遷移金属化合物が、モノマーを単官能性マクロ開始剤に連続的に連結するためのハロゲン原子の担体として働く、可逆的レドックス工程である。マクロ開始剤を有するＰＰＯ（ＰＰＯ−Ｂｒ）を、モノヒドロキシベースのポリ（プロピレングリコール）をテトラヒドロフラン中の２−ブロモイソブチリルブロミドと反応させることによって合成した。生成物をブラインで３回抽出することによって精製した。１１２００の分子量を有するＳＢＭＡの重合のために、ＳＢＭＡ（２．０ｇ、６．７７ｍｍｏｌ）を、２０℃で窒素下に［ＳＢＭＡ］：［ＰＰＯ−Ｂｒ］：［ＣｕＢｒ］：［ｂｐｙ］＝５０：ｌ：ｌ：２を用いてメタノール１０ｍｌ中で重合した。２４時間後、残留触媒を除去するために反復して、生じた反応溶液を酸化アルミニウムカラムに通し、エタノール中に沈殿させて、水に再溶解した。溶媒の蒸発後、コポリマーを室温で真空炉において乾燥させ、白色粉末を得た。
【０１１７】
コポリマーの特性決定。ＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）ジブロックコポリマーの構造を、Ｂｒｕｋｅｒ  ３００ＭＨｚ分光計およびＤ２Ｏを溶媒として使用して１Ｈ核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルによって特性決定した。ＰＯ２０−ｂ−ＳＢＭＡ３５についての典型的スペクトルを図１０に示す。結果は、純粋なＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）ジブロックコポリマーが得られることを示した。作製されたジブロックコポリマーの分子量および分子量分布を、ＷａｔｅｒｓからのＶＥ３５８０型ｖｉｓｃｏｔｅｋ示差屈折計検出器に接続されたウルトラヒドロゲル１０００およびウルトラヒドロゲル２５０（分子量の範囲は５８６Ｄａ−８８４ｋＤａであった）の２つのカラムを用いて、水系ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定した。ＧＰＣ実験に関して、流速は０．７ｍｌ／分、カラム温度は２５℃であった。溶離液は、ｐＨ８．０の０．１Ｍ  ＮａＨ２ＰＯ４および０．１Ｍ  Ｎａ２ＨＰＯ４から成る水溶液であった。Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｏｎｔａｒｉｏ，ＮＹ）からのＰＥＧ標準品を検定のために使用した。ＧＰＣからの３つの合成ＰＰＯ−ｂ−ｐｏｌｙ（ＳＢＭＡ）コポリマーの典型的水溶液データを図１２に示す。
【０１１８】
表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサーによるタンパク質吸着測定。二チャネルテフロン（登録商標）フローセルを有する波長インテロゲーションに基づく特注ＳＰＲバイオセンサーを、コポリマーで被覆した表面へのタンパク質吸着を観測するために使用した。この実施例では、光学ガラス基材をセンサーチップとして使用し、真空下に電子ビーム蒸着によって２ｎｍ接着促進クロム層および５０ｎｍ表面プラズモン活性金層で被覆した。ＣＨ３末端ＳＡＭを、ＵＶ−オゾンで清浄化し、金被覆した基材をＨＳ（ＣＨ２）８ＣＨ３の１．０ｍＭエタノール溶液に一晩浸漬することによって形成した。改変チップをプリズムの基部に取り付け、屈折率マッチング液（Ｃａｒｇｉｌｌｅ）を用いて光学的接触を確立した。タンパク質吸着測定のために、ＳＰＲを最初に２ｍＭリン酸緩衝塩類（ＰＢＳ）溶液で安定化した。ＰＰＯ−ｂ−ポリ（ＳＢＭＡ）ジブロックコポリマー溶液を２０分間ＳＰＲ内に流し、その後ゆるく吸着したコポリマーを除去するために２ｍＭ  ＰＢＳ溶液で１５分間洗い流した。１．０ｍｇ／ｍＬタンパク質を２０分間流し、その後２ｍＭ  ＰＢＳ溶液で１５分間洗い流した。この作業において、物理的に吸着されたコポリマーで被覆した表面へのタンパク質吸着を評価するためのモデル系としてフィブリノゲンを使用した。すべてのＳＰＲ実験は、室温（約２５℃）にて０．０５ｍＬ／分の流速で実施した。タンパク質吸着の量は、タンパク質吸着の前と後に確立された２つの基線値の差と定義される。図１１は、コポリマーＡの吸着、それに続くフィブリノゲン吸着のインサイチュー評価についての典型的ＳＰＲセンサーグラムである。
【実施例４】
【０１１９】
代表的スルホベタインヒドロゲル
この実施例では、ポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲルとタンパク質吸着および細胞付着に対するその耐性を述べる。［２−メタクリロイルオキシ］エチル］ジメチル（３−スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド（ＳＢＭＡ）（１．０ｇ）をＰＢＳ緩衝液４００μＬに溶解し、エチレングリコール６００μＬおよびテトラ（エチレングリコール）ジアクリレート（ＴＥＧＤＡ）２０μＬと混合した。次に、１５％メタ重亜硫酸ナトリウム溶液５０μＬおよび４０％過硫酸アンモニウム溶液５０μＬを添加した。均一な混合物を、テフロン（登録商標）スペーサーで分けた２つの滅菌スライドガラスに注いだ。完全な密封を確実にするためガラスの縁にクランプを適用した。得られたフィルムを３７℃で一晩硬化し、フィルムをＤＩ水で２４時間、７０％エタノールで２４時間、およびディスクに穿孔する前にＤＩ水で広範に浸漬した。
【０１２０】
上述したポリ（ＳＢＭＡ）ヒドロゲルは、ポリ（ＨＥＭＡ）と同程度に低いタンパク質吸着を有し、低い内皮細胞付着を有する（図３０Ａ−３０Ｄ参照）。
【実施例５】
【０１２１】
代表的ポリＳＢＭＡコポリマー
ＳＢＭＡ（１．２２ｇ）およびＡＩＢＮ（０．０５ｇ）をメタノール溶媒（５０ｍＬ）に溶解し、溶液を窒素で３０分間パージした。その後反応混合物を窒素雰囲気下に５５℃で１時間攪拌した。次に、イソプロパノール１００ｍＬ中のラウリルメタクリレート（１．７５ｇ）を添加し、反応混合物を窒素雰囲気下に６０℃で５時間攪拌し続けた。生成物をろ過し、９９ｇ／Ｌの濃度でキシレンに分散させた。固相酵素免疫検定法（ＥＬＩＳＡ）は、ポリＳＢＭＡ被覆表面へのタンパク質吸着の９０％以上の低下を示した（図１８）。海洋生物汚損アッセイは、ポリＳＢＭＡ固が海洋微生物の沈着を有意に低下させることを示した（図１９−２１参照）。
【０１２２】
ポリＳＢＭＡに基づくポリマーは、生物汚損を低減するためにエポキシ系塗料に添加することができる（ポリＳＢＭＡ／エポキシコーティング）。代表的製剤では、ポリＳＢＭＡベースのポリマー分散は、９９ｇ／Ｌの濃度のキシレン中の上述したポリＳＢＭＡベースのポリマーであり、エポキシ樹脂は７０−８０％エポキシ溶液である。ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３およびカーボンブラック色素として適しており、および有機粘土構造化剤、シリカ揺変剤も添加することができる。架橋剤は、周囲温度でエポキシ樹脂と反応するポリアミドである。液体汚損防止コーティングは、ブラシまたはスプレーによってエポキシプライマー基材に被覆される。ＥＬＩＳＡは、フィブリノゲン吸着の９０％以上の低下を示す。図１９−２１は、非常に低いＵｌｖａ遊走子沈着、非常に低い発芽胞子成長、および非常に弱い発芽胞子の付着強度を示す。図２１は、低い幼弱Ｈ．ｅｌｅｇａｎｓ沈着を示す。これらの結果は、ポリＳＢＭＡ／エポキシコーティングが海洋微生物の生物汚損を有意に低下させたことを示す。
【実施例６】
【０１２３】
スルホベタインを含む代表的ＩＰＮの作製と特性決定
ＳＰＵおよびポリ（ＳＢＭＡ）を含むＩＰＮフィルム。図３に示すように、厚さ１００μｍのＳＰＵフィルムを溶媒蒸発法によって作製した。ＳＰＵ溶液を、最初にジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）に溶解した５．０重量％ＳＰＵ粉末から調製した。溶液をスライドガラス上に注型し、スライドを３５℃に加熱してフィルムを乾燥した。溶媒のバルクを一晩蒸発させた後、痕跡量のＤＭＡｃを除去するためにＳＰＵフィルムを６０℃の水浴に２４時間入れ、その後真空炉で３日間乾燥した。次にＳＰＵフィルムを、ＳＢＭＡモノマー、ＨＥＭＡモノマー、ＧＤＧＤＡ架橋剤および光開始剤を含むインキュベーション溶液中に２０℃で２４時間液浸した。インキュベーション溶液中の極性を低下させながら、水、メタノール、エタノールまたはイソプロパノールを含む混合溶媒を使用することによって溶媒の極性を変化させた。
【０１２４】
インキュベーション溶液の総濃度（またはインキュベーション濃度）を０．１−３．０ｍｏｌ／Ｌに調整した。ＳＢＭＡモノマー比（ｍｏｌ％）は、ＳＢＭＡモノマーのモル数をインキュベーション溶液中のＳＢＭＡとＥＨＭＡモノマーの総モル数で除したものと定義される。この実施例では、ＩＰＮについての作製条件を最適化するためにＳＢＭＡモノマー比を０−１００ｍｏｌ％に調整し、ＧＤＧＤＡは１．０×１０−２ｍｏｌ／Ｌに固定した。副反応を排除するため、暗所にて窒素の存在下で１．０×１０−２ｍｏｌ／Ｌの光開始剤（たとえばカンホルキノンおよびエチル４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ベンゾエート）をインキュベーション溶液に添加した。光重合のために、ＳＰＵフィルムを２枚の雲母シートの間に置き、可視光（λ＝４００−５００ｎｍ）で照射した。２０℃で１２０分間の照射後、雲母シートを水中でＩＰＮフィルムから除去し、未反応モノマーを、エタノールとメタノールに交互に数回浸すことによって抽出して、ＩＰＮフィルムを真空炉で乾燥した。ＩＰＮフィルムの化学組成物の深さプロフィールを、Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ｉｎ
Ｖｉａ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅと倒立Ｌｅｉｃａ  ＤＭＩＲＢＥ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅを組み合わせたラマン顕微分光計を用いて特性決定した。７８５ｎｍレーザーを励起源として使用し、４０ｘ対物レンズを通して試料表面の約１μｍ光点に焦点を合わせた。試料表面からの散乱光を同じ対物レンズを通して収集した。Ｒａｌｅｉｇｈ散乱光をホログラフィックノッチフィルターによって遮断した。ラマン光を、６５μｍ開口部と１２００ｌ／ｍｍ回折格子を備える入射スリットに通し、ＣＣＤカメラによって測定した。ＳＰＵフィルム内のＳＢＭＡ単位の分布深さプロフィールのために、フィルムの表面および２０μｍの増分でフィルム内の焦点面からラマンスペクトルを取得した。
【０１２５】
固相酵素免疫検定法（ＥＬＩＳＡ）を用いたタンパク質吸着の評価。ＩＰＮフィルムへのヒトフィブリノゲン（Ｆｇ）の吸着を、以下で簡単に述べる標準プロトコールに従い、ＥＬＩＳＡを用いて評価した。最初に、表面積１２ｍｍ２のＩＰＮフィルムを２４穴組織培養プレートの個々のウエルに入れ、各々のウエルをＰＢＳ５００μｌと共に室温でインキュベートした。次に、ＩＰＮフィルムをＰＢＳ溶液中１ｍｇ／ｍｌのＦｇ５００μｌに浸漬した。３７℃で９０分間のインキュベーション後、フィルムをＰＢＳ５００μｌで５回洗浄し、その後Ｆｇによって占められていない領域をブロックするために３７℃で９０分間ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）中でインキュベートした。ＩＰＮフィルムを再びＰＢＳで５回洗浄し、新しいプレートに移して、５．５μｇ／ｍｌホースラディッシュペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）複合抗Ｆｇ（ＵＳ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ）を含むＰＢＳ５００μｌ中、３７℃で３０分間インキュベートした。試料をＰＢＳ５００μｌで５回洗浄し、清浄なウエルに移した後、１ｍｇ／ｍｌの色原体、ｏ−フェニレンジアミン（ＯＤＰ）および０．０３％過酸化水素を含む０．１Ｍクエン酸−リン酸緩衝液（ｐＨ５．０）５００μｌを添加した。３７℃で２０分間のインキュベーション後、各々のウエルの溶液に１Ｍ  Ｈ２ＳＯ４５００μｌを添加して酵素誘導の呈色反応を停止させ、最後にマイクロプレートリーダーによって４９０ｎｍでの吸光度を測定した。ＩＰＮ試料へのタンパク質吸着を、ポリスチレン（ＰＳ）プレートへの吸着を対照標準として基準化した。得られた吸着タンパク質の量は、使用したポリクローナル抗ヒトＦｇ上の多数の結合部位の存在のゆえに、実際の量よりも高いと考えられた。
【実施例７】
【０１２６】
代表的汚損防止カルボキシベタインコーティング
ヒト血漿フィブリノゲンおよびニワトリ卵白リゾチームをＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）より購入した。ヒト血漿フィブロネクチンはＣｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ｔｅｍｅｃｕｌａ，ＣＡ）より購入した。ヒト絨毛ゴナドトロピン（ｈＣＧ）およびそのモノクローナルマウス抗体（ＩｇＧ１アイソタイプ）はＳｃｒｉｐｐｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ）より購入した。２−（Ｎ，Ｎ’−ジメチルアミノ）エチルメタクリレート（ＤＭＡＥＭ、９８％）、β−プロピオラクトン（９５％）、臭化銅（Ｉ）（９９．９９９％）、臭化ブロモイソブチリル（９８％）、１１−メルカプト−１−ウンデカノール（９７％）、２，２’−ビピリジン（ＢＰＹ  ９９％）およびテトラヒドロフラン（ＴＨＦ  ＨＰＬＣグレード）、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）および１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド（ＥＤＣ）は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）より購入した。リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ、０．０１Ｍリン酸塩、０．１３８Ｍ塩化ナトリウム、０．００２７Ｍ塩化カリウム、ｐＨ７．４）はＳｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．より購入した。エタノール（無水、２００プルーフ）はＡＡＰＥＲ
Ａｌｃｏｈｏｌ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．より購入した。実験で使用する水は、最小低効率１８．０ＭΩｃｍでＭｉｌｌｉｐｏｒｅ水精製システムを用いて精製した。反応および戦場のためのＴＨＦは、使用前にナトリウムによって乾燥した。
【０１２７】
ＣＢＭＡ合成。カルボキシベタインメタクリレート（ＣＢＭＡ）モノマー、２−カルボキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２’−メタクリロイルオキシエチル）エタンアンモニウム内部塩を、２−（Ｎ，Ｎ’−ジメチルアミノ）エチルメタクリレート（ＤＭＡＥＭ、９８％）とβ−プロピオラクトン（９５％）の反応によって合成した。無水アセトン１０ｍＬ中のβ−プロピオラクトン０．８７ｇ（１２ｍｍｏｌ）を、無水アセトン５０ｍＬに溶解したＤＭＡＥＭ１．５７ｇ（１０ｍｍｏｌ）の溶液に滴下した。反応物を窒素保護下に１５℃で約５時間攪拌した。白色沈殿物を無水アセトン５０ｍＬおよび無水エーテル１００ｍＬで洗った。生成物を減圧下で乾燥してＣＢＭＡモノマーを得た。重合までモノマーを２−８℃に保持した。収率：９１％。１Ｈ  ＮＭＲを、重水を溶媒として用いてＢｒｕｋｅｒ  ＡＶ３００分光計で記録した（図３１）。
【０１２８】
ＳＰＲセンサーでの表面開始重合。ＳＰＲガラスチップを、真空下に電子ビーム蒸着によって接着促進クロム層（２ｎｍ）および表面プラズモン活性金層（４８ｎｍ）で被覆した。ＳＡＭの作製の前に、基材を純水エタノールで洗い、紫外光下で清浄化して、水と純水エタノールで洗った。金被覆基材を、室温で２４時間、１ｍＭ  ω−メルカプトウンデシルブロモイソブチレートの純水エタノール溶液に浸すことによって開始剤ＳＡＭを形成した。重合の前に、基材を純水エタノール、次いでＴＨＦで洗浄し、窒素流で乾燥した。
【０１２９】
ＣｕＢｒと固定化開始剤を有する基材を、窒素保護下で乾燥箱内の反応管に入れた。ゴム隔壁栓で密封した管を取り出した。次に、ＣＢＭＡとＢＰＹを含む脱ガス溶液（１：１容積比の純水とメタノール）を、窒素保護下に注射器を用いて管に移した。反応後、基材を取り出し、エタノールと水で洗って、試料を一晩水中に保持した。試験前に非結合ポリマーを除去するためにＰＢＳ緩衝液による洗浄も適用する。典型的重合のため、基材を、窒素保護下で１時間、ＣＨ３ＯＨ／Ｈ２Ｏ（１：１容積比）２５ｍＬ中のＣＢＭＡ７．５ｍｍｏｌ、ＢＰＹ２ｍｍｏｌおよびＣｕＢｒ  １ｍｍｏｌと反応させた。典型的ＡＴＲＰ重合後、均一なカルボキシベタインポリマーブラシをＳＰＲセンサーの金表面にグラフト化した。ポリマー層の厚さは、偏光解析法によって測定したとき約１０−１５ｎｍであった。
【０１３０】
ＳＰＲ分析およびタンパク質吸着。波長インテロゲーションに基づく、特注の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサーでタンパク質吸着を測定した。ＳＰＲチップをプリズムの基部に取り付け、屈折率マッチング液（Ｃａｒｇｉｌｌｅ）を用いて光学的接触を確立した。４つの独立した平行フローチャネルを有する四チャネルフローセルを、実験の間液体試料を収容するために使用した。ペリスタルティックポンプ（Ｉｓｍａｔｅｃ）を、液体試料をフローセルの４つのチャネルに送達するために利用した。ＰＢＳ中１．０ｍｇ／ｍＬのフィブリノゲン溶液を０．０５ｍＬ／分の流速でセンサー表面に流した。タンパク質−表面相互作用をリアルタイムで観測するためにＳＰＲ検出器を使用した。この試験では、表面濃度（または単位面積当たりの質量）の変化を測定するために波長シフトを使用した。
【０１３１】
偏光解析法。分光エリプソメータ（Ｓｅｎｔｅｃｈ  ＳＥ−８５０，ＧｍｂＨ）を用いて偏光解析法を実施した。試料の作製はＸＰＳ実験におけるものと同じである。５つの別々のスポットをＶＩＳ領域にて３つの異なる入射角（５０、６０および７０°）で測定した。金被覆チップの同じバッチをＵＶ−オゾンクリーナーによって２０分間清掃し、エタノールとミリポア水で洗って、窒素で乾燥した。裸の金被覆チップを対照標準として使用した。試験したフィルムの厚さは、Ｃａｕｃｈｙ層モデルを１．４５の仮定屈折率で使用して決定した。
【実施例８】
【０１３２】
代表的カルボキシベタインヒドロゲル
この実施例では、ポリ（ＣＢＭＡ）ヒドロゲルとタンパク質吸着および細胞付着に対するその耐性を述べる。２．７Ｍ  ＣＢＭＡモノマーをテトラエチレングリコールジメタクリレート（ＴＥＧＤＭＡ）（５．９ｍｏｌ％）に添加し、混合溶液（エチレングリコール／エタノール／Ｈ２Ｏ＝３：１：１容積比）中のメタ重亜硫酸ナトリウム（１．２ｍｏｌ％）および過硫酸アンモニウム（２．６ｍｏｌ％）によって開始させたフリーラジカル重合を通してＣＢＭＡヒドロゲルを作製した。反応は３７℃で１２時間実施した。重合後、ゲルを大量のＤＩ水に３日間液浸し、残留化学物質を除去するために毎日水を交換した。次にゲルを滅菌ＰＢＳ溶液中に平衡させ、滅菌ＰＢＳ溶液をさらに２日間毎日交換した。ヒドロゲルを直径５ｍｍでディスクに穿孔し、使用まで滅菌緩衝液中で保存した。
【０１３３】
ヒドロゲルディスクを、ジオキサン／水（１４：１）混合物中２ｍｇ／ｍｌ  ＮＨＳおよび２ｍｇ／ｍｌ  ＥＤＣのジオキサンに室温で１時間液浸した。ヒドロゲルディスクは、ジオキサン／水溶液での浸漬中に収縮した。ディスクを溶液から取り出し、もとのように膨潤させるためミリポア水に浸して、ミリポア水で洗浄し、さらに３０分間ＰＢＳ緩衝液に浸した。試料を４℃で２４時間１００μｇ／ｍＬフィブロネクチン溶液に液浸した。
【０１３４】
ウシ大動脈内皮細胞（ＢＡＥＣ）を１×１０５細胞／ｍＬの密度でゲル表面に接種した。細胞負荷試料を、５％ＣＯ２の加湿雰囲気中３７℃で培養した。培養２時間目から３日目まで細胞形態を観察した。
【実施例９】
【０１３５】
ガラス表面の代表的ポリ（ＳＢＭＡ）またはポリ（ＣＢＭＡ）コーティング
通常ガラス基材を２０重量％のＮａＯＨ溶液に一晩入れ、ＤＩ水で洗って、空気中で乾燥した。清浄化した基材を、２−ブロモ−２−メチル−Ｎ−３−［（トリメトキシシリル）プロピル］−プロパンアミド０．５ｇを含む溶液２０ｍＬ中に液浸した。２時間後、基材を浸漬溶液から取り出し、エタノールでわずかに洗浄した。基材を、オイルフリー真空ポンプによって真空にした真空炉内に１００℃で５時間保持した。
【０１３６】
ＣｕＢｒ（１４３ｍｇ、１．０ｍｍｏｌ）および固定化開始剤を有する２つの基材を窒素保護下で乾燥箱内の５０ｍＬフラスコに入れ、ゴム隔壁栓で密封した後、乾燥箱から取り出した。次に、ＳＢＭＡ（１．０６ｇ、３．８ｍｍｏｌ）またはＣＢＭＡ（８７４ｍｇ、３．８ｍｍｏｌ）と２，２’−ビピリジン（１５６ｍｇ、１ｍｍｏｌ）を含む脱ガス溶液（１：１容積比の純水とメタノール、１０ｍＬ）を、窒素保護下に注射器を用いてフラスコに移した。１時間の反応後、基材を取り出し、エタノール、ＰＢＳ緩衝液および水で洗浄して、試料を一晩水中に保持した。使用前に基材を窒素流で乾燥した。
【０１３７】
固相酵素免疫検定法（ＥＬＩＳＡ）は、ポリＳＢＭＡまたはポリＣＢＭＡグラフト化表面へのタンパク質吸着の有意の低下を示した（図１８参照）。ポリマーグラフト化ガラス試料上の吸着フィブリノゲンは、通常ガラス試料の４％未満であった。緑藻類胞子と共に６時間インキュベーションしたポリＳＢＭＡグラフト化表面上に藻類胞子または藻類付着は認められなかったが、対照ガラス試料は緑藻類で覆われた（図２０参照）。
【０１３８】
例示的実施形態を説明し、記述したが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく様々な変更を行い得ることは認識される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０−１】
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【図３０−２】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【外国語明細書】
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