(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の孔を有するポリ−ｐ−キシレン構造を含むパリレン（登録商標）の３Ｄ多孔質構造の提供。【解決手段】多孔質構造のサイズは20nm〜5cmとの間であり、気孔率が55％と85％の間であるポリ−ｐ−キシレン構造を有する、パリレンの３Ｄ多孔質構造。好ましくは、官能基を有する、ポリ−ｐ−キシレン構造であり、多孔質構造が複数の標的分子を更に含み、標的分子が蛍光分子又は生物学的因子或いはナノ粒子を備えるパリレンの３Ｄ多孔質構造。ポリ−ｐ−キシレン構造の孔は異なるサイズの孔サイズを備え、孔の孔サイズは勾配で異なることが望ましい、パリレンの３Ｄ多孔質構造。多孔質構造は一体的に形成され、犠牲固体型板上にポリマー単量体が蒸着され、犠牲固体型板を消費して、３Ｄ多孔質構造を形成する、パリレンの３Ｄ多孔質構造の製造方法。【選択図】図１
2018115309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パリレンの３Ｄ多孔質構造であって：
複数の孔を有するポリ−ｐ−キシレン構造を具備し、前記ポリ−ｐ−キシレン構造は気孔率を有する、
パリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項２】
前記気孔率は55％と85％の間である、
請求項１に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項３】
当該多孔質構造のサイズは20nmと5cmとの間である、
請求項１に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項４】
前記ポリ−ｐ−キシレン構造は官能基を有する、
請求項１に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項５】
当該多孔質構造は複数の標的分子を更に含む、
請求項１に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項６】
前記標的分子は蛍光分子を備える、
請求項５に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項７】
前記標的分子は生物学的因子を備える、
請求項５に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項８】
前記標的分子はナノ粒子を備える、
請求項５に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項９】
前記ポリ−ｐ−キシレン構造の前記孔は異なるサイズの孔サイズを備える、
請求項１に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項１０】
前記孔の前記孔サイズは勾配で異なる、
請求項９に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項１１】
前記ポリ−ｐ−キシレン構造は一体的に形成される、
請求項９に記載のパリレンの３Ｄ多孔質構造。
【請求項１２】
３Ｄ多孔質構造の製造方法であって：
犠牲固体型板を提供するステップと；
前記犠牲固体型板が昇華工程に対して行われる間にポリマー単量体が前記犠牲固体型板上に蒸着されるように、蒸着工程を実行するステップと；
前記犠牲固体型板を消費して３Ｄ多孔質構造を形成するステップと；
を具備する、３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項１３】
前記犠牲固体型板が完全に消費されるとき、前記３Ｄ多孔質構造の形状は、前記犠牲固体型板が消費される前の形状と同じである、
請求項１２に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項１４】
前記ポリマー単量体は、パリレン単量体である、
請求項１２に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項１５】
前記パリレン単量体は官能基を有する、
請求項１４に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項１６】
前記昇華工程は、前記犠牲固体型板を固相から気相へ昇華させることを備え、前記ポリマー単量体は、前記犠牲固体型板の前記気相の表面上で吸着される、
請求項１２に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項１７】
前記犠牲固体型板は水分子である、
請求項１２に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項１８】
前記犠牲固体型板は、第１の溶液及び第２の溶液を備え、前記第１の溶液の昇華熱は、前記第２の溶液の昇華熱とは異なる、
請求項１２に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の溶液又は前記第２の溶液の濃度は、前記犠牲固体型板内で勾配させて分布される、
請求項１８に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項２０】
前記３Ｄ多孔質構造は一体的に形成される、
請求項１９に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項２１】
前記３Ｄ多孔質構造は複数の孔を有し、該孔は異なるサイズの孔サイズを備え、該孔の孔サイズは勾配で異なる、
請求項１９に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【請求項２２】
前記犠牲固体型板は複数の標的分子を含み、該標的分子は、前記３Ｄ多孔質構造内でコーティングされるように前記犠牲固体型板の前記昇華行程中に解放される、
請求項１２に記載の３Ｄ多孔質構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ多孔質構造を製造する方法に関する。より具体的には、本発明は、パリレンの３Ｄ多孔質構造及びこれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学蒸着によりパリレンフィルムを準備する工程は気相反応であり、真空下で高密度かつ均一なコーティングを形成することができる。パリレンフィルムは、良好な生体適合性、生体内安定性及び優れた血液適合性といった幾つかの特性を有する。ポリ−ｐ−キシレン（Poly-p-xylene）はアメリカ食品医薬品局により認証されており、生体内デバイス（vivo  devices）に関連する多くの用途に用いられている。したがって、このコーティングによって作られる多孔質物質は、人体に対して危険ではない。
【０００３】
ポリ−パラ−キシレン（ＰＰＸ：poly-para-xylylenes）の周知の蒸着ポリマー系が本発明で使用される。ＰＰＸの蒸着は、表面上へのモノマー（パラキシレン）の吸着を介して固定基板上で起こり、ここで、重合反応が開始し、新たに吸着されたモノマーの反応によって伝搬（propagation）が続き；最終的に吸着と脱着のレートの間の平衡に到達する。ＰＰＸの蒸着は、ほとんどの場合、基板物質及びその形状に関わらず起こり、冷却された基板が蒸着を促進し、固定表面上への蒸着がＰＰＸの高密度フィルムを作成する。これらの特性は、他の蒸着系についても同様に見られる。
【０００４】
制御される機械的及び化学的特性を有する多孔質物質は、分離システム、センサシステム、エネルギー輸送及び格納、不均一系触媒、超疎水性表面、光素子、薬物送達及び生医学的足場（biomedical  scaffold）における応用のために開発されている。これらの多孔質物質は現在、型取り（templating）、フォトリソグラフィ、ソフトリソグラフィ、気体フォーミング（gas  foaming）、安定物質又は前駆物質（precursor）に適用される気体又は流れを模倣する地質学的工程（gas  or  flow  mimicking  geological  processes）といった、介入工程に基づいて構築されている。代替的なアプローチは、例えば３Ｄプリントやレーザ焼結、投影ステレオリソグラフィ、帯電ジェッティング（electrified  jetting）、ウィービング技術又は直接描画（direct  writing）のような付加製造（additive  manufacturing）を含み、レーザごと又は積み重ねにより多孔質物質を構築するのに使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の製造方法は、型板の除去に伴う追加の努力を必要とする多数の処理ステップ、並びに構築を習得するための高度なコンピュータプログラミング及び／又は手動介入の必要性によって制限される。したがって、簡単なステップによるより低い人間コストに対して簡単な原理を利用して多孔質物質を形成することは、困難なことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、３Ｄ多孔質構造を製造する新たな方法を提供する。本発明の主要な特徴は、構築（construction）が、追加の除去手順を必要としない昇華型板の消滅性質に基づいており、蒸着工程の共形性及び昇華基板の直接ガイダンスによって単一のステップで微細な複製構造（fine  replica  architecture）が得られることにある。加えて、構築工程中に孔が形成され、型板の昇華挙動によって（例えば物質の相図に応じて昇華状態を変化させることにより、あるいは異なる昇華物質を選択することにより）気孔率（porosity）及びサイズを調整することができる。
【０００７】
本発明は、一側面において、複数の孔を有するポリ−ｐ−キシレン構造を含むパリレンの３Ｄ多孔質構造を提供する。ポリ−ｐ−キシレン構造は気孔率を有する。本発明の実施形態によると、多孔質構造のサイズは20nmと5cmとの間である。本発明の実施形態によると、気孔率は55％と85％の間である。本発明の実施形態によると、多孔質構造は複数の標的分子を更に含む。本発明の実施形態によると、ポリ−ｐ−キシレン構造の孔は異なるサイズの孔サイズを備える。孔の孔サイズは勾配で（in  a  gradient）異なる。本発明の実施形態によると、多孔質構造は一体的に形成される。
【０００８】
本発明は、別の側面において、３Ｄ多孔質構造の製造方法を提供する。当該方法は、犠牲固体型板（sacrificial  solid  template）を提供するステップと；犠牲固体型板が昇華工程に対して行われる（conduct）間にポリマー単量体（polymer  monomer）が犠牲固体型板上に蒸着されるように、蒸着工程を実行するステップと；犠牲固体型板を消費して３Ｄ多孔質構造を形成するステップと；を具備する。昇華工程は、犠牲固体型板を固相から気相へ昇華させることを含み、ポリマー単量体は、犠牲固体型板の気相の表面上で吸着される。３Ｄ多孔質構造は、犠牲固体型板の昇華レート（sublimation  rate）に依存する気孔率を有し、昇華レートがより高いと、気孔率はより大きい。
【０００９】
本発明の実施形態によると、犠牲固体型板は溶液を含む。本発明の実施形態によると、溶液の濃度は、犠牲固体型板内で勾配させて分布される。本発明の実施形態によると、犠牲固体型板は複数の標的分子を含み、該標的分子は、３Ｄ多孔質構造内でコーティングされるように犠牲固体型板の昇華行程中に解放される。
【００１０】
本発明のこれら及び他の目的は、様々な図面及び図で例示される好適な実施形態に関する以下の詳細な説明を読んだ後、当業者に間違いなく明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に従って３Ｄ多孔質構造を製造する方法を示す図である。
【００１２】
【図２】本発明に従って３Ｄ多孔質構造を製造するステップを示す図である。
【００１３】
【図３】本発明の第１の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の画像であり、画像の上側は固体型板画像であり、画像の下側は、多孔質構造の拡大図である。
【００１４】
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【００１５】
【図４Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のフーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ：Fourier  transform  infrared  spectrometer）スペクトルである。
【００１６】
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像である。
【図５Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像である。
【図５Ｃ】本発明の第３の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像である。
【００１７】
【図６Ａ】本発明の第４の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像である。
【図６Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像である。
【００１８】
【図７Ａ】勾配犠牲固体型板（gradient  sacrificial  solid  template）を使用することにより生成される３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像及び３次元コンピュータ断層撮影（マイクロＣＴ）画像である。
【図７Ｂ】勾配犠牲固体型板を使用することにより生成される３Ｄ多孔質構造の３次元コンピュータ断層撮影（マイクロＣＴ）画像及びＳＥＭ画像である。
【００１９】
【図８】本発明の第６の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の３Ｄ共役焦点レーザ走査型顕微鏡画像である。
【００２０】
【図９Ａ】本発明の第７の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。
【００２１】
【図９Ｂ】本発明の第７の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＴＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示の下記の詳細な説明では、詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を行う。添付の図面では、本発明を実施することができる具体的な実施形態を例示として図示している。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするように十分に詳細に説明される。他の実施形態を用いてもよく、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的な変更を行ってもよい。
【００２３】
本発明のより良い理解を提供するために、好適な実施形態が詳述されることになる。本発明の好適な実施形態は、番号付きの要素とともに添付の図面に図示される。
【００２４】
図１は、本発明に従って３Ｄ多孔質構造を製造する方法を図示している。方法は、昇華２１と蒸着２２という２つの工程を用いる。これらの２つの工程は同時に起こって動的に完了し、これにより、多孔質構造１を３次元で形成する。図１に図示されるように、多孔質構造１は、動的な気固界面（vapor-solid  interface）２で形成されており、蒸着分子（deposition  molecule）３１及び昇華性の犠牲固体型板３２が同じ立体空間を利用する；すなわち、昇華性固体型板３２から空いた空間（vacated  space）は、蒸着分子３１によって蒸着を介してシームレスに満たされる。
【００２５】
固定基板上への従来的なＰＰＸ蒸着の吸湿律速機構（adsorption-limited  mechanism）とは対照的に、本発明の方法では、昇華性の氷が動的基板上に提示され、昇華する氷上へのＰＰＸの蒸着は、拡散律速機構（diffusion-limited  mechanism）を介して進行した。拡散律速機構では、モノマーが、昇華する氷の基板の新たに形成された面へ連続的に拡散された。そのような表面上の吸湿は一時的なものに過ぎず、重合反応が三次元で起こることを許容する。肉眼的に、蒸着上への構築は犠牲型板の昇華によって指示され、犠牲型板の表面／界面は、昇華による型板の完全な消費の前に一時的なサポートを提供する。加えて、そのような依存関係は、昇華性表面上の蒸気前駆物質（vapor  precursors）の吸着を必要とする蒸着の共形機構（conformal  mechanism）と似ている。これらの指示的依存関係は、結果として生じる蒸着が、犠牲型板を複製する最終的な構造を形成することを可能にする。
【００２６】
本発明の３Ｄ多孔質構造は、昇華性固体型板上への蒸着を介して構築される。気送物質の蒸着における構築は、動的な気体−固体界面で生じ、昇華によって消滅する固体面によって指示される。孔構造の特性は、構築工程中にガス蒸気及び昇華によって空く空間の結果として形成され、したがって、昇華スピード及び／又は型板の熱力学特性の調節を通して、気孔率を制御することが可能である。
【００２７】
図２は、本発明に係る３Ｄ多孔質構造を製造するステップを図示している。図２に図示されるように、本発明に係る方法は下記のステップを含む：
【００２８】
ステップ４００：犠牲固体型板を提供する；
【００２９】
ステップ４０２：犠牲固体型板が昇華工程に対して実施される間に、ポリマー単量体が犠牲固体型板上に蒸着されるように、蒸着工程を実行する；
【００３０】
ステップ４０４：犠牲固体型板を消費して３Ｄ多孔質構造を形成する。
【００３１】
以下で各ステップを説明する。
【００３２】
初めに、犠牲固体型板を提供する（ステップ４００）。犠牲固体型板は、固体の形の任意の物質又は混合物であってよく、ある条件下で昇華反応を行ってよい。一実施形態において、犠牲固体型板は水分子である。水分子の固形（氷）が0.1mbarであるとき、水分子は、約-50℃超で固形（氷）から水蒸気へと昇華することができる。しかしながら、同じ圧力及び気温において、ＰＰＸの気相単量体は重合して蒸着する傾向がある。一実施形態において、犠牲固体型板は、異なる昇華特性を有する混合溶液を凍らせることによって形成されてもよい。一実施形態において、混合溶液は、混和性の２つの物質、これに限定されないが、例えば水分子とエタノールを含んでもよい。あるいは、別の実施形態では、混合溶液は、混和性でない２つの物質、これに限定されないが、例えば水分子とヘキサンを含んでもよい。一実施形態において、犠牲固体型板は、あらかじめ様々な標的分子を含んでもよい。本発明の一実施形態では、標的分子は、蛍光分子、生物学的因子（biological  factor）及び／又はナノ粒子を含んでもよい。本発明の実施形態によると、蛍光分子は、フルオレセイン標識ペプチド（FITC-KKKRGD）又はAlexa  Fluor（登録商標）555アジドであってよいが、これらに限定されない。本発明の実施形態によると、生物学的因子は、同種有機体又は異種有機体を含む有機体（organism）、例えば新生血管である線維芽細胞増殖因子（F2F）であってよい。本発明の実施形態によると、ナノ粒子のサイズは20nmと5cmとの間である。一実施形態において、ナノ粒子は、例えば酸化鉄（Fe3O4）、金（Au）及び／又は銀（Ag）であってよい。
【００３３】
次に、犠牲固体型板が昇華工程に対して実施（伝導）される間にポリマー単量体が犠牲固体型板上に蒸着されるように、蒸着工程が実行される（ステップ４０２）。蒸着工程を実行することができる全てのポリマー単量体は、例えば10-3から10-5という低い付着係数（sticking  coefficient）を有するポリマーを提供し、構造の共形性（conformality）及び孔構造の統一性を保証する。本発明の好適な実施形態において、ＰＰＸ構造は、単量体としてのパラシクロファンから、以下の反応式１に示される熱分解工程を伴う蒸着工程によって形成される：
【化１】
2018115309.tif 000003
【００３４】
本発明におけるパラシクロファンは、官能性ＰＰＸ構造を形成するように、様々な官能基を有することができる。一実施形態では、ＰＰＸ構造は、化学式（１）の下記の構造を含む：
【化２】
2018115309.tif 000004
ここで、Ｒ１及びＲ２は、ハロゲン、-C(=O)H、-C(=O)-CFH2、-C(=O)-CF3、-C(=O)-C2F5、-C(=O)-C8F17、-C(=O)-OH、-C(=O)-Ph、-C≡CH、-CH=CH2、-CH2-OH、-CH2-NH2、-NH2、-C(=O)-O-CH3、-C(=O)-O-C2H5、-CH2-O-C(=O)-C-(CH3)2Br、-CH2-O-C(=O)-C≡CH、化学式（１−１）の化学構造、化学式（１−２）の化学構造、化学式（１−３）の化学構造からなるグループから選択され、Ｒ１及びＲ２は同時ハロゲンではなく、ｍ及びｎは750,000超の整数を指す：
【化３】
2018115309.tif 000005
【化４】
2018115309.tif 000006
【化５】
2018115309.tif 000007
ここで、化学式（１−１）において、Ｒ３は、-CH2-、-CH2-CH2-O-C(=O)-、-CH2-CH2-NH-C(=O)-、-C(=O)-又は-O-CH2-を指し；Ｒ４及びＲ５はハロゲン、メチル又は塩化物を指す。
【００３５】
別の実施形態において、ＰＰＸ構造は、以下の構造を含む：
【化６】
2018115309.tif 000008
【化７】
2018115309.tif 000009
【化８】
2018115309.tif 000010
ここで、m及びｎは750,000超の整数を指す。
【００３６】
１つの好適な実施形態において、ＰＰＸ構造はＰＰＸ−Ｃ（パリレンＣ）である。
【００３７】
蒸着工程は、最も適切な蒸着パラメータを選択するように、使用されるポリマー単量体に依存する。好適な蒸着温度は、犠牲固体型板の昇華に必要とされる温度である。本発明の一実施形態において、化学蒸着システムの圧力は、例えばパリレンでは0.1ミリバー（mbar）で維持される。パラシクロファンを有する化合物は、670℃から700℃の温度範囲で熱分解されて、ポリマー単量体が得られる。次いで、犠牲固体型板がステージ（stage）に置かれ、ポリマー単量体が、-20℃から60℃のステージ温度範囲で犠牲固体型板上に蒸着される。
【００３８】
最終的に、犠牲固体型板が消費された後、３Ｄ多孔質構造が形成される（ステップ４０４）。本発明のパリレンの多孔質構造は複数の孔を有し、気孔率を有する。本発明における気孔率とは、多孔質構造内の孔の体積（volume）、すなわち、多孔質構造の最も外側の輪郭によって示される体積に対する全ての孔の体積の比を指す。一実施形態において、気孔率を、水銀ポロシメータによって測定することができ、以下のパラメータを用いて：0.1から50psiaの範囲内の圧力と、360から3.6umの測定範囲；及び60000psiaまでの気圧と、6〜0.003umの測定範囲を用いて、水銀の高い表面張力と孔内へ圧入するのに必要とされる圧力との間の関係を使用して計算される。
【００３９】
昇華される気体の体積は、固体型板の消失体積に比例するので、気孔率は昇華レートに関連付けられる。すなわち、より高い昇華レートはより大きな気孔率を生じる。したがって、本発明は、昇華レートに影響を与える可能性があるいずれかのパラメータを調整することによって、異なる気孔率を有する多孔質構造を取得することができる。本発明の一実施形態において、気孔率は、温度を調整することによって制御される。例えば水分子が犠牲固体型板として使用され、昇華レートは、システム圧を0.1mbarに維持している間に温度を-15℃まで低下させるか25℃まで上昇させることによって変化する。本発明の一実施形態において、気孔率は、異なる昇華熱を有する２種類以上の物質を混合することによって形成される混合固体型板を使用することにより、制御される。固体型板を昇華するための質量（mass）（又は体積）移動のレートは、温度変化に比例し、質量移行（mass  transport）の方程式Iに従う：
【数１】
2018115309.tif 000011
ここで、hはシステムの熱移動係数であり、T0は動作温度であり、Tsは、型板を昇華する温度であり、hは熱移動係数であり、ΔHは昇華の潜熱であり、mは型板の質量であり、ρは型板の密度であり、vは型板の体積である。
【００４０】
熱移動係数ｈ及び昇華の潜熱ΔHは、同じ固体型板を使用するとき、製造工程中は一定であるよう考えられ、異なる項（dm/dt）は、昇華されている固体型板質量（m）のレートを示し、密度（ρ）と体積（V）の積に等しい。
【００４１】
以下では、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００４２】
実施例１
本実施形態は、固体の犠牲型板として特別な氷の形状で作られており、ポリ−ｐ−キシレンの形状は、パリレンの付着係数（約10-4）のためにその型板を有する複製構造であり、構造の共形性及び孔構造の統一性を保証する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の画像であり、画像の上側は固体型板画像であり、画像の下側は多孔質構造の拡大図である。本実施形態によると、テーブル（寸法：80mmの直径と50mmの高さ）又は椅子（寸法：30mmの直径と35mmの高さ）の氷モデル（ice  model）を犠牲固体型板（図３の上側の画像）として使用することにより、テーブル又は椅子の多孔質構造（図３の下側の画像）を形成することになる。本発明の実施形態では、犠牲固体型板として400μm×400μm×400μmの立方体の氷モデルを使用することにより、立方体の多孔質構造を形成することができる。本発明の実施形態では、直径1,800μmの球形の氷モデルを使用することにより、球形の多孔質構造を形成することができる。上記の結果は、本発明の多孔質構造の外観を、犠牲固体型板に従って設計することができることを実証する。
【００４３】
実施例２
本発明は、パリレン（ＰＰＸ）の他の誘導体を、昇華された犠牲固体型板上に蒸着させてもよい。誘導体とは、様々な官能基を有するパリレンを指す。本実施形態の多孔質構造は、特別な官能基を有するＰＰＸを使用することによって形成される。図４Ａは、本発明の第２の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。本発明の第２の実施形態によると、スクシンイミジル・エステル官能性を有するパリレンモノマーが、氷固体型板上に蒸着されて、機能性パリレン構造（functional  parylene  structure）を形成する。図４Ａに図示されるように、本発明の実施形態に従って形成されるスクシンイミジル・エステル官能性のパリレン構造は多孔質構造を有する。図４Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のフーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルであり、横座標は波数（cm-1）であり、縦軸は反射率（a.u.）である。図４Ｂに図示されるように、本発明のパリレン誘導体の多孔質構造の組成が測定され、スペクトルから観察されるピーク位置及び強度は、従来の化学蒸着法によって準備されるＰＰＸ誘導体フィルムのスペクトルにおけるものと一致する。本発明が、パリレン誘導体を成功裏に使用して多孔質構造を形成したことが確認された。
【００４４】
実施例３
昇華された気体の体積は、固体型板の消失体積に比例するので、より高い昇華レートはより大きな気孔率を生じ、一方、より低い昇華レートはその反対となる。本発明の第３の実施形態によると、水分子が犠牲固体型板として使用され、昇華レートは、システム圧を0.1mbarに維持しつつ、温度を-15℃まで下げるか25℃まで上げることにより変化する。上記の方程式Iに基づいて、動作温度が4℃から25℃まで上がると、昇華体積は、6.3％だけ増加し、4℃から-15℃まで下がると、5.6％体積が減少する。図５Ａから図５Ｃは、本発明の第３の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像である。図５Ａに図示されるように、21μmの孔直径と61％の気孔率を有する多孔質構造は、-15℃の動作温度によって形成される。図５Ｂに図示されるように、40μmの孔直径と69.1％の気孔率を有する多孔質構造は、4℃の動作温度によって形成される。図５Ｃに図示されるように、89μmの孔直径と74.3％の気孔率を有する多孔質構造は、25℃の動作温度によって形成される。図５Ａ〜図５Ｃの結果によると、より小さな孔サイズがより低い昇華レート（低い温度）で得られ、より大きい孔サイズがより高い昇華レート（高い温度）で得られることがわかる。さらに、これらの図面から、高密度の多孔質構造がより低い昇華レートで形成され、分岐した多孔質構造がより高い昇華レートで形成されることも観察される。
【００４５】
実施例４
本発明の犠牲固体型板は、２種類以上の物質を混合することによって準備されることが可能であり、犠牲固体型板の昇華レートは、物質の異なる昇華特性に基づいて調整される。本実施形態の第１のケースでは、２つの混和性物質が選択され、本実施形態の第２のケースでは、２つの非混和性物質が選択され、これにより、２つのケースの気孔率を比較する。
【００４６】
第１の混和性の実施形態では、２つの混和性物質は、水分子とエタノールであってよい。本発明の実施形態によると、水分子（80％）とエタノール（20％）を混合して、混合溶液を液体窒素の冷却槽内で凍らせて、混合固体型板を形成する。
【００４７】
第２の非混和性の実施形態では、２つの非混和性物質は、水分子とヘキサンであってよい。本発明の実施形態によると、水分子（90％）とヘキサン（10％）を混合して、混合溶液を液体窒素の冷却槽内で凍らせて、混合固体型板を形成する。
【００４８】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第４の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像である。
【００４９】
第１の混和性の実施形態では、図６Ａに図示されるように、パリレンの多孔質構造は、動作温度4℃で水分子とエタノールから成る混合型板を使用することによって形成され、孔サイズは64μmであり、気孔率は82.5％である。エタノールは、水分子よりも低い昇華熱（より高い昇華レート）を有する。したがって、動作温度4℃で犠牲固体型板として水分子のみを使用することによって形成される多孔質構造と比較すると、エタノールを加えた混合型板は、より大きな孔サイズと気孔率を有する。加えて、水分子はエタノールと混和性であるので、結果として得られる多孔質構造は類似の孔サイズを有する。
【００５０】
第２の非混和性の実施形態では、図６Ｂに図示されるように、パリレンの多孔質構造は、動作温度4℃で水分子とヘキサンから成る混合型板を使用することによって形成され、孔サイズは36μmであり、気孔率は57.5％である。ヘキサンは、水分子よりも高い昇華熱（より低い昇華レート）を有する。したがって、動作温度4℃で犠牲固体型板として水分子のみを使用することによって形成される多孔質構造と比較すると、ヘキサンを加えた混合型板は、より小さな孔サイズと気孔率を有する。加えて、水分子はヘキサンとは非混和性であるので、孔サイズは、異なる結果として昇華レートから独立のシステムに対応し、したがって、結果として得られる多孔質構造は段階的な孔サイズを有する。
【００５１】
実施例５
本発明の犠牲固体型板は、勾配組成（gradient  composition）を含有する混合型板を利用してよい。この型板は、異なる昇華レートに対応する蒸気圧の勾配を提供し、これにより、複数の孔サイズを有する勾配多孔質構造を形成する。本発明における勾配組成は、混合型板における物質の濃度が、特定の方向で相違することを指す。
【００５２】
本発明の実施形態によると、勾配板の準備は、最初に、ポリプロピレンの遠心分離管（10mmの内径）でエタノールを水分子系に流すことによって行われ、この場合、高さが増すとエタノールの濃度が高まり、勾配組成を有する混合系を生成し、液体窒素の冷却槽を使用して、流れが開始された後に同質混合系の十分に発展した状態に到達する前に、約５秒、流動混合系（flow  mixture  system）を凍らせる。
【００５３】
図７Ａ及び図７Ｂは、勾配犠牲固体型板を使用することにより生成される３Ｄ多孔質構造のＳＥＭ画像及び３次元コンピュータ断層撮影（マイクロＣＴ）画像である。
【００５４】
本発明によって形成される勾配多孔質構造は、勾配で異なる複数の孔サイズを含む。図７Ａに図示されるように、勾配多孔質構造は、勾配混合型板を使用することによって形成され、孔サイズは、エタノールの濃度が高まると増加する（画像の上方）。孔サイズは、エタノールのより高い蒸気圧（より早い昇華レート）に起因して勾配で変化し、したがって、より大きな孔サイズの形成につながる。
【００５５】
本発明の勾配多孔質構造は、一体的に形成されることに価値があることに留意されたい。図７Ｂに図示されるように、勾配多孔質構造は、勾配混合型板を使用することによって一体的に形成され、したがって、層状の構造は有さない。
【００５６】
例えば勾配動作温度を使用することにより、昇華レートが変化する限りにおいて、勾配孔構造を作成するために必ずしも勾配混合型板を使用する必要はないことを理解されたい。
【００５７】
実施例６
本発明の犠牲固体型板は、あらかじめ様々な標的分子を含有してよく、結果として得られる多孔質構造も標的分子を含有する。本実施例では、液体窒素冷却槽を使用することにより、標的分子を含む溶液を凍らせて、標的分子を含む犠牲固体型板を準備する。本実施例では、標的分子は、フルオレセイン標識ペプチド（FITC-KKKRGD）又はAlexa  Fluor（登録商標）555アジドである。他の実施形態では、標的分子は、生物学的因子及び／又はナノ粒子であってよい。
【００５８】
図８は、本発明の第６の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の３Ｄ共役焦点レーザ走査型顕微鏡画像である。
【００５９】
図８に図示されるように、蛍光分子を含む実施形態では、上の列は、標的分子としてFITC-KKKRGDを含むフルオレセイン標識を含有する犠牲固体型板を使用することにより形成される多孔質構造であり、下の列は、標的分子としてAlexa  Fluor（登録商標）555アジドを含むフルオレセイン標識を含有する犠牲固体型板を使用することにより形成される多孔質構造である。その結果は、標的分子を含有する犠牲固体型板が使用される場合、標的分子を含む多孔質構造を形成することになることを示す。
【００６０】
昇華及び蒸着工程中に、昇華する固体型板から分離された標的分子の後に、蒸着されたＰＰＸによる「取り込み工程（uptake  process）」が続いた；この工程は、孔内及び／又はＰＰＸの表面上の取り込み（entrapment）又は吸着親和性に基づいていた。継続される昇華及び蒸着工程のために、あるいは多孔質構造の形成中の分離及び取り込み工程のために、標的分子は、多孔質構造全体を通して等方的で均質な分散を示す。
【００６１】
標的分子含有の犠牲固体型板の使用は、多孔質物質への機能分子の充填／局所化のための独自のアプローチを提供し、充填される物質の拡散非効率性と不均一性の課題を克服している。
【００６２】
実施例７
本発明の多孔質構造は、ナノスケール微粒子であってよく、本発明の実施例６と組み合わされてもよい。本発明の実施形態によると、水分子は、ナノミスト噴霧器を使用することにより、超疎水性表面上にスプレーされてナノスケール水滴を形成し、次いで、液体窒素冷却槽を使用することによりナノスケール水滴を凍らせてナノスケール犠牲固体型板を形成する。
【００６３】
図９Ａは、本発明の第７の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。図９Ａに図示されるように、ナノスケール多孔質構造は、ナノスケール犠牲固体型板を使用することにより形成され、この場合、多孔質構造のサイズは、20nmと5cmの間である。
【００６４】
加えて、本実施形態は本発明の実施例６と組み合わされてもよい。本実施形態では、ナノスケール犠牲固体型板は、酸化鉄（Fe3O4）、金（Au）及び／又は銀（Ag）といったナノ粒子を含んでよい。
【００６５】
図９Ｂは、本発明の第７の実施形態に係る３Ｄ多孔質構造のＴＥＭ画像である。本発明の実施形態によると、ナノスケール多孔質構造は、ナノスケール多孔質固体型板を使用することにより形成される標的分子を含み、図９Ｂに図示されるように、それぞれ、標的分子として酸化鉄（10-15nm）、金（12nm）及び銀（20nm）を含む。図９Ｂでは、暗い色の領域が標的分子であり、明るい色の領域がパリレンの３Ｄ多孔質構造である。
【００６６】
本発明は、蒸着が基板上に高密度フィルムを必ず形成しなければならないという従来的な考えを覆す、３Ｄ多孔質構造を製造する新規な方法を提供し、本発明の３Ｄ多孔質構造は、フィルムの化学的及び構造的利点は依然として保持する。本発明は、ポリ−ｐ−キシレンを用いて、55％から85％の気孔率範囲で３次元の多様で異なる孔サイズの多孔質構造を生成する。また、物質の昇華熱力学の知識とともに、有機ポリマー、無機物及び／又は複合物の蒸着のための技術も良好に実証されている。
【００６７】
当業者には、本発明の教示を保持しつつ、デバイス及び方法の多様な修正及び変更を行ってもよいことが容易に認識されよう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の境界のみによって限定されるものとして解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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