(57)【要約】  本発明は、生体適合性膜、生体適合性膜を製造するために有用な溶液、および本発明に係る生体適合性膜を使用することができる燃料電池に関する。この生体適合性膜は、合成コポリマー材料が少なくとも１種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも１種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、１種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含むことができる合成高分子材料から製造される。この膜はさらにポリペプチドを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１側および第２側を有する少なくとも１つの層の合成高分子材料と、それと結び付いた少なくとも１つのポリペプチドとを含んでなる生体適合性膜であって、前記ポリペプチドが、化学反応に関与するか、前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができ、合成コポリマー材料が少なくとも１種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも１種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、前記合成高分子材料が少なくとも１種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む生体適合性膜。
【請求項２】
前記少なくとも１つのポリペプチドが、前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側へのプロトンの輸送に関与することができる請求項１の生体適合性膜。
【請求項３】
前記少なくとも１つのポリペプチドが、前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側へのプロトンの輸送に関与することができ、かつ前記ポリペプチドを除いて同一の生体適合性膜を使用した場合より少なくとも大きな程度に前記層を越える電流の通過を促進することができる請求項２の生体適合性膜。
【請求項４】
前記少なくとも１つのポリペプチドが、少なくとも約１０ｐＡ（ピコアンペア）／ｃｍ2の電流密度を提供できるように、前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側へのプロトンの輸送に関与することができる請求項３の生体適合性膜。
【請求項５】
前記少なくとも１つのポリペプチドが、少なくとも約１０ｍＡ（ミリアンペア）／ｃｍ2の電流密度を提供できるように、前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側へのプロトンの輸送に関与することができる請求項４の生体適合性膜。
【請求項６】
前記少なくとも１つのポリペプチドが前記少なくとも１つの層内に組み込まれている請求項１の生体適合性膜。
【請求項７】
前記少なくとも１つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約０．０１重量％の量で存在する請求項１の生体適合性膜。
【請求項８】
前記少なくとも１つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約５重量％の量で存在する請求項７の生体適合性膜。
【請求項９】
前記少なくとも１つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約１０重量％の量で存在する請求項８の生体適合性膜。
【請求項１０】
前記合成高分子材料が親水性含量を超える疎水性含量を有する少なくとも１種のブロックコポリマーを含む請求項１の生体適合性膜。
【請求項１１】
前記少なくとも１種のブロックコポリマーが約１，０００〜２０，０００ダルトンの平均分子量を有する少なくとも１つのブロックを有する請求項１０の生体適合性膜。
【請求項１２】
前記少なくとも１種のブロックコポリマーが約１，０００〜２０，０００ダルトンの平均分子量を有する少なくとも１つの第２のブロックを有する請求項１１の生体適合性膜。
【請求項１３】
前記少なくとも１種のブロックコポリマーが前記生体適合性膜の少なくとも約３５重量％の量で提供される請求項１の生体適合性膜。
【請求項１４】
前記少なくとも１種のブロックコポリマーが前記生体適合性膜の約３５〜約９９重量％の量で提供される請求項１３の生体適合性膜。
【請求項１５】
前記合成高分子材料が複数のブロックコポリマーの混合物である請求項１の生体適合性膜。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのポリペプチドが酸化還元反応に関与することができる請求項１の生体適合性膜。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのポリペプチドが、酸化還元反応、または前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与する能力を有する請求項１の生体適合性膜。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのポリペプチドが、酸化還元反応、および前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送の両方に関与する能力を有する請求項１の生体適合性膜。
【請求項１９】
前記少なくとも１種のポリマーまたはコポリマーが約５，０００〜約５００，０００の分子量を有する請求項１の生体適合性膜。
【請求項２０】
第１側および第２側を有する合成高分子材料の少なくとも１つの層を含んでなる生体適合性膜であって、前記合成高分子材料が最終膜の重量に基づいて少なくとも約５重量％の量で存在しており、その中に組み込まれた少なくとも１つのポリペプチドが前記生体適合性膜の少なくとも約１０重量％の量で存在しており、前記ポリペプチドが酸化還元反応または前記少なくとも１つの層の前記第１側から前記少なくとも１つの層の前記第２側への輸送に関与する能力を有していて少なくとも約１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度を提供することができ、合成コポリマー材料が少なくとも１種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも１種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、前記合成高分子材料が少なくとも１種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む生体適合性膜。
【請求項２１】
アノードを含むアノード区画と、カソードを含むカソード区画と、前記アノード区画内、前記カソード区画内、もしくは前記アノード区画と前記カソード区画との間に配置されており、アノード側およびカソード側を含む合成高分子材料の少なくとも１つの層およびそれに結び付いた少なくとも１つのポリペプチドを有する少なくとも１つの生体適合性膜とを含んでなる燃料電池であって、前記ポリペプチドが、化学反応に関与するか、前記少なくとも１つの層の前記アノード側から前記少なくとも１つの層の前記カソード側へのプロトンの輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができ、合成コポリマー材料が少なくとも１種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも１種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、前記合成高分子材料が少なくとも１種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む生体適合性膜。
【請求項２２】
前記アノードと前記カソードが回路を介して電気的に接続しており、１０ｍＷ（ミリワット）／ｃｍ2が発生する請求項２１の燃料電池。
【請求項２３】
前記アノードと前記カソードが回路を介して電気的に接続しており、５０ｍＷ／ｃｍ2が発生する請求項２２の燃料電池。
【請求項２４】
前記アノードと前記カソードが回路を介して電気的に接続しており、１００ｍＷ／ｃｍ2が発生する請求項２３の燃料電池。
【請求項２５】
前記アノード区画内に少なくとも１つの電子伝達体をさらに含んでなる請求項２１の燃料電池。
【請求項２６】
前記アノード区画内に、電子伝達体からプロトンまたは電子を遊離させることができる少なくとも１つの第２のポリペプチドをさらに含んでなる請求項２１の燃料電池。
【請求項２７】
前記アノード区画内に、前記アノードへ電子を伝達させることができる少なくとも１つの伝達メディエータをさらに含む、請求項２１の燃料電池。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの生体適合性膜が前記アノードと前記カソードとの間に配置されている請求項２１の燃料電池。
【請求項２９】
前記生体適合性膜と前記カソードとの間に配置されており、前記アノード区画から前記カソード区画へのプロトンの流れを許容する誘電性材料をさらに含んでなる請求項２１の燃料電池。
【請求項３０】
前記アノード区画内に配置されており、前記アノード区画内に配置された電子伝達体から少なくとも１つの電子を受容し、前記少なくとも１つの電子を第２の電子伝達体、第２の電子伝達メディエータまたは前記アノードへ移動させることができる第１の電子伝達メディエータをさらに含んでなる請求項２１の燃料電池。
【請求項３１】
前記アノード区画内に配置された少なくとも１種の燃料をさらに含んでなる請求項２１の燃料電池。
【請求項３２】
前記燃料が有機化合物である請求項２１の燃料電池組立体。
【請求項３３】
前記ポリペプチドが、酸化還元反応、または前記少なくとも１つの層の前記第アノード側から前記少なくとも１つの層の前記第カソード側へのプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項２１の燃料電池。
【請求項３４】
前記ポリペプチドが、酸化還元反応、および前記少なくとも１つの層の前記第アノード側から前記少なくとも１つの層の前記第カソード側へのプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項２１の燃料電池。
【請求項３５】
合成コポリマー材料が少なくとも１種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも１種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、少なくとも１種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む合成高分子材料を含んでなる生体適合性膜を製造するために有用な溶液であって、有機溶媒および水の両方を含有する溶媒系中で、前記合成高分子材料が約１〜約３０％（ｗ／ｖ）の量で存在し、少なくとも１つのポリペプチドが少なくとも約０．００１〜約１０．０％（ｗ／ｖ）の量で存在し、前記ポリペプチドが化学反応に関与するか、分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができる溶液。
【請求項３６】
約０．０１〜約１．０％（ｖ／ｖ）の量で少なくとも１つの洗剤をさらに含んでなる請求項３５の溶液。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのポリペプチドが酸化還元反応またはプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項３５の溶液。
【請求項３８】
前記少なくとも１つのポリペプチドが酸化還元反応およびプロトンの輸送の両方に関与する能力を有する請求項３５の溶液。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのポリペプチドがプロトンの輸送に関与する能力を有する請求項３５の溶液。
【請求項４０】
前記合成高分子材料が複数のブロックコポリマーの混合物である請求項３５の溶液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロックコポリマーの生体適合性膜およびそれを用いて製造した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍｅｉｅｒらによる一連の論文では、機能性タンパク質を含んだポリマー系膜について様々な構造が提案された。そのような膜は以前には推論の主題に過ぎなかったが、現在ではその機能性を保持している組み込み酵素を含んだポリマー系膜を含有する最初に成功した生物学的タンパク質であると考えられている。例えば、Ｃｏｒｉｎｎｅ  Ｎａｒｄｉｎ，Ｗｏｌｆｇａｎｇ  Ｍｅｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，３９  Ａｎｇｅｗ  Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４５９９−６０２（２０００）、Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１６  １０３５−４１（２０００）およびＬａｎｇｍｕｉｒ，１６  ７７０８−１２（２０００）を参照されたい。これらの論文は、その中にタンパク質（「ポーリン」−非選択的受動的孔形成分子）が組み込まれている機能化ポリ（２−メチルオキサゾリン）−ブロック−ポリ（ジメチルシロキサン）−ブロック−ポリ（２−メチルオキサゾリン）トリブロックコポリマーについて記載している。
【０００３】
Ｍｅｉｅｒらの研究は、独創的ではあるが範囲が限られている。彼らの研究は、ポリマーの使用について広範囲には考察しておらず、開示されたポリマー膜を他の酵素と結び付けて使用できることさえ示唆していない。これらの論文は、酸化もしくは還元、または「膜を越す活性分子、原子、プロトンもしくは電子のポリペプチド媒介輸送」に関与することができる組み込み生物学的種を含有する合成膜を作成する可能性について、確かに何も示唆していない。実際に、開示範囲の狭さおよびその他の成功の欠如は、他の生物学的物質をポリマー膜内に組み込むことに成功できるという楽観手技の理由をほとんど提供していない。
【０００４】
膜結合タンパク質を試験するための膜の作成については、長年にわたり知られている。「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ  ｉｎ  Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｐｉｄ  Ｂｉｌａｙｅｒｓ」，１４  Ｑｕａｒｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．１−７９（１９８１）を参照されたい。実際に、膜貫通タンパク質および酸化還元タンパク質は、それらの構造および機序を研究する目的で、例えば生きている細胞または有機体内で見いだされた分子から作られた膜のような生物学系の膜内に組み込まれた。大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）由来のＮＡＤＨデヒドロゲナーゼのような、膜を越えてプロトンを輸送でき、および／または酸化還元反応に関与できる組み込み酵素複合体を含有する脂質二重層の使用についても言及されている。２００２年１月３日に公開されたＬｉｂｅｒａｔｏｒｅらの米国特許出願公開第２００２／０００１７３９号明細書を参照されたい。実際に、Ｌｉｂｅｒａｔｏｒｅらは、電池の一部としてのそのような膜の使用に言及している。
【０００５】
酵素複合体を含有する生物学的な膜の存在も、ポリマー膜と特定酵素との単一の組み合わせの発見も、安定でかつ機能的である合成生体適合性ポリマー膜の幅広い種類を開発することにほとんど期待を与えない。Ｇ．Ｔａｙｈａｓ  ｅｔ  ａｌ．，「Ａ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ／Ｄｉｏｘｏｇｅｎ  Ｂｉｏｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｔｈａｔ  Ｕｓｅｓ  ＮＡＤ＋  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓ  ａｓ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅ  Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ  Ａｄｅｎｉｎｅ  Ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  ａｔ  Ｌｏｗ  Ｏｖｅｒｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ」，４３  Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍ．１５５−１６１（１９９８）も参照されたい。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、第１側および第２側を有する合成高分子材料の少なくとも１層を含んでなる生体適合性膜に関する。この生体適合性膜は、これに結び付いた少なくとも１つのポリペプチドを含有する。
【０００７】
１つの好ましい態様では、本発明は、ポリペプチドが化学反応に関与することができるか、少なくとも１つの層の第１側から同一層の第２側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与することができるか、またはそのような反応もしくは輸送を促進する分子構造の形成に関与することができる生体適合性膜に関する。本発明のより特別に好ましい態様では、ポリペプチドは酸化還元酵素、および／またはプロトンの膜貫通輸送に関与できる酵素である。さらに、ポリペプチドは、電子の遊離を引き起こすことと、膜を越えるプロトンの輸送に関与することとの両方の能力を有していてもよい。生体適合性膜を越えてプロトンを輸送することを考察する場合に、正確な機序も伝達される正確な化学種も分かっていないことが理解されるであろう。伝達される化学種は、おそらくプロトン自体、正電荷を帯びた水素、ヒドロニウムイオン、Ｈ3Ｏ+またはその他の荷電種であろう。しかし便宜的に、これらは本明細書では集合的に「プロトン」として考察する。
【０００８】
本発明によれば、ブロックコポリマー、コポリマーもしくはポリマーまたはそれらの混合物であるあらゆる合成高分子材料が、生体適合性膜を形成できる限り、使用することができる。本発明の１つの好ましい態様では、合成高分子材料は排他的に少なくとも１種のブロックコポリマーからなる。ブロックコポリマーの混合物もまた予期されている。任意で、合成高分子材料は少なくとも１種の添加剤を含有するであろう。本発明に係る第２の好ましい実施形態では、合成高分子材料は少なくとも１種のポリマー、コポリマー、もしくはブロックコポリマーを含有する。しかし、ブロックコポリマーが存在する場合、合成高分子材料はさらにまた少なくとも１種のポリマーもしくはコポリマーも含有する。１つの任意の添加剤もまた予期されている。本発明のまた別の好ましい実施形態では、合成高分子材料は生体適合性膜を形成することができるあらゆる高分子材料であってよく、それに加えて少なくとも１種の安定化ポリマーを含有する。
【０００９】
本発明のまた別の態様では、合成高分子材料はブロックコポリマー、ブロックコポリマーの混合物または１種以上のブロックコポリマーと水素結合に富む安定化ポリマーとの混合物である。好ましくは、ポリペプチドは生体適合性膜を形成できるように合成高分子材料内に組み込まれている。
【００１０】
本明細書で使用する「生体適合性膜」は、膜として使用でき、頻回に生物学的起源のポリペプチドまたはその他の分子と結合している、シート、プラグまたはその他の構造を形成する合成高分子材料からなる１つ以上の層である。「生体適合性」とは、合成高分子材料とポリペプチドとが相互に結合しているときにポリペプチドの機能性のすべてを無能力にしたり、またはさもなければ遮断したりしない合成高分子材料からその膜自体が作られていることを意味する。本明細書で使用する「膜」は、少なくともその主要な構造的要素として合成高分子材料を含有しており、空間、流体（液体もしくは気体）、固体等を選択的に分離するために使用できる材料のシート、層、またはプラグ等の構造である。本明細書で使用する膜は、一方の側から他方の側へ一部の種の通過または拡散を許容する透過性材料を含んでいてよい。燃料電池に使用される膜は、例えばカソード区画内からアノード区画内への一部の成分の通過を防止し、および／またはアノード区画内からカソード区画内へ一部の成分の通過を防止する。しかし、他の成分は、自由に通過することができる。同時に、本発明に係る膜の１つの実施形態で例示されるように、膜はアノード区画からカソード区画へのプロトンの通過を許容し、さらには促進するであろう。
【００１１】
本発明に係る「結び付いた」とは、その状況に依存する多数の事柄を意味することができる。ポリペプチドは、膜の１つ以上の表面に結合させることによって、および／または膜の１つ以上の表面内（例えば凹所もしくは孔内）に詰め込むもしくは結合させることによって、生体適合性膜と結び付けることができる。「結び付いた」ポリペプチドは、膜の内部または膜内に含まれる小胞もしくは腔内に配置することができる。ポリペプチドは、さらにまた連続する層間に配置することもできよう。ポリペプチドは同様に膜内に組み込むこともできる。実際に、特に好ましい実施形態では、ポリペプチドは少なくとも部分的に膜の少なくとも１面から露出するような方法で、および／または酸化還元反応または膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子のポリペプチド媒介輸送に関与することができるような方法で、膜内に組み込まれているか、もしくは一体化されている。
【００１２】
膜の一方の側から他方の側へ分子、原子、プロトンもしくは電子を輸送する文脈における用語「関与する」には、例えばポリペプチドが膜を越えて、排他的ではないが、通常はｐＨ、濃度、もしくは電荷勾配に逆らって、分子、原子、プロトンもしくは電子を物理的もしくは化学的に「ポンプ作用」で送り出す能動輸送や、または他の能動輸送機序が含まれる。しかし、「関与」をそのように限定する必要はない。膜内のポリペプチドの単なる存在は、例えばプロトンが相当に高いプロトン濃度から膜の他方の側の相当に低いプロトン濃度へ輸送されることを十分許容するように膜の構造または特性に変化させてもよい。これは、非選択的受動的孔形成体の使用または単純な拡散の結果として生じるような、受動的な非選択的プロセスに限られるものではない。特に、一部の場合では、膜内のポリペプチドの不活化は、ポリペプチドを全く含めずに製造された類似の膜に劣る結果を提供する。これらのプロセス（受動的拡散を除く）は集合的に「ポリペプチド媒介輸送」と呼ばれ、このときポリペプチドの存在は単に構造的な静的チャネルを提供する以外の方法で、膜を越える化学種の輸送において重要な役割を果たす。これを言い換えると「ポリペプチド媒介輸送」とは、ポリペプチドの存在がまさに濃度以外の何かに反応して膜の一方の側から他方の側への効果的な輸送を生じさせることを意味する。酸化還元反応の文脈における「関与する」とは、ポリペプチドが、化学種の酸化および／または還元を惹起もしくは促進するか、またはその反応へもしくはその反応からプロトン、電子または酸化種もしくは還元種を運ぶことを意味する。
【００１３】
「１つ以上のポリペプチド」には、しばしば触媒として化学反応に関与するか、膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与するか、またはそのような反応もしくは輸送を促進もしくは可能にする分子構造の形成に関与することができる４つ以上のアミノ酸から構成された少なくとも１つの分子が含まれる。ポリペプチドは、一本鎖、複数鎖であってよく、そして単一サブユニットまたは複数サブユニットで存在していてもよい。ポリペプチドは、アミノ酸のみから、またはアミノ酸と他の分子との組み合わせから生成することができる。これには、例えばペグ化ペプチド、ペプチド核酸、ペプチド模擬物、核タンパク質複合体を含むことができる。グリコシル化のような修飾を含むアミノ酸のストランドもまた予期されている。本発明に係るポリペプチドは、一般に生物学的分子または生物学的分子の誘導体もしくはコンジュゲートである。このためポリペプチドには、単離できる分子、ならびに組み換え技術によって産生できる分子、または全体としてもしくは部分的に化学合成されなければならない分子を含むことができる。このためこの用語は、天然型タンパク質および酵素、その変異体、その誘導体およびコンジュゲート、ならびにすべてが合成のアミノ酸配列およびそれらの誘導体およびコンジュゲートを含んでいる。１つの好ましい実施形態では、本発明に係るポリペプチドは、膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンおよび／または電子の輸送に関与することができるか、酸化または還元に関与することができるか、またはＤＨ−複合体Ｉ（「複合体１」とも呼ばれる）等の電荷駆動プロトンポンプポリペプチドである。
【００１４】
本発明は、広範囲の合成高分子材料およびポリペプチドを使用して生体適合性膜を作成することが可能であるという認識から生じている。生体適合性膜は、本発明により製造すると、それらの完全な生物学的対応物と比較して、より安定で、寿命がより長く、より耐久性があり、そして広範囲の有用な環境に配置できるという点で長所を有することができる。また、本発明の生体適合性膜のいくつかは、一方の側に、極めて異なりかつ極めて極度のｐＨを有する溶液と接触させると作動することができる。それらはさらにまた、一定の酸化剤および／または還元剤の存在下で安定であり、相当に極度の温度または他の作動条件および保管条件で有用であるように調製することができる。それらは、ポリペプチドを除いて同一の膜を使用して発生するであろう電流の通過より、少なくとも大きな程度まで電流の通過を促進するであろう。好ましくは、本発明の生体適合性膜は、少なくとも１０ｐＡ（ピコアンペア）／ｃｍ2（生体適合性膜がセンサーに使用された場合等）、より好ましくは少なくとも約１０ｍＡ（ミリアンペア）／ｃｍ2、およびいっそうより好ましくは約１００ｍＡ／ｃｍ2を生じさせるであろう。
【００１５】
これらの生体適合性膜は、一般に、しかしこれに限定されないが、空気中で膜として独立して立っており、したがって少なくとも部分的に脱溶媒和させることができる。燃料電池に使用した場合、これらの生体適合性膜は好ましくは少なくとも８時間、より好ましくは少なくとも３日間、そしていっそうより好ましくは１ヵ月以上、そしてさらにいっそうより好ましくは６ヵ月以上の有用な作動期間を有するであろう。
【００１６】
酸化還元反応への関与、および／または膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送への関与ができるポリペプチドを含有する生体適合性の合成高分子膜は、広範囲の電池または燃料電池の作成に使用できるので特に好都合である。これらには、環境に優しく、軽量でコンパクトかつ容易に持ち運べる電池が含まれる。さらにまた出力が極めて高い燃料電池を製造することもまた可能である。好ましくは、本発明により製造された燃料電池は、通常は負荷または抵抗を備える回路がアノードとカソードとの間で作り出された場合、少なくとも１０ｍＷ（ミリワット）／ｃｍ2、好ましくは少なくとも約５０ｍＷ／ｃｍ2、および最も好ましくは少なくとも約１００ｍＷ／ｃｍ2を発生することができる。これは電気的に接続しているとも言われる。
【００１７】
したがって、本発明のまた別の態様は燃料電池である。燃料電池は、アノードを有するアノード区画と、カソードを有するカソード区画とを含んでいる。燃料電池はまた、アノード区画内、カソード区画内、またはアノード区画とカソード区画との間に配置できる少なくとも１つの生体適合性膜を含んでいる。生体適合性膜は、上記で検討したように、合成高分子材料の少なくとも１つの層と、それに結び付いた少なくとも１つのポリペプチドとを含むことができる。好ましくは、ポリペプチドは、酸化還元反応に関与するか、および／または膜の一方の側から他方の側への分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送に関与する能力を有する。特に好ましい実施形態では、ポリペプチドは酸化還元反応および分子、原子、プロトンもしくは電子の輸送の両方に関与することができる。そのような燃料電池は、ともにアノード区画内に配置されている電子伝達体および第２ポリペプチドを含んでいてよい。
【００１８】
本発明のさらに別の態様は、本発明に係る生体適合性膜を製造するためにそれ自体が有用である溶液の作製である。この溶液は、有機溶媒と水の両方を通常含んでいる溶媒系中に、少なくとも１つの合成高分子材料と少なくとも１つのポリペプチドとを含有する。好ましくは、合成高分子材料は約１〜約３０％（ｗ／ｖ）、およびより好ましくは約２〜約２０％（ｗ／ｖ）、そして最も好ましくは約２〜約１０％（ｗ／ｖ）の量で存在する。同様に、ポリペプチドは溶液中に約０．００１〜約１０．０％（ｗ／ｖ）、より好ましくは約０．０１〜約７．０％（ｗ／ｖ）、そしていっそうより好ましくは約０．１〜約５．０％（ｗ／ｖ）の量で存在する。溶液は、さらにまた所望であれば可溶化洗剤添加剤およびその他の材料を含むことができる。１つの好ましい実施形態では、合成高分子材料は少なくとも１種のブロックコポリマーからなる。また別の好ましい実施形態では、合成コポリマー材料が少なくとも１種のブロックコポリマーを含む場合に合成ポリマー材料が少なくとも１種のポリマーもしくはコポリマーも含むことを条件に、合成高分子材料は、少なくとも１種のポリマー、コポリマーもしくはブロックコポリマーを含む。また別の好ましい実施形態では、合成高分子材料は少なくとも１種の安定化ポリマーを含有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る生体適合性膜は、本明細書に記載したように１つ以上のポリペプチドと結び付いたときに本発明の目的を満たすあらゆる合成高分子材料から形成することができる。
【００２０】
合成高分子材料は、ポリマー、コポリマーおよびブロックコポリマーならびにこれらの混合物を含むことができる。これらは、相互に結び付け、架橋結合させ、機能化させ、またはさもなければ結合させることができる。「機能化」とは、ポリマー、コポリマーおよび／またはブロックコポリマーが、当技術分野において知られている重合（例えば、ブロックの架橋結合）、特定の表面の化学的性質への固定（例えば、一定の硫黄結合の使用）、電子伝達体もしくは電子伝達メディエータ等の共有結合を介して促進された電子輸送のいずれであろうと、特定機能を実行するように選択される末端基を用いて修飾されていることを意味する。典型的には、これらの末端基はポリマーまたはブロック自体の構成要素とは見なされず、合成の終了時または合成後にしばしば付加される。合成高分子材料は、一般に最終膜（使用できる状態にある膜）上で最終膜の少なくとも約５０重量％、より典型的には最終膜の少なくとも約６０重量％、およびしばしば約７０〜９９重量％までの量で存在する。合成高分子材料の総量の一部分は、最終生体適合性膜における全合成高分子材料の重量に基づいて一般には約３分の１の重量までは、安定化ポリマーであってよい。
【００２１】
本発明の生体適合性膜は、好ましくはポリマーもしくはコポリマー等の他の合成高分子材料を含めてまたは含まずに、そして添加剤を含めてまたは含まずに、Ａ−Ｂ、Ａ−Ｂ−ＡまたはＡ−Ｂ−Ｃブロックコポリマー等の１種以上のブロックコポリマーから製造される。
【００２２】
１つの適切なブロックコポリマーは、Ｃｏｒｉｎｎｅ  Ｎａｒｄｉｎ、Ｗｏｌｆｇａｎｇ  Ｍｅｉｅｒおよびその他による一連の論文に記載されている。Ａｎｇｅｗ  Ｃｈｅｍ  Ｉｎｔ．Ｅｄ．３９：４５９９−４６０２，２０００、Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １６：１０３５−１０４１，２０００、Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １６：７７０８−７７１２，２０００。記載された機能化ポリ（２−メチルオキサゾリン）−ブロック−ポリ（ジメチルシロキサン）−ブロック−ポリ（２−メチルオキサゾリン）トリブロックコポリマーは以下の通りである。
【化１】
2005512300.tif 000002
【００２３】
上記の化学式では、ｘの平均値は６８、そしてｙの平均値は１５である。これは、式に挙げられた「Ｃ」が必ずしもＡ−Ｂ−Ｃブロックコポリマーの「Ｃ」の名称とは一致しないＡ−Ｂ−Ａブロックコポリマーである。
【００２４】
上記に例示したポリマーは、機能性タンパク質を組み込むことができる相当に大きな膜を提供することができる。ポリマー分子の末端にあるメタクリレート成分は、より大きな機械的安定性を付け加えるためにタンパク質を組み込んだ後のフリーラジカル媒介性架橋結合を許容する。これのような生体適合性膜、特に非イオン性である膜はアノードとカソードとの間のより高度の電圧差に対してより大きな安定性を有する。
【００２５】
上記の機能化ポリ（２−メチルオキサゾリン）−ブロック−ポリ（ジメチルシロキサン）−ブロック−ポリ（２−メチルオキサゾリン）トリブロックコポリマーは、使用できる合成高分子材料の１つの例である。その他の代表的ブロックコポリマーには、制限なく、以下のブロックコポリマーが含まれる。両親媒性ブロックコポリマー［小胞のトリブロックコポリマーシェルは生物学的膜の模擬体と見なすことができるが、それらは従来型脂質二分子層より２〜３倍厚い。それでも、それらは膜内タンパク質のためのマトリックスとして機能することができる。驚くべきことに、これらのタンパク質は膜の厚さが極めて厚いにもかかわらず、そして反応性トリブロックコポリマーの重合後にさえ機能性のままである。］、５−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）イソプレン、スチレン、およびメタクリル酸からのトリブロック共重合両性電解質［Ｂｉｅｒｉｎｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｕｒ．Ｐｈｙｓ．Ｊ．Ｅ．５：５−１２，２００１。そのようなポリマーは特にＡｉ14Ｓ63Ａ23、Ａｉ31Ｓ23Ａ46、Ａｉ42Ｓ23Ａ35、Ａｉ56Ｓ23Ａ21、Ａｉ57Ｓ11Ａ32である］、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレントリブロックコポリマー［（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ  １６５０、２９％のスチレン、８０００溶液粘度（２５重量％ポリマー）、１００％トリブロックスチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（Ｓ−ＥＢ−Ｓ）ブロックコポリマー、（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ  １６５２、２９％スチレン、１３５０溶液粘度（２５重量％ポリマー）、１００％トリブロックＳ−ＥＢ−Ｓブロックコポリマー、（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ  １６５７、４２００溶液粘度（２５重量％ポリマー）、３５％ジブロックＳ−ＥＢ−Ｓブロックコポリマー、すべてがＳｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手できる。好ましいブロックコポリマーは、スチレン−エチレン／プロピレン（Ｓ−ＥＰ）タイプのブロックコポリマーであり、商標（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ  １７２６（２８％スチレン、２００溶液粘度（２５重量％ポリマー）、７０％ジブロックＳ−ＥＢ−Ｓブロックコポリマー）、（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ−１７０１Ｘ（３７％スチレン、＞５０，０００の溶液粘度、１００％ジブロックＳ−ＥＰブロックコポリマー）、および（ＫＲＡＴＯＮ）Ｇ−１７０２Ｘ（２８％スチレン、＞５０，０００の溶液粘度を付けて市販で入手することができ、さらにまた１００％ジブロックＳ−ＥＰブロックコポリマーもＳｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（米国テキサス州ヒューストン）から市販で入手できる］、シロキサントリブロックコポリマー［シロキサントリブロックコポリマーを含有するニトリルはシロキサン磁性流体のための安定剤として開発された。シロキサン磁性流体は近年、網膜剥離手術のための眼内タンポナーデとして提案されてきた。ＰＤＭＳ−ｂ−ＰＣＰＭＳ−ｂ−ＰＤＭＳｓ（ＰＤＭＳ＝ポリジメチルシロキサン、ＰＣＰＭＳ＝ポリ（３−シアノプロピルメチル−シクロシロキサン）は、シラノール酸リチウムでエンドキャップされたＰＣＰＭＳマクロ開始剤により開始されるヘキサメチルシクロトリシロキサンの運動学的に制御された重合を通して極めて良好に調製された。マクロ開始剤は、３−シアノプロピルメチルシクロシロキサン（ＤｘＣＮ）およびジリチウムジフェ��ルシランジオラート（ＤＬＤＰＳ）の混合物を平衡化することによって調製された。ＤｘＣＮは、３−シアノプロピルメチルジクロロシランの加水分解、その後の結果として生じた加水分解産物の環化および平衡化によって合成された。ＤＬＤＰＳは、ジフェニルメチルリチウムを用いたジフェニルシランジオールの脱プロトン化によって調製された。ＤｘＣＮとＤＬＤＰＳの混合物は、１００℃で５〜１０時間以内に平衡化させられることが見いだされた。ＤｘＣＮ対ＤＬＤＰＳの比率をコントロールすることにより、異なる分子量のマクロ開始剤を入手できよう。マクロ開始剤平衡物中の主要環式化合物はテトラマー（８．６±０．７重量％）、ペンタマー（６．３±０．８重量％）およびヘキサマー（２．１±０．５重量％）である。２．５ｋ−２．５ｋ−２．５ｋ、４ｋ−４ｋ−４ｋ、および８ｋ−８ｋ−８ｋのトリブロックコポリマーが調製され、特性付けられた。これらのトリブロックコポリマーは、透明なミクロ相分離構造の高度に粘性の液体である。これらのトリブロックコポリマーは、オクタメチルシクロテトラシロキサンまたはヘキサン中のナノメートルサイズのγ−Ｆｅ2Ｏ3およびコバルト粒子を安定化できることが見いだされた。したがってＰＤＭＳ−ｂ−ＰＣＰＭＳ−ｂ−ＰＤＭＳは、シリコーン磁性流体のための１クラスの前途有望な立体安定剤を表している。］、ＤＥＯ−ＣＰＰＯ−ＣＰＥＯトリブロックコポリマー、ＰＥＯ−ＰＤＭＳ−ＰＥＯトリブロックコポリマー［ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）は水相中に可溶性であるが、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は油相中に可溶性である］、ＰＬＡ−ＰＥＧ−ＰＬＡトリブロックコポリマー、ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン−ｂ−スチレン）トリブロックコポリマー［一般に使用される熱可塑性エラストマーには、ＢＡＳＦ社（西独ルードビヒスハーフェン）製のＳｔｙｒｏｌｕｘが含まれる］、ポリ（エチレンオキシド）／ポリ（プロピレンオキシド）トリブロックコポリマーフィルム［ＢＡＳＦ社（西独ルードビヒスハーフェン）製のＰｌｕｒｏｎｉｃ  Ｆ１２７、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ  Ｐ１０５、またはＰｌｕｒｏｎｉｃ  Ｌ４４］、ポリ（エチレングリコール）−ポリ（プロピレングリコール）トリブロックコポリマー、ＰＤＭＳ−ＰＣＰＭＳ−ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン−ポリシアノプロピルメチルシロキサン）トリブロックコポリマー［系統的に変化させた分子量を備える一連のエポキシおよびビニルエンドキャップされたポリシロキサントリブロックコポリマーは、開始剤としてＬｉＯＨを使用するアニオン性重合により合成された。中心コポリマーブロック上のニトリル基は、粒子表面上に吸着すると考えられるが、他方ＰＤＭＳエンドブロックは反応溶剤内に突出する。］、アゾ官能性スチレン−ブタジエン−ＨＥＭＡトリブロックコポリマー、重合可能な末端基を有する両親媒性トリブロックコポリマー、シンジオタクチックポリメチルメタクリレート（ｓＰＭＭＡ）−ポリブタジエン（ＰＢＤ）−ｓＰＭＭＡトリブロックコポリマー、第３アミンメタクリレートトリブロック［２０℃の水中でミセル（コア内のＢブロック）およびリバースミセル（コア内のＡブロック）の両方を形成できるＡＢジブロックコポリ���ー］、生物分解性ＰＬＧＡ−ｂ−ＰＥＯ−ｂ−ＰＬＧＡトリブロックコポリマー、ポリアクチド−ｂ−ポリイソプレン−ｂ−ポリアクチドトリブロックコポリマー、ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯトリブロックコポリマー［ＢＡＳＦ社製のＰｌｕｒｏｎｉｃと同様］、ポリ（イソプレン−ブロック−スチレン−ブロック−ジメチルシロキサン）トリブロックコポリマー、ポリ（エチレンオキシド）−ブロック−ポリスチレン−ブロック−ポリ（エチレンオキシド）トリブロックコポリマー、ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（ＴＨＦ）−ポリ（エチレンオキシド）トリブロックコポリマー、エチレンオキシドトリブロック、ポリＥ−カプロラクトン［Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製］、ポリ（ＤＬ−ラクチド−ｃｏ−グリコリド）［Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製］、ポリ（ＤＬ−ラクチド）［Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製］、ポリ（Ｌ−ラクチド）［Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製］、ポリ（グリコリド）［Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製］、ポリ（ＤＬ−ラクチド−ｃｏ−カプロラクトン）［Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製］、スチレン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマー［Ｊａｐａｎ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｒｕｂｂｅｒ社製、分子量＝１４０ｋｇ／ｍｏｌ、ＰＳ／ＰＩのブロック比＝１５／８５］、ＰＥＯ／ＰＰＯトリブロックコポリマー、ＰＭＭＡ−ｂ−ＰＩＢ−ｂ−ＰＭＭＡ［線状トリブロックＴＰＥ］、ＰＬＧＡ−ブロック−ＰＥＯ−ブロック−ＰＬＧＡトリブロックコポリマー［スルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スチレン（Ｓ−ＳＥＢＳ）ＴＢＣポリマープロトン導電性膜。Ｄａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ  Ａ７００として入手できる］、ポリ（ｌ−ラクチド）−ブロック−ポリ（エチレンオキシド）−ブロック−ポリ（１−ラクチド）トリブロックコポリマー、ポリ−エステル−エステル−エステルトリブロックコポリマー、ＰＬＡ／ＰＥＯ／ＰＬＡトリブロックコポリマー［トリブロックコポリマーの合成は、オクタン酸第一錫の代わりに共開始剤として非毒性亜鉛金属または水素化カルシウムを使用して、ポリ（エチレングリコール）の存在下でＤＬ−ラクチドまたはｅ−カプロラクトンの開環重合によって調製されるであろう。コポリマーの組成は、ポリエステル／ポリエーテル比を調整することにより変動するであろう。］、ＰＣＣ／ＰＥＯ／ＰＣＣトリブロックコポリマー［上記のポリマーは２種以上の混合物中で使用できる。例えば、第１ポリマーの重量％で測定した２種のポリマー混合物中では、そのような混合物は２０〜２５％、２５〜３０％、３０〜３５％、３５〜４０％、４０〜４５％または４５〜５０％を含むことができる。］、ポリ（ｔ−ブチルアクリレート−ｂ−メチルメタクリレート−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社（カナダ国ケベック州ドーバル）製］、ポリ（ｔ−ブチルアクリレート−ｂ−スチレン−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ｔ−ブチルメタクリレート−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍ���ｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ｔ−ブチルメタクリレート−ｂ−メチルメタクリレート−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ｔ−ブチルメタクリレート−ｂ−スチレン−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ブタジエン（１，４付加）−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ｎ−ブチルアクリレート−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ジメチルシロキサン−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−スチレン−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−２−ビニルピリジン−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ブタジエン（１，２付加）−ｂ−スチレン−ｂ−ブタジエン（１，２付加））［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ブタジエン（１，４付加）−ｂ−スチレン−ｂ−ブタジエン（１，４付加））［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（エチレンオキシド−ｂ−プロピレンオキシド−ｂ−エチレンオキシド）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（エチレンオキシド−ｂ−スチレン−ｂ−エチレンオキシド）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ラクチド−ｂ−エチレンオキシド−ｂ−ラクチド）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ラクトン−ｂ−エチレンオキシド−ｂ−ラクトン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ａ，ｗ−ジアクリロニル末端ポリ（ラクチド−ｂ−エチレンオキシド−ｂ−ラクチド）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−
ｂ−アクリル酸−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン（１，４付加）−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ブチレン−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ｎ−ブチルアクリレート−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−エチルアクリレート−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−エチレン−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−イソプレン−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−エチレンオキシド−ｂ−スチレン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（２−ビニルピリジン−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート−ｂ−２−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（２−ビニルピリジン−ｂ−ブタジエン（１，２付加）−ｂ−２−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（２−ビニルピリジン−ｂ−スチレン−ｂ−２−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（４−ビニルピリジン−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート−ｂ−４−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（４−ビニルピリジン−ｂ−メチルメタクリレート−ｂ−４−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（４−ビニルピリジン−ｂ−スチレン−ｂ−４−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（ブタジエン−ｂ−スチレン−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−アクリル酸−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン−ｂ−２−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン−ｂ−４−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート−ｂ−２−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート−ｂ−４−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−イソプレン−ｂ−グリシジルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ａ−メチルスチレン−ｂ−ｔ−ブチルアクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−ａ−メチルスチレン−ｂ−メチルメタクリレート）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−２−ビニルピリジン−ｂ−エチレンオキシド）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］、ポリ（スチレン−ｂ−２−ビニルピリジン−ｂ−４−ビニルピリジン）［Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ社製］。
【００２６】
上記のブロックコポリマーは、単独で、または同一クラスもしくは異なるクラスの２つ以上の混合物中で使用できる。例えば、第１ポリマーの重量％で測定した２種のブロックコポリマー混合物中では、そのような混合物は１０〜１５％、１５〜２０％、２０〜２５％、２５〜３０％、３０〜３５％、３５〜４０％、４０〜４５％または４５〜５０％を含むことができる。３種のポリマーが使用される場合は、第１ポリマーはポリマー成分全体の１０〜１５％、１５〜２０％、２０〜２５％、２５〜３０％、３０〜３５％、３５〜４０％、４０〜４５％または４５〜５０％を含むことができ、そして第２ポリマーは残りの１０〜１５％、１５〜２０％、２０〜２５％、２５〜３０％、３０〜３５％、３５〜４０％、４０〜４５％または４５〜５０％を含むことができる。
【００２７】
これを言い換えると、混合物中の各ブロックコポリマーの量は、使用されるブロックコポリマーの性質および数ならびに入手すべき所望の特性に伴って相当に変動させることができる。しかし、一般に、本発明に係る混合物の各ブロックコポリマーは膜または溶液中の全ポリマーの重量に基づいて少なくとも約１０重量％の量で存在するであろう。これら同一の一般的範囲は、１種以上のポリマー、コポリマーおよび／またはブロックコポリマーとの混合物から製造された膜に当てはまるであろう。さらにまた単一ポリマー、コポリマーまたはブロックコポリマーが、膜の特別な特性を調整するために膜の１．０重量％という少量でさえ、少量の別個のポリマー、コポリマーまたはブロックコポリマーを用いて「ドープ」できる場合にも該当するであろう。
【００２８】
本発明の実施形態には、制限なく、Ａ−Ｂ、Ａ−Ｂ−ＡまたはＡ−Ｂ−Ｃブロックコポリマーが含まれる。Ａ（もしくはＣ）のトリブロックコポリマーについての平均分子量は、例えば、１，０００〜１５，０００ダルトンであり、そしてＢの平均分子量は１，０００〜２０，０００ダルトンである。より好ましくは、ブロックＡおよび／またはＣは約２，０００〜１０，０００ダルトンの平均分子量を有し、そしてブロックＢは約２，０００〜１０，０００ダルトンの平均分子量を有するであろう。
【００２９】
ジブロックコポリマーが使用される場合は、Ａについての平均分子量は約１，０００〜２０，０００ダルトンであり、より好ましくは、約２，０００〜１５，０００ダルトンである。Ｂの平均分子量は約１，０００〜２０，０００ダルトンであり、より好ましくは、約２，０００〜１５，０００ダルトンである。
【００３０】
好ましくは、ブロックコポリマーは（ｉ）予測動作温度および保管温度では固体を提供するため、そして（ｉｉ）ミセルよりむしろ生物膜様構造の形成を促進するために選択される疎水性／親水性平衡を有するであろう。より好ましくは、疎水性含量（もしくはブロック）が、親水性含量（もしくはブロック）を上回るべきである。そこで、ジブロックもしくはトリブロックコポリマーの少なくとも１つのブロックは、好ましくは疎水性である。湿潤性膜は考えられるが、好ましくは疎水性および親水性合成高分子材料の含量が膜を低湿潤性にするであろう。
【００３１】
上記のように、本発明の１つの好ましい実施形態では、合成高分子材料の混合物を使用して製造された生体適合性膜が提供される。そのような混合物は、それらの各ブロックの分子量以外は同一である２種以上のブロックコポリマーの混合物であってよい。例えば、生体適合性膜は２種のブロックコポリマーの混合物を使用して製造できるが、それらはどちらもポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）であり、それらの一方は２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤ、そして他方は３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有しており、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率は、使用された全合成高分子材料の約６７対３３％（ｗ／ｗ）である。これは、当然ながら大多数のブロックコポリマーの第１ブロックは約２，０００ダルトンの分子量を有し、第２ブロックは５，０００ダルトンの分子量を有し、そして第３ブロックは２，０００ダルトンの分子量を有することを意味する。少数のブロックコポリマーは各々、約３，０００、７，０００および３，０００ダルトンのブロックを有する。
【００３２】
当然ながら、完全に異なる２種以上のブロックコポリマーを使用することができ、異なるブロックコポリマーおよびそれらの各ブロックのサイズだけが異なる同一のブロックコポリマーの混合物もまた予想されている。しかし混合物は、ブロックコポリマーに限定されない。
【００３３】
ポリマーおよびコポリマーは、本発明により本明細書に記載した特性を有する生体適合性膜を製造するために単独で、組み合わせて、そしてブロックコポリマーと組み合わせて使用できる。有用なポリマーおよびコポリマーは、好ましくは室温（２５℃）では固体である。それらは、使用されたあらゆる他の合成高分子材料、使用されたあらゆる添加剤、および使用されたポリペプチドに適合できる溶媒または溶媒系中に溶解させることができる。生体適合性膜を製造する際に有用なポリマーおよびコポリマーには、制限なく、ポリスチレン、ポリアルキルおよびポリジメチルシロキサン等のポリジアルキルシロキサン、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート、ポリブタジエン、ポリアルキレンおよびポリアルキレングリコール等のポリアルケン、スルホン化ポリスチレン、ポリジエン、ポリオキシラン、ポリ（ビニルピリジン）、ポリオレフィン、ポリオレフィン／アルキレンビニルアルコールコポリマー、エチレンプロピレンコポリマー、エチレン−ブテン−プロピレンコポリマー、エチルビニルアルコールコポリマー、過フッ素化スルホン酸、ビニルハロゲンポリマーならびに塩化ビニルとアクリロニトリルコポリマー、メタクリル／エチレンコポリマー等のコポリマーおよびその他の可溶性であるが一般には疎水性のすべてが約５，０００〜約５００，０００の分子量であるポリマーおよびコポリマーを含むことができる。特別に好ましいポリマーには、ポリ（ｎ−ブチルアクリレート）、ポリ（ｔ−ブチルアクリレート）、ポリ（エチルアクリレート）、ポリ（２−エチルヘキシルアクリレート）、ポリ（ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリ（ｓ−ブチルメタクリレート）、ポリ（ｔ−ブチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（グリシジルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ｎ−ノニルメタクリレート）、ポリ（オクタデシルメタクリレート）、ポリブタジエン（１，４付加）、ポリブタジエン（１，２付加）、ポリイソプレン（１，４付加）、ポリイソプレン（１，２付加および１，４付加）、ポリエチレン、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（エチルメチルシロキサン）、ポリ（フェニルメチルシロキサン）、ポリプロピレン、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（４−アセトキシスチレン）、ポリ（４−ブロモスチレン）、ポリ（４−ｔ−ブチルスチレン）、ポリ（４−クロロスチレン）、ポリ（４−ヒドロキシルスチレン）、ポリ（ａ−メチルスチレン）、ポリ（４−メチルスチレン）、ポリ（４−メトキシスチレン）、ポリスチレン、アイソタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（４−ビニルピリジン）、ポリ（２，６−ジメチル−ｐ−フェニレンオキシド）、ポリ（３−（ヘキサフルオロ−２−ヒドロキシプロピル）−スチレン）、ポリイソブチレン、ポリ（９−ビニルアントラセン）、ポリ（４−ビニル安息香酸）、ポリ（４−ビニル安息香酸ナトリウム塩）、ポリ（ビニルベンジルクロリド）、ポリ（３（４）−ビニルベンジルテトラヒドロフルフリルエーテル）、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリ（２−ビニルナフタレン）およびポリ（９−ビニルフェナントレン）が含まれる。ポリマーおよびコポリマーは一般に合成高分子材料であるので、それらはブロックコポリマーおよび混合物について以前に記載した同一量で使用することができる。
【００３４】
本発明の特に好ましい態様では、生体適合性膜には合成高分子材料、好ましくは少なくとも１種のブロックコポリマー（最も好ましくは、少なくとも一部には両親媒性であるブロックコポリマー）および生体適合性膜を安定化できる合成高分子材料を含有する。一定のポリマー、最も顕著には、複数の水素結合を形成できる（「水素結合に富む」）親水性ポリマーおよびコポリマーは膜を安定化できることが見いだされている。安定化ポリマーの関連において、用語「ポリマー」には１つ以上のモノマー、ポリマーおよびコポリマーが含まれる。この関連における「親水性」とは、安定化ポリマーが水または水混和性溶媒中に溶解すること、または可溶化されることを意味する。いずれか特別な作動理論と結び付けようとせずとも、そのようなポリマーの使用はポリペプチドを生体適合性膜の構造内へ機能的に統合する際に役立つことができると考えられる。安定化ポリマーは生体適合性膜へ、同一条件に曝露させられたときに安定化ポリマーを使用せずに製造された同一の生体適合性膜と比較して、はるかに長い有効寿命および／または機械的破損に対する大きな抵抗を与える。燃料電池に使用される、合成高分子材料が安定化ポリマーを含む場合の安定化された生体適合性膜は、例えば少なくとも約１０％、より好ましくは少なくとも約５０％、最も好ましくは少なくとも約１００％の増加した有効寿命を有することができる。
【００３５】
本発明の生体適合性膜内のポリペプチドを安定化できる特に好ましいポリマーには、デキストラン、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ポリアクリルアミド、およびポリアルキレンアミンが含まれる。これらの安定化されたポリマー（同様にコポリマーを含有する）は、一般に合成高分子材料として使用されたポリマーおよびコポリマーより小さい平均分子量を有する。それらの分子量は、一般に約１，０００ダルトン〜約１５，０００ダルトンの範囲に及ぶ。生体適合性膜を安定化することができる特に好ましいポリマーには、制限なく、約２，０００〜約１０，０００ダルトンの平均分子量を有するポリエチレングリコール、約２，０００〜約１０，０００ダルトンの平均分子量を有するポリエチレンオキシド、約５，０００〜１５，０００ダルトンの平均分子量を有するポリアクリルアミドが含まれる。その他の安定化ポリマーには、ポリプロピレン、ポリ（ｎ−ブチルアクリレート）、ポリ（ｔ−ブチルアクリレート）、ポリ（エチルアクリレート）、ポリ（２−エチルヘキシルアクリレート）、ポリ（ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリ（ｓ−ブチルメタクリレート）、ポリ（ｔ−ブチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（グリシジルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ｎ−ノニルメタクリレート）、およびポリ（オクタデシルメタクリレート）が含まれる。
【００３６】
生体適合性膜に使用される１種以上の安定化ポリマーの量は、特性における一部の測定可能な改善が実現されて生体適合性膜の機能性が過度に妨害されない限り、重要ではない。機能性と寿命のいくらかの犠牲は予想しなければならない。しかし、一般には、最終生体適合性膜内で見いだされる合成高分子材料の総量に基づいて、使用される安定化ポリマーの量は（重量で）、一般に３分の１以下であり、そして典型的には３０重量％以下である。好ましくは、使用される量は、最終膜内の合成高分子材料の５〜約３０重量％であり、より好ましくは約５〜約１５重量％が使用される。
【００３７】
１種以上のポリマー、コポリマーおよび／またはブロックコポリマー、および／または安定化ポリマーに加えて、本発明の合成高分子材料は少なくとも１種の添加剤を含むことができる。添加剤は、架橋剤および脂質、脂肪酸、ステロールならびにその他の天然生体膜構成要素およびそれらの合成類似体を含むことができる。これらは一般に、溶液中にある時点に合成高分子材料へ添加される。これらの添加剤は、そもそも存在する場合は、合成高分子材料の約０．５０〜約３０重量％、好ましくは約１．０〜約１５重量％の量で見いだされるであろう。
【００３８】
生体適合性膜が架橋成分を取り込んでいる場合は、重合のために有用な手法にはラジカル形成剤もしくはラジカル成長剤を用いる化学重合およびさらにまた別のラジカル成長剤を用いる、または用いない光化学ラジカル生成による重合が含まれる。パラメータは、膜材料、生体適合性膜区分のサイズ、支持体の構造等のような条件に依存して調整できる。ポリペプチドの損傷を最小限に抑えるために注意を払わなければならない。１つの特に有用な方法は、中性ｐＨにある過酸化物を使用し、その後に酸性化することを含む。
【００３９】
本発明に係る生体適合性膜を形成するために合成高分子材料と結び付くことができ、かつ酸化／還元および膜貫通輸送機能（分子、原子、プロトン、電子）の一方または両方に関与することができる有用なポリペプチドの例には、例えば、ＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ（「複合体Ｉ」）（例、大腸菌由来、Ｔｒａｎ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｏｔｏｎ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ＮＡＤＨ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  Ｉ  ｏｆ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  ｉｎ  ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＮＡＤＨ  ｔｏ  ｆｕｍａｒａｔｅ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｂｉｏｅｎｅｒｇｅｔｉｃ  ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．２４４：１５５，１９９７）、ＮＡＤＰＨトランスヒドロゲナーゼ、プロトンＡＴＰａｓｅ、およびシトクロムオキシダーゼならびにその様々な形態が含まれる。また別のポリペプチドには、グルコースオキシダーゼ（ＮＡＤＨを使用して、Ｓｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手できる多数のタイプのこの酵素を含む、数種の起源から入手可能）、グルコース−６−リン酸デヒドロゲナーゼ（ＮＡＤＰＨ、Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ  Ｍａｎｎｈｅｉｍ社製、インディアナ州インディアナポリス）、６−ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼ（ＮＡＤＰＨ、Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ  Ｍａｎｎｈｅｉｍ社製）、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ（ＮＡＤＨ、Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ  Ｍａｎｎｈｅｉｍ社製）、グリセルアルデヒド−３−リン酸デヒドロゲナーゼ（ＮＡＤＨ、Ｓｉｇｍａ社製、Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ  Ｍａｎｎｈｅｉｍ社）、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ（ＮＡＤＨ、Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ  Ｍａｎｎｈｅｉｍ社製、ＮＡＤＰＨ、Ｓｉｇｍａ社製）、α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体（ＮＡＤＨ、Ｓｉｇｍａ社製）およびプロトン転移性ピロリン酸塩が含まれる。さらにまた含まれるのは、「複合体ＩＩ」とも呼ばれるコハク酸：キノン・オキシドレダクターゼ、「Ａ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｏｍａｉｎ  ｏｆ  ｓｕｃｃｉｎａｔｅ：ｑｕｉｎｏｎｅ  ｏｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅｓ」，Ｈａｇｅｒｈａｌｌ  Ｃ．ａｎｄ  Ｈｅｄｅｒｓｔｅｄｔ  Ｌ．，ＦＥＢＳ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３８９；２５−３１（１９９６）および「Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｃｒｙｓｔａｌｌｉｓａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｓｕｃｃｉｎａｔｅ：ｕｂｉｑｕｉｎｏｎｅ  ｏｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ  ｆｒｏｍ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ．」，Ｔｏｒｎｒｏｔｈ  Ｓ．ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｉｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ａｃｔａ  １５５３；１７１−１７６（２００２）、ヘテロジスルフィドレダクターゼ、Ｆ（４２０）Ｈ（２）デヒドロゲナーゼ，（Ｂａｕｍｅｒ，ｅｔ  ａｌ．，「Ｔｈｅ  Ｆ４２０Ｈ２  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｆｒｏｍ  Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ｍａｚｅｉ  ｉｓ  ａ  Ｒｅｄｏｘ−ｄｒｉｖｅｎ  ｐｒｏｔｏｎ  ｐｕｍｐ  ｃｌｏｓｅｌｙ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  ＮＡＤＨ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓ」，２７５  Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．１７９６８（２０００））もしくはギ酸���ドロゲンリアーゼ（Ａｎｄｒｅｗｓ，ｅｔ  ａｌ．，「Ａ  １２−ｃｉｓｔｒｏｎ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  ｏｐｅｒｏｎ（ｈｙｆ）ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ａ  ｐｕｔａｔｉｖｅ  ｐｒｏｔｏｎ−ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｎｇ  ｆｏｒｍａｔｅ  ｈｙｄｒｏｇｅｎｌｙａｓｅ  ｓｙｓｔｅｍ」，１４３  Ｍｉｃｒｏｂｉｌｏｇｙ  ３６３３（１９９７））、ニコチンアミドヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ：「Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ  ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  ｔｒａｎｓｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ：ａ  ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｂｉｎｄｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ  ｆｏｒ  ｐｒｏｔｏｎ  ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ」，Ｈａｔｅｆｉ，Ｙ．ａｎｄ  Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｍ．，Ｆａｓｅｂ  Ｊ．，１０；４４４−４５２（１９９６）、プロリンデヒドロゲナーゼ：「Ｐｒｏｌｉｎｅ  Ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｆｒｏｍ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  Ｋ１２」，Ｇｒａｈａｍ  Ｓ．ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２５９；２６５６−２６６１（１９８４）、および、制限なく、シトクロムＣオキシダーゼ（ウンデシル−（β−Ｄ−マルトシドもしくはシクロヘキシル−ヘキシル−β−Ｄ−マルトシドのどちらかを用いて結晶化された）、シトクロムｂｃ1：「Ｕｂｉｑｕｉｎｏｎｅ  ａｔ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｎ  ｉｓ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ  ｆｏｒ  ｔｒｉｐｈａｓｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  ｂｃ1  ｃｏｍｐｌｅｘ」，Ｓｎｙｄｅｒ  Ｃ．Ｈ．，ａｎｄ  Ｔｒｕｍｐｏｗｅｒ  Ｂ．Ｌ．，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２７４；３１２０９−１６（１９９９）、シトクロムｂｏ3：「Ｏｘｙｇｅｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｔｏｎ  ｕｐｔａｋｅ  ｉｎ  ｈｅｌｉｘ  ＶＩＩＩ  ｍｕｔａｎｔｓ  ｏｆ  ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  ｂｏ3」，Ｓｖｅｎｓｓｏｎ  Ｍ．ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３４；５２５２−５８（１９９５），「Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  ｂｏ3」，Ｓｃｈｕｌｔｚ  Ｂ．Ｅ．，ａｎｄ  Ｃｈａｎ  Ｓ．Ｉ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  ９５；１１６４３−４８（１９９８）、およびシトクロムｄ：「Ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｂｏｕｎｄ，ｕｂｉｑｕｉｎｏｎｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｐｙｒｕｖａｔｅ  ｏｘｉｄａｓｅ  ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ  ｃｈａｉｎ  ｏｆ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  ｄ  ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｏｘｉｄａｓｅ」，Ｋｏｌａｎｄ  Ｊ．Ｇ．ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２３；４４５−４５３（１９８４）、Ｊｏｏｓｔ  ａｎｄ  Ｔｈｏｒｅｎｓ，「Ｔｈｅ  ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ＧＬＵＴ−ｆａｍｉｌｙ  ｏｆ  ｓｕｇａｒ／ｐｏｌｙｏｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｆａｃｉｌｉｔａｔｏｒｓ：ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ，ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｔｓ  ｎｏｖｅｌ  ｍｅｍｂｅｒｓ（ｒｅｖｉｅｗ）」，１８  Ｍｏｌ．Ｍｅｍｂｒ．Ｂｉｏｌ．２４７−５６（２００１）を含むシトクロム、ならびにＧｏｌｄｉｎ  Ａ．Ｌ．，「Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｖｏｌｔａｇｅ−ｇａｔｅｄ  Ｎａ（＋）ｃｈａｎｎｅｌｓ」，Ｊ．Ｅｘｐ．Ｂｉｏｌ．２０５；５７５−８４（２００２），Ｃｈｏｅ，Ｓ．、「Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」，Ｎａｔ．Ｒｅｖ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．３；１１５−２１（２００２）、Ｄｉｍｒｏｔｈ  Ｐ．，「Ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ｓｏｄｉｕｍ  ｉｏｎ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｓ」，Ａｎｔｏｎｉｅ  Ｖａｎ  Ｌｅｅｕｗｅｎｈｏｅｋ  ６５；３８１−９５（１９９４）、およびＰａｒｋ  Ｊ．Ｈ．ａｎｄ  Ｓａｉｅｒ  Ｍ．Ｈ．Ｊｒ．，「Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ａｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａ−Ｋ−Ｃｌ  ｃｏｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ  ｆａｍｉｌｙ」，Ｊ．Ｍｅｍｂｒ．Ｂｉｏｌ．１４９；１６１−８（１９９６）に開示された物を含む選択的チャネルタンパク質である。上記はすべて、本明細書の一部をなすものとする。そのようなＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ酵素を単離する方法は、例えばＢｒａｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３７：１８６１−１８６７，１９９８、およびＢｅｒｇｓｍａ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＮＡＤＨ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｆｒｏｍ  Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ」，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１２８：１５１−１５７，１９８２に詳細に記載されている。Ｓｐｅｈｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３８：１６２６１−１６２６７，１９９９によって記載されたように、オペロンから発現する複合体Ｉ  ＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ（もしくは、ＮＡＤＨ：ユビキノンオキシドレダクターゼ）は、本発明において使用するために有用な量を提供するために、Ｔ７プロモーターを置換することによって大腸菌内で過剰発現させることができる。複合体Ｉは、Ｓｐｅｈｒ  ｅｔ  ａｌ．により記載された方法によって、ドデシルマルトシドによる可溶化を使用して過剰発現大腸菌から単離できる。
【００４０】
複合体Ｉは、ＮＡＤＨデヒドロゲナーゼが排除または大きく減少させられるように処理することができる。ｗｗｗ．ｊｂｃ．ｏｒｇ，２００２（Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ  Ｍ１１２３５７２００）での発表が受け付けられてウェブ発行されたＢｏｅｔｔｃｈｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，「Ａ  Ｎｏｖｅｌ，Ｅｎｚｙｍａｔｉｃａｌｌｙ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  ＮＡＤＨ：Ｕｂｉｑｕｉｎｏｎｅ  Ｏｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｉ）」に記載されているように、高塩分または高ｐＨ溶液中では、複合体Ｉは、プロトン輸送がＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ活性から解放されてＤＨ−形を作製するように配座を変化させる。本出願人らは、これらの条件およびこれらの条件の組み合わせを使用して、本発明の燃料電池がアノード／カソードバリアにおいてＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ活性を伴わずに作動できることを証明した。このような条件には、２００ｍＭ〜２Ｍのアノード液もしくはアノード塩濃度、および８．０以上のｐＨが含まれる。トランスポーター活性は、アノード側とカソード側の間の電荷不均衡を原因とすること、反対の［Ｈ+］勾配に逆らって機能すると考えられる。ＤＨ形のプロトントランスポーター活性は、この形態によりゲートされた生体適合性膜が電荷不均衡を軽減するための唯一の手段を提供する燃料電池内での電流生成の維持から確証されている。（複合体Ｉを用いると逆輸送はさらにカソード側でいずれかの逆に方向付けられた複合体ＩのＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ結合を維持し、それによりＮＡＤＨ基質の欠如に起因する逆輸送を遮断する条件を使用することによってさらに逆にコントロールされたことに注目されたい。）
【００４１】
本発明で使用される酵素起源がより温度安定性の酵素を提供する好熱性生物であってよいことは認識されるであろう。例えば、複合体Ｉは、Ｓｃｈｅｉｄｅ  ｅｔ  ａｌ．，ＦＥＢＳ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ５１２：８０−８４，２００２（複合体Ｉに対して他の場所で使用されたタイプの洗剤抽出を使用する予備的単離について記載している）に記載されたように、９０℃で最適に機能する形態でＡｑｕｉｆｅｘ  ａｅｏｌｉｃｕｓから単離することができる。
【００４２】
さらに、修飾酵素等の遺伝子組み換えポリペプチドを使用できることも予期されている。酵素を遺伝子組み換えにより操作するために一般的に適用される１つの技術は、Ｎ−末端、Ｃ−末端または内部配列を欠失させるために遺伝子組み換えツール（例、エキソヌクレアーゼ）を使用することである。これらの欠失産物は、通常の実験を使用して系統立てて作製され、試験される。たいていの場合、遺伝子産物の重要な部分は当該の産業用機能にほとんど影響を及ぼさないことを見いだすことができる。より集中的な欠失および置換は、安定性、作用温度、触媒率および／または溶媒適合性を増加させて、本発明に使用できる酵素を提供することができる。当然ながら、所望に応じて、本明細書に記載した様々なポリペプチドの混合物を使用することが可能である。
【００４３】
使用するポリペプチドの量は、使用するポリペプチドのタイプ、生体適合性膜の性質および機能、生体適合性膜が使用される環境等に伴って変動する。ポリペプチドの量は、一般に表面積１ｃｍ2当たりのポリペプチド濃度が高いほど単位面積当たりのプロトン移動速度（電流に関して）が速くなる燃料電池等の一定の用途にとって重要なことがある。しかし一般に、一部のポリペプチドが存在していて機能的である限り、そして使用されるポリペプチドの量が膜の形成を妨害しない、または膜を不安定にさせない限り、ポリペプチドのあらゆる量が可能である。一般に、ポリペプチドの量は生体適合性膜の最終重量に基づいて少なくとも０．０１重量％、より好ましくは約５重量％、いっそうより好ましくは１０重量％、さらになおより好ましくは少なくとも約２０重量％、そして最も好ましくは３０重量％以上であろう。溶媒に対するポリペプチドの量は、０．００１％（ｗ／ｖ）のように小さくても、そして５０．０％（ｗ／ｖ）のように多くてもよい。好ましくは、濃度は約０．５〜約５．０％（ｗ／ｖ）である。より好ましくは、濃度は約１．０〜約３．０％（ｗ／ｖ）である。
【００４４】
特にポリペプチド溶液と結び付けて、共溶媒、洗剤等の適切な可溶化剤および／または安定剤もまた必要になることがある。可溶化洗剤は、一般に０．０１〜１．０％の濃度レベルで見いだされるが、より好ましくは約０．５％までが予期されている。そのような洗剤には、イオン洗剤：ドデシル硫酸ナトリウム、Ｎ−ドデシルサルコシネートナトリウム、Ｎ−ドデシル−β−Ｄ−グルコピラノシド、オクチル−β−Ｄ−グルコピラノシド、ドデシルマルトシド、デシル、ウンデシル、テトラデシルマルトシド（一般に、イオン洗剤の一般形として糖へ結合した約８個以上の炭素のアルキル鎖）、オクチル−β−Ｄ−グルコシドおよびｐｏｌｙｏｘｙｔｈｅｙｌａｎｅ（９）ドデシルエーテル、Ｃ12Ｅ9ならびにｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００、もしくはＮｏｎｉｄｅｔ  Ｐ−４０等の非イオン洗剤が含まれる。さらに有用であるのは、一定のポリマー、典型的にはＢＡＳＦ社製のＰｌｕｒｏｎｉｃシリーズ、またはＤｉｓｐｅｒｐｌａｓｔ（ＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅ社製）等の界面活性特性を示すジブロックコポリマーである。
【００４５】
合成高分子材料溶液を製造する際に使用する溶媒は、好ましくは使用する水（ポリペプチド溶液は水を含有することが多い）および少なくとも１つの合成高分子材料（ポリマー、コポリマーおよび／またはブロックコポリマー）の両方と混和性であるように選択される。しかし、上記のように、水混和性ではない溶媒または混合物を使用して膜を形成することは可能である。溶液を生成するための溶媒の使用が好ましいが、本明細書で使用する用語「溶液」には、一般に懸濁液も同様に含まれる。
【００４６】
ブロックコポリマーを使用する場合、溶媒はこれらの合成高分子材料を可溶化しなければならない。合成高分子材料は溶媒中では相当に難溶性（５％（ｗ／ｖ））である可能性があるが、合成高分子材料は好ましくは５％（ｗ／ｖ）より可溶性であり、そして一般的には溶解度は合成高分子材料対溶媒比が少なくとも５〜１０％（ｗ／ｖ）、好ましくは１０％（ｗ／ｖ）を超えるのが好ましい。
【００４７】
適切な溶媒には、制限なく、メタノール、エタノール、２−プロパノール、イソプロパノール、１−プロパノール等の１〜１２炭素の低分子量脂肪族アルコールおよびジオール、フェノール、ベンジルアルコール等のアリールアルコール、アセトン、メチルエチルケトン等の低分子量アルデヒドおよびケトン、ベンゼン、シクロヘキサン、トルエンおよびテトラヒドロフラン等の環状化合物、ジクロロメタンおよびクロロホルム等のハロゲン化溶媒、ならびに１，４−ジオキサン、正常アルカン（Ｃ2〜Ｃ12）および水等の一般的溶媒材料を含むことができる。溶媒混合物もまた、該混合物が個別溶媒について記載された適切な混和性、蒸発率およびその他の基準を有する限り、可能である。（過酸化物等のタンパク質破壊性汚染物質を形成する傾向を有する溶媒成分は、それらが適切に精製および処理できる限り使用できる。）溶媒は、典型的には３０％（ｖ／ｖ）以上、好ましくは２０％（ｖ／ｖ）以上、そして有用には１０％（ｖ／ｖ）以上のポリペプチド／合成高分子材料を含んでいる。
【００４８】
膜が洗剤、脂質（例、カルジオリピン）、ステロール（例、コレステロール）またはバッファーおよび／または塩等の「他の材料」を含まなければならない場合は、それらもまた膜の形成前に添加されなければならず、それらは最終生体適合性膜の約０．０１〜約３０重量％、好ましくは約０．０１〜約１５重量％の量で存在するであろう。添加剤とは対照的に、その他の材料は合成高分子材料とではなく、最も頻回にはポリペプチド溶液と混合される。
【００４９】
本発明に係る生体適合性膜は、結果として生じる生体適合性膜が本明細書に記載したように有用である限り、合成高分子材料およびさらに脂質二分子層からの膜の製造に使用される多数の従来型技術のいずれか１つを使用して製造できる。ブロックコポリマーを基剤とする膜と一緒に使用するのに好ましい生体適合性膜を形成する１つの方法は、以下の通りである。
【００５０】
１．  溶媒もしくは混合溶媒系中で合成高分子材料の溶液もしくは懸濁液を作製する。該溶液もしくは懸濁液は２種以上のブロックコポリマーの混合液である可能性があるが、１種以上のポリマーおよび／またはコポリマーを含有していてよい。溶液もしくは懸濁液は、好ましくは１〜９０％（ｗ／ｖ）、より好ましくは２〜７０％（ｗ／ｖ）、またはさらにより好ましくは３〜２０％（ｗ／ｖ）の合成高分子材料を含有する。７％（ｗ／ｖ）が特に好ましい。
【００５１】
２．  １つ以上のポリペプチド（典型的には可溶化洗剤を備える）を個別に、または既存ポリマー溶液もしくは懸濁液へ添加することのいずれかによって溶液もしくは懸濁液中に入れる。合成高分子材料を可溶化するために使用する溶媒が同一である場合、または該ポリペプチドを可溶化できる溶媒と類似の特徴および溶解度を有する場合、通常はポリマー溶液もしくは懸濁液へ該ポリペプチドを直接に添加するのがより便宜的である。さもなければ、合成高分子材料およびポリペプチドを含有する２種以上の溶液もしくは懸濁液は、もしかすると追加の共溶媒または可溶化剤と混合しなければならない。最も頻回には、ポリペプチドのために使用する溶媒は水性である。
【００５２】
これらの溶液および／または懸濁液の混合は、多くの場合相当に単純であり、手作業で、または自動混合器具を用いて遂行できる。使用する溶媒およびポリマーに依存して、膜の形成には加熱または冷却もまた有用なことがある。一般に、迅速に蒸発する溶媒は冷却による場合より良好に膜を形成する傾向があるが、他方極めて緩徐に蒸発する溶媒にはわずかな程度の加熱が最も有益であろう。使用するポリマーのために適切であることを条件に、最も好都合な特徴を備える溶媒を選択するために使用する溶媒の沸点を調査することができる。しかし、当然ながら溶媒ポリマー混合物内へポリペプチドを組み込む必要についても考察しなければならないが、これは重要なことではない可能性がある。例えば、１０ｍｇ／ｍＬの複合体Ｉを有する５μＬの洗剤可溶化複合体Ｉ（０．１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシド）をアセトンおよびヘキサンの５０／５０混合液中の３．２％（ｗ／ｖ）ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレントリブロックコポリマー（ＢＡＳＦ社から入手できるＳＴＹＲＯＬＵＸ  ３Ｇ５５の登録商標を付けて販売された完全疎水性トリブロック（ロット番号７４５３０６４Ｐ））の混合物９５μＬ内へ混合し、膜形成を許容する方法で同一物を沈着させることが可能である。この場合、最終混合液は合成高分子材料の重量に比較して約５％（ｖ／ｖ）の水、および０．７５％（ｗ／ｗ）の複合体Ｉを含有していた。一般に、溶液は、溶媒がその時間中には蒸発しないことを条件に、少なくとも約３０分間は有用であるために室温で十分に安定性である。それらは、一般に冷蔵条件下で、一晩以上保管することができる。
【００５３】
３．  １つ以上のポリペプチドおよび合成高分子材料の両方を含有するある量の最終溶液もしくは懸濁液を膜に形成させ、少なくとも一部には乾燥するに任せると、それにより溶媒の少なくとも一部分が残る。本発明により製造された膜の一部を完全に乾燥させる、または同一物を実質的に乾燥させることが可能である。「実質的に乾燥させる」とは、約１５％までの一部の残留溶媒があってよいことを意味しており、これは数時間にわたり室温に放置された場合でさえ多くの場合保持される。
【００５４】
特に好ましい実施形態では、最終膜の実質的全重量はポリペプチドまたは合成高分子材料のいずれかであろう。この場合、添加剤および安定化ポリマーを含む合成高分子材料の量は、最終膜の約７０〜約９９重量％の範囲に及ぶ。しかし、ポリペプチド含量の方がさらに多いことが望ましいことがある、または一部の溶媒を保持する必要があることがあるので、それに応じて合成高分子材料の量が低下することがある。しかし一般に、最終生体適合性膜の少なくとも約５０重量％は合成高分子材料であろう。合成高分子材料がブロックコポリマーおよび安定化ポリマー以外のポリマーもしくはコポリマーを含有する混合物である場合、ブロックコポリマーは生体適合性膜の少なくとも約３５重量％の量で存在する可能性がある。生体適合性膜の約３０重量％までは、本明細書に定義したように「添加剤」および「その他の材料」（集合的に）であってよい。より好ましくは、添加剤およびその他の材料の量は、生体適合性膜の重量で約１５％までである。合成高分子材料の約３０重量％までは安定化ポリマーであってよい。一般に、安定化ポリマーは、合成高分子材料の約５〜約２０重量％の量で存在する。
【００５５】
どの溶媒が本発明により特に有用であるか、そしてポリマーおよびポリペプチドならびに溶媒のどの組み合わせを使用すべきかの同定は、多数の要素に左右されるが、それらの要素の一部は混和性、蒸発等の問題として既に考察されている。ポリマーおよびタンパク質成分は、溶媒または溶媒混合物中に完全に溶解させることができなければならない。蒸発速度は、膜を１回で製造できるように十分に長くなければならない。しかし、時間の量は、製造を実行不可能にさせるほど長くてはならない。無極性溶媒が有用なことがあるが、ポリマーのイオン性またはヒドロキシル成分は完全に無極性溶媒中では溶解性が不良なことがあるので、一般に一定の状況ではより無極性溶媒は有用ではないことがある。そこで、ポリスチレン等の高度に剛性の疎水性成分を溶解させることが可能であり、そしてアクリル酸等の高度にイオン性の成分を同時に溶解させることは不可能であることがある。しかし、完全に疎水性の性質を持つポリマーを用いた場合は、無極性溶媒が好ましい。溶媒は一般に、ポリマーが少なくとも一部には非水溶性でなければならないので、一部には非水性でなければならない。そして水混和性は膜タンパク質再構成にとって最も望ましいが、厳密な限定因子ではない。そこで、好ましくは、すべての溶媒は非水性である。しかし、ポリペプチドおよび安定化ポリマーのための溶媒は、主として水、または少なくとも水混和性である。
【００５６】
少なくとも１つの合成高分子材料および安定化ポリマーを含む生体適合性膜を形成する好ましい方法には、ブロックコポリマーの適切な溶液を作製するステップ、および通常は個別にポリマーおよびポリペプチドを安定化させるステップが含まれる。他の場所で記載したように、ポリペプチドは１つ以上の洗剤または界面活性剤を含んでいてよく、典型的には水溶液である。適切な溶液を作製および混合すると、例えば、孔の開いた誘電基板を溶液でコーティングし、その後に溶媒を少なくとも部分的に蒸発させることを含む、本明細書に開示した、または当技術分野において知られている技術のいずれかによって作製できる。そのような蒸発は、真空中では促進することができる。
【００５７】
水素結合に富む安定化ポリマーを含有する生体適合性膜を形成する１つの方法は、以下の通りである。
【００５８】
１．供給された溶媒中のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ  Ａ７００ブロックコポリマーの溶液もしくは懸濁液を等量のエタノールを用いて希釈する（５％水（ｗ／ｖ））。この溶液は、約５％（ｗ／ｖ）のブロックコポリマーを含有する。
２．別々に、安定剤の水溶液もしくは懸濁液は、約２．３％（ｗ／ｖ）の濃度を有する溶液を生成するために９４３ｍｇのポリエチレングリコール（ＰＥＧ）８０００を混合することによって作製する。溶液中の安定剤の濃度は飽和限界に近い。
３．次に、０．１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドと一緒に１０ｍｇ／ｍＬの大腸菌由来複合体Ｉを含む４μＬの溶液を６μＬのＰＥＧ溶液に添加し、それらを混合して溶液もしくは懸濁液を生成する。
４．その後、この溶液１０μＬとブロックコポリマーを含む１０μＬの溶液とを混合する。
５．結果として生じた少量（例、４μＬ）の溶液を、ポリイミドの１ブランドである厚さ１ミル（２５．４μ）のＫＡＰＴＯＮの穿孔基板の小集団のアパーチャ（支持体を通して開けられた穴）上に落とすが、該穿孔基板は径１００μｍおよび深さ１ミルの複数のアパーチャを有する。
６．この溶液をフード内で風乾させ、それにより溶媒を除去する。
７．全アパーチャを被覆するために必要に応じてステップ５および６を繰り返す。
【００５９】
上記に記載した、ブロックコポリマーの存在下で１つ以上の非水性溶媒と混合する前に安定化ポリマーを含有する溶液へポリペプチドへ導入する方法は、生体適合性膜で使用されるポリペプチドの機能を安定化させると考えられる。しかし、ポリマーおよびブロックコポリマーもまた混合することができ、結果として生じる溶液は一般的に水性のポリペプチド溶液と混合することができよう。任意で、膜形成を保証するために各アパーチャを検査する、または顕微鏡を使用して少なくとも統計学的に適切なアパーチャの数を検査する。アパーチャが膜を含有していない場合、追加の溶液およびマイクロピペット規模のピペッティング装置を使用して穴を修復する。そのような穴を修復するためには、典型的には、極めて少量の溶液しか必要としない。膜は、真空装置中、または乾燥器中で完全に、または実質的完全に乾燥させることができる。このように形成された膜は、真空中で保管、乾燥することができる、または所望であれば、脱水乾燥させることができる。
【００６０】
生体適合性膜がメタクリレート等の架橋成分を組み入れており、そして燃料電池で使用される場合は、以下の手法を使用できる。
【００６１】
カソード／アノードバリアを形成する支持体内で生体適合性膜を調製する。
アノード／カソードバリア支持体、電極およびバッファーだけの上で生体適合性膜を備える電池を組み立てる。
２つの電極をおよそ１５０キロオーム等の高負荷へ接続する。
架橋結合工程を開始させるために、例えば、過酸化物の濃度が容積で１％であるように、カソード側へ過酸化水素を添加する。
燃料電池を例えば１時間（±１０％）のような時間に渡り負荷下に置く。
架橋結合を停止させるためにカソード側のｐＨをｐＨ５未満へ調整する。
【００６２】
パラメータは、膜材料、生体適合性膜のサイズ、生体適合性膜の厚さ、支持体の構造等のような条件に依存して調整できる。
【００６３】
ポリペプチド／合成高分子材料溶液が生成されると、膜に形成することができる。本発明に係る生体適合性膜は、独立して立つ膜であってよい。このような膜は、それらが所望の厚さを達成するように、溶液を皿の中、またはシート上へ注入することによって形成できる。この溶液を乾燥させて溶媒を蒸発させると、乾燥した膜を皿から取り外すことができる、または裏層から剥がすことができる。この工程に役立つように適切な粘着防止剤を使用できる。生体適合性膜は、ガラス、疎水性を増加させるために表面修飾されている炭素、またはポリマー（ポリ酢酸ビニル、ＰＤＭＳ、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、ペルフルオロ化ポリマー、ＰＶＤＦ、ＰＥＥＫ、ポリエステル、もしくはＵＨＭＷＰＥ、ポリプロピレンもしくはポリスルホン等）上へ塗布するステップ等によって固体材料を背景に形成することができる。ＰＤＭＳ等のポリマーは、その上に生体適合性膜を形成できる開口部を確立するために使用できる素晴らしい支持体を提供する。
【００６４】
膜は、必要に応じて切断もしくは成形することができる、またはそのまま使用できる。さらに、膜の使用を促進するために、所望であれば、膜は物理的に、またはある種の結合装置もしくは接着剤を通してホルダーへ取り付けることができる。これは概念的には、フレームが支持体で膜がキャンバスであると見なすと、絵を描く前にフレームの上にキャンバスを張るステップと同様であると説明することができる。あるいは、膜はそのような構造を備えて形成できる。適切な例えは、シャボン玉を作るために使用される子供用のバブルワンドを取り、それを石鹸水の溶液に浸けることであろう。石鹸水の膜はワンドの開口部の全域に渡って形成される。周辺に使用した構造材料は、フィルムを取り扱って操作することを可能にし、剛性および強度を提供する。これはまたフィルムに所望の形状を与えるためにも役立つ。同様の種類の工程は、本発明の溶液を形成する物理的構造および膜を用いて使用できる。
【００６５】
本発明に係る１つの好ましい実施形態では、生体適合性膜は好ましくは誘電基板を含む様々な穿孔基板のアパーチャ内またはアパーチャの全域に渡って配置および／または形成することができる。「穿孔基板」とは、基板がその中に、またはそれに被せて生体適合性膜を配置できる少なくとも１つの穴、アパーチャ（本明細書で使用するように穴と同義語）もしくは孔を有することを意味する。例えば、図３ｂは燃料電池内で有用な膜構造の実施形態を示す図である。様々な穿孔部４９を規定する穿孔基板４２は、穿孔アノード４４および穿孔カソード４５を形成するために金属化された表面を有する。さらに、穿孔基板４２は例えばドリル孔を有していない多孔性基板であってよいことにも注目されたい。このような例では、穿孔部４９は孔であると理解されなければならない。本発明に係る生体適合性膜６１は、穿孔基板４２のアパーチャ４９または穿孔基板４２の全域に渡って形成され、そしてアノードの表面へ直接取り付けられる。生体適合性膜６１はさらにまた、穿孔部内へアノード４４と同一平面で配置することができる、またはカソード４５に取り付ける、もしくは隣接させることができる。例えば、１つの膜は例示したようにアノードの全域に渡って配置し、もう１つの膜はアノード４５等と同一平面で基板４２の穿孔部４９内に配置することで、２つの膜６１を提供することができる（図示せず）。膜６１は、使用する合成高分子材料、使用するポリペプチドまたはその両方に関して同一であっても異なっていてもよい。実際に、複数のそのような膜６１、および実際に生体適合性膜６１の層を他のタイプの膜、拡散性バリア等と結び付けて使用できる。上記は図３ｂの状況において説明してきたが、他の構造、および特にあらゆるタイプの燃料電池構造に同等に適用できる。生体適合性膜６１は、例示したように１つ以上のポリペプチド６２および６３を含むことができる。
【００６６】
基板上に電極（４４、４５）を形成するために使用できるコーティング方法には、その後にメッキ、スパッタリングを実施する導体の第１コーティングもしくはラミネーション、またはチタンまたは金もしくは白金等の貴金属導体を用いて被覆する他のコーティング法の使用が含まれる。また別の方法は、クロムもしくはチタン等の付着層を支持体上へ直接スパッタリングし、その後に貴金属導体へ取り付けるためにメッキ、スパッタリングもしくは他のコーティング法を実施する方法である。外側金属層は、好都合にはドデカンチオール等を使用してその疎水性を増加させるために処理できる。
【００６７】
一部の実施形態では、ＫａｐｔｏｎおよびＴｅｆｌｏｎ等の高い自然表面電荷密度を備える支持体または基板が好ましい。上記のように、これらは表面電極を使用せずにアノード／カソードバリアを形成するために使用できる。基板４２は、多くの場合に好ましくは誘電性である。
【００６８】
基板４２の穿孔部もしくは孔４９および金属化面（アノード４４およびカソード４５（いわゆる電極を使用する実施形態のため））は、例えば当技術分野においてよく知られているフォトリソグラフィーのマスキングおよびエッチングの技術を用いて構成することができる。穿孔部もまた、例えばパンチング、ドリリング、レーザードリリング、ストレッチング等によって形成できる。あるいは、金属化面（電極）は例えば、（１）マスクを通しての薄膜溶着によって、（２）薄膜による金属化のブランケット式コーティングを提供し、その後感光させ、選択的に金属化内へパターンをエッチングすることによって、または（３）金属含浸レジストを使用して、エッチングを使用せずに金属化パターンを直接に感光させることによって形成できる（ＤｕＰｏｎｔ  Ｆｏｄｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｄｒｏｚｄｙｋ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｐｈｏｔｏｐａｔｔｅｒｎａｂｌｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｔａｐｅｓ  ｆｏｒ  ＰＤＰ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  １９９９  Ｄｉｇｅｓｔ，１０４４−１０４７、Ｎｅｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，米国特許第５，０４９，４８０号）。１つの実施形態では、穿孔基板、もしくは多孔性基板はフィルムである。例えば、誘電体は、金属化により「穿孔部」の外側で非透過性にされている多孔性フィルムであってよい。金属層の表面は、例えば電気メッキにより他の金属を用いて修飾することができる。このような電気メッキは、例えばチタン、金、銀、白金、パラジウム、それらの混合物等を用いて行われる。金属化面に加えて、電極は他の適切な導体材料によって形成でき、その材料は表面修飾できる。例えば、電極はグラファイト繊維を含む炭素（グラファイト）から形成でき、これは例えば電子ビーム蒸着、化学気相蒸着もしくは熱分解によって誘電基板へ適用できる。金属化すべき表面は溶媒洗浄し、酸素プラズマエッチングすることができる。親水性電極を形成するために有用な手段は、例えばＳｕｒａｍｐｕｄｉの米国特許第５，７７３，１６２号、Ｓｕｒａｍｐｕｄｉの米国特許第５，５９９，６３８号、Ｎａｒａｙａｎａｎの米国特許第５，９４５，２３１号、Ｋｉｎｄｌｅｒの米国特許第５，９９２，００８号、Ｓｕｒａｍｐｕｄｉの国際特許出願第９６／１２３１７号、Ｓｕｒａｍｐｕｄｉの国際特許出願第９７／２１２５６号およびＮａｒａｙａｎａｎの国際特許出願第９９／１６１３７号に記載されている。
【００６９】
本発明に使用する生体適合性膜は、任意で固体支持体に接触させて安定化される。そのような安定化を実施する１つの方法は、金属表面または別の固体支持体の表面を生体適合性膜へ接着する、拘束するまたは固着するために脂質関連分子の硫黄媒介性結合を使用する。例えば、多孔性支持体は犠牲的もしくは除去可能な充填剤層を備えてコーティングすることができ、被覆された表面は例えば、研磨により平滑化できる。そのような多孔性支持体は、典型的にはプロトン導電性ポリマー膜をコーティングに続いて平滑化でき、以下で記載した加工処理に対して安定性である限り、上記で考察したプロトン導電性ポリマー膜のいずれかを含むことができる。１つの有用な多孔性支持体はガラスフリットである。平滑化した表面はその後クロムの第１層および金の上塗りを備えるように、金属を用いて被覆する（必要に応じて事前に洗浄を行う）。その後、犠牲的材料は、溶解、孔を取り囲んでいる金属化面を残しながら孔の上方の金属化を取り除く等によって除去する。犠牲的層は、フォトレジスト、パラフィン、セルロース樹脂（エチルセルロース等）その他を含むことができる。
【００７０】
つなぎまたは接着剤には、図７Ａおよび７Ｂに例示したように生体適合性膜を接着するために適合するアルキルチオール、アルキルジスルフィド、チオ脂質等が含まれる。そのようなつなぎは、例えば、Ｌａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ  １０：１９７−２１０，１９９４に記載されている。このタイプの追加のつなぎは、Ｌａｎｇらの米国特許第５，７５６，３５５号およびＨｕｉらの米国特許第５，９１９，５７６号に記載されている。
【００７１】
図３ｄは類似の配置を含んでいる。しかし、生体適合性膜６１が実際にアノード４４の金属化面に取り付けられている図３ｂとは相違して、図３ｄでは、それが必ずしもアノード４４またはカソード４５に接触しないように、膜６１は穿孔基板４２のアパーチャ４９内に形成される。これらの図は縮尺表示されていないこと、膜は電極より厚いまたは薄い場合があること、そして穿孔基板４２より厚いまたは薄い場合があることに注目されたい。さらにまた、図３ｂでは、生体適合性膜６１はアノード４４とカソード４５の間には配置されていないことに注目されたい。しかし図３ｄでは、生体適合性膜６１はアノード４４とカソード４５の間に配置される。図３ｂおよび３ｄの各々では、基板４２と生体適合性膜６１の組み合わせは（図３ｂにおけるアノード４４と一緒に）バリアと呼ぶこともできる構造を形成する。
【００７２】
図３ｅは、燃料電池のための好ましい実施形態を図示している。この図では、膜６１および穿孔基板４２（孔、穿孔部もしくはアパーチャを含んでいる基板）の配置は、図３ｄと結び付けて以前に記載した通りである。しかし、カソードおよびアノードは、穿孔基板から間隔をあけて置かれている。それらは平板電極であってよいが、表面上には置かれない、または基板４２もしくは膜６１と接触さえしていない。この場合、膜６１および基板４２がバリアである。
【００７３】
生体適合性膜は、例えばＮｉｋｉらの米国特許第４，５４１，９０８号（電極へのシトクロムＣのアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｃ  ｔｏ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ））およびＰｅｒｓｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍ  ２９２：１１５，１９９０に詳細に記載された方法によって、孔、穿孔部もしくはアパーチャ４９およびその中に取り込まれた酵素の全域に渡って形成することができる。そのような方法は、以前に考察したようなポリペプチドおよび合成高分子材料の適切な溶液を作製するステップを含むことができ、穿孔基板４９、好ましくは誘電基板は酵素含有生体適合性膜を形成するために該溶液中に浸けられる。生体適合性膜内への酵素の取り込みを促進するために、超音波処理または洗剤希釈が必要になることがある。例えば、Ｓｉｎｇｅｒ，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙ  ３１：５２７−５３４，１９８２、Ｍａｄｄｅｎ，「Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｎｃｅｐｔｓ  ｉｎ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ」，Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｉｐｉｄｓ  ４０：２０７−２２２，１９８６、Ｍｏｎｔａｌ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｒｅａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｐｒｏｔｅｉｎｓ  ｉｎ  ｐｌａｎａｒ  ｌｉｐｉｄ  ｂｉｌａｙｅｒｓ」，Ｑｕａｒｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．１４：１−７９，１９８１、Ｈｅｌｅｎｉｕｓ  ｅｔ  ａｌ．，ｅｔ  ａｌ．，「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｎｄ  ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｂｙ  ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ  ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ」，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１１６：２７−３１，１９８１、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ  ｓｅｒｉｅｓ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓに含まれる「Ｖｏｌｕｍｅｓ  ｏｎ  ｂｉｏｍｅｍｂｒａｎｅｓ」（例えば、Ｆｌｅｉｓｃｈｅｒ  ａｎｄ  Ｐａｃｋｅｒ（編集））を参照されたい。
【００７４】
あるいは、Ｔｅｆｌｏｎ等の小さなアパーチャを備える疎水性材料から製造された薄い区画（あるのが好ましいが、必ずしも必要ではない）は導入された少量の両親媒性物質を有する。被覆されたアパーチャを薄い電解質液に浸漬させると、液滴は該アパーチャの全域に渡って薄くなり、同時に自己志向性で広がる。実質的面積の生体適合性膜は、この一般的技術を使用して調製されている。生体適合性膜自体を形成するための２つの一般的方法は、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ技術および注入技術である。
【００７５】
Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ技術は、中心にＴｅｆｌｏｎ（商標）ポリマー仕切り等の仕切りを備えるＬａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔトラフの使用を含んでいる。このトラフには水溶液を充填する。ポリマー仕切のアパーチャは水位より上方に置く。ポリペプチドおよび合成高分子材料を含有する溶液を表面全体に広げ、アパーチャの上方で生体適合性膜を形成する水溶液中へポリマー仕切りを緩徐に低下させる。注入法は、ポリマー仕切りを固定して保持すること以外は類似である。この方法では、水相をアパーチャのすぐ下まで充填し、溶液を表面の上方へ導入すると、液体レベルは下方から追加の電解質液を注入することによって仕切りの上方へ挙がる。
【００７６】
生体適合性膜を形成するまた別の方法は、自己集合の技術を使用する方法である。これは、上記の２つの技術からの変法であり、事実上、合成脂質膜を加工するために使用されて良好な結果が得られた最初の技術である。この技術は、上記の膜形成溶液の調製を含んでいる。溶液の液滴を、多くの場合に疎水性膜である穿孔基板４２内に導入する。基板４２をその後、薄い水性電解質液内に浸けると、その後液滴は自然に薄くなり、そして特定方向に向くであろう。残りの材料はその層の周囲へ移動し、そこでＰｌａｔｅａｕ−Ｇｉｂｂｓ境界と呼ばれるリザーバーが形成される。
【００７７】
基板４２の厚さは、アパーチャまたは多孔性材料を有する穿孔基板である場合は、例えば約１５μｍ〜約５ｍｍ、好ましくは約１５μｍ〜約１，０００μｍ、そしてより好ましくは、約１５μｍ〜約３０μｍである。穿孔部または孔の幅は、例えば約１μｍ〜約１，５００μｍ、より好ましくは約２０μｍ〜約２００μｍ、そしていっそうより好ましくは約６０μｍ〜約１４０μｍである。約１００μｍが特に好ましい。好ましくは、穿孔部または孔は、面積の約５０〜約７５％等の、チャンバー間の輸送に関係する誘電基板のいずれかの面積を約３０％超える面積を含んでいる。
【００７８】
一定の好ましい実施形態では、基板は、ガラスもしくはポリマー（例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）（ポリイミドフィルム、Ｄｕｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ社製、デラウェア州ウィルミントン）、ペルフルオロ化ポリマー（Ｔｅｆｌｏｎ、ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ社製、デラウェア州ウィルミントン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、例えばＡｔｏｆｉｎａ社（ペンシルバニア州フィラデルフィア）製のＫｙｎａｒ（商標）として販売されている約５９％のフッ素を含有する半結晶性ポリマー）、ＰＥＥＫ（以下で定義する）、ポリエステル、ＵＨＭＷＰＥ（以下で定義する）、ポリプロピレンもしくはポリスルホン等）、ソーダ石灰ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、または金属でコーティングされた上記のいずれかである。生体適合性膜（両親媒性分子の単分子層または二分子層等）を固定するためには金属を使用できる。金属コーティングは、それらがアノード区画とカソード区画との間の短い導電性経路を提供すると思われるあらゆる接合部からは退けることができる。本発明の特に好ましい態様では、穿孔基板４２は誘電材料から製造される。
【００７９】
ポリペプチド６２は、アノード区画に対する酸化反応およびプロトンの非対称ポンピングのために触媒部位の接近を許容するように適切に方向付けして生体適合性膜に固定化できる。しかしポリペプチドが非対称性で方向付けられない場合、逆に方向付けられたポリペプチドはその状況に依存する様々な理由のために有害ではない。第１に、アノード側上で燃料電池により作り出された電荷不均衡は、プロトン濃度勾配に逆らってさえカソード側へのプロトン輸送を駆動する。ポンピングが低下した電子伝達体の使用と関連している状況では、電子伝達体はアノード区画４１内で実質的に絶縁されているので、逆ポンピングはそのような伝達体を有していない。（「実質的に絶縁された」とは、当業者は燃料電池の作動を許容するために十分に絶縁されている状態と認識するであろう。）
【００８０】
図４ａ〜４ｃに示すような実施形態では、生体適合性膜６１は架橋成分を含有しており、面取り縁を備えるアパーチャを超えて基板４２へ形成されている。面取り角は、生体適合性膜の安定性を増加させるあらゆる角度であってよい。架橋ブロックコポリマーが相当に低剛性である場合は、より大きな面取り角を使用すると安定性を増加させることができ、他方、より剛性の架橋ブロックコポリマーのためには面取り角がより小さい方が適切なことがある。例示したように、安定性を増加させるために多数の面取り形状が寄与することがある。
【００８１】
本発明に係るまた別の代替実施形態では、ポリペプチドおよび合成高分子材料を含有する溶液は、図３ｂに例示したような穿孔材料ではなくむしろ多孔性支持材料の表面の全域に渡って配置することができる。例えばプロトンが膜を超えてポンピングされると、それらは支持バリア材料の孔を通って移動できるであろう。
【００８２】
基板が穿孔基板または多孔性基板のいずれであっても、膜をその全面に渡って形成することは必要ではない。例えば、穿孔基板の全面に渡って膜を形成するのが便宜的である場合があるが、ポリペプチドおよび合成高分子材料を含有する溶液を穿孔部内へ選択的に導入すること、または穿孔部を単に横切らせることが好ましいことがある。
【００８３】
本発明に係る生体適合性膜の厚さは、特定サイズの孔、穿孔部、皿もしくはトレイ等へ導入される容量をコントロールすることのような知られている技術によって調整できる。膜の厚さは、その組成物および機能により大きく決定されるであろう。複合体Ｉ等の膜貫通プロトン輸送複合体を含むことが意図される膜は、酵素複合体へ十分な支持および方向付けを提供するために十分に厚くなければならない。しかし、膜を超えるプロトンの有効な輸送を妨害するほど厚くてはならない。以前に確認されたＭｅｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．の論文の１つに記載された、約１００個のアパーチャを備える配列内で径が約１００μのアパーチャもしくは穿孔部およびポリ（２−メチルオキサゾリン）−ブロック−ポリ（ジメチルシロキサン）−ブロック−ポリ（２−メチルオキサゾリン）−トリブロックコポリマーを含有する７％（ｗ／ｖ）のコポリマー溶液中に約４μＬの量で複合体Ｉを含む溶液に対しては、適切な厚さの膜を入手できる。膜の厚さは、必要とされるその寿命、その機能等に依存して広範囲に変動する可能性がある。例えばプロトンを輸送するために設計された膜は多くの場合、何かを酸化できる酵素がそれに取り付けられている膜より薄い。しかし、一般に、膜の厚さは約１０ｎｍ〜１００ｎｍ以上さえの範囲に及ぶであろう。実際に、燃料電池内でプロトンを輸送するために有用な生体適合性膜は、１０ｎｍ〜１０μｍまでの厚さで良好な結果が得られている。さらに、より厚い膜が可能である。
【００８４】
燃料電池の作成において特に有用である本発明の一定の実施形態では、本発明の生体適合性膜はｐＨ勾配に逆らってプロトンを輸送することができる。この考え方については本明細書でより詳細に考察する。しかし、理論的には、生体適合性膜のカソード側では、いずれかの媒質、電解質等のｐＨは酸性であるが、膜のアノード側のｐＨは塩基性である。これは、大多数の燃料電池で見いだされるものとは反対である。一般に、そのような条件はプロトンが富裕な酸性側からプロトンが相当に少ない塩基性側へのプロトンの移動に好都合であろう。しかし、本発明に係る膜の使用は、プロトンの少ない側からプロトンの多い側へ上向きにポンピングすることができる。これは、特に有用な可能性がある本発明のまた別の態様を強調している。本発明の膜は、その反対側のｐＨ条件における相当に大きな変動にもかかわらず活性かつ機能的な可能性がある。例えば、本発明に係る膜はアノード区画内のｐＨがカソード区画内のｐＨより少なくとも０．５ｐＨ単位高い場合にプロトン移動を触媒することができる。
【００８５】
多くの燃料電池では、アノード区画内のｐＨはプロトン濃度が高いためにカソード区画内で見いだされるｐＨより低い。しかし、本発明により製造された燃料電池は、膜を超えて拡散によりプロトンを駆動するためにプロトン濃度差に依存する必要がない。これは、電子伝達体および／または電子伝達メディエータとして使用される種が頻回に相当にアルカリ性のｐＨでより効率的に機能するので、特に重要な長所である可能性がある。燃料酸化反応はさらにまたそのようなｐＨ条件下ではより効率的な可能性がある。使用する電解質等に基づくと、燃料電池の有効寿命中にｐＨ差を調整する必要はない。あるいは、作動中にアノードおよび／またはカソード区画へ緩衝系を、そしてさらに追加のバッファーを必要に応じて添加することができる。好ましくは、アノード区画はカソード区画内のｐＨより少なくとも約１ｐＨ単位高い、より好ましくは２ｐＨ単位高いｐＨを有するであろう。特に好ましい実施形態では、アノード区画のｐＨは８以上であり、カソード区画内のｐＨは５以下である。例えば、実施例５９を参照されたい。
【００８６】
本発明のまた別の態様は、本明細書に記載したように生体適合性膜を使用して製造された燃料電池である。当技術分野において知られている他の適切な定義に限定することなく、燃料電池は燃料の化学変換により電気エネルギーを発生する装置である。使用する燃料のタイプ、電子輸送種（電子伝達体、可溶性酵素、伝達メディエータ等）、もしくは使用する電解質のタイプ、使用する電極のタイプ等に関して燃料電池の特定タイプは広範囲に変更されるが、それらが適切な基準を満たせる限り、それらはすべて予期されている。例えば、使用した系は生体適合性膜と適合しなければならない。例えばそれらが膜にとって腐食性である場合は、燃料電池の寿命は著しく短くなる（８時間未満の有効寿命）ことがある。使用する材料が大きな不安定性を引き起こす場合は、特定燃料が例えば本発明によると有用ではない理由となることがある。特に好ましいのは、コンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話、ポケベル、パーソナルエンターテインメントシステム、プレイステーション２、ゲームボーイ、ポータブルＤＶＤプレイヤー、電動工具、玩具、ステレオ装置、ラジオ、カメラおよびビデオレコーダー、デジタルレコーダーならびにデジタルカメラ、懐中電灯、自動車、トラック、船、飛行機等の携帯用電子機器に使用するために十分に小型かつ軽量の燃料電池である。燃料電池は、好ましくは「グリーン（環境に優しい）」である、つまりそれらは燃料としても廃棄物としても腐食性または危険な化学薬品を含有していないので、容易に廃棄できる。さらに、これらの燃料電池は詰め替え式（追加の燃料を添加する等）であってよい、または使い捨て式／ディスポーザブルであってよい。
【００８７】
図１に例示したように、本発明に係る燃料電池は、アノード４を有するアノード区画１と、カソード５を有するカソード区画３とを含むことができる。このアッセンブリは、さらにまた誘電性穿孔基板または多孔性基板２を含んでいる。燃料電池はさらにまた、以前に記載したように少なくとも１つの生体適合性膜６１を含む（図１には図示していない）。アノード４は導線もしくは電気接点６を有し、カソード５は、電気的に連結できる、またはそれらを電気接点に配置するように負荷もしくは抵抗を通して電気回路で電気的に連結できる導線もしくは電気接点７を有する。生体適合性膜６１は図３ｂに示した場合のようにアノード区画内に、カソード区画内に、または図３ｄおよび３ｅに示したようにアノード区画とカソード区画との間に配置することができる。生体適合性膜はさらにまた図３ｄおよび３ｅにおけるアノードとカソードとの間に配置でき、その図ではアノード区画とカソード区画との間の境界を定義していると見なすことができる。燃料電池には、通常は２つの電極間に電気回路が形成されることを許容する電気接点が含まれる。アノードおよびカソードは、さもなければ一般に燃料電池の要素とは反応しないいずれかの導電性材料から製造できる。アノードおよびカソードは、好ましくは以前に記載した金属または炭素から製造する。アノードおよびカソードのサイズおよび形状は、燃料電池の必要な寸法に適合し、様々な化学種の通過を許容するように作製できる。図３ｃは、電池ハウジング５１と、その穿孔部内に本明細書に記載した生体適合性膜６１を含有する穿孔基板４２とを含む本発明により製造された燃料電池を図示している。アノードおよびカソードは、以前に記載したように基板上にメッキされるが、個別には図示していない。しかし、図３ｃに示したように、アノード接点５４およびカソード接点５５は燃料電池内の適切な電極に取り付けられている。
【００８８】
図３ｂに例示したように生体適合性膜のための支持システムの一部として電極を使用した場合は、電極はそれを通って分子、原子、プロトンもしくは電子が流れることができる通路を提供する十分な穿孔部または他の手段を有していなければならない。しかし燃料電池が図３ｅに類似する構成を有する場合は、電極が完全に固体であることも可能である。しかし、さらにまた電極を通って、そしてその周囲を燃料または燃料電池の他の成分が通過できることが所望のことがあり、このためいずれにせよ穿孔部を提供することが可能である。
【００８９】
本発明に係る燃料電池において有用な生体適合性膜は既に考察してきた。生体適合性膜は、好ましくは、ポリペプチドを含まない同一膜の使用の結果として生じる量より大きな量での電流の通過を促進するであろう。より好ましくは、生体適合性膜は少なくとも約１０ｍＡ／ｃｍ2、より好ましくは少なくとも約５０ｍＡ／ｃｍ2、および最も好ましくは少なくとも約１００ｍＡ／ｃｍ2の電流を促進するであろう。最も単純な実施形態では、生体適合性膜は独立して立って自立できる、もしくは周囲構造によって支持されてもよく、そしてアパーチャの全域に渡って配置されるか、またはアノードとカソードとの間に配置される。さらにまたこの場合には生体適合性膜自体が誘電性であり、それがカソード液、電解液、カソード燃料、分析物アノード燃料、その他のイオン等のアノード区画とカソード区画との間の一定の成分の自由な流れを妨害することが重要である。
【００９０】
次に余り複雑ではない実施形態は、同様であるが、必要な種の完全な混合を妨害することができない、または誘電性ではないのいずれかの生体適合性膜の使用を含むであろう。そのような場合、追加のバリアが必要になることがある。そのようなバリアは、以前に記載した基板４２を製造するために使用されるものと同一材料から製造できるか、あるいはまた、図３ｄおよび３ｅに示したように、膜は基板４２内の穿孔部もしくは孔内に、またはそれらを被覆するように配置することができる。基板のために有用な材料および同一物を調製する方法は既に考察してきた。
【００９１】
アノード電極は、酸化還元酵素の生物学的基質のための代用電子受容体として機能する有機金属化合物等の電子伝達メディエータを用いてコーティングできる。同様に、図３の実施形態の生体適合性膜または該生体適合性膜に隣接する構造は、そのような電子伝達メディエータを取り込むことができるか、または電子伝達メディエータはより一般的にはアノードチャンバー内で利用できる。そのような有機金属化合物には、制限なく、ジシクロペンタジエニル鉄（Ｃ10Ｈ10Ｆｅ、フェロセン、Ａｌｄｒｉｃｈ社（ウィスコンシン州ミルウォーキー）から置換できる類似体と一緒に入手できる）、炭素上の白金、および炭素上のパラジウムを含むことができる。その他の例には、ルブレドキシンから形成されたフェロドキシンおよびＳｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手できるその他のフェレドキシン等の、適切な酸化／還元電位を備えるフェレドキシン分子が含まれる。その他の電子伝達メディエータには、キノンおよび関連化合物等の有機化合物が含まれる。さらにまた別の電子伝達メディエータは、メチルビオローゲン、エチルビオローゲン、もしくはベンジルビオローゲン（ＣＡＳ  １１０２−１９−８、１，１’−ビス（フェニルメチル）−４，４’−ビピリジニウム、Ｎ，Ｎ’−γ，γ’−ジピリジリウム）および下記で電子伝達メディエータの定義において列挙するいずれかである。
【００９２】
アノード電極（生体適合性膜に対して）には酵素を染み込ませることができるが、これは電子伝達メディエータの前または前後に適用できる。酵素と電極との結合を保証する１つの方法は、ファンデルワールス結合等の電極と酵素との結合を完成させるために十分な時間に渡り酵素溶液を電極と一緒に単純にインキュベートする方法である。あるいは、ビオチンもしくはその結合補体であるアビジン／ストレプトアビジン等の第１結合成分を、電極と、そして結合補体の付着分子を通して第１結合成分に結合した酵素とへ付着させることができる。酵素を電極またはその他の材料、および追加の電子伝達メディエータへ付着させる追加の方法は、Ｗｉｌｌｎｅｒ  ａｎｄ  Ｋａｔｚ，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．３９：１１８１−１２１８，２０００に記載されている。アノードチャンバーは、アノード電極に隣接もしくは結合した、またはアノード電極から離れた酵素を含むことができる。例えば、酸化還元酵素はプロトン導電性アノード／カソードバリアを形成するポリマーのアノードチャンバー側へ取り付けることができ、このときアノード側上の導電性材料の層がアノード電極を提供する。本発明の一部の実施形態では、電子伝達体は酸化還元酵素の不在下で電子をアノード電極へ移動させるために有効であると予想される。
【００９３】
本発明の一部の実施形態は、さらに、本発明の生体適合性膜と結合してプロトンを受動的に伝達する能力について選択されたアノード／カソードバリア：ポリマー膜の伝統的形態を使用できる。前者のアノード／カソードバリアは、プロトン勾配に逆らってポンピングするために有効であるので有用である。
【００９４】
二重膜をアノード／カソードバリアの穿孔部もしくは孔の全域に渡っておよび／または穿孔部もしくは孔の中に配置できる、またはアノード区画とカソード区画の間に配置できる。これらの膜は、伝統的組成の膜または生体適合性膜であってよい。そのような二重膜が観察される１つの状況は、孔の径が相当に狭い状況である。また別の状況は、異なる材料の間の別個の接合部が孔の全域に渡って別個の生体適合性膜の形成の核となるように、アノード／カソードバリアがサンドイッチ型材料から形成されている状況である。
【００９５】
理論に限定されなくても、第２のよりカソードに近い生体適合性膜が、第１生体適合性膜からのポンピングが高いプロトン濃度を作り出すにつれてある程度は受動的に機能し、カソード区画への受動的輸送を駆動すると考えられる。そこで、カソード区画が輸送タンパク質を損傷させると予想できる過酸化物を含有する程度まで能動輸送機能が損なわれる可能性があるが、他方第２生体適合性膜はより高濃度の過酸化物から第１生体適合性膜を隔離する。
【００９６】
１つの実施形態では、二重膜の利益は、その第１膜が（アノード側で）生体適合性膜に向かう過酸化物の移動を制限するためにカソードチャンバー側に取り付けられたポリペプチドおよびプロトン導電性ポリマー膜を組み込んでいる１つ以上の生体適合性膜により入手される。さらに、１つ以上の生体適合性膜とプロトン導電性ポリマー膜との間の中間帯は、能動輸送による高いプロトン濃度を獲得し、さらにカソード区画内への長い濃度勾配に沿ったそれ以上の移動を駆動する。
【００９７】
１つの実施形態では、孔がその中に形成される基板は、誘電性Ｋａｐｔｏｎと、導電性Ｋａｐｔｏｎ（取り込まれたグラファイトの存在を通して導電性）のサンドイッチである。導電性Ｋａｐｔｏｎは、アノード電極を形成することができる、またはアノード電極を形成するために適切に金属化することができる。３つの層は、相対的親水性、相対的疎水性、そして相対的親水性である。
【００９８】
図２は、本発明に係る燃料電池のアノード側での１つの実施形態の略ブロック図である。アノード区画が燃料を含有している。燃料は、本発明によると枯渇され、消費される有機分子である。しかし、その消費はプロトンおよび電子を発生させる。本発明により好ましい燃料は、一炭素化合物である、または一炭素化合物へ変換することができる。これらの中で好ましいのはメタノールである。しかし、燃料には制限なく、酸化可能な糖および糖アルコール、アルコール、ピルビン酸塩、コハク酸塩等、脂肪酸、乳酸、クエン酸等の有機酸、アミノ酸および短いポリペプチド、アルデヒド、ケトン等を含むことができる。この実施形態における燃料は、メタノールの場合はアルコールデヒドロゲナーゼであってよい可溶性酵素により最初に作用される。以下から明らかになるように、アルデヒドデヒドロゲナーゼおよびギ酸デヒドロゲナーゼ等の他のデヒドロゲナーゼもまた使用できる、または相互に併用して使用できる。これらの可溶性酵素は燃料に作用して電子およびプロトンを発生させることができる。
【００９９】
可溶性酵素は、好ましくは約０．００１〜約２５，０００単位、より好ましくは約０．１単位〜約１２，５００単位、および最も好ましくは約１単位〜約１２，５０００単位の範囲内で存在する。この状況における単位は、可溶性酵素の比活性を意味しており、活性の１単位は２５℃で１分間に１μＭの燃料を変換（または他の状況では酵素置換）させるために必要な量である。これらの化合物が可溶性であることも酵素であることも必要ではないので、「可溶性酵素」はいささか誤った名称である。これらの化合物は、懸濁させる、または乳化させる、および／またはビーズもしくは何らかの他の固体支持体上に固定化することができる。そのことは、それらが機能的であり、燃料に作用することができ、そして電子伝達体および／または伝達メディエータがプロトンを生体適合性膜へ、そして電子をアノードへ運ぶことを許容する限り、実際には問題ではない。
【０１００】
プロトンおよび電子は、燃料上への可溶性酵素の調整された作用によって補因子とも呼ばれる電子伝達体へ移動させられる。そのような電子伝達体の１つはＮＡＤ＋／ＮＡＤＨである。電子伝達体には、制限なく、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨと表示する。酸化型はＮＡＤもしくはＮＡＤ+と表示する）、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰＨと表示する。酸化型はＮＡＤＰもしくはＮＡＤＰ+と表示する）、還元型ニコチンアミドモノヌクレオチド（ＮＭＮＨ。酸化型はＮＭＮ）、還元型フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤＨ2。酸化型はＦＡＤ）、還元型フラビンモノヌクレオチド（ＦＭＮＨ2。酸化型はＦＭＮ）、還元型補酵素Ａ等を含むことができる。電子伝達体には、補酵素Ａ、プロトポルフィリンＩＸ、ビタミンＢ１２等のような取り込まれた電子供与型補欠分子族を備えるタンパク質が含まれる。上記はすべて、燃料上への可溶性酵素の作用によって発生させることができる電子およびプロトンの両方を運ぶと考えられる。しかし、すべての電子伝達体がプロトンを運ぶ訳ではない。炭素、酸素および水素を含むＣ1化合物が電子伝達体であることは認識されるであろう。しかしこれらもまた燃料である。同様に電子伝達体の定義内には、以下で詳述するように電子伝達メディエータも含まれる。電子伝達体は、存在する場合は、一般に約１μＭ〜約２μＭ、より好ましくは約１０μＭ〜約１Ｍ、および最も好ましくは約１００μＭ〜約５００ｍＭの濃度で提供される。
【０１０１】
可溶性酵素、プロトンおよび電子の影響下では、ＮＡＤ+はＮＡＤＨへ変換される。この時点から、電子および／またはプロトンを取り除いて多数の追加の補因子および／または伝達メディエータの間で取り換えることができる。電子伝達メディエータは、電子伝達体から遊離した電子の、典型的には同等以下の還元電位を備える電極もしくは別の電子伝達メディエータである別の分子への移動を促進する組成物である。上記で同定したものに加えて、その例には、フェナジンメトスルフェート（ＰＭＳ）、ピロロキノリンキノン（ＰＱＱ、メトキサチンとも呼ばれる）、ヒドロキノン、メトキシフェノール、エトキシフェノール、またはその他の典型的なキノン分子、メチルビオローゲン、１，１’−ジベンジル−４，４’−ジピリジニウムジクロリド（ベンジルビオローゲン）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルフェニレンジアミン（ＴＭＰＤ）およびジシクロペンタジエニル鉄（Ｃ10Ｈ10Ｆｅ、フェロセン）が含まれる。電子伝達メディエータは、存在する場合は、一般に約１μＭ〜約２Ｍ、より好ましくは約１０μＭ〜約２Ｍ、およびいっそうより好ましくは約１００μＭ〜約２Ｍの濃度で提供される。
【０１０２】
しかし、単純にするため、そして図２に例示したように、還元型補因子もしくは電子伝達体は、次にポリペプチドと、この場合には本発明に係る生体適合性膜内に組み込まれた複合体Ｉのデヒドロゲナーゼ機能と相互作用することができる。複合体Ｉは、ＮＡＤＨ分子からプロトンを、さらに電子も遊離させる。電子はアノードへ直接に流れてよい。しかし、より多くの場合、電子は伝達メディエータによって取り込まれ、伝達メディエータが電子をアノードへ輸送する。
【０１０３】
ＮＡＤＨデヒドロゲナーゼ複合体Ｉは、さらに生体適合性膜を超えるプロトンの輸送にも関与できるという点で興味深いポリペプチドである。しかし特に興味深いのは、移動させられたプロトンが必ずしも複合体Ｉのデヒドロゲナーゼ部分の作用によって遊離されたプロトンではないことにある。このため、最も良好な結果を得るためには、本発明のこの特別態様による燃料電池はアノード区画内に追加のプロトン種を含有するであろう。複合体Ｉのプロトン輸送機能を酸化還元機能として図２に例示した。
【０１０４】
伝達メディエータが電子をアノードへ引き渡したとき、伝達メディエータは酸化されており、他の電子伝達体を酸化することによって遊離した追加の電子を入手することが可能になる。酸化型補因子（ＮＡＤ+）はこれで、燃料および可溶性酵素の影響下でプロトンおよび電子を受け入れる準備が整う。今記載した反応はアノード電極およびアノード区画内で発生し、以下のように化学的に例証することができる。
【化２】
2005512300.tif 000003
【０１０５】
この反応は、以下の反応によって供給することができる。
【化３】
2005512300.tif 000004
これをまとめると、以下となる。
【化４】
2005512300.tif 000005
【０１０６】
そこで、これらの反応および電子発生反応を合計すると以下のようになる。
【化５】
2005512300.tif 000006
これをまとめると、以下となる。
【化６】
2005512300.tif 000007
【０１０７】
メタノール等の有機分子から電子伝達体（上記に例示したＮＡＤＨ等）を生成するために使用できる可溶性酵素は、アルコールデヒドロゲナーゼ（ＡＤＨ）の形態でスタートすることができる。適切なＡＤＨ酵素については、例えばＡｍｍｅｎｄｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｌｅ  ＮＡＤ（＋）−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｆｒｏｍ  Ｓｕｌｆｏｌｏｂｕｓ  ｓｏｌｆａｔａｒｉｃｕｓ：ｇｅｎｅ  ａｎｄ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ  ｔｏ  ｏｔｈｅｒ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓ」，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３１：１２５１４−２３，１９９２、Ｃａｎｎｉｏ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｃｌｏｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｏｖｅｒｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｇｅｎｅｓ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ＮＡＤ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｆｒｏｍ  ｔｗｏ  Ｓｕｌｆｏｌｏｂｕｓ  ｓｐｅｃｉｅｓ」，Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７８：３０１−５，１９９６、Ｓａｌｉｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｔｗｏ  ｇｅｎｅｓ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｐｕｔａｔｉｖｅ  ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓ  ａｒｅ  ｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｙｅａｓｔ  Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｌａｃｔｉｓ」，Ｙｅａｓｔ  ７：３９１−４００，１９９１、およびＹｏｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ＤＮＡ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ＡＤＨ３，ａ  ｎｕｃｌｅａｒ  ｇｅｎｅ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｔｈｅ  ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ  ｉｓｏｚｙｍｅ  ｏｆ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｉｎ  Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ」，Ｍｏｌ．Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌ．５：３０２４−３４，１９８５に記載されている。結果として生じるホルムアルデヒドが酸化されると、アルデヒドロゲナーゼ（ＡＬＤ）が使用される。適切なＡＬＤ酵素は、例えばＰｅｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，「ｃＤＮＡ  ｃｌｏｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｒｉｃｅ  ａｌｄｅｈｙｄｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｉｎｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ｂｌａｓｔ  ｆｕｎｇｕｓ」，ＧｅｎｅＢａｎｋアクセッション番号ＡＦ３２３５８６、Ｓａｋａｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，「Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ  ｔｈａｌｉａｎａ［ｔｈａｌｅ  ｃｒｅｓｓ］ａｌｄｅｈｙｄｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ（ＮＡＤ+）−ｌｉｋｅ  ｐｒｏｔｅｉｎ」，ＧｅｎｅＢａｎｋアクセッション番号  ＡＦ３２７４２６に記載されている。さらに結果として生じるギ酸が酸化されると、ギ酸デヒドロゲナーゼ（ＦＤＨ）が使用される。適切なＦＤＨ酵素は、例えば、Ｃｏｌａｓ  ｄｅｓ  Ｆｒａｎｃｓ−Ｓｍａｌｌ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｍａｊｏｒ  ｓｏｌｕｂｌｅ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｉｎ  ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ  ｆｒｏｍ  ｎｏｎｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｔｉｓｓｕｅｓ  ａｓ  ＮＡＤ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｆｏｒｍａｔｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ［ｆｒｏｍ  ｐｏｔａｔｏ］」，Ｐｌａ��ｔ  Ｐｈｙｓｉｏｌ．１０２（４）：１１７１−１１７７，１９９３、Ｈｏｕｒｔｏｎ−Ｃａｂａｓｓａ，「Ｅｖｉｄｅｎｃｅ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｃｏｐｉｅｓ  ｏｆ  ｆｏｒｍａｔｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｇｅｎｅｓ  ｉｎ  ｐｌａｎｔｓ：ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ  ｐｏｔａｔｏ  ｆｄｈ  ｇｅｎｅｓ，ｆｄｈ１，ｆｄｈ２，ａｎｄ  ｆｄｈ３」，Ｐｌａｎｔ  Ｐｈｙｓｉｏｌ．１１７：７１９−７１９，１９９８に記載されている。
【０１０８】
以下で考察する理由から、キノンを基剤とする電子伝達体を使用するのに適応すること、さもなければキノンを基剤とする電子伝達体に適合できる可溶性酵素を使用するのが有用なことがある。そのような酵素は、例えばＰｏｍｍｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，「Ａ  ｓｅｃｏｎｄ  ｐｈｅｎａｚｉｎｅ  ｍｅｔｈｏｓｕｌｐｈａｔｅ−ｌｉｎｋｅｄ  ｆｏｒｍａｔｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｉｓｏｅｎｚｙｍｅ  ｉｎ  Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ」，Ｂｉｏｃｈｉｍ  Ｂｉｏｐｈｙｓ  Ａｃｔａ．１１０７（２）：３０５−１３，１９９２「Ｔｈｅ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｉｏｎｓ  ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ  ｆｏｒｍａｔｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓ  ｉｓ  ａｐｐａｒｅｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｃｃｅｐｔｏｒｓ  ｗｈｉｃｈ  ｉｎｃｌｕｄｅ  ｐｙｒｉｄｉｎｅ  ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ，５−ｄｅａｚａｆｌａｖｉｎ，ｑｕｉｎｏｎｅｓ，ａｎｄ  ｆｅｒｒｅｄｏｘｉｎ」、Ｆｅｒｒｙ，Ｊ．Ｇ．「Ｆｏｒｍａｔｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ」，ＦＥＭＳ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｒｅｖ．７（３−４）：３７７−８２，１９９０（キノン活性を備えるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ）、Ｋｌｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｄｙｅ−ｌｉｎｋｅｄ  ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｗｉｔｈ  ｓｏｍｅ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ  ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ａ  ｐｒｏｔｅｉｎ−ｂｏｕｎｄ  ｒｅｄｏｘ−ａｃｔｉｖｅ  ｑｕｉｎｏｎｅ  ｃｏｆａｃｔｏｒ」，Ｂｉｏｃｈｅｍ  Ｊ．３０１（Ｐｔ  １）：２８９−９５，１９９４（結合したキノン補因子を備えるデヒドロゲナーゼに関する多数の論文中でも代表的な論文）、Ｇｏｏｄｗｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｔｈｅ  ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ｇｅｎｅｔｉｃｓ  ｏｆ  ＰＱＱ  ａｎｄ  ＰＱＱ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｅｎｚｙｍｅｓ）」，Ａｄｖ．Ｍｉｃｒｏｂ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．４０：１−８０，１９９８（キノンを利用するアルコールデヒドロゲナーゼについて）、Ｍａｓｋｏｓ  ｅｔ  ａｌ．，「Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｏｆ  ｐ−ｎｉｔｒｏｓｏｐｈｅｎｏｌ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｃａｔａｌｙｚｅｄ  ｂｙ  ｈｏｒｓｅ  ｌｉｖｅｒ  ａｎｄ  ｈｕｍａｎ  ｐｉ−ａｌｃｏｈｏｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ（ＡＤＨ）」，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２６９（５０）：３１５７９−８４，１９９４（酵素によるＮＡＤＨ還元に続くＮＡＤＨから電極への電子のメディエータ触媒移動の例）、およびＰａｎｄｅｙ，「Ｔｅｔｒａｃｙａｎｏｑｕｉｎｏｄｉｍｅｔｈａｎｅ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｆｌｏｗ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  ＮＡＤＨ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｗｉｔｈ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｅｎｚｙｍｅｓ」，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．２２１（２）：３９２−６，１９９４に記載されている。
【０１０９】
カソード区画でのカソードでの対応する反応は、有用な酸化還元電位を備える生成した電子を消費するあらゆる反応であってよい。例えば、酸素を使用すると、その反応は以下であってよい。
【化７】
2005512300.tif 000008
【０１１０】
反応式２を使用すると、カソード液（カソード区画内で使用される電解液）は水素イオンの消費を占めるために緩衝処理することができ、水素イオン供与化合物を燃料電池の作動中に供給できる、またはより好ましくは、アノード区画とカソード区画との間のバリアは中和水素イオン（水素イオンまたはプロトン）を送達するために十分に有効である。
【０１１１】
１つの実施形態では、カソードでの対応する反応は、、以下である。
【化８】
2005512300.tif 000009
【０１１２】
このカソード反応は水の正味産生を生じさせるが、これが重大な場合は、例えばオーバーフロー液用のスペースを用意すること、または気相排出口を提供することによって処理できる。多数の電子受容体分子は、作動温度では多くの場合に固体、または伝達体液中では溶質であるが、後者の場合、カソードチャンバーはそのような非気体材料を運べるように適応していなければならない。
【０１１３】
おそらく電子受容体分子として過酸化水素を使用する場合と同様に、電子受容体分子が生体適合性膜のポリペプチドおよびアノードチャンバー内のいずれか他の種を損傷させる可能性がある場合は、過酸化物または損害を与える電子受容体分子がアノードチャンバー内に侵入するのを防止するために燃料電池にはそのような電子受容体分子のスカベンジャーを使用できる。そのようなスカベンジャーは、特にアノード電極での条件がＯ2への電子移動を触媒するために有効ではない場合は、例えば酵素カタラーゼ（２Ｈ2Ｏ2⇔２Ｈ2Ｏ＋Ｏ2）であってよい。あるいは、スカベンジャーは金または白金等のいずれかの貴金属であってよい。このようなスカベンジャーは、酵素である場合は、固体支持体材料に共有結合させることができる。あるいは、アノードチャンバーとカソードチャンバーとの間に、過酸化水素に対して最も限定された透過性を有するバリアが提供される。
【０１１４】
過酸化カルシウム、過塩素化カリウム（ＫＣｌＯ4）または過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ4）等の固体酸化剤は、電子受容体として使用できる。
【０１１５】
燃料電池は、酸化還元酵素またはプロトン輸送体が作動するのに適切な温度範囲内で作動する。この温度範囲は、典型的には酵素の安定性、および酵素の入手起源に伴って変動する。適切な温度範囲を増加させるためには、火道または温泉から単離した微生物等の好熱性生物由来の適切な酸化還元酵素を選択することができる。さらに、遺伝子組み換え酵素を使用できる。それでも、少なくとも第１電極の作動にとって好ましい温度は約８０℃以下、好ましくは６０℃以下である。
【０１１６】
本発明により好ましい燃料電池には、アノード区画、カソード区画、アノードおよびカソード、ならびに膜の一方の側から他方の側へのプロトンの移動に関与することができるポリペプチドを含む本明細書に記載した生体適合性膜が含まれる。アノード区画内では、少なくとも１つの電子伝達メディエータおよび電極伝達体もまた見いだされる。本発明の燃料電池は、好ましくは、その有効寿命に渡って少なくとも約１０ｍＷ／ｃｍ2、より好ましくは少なくとも約５０ｍＷ／ｃｍ2、および最も好ましくは少なくとも約１００ｍＷ／ｃｍ2を発生することができる（その寿命の最後に向かってある程度の出力低下が生じるであろう）。燃料電池は、好ましくは、その燃料が最終的に使い果たされるまで（それらが詰め替え式ではない限り）、一般には少なくとも８時間、好ましくは１週間、より好ましくは１ヵ月間、そして最も好ましくは６ヵ月間以上そのような電流密度を発生する。
【実施例】
【０１１７】
（実施例１）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を以下の通りに製造した。マグネチックスターラーを使用して攪拌しながら、２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有する７％（ｗ／ｖ）（７０ｍｇ）のブロックコポリマー（ポリ（２−メチルキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチル（オキサゾリン）を９５％（ｖ／ｖ）／５％（ｖ／ｖ）のエタノール／水の溶媒混合液中に溶解させた。この溶液６μＬを取り出し、水中に０．０１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシド、４０μｇの複合体Ｉ（１０ｍｇ／ｍＬ）を含有する溶液４μＬと混合した。これをさらに混合した。結果として生じた溶液は、４．２％（ｗ／ｖ）のポリマー、５５％（ｖ／ｖ）のＥｔＯＨ、４５％（ｖ／ｖ）のＨ2Ｏ、０．０６％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有しており、タンパク質／ポリマー比は６％（ｗ／ｗ）であった。
【０１１８】
（実施例２）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例１に記載したように、以下の変更を加えて調製した。合成高分子材料に比較して０．０１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドおよび１．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液を提供できるように、少ないポリペプチド溶液を使用した。
【０１１９】
（実施例３）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例１に記載したように、以下の変更を加えて調製した。０．０３％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して３．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有していた。
【０１２０】
（実施例４）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例１に記載したように、以下の変更を加えて調製した。０．０４５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して４．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有していた。
【０１２１】
（実施例５）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例１に記載したように、以下の変更を加えて調製した。０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を提供できるように少ないポリペプチド溶液を使用し、最終溶液は合成高分子材料に比較して０．７５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有していた。
【０１２２】
（実施例６）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例５に記載したように、以下の変更を加えて調製した。合成高分子材料は最初は５．０％（ｗ／ｖ）の溶液中に存在した。合成高分子材料に比較して０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドおよび０．７５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、実施例１に記載したタイプの十分なポリペプチド溶液を添加した。
【０１２３】
（実施例７）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例６に記載したように、以下の変更を加えて調製した。０．０１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例１に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して１．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有していた。
【０１２４】
（実施例８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、概して実施例６に記載したように、以下の変更を加えて調製した。０．０３％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例１に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して３％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有していた。
【０１２５】
（実施例９）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は、以下の変更を加えて概して実施例６に記載したように調製した。０．０４５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例１に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して４．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有していた。
【０１２６】
（実施例１０）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は、以下の変更を加えて概して実施例６に記載したように調製した。０．０６％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドを含有する最終溶液を製造できるように実施例１に記載の十分なポリペプチド溶液を含め、最終溶液は合成高分子材料に比較して６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有していた。
【０１２７】
（実施例１１〜１５）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を、各溶液中で使用した合成高分子材料が最初は１０％（ｗ／ｖ）であったことを除いて、概して実施例１〜５の各々に記載した通りに調製した。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．０６、０．１５、０．０３、０．０４５および０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに６．０、１．５、３．０、４．５および０．７５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１２８】
（実施例１６）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例３に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒はエタノール、２５％（ｖ／ｖ）のメタノールおよび実施例３に表示された量の水を含有していた。合成高分子材料に比較して０．０３％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドおよび３．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、十分なポリペプチド溶液を使用した。
【０１２９】
（実施例１７）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例２に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒は４７．５％（ｖ／ｖ）のエタノール、２．５％（ｖ／ｖ）の水、２５％（ｖ／ｖ）のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２５％（ｖ／ｖ）のジクロロメタンを含有していた。合成高分子材料に比較して０．０１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドおよび１．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液を製造できるように、十分なポリペプチド溶液を添加した。
【０１３０】
（実施例１８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例６に記載した通りに調製したが、合成高分子材料を溶解させるために使用した溶媒は９．５％（ｖ／ｖ）のエタノール、０．５％（ｖ／ｖ）の水、４０％（ｖ／ｖ）のアセトン、および４０％（ｖ／ｖ）のヘキサンを含有していた。
【０１３１】
（実施例１９〜２４）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例１１〜１５の各々に記載した通りに調製したが、ドデシルマルトシドの最終濃度は０．１５％（ｗ／ｖ）であった。本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例４に記載した通りに調製できるが、ポリペプチド溶液に使用する界面活性剤の残りはドデシルβ―Ｄ−グルコピラノシドであり、界面活性剤の最終濃度は０．１５％（ｗ／ｖ）である。
【０１３２】
（実施例２６）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例９に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はＢＡＳＦ社（西独ルードビヒスハーフェン）製のＰＬＵＲＯＮＩＣ  Ｌ１０１（ロット番号ＷＰＤＸ−５２２Ｂ）の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例９に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中では供給濃度の０．１％（ｖ／ｖ）へ希釈した。
【０１３３】
（実施例２７）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例２に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はＢＹＫ  Ｃｈｅｍｉｅ社（コネチカット州ウォーリンフォード）製のＤＩＳＰＥＲＰＬＡＳＴ（ロット番号３１Ｊ０２２）の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例２に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中での供給濃度の０．１３５％（ｖ／ｖ）へ希釈した。
【０１３４】
（実施例２８〜３２）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例６〜１０の各々に記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有するポリ（２−メチルキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）（５％（ｗ／ｖ））であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１３５】
（実施例３３−３８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１〜５に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、どちらもポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）であり、それらの一方（計７％（ｗ／ｖ））は２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤ、そして他方は１ｋＤ−２ｋＤ−１ｋＤの平均分子量を有し、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用された全合成高分子材料の約６７％対３３％（ｗ／ｗ）である２種のブロックコポリマーの混合物である。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．０６、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１３６】
（実施例３９〜４３）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１１〜１５に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）であり、それらの一方（１０％（ｗ／ｖ））は１ｋＤ−２ｋＤ−１ｋＤ、そして他方は３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有し、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約３３％対６７％（ｗ／ｗ）である２種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．０７５、０．１５、０．３０、０．４５および０．６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１３７】
（実施例４４〜４８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例６〜１０に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）であり、それらの一方（５％（ｗ／ｖ））は２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤ、そして他方は３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有し、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約３３％対６７％（ｗ／ｗ）である２種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１３８】
（実施例４９−５３）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１〜５に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、どちらもポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）であり、それらの一方（７％（ｗ／ｖ））は２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤ、そして他方は３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有し、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用された全ポリマーの約６７％対３３％（ｗ／ｗ）である２種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．０６、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに６．０、１．５、３．０、４．５および０．０２５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１３９】
（実施例５４−５８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例１〜５に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液８５％（ｖ／ｖ）とポリエチレングリコール溶液１５％（ｖ／ｖ）の比率で、水中で約３，３００ダルトンの平均分子量を有する２３．５％（ｗ／ｖ）のポリエチレングリコール溶液と混合した、９５％のエタノールおよび５％の水の溶媒中で２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有するポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）（７％（ｗ／ｖ））の混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．０６、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに６．０、１．５、３．０、４．５および０．７５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１４０】
（実施例５９〜６３）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例１２に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液８５％とポリエチレングリコール溶液１５％（ｖ／ｖ）の比率で、水中で約８，０００ダルトンの平均分子量を有する２３．５％（ｗ／ｖ）のポリエチレングリコール溶液と混合した、９５％のエタノールおよび５％の水の溶媒中の２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有する１０％（ｗ／ｖ）のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）の混合物であった。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して０．１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドおよび１．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。実施例１１および１３〜１５の手法を使用すると、類似の溶液を作製できる。
【０１４１】
（実施例６４〜６８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例２８〜３２に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液８５％とポリエチレングリコール溶液１５％（ｖ／ｖ）の比率で、水中で約３，３００ダルトンの平均分子量を有する２３．５％（ｗ／ｖ）のポリエチレングリコール溶液と混合した、９５％のエタノールおよび５％の水の溶媒中の３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ））のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）の混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１４２】
（実施例６９〜７３）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１〜５に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、トリブロックコポリマー溶液８５％とポリエチレングリコール溶液１５％（ｖ／ｖ）の比率で、水中で約８，０００ダルトンの平均分子量を有する２３．５％（ｗ／ｖ）のポリエチレングリコール溶液と混合した、９５％のエタノールおよび５％の水の溶媒中の３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有する７％（ｗ／ｖ））のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）の混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．０６０、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに６．０、１．５、３．０、４．５および０．７５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１４３】
（実施例７４〜７８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例６〜１０に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、８０％のトリブロックコポリマーと２０％のポリスチレンの比率で、５０％（ｖ／ｖ）のアセトン中で約２５０，０００ダルトンの分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリスチレン溶液と混合した、５０％（ｖ／ｖ）のアセトンおよび５０％（ｖ／ｖ）のヘプタンの溶媒中の２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ））のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）の混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１４４】
（実施例７９〜８３）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１〜５に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々６６％（ｖ／ｖ）対３３％（ｖ／ｖ）の比率で、５０％（ｖ／ｖ）のＴＨＦおよび５０％（ｖ／ｖ）のジクロロメタンの溶媒中で４ｋＤ−８ｋＤ−４ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートの溶液と混合した、９５％のエタノールおよび５％の水の溶媒中で２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有する７％（ｗ／ｖ）のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）の混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．０６、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．００７５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに６．０、１．５、３．０、４．５および０．０７５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１４５】
（実施例８４〜８８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例１１〜１５に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、５％（ｖ／ｖ）の水を含有するエタノールを用いて５０％（ｖ／ｖ）に希釈して供給される溶媒中のＤａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ（登録商標）Ａ７００（ロット番号ＬＣ−２９／６０−０１１）として供給された１０％（ｗ／ｖ）のスルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スルホン化スチレンであった。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１４６】
（実施例８９）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例８４に記載した通りに調製できるが、合成高分子材料を希釈するために使用する溶媒は５０％（ｖ／ｖ）のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）および５０％（ｖ／ｖ）のジクロロメタンを含有していてよい。
【０１４７】
（実施例９０〜９４）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例８４〜８８の各々に記載した通りに調製したが、ドデシルマルトシドの最終濃度は０．１５％（ｗ／ｖ）であった。
【０１４８】
（実施例９５）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して上記の実施例８５に記載した通りに調製できるが、ポリペプチド溶液に使用する界面活性剤はドデシルβ―Ｄ−グルコピラノシドとドデシルマルトシドとの混合物を含有していてよく、該界面活性剤の最終濃度は０．１５％（ｗ／ｖ）である。
【０１４９】
（実施例９６）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例８７に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はＢＡＳＦ社（西独ルードビヒスハーフェン）製のＰＬＵＲＯＮＩＣ  Ｌ１０１（ロット番号ＷＰＤＸ−５２２Ｂ）の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例８７に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤は最終溶液中での供給濃度の０．１％（ｖ／ｖ）へ希釈した。
【０１５０】
（実施例９７）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して上記の実施例８８に記載した通りに調製したが、ポリペプチド溶液に使用した界面活性剤はＢＹＫ  Ｃｈｅｍｉｅ社（コネチカット州ウォーリンフォード）製のＤＩＳＰＥＲＰＬＡＳＴ（ロット番号３１Ｊ０２２）の商標を付けて販売された高分子界面活性剤と実施例８８に規定した同一濃度のドデシルマルトシドとの混合物を含有していた。高分子界面活性剤の最終濃度は最終溶液中での供給濃度の０．１３５％（ｖ／ｖ）へ希釈した。
【０１５１】
（実施例９８〜１０２）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例８４〜８８に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、その１つは５％（ｖ／ｖ）の水を含有するエタノールを用いて５０％（ｖ／ｖ）に希釈して供給される溶媒中でＤａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ（登録商標）Ａ７００（ロット番号ＬＣ−２９／６０−０１１）として供給される１０％（ｗ／ｖ）のスルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スルホン化スチレンであり、もう１つは２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）であり、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約６７％対３３％である２種のブロックコポリマーの混合物であった。その溶液６μＬを実施例１に記載の十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１５２】
（実施例１０３〜１０７）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例８４〜８８に各々記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、その１つは５％（ｖ／ｖ）の水を含有するエタノールを用いて５０％（ｖ／ｖ）に希釈して供給される溶媒中でＤａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ（登録商標）Ａ７００（ロット番号ＬＣ−２９／６０−０１１）として供給される１０％（ｗ／ｖ）のスルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スルホン化スチレンであり、もう１つは２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）であり、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約３３％対６７％である２種のブロックコポリマーの混合物であった。その溶液６μＬを実施例１に記載の十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１５３】
（実施例１０８〜１１２）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１０３〜１０７に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、その１つは５％（ｖ／ｖ）の水を含有するエタノールを用いて５０％（ｖ／ｖ）に希釈して供給される溶媒中でＤａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ（登録商標）Ａ７００（ロット番号ＬＣ−２９／６０−０１１）として供給される１０％（ｗ／ｖ）のスルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スルホン化スチレンであり、もう１つは５０％（ｖ／ｖ）のＴＨＦ、５０％（ｖ／ｖ）のジクロロメタンの溶媒中で４ｋＤ−８ｋＤ−４ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであり、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約６７％対３３％である２種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１５４】
（実施例１１３〜１１７）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１０３〜１０７に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、その１つは５％（ｖ／ｖ）の水を含有するエタノールを用いて５０％（ｖ／ｖ）に希釈して供給される溶媒中でＤａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ（登録商標）Ａ７００（ロット番号ＬＣ−２９／６０−０１１）として供給される１０％（ｗ／ｖ）のスルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スルホン化スチレンであり、もう１つは５０％（ｖ／ｖ）のＴＨＦ、５０％（ｖ／ｖ）のジクロロメタンの溶媒中で４ｋＤ−８ｋＤ−４ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであり、第１ブロックコポリマー対第２ブロックコポリマーの比率が使用した全ポリマーの約３３％対６７％である２種のブロックコポリマーの混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１５５】
（実施例１１８〜１２２）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例８４〜８８に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、８５％のトリブロックコポリマー溶液と１５％のポリエチレングリコール溶液（ｖ／ｖ）の比率で、水中で約３，３００ダルトンの平均分子量を有する２３．５％（ｗ／ｖ）のポリエチレングリコール溶液と混合した、５％（ｖ／ｖ）の水を含有するエタノールを用いて５０％（ｖ／ｖ）に希釈して供給される溶媒中の供給されたＤａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ（登録商標）Ａ７００（ロット番号ＬＣ−２９／６０−０１１として供給された１０％（ｗ／ｖ）のスルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スルホン化スチレンとの混合物であった。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１５６】
（実施例１２３〜１２７）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例８４〜８８に各々記載された通りに調製したが、使用した合成高分子材料は、８５％のトリブロックコポリマー溶液と１５％のポリエチレングリコール溶液（ｖ／ｖ）の比率で、水中で約８，０００ダルトンの平均分子量を有する２３．５％（ｗ／ｖ）のポリエチレングリコール溶液と混合した、５％（ｖ／ｖ）の水を含有するエタノールを用いて５０％（ｖ／ｖ）に希釈して供給される溶媒中の供給されたＤａｉｓ  Ａｎａｌｙｔｉｃ社（フロリダ州オデッサ）製のＰｒｏｔｏｌｙｔｅ（登録商標）Ａ７００（ロット番号ＬＣ−２９／６０−０１１として供給された１０％（ｗ／ｖ）のスルホン化スチレン／エチレン−ブチレン／スルホン化スチレンとの混合物であった。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１５７】
（実施例１２８〜１３２）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例６〜１０の各々に記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は５０％（ｖ／ｖ）のＴＨＦ、５０％（ｖ／ｖ）のジクロロメタンの溶媒中で４ｋＤ−８ｋＤ−４ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリメチルメタクリレート−ポリジメチルシロキサン−ポリメチルメタクリレートであってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、各々が、合成高分子材料に比較して０．００７５、０．０１５、０．０３０、０．０４５および０．０６０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５、１．５、３．０、４．５および６．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１５８】
（実施例１３３〜１３４）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例６および７の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘキサンの５０％／５０％（ｖ／ｖ）混合物中でＢＡＳＦ社（西独ルートビヒスハーフェン）製のＳｔｒｙｏｌｕｘ（登録商標）３Ｇ５５（ロット番号７４５３０６４Ｐ）として供給される３．２％（ｗ／ｖ）のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して０．００７５％および０．０１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５％および１．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１５９】
（実施例１３５〜１３６）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液を概して実施例６および７の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘプタンの５０％／５０％（ｖ／ｖ）混合物中でＢＡＳＦ社（西独ルートビヒスハーフェン）製のＳｔｒｙｏｌｕｘ（登録商標）３Ｇ５５（ロット番号７４５３０６４Ｐ）として供給される３．２％（ｗ／ｖ）のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して０．００７５％および０．０１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５％および１．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１６０】
（実施例１３７〜１３８）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１３５および１３６の各々に記載した通りに調製したが、使用した合成高分子材料はアセトンおよびヘプタンの５０％／５０％（ｖ／ｖ）混合物中でＢＡＳＦ社（西独ルートビヒスハーフェン）製のＳｔｒｙｏｌｕｘ  ３Ｇ５５（ロット番号７４５３０６４Ｐ）として供給される５％（ｗ／ｖ）のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンであった。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して０．００７５％および０．０１５％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５％および１．５％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成した。
【０１６１】
（実施例１３９〜１４１）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例６〜８に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々約８０％（ｖ／ｖ）対２０％（ｖ／ｖ）の比率で、５０％／５０％（ｖ／ｖ）のアセトンとヘキサンの混合物中でＢＡＳＦ社（西独ルートビヒスハーフェン）製のＳｔｒｙｏｌｕｘ（登録商標）３Ｇ５５（ロット番号７４５３０６４Ｐ）として供給された５％（ｗ／ｖ）のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンと、そして同一溶媒中で２ｋＤ−５ｋＤ−２ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ））のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）との混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して０．００７５％、０．０１５、および０．０３０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５％、１．５および３．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１６２】
（実施例１４２〜１４５）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１３９〜１４１に各々記載した通りに調製できるが、使用する合成高分子材料は、各々約８０％（ｖ／ｖ）対２０％（ｖ／ｖ）の比率で、５０％／５０％（ｖ／ｖ）のアセトンとヘキサンの混合物中でＢＡＳＦ社（西独ルートビヒスハーフェン）製のＳｔｒｙｏｌｕｘ（登録商標）３Ｇ５５（ロット番号７４５３０６４Ｐ）として供給された５％（ｗ／ｖ）のポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンと、そして同一溶媒中で３ｋＤ−７ｋＤ−３ｋＤの平均分子量を有する５％（ｗ／ｖ）のポリ（２−メチルオキサゾリン）−ポリジメチルシロキサン−ポリ（２−メチルオキサゾリン）との混合物であってよい。その溶液６μＬを実施例１に記載のタイプの十分なポリペプチド溶液と混合すると、合成高分子材料に比較して０．００７５％、０．０１５、および０．０３０％（ｗ／ｖ）のドデシルマルトシドならびに０．７５％、１．５および３．０％（ｗ／ｗ）のポリペプチドを含有する最終溶液が生成する。
【０１６３】
（実施例１４６〜２９０）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１〜１４５の各々に記載した通りに調製できるが、合成高分子と混合されるポリペプチド溶液は、Ｒｏｃｈｅ社（インディアナ州インディアナポリス）から入手できる０．１５％のＴｈｅｓｉｔ（ポリオキシエチレン（９）ドデシルエーテル、Ｃ12Ｅ9）も含んでいてよい１０ｍｇ／ｍＬのコハク酸：ユビキノンオキシドレダクターゼ（複合体ＩＩ）水溶液であってよい。この界面活性剤は、一般に実施例１〜１４５のドデシルマルトシドと類似濃度で置換される。
【０１６４】
（実施例２９１〜４３５）
本発明に係る生体適合性膜を製造するために有用な溶液は概して実施例１〜１４５の各々に記載した通りに調製できるが、合成高分子を希釈するために使用するポリペプチド溶液は、０．１５％のＴｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００も含んでいてよい１０ｍｇ／ｍＬのニコチンアミドヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼ水溶液であってよい。この界面活性剤は、一般に、実施例１〜１４５のドデシルマルトシドと類似濃度で置換される。さらに、ドデシルβ−Ｄ−グルコピラノシドを含有する実施例１〜１４５では、この界面活性剤は、一般にＮｏｎｉｄｅｔ  Ｐ−４５と類似濃度で置換することができる。
【０１６５】
（実施例４３６）
誘電性穿孔支持体上に膜を形成する。支持体はＤｕＰｏｎｔ社から入手できるＫＡＰＴＯＮ（厚さ１ミル）から作製し、径１００μｍおよび深さ１ミルのアパーチャをレーザー穿孔する。アパーチャの配列は、１，７００アパーチャ／ｃｍ2という高密度を有していてよい。生体適合性膜は、以前に詳細に記載したＰＥＧ８０００／ＰＲＯＴＯＬＹＴＥ  Ａ７００膜を使用してアパーチャの全域に渡って形成される。結果として生じるブロックコポリマー、安定化ポリマーおよびポリペプチドを含有する最終溶液は、１度に４μＬずつピペットにより滴下法で完全にアパーチャを被覆する方法で基板上に沈着させる。この溶媒を室温のフード下で蒸発するに任せた。膜−支持体の組立体は、使用時まで真空チャンバー内に保管した。
【０１６６】
この場合は燃料電池である試験器具をＤＥＬＲＡＮプラスチックから構成した。上記の通りに製造した膜−支持体の組立体を、２つのチャンバー、アノード区画およびカソード区画を形成するためにゴムガスケットを用いて燃料電池内の適所に密封した。その後、アノード区画およびカソード区画に水性電解液（各２０ｍＬ）を充填した（アノード区画には１ＭのＴＭＡ−ギ酸塩（ｐＨ１０）およびカソード区画には１％の過酸化水素を含有する１００ｍＭのＴＭＡ−硫酸塩（ｐＨ２．０））。チタンホイル製アノードは、電子工学的に変化させた負荷と並列接続した。電流および出力電圧はアナログ／デジタルボードを装備したコンピュータを使用して測定した。回路は、カソード区画においてこれらの要素をグラファイト製カソード電極へ配線することにより完成した。
【０１６７】
チタンホイル製アノードをアノード液に浸漬した。さらにアノード区画には、燃料としての５％（ｖ／ｖ）のメタノールが含まれており、１２．５ｍＭのＮＡＤ+を電子伝達体として使用し、電子伝達メディエータとしては１Ｍのヒドロキノンを使用し、可溶性酵素としては酵母アルコールデヒドロゲナーゼ（５，０００単位）、アルデヒドデヒドロゲナーゼ（１０単位）およびギ酸デヒドロゲナーゼ（１００単位）を使用した。電流および電圧は、プロトン濃度勾配に逆らってさえアノード区画からカソード区画へプロトンを移動させる際の生体適合性膜内に組み込まれた複合体Ｉの機能に一致して発生した。ピーク電流密度は１５８ｍＡ／ｃｍ2であった。膜は、約３日間にわたり安定性であった。
【０１６８】
比較すると、膜形成溶液がＰＥＧ８０００を含有していないことを除いて上記と同一の成分および濃度を使用して形成した別の電池では、ピーク電流密度は類似であった。しかし、膜完全性は１０〜１２時間に限定された。膜の破損は、カソード区画内へのメディエータの目に見える流れによって評価された。
【０１６９】
膜内に複合体Ｉが不在であっても、Ｐｒｏｔｏｌｙｔｅブロックコポリマーはそれでもプロトンにとってやや難透過性の膜を形成する。アノード内にヒドロキシキノンに代わる電子伝達メディエータとして３００ｍＭのＰＭＳが存在したことを除いて上記のものに類似して構成された燃料電池における複合体Ｉを使用せずに形成されたそのような膜の使用は、出力が急速に低下する前におよそ約５分間に渡ってのみ最高４ｍＭ／ｃｍ2を発生した。
【０１７０】
本明細書では特定の実施形態を参照しながら本発明について説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理および適用の単なる具体例に過ぎないと理解されなければならない。このため、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態には数多くの修飾を加えることができること、そして他の取り合わせを考案できることが理解されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明は、制限なく、燃料電池産業を含む膜を製造および使用する産業に関連する。本発明は、自動車産業および電子産業等の燃料電池を使用する産業にも適用することができる。
【０１７２】
本明細書では特定の実施形態を参照しながら本発明について説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理および適用の単なる具体例に過ぎないと理解されなければならない。このため、添付の特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態には数多くの修飾を加えることができること、そして他
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明に係る燃料電池を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態において、燃料電池のアノード区画での電子およびプロトンの移動を示す概要図である。
【図３ａ】誘電バリアの両側に配置されたアノードおよびカソードを示す模式図である。
【図３ｂ】本発明に係る誘電バリア、アノード、カソードおよび生体適合性膜の配置を示す断面図である。
【図３ｃ】図３ｂのバリア、アノード、カソードおよび膜を含む燃料電池を示す模式図である。
【図３ｄ】誘電基板内に含まれる穿孔部内に本発明に係る膜を配置した第２の実施形態を示す模式図である。
【図３ｅ】誘電基板内に含まれる穿孔部内に本発明に係る膜を配置した第２の実施形態を示す模式図である。
【図４ａ】面取り縁および生体適合性膜を有するアパーチャの断面図である。
【図４ｂ】面取り縁および生体適合性膜を有するアパーチャの断面図である。
【図４ｃ】面取り縁および生体適合性膜を有するアパーチャの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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